JPH07213096A - ステップモータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御対象物が基準位置から変位した場合、ステ
ップモータの軸に対して制御対象物を基準位置側へ移動
させる方向へのトルクが作用する装置において、ステッ
プモータを大型化することなく、ステップモータの固定
子の巻線の励消磁に異常が発生した際、制御対象物を短
時間で基準位置まで移動させる。 【構成】永久磁石形でバイファイラ巻ユニポーラ駆動方
式のステップモータによって制御対象物を制御する。巻
線に異常が発生した場合、制御対象物を基準位置側へ移
動させるように２相励磁方式で駆動制御する。異常の発
生した相の巻線と対を成す巻線の消磁期間を正常時より
長くする。それに対応して他の一対の相の巻線の励磁及
び消磁期間を長くする。異常の発生した相の巻線と対を
成す巻線の励磁期間及びそれに対応する他の相の巻線の
励磁及び消磁期間を正常時と同じ長さとなるように制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステップモータによって
制御対象物の位置制御を行うとともに、制御対象物が基
準位置から変位した場合、ステップモータの軸に対して
制御対象物を基準位置へ移動させる方向への回転トルク
を作用させるトルク付与手段を備えた装置における、ス
テップモータの制御方法及び制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来装置として、回転子を永久
磁石で構成し、固定子の各磁極に巻き方向を逆にした二
つの巻線（バイファイラ巻線）を施し、交互に一定方向
の電流を流すようにした（ユニポーラ駆動方式）ステッ
プモータを使用したものがあった。トルク付与手段とし
ては例えば渦巻きばね（ぜんまい）が使用されている。
すなわち、ステップモータはＡ相、逆Ａ相、Ｂ相、逆Ｂ
相の励磁用巻線を有し、制御装置からの制御信号により
オン・オフ制御されるスイッチング素子を介して各相へ
の電流の供給が制御されて軸が回転される。

【０００３】ステップモータの駆動時に各相を流れる電
流が監視され、断線、短絡等の異常時には全相への電流
の供給が停止される。そして、固定子からモータの軸に
作用するトルクがゼロとなり、トルク付与手段の作用に
より軸が制御対象物を基準位置側へ移動させる方向へ回
転されて、制御対象物が基準位置に復帰する。

【０００４】例えば、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）の
スロットルバルブの駆動制御装置に適用した場合には、
フェイルセーフとして異常時にはバルブが全閉となるよ
うに構成されている。

【０００５】又、実開昭６１−１１３５９９号公報に
は、パルスモータ（ステップモータ）によって制御対象
物を位置制御する装置において、パルスモータの動作異
常を検出すると、パルスモータを駆動して制御対象物を
基準位置に戻すように制御する信号を出力するパルスモ
ータの駆動制御装置が開示されている。この装置には、
制御対象物が基準位置及び所定の動作位置にあることを
検出する位置検出手段と、該位置検出手段の出力信号及
びパルスモータを駆動する信号から与えられるタイミン
グ信号に基づいて、パルスモータの動作量が正常か否か
を判定する判定手段とが装備されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来装置では、巻
線の異常時に制御対象物を基準位置まで移動させるため
にモータの軸を回転させるトルクは、トルク付与手段か
らのみ加えられる。そのため、制御対象物を基準位置ま
で移動させるのに時間がかかった。

【０００７】時間短縮のためトルク付与手段の力を大き
くすることが考えられる。しかし、トルク付与手段は制
御対象物が基準位置から変位した場合に、制御対象物を
基準位置側へ移動させる方向へのトルクをモータの軸に
加えるため、トルク付与手段の力が大きいと、正常時に
モータの負荷が大きくなり、モータが大型化するという
問題がある。

【０００８】一方、実開昭６１−１１３５９９号公報に
開示された装置では、異常時にパルスモータを駆動して
制御対象物を基準位置に戻すように制御する信号が出力
される。しかし、この装置は、パルスモータの動作量が
異常の場合を対象にしており、パルスモータの巻線には
異常がないことを前提としている。すなわち、巻線に異
常がある場合に対する対処については何ら述べられてい
ない。

【０００９】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的はステップモータを大型化
することなく、ステップモータの固定子の巻線の励消磁
に異常が発生した際、制御対象物を短時間で基準位置ま
で移動させることができるとともに、トルク付与手段に
よる付与トルクが小さくてよく、モータの小型化以外
に、モータの損失及び発熱が抑えられることによるモー
タの高効率化と低コスト化が可能となるステップモータ
の制御方法を提供することにある。

【００１０】又、第２の目的はステップモータを大型化
することなく、ステップモータの固定子の巻線の励消磁
に異常が発生した際、制御対象物を短時間で基準位置ま
で移動させることができるとともに、トルク付与手段に
よる付与トルクが小さくてよく、モータの小型化以外
に、モータの損失及び発熱が抑えられることによるモー
タの高効率化と低コスト化が可能となるステップモータ
の制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため請求項１に記載の発明では、ステップモータによ
って制御対象物の位置制御を行うとともに、制御対象物
が基準位置から変位した場合、ステップモータの軸に対
して制御対象物を基準位置側へ移動させる方向へのトル
クを作用させるトルク付与手段を備えた装置において、
ステップモータの固定子の巻線の励消磁に異常が発生し
た場合、各巻線の励消磁を正常時と同様に行えるステッ
プでは前記軸を正常時と同様な速度で回転させ、巻線の
励消磁を正常時と同様に行えないステップでは主に前記
トルク付与手段の作用により軸を正常時より遅い速度で
回転させて、制御対象物を前記基準位置側へ移動させる
方向へステップモータの軸を回転させるようにした。

【００１２】同じく第１の目的を達成するため請求項２
に記載の発明では、前記装置においてステップモータを
永久磁石形でかつ固定子の各同一磁極に巻き方向を逆に
した二つの巻線を有するものとし、ステップモータの固
定子の巻線の励消磁に異常が発生した場合、制御対象物
を前記基準位置側へ移動させる方向へステップモータの
軸を回転させるようにステップモータを２相励磁方式で
駆動制御するとともに、異常の発生した相の巻線と対を
成す巻線の消磁期間を正常時より長くするとともにそれ
に対応して他の一対の相の巻線の励磁及び消磁期間を長
くし、異常の発生した相の巻線と対を成す巻線の励磁期
間及びそれに対応する他の相の巻線の励磁及び消磁期間
を正常時と同じ長さとなるように制御するようにした。

【００１３】又、第２の目的を達成するため請求項３に
記載の発明では、永久磁石形でかつ固定子の各同一磁極
に巻き方向を逆にした二つの巻線を有するステップモー
タによって制御対象物の位置制御を行うとともに、制御
対象物が基準位置から変位した場合、ステップモータの
軸に対して制御対象物を基準位置側へ移動させる方向へ
のトルクを作用させるトルク付与手段を備えた装置にお
いて、前記各巻線への電流の供給を制御するスイッチン
グ素子と、前記各巻線への電流供給の異常を検出する異
常検出手段と、前記異常検出手段の検出信号に基づいて
各巻線への電流供給の異常の有無を判断する判断手段
と、正常時用制御プログラムと、ステップモータを２相
励磁方式で駆動制御するとともに、異常の発生した相の
巻線と対を成す巻線の消磁期間を正常時より長くすると
ともにそれに対応して他の一対の相の巻線の励磁及び消
磁期間を長くし、異常の発生した相の巻線と対を成す巻
線の励磁期間及びそれに対応する他の相の巻線の励磁及
び消磁期間を正常時と同じ長さとなるように制御する異
常時用制御プログラムとを記憶した記憶手段と、前記判
断手段の判断に基づいて異常時には前記異常時用制御プ
ログラムに従って前記スイッチング素子をオン・オフ制
御する制御手段とを備えた。ステップモータはユニポー
ラ駆動方式の２相モータが好ましい。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明では、ステップモータに
よって制御対象物の位置制御が行われる。制御対象物が
基準位置から変位した場合、トルク付与手段からステッ
プモータの軸に対して制御対象物を基準位置側へ移動さ
せる方向へのトルクが作用する。

【００１５】ステップモータの固定子の巻線の励消磁に
異常が発生した場合、ステップモータは制御対象物を基
準位置へ向かって移動させるように制御される。このと
き、各巻線の励消磁を正常時と同様に行えるステップで
は正常時と同様に各巻線の励消磁が行われ、軸が正常時
と同様な速度で回転される。巻線の励消磁を正常時と同
様に行えないステップでは主に前記トルク付与手段の作
用により、軸が正常時より遅い速度で回転される。すな
わち、いずれのステップにおいても、軸はトルク付与手
段の作用のみで回転される場合に比較して速く回転さ
れ、制御対象物は短時間で基準位置まで移動される。

【００１６】請求項２に記載の発明では、永久磁石形で
かつ固定子の各同一磁極に巻き方向を逆にした二つの巻
線を有するステップモータによって制御対象物の位置制
御が行われる。制御対象物が基準位置から変位した場
合、トルク付与手段からステップモータの軸に対して制
御対象物を基準位置側へ移動させる方向へのトルクが作
用する。

【００１７】固定子の各同一磁極に巻かれた互いに巻き
方向が逆の二つの巻線が交互に励消磁される。ステップ
モータの固定子の巻線の励消磁に異常が発生した場合、
ステップモータは制御対象物を基準位置側へ向かって移
動させるように、２相励磁方式で駆動制御される。異常
の発生した相の巻線と対を成す巻線の消磁期間に対応す
るステップではその消磁期間が正常時より長くなる。
又、それに対応するステップの他の一対の相の巻線の励
磁及び消磁期間が正常時より長くなる。一方、異常の発
生した相の巻線と対を成す巻線の励磁期間に対応するス
テップでは、その励磁期間が正常時と同じ長さとなる。
又、それに対応するステップの他の一対の相の巻線の励
磁及び消磁期間も正常時と同じ長さとなる。すなわち、
モータの軸はトルク付与手段からのトルクだけでなく、
固定子の磁力によるトルクの作用も受けた状態で回転さ
れる。

【００１８】請求項３及び請求項４に記載の発明では、
固定子の各同一磁極に巻かれた互いに巻き方向が逆の二
つの巻線が交互に励消磁される。制御対象物が基準位置
から変位すると、トルク付与手段からステップモータの
軸に対して制御対象物を基準位置側へ移動させる方向へ
のトルクが作用する。各巻線への電流の供給はスイッチ
ング素子のオン・オフにより制御される。スイッチング
素子は記憶手段に記憶された制御プログラムに従って制
御手段によりオン・オフ制御される。

【００１９】異常検出手段により各巻線への電流供給の
異常の有無が検出される。異常検出手段の検出信号に基
づいて判断手段が異常発生と判断すると、制御手段は異
常時用制御プログラムに従ってスイッチング素子をオン
・オフ制御する。

【００２０】少なくとも異常時にはステップモータが２
相励磁方式で駆動制御される。異常の発生した相の巻線
と対を成す巻線の消磁期間に対応するステップではその
消磁期間が正常時より長くなる。又、それに対応するス
テップの他の一対の相の巻線の励磁及び消磁期間が正常
時より長くなる。一方、異常の発生した相の巻線と対を
成す巻線の励磁期間に対応するステップでは、その励磁
期間が正常時と同じ長さとなる。又、それに対応するス
テップの他の一対の相の巻線の励磁及び消磁期間も正常
時と同じ長さとなる。すなわち、異常時においてもモー
タの軸はトルク付与手段からのトルクと、固定子の磁力
によるトルクとが加算された状態で回転される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をスロットルバルブの開閉制御
装置に具体化した一実施例を図１〜図１３に従って説明
する。

【００２２】図２（ａ）に示すように、気体、液体、粉
体などの流動性を有する物質を導く流路を構成する管路
１の途中にスロットルバルブ２が配設されている。制御
対象物としての弁板３ａは、バルブハウジング２ａの壁
面を貫通するとともに回転可能に支持された回転軸３に
固着されている。図２（ｂ）に示すように、回転軸３の
第１端部には被動歯車４が一体回転可能に固定されてい
る。回転軸３の第２端部には渦巻きばね（ぜんまい）５
の中心側端部が固着されている。渦巻きばね５は外周側
端部が図示しないブラケットに固定され、渦巻きばね５
はフリーの状態において弁板３ａを、図２（ａ）に示す
ように流路を全閉する基準位置に保持するようになって
いる。弁板３ａが基準位置から回転されると、回転軸３
には渦巻きばね５から弁板３ａを基準位置側へ回転させ
る方向へのトルクが作用する。

【００２３】ステップモータ６の軸６ａには被動歯車４
と噛合する駆動歯車７が一体回転可能に固定されてい
る。ステップモータ６は渦巻きばね５のばね力に抗して
回転軸３を回転させて、弁板３ａの位置制御を行うよう
になっている。すなわち、渦巻きばね５は制御対象物が
基準位置から変位した場合、軸６ａに対して制御対象物
を基準位置側へ移動させる方向へのトルクを作用させる
トルク付与手段を構成する。

【００２４】ステップモータ６には永久磁石形でユニポ
ーラ駆動方式のものが使用されている。ステップモータ
６の回転子８には永久磁石が使用されている。図３に示
すように、固定子９は隣接する各磁極が互いに９０°の
角度を成すように４個の磁極Ａ₁,Ａ₂,Ｂ₁,Ｂ₂ を備えて
いる。各磁極Ａ₁,Ａ₂,Ｂ₁,Ｂ₂ にはＡ相、逆Ａ相、Ｂ
相、逆Ｂ相の励磁用巻線１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１
ｂがそれぞれ巻付けられている。Ａ相用の巻線１０ａと
逆Ａ相用の巻線１０ｂとはそれぞれ互いに逆方向に巻か
れ、Ｂ相用の巻線１１ａと逆Ｂ相用の巻線１１ｂとはそ
れぞれ互いに逆方向に巻かれている。

【００２５】巻線１０ａの巻付け方向は磁極Ａ₂ 側から
磁極Ａ₁ 側に向かって電流が流れるときに、磁極Ａ₁ が
Ｎ極、磁極Ａ₂ がＳ極となるように設定されている。巻
線１０ｂの巻付け方向は磁極Ａ₂ 側から磁極Ａ₁ 側に向
かって電流が流れるときに、磁極Ａ₁ がＳ極、磁極Ａ₂
がＮ極となるように設定されている。巻線１１ａの巻付
け方向は磁極Ｂ₂ 側から磁極Ｂ₁ 側に向かって電流が流
れるときに、磁極Ｂ₁がＮ極、磁極Ｂ₂ がＳ極となるよ
うに設定されている。巻線１１ｂの巻付け方向は磁極Ｂ
₂ 側から磁極Ｂ₁ 側に向かって電流が流れるときに、磁
極Ｂ₁ がＳ極、磁極Ｂ₂ がＮ極となるように設定されて
いる。

【００２６】次にステップモータ６の駆動回路を説明す
る。図１に示すように、各巻線１０ａ，１０ｂ，１１
ａ，１１ｂの第１端部は電源Ｅに接続され、第２端部は
ＮＰＮ型のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ のコレクタに接続さ
れている。トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ は各巻線１０ａ，１
０ｂ，１１ａ，１１ｂへの電流の供給を制御するスイッ
チング素子を構成する。トランジスタＱ₁ ，Ｑ₂ のエミ
ッタは電流検出用の抵抗Ｒs1を介して接地されている。
トランジスタＱ₃ ，Ｑ₄ のエミッタは電流検出用の抵抗
Ｒs2を介して接地されている。各抵抗Ｒs1，Ｒs2のトラ
ンジスタＱ₁ 〜Ｑ ₄ 側の端子が電圧検出回路１２に接続
されている。電圧検出回路１２は比較回路（図示せず）
を備え、各抵抗Ｒs1，Ｒs2に流れる電流に対応する電圧
が正常時の範囲内に有るか否かに対応した異なる信号を
各抵抗Ｒs1，Ｒs2毎に出力するようになっている。抵抗
Ｒs1，Ｒs2及び電圧検出回路１２により各巻線１０ａ，
１０ｂ，１１ａ，１１ｂへの電流供給の異常を検出する
異常検出手段が構成されている。

【００２７】制御装置１３は判断手段及び制御手段とし
ての中央処理装置（以下ＣＰＵという）１４、記憶手段
としてのプログラムメモリ１５、作業用メモリ１６、出
力インタフェース１７及び駆動回路１８を備えている。
プログラムメモリ１５は制御プログラムを記憶した読出
し専用メモリ（ＲＯＭ）よりなる。作業用メモリ１６は
入力データ及びＣＰＵ１４における演算処理結果等を一
時記憶する読出し及び書替可能なメモリ（ＲＡＭ）より
なる。

【００２８】プログラムメモリ１５には正常時用制御プ
ログラムと、巻線１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの励
消磁に異常が発生した場合に使用する異常時用制御プロ
グラムとが記憶されている。異常時用制御プログラム
は、ステップモータを２相励磁方式で駆動制御するよう
に構成され、異常の発生した相の巻線と対を成す巻線の
消磁期間が正常時より長く、かつそれに対応して他の一
対の相の巻線の励磁及び消磁期間も長く設定されてい
る。又、異常の発生した相の巻線と対を成す巻線の励磁
期間及びそれに対応する他の相の巻線の励磁及び消磁期
間が正常時と同じ長さに設定されている。この実施例で
は正常時より長い励消磁期間は、正常時の１．５倍に設
定されている。

【００２９】各トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ のベースは駆動
回路１８に接続されている。ＣＰＵ１４はプログラムメ
モリ１５に記憶された制御プログラム（プログラムデー
タ）に基づいて動作し、出力インタフェース１７及び駆
動回路１８を介して各トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ をオン・
オフ制御する。電圧検出回路１２はＣＰＵ１４に接続さ
れている。ＣＰＵ１４は電圧検出回路１２から異常信号
が出力された場合、その出力信号及びトランジスタＱ₁
〜Ｑ₄ のオン・オフタイミングに基づいて、どの相の巻
線への電流供給が異常であるかを判断する。そして、異
常時には異常時用制御プログラムに従ってトランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₄ をオン・オフ制御する。

【００３０】次に前記のように構成された装置の作用を
説明する。ステップモータ６は２相励磁方式で駆動制御
される。ＣＰＵ１４からの指令により駆動回路１８から
駆動信号が所定のトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ のベースに出
力される。トランジスタＱ₁がオンのとき巻線１０ａ
に、トランジスタＱ₂ がオンのとき巻線１０ｂに、トラ
ンジスタＱ₃ がオンのとき巻線１１ａに、トランジスタ
Ｑ₄ がオンのとき巻線１１ｂに、それぞれ電源Ｅから電
流が供給される。巻線１０ａ，１０ｂには電流が磁極Ａ
₂ 側から磁極Ａ₁ 側に向かって流れるように、巻線１１
ａ，１１ｂには電流が磁極Ｂ₂ 側から磁極Ｂ₁ 側に向か
って流れるようにそれぞれ供給される。

【００３１】固定子９の各同一磁極に巻かれた互いに巻
き方向が逆の二つの巻線１０ａ，１０ｂ及び巻線１１
ａ，１１ｂはそれぞれ交互に励消磁される。ステップモ
ータ６が正常であれば、互いに対を成す磁極Ａ₁ と磁極
Ａ₂ 及び磁極Ｂ₁ と磁極Ｂ₂ は常にいずれか一方がＮ
極、他方がＳ極となるように励磁される。

【００３２】そして、正常時にはＣＰＵ１４は正常時用
制御プログラムに従って、各トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ を
オン・オフ制御する。図４にスロットルバルブ２を閉じ
る方向に軸６ａを回転する場合における各トランジスタ
Ｑ₁ 〜Ｑ₄ のオン・オフ時期を示すタイムチャートを示
す。各トランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ のオン時間とオフ時間と
はいずれも同じとなる。そして、励消磁タイミングが１
／４周期ずつずれた状態でトランジスタがＱ₁ →Ｑ₃ →
Ｑ₂ →Ｑ₄ →Ｑ₁ の順にオンとなるように制御される。

【００３３】図６（ａ）〜図９（ａ）に正常時の各磁極
Ａ₁,Ａ₂,Ｂ₁,Ｂ₂ の励磁状態と回転子８の状態を示す。
渦巻きばね５のトルクは軸６ａを図６（ａ）〜図９
（ａ）の時計方向に回転させるように作用する。図６
（ａ）はトランジスタＱ₁ ，Ｑ₃ がオンでトランジスタ
Ｑ₂ ，Ｑ₄ がオフの状態、すなわち図４のＪの時期に相
当する。この状態では磁極Ａ₁ 及び磁極Ｂ₁ がＮ極に、
磁極Ａ₂ 及び磁極Ｂ₂ がＳ極となるように励磁され、回
転子８はＳ極が磁極Ａ₁ 及び磁極Ｂ₁ の中間に、Ｎ極が
磁極Ａ₂ 及び磁極Ｂ₂ の中間に位置する状態で安定とな
る。この状態からトランジスタＱ₂ がオン、トランジス
タＱ₁ がオフに切替えられると、磁極Ａ₁ がＳ極に、磁
極Ａ₂ がＮ極となる。そして、回転子８は磁極Ａ₁,Ａ₂
からの反発力と、磁極Ｂ₁,Ｂ₂ からの吸引力と、渦巻き
ばね５によるトルクとにより、図６（ａ）の時計方向に
回転される。そして、４５°回転した後は回転子８のＮ
極に対する磁極Ａ₁,Ｂ₂ の吸引力及びＳ極に対する磁極
Ｂ₁,Ａ₂ の吸引力により図７（ａ）の状態で安定する
（図４のＫの時期）。

【００３４】図７（ａ）の状態からトランジスタＱ₄ が
オン、トランジスタＱ₃ がオフに切替えられると、磁極
Ｂ₁ がＳ極に、磁極Ｂ₂ がＮ極となる。そして、回転子
８は磁極Ｂ₁,Ｂ₂ からの反発力と、磁極Ａ₁,Ａ₂ からの
吸引力と、渦巻きばね５によるトルクとにより、図７
（ａ）の時計方向に回転されて図８（ａ）の状態で安定
する（図４のＬの時期）。図８（ａ）の状態からトラン
ジスタＱ₁ がオン、トランジスタＱ₂ がオフに切替えら
れると、磁極Ａ₁ がＮ極に、磁極Ａ₂ がＳ極となる。そ
して、回転子８は磁極Ａ₁,Ａ₂ からの反発力と、磁極Ｂ
₁,Ｂ₂ からの吸引力と、渦巻きばね５によるトルクとに
より、図８（ａ）の時計方向に回転されて図９（ａ）の
状態で安定する（図４のＭの時期）。図９（ａ）の状態
からトランジスタＱ₃ がオン、トランジスタＱ₄ がオフ
に切替えられると、磁極Ｂ₁ がＮ極に、磁極Ｂ₂ がＳ極
となる。そして、回転子８は磁極Ｂ₁,Ｂ₂ からの反発力
と、磁極Ａ₁,Ａ₂ からの吸引力と、渦巻きばね５による
トルクとにより、図９（ａ）の時計方向に回転されて図
６（ａ）の状態で安定する。

【００３５】従って、図４に示すタイムチャートに従っ
てトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ がオン・オフ制御されると、
軸６ａは弁板３ａを閉じる方向に回転される。なお、弁
板３ａを開く方向すなわち図６（ａ）〜図９（ａ）の反
時計方向に軸６ａを回転させる場合は、図１０に示すよ
うにトランジスタがＱ₁ →Ｑ₄ →Ｑ₂→Ｑ₃ →Ｑ₁ の順
にオンとなるように制御される。

【００３６】次に巻線の異常時、例えば逆Ｂ相用の巻線
１１ｂが断線した場合について、図６（ｂ）の状態から
弁板２ａを閉じる方向にステップモータ６を駆動する場
合を例に説明する。図５のＴ時点より若干前に断線した
と仮定する。

【００３７】Ｔ時点より後では巻線１１ｂが断線してい
るため、駆動回路１８からトランジスタＱ₄ のベースに
駆動信号が出力されても、巻線１１ｂに電流が流れず、
トランジスタＱ₄ はオンとならない。電圧検出回路１２
は常に抵抗Ｒs1，Ｒs2に流れる電流に対応する電圧が正
常時の範囲内に有るか否かを検出して、正常あるいは異
常に対応する信号を抵抗Ｒs1，Ｒs2毎にＣＰＵ１４に出
力する。トランジスタＱ₄ がオンとなるべき時にトラン
ジスタＱ₄ がオンとならないため、抵抗Ｒs2を流れる電
流が異常（この場合は０）となり、電圧検出回路１２は
抵抗Ｒs2を流れる電流が異常であることを示す信号をＣ
ＰＵ１４に出力する。ＣＰＵ１４はその信号と、その時
におけるオンとなるべきトランジスタＱ₄ を確認し、巻
線１１ｂに対応する逆Ｂ相が異常であると判断する。

【００３８】巻線１１ｂが断線していても、正常時と同
様にトランジスタＱ₁ ，Ｑ₃ がオンでトランジスタ
Ｑ₂ ，Ｑ₄ がオフの図６（ｂ）の状態と、トランジスタ
Ｑ₂ ，Ｑ ₃ がオンでトランジスタＱ₁ ，Ｑ₄ がオフの図
７（ｂ）の状態をとることができる。回転子８は前記と
同様にして図６（ｂ）の状態から図７（ｂ）の状態へ回
転される。

【００３９】図７（ｂ）の状態から、図５のＴ時点でト
ランジスタＱ₄ をオン、トランジスタＱ₃ をオフにする
ように駆動回路１８から駆動信号が出力されると、トラ
ンジスタＱ₃ はオフになる。しかし、巻線１１ｂが断線
しているためトランジスタＱ ₄ はオンにならない。従っ
て、磁極Ｂ₁ 及び磁極Ｂ₂ は極性を持たない状態（図８
（ｂ），図９（ｂ）ではＸとして表示）となる。そし
て、回転子８は磁極Ａ₁,Ａ₂ からの吸引力と、渦巻きば
ね５によるトルクとにより、図７（ｂ）の時計方向に回
転される。そして、回転子８のＮ極がＳ極状態の磁極Ａ
₁ に吸引され、Ｓ極がＮ極状態の磁極Ａ₂ に吸引された
図８（ｂ）の状態となる。この状態は回転子８の死点と
なる。

【００４０】図８（ｂ）の状態からトランジスタＱ₁ が
オン、トランジスタＱ₂ がオフに切替えられると、磁極
Ａ₁ がＮ極に、磁極Ａ₂ がＳ極となる。回転子８の極が
磁極Ａ₁,Ａ₂ と同一直線上にある状態では、磁極Ａ₁,Ａ
₂ から回転子８に作用する反発力はトルクとして作用し
ない。しかし、渦巻きばね５のトルクが回転子８に作用
するので、回転子８は死点の位置から時計方向へと回転
される。回転子８の極が磁極Ｂ₁,Ｂ₂ と同一直線上とな
る位置までは、磁極Ａ₁,Ａ₂ からの反発力と、渦巻きば
ね５によるトルクとにより回転される。回転子８の極が
磁極Ｂ₁,Ｂ₂ と同一直線上となる位置を過ぎた後は、磁
極Ａ₁,Ａ₂ からの吸引力と、渦巻きばね５によるトルク
とにより回転されて図９（ｂ）の状態となる。

【００４１】図９（ｂ）の状態からトランジスタＱ₃ が
オン、トランジスタＱ₄ がオフに切替えられると、磁極
Ｂ₁ がＮ極に、磁極Ｂ₂ がＳ極となる。そして、回転子
８は磁極Ｂ₁,Ｂ₂ からの吸引力と、渦巻きばね５による
トルクとにより、図９（ｂ）の時計方向に回転されて図
６（ｂ）の状態となる。

【００４２】従って、図５に示すタイムチャートに従っ
てトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ がオン・オフ制御されると、
軸６ａは弁板３ａを閉じる方向に回転される。すなわ
ち、トランジスタＱ₄ の異常が検出された後は、トラン
ジスタＱ₄ の正常時の励磁時期と対応するトランジスタ
Ｑ₁ の励磁期間が長くなるとともに、それに対応してト
ランジスタＱ₂ ，Ｑ₃ の消磁期間も長くなる。

【００４３】正常時と異なり、図７（ｂ）の状態から図
８（ｂ）の状態、図８（ｂ）の状態から図９（ｂ）の状
態へ回転子８が回転するときには一方の組の磁極Ｂ₁,Ｂ
₂ からは回転子８を駆動するトルクが作用しない。従っ
て、回転子８は正常時に比較して遅く回転するが、渦巻
きばね５のトルクの作用のみによって基準位置まで回動
させる従来の場合に比較して、弁板３ａは短時間で基準
位置に配置される。

【００４４】図７（ｂ）の状態から図８（ｂ）の状態へ
の回転時には、回転子８の回転角度は４５°と小さく、
両磁極Ａ₁,Ａ₂ と該磁極Ａ₁,Ａ₂ から吸引作用を受ける
回転子８の磁極との距離が近いため、回転子８は正常時
よりは遅いが、比較的速く回転する。一方、図８（ｂ）
の状態から図９（ｂ）の状態への回転時には、回転子８
は１８０°回転される。磁極Ａ₁,Ａ₂ から回転子８に作
用する反発力及び吸引力は回転子８の磁極が磁極Ａ₁,Ａ
₂ に近いときにしか効果的に作用しないため、回転子８
の磁極が磁極Ｂ₁,Ｂ₂ の近傍を通過するときは、回転子
８は主に渦巻きばね５のトルクにより回転されて回転速
度が遅くなる。しかし、図９（ｂ）の状態の励磁時間が
長く設定されているため、回転子８が確実に図９（ｂ）
のように磁極Ａ₁,Ａ₂ と対向する位置まで回転される。

【００４５】渦巻きばね５が回転子８に付与するトルク
が小さくても、異常時に弁板３ａは短時間で基準位置に
配置される。従って、渦巻きばね５のトルクを小さくす
ることが可能となる。渦巻きばね５のトルクを小さくす
ると、ステップモータ６に作用する負荷が小さくなり、
ステップモータ６の小型化が可能になるとともに、ステ
ップモータ６の損失及び発熱が抑えられ、ステップモー
タ６の高効率化と低コスト化が可能となる。又、発熱が
抑えられるため、放熱手段を必要とする場合でも、放熱
手段が小型化されてコストが低くなる。

【００４６】巻線１１ｂが断線した場合を例にして説明
したが、巻線１１ｂが短絡した場合あるいはトランジス
タＱ₄ が故障の場合の異常時においても、逆Ｂ相が異常
と判断されて前記と同様に制御される。すなわち、巻線
１１ｂが短絡した場合はトランジスタＱ₄ がオンのとき
に抵抗Ｒs2を流れる電流が正常時より大きくなり、電圧
検出回路１２から異常信号が出力される。又、トランジ
スタＱ₄ が故障の場合も抵抗Ｒs2を流れる電流が正常時
と異なるため電圧検出回路１２から異常信号が出力され
る。そして、その後は異常時用制御プログラムに従って
トランジスタＱ ₁ 〜Ｑ₄ がオン・オフ制御される。

【００４７】逆Ｂ相ではなく、Ｂ相、Ａ相あるいは逆Ａ
相が１相だけ異常となった場合も、前記と同様に異常が
検出された後は、異常時用制御プログラムに従ってトラ
ンジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ がオン・オフ制御される。図１１に
Ｂ相が異常となった場合、図１２にＡ相が異常となった
場合、図１３に逆Ａ相が異常となった場合のタイムチャ
ートを示す。

【００４８】この実施例のようなスロットルバルブ２の
使用例としては、例えばエンジンのＥＧＲバルブ（排ガ
ス再循環装置用のバルブ）がある。なお、本発明は前記
実施例に限定されるものではなく、例えば、次のように
具体化してもよい。

【００４９】（１）固定子９の磁極の数は２対に限ら
ず、図１４に示すように、隣接する磁極Ａ₁,Ａ₂,Ｂ₁,Ｂ
₂ が互いに４５°の角度を成す状態で４対設けてもよ
い。この構成では、ステップモータ６を２相励磁方式で
駆動制御すると、１ステップで回転子８が回転する角度
が４５°となり、制御対象物の位置制御をより正確に行
うことができる。

【００５０】（２）ステップモータをＡ相、逆Ａ相、Ｂ
相、逆Ｂ相、Ｃ相、逆Ｃ相、Ｄ相、逆Ｄ相を有する４相
モータとしたり、２相モータ及び４相モータ以外の多相
モータとしてもよい。

【００５１】（３）スイッチング素子としてはＮＰＮ型
やＰＮＰ型のバイポーラトランジスタに限らず、静電誘
導トランジスタ（ＳＩＴ）や電界効果トランジスタ（Ｆ
ＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ）等の他のトランジスタを使用して
もよい。又、トランジスタに限らずサイリスタを使用し
てもよい。

【００５２】（４）異常検出手段を構成する抵抗をＡ相
と逆Ａ相及びＢ相と逆Ｂ相にそれぞれ共通に設ける代わ
りに、各相毎に設けてもよい。又、スイッチング素子と
して電流検出機能付のトランジスタを使用し、電圧検出
回路１３で各トランジスタを流れる電流を間接的に検知
して、各相の励磁異常を検出する構成としてもよい。各
相毎に励磁異常を検出する構成の場合は、異常となった
相をより確実に検出できる。

【００５３】（５）異常検出後に、正常な相の巻線の励
消磁期間を正常時より長くする場合、その長さを正常時
の１．５倍より短くしたり、１．５倍より長く、例えば
２倍程度にしてもよい。

【００５４】（６）正常時、異常時とも２相励磁制御を
行う代わりに、異常時のみ２相励磁制御を行い、正常時
には例えば１−２相励磁方式等の他の励磁方式を採用し
てもよい。

【００５５】（７）異常時に１相励磁制御を行ってもよ
い。この場合、異常の発生した相の励磁ステップでは当
該相が励磁されず渦巻きばね５などのトルク付与手段の
作用によってステップモータの軸が回転される。従っ
て、当該相の励磁時間を正常時より長くする。実際には
次の相の励磁開始時期を遅らせる。この場合でも全体的
に見れば、渦巻きばね５のトルクのみで弁板３ａを回転
させる場合より、短時間で弁板３ａを基準位置に戻すこ
とができる。この場合は異常となった相の次の相の励磁
開始時期を遅らせるだけで、励磁時間の変更は不要とな
り、制御が容易となる。

【００５６】（８）制御装置１３としてＣＰＵ１４を備
えたものに代えて、フリップフロップ等を使用して所定
のタイミングでトランジスタＱ₁ 〜Ｑ₄ をオン・オフ制
御する構成としてもよい。

【００５７】（９）制御対象物はスロットルバルブ２の
弁板３ａのように基準位置から回転により変位する構成
のものに限らず、基準位置から直線移動により変位する
構成のものであってもよい。又、スロットルバルブ２の
弁板３ａの基準位置はその使用目的により、全閉位置と
は限らず全開位置や所定の中間位置が基準位置となる。
すなわち、制御対象物の正常制御が不能となった場合に
制御対象物が長時間存在しても支障のない位置を基準位
置に設定し、異常時に制御対象物を基準位置に復帰させ
る構成の装置（フェイルセーフ）に適用できる。

【００５８】基準位置から直線移動により変位する構成
のものとしては、例えば制御対象物がステップモータ６
により駆動される歯車と噛合するラックと一体的に移動
する直線移動型のスプールがある。又、制御対象物が一
体回転可能に取付けられた回転軸に固着された被動歯車
と、モータの軸に固着された駆動歯車との間に中間歯車
を介在させたり、回転軸とモータの軸との間に巻掛け伝
動機構を設けてもよい。

【００５９】（１０）トルク付与手段は前記実施例にお
ける回転軸３のように制御対象物が固定された軸を直接
回転させる構成に限らず、ステップモータの軸あるいは
中間軸に渦巻きばねを取付けてもよい。又、トルク付与
手段が直接作用する回転体の回転量が１８０°より小さ
い場合は、トルク付与手段として引っ張りコイルばね及
び圧縮コイルバネやゴム等のように直線状に変形する弾
性体を使用したり、ねじりコイルばねあるいは板ばねを
設けてもよい。この場合、制御対象物の基準位置からの
変位に対応して前記回転体が回転すると、弾性体やねじ
りコイルばねあるいは板ばねは回転体をもとの位置に復
帰させる方向へ回動付勢する。又、制御対象物が基準位
置から直線移動により変位する構成のものにおいては、
直線移動する物体をコイルばね、ゴム、板ばね等の弾性
体で基準位置側へ向かって付勢する構成としてもよい。

【００６０】前記実施例及び上記の変更例から把握でき
る請求項以外の技術思想について以下にその効果ととも
に記載する。 （１）請求項１〜請求項４においてステップモータを固
定子の磁極数が８個のモータとする。この場合、構造が
比較的簡単で制御対象物の位置制御が正確となる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び請求項
２に記載の発明によれば、ステップモータを大型化する
ことなく、ステップモータの固定子巻線の励消磁に異常
が発生した場合、制御対象物を短時間で基準位置まで移
動させることができる。又、トルク付与手段による付与
トルクが小さくてよいため、モータの小型化以外に、モ
ータの損失及び発熱が抑えられることによるモータの高
効率化と低コスト化が可能となる。

【００６２】又、請求項３及び請求項４に記載の発明に
おいても、ステップモータを大型化することなく、ステ
ップモータの固定子の巻線の励消磁に異常が発生した場
合、制御対象物を短時間で基準位置まで移動させること
ができる。又、トルク付与手段による付与トルクが小さ
くてよいため、モータの小型化以外に、モータの損失及
び発熱が抑えられることによるモータの高効率化と低コ
スト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の駆動回路を示す
回路図である。

【図２】（ａ）はスロットルバルブの概略断面図であ
り、（ｂ）はスロットルバルブとステップモータを示す
略平面図である。

【図３】固定子への巻線の巻付け状態を示す模式図であ
る。

【図４】正常時の各トランジスタのオン、オフタイミン
グを示すタイムチャートである。

【図５】逆Ｂ相の異常時における各トランジスタのオ
ン、オフタイミングを示すタイムチャートである。

【図６】（ａ）は正常時の作用を示す模式図であり、
（ｂ）は異常時の作用を示す模式図である。

【図７】（ａ）は正常時の作用を示す模式図であり、
（ｂ）は異常時の作用を示す模式図である。

【図８】（ａ）は正常時の作用を示す模式図であり、
（ｂ）は異常時の作用を示す模式図である。

【図９】（ａ）は正常時の作用を示す模式図であり、
（ｂ）は異常時の作用を示す模式図である。

【図１０】正常時において弁板を開放側へ回転させる場
合の各トランジスタのオン、オフタイミングを示すタイ
ムチャートである。

【図１１】Ｂ相の異常時における各トランジスタのオ
ン、オフタイミングを示すタイムチャートである。

【図１２】Ａ相の異常時における各トランジスタのオ
ン、オフタイミングを示すタイムチャートである。

【図１３】逆Ａ相の異常時における各トランジスタのオ
ン、オフタイミングを示すタイムチャートである。

【図１４】変更例の固定子を示す模式図である。

【符号の説明】

３ａ…制御対象物としての弁板、５…トルク付与手段と
しての渦巻きばね、６…ステップモータ、６ａ…軸、８
…回転子、９…固定子、１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１
ｂ…巻線、Ｑ₁ 〜Ｑ₄ …スイッチング素子としてのトラ
ンジスタ、１２…異常検出手段を構成する電圧検出回
路、１３…制御装置、１４…判断手段及び制御手段とし
てのＣＰＵ、１５…記憶手段としてのプログラムメモ
リ、Ａ₁,Ａ₂,Ｂ₁,Ｂ₂ …磁極、Ｒs1，Ｒs2…異常検出手
段を構成する抵抗。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステップモータによって制御対象物の位
   置制御を行うとともに、制御対象物が基準位置から変位
   した場合、ステップモータの軸に対して制御対象物を基
   準位置側へ移動させる方向へのトルクを作用させるトル
   ク付与手段を備えた装置において、 ステップモータの固定子の巻線の励消磁に異常が発生し
   た場合、各巻線の励消磁を正常時と同様に行えるステッ
   プでは前記軸を正常時と同様な速度で回転させ、巻線の
   励消磁を正常時と同様に行えないステップでは主に前記
   トルク付与手段の作用により軸を正常時より遅い速度で
   回転させて、制御対象物を前記基準位置側へ移動させる
   方向へステップモータの軸を回転させるステップモータ
   の制御方法。
2. 【請求項２】 永久磁石形でかつ固定子の各同一磁極に
   巻き方向を逆にした二つの巻線を有するステップモータ
   によって制御対象物の位置制御を行うとともに、制御対
   象物が基準位置から変位した場合、ステップモータの軸
   に対して制御対象物を基準位置側へ移動させる方向への
   トルクを作用させるトルク付与手段を備えた装置におい
   て、 ステップモータの固定子の巻線の励消磁に異常が発生し
   た場合、制御対象物を前記基準位置側へ移動させる方向
   へステップモータの軸を回転させるようにステップモー
   タを２相励磁方式で駆動制御し、異常の発生した相の巻
   線と対を成す巻線の消磁期間を正常時より長くするとと
   もにそれに対応して他の一対の相の巻線の励磁及び消磁
   期間を長くし、異常の発生した相の巻線と対を成す巻線
   の励磁期間及びそれに対応する他の相の巻線の励磁及び
   消磁期間を正常時と同じ長さとなるように制御するステ
   ップモータの制御方法。
3. 【請求項３】 永久磁石形でかつ固定子の各同一磁極に
   巻き方向を逆にした二つの巻線を有するステップモータ
   によって制御対象物の位置制御を行うとともに、制御対
   象物が基準位置から変位した場合、ステップモータの軸
   に対して制御対象物を基準位置側へ移動させる方向への
   トルクを作用させるトルク付与手段を備えた装置におい
   て、 前記各巻線への電流の供給を制御するスイッチング素子
   と、 前記各巻線への電流供給の異常を検出する異常検出手段
   と、 前記異常検出手段の検出信号に基づいて各巻線への電流
   供給の異常の有無を判断する判断手段と、 正常時用制御プログラムと、ステップモータを２相励磁
   方式で駆動制御するとともに、異常の発生した相の巻線
   と対を成す巻線の消磁期間を正常時より長くするととも
   にそれに対応して他の一対の相の巻線の励磁及び消磁期
   間を長くし、異常の発生した相の巻線と対を成す巻線の
   励磁期間及びそれに対応する他の相の巻線の励磁及び消
   磁期間を正常時と同じ長さとなるように制御する異常時
   用制御プログラムとを記憶した記憶手段と、 前記判断手段の判断に基づいて異常時には前記異常時用
   制御プログラムに従って前記スイッチング素子をオン・
   オフ制御する制御手段とを備えたステップモータの制御
   装置。
4. 【請求項４】 前記ステップモータはユニポーラ駆動方
   式の２相モータである請求項３に記載のステップモータ
   の制御装置。