JPH0898597A - ステップモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被駆動体に引っ掛かりが生じてステップモー
タが脱調したような場合、これを直ちに検知して警告を
発することができる。 【構成】 ステップモータの励磁コイルに発生する逆起
電力を検出する手段（ＣＰＵ２５）と、前記検出される
逆起電力の中で、励磁されているコイルの一つ前の駆動
信号によって励磁されていたコイルに発生する逆起電力
が所定値以下のときにステップモータが脱調したと判定
して警告信号５４を発する手段（ＣＰＵ２５）と、を具
備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ステップモータ制御
装置に係り、特にエンジンの排気ガスの一部を吸入空気
に再還流するステップモータ駆動式排気ガス還流弁等の
制御に好適なステップモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のステップモータ制御装置として
は、例えば、図１１に示すようなステップモータ駆動式
排気ガス還流弁の制御装置が知られている。図におい
て、ＣＰＵ１は、外部から入力されるエンジン回転数及
び吸入空気量に基づいて、排気ガス還流弁の指令開度を
決定する。次に、決定された指令開度となるように、ス
テップモータの各相の励磁コイル２，３，４，５に対応
させて、図中右側半分の波形図に示される如き駆動パル
ス６，７，８，９が、ＣＰＵ１から順番に出力されるこ
ととなる。ＣＰＵ１からのパルスによって各相の励磁コ
イル２，３，４，５に接続されるパワー素子１０，１
１，１２，１３が駆動されると、励磁コイル２，３，
４，５のそれぞれに電流が流れ、ステップモータ（図示
せず）が１ステップづつ駆動される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ステップモータ駆動式排気ガス還流弁にあっては、しば
しば、ポペット弁に働く負荷がカーボンなどの付着物に
よりステップモータの駆動力よりも大きくなってしま
い、モータが脱調してＣＰＵ１からの指令パルス数通り
に動かなくなることがある。同様にして、排気熱やステ
ップモータのコイル発熱によってコイル抵抗が大きくな
ってコイル電流が小さくなったり、ステップモータを構
成する永久磁石が減磁してステップモータの駆動トルク
が小さくなった場合にも、モータが脱調してＣＰＵ１か
らの指令パルス数通りに動かなくなることがある。

【０００４】そこで、排気ガス還流弁がＣＰＵ１からの
指令通りに作動しなかった場合、これを検知して排気ガ
ス還流弁が正常に作動していないことを警告しなければ
ならないが、従来のステップモータ駆動式排気ガス還流
弁の制御装置ではこれを検知することができない。

【０００５】また、従来、この種のステップモータ駆動
式排気ガス還流弁の制御装置としては、例えば、特開昭
６２−２３０３９７号公報に記載されたものが知られて
いる。すなわち、図１２に示されるように、ステップモ
ータとその回転により移送される被駆動体の移送を規制
するストッパ構造からなるステップモータ駆動式排気ガ
ス還流弁において、被駆動体がストッパに当接し、その
後それ以上移送できずに逆転してしまう際に発生する逆
起電力１４を検出することによって、所定位置到達を検
知して排気ガス還流弁の初期開度のイニシャライズを行
うものである。

【０００６】しかしながら、このような従来のステップ
モータ駆動式排気ガス還流弁の制御装置にあっては、検
知される位置がストッパ当接位置より数ステップ分逆転
した位置なので、この検知位置を所望の原点としたい場
合には、逆に、ストッパの取り付け位置を逆転するステ
ップ分離れた位置に設定しなければならなかった。ま
た、ストッパ当接位置を所望の原点としたい場合には、
検知位置からさらに逆転したステップ分だけ駆動しなけ
ればならず、その分時間が掛かっていた。

【０００７】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたものであり、その目的は、上述の排気ガ
ス還流弁を制御する場合にように、被駆動体に引っ掛か
りが生じてステップモータが脱調したような場合、これ
を直ちに検知して警告を発することができるようにした
ステップモータ制御装置を提供することにある。

【０００８】さらに、この発明の別の目的は、上述の排
気ガス還流弁をイニシャライズする場合などにおいて、
被駆動体が所定のストッパ位置に達したことを直ちに検
知し、最短時間でストッパ当接位置を所望の原点とする
ことができるようにしたステップモータ制御装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この出願の請求項１の発明は、ステップモータの
励磁コイルに発生する逆起電力を検出する手段と、前記
検出される逆起電力の中で、励磁されているコイルの一
つ前の駆動信号によって励磁されていたコイルに発生す
る逆起電力が所定値以下のときにステップモータが脱調
したと判定して警告信号を発する手段と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００１０】この出願の請求項２の発明は、励磁コイル
の駆動電圧信号を少なくとも一相について検出する手段
と、該検出された駆動電圧信号に含まれる周波数成分の
中で駆動周波数の数次高調波成分を抽出する手段と、該
抽出された数次高調波成分が所定値と異なっていたとき
にステップモータが脱調したと判定して警告信号を発す
る手段と、を具備することを特徴とする。

【００１１】この出願の請求項３の発明は、ステップモ
ータの励磁回路に発生する逆起電力を検出する手段と、
該逆起電力を検出する手段の出力から被駆動体が所定の
ストッパに当接してステップモータがミスステップして
いることを判別する手段とを有し、イニシャライズ時に
は被駆動体を前記ストッパに向う方向へ駆動し、上記の
ミスステップ判別手段により被駆動体がストッパに当接
したことを検知したとき、該ストッパに向う方向の駆動
を終了することを特徴とする。

【００１２】この出願の請求項４の発明は、前記請求項
１〜請求項３のいずれかにおいて、前記ステップモータ
の駆動対象は、該ステップモータの回転を直線運動に変
換する運動方向変換手段と、該運動方向変換手段により
得られる直線運動により駆動されるポペット弁とを有す
る排気ガス還流弁であることを特徴とする。

【００１３】

【作用】この出願の請求項１の発明によれば、検出され
る逆起電力の中で、励磁されているコイルの一つ前の駆
動信号によって励磁されていたコイルに発生する逆起電
力が所定値以下のときにステップモータが脱調したと判
定して警告信号が発せられる。

【００１４】この出願の請求項２の発明によれば、励磁
コイルの駆動電圧信号の少なくとも一相から検出された
駆動電圧信号に含まれる周波数成分の中で駆動周波数の
数次高調波成分が抽出され、該抽出された数次高調波成
分が所定値と異なっていたときにステップモータが脱調
したと判定して警告信号が発せられる。

【００１５】この出願の請求項３の発明によれば、ステ
ップモータの励磁回路に発生する逆起電力を検出する手
段の出力から被駆動体が所定のストッパに当接してステ
ップモータがミスステップしていることを判別し、イニ
シャライズ時には被駆動体を前記ストッパに向う方向へ
駆動し、上記のミスステップ判別手段により被駆動体が
ストッパに当接したことを検知したとき、該ストッパに
向う方向の駆動を終了する。

【００１６】この出願の請求項４の発明によれば、前記
請求項１〜３のいずれかの発明において、排気ガス還流
弁の動作異常、或いはポペット弁の閉弁初期位置状態が
正確に検知される。

【００１７】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、この発明の第１の実施例を示す図であ
る。図１において、１５はステップモータ、１６はステ
ップモータの回転子、１７はステップモータの回転を直
線運動に変換する滑りねじ、１８は弁シャフト、１９は
滑りねじ１７と弁シャフト１８とを連結するばねカップ
リング、２０はポペット、２１は弁着座シート、２２は
排気ガスの高温がステップモータ１５に伝達しないよう
に遮断するため、駆動部とバルブ部との間に設けられた
水冷却装置で、エンジンの冷却水が弁シャフト１８の周
囲を還流するようになっている。２３は排気ガスを排気
ガス還流弁に導入する入口、２４はポペット２０と弁着
座シート２３との隙間によって流量調整された排気ガス
をエンジン吸気側へ出力するための出口で、排気ガスは
入口２３から導入され出口２４から排出される。

【００１８】上記排気ガス還流弁の駆動回路を図２に示
す。ＣＰＵ２５は、入力されたエンジン回転数、吸入空
気量に基づいて排気ガス還流弁に対する要求開度を決定
し、その要求開度になるようステップモータのＡ，Ｂ，
反転Ａ，反転Ｂの各相の励磁コイルに順番に駆動パルス
を出力する。２６，２７，２８，２９はそれぞれステッ
プモータの励磁コイル、３０，３１，３２，３３はパワ
ー素子で、ＣＰＵ２５からの駆動パルスに応じてオン
し、ステップモータの励磁コイル２６，２７，２８，２
９に電流を流す。３４，３５，３６，３７はそれぞれ比
較器で、励磁されていない励磁コイルに発生する逆起電
力が所定値になるかどうかを判別する。ＡＮＤ３８，３
９，４０，４１はそれぞれ弁が閉方向すなわちステップ
モータが逆転方向に駆動されているときにＣＰＵ２５が
発生する信号と、逆起電力を検出している相に対して、
次に励磁する相の駆動パルスとを入力とし、モータが逆
転方向に駆動されているとき、次相の駆動パルスを出力
する。ＡＮＤ４２，４３，４４，４６は、弁が開方向す
なわちステップモータが正転方向に駆動されているとき
にＣＰＵ２５が発生する信号と、逆起電力を検出してい
る相に対して、次に励磁する相の駆動パルスとを入力と
し、モータが正転方向に駆動されているとき、次の相の
駆動パルスを出力する。ＡＮＤ４６，４７，４８，４９
はＡＮＤ３８〜４１とＡＮＤ４２〜４５の出力、並びに
比較器３４〜３７の出力を入力とし、ステップモータが
脱調し、弁が正常に作動しなかったときにパルス信号を
ＣＰＵ２５へと送出する。

【００１９】次に、作用を説明する。

【００２０】図３は本実施例の制御装置の動作を説明す
るタイムチャートである。図中（ａ），（ｂ）はステッ
プモータＡ相コイルの両端に発生する電圧、すなわち逆
起電力を示しており、（ａ）は正常時、（ｂ）は脱調し
て正常に作動していない状態を表している。

【００２１】今、時刻ｔ０〜ｔ１及び時刻ｔ６〜ｔ７は
Ａ相が励磁されている期間で、逆起電力は発生していな
い。時刻ｔ１〜ｔ４がＡ相の次の相が励磁されている期
間である。（ａ）、（ｂ）に示されるｒｅｆは図２の比
較器３４〜３７の基準電圧である。（ａ）に示される正
常時には、時刻ｔ１〜ｔ４期間で基準値ｒｅｆ以下にな
ることはないが、（ｂ）に示される脱調時には、時刻ｔ
２〜ｔ３期間において基準値ｒｅｆ以下になり、（ｃ）
に示すように比較器１４の出力は反転する。（ｄ）はＡ
相の次の相を示すＣＰＵ２５からの駆動パルスで、ステ
ップモータの回転方向信号５１と隣接する前後の相の駆
動パルス５２，５３とのＡＮＤにより素子３８〜４１と
４２〜４５とのいずれかから出力される。従って、Ａ相
の次の相が励磁されている時刻ｔ１〜ｔ４期間において
（ｄ）が“Ｈ”になる。（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）とのＡ
ＮＤとなる素子４６〜４９の出力で、時刻ｔ２〜ｔ３期
間“Ｈ”になるパルスが発生する。すなわち、これが、
１パルス脱調したことを表しており、正常時には発生し
ない。さらに、各相から発生する脱調信号のＯＲとなる
素子５０の出力をＣＰＵ２５に入力し、ＣＰＵ２５は脱
調の回数をカウントすると共に、弁が正常に作動しなか
ったと判断して警告信号５４を発生する。

【００２２】このように、この実施例によれば、励磁さ
れているコイル以外のコイルに発生する逆起電力を検出
し、その値が所定値以下になったときに、ＣＰＵ２５か
らの駆動信号に応じてステップモータが作動しなかった
と判断し、警告信号５４を発生するものである。

【００２３】図４，図５に本発明の第２の実施例を示
す。図４において、５５，５６，５７，５８は励磁コイ
ルの端子電圧の数次高調波成分だけを抽出する帯域フィ
ルタであり、モータが脱調するとその出力電圧が変動す
る。５９，６０，６１，６２は帯域フィルタ５５，５
６，５７，５８の出力と基準電圧とを比較する比較器で
あり、帯域フィルタ５５，５６，５７，５８の出力変動
が所定値以上となった場合に、モータが脱調していると
判断し、“Ｈ”を出力する。ＯＲ６３は少なくとも一つ
の比較器５９〜６２の出力が“Ｈ”のとき“Ｈ”をＣＰ
Ｕ２５に送出する。

【００２４】次に、作用を説明する。

【００２５】図５は本実施例の動作を説明するタイムチ
ャートである。図において、（ａ）はミスステップなく
正常に動作しているときのコイル端子電圧、（ｄ）は脱
調しているときのコイル端子電圧の波形である。ステッ
プモータが脱調すると逆起電力の変動差により、コイル
端子電圧の高調波成分が変動する。（ｂ）と（ｅ）はそ
れぞれの第３調波成分であり、図４に示した帯域フィル
タ５５〜５８の出力である。（ｂ）ではモータは正常に
動作しており、比較器５９〜６２のｒｅｆ電圧以上にな
ることはない。（ｅ）はモータが脱調しており、ｒｅｆ
電圧より大きくなる期間が生じる。この時、比較器５９
〜６２は（ｆ）に示すように“Ｈ”を出力し、モータが
脱調したと判断し、ＣＰＵ２５に警告を出す。

【００２６】図６〜図１０に本発明の第３の実施例を示
す。先ず、ストッパ当接位置の検出回路を図６に基づき
説明する。６４は車載コントローラのＣＰＵで、エンジ
ン回転数、吸入空気量などを入力して弁の開度を決定
し、要求開度になるようステップモータの各相の励磁コ
イルに順番に駆動パルスを出力する。６５〜６８はステ
ップモータの励磁コイル、６９〜７１はパワー素子で、
ＣＰＵ６４からの駆動パルスに応じてオンし、ステップ
モータの励磁コイルに電流を流す。７３〜７６、７７は
パワー素子破壊防止と、ダンピングのためのサプレッシ
ョンダイオード、７８は比較器で、ダイオード間に発生
する電圧とＣＰＵからの基準電圧とを比較する。７９は
比較出力の立ち下がりでトリガのかかるモノマルチバイ
ブレータ、（ワンショット回路）８０は比較器出力の立
上がりでトリガのかかるモノマルチバイブレータ（ワン
ショット回路）、ＮＯＲ８１はステップモータがロック
（駆動指令を与えているにも拘らず、モータは全く回転
しない状態を以下“ロック”と称する）したとき“Ｈ”
を出力する。

【００２７】ここで、比較基準電圧Ｖｒｅｆと基準時間
パルスＴｗの設定方法を説明する。図７に示されるよう
に、比較基準電圧Ｖｒｅｆは、正常のときの電圧との差
Ｖ１とロックのときの電圧との差Ｖ２との和が最大とな
るように設定し、基準時間パルスＴｗは、端子電圧の立
上がりを基準としてＶ１とＶ２が等しくなるような時間
幅に調整される。尚、比較基準電圧Ｖｒｅｆは、車載バ
ッテリ電圧を抵抗分圧で得るようにしている。

【００２８】次に作用を説明する。

【００２９】先ず初めに図８を基に弁の着座近傍におけ
るステップモータの作動について説明する。（Ａ）はＰ
Ｍ型ステップモータの展開図であり、巻線φ１とφ３が
巻かれたステータ、巻線φ２とφ４が巻かれたステー
タ、及び、永久磁石ロータで構成されている。今仮に、
弁着座位置をステップ０、開弁方向１ステップごとにス
テップ１，２，３…とする。本実施例の排気ガス還流弁
の構造においては、弁が着座した後それ以上ステップモ
ータは閉弁方向に回転できないので、弁着座位置＝スト
ッパ当接位置となる。ここで、（Ｂ）で巻線φ１，φ２
が励磁されると、各ステータの磁極歯に現れる極性によ
りロータはステップ３に安定する。次に、（Ｃ）は巻線
φ２，φ３、（Ｄ）はφ３，φ４と励磁し、１ステップ
づつ閉弁方向に作動しているところを示している。さら
に、励磁を進めると、（Ｅ）でストッパに当接（弁が弁
シートに着座）し、これ以上は閉弁方向に動くことはで
きなくなる。ここで、さらに、１ステップ閉弁駆動する
と、ロータは閉弁方向に力を受けるものの回転すること
はできないので、（Ｆ）のようにストッパに圧接（着座
で圧接）した状態でステップ０に停止したままとなる。
（Ｇ）はさらに１ステップ閉弁駆動しているが、このと
きは、２ステップ開弁方向に存在する安定点の方に向け
て逆転する。この後も閉弁駆動を続ければ（Ｄ），
（Ｇ）の繰り返しとなる。本発明は、弁が弁シートに押
しつけられている状態を原点として得ようとするもので
あり、そのために、図８（Ｆ）に示した弁圧接を検出す
るようにしてある。

【００３０】次に、この弁着座圧接を検出する本実施例
の検出回路とその作用を説明する。図９は、本実施例の
検出回路の各部波形である。（ａ）欄の検出電圧は図６
に示した（ａ）点の波形である。これはパワー素子がタ
ーンオフしたときのサージ電圧であり、ステップモータ
のロータが回転することによって生じる逆起電力分を含
んでいる。しかしながら、図８（Ｆ）に相当するロック
期間の電圧は、ロータが回転しないので逆起電力は生ぜ
ず、回路時定数で減衰する。（ｂ）欄の比較器出力は
（ａ）欄の検出電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、
（ａ）欄の検出電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さいとき
“Ｈ”を出力する。図８（Ｆ）のロック期間は（ａ）欄
の検出電圧の減衰が速いので（ｂ）欄の比較器出力
“Ｈ”の時間が長くなる。（ｃ）欄は（ｂ）欄の比較器
出力のパルス立ち下がりでトリガかかかり、基準時間Ｔ
ｗだけ“Ｌ”を出力するマルチバイブレータ出力であ
る。（ｄ）欄は（ｂ）欄の比較器出力のパルス立上がり
でトリガかかかり、時間Ｔｗより十分短い時間だけ
“Ｌ”を出力するマルチバイブレータ出力である。
（ｅ）欄は（ｃ）欄と（ｄ）欄のＮＯＲ出力であり、ロ
ックした図８（Ｆ）期間において“Ｈ”パルスを出力す
る。ＣＰＵ６４はこのロック検出パルスを受けて即時閉
弁駆動を終了し、この駆動終了位置を原点としてコント
ローラのイニシャライズを行う。以上のイニシャライズ
動作を図１０のフローチャートにまとめて示す。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本出願の請求
項１の発明によれば、検出される逆起電力の中で、励磁
されているコイルの一つ前の駆動信号によって励磁され
ていたコイルに発生する逆起電力が所定値以下のときに
ステップモータが脱調したと判定して警告信号が発せら
れ、これにより排気ガス還流弁に適用すれば、デポジッ
ト等による弁の固着を外部に報知させることができる。

【００３２】また、本出願の請求項２の発明によれば、
励磁コイルの駆動電圧信号の少なくとも一相から検出さ
れた駆動電圧信号に含まれる周波数成分の中で駆動周波
数の数次高調波成分が抽出され、該抽出された数次高調
波成分が所定値と異なっていたときにステップモータが
脱調したと判定して警告信号が発せられ、これにより排
気ガス還流弁に適用すれば、デポジット等による弁の固
着を外部に報知させることができる。

【００３３】また、本出願の請求項３の発明によれば、
ストッパに当接（圧接）した位置を逆起電力が発生しな
いことによって検出できるようにしたので、逆転するこ
となく、最短時間で所望の原点が得られるようになり、
これにより、排気ガス還流弁においては（１）弁が弁シ
ートに圧接した状態となり、流量漏れが極小、（２）弁
及び弁シートの摩耗、デポジットなどの付着により、着
座位置が変わった場合でも正しく弁着座位置を検出でき
る、（３）従来方法ではストッパ当接後の逆転を検出し
ていたので、排気ガス還流弁に適用した場合、イニシャ
ライズ駆動中に数ステップ回転してしまい、本意でない
排気ガス流が発生してしまう可能性があるが、本発明で
は逆転することがなく、そのよう事態を回避し得る、と
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステップモータ駆動式排気ガス還流弁の構造を
示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例のステップモータ駆動式排
気ガス還流弁の駆動回路を示す回路図である。

【図３】図２に示される回路の動作を説明するための波
形図である。

【図４】本発明の第２実施例のステップモータ駆動式排
気ガス還流弁の駆動回路を示す回路図である。

【図５】図４に示される回路の動作を説明するための波
形図である。

【図６】本発明の第３実施例のステップモータ駆動式排
気ガス還流弁の駆動回路を示す回路図である。

【図７】実施例の基準電圧と基準時間を説明する電圧波
形図である。

【図８】実施例を説明するステップモータの模式図であ
る。

【図９】実施例を説明する検出回路の各部の波形図であ
る。

【図１０】実施例のイニシャライズ動作の全体の流れを
示すフロ−チャ−トである。

【図１１】従来技術を説明するための図である。

【図１２】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１５ ステップモ−タ ２０ ポペット ２１ 弁着座シ−ト ２５ ＣＰＵ ２６〜２９ 励磁コイル ３０〜３３ パワ−素子 ５４ 警告信号 ５５ 帯域フィルタ ６４ ＣＰＵ ６５〜６８ 励磁コイル ６９〜７２ パワ−素子 ７９ 立ち下がりワンショット回路 ８０ 立ち上がりワンショット回路 ７８ 比較回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステップモータの励磁コイルに発生する
   逆起電力を検出する手段と、 前記検出される逆起電力の中で、励磁されているコイル
   の一つ前の駆動信号によって励磁されていたコイルに発
   生する逆起電力が所定値以下のときにステップモータが
   脱調したと判定して警告信号を発する手段と、 を具備することを特徴とするステップモータ制御装置。
2. 【請求項２】 励磁コイルの駆動電圧信号を少なくとも
   一相について検出する手段と、 該検出された駆動電圧信号に含まれる周波数成分の中で
   駆動周波数の数次高調波成分を抽出する手段と、 該抽出された数次高調波成分が所定値と異なっていたと
   きにステップモータが脱調したと判定して警告信号を発
   する手段と、 を具備することを特徴とするステップモータ制御装置。
3. 【請求項３】 ステップモータの励磁回路に発生する逆
   起電力を検出する手段と、 該逆起電力を検出する手段の出力から被駆動体が所定の
   ストッパに当接してステップモータがミスステップして
   いることを判別する手段とを有し、 イニシャライズ時には被駆動体を前記ストッパに向う方
   向へ駆動し、上記のミスステップ判別手段により被駆動
   体がストッパに当接したことを検知したとき、該ストッ
   パに向う方向の駆動を終了することを特徴とするステッ
   プモータ制御装置。
4. 【請求項４】 前記ステップモータの駆動対象は、該ス
   テップモータの回転を直線運動に変換する運動方向変換
   手段と、該運動方向変換手段により得られる直線運動に
   より駆動されるポペット弁とを有する排気ガス還流弁で
   あることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに
   記載のステップモータ制御装置。