JPH1118491A - 電動アクチュエータおよびその制御方法 - Google Patents

電動アクチュエータおよびその制御方法

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JPH1118491A
JPH1118491A JP18745197A JP18745197A JPH1118491A JP H1118491 A JPH1118491 A JP H1118491A JP 18745197 A JP18745197 A JP 18745197A JP 18745197 A JP18745197 A JP 18745197A JP H1118491 A JPH1118491 A JP H1118491A
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JP
Japan
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motor
electric actuator
ambient temperature
torque
stepping motor
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Pending
Application number
JP18745197A
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English (en)
Inventor
Kazumi Osato
一三 大里
Keiichi Funakoshi
恵市 船越
Ichiro Kuwabara
一郎 桑原
Tadashi Kurihara
正 栗原
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Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ印加電圧や周囲温度に変動があっても
常に一定のトルクを出力可能な、車両用空調装置に用い
て好適な電動アクチュエータを提供する。 【解決手段】 ステッピングモータを駆動源とする電動
アクチュエータにおいて、印加電圧または/および周囲
の雰囲気温度の変動に応じてモータの駆動周波数を調整
する制御手段を有することを特徴とする電動アクチュエ
ータ、およびその制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動源としてステ
ッピングモータを備えた電動アクチュエータおよびその
制御方法に関し、とくに、車両用空調装置における各種
ドアの開閉または開度制御に用いて好適な、電動アクチ
ュエータおよびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば車両用空調装置においては、各
種の(回動式)ドア(ダンパ)を用いて温調状態や温調
された空気の行先を制御することが多く、各種ドアの開
閉または開度制御には、電動アクチュエータを用いるこ
とが多い。
【0003】電動アクチュエータには、駆動源として、
パルス数によって回転量を制御できるステッピングモー
タを使用することが多い。このような駆動源を用いた電
動アクチュエータにあっては、従来、モータへの印加電
圧の変動や周囲の雰囲気温度の変動に関係なく、モータ
を固定の周波数で駆動する方法が採られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の周波数固定の駆動方式では、モータへの印加電
圧が高いとき、あるいは、周囲の雰囲気温度が低いとき
には、モータのトルクが大きくなるため、各種ドアを駆
動するために必要なトルクに対して、過剰なトルクで駆
動することとなっていた。過剰トルクで駆動すると、た
とえばドアが引っかかっているような場合に、強引に大
きな力で作動させることになり、トラブルの原因になる
おそれがある。
【0005】また、逆に、印加電圧が低いとき、あるい
は、周囲温度が高いときには、モータのトルクが小さく
なるため、電動アクチュエータのトルクが必要トルク以
下となり、最悪時には、ドアを動かすことができず、ロ
ック現象を引き起こすこととなっていた。
【0006】本発明の課題は、このような問題点に着目
し、印加電圧の変動や周囲の雰囲気温度の変動があって
も、常時最適なトルクを出力可能な電動アクチュエー
タ、およびその制御方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電動アクチュエータは、ステッピングモー
タを駆動源とする電動アクチュエータにおいて、印加電
圧の変動に応じてモータの駆動周波数を調整する制御手
段を有することを特徴とするものからなる。
【0008】また、本発明に係る電動アクチュエータ
は、ステッピングモータを駆動源とする電動アクチュエ
ータにおいて、周囲の雰囲気温度の変動に応じてモータ
の駆動周波数を調整する制御手段を有することを特徴と
するものからなる。
【0009】また、本発明に係る電動アクチュエータ
は、ステッピングモータを駆動源とする電動アクチュエ
ータにおいて、印加電圧の変動と周囲の雰囲気温度の変
動とに応じてモータの駆動周波数を調整する制御手段を
有することを特徴とするものからなる。
【0010】さらに、本発明に係る電動アクチュエータ
の制御方法は、ステッピングモータを駆動源とする電動
アクチュエータを作動させるに際し、印加電圧の変動お
よび周囲の雰囲気温度の変動の少なくとも一方を検出
し、該変動に応じて、前記ステッピングモータの駆動周
波数を、モータ出力トルクが実質的に一定となるように
制御することを特徴とする方法からなる。
【0011】このような電動アクチュエータおよびその
制御方法は、たとえば車両用空調装置の各種ドアの駆動
用に用いて好適なものである。
【0012】上記のような電動アクチュエータにおいて
は、モータ出力トルクは後述する特性に示す如く、印加
電圧や周囲の雰囲気温度の変動に起因して変化しようと
するが、この変化分を吸収すべく、モータの駆動周波数
が調整、制御される。このモータ駆動周波数の制御によ
り、印加電圧や雰囲気温度が変動しても、モータの出力
トルクが常時一定あるいは一定範囲内のトルクに維持さ
れる。したがって、モータの出力トルクが過剰になった
り、不足したりすることが確実に防止される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照して説明する。図1ないし図3は、
本発明の一実施態様に係る電動アクチュエータを示して
いる。図1および図2において、電動アクチュエータ1
は、駆動源としてステッピングモータ2を有し、該ステ
ッピングモータ2は、その出力軸3がケース4内に延び
るように、ケース4の外面上に取り付けられている。ケ
ース4は、上ケース4aと下ケース4bから構成され、
該ケース4内には、本実施態様では、第1歯車5、第2
歯車6、第3歯車7、第4歯車8の4つの歯車からなる
歯車群が収容されている。第1歯車5は、ステッピング
モータ2の出力軸3に固定されている。第2歯車6は、
下ケース4bの内面に突設された支持軸9に、第3歯車
7は支持軸10に、それぞれ回転自在に支持されてい
る。
【0014】ステッピングモータ2の出力軸3からの回
転駆動力(出力トルク)は、第1歯車5から、第2歯車
6、第3歯車7、最終歯車としての第4歯車8へと順に
伝達される。第4歯車8は、この電動アクチュエータ1
の出力軸11に連結されており、これらは一体的に回転
するようになっている。出力軸11は、ケース4から突
出して延びており、回転量を制御すべき他の部材へと接
続されている。電動アクチュエータ1が車両用空調装置
に用いられる場合には、たとえば、各種のドア(たとえ
ば、回動式ダンパ)(図示略)へと接続される。
【0015】最終歯車としての第4歯車8の、図1、図
2における下面には、第1ストッパ12が歯車8と一体
的に設けられており、第1ストッパ12は、本実施態様
では、図3に示すように平面形状が扇形に形成されてい
る。ケース4内部、より具体的には、下ケース4bの内
面(底面)には、第2ストッパ13が設けられている。
第2ストッパ13は、下ケース4bと一体的に成形され
てもよいし、別部品に形成して下ケース4bに予め取り
付けられてもよい。本実施態様では、第2ストッパ13
は一対のストッパとして形成されており、この間の角度
θの範囲内で、第4歯車8の第1ストッパ12が回動で
きるようになっている。そして、回動端では、第1スト
ッパ12と第2ストッパ13は互いに係止する。すなわ
ち、第1ストッパ12と第2ストッパ13は、出力軸1
1の回転方向において互いに係止可能となっている。
【0016】上記第2ストッパ13の一対のストッパ間
における第1のストッパ12の可動角度θは、出力軸1
1の通常動作範囲に対し予め定められた一定の余裕代α
を加えた角度、つまり、出力軸11の(通常動作範囲
β)+2α°の角度に設定されている。たとえば、出力
軸11の通常動作範囲βが90°の場合には、α=5°
に設定し、上記θが100°に設定されている。この場
合、第2ストッパ13の一対のストッパのうちのいずれ
か一方のストッパへの係止位置から角度α°(=5°)
の位置が出力軸11の初期位置(制御上の原点位置)と
なり、その初期位置から他方のストッパへの係止位置ま
でのθ−2α°(=90°)の範囲が、出力軸11の通
常動作範囲βとなる。
【0017】電動アクチュエータ1には、その駆動周波
数を制御可能な制御手段として、制御装置20が接続さ
れている。制御装置20には、たとえばインバータが内
蔵されており、モータ2への印加電圧の周波数を自由に
変更制御できるようになっている。
【0018】制御装置20には、ステッピングモータ2
への印加電圧の信号21と、この電動アクチュエータ1
の、とくにステッピングモータ2の周囲の雰囲気温度の
信号22とが送られる。印加電圧および雰囲気温度は、
周知の適当な手段によって検出できる。
【0019】ステッピングモータ2の出力トルクは、次
のように制御される。ここでまず、制御の前提となる各
特性について説明する。
【0020】図4に示すように、モータ印加電圧Vとモ
ータトルクFとの間には、たとえば、 F=k1 V の関係がある。したがって、印加電圧Vが基準電圧V0
からV1 に変動すると、 ΔF1 =k1 (V1 −V0 ) 分だけモータ出力トルクが変化する。
【0021】また、周囲の雰囲気温度Tとモータトルク
Fとの間には、たとえば図5に示すような関係があり、 F=k2 T の関係がある。この場合、k2 は負の係数である。した
がって、雰囲気温度Tが基準温度T0 からT1 に変動す
ると、 ΔF2 =k2 (T1 −T0 ) 分だけモータ出力トルクが変化する。
【0022】さらに、図6に示すように、モータ駆動周
波数SとモータトルクFとの間には、 F=f(S) の関係がある。この関数f(S)は、モータの種類によ
って変化するが、同一種のモータであれば、予め検定し
て求めておくことができる。
【0023】上記のような各特性に基づいて、モータト
ルクFが次のように制御される。すなわち、印加電圧の
信号21と周囲の雰囲気温度の信号22により、現在の
電圧(たとえば、V1 )と雰囲気温度(周囲温度)(た
とえば、T1 )との信号が制御装置20に入力される。
制御装置20では、これらの信号から、基準電圧V0
基準温度T0 に対する変動分、つまり、ΔF1 およびΔ
2 が求められ、両変動分の和(ΔF1 +ΔF2 )が、
総変動分として求められる。この変動分をそのまま放置
すると、目標とする所定の出力トルクF0 (一定トル
ク)に対し、F0 −(ΔF1 +ΔF2 )のトルクとな
り、F0 に対し、過少あるいは過剰なトルクとなる。こ
の状態は、たとえば図6に示すように、基準電圧V0
基準温度T0 において目標トルクF0 を出力することの
できる基準駆動周波数S0 に対し、周波数をS1 にシフ
トさせたのと同じ状態になる。
【0024】そこで本発明では、上記変動分(ΔF1
ΔF2 )に相当する駆動周波数分ΔSだけ補正制御し、
実際に出力されるトルクを目標値F0 に制御する。
【0025】すなわち、モータ印加電圧の変動、周囲温
度の変動に応じてモータを駆動する周波数を変え、印加
電圧が高いときにはより高周波数で駆動し、印加電圧が
低いときにはより低周波数で駆動して、目標出力トルク
0 が得られるように制御する。また、周囲温度が高い
ときにはより低周波数で駆動し、周囲温度が低いときに
は高周波数で駆動して、目標トルクF0 が得られるよう
に制御する。変動分が印加電圧および周囲の雰囲気温度
のいずれか一方だけの場合には、その変動分に応じて駆
動周波数を補正制御すればよく、両要素が変動する場合
には、上述の如く総変動分に応じて駆動周波数を補正制
御すればよい。
【0026】このような制御により、印加電圧や周囲の
雰囲気温度に変動があるにもかかわらず、モータの出力
トルクが常に所望の一定トルクF0 または許容できる一
定範囲内のトルクに制御され、過剰あるいは過少トルク
になることが確実に防止される。
【0027】したがって、このような電動アクチュエー
タおよびその制御方法を車両用空調装置の各種ドア駆動
に適用すれば、トラブル時にドアや各部に過剰な力を加
えたり、あるいは、過少トルクにより作動不良が生じた
りロック現象が生じたりすることが、適切に防止され
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電動アク
チュエータおよびその制御方法によれば、印加電圧や周
囲温度の変動にかかわらず、常に所望の一定トルクを出
力することが可能となる。したがって、必要以上のトル
クで駆動し、他の部材へ悪影響を及ぼすことや、必要以
下のトルクとなり、ロック現象を引き起こすことがなく
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様に係る電動アクチュエータ
の分解斜視図である。
【図2】図1の電動アクチュエータの組付状態におけ
る、図1のA−A線に沿う縦断面図である。
【図3】図1の電動アクチュエータの第4歯車(最終歯
車)の、図1のB矢視図である。
【図4】電動アクチュエータのモータの出力トルクと電
圧との関係図である。
【図5】電動アクチュエータのモータの出力トルクと周
囲温度との関係図である。
【図6】電動アクチュエータのモータの出力トルクと駆
動周波数との関係図である。
【符号の説明】
1 電動アクチュエータ 2 ステッピングモータ 3 ステッピングモータの出力軸 4 ケース 4a 上ケース 4b 下ケース 5 第1歯車 6 第2歯車 7 第3歯車 8 最終歯車としての第4歯車 9、10 支持軸 11 電動アクチュエータの出力軸 12 第1ストッパ 13 第2ストッパ 20 制御装置 21 電圧信号 22 温度信号 θ 可動角度 α 初期位置認識のために戻される角度(余裕角度) β 通常動作範囲
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 正 群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式 会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステッピングモータを駆動源とする電動
    アクチュエータにおいて、印加電圧の変動に応じてモー
    タの駆動周波数を調整する制御手段を有することを特徴
    とする電動アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 ステッピングモータを駆動源とする電動
    アクチュエータにおいて、周囲の雰囲気温度の変動に応
    じてモータの駆動周波数を調整する制御手段を有するこ
    とを特徴とする電動アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 ステッピングモータを駆動源とする電動
    アクチュエータにおいて、印加電圧の変動と周囲の雰囲
    気温度の変動とに応じてモータの駆動周波数を調整する
    制御手段を有することを特徴とする電動アクチュエー
    タ。
  4. 【請求項4】 車両用空調装置に用いられる、請求項1
    ないし3のいずれかに記載の電動アクチュエータ。
  5. 【請求項5】 ステッピングモータを駆動源とする電動
    アクチュエータを作動させるに際し、印加電圧の変動お
    よび周囲の雰囲気温度の変動の少なくとも一方を検出
    し、該変動に応じて、前記ステッピングモータの駆動周
    波数を、モータ出力トルクが実質的に一定となるように
    制御することを特徴とする、電動アクチュエータの制御
    方法。
  6. 【請求項6】 前記電動アクチュエータにより、車両用
    空調装置のドアを作動させる、請求項5の電動アクチュ
    エータの制御方法。
JP18745197A 1997-06-27 1997-06-27 電動アクチュエータおよびその制御方法 Pending JPH1118491A (ja)

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