WO2019130928A1 - 電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置 - Google Patents

電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置 Download PDF

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WO2019130928A1
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motor
operated valve
control device
valve
valve control
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大志 萩元
潔治 佐藤
善朗 小川
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株式会社不二工機
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a motor-operated valve control device for controlling the opening degree of a motor-operated valve and a motor-operated valve device provided with the same.
  • the flow rate of circulating refrigerant is adjusted for the purpose of stabilizing the cooling capacity and keeping the degree of superheat constant and operating efficiently.
  • an electrically operated expansion valve for operating a valve body by a stepping motor and an electrically operated valve as a flow control valve are widely used.
  • a shutoff valve that uses a stepping motor to open and close the refrigerant flow path to flow or shut off the refrigerant, and a motorized valve such as a three-way valve (flow path switching valve) that switches the refrigerant flow direction (for example , Patent Document 1).
  • initialization also referred to as home position positioning, home position positioning, or initialization
  • control of the opening degree is started (for example, see Patent Document 2).
  • initialization refers to the number of pulses exceeding the full stroke from the fully open position to the fully closed position or from the fully closed position to the fully open position, and in detail, for example, the rotor of the stepping motor reliably collides with a rotation stopper called a stopper.
  • the stepping motor is sufficiently rotated in the valve closing direction or the valve opening direction by the number of pulses for stopping the rotation, whereby the initial position of 0 pulse or the maximum pulse of the motor-operated valve is determined.
  • the stepping motor of the motor-operated valve usually rotates in synchronization with the input pulse, but may not be synchronized with the input pulse due to various factors such as an overload or a rapid speed change (this phenomenon is , Out of step or out of sync).
  • this phenomenon is , Out of step or out of sync.
  • the open loop control which does not feed back the absolute opening degree (actual opening degree)
  • the next initialization is performed (for example, next Since the out-of-step state is maintained until the time when the power is turned on, there is a concern that the control accuracy of the valve opening degree may be lowered.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide an electrically operated valve control device capable of reliably preventing a decrease in control accuracy of the valve opening degree due to a step out. Another object of the present invention is to provide a motor-operated valve device.
  • the motor-operated valve control device is a motor-operated valve control device that controls the valve opening degree of the motor-operated valve, and the present valve opening degree of the motor-operated valve
  • the present invention is characterized in that an initialization request signal is outputted to the outside when detecting a step out which is different in the valve opening degree stored in.
  • a non-volatile storage unit is provided, a flag indicating that the initialization request signal has been output to the outside is stored in the storage unit, and the flag is cleared from the storage unit after being initialized.
  • the initialization request signal when the initialization request flag is stored at the time of startup, the initialization request signal is output to the outside.
  • the initialization request signal when the initialization request flag is not stored at the time of startup, the initialization request signal is not output to the outside.
  • a transmission / reception unit that transmits / receives a signal to / from the outside
  • an operation unit that calculates a control signal of the valve opening degree of the motor operated valve according to the signal received from the outside by the transmission / reception unit
  • the motor drive unit operates the motor of the motor-operated valve according to the control signal of the valve opening degree of the motor-operated valve
  • the step-out detection unit detects a step-out of the motor-operated valve.
  • the step out detection unit is provided in the motor drive unit.
  • the step out detection unit is included in the calculation unit, and the step out detection unit is a rotation angle detected by a rotation angle detection unit attached to a motor of the motor-operated valve; The out-of-step of the motor-operated valve is detected based on the rotation angle stored in the motor-operated valve control device.
  • LIN communication In another preferred embodiment, LIN communication, CAN communication, or FlexRay communication is used for communication for controlling the valve opening degree of the motor-operated valve.
  • the motor-operated valve device is characterized in that the motor-operated valve control device and the motor-operated valve are assembled integrally.
  • the initialization request signal is output to the outside. Therefore, the initialization is performed each time the step out is detected. Therefore, the control accuracy of the valve opening degree decreases due to the step out. It can be reliably prevented.
  • a flag indicating that the initialization request signal has been output to the outside is stored in the non-volatile storage unit, and after initialization is performed, the flag is cleared from the non-volatile storage unit, so the initialization request signal is output. After the flag is stored in the non-volatile storage unit and then the power is turned off before or during the actual execution of the initialization, it is stored in the non-volatile storage unit that the initialization is not completed. Therefore, the initialization request signal can be output to the outside if the flag of the non-volatile storage unit is not cleared at the next startup (for example, when the power is turned on or when returning from the sleep mode).
  • the initialization can be performed reliably, which also reduces the control accuracy of the valve opening degree due to the step out. It can be reliably prevented.
  • the initialization request signal is not output to the outside when the flag is cleared at the time of startup, there is no risk that the life of the motorized valve will be shortened by the execution of unnecessary initialization.
  • FIG. 1 is a system block diagram of a motor-operated valve control device according to the present invention and a motor-operated valve device provided with the same according to a first embodiment of the present invention.
  • the flowchart which shows the processing flow of out-of-step detection by the motor-operated valve control apparatus shown by FIG.
  • the flowchart which shows the processing flow of initialization by the motor-operated valve control apparatus shown by FIG.
  • the motor-operated valve control apparatus which concerns on this invention, and the system block diagram of 2nd Embodiment of a motor-operated valve apparatus provided with the same.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a process flow of out-of-step detection by the motor-operated valve control device shown in FIG. 4;
  • FIG. 1 is a system block diagram of a motor-operated valve control device according to the present invention and a motor-operated valve device equipped with the same according to a first embodiment of the present invention.
  • the motor-operated valve control device according to the present invention is applied to an expansion valve of a refrigeration cycle system used for a car air conditioner will be described as an example.
  • the expansion valve 5 includes an expansion valve 5 having a valve body (not shown) for controlling the flow rate of fluid (refrigerant), and a stepping motor 8 for driving the valve body of the expansion valve 5.
  • the valve opening degree of (motor-operated valve 9) is adjusted.
  • the expansion valve 5 may be replaced by a shutoff valve that opens or closes a refrigerant flow path to flow or shut off the refrigerant, a three-way valve (flow path switching valve) that switches the flow direction of the refrigerant, or use as an expansion valve.
  • the flow control valve may be used.
  • a compressor, a condenser, (the expansion valve 5 of the motor-operated valve 9), and an evaporator are sequentially connected via piping.
  • the valve opening degree of (the expansion valve 5 of) the motor operated valve 9 the flow rate of the refrigerant flowing through the pipe is controlled.
  • the motor-operated valve control device 11 is connected to a battery power supply (+ Vb, GND) of the vehicle and is an on-vehicle LAN used for communication in the vehicle, for example, LIN bus (or CAN bus or FlexRay bus) 14 It is connected.
  • the motor-operated valve control device 11 operates as a slave node, and is a LIN communication signal (a CAN communication signal in the case of CAN bus) transmitted from the air conditioner ECU 16 of the master node which is a control device of a system connected to the same LIN bus 14.
  • the FlexRay communication signal receives an instruction such as the number of pulses of the stepping motor 8 or the signal of the initialization operation instruction, and controls the opening degree of the motor operated valve 9 (expansion valve 5).
  • LIN communication As a communication system between the air conditioner ECU 16 and the motor-operated valve control device 11, input / output to the serial interface as described above (LIN communication, CAN communication, FlexRay communication, etc .: “hereinafter referred to as LIN communication etc.” And I / O port by digital signal (ON / OFF signal etc.), wireless (Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark) etc.) etc.
  • the present invention is not limited to the aforementioned LIN communication and the like.
  • LIN communication which is an on-board LAN normally used in car air conditioners, is applied, transmission / reception of an initialization request signal, an initialization instruction signal, etc. described later used for controlling the motorized valve control device 11 is LIN. It is done by communication. As described above, by using LIN communication, which is an existing in-vehicle LAN, installation of a new transmission / reception signal line becomes unnecessary.
  • the motor-operated valve control unit 11 mainly uses a regulator 11a for generating a power supply + Vc (for example +5 Vdc) used in a circuit inside the motor-operated valve control unit 11 from a battery power supply + Vb (for example +12 Vdc)
  • a ROM for storing a program for controlling the rotation of the stepping motor 8 and the like based on the LIN communication signal to be transmitted
  • a CPU for executing a program stored in the ROM and executing arithmetic processing
  • a program such as the status of initialization operation and communication data RAM for temporarily storing data necessary for execution
  • I / O circuit for input / output with peripheral circuits
  • timer for measuring time of interrupt processing
  • a / D converter for converting analog signals to digital values, etc.
  • an EEPROM 11e which is a non-volatile memory as a storage unit for storing request flags, etc., is mounted on a substrate (not shown), for example.
  • the specific configuration of the motor-operated valve control device 11 is not limited to the above configuration, and the present invention can be implemented (that is, the valve opening degree control and initialization control of the motor-operated valve 9 can be performed). Any configuration may be used.
  • the air conditioner ECU 16 rotates the stepping motor 8 in the valve closing direction, for example, by the maximum pulse number or more, for example, because it is necessary to determine, for example, 0 pulse as the initial position of the motorized valve 9 when battery power is supplied to the motorized valve control device 11.
  • An instruction (an initialization instruction signal) for executing the initialization operation is transmitted to the motor-operated valve control device 11 as a LIN communication signal via the LIN bus 14.
  • the maximum pulse number refers to the stepping motor 8 while moving from the lower limit position of the valve body (the limit position where the valve body can move downward) to the upper limit position (the limit position where the valve body can move upward).
  • the number of pulses applied, or the number of pulses applied to the stepping motor 8 while moving from the upper limit position to the lower limit position of the valve body For example, the lower limit position of the valve body is the fully closed position, the upper limit position Is the fully open position.
  • the current position of the valve means the number of pulses applied (increased or decreased) in the valve opening or closing direction to move the valve from the fully closed position to the fully open position, with the lower limit position of the valve as 0 pulse. It is. Of course, the number of pulses applied may be counted with the upper limit position of the valve body as 0 pulse.
  • the motor-operated valve control device 11 Since the motor-operated valve control device 11 that has received the LIN communication signal does not know the current position (number of pulses) of the stepping motor 8 when the battery power is turned on, the maximum number of pulses (for example, 500 pulses) that the motor-operated valve 9 can control To rotate the stepping motor 8 in the valve closing direction by the number of pulses (for example, 700 pulses or more) to which the rotor has a sufficient pulse number to reliably collide with the stopper (rotation stop). ) (Initial positioning of 0 pulse).
  • the stepping motor 8 may be initialized to rotate in the valve opening direction instead of the initialization to rotate the valve in the valve closing direction.
  • the microcomputer 11 b of the motor-operated valve control device 11 normally opens the motor-operated valve 9 (expansion valve 5) based on a control signal transmitted from the air-conditioner ECU 16 via the LIN bus 14 which is a signal transmission / reception line.
  • the degree of opening is controlled, and a step out is detected (also referred to as stall detection) in which the current valve opening degree and the valve opening degree managed by the microcomputer 11b in the RAM are different.
  • the microcomputer 11b is configured to execute initialization every time the step out is detected, and an initialization request flag therefor is prepared in advance, and the state of the initialization request flag is stored in the EEPROM 11e (described in detail later). Stated).
  • the stepping motor driver 11 d is provided with a function (out-of-step detection unit) for detecting the out-of-step.
  • a function for example, when controlling the rotation angle of the stepping motor 8, the stepping motor driver 11d monitors the applied voltage and the fluctuation range, and when the applied current value etc. exceeds a predetermined threshold. It is a function to judge that it is out of step.
  • the microcomputer 11 b when the microcomputer 11 b receives the power supply disconnection signal or the sleep mode transition signal from the air conditioner ECU 16, the microcomputer 11 b stops the operation of the motor operated valve 9 (expansion valve 5) which is in operation, for example. Power off or enter sleep mode.
  • the sleep mode is a mode in which power is turned on, but power saving is achieved by limiting or partially stopping the function of the microcomputer 11b. At this time, it shifts to a state where the storage of the RAM for temporarily storing the valve opening degree information is not held.
  • power saving can be achieved by transitioning to the sleep mode during a period in which data transmission / reception is not performed, and returning from the sleep mode when data transmission is detected.
  • the microcomputer 11b resumes the control (valve opening control) of the motor-operated valve 9 when the power is turned on again via the air conditioner ECU 16 or returns from the sleep mode.
  • the microcomputer 11b confirms at each fixed time the signal at the time of the step out (ie, whether it is out of step or not) output by the detection function of the stepping motor driver 11d described above. (Step S21).
  • Step S21 When the microcomputer 11b detects a signal of step out (Step S21: Yes), the microcomputer 11b transmits an initialization request signal to the air-conditioner ECU 16 via the LIN bus 14 (Step S22). Further, the microcomputer 11b sets (set to 1) an initialization request flag prepared in advance and stores it in the EEPROM 11e (step S23).
  • the microcomputer 11b determines whether or not there is an initialization instruction signal (via the LIN bus 14) from the air conditioner ECU 16 that has received the initialization request signal at regular intervals. (Step S31).
  • step S31 When the initialization instruction signal is received (step S31: Yes), the microcomputer 11b performs initialization (for example, processing for rotating the stepping motor 8 in the valve closing direction by at least the maximum pulse number (for example, 700 pulses or more)) (step S32).
  • initialization for example, processing for rotating the stepping motor 8 in the valve closing direction by at least the maximum pulse number (for example, 700 pulses or more)
  • the microcomputer 11b determines whether the initialization request flag stored in the EEPROM 11e is 1 (step S33).
  • step S 33 If the initialization request flag stored in the EEPROM 11 e is 1 (step S 33: Yes) (that is, if initialization is performed when a step out signal is detected), the microcomputer 11 b clears the initialization request flag ( 0) and store the result in the EEPROM 11e (step S34). In this control, the state in which the initialization request flag is set is identified as 1 and the state in which the initialization request flag is cleared is identified as 0 in the storage area of the EEPROM 11e in which the initialization request flag is set.
  • step S33: No eg, when power is turned on during normal use or when returning from sleep mode
  • initialization is performed by the initialization instruction from the air conditioner ECU 16. (In the case of performing step S34), the process is ended through step S34.
  • the motor operated valve 9 When the out-of-step detection and initialization are completed, the motor operated valve 9 is in the normal operation state, and in accordance with the instruction of the air conditioner ECU 16, the valve opening degree control of the motor operated valve 9 is started.
  • the state in which the initialization request flag is stored is 1 and the state in which the initialization request flag is cleared is 0.
  • the signal to be specifically assigned is optional.
  • the state in which the initialization request flag is stored may be 0, and the state in which the initialization request flag is cleared may be 1.
  • other numbers may be used.
  • a flag indicating a state in which the initialization request flag is stored and a flag indicating a state in which the initialization request flag is not stored may be provided as different configurations.
  • the motored valve control device 11 outputs the initialization request signal to the outside (the air conditioner ECU 16 that is the control device of the system) when detecting a step out, so every time a step out is detected. Since the initialization is performed, it is possible to reliably prevent the decrease in the control accuracy of the valve opening degree due to the step out.
  • the initialization request flag indicating that the initialization request signal has been output to the outside is stored in the EEPROM (nonvolatile storage unit) 11e, and after the initialization is performed, the initialization request flag is cleared from the EEPROM 11e, so the initialization request signal And when the power is suddenly cut off, for example, due to a short circuit or disconnection of a lead wire, before actual execution is performed or during initialization, after the initialization request flag is stored in the EEPROM 11e (set to 1). Since the fact that the initialization is not completed is stored in the EEPROM 11e, the initialization request flag of the EEPROM 11e is set to 1 at the next startup (for example, when the power is turned on or when returning from the sleep mode). , From microcomputer 11b 'S request signal can be output to the outside, thereby, possible to reliably perform the initialization, this also makes it possible to reliably prevent a reduction in control accuracy of the valve opening by the step-out.
  • the initialization request flag is not set at the time of startup, the initialization request signal is not output to the outside, so there is no risk that the life of the motor operated valve 9 will be shortened due to the execution of unnecessary initialization.
  • FIG. 4 is a system block diagram of a motor-operated valve control device according to the present invention and a motor-operated valve device provided with the same according to a second embodiment.
  • the configurations of the motor-operated valve control device according to the second embodiment and the motor-operated valve device including the same are substantially the same as the configurations of the motor-operated valve control device 11 according to the first embodiment and the motor-operated valve device 12 including the same.
  • the only difference from the first embodiment is the configuration and process for detecting a step out. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted. The difference will be described below.
  • the stepping motor 8 of the motor operated valve 9 is provided with a rotation angle sensor 20 formed of a magnetic sensor as a rotation angle detection unit.
  • 11 b uses the rotation angle detected by the rotation angle sensor 20 to detect the step out of the motor-operated valve 9.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a process flow of out-of-step detection by (the microcomputer 11 b of) the motor-operated valve control device 11 shown in FIG. 4.
  • the microcomputer 11b acquires the measured value of the valve opening degree of the motor-operated valve 9 (the expansion valve 5) by the rotation angle sensor 20 (step S51).
  • the microcomputer 11b calculates the valve opening degree (theoretical value) of the motor operated valve 9 (expansion valve 5) calculated according to the control signal transmitted from the air conditioner ECU 16 and stored in the RAM and the actual measurement value acquired in step S51. (Step S52), and it is determined whether the difference is equal to or greater than a preset threshold (step S53).
  • step S53 If the difference is equal to or greater than the threshold (step S53: Yes), the microcomputer 11b determines that a step out is occurring, and transmits an initialization request signal to the air conditioner ECU 16 via the LIN bus 14 (step S54). Further, the microcomputer 11b sets (set to 1) an initialization request flag prepared in advance and stores it in the EEPROM 11e (step S55).
  • step S53 determines that the step is not out of step, passes through steps S54 and S55, and ends the process.
  • the initialization in this case can be performed in the same flow as the first embodiment.
  • the motored valve control device 11 also outputs the initialization request signal to the outside (air conditioner ECU 16 that is the control device of the system) when detecting a step out, so that the first embodiment
  • the rotation angle sensor 20 can be used to increase the detection accuracy of the step-out.
  • the motor-operated valve control device 11 and the motor-operated valve device 12 are applied to the expansion valve 5 (motor-operated valve 9) of a refrigeration cycle system used for a car air conditioner, Not limited thereto, the motorized valve control according to the present invention according to the present invention, as long as it is a fluid inlet and outlet, a valve body for controlling the flow rate of fluid flowing out from the outlet, and a motorized valve for driving the valve.
  • the device 11 and the motor-operated valve device 12 can be applied.
  • a motor type shut valve that opens and closes a refrigerant flow path to flow or shuts off refrigerant
  • a flow path switching valve such as a three-way valve or a four-way valve that switches the flow direction of refrigerant, It is natural.
  • the stepping motor 8 is rotated in the valve closing direction or the valve opening direction by the number of pulses exceeding the full stroke from the fully open position to the fully closed position or from the fully closed position to the fully open position.
  • the number of pulses detected by the rotation angle sensor 20 when detecting a step-out is a predetermined number sufficient to ensure that the rotor collides with the stopper
  • the number of pulses may be used, for example, the number of pulses added with the number of pulses (for example, 200), or the number of pulses managed by the microcomputer 11b in the RAM when the step-out is detected.
  • Stepping motor 9 Motor-operated valve 11 Motor-operated valve control device 11a Regulator 11b Microcomputer (calculation unit) 11c LIN transceiver (transmitter / receiver) 11d stepping motor driver (motor drive unit) 11e EEPROM (nonvolatile storage unit) 12 electrically operated valve device 14 LIN bus 16 air conditioner ECU 20 Rotation angle sensor (rotation angle detector)

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Abstract

脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することのできる電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置を提供する。電動弁（９）の現在の弁開度と電動弁制御装置（１１）に記憶されている弁開度とが異なる脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部（システムの制御装置であるエアコンECU（１６））に出力する。

Description

電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置
　本発明は、電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置に関する。
　従来、空調機や冷蔵・冷凍ショーケース等に使用される冷凍サイクルシステムにおいては、冷房能力を安定させ、過熱度を一定にして効率良く運転するなどの目的から循環冷媒の流量調整を行っているが、その際の調整を高精度に行うため、ステッピングモータにより弁体を動作させる電動式膨張弁や流量制御弁としての電動弁が広く活用されている。また、ステッピングモータを使用し、冷媒の流路を開閉して冷媒を流したり遮断したりするシャット弁や、冷媒の流れる方向を切り換える三方弁（流路切換弁）などの電動弁もある（例えば、特許文献１参照）。
　しかし、前記のステッピングモータを使用した電動弁などにおいては、絶対開度（実際の開度）をフィードバックしないオープンループ制御を用いて開度の制御を行うのが一般的であり、また、弁内の弁体は、電源供給が停止された際に、初期位置に戻ることなく、電源遮断時の位置で停止してしまう。そのため、次に電源を投入したときに、弁体が停止している位置（絶対開度）を正確に把握できないという問題がある。
　そこで、前記のステッピングモータを使用した電動弁などの制御にあたっては、通常、電源を投入したときなどにイニシャライズ（原点位置出し、基点位置出し、又は初期化などともいう）を実行し、弁体の位置出しを行ってから開度の制御を開始するようにしている（例えば、特許文献２参照）。ここで、イニシャライズとは、全開位置から全閉位置又は全閉位置から全開位置に至るまでの全ストロークを超えるパルス数だけ、詳しくは、例えばステッピングモータのロータが確実にストッパと呼ばれる回り止めに衝突して回転を停止するパルス数だけ、ステッピングモータを閉弁方向又は開弁方向に十分に回転させる処理であり、これにより電動弁の0パルス又は最大パルスの初期位置を確定する。
特開２０００－３５６２７８号公報 特許第４０３２９９３号公報
　ところで、前記の電動弁のステッピングモータは、通常は、入力パルスに同期して回転するが、過負荷や急激な速度変化などの各種要因によって、入力パルスに同期しなくなる場合がある（この現象を、脱調や同期ずれという）。前記した如くの、絶対開度（実際の開度）をフィードバックしないオープンループ制御で駆動される従来の電動弁においては、前記脱調が発生すると、次のイニシャライズが実施されるまで（例えば、次に電源を投入するときまで）は脱調した状態が維持されるため、その間の弁開度の制御精度が低下してしまう懸念がある。
　また、従来は、システムの制御装置であるマスターECU側で、イニシャライズを行う判断をする必要があったが、その判断が難しく、必要以上にイニシャライズを実施して、電動弁の寿命が短くなったり、必要なイニシャライズを実施せずに弁開度を正常に制御できなくなる可能性がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することのできる電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置を提供することにある。
　前記した課題を解決すべく、本発明に係る電動弁制御装置は、電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置であって、前記電動弁の現在の弁開度と該電動弁制御装置に記憶されている弁開度とが異なる脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部に出力することを特徴としている。
　好ましい態様では、不揮発性の記憶部を有し、前記イニシャライズ要求信号を外部に出力したことを示すフラグを前記記憶部に記憶し、イニシャライズが実施された後に前記フラグを前記記憶部からクリアする。
　他の好ましい態様では、立ち上げ時にイニシャライズ要求フラグが記憶されている場合には、前記イニシャライズ要求信号を外部に対して出力する。
　他の好ましい態様では、立ち上げ時にイニシャライズ要求フラグが記憶されていない場合には、前記イニシャライズ要求信号を外部に対して出力しない。
　別の好ましい態様では、外部との信号の送受信を行う送受信部、前記送受信部で外部から受信した信号に応じて前記電動弁の弁開度の制御信号を算出する演算部、前記演算部からの前記電動弁の弁開度の制御信号に応じて前記電動弁のモータを動作させるモータ駆動部、および、前記電動弁の脱調を検知する脱調検知部を有する。
　他の好ましい態様では、前記脱調検知部が前記モータ駆動部に備えられる。
　他の好ましい態様では、前記脱調検知部が前記演算部に備えられており、前記脱調検知部は、前記電動弁のモータに付設された回転角度検知部で検出された回転角度と、該電動弁制御装置に記憶された回転角度とに基づいて、前記電動弁の脱調を検知する。
　別の好ましい態様では、前記電動弁の弁開度制御のための通信に、LIN通信、CAN通信、もしくはFlexRay通信が用いられる。
　また、本発明に係る電動弁装置は、前記電動弁制御装置と前記電動弁とが一体として組み立てられたことを特徴としている。
　本発明によれば、脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部に出力するので、脱調を検知する毎にイニシャライズが実施されるため、脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することができる。
　また、イニシャライズ要求信号を外部に出力したことを示すフラグを不揮発性の記憶部に記憶し、イニシャライズが実施された後にそのフラグを不揮発性の記憶部からクリアするので、イニシャライズ要求信号を出力し、そのフラグを不揮発性の記憶部に記憶してから実際にイニシャライズが実行される前またはイニシャライズの途中に電源が切断された場合に、イニシャライズが終了されていないことが不揮発性の記憶部に記憶されているため、次回の立ち上げ時（例えば、電源投入時やスリープモードからの復帰時など）に不揮発性の記憶部のフラグがクリアされていなければイニシャライズ要求信号を外部に出力することができ、それにより、確実にイニシャライズを実行でき、これによっても、脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することができる。また、立ち上げ時にフラグがクリアされている場合にはイニシャライズ要求信号を外部に出力しないため、不必要なイニシャライズの実施により電動弁の寿命が短くなるおそれがない。
本発明に係る電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の第１実施形態のシステムブロック図。 図１に示される電動弁制御装置による脱調検知の処理フローを示すフローチャート。 図１に示される電動弁制御装置によるイニシャライズの処理フローを示すフローチャート。 本発明に係る電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の第２実施形態のシステムブロック図。 図４に示される電動弁制御装置による脱調検知の処理フローを示すフローチャート。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
［電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の構成］
　図１は、本発明に係る電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の第１実施形態のシステムブロック図である。なお、以下の説明においては、カーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁に本発明に係る電動弁制御装置を適用した場合を例にとって説明する。
　図示実施形態の電動弁装置１２は、電動弁９と電動弁制御装置１１とがリード線などで接続され、離れた場所にあるのではなく、一体に組み立てられたもので、電動弁９は、流体（冷媒）の流量を制御する弁体（不図示）を備える膨張弁５と、膨張弁５の弁体を駆動するステッピングモータ８とで構成され、ステッピングモータ８が回転することにより膨張弁５（電動弁９）の弁開度が調整されるようになっている。なお、膨張弁５に替えて、冷媒の流路を開閉して冷媒を流したり遮断したりするシャット弁、冷媒の流れる方向を切り換える三方弁（流路切換弁）、もしくは膨張弁としての用途以外の流量調整弁などでもよい。
　図示は省略するが、例えばカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムにおいては、圧縮機、凝縮器、前記電動弁９（の膨張弁５）、および蒸発器が配管を介して順次に接続されており、電動弁９（の膨張弁５）の弁開度を調整することなどにより、その配管を流れる冷媒の流量が制御される。
　電動弁制御装置１１には車両のバッテリー電源（＋Vb、GND）が接続されるとともに、車両内での通信に使用される車載LANである、例えばLINバス（又はCANバス、もしくはFlexRayバス）１４が接続されている。電動弁制御装置１１は、スレーブノードとして動作し、同じLINバス１４に接続されているシステムの制御装置であるマスターノードのエアコンECU１６から送信されるLIN通信信号（CANバスの場合はCAN通信信号、FlexRayバスの場合はFlexRay通信信号）で、ステッピングモータ８のパルス数やイニシャライズ動作指示の信号等の命令を受信し、電動弁９（膨張弁５）の開度（弁開度）を制御する。
　なお、エアコンECU１６と電動弁制御装置１１との間の通信方式としては、前記のようなシリアルインターフェイスへの入出力（LIN通信、CAN通信、又はFlexRay通信など：「以下、LIN通信等」とする）、デジタル信号によるI/Oポートへの入出力（ON-OFF信号など）、無線（Wi-Fi（登録商標）、ブルートゥース（登録商標）など）などによる入出力などがあり、どの方式を採用してもよく、前記したLIN通信等に限定されない。図１では、カーエアコンなどで通常用いる車載LANであるLIN通信を適用しているため、電動弁制御装置１１の制御に用いられる、後述のイニシャライズ要求信号、イニシャライズ指示信号等の送受信等は、LIN通信で行われる。このように既存の車載LANであるLIN通信等を用いることで、新たな送受信の信号線の取付けが不要となる。
　電動弁制御装置１１は、主に、バッテリー電源＋Vb（例えば＋12Vdc）から電動弁制御装置１１の内部の回路で使用する電源＋Vc（例えば＋5Vdc）を発生させるレギュレータ１１ａと、LINバス１４を通してエアコンECU１６から送信されるLIN通信信号に基づいて、ステッピングモータ８の回転を制御するプログラム等を格納するROM、ROMに格納したプログラムの実行や演算処理を行うCPU、イニシャライズ動作の状況や通信データ等のプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するRAM、周辺回路との入出力を行うI/O回路、割り込み処理等の時間を計測するタイマ、アナログ信号をデジタル値に変換するA/D変換器等を備えた演算部としてのマイコン１１ｂと、LINバス１４とマイコン１１ｂとの間に接続され、LINバス１４の電圧レベルを電動弁制御装置１１内部の回路電圧レベルに変換し、マイコン１１ｂとのLIN通信を可能にする送受信部としてのLINトランシーバ１１ｃと、マイコン１１ｂからの制御信号に基づいて電動弁９のステッピングモータ８の回転を制御するモータ駆動部としてのステッピングモータドライバ１１ｄと、マイコン１１ｂに接続され、マイコン１１ｂのRAMデータのうち、バッテリー電源が切断又はスリープモードに移行されても保持する必要があるデータ（例えば、後述するイニシャライズ要求フラグなど）を記憶する記憶部としての不揮発性メモリであるEEPROM１１ｅとが、例えば不図示の基板上に搭載されて構成される。なお、レギュレータ１１ａ、LINトランシーバ１１ｃ、ステッピングモータドライバ１１ｄ、EEPROM１１ｅ、マイコン１１ｂの２つ以上を一体的に構成したICを用いてもよく、その場合は、さらなる装置の小型化が可能になる。
　なお、電動弁制御装置１１の具体的構成は、上記構成に限定されるものではなく、本発明を実施可能（つまり、電動弁９の弁開度制御およびイニシャライズ制御等を実施可能）であれば、如何なる構成でも良い。
　エアコンECU１６は、電動弁制御装置１１にバッテリー電源を投入した場合などに電動弁９の初期位置として例えば0パルスを決める必要があるため、ステッピングモータ８を例えば最大パルス数以上閉弁方向に回転させるイニシャライズ動作を実行する命令（イニシャライズ指示信号）を、LINバス１４を介してLIN通信信号で電動弁制御装置１１に送信する。ここで、最大パルス数とは、弁体の下限位置（弁体が下方向に移動できる限界位置）から上限位置（弁体が上方向に移動できる限界位置）まで移動する間にステッピングモータ８に印加されるパルスの数であり、もしくは弁体の上限位置から下限位置まで移動する間にステッピングモータ８に印加されるパルスの数であり、例えば、弁体の下限位置は全閉位置、上限位置は全開位置である。また、弁体の現在位置とは、弁体の下限位置を０パルスとして、全閉位置から全開位置の間で弁体を移動させるために開弁又は閉弁方向に印加（増減）したパルス数である。もちろん、弁体の上限位置を０パルスとして印加したパルス数をカウントしてもよい。
　前記LIN通信信号を受信した電動弁制御装置１１は、バッテリー電源投入時などはステッピングモータ８の現在位置（パルス数）が判らないため、電動弁９が制御可能な最大パルス数（例えば500パルス）に、ロータが確実にストッパ（回り止め）に衝突するために十分なパルス数を加えたパルス数（例えば700パルス以上）だけステッピングモータ８を閉弁方向に回転させるイニシャライズ（電動弁９のイニシャライズ動作）（0パルスの初期位置出し）を行う。なお、ステッピングモータ８を閉弁方向に回転させるイニシャライズに替えて開弁方向に回転させるイニシャライズを行ってもよい。
　前記電動弁制御装置１１のマイコン１１ｂは、通常時は、信号の送受信ラインであるLINバス１４を介してエアコンECU１６から送信される制御信号に基づいて、電動弁９（膨張弁５）の弁開度を制御するとともに、現在の弁開度とマイコン１１ｂがRAM内に管理している弁開度とが異なる状態となる脱調を検知（ストールディテクションともいう）する。マイコン１１ｂは、前記脱調を検知する毎に、イニシャライズを実行するようになっており、そのためのイニシャライズ要求フラグが予め用意され、そのイニシャライズ要求フラグの状態をEEPROM１１ｅに記憶させておく（後で詳述）。
　本例では、前記脱調を検知する機能（脱調検知部）が、ステッピングモータドライバ１１ｄに備えられている。ステッピングモータドライバ１１ｄの検知機能とは、例えば、ステッピングモータ８の回転角度を制御する際にステッピングモータドライバ１１ｄが印加電圧や変動幅をモニタしており、印加電流値等が所定の閾値を超えると、脱調と判断する機能である。
　また、マイコン１１ｂは、エアコンECU１６から電源切断信号又はスリープモード移行信号を受信した場合には、例えば動作中である電動弁９（膨張弁５）の動作を停止して、当該電動弁制御装置１１の電源を切断又はスリープモードに移行する。
　ここで、スリープモードとは、電源は投入されているが、マイコン１１ｂの機能を制限又は一部停止することで省電力とするモードである。このとき、弁開度情報を一時的に記憶するRAMの記憶が保持されない状態に移行する。例えば、データの送受信が行われない期間はスリープモードへ移行し、データ送信が検知されるとスリープモードから復帰させることにより、省電力化を図ることができる。
　マイコン１１ｂは、エアコンECU１６を介して電源が再投入される又はスリープモードから復帰すると、電動弁９の制御（弁開度制御）を再開する。
［電動弁制御装置による電動弁の脱調検知およびイニシャライズ］
　次に、前記した電動弁制御装置１１（のマイコン１１ｂ）による脱調検知およびイニシャライズの処理フローについて、図２および図３を参照しながら説明する。この処理は例えば定時間毎に実行される。
　図２に示されるように、マイコン１１ｂは、前記したステッピングモータドライバ１１ｄの検知機能によって出力される脱調したときのシグナル（つまり、脱調したか否か）を定時間毎に確認している（ステップＳ２１）。
　マイコン１１ｂは、脱調のシグナルを検知すると（ステップＳ２１：Yes）、LINバス１４を介してエアコンECU１６にイニシャライズ要求信号を送信する（ステップＳ２２）。また、マイコン１１ｂは、予め用意したイニシャライズ要求フラグをセット（１にセット）してEEPROM１１ｅに記憶する（ステップＳ２３）。
　イニシャライズを行うに当たっては、図３に示されるように、マイコン１１ｂは、前記のイニシャライズ要求信号を受信したエアコンECU１６から（LINバス１４を介して）イニシャライズ指示信号が有ったか否かを定時間毎に確認している（ステップＳ３１）。
　イニシャライズ指示信号が有った場合（ステップＳ３１：Yes）、マイコン１１ｂは、イニシャライズ（例えば、ステッピングモータ８を閉弁方向に最大パルス数以上（例えば700パルス以上）回転させる処理）を実施する（ステップＳ３２）。
　次いで、マイコン１１ｂは、EEPROM１１ｅに記憶されたイニシャライズ要求フラグが１であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。
　EEPROM１１ｅに記憶されたイニシャライズ要求フラグが１であれば（ステップＳ３３：Yes）（つまり、脱調のシグナルが検知されていた場合においてイニシャライズを行った場合）、マイコン１１ｂは、イニシャライズ要求フラグをクリア（０に）してEEPROM１１ｅに記憶する（ステップＳ３４）。なお、この制御では、イニシャライズ要求フラグをセットするEEPROM１１ｅの記憶領域において、イニシャライズ要求フラグがセットされている状態を１、クリアされている状態を０として識別している。
　一方、EEPROM１１ｅに記憶されたイニシャライズ要求フラグが１でなければ（ステップＳ３３：No）（例えば、通常使用時での電源投入時やスリープモードからの復帰時などにおいて、エアコンECU１６からのイニシャライズ指示によりイニシャライズを行った場合）、ステップＳ３４をスルーして、処理を終了する。
　この脱調検知およびイニシャライズが完了すると、電動弁９が通常動作の状態になって、エアコンECU１６の指示に従い、電動弁９の弁開度制御を開始する。
　なお、上記の制御では、EEPROM１１ｅの記憶領域において、イニシャライズ要求フラグが記憶されている状態を１、クリアされている状態を０としているが、イニシャライズ要求フラグが記憶されているか否かを識別できるのであれば、具体的に割り当てる信号は任意であることはもちろんである。例えば、イニシャライズ要求フラグが記憶されている状態を０、クリアされている状態を１としてもよいし、他の数字でもよい。また、イニシャライズ要求フラグが記憶されている状態を示すフラグとイニシャライズ要求フラグが記憶されていない状態（つまり、フラグがクリアされている状態）を示すフラグとを別の構成として設けてもよい。
［電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の作用効果］
　このように、本実施形態の電動弁制御装置１１では、脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部（システムの制御装置であるエアコンECU１６）に出力するので、脱調を検知する毎にイニシャライズが実施されるため、脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することができる。
　また、イニシャライズ要求信号を外部に出力したことを示すイニシャライズ要求フラグをEEPROM（不揮発性の記憶部）１１ｅに記憶し、イニシャライズが実施された後にそのイニシャライズ要求フラグをEEPROM１１ｅからクリアするので、イニシャライズ要求信号を出力し、イニシャライズ要求フラグをEEPROM１１ｅに記憶（１にセット）してから実際にイニシャライズが実行される前またはイニシャライズの途中に例えばリード線の短絡や切断等によって突然電源が切断された場合に、イニシャライズが終了されていないことがEEPROM１１ｅに記憶されているため、次回の立ち上げ時（例えば、電源投入時やスリープモードからの復帰時など）にEEPROM11ｅのイニシャライズ要求フラグが１にセットされているので、マイコン１１ｂからイニシャライズ要求信号を外部に対して出力することができ、それにより、確実にイニシャライズを実行でき、これによっても、脱調による弁開度の制御精度の低下を確実に防止することができる。
　また、立ち上げ時にイニシャライズ要求フラグがセットされていない場合には、イニシャライズ要求信号を外部に対して出力しないため、不必要なイニシャライズの実施により電動弁９の寿命が短くなるおそれがない。
（第２実施形態）
　図４は、本発明に係る電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の第２実施形態のシステムブロック図である。第２実施形態の電動弁制御装置およびそれを備えた電動弁装置の構成は、上記第１実施形態の電動弁制御装置１１およびそれを備えた電動弁装置１２の構成とほぼ同じであるが、上記第１実施形態との相違点は、脱調を検知するための構成および処理のみである。よって、上記第１実施形態と同様の構成には、同様の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下では、前記相違点について説明する。
　すなわち、本実施形態では、図４に示されるように、電動弁９のステッピングモータ８に回転角度検知部としての磁気センサからなる回転角度センサ２０が付設されており、電動弁制御装置１１のマイコン１１ｂは、この回転角度センサ２０で検出された回転角度を用いて、前記電動弁９の脱調を検知する。
　図５は、図４に示される電動弁制御装置１１（のマイコン１１ｂ）による脱調検知の処理フローを示すフローチャートである。
　図５に示されるように、マイコン１１ｂは、電動弁９（膨張弁５）の弁開度の実測値を回転角度センサ２０で取得する（ステップＳ５１）。
　次いで、マイコン１１ｂは、エアコンECU１６から送信された制御信号に応じて算出してそのRAM内に記憶した電動弁９（膨張弁５）の弁開度（理論値）とステップＳ５１で取得した実測値との差を求め（ステップＳ５２）、その差が予め設定した閾値以上か否かを判断する（ステップＳ５３）。
　前記差が閾値以上であれば（ステップＳ５３：Yes）、マイコン１１ｂは、脱調していると判断し、LINバス１４を介してエアコンECU１６にイニシャライズ要求信号を送信する（ステップＳ５４）。また、マイコン１１ｂは、予め用意したイニシャライズ要求フラグをセット（１にセット）してEEPROM１１ｅに記憶する（ステップＳ５５）。
　一方、前記差が閾値未満であれば（ステップＳ５３：No）、マイコン１１ｂは、脱調していないと判断し、ステップＳ５４、Ｓ５５をスルーして、処理を終了する。
　なお、この場合のイニシャライズは、上記第１実施形態と同様のフローにて実施することができる。
　このように、本第２実施形態の電動弁制御装置１１でも、脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部（システムの制御装置であるエアコンECU１６）に出力するので、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、回転角度センサ２０を用いることによって脱調の検知精度を高くすることができる。
　なお、上記実施形態においては、電動弁制御装置１１および電動弁装置１２をカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁５（電動弁９）に適用した場合を例示したが、膨張弁５に限らず、流体の流入口および流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、および該弁体を駆動するモータを備えた電動弁であれば、本発明に係る電動弁制御装置１１および電動弁装置１２を適用できることは勿論である。また、例えば、冷媒の流路を開閉して冷媒を流したり遮断したりするモータ式シャット弁や冷媒の流れる方向を切り換える三方弁や四方弁などの流路切換弁などに適用してもよいことは当然である。
　上述した各実施形態においては、イニシャライズについて、全開位置から全閉位置又は、全閉位置から全開位置に至るまでの全ストロークを超えるパルス数だけ、ステッピングモータ８を閉弁方向又は開弁方向に回転させる処理（イニシャライズ）として記載したが、これに限定されないことは勿論である。例えば、イニシャライズの際に閉弁方向又は開弁方向に回転させるパルス数として、脱調を検知したときに回転角度センサ２０で検知したパルス数にロータが確実にストッパに衝突するために十分な所定パルス数（例えば200パルス）を加えたパルス数、もしくは、脱調を検知したときにマイコン１１ｂがRAM内に管理しているパルス数に前記所定パルス数を加えたパルス数を用いてもよい。
５　　　膨張弁
８　　　ステッピングモータ
９　　　電動弁
１１　　電動弁制御装置
１１ａ　レギュレータ
１１ｂ　マイコン（演算部）
１１ｃ　LINトランシーバ（送受信部）
１１ｄ　ステッピングモータドライバ（モータ駆動部）
１１ｅ　EEPROM（不揮発性の記憶部）
１２　　電動弁装置
１４　　LINバス
１６　　エアコンECU
２０　　回転角度センサ（回転角度検知部）

Claims (9)

  1. 　電動弁の弁開度を制御する電動弁制御装置であって、
    　前記電動弁の現在の弁開度と該電動弁制御装置に記憶されている弁開度とが異なる脱調を検知したときに、イニシャライズ要求信号を外部に出力することを特徴とする電動弁制御装置。
  2. 　不揮発性の記憶部を有し、
    　前記イニシャライズ要求信号を外部に出力したことを示すフラグを前記記憶部に記憶し、イニシャライズが実施された後に前記フラグを前記記憶部からクリアすることを特徴とする請求項１に記載の電動弁制御装置。
  3. 　立ち上げ時にイニシャライズ要求フラグが記憶されている場合には、前記イニシャライズ要求信号を外部に対して出力することを特徴とする請求項２に記載の電動弁制御装置。
  4. 　立ち上げ時にイニシャライズ要求フラグが記憶されていない場合には、前記イニシャライズ要求信号を外部に対して出力しないことを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁制御装置。
  5. 　外部との信号の送受信を行う送受信部、前記送受信部で外部から受信した信号に応じて前記電動弁の弁開度の制御信号を算出する演算部、前記演算部からの前記電動弁の弁開度の制御信号に応じて前記電動弁のモータを動作させるモータ駆動部、および、前記電動弁の脱調を検知する脱調検知部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動弁制御装置。
  6. 　前記脱調検知部が前記モータ駆動部に備えられていることを特徴とする請求項５に記載の電動弁制御装置。
  7. 　前記脱調検知部が前記演算部に備えられており、
    　前記脱調検知部は、前記電動弁のモータに付設された回転角度検知部で検出された回転角度と、該電動弁制御装置に記憶された回転角度とに基づいて、前記電動弁の脱調を検知することを特徴とする請求項５に記載の電動弁制御装置。
  8. 　前記電動弁の弁開度制御のための通信に、LIN通信、CAN通信、もしくはFlexRay通信が用いられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電動弁制御装置。
  9. 　請求項１から８のいずれか一項に記載の電動弁制御装置と前記電動弁とが一体として組み立てられたことを特徴とする電動弁装置。
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