DE102014100531A1

DE102014100531A1 - Motorsteuerungsgerät und motorsteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102014100531A1
Application number: DE102014100531.7A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Takada; Takayuki Matsui; Scott Jacobs
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-24
Also published as: JP2014143775A; US20140203748A1

Abstract

Es wird ein Motorsteuerungsgerät für ein Stellglied mit Motor angegeben, das folgendes umfasst: eine Messeinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des Stellglieds oder eine Temperatur, die der Temperatur des Stellglieds entspricht, zu messen, eine Ermittlungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu ermitteln, ob die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, und eine Boostersteuerungs-Einheit, die dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung bei Aktivierung des Motors auszuführen, um die dem Motor zugeführte Antriebsleistung zu erhöhen, falls die Ermittlungseinheit ermittelt, dass die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Die Boostersteuerungs-Einheit ist dazu konfiguriert, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor nur innerhalb des Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die dem Motor während des stationären Antriebs nach dem Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuerungsgerät und ein Motorsteuerungsverfahren, insbesondere auf ein Motorsteuerungsgerät und ein Motorsteuerungsverfahren für ein Stellglied, das selbst bei niedriger Umgebungstemperatur verwendet werden kann.
2. Stand der Technik
Einige Stellglieder, die einen Motor wie zum Beispiel einen Schrittmotor verwenden, zum Beispiel Stellglieder in Fahrzeugen, werden bei niedriger Umgebungstemperatur z. B. an Orten mit niedriger Temperatur verwendet. Wird ein Stellglied bei niedriger Umgebungstemperatur verwendet, so kann eine Antriebseinheit des Stellglieds einfrieren, oder ein von der Antriebseinheit verwendetes Schmiermittel kann sich verfestigen. Wird das Stellglied in diesem Zustand aktiviert, selbst wenn versucht wird, einen Motor zum Antrieb des Stellglieds mit dem für den stationären Betrieb nötigen Drehmoment zu betreiben (Normalbetrieb, nachdem die Aktivierung des Stellglieds unter niedriger Umgebungstemperatur abgeschlossen ist), so ist es möglich, dass der Motor nicht in der Lage ist, das Stellglied zu aktivieren.
Um das Stellglied angesichts dieses Problems selbst bei niedriger Umgebungstemperatur zuverlässig zu betreiben, wird dem Motor während des ganzen Betriebs eine Antriebsleistung zugeführt, die größer ist, als die für den stationären Betrieb notwendige, damit der Motor mit einem großen Drehmoment betrieben wird.
Ebenfalls in Bezug auf dieses Problem offenbart JP-A-H5-76190 eine Wechselstrom-Motoraktivierungseinrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Boost-Spannung (erhöhte Spannung) entsprechend der Umgebungstemperatur bei der Aktivierung eines Motors anlegt. Das Gerät ist so aufgebaut, dass es selbstlernend in der Lage ist, die zur Aktivierung des Motors notwendige Boost-Spannung automatisch auf einen geeigneten Wert einzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei dem oben beschriebenen Verfahren, dem Motor immer die hohe Antriebsleistung zuzuführen, könnte es ein Problem geben. Das große Drehmoment, das in der Lage ist, einen festgefrorenen Motor zu drehen oder den Motor gegen den Widerstand eines verhärteten Schmiermittels zu drehen, wird nur bei der Aktivierung des Motors benötigt. Ist das Stellglied erst einmal aktiviert, dann wäre das große Drehmoment überflüssig, und der Motor könnte den Betrieb des Stellglieds selbst mit dem für den stationären Betrieb notwendigen Drehmoment aufrechterhalten. In diesem Fall wird jedoch, um den Motor immer mit einem höheren Drehmoment zu betreiben (dem anfangs benötigten Drehmoment), als dem für dem stationären Betrieb (Normalbetrieb) benötigten, immer eine überhöhte Antriebsleistung zugeführt, womit der Energieverbrauch des Motors größer wird. Falls ferner, je nach Verwendung des Stellglieds eine Obergrenze für das Drehmoment des Motors festgesetzt ist, kann ein Problem darin bestehen, dass es nicht zulässig ist, den Motor immer mit einem überhöhten Drehmoment, das die Obergrenze überschreiten würde, zu betreiben.
Wenn andererseits das in JP-A-H5-76190 offenbarte Gerät nicht in der Lage ist, den Motor zu aktivieren, so wiederholt das Gerät nach einer vorgegebenen Zeit die Aktivierung des Motors mit einer Boost-Spannung, die um eine vorgegebene Spannung größer ist, als eine vorherige Spannung, wodurch es die zur Aktivierung des Motors benötigte Boost-Spannung anlegt. Das heißt, dass in diesem Gerät eine Steuerungsschaltung das Fehlschlagen der Aktivierung rückmeldet, und die Boost-Spannung optimiert. Das könnte dazu führen, dass die Aktivierung des Motors bei diesem Gerät mehrmals fehlschlägt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des obigen Sachverhalts gemacht, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Motorsteuerungsgerät und ein Motorsteuerungsverfahren anzugeben, die in der Lage sind, einen Motor selbst bei niedrigen Umgebungstemperaturen zuverlässig zu aktivieren und ferner den Energieverbrauch zu senken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuerungsgerät für ein Stellglied mit Motor angegeben, wobei das Motorsteuerungsgerät dazu konfiguriert ist, den Motor anzutreiben. Das Motorsteuerungsgerät beinhaltet eine Messeinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des Stellglieds oder eine Temperatur, die der Temperatur des Stellglieds entspricht, zu messen, eine Ermittlungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu ermitteln, ob die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, und eine Boostersteuerungs-Einheit, die dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung bei Aktivierung des Motors auszuführen, um die dem Motor zugeführte Antriebsleistung zu erhöhen, falls die Ermittlungseinheit ermittelt, dass die die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist. Die Boostersteuerungs-Einheit ist dazu konfiguriert, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor nur innerhalb des Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die dem Motor während des stationären Antriebs nach dem Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Boostersteuerung dazu konfiguriert sein, den Booster-Zeitraum entsprechend der von der Messeinheit gemessenen Temperatur zu ändern.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Boostersteuerung dazu konfiguriert sein, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor die um einen Anteil größere Antriebsleistung, als die während des stationären Betriebs, zugeführt wird.
In dem obigen Motorsteuerungsgerät kann die Boostersteuerung dazu konfiguriert sein, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor die um einen, der von der Messeinheit gemessenen Temperatur entsprechenden, Anteil größere Antriebsleistung als die Antriebsleistung während des stationären Betriebs, zugeführt wird.
In dem Motorsteuerungsgerät kann die Boostersteuerung dazu konfiguriert sein, die Boostersteuerung so auszuführen, dass die dem Motor im Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung mit der Zeit verringert wird.
In dem Motorsteuerungsgerät kann die Messeinheit dazu konfiguriert sein, eine interne Temperatur der Steuerungsschaltung des Motorsteuerungsgeräts zu messen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren eines Motorsteuerungsgeräts angegeben, das für ein Stellglied verwendet wird, das einen Motor verwendet, wobei das Steuerungsverfahren dazu konfiguriert ist, den Motor anzutreiben. Das Steuerungsverfahren beinhaltet: Messen einer Temperatur des Stellglieds oder einer Temperatur, die der Temperatur des Stellglieds entspricht, Ermitteln, ob die gemessene Temperatur niedriger ist, als eine vorgegebene Temperatur, und Ausführen der Boostersteuerung bei der Aktivierung des Motors zur Vergrößerung der dem Motor zugeführten Antriebsleistung, wenn ermittelt wurde, dass die gemessene Temperatur niedriger ist, als die vorgegebene Temperatur. Die Boostersteuerung wird so ausgeführt, dass dem Motor nur innerhalb des Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die während des stationären Antriebs nach dem Booster-Zeitraum dem Motor zugeführte Antriebsleistung.
Gemäß der obigen Konfiguration wird für den Fall, dass die gemessene Temperatur niedrig ist, die Boostersteuerung so ausgeführt, dass dem Motor nur innerhalb des Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die während des stationären Antriebs. Es ist daher möglich, ein Motorsteuerungsgerät und ein Motorsteuerungsverfahren anzugeben, die in der Lage sind, einen Motor selbst bei niedriger Umgebungstemperatur zuverlässig zu aktivieren und auch noch den Energieverbrauch niedrig zu halten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen gilt:
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Beispiel eines Stellglieds zeigt, das ein Motorsteuerungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet,
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Motor und das Motorsteuerungsgerät zeigt, die ein Stellglied gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden,
3 ist eine schematische Ansicht einer Schaltungskonfiguration eines Schrittmotors,
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Antriebsverfahren des Schrittmotors erläutert, das vom Motorsteuerungsgerät ausgeführt wird,
5 ist ein Diagramm der Antriebsleistung über der Zeit, wenn der Schrittmotor in einem Aktivierungsmodus bei niedriger Temperatur aktiviert wird, und
6 ist ein Diagramm der Antriebsleistung über der Zeit, wenn der Schrittmotor in einem abgewandelten Aktvierungsmodus bei niedriger Temperatur aktiviert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird ein Motorsteuerungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Motorsteuerungsgerät ist zum Beispiel dafür ausgelegt, einen mehrphasigen Schrittmotor anzusteuern. Zum Antrieb des Schrittmotors steuert das Motorsteuerungsgerät einen Erregungszustand einer Phasenwicklung jeder Phase. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet das Motorsteuerungsgerät eine Antriebsschaltung zur Bestromung der Phasenwicklungen des Schrittmotors, und eine Steuerungsschaltung zur Steuerung der Antriebsschaltung.
Das Motorsteuerungsgerät, der vom Motorsteuerungsgerät angetriebene Schrittmotor, sowie weitere mechanische Bauelemente bilden zusammen ein Stellglied. In dem Stellglied wird der Schrittmotor durch eine Antriebsleistung angetrieben, die von der Antriebsschaltung zugeführt wird. In dem Stellglied wird die Antriebsschaltung von der Steuerungsschaltung angesteuert, wodurch der Antrieb des Schrittmotors gesteuert ist.
[Ausführungsbeispiel]
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Beispiel eines Stellglieds zeigt, das ein Motorsteuerungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Stellglied 1 von einen Gehäuse 51 und einer Abdeckung 52 umhüllt. Im Stellglied 1 sind untergebracht: ein Motorsteuerungsgerät 10, ein Schrittmotor 20, ein zweites Getrieberad 31, ein drittes Getrieberad 32, ein Abtriebsrad 33, und Ähnliches. Ein externes Abtriebsrad das mit dem Abtriebsrad 33 zusammenwirkt ragt aus einer Unterseite des Gehäuses 51 heraus, so dass eine Antriebskraft des Stellglieds 1 durch das externe Abtriebsrad nach außen übertragen wird.
Der Schrittmotor 20 erzeugt die Antriebskraft des Stellglieds 1. Ein Antriebsritzel 26 ist an einer Abtriebswelle 25 des Schrittmotors 20 befestigt. Das Antriebsritzel 26 des Schrittmotors 20 steht mit dem zweiten Getrieberad 31 in Eingriff. Das zweite Getrieberad 31 steht mit dem dritten Getrieberad 32 in Eingriff. Das dritte Getrieberad 32 steht mit dem Abtriebsrad 33 in Eingriff.
Das Motorsteuerungsgerät 10 beinhaltet eine Platine 42, eine flexible Leiterplatte 43 zur Verbindung der Platine 42 mit einem Motoranschluss 29 des Schrittmotors 20, und Ähnliches. Die Platine 42 ist mit einer Antriebsschaltung 14 (in 2 zu sehen) zum Antrieb des Schrittmotors 20, einer Steuerungsschaltung 12 (in 2 zu sehen) zur Steuerung der Antriebsschaltung 14 und Ähnlichem versehen. Die Platine 42 ist ferner mit Anschlussstiften 41 versehen, die aus der Außenseite des Gehäuses 51 und der Abdeckung 52 herausragen. Über die Anschlussstifte 41 wird elektrische Leistung von außen zugeführt, oder ein Steuersignal von einem externen Gerät empfangen, damit das Motorsteuerungsgerät 10 arbeitet.
Das Motorsteuerungsgerät 10 führt dem Schrittmotor 20 Antriebsleistung zu, wodurch der Schrittmotor 20 angetrieben wird. Wenn der Schrittmotor 20 angetrieben wird, rotieren das Antriebsritzel 26 zusammen mit der Abtriebswelle 25. Die Antriebskraft dieser Rotation wird der Reihe nach auf das zweite Getrieberad 31, das dritte Getrieberad 32, das Abtriebsrad 33 und das externe Abtriebsrad übertragen, und wird vom externen Abtriebsrad nach außen abgegeben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Schrittmotor 20 übrigens als Antriebsquelle des Stellglieds 1. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine beliebige andere Art von Motor kann verwendet werden. Ferner kann eine im Gehäuse 51 und der Abdeckung 52 untergebrachte Schaltung zum Beispiel nur aus der Antriebsschaltung 14 bestehen. In diesem Fall kann das Motorsteuerungsgerät 10 aus der im Gehäuse 51 und der Abdeckung 52 untergebrachten Antriebsschaltung 14, und einer externen Steuerungsschaltung 12 aufgebaut sein, die an der Antriebsschaltung 14 angeschlossen ist.
2 ist ein Blockdiagramm, das einen Motor und das Motorsteuerungsgerät zeigt, die ein Stellglied gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das Stellglied 1 das Motorsteuerungsgerät 10, den Schrittmotor 20, ein Getriebe (nicht abgebildet), sowie ein Gehäuse (nicht abgebildet) zu deren Unterbringung. Der Schrittmotor 20 wird zum Beispiel durch Zweiphasen-Erregung von Phase A und Phase B angetrieben. Der Schrittmotor 20 beinhaltet eine Phasenwicklung der Phase A und eine Phasenwicklung der Phase B (in 3 zu sehen). Den Phasenwicklungen jeder Phase wird Strom vom Motorsteuerungsgerät 10 zugeführt, wodurch der Schrittmotor 20 angetrieben wird. Der Schrittmotor 20 wird zum Beispiel als Stellglied für eine Klimaanlage verwendet, die in einem Fahrzeug eingebaut ist. Im Übrigen ist der Verwendungszweck des Schrittmotors 20 und des Stellglieds 1 nicht darauf beschränkt.
Das Motorsteuerungsgerät 10 beinhaltet die Steuerungsschaltung 12 und die Antriebsschaltung 14.
Die Antriebsschaltung 14 beinhaltet eine Antriebseinheit 142 zum Antreiben des Motors und einen Stromsensor 144. Die Antriebsschaltung 14 führt dem Schrittmotor 20 Antriebsleistung zu und treibt ihn dadurch an.
Die Steuerungsschaltung 12 beinhaltet eine CPU (Central Processing Unit) (ein Beispiel einer Ermittlungseinheit und ein Beispiel einer Booster-Steuereinheit) 122, eine Strommess-Einheit 124, eine Einheit zur Messung der elektromotorischen Rückspannung 126 und eine Temperatur-Messeinheit (ein Beispiel einer Messeinheit) 128. Die Steuerungsschaltung 12 steuert die Antriebsschaltung 14, um den Antrieb des Schrittmotors 20 zu steuern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuerungsschaltung 12 in einem IC (Integrated Circuit, Integrierter Schaltkreis) zusammengefasst.
Die Antriebseinheit 142 zum Antreiben des Motors ist ein Modul zum Anlegen einer Spannung an die Phasenwicklung jeder Phase des Schrittmotors 20. Die Antriebseinheit 142 zum Antreiben des Motors erhält ein Steuersignal von der CPU 122. Die Antriebseinheit 142 zum Antreiben des Motors legt die Spannung, basierend auf dem Steuersignal, an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Antriebsschaltung 14 und der Schrittmotor 20 durch vier Leitungen verbunden, d. h. eine Leitung für die positive Phase A, eine Leitung für die negative Phase A, eine Leitung für die positive Phase B, und eine Leitung für die negative Phase B. Die Antriebseinheit 142 zum Antreiben des Motors führt, basierend auf dem Steuersignal, dem Schrittmotor 20 elektrische Leistung durch diese Leitungen zu.
Der Stromsensor 144 ist ein Modul zur Abtastung eines Stroms (ein Spulenstrom), der in der Phasenwicklung jeder Phase des Schrittmotors 20 fließt. Der Stromsensor 144 gibt das Abtastergebnis des Spulenstroms an die Strommess-Einheit 124 aus.
Die Strommess-Einheit 124 ist ein Modul zum Messen des Spulenstroms des Schrittmotors 20. Die Strommess-Einheit 124 empfängt das Abtastergebnis des Spulenstroms, das vom Stromsensor 144 ausgegeben wird. Die Strommess-Einheit 124 misst den Spulenstrom basierend auf dem empfangenen Abtastergebnis. Die Strommess-Einheit 124 gibt das Messergebnis des Spulenstroms an die CPU 122.
Die Einheit 126 zum Messen der elektromotorischen Rückspannung ist ein Modul zum Messen der elektromotorischen Rückspannung, die in der Phasenwicklung jeder Phase des Schrittmotors 20 induziert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einheit 126 zum Messen der elektromotorischen Rückspannung mit jeder der vier Leitungen verbunden, die die Antriebsschaltung 14 mit dem Schrittmotor 20 verbinden. Die Einheit 126 zum Messen der elektromotorischen Rückspannung gibt das Messergebnis der elektromotorischen Rückspannung an die CPU 122.
Die Temperatur-Messeinheit 128 ist zum Beispiel ein Temperatursensor zum messen einer internen Temperatur des IC der Steuerungsschaltung 12. Die Temperatur-Messeinheit 128 gibt Temperaturdaten, die die Temperatur der Steuerungsschaltung 12 repräsentieren, an die CPU 122.
Die CPU 122 empfängt das von der Strommess-Einheit 124 ausgegebene Spulenstrom-Messergebnis, das von der Einheit 126 zum Messen der elektromotorischen Rückspannung ausgegebene Messergebnis der elektromotorischen. Rückspannung, und die von der Temperatur-Messeinheit 128 ausgegebenen Temperaturdaten. Die CPU 122 erzeugt das Steuersignal zur Steuerung einer Spannung, die am Schrittmotor 20 angelegt wird. Die CPU 122 erzeugt das Steuersignal basierend auf dem Messergebnis für den Spulenstrom während des Betriebs des Schrittmotors 20. Die CPU 122 gibt das erzeugte Steuersignal zum Antreiben des Motors an die Antriebseinheit 142 aus.
3 ist eine schematische Ansicht einer Schaltungsauslegung des Schrittmotors 20.
Wie in 3 gezeigt, beinhaltet der Schrittmotor 20 zwei Phasenwicklungen 21a und 21b, einen Rotor 22, sowie eine Vielzahl von Statorjochen (nicht abgebildet).
Jede der Phasenwicklungen 21a und 21b ist eine Phasenwicklung zur Erregung der Statorjoche. Jede der Phasenwicklungen 21a und 21b ist mit der Antriebsschaltung 14 verbunden. Die Phasenwicklung 21a ist die Phasenwicklung der Phase A. Die Phasenwicklung 21b ist die Phasenwicklung der Phase B. In den Phasenwicklungen 21a und 21b fließen jeweils Spulenströme von verschiedenen Phasen.
Der Rotor 22 beinhaltet einen mehrpoligen Permanentmagneten, der so magnetisiert ist, dass sich ein Südpol 22s und ein Nordpol 22n abwechseln. In 3 ist der Rotor 22 vereinfacht nur mit einem Südpol 22s und einem Nordpol 22n dargestellt. Die Statorjoche sind um den Rotor 22 herum, nahe dem Umfang des Rotors 22 angeordnet. Die Phasen der Spulenströme, die in den Phasenwicklungen 21a und 21b fließen, werden periodisch umgeschaltet, wodurch der Rotor 22 rotiert.
Wird der Schrittmotor 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel angetrieben, so legen die CPU 122 und die Antriebseinheit 142 eine pulsweitenmodulierte Spannung an jede der Phasenwicklungen 21a und 21b an.
Der Schrittmotor 20 wird wie folgt angetrieben: Die Phasenwicklung 21a wird so mit einer Pulsspannung (einer Spulenspannung V_a) beaufschlagt, dass sich die Polarität eines Spulenstrom I_a (das heißt, die Richtung des Spulenstroms I_a) mit vorgegebener Periode ändert. Währenddessen wird eine Pulsspannung (eine Spulenspannung V_b) an der Phasenwicklung 21b angelegt, mit der gleichen Periode, wie die der Phasenwicklung 21a. Die Phasenwicklung 21b wird so mit einer Pulsspannung beaufschlagt, dass der Spulenstrom I_b (das heißt, die Richtung des Spulenstroms I_b) und der Spulenstrom I_a eine vorgegebene Phasenverschiebung aufweisen.
Fließen die Spulenströme I_a und I_b in den jeweiligen Phasenwicklungen 21a und 21b, so werden die Statorjoche der Phasenwicklungen 21a und 21b gemäß der Polaritäten der Spulenströme I_a und I_b erregt. Demzufolge rotiert der Rotor 22 in vorgegebenen Schritteinheiten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel führt das Motorsteuerungsgerät 10 die Steuerung basierend auf der von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessenen Temperatur bei Aktivierung des Schrittmotors 20 aus. Diese Art der Steuerung wird nachstehend beschrieben.
Befindet sich das Stellglied 1 bei der Aktivierung des Schrittmotors 20 in einer Umgebung mit niedriger Temperatur, so führt das Motorsteuerungsgerät 10 eine so genannte Boostersteuerung aus, wobei ausschließlich innerhalb eines vorgegebenen Boost-Zeitraums nach dem Starten des Schrittmotors 20, die Antriebsleistung des Schrittmotors 20 um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird. Befindet sich das Stellglied 1 also in einer Umgebung mit niedriger Temperatur, so erhöht das Motorsteuerungsgerät 10 die Antriebsleistung des Schrittmotors 20 nur innerhalb des vorgegebenen Zeitabschnitts nach dem Starten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ermittelt die CPU 122, ob sich das Stellglied 1 in einer Umgebung mit niedriger Temperatur befindet, auf der Basis der von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessenen Temperatur innerhalb der Steuerungsschaltung 12. Befindet sich das Motorsteuerungsgerät 10 also in einer Umgebung mit niedriger Temperatur, so führt die CPU 122 die oben beschriebene Boostersteuerung für die Antriebsleistung aus.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Antriebsverfahren des Schrittmotors 20 erläutert, das vom Motorsteuerungsgerät 10 ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 4 gibt die CPU 122 in Schritt S101 einen Befehl zum Antriebsstart des Schrittmotors 20. Der Antriebsstart-Befehl wird in einem Zustand gegeben, in dem der Schrittmotor 20 im Stillstand ist.
In Schritt S102 erfasst die CPU 122 ein Ergebnis der Temperaturmessung von der Temperatur-Messeinheit 128.
In Schritt S103 ermittelt die CPU 122, ob die von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessene Temperatur niedrig ist. Diese Ermittlung wird zum Beispiel durchgeführt, indem die gemessene Temperatur mit einer vorgegebenen Temperatur (ein Schwellenwert) verglichen wird. Ist die gemessene Temperatur niedriger, als die vorgegebene Temperatur, so bestimmt die CPU 122, dass die gemessene Temperatur niedrig ist.
Wird in Schritt S103 ermittelt, dass die gemessene Temperatur nicht niedrig ist, so wird Schritt S104 übergangen und in Schritt S105 treibt die CPU 122 den Schrittmotor 20 in stationärer Betriebsart (Stationärer Antrieb) an. Hierbei bezieht sich die stationäre Betriebsart auf einen Aktivierungsmodus des Schrittmotors 20 bei dem die gleiche Antriebsleistung zum Schrittmotor 20 geführt wird, wie die Antriebsleistung während des stationären Antriebs nach Beendigung der Aktivierung.
Wird in Schritt S103 jedoch ermittelt, dass die gemessene Temperatur niedrig ist, so treibt die CPU 122 in Schritt S104 den Schrittmotor 20 im Aktivierungsmodus unter niedriger Temperatur an (unter niedriger Umgebungstemperatur). Hierbei bezieht sich der Aktivierungsmodus unter niedriger Temperatur auf einen Aktivierungsmodus des Schrittmotors 20 wobei die Antriebsleistung (Boosterenergie, zum Beispiel Boosterstrom) erhöht wird (Boostersteuerung). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Boostersteuerung so durchgeführt, dass die erhöhte Antriebsleistung dem Schrittmotor 20 nur innerhalb eines Booster-Zeitraums nach dem Beginn der Aktivierung des Schrittmotors 20 zugeführt wird. Der Schrittmotor 20 wird also durch Zuführen einer Antriebsleistung aktiviert, die um ein vorgegebenes Verhältnis, basierend auf der Steuerung der CPU 122, größer ist, als die dem Schrittmotor 20 bei stationärem Betrieb nach dem Ende des zugeführte Booster-Zeitraums (nachdem die Aktivierung abgeschlossen ist) zugeführte Antriebsleistung.
Wird der Motor in Schritt S104 aktiviert, so betreibt die CPU 122 den Schrittmotor 20 in Schritt S105 in stationärem Betrieb. Wird zum Beispiel in Schritt S103 ermittelt, dass die gemessene Temperatur niedrig ist, so beginnt in Schritt S104 die Aktivierung des Schrittmotors 20. Danach wird, wenn der Booster-Zeitraum beendet ist, das Verfahren von Schritt S105 durchgeführt.
In Schritt S106 stoppt die CPU 122 den Schrittmotor 20 in Fällen, bei denen eine vorgegebene Bedingung erfüllt wird, z. B. wenn die Zuführung von elektrischer Leistung zum Motorsteuerungsgerät 10 endet, oder Ähnliches. Ferner wird zum Beispiel der Betrieb des Schrittmotors 20 in Fällen gestoppt, bei denen ein Steuersignal zum Stoppen des Schrittmotors 20 von einem externen Gerät an die Steuerungsschaltung 12 gegeben wird, wenn eine vorgegebene Zeit seit der Aktivierung vergangen ist, wenn sich der Schrittmotor 20 eine bestimmte Anzahl von Schritten gedreht hat, oder Ähnlichem. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Wird der Schrittmotor 20 in Schritt S106 gestoppt, so endet die Reihe der Steuerungsvorgänge.
5 ist ein Diagramm der Antriebsleistung gegenüber der Zeit, wenn der Schrittmotor 20 in einem Aktivierungsmodus bei niedriger Temperatur aktiviert wird.
In 5 sind der Booster-Zeitraum und der Zeitraum des stationären Betriebs (stationärer Antrieb) durch einen Zeitpunkt t1 nach Beginn der Aktivierung voneinander getrennt. Beim stationären Antrieb wird die Antriebsleistung des Schrittmotors 20 auf P2 eingestellt. Im Booster-Zeitraum, von Beginn der Aktivierung bis zum Ende des Booster-Zeitraums, wird die Antriebsleistung auf P1 eingestellt, die größer ist als P2. Im Booster-Zeitraum wird der Schrittmotor 20 also mit einer Antriebsleistung angetrieben, die um den Boostbetrag (P1 – P2) erhöht ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Erhöhung der Antriebsleistung zum Beispiel durchgeführt, wenn die interne Temperatur des IC gleich, oder niedriger ist, als eine Temperatur T°C. Der Schwellenwert ”T” wird zum Beispiel in einem Bereich von –5°C bis +15°C, dem Aufbau des Stellglieds 1 angemessen festgelegt. In einem Fall zum Beispiel, wo der Schwellenwert T auf –5°C festgelegt ist, aktiviert die CPU 122 den Schrittmotor 20 mit erhöhter Antriebsleistung, wenn die Temperatur des IC gleich oder niedriger ist als –5°C. Im Übrigen ist der Wert, der als Schwellenwert T festgelegt wird, nicht auf diesen Wertebereich beschränkt.
Wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Aktivierungsmodus bei niedriger Temperatur die Erhöhung der Antriebsleistung vorgenommen, so kann dies in Form einer Erhöhung der Stromstärke erfolgen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Als Erhöhung der Antriebsleistung kann auch die Spannung durch eine Spannungsbooster-Schaltung oder Ähnliches erhöht werden, oder sowohl Strom und Spannung können erhöht werden.
Ein spezielles Beispiel zur Erhöhung der Stromstärke wird nachstehend beschrieben. Bei der Aktivierung des Schrittmotors 20 im Aktivierungsmodus bei niedriger Temperatur wird ein vorgegebener Antriebsstrom nur während einem vorbestimmten Booster-Zeitraum, zum Beispiel wie folgt, zugeführt.
Soll der Strom erhöht werden, so wird der Antriebsstrom so gesteuert, dass er um 10% bis 30% größer ist, als ein Antriebsstrom während des stationären Betriebs. Beträgt der Antriebsstrom eines Motors während des stationären Betriebs zum Beispiel 100 mA, so steuert die CPU 122 in dem Zeitraum, in dem der Strom erhöht wird, den Antriebsstrom so, dass er in einem Bereich von 110 mA bis 130 mA liegt.
Der Booster-Zeitraum, in dem ein größerer Antriebsstrom als der während des stationären Betriebs fließt, wird so gesteuert, dass der Zeitraum von Beginn des Antriebs an 50 ms bis 300 ms dauert. In anderen Worten wird der Booster-Zeitraum von Beginn des Antriebs an in einem Bereich von 50 ms bis 300 ms festgelegt.
Was die Stromerhöhung anbetrifft, so wurden der Betrag der Erhöhung und die Dauer des Booster-Zeitraums auf Grund experimenteller Ergebnisse festgesetzt. Als sich das Stellglied 1 zum Beispiel in einer niedrigen Umgebungstemperatur von –40°C befand, und die Steuerung so ausgeführt wurde, dass der dem Schrittmotor 20 zugeführte Antriebsstrom um einen Betrag von 17% für eine Dauer von 96 ms erhöht wurde, konnte das Stellglied 1 erfolgreich aktiviert werden.
Der Betrag der Erhöhung und die Dauer des Booster-Zeitraums sind nicht auf den Fall beschränkt, nur den Strom zu erhöhen, sondern können auch auf einen Fall angewendet werden, bei dem die Spannung erhöht wird. Das heißt, dass beim Erhöhen der Leistung der Betrag der Erhöhung der Antriebsleistung in einem Bereich von 10% bis 30% der Antriebsleistung im stationären Betrieb festgelegt werden kann. Ferner kann der Booster-Zeitraum von Beginn des Antriebs an in einem Bereich von 50 ms bis 300 ms festgelegt werden.
Wie oben beschrieben, kann der Schrittmotor 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel selbst bei niedriger Umgebungstemperatur, bei der eine Aktivierung mit der Antriebsleistung des stationären Betriebs fehlschlägt, auf Grund der bei der Aktivierung durchgeführten Boostersteuerung erfolgreich aktiviert werden. Da die Boostersteuerung nur in dem vorgegebenen Booster-Zeitraum durchgeführt wird, wird der Schrittmotor 20 nach Beendigung des Booster-Zeitraums mit der Antriebsleistung des stationären Betriebs (stationärer Antrieb) angetrieben. Daher kann der Energieverbrauch des Stellglieds 1 im Vergleich mit Fällen, in denen das herkömmliche Verfahren verwendet wird und der Schrittmotor 20 immer mit einer größeren Antriebsleistung betrieben wird als die Antriebsleistung im stationären Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels, verringert werden. Auch wenn ein Grenzwert für das Abtriebsdrehmoment des Stellglieds 1 festgesetzt ist, kann das Stellglied 1 sicher aktiviert werden, obwohl das Drehmoment während des stationären Betriebs unterhalb des Grenzwertes liegt, da der Betrieb mit erhöhter Antriebsleistung nur zu Beginn des Betriebs des Schrittmotors 20 durchgeführt wird.
Die Boostersteuerung wird so durchgeführt, dass die dem Schrittmotor 20 zugeführte Antriebsleistung um ein vorgegebenes Verhältnis größer ist, als die Antriebsleistung bei stationärem Betrieb. Dadurch wird dem Schrittmotor 20 bei niedriger Umgebungstemperatur eine angemessen große Antriebsleistung zur Aktivierung des Schrittmotors 20 zugeführt. Daher kann der Schrittmotor 20 zuverlässig aktiviert werden, ohne übermäßig Energie zu verbrauchen.
Ferner wird die Temperaturmessung zum Ermitteln, ob sich das Stellglied 1 in niedriger Umgebungstemperatur befindet, von der Temperatur-Messeinheit 128 innerhalb der Steuerungsschaltung 12 durchgeführt. Es ist daher unnötig, einen neuen Temperatursensor oder Ähnliches bereitzustellen, um festzustellen, ob die Boostersteuerung wie oben beschrieben durchgeführt werden soll. Daher kann der Aufbau des Motorsteuerungsgeräts 10 vereinfacht werden, und die Herstellungskosten für das Motorsteuerungsgerät 10 können verringert werden.
[Abwandlungen]
Die CPU 122 kann den Booster-Zeitraum gemäß der von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessenen Temperatur der Steuerungsschaltung 12 verändern und dann die Boostersteuerung durchführen. Zum Beispiel kann die CPU 122 den Booster-Zeitraum länger einstellen, wenn die gemessene Temperatur niedriger wird, und dann die Boostersteuerung ausführen. In diesem Fall kann der einstellbare Zeitbereich für den Booster-Zeitraum im Voraus festgelegt werden. Zum Beispiel kann der Booster-Zeitraum in einem Bereich eingestellt werden, der von Beginn des Antriebs an, je nach Temperatur, von 50 ms bis 300 ms dauert. Ferner kann der Booster-Zeitraum gemäß der Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und dem Schwellenwert festgelegt werden.
Ferner kann die CPU 122 die Boostersteuerung so ausführen, dass die dem Schrittmotor 20 zugeführte Antriebsleistung gemäß der von der Temperatur-Messeinheit 128 gemessenen Temperatur um einen Anteil größer ist, als beim stationären Betrieb. Zum Beispiel kam die CPU 122 die Steuerung im Booster-Zeitraum so ausführen, dass der erhöhte Betrag der dem Schrittmotor 20 zugeführten Antriebsleistung zunimmt, wenn die gemessene Temperatur abnimmt. In diesem Fall kann der Bereich, um den die Antriebsleistung in Bezug auf den Antriebsstrom während des stationären Betriebs erhöht wird, im Voraus bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Anteil der Leistungserhöhung in einem Bereich von 10% bis 30%, entsprechend der Temperatur festgelegt werden. Ferner kann die CPU 122 gemäß der gemessenen Temperatur auch beides verändern, den Booster-Zeitraum und den Anteil der Leistungserhöhung.
Wenn der Booster-Zeitraum, der Anteil der Leistungserhöhung, oder Ähnliches gemäß der gemessenen Temperatur, wie oben beschrieben, verändert werden können, so kann dem Schrittmotor 20 die für die Verhältnisse bei niedrigen Umgebungstemperaturen notwendige Antriebsleistung zugeführt werden. Daher kann der Schrittmotor 20 noch zuverlässiger aktiviert werden, während gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt wird.
Ferner kann die CPU 122 die Boostersteuerung im Booster-Zeitraum so ausführen, dass die dem Schrittmotor 20 zugeführte Antriebsleistung mit der Zeit abnimmt.
6 ist ein Diagramm der Antriebsleistung gegenüber der Zeit, wenn der Schrittmotor 20 gemäß einem modifizierten Aktivierungsmodus bei niedriger Temperatur aktiviert wird.
Die Aktivierung des Schrittmotors 20 kann zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, mit der Antriebsleistung P1 beginnen, die um einen vorgegebenen Anteil größer ist, als die Antriebsleistung P2 während des stationären Antriebs (stationärer Betrieb), und dann kann die Antriebsleistung im Booster-Zeitraum bis zur Zeit t1 allmählich mit der Zeit abnehmen. Wie durch eine unterbrochene Linie B in 6 dargestellt ist, kann die Boostersteuerung im Booster-Zeitraum bis zur Zeit t1 auch so ausgeführt werden, dass sich die Antriebsleistung mit der Zeit schrittweise ändert.
[Sonstiges]
Die Steuerungsschaltung kann nur teilweise als integrierte Schaltung ausgelegt sein. Ferner kann auch ein anderes Teil eines Bauteils des Motorsteuerungsgeräts, das von der Steuerungsschaltung verschieden ist, als integrierte Schaltung ausgelegt sein. Auch das gesamte Motorsteuerungsgerät kann als integrierte Schaltung ausgelegt sein.
Eine Hardwareanordnung des Stellglieds, wie zum Beispiel der Schrittmotor und das Motorsteuerungsgerät ist nicht auf die oben beschriebene Anordnung beschränkt.
Die oben, gemäß dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren können durch eine Software, oder durch eine Hardwareschaltung ausgeführt werden.
Es ist auch möglich, ein Programm zur Ausführung der oben, gemäß dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren bereit zu stellen, und das entsprechende Programm kann den Nutzern auf einem Datenträger, wie z. B. einer CD-ROM, Diskette, Festplatte, ROM, RAM, und Speicherkarte bereit gestellt werden. Das entsprechende Programm kann den Nutzern auch z. B. über Internet oder eine andere Kommunikationsverbindung zum Download zur Verfügung gestellt werden. Die in den oben beschriebenen Flussdiagrammen benannten Verfahren können gemäß dem entsprechenden Programm von der CPU oder Ähnlichem durchgeführt werden.
Es sollte beachtet werden, dass das hier offenbarte Ausführungsbeispiel nur zur Veranschaulichung dient und in keiner Weise beschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung definiert, sondern ist in den Ansprüchen dargelegt und beinhaltet sämtliche, den Ansprüchen äquivalente Abwandlungen innerhalb des Rahmens und des Sinns der Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5-76190 A [0004, 0006]

Claims

Motorsteuerungsgerät zur Verwendung in einem Stellglied mit einem Motor, wobei das Motorsteuerungsgerät dazu konfiguriert ist, den Motor anzutreiben und folgendes umfasst: eine Messeinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des Stellglieds oder eine Temperatur, die der Temperatur des Stellglieds entspricht, zu messen, eine Ermittlungseinheit, die dazu konfiguriert ist, zu ermitteln, ob die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, und eine Boostersteuerungs-Einheit, die dazu konfiguriert ist, eine Boostersteuerung bei Aktivierung des Motors auszuführen, um die dem Motor zugeführte Antriebsleistung zu erhöhen, falls die Ermittlungseinheit ermittelt, dass die von der Messeinheit gemessene Temperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist, wobei die Boostersteuerungs-Einheit dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor nur innerhalb eines Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die dem Motor während des stationären Antriebs nach dem Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1, wobei die Boostersteuerungs-Einheit dazu konfiguriert ist, den Booster-Zeitraum entsprechend der von der Messeinheit gemessenen Temperatur zu ändern.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Boostersteuerungs-Einheit dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor eine Antriebsleistung zugeführt wird, die um einen vorbestimmten Wert größer ist als die Antriebsleistung während des stationären Betriebs.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Boostersteuerungs-Einheit dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung so auszuführen, dass dem Motor eine Antriebsleistung zugeführt wird, die um einen der von der Messeinheit gemessenen Temperatur entsprechenden Wert größer ist, als die Antriebsleistung während des stationären Betriebs.
Motorsteuerungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Boostersteuerungs-Einheit dazu konfiguriert ist, die Boostersteuerung so auszuführen, dass die dem Motor im Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung mit der Zeit verringert wird.
Motorsteuerungsgerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei die Messeinheit dazu konfiguriert ist, eine interne Temperatur der Steuerungsschaltung des Motorsteuerungsgeräts zu messen.
Steuerungsverfahren eines Motorsteuerungsgeräts für ein Stellglied, das einen Motor verwendet, wobei das Steuerungsverfahren dazu konfiguriert ist, den Motor anzutreiben, und folgendes umfasst: Messen einer Temperatur des Stellglieds oder einer Temperatur, die der Temperatur des Stellglieds entspricht, Ermitteln, ob die gemessene Temperatur niedriger ist, als eine vorgegebene Temperatur, und Ausführen der Boostersteuerung bei der Aktivierung des Motors zur Erhöhung der dem Motor zugeführten Antriebsleistung, wenn ermittelt wurde, dass die gemessene Temperatur niedriger ist, als die vorgegebene Temperatur, wobei die Boostersteuerung so ausgeführt wird, dass dem Motor nur innerhalb des Booster-Zeitraums nach Beginn der Aktivierung des Motors eine Antriebsleistung zugeführt wird, die größer ist, als die dem Motor während des stationären Antriebs nach dem Booster-Zeitraum zugeführte Antriebsleistung.