JPS626440B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 空気調和機の風の吹出角度の制御にステツピン
グモータを用いた例は知られていないが、一般に
ステツプモータやあるいはサーボモータなどの回
転位置を制御する場合には、ある定めた基準位置
にモータの軸（あるいはダンパーなどのモータに
よつて制御される物体）が来ると閉となるマイク
ロスイツチなどを用いて基準位置の検出を行う。
しかしながらこの方法によると、ひんぱんに基準
位置にもどるような使用の場合、たとえば本発明
の一実施例として後述するような家庭用空気調和
機の空気の吹出角度を上下にたえずスイングさせ
るような場合には、何十万回となく基準位置を通
るので、マイクロスイツチなどでは耐久性に問題
が生じる。また非接触の光電スイツチなどを用い
た場合には、ゴミなどが（空気中はゴミが多く、
ワタボコリがつきやすい）付着しないような特別
の配慮が必要である。また、スイツチを設ける事
自体信頼性の劣化になる。

本発明はステツピングモータの回転角度制御に
おける基準位置検出法、ならびに回転角度制御法
に関するもので、特にひんぱんな位置検出を行う
もの、又は、ひんぱんに基準位置を通るものに対
して、基準位置検出用のスイツチを用いずに基準
位置から所定の角度の制御を可能とならしめるも
のであり、従来例で述べたような欠点を全て除去
するものである。

また家庭用空気調和機の風の吹出方向を、ある
位置を基準として所定角度の範囲でスイングさせ
たり、又はある所定位置に静止させたりするのに
すぐれた方法を提供することを目的とする。

本発明を家庭用空気調和機の吹出風の吹出角度
制御に用いた場合の一実施例を以下に図面ととも
に説明する。

第１図はセパレート型エアコンの室内ユニツト
の要部断面図である。

１は外枠、２は熱交換器、３は送風フアンであ
る。４は吹出口５の部分に設けられたダンパで、
軸６を中心に上下に回動する。

室内の空気は送風フアン３によつて熱交換器２
に矢印７のように吸い込まれ、冷却時は冷やされ
て吹出口５から出てゆくが、吹出口５を形成する
上下の壁８，９は流体力学的な設計によつて、ダ
ンパ４の曲がり角度以上に曲げられて矢印１０の
ように吹き出す。従つてダンパ４を軸６を中心に
上下に回動すれば、吹出風１０の方向も水平〜下
向へと方向が変る。さて、本発明はこのダンパ４
を駆動する方法に関するものであるが、その内容
を明らかにするためにいま少し第１図について説
明する。風の吹出角度は上方へは矢印１０′のよ
うに水平方向が最大で、これより上方へは吹き出
さずに、この方向もしくは下方の間でスイングす
るように設計される。従つて、従来ならば、この
１０′の吹出角度を与えるダンパの回転角度の位
置にスイツチをとりつけて、ダンパがこの位置ま
で来たことをスイツチの開閉によつて知るのであ
るが、本発明では、この水平になる位置の近くに
ストツパ１１が設けられているだけである。従つ
てダンパ４は、ストツパ１１によつてこれ以上、
上方には回動しないようになつている。

もしも、この位置にスイツチをとりつけた場合
には、ダンパを上下して、吹出風を水平から下方
へ、又、下方から水平へとスイングさせると、水
平位置になるたびにスイツチが開閉し、たとえ
ば、スイング周期を15秒とすると、１時間には
3600／15＝240回となり、１日６時間使うと1440
回となり、100日で実に14万回となる。従つて、
普通のスイツチではその耐久性に問題が生じて実
用にならない。ここに本発明のスイツチを使わな
い駆動方式の特長が生じるわけである。

さて、ダンパ４の軸は図示されていないが、ス
テツピングモータ、（またはパルスモータ）に結
合されている。そして、このステツピングモータ
の左右の回転によつてダンパ４は上下に回動す
る。

さてステツピングモータは一般には、デイジタ
ル機器用の制御用モータとして知られておりその
構成図は模式的には第２図に示している。

ステータ１２には、それぞれコイル１６ａ，１
６ｂ，１６ｃ，１６ｄが巻かれた４つの突極子１
３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、コイルの巻か
れていない副突極子１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄが設けられている。また回転子１４は、図の
ようにＮ―Ｓに磁化された永久磁石より成り、そ
の軸１５は普通は歯車などの減速機構を介してモ
ータより出ている。この軸が前述の第１図におけ
るダンパ４の軸６に結合されている。

今、第２図においてコイル１６ａを図のような
極性で励磁すると、回転子のN₁極が１３ａにひ
きつけられて第２図のような状態で静止する。こ
のコイル１６ａの相を相と呼ぶ。次にこの相
の励磁をやめて、相、すなわち１６ｂに電流を
流すとこの極１３ｂに回転子のN₂がひきつけら
れて回転子は矢印のように左に１ステツプ角図で
は22.5゜回転して再び静止する。以降順次相１
６ｃ、相１６ｄと順次切換えて励磁すると、そ
れにひきつけられて回転子は１ステツプ角ずつ回
転をつづけることになる。今は相―相―相
―相―相の順で励磁したが、この順序を逆に
すると回転子は逆方向に回転する。以上の説明は
常に１相だけ励磁していたので１相励磁と呼ばれ
る方法である。

第３図に示したタイムチヤートの、時間３３よ
り左側は２相励磁と呼ばれる方法で、常に２つの
相が同時に励磁される方式で、前述の１相励磁に
くらべて、回転子の振動が少ない方式として知ら
れているが、２８―２９の間は相と相が、２
９―３０の間は相と相が励磁されており、順
次２つの相が励磁される方式であり、クロツク
（周期t₀秒）毎に励磁相がシフトされ、１ステツ
プ角ずつ回転する。回転子の１ステツプ角は、第
２図の場合は22.5゜であるが、前述のようにその
軸は歯車等で減速されるので、実際に第１図のダ
ンパ４は１クロツクパルス毎に約0.6゜ぐらいに
なつている。従つて、ある基準位置からのクロツ
クパルスの数をカウントする事によつて、ダンパ
の角度を知ることができる。

更にステツプモータの特徴は、普通の誘導モー
タの場合には、回転子が外力によつて固定される
と非常に大きな励磁電流が流れるのに対して、ス
テツプモータの場合には、その励磁電流はほとん
ど定常状態の場合と変らないという点である。第
４図は２相励磁の場合の励磁電流の例で、t₀の区
間は回転子が振動するので少しは脈動するが、そ
の後は一定値（定常値）におちつく。

上述のようなステツプモータの特徴を用いて本
発明が実現できるわけである。

第５図は、ステツプモータを駆動するための回
路の１実施例であり、マイクロコンピユータ２６
を用いて、その出力ポートＥ〓〜E₃から、ドラ
イバー２５を通つてステツプモータの巻線１６ａ
〜１６ｄを励磁する。マイクロコンピユータ２６
には、その他、操作スイツチなどの入力がＡポー
トに、また、送風機や圧縮機などを制御する出力
がポートに接続されており、電源回路１８によ
つて電源がＶに、また、電源が投入された時にマ
イコンを初期状態にリセツトする抵抗２３、およ
びコンデンサ２４によるリセツト回路が、リセツ
ト端子Ｒに接続されている。

以下に述べる本発明によるステツプモータの制
御は全てマイクロコンピユータ２６に記憶させた
プログラムによつて実行させる。

さて、第１図におけるダンパを所望の角度に回
転させるためには、基準となる位置が必要であ
り、その位置にダンパがある事が解れば、その位
置から所定の数だけステツプ角を回転させれば良
いわけである。従つて、マイクロコンピユータに
は、基準位置に対する現在位置のカウンタ（移動
させたステツプ角をカウントするカウンタ）、が
必要である。そして、ダンパの現在位置を、基準
位置をもとにして、前記カウンタにより認識する
ことができる。たとえば下方に動かす時は１クロ
ツク毎にカウンタに１を加算し、上方に動かす時
は逆に減算すれば常に現在のダンパの角度を認識
することができる。ところが、マイクロコンピユ
ータは普通は電源が切れるとその内部の記憶も消
えてしまう。また、電源が切れなくても、最初の
ダンパの位置を知ることができない。従つて、こ
のような時に、ダンパを基準位置にセツトする必
要があり、本発明はこの目的のために利用するこ
とができる。

即ち、本発明は、ダンパを基準位置にセツトす
る際に、ダンパが必ず第１図のストツパ１１に必
ず到達して当るだけのパルス数でもつて、ダンパ
をストツパ１１に向けて駆動し、その後所定のパ
ルス数（ステツプ角）だけ逆方向に動かして、そ
の位置を基準位置として、マイクロコンピユータ
の内部のカウンターを０（基準位置の値）にセツ
トするものである。

これらの動作を第３図、および第６図を参照し
て説明する。先ず、ダンパが必ずストツパ１１に
到達するためには、ダンパの可動範囲、たとえば
360゜であるとし、ステツプモータの１クロツク
パルス当りの励磁によつて、ダンパが0.6゜動く
（ダンパ１の１ステツプ角＝ｈ）とすると、360÷
0.6＝600パルス分はダンパをストツパに向けて動
かす必要がある。第３図は２相励磁で運転してお
り、２６の時点では相と相の両方が励磁され
ているのでダンパは（回転子は）相と相の中
間の安定点、即ち、第６図の２６′の点にある。
次いで励磁が相と相の両方になるので、その
中間の安定点２７′に動く、（ステツプ角ｈだけ動
く）このようにして順次移動して、時間３０の時
点では、ダンパ（回転子）はストツパ位置４２
（第６図）のすぐ手前の相の安定点３０′に来
ている。ついで、３１の時点で安定点が３１″に
移るが、ダンパがストツパに衝突するので実際は
３１′の点で停止する。従つてステツプモータの
回転子もストツパによつて固定されてしまうが、
先にステツプモータの説明で述べたように、ステ
ツプモータの励磁電流は、回転子が外力によつて
固定されてしまつても増加しないことである。従
つて、モータを焼損する心配は全くない。ここで
ダンパは既にストツパの位置（基準位置）に到達
しているが、マイクロコンピユータは前述のよう
に、所定のパルスを送りつづけ、次に３２の時点
では安定点は相と相の中間点となる。この点
は第６図ではストツパ位置４２の右側３２″と、
左側の３２′に生じているが、ストツパにさえぎ
られて右側にはゆけないので左側の安定点に逆も
どりする（ストツパに当つたままで３１′より逆
もどりしない事も考えられる）次の安定点は相
と相の中間だから３３′に移動する。このよう
に、ストツパに衝突したあとは、ストツパの手前
で２ステツプ角＋安定点とストツパ距離（δ）、
（2h＋δ）の範囲で振動するが、マイコンが前記
の所定数だけ励磁が終ると３４の時点以降で１相
励磁（相）となつて停止させる。この時第６図
では相の安定点３４″で停止しようとするが、
ストツパに当つて３７′で停止する。

この１相励磁の時間は今までのクロツクパルス
の時間t₀よりも長くt₁の間励磁して、回転子（ダ
ンパ）の振動がなくなるような配慮をしている。
この時点で、ダンパは基準位置（ストツパの位
置）に到達完了している。この時、ストツパから
のへだたり本例では０であるが、最も遠くにへだ
たつた場合でも前述のように２ステツプ＋安定点
からストツパのへだたり、であり、最大3h（３
ステツプ角）に納まつている。これは、本例では
ｈ＝0.6゜だから、たかだか1.8゜以内である。

このままでマイクロコンピユータ内のカウンタ
を０にして基準位置としても良いが、そうする
と、基準位置に移動させる毎にストツパ４に衝突
する可能性もあるので、これを防ぐために本例で
は、更に第３図の時間３７から、逆方向に１ステ
ツプ角１相励磁によつてひきもどす。従つて第６
図３８′の点（相の安定点）で完全に停止し基
準位置に到達したことになり、この時点でマイク
ロコンピユータ内のカウンタを０にして基準位置
とする。こうすることによつて、これ以降、マイ
クロコンピユータは、任意の角度にダンパを移動
させることができるし、ダンパを基準位置に移動
させてもストツパに衝突することはない。また、
最終停止時には１相励磁を行うので、励磁電力が
２相励磁に比較して少なくなると共に、励磁を遮
断しても軸位置は移動しないという効果がある。

以上説明したように、一番最初に基準位置にセ
ツトする際に、スイツチを使うことなく確実にセ
ツトする事ができるし、又、何度でも基準位置に
なるように動かしても、ストツパに衝突すること
もない。

以上の例では、ステツプモータとして、永久磁
石型の４相ステツプモータについて説明したが、
これに限定されることはなく、他の型式のステツ
プモータやパルスモータを使用できる。但し、モ
ータのロツク状態における励磁電流があまり大き
くなるものは不適当である。

以上のように本発明は、ステツプモーターの回
転位置に初期セツトする際に、ストツパーに向け
てステツプモーターを複数相励磁によつて一定方
向に回転させてストツパーに衝突させるに十分な
所定の角度回転させ、この回転後同一方向の回転
を与える方向で１相励磁を所定時間励磁し、次い
で前記の回転方向とは逆の回転を与える１相励磁
を所定の時間行い基準位置としたものであるの
で、次の効果を有する。

(1) スイツチを必要としないので、寿命は長い。

(2) ストツパを設けるだけで構成が簡単である。

(3) ストツパに衝突するのは最初だけであり、以
降は衝突させないので、寿命は長い。

(4) ステツプモータの励磁電流が、ロツク状態で
も過大に流れないという特性を利用しているの
で、特別の励磁回路を必要としない。

(5) 停止時に１相励磁を使用できる結果、停止後
非励磁として省エネルギーが図れると共に、再
起動時に基準位置がずれるという不都合が生じ
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を用いた空気調和機
の室内ユニツトの一実施例の構成図、第２図は本
発明の制御方法によつて制御されるステツプモー
タの構成図、第３図は本発明の一実施例における
ステツプモータの励磁タイムチヤート図、第４図
は本発明の制御方法によつて制御されるステツプ
モータの励磁電流波形図、第５図は本発明の制御
方法を行う制御部の一実施例の構成図、第６図は
本発明の制御方法によるステツプモータの軸位置
の動きを示すタイムチヤート図である。 ４……ダンパ、１１……ストツパ、６……軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 永久磁石による回転子と複数の励磁相よりな
   る固定子より成るステツプモーターと、このステ
   ツプモーターの回転軸をある特定の位置において
   一方向への回転を禁止させるストツパと、前記ス
   テツプモーターの回転角度を計数するカウンタを
   有する駆動部より成り、前記ステツプモータの回
   転角度をある特定の基準位置を基準として制御す
   るものにおいて、前記ステツプモーターの回転軸
   を基準位置に初期セツトする際に、前記ストツパ
   ーに向けてステツプモーターを複数相励磁によつ
   て一定方向に回転させて前記ストツパーに衝突さ
   せるに十分な所定の角度回転させ、この回転後同
   一方向の回転を与える方向で１相励磁を所定時間
   励磁し、次いで、前記の回転方向とは逆の回転を
   与える１相励磁を所定の時間行い、基準位置とし
   たステツプモータの制御方法。