特許第6634779号(P6634779)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6634779
(24)【登録日】2019年12月27日
(45)【発行日】2020年1月22日
(54)【発明の名称】モータ駆動装置
(51)【国際特許分類】
   H02P 29/028 20160101AFI20200109BHJP
   H02H 7/09 20060101ALI20200109BHJP
【FI】
   H02P29/028
   H02H7/09 K
【請求項の数】4
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2015-218647(P2015-218647)
(22)【出願日】2015年11月6日
(65)【公開番号】特開2017-93093(P2017-93093A)
(43)【公開日】2017年5月25日
【審査請求日】2018年8月6日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
(74)【代理人】
【識別番号】100084995
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 和詳
(74)【代理人】
【識別番号】100099025
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 浩志
(72)【発明者】
【氏名】北河 高行
【審査官】 上野 力
(56)【参考文献】
【文献】 特開2008−295127(JP,A)
【文献】 特開2014−200490(JP,A)
【文献】 特開2010−035410(JP,A)
【文献】 特開2000−069786(JP,A)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータに印加する電圧を生成する駆動回路と、
前記駆動回路の電流を検知する電流検知部と、
電源の電圧を検知する電圧検知部と、
前記電流検知部で検知された検知電流及び前記電圧検知部で検知された検知電圧に基づいた判断を周期的に実行し、前記検知電流が閾値電流値以上の場合は、前記検知電圧の大きさに拘らず前記モータに印加する電圧の生成を前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から1制御周期を含む所定時間停止するように前記駆動回路を制御する過電流時通電停止制御を実行し、前記過電流時通電停止制御の実行後、前記検知電圧が閾値電圧以上かつ検知電流が前記閾値電流値以上の場合は、前記過電流時通電停止制御を前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から前記所定時間実行すると共に、前記検知電流が前記閾値電流値未満の場合は、前記検知電圧が前記閾値電圧以上の場合に前記モータを強制回転させる強制作動用電圧が前記モータに印加されるように前記駆動回路を制御する過電圧時通電制御を1制御周期の間実行し、前記過電流時通電停止制御の実行中に前記検知電流が前記閾値電流値未満になった時点を含む1制御周期が経過した後、前記検知電圧が前記閾値電圧以上となった場合に前記過電圧時通電制御を1制御周期の間実行する制御部と、
を含むモータ駆動装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記検知電流及び前記検知電圧に基づいた制御を周期的に実行し、前記過電流時通電停止制御の実行中に前記検知電流が前記閾値電流値未満になった場合には、前記検知電流が前記閾値電流値未満になった時点を含む1制御周期を含む前記所定時間が経過するまで実行中の過電流時通電停止制御を継続する請求項1記載のモータ駆動装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から前記過電流時通電停止制御実行を開始し、前記検知電圧が前記閾値電圧未満であれば、前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から1制御周期の所定の正の整数倍とした前記所定時間が経過するまで、前記検知電流が前記閾値電流値未満の場合でも前記モータに印加する電圧の生成を停止する請求項2記載のモータ駆動装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記過電圧時通電制御の実行中に前記検知電圧が前記閾値電圧未満になった時点を含む1制御周期が、前記検知電流が前記閾値電流値未満の状態で経過した場合及び前記過電圧時通電制御の実行中に前記検知電圧が前記閾値電圧未満になった時点を含む1制御周期内で前記検知電流が前記閾値電流値以上になった場合のいずれかまで前記過電圧時通電制御を継続する請求項1〜のいずれか1項記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
車両用エアコンの送風に用いられるブロアモータ(以下、「モータ」と略記)及びモータを制御する回路の電源は車載のバッテリが用いられるが、バッテリにはエンジンの点火系及びオルタネータ等の機器も接続されている。バッテリに接続された、これらの機器の影響により、モータ及びモータを制御する回路に供給される電力の電圧が変動するサージが発生し、当該サージにより回路が悪影響を受けるおそれがあった。
【0003】
サージの中でも、発電中のオルタネータとバッテリとの電気的な接続が絶たれた際に生じるロードダンプのサージは特に電圧が高く、半導体で構成された回路に致命的な影響を及ぼすおそれがある。特許文献1には、ロードダンプによる電源電圧の瞬間的な異常上昇を検出すると、モータ及び電磁コイルに通電して電源電圧の異常上昇を抑制する駆動装置の発明が開示されている。
【0004】
特許文献2には、ロードダンプによる電源電圧の瞬間的な異常上昇を検出すると、モータ及び電磁コイルに通電して電源電圧の異常上昇を抑制する二次空気導入システム用駆動装置の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−274828号公報
【特許文献2】特開2005−307957号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の発明は、ロードダンプのサージ等による数十〜数百m秒の短時間で生じる過電圧の解消を主な目的としている。従って、バッテリの急速充電器を接続した等の過電圧の状態が長時間継続する場合にモータへの通電を継続すると、モータを駆動する電圧を生成する駆動回路のスイッチング素子等が熱により損傷するおそれがあった。
【0007】
駆動回路の発熱は、駆動回路の電流が大きくなるほど顕著になる。モータ駆動装置では、多くの場合、駆動回路と電源との間に電流検知部を設け、電流検知部により過電流を検出した場合には、過電圧解消のための通電を中止することにより、駆動回路を構成するスイッチング素子等の損傷を防止している。
【0008】
図7は、電源電圧120の過電圧状態を解消するための通電により、駆動回路が過電流になった場合の従来技術の一態様を示したタイムチャートである。図7の場合では、電源電圧120が閾値電圧122を超えると、モータに通電する強制ON124の状態が駆動回路を制御するプロセッサの制御周期である10msの間継続される。駆動回路は、強制ON124の状態では、スイッチング素子であるFET(電界効果トランジスタ)をスイッチングさせて外部FET出力130を出力し、モータを駆動させる。
【0009】
図7では、時間t,t,t,t10の各々で電源電圧120が閾値電圧122を超え、強制ON124の状態になり、外部FET出力130が出力されている。その結果、駆動回路の発熱が顕著になり、時間t,t,t,t11の各々で、過電流状態であることを示す過電流検出信号126が検出されている。
【0010】
しかしながら、図7に示した場合では、過電流を抑制するための通電の中止よりも、過電圧解消の通電が優先される制御になっているので、時間t,t,t,t11の各々で、過電流状態であることを示す過電流検出信号126が検出されても、通電を中止する過電流OFF128の制御がなされない。従って、図7の場合では、プロセッサの制御周期である時間t〜t、時間t〜t、時間t〜t、時間t10〜t12の各々において、モータへの通電が継続され、駆動回路のスイッチング素子等が熱により損傷するおそれがあった。
【0011】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、過電流による回路の素子の損傷を防止できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記課題を解決するために、請求項1に記載のモータ駆動装置は、モータに印加する電圧を生成する駆動回路と、前記駆動回路の電流を検知する電流検知部と、電源の電圧を検知する電圧検知部と、前記電流検知部で検知された検知電流及び前記電圧検知部で検知された検知電圧に基づいた判断を周期的に実行し、前記検知電流が閾値電流値以上の場合は、前記検知電圧の大きさに拘らず前記モータに印加する電圧の生成を前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から1制御周期を含む所定時間停止するように前記駆動回路を制御する過電流時通電停止制御を実行し、前記過電流時通電停止制御の実行後、前記検知電圧が閾値電圧以上かつ検知電流が前記閾値電流値以上の場合は、前記過電流時通電停止制御を前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から前記所定時間実行すると共に、前記検知電流が前記閾値電流値未満の場合は、前記検知電圧が前記閾値電圧以上の場合に前記モータを強制回転させる強制作動用電圧が前記モータに印加されるように前記駆動回路を制御する過電圧時通電制御を1制御周期の間実行し、前記過電流時通電停止制御の実行中に前記検知電流が前記閾値電流値未満になった時点を含む1制御周期が経過した後、前記検知電圧が前記閾値電圧以上となった場合に前記過電圧時通電制御を1制御周期の間実行する制御部と、を含んでいる。
【0013】
このモータ駆動装置は、電圧検知部で検知された検知電圧が閾値以上の場合にモータを強制的に回転させる強制作動用電圧を駆動回路に生成させてモータを回転させることにより、電源電圧が過電圧の状態を解消する。
【0014】
また、このモータ駆動装置は、検知電圧が閾値電圧以上の場合でも、駆動回路及びモータが過電流状態の場合には、モータに印加する電圧の生成を停止させることにより、過電流による回路の素子の損傷を防止できる。
【0015】
また、このモータ駆動装置によれば、過電流状態が解消した1制御周期が経過した後、過電圧状態になった場合には、モータを回転させるための電圧を駆動回路に生成させることにより、電源電圧が過電圧の状態を解消する。
【0016】
請求項2記載のモータ駆動装置は、請求項1記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記検知電流及び前記検知電圧に基づいた制御を周期的に実行し、前記過電流時通電停止制御の実行中に前記検知電流が前記閾値電流値未満になった場合には、前記検知電流が前記閾値電流値未満になった時点を含む1制御周期を含む前記所定時間が経過するまで実行中の過電流時通電停止制御を継続する。
【0017】
このモータ駆動装置によれば、過電流状態が解消した場合であっても、過電流状態が解消した1制御周期の間は、モータへ印加する電圧の生成を停止させることにより、過電流による回路の素子の損傷を防止できる。
【0018】
請求項3の発明は、請求項2記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から前記過電流時通電停止制御の実行を開始し、前記検知電圧が前記閾値電圧未満であれば、前記検知電流が前記閾値電流値以上となった時点から1制御周期の所定の正の整数倍とした前記所定時間が経過するまで、前記検知電流が前記閾値電流値未満の場合でも前記モータに印加する電圧の生成を停止する。
【0019】
請求項4の発明は、請求項3記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記通電停止制御の実行中に前記検知電流が前記閾値電流値未満になった時点を含む1制御周期が経過した後、前記検知電圧が前記閾値電圧以上となった場合に前記過電圧時通電制御を実行する。
【0021】
請求項4の発明は、請求項1〜のいずれか1項記載のモータ駆動装置において、前記制御部は、前記過電圧時通電制御の実行中に前記検知電圧が前記閾値電圧未満になった時点を含む1制御周期が、前記検知電流が前記閾値電流値未満の状態で経過した場合及び前記過電圧時通電制御の実行中に前記検知電圧が前記閾値電圧未満になった時点を含む1制御周期内で前記検知電流が前記閾値電流値以上になった場合のいずれかまで前記過電圧時通電制御を継続する。
【0022】
このモータ駆動装置によれば、過電圧状態が解消した後もモータを回転させるための電圧を駆動回路に生成させることにより、電源電圧を低下させる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を用いたモータユニットの構成を示す概略図である。
図2】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の概略を示す図である。
図3】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置において、バッテリの急速充電により、電源電圧が閾値電圧以上となる状態が継続した場合の制御の一例を示したタイムチャートである。
図4】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置において、電源電圧が閾値電圧未満の状態が継続している場合に、モータを回転させる通電により一時的に過電流状態になった場合のタイムチャートの一例である。
図5】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置において、モータが停止している場合に、電源電圧が閾値電圧を超えた場合のタイムチャートの一例である。
図6】本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の過電圧解消処理の一例を示したフローチャートである。
図7】電源電圧の過電圧状態を解消するための通電により、駆動回路が過電流になった場合の従来技術の一態様を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図1は、本実施の形態に係るモータ駆動装置20を用いたモータユニット10の構成を示す概略図である。図1の本実施の形態に係るモータユニット10は、一例として車両用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。
【0025】
本実施の形態に係るモータユニット10は、ステータ14の外側にロータ12が設けられた、アウターロータ構造の三相モータに係るものである。ステータ14はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、U相、V相、W相の三相を構成している。
【0026】
ステータ14のU相、V相、W相の各々は、後述するモータ駆動装置20の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。
【0027】
ロータ12の内側(図示せず)にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ14で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ12を回転させる。
【0028】
ロータ12にはシャフト16が設けられており、ロータ12と一体になって回転する。図1には示していないが、本実施の形態ではシャフト16には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト16と共に回転することにより、車両用エアコンにおける送風が可能となる。
【0029】
ステータ14は、上ケース18を介して、モータ駆動装置20に取り付けられる。モータ駆動装置20は、モータ駆動装置20の基板22と、基板22上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク24とを備えている。
【0030】
ロータ12、ステータ14及びモータ駆動装置20を含んで構成されるモータユニット10には、下ケース28が取り付けられる。
【0031】
図2は、本実施の形態に係るモータ駆動装置20の概略を示す図である。図2に記載のインバータ回路40は、FETによってモータ52のステータ14のコイルに供給する電力をスイッチングする。例えば、インバータFET44A、44DはU相のコイル14Uに、インバータFET44B、44EはV相のコイル14Vに、インバータFET44C、44FはW相のコイル14Wに、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【0032】
インバータFET44A、44B、44Cの各々のドレインは、チョークコイル82を介して車載のバッテリ80の正極に接続されている。また、インバータFET44D、44E、44Fの各々のソースはバッテリ80の負極に接続されている。
【0033】
また、本実施の形態のモータ駆動装置20の基板上には、前述のインバータ回路40に加え、コンパレータ54、実回転数算出部56、指令回転数算出部58、スタンバイ回路60、メイン電源通電部62、通電制御駆動波形決定部64、PI制御部66、電圧補正部68及びFETドライバ70等が実装されている。
【0034】
また、本実施の形態のモータ駆動装置20の基板上には、チョークコイル82及び平滑コンデンサ84A、84B等が実装され、さらにエアコンECU(Electronic Control Unit)78及びバッテリ80が接続されている。チョークコイル82及び平滑コンデンサ84A、84Bはバッテリ80と共に略直流電源を構成している。また、エアコンECU78は、車両用エアコンの電子制御ユニットであり、ユーザがエアコンECU78によりエアコンをオンにすると、モータ駆動装置20の制御により、モータ52が作動する。また、ユーザが車両用エアコンの風量を調節する場合は、エアコンECU78を介してモータ52(ロータ12)の回転速度を指示するための信号が入力される。
【0035】
本実施の形態では、シャフト16と同軸に設けられたセンサマグネット12Aの磁界をホール素子12Bが検出する。コンパレータ54は、ホール素子12Bのアナログ出力をデジタル信号に変換する装置であり、実回転数算出部は、コンパレータ54が出力したデジタル信号に基づいてロータ12の実回転速度を算出する。指令回転数算出部はエアコンECU78等からの指示に基づいた目標回転速度を算出する。本実施の形態では、目標回転速度は、略1000〜5000rpmである。
【0036】
PI制御部66は、指令回転数算出部58が算出した目標回転速度と実回転数算出部56が算出した実回転速度とから、実回転速度を目標回転速度に変化させる場合にステータ14のコイルに印加する電圧をいわゆるPI制御によって算出する。PI制御部66は、目標回転速度と実回転速度との偏差と目標回転速度における電圧と実回転速度における電圧との偏差との比例関係基づいて目標回転速度における電圧を算出する偏差比例部66Pを含む。また、PI制御部66は、上記の比例関係のみでは残留偏差が生じる場合に、かかる残留偏差を偏差積分によって解消する偏差積分部66Iを含む。電圧補正部68は、PI制御部66による算出結果に基づいて、ステータ14のコイルに印加する電圧を補正するための信号を出力する。
【0037】
スタンバイ回路60は、バッテリ80から各部への電源供給を制御する回路である。また、メイン電源通電部62は、スタンバイ回路60の制御に従って、モータ駆動装置20への電源をオンにする。また、メイン電源通電部62は、モータ52の始動時、すなわちモータ52を回転速度0rpmから回転させる場合に、論理和回路86を介して強制500rpm指令部88に指令を出す。強制500rpm指令部88は、モータ52の始動時には目標回転速度が所定の時間において500rpmとなるように指令回転数算出部58を制御し、指令回転数算出部58は、500rpmに係る信号をPI制御部66に出力する。なお、所定の時間は、一例として、500〜1000m秒である。
【0038】
所定の時間が経過後は、強制500rpm指令部による指令回転数算出部58への制御は終了し、指令回転数算出部58はエアコンECU78からの指示に基づいて算出した目標回転速度に係る信号をPI制御部66に出力する。
【0039】
通電制御駆動波形決定部64は、スタンバイ回路60とメイン電源通電部62を介して電源が供給されると、電圧補正部68からの信号に基づいて、ステータ14のコイルに印加する電圧の駆動波形を決定する。
【0040】
FETドライバ70は、通電制御駆動波形決定部64が決定した駆動波形に基づいて、インバータ回路40のスイッチングを制御するためのPWM信号を生成してインバータ回路40に出力する。
【0041】
本実施の形態に係るモータ駆動装置20の基板上には、基板の温度を抵抗値として検知するチップサーミスタRTが実装されている。本実施の形態に用いられるチップサーミスタRTは、一例として、温度の上昇に対して抵抗が減少するNTC (Negative Temperature Coefficient)サーミスタである。なお、反転回路を併用することで、温度が上昇するにつれて抵抗値が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタを使用してもよい。
【0042】
チップサーミスタRTは一種の分圧回路を構成しており、チップサーミスタRTによって構成される分圧回路の出力端からは、チップサーミスタRTの抵抗値に基づいて変化する電圧が出力される。チップサーミスタRTによって構成される分圧回路の出力端から出力された電圧は過熱状態判定部106において過熱判定値出力部104が出力する過熱判定値と比較され、出力された電圧が過熱判定値以下の場合には、目標回転速度を強制的に0rpmとするように指令回転数算出部58を制御する。前述のように、本実施の形態に係るチップサーミスタRTは、温度の上昇に対して抵抗が減少するタイプなので、チップサーミスタRTによって構成される分圧回路の出力端から出力される電圧は、温度の上昇に応じて低下するものとする。過熱状態判定部106は、チップサーミスタRTの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合に回路が過熱していると判定する。過熱判定値は基板に実装される素子及びチップサーミスタRTの位置等によって変化するが、一例として145℃においてチップサーミスタRTによって構成される分圧回路が出力する電圧である。
【0043】
また、インバータFET44D、44E、44Fの各々のソースとバッテリ80との間にはインバータ回路40の電流を検知するための電流検知部94が設けられている。電流検知部94は、抵抗値が0.2mΩ〜数Ω程度と小さいシャント抵抗94Aと、インバータ回路40の電流に応じて変化するシャント抵抗94Aの両端の電位差を検知すると共に検知した電位差の信号を増幅するアンプ94Bとを含む。そして、アンプ94Bが出力した信号は、過負荷判定部98と過電流判定部102とに各々入力される。過電流判定部102では、アンプ94Bが出力した信号と過電流判定値出力部100が出力した過電流判定値とを比較し、アンプ94Bが出力した信号が過電流判定値以上の場合には、過電流検出信号を保護優先順位判定部112に出力する。また、過負荷判定部98は、アンプ94Bが出力した信号と過負荷判定値出力部96が出力した過負荷判定値とを比較し、アンプ94Bが出力した信号が過負荷判定値以上の場合には、論理和回路86を介して強制500rpm指令部88に指令し、モータ52の回転速度を強制的に所定の回転速度である500rpmに低下させる制御をする。
【0044】
過負荷状態と判定してモータ52の回転速度を500rpmにした場合は、電流検知部94によって検知された電流値(に従って変化するシャント抵抗94Aの両端の電位差の増幅値)が過負荷判定値を下回るまでモータ52の回転速度を500rpmに制御する。電流検知部94が検知した電流値が過負荷判定値を下回った後は、指令回転数算出部58が算出した目標回転速度でモータ52が回転するように、ステータ14のコイルに印加する電圧を制御する。
【0045】
本実施の形態では、過電流判定値は過負荷判定値を超える値であり、回路保護のためにインバータ回路40による電圧の生成を停止させることによりモータ52への通電を停止しなければならない電流値である。過電流判定値及び過負荷判定値の具体的な数値は、モータ52の仕様に左右されるので、設計時のシミュレーション及び実験を通じてモータの仕様ごとに個別具体的に決定する。
【0046】
チョークコイル82とインバータ回路40との間には、電源電圧を検知すると共に、電源電圧の値と過電圧判定値出力部108が出力した過電圧判定値とを比較する過電圧判定部110が接続されている。過電圧判定部110は、電源電圧が過電圧判定値以上の場合には、過電圧検出信号を保護優先順位判定部112に出力する。
【0047】
保護優先順位判定部112は、過電圧判定部110が出力した過電圧検出信号と、過電流判定部102が出力した過電流検出信号と、に基づいて、モータ52を回転させる又はモータ52の回転を停止させるようにFETドライバ70を制御する。
【0048】
例えば、過電流検出信号が出力されず、過電圧検出信号が出力されている場合には、保護優先順位判定部112は、高すぎる電源電圧を緩和するために、モータ52を所定の回転速度で回転させる強制ONの状態を、プロセッサの一種である保護優先順位判定部112の制御の単位周期である1制御周期(一例として10ms)の間継続する。
【0049】
また、過電流検出信号が出力された場合には、過電圧検出信号が出力されていても、モータ52の回転を停止させるためにモータ52への通電を停止させるようにFETドライバ70を制御し、インバータ回路40等を構成する素子を保護する。即時に通電停止させるには、一例として割り込み処理等を用いる。過電流検出信号が出力された後は、モータ52の回転を停止させる過電流OFFの状態を、前述の1制御周期よりも長い所定時間継続する。所定時間は、1制御周期の所定の正の整数倍であり、本実施の形態では、一例として100msである。
【0050】
保護優先順位判定部112での制御は、一例として、下記の通りである。
【0051】
(1)過電流検出信号が出力された場合は、過電圧検出信号が出力されていてもモータ52を回転させない。モータ52が回転中に過電流検出信号が出力された場合には、過電流時通電停止制御により即時にモータ52に印加する電圧の生成を停止させてモータ52の回転を停止させる。過電流かつ過電圧の場合には、過電流を解消するために、モータ52を回転させない過電流時通電停止制御が最優先される。過電流時通電停止制御は、過電流検出信号が出力されなくなっても、過電流検出信号が出力されなくなった時点を含む制御周期が経過するまで強制ONに優先して実行される。また、過電流検出信号が出力された後は、過電流検出信号が出力されなくなった場合、すなわち過電流が解消された場合でも、モータ52の回転を停止させる過電流OFFの状態を過電流検出信号が出力された時点から所定時間維持する。
【0052】
(2)過電流OFFは、エアコンのスイッチがオンになった場合のモータ52の回転(過負荷状態でモータ52を500rpmで回転させる場合も含む)に対して常に優先する。
【0053】
(3)強制ONは過電流OFFに優先する。すなわち、過電圧を解消する強制ONは、過電流が解消され、かつ保護優先順位判定部112の制御周期が過電流検出信号が出力されなくなった時点を含む制御周期から他の制御周期に移行して過電流時通電停止制御が解除されたのであれば、過電流OFFに優先する。
【0054】
(4)強制ONは、過電圧検出信号が検出されなくなっても、すなわち過電圧が解消された場合でも、過電圧検出信号が検出されなくなった時点を含む制御周期の間は維持される。しかしながら、強制ONを継続中でも、過電流検出信号が出力された場合には、モータ52の回転を停止させる過電流時通電停止制御を優先する。
【0055】
以上のように、本実施の形態では、電流検知部94で検知された検知電流が過電流判定値以上の場合は、電源電圧の大きさに拘らず過電流の解消のためにモータ52を回転させない過電流時通電停止制御を実行する。検知電流が過電流判定値未満の場合は、電源電圧が過電圧判定値以上となった場合に過電圧を解消するためにモータ52を回転させる強制ONを実行する。検知電流が過電流判定値未満でかつ電源電圧が過電圧判定値未満の場合には、過電流時通電停止制御及び強制ONのどちらも実行しない。また、過電流OFFは、過電流検出信号が出力されてから所定時間継続される。本実施の形態では、当該所定時間内に再び過電流検出信号が出力された場合には、再び過電流検出信号が出力された時点から過電流OFFを所定時間継続する。
【0056】
過電流時通電停止制御が、過電流検出信号が出力されなくなった時点を含む制御周期が経過するまで強制ONに優先して実行されるようにするには、一例として以下のような制御を行う。制御周期が次の制御周期に切り替わるまで過電流時通電停止制御を実行する。そして、制御周期が次の制御周期に切り替わる際に、過電流検出信号が出力されている場合には次の周期でも過電流時通電停止制御を実行する。制御周期が次の制御周期に切り替わる際に、過電流検出信号が出力されていない場合には、次の周期では過電流時通電停止制御を実行しない。
【0057】
同様に、強制ONが、過電圧検出信号が検出されなくなっても、すなわち過電圧が解消された場合でも、過電圧検出信号が検出されなくなった時点を含む制御周期の間は維持されるようにするには、一例として以下のような制御を行う。過電流検出信号が出力されていないのであれば、制御周期が次の制御周期に切り替わるまで強制ONを実行する。そして、制御周期が次の制御周期に切り替わる際に、過電圧検出信号が出力されかつ過電流検出信号が出力されていない場合には次の周期でも強制ONを実行する。制御周期が次の制御周期に切り替わる際に、過電圧検出信号が出力されていない場合又は過電流検出信号が出力されている場合には、次の周期では強制ONを実行しない。
【0058】
図3は、本実施の形態に係るモータ駆動装置20において、バッテリ80の急速充電により、電源電圧120が閾値電圧122以上となる状態が継続した場合の制御の一例を示したタイムチャートである。図3では、時間t1Aにおいて電源電圧120が閾値電圧122を超えた場合に強制ON124の状態になり、図3において外部FET出力130として示されたように、インバータ回路40はモータ52を回転させるための電圧を生成する。
【0059】
強制ON124の状態は、保護優先順位判定部112の制御周期T(一例として10ms)の間継続されるが、図3の時間t1Bで過電流検出信号126が出力されると、強制ON124の状態が継続中であっても、過電流時通電停止制御により外部FET出力130は停止され、モータ52を回転させない。また、時間t1Bで過電流検出信号126が出力された後は、所定時間(一例として100ms)過電流OFF128の状態が継続される。
【0060】
制御周期Tが経過して制御周期Tに移行した時間t2Aでは、電源電圧120が閾値電圧122を超えていることから強制ON124の状態となり、外部FET出力130がオンになる。図3では、強制ON124は、制御周期T〜Tにおいて継続しているように記載されている。強制ON124は1制御周期が経過するとオフになるが、図3の場合は、電源電圧120が閾値電圧122を超えた状態が継続しているので、現在の制御周期が経過して強制ON124がオフになった直後に、他の制御周期に移行したことで再び強制ON124がオンになるためである。また、過電流検出信号126が検出されなくなった制御周期Tとは異なる制御周期Tに移行しているので過電流時通電停止制御は解除される。過電流OFFは継続中だが、強制ON124は過電流OFF128に優先するので、外部FET出力130はオンになる。しかしながら、時間t2Bで過電流検出信号126が出力されると、強制ON124の状態が継続中であっても、過電流時通電停止制御により外部FET出力130は停止される。
【0061】
図3において、強制ON124の状態での外部FET出力130のONは、制御周期Tの時間t3A、制御周期Tの時間t4A、制御周期Tの時間t5A、制御周期Tの時間t6Aの各々で行われる。また、過電流検出信号126の出力に基づく外部FET出力130の停止は、制御周期Tの時間t3B、制御周期Tの時間t4B、制御周期Tの時間t5B、制御周期Tの時間t6Bの各々で行われる。過電流検出信号126は、制御周期Tの時間t3C、制御周期Tの時間t4C、制御周期Tの時間t5C、制御周期Tの時間t6Cの各々で検出されなくなるが、制御周期が次の制御周期に移行するまで過電流時通電停止制御は解除されず、外部FET出力130はオンにならない。
【0062】
図3に示したように、過電流検出信号126が検出されると、過電流時通電停止制御により過電圧状態であっても外部FET出力130がオフになり、モータ52への通電が停止される。かかる通電停止により、各々の制御周期においてモータ52への通電は短時間で終了し、インバータ回路40等を構成する素子が過電流によって損傷することを防止する。
【0063】
図4は、電源電圧120が閾値電圧122未満の状態が継続している場合に、モータ52を回転させる通電により一時的に過電流状態になった場合のタイムチャートの一例である。図4では、エアコンのスイッチがオンになることで、外部FET出力130がオンになり、モータ52に通電されていたが、時間tで過電流検出信号126が出力されたことで、過電流時通電停止制御により外部FET出力130はオフになり、その後は、モータ52への通電が停止される過電流OFF128が所定時間(一例として100ms)継続される。
【0064】
時間tでは所定時間が経過したことにより、過電流OFF128は解除され、外部FET出力130がオンになりモータ52への通電が再開される。しかしながら、時間tでは再び過電流検出信号126が検出されたことにより、外部FET出力130はオフになり、過電流OFF128が開始される。
【0065】
時間tでは過電流OFF128は解除され、外部FET出力130がオンになりモータ52へ通電されるが、時間tで再び過電流検出信号126が検出されたことにより、外部FET出力130はオフになり、過電流OFF128が開始される。
【0066】
図4に示したように、電源電圧120が閾値電圧122を超えていない場合でのエアコンの使用においても、過電流状態になった場合には、所定時間モータ52への通電を停止し、インバータ回路40等を構成する素子の損傷を防止することができる。
【0067】
図5は、モータ52が停止している場合に、電源電圧120が閾値電圧122を超えた場合のタイムチャートの一例である。図5では、時間tで電源電圧120が閾値電圧122以上となったために強制ON124の状態となり、外部FET出力130が時間tから時間tまでの制御周期Tにおいてオンになる。図5に示したように、外部FET出力130は、電源電圧120が閾値電圧122未満となった後も、制御周期Tの間はオン状態が継続される。
【0068】
その後、制御周期Tから制御周期Tまで、すなわち時間tから時間tの直前までは、電源電圧120が閾値電圧122未満なので、強制ON124の状態にはならない。時間tでは再び電源電圧120が閾値電圧122を超えたことにより、強制ON124の状態になり、外部FET出力130が時間tから時間tまでの制御周期Tにおいてオンになる。外部FET出力130のオン状態は制御周期Tの間は継続されるが、時間tから時間tまでの制御周期Tでは、電源電圧120が閾値電圧122未満なので、外部FET出力130はオフになる。
【0069】
図6は、本実施の形態に係るモータ駆動装置20の過電圧解消処理の一例を示したフローチャートである。ステップ600では、電源電圧120が閾値電圧122以上になった過電圧状態であるか否かが判定され、肯定判定の場合には手順をステップ602に、否定判定の場合には手順をステップ608に、各々移行させる。
【0070】
ステップ602では、電流検知部94が過電流検出信号126を出力したか否かを判定する。ステップ602で肯定判定の場合には、手順をステップ612に移行させ、ステップ602で否定判定の場合には、手順をステップ604に移行させる。
【0071】
ステップ604では、インバータ回路40を駆動させてモータ52に通電する。ステップ606では、電流検知部94が出力した信号が過電流判定値以上であるか否かを判定し、肯定判定の場合には手順をステップ612に、否定判定の場合には手順をステップ608に、各々移行させる。
【0072】
ステップ608では、制御周期が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ610で通電を停止して処理をリターンする。ステップ608で否定判定の場合には、手順をステップ606に戻す。
【0073】
ステップ606で肯定判定の場合には、ステップ612で(ステップ604で通電を開始した場合には)過電流時通電停止制御により通電を停止すると共に過電流OFFの制御を開始する。ステップ614では、制御周期が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ616で過電流時通電停止制御を解除する。また、ステップ618では、過電流OFFの制御開始後、所定時間が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には処理をリターンする。
【0074】
ステップ618で否定判定の場合には、ステップ620で過電圧状態か否かを判定し、肯定判定の場合には手順をステップ622に、否定判定の場合には手順をステップ618に、各々移行させる。
【0075】
ステップ622では、過電流検出信号126が再度出力されたか否か、すなわち再度過電流状態となったか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ624で(後述するステップ628で通電を開始した場合には)過電流時通電停止制御により通電を停止すると共に過電流OFFの制御を再度開始する。ステップ626では、制御周期が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ628で過電流時通電停止制御を解除する。
【0076】
ステップ630では、過電流OFFの制御の再度開始後、所定時間が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には処理をリターンする。ステップ630で否定判定の場合には、手順をステップ620に戻す。
【0077】
ステップ622で否定判定の場合には、ステップ632で通電を行い、ステップ634で制御周期が経過したか否かを判定する。ステップ634で肯定判定の場合には、ステップ636で通電を停止し、ステップ634で否定判定の場合には、手順をステップ622に戻す。
【0078】
ステップ630で過電流OFFの制御開始後、所定時間が経過したか否かを判定し、肯定判定の場合には処理をリターンする。ステップ630で否定判定の場合には、手順をステップ620に戻す。
【0079】
以上説明したように、本実施の形態では、過電流状態の場合にモータ52への通電を停止する制御を、過電圧状態時にモータ52に通電する制御よりも優先している。バッテリの急速充電の際には、過電圧状態が10分以上継続するが、過電圧状態を解消する制御を優先すると、インバータ回路40を構成するスイッチング素子等が過電流によって過熱し、損傷するおそれがある。
【0080】
本実施の形態では、過電流状態での素子の負荷が、過電圧による素子の負荷よりも深刻であることに鑑み、過電流状態の場合には、過電圧状態であっても、インバータ回路40にモータ52へ印加する電圧の生成を中止、すなわちモータ52への通電を停止することにより、過電流による回路の素子の損傷を防止する。
【符号の説明】
【0081】
10…モータユニット、12…ロータ、12A…センサマグネット、12B…ホール素子、14…ステータ、14U,14V,14W…コイル、16…シャフト、18…上ケース、20…モータ駆動装置、22…基板、24…ヒートシンク、28…下ケース、40…インバータ回路、44A,44B,44C,44D,44E,44F…インバータFET、52…モータ、54…コンパレータ、56…実回転数算出部、58…指令回転数算出部、60…スタンバイ回路、62…メイン電源通電部、64…通電制御駆動波形決定部、66…PI制御部、66I…偏差積分部、66P…偏差比例部、68…電圧補正部、70…FETドライバ、78…エアコンECU、80…バッテリ、82…チョークコイル、84A…平滑コンデンサ、86…論理和回路、88…強制500rpm指令部、94…電流検知部、94A…シャント抵抗、94B…アンプ、96…過負荷判定値出力部、98…過負荷判定部、100…過電流判定値出力部、102…過電流判定部、104…過熱判定値出力部、106…過熱状態判定部、108…過電圧判定値出力部、110…過電圧判定部、112…保護優先順位判定部、120…電源電圧、122…閾値電圧、124…強制ON、126…過電流検出信号、128…過電流OFF、130…外部FET出力、RT…チップサーミスタ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7