特許第6873471号(P6873471)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 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】6873471
(24)【登録日】2021年4月23日
(45)【発行日】2021年5月19日
(54)【発明の名称】モータ制御装置
(51)【国際特許分類】
   H02P 29/024 20160101AFI20210510BHJP
   H02M 7/48 20070101ALI20210510BHJP
【FI】
   H02P29/024
   H02M7/48 M
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2017-82361(P2017-82361)
(22)【出願日】2017年4月18日
(65)【公開番号】特開2018-182962(P2018-182962A)
(43)【公開日】2018年11月15日
【審査請求日】2020年3月16日
(73)【特許権者】
【識別番号】592059437
【氏名又は名称】特殊電装株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102141
【弁理士】
【氏名又は名称】的場 基憲
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 宗孝
【審査官】 島倉 理
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−027085(JP,A)
【文献】 特開平11−316249(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02P 29/024
H02M 7/48
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、
モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、
モータ駆動回路に制御信号を出力するモータ制御回路と、
モータ駆動回路及びモータ制御回路のマイナス側電源ラインに接続した内部グランドラインと、
外部制御機器におけるマイナス側電源ラインと内部グランドラインを接続する共通化グランドラインと、
共通化グランドラインに流れる電流を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力する保護回路とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
前記保護回路は、
共通化グランドラインに流れる電流を検知する電流検知部と、
電流検知部が内部グランドライン側からの電流を検知した際にモータ制御回路にモータ停止信号を出力する第1信号出力部と、
電流検知部が外部制御機器側からの電流を検知した際にモータ制御回路にモータ停止信号を出力する第2信号出力部とを備えていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記保護回路は、
モータ制御回路の制御回路電流に基づいて設定した閾値を有し、電流検知部で検知した電流値が閾値を超えた際に、第1信号出力部又は第2信号出力部によりモータ停止信号を出力することを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータ制御装置を複数備えると共に、
各モータ制御装置が、互いに個別のモータを制御すると共に、互いに共通の電源及び外部制御機器に接続されることを特徴とするモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続される非絶縁型のモータ制御装置に関し、とくに、断線等に起因する異常電流に対する保護回路を備えたモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、保護回路を備えた制御装置としては、例えば、電子制御システムの名称で特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に記載の電子制御システムは、車両に搭載した複数の電子制御装置を含み、信号線をシールド部材で被覆したシールド線を介して各電子制御装置を相互に接続している。この電子制御システムは、各電子制御装置のグランド端子とバッテリのマイナス端子との間で断線等が生じた場合に、シールド線のシールド部材に過電流が流れるのを防止するための保護手段を備えた構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第5304620号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置では、電源グランドラインに断線等が生じると、外部制御機器にモータの駆動電流が異常電流として流れ、グランドラインの損傷やモータの異常動作が生じる場合がある。このようなモータの異常動作は、上記した電子制御システムでは生じない事態である。
【0005】
そこで、モータ制御装置における一般的な保護手段としては、ヒューズ、PTCサーミスタ及び抵抗等の手段が挙げられる。しかしながら、ヒューズを用いる場合には、部品交換が不可欠であり、それ以外の手段を用いる場合には、グランドラインの電圧降下によりモータの指示値にオフセット電圧が生じ、これによりモータの異常動作が生じる虞があることから、従来ではこのような問題点を解決することが課題であった。
【0006】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、電源グランドラインに断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係わるモータ制御装置は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、モータ駆動回路に制御信号を出力するモータ制御回路と、モータ駆動回路及びモータ制御回路のマイナス側の電源ラインに接続した内部グランドラインとを備えている。そして、モータ制御装置は、外部制御機器におけるマイナス側電源ラインと内部グランドラインを接続する共通化グランドラインと、共通化グランドラインに流れる電流を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力する保護回路とを備えた構成としており、上記構成をもって課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係わるモータ制御装置は、外部制御機器を接続した際、共通化グランドライン及び内部グランドラインが、外部制御機器との共通のグランドラインとして機能する。このようなモータ制御装置は、例えば、電源グランドラインに断線等が生じると、モータ制御回路に流れる制御回路電流が、異常電流として共通化グランドライン方向に流れる。このとき、モータ制御装置は、共通化グランドラインに設けた保護回路により、制御回路電流(異常電流)を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力し、モータ駆動回路を介してモータを停止させる。これにより、グランドラインの電圧降下によりモータの指示値にオフセット電圧が生じないようにすると共に、モータの駆動電流が外部制御機器側に流れるのを阻止する。
【0009】
このようにして、本発明に係わるモータ制御装置は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置において、電源グランドラインに断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明に係わるモータ制御装置の第1実施形態を説明する回路説明図である。
図2図1に示すモータ制御装置において電源グランドラインが断線した状態を示す回路説明図である。
図3】本発明に係わるモー御装置の第2実施形態を説明する回路説明図である。
図4図3に示すモータ制御装置において電源グランドラインが断線した状態を示す回路説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
〈第1実施形態〉
図1及び図2は、本発明に係わるモータ制御装置の第1実施形態を説明する図である。なお、以下に説明する各図では、モータMの駆動電流Aが流れるラインを太い実線で示し、微小な制御回路電流(実質的に信号)B,Cが流れるラインを細い実線で示している。モータMの駆動電流Aは、制御回路電流B,Cに比べて明らかに大きい電流値である。よって、この種のモータ制御装置では、夫々の電流値の大きさに対応したラインを用いて各構成同士を接続している。
【0012】
図1に示すモータ制御装置1は、共通のグランドラインを介して外部制御機器51が接続される非絶縁型のものである。モータ制御装置1は、モータMに駆動電流Aを供給するモータ駆動回路2と、モータ駆動回路2に制御信号を出力するモータ制御回路3と、モータ駆動回路2及びモータ制御回路3の内部グランドライン4とを備えている。
【0013】
また、モータ制御装置1は、外部制御機器51と内部グランドライン4を接続する共通化グランドライン5と、共通化グランドライン5に流れる電流を検知してモータ制御回路3にモータ停止信号を出力する保護回路6とを備えている。
【0014】
モータ駆動回路2は、例えばHブリッジ回路であると共に、電源ラインL1,L2により電源Eに接続してあり、モータMに対する駆動電流Aの流れ方向を切り換える回路である。モータ制御回路3は、同じく電源ラインL1,L2により電源Eに接続してあり、モータ駆動回路2に対して、ON/OFF信号や、駆動電流Aの切換信号といった制御信号を出力する回路である。このモータ制御回路3には、制御回路電流Bが流れている。
【0015】
これにより、モータ駆動回路2は、モータ制御回路3からのON/OFF信号によりモータMの起動及び停止を行うと共に、切換信号(制御信号)により、モータMの正転又は逆転を行う。内部グランドライン4には、モータ駆動回路2及びモータ制御回路3が接続してある。この内部グランドライン4は、マイナス側電源ラインである電源グランドラインL2を介して電源Eのマイナス側に接続されている。
【0016】
共通化グランドライン5は、内部グランドライン4に接続してあると共に、外部制御機器51のグランドラインを接続するための外部端子5aを有している。保護回路6については後に詳述する。
【0017】
この実施形態の外部制御機器51は、モータ制御装置1におけるモータ制御回路3を制御する主制御回路51Aを備えている。主制御回路51Aは、電源ラインL3.L4により電源Eに接続してあると共に、これらとは別に、外部制御機器51におけるマイナス側電源ラインL4に接続したグランドラインL5を有している。主制御回路51Aには、制御回路電流Cが流れる。この主制御回路51Aは、モータ制御装置1に接続した際、グランドラインL5を共通化グランドライン5の外部端子5aに接続する。つまり、この実施形態では、モータ制御装置1の内部グランドライン4及び共通化グランドライン5が、外部制御機器51(主制御回路51A)との共通のグランドラインである。
【0018】
保護回路6は、図1中の拡大図に示すように、共通化グランドライン5に流れる電流を検知する電流検知部10と、電流検知部10が内部グランドライン4側からの電流を検知した際にモータ制御回路3にモータ停止信号を出力する第1信号出力部11と、電流検知部10が外部制御機器51側からの電流を検知した際にモータ制御回路3にモータ停止信号を出力する第2信号出力部12とを備えている。
【0019】
より具体的には、保護回路6は、双方向電流検出回路の構成を有している。電流検知部10は、共通化グランドライン5に設けた第3抵抗R3と、この第3抵抗R3の内部グランドライン4側(図1中で右側)に接続した第1抵抗R1及び第2ダイオードD2とを備えると共に、第3抵抗R3の外部端子5a側に接続した第2抵抗R2及び第1ダイオードD1とを備えている。
【0020】
第1信号出力部11は、第3抵抗R3の外部端子5a側(図1中で左側)、第1抵抗R1及び第1ダイオードD1に接続した第1トランジスタTR1である。第2信号出力部12は、第3抵抗R3の内部グランドライン4側(図1中で右側)、第2抵抗R2及び第2ダイオードD2に接続した第2トランジスタTR2である。第1及び第2のトランジスタTR1,TR2の出力信号は、いずれもモータ制御回路3に入力される。
【0021】
また、保護回路6は、より好ましい実施形態として、モータ制御回路3の制御回路電流Bに基づいて設定した閾値を有し、電流検知部10で検知した電流値が閾値を超えた際に、第1信号出力部11又は第2信号出力部12によりモータ停止信号を出力する構成にすることができる。
【0022】
上記の保護回路6では、共通化グランドライン5に配置する第3抵抗R3は、正常動作時に想定される電流値の最大値に余裕分を加算し、第1及び第2のトランジスタTR1,TR2の閾値電圧を超えない程度の抵抗値とする。これにより、保護回路6は、正常動作時には、第1及び第2のトランジスタTR1,TR2はいずれもOFFに保持する。また、第3抵抗R3は、正常動作時に流れる微小な電流を流せば良いので、発熱もほとんどないので、新たな熱対策を施す必要もない。
【0023】
第1及び第2のトランジスタTR1,TR2は、モータ停止のための信号をオープンコレクタとして出力する。トランジスタTR1,TR2の閾値電圧は、一例として0.6〜0.7V程度である。したがって、トランジスタTR1,TR2の作動電圧は、モータ停止のための信号の最大値電圧に1Vを加算した程度で充分であり、電流値も数mA以下で充分である。
【0024】
上記構成を備えたモータ制御装置1は、外部制御機器51を接続した状態において、図1中の各矢印で示すように、モータM及びモータ駆動回路2に、モータMの駆動電流Aが流れると共に、モータ制御回路3の制御回路電流Bが流れる。したがって、モータ制御装置1の電源ラインL1,L2において、電源Eとの間には、駆動電流A及び制御回路電流Bとの合計電流(A+B)が流れている。他方、外部制御機器51の主制御回路51Aには、電源ラインL3,L4を介して制御回路電流Cが流れている。
【0025】
次に、モータ制御装置1は、図2に示すように、電源グランドラインL2に断線(×印で示す)が生じると、外部制御機器51が共通のグランドライン(4,5)で接続されているので、モータ制御回路3の制御回路電流Bが、異常電流となって共通化グランドライン5に流れる。
【0026】
この際、モータ制御装置1は、保護回路6が無い場合を仮定すると、モータ制御回路3の制御回路電流Bが、外部制御機器51のグランドラインL5を介してマイナス側の電源ラインL4に流れる。このため、電源ラインL4には、モータ制御回路3の制御回路電流Bと、当該外部制御機器51の制御回路電流Cとの合計電流(B+C)が流れる。すると、モータ制御装置1では、モータ制御装置1及び外部制御機器51のグランドラインの電圧降下により、モータ指示値にオフセット電圧が生じ、モータMが異常動作をする虞がある。
【0027】
これに対して、モータ駆動装置1は、電源グランドラインL2に断線(×印で示す)が生じると、モータ制御回路3の制御回路電流Bが異常電流として共通化グランドライン5に流れるが、保護回路6が制御回路電流Bを検知して、モータ制御回路3にモータMの停止信号を出力し、モータ駆動回路2を介してモータMを停止させる。
【0028】
すなわち、保護回路6は、モータ制御回路3の制御回路電流Bが入力されると、第3抵抗R3の内部グランドライン4側(図1中の拡大図において右側)の電圧が高くなり、これにより第1トランジスタTR1がONになって、モータ制御回路3にモータ停止信号を出力し、モータ駆動回路2を介してモータMを停止させる。これにより、モータ制御装置1は、電源グランドラインL2の断線により、内部グランドライン4の電圧降下によりモータMの指示値にオフセット電圧が生じても、モータMを動かないようにすることができる。
【0029】
また、モータ制御装置1は、保護回路6が無い場合を仮定すると、電源グランドラインL2に断線が生じた際、モータMの駆動電流Aが共通化グランドライン5を経て、外部制御機器51のグランドラインL5に流れる。このとき、共通化グランドライン5や外部制御機器51のグランドラインL5は、電流値が微小である制御回路電流B,Cを流すためのラインであるから、電流値の大きいモータMの駆動電流Aにより焼損する虞がある。
【0030】
これに対して、モータ制御装置1は、電源グランドラインL2に断線が生じると、上述したように保護回路6が瞬時に動作して、モータMを速やかに停止させるので、実際には、電流値の大きいモータMの駆動電流A(図2に示す矢印A)が外部制御機器51側に流れることはない。これにより、モータ制御装置1は、共通化グランドライン5や外部制御機器51のグランドラインL5の焼損を未然に阻止することができる。
【0031】
このようにして、モータ制御装置1は、共通のグランドライン(4,5)を介して外部制御機器51が接続される非絶縁型のモータ制御装置において、電源グランドラインL2に断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができる。
【0032】
また、モータ制御装置1は、電流検知部10、第1及び第2の信号出力部11,12を備えた保護回路6を採用したことから、簡単で且つ小型の回路構成で確実な保護機能を得ることができ、ヒューズのように部品交換を行う必要もなく、保護機能を安価に得ることができる。
【0033】
さらに、モータ制御装置1は、図2から明らかなように、モータMの出力をOFFにしても、モータ制御回路3の制御回路電流Bが流れ続ける。そこで、モータ制御装置1は、保護回路6において、モータ制御回路3の制御回路電流Bに基づいて設定した閾値を有し、電流検知部10で検知した電流値が閾値を超えた際に、第1信号出力部11又は第2信号出力部12によりモータ停止信号を出力する。これにより、モータ制御装置1は、電源グランドラインL2の断線等の異常時に、常にモータMの出力をOFF状態にし続けることができる。
【0034】
なお、上記のモータ制御装置1は、保護回路6が、第1及び第2の信号出力部11,12(第1及び第2のトランジスタTR1,TR2)を備えた構成であるが、異常時において共通化グランドライン5に流れる制御回路電流Bの方向は一方向である。よって、この実施形態のモータ制御装置1は、第2の信号出力部12がなくても、保護機能を得ることができる。但し、上記の保護回路6は、次に説明する第2実施形態において、その保護機能を充分に発揮することが明らかとなり、第1及び第2の信号出力部11,12を設けた構成にしておけば、部品の共通化や汎用性の向上を図るうえで有利である。
【0035】
〈第2実施形態〉
図3及び図4は、本発明に係わるモータ制御システムの実施形態を説明する図である。なお、第1実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0036】
図3に示すモータ制御システムは、モータ駆動回路2、モータ制御回路3、内部グランドライン4、共通化グランドライン5、及び保護回路6により構成したモータ制御装置1を複数備えている。
【0037】
そして、モータ制御システムは、各モータ制御装置1が、互いに個別のモータMを制御すると共に、互いに共通の電源E及び外部制御機器52に接続される。この実施形態の外部制御機器52は、ポテンショメータ(ボリューム)である。つまり、図示例のモータ制御システムは、1つの外部制御機器52により複数のモータMの回転制御を同時に行うものとなっている。
【0038】
外部制御機器52は、第1端子52aが、グランドラインL5を介して、各モータ制御装置1の共通化グランドライン5の外部端子5aに接続してあり、第2端子52bが、共通化ラインで各モータ制御装置1の外部端子5bに接続してあり、第3端子52cが、モータ制御装置(上段)1の外部端子5cに接続してある。これにより、各モータ制御装置1は、外部制御機器52のグランドラインL5により、互いにグランドライン(4,5)に接続されている。
【0039】
つまり、この実施形態のモータ制御システムは、各モータ制御装置1の内部グランドライン4及び共通化グランドライン5が、外部制御機器52との共通のグランドラインであると共に、各モータ制御装置1同士の共通のグランドラインにもなっている。また、図3には、2つのモータ制御装置1を示したが、その数が限定されるものではなく、2つ以上のモータ制御装置1を備えた構成でも構わない。
【0040】
上記構成を備えたモータ制御システムは、正常時には以下の動作をする。すなわち、図3中で上段のモータ制御装置1では、モータM及びモータ駆動回路2に、モータMの駆動電流A1が流れると共に、モータ制御回路2に、制御回路電流B1が流れる。したがって、電源ラインL1,L2において、電源Eとモータ駆動回路2との間には、駆動電流A1及び制御回路電流B1との合計電流(A1+B1)が流れている。
【0041】
また、図3中で下段のモータ制御装置1では、同じく、モータM及びモータ駆動回路2に、モータMの駆動電流A2が流れると共に、モータ制御回路2に、制御回路電流B2が流れ、電源Eとモータ駆動回路2との間には、駆動電流A2及び制御回路電流B2との合計電流(A2+B2)が流れている。
【0042】
次に、モータ制御システムは、図4に示す異常時には以下の動作をする。すなわち、図4中で上段のモータ制御装置1において、電源グランドラインL2に断線(×印で示す)が生じると、モータ制御回路3の制御回路電流B1が、異常電流となって共通化グランドライン5及び外部制御機器52のグランドラインL5に流れ、さらに、図4中で下段の正常なモータ制御装置1の共通化グランドライン5及び内部グランドライン4に流れる。
【0043】
これにより、正常なモータ制御装置1(下段)においては、その内部グランドライン4に、異常が生じたモータ制御装置1(上段)の制御回路電流B1と、自己の制御回路電流B2の合計電流(B1+B2)が流れることになる。
【0044】
これに対して、異常が生じたモータ制御装置1(上段)においては、保護回路6によりモータMを停止させると共に、正常なモータ制御装置1(下段)においても、保護回路6によりモータMを停止させる。このとき、異常が生じたモータ制御装置1(上段)と、正常なモータ制御装置1(下段)とでは、夫々の保護回路6における電流の流れ方向が互いに逆向きになる。
【0045】
この際、異常が生じたモータ制御装置1(上段)の保護回路6では、第1実施形態と同様に、第3抵抗R3の内部グランドライン4側(図1中の拡大図で右側)の電圧が高くなるので、第1信号出力部11(第1トランジスタTR1)がONになって、モータ制御回路3にモータ停止信号を出力する。これにより、モータ駆動回路2を介してモータMを停止させる。
【0046】
他方、正常なモータ制御装置1(下段)の保護回路6では、第3抵抗R3の外部端子5a側(図1中の拡大図で左側)の電圧が高くなるので、第2信号出力部12(第2トランジスタTR2)がONになって、モータ制御回路3にモータ停止信号を出力する。これにより、モータ駆動回路2を介してモータMを停止させる。
【0047】
なお、モータ制御システムは、図4中で下段のモータ制御装置1の電源グランドラインL2に断線等が生じた場合には、上段の正常なモータ制御装置1の内部グランドライン4に先の合計電流(B1+B2)が流れる。これにより、各保護回路6に対する制御回路電流(異常電流)の流れ方向は、図4中に示す矢印方向とは逆向きになるが、いずれのモータ制御装置1においても、保護回路6が同様に機能してモータMを停止させる。
【0048】
上記のモータ制御システムは、いずれのモータ制御装置1において電源グランドラインL2の断線が生じたとしても、直ちに全てのモータMを停止させると共に、内部グランドライン4の電圧降下によりモータMの指示値にオフセット電圧が生じないようにする。
【0049】
また、上記のモータ制御システムは、先の実施形態と同様に、いずれかのモータ制御装置1の電源グランドラインL2に断線が生じた場合でも、保護回路6が瞬時に動作して、モータMを速やかに停止させる。よって、実際には、電流値の大きいモータMの駆動電流A(図4に示す矢印A)が外部制御機器51側に流れることはない。
【0050】
これにより、モータ制御システムは、共通の電源Eを用いて個別のモータMを制御する複数のモータ制御装置1を備えると共に、共通のグランドライン(4,5)を介して外部制御機器52が接続された構成において、電源グランドラインL2に断線等が生じた場合に、これを起因とするモータMの異常動作やグランドラインL5の焼損といった異常発生を未然に阻止する。
【0051】
また、上記のモータ制御装置は、電流検知部10、第1及び第2の信号出力部11,12を備えた保護回路6を採用したことにより、保護回路6に入力される制御回路電流(異常電流)の向きが変わってもモータ停止信号を出力することができるので、複数のモータ制御装置1を備えた構成における保護機能としてより一層好適なものとなる。
【0052】
なお、本発明のモータ制御装置及びモータ制御システムは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能であり、例えば、保護回路の具体的な回路構成も変更可能である。
【符号の説明】
【0053】
1 モータ制御装置
2 モータ駆動回路
3 モータ制御回路
4 内部グランドライン(共通のグランドライン)
5 共通化グランドライン(共通のグランドライン)
6 保護回路
10 電流検知部
11 第1信号出力部
12 第2信号出力部
51,52 外部制御機器
A,A1,A2 モータ駆動電流
B,B1,B2 制御回路電流
C 外部制御機器制御回路電流
E 電源
M モータ
図1
図2
図3
図4