JP2001097184A - 直流モーター駆動回路及びシートベルト駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常巻取にのみ対応できる程度のスイッチン
グ素子を使用しながら、強制巻取にも対応可能な直流モ
ータの駆動回路を提供する。 【解決手段】 通常巻取時において、ＣＰＵにモーター
Ｍの回転方向、回転速度等の外部信号が与えられると、
ＣＰＵはこれに応じてパルスＰ１〜Ｐ４を出力する。オ
ンオフする制御パルスとその周波数、デューティ比等を
変えることにより、モーターＭの回転方向と回転速度を
変えることができる。高トルクが必要とされる強制巻取
時においては、ＣＰＵによりリレーＸがオンとされ、そ
の接点ｘ１、ｘ２を通して、直流電源から直接モーター
Ｍに電流が供給される。よって、モーターＭはフルトル
クで正転し、強制巻取を行う。強制巻取の場合の電流供
給回路を別に設けることにより、スイッチングトランジ
スターＱ１〜Ｑ４の容量を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流モーターの駆
動回路及びそれを使用したシートベルト駆動装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】乗用車に使用されるシートベルトは、シ
ートベルト巻取機により張力を与えられるようになって
いる。すなわち、シートベルトを使用する場合は、シー
トベルト巻取機の中にばねによって巻き取られているシ
ートベルトを、人間が引き出し、シートに固定されたも
う一方のシートベルトとバックルにより係合させる。そ
の後、手を緩めると、シートベルト巻取機のばねの作用
により弛んだシートベルトが巻き取られ、ばねによって
決まる張力がシートベルトに与えられて、乗員をシート
に拘束する。

【０００３】しかしながら、このようなばね式の巻き取
り機構においては、シートベルトを締める方向にのみ力
が加わるので、人間がシートベルトを緩めようとする
と、この力に逆らってシートベルトを引っ張らなければ
ならないという問題点があった。また、ばねの弾性力を
使用しているため、動作が不安定であり、巻き取り不良
が発生することがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するために、発明者の同僚は、人間がシートベルトを
引っ張ることにより容易に拘束力を緩めることができる
と共に、フレキシビリティに富んだ巻取制御に対応する
ことができるシートベルト駆動装置に関する発明を行
い、平成１１年特許願第１２６２４２号として特許出願
した（以下、先願発明という）。それは、シートベルト
を駆動するのに直流モータを使用し、当該直流モータの
回転方向と回転速度を制御するのに、ＰＷＭ制御、又は
パルス幅一定・周期可変制御を行うものである。

【０００５】先願発明の実施の形態の１例を図２に示
す。図示していないが、モーターＭにはシートリトラク
ターが結合され、モーターＭの回転により、シートベル
トが巻き取られたり巻き戻されたりする。

【０００６】ＣＰＵからは制御パルスＰ１〜Ｐ４が、ゲ
ート回路ＧＡＴＥを介して、Ｐ１’〜Ｐ４’としてスイ
ッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ
４のゲートに与えられている。一方、直流電源からの電
圧は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタ
に接続され、モータ端子ＡはトランジスタＱ１のエミッ
タ及びトランジスタＱ４のコレクタに、モータ端子Ｂは
トランジスタＱ２のエミッタ及びトランジスタＱ３のコ
レクタに接続されている。さらに、スイッチングトラン
ジスタＱ３、Ｑ４のエミッタは接地されている。

【０００７】シートベルトのバックルが係合され、モー
タＭの回転方向、回転速度等の外部情報が入力される
と、ＣＰＵはこれに応じて制御パルスＰ１〜Ｐ４を出力
する。図３に、モータＭを正方向に回転させるときの制
御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)におい
ては、制御パルスＰ３をハイレベルに保ち、制御パルス
Ｐ１をオンオフする（以下、オンをハイレベル、オフを
ローレベルとする）。これにより、スイッチングトラン
ジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ３はオンとなり、Ｑ１はオ
ンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、ス
イッチングトランジスタＱ１のオンオフに同期して、Ｑ
１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流
れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与
えられる。これにより、モータＭは正転する。

【０００８】(b)においては、制御パルスＰ１をハイレ
ベルに保ち、制御パルスＰ３をオンオフする。これによ
り、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ１
はオンとなり、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直
流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ３の
オンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子
Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側
に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭ
は正転する。

【０００９】(c)においては、制御パルスＰ１、Ｐ３を
同期してオンオフする。これにより、スイッチングトラ
ンジスタＱ２、Ｑ４はオフとなり、Ｑ１、Ｑ３はオンオ
フを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッ
チングトランジスタＱ１、Ｑ３のオンオフに同期して、
Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流
れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与
えられる。これにより、モータＭは正転する。

【００１０】図４に、モータＭを逆方向に回転させると
きの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)
においては、制御パルスＰ４をハイレベルに保ち、制御
パルスＰ２をオンオフする。これにより、スイッチング
トランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ４はオンとなり、Ｑ
２はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流
は、スイッチングトランジスタＱ２のオンオフに同期し
て、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アース
と流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流
が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。

【００１１】(b)においては、制御パルスＰ２をハイレ
ベルに保ち、制御パルスＰ４をオンオフする。これによ
り、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ２
はオンとなり、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直
流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ４の
オンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子
Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側
に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭ
は正転する。

【００１２】(c)においては、制御パルスＰ２、Ｐ４を
同期してオンオフする。これにより、スイッチングトラ
ンジスタＱ１、Ｑ３はオフとなり、Ｑ２、Ｑ４はオンオ
フを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッ
チングトランジスタＱ２、Ｑ４のオンオフに同期して、
Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流
れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与
えられる。これにより、モータＭは逆転する。

【００１３】モータの回転速度を変えるときは、図５に
示すように、オンオフするパルスのパルス幅（Ｔ２）を
一定とし、パルスレート（Ｔ１に相当する周期）を変え
るか、パルスレートを一定（周期Ｔ１）とし、デユーテ
ィーレシオ（Ｔ２／Ｔ１）を変化させる。

【００１４】モータを駆動しないとき、外力によりモー
タＭが回転しにくいようにするためには、図６に示すよ
うに、制御パルスＰ３、Ｐ４（又は制御パルスＰ１、Ｐ
２）をオンとしたままにしておく。これにより、モータ
Ｍには直流電源からの電圧がかからないが、モータＭが
外力により回転しようとすると、その起電力によりスイ
ッチングトランジスタＱ３、Ｑ４を介して回生電流が流
れ、回生制動により、モータＭが回転しにくくなる。

【００１５】逆に、外力によりモータＭが回転しやすい
ようにするときには、制御パルスをオフとしておく。こ
れにより、モータＭの回生電流が流れなくなり、回生制
動がかからないので、シートベルトを軽く動かすことが
できる。

【００１６】なお、図２において、サーミスタＴＨは、
モータＭの温度を監視し、モータＭがオーバーロードと
なって温度が上昇したとき、ＣＰＵにその情報を入力
し、ＣＰＵによりモータＭの駆動を停止するために設け
られている。また、モータＭに並列に接続されるフライ
ホイールダイオードは図示を省略している。

【００１７】このように、先願発明によれば、シートベ
ルトを必要な速度で必要な方向に駆動することができる
ので、フレキシビィリティに富んだシートベルトの駆動
が実現できる。

【００１８】しかしながら、シートベルトの駆動に当た
っては、一般的な駆動の他に、通常より大きなトルクで
巻取を行わなければならないような事態が発生する。例
えば、衝突が予知されたような場合には、ベルトの弛み
を急速に巻取り、人間を通常よりも強い力でシートに拘
束する必要がある。また、チャイルドシートを座席にシ
ートベルトで固定する場合には、人間を拘束するよりは
強い力でしっかりと固定する必要があり、大きなトルク
が必要とされる。このような巻取の状態を本明細書では
「強制巻取」と呼んで通常巻取と区別する。

【００１９】勿論、強制巻取においても、図２に示すよ
うな駆動回路を用い、駆動パルスのデューティ比を大き
くすることにより必要なモータートルクを得ることがで
きる。しかし、その場合には、通常巻取の場合にデュー
ティ比が小さい状態で使用することになり、制御性が悪
くなる。また、本来であれば、通常巻取の場合のデュー
ティ比をある程度大きくしておき、その分だけ容量の小
さいスイッチングトランジスターを使用すればよいので
あるが、強制巻取までスイッチング回路で対応しようと
すると容量の大きなスイッチングトランジスターが必要
となり、回路の価格が高くなるという問題点がある。

【００２０】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、通常巻取にのみ対応できる程度のスイッチング
素子を使用しながら、強制巻取にも対応可能な直流モー
タの駆動回路及びそれを使用したシートベルト駆動装置
を提供することを課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、直流モーターを駆動する駆動回路であ
って、直流電圧をパルス状の電圧に変えて直流モーター
に供給するスイッチング回路と、スイッチング回路によ
り発生する直流パルス電圧のデューティ比を変える制御
回路と、直流モーターに前記スイッチング回路を通さず
に直接直流電源を供給する回路とを有してなることを特
徴とする直流モーター駆動回路（請求項１）である。

【００２２】本手段においては、通常巻取のように、定
常的に使用される電流をモーターに供給する場合には、
スイッチング回路で制御をしながら電流をモーターに供
給して駆動を行う。そして、強制巻取のように、定常的
に使用される電流より大きな電流が必要である場合に
は、スイッチング回路を通さず、直接電源から電流をモ
ーターに供給する。大きな電流の供給を、リレー等を介
して供給するようにすれば、高価な素子を使用しないで
も大電流を供給することができる。本手段により、定常
的に使用される場合のパルス電圧のデューティ比を大き
くすることができるので制御性が悪化することは無く、
また、スイッチング素子の容量を大きくする必要が無
い。

【００２３】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段である直流モーター駆動回路と、当該直
流モーター駆動回路により駆動される直流モーターと、
当該直流モータにより駆動されるシートベルトリトラク
ターとを有してなることを特徴とするシートベルト駆動
装置（請求項２）である。

【００２４】本手段においては、通常巻取に対応する容
量のスイッチング素子を主体とするモーター駆動回路
で、強制巻取も行うことができるので、小型で安価なシ
ートベルト駆動装置とすることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例
であるシートベルト駆動装置に用いられる駆動モーター
とその制御装置の概要を示す図である。

【００２６】図１のほとんどは図２に示した先願発明の
実施の形態と同じであり、リレーＸが設けられていると
ころのみが異なっている。通常巻取の制御が行われると
きにおいては、ＣＰＵからリレーＸのコイルには電源が
供給されておらず、その接点ｘ１、ｘ２は開となってい
る。通常巻取時におけるこの回路の作動は、図２に示し
た先願発明の説明において示した作動と同じであるので
その説明を省略する。

【００２７】外部情報として、強制巻取信号がＣＰＵに
入力されると、ＣＰＵはパルスＰ１〜Ｐ４を全てオフと
し、リレイＸのコイルに電圧をかける。すると、リレー
Ｘの接点ｘ１、ｘ２が閉となり、直流電源→接点ｘ１→
モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→接点ｘ２→アースの経路
で直流電源から連続した電流が供給され、モーターＭは
フルトルクで正転してシートベルトの強制巻取を行う。

【００２８】この回路においては、モーターＭと直流電
源容量を強制巻取に必要なトルクに対応できるものとし
ておけばよく、スイッチングトランジスターＱ１〜Ｑ４
は、通常巻取に必要な電流を流すだけの容量を有するも
ので十分である。また、スイッチングトランジスターＱ
１〜Ｑ４は、通常巻取に必要な電流を流すだけの容量と
することにより、通常巻取時のパルス電流のデューティ
比を大きくすることができ、制御性を良くすることがで
きる。なお、以上の実施の形態においては、リレーを使
用しているが、サイリスター等の半導体素子を使用して
もよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、定常的に使用される電流よ
り大きな電流が必要である場合には、スイッチング回路
を通さず、直接電源から電流をモーターに供給するよう
にしているので、スイッチング回路の素子の容量を小さ
くでき、安価なものとすることができると共に、定常使
用時におけるパルスのデューティ比を大きくできるの
で、制御性を悪化させないで済む。

【００３０】請求項２に係る発明においては、通常巻取
に対応する容量のスイッチング素子を主体とするモータ
ー駆動回路で、強制巻取も行うことができるので、小型
で安価なシートベルト駆動装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例であるシートベルト
駆動装置に用いられる駆動モーターとその制御装置の概
要を示す図である。

【図２】先願発明の１実施例であるモーター駆動回路の
回路構成を示す概要図である。

【図３】モータを正方向に回転させるときの制御パルス
の出力方法の例を示す図である。

【図４】モータを逆方向に回転させるときの制御パルス
の出力方法の例を示す図である。

【図５】制御パルスのデューティ比を示す図である。

【図６】外力によりモータが回転しにくいようにすると
きの、制御パルスの状態の例を示す図である。

【符号の説明】

ＣＰＵ…マイクロコンピュータ Ｐ１〜Ｐ６、Ｐ１’〜Ｐ４’：制御出力（パルス） ＧＡＴＥ：ゲート回路 Ｑ１〜Ｑ４：スイッチングトランジスタ Ｍ：モータ Ｃ１、Ｃ２：コンデンサ Ｌ：リアクタンス ＲＬ、ＲＬ２：リレー ＴＨ：サーミスタ ＳＷ：ＣＰＵ用スイッチ Ｘ：リレー（リレーコイル） ｘ１、ｘ２：リレー接点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流モーターを駆動する駆動回路であっ
   て、直流電圧をパルス状の電圧に変えて直流モーターに
   供給するスイッチング回路と、スイッチング回路により
   発生する直流パルス電圧のデューティ比を変える制御回
   路と、直流モーターに前記スイッチング回路を通さずに
   直接直流電源を供給する回路とを有してなることを特徴
   とする直流モーター駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の直流モーター駆動回路
   と、当該直流モーター駆動回路により駆動される直流モ
   ーターと、当該直流モータにより駆動されるシートベル
   トリトラクターとを有してなることを特徴とするシート
   ベルト駆動装置。