JP2001298988A - モータ駆動装置 - Google Patents

モータ駆動装置

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JP2001298988A
JP2001298988A JP2000112212A JP2000112212A JP2001298988A JP 2001298988 A JP2001298988 A JP 2001298988A JP 2000112212 A JP2000112212 A JP 2000112212A JP 2000112212 A JP2000112212 A JP 2000112212A JP 2001298988 A JP2001298988 A JP 2001298988A
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
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    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
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    • H02P7/29Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流モータの駆動装置において、モータが外
乱により回転されて起電力を発生した場合でも、モータ
通電経路の異常を正確に検出できるようにする。 【解決手段】 直流モータ2の通電経路に設けられたト
ランジスタTr1をパルス幅変調した制御信号Sbにて
オン・オフさせることにより直流モータ2を定電圧駆動
する装置10において、直流モータ2とトランジスタT
r1との接続点電圧Sdが制御信号Sbに追従して変化
しているか否かを判定し、追従しない状態が判定時間以
上継続すると、通電経路が断線又はグランドショートし
ている旨を判定する断線/短絡検出回路20を設ける。
この回路20では、接続点電圧Sdが制御信号Sbに応
じて変化しているか否かによって通電経路の異常を判定
するため、直流モータ2が、エンジン冷却用のファンモ
ータのように、外乱によって順方向に回転される場合で
あっても、経路の異常を正確に判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源から直流
モータへの通電経路の異常(断線/短絡)を検出可能な
モータ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば、自動車用エンジンの
冷却ファンの動力源である直流モータを駆動する装置の
一つとして、車載バッテリから直流モータへの通電経路
上にスイッチング素子を設け、このスイッチング素子
を、パルス幅変調した制御信号(以下、PWM信号とも
いう)に応じてオン・オフさせることにより、直流モー
タの回転速度を、PWM信号のデューティ比により無段
階に制御できるようにしたものが知られている。
【0003】また、直流電源から直流モータへの通電経
路の断線、或いは、グランドへの短絡(所謂グランドシ
ョート;以下、GND短絡という)等の異常を検出する
装置としては、例えば、実開昭56−141530号公
報に開示されているように、直流モータへの通電経路に
電流検出用の抵抗を直列接続し、直流モータ駆動時に、
その抵抗の両端電圧が所定電圧以上であるか否かを判断
することにより、直流モータに正常に電流が流れている
か否か(換言すれば通電経路に異常がないか否か)を判
定するようにしたものが知られている。
【0004】このため、上述したモータ駆動装置に、モ
ータ通電経路の異常(断線/短絡)を検出する機能を付
与する際には、図5(a)に示す如く、直流モータ2の
通電経路に直接電流検出用の抵抗Rsを設けて、その両
端電圧からモータ電流を検出するか、或いは、図5
(b)に示す如く、直流モータ2の通電経路を断・続す
るスイッチング素子に、電流センス端子を備えたトラン
ジスタTr2を使用し、この電流センス端子を介してモ
ータ電流を検出することにより、直流モータ2の通電経
路の異常を判定することになる。
【0005】以下、図5(a),(b)に示すモータ駆
動装置50,51について説明する。図5(a),
(b)において、直流モータ2は、直流電源であるバッ
テリ4の正極側からバッテリ4の負極側と同電位のグラ
ンドに至る通電経路上に設けられており、スイッチング
素子としてのトランジスタTr1,Tr2は、所謂ロー
サイドスイッチとして、直流モータ2からグランドに至
る通電経路上に配置されている。
【0006】尚、図5(a)に示すモータ駆動装置50
では、スイッチング素子として、直流モータ2の一端に
接続されるドレインと、グランドに接地されるソース
と、駆動信号を受けるゲートとからなる一般的な3端子
型のnチャネルMOSFET(以下単にトランジスタと
いう)Tr1が使用されており、図5(b)に示すモー
タ駆動装置51では、スイッチング素子としてのトラン
ジスタTr2に、ドレイン,ソース,ゲートに加え、上
述の電流センス端子として、メインのソースに流れる電
流に比例した電流を流す第2のソースを備えた4端子型
のnチャネルMOSFETが使用されている。
【0007】そして、図5(a)に示すモータ駆動装置
50では、直流モータ2とトランジスタTr1との間の
通電経路に電流検出用の抵抗Rsが設けられており、図
5(b)に示すモータ駆動装置51では、トランジスタ
Tr2が備える電流センス端子としてのソースとグラン
ドとを接続する電流経路に、電流検出用の抵抗Rseが
設けられている。
【0008】上記各トランジスタTr1,Tr2は、駆
動回路16からグランド電位よりもしきい値電圧以上高
いHighレベルの信号をゲートに受けるとオン状態とな
り、しきい値電圧よりも低いLow レベル(通常グランド
電位)の信号をゲートに受けるとオフ状態となるが、こ
れら各トランジスタTr1,Tr2がオンからオフに変
化(ターンオフ)した際には、モータ巻線に蓄えられた
磁気エネルギによって、各トランジスタTr1,Tr2
のドレイン電位が上昇し、各トランジスタTr1,Tr
2が破壊することがある。そこで、直流モータ2には、
各トランジスタTr1,Tr2のターンオフ後に生じる
高電圧により直流モータ2への通電を継続して磁気エネ
ルギを吸収するダイオードD1が並列接続されている。
尚、ダイオードD1は、トランジスタTr1,Tr2側
をアノード、バッテリ4の正極側をカソードとして、直
流モータ2に並列接続される。
【0009】また各モータ駆動装置50,51には、エ
ンジン制御装置等、車両に搭載された制御装置からの制
御命令に従って直流モータ2を所望の回転速度で回転さ
せるために、その制御命令を受け付け、制御命令に対応
した目標回転速度を表す指令信号を発生する入力処理回
路12と、直流モータ2の駆動時にその両端に印加した
電圧の平均値(以下、駆動電圧という)を検出する平均
電圧検出回路19と、入力処理回路12から入力される
指令信号に基づき直流モータ2を指令信号に対応した所
定回転速度で回転させるための目標駆動電圧を設定し、
平均電圧検出回路19にて検出された駆動電圧がこの目
標駆動電圧となるように、パルス幅変調信号(PWM信
号)を生成し、これを制御信号として駆動回路16に出
力する演算処理回路14が備えられている。そして、駆
動回路16は、演算処理回路14からの制御信号(PW
M信号)に従いトランジスタTr1,Tr2をオン・オ
フさせることにより、直流モータ2に電流を流し、直流
モータ2を回転させる。
【0010】一方、各モータ駆動装置50,51には、
直流モータ2への通電経路の異常、詳しくは断線/短絡
を検出するための断線/短絡検出回路60,61が設け
られている。これら各回路60,61は、直流モータ2
の駆動時に、上述した電流検出用の抵抗Rs,Rseの
両端電圧から直流モータ2に流れた電流を検出して、そ
の検出電流が所定値以下で、直流モータ2に正常に電流
が流れていないときに、直流モータ2への通電経路の異
常を検出するものであり、次のように構成されている。
【0011】即ち、断線/短絡検出回路60,61に
は、夫々、上記各抵抗Rs,Rseの両端の電位差の平
均値(平均差電圧)を検出する平均差電圧検出回路6
2、平均差電圧検出回路62からの出力(検出電圧)と
予め設定された異常判定用の基準電圧Vref とを大小比
較し、検出電圧が基準電圧Vref よりも大きいときにHi
ghレベルの信号を発生するコンパレータ64、コンパレ
ータ64からの出力を反転させることにより、検出電圧
が基準電圧Vref 以下であるとき(換言すれば抵抗Rs
或いはRseに流れるモータ電流が所定電流以下である
とき)にHighレベルとなる信号を生成するインバータ
(反転回路)66、入力処理回路12からの出力に基づ
き現在直流モータ2を駆動中であるか否かを判断し、直
流モータ2の駆動中であればHighレベルの信号を出力す
る駆動/停止判定回路68、及び、駆動/停止判定回路
68からの出力とインバータ66からの出力とを取り込
み、これら各出力が共にHighレベルであるときに異常が
生じている旨を表す判定信号(Highレベル)を出力する
AND回路70が備えられている。
【0012】そして、AND回路70からの判定信号
は、警告出力回路18に入力され、警告出力回路18
は、この判定信号を受けると、直流モータ2の通電経路
が異常で冷却ファンを正常に駆動できていない旨を車両
乗員に報知するために、警告ランプを点灯したり、警告
音を発生したりするための警告信号を、外部の警報装置
に出力する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5
(a),(b)に示したモータ駆動装置50,51は、
いずれも、直流モータ2に流れた電流を検出し、その電
流値(検出電圧)が小さく、直流モータ2に冷却ファン
の駆動に必要な電流が流れていないときに、直流モータ
2の通電経路が断線或いは短絡しているものと判断する
ことから、冷却ファンが車両走行時に生じる風によって
順方向に回転された場合には、直流モータ2の通電経路
の異常を誤検出してしまうことがあった。
【0014】つまり、図5(a),(b)に示したモー
タ駆動装置50,51は、直流モータ2の回転軸に接続
される負荷が、直流モータ2の回転だけで駆動されるも
のであれば、モータ通電経路の異常を問題なく検出する
ことができるものの、自動車用エンジンの冷却ファンの
ように、直流モータ2の回転軸に接続される負荷が、直
流モータ2の回転だけでなく、風等の外乱によって駆動
されるものである場合には、負荷がその外乱によって駆
動されることにより直流モータ2に起電力が発生し、こ
の発生した起電力により直流モータ2に流れる電流が小
さくなることから、直流モータ2の通電経路の異常を誤
検出してしまうことがあるのである。
【0015】従って、図5(a),(b)に示したモー
タ駆動装置50,51は、自動車用エンジンの冷却ファ
ンを駆動する直流モータ等、外乱により駆動される負荷
を駆動する直流モータの駆動装置としては、使用するこ
とができない。また、図5(a)に示したモータ駆動装
置50では、直流モータ2の通電経路上に電流検出用の
抵抗を設けることから、モータ駆動時に抵抗で電圧ロス
が生じ、直流モータの駆動効率が低下するという問題が
ある。
【0016】一方、図5(b)に示したモータ駆動装置
51では、こうした問題(上記電圧ロス)が生じること
はないものの、直流モータ通電用のスイッチング素子
に、電流検出機能を有する高価なトランジスタTr2を
使用することから、モータ駆動装置のコストアップを招
くという問題がある。
【0017】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、直流モータの駆動装置において、直流モータ
が風等の外乱によって回転して起電力を発生しても、直
流モータへの通電経路の異常(断線/短絡)を正確に検
出できるようにすることを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項1又は2に記載のモータ駆動装置に
おいては、スイッチング素子と直流モータとの間の通電
経路における電圧を検出して、この検出電圧が制御信号
の周期と略同じ周期で変化していないときに、直流電源
から直流モータへの通電経路の異常を判定することによ
り、直流モータの回転軸に接続された負荷が風等の外乱
によって駆動されたときに、上記経路の異常を誤検出し
てしまうのを防止している。
【0019】従って、自動車用エンジンの冷却ファンを
駆動する直流モータのように、直流モータが、その回転
軸に接続された負荷が受ける風等の外乱によって回転さ
れる場合であっても、断線又は短絡といった通電経路の
異常を正確に検出することができるようになる。
【0020】また、本発明では、モータ電流を検出する
ことなく通電経路の異常を検出できることから、図5
(a)に示したモータ駆動装置50のように、通電経路
に設けた電流検出用の抵抗により電圧ロスが生じて、モ
ータ駆動効率が低下するとか、或いは、図5(b)に示
したモータ駆動装置51のように、モータ通電用のスイ
ッチング素子に、電流検出機能を有する高価なトランジ
スタを使用することにより、モータ駆動装置のコストア
ップを招く、といったことはない。
【0021】ところで、本発明のモータ駆動装置では、
直流モータとスイッチング素子との間の通電経路の電圧
を検出することにより、直流モータへの通電経路の異常
判定を行うが、例えば、上記検出部位よりも直流モータ
側の通電経路が断線しているときには、スイッチング素
子がオフ状態になった際に、直流モータとスイッチング
素子との間の通電経路が、電位が定まらない所謂フロー
ティング状態となってしまう。
【0022】このため、検出手段や判定手段の構成にも
よるが、こうした断線時には、検出手段にて検出される
検出電圧が、制御信号に基づくスイッチング素子のオン
・オフ動作によって変動し、判定手段が、検出電圧は制
御信号の周期と略同じ周期で変化しているものと誤判定
してしまうことも考えられる。
【0023】そこで、本発明のモータ駆動装置において
は、請求項3に記載のように構成すれば、通電経路の断
線時に検出電圧が変動して通電経路が正常であると誤判
定するのを確実に防止できる。また次に、本発明では、
検出手段にて検出された検出電圧が制御信号の周期と略
同じ周期で変化しているか否かによって通電経路の異常
を判定するが、制御信号の変化と検出電圧の変化とは必
ずしも一致するものではなく、スイッチング素子を駆動
する駆動系の応答遅れによって時間差が生じることがあ
る。また、検出電圧を検出する検出手段にも動作遅れが
生じる。このため、判定手段を、単に、検出電圧が制御
信号に応じて変化しているか否かを判定するように構成
すると、検出手段から出力される検出電圧の時間的な遅
れによって、判定手段が、検出電圧が制御信号に追従し
ていない(換言すれば、通電経路に異常がある)と誤判
定してしまうことも考えられる。また、外部からのノイ
ズによって一時的に通電経路の異常を誤判定してしまう
こともある。
【0024】そこで、判定手段としては、請求項4に記
載のように構成すれば、スイッチング素子の駆動系の応
答遅れや、検出手段による検出電圧の検出遅れ、或い
は、外部ノイズ等の影響を受けることなく、通電経路の
異常をより正確に検出することが可能となる。
【0025】一方、本発明は、一つの直流モータを駆動
する装置はもちろんのこと、複数の直流モータを共通の
制御信号によって同時に駆動する装置であっても適用で
きる。つまり、例えば、自動車用エンジンを冷却する場
合、複数の冷却ファンを用いれば、冷却効率を上げるこ
とができ、しかも、各冷却ファンを駆動する複数の直流
モータの一部の通電経路に異常が生じたとしても、通電
経路に異常が生じていない他の直流モータにて冷却ファ
ンを回転させることができるので、安全性を高めること
ができるが、本発明は、このような場合に、冷却ファン
の直流モータを各々独立して駆動するのではなく、各冷
却ファンを駆動する複数の直流モータを同時に駆動する
装置にも適用できる。そして、この場合には、モータ駆
動装置を請求項5に記載のように構成すればよい。
【0026】よって、請求項5に記載のモータ駆動装置
によれば、複数の直流モータを共通の制御信号にて同時
に駆動することができると共に、複数の直流モータの何
れかの通電経路に断線或いは短絡といった異常が発生し
た際には、その旨を正確に検出することができる。
【0027】また、請求項5に記載のモータ駆動装置に
よれば、複数の直流モータを同時に駆動することから、
判定手段にて通電経路の異常が検出された場合であって
も、直流モータの駆動制御を継続することにより、通電
経路に異常が生じていない直流モータについては、通常
通り駆動することができる。このため、上述した自動車
用エンジンを冷却する装置のように、共通の目的のため
に使用される複数の直流モータを同時に駆動するのに使
用すれば、装置の冗長性を高め、異常発生時にも、直流
モータ駆動による所期の目的を達成することができる。
【0028】一方、本発明のモータ駆動装置は、直流電
源からの電源供給を受けることにより回転する直流モー
タであれば駆動することはできるが、請求項6の如く適
用すれば、より効果を発揮できるのはいうまでもない。
尚、この場合、直流モータが回転させるファンとして
は、上述した自動車用エンジンの冷却ファンに限定され
るものではなく、自動車、列車、車両、船舶、航空機
等、移動体に搭載される送風用のファンであればよい。
つまり、こうした移動体に搭載される送風用ファンは、
直流モータの回転だけでなく、移動体の移動に伴う走行
風によって回転し、その回転により直流モータに起電力
が発生することから、こうしたファン用の直流モータに
本発明を適用することにより、直流モータ通電経路の異
常(断線/短絡)の検出精度を極めて有効に向上するこ
とができるようになる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明が適用された第1実施例のモ
ータ駆動装置10の構成を表す構成図である。
【0030】本実施例のモータ駆動装置10は、図5
(a)に示したモータ駆動装置50と同様、自動車用エ
ンジンの冷却ファンの動力源となる直流モータ2を、エ
ンジン制御装置等からの制御命令Saに従い、所定回転
速度で回転させるためのものであり、直流電源としての
バッテリ4から直流モータ2への通電経路上に所謂ロー
サイドスイッチとして設けられたnチャネルMOSFE
Tからなるスイッチング素子(トランジスタ)Tr1
と、直流モータ2に並列接続されたダイオードD1とを
備える。
【0031】また、本実施例のモータ駆動装置10に
は、図5(a)に示したモータ駆動装置50と同様に、
制御命令Saを受け付ける入力処理回路12、直流モー
タ2の駆動電圧(印加電圧の平均値)V2を検出する平
均電圧検出回路19、モータ制御のためにパルス幅変調
した制御信号(PWM信号)Sbを出力する演算処理回
路14、及び、制御信号Sbに従いトランジスタTr1
をオン・オフさせることにより、直流モータ2に電流を
流して、直流モータ2を回転させる駆動回路16、が設
けられている。尚、入力処理回路12、平均電圧検出回
路19、及び、演算処理回路14は、本発明の制御信号
出力手段又は制御手段に相当し、駆動回路16は、本発
明の駆動手段又は制御手段に相当する。
【0032】そして、演算処理回路14は、単に、直流
モータ2への駆動電圧V2が入力処理回路12から入力
される制御命令Saに対応した目標駆動電圧V1となる
ように、制御信号Sbのデューティ比を設定するのでは
なく、平均電圧検出回路19にて検出された駆動電圧V
2が目標駆動電圧V1を越えた場合(V2>V1)に
は、制御信号Sbの出力を停止することにより、トラン
ジスタTr1をオフさせ、直流モータ2への通電制御を
中止する。
【0033】つまり、演算処理回路14は、制御命令S
aに対応した目標駆動電圧V1に基づき制御信号Sbの
デューティ比を設定することにより、直流モータ2を目
標駆動電圧V1にて定電圧駆動するのであるが、平均電
圧検出回路19にて検出された駆動電圧V2が目標駆動
電圧V1を越えた場合には、冷却ファンが走行風によっ
て順方向に回転して、直流モータ2に起電力が発生して
おり、トランジスタTr1を特に駆動(オン)する必要
がないと考えられるので、駆動電圧V2が目標駆動電圧
V1を越えた場合には、演算処理回路14からの制御信
号Sbの出力を停止させることにより、駆動回路16に
よるトランジスタTr1の不要なスイッチング動作を禁
止するのである。
【0034】また次に、本実施例のモータ駆動装置10
には、バッテリ4から直流モータ2への通電経路の断線
或いは短絡を検出するための断線/短絡検出回路20が
設けられている。この断線/短絡検出回路20は、演算
処理回路14から出力される制御信号Sbを取り込み、
これが所定のパルス幅変調周期で変動しているときに、
演算処理回路14が制御信号Sbを出力している旨を表
す制御状態信号(Highレベル)を発生する制御信号変換
回路22と、直流モータ2とトランジスタTr1との接
続点電圧をバッファ回路24を介して取り込み、その接
続点電圧(検出電圧)Sdが、演算処理回路14が出力
する制御信号Sbの周期と略同じ周期で変動していると
き、即ち、接続点電圧Sdが制御信号Sbに追従して変
化しているときに、直流モータ2がトランジスタTr1
のデューティ制御によって駆動されている旨を表す駆動
状態信号(Highレベル)を発生する駆動信号変換回路2
6と、トランジスタTr1のドレイン−ソース間に接続
された抵抗R1と、を備える。
【0035】尚、抵抗R1は、直流モータ2側の通電経
路が断線しているときに、バッファ回路24を介して駆
動信号変換回路26に入力される接続点電圧Sdが変動
することないようにするためのものであり、その抵抗値
は、通電経路の正常時にトランジスタTr1がオフした
際に抵抗R1を介して流れる電流によって直流モータ2
が回転することのないよう、充分大きい値に設定されて
いる。また、上記バッファ回路24は、接続点電圧の変
動幅を、モータ駆動装置10内の電源電圧幅に制限し、
駆動信号変換回路26側で接続点電圧Sdからその変化
を正確に判定できるようにするためのものである。そし
て、本実施例において、バッファ回路24及び駆動信号
変換回路26は、本発明の検出手段として機能する。
【0036】次に、制御信号変換回路22から出力され
る制御状態信号Scは、AND回路30にそのまま入力
され、駆動信号変換回路26から出力される駆動状態信
号は、インバータ(反転回路)28にて信号Seに反転
された後、AND回路30に入力される。
【0037】AND回路30は、本発明の判定手段(詳
しくは請求項4記載の第1判定手段)に相当するもので
あり、制御状態信号ScがHighレベルで、且つ、インバ
ータ28による反転後の駆動状態信号SeがHighレベル
であるとき、直流モータ2の通電経路に異常(詳しく
は、断線又は短絡)が生じている旨を表す検出信号(Hi
ghレベル)Sfを出力する。
【0038】また、断線/短絡検出回路20には、AN
D回路30が検出信号Sfを出力しているときに、その
継続時間を監視し、AND回路30から所定の判定時間
Td以上連続して検出信号Sfが出力されたときに、直
流モータ2の通電経路は確実に断線又は短絡しているも
のと判断して、その旨を表す判定信号(Highレベル)S
gを出力する、第2判定手段としての時間監視回路32
が備えられている。
【0039】そして、この時間監視回路32からの判定
信号Sgは、警告出力回路18に出力され、警告出力回
路18は、この判定信号Sgを受けると、直流モータ2
の通電経路の異常を車両乗員に報知するために、警告ラ
ンプを点灯したり、警告音を発生したりするための警告
信号(Highレベル)Shを、外部の警報装置に出力す
る。
【0040】以上のように構成された本実施例のモータ
駆動装置10においては、図2に例示するように、外部
の制御装置から制御命令Saが入力されると(時点t
1)、演算処理回路14が、直流モータ2をその制御命
令Saに対応した回転速度で駆動するためのPWM信号
の生成を開始し、これを制御信号Sbとして駆動回路1
6に出力する。この結果、トランジスタTr1は、この
制御信号Sbに従い所定周期でオン・オフされ、通電経
路が正常であれば、駆動信号変換回路26に入力される
接続点電圧Sdも制御信号Sbに応じて周期的に変化す
る。
【0041】そして、この状態では、AND回路30に
入力される制御状態信号ScはHighレベルとなり、駆動
状態信号SeはLow レベルとなることから、AND回路
30からの出力はLow レベルとなり、AND回路30か
ら、通電経路の異常を表すHighレベルの検出信号Sfが
出力されることはない。
【0042】また、直流モータ2の通電制御中(時点t
1以降)に、冷却ファンが走行風によって回転され、直
流モータ2に起電力が発生して、直流モータ2の両端の
平均電圧(駆動電圧)V2が制御命令Saに対応した目
標駆動電圧V1を越えると、演算処理回路14は、制御
信号Sbの出力を停止し(時点t2)、その後、走行風
による冷却ファンの駆動が停止し、駆動電圧V2が目標
駆動電圧V1よりも小さくなると、演算処理回路14
は、制御信号Sbの出力を再開する(時点t3)。
【0043】そして、このように演算処理回路14が制
御信号Sbの出力を停止している期間中(時点t2〜t
3)は、トランジスタTr1の駆動がなされないので、
駆動信号変換回路26に入力される接続点電圧Sdは一
定電圧(通電経路が正常であればHighレベル)に保持さ
れ、AND回路30に入力される駆動状態信号SeはHi
ghレベルになるが、制御信号変換回路22から出力され
る制御状態信号ScはLow レベルとなるため、AND回
路30からの出力はLow レベルに保持される。
【0044】また、演算処理回路14が制御信号Sbを
出力しているときに、直流モータ2の通電経路に断線或
いはグランド短絡の異常が発生すると(時点t4)、接
続点電圧Sdは、抵抗R1の機能によってLow レベル
(グランド電位)に保持される。この結果、駆動信号変
換回路26からの出力は、Low レベルとなり、AND回
路30に入力される駆動状態信号Seは、Highレベルと
なる。
【0045】よって、直流モータ2の通電経路に異常が
発生した際には、バッファ回路24、駆動信号変換回路
26、インバータ28等の応答遅れに伴う遅延時間経過
後にAND回路30から通電経路の異常を表す検出信号
(Highレベル)Sfが出力されることになる。
【0046】そして、このようにAND回路30から検
出信号Sfが出力されると(時点t5)、時間監視回路
32は、その後判定時間Tdが経過する間、検出信号S
fが継続して出力されているか否かを判断し、検出信号
Sfが判定時間Td継続して出力されると(時点t
6)、通電経路に確実に異常(断線又は短絡)が生じて
いるものと判断して、その旨を表す判定信号Sgを出力
する。すると、警告出力回路18は、この判定信号Sg
を受けて、外部の警報装置に警告信号Shを出力し、車
両乗員にその旨を報知する。
【0047】尚、時間監視回路32は、AND回路30
から検出信号Sfが出力された後、その状態が判定時間
Td継続したときに通電経路の異常を表す判定信号Sg
を出力するが、これは次の理由による。即ち、図2に記
載のように、AND回路30に入力される制御状態信号
Sc及び駆動状態信号Seの反転時には、制御信号変換
回路22や、バッファ回路24、駆動信号変換回路2
6、インバータ28等の応答遅れによって、各信号S
c,Seが同時にHighレベルとなり、AND回路30か
ら一時的にHighレベルの検出信号Sfが出力されてしま
うことがある。また、AND回路30からの出力は、外
部ノイズの影響を受けて、一時的にHighレベルになるこ
とがある。そこで、本実施例では、AND回路30から
の出力をそのまま通電経路の異常を表す判定信号として
出力するのではなく、時間監視回路32で、AND回路
30からの検出信号Sfの出力時間を監視して、それが
判定時間Tdに達したときに、通電経路の異常を表す判
定信号Sgを発生するようにしているのである。
【0048】そして、応答遅れ時間が最も大きく変動す
るのは、制御信号Sbの有無及び接続点電圧Sdの変化
を判定して上記各状態信号Sc,Seを生成する制御信
号変換回路22及び駆動信号変換回路26であり、その
応答遅れの時間差は、制御信号Sbの数パルス分若しく
はそれ以上に及ぶことがあることから、時間監視回路3
2が監視する判定時間Tdとしては、パルス幅変調され
た制御信号Sbの数パルスから数十パルス分の時間に設
定するとよい。
【0049】以上説明したように、本実施例のモータ駆
動装置10によれば、トランジスタTr1と直流モータ
2との接続点の電圧(検出電圧)を検出し、その検出し
た接続点電圧Sdが、制御信号Sbと同様に変化(追従
して変化)しているか否かを判定することにより、通電
経路の異常(断線/短絡)を判定するようにされてい
る。このため、直流モータに流れる電流を検出して検出
電流が所定値以下である場合に通電経路の異常を判定す
る従来装置のように、冷却ファンが走行風によって回転
されることにより直流モータ2に起電力が発生した際
に、通電経路の異常を誤判定してしまうことはなく、通
電経路の異常を正確に判定することができる。
【0050】また本実施例のモータ駆動装置10では、
トランジスタTr1に対して並列に抵抗R1を設けてい
ることから、通電経路の断線時に、制御信号Sbの変化
に応じて接続点電圧Sdが変動して、駆動信号変換回路
26にて制御信号Sbの変化を誤判定してしまうのを防
止できる。よって、本実施例によれば、抵抗R1によ
り、通電経路の異常の判定精度をより向上することがで
きる。
【0051】また更に本実施例では、通電経路の異常を
判定するAND回路30から、その旨を表す検出信号S
fが出力されると、時間監視回路32で、その後の検出
信号Sfの出力継続時間を監視し、その継続時間が判定
時間Tdに達したときに、通電経路の異常を表す判定信
号Sgを警告出力回路18に出力することから、通電経
路の異常を誤判定して、その旨を誤って車両乗員に報知
してしまう、といったことも防止できる。
【0052】ここで、上記実施例では、断線/短絡検出
回路20は、インバータ28,AND回路30等を含む
信号処理用の電子回路から構成されているものとして説
明したが、例えば、エンジン制御装置等の各種制御装置
を構成するマイクロコンピュータ若しくは異常検出専用
のマイクロコンピュータに、図3に示す如きモータ配線
異常判定処理を実行させることにより、断線/短絡検出
回路20としての機能の一部を、マイクロコンピュータ
が実行する一制御処理として実現することもできる。
【0053】即ち、図1において、断線/短絡検出回路
20を構成する制御信号変換回路22及びインバータ2
8からの出力を、エンジン制御装置等を構成するマイク
ロコンピュータに入力する。そして、マイクロコンピュ
ータ側では、S110(Sはステップを表す)にて、制
御状態信号ScはHighレベルであるかを判定することに
より、現在、直流モータ2を駆動中であるか否かを判定
し、制御状態信号ScがHighレベルで、現在、直流モー
タ2を駆動中であれば(S110−YES)、S120
にて、駆動状態信号SeはHighレベルであるか否かを判
定し、駆動状態信号SeがHighレベルであれば(S12
0−YES)、続くS130にて、駆動状態信号Seが
Highレベルになってからの経過時間Teが予め設定され
た判定時間Td以上になったか否かを判定し、経過時間
Teが判定時間Td以上になった場合には(S130−
YES)、S140にて、外部の警報装置に警告信号S
hを出力する、といった手順で、モータ配線異常判定処
理を実行する。
【0054】この結果、S110,S120の判定処理
により、AND回路30(延いては第1判定手段)とし
ての機能を実現でき、S130の判定処理により、時間
監視回路32(延いては第2判定手段)としての機能を
実現でき、S140の処理により、図1に示した警告出
力回路18としての機能を実現できることになり、上記
実施例と同様の効果を得ることができる。
【0055】尚、図3のモータ配線異常判定処理におい
て、各判定処理(S110,S120,S130)で否
定判定された場合には、再度S110に移行して、異常
判定を継続するようにされている。また、図3におい
て、S140にて警告信号Shを出力した後は、S15
0に移行して、復帰信号が入力されたか否かを判定し、
復帰信号が入力されていなければ、再度S140に移行
し、逆に、復帰信号が入力されていれば、再度S110
に移行するようになっている。これは、警告信号Shの
出力(換言すれば、車両乗員への異常の報知)により、
車両乗員が直流モータ2の通電経路の異常に気づき、直
流モータ2の通電経路を修理した際に、復帰信号を入力
することにより、警告信号Shの出力を停止させて、再
度、S110〜S130による異常判定を起動できるよ
うにするためである。
【0056】一方、上記実施例においては、断線/短絡
検出回路20において、直流モータ2の通電経路の異常
を判定すると、その旨を表す判定信号Sgを警告出力回
路18に出力することにより、警告出力回路18から外
部の警告装置に警告信号Shを出力させる(換言すれ
ば、車両乗員に対して警報を発する)ものとして説明し
たが、通電経路の異常時には、制御信号Sbによりトラ
ンジスタTr1を制御しても直流モータ2を回転させる
ことはできないことから、判定信号Sgを入力処理回路
12若しくは演算処理回路14に出力して、これらの回
路12,14からの信号出力を停止させるようにしても
よい。
【0057】そして、このようにすれば、直流モータ2
の通電経路の異常時に、トランジスタTr1を無駄にス
イッチングさせることがないので、モータ駆動装置10
による不要な電力消費を抑えることができる。尚、図3
に示したモータ配線異常判定処理をマイクロコンピュー
タに実行させることにより、断線/短絡検出回路20と
しての機能を実現する場合には、S140の処理にて、
警告信号Shを出力するのと同時に、モータ駆動装置1
0への制御命令Saの入力を遮断するようにすれば、上
記と同様に、通電経路の異常時に、トランジスタTr1
のスイッチング動作を停止させることができる。
【0058】また、本発明は、上記実施例のモータ駆動
装置や図5(a),(b)に示した従来のモータ駆動装
置のように、単に一つの直流モータ2を駆動するのでは
なく、複数の直流モータを同時に駆動する装置であって
も、上記実施例と同様に適用し、同様の効果を得ること
ができる。
【0059】そこで、次に、本発明の第2実施例とし
て、複数の直流モータを同時に駆動するようにしたモー
タ駆動装置について説明する。図4は、第2実施例のモ
ータ駆動装置11全体の構成を表す構成図である。この
モータ駆動装置11は、自動車用エンジンに設けられた
二つの冷却ファンを夫々回転させる2つの直流モータ2
a,2bを、エンジン制御装置等からの制御命令Saに
従い、同時に駆動するためのものであり、バッテリ4か
ら各直流モータ2a,2bへの通電経路上に所謂ローサ
イドスイッチとして設けられたnチャネルMOSFET
からなるスイッチング素子(トランジスタ)Tra,T
rbと、各直流モータ2a,2bに夫々並列接続された
ダイオードDa,Dbとを備える。
【0060】そして、本実施例のモータ駆動装置11
は、第1実施例のモータ駆動装置10と同様に、制御信
号出力手段として、入力処理回路12、演算処理回路1
4、及び、各直流モータ2a,2bに印加された駆動電
圧(平均電圧)V2a,V2bを夫々検出する一対の平
均電圧検出回路19a,19bを備えると共に、駆動手
段として、演算処理回路14から出力される制御信号S
bに従い各トランジスタTra,Trbをオン・オフさ
せる一対の駆動回路(第1駆動回路,第2駆動回路)1
6a,16bを備え、更に、警告信号Sh出力用の警告
出力回路18を備える。
【0061】尚、演算処理回路14は、平均電圧検出回
路19a,19bにて検出された各直流モータ2a,2
bの駆動電圧V2a,V2bが、夫々、制御命令Saに
対応した目標駆動電圧となるように制御信号(PWM信
号)Sbを生成するが、モータ起電力が生じて駆動電圧
V2a,V2bの何れか一方が目標駆動電圧V1を越え
ると、制御信号Sbの出力を停止(OFF固定)するこ
とにより、トランジスタTr1をオフさせ、直流モータ
2への通電制御を中止する。
【0062】また次に、本実施例のモータ駆動装置11
にも、バッテリ4から直流モータ2a及び/又は2bへ
の通電経路の断線或いは短絡を検出するための断線/短
絡検出回路21が設けられている。この断線/短絡検出
回路21は、第1実施例の断線/短絡検出回路21と同
様に、制御信号変換回路22、AND回路30、及び、
時間監視回路32を備えると共に、トランジスタTr
a,Trbに並列に接続された(詳しくは各モータ2
a,2bの通電経路を形成するドレイン−ソース間に接
続された)一対の抵抗Ra,Rbと、直流モータ2a,
2bとトランジスタTra,Trbとの接続点電圧(検
出電圧)をバッファ回路24a,24bを介して夫々取
り込み、その取り込んだ各接続点電圧Sda,Sdbが
制御信号Sbの周期と略同じ周期で変動しているとき、
即ち、各接続点電圧Sda,Sdbが制御信号Sbに追
従して変化しているときに、駆動状態信号(Highレベ
ル)を発生する一対の駆動信号変換回路26a,26b
と、これら各駆動信号変換回路26a,26bからの出
力を反転させる一対のインバータ(反転回路)28a,
28bと、このインバータ28a,28bにより反転さ
れた駆動状態信号Sea,Sebを受け、これらの信号
Sea,Sebの内の少なくとも一方がHighレベルであ
るとき、Highレベルとなる駆動状態信号Seを出力する
OR回路34とを備える。そして、このOR回路34か
らの出力(駆動状態信号Se)は、制御信号変換回路2
2から出力される制御状態信号Scと共に、AND回路
30に入力される。
【0063】尚、抵抗Ra,Rbは、第1実施例の抵抗
R1と同様、対応する直流モータ2a,2bのモータ側
の通電経路が断線しているときに、バッファ回路24
a,24bを介して第1及び第2の駆動信号変換回路2
6a,26bに入力される接続点電圧Sda,Sdbが
変動することないようにするためのものであり、その抵
抗値は、充分大きい値に設定されている。
【0064】このように構成された本実施例のモータ駆
動装置11においては、外部から制御命令Saが入力さ
れると、演算処理回路14が、直流モータ2をその制御
命令Saに対応した回転速度となるように定電圧駆動す
るためのPWM信号を生成し、これを制御信号Sbとし
て、第1駆動回路16a及び第2駆動回路16bに出力
する。この結果、各トランジスタTra,Trbは、こ
の制御信号Sbに従い所定周期でオン・オフされ、通電
経路が正常であれば、第1駆動信号変換回路26a及び
第2駆動信号変換回路26bに入力される接続点電圧S
da,Sdbも、制御信号Sbに応じて周期的に変化す
る。
【0065】従って、この状態では、OR回路34に入
力される駆動状態信号Sea,Sebは共にLow レベル
となり、AND回路30には、Low レベルの駆動状態信
号Seと、Highレベルの制御状態信号Scが入力され、
AND回路30からの出力はLow レベルとなって、AN
D回路30から、通電経路の異常を表すHighレベルの検
出信号Sfが出力されることはない。
【0066】こうしたモータ駆動時に、直流モータ2
a,2bの一方又は両方の通電経路に断線或いは短絡と
いった異常が生じると、異常が生じた直流モータ2a或
いは2bに対応する駆動信号変換回路26a或いは26
bからの出力が、Low レベルとなり、OR回路34の少
なくとも一方の入力がHighレベルとなる。この結果、O
R回路34からはAND回路30には、Highレベルの駆
動状態信号Seが出力され、AND回路30から、High
レベルの検出信号Sfが出力されることになる。
【0067】そして、この状態が判定時間Td以上継続
すると、時間監視回路32から警告出力回路18に、通
電経路の異常を表す判定信号Sgが出力されて、警告出
力回路18から外部の警報装置に警告信号Shが出力さ
れるようになる。よって、本実施例のモータ駆動装置1
1によれば、2つの直流モータ2a,2bの内、少なく
とも一方の通電経路に異常が生じた際に、その旨を車両
乗員に速やかに報知することができる。
【0068】また、各直流モータ2a,2bの通電経路
が正常であるとき、モータ駆動時に、冷却ファンが受け
る走行風によって各直流モータ2a,2bが順方向に回
転し、各直流モータ2a,2bに起電力が発生し、駆動
電圧V2a,V2bのどちらか一方が制御命令Saに対
応した目標駆動電圧より大きくなった場合、制御信号S
bは出力停止となり、制御状態信号ScはLow レベルに
固定され、従って検出信号SfはHighレベルにならない
ため、直流モータ2a,2bの通電経路の異常を常に正
確に判定することができる。
【0069】また特に本実施例のモータ駆動装置11
は、2つの直流モータ2a,2bを共通の制御命令Sa
に従い同時に駆動するようにしているので、2つの直流
モータ2a,2bの内の一方の通電経路が断線又は短絡
した際には、モータへの通電制御を継続することによ
り、通電経路に異常が生じていない側の直流モータ2a
又は2bの駆動を継続することができる。よって、本実
施例のモータ駆動装置11によれば、冷却ファンの停止
によりエンジンがオーバヒートするのを防止し、安全性
を高めることができる。
【0070】また例えば、図4に点線で示すように、時
間監視回路32が通電経路の異常を判定した際、警告出
力回路18だけでなく、演算処理回路14に対しても判
定信号Sgを出力するようにし、演算処理回路14側で
は、この判定信号Sgを受けると、制御信号Sbのパル
ス幅を通常時よりも大きくして、通電経路が正常な直流
モータ2a又は2bへの通電電流量を増加させるように
構成してもよい。
【0071】そして、このようにすれば、直流モータ2
a,2bの内の一方の通電経路に異常が生じた際に、通
電経路が正常な直流モータ2a又は2bを通常よりも高
速に回転させて、エンジンの冷却性能の低下を抑制する
ことが可能となり、エンジンがオーバヒートするのをよ
り確実に防止することができる。また、このように直流
モータ2a又は2bの回転速度を上げれば、冷却ファン
の回転に伴い発生する騒音が大きくなるので、これによ
っても車両乗員に異常を報知することができる。
【0072】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は、上記各実施例に限定されるものではな
く、種々の態様を採ることができる。例えば、上記各実
施例では、スイッチング素子(トランジスタTr1,T
ra,Trb)を、所謂ローサイドスイッチとして、直
流モータ2,2a,2bとグランドとの間に設けたモー
タ駆動装置について説明したが、本発明は、スイッチン
グ素子を、所謂ハイサイドスイッチとして、直流モータ
と直流電源の正極側との間に設けたモータ駆動装置であ
っても、上記実施例と同様に適用して、同様の効果を得
ることができる。また、このスイッチング素子を構成す
るトランジスタとしては、上記実施例のようなnチャネ
ルMOSFET以外にも、pチャネルMOSFETを使
用するようにしてもよいし、また、NPNトランジスタ
或いはPNPトランジスタといったバイポーラトランジ
スタを使用してもよい。
【0073】また、上記各実施例において、検出手段に
て取り込む電圧を直流モータ2とトランジスタTr1と
の接続点、或いは、直流モータ2a,2bとトランジス
タTra,Trbとの接続点としたが、例えば、直流モ
ータ2,2a,2bとトランジスタTr1,Tra,T
rbとの間(通電経路)にモータブラシノイズを低減す
るためのLCによるノイズフィルタ(詳しくはそのコイ
ル要素)を接続した場合は、当該コイル要素の両端の何
れか一方又は両方の電圧を、上記したような検出手段に
て取り込むようにしてもよいし、或いは、直流モータ
2,2a,2bとトランジスタTr1,Tra,Trb
との間(通電経路)に、図5(a)に示すような負荷
(モータ)電流検出用の抵抗(図5(a)の例ではR
s)を接続した場合は、上記と同様、当該負荷電流検出
用の抵抗の両端の何れか一方又は両方の電圧を、上記し
たような検出手段にて取り込むようにしてもよい。要
は、直流モータ2,2a,2bとトランジスタTr1,
Tra,Trbとの間(通電経路)の電圧が上記検出手
段にて取り込めるような回路構成であれば、本発明は適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のモータ駆動装置全体の構成を表
す構成図である。
【図2】 第1実施例の断線/短絡検出回路の動作を説
明するタイムチャートである。
【図3】 第1実施例の断線/短絡検出回路の機能の一
部をマイクロコンピュータにて実現する際の処理動作を
表すフローチャートである。
【図4】 第2実施例のモータ駆動装置全体の構成を表
す構成図である。
【図5】 従来のモータ駆動装置の構成を表す構成図で
ある。
【符号の説明】
2,2a,2b…直流モータ、Tr1,Tr2,Tr
a,Trb…トランジスタ(スイッチング素子)、4…
バッテリ、10,11、50,51…モータ駆動装置、
12…入力処理回路、14…演算処理回路、16,16
a,16b…駆動回路、18…警告出力回路、19…平
均電圧検出回路、20,21,60,61…断線/短絡
検出回路、22…制御信号変換回路、24,24a,2
4b…バッファ回路、26…駆動信号変換回路、26a
…第1駆動信号変換回路、26b…第2駆動信号変換回
路、28,28a,28b…インバータ、30…AND
回路、32…時間監視回路、34…OR回路、D1,D
a,Db…ダイオード、R1,Ra,Rb…抵抗。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H571 AA01 AA03 BB02 BB07 CC04 FF08 GG05 HA01 HA09 HA16 HD02 JJ03 LL22 LL23 LL42 LL45 LL50 MM08 MM20 5H572 AA01 AA03 BB02 BB07 CC04 DD07 EE03 FF08 GG05 HA01 HA09 HB12 HB15 JJ03 KK04 LL22 LL24 LL44 LL47 LL50 MM09 MM20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源から直流モータへの通電経路に
    設けられたスイッチング素子と、 パルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン/
    オフ制御する制御手段と、 前記直流モータと前記スイッチング素子との間の通電経
    路における電圧を検出する検出手段と、 前記制御手段による前記スイッチング素子のオン/オフ
    制御中に、前記検出手段による検出電圧が前記パルス幅
    変調信号の周期と略同じ周期で変化していないと判断さ
    れた場合に前記直流電源から直流モータへの通電経路の
    異常を判定する判定手段と、 を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 【請求項2】 直流電源から直流モータへの通電経路に
    設けられたスイッチング素子と、 外部からの制御命令に対応して前記直流モータの目標駆
    動電圧を設定すると共に、前記直流モータの駆動電圧を
    該目標駆動電圧に制御するためのパルス幅変調信号を生
    成し、該パルス幅変調信号を制御信号として出力する制
    御信号出力手段と、 該制御信号出力手段からの制御信号に従い前記スイッチ
    ング素子をオン・オフさせることにより、前記直流モー
    タを回転させる駆動手段と、 を備えたモータ駆動装置において、 前記直流モータとスイッチング素子との間の通電経路に
    おける電圧を検出する検出手段と、 該検出手段にて検出された前記検出電圧が前記制御信号
    の周期と略同じ周期で変化しているか否かを判定し、前
    記検出電圧が前記制御信号の周期と略同じ周期で変化し
    ていない場合に、前記直流電源から直流モータへの通電
    経路の異常を判定する判定手段と、 を設けたことを特徴とするモータ駆動装置。
  3. 【請求項3】 前記スイッチング素子に対して、前記ス
    イッチング素子のオフ時に前記直流モータが回転するこ
    とのないように抵抗値が充分大きく設定された抵抗を並
    列接続してなることを特徴とする請求項1又は2に記載
    のモータ駆動装置。
  4. 【請求項4】 前記判定手段は、 前記検出手段にて検出された前記検出電圧が前記制御信
    号に追従して変化しているか否かを判定する第1判定手
    段と、 該第1判定手段にて前記検出電圧が前記制御信号に追従
    して変化していないと判定されているときの経過時間を
    監視し、該経過時間が予め設定された判定時間を越えた
    ときに、前記通電経路の異常を判定する第2判定手段
    と、 を備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記
    載のモータ駆動装置。
  5. 【請求項5】 前記制御信号に従い複数の直流モータを
    同時に回転駆動するために、前記スイッチング素子は、
    直流電源から該各直流モータへの通電経路に夫々設けら
    れると共に、前記駆動手段は、該各スイッチング毎に夫
    々設けられており、 前記検出手段は、該複数のスイッチング素子と該スイッ
    チング素子に対応する複数の直流モータとの間の通電経
    路における電圧を各々検出し、 前記判定手段は、該検出手段にて検出された検出電圧の
    少なくとも一つが前記制御信号の周期と略同じ周期で変
    化していないときに、前記直流電源から各直流モータへ
    の何れかの通電経路の異常を判定することを特徴とする
    請求項1乃至4の何れかに記載のモータ駆動装置。
  6. 【請求項6】 前記直流モータは、移動体に搭載され、
    該移動体の移動に伴い生じる風によって回転するファン
    を回転駆動するものであることを特徴とする請求項1乃
    至5の何れかに記載のモータ駆動装置。
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