JP2003158890A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品コストを抑えた構成ながら、モータ通電
に伴う電力損失を低減し、バッテリの逆接続時には、こ
の逆接続に起因する過大電流からモータ制御回路を確実
に保護する。 【解決手段】 モータ制御回路１２は、オン・オフ切換
可能で、かつ、モータ１１の駆動時における還流電流Ｆ
の所定方向への通過のみを許容するスイッチング素子と
して動作するＩＧＢＴ２９を有する。また、モータ制御
回路は、バッテリ１４がその極性に関してモータ制御回
路に正常接続されたときにＩＧＢＴをオン状態に切り換
えるとともに、バッテリがその極性に関してモータ制御
回路に逆接続されたときに、スイッチング素子をオフ状
態に切り換える手段２３、２７、３０とを備える。ＩＧ
ＢＴはモータに並列に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御装置に
係り、特に、車両用モータなどのモータを制御するとき
に、バッテリなどの電源の極性の逆接続に対して対処可
能なモータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用などのモータの駆動を制御
する装置には種々の構成のものが知られている。

【０００３】この種のモータ制御の一例が特開平１１−
３１３４６６号公報に示されている。具体的には、この
モータ制御装置は、インバータにより車載用のブラシレ
スモータを駆動制御する構成を採り、車載バッテリのプ
ラス及びマイナスの端子に制御基板を介してモータが接
続されている。制御基板には、かかるプラス及びマイナ
スの端子に接続される６つの半導体スイッチからなるイ
ンバータと、そのプラス端子とインバータとの間に設け
られたバッテリ逆接続時の回路遮断用の半導体スイッチ
と、この半導体スイッチとインバータとの間に、インバ
ータに並列に接続されたサージ吸収素子とが設けられて
いる。バッテリの逆接続とは、バッテリが制御基板（モ
ータ制御回路を搭載）に接続すべきプラス及びマイナス
の極性を反対にして接続することである。

【０００４】このため、バッテリが逆接続された場合に
は、回路遮断用の半導体スイッチが自動的にオフとな
る。このオフ状態は逆接続が続いている間、保持される
ので、インバータを成す６個の半導体スイッチ（トラン
ジスタ）の寄生ダイオードを経由した通電が禁止され
る。これにより、逆接続時に過大逆電流が寄生ダイオー
ドを経由して流れるという事態を防止し、機器の焼損や
破損を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のモータ制御装置におけるバッテリ逆接続時の遮
断構成の場合、回路遮断用の半導体スイッチをバッテリ
のプラス側端子とインバータとの間に直列に設けなけれ
ばならないことから、バッテリが正規の極性に接続され
ている通常の使用状態において、かかる半導体スイッチ
により電力が余分に消費されてしまうという問題があ
る。この電力損失はモータ制御装置のエネルギー効率を
低下させるので、特に、車載用など、エネルギー効率の
向上を重要課題の１つとする用途には不向きであった。

【０００６】反対に、この回路遮断用の半導体スイッチ
を低いエネルギー損失の素子で構成することも可能では
あるが、そのような素子は通常、部品コストが高いこと
から、コスト面で採用困難であった。

【０００７】さらに、前述した従来の逆接続時の遮断構
成をブラシモータに適用することもできるが、この場合
も、ブラシレスモータのときと同様の問題が依然として
生じるほか、ブラシモータの場合、制御用の半導体素子
の数がもともと少ない分、回路遮断用の半導体スイッチ
を設けることによる素子数増加に伴う部品コストアップ
比率は高くなる。このようなコストアップの仕方は、他
のコスト低減策により吸収することは難しい。

【０００８】本発明は、このような従来のモータ制御装
置が抱えている問題に鑑みてなされたもので、部品コス
トを抑えた構成ながら、モータ制御回路にバッテリ（電
源）が正常な極性で接続されているときには、その逆接
続時の対策用素子による電力損失を低減させて省エネル
ギーを図ることができるとともに、バッテリを逆接続し
たときには、この逆接続に起因する過大電流からモータ
制御回路を確実に保護することを、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るモータ制御装置は、モータと、このモ
ータと直流電源との間に介挿され、かつ、前記直流電源
から電力を受ける前記モータの回転駆動を入力信号に応
じて制御するモータ制御回路とを有する。このモータ制
御回路は、オン状態又はオフ状態に切換可能で、かつ、
前記モータの駆動時における還流電流の所定方向への通
過のみを許容する素子を含んだスイッチング素子と、前
記電源がその極性に関して前記モータ制御回路に正常接
続されたときに前記スイッチング素子をオン状態に切り
換えるとともに、前記電源がその極性に関して前記モー
タ制御回路に逆接続されたときに前記スイッチング素子
をオフ状態に切り換える切換制御手段とを備える。前記
スイッチング素子は前記モータに並列に接続される。

【００１０】これにより、電源がその極性に関して正常
に接続されているときには、スイッチング素子がオン状
態に制御され、モータの駆動に伴って発生する逆電流を
スイッチング素子を通して還流させ、モータの良好なエ
ネルギー効率を保持できる。電源がその極性に関して逆
接続された場合、スイッチング素子がオフ状態に制御さ
れる。このため、モータ制御回路への過大電流の流入を
確実に遮断することができ、モータ制御回路の焼損や破
損を防止することができる。

【００１１】好適には、前記スイッチング素子はＩＧＢ
Ｔ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成され
る。このＩＧＢＴは今日では、例えば他の１個の電子デ
バイスとほとんど変わらないコストで製造され、コスト
の格別の増大を招かない。

【００１２】また好適には、モータはブラシモータであ
る。これにより、ブラシモータに対して、省エネルギー
及び部品コストの抑制を図りつつ、電源の逆接続時の遮
断が確実になされる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るモータ制御装
置の１つの実施の形態を、図１〜図４を参照して説明す
る。

【００１４】図１に、本実施の形態に係るモータ制御装
置の電気的な概略ブロック図を示す。このモータ制御装
置は、ブラシモータ（単にモータとも言う）１１と、こ
のブラシモータ１１の回転駆動を制御するモータ制御回
路１２とを備える。モータ制御回路１２には、ヒューズ
１３を介して、直流電源としてのバッテリ１４が接続さ
れる。

【００１５】具体的には、同図中の実線で示すように、
バッテリ１４の極性が正規の状態で接続されるときに
は、バッテリ１４のプラス側が配線のプラス端子１５ａ
に接続されるとともに、マイナス側が配線のマイナス端
子１５ｂに接続されている。マイナス側端子１５ｂはア
ースに接続される。反対に、バッテリ１４の逆接続と
は、同図中の仮想線（一点鎖線）で示すように、バッテ
リ１４のプラス側が配線のマイナス端子１５ｂに接続さ
れる一方で、マイナス側が配線のプラス端子１５ａに接
続される状態を指す。

【００１６】モータ制御回路１２は、以下に説明する、
定電圧電源で動作する各種の回路を備えている。

【００１７】モータ制御回路１２のバッテリ１４の正常
接続時におけるプラス側に接続された端子２１ａには、
所要電圧の電源を生成してモータ制御回路１２内の各回
路に供給する電源回路２２が備えられている。また、上
記端子２１ａには昇圧回路２３を介して発振回路２４が
接続されている。発振回路２４の一方の出力信号ｅが昇
圧回路２３に印加されるようになっている。この昇圧回
路２３によって電源の倍電圧信号ｆが後述する駆動回路
２７に供給される。

【００１８】またモータ制御回路１２は、入力信号ａを
受ける端子２１ｂに接続された入力処理回路２５を備
え、この入力処理回路２５の出力側に比較器２６及び駆
動回路２７が順に接続されている。このため、入力信号
ａは入力処理回路２５により信号ｂに変換され、比較器
２６の反転入力端に供給されるようになっている。この
比較器２６の非反転入力端には、発振回路２４が発振し
た三角波信号ｃが供給される。比較器２６は入力信号ａ
と三角波信号ｃの振幅を互いに比較し、その比較結果で
ある、ＰＷＭ制御の基本制御信号ｄを駆動回路２７に供
給する。前述した昇圧回路２３の出力である倍電圧信号
ｆも駆動回路２７に供給される。これにより、駆動回路
２７は倍電圧信号ｆを用いて基本制御信号ｄを増幅す
る。

【００１９】さらに、駆動回路２７の出力側にはパワー
ＭＯＳＦＥＴ２８及びＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ
Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２９が備えられて
いる。この駆動回路２７の２出力のうち、前記基本制御
信号ｄを増幅して生成したスイッチング用の第１の制御
出力信号ｇは、パワーＭＯＳＦＥＴ２８のゲートに与え
られるように接続されている。パワーＭＯＳＦＥＴ２８
はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されており、そのド
レインがモータ制御回路１２のバッテリ正常接続時のプ
ラス側端子２１ａに接続される一方で、そのソースがＩ
ＧＢＴ２９のエミッタに接続されている。

【００２０】ＩＧＢＴ２９は単一の半導体素子として構
成されるが（図２（ａ）参照）、その電気的な等価回路
は図２（ｂ）に示すように、一例として、Ｎチャンネル
ＭＯＳＦＥＴとダイオードの直列回路として表される。

【００２１】また、駆動回路２７のもう一方の出力から
出力されるスイッチング用の第２の制御出力信号ｈはＩ
ＧＢＴ２９のゲートに与えられるように接続されてい
る。このＩＧＢＴ２９のコレクタは、モータ制御回路１
２のバッテリ正常接続時のマイナス側端子２１ｃに接続
されている。さらに、上記プラス側端子２１ａとＩＧＢ
Ｔ２９のゲートとの間には、プルアップ用の抵抗３０が
接続されている。

【００２２】上述した構成において、ＩＧＢＴ２９が本
発明の構成要件であるスイッチング素子を構成し、昇圧
回路２３、駆動回路２７、及びプルアップ抵抗３０が全
体として本発明の構成要件である切換制御手段の要部を
構成している。

【００２３】これにより、バッテリ１４の正常接続時
（図１のバッテリ１４の実線表示参照）には、パワーＭ
ＯＳＦＥＴ２８が入力信号ａに応じて一定周期でオン・
オフにスイッチングされ、モータ１１の回転駆動が無段
階で制御される（図３の「電源正常接続時」の「作動
時」参照）。

【００２４】同時に、この正常接続時には、モータ１１
の回転により発生したエネルギーに拠る逆電流をモータ
１１のマイナス端からプラス端の方向（図１中、矢印Ｆ
の方向参照）に還流させることができるように、第２の
制御出力信号ｈにより、ＩＧＢＴ２９のオン状態が常に
保持される（図３の「電源正常接続時」の「作動時」参
照）。この還流電流Ｆは、第１の制御出力信号ｇにより
オン・オフされるパワーＭＯＳＦＥＴ２８のオフ期間だ
け通電される。

【００２５】このようにして、バッテリ１４の正常接続
時には、モータ制御回路１２は、入力信号ａに基づいて
バッテリ１４からモータ１１に供給される電力をＰＷＭ
方式で制御することにより、モータ１１の回転数や回転
トルクを制御することができる。

【００２６】また、このバッテリ１４の正常接続であっ
ても、入力信号ａが零のときにはパワーＭＯＳＦＥＴ２
８及びＩＧＢＴ２９が共にオフとなって、モータ制御回
路１２は動作しない（図３の「電源正常接続時」の「停
止時」参照）。

【００２７】一方、バッテリ１４の逆接続時には（図１
のバッテリ１４の仮想線表示参照）、駆動回路２７は第
２の制御出力信号ｈを電流遮断信号としてＩＧＢＴ２９
のゲートに与えられ、プルアップ抵抗３０により逆接続
の間、ＩＧＢＴ２９の遮断（オフ）状態が保持される
（図３の「電源逆接続時」参照）。このため、逆接続時
には、モータ１１は通常接続時とは反対方向に回転する
が、ＩＧＢＴ２９を通過しようとする逆電流Ｆは零とな
り、モータ制御回路１２への過大な逆電流を確実に遮断
できる。これにより、モータ制御回路１２の焼損やヒュ
ーズ１３の不用意な溶断を防止することができる。

【００２８】このように本実施の形態に係るモータ制御
装置によれば、バッテリ逆接続時の対策として、バッテ
リ１４からモータ１１に至る通電経路に、従来技術の一
例として前述したスイッチング素子は介挿されていな
い。単に、ＰＷＭ制御用のスイッチング素子が在るのみ
である。このため、モータ１１への通電時に消費される
電力を、かかる従来技術の構成の装置と比べて、格段に
低減させることができ、モータ制御回路１２の内部での
電力損失を抑制して省エネルギーを図ることができる。
また、ＩＧＢＴ２９は今日の半導体微細化プロセスによ
り、通常のフライホイール用ダイオードとほぼ同等のコ
ストで製造される。このため、バッテリ逆接続時の遮断
機能とバッテリ正常接続時の電流還流機能とを併せて持
たせているものの、その部品自体のコストアップは抑制
され、機能向上に鑑みた場合にはコスト面では割安にな
る。

【００２９】さらに、このコスト面での有利さを別の観
点から説明する。図４に、本実施の形態のモータ制御装
置における機能向上と部品コスト抑制のバランスの良さ
を比較するために挙げたモータ制御装置の一例を示す。
同図のモータ制御装置は、前述した特開平１１−３１３
４６６号公報に記載のブラシレスモータに対する電源逆
接続時の保護手段を、ブラシモータに適用した構成例を
示す。なお、図１に示したものと同じ構成要素には、同
一符号を用いている。

【００３０】この図４の構成において、図１に示すＩＧ
ＢＴ２９を用いないとすれば、モータ１１には電流を還
流させるためのフライホイール用のダイオードＤを並列
に接続する必要があり、その上で、バッテリ逆接続時の
遮断用のスイッチング素子３１（例えばＭＯＳＦＥＴ）
をモータ１１への通電経路に新たに挿入する必要があ
る。このように、本願発明を実施した図１に示すよう
に、バッテリ逆接続時の遮断機能とバッテリ正常接続時
の電流還流機能とを併せ持ち、かつ、低コストで製造可
能なＩＧＢＴを使用しない限り、遮断用のスイッチング
素子３１による電力損失がモータ通電時には必ず発生す
る。このため、特開平１１−３１３４６６号公報の構成
について説明した問題がそのまま残ることになる。しか
しながら、前述した実施の形態の構成によれば、そのよ
うな不都合を確実に排除でき、低コストで製造できる構
成ながら、バッテリ正常接続時の通常使用のときには省
エネルギーを実現できる一方で、バッテリ逆接続時には
確実な遮断機能を発揮して、モータ制御回路の焼損や破
損を防止することができる。

【００３１】なお、上述した実施の形態では、ＩＧＢＴ
２９としてＮチャンネルＩＧＢＴを用いるモータ制御装
置について説明したが、このＩＧＢＴ２９には、図５に
示すように、ＰチャンネルＩＧＢＴを用いてもよい。こ
の場合、ＰチャンネルＩＧＢＴ２９のエミッタが端子２
１ｃに、またコレクタがパワーＭＯＳＦＥＴ２８のソー
スに接続される。これにより、前述した実施の形態の構
成と同等の作用効果を得ることができる。また、上述し
た実施の形態では、モータ１１がパワーＭＯＳＦＥＴ２
８のハイサイドに接続されたＨｉ−ｓｉｄｅスイッチの
構成を例示したが、これは、図６に示すように、モータ
１１をパワーＭＯＳＦＥＴ２８のローサイドに接続する
Ｌｏｗ−ｓｉｄｅスイッチとして構成してもよく、これ
によっても、前述したと同様の作用効果を得ることがで
きる。さらに、図６に記載の回路構成において、モータ
１１と並列に接続されるＩＧＢＴ２９には、Ｎチャンネ
ルＩＧＢＴに代えて、ＰチャンネルＩＧＢＴを用いても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータ制御装置に係る一実施の形態の
電気的な構成を示す概略的ブロック図。

【図２】同図（ａ）は前記実施の形態のモータ制御装置
に組み込んだＩＧＢＴを示す部分的な回路図であり、同
図（ｂ）は、そのＩＧＢＴの等価回路図。

【図３】前記実施の形態における電源正常接続時と電源
逆接続時におけるパワーＭＯＳＦＥＴとＩＧＢＴの動作
を中心に説明する動作説明図。

【図４】前記実施の形態の効果を対比して説明するため
に挙げた、１つの従来例に相当するモータ制御装置の電
気的な構成を示す概略的ブロック図。

【図５】本発明のモータ制御装置に係る１つの変形例の
電気的な構成を部分的に示す回路図。

【図６】本発明のモータ制御装置に係る別の変形例の電
気的な構成を部分的に示す回路図。

【符号の説明】

１１ モータ １２ モータ制御回路 １３ ヒューズ １４ バッテリ ２２ 電源回路 ２３ 昇圧回路（駆動回路２７、プルアップ用抵抗３０
と共に切換制御手段を構成する） ２４ 発振回路 ２５ 入力処理回路 ２６ 比較器 ２７ 駆動回路 ２８ パワーＭＯＳＦＥＴ ２９ ＩＧＢＴ（スイッチング素子） ３０ プルアップ用抵抗 ３１ スイッチング素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ（１１）と、前記モータ（１１）
   と直流電源（１４）との間に介挿され、かつ、前記直流
   電源（１４）から電力を受ける前記モータ（１１）の回
   転駆動を入力信号に応じて制御するモータ制御回路（１
   ２）とを有するモータ制御装置において、 前記モータ制御回路（１２）は、オン状態又はオフ状態
   に切換可能で、かつ、前記モータ（１１）の駆動時にお
   ける還流電流の所定方向への通過のみを許容する素子を
   含んだスイッチング素子（２９）と、前記電源（１４）
   がその極性に関して前記モータ制御回路（１２）に正常
   接続されたときに前記スイッチング素子（１９）をオン
   状態に切り換えるとともに、前記電源（１４）がその極
   性に関して前記モータ制御回路（１２）に逆接続された
   ときに前記スイッチング素子（１９）をオフ状態に切り
   換える切換制御手段（２３、２７、３０）とを備え、 前記スイッチング素子（２９）を前記モータ（１１）に
   並列に接続したことを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチング素子（２９）はＩＧＢ
   Ｔ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成され
   たことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記モータはブラシモータである請求項
   １又は２に記載のモータ制御装置。