JP2003199391A

JP2003199391A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2003199391A
Application number: JP2001398777A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Otake; 新一大竹; Hiroshi Ieiri; 宏家入; Kazuo Aoki; 一雄青木
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】モータ制御回路の電流を所定値に制限すると
共に、モータ駆動装置の小型化を図るモータ駆動装置を
提供する。【解決手段】限流回路２は、モータ制御回路８を低圧
電源７の電圧に略々達するまで充電する間、低圧電源７
とモータ制御回路８との電流を所定値に制限し、モータ
制御回路８の平滑コンデンサ１９が低圧電源７の電圧に
達するまで充電された際、昇圧回路３は、モータ制御回
路８に低圧電源７の電圧を昇圧して出力し、モータ制御
回路８の平滑コンデンサ１９を高圧電源９の電圧に達す
るまで充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの駆動を制
御するモータ駆動装置に係り、詳しくはモータ制御回路
を高圧電源の電圧に略々達するまで充電する際、モータ
制御回路への電流を所定値に制限し、特にモータ駆動装
置の小型化を可能にするモータ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気自動車やハイブリッド車輌
などの駆動源として、ブラシレスＤＣモータなどのモー
タが用いられる。該モータは、インバータのブリッジ回
路を構成するトランジスタを、例えばＰＷＭ（パルス幅
変調）制御に基づきスイッチングすることにより、所定
の電圧波形が出力され速度制御される。また上記ブリッ
ジ回路は、ノイズなどに対し出力波形を安定化させると
共に、上記トランジスタを保護するため、平滑用コンデ
ンサを備え、さらに、定格電流を超える大きな電流に対
し上記トランジスタ保護やモータを保護するため、フュ
ーズを備えている。

【０００３】図４に、従来のモータ駆動装置の構成を示
す回路図を示す。従来のモータ駆動装置１００は、上記
ＰＷＭ制御がされるブリッジ回路８０と、低圧電源７の
出力電圧Ｖ_Ｌを昇圧させてブリッジ回路８０に出力する
昇圧回路３と、が絶縁されることなく一体となってお
り、上述したようにブリッジ回路８０に平滑コンデンサ
１９が備えられている。該平滑用コンデンサ１９はモー
タ５の電源である高圧電源９に対し、抵抗なしで直列に
接続されている。平滑コンデンサ１９が充電されていな
い状態、例えばモータ５が停止している状態において、
初めに第２リレー１２を作動すると、高圧電源９からブ
リッジ回路８０に大きな電流が流れ込み、高圧電源９に
対し直列に接続されている上記フューズ（不図示）が溶
断される虞があった。そのため第２リレー１２を作動さ
せる前には、直列に接続された抵抗とリレー２１とから
なる限流回路２０を作動させて（コイル２１ｃに所定電
圧を印加して）、ブリッジ回路８０に大きな電流が流れ
込まないように、上記電流を所定値に制限し、平滑コン
デンサ１９の端子間電圧Ｖ_ＩＮＶが、高圧電源９の電圧
Ｖ_Ｈに略々達するまで充電されると限流回路２０のリレ
ー２１の作動を停止させ、第２リレー１２を作動させ
る。これにより、上記フューズが溶断されることなく、
ブリッジ回路８０における出力波形の安定化やトランジ
スタの保護などが図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した限流
回路は、モータ駆動装置に該限流回路を配置するための
所定スペースが必要とするため、モータ駆動装置を大型
化してしまう原因となっていた。また、モータの電源
は、モータに所定駆動力を発生させるため、一般に通常
のバッテリ（例えば車輌のヘッドランプやパワーウイン
ドなどの電源であり、出力電圧１２［Ｖ］のバッテリ）
よりも出力電圧が高い。そのため、限流回路のリレーは
その出力電圧に応じた開閉容量が必要となり、該開閉容
量に従って大型化するリレーと共に、限流回路も大型化
していた。一方、モータ駆動力の効率を向上するため
に、モータの電源の出力電圧を増大することが望まし
く、そのためモータの電源の出力電圧を大きくすると、
上述した限流回路はさらに大型化し、これと共にモータ
駆動装置もさらに大型化してしいた。また、リレーが開
閉容量に従って大型化することは、リレーのコストを上
昇させることにより、モータ駆動装置のコスト上昇の原
因となっていた。

【０００５】そこで、本発明は、限流回路がモータ制御
回路の電流を所定値に制限するものでありながら、昇圧
回路が、限流回路により低圧電源の電圧に略々達するま
でに充電された際、モータ制御回路を高圧電源の電圧に
略々達するまで充電し、もって上記課題を解決したモー
タ駆動装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明は
（例えば図１ないし図３参照）、車輌の駆動源であるモ
ータ（５）と、前記モータ（５）を制御するモータ制御
手段（６）と、前記モータ制御手段（６）の電源である
低圧電源（７）と、前記モータ（５）の電源であり、前
記低圧電源（７）より出力電圧が高い高圧電源（９）
と、を備えたモータ駆動装置（１）において、前記モー
タ制御手段（６）による制御に基づき、前記モータ
（５）を駆動する前記高圧電源（９）の所定電圧を出力
するモータ制御回路（８）と、前記モータ制御回路
（８）を前記低圧電源（７）の電圧（例えばＶ_Ｌ）に略
々達するまで充電する間、前記低圧電源（７）と前記モ
ータ制御回路（８）との電流を所定値に制限する限流回
路（２）と、前記モータ制御回路（８）が前記限流回路
（２）により前記低圧電源（７）の電圧（例えばＶ_Ｌ）
に略々達するまで充電された際、前記モータ制御回路
（８）に前記低圧電源（７）の電圧（例えばＶ_Ｌ）を昇
圧して出力し、かつ前記モータ制御回路（８）を前記高
圧電源（９）の電圧（例えばＶ_Ｈ）に略々達するまで充
電する昇圧回路（３）と、を備える、ことを特徴とする
モータ駆動装置（１）にある。

【０００７】請求項２に係る本発明は（例えば図１ない
し図３参照）、前記モータ制御手段（６）が配置された
基板（１５）を備え、前記限流回路（２）は、前記基板
（１５）に配置されてなる、請求項１記載のモータ駆動
装置（１）にある。

【０００８】請求項３に係る本発明は（例えば図１ない
し図３参照）、前記昇圧回路（３）は、前記低圧電源
（７）の出力を開閉する第１の開閉器（１１）を有し、
前記モータ制御回路（８）は、前記高圧電源（９）の出
力を開閉する第２の開閉器（１２）を有し、前記昇圧回
路（３）は、前記モータ制御回路（８）が前記限流回路
（２）により前記低圧電源（７）の電圧（例えばＶ_Ｌ）
に略々達するまで充電された際、前記第１の開閉器（１
１）の作動により、前記モータ制御回路（８）に前記低
圧電源（７）の電圧（例えばＶ_Ｌ）を昇圧して出力し、
かつ前記モータ制御回路（８）を前記高圧電源（９）の
電圧（例えばＶ_Ｈ）に略々達するまで充電し、前記高圧
電源（９）は、前記モータ制御回路（８）が前記昇圧回
路（３）より前記高圧電源（９）の電圧（例えばＶ_Ｈ）
に略々達するまで充電された際、前記第２の開閉器（１
２）の作動により、前記モータ制御回路（８）に出力を
維持してなる、請求項１または２記載のモータ駆動装置
（１）にある。

【０００９】請求項４に係る本発明は（例えば図１ない
し図３参照）、前記モータ制御手段（６）を起動する起
動手段（１３）を備え、前記限流回路は、前記起動手段
（１３）による前記モータ制御手段（６）の起動によ
り、前記モータ制御回路（８）への充電を開始してな
る、請求項１ないし３いずれか記載のモータ駆動装置
（１）にある。

【００１０】請求項５に係る本発明は（例えば図１ない
し図３参照）、前記限流回路（２）は、前記昇圧回路
（３）に前記低圧電源（７）の出力を開閉する半導体素
子（１６）と、前記低圧電源（７）と前記モータ制御手
段（６）との電流を所定値に制限する抵抗素子（１７）
と、を備える、請求項１ないし４いずれか記載のモータ
駆動装置（１）にある。

【００１１】請求項６に係る本発明は（例えば図１ない
し図３参照）、前記モータ制御回路（８）は、コンデン
サ（１９）を有し、前記モータ制御回路（８）の充電
は、該コンデンサ（１９）の充電である、請求項１ない
し５いずれか記載のモータ駆動装置（１）にある。

【００１２】なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照
するためのものであるが、本願特許請求の範囲の構成に
何等影響を与えるものではない。

【００１３】

【発明の効果】請求項１に係る本発明によると、限流回
路は、モータ制御回路を低圧電源の電圧に略々達するま
で充電する間、低圧電源とモータ制御回路との電流を所
定値に制限し、昇圧回路は、モータ制御回路が限流回路
により低圧電源の電圧に略々達するまで充電された際、
モータ制御回路に低圧電源の電圧を昇圧して出力し、か
つモータ制御回路を高圧電源の電圧に略々達するまで充
電するので、モータ制御回路への電流を所定値に制限す
るものでありながら、限流回路の開閉容量を小さくする
ことができ、限流回路の小型化を図ることができる。こ
れにより、モータ駆動装置の小型化を図ることができ
る。また、モータ制御回路を充電する高圧電源の限流回
路をなくすことができ、モータ駆動装置の低コスト化を
図ることができる。

【００１４】請求項２に係る本発明によると、モータ駆
動装置は、モータ制御手段が配置された基板を備え、限
流回路は基板に配置されているので、基板の共有化を図
ることができる。これにより、さらにモータ駆動装置の
小型化を図ることができる。

【００１５】請求項３に係る本発明によると、昇圧回路
は、モータ制御回路が限流回路により低圧電源の電圧に
略々達するまで充電された際、第１の開閉器の作動によ
り、モータ制御回路に低圧電源の電圧を昇圧して出力
し、かつモータ制御回路を高圧電源の電圧に略々達する
まで充電し、高圧電源は、モータ制御回路が昇圧回路よ
り高圧電源の電圧に略々達するまで充電された際、第２
の開閉器の作動により、モータ制御回路に出力を維持す
るので、モータ制御回路を高圧電源の電圧に略々達する
まで確実に充電することができ、モータ制御回路の電圧
を安定化することができる。これにより、モータを安定
して駆動することができる。

【００１６】請求項４に係る本発明によると、モータ駆
動装置は、モータ制御手段を起動する起動手段を備え、
限流回路は、起動手段によるモータ制御手段の起動によ
り、モータ制御回路への充電を開始するので、モータ制
御回路は、モータ制御手段の起動後、限流回路により低
圧電源の出力を速やかに充電することができる。これに
より、モータの駆動を速やかに開始することができる。

【００１７】請求項５に係る本発明によると、限流回路
は、昇圧回路に低圧電源の出力を開閉する半導体素子
と、低圧電源とモータ制御手段との電流を所定値に制限
する抵抗素子と、を備えるので、モータ制御回路への電
流を所定値に制限するものでありながら、限流回路とし
て半導体素子を備えるため、さらに限流回路の小型化を
図ることができる。また、限流回路を基板に配置する場
合には、その配置を容易にすることができる。

【００１８】請求項６に係る本発明によると、モータ制
御回路は、コンデンサを有し、モータ制御回路の充電
は、コンデンサの充電であるので、例えば第２の開閉器
による作動の際、限流回路を備えていない場合、モータ
制御回路に大きな電流が流れるが、上記限流回路を備え
ているため、モータ制御回路への電流を所定値に制限す
ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明の実施
の形態について説明する。

【００２０】図１は、本発明に係るモータ駆動装置の構
成を示す回路図である。図に示すモータ駆動装置１は、
例えば電気自動車やハイブリッド車輌などに駆動源とし
て用いられるモータの駆動を制御する装置であり、車輌
の駆動源であるモータ５、モータ５を制御するモータ制
御手段６、モータ制御手段６を起動させる、例えばイグ
ニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）からなる起動手段
１３、モータ制御手段６の電源であり、出力電圧Ｖ_Ｌが
例えば１２［Ｖ］であるバッテリからなる低圧電源７、
モータ５の電源であり低圧電源より出力電圧が高く、出
力電圧Ｖ_Ｈが例えば４２［Ｖ］であるバッテリからなる
高圧電源９、モータ制御手段６による制御に基づき高圧
電源９の所定電圧をモータ５に出力し、該モータ５を駆
動（力行、回生）するモータ制御回路８、限流回路２、
例えば昇降圧チョッパ式ＤＣ／ＤＣコンバータからなる
昇圧回路３、及びモータ制御手段６と限流回路２とを配
置した制御基板（基板）１５を、備えている。

【００２１】高圧電源９の出力端子には、図１に示すよ
うに、コイル１２ｃに所定電圧の印加し、不図示の継鉄
などに磁気吸引力を発生させることより、電気接点を開
閉させるリレー（電磁継電器）からなる、モータ制御回
路８の第２リレー（第２の開閉器）１２が接続されてい
る。

【００２２】モータ制御回路８は、図１の破線内の回路
図が示すように（後述する昇圧回路３を除く）、高圧電
源９の出力を開閉する第２リレー（第２の開閉器）１
２、例えば電解コンデンサからなる平滑コンデンサ（コ
ンデンサ）１９、及びブリッジ回路８０を有している。
第２リレー１２は、平滑コンデンサ１９に接続されてお
り、平滑コンデンサ１９はブリッジ回路８０に接続され
ている。

【００２３】ブリッジ回路８０は、モータ５の相数に応
じた、例えばＮＰＮ形トランジスタから構成され、モー
タ５が例えば３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）であり、ａ相の
トランジスタ８１ａ、８２ａは、トランジスタ８１ａの
エミッタと、トランジスタ８２ａのコレクタとが接続さ
れて、高圧電源９に対し直列に接続されている。また、
各トランジスタ８１ａ、８２ａのエミッタ、コレクタ間
には、無効電力を高圧電源９にフィードバックさせる帰
還ダイオード８３ａ、８５ａが接続されている。ｂ相、
ｃ相においても同様に、ｂ相のトランジスタ８１ｂ、８
２ｂ、ｃ相のトランジスタ８１ｃ、８２ｃは、高圧電源
９に対し直列に接続され、帰還ダイオード８３ｂ、８５
ｂ、８３ｃ、８５ｃが接続されている。

【００２４】ａ相のトランジスタ８１ａのエミッタと、
ａ相のトランジスタ８２ａのコレクタは、モータ５のａ
相に対応する不図示のステータ巻線に接続されている。
ｂ相、ｃ相においても同様に、ｂ相のトランジスタ８１
ｂ、８２ｂ、ｃ相のトランジスタ８１ｃ、８２ｃは、モ
ータ５の各ｂ相、ｃ相に対応するステータ巻線に接続さ
れている。

【００２５】なお、トランジスタ８１ａ、８２ａ、８１
ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃは、ブリッジ回路８０とし
てスイッチング速度、耐熱性、耐電流、耐電圧、オン抵
抗などの諸特性を備えるものであればいずれのものであ
ってもよく、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物電
界効果トランジスタ）、パワートランジスタ、並びに電
量消費が少なく装置の小型化が可能なＩＧＢＴ（絶縁ゲ
ートバイポーラ型トランジスタ）などでもよく、ＧＴＯ
（ゲート・ターン・オフ・サイリスタ）などのサイリス
タも適用することができる。

【００２６】ついで、低圧電源７の出力端子には、ＤＣ
／ＤＣコンバータ（昇圧回路）３の第１リレー（第１の
開閉器）１１に接続されている。

【００２７】ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）３は、
例えばチョッパのスイッチングより昇圧及び降圧が可能
な昇降圧チョッパＤＣ／ＤＣコンバータからなり、図１
の破線内の回路図が示すように、低圧電源７の出力を開
閉する第１リレー（第１の開閉器）１１、コンデンサ３
１、インダクタンス３２、チョッパである例えばＮＰＮ
形のトランジスタ３３、３６、及び各トランジスタ３
３、３６のエミッタ、コレクタ間に接続されたダイオー
ド３５、３７を備えている。

【００２８】第１リレー１１は、該第１リレー１１が有
する電気接点（不図示）の開閉の際に発生するチャッタ
リング（接点跳動）などによるノイズを吸収するコンデ
ンサ３１に接続されており、コンデンサ３１は、インダ
クタンス３２、限流回路２、及びモータ制御手段６の電
圧検出回路６５に接続されている。

【００２９】インダクタンス３２は、コイルからなり、
トランジスタ３３のエミッタ及びトランジスタ３６のコ
レクタに接続されており、該トランジスタ３５のコレク
タは、低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌを昇圧してモータ制御
回路８に出力できるように、平滑コンデンサ１９及び第
２リレー１２に接続されている。つまり、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ（昇圧回路）３は、モータ制御回路８と絶縁さ
れることなく接続されており、モータ制御回路８を介し
てモータ５及び高圧電源９に接続されている。

【００３０】これにより、昇圧の際は、例えばトランジ
スタ３６をオフ状態にし、トランジスタ３３をスイッチ
ングすることにより、低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｈが昇圧
されモータ制御回路８に出力される。一方、降圧の際
は、例えばトランジスタ３３をオフ状態にし、トランジ
スタ３６をスイッチングすることにより、モータ制御回
路８からモータ５の回生電圧や高圧電源９の出力電圧が
降圧され低圧電源７に出力される。

【００３１】なお、第１リレー（第１の開閉器）１１
は、第２リレー（第２の開閉器）１２と同様に例えば電
磁継電器からなるが、第１リレー１１の開閉する電圧
は、高圧電源９より低い低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌ（例
えば１２［Ｖ］）なので、高圧電源９の出力電圧Ｖ
_Ｈ（例えば４２［Ｖ］）を開閉する第２リレー（第２の
開閉器）１２ほどの大きな開閉容量（リレーの性能が維
持できる開閉可能な電圧・電流の最大値）は必要なく、
一般にリレーはその開閉容量が小さいほど小型（低コス
ト）になるので、第１リレー（第１の開閉器）１１は第
２リレー（第２の開閉器）１２より小型である。

【００３２】また、第１リレー１１、第２リレー１２の
一例として電磁継電器を示したが、これに限らず高圧電
源９の出力電圧Ｖ_Ｈまたは低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌを
開閉できるものであればいずれのものであってもよく、
例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ、ある
いは無接点リレーであるＳＳＲ（ソリッドステートリレ
ー）などでもよい。

【００３３】さらに、上述したＤＣ／ＤＣコンバータ３
のチョッパであるトランジスタ３３、３６は、ブリッジ
回路８０のトランジスタ８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２
ｂ、８１ｃ、８２ｃと同様、スイッチング速度、耐熱
性、耐電流、耐電圧、オン抵抗などの諸特性を備えるも
のであればいずれのものであってもよく、例えばパワー
ＭＯＳＦＥＴ、パワートランジスタ、またはＩＧＢＴな
どでもよく、サイリスタも適用することが可能である。

【００３４】モータ５は、例えば永久磁石を備えた不図
示のロータ、及び上記ステータ巻線からなるブラシレス
ＤＣモータからなり、モータ制御手段６による制御、例
えばインバータ制御によりその回転が制御される。

【００３５】モータ制御手段６は、所定指令をインバー
タ制御回路６２などに出力するＣＰＵ（中央演算処理
部）６１、該指令に基づきモータ５に出力される高圧電
源９の出力電圧Ｖ_Ｈが所定値になるようにブリッジ回路
８０に所定信号を出力し、トランジスタ８１ａ、８２
ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃのオン・オフタイ
ミングを制御するインバータ制御回路６２、ＤＣ／ＤＣ
コンバ−タ（昇圧回路）３を制御するＤＣ／ＤＣ制御回
路６３、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ３のコンデンサ３１の電
圧を検出する電圧検出回路６５、低圧電源７の出力をＣ
ＰＵ６１に出力する電源回路６６、及びＣＰＵ６１の指
令に基づき第１リレー１１、第２リレー１２の駆動（オ
ン・オフ）を制御するリレー駆動回路６７を備えてい
る。

【００３６】また、ＣＰＵ６１は、インバータ制御回路
６２、ＤＣ／ＤＣ制御回路６３、電圧検出回路６５、電
源回路６６、及びリレー駆動回路６７に接続されてい
る。インバータ制御回路６２は、各トランジスタ８１
ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃのベース
に接続されており、ＤＣ／ＤＣ制御回路６３は、ＤＣ／
ＤＣコンバ−タ３の各トランジスタ３３、３６のベー
ス、及び電圧検出回路６５に接続されている。電圧検出
回路６５は、上述したようにＤＣ／ＤＣコンバ−タ３の
コンデンサ３１に接続され、リレー駆動回路６７は、第
１リレー１１、第２リレー１２の各コイル１１ｃ、１２
ｃに接続されている。また電源回路６６は、出力端子の
一端がＣＰＵ６１と共に、限流回路２の後述するトラン
ジスタ１６のベースに接続されており、該出力端子の他
端が上記トランジスタ１６のエミッタ、及びＩＧスイッ
チ１３に接続されている。

【００３７】限流回路２は、図１の破線内の回路図が示
すように、ＤＣ／ＤＣコンバ−タ（昇圧回路）３に低圧
電源７の出力を開閉する、例えばＰＮＰ形のトランジス
タ（半導体素子）１６、低圧電源７とモータ制御手段６
との電流を所定値に制限する抵抗（抵抗素子）１７、ト
ランジスタ１６を保護するダイオード２２を備えてお
り、該トランジスタ１６のコレクタは、抵抗１７を介し
て、ダイオード２２のアノードに直列に接続されてい
る。該トランジスタ１６のエミッタは、上述したように
電源回路６６、ＩＧスイッチ１３、及び低圧電源７に接
続されており、限流回路２は低圧電源７に対し直列に接
続されている。一方、ダイオード２２のカソードは、電
圧検出回路６５の一端に接続されている。

【００３８】なお、上記抵抗素子１７は、低圧電源７と
モータ制御手段６との電流を所定値に制限するものであ
ればいずれのものであってもよく、例えば炭素皮膜抵
抗、金属皮抵抗、ソリッド抵抗などでもよく、あるいは
セラミック円筒に金属線を巻回したホーロー抵抗でもよ
い。また、ＰＮＰトランジスタ（半導体素子）１６は、
ＤＣ／ＤＣコンバ−タ（昇圧回路）３に低圧電源７の出
力を開閉する所定の開閉容量を備えるものであればいず
れのものであってもよく、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ、
パワートランジスタなどでもよい。

【００３９】また、制御部１０は、図１の破線に示すよ
うに、モータ制御手段６を備えた制御基板１５、第２リ
レー１２を除いたモータ制御回路８、及び第１リレー１
１を除いた昇圧回路３からなる。

【００４０】ついで、本発明に係るモータ駆動装置１の
動作について以下に説明する。

【００４１】まず、上記モータ駆動装置１によるモータ
５の駆動について、図１に沿って説明する。ＩＧスイッ
チ１３がオンにされると、モータ制御手段（ＣＰＵ６
１）６が起動すると共に、モータ制御回路８（平滑コン
デンサ１９）は高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈに達するまで
充電され、平滑コンデンサ１９の端子間電圧Ｖ_ＤＣ／Ｄ
_Ｃは、高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｌに維持される（詳細は
後述）。

【００４２】ＣＰＵ６１は、インバータ制御回路６２に
所定信号を出力し、該インバータ制御回路６２は、該所
定信号に基づきブリッジ回路８０の各トランジスタ８１
ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃをスイッ
チングする。該スイッチングのオン・オフタイミングは
インバータ制御に基づき制御され、高圧電源９の所定電
圧がモータ制御回路８に出力されることにより、モータ
５は速度制御される。

【００４３】具体的には、例えば上記インバータ制御は
ＰＷＭ（パルス幅変調）制御であり、トランジスタ８１
ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２ｃの上記ス
イッチングにより、高圧電源の出力電圧を所定時間幅の
複数のパルス（多重パルス）として発生させ、多重パル
スの時間（多重パルス幅）を所定値に変化させることに
より、高圧電源９の直流電圧を交流電圧に変換させる。
そしてＣＰＵ６１は、各ａ相、ｂ相、ｃ相毎に出力され
る交流電圧が所定の位相差に設定されるように、トラン
ジスタ８１ａ、８２ａ、８１ｂ、８２ｂ、８１ｃ、８２
ｃのオン・オフタイミングを所定制御し、高圧電源９の
出力電圧Ｖ_Ｈ（直流電圧）を３相交流電圧に変換してモ
ータ５に出力する。モータ５内のステータ巻線（不図
示）に上記３相交流電圧が印加され、ステータ巻線によ
り磁束が発生される。該磁束はロータ（不図示）が備え
る永久磁石を鎖交して、該ロータが回転するように所定
トルクが発生し、ロータが回転することによりモータ５
は力行される（つまり正トルクが発生する）。

【００４４】さらに、上記多重パルス幅を増減させるこ
とにより交流電圧の振幅を制御し、モータ５が速度制御
される。例えば、多重パルス幅を短くすることにより、
交流電圧の振幅を小さくし、モータ５の回数速度を小さ
くする。逆に多重パルス幅を長くすることにより、交流
電圧の振幅を大きくし、モータ５の回数速度を大きくす
る。

【００４５】一方、例えば高圧電源９を充電する際、モ
ータ制御回路８はモータ５を発電機として機能させるこ
とにより、モータ５は回生される（つまり負トルクが発
生する）。

【００４６】なお、例えば自然放電などのため、高圧電
源９の出力電圧Ｖ_Ｈが低下した場合、昇圧回路３が低圧
電源７の出力電圧Ｖ_Ｌを略々高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈ
に昇圧してモータ制御回路８に出力し、モータ５の駆動
を維持する。一方、上述した回生による充電機能を有す
高圧電源９に対し、低圧電源７は上述したような充電機
能がないので、例えば上述と同様に、低圧電源７の出力
電圧Ｖ_Ｌが低下した場合、昇圧回路３のトランジスタ３
３をスイッチングすることにより、昇圧回路３を降圧回
路として機能させ、高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈ、または
上記回生ブレーキにより発電された電圧を、略々低圧電
源７の出力電圧Ｖ_Ｌに降圧し、低圧電源７に出力して低
圧電源７を充電する。

【００４７】つづいて、本発明に係るモータ駆動装置１
が備えるモータ制御回路８の充電について、図１及び図
２に沿って説明する。図２は、本発明に係るモータ制御
回路の充電を示すフローチャートである。

【００４８】ステップＳ１において、ＩＧスイッチ１３
がオンに（電源投入）されると、低圧電源７の出力電圧
Ｖ_Ｌが電源回路６６に印加される。電源回路６６は、該
電源回路６６の出力電圧がモータ制御手段のＣＰＵ６１
を駆動する所定電圧、かつ限流回路２のトランジスタ１
６を駆動する所定電圧（つまり所定のベース電流）にな
るように、例えば電源回路６６が備える不図示のトラン
スにより上記印加された電圧Ｖ_Ｌを変圧して出力する。
これにより、モータ制御手段（ＣＰＵ６１）が起動し、
トランジスタ１６が駆動されオン状態になる。

【００４９】トランジスタ１６がオン状態になると、低
圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌは、限流回路２のトランジスタ
１６、抵抗１７、ダイオード２２を介して、昇圧回路３
のコンデンサ３１、インダクタンス３２に印加され、該
コンデンサ３１が充電されることにより、その端子間電
圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}が上昇する。この際、限流回路２は、上
記抵抗１７によりモータ制御回路８を低圧電源７の電圧
Ｖ_Ｌに略々達するまで充電する間、低圧電源７とモータ
制御回路８との電流を所定値に制限する。なお、該電流
の所定値とは、モータ制御回路８が備える不図示のフュ
ーズを溶断させない所定値である。

【００５０】これと共に、インダクタンス３２、及びト
ランジスタ３３に接続されているダイオード３５を介し
て、モータ制御回路８の平滑コンデンサ１９が充電さ
れ、その端子間電圧Ｖ_ＩＮＶが上昇する。つまり、限流
回路２は、ＩＧスイッチ（起動手段）１３によるモータ
制御手段６（ＣＰＵ６１）の起動により、モータ制御回
路８への充電を開始する。なお、モータ制御回路８の充
電は、平滑コンデンサ（コンデンサ）１９の充電であ
る。

【００５１】ステップＳ２において、ＣＰＵ６１は、コ
ンデンサ３１の端子間電圧Ｖ_ＤＣ／ _ＤＣと、平滑コンデ
ンサ１９の端子間電圧Ｖ_ＩＮＶとの電圧差（以下単に
「電圧差」とする）が例えば１［Ｖ］未満になったか否
かを判断する。つまり、平滑コンデンサ１９が低圧電源
７の出力電圧Ｖ_Ｌに略々達するまで充電されたか否かを
判断する。

【００５２】電圧検出回路６５は、コンデンサ３１の端
子間電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}を検出し、該検出結果をＣＰＵ６
１に出力する。また平滑コンデンサ１９の端子間電圧Ｖ
_ＩＮ _Ｖを検出する不図示の検出回路（高圧側センサ）
が、該端子間電圧Ｖ_ＩＮＶを検出し、同様にＣＰＵ６１
に出力する。ＣＰＵ６１は、これらの検出結果から、上
述したように平滑コンデンサ１９が充電されたか否かを
判断する。

【００５３】コンデンサ３１の端子間電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}
と、平滑コンデンサ１９の端子間電圧Ｖ_ＩＮＶとの電圧
差が１［Ｖ］未満でない場合（ステップＳ２のＮｏ）、
ＣＰＵ６１は、例えばトランジスタ１６の駆動開始から
所定時間Ｘ秒（例えばモータ制御回路８を低圧電源の出
力電圧Ｖ_Ｌまで充電するために十分な時間）が経過した
か否かを判断する（Ｓ３）。上記所定時間が経過してい
ない場合（ステップＳ３のＮｏ）、ＣＰＵ６１は、電圧
差が１［Ｖ］未満になったか否かを再び判断する（Ｓ
２）。つまり、電圧差が１［Ｖ］未満ならない限り、所
定時間を経過するまで上述したステップ２の判断を繰り
返す。

【００５４】電圧差が１［Ｖ］未満にならない状態で、
所定時間を経過した場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、Ｃ
ＰＵ６１は、モータ制御回路８は正常な状態にないとし
て異常処理を行う（Ｓ４）。モータ制御回路８が正常な
状態にないとは、例えば上記高圧側センサが正常に検出
できない場合、昇圧回路３が正常に出力できない場合
（電力変換部が異常）、またモータ制御回路８がアース
されている場合（高圧側ＧＮＤショート）などの原因に
より、モータ制御回路８が充電できない状態にあること
である。

【００５５】所定時間を経過する前に電圧差が１［Ｖ］
未満になった場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、ＣＰＵ６
１は、第１リレー１１が作動（オン）するようにリレー
駆動回路６７に所定信号を出力する。リレー駆動回路６
７は、該所定信号に基づき第１リレー１１のコイル１１
ｃに所定電圧を出力し、第１リレー１１を作動（オン）
させる（Ｓ５）。この際、コンデンサ３１の端子間電圧
Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}は、既に限流回路２を介して低圧電源７の
出力電圧Ｖ_Ｌまで充電されているので、低圧電源７から
コンデンサ３１に電流は流れない。また、平滑コンデン
サ１９の端子間電圧Ｖ_ＩＮＶも同様に充電されているの
で、低圧電源７から電流は流れない（つまり上記フュー
ズが溶断することはない）。

【００５６】ステップＳ６において、ＣＰＵ６１は、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ３を動作させることより、平滑コン
デンサ１９の端子間電圧Ｖ_ＩＮＶを昇圧する。つまり、
ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）３は、モータ制御回
路８が限流回路２により低圧電源７の電圧Ｖ_Ｌに略々達
するまで充電された際、第１リレー（第１の開閉器）１
１の作動（オン）により、モータ制御回路８に低圧電源
７の電圧Ｖ_Ｌを昇圧して出力し、かつモータ制御回路８
を高圧電源９の電圧Ｖ_Ｈに略々達するまで充電する。

【００５７】具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３がト
ランジスタ３６のスイッチングを繰り返し、オン時間を
短くすることによって低圧電源の出力電圧Ｖ_Ｌを昇圧
し、ダイオード３５を介して該昇圧した電圧を平滑コン
デンサ１９に出力する。

【００５８】ステップＳ７において、ＣＰＵ６１は、平
滑コンデンサ１９の端子間電圧Ｖ_Ｉ _ＮＶと目標電圧との
電圧差（以下単に「目標電圧差」とする）が１［Ｖ］未
満になったか否かを判断する。例えば目標電圧が高圧電
源９の出力電圧Ｖ_Ｈであり、ＣＰＵ６１は、上述した検
出回路（高圧側センサ）の検出結果から、平滑コンデン
サ１９が高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈに略々達するまで充
電されたか否かを判断する。

【００５９】また、目標電圧差が１［Ｖ］未満でない場
合（ステップＳ７のＮｏ）、ＣＰＵ６１は、上述と同様
に、例えば第１リレー１１の作動開始から所定時間Ｘ秒
（例えばモータ制御回路８を目標電圧まで充電するため
に十分な時間）が経過したか否かを判断し（Ｓ８）、目
標電圧差が１［Ｖ］未満ならない限り、所定時間を経過
するまで上述したステップ７の判断を繰り返す。

【００６０】目標電圧差が１［Ｖ］未満にならない状態
で、所定時間を経過した場合（ステップＳ８のＹｅ
ｓ）、ＣＰＵ６１は、モータ制御回路８は上述した正常
な状態にないとして上述と同様に異常処理を行う（Ｓ
９）。

【００６１】所定時間を経過する前に電圧差が１［Ｖ］
未満になった場合（ステップＳ７のＹｅｓ）、ＣＰＵ６
１は、第２リレー１２が作動（オン）するようにリレー
駆動回路６７に所定信号を出力する。リレー駆動回路６
７は、該所定信号に基づき第２リレー１２のコイル１２
ｃに所定電圧を出力し、第２リレー１２を作動（オン）
する（Ｓ１０）。この際、平滑コンデンサ１９の端子間
電圧Ｖ_ＩＮＶは、既にＤＣ／ＤＣコンバータ３により高
圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈに略々達するまで充電されてい
るので、第２リレー１２が作動されても、高圧電源７か
らコンデンサ３１に電流は流れない（つまり上記フュー
ズが溶断することはない）。高圧電源９は、モータ制御
回路８がＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）３より高圧
電源の電圧Ｖ_Ｈに達するまで充電された際、第２リレー
（第２の開閉器）の作動（オン）により、モータ制御回
路８に出力を維持する。そして、モータ５は上述したイ
ンバータ制御により駆動される（Ｓ１１）。

【００６２】これにより、モータ制御回路８を高圧電源
の電圧Ｖ_Ｈに略々達するまで確実に充電することがで
き、モータ制御回路８の電圧を安定化することができ、
モータ５を安定して駆動することができる。また、モー
タ制御回路８は、モータ制御手段６の起動後、限流回路
２により低圧電源の出力電圧Ｖ_Ｌを速やかに充電するこ
とができ、モータ５の駆動を速やかに開始することがで
きる。

【００６３】なお、上記ステップＳ２、ステップＳ７に
おいて、所定電圧に略々達するまで充電されたか否かの
判断の一例として、上記電圧差及び目標電圧差について
１［Ｖ］未満を基準としたが、これに限らず、例えば１
［Ｖ］より低い電圧を基準としてもよく、また低圧電源
７の出力電圧Ｖ_Ｌ、高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈが、上記
実施の形態に示した例より高い場合、上記基準とする電
圧を１［Ｖ］以上としてもよい。また、所定電圧まで充
電されたと判断できるものであればいずれのものであっ
てもよく、例えば平滑コンデンサ１９に流れる電流値の
変化を検出することにより上記の判断をしてもよい。

【００６４】ついで、平滑コンデンサ１９の端子間電圧
Ｖ_ＩＮＶの時間変化について、図３に沿って説明する。
図３はモータ制御回路の充電を示すタイムチャートであ
る。

【００６５】時点ｔ０において、ＩＧスイッチ１３がオ
ンにされていないので、平滑コンデンサ１９の端子間電
圧Ｖ_ＩＮＶ、コンデンサ３１の端子間電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}
はいずれも充電されてなく、電圧は０［Ｖ］であり、第
１リレー１１、第２リレー１２も作動（オン）してなく
オフの状態である。

【００６６】時点ｔ１において、ＩＧスイッチ１３がオ
ンにされると（Ｓ１）、電源回路６６より限流回路２の
トランジスタ１６が駆動されてオン状態になる。これに
より、低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌがトランジスタ１６、
抵抗１７、ダイオード２２を介してコンデンサ３１に、
さらにインダクタンス３２、ダイオード３５を介して平
滑コンデンサ１９に印加され、両コンデンサ３１、１９
の充電が開始される。平滑コンデンサ１９の端子間電圧
Ｖ_ＩＮＶ、コンデンサ３１の端子間電圧Ｖ
_ＤＣ _／ＤＣは、抵抗１７の抵抗値［Ω］、インダクタン
ス３２の値［Ｌ］、コンデンサの容量値［Ｆ］などの回
路条件で定まる時定数に従って、図３に示すような勾配
となって上昇する。

【００６７】時点ｔ２において、平滑コンデンサ１９の
端子間電圧Ｖ_ＩＮＶ、コンデンサ３１の端子間電圧Ｖ
_{ＤＣ／ＤＣ}が、低圧電源の出力電圧Ｖ_Ｌに略々達する
（ステップＳ２のＹｅｓ）。時点ｔ３において、ＣＰＵ
６１はリレー駆動回路６７に所定信号を出力し、リレー
駆動回路６７は、該所定信号に基づき第１リレー１１を
作動（オン）させ（Ｓ５）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を
動作させる（Ｓ６）。ＣＰＵ６１は、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ３のトランジスタ３６のスイッチングを繰り返し、
低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌを昇圧させて、平滑コンデン
サ１９に出力する。平滑コンデンサ１９は、上記回路条
件及びトランジスタ３６のオン時間に従って、図３に示
すような勾配となり上昇する。

【００６８】時点ｔ４において、平滑コンデンサ１９の
端子間電圧Ｖ_ＩＮＶは高圧電源の出力電圧Ｖ_Ｈに略々達
する（ステップＳ７のＹｅｓ）。そして、時点ｔ５にお
いて、ＣＰＵ６１は所定信号をリレー駆動回路６７に出
力し、リレー駆動回路６７は該所定信号に基づき、第２
リレー１２を作動させる（Ｓ１０）。そして時点ｔ５以
降、モータ制御回路８に対し高圧電源の出力電圧Ｖ_Ｈの
出力が維持され、モータ５はインバータ制御により駆動
される（Ｓ１１）。

【００６９】以上のように、本発明に係るモータ駆動装
置１は、モータ制御回路８と一体となっている昇圧回路
３を用いて、モータ制御回路８を低圧電源７の出力電圧
Ｖ_Ｌから高圧電源９の出力電圧Ｖ_Ｈに略々達するまで充
電するので、限流回路２は、モータ制御回路８を低圧電
源７の電圧Ｖ_Ｌに略々達するまで充電する間、低圧電源
７とモータ制御回路８との電流を所定値に制限すればよ
く、リレー（限流回路）の開閉容量を小さくすることが
でき、限流回路２の小型化を図ることができると共に、
モータ駆動装置１の小型化を図ることができる。また、
モータ制御回路８を充電する高圧電源９の限流回路２を
なくすことができ（つまり開閉容量の大きいリレーをな
くすことができ）、モータ駆動装置１の低コスト化を図
ることができる。

【００７０】また、限流回路２は、モータ制御手段６と
共に基板１５に配置されているので、基板１５の共有化
を図ることができる。これにより、さらにモータ駆動装
置１の小型化を図ることができる。

【００７１】そして、限流回路２は、電気接点を有すリ
レー（電磁継電器）に代えて、半導体素子１６を備える
ので、さらに限流回路２の小型化を図ることができる。
また、限流回路２を基板１５に配置する場合には、その
配置を容易にすることができる。

【００７２】また、モータ制御回路８の充電は、平滑コ
ンデンサ（コンデンサ）１９の充電であるので、例えば
第２の開閉器１２による作動の際、限流回路２を備えて
いない場合、モータ制御回路８に大きな電流が流れる
が、本発明に係るモータ駆動装置１は上記限流回路２を
備えているため、モータ制御回路８への電流を所定値に
制限することができる。

【００７３】なお、以上の実施の形態においては昇圧回
路としてＤＣ／ＤＣコンバータ３を本発明に適用した例
を示したが、これに限らず、低圧電源７の出力電圧Ｖ_Ｌ
を昇圧して平滑コンデンサ１９を充電するものであれ
ば、いずれのものであってもよく、例えばトランス式の
スイッチングレギュレータなども同様に適用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ駆動装置の構成を示す回路
図。

【図２】モータ制御回路の充電を示すフローチャート。

【図３】モータ制御回路の充電を示すタイムチャート。

【図４】従来のモータ駆動装置の構成を示す回路図。

【符号の説明】

１モータ駆動装置２限流回路３昇圧回路５モータ６モータ制御手段７低圧電源８モータ制御回路９高圧電源１１第１の開閉器（第１リレー）１２第２の開閉器（第２リレー）１３起動手段（ＩＧスイッチ）１５基板（制御基板）１６半導体素子（トランジスタ）１７抵抗素子１９コンデンサ（平滑コンデンサ）

フロントページの続き (72)発明者青木一雄愛知県安城市藤井町高根10番地アイシン・エィ・ダブリュ株式会社内Ｆターム(参考） 5H115 PA01 PA15 PC06 PG04 PI13 PI22 PO02 PV09 PV23 SE06 SE10 TO12 TO13 TR14 TU02 5H570 AA21 BB04 CC02 DD08 FF01 HA01 HA05 HA07 HB07 JJ03 LL03 5H730 AA15 BB13 BB14 DD02 FD01 FD11 FG01 XC04 XC06 XC09 XC14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輌の駆動源であるモータと、前記モー
タを制御するモータ制御手段と、前記モータ制御手段の
電源である低圧電源と、前記モータの電源であり、前記
低圧電源より出力電圧が高い高圧電源と、を備えたモー
タ駆動装置において、前記モータ制御手段による制御に基づき、前記モータを
駆動する前記高圧電源の所定電圧を出力するモータ制御
回路と、前記モータ制御回路を前記低圧電源の電圧に略々達する
まで充電する間、前記低圧電源と前記モータ制御回路と
の電流を所定値に制限する限流回路と、前記モータ制御回路が前記限流回路により前記低圧電源
の電圧に略々達するまで充電された際、前記モータ制御
回路に前記低圧電源の電圧を昇圧して出力し、かつ前記
モータ制御回路を前記高圧電源の電圧に略々達するまで
充電する昇圧回路と、を備える、ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】前記モータ制御手段が配置された基板を
備え、前記限流回路は、前記基板に配置されてなる、請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】前記昇圧回路は、前記低圧電源の出力を
開閉する第１の開閉器を有し、前記モータ制御回路は、前記高圧電源の出力を開閉する
第２の開閉器を有し、前記昇圧回路は、前記モータ制御回路が前記限流回路に
より前記低圧電源の電圧に略々達するまで充電された
際、前記第１の開閉器の作動により、前記モータ制御回
路に前記低圧電源の電圧を昇圧して出力し、かつ前記モ
ータ制御回路を前記高圧電源の電圧に略々達するまで充
電し、前記高圧電源は、前記モータ制御回路が前記昇圧回路よ
り前記高圧電源の電圧に略々達するまで充電された際、
前記第２の開閉器の作動により、前記モータ制御回路に
出力を維持してなる、請求項１または２記載のモータ駆動装置。
【請求項４】前記モータ制御手段を起動する起動手段
を備え、前記限流回路は、前記起動手段による前記モータ制御手
段の起動により、前記モータ制御回路への充電を開始し
てなる、請求項１ないし３いずれか記載のモータ駆動装置。
【請求項５】前記限流回路は、前記昇圧回路に前記低
圧電源の出力を開閉する半導体素子と、前記低圧電源と
前記モータ制御手段との電流を所定値に制限する抵抗素
子と、を備える、請求項１ないし４いずれか記載のモータ駆動装置。
【請求項６】前記モータ制御回路は、コンデンサを有
し、前記モータ制御回路の充電は、該コンデンサの充電
である、請求項１ないし５いずれか記載のモータ駆動装置。