JP2005073356A - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ駆動部の出力段を構成する半導体スイッチング素子に過温度、過電流、過電圧等の異常が生じた場合に、モータ駆動部への電源供給を遮断することで異常過熱を防止し、出力段を保護する。
【解決手段】 ラジエータ冷却用ファンおよびコンデンサ冷却用ファンを駆動する各モータ２，３をＰＷＭ制御方式で駆動するモータ駆動部２０内の異常検出部２９は、出力段を構成する各半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ２５，２６）の過温度、過電流、過電圧のいずれかを検出すると、異常情報をデータ通信部２２を介して主制御部１０へ供給する。主制御部１０内の電源遮断制御部１４は、異常情報を受信すると電源遮断部３０のリレー接点３１２を開状態に駆動し、モータ駆動部２０に対するバッテリ電源４の供給を遮断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却用ファンや送風用ファン等を回動させるモータの駆動制御装置に関するものである。

エアコン付き車両においては、コンデンサ、ラジエータ内を流れる冷却媒体を２つの冷却ファンを作動させて冷却している。冷却ファン駆動用のモータをパルス幅変調制御で駆動することで、モータの回転速度を連続的に可変している（特許文献１参照）。

モータを駆動する半導体スイッチング素子に流れる電流を監視し、パルス幅変調制御におけるパルス幅を一定値に制限することでモータ電流を制限したり、半導体スイッチング素子の駆動を停止したりすることで、過電流に対する保護を図っている（特許文献２参照）。
特開平１０−２２２２号公報 特開平１０−８９５９号公報

モータを駆動する半導体スイッチング素子の動作に異常が生じた場合には（例えば、半導体スイッチング素子の特性が劣化しオン状態のインピーダンス（オン抵抗）が増大した場合や、オフ状態のインピーダンスが低下した場合には）、半導体スイッチング素子の消費電力が増大し半導体スイッチング素子が異常過熱する虞れがある。また、モータに過電圧が供給された場合やモータがロックした場合にも半導体スイッチング素子に流れる電流が過大となり、半導体スイッチング素子が異常過熱することがある。

本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、モータ駆動部の出力段を構成する半導体スイッチング素子の動作が正常でなくなった場合に、モータ駆動部への電源供給を遮断することで異常過熱を防止できるようにしたモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明のモータ駆動制御装置は、主制御部側から供給される運転指令に基づいて出力段を構成する１または複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御してモータへ供給する電力を制御するとともに、異常検出部によって半導体スイッチング素子の動作状態に異常が検出された際に異常情報を主制御部側へ供給するモータ駆動部と、記モータ駆動部に対する電源供給を遮断する電源遮断部と、運転指令をモータ駆動部へ供給するとともに、モータ駆動部から異常情報を受信した際は前記電源遮断部を遮断または一定時間遮断するよう制御する主制御部とを備えることを特徴とする。

異常検出部は、半導体スイッチング素子の過電流、過電圧、過温度のいずれかが検出された際に異常情報を出力する。

本発明のモータ駆動装置は、モータ駆動部内の半導体スイッチング素子に過電流、過温度、過電圧のいずれかが生ずると異常情報が主制御部へ供給され、主制御部によって電源遮断部が遮断状態に制御されるので、モータ駆動部の出力段の動作が正常でなくなった場合にモータ駆動部への電源供給を遮断して異常過熱を防止することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明に係るモータ駆動制御装置の一実施例を示すブロック図である。図１は本発明に係るモータ駆動制御装置を自動車用冷却システムの電動ファン装置に適用した例を示している。実施例１に示すモータ駆動制御装置１は、エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）等からなる主制御部１０と、各直流モータ（以下、モータと記す）２，３を駆動するモータ駆動部２０と、モータ駆動部２０への電源供給を遮断する電源遮断部３０と、車載のバッテリ電源４と、イグニッションスイッチ５および各ヒューズ６，７等からなる。一方のモータ２によって図示しないラジエータ冷却用ファンが駆動される。他方のモータ３によって図示しないコンデンサ冷却用ファンが駆動される。

イグニッションスイッチ５がオン状態に操作されると、ヒューズ６を介して主制御部１０へバッテリ電源４が供給される。主制御部１０は、図示しないエンジン制御部と、電源部１１と、モータ運転指令部１２と、データ通信部１３と、電源遮断制御部１４と、電源遮断部３０の駆動回路を構成するトランジスタ３２とベース抵抗３３及びベース・エミッタ間抵抗３４とを備える。図示しないエンジン制御部は、各種センサ等１５〜１８からの信号に基づいて図示しないエンジンの制御を行なう。電源部１０は、バッテリ電源４から電力の供給を受けて例えば５ボルトの安定化電源ＶＣを生成して各回路部へ供給する。

モータ運転指令部１２は、各種センサ（エンジン冷却水の水温センサ１５、車速センサ１６、冷媒圧力センサ１７）からの信号及びエアコンスイッチ１８の信号に基づいて各モータ２，３の要求回転速度を求め、要求回転速度に関するデータをデータ通信部１３を介してモータ駆動部２０へ供給する。データ通信部１３は、モータ駆動部２０側のデータ通信部２２との間で例えば調歩同期方式のシリアルデータ通信を行なう。

電源遮断制御部１４は、主制御部１０に電源が投入された初期状態において電源遮断部３０を非遮断状態に制御する。これにより、バッテリ電源４が電源遮断部３０を介してモータ駆動部２０へ供給される。電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０側からデータ通信部１３を介して出力段の異常情報が供給された場合には、電源遮断部３０を遮断状態に制御する。これにより、モータ駆動部２０へのバッテリ電源４の供給が遮断される。

モータ駆動部２０は、電源部２１と、データ通信部２２と、ＰＷＭ制御部２３と、出力段駆動部２４と、一方のモータ２を駆動する半導体スイッチング素子としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２５と、他方のモータ３を駆動する半導体スイッチング素子としてのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２６と、各ＦＥＴ２５，２６の温度をそれぞれ検出する各温度センサ２７，２８と、各ＦＥＴ２５，２６で構成される出力段の異常を検出する異常検出部２９と、一方のモータ２の逆起電圧を吸収するダイオード８と、他方のモータ３の逆起電圧を吸収するダイオード９とを備える。なお、図１では半導体スイッチング素子としてＭＯＳ型のＦＥＴを例示したが、半導体スイッチング素子としてバイポーラトランジスタや絶縁ゲート型のバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。

バッテリ電源４は、ヒューズ７および電源遮断部３０を介してモータ駆動部２０へ供給される。モータ駆動部２０内の電源部２１は、バッテリ電源４から電力の供給を受けて例えば５ボルトの安定化電源ＶＣＣを生成して各回路部へ供給する。データ通信部２２は、主制御部１０内のデータ通信部１３との間で例えば調歩同期方式のシリアルデータ通信を行なう。

ＰＷＭ制御部２３は、主制御部１０側からデータ通信部２２を介して供給されるモータの要求回転速度に関するデータに基づいて、要求回転速度に対応したデューティ比のＰＷＭ信号を生成して出力する。出力段駆動部２４は、ＰＷＭ制御部２３から供給されるＰＷＭ信号に基づいて各ＦＥＴ２５，２６のゲートを駆動する。これにより、各ＦＥＴ２５，２６がＰＷＭ信号に基づいてスイッチング駆動され、各モータ２，３に供給する電力がＰＷＭ制御される。

異常検出部２９は、過電圧検出部２９１と過電流検出部２９２と過温度検出部２９３と動作異常検出部２９４とを備える。

過電圧検出部２９１は、各ＦＥＴ２５，２６に供給される電圧を監視し、予め設定した許容電圧を越える場合には過電圧検出情報を出力する。過電圧検出部２９１は、各ＦＥＴ２５，２６に供給される電圧を抵抗分圧回路で分圧して得た電圧と、予め設定したしきい値電圧とを比較器等で比較することで過電圧を検出するようにしてもよい。過電圧検出部２９１は、各ＦＥＴ２５，２６に供給される電圧を抵抗分圧回路で分圧して得た電圧をＡ／Ｄ変換器を介してＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された電圧データに基づいて過電圧を判定するようにしてもよい。

過電流検出部２９２は、各ＦＥＴ２５，２６がオン状態にあるときのオン電圧に基づいて各ＦＥＴ２５，２６に流れる電流（モータ電流）を監視し、予め設定した許容電流を越える場合には過電流検出情報を出力する。なお、各ＦＥＴ２５，２６に流れる電流（モータ電流）の検出は、各ＦＥＴ２５，２６に直列に電流検出用の抵抗を介設し、電流検出用の抵抗の両端に発生した電圧に基づいて行なうようにしてもよい。

過温度検出部２９３は、各温度センサ２７，２８の出力に基づいて各ＦＥＴ２５，２６の温度を監視し、予め設定した許容温度を越える場合には過温度検出情報を出力する。各温度センサ２７，２８は、各ＦＥＴ２５，２６の近傍に設けられている。各温度センサ２７，２８は、サーミスタ等の感熱抵抗素子を用いて構成している。各温度センサ２７，２８はダイオードを用いて構成し、ダイオードの順方向降下電圧の温度特性から温度を検出するようにしてもよい。

動作異常検出部２９４は、オン状態に駆動されているときの各ＦＥＴ２５，２６のオン電圧（オン状態のドレイン−ソース間電圧）が予め設定した許容値を越えた場合、および、オフ状態に駆動されているときの各ＦＥＴ２５，２６のドレイン電圧または漏れ電流が予め設定した許容値を下回った場合に、スイッチング素子のスイッチング動作に異常がある旨の動作異常検出情報を出力する。また、シャント抵抗で電流を検出し許容値を上回った場合を検出し出力しても良い。

異常検出部２９は、過電圧、過電流、過温度、動作異常のいずれかが検出されると、その異常情報をデータ通信部２２を介して主制御部１０側へ供給するとともに、異常情報をＰＷＭ制御部２３へ供給する。ＰＷＭ制御部２３は、異常情報が供給されると、ＰＷＭ信号の出力を停止し、出力段駆動部２４を介して各ＦＥＴ２５，２６をオフ状態に駆動する。

異常検出部２９は、過電圧、過電流、過温度、動作異常のいずれも検出されない正常動作状態では、予め設定した周期（例えば１秒周期）で正常情報をデータ通信部２２を介して主制御部１０側へ供給する。

電源遮断部３０は、リレー（電磁継電器）３１を用いて構成している。イグニッションスイッチ５がオン状態に操作された初期状態では、主制御部１０内の電源遮断制御部１４によってトランジスタ３２がオン状態に制御される。これにより、リレー３１の励磁巻線３１１にバッテリ電源４が供給され、リレー３１の接点３１２が閉状態となる。したがって、バッテリ電源４がヒューズ７及びリレー３１の接点３１２を介してモータ駆動部２０に供給される。

電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０側から異常情報が供給されると、トランジスタ３２をオフ状態に制御し、リレー３１の接点３１２を開状態とすることで、電源遮断部３０を遮断状態にする。これにより、モータ駆動部２０に対するバッテリ電源４の供給が遮断される。

次に実施例１の動作を説明する。イグニッションスイッチ５がオン状態に操作され、主制御部１０にバッテリ電源４が供給されると、主制御部１０内の電源遮断制御部１４によって電源遮断部３０内のリレー３１が駆動され、モータ駆動部２０へバッテリ電源４が供給される。主制御部１０内のモータ運転指令部１２によって各モータ２，３の要求回転速度が求められ、要求回転速度に関するデータ（運転指令）がデータ通信部１３を介してモータ駆動部２０へ供給される。モータ駆動部２０内のＰＷＭ制御部２３は、回転速度とデューティ比の対応テーブル等を参照して要求回転速度に対応するデューティ比を求めるとともに、要求回転速度に対応するデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、出力段駆動回路２４を介して各ＦＥＴ２５，２６を駆動する。なお、モータ運転指令部１２側で要求回転速度に対応するデューティ比を求め、デューティ比をモータ駆動部２０側へ供給するようにしてもよい。これにより、各モータ２，３は、要求回転速度で回転され、図示しない各冷却用ファンが回動される。なお、ＰＷＭ制御部２３は、各モータ２，３を起動させる際には、ＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に増加させるソフトスタート処理を行なうことで、モータ起動時の突入電流を低減させるようにしている。

異常検出部２９は、各モータ２，３を駆動する各ＦＥＴ２５，２６の動作状態を継続的に監視しており、過電圧、過電流、過温度および動作異常が検出されると、出力段の異常を示す情報（異常情報）をデータ通信部２２を介して主制御部１０側へ供給する。

図２はモータ駆動部の出力段異常に対する電源遮断処理を示すフローチャートである。主制御部１０内の電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０側からデータ通信部１３を介して供給されるデータを受信すると（ステップＳ１）、受信したデータに基づいてモータ駆動部２０の出力段が異常であるか否かを判断する（ステップＳ２）。そして、異常情報を受信した場合には、電源遮断部３０を介してモータ駆動部２０への電源供給を遮断する（ステップＳ３）。これにより、出力段の異常状態が継続するのを回避できるので、出力段を構成するＦＥＴ２５，２６の異常過熱等を防止できる。

電源遮断制御部１４は、異常情報を受信した場合にモータ駆動部２０への電源供給を所定時間（例えば数秒間）遮断した後に、モータ駆動部２０への電源供給を再開するようにしてもよい。例えば、モータ２，３のロックによって過電流が発生している場合は、モータ２，３の駆動を再開することによってロック状態が解消されることがある。さらに、電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０への電源供給を所定時間遮断した回数をカウントし、所定回数（例えば３回）に達した場合には、モータ駆動部２０への電源供給を完全に遮断するようにしてもよい。

電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０側から正常情報が所定時間を経過しても供給されない場合は、モータ駆動部２０またはデータ通信部１３の動作に異常が発生しているものと判断し、電源遮断部３０を介してモータ駆動部２０への電源供給を遮断するようにしてもよい。

主制御部１０は、モータ駆動部２０への電源供給を遮断した際には、図示しない表示部にモータ駆動部２０に異常が発生している旨の表示を行なわせるようにしてもよい。主制御部１０は、図示しない車両診断装置に対して異常情報を供給して、モータ駆動部２０の異常状態の発生日時や異常内容を記憶させるようにしてもよい。

図３は本発明に係るモータ駆動制御装置の他の実施例を示すブロック図である。図３は本発明に係るモータ駆動制御装置を自動車用オートエアコン装置のブロワファン制御に適用した例を示している。実施例２に示すモータ駆動制御装置４０は、オートエアコン電子制御ユニット（オートエアコンＥＣＵ）からなる主制御部４１と、図示しないブロワファンを駆動する直流モータ（以下、モータと記す）４２と、モータ４２を駆動するモータ駆動部４３と、電源遮断部３０等からなる。

主制御部４１内のモータ運転指令部４４は、図示しないエアコン操作パネル部の設定条件に基づいてブロワファン駆動用のモータ４２の要求回転速度を決定し、要求回転速度に関するデータをデータ通信部４５を介してモータ駆動部４３へ供給する。モータ駆動部４３内のＰＷＭ制御部４６は、データ通信部４７を介して受信した要求回転速度に関するデータに基づいて、要求回転速度に対応したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、出力段駆動部４８を介してＦＥＴ２５をスイッチング駆動する。これにより、モータ４２へ供給される電力がＰＷＭ制御され、モータ４２の回転速度が制御される。

異常検出部４９は、モータ４２を駆動するＦＥＴ２５の動作状態を継続的に監視しており、各検出部４９１，４９２，４９３，４９４によって過電圧、過電流、過温度、動作異常が検出されると、出力段の異常を示す情報（異常情報）をデータ通信部４７を介して主制御部４１側へ供給する。

各データ通信部４５，４７間では、データ線（ＢＵＳ）５０を介して双方向のシリアルデータ通信が調歩同期方式によってなされる。通信プロトコルは、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に準拠している。

主制御部４１内の電源遮断制御部１４は、異常情報を受信すると電源遮断部３０を電源遮断状態に制御する。電源遮断制御部１４は、モータ駆動部４３への電源供給を所定時間（例えば数秒間）遮断した後に、モータ駆動部４３への電源供給を再開するようにしてもよい。例えば、モータ４２のロックによって過電流が発生している場合は、モータ４２の駆動を再開することによってロック状態が解消されることがある。さらに、電源遮断制御部１４は、モータ駆動部２０への電源供給を所定時間遮断した回数をカウントし、所定回数（例えば３回）に達した場合には、モータ駆動部４３への電源供給を完全に遮断するようにしてもよい。これにより、出力段の異常状態が継続するのを回避できるので、出力段を構成するＦＥＴ２５の異常過熱等を防止できる。

図４は本発明に係るモータ駆動制御装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。図４は本発明に係るモータ駆動制御装置をブラシレスモータの駆動制御に適用した例を示している。実施例３に示すモータ駆動制御装置６０は、オートエアコン電子制御ユニット（オートエアコンＥＣＵ）からなる主制御部４１と、図示しないブロワファンを駆動するブラシレスモータ（以下、モータと記す）６１と、モータ６１を駆動するモータ駆動部６２と、電源遮断部３０等からなる。

モータ駆動部６２は、電源部２１と、６個の半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）を３相ブリッジ接続してなるインバータ回路部６３と、モータ６１の各相の電流をそれぞれ検出する電流検出器６４，６５，６６と、インバータ回路部６３の温度を検出する１個または複数個の温度センサ６７と、インバータ回路部６３の動作状態を監視して異常を検出する異常検出部６８と、データ通信部４７と、インバータＰＷＭ制御部６９と、出力段駆動部７０とを備える。

インバータＰＷＭ制御部６９は、主制御部４１側から供給されるモータの要求回転速度データ等のモータ運転指令に基づいて、インバータ回路部６３の各アームを構成する６個の半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）をそれぞれスイッチング駆動するための６系統のＰＷＭ信号を生成し、出力段駆動部７０を介してインバータ回路部６３の各半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）をそれぞれスイッチング駆動させる。

異常検出部６８は、インバータ回路部６３の動作状態を継続的に監視しており、各検出部６８１，６８２，６８３，６８４によって過電圧、過電流、過温度、各半導体スイッチング素子のスイッチング動作異常が検出されると、インバータ回路部６３の異常を示す情報（異常情報）をデータ通信部４７を介して主制御部４１側へ供給する。

主制御部４１側の電源遮断制御部１４は、異常情報を受信すると電源遮断部３０を電源遮断状態に制御する。これにより、インバータ回路部６３の動作異常状態が継続するのが回避され、インバータ回路部６３を構成する各半導体スイッチング素子の異常過熱等を防止できる。

なお、各実施例では、電源遮断部３０をリレー３１を用いて構成する例を示したが、電源遮断部３０は半導体スイッチング素子を用いて構成してもよい。

また、各実施例では、主制御部１０，４１とモータ駆動部２０，４３，６２との間でシリアルデータ通信によって運転指令や異常情報等の各種情報の送受を行なう構成を示したが、電圧信号、周波数信号、パルス幅信号等を用いて各種情報を送受する構成としてもよい。

なお、各実施例では、自動車用電動ファンモータの駆動制御装置を例示したが、本発明に係るモータ駆動制御装置は自動車以外の各種の用途に適用することができる。

モータ駆動制御装置のブロック図である。（実施例１） 電源遮断処理のフローチャートである。 モータ駆動制御装置のブロック図である。（実施例２） モータ駆動制御装置のブロック図である。（実施例３）

符号の説明

１，４０，６０ モータ駆動制御装置
２，３，４２，６１ モータ
４ バッテリ電源
１０，４１ 主制御部
１２，４４ モータ運転指令部
１３，２２，４５，４７ データ通信部
１４ 電源遮断制御部
２０，４３，６２ モータ駆動部
２３，４６ ＰＷＭ制御部
２４，４８，７０ 出力段駆動部
２５，２６ 半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）
２７，２８，６７ 温度センサ
２９，４９，６８ 異常検出部
３０ 電源遮断部
６３ インバータ回路部
６４，６５，６６ 電流検出器
６９ インバータＰＷＭ制御部

Claims (2)

1. 主制御部側から供給される運転指令に基づいて出力段を構成する１または複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作を制御してモータへ供給する電力を制御するとともに、異常検出部によって前記半導体スイッチング素子の動作状態に異常が検出された際に異常情報を前記主制御部側へ供給するモータ駆動部と、
   前記モータ駆動部に対する電源供給を遮断する電源遮断部と、
   前記運転指令を前記モータ駆動部へ供給するとともに、前記モータ駆動部から異常情報を受信した際は前記電源遮断部を遮断または一定時間遮断するよう制御する主制御部とを備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記異常検出部は、前記半導体スイッチング素子の過電流、過電圧、過温度のいずれかが検出された際に前記異常情報を出力することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。

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