JP2007017402A - Failure detection system of direct current motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DCモータにおける断線故障の検出に関し、特に自動車等の自走車の電動操舵システムにおいて、操舵補助動力源として機能するDCモータの断線の有無を診断するのに好適なDCモータの故障検出方式に関する。 The present invention relates to detection of a disconnection failure in a DC motor, and in particular, in an electric steering system for a self-propelled vehicle such as an automobile, the failure of the DC motor suitable for diagnosing the presence or absence of disconnection of the DC motor that functions as a steering assist power source It relates to the detection method.
一般に自動車等の自走車の運転に用いられる電動操舵システムにおいては、人力による操舵力を補助する補助動力手段としてDCモータが使用されている。図10は、界磁巻線と電機子巻線との接続形式により分類した各種DCモータの回路図を示す図である。図10において、電機子27は巻線(電機子巻線)および磁気回路でなる。図10に示すように、実用されているDCモータ5は、界磁巻線と電機子巻線との接続形式により、分巻モータ(図10(a))、直巻モータ(図10(b))、内分巻の複巻モータ(図10(c))及び外分巻の複巻モータ(図10(d))に分けられる。これらのDCモータにおいては、界磁巻線および電機子巻線の断線ならびに整流子の欠落等を含む断線障害が生じると、回転駆動電流の流入が停止するので、そのDCモータを動力源とする電動操舵システムは機能を失う。
In an electric steering system generally used for driving a self-propelled vehicle such as an automobile, a DC motor is used as auxiliary power means for assisting a steering force by human power. FIG. 10 is a diagram showing circuit diagrams of various DC motors classified according to the connection type between the field winding and the armature winding. In FIG. 10, the
例えば、直巻界磁巻線29と電機子巻線とが直列に接続されている図10(b)のDCモータにおいては、直巻界磁巻線29の断線または整流子30の欠損により、電源端子31と32との間の電流回路が失われ、電源端子31と32から見て、DCモータは断線故障となる。図10(C)のDCモータでも、直巻界磁巻線29の断線は、電源端子31と32から見て、DCモータの断線故障となる。また、図10(a)のDCモータでは、分巻界磁巻線28と整流子30との接続点と電源端子31又は32との間の断線は、電源端子31と32から見て、DCモータの断線故障となる。同様に、図10(d)のDCモータでは、分巻界磁巻線28と直巻界磁巻線29との接続点と電源端子31の間の断線又は分巻界磁巻線28と整流子30との接続点と電源端子32との間の断線は、電源端子31と32から見て、DCモータの断線故障となる。電動操舵システムにおけるDCモータにこのような断線故障が生じると、電動操舵システムの機能が失われる。そこで、自走車走行開始前のDCモータの回転停止状態においては、DCモータの断線障害の有無を検出することは、自動車等の自走車の走行時における安全性確保のために必要不可欠である。
For example, in the DC motor shown in FIG. 10B in which the series winding field winding 29 and the armature winding are connected in series, the series winding field winding 29 is disconnected or the
従来、かかる断線による故障の有無を診断する際には、該DCモータの電源端子1,2間に電圧を印加し、所要の駆動電流を供給し、回転子を回転させ、電流センサおよび回転センサにより流入電流と回転角とを検出して、それぞれに期待通りのモータの流入電流および回転角が得られているか否かを確認することにより行われている。
Conventionally, when diagnosing the presence or absence of a failure due to such disconnection, a voltage is applied between the
他方、特許文献1(実開平5−20976号公報)には、DCモータにおける地絡故障の検出を可能にする「電動パワーステアリング装置」が開示されている。図9は、特許文献1に示されたモータ駆動回路を示す回路図である。図9のモータ駆動回路は、H−ブリッジ回路を備え、H−ブリッジ回路におけるNPNトランジスタでなる4つのスイッチング素子をパルス幅制御によりON又はOFFにし、DCモータ5の回転方向を制御するとともに、ONとOFFの時間幅の比率(デューティー比)により、回転力を制御している。
On the other hand, Patent Document 1 (Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-20976) discloses an “electric power steering device” that enables detection of a ground fault in a DC motor. FIG. 9 is a circuit diagram showing a motor drive circuit disclosed in
そのH−ブリッジ回路は、スイッチング素子として作用する電力用のNPNトランジスタ19,20,21及び22と、電流検出用抵抗23および24と、これら両電流検出用抵抗にそれぞれ対応する電流検出回路25および26とを備えて構成されており、電流供給電源としては、高電位電源Vhと低電位電源Vlが与えられている。この電動パワーステアリング装置においては、自動車の走行時に、所要の操舵制御作用に対応して、該装置に含まれる制御部(図9では図示されていない)から、操舵方向に対応するON-OFF制御信号105,106,107又は108が選択出力され。ON-OFF制御信号105,106,107又は108は、PWM信号であり、対応する電力用のNPNトランジスタ19,20,21又は22のベースにそれぞれ入力される。DCモータ5に流入するモータ駆動電流は、電流検出用抵抗23および24の電圧降下に比例するので、電流検出回路25及び26は電圧降下を計測し、電流検出信号109及び110として出力する。電流検出信号109及び110は、DCモータ5の駆動電流を表している。
The H-bridge circuit includes power NPN transistors 19, 20, 21, and 22 that act as switching elements,
例えば、ON-OFF制御信号105および108をONレベルとし、またON-OFF制御信号106および107をOFFレベルとすることにより、NPNトランジスタ19および22がONとなり、NPNトランジスタ20および21がOFFとなって、DCモータ5が正方向に回転している際に、DCモータ5に流入する電流と、DCモータ5から流出する電流との間に差異がある場合には、前記制御部は、電流検出信号109および110の入力を受けて、上記の電流差異に基づきDCモータ5の地絡故障を検出する。このことは、DCモータ5が負方向に回転している場合の地絡故障についても同様であり、回転方向に関係なく、DCモータ5における地絡故障が制御部において検出される、即ち、特許文献1に記載の装置の例においては、DCモータ5の地絡故障の検出は、DCモータ5に所定の動作電流が供給され、DCモータ5の回転子が回転している電動操舵システムの稼動時において行われており、DCモータ5の回転停止時においては行われていない。
上記特許文献1に示された従来のDCモータの故障検出方式においては、DCモータを回転状態に置いて故障検出を行っている。然しながら、自動車等の自走車においては、その走行前において、DCモータに関し、その都度、断線故障の有無を事前に診断しておくことが、爾後の走行時における安全確保のために必要である。自走車は、エンジンが起動されことにより走行可能となる。そして、自走車の電動操舵システムでは、自走車のエンジン起動時にDCモータに駆動電源が供給されるのが一般である。そこで、電動操舵システムのDCモータの故障は、自走車が走行可能なるエンジンの起動前、即ちDCモータに駆動電源が供給される前に検出できることが安全性の面で望ましい。
In the conventional DC motor failure detection method disclosed in
この要件を満たすためには、DCモータの停止状態においてDCモータの断線故障の有無の診断を行える故障検出方式が求められる。しかしながら、従来のDCモータの故障検出方式においては、DCモータの駆動電流路に直列に挿入した抵抗(例えば、図9の抵抗23,24)における電圧降下を測定し、駆動電流が正常値か否かを測定していたから、回転動作が停止した状態での断線故障の検出は不可能であった。このことは、従来のDCモータの故障検出方式では、自走車が走行可能になる前にDCモータの断線故障の有無の診断を行うことはできなかった。また、特許文献1記載の電動パワーステアリング装置では、回転停止時のDCモータの故障検出を実施することができないだけではなく、DCモータの断線故障の検出はできなかった。
In order to satisfy this requirement, a failure detection method capable of diagnosing the presence or absence of a disconnection failure of the DC motor when the DC motor is stopped is required. However, in the conventional DC motor failure detection method, a voltage drop in a resistor (for example,
本発明の目的は、DCモータを回転状態とすることなく、断線故障の有無の検出を可能とするDCモータの故障検出方式を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a failure detection method for a DC motor that can detect the presence or absence of a disconnection failure without turning the DC motor into a rotating state.
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following means.
(1)高電位電源と低電位電源との間に第1及び第2のスイッチング素子を直列に接続するとともに、前記高電位電源と低電位電源との間に第3及び第4のスイッチング素子を直列に接続してなり、前記第1及び第2のスイッチング素子の接続点と前記第3及び第4のスイッチング素子の接続点との間に駆動対象のDCモータを接続するH−ブリッジ回路と、前記DCモータの片方の電源端子と前記高電位電源または低電位電源の内の一方の電源との間に接続された第1の微小電流検出回路と、前記DCモータの他方の電源端子と前記一方の電源との間に接続された第2の微小電流検出回路と、前記第1及び第2の微小電流検出回路の出力に基づき前記DCモータにおける前記両電源端子間の断線を検出する断線検出回路とを備え、
前記断線検出回路は、前記高電位電源または低電位電源の内の他方の電源に接続された2つのスイッチング素子の内の一方だけがONであり、他の3個のスイッチング素子がOFFである断線検出モードとしたときにおける前記出力に基づき、前記断線を検出する
ことを特徴とするDCモータの故障検出方式。
(1) First and second switching elements are connected in series between a high potential power supply and a low potential power supply, and third and fourth switching elements are connected between the high potential power supply and the low potential power supply. An H-bridge circuit connected in series and connecting a DC motor to be driven between a connection point of the first and second switching elements and a connection point of the third and fourth switching elements; A first minute current detection circuit connected between one power supply terminal of the DC motor and one of the high potential power supply and the low potential power supply; the other power supply terminal of the DC motor and the one And a disconnection detection circuit for detecting disconnection between the two power supply terminals in the DC motor based on outputs of the first and second minute current detection circuits. And
In the disconnection detection circuit, only one of two switching elements connected to the other power source of the high potential power source or the low potential power source is ON, and the other three switching elements are OFF. A failure detection method for a DC motor, wherein the disconnection is detected based on the output in the detection mode.
(2)前記断線検出モードにおいて、ONである前記スイッチング素子及び前記DCモータ並びに前記第1および第2の微小電流検出回路の内の一方が直列に接続された直列回路に流れる電流は、前記DCモータを回転させる最低電流より小さいことを特徴とする前記(1)に記載のDCモータの故障検出方式。 (2) In the disconnection detection mode, a current flowing through a series circuit in which one of the switching element, the DC motor, and the first and second minute current detection circuits that are ON is connected in series is the DC The failure detection method for a DC motor according to (1), wherein the current is smaller than a minimum current for rotating the motor.
(3)前記第1および第2の微小電流検出回路は、それぞれ高抵抗値の抵抗とフォトカプラとの直列回路を含んでなることを特徴とする前記(1)または(2)に記載のDCモータの故障検出方式。 (3) The DC according to (1) or (2), wherein each of the first and second minute current detection circuits includes a series circuit of a resistor having a high resistance value and a photocoupler. Motor failure detection method.
本発明では、高電位電源と低電位電源との差の電圧を受けて駆動されるDCモータの駆動電流路には何らの電流検出用素子を挿入することなく、DCモータの断線を検出する。駆動電流路に電流検出用素子を挿入する代わりに、本発明では、高電位電源または低電位電源の内の他方の電源に接続された2つのスイッチング素子の内の一方だけがONであり、他の3個のスイッチング素子がOFFである断線検出モードにおいて、第1及び第2の微小電流検出回路のうちの一方にDCモータを流れた電流がそのまま流れ込むように回路を構成することにより、DCモータに断線の有無がその電流の有無に1対1に対応するようにした。この構成の採用により、断線検出回路はDCモータの断線を確実に検出できる。 In the present invention, the disconnection of the DC motor is detected without inserting any current detection element into the drive current path of the DC motor driven by receiving the voltage difference between the high potential power source and the low potential power source. Instead of inserting a current detection element in the drive current path, in the present invention, only one of the two switching elements connected to the other power source of the high potential power source or the low potential power source is ON. In the disconnection detection mode in which the three switching elements are OFF, the circuit is configured such that the current that has flowed through the DC motor flows directly into one of the first and second minute current detection circuits. The presence or absence of disconnection corresponds to the presence or absence of the current on a one-to-one basis. By adopting this configuration, the disconnection detection circuit can reliably detect disconnection of the DC motor.
回転軸を回転させるDCモータの通常の作動時には、H−ブリッジ回路における2つのスイッチング素子がONになり、DCモータの駆動電流はその2つのONのスイッチング素子を流れる。駆動電流は、大電流(例えば、60アンペア)である。第1及び第2の微小電流検出回路は、そのONのスイッチング素子の一方又はこのスイッチング素子とDCモータとの直列回路に並列に接続される[後に実施の形態として挙げる図1の回路では、第1の微小電流検出回路(6)はスイッチング素子(4)とDCモータ(5)との直列回路に並列に接続され、第2の微小電流検出回路(7)はスイッチング素子(4)に並列に接続される。]。この回路構成の採用により、DCモータの通常の作動時および断線故障の検出時のいずれにおいても、第1及び第2の微小電流検出回路には大電流の駆動電流を流す必要がないので、第1及び第2の微小電流検出回路の内部抵抗を大きくし、第1及び第2の微小電流検出回路に流す電流を微小な値に制限しても差し支えない。DCモータの断線故障の検出時における第1及び第2の微小電流検出回路に流す電流の下限値は、DCモータの断線の有無を判断できる値であり、DCモータが回転可能な下限の駆動電流の1/1000程度、例えば数ミリアンペアである。DCモータの断線を検出するにはDCモータに電流を流す必要はあるが、本発明の方式による断線検出の際には、DCモータに流す電流は、DCモータの回転に必要な下限の駆動電流の1/1000程度で足りる。そこで、本発明によれば、DCモータを回転状態とすることなく、断線故障の有無の検出を可能とするDCモータの故障検出方式が提供できる。 During normal operation of the DC motor that rotates the rotating shaft, the two switching elements in the H-bridge circuit are turned on, and the driving current of the DC motor flows through the two ON switching elements. The drive current is a large current (for example, 60 amperes). The first and second minute current detection circuits are connected in parallel to one of the ON switching elements or a series circuit of this switching element and a DC motor [In the circuit of FIG. One minute current detection circuit (6) is connected in parallel to the series circuit of the switching element (4) and the DC motor (5), and the second minute current detection circuit (7) is parallel to the switching element (4). Connected. ]. By adopting this circuit configuration, it is not necessary to pass a large drive current through the first and second minute current detection circuits both during normal operation of the DC motor and when a disconnection failure is detected. It is possible to increase the internal resistance of the first and second minute current detection circuits and limit the current flowing through the first and second minute current detection circuits to a minute value. The lower limit value of the current flowing through the first and second minute current detection circuits at the time of detecting the disconnection failure of the DC motor is a value by which the presence or absence of the disconnection of the DC motor can be determined, and the lower limit drive current at which the DC motor can rotate 1 / 1,000, for example, several milliamperes. In order to detect the disconnection of the DC motor, it is necessary to pass a current to the DC motor. However, when the disconnection is detected by the method of the present invention, the current flowing to the DC motor is the lower limit drive current necessary for the rotation of the DC motor. About 1/1000 of that is enough. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a failure detection method for a DC motor that can detect the presence or absence of a disconnection failure without turning the DC motor into a rotating state.
次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明であるDCモータの故障検出方式の理解を容易にするために、以下の説明は図面を参照して行う。以下に説明するDCモータの故障検出方式は、自動車等の自走車に搭載される電動操舵システムに操舵補助動力源として装備されたものである。本発明の実施の形態では、DCモータ5を回転させず、停止させたままDCモータ5の故障を検出する。
Next, an embodiment of the present invention will be described. In order to facilitate understanding of the DC motor failure detection method according to the present invention, the following description will be given with reference to the drawings. The DC motor failure detection method described below is provided as a steering assist power source in an electric steering system mounted on a self-propelled vehicle such as an automobile. In the embodiment of the present invention, a failure of the
図1は、本発明の第1の実施形態を示すブロック図である。図1に示すDCモータの故障検出方式は、H−ブリッジ回路を形成するスイッチング素子1,2,3及び4と、DCモータ5の一方の電源端子と低電位電源Vlとの間に接続された微小電流検出回路6と、DCモータ5の他方の電源端子と低電位電源Vlとの間に接続された微小電流検出回路7と、微小電流検出回路6および7の出力に基づきDCモータ5の断線故障を検出する断線検出回路8とを備えて構成される。図5の表1及び表2は、図1のDCモータの故障検出方式の故障診断表である。図1並びに図5の表1および表2を参照し、本発明の第1の実施形態によりDCモータ5の断線故障を検出する方法を説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The DC motor failure detection method shown in FIG. 1 is connected between the switching
スイッチング素子1,2,3及び4の抵抗値は、OFFのとき極めて大きく、ONのときはほぼゼロとなる。微小電流検出回路6及び7の内部抵抗は高い値に選択してある。微小電流検出回路6は、その高い内部抵抗に流れる微小電流が所定値以上のときは、微小電流検出信号105を低レベルの電圧信号LOとし、その高い内部抵抗に流れる微小電流が所定値以下のときは微小電流検出信号105を高レベルの電圧信号HIとする。同様に、微小電流検出回路7は、その高い内部抵抗に流れる微小電流が所定値以上のときは、微小電流検出信号106を低レベルの電圧信号LOとし、その高い内部抵抗に流れる微小電流が所定値以下のときは微小電流検出信号106を高レベルの電圧信号HIとする。
The resistance values of the
ON-OFF制御信号101,102,103及び104は、電動操舵システムにおける補助動力制御回路(図示せず)から供給される。本発明の第1の実施の形態により回転停止時にDCモータ5の断線故障の有無を検出する方法には、ON-OFF制御信号101,102,103及び104をONレベルとするか、又はOFFレベルとするかに応じ、第1の断線検出方法(図5の表1の場合)と第2の断線検出方法(図5の表2の場合)とがある。第1の断線検出方法では、スイッチング素子1のON-OFF制御信号101だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号102,103および104は全てOFFレベルとした第1の断線検出モードとする。第2の断線検出方法では、スイッチング素子3のON-OFF制御信号103だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号101,102および104は全てOFFレベルとした第2の断線検出モードとする。
The ON-OFF control signals 101, 102, 103, and 104 are supplied from an auxiliary power control circuit (not shown) in the electric steering system. According to the first embodiment of the present invention, the method for detecting the presence or absence of a disconnection failure of the
まず、その第1の断線検出方法について説明する。 First, the first disconnection detection method will be described.
第1の断線検出方法では、スイッチング素子1に対してONレベルのON-OFF制御信号101が入力され、その他のスイッチング素子2,3及び4に対しては、OFFレベルのON-OFF制御信号102,103及び104がそれぞれ入力される。そこで、第1の断線検出方法の実行時には、スイッチング素子1はONとなり、他のスイッチング素子は全てOFFという第1の断線検出モードなる(図5の表1)。H−ブリッジ回路には、高電位電源Vhと低電位電源Vlとの差の電圧(Vh−Vl)が印加される。電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としては第1電流経路及び第2の電流経路がある。第1の電流経路はスイッチング素子1および微小電流検出回路6を経由し、第2の電流経路はスイッチング素子1、DCモータ5および微小電流検出回路7を経由する。
In the first disconnection detection method, an ON level ON-
DCモータ5に断線がないとき、DCモータ5の内部抵抗は微小電流検出回路6及び7の内部抵抗に比べて十分に小さく、無視できる。いま、スイッチング素子1はONであり、その内部抵抗は極小さい。そこで、微小電流検出回路6には前記の第1の電流経路により(Vh−Vl)の電圧が印加される。また、微小電流検出回路7には前記の第2の電流経路により、やはり(Vh−Vl)の電圧が印加される。微小電流検出回路6及び7の内部抵抗は高い値に設定してあり、電圧(Vh−Vl)が印加されたとき、微小電流検出回路6又は7に流れる電流は、例えば数ミリアンペア程度という微小な値である。
When the
DCモータ5に断線がない場合には、第1の電流経路には、微小電流検出回路6の抵抗値により規定された前記の微小電流が流れる。微小電流検出回路6の出力の微小電流検出信号105は、電圧信号であり、該微小電流に対応するLOレベルの電圧値である。いま、DCモータ5に断線障害が無いので、前記第2の電流経路には、微小電流検出回路7の抵抗値により規定された、DCモータ5を回転させることのない微小電流が流れる。微小電流検出回路7は、該微小電流に対応するLOレベル(電圧)の微小電流検出信号106を出力する。
When the
断線検出回路8は、これらのLOレベルの微小電流検出信号105及び106の入力を受けて、図5の表1の故障診断表を参照し、DCモータ5には断線が存在せず正常であるものと診断する。表1の故障診断表は、予め断線検出回路8のROMに記録されている。また、断線検出回路8は、表1の故障診断表を参照し、スイッチング素子1自体も断線がなく正常であるとの診断を、DCモータ5の診断と同時に行う(表1参照)。
The
次に、DCモータ5に断線障害が存在する場合について説明する。このとき、DCモータ5が断線しているので、電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としは、スイッチング素子1および微小電流検出回路6を経由する第1の電流経路だけである。従って、当該電流経路には、微小電流検出回路6の抵抗値により規定される微小電流が流れ、微小電流検出回路6は、該微小電流に対応するLOレベルの検出信号105を出力する。他方、第2の電流経路の微小電流検出回路7には電流が流れないので、微小電流検出回路7は流入電流ゼロに対応するHIレベルの微小電流検出信号106を出力する。断線検出回路8は、これらのLOレベルの微小電流検出信号105とHIレベルの微小電流検出信号106の入力を受けて、図5の表1の故障診断表を参照し、DCモータ5には断線故障があると診断する。
Next, a case where a disconnection failure exists in the
もし、断線検出回路8にHIレベルの微小電流検出信号105及びHIレベルの微小電流検出信号106が入力されたときは、断線検出回路8はスイッチング素子1に断線障害ありと診断する(表1参照)。
If the HI level minute
次に、第2の断線検出方法について説明する。第2の断線検出方法では、前述のとおり、スイッチング素子3のON-OFF制御信号103だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号101,102および104は全てOFFレベルとする。
Next, a second disconnection detection method will be described. In the second disconnection detection method, as described above, only the ON-
第2の断線検出方法では、スイッチング素子3に対してONレベルのON-OFF制御信号103が入力され、その他のスイッチング素子1,2,及び4に対しては、OFFレベルのON-OFF制御信号101,102及び104がそれぞれ入力される。そこで、第2の断線検出方法の実行時には、スイッチング素子3はONとなり、他のスイッチング素子は全てOFFという第2の断線検出モードとなる(図5の表2)。高電位電源Vhと低電位電源Vlとの差の電圧(Vh−Vl)がH−ブリッジ回路に印加され、この電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としは第1電流経路及び第2の電流経路がある。第1の電流経路はスイッチング素子3および微小電流検出回路7を経由し、第2の電流経路はスイッチング素子3、DCモータ5および微小電流検出回路6を経由する。
In the second disconnection detection method, an ON level ON-
第2の断線検出方法における以下の作動は、ONのスイッチング素子が符号3の素子であり、OFFのスイッチング素子が符号1,2及び4の素子である点が前述の第1の断線検出方法と相違するだけであり、その他は同様であるから、詳細な説明は省略する。断線検出回路8は、図5の表2に示す故障診断表に則って、DCモータ5の断線及びスイッチング素子3の断線の有無を診断する。
The following operation in the second disconnection detection method is the same as the first disconnection detection method described above in that the ON switching element is the element denoted by
次に、図2並びに図の表3および表4を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。図2は、本発明の第2の実施形態を示すブロック図である。図2に示すDCモータの故障検出方式は、微小電流検出回路6がDCモータ5の一方の電源端子と高電位電源Vhとの間に接続され、微小電流検出回路7がDCモータ5の他方の電源端子と高電位電源Vhとの間に接続されている点で図1の第1の実施の形態と相違し、その他の点では図1の第1の実施の形態と同様の構成であり、類似に作動する。図6の表1及び表2は、図1のDCモータの故障検出方式の故障診断表である。図2並びに図6の表3および表4を参照し、本発明の第2の実施形態によりDCモータ5の断線故障を検出する方法を説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 and Tables 3 and 4 in the figure. FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In the DC motor failure detection method shown in FIG. 2, the minute current detection circuit 6 is connected between one power supply terminal of the
図2の第2の実施形態により回転停止時にDCモータ5の断線故障の有無を検出する方法には、ON-制御信号101,102,103及び104をONレベルとするか、又はOFFレベルとするかに応じ、第1の断線検出方法(図6の表3の場合)と第2の断線検出方法(図6の表4の場合)とがある。第1の断線検出方法では、スイッチング素子1のON-OFF制御信号102だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号1014103および104は全てOFFレベルとする。第2の断線検出方法では、スイッチング素子3のON-OFF制御信号104だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号101,102及び103は全てOFFレベルとする。
According to the second embodiment of FIG. 2, the ON-
まず、その第1の断線検出方法について説明する。 First, the first disconnection detection method will be described.
第1の断線検出方法では、スイッチング素子2に対してONレベルのON-OFF制御信号102が入力され、その他のスイッチング素子1,3及び4に対しては、OFFレベルのON-OFF制御信号101,103及び104がそれぞれ入力される。そこで、第1の断線検出方法の実行時には、スイッチング素子2はONとなり、他のスイッチング素子は全てOFFとなる(図6の表3)。H−ブリッジ回路には、高電位電源Vhと低電位電源Vlとの差の電圧(Vh−Vl)が印加される。電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としは第1電流経路及び第2の電流経路がある。第1の電流経路は微小電流検出回路6およびスイッチング素子2を経由し、第2の電流経路は、微小電流検出回路7、DCモータ5及びスイッチング素子2を経由する。
In the first disconnection detection method, the ON level ON-
DCモータ5に断線がないときは次のように作動する。いま、スイッチング素子2はONである。そこで、微小電流検出回路6には前記の第1の電流経路により(Vh−Vl)の電圧が印加される。また、微小電流検出回路7には前記の第2の電流経路により、やはり(Vh−Vl)の電圧が印加される。第1の電流経路には、微小電流検出回路6の抵抗値により規定された前記の微小電流が流れる。微小電流検出回路6の出力の微小電流検出信号105は、該微小電流に対応するLOレベルの電圧値である。いま、DCモータ5に断線障害が無いので、前記第2の電流経路には、微小電流検出回路7の抵抗値により規定された、DCモータ5を回転させることのない微小電流が流れる。微小電流検出回路7は、該微小電流に対応するLOレベル(電圧)の微小電流検出信号106を出力する。
When the
断線検出回路8は、これらのLOレベルの微小電流検出信号105及び106の入力を受けて、図6の表3の故障診断表を参照し、DCモータ5には断線が存在せず正常であるものと診断する。表3の故障診断表は、予め断線検出回路8のROMに記録されている。また、断線検出回路8は、表3の故障診断表を参照し、スイッチング素子2自体も断線がなく正常であるとの診断を、DCモータ5の診断と同時に行う(表3参照)。
The
次に、DCモータ5に断線障害が存在する場合について説明する。このとき、DCモータ5が断線しているので、電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としは、微小電流検出回路6およびスイッチング素子2を経由する第1の電流経路だけである。従って、当該電流経路には、微小電流検出回路6の抵抗値により規定される微小電流が流れ、微小電流検出回路6は、該微小電流に対応するLOレベルの検出信号105を出力する。他方、第2の電流経路の微小電流検出回路7には電流が流れないので、微小電流検出回路7は流入電流ゼロに対応するHIレベルの微小電流検出信号106を出力する。断線検出回路8は、これらのLOレベルの微小電流検出信号105とHIレベルの微小電流検出信号106の入力を受けて、図6の表3の故障診断表を参照し、DCモータ5には断線故障があると診断する。
Next, a case where a disconnection failure exists in the
もし、断線検出回路8にHIレベルの微小電流検出信号105及びHIレベルの微小電流検出信号106が入力されたときは、断線検出回路8はスイッチング素子2に断線障害ありと診断する(表3参照)。
If the HI level minute
次に、第2の断線検出方法について説明する。第2の断線検出方法では、前述のとおり、スイッチング素子4のON-OFF制御信号104だけをONレベルとし、他のスイッチング素子に入力するON-OFF制御信号101,102及び103は全てOFFレベルとする。
Next, a second disconnection detection method will be described. In the second disconnection detection method, as described above, only the ON-
第2の断線検出方法では、スイッチング素子4に対してONレベルのON-OFF制御信号104が入力され、その他のスイッチング素子1,2,及び3に対しては、OFFレベルのON-OFF制御信号101,102及び103がそれぞれ入力される。そこで、第2の断線検出方法の実行時には、スイッチング素子4はONとなり、他のスイッチング素子は全てOFFとなる(図6の表4)。高電位電源Vhと低電位電源Vlとの差の電圧(Vh−Vl)がH−ブリッジ回路に印加され、この電圧(Vh−Vl)により流れる電流の経路としは第1の電流経路及び第2の電流経路がある。第1の電流経路は微小電流検出回路7およびスイッチング素子4を経由し、第2の電流経路は、微小電流検出回路6、DCモータ5及びスイッチング素子4を経由する。
In the second disconnection detection method, an ON-ON control signal 104 of ON level is input to the
第2の断線検出方法における以下の作動は、ONのスイッチング素子が符号4の素子であり、OFFのスイッチング素子が符号1,2及び3の素子である点が前述の第1の断線検出方法と相違するだけであり、その他は同様でるから、詳細な説明は省略する。断線検出回路8は、図6の表4に示す故障診断表に則って、DCモータ5の断線及びスイッチング素子4の断線の有無を診断する。
The following operation in the second disconnection detection method is the same as the first disconnection detection method described above in that the ON switching element is the
なお、本発明の第1の実施の形態である図1のDCモータの故障検出方式において、DCモータ5を回転させる場合には、ON-OFF制御信号101,102,103及び104によりスイッチング素子1,2,3及び4を次のように制御する。DCモータ5を正方向に回転制御するときは、図1において、スイッチング素子1及び4にONレベルのON-OFF制御信号101及び104をそれぞれ入力し、スイッチング素子2及び3にOFFレベルのON-OFF制御信号102及び103をそれぞれ入力する。また、DCモータ5を負方向に回転制御するときは、スイッチング素子2及び3に対してONレベルのON-OFF制御信号102及び103をそれぞれ入力し、スイッチング素子1及び4にOFFレベルのON-OFF制御信号101及び104をそれぞれ入力する。また、DCモータ5のトルクは、PWM信号であるON-OFF制御信号101,102,103及び104のデューティー比で制御する。本発明の第2の実施の形態である図2のDCモータの故障検出方式においても、DCモータ5の回転制御は図1のDCモータの故障検出方式におけると回転制御と同様に行われる。
In the DC motor failure detection system of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention, when the
図3は、本発明の第1の実施の形態(図1)を一層具体化した本発明の第1の実施例を示す回路図である。図7の表5及び6は、図3の実施例に適用する故障診断表であり、図5の表1及び2にそれぞれ対応するものである。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a first example of the present invention which further embodies the first embodiment (FIG. 1) of the present invention. Tables 5 and 6 in FIG. 7 are failure diagnosis tables applied to the embodiment in FIG. 3 and correspond to Tables 1 and 2 in FIG. 5, respectively.
図3の実施例では、図1のスイッチング素子1,2,3及び4はNMOSトランジスタ11,12,13及び14でそれぞれ実現され、微小電流検出回路6はフォトカプラ15及び抵抗16並びに抵抗37で構成し、微小電流検出回路17はフォトカプラ17及び抵抗18並びに抵抗38で構成している。フォトカプラは、発光ダイオード(LED)とフォトトランジスタとでなる。発光ダイオードは、電流に応じた光を出力し、フォトトランジスタはその光を受け、光の強さに応じた導電性を示す。発光ダイオードとフォトトランジスタとは互いに電気的に絶縁されている。フォトカプラ15における発光ダイオードは抵抗16に直列に接続されている。フォトカプラ15におけるフォトトランジスタの片端子は抵抗37を介して電源Vhiに接続され、そのフォトトランジスタの他端子は電源Vloに接続されている。また、フォトカプラ17における発光ダイオードは抵抗18に直列に接続されている。フォトカプラ17におけるフォトトランジスタの片端子は抵抗38を介して電源Vhiに接続され、そのフォトトランジスタの他端子は電源Vloに接続されている。
In the embodiment of FIG. 3, the
図3において、電位Vhは12ボルトであり、電位Vlは接地電位であり、電圧(Vh−Vl)は12ボルトである。抵抗16及び18は、それぞれ微小電流検出回路6及び7の内部抵抗であり、ここでは4キロオームである。Vh−Vl=12ボルトの電圧が印加されたときに抵抗16及び18に流れる電流は、ここでは3ミリアンペアという低い値である。このような微小電流をDCモータ5に流しても、DCモータ5は回転しないから、本実施例では、DCモータ5の回転子を回転させることなく、DCモータ5の断線故障を検出できる。
In FIG. 3, the potential Vh is 12 volts, the potential Vl is the ground potential, and the voltage (Vh−Vl) is 12 volts. The
図3の実施例では、抵抗16,18に流れる電流をフォトカプラ15,17で検出している。NMOSトランジスタ11,12,13及び14並びにDCモータ5でなる回路は、大電流(例えば60アンペア)が流れる、いわゆるパワー部である。DCモータ5には整流子があるから、パワー部による電磁雑音が不可避である。他方、断線検出回路8は、微小電流検出信号105,106がLOレベル又はHIレベルの内のどちらであるかを判断し、即ち信号105,106を論理値信号として扱い、図7の故障診断表を真理値表として論理判断をする論理回路であり、半導体集積回路でなる。そこで、断線検出回路8は、電磁ノイズによる雑音に敏感であり、雑音により論理演算の誤りを起こし易い。しかしながら、この図3の実施例では、フォトカプラ15,17が電磁ノイズによる雑音を遮断するから、断線検出回路8における誤診断が防止できる。
In the embodiment of FIG. 3, currents flowing through the
図4は、本発明の第2の実施の形態(図2)を一層具体化した本発明の第2の実施例を示す回路図である。図8の表7及び8は、図4の実施例に適用する故障診断表であり、図6の表3及び4にそれぞれ対応するものである。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a second example of the present invention which further embodies the second embodiment (FIG. 2) of the present invention. Tables 7 and 8 in FIG. 8 are failure diagnosis tables applied to the embodiment in FIG. 4 and correspond to Tables 3 and 4 in FIG. 6, respectively.
図4の実施例では、図2のスイッチング素子1,2,3及び4はNMOSトランジスタ11,12,13及び14でそれぞれ実現され、微小電流検出回路6はフォトカプラ15及び抵抗16並びに抵抗37で構成し、微小電流検出回路17はフォトカプラ17及び抵抗18並びに抵抗38で構成し、フォトカプラ15の片端を抵抗37を介して電源Vhiに接続し、フォトカプラ15の他端を電源Vloに接続し、また、フォトカプラ17の片端を抵抗38を介して電源Vhiに接続し、フォトカプラ17の他端を電源Vloに接続している。図3の本発明の第1の実施例が図1の本発明の第1の実施の形態に対応するのと全く同様に、図4の本発明の第2の実施例は図2の本発明の第2の実施の形態に対応するので、図4の実施例の詳しい作動説明は省略する。
In the embodiment of FIG. 4, the
また、図4の実施例でも、フォトカプラ15,17が電磁ノイズによる雑音を遮断するから、断線検出回路8における誤診断が防止できることは、図3の実施例について述べたところと同じである。
Also in the embodiment of FIG. 4, since the
なお、以上に実施の形態および実施例を挙げ、本発明を詳しく具体的に説明したが、本発明がこれらの例に限定されるものではないことは勿論である。例えば、図3及び図4に示した本発明の実施例では、スイッチング素子としてNMOSトランジスタを例示したが、本発明において使用するスイッチング素子はNMOSトランジスタに限られず、例えばバイポーラトランジスタでも差し支えない。 Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments and examples, it is needless to say that the present invention is not limited to these examples. For example, in the embodiments of the present invention shown in FIGS. 3 and 4, an NMOS transistor is exemplified as the switching element. However, the switching element used in the present invention is not limited to the NMOS transistor, and may be a bipolar transistor, for example.
1〜4 スイッチング素子
5 DCモータ
6,7 微小電流検出回路
8 断線検出回路
11〜14 NMOSトランジスタ
15,17 フォトカプラ
16,18,37,38 抵抗
19〜22 NPNトランジスタ
23,24 電流検出用抵抗
25,26 電流検出回路
27 電機子
28 分巻界磁巻線
29 直巻界磁巻線
30 整流子
31,32 DCモータの電源端子
101〜104 ON-OFF制御信号
105,106 微小電流検出信号
Vh H−ブリッジの電源端子に与えられる高電位電源
Vl H−ブリッジの電源端子に与えられる低電位電源
Vhi 微小電流検出回路の高電位電源
Vlo 微小電流検出回路の低電位電源
1 to 4
Claims (3)
前記断線検出回路は、前記高電位電源または低電位電源の内の他方の電源に接続された2つのスイッチング素子の内の一方だけがONであり、他の3個のスイッチング素子がOFFである断線検出モードとしたときにおける前記出力に基づき、前記断線を検出する
ことを特徴とするDCモータの故障検出方式。 The first and second switching elements are connected in series between the high potential power supply and the low potential power supply, and the third and fourth switching elements are connected in series between the high potential power supply and the low potential power supply. An H-bridge circuit for connecting a DC motor to be driven between a connection point of the first and second switching elements and a connection point of the third and fourth switching elements, and the DC motor A first minute current detection circuit connected between one of the power supply terminals and one of the high potential power supply and the low potential power supply, the other power supply terminal of the DC motor, and the one power supply And a disconnection detection circuit for detecting disconnection between the power supply terminals of the DC motor based on outputs of the first and second minute current detection circuits. ,
In the disconnection detection circuit, only one of two switching elements connected to the other power source of the high potential power source or the low potential power source is ON, and the other three switching elements are OFF. A failure detection method for a DC motor, wherein the disconnection is detected based on the output in the detection mode.
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