JP2007259554A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに並列に接続された複数のモータの任意の複数をフリー回転可能にした場合にフリー回転するモータが他のモータに対する負荷となることを防止する。
【解決手段】駆動ユニット１のインバータ３から延出された各共通接続線Ｌｕ・Ｌｖ・Ｌｗをモータ数に応じて分岐し、並列に接続された各モータＭ１・Ｍ２の共通する１相（Ｗ相）については直接接続し、残り相（Ｕ・Ｖ相）にはモータ毎に設けた各スイッチＳＷ１・ＳＷ２を介して接続する。スイッチにより各モータを個々に接続及び切断可能にしたことから、切断によりフリー回転状態となっているモータが他のモータに対して切り離されるため、何等かの外力によりモータが回転して誘起電圧が発生し得るようになっても他のモータ回路に電流が流れることを防止でき、フリー回転状態のモータが他のモータの負荷となってしまうことがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに並列接続されたブラシレスモータの駆動装置に関するものである。

従来、ブラシレスモータにあっては、無接点化による種々の利点を有することから、モータ駆動装置としてあらゆる場面で用いられている。また、２台以上の複数のモータを同時に駆動するものがあり、その運転方法として例えば１つのインバータで並列に接続された複数のセンサレスモータを駆動するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２３５０７８号公報

一方、複数のモータを設けたものとして自動車のラジエータ冷却ファンや家庭用空調機の送風または冷却ファンなどがある。例えば２台のモータを用いた自動車用ラジエータ冷却ファンにあっては、冷却量の違いに応じて１台を休止し、１台のみで十分な冷却風を得られるようにして省エネ化を図ったものがある。

複数のモータを用いた自動車用ラジエータ冷却ファンにあっては、休止状態のファンが走行風でフリー回転することにより、そのフリー回転状態のファンを通過する風はファンにより抵抗を受けることなく流れることができ、その風量による冷却効果も利用することができる。しかしながら、上記特許文献記載のものにあっては１つのインバータにより互いに並列に接続された全モータをまとめて駆動または停止するため、停止状態で走行風によりファンが回転するとモータが発電機となり、互いに並列に接続されているモータ間に誘起電圧による電流が流れると、モータに負荷が生じてモータが完全なフリー状態で回転できなくなるという問題がある。それにより、フリー回転による設計通りの冷却が行われなかったり、回り難いことにより走行抵抗となったりするという問題があった。

このような課題を解決して、互いに並列に接続された複数のモータをフリー回転可能にした場合にフリー回転するモータが他のモータに対する負荷となることを防止することを実現するために本発明に於いては、互いに並列に接続された複数のブラシレスモータを駆動するためのブラシレスモータの駆動装置であって、前記複数のブラシレスモータに駆動電流を供給する１つの電流供給手段と、前記複数のブラシレスモータを前記電流供給手段に対して個々に接続または切断すると共に当該切断状態では他のブラシレスモータに対しても切断状態にするためのスイッチ手段とを有るものとした。

また、前記複数のブラシレスモータの１つが前記電流供給手段と直接的に接続されていると良い。また、前記複数のブラシレスモータの共通する少なくとも１相は前記電流供給手段に直接的に接続されていると良い。特に、前記複数のブラシレスモータが、自動車のラジエータを冷却するべく配設された複数のファン毎に設けられていると良い。

このように本発明によれば、互いに並列に接続された複数のモータを１つの電流供給手段により駆動するものにおいて、スイッチ手段により各モータを個々に接続及び切断可能にしたことから、切断によりフリー回転状態となっているモータが他のモータに対して切り離されるため、何等かの外力によりモータが回転して誘起電圧が発生し得るようになっても他のモータ回路に電流が流れることを防止できる。したがって、フリー回転状態のモータが他のモータの負荷となってしまうことがない。

また、電流供給手段自体がスイッチング作用をし得るため、複数のモータの１つに対するスイッチング手段として使用できるため、例えばスイッチング素子を各モータに配設する場合にその１つを電流供給手段で代用することによりスイッチング手段を低廉化し得る。また、モータの全相に対してスイッチを設ける必要はなく、例えば３相の場合には各モータの共通する１相を電流供給手段と直接的に接続することができ、それによりスイッチング手段の接点数を少なくすることができ、低廉化を促進し得る。特に、自動車のラジエータ用冷却ファンに適用することにより、そのような冷却ファンにあっては走行風で回転させるフリー回転状態とすることも設計に含まれており、そのような場合に走行風により回転するファンのモータが発電するようになっても他のモータに対して負荷とならないため、設計通りのフリー回転状態とすることができ、フリー回転状態のファンを通り抜ける風に対するファンにより抵抗が小さく、走行抵抗の増大を防止し得る。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用されたブラシレスモータの駆動装置を示す要部回路図である。図に示されるように、本駆動装置にあっては、互いに並列に接続された複数のブラシレスモータＭ１・Ｍ２・…・Ｍｎを駆動するものであり、電流供給手段としての駆動ユニット１と、スイッチング手段としての複数のスイッチＳＷ１・…・ＳＷｎとにより構成されている。スイッチＳＷ１・…・ＳＷｎはリレーやトランジスタなどであって良い。

なお、並列接続のモータＭ１〜Ｍｎの数は２以上であれば良いが、以下の説明では説明を簡単にするため特に断らない限り２個のモータＭ１・Ｍ２を並列接続した場合について示す。具体例として自動車のラジエータ用冷却ファンが２つ配設されたものであって、各ファンにモータＭ１・Ｍ２が設けられているものについて示す。

駆動ユニット１内には、図示されない操作制御手段からの操作信号の入力に応じて各モータＭ１・Ｍ２をＰＷＭ制御するべくＣＰＵを内蔵するマイコン２と、そのマイコン２からの制御信号に応じて各モータＭ１・Ｍ２に駆動電流を流すためのインバータ３と、各モータＭ１・Ｍ２のロータ位置検出をするためのロータ位置検出回路４と、スイッチ駆動回路５とが設けられている。

インバータ３は、例えばマイコン２ａに接続されたプリドライバ３ａと複数のスイッチング素子（例えばＦＥＴ）をモータＭ１・Ｍ２の各相のハイサイドとローサイドとに配設したドライバ３ｂとからなるものであって良く、マイコン２からのＰＷＭ制御信号に応じて電流をモータＭ１・Ｍ２の各相に流す。本図示例にあってはセンサレスモータについて示しており、モータＭ１・Ｍ２の各相に生じる電圧変化のタイミングをロータ位置検出回路４により検出してロータ位置信号をマイコン２に入力するようにしている。なお、センサ付きの場合にはホールセンサなどからの位置検出信号をマイコン２に入力するようにして良い。スイッチ駆動回路５は、マイコン２からのモータ駆動選択信号により各スイッチＳＷ１・ＳＷ２の対応するものにオンまたはオフ信号を出力する。

駆動ユニット１からは、インバータ（ドライバ３ｂ）３から出力される各相の駆動信号を流す各共通接続線Ｌｕ・Ｌｖ・Ｌｗが延出され、かつ各モータＭ１・Ｍ２との接続用にそれぞれ分岐されている。任意の２本であって良い各共通接続線（図示例ではＬｕ・Ｌｖ）の各分岐線がスイッチＳＷ１・ＳＷ２を介して対応するモータＭ１・Ｍ２のＵ相・Ｖ相の各端子Ｕ１・Ｖ１及びＵ２・Ｖ２と接続されている。各モータＭ１・Ｍ２のＷ相には共通接続線Ｌｗが分岐されて直接接続されている。

このように構成された駆動装置にあっては、マイコン２によりスイッチ駆動回路５を介して、全てのモータＭ１・Ｍ２を駆動する場合と、１つ（例えばＭ１）を駆動して他（例えばＭ２）を停止（フリー回転）する場合と、全てを停止する場合とを選択することができる。図示例の自動車のラジエータ用冷却ファンの場合には、例えば冷却水温度や運転状況に応じて上記いずれかの状態になるように制御することができるが、停止状態のファンが存在する場合が選択された場合においても、フリー回転することによりそのファンを通過する風による冷却風量も得られることが好ましい。

従来例で述べたように各モータＭ１・Ｍ２を単に並列接続しただけ（図のＳＷ１・ＳＷ２がなく直接接続されている状態）では、インバータ３が停止制御（オフ）状態の場合には、各モータＭ１・Ｍ２間は電気的に接続されていることから、走行風で回転すると各モータＭ１・Ｍ２が発電機として作用するため、一方の誘起電圧による電流が他方に流れると、その一方の回転が他方の回転に対して負荷となり、回転速度が抑制されて冷却風量が低下してしまう。そのような低下を考慮すると、設計は複雑化し、装置の高騰化となってしまう。

また、図示例のようにドライバ３ｂをＦＥＴのブリッジ回路とした場合には各ＦＥＴに内蔵ダイオードがフライホイールダイオードとして、使用されるのが通常であり、その場合には上記誘起電圧がハイ側ＦＥＴの内蔵ダイオードから電源としてのバッテリの正端子に加わる。そのバッテリの直流電源電圧を超えるほどの誘起電圧がフリー回転のモータのステータコイルに発生した場合には、ハイ側ＦＥＴの内蔵ダイオードからバッテリを通ってロー側ＦＥＴの内蔵ダイオードを介してステータコイルに戻る向きの電流が流れる。その電流が流れる回路の負荷がモータのロータマグネット回転の負荷となってフリー回転状態のファンにおける走行風による回転の妨げになるため、モータ停止状態のファンがフリー回転状態であるとは言えなくなる。

それに対して本発明によれば、全てのモータＭ１・Ｍ２を停止する場合にはインバータ３をオフ状態にすると共にスイッチ駆動回路５から両スイッチＳＷ１・ＳＷ２にオフ信号が出力される。これにより、各モータＭ１・Ｍ２がインバータ３に対して遮断されると共に各モータＭ１・Ｍ２同士もＵ相及びＶ相の各共通接続線Ｌｕ・Ｌｖが切断状態になって互いに遮断される。したがって、各モータＭ１・Ｍ２の一方が走行風により回転して発電しようとしてもその発電電流が他方に流れることができないため、各モータＭ１・Ｍ２が完全なフリー回転状態となり、フリー回転状態のファンを通る風の流れによる冷却風量も十分な量が得られる。

また、各スイッチＳＷ１・ＳＷ２の接点構成にあっても、多相モータの少なくとも１相をインバータ３と直接接続することができ、残りの相（３相の場合の２相）に対して接点を設けるものであって良く、多相モータにおける全相に接点を設ける必要がない。これにより各スイッチＳＷ１・ＳＷ２の接点数を減らすことができ、接点数の少ないスイッチを用いて部品コストを低廉化し得る。図示例ではＷ相をインバータ３と直接接続し、残りのＵ相・Ｖ相を対応するスイッチＳＷ１・ＳＷ２の各接点を介してインバータ３と接続している。なお、全相に接点を設ける構成として良いことは言うまでもない。

なお、モータを３つ以上並列接続した場合には、各モータＭ１〜Ｍｎの一部を停止する場合と全停止の場合との選択になるが、各スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを個別にオンまたはオフすることにより任意の１つ以上のものを選択的に駆動または停止状態にすることができる。例えば空調機の送風ファンや熱交換機用ファンに適用することにより、複数の吹き出し口毎にファンを設けたものなどにおいて１つのインバータ３により複数のファンの運転または停止状態を任意に制御することができる。

次に本発明の第２の例について図２を参照して示す。なお、図２は図１に対応するものであり、上記図示例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第２の例にあっては、モータＭ１の各相に対応する各端子Ｕ１・Ｖ１・Ｗ１がインバータ（ドライバ３ｂ）３と各共通接続線Ｌｕ・Ｌｖ・Ｌｗを介して直接接続されている。この場合にはインバータ３が上記図示例のスイッチＳＷ１の代用となる。そのようにインバータ３に直接接続されたモータＭ１が駆動時に常に回転させる親モータとなり、他のモータ（２台の場合にはモータＭ２）が選択的に駆動停止可能な子モータとなる。このように構成することにより、第１の例におけるスイッチＳＷ１を省略することができ、部品コストを低廉化し得る。これはモータを３つ以上並列接続した場合も同様である。

なお、第２の例において全モータの停止状態でモータＭ１のファンがフリー回転して、上記と同様にバッテリの直流電源電圧を超えるほどの誘起電圧が発生した場合には電源としてのバッテリを通る電流が流れ得るが、電源ラインにはこのような回路設計にあっては電源スイッチＳＷを設けておくことが通常であり、電源スイッチＳＷを例えば全停止信号に連動してオフとすることにより上記電流の電源への流れを遮断することができるため、上記電流の流れを阻止することができる。

本発明にかかるブラシレスモータの駆動装置は、並列接続された複数のモータを１つの電流供給手段により駆動するようにした駆動装置において任意のものまたは全てを停止状態にした場合に何等かの外力により１つのモータが回転しても、その発電が他のものに対して負荷となることを防止することができ、１つの電流供給手段により並列接続された複数のモータを駆動する種々の駆動装置に適用できる。

本発明が適用されたブラシレスモータの駆動装置を示す要部回路図である。 第２の例を示す図１に対応する図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット
２ マイコン
３ インバータ
４ ロータ位置検出回路
５ スイッチ駆動回路
Ｍ１・Ｍ２・…・Ｍｎ ブラシレスモータ
ＳＷ１・ＳＷ２・…・ＳＷｎ スイッチ

Claims (4)

1. 互いに並列に接続された複数のブラシレスモータを駆動するためのブラシレスモータの駆動装置であって、
   前記複数のブラシレスモータに駆動電流を供給する１つの電流供給手段と、
   前記複数のブラシレスモータを前記電流供給手段に対して個々に接続または切断すると共に当該切断状態では他のブラシレスモータに対しても切断状態にするためのスイッチ手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
2. 前記複数のブラシレスモータの１つが前記電流供給手段と直接的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
3. 前記複数のブラシレスモータの共通する少なくとも１相は前記電流供給手段に直接的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータの駆動装置。
4. 前記複数のブラシレスモータが、自動車のラジエータを冷却するべく配設された複数のファン毎に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動装置。

Images