JP2007259626A

JP2007259626A - 直流モータの駆動装置

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Publication number: JP2007259626A
Application number: JP2006082395A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Serizawa; 一明芹澤
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP4984213B2

Abstract

【課題】大電流が流れた際に直流モータの制御回路を確実に保護できると共に自己復帰できる小型で簡易な構成の直流モータの駆動装置を提供する。
【解決手段】直流モータＭの電流を検出する電流検出手段３と、検出電流に比例した入力をＣＲ積分してＣＲ積分値を出力するＣＲ積分回路６と、検出電流が定格電流より大きいときにＣＲ積分回路を働かせ、定格電流以下のときＣＲ積分回路をリセットする過負荷常時判定手段５と、ＣＲ積分値が過負荷設定値より大きいとき直流モータの通電を遮断する過負荷判定手段１０と、検出電流が短絡設定値より大きいとき直流モータの通電を遮断すると共にＣＲ積分回路に充電する短絡判定手段７と、直流モータの休止時間が停止時間設定値を過ぎたとき直流モータに復帰通電する停止終了判定手段１２を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、過負荷保護機能を備えた直流モータの駆動装置に関する。

特許文献１には、図８に示すように、ＤＣモータ起動時間よりもはるかに大きい時定数を具えた積分回路ＡＡを備え、モータ軸がロックされた際に大きい電流が流れても、モータが発熱して高温状態に至る時間よりも短い時間内で小さな電流に制限することで、モータが発熱して高温となるのを防止するようにした直流モータの駆動装置が開示されている。
即ち、電圧＋Ｖが印加され、モータＭの起動が開始すると、パワー制御用トランジスタＱ１１，Ｑ１２の働きにより、ツエナダイオードＤＺの電圧からトランジスタＱ１１のベース・エミッタ間電圧を引いた値が電流検出抵抗ＲＤの端子電圧と等しくなるモータ電流で起動され、定速走行状態になると、モータＭのトルク指令値電圧はツエナダイオードＤＺの電圧よりも低くなる。積分回路ＡＡには通常起動時間よりもはるかに大きい時定数を持たせてあるので、モータＭがロックされた状態で起動すると、Ｂ点の電圧は徐々に上昇し、トランジスタＱ１０がＯＮする電圧に到達すると、パワー制御用トランジスタＱ１１のベース電位を下げて電流が僅かしか流れないようにする。

特許文献２には、図９に示すように、信号入力端子Ｉにモータ駆動信号ＯＳが入力され、リセット端子Ｒにリセット信号ＲＳが入力され、信号出力端子Ｏからモータ制御信号を出力する制御部１１０と、制御部１１０の制御信号によってモータ駆動信号を出力するモータ駆動部１２０と、モータ駆動部１２０の出力端子に接続される直流モータＭと、直流モータＭに流れる電流信号を電圧変換して出力する信号変換部１３０と、信号変換部１３０から入力される信号を一定の基準電圧Ｖ１と比較して過電流を検出したとき電圧を積分して出力する信号積分部１４０と、信号積分部１４０の出力信号を基準電圧Ｖ２と比較して過電流を検出したときに制御部１１０にリセット信号ＲＳを出力する過電流判断部１５０を備えた直流モータの駆動装置が開示されている。
即ち、モータ駆動部１２０はトランジスタＱ２０とリレーＲＹからなり、リレーＲＹは電磁石ＥＭとスイッチＳからなり、信号変換部１３０は抵抗Ｒ１からなり、信号積分部１４０は入力抵抗Ｒ２と第１演算増幅器ＯＰ４とキャパシタＣからなっている。過電流判断部１５０は反転入力端子に第１演算増幅器ＯＰ４の出力電圧が入力され、非反転入力端子に第２比較基準電圧Ｖ２が入力される第２演算増幅器ＯＰ５からなっている。制御部１１０の信号入力端子Ｉに駆動信号ＯＳが入力されると、制御部１１０からモータ駆動部１２０に信号が出力され、リレーＲＹがオンされてスイッチＳが閉じる。直流モータＭに電流ＩM が流れると、モータ電圧Ｖ０は入力抵抗Ｒ２経て第１演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子に供給される。信号積分部１４０は、第１演算増幅器ＯＰ４の反転入力端子に供給されたモータ電圧を非反転入力端子の第１比較基準電圧Ｖ１と比較積分して積分電圧Ｖ３を出力する。積分電圧Ｖ３は過電流判断部１５０の第２演算増幅器ＯＰ５の反転入力端子に供給され、過電流判断部１５０は積分電圧Ｖ３と第２比較基準電圧Ｖ２を比較し、積分電圧Ｖ３が第２比較基準電圧Ｖ２より小さいときに制御部１１０にリセット信号ＲＳを出力する。制御部１１０はリセット信号ＲＳによって直流モータＭをオフさせる信号を出力する。直流モータＭが初期作動するときは瞬間的に過電流が生じるが、積分電圧Ｖ３が第２比較基準電圧Ｖ２より大きいので、直流モータＭを破損させるほどの電流量にならないと判断してリセット信号ＲＳを出力しない。

特許文献３には、図１０に示すように、外部からの回転制御信号によってモータを回転、停止させる制御手段と、モータの負荷電流が設定電流値を越えたときに過電流検出信号を発生する過電流検出手段と、過電流検出信号の出力時間を管理する時間管理手段と、時間管理手段の出力信号を記憶する記憶手段を備え、記憶手段の出力を制御手段に帰還してモータを停止させるようにしたモータ制御装置において、回転制御信号がモータの回転停止を指示する間は記憶手段をクリアするクリア手段を設けたものが記載されている。
即ち、主制御装置２３０の回転制御信号２１０によって直流モータＭの回転、停止を指示する制御は一般的なＰＷＭ駆動制御を実行するので、回転検出器２２１は直流モータＭの回転に応動した速度検出パルス信号を出力する。速度比較器２０１は速度検出パルス信号を主制御装置２３０の基準クロックパルス信号２２８と比較し、その差分を速度差信号として出力する。波形発生装置２０３はＰＷＭ駆動制御の基準波形信号を出力し、比較装置２０２は速度差信号と基準波形信号を比較して駆動パルス信号を出力する。ドライバ２０４は駆動パルス信号に応動して直流モータＭの駆動電流をオン・オフ制御し、直流モータＭを所定速度で回転させる。速度比較器２０１は回転制御信号２１０によって直流モータＭを回転制御状態と停止制御状態にする。直流モータＭの負荷電流は電流検出抵抗Ｒ６を通ってグランドへ流れ、過電流検出回路２０７は、電流検出抵抗Ｒ６の端子電圧に基づいて直流モータＭに流れる負荷電流を検出し、その値が過電流判断基準値を越えると過電流検出信号２１６をハイレベルにする。タイマー回路２０８は、過電流検出信号２１６がハイレベルになるとタイマー機能が働き、ハイレベル状態が一定時間ｔ以上継続すると過負荷検出信号２１７をローレベルにする。記憶回路２０９は過負荷検出信号２１７がローレベルになると保護出力信号２１８をハイレベルにすると共にその状態を記憶する。反転回路２２３は保護出力信号２１８を反転してローレベルに変換し、ドライバ２０４の駆動を停止して直流モータ５の回転を停止する。タイマー回路２０８の設定時間ｔは直流モータＭ始動時の過電流継続時間よりも長く設定され、設定時間ｔ以下の過電流検出信号２１６では過負荷検出信号２１７を出力しないようにしている。記憶回路２０９の記憶状態をクリアする入力端子ＣＬＲには、回転制御信号２１０の信号レベルを反転回路２２４で反転したクリア信号２２０が与えられる。回転制御信号２１０がモータの回転停止を意味するハイレベルの間は、記憶回路２０９の入力端子ＣＬＲにクリア信号が入力されるので、この間に外部からのノイズや電源の瞬断があっても記憶回路２０９が動作せず、主制御回路２３０の回転制御信号２１０がモータの回転を意味するローレベルになると、直流モータＭを回転させることができる。
特開平６−２０５５９５号公報特開平９−２３６７３号公報特開平６−１０５４５３号公報

特許文献１の駆動装置では、モータ軸がロックされた際に大きな電流が流れても、モータが発熱して高温状態に至る時間よりも短い時間内で小さな電流に制限することでモータが高温になるのを防止できるが、モータに流れる電流の制限値がトランジスタＱ１１のベースエミッタ電圧に達するまでのＣＲ回路の時定数のみで決まるので、トランジスタＱ１０や抵抗ＲＤ、ＲやコンデンサＣのばらつきの為に電流の制限値の調整が困難であり、しかも、コンデンサＣが常に充電されているので、トルクを上げる為に定格電流を超えた電流を一時的に流しても保護回路が働き、トルクを上げにくい問題がある。また、定格電流を少し超えた電流値に制限値を設定すると、定格電流を少し超えた過負荷状態が連続しても保護回路が働かないことがあるし、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように瞬時に電流が増加する際に制御素子を保護できない問題がある。

また、特許文献２の駆動装置では、直流モータＭに過電流が所定時間流れると、積分電圧Ｖ３が第２比較基準電圧Ｖ２より小さくなって制御部１１０にリセット信号ＲＳを出力し、直流モータＭの回転を停止する構成なので、初期作動時に直流モータＭに瞬間的に過電流が流れてもリセット信号ＲＳを出力せずに回転を継続することができるが、定格電流を制限値としたとき、コンデンサＣが常に充電されているので、トルクを上げる為に定格電流を超えた電流を一時的に流しても短時間で保護回路が働き、リレーＲＹが所定時間オフして断続運転状態になる問題がある。また、定格電流を少し超えた電流値に制限値を設定すると、定格電流を少し超えた過負荷状態が連続しても保護回路が働かないことがあるし、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように電流が瞬時に増加する際に制御素子を保護できない問題がある。

また、特許文献３の駆動装置では、モータ過電流の状態が一定時間継続したときに保護回路が作動するように構成したものであるが、主制御装置２３０から適切なタイミングで回転制御信号２１０（クリア信号２２０）を出力する必要があり、装置が大掛かりになる問題がある。また、タイマー要素が入っているので、モータの短絡等のように電流が瞬時に増加する際に制御素子を保護できない問題がある。
本願発明の課題は、直流モータに大きな電流が流れた際に直流モータの制御回路を確実に保護できると共に自己復帰することができ、しかも、小型の電子回路基板にまとめることができる小型で簡易な構成の直流モータの駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本願発明は、直流モータの駆動装置において、直流モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が検出した電流に比例した入力によってＣＲ積分してＣＲ積分値を出力するＣＲ積分回路と、電流検出手段が検出した電流が定格電流以下か否かを判定し、定格電流より大きいときにＣＲ積分回路を働かせ、定格電流以下のときにＣＲ積分回路を働かせないようにリセットする過負荷常時判定手段と、ＣＲ積分回路の出力が予め設定する過負荷設定値より大きいか否かを判定し、ＣＲ積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに直流モータへの出力を遮断する過負荷判定手段と、直流モータへの出力を遮断してからの休止時間が予め設定する停止時間設定値になったか否かを判定し、休止時間が停止時間設定値を過ぎたときに直流モータへの出力を復帰通電する停止終了判定手段とを備え、過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたことを特徴としている（請求項１）。

また、本願発明は、電流検出手段が検出した電流が予め設定する短絡設定値より大きいか否かを判定し、短絡設定値より大きいときに直流モータへの出力を遮断すると共にＣＲ積分回路を働かせる短絡判定手段を備え、短絡の際にも直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたことを特徴としている（請求項２）。
また、本願発明は、直流モータをＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子を使用して駆動するようにした直流モータの駆動装置であることを特徴としている（請求項３）。
また、本願発明は、過負荷の際に直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないようにしたことを特徴としている（請求項４）。
また、本願発明は、短絡の際にＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようにしたことを特徴としている（請求項５）。

本願発明では、電流検出手段が検出した直流モータの電流が定格電流より大きいときに過負荷常時判定手段がＣＲ積分回路を働かせ、ＣＲ積分回路が電流検出手段からの電流に比例した値をＣＲ積分し、ＣＲ積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、直流モータの電流が定格電流以下のときに過負荷常時判定手段がＣＲ積分回路を働かせないようにリセットするようにしたので、直流モータを定格電流付近で動作している場合に負荷のちょっとした影響で定格電流を僅かに超えたときでも過負荷と判断してしまう誤作動を無くすことができ、直流モータを滑らかに動作できる。また、ＣＲ積分回路が過負荷常時判定手段からの電流に比例した値をＣＲ積分し、ＣＲ積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、その遮断からの休止時間が予め設定する停止時間設定値を過ぎたときに停止終了判定手段が直流モータへの出力を復帰通電し、過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたので、過負荷時に直流モータに通電休止期間を設けることができて直流モータの平均電流値を定格電流以下にすることができ、直流モータの制御回路を確実に保護できる。また、ＣＲ積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに過負荷判定手段が直流モータへの出力を遮断し、その遮断からの休止時間が予め設定する停止時間設定値を過ぎたときに停止終了判定手段が直流モータへの出力を復帰通電するようにしたので、CPU等の高価で嵩張る演算装置を必要とすることなく自己復帰でき、アンプ、コンパレータ、トランジスタ等の安価で小型の部品で構成でき、しかも、全体を簡易な構成（シンプル）で安価、小型にでき、小さなスペースに収めることができる。

また、本願発明では、電流検出手段が検出した電流が予め設定する短絡設定値より大きいときに短絡判定手段が直流モータへの出力を遮断すると共にＣＲ積分回路を働かせ、短絡の際にも直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたので、短絡時にも過負荷時と同様に直流モータに通電休止期間を設けることができて直流モータに定格電流以上の電流が流れるのを防止できると共に自己復帰でき、直流モータの制御回路を確実に保護できる。
また、本願発明では、直流モータをＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子を使用して駆動するようにすることで、直流モータの駆動装置を簡易な構成（シンプル）で安価、小型にして、PWM制御を行うブリッジ素子とともにて小型基板に纏めることができる。
また、本願発明では、過負荷の際に直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないようにしたり、短絡の際にＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようにしたので、直流モータに適合した過負荷保護を確実にできる利点がある。

図１は本発明の実施態様を示す直流モータの駆動装置のブロック図、図２は直流モータ短絡時の動作説明図、図３は直流モータ過負荷時の動作説明図である。直流モータの駆動装置は、外部の制御装置１からの正転、逆転のパルス信号によってブリッジスイッチ素子２を介して直流モータＭの回転及び停止を制御するようになっている。この制御装置１は、一般的なＰＷＭ（パルス幅変調）駆動制御を実行する。電流検出手段３は、ブリッジスイッチ素子２を介して直流モータＭに流れる電流を検出し、その電流を電圧に変換し、その電圧を増幅器４が増幅するようになっている。過負荷常時判定手段５は、増幅された電圧値によって直流モータＭに流れる電流が定格電流値以下か否かを判定し、定格電流より大きいときに次に示すＣＲ積分回路６を働かせ、定格電流値以下のときにＣＲ積分回路６を働かせないようにＣＲ積分回路６をリセットするようになっている。ＣＲ積分回路６は、電流検出手段３が検出した電流に比例した増幅電圧の入力によってその電圧をＣＲ積分してＣＲ積分値を出力するようになっている。また、ＣＲ積分回路６は、短絡時を除いて過負荷常時判定手段５の働きによって直流モータＭの電流が定格電流値より大きいときに働くことになり、直流モータＭの電流が定格電流値より小さい正常運転状態においては作動しないので寿命を長くできる。

短絡判定手段７は、電流検出手段３が検出した直流モータＭの電流が予め設定する短絡設定値より大きいか否かを判定し、短絡設定値より大きいときに直流モータＭへの出力を遮断する遮断手段８を作動させ、遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に遮断指令を発信して直流モータＭへの出力を遮断（直流モータＭの回転停止）するようになっている。また、短絡判定手段７は、電流検出手段３が検出した直流モータＭの電流が短絡設定値より大きいときに急速充電手段９を作動させ、電流検出手段３が検出した電流に比例した電圧をＣＲ積分回路６に入力し、短絡時にＣＲ積分回路６が直流モータＭに流れる電流に比例した入力をＣＲ積分してＣＲ積分値を出力するようになっている。過負荷判定手段１０は、ＣＲ積分回路６の出力が予め設定する過負荷設定値より大きいか否かを判定し、ＣＲ積分回路６の出力が過負荷設定値より大きくなったときに直流モータＭへの出力を遮断する遮断手段８に遮断信号を発信して遮断手段８を作動させ、遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に遮断指令を発信して直流モータＭへの出力を遮断（直流モータＭの回転停止）するようになっている。停止終了判定手段１２は、短絡判定手段７と過負荷判定手段１０が直流モータＭへの出力を遮断してからの休止時間（停止時間）が予め設定する停止時間設定値（停止レベル設定値）になったか否かを判定し、休止時間が停止時間設定値を過ぎたとき（その時間になったときを含む）に過負荷判定手段１０を介して遮断手段８に解除信号を出力し、遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に直流モータへの出力を復帰通電する復帰指令を発信して直流モータＭへの出力を再開（直流モータＭの回転駆動）するようになっている。即ち、短絡時や過負荷時に直流モータＭへの通電が遮断されたときでも、停止時間設定値を経過した時点で直流モータＭへの通電が再開され、直流モータＭが自己復帰するようになっている。

上記構成の駆動装置においては、直流モータＭに通電して直流モータＭを始動させると、直流モータＭに流れる電流を電流検出手段３が検出してその電流を電圧に変換し、その電圧が増幅器４で増幅されて過負荷常時判定手段５に入力される。過負荷常時判定手段５は、その入力によって直流モータＭに流れる平均電流値が定格電流値以下か否かを判定し、定格電流より大きいときには、ＣＲ積分回路６を働かせてコンデンサＣを充電し、ＣＲ積分回路６がＣＲ積分値を出力して過負荷検出を行うが、定格電流値以下のときには、ＣＲ積分回路６を働かせないようにコンデンサＣを放電することになり、ＣＲ積分回路６をリセットする。
次に、直流モータＭが短絡した場合の短絡時保護動作の流れを図２に基づいて説明する。直流モータＭの始動によりＳ１のステップで短絡判定開始がスタートすると、Ｓ２で短絡判定手段７が直流モータＭの電流が短絡設定値より大きいか否かの判断動作を行い、直流モータＭの電流が予め設定する短絡設定値より大きいと判定した「はい」のときは、Ｓ３で遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子２をＯＦＦにし、直流モータＭへの出力を遮断して直流モータＭの回転を停止し、また、Ｓ４で急速充電手段９を介して直流モータＭの電流に比例した電圧をＣＲ積分回路６に入力してＣＲ積分回路６のコンデンサＣに充電し、ＣＲ積分回路６が直流モータＭに流れる電流に比例した入力をＣＲ積分してＣＲ積分値を出力する。そして、過負荷判定手段１０がＣＲ積分回路６の出力（ＣＲ積分値）が予め設定する過負荷設定値より大きいとの判定動作を行うと、Ｓ５で遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子２をＯＦＦにし、直流モータＭへの出力を遮断して直流モータＭの回転を停止することになるが、通常は既に直流モータＭの回転が停止されているので安全のための再確認をすることになる。ＣＲ積分回路６の出力が過負荷であることを過負荷判定手段１０が判定すると、Ｓ６でＣＲ積分回路出力判定が過負荷判定手段１０による過負荷判定から停止終了判定手段１２による停止終了判定に切替えられる。

その後、Ｓ７のステップでは、Ｓ３やＳ５において直流モータＭへの出力が遮断されて直流モータＭの電流が零になる結果、電流検出手段３が検出する直流モータＭの電流が零になって電流検出がＯＦＦになり、ＣＲ積分回路６はコンデンサＣに充電された電力量の放電を開始する。次に、Ｓ８のステップで直流モータＭへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサＣが放電中か否かを判断し、放電中であること即ち直流モータＭの回転停止が継続中であることを判断した「はい」のときは、Ｓ９のステップで停止終了判定手段１２が直流モータＭの休止時間（コンデンサＣの放電時間）Ｔが予め設定する停止時間設定値（停止レベル設定値）を過ぎたか否か判断し、停止時間設定値を過ぎて停止終了を判定した「はい」のときは、Ｓ１０のステップで停止終了判定手段１２が過負荷判定手段１０を介して遮断手段８に解除信号を出力し、ブリッジスイッチ素子２をＯＮ作動させて直流モータＭの回転駆動を再開させ、自己復帰させる。なお、Ｓ２のステップで、短絡判定手段７が直流モータＭの電流が短絡設定値以下であることを判定した「いいえ」のときは、短絡していないということで遮断手段８に解除信号を出力することなくＳ８のステップに進み、Ｓ８で直流モータＭへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサＣが放電中か否かを判断する。また、Ｓ８のステップで、コンデンサＣが放電中でないことを判断した「いいえ」のときや、Ｓ９のステップで、停止終了判定手段１２が停止終了を判断しない「いいえ」のときは、それぞれ遮断手段８に解除信号を出力することなくＳ１１の終了に至り、以上に示す一連の短絡判定動作を繰り返すことになる。

次に、直流モータＭが過負荷になった場合の過負荷保護動作の流れを図３に基づいて説明する。直流モータＭの始動によりＳ１２のステップで過負荷判定開始がスタートすると、Ｓ１３で過負荷判定手段１０がＣＲ積分回路６の出力が過負荷設定値より大きいとの過負荷判定動作をした「はい」のときは、Ｓ１４のステップで遮断手段８に遮断信号を発信し、遮断手段８がブリッジスイッチ素子２に遮断指令を発信してブリッジスイッチ素子２をＯＦＦにし、直流モータＭへの出力を遮断して直流モータＭの回転を停止する。前記のように過負荷判定手段１０がＣＲ積分回路６の出力が過負荷であることを判定すると、Ｓ１５でＣＲ積分回路出力判定が過負荷判定手段１０による過負荷判定から停止終了判定手段１２による停止終了判定に切替えられる。

その後、Ｓ１６のステップで、前記直流モータＭの回転が停止されて直流モータＭの電流が零になる結果、電流検出手段３が検出する直流モータＭの電流が零になって電流検出がＯＦＦになり、ＣＲ積分回路６はコンデンサＣに充電された電力量の放電を開始する。次に、Ｓ１７のステップで直流モータＭへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサＣが放電中か否かを判断し、放電中であることを判断した「はい」のときは、Ｓ１８のステップで停止終了判定手段１２が直流モータＭの休止時間（コンデンサＣの放電時間）が予め設定する停止時間設定値（停止レベル設定値）を過ぎたか否か判断し、停止時間設定値を過ぎて停止終了を判定した「はい」のときは、Ｓ１９のステップで停止終了判定手段１２が過負荷判定手段１０を介して遮断手段８に解除信号を出力し、ブリッジスイッチ素子２をＯＮ作動させて直流モータＭの回転駆動を再開させ、自己復帰させる。なお、Ｓ１３のステップで、過負荷判定手段１０が直流モータＭの電流が過負荷設定値以下であることを判定した「いいえ」のときは、過負荷状態ではないので遮断手段８に遮断信号を出力することなくＳ１７のステップに進み、Ｓ１７で直流モータＭへの出力が遮断中か否か即ちコンデンサＣが放電中か否かを判断する。また、Ｓ１７のステップで、コンデンサＣが放電中でないことを判断した「いいえ」のときや、Ｓ１８のステップで、停止終了判定手段１２が停止終了を判断しない「いいえ」のときは、それぞれ遮断手段８に解除信号を出力することなくＳ２０の終了に至り、以上に示す一連の過負荷判定動作を繰り返すことになる。

次に、図４は、直流モータＭが短絡した時の直流モータＭの電流値と時間の関係及びＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力（ＣＲ積分値）と時間の関係を示すグラフである。短絡時には、短絡設定値より大きな電流が流れるが、短絡判定手段７が電流検出手段３の検出電流値が短絡設定値より大きくなったことを判定すると、直流モータＭへの通電が瞬時に停止されるので、直流モータＭへは符号イで示すように短絡設定値より僅かに大きな電流が瞬時のみ流れることになる。また、短絡時の大きな電流値に比例した大きな電圧がＣＲ積分回路６に入力されてコンデンサＣに急速充電され、符号ロで示すようにＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力が瞬時に過負荷設定値を超えると直流モータＭへの通電を直ちに停止（図の場合は既に短絡判定手段７によって直流モータＭへの通電が停止されているので安全上の再確認をすることになるが、省くこともに可能である）する。直流モータＭへの通電が停止されると直流モータＭの電流値が零になり、ＣＲ積分回路６のコンデンサＣに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータＭの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってＣＲ積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段１２が遮断手段８に解除信号を発信して直流モータＭを回転駆動して自己復帰させる。その際、直流モータＭが依然として短絡状態である場合は、以上の動作を繰り返し、大きな電流が所定時間ごとにきわめて短時間だけ瞬時に流れる状態を繰り返すことになる。直流モータＭが短絡しても、前記のように直流モータＭに休止時間毎にきわめて短期間だけ電流を流して直流モータＭへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータＭやブリッジスイッチ素子２を確実に保護することができる。

図５は、直流モータＭが過負荷になった時の直流モータＭの電流値と時間の関係及びＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力（ＣＲ積分値）と時間の関係を示すグラフである。直流モータＭに符号ハで示すように過負荷設定値より大きくて短絡設定値より小さい電流が連続的に流れる過負荷の場合には、その過負荷の電流値に比例した電圧がＣＲ積分回路６に入力され、符号ニで示すように通電時間に応じてコンデンサＣに徐々に充電され、ＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力が過負荷設定値を超えると過負荷判定手段１０が過負荷を判定して遮断手段８に遮断信号を発信し、直流モータＭへの通電を停止する。この直流モータＭへの通電停止により直流モータＭの電流値が零になり、ＣＲ積分回路６のコンデンサＣに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータＭの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってＣＲ積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段１２が遮断手段８に解除信号を発信して直流モータＭを回転駆動する。その際、直流モータＭが依然として過負荷状態である場合は、以上の動作を繰り返し、過負荷電流が所定時間ごとに短時間だけ流れる状態を繰り返すことになる。直流モータＭが過負荷状態であっても、前記のように直流モータＭに休止時間毎に短期間だけ過負荷電流が流れて直流モータＭへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータＭやブリッジスイッチ素子２を確実に保護することができる。

図６は、直流モータＭが異なる過負荷状態になった時の直流モータＭの電流値と時間の関係及びＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力（ＣＲ積分値）と時間の関係を示すグラフである。直流モータＭに符号ホで示すように過負荷設定値より僅かに大きくて短絡設定値より小さい電流値が連続的に流れる過負荷の場合には、その過負荷の電流値に比例した電圧がＣＲ積分回路６に入力され、符号ヘで示すように比較的長い通電時間によってコンデンサＣに徐々に充電され、ＣＲ積分回路６のＣＲ積分出力が過負荷設定値を超えると過負荷判定手段１０が遮断手段８に遮断信号を発信して直流モータＭへの通電を停止する。この直流モータＭへの通電停止により直流モータＭの電流値が零になり、ＣＲ積分回路６のコンデンサＣに充電された電力量が徐々に放電される。この放電時間即ち直流モータＭの休止時間が予め設定した停止時間設定値になってＣＲ積分出力が休止解除値になると、停止終了判定手段１２が遮断手段８に解除信号を発信して直流モータＭを回転駆動する。その際、直流モータＭが依然として同様の過負荷状態であるときは、以上の動作を繰り返し、過負荷電流が所定時間ごとに比較的長い時間流れる状態を繰り返すことになる。直流モータＭが過負荷状態であっても、前記のように直流モータＭに休止時間毎に所定時間だけ過負荷電流が流れて直流モータＭへの通電を間歇的に休止させるので、直流モータＭやブリッジスイッチ素子２を確実に保護することができる。

図７は、直流モータＭに過負荷電流が図５や図６に示すように断続的に流れる場合に、直流モータＭに流れる平均電流値が直流モータＭの定格電流値よりも下回るように、過負荷設定値や休止時間設定値を設定してあることを示すものである。平均電流値は次の式で算出される。平均電流値＝（負荷電流波高値＊通電時間）／（通電時間＋休止時間）。従って、過負荷の際には、直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないようになり、短絡の際には、ブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようになり、直流モータの平均電流値を定格電流以下にできて直流モータの制御回路を確実に保護できる。

本発明の直流モータの駆動装置を示すブロック図である。直流モータ短絡時の動作説明図である。直流モータ過負荷時の動作説明図である。短絡時の電流値とＣＲ積分出力を示すタイムチャートである。過負荷時の電流値とＣＲ積分出力を示すタイムチャートである。異なる過負荷時の電流値とＣＲ積分出力を示すタイムチャートである過負荷時の平均電流値を示すタイムチャートである。従来特許文献１の直流モータの駆動装置を示す電気回路図である。従来特許文献２の直流モータの駆動装置を示す電気回路図である。従来特許文献３の直流モータの駆動装置を示すブロック図である。

符号の説明

Ｍ直流モータ
３電流検出手段
５過負荷常時判定手段
６ＣＲ積分回路
７短絡判定手段
１０過負荷判定手段
１２停止終了判定手段

Claims

直流モータの駆動装置において、直流モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段が検出した電流に比例した入力によってＣＲ積分してＣＲ積分値を出力するＣＲ積分回路と、電流検出手段が検出した電流が定格電流以下か否かを判定し、定格電流より大きいときにＣＲ積分回路を働かせ、定格電流以下のときにＣＲ積分回路を働かせないようにリセットする過負荷常時判定手段と、ＣＲ積分回路の出力が予め設定する過負荷設定値より大きいか否かを判定し、ＣＲ積分回路の出力が過負荷設定値より大きくなったときに直流モータへの出力を遮断する過負荷判定手段と、直流モータへの出力を遮断してからの休止時間が予め設定する停止時間設定値になったか否かを判定し、休止時間が停止時間設定値を過ぎたときに直流モータへの出力を復帰通電する停止終了判定手段とを備え、過負荷の際に直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにした直流モータの駆動装置。
電流検出手段が検出した電流が予め設定する短絡設定値より大きいか否かを判定し、短絡設定値より大きいときに直流モータへの出力を遮断すると共にＣＲ積分回路を働かせる短絡判定手段を備え、短絡の際にも直流モータへの通電を一時的に休止させて直流モータを保護するようにしたことを特徴とする請求項１記載の直流モータの駆動装置。
直流モータをＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子を使用して駆動するようにした直流モータの駆動装置であることを特徴とする請求項１または２記載の直流モータの駆動装置。
過負荷の際に直流モータに定格電流以上の平均電流を流さないようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の直流モータの駆動装置。
短絡の際にＰＭＷ駆動制御用のブリッジスイッチ素子に定格電流以上の電流を流さないようにしたことを特徴とする請求項３記載の直流モータの駆動装置。