JP2008099474A - 車両用電動モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用電動モータ駆動回路において、発熱を特定の部品に集中させることなく分散させて、耐熱性と破壊耐力に優れた高コスト、大型な部品を使用することなく、フライバックエネルギーを吸収する。
【解決手段】モータ駆動回路４３は、バッテリＢＡＴと、バッテリＢＡＴから駆動電流が供給される電動モータ２３ａと、バッテリＢＡＴと電動モータ２３ａの間に直列接続されて電動モータ２３ａへの給電・停止を切り替える、少なくとも１つのスイッチング素子（第１ＳＷ素子６１）から構成されるスイッチング回路５１と、スイッチング回路５１と直列にかつ電動モータ２３ａと並列に接続される、スイッチング素子（第２ＳＷ素子６２）とダイオード５２ａからなる還流回路５２と、を備えている。第２ＳＷ素子６２は、電動モータ２３ａへの給電を停止する時点にオン状態であるかオフ状態であるかを切り替え制御可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用電動モータ駆動回路に関する。

この種の車両用電動モータ駆動回路としては、特許文献１に示されているものが知られている。この車両用電動モータ駆動回路においては、特許文献１の図１に示されているように、バッテリー電圧ＵBには直流モータ２が接続されており、この直流モータは集積されたダイオードＤ１を有する切換装置Ｓ１によってクロック制御される。直流モータ２自体にはさらに、フリーホイールダイオードＤ２が同じように誤極性保護装置３を介して並列に接続されている。ここでフリーホイールダイオードＤ２のカソードは直流モータ２の正側に、アノードは電解コンデンサＣのマイナス側および電力ＭＯＳＦＥＴ３のドレイン端子に接続されている。電力ＭＯＳＦＥＴ３のドレイン端子は直流モータ２の負側に接続されており、負側はバッテリー電圧ＵBのマイナス極と接続されている。電力ＭＯＳＦＥＴ３のゲート端子は抵抗Ｒを介して正のバッテリー電圧ＵBに接続されている。すなわち、バッテリー電圧ＵBが正しい極性で接続された場合、電力ＭＯＳＦＥＴ３はオンされ、間違った極性で接続された場合、電力ＭＯＳＦＥＴ３はオフされる。
特表２００１−５１１６３６号公報

上述した特許文献１に記載の車両用電動モータ駆動回路においては、バッテリー電圧ＵBが正しい極性で接続された場合であって、切換装置Ｓ１によるクロック制御（デューティ制御）が行われる中で、切換装置Ｓ１をオンからオフに切り替えると、直流モータ２からのフライバック電流が電力ＭＯＳＦＥＴ３およびダイオードＤ２を通って直流モータ２に還流する。すなわち、直流モータ２で発生したエネルギーはダイオードＤ２と直流モータ２で消費されるので、ダイオードＤ２と直流モータ２が発熱するという問題があった。特に、デューティ制御の周期が短い場合は、より高温となっていた。

また、特許文献１に記載の車両用電動モータ駆動回路から電力ＭＯＳＦＥＴ３およびダイオードＤ２を省略した形式のものも従来から知られており、この場合、直流モータ２のリレー（オン・オフ）用スイッチング素子によりクロック制御（デューティ制御）が行われる中で、そのスイッチング素子をオンからオフに切り替えると、直流モータ２からのフライバック電流がバッテリーおよびスイッチング素子を通って直流モータ２に還流する。すなわち、直流モータ２で発生したエネルギーおよびバッテリーにより発生するエネルギーはスイッチング素子と直流モータ２で消費されるので、スイッチング素子と直流モータ２が発熱するという問題があった。また、直流モータ２の駆動制御の開始時にあっては、直流モータ２への突入電流に対するスイッチング素子の破壊耐力を考慮する必要がある。いずれの場合も、部品の耐熱性を向上する必要があるので、部品が高コスト化、大型化するという問題があった。

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、車両用電動モータ駆動回路において、発熱を特定の部品に集中させることなく分散させて、耐熱性と破壊耐力に優れた高コスト、大型な部品を使用することなく、フライバックエネルギーを吸収することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、直流電源と、直流電源から駆動電流が供給される電動モータと、直流電源と電動モータとの間に直列に接続されて電動モータへの給電・停止を切り替える、少なくとも１つのスイッチング素子から構成されるスイッチング回路と、スイッチング回路と直列にかつ電動モータと並列に接続される、スイッチング素子とダイオードからなる還流回路と、電動モータへの給電が停止される時点に還流回路のスイッチング素子がオン状態であるかオフ状態であるかを、切り替え制御する切替手段と、を備えることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、切替手段は、還流回路のスイッチング素子を、電動モータの電流値が判定閾値以上であれば電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、電流値が判定閾値未満であれば電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とすることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２において、電動モータの電流値を測定する電流測定手段を備えたことである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、切替手段は、還流回路のスイッチング素子を、電動モータの駆動制御が開始された時点から所定時間が経過するまでの間にて電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、所定時間経過後にて電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とすることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、スイッチング回路のスイッチング素子がオン故障した場合に電動モータへの給電を中止可能な給電中止手段を備えたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、電動モータへの給電を停止する時点に還流回路のスイッチング素子（以下「スイッチング」を「ＳＷ」と称する。）がオン状態である場合、電動モータからのフライバック電流が還流回路のＳＷ素子およびダイオードを通って電動モータに還流する。すなわち、電動モータで発生したエネルギーはダイオードと電動モータで消費されるので、ダイオードと電動モータが発熱する。一方、電動モータへの給電を停止する時点に還流回路のＳＷ素子がオフ状態である場合、電動モータからのフライバック電流が直流電源およびＳＷ回路のＳＷ素子を通って電動モータに還流する。すなわち、電動モータおよび直流電源で発生したエネルギーはＳＷ回路のＳＷ素子と電動モータで消費されるので、ＳＷ回路のＳＷ素子と電動モータが発熱する。このように還流回路のＳＷ素子のオン状態とオフ状態を切り替えることにより、前述したように電動モータのフライバック電流によって発熱する場所を特定の部品に集中させることなく分散させて、耐熱性と破壊耐力に優れた高コスト、大型な部品を使用することなく、電動モータのフライバックエネルギーを吸収することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、切替手段は、還流回路のスイッチング素子を、電動モータの電流値が判定閾値以上であれば電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、電流値が判定閾値未満であれば電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とするので、電動モータの電流値に基づいて適切かつ確実に還流回路のＳＷ素子のオン・オフを切り替えることができる。

すなわち、電動モータの駆動制御開始以降であって電動モータの電流値が所定電流値（判定閾値）以上である場合は、電動モータへの給電が停止される時点に還流回路のＳＷ素子がオン状態とされ、フライバック電流がＳＷ回路のＳＷ素子に流れるのを阻止するので、ＳＷ回路のＳＷ素子がフライバック電流によって発熱することはない。一方、電動モータの電流値が所定電流値（判定閾値）未満である場合は、電動モータへの給電が停止される時点に還流回路のＳＷ素子がオフ状態とされ、フライバック電流がＳＷ回路のＳＷ素子に流れるようになるが、電動モータの回転数も低下しており電動モータの電流値も駆動制御開始当初と比べて小さくなっているのでフライバック電流も小さくなっている。したがって、フライバック電流による瞬間的な発熱量を小さく抑えることができるので、それらの発熱量の蓄積率を小さく抑制することによりＳＷ回路のＳＷ素子の耐熱保証温度に到達する時間を遅らせる（稼ぐ）ことができる。このように、状況によって発熱素子を切り替えることにより、ＳＷ回路のＳＷ素子および還流回路のＳＷ素子およびダイオードの耐熱保証温度に到達する時間を稼ぐことにより、電動モータの駆動制御時間を長くすることができる。また、ＳＷ回路のＳＷ素子の大型化・高コスト化を招くことなく、複数のＳＷ回路のＳＷ素子を並設しなくてすむので部品点数が多くなることによる高コスト化・装置の大型化を招くことなく、ＳＷ回路のＳＷ素子一つでも駆動可能な制御時間を長くすることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項２に係る発明において、電動モータの電流値を測定する電流測定手段を備えたので、電動モータの電流値を的確に測定することができる。これにより、例えば還流回路のスイッチング素子のオン・オフを判定することができるようになる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１に係る発明において、切替手段は、還流回路のスイッチング素子を、電動モータの駆動制御が開始された時点から所定時間が経過するまでの間にて電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、所定時間経過後にて電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とするので、還流回路のＳＷ素子のオン・オフを適切に切り替えることができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至請求項４の何れか一項において、スイッチング回路のスイッチング素子がオン故障した場合に電動モータへの給電を中止可能な給電中止手段を備えたので、電動モータの回りっぱなしを防止し当該車両用電動モータ駆動回路の電流遮断を確実にできる。

以下、本発明による車両用電動モータ駆動回路を適用した車両制動用制御装置の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は車両制動用制御装置である制御装置４０によって制御される液圧ブレーキ装置Ａを示す概要図である。液圧ブレーキ装置Ａは、ブレーキペダル１１の踏込状態に応じた液圧のブレーキ液（基礎液圧）を生成してホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒ，ＷＣｒｌ，ＷＣｆｒに供給することにより車輪Ｗｆｌ，Ｗｒｒ，Ｗｒｌ，Ｗｆｒの回転を規制するマスタシリンダ１０と、ブレーキ液を貯蔵するとともにマスタシリンダ１０へ補給するリザーバタンク１２と、ブレーキペダル１１の踏み込み力を助勢する負圧式ブースタ１３と、車輪Ｗｆｌ，Ｗｒｒ，Ｗｒｌ，Ｗｆｒの各車輪速度をそれぞれ検出する車輪速度センサＳｆｌ，Ｓｒｒ，Ｓｒｌ，Ｓｆｒと、ブレーキアクチュエータBと、ブレーキアクチュエータBを制御する制御装置４０を有している。

各ホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒ，ＷＣｒｌ，ＷＣｆｒは、各キャリパＣＬｆｌ，ＣＬｒｒ，ＣＬｒｌ，ＣＬｆｒに設けられており、液密に摺動するピストン（図示省略）を収容している。各ホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒ，ＷＣｒｌ，ＷＣｆｒにマスタシリンダ１０からの液圧が供給されると、各ピストンが一対のブレーキパッド（図示省略）を押圧して各車輪Ｗｆｌ，Ｗｒｒ，Ｗｒｌ，Ｗｆｒと一体回転するディスクロータＤＲｆｌ，ＤＲｒｒ，ＤＲｒｌ，ＤＲｆｒを両側から挟んでその回転を規制するようになっている。なお、本実施の形態においては、ディスク式ブレーキを採用するようにしたが、ドラム式ブレーキを採用するようにしてもよい。

本実施形態の液圧ブレーキ装置Ａのブレーキ配管系はＸ配管方式にて構成されており、マスタシリンダ１０の第１および第２出力ポート１０ａ，１０ｂは、第１および第２配管系Ｌａ，Ｌｂにそれぞれ接続されている。第１配管系Ｌａは、マスタシリンダ１０と左前輪Ｗｆｌ，右後輪ＷｒｒのホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒとをそれぞれ連通するものであり、第２配管系Ｌｂは、マスタシリンダ１０と左後輪Ｗｒｌ，右前輪ＷｆｒのホイールシリンダＷＣｒｌ，ＷＣｆｒとをそれぞれ連通するものである。

第１配管系Ｌａは、第１〜第６油路Ｌａ１〜Ｌａ６から構成されている。第１油路Ｌａ１は一端がマスタシリンダ１０の第１出力ポート１０ａに接続されている。第２油路Ｌａ２は、一端が第１油路Ｌａ１に接続され他端がホイールシリンダＷＣｆｌに接続されている。第２油路Ｌａ２上には、保持弁２１が配設されている。第３油路Ｌａ３は、一端が第１油路Ｌａ１に接続され他端がホイールシリンダＷＣｒｒに接続されている。第３油路Ｌａ３上には、保持弁２２が配設されている。第４油路Ｌａ４は、一端が第１油路Ｌａ１に接続され他端が内蔵リザーバタンク２４に接続されている。第４油路Ｌａ４上には、ポンプ２３が配設されている。第５油路Ｌａ５は、一端が第２油路Ｌａ２の保持弁２１とホイールシリンダＷＣｆｌとの間に接続され、他端が第４油路Ｌａ４のポンプ２３と内蔵リザーバタンク２４の間に接続されている。第５油路Ｌａ５上には、減圧弁２５が配設されている。第６油路Ｌａ６は、一端が第３油路Ｌａ３の保持弁２２とホイールシリンダＷＣｒｒとの間に接続され、他端が第４油路Ｌａ４のポンプ２３と内蔵リザーバタンク２４の間に接続されている。第６油路Ｌａ６には、減圧弁２６が配設されている。

保持弁２１は、マスタシリンダ１０とホイールシリンダＷＣｆｌを連通・遮断するノーマルオープン型の電磁開閉弁である。保持弁２２は、マスタシリンダ１０とホイールシリンダＷＣｒｒを連通・遮断するノーマルオープン型の電磁開閉弁である。保持弁２１，２２は、制御装置４０の指令に応じて非通電されると連通状態（図示状態）に、また通電されると遮断状態に制御できる２位置弁として構成されている。保持弁２１，２２にはホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒからマスタシリンダ１０への流れを許容する逆止弁２１ａ，２２ａがそれぞれ並列に設けられている。

減圧弁２５は、ホイールシリンダＷＣｆｌと内蔵リザーバタンク２４を連通・遮断するノーマルクローズ型の電磁開閉弁である。減圧弁２６は、ホイールシリンダＷＣｒｒと内蔵リザーバタンク２４を連通・遮断するノーマルクローズ型の電磁開閉弁である。減圧弁２５，２６は、制御装置４０の指令に応じて非通電されると遮断状態（図示状態）に、また通電されると連通状態に制御できる２位置弁として構成されている。

ポンプ２３は、吸い込み口がブレーキ液を貯蔵する内蔵リザーバタンク２４に連通し、吐出口が逆止弁２７を介してマスタシリンダ１０およびホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｒｒに連通するものである。ポンプ２３は、制御装置４０の指令に応じた電動モータ２３ａの作動によって駆動されている。電動モータ２３ａは、例えば直流モータである。ポンプ２３は、ＡＢＳ制御の減圧モードにて、内蔵リザーバタンク２４内に貯められたブレーキ液を吸い込んでマスタシリンダ１０に戻している。なお、ポンプ２３が吐出したブレーキ液の脈動を緩和するために、第４油路Ｌａ４のポンプ２３の吐出側にはダンパ２８が配設されている。逆止弁２７は、マスタシリンダ１０への流れを許容する逆止弁である。

なお、第２配管系Ｌｂは、前述した第１配管系Ｌａと同様な構成をしている。すなわち、第２配管系Ｌｂは、第１〜第６油路Ｌｂ１〜Ｌｂ６、保持弁３１，３２、ポンプ３３、内蔵リザーバタンク３４、減圧弁３５，３６、逆止弁３１ａ，３２ａ，３７、ダンパ３８を備えている。

なお、ブレーキアクチュエータＢは、上述した各電磁弁２１，２２，２５，２６，３１，３２，３５，３６、ポンプ２３，３３、電動モータ２３ａ、内蔵リザーバ２４，３４などから構成されている。ブレーキアクチュエータＢは、マスタシリンダ１０とは別体に設けられてブレーキペダル１１のブレーキ操作状態に対応した液圧を独立に生成することができるものである。

車輪速度センサＳｆｌ，Ｓｒｒ，Ｓｒｌ，Ｓｆｒは、各車輪Ｗｆｌ，Ｗｒｒ，Ｗｒｌ，Ｗｆｒの付近にそれぞれ設けられており、各車輪Ｗｆｌ，Ｗｒｒ，Ｗｒｌ，Ｗｆｒの回転に応じた周波数のパルス信号を制御装置４０に出力している。

また、液圧ブレーキ装置Ａは、ブレーキペダル１１が踏まれるとオンされ、踏み込みが解除されるとオフされるストップスイッチ１４を備えている。このストップスイッチ１４のオン・オフ信号は制御装置４０に入力されるようになっている。

さらに、液圧ブレーキ装置Ａは、上述したストップスイッチ１４、電動モータ２３ａ、各電磁弁２１，２２，２５，２６，３１，３２，３５，３６、および各車輪速度センサＳｆｌ，Ｓｒｒ，Ｓｒｌ，Ｓｆｒに接続された制御装置４０を備えている。

制御装置４０は、図２に示すように、マイクロプロセッサ４１、モータ制御部４２、モータ駆動回路（車両用電動モータ駆動回路）４３、モータ電流検出回路４４を備えている。

モータ制御部４２は、マイクロプロセッサ４１からの制御指令信号（駆動要求）を入力しその制御指令信号に応じて制御対象の電動モータ２３ａに供給する駆動電流（駆動電圧）をオン・オフ制御（デューティ制御）するものである。モータ制御部４２は、マイクロプロセッサ４１からの駆動要求に応じたオン・オフ信号（所定のデューティ比のＰＷＭ信号でもよい。）を第１〜第３ＳＷ素子６１〜６３に送信して電動モータ２３ａの通電・非通電を制御する。電動モータ２３ａの作動については後述する。

モータ駆動回路４３は、電動モータ２３ａを回転・停止させる回路である。モータ駆動回路４３は、直流電源であるバッテリＢＡＴ（例えば＋１２Ｖ）と電動モータ２３ａとの間に直列に接続されて電動モータ２３ａへの給電・停止を切り替える、少なくとも１つのＳＷ素子から構成されるＳＷ回路５１と、ＳＷ回路５１と直列にかつ電動モータ２３ａと並列に接続される、第２ＳＷ素子６２とダイオード５２ａからなる還流回路５２から構成されている。

ＳＷ回路５１は、第１ＳＷ素子６１および第３ＳＷ素子６３から構成されている。この第１ＳＷ素子６１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）にて構成される。第１ＳＷ素子６１は、第１ＳＷ部６１ａと第１ダイオード部（第１寄生ダイオード）６１ｂと第１ツェナーダイオード部６１ｃからなる。第１ツェナーダイオード部６１ｃは必ずしも第１ＳＷ素子６１に内蔵する必要はなく独立してもよい。第１ＳＷ部６１ａのドレイン（入力端）は直流電源であるバッテリＢＡＴ（例えば＋１２Ｖ）の正極に接続されている。第１ＳＷ部６１ａのソース（出力端）は電動モータ２３ａの一方の端子２３ａ１に接続されるとともに、ダイオード５２ａのカソードに接続されている。

第３ＳＷ素子６３は、第３ＳＷ部６３ａと第３ダイオード部（第３寄生ダイオード）６３ｂと第３ツェナーダイオード部６３ｃからなる。第３ＳＷ部６３ａのドレイン（入力端）は電動モータ２３ａのもう一方の端子２３ａ２に接続されるとともに、第２ＳＷ部６２ａのドレイン（入力端）に接続されている。第３ＳＷ部６３ａのソース（出力端）は直流電源であるバッテリＢＡＴの負極に接続されている。

第１ＳＷ部６１ａおよび第３ＳＷ部６３ａの各ゲート（信号入力端）はモータ制御部４２の出力ポート４２ａ，４２ｃにそれぞれ接続されている。モータ制御部４２からオン信号が供給されると第１および第３ＳＷ素子６１，６３はオンし、オフ信号が供給されると第１および第３ＳＷ素子６１，６３はオフする。

第１ダイオード部６１ｂおよび第３ダイオード部６３ｂのカソードおよびアノードがそれぞれ第１ＳＷ部６１ａおよび第３ＳＷ部６３ａのドレインおよびソースに接続されている。第１ツェナーダイオード部６１ｃおよび第３ツェナーダイオード部６３ｃのカソードおよびアノードがそれぞれ第１ＳＷ部６１ａおよび第３ＳＷ部６３ａのドレインおよびゲートに接続されている。

還流回路５２を構成する第２ＳＷ素子６２は、第２ＳＷ部６２ａと第２ダイオード部（第２寄生ダイオード）６２ｂからなる。第２ＳＷ部６２ａのドレイン（入力端）は第３ＳＷ部６３ａのドレイン（入力端）に接続されるとともに電動モータ２３ａの他方の端子２３ａ２に接続され、第２ＳＷ部６２ａのソース（出力端）はダイオード５２ａのアノードに接続されている。

第２ＳＷ部６２ａのゲート（信号入力端）はモータ制御部４２の出力ポート４２ｂに接続されている。モータ制御部４２からオン信号が供給されると第２ＳＷ素子６２はオンし、オフ信号が供給されると第２ＳＷ素子６２はオフする。

第２ダイオード部６２ｂのカソードおよびアノードがそれぞれ第２ＳＷ部６２ａのドレインおよびソースに接続されている。

上述したように、モータ駆動回路４３は、上述した第１〜第３ＳＷ素子６１〜６３、ダイオード５２ａ、電動モータ２３ａ、バッテリＢＡＴを含む。第１および第３ＳＷ素子６１，６３の２つのＳＷ設定は、どちらか一方のＳＷ素子がオン故障した場合に電動モータ２３ａへの給電を中止するフェールセーフとして働く。

また、マイクロプロセッサ４１は、Ａ／Ｄ変換機能を有する入力ポート４１ａ，４１ｂを有しており、それら入力ポート４１ａ，４１ｂはモータ電流検出回路４４を介してそれぞれ第３ＳＷ素子６３のドレイン（入力端）およびソース（出力端）に接続されている。マイクロプロセッサ４１は、電動モータ２３ａに流れた電流が第３ＳＷ素子６３に流れることにより発生する電圧（第３ＳＷ素子６３は一種の電流検出抵抗とみなす。）をモータ電流検出回路４４を介して監視し、その発生電圧から電動モータ２３ａの電流値を測定する。すなわち、マイクロプロセッサ４１およびモータ電流検出回路４４は電流測定手段として機能する。

モータ電流検出回路４４は、第３ＳＷ素子６３のドレイン（入力端）とソース（出力端）間の電圧を検出するための回路である。このモータ電流検出回路４４は、第３ＳＷ素子６３のドレイン（入力端）とソース（出力端）のそれぞれの端子とマイクロプロセッサ４１の入力ポート４１ａ，４１ｂとの間に直列にそれぞれ接続された抵抗４４ａ，４４ｃと、入力ポート４１ａ，４１ｂ（抵抗４４ａ，４４ｃ）と基準電源４５との間に直列にそれぞれ接続された抵抗４４ｂ，４４ｄと、から構成されている。

基準電源４５はマイクロプロセッサ４１のＡ／Ｄコンバータ用基準電源とすれば、電動モータ２３ａの電流による電圧降下（電動モータ２３ａのグランドとマイクロプロセッサ４１のグランドの電位差）に影響なく正確に第３ＳＷ素子６３のドレイン・ソース間電圧を監視することが可能である。

次に、上記のように構成した液圧ブレーキ装置の作動を説明する。まず、ブレーキ液圧制御について説明する。制御装置４０は、所定時間毎に車輪速度センサＳｆｌ〜Ｓｆｒからの検出信号に基づいて車輪速度Ｖｗを演算し、その車輪速度Ｖｗから車輪加速度ＤＶｗを演算し、４輪の車輪速度Ｖｗに基づいて車体速度Ｖｓを演算し、ストップスイッチ１４がオンされブレーキ制動が行われていることを検知すると、車輪速度Ｖｗと車体速度Ｖｓとの差が所定値以上とならないように、各車輪に最適な制動力を付与するＡＢＳ制御を実施する。

具体的には、制御装置４０は、車輪Ｗｆｌに対して割り当てられている一対の保持弁２１，減圧弁２５を増圧・保持・減圧モードに制御すべく、保持弁２１および減圧弁２５を各モードに応じて励磁・非励磁させている。保持弁２１および減圧弁２５は、増圧モードではそれぞれ非励磁されて保持弁２１および減圧弁２５が開状態・閉状態とされ、保持モードではそれぞれ励磁・非励磁されて保持弁２１および減圧弁２５がそれぞれ閉状態とされ、減圧モードでは、それぞれ励磁されて保持弁２１および減圧弁２５がそれぞれ閉状態・開状態とされる。他の車輪も同様に制御される。また、ＡＢＳ制御中は、電動モータ２３ａが通電されて、ポンプ２３，３３が作動するように制御される。

次に、上記のように構成した車両用電動モータ駆動回路の全般的な作動について図３を参照して説明する。時刻ｔ１にて、マイクロプロセッサ４１によって第１ＳＷ素子６１がオンされると、電動モータ２３ａへの給電が開始されて電動モータ２３ａの駆動制御が開始される。第１ＳＷ素子６１へは所定デューティ比（本実施形態では、オン時間：オフ時間＝１：５）のＰＷＭ信号が供給される。具体的には、モータ制御部４２は、電動モータ２３ａの駆動制御中（時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間）において、１０ｍｓのオン時間と５０ｍｓのオフ時間を繰り返すオン・オフ信号を第１ＳＷ素子６１に出力している。なお、第３ＳＷ素子６３はオンのままである。

電動モータ２３ａはコイルを有しているので、駆動開始からある程度回転数が大きくなるまでの間は大きなトルクが必要となるため、図３の上段で破線で示すように、大きな突入電流が流れて徐々に小さくなり所定時間経過後（例えば時刻ｔ２）、一定電流値に落ち着くようになる。

一方、電動モータ２３ａの駆動制御中において、マイクロプロセッサ４１は、電動モータ２３ａの電流測定を行っており、測定した電流値が判定閾値以上である場合には、第２ＳＷ素子６２へはオン信号が出力され、また測定した電流値が判定閾値未満である場合には、第２ＳＷ素子６２へはオフ信号が出力される。

時刻ｔ１においては、電動モータ２３ａには判定閾値より大きい突入電流が流れているので、第２ＳＷ素子６２へはオン信号が出力される。そして、電流値が判定閾値未満となるまで（時刻ｔ２）、すなわち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、第２ＳＷ素子６２へはオン信号が出力され続け、時刻ｔ２にて第２ＳＷ素子６２はオンからオフに切り替えられる。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、第２ＳＷ素子６２へはオフ信号が出力され続ける。なお、判定閾値は、第１ＳＷ素子６１の吸収可能なフライバックエネルギーの保証限度に対応した電流値を考慮して設定されるのが望ましい。

そして、時刻ｔ３にて、マイクロプロセッサ４１からの指令によって第１ＳＷ素子６１がオフされると電動モータ２３ａの駆動制御が停止される。

次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２における車両用電動モータ駆動回路の作動について図４および図５を参照して詳述する。以下、第３ＳＷ素子６３は、オン状態が継続され、第２ＳＷ素子６２の切り替えに影響はないので、第３ＳＷ素子６３の損失については記述は省略するとともに図示についても省略する。

図４に示すように、電動モータ２３ａへの給電を停止する時点に（すなわち第１ＳＷ素子がオフされた時点に）第２ＳＷ素子６２がオン状態である場合、電動モータ２３ａからのフライバック電流が還流回路５２のＳＷ素子である第２ＳＷ素子６２およびダイオード５２ａをその順番で通って電動モータ２３ａに還流する。このとき、電動モータ２３ａの一方の端子２３ａ１の電圧をＭ＋とし、第１ＳＷ素子６１を流れる電流をＩ_２とし、ダイオード５２ａを流れる電流（すなわち還流電流）をＩ_１とする。

時刻ｔ１１に第１ＳＷ素子６１がオンされると、電圧Ｍ＋はバッテリＢＡＴの電圧（Ｖｂａｔ（Ｖ））に上昇し、第１ＳＷ素子６１の電流Ｉ_２は突入電流のため瞬間的に大きくなりやがて一定電流値に落ち着く。このとき、ダイオード５２ａには電流は流れていない。

時刻ｔ１１から１０ｍｓ後の時刻ｔ１２に第１ＳＷ素子６１がオフされると、電動モータ２３ａにはフライバック電流によるフライバックエネルギーＥ１ａが発生する。このフライバックエネルギーＥ１ａは、下記数１で表される。

（数１）
Ｅ１ａ＝１／２×Ｌ×Ｉ_１ ^２

ここで、Ｌは電動モータ２３ａのコイルの自己インダクタンスである。また、電流Ｉ_１は、第１ＳＷ素子６１をオフした直前の第１ＳＷ素子６１を流れている電流Ｉ_２と同じ値である。

また、電動モータ２３ａのフライバック電流は、第２ＳＷ素子６２およびダイオード５２ａを通って電動モータ２３ａに還流する。フライバック電流はＩ_１であり、ダイオード５２ａおよび電動モータ２３ａで消費されて、時刻ｔ１３には０となる。このとき、電動モータ２３ａの電圧Ｍ＋は、ダイオード５２ａの順方向電圧降下Ｖ_ｆだけ降下した−Ｖ_ｆ（Ｖ）（例えば１（Ｖ））である。したがって、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間におけるダイオード５２ａでの消費エネルギーＥ１ｂは、下記数２で表される。

また、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間における電動モータ２３ａでの消費エネルギーＥ１ｃは、下記数３で表される。

ここで、Ｒ_Ｍは電動モータ２３ａの抵抗である。

なお、第２ＳＷ素子６２のオン抵抗は小さいため第２ＳＷ素子６２で消費されるエネルギーはダイオード５２ａで消費されるエネルギーに比べて微少なため、ここでは省略している。

このように、フライバックエネルギーＥ１ａは、ダイオード５２ａおよび電動モータ２３ａですべて消費されるので、ダイオード５２ａでの消費エネルギーＥ１ｂと電動モータ２３ａでの消費エネルギーＥ１ｃとの総和となる。すなわち、電動モータ２３ａで発生したエネルギーはダイオード５２ａと電動モータ２３ａで消費されるので、ダイオード５２ａと電動モータ２３ａが発熱する。

なお、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間では、電動モータ２３ａはモータとして機能しており、時刻ｔ１３以降では、電動モータ２３ａは発電機として機能する。

さらに、時刻ｔ２から時刻ｔ３における車両用電動モータ駆動回路の作動について図６および図７を参照して詳述する。以下、第３ＳＷ素子６３は、オン状態が継続され、第２ＳＷ素子６２の切り替えに影響はないので、第３ＳＷ素子６３の損失については記述は省略するとともに図示についても省略する。

図７に示すように、時刻ｔ２１に第１ＳＷ素子６１がオンされると、電圧Ｍ＋はバッテリＢＡＴの電圧に上昇し、第１ＳＷ素子６１の電流Ｉ_２は突入電流のため瞬間的に大きくなりやがて一定電流値に落ち着く。このとき、ダイオード５２ａには電流は流れていない。

第２ＳＷ素子６２がオフ状態である場合に、時刻ｔ２１から１０ｍｓ後の時刻ｔ２２にて電動モータ２３ａへの給電が停止されると（すなわち第１ＳＷ素子がオフされると）、電動モータ２３ａの一方の端子２３ａ１の電圧Ｍ＋は、第１ＳＷ素子６１のクランプ電圧Ｖ_ＣＬだけ低下し、Ｖｂａｔ−Ｖ_ＣＬ（Ｖ）である。したがって、電動モータ２３ａの両端には約Ｖｂａｔ−Ｖ_ＣＬ（Ｖ）の電圧が印加される。

車載バッテリで動作する負荷を駆動するスイッチング素子（半導体）のクランプ電圧Ｖ_ＣＬは、バッテリ過電圧時にスイッチング素子がオンしないように４０（Ｖ）〜６０（Ｖ）くらいに設定するのが一般的である。ここで、Ｖ_ＣＬを５０（Ｖ）とし、バッテリ電圧Ｖｂａｔを１２（Ｖ）とすると、Ｍ＋は−３８（Ｖ）（＝１２（Ｖ）−５０（Ｖ））となる。電動モータ２３ａの両端には３８（Ｖ）の電圧が逆電圧として発生するので、図６に示すように、電動モータ２３ａからのフライバック電流はバッテリＢＡＴおよび第１ＳＷ素子６１をその順番で通って電動モータ２３ａに還流する。このとき、電動モータ２３ａの一方の端子２３ａ１の電圧をＭ＋とし、第１ＳＷ素子６１を流れる電流をＩ_２とする。

時刻ｔ２２に第１ＳＷ素子６１がオフされると、電動モータ２３ａにはフライバック電流によるフライバックエネルギーＥ２ａが発生する。このフライバックエネルギーＥ２ａは下記数４で表される。また、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの間におけるバッテリＢＡＴによるエネルギーＥ２ｂも発生する。このエネルギーＥ２ｂは下記数５で表される。

（数４）
Ｅ２ａ＝１／２×Ｌ×Ｉ_２ ^２

ここで、Ｌは電動モータ２３ａのコイルの自己インダクタンスである。また、この電流Ｉ_２は、第１ＳＷ素子６１をオフした直前の第１ＳＷ素子６１を流れている電流Ｉ_２である。

また、電動モータ２３ａのフライバック電流は、バッテリＢＡＴおよび第１ＳＷ素子６１を通って電動モータ２３ａに還流する。フライバック電流はＩ_２であり、第１ＳＷ素子６１および電動モータ２３ａで消費されて、時刻ｔ２３には０となる。したがって、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの間における第１ＳＷ素子６１での消費エネルギーＥ２ｃは、下記数６で表される。

また、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの間における電動モータ２３ａでの消費エネルギーＥ２ｄは、下記数７で表される。

ここで、Ｒ_Ｍは電動モータ２３ａの抵抗である。

このように、フライバックエネルギーＥ２ａとバッテリＢＡＴによるエネルギーＥ２ｂは、第１ＳＷ素子６１および電動モータ２３ａですべて消費されるので、第１ＳＷ素子６１での消費エネルギーＥ２ｃと電動モータ２３ａでの消費エネルギーＥ２ｄとの総和となる。すなわち、電動モータ２３ａで発生したエネルギーとバッテリＢＡＴによるエネルギーＥ２ｂは第１ＳＷ素子６１と電動モータ２３ａで消費されるので、第１ＳＷ素子６１と電動モータ２３ａが発熱する。

なお、電動モータ２３ａへの給電が停止される時点に還流回路５２のスイッチング素子６２がオン状態であるかオフ状態であるかを、切り替え制御する切替手段は、マイクロプロセッサ４１およびモータ制御部４２から構成されている。

上述した説明から明らかなように、本実施形態によれば、電動モータ２３ａへの給電を停止する時点に還流回路５２のＳＷ素子である第２ＳＷ素子６２がオン状態である場合、電動モータ２３ａからのフライバック電流が第２ＳＷ素子６２およびダイオード５２ａを通って電動モータ２３ａに還流する。すなわち、電動モータ２３ａで発生したエネルギーＥ１ａはダイオード５２ａと電動モータ２３ａで消費されるので、ダイオード５２ａと電動モータ２３ａが発熱する。一方、電動モータ２３ａへの給電を停止する時点に第２ＳＷ素子６２がオフ状態である場合、電動モータ２３ａからのフライバック電流が直流電源であるバッテリＢＡＴおよびＳＷ回路５１のＳＷ素子である第１ＳＷ素子６１を通って電動モータ２３ａに還流する。すなわち、電動モータ２３ａおよび直流電源ＢＡＴで発生したエネルギーは第１ＳＷ素子６１と電動モータ２３ａで消費されるので、第１ＳＷ素子６１と電動モータ２３ａが発熱する。このように請求項記載の「切替手段」として機能するマイクロプロセッサ４１およびモータ制御部４２を用いて第２ＳＷ素子６２のオン状態とオフ状態を切り替えることにより、前述したように電動モータ２３ａのフライバック電流によって発熱する場所を特定の部品に集中させることなく分散させて、耐熱性と破壊耐力に優れた高コスト、大型な部品を使用することなく、電動モータ２３ａのフライバックエネルギーを吸収することができる。

また、第１ＳＷ素子６１をデューティ制御する場合において、駆動制御開始から終了までの間、電動モータ２３ａへの給電を停止する時点に第２ＳＷ素子６２をオフ状態にすると、電動モータ２３ａからのフライバック電流が直流電源ＢＡＴおよび第１ＳＷ素子６１を通って電動モータに還流する。このとき、第１ＳＷ素子６１においては、ドレイン・ソース間に瞬間的（例えば数十μｓ）に大きなクランプ電圧がかかり瞬間的に大きな電力が消費されるので瞬間的に高温となる。上記第１ＳＷ素子６１の瞬間的（例えば数十μｓ）な発熱は外部には伝わりにくく放熱されない。また、第１ＳＷ素子６１のオン・オフが繰り返されるたびに第１ＳＷ素子６１が高温となる。さらに駆動制御開始からしばらくの間はフライバック電流が大きいので、第１ＳＷ素子６１はより高温となる。

したがって、この場合、駆動可能な制御時間を長くするためには第１ＳＷ素子６１の耐熱性（フライバックエネルギーに対する耐性）を上げる必要がある。しかし、これは部品の大型化・高コスト化を招く。また、最近は半導体を小型化する傾向があり、半導体である第１ＳＷ素子６１も小型化の傾向にある。第１ＳＷ素子６１が小型になると、その耐熱性（フライバックエネルギーに対する耐性）は悪くなる。そこで、複数の第１ＳＷ素子６１を並設することが考えられるが、部品点数が多くなり高コスト化・装置の大型化を招く。

しかし、本発明によれば、電動モータ２３ａの駆動制御開始以降であって電動モータ２３ａの電流値が所定電流値（判定閾値）以上である場合は、電動モータへ２３ａの給電が停止される時点に還流回路５２の第２ＳＷ素子６２がオン状態とされ、フライバック電流がＳＷ回路５１のＳＷ素子すなわち第１ＳＷ素子６１に流れるのを阻止するので、第１ＳＷ素子６１がフライバック電流によって発熱することはない。一方、電動モータ２３ａの電流値が所定電流値（判定閾値）未満である場合は、電動モータ２３ａへの給電が停止される時点に還流回路５２の第２ＳＷ素子６２がオフ状態とされ、フライバック電流が第１ＳＷ素子６１に流れるようになるが、電動モータ２３ａの回転数も低下しており電動モータ２３ａの電流値も駆動制御開始当初と比べて小さくなっているのでフライバック電流も小さくなっている。したがって、フライバック電流による瞬間的な発熱量を小さく抑えることができるので、それらの発熱量の蓄積率を小さく抑制することにより第１ＳＷ素子６１の耐熱保証温度に到達する時間を遅らせる（稼ぐ）ことができる。

このように、状況によって発熱素子を切り替えることにより、第１ＳＷ素子６１、第２ＳＷ素子６２およびダイオード５２ａの耐熱保証温度に到達する時間を稼ぐことにより、電動モータ２３ａの駆動制御時間を長くすることができる。また、第１ＳＷ素子６１の大型化・高コスト化を招くことなく、複数の第１ＳＷ素子６１を並設しないで部品点数が多くなることによる高コスト化・装置の大型化を招くことなく、第１ＳＷ素子６１一つでも駆動可能な制御時間を長くすることができる。

また、還流回路５２のＳＷ素子である第２ＳＷ素子６２は、電動モータ２３ａの電流値が判定閾値以上であれば電動モータ２３ａへの給電を停止する時点にオン状態とされ、電流値が判定閾値未満であれば電動モータ２３ａへの給電を停止する時点にオフ状態とされるので、電動モータ２３ａの電流値に基づいて適切かつ確実に第２ＳＷ素子６２のオン・オフを切り替えることができる。

また、電動モータ２３ａの電流値を測定する電流測定手段であるマイクロプロセッサ４１を備えたので、電動モータ２３ａの電流値を的確に測定することができる。これにより、例えば還流回路５２のスイッチング素子６２のオン・オフを判定することができるようになる。

なお、上述した実施形態においては、還流回路５２のＳＷ素子である第２ＳＷ素子６２は、電動モータ２３ａの電流値が判定閾値以上であれば電動モータ２３ａへの給電を停止する時点にオン状態とされ、電流値が判定閾値未満であれば電動モータ２３ａへの給電を停止する時点にオフ状態とされるようにしたが、還流回路のＳＷ素子である第２ＳＷ素子６２は、電動モータ２３ａの駆動制御が開始された時点から所定時間が経過するまでの間にて電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とされ、所定時間経過後にて電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とされるようにしてもよい。このとき、所定時間は、電動モータ２３ａの電流値が上記判定閾値未満となる時間に設定するのが望ましい。これによっても、第２ＳＷ素子６２のオン・オフを適切に切り替えることができる。

また、ＳＷ回路５１のＳＷ素子６１がオン故障した場合に電動モータ２３ａへの給電を中止可能な給電中止手段（４１，４２，６３）を備えたので、電動モータ２３ａの回りっぱなしを防止し当該車両用電動モータ駆動回路の電流遮断を確実にできる。

また、上述したＳＷ回路５１は第１ＳＷ素子６１と第３ＳＷ素子６３で構成するようにしたが、図８に示すように、ＳＷ回路１５１は第１ＳＷ素子６１のみで構成するようにしてもよい。この場合、第１ＳＷ素子６１がオン故障した場合にシステム的に許容されることが前提となる。すなわち、第１ＳＷ素子６１がオン故障（オン状態に固定される故障）した際には、電動モータ２３ａの回転によりポンプ２２，２３が駆動されることとなるが、こうした場合であっても、ブレーキペダル１１の操作の基づきマスタシリンダ１０から液圧を発生させ、これにより車輪Ｗｆｌ〜Ｗｒｒの回転を規制することは可能である。他の構成は同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。

また、第３ＳＷ素子６３が存在しないため、電動モータ２３ａの電流を検出するために、第１ＳＷ素子６１のドレイン・ソース間の電圧を測定する電圧検出回路が必要となる。

ＳＷ回路５１を第１ＳＷ素子６１と第３ＳＷ素子６３で構成した実施形態において、デューティ制御用、フェールセーフ用のＳＷ素子を第１ＳＷ素子６１と第３ＳＷ素子６３のどちらに設定してもよく、各ＳＷ素子の発熱を分散させるため、２つの制御を切り替えることも可能である。

本発明による車両用電動モータ駆動回路を適用した車両制動用制動装置の一実施形態によって制御される液圧ブレーキ装置を示す概要図である。 図１に示す制御装置を示す概要ブロック図である。 図２に示す車両用電動モータ駆動回路の作動を示すタイムチャートである。 第２ＳＷ素子がオン状態である場合の電流の流れを示す図である。 第２ＳＷ素子がオン状態である場合の電圧Ｍ＋および各電流を示すタイムチャートである。 第２ＳＷ素子がオフ状態である場合の電流の流れを示す図である。 第２ＳＷ素子がオフ状態である場合の電圧Ｍ＋および各電流を示すタイムチャートである。 本発明による他の車両用電動モータ駆動回路を適用した制御装置を示す概要ブロック図である。

符号の説明

１０…マスタシリンダ、１０ａ…第１出力ポート、１０ｂ…第２出力ポート、１１…ブレーキペダル、１２…リザーバタンク、１３…負圧式ブースタ、１４…ストップスイッチ、２１，２２，３１，３２…保持弁、２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ，２７，３７…逆止弁、２３，３３…ポンプ、２３ａ…電動モータ、２４，３４…内蔵リザーバ、２５，２６，３５，３６…減圧弁、２８，３８…ダンパ、４０…制御装置（車両制動用制御装置）、４１…マイクロプロセッサ（電流測定手段、切替手段）、４２…モータ制御部（切換手段）、４３…モータ駆動回路（車両用電動モータ駆動回路）、４４…モータ電流検出回路（電流測定手段）、５１…ＳＷ回路、５２…還流回路、５２ａ…ダイオード、６１〜６３…第１〜第３ＳＷ素子、Ａ…液圧ブレーキ装置、Ｂ…ブレーキアクチュエータ、ＢＡＴ…バッテリ（直流電源）、ＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒ…ホイールシリンダ。

Claims (5)

1. 直流電源（ＢＡＴ）と、
   前記直流電源から駆動電流が供給される電動モータ（２３ａ）と、
   前記直流電源と前記電動モータとの間に直列に接続されて前記電動モータへの給電・停止を切り替える、少なくとも１つのスイッチング素子（６１）から構成されるスイッチング回路（５１，１５１）と、
   前記スイッチング回路と直列にかつ前記電動モータと並列に接続される、スイッチング素子（６２）とダイオード（５２ａ）からなる還流回路（５２）と、
   前記電動モータへの給電が停止される時点に前記還流回路の前記スイッチング素子がオン状態であるかオフ状態であるかを、切り替え制御する切替手段（４１，４２）と、を備えることを特徴とする車両用電動モータ駆動回路。
2. 請求項１において、前記切替手段は、前記還流回路のスイッチング素子を、前記電動モータの電流値が判定閾値以上であれば前記電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、前記電流値が前記判定閾値未満であれば前記電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とすることを特徴とする車両用電動モータ駆動回路。
3. 請求項２において、前記電動モータの電流値を測定する電流測定手段（４４）を備えたことを特徴とする車両用電動モータ駆動回路。
4. 請求項１において、前記切替手段は、前記還流回路のスイッチング素子を、前記電動モータの駆動制御が開始された時点から所定時間が経過するまでの間にて前記電動モータへの給電を停止する時点にオン状態とし、前記所定時間経過後にて前記電動モータへの給電を停止する時点にオフ状態とすることを特徴とする車両用電動モータ駆動回路。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項において、前記スイッチング回路の前記スイッチング素子がオン故障した場合に前記電動モータへの給電を中止可能な給電中止手段（４１，４２，６３）を備えたことを特徴とする車両用電動モータ駆動回路。

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