JP2013038902A - 電動機制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動機の制御停止中に外力によって電動機が回転した場合に、電動機で発生した誘起電圧により駆動回路が破壊されるのを防止する。
【解決手段】電動機制御装置1は、モータ21を駆動する駆動回路10と、バッテリ3と駆動回路10との間に設けられ、ONすることによりバッテリ3から駆動回路10へ電流を供給し、OFFすることにより該電流を遮断するリレー7と、モータ21の回転数を検出する回転数検出部6と、駆動回路10を動作させて、モータ21を制御する制御部4とを備える。制御部4は、モータ21の制御停止中に、回転数検出部6により検出したモータ21の回転数が所定値以上である場合に、リレー7の接点7bをONする。
【選択図】図2

Description

本発明は、バッテリを電源として駆動される電動機を制御する電動機制御装置に関する。
たとえば、特許文献1に開示されているような、車両のバックドアを自動で開閉するスピンドル方式の駆動装置がある。この駆動装置では、内蔵する電動機(モータ)の回転により、スピンドルを本体パイプから出し入れさせて、バックドアを開いたり閉じたりする。
電動機は、たとえば特許文献2や特許文献3に開示されているような回路により制御される。また、電源と電動機の駆動回路との間には、たとえば特許文献2や特許文献3に開示されているようなスイッチ素子が設けられている。このスイッチ素子がONまたはOFFすることにより、電源から駆動回路に対して電流が供給または遮断される。
電流の供給を遮断して、電動機を制御していないときに、バックドアが手動で開閉されるなどして、電動機が外力により回転することがある。その場合、電動機が発電機として作動し、誘起電圧が発生する。この誘起電圧が駆動回路にかかって、駆動回路の電圧が上昇すると、駆動回路における半導体素子が損傷するなどして、駆動回路が破壊されるおそれがある。
特許文献2では、電動機とスイッチ素子(リレー)を、遮断防止回路とダイオードを介して接続している。これにより、電動機の誘起電圧による制御電流をスイッチ素子に供給して、スイッチ素子の接点を閉じ、電動機の発生電圧を電源電圧に規制している。
特許文献3では、スイッチ素子(コンタクタなどの接点)にダイオードを並列に接続して、該ダイオードと駆動回路と他の並列負荷とによる閉回路を形成している。これにより、電動機の発生電力を、該閉回路を通して放流している。
しかしながら、特許文献2および特許文献3の装置では、新たに遮断防止回路やダイオードなどの別の部品を設ける必要がある。また、スイッチ素子を介さずに電源と駆動回路を接続した場合、電源(バッテリ)の正極と負極が誤って逆に接続されると、駆動回路が即座に破壊されてしまう。
特開2011−72179号公報 特開平11−41703号公報 特開平8−111902号公報
本発明の課題は、電動機の制御停止中に外力によって電動機が回転した場合に、電動機で発生した誘起電圧により駆動回路が破壊されるのを防止できる電動機制御装置を提供することである。
本発明に係る電動機制御装置は、バッテリを電源として電動機を駆動する駆動回路と、バッテリと駆動回路との間に設けられ、ONすることによりバッテリから駆動回路へ電流を供給し、OFFすることによりバッテリから駆動回路への電流を遮断するスイッチ素子と、電動機の回転数を検出する回転数検出部と、駆動回路を動作させて、電動機を制御する制御部とを備える。制御部は、電動機の制御停止中に、回転数検出部により検出した電動機の回転数が第1の所定値以上である場合に、スイッチ素子をONする。
上記によると、電動機の制御停止中に、電動機が外力により回転して、誘起電圧が発生しても、新たに別の部品を設けることなく、スイッチ素子のONによって、電動機から駆動回路を経てバッテリへ至る電流経路が形成される。このため、電動機で発生した誘起電圧が駆動回路とスイッチ素子を介してバッテリに放電され、駆動回路の電圧がバッテリの電圧と同等になり、駆動回路が破壊されるのを防止することができる。
また、本発明では、上記電動機制御装置において、制御部は、電動機の制御停止中に、回転数検出部により検出した電動機の回転数が第2の所定値以下である場合に、スイッチ素子をOFFするようにしてもよい。
さらに、本発明では、上記電動機制御装置において、制御部は、電動機を制御するときに、スイッチ素子をONし、電動機の制御を停止するときに、スイッチ素子をOFFするようにしてもよい。
本発明によれば、電動機の制御停止中に外力によって電動機が回転した場合に、電動機で発生した誘起電圧により駆動回路が破壊されるのを防止できる電動機制御装置を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る電動機制御装置の構成を示した図である。 同電動機制御装置の回路保護状態を示した図である。 同電動機制御装置の回路保護停止状態を示した図である。 同電動機制御装置の回路保護動作を示したフローチャートである。 同電動機制御装置の駆動回路電圧とモータ回転数の変化の一例を示した図である。 同電動機制御装置の駆動回路電圧とモータ回転数の変化の一例を示した図である。 同電動機制御装置の駆動回路電圧とモータ回転数の変化の一例を示した図である。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動機制御装置1の構成を示した図である。電動機制御装置1は、自動車の電動式バックドア開閉システム100で使用されるECU(電子制御装置)である。駆動装置2は、自動車のバックドアを開閉するスピンドル方式の駆動装置である。
モータ21は、駆動装置2の駆動源であり、DCモータから成る。モータ21は、本発明の「電動機」の一例である。エンコーダ22は、2相設けられていて、モータ21の正逆両方向の回転状態に応じたパルス信号を出力する。
制御部4は、マイクロコンピュータから成る。制御部4は、電圧変換部18を介してバッテリ3の正極と接続されている。また、制御部4は、バッテリ3の負極とも接続されている。電圧変換部18は、バッテリ3の電圧(たとえば、12V)を制御部4用の電圧(たとえば、5V)に変換する。制御部4は、常時バッテリ3から通電されていて、動作可能である。
駆動回路10は、バッテリ3を電源としてモータ21に電流を供給し、モータ21を駆動するブリッジ回路である。駆動回路10の各スイッチングユニット11〜14は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)15と、これに逆並列に接続された還流ダイオード16とを有している。駆動回路10には、リップル軽減用の平滑コンデンサ17が並列接続されている。
ドライバ9は、各スイッチングユニット11〜14のMOSFET15のON・OFFを切り替える。制御部4は、ドライバ9を介して各スイッチングユニット11〜14のMOSFET15をON・OFF動作させる。これにより、モータ21が正逆両方向に回転する。
バッテリ3の電源ライン19には、逆接続保護用のリレー7が接続されている。リレー7のコイル7aの一端は、電源ライン19を介してバッテリ3に接続されている。コイル7aの他端は、トランジスタ8のコレクタに接続されている。トランジスタ8のベースは制御部4に接続されており、エミッタは接地されている。リレー7の接点7bの一端は、電源ライン19を介してバッテリ3に接続されている。接点7bの他端は、ドライバ9および駆動回路10に接続されている。
制御部4は、トランジスタ8をON・OFFするための信号を、トランジスタ8のベースに与える。制御部4がトランジスタ8をONすることにより、リレー7のコイル7aが通電される。そして、コイル7aが発する磁界により、リレー7の接点7bがON(閉路)し、電流がバッテリ3から駆動回路10へ供給される。また、制御部4がトランジスタ8をOFFすることにより、リレー7のコイル7aが通電されなくなる。そして、磁界がコイル7aから発せられなくなり、リレー7の接点7bがOFF(開路)し、バッテリ3から駆動回路10への電流が遮断される。
バッテリ3の取り付け時や交換時には、リレー7の接点7bはOFFされている。このため、バッテリ3が正極と負極を誤って逆に接続されても、駆動回路10が破壊されることはない。つまり、リレー7は、バッテリ3の逆接続から駆動回路10を保護する。リレー7は、本発明の「スイッチ素子」の一例である。
制御部4には、電圧検出部5と回転数検出部6とが設けられている。電圧検出部5は、駆動回路10にかかる電圧を検出する。回転数検出部6は、エンコーダ22が出力するパルス信号に基づいて、モータ21の正逆両方向の回転数を検出する。
モータ21を制御するとき、すなわちバックドアの自動開閉時に、制御部4は、トランジスタ8をONして、リレー7のコイル7aに通電し、接点7bをONする(図1の丸数字1)。これにより、バッテリ3からドライバ9と駆動回路10へ電源電圧が供給される。そして、制御部4は、ドライバ9を介して駆動回路10を駆動し、スイッチングユニット11〜14をON・OFF動作させる(図1の丸数字2)。この結果、バッテリ3から駆動回路10を介してモータ21に電流が供給され、モータ21が回転を開始する。これにより、駆動装置2のスピンドル機構が作動して、自動車のバックドアが自動で開閉される。
モータ21が回転を開始した後、制御部4は、電圧検出部5により検出した駆動回路10の電圧と、回転数検出部6により検出したモータ21の回転数とに基づいて、ドライバ9に対して必要な指令を与え、モータ21を制御する(図1の丸数字3、4)。駆動回路10からモータ21へ供給される電流は、ドライバ9から与えられるPWM(Pulse Width Modulation)信号で制御される。これにより、モータ21の回転数が制御され、バックドアの開閉速度が調整される。
モータ21の制御を停止するとき、すなわちバックドアの停止時に、制御部4は、トランジスタ8をOFFして、リレー7の接点7bをOFFする。これにより、バッテリ3の電力が不必要なときに消耗されず、無駄な消費電力を削減することができる。
モータ21の制御停止中に、バックドアが手動で開閉されるなどして、モータ21が外力により回転すると、モータ21で誘起電圧が発生する。このとき、リレー7の接点7bがOFFのままであると、モータ21の誘起電圧が駆動回路10にかかり、モータ21の回転数の上昇にともなって、駆動回路10の電圧が上昇する。そして、駆動回路10の電圧が、駆動回路10の耐電圧より大きくなると、スイッチングユニット11〜14を構成するMOSFET15や還流ダイオード16などの半導体素子が損傷するなどして、駆動回路10が破壊されるおそれがある(後述の図5参照)。
そこで、電動機制御装置1は、モータ21の誘起電圧から駆動回路10を保護する回路保護動作を行う。以下にその詳細を説明する。
図2は、電動機制御装置1の回路保護状態を示した図である。図3は、電動機制御装置1の回路保護停止状態を示した図である。図4は、電動機制御装置1の回路保護動作を示したフローチャートである。図5〜図7は、電動機制御装置1の駆動回路10の電圧Vとモータ21の回転数Rの変化の一例を示した図である。
モータ21の制御停止中(非制御時)に、制御部4は、回転数検出部6により、エンコーダ22からの出力に基づいて、モータ21の回転数Rを検出する(図2の丸数字1、図4のステップS1)。そして、制御部4は、回転数検出部6による検出値Rが所定のONしきい値Rp以上であるか否かを判定する(ステップS2)。ONしきい値Rpは、本発明における「第1の所定値」に相当する。
ONしきい値Rpは、図5に示すように、駆動回路10の電圧Vが耐電圧Vtに達したときのモータ21の回転数Rtより小さく設定されている(Rp<Rt)。また、ONしきい値Rpは、駆動回路10の電圧Vがバッテリ3の電圧Vbに達したときのモータ21の回転数Rbより大きく設定されていてもよい(Rb<Rp)。
モータ21の回転数RがONしきい値Rpに達したときの駆動回路10の電圧Vpは、駆動回路10の耐電圧Vtより小さくなる(Vp<Vt)。
回転数検出部6による検出値RがONしきい値Rp以上でなければ(図4のステップS2:NO)、制御部4は、再び回転数検出部6によりモータ21の回転数Rを検出する(ステップS1)。
たとえば、バックドアが手動で開閉された場合、モータ21が外力で回転し、図5および図6に示すように、モータ21の回転数Rが上昇する。また、モータ21の回転数Rの上昇にともなって、モータ21で発生する誘起電圧が上昇するため、駆動回路10の電圧Vも上昇する。
そのため、回転数検出部6による検出値RがONしきい値Rp以上になると(図4のステップS2:YES)、制御部4は、トランジスタ8をONして(図2の丸数字2)、リレー7の接点7bをONする(図4のステップS3)。
これにより、モータ21が、駆動回路10の還流ダイオード16と接点7bを介して、バッテリ3に接続されるので、モータ21の誘起電圧がバッテリ3に放電される(図2の丸数字3)。そして、図6に示すように、駆動回路10の電圧Vがバッテリ3の電圧Vbと同等になり、駆動回路10が保護される。
その後、制御部4は、回転数検出部6によりモータ21の回転数Rを検出する(図4のステップS4)。そして、制御部4は、回転数検出部6による検出値Rが所定のOFFしきい値Rq以下であるか否かを判定する(ステップS5)。OFFしきい値Rqは、本発明における「第2の所定値」に相当する。
OFFしきい値Rqは、図5に示すように、駆動回路10の電圧Vが耐電圧Vtに達したときのモータ21の回転数Rtより小さく、かつ、駆動回路10の電圧Vがバッテリ3の電圧Vbに達したときのモータ21の回転数Rbより小さく設定されている(Rq<Rb<Rt)。また、OFFしきい値Rqは、ONしきい値Rpより小さく設定されている(Rq<Rp)。
モータ21の回転数RがOFFしきい値Rqに達したときの駆動回路10の電圧Vqは、バッテリ3の電圧Vbより小さくなる(Vq<Vb)。
回転数検出部6による検出値RがOFFしきい値Rq以下でなければ(図4のステップS5:NO)、制御部4は、再び回転数検出部6によりモータ21の回転数Rを検出する(ステップS4)。
たとえば、バックドアが手動で開閉されなくなった場合、図7に示すように、バックドアの開閉速度の低下にともなって、モータ21の回転数Rが低下する。また、モータ21の誘起電圧も低下する。
そのため、回転数検出部6による検出値RがOFFしきい値Rq以下になると(図4のステップS5:YES)、制御部4は、トランジスタ8をOFFして、リレー7の接点7bをOFFする(図3の丸数字2、図4のステップS6)。これにより、モータ21と駆動回路10とはバッテリ3から切り離され、駆動回路10の保護が停止される。
その後、バックドアが停止した場合、モータ21も停止して、エンコーダ22からのパルス信号の出力も停止する(図3の丸数字1)。モータ21は、誘起電圧を発生しなくなる。トランジスタ8とリレー7の接点7bはOFFされているので(図3の丸数字2)、電流がバッテリ3から駆動回路10へ流れることはない。
上記実施形態によると、モータ21の制御停止中に、モータ21が外力により回転して、モータ21で誘起電圧が発生しても、モータ21の回転数RがONしきい値Rp以上になると、リレー7の接点7bがONされる。このため、新たに別の部品を設けなくても、接点7bのONによって、モータ21から駆動回路10を経てバッテリ3へ至る電流経路が形成される。このため、モータ21の誘起電圧が駆動回路10と接点7bを介してバッテリ3に放電されて、駆動回路10の電圧Vがバッテリ3の電圧Vbと同等になる。よって、モータ21の誘起電圧により、駆動回路10が破壊されるのを防止することができる。
また、本実施形態では、モータ21の制御停止中に、モータ21の回転数RがOFFしきい値Rq以下である場合に、リレー7の接点7bがOFFされる。このため、バッテリ3からモータ21と駆動回路10へ通電されなくなり、バッテリ3の電力が無駄に消費されるのを防止することができる。
本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態では、スイッチ素子としてリレー7を設けた例を示したが、本発明はこれに限るものではない。リレー7に代えて、たとえばトランジスタやリードスイッチなどの他のスイッチ素子を用いてもよい。また、駆動回路10のスイッチングユニット11〜14では、MOSFET15に代えて、他のパワートランジスタやサイリスタなどを用いてもよい。
また、上記実施形態では、電動式バックドア開閉システム100で使用されるモータ21を制御する電動機制御装置(ECU)1に本発明を適用した例を挙げたが、これ以外の用途に使用される電動機を制御する電動機制御装置に対しても、本発明を適用することは可能である。
1 電動機制御装置
3 バッテリ
4 制御部
6 回転数検出部
7 リレー
10 駆動回路
21 モータ
R モータの回転数
Rp ONしきい値
Rq OFFしきい値

Claims (3)

  1. バッテリを電源として電動機を駆動する駆動回路と、
    前記バッテリと前記駆動回路との間に設けられ、ONすることにより前記バッテリから前記駆動回路へ電流を供給し、OFFすることにより前記バッテリから前記駆動回路への電流を遮断するスイッチ素子と、
    前記電動機の回転数を検出する回転数検出部と、
    前記駆動回路を動作させて、前記電動機を制御する制御部と、を備えた電動機制御装置において、
    前記制御部は、
    前記電動機の制御停止中に、前記回転数検出部により検出した前記電動機の回転数が第1の所定値以上である場合に、前記スイッチ素子をONする、ことを特徴とする電動機制御装置。
  2. 請求項1に記載の電動機制御装置において、
    前記制御部は、
    前記電動機の制御停止中に、前記回転数検出部により検出した前記電動機の回転数が第2の所定値以下である場合に、前記スイッチ素子をOFFする、ことを特徴とする電動機制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電動機制御装置において、
    前記制御部は、
    前記電動機を制御するときに、前記スイッチ素子をONし、
    前記電動機の制御を停止するときに、前記スイッチ素子をOFFする、ことを特徴とする電動機制御装置。
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