JP2015122883A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置の大型化を抑制しつつ、インバータのスイッチング素子を正逆双方の過電流から保護する技術を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、スイッチング素子Ｔを有するインバータ３と、スイッチング素子のオンオフを行うマイコン２と、スイッチング素子を流れる電流が入力されるシャント抵抗Ｒｓと、保護回路４とを有する。保護回路は、シャント電流を比較用電圧に変換する変換回路４１と、比較用電圧Ｓ４１と、第１電圧および第２電圧とを比較する第１コンパレータ７１および第２コンパレータ７２と、第１電圧および第２電圧を供給する正電圧源とを有する。変換回路は、正の電流値である第１閾値と、負の電流値である第２閾値を、正の電圧値である第１電圧と第２電圧に変換する。保護回路は、シャント電流が第１閾値を超える場合、第２閾値より小さくなる場合に、ストップ信号をマイコンに出力し、スイッチング素子をオフにする。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動装置に関する。

従来、ブラシレスＤＣモータを駆動させるためのモータ駆動装置は、インバータの有する複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御を行うことにより、モータに駆動電流を供給する。このようなモータ駆動装置では、ブラシレスＤＣモータに外力が加わることにより、モータが逆回転すると、モータの誘起電圧によって、インバータのスイッチング素子に逆向きの電流が流れ込み、スイッチング素子の機能が損なわれる可能性がある。そのため、従来、モータ駆動装置に、インバータのスイッチング素子を保護する手段が設けられていた。

従来のモータ駆動装置は、例えば、特開平０５−１６８２７７号公報に記載されている。特開平０５−１６８２７７号公報に記載のモータ駆動装置では、モータが逆転した場合に、保護手段がストップ信号を出力し、スイッチング素子をオフすることで、スイッチング素子を保護している。
特開平０５−１６８２７７号公報

しかしながら、モータが正回転した場合であっても、スイッチング素子の機能が損なわれる可能性がある。例えば、外力によってモータが高速で正回転させられたり、モータの駆動中に外力により回転を止められたりすると、インバータのスイッチング素子に正回転と同じ向きの過電流が流れ込むため、スイッチング素子の機能が損なわれる可能性がある。

正回転の過電流からスイッチング素子を保護するためには、逆回転の過電流に対する保護手段と同様の保護手段を、正回転に対応させて設ければよい。しかしながら、同様の保護手段を設けると、新たに電源装置を必要とするなど、モータ駆動装置が大型化する。

本発明の目的は、モータ駆動装置の大型化を抑制しつつ、インバータのスイッチング素子を正逆双方の過電流から保護する技術を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、モータを駆動させるためのモータ駆動装置であって、スイッチング素子を有するインバータと、前記スイッチング素子のオンオフを行うマイコンと、前記スイッチング素子を流れる電流が入力されるシャント抵抗と、前記シャント抵抗に入力されるシャント電流の電流値が、第１閾値を超える場合、および、第２閾値より小さくなる場合に、ストップ信号をマイコンに出力する、保護回路と、を有し、前記保護回路は、前記シャント電流を比較用電圧に変換する変換回路と、前記比較用電圧と第１電圧とを比較し、前記比較用電圧が前記第１電圧より大きいと、前記マイコンにストップ信号を出力する第１コンパレータと、前記比較用電圧と第２電圧とを比較し、前記比較用電圧が前記第２電圧より小さいと、前記マイコンにストップ信号を出力する第２コンパレータと、前記第１電圧および前記第２電圧を供給する、第１正電圧源と、を有し、前記変換回路は、前記第１閾値の電流値を有する前記シャント電流を前記第１電圧に変換し、かつ、前記第２閾値の電流値を有する前記シャント電流を前記第２電圧に変換し、前記第１閾値は正の電流値であり、前記第２閾値は負の電流値であり、前記第１電圧および前記第２電圧はともに正の電圧値であり、前記マイコンは、前記ストップ信号が入力されると、前記スイッチング素子をオフする、モータ駆動装置である。

本願の例示的な第１発明によれば、シャント電流の電流値を変換回路により変換することにより、第１閾値および第２閾値に対応する比較用電圧がともに正の電圧値となる。これにより、コンパレータに第１電圧および第２電圧を入力するための電圧源を１つにすることができる。したがって、モータ駆動装置の大型化を抑制しつつ、インバータのスイッチング素子を正逆双方の過電流から保護できる。

図１は、第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す概略図である。 図２は、第１実施形態に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図である。 図３は、第１実施形態に係るシャント電流と比較用電圧との関係を示す図である。 図４は、第１実施形態に係るモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、変形例に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．装置の概略＞
まず、モータ駆動装置の概略について、図１を参照しつつ、説明する。図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置１の構成を示す概略図である。

モータ駆動装置１は、モータ９に駆動電流を供給することにより、モータ９の駆動を制御する装置である。図１に示すように、モータ駆動装置１は、マイコン２、インバータ３、および、保護回路４を有する。

マイコン２は、外部から入力されるモータ駆動指令信号に基づいて、パルス信号Ｓ２をインバータ３へと出力する。

インバータ３は、パルス信号Ｓ２に従って、モータ９に駆動電流Ｓ３１を供給する。インバータ３は、電圧源Ｖ１、スイッチング素子Ｔ、およびシャント抵抗Ｒｓを有する。スイッチング素子Ｔとシャント抵抗Ｒｓとは、電圧源Ｖ１と接地との間に直列に接続される。すなわち、シャント抵抗Ｒｓの一端はスイッチング素子Ｔの下流側と接続され、シャント抵抗Ｒｓの他端は接地される。これにより、パルス信号Ｓ２が入力されると、スイッチング素子Ｔがオンオフすることにより、パルス状の駆動電流Ｓ３１がモータ９へ供給される。このとき、モータ９およびスイッチング素子Ｔから流れ出た電流が、下流側のシャント抵抗Ｒｓへと入力される。

保護回路４は、変換回路４１、基準電圧供給回路４２、および比較回路４３を有する。保護回路４は、シャント抵抗Ｒｓを流れるシャント電流Ｉｓの電流値に応じて、検知信号Ｓ４をマイコン２へ出力する。

変換回路４１は、シャント電流Ｉｓを比較用電圧Ｓ４１に変換し、比較用電圧出力端子５２から比較回路４３へと出力する。変換回路４１は、電圧源Ｖ２、入力端子５１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、および比較用電圧出力端子５２を有する。電圧源Ｖ２は、本発明の「第２正電圧源」の一例である。

入力端子５１は、インバータ３のスイッチング素子Ｔおよびシャント抵抗Ｒｓの間に接続される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは、電圧源Ｖ２と入力端子５１との間において、直列に接続される。すなわち、第１抵抗Ｒ１は、一端が電圧源Ｖ２と接続され、他端が第２抵抗Ｒ２の一端と接続される。また、第２抵抗Ｒ２は、一端が第１抵抗Ｒ１の他端と接続され、他端が入力端子５１を介してシャント抵抗Ｒｓの一端と接続される。

比較用電圧出力端子５２は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２との間に接続される。これにより、シャント抵抗Ｒｓの一端にシャント電流Ｉｓが入力されると、当該シャント電流Ｉｓの電流値に応じて、比較用電圧出力端子５２から比較用電圧Ｓ４１が出力される。

基準電圧供給回路４２は、電圧源Ｖ３から供給される正電圧を抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の抵抗比に従って分圧し、比較回路４３に供給する第１電圧Ｓ６１および第２電圧Ｓ６２を生成する。したがって、第１出力端子６１から出力される第１電圧Ｓ６１と、第２出力端子６２から出力される第２電圧Ｓ６２とは、ともに正の電圧である。また、第１電圧Ｓ６１の電圧値は、第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも大きい。すなわち、電圧源Ｖ３は、本発明の「第１正電圧源」の一例である。

比較回路４３は、第１コンパレータ７１、第２コンパレータ７２、プルアップ抵抗Ｒｐ、電圧源Ｖ４、および検知信号出力端子７３を有する。

第１コンパレータ７１は、非反転入力端子に第１電圧Ｓ６１が入力され、反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１が入力される。これにより、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が第１電圧Ｓ６１の電圧値よりも大きい場合、第１コンパレータ７１から出力される第１比較信号Ｓ７１は、Ｌ（Ｌｏｗ）となる。また、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が第１電圧Ｓ６１の電圧値よりも小さい場合、第１比較信号Ｓ７１は、Ｈ（Ｈｉｇｈ）となる。

第２コンパレータ７２は、非反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１が入力され、反転入力端子に第２電圧Ｓ６２が入力される。これにより、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも大きい場合、第２コンパレータ７２から出力される第２比較信号Ｓ７２は、Ｈとなる。また、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも小さい場合、第２比較信号Ｓ７２は、Ｌとなる。

また、第１コンパレータ７１の出力端子および第２コンパレータ７２の出力端子は、それぞれプルアップ抵抗Ｒｐの一端に接続される。プルアップ抵抗Ｒｐの他端は、電圧源Ｖ４に接続される。また、第１コンパレータ７１の出力端子、第２コンパレータ７２の出力端子、およびプルアップ抵抗Ｒｐの一端の接続部分は、検知信号出力端子７３と接続する。

これにより、検知信号出力端子７３から出力される検知信号Ｓ４は、第１比較信号Ｓ７１および第２比較信号Ｓ７２のいずれかがＬの場合、Ｌとなる。また、検知信号Ｓ４は、第１比較信号Ｓ７１および第２比較信号Ｓ７２の両方がＨの場合、Ｈとなる。検知信号Ｓ４は、その電圧値がＬの場合、ストップ信号として働く。すなわち、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が、第１電圧Ｓ６１を超える場合および第２電圧Ｓ６２より小さくなる場合に、保護回路４が、ストップ信号となるＬの検知信号Ｓ４をマイコン２へと出力する。

ここで、変換回路４１において、比較用電圧Ｓ４１が第１電圧Ｓ６１と同じ電圧値となる場合のシャント電流Ｉｓの電流値を第１閾値、比較用電圧Ｓ４１が第２電圧Ｓ６２と同じ電圧値となる場合のシャント電流Ｉｓの電流値を第２閾値とする。そうすると、シャント電流の電流値が、第１閾値を超える場合および第２閾値より小さくなる場合に、保護回路４が、ストップ信号をマイコン２へと出力する。マイコン２は、ストップ信号であるＬの検知信号Ｓ４が入力されると、スイッチング素子Ｔをオンするためのパルス信号Ｓ２の出力をしない。これにより、スイッチング素子Ｔに電流が流れないため、スイッチング素子Ｔに過電流が流れてスイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのが抑制できる。

本発明において、第１閾値は、モータ９の定格回転時におけるシャント電流Ｉｓよりも大きい、正の電流値である。また、第２閾値は、モータ９が逆回転した場合のシャント電流Ｉｓである、負の電流値である。一方、第１電圧Ｓ６１と第２電圧Ｓ６２とはともに正の電圧値である。このように、変換回路４１は、シャント電流Ｉｓの正側の閾値である第１閾値と、シャント電流Ｉｓの負側の閾値である第２閾値とをともに正の電圧値に変換する。これにより、基準電圧供給回路４２は、比較回路４３へ入力する基準電圧である第１電圧Ｓ６１および第２電圧Ｓ６２を、単一の正の電圧源Ｖ３から生成できる。すなわち、正の電圧源Ｖ３の他に、負の電圧源を用意する必要が無い。したがって、モータ駆動装置１の大型化を抑制できる。

なお、保護回路４内で用いられる電圧源Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、単一の正電圧源により実現されてもよい。その場合、さらにモータ駆動装置１の大型化を抑制できる。

＜１−２．装置の詳細な構成＞
次に、モータ駆動装置１の全体構成について、詳細を説明する。図２は、モータ駆動装置１の構成を示す回路図である。図３は、モータ駆動装置１におけるシャント電流Ｉｓと比較用電圧Ｓ４１との関係を示す図である。

本実施形態では、モータ駆動装置１の駆動対象となるモータ９は、３相ブラシレスＤＣモータである。モータ９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の固定子巻線を有する。各相の固定子巻線に駆動電流が供給されると、固定子と回転子との間にトルクが発生し、回転子が回転駆動する。ただし、本発明に係るモータ駆動装置の駆動対象となるモータは、単相モータやブラシ付きモータであってもよい。

マイコン２は、インバータ３の有するスイッチング素子Ｔの動作を制御するための集積回路である。マイコン２は、外部から入力されるモータ駆動指令信号に基づいて、パルス信号Ｓ２をインバータ３へと出力する。図２に示すように、パルス信号Ｓ２は、モータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相それぞれに対応する各１対、合計６つのＰＷＭ信号である。マイコン２から出力されたパルス信号Ｓ２は、レベルシフト回路２１を介して電圧値の範囲が調節され、インバータ３へ入力される。

インバータ３は、マイコン２から入力されたパルス信号Ｓ２に基づいて、モータ９へ駆動電流Ｓ３１を供給する。インバータ３は、図２に示すように、電圧源Ｖ１、６個のスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２、３個のシャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３、および、３個のモータ接続端子３１１〜３１３を有する。

スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２は、それぞれ、トランジスタおよびダイオードにより構成されている。本実施形態のスイッチング素子Ｔには、トランジスタとしてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が用いられる。なお、スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２には、他の種類のスイッチング素子が用いられてもよい。

スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２およびシャント抵抗Ｒｓ１は、電圧源Ｖ１と接地との間に直列に接続される。スイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２およびシャント抵抗Ｒｓ２は、電圧源Ｖ１と接地との間に直列に接続される。また、スイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２およびシャント抵抗Ｒｓ３は、電圧源Ｖ１と接地との間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２およびシャント抵抗Ｒｓ１と、スイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２およびシャント抵抗Ｒｓ２と、スイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２およびシャント抵抗Ｒｓ３とは、互いに並列に接続される。

モータ接続端子３１１〜３１３はそれぞれ、スイッチング素子Ｔ１１とスイッチング素子Ｔ１２との間、スイッチング素子Ｔ２１とスイッチング素子Ｔ２２との間、および、スイッチング素子Ｔ３１とスイッチング素子Ｔ３２との間に接続される。

モータ９の駆動時には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について、一対のスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２、一対のスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２、および一対のスイッチング素子Ｔ３１，Ｔ３２に、それぞれ一対のパルス信号Ｓ２が入力される。これにより、各スイッチング素子Ｔの駆動タイミングが切り替わり、駆動電流Ｓ３１がモータ接続端子３１１〜３１３からモータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相へと出力される。

上述の通り、３個のシャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３はそれぞれ、スイッチング素子Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２と接地との間に、直接に接続される。これにより、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３には、それぞれ、モータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流が入力される。

保護回路４は、３つの変換回路４１１〜４１３、基準電圧供給回路４２、および比較回路４３を有する。保護回路４は、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３を流れるシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３の電流値に応じて、検知信号Ｓ４をマイコン２へ出力する。

変換回路４１１〜４１３は、それぞれ、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３を流れるシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３を比較用電圧Ｓ４１１〜Ｓ４１３に変換し、比較用電圧出力端子５２１〜５２３から比較回路４３へと出力する。

入力端子５１１〜５１３は、それぞれ、スイッチング素子Ｔ１２とシャント抵抗Ｒｓ１との間、スイッチング素子Ｔ２２とシャント抵抗Ｒｓ２との間、および、スイッチング素子Ｔ１３とシャント抵抗Ｒｓ３との間に接続される。これにより、入力端子５１１〜５１３にはそれぞれ、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３を流れるシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３に比例する電圧が入力される。

変換回路４１１は、入力端子５１１、電圧源Ｖ２、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、および比較用電圧出力端子５２１を有する。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とは、電圧源Ｖ２と入力端子５１１との間において、直列に接続される。すなわち、第１抵抗Ｒ１は、一端が電圧源Ｖ２と接続され、他端が第２抵抗Ｒ２の一端と接続される。また、第２抵抗Ｒ２は、一端が第１抵抗Ｒ１の他端と接続され、他端がシャント抵抗Ｒｓ１の一端と接続される。

比較用電圧出力端子５２１は、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２の間に接続される。これにより、シャント抵抗Ｒｓ１の一端にスイッチング素子Ｔ１２を流れる電流が入力されると、シャント電流Ｉｓ１の電流値に応じて、比較用電圧出力端子５２１から比較用電圧Ｓ４１１が出力される。変換回路４１２，４１３は、変換回路４１１と同様の構成であるため、重複説明を省略する。

シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３の抵抗値は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値および第２抵抗Ｒ２の抵抗値よりも小さい。これにより、シャント抵抗Ｒｓ１〜Ｒｓ３における消費電力量が抑制される。

基準電圧供給回路４２は、比較回路４３に供給する第１電圧Ｓ６１および第２電圧Ｓ６２を生成する回路である。基準電圧供給回路４２は、電圧源Ｖ３、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、第１出力端子６１、および第２出力端子６２を有する。電圧源Ｖ３は、正電圧源である。抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、電圧源Ｖ３と接地との間に直列に接続される。

第１出力端子６１は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に接続される。これにより、電圧源Ｖ３から供給された電圧が、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４および抵抗Ｒ５との抵抗値に応じて分圧され、第１電圧Ｓ６１として第１出力端子６１から出力される。また、第２出力端子６２は、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との間に接続される。これにより、電圧源Ｖ３から供給された電圧が、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ５との抵抗値に応じて分圧され、第２電圧Ｓ６２として第２出力端子６２から出力される。したがって、第１電圧Ｓ６１および第２電圧Ｓ６２は、ともに正の電圧である。また、第１電圧Ｓ６１の電圧値は、第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも大きい。

比較回路４３は、３つの第１コンパレータ７１１〜７１３、３つの第２コンパレータ７２１〜７２３、プルアップ抵抗Ｒｐ、電圧源Ｖ４、および検知信号出力端子７３を有する。

第１コンパレータ７１１は、非反転入力端子に第１電圧Ｓ６１が入力され、反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１１が入力される。これにより、比較用電圧Ｓ４１１の電圧値が第１電圧Ｓ６１の電圧値よりも大きい場合、第１コンパレータ７１１から出力される第１比較信号Ｓ７１１は、Ｌ（Ｌｏｗ）となる。また、比較用電圧Ｓ４１１の電圧値が第１電圧Ｓ６１の電圧値よりも小さい場合、第１比較信号Ｓ７１１は、Ｈ（Ｈｉｇｈ）となる。

第２コンパレータ７２１は、非反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１１が入力され、反転入力端子に第２電圧Ｓ６２が入力される。これにより、比較用電圧Ｓ４１１の電圧値が第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも大きい場合、第２コンパレータ７２１から出力される第２比較信号Ｓ７２１は、Ｈとなる。また、比較用電圧Ｓ４１の電圧値が第２電圧Ｓ６２の電圧値よりも小さい場合、第２比較信号Ｓ７２１は、Ｌとなる。

第１コンパレータ７１２，７１３は、反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１２，Ｓ４１３が入力される点を除いて、第１コンパレータ７１１と同様の構成であるため、重複説明を省略する。また、第２コンパレータ７２２，７２３についても、非反転入力端子に比較用電圧Ｓ４１２，Ｓ４１３が入力される点を除いて、第２コンパレータ７２１と同様の構成であるため、重複説明を省略する。

また、第１コンパレータ７１１〜７１３の出力端子および第２コンパレータ７２１〜７２３の出力端子は、それぞれプルアップ抵抗Ｒｐの一端に接続される。プルアップ抵抗Ｒｐの他端は、電圧源Ｖ４に接続される。また、第１コンパレータ７１１〜７１３の出力端子、第２コンパレータ７２１〜７２３の出力端子、およびプルアップ抵抗Ｒｐの一端の接続部分は、検知信号出力端子７３と接続する。

これにより、検知信号出力端子７３から出力される検知信号Ｓ４は、第１比較信号Ｓ７１１〜Ｓ７１３および第２比較信号Ｓ７２１〜Ｓ７２３のいずれかがＬの場合、Ｌとなる。また、検知信号Ｓ４は、第１比較信号Ｓ７１１〜Ｓ７１３および第２比較信号Ｓ７２１〜Ｓ７２３の全てがＨの場合、Ｈとなる。検知信号Ｓ４は、その電圧値がＬの場合、ストップ信号として働く。すなわち、比較用電圧Ｓ４１１，Ｓ４１２，Ｓ４１３の少なくとも１つの電圧値が、第１電圧Ｓ６１を超える場合および第２電圧Ｓ６２より小さくなる場合に、保護回路４が、ストップ信号となるＬの検知信号Ｓ４をマイコン２へと出力する。

ここで、図３は、変換回路４１１〜４１３における、入力端子５１１〜５１３が接続されるシャント抵抗Ｒｓを流れるシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３と、比較用電圧出力端子５２１〜５２３から出力される比較用電圧Ｓ４１１〜Ｓ４１３の関係を示す図である。

図３に示すように、比較用電圧Ｓ４１１〜Ｓ４１３が第１電圧Ｓ６１と同じ電圧値Ｅ１となる場合のシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３の電流値を第１閾値Ｉ１、比較用電圧Ｓ４１１〜Ｓ４１３が第２電圧Ｓ６２と同じ電圧値Ｅ２となる場合のシャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３の電流値を第２閾値Ｉ２とする。そうすると、シャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３のいずれかの電流値が、第１閾値Ｉ１を超える場合および第２閾値Ｉ２より小さくなる場合に、保護回路４が、ストップ信号をマイコン２へと出力する。マイコン２は、ストップ信号であるＬの検知信号Ｓ４が入力されると、スイッチング素子Ｔをオンするためのパルス信号Ｓ２の出力をしない。これにより、スイッチング素子Ｔに電流が流れないため、スイッチング素子Ｔに過電流が流れてスイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのが抑制できる。すなわち、スイッチング素子Ｔを保護できる。

また、シャント電流Ｉｓ１〜Ｉｓ３の全ての電流値が、第１閾値Ｉ１から第２閾値Ｉ２の範囲内である場合、保護回路４は、ストップ信号でないＨの検知信号Ｓ４をマイコン２へと出力する。その場合、マイコン２は、パルス信号Ｓ２の出力を中止しない。

第１閾値Ｉ１は、モータ９の定格運転時における定格シャント電流Ｉ０よりも大きい、正の電流値である。また、第２閾値Ｉ２は、モータ９が逆回転した場合のシャント電流であり、負の電流値である。したがって、定格シャント電流Ｉ０が正の電流値である場合、第１閾値の絶対値を、第２閾値の絶対値よりも大きく設定するとよい。例えば、定格シャント電流Ｉ０が３．０Ａの場合、第１閾値Ｉ１を６．４Ａとし、第２閾値Ｉ２を−３．０Ａとすればよい。

一方、第１電圧Ｓ６１と第２電圧Ｓ６２とはともに正の電圧値である。本実施形態では、このように、変換回路４１が、シャント電流Ｉｓの正側の閾値である第１閾値Ｉ１と、負側の閾値である第２閾値Ｉ２とをともに正の電圧値に変換する。これにより、基準電圧供給回路４２は、比較回路４３へ入力する基準電圧である第１電圧Ｓ６１および第２電圧Ｓ６２を、単一の正の電圧源Ｖ３から生成できる。すなわち、正の電圧源Ｖ３の他に、負の電圧源を用意する必要が無い。したがって、モータ駆動装置１の大型化を抑制しつつ、インバータ３のスイッチング素子Ｔを正逆双方の過電流から保護できる。

なお、保護回路４内で用いられる電圧源Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、単一の正電圧源により実現されてもよい。その場合、さらにモータ駆動装置１の大型化を抑制できる。

＜１−３．装置の動作＞
続いて、モータ駆動装置１の動作について、図４を参照しつつ説明する。図４は、モータ駆動装置１の動作を示すフローチャートである。

本実施形態では、モータ駆動装置１の駆動対象となるモータ９は、いわゆるセンサレスモータである。センサレスモータでは、モータ９の駆動前に、インバータ３からモータ９へ位置検出用のパルス電流を流し、シャント抵抗Ｒｓを流れるシャント電流を検出することにより、モータ９の回転子の位置を推測する。

そのため、モータ９が外力によって逆回転している場合、インバータ３が位置検出用のパルス電流を流そうとすると、モータ９の起電力により生じた電流がスイッチング素子Ｔに流れ込み、スイッチング素子Ｔの機能が損なわれる可能性がある。したがって、モータ９の駆動開始前に、モータ９からインバータ３へ電流が流入しているか否かを判断する必要がある。

そこで、以下の手順によりモータ駆動装置１を動作させることにより、センサレスモータであるモータ９の駆動時におけるスイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのを抑制できる。

まず、モータ駆動装置１の電源が入ると、マイコン２、インバータ３、および保護回路４へ供給される電圧源がそれぞれ駆動する。この時、マイコン２からインバータ３へは各スイッチング素子Ｔに電流を流すためのパルス信号Ｓ２は出力されない。

そして、マイコン２は、外部からモータ駆動指令信号が入力されているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。マイコン２にモータ駆動指令信号が入力されていない場合、ステップＳ１０１を繰り返す。一方、マイコン２にモータ駆動指令信号が入力されると、マイコン２は、保護回路４からストップ信号が入力されているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。具体的には、マイコン２は、保護回路４からマイコン２へ入力される検知信号Ｓ４が、Ｌであるか否かを判断する。これにより、マイコン２は、インバータ３の各スイッチング素子Ｔに過電流が流入しているか否かを判断する。

ステップＳ１０２において、保護回路４からマイコン２へストップ信号が入力されている場合、すなわち、検知信号Ｓ４がＬである場合、マイコン２は、パルス信号Ｓ２を出力することなく、動作を終了する。これにより、インバータ３のスイッチング素子Ｔに過電流が流入し、スイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのが抑制される。

一方、ステップＳ１０２において、保護回路４からマイコン２へストップ信号が入力されていない場合、すなわち、検知信号Ｓ４がＨである場合、マイコン２は、パルス信号Ｓ２の出力を開始する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３においてマイコン２が出力するパルス信号Ｓ２は、はじめは、モータ９の回転子の位置を推測するための位置推測用パルス信号であり、その後、モータ９を回転させるための駆動用パルス信号に移行する。なお、本実施形態ではモータ９がセンサレスモータであるため、パルス信号Ｓ２が位置推測用パルス信号を含むが、本発明はこの限りではない。モータ９が位置検出センサを有するモータであれば、パルス信号Ｓ２がモータ９を回転させるための駆動用パルス信号のみを含むものであってもよい。

パルス信号Ｓ２の出力が開始されると、マイコン２は、保護回路４からストップ信号が入力されているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。これにより、マイコン２は、インバータ３の各スイッチング素子Ｔに過電流が流入しているか否かを判断する。

ステップＳ１０４において、保護回路４からマイコン２へストップ信号が入力されている場合、すなわち、検知信号Ｓ４がＬである場合、ステップＳ１０６へ進み、パルス信号Ｓ２の出力を停止する。これにより、パルス信号Ｓ２の出力中に、外力が加わるなどによりモータ９の動作に異常が生じ、スイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのが抑制される。

一方、ステップＳ１０４において、保護回路４からマイコン２へストップ信号が入力されていない場合、すなわち、検知信号Ｓ４がＨである場合、マイコン２は、外部から回転停止信号が入力されているか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、マイコン２へ回転停止信号が入力されていない場合、マイコン２はパルス信号Ｓ２の出力を継続し、ステップＳ１０４へと戻る。

ステップＳ１０５において、マイコン２へ回転停止信号が入力されている場合、マイコン２は、パルス信号Ｓ２の出力を停止する（ステップＳ１０６）。そして、マイコン２は、動作を終了する。

このように、マイコン２からインバータ３へのパルス信号Ｓ２の出力前、および、出力中に、保護回路４がシャント抵抗Ｒｓに入力されるシャント電流Ｉｓを監視することにより、インバータ３の有するスイッチング素子Ｔの機能が損なわれるのが抑制される。

＜２．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

図５は、一変形例に係るモータ駆動装置１Ａの構成を示す回路図である。上記の実施形態では、インバータが、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応する３つのシャント抵抗を有していた。しかしながら、本発明のモータ駆動装置は、図５のモータ駆動装置１Ａのように、インバータ３Ａが、モータ９Ａの３相全てに共通する１つのシャント抵抗ＲｓＡを有するものであってもよい。

図５の例のインバータ３Ａでは、スイッチング素子Ｔ１１Ａ，Ｔ１２Ａは、電圧源Ｖ１Ａとシャント抵抗ＲｓＡとの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｔ２１Ａ，Ｔ２２Ａは、電圧源Ｖ１Ａとシャント抵抗ＲｓＡとの間に直列に接続される。また、スイッチング素子Ｔ３１Ａ，Ｔ３２Ａは、電圧源Ｖ１Ａとシャント抵抗ＲｓＡとの間に直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｔ１１Ａ，Ｔ１２Ａと、スイッチング素子Ｔ２１Ａ，Ｔ２２Ａと、スイッチング素子Ｔ３１Ａ，Ｔ３２Ａとは、互いに並列に接続される。シャント抵抗ＲｓＡは、一端がスイッチング素子Ｔ１２Ａ，Ｔ２２Ａ，Ｔ３２Ａと接続され、他端が接地される。

図５の例では、シャント抵抗ＲｓＡは、スイッチング素子Ｔ１２Ａ，Ｔ２２Ａ，Ｔ３２Ａと接地との間に接続される。これにより、シャント抵抗ＲｓＡには、モータ９Ａの母線電流が入力される。

保護回路４Ａは、スイッチング素子Ｔ１２Ａ，Ｔ２２Ａ，Ｔ３２Ａとシャント抵抗ＲｓＡとの間に接続される、入力端子５１Ａを有する。そして、シャント抵抗ＲｓＡを流れるシャント電流の電流値が、所定の第１閾値を超える場合および所定の第２閾値より小さい場合、保護回路４Ａは、ストップ信号であるＬの検知信号Ｓ４Ａをマイコン２Ａへ出力する。一方、シャント電流の電流値が、第１閾値と第２閾値との間の値である場合、保護回路は、ストップ信号ではないＨの検知信号Ｓ４Ａをマイコン２Ａへ出力する。

このように、モータのＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する電流を、１つのシャント抵抗ＲｓＡによって検出してもよい。図５の例でも、シャント電流の電流値を変換回路４１Ａにより変換することにより、第１閾値および第２閾値に対応する比較用電圧がともに正の電圧値となる。これにより、コンパレータに第１電圧および第２電圧を入力するための電圧源を１つにすることができる。したがって、モータ駆動装置１Ａの大型化を抑制しつつ、インバータ３Ａのスイッチング素子を正逆双方の過電流から保護できる。

また、上記の実施形態では、マイコンは、ストップ信号であるＬの検知信号が入力されると、パルス信号の出力をしない、または、中止するが、本発明はこの限りではない。マイコンは、ストップ信号であるＬの検知信号が入力されると、スイッチング素子をオンするパルス信号に代えて、スイッチング素子に僅かな電流を流すための保護パルスを出力してもよい。本発明の「スイッチング素子をオフする」は、このように、スイッチング素子に流れる電流を低減させる場合も含む。

また、上記の実施形態では、コンパレータの出力のＬをストップ信号としたが、Ｈをストップ信号としてもよい。その場合、各コンパレータの非反転入力端子への入力と、反転入力端子への入力とを入れ替えればよい。また、その場合、複数のコンパレータの出力のそれぞれをマイコンへ入力してもよい。また、複数のコンパレータから出力される各比較信号を、適宜論理回路を介して、マイコンへ入力してもよい。

また、上記の実施形態のインバータは、シャント抵抗がスイッチング素子のグラウンド側に配置された、いわゆるローサイド検出型であったが、本発明はこの限りではない。本発明のインバータは、シャント抵抗がスイッチング素子の電源側に配置された、いわゆるハイサイド検出型のインバータであってもよい。

また、モータ駆動装置の各部を実現するための具体的な回路構成については、図２に示された回路構成と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、モータ駆動装置に利用できる。

１，１Ａ モータ駆動装置
２，２Ａ マイコン
３，３Ａ インバータ
４，４Ａ 保護回路
９，９Ａ モータ
４１，４１１，４１２，４１３ 変換回路
４２ 基準電圧供給回路
４３ 比較回路
５１，５１１，５１２，５１３，５１Ａ 入力端子
７１，７２，７１１，７１２，７１３，７２１，７２２，７２３ コンパレータ
Ｉ１ 第１閾値
Ｉ２ 第２閾値
Ｉｓ，Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３ シャント電流
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 抵抗
Ｒｐ プルアップ抵抗
Ｒｓ，Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３，ＲｓＡ シャント抵抗
Ｓ２ パルス信号
Ｓ３１ 駆動電流
Ｓ４，Ｓ４Ａ 検知信号
Ｓ４１，Ｓ４１１，Ｓ４１２，Ｓ４１３ 比較用電圧
Ｓ６１ 第１電圧
Ｓ６２ 第２電圧
Ｓ７１，Ｓ７１１，Ｓ７１２，Ｓ７１３ 第１比較信号
Ｓ７２，Ｓ７２１，Ｓ７２２，Ｓ７２３ 第２比較信号
Ｔ，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ１１Ａ，Ｔ１２Ａ，Ｔ２１Ａ，Ｔ２２Ａ，Ｔ３１Ａ，Ｔ３２Ａ スイッチング素子
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４ 電圧源

Claims (8)

1. モータを駆動させるためのモータ駆動装置であって、
   スイッチング素子を有するインバータと、
   前記スイッチング素子のオンオフを行うマイコンと、
   前記スイッチング素子を流れる電流が入力されるシャント抵抗と、
   前記シャント抵抗に入力されるシャント電流の電流値が、第１閾値を超える場合、および、第２閾値より小さくなる場合に、ストップ信号をマイコンに出力する、保護回路と、
   を有し、
   前記保護回路は、
   前記シャント電流を比較用電圧に変換する変換回路と、
   前記比較用電圧と第１電圧とを比較し、前記比較用電圧が前記第１電圧より大きいと、前記マイコンにストップ信号を出力する第１コンパレータと、
   前記比較用電圧と第２電圧とを比較し、前記比較用電圧が前記第２電圧より小さいと、前記マイコンにストップ信号を出力する第２コンパレータと、
   前記第１電圧および前記第２電圧を供給する、第１正電圧源と、
   を有し、
   前記変換回路は、前記第１閾値の電流値を有する前記シャント電流を前記第１電圧に変換し、かつ、前記第２閾値の電流値を有する前記シャント電流を前記第２電圧に変換し、
   前記第１閾値は正の電流値であり、
   前記第２閾値は負の電流値であり、
   前記第１電圧および前記第２電圧はともに正の電圧値であり、
   前記マイコンは、前記ストップ信号が入力されると、前記スイッチング素子をオフする、モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記変換回路は、
   第２正電圧源と、
   一端が前記第２正電圧源と接続される、第１抵抗と、
   一端が前記第１抵抗の他端と接続され、他端が前記シャント抵抗の一端と接続される、第２抵抗と、
   前記第１抵抗と前記第２抵抗との間に接続される、出力端子と、
   を有し、
   前記シャント抵抗の他端は接地され、
   前記シャント抵抗の一端に前記インバータを流れる電流が入力され、
   前記シャント電流の電流値に応じて、前記第１抵抗と前記第２抵抗との間に接続された前記出力端子から前記比較用電圧を出力する、モータ駆動装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動装置であって、
   前記シャント抵抗の抵抗値は、前記第１抵抗の抵抗値および前記第２抵抗の抵抗値よりも小さい、モータ駆動装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記第１閾値の絶対値は、前記第２閾値の絶対値よりも大きい、モータ駆動装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記保護回路は、３つの前記変換回路を有し、
   前記インバータは、前記モータに対して３相の電流を供給し、
   前記インバータは、前記モータの各相に対応する、３つの前記シャント抵抗を有し、
   ３つの前記シャント抵抗のそれぞれに、前記変換回路が接続する、モータ駆動装置。
6. 請求項１から請求項４までのいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記インバータは、前記モータに対して複数相の電流を供給し、
   前記インバータは、前記モータの全相の電流が入力される前記シャント抵抗を有する、モータ駆動装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記マイコンは、モータ駆動指令信号が入力されると、前記スイッチング素子にオン信号を出力する前に、前記保護回路が前記ストップ信号を出力しているか否かを判断する、モータ駆動装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
   前記マイコンは、前記シャント電流の電流値を検出することにより、前記モータの回転子の位置を推測する、モータ駆動装置。

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