JP3818230B2

JP3818230B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP3818230B2
Application number: JP2002203974A
Authority: JP
Inventors: 雅央山田; 純二杉浦; 陽介興津
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004048918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを制御するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用空調装置のブロアモータを制御する装置では、図５に示すように、ブロアモータ１と直列接続されたｎ型ＭＯＳトランジスタ（以下、トランジスタ２という）を備え、電子制御装置（ＥＣＵ）３によりトランジスタ２を駆動して、車載バッテリＢａからブロアモータ１に流れる電流をリニアに変化させるものが実現化されている。このものにおいては、ブロアモータ１に流れる電流をリニアに変化させて、ブロアモータ１の回転数、すなわちファンの風量をリニアに制御することになる。
【０００３】
このようなモータ制御装置では、ブロアモータ１がロックしたとき、ブロアモータ１からトランジタ２に流れ込む過電流により、トランジタ２が異常発熱し破壊することを防ぐために温度ヒューズ４を用いるようにしている。温度ヒューズ４は、トランジタ２の異常温度上昇を検出してトランジスタ２のゲート端子および電子制御装置３の間を遮断する。
【０００４】
しかし、このモータ制御装置では、ブロアモータ１がロックして温度ヒューズ４が一旦動作すると、温度ヒューズ４を取り換えない限り、復帰することができない。そこで、モータ制御装置１００ｂを図６に示すように構成して、部品を取り換えなくても、復帰できるようにしたものがある。
【０００５】
このモータ制御装置１００ｂでは、ブロアモータ１の正負端子間電圧を検出するオペアンプ６と、電子制御装置からの指令に基づきオペアンプ６の出力を目標値に近づけるようにトランジタ２を制御する制御回路８と、トランジスタ２と直列接続されてブロアモータ１からトランジタ２に流れ込む電流を検出する抵抗素子７と、この抵抗素子７の端子間電圧を検出するオペアンプ５とを備える。
【０００６】
ここで、オペアンプ５の出力電圧が一定時間に亘り所定電圧以上である場合には、制御回路８は、ブロアモータ１がロックしたとして、トランジスタ２をオフさせる。このことにより、ブロアモータ１のロック時に、このトランジタ２が異常発熱して破壊するのを防ぐことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、車載バッテリ１０ａから各種電装部品に流れる消費電流を下げるために、車載バッテリ１０ａの定格電圧を１２ボルトから４２ボルトに上げることが検討されている。このため、本発明者等は、図６に示すモータ制御装置１００ｂについて、例えば、トランジスタ２を代えずに、４２ボルト定格電圧の車載バッテリに対応させることを検討した。
【０００８】
例えば、４２ボルト定格の車載バッテリを用いて、ブロアモータ１をロックさせる実験を行ったところ、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧以上に上昇したのち、一定期間（例えば、２秒）経過する前、すなわち制御回路８がブロアモータ１のロックを判定する前に、トランジスタ２が破壊してしまうという問題が生じた。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みたもので、バッテリの定格電圧を高くする場合であっても、電動モータを制御するためのトランジスタを、過電流で破壊することを防止できるようにしたモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電源から電動モータ（１）に電流を流すために動作するトランジスタ（２）を有し、電動モータに流れる電流を変化させるようにトランジスタを駆動することにより、電動モータを制御するモータ制御装置であって、電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段（５、７）と、検出された電流が所定レベル以上であるか否かを判定する第１の判定手段（１１０）と、検出された電流が所定レベル以上であることを第１の判定手段が判定したとき、電流を増加させてトランジスタのエネルギー損失を下げるためにトランジスタの制御電圧を変化させる駆動手段（１３０）と、を有することを特徴とする。
【００１１】
これにより、請求項１に記載の発明によれば、定格電圧の高いバッテリを用いた場合でも、電動モータに流れる電流が所定レベル以上になると、すなわち電動モータに過電流が流れると、当該電流を増加させてトランジスタのエネルギー損失を下げるためにトランジスタの制御電圧を変化させる。従って、バッテリの定格電圧を高くする場合であっても、過電流によるトランジスタの破壊を未然に防止することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明のように、駆動手段がエネルギー損失を下げるためにトランジスタの制御電圧を変化させたのち、検出された電流が所定レベル以上であることが一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定手段（１６０）と、検出された電流が所定レベル以上であることが一定期間以上継続したことを第２の判定手段が判定したとき、電動モータを停止させるようにトランジスタを駆動する停止手段（１７０）と、を有するように構成してもよい。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る自動車用空調装置用のモータ制御装置の一実施形態の回路構成を図１に示す。
【００１５】
モータ制御装置１００ａは、図１に示すように、トランジスタ２、オペアンプ５、６、抵抗素子７および制御回路８ａを有する。制御回路８ａは、ハードウェアにて構成され、電子制御装置３からの指令に基づきオペアンプ６の出力を目標値に近づけるようにトランジタ２のゲート電圧をリニアに上昇、或いはリニアに下降する処理を行う。また、制御回路８ａは、後述するように、モータロック時にトランジスタ２のエネルギー損失を下げるためにトランジスタ２のゲート電圧を上昇させるための処理を行う。なお、図１中、図６と同一符号のものは同一物を示す。また、図中１０ａは定格電圧４２ボルトの車載バッテリを示す。
【００１６】
以下に制御回路８ａの具体的な処理について図２を用いて説明する。制御回路８ａは、図２に示すフローチャートに従って、処理を実行する。
【００１７】
先ず、電子制御装置３からの指令信号が入力されているか否かを判定し（ステップ１００）、電子制御装置３からの指令信号が入力されていることを判定したときＹＥＳと判定する。この場合、オペアンプ５の出力電圧に基づき、抵抗素子７に所定レベル以上の電流（すなわち過電流）が流れているか否かを判定する（ステップ１１０）。
【００１８】
ここで、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧未満であるとき、抵抗素子７に所定レベル以上の電流が流れていないとして、ＮＯと判定する。これに伴い、電子制御装置３からの指令信号に基づき、このオペアンプ６の出力を目標値に近づけるようにトランジタ２のゲート端子に対する制御電圧をリニアに上昇、或いはリニアに低下させる（ステップ１２０）。このことにより、トランジタ２は、車載バッテリ１０ａからブロアモータ１に流れる電流をリニアに変化させて、ブロアモータ１の回転数をリニアに制御することになる。
【００１９】
この後、電子制御装置３からの指令信号が入力され、かつ、抵抗素子７に所定レベル以上の電流が流れない限り、指令信号入力判定処理（ステップ１００）、モータロック判定処理（ステップ１１０）およびリニア制御処理（ステップ１２０）を繰り返すことになる。
【００２０】
その後、図３（ａ）に示すように、ブロアモータ１のロックが始まり抵抗素子７に流れる電流が所定レベルＳｔ以上になると、すなわちブロアモータ１に過電流が流れると、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧以上になるので、ステップ１１０でＹＥＳと判定する。この場合、トランジスタ２のゲート端子に対する制御電圧を最大定格電圧まで上昇させる（ステップ１３０）。なお、トランジスタ２のゲート端子に対する制御電圧を上昇させる理由については、後述する。
【００２１】
次に、内蔵タイマをスタートさせるとともに（ステップ１４０）、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧未満に低下したか否かを判定する（ステップ１５０）。ここで、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧未満に低下していないときＮＯと判定すると、内蔵タイマの計時に基づき、制御電圧を上昇させてから２秒経過しかた否かを判定する（ステップ１６０）。
【００２２】
この場合、制御電圧を上昇させてから２秒経過していないことを判定すると、オペアンプ５の出力電圧が低下しない限り、電圧降下判定処理（ステップ１５０）、２秒経過判定処理（ステップ１６０）を繰り返すことになる。この状態で、制御電圧を上昇させてから２秒経過すると、ステップ１６０でＹＥＳと判定してトランジスタ２のゲート端子に対する制御電圧の出力を停止して、ブロアモータ１の回転を停止させる（ステップ１７０）。また、ステップ１６０において、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧未満に低下した場合には、ＹＥＳと判定してステップ１００に移行する。
【００２３】
次に、トランジスタ２のゲート端子に対する制御電圧を上昇させる理由について説明する。
【００２４】
先ず、トランジタ２は、上述したように、ブロアモータ１の回転数をリニアに制御するために、車載バッテリ１０ａからブロアモータ１に流れる電流をリニアに変化させる。ここで、この電流が増加すると、トランジタ２のドレイン／ソース間電圧は低下して０ボルトに近づき、この電流が低下すると、トランジタ２のドレイン／ソース間電圧は上昇して４２ボルト（すなわち車載バッテリの定格電圧）に近づく。
【００２５】
ここで、トランジタ２でのエネルギー損失は、上述した電流とドレイン／ソース間電圧とによって決まり、図４に示すように、ドレイン／ソース間電圧が約２５ボルト（すなわち車載バッテリの定格電圧の約６０％）であるとき、ピーク値になり、ドレイン／ソース間電圧を約２５ボルトから上昇（或いは、低下）させると、トランジタ２でのエネルギー損失は、小さくなる。
【００２６】
そこで、上述のように、ブロアモータ１がロックして抵抗素子７に流れる電流が所定レベルＳｔ以上になると、制御回路８ａは、トランジスタ２のゲート端子に対する制御電圧（すなわちゲート電圧）を最大定格電圧まで上昇させる。なお、この最大定格電圧とは、トランジスタが安全に動作できる範囲でゲート端子に印加可能な制御電圧の最大値である。
【００２７】
以上のように制御電圧が最大定格電圧まで上昇すると、車載バッテリ１０ａからブロアモータ１に流れる電流が、図３（ａ）に示すように、増加するとともに、トランジタ２のドレイン／ソース間電圧が、図３（ｂ）に示すように、低下することになる。このため、図３（ｃ）に示すように、トランジタ２でのエネルギー損失を小さくすることができる。従って、バッテリの定格電圧を１２ボルトから４２ボルトに変更する場合であっても、過電流によりトランジタ２が破壊するのを未然に防止できる。
【００２８】
また、本実施形態では、オペアンプ５の出力電圧が所定電圧以上になるとその出力電圧が低下しない限り、トランジタ２のゲート端子に対する制御電圧を最大定格電圧まで上昇させて２秒間保持するので、ブロアモータ１は、この２秒間に亘り、最大定格電圧に応じたトルクを発生させることができる。従って、ブロアモータ１のロックの原因が異物混入、氷結によるものであるならば、このトルクにより、ブロアモータ１に混入された異物混入、或いは、氷結を、はねのけることができる可能性がある。
【００２９】
また、本実施形態では、車載バッテリからブロアモータ１に電流を流すために動作するトランジスタ２として、ｎ型ＭＯＳトランジスタを用いたものを示したが、ｐ型ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどの各種のトランジスタを用いることもできる。
【００３０】
さらに、本実施形態では、ブロアモータに流れる電流を変化させるために、トランジタ２のゲート端子に対する制御電圧をリニアに上昇、或いはリニアに低下させるものを示したが、制御電圧のデューティを変化させるようにして、ブロアモータ１に流れる電流を変化させるようにしてもよい。例えば、抵抗素子７に所定レベル以上の電流が流れていることを判定した場合には、制御電圧のデューティを１００％に変化させて、ブロアモータ１からトランジスタ２に流れる電流の平均値を増加させる。これに伴い、トランジスタ２のエネルギー損失を下げることができるので、トランジスタ２の破壊を防ぐことができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、モータ制御装置として、自動車用空調装置のブロアモータ１を制御する装置に適用する例を示したが、電動モータを制御する装置であるならば、車載用装置に限らず、各種のモータ制御装置に適用してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、制御回路８ａをハードウェアにて構成したものを用いた例について説明したが、マイクロコンピュータなどを用いてもよい。
【００３３】
以下、上記実施形態と特許請求項の範囲の構成との対応関係について説明すると、車載バッテリが電源に相当し、ブロアモータ１が電動モータに相当し、抵抗素子７、オペアンプ５が電流検出手段に相当し、ステップ１１０の処理部分が第１の判定手段に相当し、ステップ１３０の処理部分が駆動手段に相当し、ステップ１６０の処理部分が第２の判定手段に相当し、ステップ１７０の処理部分が停止手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるモータ制御装置の回路構成を示す図である。
【図２】制御回路の作動を示すフローチャートである。
【図３】モータ制御装置の作動を説明するための図である。
【図４】モータ制御装置の作動を説明するための図である。
【図５】従来のモータ制御装置の回路構成を示す図である。
【図６】従来のモータ制御装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
２…トランジスタ、５、６…オペアンプ、７…抵抗素子、
８ａ…制御回路、１００ａ…モータ制御装置。

Claims

電源から電動モータ（１）に電流を流すために動作するトランジスタ（２）を有し、前記電動モータに流れる電流を変化させるように前記トランジスタを駆動することにより、前記電動モータを制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータに流れる電流を検出する電流検出手段（５、７）と、
前記検出された電流が所定レベル以上であるか否かを判定する第１の判定手段（１１０）と、
前記検出された電流が所定レベル以上であることを前記第１の判定手段が判定したとき、前記電流を増加させて前記トランジスタのエネルギー損失を下げるために前記トランジスタの制御電圧を変化させる駆動手段（１３０）と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
前記駆動手段が前記エネルギー損失を下げるために前記トランジスタの制御電圧を変化させたのち、前記検出された電流が所定レベル以上であることが一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定手段（１６０）と、
前記検出された電流が所定レベル以上であることが一定期間以上継続したことを前記第２の判定手段が判定したとき、前記電動モータを停止させるように前記トランジスタを駆動する停止手段（１７０）と、を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。