JP3985360B2

JP3985360B2 - 負荷制御装置

Info

Publication number: JP3985360B2
Application number: JP26996598A
Authority: JP
Inventors: 勝治桑田; 真市近田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: DE19939861A1; US6233396B1; JP2000102281A; DE19939861B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷駆動回路部への信号入力線のグランドショート（接地側への短絡）時における誤作動防止のための負荷制御装置に関するもので、例えば、車両用空調装置の送風機モータのような負荷の制御装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両用空調装置の送風機モータとして整流子およびブラシを廃止できるブラスレスモータが採用されている。そして、このブラスレスモータの電機子巻線の通電を制御するインバータの駆動信号をパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）することにより、モータの回転数制御を行なっている。
【０００３】
ところで、車両用空調装置では、通常、図６に示すように、車両エンジンのイグニッションスイッチ１０の投入によりオン状態となる電源リレー１４０を車載電源１３とブラスレスモータ（送風機モータ）１０のモータ駆動回路部１７との間に設置している。この電源リレー１４０を介して車載電源１３からモータ駆動回路部１７に電源を供給するようにしている。
【０００４】
図６において、１１はブラスレスモータ１０のデルタ結線された電機子巻線であり、１５は空調用制御装置であり、この空調用制御装置１５は送風機の目標回転数を算出してデューティ信号Ｄｔとして出力する。このデューティ信号Ｄｔは信号入力線１６からモータ駆動回路部１７に加えられる。
ここで、デューティ信号Ｄｔ（％）は、図３に示す（Ｔ₁／Ｔ₂）×１００であり、そして、このデューティ信号Ｄｔ（％）の増加に比例して図７に示す通りモータ駆動回路部１７によりモータ回転数を増加するようになっている。
【０００５】
このような回路構成によれば、送風機モータ１０の駆動回路部１７や空調用制御装置１５の異常により、万一、送風機モータ１０が全負荷運転したままになったときは、乗員がイグニッションスイッチ１４をオフ操作することにより、電源リレー１４０がオフ状態となり、送風機モータ１０を停止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コスト低減のために、電源リレー１４０を廃止した場合は、駆動回路部１７が車載電源１３に直結されるので、例えば、駆動回路部１７への信号入力線１６が金属部品（ネジ類等）の噛み込み等の何らかの原因により車体側に短絡（グランドショート）されると、１００％のデューティ信号Ｄｔがモータ駆動回路部１７へ加わったままになる。その結果、送風機モータ１０が全負荷運転を継続してしまう。この状態は、イグニッションスイッチ１０をオフ操作しても解除できないので、車載電源１３のバッテリが過放電するという不具合を生じる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、モータ等の電気負荷の駆動回路部が電源に直結されていても、駆動回路部への信号入力線のグランドショートによる、モータ等の電気負荷の全負荷運転を自動的に防止できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【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ないし５記載の発明では、電気負荷（１０）の通電制御を行う駆動回路部（１７）の信号入力線（１６）の接地側への短絡状態を判定する判定手段（２３）を備え、信号入力線（１６）が接地側へ短絡された状態になると、判定手段（２３）の出力により駆動回路部（１７）を介して電気負荷（１０）を停止させることを特徴としている。
【０００９】
これによると、信号入力線（１６）の接地側への短絡時においても、これを判定して電気負荷（１０）を自動的に停止できるので、電源の過放電といった不具合を未然に防止できる。
そして、本発明は請求項２に記載のように制御回路部（１５）の制御信号を、信号入力線（１６）が接地側電位のままになったとき、デューティ比が１００％となるデューティ信号とし、このデューティ比が１００％近傍の値に上昇したことに基づいて信号入力線（１６）の接地側への短絡状態を判定するようにすれば、入力信号であるデューティ信号をそのまま利用して、信号入力線の接地側への短絡状態を判定できる。従って、特別にセンサ等を追加設置することなく、極めて簡潔な構成で低コストで実施でき、実用上有利である。
【００１０】
本発明は請求項３に記載のように、電気負荷（１０）はモータであり、駆動回路部（１７）は、制御回路部（１５）のデューティ信号のデューティ比が１００％未満の第１の所定値（Ｂ）に到達するまではデューティ比の増加につれてモータ（１０）の回転数を増加させ、
デューティ比が第１の所定値（Ｂ）と第１の所定値（Ｂ）よりも若干量大きい第２の所定値（Ｃ）との間にあるときはモータ（１０）の回転数をデューティ比が第１の所定値（Ｂ）に到達したときの値に維持し、
デューティ比が第２の所定値（Ｃ）以上に増加すると、モータ（１０）を停止させるようにすれば、正常時のモータ回転数制御機能と、異常時のモータ自動停止機能とを良好に両立できる。
【００１１】
また、請求項３のモータ（１０）は具体的には、請求項４に記載のように、永久磁石からなる回転子と、３相結線された電機子巻線（１１）とを備え、この電機子巻線（１１）への通電を駆動回路部（１７）により切り替えるブラシレスモータが好適である。
また、請求項３または４のモータ（１０）は、より具体的には、請求項５に記載のように、空調装置の送風機モータであり、送風機モータ（１０）の目標回転数の増加に応じてデューティ比を増加させるデューティ信号を制御回路部（１５）により発生して、送風機モータ（１０）の回転数を制御するようになっている。
【００１２】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明を車両用空調装置における送風機モータの制御装置に適用した一例であり、図６と同一または均等部分には同一符号を付している。送風機モータはブラスレスモータ１０で構成され、このブラスレスモータ１０は、三相結線（図示の例はΔ結線）された電機子巻線（ステータコイル）１１と、回転界磁を構成する永久磁石を持った回転子（図示せず）と、この回転子の回転位置を検出する回転位置センサ１２とを有している。
【００１４】
この回転位置センサ１２は、例えば、回転子の回転軸に結合された永久磁石１２ａの回転による磁界の変化を検出するホール素子を用いて構成できる。なお、図１では図示の簡略化のために、回転位置センサ１２を１つのみ図示しているが、実際は、１つの永久磁石１２ａの回転方向周囲に３個の回転位置センサ１２が等間隔で配置され固定されている。この３個の回転位置センサ１２の出力Ｕ、Ｖ、Ｗは図２のタイミングチャートに示すように、モータ回転子の回転位置に対して所定の位相差を持つ波形となる。
【００１５】
１３は車載の電源バッテリで、車両エンジンのイグニッションスイッチ１４を介して車両用空調装置の制御装置（制御回路部）１５に電源を供給するようになっている。この空調用制御装置１５は周知のごとく内気温、外気温、日射量、設定温度等に基づいて車室内への吹出空気の目標吹出空気温度ＴＡＯを算出し、この目標吹出空気温度ＴＡＯに基づいて送風機の目標回転数を算出する。この目標回転数は、デューティ信号Ｄｔとして出力され、信号入力線１６からモータ駆動回路部１７の入力端子１７ａに加えられる。
【００１６】
ここで、デューティ信号Ｄｔ（％）は、図３に示す（Ｔ₁／Ｔ₂）×１００であり、そして、デューティ信号Ｄｔとモータ回転数との入出力関係は図４に示す通りである。これの詳細については後述する。
次に、モータ駆動回路部１７について説明すると、１８はブラスレスモータ１０の電機子巻線（ステータコイル）１１への通電を制御するたのインバータで、スイッチ素子として６個のＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）１８ａを用いて３相全波ブリッジ回路が構成されている。１９は信号入力線１６からのデューティ信号Ｄｔをアナログ電圧に変換するデューティ−電圧変換回路で、送風機の目標回転数に応じたアナログ電圧を出力する。
【００１７】
２０は回転位置センサ１２の出力の周波数をアナログ電圧に変換する周波数−電圧変換回路で、モータ１０の実際の回転数に応じたアナログ電圧を出力する。２１はパルス幅生成回路で、上記の両変換回路１９、２０の出力に基づいてモータ１０の実際の回転数が目標回転数に一致するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）制御の出力パルス幅を生成（決定）する。２２はＦＥＴ駆動制御回路で、インバータ１８の６個のＦＥＴ１８ａの駆動制御信号を出すものであり、この駆動制御信号は６個のＦＥＴ１８ａの導通を回転位置センサ１２の検出信号（すなわち，モータ回転子の回転位置）に基づいて決める。
【００１８】
図２のタイミングチャートにおいて、下段側のＵ、Ｖ、Ｗは、ＦＥＴ駆動制御回路２２による６個のＦＥＴ１８ａに対する駆動制御信号を例示する。ここで、Ｕ、Ｖ、Ｗは３個の回転位置センサ１２の出力Ｕ、Ｖ、Ｗに対応するとともに、インバータ１８における上下１対の３組のＦＥＴの組み合わせＵ、Ｖ、Ｗに対応する。
【００１９】
２３はデューティ−電圧変換回路１９の出力電圧が所定レベルに到達したことを判定する比較器で、本発明の判定手段を構成する。２４は駆動回路で、パルス幅生成回路２１からの出力とＦＥＴ駆動制御回路２２からの出力と比較器２３からの出力との論理積（ＡＮＤ出力）をとって各ＦＥＴ１８ａを駆動する。なお、図１ではＦＥＴ駆動制御回路２２の駆動回路２４に対する出力線を１本のみ図示しているが、実際は６個のＦＥＴ１８ａに対応して６本設けられる。
【００２０】
２５はスタンバイ回路で、信号入力線１６からのデューティ信号Ｄｔに基づいてモータ作動時には上記各回路１９〜２４へ電源を供給し、モータ停止時には上記各回路１９〜２４への電源供給を遮断するものである。これにより、モータ駆動回路部１７が電源リレーを介在せずに、電源バッテリ１３に直結される回路結線であっても、上記各回路１９〜２４による電力消費を低減できる。
【００２１】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明する。まず、空調用制御装置１５の信号入力線１６が異常なくモータ駆動回路部１７の入力端子１７ａに結線されている正常時について説明する。この正常時には、車両エンジンのイグニッションスイッチ１４の投入により空調用制御装置１５に電源が供給されて、空調用制御装置１５は作動可能となる。そして、車両用空調装置の運転に伴って、空調用制御装置１５は目標吹出空気温度ＴＡＯに基づいて送風機の目標回転数を算出し、この目標回転数を図３のデューティ信号Ｄｔとして、信号入力線１６からモータ駆動回路部１７の入力端子１７ａに加える。
【００２２】
モータ駆動回路部１７においては、このデューティ信号Ｄｔを変換回路１９によりアナログ電圧に変換するとともに、実際のモータ回転数に応じたアナログ電圧を変換回路２０により発生し、この両変換回路１８、１９の出力に基づいたパルス幅をパルス幅生成回路２１により生成する。そして、このパルス幅生成回路２１の出力パルス幅と、ＦＥＴ駆動制御回路２２の駆動制御信号との論理積を駆動回路２４でとって、インバータ１８のＦＥＴ１８ａの導通時間を制御して、ブラシレスモータ１０の回転数を制御する。
【００２３】
なお、本実施形態においては、図４に示すように、デューティ信号Ｄｔ（％）が０から所定値Ａ（例えば、２０％）に上昇するまでは、ブラシレスモータ１０が停止しており、デューティ信号Ｄｔ（％）が所定値Ａ以上に上昇すると、ブラスレスモータ１０が所定回転数ａ（例えば、１０００ｒｐｍ）にて起動する。
その後は、デューティ信号Ｄｔ（％）の増加に比例してブラスレスモータ１０の回転数が上昇する。そして、デューティ信号Ｄｔ（％）が１００％近傍で、かつ、１００％未満の所定値Ｂ（例えば、８５％）に到達すると、ブラスレスモータ１０の回転数は全負荷回転数ｂ（例えば、４０００ｒｐｍ）に達する。このブラスレスモータ１０の全負荷運転状態はデューティ信号Ｄｔ（％）が８５％より若干量大きい所定値Ｃ（例えば、９０％）に増加する間継続される。
【００２４】
デューティ信号Ｄｔ（％）が上記の所定値Ｃ（例えば、９０％）に到達するまでは、信号入力線１６が正常状態であるとして、比較器２３は出力を出さない。しかし、デューティ信号Ｄｔ（％）が上記の所定値Ｃ（例えば、９０％）を越えると、変換回路１９の出力電圧の上昇に基づいて、信号入力線１６が接地短絡（グランドショート）した異常状態であると判定して、比較器２３が出力を出す。この比較器２３の出力に基づいて、駆動回路２４はインバータ１８の全ＦＥＴ１８ａを強制的にオフ状態にして、ブラスレスモータ１０を停止させる。
【００２５】
従って、モータ駆動回路部１７が電源１３に直結され、かつ、モータ駆動回路部１７への信号入力線１６がグランドショートされる結果、１００％のデューティ信号がモータ駆動回路部１７へ加わるようになっていても、デューティ信号Ｄｔ（％）が上記の所定値Ｃ（例えば、９０％）を越えたことを比較器２３により判定して、ブラスレスモータ１０を自動的に停止できる。
【００２６】
その結果、信号入力線１６のグランドショートに起因してブラスレスモータ１０が長時間全負荷運転したままとなって、電源バッテリ１３が過放電することを未然に防止できる。
なお、本実施形態では、図３に示すようにデューティ信号Ｄｔ（％）のＴ₁をローレベル（接地電位）の時間としているが、これとは逆に、図５に示すようにハイレベル（＋Ｂのバッテリ電位）の時間Ｔ₁′をとり、Ｔ₁′／Ｔ₂×１００でデューティ比（％）を算出することも考えられるが、これは以下の理由から採用していない。
【００２７】
すなわち、図５によるデューティ比（％）の算出方式であると、信号入力線１６の外れ、切断等によりオープン状態になったとき、モータ駆動回路部１７の入力端子１７ａに加わるデューティ信号Ｄｔ（％）は１００％の状態となり、ブラスレスモータ１０が全負荷運転の状態となる。しかし、一般に、信号入力線１６の電気接続部においては何らかの原因によるオープン状態の方がグランドショート状態よりも発生確率が高いので、実用上は、図５によるデューティ比（％）の算出方式よりも図３のデューティ比（％）の算出方式の方が好ましい。
【００２８】
（他の実施形態）
なお、上記の実施形態では、モータ駆動回路部１７の構成、作動について図１のブロック図により説明したが、モータ駆動回路部１７の機能をマイクロコンピュータによるディジタル制御により達成してもよいことはいうまでもない。
また、上記の実施形態では、電気負荷としての送風機モータをブラスレスモータ１０により構成する場合について説明したが、ブラスレスモータ１０以外の他の種類のモータを使用する場合にも本発明は同様に適用できる。さらには、電気負荷としてモータ以外のものを用いる場合にも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す電気結線図である。
【図２】本発明の一実施形態の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図３】本発明の一実施形態によるデューティ信号の波形図である。
【図４】本発明の一実施形態によるモータ入出力特性の説明図である。
【図５】本発明の比較例としてのデューティ信号の波形図である。
【図６】従来技術の電気結線図である。
【図７】従来技術によるモータ入出力特性の説明図である。
【符号の説明】
１０…ブラシレスモータ（電気負荷）、１３…電源バッテリ、
１５…空調用制御装置（制御回路部）、１６…信号入力線、１７…駆動回路部、２３…比較器（判定手段）。

Claims

電源（１３）に直接接続されて電源供給を受け、電気負荷（１０）の通電制御を行う駆動回路部（１７）と、
前記駆動回路部（１７）に信号入力線（１６）を介して前記電気負荷（１０）の制御信号を入力する制御回路部（１５）とを備え、
前記信号入力線（１６）が接地側へ短絡された状態になると、前記駆動回路部（１７）により前記電気負荷（１０）が全負荷運転する負荷制御装置において、
前記信号入力線（１６）の接地側への短絡状態を判定する判定手段（２３）を備え、
前記信号入力線（１６）が接地側へ短絡された状態になると、前記判定手段（２３）の出力により前記駆動回路部（１７）を介して前記電気負荷（１０）を停止させることを特徴とする負荷制御装置。
前記制御回路部（１５）の制御信号は、前記信号入力線（１６）が接地側電位のままになったとき、デューティ比が１００％となるデューティ信号であり、
前記判定手段（２３）は、前記デューティ比が１００％近傍の値に上昇したことに基づいて前記信号入力線（１６）の接地側への短絡状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の負荷制御装置。
前記電気負荷（１０）はモータであり、前記駆動回路部（１７）は、前記制御回路部（１５）のデューティ信号のデューティ比が１００％未満の第１の所定値（Ｂ）に到達するまでは前記デューティ比の増加につれて前記モータ（１０）の回転数を増加させ、
前記デューティ比が前記第１の所定値（Ｂ）と前記第１の所定値（Ｂ）よりも若干量大きい第２の所定値（Ｃ）との間にあるときは前記モータ（１０）の回転数を前記デューティ比が前記第１の所定値（Ｂ）に到達したときの値に維持し、
前記デューティ比が前記第２の所定値（Ｃ）以上に増加すると、前記モータ（１０）を停止させることを特徴とする請求項２に記載の負荷制御装置。
前記モータ（１０）は、永久磁石からなる回転子と、３相結線された電機子巻線（１１）とを備え、前記電機子巻線（１１）への通電を前記駆動回路部（１７）により切り替えるブラシレスモータであることを特徴とする請求項２または３に記載の負荷制御装置。
前記モータ（１０）は空調装置の送風機モータであり、
前記制御回路部（１５）は、前記送風機モータ（１０）の目標回転数の増加に応じて前記デューティ比を増加させるデューティ信号を発生することを特徴とする請求項３または４に記載の負荷制御装置。