JP4082174B2 - モータ用制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを制御するためのモータ用制御装置に関する。
【0002】
【従来技術】
従来より、電動モータを制御するための制御装置には、Hブリッジ回路を構成すると共に、電動モータに流れる電流をデューティー制御するためのMOSFETが4つ設けられ、且つ一列に並べられている。また、これらMOSFETの端子は、制御基板に接合されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−196770号公報(第6図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1に記載されているMOSFETQ1〜Q4は、一列に並べて設けられていることから、MOSFETQ1〜Q4の各々のドレイン端子、ソース端子及びゲート端子が1端子ずつ制御基板にそれぞれ接合されている。そして、制御基板の配線パターンによってHブリッジ回路を構成しているため、配線パターンが複雑となり、制御基板の小型化が進むにつれて設計が困難であるという問題がある。
【0005】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、制御基板の配線パターンを簡素にすることができるモータ用制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1では、複数の端子を有し、電動モータに流れる電流を切り替える複数のスイッチング素子と、端子が接合される複数の接合部と接合部と導通される配線パターンとを有する制御基板とを備え、スイッチング素子の端子を接合部に接合することで回路を構成するモータ用制御装置において、複数のスイッチング素子のそれぞれの特定の端子は、少なくとも1つの接合部に共通して接合されることを特徴としている。
【0007】
この構成により、複数のスイッチング素子のそれぞれの特定の端子が少なくとも1つの制御基板の接合部に共通して接合されることから、従来のような複数のスイッチング素子のそれぞれの端子を制御基板の接合部に共通して接合していない構成に比べて、制御基板の接合部の数を少なく構成することができるため、配線パターンの面積を小さくすることができる。これにより、制御基板の配線パターンを簡素にすることができる。また、制御基板の接合部の数を少なく構成することができるため、スイッチング素子の端子と制御基板の接合部とを接合する工数の低減を図ることができる。
【0008】
また、請求項2では、スイッチング素子を制御するための駆動信号を生成する制御手段を有し、制御基板の配線パターンを介して上流側の第1及び第4のスイッチング素子(22A、22D)及び下流側の第2及び第3のスイッチング素子(22B、22C)によってブリッジ回路を構成し、電動モータの一端が第1及び第2のスイッチング素子の間に電気的に接続され、且つ電動モータの他端が第3及び第4のスイッチング素子の間に電気的に接続されたモータ用制御装置であって、少なくとも1つの接合部に接合される端子は、駆動信号が入力されるゲート端子であって、接合部は、制御手段から同じ駆動信号が入力される上流側の第1のスイッチング素子と下流側の第3のスイッチング素子とのゲート端子が共通して接合された第1の接合部と、制御手段から同じ駆動信号が入力される上流側の第4のスイッチング素子と下流側の第2のスイッチング素子とのゲート端子が共通して接合された第2の接合部とからなることを特徴としている。
【0009】
この構成により、ブリッジ回路を構成するモータ用制御装置において、第1及び第3のスイッチング素子、もしくは第2及び第4のスイッチング素子のゲート端子には、制御手段から同じ駆動信号が入力されることから、回路構成を変えることなく、第1及び第3のスイッチング素子のゲート端子を第1の接続部に共通して接合させ、且つ第2及び第4のスイッチング素子のゲート端子を第2の接合部に共通して接合させることができる。
【0010】
また、請求項3では、端子は、電源からの電流が入力されるドレイン端子及び電流を出力するソース端子であって、上流側の第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子が電源に電気的に接続され、且つこれらのソース端子と下流側の第2及び第3のスイッチング素子のドレイン端子とが電気的に接続されており、さらに第2及び第3のスイッチング素子のソース端子がグランドに電気的に接続され、接合部は、下流側の第2及び第3のスイッチング素子のソース端子が共通して接合された第3の接合部であることを特徴としている。
【0011】
この構成により、第2及び第3のスイッチング素子のソース端子は、共にグランドに電気的に接続されることから、回路構成を変えることなく、第2及び第3のスイッチング素子のソース端子を第3の接合部に共通して接合させることができる。また、電源からの電流が流れるソース端子を第3の接合部に共通して接合させることで、第2及び第3のスイッチング素子のソース端子の抵抗を小さくすることができるため、このソース端子の発熱量を低減させることができる。
【0012】
また、請求項4では、第1及び第2のスイッチング素子、ならびに第3及び第4のスイッチング素子は、それぞれ隣接して配置され、第1及び第3のスイッチング素子のゲート端子が対向して設けられ、且つ第2及び第4のスイッチング素子のゲート端子が対向して設けられ、さらに第2及び第3のスイッチング素子のソース端子が対向して設けられることを特徴としている。
【0013】
この構成により、第1及び第3のスイッチング素子、もしくは第2及び第4のスイッチング素子のゲート端子、または第2及び第3のスイッチング素子のソース端子を第1から第3の接合部に容易に共通して接合させることができる。
【0014】
また、請求項5では、制御基板の配線パターンを介して上流側の第1及び第4のスイッチング素子(22A、22D)及び下流側の第2及び第3のスイッチング素子(22B、22C)によってブリッジ回路を構成し、電動モータの一端が第1及び第2のスイッチング素子の間に電気的に接続され、且つ電動モータの他端が第3及び第4のスイッチング素子の間に電気的に接続されたモータ用制御装置であって、少なくとも1つの接合部に接合される端子は、電源からの電流が入力されるドレイン端子及び電流を出力するソース端子であって、上流側の第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子が電源に電気的に接続され、且つこれらのソース端子と下流側の第2及び第3のスイッチング素子のドレイン端子とが電気的に接続されており、さらに第2及び第3のスイッチング素子のソース端子がグランドに電気的に接続され、接合部は、上流側の第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子が共通して接合された第4の接合部と、下流側の第2及び第3のスイッチング素子のソース端子が共通して接合された第5の接合部とからなることを特徴としている。
【0015】
この構成により、ブリッジ回路を構成するモータ用制御装置において、第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子は、共に電源に電気的に接続されることから、回路構成を変えることなく、第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子を第4の接合部に共通して接合させることができる。さらに、第2及び第3のスイッチング素子のソース端子も同様に、共にグランドに電気的に接続されることから、同様に回路構成を変えることなく、第2及び第3のスイッチング素子のソース端子を第5の接合部に共通して接合させることができる。また、電源からの電流が流れるドレイン端子とソース端子とを第4及び第5の接合部に共通して接合させることで、第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子と第2及び第3のスイッチング素子のソース端子との抵抗を小さくすることができるため、このドレイン端子及びソース端子の発熱量を低減させることができる。
【0016】
また、請求項6では、第1及び第2のスイッチング素子、ならびに第3及び第4のスイッチング素子は、それぞれ隣接して配置され、第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子が対向して設けられ、且つ第2及び第3のスイッチング素子のソース端子が対向して設けられることを特徴としている。
【0017】
この構成により、第1及び第4のスイッチング素子のドレイン端子、または第2及び第3のスイッチング素子のソース端子を第4及び第5の接合部に容易に共通して接合させることができる。
【0018】
また、請求項7では、上流側の第1のスイッチング素子及び下流側の第3のスイッチング素子のみが共にオン駆動されることで、電動モータが回転し、上流側の第4のスイッチング素子及び下流側の第2のスイッチング素子のみが共にオン駆動されることで、電動モータが逆回転することを特徴としている。
【0019】
この構成により、第1から第4のスイッチング素子によって電動モータの回転方向を変えることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態について説明する。
【0021】
図1は、電動モータ駆動装置1の径方向断面図である。図2は、図1のII−II矢視断面図である。図3は、図1のIII−III矢視断面図である。図4は、制御装置2の一部の回路構成を示した図である。図5は、MOSFET22の外観図である。
【0022】
電動モータ駆動装置1は、図1に示すように、本発明の制御装置2と電動モータ3とから構成されており、制御装置2がハウジング5内に設けられ、且つ電動モータ3がヨーク39内に設けられている。
【0023】
制御装置2は、電動モータ3に流れる電流を制御するものであって、制御基板21、スイッチング素子を成すMOSFET22及びリレー23等から構成されている。
【0024】
制御基板21は、板状であって、図3に示すように、六角形形状を呈している。また、制御基板21には、電動モータ3のモータターミナル31が接合される孔21aが設けられている。さらに、制御基板21には、MOSFET22の端子が接合される9個の接合部21b〜21jが設けられている。
【0025】
MOSFET22は、電動モータ3に流れる電流を切り替えるためのものであって、上流側の第1及び第2のMOSFET22A、22Bと下流側の第3及び第4のMOSFET22C、22Dとから構成され、且つハウジング5の斜面部51に直接ネジ止め等により固定されている。この第1から第4のMOSFET22A、22B、22C、22Dは、図1に示すように、側方に取り出される端子を有しており、この端子は、図5に示すように、オン及びオフ信号の駆動信号が入力されるゲート端子G、電源Bからの電流が入力されるドレイン端子D及び電源Bからの電流を出力するソース端子Sから構成されている。また、このゲート端子G、ドレイン端子D及びソース端子Sが制御基板21に対して垂直に曲げられ、且つ制御基板21の接合部21b〜21jに半田により接合されている。
【0026】
また、第1から第4のMOSFET22A、22B、22C、22Dは、図2及び図3に示すように、第1のMOSFET22Aと第2のMOSFET22Bとが隣接して配置され、且つ第3のMOSFET22Cと第4のMOSFET22Dとが隣接して配置されている。また、第1のMOSFET22Aのゲート端子Gと第3のMOSFET22Cのゲート端子Gとが対向して配置され、且つ制御基板21の第1の接合部21dに共通して接合されている。さらに、第2のMOSFET22Bのソース端子Sと第3のMOSFET22Cのソース端子Sとが対向して配置され、且つ第3の接合部21fに共通して接合されている。また、第2のMOSFET22Bのゲート端子Gと第4のMOSFET22Dのゲート端子Gとが対向して配置され、且つ第2の接合部21hに共通して接合されている。
【0027】
また、制御基板21には、制御素子(図示しない)、リレー23及びコンデンサ24が直接基板上に組み付けられている。
【0028】
制御素子は、マイクロコンピュータ等の素子であり、電動モータ3に流す電流を決定し、且つ第1から第4のMOSFET22A、22B、22C、22Dを制御するための信号を生成する。リレー23は、イグニッションスイッチ(図示しない)がオン及びオフされることで電動モータ3へ流れる電流を通電及び遮断させるものである。コンデンサ24は、電源Bの電圧の変動を抑制するものである。
【0029】
電動モータ3は、図1に示すように、制御装置2で決定された駆動力を減速機構(図示しない)を介してシャフト4に付与するものであり、磁性体のヨーク39の内周にマグネット38を有する界磁、この界磁の内周に回転自在に支持されたアーマチャ37及びこのアーマチャ37に設けられたコンミテータ36に摺接するブラシ33等から構成される直流モータである。また、ブラシ33をブラシホルダ33a内に設けられたスプリング34により、内径方向に付勢することで、ブラシ33をコンミテータ36に摺接させている。さらに、電動モータ3は、ヨーク39の開口端面がハウジング5の側面に当接して組み付けられ、ボルト11によりフレームエンド12に固定されている。
【0030】
また、電動モータ3は、ピグテール32を介してブラシ33と電気的に接続され、ハウジング5内に設けられる金属製のモータターミナル31を具備している。
【0031】
モータターミナル31は、給電のためのものであって、ほぼ直角に折り曲げられ、図1及び図3に示すように、電動モータ3をハウジング5に組み付けた後、一端が制御基板21の孔21aに半田を介して接合される。
【0032】
次に、ブリッジ回路を構成する制御基板2の回路構成について図4に基づいて説明する。
【0033】
第1のMOSFET22Aと第4のMOSFET22Dとのドレイン端子Dは、リレー23を介して電源Bに電気的に接続されている。一方、これらのソース端子Sが第2のMOSFET22Bと第3のMOSFET22Cとのドレイン端子Dに電気的に接続されている。また、第2のMOSFET22Bと第3のMOSFET22Cとのソース端子は、電源Bのグランドに電気的に接続されている。
【0034】
第1から第4のMOSFET22A、22B、22C、22Dの各々のゲート端子Gは、制御素子の各出力端子に電気的に接続されている。さらに、電動モータ3のモータターミナル31は、一端が第1のMOSFET22Aのソース端子Sと第2のMOSFET22Bのドレイン端子Dとの間に電気的に接続され、他端が第4のMOSFET22Dのソース端子Sと第3のMOSFET22Cのドレイン端子Dとの間に電気的に接続されている。なお、上記に記載した電気的接続は、制御基板21内の配線パターン(図示しない)を介してなされている。
【0035】
また、制御素子は、ゲート信号G1を出力して第1のMOSFET22Aをオン駆動させると同時にゲート信号G3を出力して第3のMOSFET22Cをオン駆動させるか、もしくはゲート信号G4を出力して第4のMOSFET22Dをオン駆動させると同時にゲート信号G2を出力して第2のMOSFET22Bをオン駆動させる。
【0036】
制御素子がゲート信号G1,G3を出力した場合、電源Bからの電流は、第1のMOSFET22Aからモータターミナル31の一端を介して電動モータ3に流れ、モータターミナル31の他端を介して第3のMOSFET22C及びグランドの順に流れる。
【0037】
また、制御素子がゲート信号G2,G4を出力した場合、電源Bからの電流は、第4のMOSFET22Dからモータターミナル31の他端を介して電動モータ3に流れ、モータターミナル31の一端を介して第2のMOSFET22C及びグランドの順に流れる。
【0038】
このことから、電動モータ3に流れる電流は、制御素子がゲート信号G1,G3を出力する場合とゲート信号G2,G4を出力する場合とで逆方向にすることができるため、制御素子によって電動モータ3の回転方向を変えることができる。
【0039】
[本実施形態の効果]
以上説明した本発明の制御装置2は、共に同時にオン駆動される第1のMOSFET22Aと第3のMOSFET22Cとのゲート端子G、もしくは第2のMOSFET22Bと第4のMOSFET22Dとのゲート端子Gには、制御素子から同様の駆動信号が入力されることから、回路構成を変えることなく、これらゲート端子Gを制御基板21に設けられた第1及び第2の接合部21d、21hに共通して接合させることができる。このことから、従来のようなMOSFETの端子を制御基板21に共通して接合しない構成に比べて、制御基板21の接合部21b〜21jの数を少なくできるため、配線パターンの面積を小さくすることができる。これにより、制御基板21の配線パターンを簡素にすることができる。
【0040】
さらに、第2のMOSFET22Bと第3のMOSFET22Cとのソース端子Sは、共にグランドに電気的に接続されることから、回路構成を変えることなく、これらソース端子Sを制御基板21の第3の接合部21fに共通して接合させることができる。
【0041】
また、MOSFET22の端子を制御基板21の第1から第3の接合部21d、21f、21hに共通して接合させることで、制御基板21の接合部21b〜21jの数を少なくすることができるため、MOSFET22の端子と制御基板21の接合部21b〜21jとを接合する半田付け工数の低減を図ることができる。
【0042】
さらに、制御基板21の第1から第3の接合部21d、21f、21hに共通して接合される第1及び第3のMOSFET22A,22C、もしくは第2及び第4のMOSFET22B,22Dのゲート端子G、または第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sは、それぞれ対向して配置されていることから、制御基板21の第1から第3の接合部21d、21f、21hに容易に共通して接合させることができる。
【0043】
また、電源Bからの電流が流れる第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sを制御基板21の第3の接合部21fに共通して接合させることで、第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sの抵抗を小さくすることができるため、このソース端子Sの発熱量を低減させることができる。
【0044】
[他の実施例]
図6は、他の実施例を示したMOSFET22の配置図である。
【0045】
本実施形態でのMOSFET22は、ドレイン端子D、ゲート端子G及びソース端子Sの順に設けられている。
【0046】
また、図6に示すように、第1のMOSFET22Aのドレイン端子Dと第4のMOSFET22Dのドレイン端子とが対向して配置され、且つ制御基板21の第4の接合部21mに共通して接合されている。また、第2のMOSFET22Bのソース端子Sと第3のMOSFET22Cのソース端子Sとが対向して配置され、且つ制御基板21の第5の接合部21rに共通して接合されている。
【0047】
この構成により、第1のMOSFET22Aと第4のMOSFET22Dとのドレイン端子Dは、共にリレー23を介して電源Bに電気的に接続されることから、回路構成を変えることなく、これらドレイン端子Dを制御基板21の第4の接合部21mに共通して接合させることができる。さらに、第2のMOSFET22Bと第3のMOSFET22Cとのソース端子Sは、共にグランドに電気的に接続されることから、回路構成を変えることなく、これらソース端子Sを制御基板21の第5の接合部21rに共通して接合させることができる。
【0048】
また、制御基板21の接合部21m、21rに共通して接合される第1及び第4のMOSFET22A,22Dのドレイン端子、または第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sは、それぞれ対向して配置されていることから、制御基板21の第4及び第5の接合部21m、21rに容易に共通して接合させることができる。
【0049】
さらに、電源Bからの電流が流れる第1及び第4のMOSFET22A,22Dのドレイン端子D、もしくは第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sを制御基板21の第4及び第5の接合部21m、21rに共通して接合させることで、第1及び第4のMOSFET22A,22Dのドレイン端子D、もしくは第2及び第3のMOSFET22B,22Cのソース端子Sの抵抗を小さくすることができるため、このドレイン端子D、もしくはソース端子Sの発熱量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電動モータ駆動装置の径方向断面図である。
【図2】図1のII−II矢視断面図である。
【図3】図1のIII−III矢視断面図である。
【図4】制御装置の一部の回路構成を示した図である。
【図5】MOSFETの外観図である。
【図6】他の実施例を示したMOSFETの配置図である。
【符号の説明】
1…電動モータ駆動装置、
2…制御装置、
3…電動モータ、
4…シャフト、
5…ハウジング、
21…制御基板、
22…MOSFET、
31…モータターミナル
Claims (7)
- 複数の端子を有し、電動モータに流れる電流を切り替える複数のスイッチング素子と、
前記端子が接合される複数の接合部と前記接合部と導通される配線パターンとを有する制御基板とを備え、
前記スイッチング素子の端子を前記接合部に接合することで回路を構成するモータ用制御装置において、
複数の前記スイッチング素子のそれぞれの特定の前記端子は、少なくとも1つの前記接合部に共通して接合されることを特徴とするモータ用制御装置。 - 前記スイッチング素子を制御するための駆動信号を生成する制御手段を有し、
前記制御基板の前記配線パターンを介して上流側の第1及び第4の前記スイッチング素子(22A、22D)及び下流側の第2及び第3の前記スイッチング素子(22B、22C)によってブリッジ回路を構成し、
前記電動モータの一端が前記第1及び第2のスイッチング素子の間に電気的に接続され、且つ前記電動モータの他端が前記第3及び第4のスイッチング素子の間に電気的に接続されたモータ用制御装置であって、
少なくとも1つの前記接合部に接合される前記端子は、前記駆動信号が入力されるゲート端子であって、
前記接合部は、前記制御手段から同じ前記駆動信号が入力される上流側の前記第1のスイッチング素子と下流側の前記第3のスイッチング素子との前記ゲート端子が共通して接合された第1の接合部と、
前記制御手段から同じ前記駆動信号が入力される上流側の前記第4のスイッチング素子と下流側の前記第2のスイッチング素子との前記ゲート端子が共通して接合された第2の接合部とからなることを特徴とする請求項1記載のモータ用制御装置。 - 前記端子は、電源からの電流が入力されるドレイン端子及び前記電流を出力するソース端子であって、
上流側の前記第1及び第4のスイッチング素子の前記ドレイン端子が前記電源に電気的に接続され、且つこれらの前記ソース端子と下流側の前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ドレイン端子とが電気的に接続されており、さらに前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子がグランドに電気的に接続され、
前記接合部は、下流側の前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子が共通して接合された第3の接合部であることを特徴とする請求項1又は2記載のモータ用制御装置。 - 前記第1及び第2のスイッチング素子、ならびに前記第3及び第4のスイッチング素子は、それぞれ隣接して配置され、
前記第1及び第3のスイッチング素子の前記ゲート端子が対向して設けられ、且つ前記第2及び第4のスイッチング素子の前記ゲート端子が対向して設けられ、さらに前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子が対向して設けられることを特徴とする請求項3記載のモータ用制御装置。 - 前記制御基板の前記配線パターンを介して上流側の第1及び第4の前記スイッチング素子(22A、22D)及び下流側の第2及び第3の前記スイッチング素子(22B、22C)によってブリッジ回路を構成し、
前記電動モータの一端が前記第1及び第2のスイッチング素子の間に電気的に接続され、且つ前記電動モータの他端が前記第3及び第4のスイッチング素子の間に電気的に接続されたモータ用制御装置であって、
少なくとも1つの前記接合部に接合される前記端子は、電源からの電流が入力されるドレイン端子及び前記電流を出力するソース端子であって、
上流側の前記第1及び第4のスイッチング素子の前記ドレイン端子が前記電源に電気的に接続され、且つこれらの前記ソース端子と下流側の前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ドレイン端子とが電気的に接続されており、さらに前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子がグランドに電気的に接続され、
前記接合部は、上流側の前記第1及び第4のスイッチング素子の前記ドレイン端子が共通して接合された第4の接合部と、
下流側の前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子が共通して接合された第5の接合部とからなることを特徴とする請求項1記載のモータ用制御装置。 - 前記第1及び第2のスイッチング素子、ならびに前記第3及び第4のスイッチング素子は、それぞれ隣接して配置され、
前記第1及び第4のスイッチング素子の前記ドレイン端子が対向して設けられ、且つ前記第2及び第3のスイッチング素子の前記ソース端子が対向して設けられることを特徴とする請求項5記載のモータ用制御装置。 - 上流側の前記第1のスイッチング素子及び下流側の前記第3のスイッチング素子のみが共にオン駆動されることで、前記電動モータが回転し、
上流側の前記第4のスイッチング素子及び下流側の前記第2のスイッチング素子のみが共にオン駆動されることで、前記電動モータが逆回転することを特徴とする請求項2から6のいずれか1つに記載のモータ用制御装置。
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