JP5223402B2 - 車両用電動モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電動モータ駆動制御装置に関する。

この種の車両用電動モータ駆動制御装置に使用できる半導体集積回路として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図３に示されているように、この半導体集積回路は、Ｌ負荷３に流れる電流を制御する出力トランジスタＭ０と、過電圧をクランプするダイナミッククランプ回路３１と、ダイナミッククランプ回路３１の動作を制御するクランプ制御回路３２とを備えており、クランプ制御回路３２は、Ｌ負荷３による逆起電圧を検出した場合には、通常時に非動作状態に制御されたダイナミッククランプ回路３１を動作状態とするものである。

また、車両用電動モータ駆動制御装置に使用できる出力ＭＯＳトランジスタの過電圧保護回路として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図１に示されているように、この過電圧保護回路は、ドレインを第１の電源１に接続して、ソースは負荷９に電力を供給するよう接続された出力トランジスタ７と、ソースが第１の電源１に、ドレインが出力トランジスタ７のゲートに接続された制御スイッチ用トランジスタ１２と、第１の電源１と出力トランジスタ７のゲートとの間に接続されたダイナミッククランプ回路１０と、第１の電源電位の変動を検知して制御スイッチ用トランジスタ１２を制御する信号を制御スイッチ用トランジスタ１２に供給するサージ検出回路１１と、を備えている。
特開２００５−２２３３９９号公報 特開２００５−１０９１６２号公報

上述した特許文献１および特許文献２においては、例えば負荷である電動モータをＰＷＭ制御する際、出力トランジスタであるスイッチング素子に対する駆動信号がオフになるとき（ターンオフ）、逆起電圧の発生により過電圧（サージ）が発生する。このとき、クランプ回路に電圧が印加可能な状態であれば（制御スイッチ用トランジスタ１２がオン状態のとき）、負荷にかかる電圧はクランプ回路によるクランプ電圧でスイッチング素子の破壊電圧以下にクランプされ、スイッチング素子は過電圧から保護される。このように、スイッチング素子にかかる消費電力（すなわちフライバックエネルギー）は、クランプ回路（ツェナーダイオード）によりスイッチング素子が破壊しないようにスイッチング素子で吸収されているが、フライバックエネルギーは非常に大きい。この大きなフライバックエネルギーによって、スイッチング素子が熱破壊するのを防止するために、スイッチング素子を複数並列に設けたり、スイッチング素子のエネルギー耐量を大きくしたりしているが、回路構成の複雑化、大型化や、コスト高となるという問題がある。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、車両用電動モータ駆動制御装置において、簡単な構造・小型・低コストでフライバックエネルギーを適切に分散および吸収して、電動モータの駆動を切り替えるスイッチング素子が破壊されるのを抑制することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、直流電源と、直流電源から駆動電流が供給される電動モータと、直流電源と電動モータに直列に接続され、電動モータへの給電・停止を切り替える電界効果型トランジスタと、該電界効果型トランジスタのドレイン−ゲート間に配置されクランプ電圧を第１電圧と該第１電圧より大きい値である第２電圧とに切替可能な切替回路とから構成される電動モータ駆動素子と、電動モータ駆動素子に並列に接続され、第１電圧と第２電圧との間の値である第３電圧に設定されたクランプ電圧にクランプするクランプ素子と、を備えたことである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、切替回路は、電動モータ駆動素子の温度を検出する温度検出回路と、該温度検出回路による検出結果に基づいてオン・オフされるスイッチング素子と、を備え、温度検出回路により検出された温度が所定温度より高い場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定温度より低い場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、切替回路は、電界効果型トランジスタのドレイン−ソース間電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路による検出結果に基づいてオン・オフされるスイッチング素子と、を備え、電流検出回路により検出された電流が所定値より大きい場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定値より小さい場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、切替回路は、電動モータの駆動時間に基づいてオン・オフされるスイッチング素子を備え、駆動時間が所定時間より短い場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定時間より長い場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、電動モータ駆動素子の切替回路によって、電動モータ駆動素子のクランプ電圧が第１電圧に切り替えられている場合、このクランプ電圧は、電動モータ駆動素子に並列に接続されたクランプ素子のクランプ電圧である第３電圧より低い。これにより、電動モータをＰＷＭ制御する際、電動モータをオン・オフする電界効果型トランジスタに対する駆動信号がオフになって（ターンオフ）、逆起電圧の発生により過電圧（サージ）が発生した場合、クランプ素子のクランプ電圧（第３電圧）より小さいクランプ電圧（第１電圧）である電動モータ駆動素子によってクランプされる。したがって、電動モータ駆動素子経由で電流を流し電動モータ駆動素子でターンオフ時のフライバックエネルギーを吸収させる。

一方、電動モータ駆動素子の切替回路によって、電動モータ駆動素子のクランプ電圧が第２電圧に切り替えられている場合、このクランプ電圧は、電動モータ駆動素子に並列に接続されたクランプ素子のクランプ電圧である第３電圧より高い。これにより、電動モータをＰＷＭ制御する際、電動モータをオン・オフする電界効果型トランジスタに対する駆動信号がオフになって（ターンオフ）、逆起電圧の発生により過電圧（サージ）が発生した場合、電動モータ駆動素子のクランプ電圧（第２電圧）より小さいクランプ電圧（第３電圧）であるクランプ素子によってクランプされる。したがって、クランプ素子経由で電流を流し、電動モータ駆動素子でなくクランプ素子でフライバックエネルギーを吸収させる。

このように、電動モータ駆動素子の切替回路のクランプ電圧を切り替えることにより、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子またはクランプ素子の何れで吸収するかを切り替えることができる。これにより、フライバックエネルギーが電動モータ駆動素子のエネルギー耐量を超えない場合には、電動モータ駆動素子でフライバックエネルギーを吸収し、超える場合には、クランプ素子で吸収することが可能となる。また、エネルギー耐量が比較的小さい電動モータ駆動素子を使用することができる。したがって、同じ電動モータ駆動素子を複数並列に設けたり該素子のエネルギー耐量を大きくしたりする場合と比較して、簡単な構造・小型・低コストでフライバックエネルギーを適切に吸収して、電動モータ駆動素子が破壊されるのを抑制することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、温度検出回路により検出された温度が所定温度より高い場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定温度より低い場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えるので、電動モータ駆動素子の温度が所定温度より低い場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子で吸収し、所定温度より高い場合にはクランプ素子で吸収することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、電流検出回路により検出された電流が所定値より大きい場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定値より小さい場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えるので、電界効果型トランジスタのドレイン−ソース間を流れる電流が所定値より小さい場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子で吸収し、所定値より大きい場合にはクランプ素子で吸収することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、電動モータの駆動時間が所定時間より短い場合、スイッチング素子はオフされ切替回路は電動モータ駆動素子のクランプ電圧を第２電圧に切り替え、一方、所定時間より長い場合、スイッチング素子はオンされ切替回路は第１電圧に切り替えるので、電動モータの駆動時間が所定時間より短くて大きい電流が電界効果型トランジスタのドレイン−ソース間を流れる場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーをクランプ素子で吸収し、所定時間より長くて比較的小さい電流が流れる場合には電動モータ駆動素子で吸収することができる。

以下、本発明による車両用電動モータ駆動制御装置を適用した車両用ブレーキ制御装置Ａの一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に示すブレーキ制御装置Ａは、いわゆる液圧式の車両用ブレーキ制御装置において、液圧供給源からの液圧によってマスタシリンダ内のブレーキ油を昇圧させる液圧ブースタタイプのものである。ブレーキ制御装置Ａは、ブレーキペダル１１の踏み込み操作に応じて第１および第２出力ポート１０ａ，１０ｂからブレーキ油を圧送する液圧ブースタ付きのマスタシリンダ１０を備えている。マスタシリンダ１０の第１出力ポート１０ａは、電磁弁１２，１３が非通電状態（図示状態）にあるときは第１油路Ｌ１および電磁弁１２，１３を介し左前輪ＦＬ用のホイールシリンダＷＣｆｌに連通しているとともに、電磁弁１４，１５が非通電状態（図示状態）にあるときは第１油路Ｌ１および電磁弁１４，１５を介して右前輪ＦＲ用のホイールシリンダＷＣｆｒに連通している。電磁弁１２，１４は、後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）７０からの指令に基づく通電により状態を切り換え制御されて、ホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｆｒに連通する油路を第１油路Ｌ１と後述する高圧油路ＬＨとの間で切り換えるものである。また電磁弁１３，１５は、同様の通電により状態を切り換え制御されて、ホイールシリンダＷＣｆｌ，ＷＣｆｒに対して第１油路Ｌ１又は高圧油路ＬＨを連通および遮断するものである。

マスタシリンダ１０の第２出力ポート１０ｂは、電磁弁１６，１７が非通電状態（図示状態）にあるときは第２油路Ｌ２および電磁弁１６，１７を介して左後輪ＲＬ用のホイールシリンダＷＣｒｌに連通しているとともに、電磁弁１６，１８が非通電状態（図示状態）にあるときは第２油路Ｌ２および電磁弁１６，１８を介して右後輪ＲＲ用のホイールシリンダＷＣｒｒに連通している。電磁弁１６は、ＥＣＵ７０からの指令に基づく通電により状態を切り換え制御されて、ホイールシリンダＷＣｒｌ，ＷＣｒｒに対して第２油路Ｌ２を連通および遮断するためのものである。また電磁弁１７，１８は、同様の通電により状態を切り換え制御されて、ホイールシリンダＷＣｒｌ，ＷＣｒｒに対して第２油路Ｌ２又は高圧油路ＬＨを連通および遮断するものである。

また、ブレーキ制御装置Ａは、電動モータ３０により駆動されるポンプ１９を備えている。ポンプ１９は、リザーバタンク２０内のブレーキ油を吸入してアキュムレータ２１に圧送し、液圧供給源としてのアキュムレータ２１内は常に一定の油圧に保たれている。アキュムレータ２１は、高圧油路ＬＨを介して電磁弁２２に接続されている。電磁弁２２は、非通電状態（図示状態）にあるときは高圧油路ＬＨを閉止するとともに通電状態にあるときは高圧油路ＬＨを電磁弁１２，１４，１７，１８に連通させるものである。アキュムレータ２１は、電磁弁２２，１２が通電状態となりかつ電磁弁１３が非通電状態にあるときは高圧油路ＬＨおよび電磁弁２２，１２，１３を介して左前輪ＦＬ用のホイールシリンダＷＣｆｌに連通し、電磁弁２２，１４が通電状態となりかつ電磁弁１５が非通電状態にあるときは高圧油路ＬＨおよび電磁弁２２，１４，１５を介して右前輪ＦＲ用のホイールシリンダＷＣｆｒに連通し、電磁弁２２が通電状態となりかつ電磁弁１７が非通電状態にあるときは高圧油路ＬＨおよび電磁弁２２，１７を介して左後輪ＲＬ用のホイールシリンダＷＣｒｌに連通し、電磁弁２２が通電状態となりかつ電磁弁１８が非通電状態にあるときは高圧油路ＬＨおよび電磁弁２２，１８を介して右後輪ＲＲ用のホイールシリンダＷＣｒｒに連通する。

また、アキュムレータ２１は、高圧油路ＬＨを介して、マスタシリンダ１０の入力ポート１０ｃに連通している。入力ポート１０ｃから導入された高圧ブレーキ油はマスタシリンダ１０に内蔵のレギュレータ１０ｄおよびブースタ室１０ｅを通って第２出力ポート１０ｂから導出される。ブースタ室１０ｅに圧力が導入されるとブレーキペダル１１の踏力が助勢される。

各電磁弁１３，１５，１７，１８とホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒの間からは、電磁弁２３〜２６を介して、リザーバタンク２０に接続された低圧油路ＬＬが分流している。電磁弁２３〜２６は、ＥＣＵ７０からの指令に基づく通電により状態を切り換え制御されて、ホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒに対して低圧油路ＬＬを連通および遮断するものである。

また、ブレーキ制御装置Ａは、第１油路Ｌ１、第２油路Ｌ２および高圧油路ＬＨの油圧をそれぞれ検出する液圧計２７，２８，２９を備えている。なお、電磁弁１３，１５，１７，１８は各ホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒに対する増圧手段であり、電磁弁２３〜２６は同じく減圧手段であり、電磁弁１２，１４は切換手段であり、電磁弁２２は高圧開閉弁手段であり、電磁弁１６は後輪切換手段である。また、切換手段、後輪切換手段、高圧開閉手段は、増圧手段および減圧手段とマスタシリンダ１０との間に設けられて、ホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒとマスタシリンダ１０とを連通しホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒとアキュムレータ２１とを遮断する状態と、ホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒとマスタシリンダ１０とを遮断しホイールシリンダＷＣｆｌ〜ＷＣｒｒとアキュムレータ２１とを連通する状態とに切り換えるものである。また、本実施の形態においては減圧手段である電磁弁２３〜２４が排出手段である。

さらに、ブレーキ制御装置Ａは車輪速度センサＳfl，Ｓfr，Ｓrl，Ｓrrを備えている。車輪速度センサＳfl，Ｓfr，Ｓrl，Ｓrrは、車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲに付設されており、各車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲの回転速度を検出して制御装置７０に送信している。

さらに、ブレーキ制御装置Ａは、例えば車両のダウンヒルアシスト制御をオン・オフするためのスイッチであるダウンヒルアシスト制御スイッチ８１を備えている。ダウンヒルアシスト制御スイッチ８１のオン・オフ信号は制御装置７０に送信されるようになっている。ダウンヒルアシスト制御は、ダウンヒルアシスト制御スイッチ８１がオン状態にある時、ブレーキ制御を実施して降坂時の車速を一定速度（例えば５ｋｍ／ｈ）にコントロールする制御である。

そして、ブレーキ制御装置Ａは、上述した電動モータ３０、各電磁弁１２〜１８，２２〜２６、油圧計２８〜２９、および車輪速度センサＳfl，Ｓfr，Ｓrl，Ｓrrに接続された制御装置７０を備えている。制御装置７０には、車両の操舵角を検出するステアリングセンサ、アクセルペダルに組み付けられて車両のアクセル開度を検出するアクセルセンサ、および車両の実際のヨーレートＹを検出するヨーレートセンサも接続されている（いずれも図示省略）。制御装置７０は、これら各センサからの検出信号に基づき、電動モータ３０、ブレーキ制御装置Ａの各電磁弁１２〜１８，２２〜２６を制御し、ホイールシリンダＷＣfl〜ＷＣrrに付与する油圧ひいては各車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲに付与する制動力を制御する。なお、本実施の形態においては液圧計２７がブレーキペダル１１の踏込状態としてのマスタシリンダ圧を検出するもの（踏込状態検出手段）である。

制御装置であるＥＣＵ（電子制御ユニット）７０は、図２に示すように、マイクロプロセッサ７１、モータ制御部７２および電動モータ駆動素子７３を備えている。モータ制御部７２は、マイクロプロセッサ７１からの制御指令信号（駆動要求）を入力し、その制御指令信号に応じて制御対象の電動モータ３０に供給する駆動電流（駆動電圧）をオン・オフ制御するものである。モータ制御部７２は、マイクロプロセッサ７１からの駆動要求に応じたオン・オフ信号（所定のデューティ比のＰＷＭ信号でもよい。）を第１スイッチング素子（以下、第１ＳＷ素子という。）７４に送信して電動モータ３０への通電・非通電を制御する。

電動モータ駆動素子７３は、電動モータ３０を回転・停止させるものである。この実施の形態の電動モータ３０は直流モータであり、電動モータ駆動素子７３は、直流電源ＢＡＴと電動モータ３０に直列に接続されている。本実施の形態では、電動モータ駆動素子７３は電動モータ３０の正極端子３０ａと直流電源（例えば＋１２Ｖのバッテリ）ＢＡＴの正極の間に設けられている。

電動モータ駆動素子７３は、モータ制御部７２から供給されるオン・オフ信号に応じて導通および遮断される第１ＳＷ素子７４と、この第１ＳＷ素子７４のドレインとゲート間に接続された切替回路７５とを備えている。

第１ＳＷ素子７４はＭＯＳ型電界効果トランジスタよりなる第１スイッチング部７４ａと、これと並列接続された第１寄生ダイオード７４ｂにより構成されている。第１ＭＯＳ型電界効果トランジスタ７４ａのドレインは端子７３ａを介してバッテリＢＡＴの正極に接続され、ソースは電動モータ３０の正極端子３０ａに接続され、ゲートにはモータ制御部７２からのオン・オフ信号がチャージポンプ部７９で昇圧されて入力される。第１寄生ダイオード７４ｂのカソードおよびアノードは、それぞれ第１電界効果トランジスタ７４ａのドレインおよびソースに接続となるように形成されている。

切替回路７５は、クランプ回路７６、第２スイッチング素子（スイッチング素子であり、以下第２ＳＷ素子という。）７７および温度検出回路７８から構成されている。クランプ回路７６は、第１スイッチング部７４ａのゲートとドレイン間電圧をクランプするものである。クランプ回路７６は、アノードが第１スイッチング部７４ａのドレインに接続されたダイオード７６ａと、カソードがダイオード７６ａのカソードに接続された第１ツェナーダイオード７６ｂと、カソードが第１ツェナーダイオード７６ｂのアノードに接続されアノードが第１スイッチング部７４ａのゲートに接続された第２ツェナーダイオード７６ｃと、から構成されている。

第２ＳＷ素子７７は、例えばＮＰＮトランジスタよりなり、第２ツェナーダイオード７６ｃに並列に接続されている。すなわち、第２ＳＷ素子７７のコレクタおよびエミッタは、第２ツェナーダイオード７６ｃのカソードおよびアノードにそれぞれ接続され、ベースは温度検出回路７８の出力端に接続されている。

温度検出回路７８は、第１ＳＷ素子７４の温度を検出しその検出結果を第２ＳＷ素子７７のベースに出力するものである。温度検出回路７８は、電動モータ駆動素子７３の温度が所定温度（例えば、１５０℃）より小さい場合に、オン信号をベースに出力して第２ＳＷ素子７７をオンとし、大きい場合に、オフ信号を出力して第２ＳＷ素子７７をオフとする。オン・オフを切り替える閾値である、この所定温度の決定方法については後述する。

このように、電動モータ駆動素子７３の温度が所定温度より小さい場合、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧は、ダイオード７６ａの順方向降下電圧Ｖｆと第１ツェナーダイオード７６ｂの降伏電圧Ｖ_ＢＤ１と第１スイッチング部７４ａのしきい値電圧（ゲート−ソース間電圧）Ｖ_ＧＳとで決定される第１クランプ電圧（第１電圧）Ｖ_ＣＬ１（例えば、２４Ｖ）となる。また、所定温度より大きい場合、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧は、ダイオード７６ａの順方向降下電圧Ｖｆと第１ツェナーダイオード７６ｂの降伏電圧Ｖ_ＢＤ１と第２ツェナーダイオード７６ｃの降伏電圧Ｖ_ＢＤ２と第１スイッチング部７４ａのしきい値電圧Ｖ_ＧＳとで決定される第２クランプ電圧（第２電圧）Ｖ_ＣＬ２（例えば、５０Ｖ）となる。第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２は第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１より大きい値に設定されている。

すなわち、温度検出回路７８により検出された温度が所定温度より高い場合、第２ＳＷ素子７７はオフされ切替回路７５は電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧を第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切り替え、一方、所定温度より低い場合、第２ＳＷ素子７７はオンされ切替回路７５はクランプ電圧を第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１に切り替えている。このように、切替回路７５は、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧を第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１と第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切替可能である。

さらに、ＥＣＵ７０は、電動モータ駆動素子７３に並列に接続され、第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１と第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２との間の値に設定された第３クランプ電圧（第３電圧）Ｖ_ＣＬ３にクランプするクランプ素子８０を備えている。クランプ素子８０は、例えばパワーツェナーダイオードで構成されており、カソードが電動モータ駆動素子７３の端子７３ａ（直流電源ＢＡＴの正極）に接続され、アノードが電動モータ駆動素子７３の端子７３ｂ（電動モータ３０の端子３０ａ）に接続されている。クランプ素子８０のクランプ電圧は、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖ_ＢＤ３で決定されるものであり、本実施の形態では２７Ｖである。なお、クランプ素子８０としては、ツェナーダイオード以外に、サージアブソーバ、バリスタなどのサージが発生した場合に所定電圧にクランプするものを使用してもよい。
なお、電動モータ３０の端子３０ｂは直流電源ＢＡＴの負極に接続されている。

次に、上記のように構成した車両用電動モータ駆動制御装置の作動について図３を参照して説明する。時刻ｔ１にて、マイクロプロセッサ７１によって第１ＳＷ素子７４がオンされると、電動モータ３０への給電が開始されて電動モータ３０の駆動制御が開始される。第１ＳＷ素子７４へは所定デューティ比（本実施の形態では、オン時間：オフ時間＝１：４）のＰＷＭ信号が供給される。具体的には、モータ制御部７２は、電動モータ３０の駆動制御中（時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間）において、１０ｍｓのオン時間と４０ｍｓのオフ時間を繰り返すオン・オフ信号を第１ＳＷ素子７４に出力している。

電動モータ３０はコイルを有しているので、駆動開始からある程度回転数が大きくなるまでの間は大きなトルクが必要となるため、図３の上段で破線で示すように、大きな突入電流が流れて徐々に小さくなり、やがて一定電流値に落ち着くようになる。そして、時刻ｔ３にて、マイクロプロセッサ７１からの指令によって第１ＳＷ素子７４がオフされると電動モータ３０の駆動制御が停止される。

さらに、時刻ｔ１から時刻ｔ２における車両用電動モータ駆動回路の作動について図４および図５も参照して詳述する。時刻ｔ１から時刻ｔ２においては、電動モータ駆動素子７３の温度が所定温度（例えば１５０℃）より低く、第２ＳＷ素子７７がオンされている。

時刻ｔ１から時刻ｔ２における、第１ＳＷ素子７４のオン・オフの１サイクル分について図５を参照して説明する。時刻ｔ１１にオンされ、その後時刻ｔ１２にオフされている。図５に示すように、時刻ｔ１１に第１ＳＷ素子７４がオンされると、電動モータ３０の端子３０ａの電圧Ｖ_Ｍ＋はバッテリＢＡＴの電圧Ｖ_ＢＡＴに上昇し、電流は第１ＳＷ素子７４および電動モータ３０を流れる。このとき、第１ＳＷ素子７４を流れる電流Ｉは突入電流のため瞬間的に大きい電流が流れる。このとき、クランプ回路７６およびクランプ素子８０には電流は流れていない。
第１ＳＷ素子７４の温度は、オン時の発熱とフライバック時の発熱により、図３のような時間−温度特性のように推移する。オンからオフに変わった瞬間での発熱時間は極めて短いので、この図のようにパルス的（フライバック時の急峻な発熱に相当している）に温度上昇を示す。オン・オフ切替え閾値の所定温度は、このパルス的に増加した最高温度が保証温度（例えば１７５℃）を下回るように設定する必要がある。

時刻ｔ１２（時刻ｔ１１の１０ｍｓ後）に第１ＳＷ素子７４がオフ（ターンオフ）されると、すなわち電動モータ３０への給電が停止された場合、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧は、上述したように第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１（例えば、２４Ｖ）となる。第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１はクランプ素子８０の第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より小さいため、電動モータ３０の端子３０ａの電圧Ｖ_Ｍ＋は、電動モータ駆動素子７３の第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１だけ低下し、Ｖ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ１（Ｖ）である。したがって、電動モータ３０の両端には約Ｖ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ１（Ｖ）の電圧が印加される。

電動モータ３０の両端にはＶ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ１（Ｖ）の電圧が逆電圧として発生すると、第１スイッチング部７４ａのゲートに電圧（ドレイン−ソース電流が流れる所定電圧以上の電圧である）がかかり、第１スイッチング部７４ａがオンするので、図４に示すように、電動モータ３０からのフライバック電流はバッテリＢＡＴから第１ＳＷ素子７４に流れる。第１ＳＷ素子７４を流れる電流をＩとする。

このようにターンオフされると、電動モータ３０にはフライバック電流によるフライバックエネルギーＥ１が発生する。このフライバックエネルギーＥ１は下記数１で表される。

（数１）
Ｅ１＝１／２×Ｌ×Ｉ^２
ここで、Ｌは電動モータ３０のコイルの自己インダクタンスである。また、この電流Ｉは、第１ＳＷ素子７４をオフした直前の第１ＳＷ素子７４（電動モータ３０）を流れている電流Ｉである。ここでは、バッテリＢＡＴに流れる電流によるエネルギーは無視している。

フライバック電流はＩであり、第１ＳＷ素子７４および電動モータ３０で消費されて、時刻ｔ１３には０となる。フライバックエネルギーの多くは、第１ＳＷ素子７４ひいては電動モータ駆動素子７３で消費される。

さらに、時刻ｔ２から時刻ｔ３における車両用電動モータ駆動回路の作動について詳述する。時刻ｔ２から時刻ｔ３においては、電動モータ駆動素子７３の温度が所定温度（例えば１５０℃）より高く、第２ＳＷ素子７７がオフされている。この場合にも、時刻ｔ１から時刻ｔ２における場合と同様に、時刻ｔ１１（オン時間）に第１ＳＷ素子７４がオンされると、電動モータ３０の端子３０ａの電圧Ｖ_Ｍ＋はバッテリＢＡＴの電圧Ｖ_ＢＡＴに上昇し、電流は第１ＳＷ素子７４および電動モータ３０を流れる（図５参照）。

時刻ｔ１２（オフ時間）に第１ＳＷ素子７４がオフ（ターンオフ）されると、すなわち電動モータ３０への給電が停止された場合、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧は、上述したように第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３（例えば、２７Ｖ）となる。クランプ素子８０の第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３は電動モータ駆動素子７３の第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２より小さいため、電動モータ３０の端子３０ａの電圧Ｖ_Ｍ＋は、クランプ素子８０の第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３だけ低下し、Ｖ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ３（Ｖ）である。したがって、電動モータ３０の両端には約Ｖ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ３（Ｖ）の電圧が印加される。

電動モータ３０の両端にはＶ_ＢＡＴ−Ｖ_ＣＬ３（Ｖ）の電圧が逆電圧として発生するので、図６に示すように、電動モータ３０からのフライバック電流はバッテリＢＡＴおよびクランプ素子８０を通って流れる。クランプ素子８０を流れる電流をＩとする。

このようにターンオフされると、電動モータ３０にはフライバック電流によるフライバックエネルギーＥ２が発生する。このフライバックエネルギーＥ２は下記数２で表される。

（数２）
Ｅ２＝１／２×Ｌ×Ｉ^２
ここで、Ｌは電動モータ３０のコイルの自己インダクタンスである。また、この電流Ｉは、第１ＳＷ素子７４をオフした直前の第１ＳＷ素子７４（電動モータ３０）を流れている電流Ｉである。ここでは、バッテリＢＡＴに流れる電流によるエネルギーは無視している。
なお、クランプ素子８０の温度は、モータ駆動制御が開始されるとモータ駆動素子７３の発熱による受熱でモータ駆動制御開始時点（時刻ｔ１）から切替え時点（時刻ｔ２）まで徐々に上昇する。時刻ｔ２以降では、クランプ素子８０でクランプするため、その際フライバック時の発熱により、図３のような時間−温度特性のように推移する。第１ＳＷ素子７４がオンからオフに変わった瞬間での発熱時間は極めて短いので、この図のようにパルス的（フライバック時の急峻な発熱に相当している）に温度上昇を示す。

また、電動モータ３０のフライバック電流は、バッテリＢＡＴおよびクランプ素子８０を通って流れる。フライバック電流はＩであり、クランプ素子８０および電動モータ３０で消費されて、時刻ｔ１３には０となる。フライバックエネルギーの多くは、クランプ素子８０で消費される。

上述した説明から明らかなように、本実施の形態によれば、電動モータ駆動素子７３の切替回路７５によって、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧が第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１に切り替えられている場合、このクランプ電圧は、電動モータ駆動素子７３に並列に接続されたクランプ素子８０のクランプ電圧である第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より低い。これにより、電動モータ３０をＰＷＭ制御する際、電動モータ３０をオン・オフする電界効果型トランジスタ７４に対する駆動信号がオフになって（ターンオフ）、逆起電圧の発生により過電圧（サージ）が発生した場合、電動モータ３０にかかる電圧は、クランプ素子８０のクランプ電圧（第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３）より小さいクランプ電圧（第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１）である電動モータ駆動素子７３によってクランプされる。したがって、電動モータ駆動素子７３経由で電流を流し電動モータ駆動素子７３でターンオフ時のフライバックエネルギーを吸収させる。

一方、電動モータ駆動素子７３の切替回路７５によって、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧が第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切り替えられている場合、このクランプ電圧は、電動モータ駆動素子７３に並列に接続されたクランプ素子８０のクランプ電圧である第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より高い。これにより、電動モータ３０をＰＷＭ制御する際、電動モータ３０をオン・オフする電界効果型トランジスタ７４に対する駆動信号がオフになって（ターンオフ）、逆起電圧の発生により過電圧（サージ）が発生した場合、電動モータ３０にかかる電圧は、電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧（第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２）より小さいクランプ電圧（第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３）であるクランプ素子８０によってクランプされる。したがって、クランプ素子８０経由で電流を流し、電動モータ駆動素子７３でなくクランプ素子８０でフライバックエネルギーを吸収させる。

このように、電動モータ駆動素子７３の切替回路７５のクランプ電圧を切り替えることにより、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子７３またはクランプ素子８０の何れで吸収するかを切り替えることができる。これにより、フライバックエネルギーが電動モータ駆動素子７３のエネルギー耐量を超えない場合には、電動モータ駆動素子７３でフライバックエネルギーを吸収し、超える場合には、クランプ素子８０で吸収することが可能となる。また、エネルギー耐量が比較的小さい電動モータ駆動素子７３を使用することができる。したがって、同じ電動モータ駆動素子７３を複数並列に設けたり該素子７３のエネルギー耐量を大きくしたりする場合と比較して、簡単な構造・小型・低コストでフライバックエネルギーを適切に分散させて、電動モータ駆動素子７３、クランプ素子８０それぞれで吸収して、電動モータ駆動素子７３がエネルギー（熱）破壊されるのを抑制することができる。さらに、電動モータ駆動素子７３の温度がその保証温度を越える事を防止することができ、ひいては電動モータ駆動素子７３の駆動可能な時間を延ばすことができる。

また、温度検出回路７８により検出された温度が所定温度より高い場合、第２ＳＷ素子（スイッチング素子）７７はオフされ切替回路７５は電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧を第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切り替え、一方、所定温度より低い場合、第２ＳＷ素子７７はオンされ切替回路７５は第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１に切り替えるので、電動モータ駆動素子７３の温度が所定温度より低い場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子７３で吸収し、所定温度より高い場合にはクランプ素子８０で吸収することができる。

また、電動モータ３０のフライバックエネルギーは、上記数１および数２で表したように、電動モータ３０のインダクタンスＬに比例する。加えて、フライバックエネルギーとモータ体格（軸長）とは、図７に示す関係がある。すなわち、軸長が短くなるほど発生するフライバックエネルギーが大きくなっている。これは、次の理由による。インダクタンスＬは下記数３で表される。

（数３）
Ｌ＝ｎ^２×Ｓ×μ／ｌ
ここで、ｎはコイルの巻き数であり、Ｓは鉄心の断面積であり、μは囲った材料の透磁率であり、ｌは巻腕部の長さである。

上記数１および数３からわかるように、モータ特性を維持しつつフライバックエネルギーを低減するためには、巻き数ｎを低減してインダクタンスＬを低減すればよいが、これに伴って電動モータ３０の抵抗が小さくなり、起動電流が増大し、無負荷回転数が増大して、起動トルクが低減する。これを補うため、磁束量を増大させるためにコア長やコア径を増大させる必要があるが、これにより電動モータ３０の体格例えば軸長が長くなっていた。

したがって、従来のように１の電動モータ駆動素子を設けた場合、または複数の電動モータ駆動素子を並列に設けた場合においては、ターンオフ時に発生するフライバックエネルギーをできるだけ抑制するように電動モータ３０の軸長を所定の長さ以上に確保する必要があった。図７に示すように、例えば電動モータ駆動素子からの設計要求が「フライバックエネルギーはＥａＪ以下」である場合、電動モータ３０の軸長はｌａｍｍ以上必要である。

これに対して、本実施の形態によれば、ターンオフ時に発生するフライバックエネルギーが小さい時には、電動モータ駆動素子７３でクランプし、大きい場合には電動モータ駆動素子７３よりエネルギー耐量の大きいクランプ素子８０でクランプするので、電動モータ駆動素子のエネルギー耐量が小さくても、クランプ素子８０によって大きいフライバックエネルギーを吸収することができる。したがって、電動モータ３０によって発生するフライバックエネルギーを従来のように小さくしなくて済み、電動モータ駆動素子に起因する設計要求が緩和されるので、フライバックエネルギーはＥａより大きい値であるＥｂ以下となるように、電動モータ３０の軸長をｌａより小さい値であるｌｂ以上とすることができる。この結果、電動モータ駆動素子を小型化・低コスト化した上で、電動モータ３０を小型化・低コスト化することができる。

また、電動モータ駆動素子７３のエネルギー耐量が小さくて済むので、エネルギー耐量を大きくするために電動モータ駆動素子を大型化しなくてよく、電動モータ駆動素子の小型化・低コスト化を達成することができる。

また、電動モータ駆動素子７３は半導体素子であり、そのエネルギー耐量は温度に反比例する。すなわち、電動モータ駆動素子７３の温度が高いと吸収可能なフライバックエネルギーは小さくなる。本実施の形態によれば、クランプする素子を電動モータ駆動素子７３からクランプ素子８０に切り替えることによって、電動モータ駆動素子７３のエネルギー耐量はより小さくて済む。

さらに、上述した実施の形態における電動モータ駆動素子７３の切替回路７５を、図８に示すように、電流検出回路１７８からの検出結果に基づいて第２ＳＷ素子７７がオン・オフされるものに代えてもよい。電流検出回路１７８は、第１ＳＷ素子７４のドレイン−ソース間電流を検出するものであり、その検出結果は第２ＳＷ素子７７のベースに出力されている。他の構成は上述した実施の形態と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。

この場合、電流検出回路１７８により検出されたドレイン−ソース間電流が所定値より大きい場合、第２ＳＷ素子７７（スイッチング素子）はオフされ切替回路７５は電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧を第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切り替え、一方、所定値より小さい場合、第２ＳＷ素子７７はオンされ切替回路は第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１に切り替えるので、第１スイッチング部７４ａのドレイン−ソース間を流れる電流が所定値より小さい場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子７３で吸収し、所定値より大きい場合にはクランプ素子８０で吸収することができる。したがって、図３に示すように、モータ電流（ドレイン−ソース間電流）が所定値より大きい場合（時刻ｔ１から時刻ｔ２）には、その大きいフライバックエネルギー（上記数１で表される）をクランプ素子８０で吸収し、モータ電流が所定値より小さい場合（時刻ｔ２から時刻ｔ３）には、その小さいフライバックエネルギーを電動モータ駆動素子７３で吸収する。

さらに、上述した実施の形態における電動モータ駆動素子７３の切替回路７５を、図９に示すように、電動モータ３０の駆動時間をモータ駆動素子７３に内蔵された時間検出回路８２で検出し、その検出結果に基づいて第２ＳＷ素子７７がオン・オフされるものに代えてもよい。この場合、電動モータ３０の駆動時間が所定時間より短い場合、第２ＳＷ素子７７（スイッチング素子）はオフされ切替回路７５は電動モータ駆動素子７３のクランプ電圧を第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２に切り替え、一方、所定時間より長い場合、第２ＳＷ素子７７はオンされ切替回路７５は第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１に切り替えるので、電動モータ３０の駆動時間が所定時間より短くて大きい電流が第１スイッチング部７４ａのドレイン−ソース間を流れる場合には、ターンオフ時のフライバックエネルギーをクランプ素子８０で吸収し、所定時間より長くて小さい電流が流れる場合には電動モータ駆動素子７３で吸収することができる。

なお、第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１と第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２の設定は、上述した実施の形態の場合に限られないで、第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１を第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より小さく設定し、第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２を無限大（第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より大きい値であることが前提であり、この第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より十分大きい値も含んでいる）に設定してもよい。例えば、上記実施の形態において第２ツェナーダイオード７６ｃを削除すればよい。このとき、第１クランプ電圧Ｖ_ＣＬ１は、第２ＳＷ素子７７がオンしたときのクランプ電圧であるので、ダイオード７６ａの順方向降下電圧Ｖｆと第１ツェナーダイオード７６ｂの降伏電圧Ｖ_ＢＤ１と第１スイッチング部７４ａのゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳの和であり、この和が第３クランプ電圧Ｖ_ＣＬ３より小さければよい。第２クランプ電圧Ｖ_ＣＬ２は、第２ＳＷ素子７７がオフしたときのクランプ電圧であるが、そもそも第２ＳＷ素子７７がオフであり第２ＳＷ素子７７ではクランプされないので、無限大である。すなわち、必然的にクランプ素子８０によりクランプされる。

本発明による車両用電動モータ駆動制御装置を使用した車両用ブレーキ制御装置の一実施の形態の概要を示す流体回路図である。 図１に示す実施の形態の要部を示す電気回路図である。 図２に示す制御装置の作動を示すタイムチャートであり、上から順番に、第１段はモータ電流を示し、第２段は第１ＳＷ素子のオン・オフ状態を示し、第３段は第１ＳＷ素子の温度を示し、第４段は第２ＳＷ素子のオン・オフ状態を示し、第５段はクランプ素子の温度を示している。 第２ＳＷ素子がオン状態である場合であって第１ＳＷ素子がオフされたときの電流の流れを示す図である。 第２ＳＷ素子がオン状態である場合であって第１ＳＷ素子がオン・オフされたときの電圧Ｖ_Ｍ＋および電流を示すタイムチャートである。 第２ＳＷ素子がオフ状態である場合であって第１ＳＷ素子がオフされたときの電流の流れを示す図である。 フライバックエネルギーとモータ体格との関係を示す図である。 図１に示す実施の形態において切替回路の変形例を採用した場合の要部を示す電気回路図である。 図１に示す実施の形態において切替回路の他の変形例を採用した場合の要部を示す電気回路図である。

符号の説明

１９…ポンプ、３０…電動モータ、７０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、７３…電動モータ駆動素子、７４…第１ＳＷ素子（電界効果型トランジスタ）、７５…切替回路、７６…クランプ回路、７７…第２ＳＷ素子（スイッチング素子）、７８…温度検出回路、８０…クランプ素子、１７８…電流検出回路、ＢＡＴ…直流電源（バッテリ）、Ａ…車両用ブレーキ制御装置。

Claims (4)

1. 直流電源（ＢＡＴ）と、
   前記直流電源から駆動電流が供給される電動モータ（３０）と、
   前記直流電源と電動モータに直列に接続され、前記電動モータへの給電・停止を切り替える電界効果型トランジスタ（７４ａ）と、該電界効果型トランジスタのドレイン−ゲート間に配置されクランプ電圧を第１電圧と該第１電圧より大きい値である第２電圧とに切替可能な切替回路（７５）とから構成される電動モータ駆動素子（７３）と、
   前記電動モータ駆動素子に並列に接続され、前記第１電圧と前記第２電圧との間の値である第３電圧に設定されたクランプ電圧にクランプするクランプ素子（８０）と、を備えたことを特徴とする車両用電動モータ駆動制御装置。
2. 請求項１において、前記切替回路は、前記電動モータ駆動素子の温度を検出する温度検出回路（７８）と、該温度検出回路による検出結果に基づいてオン・オフされるスイッチング素子（７７）と、を備え、
   前記温度検出回路により検出された温度が所定温度より高い場合、前記スイッチング素子はオフされ前記切替回路は前記電動モータ駆動素子のクランプ電圧を前記第２電圧に切り替え、一方、前記所定温度より低い場合、前記スイッチング素子はオンされ前記切替回路は前記第１電圧に切り替えることを特徴とする車両用電動モータ駆動制御装置。
3. 請求項１において、前記切替回路は、前記電界効果型トランジスタのドレイン−ソース間電流を検出する電流検出回路（１７８）と、該電流検出回路による検出結果に基づいてオン・オフされるスイッチング素子（７７）と、を備え、
   前記電流検出回路により検出された電流が所定値より大きい場合、前記スイッチング素子はオフされ前記切替回路は前記電動モータ駆動素子のクランプ電圧を前記第２電圧に切り替え、一方、前記所定値より小さい場合、前記スイッチング素子はオンされ前記切替回路は前記第１電圧に切り替えることを特徴とする車両用電動モータ駆動制御装置。
4. 請求項１において、前記切替回路は、前記電動モータの駆動時間に基づいてオン・オフされるスイッチング素子（７７）を備え、
   前記駆動時間が所定時間より短い場合、前記スイッチング素子はオフされ前記切替回路は前記電動モータ駆動素子のクランプ電圧を前記第２電圧に切り替え、一方、前記所定時間より長い場合、前記スイッチング素子はオンされ前記切替回路は前記第１電圧に切り替えることを特徴とする車両用電動モータ駆動制御装置。
   
   

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