JP5557659B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両用のモータ制御装置に関し、特に、円滑に出力を変更させることが出来るモータ制御装置に関するものである。
従来、モータ制御装置としては、電動ゴルフカート等、電気自動車の直流モータを制御する制御回路が知られている(例えば、特許文献1等参照)。
例えば、図10に示すように、二対のブラシ8,9(8P,8N及び、9P,9N)を有するモータ1には、FET等によって構成されるスイッチング回路2が接続されている。
このスイッチング回路2には、1.5V以上の通電でON動作されるコンパレータ4を介して、アクセルペダルの位置に応じた電圧を発生させるアクセルボリューム3が接続されていて、このコンパレータ4の比較結果に応じて、リレー5が制御されるように構成されている。
また、基準電圧を減算する減算回路6には、この出力電圧に応じたデューティ比により、スイッチング回路2を駆動制御するPWM制御回路7が、接続されている。
そして、前記アクセルボリューム3の出力電圧が、基準電圧である1.5V未満の範囲内であると、前記モータ1の一対のブラシ8(8P,8N)が用いられて、このモータ1の回転数が、このPWM制御回路7によるPWM制御によって、可変制御される。
更に、前記アクセルボリューム3の出力電圧が、1.5V〜3Vの範囲内であると、前記モータ1の一対のブラシ8(8P,8N)による前記PWM制御による可変制御に加えて、更に、残りの一対のブラシ9(9P,9N)に通電が行われて、前記スイッチング回路2の負荷が軽減される。
特開平11−69874号公報
このように構成された従来のモータ制御装置では、駆動制御されるモータ1の数量を増大させて、例えば、冷却用の送風ファンを複数個設けたり、或いは、大きな出力を発揮できるモータ1に変更して、一個のモータ1が行える仕事量を増大させようとすると、現行のPWM制御回路7を2つ以上、複数個使用するか、或いは、高価な大容量のPWM制御回路7を用いる必要がある。
また、前記リレー5のON,OFF動作に伴い、ノイズが発生することが知られており、リレー5が、ON状態からOFF状態に移行する場合は、出力が低い側にオーバーシュートすると共に、OFF状態からON状態に移行する場合は、出力が高い側にオーバーシュートする虞がある。
これらのノイズによって生じるオーバーシュートは、ソフトスタート制御若しくはソフトストップ制御が設けられていないモータ制御装置では、短時間のノイズレベル(時間軸上に突出するヒゲ状電流)となり、モータ1及び送風ファン等のイナーシャにより、回転数変動量としては、さほど問題とはならない。
しかしながら、前記ソフトスタート制御若しくはソフトストップ制御が、設けられたモータ制御装置によって、PWM制御を行おうとすると、前記リレー5を開閉して、ON,OFF状態を切り替えると、このノイズが助長されて、出力電圧に現れて、モータ1の回転数に影響を与えてしまう虞があった。
そこで、本願発明は、大容量のモータ若しくは、複数のモータの駆動によって、駆動制御される仕事量が増加しても、円滑な回転数の制御を、安価な部品構成で行うことが出来るモータ制御装置を提供することを課題としている。
上記課題を解決する為に、請求項1に記載されたものは、複数対のブラシを有するモータと、対応するブラシに制御電流を送る制御部と、該制御部から送られる制御電流を、接続及び切断することにより、接続したON状態では、何れかのブラシに通電して、回転駆動力を生じさせると共に、切断したOFF状態では、該制御電流を停止する、前記モータの停止と回転を切り替える第1のリレー装置と、前記モータの回転数を高速回転と低速回転とで切り替える第2のリレー装置と、前記第1のリレー装置と前記第2のリレー装置のON,OFF状態をそれぞれ切り替えるリレー切換部とを設けたモータ制御装置であって、
前記リレー切換部によって、前記何れかのリレー装置のON,OFF状態が切り替えられて、前記通電されるブラシが選択される際に、前記制御部では、前記第1のリレー装置による制御電流を一時的に停止した状態で、前記第2のリレー装置を、通電可能な状態に切り替えて、前記第1のリレー装置へ通電されていた制御電流と同等の基準電流を、該第2のリレー装置から出力すると共に、該基準電流と併用して、前記モータの回転数を可変制御する制御電流が、前記第1のリレー装置から出力されるモータ制御装置を特徴としている。
また、請求項2に記載されたものは、前記モータを複数設けて、該各モータには、前記制御部に設けられた同一周期の波形を生成する波形生成部によって得られる各制御電流が各々送られるように接続する請求項1記載のモータ制御装置を特徴としている。
更に、請求項3に記載されたものは、前記制御部は、ソフトスタート制御又はソフトストップ制御を有し、前記リレー切換部により、何れかのリレー装置のON,OFF状態が切り替えられる際には、該各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御を解除する請求項1記載のモータ制御装置を特徴としている。
このように構成された請求項1記載のものは、前記リレー切換部によって、選択された一方のリレー装置から、前記モータへ、低速回転側の回転数を制御する制御電流の通電が行われる。
該制御電流が、前記モータの何れかのブラシに通電されることにより、前記制御部では、前記モータの低速回転側の回転数を、可変制御することができる。
該モータの回転数が、一定の回転数に到達すると、前記制御部によって、供給されている制御電流が一時的に停止される。
そして、前記他方のリレー装置が、ON状態となるように接続されて、前記制御電流と同等の基準電流が通電されることにより、前記モータの回転数が保持される。
このリレー切換部による各リレー装置の切換えが行われる際、前記制御部から、前記制御電流が流れていないので、ノイズが発生しにくい。
また、前記他方のリレー装置の切り替えが行われてから、前記一方のリレー装置の制御電流と同等の基準電流が、該他方のリレー装置から、前記モータのブラシに対して通電される。
そして、該基準電流に同調する制御電流が、前記基準電流と併用されて、該一方のリレー装置から再び、前記モータの低速回転側の回転数を可変制御した制御電流と同様に、該モータに供給されて、高速回転側の回転数が可変制御される。
このように、該他方のリレー装置が、ON状態に切換えられる際には、前記制御電流及び基準電流が流れていないので、ノイズや、或いは、モータの回転数変動を生じさせるような大きさの電位差を殆ど発生させることがない。
このため、大容量のモータ等を採用することにより、駆動制御される仕事量を増大させる構成としても、前記基準電流と併用して、前記同様の制御部を用いた低速回転側と同様の前記モータの回転数を可変制御する制御電流を送ることにより、前記モータが、容易に同期されて、低速回転側から、高速回転側に至るまで円滑に可変制御することが出来る。
また、前記制御部は、前記モータの低速回転側及び高速回転側を各々同様の可変制御を行えるものが一つ設けられていれば良いので、部品点数を増大させることなく、製造コストの増大を抑制出来る。
更に、前記リレー切換部によって、他方のリレー装置が接続されて、基準電流が与えられた状態では、低速回転側の回転域と同様に、前記制御部で、しかも、同一容量の前記一方のリレー装置から、制御電流を送ることにより、高速回転側の回転域の回転制御が可能である。
このため、前記各リレー装置の容量も、低速回転側と高速回転側との間で切り替えられる際に、他方のリレー装置が与える基準電流が併用されて、前記モータの回転数が底上げされる為、一方のリレー装置の容量を小さく出来、最大出力の約半分の容量のリレー装置を用いることが出来る。
従って、安価な部品構成で、円滑な回転制御を行うことが出来るモータ制御装置を得られる。
また、請求項2に記載されたものは、複数のモータ、例えば、2個のモータで2つの被回転駆動部材としての送風ファンを回転駆動する際にも、前記制御部から送られて低速回転側の制御電流として同等の制御電流を、高速回転側の制御電流として用いることが出来る。
このため、一つの制御部から送り出されて、2個のモータに送られる低速回転側の制御電流が、前記リレー切換部によって、ON状態に他方のリレー装置が切り替えられて前記ブラシに与えられる基準電流と併用される。
従って、該基準電流に対して、低速回転側の制御に用いられていた制御電流と同等の制御電流を用いて、高速回転側の制御を行うことが出来、他方のリレー装置の切換から同時に、2個のモータの回転数を同期させることが出来る。
また、前記制御部から送られる制御信号を、低速回転側及び高速回転側の制御電流として、各可変領域で共用することにより、前記2つの送風ファンの回転数に変動が生じても、容易に同調させることが出来る。
このため、ノイズの発生する周波数帯域の広がりを抑制し、ノイズがラジオ帯等に干渉する虞を減少させることが出来る。
しかも、前記モータの高速回転側の制御を開始する際にも、制御開始電圧を前記基準電流の電圧に同調させることが出来るので、各モータで円滑に回転数を可変制御を開始することが出来る。
このため、複数のモータを同時に回転駆動しても、ノイズの発生が抑制される。
また、複数設けられた各モータが、前記同一の制御部から、同一周期の波形生成部によって得られる制御電流によって、回転駆動が行われる。
この際、該同一の制御部で生成された制御電流によって、各モータの回転が、確実に同期して、同位相で回転駆動される。
よって、制御電流に対するモータの回転数の追従特性が良好で、モータの回転数を可変制御する際にも、共振の発生を防止して、ハウリング等の不快な音響の発生を抑制することが出来る。
また、複数のモータで、回転駆動される各送風ファン等の被回転駆動部材では、回転によって生じるノイズを、所望の音響領域内に集めて、ノイズ領域幅を減少させることが出来、狭いノイズ領域範囲内で、有効な防振構造を採用する等、防音、防振対策を施しやすい。
更に、請求項3に記載されたものは、前記リレー切換部により、何れかのリレー装置のON,OFF状態が切り替えられる際には、前記制御部に入り、該各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御が解除されて、働かない。
従って、該各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御によって、助長される切換時の出力変動やスイッチングノイズが抑制されて、更に、円滑に前記モータの回転駆動を制御することが出来る。
この発明の実施の形態のモータ制御装置で、全体の構成を説明する回路図である。 この発明の実施の形態のモータ制御装置で、ファンコントロールモジュールの構成を説明する模式的なブロック図である。 この発明の実施の形態のモータ制御装置で、各リレー装置の動作と、モータ回転数の駆動制御との関係を説明するグラフ図である。 この発明の実施の形態の比較例として示すモータ制御装置で、全体の構成を説明する回路図である。 この発明の実施の形態の比較例のモータ制御装置で、各リレー装置の動作と、モータ回転数の駆動制御との関係を説明するグラフ図である。 この発明の前提となるソフトスタートの昇圧の様子を、ON時からの時間で示したグラフ図である。 この発明の前提となるソフトストップの降圧の様子を、OFF時からの時間で示したグラフ図である。 この発明の実施の形態の実施例1のモータ制御装置で、全体の構成を説明する回路図である。 この発明の実施の形態の実施例1のモータ制御装置で、各リレー装置の動作と、モータ回転数の駆動制御との関係を説明するグラフ図である。 従来例のモータ制御装置で、全体の構成を説明する回路図である。
次に、この発明を実施するための実施の形態のモータ制御装置について、図1乃至図9を用いて説明する。
なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
まず、この実施の形態の車両の冷却ファンに用いられるモータ制御装置の構成について説明する。
この実施の形態では、図1に示すように、二対のブラシ8,9(8P,8N及び、9P,9N)が、各第1モータ11及び第2モータ12に各々設けられている。
このうち、一方の前記ブラシ8P,8Nは、各々モータ側第1コネクタ13,13を介して、リレー側コネクタ14,14に接続されている。
このリレー側コネクタ14,14の一方の端子は、アース線15に接続されていると共に、他方の端子は、バッテリ電源16が設けられた第2リレー装置27に接続されている。
この第2リレー装置27は、整流子18を介して、主に、図示省略のエンジンの制御を行うエンジンコントロールシステム19に接続されている。このエンジンコントロールシステム19には、制御部の一部としてリレー切換部19bが設けられている。
そして、このエンジンコントロールシステム19によって、この第2リレー装置27のリレースイッチがON,OFF動作可能となるように制御されて、ON状態では、前記一方のブラシ8P,8Nに、前記第1モータ11及び第2モータ12を駆動させる駆動電流が供給可能となるように構成されている。
また、他方の前記ブラシ9P,9Nには、各々モータ側第2コネクタ23,23が接続されて、制御部の一部としてのファンコントロールモジュール20に設けられたモジュール側コネクタ20a,20bから出力される第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、各々入力されるように構成されている。
そして、これらの第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2の有するデューティ比の増減によって、前記第1モータ11及び第2モータ12の回転軸に枢着されたファン等の回転数が可変制御されるように構成されている。
このファンコントロールモジュール20には、モジュール側入力コネクタ20cが設けられていて、このモジュール側入力コネクタ20cに接続される入力側コネクタ24には、アース線15が設けられると共に、前記エンジンコントロールシステム19からの信号線19a及び、前記バッテリ電源16が、前記第1リレー装置17を介して接続されている。
また、この第1リレー装置17は、整流子18を介して、前記エンジンコントロールシステム19に設けられたリレー切換部19bに接続されていて、前記バッテリ電源16から、前記ファンコントロールモジュール20へ供給されるPWM駆動用の電力を、ON,OFF制御可能としている。
そして、前記第1リレー装置17がON状態では、前記第1,第2モータ11,12の各ブラシ9P,9N…に対して、このファンコントロールモジュール20から、前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、出力されるように構成されている。
また、この実施の形態では、前記エンジンコントロールシステム19に設定された目標回転数に応じて、目標回転数信号が、前記信号線19aを介して、前記ファンコントロールモジュール20に送られるように構成されている。
更に、この実施の形態では、前記ファンコントロールモジュール20から出力される制御電流としての前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、前記リレー切換部19bが用いられて、ON,OFF制御される前記第1リレー装置17及び第2リレー装置27によって、電気的に接続及び切断可能とされることにより、短時間で、出力状態又は、出力停止状態のうち、何れかに各々切換可能となるように構成されている。
このため、所謂、ブラシ制御と、PWM制御との間で切換が行われることにより、回転駆動力を生じさせる何れかのブラシ8(8P,8N),9(9P,9N)に対する第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2の通電状態が、切換制御されるように構成されている。
次に、前記ファンコントロールモジュール20の構成について、図2を用いて詳述する。
この実施の形態のファンコントロールモジュール20には、モジュール側入力コネクタ20cと接続されて、目標回転数信号が入力されるインターフェース部25が設けられている。
即ち、このモジュール側入力コネクタ20cには、入力側コネクタ24が接続されていて、前記第1リレー装置17及び第2リレー装置27のON,OFF動作を制御するエンジンコントロールシステム19から、接続に用いられる前記信号線19aを介して、出力された前記目標回転数信号が入力するように構成されている。
また、このインターフェース部25は、D/A変換回路26を介して、このファンコントロールモジュール20内に設けられた制御部28に接続されていて、このD/A変換回路26によって、入力側コネクタ24から入力される電圧が平滑化されるように構成されている。
更に、この制御部28では、前記エンジンコントロールシステム19に予め設定された目標回転数に到達して、前記リレー切換部19bで、各第1,第2モータ11,12に回転駆動力を生じさせるブラシ(8P,8N又は、9P,9N)が選択され、前記第1,第2リレー装置17,27が切り替えられる際には、図3に示す様に、前記第1リレー装置17がON状態であることにより、前記ファンコントロールモジュール20から供給可能となる前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、一時的に停止されてから、前記第2リレー装置27が、通電可能なON状態に切り替えられるように構成されている。
また、この制御部28は、波形生成部としてのPWMキャリア生成部40に各々接続されていて、このPWMキャリア生成部40内に設けられた一対の第1比較器41及び第2比較器42に対して、個別に第1制御信号b1,第2制御信号b2が出力されるように構成されている。
このPWMキャリア生成部40内の第1比較器41及び第2比較器42には、前記第1制御信号b1及び、第2制御信号b2が各々入力されると共に、所定の同一周波数の鋸波fが、各々入力されている。
そして、これらの第1制御信号b1及び、第2制御信号b2は、この鋸波fと比較されて、前記第1制御信号b1及び、第2制御信号b2の電圧に応じて、デューティ比を可変させる矩形波k状の第1PWMデューティ信号S1及び第2PWMデューティ信号S2として、生成されて、このPWMキャリア生成部40から、出力される。
この実施の形態では、これらの第1PWMデューティ信号S1及び第2PWMデューティ信号S2は、前記ファンコントロールモジュール20に設けられたMOSFET等から構成される第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32に出力される。
これらの第1PWMデューティ信号S1及び第2PWMデューティ信号S2は、前記第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32によって、駆動電流として増幅されると共に、前記モジュール側コネクタ20a,20b及びモータ側第2コネクタ23,23を介して接続される前記第1モータ11の各ブラシ9P,9N及び第2モータ12の各ブラシ9P,9Nに対して、各々同一デューティ比の第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2として出力される。
このため、前記第1モータ11の回転軸及び第2モータ12の各回転軸は、これらの各回転軸が回転駆動する一対のファンを同期させて、同一回転数で回転させることが出来る。
また、前記制御部28では、前記第1,第2モータ11,12の回転駆動力を生じさせるブラシ8,9(8P,8N及び、9P,9N)が選択されて、図3中に示されるように、デューティ比(30%〜90%)を上昇させる途中(約90%に到達した時点)で、前記第1,第2リレー装置17,27が切り替えられる。
すなわち、この実施の形態では、前記第1,第2モータ11,12の回転数が、最高回転数の0%〜50%で回転駆動される低速回転側領域の範囲内では、前記ブラシ9に与えられる第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から出力された第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、デューティ比(30%〜90%)で制御されるように構成されている。
また、前記第1,第2モータ11,12の回転数が、最高回転数の60%〜100%で回転駆動される高速側領域の範囲内では、高速回転側領域として、この回転数の範囲内で、前記ブラシ9に与えられる第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から出力された第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、デューティ比(30%〜90%)で制御されるように構成されていて、前記低速回転側領域と高速回転側領域との間で、円滑に切換制御が行われるように構成されている。
この高速回転側領域では、前記第2リレー装置27が、ON状態となるように、前記リレー切換部19bにより制御されて、この第2リレー装置27から、基準電流bmが、予め各第1,第2モータ11,12のブラシ8,8に出力されるように構成されている。
そして、この第1,第2リレー装置17,27が切り替えられる際には、前記一方の第1リレー装置17による制御電流が一時的に停止されてから、前記他方の第2リレー装置27が、通電可能なON状態に切り替えられるように構成されている。
この実施の形態では、更に、前記第1,第2モータ11,12の回転数が、最高回転数の50%〜65%に至るまでのタイミングで、切換が行われて、更に、オーバーシュートが抑制されると共に、所定のヒステリシスが設けられることにより、不要なハンチングが防止されている。
そして、前記第2リレー装置27から前記ブラシ8,8に印可される電圧の基準となる前記基準電流bmは、前記ベース電圧bの定数倍(bm=a・b(a:定数;この実施の形態では、a=2))となるように、前記低速側領域と高速側領域との間に切換ポイントが設定されていて、低速回転側領域で、デューティ比90%の出力に到達した際に、切換えられて印可され、低速側のモータ回転数が、各第1モータ11及び第2モータ12の規格値である最高回転数の約50%となるように構成されている。
また、この実施の形態では、高速側のモータ回転数を、この最高回転数の約100%として、良好な駆動効率が得られるように、前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2に与えられるデューティ比が調整されている。
更に、前記一方の第1リレー装置17が、ON状態からOFF状態へ移行する際に、停止時の最高電流値と同じ基準電流bmに同調させる為、第1制御信号b1及び第2制御信号b2のベース電圧bが、前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2のデューティ比で、約30%未満(好ましくは、約0%)である状態となるように、前記ブラシ9,9への通電が再開される。
このように、比較的低いデューティ比から再開された前記一方の第1リレー装置17から供給される電力は、ON状態となっている第2リレー装置から出力された基準電流bmと、干渉してオーバーシュート及びノイズを発生させないように、デューティ比が増減(30%〜90%)されることにより、高速側回転領域内で可変制御が行われるように構成されている。
この実施の形態では、前記一方の第1リレー装置17によって、前記ファンコントロールモジュール20に供給されている電力が、一時的に停止されて、前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、完全に前記ブラシ9,9へ供給されていない状態で、前記他方の第2リレー装置27が、通電可能なON状態に切り替えられる。
そして、第2リレー装置27によって、停止時の最高電流値と同じ基準電流bmが、前記第2リレー装置27を介して、前記バッテリ電源16から、供給開始された状態となってから、前記制御部28による高速回転側領域内の可変制御が開始される。
この際、このファンコントロールモジュール20内に設けられた前記制御部28から出力された第1,第2制御信号b1,b2が、1個のPWMキャリア生成部40から送られてくる鋸波fと共に、前記各第1比較器41及び第2比較器42に入力されて、第1,第2PWMデューティ信号S1,S2として、同期されて出力される。
更に、この実施の形態では、前記第1モータ11及び第2モータ12が、各々前記第1ドライバ部31,第2ドライバ部32に各々ブラシ9,9を接続させて、複数設けられている。
そして、これらのPWMデューティ信号S1,S2は、各々前記第1ドライバ部31,第2ドライバ部32によって増幅されて、前記第1モータ11及び第2モータ12に、各々出力される第1駆動電流m1及び、第2駆動電流m2として、同一周期で同期された状態で、前記ファンコントロールモジュール20の筐体外側に位置する各モジュール側コネクタ20a,20bに出力されるように構成されている。
また、各ブラシ9,9に接続されるモータ側第2コネクタ23,23が、各々ファンコントロールモジュール20に設けられた各モジュール側コネクタ20a,20bに装脱着可能に接続されている。
そして、各第1モータ11及び,第2モータ12には、前記同一の制御部28内に設けられた1つの鋸波fによって、前記PWMキャリア生成部40で、比較及び生成された同一周期で、しかも、同期されている各PWM Duty制御電流で構成される前記第1駆動電流m1及び、第2駆動電流m2が、同時に入力するように、構成されている。
更に、この実施の形態のモータ制御装置では、図6及び図7に示す様に、前記エンジンコントロールシステム19から出力された目標回転数信号が、前記制御部28に入力して、前記PWM制御のデューティ比を有する第1制御信号b1及び第2制御信号b2が、所謂、図6に示す様なソフトスタート制御及び図7に示す様なソフトストップ制御により、ON状態とOFF状態との間で切換が行われる際の急激な電圧変動が起こらないように遅延処理されてから、前記PWMキャリア生成部40へ出力されるように構成されている。
そして、この実施の形態のモータ制御装置では、前記リレー切換部19bにより、第1リレー装置17若しくは、第2リレー装置27のうち、何れか一方のON,OFF状態が、切り替えられる際には、これらの各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御の遅延処理が解除されるように構成されている。
次に、この実施の形態のモータ制御装置の作用効果について説明する。
この実施の形態では、図1に示す2つの第1モータ11,第2モータ12を、同時に回転駆動させる為に、先ず、前記エンジンコントロールシステム19の前記リレー切換部19bによって、選択された一方の第1リレー装置17がON状態とされる。
図3に示す様に、第1リレー装置17がON状態となると、前記バッテリ電源16から、前記ファンコントロールモジュール20の入力側コネクタ24に電力が供給されると共に、前記信号線19aを介して、入力側コネクタ24,モジュール側入力コネクタ20cから、前記インターフェース部25,D/A変換回路26を介して、平滑化された信号に変換されて、前記制御部28に、前記エンジンコントロールシステム19から送られてくる目標回転数信号が、入力される。
この制御部28では、第1,第2制御信号b1,b2が生成されて、前記PWMキャリア生成部40を介して、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32に出力される。
このPWMキャリア生成部40では、この第1,第2制御信号b1,b2と共に、所定の周波数の鋸波fが入力されていて、内部の第1比較器41及び第2比較器42によって、各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32に、このPWMキャリア生成部40から送られる第1PWMデューティ信号S1、第2PWMデューティ信号S2が、同一周期、同一波長の矩形波kとされて、各々入力されている。
これらの矩形波kは、同一周期を有していて、同期された状態で生成される前記第1,第2制御信号b1,b2は、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32によって、増幅されて、前記第1モータ11及び第2モータ12を各々同期させて回転駆動可能とする第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2となり、モジュール側コネクタ20b,20a及びモータ側第2コネクタ23,23を介して、各第1モータ11,第2モータ12の各ブラシ9,9に出力される。
すなわち、前記目標回転数信号に応じて、0〜100%の範囲内で出力デューティ比が設定されると共に、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32では、与えられた各出力デューティ比のパルス幅に対応して、ON状態とOFF状態との時間の比によって、回転数を可変制御する第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、前記各第1モータ11及び第2モータ12の各ブラシ9P,9N及び9P,9Nに、同様に通電されて、各第1モータ11及び第2モータ12が同位相で、しかも同じ回転数で各回転駆動される。
図3に示す様に、この実施の形態のモータ制御装置では、前記第1リレー装置17は、低速回転側領域及び高速回転側領域で通じて、ON状態となるように制御されると共に、低速回転側領域では、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から出力される第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2の出力デューティ比が30%〜90%の間である場合に、前記各第1モータ11,第2モータ12が、最高回転数を100%とした場合に約15%〜50%までの間の回転数となるように、前記第1,第2モータ11,12の回転軸に軸支された冷却ファンを、低速回転側の回転数領域内で、可変制御する。
前記ファンコントロールモジュール20によって、これらの各第1モータ11,第2モータ12の低速回転側の回転数が、可変制御されながら、徐々に高回転方向へ加速されて、回転数が、最高回転数の50%に到達すると、出力デューティ比が90%に到達されたとして、前記制御部28によって、前記各第1モータ11,第2モータ12の各ブラシ9,9に、供給されている第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2を、一時的に停止させる。
そして、図3に示す様に、前記エンジンコントロールシステム19の前記リレー切換部19bによって、他方の第2リレー装置27がON状態とされると、この第2リレー装置27から、前記各第1モータ11,第2モータ12の各ブラシ8,8に、前記第1リレー装置17から供給されていた制御電流と同等である最高回転数の50%となる基準電流bmが通電されて、前記各第1モータ11,第2モータ12の回転数が、最高回転数の約50%に保持される。
このリレー切換部19bによる前記第1リレー装置17のOFF状態からON状態への切換えが行われる際、出力デューティ比は、30%未満(この実施の形態では、デューティ比0%の停止状態)で、前記各第1モータ11,第2モータ12のブラシ9,9への通電は、行われていない。
また、このリレー切換部19bによる前記第2リレー装置27のOFF状態からON状態への切換えが行われる際、前記第1リレー装置17は、ON状態のまま、出力デューティ比は、90%から、一旦停止されて0%となり、前記第2リレー装置27がON状態へ切換えられてから、再度、高速回転側では、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から出力される第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、出力デューティ比が30%〜90%の間である場合に応じて、前記各第1モータ11,第2モータ12の最高回転数を100%とした場合に65%〜100%までの間の高速回転側領域内で、前記冷却ファンを回転駆動させる第1,第2モータ11,12の回転数が可変制御される。
このように、この実施の形態では、前記第1リレー装置17が、OFF状態からON状態への切換えられる際、及び前記第2リレー装置27が、OFF状態からON状態への切換えられる際、前記ファンコントロールモジュール20から、前記各第1モータ11,第2モータ12へ、前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、流れていないので、ノイズが発生しにくい。
また、この実施の形態では、前記第2リレー装置27の切り替えが行われてから、前記第1リレー装置17から送られていた停止直前の制御電流と同等の基準電流bmが、この第2リレー装置27から、前記各第1モータ11,第2モータ12の各ブラシ8,8に対して通電される。
この為、この実施の形態では、各第1モータ11,第2モータ12によって、回転駆動されている送風ファン等のイナーシャと共に、出力デューティ比90%で得られる回転数(最高回転数の約50%)と同じ回転数がそのまま、維持されて、円滑に切換が行われる。
更に、高速回転側領域内におけるモータ回転数の制御では、予め、通電可能なON状態に切り替えられた前記他方の第2リレー装置27によって、前記各第1モータ11,第2モータ12の前記各ブラシ8,8に、前記基準電流bmが供給されている。
そして、この基準電流bmに同調する第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、図3に示す様に、この基準電流bmと併用されて、前記第1リレー装置17を介して再び、前記各第1モータ11,第2モータ12の低速回転側の回転数を可変制御した第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2と同様に、各々供給されて、高速回転側領域内で、前記送風ファンの回転数が、円滑に可変制御される。
すなわち、低速回転側領域で、第1リレー装置17に通電されていた最も大きな停止時の前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2と、同等の基準電流bmが通電されている状態から、再び、前記第1リレー装置17が用いられて、第1,第2制御信号b1,b2のデューティ比の増減(30%〜90%)に応じて、前記各第1モータ11,第2モータ12の高速回転側の回転数も、最大回転数の約65%〜100%の間で、可変制御される。
この実施の形態の制御電流は、第1,第2制御信号b1,b2が出力デューティ比で、0%から100%に至るまで行われるが、前記第2リレー装置27が、OFF状態からON状態に切換えられる際には、これらの第1,第2制御信号b1,b2によって、可変される前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2及び、前記第2リレー装置27から印可される基準電流bmが流れていない。
このため、前記第2リレー装置27が、OFF状態からON状態に切換えられる際、切換に伴うノイズや、或いは、モータの回転数変動を生じさせるような大きさの電位差を殆ど発生させることがない。
また、切換後は、直ちに、第1,第2制御信号b1,b2によって、高速回転側領域内で、各第1モータ11及び第2モータ12の可変制御を円滑に再開できる。
よって、大容量のモータ等を採用したり、或いは、2個等、複数の第1モータ11,第2モータ12を採用することにより、駆動制御される仕事量が増大しても、前記基準電流bmと併用して、前記低速回転側の回転制御を行っていた同一のファンコントロールモジュール20内の制御部28を用いて、低速回転側領域内の回転制御と同様に、前記第1,第2制御信号b1,b2の出力デューティ比を増減(30%〜90%)させることにより、出力制御を行うことが出来る。
このため、各第1モータ11及び第2モータ12の最大電力量の約1/2の出力規格値を有する第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32を用いても、切換の回転数変動やノイズを発生させることなく、前記各第1,第2モータ11,12を、低速回転側から、高速回転側に至るまで円滑に可変制御することが出来る。
従って、高価な高出力規格のドライバ部が不要となり、製造コストの増大を抑制出来る。
また、前記ファンコントロールモジュール20は、前記第1,第2モータ11,12の低速回転側の回転数領域(0%〜50%)及び高速回転側の回転数領域(50%〜100%)において、各々同様の可変制御を行えるものが一つ設けられていれば良い。
このため、前記ファンコントロールモジュール20を、1個だけ、構成に採用することにより、部品点数を増大させることなく、製造コストの増大を抑制出来る。
更に、前記エンジンコントロールシステム19に設けられたリレー切換部19bによって、第2リレー装置27が接続されて、基準電流bmが与えられた状態では、低速回転側の可変回転域(15%〜50%)と同様に、同一の前記ファンコントロールモジュール20で、しかも、同一容量の前記第1リレー装置17から送られてくるPWM制御された制御電流を送ることにより、高速回転側の可変回転域(65%〜100%)の回転制御が可能である。
このため、前記第1リレー装置17及び第2リレー装置27の各々に必要とされる電流容量も、低速回転側と高速回転側との間で切り替えられる際に、第2リレー装置27が与える基準電流が併用されて、前記各第1モータ11,第2モータ12の各ブラシ8,8に、供給される電力で、モータの回転数が底上げされる為、第1リレー装置17の容量を小さく出来、例えば、最大出力の約半分の容量の第1リレー装置17及び第2リレー装置27を用いることが出来る。
従って、高価な高容量のリレー装置が不要であると共に、前記ファンコントロールモジュール20を、回転駆動するモータの数量に応じて、複数個、用意する必要が無くなり、安価な部品構成で、円滑な回転制御を行うことが出来るモータ制御装置を得られる。
ここで、図4及び図5を用いて、この実施の形態のモータ制御装置の比較例について説明する。なお、同一乃至均等な部分については、実施の形態と同一符号を付して説明する。
この比較例のモータ制御装置では、図4に示す様に、前記各第1モータ11及び第2モータ12毎に、各々前記ファンコントロールモジュール20,20が、個別に接続されて、図示しない前記実施の形態の図2に示される構成と同様の第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32が、第1モータ11の各ブラシ9(9N,9P),8(8P,9N)及び第2モータ12の各ブラシ9(9N,9P),8(8P,9N)に各々独立して接続されている。
そして、前記エンジンコントロールシステム19から送られてくる目標回転数信号が、前記信号線19aを介して、入力側コネクタ24及びモジュール側入力コネクタ20cから、一方のファンコントロールモジュール20に入力されると共に、信号線19cを介して、入力側コネクタ24及びモジュール側入力コネクタ20cから、他方のファンコントロールモジュール20に入力されるように構成されている。
これらの各ファンコントロールモジュール20,20では、前記実施の形態と略同様に第1,第2制御信号b1,b2が生成されて、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32に送られるが、何れの第1,第2制御信号b1,b2も、前記目標回転数信号に応じて、0〜100%の範囲内で出力デューティ比が設定されて、図示省略の前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から、与えられた各出力デューティ比のパルス幅に対応して、各々接続された前記第1モータ11又は、第2モータ12を個別に回転制御するように構成されている。
また、図4中の第1リレー装置17及び、第2リレー装置27では、回転数制御が行われている間(デューティ比で約0%〜100%)、図5に示すように、常にON状態が維持されるように構成されていて、モータ回転数で、低速側から高速側回転に至るまで(デューティ比で約30%〜100%)、電圧負荷を担わなければならない。
更に、この比較例のファンコントロールモジュール20,20の構成は、図示は省略するが、前記実施の形態の1個のファンコントロールモジュール20の構成と略同様に、各々独立して内部に前記PWMキャリア生成部40,40が設けられていて、個別に、矩形波kが生成されるように構成されている(図2参照)。
このため、前記第1モータ11及び第2モータ12に、各前記ファンコントロールモジュール20,20から、異なるタイミングの矩形波kで生成された制御信号が出力されるので、これらの2個の第1モータ11及び第2モータ12の回転を同調させたり、或いは回転数の同期を取ることが困難である。
また、各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32や、或いは、第1リレー装置17及び、第2リレー装置27についても、第1モータ11,第2モータ12の高出力に対応した高出力規格の比較的高価な部品を使用しなければならない。
これに対して、前記実施の形態では、ファンコントロールモジュール20内に1個、設けられた前記PWMキャリア生成部40によって、同じ周波数の鋸波fを用いて生成された矩形波kからなる第1,第2PWMデューティ信号S1,S2が、前記第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32に同時に出力されて、同期された第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2を出力することが、出来る。
従って、2個の第1モータ11及び第2モータ12の回転を同調させたり、或いは、2個の第1モータ11及び第2モータ12の回転数の同期を取ることが容易に行える。
このように、同じPWMキャリア生成部40が、生成した矩形波kを用いて生成された制御信号が、低速回転側及び高速回転側の回転数の制御に用いられて、各可変領域で共用されることにより、等速で、回転している状態に限らず、前記2つの送風ファンの回転数の変動が生じても、容易に同調させることが出来る。
よって、この実施の形態では、ノイズの発生する周波数帯域を狭めることが出来、ノイズ帯域の広がりを抑制することにより、これらのノイズが、例えば、ラジオ帯域等に干渉する虞を、更に減少させることが出来る。
しかも、この実施の形態のモータ制御装置では、ハウリングが発生しやすい高速回転側の回転数においてモータ回転数の可変制御が行われる際には、図3に示す様に一旦、デューティ比を用いたPWM制御が停止されて、前記第2リレー装置27がON状態へ切換えられてから、再度、ファンコントロールモジュール20から第1制御信号b1及び,第2制御信号b2のデューティ比に応じた前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、出力されて、冷却ファンを第1モータ11及び第2モータ12が回転駆動させる。
このため、第2リレー装置27が、OFF状態からON状態へ円滑に切換えられて、各第1,第2モータ11,12の各ブラシ8,8に出力される基準電流bmは、直前の前記第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2と同じとなり、一定の安定した回転数に、前記各第1,第2モータ11,12の回転数が、底上げされてから、高速回転側領域内におけるモータ回転数の可変制御が開始される。
従って、第1モータ11及び第2モータ12は、既に同一回転数で同期されている状態となっており、更に、円滑に高速回転側のPWM制御を開始することが出来る。
そして、デューティ比を0%から上昇させる際に、両第1モータ11及び第2モータ12を同期させやすく、ノイズの発生も抑制される。
また、高速回転側のPWM制御の追従性を更に良好なものとすることが出来、モータ回転数を可変しても、両第1モータ11及び、第2モータ12によって回転駆動される冷却ファンの同調を採り易く、不測の回転数変動による共振の発生を防止できる。
従って、高速回転側のモータ回転域におけるハウリング等の不快な音響の発生を抑制することが出来る。
しかも、この比較例に示すモータ制御装置では、図4中、前記第1リレー装置17及び、第2リレー装置27では、各々接続された各第1モータ11及び、第2モータ12の電圧負荷を、個別に回転数制御が行われている領域(デューティ比で約0%〜100%)内の全てで担わなければならず、大容量の負荷に耐えられる高価なリレー装置を用いるか、或いは、回転数制御が行われる可変範囲を狭く設定する等、最大使用電力量を減少させなければならないといった問題があった。
これに対して、前記実施の形態では、第2リレー装置27が、OFF状態からON状態への切換えられる以前に、一方の第1リレー装置17の最大許容負荷近傍まで、基準電流bmを上昇させることが出来る。
そして、前記基準電流bmによって、図3に示す様に、モータ回転数で、最大回転数の約50%(デューティ比で、約90%に相当)である状態を起点として、再度、PWM制御を0%から同調させて開始し、デューティ比が約90%となり、モータ回転数では、最大回転数である100%に至るまで、同調させたまま、容易にモータ回転数を可変制御することができる。
従って、大容量の負荷に耐えられる高価なリレー装置を用いる必要が無く、約半分の容量の安価な前記第1リレー装置17及び、第2リレー装置27を用いて、モータ制御装置を構成出来る。
また、一つのファンコントロールモジュール20を用いて、低速回転側の回転数制御と同様に、高速回転側の回転数制御をPWM制御によって行うことが出来、図4に示す比較例と比べて、部品点数を減少させて、この点においても、製造コストの増大を抑制出来る。
しかも、この実施の形態のように、2個以上の複数の第1モータ11,第2モータ12モータによって、回転駆動される複数の送風ファン等では、回転によって生じるノイズを、所望の音響領域内に集めて、ノイズ周波数帯域の幅を減少させることが出来、狭いノイズ周波数帯域内で、有効な防振構造を採用することにより、防音性能を向上させることが出来、防音、防振対策を施しやすい。
そして、この実施の形態のモータ制御装置では、前記リレー切換部19bにより、第1リレー装置17若しくは、第2リレー装置27のうち、何れか一方のON,OFF状態が切り替えられる際には、これらの各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御が、前記制御部28によって、解除されるように構成されている。
このため、前記エンジンコントロールシステム19のリレー切換部19bにより、何れかの第1リレー装置17若しくは、第2リレー装置27のON,OFF状態が切り替えられる際、すなわち、図3中に示されるように、デューティ比(30%〜90%)を上昇させる途中(約90%に到達した時点)で、前記第1,第2リレー装置17,27が切り替えられる際には、前記各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御が解除されて、働かない。
このため、ソフトスタート制御又はソフトストップ制御によって、助長される切換時の出力変動で発生するオーバーシュートや、アンダーシュートが抑制されると共に、スイッチングノイズが抑制されて、更に、円滑に前記モータの回転駆動を制御することが出来る。
図8及び図9は、この発明の実施の形態の実施例1のモータ制御装置を示すものである。
なお、前記実施の形態のモータ制御装置と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
この実施例1のモータ制御装置では、前記二対のブラシ8,9(8P,8N及び、9P,9N)を有する第1モータ11が、単独で設けられている。
このうち、前記第1モータ11の各ブラシ9P,9Nには、図2に示す様な前記ファンコントロールモジュール20の第1ドライバ部31が、モジュール側コネクタ20b及びモータ側第2コネクタ23を介して、接続されていると共に、これらの各ブラシ9P,9Nには、更に、第2ドライバ部32が、モジュール側コネクタ20b及びモータ側第2コネクタ23を介して、接続されている。
次に、この実施例1のモータ制御装置の作用効果について説明する。
この実施例1のモータ制御装置では、前記実施の形態のモータ制御装置の作用効果に加えて、更に、第1モータ11を回転駆動させるため、先ず、前記エンジンコントロールシステム19の前記リレー切換部19bによって、選択された一方の第1リレー装置17がON状態とされる。
そして、図9に示す様に、第1リレー装置17がON状態となると、図1に示す前記バッテリ電源16から、前記ファンコントロールモジュール20に接続された入力側コネクタ24に電力が供給されると共に、前記信号線19aを介して、入力側コネクタ24,モジュール側入力コネクタ20cから、前記図2と同様に、前記インターフェース部25,D/A変換回路26及び制御部28に、前記エンジンコントロールシステム19から送られてくる目標回転数信号が、入力される。
そして、図示省略の制御部からは、第1制御信号b1が、PWMキャリア生成部40を介して前記第1ドライバ部31に送られると共に、第2制御信号b2が、前記PWMキャリア生成部40を介して、前記第1制御信号b1と、同一周期、同一波長となって、前記第2ドライバ部32に送られる。
前記PWMキャリア生成部40から出力される矩形波k状の第1,第2制御信号b1,b2は、同期信号を生成する鋸波fによって、同一波長で同期されている。
すなわち、前記第1リレー装置17は、ON状態のまま、図9中、モータ回転数を上昇させる出力デューティ比が、90%から、一旦停止されて0%となり、前記第2リレー装置27が、OFF状態から、ON状態へ切換えられてから、再度、高速回転側領域では、前記各第1ドライバ部31及び第2ドライバ部32から出力される同様の第1,第2制御信号b1,b2によって、再度、出力デューティ比が、0%から、90%に至るまで、可変制御される。
この際、前記PWM制御を行う第1,第2制御信号b1,b2に基づいて、第1駆動電流m1及び第2駆動電流m2が、前記第1モータのブラシ9P,9Nに対して、同時に、入力されても、同じ前記PWMキャリア生成部40によって、生成されている同期信号として、同一周期、同一波長の矩形波kから生成されたものであるので、容易に同期して、効率よく、しかも円滑に、前記第1モータ11の回転駆動制御を継続させることが出来る。
このため、この第1モータ11として、更に大容量で高出力のモータ等を採用することが出来る。
また、大容量の第1モータ11を用いることにより、駆動制御される仕事量が増大しても、前記基準電流bmと併用して、前記低速回転側領域内の回転制御を行う同一のファンコントロールモジュール20を、低速回転側領域内の回転制御を行うものと兼用して、出力デューティ比を増減(30%〜90%)させる可変制御を行うことが出来る。
このため、前記単数のファンコントロールモジュール20を構成に採用することにより、部品点数を増大させる必要が無い。
しかも、前記第1リレー装置17及び第2リレー装置27の各々に必要とされる電流容量の必要規格値も、小さく出来て、製造コストの増大を抑制しても円滑な回転駆動制御を行えるモータ制御装置が提供される。
他の構成、及び作用効果については、前記実施の形態のモータ制御装置と同一であるので、説明を省略する。
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例のモータ制御装置を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例のモータ制御装置に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、モータとして、2個の前記各第1モータ11,第2モータ12を用いた構成を示して説明してきたが、特にこれに限らず、例えば、3個以上の複数個、モータを設けても良く、モータの形状、数量及び駆動形式が特に限定されるものではない。
この実施の形態のモータ制御装置は、冷却ファンを有する車両に用いて好適で、特に、内燃機関による動力源を有する自動車のエンジン若しくは熱交換器に限らず、例えば、電動車若しくは、複数の動力源を有するハイブリッドカー等のバッテリや或いは走行駆動源、或いは、駆動回路の冷却等、回転数を制御することを必要とするモータを採用するものであれば、様々な部分に用いるモータの駆動制御に適用してもよいものである。
8(8P,8N),9(9P,9N)
ブラシ
11,12 第1モータ,第2モータ
17 第1リレー装置
19 エンジンコントロールシステム(制御部の一部)
19b リレー切換部
20 ファンコントロールモジュール(制御部の一部)
27 第2リレー装置
28 制御部
40 PWMキャリア生成部(波形生成部)

Claims (3)

  1. 複数対のブラシを有するモータと、対応するブラシに制御電流を送る制御部と、該制御部から送られる制御電流を、接続及び切断することにより、接続したON状態では、何れかのブラシに通電して、回転駆動力を生じさせると共に、切断したOFF状態では、該制御電流を停止する、前記モータの停止と回転を切り替える第1リレー装置と、前記モータの回転数を高速回転と低速回転とで切り替える第2リレー装置と、前記第1リレー装置と前記第2リレー装置のON,OFF状態をそれぞれ切り替えるリレー切換部とを設けたモータ制御装置であって、
    前記リレー切換部によって、前記何れかのリレー装置のON,OFF状態が切り替えられて、前記通電されるブラシが選択される際に、前記制御部では、前記第1リレー装置による制御電流を一時的に停止した状態で、前記第2リレー装置を、通電可能な状態に切り替えて、前記第1リレー装置へ通電されていた制御電流と同等の基準電流を、該第2リレー装置から出力すると共に、該基準電流と併用して、前記モータの回転数を可変制御する制御電流が、前記第1リレー装置から出力されることを特徴とするモータ制御装置。
  2. 前記モータを複数設けて、該各モータには、前記制御部に設けられた同一周期の波形を生成する波形生成部によって得られる各制御電流が、各々送られるように接続することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
  3. 前記制御部は、ソフトスタート制御又はソフトストップ制御を有し、前記リレー切換部により、何れかのリレー装置のON,OFF状態が切り替えられる際には、該各ソフトスタート制御又はソフトストップ制御を解除することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
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