JP5798832B2

JP5798832B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP5798832B2
Application number: JP2011169203A
Authority: JP
Inventors: 大祐栗林
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-08-02
Also published as: JP2013034310A

Description

本発明は、モータに駆動電流を供給するリレー接点の溶着等による不具合を回避するモータ制御装置に関する。

従来より、自動車のウインドウを開閉するためのパワーウインドウ装置、スライドルーフパネルを開閉するためのスライドルーフ装置等では、例えば、トランスファ接点のリレーを２個使用して、ウインドウやスライドルーフの開閉駆動用モータの回転方向を切替え可能にする、いわゆるＨブリッジ制御回路が使用されている。一方、リレーには、リレーＯＮ時における接点への大電流の突入、リレーＯＦＦ時における高圧サージの発生等により、リレーの接点が溶着して復元せず、モータに電流が流れ続ける故障モードがある。上述したウインドウやスライドルーフの開閉制御では、通常、ウインドウやスライドルーフの全開位置及び全閉位置でモータへの通電を遮断しているが、リレー接点の溶着による故障モードでは、全開位置及び全閉の停止位置でモータがロック状態となったまま電流が流れ続けるため、モータ巻線が焼損するという問題があった。

そこで、上記のような問題を解決する手段として、例えば、図２に示すモータ制御回路２００のように、モータＭの端子電圧をマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）に入力してリレーｒ１，ｒ２の出力電圧と論理比較し、リレー接点の溶着によりモータＭの出力がＯＦＦとなっても、モータ端子電圧が０Ｖではない場合には、接点溶着していない側のモータ出力をＯＮにするか、あるいはモータ出力をともにＯＮにする。こうすることで、モータ端子電圧をともにバッテリＢＴＴの電圧にしてモータブレーキをかけ、モータを停止させることで、モータにロック電流が継続的に流れるのを防止するという保護技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０８３９１号公報

しかしながら、上記従来のモータ制御回路で採用している保護技術では、ＭＰＵがモータの通電制御を行っているため、ＭＰＵのソフトウエア暴走あるいはバッテリ電圧の低下により保護が解除されるという問題がある。また、保護動作により常時、リレーがＯＮ状態となるためリレーコイルへの通電が継続され、モータ停止中の消費電流が増加して、バッテリ上がり（バッテリ電圧の低下）による回路リセットによって保護が解除されたり、あるいはリレーコイルが発熱により損傷するという問題もある。さらには、保護中にリレー接点の溶着が機械的な振動により解除されると、上述した接点溶着していない側のモータ出力をＯＮにする保護動作では、モータへの通電が継続されてしまう、という問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータ制御装置においてリレー接点の溶着等に対する保護動作が解除される不具合を回避することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載のモータ制御装置は、モータの駆動開始及び駆動停止を指示する指示手段と、前記指示手段による指示に対応する所定レベルの電圧を出力する電圧出力手段と、前記モータの一対の端子それぞれに接続され、該モータへの電力の供給及び遮断を切り替えるための第１のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段への駆動電力の供給及び遮断をするための第２のスイッチ手段と、前記指示手段による指示にしたがって前記第１のスイッチ手段を開閉するための制御信号を出力する制御手段と、前記電圧出力手段から出力される前記所定レベルの電圧と、前記モータの端子電圧とを比較する比較手段と、前記比較手段における比較結果に基づいて前記第２のスイッチ手段の開閉を制御する電力制御手段と、を備え、前記比較手段は、前記所定レベルの電圧を所定の論理レベルに変換する第１のレベル変換手段と、前記モータの端子電圧を所定の論理レベルに変換する第２のレベル変換手段とを備え、前記電力制御手段は、前記第１のレベル変換手段での変換による論理レベルと前記第２のレベル変換手段での変換による論理レベルとが一致した場合、前記モータへ駆動電力が供給され、前記第１のレベル変換手段での変換による論理レベルと前記第２のレベル変換手段での変換による論理レベルとが不一致の場合、前記モータへの駆動電力が遮断されるように前記第２のスイッチ手段を制御する。

請求項１に記載のモータ制御装置によれば、第１のスイッチ手段に不具合が発生した場合、第１のスイッチ手段を介したモータへの電力の供給を遮断して、モータへの給電を停止するので、第１のスイッチ手段が常時ＯＮ状態となることによる消費電流の増加を防止し、スイッチ手段が発熱により損傷するのを防ぐことができる。
また、このモータ制御装置によれば、制御手段を介さないで、電圧出力手段が出力する所定レベルの電圧と、モータの端子電圧とに対応する所定の論理レベルの一致、不一致をもとに第１のスイッチ手段の不具合を判定することができる。

請求項２に記載のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記第１のスイッチ手段は、前記モータの一対の端子それぞれに配置されたリレーであり、前記駆動電力が供給された状態にあるとき、前記制御手段からの制御信号にしたがった前記リレーの接点動作により前記一対の端子を介して前記モータへの電力の供給及び遮断を切り替える構成とされている。

このモータ制御装置によれば、リレーの接点動作により確実に、モータへの電力の供給及び遮断の切り替えを可能にすることができる。

また、請求項３に記載のモータ制御装置は、前記第２のスイッチ手段が、電源と前記第１のスイッチ手段との間に配された構成としている。こうすることで、電源からの電力の供給の遮断等を、第１のスイッチ手段とモータの双方に対して同時に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。従来のモータ制御回路の構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１００は、バッテリ１からの電源電圧が、ヒューズ２を介してモータ制御回路５０の端子ａへ入力される。モータ制御回路５０の端子ｆ−ｇ間には、例えば、パワーウインドウ装置のウインドウやスライドルーフ装置のスライドルーフを開閉駆動するためのモータ１５が接続されている。また、端子ｂ及び端子ｃには、モータ１５の始動及び停止を指示するための外部スイッチ３が接続されている。なお、端子ｅには、接地電位（ＧＮＤ）が供給される。

モータ制御回路５０は、モータ１５へ駆動電流を供給するため、リレー１３，１４の制御等を行うマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１６を有する。そのための制御プログラムは、オペレーティングシステム（ＯＳ）等の基本プログラムとともに不図示の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）に格納されている。さらに、上記のリレー制御等に用いる各種データを一時的に記憶するため、不図示の随時読出し／書込みメモリ（ＲＡＭ）を備える。また、端子ａに入力されたバッテリ１からの電源電圧は、逆接防止ダイオード５を介して、レギュレータ等の電源回路８に入力される。そして、電源回路８において、通常の論理レベルに対応する電圧（例えば、５Ｖ）に変換された後、ＭＰＵ１６に供給される。

外部スイッチ３のスイッチ３ａ，３ｂは、各々の一方端が接地され、他方端がＭＰＵ１６及び後述するレベル変換回路３１，３２に接続されている。ここでは、スイッチ３ａ，３ｂがＯＦＦ状態にあるとき、スイッチ３ａの他方端とＭＰＵ１６等を接続する信号線６１の電圧レベルが、プルアップ抵抗６によりバッテリ１の電源電圧レベルになり、スイッチ３ｂの他方端とＭＰＵ１６等を接続する信号線６３の電圧レベルも、プルアップ抵抗７によりバッテリ１の電源電圧レベルになる。なお、プルアップ抵抗６，７は、逆接防止ダイオード４を介してバッテリ１に接続されている。

外部スイッチ３が操作されてスイッチ３ａがＯＮ状態となり、スイッチ３ｂがＯＦＦ状態になると、信号線６１の電圧レベルは、バッテリ１の電源電圧レベルから接地電位（ＧＮＤ）レベルに変化し、信号線６３の電圧レベルは、バッテリ１の電源電圧レベルに維持される。そして、ＭＰＵ１６内のレベル変換回路９は、信号線６１の電圧レベルの変化（バッテリ１の電源電圧レベルから接地電位レベルへの変化）を、通常の論理レベル（論理“Ｈ”レベル、及び論理“Ｌ”レベル）に対応する電圧レベルに変換する。また、ＭＰＵ１６内の演算回路１０は、レベル変換回路９でレベル変換されたスイッチ３ａからの信号に対して、リレー１３の接点１３ｂをＯＮにするための演算をする。

一方、ＭＰＵ１６内の変換回路９は、信号線６３の電圧レベル（バッテリ１の電源電圧レベル）を、通常の論理レベルに対応する電圧レベルに変換し、演算回路１０は、レベル変換回路９でレベル変換されたスイッチ３ｂからの信号に対して、リレー１４の接点１４ｂをＯＦＦにするための演算をする。

また、外部スイッチ３のスイッチ３ａがＯＮ状態になったことで、信号線６１に接続されているレベル変換回路３１の入力は、バッテリ１の電源電圧レベルから接地電位（ＧＮＤ）レベルに変化する。その結果、レベル変換回路３１は、次段の比較演算回路３３の一方の入力端３３ａに対して、接地電位レベルを論理レベルに変換した信号（論理“Ｌ”）を出力する。このとき、外部スイッチ３のスイッチ３ｂはＯＦＦ状態にあるため、信号線６３に接続されているレベル変換回路３２は、比較演算回路３４の一方の入力端３４ａに対して、バッテリ１の電源電圧レベルの信号を論理レベルに変換した信号（論理“Ｈ”）を出力する。

増幅器３５は、比較演算回路３３より入力された、接地電位レベルを論理レベルに変換した信号を増幅し、増幅器３６は、比較演算回路３４から入力された、バッテリ１の電源電圧レベルの信号を論理レベルに変換した信号を増幅する。ここでは、ＭＯＳＦＥＴ、トランジスタ等で構成される半導体スイッチ３９が、増幅器３５，３６いずれかからのＯＮ信号により導通状態となって、リレー１３，１４に対して動作電流（巻線１３ａ，１４ａの駆動電流）、及びモータ１５に対して駆動電流（駆動電力）が供給される。

上述したように、演算回路１０は、リレー１３の接点１３ｂをＯＮにし、リレー１４の接点１４ｂをＯＦＦにするための演算を行う。演算回路１０からの出力信号は、増幅器１１，１２によって、それぞれ所定レベルの信号に増幅される。その結果、リレー１３の巻線１３ａが通電状態となって、リレー１３の接点１３ｂがＯＮ（図１の上側に位置する状態）となり、リレー１４の巻線１４ａが非通電状態となって、リレー１４の接点１４ｂはＯＦＦ（図１の下側に位置する状態）となる。よって、図１において矢印Ａで示すように、モータ１５に対する駆動電流は、リレー１３の接点１３ｂ→モータ１５→リレー１４の接点１４ｂの方向へ電流が流れ、モータ１５は所定方向に回転（正転）する。

上記の場合（スイッチ３ａがＯＮ、スイッチ３ｂがＯＦＦ）とは逆に、外部スイッチ３の操作によりスイッチ３ａがＯＦＦ状態、スイッチ３ｂがＯＮ状態にされると、信号線６１の電圧レベルは、バッテリ１の電源電圧レベルに維持され、信号線６３の電圧レベルは、バッテリ１の電源電圧レベルから接地電圧（ＧＮＤ）レベルに変化する。ＭＰＵ１６内のレベル変換回路９は、上記のようにスイッチ３ａがＯＮで、スイッチ３ｂがＯＦＦの場合とは逆の電圧レベル変換を行うので、演算回路１０は、リレー１３の接点１３ｂをＯＦＦに、リレー１４の接点１４ｂをＯＮするための演算を行う。その結果、演算回路１０からの信号を受けた増幅器１１は、リレー１３の巻線１３ａを非通電状態に、リレー１４の巻線１４ａを通電状態にするので、リレー１３の接点１３ｂがＯＦＦとなり、リレー１４の接点１４ｂはＯＮになる。

レベル変換回路３１，３２、比較演算回路３３，３４、及び増幅器３５，３６についても、上述したスイッチ３ａがＯＮで、スイッチ３ｂがＯＦＦの場合とは逆の動作をする。よって、スイッチ３ａがＯＦＦ状態で、スイッチ３ｂがＯＮ状態にされた場合は、図１において矢印Ｂで示すように、リレー１４の接点１４ｂ→モータ１５→リレー１３の接点１３ｂの方向へ電流が流れるので、モータ１５は、上記とは逆方向に回転（反転）する。

このように、スイッチ３ａがＯＮ状態であり、スイッチ３ｂがＯＦＦ状態の場合は、モータ１５の端子ｆは、リレー１３の接点１３ｂを介してバッテリ１に接続され、端子ｆの電圧レベルはバッテリ１の電源電圧レベルとなる。これにより、端子ｆに接続した抵抗２３を介して、比較器３７の反転入力端子に対して、モータ１５の端子ｆの電圧としてバッテリ１の電源電圧レベルが入力される。そして、比較器３７は、端子ｆの電圧（Ｖｆとする）と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。ここでは、Ｖｆ＞Ｖｒｅｆが成立するため、比較器３７は、比較演算回路３３の他方の入力端３３ｂに対して、論理“Ｌ”の信号を入力する。

比較演算回路３３は、上述したレベル変換回路３１から入力された信号レベルと、比較器３７からの入力信号レベルとを比較する。スイッチ３ａがＯＮ状態で、スイッチ３ｂがＯＦＦ状態の場合、レベル変換回路３１の出力信号レベルは接地電圧レベル（論理“Ｌ”）であり、比較器３７からの入力信号レベルも論理“Ｌ”であるため、双方の論理レベルが一致する。そこで、比較演算回路３３は、モータ制御回路５０のリレー１３の接点１３ｂが溶着等の異常のない状態で、外部スイッチ３のスイッチ３ａの設定に従って動作していると判定する。

一方、モータ１５の端子ｇは、リレー１４の接点１４ｂを介して接地されているため、端子ｇの電圧レベルは接地電圧（ＧＮＤ）レベルとなる。また、端子ｇに接続された抵抗２４を介して、比較器３８の反転入力端子に、モータ１５の端子ｇの電圧として接地電圧（ＧＮＤ）レベルが入力される。そこで、比較器３８は、端子ｇの電圧（Ｖｇとする）と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。ここでは、Ｖｇ＜Ｖｒｅｆが成立するため、比較演算回路３４の他方の入力端３４ｂに論理“Ｈ”の信号を入力する。

スイッチ３ａがＯＮ状態で、スイッチ３ｂがＯＦＦ状態の場合、レベル変換回路３２からの出力信号レベルは、バッテリ１の電源電圧レベル（論理“Ｈ”に対応）となる。上述したように、比較器３８からの入力信号レベルも論理“Ｈ”であるため、比較演算回路３４は、レベル変換回路３２からの論理レベルと、比較器３７からの論理レベルが一致すると判断する。そこで、比較演算回路３４は、モータ制御回路５０のリレー１４の接点１４ｂが、溶着等の異常のない状態で、外部スイッチ３のスイッチ３ｂの設定に従って動作していると判断する。

なお、ＭＰＵ１６内のレベル変換回路９、レベル変換回路３１、及びレベル変換回路３２は、それぞれローパスフィルタ機能を有しており、入力された信号から不要な高周波成分を除去する。また、外部スイッチ３のスイッチ３ａとスイッチ３ｂとが同時にＯＮ状態となった場合、信号線６１，６３がともに接地電位（ＧＮＤ）レベルとなる。そこで、ＭＰＵ１６内の演算回路１０は、レベル変換回路９を介して入力された信号線６１，６３の電圧レベルをもとに論理演算を行い、スイッチ３ａとスイッチ３ｂの同時ＯＮ状態を、モータ１５の回転方向が不定となる禁止入力と判断する。そして、演算回路１０は、増幅器１１，１２を介してリレー１３の接点１３ｂとリレー１４の接点１４ｂをともにＯＦＦにして（接地側に倒す）、モータ１５の回転を停止する。

次に、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置において、リレーの接点が溶着等の異常な状態にある場合の制御について説明する。

例えば、外部スイッチ３のスイッチ３ａがＯＮ状態のとき、端子ｆの電圧レベルがバッテリ１の電源電圧レベルではなく、接地電圧（ＧＮＤ）レベルにある場合、比較器３７の反転入力端子には、端子ｆに接続した抵抗２３を介して、モータ１５の端子ｆの電圧レベル（接地電圧レベル）が入力される。比較器３７は、このときの端子ｆの電圧Ｖｆと、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。この場合、Ｖｆ＜Ｖｒｅｆが成立するため、比較器３７は、比較演算回路３３の他方の入力端３３ｂに対して、論理“Ｈ”の信号を出力する。

スイッチ３ａがＯＮ状態の場合、レベル変換回路３１の出力信号レベルは接地電圧レベル（論理“Ｌ”）となる。そこで、比較演算回路３３は、レベル変換回路３１から入力された信号が論理“Ｌ”で、比較器３７からの信号が論理“Ｈ”であるため、双方の論理レベルが一致せず、モータ制御回路５０のリレー１３の接点１３ｂに溶着等の異常が発生していると判定する。そして、比較演算回路３３は、増幅器３５に対して、半導体スイッチ３９をＯＦＦにする信号を出力する。その結果、リレー１３及びリレー１４と、バッテリ１との電気的な接続が遮断されるので、接点の溶着によりリレーが常時ＯＮ状態となって、リレーコイルへの通電が継続されるのを回避できる。

一方、外部スイッチ３のスイッチ３ａがＯＦＦ状態のとき、端子ｆの電圧レベルが接地電圧（ＧＮＤ）レベルではなく、バッテリ１の電源電圧レベルとなった場合、比較器３７の反転入力端子には、端子ｆに接続した抵抗２３を介して、モータ１５の端子ｆの電圧レベルとして、バッテリ１の電源電圧レベルが入力される。そして、比較器３７は、端子ｆの電圧Ｖｆと、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。ここでは、Ｖｆ＞Ｖｒｅｆが成立するので、比較器３７は、比較演算回路３３の他方の入力端３３ｂに対して、論理“Ｌ”の信号を出力する。

上述したように、スイッチ３ａがＯＦＦ状態の場合、レベル変換回路３１からの出力信号のレベルは、バッテリ１の電源電圧レベルに対応する論理“Ｈ”となる。比較演算回路３３は、レベル変換回路３１から入力された信号が論理“Ｈ”であり、比較器３７からの信号が論理“Ｌ”であるため、これらの論理レベルが一致せず、モータ制御回路５０のリレー１３の接点１３ｂに、溶着等の異常が発生していると判断する。そこで、比較演算回路３３は、増幅器３５に対して、半導体スイッチ３９をＯＦＦにする信号を出力する。この場合も、リレー１３及びリレー１４と、バッテリ１との電気的な接続が遮断されるため、接点の溶着によりリレーが常時ＯＮ状態となって、リレーコイルへの通電が継続されるのを回避できる。

以上説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置では、モータに駆動指示を与えるための外部スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態に基づく論理レベルと、モータの端子電圧に対応する論理レベルとを比較し、双方の論理レベルが一致すれば、リレーの接点に溶着等の異常は発生しておらず、正常な状態にあると判定する。また、双方の論理レベルが一致しない場合には、リレーの接点に溶着等の異常が発生し、異常な動作状態にあると判定して、リレーと電源（バッテリ）との電気的な接続を遮断し、モータへの給電を停止する。こうすることで、リレーの接点に溶着等が発生して、リレーが常時ＯＮ状態となることによる消費電流の増加を防止し、リレーのコイルが発熱により損傷するのを未然に防ぐことができる。

また、電源（バッテリ）とリレーとの間に半導体スイッチ３９を配したことで、リレー接点の溶着等の不具合が発生した場合、リレーとモータの双方に対して同時に電力供給を遮断することができる。

さらに、本実施形態に係るモータ制御装置は、モータに駆動電流を供給するリレー接点の溶着等の異常の検出動作、及びリレーとバッテリとの電気的な接続の解除動作を、マイクロプロセッサを介さないで行う構成としている。このような構成により、マイクロプロセッサのソフトウエアの暴走、あるいはマイクロプロセッサへの供給電圧の低下（バッテリ上がり）により回路リセットが発生して異常状態に対する保護動作が解除されるという不具合を回避できる。

１バッテリ
２ヒューズ
３外部スイッチ
４，５逆接防止ダイオード
６，７プルアップ抵抗
８電源回路
９，３１，３２レベル変換回路
１０演算回路
１１，１２，３５，３６増幅器
１３，１４リレー
１３ａ，１４ａリレー巻線
１３ａ，１４ｂリレー接点
１５モータ
２３，２４抵抗
３３，３４比較演算回路
３７，３８比較器
３９半導体スイッチ
５０モータ制御回路
６１，６３信号線
１００モータ制御装置

Claims

モータの駆動開始及び駆動停止を指示する指示手段と、
前記指示手段による指示に対応する所定レベルの電圧を出力する電圧出力手段と、
前記モータの一対の端子それぞれに接続され、該モータへの電力の供給及び遮断を切り替えるための第１のスイッチ手段と、
前記第１のスイッチ手段への駆動電力の供給及び遮断をするための第２のスイッチ手段と、
前記指示手段による指示にしたがって前記第１のスイッチ手段を開閉するための制御信号を出力する制御手段と、
前記電圧出力手段から出力される前記所定レベルの電圧と、前記モータの端子電圧とを比較する比較手段と、
前記比較手段における比較結果に基づいて前記第２のスイッチ手段の開閉を制御する電力制御手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記所定レベルの電圧を所定の論理レベルに変換する第１のレベル変換手段と、前記モータの端子電圧を所定の論理レベルに変換する第２のレベル変換手段とを備え、
前記電力制御手段は、前記第１のレベル変換手段での変換による論理レベルと前記第２のレベル変換手段での変換による論理レベルとが一致した場合、前記モータへ駆動電力が供給され、前記第１のレベル変換手段での変換による論理レベルと前記第２のレベル変換手段での変換による論理レベルとが不一致の場合、前記モータへの駆動電力が遮断されるように前記第２のスイッチ手段を制御する
モータ制御装置。
前記第１のスイッチ手段は、前記モータの一対の端子それぞれに配置されたリレーであり、前記駆動電力が供給された状態にあるとき、前記制御手段からの制御信号にしたがった前記リレーの接点動作により前記一対の端子を介して前記モータへの電力の供給及び遮断を切り替える
請求項１に記載のモータ制御装置。
前記第２のスイッチ手段が、電源と前記第１のスイッチ手段との間に配された
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。