JP6873471B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続される非絶縁型のモータ制御装置に関し、とくに、断線等に起因する異常電流に対する保護回路を備えたモータ制御装置に関するものである。

従来、保護回路を備えた制御装置としては、例えば、電子制御システムの名称で特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載の電子制御システムは、車両に搭載した複数の電子制御装置を含み、信号線をシールド部材で被覆したシールド線を介して各電子制御装置を相互に接続している。この電子制御システムは、各電子制御装置のグランド端子とバッテリのマイナス端子との間で断線等が生じた場合に、シールド線のシールド部材に過電流が流れるのを防止するための保護手段を備えた構成である。

特許第５３０４６２０号

ところで、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置では、電源グランドラインに断線等が生じると、外部制御機器にモータの駆動電流が異常電流として流れ、グランドラインの損傷やモータの異常動作が生じる場合がある。このようなモータの異常動作は、上記した電子制御システムでは生じない事態である。

そこで、モータ制御装置における一般的な保護手段としては、ヒューズ、ＰＴＣサーミスタ及び抵抗等の手段が挙げられる。しかしながら、ヒューズを用いる場合には、部品交換が不可欠であり、それ以外の手段を用いる場合には、グランドラインの電圧降下によりモータの指示値にオフセット電圧が生じ、これによりモータの異常動作が生じる虞があることから、従来ではこのような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、電源グランドラインに断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係わるモータ制御装置は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、モータ駆動回路に制御信号を出力するモータ制御回路と、モータ駆動回路及びモータ制御回路のマイナス側の電源ラインに接続した内部グランドラインとを備えている。そして、モータ制御装置は、外部制御機器におけるマイナス側電源ラインと内部グランドラインを接続する共通化グランドラインと、共通化グランドラインに流れる電流を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力する保護回路とを備えた構成としており、上記構成をもって課題を解決するための手段としている。

本発明に係わるモータ制御装置は、外部制御機器を接続した際、共通化グランドライン及び内部グランドラインが、外部制御機器との共通のグランドラインとして機能する。このようなモータ制御装置は、例えば、電源グランドラインに断線等が生じると、モータ制御回路に流れる制御回路電流が、異常電流として共通化グランドライン方向に流れる。このとき、モータ制御装置は、共通化グランドラインに設けた保護回路により、制御回路電流（異常電流）を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力し、モータ駆動回路を介してモータを停止させる。これにより、グランドラインの電圧降下によりモータの指示値にオフセット電圧が生じないようにすると共に、モータの駆動電流が外部制御機器側に流れるのを阻止する。

このようにして、本発明に係わるモータ制御装置は、共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置において、電源グランドラインに断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができる。

本発明に係わるモータ制御装置の第１実施形態を説明する回路説明図である。 図１に示すモータ制御装置において電源グランドラインが断線した状態を示す回路説明図である。 本発明に係わるモー御装置の第２実施形態を説明する回路説明図である。 図３に示すモータ制御装置において電源グランドラインが断線した状態を示す回路説明図である。

〈第１実施形態〉
図１及び図２は、本発明に係わるモータ制御装置の第１実施形態を説明する図である。なお、以下に説明する各図では、モータＭの駆動電流Ａが流れるラインを太い実線で示し、微小な制御回路電流（実質的に信号）Ｂ，Ｃが流れるラインを細い実線で示している。モータＭの駆動電流Ａは、制御回路電流Ｂ，Ｃに比べて明らかに大きい電流値である。よって、この種のモータ制御装置では、夫々の電流値の大きさに対応したラインを用いて各構成同士を接続している。

図１に示すモータ制御装置１は、共通のグランドラインを介して外部制御機器５１が接続される非絶縁型のものである。モータ制御装置１は、モータＭに駆動電流Ａを供給するモータ駆動回路２と、モータ駆動回路２に制御信号を出力するモータ制御回路３と、モータ駆動回路２及びモータ制御回路３の内部グランドライン４とを備えている。

また、モータ制御装置１は、外部制御機器５１と内部グランドライン４を接続する共通化グランドライン５と、共通化グランドライン５に流れる電流を検知してモータ制御回路３にモータ停止信号を出力する保護回路６とを備えている。

モータ駆動回路２は、例えばＨブリッジ回路であると共に、電源ラインＬ１，Ｌ２により電源Ｅに接続してあり、モータＭに対する駆動電流Ａの流れ方向を切り換える回路である。モータ制御回路３は、同じく電源ラインＬ１，Ｌ２により電源Ｅに接続してあり、モータ駆動回路２に対して、ＯＮ／ＯＦＦ信号や、駆動電流Ａの切換信号といった制御信号を出力する回路である。このモータ制御回路３には、制御回路電流Ｂが流れている。

これにより、モータ駆動回路２は、モータ制御回路３からのＯＮ／ＯＦＦ信号によりモータＭの起動及び停止を行うと共に、切換信号（制御信号）により、モータＭの正転又は逆転を行う。内部グランドライン４には、モータ駆動回路２及びモータ制御回路３が接続してある。この内部グランドライン４は、マイナス側電源ラインである電源グランドラインＬ２を介して電源Ｅのマイナス側に接続されている。

共通化グランドライン５は、内部グランドライン４に接続してあると共に、外部制御機器５１のグランドラインを接続するための外部端子５ａを有している。保護回路６については後に詳述する。

この実施形態の外部制御機器５１は、モータ制御装置１におけるモータ制御回路３を制御する主制御回路５１Ａを備えている。主制御回路５１Ａは、電源ラインＬ３．Ｌ４により電源Ｅに接続してあると共に、これらとは別に、外部制御機器５１におけるマイナス側電源ラインＬ４に接続したグランドラインＬ５を有している。主制御回路５１Ａには、制御回路電流Ｃが流れる。この主制御回路５１Ａは、モータ制御装置１に接続した際、グランドラインＬ５を共通化グランドライン５の外部端子５ａに接続する。つまり、この実施形態では、モータ制御装置１の内部グランドライン４及び共通化グランドライン５が、外部制御機器５１（主制御回路５１Ａ）との共通のグランドラインである。

保護回路６は、図１中の拡大図に示すように、共通化グランドライン５に流れる電流を検知する電流検知部１０と、電流検知部１０が内部グランドライン４側からの電流を検知した際にモータ制御回路３にモータ停止信号を出力する第１信号出力部１１と、電流検知部１０が外部制御機器５１側からの電流を検知した際にモータ制御回路３にモータ停止信号を出力する第２信号出力部１２とを備えている。

より具体的には、保護回路６は、双方向電流検出回路の構成を有している。電流検知部１０は、共通化グランドライン５に設けた第３抵抗Ｒ３と、この第３抵抗Ｒ３の内部グランドライン４側（図１中で右側）に接続した第１抵抗Ｒ１及び第２ダイオードＤ２とを備えると共に、第３抵抗Ｒ３の外部端子５ａ側に接続した第２抵抗Ｒ２及び第１ダイオードＤ１とを備えている。

第１信号出力部１１は、第３抵抗Ｒ３の外部端子５ａ側（図１中で左側）、第１抵抗Ｒ１及び第１ダイオードＤ１に接続した第１トランジスタＴＲ１である。第２信号出力部１２は、第３抵抗Ｒ３の内部グランドライン４側（図１中で右側）、第２抵抗Ｒ２及び第２ダイオードＤ２に接続した第２トランジスタＴＲ２である。第１及び第２のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の出力信号は、いずれもモータ制御回路３に入力される。

また、保護回路６は、より好ましい実施形態として、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂに基づいて設定した閾値を有し、電流検知部１０で検知した電流値が閾値を超えた際に、第１信号出力部１１又は第２信号出力部１２によりモータ停止信号を出力する構成にすることができる。

上記の保護回路６では、共通化グランドライン５に配置する第３抵抗Ｒ３は、正常動作時に想定される電流値の最大値に余裕分を加算し、第１及び第２のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の閾値電圧を超えない程度の抵抗値とする。これにより、保護回路６は、正常動作時には、第１及び第２のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２はいずれもＯＦＦに保持する。また、第３抵抗Ｒ３は、正常動作時に流れる微小な電流を流せば良いので、発熱もほとんどないので、新たな熱対策を施す必要もない。

第１及び第２のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、モータ停止のための信号をオープンコレクタとして出力する。トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の閾値電圧は、一例として０．６〜０．７Ｖ程度である。したがって、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の作動電圧は、モータ停止のための信号の最大値電圧に１Ｖを加算した程度で充分であり、電流値も数ｍＡ以下で充分である。

上記構成を備えたモータ制御装置１は、外部制御機器５１を接続した状態において、図１中の各矢印で示すように、モータＭ及びモータ駆動回路２に、モータＭの駆動電流Ａが流れると共に、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが流れる。したがって、モータ制御装置１の電源ラインＬ１，Ｌ２において、電源Ｅとの間には、駆動電流Ａ及び制御回路電流Ｂとの合計電流（Ａ＋Ｂ）が流れている。他方、外部制御機器５１の主制御回路５１Ａには、電源ラインＬ３，Ｌ４を介して制御回路電流Ｃが流れている。

次に、モータ制御装置１は、図２に示すように、電源グランドラインＬ２に断線（×印で示す）が生じると、外部制御機器５１が共通のグランドライン（４，５）で接続されているので、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが、異常電流となって共通化グランドライン５に流れる。

この際、モータ制御装置１は、保護回路６が無い場合を仮定すると、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが、外部制御機器５１のグランドラインＬ５を介してマイナス側の電源ラインＬ４に流れる。このため、電源ラインＬ４には、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂと、当該外部制御機器５１の制御回路電流Ｃとの合計電流（Ｂ＋Ｃ）が流れる。すると、モータ制御装置１では、モータ制御装置１及び外部制御機器５１のグランドラインの電圧降下により、モータ指示値にオフセット電圧が生じ、モータＭが異常動作をする虞がある。

これに対して、モータ駆動装置１は、電源グランドラインＬ２に断線（×印で示す）が生じると、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが異常電流として共通化グランドライン５に流れるが、保護回路６が制御回路電流Ｂを検知して、モータ制御回路３にモータＭの停止信号を出力し、モータ駆動回路２を介してモータＭを停止させる。

すなわち、保護回路６は、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが入力されると、第３抵抗Ｒ３の内部グランドライン４側（図１中の拡大図において右側）の電圧が高くなり、これにより第１トランジスタＴＲ１がＯＮになって、モータ制御回路３にモータ停止信号を出力し、モータ駆動回路２を介してモータＭを停止させる。これにより、モータ制御装置１は、電源グランドラインＬ２の断線により、内部グランドライン４の電圧降下によりモータＭの指示値にオフセット電圧が生じても、モータＭを動かないようにすることができる。

また、モータ制御装置１は、保護回路６が無い場合を仮定すると、電源グランドラインＬ２に断線が生じた際、モータＭの駆動電流Ａが共通化グランドライン５を経て、外部制御機器５１のグランドラインＬ５に流れる。このとき、共通化グランドライン５や外部制御機器５１のグランドラインＬ５は、電流値が微小である制御回路電流Ｂ，Ｃを流すためのラインであるから、電流値の大きいモータＭの駆動電流Ａにより焼損する虞がある。

これに対して、モータ制御装置１は、電源グランドラインＬ２に断線が生じると、上述したように保護回路６が瞬時に動作して、モータＭを速やかに停止させるので、実際には、電流値の大きいモータＭの駆動電流Ａ（図２に示す矢印Ａ）が外部制御機器５１側に流れることはない。これにより、モータ制御装置１は、共通化グランドライン５や外部制御機器５１のグランドラインＬ５の焼損を未然に阻止することができる。

このようにして、モータ制御装置１は、共通のグランドライン（４，５）を介して外部制御機器５１が接続される非絶縁型のモータ制御装置において、電源グランドラインＬ２に断線等が生じた場合に、これを起因とする異常発生を未然に阻止することができる。

また、モータ制御装置１は、電流検知部１０、第１及び第２の信号出力部１１，１２を備えた保護回路６を採用したことから、簡単で且つ小型の回路構成で確実な保護機能を得ることができ、ヒューズのように部品交換を行う必要もなく、保護機能を安価に得ることができる。

さらに、モータ制御装置１は、図２から明らかなように、モータＭの出力をＯＦＦにしても、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂが流れ続ける。そこで、モータ制御装置１は、保護回路６において、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂに基づいて設定した閾値を有し、電流検知部１０で検知した電流値が閾値を超えた際に、第１信号出力部１１又は第２信号出力部１２によりモータ停止信号を出力する。これにより、モータ制御装置１は、電源グランドラインＬ２の断線等の異常時に、常にモータＭの出力をＯＦＦ状態にし続けることができる。

なお、上記のモータ制御装置１は、保護回路６が、第１及び第２の信号出力部１１，１２（第１及び第２のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２）を備えた構成であるが、異常時において共通化グランドライン５に流れる制御回路電流Ｂの方向は一方向である。よって、この実施形態のモータ制御装置１は、第２の信号出力部１２がなくても、保護機能を得ることができる。但し、上記の保護回路６は、次に説明する第２実施形態において、その保護機能を充分に発揮することが明らかとなり、第１及び第２の信号出力部１１，１２を設けた構成にしておけば、部品の共通化や汎用性の向上を図るうえで有利である。

〈第２実施形態〉
図３及び図４は、本発明に係わるモータ制御システムの実施形態を説明する図である。なお、第１実施形態と同様の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示すモータ制御システムは、モータ駆動回路２、モータ制御回路３、内部グランドライン４、共通化グランドライン５、及び保護回路６により構成したモータ制御装置１を複数備えている。

そして、モータ制御システムは、各モータ制御装置１が、互いに個別のモータＭを制御すると共に、互いに共通の電源Ｅ及び外部制御機器５２に接続される。この実施形態の外部制御機器５２は、ポテンショメータ（ボリューム）である。つまり、図示例のモータ制御システムは、１つの外部制御機器５２により複数のモータＭの回転制御を同時に行うものとなっている。

外部制御機器５２は、第１端子５２ａが、グランドラインＬ５を介して、各モータ制御装置１の共通化グランドライン５の外部端子５ａに接続してあり、第２端子５２ｂが、共通化ラインで各モータ制御装置１の外部端子５ｂに接続してあり、第３端子５２ｃが、モータ制御装置（上段）１の外部端子５ｃに接続してある。これにより、各モータ制御装置１は、外部制御機器５２のグランドラインＬ５により、互いにグランドライン（４，５）に接続されている。

つまり、この実施形態のモータ制御システムは、各モータ制御装置１の内部グランドライン４及び共通化グランドライン５が、外部制御機器５２との共通のグランドラインであると共に、各モータ制御装置１同士の共通のグランドラインにもなっている。また、図３には、２つのモータ制御装置１を示したが、その数が限定されるものではなく、２つ以上のモータ制御装置１を備えた構成でも構わない。

上記構成を備えたモータ制御システムは、正常時には以下の動作をする。すなわち、図３中で上段のモータ制御装置１では、モータＭ及びモータ駆動回路２に、モータＭの駆動電流Ａ１が流れると共に、モータ制御回路２に、制御回路電流Ｂ１が流れる。したがって、電源ラインＬ１，Ｌ２において、電源Ｅとモータ駆動回路２との間には、駆動電流Ａ１及び制御回路電流Ｂ１との合計電流（Ａ１＋Ｂ１）が流れている。

また、図３中で下段のモータ制御装置１では、同じく、モータＭ及びモータ駆動回路２に、モータＭの駆動電流Ａ２が流れると共に、モータ制御回路２に、制御回路電流Ｂ２が流れ、電源Ｅとモータ駆動回路２との間には、駆動電流Ａ２及び制御回路電流Ｂ２との合計電流（Ａ２＋Ｂ２）が流れている。

次に、モータ制御システムは、図４に示す異常時には以下の動作をする。すなわち、図４中で上段のモータ制御装置１において、電源グランドラインＬ２に断線（×印で示す）が生じると、モータ制御回路３の制御回路電流Ｂ１が、異常電流となって共通化グランドライン５及び外部制御機器５２のグランドラインＬ５に流れ、さらに、図４中で下段の正常なモータ制御装置１の共通化グランドライン５及び内部グランドライン４に流れる。

これにより、正常なモータ制御装置１（下段）においては、その内部グランドライン４に、異常が生じたモータ制御装置１（上段）の制御回路電流Ｂ１と、自己の制御回路電流Ｂ２の合計電流（Ｂ１＋Ｂ２）が流れることになる。

これに対して、異常が生じたモータ制御装置１（上段）においては、保護回路６によりモータＭを停止させると共に、正常なモータ制御装置１（下段）においても、保護回路６によりモータＭを停止させる。このとき、異常が生じたモータ制御装置１（上段）と、正常なモータ制御装置１（下段）とでは、夫々の保護回路６における電流の流れ方向が互いに逆向きになる。

この際、異常が生じたモータ制御装置１（上段）の保護回路６では、第１実施形態と同様に、第３抵抗Ｒ３の内部グランドライン４側（図１中の拡大図で右側）の電圧が高くなるので、第１信号出力部１１（第１トランジスタＴＲ１）がＯＮになって、モータ制御回路３にモータ停止信号を出力する。これにより、モータ駆動回路２を介してモータＭを停止させる。

他方、正常なモータ制御装置１（下段）の保護回路６では、第３抵抗Ｒ３の外部端子５ａ側（図１中の拡大図で左側）の電圧が高くなるので、第２信号出力部１２（第２トランジスタＴＲ２）がＯＮになって、モータ制御回路３にモータ停止信号を出力する。これにより、モータ駆動回路２を介してモータＭを停止させる。

なお、モータ制御システムは、図４中で下段のモータ制御装置１の電源グランドラインＬ２に断線等が生じた場合には、上段の正常なモータ制御装置１の内部グランドライン４に先の合計電流（Ｂ１＋Ｂ２）が流れる。これにより、各保護回路６に対する制御回路電流（異常電流）の流れ方向は、図４中に示す矢印方向とは逆向きになるが、いずれのモータ制御装置１においても、保護回路６が同様に機能してモータＭを停止させる。

上記のモータ制御システムは、いずれのモータ制御装置１において電源グランドラインＬ２の断線が生じたとしても、直ちに全てのモータＭを停止させると共に、内部グランドライン４の電圧降下によりモータＭの指示値にオフセット電圧が生じないようにする。

また、上記のモータ制御システムは、先の実施形態と同様に、いずれかのモータ制御装置１の電源グランドラインＬ２に断線が生じた場合でも、保護回路６が瞬時に動作して、モータＭを速やかに停止させる。よって、実際には、電流値の大きいモータＭの駆動電流Ａ（図４に示す矢印Ａ）が外部制御機器５１側に流れることはない。

これにより、モータ制御システムは、共通の電源Ｅを用いて個別のモータＭを制御する複数のモータ制御装置１を備えると共に、共通のグランドライン（４，５）を介して外部制御機器５２が接続された構成において、電源グランドラインＬ２に断線等が生じた場合に、これを起因とするモータＭの異常動作やグランドラインＬ５の焼損といった異常発生を未然に阻止する。

また、上記のモータ制御装置は、電流検知部１０、第１及び第２の信号出力部１１，１２を備えた保護回路６を採用したことにより、保護回路６に入力される制御回路電流（異常電流）の向きが変わってもモータ停止信号を出力することができるので、複数のモータ制御装置１を備えた構成における保護機能としてより一層好適なものとなる。

なお、本発明のモータ制御装置及びモータ制御システムは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能であり、例えば、保護回路の具体的な回路構成も変更可能である。

１ モータ制御装置
２ モータ駆動回路
３ モータ制御回路
４ 内部グランドライン（共通のグランドライン）
５ 共通化グランドライン（共通のグランドライン）
６ 保護回路
１０ 電流検知部
１１ 第１信号出力部
１２ 第２信号出力部
５１，５２ 外部制御機器
Ａ，Ａ１，Ａ２ モータ駆動電流
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 制御回路電流
Ｃ 外部制御機器制御回路電流
Ｅ 電源
Ｍ モータ

Claims (4)

1. 共通のグランドラインを介して外部制御機器が接続されるモータ制御装置であって、
   モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、
   モータ駆動回路に制御信号を出力するモータ制御回路と、
   モータ駆動回路及びモータ制御回路のマイナス側電源ラインに接続した内部グランドラインと、
   外部制御機器におけるマイナス側電源ラインと内部グランドラインを接続する共通化グランドラインと、
   共通化グランドラインに流れる電流を検知してモータ制御回路にモータ停止信号を出力する保護回路とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
   
2. 前記保護回路は、
   共通化グランドラインに流れる電流を検知する電流検知部と、
   電流検知部が内部グランドライン側からの電流を検知した際にモータ制御回路にモータ停止信号を出力する第１信号出力部と、
   電流検知部が外部制御機器側からの電流を検知した際にモータ制御回路にモータ停止信号を出力する第２信号出力部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記保護回路は、
   モータ制御回路の制御回路電流に基づいて設定した閾値を有し、電流検知部で検知した電流値が閾値を超えた際に、第１信号出力部又は第２信号出力部によりモータ停止信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置を複数備えると共に、
   各モータ制御装置が、互いに個別のモータを制御すると共に、互いに共通の電源及び外部制御機器に接続されることを特徴とするモータ制御システム。

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