JP7303903B2 - 電動モータの駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電源投入時に発生する突入電流を抑制する機能を有する、電動モータの駆動装置に関する。
特許文献1に開示される突入電流抑制回路は、電気的に接続された第1の抵抗R1及び第1のスイッチング素子SW1と、第1の抵抗R1及び第1のスイッチング素子SW1と並列に接続された切替えスイッチング素子SW3と、負荷の端子間電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路で検出した端子間電圧に応じて第1の抵抗R1の電流値を調整する電流調整部と、を備えている。
特開2019-122158号公報
ところで、電動モータの突入電流を抑制する手段として、電源投入時に抵抗器を介して電力供給を行う手段がある。
しかし、抵抗器を介して電力供給するラインをオンオフする第1リレーと、抵抗器を介さずに電力供給するラインをオンオフする第2リレーとを個別に制御するために、リレー制御回路から第1リレー用のリレー制御信号及び第2リレー用のリレー制御信号を出力する構成とした場合、突入電流を抑制する機能を追加するためにリレー制御回路の出力コネクタ数(換言すれば、出力端子数)が増加し、リレー制御回路の仕様変更が生じてしまうという問題があった。
本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リレー制御回路の出力コネクタ数を増加させることなく、突入電流を抑制する機能を追加できる、電動モータの駆動装置を提供することにある。
そのため、本発明に係る電動モータの駆動装置は、その一態様として、電源から電動モータへの電力供給ラインをオンオフする第1リレーと、前記第1リレーを迂回するバイパスラインに設けられた抵抗器と、前記バイパスラインをオンオフする第2リレーと、前記第1リレー及び前記第2リレーに共通のリレー制御信号を出力するリレー制御回路と、前記リレー制御信号に基づく前記第1リレーのオンタイミングを、前記リレー制御信号に基づく前記第2リレーのオンタイミングよりも遅らせる遅延部と、を有し、前記第1リレーは、第1コイルと第1接点部とを有するメカニカルリレーであり、前記遅延部は、前記リレー制御信号を遅延させる遅延回路を含み、前記遅延回路によって遅延させた前記リレー制御信号で前記第1リレーをオンさせ、前記遅延回路で遅延される前の前記リレー制御信号で前記第2リレーをオンさせ、前記遅延回路は、前記第1コイルと、コンデンサとを組み合わせたローパスフィルタで構成される。
また、本発明に係る電動モータの駆動装置は、別の態様として、前記遅延部は、前記第1リレーがオンする電圧を、前記第2リレーがオンする電圧よりも高く設定し、前記リレー制御回路から、立ち上がり遅延時間を有する前記リレー制御信号を出力させ、前記リレー制御信号の立ち上がり応答の間で、前記第2リレーをオンさせた後に前記第1リレーをオンさせる。
上記発明によると、リレー制御回路の出力コネクタ数を増加させることなく、突入電流を抑制する機能を追加できる。
駆動装置の第1実施形態を示す回路図である。 第1実施形態の駆動装置の電源投入時における動作を説明するためのタイムチャートである。 駆動装置の第2実施形態を示す回路図である。 第2実施形態の駆動装置の電源投入時における動作を説明するためのタイムチャートである。 駆動装置の第3実施形態を示す回路図である。 第3実施形態の駆動装置の電源投入時における動作を説明するためのタイムチャートである。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、電動モータの駆動装置の第1実施形態を示す回路図である。
駆動装置100は、電源であるバッテリ101と、第1リレー102と、第2リレー103と、抵抗器104と、電動モータ105と、遅延部を構成する遅延回路106と、ECU(Electronic Control Unit)107とを有する。
そして、第1リレー102と、第2リレー103、抵抗器104、電動モータ105、及び、遅延回路106は、リレーモジュール120を構成する。
電動モータ105は、例えば、自動車のエアサスペンションシステムにおいて、コンプレッサを駆動するために用いられる直流モータである。
第1リレー102は、第1コイル102a及び第1接点部102bを有するメカニカルリレー(換言すれば、有接点リレー)であり、同様に、第2リレー103は、第2コイル103a及び第2接点部103bを有するメカニカルリレー(換言すれば、有接点リレー)である。
ECU107は、MPU(Microprocessor Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を含むマイクロコンピュータを主体とし、第1リレー102及び第2リレー103に共通のリレー制御信号RCS(詳細には、リレー駆動電圧信号)を出力コネクタ107aから出力する。
つまり、ECU107は、リレー制御信号RCSを出力するリレー制御回路としての機能を有する。
ECU107の出力コネクタ107aと、リレーモジュール120の入力コネクタ120aとは、ハーネス121によって電気的に接続される。
バッテリ101から電動モータ105への電力供給ライン108に、第1リレー102が配置され、第1リレー102は、電力供給ライン108のオンオフ、換言すれば、電力供給ライン108を介した電動モータ105への電力供給、遮断を制御する。
また、第1リレー102を迂回してバッテリ101と電動モータ105とを電気的に接続するバイパスライン109に、抵抗器104と第2リレー103との直列回路を配置してある。
つまり、第1リレー102と、抵抗器104と第2リレー103との直列回路とは、並列接続されていて、第2リレー103は、バイパスライン109のオンオフ、換言すれば、バイパスライン109を介した電動モータ105への電力供給、遮断を制御する。
また、リレーモジュール120の入力コネクタ120aと、第1リレー102の第1コイル102aとを電気的に接続する第1リレー駆動ライン110には、遅延回路106を配置してある。
遅延回路106は、ECU107が出力したリレー制御信号RCSを遅らせて第1コイル102aに出力する回路であり、例えば、オンディレータイマー回路、抵抗器とコンデンサとを組み合わせたRC回路などのアナログローパスフィルタで構成される。
また、入力コネクタ120aと遅延回路106との間の第1リレー駆動ライン110に設けた分岐部110aと、第2リレー103の第2コイル103aとが、第2リレー駆動ライン111によって電気的に接続されている。
このように、第1リレー102は遅延回路106を介してリレー制御信号RCSを入力し、第2リレー103は遅延回路106を介さずにリレー制御信号RCSを入力するように構成されている。
つまり、図1に示す駆動装置100は、遅延回路106によって遅延させたリレー制御信号RCSで第1リレー102をオンし、遅延回路106で遅延される前のリレー制御信号RCS、つまり、遅延回路106が入力するリレー制御信号RCSで第2リレー103をオンすることで、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせる遅延部としての機能を備える。
図2は、図1に示した駆動装置100における電源投入時の動作、詳細には、電動モータ105に電源投入するときの、リレー制御信号RCS、第1リレー102及び第2リレー103のオンオフ状態、及びモータ電流Mcの相関を示すタイムチャートである。
図2において、時刻t1にて、ECU107がリレー制御信号RCSをステップ的にオフからオンに立ち上げる、換言すれば、リレー制御信号RCSの電圧を零から所定レベルにまでステップ的に立ち上げると、リレー制御信号RCSを駆動電圧RDV2として直接的に入力する第2リレー103が、オフ状態からオン状態に切り替わり、バッテリ101から抵抗器104及び第2リレー103を介して電動モータ105に電力供給される。
第1リレー102には、遅延回路106を介してリレー制御信号RCSが与えられるため、時刻t1から所定時間Δtだけ遅れた時刻t2にて、第1リレー102の駆動電圧RDV1が第1リレー102がオンするレベルにまで上昇し、第1リレー102がオフ状態からオン状態に切り替わる。
つまり、遅延回路106は、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせる。
時刻t1における電源投入時においては、電動モータ105に抵抗器104を介して電力供給されることで、抵抗器104を介さずに電力供給される場合に比べて、突入電流Icを抑制することができる。
また、突入電流Icが抑制された後に、第1リレー102がオン状態になって、抵抗器104を介さずに電力供給する電力供給ライン108がオンすることで、時刻t2以降での無駄な電力消費が抑制される。
上記の駆動装置100によると、ECU107は、出力コネクタ107aから第1リレー102及び第2リレー103に共通のリレー制御信号RCSを出力することで、第2リレー103をオンさせた後で、第1リレー102を遅れてオンさせることができる。
遅延回路106を設けることなく、ECU107が、第1リレー102を制御するためのリレー制御信号と、第2リレー103を制御するためのリレー制御信号とを個別に出力する構成とすれば、遅延回路106を有する駆動装置100と同様に、電力供給ライン108及びバイパスライン109のオンオフを制御することができる。
しかし、突入電流Icを抑制する機能を追加するために、ECU107に、第1リレー102を制御するためのリレー制御信号RCSを出力するコネクタに加えて、第2リレー103を制御するためのリレー制御信号RCSを出力するコネクタを追加する場合、ECU107の出力コネクタ数が増加し、ECU107の仕様変更が生じてしまう。
これに対し、ECU107が出力するリレー制御信号RCSを直接的に第2リレー103に入力させる一方、遅延回路106で遅延させたリレー制御信号RCSを第1リレー102に入力させる構成とすれば、ECU107の出力コネクタ数を増加させることなく、突入電流Icを抑制する機能を追加することができる。
図3は、電動モータの駆動装置の第2実施形態を示す回路図である。
なお、図3において、図1の駆動装置100と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図3の駆動装置100は、第1リレー102と、第2リレー103と、抵抗器104と、電動モータ105と、コンデンサ131とで構成されるリレーモジュール120、バッテリ101、及び、ECU107を有する。
ECU107の出力コネクタ107aと、リレーモジュール120の入力コネクタ120aとは、ハーネス121によって電気的に接続される。
バッテリ101と電動モータ105とを電気的に接続する電力供給ライン108に、第1リレー102が配置され、第1リレー102を迂回してバッテリ101と電動モータ105とを電気的に接続するバイパスライン109に、抵抗器104と第2リレー103との直列回路を配置してある。
また、リレーモジュール120の入力コネクタ120aと、第2リレー103の第2コイル103aとが第1リレー駆動ライン132によって電気的に接続され、第2コイル103aとグランドGNDとの間に、コンデンサ131を直列に接続してある。
更に、第2コイル103aとコンデンサ131との間の第1リレー駆動ライン132と、第1リレー102の第1コイル102aとが、第2リレー駆動ライン133によって電気的に接続される。
つまり、コンデンサ131と、第1リレー102の第1コイル102aとが並列に接続され、係る並列回路の上流に第2コイル103aが直列に接続されている。換言すれば、第2コイル103aの下流に第1コイル102aを直列に接続し、コンデンサ131を第1コイル102aと並列に接続してある。
ここで、コンデンサ131と第1コイル102aとを組み合わせた並列回路は、遅延回路として機能するLCローパスフィルタ134(換言すれば、L型フィルタ)を構成する。
つまり、図3の駆動装置100において、遅延回路であるLCローパスフィルタ134によって遅延させたリレー制御信号RCSで第1リレー102をオンさせ、LCローパスフィルタ134で遅延される前のリレー制御信号RCSで第2リレー103をオンさせることで、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせるよう構成されている。
図4は、図3に示した駆動装置100における電源投入時の動作、詳細には、電動モータ105に電源投入するときの、リレー制御信号RCS、第1リレー102及び第2リレー103のオンオフ状態、及びモータ電流Mcの相関を示すタイムチャートである。
図4において、時刻t1にて、ECU107がリレー制御信号RCSをステップ的にオフからオンに立ち上げる、換言すれば、リレー制御信号RCSの電圧を零から所定レベルにまでステップ的に立ち上げると、リレー制御信号RCSを駆動電圧RDV2として直接的に入力する第2リレー103が、オフ状態からオン状態に切り替わり、バッテリ101から抵抗器104及び第2リレー103を介して電動モータ105に電力供給されるようになる。
第1リレー102の第1コイル102aは、LCローパスフィルタ134の出力端に相当し、第1リレー102は、LCローパスフィルタ134によって遅れを生じたリレー制御信号RCSである駆動電圧RDV1によって駆動されることになる。
このため、時刻t1から所定時間Δtだけ遅れた時刻t2にて、第1リレー102の駆動電圧RDV1が、第1リレー102がオンするレベルにまで上昇し、第1リレー102がオフ状態からオン状態に切り替わる。
つまり、遅延回路としてのLCローパスフィルタ134は、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせる。
時刻t1における電源投入時においては、電動モータ105に抵抗器104を介して電力供給されることで、抵抗器104を介さずに電力供給される場合に比べて、突入電流Icを抑制することができる。
また、突入電流Icが抑制された後に、第1リレー102がオン状態になって、抵抗器104を介さずに電力供給する電力供給ライン108がオンすることで、時刻t2以降での無駄な電力消費が抑制される。
また、図3の駆動装置100によれば、ECU107が、第1リレー102を駆動するリレー制御信号RCSと、突入電流Icを抑制するための第2リレー103を駆動するリレー制御信号RCSとを個別に出力する必要がなく、ECU107の出力コネクタ数を増加させることなく、突入電流Icを抑制する機能を追加することができる。
更に、図3の駆動装置100では、コンデンサ131と第1リレー102の第1コイル102aとを組み合わせて、遅延回路として機能するLCローパスフィルタ134を構成するので、遅延回路を簡易に設けることができ、駆動装置100の回路構成を簡素化できる。
なお、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも所定時間だけ遅らせるために、LCローパスフィルタ134を構成する第1コイル102aの仕様と、第2コイル103aの仕様とを異ならせることができる。
図5は、電動モータの駆動装置の第3実施形態を示す回路図である。
なお、図5において、図1の駆動装置100と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図5の駆動装置100は、バッテリ101と、第1リレー102と、第2リレー103と、抵抗器104と、電動モータ105とで構成されるリレーモジュール120、及び、ECU107を有する。
ECU107の出力コネクタ107aと、リレーモジュール120の入力コネクタ120aとは、ハーネス121によって電気的に接続される。
バッテリ101と電動モータ105とを電気的に接続する電力供給ライン108に、第1リレー102が配置され、第1リレー102を迂回してバッテリ101と電動モータ105とを電気的に接続するバイパスライン109に、抵抗器104と第2リレー103との直列回路を配置してある。
また、リレーモジュール120の入力コネクタ120aと、第1リレー102の第1コイル102aとが第1リレー駆動ライン151によって電気的に接続され、更に、第1リレー駆動ライン151から分岐延設される第2リレー駆動ライン152が第2リレー103の第2コイル103aに接続される。
係る構成によって、ECU107が出力するリレー制御信号RCSがそのまま第1リレー102及び第2リレー103に与えられるようにしてある。
一方、ECU107は、内部にリレー制御信号RCSを遅延させる遅延回路155を備え、遅延回路155を通過させたリレー制御信号RCSを、第1リレー102及び第2リレー103に共通のリレー制御信号RCSとして出力コネクタ107aから出力する。
遅延回路155は、例えば、抵抗器155aとコンデンサ155bとを組み合わせたRC回路で構成されるアナログローパスフィルタである。そして、遅延回路155の入力信号(ステップ信号)が立ち上がるときに、遅延回路155の出力は、立ち上がり遅れ時間を有して徐々に最終値にまで変化する。
また、第1リレー102がオンする電圧を、第2リレー103がオンする電圧よりも高く設定してあり、ECU107(換言すれば、アナログローパスフィルタである遅延回路155)が出力するリレー制御信号RCSの立ち上がり応答の間で、先に第2リレー103をオンし、所定時間後に第1リレー102が遅れてオンするように構成してある。
つまり、ECU107が電動モータ105への電源投入を行うときに、第1リレー102及び第2リレー103には、立ち上がりの遅れ時間を有して徐々に最終値にまで変化するリレー制御信号RCSが与えられる。
ここで、第1リレー102がオンする電圧は、第2リレー103がオンする電圧よりも高く設定されているから、リレー制御信号RCSの電圧レベルは立ち上がり応答の間で、まず第2リレー103がオンする電圧に達し、その後遅れて第1リレー102がオンする電圧に達することになる。
従って、第1リレー102及び第2リレー103は、同じリレー制御信号RCSが与えられるが、オン電圧の違いに基づき、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングが、同じリレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅れることになる。
このように、第1リレー102のオン電圧と第2リレー103のオン電圧とを異ならせる設定、及び、ECU107から立ち上がり遅れ時間を有するリレー制御信号RCSを出力させる構成によって、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせる遅延部が構成される。
図6は、図5に示した駆動装置100における電源投入時の動作、詳細には、電動モータ105に電源投入するときの、リレー制御信号RCS、第1リレー102及び第2リレー103のオンオフ状態、及びモータ電流Mcの相関を示すタイムチャートである。
図6において、ECU107は、電動モータ105の作動指示に基づき、時刻t1にてリレー制御信号RCSをステップ的にオフからオンに立ち上げ、遅延回路155の出力DCoutは、時刻t1から立ち上がり遅延時間を有して徐々に最終値にまで変化する。
係る立ち上がり応答の間の時刻t2にて、リレー制御信号RCSの電圧(換言すれば、第2リレー103の駆動電圧RDV2)が第2リレー103のオン電圧Vth2に達して第2リレー103がオンし、その後の時刻t3にて、リレー制御信号RCSの電圧(換言すれば、第1リレー102の駆動電圧RDV1)が第1リレー102のオン電圧Vth1(Vth1>Vth2)に達して第1リレー102がオンする。
時刻t2における電動モータ105への電源投入時においては、抵抗器104を介して電力供給されることで、抵抗器104を介さずに電力供給される場合に比べて、突入電流Icを抑制することができる。
また、突入電流Icが抑制された後に、時刻t3で第1リレー102がオン状態になって、抵抗器104を介さずに電力供給する電力供給ライン108がオンすることで、時刻t3以降での無駄な電力消費が抑制される。
また、図5の駆動装置100によれば、ECU107が、第1リレー102を駆動するリレー制御信号RCSと、突入電流Icを抑制するための第2リレー103を駆動するリレー制御信号RCSとを個別に出力する必要がなく、ECU107の出力コネクタ数を増加させることなく、突入電流Icを抑制する機能を追加することができる。
更に、図5の駆動装置100では、リレーモジュール120に電子部品を追加することなく、リレー制御信号RCSに基づく第1リレー102のオンタイミングを、リレー制御信号RCSに基づく第2リレー103のオンタイミングよりも遅らせることができる。
上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、図1、図3及び図5に示した駆動装置100は、リレー制御回路を含むECU107と、リレーモジュール120とで構成され、ECU107の出力コネクタ107aとリレーモジュール120の入力コネクタ120aとがハーネスで接続されるが、第1リレー102、第2リレー103、抵抗器104がモジュール化されていないシステムとすることができる。
また、図1又は図5に示す駆動装置100において、第1リレー102及び第2リレー103として、無接点リレー(換言すれば、半導体リレー)を用いることができる。
101…バッテリ(電源)、102…第1リレー、102a…第1コイル、102b…第1接点部、103…第2リレー、103a…第2コイル、103b…第2接点部、104…抵抗器、105…電動モータ、106…遅延回路(遅延部)、107…ECU(リレー制御回路)、108…電力供給ライン、109…バイパスライン、134…LCローパスフィルタ(遅延回路、遅延部)、155…遅延回路

Claims (5)

  1. 電動モータの駆動装置であって、
    電源から前記電動モータへの電力供給ラインをオンオフする第1リレーと、
    前記第1リレーを迂回するバイパスラインに設けられた抵抗器と、
    前記バイパスラインをオンオフする第2リレーと、
    前記第1リレー及び前記第2リレーに共通のリレー制御信号を出力するリレー制御回路と、
    前記リレー制御信号に基づく前記第1リレーのオンタイミングを、前記リレー制御信号に基づく前記第2リレーのオンタイミングよりも遅らせる遅延部と、
    を有し、
    前記第1リレーは、
    第1コイルと第1接点部とを有するメカニカルリレーであり、
    前記遅延部は、
    前記リレー制御信号を遅延させる遅延回路を含み、
    前記遅延回路によって遅延させた前記リレー制御信号で前記第1リレーをオンさせ、
    前記遅延回路で遅延される前の前記リレー制御信号で前記第2リレーをオンさせ、
    前記遅延回路は、
    前記第1コイルと、コンデンサとを組み合わせたローパスフィルタで構成される、
    電動モータの駆動装置。
  2. 請求項記載の電動モータの駆動装置であって、
    前記第2リレーは、第2コイルと第2接点部とを有するメカニカルリレーであり、
    前記第2コイルの下流に前記第1コイルを直列に接続し、
    前記コンデンサを前記第1コイルと並列に接続した、
    電動モータの駆動装置。
  3. 電動モータの駆動装置であって、
    電源から前記電動モータへの電力供給ラインをオンオフする第1リレーと、
    前記第1リレーを迂回するバイパスラインに設けられた抵抗器と、
    前記バイパスラインをオンオフする第2リレーと、
    前記第1リレー及び前記第2リレーに共通のリレー制御信号を出力するリレー制御回路と、
    前記リレー制御信号に基づく前記第1リレーのオンタイミングを、前記リレー制御信号に基づく前記第2リレーのオンタイミングよりも遅らせる遅延部と、
    を有し、
    前記遅延部は、
    前記第1リレーがオンする電圧を、前記第2リレーがオンする電圧よりも高く設定し、
    前記リレー制御回路から、立ち上がり遅延時間を有する前記リレー制御信号を出力させ、
    前記リレー制御信号の立ち上がり応答の間で、前記第2リレーをオンさせた後に前記第1リレーをオンさせる、
    電動モータの駆動装置。
  4. 請求項記載の電動モータの駆動装置であって、
    前記リレー制御回路は、
    前記リレー制御信号を遅延させる遅延回路を有し、
    前記遅延回路の出力を、前記第1リレー及び前記第2リレーに共通の前記リレー制御信号として出力する、
    電動モータの駆動装置。
  5. 請求項1又は請求項3記載の電動モータの駆動装置であって、
    前記リレー制御回路は、ECUに含まれ、
    前記第1リレー、前記抵抗器、前記第2リレー、及び、前記電動モータは、リレーモジュールを構成し、
    前記ECUの前記リレー制御信号を出力する出力コネクタが前記リレーモジュールの入力コネクタに接続される、
    電動モータの駆動装置。
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