JPH10337086A - 電気モ−タの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形の帰還コイル１６を用いることができエ
ネルギ損失が少いモ−タ駆動回路の提供。 【解決手段】 モ−タコイル１１に通電するスイッチ素
子１０，モ−タコイルのエネルギをダイオ−ド１２を介
して蓄積するコンデンサ１３，蓄積エネルギを電源２
０，２１に帰還するスイッチ素子１４，帰還コイル１６
および帰還ダイオ−ド１５を有する、ＳＲモ−タ駆動回
路に、蓄積コンデンサ電圧検出手段９１、帰還電流検出
手段１８，９５；および、帰還電流が高いと帰還スイッ
チ素子１４をオフにする帰還制御回路９；を備える。蓄
積コンデンサの電圧が高くかつ帰還電流が低いとき帰還
スイッチ素子１４をオンにする。検出電流を２値化し検
出電圧をＰＷＭパルスに変換して両者の論理積にて帰還
スイッチングする。検出電流の２値化しきい値を、検出
電圧にて定める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気モ−タに直流
電圧をチョッピングして印加するモ−タ駆動回路に関
し、特に、チョッピング通電用スイッチング素子のオフ
期間にモ−タコイルのエネルギをダイオ−ドを通して蓄
積コンデンサに蓄え、蓄積したエネルギを帰還スイッチ
ング素子および帰還コイルを介して電源に帰還する、い
わゆるＣダンプ型のモ−タドライバに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のモ−タドライバは、本発明の一
実施例を示す図１を参照すると、インバ−タのスイッチ
ング素子１０をオンからオフに転じたときの電気モ−タ
の電気コイル１１が放出する電力をダイオ−ド１２を通
して蓄積コンデンサ１３に蓄え、コンデンサ１３が設定
電圧より高いとき、帰還スイッチング素子１４をオンに
して帰還コイル１６を介して電源（バッテリ２０，コン
デンサ２１）に戻す。帰還スイッチング素子１４がオン
の間はコンデンサ１３がスイッチング素子１４および帰
還コイル１６を通して電源２０，２１に放電し、スイッ
チング素子１４がオフに転ずると、帰還コイル１６とダ
イオ−ド１５が電源に直列に接続されているので、帰還
コイル１６のエネルギが、電源に放出される。蓄積コン
デンサ１３の電圧は電源電圧以上とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】コンデンサ１３の放電
による帰還スイッチング素子１４，ダイオ−ド１５の破
壊を回避するために、帰還コイル１６のインダクタンス
（コイル巻回数）を大きくして、コンデンサ１３の放電
電流値を抑制する必要があり、そのため帰還コイル１６
は大形になり、抵抗値が増えて帰還エネルギ損失が増大
する。エネルギ損失を抑制するためにはコイル線径を大
きくしなければならず、これにより帰還コイル１６は更
に大形になる。

【０００４】本発明は、小形の帰還コイルを用いること
ができしかも帰還エネルギ損失が少い駆動回路を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、電気モ−タ(11)の電気コイルに通電す
るモ−タ駆動スイッチング手段(10)，該電気コイルのエ
ネルギをダイオ−ド(12)を介して蓄積するコンデンサ(1
3)，蓄積したエネルギを電源に帰還するための、帰還ス
イッチング手段(14)，帰還コイル(16)および帰還ダイオ
−ド(15)を有する、電気モ−タの駆動回路に、帰還電流
を検出する電流検出手段(18,95)；および、帰還電流が
高いと前記帰還スイッチング手段(14)をオフにする帰還
制御手段(96,94)；を備えることを特徴とする。なお、
理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述
する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。

【０００６】これによれば、帰還電流が上昇すると帰還
制御手段(96,94)が帰還スイッチング手段(14)をオフに
するので、過大な帰還電流が遮断される。したがって帰
還コイル(16)のインダクタンスは、過大な帰還電流を十
分に抑制するほどに高い必要性はなく、小形の帰還コイ
ル(16)を用いることができる。帰還回路の抵抗値は増え
ず、帰還エネルギ損失が少い。

【０００７】

【発明の実施の形態】

（２）電気モ−タ(11)の電気コイルに通電するモ−タ駆
動スイッチング手段(10)，該電気コイルのエネルギをダ
イオ−ド(12)を介して蓄積するコンデンサ(13)，蓄積し
たエネルギを電源に帰還するための、帰還スイッチング
手段(14)，帰還コイル(16)および帰還ダイオ−ド(15)を
有する、電気モ−タの駆動回路に、帰還電流を検出する
電流検出手段(18,95)；前記蓄積コンデンサ(13)の電圧
を検出する電圧検出手段(91)；および、該電圧検出手段
(91)が検出した電圧が高くかつ前記電流検出手段(18,9
5)が検出した帰還電流が低いとき前記帰還スイッチング
手段(14)をオンにする帰還制御手段(9)；を備えること
を特徴とする。

【０００８】これによれば、帰還スイッチング手段(14)
がオフで帰還コイル(16)から電源への帰還電流が低く蓄
積コンデンサ(13)の電圧が高いときに帰還スイッチング
手段(14)がオンとなって蓄積コンデンサ(13)の電荷が帰
還コイル(16)を通って電源に放電する。この放電電流が
高くなるとそこで帰還スイッチング手段(14)がオフし、
オンの間の帰還コイル(16)の蓄積エネルギが電源に放出
されて帰還電流が低下するとまた帰還スイッチング手段
(14)がオンになる。この繰返しにより、蓄積コンデンサ
の瞬時放電が抑制されて、蓄積コンデンサの放電が平滑
化(時系列平均化)される。過大な帰還電流が流れないの
で、帰還コイル(16)のインダクタンスは、過大な帰還電
流を十分に抑制するほどに高い必要性はなく、小形の帰
還コイル(16)を用いることができる。帰還回路の抵抗値
は増えず、帰還エネルギ損失が少い。

【０００９】（３）帰還制御手段(9)は、電圧検出手段
(91)が検出した電圧が第１参照値より高くかつ前記電流
検出手段(18,95)が検出した帰還電流が第２参照値より
低いとき前記帰還スイッチング手段(14)をオンにする。

【００１０】（４）第２参照値は固定値(Vh)である。該
固定値にて、帰還電流の上限値が定まる。

【００１１】（５）第２参照値は電圧検出手段(99)が検
出した電圧に対応して該電圧が高いと低い値である。こ
れによれば、電源電圧が高いと帰還電流の上限値が低く
なり、放電電流が抑制される。

【００１２】（６）第１参照値は、ピ−ク値，基底値お
よび周期が一定のノコギリ波である。これにより、蓄積
コンデンサ(13)の電圧レベルに対応するオンデュ−ティ
比のＰＷＭパルス（Ｈレベルがオン指定）と、検出電流
＜第２参照値を表わす２値信号（Ｈ）との論理積がオン
指定（Ｈ）のときに、帰還スイッチング手段(14)がオン
になる。

【００１３】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１４】

【実施例】

−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例を示す。スイッチドレラクタ
ンスモ−タ（ＳＲモ−タ）の電気コイル１１の一端は、
コンデンサ２１が並列接続された２８８Ｖのバッテリ２
０の正極端につながり、他端はスイッチング素子（ＩＧ
ＢＴ）１０のコレクタ及びエネルギ放出用ダイオ−ド１
２のアノ−ドと接続されている。ダイオ−ド１２のカソ
−ドは、蓄積コンデンサ１３の正極及びエネルギ帰還用
のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１４のコレクタに接続
されている。

【００１５】１６は帰還コイルであり、その一端は電源
２０の正極端に接続され、他端は帰還スイッチング素子
１４のエミッタ及びダイオ−ド１５のカソ−ドと接続さ
れている。ダイオ−ド１５は、帰還コイル１６のエネル
ギを電源側に戻す。変流器１８が帰還コイル１６に流れ
る電流を検出し、電源検出回路９５が該電流の値を表わ
すアナログ電圧（電流検出信号）を比較器９６に与え
る。

【００１６】バッテリ２０の負極端はダイオ−ド１５の
アノ−ド，蓄積コンデンサ１３の負極およびスイッチン
グ素子１０のエミッタに接続されている。蓄積コンデン
サ１３の正極には絶縁型電圧変換回路９１が接続されて
いる。絶縁型電圧変換回路９１は、蓄積コンデンサ１３
の電圧を分圧する抵抗分圧回路、ピ−ク値，基底値およ
び周期が一定のノコギリ波を発生するノコギリ波発生回
路，分圧電圧をノコギリ波と比較して、デュ−ティ比が
分圧電圧に比例するＰＷＭパルスを発生する比較回路，
ＰＷＭパルスを絶縁伝送するフォトカプラ、および、フ
ォトカプラの伝送パルスのパルス幅（デュ−ティ比）を
それに比例するレベルのアナログ電圧に変換するパルス
幅／電圧変換回路を含み、該変換回路が出力するアナロ
グ電圧（検出電圧信号）を、比較器９２に与える。

【００１７】ノコギリ波発生回路９３が、ピ−ク値，基
底値および周期が一定のノコギリ波（第１参照値）を比
較器９３に与え、比較器９３は、電圧検出信号のレベル
がノコギリ波よりも高いとき高レベルＨ、逆のときは低
レベルＬの２値信号すなわちＰＷＭパルスを発生してア
ンドゲ−ト９４に与える。このＰＷＭパルスのＨデュ−
ティ比（１４オンを指定するＨ期間）が、蓄積コンデン
サ１３の電圧に比例する。

【００１８】電流検出信号（回路９５の出力）が与えら
れる比較器９６には、設定値を示す定電圧Ｖｈ（第２参
照値）が印加され、比較器９６は、電流検出信号のレベ
ルがＶｈより低いときＨ（１４オンを指定）、逆のとき
にはＬの２値信号を発生しアンドゲ−ト９４に与える。

【００１９】アンドゲ−ト９４は、ＰＷＭパルス（Ｈが
１４オン指定）と比較器９６の出力２値信号（Ｈが１４
オン指定）が共にＨのときＨ、少くとも一方がＬのとき
Ｌの、スイッチング制御信号（Ｈが１４オン指定、Ｌは
オフ指定）を、ゲ−トドライバ９７に与える。ゲ−トド
ライバ９７は、スイッチング制御信号がＨの間帰還スイ
ッチング素子１４をオンとし、Ｌの間はオフとする。

【００２０】モ−タ駆動インバ−タのスイッチング素子
１０のオン／オフは、モ−タ駆動制御回路ＥＣＵが制御
する。ＳＲモ−タの３相の電気コイル１１は、個別に、
相対的には位相ずれをもって通電される。すなわちスイ
ッチング素子群１０の中の、各電気コイルに接続したそ
れぞれのスイッチング素子は、個別にオン／オフされ
る。しかし本書においては、これら３個のスイッチング
素子を総称して、スイッチング素子１０と表現する。例
えばスイッチング素子１０がオン又はオフと、オン／オ
フに言及があるときには、それは３個の中の１つのスイ
ッチング素子のもの、と理解されたい。

【００２１】スイッチング素子１０がオンからオフに転
じたとき、電流経路は、バッテリ２０，コンデンサ２１
／モ−タコイル１１／スイッチング素子１０のル−トか
ら、モ−タコイル１１／ダイオ−ド１２／コンデンサ１
３のル−トに変わり、コンデンサ１３に、〔電源電圧＋
モ−タコイル１１の電圧〕が加わり、モ−タコイル１１
のエネルギ（電力）がダイオ−ド１２を通して蓄積コン
デンサ１３に蓄積される。したがって蓄積コンデンサ１
３の電圧は電源電圧より高い。この蓄積が進むにつれて
コンデンサ１３の電圧が上昇する。

【００２２】ここで、帰還コイル１６の電流値が設定値
（Ｖｈ）未満であると、比較器９６の出力信号がＨであ
るので、アンドゲ−ト９４が、比較器９２の出力である
ＰＷＭパルスをゲ−トドライバ９７に与え、帰還スイッ
チング素子１４が、コンデンサ１３の電圧に比例するオ
ンデュ−ティ比でオン／オフする。このオンの期間で
は、電流経路は、モ−タコイル１１および蓄積コンデン
サ１３／帰還スイッチ１４／帰還コイル１６／電源２
０，２１のル−トになる。この間、帰還コイル１６の電
流値が時定数により初値から上がり、その電流がモ−タ
コイル１１の電流より大きくなって、始めて、蓄積コン
デンサ１３の電圧が下がる。ＰＷＭパルスのオフ期間で
は、電流経路はダイオ−ド１５／帰還コイル１６／電源
２０，２１のル−トとなり、帰還コイル１６のエネルギ
（電力）が電源２０，２１に戻される。なお、上述のＰ
ＷＭパルスのオンの期間でも、帰還コイル１６の電流値
が設定値（Ｖｈ）以上になると比較器９６の出力がＬに
転じてスイッチング素子１４がオフに転ずる。ＰＷＭパ
ルスがオン期間内で帰還コイル１６の電流値が設定値
（Ｖｈ）未満に戻ると、スイッチング素子１４が再びオ
ンになる。

【００２３】モ−タコイル１１の電流が大きいと、蓄積
コンデンサ１３の電圧が低くなるのに時間がかかり、Ｐ
ＷＭパルスのオンデュ−ティ比が高くなり、帰還スイッ
チング素子１４のオン時間が長くなる。従来はこのよう
な場合帰還コイル１６の電流値が非常に大きくなってし
まうが、この実施例では、帰還コイル１６の電流値が設
定値（Ｖｈ）に達するとそこで帰還スイッチング素子１
４をオフに転ずるので、帰還コイル１６の電流値は低く
抑制される。

【００２４】−第２実施例− 図２に本発明の第２実施例を示す。この実施例は、絶縁
型電圧変換回路９９の検出電圧信号を、反転増幅器９８
で反転して比較器９６に、固定値Ｖｈに代える参照信号
（第２参照値）として与える構成としたものである。そ
の他の構成は、上述の第１実施例と同様である。この第
２実施例では、蓄積コンデンサ１３の電圧が高いと低
く、低いと高い参照信号が比較器９６に与えられるの
で、比較器９６の出力は、電源の電圧が高いほど、帰還
電流の上限値を低く抑制する。電圧が高いほど、蓄積コ
ンデンサ１３の電圧が上昇するよう作用し、電源電圧と
蓄積コンデンサ１３の電圧差を一定に保つようにする。

【００２５】−第３実施例− 図３に本発明の第３実施例を示す。この実施例は、ノコ
ギリ波発生回路９３が発生するノコギリ波を反転増幅器
９８で反転して比較器９６に、固定値Ｖｈに代える参照
信号（第２参照値）として与える構成としたものであ
る。その他の構成は、上述の第１実施例と同様である。
この第３実施例では、ノコギリ波発生回路９３が発生す
るノコギリ波（基底値から緩やかにピ−ク値に上昇し、
ピ−ク値で急激に基底値に降下する波形）の、ピ−ク値
から基底値への急低下に同期して、比較器９６の出力信
号が、オフ指示レベルからオン指示レベルに切換わるよ
うにしたものである。すなわち比較器９６の出力もＰＷ
Ｍパルスであり、そのオン指示レベルＨのデュ−ティ比
が、検出電流信号のレベル（帰還電流値）に反比例す
る。比較器９２が出力するＰＷＭパルスは、ノコギリ波
のピ−ク値から基底値への急低下に同期してオン指示レ
ベルＨとなり、オン指示レベルＨのデュ−ティ比が、検
出電圧信号のレベル（帰還コンデンサ１３の電圧）に比
例するものである。この第３実施例でも、第１実施例と
同等の効果が得られる。

【００２６】以上に説明した実施例のいずれも、検出電
圧信号を、ノコギリ波発生回路９３および比較器９２
で、ＰＷＭパルスに変換しているが、例えば図１におい
て比較器９２に、ノコギリ波に代えて設定電圧（固定
値）を与えて、比較器９２の２値信号をアンドゲ−ト９
４に与える態様でも、本発明は実施しうる。この場合、
比較器９２の出力が、検出電圧信号の２値化信号である
ので、帰還コンデンサ１３の電圧に比例するコンデンサ
１３の放電時間制御とはならないが、帰還電流の昇，降
に応じて比較器９６がオフ，オン指示を切換えるので、
コンデンサ１３の放電電流の平滑化機能は十分に確保さ
れ、小型の帰還コイルを用い得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の電気回路図である。

【図２】 本発明の第２実施例の電気回路図である。

【図３】 本発明の第３実施例の電気回路図である。

【符号の説明】

１０：モ−タ駆動インバ−タのスイッチング素子 １１：ＳＲモ−タの電気コイル １２：ダイオ−ド １３：蓄積コンデンサ １４：帰還スイッチ
ング素子 １５：ダイオ−ド １６：帰還コイル １８：変流器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気モ−タの電気コイルに通電するモ−タ
   駆動スイッチング手段，該電気コイルのエネルギをダイ
   オ−ドを介して蓄積するコンデンサ，蓄積したエネルギ
   を電源に帰還するための、帰還スイッチング手段，帰還
   コイルおよび帰還ダイオ−ドを有する、電気モ−タの駆
   動回路において、 帰還電流を検出する電流検出手段；および、 帰還電流が高いと前記帰還スイッチング手段をオフにす
   る帰還制御手段；を備えることを特徴とする電気モ−タ
   の駆動回路。
2. 【請求項２】電気モ−タの電気コイルに通電するモ−タ
   駆動スイッチング手段，該電気コイルのエネルギをダイ
   オ−ドを介して蓄積するコンデンサ，蓄積したエネルギ
   を電源に帰還するための、帰還スイッチング手段，帰還
   コイルおよび帰還ダイオ−ドを有する、電気モ−タの駆
   動回路において、 帰還電流を検出する電流検出手段；前記蓄積コンデンサ
   の電圧を検出する電圧検出手段；および、 該電圧検出手段が検出した電圧が高くかつ前記電流検出
   手段が検出した帰還電流が低いとき前記帰還スイッチン
   グ手段をオンにする帰還制御手段；を備えることを特徴
   とする電気モ−タの駆動回路。
3. 【請求項３】帰還制御手段は、電圧検出手段が検出した
   電圧が第１参照値より高くかつ前記電流検出手段が検出
   した帰還電流が第２参照値より低いとき前記帰還スイッ
   チング手段をオンにする、請求項２記載の電気モ−タの
   駆動回路。
4. 【請求項４】第２参照値は固定値である請求項３記載の
   電気モ−タの駆動回路。
5. 【請求項５】第２参照値は電圧検出手段が検出した電圧
   に対応して該電圧が高いと低い値である、請求項３記載
   の電気モ−タの駆動回路。