(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータを、前記多相モータの各相に対応するコイルに印加する電圧を所定期間ごとに切り替えることにより回転駆動するモータ駆動回路において、
電源電圧に接続され、前記多相モータの回転数の目標に応じて該電源電圧を降圧する降圧回路と、
一端が、前記降圧回路の出力側に接続され、他端が、前記コイルの１つとの接続端に接続された第１のスイッチと、一端が、前記接続端に接続され、他端が、前記電源電圧の低位側に接続された第２のスイッチと、一端が、前記第１のスイッチの制御端子に接続され、他端が、接地された第３のスイッチとを、前記多相モータの各相に対応して備えるスイッチ回路と、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチが前記所定期間中にオン状態またはオフ状態となるように、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチの各制御端子に、前記所定期間の経過のたびにオンデューティーが１００％または０％に交互に切り替わる信号を出力する駆動制御回路と、を有し、
前記駆動制御回路は、前記所定期間中、前記オンデューティーを変更しないことを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記降圧回路は、エミッタフォロワ回路であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイル（以下、多相コイルという）を備え、各コイルに電流を流すタイミングや各コイルに電圧を印可するタイミングを制御することで回転する多相モータが知られている。このような多相モータの回転を制御するモータ駆動回路では、各相のコイルに流す電流量（又は実効電圧）を制御するパルス信号のオンオフ比率を変えることによって、多相コイルに流す駆動電流を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が一般的に行われている。通常、このようなモータ駆動回路では、パルス信号の周波数は数十ｋＨｚ以上といった高周波数にされる。また、ＰＷＭ制御では、電流の変化、すなわち、電流の立ち上がり、立ち下がりは急峻とされる。このため、モータ駆動回路を備えるモータからは高周波ノイズが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１８６３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両は狭い空間の中にノイズ発生源であるエンジンや数十個以上のモータを搭載しており、高周波ノイズの影響が出やすい環境にある。高周波ノイズが車両の制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）に入り込むと、ＥＣＵが誤作動を起こす可能性があった。このため、車載用のモータには、安全上ノイズの発生を低減することが求められる。例えば、モータの支持具であるブラケットを金属製（アルミ製）にして、このブラケットにグランドを落としていたが、金属製にすることでコスト高となっていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ノイズの発生を低減したモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明のモータ駆動回路は、多相モータを、前記多相モータの各相に対応するコイルに印加する電圧を所定期間ごとに切り替えることにより回転駆動するモータ駆動回路において、電源電圧に接続され、前記多相モータの回転数の目標に応じて該電源電圧を降圧する降圧回路と、一端が、前記降圧回路の出力側に接続され、他端が、前記コイルの１つとの接続端に接続された第１のスイッチと、一端が、前記接続端に接続され、他端が、前記電源電圧の低位側に接続された第２のスイッチと、一端が、前記第１のスイッチの制御端子に接続され、他端が、接地された第３のスイッチとを、前記多相モータの各相に対応して備えるスイッチ回路と、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチが前記所定期間中にオン状態またはオフ状態となるように、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチの各制御端子に、前記所定期間の経過のたびにオンデューティーが１００％または０％に交互に切り替わる信号を出力する駆動制御回路と、を有し、前記駆動制御回路は、前記所定期間中、前記オンデューティーを変更しないことを特徴とする。
本発明は、電源電圧を降圧回路で降圧し、降圧した電圧を多相モータの各コイルに印加しているため、第１のスイッチと第２のスイッチとをＰＷＭ制御によりオン、オフさせる必要がない。このため、ノイズの発生を低減したモータ駆動回路とすることができる。
【０００７】
上記モータ駆動回路において、前記降圧回路は、エミッタフォロワ回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ノイズの発生を低減したモータ駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】モータ駆動回路を搭載した車両の構成の概略を示す図である。
【図２】ファンモータの断面を示す断面図である。
【図３】モータ駆動回路の構成を示す構成図である。
【図４】ＰＷＭ制御によりコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧を変更する、従来の制御方法を示す図である。
【図５】本実施例の制御によりコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
まず、図１を参照しながら本実施例の構成を説明する。図１には、モータ駆動回路を備えた車両１の構成の一例を示す。車両１には、ＥＣＵ１００、エンジン１１０、駆動用モータ１２０、動力分割装置１３０、シャフト１４０、バッテリ１５０、冷却装置１６０が搭載されている。
【００１２】
車両１は、車両１の駆動源としてエンジン１１０と駆動用モータ１２０とを備え、車両１の走行状態やユーザの操作入力によって、エンジン１１０による駆動と、駆動用モータ１２０による駆動と、エンジン１１０と駆動用モータ１２０とによる駆動とに切り替えることができる。なお、駆動用モータ１２０は、バッテリ１５０から供給される電力によって動作する。
【００１３】
動力分割装置１３０は、遊星歯車機構であり、エンジン１１０の動力と駆動用モータ１２０の動力とを切り替えて、シャフト１４０に伝達することができる。
【００１４】
ＥＣＵ１００は、車両１全体の動作を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、車両１に搭載された各種センサの出力値に応じて各装置に指令を出す。
【００１５】
冷却装置１６０は、ファンモータＭ（多相モータ（図２参照））を備え、ファンモータＭの回転によりバッテリ１５０を冷却する。冷却装置１６０がバッテリ１５０を冷却することにより、バッテリ１５０の温度上昇に基づく充電効率の低下を抑制することができる。冷却装置１６０によるバッテリ１５０の冷却動作は、ＥＣＵ１００によって制御される。なお、本実施例のファンモータＭの詳細については後述するが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを備えた３相モータである（以下、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを区別する必要がない場合には、コイルＬと表記する）。
【００１６】
図２に、ファンモータＭの断面図を示す。ファンモータＭには、ファンＦが連結されている。ファンＦは、ファンモータＭの動力によって回転し、ファンＦが回転することによってバッテリ１５０が冷却される。ファンモータＭの駆動は、ＥＣＵ１００によって制御される。
【００１７】
ファンモータＭは、ケース１０、ステータ２０、コイルＬ、ロータ４０、プリント基板６０等を有している。ケース１０は、合成樹脂製である。ケース１０は、外側でロータ４０を回転可能に支持していると共に、内側にプリント基板６０を収納している。
ステータ２０は金属製である。ステータ２０には、複数のコイルＬが巻かれている。コイルＬは、端子部３６によりプリント基板６０と電気的に接続されている。コイルＬが通電することにより、ステータ２０が励磁される。ケース１０は、ステータ２０、コイルＬと共にインサート形成により一体に形成されている。ケース１０とプリント基板６０とは別体に形成されている。
【００１８】
ロータ４０は、回転軸４２、ヨーク４４、複数の永久磁石４６を有している。回転軸４２には、ヨーク４４が固定されており、ヨーク４４は回転軸４２と共に回転する。ヨーク４４は、略円筒状であり、金属製である。ヨーク４４の内周側面には、複数の永久磁石４６が固定されている。永久磁石４６は、ステータ２０の外周面と対向している。永久磁石４６とステータ２０との間に作用する磁気的吸引力、反発力により、ロータ４０はステータ２０に対して回転する。
【００１９】
プリント基板６０は、剛性を有した絶縁性の基板上に導電パターンが形成されたものである。プリント基板６０上には、図３に示すドライバＩＣ２３０やトランジスタ（エミッタフォロワ回路）２２０等を備えるモータ駆動回路が形成されている。
【００２０】
次に、図３を参照しながら、モータ駆動回路の構成について説明する。
モータ駆動回路は、直流電源２１０と、トランジスタ２２０と、ドライバＩＣ２３０と、スイッチ回路３００とを備えている。
【００２１】
直流電源２１０は、ファンモータＭを駆動するための電源である。直流電源２１０の電圧は、例えば、１４Ｖに設定されている。
【００２２】
エミッタフォロワ回路としてのトランジスタ２２０は、直流電源２１０から供給される電源電圧を降圧する。トランジスタ２２０のコレクタ端子は、直流電源２１０の高位側に接続され、エミッタ端子は、スイッチ回路３００に接続されている。また、トランジスタ２２０のベース端子は、ＥＣＵ１００に接続され、ＥＣＵ１００からベース端子に、後述するコントロール信号が出力される。
【００２３】
ドライバＩＣ２３０は、スイッチ回路３００に含まれる各スイッチのオン、オフを制御して、各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加する電圧を所定期間ごとに切替え、ファンモータＭを回転駆動する。ドライバＩＣ２３０は、スイッチ回路３００の、後述する第２のトランジスタ３２０ａ〜３２０ｃと、第３のトランジスタ３３０ａ〜３３０ｃとに接続している。
【００２４】
次に、スイッチ回路３００について説明する。スイッチ回路３００は、第１のスイッチとしての第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃと、第２のスイッチとしての第２のトランジスタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃと、第３のスイッチとしての第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃとを備えている。
第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各エミッタ端子は、結束点３１５で結束されている。結束点３１５は、トランジスタ２２０の出力側（エミッタ端子側）に接続されている。また、第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各コレクタ端子は、ファンモータＭの各コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗとの接続端子３１６、３１７、３１８にそれぞれ接続されている。また、第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各ベース端子（制御端子）は、第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃのコレクタ端子に、抵抗３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを介してそれぞれ接続されている。
第２のトランジスタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃは、各コレクタ端子が接続端子３１６、３１７、３１８にそれぞれ接続され、各エミッタ端子は、直流電源２１０の低位側に接続されている。また、第２のトランジスタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃの各ベース端子（制御端子）は、ドライバＩＣ２３０に接続され、ドライバＩＣ２３０から出力される、通電するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを切り替える切替信号を入力する。
【００２５】
第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃは、各エミッタ端子が接地され、各コレクタ端子が抵抗３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃを介して第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃのベース端子に接続されている。また、各抵抗３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃと、第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各ベース端子とを接続する配線は、抵抗３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃを介してそれぞれトランジスタ２２０の出力側（エミッタ端子側）に接続されている。第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃの各ベース端子（制御端子）は、ドライバＩＣ２３０に接続され、ドライバＩＣ２３０から出力される、通電するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを切り替える切替信号を入力する。ドライバＩＣ２３０から出力される切替信号によって第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃがオン、オフされることにより、第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃもオン、オフされる。
【００２６】
トランジスタ２２０のベース端子には、ＥＣＵ１００から出力されたコントロール信号が入力される。ＥＣＵ１００からのコントロール信号を入力したトランジスタ２２０は、コントロール信号の電圧レベルに応じた電圧となるように、直流電源２１０から入力した電源電圧を降圧してエミッタ端子側に出力する。このため、第１のトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃのエミッタ端子が結束された、スイッチ回路３００の結束点３１５の電圧も、降圧回路であるトランジスタ２２０によって降圧された電源電圧となる。したがって、スイッチ回路３００を介してファンモータＭの各コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加される電圧は、ＥＣＵ１００の制御によって電圧が調整（降圧）された電源電圧となる。
【００２７】
ドライバＩＣ２３０は、第３のトランジスタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃのベース端子と、第２のトランジスタ３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃのベース端子とに、相切り替えのための切替信号を出力する。この切替信号は、ドライバＩＣ２３０によってパルス幅を変調されたＰＷＭ信号ではなく、各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電圧を印加するための第１のトランジスタ３１０ａ〜３１０ｃと第２のトランジスタ３２０ａ〜３２０ｃとが、所定期間中、継続してオン状態又はオフ状態となるように制御する信号（すなわち、オンさせるトランジスタには、オンデューティが１００％の切替信号）である。
【００２８】
図４、５を参照しながらより詳細に説明する。図４には、パルス幅を変調したＰＷＭ信号によってコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧を変更する、従来の制御方法を示す。
各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗには、図４に示す第１期間、第２期間、第３期間において異なる電圧が印加される。第１期間は、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにハイレベルの電圧が印加される期間であり、第３期間は、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにローレベルの電圧が印加される期間である。また、第２期間は、ハイベルの電圧とローレベルの電圧との中間の中間電圧がコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加される期間である。また、第１期間と第３期間との期間の長さは等しく、第２期間の長さは、第１期間と第３期間の１／２の長さである。第１期間から第３期間に移行する間、又は第３期間から第１期間に移行する間に、第２期間が設けられている。各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）ごとに第１期間、第２期間、第３期間とするタイミングをずらすことで、ドライバＩＣ２３０は、多相モータを回転制御している。
【００２９】
また、従来のＰＷＭ制御においては、第１期間と第３期間とにおいて、ドライバＩＣ２３０は、Ｕ相のコイルＬｕに電圧を印加するスイッチ（例えば、第３のトランジスタ３３０ａと、第２のトランジスタ３２０ａとであると仮定する）にＰＷＭ信号を出力して、第３のトランジスタ３３０ａ（すなわち、第１のトランジスタ３１０ａ）と、第２のトランジスタ３２０ａとの少なくとも一方をオン、オフさせる。Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｖ、Ｌｗに電圧を印加するスイッチについても同様である。第１期間と第３期間とにおいて、スイッチがオン、オフされることにより、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる実効電圧が変化し、多相モータの回転数が制御される。なお、図４には、スイッチがオン、オフされ、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧が変動している様子を、第１期間内と第３期間内とにおいて点線で示している。
【００３０】
図５には、本実施例の場合の、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧を示す。本実施例も各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗには、図５に示す第１期間、第２期間、第３期間において異なる電圧が印加される。また、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）ごとに第１期間、第２期間、第３期間とするタイミングをずらすことで、多相モータを回転制御している。
本実施例では、直流電源２１０とコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗとの間に、トランジスタ２２０のエミッタフォロワ回路を設けている。ＥＣＵ１００は、ファンモータＭの目標回転数に応じた電圧のコントロール信号をトランジスタ２２０に出力する。トランジスタ２２０は、ベース端子に入力したコントロール信号の電圧に応じて、入力した直流電源２１０の電圧を降圧し、降圧した電圧を出力側に出力する。従って、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加される電圧は、ファンモータＭの目標回転数に応じた電圧となるように降圧された電圧となる。このため、ドライバＩＣ２３０は、ＰＷＭ制御によって第１〜第３のトランジスタ３１０ａ〜３１０ｃ、３２０ａ〜３２０ｃ、３３０ａ〜３３０ｃをオン、オフさせる必要がない。なお、図５に示す各コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにかかる電圧において、斜線で示す領域は、トランジスタ２２０によって降圧された電圧分を示している。
また、ドライバＩＣ２３０は、第１〜第３のトランジスタ３１０ａ〜３１０ｃ、３２０ａ〜３２０ｃ、３３０ａ〜３３０ｃをＰＷＭ制御する必要がないため、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電圧を印加する場合に、第１期間及び第３期間において第１及び第２のトランジスタ３１０ａ〜３１０ｃ、３２０ａ〜３２０ｃが継続してオン状態、又はオフ状態となるようにスイッチ回路３００を制御する。すなわち、ドライバＩＣ２３０は、第１期間中及び第３期間中、オンデューティが１００％の切替信号又はオンデューティが０％の切替信号を、第２のトランジスタ３２０ａ〜３２０ｃ及び第３のトランジスタ３３０ａ〜３３０ｃに継続して出力する。なお、第２期間においても同様である。また、ドライバＩＣ２３０は、第１期間〜第３期間の各期間の間は、切替信号のオンデューティを変更することはなく、各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加する電圧を切替えるタイミング（図５に示す第１期間、第２期間、第３期間の切替えタイミング）で切替信号のオンデューティを１００％又は０％に変更している。
【００３１】
以上の説明より明らかなように本実施例は、ファンモータＭの目標回転数に応じた電圧をコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加するため、ＰＷＭ制御により第１〜第３のトランジスタ３１０ａ〜３１０ｃ、３２０ａ〜３２０ｃ、３３０ａ〜３３０ｃをオン、オフさせる必要がない。このため、トランジスタのオンオフスイッチングによるノイズの発生を低減することができる。また、ノイズの発生を低減することで、ファンモータＭのブラケットを金属製とする必要がなくなり、コストを削減することができる。
【００３２】
上述した実施例は、本発明の好適な実施の例である。但し、これ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内において種々変形実施が可能である。例えば、ファンモータＭは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを備えた多相モータとしたが、３相よりも多くの相を有する多相モータであってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  車両
１００  ＥＣＵ
２１０  直流電源
２２０  トランジスタ（降圧回路、エミッタフォロワ回路）
２３０  ドライバＩＣ（駆動制御回路）
３００  スイッチ回路
３１０ａ〜３１０ｃ  第１のトランジスタ（第１のスイッチ）
３２０ａ〜３２０ｃ  第２のトランジスタ（第２のスイッチ）
３３０ａ〜３３０ｃ  第３のトランジスタ（第３のスイッチ）
３５０ａ〜３５０ｃ、３６０ａ〜３６０ｃ  抵抗
Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ  コイル
【図１】
0005876997.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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