(57)【要約】【課題】整流子電動機のブラシノイズの発生を防止可能でコンパクト且つ低コストな電動機駆動装置を提供する。【解決手段】電動機駆動装置は、整流子電動機３０の電動機電流Imを検出することにより、ブラシノイズが発生するタイミングtaを判定し、そのタイミングから所定時間Tbが経過するまでをブラシノイズが発生する期間（ta〜tb）であるとして、その期間中は電動機電流Imを遮断する。尚、所定時間Tbは、整流子電動機３０の規格および回転数に対応し、実験やシミュレーション等に基づいて予め設定しておく。これにより、ブラシノイズが発生する期間中は電動機電流Imが遮断されるため、ブラシノイズの発生を防止できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子電動機を駆動制御する電動機駆動装置であって、
前記整流子電動機の電動機電流を検出することにより、ブラシノイズが発生するタイミングを判定し、そのタイミングから所定時間が経過するまでをブラシノイズが発生する期間であるとして、その期間中は前記電動機電流を遮断する電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電動機電流が所定期間増大し続けたことを検出すると共に、前記電動機電流が所定電流値を超えたことを検出した場合に、前記ブラシノイズが発生するタイミングであると判定する、
請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記電動機電流を所定サンプリング周期で検出し、前記電動機電流が所定回数のサンプリングで連続して増大した場合に、前記電動機電流が所定期間増大し続けたと判定する、
請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記所定時間と前記所定期間と前記所定電流値はそれぞれ、前記整流子電動機の規格および回転数に対応して予め設定しておく、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記整流子電動機へ前記電動機電流を供給する電源と、前記整流子電動機との間に接続されたスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子をオフ状態にすることにより、前記電動機電流を遮断する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機駆動装置に係り、詳しくは、整流子電動機を駆動制御する電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直流ブラシ付きモータの回転に伴い当該モータから駆動電流の供給配線に出力されるスパイクノイズを検出し、そのスパイクノイズに基づいてモータ回転数を計数する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、１８０゜間隔で対向配置された一対のブラシと、互いの間にスリットを設けて配置された３個の整流子片と、各整流子片の間に接続された３個の回転子巻線とを備えた有ブラシモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４１６８２号公報
【特許文献２】特開２００８−１６７５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
整流子電動機では、ブラシと整流子片との間でブラシノイズ（スパイクノイズ、スパークノイズ、電磁ノイズ）が発生するが、そのブラシノイズが整流子電動機へ電動機電流（駆動電流）を供給する電源ライン（供給配線）を介して、整流子電動機と電源を共用する他の電子機器に伝わると、その電子機器に誤動作などの悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】
そこで、従来より、整流子電動機の電源ラインに、チョークコイルおよびコンデンサから構成されたＬＣフィルタを接続し、そのＬＣフィルタによりブラシノイズを吸収する技術が知られている。
しかし、ＬＣフィルタは大型で高価であるため、整流子電動機を駆動制御する電動機駆動装置のサイズが大きくなる上にコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、整流子電動機のブラシノイズの発生を防止可能でコンパクト且つ低コストな電動機駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
【０００９】
＜第１の局面＞
第１の局面は、整流子電動機を駆動制御する電動機駆動装置であって、
整流子電動機の電動機電流を検出することにより、ブラシノイズが発生するタイミングを判定し、そのタイミングから所定時間が経過するまでをブラシノイズが発生する期間であるとして、その期間中は電動機電流を遮断する。
【００１０】
第１の局面では、ブラシノイズが発生する期間中は電動機電流が遮断されるため、ブラシノイズの発生を防止できる。
また、第１の局面では、電動機電流の検出および遮断を行うのに小型で安価な電子部品を使用可能であるため、ブラシノイズを吸収するための大型で高価なＬＣフィルタを整流子電動機の電源ラインに接続する方法に比べて、コンパクト且つ低コストな電動機駆動装置を実現できる。
ところで、電動機電流を遮断する際には、電動機電流スイッチングノイズが発生するが、このスイッチングノイズはブラシノイズに比べて遥に小さいため無視できる。
【００１１】
＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、
電動機電流が所定期間増大し続けたことを検出すると共に、電動機電流が所定電流値を超えたことを検出した場合に、ブラシノイズが発生するタイミングであると判定する。
【００１２】
第２の局面では、電動機電流が所定期間増大し続けると共に所定電流値を超えた場合にブラシノイズが発生するという整流子電動機の特性を利用することにより、ブラシノイズが発生するタイミングを確実に判定可能であるため、第１の局面の前記作用・効果を確実に得られる。
【００１３】
＜第３の局面＞
第３の局面は、第２の局面において、電動機電流を所定サンプリング周期で検出し、電動機電流が所定回数のサンプリングで連続して増大した場合に、電動機電流が所定期間増大し続けたと判定する。
第３の局面では、電動機電流が所定期間増大し続けたことを簡単かつ確実に検出可能であるため、第２の局面の前記作用・効果を確実に得られる。
【００１４】
＜第４の局面＞
第４の局面は、第１〜第３の局面において、前記所定時間と前記所定期間と前記所定電流値はそれぞれ、整流子電動機の規格および回転数に対応して予め設定しておく。
第４の局面では、整流子電動機の規格および回転数に対応して、前記所定時間と前記所定期間と前記所定電流値とをそれぞれ最適化できる。
【００１５】
＜第５の局面＞
第５の局面は、第１〜第４の局面において、整流子電動機へ電動機電流を供給する電源と、整流子電動機との間に接続されたスイッチング素子を備え、スイッチング素子をオフ状態にすることにより、電動機電流を遮断する。
第５の局面では、小型で安価な電子部品であるスイッチング素子を用いて電動機電流を遮断するため、第１の局面の前記作用・効果を確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を具体化した一実施形態の電動機駆動装置２０を備えた車載電装品駆動装置１０の概略構成を示すブロック回路図。
【図２】電動機駆動装置２０の作用・効果を説明するための説明図。
【図３】従来技術を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の車載電装品駆動装置１０は、車載バッテリ１１、車両ＥＣＵ（Engine Control Unit）１２、プラス側電源ライン１３、マイナス側電源ライン１４、電動機駆動装置（電動機駆動回路）２０を備えており、車載電装品（図示略）に設けられた永久磁石界磁形整流子電動機３０を駆動制御するために車両に搭載されている。
尚、車載電装品駆動装置１０が駆動対象とする車載電装品には、例えば、ハンドルを振動させてドライバーに警告する振動ハンドル装置、ドアミラー電動格納装置、ヘッドランプ電動調整装置、電動ドアロック装置、電動シート装置などがある。
【００１８】
車載バッテリ１１は車両ＥＣＵ１２および電動機駆動装置２０とプラス側電源ライン１３およびマイナス側電源ライン１４を介して接続されており、車載バッテリ１１の直流電源が電源ライン１３，１４を介して車両ＥＣＵ１２および電動機駆動装置２０へ供給される。
尚、マイナス側電源ライン１４は、車両のボディアースによって構成されている。
【００１９】
電動機駆動装置２０は、永久磁石界磁形整流子電動機３０、マイクロコンピュータ２１、ＭＯＳトランジスタ２２、電圧増幅器２３、電流検出用抵抗器２４を備える。
整流子電動機３０は一対のブラシ３１ａ，３１ｂを備え、ブラシ３１ａはトランジスタ２２からプラス側電源ライン１３を介して車載バッテリ１１のプラス側端子に接続され、ブラシ３１ｂは電流検出用抵抗器２４からマイナス側電源ライン１４を介して車載バッテリ１１のマイナス側端子に接続されている。
【００２０】
電圧増幅器２３は、整流子電動機３０のブラシ３１ｂと電流検出用抵抗器２４との間の電圧を増幅してマイクロコンピュータ２１へ出力する。
マイクロコンピュータ２１は、電圧増幅器２３の出力信号に基づいて、整流子電動機３０のブラシ３１ａ，３１ｂ間に流れる電動機電流（駆動電流）Imを検出する。
そして、マイクロコンピュータ２１は、電動機電流Imに基づいて、トランジスタ２２をオンオフ制御するための制御信号（ゲート信号）Cgを生成し、その制御信号Cgをトランジスタ２２のゲート端子に出力する。
尚、マイクロコンピュータ２１のオンオフ動作は、車両ＥＣＵ１２から出力された制御信号Sgに従って制御される。
【００２１】
［整流子電動機３０の動作］
図２（Ａ−１）〜図２（Ａ−３）は、整流子電動機３０の概略構成を模式的に示す説明図である。
整流子電動機３０は、１８０゜間隔で対向配置された一対のブラシ３１ａ，３１ｂと、互いの間にスリット３４を設けて均等配置された３個の整流子片３２ａ〜３２ｃと、各整流子片３２ａ〜３２ｃ間に接続された３個の回転子巻線３３とを備える。
ここで、各回転子巻線３３の巻線抵抗値は同一抵抗値Ｒである。
尚、各スリット３４を絶縁片に置き換え、その絶縁片と整流子片３２ａ〜３２ｃとにより整流子を構成してもよい。
【００２２】
図２（Ａ−１）に示すように、ブラシ３１ａが整流子片３２ｃに接触すると共に、ブラシ３１ｂが整流子片３２ｂに接触している状態では、各整流子片３２ａ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３と、各整流子片３２ａ，３２ｂ間に接続された回転子巻線３３とが直列接続され、その直列接続された２個の回転子巻線３３と、各整流子片３２ｂ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３とが並列接続される。
そのため、図２（Ａ−１）に示す状態では、図２（Ｂ−１）に示す等価回路が構成され、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値＝（２／３×Ｒ）となる。
【００２３】
図２（Ａ−１）に示す状態から、図示時計回り方向（矢印α方向）に回転子（図示略）が回転し、図２（Ａ−２）に示すように、ブラシ３１ａが整流子片３２ｃに接触すると共に、ブラシ３１ｂが２個の整流子片３２ａ，３２ｂに接触している状態では、各整流子片３２ａ，３２ｂ間に接続された回転子巻線３３がブラシ３１ｂによって短絡され、各整流子片３２ａ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３と、各整流子片３２ｂ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３とが並列接続される。
そのため、図２（Ａ−２）に示す状態では、図２（Ｂ−２）に示す等価回路が構成され、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値＝（１／２×Ｒ）となる。
【００２４】
図２（Ａ−２）に示す状態から、図示時計回り方向（矢印α方向）に回転子が回転し、図２（Ａ−３）に示すように、ブラシ３１ａが整流子片３２ｃに接触すると共に、ブラシ３１ｂが整流子片３２ａに接触している状態では、各整流子片３２ａ，３２ｂ間に接続された回転子巻線３３と、各整流子片３２ｂ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３とが直列接続され、その直列接続された２個の回転子巻線３３と、各整流子片３２ａ，３２ｃ間に接続された回転子巻線３３とが並列接続される。
そのため、図２（Ａ−３）に示す状態では、図２（Ｂ−３）に示す等価回路が構成され、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値＝（２／３×Ｒ）となる。
【００２５】
図２（Ｃ）に示すように、図示時計回り方向（矢印α方向）に回転子が回転するにつれて、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値は、（２／３×Ｒ）→（１／２×Ｒ）→（２／３×Ｒ）→（１／２×Ｒ）………という具合に順次切り替わる。
【００２６】
図３（Ａ−１）〜図３（Ａ−３），図３（Ｂ−１）〜図３（Ｂ−３），図３（Ｃ）はそれぞれ、図２（Ａ−１）〜図２（Ａ−３），図２（Ｂ−１）〜図２（Ｂ−３），図２（Ｃ）と同一図面である。
【００２７】
図１に示す電動機駆動装置２０からマイクロコンピュータ２１とトランジスタ２２と電圧増幅器２３と電流検出用抵抗器２４とを省き、整流子電動機３０のみを残した場合には、図３（Ｃ）に示すように、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値が（１／２×Ｒ）から（２／３×Ｒ）に切り替わるタイミング（図３（Ａ−２）に示す状態から図３（Ａ−３）に示す状態に切り替わるタイミング）にて、図３（Ｄ）に示すように、整流子電動機３０のブラシ３１ａ，３１ｂ間に流れる電動機電流Imにはブラシノイズが発生する。
【００２８】
このブラシノイズが、図１に示す電源ライン１３，１４を介して、車載バッテリ１１に接続された他の電子機器（整流子電動機３０と電源を共用する他の電子機器）に伝わると、その電子機器に誤動作などの悪影響を及ぼすおそれがある。
そこで、チョークコイルおよびコンデンサから構成されたＬＣフィルタ（図示略）を電源ライン１３，１４に接続し、そのＬＣフィルタによりブラシノイズを吸収する技術が知られているが、ＬＣフィルタはサイズが大きい上に部品コストが高いという問題がある。
【００２９】
［電動機駆動装置２０の動作］
図２（Ｄ）に示すように、本実施形態の電動機駆動装置２０において、マイクロコンピュータ２１は、整流子電動機３０のブラシ３１ａ，３１ｂ間に流れる電動機電流Imを所定時間Ta（この例では、１００μsec）間隔でサンプリングして検出・取得する（所定サンプリング周期Ta＝１００μsec）。
【００３０】
そして、図２（Ｅ）に示すように、マイクロコンピュータ２１は、以下の第１条件と第２条件のいずれか一方でも満たしていない場合には、トランジスタ２２をオン状態（ON）にするための制御信号Cgを生成して出力する。
また、マイクロコンピュータ２１は、第１条件と第２条件の両方を満たしたタイミングtaにて、トランジスタ２２をオフ状態（OFF）にするための制御信号Cgを生成して出力し、所定時間Tb（この例では、２００μsec）が経過するまでトランジスタ２２をオフ状態にするための制御信号Cgの出力を維持し、タイミングtaから所定時間Tbが経過したタイミングtbにて、トランジスタ２２をオン状態にするための制御信号Cgを生成して出力する。
換言すれば、第１条件と第２条件とのＡＮＤ条件を満たさない場合にはトランジスタ２２がオン状態にされ、第１条件と第２条件のＡＮＤ条件を満たしたタイミングから所定時間Tb分だけトランジスタ２２がオフ状態にされる。
【００３１】
第１条件：電動機電流Imが所定電流値（この例では、１８０mA）より大きい。
第２条件：電動機電流Imが所定回数（この例では、３回）のサンプリングで連続して増大（上昇）している。
【００３２】
ところで、図２（Ｃ）に示すように、各ブラシ３１ａ，３１ｂ間の合成抵抗値が（１／２×Ｒ）の期間は、整流子電動機３０の規格および回転数に対応し、例えば、４００〜５００μsecである。
【００３３】
［実施形態の作用・効果］
本実施形態の電動機駆動装置２０によれば、以下の作用・効果を得ることができる。
【００３４】
［１］電動機駆動装置２０は、整流子電動機３０の電動機電流Imを監視（モニタリング）して検出することにより、図２に示すブラシノイズが発生するタイミングtaを判定し、そのタイミングから所定時間Tb（図２に示す例では、２００μsec）が経過するまでをブラシノイズが発生する期間（ta〜tb）であるとして、その期間中は電動機電流Imを遮断する。
尚、所定時間Tbは、整流子電動機３０の規格および回転数に対応し、実験やシミュレーション等に基づいて予め設定しておく。
【００３５】
これにより、ブラシノイズが発生する期間中は電動機電流Imが遮断されるため、ブラシノイズの発生を防止できる。
また、本実施形態では、電動機電流Imの検出および遮断を行うのに小型で安価な電子部品（マイクロコンピュータ２１、ＭＯＳトランジスタ２２、電圧増幅器２３、電流検出用抵抗器２４）を使用可能であるため、ブラシノイズを吸収するための大型で高価なＬＣフィルタを電源ライン１３，１４に接続する方法に比べて、コンパクト且つ低コストな電動機駆動装置２０を実現できる。
【００３６】
ところで、電動機電流Imを遮断する際には、電動機電流Imにスイッチングノイズが発生するが、このスイッチングノイズはブラシノイズに比べて遥に小さいため無視できる。
【００３７】
［２］本実施形態では、電動機電流Imが所定期間（図２に示す例では、３×Ta＝３００μsec）増大し続けたことを検出すると共に、電動機電流Imが所定電流値（図２に示す例では、１８０mA）を超えたことを検出した場合に、前記第１条件と第２条件とのＡＮＤ条件が満たされたとして、ブラシノイズが発生するタイミングtaであると判定する。
尚、前記所定期間および前記所定電流値は、整流子電動機３０の規格および回転数に対応し、実験やシミュレーション等に基づいて予め設定しておく。
【００３８】
すなわち、本実施形態では、電動機電流Imが所定期間増大し続けると共に所定電流値を超えた場合にブラシノイズが発生するという整流子電動機３０の特性（図２および図３を参照）を利用することにより、ブラシノイズが発生するタイミングtaを確実に判定可能であるため、前記［１］の作用・効果を確実に得られる。
【００３９】
［３］本実施形態では、電動機電流Imを所定サンプリング周期Ta（図２に示す例では、１００μsec）で検出し、電動機電流Imが所定回数（図２に示す例では、３回）のサンプリングで連続して増大した場合に、電動機電流Imが前記［２］の所定期間（３００μsec）増大し続けたと判定する。
【００４０】
これにより、電動機電流Imが所定期間増大し続けたことを簡単かつ確実に検出可能であるため、前記［２］の作用・効果を確実に得られる。
尚、所定サンプリング周期Taを短時間に設定するほど、ブラシノイズが発生するタイミングtaを正確に判定可能になるが、マイクロコンピュータ２１の動作に対する負担が大きくなる。
【００４１】
そのため、所定サンプリング周期Taおよび前記所定回数は、マイクロコンピュータ２１の処理能力を勘案し、実験やシミュレーション等に基づいて適宜な値に設定すればよい。
但し、本実施形態では、整流子電動機３０の１／６回転でノイズが１回発生するため、１／６回転する間に、少なくとも５回、好ましくは１０回以上、電動機電流Imをサンプリングすることで良好な制御ができる。
【００４２】
［４］本実施形態では、整流子電動機３０へ電動機電流Imを供給する車載バッテリ１１（電源）と、整流子電動機３０との間に接続されたＭＯＳトランジスタ２２（スイッチング素子）を備え、ＭＯＳトランジスタ２２をオフ状態にすることにより、電動機電流Imを遮断する。
これにより、小型で安価な電子部品であるＭＯＳトランジスタ２２を用いて電動機電流Imを遮断するため、前記［１］の作用・効果を確実に得られる。
【００４３】
＜別の実施形態＞
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【００４４】
［Ａ］前記実施形態は、直流整流子電動機の一形式である永久磁石界磁形整流子電動機３０に適用したものであるが、本発明は、ブラシノイズが発生する整流子電動機であればどのような形式の電動機に適用してもよく、例えば、直流整流子電動機の一形式である電磁石界磁形整流子電動機や、交流整流子電動機に適用してもよい。
【００４５】
［Ｂ］前記実施形態では、スイッチング素子としてＭＯＳトランジスタ２２を用いたが、どのような形式のスイッチング素子（例えば、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、静電誘導型トランジスタなど）に置き換えてもよい。
【００４６】
［Ｃ］前記実施形態では、電動機電流Imの検出に電流検出用抵抗器２４を用いたが、電動機電流Imの検出が可能であれば、どのような形式の電流検出センサ（例えば、変成器、ホール素子、ロゴスキーコイルなどを用いる電流検出センサ）に置き換えてもよい。
【００４７】
本発明は、前記各局面および前記実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００４８】
１０…車載電装品駆動装置
１１…車載バッテリ（電源）
１３…プラス側電源ライン
１４…マイナス側電源ライン
２０…電動機駆動装置
２１…マイクロコンピュータ
２２…ＭＯＳトランジスタ
２３…電圧増幅器
２４…電流検出用抵抗器
３０…永久磁石界磁形整流子電動機
Im…電動機電流
ta…ブラシノイズが発生するタイミング
Ta…所定サンプリング周期
Tb…所定時間
【図１】
2015133835.tif 000003
【図２】
2015133835.tif 000004
【図３】
2015133835.tif 000005