(57)【要約】【課題】直流モータの正回転／逆回転駆動の切り換え動作を問題なく実施できる直流モータの制御方法を提供する。【解決手段】直流モータＭの回転方向を、直流モータＭに通電されるモータ駆動電流の方向で制御すべく、モータ駆動電流の方向を切り換え可能な機械式リレー１ａ、１ｂを駆動させるリレー駆動手段２ａ、２ｂに通電されるリレー駆動電流を制御して、直流モータＭの回転方向を切り換える回転切り換えスイッチ３ａ、３ｂと、機械式リレー１ａ、１ｂを介して直流モータＭに通電されるモータ駆動電流のオン状態及びオフ状態を切り換えるオン／オフ切り換えスイッチ４とを備える直流モータＭの制御回路において、オン／オフ切り換えスイッチ４がオフ状態にあるとき、機械式リレー１ａ、１ｂを駆動させる直流モータＭの制御方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータの回転方向を、前記直流モータに通電されるモータ駆動電流の方向で制御すべく、前記モータ駆動電流の方向を切り換え可能な機械式リレーを駆動させるリレー駆動手段に通電されるリレー駆動電流を制御して、前記直流モータの回転方向を切り換える回転切り換えスイッチと、前記機械式リレーを介して前記直流モータに通電される前記モータ駆動電流のオン状態及びオフ状態を切り換えるオン／オフ切り換えスイッチとを備える制御回路において、
前記オン／オフ切り換えスイッチがオフ状態にあるとき、前記機械式リレーを駆動させる直流モータの制御方法。
【請求項２】
前記オン／オフ切り換えスイッチがオフ状態に切り換えられてから所定時間経過後に、及び前記オン／オフ切り換えスイッチがオン状態に切り換えられる所定時間前に、前記機械式リレーを駆動させる請求項１に記載の直流モータの制御方法。
【請求項３】
前記制御回路が前記モータ駆動電流を監視する電流監視手段を更に備え、前記モータ駆動電流が所定値以下であることが前記電流監視手段を使用して確認された場合に、前記機械式リレーを駆動させる請求項１に記載の直流モータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流モータの正回転と逆回転とを切り換えて駆動する場合の直流モータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から直流モータの正回転駆動と逆回転駆動とを切り換えて制御するためのモータ制御回路が提案されている。モータ制御回路は、モータ駆動電流の流れる方向を切り換えるためのスイッチを備えており、直流モータの正回転と逆回転とを切り換える度にスイッチの切り換えを行うように動作する（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているモータ制御回路は、図４に例示するようなＨブリッジ型のモータ制御回路である。このモータ制御回路は具体的には、駆動トランジスタ１１ａ及びダイオード１２ａ、駆動トランジスタ１１ｂ及びダイオード１２ｂ、駆動トランジスタ１１ｃ及びダイオード１２ｃ、並びに駆動トランジスタ１１ｄ及びダイオード１２ｄでそれぞれ構成される４個の半導体スイッチング素子と直流モータＭとを有しており、電源１３とパルス発生回路１４とが接続されている。そして、直流モータＭに対して対角に接続される２つの半導体スイッチング素子を一組として、各半導体スイッチング素子の組のオン状態とオフ状態とを切り換え、そして直流モータＭの駆動電流の流れる方向を切り換えることで、直流モータＭの回転方向（正回転及び逆回転）の制御を行っている。
【０００４】
特許文献２に記載されているモータ制御回路は、図５に例示するような機械式リレーを用いたモータ制御回路である。このモータ制御回路は具体的には、機械式リレー２１ａ及びコイル２２ａ、並びに機械式リレー２１ｂ及びコイル２２ｂでそれぞれ構成される２個の機械式スイッチング素子と、各機械式リレー２１ａ、２１ｂを動作させるコイル２２ａ、２２ｂへの通電を切り換えるスイッチ２３ａ、２３ｂと、直流モータＭへの通電を切り換えるモータスイッチ２４とを有している。そして、モータスイッチ２４がオン状態にされ、直流モータＭの回転が許可された状態において、スイッチ２３ａ、２３ｂの何れかがオン状態にされることで、電源２５から機械式リレー２１ａを介したモータ駆動電流又は電源２５から機械式リレー２１ｂを介したモータ駆動電流が直流モータＭに流れることになり、その結果、直流モータＭが正回転駆動又は逆回転駆動される。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３２０６３７６号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−１４１９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動車などの同一の装置内に用途の異なるモータやランプなどの定格電圧が異なる様々な部品が組み込まれる場合には電圧の異なる複数の電源が必要となるが、図４及び図５に例示して上述した従来型の制御回路は、同一装置内に単一の電圧の電源が存在する場合に使用される回路である。従って、図４及び図５に記載のような従来型の制御回路に含まれる直流モータを、その制御回路に含まれる他の部品（図４及び図５に例示したようなトランジスタや機械式リレー等）の定格電圧よりも高い電源電圧で駆動させる制御を行った場合には、以下のような弊害が他の部品に及ぼされることになる。
【０００８】
例えば、上述の特許文献１に記載のような直流モータの制御回路では、このＨブリッジ型のモータ制御回路の上側アーム部の駆動トランジスタ１１ａ、１１ｂにはＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いる必要があるが、高耐圧且つ低抵抗なＰチャネルＭＯＳＦＥＴを入手することは困難（ＦＥＴを調達する際の選択肢が狭い）であり、ＦＥＴの調達コストが上昇するという問題がある。また、Ｈブリッジ型の制御回路は、１個のモータの駆動を制御するために４個の半導体スイッチング素子が必要であるため、回路構成が複雑且つ高価なものになるという問題がある。
【０００９】
また、上述の特許文献２に記載のような直流モータの制御回路では、高い電源電圧で直流モータＭを駆動させながら（直流モータＭにモータ駆動電流を流しながら）機械式リレー２１ａ、２１ｂの接点の接触／非接触を切り換えて直流モータの正回転と逆回転とを切り換える際、機械式リレー２１ａ、２１ｂの接点に大きなアークが発生し、機械式リレー２１ａ、２１ｂを損傷させてしまうという危険がある。更に、機械式リレーの損傷を防ぐために高電圧対応の機械式リレーを用いることもできるが、その場合には機械式リレーが大型化する（即ち、制御回路が大型化する）という問題や、制御回路のコストが上昇するという問題が発生する。
【００１０】
以上のように、従来型の単一電源電圧で動作する直流モータの制御回路を、複数電源電圧で動作する直流モータの制御回路として使用することは不適当であった。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電源から電力の供給を受ける場合であっても、直流モータの正回転／逆回転駆動の切り換え動作によって上述のような問題が発生しない直流モータの制御方法を提供する点にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る直流モータの制御方法の特徴構成は、直流モータの回転方向を、前記直流モータに通電されるモータ駆動電流の方向で制御すべく、前記モータ駆動電流の方向を切り換え可能な機械式リレーを駆動させるリレー駆動手段に通電されるリレー駆動電流を制御して、前記直流モータの回転方向を切り換える回転切り換えスイッチと、前記機械式リレーを介して前記直流モータに通電される前記モータ駆動電流のオン状態及びオフ状態を切り換えるオン／オフ切り換えスイッチとを備える制御回路において、前記オン／オフ切り換えスイッチがオフ状態にあるとき、前記機械式リレーを駆動させる点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、モータ駆動電流がオフ状態である場合、即ち、機械式リレーにモータ駆動電流が流れていない場合にその機械式リレーが駆動されるので、機械式リレーの端子の接触／非接触が切り換えられる際にアークが発生することを避けることができる。従って、機械式リレーの定格電圧よりも高い電源電圧で直流モータが駆動されるとしても、その機械式リレーを、高電源電圧に対応した定格電圧を有する部品に交換するなどの費用のかかる対策を行うこと無しに、制御回路を高電源電圧に対応させることができる。
【００１４】
本発明に係る直流モータの制御方法の別の特徴構成は、前記オン／オフ切り換えスイッチがオフ状態に切り換えられてから所定時間経過後に、及び前記オン／オフ切り換えスイッチがオン状態に切り換えられる所定時間前に、前記機械式リレーを駆動させる点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、上記オン／オフ切り換えスイッチがオフである状態で所定時間が経過すれば、制御回路中の直流モータの通電経路では十分に放電が行われているので、機械式リレーの端子の接触／非接触が切り換えられる際にアークが発生する可能性を十分に小さくすることができる。従って、上記切り換え時のアークにより機械式リレーが損傷される可能性を十分に小さくできるので、機械式リレーの定格電圧よりも高い電源電圧で直流モータが駆動されるとしても、機械式リレーを電源電圧に対応した定格電圧を有する部品に交換するなどの費用のかかる対策を行うこと無しに、直流モータの制御回路を高電源電圧に対応させることができる。
【００１６】
本発明に係る直流モータの制御方法の別の特徴構成は、前記制御回路が前記モータ駆動電流を監視する電流監視手段を更に備え、前記モータ駆動電流が所定値以下であることが前記電流監視手段を使用して確認された場合に、前記機械式リレーを駆動させる点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、モータ駆動電流が所定値以下である状態で機械式リレーが駆動されるので、機械式リレーの端子の接触／非接触が切り換えられる際に大きなアークが発生することを確実に防止することができる。従って、上記切り換え時のアークにより機械式リレーが損傷される可能性を十分に小さくできるので、機械式リレーの定格電圧よりも高い電源電圧で直流モータが駆動されるとしても、機械式リレーを電源電圧に対応した定格電圧を有する部品に交換するなどの費用のかかる対策を行うこと無しに、直流モータの制御回路を高電源電圧に対応させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る直流モータの制御回路について図面を参照して説明する。
図１に例示する電気回路は、直流モータＭの正回転／逆回転を制御するための制御回路であり、直流モータＭの回転方向（正回転又は逆回転）は、電源８により直流モータＭに通電されるモータ駆動電流の方向で制御され、具体的には２接点式の機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接続状態を切り換えることで制御される。機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接続状態は、電源７（例えば、１２Ｖ）により通電されるコイル（リレー駆動手段の一例）２ａ、２ｂによって駆動されて切り換えられ、そのコイル２ａ、２ｂへの通電状態のオン／オフ制御は、トランジスタ（回転切り換えスイッチの一例）３ａ、３ｂをオン／オフ制御することで行われる。従って、電源８（例えば、４２Ｖ）によって直流モータＭに通電されるモータ駆動電流の方向を機械式リレー１ａ、１ｂによって制御した状態でトランジスタ（オン／オフ切り換えスイッチの一例）４がオン状態にされることで、直流モータＭが正回転駆動又は逆回転駆動される。
【００１９】
このように、トランジスタ３ａ、トランジスタ３ｂ、トランジスタ４の３つのスイッチング素子をそれぞれオン／オフ切り換えすることで、直流モータＭの正回転／逆回転及び停止が切り換えられるように構成されている。尚、トランジスタ３ａ、トランジスタ３ｂ、トランジスタ４をどのようなタイミングでオン／オフするかの制御は、スイッチ５の入力を検出するコントローラ６が行う。
【００２０】
以下には、本発明に係る直流モータの制御方法について図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
図２に例示するタイミング図は、図１に例示した直流モータＭを正回転（ＣＷ：時計回り方向の回転）させる場合、逆回転（ＣＣＷ：反時計回り方向の回転）させる場合、正回転〜逆回転〜正回転を連続して切り換える場合の、スイッチ５、トランジスタ３ａ、トランジスタ３ｂ、トランジスタ４のオン／オフ状態のタイミング図である。
【００２２】
＜正回転＞
まず、直流モータＭが停止している初期状態ではスイッチ５、トランジスタ３ａ、トランジスタ３ｂ、トランジスタ４は何れもオフ状態である。時刻ｔ１においてスイッチ５によって正回転の指示入力が行われた際、コントローラ６は、直流モータＭにモータ駆動電流を流さない状態を意味するトランジスタ４がオフである状態において、トランジスタ３ａをオン状態にしてコイル２ａに通電し、機械式リレー１ａの接点を切り換える。その結果、電源８、機械式リレー１ａ、直流モータＭ、機械式リレー１ｂを順に通ってトランジスタ４に至る電流経路が形成される。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ２においてトランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭに上述の電流経路でモータ駆動電流を通電させ、直流モータＭを正回転駆動させる。尚、待ち時間Ｔｄの長さは自在に設定して、その待ち時間Ｔｄをコントローラ６に実行させることができる。また、直流モータＭに通電されるモータ駆動電流がパルス電流となるように、この制御回路中にパルス発生回路を組み込んでおくこともできる。
【００２３】
次に、時刻ｔ３においてスイッチ５によってモータ停止の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ４をオフ状態にして、直流モータＭにモータ駆動電流が流れないようにする。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ４においてトランジスタ３ａをオフ状態にしてコイル２ａへの通電を停止して、機械式リレー１ａの接点を切り換える。
【００２４】
＜逆回転＞
上述の正回転の場合と同様に、時刻ｔ５においてスイッチ５によって逆回転の指示入力が行われた際、コントローラ６は、直流モータＭにモータ駆動電流を流さない状態を意味するトランジスタ４がオフである状態において、トランジスタ３ｂオン状態にしてコイル２ｂに通電し、機械式リレー１ｂの接点を切り換える。その結果、電源８、機械式リレー１ｂ、直流モータＭ、機械式リレー１ａを順に通ってトランジスタ４に至る電流経路が形成される。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ６においてトランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭに上述の電流経路でモータ駆動電流を通電させ、直流モータＭを逆回転駆動させる。次に、時刻ｔ７においてスイッチ５によってモータ停止の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ４をオフ状態にして、直流モータＭにモータ駆動電流が流れないようにする。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻８においてトランジスタ３ｂをオフ状態にしてコイル２ｂへの通電を停止して、機械式リレー１ｂの接点を切り換える。
【００２５】
＜正回転〜逆回転〜正回転＞
ここで説明する直流モータＭを正回転〜逆回転〜正回転させる制御方法は、上述の直流モータＭを正回転させる制御方法及び逆回転させる制御方法の組み合わせである。
時刻ｔ９においてスイッチ５によって正回転の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ３ａをオン状態にしてコイル２ａに通電し、機械式リレー１ａの接点を切り換える。その結果、電源８、機械式リレー１ａ、直流モータＭ、機械式リレー１ｂを順に通ってトランジスタ４に至る電流経路が形成される。そして、所定の待ち時間Ｔｄの経過後、時刻ｔ１０においてトランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭに上述の電流経路でモータ駆動電流を通電させ、直流モータＭを正回転駆動させる。
【００２６】
次に、時刻ｔ１１においてスイッチ５によって逆回転の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ４をオフ状態にして、直流モータＭにモータ駆動電流が流れないようにする。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ１２においてトランジスタ３ａをオフ状態にしてコイル２ａへの通電を停止して機械式リレー１ａの接点を切り換え、且つトランジスタ３ｂをオン状態にしてコイル２ｂへの通電を行って、機械式リレー１ｂの接点を切り換える。その結果、電源８、機械式リレー１ｂ、直流モータＭ、機械式リレー１ａを順に通ってトランジスタ４に至る電流経路が形成される。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ１３においてトランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭに上述の電流経路でモータ駆動電流を通電させ、直流モータＭを逆回転駆動させる。
【００２７】
次に、時刻ｔ１４においてスイッチ５によって正回転の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ４をオフ状態にして、直流モータＭにモータ駆動電流が流れないようにする。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ１５においてトランジスタ３ａをオン状態にしてコイル２ａへの通電を行って機械式リレー１ａの接点を切り換え、且つトランジスタ３ｂをオフ状態にしてコイル２ｂへの通電を停止して、機械式リレー１ｂの接点を切り換える。その結果、電源８、機械式リレー１ａ、直流モータＭ、機械式リレー１ｂを順に通ってトランジスタ４に至る電流経路が形成される。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ１６において、トランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭに上述の電流経路でモータ駆動電流を通電させ、直流モータＭを正回転駆動させる。
【００２８】
次に、時刻ｔ１７においてスイッチ５によってモータ停止の指示入力が行われれば、コントローラ６はトランジスタ４をオフ状態にして、直流モータＭにモータ駆動電流が流れないようにする。そして、所定の待ち時間Ｔｄが経過後、時刻ｔ１８においてトランジスタ３ａをオフ状態にしてコイル２ａへの通電を停止して、機械式リレー１ａの接点を切り換える。
【００２９】
以上のように、直流モータＭにモータ駆動電流が流れていない、即ち、機械式リレー１ａ、１ｂにモータ駆動電流が流れていない状態で機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接触／非接触の切り換えを行うことができるように、トランジスタ３ａ、３ｂのオン／オフ切り換えのタイミングが、トランジスタ４のオン／オフ切り換えのタイミングの前に、又は後になるように所定時間（ここでは、待ち時間Ｔｄ）を開けて設定されている。従って、端子の接触／非接触の切り換え時にアークが発生することを避けることができるような直流モータの制御方法が提供されている。
【００３０】
次に、図３に例示するフロー図を参照して直流モータＭの制御方法の具体例を説明する。尚、フロー図のスタート時では直流モータＭにモータ駆動電流は流れていないものとする。
まず工程１００において、コントローラ６はスイッチ５に指示入力があるか否かを判定し、入力がない場合（図３の工程１００において「Ｎｏ」の場合）には工程１００を繰り返して、スイッチ５への指示入力を待つ。図１に例示するように、スイッチ５に対する指示入力は、直流モータＭを正回転駆動させるための指令、逆回転駆動させるための指令、又は駆動を停止させるための指令である。
【００３１】
スイッチ５に入力がある場合（図３の工程１００において「Ｙｅｓ」の場合）は工程１１０に移行し、コントローラ６はスイッチ５に対する入力内容（正回転、逆回転、又は停止）を判定する。そして、工程１２０においてコントローラ６は、現在の機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接触状態（図２を参照して説明した正回転状態、逆回転位置、又は停止状態）と、スイッチ５に対する入力内容（正回転、逆回転、又は停止）とを比較して、直流モータＭの回転の切り換え（機械式リレー１ａ、１ｂの切り換え）が必要であるかを判定する。そして、機械式リレー１ａ、１ｂの切り換えが必要である場合には工程１３０に移行し、切り換えが不要である場合には工程１５０に移行する。
【００３２】
工程１３０では、コントローラ６はトランジスタ３ａ、３ｂのオン／オフを制御してコイル２ａ、２ｂへの通電を制御し、機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接触状態をスイッチ５の入力に応じて切り換える。そして、機械式リレー１ａ、１ｂを切り換えて所定の待ち時間（図２を参照して説明した待ち時間Ｔｄに相当）を経過したか否かを確認し（工程１４０）、待ち時間を経過している場合には、この待ち時間の間にスイッチ５の指示入力に変化が無いことを確認する（工程１５０）。この工程１４０及び工程１５０によって、待ち時間が経過したことの確認、及びスイッチ５の指示入力に変化がないことの確認がされた場合には、トランジスタ４をオン状態にして、直流モータＭへモータ駆動電流を通電させる（工程１６０）。
【００３３】
その後、工程１７０においてコントローラ６はスイッチ５に対する入力を継続的に監視し、入力変化がある場合には工程１８０に移行して、トランジスタ４をオフ状態にする。そして、トランジスタ４をオフ状態にした後、工程１９０において、コントローラ６が電流検出回路部（電流監視手段の一部）９において検出されるモータ駆動電流が所定値以下であることを確認した場合には工程２００に移行し、上記所定値を超える場合には工程１９０において電流値検出を繰り返す。
【００３４】
この工程１９０は、機械式リレー１ａ、１ｂにモータ駆動電流が流れていない状態（小さいアークの発生を許容するのであれば、モータ駆動電流が所定値以下である十分に小さい状態）で機械式リレー１ａ、１ｂの端子の接触／非接触を切り換えることを目的としており、その電流値判定のために、モータ駆動電流の値を監視している。この工程１９０の目的は、トランジスタ４がオフである状態で所定の待ち時間を設定して、モータ駆動電流の電流経路が十分に放電されている状態にあることを確保している工程１４０の目的と同様である。つまり、工程１４０と工程１９０とは互いで置き換えることができる。尚、機械式リレー１ａ、１ｂの切り換えを許可するためのモータ駆動電流の値（上述の所定値）は機械式リレー１ａ、１ｂの定格電圧などを参照して適宜設定し、コントローラ６によって実行させることができる。
従って、図１の制御回路には、工程１９０を説明するために電流検出回路部９を設けているが、工程１９０を工程１４０で置き換えるのであれば図１の制御回路から電流検出回路部９を省いても構わない。
【００３５】
次に、工程２００において、コントローラ６はスイッチ５の指示入力に変更がないことを確認し、変更がない場合には工程２１０に移行してトランジスタ３ａ、３ｂのオン／オフを切り換える。スイッチ５の指示入力に変更がある場合には工程１１０に移行する。
【００３６】
尚、上述の実施形態では本発明に係る直流モータの制御方法について説明するために図１に例示した制御回路を用いたが、本発明が制御回路の回路構成によって制限されることはなく、これと異なる回路構成の制御回路に対しても本発明に係る直流モータの制御方法を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流モータの制御回路の例である。
【図２】制御回路の各スイッチのオン／オフタイミングを示す図である。
【図３】直流モータの制御方法の工程を説明する図である。
【図４】従来の直流モータの制御回路の例である。
【図５】従来の直流モータの制御回路の例である。
【符号の説明】
１ａ  機械式リレー
１ｂ  機械式リレー
２ａ  コイル（リレー駆動手段）
２ｂ  コイル（リレー駆動手段）
３ａ  トランジスタ（回転切り換えスイッチ）
３ｂ  トランジスタ（回転切り換えスイッチ）
４    トランジスタ（オン／オフ切り換えスイッチ）
５    スイッチ
６    コントローラ
７    電源
８    電源
９    電流検出回路部（電流監視手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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