(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部の制御信号により、駆動部を構成する複数のスイッチング素子をスイッチングし、直流ブラシレスモータの複数の巻線への通電路を開閉制御して直流電源からの電流を前記モータに通流して駆動する装置であって、前記駆動部が、上側スイッチング素子群及び下側スイッチング素子群によるブリッジインバータから成るモータの駆動装置において、
前記下側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子の制御端子に供給される第１の制御電圧を検出する第１電圧検出部と、
前記第１の制御電圧よりも高い第２の制御電圧を前記上側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子の制御端子に供給するチャージポンプ回路と、
前記第２の制御電圧を検出する第２電圧検出部と
を備え、
前記制御部は、前記第２電圧検出部による前記第２の制御電圧と、前記第１電圧検出部による前記第１の制御電圧との差電圧が所定値以下に低下したときに、前記各スイッチング素子への前記制御信号を停止することを特徴とするモータの駆動装置。
【請求項２】
前記所定値は、前記差電圧の低下時に、前記上側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子のオン抵抗が急激に上昇し始めるときの電圧値であることを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記各スイッチング素子への前記制御信号の停止後、前記差電圧が前記所定値よりも高い値まで上昇したときに、前記各スイッチング素子への前記制御信号の出力を再開することを特徴とする請求項１または２に記載のモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、制御部の制御信号により、駆動部を構成する複数のスイッチング素子をスイッチングし、直流ブラシレスモータの複数の巻線への通電路を開閉制御して直流電源からの電流をモータに通流して駆動するモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリを電源として３相直流ブラシレスモータを駆動する駆動装置は、例えば図４に示すように構成されている。即ち、図４に示すように、マイクロコンピュータから成る制御部ＣＯから出力される制御信号により、３相ブリッジインバータＩＶを構成する６個のスイッチング素子がスイッチングされ、直流電源Ｅから３相直流ブラシレスモータＭの各巻線への通電路が複数のスイッチング素子により開閉制御されてモータＭが駆動される。
【０００３】
また、インバータＩＶと直流電源Ｅとの間の通電路には、ＦＥＴから成る逆接続保護素子ＳＲが挿入され、直流電源Ｅに対してインバータＩＶが逆方向に接続されたときに、制御部ＣＯにより、逆接続保護素子ＳＲがオフされて、インバータＩＶの各スイッチング素子の破損が防止されるようになっている。一方、正常時には、制御部により逆接続保護素子ＳＲがオンされ、インバータＩＶの各スイッチング素子及びモータＭに直流電源Ｅからの電流が供給される。ここで、ＦＥＴから成る逆接続保護素子ＳＲに代えて、リレーを用いても構わない。
【０００４】
ところで、上記した３相ブリッジインバータＩＶは、図５に示すように、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する）から成る２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の直列回路により第１のアームＡ１が形成され、これと同様に２個のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４の直列回路、及び２個のスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６の直列回路により、それぞれ第２、第３のアームＡ２、Ａ３が形成され、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６にはフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ逆極性に接続されている。尚、これらフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６は、ＦＥＴから成る各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の寄生ダイオードにより構成されていてもよい。
【０００５】
そして、インバータＩＶの各アームＡ１〜Ａ３それぞれにおける両スイッチング素子の接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に、モータＭの固定子の星形結線された３相巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が接続され、インバータＩＶの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の上側にある上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の一端が上記した逆接続保護素子ＳＲを介して直流電源Ｅの正端子に接続され、インバータＩＶの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の下側にある下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６の他端が直流電源Ｅの負端子に接続される。
【０００６】
このとき、インバータＩＶの下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６のゲート−ソース間には、直流電源Ｅによる電源電圧を加えることで、これら各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６をオンし続けることはできるが、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のゲート−ソース間には、これよりも高い電圧を加えなければこれら各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をオンし続けることができない。そのため、図４に示すように、直流電源Ｅの電源電圧を２〜３倍に逓倍するチャージポンプ回路ＣＰが設けられ、制御部ＣＯにより、このチャージポンプ回路ＣＰの出力電圧が上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のゲート−ソース間に加えられるようになっている。
【０００７】
このような構成において、図６に示すように、制御部ＣＯからの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５が１２０゜ずつずれてオンし、これと同様に制御部ＣＯからの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６が１２０゜ずつずれてオンする。
【０００８】
また、図５には示されていないが、モータＭの回転子の位置を検出するホール素子から成る位置検出部が設けられ、制御部ＣＯは、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のうちオンしているスイッチング素子のアームとは異なるアームの下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子がオンするように制御信号を出力し、かつオンすべき上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子と下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子との組み合わせを、位置検出部による回転子の検出位置に関連して切り換えるようになっている。
【０００９】
こうして、各巻線Ｍ１〜Ｍ３への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られ、図４に示すように、モータＭの回転子に接続された負荷Ｌが回転駆動される。
【００１０】
尚、通常、制御部ＣＯからインバータＩＶの下側スイッチング素子群ＬＴへの制御信号はパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）され、このＰＷＭにおけるデューティが制御されてモータＭの速度制御が行われるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＦＥＴの場合、ゲート−ソース間電圧とオン抵抗とは相反する関係にあることから、ゲート−ソース間電圧が小さくなるに従いオン抵抗が次第に大きくなり、ある電圧値からは急激にオン抵抗が上昇する。
【００１２】
その結果、上記した構成において、例えば直流電源Ｅの電圧変動によってチャージポンプ回路ＣＰの出力電圧が低下し、上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５を、そのオン抵抗が急激に上昇するまでゲート−ソース間電圧が低下した状態で駆動し続けると、これらスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５が発熱して熱破壊するおそれがある。
【００１３】
このような過熱によるスイッチング素子の破損を防止するために、従来、直流電源Ｅの電圧、或いはチャージポンプ回路ＣＰの電源電圧を検出し、この検出電圧が予め設定された所定値以下に低下したときに、制御部ＣＯによりインバータＩＶの各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への制御信号を停止し、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を強制的にオフすることが行われている。
【００１４】
しかし、温度変化や部品公差や時間遅延等を考慮して、上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５が十分オンできるように、通常、チャージポンプ回路ＣＰの出力電圧は高めに設定されるため、上記したように直流電源Ｅの電圧、或いはチャージポンプ回路ＣＰの電源電圧を検出し、その検出電圧が予め設定された所定値以下に低下しても、上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のゲート−ソース間電圧はオン抵抗が急激に上昇するまで低下していないことがある。
【００１５】
そのため、従来の場合、インバータＩＶの上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５がまだ熱破壊するおそれのない動作状態であるにも拘わらず、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が停止されてしまい、直流電源Ｅの電圧があまり低くない場合でもインバータＩＶが動作できないという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明は、インバータの上側スイッチング素子群のスイッチング素子を、オン抵抗が急激に上昇するぎりぎりまで動作させて直流電源の電圧が低い場合でもインバータが動作できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、前記下側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子の制御端子に供給される第１の制御電圧を検出する第１電圧検出部と、前記第１の制御電圧よりも高い第２の制御電圧を前記上側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子の制御端子に供給するチャージポンプ回路と、前記第２の制御電圧を検出する第２電圧検出部とを備え、前記制御部は、前記第２電圧検出部による前記第２の制御電圧と、前記第１電圧検出部による前記第１の制御電圧との差電圧が所定値以下に低下したときに、前記各スイッチング素子への前記制御信号を停止することを特徴としている。
【００１８】
このような構成によれば、第２の制御電圧と第１の制御電圧との差電圧が所定値以下に低下したかどうかを見れば、インバータの上側スイッチング素子群における各スイッチング素子のオン抵抗が急激に上昇し始めるかどうかがわかる。
【００１９】
そのため、この差電圧が所定値まで低下したときにインバータの各スイッチング素子を停止させることで、インバータの上側スイッチング素子群のスイッチング素子を、オン抵抗が急激に上昇するぎりぎりまで動作させることができる。
【００２０】
このとき、適用可能な直流ブラシレスモータは、回転駆動するもののほか、リニアモータのような直線駆動するものが該当する。
【００２１】
また、本発明は、前記所定値は、前記差電圧の低下時に、前記上側スイッチング素子群の前記各スイッチング素子のオン抵抗が急激に上昇し始めるときの電圧値であることを特徴としている。
【００２２】
このような構成によれば、スイッチング素子のオン抵抗が急激に上昇し始めると、スイッチング素子の発熱量も急増するため、上側スイッチング素子群の各スイッチング素子の発熱が大きくなり始める前に、各スイッチング素子を停止することができる。
【００２３】
また、本発明は、前記制御部は、前記各スイッチング素子への前記制御信号の停止後、前記差電圧が前記所定値よりも高い値まで上昇したときに、前記各スイッチング素子への前記制御信号の出力を再開することを特徴としている。
【００２４】
このような構成によれば、各スイッチング素子が停止して次に動作を再開するまでに所謂ヒステリシスが設けられるため、上記した差電圧が所定値付近で変動することがあっても、各スイッチング素子がオン、オフを頻繁に繰り返すことを防止できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。但し、図１はブロック結線図、図２及び図３は動作説明図である。
【００２６】
本実施形態におけるモータの駆動装置は、例えば図１に示すように構成されている。図１に示すように、例えばマイクロコンピュータから成る制御部１から出力される制御信号により、第１駆動回路２ａ及び第２駆動回路２ｂに駆動制御信号が出力され、３相ブリッジインバータ３を構成するＦＥＴから成る６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が第１駆動回路２ａ及び第２駆動回路２ｂからの駆動信号によりスイッチングされ、直流電源４から永久磁石型の３相直流ブラシレスモータＭの各巻線への通電路が開閉制御されてモータＭが駆動され、モータＭの回転子に接続された負荷Ｌが回転駆動される。
【００２７】
この３相ブリッジインバータ３は、図５に示す３相ブリッジインバータＩＶと同様に構成され、制御部１からの１２０゜ずつ位相のずれた駆動制御信号により、上側スイッチング素子群ＨＴを構成する各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５（図５参照）が１２０゜ずつずれてオンし、これと同様に制御部１からの１２０゜ずつ位相のずれた駆動制御信号により、下側スイッチング素子群ＬＴを構成する各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６（図５参照）が１２０゜ずつずれてオンする。
【００２８】
このとき、モータＭの回転子の位置を検出するホール素子から成る位置検出部（図示せず）が設けられ、上側スイッチング素子群ＨＴの各アームＡ１〜Ａ３のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のうちオンしているスイッチング素子のアームとは異なるアームの下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子がオンするように、制御部１により制御信号が出力され、かつオンすべき上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子と下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子との組み合わせが、位置検出部により検出されるモータＭの回転子の位置に関連して切り換えられる。
【００２９】
尚、第２駆動回路２ｂからインバータ３の下側スイッチング素子群ＬＴへはＰＷＭ制御信号が出力され、このＰＷＭにおけるデューティサイクルが制御されてモータＭの電流制御が行われる。こうして、モータＭの各巻線Ｍ１〜Ｍ３への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られる。ここで両駆動回路２ａ、２ｂ及びインバータ３により駆動部が構成される。
【００３０】
また、インバータ３と直流電源４との間の通電路には、図４の場合と同様に、ＦＥＴから成る逆接続保護素子６が挿入され、直流電源４に対してインバータ３が逆方向に接続されたときに、制御部１により、逆接続保護素子６がオフされて、インバータ３の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の破損が防止されるようになっている。一方、正常時には、制御部１により逆接続保護素子６がオンされ、インバータ３の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６及びモータＭに直流電源４からの電流が供給される。
【００３１】
ところで、図１に示すように、直流電源４の電源電圧ＶＢを２〜３倍に逓倍するチャージポンプ回路８が設けられている。このチャージポンプ回路８を設ける理由は、従来の場合と同様、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のゲート−ソース間に、チャージポンプ回路８の出力電圧ＶＣ（＞ＶＢ）を加え、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をオンし続けるためである。
【００３２】
更に、図１に示すように、例えば抵抗による分圧回路から成る第１電圧検出部１０ａ及び第２電圧検出部１０ｂが設けられ、第１電圧検出部１０ａにより直流電源４の電源電圧ＶＢが検出され、第２電圧検出部１０ｂによりチャージポンプ回路８の出力電圧ＶＣが検出される。このとき、下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６の制御端子であるゲートとソースとの間に印加される第１の制御電圧ＶＬは、直流電源４の電源電圧ＶＢとほぼ等しく、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の制御端子であるゲートとソースとの間に印加される第２の制御電圧ＶＨはチャージポンプ回路８の出力電圧ＶＣとほぼ等しい。
【００３３】
そのため、第１電圧検出部１０ａにより検出される電圧ＶＢと、第２電圧検出部１０ｂにより検出される電圧ＶＣとの差電圧ΔＶ（＝ＶＣ−ＶＢ）を導出すれば、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の制御端子であるゲートとソースとの間の電圧を導出するのと同じ結果となる。
【００３４】
そして、制御部１は、図２に示すように、例えば負荷変動等に伴う直流電源４の電圧変動によって、第２電圧検出部１０ｂによる検出電圧ＶＣ（＝ＶＨ）と、第１電圧検出部１０ａによる検出電圧ＶＢ（＝ＶＬ）との差電圧ΔＶ（＝ＶＣ−ＶＢ＝ＶＨ−ＶＬ）が所定値Ｖｔ以下に低下したときに、両駆動回路２ａ、２ｂへの駆動制御信号を停止し、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオフさせる。
【００３５】
また、制御部１は、図２に示すように、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のオフ後、差電圧ΔＶが所定値Ｖｔよりも高い値Ｖｒ（＞Ｖｔ）まで上昇したときに、両駆動回路２ａ、２ｂへの駆動制御信号を再開して、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を再びオンさせる。
【００３６】
こうすると、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオフして次にオンするまでに所謂ヒステリシスが設けられるため、上記した差電圧ΔＶが所定値Ｖｔ付近で変動することがあっても、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオン、オフを頻繁に繰り返すことを防止できる。
【００３７】
ここで、両駆動回路２ａ、２ｂへの駆動制御信号を停止するときの基準となる差電圧ΔＶは、図３に示すように、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のオン抵抗が急激に上昇し始めるときの値（ここでは、Ｖｔ）に設定するのが望ましい。
【００３８】
従って、上記した実施形態によれば、電圧ＶＣ（＝ＶＨ）と電圧ＶＢ（＝ＶＬ）との差電圧ΔＶが予め設定された所定値Ｖｔ以下にまで低下したかどうかを見れば、インバータ３の上側スイッチング素子群ＨＴにおける各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のオン抵抗が急激に上昇し始めるかどうかを容易に知ることができる。
【００３９】
そのため、この差電圧ΔＶが所定値Ｖｔまで低下したときに、制御部１から両駆動回路２ａ、２ｂへの駆動制御信号を停止してやれば、インバータ３の上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５を、オン抵抗が急激に上昇するぎりぎりまで動作させることができ、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の発熱が大きくなり始める前に、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５を停止することができる。
【００４０】
また、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオフして次にオンするときの基準となる差電圧ΔＶを、所定値Ｖｔよりも高いＶｒ（＞Ｖｔ）としてヒステリシスを設けたため、差電圧ΔＶが所定値Ｖｔ付近で変動するようなことがあっても、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオン、オフを頻繁に繰り返すことを防止できる。
【００４１】
なお、上記した実施形態では、本発明を回転駆動する３相直流ブラシレスモータＭの駆動に適用した場合について説明しているが、直線駆動する直流ブラシレスモータであっても本発明を同様に適用することができて、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００４２】
また、上記した実施形態では、チャージポンプ回路８の出力電圧ＶＣと直流電源４の電源電圧ＶＢとの差電圧ΔＶをモニタするようにしているが、要するに上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のゲート−ソース間電圧をモニタすればよい。ここで、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５がＦＥＴ以外のスイッチング素子から構成される場合には、その制御端子と負電位側端子との間の電圧をモニタする構成にすればよい。
【００４３】
更に、上記した実施形態では、各スイッチング素子が停止して次に動作を再開するまでに所謂ヒステリシスを設けた場合について説明しているが、このようなヒステリシスは必ずしも設ける必要はない。
【００４４】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、第２の制御電圧と第１の制御電圧との差電圧が所定値まで低下したときにインバータの各スイッチング素子を停止させるため、インバータの上側スイッチング素子群のスイッチング素子を、オン抵抗が急激に上昇を始めるぎりぎりまで動作させることができ、直流電源の電圧があまり高くない場合でもインバータを動作させることが可能になる。
【００４６】
また、請求項２に記載の発明によれば、スイッチング素子のオン抵抗が急激に上昇し始めると、スイッチング素子の発熱量も急増するため、上側スイッチング素子群の各スイッチング素子の発熱が大きくなり始める前に、各スイッチング素子を停止することが可能になる。
【００４７】
また、請求項３に記載の発明によれば、各スイッチング素子が停止して次に動作を再開するまでに所謂ヒステリシスが設けられるため、上記した差電圧が所定値付近で変動することがあっても、各スイッチング素子がオン、オフを頻繁に繰り返すことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態の動作説明図である。
【図３】この発明の一実施形態の動作説明図である。
【図４】従来例のブロック結線図である。
【図５】従来例の一部の結線図である。
【図６】従来例の動作説明用のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    制御部
２ａ、２ｂ  第１、第２駆動回路（駆動部）
３    インバータ（駆動部）
ＨＴ  上側スイッチング素子群
ＬＴ  下側スイッチング素子群
Ｓ１〜Ｓ６  スイッチング素子
４    直流電源
８    チャージポンプ回路
１０ａ、１０ｂ  第１、第２電圧検出部
Ｍ    ３相直流ブラシレスモータ
【図１】
0004467023.tif 000002
【図２】
0004467023.tif 000003
【図３】
0004467023.tif 000004
【図４】
0004467023.tif 000005
【図５】
0004467023.tif 000006
【図６】
0004467023.tif 000007