(57)【要約】【課題】複数のモータの駆動制御をする際に、制御装置の構成を簡略化して効率良く制御ができるようにする。【解決手段】モータ制御装置２は、２つのモータＭ１，Ｍ２のいずれか一方を回転駆動させるもので、バッテリ１０に並列接続される第一直列回路１１、第二直列回路１２、第三直列回路１３を有する。各直列回路１１〜１３には、それぞれ２つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２が直列接続されており、第一直列回路１１と第二直列回路１２にモータＭ１が接続され、第二直列回路１２と第三直列回路１３にモータＭ２が接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続したスイッチング素子を電源に対して並列に接続し、前記スイッチング素子の切り替えによって２以上の複数のモータの通電制御をするモータ制御装置において、
複数の前記スイッチング素子の少なくとも一部は、複数の前記モータのうちの２つの前記モータに共通して接続されることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
残りの前記スイッチング素子は、１つの前記モータのみに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
２つのモータに接続される複数のスイッチング素子を有し、前記２つのモータの駆動を制御するモータ制御装置において、
前記スイッチング素子を６つ有し、そのうち２つの前記スイッチング素子は前記２つのモータに共通に接続され、他の４つの前記スイッチング素子は前記２つのモータのいずれか一方のみに接続されていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数のスイッチング素子とグランドの間、又は前記複数のスイッチング素子と電源の間に電流検出回路を１つ設け、前記１つの電流検出回路で前記モータに流れる電流を検出するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動制御を行うモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを正転及び逆転可能に駆動制御する際、スイッチング素子とリレーとを組み合わせて制御装置を構成すると、リレーの接点が機械的に磨耗した場合に故障の原因になることがある。このため、近年ではリレーの代わりに複数のＦＥＴ（Field Effect Transistor電界効果トランジスタ）でＨブリッジ回路を構成して無接点化した制御装置が広く用いられている。ここで、Ｈブリッジ回路は、１つのモータに対して４つのＦＥＴが配置される。具体的には、２つのＦＥＴを直列に接続し、これら直列接続された２組のＦＥＴをバッテリに対して並列に接続した構成を有し、２組の直列接続されたＦＥＴの間のそれぞれにモータが接続されている。したがって、２つのモータを駆動制御するときには、２つのＨブリッジ回路で合計８つのＦＥＴを備える制御装置になる。
【特許文献１】特開２００４−６４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、従来のモータの制御装置では、モータの数に応じてＦＥＴが４つずつ増えるので、ＦＥＴを実装する基板の面積が大きくなって装置が大型化していた。また、これに伴って製造コストが増加していた。
この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複数のモータの駆動制御をする際に、制御装置の構成を簡略化して効率良く制御ができるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、直列に接続したスイッチング素子を電源に対して並列に接続し、前記スイッチング素子の切り替えによって２以上の複数のモータの通電制御をするモータ制御装置において、複数の前記スイッチング素子の少なくとも一部は、複数の前記モータのうちの２つの前記モータに共通して接続されることを特徴とするモータ制御装置とした。
このモータ制御装置は、少なくとも一部のスイッチング素子が２つのモータで共有されるので、重複して使用されるスイッチング素子の数だけスイッチング素子の数を減らすことができる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のモータ制御装置において、残りの前記スイッチング素子は、１つの前記モータのみに接続されていることを特徴とする。
このモータ制御装置では、２つのモータに共通に使用されるスイッチング素子と、１つのモータのみに接続されるスイッチング素子とを通してモータに通電するように切り替え制御を行ってモータを駆動させる。
【０００６】
請求項３に係る発明は、２つのモータに接続される複数のスイッチング素子を有し、前記２つのモータの駆動を制御するモータ制御装置において、前記スイッチング素子を６つ有し、そのうち２つの前記スイッチング素子は前記２つのモータに共通に接続され、他の４つの前記スイッチング素子は前記２つのモータのいずれか一方のみに接続されていることを特徴とするモータ制御装置とした。
このモータ制御装置は、２つスイッチング素子を２つのモータで共有する。従来の構成では８つのスイッチング素子が必要になるのに対して、２つ少ない６つのスイッチング素子でモータ制御装置が構成される。モータを駆動させるときには、共通に使用される２つのスイッチング素子の一方と、そのモータのみに接続されるスイッチング素子の一方とを通してモータに電流供給する。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ制御装置において、前記複数のスイッチング素子とグランドの間、又は前記複数のスイッチング素子と電源の間に電流検出回路を１つ設け、前記１つの電流検出回路で前記モータに流れる電流を検出するように構成したことを特徴とする。
このモータ制御装置では、複数のモータのいずれかを回転駆動させた場合でも１つの電流検出回路で済むので、装置構成を簡略化できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一部のスイッチング素子を２つのモータで共通して使用するように構成することで、全体としてスイッチング素子の数を削減できる。これによって、回路構成が簡略化して装置の小型化や、低コスト化が図れる。なお、同時に駆動しない駆動部が２つある場合に、これらの駆動部にスイッチング素子を共通に使用する２つのモータを１つずつ配置すると、従来に比べて装置構成を簡略化、低コスト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１にモータ制御装置の概略構成を示す。モータ制御装置２は、ＣＰＵ（中央演算装置）３と回路モジュール４とに大別され、回路モジュール４には制御対象として２つのモータＭ１，Ｍ２が接続されている。なお、モータＭ１，Ｍ２としては、例えば、ブラシモータが用いられている。
【００１０】
ＣＰＵ３は、回路モジュール４に出力する信号として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号と、切り替え信号とを作成するように構成されている。ＰＷＭ信号は、回路モジュール４の論理回路５を介して３つのドライバ回路６のそれぞれに入力される。切り替え信号は、３つのドライバ回路７のそれぞれに入力される。
【００１１】
回路モジュール４は、バッテリ１０（電源）に対して並列に接続される第一直列回路１１と、第二直列回路１２と、第三直列回路１３とを有する。第一直列回路１１は、第一スイッチング素子Ｓ１１と、第二スイッチング素子Ｓ１２とが直列接続されている。第二直列回路１２は、第三スイッチング素子Ｓ２１と、第四スイッチング素子Ｓ２２とが直列接続されている。第三直列回路１３は、第五スイッチング素子Ｓ３１と、第六スイッチング素子Ｓ３２とが直列接続されている。これら各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を有し、ダイオードが内蔵されている。ダイオードは、ＦＥＴのソースとドレインとをバイパスし、かつソースからドレインに向かう電流のみを流すように接続されている。
バッテリ１０側の各スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１のＦＥＴのゲートは、３つのドライバ回路６のいずれかに１つずつ接続されている。各ドライバ回路６は、コンバータ、例えばチャージポンプ１５でバッテリ１０から昇圧させた電圧が印加されるようになっている。グランド（接地）側の各スイッチング素子Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２のＦＥＴのゲートには、ドライバ回路７が接続されている。
【００１２】
ここで、第一直列回路１１の中点、つまり第一スイッチング素子Ｓ１１のソースと第二スイッチング素子Ｓ１２のドレインとの間は、配線１６によってモータＭ１に接続されている。また、第二直列回路１２の中点、つまり第三スイッチング素子Ｓ２１のソースと第四スイッチング素子Ｓ３２のドレインとの間には、配線１７が接続されており、配線１７を介してモータＭ１及びモータＭ２に接続されている。さらに、第三直列回路１３の中点、つまり第五スイッチング素子Ｓ３１のソースと第六スイッチング素子Ｓ３２のドレインの間は、配線１８によってモータＭ２に接続されている。各配線１６〜１８は、モータＭ１，Ｍ２内でブラシを介して回転子のコイルに給電するようになっており、例えば、配線１６からモータＭ１の回転子のコイルを通って、配線１７に向かうように電流を流したり、その逆方向に電流を流したりできる。
【００１３】
各直列回路１１〜１３が合流した後で、グランドの手前には電流検出回路４０が設けられている。電流検出回路４０は、回路に直列に挿入された抵抗４１を有し、抵抗４１の前後における電圧降下を検出して増幅器４２で増幅してからＣＰＵ３に入力するように構成されている。
【００１４】
次に、２つのモータＭ１，Ｍ２のそれぞれを正転、逆転させる制御方法について説明する。各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２の切り替え動作は、表１に示すようにして行われる。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１において、例えば、モータＭ１を正転させるときには、第一直列回路１１の第一スイッチング素子Ｓ１１をＰＷＭ制御し、第二スイッチング素子Ｓ１２はＯＦＦにする。第二直列回路１２は、第三スイッチング素子Ｓ２１をＯＦＦにして第四スイッチング素子Ｓ２２をＯＮにする。第三直列回路１３は、第三、第四スイッチング素子Ｓ３１，Ｓ３２を共にオフにする。
このとき、図２に示すように、バッテリ１０からの電流が第一直列回路１１の第一スイッチング素子Ｓ１１を通り、配線１６からモータＭ１に流れる。モータＭ１内部を通る電流は、配線１７から第二直列回路１２の第四スイッチング素子Ｓ２２に流れる。これによって、モータＭ１が回転する。このときのモータＭ１の回転を正転とする。モータＭ１を流れる電流の大きさは、電流検出回路４０で検出されてＣＰＵ３にフィードバックされる。第六スイッチング素子Ｓ３２がＯＦＦなので、モータＭ２に電流が流れない。したがって、モータＭ２は回転しない。
【００１７】
表１に示すように、モータＭ２を正転させるときには、第一直列回路１１の第一、第二スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２を共にオフにする。第二直列回路１２は、第三スイッチング素子Ｓ２１をＰＷＭ制御し、第四スイッチング素子Ｓ２２をＯＦＦにする。第三直列回路１３は、第五スイッチング素子Ｓ３１をＯＦＦにし、第六スイッチング素子Ｓ３２をＯＮにする。
このとき、図３に示すように、バッテリ１０からの電流が第二直列回路１２の第三スイッチング素子Ｓ２１を通り、配線１７からモータＭ２に流れる。モータＭ２内部を通る電流は、配線１８から第三直列回路１３の第六スイッチング素子Ｓ３２に流れ、モータＭ２が回転する。なお、このときのモータＭ２の回転を正転とする。モータＭ２を流れる電流の大きさは、電流検出回路４０で検出されてＣＰＵ３にフィードバックされる。第二スイッチング素子Ｓ２２がＯＦＦなので、モータＭ１に電流が流れない。したがって、モータＭ１は回転しない。
【００１８】
表１に示すように、モータＭ１を逆転させるときには、第一直列回路１１の第一スイッチング素子Ｓ１１をＯＦＦにし、第二スイッチング素子Ｓ２１はＯＮにする。第二直列回路１２は、第三スイッチング素子Ｓ２１をＰＷＭ制御し、第四スイッチング素子Ｓ２２をＯＦＦにする。第三直列回路１３は、第三、第四スイッチング素子Ｓ３１，Ｓ３２を共にオフにする。
このとき、図４に示すように、バッテリ１０からの電流が第二直列回路１２の第三スイッチング素子Ｓ２１を通り、配線１７からモータＭ１に逆向きに流れ、モータＭ１を逆転させる。モータＭ１内部を通る電流は、配線１６から第一直列回路１１の第二スイッチング素子Ｓ１２に流れる。電流値は、電流検出回路４０で検出される。第六スイッチング素子Ｓ３２がＯＦＦになっているので、モータＭ２は回転しない。
【００１９】
表１に示すように、モータＭ２を逆転させるときには、第一直列回路１１の第一、第二スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２を共にオフにする。第二直列回路１２は、第三スイッチング素子Ｓ２１をＯＦＦにし、第四スイッチング素子Ｓ２２をＯＮにする。第三直列回路１３は、第五スイッチング素子Ｓ３１をＰＷＭ制御し、第六スイッチング素子Ｓ３２をＯＦＦにする。
このとき、図５に示すように、バッテリ１０からの電流は、第三直列回路１３の第五スイッチング素子Ｓ３１を通り、配線１８からモータＭ２に逆向きに流れてモータＭ２を逆転させる。モータＭ２内部を通る電流は、配線１７から第二直列回路１２の第四スイッチング素子Ｓ２２に流れ、その電流値は電流検出回路４０で検出される。第二スイッチング素子Ｓ１２がＯＦＦになっているので、モータＭ１は回転しない。
【００２０】
このように、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２の切り替え制御を行うことで、２つのモータＭ１，Ｍ２のいずれか一方のみを正転又は逆転させることができる。
【００２１】
ここで、モータ制御装置、回路モジュール４、モータの数は、図１に示すものに限定されない。例えば、図６に示すように、２つの回路モジュールで４つモータの駆動制御をするように構成しても良い。
図６に示すモータ制御装置５２は、ＣＰＵ５３と、２つの回路モジュール５４Ａ，５４Ｂを有する、回路モジュール５４Ａには２つのモータＭ１，Ｍ２が接続されており、回路モジュール５４Ｂには２つのモータＭ３，Ｍ４が接続されている。
第１回路モジュール５４Ａは、２つのモータＭ１，Ｍ２の制定及び逆転を制御する。第２回路モジュール５４Ｂは、２つのモータＭ３，Ｍ４の制定及び逆転を制御する。これらの回路モジュール５４Ａ，５４Ｂのそれぞれの構成は、前記の回路モジュール４と同じである。
【００２２】
第１、第２回路モジュール５４Ａ，５４Ｂは、表１と同様にしてスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２の切り替え動作を実行し、第１回路モジュール５４ＡでモータＭ１又はモータＭ２の一方を駆動させ、第２回路モジュール５４ＢでモータＭ３又はモータＭ４の一方を駆動させる。ＣＰＵ５３は、第１回路モジュール５４Ａと第２回路モジュール５４Ｂを別々に制御することができる。
【００２３】
なお、このようなモータ制御装置２によるモータＭ１〜Ｍ４の動作パターンとしては、各モータＭ１〜Ｍ４を単独で作動させるパターンと、モータＭ１と、モータＭ３又はモータ４の一方とを同時に作動させるパターンと、モータＭ２とモータＭ３又はモータ４の一方とを同時に駆動させるパターンとがあげられる。
【００２４】
この実施の形態によれば、２つのモータＭ１，Ｍ２（又はＭ３，Ｍ４）の一方を正転又は逆転させる制御する場合に、スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２を２つのモータＭ１，Ｍ２（又はＭ３，Ｍ４）で共通に使用するようにしたので、全体としてのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２の数を削減することができる。これによって、回路モジュール４，５４Ａ，５４Ｂを小型化、低コスト化することができる。また、回路モジュール４，５４Ａ，５４ＢからモータＭ１，Ｍ２に延びる配線１６〜１８の数を従来の４本から３本に削減することができ、装置構成を簡略化できる。
モータＭ１〜Ｍ４を流れる電流は、いずれの場合もグランド側の１つの電流検出回路４０で検出することができるので、従来のようにＨブリッジ回路ごとに電流検出回路を設けた場合に比べて回路構成を簡略にできる。
【００２５】
図６に示すように４つのモータＭ１〜Ｍ４の駆動制御をする構成では、従来のように４つのモータのそれぞれに回路モジュールを設ける場合に比べて回路構成を簡略化することができる。さらに、ＰＷＭ信号を出力する対象を削減できるのでＣＰＵを安価に製造することができる。
【００２６】
ここで、この実施の形態の変形例として、図７に３つのモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３のいずれか１つを正転又は逆転させるモータ制御装置６２の構成を示す。
モータ制御装置６２は、ＣＰＵ６３と回路モジュール６４とを有する。回路モジュール６４は、第一直列回路１１と、第二直列回路１２と、第三直列回路１３と、第四直列回路１４とがバッテリ１０に並列に接続されている。第四直列回路１４は、第七スイッチング素子Ｓ４１と第八スイッチング素子Ｓ４２とが直列に接続されている。第七スイッチング素子Ｓ４１は、４つ目のドライバ回路６に接続されている。第八スイッチング素子Ｓ４２は、４つ目のドライバ回路７に接続されている。さらに、第七スイッチング素子Ｓ４１のソースと第八スイッチング素子Ｓ４２のドレインとの間は、配線１９によってモータＭ３に接続されている。モータＭ３には、配線１８も接続されている。
【００２７】
モータＭ１又はモータＭ２を正転、逆転させるときには、第七、第八スイッチング素子Ｓ４１，Ｓ４２をＯＦＦにする。他のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２は、表１に示すように切り替え制御する。モータＭ１又はモータＭ２の一方が正転又は逆転し、モータＭ３は回転しない。
モータＭ３を正転させるときには、第一から第四スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２までをＯＦＦにし、第五スイッチング素子Ｓ３１をＰＷＭ制御する。第六スイッチング素子Ｓ３２及び第七スイッチング素子Ｓ４１をＯＦＦにして第八スイッチング素子Ｓ４２はＯＮにする。モータＭ３のみが正転し、他のモータＭ１，Ｍ２は回転しない。
モータＭ３を逆転させるときは、第一から第五スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３１までをＯＦＦにして第六スイッチング素子Ｓ３２をＯＮにする。第七スイッチング素子Ｓ４１はＰＷＭ制御し、第八スイッチング素子Ｓ４２はＯＦＦにする。モータＭ３のみが逆転し、他のモータＭ１，Ｍ２は回転しない。
このようなモータ制御装置６２では、少ない数のスイッチング素子で３つのモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３のいずれか１つの回転制御をすることができる。モータ制御装置６２の作用・効果は、前記した実施の形態と同様である。
【００２８】
なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、電流検出回路４０は、前記した構成に限定されない。また、１つの回路モジュール４，５４Ａ，５４Ｂ，６４の中でいずれのモータＭ１〜Ｍ４に通電した場合でも必ず電流が流れる部分に設けられていれば良く、バッテリ１０から各直列回路１１〜１４に分岐するまでの間に電流検出回路４０を配置しても良い。さらに、１つの回路モジュール４，５４Ａ，５４Ｂ，６４に電流検出回路を複数設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置及びモータ制御装置のブロック図である。
【図２】２つのモータから選択された一方のモータのみを正転させるときの電流の流れを模式的に示した図である。
【図３】２つのモータから選択された他方のモータのみを正転させるときの電流の流れを模式的に示した図である。
【図４】２つのモータから選択された一方のモータのみを逆転させるときの電流の流れを模式的に示した図である。
【図５】２つのモータから選択された他方のモータのみを逆転させるときの電流の流れを模式的に示した図である。
【図６】回路モジュールを２つ備え、２組のモータから１つずつのモータを回転制御する構成を示す図である。
【図７】１つの回路モジュールで３つのモータから選択された１つのモータを回転駆動させる構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
２，５２，６２      モータ制御装置
３，５３，６３      ＣＰＵ
４，５４Ａ，５４Ｂ，６４      回路モジュール
１０      バッテリ（電源）
１６，１７，１８，１９      配線
４０      電流検出回路
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４      モータ
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ４１，Ｓ４２      スイッチング素子
【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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【図６】
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【図７】
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