(57)【要約】【課題】モータ温度が所定温度に達しても直ちにモータを停止させることなく、インバータ回路を構成するスイッチング素子の使用可能な温度限界に達するまでモータを動作させることができるモータ駆動装置をコスト安価に提供する。【解決手段】保護回路４０は、インバータ回路３０を構成するＦＥＴ１〜６の温度上昇を感知するサーミスタ５８と、サーミスタ５８が検出したＦＥＴ１〜６の検出温度を基準温度と比較して前記検出温度が前記基準温度以上であるか否かを検知する温度判別部５０ａ、５０ｂとを備え、前記基準温度がＴ１〜Ｔｎのｎ段階（但し、ｎは２以上の整数で、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜‥‥＜Ｔｎ）に設定され、ロジック回路７０は、前記検出温度が所定基準温度Ｔｉ（但し、ｉは１以上ｎ−１以下の整数）以上の時には直流モータ２０に供給される駆動電流を前記所定基準温度Ｔｉに対応させて段階的に減少させる。【選択図】    図１
2007228704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子から構成されるインバータ回路と、
前記スイッチング素子へＰＷＭ信号を出力して前記直流モータに供給される駆動電流を制御する制御部と、
温度によって電気抵抗値が変化する感温抵抗素子と、
前記感温抵抗素子が検出した前記スイッチング素子の検出温度を基準温度と比較し、前記検出温度が前記基準温度以上であるか否かを検知する温度判別部とを備え、
前記基準温度がＴ１（℃）〜Ｔｎ（℃）のｎ段階（但し、ｎは２以上の整数で、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜‥‥＜Ｔｎ）に設定され、
前記制御部は、前記検出温度が所定基準温度Ｔ１に達するまでは前記直流モータに規定の駆動電流値を流し、前記検出温度が所定基準温度Ｔｉ（但し、ｉは１以上ｎ−１以下の整数）以上の時は前記直流モータに供給される駆動電流を前記所定基準温度Ｔｉに対応させて段階的に減少させ、前記検出温度が所定基準温度Ｔｎ以上の時は前記直流モータを停止させることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ回路と前記感温抵抗素子とが同じ配線基板に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記感温抵抗素子が、前記直流モータのモールド成形されたハウジング内部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記直流モータが、ブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路を有するモータの駆動装置に関するものであって、特に、インバータ回路のスイッチング素子を保護するための保護回路を備えたモータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動装置としては、複数のスイッチング素子から構成されるインバータ回路とこのインバータ回路の各スイッチング素子へＰＷＭ信号を出力してＰＷＭ制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このようなモータ駆動装置には、モータのロックや過負荷などによりモータ温度が上昇してモータの巻線が損傷したりインバータ回路のスイッチング素子を熱破壊から保護するために保護回路が設けられている。
【０００４】
図３は、従来の三相のブラシレスＤＣモータ（以下、モータという）１００を駆動させるためのインバータ回路１０２と保護回路１０４とを示す回路図である。インバータ回路１０２は、６個のＦＥＴ１１〜ＦＥＴ１６をフルブリッジ接続されたものであって、モータ１００の三相の固定子巻線１０６ｕ、１０６ｖ、１０６ｗに駆動電流を流すものである。
【０００５】
保護回路１０４は、サーミスタ１０８、抵抗Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣから構成され、インバータ回路１０２のＦＥＴ１２、１４、１６のソース端子が接続された入力端子１１０にサーミスタ１０８の一端と抵抗Ｒ２の一端が並列に接続されている。抵抗Ｒ２の他端にはアース端子が接続されており、サーミスタ１０８の他端にはコンデンサＣを介してアース端子が接続されるとともに抵抗Ｒ１を介して直流電源＋Ｖｄが接続されている。また、コンパレータ１１４の一方信号入力端子には、サーミスタ１０８、抵抗１２１及びコンデンサＣが接続され、他方信号入力端子には、基準電位＋Ｖｒｅｆの基準電源１２０が接続されている。
【０００６】
このような保護回路１０４では、モータ１００の温度が上昇するとサーミスタ１０８の抵抗値が大きくなることでサーミスタ１０８の端子間電圧が増大し、これがコンパレータ１１４に接続されている基準電位Ｖｒｅｆを越えると、コンパレータ１１４から制御部（モータドライブＩＣ）へ電流制限信号が出力される。制御部は、この電流制限信号が入力されると、モータ１００の回転を停止させることで、モータ１００の温度が過度に上昇する事態を防止してスイッチング素子の熱破壊を防止するようにしている。
【０００７】
しかしながら、上記構成の保護回路１０４では、スイッチング素子が熱破壊することのないセイフティーマージンを設けた所定温度にモータ温度が達した時点で直ちにモータ１００を停止させなけれならず、スイッチング素子の使用可能な温度限界まで使用することができない問題がある。
【特許文献１】特開２００３−１５８８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、所定温度に達しても直ちにモータを停止させることなく、スイッチング素子の使用可能な温度限界に達するまでモータを動作させることができるモータ駆動装置をコスト安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモータ駆動装置は、スイッチング素子から構成されるインバータ回路と、前記スイッチング素子へＰＷＭ信号を出力して前記直流モータに供給される駆動電流を制御する制御部と、温度によって電気抵抗値が変化する感温抵抗素子と、前記感温抵抗素子が検出した前記スイッチング素子の検出温度を基準温度と比較し、前記検出温度が前記基準温度以上であるか否かを検知する温度判別部とを備え、前記基準温度がＴ１（℃）〜Ｔｎ（℃）のｎ段階（但し、ｎは２以上の整数で、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜‥‥＜Ｔｎ）に設定され、前記制御部は、前記検出温度が所定基準温度Ｔ１に達するまでは前記直流モータに規定の駆動電流値を流し、前記検出温度が所定基準温度Ｔｉ（但し、ｉは１以上ｎ−１以下の整数）以上の時は前記直流モータに供給される駆動電流を前記所定基準温度Ｔｉに対応させて段階的に減少させ、前記検出温度が所定基準温度Ｔｎ以上の時は前記直流モータを停止させることを特徴とする。
【００１０】
本発明のモータ駆動装置では、スイッチング素子の温度に応じてモータ駆動電流を段階的に減少させることができるため、所定温度に達しても直ちにモータを停止させることなく、スイッチング素子の使用可能な温度限界に達するまでモータを動作させることができる。
【００１１】
本発明のモータ駆動装置において、前記感温抵抗素子は、前記インバータ回路と同じ配線基板に配置されてもよく、また、ハウジング内部に設けられてもよい。このように感温抵抗素子を設けることで、インバータ回路の各スイッチング素子の温度を確実に検出することができる。
【００１２】
また、本発明のモータ駆動装置において、前記直流モータは、ブラシレスＤＣモータであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数段階に設けられた各基準温度に対応させてモータの駆動電流を制限するといった簡便な構成により、所定温度に達しても直ちにモータを停止させることなく、スイッチング素子の使用可能な温度限界に達するまでモータを動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の１実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施形態に係るモータ駆動装置１０のインバータ回路３０と保護回路４０の回路図であり、図２はモータ駆動装置１０のブロック図、図３はモータ温度Ｔｍに対するモータ停止信号が出力することのないモータ駆動電流値（電流制限値）の関係を示したグラフである。
【００１６】
このモータ駆動装置１０によって駆動されるモータ２０は、３相のブラシレスＤＣモータであって、モールド成形によりハウジングが成形されたモールドモータである。また、Ｙ結線されたコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗを有する固定子と、一対の磁極を有する回転子と、回転子の回転速度を検出するためのホール素子２４を備えている。
【００１７】
モータ駆動装置１０は、コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに３相の駆動電流をそれぞれ供給するインバータ回路３０と、モータ２０の温度を検出して過度の温度上昇からモータを防止する保護回路４０と、モータを駆動制御する制御部であってカスタム化されたワンチップのＩＣからなりＰＷＭ回路７２、論理回路７４、速度検出部７６及び主制御部７８よりなるロジック回路７０から構成されている。
【００１８】
インバータ回路３０は、６個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６より構成され、上段にはＦＥＴ１、３、５が配され、下段にはＦＥＴ２、４、６が配されている。具体的には、ＦＥＴ１のソース端子にＦＥＴ２のドレイン端子が接続され、ＦＥＴ３のソース端子にＦＥＴ４のドレイン端子が接続され、ＦＥＴ５のソース端子にＦＥＴ６のドレイン端子が接続されている。また、ＦＥＴ１，３，５のドレイン端子はモータ電源＋Ｖｍに接続され、ＦＥＴ２，４，６のソース端子は保護回路４０の入力端子４２に接続されており、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート端子は、ＰＷＭ回路７２と接続されている。
【００１９】
保護回路４０は、電流検出回路４０ａ、基準電圧回路４０ｂ、及び電流検出回路４０ａと基準電圧回路４０ｂとが接続されたコンパレータ４４から構成され、コンパレータ４４の出力が保護回路４０の出力端子４９に接続されている。
【００２０】
電流検出回路４０ａは抵抗４５、４６及びコンデンサＣより構成され、抵抗４５と抵抗４６のそれぞれの一端が入力端子４２と接続されている。抵抗４５の他端はアース端子と接続され、抵抗４６の他端はコンデンサＣを介してアース端子と接続されると共にコンパレータ４４の一方入力端子と接続されている。
【００２１】
基準電圧回路４０ｂは、コンパレータ４４の他方入力端子に接続された抵抗４７、４８、及び２段の温度判別回路５０ａ、５０ｂより構成されており、抵抗４７の一端に接続された直流電源＋Ｖｄと温度判別回路５０ａ、５０ｂからの信号との加算回路を形成している。詳細には、コンパレータ４４の他方入力端子には、抵抗４７を介して直流電源＋Ｖｄと抵抗４８を介してアース端子がそれぞれ接続されると共に、２段に設けられた温度判別回路５０ａ、５０ｂが接続されている。
【００２２】
温度判別回路５０ａは、コンパレータ４４の入力端子に抵抗５２ａを介してコンパレータ５１ａの出力を接続したものであり、コンパレータ５１ａの一方入力端子に抵抗５３ａ〜５５ａのそれぞれの一端が接続され、抵抗５３ａの他端に直流電源＋Ｖｄ、抵抗５４ａの他端にアース端子、抵抗５５ａの他端にコンパレータ５１ａの出力がそれぞれ接続されることで、コンパレータ５１ａへ基準電圧Ｖｒｅｆ−ａが入力されるヒステリシス・コンパレータをなしている。
【００２３】
温度判別回路５０ｂも温度判別回路５０ａと同様に、コンパレータ４４の入力端子に抵抗５２ｂを介してコンパレータ５１ａの出力が接続され、コンパレータ５１ｂの一方入力端子に抵抗５３ｂ〜５５ｂが接続され基準電圧Ｖｒｅｆ−ｂ（Ｖｒｅｆ−ｂ＞Ｖｒｅｆ−ａ）が入力されるヒステリシス・コンパレータをなしている。
【００２４】
また、各温度判別回路５０ａ、５０ｂのコンパレータ５１ａ、５１ｂのそれぞれの他方入力端子には、抵抗５６と正温度係数を有するサーミスタ５８が接続され、抵抗５６の他端は直流電源＋Ｖｄと接続され、サーミスタ５８の他端はアース端子と接続されている。
【００２５】
なお、サーミスタ５８は、６個のＦＥＴ１〜６を配線した配線基板の裏側に取り付けられ、該配線基板が、モータ２０のハウジングに埋設され、あるいはハウジング表面に固定されることで、ＦＥＴ１〜６の温度をモータ温度Ｔｍ（℃）として検知することができる。
【００２６】
このようなモータ駆動装置１０は、外部から速度指令信号Ｓの入力を受けた主制御部７８が、論理回路７４を介してＰＷＭ回路７２よりその速度指令信号Ｓに応じた回転速度のＰＷＭ信号をインバータ回路３０の各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート端子に出力することで、ＦＥＴ１とＦＥＴ２、ＦＥＴ３とＦＥＴ４、ＦＥＴ５とＦＥＴ６の各接続点に接続されたコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗへ３相の駆動電流をそれぞれ出力し、モータ２０を回転させるようになっている。
【００２７】
３個のホール素子２４，２４，２４は、その回転するモータ２０の回転子の位置を検出して速度検出回路７６へ位置検出信号Ｋを出力する。
【００２８】
速度検出回路７６では、ホール素子２４からの位置検出信号Ｋに基づいてモータ２０の回転速度と回転子の位置を演算しその結果を主制御部７８へ出力する。
【００２９】
主制御部７８では、速度検出回路７６からの現在の回転速度を、外部から入力された速度指令信号Ｓと比較し、この回転速度が速度指令信号Ｓに応じた回転速度になるように論理回路７４をフィードバック制御することにより、外部から入力された速度指令信号Ｓに対応してモータ２０が回転するようになっている。また、主制御部７８は、保護回路４０の出力端子４９からモータ停止信号が入力されると、モータ２０の回転を停止させるようになっている。
【００３０】
次に、モータ駆動装置１０における保護回路４０の動作について説明する。
【００３１】
電流検出回路４０ａは、入力端子４２よりインバータ回路３０のＦＥＴ２、４、６のソース端子に流れるモータ駆動電流の入力を受け、これを抵抗４５によって電圧Ｖｉｎに変換してコンパレータ４４へ出力する。
【００３２】
基準電圧回路４０ｂは、モータ温度Ｔｍの変化に伴いサーミスタ５８の抵抗値が変化することで、温度判別回路５０ａ、５０ｂから出力される信号を切換え、モータ温度Ｔｍに応じた基準電圧Ｖｒｅｆをコンパレータ４４へ出力する。
【００３３】
詳細には、モータ温度Ｔｍが充分に低い場合、サーミスタ５８の抵抗が小さいため、コンパレータ５１ａ、５１ｂの一方入力端子に入力される電圧Ｖｐｔｃは、それぞれの他方入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ−ａ及びＶｒｅｆ−ｂより小さい値となり、両コンパレータ５１ａ、５１ｂからそれぞれハイレベルの電圧Ｖｏｕｔｍａｘが出力される。そのため、両コンパレータ５１ａ、５１ｂから出力されるハイレベルの電圧Ｖｏｕｔｍａｘと直流電源＋Ｖｄからの電圧とを加算した電圧値が、基準電圧回路４０ｂよりコンパレータ４４へ基準電圧Ｖｒｅｆとして入力されることとなる。
【００３４】
モータ温度Ｔｍが上昇するとサーミスタ５８の抵抗値が上昇するため、サーミスタ両端の電圧値が上昇し温度判別回路５０ａ、５０ｂに入力される電圧Ｖｐｔｃが上昇することとなる。モータ温度Ｔｍが上昇し続け、この電圧ＶｐｔｃがＶｒｅｆ−ａより大きくなる第１の所定基準温度Ｔ１（℃）に達すると、コンパレータ５１ａからローレベルの電圧Ｖｏｕｔｍｉｎが出力され、コンパレータ５１ｂからハイレベルの電圧Ｖｏｕｔｍａｘが出力される。そのため、コンパレータ５１ａ、５１ｂから出力されるローレベルの電圧Ｖｏｕｔｍｉｎとハイレベルの電圧Ｖｏｕｔｍａｘ及び直流電源＋Ｖｄからの電圧とを加算した電圧値が、基準電圧回路４０ｂよりコンパレータ４４へ基準電圧Ｖｒｅｆとして入力されることとなる。
【００３５】
さらにモータ温度Ｔｍが上昇し続け、前記の電圧ＶｐｔｃがＶｒｅｆ−ｂより大きくなる第２の所定基準温度Ｔ２（℃）に達すると、両コンパレータ５１ａ、５１ｂからそれぞれローレベルの電圧Ｖｏｕｔｍｉｎが出力される。そのため、両コンパレータ５１ａ、５１ｂからそれぞれ出力されるローレベルの電圧Ｖｏｕｔｍｉｎと直流電源＋Ｖｄからの電圧とを加算した電圧値が、基準電圧回路４０ｂよりコンパレータ４４へ基準電圧Ｖｒｅｆとして入力されることとなる。
【００３６】
ここで、説明を簡単にするため抵抗４７、４８、５２ａ及び５２ｂの各抵抗値が等しいとすると、上記の各温度状況における基準電圧回路４０ｂよりコンパレータ４４へ入力される基準電圧Ｖｒｅｆは、モータ温度Ｔｍが第１の所定温度Ｔ１に達するまでの温度範囲Ｔ１＞Ｔｍにおいて（Ｖｄ＋２Ｖｏｕｔｍａｘ）／４であり、モータ温度Ｔｍが第１の所定温度に達しかつ第２の所定温度に達するまでの温度範囲Ｔ２＞Ｔｍ≧Ｔ１において（Ｖｄ＋Ｖｏｕｔｍａｘ＋Ｖｏｕｔｍｉｎ）／４であり、モータ温度Ｔｍが第２の所定温度Ｔ２より高い温度範囲Ｔｍ≧Ｔ２において（Ｖｄ＋２Ｖｏｕｔｍｉｎ）／４となる。このようにして、モータ温度Ｔｍの上昇に伴いコンパレータ４４へ入力される基準電圧Ｖｒｅｆを段階的に減少させる。
【００３７】
コンパレータ４４では、電流検出回路４０ａから入力されたモータ駆動電流に対応した電圧Ｖｉと基準電圧回路４０ｂから入力された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆ以上になるとモータ駆動電流が過電流であるとして、モータ停止信号を出力端子４９へ出力する。
【００３８】
そして、モータ停止信号の入力を受けた主制御部７８は、前記したようにモータ２０の回転を停止させることで、インバータ回路３０がそれ以上温度上昇しないように保護する。
【００３９】
以上のようにしてモータ停止信号を出力するコンパレータ４４にモータ温度Ｔｍに対応した２段階の基準電圧を入力することで、サーミスタ５８が検出するモータ温度Ｔｍに対するモータ停止信号が出力することのないモータ駆動電流値（電流制限値）の関係は、図３に示すよう、モータ温度ＴｍがＴ１＞Ｔｍの温度範囲では規定のモータ駆動電流Ｉ１を流し、モータ温度ＴｍがＴ２＞Ｔｍ≧Ｔ１の温度範囲ではモータ駆動電流を規定の駆動電流Ｉ１より小さい電流値Ｉ２に減少させ、モータ温度ＴｍがＴｍ≧Ｔ２の温度範囲ではモータ駆動電流を遮断してモータを停止させ、モータ温度Ｔｍに応じてＦＥＴ１〜６に流れるモータ駆動電流が２段階に減少するようになっている。そのためモータ温度Ｔｍが所定温度に達しても直ちにモータを停止させることがなくなり、ＦＥＴ１〜６の使用可能な温度限界に達するまでモータを動作させることができる。
【００４０】
また、本実施形態のモータ駆動装置１０では、スイッチング素子を異常高温から保護する構成として、インバータ回路３０からモータ２０に駆動電流を供給する電源ラインなどを遮断する構成を採用していないため、大電流を遮断する回路部品を必要とすることなく小型で安価な部品で構成することができ、小型化・低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では基準電圧回路４０ｂに２段の温度判断回路５０ａ、５０ｂを設けたが、本発明はこれに限定するものではなく、より多くの温度判断回路を設けてもよい。すなわち、温度判断回路をｎ段（ｎ：３以上の整数）に設け、各温度判断回路を構成する各コンパレータへ入力される基準電圧を適宜設けることにより、モータ温度Ｔｍに応じてＦＥＴ１〜６に流れるモータ駆動電流をｎ段階に制限することができる。そのため、温度判断回路を多数段に設けることで、過度にモータ駆動電流を制限することを抑え、モータ温度に即したモータ出力を得ることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、温度判断回路をコンパレータにより構成したが、本発明は、これに限定されず、マイコンなどのＡ／Ｄ変換回路であってもよく、かかる場合、多数段の温度判断回路を安価に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係るインバータ回路と保護回路の回路図である。
【図２】本実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。
【図３】モータ温度に対する電流制限値の関係を示したグラフである。
【図４】従来のインバータ回路と保護回路の回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…モータ駆動装置
２０…モータ
３０…インバータ回路
４０…保護回路
４０ａ…電流検出回路
４０ｂ…基準電圧回路
４４…コンパレータ
５０ａ，ｂ…温度判断回路
５１ａ，ｂ…コンパレータ
５８…サーミスタ
７０…ロジック回路
７２…ＰＷＭ回路
７４…論理回路
７６…速度検出部
７８…主制御部
【図１】
2007228704.tif 000003
【図２】
2007228704.tif 000004
【図３】
2007228704.tif 000005
【図４】
2007228704.tif 000006