(57)【要約】【課題】新たな構成を追加せずに、電源オン時の突入電流を抑制し得るモータ制御装置を提供する。【解決手段】セカンドシャットダウン機構６２は、オンになるとパワー部４０とバッテリ８０を電気的に接続する第２ＦＥＴ６６及び第２ＦＥＴ６６のゲートに分圧した電圧を印加する分圧回路を有し、当該分圧回路が分圧した電圧が第２ＦＥＴ６６を飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように当該分圧回路を構成する抵抗６６Ｒ２の定数を設定する。【選択図】図３
2016163467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータのコイルの端子に印加する電圧を生成する駆動回路と、
オンになると前記駆動回路とバッテリとを電気的に接続する電界効果トランジスタ、及び該電界効果トランジスタのゲートに分圧した電圧を印加する分圧回路を有し、該電圧が前記電界効果トランジスタを飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記分圧回路を構成する素子の定数を定めたスイッチ機構と、
前記電界効果トランジスタをオンにするための制御信号を出力すると共に、上位制御装置からの指令信号に基づいて前記駆動回路を制御する制御部と、
を含むモータ制御装置。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタはＰ型であり、
前記分圧回路は、前記電界効果トランジスタのソースに印加された前記バッテリの電圧を分圧して前記電界効果トランジスタのゲートに印加する回路であり、前記ソースと前記ゲートとを接続する第１抵抗と、一端が前記ゲートに接続された第２抵抗と、コレクタが前記第２抵抗の他端に接続されると共にエミッタが接地され、ベースに前記制御信号が入力される制御トランジスタと、を含み、
前記制御信号の入力により前記制御トランジスタがオンになった場合に、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを前記飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記第２抵抗の抵抗値を定めた請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記制御信号を出力後、所定時間以上が経過した場合に、前記制御トランジスタのコレクタとエミッタとの間の電流が増大するように前記制御信号を変化させることにより、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを線形領域で動作させる大きさの電圧になるようにする請求項２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記電界効果トランジスタはＮ型であり、
前記分圧回路は、前記制御信号を前記電界効果トランジスタのゲートに分圧する回路であり、一端が前記制御部に接続され他端が前記ゲートに接続された第１抵抗と、一端が前記ゲートに接続されたコンデンサ及び該コンデンサの他端に接続された素子からなり、該素子の末端が接地された第２抵抗と、を含み、
前記制御信号が入力された場合に、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを前記飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記第１抵抗の抵抗値を定めた請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記コンデンサの容量を、前記制御信号の入力後から前記コンデンサが充電されるまでが所定時間以上となるように設定した請求項４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、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エアコンのブロアモータ等に用いられるブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」と略記）は、ロータの位置に対応した位相の電圧を、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）をスイッチング素子に用いたインバータ回路を含むパワー部に生成させ、生成させた電圧をモータのコイルに印加させている。
【０００３】
パワー部は電源である車載バッテリに直結されているので、車載バッテリと正負が逆に接続された逆接続の場合、又は電源系の回路がショートした場合に備えて、電源とパワー部との間の電気的な接続を遮断するセカンドシャットダウン機構が設けられる場合がある。セカンドシャットダウン機構は、スイッチング素子にリレー又はＦＥＴを用いたスイッチの一種であり、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置であるコントロール部からの指令信号に応じて、電源とパワー部との電気的な接続をオン又はオフにする。
【０００４】
セカンドシャットダウン機構はスイッチの一種であるから、電源とパワー部とを電気的に接続した際に突入電流がパワー部に流れる場合がある。かかる突入電流は、モータ制御装置に係る回路を構成する素子を損傷させ、電子機器に悪影響を及ぼす電磁波の発生要因となり得る。特に、セカンドシャットダウン機構のスイッチング素子にリレーを用いると、当該リレーが突入電流によって損傷するおそれがあるので、セカンドシャットダウン機構に、突入電流の影響を緩和するためのプリチャージ機構が設けられる場合がある。
【０００５】
図８は、セカンドシャットダウン機構とプリチャージ機構との一例を示した概略図である。セカンドシャットダウン機構２６２は、モータ５２を駆動するパワー部４０とバッテリ８０との間に設けられ、バッテリ８０からパワー部４０に供給される電力をオン又はオフにする。プリチャージ機構２６４は、セカンドシャットダウン機構２６２と並列になるようにバッテリ８０とパワー部４０との間に設けられている。
【０００６】
図８に示したプリチャージ機構２６４は抵抗で構成され、セカンドシャットダウン機構２６２がバッテリ８０からパワー部４０に供給される電力をオンにする前に微小電流をパワー部４０に供給する。
【０００７】
プリチャージ機構２６４を介して供給された微小電流により、パワー部４０内では電解コンデンサ４０Ｃが充電される。かかる充電で電解コンデンサ４０Ｃとバッテリ８０の正極であるＢ端子との電位差を小さくすることにより、セカンドシャットダウン機構２６２がオンになった場合の突入電流の影響を低減させる。
【０００８】
特許文献１には、上述のように微小電流を駆動回路のコンデンサに供給して突入電流の影響を抑制する突入防止回路を備えた電動パワーステアリング装置の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−１７２４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、プリチャージ機構を含む突入防止回路を追加することにより、モータ制御装置全体の製造コストが嵩むという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、新たな構成を追加せずに、電源オン時の突入電流を抑制し得るモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、請求項１記載のモータ制御装置は、モータのコイルの端子に印加する電圧を生成する駆動回路と、オンになると前記駆動回路とバッテリとを電気的に接続する電界効果トランジスタ、及び該電界効果トランジスタのゲートに分圧した電圧を印加する分圧回路を有し、該電圧が前記電界効果トランジスタを飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記分圧回路を構成する素子の定数を定めたスイッチ機構と、
前記電界効果トランジスタをオンにするための制御信号を出力すると共に、上位制御装置からの指令信号に基づいて前記駆動回路を制御する制御部と、を含んでいる。
【００１３】
このモータ制御装置によれば、スイッチング素子である電界効果トランジスタのゲートに印加される電圧を、当該電界効果トランジスタが飽和領域で動作する電圧にしている。飽和領域はオン抵抗が大きな領域なので、バッテリから駆動回路へ急激に通電されることを防止し、その結果、突入電流の発生が抑制される。
【００１４】
当該電界効果トランジスタのゲートには分圧回路が接続されており、当該分圧回路から印加された電圧によって、当該電界効果トランジスタはオンになる。当該分圧回路が当該電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、当該電界効果トランジスタを飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように、当該分圧回路を構成する素子の定数を定めることにより、新たな構成を追加せずに、電源オン時の突入電流を抑制し得る。
【００１５】
請求項２記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記電界効果トランジスタはＰ型であり、前記分圧回路は、前記電界効果トランジスタのソースに印加された前記バッテリの電圧を分圧して前記電界効果トランジスタのゲートに印加する回路であり、前記ソースと前記ゲートとを接続する第１抵抗と、一端が前記ゲートに接続された第２抵抗と、コレクタが前記第２抵抗の他端に接続されると共にエミッタが接地され、ベースに前記制御信号が入力される制御トランジスタと、を含み、前記制御信号の入力により前記制御トランジスタがオンになった場合に、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを前記飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記第２抵抗の抵抗値を定めている。
【００１６】
このモータ制御装置によれば、分圧回路が電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、当該電界効果トランジスタを飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように第２抵抗の抵抗値を定めることにより、新たな構成を追加せずに、電源オン時の突入電流を抑制し得る。
【００１７】
請求項３記載のモータ制御装置は、請求項２記載のモータ制御装置において、前記制御部は、前記制御信号を出力後、所定時間以上が経過した場合に、前記制御トランジスタのコレクタとエミッタとの間の電流が増大するように前記制御信号を変化させることにより、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを線形領域で動作させる大きさの電圧になるようにする。
【００１８】
このモータ制御装置によれば、制御トランジスタのベースに入力する制御信号を変更して当該制御トランジスタのコレクタとエミッタとの間の電流を増大させることにより、分圧回路の第２抵抗及び制御トランジスタで構成された合成抵抗の抵抗値を低下させる。その結果、飽和領域で動作する電界効果トランジスタを、線形領域で動作させることができる程度まで、分圧回路が第２スイッチング素子のゲートに印加する電圧を低下させる。スイッチング素子である電界効果トランジスタを、オン抵抗が少ない線形領域で動作させることにより、バッテリの電力を駆動回路に供給することができる。
【００１９】
請求項４記載のモータ制御装置は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記電界効果トランジスタはＮ型であり、前記分圧回路は、前記制御信号を前記電界効果トランジスタのゲートに分圧する回路であり、一端が前記制御部に接続され他端が前記ゲートに接続された第１抵抗と、一端が前記ゲートに接続されたコンデンサ及び該コンデンサの他端に接続された素子からなり、該素子の末端が接地された第２抵抗と、を含み、前記制御信号が入力された場合に、前記分圧回路が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、前記電界効果トランジスタを前記飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように前記第１抵抗の抵抗値を定めている。
【００２０】
このモータ制御装置によれば、分圧回路が電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧が、当該電界効果トランジスタを飽和領域で動作させる大きさの電圧になるように第１抵抗の抵抗値を定めることにより、新たな構成を追加せずに、電源オン時の突入電流を抑制し得る。
【００２１】
請求項５記載のモータ制御装置は、請求項４記載のモータ制御装置において、前記コンデンサの容量を、前記制御信号の入力後から前記コンデンサが充電されるまでが所定時間以上となるように設定している。
【００２２】
このモータ制御装置によれば、分圧回路を構成するコンデンサが充電されるまで、当該分圧回路は制御信号の電圧を、電界効果トランジスタが飽和領域で動作する電圧に分圧する。当該コンデンサの容量を、制御信号の入力後から当該コンデンサが充電されるまでの時間が、当該制御信号の入力後からスイッチ機構の後段の素子とバッテリ正極との電位差が解消され得るまでの所定時間以上となるように定めることにより、後段の素子とバッテリ正極との電位差が解消され得るまで電界効果トランジスタを飽和領域で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置を用いたモータユニットの構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置の概略を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構の一例を示した概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構の動作順序の概略を示した図である。
【図５】ＦＥＴのゲートとソースとの電位差であるゲートソース電圧に対するＦＥＴのオン抵抗の態様の一例を示したグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構の一例を示した概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構の動作順序の概略を示した図である。
【図８】セカンドシャットダウン機構とプリチャージ機構との一例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ制御装置２０を用いたモータユニット１０の構成を示した概略図である。図１の本実施の形態に係るモータユニット１０は、一例として車両用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。
【００２５】
本実施の形態に係るモータユニット１０は、ステータ１４の外側にロータ１２が設けられた、アウターロータ構造の三相モータに係るものである。ステータ１４はコア部材に導線が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ制御装置２０の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。
【００２６】
ロータ１２の内側（図示せず）にはロータマグネットが設けられており、ロータマグネットは、ステータ１４で生じた回転磁界に対応することにより、ロータ１２を回転させる。ロータ１２にはシャフト１６が設けられており、ロータ１２と一体になって回転する。図１には示していないが、本実施の形態ではシャフト１６には、いわゆるシロッコファン等の多翼ファンが設けられ、当該多翼ファンがシャフト１６と共に回転することにより、車両用エアコンにおける送風が可能となる。
【００２７】
ステータ１４は、上ケース１８を介して、モータ制御装置２０に取り付けられる。モータ制御装置２０は、モータ制御装置２０の基板２２と、基板２２上の素子から生じる熱を放散するヒートシンク２４とを備えている。ロータ１２、ステータ１４及びモータ制御装置２０を含んで構成されるモータユニット１０には、下ケース６０が取り付けられる。
【００２８】
図２は、本実施の形態に係るモータ制御装置２０の概略を示した図である。図２に示したモータ制御装置２０は、モータ５２のステータ１４のＵ相コイル１４Ｕ、Ｖ相コイル１４Ｖ、Ｗ相コイル１４Ｗの各々の端子に印加する電圧を生成するインバータ回路４４を備えるパワー部４０と、パワー部４０を制御するコントロール部３２とを含んでいる。
【００２９】
パワー部４０のインバータ回路４４は、スイッチング素子であるＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆで構成されている。パワー部４０は、コントロール部３２から出力された指令デューティ比に基づいてＦＥＴ４４Ａ〜４４Ｆをオンオフすることにより、バッテリ８０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５２に供給する。例えば、ＦＥＴ４４Ａ、４４ＤはＵ相コイル１４Ｕに、ＦＥＴ４４Ｂ、４４ＥはＶ相コイル１４Ｖに、ＦＥＴ４４Ｃ、４４ＦはＷ相コイル１４Ｗに、各々供給する電力のスイッチングを行う。
【００３０】
ＦＥＴ４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの各々のドレインは、セカンドシャットダウン機構６２及びノイズ除去用のコイル４６を介して車載のバッテリ８０の正極に接続されている。また、ＦＥＴ４４Ｄ、４４Ｅ、４４Ｆの各々のソースは、逆接防止ＦＥＴ４８を介してバッテリ８０の負極に接続されている。
【００３１】
本実施の形態では、電源であるバッテリ８０とパワー部４０との間に逆接防止ＦＥＴ４８及びノイズ防止用のコイル４６が設けられている。逆接防止ＦＥＴ４８は、バッテリ８０の正極と負極が図２に示した場合とは逆に接続された場合に、モータ制御装置２０を構成する素子を保護するための回路である。逆接防止ＦＥＴ４８は、一例として、自身のソースとゲートとを接続した、いわゆるダイオード接続されたＦＥＴ等で構成される。コイル４６は、パワー部４０のスイッチングによって発生するノイズを抑制するための素子である。
【００３２】
本実施の形態に係るモータ制御装置２０のパワー部４０には、インバータ回路４４と並列してバッテリ８０に接続された電解コンデンサ４０Ｃが設けられている。電解コンデンサ４０Ｃは、バッテリ８０から供給される電力の電圧を平滑化するために用いられる。また、電解コンデンサ４０Ｃは、セカンドシャットダウン機構６２がオンになった際の突入電流の影響を抑制するために、セカンドシャットダウン機構６２が完全にオンになる前に充電され、バッテリ８０の正極との電位差を緩和するためにも用いられる。
【００３３】
本実施の形態では、シャフト１６と同軸に設けられたロータマグネット１２Ａ又はセンサマグネットの磁界をロータ１２の回転位置を示す磁界としてホール素子１２Ｂが検出する。コントロール部３２は、ホール素子１２Ｂにより検出された磁界に基づいてロータ１２の回転速度及び位置（回転位置）を検出し、ロータ１２の回転速度及び回転位置に応じてインバータ回路４４のスイッチングの制御を行う。
【００３４】
コントロール部３２は、マイクロコンピュータを含んだ制御回路で、エアコンのスイッチ操作に対応してエアコンを制御するエアコンＥＣＵ８２から、ロータ１２の回転速度に係る速度指令値を含む指令信号が入力される。また、コントロール部３２には、サーミスタ５４Ａと抵抗５４Ｂとで構成された分圧回路５４と、インバータ回路４４とバッテリ８０の負極との間に設けられた電流検出部５６とが接続されている。
【００３５】
分圧回路５４を構成するサーミスタ５４Ａは、回路の基板２２の温度に応じて抵抗値が変化するので、分圧回路５４が出力する信号の電圧は基板２２の温度に応じて変化する。コントロール部３２は、分圧回路５４から出力される信号の電圧の変化に基づいて、基板２２の温度を算出する。
【００３６】
電流検出部５６は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗５６Ａと、シャント抵抗５６Ａの両端の電位差を増幅してシャント抵抗５６Ａの電流に比例する電圧値を信号として出力するアンプ５６Ｂとを含み、アンプ５６Ｂが出力した信号は、コントロール部３２に入力される。コントロール部３２は、アンプ５６Ｂが出力した信号に基づいて、インバータ回路４４の電流を算出する。
【００３７】
本実施の形態では、サーミスタ５４Ａを含む分圧回路５４からの信号、電流検出部５６が出力した信号、及びホール素子１２Ｂが出力した信号は、コントロール部３２に入力される。コントロール部３２は、各々入力された信号に基づいて基板２２の素子の温度、インバータ回路４４の電流、及びロータ１２の回転速度等を算出する。また、コントロール部３２には、バッテリ８０の電圧を計測するための電圧センサ５８が接続されている。
【００３８】
コントロール部３２は、例えば、電圧センサ５８が検知したバッテリ８０の電圧値又は電流検出部５６が検知した電流値が、所定の範囲外の場合に、バッテリ８０の逆接続又は回路のショートとみなし、セカンドシャットダウン機構６２をオフにしてパワー部４０への通電を停止する。
【００３９】
図３は、本実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構６２の一例を示した概略図である。図３に示したセカンドシャットダウン機構６２は、共にＰ型ＦＥＴである第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６を有し、さらに制御トランジスタ６８を備えている。
【００４０】
第１ＦＥＴ６４は、ドレインにバッテリ８０の正極が接続され、ゲートが抵抗６４Ｒを介して接地されている。また、第１ＦＥＴ６４は、ソースがコンデンサ６４Ｃを介してゲートに接続されている。さらに、第１ＦＥＴ６４のゲートとソースとの間には回路保護用のツェナーダイオード６４Ｄが、コンデンサ６４Ｃと並列に接続されている。
【００４１】
また、第１ＦＥＴ６４のソースには、第２ＦＥＴ６６のソースが接続されている。また、第２ＦＥＴ６６は、ソースが抵抗６６Ｒ１を介してゲートに接続されている。さらに、第２ＦＥＴ６６のゲートとソースとの間には回路保護用のツェナーダイオード６６Ｄが、抵抗６６Ｒ１と並列に接続されている。
【００４２】
第２ＦＥＴ６６のドレインはパワー部４０に接続され、第２ＦＥＴ６６のゲートは抵抗６６Ｒ２を介して制御トランジスタ６８のコレクタに接続されている。
【００４３】
制御トランジスタ６８のエミッタは接地され、制御トランジスタ６８のベースにはコントロール部３２が接続されている。制御トランジスタ６８は、コントロール部３２から制御信号が入力されることによりオンになる。
【００４４】
コントロール部３２は、ダイオード３２Ｄ等の素子を介して供給される電力によって動作し、エアコンＥＣＵ８２から車両用エアコンをオンにする指令信号が入力されると、前述の制御信号を出力して、セカンドシャットダウン機構６２をオンにする。また、コントロール部３２は、エアコンＥＣＵ８２からの指令信号に基づいてパワー部４０を制御する。
【００４５】
図４は、本実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構６２の動作順序の概略を示した図である。図４に示したセカンドシャットダウン機構６２は、イグニッションスイッチがオンになると、図４の（１）で示したように、第１ＦＥＴ６４のドレインに、バッテリ８０の電力が通電される。
【００４６】
図４の（１）で示した通電がなされると、図４の（２）のように、第１ＦＥＴ６４の寄生ダイオード６４Ｐを介してバッテリ８０の電力が第１ＦＥＴ６４のソース側に達し、第１ＦＥＴ６４のソースとゲートとに電位差が生じ、その結果、第１ＦＥＴ６４がオンになる。図４の（２）に示した電流は、一部がコンデンサ６４Ｃを介して第１ＦＥＴ６４のゲートに達するが、コンデンサ６４Ｃ及び抵抗６４Ｒは一種の分圧回路を構成している。
【００４７】
分圧回路では、下記の式（１）の関係が成立する。
2016163467.tif 000003
【００４８】
第１ＦＥＴ６４のソースからコンデンサ６４Ｃに印加される電圧をＶｉｎ、第１ＦＥＴ６４のゲートに印加される電圧をＶｏｕｔ、コンデンサ６４Ｃの抵抗値をＲ１、抵抗６４Ｒの抵抗値をＲ２とする。上記式（１）によれば、第１ＦＥＴ６４のゲートに印加される電圧Ｖｏｕｔは、第１ＦＥＴ６４のソースの電圧Ｖｉｎよりも低くなる。
【００４９】
従って、第１ＦＥＴ６４のゲートとソースとに電位差が生じ、第１ＦＥＴ６４はオンになる。また、コンデンサ６４Ｃが完全に充電されると、第１ＦＥＴ６４のソースからコンデンサ６４Ｃを介して電流が流れなくなるので、第１ＦＥＴ６４のゲートとソースとの電位差は拡大し、第１ＦＥＴ６４はオンの状態を維持する。
【００５０】
第１ＦＥＴ６４がオンになったことで、バッテリ８０の電力は、図４の（３）に示したように、第２ＦＥＴ６６のソースに達する。図４の（４）に示したように、コントロール部３２から制御信号が出力されて制御トランジスタ６８がオンになると、第２ＦＥＴ６６のソースに供給された電力の一部は、図４の（５Ｂ）に示したように、抵抗６６Ｒ１、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８を介して接地領域に流れ、一部は図４の（５Ａ）に示したように、第２ＦＥＴ６６のゲートに供給される。
【００５１】
図４において、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８は合成抵抗としても機能し、抵抗６６Ｒ１と、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗と、は一種の分圧回路を構成している。第２ＦＥＴ６６のソースに印加された電圧は、抵抗６６Ｒ１と、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗と、の各々の抵抗値に応じて、図４の（５Ａ）及び（５Ｂ）のように分圧される。
【００５２】
上記式（１）において、第２ＦＥＴ６６のソースから抵抗６６Ｒ１に印加される電圧をＶｉｎ、第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧をＶｏｕｔ、抵抗６６Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗の抵抗値をＲ２とする。上記式（１）によれば、第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧Ｖｏｕｔは、第２ＦＥＴ６６のソースの電圧Ｖｉｎよりも低くなる。
【００５３】
その結果、第２ＦＥＴ６６のソースとゲートとに電位差が生じるので、図４の（６）で示したように、第２ＦＥＴ６６がオンになり、パワー部４０へバッテリ８０の電力が供給される。
【００５４】
セカンドシャットダウン機構６２の動作順序は上記の通りであるが、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６が急激にオンになると、突入電流が発生するおそれがある。図４に示したセカンドシャットダウン機構６２では、ＦＥＴの動作特性を利用して、各スイッチング素子を徐々にオンにして突入電流の発生を抑制する。また、図４に示したセカンドシャットダウン機構６２では、各スイッチング素子を徐々にオンにすることで電解コンデンサ４０Ｃを充電し、バッテリ８０の正極と電解コンデンサ４０Ｃとの電位差が解消したタイミングで各スイッチング素子が完全にオンになるようにする。
【００５５】
図５は、ＦＥＴのゲートとソースとの電位差であるゲートソース電圧に対するＦＥＴのオン抵抗の態様の一例を示したグラフである。図５において、遮断領域７０は、ゲートソース電圧が閾値電圧未満で、ＦＥＴがオフになっている状態の領域である。ゲートソース電圧をＶｇｓ、閾値電圧をＶｔとすると、Ｖｇｓ＜Ｖｔの関係が成立する。
【００５６】
飽和領域７２では、ドレインソース間の電圧をＶｄｓとすると、Ｖｄｓ＞Ｖｇｓ−Ｖｔの関係が成立する。飽和領域７２は、ＦＥＴがオフからオンに遷移する過渡的な状態の領域で、ゲートソース電圧の変化に従ってＦＥＴオン抵抗の抵抗値が変化する。図５では、ゲートソース電圧が上がるに従ってＦＥＴオン抵抗の値が減少している。
【００５７】
線形領域７４は、ＦＥＴが完全にオンになった状態で、ゲートソース電圧が変化してもＦＥＴオン抵抗の値は大きく変化しない。Ｖｄｓ＜Ｖｇｓ−Ｖｔの関係が成立する。
【００５８】
本実施の形態では、コンデンサ６４Ｃ、抵抗６４Ｒ及び抵抗６６Ｒ２の定数を、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６が迅速にオンになる通常の回路よりも大きくすることにより、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６を飽和領域７２で動作を開始させる。
【００５９】
コンデンサ６４Ｃの定数、すなわち容量を通常の回路よりも大きくすることにより、より長く第１ＦＥＴ６４のソースから第１ＦＥＴのゲートに電流を流すことができる。また、抵抗６４Ｒの定数、すなわち抵抗値を大きくすることにより、コンデンサ６４Ｃと抵抗６４Ｒとで構成された分圧回路が第１ＦＥＴ６４のゲートに印加する電圧を高くして、第１ＦＥＴ６４のゲートとソースの電位差を抑制することができる。
【００６０】
上記式（１）において、第１ＦＥＴ６４のソースからコンデンサ６４Ｃに印加される電圧をＶｉｎ、第１ＦＥＴ６４のゲートに印加される電圧をＶｏｕｔ、コンデンサ６４Ｃの抵抗値をＲ１、抵抗６４Ｒの抵抗値をＲ２とすると、抵抗６４Ｒの抵抗値Ｒ２を大きくすることにより、第１ＦＥＴ６４のゲートに印加される電圧Ｖｏｕｔが高電圧になる。
【００６１】
その結果、容量を拡大したコンデンサ６４Ｃが完全に充電されるまで第１ＦＥＴ６４を飽和領域７２で動作させることが可能となり、第１ＦＥＴ６４がオンになったことで生じる突入電流を緩和できる。コンデンサ６４Ｃが充電された後は、前述のように第１ＦＥＴ６４のゲートとソースの電位差は拡大し、第１ＦＥＴ６４は線形領域７４でオンの状態を維持する。
【００６２】
コントロール部３２から制御信号が出力されると、制御トランジスタ６８がオンになり、第２ＦＥＴ６６がオンになる。抵抗６６Ｒ２の定数、すなわち抵抗値を大きくすることにより、抵抗６６Ｒ１と、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗と、で構成された分圧回路が第２ＦＥＴ６６のゲートに印加する電圧を高くして、第２ＦＥＴ６６のゲートとソースの電位差を抑制することができる。
【００６３】
上記式（１）において、第２ＦＥＴ６６のソースから抵抗６６Ｒ１に印加される電圧をＶｉｎ、第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧をＶｏｕｔ、抵抗６６Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗の抵抗値をＲ２とすると、抵抗６６Ｒ２の抵抗値を大きくすることにより、抵抗値Ｒ２が大きくなり、第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧Ｖｏｕｔが高電圧になる。
【００６４】
その結果、第２ＦＥＴ６６を飽和領域７２で動作を開始させることが可能となり、第２ＦＥＴ６６がオンになったことよって生じる突入電流を緩和できる。さらに、第２ＦＥＴ６６を飽和領域７２で動作させることにより、電解コンデンサ４０Ｃに微小電流を供給して、電解コンデンサ４０Ｃとバッテリ８０の正極との電位差を緩和することにより、突入電流が発生した場合でも、その影響を抑制することができる。
【００６５】
なお、第２ＦＥＴ６６は、飽和領域７２で動作を開始するが、制御トランジスタ６８のコレクタとエミッタの間を流れる電流を変化させることで、第２ＦＥＴ６６の動作を飽和領域７２から線形領域７４に切り換えることができる。
【００６６】
制御トランジスタ６８はＮＰＮ型バイポーラトランジスタなので、ベースに入力される制御信号の電流値に応じて、コレクタエミッタ間の電流値が変化する。例えば、第２ＦＥＴ６６が飽和領域７２で動作している場合に、制御トランジスタ６８のベースに入力する制御信号の電流値を大きくすれば、制御トランジスタ６８のコレクタエミッタ間にはより多くの電流が流れ、結果的に制御トランジスタ６８のコレクタエミッタ間の抵抗が減少する。制御トランジスタ６８のベースに入力する制御信号の電流を大きくするには、例えば、バイポーラトランジスタ等の素子を用いた既知の増幅回路（図示せず）を用いる。
【００６７】
第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧を出力する分圧回路は、抵抗６６Ｒ１と、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗とで構成されているので、制御トランジスタ６８のコレクタエミッタ間の抵抗が減少すれば、抵抗６６Ｒ２及び制御トランジスタ６８の合成抵抗の抵抗も減少する。その結果、第２ＦＥＴ６６のゲートに印加される電圧は低下し、第２ＦＥＴ６６のゲートとソースとの電位差は拡大する。
【００６８】
第２ＦＥＴ６６のゲートとソースとの間の電位差が、第２ＦＥＴ６６を線形領域７４で動作させることが可能な程度まで拡大すれば、第２ＦＥＴ６６は完全にオンとなり、パワー部４０にバッテリ８０の電力を供給できるようになる。制御信号を増幅するタイミングは、制御信号を出力してから所定時間の経過時以降である。当該所定時間は、制御信号出力時から、飽和領域７２で動作する第２ＦＥＴ６６を介して供給される微小電流によって電解コンデンサ４０Ｃが充電され、電解コンデンサ４０Ｃとバッテリ８０の正極との電位差が解消し得るまでの時間である。
【００６９】
電解コンデンサ４０Ｃ、抵抗６４Ｒ、抵抗６６Ｒ１、抵抗６６Ｒ２、制御トランジスタ６８の各々の定数、及び制御トランジスタ６８のベースに入力する制御信号の電流値、並びに所定時間は、計算及び実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。なお、抵抗６６Ｒ１及び制御トランジスタ６８の仕様が規定であれば、抵抗６６Ｒ２の定数を最適化することで、第２ＦＥＴ６６を飽和領域７２で動作を開始させることができる。
【００７０】
本実施の形態では、第１ＦＥＴ６４の寄生ダイオード６４Ｐによる通電の対策及び回路の冗長性の担保のために、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６を備えている。しかしながら、寄生ダイオード６４Ｐの対策及び回路の冗長性の担保を要しないのであれば、第２ＦＥＴ６６、抵抗６６Ｒ１、抵抗６６Ｒ２、制御トランジスタ６８及びツェナーダイオード６６Ｄを含む構成で、セカンドシャットダウン機構６２を構成してもよい。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、コンデンサ６４Ｃ、抵抗６４Ｒ、抵抗６６Ｒ１及び抵抗６６Ｒ２の各々の定数の設定により、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６を飽和領域７２で動作を開始させた後、線形領域７４で動作させることが可能となる。その結果、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６の動作による突入電流の発生を抑制することができると共に、第１ＦＥＴ６４及び第２ＦＥＴ６６子が線形領域７４で動作する前に電解コンデンサ４０Ｃを事前に充電でき、発生した突入電流の影響を緩和することができる。
【００７２】
［第２の実施の形態］
続いて本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、スイッチング素子にＮ型ＦＥＴを用いている点で、第１の実施の形態と相違するが、その他の構成については、図１及び図２に示した第１の実施の形態と同じなので、それらの構成についての詳細な説明は省略する。
【００７３】
図６は、本実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構１６２の一例を示した概略図である。図６に示したセカンドシャットダウン機構１６２は、共にＮ型ＦＥＴである第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を有している。
【００７４】
第１ＦＥＴ１６４は、ソースにバッテリ８０の正極が接続され、ゲートが抵抗１６４Ｒ及びツェナーダイオード１６８を介してコントロール部３２に接続されている。また、第１ＦＥＴ１６４は、ソースがコンデンサ１６４Ｃを介してゲートに接続されている。さらに、第１ＦＥＴ６４のゲートとソースとの間には回路保護用のツェナーダイオード１６４Ｄが、コンデンサ１６４Ｃと並列に接続されている。
【００７５】
また、第１ＦＥＴ６４のドレインには、第２ＦＥＴ６６のドレインが接続されている。また、第２ＦＥＴ６６は、ソースがコンデンサ１６６Ｃを介してゲートに接続されている。さらに、第２ＦＥＴ１６６のゲートとソースとの間には回路保護用のツェナーダイオード１６６Ｄが、コンデンサ１６６Ｃと並列に接続されている。
【００７６】
第２ＦＥＴ１６６のソースはパワー部４０に接続され、第２ＦＥＴ１６６のゲートは抵抗１６６Ｒを介してコントロール部３２に接続されている。
【００７７】
図７は、本実施の形態に係るセカンドシャットダウン機構１６２の動作順序の概略を示した図である。図７に示したセカンドシャットダウン機構１６２は、イグニッションスイッチがオンになると、図７の（１）で示したように、第１ＦＥＴ１６４のソースに、バッテリ８０の電力が通電される。
【００７８】
図７の（１）で示した通電がなされると、図７の（２）のように、第１ＦＥＴ１６４の寄生ダイオード１６４Ｐを介してバッテリ８０の電力が第１ＦＥＴ１６４のドレイン側に達し、さらには、図７の（３）に示したように、第２ＦＥＴ１６６のドレインに達する。
【００７９】
図７の（４）に示したように、コントロール部３２から制御信号が出力され、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６の各々ゲートに印加されると、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６がオンになり、パワー部４０にバッテリ８０の電力が供給される。
【００８０】
なお、制御信号は、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６をオンにするだけの電圧を要するので、必要に応じて、チャージポンプ等の回路を用いて、制御信号を昇圧してもよい。
【００８１】
本実施の形態でも、動作開始時には、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を飽和領域７２で動作させて、突入電流の発生を抑制する。本実施の形態では、コンデンサ１６４Ｃ、抵抗１６４Ｒ、コンデンサ１６６Ｃ及び抵抗１６６Ｒの定数を、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６が迅速にオンになる通常の回路よりも大きくすることにより、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を飽和領域７２で動作を開始させる。
【００８２】
図６及び図７に示したセカンドシャットダウン機構１６２は、図７の（１）で示したように、バッテリ８０から電力が供給されると、当該電力は、ツェナーダイオード１６４Ｄを介して第１ＦＥＴ１６４のゲートにも供給される。かかる段階では、第１ＦＥＴ１６４のゲートソース間に第１ＦＥＴ１６４がオンになるほどの電位差は生じない。
【００８３】
第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６は、コントロール部３２が出力する制御信号が各々のゲートに入力されることでオンになる。制御信号は、抵抗１６４Ｒを介して第１ＦＥＴ１６４のゲートに、抵抗１６６Ｒを介して第２ＦＥＴ１６６のゲートに、各々入力される。抵抗１６４Ｒと、コンデンサ１６４Ｃ、第１ＦＥＴ１６４、第２ＦＥＴ１６６及びパワー部４０の電解コンデンサ４０Ｃとからなる合成抵抗と、は一種の分割回路を構成する。また、抵抗１６６Ｒと、コンデンサ１６６Ｃ及び電解コンデンサ４０Ｃからなる合成抵抗と、は一種の分割回路を構成する。従って、コントロール部３２から制御信号が出力されると、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６の各々のゲートには、上述の分圧回路で各々分圧された電圧が印加される。
【００８４】
上記式（１）において、制御信号として抵抗１６４Ｒに印加される電圧をＶｉｎ、第１ＦＥＴ１６４のゲートに印加される電圧をＶｏｕｔ、抵抗１６４Ｒの抵抗値をＲ１、コンデンサ１６４Ｃ以下の回路の抵抗値をＲ２とすると、第１ＦＥＴ１６４のゲートに印加される電圧Ｖｏｕｔは、Ｒ１が大きいほど小さくなる。
【００８５】
従って、Ｒ１すなわち抵抗１６４Ｒの定数である抵抗値を、通常の回路よりも大きくすることで、第１ＦＥＴ１６４のゲートに印加される電圧を低下させて、第１ＦＥＴ１６４を飽和領域７２で動作させることが可能になる。
【００８６】
同様に、抵抗１６６Ｒの定数である抵抗値を、通常の回路よりも大きくすることで、第２ＦＥＴ１６６のゲートに印加される電圧を低下させて、第２ＦＥＴ１６６を飽和領域７２で動作させることが可能になる。
【００８７】
上述の分圧回路は、コンデンサ１６４Ｃ及びコンデンサ１６６Ｃが充電されると、コンデンサ１６４Ｃ及びコンデンサ１６６Ｃには電流が流れず、従って、制御信号は分圧されなくなる。制御信号が、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を線形領域７４で動作させ得る電圧であれば、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６は、各々のゲートに分圧されない制御信号が入力されることにより、飽和領域７２から線形領域７４での動作に切り換わる。
【００８８】
以上のように、抵抗１６４Ｒ及び抵抗１６６Ｒの定数である抵抗値を大きくすることにより、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６の各々を飽和領域７２で動作させることが可能となる。かかる飽和領域７２での動作は、少なくとも電解コンデンサ４０Ｃの充電が完了するまで継続されることが望ましい。本実施の形態では、制御信号が出力された時から、電解コンデンサ４０Ｃが充電され、電解コンデンサ４０Ｃとバッテリ８０の正極との電位差が解消し得る場合までの時間を所定時間とする。
【００８９】
制御信号の分圧は、上述のように、コンデンサ１６４Ｃ及びコンデンサ１６６Ｃが充電されるまで継続される。従って、コンデンサ１６４Ｃ及びコンデンサ１６６Ｃの定数である容量を大きくして、各々のコンデンサが充電に要する時間を所定時間以上とすることにより、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を飽和領域７２でより長く動作させることができる。電解コンデンサ４０Ｃ、コンデンサ１６４Ｃ、抵抗１６４Ｒ、コンデンサ１６６Ｃ及び抵抗１６６Ｒの各々の定数並びに所定時間は、計算及び実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。
【００９０】
本実施の形態では、第１ＦＥＴ１６４の寄生ダイオード１６４Ｐによる通電の対策及び回路の冗長性の担保のために、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を備えている。しかしながら、寄生ダイオード１６４Ｐの対策及び回路の冗長性の担保を要しないのであれば、第２ＦＥＴ１６６、抵抗１６６Ｒ、コンデンサ１６６Ｃ及びツェナーダイオード１６６Ｄを含む構成で、セカンドシャットダウン機構１６２を構成してもよい。
【００９１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、コンデンサ１６４Ｃ、抵抗１６４Ｒ、コンデンサ１６６Ｃ及び抵抗１６６Ｒの各々の定数の設定により、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６を飽和領域７２で動作を開始させた後、線形領域７４で動作させることが可能となる。その結果、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６の動作による突入電流の発生を抑制することができると共に、第１ＦＥＴ１６４及び第２ＦＥＴ１６６が線形領域７４で動作する前に電解コンデンサ４０Ｃを事前に充電でき、発生した突入電流の影響を緩和することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０…モータユニット、１２…ロータ、１２Ａ…ロータマグネット、１２Ｂ…ホール素子、１４…ステータ、１４Ｕ…Ｕ相コイル、１４Ｖ…Ｖ相コイル、１４Ｗ…Ｗ相コイル、１６…シャフト、１８…上ケース、２０…モータ制御装置、２２…基板、２４…ヒートシンク、３２…コントロール部、３２Ｄ…ダイオード、４０…パワー部、４０Ｃ…電解コンデンサ、４４…インバータ回路、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ…ＦＥＴ、４６…コイル、４８…逆接防止ＦＥＴ、５２…モータ、５４…分圧回路、５４Ａ…サーミスタ、５４Ｂ…抵抗、５６…電流検出部、５６Ａ…シャント抵抗、５６Ｂ…アンプ、５８…電圧センサ、６０…下ケース、６２…セカンドシャットダウン機構、６４…第１ＦＥＴ、６４Ｃ…コンデンサ、６４Ｄ…ツェナーダイオード、６４Ｐ…寄生ダイオード、６４Ｒ…抵抗、６６…第２ＦＥＴ、６６Ｄ…ツェナーダイオード、６６Ｒ２…抵抗、６６Ｒ１…抵抗、６８…制御トランジスタ、７０…遮断領域、７２…飽和領域、７４…線形領域、８０…バッテリ、８２…エアコンＥＣＵ、１６２…セカンドシャットダウン機構、１６４…第１ＦＥＴ、１６４Ｃ…コンデンサ、１６４Ｄ…ツェナーダイオード、１６４Ｐ…寄生ダイオード、１６４Ｒ…抵抗、１６６…第２ＦＥＴ、１６６Ｃ…コンデンサ、１６６Ｄ…ツェナーダイオード、１６６Ｒ…抵抗、１６８…ツェナーダイオード、２６２…セカンドシャットダウン機構、２６４…プリチャージ機構
【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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【図８】
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