(57)【要約】【課題】安価な構成で大電流を流すことができる電動モータ駆動装置を実現する。【解決手段】モータ１の各コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１…ＬＵｎ・ＬＶｎ・ＬＷｎを各相１コイルずつ対応する各スイッチング回路ＳＷ１…ＳＷｎと、各スイッチング回路に対応する各ゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎと、全ゲートドライバを一括して制御する１つのマイコン４とを設け、マイコンからの１制御信号によりモータに流す電流を制御する。同一相を構成する複数の巻線部分に対して個々に１組のスイッチング素子により電流を流すことから、各スイッチング素子に安価な小容量のものを用いても相全体では大電流を流すことができるため、高価な大容量のスイッチング素子を設けることなく、モータに大電流を流すことができ、モータ駆動装置を低廉化し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線部分により構成した相を複数有する電動モータと、前記複数の巻線部分に個別に電流を流すべく接続された複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子を個別に駆動するドライバとを有し、
前記ドライバが、前記相を構成する前記複数の巻線部分と同数設けられていることを特徴とする電動モータ駆動装置。
【請求項２】
前記複数のドライバは、１つの駆動信号発生回路から出力される相別駆動信号により同時に制御され、
前記電動モータに流れる電流を検出する電流センサが、前記複数のドライバの１つにだけ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ駆動装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチング素子が、冷却水路を内部に有する板状部材の表裏両面に配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流を流すための電動モータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばブラシレスモータの制御回路において、大電流を流すモータの場合には、その電流に見合った大容量のパワー素子（ＦＥＴ等）を設けることで対応し得るが、その場合にはパワー素子が高価なものになってしまう。そこで、例えば５相のブラシレスモータにおいて、ＦＥＴのスイッチングにより４相のコイルに並列経路で通電することにより、ＦＥＴに流れる電流が従来の３相全波電流駆動方式の１／２となるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２２８８９０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記５相ブラシレスモータにあっては、３相構造のモータに適用することは困難であり、また電流低減にあっては１／２が限度であるという問題がある。
【０００４】
一方、１相に対してＦＥＴを並列に接続することにより、全体で大電流を流すことができ、個々のＦＥＴを小型化できるため、パワー素子を低廉化し得る効果がある。しかしながら、ＦＥＴを並列に接続した場合、抵抗値のばらつきやスイッチングタイミングのばらつきにより、電流が特定のＦＥＴに集中して流れ、ＦＥＴが破損する虞がある。そのため、並列接続のＦＥＴの数を多くすることができないという問題がある。また、ＦＥＴの並列数が増大すると、ゲート駆動回路の電流容量も増やす必要が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決して、安価な構成で大電流を流すことができる電動モータ駆動装置を実現するために本発明に於いては、複数の巻線部分により構成した相を複数有する電動モータと、前記複数の巻線部分に個別に電流を流すべく接続された複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子を個別に駆動するドライバとを有し、前記ドライバが、前記相を構成する前記複数の巻線部分と同数設けられているものとした。
【０００６】
特に、前記複数のドライバは、１つの駆動信号発生回路から出力される相別駆動信号により同時に制御され、前記電動モータに流れる電流を検出する電流センサが、前記複数のドライバの１つにだけ設けられていると良い。また、前記複数のスイッチング素子が、冷却水路を内部に有する板状部材の表裏両面に配設されていると良い。
【発明の効果】
【０００７】
このように本発明によれば、例えば３相モータの場合に、ハイ側およびロー側にそれぞれ３個ずつの計６個のスイッチング素子を設け、ハイ側の１つとロー側の１つとのオン状態の組み合わせを変えてモータの回転制御を行うことができることから、その６個のスイッチング素子を１組として１つのドライバにより駆動制御する構成として、その組数を１つの相を構成する巻線部分の数と同数とすることにより、１つの巻線部分に対して１つのドライバにより１組のスイッチング素子を制御して電流を流すことができる。これにより、同一相を構成する複数の巻線部分に対して個々に１組のスイッチング素子により電流を流すことから、各スイッチング素子に安価な小容量のものを用いても相全体では大電流を流すことができるため、高価な大容量のスイッチング素子を設けることなく、モータに大電流を流すことができ、モータ駆動装置を低廉化し得る。
【０００８】
特に請求項２によれば、複数のドライバを１つの駆動信号発生回路により制御することから、任意の１つのドライバに電流センサを設けるだけで、その検出信号に応じて他のドライバを同時に制御することができるため、電流センサも小型化でき、より一層装置を低廉化し得る。また、請求項３によれば、多極モータであって、巻線部分の数が多くなってスイッチング素子の数も多くなる場合であっても、冷却水路を設けた板状部材の表裏両面に半数ずつ配設するなどして、スイッチング素子としてのパワー素子（ＦＥＴ等）の十分な冷却性を確保することができ、スイッチング素子の数の増大に対応し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用されたモータ駆動装置の要部回路を示す概略回路図である。図示例のモータ１にあっては、三相ブラシレスモータであり、例えばＵ相・Ｖ相・Ｗ相の三相を構成する各コイルの１つずつの巻線部分を１組とし、複数（ｎ）組設けられているものが示されている。本図示例では、Ｕ相のコイルの１つの巻線部分をコイルＬＵ１とし、同様にＶ相・Ｗ相の各コイルの各１つずつの巻線部分をコイルＬＶ１・ＬＷ１と標記し、ｎ組目を添字ｎで示している。
【００１０】
図１では１組目の各コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１とｎ組目の各コイルＬＵｎ・ＬＶｎ・ＬＷｎとが示され、中間の他のコイルを図示省略しているが、例えば３６コイルの場合を図２に示す。図２において、図示されない固定軸に円環状のステータ１ａが固設され、ステータ１ａは半径方向外向きに突出する３６本のティース１ｂを一体に有する形状に形成されている。なお、ステータ１ａは電磁鋼板を積層した構造であって良い。その３６本のティース１ｂに、周方向に連続する３本ずつを１組として、計１２組の各コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１…ＬＵ１２・ＬＶ１２・ＬＷ１２が巻回されている。
【００１１】
図示例のモータはアウタロータ型であり、アウタロータ１ｃにおける内周面にティース１ｂの突出端面に対峙する複数のマグネット１ｄが周方向に並べて配設されている。なお、三相や３６コイルは一例であり、多相で複数組のコイルにおける種々の組み合わせが可能である。
【００１２】
モータ１に流す電流を制御する駆動制御回路にあっては、モータ１に流す電流を各組それぞれ独立に制御するべく、コイルの組数と同数（ｎ個）のスイッチング回路ＳＷ１…ＳＷｎが設けられている。スイッチング回路ＳＷ１…ＳＷｎは、三相モータの電流制御に用いられる公知のものであり、１組のコイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１と、その電流供給回路となる第１のスイッチング回路ＳＷ１との結線構成を以下に示す。なお、他の組のコイルおよび対応するスイッチング回路については同じであり、特に示さない限りその説明を省略する。
【００１３】
スイッチング回路ＳＷ１には、電源ラインＶに互いに並列に接続された３つのスイッチング素子としてのハイ側ＦＥＴ２ａ・２ｂ・２ｃと、各ハイ側ＦＥＴ２ａ・２ｂ・２ｃにそれぞれ直列に接続されかつ接地ラインＥに対して互いに並列接続された各ロー側ＦＥＴ３ａ・３ｂ・３ｃとが設けられている。ハイ側ＦＥＴ２ａおよびロー側ＦＥＴ３ａのノードがＵ相コイルＬＵ１の一端に接続され、ハイ側ＦＥＴ２ｂおよびロー側ＦＥＴ３ｂのノードがＶ相コイルＬＶ１の一端に接続され、ハイ側ＦＥＴ２ｃおよびロー側ＦＥＴ３ｃのノードがＵ相コイルＬＷ１の一端に接続され、各コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１の他端同士が中性点として結合されている。
【００１４】
このように接続されたスイッチング回路ＳＷ１にあっては、ハイ側ＦＥＴ２ａ・２ｂ・２ｃの１つとロー側ＦＥＴ３ａ・３ｂ・３ｃの１つとを組み合わせてコイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１のいずれか２つに電流を流し、組み合わせを変えることにより三相モータの回転制御を行うことができる。
【００１５】
そして、各ＦＥＴ２ａ〜３ｃのゲートには、第１ゲートドライバＧＤ１の対応する各ゲート制御信号出力ポートが接続されている。第１ゲートドライバＧＤ１の各ゲート制御信号出力ポートに対応する各入力ポートには、マイコン４からの各ゲート制御信号に対応する各モータ駆動制御信号出力ポートが接続されている。マイコン４には図示されない操作部からの回転指示信号が入力するようになっている。
【００１６】
また、１つのスイッチング回路ＳＷ１の電源ラインＶとの接続線に流れる電流を検出するための電流センサ５が設けられ、電流センサ５により検出された電流検出信号がマイコン４に入力するようになっている。
【００１７】
図に示されるように、各ゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎ、各スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎ、各コイルＬＵ１〜ＬＵｎ、ＬＶ１〜ＬＶｎ、ＬＷ１〜ＬＷｎにあっては、それぞれｎ個ずつ設けられている。例えば３６コイルのモータ１にあっては、ｎは１２となる。各ゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎにはマイコン４からの同一信号（共通のゲート制御信号）が入力し、ゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎ別に各スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎが別個に動作し、各スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎが各コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１〜ＬＵｎ・ＬＶｎ・ＬＷｎに対して組別（各相の１コイルずつ）に電流を流すようになっている。
【００１８】
これにより、１つのスイッチング回路ＳＷ１により各相の１コイルＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１に流す電流は、単純計算で、モータ１の全体に流す電流の１／ｎとなる。したがって、大電流を流すモータ１を構成した場合でも、パワー素子としての個々のＦＥＴの容量を小さくすることができ、高価な大容量型パワー素子を必要としないため、回路を低廉化し得る。
【００１９】
また、モータ１に流れる電流に応じて駆動制御する場合の電流検出として、上記したように１つのスイッチング回路ＳＷ１に流れる電流だけを検出している。本発明にあっては、同じ構成の複数組のスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷｎとゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎとを設け、各ゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎを１つのマイコン４からの１制御信号（共通信号）で制御することから、図示例のように１つのスイッチング回路ＳＷ１に流れる電流のみを検出することにより、全体を同一に制御することができる。そのため、モータ１に流れる全電流を検出し得る大容量型の電流センサを用いることなく、小容量型の電流センサを用いることができ、安価な電流センサを用いることができる。
【００２０】
本発明によれば、大容量型パワー素子を用いて大電流を流すものに対して、上記したように小容量型パワー素子（ＦＥＴ等）の数を増やして同電流を流すことができるようにしているため、ＦＥＴの数が増えて冷却装置が大型化する虞があるのに対して、図示例では図３および図４に示されるように、例えば囲い状の支持ブラケット１１内に板状の冷却部材１２が設けられていると共に、その冷却部材１２の表裏両面に各ＦＥＴ２ａ〜２ｃ・３ａ〜３ｃ・…が同数ずつ貼り付くように配設されている。
【００２１】
冷却部材１２には例えばＵ字状の冷却管１３が埋設されており、冷却管１３の両開口端部は冷却部材１２の一側面から外方に突出し、各開口端部には図示されない熱交換機からの各配管が接続されている。冷却管１３の一方の開口端部に冷却水が流入し、他方の開口端部から冷却水が流出するようになっている。これにより、冷却部材１２を介して各ＦＥＴ２ａ〜２ｃ・３ａ〜３ｃ・…が十分に冷却される。
【００２２】
なお、上記説明では冷却部材１２にＵ字状冷却管１３を埋設したが、冷却部材１２に孔を開けて、その孔により冷却管１３と同じ作用をなす冷却水通路を設けるようにしても良い。その場合には、例えば外周面から２本の平行孔とそれらの最深部間を横切る連通孔とを穿設し、その連通孔の外部開放口を閉塞することで、平行孔と連通孔とがＵ字状に連通した状態になる。
【００２３】
また、支持ブラケット１１には、冷却部材１２を挟むように間をあけて２枚の基板１４が取り付けられており、各基板１４に、ＦＥＴ２ａ〜２ｃ・３ａ〜３ｃ・…のそれぞれに対峙するものの脚が接続されている。また、回路の他の素子にあっては、空気冷却で十分な場合には図示例のように、各基板１４に例えばゲートドライバＧＤ１〜ＧＤｎを構成するコンデンサ１５や図示されない抵抗・その他のチップが取り付けられていると共に、両基板１４の一方（図における下側）にはマイコン４が取り付けられている。
【００２４】
このように、板状冷却部材１２の表裏両面に分けて各ＦＥＴ２ａ〜２ｃ・３ａ〜３ｃ・…を取り付けたことから、冷却部材１２のレイアウト上の占有面積を半分にすることができる。したがって、複数のスイッチング回路路ＳＷ１〜ＳＷｎを設けてそれぞれに小電流を流すようにしてモータ１に大電流を流し得るようにした構成において、装置の大型化を防止することができる。なお、複数の冷却部材１２をそれぞれの間をあけて積層状態に設けるようにしても良く、その場合には占有面積の狭小化またはスイッチング回路の数の増大化に対応し得る。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかる電動モータ駆動装置は、小容量型パワー素子を用いてモータに大電流を流すことができ、大容量型パワー素子を用いることが不向きなモータ装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に基づくモータ駆動装置の要部回路を示す概略回路図である。
【図２】本発明が適用されたモータを示す図である。
【図３】モータ駆動装置の外観を示す部分破断側面図である。
【図４】図３の矢印IV−IV線に沿って見た平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  モータ
２ａ・２ｂ・２ｃ  ハイ側ＦＥＴ
３ａ・３ｂ・３ｃ  ロー側ＦＥＴ
４  マイコン
５  電流センサ
１２  冷却部材
１３  冷却管
１４  基板
ＧＤ１〜ＧＤｎ  ゲートドライバ
ＬＵ１・ＬＶ１・ＬＷ１…ＬＵｎ・ＬＶｎ・ＬＷｎ  コイル
ＳＷ１…ＳＷｎ  スイッチング回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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