(57)【要約】【課題】モータ電流を高精度に検出する安価なモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、モータの回転方向を正転方向または逆転方向に切り替えるＨブリッジ回路において、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子の両方に対してＰＷＭ制御を実施する上下駆動か、上側スイッチング素子をオンにして下側スイッチング素子だけにＰＷＭ制御を実施する下側駆動のいずれかでモータ電流を制御する。ＰＷＭ制御のデューティ比に対してモータ電流が増加する下側駆動の特性２００と上下駆動の特性２１０とを比較すると、同じモータ電流に対して上下駆動の方がデューティ比が高い。モータ制御装置は、モータ電流が所定電流値２３０より小さい場合は上下駆動によりＰＷＭ制御を実施し、モータ電流が所定電流値２３０より大きい場合は、下側駆動でＰＷＭ制御を実施する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに流れる電流を制御するモータ制御装置において、
前記モータと電源側との間に設置される上側スイッチング素子、ならびに前記モータと接地側との間に設置される下側スイッチング素子を有し、前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子により前記モータに流れるモータ電流を制御し前記モータの回転方向を正転方向または逆転方向に切り替えるＨブリッジ回路と、
前記モータ電流を検出する電流検出回路と、
前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子の両方をＰＷＭ制御する上下駆動と、前記上側スイッチング素子をオンにし、前記下側スイッチング素子をＰＷＭ制御する下側駆動とのいずれかにより前記モータ電流をＰＷＭ制御し、前記モータ電流が所定電流値より小さい場合は前記上下駆動を実施し、前記モータ電流が前記所定電流値よりも大きい場合は前記下側駆動を実施する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ制御のデューティ比に対して前記モータ電流がほぼ一定の増加率で増加する前記下側駆動の特性に対し、前記ＰＷＭ制御のデューティ比に対して前記モータ電流が増加する前記上下駆動の増加率は、前記上下駆動による前記ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも低い場合は前記下側駆動の前記増加率よりも低く、前記上下駆動による前記ＰＷＭ制御のデューティ比が前記所定デューティ比よりも高い場合は前記下側駆動の前記増加率よりも高い特性を有し、
前記所定電流値は、前記上下駆動による前記ＰＷＭ制御のデューティ比が前記所定デューティ比よりも大きいときの前記モータ電流の範囲内に設定され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】
シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータに流れる電流を制御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、モータの回転方向をＨブリッジ回路で切り替えるモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｈブリッジ回路によりモータに流れるモータ電流の方向を切り替え、モータの回転方向を正転方向または逆転方向に切り替えるモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１では、Ｈブリッジ回路において、モータと電源側との間に設置される上側スイッチング素子をオンにし、モータと接地側との間に設置される下側スイッチング素子をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御する下側駆動により、モータ電流の電流値を制御している。ＰＷＭ制御のデューティ比が高くなるとモータ電流は大きくなり、ＰＷＭ制御のデューティ比が低くなるとモータ電流は小さくなる。特許文献１では、Ｈブリッジ回路からモータに流れるモータ電流の電流値を制御するために電流検出回路でモータ電流を検出している。
【特許文献１】特開２００２−２３８２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上側スイッチング素子をオンにした状態で下側スイッチング素子をＰＷＮ制御するとき、下側スイッチング素子をオフからオンにしてモータ電流が流れるときの立ち上がり時には、電流検出回路によるモータ電流の検出波形にノイズが生じる。図５の（Ａ）に示すようにＰＷＭ信号のデューティ比が高い場合には、図５の（Ｂ）に示すようにデューティ比が低い場合に比べて下側スイッチング素子をオンにするパルス幅が長いので、モータ電流が流れている間にモータ電流の検出波形のノイズが減衰し検出波形は安定する。その結果、モータ電流を高精度に検出できる。
【０００５】
これに対し、図５の（Ｂ）に示すようにＰＷＭ信号のデューティ比が低い場合には、下側スイッチング素子をオンにするパルス幅が短いので、モータ電流が流れている間に検出波形のノイズが減衰せずに残ることがある。その結果、ＰＷＭ信号のデューティ比が低い場合には、下側駆動によりモータ電流を高精度に検出できないおそれがある。
【０００６】
モータ電流を検出する電流検出回路として、ノイズが速やかに減衰する回路を使用すれば、ＰＷＭ信号のデューティ比が低い場合にも、モータ電流が流れている間にノイズを減衰させ検出波形を安定させることはできる。しかしながら、このような電流検出回路は高価であるため、製造コストが上昇する。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、モータ電流を高精度に検出する安価な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】
【０００８】
請求項１から３に記載の発明によると、モータと電源側との間に設置される上側スイッチング素子と、モータと接地側との間に設置される下側スイッチング素子との両方をＰＷＭ制御する上下駆動と、上側スイッチング素子をオンにし、下側スイッチングをＰＷＭ制御する下側駆動とのいずれかによりにモータ電流をＰＷＭ制御し、モータ電流が所定電流値より小さい場合は上下駆動を実施し、モータ電流が所定電流値より大きい場合は下側駆動を実施する。
【０００９】
ここで、ＰＷＭ制御のデューティ比が高くなるとモータ電流は大きくなる。そして、同じ電流値のモータ電流を流す場合、上下駆動の場合にスイッチング素子に印加するＰＷＭ信号のデューティ比は、下側駆動の場合にスイッチング素子に印加するＰＷＭ信号のデューティ比よりも大きいという特性がある。したがって、モータ電流が所定電流値より小さい場合に上下駆動によるＰＷＭ制御を実施することにより、ＰＷＭ信号のデューティ比を極力大きくし、スイッチング素子がオンになっている時間を極力長くしてモータに電流を流すことができる。これにより、モータ電流が流れている間に電流検出回路が検出するモータ電流の検出波形のノイズが減衰する。その結果、モータ電流が所定電流値より小さい場合に、電流検出回路によりモータ電流値を高精度に検出できる。
【００１０】
一方、モータ電流が所定電流値よりも大きくＰＷＭ信号のデューティ比が高い場合には、下側駆動によるＰＷＭ制御を実施しても、モータ電流が流れている間に電流検出回路が検出するモータ電流の検出波形のノイズが減衰する。そして、下側駆動によるＰＷＭ制御では、上側スイッチング素子をオンにした状態で下側スイッチング素子だけをＰＷＭ制御するので、上下駆動によるＰＷＭ制御よりもスイッチングによる電力損失が小さくなる。
【００１１】
したがって、モータ電流が所定電流値よりも大きくＰＷＭ信号のデューティ比が高い場合には、下側駆動によるＰＷＭ制御を実施する。これにより、電流検出回路によりモータ電流値を高精度に検出できるともに、電力損失を低減できる。
【００１２】
また、上下駆動と下側駆動によるＰＷＭ制御を切り替えるという簡単な方式を採用しているので、ノイズを速やかに減衰させる高価な電流検出回路を使用することなく、モータ電流が所定電流値より小さい場合にも、安価なモータ制御装置でモータ電流を高精度に検出できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、ＰＷＭ制御のデューティ比に対してモータ電流がほぼ一定の増加率で増加する下側駆動の特性に対し、ＰＷＭ制御のデューティ比に対してモータ電流が増加する上下駆動の増加率は、上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも低い場合は下側駆動の増加率よりも低く、上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも高い場合は下側駆動の増加率よりも高い特性を有し、上下駆動と下側駆動とを切り替える所定電流値は、上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも大きいときのモータ電流の範囲内に設定される。
【００１４】
上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも低い範囲では、上下駆動の増加率は下側駆動の増加率よりも低い。つまり、上下駆動においては、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定のデューティ比よりも低い範囲では、ＰＷＭ制御のデューティ比が増加してもモータ電流の増加率は低い。したがって、上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定のデューティ比よりも低い範囲では、モータ電流は小さい。このようにモータ電流が小さい範囲で上下駆動と下側駆動とを切り替えてＰＷＭ制御を実施しても、検出したモータ電流値に基づいてモータ電流を高精度に制御することは困難である。
【００１５】
そこで、請求項２に記載の発明のように、上下駆動と下側駆動とを切り替える所定電流値を、上下駆動によるＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比よりも大きい範囲に設定することにより、モータ電流が大きい範囲で上下駆動と下側駆動とを切り替えてモータ電流を制御できる。これにより、検出したモータ電流値に基づいてモータ電流を高精度に制御できる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によると、モータ制御装置は、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータに流れる電流を制御する。
これにより、モータ電流値を高精度に検出し、搭乗者を拘束するシートベルトの拘束力を適切に制御できる。
【００１７】
尚、本発明に備わる手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態によるモータ制御装置を図１に示す。
（モータ制御装置１０）
モータ制御装置１０は、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用のモータ２に流れる電流を制御する。モータ２は直流電動機である。
【００１９】
スイッチング素子２０、２２、３０、３２は、例えばＭＯＳＦＥＴ(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)により形成されており、電流制御回路としてＨブリッジ回路を構成している。電源とモータ２との間に設置されるスイッチング素子２０、３０は特許請求の範囲に記載された上側スイッチング素子に該当し、モータ２と接地側との間に設置されるスイッチング素子２２、３２は特許請求の範囲に記載された下側スイッチング素子に該当する。
【００２０】
スイッチング素子２０、２２、３０、３２はＨブリッジ回路を構成している。Ｈブリッジ回路において、スイッチング素子２０とスイッチング素子３２とが直列に接続し、スイッチング素子３０とスイッチング素子２２とが直列に接続している。そして、スイッチング素子２０とスイッチング素子３２とが接続する接続箇所と、スイッチング素子３０とスイッチング素子２２とが接続する接続箇所との間にモータ２が接続する。
【００２１】
スイッチング素子２０、２２、３０、３２がＭＰＵ５０によりＰＷＭ制御されることにより、モータ２に流れるモータ電流の大きさが制御されるとともに電流の向きが切り替わる。モータ２に流れる電流の向きが切り替わることにより、モータ２は正転方向または逆転方向に回転する。ＰＷＭ制御のデューティ比が０のときに、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のスイッチング状態は常時オフになり、ＰＷＭ制御のデューティ比が１００のときに、スイッチング素子２０、２２、３０、３２のスイッチング状態は常時オンになる。スイッチング素子２０、２２、３０、３２に対するＭＰＵ５０によるＰＷＭ制御については後述する。
【００２２】
モータ２の回転駆動力をシートベルトに伝達する図示しないシートベルトリトラクタは、モータ２が正転するときに締結し、モータ２が逆転するときに開放されるワンウェイクラッチを有している。
【００２３】
スイッチング素子２０、２２に電流が流れ、スイッチング素子３０、３２がオフになると、モータ２は正転方向に回転する。モータ２が正転方向に回転すると、シートベルトリトラクタのワンウェイクラッチが締結することによりシートベルトは引き込まれる。
【００２４】
一方、スイッチング素子２０、２２がオフになり、スイッチング素子３０、３２に電流が流れると、モータ２は正転方向に対し逆転方向に回転する。モータ２が逆転方向に回転すると、シートベルトが一旦引き出されてシートベルトリトラクタのワンウェイクラッチが開放されることによりシートベルトの引き込みが解除される。
【００２５】
スイッチング素子２０、２２、３０、３２がすべてオフになると、モータ２は正転方向および逆転方向のいずれにも回転せず、シートベルトは保持状態になる。
電流検出回路４０は検出抵抗４２および増幅器４４から構成されており、スイッチング素子２２、３２と接地側との間に設置されている。モータ２に電流が流れると、検出抵抗４２の両端に電位差が生じ、この電位差が増幅器４４により増幅される。
【００２６】
本実施形態では、電流検出回路４０においてモータ２に流れる電流を検出抵抗４２で検出するので、電流検出回路４０を簡単な構成で実現できる。
ＭＰＵ（Micro Processing Unit）５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｉ／Ｏポート、通信インタフェース等を有するマイクロコンピュータにて構成されている。ＭＰＵ５０は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムよって、以下に説明する駆動制御手段として機能する。
【００２７】
（駆動制御手段）
ＭＰＵ５０は、モータ２に指令する回転方向と、モータ２に流す指令電流値とに基づいて、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に指令するＰＷＭ信号のデューティ比を算出する。
【００２８】
ＭＰＵ５０は、例えば前方車両との距離が所定距離よりも接近したことを検出する検出装置からの指示を車内ＬＡＮ等の通信回線を介して受信すると、車両運転者に注意を促すとともに、車両搭乗者の安全を確保するために駆動回路５２にモータ２の正転を指令し、シートベルトを引き込む。前方車両との距離が所定距離よりも離れると、ＭＰＵ５０は、駆動回路５２にモータ２の逆転を指令し、シートベルトの引き込みを解除する。
【００２９】
ＭＰＵ５０は、モータ２の駆動中には、電流検出回路４０の検出信号に基づいてモータ２に流れる電流値を検出する。そして、電流検出回路４０が検出する検出電流値と、Ｈブリッジ回路に指令するモータ２に流すモータ電流の指令電流値との差に基づいて、ＭＰＵ５０は、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に指令するＰＷＭ信号のデューティ比をフィードバック制御する。
【００３０】
ここで、ＭＰＵ５０は、スイッチング素子２０、２２、３０、３２に対して、（１）上下駆動と、（２）下側駆動の２種類のＰＷＭ制御を実施する。図２の（Ａ）は上下駆動におけるスイッチング素子のスイッチング状態を示し、図２の（Ｂ）は下側駆動におけるスイッチング素子のスイッチング状態を示している。
【００３１】
（１）上下駆動
図２の（Ａ）に示すように、正転方向であればスイッチング素子２０、２２、逆転方向であればスイッチング素子３０、３２というように、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子の両方に対してＰＷＭ制御を実施する。
【００３２】
（２）下側駆動
図２の（Ｂ）に示すように、正転方向であればスイッチング素子２０を常時オンにしてスイッチング素子２２をＰＷＭ制御し、逆転方向であればスイッチング素子３０を常時オンにしてスイッチング素子３２をＰＷＭ制御するというように、上側スイッチング素子を常時オンにし、下側スイッチング素子だけに対してＰＷＭ制御を実施する。
【００３３】
ここで、正転方向にモータ２を回転させるとき、ＰＷＭ制御の同じデューティ比に対して上下駆動の場合にモータ２に流れるモータ電流を図３の（Ａ）に示し、下側駆動の場合にモータ２に流れるモータ電流を図３の（Ｂ）に示す。同じデューティ比であれば、下側駆動の方が大きい電流が流れることが分かる。尚、図３に示すモータ電流は、電流検出回路４０の出力信号ではなく、モータ２に流れている電流を示している。
【００３４】
また、図４に、上下駆動および下側駆動における、デューティ比とモータ電流との関係を示す。図４に示すモータ電流はモータ電流の平均値である。
下側駆動の特性２００は、ＰＷＭ制御のデューティ比に対してモータ電流がほぼ一定の割合で増加する増加率を有する。これに対し、上下駆動の増加率の特性２１０は、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比２２０よりも低い場合は下側駆動の増加率よりも低く、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比２２０よりも高い場合は下側駆動の増加率よりも高い。ただし、前述したように、同じデューティ比であれば、下側駆動の方が上下駆動よりも大きいモータ電流が流れる。言い換えれば、モータ電流が同じであれば、上下駆動の方が下側駆動よりもデューティ比が高い。
【００３５】
ここで、モータ電流が小さくデューティ比が低い場合に下側駆動でモータ電流をＰＷＭ制御すると、上下駆動でモータ電流をＰＷＭ制御する場合に比べ、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子がオンになるパルス幅が短い。これにより、図５の（Ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号がオフからオンになり、電流検出回路４０でモータ電流を検出する検出波形に生じたノイズが減衰して検出波形が安定する前に、ＰＷＭ信号がオンからオフになる。その結果、電流検出回路４０の出力信号に基づいて、ＭＰＵ５０はモータ電流を高精度に検出できない。
【００３６】
そこで、ＭＰＵ５０は、ＰＷＭ制御によりＨブリッジ回路に指令するモータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より小さい場合は上下駆動によりＰＷＭ制御を実施する。所定電流値２３０は、上下駆動の特性２１０において、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比２２０よりも高い範囲内に設定される。
【００３７】
上下駆動は、同じモータ電流値に対して下側駆動よりもデューティ比が高いので、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子がオンになるパルス幅が長くなる。これにより、図５の（Ａ）に示すように、ＰＷＭ信号がオフからオンになり、モータ電流を電流検出回路４０で検出するときに立ち上がった検出波形に生じたノイズはＰＷＭ信号がオンの間に減衰するので、検出波形が安定する。その結果、安定した電流検出回路４０の出力信号に基づいて、ＭＰＵ５０はモータ電流を高精度に検出できる。
【００３８】
一方、モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より大きい場合は、上下駆動ではなく、下側駆動でＰＷＭ制御を実施する。モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より大きい場合は、下側駆動におけるデューティ比も高くなるので、ＰＷＭ信号がオフからオンになり、電流検出回路４０でモータ電流を検出する検出波形に生じたノイズはＰＷＭ信号がオンの間に減衰するので、検出波形が安定する。これにより、安定した電流検出回路４０の出力信号に基づいて、ＭＰＵ５０はモータ電流を高精度に検出できる。
【００３９】
また、下側駆動では、上側スイッチング素子が常時オンになっているので、上下駆動に比べてスイッチングによる電力損失が小さい。したがって、モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より大きい場合は下側駆動でＰＷＭ制御を実施することにより、モータ電流を高精度に検出できるとともに、電力損失を低減できる。
【００４０】
モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０の場合には、上下駆動または下側駆動のいずれのＰＷＭ制御を実施してもよい。
以上説明した上記実施形態によると、モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より小さい場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比が下側駆動よりも大きい上下駆動でＰＷＭ制御を実施する。これにより、検出波形が安定した状態で電流検出回路４０によりモータ電流を高精度に検出できる。
【００４１】
一方、モータ電流の指令電流値が所定電流値２３０より大きい場合は、下側駆動であってもＰＷＭ信号のデューティ比が大きくなるので、下側駆動でＰＷＭ制御を実施する。これにより、検出波形が安定した状態で電流検出回路４０によりモータ電流を高精度に検出できるとともに、上下駆動に比べてスイッチングによる電力損失を低減できる。
【００４２】
また、モータ電流が所定電流値よりも小さいか、または大きいかに基づいて、上下駆動と下側駆動によるＰＷＭ制御を切り替えるという簡単な方式を採用しているので、ノイズを速やかに減衰させる高価な電流検出回路を使用することなく、モータ電流が所定電流値より小さい場合にも、安価なモータ制御装置１０でモータ電流を高精度に検出できる。
【００４３】
［他の実施形態］
上記実施形態では、上下駆動の特性２１０において、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比２２０よりも高い範囲内に所定電流値２３０を設定し、所定電流値２３０において上下駆動と下側駆動とを切り替えた。これに対し、モータ電流の低電流側において上下駆動と下側駆動との切替要求がある場合には、上下駆動の特性２１０において、ＰＷＭ制御のデューティ比が所定デューティ比２２０よりも低い範囲内に所定電流値を設定してもよい。
【００４４】
上記実施形態では、モータ２が逆転方向に回転すると、シートベルトリトラクタのワンウェイクラッチが開放されてシートベルトの引き込みが解除された。これに対し、モータ２が逆転方向に回転すると、モータ２の回転量に応じてシートベルトが引き出されることによりシートベルトの引き込みが解除される構成を採用してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用に使用されるモータ２の制御装置について説明した。これに対し、Ｈブリッジ回路でモータに対する正転制御および逆転制御を実施するのであれば、シートベルトの引き込み、および引き込み解除用に限らず、どのような用途であっても、本発明を適用することにより、モータ電流を高精度に検出できる。
【００４６】
上記実施形態では、駆動制御手段の機能を制御プログラムにより機能が特定されるＭＰＵ５０により実現している。これに対し、上記手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【００４７】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態によるモータ制御装置を示す回路構成図。
【図２】（Ａ）は上下駆動、（Ｂ）は下側駆動によるスイッチング素子のスイッチング状態を示す説明図。
【図３】（Ａ）は上下駆動、（Ｂ）は下側駆動によるスイッチング素子のスイッチング状態およびモータ電流を示すタイムチャート。
【図４】上下駆動および下側駆動におけるデューティ比とモータ電流との関係を示す特性図。
【図５】（Ａ）はデューティ比が高いとき、（Ｂ）はデューティ比が低いときの検出波形およびＰＷＭ信号を示す説明図。
【符号の説明】
【００４９】
２：モータ、１０：モータ制御装置、２０、３０：スイッチング素子（上側スイッチング素子、Ｈブリッジ回路）、２２、３２：スイッチング素子（下側スイッチング素子、Ｈブリッジ回路）、４０：電流検出回路、４２：検出抵抗、４４：増幅器、５０：ＭＰＵ（駆動制御手段）、２２０：所定デューティ比、２３０：所定電流値
【図１】
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【図２】
2009261090.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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