(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電制御部の制御信号により、駆動部を構成する複数のスイッチング素子をスイッチングし、直流ブラシレスモータの巻線への通電路を開閉制御して前記モータを駆動する直流ブラシレスモータの駆動装置において、
前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを検出する拘束検出部と、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
前記拘束検出部により前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、前記温度検出部による検出温度が低くなるに従い前記スイッチング素子への通電時間が長くなるように前記通電制御部を制御して前記制御信号を調整する調整部と
を備えていることを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
前記駆動部を流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部による検出電流値を所定の遮断電流値以下に制限すべく前記通電制御部から前記スイッチング素子への制御信号を遮断する電流制限部とを備え、
前記拘束検出部は、前記電流制限部による電流制限の時間が予め設定された所定値以上継続するときに前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると判断することを特徴とする請求項１に記載の直流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】
前記モータの回転子の位置を検出する位置検出部を備え、
前記拘束検出部は、前記位置検出部により検出される前記モータの回転子の位置が所定時間以上変化しないときに前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると判断することを特徴とする請求項１に記載の直流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】
前記温度検出部が、前記各スイッチング素子のうち最も発熱の大きいものに近接して配設された温度検出素子から成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の直流ブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通電制御部の制御信号により、駆動部を構成する複数のスイッチング素子をスイッチングし、直流ブラシレスモータの巻線への通電路を開閉制御して直流ブラシレスモータを駆動する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３相直流ブラシレスモータを駆動する駆動装置は、例えば図３に示すように構成され、マイクロコンピュータから成る通電制御部（図示せず）から出力される制御信号により、３相ブリッジインバータＩＶを構成する６個のスイッチング素子がスイッチングされ、直流電源Ｅから３相直流ブラシレスモータＭの各巻線への通電路が複数のスイッチング素子により開閉制御されてモータＭが駆動される。
【０００３】
この３相ブリッジインバータＩＶでは、図３に示すように、例えば電界効果トランジスタから成る２個のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の直列回路により第１のアームＡ１が形成され、これと同様に２個のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４の直列回路、及び２個のスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６の直列回路により、それぞれ第２、第３のアームＡ２、Ａ３が形成され、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６にはフライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ逆極性に接続されている。
【０００４】
そして、インバータＩＶの各アームＡ１〜Ａ３それぞれにおける両スイッチング素子の接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に、モータＭの固定子の星形結線された３相巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が接続され、インバータＩＶの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の上側にある上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５の一端が直流電源Ｅの正端子に接続され、インバータＩＶの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の下側にある下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６の他端が直流電源Ｅの負端子に接続されている。
【０００５】
このような構成において、図４に示すように、通電制御部からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５が１２０゜ずつずれてオンし、これと同様に通電制御部からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、下側スイッチング素子群ＬＴの各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６が１２０゜ずつずれてオンする。
【０００６】
このとき、図３には示されていないが、モータＭの回転子の位置を検出するホール素子から成る位置検出部が設けられ、通電制御部では、上側スイッチング素子群ＨＴの各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のうちオンしているスイッチング素子のアームとは異なるアームの下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子がオンするように制御信号を出力し、かつオンすべき上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子と下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子との組み合わせを、位置検出部による回転子の検出位置に関連して切り換えるようになっている。こうして、各巻線Ｍ１〜Ｍ３への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られるのである。
【０００７】
尚、通常、通電制御部からインバータＩＶの下側スイッチング素子群ＬＴへの制御信号はパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）され、このＰＷＭにおけるデューティサイクルが制御されてモータＭの電流制御が行われるようになっている。
【０００８】
また、図３には示されていないが、上記した構成の駆動装置では、インバータＩＶの各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に過大電流が流れることを防止して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を保護するために、直流電源ＥとインバータＩＶとの通電路に、例えばシャント抵抗から成る電流検出部が設けられると共に、この電流検出部により検出される電流が、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の損傷防止のための遮断電流値に達したときに、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に流れる電流をこの遮断電流値以下に制限する電流制限部が設けられている。
【０００９】
更に、モータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態のときに、上記した電流制限部による電流制限だけでは、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の熱破壊を確実に防止することができないため、この電流制限に加えて所定時間経過後に各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電を停止することも行われている。このような通電停止は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の温度が高い状況下における熱破壊防止を目的としているため、非常に短い時間で通電停止される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した構成の３相直流ブラシレスモータの駆動装置を自動車等の車両用パワーステアリングに適用すると、寒冷地などの低温環境下で使用されることもあり、このような場合において、エンジン始動時にはエンジン温度が非常に低く、パワーステアリング用の油圧モータの油やグリスの粘度が高くなっているため、油圧モータに直結されたモータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態となる。
【００１１】
しかし、このようにモータＭ及び各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の温度が低く、通電時間を多少長くしても熱破壊するおそれがないにも拘わらず、モータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあるために、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電を開始しても、直ぐに通電が停止されてしまう。
【００１２】
そのため、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の温度が上昇してモータＭが円滑に回転し始める前に、モータＭの回転が強制的に停止されてしまい、エンジン始動後にはパワーステアリングが効かないという現象が生じるおそれがあった。この種の問題は、油圧モータに限られることではなく、極低温状態で粘度が高くなる油やグリスを用いた減速機等のその他の機器でも起こり得る。
【００１３】
そこで、本発明は、極低温状態で油やグリスの粘度が高くなる油圧モータや減速機のような起動しにくい負荷でも、直流ブラシレスモータにより容易に起動できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを検出する拘束検出部と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、前記拘束検出部により前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、前記温度検出部による検出温度が低くなるに従い前記スイッチング素子への通電時間が長くなるように前記通電制御部を制御して前記制御信号を調整する調整部とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
このような構成によれば、拘束検出部により直流ブラシレスモータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、温度検出部による検出温度が低くなるに従い、駆動部のスイッチング素子への通電時間が長くなるように調整部により通電制御部が制御されて制御信号が調整される。
【００１６】
そのため、極低温状態で油やグリスの粘度が高くなる油圧モータや減速機のような起動しにくい負荷を直流ブラシレスモータにより駆動する場合であっても、これら負荷を容易に起動することができる。
【００１７】
このとき、適用可能な直流ブラシレスモータは、回転駆動するもののほか、リニアモータのような直線駆動するものが該当する。
【００１８】
また、本発明は、前記駆動部を流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部による検出電流値を所定の遮断電流値以下に制限すべく前記通電制御部から前記スイッチング素子への制御信号を遮断する電流制限部とを備え、前記拘束検出部は、前記電流制限部による電流制限の時間が予め設定された所定値以上継続するときに前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると判断することを特徴としている。
【００１９】
このような構成によれば、電流制限部による電流制限の時間が予め設定された所定値以上継続する状態であれば、モータが過負荷状態、つまり拘束或いは拘束に近い状態にあると判断して差し支えないため、モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを確実に検知することができる。
【００２０】
また、本発明は、前記モータの回転子の位置を検出する位置検出部を備え、前記拘束検出部は、前記位置検出部により検出される前記モータの回転子の位置が所定時間以上変化しないときに前記モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると判断することを特徴としている。
【００２１】
このような構成によれば、モータの回転子の位置が所定時間以上変化しなければ、モータは回転しておらず拘束或いは拘束に近い状態にあると判断して差し支えないため、モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを確実に検知することができる。
【００２２】
更に、モータの逆起電力を検出することで、モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあるかどうかを判断するようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明は、前記温度検出部が、前記各スイッチング素子のうち最も発熱の大きいものに近接して配設された温度検出素子から成ることを特徴としている。
【００２４】
このような構成によれば、条件的に最も厳しいスイッチング素子を対象として温度検出できるため、スイッチング素子の検出温度が低くなるに従いスイッチング素子への通電時間を長く調整する場合に、精度よい調整を行うことができる。しかも、すべてのスイッチング素子に対して温度検出素子を設ける必要もなく、安価に構成できる。
【００２５】
このとき、温度検出素子には、例えばサーミスタが好ましい。また、温度検出素子以外に、各スイッチング素子の温度が高くなると、各スイッチング素子の寄生ダイオードの順電圧が低くなることに着目して、各スイッチング素子の寄生ダイオードの順電圧を検出するように温度検出部を構成しても構わない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明を車両のパワーステアリングに適用した場合の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。但し、図１はこの発明のモータ駆動装置の結線図、図２は動作説明図である。
【００２７】
自動車等の車両用パワーステアリングに適用されるモータの駆動装置は、例えば図１に示すように構成されている。図１に示すように、ロータリエンコーダ等から成る舵角検出器がステアリング（図示せず）に設けられ、この舵角検出器の出力信号がマイクロコンピュータから成る通電制御部１に入力されると、通電制御部１により舵角検出器の出力信号に基づいてステアリングの操作速度が検出され、その速度の高、低に応じて通電制御部によりステアリングの操作トルクのアシスト量が決定される。
【００２８】
そして、通電制御部１から出力される制御信号により、駆動部としての３相ブリッジインバータ２を構成する電界効果トランジスタ等から成る６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がスイッチングされ、直流電源３から永久磁石型の３相直流ブラシレスモータＭの各巻線への通電路が複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６により開閉制御されてモータＭが駆動され、必要なアシストトルクが発生される。ここで、モータＭの回転子に油圧モータＰが直結され、モータＭにより油圧モータＰが回転駆動される。
【００２９】
ところで、この３相ブリッジインバータ２は、図３に示す３相ブリッジインバータＩＶと同様に構成され、通電制御部１からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、上側スイッチング素子群ＨＴを構成する各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５（図３参照）が１２０゜ずつずれてオンし、これと同様に通電制御部１からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、下側スイッチング素子群ＬＴを構成する各スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６（図３参照）が１２０゜ずつずれてオンする。
【００３０】
このとき、モータＭの回転子の位置を検出するホール素子から成る位置検出部４が設けられ、上側スイッチング素子群ＨＴの各アームＡ１〜Ａ３のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のうちオンしているスイッチング素子のアームとは異なるアームの下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子がオンするように、通電制御部１により制御信号が出力され、かつオンすべき上側スイッチング素子群ＨＴのスイッチング素子と下側スイッチング素子群ＬＴのスイッチング素子との組み合わせが、位置検出部４により検出されるモータＭの回転子の位置に関連して切り換えられる。
【００３１】
尚、通電制御部１からインバータ２の下側スイッチング素子群ＬＴへはＰＷＭ制御信号が出力され、このＰＷＭにおけるデューティサイクルが制御されてモータＭの電流制御が行われる。こうして、モータＭの各巻線Ｍ１〜Ｍ３への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られる。
【００３２】
また、図１に示すように、インバータ２の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に過電流が流れることを防止して保護するために、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に流れる電流を検出するシャント抵抗から成る電流検出部５が設けられると共に、この電流検出部５による検出電流値を予め定められた遮断電流値以下に制限する電流制限部６が設けられている。
【００３３】
更に、モータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを検出する拘束検出部８が設けられている。この拘束検出部８は、上記した電流制限部６による電流制限の時間が予め設定された所定値以上継続するかどうか、或いは位置検出部４により検出されるモータＭの回転子の位置が所定時間以上変化しないかどうかによって、モータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあるかどうかを判断する。
【００３４】
また、インバータ２を構成する各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の温度を検出する温度検出部としてのサーミスタ９が設けられ、このサーミスタ９は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうち、プリント基板への実装位置の関係上、最も発熱の大きくなるいものに近接して配設される。
【００３５】
更に、図１に示すように、拘束検出部８の後段には調整部１０が設けられ、拘束検出部８によりモータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、サーミスタ９による検出温度が低くなるに従いスイッチング素子への通電時間が長くなるように、この調整部１０により、通電制御部１が制御されて各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への制御信号が調整される。
【００３６】
このとき、例えば図２に示すように、サーミスタ９による検出温度がθ１（＜０℃）以下の温度範囲では、各スイッチング素子への通電時間がｔ３となり、検出温度がθ１〜θ２（θ２＞θ１）の温度範囲では、各スイッチング素子への通電時間がｔ２（＜ｔ３）となり、検出温度がθ２〜θ３（θ３＞θ２）の温度範囲では、各スイッチング素子への通電時間がｔ１（＜ｔ２）となるように、段階的な調整が行われる。
【００３７】
このように、拘束検出部８によりモータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることが検出され、かつサーミスタ９による検出温度がθ１（＜０℃）と低いときには、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電時間が長くなるように調整部１０により通電制御部１が制御される。
【００３８】
そのため、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の発熱量が強制的に多くなるよう制御され、その結果、極低温状態で油やグリスの粘度が高くなっている油圧モータＰに熱が加えられ、油圧モータＰの温度が次第に上昇して油圧モータＰが円滑に駆動され、極低温であってもパワーステアリングを有効に作動させることができる。
【００３９】
一方、サーミスタ９による検出温度がθ３と高いときには、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電時間が短くなるように調整部１０により通電制御部１が制御されるため、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の発熱が抑制されて各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の熱破壊が未然に防止される。
【００４０】
従って、上記した実施形態によれば、拘束検出部８によりモータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、サーミスタ９による検出温度が低ければ、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電時間が長くなるように制御されるため、極低温状態で油やグリスの粘度が高くなる油圧モータＰを容易に起動することができ、極低温であってもパワーステアリングを有効に作動させることができる。
【００４１】
また、サーミスタ９による検出温度が高ければ、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６への通電時間が短くなるように制御されるため、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の熱破壊を未然に防止できる。しかも、すべてのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に対してサーミスタ等の温度検出素子を設ける必要がないため、安価な構成にすることができる。
【００４２】
なお、上記した実施形態では、サーミスタ９による検出温度が低くなるに従い、図２に示すように段階的に各スイッチング素子への通電時間を段階的に長くなるように、調整部１０により通電制御部１の制御信号を調整するようにした場合について説明したが、図２中の一点鎖線で示す曲線のように、連続的に調整するようにしても構わないのはいうまでもない。
【００４３】
また、上記した実施形態では、本発明を回転駆動する３相直流ブラシレスモータＭの駆動に適用した場合について説明しているが、直線駆動する３相直流ブラシレスモータであっても本発明を同様に適用することができて、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００４４】
更に、上記した実施形態では、本発明を自動車等の車両用パワーステアリングに適用した場合について説明しているが、本発明の適用範囲はこのようなパワーステアリングに限られるものではなく、これ以外にもモータを駆動するものであれば、本発明を適用することが可能である。
【００４５】
また、モータＭが拘束状態または拘束状態に近い状態にあるかどうかの判断は、モータＭの逆起電力を検出することで行うようにしても構わない。
【００４６】
更に、スイッチング素子のＳ１〜Ｓ６温度検出は、上記したサーミスタ９やその他の温度検出素子による構成に限定されるものではなく、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の温度が高くなると、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の寄生ダイオード、或いは各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６それぞれに並列に接続されたフラホイールダイオードの順電圧が低くなることに着目して、これらダイオードの順電圧を検出するように温度検出部を構成しても構わない。
【００４７】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、拘束検出部により直流ブラシレスモータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあると検出されたときに、温度検出部による検出温度が低くなるに従い、駆動部のスイッチング素子への通電時間が長くなるように調整部により通電制御部が制御されて制御信号が調整されるため、極低温状態で油やグリスの粘度が高くなる油圧モータや減速機のような起動しにくい負荷を直流ブラシレスモータにより駆動する場合であっても、これら負荷を容易に起動することが可能になり、これら油圧モータ等を安定して駆動することができる。
【００４９】
また、請求項２に記載の発明によれば、電流制限部による電流制限の時間が予め設定された所定値以上継続する状態であれば、モータが過負荷状態、つまり拘束或いは拘束に近い状態にあると判断して差し支えないため、モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを確実に検知することが可能になる。
【００５０】
また、請求項３に記載の発明によれば、モータの回転子の位置が所定時間以上変化しなければ、モータは回転しておらず拘束或いは拘束に近い状態にあると判断して差し支えないため、モータが拘束状態または拘束状態に近い状態にあることを確実に検知することが可能になる。
【００５１】
また、請求項４に記載の発明によれば、条件的に最も厳しいスイッチング素子を対象として温度検出できるため、スイッチング素子の検出温度が低くなるに従いスイッチング素子への通電時間を長く調整する場合に、精度よい調整が可能になる。しかも、すべてのスイッチング素子に対して温度検出素子を設ける必要がないため、安価な構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の結線図である。
【図２】この発明の一実施形態の動作説明図である。
【図３】従来例の結線図である。
【図４】従来例の動作説明用のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１    通電制御部
２    インバータ（駆動部）
Ｓ１〜Ｓ６  スイッチング素子
３    直流電源
４    位置検出部
５    電流検出部
６    電流制限部
８    拘束検出部
９    サーミスタ（温度検出部）
１０  調整部
Ｍ    ３相直流ブラシレスモータ
【図１】
0003763510.tif 000002
【図２】
0003763510.tif 000003
【図３】
0003763510.tif 000004
【図４】
0003763510.tif 000005