JP3763510B2

JP3763510B2 - DC brushless motor drive device

Info

Publication number: JP3763510B2
Application number: JP2000156199A
Authority: JP
Inventors: 信博鷹尾; 八十八原; 晃坂根
Original assignee: JTEKT Corp; Nidec America Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Nidec America Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: JP2001339981A

Description

【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
Ｍ３相直流ブラシレスモータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device that drives a DC brushless motor by switching a plurality of switching elements constituting a drive unit according to a control signal of an energization control unit, and controlling opening and closing of an energization path to a winding of the DC brushless motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a driving device for driving a three-phase DC brushless motor is configured as shown in FIG. 3, for example, and a three-phase bridge inverter IV is controlled by a control signal output from an energization control unit (not shown) composed of a microcomputer. The six switching elements are switched, and the energization path from the DC power source E to each winding of the three-phase DC brushless motor M is controlled to be opened and closed by a plurality of switching elements to drive the motor M.
[0003]
In this three-phase bridge inverter IV, as shown in FIG. 3, a first arm A1 is formed by a series circuit of two switching elements S1 and S2 made of, for example, a field effect transistor, and similarly two switching elements are formed. The series circuit of the elements S3 and S4 and the series circuit of the two switching elements S5 and S6 form the second and third arms A2 and A3, respectively, and the switching elements S1 to S6 have flywheel diodes D1 to D1. D6 is connected to the opposite polarity.
[0004]
The three-phase windings M1, M2, and M3 of the stator of the motor M connected to the connection points P1, P2, and P3 of the switching elements in the arms A1 to A3 of the inverter IV are connected to the inverter. One end of each switching element S1, S3, S5 of the upper switching element group HT above the connection point P1, P2, P3 of IV is connected to the positive terminal of the DC power supply E, and the connection point P1, P2, P3 of the inverter IV. The other ends of the switching elements S2, S4, and S6 of the lower switching element group LT on the lower side are connected to the negative terminal of the DC power supply E.
[0005]
In such a configuration, as shown in FIG. 4, each switching element S1, S3, S5 of the upper switching element group HT is shifted by 120 ° and turned on by a control signal shifted in phase by 120 ° from the energization control unit. In the same manner, the switching elements S2, S4, S6 of the lower switching element group LT are turned on by 120.degree. By the control signal with 120.degree.
[0006]
At this time, although not shown in FIG. 3, a position detection unit composed of a Hall element that detects the position of the rotor of the motor M is provided, and in the energization control unit, each switching element S1 of the upper switching element group HT, A control signal is output so that the switching element of the lower switching element group LT of the arm different from the arm of the switching element that is turned on among S3 and S5 is turned on, and the switching element of the upper switching element group HT to be turned on And a switching element of the lower switching element group LT are switched in relation to the detected position of the rotor by the position detecting unit. In this way, the direction of current flow to each of the windings M1 to M3 is switched, and the magnetic poles of the stator rotate in one direction to obtain the rotational force of the rotor.
[0007]
Normally, a control signal from the energization control unit to the lower switching element group LT of the inverter IV is subjected to pulse width modulation (PWM), and the duty cycle in the PWM is controlled to control the current of the motor M. It has come to be.
[0008]
Although not shown in FIG. 3, in the drive device having the above-described configuration, in order to protect the switching elements S1 to S6 by preventing an excessive current from flowing through the switching elements S1 to S6 of the inverter IV. In addition, a current detection unit composed of, for example, a shunt resistor is provided in the current path between the DC power source E and the inverter IV, and the current detected by the current detection unit is blocked to prevent damage to the switching elements S1 to S6. A current limiting unit is provided that limits the current flowing through each of the switching elements S1 to S6 to a value equal to or lower than the cutoff current value when the current value is reached.
[0009]
Furthermore, when the motor M is in a restrained state or a state close to the restrained state, the current destruction by the current restricting unit alone cannot reliably prevent the thermal destruction of the switching elements S1 to S6. In addition, the energization of the switching elements S1 to S6 is stopped after a predetermined time has elapsed. Such energization is stopped for a very short time because the purpose is to prevent thermal destruction in a situation where the temperatures of the switching elements S1 to S6 are high.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the driving device for a three-phase DC brushless motor having the above-described configuration is applied to a power steering for a vehicle such as an automobile, the driving device may be used in a low temperature environment such as a cold region. Since the engine temperature is very low and the viscosity of oil and grease of the hydraulic motor for power steering is high, the motor M directly connected to the hydraulic motor is in a restricted state or a state close to the restricted state.
[0011]
However, although the temperature of the motor M and each of the switching elements S1 to S6 is low as described above, the motor M is in a restrained state or a state close to the restrained state even though there is no risk of thermal destruction even if the energization time is somewhat longer. For this reason, even if energization to each of the switching elements S1 to S6 is started, the energization is immediately stopped.
[0012]
For this reason, the rotation of the motor M is forcibly stopped before the temperature of each of the switching elements S1 to S6 rises and the motor M starts to rotate smoothly, and the power steering does not work after the engine is started. There was a risk of it occurring. This type of problem is not limited to hydraulic motors, but can also occur in other devices such as speed reducers using oil or grease that increase in viscosity at extremely low temperatures.
[0013]
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily start a DC brushless motor even with a load that is difficult to start, such as a hydraulic motor or a speed reducer, in which the viscosity of oil or grease increases in an extremely low temperature state.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a constraint detection unit that detects that the motor is in a constraint state or a state close to a constraint state, a temperature detection unit that detects the temperature of the switching element, and the constraint When the detection unit detects that the motor is in a restraint state or a state close to a restraint state, the energization control unit is configured to increase the energization time to the switching element as the temperature detected by the temperature detection unit decreases. And an adjustment unit for adjusting the control signal by controlling the control signal.
[0015]
According to such a configuration, when the direct current brushless motor is detected to be in a restraint state or a state close to the restraint state by the restraint detection unit, as the temperature detected by the temperature detection unit decreases, The energization control unit is controlled by the adjustment unit to adjust the control signal so that the energization time becomes longer.
[0016]
Therefore, even when a hard-to-start load such as a hydraulic motor or a speed reducer in which the viscosity of oil or grease increases in a cryogenic state is driven by a DC brushless motor, these loads can be easily started.
[0017]
At this time, applicable DC brushless motors include those that drive linearly such as linear motors in addition to those that rotate.
[0018]
Further, the present invention provides a current detection unit that detects a current flowing through the drive unit, and a control from the energization control unit to the switching element so as to limit a detection current value by the current detection unit to a predetermined cutoff current value or less. A current limiting unit that cuts off a signal, and the constraint detection unit is configured so that the motor is in a constrained state or a state close to a constrained state when a current limiting time by the current limiting unit continues for a predetermined value or more. It is characterized by judging that there is.
[0019]
According to such a configuration, if the time of current limiting by the current limiting unit continues for a predetermined value or more, it is determined that the motor is in an overload state, that is, in a restraint or a state close to restraint. Therefore, it is possible to reliably detect that the motor is in a restrained state or a state close to the restrained state.
[0020]
The present invention further includes a position detection unit that detects a position of the rotor of the motor, and the constraint detection unit is configured such that the position of the rotor of the motor detected by the position detection unit does not change for a predetermined time or more. And determining that the motor is in a restrained state or a state close to the restrained state.
[0021]
According to such a configuration, if the position of the rotor of the motor does not change for a predetermined time or more, it can be determined that the motor is not rotating and is in a restraint or a state close to restraint. Or it can detect reliably that it is in the state near a restraint state.
[0022]
Furthermore, by detecting the back electromotive force of the motor, it may be determined whether the motor is in a restrained state or a state close to the restrained state.
[0023]
Further, the present invention is characterized in that the temperature detection unit is composed of a temperature detection element disposed in the vicinity of the one that generates the most heat among the switching elements.
[0024]
According to such a configuration, since temperature detection can be performed for the switching element that is the most severe in terms of condition, accurate adjustment is performed when the energization time to the switching element is adjusted to be longer as the detected temperature of the switching element decreases. be able to. In addition, it is not necessary to provide temperature detecting elements for all the switching elements, and it can be configured at low cost.
[0025]
At this time, for example, a thermistor is preferable for the temperature detection element. In addition to the temperature detection element, paying attention to the fact that the forward voltage of the parasitic diode of each switching element decreases as the temperature of each switching element increases, the temperature is detected so as to detect the forward voltage of the parasitic diode of each switching element. You may comprise a detection part.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to power steering of a vehicle will be described with reference to FIGS. However, FIG. 1 is a connection diagram of the motor drive device of the present invention, and FIG.
[0027]
A motor drive device applied to a power steering for a vehicle such as an automobile is configured, for example, as shown in FIG. As shown in FIG. 1, a steering angle detector composed of a rotary encoder or the like is provided in a steering (not shown), and when an output signal of this steering angle detector is input to an energization control unit 1 composed of a microcomputer, The energization control unit 1 detects the steering operation speed based on the output signal of the steering angle detector, and the energization control unit determines the assist amount of the steering operation torque according to the high and low speeds.
[0028]
Then, six switching elements S1 to S6 composed of field effect transistors or the like constituting the three-phase bridge inverter 2 as a drive unit are switched by a control signal output from the energization control unit 1, and a permanent magnet is supplied from the DC power source 3. The energization path to each winding of the three-phase DC brushless motor M is controlled by a plurality of switching elements S1 to S6 to drive the motor M and generate necessary assist torque. Here, the hydraulic motor P is directly connected to the rotor of the motor M, and the hydraulic motor P is rotationally driven by the motor M.
[0029]
By the way, this three-phase bridge inverter 2 is configured in the same manner as the three-phase bridge inverter IV shown in FIG. 3, and constitutes the upper switching element group HT by a control signal shifted in phase by 120 ° from the energization control unit 1. Each of the switching elements S1, S3, S5 (see FIG. 3) is turned on by 120 °, and similarly, the lower switching element group LT is turned on by a control signal having a phase difference of 120 ° from the energization control unit 1. Each of the switching elements S2, S4, and S6 (see FIG. 3) constituting the switch is turned on by shifting by 120 °.
[0030]
At this time, a position detection unit 4 including a Hall element that detects the position of the rotor of the motor M is provided, and is turned on among the switching elements S1, S3, and S5 of the arms A1 to A3 of the upper switching element group HT. A control signal is output from the energization control unit 1 so that the switching elements of the lower switching element group LT of an arm different from the arm of the switching element are turned on, and the switching elements and the lower side of the upper switching element group HT to be turned on The combination of the switching element group LT and the switching element is switched in relation to the position of the rotor of the motor M detected by the position detection unit 4.
[0031]
Note that a PWM control signal is output from the energization control unit 1 to the lower switching element group LT of the inverter 2, and the duty cycle in the PWM is controlled to control the current of the motor M. Thus, the direction of current flow to each of the windings M1 to M3 of the motor M is switched, and the magnetic poles of the stator rotate in one direction to obtain the rotational force of the rotor.
[0032]
Further, as shown in FIG. 1, in order to prevent and protect the overcurrent from flowing through the switching elements S1 to S6 of the inverter 2, a current comprising a shunt resistor that detects the current flowing through the switching elements S1 to S6. A detection unit 5 is provided, and a current limiting unit 6 is provided for limiting the current value detected by the current detection unit 5 to a predetermined cutoff current value or less.
[0033]
Furthermore, a constraint detection unit 8 that detects that the motor M is in a constraint state or a state close to the constraint state is provided. The constraint detection unit 8 determines whether or not the current limiting time by the current limiting unit 6 continues for a predetermined value or more, or the position of the rotor of the motor M detected by the position detection unit 4 is a predetermined time. It is determined whether or not the motor M is in a restrained state or a state close to the restrained state depending on whether or not the change has occurred.
[0034]
Moreover, the thermistor 9 as a temperature detection part which detects the temperature of each switching element S1-S6 which comprises the inverter 2 is provided, This thisrmistor 9 is the mounting position to a printed circuit board among each switching element S1-S6. In view of this, it is arranged close to the one that generates the largest amount of heat.
[0035]
Further, as shown in FIG. 1, an adjustment unit 10 is provided at the subsequent stage of the constraint detection unit 8, and when the motor M is detected to be in a constraint state or a state close to the constraint state by the constraint detection unit 8, The adjustment unit 10 controls the energization control unit 1 to adjust the control signal to each of the switching elements S1 to S6 so that the energization time to the switching element becomes longer as the detection temperature by 9 becomes lower.
[0036]
At this time, for example, as shown in FIG. 2, in the temperature range where the temperature detected by the thermistor 9 is equal to or lower than θ1 (<0 ° C.), the energization time to each switching element is t3, and the detected temperatures are θ1 to θ2 (θ2> θ1). ) In the temperature range, the energization time to each switching element is t2 (<t3), and in the temperature range of the detected temperature θ2 to θ3 (θ3> θ2), the energization time to each switching element is t1 (<t2). Step-by-step adjustments are made so that
[0037]
As described above, when the restraint detection unit 8 detects that the motor M is in a restraint state or a state close to the restraint state, and the temperature detected by the thermistor 9 is as low as θ1 (<0 ° C.), each of the switching elements S1 to S6. The energization control unit 1 is controlled by the adjustment unit 10 so that the energization time is increased.
[0038]
Therefore, the amount of heat generated by each of the switching elements S1 to S6 is controlled to be forcibly increased. As a result, heat is applied to the hydraulic motor P in which the viscosity of oil or grease is high in a cryogenic state, and the hydraulic motor P The hydraulic motor P is smoothly driven and the power steering can be operated effectively even at an extremely low temperature.
[0039]
On the other hand, when the temperature detected by the thermistor 9 is as high as θ3, the energization control unit 1 is controlled by the adjustment unit 10 so that the energization time to each of the switching elements S1 to S6 is shortened. Is suppressed and thermal destruction of each of the switching elements S1 to S6 is prevented in advance.
[0040]
Therefore, according to the above-described embodiment, if the temperature detected by the thermistor 9 is low when the restraint detection unit 8 detects that the motor M is in a restrained state or a state close to the restraint state, the switching elements S1 to S6 are detected. Since the energization time is controlled to be long, the hydraulic motor P, in which the viscosity of oil and grease increases at extremely low temperatures, can be easily started, and power steering is effectively operated even at extremely low temperatures. Can be made.
[0041]
Further, if the temperature detected by the thermistor 9 is high, the energization time to each of the switching elements S1 to S6 is controlled so that the thermal destruction of each of the switching elements S1 to S6 can be prevented. Moreover, since it is not necessary to provide temperature detecting elements such as thermistors for all the switching elements S1 to S6, an inexpensive configuration can be achieved.
[0042]
In the above-described embodiment, as the temperature detected by the thermistor 9 is lowered, the energization control unit is adjusted by the adjustment unit 10 so that the energization time to each switching element is increased stepwise as shown in FIG. Although the case where the control signal of 1 is adjusted has been described, it goes without saying that the control signal may be adjusted continuously as shown by a dashed line in FIG.
[0043]
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to driving of the three-phase DC brushless motor M that rotationally drives has been described. However, the present invention is similarly applied to a three-phase DC brushless motor that is linearly driven. It can be applied and the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
[0044]
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a power steering for a vehicle such as an automobile has been described. However, the scope of the present invention is not limited to such a power steering, and other than this. As long as the motor is driven, the present invention can be applied.
[0045]
Further, whether the motor M is in a restrained state or a state close to the restrained state may be determined by detecting the counter electromotive force of the motor M.
[0046]
Furthermore, the S1-S6 temperature detection of the switching elements is not limited to the above-described configuration using the thermistor 9 or other temperature detection elements. When the temperatures of the switching elements S1-S6 increase, the switching elements S1-S6 are detected. The temperature detector is configured to detect the forward voltage of these diodes, or the forward voltage of the full-wheel diode connected in parallel to each of the switching elements S1 to S6. It doesn't matter.
[0047]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, when the constraint detection unit detects that the DC brushless motor is in a constraint state or a state close to the constraint state, the temperature detected by the temperature detection unit is lowered. Accordingly, the energization control unit is controlled by the adjustment unit to adjust the control signal so that the energization time to the switching element of the drive unit becomes longer, and therefore the hydraulic motor or deceleration that increases the viscosity of oil or grease at extremely low temperatures Even when a load that is difficult to start, such as a machine, is driven by a DC brushless motor, these loads can be easily started, and these hydraulic motors and the like can be driven stably.
[0049]
According to the second aspect of the present invention, if the current limiting time by the current limiting unit continues for a predetermined value or more, the motor is in an overload state, that is, constrained or close to constrained. Therefore, it is possible to reliably detect that the motor is in a restrained state or a state close to the restrained state.
[0050]
According to the third aspect of the present invention, if the position of the rotor of the motor does not change for a predetermined time or more, it may be determined that the motor is not rotating and is in a restraint or a state close to restraint. It is possible to reliably detect that the motor is in a restrained state or a state close to the restrained state.
[0051]
Further, according to the invention of claim 4, since the temperature can be detected for the conditionally severe switching element, when the energization time to the switching element is adjusted longer as the detection temperature of the switching element becomes lower, Accurate adjustment is possible. Moreover, since it is not necessary to provide temperature detection elements for all the switching elements, an inexpensive configuration can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a connection diagram of a conventional example.
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Energization control unit 2 Inverter (drive unit)
S1 to S6 Switching element 3 DC power supply 4 Position detection unit 5 Current detection unit 6 Current limiting unit 8 Constraint detection unit 9 Thermistor (temperature detection unit)
10 Adjustment unit M 3-phase DC brushless motor

Claims

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。In a DC brushless motor driving apparatus that switches a plurality of switching elements constituting the driving unit according to a control signal of the energization control unit and controls the opening and closing of the energization path to the winding of the DC brushless motor to drive the motor.
A restraint detector that detects that the motor is in a restraint state or a state close to a restraint state;
A temperature detector for detecting the temperature of the switching element;
When the restriction detection unit detects that the motor is in a restricted state or a state close to a restricted state, the energization is performed so that the energization time to the switching element becomes longer as the temperature detected by the temperature detection unit becomes lower. An apparatus for controlling a direct current brushless motor, comprising: an adjustment unit that controls the control unit to adjust the control signal.

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。A current detection unit that detects a current flowing through the drive unit; and a current limit that blocks a control signal from the energization control unit to the switching element so as to limit a detection current value by the current detection unit to a predetermined cutoff current value or less. With
The restraint detection unit determines that the motor is in a restrained state or a state close to a restrained state when the current limiting time by the current limiting unit continues for a predetermined value or more. 2. A driving apparatus for a direct current brushless motor according to 1.

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。A position detector for detecting the position of the rotor of the motor;
The restraint detector determines that the motor is in a restraint state or a state close to a restraint state when the position of the rotor of the motor detected by the position detector does not change for a predetermined time or more. 2. A driving apparatus for a direct current brushless motor according to claim 1.

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。4. The direct current brushless motor according to claim 1, wherein the temperature detection unit includes a temperature detection element disposed in proximity to the switching element that generates the largest amount of heat. 5. Drive device.