JPH0389893A - 電動機の過負荷検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ＰＷＭ　（パルス幅変調〉により直流電動
機の回転数を制御するシステムに係り、詳しくは、過電
流を検知して電動機、制御装置、ワイヤハーネスの焼損
劣化を防止する過負荷検出装置に関するものである。

［従来技術］ 直流電動機の過負荷検出装置としては、例えば特開昭６
０−２３７８８６号公報に示されている。

これは、電流検出抵抗により転流ダイオードに流れる電
流を除く直流電動機に流れる電流に比例した電圧を発生
させ、電流検出抵抗の両端電圧の平均値をチョッパ信号
の平均値と比較し、過負荷状態を判断するようにしたも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このような装置では、過負荷状態を規定する
電流閾値をある一定値にしかできないため、運転される
最大出力時の電流に対応して設定することになる。従っ
て、ＩＩ流の平均値が予め設定されたある一定値を越え
たか否かの検出はできるが、デユーティ−比が低い状態
で運転している時に、過負荷検出までには到らず設定値
に近い電流が流れ続けた場合には、直流電動機、パワー
トランジスタ、ワイヤーハーネス等を焼損あるいは劣化
させてしまう虞がある。

この発明の目的は、デユーティ−比が低い状態で運転し
ている時に、過負荷検出までは到らず設定値に近い電流
が流れ続けた場合にも、直流電動機、制御装置、ワイヤ
ーハーネス等の焼損あるいは劣化を回避することができ
る電動機の過負荷検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、直流電動機に直流電源を投入するスイッチ
ング手段と、前記スイッチング手段をスイッチング動作
させるドライブ回路と、前記ドライブ回路を制御するた
めのＰＷＭ信号を出力する制御手段と、直流電動機に並
列に接続された転流ダイオードによる転流電流の影響を
受けることなく前記直流電動機に流れる電流に比例した
電圧を発生させる′Ｎ電流検出手段、前記電流検出手段
により検出した電圧を平滑化する平滑化手段と、基準電
圧と前記平滑化手段による平滑化電圧とを比較し、平滑
化手段による平滑化電圧が基準電圧より大きいときに直
流電動機が過負荷状態にあると判定する比較判定手段と
を備えた電動機の過負荷検出装置において、 前記ＰＷＭ信号のデユーティ−比の２乗のデユーティ−
比の信号を平滑化して基準電圧を設定するようにした電
動機の過負荷検出装置をその要旨とするものである。

［作用］ 制御手段の出力するＰＷＭ信号によりドライブ回路及び
スイ“ツチング手段を介して直流電動機が＄り御され、
平滑化手段にて電流検出手段により検出した電圧が平滑
化され、ＰＷＭ信号のデユーティ−比の２乗のデユーテ
ィ−比の信号が平滑化されて基準電圧が設定され、比較
判定手段によりその基準電圧と平滑化手段による平滑化
電圧とが比較され直流電動機の過負荷状態が判定される
。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図に示すように、バッテリ等の直流電源１に対し直
流電動機２と、直流電動１ｆｉ２をＰＷＭ制御により運
転するためのスイッチング手段としてのスイッチング用
パワーＭＯ３ＦＥＴ３と、直流電動機２の電流を間接的
に検出するための電流検出手段としての電流検出抵抗４
とが直列に接続されている。又、直流電動機２には並列
に転流ダイオード５が接続されている。

制御手段としてのマイクロコンピュータ６はそのＰＣＯ
ボートから直流電動機２の運転出力に応じた制御パルス
を出力する。レベル変換回路７はトランジスタ７ａ、７
ｂと抵抗７Ｃ〜７ｈとから構成され、マイクロコンピュ
ータ６のＰｃＯポートからのパルス電圧レベルを変換す
る。平滑回路８は抵抗８ａとコンデンサ８ｂとからなり
、レベル変換回路７にてレベル変換されたパルスを平滑
して直流電圧にする。

ＰＷＭコンパレータ９は三角波発振回路ＩＣＩらの三角
波と平滑回路８の出力とを入力し、両名を比較してＰＷ
Ｍ信号を出力する。ドライブ回路１１はＰＷＭコンパレ
ータ９からの信号を入力してスイッチング用パワーＭＯ
３ＦＥＴ３をオン・オフ駆動する。

又、マイクロコンピュータ６のＰｃｌポートからは、Ｐ
ＣＯボートのパルスのデユーティ−比をＤとすると、２
乗のデユーティ−比Ｄ２のパルスが出力される。レベル
変換回路１２はトランジスタ１２ａ、１２ｂと抵抗１２
Ｃ〜１２ｈとから構成され、マイクロコンピュータ６の
Ｐｃ１ポートからのパルスの電圧レベルを電源電圧ＶＢ
に比例したレベルに変換する。平滑回路１３は抵抗１３
ａとコンデンサ１３ｂとから成り、レベル変換回路１２
の出力を平滑し直流電圧にする。

平滑化手段としての平滑回路１５は抵抗１５ａとコンデ
ンサ１５ｂとから構成され、電流検出抵抗４の両端に印
加された電圧を平滑化し直流電圧にする。比較判定手段
としてのコンパレータ１４は平滑回路１３の出力と平滑
回路１５の出力を入力し、直流電動＠２の過負荷を検出
する。そして、そのコンパレータ１４の出力端子はマイ
クロコンピュータ６のＰＡＯボートと接続されている。

次に、このように構成した電動機の過負荷検出装置の作
用を説明する。

マイクロコンピュータ６は図示しない入力信号により直
流電動機２の運転出力に応じた制御パルスをＰｃＯボー
トから出力するための処理を行い、この制御パルスをｐ
ｃｏボートから出力するとともに、そのパルスのデユー
ティ−比の２乗の信号をＰｃｌボートから出力する。

マイクロコンピュータ６のＰｃｏボートからの信号はレ
ベル変換回路７にてレベル変換され、平滑回路８にて平
滑され直流電圧にされ、ざらに、ＰＷＭコンパレータ９
にて三角波発振回路１０からの三角波と平滑回路８の出
力とが比較されてＰＷＭ信号が出力される。そして、ド
ライブ回路１１がＰＷＭコンパレータ９からの信号にて
パワーＭＯ３ＦＥＴ３をオン・オフする。

その結果、スイッチング用パワーＭＯ３ＦＥＴ３がオン
の時は、直流電源１→直流電動機２→スイッチング用パ
ワーＭＯ３ＦＥＴ３→電流検出抵抗４→直流電源１の経
路で電流１０が流れる。−方、スイッチング用パワーＭ
Ｏ３ＦＥＴ３がオフの時は、直流電動１１２→転流ダイ
オ一ド５→直流電動機２の経路で転流電流ＩＦｆｆｉ流
れる。第２図に直流電動機２に流れる電流ＩＨ，電流検
出抵抗４に流れる電流ＩＤ１転流ダイオード５に流れる
電流ＩＦの各波形を示す。さらに、電流検出抵抗４の両
端子間には転流ダイオード５による転流電流工Ｆの影響
を受けることなく直流電動機２に流れる電流に比例した
電圧ｖＳが発生する。

又、マイクロコンピュータ６のＰｃ１ポートからのパル
スの電圧レベルがレベル変換回路１２にて電源電圧ＶＢ
に比例したレベルに変換され、平滑回路１３にて平滑さ
れて基Ｑ電圧が設定される。

さらに、電流検出抵抗４により検出した電圧Ｖｓが平滑
回路１５にて平滑される。そして、コンパレータ１４に
て平滑回路１５の出力電圧と平滑回路１３の出力電圧と
が比較され、平滑回路１５の電圧が平滑回路１３の電圧
より大きいと直流電動＠２が過負荷であるとしてマイク
ロコンピュータ６のＰＡＯポートに信号を出力する。

この一連の過負荷検出動作の中での各回路での処理を説
明する。

今、直流電動機２に流れる電流ＩＮと電流、検出抵抗４
に流れる電流ＩＤと転流ダイオード４に流れる電流ＩＦ
との間において、１Ｈ＝ＩＯ＋ｉＦなる関係が成立する
。又、スイッチング用パワーＭＯ３ＦＥＴ３が導通して
いる期間はＩＦ＝Ｏ。

遮断している期間はｌ０＝Ｏとなる。ざらに、ＰＷＭ信
号の１周期をＴとし、スイッチング用パワーＭＯ３ＦＥ
Ｔ３が導通している期間の時間をＴＯＮとすると、その
時のデユーティ−比りは、Ｄ＝ＴＯＮ／Ｔである。ここ
で、直流電動機２の平均電流ＩＨは電源電圧ＶＢ及び運
転デユーティ−比りに比例するためＶＢ＝１２Ｖ、Ｄ＝
１の場合のＩＨ＠ｌＯとすれば、 ＩＮ　＝　ＩＯ−Ｄ−ＶＢ　／１２ なる関係が成立する。この値は、スイッチング用パワー
ＭＯ５ＦＥＴ３が導通している期間での電流検出抵抗４
に流れる電流ＩＤの平均値とも等しくなる。

このため、電流検出抵抗４の抵抗値をＲ３とし、そこに
発生する電圧をＶＳとすれば、同様にスイッチング用パ
ワーＭＯ３ＦＥＴ３が導通している期間での平均値■Ｓ
は ＶＳ　＝ＲＳ　−１０−Ｄ−ＶＢ　／１２なる関係が成
立する。

ざらに、この信号は平滑回路１５により全期間で平均化
され直流電圧となるためその電圧をＶｓｓとすると、 Ｖｓｓ＝　（Ｒ３−Ｉｏ　−Ｄ−ＶＢ／１２）　・Ｄと
なり、ＶＳに対しざらにＤが乗ぜられた値となるＣ第２
図参照〉。

一方、マイクロコンピュータ６のｐｃｉボートからはＤ
２デユーティ−比のパルスが出力されており、レベル変
換回路１２により電源電圧ＶＢに比例した波高値のパル
スにレベル変換され、さらに平滑回路１３により直流電
圧化されるので、レベル変換比をαとし平滑回路１３の
出力をＶＲＥＦとすると ＶＲＥＦ　＝ａ　−ＶＢ　−Ｄ２ なる関係が得られる。尚、αは抵抗１２ｇと１２ｈの抵
抗値により決まり、その抵抗値をそれぞれＰＣＩ　、Ｒ
ｈとすると、α＝Ｒｈ　／　（Ｒｇ＋Ｒｈ　）である。

以上により、コンパレータ１４の入力端子には電流検出
電圧として ＶＳＳ＝　（Ｒ３−ＩＯ−Ｄ−ＶＢ　／１２）　−Ｄが
、又、比較電圧（基準電圧）として ＶＲＥＦ　＝ａ　−ＶＢ　−Ｄ２ の電圧が入力される。

この両電圧はともに電源電圧ｖ８に比例するとともにデ
ユーティ−比りの２乗に比例して変化する。よって、レ
ベル変換比αをＲ３・ＩＯ（１／１２）に対してＮ倍に
なるよう設定すれば、運転デユーティ−及びその時の電
源電圧ＶＢによる変化は相殺されるので直流電動機２の
電流が過負荷によりその時の電源電圧ＶＢ及び運転デユ
ーティ−における正常電流値のＮ倍になった時にコンパ
レータ１４の出力が反転し過負荷状態を検出することが
できる。

尚、この倍数Ｎは前記したレベル変換回路１２の抵抗１
２ｇ、１２ｈの抵抗値Ｒｇ、Ｒｈを適当に設定すること
により任意に設定することができる。

このように本実施例は、ＰＷＭ信号のデユーティ−比の
２乗のデユーティ−比の信号を平滑化して基準電圧を設
定するようにした。その結果、電流検出抵抗４にて転流
ダイオード５による転流電流の影響を受けることなく直
流電動機２に流れる電流に比例した電圧を検出するとと
もにその電圧値を平滑化してコンパレータ１４にて比較
する際に、マイクロコンピュータ６からの２乗デユーテ
ィ−比のＰＷＭ信号を平滑化しているので、電流検出抵
抗４による検出電圧の平滑化に伴う誤差を無くすことが
でき、電源電圧ＶＢやデユーティ−比が低い状態で運転
している時に過負荷検出までには到らず設定値に近い電
流が流れ続けた場合にも直流電動機、パワートランジス
タ、ワイヤーハーネス等の焼損あるいは劣化を回避する
ことができる。又、基準電圧を設定する際に電源電圧ｖ
８をチョッパリングしているので電源電圧ＶＢが変化し
ても確実に過負荷を検出することができる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、上記実施例ではマイクロコンピュータ６のｐｃ
ｉポートからのパルスをレベル変換する回路１２におい
て、電２１Ｎ電圧ＶＢに比例した波高値としたが、電源
電圧ＶＢとは無関係な一定電圧ｖＺを印加してもよく、
この場合は、直流電動機２の電流が電源電圧ＶＢに関係
なくある一定値に達した時過負荷として検出することと
なる。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、デユーティ−比
が低い状態で運転している時に、過負荷検出までには到
らず設定値に近い電流が流れ続けた場合にも、直流電動
機、制御装置、ワイヤーハーネス等の焼損あるいは劣化
を回避することができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の電動機の過負荷検出装着の電気回路図
、第２図は各波形を示す図である。 １は直流電源、２は直流電動機、３はスイッチング手段
としてのスイッチング用パワーＭＯ３ＦＥＴ、４は電流
検出手段としての電流検出抵抗、５は転流ダイオード、
６は制御手段としてのマイクロコンピュータ、１１はド
ライブ回路、１４は比較判定手段としてのコンパレータ
、１５は平滑化手段としての平滑回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電動機に直流電源を投入するスイッチング手段
   と、 前記スイッチング手段をスイッチング動作させるドライ
   ブ回路と、 前記ドライブ回路を制御するためのＰＷＭ信号を出力す
   る制御手段と、 直流電動機に並列に接続された転流ダイオードによる転
   流電流の影響を受けることなく前記直流電動機に流れる
   電流に比例した電圧を発生させる電流検出手段と、 前記電流検出手段により検出した電圧を平滑化する平滑
   化手段と、 基準電圧と前記平滑化手段による平滑化電圧とを比較し
   、平滑化手段による平滑化電圧が基準電圧より大きいと
   きに直流電動機が過負荷状態にあると判定する比較判定
   手段と を備えた電動機の過負荷検出装置において、前記ＰＷＭ
   信号のデューティー比の２乗のデューティー比の信号を
   平滑化して基準電圧を設定するようにしたことを特徴と
   する電動機の過負荷検出装置。