JPH10234130A - モータのロック保護回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ低回転時の過負荷をも補償でき、ま
た、一度保護動作が始まるとリセットされるまでその動
作を保持できるモータのロック保護回路装置を提供す
る。 【解決手段】 回転指令信号を入力し起動してから一定
時間経過後に、電流が基準値よりも増大し、かつ、回転
数が基準値よりも低下しているとき、モータがロック状
態（半ロック状態を含む）にあるものと判断して、ラッ
チ回路２６から通電停止信号を出力し（ロック保護動
作）、その状態をリセットされるまで保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータのロック保
護回路装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータがロックした時に通電を防止する
ための保護回路として、たとえば、図６に示すようなも
のがある。この回路は、ブラシレスＤＣモータの駆動制
御回路に適用された場合を示しており、電流を検知する
ための抵抗Ｒ1 によって電流を電圧に変換し、この電圧
を比較器１で基準電圧２と比較し、変換電圧が基準電圧
２以上になると、制御回路３を介してスイッチング素子
（ＭＯＳ形電界効果トランジスタ、以下「ＭＯＳＦＥ
Ｔ」と略称する）４をＯＦＦし、もってモータコイル５
を流れる電流を制限するようにしている。基準電圧２
は、あらかじめ、検出すべき過電流の値に相当する電圧
値に設定されている。したがって、モータがロックして
過電流が流れた場合には、自動的に通電が停止される。
なお、制御回路３は、たとえば、市販の専用ＩＣを使っ
て構成されている。また、抵抗Ｒ2 およびキャパシタＣ
はフィルタを構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の保護回路にあっては、過電流の状態が解消さ
れると、再びスイッチング素子４がＯＮされ、電流を一
定にする動作を行うので、モータがロックしたままの状
態で一定の電流が流れ続けるおそれがある。この場合、
モータがロックした状態では風が流れないので、たとえ
ば、ＭＯＳＦＥＴ４のヒートシンクが冷却されず、ＭＯ
ＳＦＥＴ４が破損するおそれがある。

【０００４】また、上記の保護回路にあっては、そもそ
も、電流を上限でしか制限しない、つまり、過電流しか
制限しないため、モータが半ロック状態にあって所定の
回転数よりも小さい回転数で回っているような場合（低
回転時）には、低電流のため通電は防止されず、保護が
できない。すなわち、モータが完全にロックしている場
合には、モータは回転しておらず、したがって過電流が
流れる傾向にあるが、モータに異物がはさまっているな
どしているもののモータが完全にロックしていない場合
（半ロック状態）には、モータは目標回転数よりも小さ
い回転数ではあるが一応回転を続行しており、したがっ
て正常時の電流値よりは大きいが過電流よりは小さい電
流が流れることになる。このような半ロック状態は、そ
の後完全なロック状態に移行する可能性が高く、また、
その状態それ自体においてやはり電流が流れ続けている
ため、保護すべき場合がありうることは完全ロック状態
の場合と同様である。

【０００５】本発明は、モータロック時の保護における
上記課題に着目してなされたものであり、モータの低回
転時の過負荷をも補償することができ、また、一度保護
動作が始まるとリセットされるまでその動作を保持する
ことができるモータのロック保護回路装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、モータがロックした時に通
電を防止するためのモータのロック保護回路装置におい
て、モータを駆動する回路に流れる電流を検出する電流
検出手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出
手段と、回転指令信号を入力してから所定時間経過後
に、前記電流検出手段の出力が第１基準値以上であり、
かつ、前記回転数検出手段の出力が第２基準値以下であ
るとき、通電を停止させる信号を出力する停止信号出力
手段とを有することを特徴とする。

【０００７】この発明にあっては、電流検出手段はモー
タを駆動する回路に流れる電流を検出し、回転数検出手
段はモータの回転数を検出する。停止信号出力手段は、
回転指令信号を入力してから所定時間経過後に、電流検
出手段の出力が第１基準値以上であり、かつ、回転数検
出手段の出力が第２基準値以下であるとき、通電を停止
させる信号を出力する。すなわち、電流と回転数により
ロック状態（過負荷状態）かどうかを判断するので、第
１および第２基準値を適当に設定しておけば、過電流を
生じない低回転時の半ロック状態の場合にも保護が可能
となる。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記停止信号出力手段は、前記停止信
号を出力する状態になったとき、リセット信号が入力さ
れるまで、その状態を保持することを特徴とする。

【０００９】この発明にあっては、停止信号出力手段
は、停止信号を出力する状態になったとき、リセット信
号が入力されるまで、その状態を保持する。すなわち、
一度保護動作が始まるとリセットされるまでその保護動
作が働き続ける。

【００１０】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明において、前記第１基準値および前記第
２基準値はそれぞれあらかじめ設定された一定の値であ
ることを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明において、前記第１基準値および前記第
２基準値はそれぞれ目標回転数に応じて変更されること
を特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を使って、本発明の実
施の形態を説明する。なお、ここでは、本発明の適用対
象として、電気自動車に搭載されるバッテリを冷却する
ためのバッテリ冷却用電動ファンであってブラシレスＤ
Ｃモータを用いたものを例にとって説明する。

【００１３】図１は本発明を適用したブラシレスモータ
制御システムの概略構成図である。このブラシレスモー
タ制御システムは、三相式のものであって、大別して、
複数の着磁を施したフィールド用マグネットを持つマグ
ネットロータ１０と、フィールドとの相互作用によりト
ルクを発生するΔ結線された三つのアマチュアコイル１
１と、マグネットロータ１０の位置を検出する三つの磁
気検知センサ（たとえば、ホール素子）１２と、所定の
アマチュアコイル１１への通電を許容して位相を切り替
えるための六つのスイッチング素子（たとえば、ＭＯＳ
ＦＥＴ）１３と、ホール素子１２からの信号に基づいて
ＭＯＳＦＥＴ１３のスイッチングを行い所定のアマチュ
アコイル１１への通電を制御する制御回路１４とで構成
されている。制御回路１４には後述するロック保護回路
１５が設けられている。ＭＯＳＦＥＴ１３および制御回
路１４は、一つの駆動制御回路として、たとえば、プリ
ント基板とこれに実装された電子部品（専用ＩＣを含
む）によって構成されている。また、制御回路１４には
電気自動車の電装品を総合的に制御するコントローラ１
６が接続されている。コントローラ１６から制御回路１
４へはブラシレスモータの回転指令信号が与えられ、制
御回路１４からコントローラ１６へはブラシレスモータ
の回転異常信号が与えられる。回転異常信号は後述する
ロック保護動作が働いた時に出力され、この信号を入力
したコントローラ１６は、たとえば、その旨を図示しな
い表示部に表示するなどする。なお、ブラシレスモータ
の動作原理ないし駆動原理については周知であるためそ
の説明を省略する。

【００１４】図２はロック保護回路１５の一つの構成例
を示すブロック図である。このロック保護回路１５は、
電流／電圧変換回路２０、回転数検知回路２１、回転指
令信号入力回路２２、遅延回路２３、ＡＮＤ回路２４、
ＮＡＮＤ回路２５、ラッチ回路２６、およびブラシレス
コントロールＩＣ２７により構成されている。なお、電
流検出手段は電流／電圧変換回路２０、回転数検出手段
は回転数検知回路２１、停止信号出力手段は回転指令信
号入力回路２２、遅延回路２３、ＡＮＤ回路２４、ＮＡ
ＮＤ回路２５、およびラッチ回路２６によってそれぞれ
構成されている。

【００１５】電流／電圧変換回路２０は、モータを駆動
する回路（図１参照）に流れる電流を電圧に変換し、第
１基準値としてあらかじめ設定された一定の基準電圧
（設定電流値に相当する）と比較して、検出された電流
値（変換された入力電圧値）が設定基準値よりも大きい
場合にはＨ（ハイ）の信号を出力し、設定基準値以下で
ある場合にはＬ（ロー）の信号を出力する機能を有して
いる。具体的には、たとえば、図６の回路と同様に、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１３のドレインに接続された電流検知用抵抗
と、フィルタを構成する抵抗およびキャパシタと、入力
電圧と基準電圧との比較を行う比較器とで構成されてい
る。ここでは、比較のための基準値は、ファンスピード
がＬｏ（最低速）の場合の電流値、たとえば、１．８Ａ
（実際には、これに相当する電圧値）に設定されてい
る。したがって、回路に流れる電流が１．８Ａを超える
とＨの信号が出力されることになる。この電流／電圧変
換回路２０の出力端子はＡＮＤ回路２４の一方の入力端
子に接続されている。

【００１６】回転数検知回路２１は、モータの回転数を
第２基準値としてあらかじめ設定された一定の基準値と
比較して、検出された回転数が設定基準値よりも小さい
場合にはＨの信号を出力し、設定基準値以上である場合
にはＬの信号を出力する機能を有している。モータの回
転数はホール素子１２からの信号に基づいて得られる。
ここでは、比較用の基準値は、ファンスピードがＬｏ
（最低速）の場合の回転数、たとえば、７８０ｒｐｍに
設定されている。したがって、検出された回転数が７８
０ｒｐｍよりも小さくなると（つまり、０〜７８０ｒｐ
ｍ）Ｈの信号が出力されることになる。この回転数検知
回路２１の出力端子はＡＮＤ回路２４のもう一方の入力
端子に接続されている。

【００１７】回転指令信号入力回路２２は、コントロー
ラ１６から回転指令信号を入力するとＨの信号を出力す
る機能を有している。この回転指令信号入力回路２２の
出力は遅延回路２３およびラッチ回路２６の反転リセッ
ト入力Ｒに与えられる。

【００１８】遅延回路２３は、回転指令信号入力回路２
２からの入力信号（特にＨの信号）を一定時間遅延させ
る機能を有している。これは、起動時の大電流や低回転
（図３参照）、その他のノイズなどによって起動時にロ
ック保護回路が動作することがないようにロック保護動
作を一定時間キャンセルするためのものである。したが
って、好ましくは、遅延させる時間として、回転指令信
号の入力により起動してから正常状態において通常前記
設定回転数（７８０ｒｐｍ）に達するのに要する時間以
上の適当な時間（モータの仕様にもよるが、たとえば、
１秒以下）を設定しておく。この遅延回路２３の出力端
子はＮＡＮＤ回路２５の一方の入力端子に接続されてい
る。なお、ＮＡＮＤ回路２５のもう一方の入力端子には
ＡＮＤ回路２４の出力端子が接続されている。

【００１９】ラッチ回路２６は、データを保持（ラッ
チ）するための回路であって、ここでは、後述するロジ
ックによりモータのロック状態を検出するとただちにロ
ック保護動作を開始して通電停止信号を出力してブラシ
レスコントロールＩＣ２７をリセットし、その状態を保
持する機能を有している。保持の解除は、電源をＯＦＦ
にしまたは回転指令信号をＬにする（つまり、モータ停
止指令）ことによって行われる。ここでは、たとえば、
ラッチ回路２６は、ＮＡＮＤゲートを２個たすきがけに
接続してなる非同期ＳＲフリップフロップ（負論理ＳＲ
ラッチ）で構成されている。このＮＡＮＤゲートによる
ＳＲラッチの動作特性を表わす真理値表は、図４に示す
とおりである。この真理値表において、反転セット入力
Ｓと反転リセット入力Ｒが同時に０となることは許容さ
れておらず（禁止状態）、また、同表における出力Ｑ0
と反転出力Ｑ0 は保持状態を示し、反転入力Ｓ＝１、反
転入力Ｒ＝１になる以前の出力状態を保持することを表
わしている。ここでは、ラッチ回路２６の反転出力Ｑが
ブラシレスコントロールＩＣ２７のリセット端子に与え
られる。なお、真理値表における「０」はＬの状態、
「１」はＨの状態をそれぞれ示している。

【００２０】ブラシレスコントロールＩＣ２７は、ブラ
シレスモータ制御用の市販の専用ＩＣであって、制御回
路１４の主要部品である。このブラシレスコントロール
ＩＣ２７は、そのリセット端子にＬの信号が入力される
と、通電を停止してモータの駆動制御を止めるようにな
っている。

【００２１】次に、図３を参照しながら、このロック保
護回路１５の動作を説明する。乗員のスイッチ操作など
その他条件（たとえば、バッテリ温度）によりコントロ
ーラ１６から制御回路１４へ回転指令信号が出力される
と（Ｈの状態）、制御回路１４（ブラシレスコントロー
ルＩＣ２７）は、ホール素子１２からの信号に基づいて
ＭＯＳＦＥＴ１３のスイッチングを行い、所定のアマチ
ュアコイル１１への通電制御を開始する。この起動直
後、回路には大きな電流が流れ、正常状態（非ロック状
態）であれば、その後次第に指定された目標回転数に相
当する電流値に下がって安定する。一方、起動によりモ
ータは回転を始め、正常状態（非ロック状態）であれ
ば、徐々に回転数が増加し、指定された目標回転数に達
したところで安定する。このような正常状態において
は、電流／電圧変換回路２０の出力はＬとなり、かつ、
回転数検知回路２１の出力もＬとなるので、ＡＮＤ回路
２４の出力はＬとなり、ＮＡＮＤ回路２５の出力はＨと
なる。したがって、ラッチ回路２６の反転入力Ｓ，Ｒは
共に１（Ｈ）となるので、その反転出力Ｑは安定なリセ
ット状態（１の状態）となり、ブラシレスコントロール
ＩＣ２７のリセット信号（通電停止信号）は出力されな
い。つまり、ロック保護動作は行わない。なお、回転指
令信号を入力してから、すなわち起動してから一定時間
の間は、遅延回路２３の出力がＬのままであるため、Ａ
ＮＤ回路２４の出力に関係なく、ＮＡＮＤ回路２５の出
力はＨとなり、ロック保護動作は働かない。

【００２２】ところが、回転指令信号を入力してから一
定時間経過後において、検出された電流値が設定基準値
（１．８Ａ）を超え（電流／電圧変換回路２０の出力が
Ｈの状態）、かつ、検出された回転数の値が設定基準値
（７８０ｒｐｍ）よりも小さい（回転数検知回路２１の
出力がＨの状態）場合には、モータがロック状態（半ロ
ック状態を含む）にあるものと判断して、ロック保護動
作を実行する。すなわち、この場合には、ＡＮＤ回路２
４の出力がＨとなり、ＮＡＮＤ回路２５の出力がＬとな
るため、ラッチ回路２６の反転入力Ｓは０（Ｌ）、反転
入力Ｒは１（Ｈ）となる。したがって、その反転出力Ｑ
はセット状態（０の状態）となり、通電停止信号（Ｌの
信号）が出力される。この停止信号はブラシレスコント
ロールＩＣ２７のリセット端子に入力され（Ｌ入力）、
ブラシレスコントロールＩＣ２７がリセットされる。こ
れにより、通電が停止される。すなわち、上記の条件
（ロジック）を満たす場合には、通電を止めるロック保
護動作が働くことになる。なお、このロック保護動作
は、ラッチ回路２６の反転入力Ｓが１（Ｈ）に戻って
も、つまり、電流と回転数の少なくともどちらか一方の
条件を満たさなくなった場合でも、保持される。保持の
解除（セット状態からリセット状態への遷移）は、ラッ
チ回路２６の反転入力Ｓを１（Ｈ）に保持したまま（通
電停止によりＮＡＮＤ回路２５の出力は必ずＨになる）
反転入力Ｒを０（Ｌ）にする、すなわち、上記したよう
に、電源をＯＦＦにしまたは回転指令信号をＬにする
（モータ停止指令）ことによって実行される。

【００２３】たとえば、図３において破線で示すよう
に、起動してから一定時間経過後に、電流が基準値より
も増大し、かつ、回転数が基準値よりも低下している場
合には、モータがロック状態（半ロック状態を含む）に
あるものと判断して、上記のロック保護動作を行う。前
述したように、モータが完全にロックしている場合（回
転数＝０）には、過電流が流れるため、保護の必要が高
いことはもちろんであるが、モータが完全にロックして
いない半ロック状態（回転数≠０）の場合であっても、
電流は流れ続ける反面、モータの回転による風（冷却）
はあまり期待できず、しかもヒューズによる保護も期待
できないので、保護の必要がある。

【００２４】図５はロック保護回路１５の他の構成例を
示すブロック図である。なお、図２と共通する部分には
同一の符号を付し、その説明を一部省略する。図２に示
す第１の実施形態では、比較用の基準値が一定値であっ
たのに対し、この第２の実施形態では、それらを目標回
転数に応じて変更するようにしている。具体的には、第
１の実施形態では、ファンスピードがＬｏ（最低速）の
場合の回転数である７８０ｒｐｍを基準にして電流と回
転数の比較用基準値（しきい値）を設定しているが、こ
の第２の実施形態では、回転指令信号に含まれる目標回
転数に基づいて電流と回転数の比較用基準値（しきい
値）を変更し、もって低回転から高回転までの全域にわ
たる保護を可能としている。

【００２５】そのため、ここでは、構成として、たとえ
ば、第１の実施形態に対し、回転数検知回路２１に代え
て回転数／電圧変換回路３０、ＡＮＤ回路２４に代えて
二つの比較器３１，３２、二入力のＮＡＮＤ回路２５に
代えて三入力のＮＡＮＤ回路３３をそれぞれ設けてい
る。回転数／電圧変換回路３０は、ホール素子１２によ
るモータの回転数を電圧に変換する機能を有している。
比較器３１の非反転入力端子（＋）には電流／電圧変換
回路２０の出力が与えられ、その反転入力端子（＋）に
は回転指令信号入力回路２２の出力が与えられる。比較
器３２の非反転入力端子（＋）には回転指令信号入力回
路２２の出力が与えられ、その反転入力端子（＋）には
回転数／電圧変換回路３０の出力が与えられる。この場
合、回転指令信号入力回路２２は、回転指令信号に含ま
れる目標回転数に相当する電圧値を各比較器３１，３２
に出力する機能を有している。また、ＮＡＮＤ回路３３
の三つの入力端子には各比較器３１，３２の出力ならび
に遅延回路２３の出力が与えられる。なお、この場合、
電流検出手段は電流／電圧変換回路２０、回転数検出手
段は回転数／電圧変換回路３０、停止信号出力手段は回
転指令信号入力回路２２、遅延回路２３、比較器３１，
３２、ＮＡＮＤ回路３３、およびラッチ回路２６によっ
てそれぞれ構成されている。

【００２６】比較器３１では、指定された目標回転数を
基準として、その目標回転数に相当する電流値（基準電
圧値）よりも検出された電流値（入力電圧値）が大きい
場合にＨの信号が出力される。また、比較器３２では、
指定された目標回転数を基準として、その目標回転数に
検出された回転数が達していない場合にＨの信号が出力
される。したがって、起動してから一定時間経過後にお
いて、電流が基準値よりも増大し、かつ、回転数が基準
値よりも低下している場合、つまり、モータがロック状
態（半ロック状態を含む）にあると判断される場合に
は、第１の実施形態の場合と同様に、ＮＡＮＤ回路３３
の出力がＬとなるので、上記のロック保護動作が実行さ
れる。

【００２７】したがって、上記各実施形態によれば、従
来のように過電流のみを制限するのはなく、電流と回転
数によりロック状態（過負荷状態）かどうかを判断する
ので、比較用の基準値を適当に設定しておくことで、低
回転時の過負荷状態の場合にも保護が可能となる。この
ことは、低回転時には大電流が流れずヒューズによる保
護が期待できないため、きわめて有益である。

【００２８】また、上記各実施形態によれば、ラッチ回
路２６を設けて、一度保護動作が始まると電源を切るか
回転指令信号をＬにしない限り保護動作が働き続けるよ
うにしたので、従来のようにモータがロックしたまま電
流が流れ続けるというおそれがなくなり、耐久性が向上
する。

【００２９】また、特に第２の実施形態によれば、目標
回転数と現在の電流値および回転数との関係で保護がか
けられるので、低回転から高回転まで広い領域にわたっ
てロック時（過負荷時）の保護を行うことができる。

【００３０】なお、ここでは、ブラシレスＤＣモータを
用いたシステムへの適用を例にとって説明したが、これ
に限定されないことはもちろんであって、本発明による
ロック保護は任意のモータ制御システムに適用可能であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、電流と回転数によりロック状態（過負荷状
態）かどうかを判断するので、第１および第２基準値を
適当に設定しておくことで、過電流を生じずヒューズに
よる保護も期待できない低回転時の半ロックの過負荷状
態の場合にも保護が可能となる。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加え、一度保護動作が始まるとリセッ
トされるまでその保護動作が働き続けるので、従来のよ
うにモータがロックしたまま電流が流れ続けるというお
それがなくなり、耐久性が向上する。

【００３３】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明の効果に加え、第１基準値および第２
基準値をそれぞれ一定値としたので、より簡単な構成
で、上記の効果を享受することができる。

【００３４】請求項４記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明の効果に加え、第１基準値および第２
基準値をそれぞれ目標回転数に応じて可変としたので、
目標回転数と現在の電流値および回転数との関係で保護
がかけられ、低回転から高回転まで広い領域にわたって
ロック時（過負荷時）の保護を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用したブラシレスモータ制御シス
テムの概略構成図である。

【図２】 図１に示すロック保護回路の一つの構成例を
示すブロック図である。

【図３】 図２の回路の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。

【図４】 図２のラッチ回路の真理値表である。

【図５】 図１に示すロック保護回路の他の構成例を示
すブロック図である。

【図６】 従来のブラシレスモータのロック保護回路の
一例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０…マグネットロータ １１…アマチュアコイル １２…ホール素子 １３…ＭＯＳＦＥＴ １４…制御回路 １５…ロック保護回路 １６…コントローラ ２０…電流／電圧変換回路（電流検出手段） ２１…回転数検知回路（回転数検出手段） ２２…回転指令信号入力回路（停止信号出力手段） ２３…遅延回路（停止信号出力手段） ２４…ＡＮＤ回路（停止信号出力手段） ２５，３３…ＮＡＮＤ回路（停止信号出力手段） ２６…ラッチ回路（停止信号出力手段） ２７…ブラシレスコントロールＩＣ ３０…回転数／電圧変換回路（回転数検出手段） ３１，３２…比較器（停止信号出力手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータがロックした時に通電を防止する
   ためのモータのロック保護回路装置において、 モータを駆動する回路に流れる電流を検出する電流検出
   手段(20)と、 前記モータの回転数を検出する回転数検出手段(21)と、 回転指令信号を入力してから所定時間経過後に、前記電
   流検出手段(20)の出力が第１基準値以上であり、かつ、
   前記回転数検出手段(21)の出力が第２基準値以下である
   とき、通電を停止させる信号を出力する停止信号出力手
   段(22,23,24,25,26)と、 を有することを特徴とするモータのロック保護回路装
   置。
2. 【請求項２】 前記停止信号出力手段(26)は、前記停止
   信号を出力する状態になったとき、リセット信号が入力
   されるまで、その状態を保持することを特徴とする請求
   項１記載のモータのロック保護回路装置。
3. 【請求項３】 前記第１基準値および前記第２基準値は
   それぞれあらかじめ設定された一定の値であることを特
   徴とする請求項１または２記載のモータのロック保護回
   路装置。
4. 【請求項４】 前記第１基準値および前記第２基準値は
   それぞれ目標回転数に応じて変更されることを特徴とす
   る請求項１または２記載のモータのロック保護回路装
   置。