電機驅動裝置製造方法

2023-10-22 19:06:52

電機驅動裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供不用另外設置故障檢測電路，而利用電機驅動裝置的一部分就能夠進行電流反饋系統的故障檢測的電機驅動裝置。上述電機驅動裝置具有對電流進行通斷控制來驅動電機(110)的電機驅動電路(100)、作為產生進行電機的驅動指示的驅動指示信號(Vs)的控制部的微型計算機(300)、基於與電機以串聯的方式連接的分路電阻(410)的電流檢測信號(Vi)構成電流反饋系統的電流反饋電路和鎖存電路、以及基於驅動指示信號(Vs)和從鎖存電路輸出的鎖存輸出信號(Vr)來驅動電機驅動電路的門電路，微型計算機根據基於驅動指示信號(Vs)而測量出的時間來判斷鎖存輸出信號(Vr)的狀態，從而進行電流反饋系統的故障檢測。
【專利說明】電機驅動裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及電機驅動裝置，尤其涉及不用另外設置故障檢測電路就能夠進行電流反饋系統的故障檢測的電機驅動裝置。

【背景技術】
[0002]以往，已知具有通過電流反饋系統恆流控制流過電機等負載的電流該電機驅動電路具備過電流檢測電路的裝置(例如，參照專利文獻I)。
[0003]該電機驅動裝置具有將流過電機的電流作為電壓值而檢測的分路電阻、和對該檢測電壓與閾值電壓進行比較的比較器。閾值電壓由閾值生成電路生成，以平均電機電流、電機電流的交流變化量、電源電壓值越大閾值電壓越增加，電機的溫度越低閾值電壓越增加的方式對其進行設定。由此，能夠保持所希望的磁滯特性，並能夠穩定地進行故障檢測動作和從過電流檢測狀態的復原動作。
[0004]專利文獻1:日本特開2013 - 62721號公報
[0005]但是，以往的電機驅動裝置不是利用電機驅動裝置的一部分來進行過電流等故障檢測的裝置，而需要在電機驅動裝置以外另外設置故障檢測電路。因此，存在電路空間增大且部件件數增加的技術問題。


【發明內容】

[0006]因此，本發明的目的在於提供不用另外設置故障檢測電路，而利用電機驅動裝置的一部分就能夠進行電流反饋系統的故障檢測的電機驅動裝置。
[0007][I]為了實現上述目的，本發明提供一種電機驅動裝置，其特徵在於，具有:電機驅動電路，其對電流進行通斷控制來驅動電機；控制部，其產生進行上述電機的驅動指示的驅動指示信號；電流反饋電路，其由比較器和與上述電機以串聯的方式連接的電流檢測用電阻構成，通過電機電流的電流檢測信號和目標值信號的比較而輸出比較輸出信號；鎖存電路，其基於上述驅動指示信號和上述比較輸出信號來鎖存電流檢測結果；以及門電路，其基於上述驅動指示信號和從上述鎖存電路輸出的鎖存輸出信號來驅動上述電機驅動電路，上述控制部根據基於上述驅動指示信號而測量出的時間來判斷上述鎖存輸出信號的狀態，從而進行由上述電流反饋電路和上述鎖存電路構成的電流反饋系統的故障檢測。
[0008][2]也可以是根據上述[I]所記載的電機驅動裝置，其特徵在於，上述控制部通過對正常動作時達到目標電流的時間和基於上述驅動指示信號測量出的時間進行比較判斷，來進行故障檢測。
[0009][3]另外，也可以是根據上述[I]或者[2]所記載的電機驅動裝置，其特徵在於，上述控制部在故障檢測時，進行變更上述驅動指示信號來斷開流過上述電機的電流的控制。
[0010][4]另外，也可以是根據上述[I]?[3]中任意一項所記載的電機驅動裝置，其特徵在於，上述控制部是單片微型計算機，通過內置於上述單片微型計算機的計時單元部進行上述時間測量。
[0011]根據本發明，能夠提供不用另外設置故障檢測電路，而利用電機驅動裝置的一部分就能夠進行電流反饋系統的故障檢測的電機驅動裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的實施方式的電機驅動裝置的示意結構圖。
[0013]圖2是本發明的實施方式的電機驅動裝置的電路結構圖。
[0014]圖3是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的正常動作時的各部的各信號波形的圖。
[0015]圖4是表示電機驅動裝置中的電流反饋系統的故障檢測的動作的流程圖。
[0016]圖5是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的電流反饋系統發生故障時的各部的各信號波形的圖。
[0017]附圖標記的說明:1…電機驅動裝置；100…電機驅動電路；110…電機；150…電橋電路；200…驅動器電路；300…微型計算機；310…驅動指示信號產生部；320…Pch方向指示部；330…NchFET控制信號產生部；340…鎖存輸出信號輸入部；350…電流指令值產生部；360…計時單元部；400…電流反饋電路；410…分路電阻;420…比較器;430…LPF ；500…鎖存電路;600…門電路;610…與電路；620…驅動停止用Tr ;Im…電機電流;Vs…驅動指示信號；Vref…目標值信號；Vc…比較輸出信號；Vdl、Vd2…驅動信號；Vr…鎖存輸出信號…電流檢測信號；Vml、Vm2...電機驅動方向控制信號；VF1、Vf2…NchFET控制信號；Von…接通信號；Vclr…鎖存清除信號；T1...電機驅動指示時間；Τ2...電流反饋檢測時間。

【具體實施方式】
[0018](電機驅動裝置I的整體結構)
[0019]圖1是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的示意結構圖。另外，圖2是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的電路結構圖。
[0020]本發明的實施方式的電機驅動裝置I具有:電機驅動電路100，其通斷控制電流來驅動電機110 ;微型計算機300，其作為產生進行電機110的驅動指示的驅動指示信號Vs的控制部；電流反饋電路400，其由與電機110以串聯的方式連接的作為電流檢測用電阻的分路電阻410和比較器420構成，通過電機電流Im的電流檢測信號Vi和目標值信號Vref的比較輸出比較輸出信號Vc ;鎖存電路500,其基於驅動指不信號Vs和比較輸出信號Vc鎖存電流檢測結果；以及門電路600，其基於驅動指示信號Vs和從鎖存電路500輸出的鎖存輸出信號Vr來驅動電機驅動電路100。
[0021]在該結構中，電機驅動電路100具有:電橋電路150，其通斷控制流過電機110的電流Im ;以及驅動器電路200，其驅動電橋電路150。另外，微型計算機300構成為根據基於驅動指示信號Vs測量出的時間來判斷鎖存輸出信號Vr的狀態，進行由電流反饋電路400和鎖存電路500構成的電流反饋系統的故障檢測。
[0022]電橋電路150由四個MOSFET構成，為在FETl與FET3之間、以及FET2與FET4之間連接電機110的電橋結構。通過使FETl和FET4導通、使FET2和FET3截止，來使電機電流向圖2所示的Im方向流動，而電機110正轉。相反，通過使FETl和FET4截止、使FET2和FET3導通，來使電機電流向相反方向流動，而電機110反轉。通過這些MOSFET的導通、截止的組合、定時來進行電機I1的旋轉控制。此外，從驅動器電路200、以及門電路600輸入規定的開關信號來控制上述的MOSFET的導通、截止的組合、定時。
[0023]驅動器電路200的輸入側與門電路600連接，輸出側與電橋電路150連接。基於從門電路600輸出的驅動信號Vdl、Vd2開關控制各FET，從而從電源電壓12V向電橋電路150、電機110供給電流。
[0024]微型計算機300是作為控制部發揮作用的單片微型計算機，該控制部具備:產生進行電機I1的驅動指示的驅動指示信號Vs的驅動指示信號產生部310、Pch方向指示部320,NchFET控制信號產生部330、鎖存輸出信號輸入部340、電流指令值產生部350、以及計時單元部360等。
[0025]驅動指示信號產生部310產生作為PWM(Pulse Width Modulat1n:脈衝寬度調製)信號的進行電機110的驅動指示的驅動指示信號Vs。例如，使用微型計算機300的PWM功能等，從高電平以恆定間隔反轉輸出低電平的輸出，來產生電機驅動指示時間Tl的驅動指示信號Vs。作為該輸出的驅動指示信號Vs與鎖存電路500以及門電路600連接。
[0026]Pch方向指示部320輸出用於進行電機110的旋轉方向的控制的信號即電機驅動方向控制信號Vml、Vm2。該電機驅動方向控制信號Vml、Vm2被輸入至門電路600的與電路610。
[0027]NchFET控制信號產生部330輸出用於進行電機110的旋轉方向的控制的信號即NchFET控制信號VF1、VF2。該NchFET控制信號VF1、Vf2以規定的定時將高電平、低電平信號輸入至FET3、FET4，來對MOSFET進行導通、截止控制。通過與上述的電機驅動方向控制信號Vml、Vm2 —起控制電橋電路150，來進行電機110的旋轉方向的控制。
[0028]反饋輸入部340輸入從鎖存電路500輸出的鎖存輸出信號Vr。該被輸入的鎖存輸出信號Vr(=電流反饋信號)在微型計算機內部被輸入至計時單元部360。
[0029]電流指令值產生部350將目標值信號Vref輸入至比較器420，該目標值信號Vref是指示朝向電流反饋電路400的目標電流值Vref的DC電壓的信號且成為比較器420的基準電壓(閾值)。通過調整該目標值信號Vref，能夠控制電機電流Im並調節電機的穩定轉速。
[0030]計時單元部360是內置於微型計算機300的計時單元部。向計時單元部360輸入鎖存輸出信號Vr，進行從驅動指示信號Vs的上升沿時開始的經過時間的測量。
[0031]由以下說明的電流反饋電路400和鎖存電路500，構成從電機110向微型計算機300的電流反饋系統。
[0032]電流反饋電路400由與電機110以串聯的方式連接的分路電阻410和比較器(Comparator)420構成。分路電阻410經由低通濾波器(LPF)430與比較器420連接。由此，能夠抑制由噪聲、電壓紋波等引起的不穩定的動作。通過電機電流Im的電流檢測信號Vi和目標值信號Vref的比較來輸出比較輸出信號Vc。該電流反饋電路400的輸出作為比較輸出信號Vc而與鎖存電路500的輸入側連接。例如，若由於驅動器電路200導通而電橋電路150被驅動，電流流過電機110，則與電機110連接的分路電阻410中也流過與流過電機110的電流相同的電流(Im)。由於流過分路電阻410的電阻Ra的電機電流Im，而在分路電阻410的兩端，產生電流檢測信號Vi = RaX Im。利用比較器420對電流檢測信號Vi和通過電流指令值產生部350生成的目標值信號Vref進行比較，在成為目標值信號Vref<電流檢測信號Vi時，對比較輸出信號Vc進行反轉輸出，並將該比較輸出信號Vc輸入至鎖存電路500。
[0033]鎖存電路500被輸入來自微型計算機300的驅動指示信號Vs和來自電流反饋電路400的比較輸出信號Vc，基於該驅動指示信號Vs和比較輸出信號Vc，來鎖存(保持)電流檢測結果。將鎖存輸出信號Vr輸入至鎖存輸出信號輸入部340且經由驅動停止用Tr620輸入至門電路600。
[0034]門電路600基於驅動指不信號Vs和從鎖存電路500輸出的鎖存輸出信號Vr來輸出驅動信號Vdl、Vd2。在本實施方式中，由於也控制電機旋轉的方向，所以作為驅動指示信號Vs與鎖存輸出信號Vr或者電機驅動方向控制信號Vml、Vm2的邏輯積,從與電路610輸出驅動信號Vdl、Vd2。通過該驅動信號Vdl、Vd2驅動驅動器電路200，從而對電機110通電。此外，通過使用了電機驅動方向控制信號Vml、Vm2的門控制、以及上述的NchFET控制信號產生部330，來進行電機的旋轉方向的控制。
[0035](電機驅動裝置I的正常動作)
[0036]圖3是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的正常動作時的各部的信號波形的圖。根據該圖3所示的正常動作時的主要點的波形圖，按照以下的編號(I)?(9)的順序對電機驅動裝置I的正常動作(恆流控制動作)進行說明。
[0037](I)驅動指示信號Vs在電機驅動指示時間Tl，為高電平輸出(接通信號Von)。
[0038](2)從門電路600接通輸出驅動信號Vdl、Vd2，FETU4導通，FET2、3截止。
[0039](3)電流Im流過電機110而通過分路電阻410產生電流檢測信號Vi。
[0040](4)在電流檢測信號Vi超過目標值信號Vref時，鎖存輸出信號Vr成為高電平。
[0041](5)由此，FET1、4截止，電機110停止而電流檢測信號Vi變為O。
[0042](6)經過規定期間後，驅動指示信號Vs切換為低電平。(從接通信號Von變為鎖存清除信號VcIr。)
[0043](7)在從驅動指示信號Vs的高電平向低電平的切換邊沿(鎖存清除信號Vclr)解除鎖存電路500的保持狀態。
[0044](8)在驅動指示信號Vs為低電平期間(鎖存清除信號Vclr期間)，持續驅動信號Vd的低電平。
[0045](9)經過規定期間後，驅動指示信號Vs切換為高電平(成為接通信號Von)。
[0046]之後在電機驅動指示時間Tl期間反覆(I)?(9)的動作。如圖3所示在上述的
(3)和(5)的各個期間，儘管實際的電機電流增力口、減少，但能夠利用與由電流反饋電路400指定的目標值信號Vref對應的電流值來恆流驅動電機110。
[0047](電機驅動裝置I的發生故障時的動作)
[0048]在上述所示的圖3中，電機驅動時的電機電流波形隨著時間常量呈指數函數增力口。即電機驅動時，電流流過電機110，所以因電阻以及線圈成分，電流緩緩地增加。若將τ e設為電感與電樞電阻的比，則電機電流Im能夠通過如下的等式來表示。
[0049]電機電流Im =(電源電壓12V/電樞電阻)X (I — e_tAe)
[0050]利用上式，求出在電機驅動時達到由目標值信號Vref設定的目標電流的時間T2。
[0051]在本實施方式中，在上述求出的T2作為電流流過電機110由於線圈成分而電流緩緩地增加直至達到(電流反饋)目標電流為止的時間，滿足電機驅動指示時間Tl > T2的關係的情況下，將12設定為電流反饋檢測時間。
[0052]即在利用從微型計算機300輸出的驅動指示信號% (電機驅動指示時間11)進行了電機110的驅動指示後，即使經過電流反饋檢測時間12也未反轉輸出鎖存輸出信號#的情況下，判斷為電路異常(電流反饋系統的故障)，而將驅動指示信號…設為匕，使電機110驅動停止。
[0053]圖4是表示電機驅動裝置中的電流反饋系統的故障檢測的動作的流程圖。以下，基於該流程圖，對微型計算機300的故障檢測的方法進行說明。
[0054]首先，微型計算機300判斷是否檢測出驅動指示信號78的上升沿(步驟1)。在檢測出驅動指示信號乂8的上升沿的情況下進入步驟2，在未檢測出驅動指示信號乂8的上升沿的情況下，反覆執行步驟1。
[0055]在步驟2，開始計時單元部360的計數。從對內部計數值扣階進行復位後的狀態開始計數。
[0056]計時單元部360判斷與計數值扣階對應的時間了即了 (1(11)是否達到了電流反饋檢測時間12。在未達到12的情況下，對計數值扣階加上1並反覆執行步驟3，在達到了12的情況下，進入步驟4(步驟3)。
[0057]在步驟4中，停止計時單元部360的計數。
[0058]微型計算機300判斷12是否滿足12 ?電機驅動指示時間II。在不滿足(否)的情況下，結束故障判斷流程，在滿足的情況下(是)，進入步驟6 (步驟5)。
[0059]微型計算機300判斷鎖存輸出信號#是否反轉而成為了高電平。在為是的情況下，結束故障判斷流程，在為否的情況下，進入步驟7 (步驟6)。
[0060]微型計算機300將驅動指示信號78控制為低電平來使電機110停止。即微型計算機300判斷為電流反饋系統的故障，使作為規定周期的？麗信號的驅動指示信號%停止，變更為低電平(步驟了)。由此，電機110停止，來確保發生故障時的安全性。
[0061]圖5是表示本發明的實施方式的電機驅動裝置的電流反饋系統發生故障時的各部的各信號波形的圖。根據該圖5所示的發生故障時的主要點的波形圖，按照以下的編號
(1)?(5)的順序對電機驅動裝置1的動作進行說明。
[0062](1)驅動指示信號I在電機驅動指示時間II，為高電平輸出(接通信號乂如)。
[0063](2)從門電路600接通輸出驅動信號乂也、乂也，冊11、4導通，冊!'2、3截止。
[0064](3)電流III！流過電機110而通過分路電阻410產生電流檢測信號VI。
[0065](4)電流反饋系統發生故障。即在電流反饋電路400或者鎖存電路500中發生故障。由此，即使經過電流反饋檢測時間12，鎖存輸出信號#也不反轉。
[0066](5)微型計算機300將驅動指示信號I控制為低電平。由此，驅動信號7(11、\?12為低電平，？￡11、4變為截止而電機110停止。
[0067]通過上述⑴?(5)的動作，在電流反饋系統發生故障時，使電機110的驅動停止。
[0068](本發明的實施方式的效果)
[0069]根據如上述那樣構成的電機驅動裝置1，具有如以下那樣的效果。
[0070](1)本發明的實施方式的電機驅動裝置1通過微型計算機300的計時單元部對從驅動指示信號I的上升沿開始的經過時間進行計數，檢測電流反饋檢測時間12的經過時的鎖存輸出信號I的反轉輸出，來檢測電流反饋系統的故障。由此，能夠提供不用另外設置故障檢測電路，而利用電機驅動裝置的一部分就能夠進行電流反饋系統的故障檢測的電機驅動裝置。
[0071](2)在電流反饋系統(電流反饋電路400、鎖存電路500)發生故障的情況下，電流也流過電機110。因此，在發生故障時，過電流有可能流過電機110，但通過本實施方式，能夠防止朝向電機的過電流。
[0072](3)電流反饋檢測時間12能夠根據溫度等動作環境發生變更，通過設定最佳的丁2，能夠進行適當的故障檢測。另外，通過與到達到目標電流(電流反饋)為止的計算上的時間相比，較長地設定電流反饋檢測時間12，也能夠不阻礙正常的電流控制動作地附加故障檢測功能。
[0073](4)另外，無需設置故障檢測電路，所以能夠縮小電路空間，使基板的小型化以及基板空間的有效利用成為可能。
[0074](5)由於上述的電路空間縮小、基板的小型化以及基板空間的有效利用，對廣品成本的改善也具有效果。
[0075]以上，對本發明的實施方式進行了說明，但上述實施方式只不過是一個例子，並不是限定權利要求書的發明的方式。本實施方式對對電流進行通斷控制來驅動電機的電機驅動裝置進行了說明，但並不局限於電機，只要是能夠以對電流進行通斷控制的方式控制驅動的負載，就能夠作為負載驅動裝置來應用。作為電機以外的負載，只要是電磁線圈、加熱器等能夠電流驅動的部件就能夠應用。
[0076]另外，這些新的實施方式以及其變形例能夠以其他的各種方式來實施，能夠在不脫離本發明的主旨的範圍內，進行各種省略、置換、變更等。另外，在這些實施方式中說明的特徵的全部組合未必是為了解決發明的課題的手段中所必須的。並且，上述實施方式及其變形例包含於發明的範圍以及主旨，並且包含於權利要求書所記載的發明和其均等的範圍。
【權利要求】
1.一種電機驅動裝置，其特徵在於，具有: 電機驅動電路，其對電流進行通斷控制來驅動電機； 控制部，其產生進行所述電機的驅動指示的驅動指示信號； 電流反饋電路，其由比較器和與所述電機以串聯的方式連接的電流檢測用電阻構成，通過電機電流的電流檢測信號和目標值信號的比較而輸出比較輸出信號； 鎖存電路，其基於所述驅動指示信號和所述比較輸出信號來鎖存電流檢測結果；以及 門電路，其基於所述驅動指示信號和從所述鎖存電路輸出的鎖存輸出信號來驅動所述電機驅動電路， 所述控制部根據基於所述驅動指示信號而測量出的時間來判斷所述鎖存輸出信號的狀態，從而進行由所述電流反饋電路和所述鎖存電路構成的電流反饋系統的故障檢測。
2.根據權利要求1所述的電機驅動裝置，其特徵在於， 所述控制部通過對正常動作時達到目標電流的時間和基於所述驅動指示信號測量出的時間進行比較判斷，來進行故障檢測。
3.根據權利要求1或者2所述的電機驅動裝置，其特徵在於， 所述控制部在故障檢測時，進行變更所述驅動指示信號來斷開流過所述電機的電流的控制。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的電機驅動裝置，其特徵在於， 所述控制部是單片微型計算機，通過內置於所述單片微型計算機的計時單元部進行所述時間測量。
【文檔編號】H02H7/08GK104426135SQ201410440771
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月1日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】藤井賢則 申請人:株式會社東海理化電機製作所