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Title:
MOTOR LOAD CONTROL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/104713
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a motor load control device which can suppress heat generation of an electronic switch and suppress fan vibration and generation of a noise accompanying the fan rotation. The device includes switch means (17) formed by a first electronic switch (T1) and a second electronic switch (T2) connected in parallel. The first switch (T1) is driven by a PWM signal having a predetermined frequency and a predetermined duty ratio. The second switch is also driven by the PWM signal driving the first electronic switch (T1) but delayed by a predetermined time. This reduces the heat generation of each electronic switch as compared to the case when one electronic switch is used and reduces the radiation countermeasure of the entire device. Furthermore, by changing the delay time at random, it is possible to reduce the vibration and the noise generated by the PWM control.

Inventors:
OHSHIMA SHUNZOU
Application Number:
JP2009/052965
Publication Date:
August 27, 2009
Filing Date:
February 20, 2009
Export Citation:
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Assignee:
YAZAKI CORP (JP)
OHSHIMA SHUNZOU
International Classes:
H02P7/29
Foreign References:
JPH01315292A1989-12-20
JP2005057883A2005-03-03
JPS62138081A1987-06-20
JP2005080384A2005-03-24
Other References:
See also references of EP 2246971A4
Attorney, Agent or Firm:
OGURI, Shohei et al. (JP)
Shohei Oguri (JP)
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Claims:
 電源より出力される電力をPWM制御によりモータ負荷に供給して、該モータ負荷を駆動するモータ負荷制御装置であって、
 前記電源と前記モータ負荷とを接続する回路上に設けられるスイッチ手段と、
 前記スイッチ手段をPWM信号により駆動するPWM制御手段と、を有し、
 前記スイッチ手段は、並列接続された第1の電子スイッチ、及び第2の電子スイッチを備え、
 前記PWM制御手段は、前記第1の電子スイッチを前記PWM信号で駆動し、前記第2の電子スイッチを前記PWM信号を所定の遅延時間だけ遅延させた信号で駆動するモータ負荷制御装置。
 前記PWM制御手段は、前記遅延時間を各周期毎に変化させる請求項1に記載のモータ負荷制御装置。
 前記PWM制御手段は、前記モータ負荷の回転数を低下させる場合には、前記第1の電子スイッチの駆動を停止し、前記第2の電子スイッチのみを駆動する請求項2に記載のモータ負荷制御装置。
Description:
モータ負荷制御装置

 本発明は、PWM制御により半導体素子で構成 れる電子スイッチを作動させて
、該電子スイッチに接続された負荷を駆動す るモータ負荷制御装置に係り、特に、発熱、 振動、騒音の発生を抑制する技術に関する。

 例えば、車両に搭載されるラジエータフ ンは、エンジン冷却水の温度に応じて回転 が制御され、冷却水の温度が低いときには 音を低減するために回転数を低下させ、冷 水の温度が高くなると冷却効果を高めるた に回転数を高くするように制御している(例 えば、特許文献1)。

 図7は、ラジエータファン駆動用のモータ M1を駆動する負荷制御回路の従来例を示す回 図である。同図に示すように、モータM1と ッテリVBは、MOSFET等の電子スイッチ(T101)を介 して接続されている。また、エンジンコンピ ュータ101と、パルス発生器102と、ドライバ103 を備えており、エンジンコンピュータ101より エンジン冷却水の温度に応じたモータM1の回 指令信号がパルス発生器102に出力されると 該パルス発生器102により所望のデューティ となるPWM信号が生成される。即ち、冷却水 温度が低いときには、オン時間が短い(即ち 、デューティ比が低い)PWM信号が生成され、 却水の温度が高いときには、オン時間が長 (即ち、デューティ比が高い)PWM信号が生成さ れる。

 そして、ドライバ103は、パルス発生器102 生成されたPWM信号を電子スイッチ(T101)の制 端子(MOSFETの場合はゲート)に出力する。

 その結果、電子スイッチ(T101)は供給され PWM信号によりオン、オフ動作を行い、モー M1に電力を供給して、該モータM1を所望する 回転数で回転させる。即ち、モータM1は、エ ジン冷却水の温度に応じた回転数で回転駆 することになる。

 ここで、パルス発生器102より出力されるPWM 号の周波数は、人間の可聴周波数を超える1 9[KHz]程度の高い周波数に設定される。また、 PWM信号の周波数が高く設定されると、電子ス イッチ(T101)がオン、オフ動作するときの過渡 期間に発生する発熱量が大きくなるので、電 子スイッチ(T101)は放熱フィンを備えたユニッ ト内に格納され、更に、放熱フィンは通気性 の良好な場所に設置されることとなる。

特開2005-80384号公報

 上述したように、従来におけるモータ負 制御装置では、電子スイッチ(T101)を可聴周 数を超える周波数でPWM制御するので、電子 イッチ(T101)の発熱量が大きくなる。このた 、耐熱性に優れた電子スイッチを使用する 要があり、また、電子スイッチを冷却する めの冷却構造が必要となるので、装置全体 大型化し、大型化に伴うコストアップが発 し、更に、接地場所の制限が生じるという 題が発生する。

 上記の問題を解決するために、PWM制御の 波数を低下させれば良いことになるが、周 数を低下させるとファンの回転ムラにより 動、騒音が発生する場合がある。

 本発明は、このような従来の課題を解決 るためになされたものであり、その目的と るところは、電子スイッチの発熱を抑制し 更には、ファンの振動、及びファンの回転 伴う騒音の発生を抑制することが可能なモ タ負荷制御装置を提供することにある。

 本発明に係るモータ負荷制御装置は、電 より出力される電力をPWM制御によりモータ 荷に供給して、該モータ負荷を駆動するモ タ負荷制御装置であって、前記電源と前記 ータ負荷とを接続する回路上に設けられる イッチ手段と、前記スイッチ手段をPWM信号 より駆動するPWM制御手段と、を有し、前記 イッチ手段は、並列接続された第1の電子ス イッチ、及び第2の電子スイッチを備え、前 PWM制御手段は、前記第1の電子スイッチを前 PWM信号で駆動し、前記第2の電子スイッチを 前記PWM信号を所定の遅延時間だけ遅延させた 信号で駆動する。

 前記PWM制御手段は、前記遅延時間を各周 毎に変化させる手段であることが好ましい

 前記PWM制御手段は、前記モータ負荷の回 数を低下させる場合には、前記第1の電子ス イッチの駆動を停止し、前記第2の電子スイ チのみを駆動する手段であることが好まし 。

 本発明に係るモータ負荷制御装置では、 数の電子スイッチを並列に接続したスイッ 手段を用いて、モータ負荷を所定のデュー ィ比でPWM制御するので、各電子スイッチを 動する周波数を、電子スイッチが1個の場合 と比較して低い周波数とすることができ、且 つ低いデューティ比とすることができる。こ のため、各電子スイッチの発熱量を低減する ことができ、従来と比較して放熱構造を簡素 化することができる。

 また、PWM制御手段が遅延時間を各周期毎 変化させる場合、モータ負荷を制御するPWM 号の周波数がランダムに変化するので、振 、騒音の共振点をずらすことができ、振動 騒音の発生を抑制することができる。

 また、モータ負荷の回転数を低下させる 合、第1のスイッチの駆動を停止するので、 振動、騒音の発生を制御することができる。

本発明の第1実施形態に係るモータ負荷 制御装置の構成を示す回路図である。 本発明の第1実施形態に係るモータ負荷 制御装置に係り、デューティ比100%のモータ 流を流す場合の各信号の変化を示すタイミ グチャートである。 本発明の第1実施形態に係るモータ負荷 制御装置に係り、デューティ比50%のモータ電 流を流す場合の各信号の変化を示すタイミン グチャートである。 本発明の第2実施形態に係るモータ負荷 制御装置の構成を示す回路図である。 本発明の第2実施形態に係るモータ負荷 制御装置に係り、デューティ比100%のモータ 流を流す場合の各信号の変化を示すタイミ グチャートである。 本発明の第2実施形態に係るモータ負荷 制御装置に係り、デューティ比50%のモータ電 流を流す場合の各信号の変化を示すタイミン グチャートである。 従来におけるモータ負荷制御装置の構 を示す回路図である。

符号の説明

 11 エンジンコンピュータ
 12 パルス発生器
 13 遅延回路
 14 第1ドライバ
 15 第2ドライバ
 16 ランダム信号発生器
 17 スイッチ手段
 M1 モータ
 T1 第1電子スイッチ
 T2 第2電子スイッチ
 VB バッテリ

 以下、本発明の実施形態を図面に基づい 説明する。図1は、本発明の第1実施形態に るモータ負荷制御装置の構成を示す回路図 あり、以下では、モータ負荷の一例として 両に搭載されるラジエータファン駆動用の ータを例に挙げ、電源の一例として車両に 載されるバッテリを例に挙げて説明する。

 図1に示すように、第1実施形態に係るモ タ負荷制御装置は、モータM1とバッテリVBの に設けられるスイッチ手段17を有している 更に、該モータ負荷制御装置は、エンジン ンピュータ11と、該エンジンコンピュータ11 接続されたパルス発生器12と、このパルス 生器12の出力側に設けられる遅延回路13と、 1ドライバ14と、第2ドライバ15と、を備えて る。

 スイッチ手段17は、互いに並列接続され 例えばMOSFET等からなる第1電子スイッチ(T1)、 及び第2電子スイッチ(T2)を有している。即ち 第1電子スイッチ(T1)、及び第2電子スイッチ( T2)のうちの少なくとも一方がオンとなれば、 バッテリVBより出力される電力がモータM1に 給されることとなる。

 エンジンコンピュータ11は、車両に搭載 れるエンジンを制御するものであり、エン ン冷却水の温度を検出する温度計(図示省略) による温度検出信号が入力され、該温度検出 信号に基づいて、モータM1の回転指令信号を ルス発生器12に出力する。

 パルス発生器12は、回転指令信号が入力 れると、該回転指令信号に基づくPWM信号を 成する。この際、パルス発生器12は、モータ M1を所望する回転数で回転駆動するために必 なデューティ比の、1/2のデューティ比とな PWM信号を生成する。そして、生成されたPWM 号を第1ドライバ14、及び遅延回路13に出力 る。

 遅延回路13は、パルス発生器12より出力さ れるPWM信号を所定の遅延時間tdだけ遅延させ 遅延させたPWM信号を第2ドライバ15に出力す 。

 そして、第1ドライバ14はパルス発生器12 り出力されたPWM信号により、第1電子スイッ (T1)を駆動し、第2ドライバ15はパルス発生器 12より出力され、且つ遅延回路13により所定 遅延時間tdだけ遅延したPWM信号により、第2 子スイッチ(T2)を駆動する。

 次に、上記の構成を備える第1実施形態に 係るモータ負荷制御装置の動作について、図 2,図3に示すタイミングチャートを参照して説 明する。

 図2は、モータM1を100%のデューティ比で駆 動させるときの、各信号の変化を示すタイミ ングチャートであり、図2(a)はパルス発生器12 より出力されるPWM信号を示し、図2(b)は第1ド イバ14の出力信号を示し、図2(c)は第2ドライ バ15の出力信号を示し、図2(d)はモータM1に流 る電流を示している。

 そして、図2(a)に示すように、パルス発生 器12より周期t1(周波数1/t1)で、オン時間がt2(t2 >t1/2)となるデューティ比のPWM信号が出力さ れると、図2(b)に示すように第1ドライバ14の 力信号はパルス発生器12より出力されたPWM信 号と同一の信号となり、また、図2(c)に示す うに第2ドライバ15の出力信号はパルス発生 12より出力されたPWM信号を所定の遅延時間td け遅延した信号となる。

 従って、常に第1電子スイッチ(T1)及び第2 子スイッチ(T2)のうちの少なくとも一方がオ ン状態となるので、モータM1には常にバッテ VBより出力される電力が供給されることと り、モータM1に流れる電流は図2(d)に示すよ に、デューティ比100%の電流となる。

 図3は、モータM1を50%のデューティ比で駆 させるときの、各信号の変化を示すタイミ グチャートであり、図3(a)はパルス発生器12 り出力されるPWM信号を示し、図3(b)は第1ド イバ14の出力信号を示し、図3(c)は第2ドライ 15の出力信号を示し、図3(d)はモータM1に流 る電流を示している。

 そして、図3(a)に示すように、パルス発生 器12より周期t1(周波数1/t1)で、オン時間がt2(t2 =t1/4)となるデューティ比のPWM信号が出力され ると、図3(b)に示すように第1ドライバ14の出 信号はパルス発生器12より出力されたPWM信号 と同一の信号となり、図3(c)に示すように第2 ライバ15の出力信号はパルス発生器12より出 力されたPWM信号を所定の遅延時間td(td=2*t2)だ 遅延した信号となる。

 従って、第1電子スイッチ(T1)は、25%のデ ーティ比のPWM信号により駆動され、第2電子 イッチ(T2)もやはり25%のデューティ比のPWM信 号により駆動され、且つ各電子スイッチ(T1),( T2)のオンのタイミングは一致しないので、電 子スイッチ(T1)を流れる電流と、電子スイッ (T2)を流れる電流を合わせると、合計で50%の ューティ比の電流がモータM1に流れること なる。

 そして、図3に示すタイミングチャートか ら理解されるように、各電子スイッチ(T1),(T2) の周期はt1、即ち、駆動周波数は(1/t1)であり モータ電流に流れる電流の周期はt1/2、即ち 周波数は(2/t1)であるので、各電子スイッチ(T1 ),(T2)を駆動する周波数の2倍の周波数でモー M1が駆動することとなる。

 従って、モータ電流を19[KHz]の周波数で駆 動させる場合には、その1/2の9.5[KHz]の周波数 各電子スイッチ(T1),(T2)を駆動すれば良く、 た、モータ電流を50%のデューティ比で駆動 せる場合には、その1/2の25%のデューティ比 各電子スイッチ(T1),(T2)を駆動すれば良いこ になる。

 従って、各電子スイッチ(T1),(T2)の発熱量 、図7に示した従来の電子スイッチ(T101)と対 比して1/2となる。このため、電子スイッチ(T1 ),(T2)の合計の発熱量は、従来の電子スイッチ (T101)と同一になるものの、発熱を分散させる ことができるので、全体として放熱構造を簡 素化することができ、装置全体の小型化、省 スペース化を図ることができる。

 次に、本発明の第2実施形態について説明 する。図4は、第2実施形態に係るモータ負荷 御装置の構成を示す回路図である。同図に すように、第2実施形態では、図1に示した 1実施形態と対比して、ランダム信号発生器1 6を備えている点で相違する。それ以外の構 は、図1に示す構成と同一であるので、同一 号を付してその構成説明を省略する。

 ランダム信号発生器16は、遅延回路13にお ける遅延時間tdを決定する変化量設定信号を パルス発生器12より出力されるパルス信号 各周期毎に出力する。具体的には、周期t1の 1/2となる(t1/2)に対する変化幅α(「α」はプラ 、マイナスの場合がある)をランダムに決定 し、この変化幅αを変化量設定信号として遅 回路13に出力する。

 遅延回路13は、ランダム信号発生器16より 出力される変化幅αに基づき、遅延時間tdを 定する。即ち、各周期毎に決定される変化 αを、α1,α2,α3,・・とすると、遅延時間tdは (t1/2)+α1,(t1/2)+α2,(t1/2)+α3,・・のように、ラ ダムに変化することとなる。なお、各変化 α1,α2,α3,・・は、遅延時間tdの平均値が周 t1の1/2、即ち、(t1/2)となるように設定される 。

 次に、第2実施形態に係るモータ負荷制御 装置の動作について、図5,図6に示すタイミン グチャートを参照して説明する。

 図5は、モータM1を100%のデューティ比で駆 動させるときの、各信号の変化を示すタイミ ングチャートであり、図5(a)はパルス発生器12 より出力されるPWM信号を示し、図5(b)は第1ド イバ14の出力信号を示し、図5(c)は第2ドライ バ15の出力信号を示し、図5(d)はモータM1に流 る電流を示している。

 そして、図5(a)に示すように、パルス発生 器12より周期t1(周波数1/t1)で、オン時間がt2(t2 >t1/2+α)となるデューティ比のPWM信号が出力 されると、図5(b)に示すように第1ドライバ14 出力信号はパルス発生器12より出力されたPWM 信号と同一の信号となる。

 また、図5(c)に示すように第2ドライバ15の 出力信号はパルス発生器12より出力されたPWM 号を所定の遅延時間tdだけ遅延した信号と る。この際、上述したように遅延時間tdは、 各周期毎に異なるように設定されている。従 って、図5(c)に示すように、第2ドライバ15よ 出力されるPWM信号のオン時間t2の発生タイミ ングは、各周期毎に異なる。

 また、t2>t1/2+αとなるように設定されて いるので、第1ドライバ14、及び第2ドライバ15 より出力されるPWM信号うちの少なくとも一方 はオンとなっており、常に第1電子スイッチ(T 1)、及び第2電子スイッチ(T2)のうちの少なく も一方がオン状態となる。このため、モー M1には常にバッテリVBより出力される電力が 給されることとなり、モータM1に流れる電 は図5(d)に示すように、デューティ比100%の電 流となる。

 図6は、モータM1を50%のデューティ比で駆 させるときの、各信号の変化を示すタイミ グチャートであり、図6(a)はパルス発生器12 り出力されるPWM信号を示し、図6(b)は第1ド イバ14の出力信号を示し、図6(c)は第2ドライ 15の出力信号を示し、図6(d)はモータM1に流 る電流を示している。

 そして、図6(a)に示すように、パルス発生 器12より周期t1(周波数1/t1)で、オン時間がt2(t2 =t1/4)となるデューティ比のPWM信号が出力され ると、図6(b)に示すように、第1ドライバ14の 力信号はパルス発生器12より出力されたPWM信 号と同一の信号となり、図6(c)に示すように 2ドライバ15の出力信号はパルス発生器12より 出力されたPWM信号を所定の遅延時間tdだけ遅 した信号となる。この際、上述したように 延時間tdは、各周期毎に異なるように設定 れている。従って、図6(c)に示すように、第2 ドライバ15より出力されるPWM信号のオン時間t 2の発生タイミングは、各周期毎に異なる。 し、第2ドライバ15のオン時間t2は、周期t1内 発生し、且つ第1ドライバ14のオン時間t2と 複しないように設定される。

 従って、第1電子スイッチ(T1)は、25%のデ ーティ比のPWM信号により駆動されるが、一 の第2電子スイッチ(T2)は、オン時間t2が一定 、遅延時間tdが変化するために周期が上記 t1と異なるものになり、デューティ比が毎回 変化する。しかし、各電子スイッチ(T1)、(T2) オンタイミングは重複しないので、第1電子 スイッチ(T1)を流れる電流と、第2電子スイッ (T2)を流れる電流を合わせると、図6(d)に示 ように、合計で50%のデューティ比の電流が ータM1に流れることとなる。

 また、図6(d)から理解されるように、モー タ電流がオンとなるタイミングは各周期毎に ランダムに変化することになる。このため、 モータ電流波形の周期は(t1/2)とはならず、(t1 /2)を平均値としてプラス側、及びマイナス側 にばらつくことになる。その結果、周期(周 数)が一定値ではなく、時間経過に伴って変 することになるので、振動、騒音の共振点 ずらすことができ、振動、騒音の発生を低 することができる。従って、上述した第1実 施形態の効果に加え、PWM信号の周波数を低い 周波数に設定した場合でも(周期t1を長くした 場合でも)、振動、騒音の発生を抑制するこ ができるという効果を達成できる。

 次に、前述した第2実施形態の変形例につ いて説明する。前述した第2実施形態では、 ータM1の回転数を低下させる必要がある場合 には、1周期(t1)の中のオン時間(t2)を短くして 対応することになる。即ち、2個の電子スイ チ(T1)、(T2)を駆動する際の合計のデューティ 比を低下させることになる。

 いま、2個の電子スイッチ(T1)、(T2)をある ューティ比で駆動しているときのオン時間 t21とすると、このデューティ比を1/2(即ち、 半分)にするには、オン時間t21を1/2にすれば い。

 ここで、オン時間t21を維持し、第1ドライ バ14または第2ドライバ15を停止してもデュー ィ比を1/2に低下させることが可能であり、 ータM1の回転数を低下させることができる 更に、第1ドライバ14または第2ドライバ15を 止すれば、1周期(t1周期)中の、各電子スイッ チ(T1)、(T2)の合計のオン、オフ回数が半分に るので、ラジオノイズ低減のために有利と る。

 しかし、第1ドライバ14または第2ドライバ 15を停止させると、t1期間中のオフ継続時間 長くなるので、モータM1の回転変動が大きく なる。このとき、第2ドライバ15を停止し、第 1ドライバ14のみを駆動させると、モータM1の 転変動は周期性を持つことになるが、第1ド ライバ14を停止し、第2ドライバ15のみを駆動 せると、遅延時間tdがランダムに変化する で回転変動の周期性を乱すことができ、固 振動、固有騒音の発生を防止することがで る。

 即ち、第2実施形態の変形例では、モータ M1の回転数を低下させる場合には、周期性を つ第1ドライバ14を停止し、遅延時間tdがラ ダムに変化する第2ドライバ15を駆動するこ により、モータM1に生じる振動、騒音を抑制 することができる。

 以上、本発明のモータ負荷制御装置を図 の実施形態に基づいて説明したが、本発明 これに限定されるものではなく、各部の構 は、同様の機能を有する任意の構成のもの 置き換えることができる。

 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参 して説明したが、本発明の精神と範囲を逸 することなく様々な変更や修正を加えるこ ができることは当業者にとって明らかであ 。

 本出願は、2008年2月20日出願の日本特許出 願(特願2008-039080)に基づくものであり、その 容はここに参照として取り込まれる。

 発熱を抑制し、且つ振動、騒音の発生を 制する上で極めて有用である。




 
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