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【発明の名称】 モータ用制御装置
【発明者】 【氏名】磯村 俊章

【氏名】川倉 裕子
【要約】 【課題】簡単な回路構成により、モータに流れる電流を高精度に検出する。

【解決手段】モータ９が停止の場合、フェイルセーフ駆動信号ＦＳによりリレー２９がＯＦＦし、電源電圧ＶB を遮断する。モータ９が動作すると、フェイルセーフ駆動信号ＦＳによりリレー２９がＯＮし、ドライバ２２に電源が供給されるとともにトランジスタ３４，３６もＯＮし、モータ電流センサ２４に電源電圧ＶB が供給される。トランジスタ３５は抵抗４３，４４に分圧され、かつ抵抗４３、コンデンサ３８の時定数により遅延された電圧によりＯＮし、検出信号を出力する。検出信号によりマイクロコンピュータ１５がプリドライバ２０にドライブ信号を出力する。抵抗４３，４４の抵抗値はモータ電流センサ２４の最低動作電圧よりも高いとトランジスタ３５がＯＮする設定とし、遅延時間は電源電圧ＶB が供給された後モータ電流センサ２４が安定動作するまでの時間が設定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 モータが停止状態の場合に出力される電流制御信号に基づいて前記モータに流れる電流を検出するモータ電流センサに供給する駆動電流の供給制御を行う電流制御手段を備えたことを特徴とするモータ用制御装置。
【請求項２】 請求項１記載のモータ用制御装置において、前記電流制御手段に、前記モータ電流センサに駆動電流が供給されたことを検出し、その検出結果を遅延させて出力する供給電流検出手段を設けたことを特徴とするモータ用制御装置。
【請求項３】 請求項１または２記載のモータ用制御装置において、前記電流制御信号が、前記モータが停止状態の場合に前記モータへの電源供給を停止するフェイルセーフ駆動信号であることを特徴とするモータ用制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの制御技術に関し、特に、スタンバイ時のモータ用制御装置における低消費電力化に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】補助動力を発生するモータを備える車両として電動車椅子がある。この電動車椅子は、手動による操作力にモータによって補助力を付加している。電動車椅子には、左右の主車輪にモータがそれぞれ設けられており、乗員の手によって加えられる操作力と車速とに基づいてモータ用制御装置がモータによる補助力を制御している。
【０００３】本発明者が検討したところによれば、モータ用制御装置には、トルク制御などを行うためにモータの電流を検出する電流検出回路が設けられている。この電流検出回路は、たとえば、特開平５−２１５７８６号公報に示されるように、導体に近接した強磁性体コアのギャップにホール素子を配置し、導体を流れる電流により生じる強磁性体コアの磁界をホール素子のホール効果によって出力される電圧信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換し、その結果からモータ電流を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のようなモータ用制御装置に設けられた電流検出回路では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００５】すなわち、電流検出回路に設けられたホール素子には、モータの電流が０Ａ（モータが停止）のときに電流センサからの出力が基準電圧となるようにバイアス電流を流しており、モータの制御不要時における消費電流が多くなり、モータ制御装置におけるスタンバイ電流が大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】特に、複数のモータを制御する場合には、電流センサ数も多くなってしまい、スタンバイ電流の大半を占めてしまうことになり、モータ制御の高効率化を妨げる要因となっている。
【０００７】本発明の目的は、スタンバイ時における消費電流を大幅に低減しながらモータのトルク制御を高精度に行うことのできるモータ用制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のモータ用制御装置は、モータが停止状態の場合に出力される電流制御信号に基づいてモータに流れる電流を検出するモータ電流センサに供給する駆動電流の供給制御を行う電流制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】また、本発明のモータ用制御装置は、前記電流制御手段に、モータ電流センサに駆動電流が供給されたことを検出し、その検出結果を所定の時間だけ遅延させて出力する供給電流検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】さらに、本発明のモータ用制御装置は、前記電流制御信号が、モータが停止状態の場合にモータへの電源供給を停止するフェイルセーフ駆動信号であることを特徴とする。
【００１１】以上のことにより、電流制御手段が、モータの停止状態時などにモータ電流センサに流れる電流を供給停止することができるので、モータ用制御装置のスタンバイ電流を大幅に低減することができる。
【００１２】また、供給電流検出手段が、モータ電流センサに駆動電流が供給されたことを検出する検出信号を所定の時間だけ遅延させて出力するので、その検出信号を確認した後にモータのドライブ信号を出力することによってモータのトルク制御を安定して高精度に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施の形態による電動車椅子の正面図、図２は、本発明の一実施の形態による電動車椅子に設けられたモータ用制御装置のブロック図、図３は、本発明の一実施の形態によるモータ用制御装置に設けられたスタンバイ電流制御回路の回路図、図４は、本発明の一実施の形態によるモータ用制御装置に設けられたスタンバイ電流制御回路の動作フローチャートである。
【００１５】本実施の形態において、電動車椅子１には、図１に示すように、車体フレーム２に補助輪３，４、および主車輪５，６が回転自在に取り付けられている。主車輪５，６には、ハンドルリム７，８がそれぞれ設けられている。
【００１６】この電動車椅子１は、ユーザが主車輪５，６に設けられたハンドルリム７，８に与える操作トルクなどに応じてモータを駆動させ、ユーザの操作力の補助を行う。
【００１７】また、主車輪５，６には、モータ９，１０がそれぞれ内蔵されており、一方の主車輪５の主軸には右トルクセンサ１１が設けられている。他方の主車輪６における主軸にも、左トルクセンサ１２が設けられている。
【００１８】右トルクセンサ１１は、右主車輪５のハンドルリム７を操作した操作力の大きさ、および方向を検出する。左トルクセンサ１２は、左主車輪６のハンドルリム８を操作した操作力の大きさ、ならびに方向を検出する。
【００１９】さらに、電動車椅子１のシート下部には、バッテリ１３、ならびにモータ用制御装置１４が設けられている。モータ用制御装置１４は、ユーザがハンドルリムに与える操作トルクに応じてモータ９，１０を駆動制御する。
【００２０】このモータ用制御装置１４は、図２に示すように、マイクロコンピュータ１５、右回転センサ１６、左回転センサ１７、定電圧回路１８、フェイルセーフ回路１９、プリドライバ２０，２１、ドライバ２２，２３、モータ電流センサ２４，２５、スタンバイ電流制御回路２６、モータ駆動信号制御回路２７、異常電流検出回路２８から構成されている。
【００２１】マイクロコンピュータ１５は、モータ用制御装置１４におけるすべての制御を司る。右回転センサ１６は、右主車輪５の回転速度、回転方向を検出して出力する。左回転センサ１７は、左主車輪６の回転速度、回転方向を検出して出力する。
【００２２】これら右回転センサ１６、左回転センサ１７、右トルクセンサ１１、ならびに左トルクセンサ１２から出力された信号は、マイクロコンピュータ１５に入力されるように接続されている。
【００２３】定電圧回路１８は、バッテリ１３から供給された電源をスタンバイ電流制御回路２６を介してモータ電流センサ２４，２５に供給する電源電圧（駆動電流）ＶB として生成する。バッテリ１３の電源は、フェイルセーフ回路１９を介してプリドライバ２０，２１、ドライバ２２，２３などに電源電圧として供給される。また、フェイルセーフ回路１９は、モータ９，１０への導通不要時や何らかの異常が生じた場合にマイクロコンピュータ１５の制御により、電源電圧の出力を停止する。
【００２４】プリドライバ２０は、マイクロコンピュータ１５の制御に基づいてドライバ２２を駆動させ、プリドライバ２１は、同じくマイクロコンピュータ１５の制御に基づいてドライバ２３を駆動させる。
【００２５】ドライバ２２は、右主車輪５に設けられたモータ９を駆動し、ドライバ２３は、左主車輪６に設けられたモータ１０を駆動する。ドライバ２２には、プリドライバ２０が接続されており、ドライバ２３には、プリドライバ２０が接続されている。
【００２６】モータ電流センサ２４，２５は、モータ９，１０に流れる電流をそれぞれ検出し、その検出結果をマイクロコンピュータ１５に出力してモータ９，１０の電流を制御し、トルク制御を行っている。
【００２７】モータ電流センサ２４，２５は、たとえば、強磁性体コアと、その強磁性体コアのギャップに介在されたホール素子などからなっている。強磁性体コアには、モータとドライバとを接続する電線が数回程度巻き付けられており、モータが動作することにより、その電線に流れる電流と、それに伴って発生する磁界とからホール素子が起電力を発生する。
【００２８】そして、そのホール素子の出力電圧が、マイクロコンピュータ１５における動作電圧である電源電圧ＶCCの１／２ＶCCとなるようにバイアス電流が、定電圧回路１８、スタンバイ電流制御回路２６を介して供給されている。たとえば、電源電圧ＶCCが5.０Ｖ程度の場合には、2.５Ｖ程度となる。
【００２９】この2.５Ｖ程度が基準電圧となり、モータが正転する場合には、2.５Ｖ程度より高いホール電圧が出力され、モータが反転する場合には、2.５Ｖ程度より低いホール電圧が出力される。
【００３０】これらモータ電流センサ２４，２５には、スタンバイ電流制御回路２６が接続されており、モータ電流検出部２４，２５には、スタンバイ電流制御回路２６を介して電源電圧が供給される。
【００３１】モータ駆動信号制御回路２７は、異常電流検出回路２８から出力される異常電流検出信号Ｋに基づいてマイクロコンピュータ１５にモータ駆動のディスイネーブル信号を出力する。マイクロコンピュータ１５は、ディスイネーブル信号が入力されるとドライバ２２，２３の動作を強制的に停止させる。
【００３２】異常電流検出回路２８は、モータ９，１０に流れるそれぞれの電流量を検出し、異常電流が流れた場合に異常電流検出信号をモータ駆動信号制御回路２７に出力する。
【００３３】次に、フェイルセーフ回路１９、およびスタンバイ電流制御回路２６の回路構成について、図３を用いて説明する。
【００３４】フェイルセーフ回路１９は、フェイルセーフ用のリレー２９、ＮＰＮ形のトランジスタ３０、ダイオード３１、および抵抗３２，３３から構成されている。ＮＰＮ形のトランジスタ３４，３５、ＰＮＰ形のトランジスタ３６、コンデンサ３７，３８、ならびに抵抗３９〜４５から構成されている。
【００３５】そして、トランジスタ３４，３６、抵抗３９〜４２、およびコンデンサ３７によってスタンバイ電流制御部（電流制御手段）ＳＣが構成されており、トランジスタ３５、抵抗４３〜４５、ならびにコンデンサ３８により電源電圧検出部（供給電流検出手段）ＶＳが構成されている。
【００３６】リレー２９に設けられたリレー接点の一方の接続部には、バッテリ１３の電源電圧が供給されており、リレー接点の他方の接続部には、ドライバ２２（，２３）の電源供給部が接続されている。ドライバ２２は、リレー２９を介してにバッテリ１３の電源電圧が供給される。
【００３７】また、リレー２９におけるリレー接点の開閉を制御する一方のコイル端子には、バッテリ１３の電源電圧が供給されており、他方のコイル端子には、トランジスタ３０のコレクタが接続されている。
【００３８】このリレー２９における一方のコイル端子にはダイオード３１のカソードが接続されており、ダイオード３１のアノードには、リレー２９における他方のコイル端子が接続されている。このダイオード３１は、サージノイズ吸収用として設けられている。
【００３９】トランジスタ３０のエミッタには、基準電位ＶSSが接続されており、ベースには、抵抗３２の他方の接続部、抵抗３３の一方の接続部がそれぞれ接続されている。抵抗３３の他方の接続部には、基準電位ＶSSが接続されており、抵抗３２の一方の接続部には、マイクロコンピュータ１５における所定のＩ／ＯポートＰ１が接続されている。このＩ／Ｏポートからは、モータ９（，１０）が制御されない場合に、モータ９（，１０）への電源供給を停止するフェイルセーフ駆動信号（電流制御信号）ＦＳが出力される。
【００４０】さらに、バッテリ１３には、定電圧回路１８が接続されている。この定電圧回路１８は、たとえば、ＩＣレギュレータなどから構成されており、バッテリ１３から供給される電源電圧から１２Ｖ程度の電源電圧ＶB を生成する。
【００４１】定電圧回路１８によって生成された定電圧は、トランジスタ３６のエミッタに供給されている。トランジスタ３６のコレクタには、コンデンサ３７の一方の接続部、および抵抗４３の一方の接続部がそれぞれ接続されている。
【００４２】コンデンサ３７の他方の接続部には、基準電位ＶSSが接続されており、トランジスタ３６のコレクタから出力された電圧が、モータ電流センサ２４（，２５）の電源電圧ＶB として供給される。
【００４３】トランジスタ３６のエミッタには、抵抗３９の一方の接続部が接続されており、トランジスタ３６のベースには、抵抗３９の他方の接続部、抵抗４０の一方の接続部が接続されている。
【００４４】抵抗４０の他方の接続部には、トランジスタ３４のコレクタが接続されており、このトランジスタ３４のエミッタには、基準電位ＶSSが接続されている。トランジスタ３４のベースには、抵抗４２の一方の接続部、抵抗４１の他方の接続部がそれぞれ接続されている。
【００４５】抵抗４２の他方の接続部には、基準電位ＶSSが接続されている。抵抗４１の一方の接続部には、抵抗３０の一方の接続部が接続されたポートと同じマイクロコンピュータ１５のＩ／ＯポートＰ１が接続されている。
【００４６】抵抗４３の他方の接続部には、トランジスタ３５のベース、抵抗４４の一方の接続部、ならびにコンデンサ３８の一方の接続部がそれぞれ接続されている。コンデンサ３８の他方の接続部、抵抗４４の他方の接続部、トランジスタ３５のエミッタには、基準電位ＶSSが接続されている。
【００４７】トランジスタ３５のコレクタには、マイクロコンピュータ１５に設けられたＩ／ＯポートＰ２が接続されている。このトランジスタ３５のコレクタには、電源電圧ＶCCにプルアップされた抵抗４５も接続されている。
【００４８】また、図３においては、モータ９に流れる電流を検出するモータ電流センサ２４だけを示したが、モータ１０に流れる電流を検出するモータ電流センサ２５（図２）にも同様に、スタンバイ電流制御回路２６のトランジスタ３４を介して電源電圧ＶB が供給される。
【００４９】次に、本実施の形態における作用について図１〜図３、ならびに図４のスタンバイ電流制御回路２６におけるフローチャートを用いて説明する。
【００５０】まず、ユーザがハンドルリム７を操作して右主車輪５が駆動されると、マイクロコンピュータ１５は、右回転センサ１６により右主車輪５の回転速度、回転方向を検出する。
【００５１】そして、マイクロコンピュータ１５は、リレー２９のリレー接点を導通させるためにＩ／ＯポートＰ１からハイレベルのフェイルセーフ駆動信号ＦＳを出力する（ステップＳ１０１）。この制御信号によって、トランジスタ３０がＯＮとなり、リレー２９のコイルに電流が流れるのでリレー２９はＯＮ、すなわち、リレー２９のリレー接点が導通状態となり、ドライバ２２にバッテリ１３の電源電圧が供給されることになる。
【００５２】この時、Ｉ／ＯポートＰ１から出力されたハイレベルのフェイルセーフ駆動信号ＦＳによって、トランジスタ３４もＯＮとなる。トランジスタ３４がＯＮすることにより、ＰＮＰ形であるトランジスタ３６もＯＮとなり、このトランジスタ３６を介してモータ電流センサ２４（，２５）に定電圧回路１８が生成した電源電圧ＶB が供給されることになる。
【００５３】また、トランジスタ３６を介してモータ電流センサ２４（，２５）に供給される電源電圧ＶB が出力されると、トランジスタ３５のベースには、抵抗４３，４４によって分圧された電圧が印加される。
【００５４】抵抗４３，４４の抵抗値は、モータ電流センサ２４（，２５）の最低動作電圧よりも大きくなった場合に、トランジスタ３５がＯＮするように設定されている。よって、トランジスタ３５がＯＮすることによって、ローレベルの検出信号ＳＫがマイクロコンピュータ１５のＩ／ＯポートＰ２に入力され、電源電圧ＶB が検出されたことになる（ステップＳ１０２）。
【００５５】さらに、トランジスタ３５のベースには、コンデンサ３８も接続されているので、抵抗４３、コンデンサ３８の時定数によりトランジスタ３５は遅延してＯＮすることになる。
【００５６】このトランジスタ３５の遅延時間は、モータ電流センサ２４（，２５）に定電圧回路１８の電源電圧ＶB が供給されて、充分にモータ電流センサ２４（，２５）が安定動作するまでの時間とする。
【００５７】そして、トランジスタ３５がＯＮすると、マイクロコンピュータ１５のＩ／ＯポートＰ２にはローレベルの検出信号ＳＫが入力され（ステップＳ１０３）、該マイクロコンピュータ１５は、モータ電流センサ２４（，２５）に電源電圧ＶBが供給されたことを認識してプリドライバ２０にドライブ信号を出力する（ステップＳ１０４）。
【００５８】また、モータ９（，１０）の停止状態では、リレー２９がＯＦＦされるので、マイクロコンピュータ１５におけるＩ／ＯポートＰ１のフェイルセーフ駆動信号ＦＳはローレベルとなっており、トランジスタ３０，３４がいずれもＯＦＦとなっているので、モータ電流センサ２４（，２５）には、定電圧回路１８の電源電圧ＶB が供給されないことになる。
【００５９】それにより、本実施の形態によれば、スタンバイ電流制御回路２６のスタンバイ電流制御部ＳＣにより、モータ９（，１０）の停止状態時などにマイクロコンピュータ１５から出力されるフェイルセーフ駆動信号ＦＳに同期してモータ電流センサ２４，２５に流れる電流を供給停止することができるので、電動車椅子１に設けられたモータ用制御装置１４のスタンバイ電流を大幅に低減することができる。
【００６０】また、モータ電流センサ２４，２５の最低動作電圧よりも高い電源電圧ＶB が供給されてモータ電流センサ２４，２５が安定動作した後に、電源電圧検出部ＶＳが検出信号ＳＫを出力することにより、モータ９，１０を安定して駆動することができ、電動車椅子１の信頼性を向上できる。
【００６１】さらに、本実施の形態では、電源電圧ＶB を供給するトランジスタ３６をトランジスタ３４を用いて駆動させていたが、トランジスタ３０のＯＮ／ＯＦＦによってトランジスタ３６のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うようにしてもよい。
【００６２】この場合、図５に示すように、抵抗４０の他方の接続部にダイオード４６のアノードを接続し、該ダイオード４６のカソードをトランジスタ３０のコレクタに接続する。
【００６３】たとえば、トランジスタ３０がＯＮした場合には、トランジスタ３６のベースがローレベルとなるのでトランジスタ３６がＯＮとなり、トランジスタ３０がＯＦＦの場合には、トランジスタ３６のベースがハイレベルとなるのでトランジスタ３６もＯＦＦとなる。
【００６４】よって、ダイオード４６を設けるだけでトランジスタ３６のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことができ、トランジスタ３４、抵抗４１，４２を不要にすることができるので、回路構成を簡単化することができる。
【００６５】本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６６】
【発明の効果】（１）本発明によれば、電流制御手段によって、モータの停止状態時などにモータ電流センサに流れる電流を供給停止することができるので、モータ用制御装置のスタンバイ電流を大幅に低減することができる。
（２）また、本発明では、供給電流検出手段が、モータ電流センサに駆動電流が供給されたことを検出する検出信号を所定の時間だけ遅延させて出力するので、その検出信号を確認した後にモータのドライブ信号を出力することによってモータ電流センサが安定状態となってからモータ駆動が行われることになり、モータのトルク制御を安定して行うことができる。
（３）さらに、本発明においては、上記（１）、（２）により、モータ用制御装置の消費電力を低減しながらモータのトルク制御を高精度に行うことができ、モータ用制御装置の信頼性を向上することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１４４０２７
【氏名又は名称】株式会社ミツバ
【出願日】 平成１２年７月１３日（２０００．７．１３）
【代理人】 【識別番号】１０００８０００１
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−３４１０７（Ｐ２００２−３４１０７Ａ）
【公開日】 平成１４年１月３１日（２００２．１．３１）
【出願番号】 特願２０００−２１３００７（Ｐ２０００−２１３００７）