JP3724964B2

JP3724964B2 - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP3724964B2
Application number: JP32824998A
Authority: JP
Inventors: 板橋　　徹; 新見　　幸秀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2018-11-18
Also published as: US20030205977A1; JP2000156989A; US6329777B1; US7084594B2; DE19950144A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流モータに流す電流を制限する機能を備えたモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の電子スロットルシステムでは、スロットル弁の駆動源として直流モータを用いたものがある。このシステムでは、スロットル弁の応答性を速めるために、モータ起動時には、１００％デューティで直流モータに電流を流してスロットル弁の動作速度を速め、目標スロットル開度に近付いたところで、一時的に電流を逆方向に流して直流モータにブレーキをかけて、スロットル弁を目標スロットル開度で速やかに停止させるようにしたものがある。更に、このシステムでは、スロットル弁等への異物の噛み込み等により直流モータがロック状態になると、直流モータに大きな電流が流れ続けるため、スロットル弁が目標スロットル開度に近付かない状態が所定時間継続した時に、モータロックと判断して直流モータの通電を遮断し、駆動制御回路のスイッチング素子を保護するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、スロットル弁に付着した水分の凍結等による一時的な軽微なロック状態は、暫く駆動を続けると、ロック状態から回復して正常に駆動できるようになることがある。従って、モータ起動時やブレーキ時に、ロック状態と判断して直流モータの通電を遮断するまでの時間（ロック判定時間）が短すぎると、一時的な軽微なロック状態でも、すぐにモータ駆動が停止されてしまう不具合が生じる。従って、ロック判定時間はある程度長く設定することが好ましいが、ロック判定時間が長くなるほど、駆動制御回路のスイッチング素子に大電流が流れる時間が長くなるため、それに耐え得るように、定格の大きなスイッチング素子を用いたり、オン抵抗（発熱）が小さくチップサイズの大きなスイッチング素子を用いる必要があり、駆動制御回路の製造コストが高くなる欠点がある。
【０００４】
そこで、特表平９−５０１８１７号公報では、直流モータの通電電流を一定値以下に制限することで、駆動制御回路のスイッチング素子を小型・低コスト化できるようにしている。しかし、この場合は、比較的大きなトルクが必要となるモータ起動時やブレーキ時にも電流が制限されてしまうため、駆動トルクやブレーキ力が不足して、スロットル弁の駆動応答性が悪くなってしまうという欠点がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モータ起動時又はブレーキ時の駆動応答性を犠牲にすることなく、駆動制御回路のスイッチング素子を小型・低コスト化できると共に、モータロック時には正常な状態に回復させることを期待して直流モータに電流をある程度長い時間流すことができるモータ駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ところで、モータロックが発生していない正常な動作状態では、モータの起動やブレーキに要する時間が短いため、正常時のモータ起動時間やブレーキ時間の程度であれば、モータロック時のような大きな電流が流れたとしても、駆動制御部のスイッチング素子の電力損失（発熱）が少なく、スイッチング素子として、長時間、大電流を駆動できる大きな定格の素子や、オン抵抗が小さくチップサイズの大きな素子は必要とされない。
【０００７】
この点に着目し、本発明の請求項１のモータ駆動装置によれば、スロットル弁の起動に相当する期間において、直流モータに流す電流の制限をせずにスロットル弁の起動を行う際に、直流モータに流れる電流値が所定値を超えている状態が所定時間継続すると、前記直流モータに流れる電流値を、前記所定値までに制限するようにしたものである。
【０００８】
この場合、直流モータに流す電流を制限せずに直流モータの制御を行いスロットル弁の起動を行うため、最初から電流制限する場合と比較して、起動トルクを大きくするこができて、起動性能を高めることができる。しかも、起動の際に所定値を超える電流が直流モータに流れている状態が所定時間継続すると電流を所定電値までに制限するので、駆動制御部のスイッチング素子に流れる電流を低い電流値に制限することができて、スイッチング素子の電力損失（発熱）を低減することができる。これにより、モータロック時でも、直流モータに電流をある程度長い時間流すことが可能となり、一時的な軽微なロック状態の時には、駆動トルクを暫くかけ続けて、正常な制御状態に回復させることができる。しかも、スイッチング素子の電力損失（発熱）が少ないため、大きな定格の素子やチップサイズの大きな素子は必要とされず、スイッチング素子を小型・低コスト化することができる。
【００１２】
また、請求項２のように、直流モータはＨブリッジ状の駆動回路に接続しても良い。このようにすれば、直流モータに流す電流を正方向と逆方向の両方向に流すことができ、直流モータの起動とブレーキの両方の通電を行うことができる。
【００１３】
更に、請求項３のように、直流モータに流す電流を検出する電流検出手段を設けることが好ましい。このようにすれば、直流モータに流れる実際の電流を検出しながら電流制限を行うことができる。
【００１４】
また、請求項４のように、低い所定電流値に制限されている状態がある時間以上継続しているか否かを判定手段により判定し、ある時間以上継続していると判断した場合は直流モータへの通電を遮断することが好ましい。このようにすれば、直流モータがロック状態になったまま、いつまでも直流モータに通電し続けることを防止できる。
【００１６】
この場合、請求項５のように、所望のスロットル弁開度とスロットル信号に基づく実際のスロットル弁開度との差が所定値以上となる状態が、所定時間よりも長く設定された時間以上継続した場合には、前記直流モータへの通電を遮断するようにすると良い。このようにすれば、電子スロットルがロック状態になったまま、いつまでも直流モータに通電し続けることを防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を電子スロットルシステムに適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。エンジンの吸気管１１の途中に設けられたスロットル弁１２は、直流モータ１３によって駆動される。このスロットル弁１２は、復帰スプリング（図示せず）により閉じ方向に付勢され、故障時にスロットル弁１２がアイドリング可能な程度のほぼ閉じた位置に強制的に戻されるようになっている。従って、直流モータ１３は、この復帰スプリングに抗してスロットル弁１２を開き方向に駆動できるトルクが必要となり、それ故に、停止状態からの起動時や動作状態でのブレーキ時には、直流モータ１３の通電電流を大きくしてトルクを確保する必要がある。スロットル弁１２の開度はスロットル開度センサ１４により検出され、その検出信号がエンジン制御回路１５に取り込まれる。このエンジン制御回路１５は点火時期や燃料噴射量を制御すると共に、スロットル弁１２の開度を制御するスロットル弁制御手段として機能する。
【００１８】
一方、アクセルペダル１６の踏込み量は、アクセルセンサ１７により検出され、その検出信号がエンジン制御回路１５に取り込まれる。エンジン制御回路１５は、アクセルセンサ１７から取り込んだアクセル踏込み量に応じた駆動指令信号Ａ１〜Ａ４を駆動制御回路１８に出力し、この駆動制御回路１８によって直流モータ１３を駆動することで、スロットル弁１２をアクセル踏込み量に応じて設定された目標スロットル開度まで駆動する。尚、駆動制御回路１８とエンジン制御回路１５（スロットル弁制御手段）とから特許請求の範囲でいう駆動制御部が構成されている。
【００１９】
駆動制御回路１８は、エンジン制御回路１５から４つの駆動指令信号Ａ１〜Ａ４が入力される駆動ロジック回路１９と、直流モータ１３を駆動するＨブリッジ型の駆動回路２０と、直流モータ１３に流れる電流を検出する電流検出回路２１とから構成されている。この駆動制御回路１８は、起動とブレーキに相当する所定の期間は、直流モータ１３に流す電流を制限せずに起動、ブレーキを行い、該期間経過後には直流モータ１３に流す電流を起動やブレーキの際に流れる電流よりも小さい電流制限値を越えないように制限する。従って、モータロックが生じていれば、上記電流制限値で直流モータ１３に流れる電流が制限されるようになる。この電流制限動作中に、モータロックが解除されれば、電流制限が解除されるが、所定期間が経過しても、スロットル弁１２の開度が目標スロットル開度に近付かない場合には、エンジン制御回路１５は、モータロックと判断して、全ての駆動指令信号Ａ１〜Ａ４をローレベルにして、直流モータ１３への通電を遮断する。
【００２０】
次に、駆動制御回路１８の細部の構成を図２に基づいて説明する。駆動回路２０は、４個のスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴ２２〜２５をＨブリッジ型に接続して構成され、右側のＭＯＳＦＥＴ２２，２５の中間接続点と左側のＭＯＳＦＥＴ２３，２４の中間接続点との間に直流モータ１３の＋端子と−端子が接続されている。この駆動回路２０のハイサイドは、バッテリ等の電源２６の＋端子側に接続され、該駆動回路２０のローサイドには、電流検出回路２１（電流検出手段）が接続されている。電流検出回路２１は、駆動回路２０のローサイドとグランド側との間に接続された電流検出抵抗２７と、この電流検出抵抗２７の両端の電位差を増幅する差動増幅回路２８とから構成されている。
【００２１】
次に、駆動ロジック回路１９の細部の構成を説明する。上記電流検出回路２１の出力（直流モータ１３の通電電流に相当する電圧）は、コンパレータ３０の＋入力端子に入力され、−入力端子に入力される基準電圧Ｖref と比較される。この基準電圧Ｖref は、電流制限動作時の電流制限値に相当する電圧に設定され、この電流制限値は、モータロック時に通電をある程度継続してもＭＯＳＦＥＴ２２〜２５が破損しないような低い電流制限値（つまり起動やブレーキによって生じる電流よりも低い電流制限値）となるように設定されている。直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に、コンパレータ３０の出力がハイレベルに反転し、このハイレベル信号が２つのセット優先タイプのＲＳラッチ３１，３２のセット端子Ｓに入力される。各ＲＳラッチ３１，３２のリセット端子Ｒには、それぞれタイマ３３，３４の出力が入力される。
【００２２】
一方のＲＳラッチ３１は、セット端子Ｓにコンパレータ３０から直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越えたことを示すハイレベル信号が入力されると、セット動作して出力端子ＱからＡＮＤゲート３９とタイマ３３の双方にハイレベル信号を出力する。タイマ３３は、電流制限動作時に直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間を設定するタイマである。このタイマ３３にハイレベル信号が入力されると、内部カウンタのカウント動作を開始し、予め設定した時間のカウントを終了すると、出力端子Ｑからハイレベル信号をＲＳラッチ３１のリセット端子Ｒに出力する。これにより、ＲＳラッチ３１は、リセット動作して出力端子ＱからＡＮＤゲート３９とタイマ３３の双方にローレベル信号を出力する。タイマ３３は、ローレベル信号が入力されると、内部カウンタをリセットすると共に、自身の出力端子Ｑの出力をローレベルに反転する。
【００２３】
以上のように、ＲＳラッチ３１とタイマー３３による閉ループを形成することによって、ＲＳラッチ３１の出力端子Ｑは、電流制限動作時に直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に、直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間だけハイレベル信号を出力する（図４参照）。
【００２４】
他方のＲＳラッチ３２のリセット端子Ｒには、タイマ３４の出力端子Ｑの出力が入力される。このタイマ３４は、自身の出力端子Ｑの出力を遅延回路３５とインバータ３６を介して入力端子Ｔで受ける。これにより、タイマ３４は、自身の出力端子Ｑの出力がローレベルに反転すると、遅延回路３５の出力が一定時間遅れてローレベルに反転し、それと同時に、インバータ３６からタイマ３４の入力端子Ｔにハイレベル信号が入力される。これに伴って、タイマ３４は、内部カウンタがカウント動作を開始し、予め設定した時間ｔ３４のカウントを終了すると、出力端子Ｑからハイレベル信号が出力される。このハイレベル信号は、遅延回路３５により一定時間遅れてインバータ３６に入力され、インバータ３６からタイマ３４の入力端子Ｔにローレベル信号が入力される。これにより、タイマ３４は、内部カウンタをリセットすると共に、出力端子Ｑの出力をローレベルに反転する。以上のように、タイマ３４と遅延回路３５とインバータ３６による閉ループを形成することによって、タイマ３４の出力端子Ｑは、タイマ３４に設定された一定時間ｔ３４毎に遅延回路３５の遅延時間だけハイレベル信号を出力する（図３参照）。
【００２５】
このタイマ３４の出力端子Ｑの出力は、ＲＳラッチ３２のリセット端子ＲとＤフリップフロップ（ＤＦＦ）３７のクロック入力端子ＣＫに入力される。このＤフリップフロップ３７のデータ入力端子Ｄには、ＲＳラッチ３２の出力端子Ｑが接続されている。
【００２６】
ＲＳラッチ３２は、セット端子Ｓにコンパレータ３０から直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越えたことを示すハイレベル信号が入力されると、セット動作して出力端子ＱからＤフリップフロップ３７のデータ入力端子Ｄにハイレベル信号を出力する。更に、ＲＳラッチ３２は、リセット端子Ｒにタイマ３４から入力される一定時間ｔ３４毎のハイレベル信号によりリセット動作して、出力端子ＱからＤフリップフロップ３７のデータ入力端子Ｄにローレベル信号を出力する。
【００２７】
一方、Ｄフリップフロップ３７は、クロック入力端子ＣＫに入力されるタイマ３４の出力レベルがローレベルからハイレベルに立ち上がるタイミングで、データ入力端子Ｄに入力されるＲＳラッチ３２の出力端子Ｑの出力レベルを記憶・保持し、記憶されたレベルに応じた信号レベルをＤフリップフロップ３７の出力端子Ｑからタイマ３８の入力端子Ｔに出力する。
【００２８】
以上のように、ＲＳラッチ３２とＤフリップフロップ３７が動作することで、タイマ３４に設定された時間ｔ３４内に直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越えた時に、Ｄフリップフロップ３７の出力端子Ｑからハイレベル信号がタイマ３８の入力端子Ｔに出力される。
【００２９】
この場合、タイマ３４に設定する時間ｔ３４は、電流制限動作時に直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越えた時に直流モータ１３への通電を一時オフする時間と、一時通電オフ後に通電を再開して再び電流制限値を越えるまでの時間とを合計した時間よりも長い時間に設定されている。これにより、電流制限動作時にＤフリップフロップ３７の出力端子Ｑの出力がハイレベルに維持される。
【００３０】
一方、タイマ３８は、Ｄフリップフロップ３７の出力端子Ｑから、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越え続けていることを示すハイレベル信号が入力されると、内部カウンタがカウント動作を開始し、通電電流が電流制限値を越え続けている時間ｔ１ａ，ｔ２ａ（図３参照）をカウントする。その後、このタイマ３８が予め設定した時間ｔ３８（図４参照）のカウントを終了すると、出力端子Ｑからハイレベル信号（電流制限動作開始信号）をＡＮＤゲート３９の一方の入力端子に出力する。また、タイマ３８は、Ｄフリップフロップ３７の出力端子Ｑから、直流モータ１３の通電電流が電流制限値以下であることを示すローレベル信号が入力されると、内部カウンタをリセットすると共に、出力端子Ｑからローレベル信号をＡＮＤゲート３９の一方の入力端子に出力する。
【００３１】
この場合、タイマ３８に設定する時間ｔ３８は、直流モータ１３の起動通電やブレーキの時間が長くなった時に電流制限動作を開始する時期を決めるものであり、該時間ｔ３８は、正常動作時の起動通電、ブレーキの時間よりも少し長い時間に設定されている。これにより、図３に示すように、正常動作時の起動通電、ブレーキでは、タイマ３８の内部カウンタのカウント時間ｔ１ａ，ｔ２ａが時間ｔ３８に達する前に、実スロットル開度が目標スロットル開度に近付いて起動通電、ブレーキが終了するため、電流制限動作が働かず、直流モータ１３の通電電流が制限されない状態で起動とブレーキが実施され、起動時とブレーキ時の駆動応答性が高められる。
【００３２】
ＡＮＤゲート３９は、両端子に入力されるタイマ３８の出力とＲＳラッチ３１の出力とが共にハイレベルの時のみ出力がハイレベルとなる。これにより、ＡＮＤゲート３９の出力は、正常動作時にはローレベルに維持され（図３参照）、電流制限動作時には、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間だけＡＮＤゲート３９の出力がハイレベルに反転する（図４参照）。
【００３３】
このＡＮＤゲート３９の出力は、ＯＲゲート４０，４１に入力されると共に、インバータ４２を介してＡＮＤゲート４３，４４にも入力される。これらＯＲゲート４０，４１とＡＮＤゲート４３，４４には、それぞれエンジン制御回路１５から出力される駆動指令信号Ａ１〜Ａ４が入力される。ＯＲゲート４０，４１の出力は、保護制御回路４５とプリドライバ４６，４７を介してハイサイドのＭＯＳＦＥＴ２２，２３のゲートに印加される。これにより、ハイサイドのＭＯＳＦＥＴ２２，２３は、ハイサイドの駆動指令信号Ａ１，Ａ２がハイレベルの時にオンすると共に、ＡＮＤゲート３９の出力がハイレベルの時（電流制限動作時に通電を一時的にオフする時間）にも、ハイサイドのＭＯＳＦＥＴ２２，２３がオンして電流制限動作時の通電オフ中に直流モータ１３のコイルに残留したエネルギを環流経路５０を通じて環流させる。
【００３４】
一方、ＡＮＤゲート４３，４４の出力は、保護制御回路４５とプリドライバ４８，４９を介してローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４，２５のゲートに印加される。これにより、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４，２５は、ローサイドの駆動指令信号Ａ３，Ａ４がハイレベルで、且つインバータ４２の出力がハイレベルの時にオンする。正常動作時には、図３に示すように、ＡＮＤゲート３９の出力がローレベルに維持されるため、インバータ４２の出力はハイレベルに維持される。この結果、正常動作時には、ローサイドの駆動指令信号Ａ３，Ａ４がそのままＡＮＤゲート４３，４４を通過し、ローサイドの駆動指令信号Ａ３，Ａ４がハイレベルの時にローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４，２５がオンして、直流モータ１３に通電する。
【００３５】
また、電流制限動作時には、図４に示すように、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間だけＡＮＤゲート３９の出力がハイレベルに反転するため、インバータ４２の出力は、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間だけローレベルに反転する。この結果、ローサイドの駆動指令信号Ａ３（又はＡ４）がハイレベルであっても、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に、ＡＮＤゲート４３（又は４４）の出力が一時的にローレベルとなる。これにより、電流制限動作時には、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４（又は２５）は、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に一時的にオフされ、直流モータ１３の通電電流が電流制限値以下に抑えられる。
【００３６】
尚、保護制御回路４５は、直流モータ１３の両端子にそれぞれ接続されたハイサイドとローサイドのＭＯＳＦＥＴ２２〜２５が同時にオンして過電流が流れるいわゆる貫通電流を防止したり、或は、過電流が流れた時にＭＯＳＦＥＴ２２〜２５を強制的にオフする過電流保護制御等のロジックが含まれている。
【００３７】
次に、図３に基づいて正常時の動作を説明する。スロットル１２が停止状態でスロットル開度が変化しない期間ｔ０は、復帰スプリングに抗してスロットル弁１２を一定開度に保持するために、エンジン制御回路１５は、駆動指令信号Ａ１をハイレベルに維持すると共に、駆動指令信号Ａ３を所定のデューティ比でハイレベルとローレベルに切り換えることで、ハイサイド右側のＭＯＳＦＥＴ２２をオン状態に保持しながら、ローサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２４を所定のデューティ比でオン／オフさせて、直流モータ１３に図２の矢印Ｂ方向（正方向）に所定のデューティ比で電流を流して、スロットル弁１２を一定開度に保持する。
【００３８】
この保持通電期間ｔ０中は、駆動指令信号Ａ３がローレベルになる毎に、そのローレベル期間中だけ駆動指令信号Ａ２をハイレベルに切り換えることで、ローサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２４がオフする毎に、ハイサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２３をオンさせて、直流モータ１３のコイルに残留したエネルギを環流経路５０を通じて環流させる。
【００３９】
その後、アクセルペダル１６が踏み込まれて、目標スロットル開度が変化すると、エンジン制御回路１５は、次のようにして直流モータ１３を１００％デューティ比で起動し、実スロットル開度を目標スロットル開度を近付ける起動通電を実施する。この起動通電期間ｔ１は、駆動指令信号Ａ１，Ａ３をハイレベルに保持することで、ハイサイド右側のＭＯＳＦＥＴ２２とローサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２４を共にオン状態に保持して、直流モータ１３に図２の矢印Ｂ方向（正方向）に１００％デューティ比で電流を流し、起動トルクを大きくしてスロットル弁１２の動作速度を速める。従って、正常動作時の起動通電期間ｔ１中は、電流制限動作が働かない。これは、タイマ３８の内部カウンタによる起動時カウント時間ｔ１ａ（通電電流が電流制限値を越えている時間）が電流制限動作を開始する時間ｔ３８に達しないためである。
【００４０】
エンジン制御回路１５は、起動通電期間ｔ１に、実スロットル開度が目標スロットル開度に予め設定された所定範囲内に近付いてきたことを検知すると、起動通電期間ｔ１を終了して、動作状態のスロットル弁１２にブレーキをかけて目標スロットル開度で停止させるブレーキ通電を実施する。このブレーキ期間ｔ２中は、ハイサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２３とローサイド右側のＭＯＳＦＥＴ２５を共にオン状態に保持して、直流モータ１３に図２の矢印Ｃ方向（逆方向）に１００％デューティ比で電流を流し、ブレーキ力を大きくしてスロットル弁１２を目標スロットル開度に速やかに停止させる。従って、正常動作時のブレーキ期間ｔ２中は、電流制限動作が働かない。これは、タイマ３８の内部カウンタによるブレーキ時カウント時間ｔ２ａ（通電電流が電流制限値を越えている時間）が電流制限動作を開始する時間ｔ３８に達しないためである。尚、スロットル弁１２が目標スロットル開度に停止した後（期間ｔ３）は、直流モータ１３の起動前（期間ｔ０）と同じ保持通電制御が行われる。
【００４１】
次に、図４に基づいてモータロック時の動作を説明する。図４は、１００％デューティ比の起動通電を開始した直後の時期ｔｘにモータロックが発生した時の動作例である。モータロックが発生すると、１００％デューティ比の起動通電を続けても、スロットル弁１２が目標スロットル開度に近付かないため、そのまま起動通電が暫く続けられる。これにより、タイマ３８の内部カウンタによる起動時カウント時間ｔ１ａ（通電電流が電流制限値を越えている時間）が電流制限動作を開始する時間ｔ３８に到達すると、次のようにして電流制限動作が開始される。
【００４２】
タイマ３８の内部カウンタによる起動時カウント時間ｔ１ａが電流制限動作を開始する時間ｔ３８に到達すると、タイマ３８の出力がハイレベルに反転する。このタイマ３８の出力とＲＳラッチ３１の出力が入力されるＡＮＤゲート３９は、ＲＳラッチ３１の出力がハイレベルの期間（つまり直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に直流モータ１３の通電を一時的にオフする時間）だけハイレベルに反転する。これにより、ＡＮＤゲート３９がハイレベルに反転する毎に、このハイレベル信号がインバータ４２によりローレベル信号に反転されてＡＮＤゲート４３に入力される。このため、ローサイドの駆動指令信号Ａ３がハイレベルであっても、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に、ＡＮＤゲート４３の出力が一時的にローレベルとなる。これにより、電流制限動作時には、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４は、直流モータ１３の通電電流が電流制限値を越える度に一時的にオフされ、直流モータ１３の通電電流が電流制限値以下に抑えられる。
【００４３】
この電流制限動作期間中は、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４のオフ期間（ＡＮＤゲート３９のハイレベル期間）に、ＯＲゲート４１の出力をハイレベルに反転させて、ハイサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２３をオンさせ、直流モータ１３のコイルに残留したエネルギを環流経路５０を通じて環流させる。
【００４４】
この電流制限動作期間中に、モータロックが解消されて、スロットル弁１２が目標スロットル開度に予め設定された所定範囲内に近付いてきたことが検知されると、ブレーキの通電に移行する。ブレーキの通電が開始されると、図３に示すように、直流モータ１３の通電電流が電流制限値以下に一時的に下がるため、Ｄフリップフロップ３７の出力がローレベルに反転して、タイマ３８がリセットされ、該タイマ３８の出力がローレベルに反転する。これにより、電流制限動作が解除され、直流モータ１３に図２の矢印Ｃ方向（逆方向）に１００％デューティ比で電流が流されて、スロットル弁１２の動きにブレーキがかけられる。
【００４５】
一方、電流制限動作をある程度継続しても、スロットル弁１２の開度が目標スロットル開度に近付かない場合には、次のようにして、エンジン制御回路１５によって直流モータ１３への通電が遮断される。エンジン制御回路１５は、起動時に実スロットル開度と目標スロットル開度の差が所定以上となる状態が継続する時間をカウントし、その時間が所定時間ｔ４になった時点で、モータロックと判断して、全ての駆動指令信号Ａ１〜Ａ４をローレベルにして、直流モータ１３への通電を遮断する。
【００４６】
或は、エンジン制御回路１５は、図２に波線にて示すタイマ３８から出力される電流制限動作期間中にあることを示す電流制限動作モニタ信号を入力し、電流制限動作期間中であることを示すハイレベルとなる状態が継続する時間をカウントし、その時間が所定時間ｔ５になった時点で、全ての駆動指令信号Ａ１〜Ａ４をローレベルにして、直流モータ１３への通電を遮断するようにしても良い。
尚、図４の動作例は、起動通電中にモータロックが発生した時の例であるが、ブレーキ中にモータロックが発生した時も、同様に制御される。
【００４７】
以上説明した実施形態（１）では、直流モータ１３の正常動作時の起動通電及びブレーキの時間よりも少し長い時間に設定された起動通電期間（ブレーキ通電期間）には、直流モータ１３の通電電流を制限せずに起動（ブレーキ）を行うので、起動当初（ブレーキ当初）から電流制限する場合よりも起動トルク（ブレーキ力）を大きくするこができて、スロットル弁１２の駆動応答性を高めることができる。
【００４８】
しかも、起動通電期間（ブレーキ通電期間）に、直流モータ１３の通電電流が電流制限値よりも大きい状態が予め設定された時間ｔ３８だけ継続した場合は、モータロックの可能性があると判断して、通電電流を低い電流値に制限するので、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２５に流れる電流を低い電流値に制限することができて、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２５の発熱を低減することができる。これにより、モータロック時でも、直流モータ１３に電流をある程度長い時間流すことが可能となり、一時的な軽微なロック状態の時には、駆動トルクを暫くかけ続けて、正常な状態に回復させることができる。しかも、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２５の発熱が少ない分、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２５を小型・低コスト化することができる。これにより、スロットル弁１２の駆動応答性を犠牲にすることなく、駆動回路２０の低コスト化の要求を満たすことができる。
【００４９】
［実施形態（２）］
次に、直流モータ１３のトルクに余裕があるシステムに適用した実施形態（２）を図５乃至図７に基づいて説明する。前記実施形態（１）では、起動通電期間（ブレーキ通電期間）に電流を制限しなかったが、本実施形態（２）では、起動通電期間（ブレーキ通電期間）に、直流モータ１３に流す電流を、起動性能（ブレーキ性能）を損なわないような高い電流値で制限して起動（ブレーキ）を行い、モータロックの可能性がある場合には、該期間経過後に直流モータ１３に流す電流の制限値を低い電流制限値に切り換えるようにしている。以下、前記実施形態（１）と異なる部分を説明する。
【００５０】
前記実施形態（１）では、コンパレータ３０の−入力端子に入力する基準電圧Ｖref （電流制限値に相当する電圧）を固定値としたが、本実施形態（２）では、コンパレータ３０の−入力端子に入力する基準電圧Ｖref を、高い電流制限値に相当する電圧Ｖref(H)と低い電流制限値に相当する電圧Ｖref(L)の２段階に切り換える基準電圧切換回路５１が設けられている。この基準電圧切換回路５１は、電源電圧Ｖcc側とグランド側との間に３個の抵抗５２〜５４を直列に接続すると共に、そのうちのグランド側の１つの抵抗５４の両端に基準電圧切換用のトランジスタ５５のコレクタとエミッタを接続し、抵抗５２，５３の中間接続点をコンパレータ３０の−入力端子に接続している。
【００５１】
また、前記実施形態（１）では、タイマ３８の出力とＲＳラッチ３１の出力がＡＮＤゲート３９に入力されたが、本実施形態（２）では、ＡＮＤゲート３９を無くして、ＲＳラッチ３１の出力が直接、ＯＲゲート４０，４１に入力されると共に、該ＲＳラッチ３１の出力がインバータ４２を介してＡＮＤゲート４３，４４にも入力される。タイマ３８の出力端子Ｑは、基準電圧切換用のトランジスタ５５のベースに接続され、タイマ３８の出力によって基準電圧Ｖref （電流制限値）が切り換えられる。その他の構成は、前記実施形態（１）と同じである。
【００５２】
次に、図６に基づいて正常時の動作を説明する。通常は、タイマ３８の出力がローレベルに維持されるため、基準電圧切換用のトランジスタ５５がオフ状態に維持される。この状態では、基準電圧切換回路５１からコンパレータ３０に入力される基準電圧Ｖref が、高い電流制限値に相当する電圧Ｖref(H)に維持される。ここで、基準電圧切換回路５１の３個の抵抗５２〜５４の抵抗値をＲ５２〜Ｒ５４とすると、Ｖref(H)は次式で算出される。
Ｖref(H)＝Ｖcc×（Ｒ５３＋Ｒ５４）／（Ｒ５２＋Ｒ５３＋Ｒ５４）
この高い基準電圧Ｖref(H)は、電流制限値が起動性能（ブレーキ性能）を損なわないような高い電流値となるように設定されている。
【００５３】
アクセルペダル１６が踏み込まれて、目標スロットル開度が変化すると、前記実施形態（１）と同じく、起動通電を行って、実スロットル開度を目標スロットル開度を近付けてから、ブレーキの通電を行って、スロットル弁１２を目標スロットル開度で停止させる。起動通電の開始時は、直流モータ１３に１００％デューティ比で電流を流すが、この起動通電期間ｔ１中に、直流モータ１３の通電電流が高い基準電圧Ｖref(H)で設定される高い電流制限値を越える度に、ＲＳラッチ３１の出力がタイマ３３で設定される時間だけハイレベルとなり、このハイレベル信号がインバータ４２によりローレベル信号に反転されてＡＮＤゲート４３に入力される。このため、ローサイドの駆動指令信号Ａ３がハイレベルであっても、直流モータ１３の通電電流が高い電流制限値を越える度に、ＡＮＤゲート４３の出力が一時的にローレベルとなる。これにより、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４は、直流モータ１３の通電電流が高い電流制限値を越える度に一時的にオフされ、直流モータ１３の通電電流が高い電流制限値以下に抑えられる。
【００５４】
この電流制限動作中は、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４のオフ期間（ＲＳラッチ３１のハイレベル期間）に、ＯＲゲート４１の出力をハイレベルに反転させて、ハイサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２３をオンさせ、直流モータ１３のコイルに残留したエネルギを環流経路５０を通じて環流させる。
【００５５】
このような起動通電により、スロットル弁１２が目標スロットル開度に予め設定された所定範囲内に近付いてきたことが検知されると、起動通電期間ｔ１を終了して、ブレーキの通電を実施する。ブレーキの開始時は、直流モータ１３に１００％デューティ比で逆方向に電流を流すが、このブレーキ通電期間ｔ２中に直流モータ１３の通電電流が高い基準電圧Ｖref(H)で設定される高い電流制限値を越える度に、ＲＳラッチ３１の出力がタイマ３３で設定される時間だけハイレベルとなり、上述した起動通電と同様に、直流モータ１３の通電電流が高い電流制限値を越える度に一時的にオフされ、直流モータ１３の通電電流が高い電流制限値以下に抑えられる。
【００５６】
尚、前記実施形態（１）と同じく、スロットル弁１２が目標スロットル開度に停止した後（期間ｔ３）は、直流モータ１３の起動前（期間ｔ０）と同じ保持通電制御が行われる。
【００５７】
次に、図７に基づいてモータロック時の動作を説明する。図７は、起動通電を開始した直後の時期ｔｘにモータロックが発生した時の動作例である。この場合、高い電流制限値で制限した起動通電を行っても、スロットル弁１２が目標スロットル開度に近付かないため、そのまま起動通電が暫く続けられる。これにより、タイマ３８の内部カウンタによる起動時カウント時間ｔ１ａ（通電電流が高い電流制限値を越えている時間）が時間ｔ３８に到達すると、次のようにして電流制限値が下げられる。
【００５８】
タイマ３８の内部カウンタによる起動時カウント時間ｔ１ａが時間ｔ３８に到達すると、タイマ３８からハイレベル信号が基準電圧切換用のトランジスタ５５のベースに出力される。これにより、トランジスタ５５がオンして、基準電圧切換回路５１の１つの抵抗５４の両端が短絡され、基準電圧切換回路５１からコンパレータ３０に入力される基準電圧Ｖref が、低い電流制限値に相当する電圧Ｖref(L)に切り換えられる。この低い基準電圧Ｖref(L)は次式で算出される。
Ｖref(L)＝Ｖcc×Ｒ５３／（Ｒ５２＋Ｒ５３）
この低い基準電圧Ｖref(L)によって設定される低い電流制限値は、モータロック時に通電をある程度継続してもＭＯＳＦＥＴ２２〜２５が破損しないような低い電流値となるように設定されている。
【００５９】
このようにして、コンパレータ３０に入力される基準電圧Ｖref が、低い電流制限値に相当する電圧Ｖref(L)に切り換えられると、直流モータ１３の通電電流が低い電流制限値を越える度に、ＲＳラッチ３１の出力がタイマ３３で設定される時間だけハイレベルとなり、このハイレベル信号がインバータ４２によりローレベル信号に反転されてＡＮＤゲート４３に入力される。これにより、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４は、直流モータ１３の通電電流が低い電流制限値を越える度に、一時的にオフされ、直流モータ１３の通電電流が低い電流制限値以下に抑えられる。この際、ローサイドのＭＯＳＦＥＴ２４のオフ期間中に、ハイサイド左側のＭＯＳＦＥＴ２３をオンさせて、直流モータ１３のコイルに残留したエネルギを環流経路５０を通じて環流させる。
【００６０】
このような低い電流制限値による電流制限動作をある程度継続しても、スロットル弁１２の開度が目標スロットル開度に近付かない場合には、前記実施形態（１）と同様の方法で直流モータ１３への通電を遮断する。
尚、図７の動作例は、起動通電中にモータロックが発生した時の例であるが、ブレーキ中にモータロックが発生した時も、同様に制御される。
以上説明した実施形態（２）においても、前記実施形態（１）と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
尚、前記実施形態（１），（２）では、電流制限動作をハードウエアで構成した駆動ロジック回路１９によって制御するようにしたが、マイクロコンピュータによるプログラム制御で電流制限動作を制御するようにしても良い。また、モータロックの可能性がある場合に実施する電流制限動作の期間中に、時間の経過に伴って電流制限値を２段階以上に低下させるようにしても良い。
【００６２】
また、前記実施形態（１），（２）では、ブレーキ通電期間中にモータロックが発生した場合にも、起動通電期間中にモータロックが発生した場合と同じく、所定期間経過後に電流制限動作を行うようにしたが、起動とブレーキのいずれか一方のみ、電流制限動作を行うようにしても良い。また、Ｈブリッジ型の駆動回路２０は、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２５以外のスイッチング素子で構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を電子スロットルシステムに適用した実施形態（１）を示すシステム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の駆動制御回路の電気回路図
【図３】実施形態（１）の正常動作時の各部の信号波形を示すタイムチャート
【図４】実施形態（１）のモータロック時の各部の信号波形を示すタイムチャート
【図５】実施形態（２）の駆動制御回路の電気回路図
【図６】実施形態（２）の正常動作時の各部の信号波形を示すタイムチャート
【図７】実施形態（２）のモータロック時の各部の信号波形を示すタイムチャート
【符号の説明】
１２…スロットル弁、１３…直流モータ、１４…スロットル開度センサ、１５…エンジン制御回路（駆動制御部，スロットル弁制御手段）、１６…アクセルペダル、１７…アクセルセンサ、１８…駆動制御回路（駆動制御部）、１９…駆動ロジック回路、２０…駆動回路、２１…電流検出回路（電流検出手段）、２２〜２５…ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３０…コンパレータ、３３，３４…タイマ、３５…遅延回路、３８…タイマ、５１…基準電圧切換回路、５２〜５４…抵抗、５５…トランジスタ。

Claims

直流モータを駆動することで、スロットル弁を所望のスロットル弁開度まで駆動する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、停止状態の直流モータに電流を流して前記スロットル弁を一定開度に保持している状態において、所望のスロットル弁開度が変化した場合に、実際のスロットル弁開度と前記所望のスロットル弁開度との偏差に基づき直流モータに電流を流して直流モータを制御することで、実際のスロットル弁開度を所望のスロットル弁開度に近づけるように、前記スロットル弁を駆動するものであって、
さらに、前記駆動制御部は、前記スロットル弁の駆動に相当する期間において、直流モータに流す電流の制限をせずに前記直流モータを制御し前記スロットル弁を駆動する際、前記直流モータに流れる電流値が所定値を超えている状態が所定時間継続すると、前記直流モータに流れる電流値を、前記所定値までに制限することを特徴とするモータ駆動装置。
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
前記直流モータはＨブリッジ状の駆動回路に接続されていることを特徴とするモータ駆動装置。
請求項１あるいは２に記載のモータ駆動装置において、
前記直流モータに流す電流を検出する電流検出手段が設けられていることを特徴とするモータ駆動装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
前記直流モータに流れる電流値が所定値に制限されている状態がある時間以上継続しているか否かを判定する判定手段を備え、この判定手段がある時間以上継続していると判断した場合は前記直流モータへの通電を遮断することを特徴とするモータ駆動装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ駆動装置において、
前記所望のスロットル弁開度とスロットル信号に基づく実際のスロットル弁開度との差が所定値以上となる状態が、前記所定時間よりも長く設定された時間以上継続した場合には、前記直流モータへの通電を遮断することを特徴とするモータ駆動装置。