JP2007074831A - Motor controller and steering unit for vehicle using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータを制御するためのモータ制御装置に関する。また、この発明は、ステアリングホイール等の操作部材の操作に応じて電動モータを駆動し、この電動モータを駆動源として転舵輪に転舵力を与える車両用操舵装置に関する。このような車両用操舵装置には、電動モータによってステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置、電動モータによって駆動されるポンプの発生油圧をステアリング機構に伝達して操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置、操作部材とステアリング機構との間の機械的なリンクを無くし、専ら電動モータの駆動力によって転舵輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ・システムなどが含まれる。 The present invention relates to a motor control device for controlling an electric motor. The present invention also relates to a vehicle steering apparatus that drives an electric motor in response to an operation of an operation member such as a steering wheel and applies a turning force to a steered wheel using the electric motor as a drive source. Such a vehicle steering device includes an electric power steering device that applies a steering assist force to the steering mechanism by an electric motor, and an electric pump type power that assists steering by transmitting the generated hydraulic pressure of a pump driven by the electric motor to the steering mechanism. A steering device, a steer-by-wire system that eliminates the mechanical link between the operation member and the steering mechanism, and steers the steered wheels exclusively by the driving force of the electric motor are included.
従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータを駆動制御するための電子制御ユニット(ECU)は、電動モータに電力を供給するモータ駆動回路と、電動モータに流れるモータ電流を検出する電流検出回路と、目標電流を定めるとともにモータ電流が目標電流値に近づくようにモータ駆動回路をフィードバック制御する制御回路とを備えている。
Conventionally, an electric power steering device that assists steering by transmitting torque generated by an electric motor to a steering mechanism of a vehicle has been used. The electric motor is driven and controlled based on a target current value determined in accordance with a steering torque applied to the steering wheel and a vehicle speed.
An electronic control unit (ECU) for driving and controlling an electric motor includes a motor drive circuit that supplies electric power to the electric motor, a current detection circuit that detects a motor current flowing through the electric motor, a target current, and a motor current And a control circuit that feedback-controls the motor drive circuit so as to approach the target current value.
モータ駆動回路は、たとえば、複数個のパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)をブリッジ接続して構成されている。たとえば、三相ブラシレスモータを用いる場合には、モータ駆動回路は、電源の高電位側および低電位側にそれぞれ接続されたハイサイドパワーMOSFETおよびローサイドパワーMOSFETの直列回路を、3個並列に接続して構成される。 The motor drive circuit is configured, for example, by connecting a plurality of power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) in a bridge connection. For example, when using a three-phase brushless motor, the motor drive circuit connects three series circuits of a high-side power MOSFET and a low-side power MOSFET connected in parallel to the high potential side and the low potential side of the power supply, respectively. Configured.
電流検出回路は、前記3個の直列回路にそれぞれ直列に介装されたシャント抵抗と、このシャント抵抗における電流降下を検出して増幅し、電圧信号として前記制御回路に入力するモニタ回路とを含む。別の構成として、モータ駆動回路に対して直列に一つのシャント抵抗が介装され、このシャント抵抗での電圧降下を検出する構成が採られる場合もある(特許文献1)。 The current detection circuit includes a shunt resistor interposed in series with each of the three series circuits, and a monitor circuit that detects and amplifies a current drop in the shunt resistor and inputs the voltage drop to the control circuit as a voltage signal. . As another configuration, there may be a configuration in which one shunt resistor is interposed in series with the motor drive circuit and a voltage drop at the shunt resistor is detected (Patent Document 1).
故障時のフェールセーフ処理のために、電源としての車載バッテリとモータ駆動回路との間には、フェールセーフリレーが介装される場合がある。制御回路は、システムの異常(フェール)を検出すると、フェールセーフリレーを遮断し、電動モータへの給電を停止する。フェールセーフリレーの代わりに、FETが適用される場合もある(特許文献1)。
従来技術の構成では、モータ駆動用の大電流がシャント抵抗に流れる。そのため、シャント抵抗は、必然的に大サイズのものとなり、かつ、そのコストも高くなる。これにより、電動パワーステアリング用の電子制御ユニットが大きくなり、かつ、そのコストが高くなっているという問題があった。また、シャント抵抗における電力損失が無視できなかった。 In the conventional configuration, a large current for driving the motor flows through the shunt resistor. For this reason, the shunt resistor inevitably becomes a large size and its cost increases. As a result, there is a problem that the electronic control unit for electric power steering becomes large and its cost is high. Moreover, the power loss in the shunt resistor cannot be ignored.
そこで、この発明の目的は、モータ電流検出のための構成の小型化および低コスト化を図ることにより、全体の小型化および低コスト化に寄与することができるモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、モータ電流検出に起因する電力損失を低減することができるモータ制御装置およびそれを用いた車両用操舵装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor control device that can contribute to overall size reduction and cost reduction by reducing the size and cost of the configuration for motor current detection, and a vehicle using the same. It is providing the steering device for a vehicle.
Another object of the present invention is to provide a motor control device that can reduce power loss due to motor current detection and a vehicle steering device using the motor control device.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モータ(M)に接続されたモータ駆動回路(12,12A)を有するモータ制御装置(10)であって、前記電動モータに流れる電流が通る電界効果型トランジスタ素子(41,51)と、この電界効果型トランジスタ素子に流れる電流を分流して、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段(13,42〜46,52〜56,66,68,r1,r2)とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成によれば、電動モータに流れる電流が通る電界効果型トランジスタ素子に対して直列にシャント抵抗を接続するのではなく、この電界効果型トランジスタ素子に流れる電流を分流してモータ電流を検出するようにしている。したがって、モータ電流検出手段は、モータ駆動用の大電流を検出する必要がなく、分流された小さな電流を検出すればよいので、大サイズで高価なシャント抵抗を用いる必要がなく、また、電流検出に起因する電力損失も抑制できる。モータ電流は、検出された分流電流と分流比とに基づいて、求めることができる。 According to this configuration, the shunt resistor is not connected in series with the field effect transistor element through which the current flowing through the electric motor passes, but the motor current is detected by dividing the current flowing through the field effect transistor element. I am doing so. Therefore, the motor current detecting means does not need to detect a large current for driving the motor, and only needs to detect a small divided current. Therefore, it is not necessary to use a large and expensive shunt resistor, and the current detecting means It is also possible to suppress power loss caused by. The motor current can be obtained based on the detected shunt current and the shunt ratio.
前記モータ制御装置は、モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいて前記モータ駆動回路を制御する制御回路(11)をさらに含むことが好ましい。
請求項2記載の発明は、前記電界効果型トランジスタ素子は、前記モータ駆動回路の一部を構成するものであることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置である。
この構成によれば、電界効果型トランジスタ素子は、モータ駆動回路の一部を構成している。たとえば、モータ駆動回路は、複数の電界効果型トランジスタ素子をブリッジ接続して構成することができる。より具体的には、前記電動モータが三相モータであるとすると、電源(たとえば車載バッテリ)の高電位側および低電位側にそれぞれ接続された一対の電界効果型トランジスタ素子の直列回路を並列に3個接続して、モータ駆動回路を構成してもよい。この場合に、前記3個の直列回路のうちの少なくとも2個について、電界効果型トランジスタ素子に流れる電流を分流して検出することによって、各相のモータ電流(相電流)を求めることができる。
Preferably, the motor control device further includes a control circuit (11) for controlling the motor drive circuit based on the motor current detected by the motor current detection means.
A second aspect of the present invention is the motor control apparatus according to the first aspect, wherein the field effect transistor element constitutes a part of the motor drive circuit.
According to this configuration, the field effect transistor element forms part of the motor drive circuit. For example, the motor drive circuit can be configured by bridge-connecting a plurality of field effect transistor elements. More specifically, assuming that the electric motor is a three-phase motor, a series circuit of a pair of field effect transistor elements respectively connected to a high potential side and a low potential side of a power source (for example, an in-vehicle battery) is connected in parallel. A motor drive circuit may be configured by connecting three. In this case, the motor current (phase current) of each phase can be obtained by diverting and detecting the current flowing through the field effect transistor element for at least two of the three series circuits.
請求項3記載の発明は、前記電界効果型トランジスタ素子は、前記モータ駆動回路と電源(8)との間に介装されていることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置である。
この構成では、モータ駆動回路と電源との間に電界効果型トランジスタ素子が介装されているので、この電界効果型トランジスタ素子は、故障時に電動モータへの給電を停止するフェールセーフ用スイッチング手段として用いることができる。そして、このような電界効果型トランジスタ素子から分流した電流が検出されることにより、電動モータに流れる電流を検出することができる。
A third aspect of the present invention is the motor control apparatus according to the first aspect, wherein the field effect transistor element is interposed between the motor drive circuit and a power source (8).
In this configuration, since a field effect transistor element is interposed between the motor drive circuit and the power supply, this field effect transistor element serves as a fail-safe switching means for stopping power supply to the electric motor in the event of a failure. Can be used. And the electric current which flows into an electric motor is detectable by detecting the electric current shunted from such a field effect type transistor element.
請求項4記載の発明は、前記モータ電流検出手段は、前記電界効果型トランジスタ素子に並列に接続され、この電界効果型トランジスタ素子と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子(42,52:好ましくはオン抵抗が前記電界効果型トランジスタ素子よりも大きいもの)と、この分流用トランジスタ素子と電源との間に接続され、電気抵抗素子および電流調節用トランジスタ素子を直列接続した直列回路(43,44;53,54;66;68)と、前記分流用トランジスタ素子および前記電界効果型トランジスタ素子の各一端(より具体的には電源に対して同側の各一端。さらに具体的には分流用トランジスタの前記直列回路側の一端と、これに対応する前記電界効果型トランジスタの一端)の電位が互いに等しくなるように前記電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器(46,56)とを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ制御装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, the motor current detecting means is connected in parallel to the field effect transistor element and is turned on / off by a control signal common to the field effect transistor element (42). 52, preferably having an on-resistance larger than that of the field effect transistor element), and a series circuit connected between the shunting transistor element and the power source, and connecting the electric resistance element and the current adjusting transistor element in series. (43, 44; 53, 54; 66; 68) and one end of each of the shunting transistor element and the field effect transistor element (more specifically, one end on the same side as the power source. More specifically, Is the potential of one end of the shunt transistor on the series circuit side and the corresponding one end of the field effect transistor). A motor control device according to any one of
この構成によれば、電界効果型トランジスタ素子に並列に接続された分流用トランジスタ素子に電流が分流され、この電流は電気抵抗素子および電流調節用トランジスタ素子に流れる。一方、演算増幅器の働きによって、電界効果型トランジスタ素子と分流用トランジスタ素子との対応する各一端の電位が等しくなるように電流調節用トランジスタ素子が制御される。これにより、電流調節用トランジスタ素子に直列に接続された電気抵抗素子には、電界効果型トランジスタ素子および分流用トランジスタ素子のオン抵抗比の逆数(すなわち、分流比)に応じた電流が流れる。したがって、電気抵抗素子に流れる電流(具体的には電気抵抗素子における電圧降下)を検出することによって、電界効果型トランジスタ素子に流れる電流を正確に検出できる。 According to this configuration, a current is shunted to the shunting transistor element connected in parallel to the field effect transistor element, and this current flows to the electric resistance element and the current adjusting transistor element. On the other hand, the current adjusting transistor element is controlled by the operation of the operational amplifier so that the potentials of the corresponding one ends of the field effect transistor element and the shunting transistor element become equal. As a result, a current corresponding to the reciprocal of the on-resistance ratio of the field-effect transistor element and the shunt transistor element (that is, the shunt ratio) flows through the electric resistance element connected in series with the current adjusting transistor element. Accordingly, by detecting the current flowing through the electric resistance element (specifically, the voltage drop in the electric resistance element), the current flowing through the field effect transistor element can be accurately detected.
前記分流用トランジスタ素子は、そのオン抵抗が電界効果型トランジスタ素子のオン抵抗よりもはるかに大きいもの(たとえば、1000倍)であることが好ましい。これにより、小電流の検出で電界効果型トランジスタ素子に流れる大電流を検出できることになる。その結果、電気抵抗素子には小電流が流れるに過ぎないので、小サイズの安価な電気抵抗素子を適用でき、かつ、電力損失も著しく抑制できる。 The shunting transistor element preferably has an on-resistance much higher (eg, 1000 times) than that of the field effect transistor element. Thus, a large current flowing through the field effect transistor element can be detected by detecting a small current. As a result, since only a small current flows through the electric resistance element, a small-sized inexpensive electric resistance element can be applied, and power loss can be remarkably suppressed.
請求項5記載の発明は、前記モータ電流検出手段は、前記電界効果型トランジスタ素子に並列に接続され、この電界効果型トランジスタ素子と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子(52:好ましくはオン抵抗が前記電界効果型トランジスタ素子よりも大きいもの)と、この分流用トランジスタ素子と電源の高電位部との間に接続され、高電位側電気抵抗素子(R1)および高電位側電流調節用トランジスタ素子(65)を直列接続した高電位側直列回路(66)と、前記分流用トランジスタ素子と電源の低電位部との間に接続され、低電位側電気抵抗素子(R2)および低電位側電流調節用トランジスタ素子(67)を直列接続した低電位側直列回路(68)と、前記分流用トランジスタ素子および前記電界効果型トランジスタ素子の対応する各一端(より具体的には電源に対して同側の各一端。さらに具体的には分流用トランジスタの前記高電位側および低電位側直列回路に接続された一端と、これに対応する前記電界効果型トランジスタの一端)の電位が等しくなるように前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器(56)とを含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ制御装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, the motor current detecting means is connected in parallel to the field effect transistor element, and is turned on / off by a control signal common to the field effect transistor element (52). : Preferably having an on-resistance larger than that of the field-effect transistor element) and the shunting transistor element and the high-potential portion of the power source, and the high-potential side electric resistance element (R1) and the high-potential side A high potential side series circuit (66) in which current adjusting transistor elements (65) are connected in series, and the shunting transistor element and a low potential portion of a power source are connected, and a low potential side electric resistance element (R2) and A low potential side series circuit (68) in which low potential side current adjusting transistor elements (67) are connected in series, the shunting transistor element, and the electric field effect Corresponding one ends of the type transistor elements (more specifically, each one end on the same side with respect to the power source. More specifically, one end connected to the high potential side and low potential side series circuit of the shunting transistor; 2. An operational amplifier (56) for controlling the high-potential-side and low-potential-side current adjusting transistors so that the potentials of the corresponding one end of the field effect transistor are equal to each other. 4. The motor control device according to any one of
この構成によれば、高電位側および低電位側電流調節用トランジスタ素子によってプッシュプル回路が構成されていて、電源の高電位側から電界効果型トランジスタ素子に電流が流れ込むときには高電位側直列回路に電流が流れ、電源の低電位側から電界効果トランジスタ素子に電流が引き込まれるときには、低電位側直列回路に電流が流れる。こうして、電界効果型トランジスタ素子にいずれの方向の電流が流れる場合でも、その電流を分流して検出することができる。 According to this configuration, the push-pull circuit is configured by the high-potential-side and low-potential-side current adjustment transistor elements, and when the current flows from the high-potential side of the power source to the field effect transistor element, When current flows and current is drawn into the field effect transistor element from the low potential side of the power supply, the current flows through the low potential side series circuit. Thus, even when a current flows in any direction through the field effect transistor element, the current can be detected by being shunted.
請求項6記載の発明は、前記高電位側電流調節用トランジスタおよび前記低電位側電流調節用トランジスタが前記電源の高電位部および低電位部にそれぞれ接続されており、前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側電気抵抗素子および前記低電位側電気抵抗素子が互いに接続されており、前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側および低電位側電気抵抗素子の直列回路に並列に接続された、第1抵抗素子(r1)および第2抵抗素子(r2)の直列回路をさらに含むことを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置である。
According to a sixth aspect of the present invention, the high potential side current adjustment transistor and the low potential side current adjustment transistor are connected to a high potential portion and a low potential portion of the power source, respectively, The high potential side electric resistance element and the low potential side electric resistance element are connected to each other between the side current adjustment transistors, and the high potential side electric resistance element is connected between the high potential side and the low potential side current adjustment transistor. 6. The motor according to
この構成によれば、第1および第2抵抗素子の接続点を基準電位点(81)とし、高電位側および低電位側電気抵抗素子の接続点を測定電位点(82)として、基準電位点と測定電位点との電位差を求めることにより、分流用トランジスタ素子に分流された電流を検出できる。
したがって、高電位側および低電位側電気抵抗素子における電圧降下を検出する場合には2つのモニタ回路(電圧降下を検出して増幅し、電圧信号を生成するもの)が必要であるが、請求項6の構成であれば、1つのモニタ回路で電界効果型トランジスタ素子に流れる両方向の電流をモニタできる。
According to this configuration, the connection point between the first and second resistance elements is the reference potential point (81), and the connection point between the high potential side and low potential side electrical resistance elements is the measurement potential point (82). By obtaining the potential difference between the measured potential point and the measured potential point, the current shunted to the shunting transistor element can be detected.
Therefore, in order to detect a voltage drop in the high potential side and low potential side electric resistance elements, two monitor circuits (one that detects and amplifies the voltage drop and generates a voltage signal) are required. With the configuration of 6, the current in both directions flowing through the field effect transistor element can be monitored by one monitor circuit.
前記モータ電流検出手段の少なくとも一部および前記電界効果型トランジスタ素子は、電流検出機能付きパワーIC(21〜26,21A,22A,24A,26A,100)として一体化されていてもよい。
この構成によれば、モータ電流検出手段の少なくとも一部および電界効果型トランジスタ素子が一つのICに一体化されていることによって、さらなる小型化を図ることができる。
At least a part of the motor current detection means and the field effect transistor element may be integrated as a power IC (21-26, 21A, 22A, 24A, 26A, 100) with a current detection function.
According to this configuration, further miniaturization can be achieved by integrating at least a part of the motor current detection means and the field effect transistor element into one IC.
請求項7記載の発明は、前記電界効果型トランジスタ素子および前記分流用トランジスタ素子は、集積された複数のセルを所定の比率で割り当てることによって構成されていることを特徴とする請求項4ないし6のいずれか1項に記載のモータ制御装置である。
より具体的には、前記電界効果型トランジスタ素子および分流用トランジスタ素子は、複数(多数。たとえば数千万個程度)のMOSFETセルを集積したトランジスタICチップを用いて構成できる。すなわち、複数(多数)のセルをA:B(ただしA>B、好ましくはA>>B。たとえば、A:B=1000:1)に分け、比率Aのセルを電界効果型トランジスタ素子(メイン)に割り当て、比率Bのセルを分流用トランジスタ素子(サブ)に割り当てる。これにより、オン抵抗比がB:A(分流比がA:B)の電界効果型トランジスタ素子および分流用トランジスタ素子が得られる。
According to a seventh aspect of the present invention, the field effect transistor element and the shunting transistor element are configured by assigning a plurality of integrated cells at a predetermined ratio. It is a motor control device given in any 1 paragraph.
More specifically, the field effect transistor element and the shunting transistor element can be configured using a transistor IC chip in which a plurality (for example, about several tens of millions) of MOSFET cells are integrated. That is, a plurality (large number) of cells are divided into A: B (where A> B, preferably A >> B, for example, A: B = 1000: 1), and cells with a ratio A are divided into field effect transistor elements (main ) And a cell having the ratio B is assigned to the shunt transistor element (sub). Thus, a field effect transistor element and a shunting transistor element having an on-resistance ratio of B: A (a shunt ratio is A: B) are obtained.
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のモータ制御装置を備え、車両の操向のための操作部材(1)の操作に応じて前記モータ駆動回路に接続された前記電動モータを駆動して、転舵輪(7)に転舵力を与える車両用操舵装置である。
この構成により、車両用操舵装置のためのモータ制御装置を小型化および低コスト化、さらに電力損失を抑制することができる。
The invention according to
With this configuration, it is possible to reduce the size and cost of the motor control device for the vehicle steering device and to suppress power loss.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図である。車両の操向のための操作部材としてのステアリングホイール1に加えられた操舵トルクは、ステアリングシャフト2を介して、転舵輪としての左右前輪7に転舵力を与えるステアリング機構3に機械的に伝達される。ステアリング機構3には、電動モータM(たとえば三相ブラシレスモータ)からの操舵補助力が、減速機構(図示せず)を介して、またはダイレクトドライブ方式によって、伝達されるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Steering torque applied to the
ステアリングシャフト2は、ステアリングホイール1側に結合された入力軸2Aと、ステアリング機構3側に結合された出力軸2Bとに分割されていて、これらの入力軸2Aおよび出力軸2Bは、トーションバー4によって互いに連結されている。トーションバー4は、操舵トルクに応じてねじれを生じるものであり、このねじれの方向および量は、トルクセンサ5によって検出されるようになっている。
The steering
トルクセンサ5は、たとえば、入力軸2Aと出力軸2Bとの回転方向の位置関係の変化に応じて変化する磁気抵抗を検出する磁気式のもので構成されている。このトルクセンサ5の出力信号は、モータ制御装置としての電子制御ユニット(ECU)10に入力されている。
電子制御ユニット10には、トルクセンサ5の出力信号のほかに、車速センサ6が出力する車速信号が入力されている。電子制御ユニット10は、トルクセンサ5によって検出される操舵トルクおよび車速センサ6によって検出される車速に応じて目標電流値を定め、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力がステアリング機構3に与えられるように、電動モータMを駆動制御する。
For example, the
In addition to the output signal of the
電子制御ユニット10は、マイクロコンピュータ11と、モータ駆動回路12と、電動モータMに流れるモータ電流をモニタするモータ電流検出回路13とを備えている。マイクロコンピュータ11は、トルクセンサ5によって検出される操舵トルクおよび車速センサ6によって検出される車速に基づいて、目標電流値を定める。そして、マイクロコンピュータ11は、モータ電流検出回路13によって検出されるモータ電流が目標電流値に一致するように、モータ駆動回路12をフィードバック制御する。より具体的には、マイクロコンピュータ11は、目標電流値とモータ電流との偏差に応じて設定されるデューティのPWM(パルス幅変調)信号をモータ駆動回路12に与える。これにより、モータ駆動回路12は、PWM信号に応じた電流を電動モータMに供給する。そして、電動モータMが発生する駆動力が、操舵補助力として、ステアリング機構3に伝達されることになる。
The
モータ駆動回路12は、電源としての車載バッテリ8に接続されている。モータ駆動回路12と車載バッテリ8との間には、マイクロコンピュータ11によって開閉されるフェールセーフリレー9が介装されている。マイクロコンピュータ11は、通常時には、フェールセーフリレー9を閉成状態に保持するが、所定の異常が検出されると、フェールセーフリレー9を開成して、モータ駆動回路12への給電を停止する。
The
図2は、モータ駆動回路12の具体的な構成を説明するための電気回路図である。モータ駆動回路12は、ブリッジ接続された6個の電流検出機能付きパワーMOSIC(IC=集積回路素子)21〜26と、コンデンサ27とを備えている。6個のパワーMOSIC21〜26のうちの2個のパワーMOSIC21,22は直列に接続されて直列回路を形成し、別の2個のパワーMOSIC23,24も同様に直列に接続されて直列回路を形成し、さらに別の2個のパワーMOSIC25,26も同様に直列に接続されて直列回路を形成している。そして、これらの3個の直列回路およびコンデンサ27が、車載バッテリ8に並列に接続されている。各直列回路において、車載バッテリ8の高電位側(+側。ハイサイド)に接続されたパワーMOSIC21,23,25と、車載バッテリ8の低電位(接地)側(−側。ローサイド)に接続されたパワーMOSIC22,24,26との間の接続点28,29,30は、それぞれ、電動モータMのU相リード31、V相リード32およびW相リード33に接続されている。
FIG. 2 is an electric circuit diagram for explaining a specific configuration of the
高電位側のパワーMOSIC21,23,25は、車載バッテリ8の高電位側に接続される高電位側端子(ドレイン端子)a1と、マイクロコンピュータ11からの各相のPWM信号が入力される制御入力端子(ゲート端子)b1と、接続点28,29,30側に接続される低電位側端子(ソース端子)c1と、モータ電流検出回路13に接続される電流モニタ端子d1とを備えている。
The power MOSICs 21, 23, 25 on the high potential side have a high potential side terminal (drain terminal) a 1 connected to the high potential side of the in-
一方、低電位側のパワーMOSIC22,24,26は、接続点28,29,30側に接続される高電位側端子(ドレイン端子)a2と、マイクロコンピュータ11からの各相のPWM信号が入力される制御入力端子(ゲート端子)b2と、車載バッテリ8の低電位側に接続される低電位側端子(ソース端子)c2と、モータ電流検出回路13に接続される電流モニタ端子d2とを備えている。
On the other hand, the
モータ電流検出回路13は、パワーMOSIC21,22,23,24の電流モニタ端子d1,d2にそれぞれ接続されたモニタ回路35,36,37,38を備えている。モニタ回路35,36は、パワーMOSIC21,22の電流モニタ端子d1,d2からの信号を検出して増幅することによって、パワーMOSIC21,22の電流検出機能によって検出されたU相電流を表す電圧信号(U相電流信号)を生成して、マイクロコンピュータ11に入力する。同様に、モニタ回路37,38は、パワーMOSIC23,24の電流モニタ端子d1,d2からの信号を検出して増幅することによって、パワーMOSIC21,22の電流検出機能によって検出されたV相電流を表す電圧信号(V相電流信号)を生成して、マイクロコンピュータ11に入力する。マイクロコンピュータ11は、入力される2相(U相およびV相)の電流信号IU,IVに基づいて、演算により、W相電流IW(=−(IU+IV))を求める。そして、マイクロコンピュータ11は、U,VおよびWの三相のモータ電流値に基づいて、パワーMOSIC21〜26に与えるべきPWM信号を生成する。
The motor
W相電流は、マイクロコンピュータ11による演算で求める代わりに、パワーMOSIC25,26に対応したモニタ回路を設けて検出するようにしてもよい。
図3は、高電位側のパワーMOSIC21,23,25の共通の構成例を説明するための電気回路図である。高電位側端子a1と低電位側端子c1との間に電界効果型トランジスタ素子としてのパワーMOSFET41が接続されており、このパワーMOSFET41のゲートに制御入力端子b1から制御信号が入力されるようになっている。一方、高電位側端子a1と接地電位部(車載バッテリ8の低電位側)との間には、分流用FET42、電流調節用NPNトランジスタ43および電流検出用抵抗44の直列回路が接続されている。この直列回路は、パワーMOSFET41に対して並列に、高電位側端子a1に接続されている。分流用FET42のゲートには、制御入力端子b1からの制御信号が入力されるようになっていて、この分流用FET42は、パワーMOSFET41と同様にオン/オフし、パワーMOSFET41に流れ込む電流を分流する。
The W-phase current may be detected by providing a monitor circuit corresponding to the power MOSICs 25 and 26 instead of being obtained by calculation by the
FIG. 3 is an electric circuit diagram for explaining a common configuration example of the
さらに、分流用FET42と電流調節用NPNトランジスタ43との間の接続点45と、パワーMOSFET41の低電位側(低電位側端子c1)とは、それぞれ、演算増幅器46の一対の入力端子にそれぞれ接続されている。この演算増幅器46の出力端子は、電流調節用NPNトランジスタ43のベースに接続されている。
パワーMOSFET41のオン時には、分流用FET42が同時にオンして、高電位側端子a1から低電位側端子c1に向かう電流を電流調節用NPNトランジスタ43および電流検出用抵抗44へと分流する。一方、演算増幅器46は、一対の入力端子間の電位が等しくなるように電流調節用NPNトランジスタ43を制御する。その結果、電流検出用抵抗44には、パワーMOSFET41および分流用FET42のオン抵抗の比(分流比の逆数)に対応した電流が流れる。
Further, the
When the
より具体的には、パワーMOSFET41に流れるモータ電流をImとし、電流検出用抵抗44側に分流される電流をIsとし、パワーMOSFET41のオン抵抗と分流用FET42のオン抵抗との比をB:A(たとえば、B:A=1:1000)とすると、Im:Is=A:Bなる関係が成り立つ。したがって、電流Isを検出すると、Im=(A/B)・Isによって、モータ電流Imを求めることができる。
More specifically, the motor current flowing in the
電流Isは、電流検出用抵抗44における電圧降下をモータ電流検出回路13に備えられたモニタ回路35,37によって検出することによって求められる。モニタ回路35,37は、その電圧降下分を増幅して電圧信号を作成し、この電圧信号をマイクロコンピュータ11に入力する。
パワーMOSFET41および分流用FET42は、多数のMOSFETセルを備えたパワーMOSトランジスタICのセルをA:Bの比に分け、比率AのセルをパワーMOSFET41に割り当て、比率Bのセルを分流用FET42に割り当てて構成するようにしてもよい。
The current Is is obtained by detecting a voltage drop in the current detection resistor 44 by the
The
図4は、低電位側のパワーMOSIC22,24,26の共通の構成例を説明するための電気回路図である。高電位側端子a2と低電位側端子c2との間に電界効果型トランジスタ素子としてのパワーMOSFET51が接続されており、このパワーMOSFET51のゲートに制御入力端子b2から制御信号が入力されるようになっている。一方、低電位側端子c2と車載バッテリ8の高電位側(電圧+B)との間には、分流用FET52、電流調節用PNPトランジスタ53および電流検出用抵抗54の直列回路が接続されている。この直列回路は、パワーMOSFET51に対して並列に、低電位側端子c2に接続されている。分流用FET52のゲートには、制御入力端子b2からの制御信号が入力されるようになっていて、この分流用FET52は、パワーMOSFET51と同様にオン/オフし、パワーMOSFET51に流れ込む電流を分流する。
FIG. 4 is an electric circuit diagram for explaining a common configuration example of the
さらに、分流用FET52と電流調節用PNPトランジスタ53との間の接続点55と、パワーMOSFET51の高電位側(高電位側端子a2)とは、それぞれ、演算増幅器56の一対の入力端子にそれぞれ接続されている。この演算増幅器56の出力端子は、電流調節用PNPトランジスタ53のベースに接続されている。
パワーMOSFET51のオン時には、分流用FET52が同時にオンし、パワーMOSFET51には高電位側端子a2から低電位側端子c2に向かって電流が流れ、分流用FET52には、電流調節用PNPトランジスタ53および電流検出用抵抗54から電流が供給される。一方、演算増幅器56は、一対の入力端子間の電位が等しくなるように電流調節用PNPトランジスタ53を制御する。その結果、電流検出用抵抗54には、パワーMOSFET51および分流用FET52のオン抵抗の比(分流非比の逆数)に対応した電流が流れる。
Further, the
When the
前述の場合と同様に、パワーMOSFET51に流れるモータ電流をImとし、電流検出用抵抗54に流れる電流をIsとし、パワーMOSFET51のオン抵抗と分流用FET52のオン抵抗との比をB:A(たとえば、B:A=1:1000)とすると、Im:Is=A:Bなる関係が成り立つ。したがって、電流Isを検出すると、Im=(A/B)・Isによって、モータ電流Imを求めることができる。
As in the case described above, the motor current flowing in the
電流Isは、電流検出用抵抗54における電圧降下をモータ電流検出回路13に備えられたモニタ回路36,38によって検出することによって求められる。モニタ回路36,38は、その電圧降下分を増幅して電圧信号を作成し、この電圧信号をマイクロコンピュータ11に入力する。
パワーMOSFET51および分流用FET52は、多数のMOSFETセルを備えたパワーMOSトランジスタICのセルをA:Bの比に分け、比率AのセルをパワーMOSFET51に割り当て、比率Bのセルを分流用FET52に割り当てて構成するようにしてもよい。
The current Is is obtained by detecting a voltage drop in the
In the
図2に示すように、モータリード31,32,33には、それぞれ、高電位側のパワーMOSIC21,23,25から流れ込む電流I1と、低電位側のパワーMOSIC22,24,26から流れ込む電流I2とが流れる。電流I1は、高電位側のパワーMOSIC21,23の電流検出機能を用いて検出され、電流I2は低電位側のパワーMOSIC22,24の電流検出機能を用いて検出される。
As shown in FIG. 2, the motor leads 31, 32, and 33 have a current I1 flowing from the high potential
以上のようにこの実施形態によれば、電流検出機能付きパワーMOSIC21〜26の電流検出機能を用いて各相の電流を検出している。これにより、従来技術のようにモータ駆動用の大電流が流れるシャント抵抗を設ける必要がないから、電子制御ユニット10の小型化を図ることができるとともに、その低コスト化をも実現することができ、さらに、シャント抵抗における大きな電力損失の問題も回避できる。
As described above, according to this embodiment, the current of each phase is detected using the current detection function of the
電流検出機能付きパワーMOSIC21〜26内では、パワーMOSFET41,51に流れるモータ駆動用の電流に比較してわずかな電流が分流用FET42,52を経て電流検出用抵抗44,54に供給されるようになっている。したがって、電流検出用抵抗44,54にはわずかな電流が流れるに過ぎないので、そのサイズは小さくてよく、また、高価な構成となることがないうえ、電力損失もわずかである。
In the
図5は、この発明の他の実施形態を説明するための図であり、図2に示された構成に代えて図1の電動パワーステアリング装置に適用することができる電子制御ユニット10の構成が示されている。なお、図5において、前述の図2に示された各部に相当する部分には、図2の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、高電位側の電流検出機能付きパワーMOSIC21,23,25に代えて、電流検出機能を有していない通常のパワーMOSFET61,62,63が用いられている。そして、低電位側の電流検出機能付きパワーMOSIC22,24,26に代えて、さらに改良された電流検出機能付きパワーMOSIC22A,24A,26Aが適用されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. The configuration of an
In this embodiment, instead of the
パワーMOSIC22A,24A,26Aは、接続点28,29,30側に接続される高電位側端子a2と、マイクロコンピュータ11からの各相のPWM信号が入力される制御入力端子b2と、車載バッテリ8の低電位側に接続される低電位側端子c2と、モータ電流検出回路13に接続される一対の電流モニタ端子d21,d22とを備えている。そして、以下に説明するように、パワーMOSIC22A,24A,26Aは、電動モータMに流れ込む方向の電流I11および電動モータMから流れ出す方向の電流I12の両方を検出できる構成を備えている。
The
図6は、パワーMOSIC22A,24A,26Aの共通の構成例を説明するための電気回路図である。この図6において前述の図4の各部と同等の部分には、図4の場合と同一の参照符号を付して示す。
高電位側端子a2と低電位側端子c2との間に電界効果型トランジスタ素子としてのパワーMOSFET51が接続されており、このパワーMOSFET51のゲートに制御入力端子b2から制御信号が入力されるようになっている。一方、低電位側端子c2には、分流用FET52の一端が接続されている。この分流用FET52の他端には、車載バッテリ8の高電位側(電圧+B)との間に、電流調節用NPNトランジスタ65および電流検出用抵抗R1の直列回路(高電位側直列回路)66が接続されており、車載バッテリ8の低電位側(接地側)との間に、電流調節用PNPトランジスタ67および電流検出用抵抗R2の直列回路(低電位側直列回路)68が接続されている。電流調節用NPNトランジスタ65および電流調節用PNPトランジスタ67のエミッタ同士およびベース同士はそれぞれ共通接続されていて、プッシュプル回路が形成されている。分流用FET52は、パワーMOSFET51に対して並列に、低電位側端子c2に接続されている。分流用FET52のゲートには、制御入力端子b2からの制御信号が入力されるようになっていて、この分流用FET52は、パワーMOSFET51と同様にオン/オフし、パワーMOSFET51に流れ込む電流を分流する。
FIG. 6 is an electric circuit diagram for explaining a common configuration example of the
A
さらに、分流用FET52と電流調節用トランジスタ65,67との接続ライン69は演算増幅器56の非反転入力端子に接続されており、パワーMOSFET51の高電位側(高電位側端子a2)は演算増幅器56の反転入力端子に接続されている。この演算増幅器56の出力は、抵抗71,72によって分圧されて、電流調節用トランジスタ65,67のベースに共通に入力されている。
Further, a
パワーMOSFET51のオン時には、分流用FET52が同時にオンする。この場合に、電動モータMに流れ込む方向の電流I11が流れるときには、低電位側の電流調節用PNPトランジスタ67がオンし、低電位側端子c2から高電位側端子a2に向かう電流が、分流用FET52から電流調節用PNPトランジスタ67を通って電流検出用抵抗R2へと分流する。これにより、電流検出用抵抗R2には、パワーMOSFET51および分流用FET52のオン抵抗の比に対応した電流が流れる。
When the
一方、パワーMOSFET51のオン時に、電動モータMから流れ出す方向の電流I12が流れるときには、高電位側の電流調節用NPNトランジスタ65がオンする。これにより、電流検出用抵抗R1、電流調節用NPNトランジスタ65を通って分流用FET52に電流が流れ込む。このとき、電流検出用抵抗R1には、パワーMOSFET51および分流用FET52のオン抵抗の比に対応した電流が流れる。すなわち、パワーMOSFET51に流れる電流が、当該パワーMOSFET51と分流用FET52とのオン抵抗の比に従って分流されたことになる。
On the other hand, when the current I12 in the direction flowing out of the electric motor M flows when the
電流検出用抵抗R1,R2で生じる電圧降下は、それぞれ、電流モニタ端子d21,d22を介して、モータ電流検出回路13に備えられたモニタ回路35,37;36,38によって検出される。
図5から理解されるとおり、モニタ回路35,36はU相電流信号を生成し、モニタ回路37,38はV相電流信号を生成することになる。これらの信号を受けて、マイクロコンピュータ11は、W相電流を演算によって求める。
Voltage drops generated in the current detection resistors R1 and R2 are detected by the
As understood from FIG. 5, the
このように、この実施形態によれば、U,V,Wの三相のうちの少なくとも二相について、各1個の電流検出機能付きパワーMOSFETを設ければよいので、前述の第1の実施形態に比較して、構成を簡単にでき、さらなるコスト削減を図ることができる。
図7は、図5および図6に示された実施形態の変形例を説明するための電気回路図であり、高電位側に電流検出機能付きパワーMOSIC21Aを適用し、低電位側に通常のパワーMOSFET64を適用した場合のU相の構成が示されている。この図7において、前述の図6に示された各部に対応する部分には、図6の場合と同一の参照符号を付して示す。
As described above, according to this embodiment, it is only necessary to provide one power MOSFET with a current detection function for each of at least two of the three phases of U, V, and W. Compared to the embodiment, the configuration can be simplified and further cost reduction can be achieved.
FIG. 7 is an electric circuit diagram for explaining a modification of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6. The
高電位側端子a1と低電位側端子c1との間に電界効果型トランジスタ素子としてのパワーMOSFET51が接続されており、このパワーMOSFET51のゲートに制御入力端子b1から制御信号が入力されるようになっている。一方、高電位側端子a1には、分流用FET52の一端が接続されている。この分流用FET52の他端には、車載バッテリ8の高電位側(電圧+B)との間に、電流調節用NPNトランジスタ65および電流検出用抵抗R1の直列回路(高電位側直列回路)66が接続されており、車載バッテリ8の低電位側(接地側)との間に、電流調節用PNPトランジスタ67および電流検出用抵抗R2の直列回路(低電位側直列回路)68が接続されている。電流調節用NPNトランジスタ65および電流調節用PNPトランジスタ67のエミッタ同士およびベース同士はそれぞれ共通接続されていて、プッシュプル回路が形成されている。分流用FET52は、パワーMOSFET51に対して並列に、高電位側端子a1に接続されている。分流用FET52のゲートには、制御入力端子b1からの制御信号が入力されるようになっていて、この分流用FET52は、パワーMOSFET51と同様にオン/オフし、パワーMOSFET51に流れ込む電流を分流する。
A
さらに、分流用FET52と電流調節用トランジスタ65,67との接続ライン69は演算増幅器56の反転入力端子に接続されており、パワーMOSFET51の低電位側(低電位側端子c1)は演算増幅器56の非反転入力端子に接続されている。この演算増幅器56の出力は、電流調節用トランジスタ65,67のベースに共通に入力されている。
この構成により、図6の構成の場合と類似の動作によって、電動モータMに流れ込む電流および電動モータMから流れ出す電流の両方を検出できる。
Further, the
With this configuration, it is possible to detect both the current flowing into the electric motor M and the current flowing out of the electric motor M by an operation similar to the case of the configuration of FIG.
図8は、この発明のさらに他の実施形態を説明するための図である。この図8において、前述の図7に示された各部に対応する部分には同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、電流検出用抵抗R1,R2がそれぞれ分流用FET52に接続されており、電流調節用トランジスタ65,67は電流検出用抵抗R1よりも車載バッテリ8側に接続されている。一方、電流検出用抵抗R1,R2の直列回路に対して並列に、基準電位発生用抵抗r1,r2の直列回路が接続されており、抵抗R1,R2,r1,r2のブリッジ回路が形成されている。基準電位発生用抵抗r1,r2は、電流検出用抵抗R1,R2よりもはるかに大きな抵抗値(たとえば100倍程度)を有しており、また、抵抗値間には、次の関係式(1)が成立している。
FIG. 8 is a view for explaining still another embodiment of the present invention. In FIG. 8, parts corresponding to the parts shown in FIG. 7 are given the same reference numerals. In this embodiment, the current detection resistors R1 and R2 are respectively connected to the
r1/r2=R1/R2 …… (1)
たとえば、抵抗値R1,R2が等しければ、抵抗値r1,r2が等しく定められる。
モータ電流検出回路13のモニタ回路35Aは、抵抗r1,r2の接続点である基準電位点81の電位と、抵抗R1,R2の接続点である測定点82の電位との電位差を検出し、これを増幅して、対応する電圧信号(U相電流信号)としてマイクロコンピュータ11に入力する。
r1 / r2 = R1 / R2 (1)
For example, if the resistance values R1 and R2 are equal, the resistance values r1 and r2 are set equal.
The
パワーMOSFET51がオン状態であり、かつ、電動モータMに向かう電流I21が流れるとき、低電位側の電流調節用PNPトランジスタ67がオンする。このとき、分流用MOSFET52からの電流は、測定点82から電流検出用抵抗R2を通って接地電位側へ流れるとともに、測定点82から抵抗R1,r1,r2を順に通って接地電位側に流れる。このとき、測定点82の電位がVsであるとすると、基準電位点81の電位は、次式のとおりとなる。
When the
Vs・r2/(R1+r1+r2)≒Vs・r2/(r1+r2) ……(2)
∵R1<<r1,r2
したがって、測定点82の電位と基準電位点81の電位との差Δは、Δ=r1・Vs/(r1+r2)となる。Vs=R2・Isであるから、分流用MOSFET52に流れる電流Isは、次式で求められる。
Vs · r2 / (R1 + r1 + r2) ≈Vs · r2 / (r1 + r2) (2)
∵R1 << r1, r2
Therefore, the difference Δ between the potential at the
Is=(r1+r2)・Δ/r1・R2 ……(3)
一方、パワーMOSFET51がオン状態であり、かつ、電動モータMから当該パワーMOSFET51に引き込まれる方向の電流I22が流れるとき、高電位側の電流調節用NPNトランジスタ65がオンする。このとき、電流調節用NPNトランジスタ65からの電流は、抵抗R1および測定点82を通って分流用MOSFET52に供給されるとともに、抵抗r1,r2およびR2を順に通って、測定点82へと至る。このとき、測定点82の電位がVsであるとすると、基準電位点81の電位は、次式で与えられる。
Is = (r1 + r2) · Δ / r1 · R2 (3)
On the other hand, when the
Vs+(B−Vs)×(r2+R2)/(r1+r2+R2)
≒Vs+(B−Vs)×r2/(r1+r2) ……(4)
∵R2<<r1,r2
したがって、測定点82の電位と基準電位点81の電位との差Δは、Δ=(B−Vs)×r2/(r1+r2)となる。B−Vs=R1・Isであるから、分流用MOSFET52に流れる電流Isは、次式で求められる。
Vs + (B−Vs) × (r2 + R2) / (r1 + r2 + R2)
≒ Vs + (B-Vs) x r2 / (r1 + r2) (4)
∵R2 << r1, r2
Therefore, the difference Δ between the potential at the
Is=(r1+r2)・Δ/R1・r2 ……(5)
ところが、前記の関係式(1)からr1・R2=R1・r2であり、また、r1+r2は一定であるので、(r1+r2)/r1・R2=(r1+r2)/R1・r2=α(定数)とおけば、いずれの場合も、Is=α・Δとして、分流用FET52に流れる電流Isが求まる。この電流Isに基づいてモータ電流Imが求まることになる。
Is = (r1 + r2) · Δ / R1 · r2 (5)
However, from the above relational expression (1), r1 · R2 = R1 · r2, and r1 + r2 is constant, so that (r1 + r2) / r1 · R2 = (r1 + r2) / R1 · r2 = α (constant) In any case, the current Is flowing in the shunting
このようにして、この実施形態によれば、一つのモニタ回路35Aによって、パワーMOSFET51に流れる電流を、その方向によらずに検出することができる。これにより、電子制御ユニット10の構成を一層簡素化することができる。
むろん、この実施形態を変形して、低電位側において電流検出を行う構成とすることもできる。
Thus, according to this embodiment, the current flowing through the
Of course, this embodiment can be modified to have a configuration in which current detection is performed on the low potential side.
図9は、この発明のさらに他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図9において、前述の図2に示された各部に対応する部分には、図2の場合と同一の参照符号を付して示す。この実施形態では、モータ駆動回路12Aは、電流検出機能を備えていない通常のパワーMOSFET91〜96をブリッジ接続して構成されている。
FIG. 9 is a block diagram for explaining the configuration of an electric power steering apparatus according to still another embodiment of the present invention. 9, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 2 are given the same reference numerals as those in FIG. In this embodiment, the
一方、車載バッテリ8とモータ駆動回路12Aとの間には、直列に、電流検出機能付きパワーMOSIC100が介装されている。このパワーMOSIC100は、図3に示された構成と同様のものである。そして、その高電位側端子a1がモータ駆動回路12Aに接続され、低電位側端子c1が車載バッテリ8の低電位側に接続され、制御入力端子b1がMOSIC駆動回路101に接続され、電流モニタ端子d1がモータ電流検出回路13に接続されている。
On the other hand, a
MOSIC駆動回路101は、マイクロコンピュータ11によって制御される。マイクロコンピュータ11は、所定の異常を検出すると、MOSIC駆動回路101によってパワーMOSIC100内のパワーMOSFET41(図3参照)を遮断させ、電動モータMへの給電を停止させる。むろん、正常時には、マイクロコンピュータ11は、MOSIC駆動回路101によってパワーMOSIC100内のパワーMOSFET41を導通状態に制御し、電動モータMへの通電を許容する。すなわち、パワーMOSIC100は、前述の実施形態におけるフェールセーフリレー9と同様の働きをするようになっている。
The
このように、この実施形態では、モータ駆動回路12Aに対して直列に電流検出機能付きパワーMOSIC100を接続した構成によって、大型で高価なシャント抵抗を要することなく、モータ電流を検出することができる。
なお、この実施形態を変形して、電流検出機能付きパワーMOSICを、車載バッテリ8の高電位側とモータ駆動回路12Aとの間に直列に介装する構成としてもよい。
Thus, in this embodiment, the motor current can be detected without requiring a large and expensive shunt resistor by the configuration in which the
Note that this embodiment may be modified so that a power MOSIC with a current detection function is interposed in series between the high potential side of the in-
以上、この発明の4つの実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。たとえば、前述の実施形態では、三相ブラシレスモータを電動モータMとして用いる場合の構成について説明したが、単相モータを用いることとして、モータ駆動回路をいわゆるHブリッジ型回路としてもよい。
さらに、前述の実施形態では、パワーMOSFETと分流用FETとがIC化されている構成について説明したが、これらをそれぞれ個別素子で構成しても差し支えない。さらには、分流用FETに関連して設けられる電流調節用トランジスタや電気抵抗素子なども、パワーMOSFETとは別の個別素子で構成しても差し支えない。
As mentioned above, although four embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the configuration in the case of using a three-phase brushless motor as the electric motor M has been described. However, the motor drive circuit may be a so-called H-bridge circuit by using a single-phase motor.
Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration in which the power MOSFET and the shunting FET are integrated into the IC has been described. However, these may be configured as individual elements. Furthermore, a current adjusting transistor, an electric resistance element, and the like provided in association with the shunt FET may be configured by individual elements different from the power MOSFET.
また、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置に本発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動モータによって駆動されるポンプによって油圧を発生し、この油圧を駆動源とするシリンダによってステアリング機構に操舵補助力を与える構成の電動ポンプ式パワーステアリング装置にも適用できる。さらには、この発明は、ステアリングホイールとステアリング機構との機械的なリンクをなくし、ステアリングホイールの操作を電気的に検出するとともに、その検出結果に応じて電動モータを駆動し、この電動モータによってステアリング機構を駆動する、いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システムにも適用可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the electric power steering apparatus has been described. However, the present invention generates a hydraulic pressure by a pump driven by an electric motor and uses the hydraulic pressure as a drive source. Thus, the present invention can also be applied to an electric pump type power steering apparatus configured to apply a steering assist force to the steering mechanism. Furthermore, the present invention eliminates the mechanical link between the steering wheel and the steering mechanism, electrically detects the operation of the steering wheel, and drives the electric motor according to the detection result, and the electric motor steers the steering. It can also be applied to a so-called steer-by-wire system that drives the mechanism.
さらには、この発明は、前述のような車両用操舵装置に限らず、モータ電流を検出しながら電動モータを制御するためのモータ制御装置に対して広く適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Furthermore, the present invention is not limited to the vehicle steering device as described above, and can be widely applied to a motor control device for controlling an electric motor while detecting a motor current.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1…ステアリングホイール、7…左右前輪、8…車載バッテリ、9…フェールセーフリレー、10…電子制御ユニット、21〜26…電流検出機能付きパワーMOSIC、41,51…パワーMOSFET、42,52…分流用FET、43,53…電流調節用トランジスタ、44,54…電流検出用抵抗、46,56…演算増幅器、65,67…電流調節用トランジスタ、66…高電位側直列回路、81…基準電位点、82…測定点、100…パワーMOSIC、101…MOSIC駆動回路、R1,R2…電流検出用抵抗、r1,r2…基準電位発生用抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電動モータに流れる電流が通る電界効果型トランジスタ素子と、
この電界効果型トランジスタ素子に流れる電流を分流して、前記電動モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段とを含むことを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device having a motor drive circuit connected to an electric motor,
A field effect transistor element through which a current flowing through the electric motor passes;
A motor control device comprising: motor current detection means for detecting a motor current flowing in the electric motor by dividing a current flowing in the field effect transistor element.
前記電界効果型トランジスタ素子に並列に接続され、この電界効果型トランジスタ素子と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子と、
この分流用トランジスタ素子と電源との間に接続され、電気抵抗素子および電流調節用トランジスタ素子を直列接続した直列回路と、
前記分流用トランジスタ素子および前記電界効果型トランジスタ素子の対応する各一端の電位が互いに等しくなるように前記電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器と
を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The motor current detection means is
A shunting transistor element connected in parallel to the field effect transistor element and turned on / off by a control signal common to the field effect transistor element;
A series circuit connected between the shunting transistor element and the power source, and connecting the electric resistance element and the current adjusting transistor element in series;
4. An operational amplifier that controls the current adjusting transistor so that potentials at corresponding ends of the shunting transistor element and the field effect transistor element are equal to each other. The motor control apparatus of Claim 1.
前記電界効果型トランジスタ素子に並列に接続され、この電界効果型トランジスタ素子と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子と、
この分流用トランジスタ素子と電源の高電位部との間に接続され、高電位側電気抵抗素子および高電位側電流調節用トランジスタ素子を直列接続した高電位側直列回路と、
前記分流用トランジスタ素子と電源の低電位部との間に接続され、低電位側電気抵抗素子および低電位側電流調節用トランジスタ素子を直列接続した低電位側直列回路と、
前記分流用トランジスタ素子および前記電界効果型トランジスタ素子の対応する各一端の電位が等しくなるように前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器と
を含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The motor current detection means is
A shunting transistor element connected in parallel to the field effect transistor element and turned on / off by a control signal common to the field effect transistor element;
A high-potential-side series circuit connected between the shunting transistor element and the high-potential portion of the power supply, the high-potential-side electric resistance element and the high-potential-side current adjusting transistor element connected in series;
A low-potential-side series circuit connected between the shunting transistor element and the low-potential portion of the power supply, and having a low-potential-side electric resistance element and a low-potential-side current adjusting transistor element connected in series;
And an operational amplifier that controls the high-potential side and low-potential side current adjustment transistors so that potentials at corresponding ends of the shunting transistor element and the field effect transistor element are equal to each other. Item 4. The motor control device according to any one of Items 1 to 3.
前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側電気抵抗素子および前記低電位側電気抵抗素子が互いに接続されており、
前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側および低電位側電気抵抗素子の直列回路に並列に接続された、第1抵抗素子および第2抵抗素子の直列回路をさらに含むことを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。 The high-potential-side current adjustment transistor and the low-potential-side current adjustment transistor are respectively connected to the high-potential portion and the low-potential portion of the power supply;
Between the high potential side and low potential side current adjustment transistor, the high potential side electric resistance element and the low potential side electric resistance element are connected to each other,
A series circuit of a first resistance element and a second resistance element connected in parallel to the series circuit of the high potential side and low potential side electric resistance elements between the high potential side and low potential side current adjusting transistors. The motor control device according to claim 5, further comprising:
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2005
- 2005-09-07 JP JP2005259743A patent/JP2007074831A/en active Pending
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