DE102013106071A1

DE102013106071A1 - Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine und dieselbe verwendende elektrische Servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102013106071A1
Application number: DE102013106071.4A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-01-23
Also published as: CN103580583A; US20140021897A1; JP2014023331A

Abstract

Eine Wechselrichterschaltung (20) wandelt durch Ein-/Aus-Betriebsvorgänge von FET (21 bis 26) eine elektrische Leistung, mit der ein Motor (2) versorgt ist. Ein Mikrocomputer (40) steuert durch Steuern der Ein-/Aus-Betriebsvorgänge der FET (21 bis 26) ein Antreiben des Motors (2). Der Mikrocomputer (40) ist als ein Stromrichtungsbestimmungsteil in Betrieb. Der Mikrocomputer (40) erfasst einen ersten Potenzialunterschied, der ein Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode (31 bis 33) ist, und einen zweiten Potenzialunterschied, der ein Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode (34, 35, 36) ist, wenn beide FET jeder Phase in einem Aus-Zustand sind. Der Mikrocomputer (40) kann ferner basierend auf dem erfassten ersten Potenzialunterschied und dem erfassten zweiten Potenzialunterschied eine Richtung eines Stroms, der in dem Motor (2) fließt, bestimmen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine und eine dieselbe verwendende elektrische Servolenkvorrichtung.
HINTERGRUND
Eine herkömmliche Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine steuert durch Erfassen von Phasenströmen, die zu Spulen der drehenden elektrischen Maschine fließen, durch elektronische Komponenten, wie zum Beispiel Stromsensoren, ein Antreiben einer drehenden elektrischen Maschine. Bei einer Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine, die in beispielsweise der JP-A-2005-210871 offenbart ist, ist ein Nebenschlusswiderstand für ein Paar von schaltenden Elementen, die jeder Phase einer Wechselrichterschaltung entsprechen, verbunden, um dadurch den Phasenstrom jeder Phase zu erfassen.
Da eine drehende elektrische Maschine Induktivitätskomponenten aufweist, entsteht zwischen einem Befehlsstrom, der zum Antreiben der drehenden elektrischen Maschine geliefert wird, und einem tatsächlichen Strom, der tatsächlich in jeder Spule der drehenden elektrischen Maschine fließt, ein Phasenunterschied. Wenn dieser Phasenunterschied entsteht, ist es wahrscheinlich, dass die drehende elektrische Maschine kein Drehmoment wie befohlen ausgeben kann. Gemäß der herkömmlichen Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine wird ein Drehmoment, das die drehende elektrische Maschine erzeugt, durch eine Rückkopplungssteuerung gesteuert. Bei der Rückkopplungssteuerung wird durch Erfassen eines Phasenstroms, das heißt eines tatsächlichen Stroms, der in der drehenden elektrischen Maschine fließt, ein Phasenunterschied zwischen einem Befehlsstrom und einem tatsächlichen Strom berechnet, und der Phasenunterschied wird durch eine Phasenkompensationssteuerung und dergleichen korrigiert. Diese Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine benötigt elektronische Komponenten, wie zum Beispiel mehrere Nebenschlusswiderstände, zum Erfassen von tatsächlichen Strömen, die in der drehenden elektrischen Maschine fließen. Als ein Resultat wird die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine kompliziert und in der Konfiguration großdimensioniert und in der Herstellung aufwendig.
Bei einer anderen herkömmlichen Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine werden Spannungen, die durch schaltende Elemente, die eine Wechselrichterschaltung bilden, oder gleichrichtende Elemente, die zu den schaltenden Elementen parallel geschaltet sind, entwickelt werden, erfasst. Ein tatsächlicher Strom, der zu einer Spule jeder Phase fließt, wird basierend auf einer Temperatur des schaltenden Elements und einer Spannungs-Strom-Charakteristik des Elements zu einer Erfassungszeit erfasst. Diese Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine benötigt jedoch ein temperaturerfassendes Element, wie zum Beispiel einen Thermistor, zum Erfassen einer Elementtemperatur. Dieselbe benötigt ferner eine Speichervorrichtung, wie zum Beispiel einen ROM, zum Speichern von Spannungs-Strom-Charakteristiken für unterschiedliche Temperaturen. Als ein Resultat wird die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine nicht ohne Weiteres klein dimensioniert.
KURZFASSUNG
Eine Aufgabe besteht darin, eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine zu schaffen, die eine Richtung eines Stroms, der in einer Spule jeder Phase einer drehenden elektrischen Maschine fließt, bei einer einfachen Konfiguration bestimmt.
Gemäß einem Aspekt ist eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine zum Steuern eines Antreibens einer drehenden elektrischen Maschine, die einen Spulensatz, der aus Spulen, die mehreren Phasen entsprechen, gebildet ist, hat, geschaffen. Die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine weist einen Leistungswandler und eine Steuereinheit auf.
Der Leistungswandler weist mehrere schaltende Elemente, ein erstes gleichrichtendes Element und ein zweites gleichrichtendes Element auf. Die mehreren schaltenden Elemente bilden durch ein erstes schaltendes Element und ein zweites schaltendes Element, die auf einer Hochpotenzialseite bzw. einer Niederpotenzialseite einer Leistungsquelle vorgesehen sind, in Entsprechung zu jeder Phase der Spulen Paare von schaltenden Elementen. Das erste gleichrichtende Element ist parallel zu dem ersten schaltenden Element vorgesehen. Das zweite gleichrichtende Element ist parallel zu dem zweiten schaltenden Element vorgesehen. Der Leistungswandler wandelt eine Leistung, mit der die drehende elektrische Maschine von der Leistungsquelle versorgt ist, durch Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des ersten schaltenden Elements und des zweiten schaltenden Elements.
Die Steuereinheit steuert die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des ersten schaltenden Elements und des zweiten schaltenden Elements, um dadurch ein Antreiben der drehenden elektrischen Maschine zu steuern.
Die Steuereinheit weist einen Stromrichtungsbestimmungsteil, der zwischen beiden Enden des ersten gleichrichtenden Elements einen ersten Potenzialunterschied und zwischen beiden Enden des zweiten gleichrichtenden Elements einen zweiten Potenzialunterschied, wenn sowohl das erste schaltende Element als auch das zweite schaltende Element in einem Aus-Zustand sind, erfasst, auf und bestimmt basierend auf dem ersten Potenzialunterschied und dem zweiten Potenzialunterschied eine Richtung eines Stroms, der in jeder Phase der Spulen fließt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und andere Ziele, Charakteristiken und Vorteile sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen ist, offensichtlicher. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Ansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine des ersten Ausführungsbeispiels verwendet;
3 ein Zeitdiagramm, das Änderungen eines ersten Potenzialunterschieds und eines zweiten Potenzialunterschieds, die durch Ein-/Aus-Betriebsvorgänge eines ersten schaltenden Elements bzw. eines zweiten schaltenden Elements in einem Fall verursacht werden, wenn ein Strom von einem Wechselrichter zu einem Motor fließt, zeigt;
4 ein Zeitdiagramm, das Änderungen des ersten Potenzialunterschieds und des zweiten Potenzialunterschieds, die durch Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des ersten schaltenden Elements bzw. des zweiten schaltenden Elements in einem Fall verursacht werden, wenn der Strom von dem Motor zu dem Wechselrichter fließt, zeigt; und
5A, 5B und 5C vereinfachte Schaltungsdiagramme eines Teils einer Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß Ausführungsbeispielen ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Ein Ausführungsbeispiel)
Eine Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 1 gezeigt. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine ist vorgesehen, um eine elektrische Leistung, mit der ein Motor 2, der eine drehende elektrische Maschine ist, versorgt ist, zu steuern, um dadurch ein Antreiben des Motors 2 zu steuern. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine sowie der Motor 2 sind beispielsweise bei einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die einen Lenkbetrieb eines Fahrzeugs unterstützt, verwendet.
2 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Lenksystems 100, das eine elektrische Servolenkvorrichtung 109 aufweist. Die elektrische Servolenkvorrichtung 109 ist mit einem Drehmomentsensor 104, der an einer Lenkwelle 102, die mit einem Lenkrad 101 gekoppelt ist, befestigt ist, versehen. Der Drehmomentsensor 104 erfasst ein Lenkdrehmoment, das durch einen Fahrer durch das Lenkrad 101 an die Lenkwelle 102 angelegt ist.
Ein Ritzel 106 ist an einem obersten bzw. äußersten Ende der Lenkwelle 102 befestigt. Das Ritzel 106 ist mit einer Zahnstangenwelle 107 in Eingriff. Ein Paar von Reifenrädern 108 ist durch Spurstangen und dergleichen mit Enden der Zahnstangenwelle 107 drehbar gekoppelt. Wenn somit der Fahrer das Lenkrad 101 dreht, wird die Lenkwelle 102, die mit dem Lenkrad 101 gekoppelt ist, gedreht. Eine drehende Bewegung der Lenkwelle 102 wird durch des Ritzel 106 in eine lineare Bewegung der Zahnstangenwelle 105 gewandelt. Das Paar der Reifenräder 108 wird mit einem Winkel, der der linearen Bewegung der Zahnstangenwelle 107 entspricht, gelenkt.
Die elektrische Servolenkvorrichtung 109 weist einen Motor 2, eine Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine, ein Reduktionsgetriebe 103 und dergleichen auf. Der Motor 2 erzeugt ein Lenkunterstützungsdrehmoment. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine steuert ein Antreiben des Motors 2. Das Reduktionsgetriebe 103 überträgt die Drehung des Motors 2 zu der Lenkwelle 102 und der Zahnstangenwelle 197, während eine Drehung reduziert wird. Der Motor 2 ist beispielsweise ein bürstenloser Dreiphasenmotor und hat einen Rotor und einen Stator, die nicht gezeigt sind. Der Rotor ist ein scheibenförmiges Glied, an dem Permanentmagnete befestigt sind, um magnetische Pole zu liefern. Der Stator häust den Rotor darin und trägt den Rotor drehbar. Der Stator weist Vorsprünge, die bei jedem vorbestimmten Winkelintervall radial nach innen vorspringen, auf. Auf die Vorsprünge sind eine U-Phasen-Spule (U-Spule) 11, eine V-Phasen-Spule (V-Spule) 12 und eine W-Phasen-Spule (W-Spule) 13, die in 1 gezeigt sind, gewickelt. Die U-Spule 11, die V-Spule 12 und die W-Spule 13 sind Wicklungen, die jeweils der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase entsprechen und gemeinsam einen Spulensatz 14 bilden.
Der Motor 2 wird durch eine Versorgung einer elektrischen Leistung von einer Batterie 3, die als eine Leistungsquelle vorgesehen ist, angetrieben. Der Motor 2 dreht das Reduktionsgetriebe 103 in einer normalen Richtung und einer entgegengesetzten Richtung. Die elektrische Servolenkvorrichtung 109 weist zusätzlich zu dem Drehmomentsensor 104 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 105, der eine Laufgeschwindigkeit eines Fahrzeugs erfasst, auf. Die elektrische Servolenkvorrichtung 109, die wie im Vorhergehenden beschrieben konfiguriert ist, erzeugt das Lenkunterstützungsdrehmoment zum Unterstützen des Lenkbetriebs des Lenkrads 101 von dem Motor 2 basierend auf Signalen von dem Drehmomentsensor 104, dem Geschwindigkeitssensor 105 und dergleichen. Dieses Drehmoment wird zu der Lenkwelle 102 oder der Zahnstangenwelle 107 übertragen.
Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine ist als Nächstes unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine ist mit einer Wechselrichterschaltung 20, die ein Leistungswandler ist, einem Mikrocomputer 40 und dergleichen versehen. Die Wechselrichterschaltung 20 weist schaltende Elemente 21 bis 26 auf. Die Wechselrichterschaltung 20 ist ein Dreiphasenwechselrichter, bei dem sechs schaltende Elemente 21 bis 26 in eine Brückenform geschaltet sind, um eine Leistungsversorgung zu sowohl der U-Spule 11, der V-Spule 12 als auch der W-Spule 13 des Spulensatzes 14 umzuschalten. Die schaltenden Elemente 21 bis 26 sind Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET; MOSFET = metal-oxide-semiconductor field-effect transistor). Auf die schaltenden Elemente 21 bis 26 ist, wenn passend, als FET Bezug genommen.
Drei FET 21 bis 23 haben Drains, die mit der Seite einer positiven Polarität der Batterie 3, die als die Leistungsquelle vorgesehen ist, verbunden sind. Sources der FET 21 bis 23 sind jeweils mit Drains der FET 24 bis 26 verbunden. Sources der FET 24 bis 26 sind mit der Seite einer negativen Polarität der Batterie 3 verbunden, das heißt an Masse gelegt. Ein Knotenpunkt zwischen dem FET 21 und dem FET 24, die ein Paar bilden, ist mit einem Anschluss der U-Spule 11 verbunden. Ein Knotenpunkt zwischen dem FET 22 und dem FET 25, die ein Paar bilden, ist mit einem Anschluss der V-Spule 12 verbunden. Ein Knotenpunkt zwischen dem FET 23 und dem FET 26, die ein Paar bilden, ist mit einem Abschluss der W-Spule 13 verbunden.
Die FET 21 bis 23 entsprechen bei der Wechselrichterschaltung 20 ersten schaltenden Elementen. Die FET 24 bis 26 entsprechen bei der Wechselrichterschaltung 20 zweiten schaltenden Elementen. Auf das erste schaltende Element und das zweite schaltende Element ist im Folgenden als ein hochseitiger FET (H-FET) bzw. ein niederseitiger FET (L-FET), wenn passend, Bezug genommen. Bei einigen Gelegenheiten ist ferner eine entsprechende Phase U, V oder W ebenfalls veranschaulicht als U-L-FET identifiziert. Wenn es passend ist, ist noch weiter auf das Paar des FET 21 und des FET 24, das Paar des FET 22 und des FET 25 und das Paar des FET 23 und des FET 26 als ein Paar 27 von schaltenden Elementen, ein Paar 28 von schaltenden Elementen bzw. ein Paar 29 von schaltenden Elementen Bezug genommen.
Die Wechselrichterschaltung 20 weist ferner Dioden 31 bis 36, die jeweils zu den FET 21 bis 26 parallel geschaltet sind, auf. Ein MOSFET hat strukturell auf einem Source-Drain-Weg desselben eine Diode (ein gleichrichtendes Element), auf die als eine parasitäre Diode Bezug genommen ist. Die Dioden 31 bis 36 sind jeweils parasitäre Dioden der FET 21 bis 26. Auf die Dioden 31 bis 36 ist jeweils, wenn passend, als die parasitären Dioden 31 bis 36 Bezug genommen. Die Dioden 31 bis 33 entsprechen in Entsprechung zu den ersten schaltenden Elementen 21 bis 23 jeweils ersten gleichrichtenden Elementen. Die Dioden 34 bis 36 entsprechen in Entsprechung zu jeweils zweiten Schaltelementen 24 bis 26 zweiten gleichrichtenden Elementen. Die Dioden 31 bis 36 sind in eine Richtung sperrend vorgespannt, um einen Stromfluss lediglich von den Source-Seiten (Niederpotenzialseiten) zu den Drain-Seiten (Hochpotenzialseiten) von jeweils den FET 21 bis 26 zu ermöglichen.
Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine hat somit ein System eines Wechselrichters (eine Wechselrichterschaltung 20). Die Wechselrichterschaltung 20 ist unter einer Steuerung eines Mikrocomputers (MC) 40, der im Folgenden beschrieben ist, in Betrieb und wandelt die Leistung, mit der der Motor 2 von der Batterie 3 versorgt ist, um dadurch den Motor 2 drehend anzutreiben. Die Wechselrichterschaltung 20 wandelt die Leistung, mit der der Motor 2 von der Batterie 2 versorgt ist, durch die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge der FET 21 bis 26.
Der Mikrocomputer 40 ist ein Halbleiterpaket, das einen Arithmetik-Teil, einen Speicher-Teil, einen Eingabe-/Ausgabe-Teil und dergleichen aufweist. Der Mikrocomputer 40 steuert ansprechend auf Signale von den Sensoren, die in verschiedenen Teilen des Fahrzeugs vorgesehen sind, und basierend auf Programmen, die in dem Speicher-Teil gespeichert sind, Betriebsvorgänge von verschiedenen Geräten und Vorrichtungen, die in einem Fahrzeug angebracht sind. Der Mikrocomputer 40 steuert primär ein Antreiben des Motors 2 der elektrischen Servolenkvorrichtung 109.
Der Mikrocomputer 40 berechnet gemäß den Signalen von dem Drehmomentsensor 104, dem Geschwindigkeitssensor 105 und dergleichen Befehlsströme, sodass der Motor 2 das Lenkunterstützungsdrehmoment zum Unterstützen des Lenkbetriebs des Lenkrads 101 erzeugt. Der Mikrocomputer 40 steuert die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge der FET 21 bis 26 der Wechselrichterschaltung 20, sodass die berechneten Befehlsströme in der U-Spule 11, der V-Spule 12 und der W-Spule 13 des Motors 2 fließen. Die Leistung, mit der der Motor 2 von der Batterie 3 versorgt ist, wird so gewandelt, dass tatsächliche Ströme, die den Befehlsströmen entsprechen, in der U-Spule 11, der V-Spule 12 und der W-Spule 13 des Motors 2 fließen. Der Motor 2 ist angetrieben, um sich zum Anlegen des Lenkunterstützungsdrehmoments an die Lenkwelle 102 und die Zahnstangenwelle 107 zu drehen. Da der Motor 2 Induktivitätskomponenten hat, entstehen zwischen den Befehlsströmen zum Antreiben des Motors 2 und den tatsächlichen Strömen, die tatsächlich in der U-Spule 11, der V-Spule 12 und der W-Spule 13 des Motors 2 fließen, Phasenunterschiede.
Obwohl es nicht gezeigt ist, ist zwischen dem Mikrocomputer 40 und beiden Enden jeder Diode 31 bis 36 eine kundenspezifische integrierte Schaltung (IC; IC = integrated circuit) vorgesehen. Die kundenspezifische IC weist eine Differenzverstärkerschaltung und eine Vergleicher- bzw. Komparator-Schaltung auf. Der Mikrocomputer 40 ist somit befähigt, zwischen den Enden jeder Diode 31 bis 36 durch die kundenspezifische IC einen kleinen Potenzialunterscheid zu erfassen. Wenn es passend ist, ist auf den Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode 31 bis 33 in Entsprechung zu den ersten schaltenden Elementen und den ersten gleichrichtenden Elementen, die auf der Hochpotenzialseite sind, als ein erster Potenzialunterschied (Vh) Bezug genommen, und auf den Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode 34 bis 36 ist in Entsprechung zu den zweiten schaltenden Elementen und den zweiten gleichrichtenden Elementen, die auf der Niederpotenzialseite sind, als ein zweiter Potenzialunterschied (Vl) Bezug genommen. Auf die Durchlassspannung jeder Diode 31 bis 36 ist als Vf Bezug genommen. Der Mikrocomputer 40 und die kundenspezifische IC entsprechen einer Steuereinheit.
Der Mikrocomputer 40 liefert hinsichtlich des Betriebs jedes schaltenden Elements (FET 21 bis 26) eine Totzeit für jedes schaltende Paar 27, 28, 29. Die Totzeit ist eine Dauer, während derer sowohl der H-FET als auch der L-FET (FET 21 und FET 24, FET 22 und FET 25, FET 23 und FET 26) ausschalten (AUS-Zustand). Während der Totzeit fließt der Strom in Abhängigkeit von der Richtung eines Stroms, der zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 2 fließt, bevor die schaltenden Elemente ausgeschaltet sind, durch die parasitären Dioden 31 bis 33 der ersten schaltenden Elemente (FET 21 bis 23) oder die parasitären Dioden 34 bis 36 der zweiten schaltenden Elemente FET (24 bis 26). Da die Stärke dieses Stroms mit der Spannung Vf variiert, ist es möglich, durch Bestätigen der Stärke der Spannung Vf zu bestimmen, in welche Richtung der Strom zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 2 fließt, das heißt die Richtung (Polarität) des Phasenstroms, der in der U-Spule 11, der V-Spule 12 und der W-Spule 13 fließt.
Die Richtung des Phasenstroms wird auf eine Art und Weise, die im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben ist, bestimmt. Das Verfahren eines Bestimmens der Flussrichtung des Phasenstroms ist zwischen den Phasen (U-Spule 11, V-Spule 12, W-Spule 13) gleich. Die Beschreibung der Bestimmung der Phasenstromflussrichtung ist daher lediglich hinsichtlich der U-Phase (U-Spule 11) vorgenommen, um die Beschreibung der Bestimmung derselben hinsichtlich der anderen Phasen V und W zu vereinfachen.
3 zeigt Änderungen des ersten Potenzialunterschieds (Vh) und des zweiten Potenzialunterschieds (Vl), die durch die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des U-H-FET 21 und des U-L-FET 24 verursacht werden, wenn der Strom zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 2 in einer Richtung von der Wechselrichterschaltung 20 zu dem Motor 2 fließt. Zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 2 ist hier angenommen, dass die Richtung von der Wechselrichterschaltung 20 zu dem Motor 2 eine positive Richtung ist, und angenommen, dass die Richtung von dem Motor 2 zu der Wechselrichterschaltung 20 eine negative Richtung ist.
Wie in 3 gezeigt ist, sind bis zu der Zeit t1 der U-H-FET 21 und der U-L-FET 24 in dem Ein-Zustand bzw. dem Aus-Zustand. Als ein Resultat fließt der Strom durch den U-H-FET 21 von der Batterie 3 zu dem Motor 2. Während einer Dauer von der Zeit t1 bis zu der Zeit t2 sind sowohl der U-H-FET 21 als auch der U-L-FET 24 aufgrund der Totzeit DT in dem Aus-Zustand. Der Motor 2 tendiert dazu, den Strom weiter fließen zu lassen. Da sich jedoch der U-H-FET 21 in dem Aus-Zustand befindet, fließt ein Strom durch die parasitäre Diode 34 des U-L-FET 24. Zu dieser Zeit erhöht sich der Potenzialunterschied (Vh) um eine Menge der Spannung Vf, und der zweite Potenzialunterschied (Vl) verringert sich um eine Menge der Spannung Vf.
Während einer Dauer von der Zeit t2 zu der Zeit t3 befindet sich der U-H-FET 21 in dem Aus-Zustand, und der U-L-FET 24 befindet sich in dem Ein-Zustand. Da der Motor 2 dazu tendiert, den Strom weiter fließen zu lassen, fließt ein Strom von der Masseseite durch den U-L-FET 24 zu dem Motor 2. Während einer Dauer von der Zeit t3 zu der Zeit t4 sind sowohl der U-H-FET 21 als auch der U-L-FET 24 aufgrund der Totzeit DT wieder in dem Aus-Zustand. Der Motor 2 tendiert dazu, den Strom weiter fließen zu lassen. Da jedoch der U-L-FET 24 in dem Aus-Zustand ist, fließt ein Strom durch die parasitäre Diode 34 des U-L-FET 24. Zu dieser Zeit erhöht sich ähnlich zu der Dauer von der Zeit t1 zu der Zeit 2 der erste Potenzialunterschied (Vh) um eine Menge der Spannung Vf, und der zweite Potenzialunterschied (Vl) verringert sich um eine Menge der Spannung Vf. Der Betrieb während einer Dauer von der Zeit t4 zu der Zeit t5 ist gleich demselben während der Dauer vor der Zeit t1.
4 zeigt Änderungen des ersten Potenzialunterschieds (Vh) und des zweiten Potenzialunterschieds (Vl), die durch die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des U-H-FET 21 und des U-L-FET 24 verursacht werden, wenn der Strom zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 2 in einer Richtung von dem Motor 2 zu der Wechselrichterschaltung 20 (negativen Richtung) fließt.
Wie in 4 gezeigt ist, befindet sich bis zu der Zeit t11 der U-H-FET 21 in dem Ein-Zustand, und der U-L-FET 24 befindet sich in dem Aus-Zustand. Unter der Annahme, dass ein Strom in der negativen Richtung geflossen ist, tendiert der Motor 2 dazu, den Strom weiter fließen zu lassen. Als ein Resultat fließt der Strom durch den U-H-FET 21 von dem Motor 2 zu der Batterie 3.
Während einer Dauer von der Zeit t11 zu der Zeit t12 sind sowohl der U-H-FET 21 als auch der U-L-FET 24 aufgrund der Totzeit DT in dem Aus-Zustand. Der Motor 2 tendiert dazu, den Strom weiter fließen zu lassen. Da sich jedoch der U-H-FET 21 in dem Aus-Zustand befindet, fließt ein Strom durch die parasitäre Diode 31 des U-H-FET 2. Zu dieser Zeit verringert sich der erste Potenzialunterschied (Vh) um eine Menge der Spannung Vf, und der zweite Potenzialunterschied (Vl) erhöht sich um eine Menge der Spannung Vf. Während einer Dauer von der Zeit t12 zu der Zeit t13 befindet sich der U-H-FET 21 in dem Aus-Zustand, und der U-L-FET 24 befindet sich in dem Ein-Zustand. Da der Motor 2 dazu tendiert, den Strom weiter fließen zu lassen, fließt ein Strom durch den U-L-FET 24 von dem Motor 2 zu der Masse.
Während einer Dauer von der Zeit t13 zu der Zeit t14 sind sowohl der U-H-FET 21 als auch der U-L-FET 24 aufgrund der Totzeit DT in dem Aus-Zustand. Der Motor 2 tendiert dazu, den Strom weiter fließen zu lassen Da jedoch der U-L-FET 24 in dem Aus-Zustand ist, fließt der Strom durch die parasitäre Diode 31 des U-H-FET 21. Zu dieser Zeit verringert sich ähnlich zu der Dauer von der Zeit t11 zu der Zeit t12 der erste Potenzialunterschied (Vh) um eine Menge der Spannung Vf, und der zweite Potenzialunterschied (Vl) erhöht sich um eine Menge der Spannung Vf. Der Betrieb während einer Dauer von der Zeit t14 zu der Zeit t15 ist gleich demselben wie während der Dauer vor der Zeit t11. Es ist somit möglich, die Richtung des Stromflusses zu bestimmen, da die Richtung des Stromflusses den ersten Potenzialunterschied (Vh) und den zweiten Potenzialunterschied (Vl) unterschiedlich beeinträchtigt.
Aus diesem Grund kann die Steuereinheit (der Mikrocomputer 40 und die kundenspezifische IC) durch Erfassen des ersten Potenzialunterschieds (Vh) und des zweiten Potenzialunterschieds (Vl) die Richtung des Phasenstroms bestimmen, während sowohl der U-H-FET 21 als auch der U-L-FET 24 in dem Aus-Zustand sind, das heißt, während der Totzeit DT. Wenn der erste Potenzialunterschied (Vh) und der zweite Potenzialunterschied (Vl), die während der Totzeit erfasst werden, beispielsweise eine Erhöhung der Spannung Vf bzw. eine Verringerung der Spannung Vf sind, wird die Richtung des Phasenstroms als positiv bestimmt (Richtung von der Wechselrichterschaltung 20 zu dem Motor 2). Wenn der erste Potenzialunterschied (Vh) und der zweite Potenzialunterschied (Vl), die während der Totzeit erfasst werden, eine Verringerung der Spannung Vf bzw. eine Erhöhung der Spannung Vf sind, wird die Richtung des Phasenstroms als negativ bestimmt (Richtung von dem Motor 2 zu der Wechselrichterschaltung 20). Der Mikrocomputer 40 ist somit als ein Stromrichtungsbestimmungsteil in Betrieb und kann basierend auf dem ersten Potenzialunterschied und dem zweiten Potenzialunterschied, die während der Totzeit verursacht werden, die Phasenstromflussrichtung bestimmen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Phase eines tatsächlichen Stroms, der tatsächlich in der U-Spule 11, der V-Spule 12 und der W-Spule 13 des Motors 2 fließt, durch Erfassen einer Zeit, zu der sich eine Richtung eines Phasenstroms von einer positiven zu einer negativen (der Phasenstrom null wird) ändert, oder sich eine Richtung eines Phasenstroms von negativ zu positiv (der Phasenstrom null wird) ändert, zu erfassen. Der Mikrocomputer 40 erfasst die Phase des tatsächlichen Stroms, der in dem Motor 2 fließt, durch Erfassen des ersten Potenzialunterschieds (Vh) und des zweiten Potenzialunterschieds (Vl) zu einem Zeitpunkt, zu dem sich die Richtung des Phasenstroms von positiv zu negativ (der Phasenstrom null wird) ändert, oder sich die Richtung des Phasenstroms von negativ zu positiv ändert (der Phasenstrom null wird). Der Mikrocomputer 40 berechnet dann basierend auf der Phase des erfassten tatsächlichen Stroms relativ zu der Phase des Befehlsstroms einen Phasenunterschied zwischen dem Befehlsstrom und dem tatsächlichen Strom. Der Mikrocomputer 40 ist somit als ein Phasenunterschiedsberechnungsteil in Betrieb.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet der Mikrocomputer 40 nach einer Berechnung des Phasenunterschieds zwischen dem Befehlsstrom und dem tatsächlichen Strom durch Korrigieren des Phasenunterschieds, sodass der Phasenunterschied null wird, den Befehlsstrom. Das heißt der Mikrocomputer 40 führt eine Rückkopplungssteuerung in Bezug auf den Befehlsstrom durch. Der Mikrocomputer 40 ist somit als ein Phasenunterschiedskorrekturteil in Betrieb.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel hat die folgenden Charakteristiken.

(1) Die Wechselrichterschaltung 20 weist mehrere schaltende Elemente (FET 21 bis 26), die die Paare 27, 28, 29 von schaltenden Elementen durch die FET 21, 22, 23, die auf der Hochpotenzialseite der Batterie 3 vorgesehen sind, und die FET 24, 25, 26, die auf der Niederpotenzialseite der Batterie 3 vorgesehen sind, in Entsprechung zu der U-Spule 11, der V-Spule 12 bzw. der W-Spule 13 bilden, auf. Die Wechselrichterschaltung 20 weist ferner die Dioden 31, 32, 33, die parallel zu den FET 21, 22 bzw. 23 vorgesehen sind, und die Dioden 34, 35, 36, die parallel zu den FET 24, 25 bzw. 26 vorgesehen sind, auf. Die Wechselrichterschaltung 20 wandelt durch die Ein-/Aus-Betriebsvorgänge der FET 21, 22, 23 und der FET 24, 25, 26 die Leistung, mit der der Motor 2 von der Batterie 3 versorgt ist. Der Mikrocomputer 40 steuert durch Steuern der Ein-/Aus-Betriebsvorgänge der FET 21, 22, 23 und der FET 24, 25, 26 ein Antreiben des Motors 2.

Der Mikrocomputer 40 ist als der Stromrichtungsbestimmungsteil in Betrieb. Der Mikrocomputer 40 kann den ersten Potenzialunterschied, der der Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode 31, 32, 33 ist, und den zweiten Potenzialunterschied, der der Potenzialunterschied zwischen beiden Enden jeder Diode 34, 35, 36 ist, erfassen, wenn sowohl der FET 21 als auch der FET 24, sowohl der FET 22 als auch der FET 25 oder sowohl der FET 23 als auch der FET 26 ausgeschaltet sind (in einem Aus-Zustand sind). Der Mikrocomputer 40 kann ferner die Richtung eines Stroms, der in der U-Spule 11, der V-Spule 12, der W-Spule 13 fließt, basierend auf dem erfassten ersten Potenzialunterschied und dem erfassten zweiten Potenzialunterschied bestimmen. Die Richtung eines Stroms, der in der U-Spule 11, der V-Spule 12, der W-Spule 13 fließt, kann mit einer vereinfachten Konfiguration bestimmt werden, ohne einen Stromsensor, wie zum Beispiel einen Nebenschlusswiderstand oder dergleichen, zu verwenden. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine kann hinsichtlich der Größe reduziert und mit einem niedrigen Aufwand hergestellt werden.

(2) Der Mikrocomputer 40 ist ferner als der Phasenunterschiedsberechnungsteil in Betrieb. Der Mikrocomputer 40 kann zwischen den Betriebsströmen zum Antreiben des Motors 2 und den tatsächlichen Strömen, die in der U-Spule 11, der V-Spule 12, der W-Spule 13 tatsächlich fließen, basierend auf den bestimmten Flussrichtungen der Ströme, die in der U-Spule 11, der V-Spule 12, der W-Spule 13 fließen, den Phasenunterschied berechnen.
(3) Der Mikrocomputer 40 ist noch weiter als der Phasenunterschiedskorrekturteil in Betrieb und korrigiert den Phasenunterschied zwischen dem berechneten Befehlsstrom und dem tatsächlichen Strom. Durch somit Durchführen der Rückkopplungssteuerung, um den Phasenunterschied zu korrigieren, kann ein Antreiben des Motors 2 mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
(4) Noch weiter sind die Dioden 31, 32, 33 und die Dioden 34, 35, 36 parasitäre Dioden der FET 21, 22, 23 bzw. der FET 24, 25, 26. Aus diesem Grund muss beim Vorsehen des ersten gleichrichtenden Elements und des zweiten gleichrichtenden Elements parallel zu dem ersten schaltenden Element bzw. dem zweiten schaltenden Element kein gleichrichtendes Element (eine Diode) getrennt als ein elektronisches Bauteil vorgesehen sein. Die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine kann somit in der Größe reduziert sein und kann den Herstellungsaufwand senken.
(5) Da zusätzlich die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine in der Größe reduziert werden kann, wird die Steuervorrichtung 1 einer drehenden elektrischen Maschine geeignet bei der elektrischen Servolenkvorrichtung 10 oder dergleichen, die in einem spezifischen begrenzten Raum angebracht werden muss, angewendet.

(Anderes Ausführungsbeispiel)
Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das erste schaltende Element und das zweite schaltende Element aus MOSFET hergestellt. Das erste gleichrichtende Element und das zweite gleichrichtende Element sind aus den parasitären Dioden der MOSFET gebildet. Wie in 5A gezeigt ist, können jedoch sowohl das erste schaltende Element als auch das zweite schaltende Element aus einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT; IGBT = insulated-gate bipolar transistor) 51 gebildet sein. Eine Diode 61 kann als das erste gleichrichtende Element oder das zweite gleichrichtende Element zu dem IGBT 51 parallel geschaltet sein.
Als noch ein anderes Ausführungsbeispiel, wie es in 5B gezeigt ist, können sowohl das erste schaltende Element als auch das zweite schaltende Element aus einem Transistor 52 gebildet sein. Die Diode 61 kann als das erste gleichrichtende Element oder das zweite gleichrichtende Element zu dem Transistor 52 parallel geschaltet sein.
Als noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, wie es in 5C gezeigt ist, können sowohl das erste Schaltelement als auch das zweite Schaltelement aus einem Thyristor 53 gebildet sein, und die Dioden 61 können zu dem Thyristor 53 parallel geschaltet sein.
Bei den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine als ein Beispiel auf einen bürstenlosen Dreiphasenmotor angewendet. Die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine kann jedoch auf einen bürstenlosen Motor, der vier oder mehr Phasen hat, angewendet sein. Die Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine kann eine andere drehende elektrische Maschine (einen Motor und einen Generator) als die drehende elektrische Maschine für die elektrische Servolenkvorrichtung steuern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-210871 A [0002]

Claims

Steuervorrichtung (1) einer drehenden elektrischen Maschine zum Steuern eines Antreibens einer drehenden elektrischen Maschine (2), die einen Spulensatz (14), der aus Spulen (11, 12, 13), die mehreren Phasen entsprechen, gebildet ist, hat, mit: einem Leistungswandler (20), der mehrere schaltende Elemente (21, 22, 23, 24, 25, 26), ein erstes gleichrichtendes Element (31, 32, 33) und ein zweites gleichrichtendes Element (34, 35, 36) aufweist, wobei die mehreren schaltenden Elemente durch ein erstes schaltendes Element (21, 22, 23) und ein zweites schaltendes Element (24, 25, 26), die jeweils auf einer Hochpotenzialseite und einer Niederpotenzialseite einer Leistungsquelle vorgesehen sind, in Entsprechung zu jeder Phase der Spulen Paare (27, 28, 29) von schaltenden Elementen bilden, das erste gleichrichtende Element parallel zu dem ersten schaltenden Element vorgesehen ist, das zweite gleichrichtende Element parallel zu dem zweiten schaltenden Element vorgesehen ist, und wobei der Leistungswandler Leistung, mit der die drehende elektrische Maschine von der Leistungsquelle versorgt ist, durch Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des ersten schaltenden Elements und des zweiten schaltenden Elements wandelt; und einer Steuereinheit (40) zum Steuern der Ein-/Aus-Betriebsvorgänge des ersten schaltenden Elements und des zweiten schaltenden Elements, um dadurch ein Antreiben der drehenden elektrischen Maschine zu steuern, wobei die Steuereinheit (40) einen Stromrichtungsbestimmungsteil (40), der zwischen beiden Enden des ersten gleichrichtenden Elements einen ersten Potenzialunterschied und zwischen beiden Enden des zweiten gleichrichtenden Elements einen zweiten Potenzialunterschied erfasst, wenn sowohl das erste schaltende Element als auch das zweite schaltende Element in einem Aus-Zustand sind, und eine Richtung eines Stroms, der in jeder Phase der Spulen fließt, basierend auf dem ersten Potenzialunterschied und dem zweiten Potenzialunterschied bestimmt, aufweist.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, bei der die Steuereinheit (40) einen Phasenunterschiedsberechnungsteil (40), der basierend auf der Richtung eines Stroms, der in jeder Phase der Spulen fließt, die durch den Stromrichtungsbestimmungsteil bestimmt wird, zwischen einem Befehlsstrom zum Antreiben der drehenden elektrischen Maschine und einem tatsächlichen Strom, der tatsächlich in der Spule fließt, einen Phasenunterschied berechnet, aufweist.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 2, bei der die Steuereinheit (40) einen Phasenunterschiedskorrekturteil (40), der den Phasenunterschied zwischen dem Befehlsstrom und dem tatsächlichen Strom, der durch den Phasenunterschiedsberechnungsteil berechnet wird, korrigiert, aufweist.
Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste gleichrichtende Element und das zweite gleichrichtende Element jeweils parasitäre Dioden des ersten schaltenden Elements und des zweiten schaltenden Elements sind.
Elektrische Servolenkvorrichtung (109), mit: der Steuervorrichtung einer drehenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und einer drehenden elektrischen Maschine (2) zum Ausgeben eines Unterstützungsdrehmoments für einen Lenkbetrieb eines Fahrzeugs.