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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und eine die Steuervorrichtung aufweisende elektrische Servolenkungsvorrichtung.
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Bekannt ist, dass das Anlassen eines Verbrennungsmotors, das nach der Ausführung einer Leerlaufminderung (auch als Leerlaufabschaltung oder Start-Stopp-System bekannt) des Verbrennungsmotors erfolgt, ein Abfallen einer Energieversorgungsspannung verursacht, die an eine elektrische Servolenkungsvorrichtung (EPS-Vorrichtung) gegeben wird. Die
JP 2013-163515 A (entsprechend der
US 2011/0231064 A1 ) offenbart eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die eine Lenkunterstützung zur Unterstützung einer Lenkbetätigung eines Fahrers eines Fahrzeugs aufrechterhält, während sie den dem Motor zugeführten elektrischen Strom begrenzt, während die Energieversorgungsspannung abfällt.
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In Abhängigkeit des Zeitpunkts des Anlassens kann die Energieversorgungsspannung jedoch gegebenenfalls unter eine erforderliche Mindestbetriebsspannung einer elektronischen Steuereinheit (EPS-ECU) der elektrischen Servolenkungsvorrichtung fallen, was ein Neustarten (Rebooten) der EPS-ECU oder ein Stoppen des Betriebs der EPS-ECU zur Folge haben kann. In solch einem Fall kann die elektrische Servolenkungsvorrichtung die Lenkunterstützung nicht aufrechterhalten, was der Fahrer des Fahrzeugs als lästig oder störend empfinden kann.
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Es ist, angesichts der obigen Umstände, denkbar, einen Gleichspannungswandler zwischen die Batterie und die EPS-ECU zu schalten, um eine vom Gleichspannungswandler verstärkte Spannung an die EPS-ECU zu geben. Die EPS-ECU weist einen Leistungswandler, der den Motor ansteuert, und einen Controller, der einen Betrieb des Leistungswandlers steuert, auf. Eine erforderliche elektrische Energie des Leistungswandlers und eine erforderliche elektrische Energie des Controllers unterscheiden sich voneinander. Folglich nimmt, wenn der Gleichspannungswandler in Übereinstimmung mit dem Leistungswandler ausgelegt wird, der die verhältnismäßig hohe Spannung benötigt, um das Abfallen der Eingangsspannung zu begrenzen, die an die EPS-ECU gegeben wird, die Größe des Gleichspannungswandlers übermäßig zu.
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Umstände geschaffen worden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung, die einen Steuerbetrieb eines Elektromotors auch während eines Abfallens einer Energieversorgungsspannung aufrechterhalten kann, und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung mit solch einer Steuervorrichtung bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Betriebs eines Elektromotors bereitgestellt, der angetrieben (rotiert) wird, wenn der Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt wird, die von einer elektrischen Energiequelle bereitgestellt wird. Die Steuervorrichtung weist einen Leistungswandler, einen Controller und einen Verstärker auf. Der Leistungswandler weist mehrere Schaltelemente auf. Der Leistungswandler wandelt die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellte elektrische Energie und gibt die gewandelte elektrische Energie an den Elektromotor. Der Controller wird durch die elektrische Energie betrieben, die von der elektrischen Energiequelle bereitgestellt wird, und steuert einen Betrieb des Leistungswandlers. Der Verstärker ist dazu ausgelegt, eine Spannung der elektrischen Energie zu verstärken, die von der elektrischen Energiequelle eingegeben wird, und die verstärkte Spannung an den Controller auszugeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, die die Steuervorrichtung und den Elektromotor aufweist, die vorstehend beschrieben sind. Der Elektromotor wird durch die Steuervorrichtung gesteuert, um ein Hilfsdrehmoment auszugeben, das eine Lenkbetätigung eines Lenkrades unterstützt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs betätigt wird.
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung eines Lenksystems mit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 einen Schaltplan zur Veranschaulichung einer Verstärkerschaltung eines Controllers aus der 1;
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4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verhaltens einer Batteriespannung während eines Anlassens eines Verbrennungsmotors; und
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5 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Nachstehend sind verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgenden Ausführungsformen sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen und zur Vermeidung von Redundanz nicht wiederholt beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Nachstehend ist eine Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
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Die Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform steuert einen Betrieb eines Elektromotors (nachstehend als Motor bezeichnet) 80, der angetrieben wird, wenn der Elektromotor 80 durch elektrische Energie angetrieben wird, die von einer Batterie 13 bereitgestellt wird. Der Motor 80 ist beispielsweise ein bürstenloser Drehstrommotor.
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Die Steuervorrichtung 1 und der Motor 80 werden in einer elektrische Servolenkungsvorrichtung (EPS-Vorrichtung) verwendet, die eine Lenkbetätigung bzw. ein Lenken eines Lenkrades unterstützt, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs (wie beispielsweise eines Automobils) betätigt wird, um Antriebsräder des Fahrzeugs zu lenken. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 1 eine elektronische Steuereinheit (EPS-ECU) für die elektrische Servolenkungsvorrichtung.
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Zunächst ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 unter Bezugnahme auf die 2 kurz beschrieben. 2 zeigt eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer gesamten Struktur eines Lenksystems 90, das die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 aufweist.
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In dem Lenksystem 90 ist eine Lenkwelle 92 mit einem Lenkrad 91 verbunden und ist ein Zahnradgetriebe 96 an einem Ende der Lenkwelle 92 installiert. Das Zahnradgetriebe 96 befindet sich in Eingriff mit einer Zahnstange 97. Zwei Antriebsräder 98 sind über beispielsweise eine Spurstange entsprechend mit zwei gegenüberliegenden Endabschnitten der Zahnstange 97 drehbar verbunden. Auf diese Weise wird, wenn der Fahrer das Lenkrad 91 betätigt, die mit dem Lenkrad 91 verbundene Lenkwelle 92 rotiert. Anschließend wird die Drehbewegung der Lenkwelle 92 über das Zahnradgetriebe 96 in eine lineare Bewegung der Zahnstange 97 gewandelt und werden die Antriebsräder 98 in einem entsprechenden Winkel entsprechend der linearen Bewegung der Zahnstange 97 gelenkt.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 weist den Motor 80, die Steuervorrichtung 1 und ein Drehzahlminderungsgetriebe 93 auf. Der Motor 80 erzeugt ein Lenkhilfsmoment, das die Lenkbetätigung des Lenkrades 91 unterstützt, das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird, um die Räder 98 zu lenken. Die Steuervorrichtung 1 steuert den Betrieb des Motors 80. Das Drehzahlminderungsgetriebe 93 verringert eine vom Motor 80 ausgegebene Drehzahl und überträgt die Rotation der verringerten Drehzahl auf die Lenkwelle 92. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 weist ferner einen Drehmomentsensor 94, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 95 und einen Drehwinkelsensor 29 auf, um Information zu erhalten, die erforderlich ist, um den Betrieb des Motors 80 zu steuern. Der Drehmomentsensor 94 misst ein Lenkmoment, das vom Fahrer über das Lenkrad 91 auf die Lenkwelle 92 gegeben wird. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 95 misst eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Drehwinkelsensor 29 misst eine Drehposition des Motors 80 (insbesondere eine Drehposition einer Ausgangs- bzw. Abtriebswelle des Motors 80).
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Struktur erzeugt der Motor 80, in der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 99, das Lenkhilfsmoment, das die Lenkbetätigung des vom Fahrer betätigten Lenkrades 91 unterstützt. Das vom Motor 80 erzeugte Lenkhilfsmoment wird auf die Lenkwelle 92 übertragen.
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Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Servolenkungsvorrichtung vom Säulenunterstützungstyp, die das vom Motor 80 erzeugte Lenkhilfsmoment auf die Lenkwelle 92 überträgt, die auch als eine Lenksäule bekannt ist. Alternativ kann die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 der vorliegenden Ausführungsform gegebenenfalls eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp sein, die das vom Motor 80 erzeugte Lenkhilfsmoment auf die Zahnstange 97 überträgt.
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Nachstehend ist die Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
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Die Steuervorrichtung 1 ist über einen Energieversorgungsanschluss (PIG) 11 elektrisch mit der Batterie (die als eine elektrische Energiequelle dient) verbunden und über einen Zündungsanschluss (IG) 12 ebenso elektrisch mit der Batterie 13 verbunden. Der Energieversorgungsanschluss 11 ist elektrisch mit dem Anschluss hohen Potentials (Kathode) der Batterie 13 verbunden. Die elektrische Energie einer vorbestimmten Spannung wird von der Batterie 13 an den Energieversorgungsanschluss 11 gegeben. Der Zündungsanschluss 12 ist über einen Zündschalter 14 elektrisch mit dem Anschluss hohen Potentials (Kathode) verbunden. Wenn der Zündschalter 14 eingeschaltet wird, wird die elektrische Energie von der Batterie 13 an den Zündungsanschluss 12 gegeben.
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Die Steuervorrichtung 1 weist, wie in 1 gezeigt, einen Inverter 20, eine Diode 15, einen Controller 30, einen Regler 41, einen Regler 42 und einen Verstärker 50 auf.
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Der Inverter 20 ist mit einer PIG-Energieversorgungsleitung Lpig verbunden, die sich von der Batterie 13 aus durch den Energieversorgungsanschluss 11 erstreckt.
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Ferner ist der Inverter 20 beispielsweise ein Drehstromwechselrichter und weist der Inverter 20 beispielsweise mehrere (sechs in dieser Ausführungsform) Schaltelemente 21–26 auf, die derart aufgebaut sind, dass sie eine Brückenschaltung bilden. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schaltelemente 21–26 beispielsweise Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). Von den Schaltelementen 21–26 sind die Schaltelemente 21, 22, 23 Schaltelemente auf der Seite hohen Potentials und sind die Schaltelemente 24, 25, 26 Schaltelemente auf der Seite niedrigen Potentials. Verbindungen, an denen jeweils ein entsprechendes der Schaltelemente 21, 22, 23 auf der Seite hohen Potentials und ein entsprechendes der Schaltelemente 24, 25, 26 auf der Seite niedrigen Potentials miteinander verbunden sind, sind über Stromleitungen entsprechend mit Enden von Drehstromwicklungen des Motors 80 verbunden. Wenn die Schaltelemente 21–26 einen Schaltbetrieb ausführen, wird die elektrische Energie, die von der Batterie 13 über den Energieversorgungsanschluss 11 bereitgestellt wird, gewandelt und an den Motor 80 gegeben.
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Die Diode 15 ist mit einer IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden, d. h. in die IG-Energieversorgungsleitung Lig eingefügt, die sich von der Batterie 13 durch den Zündungsanschluss 12 erstreckt. Die Diode 15 richtet die elektrische Energie gleich, die von dem Zündungsanschluss 12 zu jedem entsprechenden Abschnitt der Steuervorrichtung 1 fließt.
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Der Controller 30 weist einen Regler 31, einen Mikrocomputer 32 und eine Inverteransteuereinheit (die als eine Leistungswandleransteuereinheit dient) 33 auf.
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Der Regler 31 ist mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden und empfängt die elektrische Energie von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12. Der Regler 31 regelt, d. h. stabilisiert die empfangene elektrische Energie derart, dass eine Spannung der empfangenen elektrischen Energie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, wobei der Regler 31 die geregelte elektrische Energie an den Mikrocomputer 32 gibt. Auf diese Weise ist der Mikrocomputer 32 mit der geregelten elektrischen Energie betreibbar.
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Der Mikrocomputer 32 ist ein Halbleiterbaustein, der eine CPU, ein ROM, ein RAM und eine Eingabe-/Ausgabeschaltung (E/A-Schaltung) aufweist. Der Mikrocomputer 32 arbeitet ein Programm bzw. Programme ab, die im ROM gespeichert sind, um Berechnungen auf der Grundlage von Information auszuführen, die von den Sensoren, wie beispielsweise dem Drehwinkelsensor 29, dem Drehmomentsensor 94 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 95, empfangen werden, und der Mikrocomputer 32 gibt Steuersignale aus, die die entsprechenden Abschnitte der Steuervorrichtung 1 steuern.
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Die Inverteransteuereinheit 33 ist mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden und empfängt die elektrische Energie von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12. Die Inverteransteuereinheit 33 legt ein Gate-Signal an jedes entsprechende der Schaltelemente 21–26 des Inverters 20, um jedes entsprechende der Schaltelemente 21–26 zu betreiben. Die Inverteransteuereinheit 33 weist eine Verstärkerschaltung bzw. Hochsetzschaltung (CKT) 330, wie beispielsweise eine Ladungspumpe, auf, um den Schaltbetrieb der Schaltelemente 21–23 auf der Seite hohen Potentials auszuführen.
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Der Controller 30 wird, wie vorstehend beschrieben, mit der elektrischen Energie betrieben, die von der Batterie 13 empfangen wird, und der Controller 30 steuert den Betrieb des Motors (M) 80, in dem er den Betrieb des Inverters 20 steuert.
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Der Regler 41 und der Regler 42 sind mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden und empfangen die elektrische Energie von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12.
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Der Regler 41 regelt, d. h. stabilisiert die empfangene elektrische Energie derart, dass die Spannung der empfangenen elektrischen Energie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, und der Regler 41 gibt die geregelte elektrische Energie an den Drehmomentsensor 94. Der Regler 42 regelt, d. h. stabilisiert die empfangene elektrische derart, dass die Spannung der empfangenen elektrischen Energie innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten wird, und der Regler 42 gibt die geregelte elektrische Energie an den Drehwinkelsensor 29.
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Der Verstärker 50 ist dazu ausgelegt, die Spannung der elektrischen Energie zu verstärken, die von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12 eingegeben wird, und die verstärkte Spannung an den Controller 30 und die Regler 41, 42 auszugeben. Der Verstärker 50 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schaltwandler. Der Verstärker 50 weist eine Spule 51, ein Schaltelement 52, eine Diode 53, einen Kondensator 54, einen Boost-Controller 55 und einen Komparator 56 auf.
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Ein Ende der Spule 51 ist mit einem Eingangsanschluss 501 des Verstärkers 50 verbunden. Der Eingangsanschluss 501 ist mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden.
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Das Schaltelement 52 ist in diesem Fall beispielsweise ein MOSFET. Ein Drain-Anschluss des Schaltelements 52 ist mit dem anderen Ende der Spule 51 verbunden, und ein Source-Anschluss des Schaltelements 52 ist auf Masse (Erde) gelegt.
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Die Diode 53 ist zwischen das andere Ende der Spule 51 und einen Ausgangsanschluss 502 des Verstärkers 50 geschaltet. Ein Kathodenanschluss der Diode 53 befindet sich auf der Seite des Ausgangsanschlusses 502. Der Ausgangsanschluss 502 ist an einem Ort mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden, der sich auf einer Stromabwärtsseite des Verbindungspunkts des Eingangsanschlusses 501 befindet.
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Ein Ende des Kondensators 54 ist zwischen die Diode 53 und den Ausgangsanschluss 502 geschaltet, und das andere Ende des Kondensators 54 ist auf Masse gelegt.
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Der Boost-Controller 55 ist elektrisch mit einem Gate-Anschluss des Schaltelements 52 verbunden.
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Ein Ausgangsanschluss des Komparators 56 ist elektrisch mit dem Boost-Controller 55 verbunden.
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Eine Spannung mit einem Spannungswert V1 der elektrischen Energie, die von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12 bereitgestellt wird, wird an einen der beiden Eingangsanschlüsse des Komparators 56 gegeben. Eine Spannung eines Schwellenwertes Vth wird beispielsweise vom Mikrocomputer 32 an den anderen der beiden Eingangsanschlüsse des Komparators 56 gegeben.
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Der Komparator 56 nimmt einen Vergleich zwischen dem Spannungswert V1 und dem Schwellenwert Vth vor, die über die beiden Eingangsanschlüsse des Komparators 56 eingegeben werden, und der Komparator 56 gibt das Vergleichsergebnis an den Boost-Controller 55.
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Wenn der Wert, der vom Komparator 56 eingegeben wird, beispielsweise ein positiver Wert ist, gibt der Boost-Controller 55 kein Gate-Signal an das Schaltelement 52. Folglich wird das Schaltelement 52 in einen Aus-Zustand versetzt, so dass die Spannung der Seite des Eingangsanschlusses 501 und die Spannung der Seite des Ausgangsanschlusses 502 zueinander gleich sind.
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Demgegenüber betreibt der Boost-Controller 55, wenn der Wert, der vom Komparator 56 eingegeben wird, ein negativer Wert ist, das Schaltelement 52 zur Ausführung eines Schaltbetriebs derart, dass das Schaltelement 52 einen Ein-Zustand und den Aus-Zustand wiederholt. Auf diese Weise wird die Spannung des Eingangsanschlusses 501 erhöht und am Ausgangsanschluss 502 ausgegeben.
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D. h., der Verstärker 50 gibt die erhöhte Spannung (verstärkte Spannung) aus, die erzeugt wird, indem die Spannung des Eingangsanschlusses 501 verstärkt bzw. hochgesetzt wird, wenn der Spannungswert V1 der elektrischen Energie, die von der Batterie 13 eingegeben wird, unter den Schwellenwert Vth fällt. Auf diese Weise kann die Spannung der elektrischen Energie, die an den Controller 30 und die Regler 41, 42 gegeben wird, bei einem Wert von größer oder gleich dem Schwellenwert Vth gehalten werden.
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Der Schwellenwert Vth wird vorzugsweise derart eingestellt, dass er unter einem Tiefstwert VNmin des normalen Bereichs der Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, und über einem erforderlichen Mindestbetriebsspannungswert VCmin des Controllers 30 liegt. Der normale Bereich der Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, ist ein Spannungsbereich der normalen Zeit, in der eine Spannungsänderung infolge beispielsweise eines Anlassens des Verbrennungsmotors nicht auftritt.
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In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der erforderliche Mindestbetriebsspannungswert VCmin des Controllers 30 einem erforderlichen Mindestbetriebsspannungswert des Reglers 31. Ferner ist der erforderliche Mindestbetriebsspannungswert VCmin des Controllers 30 eine Spannung, die die Betriebe der Regler 41, 42 garantiert.
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In der vorliegenden Ausführungsform können der Regler 31, die Inverteransteuereinheit 33, der Verstärker 50 und die Regler 41, 42 in einem einzigen Chip oder in einer einzigen Baugruppe integriert werden. Auf diese Weise kann eine Zunahme der Kosten oder der Größe, die durch das Hinzufügen des Verstärkers 50 verursacht werden könnte, vermieden werden.
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Obgleich der Einfachheit halber nicht in der 1 gezeigt, kann die Steuervorrichtung 1 ferner einen Regler aufweisen, der mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden ist und die elektrische Energie an den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 95 gibt.
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Die Verstärker- oder Hochsetzschaltung 330 der Inverteransteuereinheit 33 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 kurz beschrieben. 3 zeigt schematisch ein Beispiel, in dem die Verstärkerschaltung 330 als eine zweistufige Ladungspumpe aufgebaut ist.
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Die Verstärkerschaltung 330 weist Dioden 331, 332, Kondensatoren 333, 334 und Schaltelemente (wie beispielsweise MOSFETs) 335, 336 auf.
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So wird beispielsweise in einem Zustand, in dem das Schaltelement 335 ausgeschaltet ist, während das Schaltelement 336 eingeschaltet ist, der Kondensator 333 mit einer Spannung Vc1 = Vin – Vf geladen, wenn die Bereitstellung der Eingangsspannung Vin für den Kondensator 333 erfolgt. Hierin kennzeichnet Vf eine Durchlassspannung der jeweiligen Dioden 331, 332.
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Anschließend wird in einem Zustand, in dem das Schaltelement 335 eingeschaltet ist, während das Schaltelement 336 ausgeschaltet ist, eine Ausgangsspannung Vout zu Vout = Vin + Vc1 – Vf, d. h. Vout = 2Vin – 2Vf.
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Wenn die Schaltelemente 335, 336 angesteuert werden, um ihrerseits einen Schaltbetrieb hoher Geschwindigkeit auszuführen, wird die Ausgangsspannung Vout, die verstärkt wird, um den doppelten Wert der Eingangsspannung Vin aufzuweisen, ausgegeben.
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Hier sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Stufen der Ladungspumpe erhöht werden kann, um die Ausgangsspannung Vout zu erhöhen.
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Für gewöhnlich wird die Ausgangsspannung Vout der Verstärkerschaltung 330 als ein Gate-Signal der Schaltelemente 21–23 auf der Seite hohen Potentials des Inverters 20 verwendet, um die Schaltbetriebe bzw. Schaltoperationen dieser Schaltelemente 21–23 auf der Seite hohen Potentials auszuführen. Insbesondere wird die Ausgangsspannung Vout der Verstärkerschaltung 330 verwendet, um die elektrische Ladung an den Gate-Anschluss der Schaltelemente 21–23 zu geben. Ferner wird, für gewöhnlich, die Eingangsspannung Vin als ein Gate-Signal der Schaltelemente 24–26 auf der Seite niedrigen Potentials verwendet, um die Schaltbetriebe bzw. Schaltoperationen dieser Schaltelemente 24–26 auf der Seite niedrigen Potentials auszuführen. Alternativ kann die Ausgangsspannung Vout als ein Gate-Signal der Schaltelemente 24–26 auf der Seite niedrigen Potentials verwendet werden, um die Schaltbetriebe dieser Schaltelemente 24–26 auf der Seite niedrigen Potentials auszuführen.
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Hierin ist die Gate-Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die jeweiligen Schaltelemente 21–26 einzuschalten, mit Qg gekennzeichnet. In solch einem Fall wird die Menge an elektrischer Ladung des Kondensators 334, der sich unter den Kondensatoren 333, 334 der Verstärkerschaltung 330 am nächsten zur Ausgangsseite befindet, derart bestimmt, dass sie ein Verhältnis von Qg × n < Q erfüllt. Hierin kennzeichnet n die Anzahl der Schaltelemente 21–23 auf der Seite hohen Potentials des Inverters 20, die in dieser Ausführungsform drei beträgt. Der Kondensator 333 ist angeordnet, um den Kondensator 334 mit der elektrischen Ladung zu laden.
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Nachstehend sind Vorteile der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
- (1) Die Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform steuert, wie vorstehend beschrieben, den Betrieb des Motors 80, der durch die elektrische Energie angetrieben wird, die von der Batterie 13 bereitgestellt wird, wobei die Steuervorrichtung 1 den Inverter 20, den Controller 30 und den Verstärker 50 aufweist.
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Der Inverter 20 weist die mehreren Schaltelemente 21–26 auf. Der Inverter 20 wandelt die von der Batterie 13 bereitgestellte elektrische Energie und gibt die gewandelte elektrische Energie an den Motor 80. Der Controller 30 wird durch die elektrische Energie betrieben, die von der Batterie 13 empfangen wird, um den Betrieb des Inverters 20 zu steuern. Der Verstärker 50 ist dazu ausgelegt, die Spannung der elektrischen Energie zu verstärken, die von der Batterie 13 empfangen wird, und die verstärkte Spannung an den Controller 30 auszugeben.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion kann für den Fall, dass die Spannung der elektrischen Energie, die von der Batterie 13 für den Controller 30 bereitgestellt wird, abfällt, die verstärkte Spannung, die von dem Verstärker 50 verstärkt wird, an den Controller 30 gegeben werden. Folglich kann das Rebooten des Controllers 30 oder das Stoppen des Betriebs des Controllers 30 vermieden werden, so dass der Schaltbetrieb zur Steuerung des Betriebs des Motors 80 kontinuierlich ohne Unterbrechung erfolgen kann.
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Ferner kann, gemäß der vorstehend beschriebenen Konstruktion, der Verstärker 50 in Übereinstimmung mit dem Controller 30 ausgelegt werden, der mit der erforderlichen Mindestspannung betreibbar ist, die unter der erforderlichen Mindestspannung des Inverters 20 liegt. Folglich kann, verglichen mit dem Fall, dass der Verstärker in Übereinstimmung mit dem Inverter ausgelegt wird, um das Abfallen der Eingangsspannung zu begrenzen, die an die Steuervorrichtung gelegt wird, die Größe des Verstärkers 50 reduziert werden. Dementsprechend kann die Größe der den Verstärker 50 aufweisenden Steuervorrichtung 1 reduziert werden.
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Folglich wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Steuervorrichtung 1, die den Steuerbetrieb des Motors 80 auch während des Abfallens der Energieversorgungsspannung aufrechterhalten kann, in kompakter Bauweise bereitgestellt.
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Für gewöhnlich ist die Diode (die Diode 15 in der vorliegenden Ausführungsform) mit der Energieversorgungsleitung des Zündungsanschlusses verbunden. Demgegenüber ist eine Diode nicht mit der Energieversorgungsleitung des Energieversorgungsanschlusses verbunden, aufgrund von beispielsweise der Rückgewinnung eines regenerativen elektrischen Stroms vom Motor zur Batterie.
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Der Verstärker 50 der vorliegenden Ausführungsform ist mit der IG-Energieversorgungsleitung Lig verbunden, um die Spannung der elektrischen Energie zu verstärken, die von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12 bereitgestellt wird, und die Diode 15 ist zwischen den Zündungsanschluss 12 und den Verstärker 50 geschaltet. Folglich fließt auch dann, wenn der Feldabbau (Decay) (die negative Stoßspannung) erzeugt wird, der elektrische Strom nicht über das Schaltelement 52 des Verstärkers 50. Dementsprechend kann eine Beschädigung des Schaltelements 52 des Verstärkers 50 vermieden werden.
- (2) In der vorliegenden Ausführungsform verstärkt der Verstärker 50 die Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, für den Fall, dass die Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, unter den Schwellenwert Vth sinkt. Der Schwellenwert Vth wird vorzugsweise derart eingestellt, dass er unter dem Tiefstwert VNmin des normalen Bereichs der Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, und über dem erforderlichen Mindestbetriebsspannungswert VCmin des Controllers 30 liegt.
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4 zeigt beispielsweise ein Diagramm, das das Verhalten der Spannung V1, die von der Batterie 13 an die Steuervorrichtung 1 gegeben wird, während des Anlassens des Verbrennungsmotors zeigt.
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Im Beispiel der 4 verstärkt der Verstärker 50 die Spannung von dem Zeitpunkt (dem Zeitpunkt T1) des Fallens der Spannung V1 unter den Schwellenwert Vth bis zu dem Zeitpunkt (dem Zeitpunkt T2) der Erholung der Spannung V1 auf einen Wert von größer oder gleich dem Schwellenwert Vth. Während dieser Zeitspanne wird die verstärkte Spannung, die von dem Verstärker 50 verstärkt wird, an den Controller 30 gegeben. Folglich kann die Spannung, die an den Controller 30 gegeben wird, auf einem Wert von größer oder gleich dem Schwellenwert Vth gehalten werden.
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Hierin wird der Schwellenwert Vth der Spannung V1 derart eingestellt, dass er unter dem Tiefstwert VNmin des normalen Bereichs der Spannung liegt, die von der Batterie 13 eingegeben wird. Folglich wird, wenn die Spannung, die von der Batterie 13 an den Controller 30 gegeben wird, innerhalb des normalen Bereichs der Spannung liegt, der Betrieb des Verstärkers 50 gestoppt. Der Verstärker 50 wird gestoppt, wenn er nicht benötigt wird. Folglich können die Erzeugung des Rauschens sowie der Verbrauch an elektrischer Energie beschränkt werden.
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Ferner wird der Schwellenwert Vth derart eingestellt, dass er über dem erforderlichen Mindestbetriebsspannungswert VCmin des Controllers 30 liegt. Folglich kann die Spannung, die an den Controller 30 gegeben wird, stets über dem erforderlichen Mindestbetriebsspannungswert VCmin gehalten werden. Auf diese Weise können das Rebooten des Controllers 30 oder das Stoppen des Betriebs des Controllers 30 in geeigneter Weise vermieden werden.
- (3) In der vorliegenden Ausführungsform weist der Controller 30 den Mikrocomputer 32 und die Inverteransteuereinheit 33 auf. Der Mikrocomputer 32 gibt das Steuersignal zur Steuerung des Betriebs des Inverters 20 aus. Die Inverteransteuereinheit 33 weist die Verstärkerschaltung 330 auf und steuert den Inverter 20 auf der Grundlage des Steuersignals an. Der Verstärker 50 kann die verstärkte Spannung sowohl an den Mikrocomputer 32 als auch an die Inverteransteuereinheit 33 ausgeben.
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Gemäß der obigen Konstruktion können das Rebooten des Mikrocomputers 32 oder das Stoppen des Betriebs des Mikrocomputers 32 vermieden werden. Ferner kann die Eingangsspannung Vin, die an die Verstärkerschaltung 330 der Inverteransteuereinheit 33 gegeben wird, auf einem Wert von größer oder gleich der vorbestimmten Spannung gehalten werden.
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Für den Fall, dass der Verstärker 50 nicht vorhanden ist, wird, wenn die Eingangsspannung Vin, die an die Verstärkerschaltung 330 gegeben wird, abfällt, die Ausgangsspannung Vout der Verstärkerschaltung 330 ebenso abfallen. In solch einem Fall ist es erforderlich, die Verstärkerschaltung 330 derart aufzubauen, dass die Schaltelemente 21–26 auch während des Abfallens der Ausgangsspannung Vout eingeschaltet werden können.
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Die Menge Q an elektrischer Ladung des Kondensators 334, der sich unter den Kondensatoren 333, 334 der Verstärkerschaltung 330 am nächsten zur Ausgangsseite befindet, muss, wie vorstehend beschriebenen, beispielsweise das Verhältnis Qg × n < Q erfüllen (n kennzeichnet die Anzahl der Schaltelemente 21–23 auf der Seite hohen Potentials).
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Für den Fall, dass eine Kapazität des Kondensators 334 mit C gekennzeichnet ist, während der Kondensator 334 mit der elektrischer Ladung durch die Spannung V (= Vout) geladen wird, wird die Menge Q an elektrischer Ladung des Kondensators 334 durch Q = CV beschrieben. Um das Verhältnis Qg × n < Q auch während des Abfallens der Ausgangsspannung Vout zu erfüllen, muss die Kapazität C des Kondensators 334 im Hinblick auf den Betrag des Abfallens der Ausgangsspannung Vout erhöht werden. Folglich wird die Größe des Kondensators 334 erhöht. Ferner muss, aus den gleichen Gründen wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Kondensator 334 beschrieben, ebenso die Kapazität des Kondensators 333 erhöht werden, so dass die Größe des Kondensators 333 erhöht wird.
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Demgegenüber kann, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Eingangsspannung Vin, die an die Verstärkerschaltung 330 gegeben wird, auf einem Wert von größer oder gleich der vorbestimmten Spannung gehalten werden. D. h., die Ausgangsspannung Vout der Verstärkerschaltung 330 kann auf einem Wert von größer oder gleich der entsprechenden vorbestimmten Spannung gehalten werden. Folglich können die Kapazitäten der Kondensatoren 333, 334 gering ausgelegt werden, so dass die Größen der Kondensatoren 333, 334 gering ausgelegt werden können. Dies führt dazu, dass die Größe des Controllers 30 gering ausgelegt werden kann.
- (4) Die Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist ferner den Regler 42 auf. Der Regler 42 empfängt die elektrische Energie von der Batterie 13 und gibt die empfangene elektrische Energie an den Drehwinkelsensor 29, der die Drehposition des Motors 80 misst. Der Verstärker 50 kann die verstärkte Spannung an den Regler 42 ausgeben.
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Gemäß der obigen Konstruktion kann, ähnlich dem Controller 30, die Spannung, die an den Regler 42 gegeben wird, stets auf einem Wert von größer oder gleich der vorbestimmten Spannung gehalten werden. Folglich kann der Drehwinkelsensor 29 das Sensorausgangssignal korrekt ausgeben, so dass der Controller 30 den Betrieb des Motors 80 auf der Grundlage des Sensorausgangssignals des Drehwinkelsensors 29 in geeigneter Weise steuern kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind der Regler 41 und der Drehmomentsensor 94 gleich bzw. ähnlich dem Regler 42 und dem Drehwinkelsensor 29 aufgebaut, die vorstehend beschrieben sind. Folglich können die gleichen Vorteile wie diejenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf den Regler 42 und den Drehwinkelsensor 29 beschrieben sind, erzielt werden.
- (5) In der vorliegenden Ausführungsform weist die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 die Steuervorrichtung 1 und dem Motor 80 auf. Der Motor 80 wird durch die Steuervorrichtung 1 gesteuert und gibt das Hilfsdrehmoment aus, das die Lenkbetätigung bzw. das Lenken des Lenkrades 91 unterstützt, das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird.
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Gemäß der obigen Konstruktion kann, auch wenn die Spannung der Batterie 13 aufgrund von beispielsweise dem Anlassen des Verbrennungsmotors abfällt, der Steuerbetrieb des Motors 80 aufrechterhalten werden. Folglich kann der Motor 80 die Erzeugung des Hilfsdrehmoments, das die Lenkbetätigung des Lenkrades 91 unterstützt, das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird, aufrechterhalten. Auf diese Weise kann das störende Gefühl des Fahrers des Fahrzeugs gemindert werden.
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Ferner kann die Steuervorrichtung 1, wie vorstehend beschrieben, eine geringe Größe aufweisen. Folglich kann die Steuervorrichtung 1 auf einfache Weise in dem Raum des Fahrzeugs installiert werden, in dem die elektrische Servolenkungsvorrichtung 99 installiert wird.
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Ferner kann ein Verfahren (siehe beispielsweise
JP 5 257 389 B2 ) zur Aufrechterhaltung des Hilfsdrehmoments, während der dem Motor
80 zugeführte elektrische Strom begrenzt wird, in dieser Ausführungsform zusammen angewandt werden, um das Anlassen des Verbrennungsmotors zu bewältigen, ohne dass ein großer externer Gleichspannungswandler erforderlich ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend ist eine Steuervorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der ersten Ausführungsform, dass die Steuervorrichtung 2 eine Energieversorgungsleitung Ls aufweist, die eine elektrische Verbindung zwischen der PIG-Energieversorgungsleitung Lpig und die IG-Energieversorgungsleitung Lig herstellt.
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Ein Ende der Energieversorgungsleitung Ls ist mit einem Punkt zwischen dem Energieversorgungsanschluss 11 und dem Inverter 20 auf der PIG-Energieversorgungsleitung Lpig verbunden, und das andere Ende der Energieversorgungsleitung Ls ist mit dem Controller 30, dem Verstärker 50 und den Reglern 41, 42 verbunden. Auf diese Weise kann die elektrische Energie, die von der Batterie 13 über die PIG-Energieversorgungsleitung Lpig bereitgestellt wird, über die Energieversorgungsleitung Ls an den Controller 30, den Verstärker 50 und die Regler 41, 42 gegeben werden.
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Ferner ist eine Diode 17 mit der Energieversorgungsleitung Ls verbunden. Die Diode 17 ist derart angeordnet, dass sich eine Kathode der Diode 17 auf der Seite befindet, auf der der Controller 30 und der Verstärker 50 angeordnet sind, und die Diode 17 richtet den über die Energieversorgungsleitung Ls fließenden elektrischen Strom gleich.
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In der zweiten Ausführungsform können der Controller 30, der Verstärker 50 und die Regler 41, 42 nicht nur die elektrische Energie empfangen, die von der Batterie 13 über den Zündungsanschluss 12 bereitgestellt wird, sondern ebenso die elektrische Energie empfangen, die von der Batterie 13 über den Energieversorgungsanschluss 11 und die Energieversorgungsleitung Ls bereitgestellt wird. Für den Fall, dass sowohl die Spannung der elektrischen Energie, die über den Zündungsanschluss 12 bereitgestellt wird, als auch die Spannung der elektrischen Energie, die über den Energieversorgungsanschluss 11 bereitgestellt wird, unter den Schwellenwert Vth abfallen, kann der Verstärker 50 die Spannung der elektrischen Energie, die über den Zündungsanschluss 12 oder den Energieversorgungsanschluss 11 bereitgestellt wird, verstärken.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform können die gleichen Vorteile wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Ferner kann, auch wenn die Bereitstellung der elektrischen Energie über den Zündungsanschluss 12 während beispielsweise des Ausschaltens des Zündungsanschlusses 12 blockiert wird, die Spannung der elektrischen Energie, die über den Energieversorgungsanschluss 11 und die Energieversorgungsleitung Ls bereitgestellt wird, verstärkt und beispielsweise an den Controller 30 gegeben werden.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Der Motor der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den bürstenlosen Drehstrommotor beschränkt. Der Motor der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein elektrischer Bürstenmotor sein. Ferner ist der Leistungswandler der vorliegenden Erfindung nicht auf den Drehstromwechselrichter beschränkt, sondern kann beispielsweise eine H-Brückenschaltung sein.
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Der Verstärker der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Schaltwandler beschränkt, sondern kann von beliebiger Bauart sein, die die Spannung verstärkt. Ferner kann der Zeitpunkt zur Spannungsverstärkung über den Verstärker frei bestimmt werden.
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Die Struktur des Controllers der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Struktur beschränkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Controller beispielsweise derart aufgebaut sein, dass der Regler die elektrische Energie sowohl an den Mikrocomputer als auch an die Inverteransteuereinheit gibt. Ferner ist die Verstärkerschaltung, die in der Inverteransteuereinheit enthalten ist, nicht auf die Ladungspumpenschaltung beschränkt. Die Verstärkerschaltung kann beispielsweise eine Bootstrap-Schaltung sein.
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Die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung muss nicht auf die elektrische Servolenkungsvorrichtung angewandt werden. D. h., die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auf jede beliebige Vorrichtung mit einem Elektromotor angewandt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist, wie vorstehend beschrieben, nicht auf die obigen Ausführungsformen und Modifikation beschränkt. D. h., die obigen Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung können ferner auf andere Weise modifiziert werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Vorstehend sind eine Steuervorrichtung und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung beschrieben.
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Eine Steuervorrichtung 1 steuert einen Betrieb eines Elektromotors 80, der durch elektrische Energie angetrieben wird, die von einer Batterie 13 bereitgestellt wird. Die Steuervorrichtung 1 weist einen Inverter 20, einen Controller 30 und einen Verstärker 50 auf. Der Inverter 20 weist Schaltelemente 21–26 auf. Der Inverter 20 wandelt elektrische Energie, die von der Batterie 13 bereitgestellt wird, und gibt die gewandelte elektrische Energie an den Motor 80. Der Controller 30 wird durch die elektrische Energie betrieben, die von der Batterie 13 bereitgestellt wird, um den Betrieb des Inverters 20 zu steuern. Der Verstärker 50 verstärkt die Spannung, die von der Batterie 13 eingegeben wird, und gibt die verstärkte Spannung an den Controller 30 aus. Für den Fall, dass die Spannung der elektrischen Energie, die von der Batterie 13 an den Controller 30 gegeben wird, abfällt, kann die elektrische Energie, die die Spannung aufweist, die vom Verstärker 50 verstärkt wird, an den Controller 30 gegeben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-163515 A [0002]
- US 2011/0231064 A1 [0002]
- JP 5257389 B2 [0080]
