DE112014003605T5

DE112014003605T5 - Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor

Info

Publication number: DE112014003605T5
Application number: DE112014003605.6T
Authority: DE
Inventors: Tomishige Yatsugi; Toshiaki Oyama; Tomonobu Koseki
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: WO2015019652A1; JP6129677B2; DE112014003605B4; CN105359366B; CN105359366A; KR20170010912A; KR101841406B1; US9806643B2; US20160181953A1; KR20160005788A; JP2015033273A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor und ein Steuerungsverfahren davon. In der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung einer elektrischen Bremse verhindert, während ein Halbleiterrelais vor einem übermäßigen Spannungsstoß geschützt wird. Die Antriebssteuerungsvorrichtung ist konfiguriert, so dass sie umfasst: eine Antriebsschaltung zur Steuerung des Antriebs des elektrischen Motors; ein Halbleiterrelais, das an einer Antriebsleitung zwischen der Antriebsschaltung und dem elektrischen Motor angeordnet ist, um einen Strom von der Antriebsschaltung zum elektrischen Motor zu unterbrechen; und eine aktive Klemmschaltung zum Einschalten des Halbleiterrelais, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Antriebsschaltungsseite und der Seite des elektrischen Motors des Halbleiterrelais größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor.
Hintergrund
Herkömmlicherweise wird ein Phasenunterbrechungsrelais (Phasenrelais) zwischen einer Motorantriebsschaltung und einem elektrischen Motor vorgesehen, um das Auftreten einer elektrischen Bremse im elektrischen Motor z. B. aufgrund des Versagens einer Inverterschaltung oder dergleichen zu verhindern. Wenn ein Halbleiterrelais unter Verwendung einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. einem MOSFET, für dieses Phasenrelais eingesetzt wird, kann das Produkt klein gebildet werden und die Zuverlässigkeit davon kann erhöht werden. Da das Halbleiterrelais jedoch zum größten Teil durch die Widerstandsspannung beschränkt wird, ist es erforderlich, das Halbleiterrelais vor einem Spannungsstoß zu schützen, der aufgrund der Induktivität des elektrischen Motors beim Unterbrechen der Phase erzeugt wird.
Folglich wird in Patentdokument 1 zum Schutz des Halbleiterrelais z. B. ein Widerstand parallel zu einem Halbleiterrelais geschaltet. Wenn ein Strom in einem Zustand, in dem das Halbleiterrelais ausgeschaltet ist, durch den Widerstand fließt, kann ein Unterschied im Potential verringert werden, das an das Halbleiterrelais angelegt wird, sodass dieses nicht die Widerstandsspannung übersteigt.
Liste zitierter Dokumente
Patentdokument

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungs-Nr. 2002-238287

Zusammenfassung der Erfindung
Problem, das durch die Erfindung zu lösen ist
Der Widerstandswert des Widerstands ist jedoch zu reduzieren, um das Halbleiterrelais vor einem hohen Spannungsstoß unter Verwendung der Technik in Patentdokument 1 zu schützen.
Wenn der Widerstandswert verringert wird, dann verringert sich die Impedanz einer geschlossenen Schleife als ein Faktor einer elektrischen Bremse und dies verringert oder verhindert die ursprüngliche Funktion des Phasenrelais, das Auftreten der elektrischen Bremse zu verhindern. Aus diesem Grund ist es schwierig, sowohl den Schutz vor einem übermäßigem Spannungsstoß, als auch die Unterdrückung der elektrischen Bremse zu erfüllen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe davon, eine Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor bereitzustellen, die die Erzeugung einer elektrischen Bremse verhindert, während ein Halbleiterrelais vor einem übermäßigen Spannungsstoß geschützt wird.
Mittel zum Lösen des Problems
Folglich ist die Antriebssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert, sodass sie umfasst: eine Antriebsschaltung zur Steuerung des Antriebs eines elektrischen Motors; ein Halbleiterrelais, das an einer Antriebsleitung zwischen der Antriebsschaltung und dem elektrischen Motor angeordnet ist, um eine Stromversorgung der Antriebsschaltung zum elektrischen Motor zu unterbrechen; und eine aktive Klemmschaltung zum Einschalten des Halbleiterrelais, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Antriebsschaltungsseite und der Seite des elektrischen Motors des Halbleiterrelais größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Halbleiterrelais durch die aktive Klemmschaltung einzuschalten, um zu verhindern, dass der Spannungsstoß an das Halbleiterrelais angelegt wird, um dadurch das Halbleiterrelais zu schützen, falls ein übermäßiger negativer Spannungsstoß erzeugt wird, wenn ein Ausfall, der zu einer elektrischen Bremse führt, erfasst wird, um das Halbleiterrelais auszuschalten. Folglich ist es möglich, die Erzeugung einer elektrischen Bremse zu verhindern, während das Halbleiterrelais vor einem übermäßigen Spannungsstoß geschützt wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine schematische Konfigurationsansicht einer elektrischen Servolenkvorrichtung.
2 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Schaltungsansicht einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Schaltungsansicht zur Erläuterung einer Variation der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
In den Ausführungsformen wird eine elektrische Servolenkvorrichtung als ein Beispiel einer Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor beschrieben.
Gemäß der Darstellung in 1 ist die elektrische Servolenkvorrichtung, ein sogenanntes EPS(Electric Power Steering)-System, konfiguriert, sodass es ein Lenkrad 100, einen Lenkmomenterfassungssensor 110, einen Hilfsmotor 120, eine Steuerung 130 und dergleichen umfasst. Der oben genannte Lenkmomenterfassungssensor 110 und ein Untersetzungsgetriebe 160 werden innerhalb einer Lenksäule 150 mit Lenkwelle 140 bereitgestellt.
Wenn ein Fahrer eines Fahrzeugs eine Lenkoperation durchführt, dann wird ein in der Lenkwelle 140 erzeugtes Lenkmoment durch den Lenkmomenterfassungssensor 110 erfasst. Auf Basis dieses Lenkmomentsignals S1, eines Fahrzeugsgeschwindigkeitsignals S2 und dergleichen wird der Hilfsmotor 120 durch die Steuerung 130 zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft durch den Hilfsmotor 120 gemäß einem Reisezustand angetrieben. Folglich bewegt sich eine Zahnstangenwelle 180 in einer Reiserichtung horizontal von einer Seite zur anderen, um die Lenkoperation des Fahrers zum Abbiegen des Fahrzeugs auf die Räder (Reifen) 200 zu übertragen, wenn ein Ritzel 170 gedreht wird, das an der Spitze der Lenkwelle 140 bereitgestellt ist.
[Erste Ausführungsform]
Als Nächstes wird die Schaltungskonfiguration einer elektrischen Servolenksteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben. In 2 wird der Hilfsmotor in dem in 1 dargestellten EPS-System mittels einer Steuereinheit als Steuerung gesteuert. Der Hilfsmotor 120 und die Steuerung 130 aus 1 sind gebildet, sodass sie einem elektrischen Motor M bzw. einer Steuereinheit 300 entsprechen, um einem Mikrocomputer 6 in der Steuereinheit 300 ein Lenkmomentsignal S1, ein Fahrzeugsgeschwindigkeitssignal S2 und dergleichen zuzuführen (nicht dargestellt). Dann wird der elektrische Motor M durch den Mikrocomputer 6 über eine Invertertreiberschaltung 2, die als Antriebsschaltung und als Inverterschaltung 1 dient, zur Erzeugung einer Lenkhilfskraft gemäß einem Reisezustand angetrieben.
Die Steuereinheit 300 ist ausgebildet, sodass sie ferner Phasenrelais 3U, 3V, 3W, Versorgungsrelais 4 (ein Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und ein Regenerationsunterbrechungsrelais 4b), einen Versorgungs-IC 5, Treiber 7a, 7b einer diskreten Struktur für die Versorgungsrelais, die Treiber 8U, 8V, 8W einer diskreten Struktur für die Phasenrelais 3U, 3V, 3W, eine Boost-Schaltung 9, aktive Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W und dergleichen umfasst.
Die Versorgungs-IC 5 versorgt den Mikrocomputer 6 auf Basis einer Versorgungsspannung, die durch eine Energiequelle, wie z. B. eine Batterie, angelegt wird, mit einer Antriebsleistung. Die Versorgungsspannung wird auch von der Batterie an die Boost-Schaltung 9 angelegt und die Versorgungsspannung wird erhöht, um eine erhöhte Spannung zu erzeugen.
Basierend auf der Steuerung durch den Mikrocomputer 6 legt ein Treiber 7a ein Steuersignal mit einem Spannungsniveau, das durch die Boost-Schaltung 9 erhöht wurde, zur Durchführung einer EIN- und AUS-Steuerung an das Versorgungsunterbrechungsrelais (Halbleiterrelais) 4a an. In ähnlicher Weise liegt der Treiber 7b auf Basis der Steuerung durch den Mikrocomputer 6 das Steuersignal mit einem Spannungsniveau, das durch die Boost-Schaltung 9 zur Durchführung einer EIN- und AUS-Steuerung erhöht wurde, an das Regenerationsunterbrechungsrelais (Halbleiterrelais) 4b an.
Die Versorgungsrelais 4 (das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b) werden durch N-Kanal-MOSFETs gebildet. In diesen MOSFETs sind ein Drain-Source-Strompfad und ein Source-Drain-Strompfad in Reihe geschaltet, um eine Betriebsleistung von der Batterie über eine Versorgungsleitung 15 zur Inverterschaltung 1 zu übertragen. Des Weiteren stellen in diesen MOSFETs in der Vorwärtsrichtung zwischen Source und Drain verbundene Dioden D10, D11 parasitäre Dioden dar.
Die Inverterschaltung 1 weist eine Dreiphasenbrückeschaltungskonfiguration mit drei Paaren von Halbleitervorrichtungen zum Antrieb jeder Phase aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des elektrischen Motors M über entsprechende Antriebsleitungen 14U, 14V, 14W auf. In diesem Beispiel wird jede Halbleitervorrichtung durch jeden der N-Kanal-MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH und 1WL gebildet.
Die Drain-Source-Strompfade der MOSFETs 1UH und 1UL sind zwischen der Versorgungsleitung 15 und einem Erdungspunkt verbunden und ein Ende der oben genannten Antriebsleitung 14U ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden. Die Drain-Source-Strompfade der MOSFETs 1VH und 1VL sind zwischen der Versorgungsleitung 15 und dem Erdungspunkt in Reihe geschaltet und ein Ende der oben genannten Antriebsleitung 14V ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden. Weiterhin sind die Drain-Source-Strompfade der MOSFETs 1WH und 1WL zwischen der Versorgungsleitung 15 und dem Erdungspunkt in Reihe geschaltet und ein Ende der oben genannten Antriebsleitung 14W ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden.
In jedem der MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL stellt jede der Dioden D1 bis D6 zwischen Source und Drain in der Durchlassrichtung eine parasitäre Diode dar.
Die Invertertreiberschaltung 2 umfasst: entsprechende H-seitige Treiber 2UH, 2VH, 2WH entsprechend den MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH, die Treibervorrichtungen sind, die stromaufwärts angeordnet sind (obere Zweige); und entsprechende L-seitige Treiber 2UL, 2VL, 2WL entsprechend den MOSFETs 1UL, 1VL, 1WL, die Treibervorrichtungen stromabwärts (untere Zweige) in der Inverterschaltung 1 sind. Die durch die Boost-Schaltung 9 erhöhte Versorgungsspannung wird an diese H-seitigen Treiber 2UH, 2VH, 2WH und L-seitigen Treiber 2UL, 2VL, 2WL angelegt und durch den Mikrocomputer 6 gesteuert. Das Gate von jedem MOSFET 1UH, 1VH, 1WH ist mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss von jedem H-seitigen Treiber 2UH, 2VH, 2WH verbunden, sodass ein Einschalten und Ausschalten davon selektiv gesteuert werden kann. Das Gate von jedem MOSFET 1UL, 1VL, 1WL ist mit einem Ausgangsanschluss von jedem L-seitigen Treiber 2UL, 2VL, 2WL entsprechend verbunden, sodass ein Ein- und Ausschalten davon selektiv gesteuert werden kann.
Zwischen der Inverterschaltung 1 und dem elektrischen Motor M, insbesondere an entsprechenden Antriebsleitungen 14U, 14V, 14W, sind entsprechende Phasenrelais (erste Halbleiterrelais) 3U, 3V, 3W bereitgestellt. Für diese Phasenrelais 3U, 3V, 3W werden Halbleitervorrichtungen verwendet, in diesem Beispiel insbesondere N-Kanal-MOSFETs, um eine Stromversorgung zwischen der Inverterschaltung und dem elektrischen Motor M zu unterbrechen. Für die entsprechenden Phasen sind weiterhin Treiber 8U, 8V, 8W bereitgestellt, die den entsprechenden Phasenrelais 3U, 3V, 3W entsprechen. Das Drain von jedem MOSFET, der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, ist mit der Seite der Inverterschaltung 1 verbunden, das Source ist mit der Seite des elektrischen Motors M verbunden und das Gate ist mit jedem der Treiber 8U, 8V, 8W verbunden. Zwischen den Source und Drains dieser MOSFETs sind parasitäre Dioden D7 bis D9 gebildet und die Richtung der parasitären Dioden D7 bis D9 liegt in der Durchlassrichtung von der Seite des elektrischen Motors M zur Seite der Inverterschaltung 1. Die erhöhte Versorgungsspannung der Boost-Schaltung 9 wird an die Treiber 8U, 8V, 8W angelegt und durch jede der Steuerleitungen (erste Steuerleitungen) 16U, 16V, 16W wird auf Basis der Steuerung durch den Mikrocomputer 6 zum Treiber der Phasenrelais 3U, 3V, 3W individuell (EIN- und AUS-Steuerung) ein Steuersignal an das Gate von jedem MOSFET angelegt.
Für jede Phase ist zwischen dem Ausgangsanschluss (Steuerleitung 16U, 16V, 16W) jedes Treibers 8U, 8V, 8W und jeder Antriebsleitung 11U, 11V, 11W zwischen der Inverterschaltung 1 und dem entsprechenden Phasenrelais 3U, 3V, 3W eine aktive Klemmschaltung (erste aktive Klemmschaltung) 10U, 10V, 10W angeschlossen. Mit anderen Worten, das Gate und Drain jedes MOSFETs, der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, sind durch die aktive Klemmschaltung 10U, 10V, 10W verbunden, insbesondere sind die Seiten der Treiber 8U, 8V, 8W und die Seite der Inverterschaltung 1 durch die entsprechende aktive Klemmschaltung 10U, 10V, 10W verbunden. Die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W weisen eine Rücken-an-Rücken-Struktur auf, in der die Anode gemeinsam mit zwei Zener-Dioden ZD1 und ZD2, ZD3 und ZD4, ZD5 und ZD6 entsprechend angeschlossen ist.
In der obigen Konfiguration wird die Antriebsleistung des Versorgungs-IC 5 beim Einschalten eines Zündschalters IG dem Mikrocomputer 6 zugeführt und die Versorgungsspannung wird an die Boost-Schaltung 9 angelegt. Die Versorgungsspannung, die durch die Boost-Schaltung 9 erhöht wird, ist entsprechend an die H-seitigen Treiber 2UH, 2VH, 2WH, die L-seitigen Treiber 2UL, 2VL, 2WL der Invertertreiberschaltung 2 und die Treiber 7a, 7b und 8U, 8V, 8W angelegt.
Der Mikrocomputer 6 steuert die Treiber 7a, 7b, um das Steuersignal an das Gate jedes MOSFET anzulegen, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b zur Durchführung einer EIN- und AUS-Steuerung bildet. Weiterhin wird z. B. durch den Mikrocomputer 6 ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) an die Invertertreiberschaltung 2 ausgegeben. Auf Basis dieses PWM-Signals legt jeder der H-seitigen Treiber 2UH, 2VH, 2WH und der L-seitigen Treiber 2UL, 2VL, 2WL in der Invertertreiberschaltung 2 ein Antriebssignal auf Basis des PWM-Signals an das Gate von jedem der MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH, 1UL, 1VL, 1WL in der Inverterschaltung 1 zur Durchführung einer selektiven EIN- und AUS-Steuerung an.
Weiterhin steuert der Mikrocomputer 6 die Treiber 8U, 8V, 8W zum Anlegen eines Steuersignals von diesen Treibern 8U, 8V, 8W an das Gate von jedem MOSFET, der die oben genannten Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, um eine EIN- und AUS-Steuerung durchzuführen.
Dann wird jeder der MOSFETs, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet, eingeschaltet und jeder der MOSFETs, der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, wird eingeschaltet, wenn der elektrische Motor M angetrieben wird. Weiterhin wird selektiv eine EIN- und AUS-Steuerung von jedem der MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH, 1UL, 1VL, 1WL der Inverterschaltung 1 durchgeführt, um die drei Phasen des elektrischen Motors M über die Antriebsleitungen 14U, 14V, 14W anzutreiben. In diesem Fall wird der Antriebszyklus des PWM-Signals geändert, wie erforderlich ist, um das Ausgangsdrehmoment des elektrischen Motors M zu steuern, um dadurch die Hilfskraft zu ändern.
Wenn ein Ausfall, der zu einer elektrischen Bremse führt, durch den Mikrocomputer 6 z. B. im Fall eines Kurzschlussfehlers von wenigstens einem der MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL der Inverterschaltung 1 erfasst wird, dann wird jeder der MOSFETs, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet, zum Unterbrechen der Energieversorgung ausgeschaltet, und jeder der MOSFETs, der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, wird durch den Treiber 8U, 8V, 8W ausgeschaltet, um den Eingangsfluss und Ausgangsfluss des Stroms von der Inverterschaltung 1 zum elektrischen Motor M zu unterbrechen. Dies zwingt den elektrischen Motor M zum Anhalten und unterbricht einen Strompfad, der durch die induzierte Spannung erzeugt wird, wenn sich der elektrische Motor dreht, insbesondere wird eine geschlossene Schleife unterbrochen, um das Auftreten der elektrischen Bremse zu verhindern.
Wenn einer der MOSFETs auf der Seite des oberen Zweigs (MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH) von den MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL der Inverterschaltung 1 durchbricht, wird das Phasenrelais (3U, 3V, 3W) der fehlerhaften Phase ausgeschaltet, sodass eine Ausfallsteuerung des Antriebs des elektrischen Motors M unter Verwendung von jeder verbleibenden Phasen durchgeführt werden kann.
Sogar, wenn ein Ausfall auftritt, der zur elektrischen Bremse führt, kann der Antrieb des elektrischen Motors M fortgesetzt werden, um eine Hilfskraft zu erzeugen, während eine elektrische Bremse verhindert wird.
Da die fehlerhafte Phase unterbrochen wird und der Antrieb des elektrischen Motors unter Verwendung der normalen zwei Phasen gesteuert wird, besteht die Möglichkeit, dass sich die Hilfskraft oder das Lenkvermögen im Vergleich zu einem Fall verringert, in dem alle Phasen normal sind. Das Antriebsleistungsvermögen kann jedoch im Vergleich zu einem Fall verbessert werden, in dem der elektrische Motor M angehalten wird, um die Hilfskraft zu verlieren.
Weiterhin weist die Ausführungsform die drei Phasenantriebskonfiguration auf; der elektrische Motor kann jedoch auch konfiguriert sein, um eine Phase hinzuzufügen, die in einem anormalen Zustand verwendet wird, um den Antrieb des elektrischen Motors unter Verwendung der normalen Phasen und der hinzugefügten Phase zu steuern, um dadurch die Hilfskraft ähnlich der in einem normalen Zustand zu erzeugen.
<Schutzoperation zum Zeitpunkt der Phasenunterbrechung>
Als Nächstes wird ein Antrieb im Detail beschrieben, in dem ein Ausfall, der zu einer elektrischen Bremse führt, durch den Mikrocomputer 6 erfasst wird, um eine Phasenunterbrechung durchzuführen. Wenn jeder der MOSFETs, der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildet, in einem Versorgungszustand ausgeschaltet wird, wird durch die entgegengesetzte elektromotorische Kraft, die durch die Induktivität des elektrischen Motors M erzeugt wird, ein großer negativer Spannungsstoß erzeugt. Hier erfolgt die Beschreibung auf Grundlage der Annahme, dass ein negativer Spannungsstoß von z. B. –40 [V] ans Source eines MOSFETs angelegt wird, der das Phasenrelais 3U bildet.
Wenn keine aktive Klemmschaltung 10U vorgesehen ist, ändert sich das Gatepotential Vg durch den an das Source angelegten Spannungsstoß, da der MOSFET von 0 [V] bis zu einem Potential gleich dem Sourcepotential Vs (= –40 V) eine Gatekapazität aufweist. Folglich verbleibt der MOSFET, der das Phasenrelais 3U bildet, in einem AUS-Zustand, sodass der Drain-Source-Potential-Unterschied gleich –40 [V] wird und folglich der MOSFET beim Überschreiten der Widerstandsspannung durchbrechen kann.
Andererseits wird das Gatepotential Vg durch die Durchbruchspannung –Vz der Zener-Diode ZD1 ohne Änderung auf das Potential des Sourcepotentials Vs (= –40 V) geklemmt, da die aktive Klemmschaltung 10U in der Ausführungsform bereitgestellt ist. Dadurch wird der Gate-Source-Spannungsunterschied gleich 40 – Vz [V], um den das Phasenrelais 3U bildenden MOSFET einzuschalten.
Die Durchbruchspannung Vz der Zener-Diode ZD1 ist eine Spannung, die kleiner ist als die der Widerstandsspannung des MOSFETs, und vorzugsweise ist die Durchbruchspannung Vz auf ein Spannungsniveau festgelegt, an dem der MOSFET eingeschaltet wird.
Folglich wird das Phasenrelais 3U eingeschaltet, bevor ein übermäßiger negativer Spannungsstoß angelegt wird, der die Widerstandsspannung des MOSFET übersteigt, um den Spannungsunterschied zu verringern, sodass ein Ausfall, wie z. B. der Durchbruch des MOSFET, verhindert werden kann. Wenn der Spannungsstoß klein ist, kann das Auftreten der elektrischen Bremse verhindert werden, da der das Phasenrelais 3U bildende MOSFET den AUS-Zustand beibehält.
Dasselbe gilt in dem Fall, in dem ein hoher negativer Spannungsstoß an jeden der MOSFETs angelegt wird, der die Phasenrelais 3V, 3W bildet. In diesem Fall wird das entsprechende Phasenrelais 3V oder 3W eingeschaltet, um den Potentialunterschied zu eliminieren, sodass ein Ausfall, wie z. B. der Durchbruch des MOSFETs, verhindert werden kann.
Wird der positive Spannungsstoß durch den elektrischen Motor M an das Phasenrelais 3U, 3V, 3W angelegt, fließt ein Strom über die parasitären Dioden D7 bis D9 vom Source des MOSFETs in die Drainseite. Folglich wird an die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildenden MOSFETs kein großer Potentialunterschied angelegt.
<Schutzoperation aus elektromotorischer Kraft des elektrischen Motors durch eine äußere Kraft>
In einem Phasenunterbrechungszustand und einem Zustand, in dem jeder der die Phasenrelais 3U, 3V, 3W darstellenden MOSFETs ausgeschaltet wird, kann der gleiche Schutz durchgeführt werden, wie der vor dem Spannungsstoß, sogar, wenn aufgrund einer Lenkoperation eines Fahrens über eine Bordsteinkante oder dergleichen eine äußere Kraft zum Drehen des elektrischen Motors M angewendet wird, um dadurch einen Energieerzeugungsmodus zu schalten. Mit anderen Worten, wenn die äußere Kraft groß ist (wenn sich der elektrische Motor M mit hoher Geschwindigkeit dreht), wird eine große negative elektromotorische Kraft durch den elektrischen Motor M erzeugt, werden die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildenden MOSFETs durch die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W eingeschaltet, um die Schutzoperation durchzuführen.
Andererseits kann eine elektrische Bremse unterdrückt werden, wenn die äußere Kraft klein ist (wenn sich der elektrische Motor mit geringer Geschwindigkeit dreht) und die elektromotorische Kraft klein ist, da die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W nicht in Betrieb sind und die MOSFETs im AUS-Zustand verbleiben.
Folglich können sowohl der Effekt zum Schützen der MOSFETs, die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bilden, vor einem übermäßigen Spannungsstoß, als auch der Effekt zum Verhindern der Erzeugung der elektrischen Bremse vor einem niedrigen Spannungsstoß, bei dem kein Durchbruch möglich ist, können die MOSFETs zu einem hohen Grad gesättigt sein.
Wenn eine positive elektromotorische Kraft durch den elektrischen Motor M an die Phasenrelais 3U, 3V, 3W angelegt wird, fließt ein Strom vom Source der MOSFETs über die parasitären Dioden D7 bis D9 zur Drainseite. Folglich wird keine große Potentialdifferenz an die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildenden MOSFETs angelegt.
<Ausdehnungseffekt des steuerbaren Bereichs>
Die Phasenrelais 3U, 3V, 3W können wie oben geschützt werden, sogar wenn der angelegte Spannungsstoß groß ist. Folglich wird der Zeitpunkt des Ausschaltens des Phasenrelais 3U, 3V, 3W beschleunigt und die elektrische Bremse kann effektiv verhindert werden, wenn ein Ausfall erfasst wird, der zu einer elektrischen Bremse führt.
Die Beschleunigung des Zeitpunkts des Ausschaltens der Phasenrelais bedeutet, dass wenigstens ein Phasenrelais einer fehlerhaften Phase ausgeschaltet werden kann, sogar in einem Zustand, in dem der Spannungsstoß hervorgerufen wird, insbesondere in einem Zustand, in dem ein übermäßiger Strom hervorgerufen wird und es demzufolge möglich ist, den steuerbaren Bereich auszuweiten.
<Kostenersparniseffekt>
Da in den aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W drei Paare von Zener-Dioden, die Rücken an Rücken bereitgestellt sind, entsprechend bereitzustellen sind, kann eine Zunahme der Kosten aufgrund einer Zunahme der Anzahl an Elemente reduziert werden.
<Effekt des Durchführens der Fail-Safe-Steuerung>
Wenn wenigstens einer der MOSFETs an der Seite des oberen Zweigs (MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH) aus den MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL der Inverterschaltung 1 durchbricht, wird das Phasenrelais (3U, 3V, oder 3W) der fehlerhaften Phase ausgeschaltet, sodass die Ausfallsteuerung zur Steuerung des Antriebs des elektrischen Motors unter Verwendung jeder verbleibenden normalen Phasen durchgeführt werden kann.
Sogar, wenn ein Ausfall auftritt, der zu einer elektrischen Bremse führt, kann der Antrieb des elektrischen Motors M fortgesetzt werden, um eine Hilfskraft zu erzeugen, während die elektrische Bremse verhindert wird.
Da die fehlerhafte Phase unterbrochen wird und der Antrieb des elektrischen Motors unter Verwendung der normalen zwei Phasen gesteuert wird, ist es möglich, dass die Hilfskraft oder das Lenkvermögen in einem Fall verringert wird, in dem alle Phasen normal sind. Es kann jedoch das Antriebsvermögen im Vergleich zu einem Fall verbessert werden, in dem der elektrische Motor M angehalten wird, um die Hilfskraft zu verlieren.
Weiterhin weist die Ausführungsform die drei Phasenantriebskonfigurationen auf; der elektrische Motor kann jedoch auch dazu konfiguriert sein, dass er eine Phase, die in einem anormalen Zustand verwendet wird, zur Steuerung des Antriebs des elektrischen Motors unter Verwendung der normalen Phasen und der hinzugefügten Phase hinzugefügt wird, um dadurch die Hilfskraft zu erzeugen, die ähnlich der in einem normalen Zustand ist.
Weiterhin werden in der Ausführungsform für entsprechende Phasen Treiber 8U, 8V, 8W bereitgestellt; es kann jedoch auch eine eingehauste Vorrichtung mit entsprechenden Phasentreiberfunktionen zur Steuerung der Phasenrelais verwendet werden, wobei die Phasenfunktionen darin integriert sind.
Wenn ein Ausfall, der zu einer elektrischen Bremse führt, erfasst wird, um ein Phasenrelais (Halbleiterrelais) auszuschalten, kann ein Auftreten des Spannungsstoßes, der durch die Induktivität des elektrischen Motors beim Ausschalten des Phasenrelais erzeugt wird, welches die Widerstandsspannung der Halbleitervorrichtung übersteigt, gemäß der obigen Konfiguration verhindert werden.
Weiterhin wird das Phasenrelais in dem Phasenunterbrechungszustand eingeschaltet, wenn der elektrische Motor durch eine äußere Kraft aufgrund einer Reaktionskraft von der Steuerseite oder einer Lenkoperation zum Hervorrufen einer übermäßigen elektromotorischen Kraft gedreht wird, sodass ein Durchbruch aufgrund der übermäßigen elektromotorischen Kraft, die die Widerstandsspannung oder dergleichen übersteigt, verhindert werden kann. Bei geringer elektromotorischer Kraft kann die Erzeugung der elektrischen Bremse durch Aufrechterhalten des AUS-Zustands des Phasenrelais verhindert werden.
Folglich kann die Erzeugung der elektrischen Bremse verhindert werden, während das Halbleiterrelais vor einem übermäßigen Spannungsstoß geschützt wird.
[Zweite Ausführungsform]
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden entsprechend den Phasenrelais 3U, 3V, 3W entsprechende Treiber 8U, 8V, 8W bereitgestellt. Dem gegenüber werden Phasenrelais 3U, 3V, 3W in einer zweiten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, gleichzeitig durch einen diskreten Treiber 8 durch eine Steuerleitung 16 gesteuert.
Gemäß der obigen Beschreibung können die Phasenrelais 3U, 3V, 3W ausgeschaltet werden, insbesondere können die Phasen unabhängig von der Größe des Phasenstroms unterbrochen werden, da die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W vorgesehen sind. Folglich ist es nicht erforderlich, den Zeitpunkt, an dem jeder Phasenstrom unterbrochen wird, in Betracht zu ziehen und die Phasenrelais 3U, 3V, 3W können gleichzeitig durch einen Treiber 8 ausgeschaltet werden.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in 2 ist, sind in 3 die gleichen Komponenten wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es erfolgt keine detaillierte Beschreibung davon.
In der zweiten Ausführungsform kann die Schaltung vereinfacht werden, da der Treiber 8 von den entsprechenden Phasenrelais 3U, 3V, 3W geteilt wird, und dies kann auch zur Kostenreduktion der Steuereinheit 300 beitragen.
[Dritte Ausführungsform]
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform werden durch den Treiber 8 gleichzeitig die Phasenrelais 3U, 3V, 3W gesteuert, wohingegen das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und die Phasenrelais 3U, 3V, 3W in einer in 4 dargestellten dritten Ausführungsform durch einen Treiber 7a gesteuert werden.
Das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und die Phasenrelais 3U, 3V, 3W führen während des Antriebs des elektrischen Motors M und während einer Unterdrückung der elektrischen Bremse eine Ein- und Ausschalt-Wirkung grundsätzlich in der gleichen Weise durch. Des Weiteren können die Phasenrelais 3U, 3V, 3W unabhängig von der Größe des Phasenstroms ausgeschaltet werden, da die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W bereitgestellt sind. Folglich können das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und die Phasenrelais 3U, 3V, 3W gleichzeitig durch den Treiber 7a gesteuert werden.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in den 2 und 3 ist, sind in 4 die gleichen Komponenten wie in den 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um von der detaillierten Beschreibung davon abzusehen.
Gemäß einer solchen Konfiguration kann die Schaltung gegenüber der zweiten Ausführungsform weiter vereinfacht werden und dies kann zur Kostenreduktion der Steuereinheit 300 beitragen, da der Treiber 7a unter dem Versorgungsunterbrechungsrelais 4a und den Phasenrelais 3U, 3V, 3W aufgeteilt sein kann.
[Vierte Ausführungsform]
Eine vierte Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, zeigt, dass die aktiven Klemmschaltungen in der dritten Ausführungsform aus Varistoren 10U', 10V', 10W' gebildet werden. Da die Spannung an beiden Enden von jedem Varistor 10U', 10V', 10W' zunimmt, nimmt der Widerstand rapide ab. Folglich kann das Auftreten der elektrischen Bremse ähnlich zu dem Fall verhinder werden, indem die Zener-Dioden ZD1 bis ZD6 verwendet werden, wenn die angelegte Spannung niedrig ist, während die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bildenden MOSFETs vor einem übermäßigen Spannungsstoß geschützt werden.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in 4 ist, sind in 5 die gleichen Komponenten wie in 4 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Erläuterung davon erfolgt nicht.
Sogar in einer solchen Konfiguration können im Wesentlichen die gleichen Operationen und Effekte wie in der dritten Ausführungsform erhalten werden. Natürlich können auch Varistoren anstelle der Zener-Dioden für die aktiven Klemmschaltungen in den ersten und zweiten Ausführungsformen verwendet werden.
[Fünfte Ausführungsform]
In einer fünften Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, wird eine aktive Klemmschaltung 12 für das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b in der dritten Ausführungsform bereitgestellt, die oben beschrieben ist. Die aktive Klemmschaltung 12 ist mit einem Punkt zwischen einer Steuerleitung (zweite Steuerleitung) des Treibers 7b und einer Versorgungsleitung 15 der Inverterschaltung 1 verbunden, d. h. zwischen dem Gate und dem Drain des MOSFETs, der das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b darstellt.
In der obigen Konfiguration wird das Potential der Versorgungsleitung 15 durch die parasitären Dioden D7 und D1 angehoben, wenn der übermäßige positive Spannungsstoß oder die große positive elektromotorische Kraft von dem elektrischen Motor M z. B. an das Phasenrelais 3U zum Zeitpunkt der Phasenunterbrechung angelegt wird. Dann nimmt das Potential der Steuerleitung des Treibers 7b zum Einschalten des MOSFETs zu, der das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet, wenn das Potential der Versorgungsleitung 15 (die Drainseite des MOSFET, der das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet) höher ist als die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD8 in der aktiven Klemmschaltung 12.
Folglich kann der Stromstoß oder die elektromotorische Kraft einer Batterie durch die parasitäre Diode D10 des MOSFETs, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a bildet, zum Schutz des MOSFETs geführt werden, der das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet.
Das Gleiche gilt in einem Fall, in dem der übermäßige positive Spannungsstoß oder die große positive elektromotorische Kraft an jeden der MOSFETs angelegt wird, der die Phasenrelais 3V und 3W bildet.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in der dritten Ausführungsform ist, werden in 6 die gleichen Komponenten wie in 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um die detaillierte Beschreibung davon zu vermeiden.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es nicht nur möglich, MOSFETs zu schützen, die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bilden, sondern auch das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b, wenn der übermäßige positive Spannungsstoß oder die große positive elektromotorische Kraft angelegt wird.
[Sechste Ausführungsform]
In einer sechsten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, werden aktive Klemmschaltungen 11U, 11V, 11W für die stromabwärts gerichtete Seite der MOSFETs (stromabwärts gelegene Treibervorrichtungen) 1UL, 1VL, 1WL der Inverterschaltung 1 zusätzlich zu den Phasenrelais 3U, 3V, 3W und dem Regenerationsunterbrechungsrelais 4b der fünften Ausführungsform bereitgestellt, die oben beschrieben ist.
Mit anderen Worten, die aktiven Klemmschaltungen 11U, 11V, 11W werden entsprechend für jede Phase mit dem Ausgangsanschluss (dritte Steuerleitung) des L-seitigen Treibers 2UL und einem gemeinsamen Verbindungspunkt (Stromaufwärtsleitung einer stromabwärtsseitigen Antriebsvorrichtung) zwischen den MOSFETs 1UH und 1UL, mit dem Ausgangsanschluss (dritte Steuerleitung) des L-seitigen Treibers 2VL und einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den MOSFETs 1WH und 1WL und mit dem Ausgangsanschluss (dritte Steuerleitung) des L-seitigen Anschlusses 2WL und einem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen den MOSFETs 1WH und 1WL verbunden. Mit anderen Worten, es wird jede der aktiven Klemmschaltungen 11U, 11V, 11W mit einem Punkt zwischen dem Drain und dem Gate jedes erdungsseitigen MOSFET 1UL, 1VL, 1WL der Inverterschaltung 1 verbunden.
In der obigen Konfiguration wird das Potential einer Antriebsleitung 14U zwischen der Inverterschaltung 1 und dem Phasenrelais durch die parasitäre Diode D7 angehoben, wenn der übermäßige positive Spannungsstoß oder eine übermäßige elektromotorische Kraft von dem elektrischen Motor M z. B. an das Phasenrelais 3U zu der Zeit der Phasenunterbrechung angelegt wird. Dann wird das Potential der Steuerleitung des MOSFET 1UL zum Einschalten davon angehoben, wenn das Potential der Antriebsleitung 14U größer ist als die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD10 in der aktiven Klemmschaltung 11U. Folglich ist es möglich, den übermäßigen Spannungsstoß oder die übermäßige elektromotorische Kraft einem Erdungspunkt zu zuführen, um dadurch den MOSFET 1UL zu schützen.
Des Weiteren wird das Drainpotential des MOSFETs, der das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b bildet, durch die parasitäre Diode D1 des MOSFETs 1UH und die Versorgungsleitung 15 angehoben. Wenn dieses Potential die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD8 in der aktiven Klemmschaltung 12 übersteigt, wird das Potential der Steuerleitung des Regenerationsunterbrechungsrelais 4b angehoben, um dieses einzuschalten, sodass es möglich ist, den Spannungsstoß zu der Versorgungsleitung durch die parasitäre Diode D10 des MOSFETs zu leiten, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a bildet, um dadurch den MOSFET zu schützen.
Dasselbe gilt in einem Fall, in dem der übermäßige positive Spannungsstoß oder die übermäßige elektromotorische Kraft an jeden der MOSFETs angelegt wird, der die Phasenrelais 3V, 3W bildet. In diesem Fall wird der entsprechende MOSFET 1VL oder 1WL eingeschaltet, um den Potentialunterschied klein zu machen, sodass der MOSFET 1VL oder 1WL geschützt werden kann.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in 6 ist, werden in 7 die gleichen Komponenten aus 6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um die detaillierte Beschreibung davon zu vermeiden.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Spannungsstoß durch Einschalten der MOSFETs 1UL, 1VL, 1WL (stromabwärtsseitige Treibervorrichtungen) zu führen, sogar, wenn die Inverterschaltung 1 angehalten wird. Folglich ist es möglich, nicht nur MOSFETs, die die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bilden, vor übermäßigen Spannungsstößen zu schützen, sondern auch das Regenerationsunterbrechungsrelais 4b, und das Anlegen einer hohen Spannung an die MOSFETs zu verhindern, die die Inverterschaltung 1 bilden.
Die aktive Klemmschaltung 12 stellt nicht eine wesentliche Komponente für die sechste Ausführungsform dar und sie kann nur vorgesehen sein, wenn die Widerstandsspannung des Regenerationsunterbrechungsrelais 4b gering ist oder wenn ein hoher Schutzeffekt erforderlich ist.
[Siebente Ausführungsform]
In einer siebten Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, wird für das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform eine aktive Klemmschaltung 13 bereitgestellt. Die aktive Klemmschaltung 13 ist mit einem Punkt zwischen der Steuerleitung des Treibers 7a und der Versorgungsleitung verbunden, insbesondere zwischen dem Gate und dem Drain des MOSFETs, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a bildet.
In der obigen Ausführungsform wird der MOSFET des Phasenrelais 3U durch die aktive Klemmschaltung 10U eingeschaltet, wenn ein übermäßiger negativer Spannungsstoß von dem elektrischen Motor M z. B. an das Phasenrelais 3U zur Zeit der Phasenunterbrechung angelegt wird. In diesem Fall wird das Potential der Steuerleitung 16 durch die aktive Klemmschaltung 10U verringert, sodass sie niedriger ist als das Gatepotential des MOSFET, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a bildet. Dieses erniedrigte Gatepotential des MOSFET erhöht den Potentialunterschied zwischen beiden Enden der aktiven Klemmschaltung 13. Dann, wenn das Potential die Durchbruchspannung der Zener-Diode ZD16 übersteigt, nimmt das Potential der Steuerleitung des Versorgungsunterbrechungsrelais 4a zu, um dieses einzuschalten, sodass der MOSFET, der das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a bildet, geschützt werden kann.
Da die andere grundsätzliche Schaltungskonfiguration gleich der in 6 ist, werden in 6 gleiche Komponenten wie in 8 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und es erfolgt keine detaillierte Beschreibung davon.
Gemäß einer solchen Konfiguration ist es möglich, nicht nur MOSFETs, die Phasenrelais 3U, 3V, 3W bilden, vor übermäßigem Spannungsstoß zu schützen, sondern auch das Versorgungsunterbrechungsrelais 4a, wenn aufgrund eines übermäßigen negativen Spannungsstoßes eine Schutzoperation durchgeführt wird. Dasselbe gilt in einem Fall, in dem die negative Spannung durch die elektromotorische Kraft des elektrischen Motors M zum Zeitpunkt der Phasenunterbrechung zur Durchführung der Schutzoperation angelegt wird.
[Variationen]
In den ersten bis siebten Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, stellen die Phasenrelais 3U, 3V, 3W N-Kanal-MOSFETs dar und die aktiven Klemmschaltungen 10U, 10V, 10W sind mit der Seite der Treiber 8U, 8V, 8W der Phasenrelais 3U, 3V, 3W bzw. der Seite der Inverterschaltung 1 verbunden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Gemäß der Darstellung in 9 kann derselbe Effekt wie der in jeder der Ausführungsformen erhalten werden, sogar wenn das Phasenrelais 3 einen P-Kanal-MOSFET darstellt und eine aktive Klemmschaltung 10 zur Verbindung der Seite des elektrischen Motors M und der Seite des Treibers 8 des Phasenrelais 3 konfiguriert ist.
Des Weiteren kann die Konfiguration dergestalt sein, dass das Phasenrelais 3 ein P-Kanal-MOSFET ist, die aktive Klemmschaltung 10 die Seite des elektrischen Motors M und die Seite des Treibers 8 des Phasenrelais 3 verbindet und der Treiber 8 für jedes Phasenrelais 3 ähnlich der ersten Ausführungsform bereitgestellt wird. In einer solchen Konfiguration wird das Phasenrelais (3U, 3V, 3W) der fehlerhaften Phase ausgeschaltet, wenn einer der MOSFETs an der Seite des niedrigeren Zweigs (1UL, 1VL, 1WL) der MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL der Inverterschaltung 1 durchbricht, sodass die Fail-Safe-Steuerung zur Steuerung des Treibers des elektrischen Motors M unter Verwendung einer der verbleibenden normalen Phasen durchgeführt werden kann. Sogar wenn ein Ausfall auftritt, der zu einer elektrischen Bremse führt, kann folglich der Treiber des elektrischen Motors M fortgesetzt werden, während die Erzeugung der elektrischen Bremse zur Erzeugung einer Hilfskraft verhindert wird.
In jeder der Ausführungsformen werden die aktiven Klemmschaltungen z. B. anhand der Rücken-an-Rücken-Verbindung der Zener-Dioden und Varistoren beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann auch eine andere Konfiguration verwendet werden, solange die aktiven Klemmschaltungen Schaltungen oder Vorrichtungen darstellen, die EIN- und AUS-geschaltet werden können, wenn die Potentialdifferenz groß wird.
Des Weiteren erfolgt die Beschreibung z. B. anhand von MOSFETs als Halbleitervorrichtungen, die Halbleiterrelais darstellen; die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf eine Steuerung angewendet werden, in der andere Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Bipolartransistoren oder IGBTs, in einem Phasenrelais, einer Inverterschaltung und einem Versorgungsrelais verwendet werden.
Des Weiteren erfolgt die Beschreibung in jeder der Ausführungsformen anhand des elektrischen Lenksystems als einem Beispiel; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das elektrische Lenksystem beschränkt und kann auf verschiedene Antriebssteuervorrichtungen für einen elektrischen Motor angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann z. B. auch auf eine elektrische Motorvorrichtung für Anschnallgurte, eine elektrische Motorvorrichtung für ein Fahrzeug, wie z. B. eine Bremse, angewendet werden.
Bezugszeichenliste

M: elektrischer Motor
1: Inverterschaltung
2: Invertertreiberschaltung
3, 3U, 3V, 3W: Phasenrelais
4: Versorgungsrelais
4a: Versorgungsunterbrechungsrelais
4b: Regenerationsunterbrechungsrelais
7a, 7b, 8, 8U, 8V, 8W: Treiber
10U, 10V, 10W, 11U, 11V, 11W, 12, 13: aktive Klemmschaltung
14U, 14V, 14W: Antriebsleitung
15: Versorgungsleitung
16, 16U, 16V, 16W: Steuerleitung
100: Lenkrad
200: Rad
300: Steuereinheit

Claims

Antriebssteuerungsvorrichtung für einen elektrischen Motor, die einen Antrieb des elektrischen Motors steuert, umfassend: eine Antriebsschaltung zur Steuerung des Antriebs des elektrischen Motors; ein erstes Halbleiterrelais, das an einer Antriebsleitung zwischen der Antriebsschaltung und dem elektrischen Motor angeordnet ist, um einen Strom von der Antriebsschaltung zum elektrischen Motor zu unterbrechen; und eine erste aktive Klemmschaltung zum Einschalten des ersten Halbleiterrelais, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Antriebsschaltungsseite und der Seite des elektrischen Motors des ersten Halbleiterrelais größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 1, wobei das erste Halbleiterrelais für jede Phase des elektrischen Motors bereitgestellt wird, und die Antriebssteuerungsvorrichtung weiter einen ersten Treiber zum Antrieb des ersten Halbleiterrelais für jede Phase des elektrischen Motors umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 1, wobei das erste Halbleiterrelais für jede Phase des elektrischen Motors bereitgestellt wird und die Antriebssteuerungsvorrichtung ferner einen zweiten Treiber zum gleichzeitigen Antrieb des ersten Halbleiterrelais umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Versorgungsrelais, das an einer Versorgungsleitung zur Versorgung der Antriebsschaltung mit Energie zur Steuerung der Versorgung und Unterbrechung der Antriebsschaltung mit Energie angeordnet ist, und einen Treiber für das Versorgungsrelais zur Steuerung des Versorgungsrelais.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 4, wobei das Versorgungsrelais in Reihe geschaltete zweite und dritte Halbleiterrelais umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 5, ferner umfassend eine zweite aktive Klemmschaltung zum Einschalten des zweiten Halbleiterrelais, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Antriebsschaltungsseite und der Versorgungsseite des zweiten Halbleiterrelais größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 5, ferner umfassend eine dritte aktive Klemmschaltung zum Einschalten des dritten Halbleiterrelais, wenn eine Potentialdifferenz zwischen der Antriebsschaltungsseite und der Versorgungsseite des dritten Halbleiterrelais größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 5, wobei der Treiber für das Versorgungsrelais einen dritten Treiber zum Antrieb des zweiten Halbleiterrelais und einen vierten Treiber zum Antrieb des dritten Halbleiterrelais umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 5, wobei der Treiber für das Versorgungsrelais einen dritten Treiber zum Antrieb des zweiten Halbleiterrelais und des ersten Halbleiterrelais und einen vierten Treiber zum Antrieb des dritten Halbleiterrelais umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 4, wobei die Antriebsschaltung eine Inverterschaltung, die über das Versorgungsrelais mit Energie versorgt wird, und eine Invertertreiberschaltung umfasst, die mit einer Spannung zur Steuerung der Inverterschaltung versorgt wird, wobei die Spannung durch eine erhöhte Versorgungsspannung erhalten wird.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 10, wobei die Inverterschaltung eine stromabwärtsseitige Antriebsvorrichtung und eine stromaufwärtsseitige Antriebsvorrichtung für jede Antriebsleitung umfasst, und wobei die Antriebssteuerungsvorrichtung ferner eine vierte aktive Klemmschaltung zum Einschalten der stromabwärtsseitigen Antriebsvorrichtung, wenn eine Potentialdifferenz zwischen einem stromaufwärtsseitigen Leitungsbereich und einem Erdungspunkt der stromabwärtsseitigen Antriebsvorrichtung in der Antriebsschaltung größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 10, wobei die Inverterschaltung einen H-seitigen Treiber zum Steuern einer stromaufwärtsseitigen Antriebsvorrichtung der Inverterschaltung und einen L-seitigen Treiber zum Steuern einer stromabwärtsseitigen Antriebsvorrichtung der Inverterschaltung umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Phasenrelaistreiber zum Antrieb des ersten Halbleiterrelais und einen Mikrocomputer zum Steuern der Antriebsschaltung, des Treibers für das Versorgungsrelais und des Phasenrelaistreibers.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Boost-Schaltung zum Erhöhen einer Versorgungsspannung und zum Versorgen des Phasenrelaistreibers, der Antriebsschaltung und des Treibers für das Versorgungsrelais mit der Versorgungsspannung.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 1, wobei das erste Halbleiterrelais einen MOSFET oder einen Bipolartransistor oder einen IGBT umfasst, und die erste aktive Klemmschaltung Zener-Dioden, die in einer Rücken-an-Rücken-Struktur verbunden sind, oder einen Varistor umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 5, wobei die zweiten und dritten Halbleiterrelais jeweils einen MOSFET oder einen Bipolartransistor oder einen IGBT umfassen.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 6, wobei die zweite aktive Klemmschaltung Zener-Dioden, die in einer Rücken-an-Rücken-Struktur verbunden sind, oder einen Varistor umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 7, wobei die dritte aktive Klemmschaltung Zener-Dioden, die in einer Rücken-an-Rücken-Struktur verbunden sind, oder einen Varistor umfasst.
Antriebssteuerungsvorrichtung für den elektrischen Motor nach Anspruch 11, wobei die vierte aktive Klemmschaltung Zener-Dioden, die in einer Rücken-an-Rücken-Struktur verbunden sind, oder einen Varistor umfasst.