DE112017006963T5

DE112017006963T5 - Motorantriebsvorrichtung und elektrische servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE112017006963T5
Application number: DE112017006963.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Fujiwara; Yoshihisa Kanno
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-10-10
Also published as: JPWO2018142828A1; CN110168920A; JP7124716B2; WO2018142828A1; US20190312536A1; US10833614B2

Abstract

Problem: Eine Motorantriebsvorrichtung ist bereitgestellt, die hinsichtlich der Steuerungszuverlässigkeit vorteilhaft ist, die den Zeitpunkt zum Unterbrechen der Verbindung eines Motors und einer Inverterschaltung im Vergleich zu dem Zeitpunkt zum Unterbrechen der Verbindung einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung verzögert. Lösung: Eine Motorantriebsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Inverterschaltung; eine erste Umschaltschaltung, die eine Leitung zwischen einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung zwischen leitend und unterbrochen schaltet; eine zweite Umschaltschaltung, die die Leitung zwischen der Inverterschaltung und einem Motor schaltet; eine Stromerfassungseinheit, die den Strom der Inverterschaltung erfasst; eine Steuereinheit, die eine Befehlsspannung ausgibt zum Befehlen des Schaltens von leitend zu unterbrochen, wenn der Stromwert des erfassten Stroms nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt; und eine Antriebseinheit, die die Befehlsspannung, die von der Steuereinheit eingegeben wird, verstärkt und das Ergebnis an jede Umschaltschaltung ausgibt. Eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern des Zeitpunkts, zu dem die Befehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung eingegeben wird, im Vergleich zu dem Zeitpunkt der Eingabe in die erste Umschaltschaltung, ist zwischen die zweite Umschaltschaltung und die Antriebseinheit platziert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und eine elektrische Servolenkvorrichtung.
Hintergrundtechnik
Als eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, der in einer elektrischen Servolenkvorrichtung und dergleichen verwendet wird, ist eine Motorantriebsvorrichtung bekannt, die eine Umschaltschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen einer Inverterschaltung und einer Leistungsversorgung und zwischen der Inverterschaltung und einem Motor in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten. In einem Fall, in dem ein Stromwert eines Stroms, der durch die Inverterschaltung fließt, einen vorbestimmten Bereich überschreitet, stoppt eine elektrische Servolenkvorrichtung die Unterstützung einer Lenkradoperation. Wenn eine Verbindung zwischen der Inverterschaltung und dem Motor beibehalten wird, nachdem die Unterstützung stoppt, bewirkt ein manueller Betrieb des Lenkrads, dass der Motor als Generator wirkt, was eine unnötige Belastung der Lenkradoperation verursacht. Wenn eine Verbindung zwischen der Inverterschaltung und der Leistungsversorgung beibehalten wird, kann außerdem eine Fehlfunktion der elektrischen Servolenkvorrichtung auftreten.
Falls die Inverterschaltung ausfällt, unterbricht die Umschaltschaltung die Verbindung zwischen der Leistungsversorgung und der Inverterschaltung und die Verbindung zwischen dem Motor und der Inverterschaltung. Wenn die Verbindung zwischen dem Motor und der Inverterschaltung unterbrochen wird, bevor die Verbindung zwischen der Leistungsversorgung und der Inverterschaltung unterbrochen wird, wird hier von dem Motor eine gegenelektromotorische Kraft an ein Schaltelement angelegt, das in der Umschaltschaltung zwischen dem Motor und der Inverterschaltung enthalten ist. Aufgrund der gegenelektromotorischen Kraft kann eine Spannung, die an das Schaltelement angelegt ist, eine maximale Nennleistung des Schaltelements überschreiten und Schaden an demselben verursachen.
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Motorantriebsvorrichtung, die ein Befehlssignal, das eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Inverterschaltung unterbricht, direkt an ein Schaltelement sendet, nachdem eine Leistungsversorgung zu der Inverterschaltung gestoppt wurde.
Literatur des Stands der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2011-239489
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Motorantriebsvorrichtung der Patentliteratur 1 kann es jedoch in Abhängigkeit von einer Reaktionsgeschwindigkeit des Schaltelements schwierig sein, die Verbindung gemäß dem Befehlssignal zu schalten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Bereitstellen einer Motorantriebsvorrichtung, die vorteilhaft ist hinsichtlich einer Steuerungssicherheit, bei der beispielsweise ein Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Inverterschaltung unterbrochen wird, eingestellt ist, um später zu sein als ein Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung unterbrochen wird.
Lösung des Problems
Eine erste beispielhafte Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, wobei die Motorantriebsvorrichtung folgende Merkmale umfasst: eine Inverterschaltung, die konfiguriert ist, um einen Strom, der von einer externen Leistungsversorgung zugeführt wird, dem Motor zuzuführen, eine erste Umschaltschaltung, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen der externen Leistungsversorgung und der Inverterschaltung in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten, eine zweite Umschaltschaltung, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung und dem Motor in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten, einen Stromdetektor, der konfiguriert ist, um einen Strom, der durch die Inverterschaltung fließt, zu erfassen, eine Steuerung, die konfiguriert ist, um in einem Fall, in dem ein Stromwert des erfassten Stroms nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, eine Unterbrechungsbefehlsspannung auszugeben, die ein Schalten von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand befiehlt, und einen Schalttreiber, der konfiguriert ist, um die Unterbrechungsbefehlsspannung, die von der Steuerung eingegeben wird, zu verstärken, um die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung an die erste Umschaltschaltung und die zweite Umschaltschaltung auszugeben, wobei zwischen der zweiten Umschaltschaltung und dem Schalttreiber eine Verzögerungsschaltung angeordnet ist und konfiguriert ist, um einen Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung eingegeben wird, einzustellen, so dass derselbe später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung eingegeben wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer ersten beispielhaften Erfindung der vorliegenden Anmeldung ist eine Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, die hinsichtlich der Steuerungssicherheit vorteilhaft ist, da ein Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Inverterschaltung unterbrochen wird, eingestellt ist, um später zu sein als ein Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung unterbrochen wird.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung umfasst.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung darstellt.
3 ist ein Blockdiagramm, das jede Funktion einer Steuerung darstellt.
4A, 4B und 4C sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele einer Verzögerungsschaltung darstellen.
5A, 5B und 5C sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele der Verzögerungsschaltung darstellen.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung in einem Fall darstellt, in dem zwei Motoren gesteuert werden.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Hierin nachfolgend werden Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und dergleichen beschrieben. Ferner ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschränkt und kann innerhalb des Schutzbereichs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung beliebig geändert werden.
Ausführungsbeispiel
Elektrische Servolenkvorrichtung
1 ist ein schematisches Diagramm einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die eine Motorantriebsvorrichtung 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst. Die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung zum Unterstützen der Lenkradbetätigung eines Fahrers in einem Transportmittel, wie zum Beispiel einem Automobil. Wie es in 1 dargestellt ist, umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Drehmomentsensor 10, einen Motor 20 und eine Motorantriebsvorrichtung 30. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Motor 20 und die Motorantriebsvorrichtung 30 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Wenn der Motor 20 vom sogenannten „mechanisch- und elektrisch-integrierten Typ“ ist, kann beispielsweise die Größe der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 reduziert werden.
Der Drehmomentsensor 10 ist an einer Lenkwelle 92 angebracht. Wenn ein Fahrer ein Lenkrad 91 betreibt und bewirkt, dass sich die Lenkwelle 92 dreht, erfasst der Drehmomentsensor 10 ein Drehmoment, das an die Lenkwelle 92 angelegt wird. Ein Drehmomentsignal, welches ein Erfassungssignal des Drehmomentsensors 10 ist, wird von dem Drehmomentsensor 10 an die Motorantriebsvorrichtung 30 ausgegeben. Die Motorantriebsvorrichtung 30 bewirkt, dass der Motor 20 auf der Basis des Drehmomentsignals angetrieben wird, das von dem Drehmomentsensor 10 eingegeben wird. Ferner kann sich die Motorantriebsvorrichtung 30 zusätzlich zu dem Drehmomentsignal auch auf andere Informationen (beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen) beziehen.
Die Motorantriebsvorrichtung 30 verwendet Leistung, die von einer externen Leistungsversorgung 40 erhalten wird, um dem Motor 20 einen Antriebsstrom zuzuführen. Eine Antriebskraft, die von dem Motor 20 erzeugt wird, wird über ein Getriebe 50 an ein Fahrzeugrad 93 übertragen. Folglich wird ein Lenkwinkel des Fahrzeugrads 93 geändert. Auf diese Weise verstärkt die elektrische Servolenkvorrichtung 1 ein Drehmoment der Lenkwelle 92 durch den Motor 20 und bewirkt, dass sich der Lenkwinkel des Fahrzeugrads 93 ändert. Entsprechend kann der Fahrer das Lenkrad 91 mit geringer Kraft betreiben.
Motorantriebsvorrichtu ng
Eine Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 wird beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 darstellt. Wie es in 2 dargestellt ist, umfasst die Motorantriebsvorrichtung 30 eine Steuerung 31, einen Stromdetektor 32, einen Schalttreiber 33, eine erste Umschaltschaltung 34, eine zweite Umschaltschaltung 35, einen Invertertreiber 36, eine Inverterschaltung 37 und eine Verzögerungsschaltung 38.
Motor
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein synchroner bürstenloser Dreiphasenmotor als Motor 20 verwendet. Der Motor 20 ist aus Spulen von drei Phasen konfiguriert, die eine U-Phase 20u, eine V-Phase 20v und eine W-Phase 20w umfassen. Während der Motor 20 angetrieben wird, wird Strom von der Motorantriebsvorrichtung 30 zu jeder der U-Phase 20u, der V-Phase 20v und der W-Phase in dem Motor 20 zugeführt. Wenn der Strom zugeführt wird, tritt ein Drehmagnetfeld zwischen einem Stator, der die Spulen der drei Phasen umfasst, die die U-Phase 20u, die V-Phase 20v und die W-Phase 20w umfassen, und einem Rotor auf, der einen Magnet umfasst. Als Folge dreht sich der Rotor in Bezug auf den Stator des Motors 20.
Steuerung
Die Steuerung 31 empfängt ein Drehmomentsignal, das von dem Drehmomentsensor ausgegeben wird. Als Steuerung 31 wird beispielsweise ein Computer verwendet, der einen arithmetischen Prozessor, wie zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher, wie zum Beispiel einen Direktzugriffsspeicher (RAM), und eine Speichereinheit, wie zum Beispiel ein Festplattenlaufwerk, umfasst. Statt des Computers kann jedoch auch eine elektrische Schaltung verwendet werden, die eine arithmetische Einheit umfasst, wie zum Beispiel einen Microcontroller.
3 ist ein Blockdiagramm, das jede Funktion der Steuerung 31 darstellt. Die Steuerung 31 umfasst eine Einstelleinrichtung 311, eine Rückkopplungssteuerung 312 und eine Schaltbefehlseinrichtung 313. Die Einstelleinrichtung 311 stellt auf der Basis des Drehmomentsignals von dem Drehmomentsensor 10 ein Antriebssignal zum Treiben des Motors 20 ein.
Die Rückkopplungssteuerung 312 erzeugt ein Antriebssignal, bei dem ein Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, der durch den Stromdetektor 32 erfasst wird, sich einem Stromwert nähert, der dem Antriebssignal entspricht, das durch die Einstelleinrichtung 311 eingestellt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das erzeugte Antriebssignal beispielsweise ein Pulsbreitenmodulation(PWM)-Antriebssignal, das ein PWM-Verfahren verwendet, und umfasst Tastverhältnisinformationen. Die Rückkopplungssteuerung 312 gibt das PWM-Antriebssignal an den Invertertreiber 36 aus.
Der Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, der durch den Stromdetektor 32 erfasst wird, und ein Ergebnis der Überwachung durch den Schalttreiber 33, ob ein Überstrom, der durch die erste Umschaltschaltung 34 fließt, vorliegt, werden in die Schaltbefehlseinrichtung 313 eingegeben. Außerdem werden auch ein Signal, das anzeigt, dass der Schalttreiber 33 eine Unterbrechung einer Verbindung zu der ersten Umschaltschaltung 34 befohlen hat, und ein Signal, das anzeigt, dass der Schalttreiber 33 eine Leitung eines Stromzufuhrwegs zu der ersten Umschaltschaltung 34 befohlen hat, ebenfalls von dem Schalttreiber 33 in die Schaltbefehlseinrichtung 313 eingegeben. Ein Stromwert des Stroms, der durch die erste Umschaltschaltung 34 fließt, zeigt an, ob in der Inverterschaltung 37 ein Fehler vorliegt.
In einem Fall, in dem der Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, gibt die Schaltbefehlseinrichtung 313 eine Unterbrechungsbefehlsspannung an den Schalttreiber 33 aus, die eine Unterbrechung der Verbindung zu der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 befiehlt.
In einem Fall, in dem der Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, gibt die Schaltbefehlseinrichtung 313 eine Leitungsbefehlsspannung an den Schalttreiber 33 aus, die bewirkt, dass ein Stromzufuhrweg in einem leitenden Zustand zu der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 ist.
Der vorbestimmte Bereich ist ein Bereich des Stromwerts des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, in einem Zustand, in dem in der Inverterschaltung 37 kein Kurzschluss oder kein Leerlauf auftritt. Die Unterbrechung der Verbindung bezieht sich auf das Schalten eines Stromzufuhrwegs zwischen der externen Leistungsversorgung 40 und der Inverterschaltung 37 (hierin nachfolgend als „Leistungsversorgungsleitung“ bezeichnet) von einem leitenden Zustand in einen unterbrochenen Zustand und das Schalten eines Stromzufuhrwegs zwischen der Inverterschaltung 37 und dem Motor 20 von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand. Jede der oben beschriebenen Funktionen kann auf der Basis eines Programms realisiert werden, das in einem Speicher in der Steuerung 31 vorgespeichert ist.
Stromdetektor
Mit erneuter Bezugnahme auf 2 ist der Stromdetektor 32 eine elektrische Schaltung zum Erfassen eines Stroms, der durch Nebenschlusswiderstände 372 fließt, die in der Inverterschaltung 37 enthalten sind. Der Stromdetektor 32 misst eine Potenzialdifferenz zwischen beiden Enden der drei Nebenschlusswiderstände 372 und erzeugt dadurch ein Erfassungssignal, das Strom anzeigt, der durch jeden Nebenschlusswiderstand 372 fließt. Das erzeugte Erfassungssignal wird von dem Stromdetektor 32 zu der Rückkopplungssteuerung 312 und der Schaltbefehlseinrichtung 313 der Steuerung 31 gesendet, die in 3 dargestellt ist.
Schalttreiber
Der Schalttreiber 33 ist eine elektrische Schaltung mit einer Funktion des Verstärkens und des Ausgebens einer Eingangsspannung, einer Funktion des Überwachens, ob Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, vorliegt, und des Ausgebens eines Überwachungsergebnisses und eine Funktion des Ausgebens der Leitungsbefehlsspannung oder der Unterbrechungsbefehlsspannung auf der Basis des Überwachungsergebnisses. In einem Fall, in dem die Leitungsbefehlsspannung eingegeben wird, verstärkt der Schalttreiber 33 die Leitungsbefehlsspannung auf eine Spannung, mit der ein Feldeffekttransistor (FET), der in der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 enthalten ist, eingeschaltet werden kann, und gibt die verstärkte Leitungsbefehlsspannung an jede Umschaltschaltung aus. Das Einschalten des FET bezieht sich auf das Bewirken, dass Strom zwischen einer Source und einem Drain des FET fließt. Außerdem bezieht sich das Ausschalten des FET auf das Bewirken, dass kein Strom zwischen einer Source und einem Drain des FET fließt. Ferner verstärkt der Schalttreiber 33 in einem Fall, in dem die Unterbrechungsbefehlsspannung eingegeben wird, die Unterbrechungsbefehlsspannung nach Bedarf, so dass eine Potenzialdifferenz zwischen einem Gate und einer Source eines FET 0 V beträgt, und gibt die Unterbrechungsbefehlsspannung aus.
Der Schalttreiber 33 überwacht eine Potenzialdifferenz zwischen Drains von zwei FET, die in der ersten Umschaltschaltung 34 enthalten sind, und überwacht dadurch Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt. In einem Fall, in dem, mit der Potenzialdifferenz einer Spannung zwischen Drains, wenn der Überstrom durch die Leistungsversorgung fließt, als ein Schwellenwert, die Spannung zwischen den Drains den Schwellenwert überschreitet, bestimmt der Schalttreiber 33, dass der Überstrom erfasst wird. In einem Fall, in dem die Spannung zwischen den Drains niedriger als oder gleich wie der Schwellenwert ist, bestimmt der Schalttreiber 33, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsleitung fließt.
In dem Fall, in dem der Schalttreiber 33 bestimmt, dass der Überstrom erfasst wird, gibt der Schalttreiber 33 ein Signal, das anzeigt, dass der Überstrom erfasst wird, an die Schaltbefehlseinrichtung 313 aus. Ferner gibt der Schalttreiber 33 an die Schaltbefehlseinrichtung 313 eine Unterbrechungsbefehlsspannung aus, die eine Unterbrechung der Verbindung mit der ersten Umschaltschaltung befiehlt, und ein Signal, das anzeigt, dass die Unterbrechung befohlen wurde.
In dem Fall, in dem der Schalttreiber 33 bestimmt, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsleitung fließt, gibt der Schalttreiber 33 ein Signal, das anzeigt, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsleitung fließt, an die Schaltbefehlseinrichtung 313 aus. Ferner gibt der Schalttreiber 33 an die Schaltbefehlseinrichtung 313 eine Leitungsbefehlsspannung aus, die eine Leitung der Verbindung mit der ersten Umschaltschaltung 34 befielt, und ein Signal, das anzeigt, dass die Leitung befohlen wurde.
Der Stromwert des Stroms, der durch die Leistungsleitung fließt, wird beeinträchtigt dadurch, ob in der Inverterschaltung 37 ein Fehler vorliegt. Durch Überwachen, ob der Überstrom, der durch die Leistungsleitung fließt, vorliegt, kann der Schalttreiber 33 einen Zustand der Inverterschaltung 37 überwachen. Da der Zustand der Inverterschaltung 37 durch den Stromdetektor 32 und den Schalttreiber 33 doppelt überwacht werden kann, ist es daher möglich, die Sicherheit der Motorantriebsvorrichtung 30 weiter zu verbessern.
Umschaltschaltung
Die erste Umschaltschaltung 34 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um den Stromzufuhrweg zwischen der externen Leistungsversorgung 40 und der Inverterschaltung 37 in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten. Die erste Umschaltschaltung 34 umfasst ein Paar von FET 341, die mit ihren Sources in dieser Reihenfolge von der externen Leistungsversorgung 40 in Reihe geschaltet sind. Gemäß diesem Verbindungsverfahren ist es möglich, einen Ausfall in der ersten Umschaltschaltung 34 zu verhindern aufgrund des Schaltens der Stromversorgung zu der Inverterschaltung 37.
Die zweite Umschaltschaltung 35 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um den Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung 37 und dem Motor 20 in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten. Die zweite Umschaltschaltung 35 umfasst so viele FET 351 wie die Anzahl der Phasen des Motors 20. Außerdem ist jeder Drain der FET 351 mit jeder Phase des Motors 20 verbunden. Gemäß diesem Verbindungsverfahren kann in einem Fall, in dem in der Inverterschaltung 37 aufgrund eines Kurzschlusses oder Leerlaufs ein Ausfall auftritt, die Inverterschaltung 37 von jeder Phase des Motors 20 getrennt werden, um ein Blockieren des Motors 20 aufgrund des Ausfalls in der Inverterschaltung 37 zu verhindern.
Invertertreiber
Der Invertertreiber 36 ist eine elektrische Schaltung, die dazu dient, zu bewirken, dass die Inverterschaltung 37 arbeitet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Invertertreiber 36 das PWM-Antriebssignal, das durch die in 3 dargestellte Rückkopplungssteuerung 312 ausgegeben wird, sechs Schaltelementen 371 zu, die in der Inverterschaltung 37 enthalten sind.
Inverterschaltung
Die Inverterschaltung 37 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um den Strom, der von der externen Leistungsversorgung 40 zugeführt wird, dem Motor 20 zuzuführen. Als die sechs Schaltelemente 371, die in der Inverterschaltung 37 enthalten sind, werden beispielsweise Transistoren, wie zum Beispiel FET, verwendet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Sätze eines Paars von Schaltelementen 371, die zwischen die externe Leistungsversorgung 40 und die Masse in Reihe geschaltet sind, parallel vorgesehen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) als die FET 341 und 351 und die Schaltelemente 371 verwendet.
Verzögerungsschaltung
Die Verzögerungsschaltung 38 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um einen Zeitpunkt zu verzögern, zu dem ein Eingangssignal ausgegeben wird. Eine Zeit, die ein Signal, das in die Verzögerungsschaltung 38 eingegeben wird, benötigt, um von der Verzögerungsschaltung 38 ausgegeben zu werden, wird als Verzögerungszeit bezeichnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungszeit in der Größenordnung von Millisekunden. Die Verzögerungsschaltung 38 ist zwischen der zweiten Umschaltschaltung 35 und dem Schalttreiber 33 angeordnet. Der Schalttreiber 33 gibt die Unterbrechungsbefehlsspannung an die erste Umschaltschaltung 34 und die zweite Umschaltschaltung 35 aus. Die Verzögerungsschaltung 38 stellt einen Zeitpunkt ein, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, so dass derselbe später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird.
Durch Anordnen der Verzögerungsschaltung 38 wie oben beschrieben ist es in dem Fall, in dem die Inverterschaltung 37 ausgefallen ist, möglich, eine Steuerungssicherheit zu verbessern, wobei die Verbindung zwischen dem Motor 20 und der Inverterschaltung 37 unterbrochen wird, nachdem die Verbindung zwischen der externen Leistungsversorgung 40 und der Inverterschaltung 37 unterbrochen wurde. Außerdem kann beispielsweise ein Einfluss einer Differenz bei den Reaktionsgeschwindigkeiten der FET 341 und FET 351 auf die Verzögerungssteuerung reduziert werden. Entsprechend ist es möglich, einen Fall zu verhindern, in dem eine gegenelektromotorische Kraft von dem Motor 20 eine maximale Nennleistung der FET 351 überschreitet und Schäden an den FET 351 verursacht.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Unterbrechungsbefehlsspannung, die von der Verzögerungsschaltung 38 ausgegeben wird, zusammen in die Gates der FET 351 eingegeben. Durch gemeinsames Durchführen der Verzögerungssteuerung für jede Phase des Motors 20 ist es möglich, die Steuerungssicherheit zu verbessern, bei der ein Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, eingestellt wird, um später zu sein als ein Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird. Entsprechend ist es möglich, wenn die Inverterschaltung 37 ausgefallen ist, nach der Unterbrechung der Verbindung zwischen der Leistungsversorgung 20 und der Inverterschaltung 37 eine Verbindung zwischen dem Motor 20 und der Inverterschaltung 37 zu unterbrechen. Dann ist es möglich, einen Fall zu verhindern, in dem eine gegenelektromotorische Kraft von dem Motor 20 die maximale Nennleistung der FET 351 überschreitet und Schäden an den FET 351 verursacht.
Konfigurationsbeispiele der Verzögerungsschaltung
4A, 4B und 4C sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele der Verzögerungsschaltung 38 darstellen. Eine Verzögerungsschaltung 38A, die in 4A dargestellt ist, umfasst einen einzelnen Widerstand R1 und so viele Kondensatoren C1 wie die Anzahl von FET 351. Der Widerstand R1 ist mit einem Ende jedes Kondensators C1 in Reihe geschaltet. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R1 und dem einen Ende jedes Kondensators C1 ist mit Gates der FET 351 verbunden und das andere Ende jedes Kondensators C1 ist mit Sources der FET 351 verbunden. Die Verzögerungszeit wird durch einen Widerstandswert des Widerstands R1 und einen Kapazitätswert des Kondensators C1 bestimmt. Es ist möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern durch die Verzögerungszeit, mit der der Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, eingestellt wird, so dass derselbe später ist als der Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird.
Eine Verzögerungsschaltung 38B, die in 4B dargestellt ist, ist eine Schaltung, in der eine Diode D1 zu der Verzögerungsschaltung 38A hinzugefügt ist. Die Diode D1 ist parallel zu dem Widerstand R1 geschaltet. Die Diode D1 ist eine Vorwärtsdiode, die von dem Schalttreiber 33 zu dem Kondensator C1 gerichtet ist. Durch Anordnen der Diode D1 auf diese Weise von der Leitungsbefehlsspannung und der Unterbrechungsbefehlsspannung ist es möglich, zu bewirken, dass ein Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird. Folglich ist es möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern.
Eine Verzögerungsschaltung 38C, die in 4C dargestellt ist, ist eine Schaltung, in der ein Widerstand R2 zu der Verzögerungsschaltung 38B hinzugefügt ist. Der Widerstand R2 ist parallel mit dem Widerstand R1 zwischen der Diode D1 und dem Kondensator C1 angeordnet. Durch Anordnen des Widerstands R2 auf diese Weise ist es möglich, zu bewirken, dass der Zeitpunkt, zu dem die Verbindungsbefehlsspannung und die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben werden, später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die Leitungsbefehlsspannung und die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben werden. Folglich ist es möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern.
Modifiziertes Beispiel des Ausführungsbeispiels
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Unterbrechungsbefehlsspannung, die von der Verzögerungsschaltung 38 ausgegeben wird, zusammen in die Gates der FET 351 eingegeben. Bei dem vorliegenden modifizierten Beispiel werden die Unterbrechungsbefehlsspannung und die Leitungsbefehlsspannung für jede der U-Phase 20u, der V-Phase 20v und der W-Phase 20w des Motors 20 getrennt eingegeben. Durch Durchführen der Verzögerungssteuerung getrennt für jede Phase ist es möglich, eine Fehlerstelle zu identifizieren oder eine Operation unter Verwendung von nur nichtfehlerhaften Phasen durchzuführen.
Konfigurationsbeispiele der Verzögerungsschaltung
5A, 5B und 5C sind Ansichten, die Konfigurationsbeispiele der Verzögerungsschaltung 38 darstellen. Eine Verzögerungsschaltung 38D, die in 5A dargestellt ist, umfasst so viele Widerstände R1 wie die Anzahl von FET 351 und so viele Kondensatoren C1 wie die Anzahl von FET 351. Jeder Widerstand R1 ist mit einem Ende jedes Kondensators C1 in Reihe geschaltet. Verbindungspunkte zwischen den Widerständen R1 und den einen Enden der Kondensatoren C1 sind mit Gates der FET 351 verbunden und die anderen Enden der Kondensatoren C1 sind mit Sources der FET 351 verbunden. Die Verzögerungszeit wird durch einen Widerstandswert des Widerstands R1 und einen Kapazitätswert des Kondensators C1 bestimmt. Es ist möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern, indem die Verzögerungszeit, mit der der Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, eingestellt wird, um später zu sein als der Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird.
Eine Verzögerungsschaltung 38E, die in 5B dargestellt ist, ist eine Schaltung, in der Dioden D1 zu der Verzögerungsschaltung 38D hinzugefügt werden. Jede Diode D1 ist zu jedem Widerstand R1 parallel geschaltet. Die Diode D1 ist eine Vorwärtsdiode, die von dem Schalttreiber 33 zu dem Kondensator C1 gerichtet ist. Durch Anordnen der Diode D1 auf diese Weise von der Leitungsbefehlsspannung und der Unterbrechungsbefehlsspannung ist es möglich, zu bewirken, dass ein Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben wird, später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben wird. Folglich ist es möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern.
Eine Verzögerungsschaltung 38F, die in 5C dargestellt ist, ist eine Schaltung, in der Widerstände R2 der Verzögerungsschaltung 38E hinzugefügt sind. Der Widerstand R2 ist parallel mit dem Widerstand R1 zwischen der Diode D1 und dem Kondensator C1 angeordnet. Indem der Widerstand auf diese Weise angeordnet wird, ist es möglich, zu bewirken, dass der Zeitpunkt, zu dem die Leitungsbefehlsspannung und die Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung 35 eingegeben werden, später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die Leitungsbefehlsspannung und die Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung 34 eingegeben werden. Folglich ist es möglich, einen Ausfall in der zweiten Umschaltschaltung 35 zu verhindern.
Wie es oben beschrieben ist, ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem vorliegenden modifizierten Beispiel eine Motorantriebsvorrichtung vorgesehen, die vorteilhaft ist hinsichtlich der Steuerungssicherheit, bei der bewirkt wird, dass ein Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Inverterschaltung unterbrochen wird, später ist als eine Zeitpunkt, zu dem eine Verbindung zwischen einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung unterbrochen wird. Außerdem kann in einer elektrischen Servolenkvorrichtung, die besonders sicher sein muss, die Sicherheitsanforderung erfüllt werden durch Bereitstellen der Motorantriebsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem vorliegenden modifizierten Beispiel.
Obwohl oben in Bezug auf das Ausführungsbeispiel und das modifizierte Beispiel der Fall beschrieben wurde, in dem die Steuerung 31 einen einzelnen Motor steuert, ist die Anzahl der gesteuerten Motoren nicht auf eins beschränkt. Beispielsweise können zwei Motoren gesteuert werden. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung in einem Fall darstellt, in dem zwei Motoren gesteuert werden. In diesem Fall umfasst die elektrische Servolenkvorrichtung 1 zwei Motoren 20.
Eine Kombination aus dem Motor 20 und dem Stromdetektor 32, dem Schalttreiber 33, der ersten Umschaltschaltung 34, der zweiten Umschaltschaltung 35, dem Invertertreiber 36, der Inverterschaltung 37 und der Verzögerungsschaltung 38, die in 2 dargestellt sind, wird als erstes System 61 angenommen. Zusätzlich zu dem ersten System 601 umfasst eine Motorantriebsvorrichtung 60 von 7 ein zweites System 602 mit der gleichen Kombination wie das erste System 601. Das heißt, das zweite System 602 umfasst einen Stromdetektor 62, einen Schalttreiber 63, eine erste Umschaltschaltung 64, eine zweite Umschaltschaltung 65, einen Invertertreiber 66, eine Inverterschaltung 67, eine Verzögerungsschaltung 68 und einen Motor 20.
Die Motorantriebsvorrichtung 60 umfasst eine Steuerung 61, die eine erste Steuerung 611 und eine zweite Steuerung 612 umfasst. Die erste Steuerung 611 führt eine Steuerung des ersten System 601 durch und die zweite Steuerung 612 führt eine Steuerung des zweiten System 602 durch. In einem Fall, in dem eines des ersten Systems 601 und des zweiten Systems 602 ausfällt, ist es möglich, den Betrieb der elektrischen Servolenkvorrichtung 1 unter Verwendung des anderen Systems fortzusetzen. Durch Verwenden der Motorantriebsvorrichtung, die die beiden Systeme umfasst, ist es möglich, die Sicherheit der elektrischen Servolenkvorrichtung zu verbessern. Ferner ist es in dem Fall, in dem die Motorantriebsvorrichtung verwendet wird, die eine Mehrzahl von Systemen umfasst, notwendig, jedes System so zu entwerfen, dass dieselben einander nicht beeinträchtigen.
Ferner ist der Motor 20 nicht darauf beschränkt, drei Phasen zu haben. Außerdem kann die Motorantriebsvorrichtung 30 oder 60 bei anderen Vorrichtungen als der Servolenkvorrichtung angewendet werden. Beispielsweise kann die Motorantriebsvorrichtung 30 oder 60 bewirken, dass ein Motor angetrieben wird, der in anderen Teilen eines Transportmittels, wie zum Beispiel einem Automobil, verwendet wird. Außerdem kann die Motorantriebsvorrichtung 30 oder 60 bewirken, dass ein Motor angetrieben wird, der in einer anderen Apparatur als einem Automobil befestigt ist, wie zum Beispiel einem Industrieroboter.
Oben wurden beispielhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt und verschiedene Modifikationen und Änderungen sind innerhalb des Schutzbereichs des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung möglich.
Bezugszeichenliste

30: Motorantriebsvorrichtung
31: Steuerung
32: Stromdetektor
33: Schalttreiber
34: erste Umschaltschaltung
35: zweite Umschaltschaltung
36: Invertertreiber
37: Inverterschaltung
38: Verzögerungsschaltung

Claims

Eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, wobei die Motorantriebsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Inverterschaltung, die konfiguriert ist, um einen Strom, der von einer externen Leistungsversorgung zugeführt wird, dem Motor zuzuführen; eine erste Umschaltschaltung, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen der externen Leistungsversorgung und der Inverterschaltung in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten; eine zweite Umschaltschaltung, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung und dem Motor in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten; einen Stromdetektor, der konfiguriert ist, um einen Strom, der durch die Inverterschaltung fließt, zu erfassen, eine Steuerung, die konfiguriert ist, um in einem Fall, in dem ein Stromwert des erfassten Stroms nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, eine Unterbrechungsbefehlsspannung auszugeben, die ein Schalten von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand befiehlt; und einen Schalttreiber, der konfiguriert ist, um die Unterbrechungsbefehlsspannung, die von der Steuerung eingegeben wird, zu verstärken, um die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung an die erste Umschaltschaltung und die zweite Umschaltschaltung auszugeben, wobei zwischen der zweiten Umschaltschaltung und dem Schalttreiber eine Verzögerungsschaltung angeordnet ist und konfiguriert ist, um einen Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die zweite Umschaltschaltung eingegeben wird, einzustellen, so dass derselbe später ist als ein Zeitpunkt, zu dem die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung in die erste Umschaltschaltung eingegeben wird.
Der Motortreiber gemäß Anspruch 1, bei dem: der Motor eine Mehrzahl von Phasen aufweist; die zweite Umschaltschaltung so viele Feldeffekttransistoren (FET) wie die Anzahl von Phasen des Motors umfasst; und ein Drain von jedem der FET mit jeder Phase des Motors verbunden ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Verzögerungsschaltung gemeinsam eine verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung an ein Gate von jedem der FET ausgibt.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der: die Verzögerungsschaltung einen einzelnen Widerstand und so viele Kondensatoren wie die Anzahl der FET aufweist; der Widerstand mit einem Ende von jedem der Kondensatoren in Reihe geschaltet ist; ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und dem einen Ende von jedem der Kondensatoren mit einem Gate von jedem der FET verbunden ist; und das andere Ende von jedem der Kondensatoren mit einer Source von jedem der FET verbunden ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der eine Vorwärtsdiode, die von dem Schalttreiber zu der Mehrzahl von Kondensatoren gerichtet ist, parallel zu dem Widerstand geschaltet ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Verzögerungsschaltung die verstärkte Unterbrechungsbefehlsspannung getrennt an ein Gate von jedem der FET ausgibt.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der: die Verzögerungsschaltung so viele Widerstände wie die Anzahl von FET und so viele Kondensatoren wie die Anzahl der FET umfasst; jeder der Widerstände mit einem Ende von jedem der Kondensatoren in Reihe geschaltet ist; ein Verbindungspunkt zwischen jedem der Widerstände und dem einen Ende von jedem der Kondensatoren mit einem Gate von jedem der FET verbunden ist; und das andere Ende von jedem der Kondensatoren mit einer Source von jedem der FET verbunden ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der eine Vorwärtsdiode, die von dem Schalttreiber zu den Kondensatoren gerichtet ist, parallel zu jedem der Widerstände geschaltet ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die erste Umschaltschaltung ein Paar von FET umfasst, die mit ihren jeweiligen Sources in dieser Reihenfolge von der externen Leistungsversorgung in Reihe geschaltet sind.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der in einem Fall, in dem eine Potenzialdifferenz zwischen Drains des Paars von FET einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der Schalttreiber eine Unterbrechungsbefehlsspannung ausgibt, die ein Schalten eines Stromzufuhrwegs von einem leitenden Zustand in einen unterbrochenen Zustand befiehlt.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung, die einen Motor aufweist, der durch die Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 angetrieben wird.