DE112017006973T5

DE112017006973T5 - Motorantriebsvorrichtung und elektrische servolenkvorrichtung

Info

Publication number: DE112017006973T5
Application number: DE112017006973.4T
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Takada
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN110168922B; JPWO2018142829A1; DE112017006973B4; US10840899B2; US20200083880A1; JP7074074B2; WO2018142829A1; CN110168922A

Abstract

Problem: Bereitstellen einer Motorantriebsvorrichtung, die für die Betriebssicherheit eines Schaltelements vorteilhaft ist.Lösung: Eine Motorantriebsvorrichtung weist folgende Merkmale auf: eine Inverterschaltung; eine Umschaltschaltung zum Schalten des Wegs zwischen einer Leistungsversorgung und der Inverterschaltung in einen leitenden Zustand oder einen getrennten Zustand; und eine Schaltantriebseinheit zum Ausgeben einer Befehlsspannung zum Erteilen eines Schaltbetriebbefehls an die Umschaltschaltung. Die Umschaltschaltung weist einen ersten Feldeffekttransistor und einen zweiten Feldeffekttransistor auf, die in dieser Reihenfolge von der Leistungsversorgungsseite durch ihre jeweiligen Sources in Reihe geschaltet sind. Die Schaltantriebseinheit umfasst: eine Ausgangsschaltung zum Ausgeben einer Ausschaltbefehlsspannung, wenn die Spannungsdifferenz zwischen den Drains der jeweiligen Feldeffekttransistoren einen Schwellenwert überschreitet; und eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern eines Zeitpunkts, zu dem die Befehlsspannung in das Gate des ersten Feldeffekttransistors eingegeben wird, in Bezug auf einen Zeitpunkt, zu dem die Befehlsspannung in das Gate des zweiten Feldeffekttransistors eingegeben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung und eine elektrische Servolenkvorrichtung.
Hintergrundtechnik
Als eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, die 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 in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten. In einem Fall, in dem ein Stromwert von Strom, der durch den Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung und der Leistungsversorgung fließt, einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, schaltet eine Umschaltschaltung den Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung und der Leistungsversorgung in den unterbrochenen Zustand.
Zum Zeitpunkt des Schaltens von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand wird beispielsweise aufgrund eines Einflusses einer Induktivität einer Drosselspule für Rauschminderung, die in einer Umschaltschaltung enthalten ist, eine Stoßspannung erzeugt. In Abhängigkeit von dem Betrag der Stoßspannung kann die Stoßspannung die maximale Nennleistung eines Schaltelements, wie zum Beispiel eines Feldeffekttransistors (FET), das in der Umschaltschaltung enthalten ist, überschreiten und das Schaltelement kann beschädigt werden. Dies kann zu einer Fehlfunktion einer elektrischen Servolenkvorrichtung führen.
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Motorantriebsvorrichtung, die zwei Notfallschaltelemente ausschaltet, die in Reihe geschaltet sind, falls eine Zufuhrleitung zu einem Motor nicht mit Energie versorgt ist, wodurch eine Beschädigung der Notfallschaltelemente verhindert wird.
Literatur des Stands der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung-Nr. 2009-220705
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Hier wird in einem Fall, in dem zwei Notfallschalter, die in Reihe geschaltet sind, gleichzeitig ausgeschaltet werden, einer der beiden Notfallschalter aufgrund der Erzeugung einer Stoßspannung beschädigt. In der Patentliteratur 1 gibt es keine Beschreibung bezüglich einer Reihenfolge des Ausschaltens von zwei Notfallschaltern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung einer Motorantriebsvorrichtung, die beispielsweise hinsichtlich der Betriebssicherheit eines Schaltelements vorteilhaft ist.
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 Strom, der von einer externen Leistungsversorgung zugeführt wird, dem Motor zuzuführen, eine Umschaltschaltung, die konfiguriert ist, um einen Stromzufuhrweg zwischen der externen Leistungsversorgung und der Inverterschaltung in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten und einen Schalttreiber, der konfiguriert ist, um eine Spannung, die eine Schaltoperation befiehlt, an die Umschaltschaltung auszugeben, wobei die Umschaltschaltung einen ersten Feldeffekttransistor (FET) und einen zweiten FET umfasst, die mit ihren Sources von der externen Leistungsversorgung in Reihe geschaltet sind, und der Schalttreiber eine Ausgangsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Unterbrechungsbefehlsspannung auszugeben, die ein Schalten des Stromzufuhrwegs von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand befiehlt, falls eine Potenzialdifferenz zwischen einem Drain des ersten FET und einem Drain des zweiten FET einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, und eine Verzögerungsschaltung umfasst, die konfiguriert ist, um zu bewirken, dass ein erster Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate des ersten FET eingegeben wird, später ist als ein zweiter Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate des zweiten FET eingegeben wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einer ersten beispielhaften Erfindung der vorliegenden Anmeldung wird eine Motorantriebsvorrichtung bereitgestellt, die hinsichtlich der Betriebssicherheit eines Schaltelements vorteilhaft ist.
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.
4 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer Verzögerungsschaltung darstellt.
5A ist eine Ansicht, die eine Leistungsversorgungsleitung in einem leitenden Zustand darstellt, 5B ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Verzögerung auftritt, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist; 5C ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung in Gange ist; 5D ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung ihren Abschluss erreicht, und 5E ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung abgeschlossen ist.
6 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Verzögerungsschaltung gemäß einem ersten modifizierten Beispiel darstellt.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung in einem Fall darstellt, in dem zwei Motoren gesteuert werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel darstellt.
9 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Verzögerungsschaltung gemäß einem dritten modifizierten Beispiel darstellt.

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 Treiber 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.
Motorantriebsvorrichtung
Als Nächstes wird eine Konfiguration der Motorantriebsvorrichtung 30 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 und eine Inverterschaltung 37. Ferner ist zwischen dem Schalttreiber 33 und der ersten und der zweiten Umschaltschaltung 34 und 35 ein Begrenzungswiderstand R angeordnet.
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 den 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, wird in die Schaltbefehlseinrichtung 313 eingegeben. Außerdem wird ein Signal, das anzeigt, dass eine Überwachungseinrichtung 332 in dem Schalttreiber 33 einen Unterbrechungsbefehl an eine Ausgangsschaltung 331 ausgegeben hat, in die Schaltbefehlseinrichtung 313 eingegeben. Ferner wird ein Ergebnis einer Überwachung durch die Überwachungseinrichtung 332, ob Überstrom, der durch die erste Umschaltschaltung 34 fließt, vorliegt, in die Schaltbefehlseinrichtung 313 eingegeben.
Ferner ist die Ausgabe des Überwachungsergebnisses an die Schaltbefehlseinrichtung 313 durch die Überwachungseinrichtung 332 nicht wesentlich.
In einem Fall, in dem der Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, ein vorbestimmter Schwellenwert oder niedriger ist, gibt die Schaltbefehlseinrichtung 313 an die Ausgangsschaltung 331 eine Leitungsbefehlsspannung aus, die bewirkt, dass ein Stromversorgungswert in der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 in einem leitenden Zustand ist. Der vorbestimmte Schwellenwert bezieht sich auf einen Stromwert eines Überstroms, der zwischen der Inverterschaltung 37 und der externen Leistungsversorgung 40 fließt, in einem Fall, in dem in der Inverterschaltung 37 oder dergleichen ein Kurzschluss auftritt.
In einem Fall, in dem der Stromwert des Stroms, der durch die Inverterschaltung 37 fließt, den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, gibt die Schaltbefehlseinrichtung 313 außerdem eine Unterbrechungsbefehlsspannung an die Ausgangsschaltung 331 aus, die eine Unterbrechung einer Verbindung mit der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 befiehlt.
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 von 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 an die Rückkopplungssteuerung 312 und der Schaltbefehlseinrichtung 313 der Steuerung 31 gesendet, die in 3 dargestellt sind.
Schalttreiber
Der Schalttreiber 33 umfasst die Ausgangsschaltung 331, die Überwachungseinrichtung 332 und eine Verzögerungsschaltung 333. Die Ausgangsschaltung 331 verstärkt die Eingangsleitungsbefehlsspannung oder Unterbrechungsbefehlsspannung nach Bedarf und gibt die verstärkte Leitungsbefehlsspannung oder Unterbrechungsbefehlsspannung an die erste Umschaltschaltung 34 und die zweite Umschaltschaltung 35 aus. Die Überwachungseinrichtung 332 überwacht, ob Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, vorliegt und gibt ein Überwachungsergebnis an die Steuerung 31 und die Ausgangsschaltung 331 aus. Wenn im Fall dieser Konfiguration der Überstrom durch die Überwachungseinrichtung 332 erfasst wird, wird von der Überwachungseinrichtung 332 eine Unterbrechungsanweisung an die Ausgangsschaltung 331 ausgegeben, ohne durch die Steuerung 31 zu verlaufen. Die Verzögerungsschaltung 333 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um einen Zeitpunkt zu verzögern, zu dem ein Eingangssignal ausgegeben wird.
In einem Fall, in dem die Leitungsbefehlsspannung in die Ausgangsschaltung 331 eingegeben wird, verstärkt die Ausgangsschaltung 331 die Leitungsbefehlsspannung auf eine Spannung, mit der FET, die in der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 enthalten sind, eingeschaltet werden, und gibt die verstärkte Leitungsbefehlsspannung an jede Umschaltschaltung aus. Das Einschalten des FET bezieht sich darauf, zu bewirken, dass zwischen einer Source und einem Drain des FET Strom fließt. Außerdem bezieht sich das Ausschalten des FET darauf, zu bewirken, dass zwischen einer Source und einem Drain des FET kein Strom fließt. Ferner gibt die Ausgangsschaltung 331 in einem Fall, in dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in die Ausgangsschaltung 331 eingegeben wird, eine Unterbrechungsbefehlsspannung aus, die bewirkt, dass eine Potenzialdifferenz zwischen einem Gate und einem Source der FET 0 V beträgt.
Die Überwachungseinrichtung 332 überwacht eine Potenzialdifferenz zwischen einem Drain eines ersten FET 341a und einem Drain eines zweiten FET 341b, wodurch Überstrom überwacht wird, 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 die Überwachungseinrichtung 332, dass der Überstrom erfasst wird. In einem Fall, in dem die Spannung zwischen den Drains niedriger als oder gleich wie der Schwellenwert ist, bestimmt die Überwachungseinrichtung 332, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsversorgungsleitung fließt.
In dem Fall, in dem die Überwachungseinrichtung 332 bestimmt, dass der Überstrom erfasst wird, gibt die Überwachungseinrichtung 332 ein Signal, das anzeigt, dass der Überstrom erfasst wird, an die Schaltbefehlseinrichtung 313 aus. Außerdem gibt die Überwachungseinrichtung 332 in dem Fall, in dem die Überwachungseinrichtung 332 bestimmt, dass der Überstrom erfasst wird, einen Unterbrechungsbefehl an die Ausgangsschaltung 331 aus. Die Überwachungseinrichtung 332 gibt ein Signal an die Schaltbefehlseinrichtung 313 aus, das anzeigt, dass der Unterbrechungsbefehl an die Ausgangsschaltung 331 ausgegeben wurde. Auf der Basis des Unterbrechungsbefehls gibt die Ausgangsschaltung 331 eine Unterbrechungsbefehlsspannung aus, die eine Unterbrechung einer Verbindung mit der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 befiehlt.
In dem Fall, in dem die Überwachungseinrichtung 332 bestimmt, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, gibt die Überwachungseinrichtung 332 ein Signal an die Schaltbefehlseinrichtung 313 aus, das anzeigt, dass der Überstrom nicht durch die Leistungsversorgungsleitung fließt. Die Ausgangsschaltung 331 gibt eine Leitungsbefehlsspannung aus, die eine Leitung einer Verbindung mit der ersten Umschaltschaltung 34 und der zweiten Umschaltschaltung 35 befiehlt.
Da die Überwachungseinrichtung 332 in dem Schalttreiber 33 überwachen kann, ob Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, vorliegt, und einen Unterbrechungsbefehl ausgeben kann, kann die Schaltungskonfiguration kompakt gemacht werden.
Verzögerungsschaltung
Die Verzögerungsschaltung 333 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 333 eingegeben wird, benötigt, um von der Verzögerungsschaltung 333 ausgegeben zu werden, wird als Verzögerungszeit bezeichnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verzögerungszeit in der Größenordnung von µ-Sekunden. Die Verzögerungsschaltung 333 ist zwischen der ersten Umschaltschaltung 34 und der Ausgangsschaltung 331 angeordnet. Außerdem ist die Verzögerungsschaltung 333 mit einem Gate des ersten FET 341a und einem Gate des zweiten FET 341b verbunden.
Die Ausgangsschaltung 331 gibt die Unterbrechungsbefehlsspannung an die erste Umschaltschaltung 34 und die zweite Umschaltschaltung 35 aus. Die Verzögerungsschaltung 333 bewirkt, dass ein erster Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in das Gate des ersten FET 341a eingegeben wird, später ist als ein zweiter Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in das Gate des zweiten FET 341b eingegeben wird.
Durch Anordnen der Verzögerungsschaltung 333 wie oben beschrieben können in dem Fall, in dem der Überstrom in der Leistungsversorgungsleitung erfasst wird, Zeitpunkte, zu denen der erste FET 341a und der zweite FET 341b ausgeschaltet werden, gegeneinander verschoben sein. Das heißt, der zweite FET 341b kann zuerst ausgeschaltet werden und dann kann der erste FET 341a ausgeschaltet werden.
Durch Verschieben der Zeitpunkte, zu denen der erste FET 341a und der zweite FET 341b ausgeschaltet werden, kann der Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, einer Körperdiode des zweiten FET 341b zugeführt werden, bevor die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen wird, wodurch der Überstrom reduziert wird. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass eine Stoßspannung, die erzeugt wird, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist, die maximale Nennleistung des ersten FET 341a überschreitet. Hier wird die Stoßspannung auch als eine Spitzenspannung oder Überspannung bezeichnet.
Umschaltschaltung
Die erste Umschaltschaltung 34 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um die Leistungsversorgungsleitung in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten. Die erste Umschaltschaltung 34 umfasst den ersten FET 341a und den zweiten FET 341b, die mit ihren jeweiligen Sources von der externen Leistungsversorgung 40 in Reihe geschaltet sind. Außerdem umfasst die erste Umschaltschaltung 34 eine Drosselspule 11 für Rauschminderung, die an der Seite der externen Leistungsversorgung 40 angeordnet ist.
Die zweite Umschaltschaltung 35 ist eine elektrische Schaltung, die konfiguriert ist, um den Stromzufuhrweg zwischen der Inverterschaltung 37 und dem Motor 20 in den leitenden Zustand und den unterbrochenen Zustand zu schalten. Die zweite Umschaltschaltung 35 umfasst FET 351 in der gleichen Anzahl 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 Bruchs ein Ausfall auftritt, die Inverterschaltung 37 zuverlässig 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, 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 341a, 341b und 351 und die Schaltelemente 371 verwendet.
Konfigurationsbeispiele einer Verzögerungsschaltung
4 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Verzögerungsschaltung 333 darstellt. Eine in 4 dargestellte Verzögerungsschaltung 333A umfasst eine Verzögerungszeitbestimmungseinrichtung 381A, die konfiguriert ist, um einen Betrag einer Zeitdifferenz, d.h. eine Verzögerungszeit zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, und umfasst einen Verzögerungsgenerator 382A, der konfiguriert ist, um eine Verzögerungszeit zu erzeugen, die bewirkt, dass der erste Zeitpunkt später ist als der zweite Zeitpunkt. Aufgrund dieser Konfiguration kann die Verzögerung im Voraus zur Zeit des Schaltungsentwurfs eingestellt werden und die Verzögerung kann zu der eingestellten Verzögerungszeit erzeugt werden.
Die Verzögerungszeitbestimmungseinrichtung 381A umfasst einen Widerstand R1 und einen Kondensator C2. Außerdem umfasst der Verzögerungsgenerator 382A eine Negativ-Positiv-Negativ(NPN)-Transistor T1 und einen Positiv-Negativ-Positiv(PNP)-Transistor T2. Die Verzögerungszeit kann auf der Basis eines Widerstandswerts des Widerstands R1 und eines Kapazitätswerts des Kondensators C1 bestimmt werden und die Verzögerung kann durch den NPN-Transistor T1 und PNP-Transistor T2 erzeugt werden.
Wie es in 4 dargestellt ist, ist ein Kollektor des NPN-Transistors T1 mit dem Gate des zweiten FET 341b und einer Ausgangsseite der Ausgangsschaltung 331 verbunden. Ein Kollektor des PNP-Transistors T2 ist mit Masse verbunden und ein Emitter des NPN-Transistors T1 und ein Emitter des PNP-Transistors T2 sind mit dem Gate des ersten FET 341a verbunden. Der Widerstand R1 ist zwischen einer Basis des PNP-Transistors T2 und einer Basis des NPN-Transistors T1 angeordnet und der Kondensator C1 ist zwischen der Basis des PNP-Transistors T2 und dem Widerstand R1 angeordnet. Der Kondensator C1 ist mit Masse verbunden. Aufgrund der oben beschriebenen Anordnung kann die Verzögerungszeit auf der Basis des Widerstandswerts des Widerstands R1 und des Kapazitätswerts des Kondensators T1 bestimmt werden, und die Verzögerung kann durch den NPN-Transistor T1 und den PNP-Transistor T2 erzeugt werden.
5A bis 5E sind Ansichten zum aufeinanderfolgenden Beschreiben eines Betriebs der Verzögerungsschaltung 333A, die in 4 dargestellt ist. Die Spannung der externen Leistungsversorgung 40 beträgt 12 V. 5A ist eine Ansicht, die eine Leistungsversorgungsleitung in dem leitenden Zustand darstellt. Der erste FET 341a und der zweite FET 341b sind aufgrund der Leitungsbefehlsspannung von der Ausgangsschaltung 331 eingeschaltet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Leitungsbefehlsspannung, die von der Ausgangsschaltung 331 ausgegeben wird, 20 V. Der NPN-Transistor T1 wird für jedes Element der Verzögerungsschaltung 331A eingeschaltet. Außerdem wird eine Ladung auf den Kondensator C1 geladen und der PNP-Transistor T2 wird ausgeschaltet.
5B ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Verzögerung auftritt, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist. Wenn die Unterbrechungsbefehlsspannung von der Ausgangsschaltung 331 ausgegeben wird, werden der zweite FET 341b und der NPN-Transistor T1 ausgeschaltet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Unterbrechungsbefehlsspannung 0 V. Der erste FET 341a bleibt weiterhin eingeschaltet, bis eine Ladung einer parasitären Kapazität verschwindet. Das heißt, eine Verzögerung tritt auf.
5C ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung im Gange ist, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist. Nach 5B wird die Ladung, die in dem Kondensator C1 gespeichert ist, allmählich zu dem Schalttreiber 33 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt, während der Kapazitätswert des Kondensators C1 und der Widerstandswert des Widerstands R1 höher sind, ist es schwieriger, die Ladung abzugeben. Das heißt, die Verzögerungszeit erhöht sich, während der Kapazitätswert des Kondensators C1 und der Widerstandswert höher werden.
5D ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung ihren Abschluss erreicht, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist. Da die Ladung, die in dem Kondensator C1 gespeichert ist, abgegeben wird, ist nach 5C eine Spannung zwischen beiden Enden des Kondensators C1 ebenfalls verringert. Als Folge erhöht sich die Potenzialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors T2. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Transistor, der eingeschaltet ist, wenn die Potenzialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter 0,6 V oder mehr beträgt, als der PNP-Transistor T2 verwendet. Während die Spannung zwischen den beiden Enden des Kondensators C1 fällt, wird entsprechend der PNP-Transistor T2 eingeschaltet, wenn die Potenzialdifferenz zwischen der Basis und dem Emitter des PNP-Transistors T2 0,6 V erreicht.
5E ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Verzögerung abgeschlossen ist, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen ist. Nach 5D wird die Ladung der parasitären Kapazität des ersten FET 341a zu dem PNP-Transistor T2 abgegeben. Der erste FET 341a wird ausgeschaltet, wenn die Ladung der parasitären Kapazität vollständig abgegeben ist. Die Verzögerungsschaltung 333A arbeitet wie oben beschrieben.
Erstes modifiziertes Beispiel
6 ist eine Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel der Verzögerungsschaltung 333 darstellt. Bei einer Verzögerungsschaltung 333B, die in 6 dargestellt ist, ist ein Widerstand R2 zwischen einem Emitter eines PNP-Transistors T2 und einem Gate eines ersten FET 341a angeordnet und ein Widerstand R3 ist an dem Emitter des PNP-Transistors T2 angeordnet. Der Widerstand R3 ist mit Masse verbunden. Die Verzögerungsschaltung 333B kann bewirken, dass eine Verzögerungszeit länger ist als diejenige der Verzögerungsschaltung 333A.
Wie oben beschrieben, ist eine Motorantriebsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem vorliegenden modifizierten Beispiel bereitgestellt, die hinsichtlich der Betriebssicherheit eines FET vorteilhaft ist, der in einer Umschaltschaltung enthalten ist, die auf einer Leistungsversorgungsleitung angeordnet ist. 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.
Zweites modifiziertes 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. 7 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 und der Inverterschaltung 37, 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 und einen Motor 20. Der Schalttreiber 63 umfasst eine Ausgangsschaltung 631, eine Überwachungseinrichtung 632 und eine Verzögerungsschaltung 633.
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.
Drittes modifiziertes Beispiel
Von der Seite der Steuerung 31 aus gesehen sind bei dem Ausführungsbeispiel die Ausgangsschaltung 331 und die Verzögerungsschaltung 333 in dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet. Bei dem vorliegenden modifizierten Beispiel kann die Reihenfolge der Ausgangsschaltung und der Verzögerungsschaltung geändert werden. Das heißt, die Verzögerungsschaltung ist zwischen der Ausgangsseite der Steuerung 31 und der Eingangsseite der Ausgangsschaltung angeordnet.
Da Zeitpunkte, zu denen eine Unterbrechungsbefehlsspannung von der Ausgangsschaltung ausgegeben wird, durch Anordnung der Verzögerungsschaltung an der Eingangsseite der Ausgangsschaltung verschoben werden können, ist es möglich, den zweiten FET 341b zuerst auszuschalten und dann den ersten FET 341a auszuschalten. Indem der zweite FET 341b zuerst ausgeschaltet wird, ist es möglich, den Überstrom, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt, der Körperdiode des zweiten FET 341b zuzuführen und dann die Leistungsversorgungsleitung zu unterbrechen. Entsprechend ist es möglich, einen Ausfall des ersten FET 341a zu verhindern durch Unterdrücken einer Stoßspannung, die auftritt, während die Leistungsversorgungsleitung unterbrochen wird.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorantriebsvorrichtung 80 des vorliegenden modifizierten Beispiels darstellt. Konfigurationen, die gleich sind wie diejenigen bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung derselben wird ausgelassen. Die Motorantriebsvorrichtung 80 umfasst einen Schalttreiber 83.
Der Schalttreiber 83 umfasst eine Ausgangsschaltung 831, eine Überwachungseinrichtung 832 und eine Verzögerungsschaltung 833. Die Ausgangsschaltung 831 umfasst eine erste Ausgangsschaltung 831A, eine zweite Ausgangsschaltung 831B und eine dritte Ausgangsschaltung 831C. Die erste Ausgangsschaltung 831A gibt eine Leitungsbefehlsspannung oder eine Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate eines ersten FET 341 a ein. Die zweite Ausgangsschaltung 831B gibt eine Leitungsbefehlsspannung oder eine Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate des zweiten FET 341b ein. Die dritte Ausgangsschaltung 831C gibt eine Leitungsbefehlsspannung oder eine Unterbrechungsbefehlsspannung in jedes Gate eines FET 351 ein.
9 ist eine Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Verzögerungsschaltung 833 darstellt. Die Verzögerungsschaltung 833 umfasst einen Widerstand R9 und einen Kondensator C9. Eine Verzögerungszeit kann auf der Basis eines Widerstandswerts des Widerstands R9 und eines Kapazitätswerts des Kondensators C9 bestimmt werden.
Ferner ist es möglich, die Verzögerungsschaltung 333 unter Verwendung nur eines Widerstands zu konfigurieren. Da in dem ersten FET 341a, der mit der Verzögerungsschaltung 333 verbunden ist, zwischen einem Gate und einer Source eine parasitäre Kapazität vorliegt, wird eine Verzögerungszeit von einigen µ-Sekunden sichergestellt, selbst wenn nur der Widerstand verwendet wird, ohne den Kondensator oder dergleichen in der Verzögerungsschaltung 333.
Andererseits ist es auch möglich, die Verzögerungsschaltung 833 unter Verwendung nur eines Widerstands zu konfigurieren. Da die erste Ausgangsschaltung 831A, die mit der Verzögerungsschaltung 833 verbunden ist, kein Element mit parasitärer Kapazität umfasst, ist jedoch eine Verzögerungszeit, die solange ist wie in dem Fall, in dem die Verzögerungsschaltung 333 unter Verwendung nur eines Widerstands konfiguriert ist, nicht gesichert.
Der Motor 20 ist nicht darauf beschränkt, drei Phasen zu haben. Außerdem kann die Motorantriebsvorrichtung 30, 60 oder 80 bei anderen Vorrichtungen als der Servolenkvorrichtung angewendet werden. Beispielsweise kann die Motorantriebsvorrichtung 30, 60 oder 80 bewirken, dass ein Motor angetrieben wird, der in anderen Teilen eines Transportmittels, wie zum Beispiel eines Automobils, verwendet wird. Außerdem kann die Motorantriebsvorrichtung 30, 60 oder 80 bewirken, dass ein Motor angetrieben wird, der in einer anderen Apparatur als einem Automobil, wie zum Beispiel einem Industrieroboter, befestigt ist.
Anstatt die Überwachungseinrichtung 332 oder die Überwachungseinrichtung 632 bereitzustellen, kann die Steuerung 31 außerdem die Potenzialdifferenz zwischen dem Drain des ersten FET 341a und dem Drain des zweiten FET 341b überwachen, um den Überstrom zu überwachen, der durch die Leistungsversorgungsleitung fließt.
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
331: Ausgangsschaltung
333: Verzögerungsschaltung
34: erste Umschaltschaltung
35: zweite Umschaltschaltung
36: Invertertreiber
37: Inverterschaltung

Claims

Eine Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben eines Motors, wobei die Motorantriebsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Inverterschaltung, die konfiguriert ist, um Strom, der von einer externen Leistungsversorgung zugeführt wird, dem Motor zuzuführen; eine Umschaltschaltung, die konfiguriert, um einen Stromzufuhrweg zwischen der externen Leistungsversorgung und der Inverterschaltung in einen leitenden Zustand und einen unterbrochenen Zustand zu schalten; und einen Schalttreiber, der konfiguriert ist, um eine Spannung, die eine Schaltoperation befiehlt, an die Umschaltschaltung auszugeben, wobei die Umschaltschaltung einen ersten Feldeffekttransistor (FET) und einen zweiten FET umfasst, die mit ihren Sources in dieser Reihenfolge von einer Seite der externen Leistungsversorgung in Reihe geschaltet sind, und der Schalttreiber folgende Merkmale umfasst: eine Ausgangsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Unterbrechungsbefehlsspannung auszugeben, die ein Schalten des Stromzufuhrwegs von dem leitenden Zustand in den unterbrochenen Zustand befiehlt, in einem Fall, in dem eine Potenzialdifferenz zwischen einem Drain des ersten FET und einem Drain des zweiten FET einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und eine Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um zu bewirken, dass ein erster Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate des ersten FET eingegeben wird, später ist als ein zweiter Zeitpunkt, zu dem die Unterbrechungsbefehlsspannung in ein Gate des zweiten FET eingegeben wird.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Verzögerungsschaltung an einer Ausgangsseite der Ausgangsschaltung angeordnet ist und mit dem Gate des ersten FET und dem Gate des zweiten FET verbunden ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Verzögerungsschaltung an einer Eingangsseite der Ausgangsschaltung angeordnet ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Verzögerungsschaltung eine Verzögerungszeitbestimmungseinrichtung, die konfiguriert ist, um einen Betrag einer Zeitdifferenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt zu bestimmen, und einen Verzögerungsgenerator umfasst, der konfiguriert ist, um die Zeitdifferenz zu erzeugen.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der: der Verzögerungsgenerator einen Negativ-Positiv-Negativ(NPN)-Transistor T1 und einen Positiv-Negativ-Positiv(PNP)-Transistor T2 umfasst; die Verzögerungszeitsbestimmungseinrichtung einen Widerstand und einen Kondensator umfasst.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der: ein Kollektor des NPN-Transistors mit dem Gate des zweiten FET und einer Ausgangsseite des Schalttreibers verbunden ist; ein Kollektor des PNP-Transistors mit Masse verbunden ist; ein Emitter des NPN-Transistors und ein Emitter des PNP-Transistors mit dem Gate des ersten FET verbunden sind; der Widerstand zwischen einer Basis des PNP-Transistors und einer Basis des NPN-Transistors angeordnet ist; und der Kondensator, der mit Masse verbunden ist, zwischen der Basis des PNP-Transistors und dem Widerstand angeordnet ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der: ein Widerstand zwischen dem Emitter des PNP-Transistors und dem Gate des ersten FET angeordnet ist; und ein Widerstand, der mit Masse verbunden ist, mit dem Emitter des PNP-Transistors verbunden ist.
Die Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Potenzialdifferenz durch den Schalttreiber gemessen wird.
Eine elektrische Servolenkvorrichtung, die einen Motor aufweist, der durch die Motorantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angetrieben wird.