JP2004166441A

JP2004166441A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2004166441A
Application number: JP2002331823A
Authority: JP
Inventors: Susumu Koike; 進小池
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】相異なる電源回路に対して、大半の部品の共通化が可能又は容易な回路構成を有する比較的高出力の電動パワーステアリング装置を実現すること。
【解決手段】昇圧コイルＬと第１スイッチング素子Ｓ１との接続線路上の中継点Ａを接地する第２スイッチング素子Ｓ２を備え、昇圧コイルＬと第１スイッチング素子Ｓ１を直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ側の給電点Ｃとの間に直列に接続することにより、給電点Ｃにおける給電電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置において、中継点Ａと第２スイッチング素子Ｓ２との間に余剰電力消費用の放熱抵抗Ｒを挿入し、昇圧コイルＬに対して並列に第１短絡線路Ｊ１を接続し、更に、インバータ４における余剰電力発生時に、第２スイッチング素子Ｓ２を接地状態にスイッチすることにより、従来の昇圧回路に対して代替的に動作する回生電力放熱回路１１０を構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電源回路の電源電圧を昇圧する形態の回生回路（昇圧回路）、又は、回生電力を電気抵抗で消費（放熱）する形態の回生回路（回生電力放熱回路）を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電源に対する昇圧手段を有する電動パワーステアリング装置としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているもの等が一般にも知られている。
これらの電動パワーステアリング装置では、この様な昇圧手段を用いることにより、比較的高出力の電動パワーステアリング装置を実現している。
【０００３】
図５に、従来技術による電動パワーステアリング装置９００のシステム構成図を例示する。この電動パワーステアリング装置９００の直流電源回路は、１２Ｖ直流電源１と電源リレー２と電源フィルタ３等から構成されている。ＥＣＵ等とも呼ばれる制御装置９０１は、昇圧回路９１０を内蔵している。第２スイッチング素子Ｓ２は、昇圧コイルＬと第１スイッチング素子Ｓ１との接続線路上の中継点Ａをタイミング自在に接地する。直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ側の給電点Ｃとの間に直列に、昇圧コイルＬと第１スイッチング素子Ｓ１とを接続（挿入）することにより、給電点Ｃにおける給電電圧が昇圧制御可能となる。この昇圧制御は、制御回路マイコン９２０の指令に基づいて、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を自在にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、実現される。
【０００４】
尚、上記の給電点Ｂ或いは給電点Ｃには、他方が接地されたコンデンサを接続しても良い。この様なコンデンサは、上記の昇圧回路において整流作用若しくは昇圧作用を効果的に奏する場合があることが知られている。
また、上記の昇圧回路を構成する第１スイッチング素子或いは第２スイッチング素子は、寄生ダイオードを有するものであっても良い。
【０００５】
比較的高出力の電動パワーステアリング装置を実現するために用いられるその他の電源構成としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を利用して構成される４２Ｖ系の直流電源を直截的に使用するもの等も考えられる。この４２Ｖ系の直流電源を直截的に使用する場合には、特に昇圧回路や昇圧制御を導入する必要がない等の利点があり、よってこの構成は、前記の昇圧回路９１０を用いる図５の電動パワーステアリング装置９００の構成と同様に、十分に実用的であると言える。
従って今後は、これらの２系統に代表される比較的高出力の電動パワーステアリング装置が、広範に普及していくものと考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２６０９０７号公報（第２図、第７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の２系統に対して個別にＥＣＵ（例：制御装置９０１）等の制御機構を開発し、提供していくことは、電動パワーステアリング装置の生産性の面で非常に不効率となる。
即ち、生産性を重視する時、上記の様な制御機構の生産体制は、極力部品等を共通化する等の工夫により、殆ど１系統で実現していく必要があるものと考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、相異なる電源回路に対して、大半の部品の共通化が可能又は容易な回路構成を有する比較的高出力の電動パワーステアリング装置を実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、昇圧コイルと第１スイッチング素子との接続線路上の中継点Ａをタイミング自在に接地する第２スイッチング素子を備え、昇圧コイルと第１スイッチング素子を直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ側の給電点Ｃとの間に直列に接続することにより、給電点Ｃにおける給電電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置において、中継点Ａと第２スイッチング素子との間に余剰電力消費用の放熱抵抗を挿入し、昇圧コイルに対して並列に第１短絡線路を接続し、更に、インバータからの回生電力が発生した際に、第２スイッチング素子を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチするスイッチング制御手段を設けることにより、回生電力を余剰エネルギーとして放熱する回生電力放熱回路を構成することである。
【００１０】
ただし、上記の給電点Ｂ或いは給電点Ｃには、他方が接地されたコンデンサを接続しても良い。この様なコンデンサは、上記の昇圧回路において整流作用若しくは昇圧作用を効果的に奏する場合があることが知られている。
また、上記の昇圧回路を構成する第１スイッチング素子或いは第２スイッチング素子は、寄生ダイオードを有するものであっても良い。
尚、以下の記載において、上記の様な昇圧回路や回生電力放熱回路を総称的に回生回路と呼ぶことがある。
【００１１】
上記の構成に従えば、放熱抵抗の追加的な挿入と、第１短絡線路の付加だけで、昇圧回路を上記の回生電力放熱回路に変更することができる。ただし、インバータにおける回生電力発生時には、第２スイッチング素子を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチして、インバータから回生される電力を放熱抵抗にて消費（放熱）する。また、第１スイッチング素子は、常時接続状態（ＯＮ状態）にしておけば良い。これらの制御は制御回路マイコンの制御プログラムを従来のもの（図５の昇圧回路９１０を制御する制御回路マイコンの制御プログラム）と差し替えることで容易に対応可能である。この場合、第２スイッチング素子を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチする上記のスイッチング制御手段は、制御回路マイコンの新たな制御プログラムの新規拡張部分として、公知の技法に基づいて容易に具現化することができる。
【００１２】
例えば、この様な構成によれば、従来の図５のシステム構成に基づいて、例えば４２Ｖ系等の比較的高圧な直流電源を用いる構成に、最小限の変更で対応することが可能となる。したがって、この様な構成に従えば、相異なる電源回路に対して、大半の部品の共通化が可能又は容易となり、電源回路が上記の様に複数系統にまたがる場合であっても、電動パワーステアリング装置の生産性を維持又は向上することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の手段においては、上記の第１短絡線路は、上記の昇圧コイルに代えてその代替部品として接続する。言い換えれば、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の昇圧コイルを省略（削除）することと事実上一致する。
この構成によれば、昇圧回路を用いる電動パワーステアリング装置と上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置との生産ラインを、昇圧コイルの組み付け前に分離しなければならないが、この構成によれば、上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置を製造する際に、昇圧コイルの部品代や昇圧コイルの組み付けコストが削減できるので、コスト面で上記の第１の手段よりも更に有利となる場合がある。
【００１４】
また、回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置においては、上記の昇圧コイルは元来必要ないものであるので、不要なインダクタンス作用を未然に排除できると言う観点からも昇圧コイルは始めから具備しない方がより望ましい。
【００１５】
また、第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、第１スイッチング素子に対して並列に第２短絡線路を接続することである。
この構成によれば、中継点Ａと給電点Ｃとが第２短絡線路で接続されるため、制御回路マイコンの制御プログラムに従って、第１スイッチング素子に対して常時ＯＮ指令を出力する必要が無くなる。
【００１６】
また、第４の手段は、上記の第１又は第２の手段において、第１スイッチング素子の代りに第２短絡線路を接続することである。
この構成によれば、昇圧回路を用いる電動パワーステアリング装置と上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置との生産ラインを、第１スイッチング素子の組み付け前に分離しなければならないが、この構成によれば、上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置を製造する際に、第１スイッチング素子の部品代や第１スイッチング素子の組み付けコストが削減できるので、コスト面で更に有利となる場合がある。
【００１７】
また、第５の手段は、上記の第１の手段において、放熱抵抗に対して並列に接続された第３短絡線路と、第１短絡線路を自在に切断／連結する第３スイッチング素子と、第３短絡線路を自在に切断／連結する第４スイッチング素子と、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とを同時にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、昇圧回路と回生電力放熱回路の何れか一方を択一的に使用可能にする回生回路選択手段とを備えることである。
【００１８】
この構成に従えば、昇圧回路と回生電力放熱回路の何れか一方を択一的に使用可能にすることが可能となるので、昇圧回路を用いる電動パワーステアリング装置と回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置との生産ラインを完全に１本化することが可能となる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔第１実施例〕
図１は、本第１実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のシステム構成図である。この電動パワーステアリング装置１００の直流電源回路は、４２Ｖ直流電源５と電源リレー２と電源フィルタ３等から構成されている。ＥＣＵ等とも呼ばれる制御装置１０１は、回生電力放熱回路１１０を内蔵しており、この制御装置１０１は、従来と同様に１２Ｖ電源（バッテリー１）を用いて作動させる。
【００２０】
第２スイッチング素子Ｓ２と中継点Ａとの間には、余剰電力消費用の放熱抵抗Ｒが挿入されており、この点が従来の電動パワーステアリング装置９００（図５）と比較した場合大きく異なっている。第２スイッチング素子Ｓ２は、放熱抵抗Ｒの一端をタイミング自在に接地する。
直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ４側の給電点Ｃとの間には、直列に第１短絡線路Ｊ１と第１スイッチング素子Ｓ１とが接続（挿入）されている。昇圧コイルＬは、第１短絡線路Ｊ１と並列に配置して残してあるが、勿論、昇圧コイルＬは削除しても良い。
【００２１】
ギヤＡｓｓｙ１０は、ブラシレス三相モータ１１と回転角センサ１２とトルクセンサ１３等を内蔵しており、このモータ１１の出力トルクは、三相ブリッジ（インバータ４）が内蔵する図略の６つのトランジスタに対する制御回路マイコン１２０からの各ＯＮ／ＯＦＦ指令により自在に制御される。これらの各ＯＮ／ＯＦＦ指令は、回転角センサ１２やトルクセンサ１３等からの出力信号、或いはその他の各種の車両センサ信号（車速、エンジン回転数）等に基づいて随時決定される。
【００２２】
このモータ１１の出力トルクを大きくするために、上記の４２Ｖ直流電源５の導入は非常に有効である。制御装置１０１が有する回生電力放熱回路１１０の回生電力放熱制御は、制御回路マイコン１２０の指令に基づいて、第２スイッチング素子Ｓ２を自在にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより実現される。即ち、インバータ４からの回生電力が発生した際にＯＮ状態（接続状態）にすることにより、回生電力が放熱抵抗Ｒから熱放出される。即ち、この様な新たな制御プログラムの導入により、インバータ４における余剰電力発生時に、第２スイッチング素子Ｓ２を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチする新たなスイッチング制御手段を備える。
【００２３】
この様に、本第１実施例の電動パワーステアリング装置１００では、第２スイッチング素子Ｓ２に対する制御方式が、図５の従来の電動パワーステアリング装置９００で実施していた昇圧制御（即ち、ＰＷＭ回路等を用いたチョッパ制御）の方式とは明らかに異なっている。
尚、スイッチング素子Ｓ１は、常時ＯＮ状態（接続状態）のままで良い。
【００２４】
例えば、以上の様な構成に従えば、相異なる電源回路（例：１２Ｖ直流電源回路と４２Ｖ直流電源回路）に対して、大半の部品の共通化が可能又は容易な回路構成を有する比較的高出力の電動パワーステアリング装置を実現することができる。
【００２５】
〔第２実施例〕
図２は、本第２実施例に係わる電動パワーステアリング装置２００のシステム構成図である。この電動パワーステアリング装置２００は、上記の第１実施例の電動パワーステアリング装置１００と同様に、４２Ｖ直流電源により駆動可能であり、制御装置２０１は回生電力放熱回路２１０を内蔵している。
【００２６】
この回生電力放熱回路２１０の特徴は、第１スイッチング素子Ｓ１に対して並列に第２短絡線路Ｊ２が接続されている点にある。この様な第２短絡線路Ｊ２の設置により、第１スイッチング素子Ｓ１は常時ＯＮ状態であっても、常時ＯＦＦ状態であっても、回生電力放熱回路２１０は正しく動作することができる。
したがって、以上の構成に従えば、制御回路マイコン２２０では、第１スイッチング素子Ｓ１に対するＯＮ／ＯＦＦ制御を実行する必要がなくなる。
例えば、この様な構成によっても、本発明を実施することができる。
【００２７】
尚、以上の第１実施例或いは第２実施例においては、上記の昇圧コイルＬは、省略（削除）しても良い。この構成によれば、昇圧回路を用いる電動パワーステアリング装置と上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置との生産ラインを、昇圧コイルの組み付け前に分離しなければならないが、この構成によれば、上記の回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置を製造する際に、昇圧コイルの部品代や昇圧コイルの組み付けコストが削減できるので、コスト面で有利となる場合がある。
【００２８】
また、回生電力放熱回路を用いる電動パワーステアリング装置においては、上記の昇圧コイルは元来必要ないものであるので、不要なインダクタンス作用を未然に排除できると言う観点からも昇圧コイルＬは始めから具備しない方がより望ましい。
【００２９】
〔第３実施例〕
図３は、本第３実施例に係わる電動パワーステアリング装置３００のシステム構成図である。この電動パワーステアリング装置３００は、上記の第２実施例の電動パワーステアリング装置２００と同様に、４２Ｖ直流電源により駆動可能であり、制御装置３０１は回生電力放熱回路３１０を内蔵している。
【００３０】
この回生電力放熱回路３１０の特徴は、第１短絡線路Ｊ１に対して並列に接続されていた昇圧コイルＬを省略（削除）した点と、第２短絡線路Ｊ２に対して並列に接続されていた第１スイッチング素子Ｓ１を省略（削除）した点にある。
【００３１】
この様な構成に従えば、昇圧コイルＬや第１スイッチング素子Ｓ１の部品コスト及び組み付けコストを削減することができ、更に、これらの素子が給電点Ｃの給電電圧に対して影響（干渉）する恐れもなくなる。
また、制御回路マイコン３２０の制御プログラムにおいて、第１スイッチング素子Ｓ１のＯＮ／ＯＦＦ制御に関しても、全く意識する必要がなくなる。
【００３２】
〔第４実施例〕
図４は、本第４実施例に係わる電力回生回路４１０の回路図である。この電力回生回路４１０は、図５の昇圧回路９１０又は図１の回生電力放熱回路１１０の何れとしても代替的に使用することができるものである。
【００３３】
昇圧コイルＬに対して並列に接続された第１短絡線路Ｊ１の線路上には、この第１短絡線路Ｊ１を自在に切断／連結制御する第３スイッチング素子Ｓ３が設けられている。また、放熱抵抗Ｒに対して並列に接続された第３短絡線路Ｊ３の線路上には、この第３短絡線路Ｊ３を自在に切断／連結制御する第４スイッチング素子Ｓ４が設けられている。
【００３４】
また、選択指令伝達回路４１１は、電力回生回路４１０に入力される制御指令ｃｍ１を２つに分岐させ、第４スイッチング素子Ｓ４に対してはそのＯＮ／ＯＦＦ指令をそのまま伝達するが、一方、第３スイッチング素子Ｓ３に対しては、指令反転回路Ｔ（ＮＯＴ回路）の作用に基づいて、そのＯＮ／ＯＦＦ指令を反転させてから伝達する。
【００３５】
以上の構成により、制御回路マイコン４２０は、上記の制御指令ｃｍ１に基づいて、昇圧回路と回生電力放熱回路の何れか一方を択一的に実現することができる。即ち、ｃｍ１＝ＯＮの時には、中継点Ａと第２スイッチング素子Ｓ２とが第４スイッチング素子Ｓ４の作用によりショートするので、電力回生回路４１０は昇圧回路９１０（図５）と同様に動作することができる。
【００３６】
一方、ｃｍ１＝ＯＦＦの時には、上記の指令反転回路Ｔと第３スイッチング素子Ｓ３の作用により、昇圧コイルＬに対して並列に接続された第１短絡線路Ｊ１が導通されるため、電力回生回路４１０は、前述の第１実施例の回生電力放熱回路１１０（図１）と同様に動作することができる。
【００３７】
例えば、上記の様な構成によれば、電力回生回路４１０を回生電力放熱回路１１０と同様に動作させるか、それとも、昇圧回路９１０と同様に動作させるかを制御回路マイコン４２０によって選択することが可能となるため、同一の電力回生回路４１０を備えた１種類の制御装置（ＥＣＵ）だけで、１２Ｖ直流電源１（図５）を有する電動パワーステアリング装置と、４２Ｖ直流電源５（図１）を有する電動パワーステアリング装置との両方に対応することができる。
したがって、この様な場合には、制御装置（ＥＣＵ）の生産体制を完全に１本化することができるため、生産性が向上する。
【００３８】
尚、上記の各実施例においては、上記の給電点Ｂ或いは給電点Ｃには、他方が接地されたコンデンサを接続しても良い。この様なコンデンサは、特に上記の昇圧回路において整流作用若しくは昇圧作用を効果的に奏する場合があることが知られている。また、上記の昇圧回路を構成する第１スイッチング素子或いは第２スイッチング素子は、寄生ダイオードを有するものであっても良い。
これらのコンデンサや寄生ダイオード等の付属的な素子の有無に係わらず、本発明を具体的に実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係わる電動パワーステアリング装置１００のシステム構成図。
【図２】本発明の第２実施例に係わる電動パワーステアリング装置２００のシステム構成図。
【図３】本発明の第３実施例に係わる電動パワーステアリング装置３００のシステム構成図。
【図４】本発明の第４実施例に係わる電力回生回路４１０の回路図。
【図５】従来技術による電動パワーステアリング装置９００のシステム構成図。
【符号の説明】
９１０ … 昇圧回路
１００ … 電動パワーステアリング装置
１０１ … 制御装置（ＥＣＵ）
１２０ … 制御回路マイコン
１１０ … 回生電力放熱回路（第１実施例）
２１０ … 回生電力放熱回路（第２実施例）
３１０ … 回生電力放熱回路（第３実施例）
４１０ … 回生回路（昇圧回路／回生電力放熱回路：第４実施例）
４１１ … 選択指令伝達回路
１ … １２Ｖ直流電源
２ … 電源リレー
３ … 電源フィルタ
４ … 三相ブリッジ（三相インバータ）
５ … ４２Ｖ直流電源
１０ … ギヤＡｓｓｙ
１１ … ブラシレス三相モータ
１２ … 回転角センサ
１３ … トルクセンサ
Ｌ … 昇圧コイル
Ａ … 中継点
Ｒ … 放熱抵抗
Ｓｎ … 第ｎスイッチング素子（ｎ＝１，２，３，４）
Ｊｍ … 第ｍ短絡線路（ｍ＝１，２，３）
Ｔ … 指令反転回路（ＮＯＴ回路）

Claims

昇圧コイルと第１スイッチング素子との接続線路上の中継点Ａをタイミング自在に接地する第２スイッチング素子を備え、前記昇圧コイルと前記第１スイッチング素子を直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ側の給電点Ｃとの間に直列に接続することにより、前記給電点Ｃにおける給電電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記中継点Ａと前記第２スイッチング素子との間に余剰電力消費用の放熱抵抗を挿入し、
前記昇圧コイルに対して並列に第１短絡線路を接続し、
更に、前記インバータからの回生電力が発生した際に、前記第２スイッチング素子を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチするスイッチング制御手段を設けることにより、
前記回生電力を余剰エネルギーとして放熱する回生電力放熱回路を構成した
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
昇圧コイルと第１スイッチング素子との接続線路上の中継点Ａをタイミング自在に接地する第２スイッチング素子を備え、前記昇圧コイルと前記第１スイッチング素子を直流電源回路側の給電点Ｂとインバータ側の給電点Ｃとの間に直列に接続することにより、前記給電点Ｃにおける給電電圧を昇圧する昇圧回路を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記中継点Ａと前記第２スイッチング素子との間に余剰電力消費用の放熱抵抗を挿入し、
前記昇圧コイルの代りに第１短絡線路を接続し、
更に、前記インバータからの回生電力が発生した際に、前記第２スイッチング素子を接地状態（ＯＮ状態）にスイッチするスイッチング制御手段を設けることにより、
前記回生電力を余剰エネルギーとして放熱する回生電力放熱回路を構成した
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記第１スイッチング素子に対して並列に第２短絡線路を接続した
ことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記第１スイッチング素子の代りに第２短絡線路を接続した
ことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記放熱抵抗に対して並列に接続された第３短絡線路と、
前記第１短絡線路を自在に切断／連結する第３スイッチング素子と、
前記第３短絡線路を自在に切断／連結する第４スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子とを同時にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、前記昇圧回路と前記回生電力放熱回路の何れか一方を択一的に使用可能にする回生回路選択手段と
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。