JP2006115557A - Switching element, motor drive circuit and buffer - Google Patents

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Kiyotaka Ogawa
清孝 小川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable switching element in which temperature rise can be suppressed, and to enhance reliability of a motor drive circuit or a buffer while reducing the size. <P>SOLUTION: The switching element S1 having an MOSFETM1 is provided with a diode D1 having a forward voltage drop value smaller than that of a parasitic diode K1 in parallel with the parasitic diode K1 of the MOSFETM1. Since a regeneration current flows through the diode D1 as well as the parasitic diode K1, heat generation from the switching element S1 is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スイッチング素子、モータ駆動回路および緩衝器の改良に関する。   The present invention relates to improvements in switching elements, motor drive circuits, and shock absorbers.

一般に、スイッチング素子で誘導性負荷を駆動する回路、具体的にたとえば、モータの駆動回路にあっては、スイッチング素子を閉から開に切換動作させたときにサージ電圧が発生する。   Generally, in a circuit that drives an inductive load with a switching element, specifically, for example, a motor driving circuit, a surge voltage is generated when the switching element is switched from closed to open.

通常、上記のような回路にあっては、フライホイルダイオードを誘導性負荷に対し並列させることで誘導性負荷への通電を遮断したときに生じるサージを抑制し、上記サージ電圧からスイッチング素子を保護することが行われている。   Normally, in such a circuit, a flywheel diode is placed in parallel with the inductive load to suppress a surge that occurs when the inductive load is cut off and protect the switching element from the surge voltage. To be done.

転じて、MOS(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子にあっては寄生ダイオード(ボディダイオードとも言う)が内蔵されており、この寄生ダイオードはMOS電界効果トランジスタのソース−ドレイン間にMOS電界効果トランジスタとは逆並列に内蔵されている。   In turn, a switching element having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) field effect transistor has a built-in parasitic diode (also referred to as a body diode), and this parasitic diode is connected between the source and drain of the MOS field effect transistor. It is built in antiparallel with the field effect transistor.

この寄生ダイオードは、MOS電界効果トランジスタの製造工程で生成されてしまうものではあるが、MOS電界効果トランジスタをスイッチング素子として利用する際、上記寄生ダイオードがフライホイルダイオードとして機能することから、しばしば、積極的に寄生ダイオードをフライホイルダイオードとして活用することが行われている(特許文献1、2参照)。
特開2001−204194号公報(段落番号0012,図1) 特開2003−324986号公報(段落番号0038,図4)
This parasitic diode is generated in the manufacturing process of the MOS field effect transistor. However, when the MOS field effect transistor is used as a switching element, the parasitic diode functions as a flywheel diode, so it is often active. In particular, a parasitic diode is used as a flywheel diode (see Patent Documents 1 and 2).
JP 2001-204194 A (paragraph number 0012, FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2003-324986 (paragraph number 0038, FIG. 4)

また、特に、従来のMOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子における寄生ダイオードをフライホイルダイオードとして活用する場合、たとえば、ブラシレスモータをPWM制御する回路中に該スイッチング素子を適用する場合には、スイッチング素子の開閉動作が頻繁に行われることとなり、寄生ダイオードには、頻繁に回生電流が流れることとなる。   In particular, when a parasitic diode in a switching element having a conventional MOS field effect transistor is used as a flywheel diode, for example, when the switching element is applied to a circuit for PWM control of a brushless motor, the switching element Thus, a regenerative current frequently flows through the parasitic diode.

さらに、上記したPWM回路を利用したモータを、モータの出力トルクを減衰力、もしくは、減衰力およびアクチュエータの推力として利用する緩衝器にて起用する際には、緩衝器の伸縮によってモータのロータは強制的に回転せしめられるため、自身の誘導起電圧が非常に高くなることもあり、寄生ダイオードを流れる回生電流も大きくなる。   Furthermore, when a motor using the above-described PWM circuit is used in a shock absorber that uses the output torque of the motor as a damping force, or as a damping force and a thrust of an actuator, the rotor of the motor is Since it is forced to rotate, its own induced electromotive voltage may become very high, and the regenerative current flowing through the parasitic diode also increases.

そして、寄生ダイオードを流れる回生電流が増えると発熱量も大きくなるので、MOS電界効果トランジスタの温度上昇の原因となり、スイッチング素子の信頼性の低下や場合によってはスイッチング素子自体の破損してしまう等の恐れがある。   If the regenerative current that flows through the parasitic diode increases, the amount of heat generation also increases, which causes the temperature rise of the MOS field effect transistor, resulting in a decrease in the reliability of the switching element and in some cases damage to the switching element itself. There is a fear.

また、スイッチング素子の温度上昇に対応するために当該スイッチング素子に冷却板を取り付けることが通例であるが、従来のスイッチング素子では寄生ダイオードの発熱量が大きくなることに対応して冷却板を大型化したり、スイッチング素子を複数個並列に接続して発熱を分散させたりせざるを得ず、これによりモータ駆動回路や緩衝器も大型化することになり不便である。   In order to cope with the temperature rise of the switching element, it is customary to attach a cooling plate to the switching element. However, in the conventional switching element, the cooling plate is enlarged in response to an increase in the amount of heat generated by the parasitic diode. In addition, a plurality of switching elements must be connected in parallel to dissipate heat, which inconveniently increases the size of the motor drive circuit and the shock absorber.

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、温度上昇を抑制し信頼性の高いスイッチング素子を提供することであり、また他の目的は、モータ駆動回路や緩衝器の小型化および信頼性を向上することである。   Therefore, the present invention was devised in order to improve the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to provide a highly reliable switching element that suppresses temperature rise, and other objects are as follows. It is to improve the miniaturization and reliability of the motor drive circuit and the shock absorber.

上記した目的を達成するため、本発明のスイッチング素子は、MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子において、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値を有するダイオードを設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the switching element of the present invention is a switching element having a MOS field effect transistor, and a forward voltage drop smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode in parallel with the parasitic diode of the MOS field effect transistor. A diode having a value is provided.

また、本発明のモータ駆動回路は、MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子を直列に接続した複数のアームを電源に接続し、アームのスイッチング素子間をモータの巻線に接続してなるモータ駆動回路において、該スイッチング素子は、MOS電界効果トランジスタと、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値を有するダイオードとを備えてなるを設けたことを特徴とする。   The motor driving circuit of the present invention is a motor driving circuit in which a plurality of arms in which switching elements having MOS field effect transistors are connected in series are connected to a power source, and the switching elements of the arms are connected to the motor windings. In the circuit, the switching element includes a MOS field effect transistor and a diode having a forward voltage drop value smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode in parallel with the parasitic diode of the MOS field effect transistor. It is characterized by that.

さらに、本発明の緩衝器は、直線運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該回転運動が伝達されるモータと、モータ駆動回路を備えた緩衝器において、モータ駆動回路が、MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子を直列に接続して構成されるとともにスイッチング素子間をモータの巻線に接続してなる複数のアームを電源に接続してなり、上記スイッチング素子が、MOS電界効果トランジスタと、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値有するダイオードとを備えてなるを設けたことを特徴とする。   Furthermore, the shock absorber of the present invention includes a motion converting mechanism that converts linear motion into rotational motion, a motor that transmits the rotational motion, and a motor drive circuit. A switching element including a transistor is connected in series, and a plurality of arms each having a switching element connected to a motor winding are connected to a power source. The switching element is connected to a MOS field effect transistor. A diode having a forward voltage drop value smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode is provided in parallel with the parasitic diode of the MOS field effect transistor.

本発明のスイッチング素子によれば、その発熱量を従来のスイッチング素子より少なくすることができ、これにより、MOS電界効果トランジスタの温度上昇も低減でき、スイッチング素子の信頼性を向上できるとともに、スイッチング素子自体の破損も防止される。   According to the switching element of the present invention, the calorific value thereof can be reduced as compared with the conventional switching element, whereby the temperature rise of the MOS field effect transistor can be reduced, the reliability of the switching element can be improved, and the switching element Damage to itself is also prevented.

さらに、本発明のスイッチング素子およびモータ駆動回路によれば、スイッチング素子冷却用の冷却板も従来のものより小さくすることができるので、筐体を含めたモータ駆動回路全体を小型化することが可能となる。   Furthermore, according to the switching element and the motor drive circuit of the present invention, the cooling plate for cooling the switching element can be made smaller than the conventional one, so that the entire motor drive circuit including the housing can be downsized. It becomes.

また、本発明の緩衝器によれば、スイッチング素子の信頼性を向上でき、スイッチング素子自体の破損も防止されるので、緩衝器が減衰力を発生不能となってしまう危険が回避される。   In addition, according to the shock absorber of the present invention, the reliability of the switching element can be improved and the switching element itself can be prevented from being damaged, thereby avoiding the risk that the shock absorber cannot generate a damping force.

さらに、スイッチング素子冷却用の冷却板も従来のものより小さくすることができ、筐体を含めたモータ駆動回路全体を小型化することが可能となるから、これを搭載する緩衝器も小型化することができ、さらに、緩衝器の車両への搭載性が向上する。   Further, the cooling plate for cooling the switching element can be made smaller than the conventional one, and the entire motor drive circuit including the housing can be reduced in size, so that the shock absorber mounting this is also reduced in size. In addition, the mountability of the shock absorber to the vehicle is improved.

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるモータ駆動回路の回路図である。図2は、巻線通電時のモータ駆動回路を流れる電流の流れを示した図である。図3は、巻線非通電時のモータ駆動回路を流れる電流の流れを示した図である。図4は、モータを利用した緩衝器を概念的に示した図である。   The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive circuit in one embodiment. FIG. 2 is a diagram showing the flow of current flowing through the motor drive circuit when the winding is energized. FIG. 3 is a diagram showing the flow of current flowing through the motor drive circuit when the winding is not energized. FIG. 4 is a diagram conceptually showing a shock absorber using a motor.

図1に示すように、一実施の形態におけるモータ駆動回路Cは、スイッチング素子S1,S4を直列に接続したアームA1と、スイッチング素子S2,S5を直列に接続したアームA2と、スイッチング素子S3,S6直列に接続したアームA3とを電源に接続して構成されており、各アームA1,A2,A3のスイッチング素子S1,S4,S2,S5,S3,S6間がモータMに接続される出力端子P1,P2,P3とされている。   As shown in FIG. 1, the motor drive circuit C in one embodiment includes an arm A1 in which switching elements S1 and S4 are connected in series, an arm A2 in which switching elements S2 and S5 are connected in series, and a switching element S3 and S3. S6 The arm A3 connected in series is connected to a power source, and the output terminals to which the switching elements S1, S4, S2, S5, S3, S6 of each arm A1, A2, A3 are connected to the motor M P1, P2, and P3.

さらに、モータMは、詳しく図示はしないが、ロータとステータとで構成されており、ロータの外周側には所定の磁気配置で永久磁石が装着され、他方、ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻回されるU,V,Wの三相巻線とで構成され、この場合モータMは、三相ブラシレスモータとして構成されている。   Further, although not shown in detail, the motor M is composed of a rotor and a stator, and a permanent magnet is mounted on the outer peripheral side of the rotor in a predetermined magnetic arrangement, while the stator is wound around the stator core and the stator core. In this case, the motor M is configured as a three-phase brushless motor.

なお、U相、V相およびW相の各巻線は、その一端でY字型に結線されているが、Δ結線とされてもよい。   Each of the U-phase, V-phase, and W-phase windings is Y-shaped at one end, but may be Δ-connected.

また、このモータMには、ロータの回転位置を検出する回転位置検出手段が設けられており、この回転位置検出手段としては、具体的にたとえば、ロータの永久磁石の磁気を検出するホール素子等からなる磁気センサや、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を用いることができる。   Further, the motor M is provided with a rotational position detecting means for detecting the rotational position of the rotor. Specifically, as the rotational position detecting means, for example, a Hall element for detecting the magnetism of the permanent magnet of the rotor or the like. The magnetic sensor which consists of, a resolver, a rotary encoder, etc. can be used.

さらに、モータMのU,V,Wの各巻線に流れる電流を検出する電流センサが別途設けられており、上記回転位置検出手段と電流センサとが出力する信号は、図示しないゲートコントローラに入力される。   Furthermore, a current sensor for detecting the current flowing in each of the U, V, and W windings of the motor M is separately provided, and signals output from the rotational position detecting means and the current sensor are input to a gate controller (not shown). The

上記ゲートコントローラは、モータMをPWM制御する制御回路であるが、ゲートコントローラの構成およびPWM制御については、公知であるので詳しい説明を省略することとする。   The gate controller is a control circuit that performs PWM control of the motor M, but the configuration of the gate controller and the PWM control are well known and will not be described in detail.

他方、アームA1は、2つのスイッチング素子S1,S4を直列に接続されて構成され、このアームA1のスイッチング素子S1,S4間には、出力端子P1が設けられ、この出力端子P1は、モータMの巻線のU相に接続される。   On the other hand, the arm A1 is configured by connecting two switching elements S1 and S4 in series. An output terminal P1 is provided between the switching elements S1 and S4 of the arm A1, and the output terminal P1 is connected to the motor M. Connected to the U phase of the winding.

他のアームA2,A3もアームA1と同様の構成であって、それぞれの出力端子P2,P3は、モータMの巻線のV相、W相に接続されている。   The other arms A2 and A3 have the same configuration as the arm A1, and their output terminals P2 and P3 are connected to the V-phase and W-phase of the winding of the motor M, respectively.

したがって、たとえば、スイッチング素子S1とスイッチング素子S4をオンすると、電源EとモータMの巻線のU相、V相とが閉回路となり、モータMの巻線のうちU相とV相に電流を流すことができ、同様にして適宜いずれか1つのアームA1,A2,A3のスイッチング素子S1,S2,S3と他の2つのアームA1,A2,A3のうち1つのスイッチング素子S4,S5,S6をオンすれば、モータMの巻線に通電することができ、具体的には、上記ゲートコントローラによってモータMのUVW相の巻線で回転磁界が形成されるように開閉制御される。   Therefore, for example, when switching element S1 and switching element S4 are turned on, the power supply E and the U phase and V phase of the winding of motor M are closed circuit, and current is supplied to U phase and V phase of the winding of motor M. Similarly, the switching elements S1, S2, S3 of any one of the arms A1, A2, A3 and one switching element S4, S5, S6 of the other two arms A1, A2, A3 are appropriately arranged in the same manner. When turned on, the winding of the motor M can be energized. Specifically, the gate controller controls the opening and closing of the motor M so that a rotating magnetic field is formed by the UVW phase winding.

そして、スイッチング素子S1は、MOS電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという)M1と、MOSFETM1のソース電極とドレイン電極とに接続されたダイオードD1とを備えてなり、このダイオードD1はMOSFETM1に対し逆並列となるように接続されている。   The switching element S1 includes a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) M1 and a diode D1 connected to the source electrode and the drain electrode of the MOSFET M1, and the diode D1 is antiparallel to the MOSFET M1. Connected to be.

また、MOSFETM1は、寄生ダイオードK1をそのソース電極とドレイン電極との間に内蔵しており、この寄生ダイオードK1と上記ダイオードD1とは並列に接続されていることとなる。   The MOSFET M1 includes a parasitic diode K1 between the source electrode and the drain electrode, and the parasitic diode K1 and the diode D1 are connected in parallel.

さらに、ダイオードD1の順方向電圧降下値は、寄生ダイオードK1の順方向電圧降下値より小さく設定されている。   Furthermore, the forward voltage drop value of the diode D1 is set smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode K1.

他のスイッチング素子S2,S3,S4,S5,S6についても、スイッチング素子S1と同様の構成であり、それぞれダイオードD2,D3,D4,D5,D6および寄生ダイオードK2,K3,K4,K5,K6を備えて構成されている。   The other switching elements S2, S3, S4, S5, and S6 have the same configuration as that of the switching element S1, and diodes D2, D3, D4, D5, and D6 and parasitic diodes K2, K3, K4, K5, and K6 are respectively included. It is prepared for.

そして、これらスイッチング素子S1,S2,S3,S4,S5,S6は、それぞれ、上述した回転位置検出手段で検出するロータの回転角および各巻線に流れる電流に基づいて上記ゲートコントローラの通電位相切換制御によりゲート電極に電圧が印加され開閉制御されることによりモータMは駆動され、さらに、PWM制御によりモータMの出力トルクおよびロータ回転速度が制御される。   The switching elements S1, S2, S3, S4, S5 and S6 are controlled by the gate controller based on the rotational angle of the rotor detected by the rotational position detecting means and the current flowing in each winding, respectively. Thus, the motor M is driven by applying a voltage to the gate electrode and being controlled to open and close, and further, the output torque and the rotor rotational speed of the motor M are controlled by PWM control.

なお、PWM制御以外にも、PAM(Pulse Amplitude Modulation)、PPM(Pulse Position Modulation)等の連続変調方式やPNM(Pulse Number Modulation)回路等の不連続変調方式を採用した制御を行ってもよい。   In addition to PWM control, control using a continuous modulation method such as PAM (Pulse Amplitude Modulation) or PPM (Pulse Position Modulation) or a discontinuous modulation method such as a PNM (Pulse Number Modulation) circuit may be performed.

モータ駆動回路Cは、以上のように構成され、以下、モータ駆動回路Cの動作について説明すると、PWM制御中、各スイッチング素子S1,S2,S3,S4,S5,S6は、それぞれゲートコントローラの制御により所定のデューティ比を実現する所定のパルス幅期間にオンされ、他の期間にはオフされる制御が行われるが、たとえば、図2に示すように、ある期間にスイッチング素子S1をオンしつつスイッチング素子S5をオンすると、電流は電源Eとスイッチング素子S1およびスイッチング素子S5のMOSFETM1,M5およびモータMの巻線を循環し、これにより、巻線に電流が流れる。   The motor drive circuit C is configured as described above. Hereinafter, the operation of the motor drive circuit C will be described. During PWM control, each of the switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 is controlled by the gate controller. Is controlled to be turned on in a predetermined pulse width period for realizing a predetermined duty ratio and turned off in other periods. For example, as shown in FIG. 2, the switching element S1 is turned on in a certain period. When the switching element S5 is turned on, the current circulates through the power source E, the switching elements S1 and MOSFETs M1 and M5 of the switching element S5, and the windings of the motor M, whereby a current flows through the windings.

そして、次の期間には、図3に示すように、スイッチング素子S1がオフされて電源Eから巻線へ電流の供給は行われないが、それまで通電されていた巻線に逆起電力が生じて回生電流Iが流れる。 Then, in the next period, as shown in FIG. 3, the switching element S1 is turned off and no current is supplied from the power source E to the winding, but the back electromotive force is applied to the winding that has been energized until then. occur regenerative current I 0 flows.

このとき、回生電流Iは、オンとなっているスイッチング素子S5のMOSFETM5およびスイッチング素子S4の寄生ダイオードK4およびダイオードD4を還流することとなる。 At this time, the regenerative current I 0 circulates through the MOSFET M5 of the switching element S5 that is turned on and the parasitic diode K4 and the diode D4 of the switching element S4.

ここで、ダイオードD4の順方向電圧降下値は寄生ダイオードK4の順方向電圧降下値より小さいので、ダイオードD4に流れる電流は、寄生ダイオードK4に流れる電流より大きくなる。   Here, since the forward voltage drop value of the diode D4 is smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode K4, the current flowing through the diode D4 is larger than the current flowing through the parasitic diode K4.

そして、ダイオードD4および寄生ダイオードK4が発生する熱は、順方向電圧降下値と電流の積となるのであるが、たとえば、ダイオードD4の順方向電圧降下値をVとし流れる電流をIとし、寄生ダイオードK4の順方向電圧降下値をa・V(a>1)とすると、寄生ダイオードK4に流れる電流はI/aとなる。なお、回生電流Iは、I=I+I/aとなる。 The heat generated by the diode D4 and the parasitic diode K4 is the product of the forward voltage drop value and the current. For example, the forward voltage drop value of the diode D4 is V and the flowing current is I. When the forward voltage drop value of K4 is a · V (a> 1), the current flowing through the parasitic diode K4 is I / a. The regenerative current I 0 is I 0 = I + I / a.

したがって、ダイオードD4の発生する熱は、V・Iとなり、他方の寄生ダイオードK4が発生する熱は、V・I/aとなるから、ダイオードD4と寄生ダイオードK4の発生する熱の総和は(1+1/a)・V・Iとなる。   Therefore, the heat generated by the diode D4 becomes V · I, and the heat generated by the other parasitic diode K4 becomes V · I / a. Therefore, the total heat generated by the diode D4 and the parasitic diode K4 is (1 + 1). / A) · V · I.

ここで、従来のスイッチング素子と比較するため、スイッチング素子S4からダイオードD4を取り去った状態、すなわち、寄生ダイオードK4のみを回生電流Iが流れる場合を考えると、寄生ダイオードK4の発生する熱は、流れる電流が(1+1/a)Iで順方向電圧降下値はa・Vであるので、(1+a)V・Iとなる。 Here, for comparison with the conventional switching element, a state where the switching element S4 removed the diode D4, i.e., when only parasitic diode K4 assumed that flows the regenerative current I 0, the heat generated in the parasitic diode K4 is Since the flowing current is (1 + 1 / a) I and the forward voltage drop value is a · V, (1 + a) V · I is obtained.

そして、a>1であるので、1+1/a<1+aであるから、上記ダイオードD3によって発生する熱を少なくすることができるのである。   Since a> 1, since 1 + 1 / a <1 + a, the heat generated by the diode D3 can be reduced.

このことは、他のスイッチング素子S2,S3,S4,S5,S6をオンからオフに切換えたときも同様である。   This is the same when the other switching elements S2, S3, S4, S5 and S6 are switched from on to off.

上述したところから明らかなように、各スイッチング素子S1,S2,S3,S4,S5,S6の発熱量は、従来のスイッチング素子より少なくすることができることとなり、これにより、MOSFETの温度上昇も低減でき、スイッチング素子の信頼性を向上できるとともに、スイッチング素子自体の破損も防止される。   As is apparent from the above, the amount of heat generated by each of the switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 can be made smaller than that of the conventional switching element, thereby reducing the temperature rise of the MOSFET. The reliability of the switching element can be improved and the switching element itself can be prevented from being damaged.

また、スイッチング素子冷却用の冷却板も従来のものより小さくすることができるので、筐体を含めたモータ駆動回路全体を小型化することが可能となる。   In addition, since the cooling plate for cooling the switching element can be made smaller than the conventional one, the entire motor drive circuit including the housing can be reduced in size.

つづいて、上記したモータ駆動回路を搭載したモータMを利用した緩衝器1について説明する。   Next, the shock absorber 1 using the motor M equipped with the motor drive circuit described above will be described.

この緩衝器1は、図4に示すように、基本的には、直線運動を回転運動に変換する運動変換機構2と、上記回転運動が伝達されるモータMを備えて構成され、さらに、この実施の形態の場合、運動変換機構2は、ボール螺子ナット3と、ボール螺子ナット3に螺合される螺子軸4とで構成され、ボール螺子ナット3と螺子軸4の軸方向の相対直線運動を螺子軸4の回転運動に変換し、この螺子軸4の回転運動をモータMのロータの一部をなす出力シャフト5に伝達することができる。   As shown in FIG. 4, the shock absorber 1 basically includes a motion conversion mechanism 2 that converts linear motion into rotational motion, and a motor M to which the rotational motion is transmitted. In the case of the embodiment, the motion conversion mechanism 2 includes a ball screw nut 3 and a screw shaft 4 that is screwed to the ball screw nut 3, and the ball screw nut 3 and the screw shaft 4 are relatively linearly moved in the axial direction. Can be converted into the rotational motion of the screw shaft 4, and this rotational motion of the screw shaft 4 can be transmitted to the output shaft 5 that forms part of the rotor of the motor M.

そして、この緩衝器1の場合、モータMを駆動することで出力されるトルクを螺子軸4に作用させて上記ボール螺子ナット3と螺子軸4との直線運動を抑制もしくは助長することができるとともに、また、螺子軸4により出力シャフト5が強制的に回転駆動されることにより当該モータM内の巻線に誘導起電力が発生しモータMにエネルギ回生させて電磁力を発生させ、この電磁力に起因するトルクを上記螺子軸4の回転運動を抑制してボール螺子ナット3の直線運動を抑制することができる。   In the case of the shock absorber 1, torque output by driving the motor M can be applied to the screw shaft 4 to suppress or promote linear motion between the ball screw nut 3 and the screw shaft 4. In addition, when the output shaft 5 is forcibly rotated by the screw shaft 4, an induced electromotive force is generated in the winding in the motor M and energy is regenerated in the motor M to generate an electromagnetic force. As a result, the rotational movement of the screw shaft 4 can be suppressed, and the linear movement of the ball screw nut 3 can be suppressed.

すなわち、この緩衝器1は、減衰力を発生するだけでなくアクチュエータとしても機能することができ、アクティブサスペンションとしても機能することが可能である。   That is, the shock absorber 1 not only generates a damping force, but can also function as an actuator, and can also function as an active suspension.

以下、詳細な構造について説明する。螺子軸4は、円柱状に形成され、その外周に螺旋状の螺子溝(付示せず)が形成されるとともに、螺子軸4の図4中上端は、モータMの出力シャフト5の図4中下端となる先端にカップリング等により連結されている。   The detailed structure will be described below. The screw shaft 4 is formed in a cylindrical shape, and a helical screw groove (not shown) is formed on the outer periphery thereof. The upper end of the screw shaft 4 in FIG. 4 is the output shaft 5 of the motor M in FIG. It is connected to the tip which becomes the lower end by a coupling or the like.

この螺子軸4に螺合されるボール螺子ナット3は、その内周には、螺子軸4の螺旋状の螺子溝に符合するように螺旋状のボール保持部(図示せず)が設けられており、前記ボール保持部に多数のボール(図示ぜず)が配在されてなり、ボール螺子ナット3の内部にはボールが循環可能なように前記ボール保持部の両端を連通する通路(図示せず)が設けられているものであって、螺子軸4に前記ボール螺子ナット1が螺合された場合に、螺子軸4の螺旋状の螺子溝にボール螺子ナット1のボールが嵌合し、螺子軸4の回転運動に伴いボール自体も螺子軸4の螺子溝との摩擦力により回転するので、ラックアンドピニオン等の機構に比べ滑らかな動作が可能である利点があるが、運動変換機構2をボール螺子ナット3と螺子軸4とで構成されるボール螺子機構に換えて上記ラックアンドピニオンや他の機構を採用するとしてもよい。   The ball screw nut 3 to be screwed onto the screw shaft 4 is provided with a spiral ball holding portion (not shown) on the inner periphery thereof so as to coincide with the spiral screw groove of the screw shaft 4. A large number of balls (not shown) are arranged in the ball holding portion, and a passage (not shown) communicates between both ends of the ball holding portion so that the ball can circulate inside the ball screw nut 3. And when the ball screw nut 1 is screwed onto the screw shaft 4, the ball of the ball screw nut 1 is fitted into the helical screw groove of the screw shaft 4, Since the ball itself is rotated by the frictional force with the screw groove of the screw shaft 4 as the screw shaft 4 rotates, there is an advantage that a smooth operation is possible compared to a mechanism such as a rack and pinion. Is composed of a ball screw nut 3 and a screw shaft 4. Instead Le screw mechanism may employ the rack and pinion or other mechanisms.

上述のように、ボール螺子ナット3には螺子軸4が螺子溝に沿って回転自在に螺合され、螺子軸4がボール螺子ナット3に対し図4中上下方向の直線運動をすると、このボール螺子ナット3は、車両の車体側部材もしくは車軸側部材の一方にブラケット7を介して連結される筒8の上端内周に固定されるており、これによりボール螺子ナット3の周方向の回転が規制されるので、螺子軸4は強制的に回転駆動される。   As described above, when the screw shaft 4 is rotatably engaged with the ball screw nut 3 along the screw groove and the screw shaft 4 moves linearly in the vertical direction in FIG. The screw nut 3 is fixed to the inner periphery of the upper end of the cylinder 8 connected to one of the vehicle body side member or the axle side member of the vehicle via the bracket 7, and thereby the rotation of the ball screw nut 3 in the circumferential direction. Since it is regulated, the screw shaft 4 is forcibly rotated.

他方、モータMは、上記したものと同様の構成であって、この場合、三相ブラシレスモータである。なお、このモータMは、図示はしないが、車両の車体側部材もしくは車軸側部材の他方に連結される。   On the other hand, the motor M has the same configuration as that described above, and in this case, is a three-phase brushless motor. Although not shown, the motor M is connected to the other of the vehicle body side member or the axle side member of the vehicle.

したがって、モータMとブラケット7により本実施の形態における緩衝器1は車両の車体側部材と車軸側部材との間に介装される。   Therefore, the shock absorber 1 in the present embodiment is interposed between the vehicle body side member and the axle side member of the vehicle by the motor M and the bracket 7.

さて、上述のように構成された緩衝器1にあっては、上記したように、モータMを駆動し、またはエネルギ回生により、またはその両方によりボール螺子ナット3と螺子軸4との軸方向の相対直線運動を抑制することにより車両の車体と車軸との相対直線運動を減衰させることになる。  In the shock absorber 1 configured as described above, as described above, the motor M is driven and / or by energy regeneration, or both, the axial direction between the ball screw nut 3 and the screw shaft 4 is increased. By suppressing the relative linear motion, the relative linear motion between the vehicle body and the axle of the vehicle is attenuated.

そして、緩衝器1が伸縮するときの発生減衰力の制御は、モータMの巻線に流れる電流を制御することによって行われ、この電流の制御は、上述したモータ駆動回路Cとゲートコントローラにより行われる。  The damping force generated when the shock absorber 1 expands and contracts is controlled by controlling the current flowing through the winding of the motor M. This current is controlled by the motor drive circuit C and the gate controller described above. Is called.

そして、巻線に流れる電流は、電源Eに起因するもの以外に、モータMが螺子軸4によって強制的に駆動されることにより巻線に生じる誘導起電力、すなわちエネルギ回生による誘導起電力に起因するものがある。  In addition to the current caused by the power source E, the current flowing in the winding is caused by the induced electromotive force generated in the winding when the motor M is forcibly driven by the screw shaft 4, that is, the induced electromotive force due to energy regeneration. There is something to do.

したがって、モータMが、エネルギ回生によって、すなわち出力シャフト5が強制駆動されることによる誘導起電力によって発生するトルクをベースとして、これに電源Eによって発生するトルクを加減して緩衝器1の減衰力を制御するが、上記2つのトルクの方向が同じ方向となるときには巻線に流れる電流も大きくなり、いずれかのスイッチング素子S1,S2,S3,S4,S5,S6をオフ動作させるときには、電源Eの電圧を超える電圧が巻線に印加されうる緩衝器1に搭載されるモータ駆動回路Cには単にモータMを駆動するときのモータ駆動回路Cに比較して大きな回生電流が発生することとなる。  Therefore, the motor M is based on the torque generated by the energy regeneration, that is, the induced electromotive force generated by forcibly driving the output shaft 5, and the torque generated by the power source E is adjusted to reduce the damping force of the shock absorber 1. However, when the two torques are in the same direction, the current flowing through the winding also increases, and when any of the switching elements S1, S2, S3, S4, S5, S6 is turned off, the power source E A large regenerative current is generated in the motor driving circuit C mounted on the shock absorber 1 that can be applied to the windings, in comparison with the motor driving circuit C when the motor M is simply driven. .

ここで、上述のように、回生電流は上記したダイオードD1,D2,D3,D4,D5,D6と寄生ダイオードK1,K2,K3,K4,K5,K6を流れることになる。  Here, as described above, the regenerative current flows through the diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6 and the parasitic diodes K1, K2, K3, K4, K5, K6.

そして、この場合にも、スイッチング素子S1,S2,S3,S4,S5,S6の発熱量が低減されるので、MOSFETの温度上昇も低減でき、スイッチング素子の信頼性を向上でき、スイッチング素子自体の破損も防止されるので、緩衝器1が減衰力を発生不能となってしまう危険が回避される。   In this case as well, the amount of heat generated by the switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 is reduced, so that the temperature rise of the MOSFET can be reduced, and the reliability of the switching element can be improved. Since damage is also prevented, the danger that the shock absorber 1 will not be able to generate a damping force is avoided.

さらに、スイッチング素子冷却用の冷却板も従来のものより小さくすることができ、筐体を含めたモータ駆動回路全体を小型化することが可能となるから、これを搭載する緩衝器1も小型化することができ、さらに、緩衝器1の車両への搭載性が向上する。   Further, the cooling plate for cooling the switching element can be made smaller than the conventional one, and the entire motor drive circuit including the housing can be reduced in size, so that the shock absorber 1 on which the shock absorber 1 is mounted is also reduced in size. Furthermore, the mountability of the shock absorber 1 on the vehicle is improved.

なお、上述したところでは、モータMを三相ブラシレスモータとしているが、二相巻線を備えたモータとしてもよく、この場合には、上記したスイッチング素子を直列に接続したアームを2つ並列に接続してモータ駆動回路を構成すればよい。   In the above description, the motor M is a three-phase brushless motor. However, a motor having a two-phase winding may be used. In this case, two arms having the above-described switching elements connected in series are connected in parallel. What is necessary is just to comprise a motor drive circuit by connecting.

また、モータMは、上記したブラシレスモータのみに限られず他のモータとしてもよい。   The motor M is not limited to the brushless motor described above, and may be another motor.

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。   This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.

一実施の形態におけるモータ駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the motor drive circuit in one embodiment. 巻線通電時のモータ駆動回路を流れる電流の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the electric current which flows through the motor drive circuit at the time of winding energization. 巻線非通電時のモータ駆動回路を流れる電流の流れを示した図である。It is the figure which showed the flow of the electric current which flows through the motor drive circuit at the time of winding non-energization. モータを利用した緩衝器を概念的に示した図である。It is the figure which showed notionally the buffer using a motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 緩衝器
2 運動変換機構
3 ボール螺子ナット
4 螺子軸
5 出力シャフト
7 ブラケット
8 筒
A1,A2,A3 アーム
C モータ駆動回路
D1,D2,D3,D4,D5,D6 ダイオード
E 電源
K1,K2,K3,K4,K5,K6 寄生ダイオード
M モータ
M1,M2,M3,M4,M5,M6 MOSFET
P1,P2,P3 出力端子
S1,S2,S3,S4,S5,S6 スイッチング素子
1 shock absorber 2 motion conversion mechanism 3 ball screw nut 4 screw shaft 5 output shaft 7 bracket 8 cylinder A1, A2, A3 arm C motor drive circuit D1, D2, D3, D4, D5, D6 diode E power supply K1, K2, K3 , K4, K5, K6 Parasitic diode M Motor M1, M2, M3, M4, M5, M6 MOSFET
P1, P2, P3 output terminals S1, S2, S3, S4, S5, S6 switching elements

Claims (3)

MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子において、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値を有するダイオードを設けたことを特徴とするスイッチング素子。 A switching element comprising a MOS field effect transistor, wherein a diode having a forward voltage drop value smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode is provided in parallel with the parasitic diode of the MOS field effect transistor. MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子を直列に接続した複数のアームを電源に接続し、アームのスイッチング素子間をモータの巻線に接続してなるモータ駆動回路において、該スイッチング素子は、MOS電界効果トランジスタと、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値を有するダイオードとを備えてなるを設けたことを特徴とするモータ駆動回路。 In a motor driving circuit in which a plurality of arms each having a switching element having a MOS field effect transistor connected in series are connected to a power source, and the switching elements of the arms are connected to a winding of a motor, the switching element has a MOS electric field. A motor drive circuit comprising: an effect transistor; and a diode having a forward voltage drop value smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode in parallel with the parasitic diode of the MOS field effect transistor. 直線運動を回転運動に変換する運動変換機構と、該回転運動が伝達されるモータと、モータ駆動回路を備えた緩衝器において、モータ駆動回路が、MOS電界効果トランジスタを備えたスイッチング素子を直列に接続して構成されるとともにスイッチング素子間をモータの巻線に接続してなる複数のアームを電源に接続してなり、上記スイッチング素子が、MOS電界効果トランジスタと、MOS電界効果トランジスタの寄生ダイオードと並列に寄生ダイオードの順方向電圧降下値より小さい順方向電圧降下値有するダイオードとを備えてなるを設けたことを特徴とする緩衝器。 In a shock absorber having a motion conversion mechanism for converting linear motion into rotational motion, a motor to which the rotational motion is transmitted, and a motor drive circuit, the motor drive circuit includes a switching element having a MOS field effect transistor in series. A plurality of arms formed by connecting and connecting switching elements to a winding of a motor are connected to a power source, and the switching element includes a MOS field effect transistor, a parasitic diode of the MOS field effect transistor, and A buffer comprising: a diode having a forward voltage drop value smaller than the forward voltage drop value of the parasitic diode.
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