JP2009071975A - Inverter apparatus and power steering system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子が直列接続されてなる上下アームを３組、有しており、負荷に対して３相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device having three sets of upper and lower arms in which switching elements are connected in series, and configured to be able to pass a three-phase alternating current to a load.
従来より、モータの駆動制御用として、３相の交流電流をモータに流すように構成されたインバータ装置が知られている。このようなインバータ装置は、例えば特許文献１に開示されるように、２個のスイッチング素子が直列接続されてなる上下アームを３組、備えていて、該各上下アームの接続点からモータに三相の交流電流を流すように構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an inverter device configured to flow a three-phase alternating current through a motor is known for motor drive control. Such an inverter device includes, for example, three sets of upper and lower arms in which two switching elements are connected in series as disclosed in
上述のようなインバータ装置では、各相の出力電流を検出することにより、出力の欠相の判定、すなわち、各アームを構成する上記スイッチング素子の故障の判定を行えるように構成されている。そして、上記インバータ装置では、上記スイッチング素子の故障が判定されると、全てのスイッチング素子の動作を停止させるように構成されていて、これにより、モータを安全に停止させることができるようになっている。 The inverter device as described above is configured to be able to determine the output phase loss, that is, to determine the failure of the switching element constituting each arm, by detecting the output current of each phase. And in the said inverter apparatus, if the failure of the said switching element is determined, it will be comprised so that operation | movement of all the switching elements may be stopped, and, thereby, a motor can be stopped safely. Yes.
このような構成を有するインバータ装置の用途としては、さまざまなものが考えられるが、例えば、車両のパワーステアリング装置のモータを駆動制御するために利用することが考えられる。すなわち、従来より、車両のステアリング機構には、油圧機構によってステアリングの操作時に操舵補助力を発生させて操舵性を向上させるパワーステアリング装置が用いられているが、近年、エンジンの出力によってパワーステアリング装置用の油圧ポンプを駆動するのではななく、例えば特許文献２に開示されるように、モータによって油圧ポンプを駆動するものが知られており、このモータを上述のようなインバータ装置によって駆動制御することが考えられる。
ところで、上述のようなインバータ装置の構成では、該インバータ装置を構成するスイッチング素子が１個でも故障すると、すぐに全てのスイッチング素子の動作を停止させてモータの駆動を停止させることになるため、例えば車両のパワーステアリング装置において、油圧ポンプを駆動させるモータの駆動制御に上述のようなインバータ装置を用いると、該インバータ装置内の１個のスイッチング素子の故障により、油圧ポンプが停止してパワーステアリング装置による操舵補助力が得られなくなり、操舵性が急激に悪化するという問題が生じる。 By the way, in the configuration of the inverter device as described above, if even one switching element constituting the inverter device fails, the operation of all the switching elements is immediately stopped and the driving of the motor is stopped. For example, in a power steering device for a vehicle, when the inverter device as described above is used for driving control of a motor that drives a hydraulic pump, the hydraulic pump stops due to a failure of one switching element in the inverter device, and the power steering device. There is a problem in that the steering assist force by the device cannot be obtained, and the steering performance deteriorates rapidly.
特に、車両重量の重いトラックやバス等の大型車両においては、上述のようにインバータ装置内のスイッチング素子の故障により操舵補助力が得られなくなると、乗員がステアリングを十分に操作できなくなり、車両の運転制御が不能になる虞もある。 In particular, in a large vehicle such as a heavy truck or bus, if the steering assist force cannot be obtained due to a failure of the switching element in the inverter device as described above, the occupant cannot sufficiently operate the steering, There is also a possibility that operation control becomes impossible.
一方、上述のような問題を解消するために、スイッチング素子が１個、故障してもインバータ装置を駆動し続けることが考えられるが、その場合には、スイッチング素子が故障した上下アームでは、モータに半波分しか電流を流すことができないため、図４に示すように、モータのｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲が生じる。そうすると、モータに安定してトルクを出力させることができず、結果として、十分な操舵補助力が得られないという問題が発生する。 On the other hand, in order to solve the above-described problem, it is conceivable that the inverter device continues to be driven even if one switching element breaks down. As shown in FIG. 4, an electric angle range in which the q-axis current of the motor is zero is generated. If it does so, a torque cannot be stably output to a motor, and the problem that sufficient steering assistance force cannot be obtained as a result will generate | occur | produce.
本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インバータ装置内のスイッチング素子が１個、故障した場合であっても、該インバータ装置を停止させることなく、モータにできるだけ大きなトルクを安定して出力させることのできるインバータ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such various points, and an object of the present invention is to provide a motor without stopping the inverter device even if one switching element in the inverter device fails. It is another object of the present invention to provide an inverter device that can stably output as much torque as possible.
上記目的を達成するために、本発明に係るインバータ装置（4）では、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障が検出された場合に、二相の交流電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）を動作制御する。これにより、ｑ軸電流の低下をできるだけ防止して、モータ（3）の出力トルクの低下を防止することができる。 In order to achieve the above object, in the inverter device (4) according to the present invention, one switching element (41) among the switching elements (41) constituting the three upper and lower arms (42, 43, 44). When a failure is detected, the switching elements (43,44) of the remaining two upper and lower arms (43,44) in which the switching element (41) has not failed are arranged so that the waveform of the two-phase alternating current approaches a sine wave. 41) control the operation. Thereby, the fall of q axis current can be prevented as much as possible, and the fall of the output torque of a motor (3) can be prevented.
具体的には、第１の発明は、２個のスイッチング素子（41,41）が直列接続されてなる上下アーム（42,43,44）を３組、備えており、負荷（3）に対して三相の交流電流を流すように構成されたインバータ装置を対象とする。 Specifically, the first invention comprises three sets of upper and lower arms (42, 43, 44) in which two switching elements (41, 41) are connected in series, with respect to the load (3). Inverter devices configured to allow three-phase alternating current to flow.
そして、上記３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障を検出するスイッチング素子故障検出手段（50b）と、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させるように構成されたスイッチング制御手段（50a）と、を備えているものとする。 Of the switching elements (41) constituting the three upper and lower arms (42, 43, 44), the switching element failure detecting means (50b) for detecting a failure of one switching element (41), When a failure of the switching element (41) is detected by the switching element failure detection means (50b), the remaining switching elements (41) that have not failed are arranged so that the waveform of the two-phase output current approaches a sine wave. And switching control means (50a) configured to operate.
以上の構成により、スイッチング素子故障検出手段（50b）によって、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）が故障したことを検出することができる。そして、上記スイッチング素子故障検出手段（50a）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合に、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲でｑ軸電流がゼロになるのを極力防止することができる。 With the above configuration, one switching element (41) has failed among the switching elements (41) constituting the three upper and lower arms (42, 43, 44) by the switching element failure detection means (50b). Can be detected. Then, when a failure of the switching element (41) is detected by the switching element failure detection means (50a), the remaining switching elements that have not failed so that the waveforms of the two-phase output currents each approach a sine wave ( By operating 41), it is possible to prevent the q-axis current from becoming zero as much as possible within the range of the electrical angle at which the failed switching element (41) is normally turned on.
すなわち、一般的なインバータ装置のスイッチング制御では、上記故障したスイッチング素子（41）が動作しないことで、ある電気角度の範囲では、すべての相の電流が流れなくなり、当該範囲でｑ軸電流がゼロになるが、上述のように、二相の出力電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけるように残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、ｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くすることができる。よって、上述のような構成にすることで、通常のスイッチング制御に比べて、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることが可能となる。 That is, in the switching control of a general inverter device, the malfunctioning switching element (41) does not operate, so that currents of all phases do not flow in a certain electrical angle range, and the q-axis current is zero in that range. However, as described above, the range in which the q-axis current becomes zero can be narrowed by operating the remaining switching elements (41) so that the waveforms of the two-phase output currents each approach a sine wave. it can. Therefore, with the configuration as described above, it is possible to stably output a large torque to the motor (3) as compared with normal switching control.
上述の構成において、上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を行う電気角度よりも大きい電気角度で行うように構成されているものとする（第２の発明）。 In the above configuration, when the switching element failure detection means (50b) detects a failure of the switching element (41), the switching control means (50a) is turned on when the switching element (41) is normal. In the range of the electrical angle, the switching element (41) has failed in the ON-OFF switching operation of the switching element (41) in the remaining two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) has not failed. If not, it is assumed that the electrical angle is larger than the electrical angle at which the ON-OFF switching operation is performed (second invention).
これにより、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲において、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）に電流の流れる電気角度の範囲を拡げることができ、その分、二相の交流電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることができる。よって、通常のタイミングでスイッチング素子（41）の動作を切り換える場合よりも、ｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くすることができ、これにより、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることができる。 As a result, in the range of the electrical angle at which the failed switching element (41) is normally turned on, the electrical angle of the current flowing through the remaining two upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) is not malfunctioning. The range can be expanded, and the two-phase alternating current waveform can be made closer to a sine wave accordingly. Therefore, the range in which the q-axis current becomes zero can be narrower than when switching the operation of the switching element (41) at the normal timing, and as a result, large torque can be stably output to the motor (3). Can be made.
また、上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されているのが好ましい（第３の発明）。 In addition, the switching control means (50a) is configured so that when the switching element failure detection means (50b) detects a failure of the switching element (41), the switching element (41a) is turned on at a normal time. In this range, the switching element (41) is turned on and off in two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) has not failed. It is preferable (third invention).
こうすることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲において、できるだけ広い電気角度の範囲で２組の上下アーム（43,44）に二相の交流電流を流すことができ、該二相の交流電流の波形をより確実に正弦波に近づけることができる。よって、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができ、モータ（3）に、より大きなトルクをより安定して出力させることができる。 In this way, two-phase AC current is applied to the two upper and lower arms (43, 44) in the range of electrical angles that is as wide as possible within the range of electrical angles where the failed switching element (41) is normally turned on. The waveform of the two-phase alternating current can be more reliably brought close to a sine wave. Therefore, the range of the electrical angle where the q-axis current becomes zero can be made as narrow as possible, and the motor (3) can output a larger torque more stably.
第４の発明は、油圧ポンプ（23）を備えた油圧機構（21）によって操舵補助力を発生させる車両のパワーステアリング装置を対象とする。そして、上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、上記モータ（3）は、上記請求項１から３のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されるものとする。
The fourth invention is directed to a power steering device for a vehicle in which a steering assist force is generated by a hydraulic mechanism (21) including a hydraulic pump (23). The hydraulic pump (23) is driven by a motor (3), and the motor (3) is driven and controlled by the inverter device (4) according to any one of
以上の構成により、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障した場合でも、該インバータ装置（4）の駆動をすぐに停止することなくそのまま動作させて、モータ（3）によって油圧ポンプ（23）を駆動させることができる。すなわち、故障していない残りのスイッチング素子（41）の動作を制御して、二相の交流電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることで、通常のスイッチング制御を行っている場合に比べてｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くして、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。 With the above configuration, even if one of the switching elements (41) in the inverter device (4) breaks down, the drive of the inverter device (4) is operated without stopping immediately, and the motor (3) Thus, the hydraulic pump (23) can be driven. That is, by controlling the operation of the remaining switching elements (41) that are not in failure, the two-phase alternating current waveforms are each made closer to a sine wave, so that the q-axis is compared with the case where normal switching control is performed. By narrowing the range where the current becomes zero, the motor (3) can output a larger torque as stably as possible.
したがって、上記インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障しても、パワーステアリング装置（2）で操舵補助力を発生し続けることができ、これにより、車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止することができる。 Therefore, even if one of the switching elements (41) in the inverter device (4) fails, the steering assist force can continue to be generated in the power steering device (2). A sudden deterioration can be prevented.
上述の構成において、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、上記インバータ装置（4）は、上記車両停止検出手段（52）によって車両の停止が検出された場合に、駆動を停止するように構成されているのが好ましい（第５の発明）。 In the configuration described above, the vehicle stop detection means (52) for detecting the stop of the vehicle is further provided, and the inverter device (4) is provided when the stop of the vehicle is detected by the vehicle stop detection means (52). The driving is preferably stopped (fifth invention).
これにより、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障した場合、車両が停止するまでは該インバータ装置（4）を駆動させてパワーステアリング装置（2）から操舵補助力を得ることができ、走行中の車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止できる一方、車両が停止した後、上記インバータ装置（4）を停止することで、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。 As a result, when one of the switching elements (41) in the inverter device (4) breaks down, the inverter device (4) is driven until the vehicle stops and the steering assist force is generated from the power steering device (2). It can be obtained and the steering performance of the running vehicle can be prevented from abruptly deteriorating. On the other hand, after the vehicle stops, the inverter device (4) is stopped, so that the inverter device (4) can be safely operated. Can be stopped promptly.
以上より、本発明に係るインバータ装置（4）によれば、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち１個のスイッチング素子（41）が故障した場合には、スイッチング制御手段（50a）によって、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲内で、すべての相の電流がゼロになる領域をできるだけ狭くすることができる。これにより、ｑ軸電流が大きく低下するのを防止することができ、通常のスイッチング制御に比べて、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。したがって、上記インバータ装置（4）を車両のパワーステアリング装置（2）のモータ駆動に用いれば、１個のスイッチング素子（41）の故障で該モータ（3）が停止することなく、そのまま操舵補助力を発生させ続けることができ、走行中の車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止できる。 From the above, according to the inverter device (4) according to the present invention, when one of the switching elements (41) constituting the three upper and lower arms (42, 43, 44) fails The switching control means (50a) operates the remaining switching elements (41) that have not failed so that the waveforms of the two-phase output currents each approach a sine wave. ) Can be made as narrow as possible within a range of electrical angles that are normally ON. Thereby, it is possible to prevent the q-axis current from greatly decreasing, and it is possible to cause the motor (3) to output a larger torque as stably as possible as compared with the normal switching control. Therefore, if the inverter device (4) is used for driving the motor of the vehicle power steering device (2), the motor (3) does not stop due to a failure of one switching element (41), and the steering assist force is maintained. Thus, it is possible to prevent the steering performance of the running vehicle from rapidly deteriorating.
また、第２の発明によれば、上記スイッチング制御手段（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲内で、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合よりも大きい電気角度で行うように構成されているため、二相の出力電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることができ、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲を狭くすることができる。したがって、１個のスイッチング素子（41）が故障した状態で通常のスイッチング制御を行う場合に比べて、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることができる。 Further, according to the second invention, the switching control means (50a) includes the remaining two sets of upper and lower arms (43, 43) within a range of electrical angles such that the failed switching element (41) is normally turned on. 44) Since the ON / OFF switching operation of the switching element (41) in 44) is performed at a larger electrical angle than when the switching element (41) is not broken down, the waveform of the two-phase output current Can be brought close to a sine wave, and the range of the electrical angle where the q-axis current becomes zero can be narrowed. Therefore, it is possible to stably output a large torque to the motor (3) as compared with the case where normal switching control is performed in a state where one switching element (41) has failed.
また、第３の発明によれば、上記スイッチング制御手段（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲内で、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されているため、二相の出力電流の波形をより確実に正弦波に近づけることができ、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができる。したがって、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。 Further, according to the third invention, the switching control means (50a) includes the remaining two sets of upper and lower arms (43, 43) within a range of electrical angles so that the failed switching element (41) is normally turned on. 44) Since the switching operation of the switching element (41) in 44) is configured to be performed approximately every 90 degrees in electrical angle, the waveform of the two-phase output current is more reliably approximated to a sine wave. The range of the electrical angle where the q-axis current is zero can be made as narrow as possible. Therefore, it is possible to cause the motor (3) to output a larger torque as stably as possible.
本発明に係るパワーステアリング装置（2）によれば、操舵補助力を発生する油圧機構（21）の油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、該モータ（3）は、上記第１から第３の発明のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されるため、該インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合でも、モータ（3）を比較的、安定して駆動させることができ、上記油圧機構（21）によって操舵補助力を得ることができる。したがって、走行中の車両の操舵性が急激に悪化するのを確実に防止することができる。 According to the power steering device (2) of the present invention, the hydraulic pump (23) of the hydraulic mechanism (21) that generates the steering assist force is driven by the motor (3), and the motor (3) Since the drive control is performed by any one of the inverter devices (4) of the first to third inventions, even if one switching element (41) in the inverter device (4) fails, the motor (3) It can be driven relatively stably, and a steering assist force can be obtained by the hydraulic mechanism (21). Therefore, it is possible to reliably prevent the steering performance of the traveling vehicle from abruptly deteriorating.
また、第５の発明によれば、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、上記インバータ装置（4）は車両の停止が検出された場合に駆動を停止するように構成されているため、車両停止まではインバータ装置（4）を駆動させて、油圧機構（21）によって操舵補助力を得る一方、車両停止後は、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。 According to the fifth aspect of the invention, the vehicle stop detection means (52) for detecting the stop of the vehicle is further provided, and the inverter device (4) stops driving when the stop of the vehicle is detected. Therefore, the inverter device (4) is driven until the vehicle stops, and the steering assist force is obtained by the hydraulic mechanism (21). After the vehicle stops, the inverter device (4) is promptly operated in a safe state. Can be stopped.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
本発明の実施形態に係るインバータ装置（4）は、図１に示すように、ステアリング機構（1）に設けられたパワーステアリング装置（2）のモータ（3）（負荷）を駆動制御するために用いられている。まず、ステアリング機構（1）全体について説明した後、インバータ装置（4）の具体的な構成等について説明する。 As shown in FIG. 1, the inverter device (4) according to the embodiment of the present invention controls the drive of the motor (3) (load) of the power steering device (2) provided in the steering mechanism (1). It is used. First, after describing the steering mechanism (1) as a whole, a specific configuration and the like of the inverter device (4) will be described.
−ステアリング機構の全体構成−
上記ステアリング機構（1）は、運転者によって操作されるステアリングホイール（11）と、該ステアリングホイール（11）に連結された操舵軸部（12）と、両端部にタイロッド（図示省略）及びナックル（図示省略）を介して操舵輪（15,15）が連結されたラック軸部（13）と、操舵軸部（12）とラック軸部（13）とを連結するラック・ピニオン機構（14）とを備えている。つまり、運転者がステアリングホイール（11）を回転操作することによって、その回転がラック・ピニオン機構（14）を介してラック軸部（13）にその軸方向に沿った直線運動として伝達され、操舵輪（15,15）が転舵する。
-Overall structure of steering mechanism-
The steering mechanism (1) includes a steering wheel (11) operated by a driver, a steering shaft portion (12) coupled to the steering wheel (11), tie rods (not shown) and knuckle (not shown) at both ends. A rack shaft portion (13) to which the steering wheels (15, 15) are connected via a not-shown), and a rack and pinion mechanism (14) for connecting the steering shaft portion (12) and the rack shaft portion (13); It has. In other words, when the driver rotates the steering wheel (11), the rotation is transmitted as a linear motion along the axial direction to the rack shaft (13) via the rack and pinion mechanism (14), and the steering is performed. Wheels (15,15) steer.
上記パワーステアリング装置（2）は、上述のような運転者によるステアリングホイール（11）の操作の際に、操舵補助力を発生するための装置である。詳しくは、上記パワーステアリング装置（2）は、ラック軸部（13）に操舵補助力を供給するためのパワーシリンダ（20）と、該パワーシリンダ（20）を作動させるための油圧機構（21）とを備えている。 The power steering device (2) is a device for generating a steering assist force when the driver operates the steering wheel (11) as described above. Specifically, the power steering device (2) includes a power cylinder (20) for supplying steering assist force to the rack shaft (13), and a hydraulic mechanism (21) for operating the power cylinder (20). And.
上記パワーシリンダ（20）は、ラック軸部（13）に一体的に設けられたピストン（20a）と、内部空間を該ピストン（20a）によって右室（20c）と左室（20d）とに仕切られたシリンダ（20b）とを有している。 The power cylinder (20) includes a piston (20a) provided integrally with the rack shaft (13) and an internal space divided into a right chamber (20c) and a left chamber (20d) by the piston (20a). Cylinder (20b).
上記油圧機構（21）は、リザーバタンク（22）内の作動油を上記パワーシリンダ（20）に供給するための油圧ポンプ（23）と、ステアリングホイール（11）の操作に応じて上記パワーシリンダ（20）へ供給する油量や油圧を調節するコントロールバルブ（24）と、上記油圧ポンプ（23）を駆動するモータユニット（7）とを備えている。 The hydraulic mechanism (21) includes a hydraulic pump (23) for supplying hydraulic oil in the reservoir tank (22) to the power cylinder (20), and the power cylinder (11) according to the operation of the steering wheel (11). 20) A control valve (24) for adjusting the amount of oil supplied to the oil and the hydraulic pressure, and a motor unit (7) for driving the hydraulic pump (23).
上記油圧ポンプ（23）には、吸入配管（23a）及び吐出配管（23b）が接続されている。この吸入配管（23a）の上流端は上記リザーバタンク（22）に接続されている一方、吐出配管（23b）の下流端は上記コントロールバルブ（24）に接続されている。そして、上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）で駆動されることによって、吸入配管（23a）を介してリザーバタンク（22）内の作動油を吸い上げ、その作動油を吐出配管（23b）及びコントロールバルブ（24）を介してパワーシリンダ（20）に供給するように構成されている。 A suction pipe (23a) and a discharge pipe (23b) are connected to the hydraulic pump (23). The upstream end of the suction pipe (23a) is connected to the reservoir tank (22), while the downstream end of the discharge pipe (23b) is connected to the control valve (24). The hydraulic pump (23) is driven by the motor (3) to suck up the hydraulic oil in the reservoir tank (22) via the suction pipe (23a) and discharge the hydraulic oil to the discharge pipe (23b). And it is comprised so that it may supply to a power cylinder (20) via a control valve (24).
上記コントロールバルブ（24）は、操舵軸部（12）の回転が直接的又は間接的に入力されるように構成されているとともに、その操舵軸部（12）の回転、即ち、ステアリングホイール（11）の操作に応じて、油圧ポンプ（23）から配管（25a,25b）を介してパワーシリンダ（20）の右室（20c）又は左室（20d）へ供給される作動油の油量、油圧、供給方向を調節するように構成されている。具体的には、上記コントロールバルブ（24）は、ステアリングホイール（11）が一方向に回転操作されたときには、油圧ポンプ（23）から圧送された作動油を配管（25a,25b）の一方を介してシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の一方へ供給する。また、上記コントロールバルブ（24）は、ステアリングホイール（11）が他方向に回転操作されたときには、油圧ポンプ（23）から圧送された作動油を配管（25a,25b）の他方を介してシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の他方へ供給する。なお、上記パワーシリンダ（20）の左右室（20c,20d）の一方に作動油が供給されると、他方の室内の作動油は、配管（25a,25b）の一方を介してコントロールバルブ（24）に戻り、戻り配管（24a）を介してリザーバタンク（22）へ戻される。 The control valve (24) is configured such that the rotation of the steering shaft (12) is input directly or indirectly, and the rotation of the steering shaft (12), that is, the steering wheel (11 ), The amount of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump (23) to the right chamber (20c) or left chamber (20d) of the power cylinder (20) via the pipes (25a, 25b), hydraulic pressure , Configured to adjust the supply direction. Specifically, when the steering wheel (11) is rotated in one direction, the control valve (24) allows hydraulic oil fed from the hydraulic pump (23) to pass through one of the pipes (25a, 25b). Supply to one of the right chamber (20c) and the left chamber (20d) of the cylinder (20b). In addition, when the steering wheel (11) is rotated in the other direction, the control valve (24) allows hydraulic oil pumped from the hydraulic pump (23) to pass through the other of the pipes (25a, 25b) through the cylinder ( 20b) is supplied to the other of the right chamber (20c) and the left chamber (20d). Note that when hydraulic oil is supplied to one of the left and right chambers (20c, 20d) of the power cylinder (20), the hydraulic oil in the other chamber passes through one of the pipes (25a, 25b) through the control valve (24 ) And returned to the reservoir tank (22) via the return pipe (24a).
以上の構成により、パワーシリンダ（20）のシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の何れか一方に作動油が供給されると、シリンダ（20b）内のピストン（20a）に油圧が作用し、ラック軸部（13）に操舵補助力が作用することになる。 With the above configuration, when hydraulic fluid is supplied to either the right chamber (20c) or the left chamber (20d) of the cylinder (20b) of the power cylinder (20), the piston (20a) in the cylinder (20b) The hydraulic pressure acts on the rack shaft portion (13), and the steering assist force acts on the rack shaft portion (13).
上記モータユニット（7）は、油圧ポンプ（23）を駆動するブラシレスＤＣモータ（3）（以下、単にモータともいう）と、後述するように該モータ（3）の駆動制御を行うインバータ装置（4）とを備えている。 The motor unit (7) includes a brushless DC motor (3) (hereinafter also simply referred to as a motor) that drives a hydraulic pump (23), and an inverter device (4) that controls the driving of the motor (3) as will be described later. ).
上記モータ（3）は、特に図示しないが、永久磁石が設けられたロータと該ロータの周囲に配設され且つ巻線を有するステータとを備えている。このロータに設けられた永久磁石は、例えば希土類磁石である。上記モータ（3）は、インバータ装置（4）からステータの巻線に三相交流が供給されることによって駆動される。 Although not particularly illustrated, the motor (3) includes a rotor provided with a permanent magnet, and a stator disposed around the rotor and having a winding. The permanent magnet provided in the rotor is, for example, a rare earth magnet. The motor (3) is driven by three-phase alternating current being supplied from the inverter device (4) to the stator winding.
−インバータ装置の構成−
上記インバータ装置（4）は、図２に示すように、コンバータ部（30）と、インバータ部（40）と、制御部（50）とを備えている。すなわち、上記インバータ装置（4）は、交流電力をコンバータ部（30）によって整流し、その直流をインバータ部（40）によって三相交流に変換して上記モータ（3）へ供給するものである。
-Configuration of inverter device-
The said inverter apparatus (4) is provided with the converter part (30), the inverter part (40), and the control part (50), as shown in FIG. That is, the inverter device (4) rectifies AC power by the converter unit (30), converts the direct current into three-phase AC by the inverter unit (40), and supplies the three-phase AC to the motor (3).
上記コンバータ部（30）は、交流電源（5）に接続され、交流電力を整流するように構成されている。具体的には、上記コンバータ部（30）は、交流電源（5）に対して接続されるブリッジ回路（31）と、該ブリッジ回路（31）の出力側に接続される平滑回路（32）と、を備えている。 The converter unit (30) is connected to an AC power source (5) and configured to rectify AC power. Specifically, the converter unit (30) includes a bridge circuit (31) connected to the AC power source (5), and a smoothing circuit (32) connected to the output side of the bridge circuit (31). It is equipped with.
上記ブリッジ回路（31）は、例えば４つのダイオードがブリッジ状に結線された一般的な構成のダイオードブリッジ回路である。つまり、このブリッジ回路（31）は、整流回路を構成している。上記平滑回路（32）は、上記ブリッジ回路（31）の出力側に設けられていて、電圧を平滑化するためのコンデンサ（C）を備えている。 The bridge circuit (31) is a diode bridge circuit having a general configuration in which, for example, four diodes are connected in a bridge shape. That is, the bridge circuit (31) constitutes a rectifier circuit. The smoothing circuit (32) is provided on the output side of the bridge circuit (31) and includes a capacitor (C) for smoothing the voltage.
上記インバータ部（40）は、上記コンデンサ（C）の直流を三相交流に変換し、モータ（3）へ供給するように構成されている。詳しくは、上記インバータ部（40）は、複数のスイッチング素子（41,41,…）を有していて、これらのスイッチング素子（41,41,…）のスイッチング動作によって、上記コンバータ部（30）から出力される直流電圧を三相交流電圧へ変換するように構成されている。 The inverter unit (40) is configured to convert the direct current of the capacitor (C) into a three-phase alternating current and supply it to the motor (3). Specifically, the inverter unit (40) includes a plurality of switching elements (41, 41,...), And the converter unit (30) is switched by the switching operation of these switching elements (41, 41,...). It is comprised so that the DC voltage output from may be converted into a three-phase AC voltage.
具体的には、上記インバータ部（40）では、６個のスイッチング素子（41,41,…）を有していて、それらが三相ブリッジ結線されている。つまり、上記インバータ部（40）は、互いに直列に接続された２個のスイッチング素子(41,41）からなる３組の上下アーム（42,43,44）が並列に接続されていて、各上下アーム（42,43,44）の中間点が上記モータ（3）の三相に接続されている。したがって、各上下アーム（42,43,44）を流れる電流が三相の各相の電流に対応している。 Specifically, the inverter unit (40) has six switching elements (41, 41,...), Which are three-phase bridge-connected. That is, the inverter unit (40) has three sets of upper and lower arms (42, 43, 44) composed of two switching elements (41, 41) connected in series with each other, and each upper and lower arms are connected in parallel. The midpoint of the arms (42, 43, 44) is connected to the three phases of the motor (3). Therefore, the current flowing through the upper and lower arms (42, 43, 44) corresponds to the current of each of the three phases.
ここで、上記図２において、符号42a、43a、44aは、コンデンサ（C）の正極側に位置するスイッチング素子（41）を備えた上アームを、符号42b、43b、44bは、コンデンサ（C）の負極側に位置するスイッチング素子（41）を備えた下アームを、それぞれ示している。
Here, in FIG. 2, reference numerals 42a, 43a, and 44a denote upper arms including a switching element (41) positioned on the positive electrode side of the capacitor (C), and
上記各スイッチング素子（41）は、例えばＩＧＢＴによって構成されている。なお、このスイッチング素子（41）は、スイッチング動作できるものであれば、ユニポーラ型トランジスタのＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。 Each said switching element (41) is comprised by IGBT, for example. The switching element (41) may be a unipolar transistor MOSFET or the like as long as it can perform a switching operation.
また、上記各スイッチング素子（41）には、それぞれ、ダイオード（45）が逆並列に設けられているとともに、該スイッチング素子（41）を駆動するためのゲート駆動回路（46）も設けられている。このゲート駆動回路（46）は、後述するように上記制御部（50）から出力された信号（ゲート信号）に応じて、上記スイッチング素子（41）にＯＮ−ＯＦＦ動作を行わせるように構成されている。 Each of the switching elements (41) is provided with a diode (45) in antiparallel and a gate drive circuit (46) for driving the switching element (41). . The gate drive circuit (46) is configured to cause the switching element (41) to perform an ON-OFF operation in accordance with a signal (gate signal) output from the control unit (50), as will be described later. ing.
上記制御部（50）は、上記モータ（3）をベクトル制御できるように、インバータ部（40）の動作を制御可能に構成されている。具体的には、上記制御部（50）は、上記モータ（3）に流れる電流を検出する電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて、該モータ（3）に図３に示すような三相の交流電流が流れるように、上記ゲート駆動回路（46）に対してゲート信号を出力するよう構成されている。 The control unit (50) is configured to be able to control the operation of the inverter unit (40) so that the motor (3) can be vector-controlled. Specifically, the control unit (50) controls the motor (3) as shown in FIG. 3 based on the detection signal of the current detection sensor (51) that detects the current flowing through the motor (3). The gate drive circuit (46) is configured to output a gate signal so that a phase alternating current flows.
また、上記制御部（50）は、上述のように上記電流検出センサ（51）の検出信号に基づいてゲート信号を出力するスイッチング制御部（50a）（スイッチング制御手段）と、該電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて上記インバータ部（40）のスイッチング素子（41）の故障検出を行うスイッチング素子故障検出部（50b）（スイッチング素子故障検出手段）と、を備えている。ここで、スイッチング素子（41）の故障とは、ゲート駆動回路（46）を動作させても、該スイッチング素子（41）をＯＮ状態に切り換えできない状態を意味する。 The control unit (50) includes a switching control unit (50a) (switching control unit) that outputs a gate signal based on the detection signal of the current detection sensor (51) as described above, and the current detection sensor ( A switching element failure detection unit (50b) (switching element failure detection means) that detects a failure of the switching element (41) of the inverter unit (40) based on the detection signal of 51). Here, the failure of the switching element (41) means a state where the switching element (41) cannot be switched to the ON state even if the gate drive circuit (46) is operated.
上記スイッチング故障検出部（50b）は、上記電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて、モータ（3）の出力の欠相を検出するとともに、上記スイッチング制御部（50a）から出力されるゲート信号と上記検出信号との比較により、どのスイッチング素子（41）が故障しているかを検出できるように構成されている。この欠相の検出方法及び故障しているスイッチング素子（41）の検出方法は、従来と同じなので、詳しい説明については省略する。 The switching failure detection unit (50b) detects a phase failure of the output of the motor (3) based on a detection signal of the current detection sensor (51) and outputs a gate output from the switching control unit (50a). The switching element (41) can be detected by comparing the signal with the detection signal. The detection method of the phase loss and the detection method of the faulty switching element (41) are the same as those in the prior art, and a detailed description thereof will be omitted.
上記スイッチング制御部（50a）は、詳しくは後述するように、通常時にはモータ（3）に三相の交流電流が流れるように所定のタイミングでゲート信号を出力する一方、上記インバータ部（40）のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合には、二相の電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、残りのスイッチング素子（41）に対してゲート信号を出力するように構成されている。また、上記スイッチング制御部（50a）は、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）（例えば速度センサやクランク角センサなど）から、車両が停止した状態を示す停止信号が入力された場合には、すべてのゲート信号の出力を停止して、インバータ装置（4）の駆動を停止するように構成されている。このように、上記車両停止検出手段（52）からの停止信号に応じてインバータ装置（4）の駆動を停止することで、詳しくは後述するように、車両が停止した後、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。 As will be described in detail later, the switching control unit (50a) outputs a gate signal at a predetermined timing so that a three-phase alternating current flows to the motor (3) during normal operation, while the inverter unit (40) When one switching element (41) fails, it is configured to output a gate signal to the remaining switching elements (41) so that the two-phase current waveform approaches a sine wave. Yes. The switching control unit (50a) receives a stop signal indicating that the vehicle has stopped from a vehicle stop detection unit (52) (for example, a speed sensor or a crank angle sensor) that detects the stop of the vehicle. Is configured to stop the output of all gate signals and stop the drive of the inverter device (4). Thus, by stopping the drive of the inverter device (4) in response to the stop signal from the vehicle stop detection means (52), as will be described in detail later, the inverter is operated in a safe state after the vehicle stops. The device (4) can be quickly stopped.
ここで、上記スイッチング制御部（50a）は、通常、モータ（3）に流れる各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流が正弦波の波形（図３参照）になるようにインバータ部（40）の動作を制御している。すなわち、一般的に、ｄｑ軸で考えれば、ｄ軸方向の電流はゼロに、ｑ軸方向の電流（iq）（ｑ軸電流）はモータ（3）の所望のトルクに比例した電流に制御するのがもっとも効率のよいモータ（3）の出力制御となるが、この場合には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流波形が正弦波となるからである。 Here, the switching control unit (50a) is usually an inverter unit so that the current of each phase (U phase, V phase, W phase) flowing through the motor (3) becomes a sine wave waveform (see FIG. 3). The operation of (40) is controlled. That is, in general, considering the dq-axis, the current in the d-axis direction is controlled to zero, and the current (iq) in the q-axis direction (q-axis current) is controlled to a current proportional to the desired torque of the motor (3). Is the most efficient output control of the motor (3), in this case, the current waveform of each phase (U phase, V phase, W phase) is a sine wave.
ところが、例えば三相のうちＵ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が何らかの原因で故障して通電不能になると、図４に示すように、Ｕ相のプラス方向（モータへ流れる方向）の電流が流れなくなるうえ、Ｖ相、Ｗ相でも該Ｕ相の上アーム（42a）を介して下アーム（43b,44b）に流れるパターンでは電流が流れなくなってしまう。そのため、上記図４に示すように、電気角度で６０〜１２０度の範囲では、モータ（3）に電流の流れない状態が発生し、ｑ軸電流（iq）もこの範囲ではゼロになる。そうすると、モータ（3）に、安定してトルクを出力させることができなくなり、油圧ポンプ（23）によって油圧機構（21）で十分な操舵補助力を生じさせることができなくなる。 However, for example, if the switching element (41) of the upper arm (42a) of the U phase out of the three phases fails for some reason and cannot be energized, as shown in FIG. 4, the positive direction of the U phase (the direction of flow to the motor) ) Current does not flow, and in the V-phase and W-phase, no current flows in the pattern that flows to the lower arm (43b, 44b) via the U-phase upper arm (42a). Therefore, as shown in FIG. 4 above, when the electrical angle is in the range of 60 to 120 degrees, a state in which no current flows in the motor (3) occurs, and the q-axis current (iq) also becomes zero in this range. If it does so, it will become impossible to make a motor (3) output a torque stably, and it will become impossible to produce sufficient steering assistance force with a hydraulic mechanism (21) by a hydraulic pump (23).
ところで、上述のようにインバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個でも故障した場合には、該インバータ装置（4）の駆動を停止するのが一般的だが、車両のパワーステアリング装置（2）のモータ（3）に用いられるインバータ装置（4）を、車両の走行中にすぐに停止させると、操舵補助力が急激に失われて車両の操舵性が著しく悪化するため、安全性上好ましくない。 By the way, as described above, when even one switching element (41) in the inverter device (4) fails, the drive of the inverter device (4) is generally stopped. If the inverter device (4) used for the motor (3) in (2) is stopped immediately while the vehicle is running, the steering assist force will be lost suddenly and the steering performance of the vehicle will deteriorate significantly. Not preferable.
そこで、本発明の特徴部分として、上記スイッチング素子故障検出部（50b）によって、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障したことが検出された場合であっても、故障していない残りのスイッチング素子（41）を用いて、モータ（3）にできるだけ大きいトルクを安定して出力させるようにした。 Therefore, as a characteristic part of the present invention, even if the switching element failure detection unit (50b) detects that one switching element (41) in the inverter device (4) has failed, The remaining switching element (41) that was not used was used to stably output as much torque as possible to the motor (3).
具体的には、上記残りの２組の上下アーム（43,44）に流れる二相の交流電流（iv,iw）ができるだけ正弦波に近づくように、スイッチング制御部（50a）によって残りのスイッチング素子（41）の動作を制御するようにした。その一例を図５に示す。この図５のケースでは、Ｕ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が故障しているため、残りのＵ相の下アーム（42b）及びＶ、Ｗ相の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）を用いて、Ｖ、Ｗ相に流れる電流（iv,iw）の波形がなるべく正弦波に近づくようにした。これにより、上記図５に示すように、ｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲が、上記図４に示す範囲よりも狭くなり、モータ（3）に、より大きなトルクを安定して出力させることができる。 Specifically, the remaining switching elements are switched by the switching control unit (50a) so that the two-phase alternating currents (iv, iw) flowing through the remaining two sets of upper and lower arms (43, 44) are as close to a sine wave as possible. The operation of (41) was controlled. An example is shown in FIG. In the case of FIG. 5, since the switching element (41) of the U-phase upper arm (42a) has failed, the remaining U-phase lower arm (42b) and V and W-phase upper and lower arms (43, 44). ), The waveform of the current (iv, iw) flowing in the V and W phases is made as close to a sine wave as possible. As a result, as shown in FIG. 5, the electric angle range in which the q-axis current (iq) becomes zero becomes narrower than the range shown in FIG. 4, and a larger torque is stably applied to the motor (3). Can be output.
上記残りのスイッチング素子（41）のうち、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）の制御について、上記図５の場合を例にして、以下でより詳しく説明する。 Of the remaining switching elements (41), the control of the switching elements (41) of the two upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) has not failed takes the case of FIG. 5 as an example. This will be described in more detail below.
すなわち、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲（例えば３６０〜４８０度）では、通常（スイッチング素子の正常時）、電気角度で略６０度毎に切り換えるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ状態を、略９０度毎に切り換えるようにした。具体的には、上述の電気角度の範囲において、Ｗ相の上アーム（44a）のスイッチング素子（41）を電気角度で略９０度（通常は６０度）の範囲でＯＮにする一方、同じくＶ相の下アーム（43b）のスイッチング素子（41）を電気角度で略９０度（通常は６０度）の範囲でＯＮにする。その後、上記Ｗ相の上アーム（44a）及びＶ相の下アーム（43b）のスイッチング素子（41）をＯＦＦにするとともに、Ｗ相の下アーム（44b）及びＶ相の上アーム(43a）のスイッチング素子（41）をそれぞれ電気角度で略９０度の範囲でＯＮにする。 That is, in a range of electrical angles (eg, 360 to 480 degrees) in which the failed switching element (41) is normally turned on (for example, 360 to 480 degrees), the switching element (41 switching normally) at an electrical angle of approximately 60 degrees. ) Is switched approximately every 90 degrees. Specifically, in the range of the electrical angle described above, the switching element (41) of the upper arm (44a) of the W phase is turned on in the range of approximately 90 degrees (usually 60 degrees) in electrical angle, while V The switching element (41) of the lower arm (43b) of the phase is turned on within an electrical angle range of approximately 90 degrees (usually 60 degrees). Thereafter, the switching element (41) of the upper arm (44a) of the W phase and the lower arm (43b) of the V phase is turned OFF, and the lower arm (44b) of the W phase and the upper arm (43a) of the V phase are turned off. The switching element (41) is turned on within an electric angle range of approximately 90 degrees.
これにより、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲で、Ｖ相及びＷ相の電流（iv,iw）はより正弦波に近い波形を描くようになるため、ｑ軸電流（iq）がゼロになる範囲をできるだけ狭くすることができる。 As a result, the V-phase and W-phase currents (iv, iw) draw a waveform closer to a sine wave within the range of the electrical angle at which the failed switching element (41) is normally turned on. The range where the current (iq) becomes zero can be made as narrow as possible.
なお、本実施形態では、Ｕ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が故障した場合について説明したが、それ以外のアームのスイッチング素子（41）が故障した場合でも、同様に、二相（Ｖ相、Ｗ相）の電流波形が正弦波になるように、残りのスイッチング素子（41）を制御するようにすればよい。この場合、スイッチング素子（41）が１個、故障した場合のスイッチング制御のパターンは、どのアームのスイッチング素子（41）が故障したかによって異なるが、すべてのパターンが上記制御部（50）内に予め記憶されているものとする。 In the present embodiment, the case where the switching element (41) of the upper arm (42a) of the U phase has failed has been described, but even when the switching element (41) of the other arm fails, The remaining switching elements (41) may be controlled so that the phase (V phase, W phase) current waveform is a sine wave. In this case, the switching control pattern when one switching element (41) fails is different depending on which arm switching element (41) has failed, but all patterns are in the control section (50). Assume that it is stored in advance.
−パワーステアリング装置の動作−
次に、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した際のパワーステアリング装置（2）の動作について、図６のフローに基づいて説明する。
-Operation of power steering device-
Next, the operation of the power steering device (2) when the switching element (41) in the inverter device (4) fails will be described based on the flow of FIG.
上記図６のフローがスタートすると、まず、ステップＳ１において、スイッチング制御部（50a）から出力されているゲート信号がＯＮであるにもかかわらず、電流の流れていない相があるかどうかの判定を行う。具体的には、スイッチング素子故障検出部（50b）において、モータ（3）に流れる電流を検出する電流検出センサ（51）の出力に基づき、ゲート信号に対応して各相で所望の電流値が得られているかどうかの判定を行う。 When the flow of FIG. 6 starts, first, in step S1, it is determined whether there is a phase in which no current flows even though the gate signal output from the switching control unit (50a) is ON. Do. Specifically, in the switching element failure detection unit (50b), based on the output of the current detection sensor (51) that detects the current flowing through the motor (3), a desired current value is obtained in each phase corresponding to the gate signal. Judge whether it is obtained.
上記ステップＳ１で電流の流れていない相がないと判定された場合（ＮＯの場合）には、電流の流れていない相があると判定されるまで該ステップＳ１の判定を繰り返す一方、上記ステップＳ１で電流の流れていない相があると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２で故障しているアームを検出し、ステップＳ３で乗員に対してエラー信号を発信する。なお、このエラー信号は、例えば図示しない運転席の計器パネルに設けられた警告ランプを点灯させるような信号であってもよいし、音声によって乗員に報知するような信号であってもよい。このように、エラー信号を発信することで、乗員に対して、パワーステアリング装置（3）のインバータ装置（4）に異常が発生して、操舵補助力が若干、低下する旨を報知することができる。 When it is determined in step S1 that there is no phase in which no current flows (in the case of NO), the determination in step S1 is repeated until it is determined that there is a phase in which no current flows. If it is determined that there is a phase in which no current flows (in the case of YES), a faulty arm is detected in step S2, and an error signal is transmitted to the occupant in step S3. The error signal may be, for example, a signal that lights a warning lamp provided on an instrument panel (not shown), or may be a signal that informs the occupant by voice. In this way, by transmitting the error signal, it is possible to notify the occupant that an abnormality has occurred in the inverter device (4) of the power steering device (3) and that the steering assist force is slightly reduced. it can.
続くステップＳ４では、故障しているアーム（42a）のスイッチング素子（41）をＯＮ動作させることなく、二相の電流（iv,iw）の波形がそれぞれ正弦波に近づくような通電パターンに変更する。具体的には、故障しているスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、通常の電気角度（略６０度）よりも大きい電気角度（略９０度）で、スイッチング素子が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを行うようにする。これにより、図５に示すように、二相の電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけてｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができる。したがって、モータ（3）にできるだけ大きなトルクを安定して出力させることが可能となるため、パワーステアリング装置（2）の油圧機構（21）で操舵補助力を得ることができ、車両の操舵性が急激に悪化するのを確実に防止することができる。 In the subsequent step S4, the energization pattern is changed such that the waveforms of the two-phase currents (iv, iw) approach sine waves without turning on the switching element (41) of the arm (42a) that has failed. . Specifically, switching is performed at an electrical angle (approximately 90 degrees) larger than a normal electrical angle (approximately 60 degrees) in an electrical angle range in which the failed switching element (41) is normally turned on. Switching of the ON / OFF operation of the switching element (41) in the remaining two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the element has not failed is performed. As a result, as shown in FIG. 5, the two-phase current waveform can be made close to a sine wave, and the range of the electrical angle where the q-axis current (iq) becomes zero can be made as narrow as possible. Accordingly, since it is possible to stably output as much torque as possible to the motor (3), the steering assist force can be obtained by the hydraulic mechanism (21) of the power steering device (2), and the steering performance of the vehicle is improved. It is possible to reliably prevent abrupt deterioration.
続くステップＳ５では、車両が停止したかどうかを、車両停止検出手段（52）から停止信号が出力されたかどうかによって判定する。このステップＳ５で、車両が停止していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、車両が停止するまでこのステップＳ５の判定を繰り返す一方、車両が停止したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ６に進んで、インバータ装置（4）の駆動を停止するとともに、起動しないように設定し、且つ乗員に対してアラーム信号を発信する。その後、このフローを終了する（エンド）。 In the subsequent step S5, it is determined whether or not the vehicle has stopped depending on whether or not a stop signal is output from the vehicle stop detection means (52). If it is determined in step S5 that the vehicle has not stopped (in the case of NO), the determination in step S5 is repeated until the vehicle stops, whereas if it is determined that the vehicle has stopped (YES) In the case), the process proceeds to step S6, where the drive of the inverter device (4) is stopped and set not to start, and an alarm signal is transmitted to the occupant. Thereafter, this flow is ended (END).
なお、上記アラーム信号も、上記エラー信号と同様、例えば図示しない運転席の計器パネルに設けられた警告ランプを点灯させるような信号であってもよいし、音声によって乗員に報知するような信号であってもよい。このように、アラーム信号を発信することで、乗員に対して、パワーステアリング装置（2）の操舵補助力が得られない状態であることを報知しつつ、インバータ装置（4）の修理を促すことができる。 The alarm signal may be a signal that turns on a warning lamp provided on an instrument panel of a driver's seat (not shown), or a signal that informs an occupant by voice, similarly to the error signal. There may be. In this way, by issuing an alarm signal, the passenger is informed that the steering assist force of the power steering device (2) cannot be obtained, and the inverter device (4) is urged to be repaired. Can do.
−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、２個のスイッチング素子（41）を直列に接続してなる上下アーム（42,43,44）を３組、備え、モータ（3）に３相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置（4）において、該上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）が故障した場合、二相の電流（iv,iw）の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、残りのスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作をスイッチング制御部（50a）によって制御することで、通常のスイッチング制御の場合（図４参照）に比べて、ｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲を狭くすることができ（図５参照）、モータ（3）にできるだけ大きなトルクを安定して出力させることができる。
-Effect of the embodiment-
As described above, according to this embodiment, three sets of the upper and lower arms (42, 43, 44) formed by connecting two switching elements (41) in series are provided, and the motor (3) has a three-phase alternating current. In the inverter device (4) configured to be energized, when one switching element (41) out of the switching elements (41) constituting the upper and lower arms (42, 43, 44) fails, two-phase In the case of normal switching control, the ON / OFF operation of the remaining switching elements (41) is controlled by the switching control unit (50a) so that the waveforms of the currents (iv, iw) approach the sine wave respectively. Compared to (see Fig. 4), the electric angle range where the q-axis current (iq) becomes zero can be narrowed (see Fig. 5), and the motor (3) can stably output as much torque as possible. it can.
具体的には、上記スイッチング制御部（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合に切り換えるときの電気角度よりも大きい略９０度毎に行うことで、二相（Ｖ相、Ｗ相）の電流波形をより確実に正弦波に近づけることができる。 Specifically, the switching control unit (50a) is configured to switch the switching elements (43, 44) in the remaining two upper and lower arms (43, 44) within an electrical angle range in which the failed switching element (41) is normally turned on. By switching the ON-OFF operation of 41) approximately every 90 degrees, which is larger than the electrical angle at the time of switching when the switching element (41) is not malfunctioning, two phases (V phase, W phase) The current waveform can be made closer to a sine wave more reliably.
また、モータ（3）によって油圧ポンプ（23）を駆動し、該油圧ポンプ（23）を含む油圧機構（21）で操舵補助力を得るように構成されたパワーステアリング装置（2）において、上述のような構成のインバータ装置（4）を用いて上記モータ（3）を駆動することで、該インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合でも、残りのスイッチング素子（41）によって、モータ（3）にほぼ安定してトルクを出力させることができる。したがって、車両の走行中に上記インバータ装置（4）を停止することなく、乗員のステアリングホイール（11）の操作に応じて操舵補助力を発生し続けることができ、車両の操舵性が急激に悪化するのを防止することができる。これにより、車両走行時の安全性を確保することができる。 In the power steering device (2) configured to drive the hydraulic pump (23) by the motor (3) and obtain a steering assist force by the hydraulic mechanism (21) including the hydraulic pump (23), By driving the motor (3) using the inverter device (4) configured as described above, even if one switching element (41) in the inverter device (4) fails, the remaining switching elements ( 41) allows the motor (3) to output torque almost stably. Accordingly, the steering assist force can be continuously generated according to the operation of the steering wheel (11) of the occupant without stopping the inverter device (4) during the traveling of the vehicle, and the steering performance of the vehicle is rapidly deteriorated. Can be prevented. Thereby, the safety | security at the time of vehicle travel can be ensured.
さらに、上記インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した場合、車両停止検出手段（52）によって車両が停止したことを検出した後、該インバータ装置（4）は駆動を停止するように構成されているため、上述のように、車両の走行中に急に操舵補助力がなくなるのを防止しつつ、車両が停止した後の安全な状態でインバータ装置（4）の駆動を速やかに停止することができる。なお、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した際や、車両停止後に該インバータ装置（4）の駆動を停止した際などに、エラー信号やアラーム信号を発信することで、乗員に異常を確実に報知することができる。 Further, when the switching element (41) in the inverter device (4) fails, the inverter device (4) stops driving after the vehicle stop detecting means (52) detects that the vehicle has stopped. Thus, as described above, the inverter device (4) can be driven promptly in a safe state after the vehicle stops while preventing the steering assist force from suddenly disappearing while the vehicle is running. Can be stopped. In addition, when the switching element (41) in the inverter device (4) breaks down or when the drive of the inverter device (4) is stopped after the vehicle stops, the occupant is It is possible to reliably notify abnormality.
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
<< Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
すなわち、上記実施形態では、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを、電気角度で略９０度毎に行うようにしているが、この限りではなく、スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦ動作を切り換える電気角度（略６０度毎）よりも大きい電気角度であれば、何度であってもよい。なお、９０度よりも小さい電気角度で切り換える場合には、図５のように同じ電気角度でスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えが行われなくなるため、二相の電流（上記実施形態では、Ｖ相、Ｗ相）がゼロになる電気角度の範囲が生じるが、その範囲は図４の場合よりも狭いことから、モータ（3）に、図４の場合よりも大きなトルクを安定して出力させることができる。 That is, in the above-described embodiment, in the range of electrical angles in which the failed switching element (41) is normally turned on, the remaining two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) is not malfunctioned. Switching of the ON / OFF operation of the switching element (41) is performed approximately every 90 degrees in electrical angle. However, this is not limited to this, and the ON-OFF operation is performed when the switching element (41) has not failed. As long as the electrical angle is larger than the electrical angle (approximately every 60 degrees) for switching, it may be any number of times. When switching at an electrical angle smaller than 90 degrees, the switching of the ON-OFF operation of the switching element (41) is not performed at the same electrical angle as shown in FIG. Then, the range of the electrical angle in which the V phase and the W phase) are zero occurs, but since the range is narrower than in the case of FIG. 4, the motor (3) stabilizes a larger torque than in the case of FIG. Can be output.
また、上記実施形態では、車両のパワーステアリング装置（2）において、油圧機構（21）の油圧ポンプ（23）を駆動するモータ（3）の駆動制御用として、上記インバータ装置（4）を用いているが、この限りではなく、例えば、電車やエレベータなどのモータの駆動制御用として上記インバータ装置（4）を用いるようにしてもよい。 In the above embodiment, the inverter device (4) is used for driving control of the motor (3) that drives the hydraulic pump (23) of the hydraulic mechanism (21) in the power steering device (2) of the vehicle. However, the present invention is not limited to this. For example, the inverter device (4) may be used for driving control of a motor such as a train or an elevator.
以上説明したように、本発明は、２個のスイッチング素子が直列に接続されてなる上下アームを３組、備え、負荷に対して三相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for an inverter device that includes three sets of upper and lower arms in which two switching elements are connected in series, and is configured to be able to pass a three-phase alternating current to a load. It is.
2 パワーステアリング装置
3 ブラシレスＤＣモータ（負荷、モータ）
4 インバータ装置
21 油圧機構
23 油圧ポンプ
41 スイッチング素子
42,43,44 上下アーム
50 制御部
50a スイッチング制御部（スイッチング制御手段）
50b スイッチング素子故障検出部（スイッチング素子故障検出手段）
52 車両停止検出手段
2 Power steering device
3 Brushless DC motor (load, motor)
4 Inverter device
21 Hydraulic mechanism
23 Hydraulic pump
41 Switching elements
42, 43, 44 Upper and lower arms
50 Control unit
50a Switching control unit (switching control means)
50b Switching element fault detection unit (switching element fault detection means)
52 Vehicle stop detection means
Claims (5)
上記３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障を検出するスイッチング素子故障検出手段（50b）と、
上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させるように構成されたスイッチング制御手段（50a）と、
を備えていることを特徴とするインバータ装置。 Three sets of upper and lower arms (42, 43, 44) in which two switching elements (41, 41) are connected in series are provided, and a three-phase alternating current is passed to the load (3). An inverter device,
A switching element failure detecting means (50b) for detecting a failure of one switching element (41) among the switching elements (41) constituting the three sets of upper and lower arms (42, 43, 44);
When a failure of the switching element (41) is detected by the switching element failure detection means (50b), the remaining switching elements (41) that have not failed so that the waveforms of the two-phase output currents approach sine waves, respectively. Switching control means (50a) configured to operate
An inverter device comprising:
上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を行う電気角度よりも大きい電気角度で行うように構成されていることを特徴とするインバータ装置。 In claim 1,
The switching control means (50a) has a range of electrical angles such that when a failure of the switching element (41) is detected by the switching element failure detection means (50b), the switching element (41) is normally turned on. Then, when the switching element (41) has not failed, the switching operation of the switching element (41) in the remaining two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) has not failed is performed. An inverter device configured to be performed at an electrical angle larger than an electrical angle at which an ON-OFF switching operation is performed.
上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されていることを特徴とするインバータ装置。 In claim 2,
The switching control means (50a) has a range of electrical angles such that when a failure of the switching element (41) is detected by the switching element failure detection means (50b), the switching element (41) is normally turned on. Then, the switching element (41) is turned on and off in two sets of upper and lower arms (43, 44) in which the switching element (41) has not failed. An inverter device characterized by that.
上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、
上記モータ（3）は、上記請求項１から３のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されることを特徴とする車両のパワーステアリング装置。 A vehicle power steering device for generating a steering assist force by a hydraulic mechanism (21) including a hydraulic pump (23),
The hydraulic pump (23) is driven by a motor (3),
The power steering device for a vehicle, wherein the motor (3) is driven and controlled by the inverter device (4) according to any one of claims 1 to 3.
車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、
上記インバータ装置（4）は、上記車両停止検出手段（52）によって車両の停止が検出された場合に、駆動を停止するように構成されていることを特徴とする車両のパワーステアリング装置。 In claim 4,
Vehicle stop detection means (52) for detecting stop of the vehicle,
The inverter device (4) is configured to stop driving when the stop of the vehicle is detected by the vehicle stop detection means (52).
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