JP2014176215A - Motor control device, electrically-driven power steering apparatus employing the same and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載された多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両に関する。 The present invention relates to a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor mounted on a vehicle, an electric power steering device using the motor control device, and a vehicle.
車両に搭載する電動パワーステアリング装置の電動モータや、電動ブレーキ装置の電動モータ、電気自動車やハイブリッド車の走行用電動モータ等を駆動制御するモータ制御装置は、モータ制御系に異常が発生した場合でも電動モータの駆動を継続できることが望まれている。
上記要望に応えるために、多相電動モータの多相モータ巻線を例えば二重化し、二重化した多相モータ巻線に対して個別のインバータ部から電流を供給し、一方のインバータ部のスイッチング手段に導通不可となるオフ故障すなわちオープン故障が生じた場合に、故障が生じた故障スイッチング手段を特定し、故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御するとともに、故障スイッチング手段を含む故障インバータ部以外の正常インバータ部を制御する故障時制御手段を有する多相回転機の制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Motor control devices that drive and control electric motors for electric power steering devices mounted on vehicles, electric motors for electric brake devices, electric motors for driving electric vehicles and hybrid vehicles, etc., even when an abnormality occurs in the motor control system It is desired that the drive of the electric motor can be continued.
In order to meet the above requirements, for example, the multi-phase motor winding of the multi-phase electric motor is duplexed, and current is supplied from the individual inverter unit to the duplexed multi-phase motor winding, and the switching means of one inverter unit is used as the switching means. When an off-failure that prevents conduction, that is, an open failure occurs, the fault switching means in which the fault has occurred is specified, the switching means other than the fault switching means is controlled, and a normal inverter other than the fault inverter unit including the fault switching means There has been proposed a control device for a multi-phase rotating machine having a failure-time control means for controlling a part and an electric power steering device using the same (for example, see Patent Document 1).
ところで、前述した特許文献1に記載された従来例にあっては、二重化したインバータ部の一方に、スイッチング手段のオフ故障が発生した場合に、オフ故障した故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御するとともに、故障スイッチング手段を含む故障インバータ部を制御することによるトルクの低下分を正常なインバータ部におけるq軸電流指令値を補正することにより、トルクの低下を抑制しながら多相回転機の駆動制御を継続するようにしている。 By the way, in the conventional example described in Patent Document 1 described above, when an off failure of the switching means occurs in one of the duplicated inverter units, the switching means excluding the failure switching means that has failed off is controlled. In addition, by correcting the q-axis current command value in the normal inverter unit for the torque decrease due to the control of the fault inverter unit including the fault switching means, the drive control of the multiphase rotating machine while suppressing the torque decrease To continue.
このため、上記従来例では、インバータ部のスイッチング手段にオフ故障が生じた場合には、十分なトルクを発生することができるが、インバータ部のスイッチング手段にてショート故障が生じた場合には、対処できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、モータ駆動回路にオープン故障やショート故障が生じた場合でも電動モータの駆動制御を継続することが可能なモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを目的としている。
For this reason, in the above conventional example, when an off-failure occurs in the switching means of the inverter unit, sufficient torque can be generated, but when a short-circuit failure occurs in the switching unit of the inverter unit, There is an unresolved issue that cannot be addressed.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and it is possible to continue the drive control of the electric motor even when an open failure or a short failure occurs in the motor drive circuit. An object of the present invention is to provide a motor control device, an electric power steering device using the same, and a vehicle.
上記目的を解決するために、本発明に係るモータ制御装置の一態様は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置であって、前記多相電動モータは、ステータに少なくとも2系統となる第1及び第2の多相モータ巻線を巻装した構成を有し、前記多相電動モータを駆動する指令値を出力する指令値演算部と、該指令値演算部から出力される指令値に基づいて前記第1及び第2の多相モータ巻線に個別に第1及び第2の多相モータ駆動電流を供給する第1及び第2のモータ駆動回路と、前記第1及び前記第2のモータ駆動回路と前記第1及び第2の多相モータ巻線との間に個別に介挿された多相の第1及び第2のモータ電流遮断部と、前記第1及び前記第2の多相モータ駆動電流あるいは電圧の異常を個別に検出する第1及び第2の異常検出部と、該第1及び第2の異常検出部の何れか一方で少なくとも一相のモータ駆動電流あるいは電圧の異常を検出したときに、異常を検出した側のモータ電流遮断部を電流遮断状態に制御する異常時電流制御部とを備えている。 In order to solve the above object, one aspect of a motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor, wherein the multiphase electric motor includes at least two systems in a stator. A command value calculation unit that outputs a command value for driving the multiphase electric motor, and a command value output from the command value calculation unit. And first and second motor drive circuits for supplying first and second multiphase motor drive currents individually to the first and second multiphase motor windings, and the first and second multiphase motor windings, respectively. Multi-phase first and second motor current interrupters individually inserted between a motor drive circuit and the first and second multi-phase motor windings; and the first and second multi-phase First and second abnormality detection for individually detecting abnormality of phase motor drive current or voltage And at least one phase motor drive current or voltage abnormality is detected by any one of the first and second abnormality detection units, the motor current interruption unit on the side where the abnormality is detected is set in a current interruption state. And an abnormal current control unit for controlling.
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上記モータ制御装置をステアリング機構に操舵補助力を発生させる電動モータを含むモータ制御装置に適用している。
さらに、本発明に係る車両の一態様は、上述したモータ制御装置を備えている。
In one aspect of the electric power steering apparatus according to the present invention, the motor control apparatus is applied to a motor control apparatus including an electric motor that generates a steering assist force in a steering mechanism.
Furthermore, one aspect of the vehicle according to the present invention includes the motor control device described above.
本発明によれば、多相電動モータに少なくとも2系統の多相モータ巻線を巻装し、各多相モータ巻線に個別のモータ駆動回路で多相モータ駆動電流を供給するとともに、各モータ駆動回路及び多相モータ巻線間にモータ電流遮断部を設け、各多相モータ駆動電流或いは電圧の一方に異常が発生した場合に、異常が発生した多相モータ駆動電流の供給系統に設けたモータ電流遮断部を遮断する。このため、モータ駆動回路にオープン故障やショート故障が発生した場合でも正常なモータ駆動回路で電動モータの駆動を継続することができる。 According to the present invention, at least two systems of multi-phase motor windings are wound around a multi-phase electric motor, and a multi-phase motor drive current is supplied to each multi-phase motor winding by an individual motor drive circuit. A motor current cut-off unit is provided between the drive circuit and the multi-phase motor winding, and when an abnormality occurs in one of the multi-phase motor drive currents or voltages, it is provided in the supply system of the multi-phase motor drive current in which an abnormality has occurred. Shut off the motor current interrupter. For this reason, even when an open failure or a short failure occurs in the motor drive circuit, the drive of the electric motor can be continued with the normal motor drive circuit.
また、上記効果を有するモータ制御装置を含んで電動パワーステアリング装置を構成するので、少なくとも2系統の多相モータ駆動電流の一方に異常が発生した場合でも正常なモータ駆動回路で多相モータ駆動電流を電動モータに供給することができ電動パワーステアリング装置の操舵補助機能の継続が可能となる。
さらに、上記効果を有するモータ制御装置を含んで車両を構成するので、多相電動モータの少なくとも2系統のモータ駆動回路の一方に異常が発生した場合でも正常なモータ駆動回路で多相モータ駆動電流を電動モータに供給して電動モータでのトルク発生を継続することができ、電動モータの信頼性を向上させる車両を提供することができる。
In addition, since the electric power steering apparatus is configured to include the motor control apparatus having the above-described effect, even if an abnormality occurs in one of the at least two systems of the multiphase motor drive current, the normal motor drive circuit can provide the multiphase motor drive current. Can be supplied to the electric motor, and the steering assist function of the electric power steering apparatus can be continued.
Further, since the vehicle is configured to include the motor control device having the above-described effects, even if an abnormality occurs in one of the motor drive circuits of at least two systems of the multi-phase electric motor, the multi-phase motor drive current can be obtained with a normal motor drive circuit. Can be supplied to the electric motor to continue the generation of torque in the electric motor, thereby providing a vehicle that improves the reliability of the electric motor.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のモータ制御装置を車両に搭載した電動パワーステアリング装置に適用した場合の第1の実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力がステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aと出力軸2bとを有する。入力軸2aの一端はステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment when the motor control device of the present invention is applied to an electric power steering device mounted on a vehicle.
In the figure, reference numeral 1 denotes a steering wheel, and a steering force applied to the steering wheel 1 from a driver is transmitted to the steering shaft 2. The steering shaft 2 has an
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで車幅方向の直進運動に変換している。
The steering force transmitted to the
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結された操舵補助力を発生する例えば3相ブラシレスモータで構成される多相電動モータとしての3相電動モータ12とを備えている。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を抵抗変化や磁気変化に変換して検出するように構成されている。
A
The
また、3相電動モータ12は、図3に示すように、内周面に内方に突出形成されてスロットSLを形成する磁極となる例えば9本のティースTを有するステータ12Sと、このステータ12Sの内周側にティースTと対向して回転自在に配置された例えば6極の表面磁石型のロータ12Rとを有するSPMモータの構成を有する。
そして、ステータ12SのスロットSLに、2系統の多相モータ巻線となる第1の3相モータ巻線L1と第2の3相モータ巻線L2とが巻装されている。第1の3相モータ巻線L1は、U相コイルL1u、V相コイルL1v及びW相コイルL1wの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルL1u、L1v及びL1wの他端がモータ制御装置20に接続されて個別にモータ駆動電流I1u、I1v及びI1wが供給されている。
Further, as shown in FIG. 3, the three-phase
A first three-phase motor winding L1 and a second three-phase motor winding L2, which are two-phase multi-phase motor windings, are wound around the slot SL of the
各相コイルL1u、L1v及びL1wは、それぞれ3つのコイル部L1ua〜L1uc、L1va〜L1vc及びL1wa〜L1wcが形成されている。これらコイル部L1ua〜L1uc、L1va〜L1vc及びL1wa〜L1wcは、スロットSLの外側に、時計方向にL1ua、L1va、L1wa、L1ub、L1vb、Lw1b……の順に巻装されている。 Each phase coil L1u, L1v, and L1w is formed with three coil portions L1ua to L1uc, L1va to L1vc, and L1wa to L1wc, respectively. The coil portions L1ua to L1uc, L1va to L1vc, and L1wa to L1wc are wound outside the slot SL in the order of L1ua, L1va, L1wa, L1ub, L1vb, Lw1b,.
また、第2の3相モータ巻線L2は、U相コイルL2u、V相コイルL2v及びW相コイルL2wの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルL2u、L2v及びL2wの他端がモータ制御装置20に接続されて個別にモータ駆動電流I2u、I2v及びI2wが供給されている。
各相コイルL2u、L2v及びL2wは、それぞれ3つのコイル部L2ua〜L2uc、L2va〜L2vc及びL2wa〜L2wcが形成されている。これらコイル部L2ua〜L2uc、L2va〜L2vc及びL2wa〜L2wcは、スロットSLの内側に、第1の3相コイル巻線L1と同相のコイル部が重なるように時計方向にL2ua、L2va、L2wa、L2ub、L2vb、L2wb……の順に巻装されている。
The second three-phase motor winding L2 has a star connection with one end of the U-phase coil L2u, V-phase coil L2v, and W-phase coil L2w, and the other end of each phase coil L2u, L2v, and L2w. Are connected to the
Each phase coil L2u, L2v, and L2w is formed with three coil portions L2ua to L2uc, L2va to L2vc, and L2wa to L2wc, respectively. These coil portions L2ua to L2uc, L2va to L2vc, and L2wa to L2wc are arranged in the clockwise direction so that the coil portion in phase with the first three-phase coil winding L1 overlaps the inside of the slot SL, L2ua, L2va, L2wa, L2ub , L2vb, L2wb,...
そして、各相コイルL1u〜L1wのコイル部L1ua〜L1uc、L1va〜L1vc及びL1wa〜L1wc及び各相コイルL2u〜L2wのコイル部L2ua〜L2uc、L2va〜L2vc及びL2wa〜L2wcはティースTを挟むスロットSLに通電電流の方向が同一方向となるように巻装されている。
さらに、3相電動モータ12は、図2に示すように、ロータの回転位置を検出するホール素子などの回転位置センサ13aを備えている。この回転位置センサ13aからの検出値がロータ回転角検出回路13に供給されてこのロータ回転角検出回路13でロータ回転角θmを検出する。
モータ制御装置20には、操舵トルクセンサ3で検出された操舵トルクT及び車速センサ21で検出された車速Vsが入力されるとともに、ロータ回転角検出回路13から出力されるロータ回転角θmが入力される。
And coil part L1ua-L1uc of each phase coil L1u-L1w, L1va-L1vc and L1wa-L1wc, and coil part L2ua-L2uc of each phase coil L2u-L2w, L2va-L2vc, and L2wa-L2wc are slots SL. Are wound so that the direction of the energization current is the same.
Furthermore, as shown in FIG. 2, the three-phase
The
また、モータ制御装置20には、直流電流源としてのバッテリー22から直流電流が入力されている。
モータ制御装置20の具体的構成は、図2に示すように構成されている。すなわち、モータ制御装置20は、モータ電流指令値を演算する制御演算装置31と、この制御演算装置31から出力されるモータ電流指令値が個別に入力される第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bと、これら第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bの出力側と3相電動モータ12の第1及び第2の多相モータ巻線L1及びL2との間に介挿された第1及び第2のモータ電流遮断回路33A及び33Bとを備えている。
In addition, a direct current is input to the
The specific configuration of the
制御演算装置31には、図2には図示を省略しているが、図1に示す操舵トルクセンサ3で検出した操舵トルクT及び車速センサ21で検出した車速Vが入力されているとともに、図2に示すように、ロータ位置検出回路13から出力されるロータ回転角θmとが入力され、さらに電流検出回路34A及び34Bから出力される三相電動モータ12の第1の多相モータ巻線L1及び第2の多相モータ巻線L2の各相のコイルから出力されるモータ電流I1d及びI2dが入力されている。
Although not shown in FIG. 2, the control
制御演算装置31では、モータ駆動回路32A及び32Bの正常時には操舵トルクT及び車速Vをもとに予め設定された図5に示す正常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値I1*及びI2*を算出する。また、制御演算装置31では、モータ駆動回路32A又は32Bの異常時には操舵トルクT及び車速Vをもとに予め設定された図6に示す異常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値I1*及びI2*を算出する。
The control
また、制御演算装置31では、算出した操舵補助電流指令値I1*及びI2*とロータ回転角θmとに基づいてd−q座標系の目標d軸電流指令値Id*及び目標q軸電流指令値Iq*を算出し、算出したd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*をdq相−3相変換してU相電流指令値Iu*、V相電流指令値Ib*及びW相電流指令値Iw*を算出する。そして、算出したU相電流指令値Iu*、V相電流指令値Iv*及びW相電流指令値Iw*と電流検出回路34A及び34Bで検出した電流検出値の相毎の加算値との電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwを算出し、これら電流偏差ΔIu、ΔIb及びΔIwについて例えばPI制御演算又はPID制御演算を行って第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bに対する3相の電圧指令値V1*及びV2*を算出し、算出した3相の電圧指令値V1*及びV2*を第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bに出力する。
Further, in the control
また、制御演算装置31には、第1及び第2のモータ電流遮断回路33A及び33Bと3相電動モータ12の第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2との間に設けられた異常検出回路35A及び35Bで検出したモータ電流検出値I1ud、I1vd、I1wd及びI2ud、I2vd、I2wdが入力されている。そして、制御演算装置31は、入力されるモータ電流検出値I1ud〜I1wd及びI2ud〜I2wdと自身が算出した各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*とを比較して後述する第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bを構成するスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6のオープン故障及びショート故障を検出する異常検出部31aを備えている。この異常検出部31aでは、第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bを構成する電界効果トランジスタ(FET)のオープン故障又はショート故障を検出したときに、異常を検出したモータ駆動回路32A又は32Bのゲート駆動回路41A又は41Bに対して論理値“1”の異常検出信号SAa又はSAbを出力する。
Further, the control
第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bのそれぞれは、制御演算装置31から出力される3相の電圧指令値V1*及びV2*が入力されてゲート信号を形成するとともに、異常時電流制御部を兼ねるゲート駆動回路41A及び41Bと、これらゲート駆動回路41A及び41Bから出力されるゲート信号が入力される第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bとを備えている。
ゲート駆動回路41A及び41Bのそれぞれは、制御演算装置31から電圧指令値V1*及びV2*が入力されると、これら電圧指令値V1*及びV2*と三角波のキャリア信号Scとをもとにパルス幅変調(PWM)した6つのゲート信号を形成し、これらゲート信号をインバータ回路42A及び42Bに出力する。
Each of the first and second
When the voltage command values V1 * and V2 * are input from the control
また、ゲート駆動回路41Aは、制御演算装置31から入力される異常検出信号SAaが論理値“0”(正常)であるときには、モータ電流遮断回路34Aに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力するとともに、電源遮断回路44Aに対してハイレベルの2つのゲート信号を出力し、異常検出信号SAaが論理値“1”(異常)であるときにはモータ電流遮断回路33Aに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断するとともに、電源遮断回路44Aに対してローレベルの2つのゲート信号を同時に出力し、バッテリー電力を遮断する。
The
同様に、ゲート駆動回路41Bは、制御演算装置31から入力される異常検出信号SAbが論理値“0”(正常)であるときには、モータ電流遮断回路34Bに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力するとともに、電源遮断回路44Bに対してハイレベルの2つのゲート信号を出力し、異常検出信号SAbが論理値“1”(異常)であるときにはモータ電流遮断回路33Bに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断するとともに、電源遮断回路44Bに対してローレベルの2つのゲート信号を同時に出力し、バッテリー電力を遮断する。
Similarly, when the abnormality detection signal SAb input from the control
第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bのそれぞれは、ノイズフィルタ43及び電源遮断回路44A及び44Bを介してバッテリー22のバッテリー電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサCA及びCBが接続されている。
これら第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bは、6個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6を有し、2つの電界効果トランジスタを直列に接続した3つのスイッチングアームSAu、SAv及びSAwを並列に接続した構成を有する。そして、各電界効果トランジスタQ1〜Q6のゲートにゲート駆動回路41A及び41Bから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSAu、SAv及びSAwの電界効果トランジスタ間からU相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwがモータ電流遮断回路33A及び33Bを介して3相電動モータ12の第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2に出力する。
In each of the first and
These first and
また、図示しないがインバータ回路42A及び42Bの各スイッチングアームSAu、SAv及びSAwと接地との間に介挿されたシャント抵抗の両端電圧が電流検出回路34A及び34Bに入力され、これら電流検出回路34A及び34Bでモータ電流I1u〜I1w及びI2u〜I2wが検出される。
また、モータ電流遮断回路33Aは、3つの電流遮断用の電界効果トランジスタQA1、QA2及びQA3を有する。電界効果トランジスタQA1のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAuのトランジスタQ1及びQ2の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Aを介して第1の3相モータ巻線L1のU相コイルL1uに接続されている。また、電界効果トランジスタQA2のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAvのトランジスタQ3及びQ4の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Aを介して第1の3相モータ巻線L1のV相コイルL1vに接続されている。さらに、電界効果トランジスタQA3のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAwのトランジスタQ5及びQ6の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Aを介して第1の3相モータ巻線L1のW相コイルL1wに接続されている。
Although not shown, the voltage across the shunt resistor inserted between the switching arms SAu, SAv and SAw of the
The motor current cut-
また、モータ電流遮断回路33Bは、3つの電流遮断用の電界効果トランジスタQB1、QB2及びQB3を有する。電界効果トランジスタQB1のソースが第2のインバータ回路42BのスイッチングアームSBuのトランジスタQ1及びQ2の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Bを介して第2の3相モータ巻線L2のU相コイルL2uに接続されている。また、電界効果トランジスタQB2のソースが第2のインバータ回路42BのスイッチングアームSBvのトランジスタQ3及びQ4の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Aを介して第2の3相モータ巻線L2のV相コイルL2vに接続されている。さらに、電界効果トランジスタQB3のソースが第2のインバータ回路42BのスイッチングアームSBwのトランジスタQ5及びQ6の接続点に接続され、ドレインが異常検出回路35Aを介して第2の3相モータ巻線L2のW相コイルL2wに接続されている。
The motor current cut-
そして、モータ電流遮断回路33A及び33Bの電界効果トランジスタQA1〜QA3及びQB1〜QB3が寄生ダイオードDのカソードをインバータ回路42A及び42B側として各々が同一向きに接続されている。
また、電源遮断回路44A及び44Bのそれぞれは、2つの電界効果トランジスタ(FET)QC1,QC2及びQD1,QD2がドレイン同士を接続して寄生ダイオードが逆向きとなる直列回路構成を有する。そして、電界効果トランジスタQC1及びQD1のソースが互いに接続されてノイズフィルタ43の出力側に接続され、電界効果トランジスタQC2及びQD2のソースが第1及び第2のインバータ回路42B及び42Bの各電界効果トランジスタQ1,Q2及びQ3のソースに接続されている。
The field effect transistors QA1 to QA3 and QB1 to QB3 of the motor
Each of the
次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
図示しないイグニッションスイッチがオフ状態であって車両が停止していると共に、操舵補助制御処理も停止している作動停止状態であるときには、モータ制御装置20の制御演算装置31が非作動状態となっている。このため、制御演算装置31で実行される操舵補助制御処理及び異常監視処理は停止されている。したがって、電動モータ12は作動を停止しており、ステアリング機構10への操舵補助力の出力を停止している。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
When an ignition switch (not shown) is in an off state and the vehicle is stopped and the steering assist control process is also stopped, the control
この作動停止状態からイグニッションスイッチをオン状態とすると、制御演算装置31が作動状態となり、操舵補助制御処理及び異常監視処理を開始する。このとき、各モータ駆動回路32A及び32Bのインバータ回路42A及び42Bにおける各電界効果トランジスタQ1〜Q6にオープン故障及びショート故障が発生していない正常状態であるものとする。このときには、ステアリングホイール1を操舵していない非操舵状態では、制御演算装置31で実行する操舵補助制御処理で操舵トルクTが“0”であり、車速Vも“0”であるので、図5の正常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値を算出する。この正常時操舵補助電流指令値算出マップでは、目標とする実線図示の操舵補助電流指令値It*を算出する特性線L1に対して各操舵トルクTに応じて半分の値となる2系統で均等割りした操舵補助電流指令値I*が算出される。
When the ignition switch is turned on from this operation stop state, the control
そして、算出された操舵補助電流指令値I*とロータ位置検出回路13から入力されるロータ回転角θrとに基づいてd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*を算出し、算出したd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*をdq二相−三相変換処理を行ってU相電流指令値Iu*、V相電流指令値Iv*及びW相電流指令値Iw*を算出する。
Then, the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * are calculated on the basis of the calculated steering assist current command value I * and the rotor rotation angle θr input from the rotor
さらに、各相電流指令値Iu*、Iv*及びIw*と電流検出回路34A及び34Bで検出した各相電流検出値I1d及びI2dの加算値との電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwを算出し、算出した電流偏差ΔIu、ΔIv及びΔIwをPI制御処理又はPID制御処理を行って目標電圧指令値Vu*、Vv*及びVw*を算出する。そして、算出した目標電圧指令値Vu*、Vv*及びVw*を目標電圧指令値V1*及びV2*として第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bのゲート駆動回路41A及び41Bに出力する。また、制御演算装置31は、インバータ回路42A及び42Bが正常であるので、論理値“0”の異常検出信号SAa及びSAbをゲート駆動回路41A及び41Bに出力する。
Further, current deviations ΔIu, ΔIv, and ΔIw between the phase current command values Iu * , Iv *, and Iw * and the addition values of the phase current detection values I1d and I2d detected by the
このため、ゲート駆動回路41A及び41Bでは、モータ電流遮断回路33A及び33Bに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力する。このため、モータ電流遮断回路33A及び33Bの電界効果トランジスタQA1〜QA3及びQB1〜QB3がオン状態となって、インバータ回路42A及び42Bと3相電動モータ12の3相モータ巻線L1及びL2との間が導通状態となって、3相電動モータ12に対する通電制御が可能な状態となる。
Therefore, the
これと同時に、ゲート駆動回路41A及び41Bから電源遮断回路44A及び44Bに対してハイレベルのゲート信号を出力する。このため、電源遮断回路44A及び44Bの電界効果トランジスタQC1,QC2及びQD1,QD2がオン状態となってバッテリー22からの直流電流がノイズフィルタ43を介してインバータ回路42A及び42Bに供給される。
At the same time, a high level gate signal is output from the
さらに、ゲート駆動回路41A及び41Bでは、制御演算装置31から入力される電圧指令値V1*及びV2*に基づいてパルス幅変調を行ってゲート信号を形成し、形成したゲート信号をインバータ回路42A及び42Bの各電界効果トランジスタQ1〜Q6のゲートに供給する。
したがって、車両が停止状態で、ステアリングホイール1を操舵していない状態では、操舵トルクTsが“0”であるので、操舵補助電流指令値も“0”となって電動モータ12は停止状態を維持する。しかしながら、車両の停止状態または車両の走行開始状態でステアリングホイール1を操舵して所謂据え切りを行うと、操舵トルクTsが大きくなることにより、図5を参照して、大きな目標操舵補助電流指令値It*を半分に均等割りした操舵補助電流指令値I*が算出され、これに応じた大きな電圧指令値V1*及びV2*がゲート駆動回路41A及び41Bに供給される。このため、ゲート駆動回路41A及び41Bから大きな電圧指令値V1*及びV2*に応じたデューティ比のゲート信号がインバータ回路42A及び42Bに出力される。このため、インバータ回路42A及び42Bから操舵補助電流指令値I*に応じた120度の位相差を有するU相電流I1u、V相電流I1v、W相電流I1w及びI2u、I2v及びI3wが出力され、これらがモータ電流遮断回路33A及び33Bの各相に対応する電界効果トランジスタQA1〜QA3及びQB1〜QB3を通って3相電動モータ12の3相モータ巻線L1及びL2の各相コイルL1u〜L1w及びL2u〜L2wに供給される。
Further, in the
Therefore, when the vehicle is stopped and the steering wheel 1 is not steered, the steering torque Ts is “0”, so the steering assist current command value is also “0” and the
これにより、電動モータ12が回転駆動されて、操舵トルクTsに応じた目標操舵補助電流値It*に対応する大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ11を介して出力軸2bに伝達される。このため、ステアリングホイール1を軽い操舵力で操舵することができる。
その後、車速Vsが増加すると、これに応じて算出される操舵補助電流指令値が据え切り時に比較して低下して電動モータ12で操舵トルクTs及び車速Vsに応じて適度に減少させた操舵補助力を発生する。
As a result, the
Thereafter, when the vehicle speed Vs increases, the steering assist current command value calculated in accordance with this decreases, and the steering assist is decreased appropriately by the
このように、インバータ回路42A及び42Bが正常で、3相電動モータ12に供給されるモータ電流Iu、Iv及びIwが正常である場合には、操舵トルクTs及び車速Vsに最適なモータ電流が3相電動モータ12に供給される。
この正常状態から、第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bの第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bの一方例えばインバータ回路42Bの例えば下アーム側の電界効果トランジスタQ2、Q4及びQ6の何れか1つ又は複数にショート故障が発生すると、ショート故障を生じたスイッチングアームSBi(i=u,v,w)からモータ電流遮断回路33Aに出力されるモータ電流Iiが流れなくなることから、異常検出部31aで各相電流指令値Ii*と比較したときに、ショート故障の発生による異常を検出することができる。また、図3の異常検出回路35A,35Bでの電圧検出値が所定の電圧とならず異常を検出することができる。
Thus, when the
From this normal state, one of the first and
このように、モータ駆動回路32Bのインバータ回路42Bにショート故障が発生すると、異常検出信号SAaは論理値“0”に維持されるが、異常検出信号SAbが論理値“1”となる。このため、インバータ回路42Bの6個のゲート駆動を全てオフすると共に、モータ駆動回路32Bのゲート駆動回路41Bからモータ電流遮断回路33Bに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、さらに電源遮断回路44Bに対してローレベルの2つのゲート信号を同時に出力する。
Thus, when a short circuit failure occurs in the
このため、モータ電流遮断回路33Bでは、各相の電界効果トランジスタQB1〜QB3がオフ状態となり、3相電動モータ12の第2の3相モータ巻線L2の各相コイルL2u〜L2wに対する通電が遮断される。
これと同時に、電源遮断回路44Bでも、電界効果トランジスタQD1及びQD2がオフ状態に制御され、バッテリー22及び第2のインバータ回路42Bとの間の通電路が遮断される。このとき、電界効果トランジスタQD1及びQD2は寄生ダイオードが互いに逆方向となるようにドレイン同士が接続されたた直列接続構成を有するので、バッテリー22及びショート故障を生じた第2のインバータ回路42B間の双方向の電流路が確実に遮断されることになる。
Therefore, in the motor
At the same time, also in the
ちなみに、電源遮断回路44A及び44Bを1つの電界効果トランジスタで構成した場合には、この電界効果トランジスタの寄生ダイオードのアノードからカソードへの電流は遮断することができず、バッテリー22及びインバータ回路42A及び42B間を確実に遮断することはできないが、本実施形態では2つの電界効果トランジスタQC1,QC2及びQD1,QD2を寄生ダイオードの向きを極性が逆となるように接続しているので、寄生ダイオードを通じて流れる電流を確実に遮断することができる。
Incidentally, when the
そして、この異常状態を検出すると、制御演算装置31では、図6に示す異常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値I*を算出する。このため、算出される操舵補助電流指令値I*がインバータ回路42A及び42Bで流すことが可能な電流値までは正常時の目標操舵補助電流指令値It*すなわちインバータ回路42A及び42Bの双方を動作させている場合と同じ電流指令値となる。したがって、許容電流値に達するまでは正常時の操舵と全く同じ操舵補助力を3相電動モータ12で発生させることができ、運転者に違和感を与えることがない。しかも、ある程度の車速Vsで走行している状態では、必要な操舵補助力も小さくなるので、異常発生を運転者に感じさせることがなく操舵補助制御を継続することができる。しかしながら、大きな操舵補助力を必要とする据え切り時や極低速走行時の操舵時には運転者に異常の発生を感知させることができ、修理が必要なことを警告することができる。
When this abnormal state is detected, the control
さらに、ショート故障が発生して第2のモータ駆動回路32B側のモータ電流遮断回路33Bを遮断状態としても、第1のモータ駆動回路32Aから電流を供給する第1の3相モータ巻線L1の各相コイルL1ua〜L1uc、L1va〜L1vc及びL1wa〜L1wcが、図3に示すように、ステータ12Sの全周にわたって均等に配置されているので、トルクリップルを最小限に抑制することができ、良好な操舵性能を確保することができる。
Furthermore, even if a short circuit failure occurs and the motor current cut-
また、第2のインバータ回路42Bに代えて第1のインバータ回路42Aにショート故障が生じた場合には、モータ駆動回路32Aに対応するモータ電流遮断回路33Aで3相電動モータ12へのモータ電流の供給を遮断するとともに、電源遮断回路44Aで第1のインバータ回路42Aへのバッテリー電流の供給を遮断する。そして、正常な第2のモータ駆動回路32Bを上記と同様に制御することにより、許容電流値に達するまでは正常時と全く同様の操舵補助力を発生することができる。
Further, when a short circuit failure occurs in the
ちなみに、モータ電流遮断回路33A及び33Bを省略した場合には、モータ駆動回路32A及び32Bの何れか一方にショート故障が発生した場合に、ショート故障が発生したインバータ回路が3相電動モータ12の3相モータ巻線L1又はL2に接続されたままとなる。3相電動モータ12が回された場合には、コイル部に発生する起電力が、ショート故障となった電界効果トランジスタの隣りにある電界効果トランジスタの寄生ダイオードを介して、循環電流が流れブレーキ力を発生してしまう。このため、正常のモータ駆動回路32A又は32Bで3相電動モータ12を駆動することによる回生電流がショート故障したインバータ回路に供給されて回生制動状態となり、3相電動モータ12で発生する操舵補助力が大きく低下してしまい、運転者に違和感を与えることになる。このため、回生制動に打ち勝つように正常なインバータ回路を動作させると損失が増大し、インバータ回路及び3相電動モータに過熱が発生するため、操舵補助を継続時間が制限される。
Incidentally, when the motor current cut-
また、第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bの第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bで電界効果トランジスタQ1〜Q6がオン状態に反転することなくオフ状態を継続するオフ故障すなわちオープン故障を生じた場合にも、異常検出部31aで異常を検出することができ、異常となったモータ駆動回路32A又は32Bのモータ電流遮断回路33A又は33B及び電源遮断回路44A又は44Bを遮断状態に制御して、正常なモータ駆動回路で、上述したと同様に許容電流に達するまでの間正常時と同一の操舵補助制御を行うことができる。
このように、上記第1の実施形態によると、第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bの何れか一方のインバータ回路42A又は42Bに異常が発生したときに、正常なモータ駆動回路で正常時と同等の操舵補助制御を継続することができる。
In addition, an off-failure, that is, an open state in which the field effect transistors Q1 to Q6 continue to be turned off without being turned on in the first and
Thus, according to the first embodiment, when an abnormality occurs in one of the
なお、上記第1の実施形態では、ゲート駆動回路41A及び41Bでパルス幅変調に使用するキャリア信号を同期させた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ゲート駆動回路41A及び41Bでキャリア信号の位相を発生ノイズか分散するようにずらして非同期とするようにしてもよい。この場合には、パルス幅変調に使用する高周波(たとえは20kHz程度)のキャリア信号の位相をゲート駆動回路41A及び41Bでずらして非同期とすることにより、インバータ回路42A及び42Bを構成するスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1〜Q6のスイッチングによるノイズを分散させることができ、伝導、放射ノイズのピーク値を抑制することができる効果を得ることができる。
In the first embodiment, the case where the carrier signals used for pulse width modulation are synchronized in the
次に、本発明の第2の実施形態を図7について説明する。
この第2の実施形態では、上述した第1の実施形態において、制御演算装置31を第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bに対応させて2組設けるようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図7に示すように、第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bに対応させて前述した図2における制御演算装置31と同一構成を有する個別の制御演算装置31A及び31Bを設けている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, two sets of control
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 7, individual control computations having the same configuration as the
そして、制御演算装置31Aで第1のモータ駆動回路32Aに供給する電圧指令値V1*及び異常検出信号SAaを形成し、形成した電圧指令値V1*及び異常検出信号SAaをモータ駆動回路32Aのゲート駆動回路41Aに出力する。
同様に、制御演算装置31Bで第2のモータ駆動回路32Bに供給する電圧指令値V2*及び異常検出信号SAbを形成し、形成した電圧指令値V2*及び異常検出信号SAbをモータ駆動回路32Bのゲート駆動回路41Bに出力する。
The gate of the first
Similarly, a voltage command value V2 * and an abnormality detection signal SAb to be supplied to the second
ここで、制御演算装置31A及び31Bは相互監視機能を有し、両者の演算結果を比較したり、ウォッチドッグタイマの動作等を互いに監視したりして、制御演算装置31A及び31Bの一方例えば31B(又は31A)が異常となったときに、他方の制御演算装置31A(又は31B)が検出することが可能となる。このため、制御演算装置の異常を検出したときに、正常な制御演算装置で異常となった制御演算装置で制御されるモータ駆動回路を代替制御することも可能となる。
Here, the control
この第2の実施形態によると、制御演算装置31A及び31Bで個別に操舵補助制御処理及び異常制御処理を実行することにより、前述した第1の実施形態と同様に、モータ駆動回路32A及び32Bのインバータ回路42A及び42Bの何れか一方にショート故障又はオープン故障が生じたときに、正常なモータ駆動回路で操舵補助制御を継続することができる。したがって、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
According to the second embodiment, the steering operation control process and the abnormality control process are individually executed by the control
しかも、第2の実施形態によると、制御演算装置31A及び31B間で相互監視を行うことができ、制御演算装置31A及び31Bの一方に異常が発生した場合でも正常な制御演算装置で第1実施形態と同様の異常時制御を行うことができるとともに、一方の制御演算装置31A(又は31B)が異常となったことを検出したときに、正常な制御演算装置31B(又は31A)でモータ駆動回路32A及び32Bを制御可能に構成しておくことにより、制御演算装置に異常が発生した場合でも正常な操舵補助制御を継続することができる効果を発揮することができる。
In addition, according to the second embodiment, mutual monitoring can be performed between the control
なお、上記第1及び第2の実施形態においては、3相電動モータ12に2系統の第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2を巻装し、これら第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2に個別の第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3系統以上のモータ巻線を設けるとともに、モータ巻線毎に個別のモータ駆動回路及びモータ電流遮断回路を設けるようにしてもよい。
In the first and second embodiments, two systems of the first and second three-phase motor windings L1 and L2 are wound around the three-phase
次に、本発明の第3の実施形態を図8及び図9について説明する。
この第3の実施形態では、前述した第1及び第2の実施形態において、3相電動モータ12の構成を図8に示すように、前述した第1の実施形態におけるステータ12Sにおける第2の3相モータ巻線L2のティースTに対する巻き方向を第1の3相モータ巻線L1のティースTに対する巻き方向とは逆巻きとし、且つ第2の3相モータ巻線L2に流れる電流の方向も第1の3相モータ巻線L1に流れる電流の方向と逆方向に設定している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the third embodiment, as shown in FIG. 8 in the configuration of the three-phase
さらに、第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bにおける第1及び第2のインバータ回路42A及び42Bから出力する相電流I1u〜I1w及びI2u〜I2wの位相を図9に示すように180度ずらして逆位相となるように設定している。
このように、第2の実施形態によると、3相電動モータ12の各ティースTに巻装される第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2の同相コイルL1ua〜L1uc及びL2ua〜L2uc、L1va〜L1vc及びL2va〜L2vc並びにL1wa〜L1wc及びL2wa〜L2wcに流れる電流が逆方向であるが、巻き方向も逆方向であるので、ティースTに発生する磁束は前述した第1の実施形態と同様の磁束を発生させることができ、3相電動モータ12で必要な操舵補助力を発生することができる。
Further, the phases of the phase currents I1u to I1w and I2u to I2w output from the first and
As described above, according to the second embodiment, the in-phase coils L1ua to L1uc and L2ua to L2uc of the first and second three-phase motor windings L1 and L2 wound around the teeth T of the three-phase
しかしながら、同相コイルL1ua〜L1uc及びL2ua〜L2uc、L1va〜L1vc及びL2va〜L2vc並びにL1wa〜L1wc及びL2wa〜L2wcとで流れる電流の方向は図8に示すように逆方向であり、相電圧V1u〜V1w及びV2u〜V2wはその1相分V1ua及びV2uaを表すと図9(a)及び(b)に示すようにパルス幅変調された逆位相の矩形波であって、相電流も曲線Lrで示すように逆位相の正弦波となる。
このため、両者のリップル電流ILも、図9(c)及び(d)に示すように、逆位相となり、EMI等の外部へのノイズは互いに相殺される。したがって、リップル電流ILによる加振を抑制してノイズ音や振動の発生を抑制することができる。
However, the direction of the current flowing through the in-phase coils L1ua to L1uc and L2ua to L2uc, L1va to L1vc and L2va to L2vc, and L1wa to L1wc and L2wa to L2wc is reverse as shown in FIG. 8, and the phase voltages V1u to V1w And V2u to V2w are V1ua and V2ua corresponding to the one phase, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), pulse-width-modulated antiphase rectangular waves, and the phase currents are also indicated by the curve Lr. It becomes a sine wave of antiphase.
For this reason, both ripple currents IL also have opposite phases, as shown in FIGS. 9C and 9D, and noises such as EMI to the outside cancel each other. Therefore, it is possible to suppress the generation of noise sound or vibration to suppress vibration due to ripple current I L.
さらに、相電流I1uのオフからオンへの又はその逆へのスイッチングタイミングと相電流I2uのオンからオフへの又はその逆へのスイッチングタイミングとが等しいので、スイッチングノイズも互いに逆位相となって相殺される。
したがって、上記第3の実施形態では前述した第1の実施形態と同様の効果が得られる他、スイッチングノイズやリップル電流による加振を抑制してより静音性及び制振性の高いモータ制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することができる。
Furthermore, since the switching timing of the phase current I1u from off to on or vice versa is equal to the switching timing of the phase current I2u from on to off or vice versa, the switching noises are also opposite in phase and cancel each other. Is done.
Therefore, in the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained, and a motor control device with higher silence and vibration suppression by suppressing excitation due to switching noise and ripple current, An electric power steering device and a vehicle can be provided.
次に、本発明の第4の実施形態を図10について説明する。
この第4の実施形態は、電源遮断回路の構成を簡略化するようにしたものである。
すなわち、第4の実施形態では、図10に示すように、前述した第1の実施形態における図2の構成において、電源遮断回路44A及び44Bにおける逆直列の電界効果トランジスタQC1,QC2及びQD1,QD2のうちの一方の電界効果トランジスタQC1及びQD1を残し、他方の電界効果トランジスタQC2及びQD2を共通化すべくノイズフィルタ43と電源遮断回路44A及び44Bとの分岐点との間に共通の電界効果トランジスタQEを有する共通電源遮断回路44Cを配置したものである。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the fourth embodiment, the configuration of the power cutoff circuit is simplified.
That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, in the configuration of FIG. 2 in the first embodiment described above, the anti-series field effect transistors QC1, QC2 and QD1, QD2 in the
ここで、電界効果トランジスタQEは、ドレインがノイズフィルタ43に接続され、ソースが電源遮断回路44A及び44Bに接続され、さらにゲートがゲート駆動回路41A及び41BにダイオードDA及びDBを介して接続されている。
この第4の実施形態によると、電源遮断回路が電源遮断回路44A、44B及び44Cの3つで構成されているが、実際に電源を遮断するための電源遮断素子としては電界効果トランジスタQC1、QD1及びQEの3つの半導体スイッチ素子で構成することができ、半導体スイッチ素子を前述した第1の実施形態に比較して1つ省略してこの分部品点数を減少させることができ、モータ制御装置20の製造コストを低減することができるとともに、プリント基板上の電源遮断回路44A〜44Cの占有面積を減少させることができ、プリント基板を小型化することができる。
Here, the field effect transistor QE has a drain connected to the
According to the fourth embodiment, the power cut-off circuit is composed of three power cut-
次に、本発明の第5の実施形態を図11について説明する。
この第5の実施形態では、前述した第2の実施形態に前述した第4の実施形態を適用したものである。
すなわち、第5の実施形態では、前述した第4の実施形態において、制御演算装置31を第1及び第2のモータ駆動回路32A及び32Bに対して個別の制御演算装置31A及び31Bを設けるようにしたものである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the fifth embodiment, the above-described fourth embodiment is applied to the above-described second embodiment.
That is, in the fifth embodiment, in the fourth embodiment described above, the control
したがって、この第5の実施形態でも、前述した第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、前述した第4の実施形態と同様に電源遮断回路を構成する電界効果トランジスタの個数を1つ省略することができ、モータ制御装置20の製造コストを低減することができるとともに、プリント基板上の電源遮断回路44A〜44Cの占有面積を減少させて、プリント基板を小型化することができる。
Therefore, this fifth embodiment can obtain the same operation and effect as those of the second embodiment described above, and the number of field effect transistors that constitute the power cutoff circuit as in the above-described fourth embodiment. 1 can be omitted, and the manufacturing cost of the
なお、上記第1〜第5の実施形態においては、3相電動モータ12のステータ12Sを1つの磁極となるティースTに対して2系統の第1及び第2の3相モータ巻線L1及びL2の相コイルを相毎に半径方向外側及び内側に巻装する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図12に示すように、ステータ12SのティースTの数を相数×2n(nは1以上の整数)で例えばn=2に設定して8極、12スロットの構成とし、12本のティースTに、順次第1系統となる相コイルL1ua、L1va、L1waを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、次いで、第2系統となる相コイルL2ua、L2va及びL2waを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、さらに第1系統となる相コイルL1ub、L1vb、L1wbを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装し、最後に、第2系統となる相コイルL2ub、L2vb及びL2wbを時計方向に順に同一の巻回方向で巻装するようにしてもよい。
In the first to fifth embodiments, two systems of the first and second three-phase motor windings L1 and L2 are provided for the teeth T serving as one magnetic pole for the
この場合には、第1系統となる3相モータ巻線L1の相コイルL1ua〜L1wcと第2系統となる3相モータ巻線L2の相コイルL2ua〜L2wcとがティースTに時計方向に交互に配置されることになる。このため、1つのティースTへの相コイルL1ua〜L1wc及び相コイルL2ua〜L2wcとの巻装が1種類で済むので、コイルの巻装を容易に行うことができる。 In this case, the phase coils L1ua to L1wc of the three-phase motor winding L1 serving as the first system and the phase coils L2ua to L2wc of the three-phase motor winding L2 serving as the second system are alternately turned clockwise to the teeth T. Will be placed. Therefore, only one type of winding of the phase coils L1ua to L1wc and the phase coils L2ua to L2wc around one tooth T is required, so that the coils can be easily wound.
また、ロータ12Rからの磁束がそれぞれの磁極群毎(90°毎)にコイルと鎖交するため、それぞれの磁極群毎で構成されたモータ特性に対して相互の影響を極めて少なくすることができる。例えば、一方のモータ駆動回路32A(又は32B)にショート故障が発生して、このモータ駆動回路32を遮断するまでの過渡的なショート電流が発生してももう一方のコイルに与える影響を極めて少なくすることができる。
Further, since the magnetic flux from the
さらには、図14に示すように、上記図12の構成において、第1系統の3相モータ巻線L1の相コイルL1ua〜L1wa及びL1ub〜L1wbの巻回方向と第2系統の3相モータ巻線L2の相コイルL2ua〜L2wa及びL2ub〜L2wbの巻回方向とが逆方向となるように設定するようにしてもよい。
この場合にも、ロータ12Rからの磁束がそれぞれの磁極群毎(90°毎)にコイルと鎖交するため、それぞれの磁極群で構成されたモータ特性に対して相互の影響を極めて少なくすることができる。例えば、一方のモータ駆動回路32A(又は32B)にショート故障が発生して、このモータ駆動回路32を遮断するまでの過渡的なショート電流が発生してももう一方のコイルに与える影響を極めて少なくすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 14, in the configuration of FIG. 12, the winding direction of the phase coils L1ua to L1wa and L1ub to L1wb of the three-phase motor winding L1 of the first system and the three-phase motor winding of the second system You may make it set so that the winding direction of phase coil L2ua-L2wa of line L2 and L2ub-L2wb may become a reverse direction.
Also in this case, since the magnetic flux from the
このため、両者のリップル電流ILも、図9(c)及び(d)に示すように、逆位相となり、EMI等の外部へのノイズは互いに相殺される。したがって、リップル電流ILによる加振を抑制してノイズ音や振動の発生を抑制することができる。
さらに、相電流I1uのオフからオンへの又はその逆へのスイッチングタイミングと相電流I2uのオンからオフへの又はその逆へのスイッチングタイミングとが等しいので、スイッチングノイズも互いに逆位相となって相殺される。
For this reason, both ripple currents IL also have opposite phases, as shown in FIGS. 9C and 9D, and noises such as EMI to the outside cancel each other. Therefore, it is possible to suppress the generation of noise sound or vibration to suppress vibration due to the ripple current I L.
Furthermore, since the switching timing of the phase current I1u from off to on or vice versa is equal to the switching timing of the phase current I2u from on to off or vice versa, the switching noises are also opposite in phase and cancel each other. Is done.
したがって、上記第3の実施形態では前述した第1の実施形態と同様の効果が得られる他、スイッチングノイズやリップル電流による加振を抑制してより静音性及び制振性の高いモータ制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することができる。
正常動作時には、各々1/2の出力を発生でき、万一故障しても1/2のモータ特性を出力することができる。モータ軸周りで対称のラジアル発生力で相殺できることから、軸にラジアル力が影響することがない。しかも、故障時の出力も温度上昇が許容できる範囲内で、正常時の1/2以上のモータ特性を出力することができる。
Therefore, in the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained, and a motor control device with higher silence and vibration suppression by suppressing excitation due to switching noise and ripple current, An electric power steering device and a vehicle can be provided.
During normal operation, each output can be ½, and even if a failure occurs, ½ motor characteristics can be output. Since it can be canceled by a symmetrical radial force generated around the motor shaft, the radial force does not affect the shaft. In addition, the output at the time of failure is within a range in which the temperature rise can be tolerated, and it is possible to output a motor characteristic that is 1/2 or more of that at normal time.
また、上記各実施形態においては、電動モータが3相電動モータである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、4相以上の多相電動モータにも本発明を適用することができる。
また、上記各実施形態においては、本発明によるモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置、ステアバイワイヤシステム、車両走行用のモータ駆動装置等の電動モータを使用する任意のシステムに本発明を適用することができる。
In each of the above embodiments, the case where the electric motor is a three-phase electric motor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a multi-phase electric motor having four or more phases. it can.
Further, in each of the above embodiments, the case where the motor control device according to the present invention is applied to an electric power steering device has been described. However, the present invention is not limited to this, and the electric brake device, the steer-by-wire system, and the vehicle driving device are used. The present invention can be applied to any system that uses an electric motor such as a motor drive device.
1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…操舵トルクセンサ、8…ステアリングギヤ、10…操舵補助機構、12…3相電動モータ、20…モータ制御装置、21…車速センサ、22…バッテリー、31,31A,31B…制御演算装置、32A…第1のモータ駆動回路、32B…第2のモータ駆動回路、33A…第1のモータ電流遮断回路、33B…第2のモータ電流遮断回路、34A,34B…電流検出回路、35A…第1の異常検出回路、35B…第2の異常検出回路、41A,41B…ゲート駆動回路、42A…第1のインバータ回路、42B…第2のインバータ回路、43…ノイズフィルタ、44A…第1の電源遮断回路、44B…第2の電源遮断回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering wheel, 2 ... Steering shaft, 3 ... Steering torque sensor, 8 ... Steering gear, 10 ... Steering assist mechanism, 12 ... Three-phase electric motor, 20 ... Motor controller, 21 ... Vehicle speed sensor, 22 ... Battery, 31 , 31A, 31B ... control arithmetic unit, 32A ... first motor drive circuit, 32B ... second motor drive circuit, 33A ... first motor current cutoff circuit, 33B ... second motor current cutoff circuit, 34A, 34B ... Current detection circuit, 35A ... first abnormality detection circuit, 35B ... second abnormality detection circuit, 41A, 41B ... gate drive circuit, 42A ... first inverter circuit, 42B ... second inverter circuit, 43 ... noise Filter, 44A ... first power shutoff circuit, 44B ... second power shutoff circuit
上記目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置の一態様は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置であって、前記多相電動モータは、ステータに少なくとも2系統となる第1及び第2の多相モータ巻線を巻装した構成を有し、前記多相電動モータを駆動する指令値を出力する指令値演算部と、該指令値演算部から出力される指令値に基づいて前記第1及び第2の多相モータ巻線に個別に第1及び第2の多相モータ駆動電流を供給する第1及び第2のモータ駆動回路と、前記第1及び前記第2のモータ駆動回路と前記第1及び第2の多相モータ巻線との間に個別に介挿された多相の第1及び第2のモータ電流遮断部と、前記第1及び前記第2の多相モータ駆動電流あるいは電圧の異常を個別に検出する第1及び第2の異常検出部と、該第1及び第2の異常検出部の何れか一方で少なくとも一相のモータ駆動電流あるいは電圧の異常を検出したときに、異常を検出した側のモータ電流遮断部を電流遮断状態に制御する異常時電流制御部とを備え、前記第1及び第2のモータ駆動回路は、前記第1及び第2の多相モータ巻線に供給するモータ駆動電流のスイッチングタイミングが同時になるように設定するとともに、前記第1及び第2のモータ駆動回路は、前記第1及び第2の多相モータ駆動電流を出力する第1及び第2のインバータ回路に供給するスイッチングキャリア信号を同期させている。
また、本発明に係るモータ制御装置の別態様は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置であって、前記多相電動モータは、ステータに少なくとも2系統となる第1及び第2の多相モータ巻線を巻装した構成を有し、前記多相電動モータを駆動する指令値を出力する指令値演算部と、該指令値演算部から出力される指令値に基づいて前記第1及び第2の多相モータ巻線に個別に第1及び第2の多相モータ駆動電流を供給する第1及び第2のモータ駆動回路と、前記第1及び前記第2のモータ駆動回路と前記第1及び第2の多相モータ巻線との間に個別に介挿された多相の第1及び第2のモータ電流遮断部と、前記第1及び前記第2の多相モータ駆動電流あるいは電圧の異常を個別に検出する第1及び第2の異常検出部と、該第1及び第2の異常検出部の何れか一方で少なくとも一相のモータ駆動電流あるいは電圧の異常を検出したときに、異常を検出した側のモータ電流遮断部を電流遮断状態に制御する異常時電流制御部とを備え、前記第1及び第2のモータ駆動回路は、前記第1及び第2の多相モータ駆動電流を出力する第1及び第2のインバータ回路に供給するスイッチングキャリア信号の周期を発生ノイズが分散するようにずらして非同期としてある。
In order to achieve the above object, one aspect of a motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor, wherein the multiphase electric motor includes at least two systems in a stator. A command value calculation unit that outputs a command value for driving the multiphase electric motor, and a command value output from the command value calculation unit. And first and second motor drive circuits for supplying first and second multiphase motor drive currents individually to the first and second multiphase motor windings, and the first and second multiphase motor windings, respectively. Multi-phase first and second motor current interrupters individually inserted between a motor drive circuit and the first and second multi-phase motor windings; and the first and second multi-phase First and second abnormality detection for individually detecting abnormality of phase motor drive current or voltage And at least one phase motor drive current or voltage abnormality is detected by any one of the first and second abnormality detection units, the motor current interruption unit on the side where the abnormality is detected is set in a current interruption state. An abnormal current control unit for controlling, and the first and second motor drive circuits are set so that the switching timing of the motor drive current supplied to the first and second multiphase motor windings is simultaneous. In addition, the first and second motor drive circuits synchronize switching carrier signals supplied to the first and second inverter circuits that output the first and second multiphase motor drive currents .
Another aspect of the motor control device according to the present invention is a motor control device that drives and controls a multi-phase electric motor, wherein the multi-phase electric motor includes at least two systems in a stator. A command value calculation unit that outputs a command value for driving the multi-phase electric motor, and the first and the first and second values based on the command value output from the command value calculation unit. First and second motor drive circuits for supplying first and second multi-phase motor drive currents individually to a second multi-phase motor winding; the first and second motor drive circuits; A multiphase first and second motor current interrupting section individually inserted between the first and second multiphase motor windings, and the first and second multiphase motor drive currents or voltages. First and second abnormality detection units for individually detecting the abnormality, and the first and second An abnormality current control unit that controls the motor current cutoff unit on the side that detects the abnormality to a current cutoff state when an abnormality in at least one phase of the motor drive current or voltage is detected in any one of the abnormality detection units of The first and second motor drive circuits generate a period of switching carrier signals supplied to the first and second inverter circuits that output the first and second multiphase motor drive currents, and noise is distributed As if to shift to asynchronous.
Claims (22)
前記多相電動モータは、ステータに少なくとも2系統となる第1及び第2の多相モータ巻線を巻装した構成を有し、
前記多相電動モータを駆動する指令値を出力する指令値演算部と、
該指令値演算部から出力される指令値に基づいて前記第1及び第2の多相モータ巻線に個別に第1及び第2の多相モータ駆動電流を供給する第1及び第2のモータ駆動回路と、
前記第1及び前記第2のモータ駆動回路と前記第1及び第2の多相モータ巻線との間に個別に介挿された多相の第1及び第2のモータ電流遮断部と、
前記第1及び前記第2の多相モータ駆動電流あるいは電圧の異常を個別に検出する第1及び第2の異常検出部と、
該第1及び第2の異常検出部の何れか一方で少なくとも一相のモータ駆動電流あるいは電圧の異常を検出したときに、異常を検出した側のモータ電流遮断部を電流遮断状態に制御する異常時電流制御部と
を備えていることを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device for driving and controlling a multiphase electric motor,
The multi-phase electric motor has a configuration in which first and second multi-phase motor windings that are at least two systems are wound around a stator,
A command value calculator for outputting a command value for driving the multiphase electric motor;
First and second motors for supplying first and second multiphase motor driving currents individually to the first and second multiphase motor windings based on the command value output from the command value calculation unit A drive circuit;
Multiphase first and second motor current interrupters individually inserted between the first and second motor drive circuits and the first and second multiphase motor windings;
First and second abnormality detection units for individually detecting abnormality of the first and second multiphase motor driving currents or voltages;
An abnormality that controls the motor current interruption part on the side where the abnormality is detected to be in an electric current interruption state when an abnormality of at least one-phase motor drive current or voltage is detected by either one of the first and second abnormality detection parts A motor control device comprising: an hour current control unit.
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