JP2015047035A - 電源遮断装置および電動機駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源遮断装置40は、互いに逆向きのダイオードを有する第1電源リレー21および第2電源リレー22と、第1および第2電源リレー21、22のオンオフを切り替える第1リレー駆動部23および第2リレー駆動部24と、第1電源リレー21と第2電源リレー22との間の中間電圧V1を検出する中間電圧検出部30と、インバータ部50の動作中、「第1電源リレー21を暫時オフに切り替えるように第1リレー駆動手段23に指令し、第1電源リレー21がオフの間に中間電圧V1の変化に基づいて第2電源リレー22のオフ故障を検出する故障検出処理」を実行する故障検出手段42とを備える。
【選択図】図1
Description
このような構成の電源遮断装置では、負荷回路の動作開始前に行うイニシャルチェックで、第1電源リレーおよび第2電源リレーのオンとオフとを組み合わせることによって、各電源リレーの故障検出を行うことができる。
例えば、負荷回路としてインバータを備える電動機駆動装置に対し、上述の電源遮断装置を適用した場合を想定する。インバータは、直流電力を変換して出力した交流電力によって電動機を駆動するものである。このインバータの動作中、第2電源リレーがオフ故障した場合、電力は第2電源リレーのダイオードを介してインバータに供給されるため、電動機の駆動を継続することができる。ただし、抵抗の大きいダイオードを電流が流れることにより、第2電源リレーの発熱量が通常よりも大きくなるため、第2電源リレーにさらなる破損が生じる可能性がある。また、ダイオードによる電圧ドロップは、通常の電圧ドロップよりも大きくなるため、電動機駆動装置に十分な電流を供給できなくなる可能性がある。
よって、負荷回路の動作中に生じる第2電源リレーのオフ故障を検出することが、フェールセーフの観点から重要である。
したがって、本発明に係る電源遮断装置は、負荷回路の動作中、その動作に影響を与えずに、第2電源リレーのオフ故障を判定する故障検出処理を実行することができる。
まず、電動パワーステアリング装置100を備えるステアリングシステムについて、図2を参照して簡単に説明する。
図2に示すように、電動パワーステアリング装置100は、運転者による操舵トルクを補助するための操舵アシストトルクをステアリングシャフト92に提供する。
ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ94が設置されている。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪98が操舵される。
図1に示すように、電動機駆動装置10は、「直流電源」としてのバッテリ12に接続され、バッテリ12から供給された電力を変換して電動機80を駆動する。バッテリ12にはイグニッション(IG)スイッチ14が接続されており、IGスイッチ14がオンされることにより、電動機駆動装置10の動作が開始する。
このように、互いに逆向きの寄生ダイオードを付随する第1電源リレー21および第2電源リレー22が直列に接続する構成によれば、第1電源リレー21および第2電源リレー22を共にオフしたとき、バッテリ12の接続の向きに拘わらず、バッテリ12からインバータ部50への電力供給を遮断することができる。
故障検出手段42は、インバータ部50の動作中に、第2電源リレー22のオフ故障を検出する故障検出処理を実行する。故障検出手段42は、第1リレー駆動部23および第2リレー駆動部24に指令し、第1電源リレー21および第2電源リレー22のオンオフを切り替える。また、故障検出手段42は、故障検出処理のための情報として、中間電圧検出部30によって検出された分圧電圧V2に基づいて、中間電圧V1の値を取得する。また、図示しない電圧センサによって検出された入力部電圧V3の値を取得する。
例えば、タイミング判定手段44は、スイッチング素子対51〜56の駆動デューティに基づいて、インバータ部50の要求電流が最小であるときを故障検出タイミングとして判定する。また、トルクセンサ94から取得した操舵トルクが中点状態であるときは、インバータ駆動部70のトルク指令値がゼロとなり、インバータ部50の要求電流が最小になる。よって、タイミング判定手段44は、操舵トルクが中点状態のときを故障検出タイミングとして判定してもよい。
故障検出手段42は、タイミング判定手段44が判定した故障検出タイミングにおいて故障検出処理を実行する。
インバータ部50は、本実施形態では三相インバータであり、ブリッジ接続された6個のスイッチング素子51〜56を備えている。スイッチング素子51〜56は、例えばMOSFETである。スイッチング素子51、52、53とスイッチング素子54、55、56との接続点は、それぞれ、動力線を経由して、電動機80を構成する巻線の一端に接続されている。
故障検出タイミングではないと判定された場合(S11:NO)、S11に戻り、上述の判定処理を繰り返す。故障検出タイミングであると判定された場合(S11:YES)、タイミング判定手段44は、そのことを故障検出手段42に通知する。
ここで、「中間電圧V1と入力部電圧V3とが一致する」とは、中間電圧V1の値と入力部電圧V3との値との差の絶対値が所定範囲以内であることをいう。この所定範囲は、測定誤差等を考慮して任意に設定することができる。
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の通り、MOSFETの導通時におけるドレイン−ソース間の電位差は、オフ状態を判別可能なほど十分に大きくないため、従来では、電動機駆動装置の動作中に第2電源リレーのオフ故障を検出することが困難である。
ところで、従来例として、特殊なドライバICを、第2リレー駆動部として用いることにより、第2電源リレーのオフ故障を検出する方法がある。この特殊なドライバICは、第2電源リレーであるMOSFETのゲート端子電圧とソース端子電圧を取り込み、両者の電位差を検出するものである。
(1)第2電源リレーのオープン故障(例えば、ゲートのワイヤボンディングの断線故障など)については検出することができない
(2)第2電源リレーとして用いるMOSFETをオン制御するためのゲート電圧を変更する場合には、故障判定値が異なるドライバICを準備することが必要である
などの問題点が存在する。
(ア)上述した実施形態の故障検出処理において、故障検出処理を開始する前、または開始(S12の第1電源リレー21のオフ切り替え)と同時に、インバータ駆動部70がコンデンサ充電回路60を作動し、コンデンサ57に電荷を充電してもよい。これによって、第1電源リレー21をオフしたときの入力部電圧V3の電圧降下をさらに遅くすることができる。ひいては、インバータ部50の動作に影響を与えずに、故障検出処理にかける時間をより長く確保することができる。
12・・・バッテリ(直流電源)
20・・・電源リレー部
21・・・第1電源リレー
22・・・第2電源リレー
23・・・第1リレー駆動部(リレー駆動手段)
24・・・第2リレー駆動部(リレー駆動手段)
25・・・接続点
30・・・中間電圧検出部(中間電圧検出手段)
40・・・電源遮断装置
42・・・故障検出手段
44・・・タイミング判定手段
50・・・インバータ部(負荷回路)
Claims (5)
- 直流電源(12)から負荷回路(50)への電力を導通または遮断する電源遮断装置(16)であって、
前記直流電源と前記負荷回路との間に接続され、前記負荷回路から前記直流電源に向かう方向の電流を導通させるダイオードを有する第1電源リレー(21)と、
前記第1電源リレーと前記負荷回路との間に接続され、前記直流電源から前記負荷回路に向かう方向の電流を導通させるダイオードを有する第2電源リレー(22)と、
前記第1電源リレーおよび前記第2電源リレーのオンオフを切り替えるリレー駆動手段(23、24)と、
前記第1電源リレーと前記第2電源リレーとの間の接続点(25)の中間電圧を検出する中間電圧検出手段(30)と、
前記負荷回路の動作中、共にオンされている前記第1電源リレーおよび前記第2電源リレーのうち前記第1電源リレーを暫時オフに切り替えるように前記リレー駆動手段に指令し、前記第1電源リレーがオフの間の前記中間電圧の変化に基づいて前記第2電源リレーのオフ故障を検出する故障検出処理を実行する故障検出手段(42)と、
を備えることを特徴とする電源遮断装置。 - 前記故障検出処理を実行するのに適したタイミングを判定するタイミング判定手段(44)をさらに備え、
前記故障検出手段は、前記負荷回路の動作中に前記タイミング判定手段が故障検出タイミングであると判定したとき、前記故障検出処理を開始することを特徴とする請求項1に記載の電源遮断装置。 - 前記第1電源リレーは、前記負荷回路から前記電源に向かう方向の電流を導通させる寄生ダイオードを有する半導体スイッチング素子であり、
前記第2電源リレーは、前記電源から前記負荷回路に向かう方向の電流を導通させる寄生ダイオードを有する半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の電源遮断装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の電源遮断装置と、
ブリッジ接続された複数のスイッチング素子(51〜56)によって構成され、入力部にコンデンサ(57)を含む前記負荷回路としてのインバータ部(50)と、
前記スイッチング素子のオンオフを切り替えることにより前記インバータ部が変換する電力を制御するインバータ駆動部(70)と、
を備え、
前記インバータ部が出力する電力により電動機(80)を駆動することを特徴とする電動機駆動装置(10)。 - 前記故障検出処理を開始する前、または開始と同時に前記コンデンサに電荷を充電するコンデンサ充電回路部(60)を備えることを特徴とする請求項4に記載の電動機駆動装置。
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