JP2022039398A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電対象に対して電力をより安定して供給することができる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置５は、補助電源４１、スイッチ４５，４７、ダイオード４８、およびマイクロコンピュータ４９を有している。スイッチ４５は、主電源６の電力を操舵制御装置４へ供給するための電源線Ｌ１を開閉する。スイッチ４７は、補助電源４１の電力を操舵制御装置４へ供給するための分岐線Ｌ４を開閉する。ダイオード４８は、補助電源４１の電力を操舵制御装置４へ供給するための分岐線Ｌ５に設けられている。ダイオード４８は、補助電源４１から操舵制御装置４への給電を許容する。マイクロコンピュータ４９は、主電源６が失陥したとき、操舵制御装置４に対する電源を主電源６から補助電源４１へ切り替えるべく、スイッチ４５をオフするとともにスイッチ４７をオンする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源装置に関する。

従来、車両の操舵機構に付与されるアシストトルクの発生源であるモータを制御する制御装置が知られている。たとえば特許文献１の制御装置は、２系統の巻線を有するモータに対する給電を制御する。制御装置は、２系統の巻線にそれぞれ対応する２組の駆動回路およびマイクロコンピュータを有している。各マイクロコンピュータは、各駆動回路の制御を通じて各系統の巻線に対する給電を独立して制御する。

制御装置は、２系統のマイクロコンピュータにそれぞれ対応する２つの電源生成回路を有している。これら電源生成回路には、それぞれ互いに独立して設けられる電源から電力が供給される。電源生成回路は、電源から供給される電力を使用してマイクロコンピュータの動作に適した電力を生成する。各マイクロコンピュータは、自己に対応する電源生成回路により生成される電力を消費して動作する。

特開２０１９－４６８２号公報

制御装置の動作に対するより高い信頼性を確保する観点から、電源が失陥した場合にはマイクロコンピュータへの給電を補助電源によってバックアップすることが考えられる。たとえば、電源が失陥した場合、電源とマイクロコンピュータとの間の給電経路を遮断する一方、補助電源とマイクロコンピュータとの間の給電経路を接続する。これにより、電源が失陥した場合であれ、マイクロコンピュータは補助電源から供給される電力を消費して動作を継続する。

ただし、電源と補助電源との切り替えを給電経路に設けられるスイッチの開閉を通じて行う場合、瞬間的にではあれ、マイクロコンピュータへの給電が途絶えることが懸念される。そして、マイクロコンピュータへの給電が途絶えることによってマイクロコンピュータの電源電圧が動作保証範囲の下限値を下回った場合、マイクロコンピュータは動作を停止してリセットされる。リセットとは、マイクロコンピュータの内部状態を初期化するための処理をいう。

補助電源からの給電を通じてマイクロコンピュータの電源電圧が再び動作保証範囲内の値に達した場合、マイクロコンピュータは起動してイニシャルチェックを実行する。イニシャルチェクとは、モータを駆動させるための部分、たとえばモータの巻線および駆動回路などの異常を検査する処理をいう。マイクロコンピュータは、イニシャルチェックの実行完了後、モータの制御を実行開始する。このように、マイクロコンピュータの電源電圧の瞬断に起因して、モータの適切な制御が阻害されるおそれがある。

本発明の目的は、給電対象に対して電力をより安定して供給することができる電源装置を提供することにある。

上記目的を達成し得る電源装置は、給電対象に電力を供給する主電源に対する補助電源と、前記給電対象に対する電源を前記主電源と前記補助電源との間で切り替える切替回路と、を有している。前記切替回路は、前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替える際の瞬断を抑制するべく前記補助電源から前記給電対象への給電を一時的に補助する補助回路を有している。

この構成によれば、給電対象に対する電源を主電源から補助電源へ切り替える際、補助回路を介して補助電源から給電対象への給電が一時的に補助される。このため、給電対象に対する電源を主電源から補助電源へ切り替える際の瞬断が抑制される。したがって、給電対象に対して電力をより安定して供給することができる。

上記の電源装置において、前記切替回路は、前記主電源の電力を前記給電対象へ供給するための第１の給電経路を開閉する第１のスイッチと、前記補助電源の電力を前記給電対象へ供給すべく前記第１の給電経路における前記第１のスイッチの下流側に接続された第２の給電経路を開閉する第２のスイッチと、前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替える際、前記第１のスイッチをオフするとともに前記第２のスイッチをオンする制御回路と、を有していてもよい。また、前記補助回路は、前記補助電源の電力を前記給電対象へ供給すべく前記第１の給電経路における前記第１のスイッチの下流側に接続された第３の給電経路に設けられて前記補助電源から前記給電対象への給電を許容する一方通行素子を有していてもよい。

この構成によれば、給電対象に対する電源を主電源から補助電源へ切り替える際、第１のスイッチがオフされることによって第１の給電経路が電気的に遮断された状態になるとともに、第２のスイッチがオンされることによって第２の給電経路が電気的に接続された状態になる。このとき、第１の給電経路が電気的に遮断された状態になるタイミングと第２の給電経路が電気的に接続された状態になるタイミングとの間に時間差が生じるおそれがあるところ、第１の給電経路が電気的に遮断された状態になったとき、給電対象に対する給電が第３の給電経路を介して即時にバックアップされる。このため、第１の給電経路が電気的に遮断された状態になるタイミングと第２の給電経路が電気的に接続された状態になるタイミングとの間に時間差が生じる場合であれ、給電対象に対する給電が途切れることがない。

上記の電源装置において、前記一方通行素子はダイオードであってもよい。
ダイオードでは電力損失が発生する。この点、上記の電源装置では、第２のスイッチがオンされることによって第２の給電経路が電気的に接続された状態になった以降、給電対象に対する給電が第２の給電経路および第１の給電経路の一部分を介してバックアップされる。このため、補助電源の消耗を抑えつつ、給電対象に対する給電を継続して行うことができる。

上記の電源装置において、前記補助電源の電圧は前記主電源の電圧よりも低い値に設定されていてもよい。
この構成によれば、主電源の電圧が補助電源の電圧を下回った場合、即時に補助電源の電力が第３の給電経路を介して給電対象へ供給される。

上記の電源装置において、前記制御回路は、前記主電源の電圧の低下を判定する際の基準であるしきい値電圧を下回ったとき、前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替えるようにしてもよい。

この構成によれば、主電源の電圧がしきい値電圧を下回った場合、給電対象に対する電源が主電源から補助電源へ切り替えられる。このため、給電対象に対して補助電源の電力が安定して供給される。

上記の電源装置において、前記給電対象は、車載装置の制御装置であってもよい。
車載装置の制御装置には、より高い動作信頼性が要求される。上記の電源装置は、車載装置の制御装置に好適である。

本発明の電源装置によれば、給電対象に対して電力をより安定して供給することができる。

電源装置の一実施の形態を適用したステアリング装置の構成図。 電源装置の一実施の形態のブロック図。

以下、電源装置をステアリング装置に適用した一実施の形態について説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１は、操舵機構２、アシスト機構３、操舵制御装置４、および電源装置５を備えている。

操舵機構２は、ステアリング軸１１および転舵軸１２を有している。ステアリング軸１１の第１の端部にはステアリングホイール１３が固定される。ステアリング軸１１のステアリングホイール１３と反対側の端部である第２の端部にはピニオンギア１４が設けられている。ピニオンギア１４は、転舵軸１２に設けられたラックギア１５に噛み合っている。ステアリング軸１１の回転運動は、ピニオンギア１４とラックギア１５との噛み合いを介して転舵軸１２の軸方向の往復直線運動に変換される。この転舵軸１２の往復直線運動が転舵軸１２の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１６，１６を介して左右の転舵輪１７，１７に伝達されることにより、転舵輪１７，１７の転舵角が変更される。

アシスト機構３は、モータ２１および減速機２２を備えている。モータ２１としては三相のブラシレスモータが、減速機２２としてはウォームギア機構が採用される。モータ２１は減速機２２を介してステアリング軸１１に連結されている。減速機２２は、モータ２１の回転を減速し、当該減速した回転力をステアリング軸１１に伝達する。すなわち、モータ２１のトルクが操舵補助力として減速機２２を介してステアリング軸１１に伝達されることにより、運転者のステアリング操作が補助される。

操舵制御装置４は、電源装置５を介して車載の主電源６に接続されている。主電源６としては、たとえばバッテリが採用される。操舵制御装置４は、電源装置５を介して供給される主電源６の電力を消費して動作する。操舵制御装置４は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果に応じてモータ２１に対する給電を制御する。センサとしては、たとえばトルクセンサ３１および車速センサ３２が挙げられる。トルクセンサ３１は、ステアリング軸１１に設けられて操舵トルクＴを検出する。車速センサ３２は、車速Ｖを検出する。操舵制御装置４は、操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づき目標アシスト力を演算し、当該目標アシスト力をアシスト機構３に発生させるための電力をモータ２１に供給する。

つぎに、電源装置５について詳細に説明する。
図２に示すように、電源装置５は主電源６と操舵制御装置４との間を接続する電源線Ｌ１に設けられている。主電源６の電力は電源線Ｌ１を介して操舵制御装置４に供給される。

電源装置５は、補助電源４１、充電制御回路４２、第１の放電制御回路４３、第２の放電制御回路４４、スイッチ（ＳＷ）４５，４６，４７、ダイオード４８、およびマイクロコンピュータ（μＣ）４９を有している。

補助電源４１としては、電荷を充放電可能とされた蓄電装置、たとえばリチウムイオンキャパシタが採用される。次式（Ａ）で表されるように、補助電源４１の電圧Ｖ２は、操舵制御装置４を適切に動作させるために必要とされる電圧Ｖ０の下限値よりも高く、かつ主電源６の電圧Ｖ１よりも低い値に設定される。

Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ０ …（Ａ）
充電制御回路４２は、分岐線Ｌ３を介して電源線Ｌ１の接続点Ｐ１に接続されている。充電制御回路４２は補助電源４１の充電を制御する。

第１の放電制御回路４３は、分岐線Ｌ４を介して電源線Ｌ１の接続点Ｐ２に接続されている。接続点Ｐ２は、接続点Ｐ１よりも操舵制御装置４側に位置している。第１の放電制御回路４３は、補助電源４１の放電、すなわち補助電源４１からの電力の供給を制御する。

第２の放電制御回路４４、分岐線Ｌ５を介して電源線Ｌ１の接続点Ｐ３に接続されている。接続点Ｐ３は、接続点Ｐ２よりも操舵制御装置４側に位置している。第２の放電制御回路４４は、補助電源４１の放電、すなわち補助電源４１からの電力の供給を制御する。

スイッチ４５は、電源装置５の内部において、電源線Ｌ１に設けられている。スイッチ４５は、接続点Ｐ１よりも主電源６側に位置している。
スイッチ４６は、分岐線Ｌ３に設けられている。スイッチ４６は、分岐線Ｌ３を開閉する。

スイッチ４７は、分岐線Ｌ４に設けられている。スイッチ４７は、分岐線Ｌ４を開閉する。
ダイオード４８は、分岐線Ｌ５に設けられている。ダイオード４８のカソードは電源線Ｌ１の接続点Ｐ３に接続されている。ダイオード４８のアノードは第２の放電制御回路４４に接続されている。ダイオード４８は、アノードからカソードへ向けた電力の流れを許容する一方、カソードからアノードへ向けた電力の流れを規制する。すなわち、ダイオード４８は、電源線Ｌ１の接続点Ｐ３から補助電源４１へ電力が流れ込むことを抑制する。

マイクロコンピュータ４９は、スイッチ４５，４６，４７の開閉を制御する。マイクロコンピュータ４９は、主電源６の電圧を監視する。マイクロコンピュータ４９は、次式（Ｂ）で表されるように、主電源６の電圧Ｖｂがしきい値電圧Ｖｔｈよりも小さいとき、主電源６の電圧Ｖｂが低下した旨判定する。しきい値電圧Ｖｔｈは、主電源６の電圧低下を判定する際の基準でであって、モータ２１あるいは操舵制御装置４を適切に動作させるために必要とされる電圧Ｖ０の下限値を基準として設定される。本実施の形態において、しきい値電圧Ｖｔｈは電圧Ｖ０と同じ値に設定される。

Ｖ１＜Ｖｔｈ …（Ｂ）
マイクロコンピュータ４９は、主電源６の電圧が低下した旨判定されないとき、スイッチ４５，４６をオンした状態に維持するとともに、スイッチ４７をオフした状態に維持する。また、マイクロコンピュータ４９は、主電源６の電圧が低下した旨判定されるとき、スイッチ４５，４６をオンした状態からオフした状態へ切り替える。この後、マイクロコンピュータ４９は、スイッチ４７をオフした状態からオンした状態へ切り替える。

ちなみに、電源線Ｌ１における主電源６と電源装置５との間には接続点Ｐ０が設定されている。接続点Ｐ０と操舵制御装置４との間は信号線Ｌ２により接続されている。信号線Ｌ２にはイグニッションスイッチなどの車両の電源スイッチ４０が設けられている。電源スイッチ４０の操作を通じて信号線Ｌ２の導通がオンオフされる。電源スイッチ４０は、車両の走行用駆動源（エンジンなど）を作動させる際に操作される。電源スイッチ４０は、そのオンオフ状態を示す電気信号を生成する。操舵制御装置４は、電源スイッチ４０により生成される電気信号に基づき電源スイッチ４０のオンオフ状態を検出する。

なお、操舵制御装置４は給電対象に相当する。スイッチ４５は、給電対象に対する電源を主電源と補助電源との間で切り替える切替回路を構成する第１のスイッチに相当する。スイッチ４７は、切替回路を構成する第２のスイッチに相当する。ダイオード４８は、給電対象に対する電源を主電源から補助電源へ切り替える際の瞬断を抑制するべく補助電源から給電対象への給電を一時的に補助する補助回路を構成する一方通行素子に相当する。マイクロコンピュータ４９は、給電対象に対する電源を主電源と補助電源との間で切り替える切り替え制御を実行する制御回路に相当する。電源線Ｌ１は、主電源の電力を給電対象へ供給するための第１の給電経路に相当する。分岐線Ｌ４は、補助電源の電力を給電対象へ供給するための第２の給電経路に相当する。分岐線Ｌ５は、補助電源の電力を給電対象へ供給するための第３の給電経路に相当する。

つぎに、電源装置５の作用を説明する。
主電源６の電圧Ｖ１が低下していない場合、スイッチ４５，４６はオンした状態に維持されるとともに、スイッチ４７はオフした状態に維持される。このため、主電源６からの電力は、電源線Ｌ１を介して操舵制御装置４へ供給される。また、主電源６からの電力は、分岐線Ｌ３を介して補助電源４１に充電される。

ちなみに、主電源６の電圧Ｖ１は、補助電源４１の電圧Ｖ２よりも高く設定されている。このため、補助電源４１の電力が分岐線Ｌ５を介して操舵制御装置４へ供給されることはない。また、ダイオード４８によって、主電源６の電力が分岐線Ｌ５を介して補助電源４１へ流れ込むことが規制される。

主電源６が失陥して主電源６の電圧Ｖ１が補助電源４１の電圧Ｖ２を下回った場合、即時に補助電源４１からの電力が分岐線Ｌ５および電源線Ｌ１の一部分を介して操舵制御装置４へ供給される。これは、補助電源４１の電圧Ｖ２が電源線Ｌ１に生じる電圧よりも高くなるからである。そして、主電源６の電圧Ｖ１がさらに低下して、主電源６の電圧Ｖ１がしきい値電圧Ｖｔｈを下回った場合、スイッチ４５，４６はオンした状態からオフした状態へ切り替えられる。主電源６から操舵制御装置４への給電が途絶した場合であれ、操舵制御装置４に対する給電が補助電源４１によってバックアップされる。

ただし、ダイオード４８では電力損失が発生する。このため、補助電源４１の消耗を抑える観点から、スイッチ４５，４６がオフされた後、スイッチ４７がオンされる。スイッチ４７がオンされた状態においては、補助電源４１の電力は分岐線Ｌ４および電源線Ｌ１の一部分を介して操舵制御装置４へ供給される。これは、ダイオード４８による電圧降下によって接続点Ｐ３の電圧が接続点Ｐ２の電圧よりも低くなるからである。したがって、補助電源４１の消耗を抑えつつ、操舵制御装置４に対する給電をバックアップすることが可能である。

電源装置５として第２の放電制御回路４４、分岐線Ｌ５およびダイオード４８を割愛した構成を採用することも考えられるところ、この構成を採用する場合には、つぎのようなことが懸念される。すなわち、スイッチ４５，４６がオフされるタイミングと、スイッチ４７がオンされるタイミングとの間には、わずかながらにも時間差が生じる。このため、スイッチ４５，４６がオフされてからスイッチ４７がオンされるまでの期間、操舵制御装置４への給電が瞬間的に途絶えるおそれがある。

この点、本実施の形態では、スイッチ４５，４６がオフされるタイミングで、即時に補助電源４１の電力が分岐線Ｌ５および電源線Ｌ１の一部分を介して操舵制御装置４へ供給される。すなわち、スイッチ４５，４６がオフされてからスイッチ４７がオンされるまでの期間、操舵制御装置４に対する給電が分岐線Ｌ５および電源線Ｌ１の一部分を介して一時的にバックアップされる。そして、スイッチ４７がオンされた後においては、操舵制御装置４に対する給電が、より電力損失の少ない分岐線Ｌ４および電源線Ｌ１の一部分を介してバックアップされる。

したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）主電源６の電圧Ｖ１が補助電源４１の電圧Ｖ２を下回った場合、即時に補助電源４１の電力が分岐線Ｌ５および電源線Ｌ１の一部分を介して操舵制御装置４に供給される。そして、主電源６の電圧Ｖ１がさらに低下してしきい値電圧Ｖｔｈを下回った場合、スイッチ４５，４６がオフされるとともに、スイッチ４７がオンされる。これにより、補助電源４１の電力が分岐線Ｌ４および電源線Ｌ１の一部分を介して操舵制御装置４に供給される。このため、主電源６が失陥した場合であれ、操舵制御装置４に対する給電が途切れることがない。したがって、操舵制御装置４に対して電力をより安定して供給することができる。また、操舵制御装置４のマイクロコンピュータがその電源電圧の低下に起因してリセットされることがないため、モータ２１の制御を継続することができる。

（２）分岐線Ｌ５にはダイオード４８が設けられているところ、このダイオード４８では電力損失が発生する。このため、主電源６の電圧低下に伴いスイッチ４５がオフされた後、スイッチ４７がオンされる。スイッチ４７がオンされた以降、操舵制御装置４に対する給電が分岐線Ｌ４および電源線Ｌ１の一部分を介してバックアップされる。分岐線Ｌ４での電力損失は、ダイオード４８が設けられた分岐線Ｌ５よりも電力損失が少ない。したがって、補助電源４１の消耗を抑えつつ、操舵制御装置４に対する給電を継続して行うことができる。

（３）操舵制御装置４には、より高い動作信頼性が要求される。このため、本実施の形態の電源装置５は操舵制御装置４の電源装置として好適である。
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。

・補助電源４１として、リチウムイオンキャパシタに代えてバッテリを採用してもよい。
・分岐線Ｌ５にはダイオード４８に代えて他の一方通行素子を設けてもよい。

・補助電源４１の電圧Ｖ２は、たとえば主電源６と同程度の値に設定してもよい。
・電源装置５が適用されるステアリング装置１は、モータ２１のトルクを転舵軸１２に付与するタイプの電動パワーステアリング装置であってもよい。また、電源装置５が適用されるステアリング装置１は、ステアバイワイヤ式のステアリング装置であってもよい。

・電源装置５の給電対象は、操舵制御装置４に限られない。電源装置５の給電対象は、エアバッグ装置の制御装置、あるいはブレーキ装置の制御装置であってもよい。また、電源装置５の給電対象は、無人搬送車あるいは電気自動車における駆動用モータの制御装置であってもよい。

１…電動パワーステアリング装置
４…操舵制御装置（給電対象）
５…電源装置
６…主電源
２１…モータ
４１…補助電源
４５…切替回路を構成するスイッチ（第１のスイッチ）
４７…切替回路を構成するスイッチ（第２のスイッチ）
４８…補助回路を構成するダイオード（一方通行素子）
４９…マイクロコンピュータ（制御回路）
Ｌ１…電源線（第１の給電経路）
Ｌ４…分岐線（第２の給電経路）
Ｌ５…分岐線（第３の給電経路）

Claims (6)

1. 給電対象に電力を供給する主電源に対する補助電源と、
   前記給電対象に対する電源を前記主電源と前記補助電源との間で切り替える切替回路と、を有し、
   前記切替回路は、前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替える際の瞬断を抑制するべく前記補助電源から前記給電対象への給電を一時的に補助する補助回路を有している電源装置。
2. 前記切替回路は、前記主電源の電力を前記給電対象へ供給するための第１の給電経路を開閉する第１のスイッチと、
   前記補助電源の電力を前記給電対象へ供給すべく前記第１の給電経路における前記第１のスイッチの下流側に接続された第２の給電経路を開閉する第２のスイッチと、
   前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替える際、前記第１のスイッチをオフするとともに前記第２のスイッチをオンする制御回路と、を有し、
   前記補助回路は、前記補助電源の電力を前記給電対象へ供給すべく前記第１の給電経路における前記第１のスイッチの下流側に接続された第３の給電経路に設けられて前記補助電源から前記給電対象への給電を許容する一方通行素子を有している請求項１に記載の電源装置。
3. 前記一方通行素子はダイオードである請求項２に記載の電源装置。
4. 前記補助電源の電圧は前記主電源の電圧よりも低い値に設定されている請求項２または請求項３に記載の電源装置。
5. 前記制御回路は、前記主電源の電圧の低下を判定する際の基準であるしきい値電圧を下回ったとき、前記給電対象に対する電源を前記主電源から前記補助電源へ切り替える請求項２～請求項４のうちいずれか一項に記載の電源装置。
6. 前記給電対象は、車載装置の制御装置である請求項１～請求項５のうちいずれか一項に記載の電源装置。

Images