JP3989352B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、モータを駆動するための電源を安定化させる電源安定化用コンデンサを予め充電するプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ駆動装置は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置、４輪操舵の後輪操舵用装置、自動操舵装置、パワーウィンドウ装置等に用いられており、これらの装置のモータの駆動をバッテリの一定電圧で行い、モータに流す電流を変化させるための一手段としてＰＷＭ（パルス幅変調）駆動で行うものである。例えば、電動パワーステアリング装置は、パワーユニットにより直流モータのトルク制御をＰＷＭ信号に従って直接チョッピング制御することにより制御される装置である。そのパワーユニットは、文献に記載されているように、図１０で示すＨ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）１００、プリドライブ回路１０１、電流検出回路１０２、メインリレー１０３、フェールセーフリレー１０４、プリチャージ回路１０５、電源安定化用コンデンサ１０６、倍電圧回路１０７、５Ｖ電源１０８から構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
清水康夫、外５名、「電動パワーステアリングの開発」、HONDA R&D Technical Review １９９１年、Vol.３、p.７６
【０００４】
Ｈ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）１００は４つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０９，１１０，１１１，１１２をＨ型に接続し、それぞれについてＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、モータの正転、逆転等を、ＰＷＭ制御により行うものである。プリドライブ回路１０１は、コントロールユニット１１３より送られてくるＰＷＭ信号をＦＥＴゲート信号に変換する回路である。電流検出回路１０２は、出力回路を流れる電流値を検出し、コントロールユニット１１３の読み込み可能な電圧レベルに増幅する回路である。メインリレー１０３、フェールセーフリレー１０４は、コントロールユニット１１３によるシステム動作のセルフチェックで、正常判断時のみバッテリライン１１４およびモータライン１１５の通電を行う。プリチャージ回路１０５は、後述するように、メインリレー１０３を閉じる前に電源安定化用コンデンサ１０６を予め充電する回路である。電源安定化用コンデンサ１０６は、後述するように、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路に供給される電源を安定化するものである。倍電圧回路１０７は、バッテリ電圧の２倍相当の電圧を作り、電流検出回路１０２およびプリドライブ回路１０１に供給する回路である。５Ｖ電源１０８は、プリドライブ回路１０１用の電源である。
【０００５】
このような構成のパワーユニットのうちのＨ型ブリッジ回路１００と、そのＨ型ブリッジ回路１００に接続された電源安定化用コンデンサ１０６と電源１１６、メインリレー１０３とプリチャージ回路１０５とモータ１１７とフェールセーフリレー１０４を備えたものによってモータ駆動装置が構成される。
【０００６】
図１１は、従来のモータ駆動装置の回路図である。モータ駆動装置１２０は、ＦＥＴ１０９とＦＥＴ１１０とＦＥＴ１１１とＦＥＴ１１２が配線されＨ型ブリッジ回路１００を構成し、Ｈ型ブリッジ回路１００の端子１２１と端子１２２によりモータ１１７がフェールセーフリレー１０４（図示せず）を介して接続されている。また、Ｈ型ブリッジ回路１００と並列に電源安定化用コンデンサ１０６が接続され、メインリレー（リレー回路）１０３、プリチャージ回路１０５、ヒューズ１２３、スイッチ１２４を介して電源１１６が接続されている。
【０００７】
ＦＥＴ１０９，１１０，１１１，１１２は、モータ１１７への印加電圧を高速にＯＮ／ＯＦＦを行うチョッピング電圧を印加するためのものであり、ＰＷＭ信号をゲートにかけることにより、ＦＥＴ１０９，１１０，１１１，１１２を高速にＯＮ／ＯＦＦし、モータ１１７にチョッピング電圧を印加することが可能となる。
【０００８】
モータ１１７は、電動パワーステアリング装置においては、操舵のアシスト力としての発生トルクを利用するために用いている。
【０００９】
メインリレー（リレー回路）１０３は、モータ駆動回路（Ｈ型ブリッジ回路）１００の故障時、電動パワーステアリング装置のシステム異常時あるいは電動パワーステアリング装置の稼働停止時に、モータ１１７を完全に停止させるために、モータ駆動回路１００とバッテリ電源１１６との間を遮断する。
【００１０】
電源安定化用コンデンサ１０６は、ＰＷＭ信号によるスイッチング制御のように変化の速い電流を電源から流そうとするときの、配線が長い場合にその間の配線によるインダクタンスにより電流がそのスイッチング時間に追随して供給することができず、それを解消するための補助電源として用いている。また、この電源安定化用コンデンサ１０６は、大電流チョッピングでの配線のインダクタンスによるサージ電圧の電圧性のスイッチングノイズとＰＷＭによる電源ラインの電流変動による電流性のノイズを抑える。
【００１１】
次に、プリチャージ回路１０５について説明する。このモータ駆動装置１２０では、ＰＷＭ駆動時のスイッチング動作時に、バッテリ電源１１６からＨ型ブリッジ回路１００までの配線のインピーダンスの影響によって、ＰＷＭ駆動のデューティ比に正確に対応したモータ電流をモータに供給することができない場合がある。そこで、このモータ駆動回路を備えるモータ駆動装置１２０では、モータ駆動回路（Ｈ型ブリッジ回路）１００に並列に大容量の電源安定化用コンデンサ１０６が配線され、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路１００に供給される電源を安定化させている。
【００１２】
さらに、この電源安定化用コンデンサ１０６にメインリレー回路１０３を介してバッテリ電源１１６が接続される構成の場合、メインリレー回路１０３が閉じる時に、電源安定化用コンデンサ１０６が充電される。ところが、電源安定化コンデンサ１０６が大容量のため、バッテリ電源１１６から電源安定化用コンデンサ１０６に突入電流（ラッシュカレント）が流れ、この突入電流によってメインリレー回路１０３のリレー接点が溶着したり、損傷（摩耗）したりする。電源安定化コンデンサ１０６は、モータ電流の制御ユニットの置かれる環境（高温下）及び三相ブラシレス駆動回路におけるスイッチング回路の増加により容量は年々増加傾向にある。
【００１３】
そこで、モータ駆動装置１２０には、電源安定化用コンデンサ１０６（すなわち、メインリレー回路１０３）に流れる突入電流を抑制するために、メインリレー回路１０３を閉じる前に電源安定化用コンデンサ１０６を予め充電するプリチャージ回路１０５が設けられる。プリチャージ回路１０５には、バッテリ電源１１６からスイッチ１２４を介して入力される端子Ａと、バッテリ電源１１６からヒューズ１２３を介してリレー回路１０３を通さないで入力される端子Ｂとプリチャージ回路１０５からの出力端子Ｄと、マイクロコンピュータからのプリチャージ回路を制御する信号を入力する端子Ｃが設けられている。このプリチャージ回路に関する技術は、いくつか開示されている（例えば、特許文献１〜３）。
【００１４】
【特許文献１】
特願平１０−５４５４０５号
【特許文献２】
特開平１１−２４５８２９号
【特許文献３】
特開２００２−４４９９０
【００１５】
特許文献１においては、２つの抵抗を備えたプリチャージ回路が開示されており、それら２つの抵抗調整によりチャージ電圧を設定するものが示されている。しかしながら、２つの抵抗調整による電圧の設定の仕方ではコンデンサの放電抵抗として２つの抵抗のうち１つの抵抗が関与するため、実質的には常時放電電流があるので、充電時間が長くなってしまう。また、素子を大型にしなければならず、さらに、設定の電圧範囲が制限されてしまうものである。
【００１６】
特許文献２では、リレー回路を介することなく電源と電源安定化用コンデンサとの間に設けられるプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置が開示されている。このプリチャージ回路は、逆電流防止用のダイオードと電源安定化コンデンサへの突入電流を抑制するための抵抗とを備え、リレー回路が閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電する。
【００１７】
特許文献３では、リレー回路を介することなく電源と電源安定化用コンデンサとの間に設けられるプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置が開示されている。このプリチャージ回路では、電源と電源安定化用コンデンサとの間をリレー回路を介することなく結線されるバイパス回路と、バイパス回路内に設けられ、電流の方向および電流の最大値を制限するチャージ電流制限手段と、バイパス回路内に設けられ、バイパス回路に電流が所定値以上流れた時にバイパス回路を遮断するヒューズ手段と、を備え、チャージ電流制限手段は、エミッタまたはコレクタが電源側に接続され、コレクタまたはエミッタが電源安定化用コンデンサ側に接続されるバイポーラ型トランジスタと、バイポーラ型トランジスタのベースに接続される抵抗と、を備えている。
【００１８】
図１２，１３は、従来のプリチャージ回路１３０を示す。図１２では、図１１で示した端子Ｂ（端子１３１）から抵抗Ｒ１００が接続され、その抵抗Ｒ１００の端子はバイポーラ型トランジスタＴ１００のエミッタに接続され、コレクタはダイオードＤ１００に接続され、端子Ｄ（端子１３２）に接続されている。また、この回路には、バイポーラ型トランジスタＴ１０１，Ｔ１０２と抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２が接続されている。また、図１３では、端子Ｂ（端子１３３）からバイポーラ型トランジスタＴ１０３のエミッタ端子が接続され、コレクタ端子はダイオードＤ１０１に接続され、抵抗Ｒ１００を通して端子Ｄ（端子１３４）に接続される。また、この回路には、バイポーラ型トランジスタＴ１０４，Ｔ１０５と抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４が接続されている。これらの回路では、トランジスタＴ１００あるいはＴ１０３がオンになるとＲ１００を介して端子Ｂから端子Ｄに電流が流れ、電源安定化用コンデンサ１０６をチャージする。過電流がＲ１００を流れると、Ｒ１００による電圧降下が大きくなり、トランジスタＴ１０１あるいはＴ１０４がオンとなり、トランジスタＴ１００あるいはＴ１０３がオフとなり、抵抗Ｒ１００に電流が流れなくなる。すなわち、端子Ｂから端子Ｄに電流が流れなくなる。チャージ電流が流れ続けるような故障時にはマイクロコンピュータからの信号が端子Ｃに入力され、トランジスタＴ１０２あるいはＴ１０５をオンさせ、強制的にトランジスタＴ１００あるいはＴ１０３をオフとする。
【００１９】
図１４は、上記のような従来のプリチャージ回路を用いたモータ駆動装置１２０での代表的な電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。横軸は、時間を示し、縦軸は、電源安定化用コンデンサ端子間電圧を示す。曲線Ｃ１００は、特許文献１での電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。曲線Ｃ１０１は図１２あるいは図１３で示したプリチャージ回路を用いたときの電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。図１４の曲線Ｃ１００，Ｃ１０１で示すように、電源安定化用コンデンサ端子間電圧は、電源電圧に時間Ｔ経過して到達する。また、特許文献１のものでは（曲線Ｃ１００）、時間Ｔ経過しても電源電圧に到達しないことが分かる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、モータ駆動装置では電源安定化のために電源安定化用コンデンサが必要であり、また、電源系の安全スイッチとしてメインリレー（リレー回路）が必要である。例えば、負荷の短絡や素子ショート等の故障の時必要となる。そのため、リレー接点をラッシュカレント（突入電流）による耐久性の減少を軽減するための手段が必要となる。そこで、プリチャージ回路が必要となる。しかしながら、負荷の短絡や素子ショートの故障に対応した回路では素子の大型化が必要となりコストが高くなるため採用できず、よってプリチャージ回路には、低電流しか流せない。そのため、チャージに時間がかかり、システム起動時間が長くなり、すなわち、出力制御までの時間がかかる。時間を短くするにはチャージ電流を増大したいが、負荷の短絡や素子ショート等の故障の時プリチャージ回路の破壊を招いてしまうという問題点がある。
【００２１】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、プリチャージ回路を破壊せずに、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上するモータ駆動装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るモータ駆動装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００２３】
第１のモータ駆動装置（請求項１に対応）は、モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにしたことで特徴づけられる。
【００２４】
第１のモータ駆動装置によれば、モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は抵抗値の比較的大きな第１抵抗を介して充電し、その後抵抗値が第１抵抗より小さい第２抵抗を介して充電するようにしたため、充電における時定数が小さくなるので、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、充電の初期段階で抵抗値の大きな第１抵抗を用いて充電するようにするので、接続ハーネスのＧＮＤ短絡や回路素子に異常が発生した場合でも、プリチャージ回路内を流れる電流を初期段階では、小さく抑えられるため、プリチャージ回路内のトランジスタ等の素子を破壊することなくプリチャージを行うことができる。
【００２５】
第２のモータ駆動装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは電源安定化用コンデンサと並列に接続され、該電源安定化用コンデンサのチャージ電圧を検出するチャージ電圧検出手段と、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずチャージ電圧検出手段により検出された電源安定化用コンデンサのチャージ電圧が所定量に達していない場合には故障であると判定する判定手段と、を備えることで特徴づけられる。
【００２６】
第２のモータ駆動装置によれば、電源安定化用コンデンサと並列に接続され、該電源安定化用コンデンサのチャージ電圧を検出するチャージ電圧検出手段と、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずチャージ電圧検出手段により検出された電源安定化用コンデンサのチャージ電圧が所定量に達していない場合には故障であると判定する判定手段と、を備えるため、確実に故障の判定を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、電動パワーステアリング装置の模式構造図である。電動パワーステアリング装置１０では、ステアリング・ホイール（ハンドル）１１に一体的に設けられたステアリング軸１２に、自在継手１３ａ，１３ｂを有する連結軸１３を介して、ラック・ピニオン機構１５のピニオン１５ａに連結されることによって、手動操舵トルク発生機構１６が構成されている。
【００２９】
ピニオン１５ａに噛み合うラック歯１７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸１７は、その両端にタイロッド１８を介して転動軸としての左右の前輪１９に連結されている。運転者は、ハンドル１１を操作することにより、手動操舵トルク発生機構１６と通常のラック・ピニオン式のステアリング装置を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えることができる。
【００３０】
この手動操舵トルク発生機構１６によって発生する操舵トルクを軽減するために、アシストトルク（操舵補助トルク）を供給するモータ２０が例えばラック軸１７と同軸的に配設され、ラック軸１７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構２１を介してモータ２０からの回転運動により供給されるアシストトルクが直進運動のための力に変換され、ラック軸１７に作用する。
【００３１】
モータ２０のロータには、駆動側ヘリカルギヤ２０ａが一体的に設けられている。このヘリカルギヤ２０ａは、ボールねじ機構２１のねじ軸２１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギヤ２１ｂと噛み合っている。また、ボールねじ機構２１のナットは、ラック軸１７に連結されている。
【００３２】
図２は、電動パワーステアリング装置の制御装置を示す図である。図１において、図示しないステアリングギヤボックス内には、ピニオン１５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する手動操舵トルク検出部２２が設けられる。この手動操舵トルク検出部２２は、検出した手動操舵トルクＴを手動操舵トルク検出信号Ｔｄに変換し、その変換された手動操舵トルク検出信号Ｔｄを制御装置２４へ入力する。制御装置２４は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄを主信号として、モータ２０の運転を行って、モータ２０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００３３】
制御装置２４は、目標電流決定部２５と、制御部２６とを備える。目標電流決定部２５は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを決定し、目標補助トルクをモータ２０から供給するために必要となる目標電流信号ＩＴを出力する。
【００３４】
図３は、制御部２６のブロック構成図である。制御部２６は、偏差演算部２７とモータ運転制御部２８とモータ駆動部２９と電流検出部３０を備えている。また、電源安定化用コンデンサ３１とメインリレー（リレー回路）３２とプリチャージ回路３３を備えている。偏差演算部２７は、目標電流決定部２５から出力された目標電流信号ＩＴと電流検出部３０からのモータ電流信号ＩＭとの偏差を求め、その値を偏差信号２７ａとして出力する。
【００３５】
モータ運転制御部２８は、偏差電流制御部３４とＰＷＭ信号生成部３５とを備えている。偏差電流制御部３４は、入力された偏差信号２７ａに対して比例、積分、微分等の処理を施して偏差信号２７ａの値がゼロに近づくように、モータ２０に供給するモータ電流を制御するための駆動電流信号３４ａを生成・出力する。
【００３６】
ＰＷＭ信号生成部３５は、駆動電流信号３４ａに基づいてモータ２０をＰＷＭ運転するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号３５ａとして出力する。
【００３７】
モータ駆動部２９は、ゲート駆動回路部３６と４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路３７とを備える。ゲート駆動回路部３６は、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）３５ａに基づいて、ハンドル１１の操舵方向に応じて２つの電界効果トランジスタを選択し、選択した２つの電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。メインリレー３２、フェールセーフリレー（図示せず）は、コントロールユニットによるシステム動作のセルフチェックで、正常判断時のみバッテリラインおよびモータラインの通電を行う。プリチャージ回路３３は、メインリレー３２を閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１を予め充電する回路である。電源安定化用コンデンサ３１は、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路３７に供給される電源を安定化するものである。
【００３８】
このような構成のパワーユニットのうちのＨ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）３７と、そのＨ型ブリッジ回路３７に接続された電源安定化用コンデンサ３１とバッテリ電源３８、メインリレー３２とプリチャージ回路３３とモータ２０とフェールセーフリレー（図示せず）を備えたものによってモータ駆動装置が構成される。
【００３９】
電流検出部３０は、モータ２０に流れるモータ電流（電機子電流）を検出してモータ電流信号ＩＭを出力する。
【００４０】
以上により、制御装置２４は、手動操舵トルク検出部２２によって検出された手動操舵トルクＴに基づいてバッテリ電源３８からモータ２０へ供給する電流をＰＷＭ制御し、モータ２０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００４１】
また、図３に示すように、制御装置２４は、制御部２６においてモータ２０に実際に流れるモータ電流をモータ電流信号ＩＭとして検出し、モータ電流信号ＩＭに基づくフィードバック制御を行うことで、モータ２０の制御特性を向上させている。
【００４２】
以上のようにして、運転者の手動操舵トルクＴは、手動操舵トルク発生機構１６の手動操舵トルク検出部２２により検出されて、制御装置２４により、モータ２０の出力を駆動制御してステアリングギヤボックスのラック軸１７が直進運動するための力をアシストする。
【００４３】
図４は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。本発明の実施形態に係るモータ駆動装置は、プリチャージ回路の構成以外は図１１で示した従来の装置と同様である。それゆえ、ＦＥＴとモータと電源安定化用コンデンサとリレー回路については、説明を省略し、ここでは、プリチャージ回路について説明する。
【００４４】
制御装置は、プリチャージ回路３３によってリレー回路３２が閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧をバッテリ電源３８の電圧近くまで充電し、リレー回路３２が閉じた時に突入電流が流れるのを極力抑制する。また、マイクロコンピュータ４０は、チャージ電圧検出部４１からチャージ電圧信号が入力され、電源安定化用コンデンサ３１を充電するためにプリチャージ回路３３を制御するプリチャージ信号をプリチャージ回路３３の端子Ｃに出力するとともに、リレー回路３２をオン／オフするリレー信号をリレー回路３２に出力する。そのために、マイクロコンピュータ４０は、プリチャージ制御部を備えている。また、マイクロコンピュータ４０は、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらず電源安定化用コンデンサへの充電は所定量に達していない場合には故障であると判定する故障判定部（判定手段）を備える。
【００４５】
なお、プリチャージ制御部は、３つの実施形態に係るプリチャージ回路に対応した３つのプリチャージ制御部のいずれかのプリチャージ制御部とする。
【００４６】
プリチャージ制御部は、チャージ電圧検出部４１からチャージ電圧信号が入力され、プリチャージ回路３３にプリチャージ信号を出力するとともに、リレー回路３２にリレー信号を出力する。プリチャージ制御部は、イグニッションスイッチがオンされると、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１を充電させる。プリチャージ制御部は、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧が充電停止電圧以上になると、プリチャージ回路３３による充電を停止させるとともに、リレー回路３２を閉じてバッテリ電源３８をモータ駆動回路３７に供給する。
【００４７】
なお、充電停止電圧は、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１に充電可能な最高電圧より少し低い電圧が設定される。
【００４８】
プリチャージ回路３３は、マイクロコンピュータ４０からのプリチャージ信号が入力されるとともに、バッテリ電源が供給され、電源安定化コンデンサ３１にチャージ電流を供給する。プリチャージ回路３３は、イグニッションスイッチがオンして電動パワーステアリング装置が起動後、リレー回路３２のリレーが閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧が充電停止電圧以上になるまで充電する。つまり、プリチャージ回路３３は、リレー回路のリレーが閉じる前に、電源安定化用コンデンサ３１をバッテリ電源３８の電圧に近い電圧まで充電する。そのため、電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧とバッテリ電源３８との電圧差が、リレー回路３２を閉じた時には非常に微小な電圧差となる。従って、リレー回路３２のリレーが閉じてバッテリ電源３８と電源安定化用コンデンサ３１との間が接続したとき、電源安定化用コンデンサ３１（すなわち、リレー回路）への突入電流を防止、あるいは突入電流を極力低減することができる。
【００４９】
この発明においては、バッテリ電源３８と電源安定化用コンデンサ３１との間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を備えたプリチャージ回路３３を設け、プリチャージ回路３３を介した電源安定化用コンデンサの充電の初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにした。また、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらず電源安定化用コンデンサ３１への充電は所定量に達していない場合には故障であると判定する。これにより、故障時の回路素子の保護、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、確実に故障の判定を行うことができる。
【００５０】
まず、図５を参照して、第１の実施形態に係るプリチャージ回路３３の回路構成について説明する。プリチャージ回路３３は、バイポーラ型トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６およびダイオードＤ１０，Ｄ１１から構成される。端子Ｂから抵抗Ｒ１１を接続し、Ｒ１１はバイポーラ型トランジスタＴ１０のエミッタに接続され、コレクタはダイオードＤ１０に接続し、ダイオードＤ１０の他端は端子Ｄに接続される。バイポーラ型トランジスタＴ１１のエミッタを端子Ｂに接続され、コレクタはバイポーラ型トランジスタＴ１０のベースに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１１のコレクタは抵抗Ｒ１４を介してダイオードＤ１０と接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１１のベースには抵抗Ｒ１５が接続される。バイポーラ型トランジスタＴ１２のエミッタは抵抗Ｒ１３に接続され、そのコレクタは接地され、ベースは抵抗Ｒ１０と接続されると共に、バイポーラ型トランジスタＴ１３のエミッタに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１３のコレクタは接地され、そのベースは端子Ｃに接続される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ１０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ１１であり、抵抗Ｒ１１の抵抗値は、抵抗Ｒ１０の抵抗値よりも小さいものを用いている。
【００５１】
ダイオードＤ１１とバイポーラ型トランジスタＴ１２は、初期段階から第２段階への転換のしきい値電圧を設定するためのものである。この閾値は、好ましくはしきい値が０．７Ｖ付近の低電圧になるように設定する。また、これらのダイオードとトランジスタにより、プリチャージの初期段階が問題なく正常に動作したらプリチャージ回路が第２段階を動作し、電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電流が初段より大きくなる。抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３は、プリチャージ回路３３によるプリチャージの第２段階が可能な電圧を設定するための抵抗である。
【００５２】
マイクロコンピュータ４０は、チャージ電圧検出部４１からの検出信号によりチャージ電圧が設定電圧に達したことを認識したとき、メインリレー３２をオンする機能を有している。また、その際にチャージ電圧検出部４１により電圧を検出し、電圧変化が生じるのを確認することにより、電圧変化が生じないときにはメインリレー３２が故障しており、電圧変化が生じるときには故障していないという故障判定を行う故障判定機能を備えている。
【００５３】
次に、この回路での動作を説明する。プリチャージ回路３３へのマイクロコンピュータ４０からのプリチャージ信号がＨ信号のときに、トランジスタＴ１３がオンされ、抵抗Ｒ１０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ１３を介して放電される。プリチャージ信号がマイクロコンピュータ４０からＬ信号のとき、トランジスタＴ１３がオフとなり、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約０．７Ｖになると、端子Ｂから抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を通して流れる。それにより、抵抗Ｒ１３による電圧降下によってバイポーラ型トランジスタＴ１１のベース電位が上がり、トランジスタＴ１０がオンとなる。それにより、抵抗Ｒ１１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ１０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ１０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ１１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。なお、初期プリチャージ終了するときの端子Ｄの電位が約０．７Ｖになり端子Ｂから抵抗Ｒ１２，Ｒ１３へ電流が流れるときの判定は、回路内の各抵抗値の設定で行うことができるが、マイクロコンピュータ４０により判定するようにすることもできる。
【００５４】
次に、このプリチャージ回路の動作を図６で示すフローチャートと図７の電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を用いてチャージ電圧の変化（曲線Ｃ１０）と共に説明する。まず、マイクロコンピュータ４０において、プリチャージ開始ロジックが作動する（ステップＳＴ１０）。次にシステム電源イグニッションオンする（ステップＳＴ１１）。電源オン後直ちにチャージするとき、すなわち、常時チャージの場合、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する（ステップＳＴ１５）。電源オン後直ちにチャージしないとき、設定時間後マイコンリセット解除を行う（ステップＳＴ１３）。マイコンによりプリチャージスイッチオンにする（ステップＳＴ１４）。抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージ開始する（ステップＳＴ１５）。プリチャージ開始後、故障判定部は設定した時間以上経過したかどうかを判断する（ステップＳＴ１６）。経過したとき、パワー系の故障と判定する（ステップＳＴ１７）。そして、故障判定部は故障を知らせる信号をＬＥＤなどの表示装置に送り、それにより故障を知らせるＬＥＤなどの表示装置が点灯する。
【００５５】
一方、プリチャージ開始後所定時間以上経過しないときは、チャージ電圧が０．７Ｖ以上かどうか判断する（ステップＳＴ１８）。０．７Ｖ以上ではないとき、ステップＳＴ１５にもどり、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する（ステップＳＴ１９）。一方、０．７Ｖ以上の時は、バイポーラ型トランジスタＴ１２Ｔ１１と抵抗Ｒ１３，Ｒ１３，Ｒ１５から成るブースタ回路がオンになる（ステップＳＴ２０）。なお、０．７Ｖ以上かどうかの判断はマイクロコンピュータ４０で行うようにしても良いし、回路的に各抵抗値を定めて自動的に０．７Ｖになったら、ブースタ回路がオンになるようにしても良い。ここまでの過程が図６におけるＴ１の範囲の変化である。抵抗Ｒ１１を介して二段プリチャージ開始する（ステップＳＴ２１）。チャージ電圧が設定電圧になったかどうか判断する（ステップＳＴ２２）。設定電圧にならないときは、ステップＳＴ１５に戻り、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する。
【００５６】
もし、設定電圧になったならば、マイコンによりリレー駆動回路をオンとする（ステップＳＴ２３）。電源電圧に等しくなったかどうか判断する（ステップＳＴ２４）。ここまでの過程が図で示すＴ２の時間変化である。電源電圧にほぼ等しくならないときは、故障判定部によりリレー・駆動回路が異常であることが確定する（ステップＳＴ２５）。また、電源電圧になったときは、パワー系は正常動作していることが確定し（ステップＳＴ２６）、動作を継続する。また、図７においては、Ｔ２以降の時間変化となる。また、図７には、図１４で示した従来の時間変化（曲線Ｃ１００，Ｃ１０１）を示している。従来に比べて、電源電圧に到達する時間が短縮していることが分かる。
【００５７】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路図である。まず、図８を参照して、第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成について説明する。プリチャージ回路は、バイポーラ型トランジスタＴ２０，Ｔ２１，Ｔ２２と抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４とダイオードＤ２０，Ｄ２１から構成される。端子Ｂからバイポーラ型トランジスタＴ２０のエミッタに接続され、そのコレクタは抵抗Ｒ２１に接続され、抵抗Ｒ２１の他端は、ダイオードＤ２０に接続され、ダイオードＤ２０の他端は、端子Ｄに接続される。バイポーラ型トランジスタＴ２１のエミッタは抵抗Ｒ２３に接続され、そのコレクタは接地され、ベースは抵抗Ｒ２０と接続されると共に、バイポーラ型トランジスタＴ２２のエミッタに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ２２のコレクタは接地され、そのベースは端子Ａに接続される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ２０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ２１であり、抵抗Ｒ２１の抵抗値は、抵抗Ｒ２０の抵抗値よりも小さいものを用いている。また、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１と同様な作用をし、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３と同様な作用をする。
【００５８】
次に、この回路での動作を説明する。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへの信号によりバイポーラ型トランジスタＴ２２をオンすると、抵抗Ｒ２０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ２２を介して放電される。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへのプリチャージ信号によりバイポーラ型トランジスタＴ２２がオフになると、抵抗Ｒ２０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約０．７Ｖになると、バイポーラ型トランジスタＴ２１がオンとなり、端子Ｂから抵抗Ｒ２２とＲ２３を電流が流れる。それにより、抵抗Ｒ２３を電流が流れることによって電圧降下が生じ、バイポーラ型トランジスタＴ２０のベース電位が下降し、バイポーラ型トランジスタＴ２０がオンとなる。それにより、抵抗Ｒ２１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、図７のような特性が得られ、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ２０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ２０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ２１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができ、商品性の向上が期待できる。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路図である。まず、図９を参照して、第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成について説明する。プリチャージ回路は、電界効果型トランジスタＦ３０，Ｆ３１，バイポーラ型トランジスタＴ３２，Ｔ３３と抵抗Ｒ３０，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４とダイオードＤ３０，Ｄ３１から構成される。端子Ｂから抵抗Ｒ３１を介して電界効果型トランジスタＦ３０のソースに接続され、そのドレインはダイオードＤ３０に接続され、ダイオードＤ３０の他端は、端子Ｄに接続される。電界効果型トランジスタＦ３０のゲートはバイポーラ型トランジスタＴ３２のエミッタに接続され、そのコレクタは電界効果型トランジスタＦ３０のドレインと接続される。バイポーラ型トランジスタＴ３２のベースは抵抗Ｒ３２と接続されると共に、電界効果型トランジスタＦ３１のソースに接続される。また、電界効果型トランジスタＦ３１のドレインは接地され、そのゲートはバイポーラ型トランジスタＴ３３のエミッタに接続され、そのベースは端子Ａに接続され、そのコレクタは接地される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ３０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ３１であり、抵抗Ｒ３１の抵抗値は、抵抗Ｒ３０の抵抗値よりも小さいものを用いている。また、抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ３１は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１と同様な作用をし、抵抗Ｒ３２と抵抗Ｒ３３は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３と同様な作用をする。
【００６０】
なお、従来ではバイポーラ型トランジスタによるアナログ回路しか成立できなかったが、本発明では、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）によるスイッチング素子が可能になり、さらに急速充電も可能になる。バイポーラ型トランジスタでは、バイアス電流に比例した電流しか流せないがＦＥＴは、ゲート−ソースの電圧で決まるスイッチング素子である。
【００６１】
次に、この回路での動作を説明する。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへの信号によりバイポーラ型トランジスタＴ３３をオンすると、抵抗Ｒ３０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ３３を介して放電される。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへのプリチャージ信号によりバイポーラ型トランジスタＴ３３がオフになると、抵抗Ｒ３０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約２Ｖになると、電界効果型トランジスタＴ３１がオンとなり、端子Ｂから抵抗Ｒ３２を電流が流れる。それにより、バイポーラ型トランジスタＴ３２のベース電位が下がり、バイポーラ型トランジスタＴ３２がオフとなる。それにより、バイポーラ型トランジスタＴ３２のエミッタとコレクタ間に電位差Ｖｇｓを生じ、その電位差Ｖｇｓにより電界効果型トランジスタＦ３０がオンとなり、抵抗Ｒ３１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、図７のような特性が得られ、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ３０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ３０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ３１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、２段階によるプリチャージを例にとったが複数段によるプリチャージも行うようにプリチャージ回路を構成することもできる。また、本実施形態では、マイクロコンピュータからの信号によりトランジスタの作動を制御しているが、イグニッションスイッチがオンすると自動的にトランジスタの作動が切り替わるような回路を構成することもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６４】
モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにしたため、充電における時定数が小さくなるので、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、充電の初期段階で抵抗値の大きな第１抵抗を用いて充電するようにするので、接続ハーネスのＧＮＤ短絡や回路素子に異常が発生した場合でも、プリチャージ回路内を流れる電流を初期段階では、小さく抑えられるため、プリチャージ回路内のトランジスタ等の素子を破壊することなくプリチャージを行うことができる。
【００６５】
第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずコンデンサへの充電は所定量に達していない場合には故障であると判定するため、確実に故障の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の模式構造図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御機構を示す図である。
【図３】制御部のブロック構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図６】プリチャージ回路の動作を示すフローチャートである。
【図７】チャージ電圧の時間変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図１０】パワーユニットの構成図である。
【図１１】従来のモータ駆動装置の回路図である。
【図１２】従来のプリチャージ回路の回路図である。
【図１３】従来のプリチャージ回路の回路図である。
【図１４】チャージ電圧の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリング・ホイール
１２ ステアリング軸
１３ 連結軸
１５ ラック・ピニオン機構
１６ 手動操舵トルク発生機構
１７ ラック歯
１８ タイロッド
１９ 前輪
２０ モータ
２１ ボールねじ機構
２２ 手動操舵トルク検出部
２４ 制御装置
２５ 目標電流決定部
２６ 制御部
２７ 偏差演算部
２８ モータ運転制御部
２９ モータ駆動部
３０ モータ電流検出部
３１ 電源安定化用コンデンサ
３２ メインリレー
３３ プリチャージ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、モータを駆動するための電源を安定化させる電源安定化用コンデンサを予め充電するプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ駆動装置は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置、４輪操舵の後輪操舵用装置、自動操舵装置、パワーウィンドウ装置等に用いられており、これらの装置のモータの駆動をバッテリの一定電圧で行い、モータに流す電流を変化させるための一手段としてＰＷＭ（パルス幅変調）駆動で行うものである。例えば、電動パワーステアリング装置は、パワーユニットにより直流モータのトルク制御をＰＷＭ信号に従って直接チョッピング制御することにより制御される装置である。そのパワーユニットは、文献に記載されているように、図１０で示すＨ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）１００、プリドライブ回路１０１、電流検出回路１０２、メインリレー１０３、フェールセーフリレー１０４、プリチャージ回路１０５、電源安定化用コンデンサ１０６、倍電圧回路１０７、５Ｖ電源１０８から構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
清水康夫、外５名、「電動パワーステアリングの開発」、HONDA R&D Technical Review １９９１年、Vol.３、p.７６
【０００４】
Ｈ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）１００は４つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１０９，１１０，１１１，１１２をＨ型に接続し、それぞれについてＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることで、モータの正転、逆転等を、ＰＷＭ制御により行うものである。プリドライブ回路１０１は、コントロールユニット１１３より送られてくるＰＷＭ信号をＦＥＴゲート信号に変換する回路である。電流検出回路１０２は、出力回路を流れる電流値を検出し、コントロールユニット１１３の読み込み可能な電圧レベルに増幅する回路である。メインリレー１０３、フェールセーフリレー１０４は、コントロールユニット１１３によるシステム動作のセルフチェックで、正常判断時のみバッテリライン１１４およびモータライン１１５の通電を行う。プリチャージ回路１０５は、後述するように、メインリレー１０３を閉じる前に電源安定化用コンデンサ１０６を予め充電する回路である。電源安定化用コンデンサ１０６は、後述するように、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路に供給される電源を安定化するものである。倍電圧回路１０７は、バッテリ電圧の２倍相当の電圧を作り、電流検出回路１０２およびプリドライブ回路１０１に供給する回路である。５Ｖ電源１０８は、プリドライブ回路１０１用の電源である。
【０００５】
このような構成のパワーユニットのうちのＨ型ブリッジ回路１００と、そのＨ型ブリッジ回路１００に接続された電源安定化用コンデンサ１０６と電源１１６、メインリレー１０３とプリチャージ回路１０５とモータ１１７とフェールセーフリレー１０４を備えたものによってモータ駆動装置が構成される。
【０００６】
図１１は、従来のモータ駆動装置の回路図である。モータ駆動装置１２０は、ＦＥＴ１０９とＦＥＴ１１０とＦＥＴ１１１とＦＥＴ１１２が配線されＨ型ブリッジ回路１００を構成し、Ｈ型ブリッジ回路１００の端子１２１と端子１２２によりモータ１１７がフェールセーフリレー１０４（図示せず）を介して接続されている。また、Ｈ型ブリッジ回路１００と並列に電源安定化用コンデンサ１０６が接続され、メインリレー（リレー回路）１０３、プリチャージ回路１０５、ヒューズ１２３、スイッチ１２４を介して電源１１６が接続されている。
【０００７】
ＦＥＴ１０９，１１０，１１１，１１２は、モータ１１７への印加電圧を高速にＯＮ／ＯＦＦを行うチョッピング電圧を印加するためのものであり、ＰＷＭ信号をゲートにかけることにより、ＦＥＴ１０９，１１０，１１１，１１２を高速にＯＮ／ＯＦＦし、モータ１１７にチョッピング電圧を印加することが可能となる。
【０００８】
モータ１１７は、電動パワーステアリング装置においては、操舵のアシスト力としての発生トルクを利用するために用いている。
【０００９】
メインリレー（リレー回路）１０３は、モータ駆動回路（Ｈ型ブリッジ回路）１００の故障時、電動パワーステアリング装置のシステム異常時あるいは電動パワーステアリング装置の稼働停止時に、モータ１１７を完全に停止させるために、モータ駆動回路１００とバッテリ電源１１６との間を遮断する。
【００１０】
電源安定化用コンデンサ１０６は、ＰＷＭ信号によるスイッチング制御のように変化の速い電流を電源から流そうとするときの、配線が長い場合にその間の配線によるインダクタンスにより電流がそのスイッチング時間に追随して供給することができず、それを解消するための補助電源として用いている。また、この電源安定化用コンデンサ１０６は、大電流チョッピングでの配線のインダクタンスによるサージ電圧の電圧性のスイッチングノイズとＰＷＭによる電源ラインの電流変動による電流性のノイズを抑える。
【００１１】
次に、プリチャージ回路１０５について説明する。このモータ駆動装置１２０では、ＰＷＭ駆動時のスイッチング動作時に、バッテリ電源１１６からＨ型ブリッジ回路１００までの配線のインピーダンスの影響によって、ＰＷＭ駆動のデューティ比に正確に対応したモータ電流をモータに供給することができない場合がある。そこで、このモータ駆動回路を備えるモータ駆動装置１２０では、モータ駆動回路（Ｈ型ブリッジ回路）１００に並列に大容量の電源安定化用コンデンサ１０６が配線され、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路１００に供給される電源を安定化させている。
【００１２】
さらに、この電源安定化用コンデンサ１０６にメインリレー回路１０３を介してバッテリ電源１１６が接続される構成の場合、メインリレー回路１０３が閉じる時に、電源安定化用コンデンサ１０６が充電される。ところが、電源安定化コンデンサ１０６が大容量のため、バッテリ電源１１６から電源安定化用コンデンサ１０６に突入電流（ラッシュカレント）が流れ、この突入電流によってメインリレー回路１０３のリレー接点が溶着したり、損傷（摩耗）したりする。電源安定化コンデンサ１０６は、モータ電流の制御ユニットの置かれる環境（高温下）及び三相ブラシレス駆動回路におけるスイッチング回路の増加により容量は年々増加傾向にある。
【００１３】
そこで、モータ駆動装置１２０には、電源安定化用コンデンサ１０６（すなわち、メインリレー回路１０３）に流れる突入電流を抑制するために、メインリレー回路１０３を閉じる前に電源安定化用コンデンサ１０６を予め充電するプリチャージ回路１０５が設けられる。プリチャージ回路１０５には、バッテリ電源１１６からスイッチ１２４を介して入力される端子Ａと、バッテリ電源１１６からヒューズ１２３を介してリレー回路１０３を通さないで入力される端子Ｂとプリチャージ回路１０５からの出力端子Ｄと、マイクロコンピュータからのプリチャージ回路を制御する信号を入力する端子Ｃが設けられている。このプリチャージ回路に関する技術は、いくつか開示されている（例えば、特許文献１〜３）。
【００１４】
【特許文献１】
特願平１０−５４５４０５号
【特許文献２】
特開平１１−２４５８２９号
【特許文献３】
特開２００２−４４９９０
【００１５】
特許文献１においては、２つの抵抗を備えたプリチャージ回路が開示されており、それら２つの抵抗調整によりチャージ電圧を設定するものが示されている。しかしながら、２つの抵抗調整による電圧の設定の仕方ではコンデンサの放電抵抗として２つの抵抗のうち１つの抵抗が関与するため、実質的には常時放電電流があるので、充電時間が長くなってしまう。また、素子を大型にしなければならず、さらに、設定の電圧範囲が制限されてしまうものである。
【００１６】
特許文献２では、リレー回路を介することなく電源と電源安定化用コンデンサとの間に設けられるプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置が開示されている。このプリチャージ回路は、逆電流防止用のダイオードと電源安定化コンデンサへの突入電流を抑制するための抵抗とを備え、リレー回路が閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電する。
【００１７】
特許文献３では、リレー回路を介することなく電源と電源安定化用コンデンサとの間に設けられるプリチャージ回路を備えるモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置が開示されている。このプリチャージ回路では、電源と電源安定化用コンデンサとの間をリレー回路を介することなく結線されるバイパス回路と、バイパス回路内に設けられ、電流の方向および電流の最大値を制限するチャージ電流制限手段と、バイパス回路内に設けられ、バイパス回路に電流が所定値以上流れた時にバイパス回路を遮断するヒューズ手段と、を備え、チャージ電流制限手段は、エミッタまたはコレクタが電源側に接続され、コレクタまたはエミッタが電源安定化用コンデンサ側に接続されるバイポーラ型トランジスタと、バイポーラ型トランジスタのベースに接続される抵抗と、を備えている。
【００１８】
図１２，１３は、従来のプリチャージ回路１３０を示す。図１２では、図１１で示した端子Ｂ（端子１３１）から抵抗Ｒ１００が接続され、その抵抗Ｒ１００の端子はバイポーラ型トランジスタＴ１００のエミッタに接続され、コレクタはダイオードＤ１００に接続され、端子Ｄ（端子１３２）に接続されている。また、この回路には、バイポーラ型トランジスタＴ１０１，Ｔ１０２と抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２が接続されている。また、図１３では、端子Ｂ（端子１３３）からバイポーラ型トランジスタＴ１０３のエミッタ端子が接続され、コレクタ端子はダイオードＤ１０１に接続され、抵抗Ｒ１００を通して端子Ｄ（端子１３４）に接続される。また、この回路には、バイポーラ型トランジスタＴ１０４，Ｔ１０５と抵抗Ｒ１０３，Ｒ１０４が接続されている。これらの回路では、トランジスタＴ１００あるいはＴ１０３がオンになるとＲ１００を介して端子Ｂから端子Ｄに電流が流れ、電源安定化用コンデンサ１０６をチャージする。過電流がＲ１００を流れると、Ｒ１００による電圧降下が大きくなり、トランジスタＴ１０１あるいはＴ１０４がオンとなり、トランジスタＴ１００あるいはＴ１０３がオフとなり、抵抗Ｒ１００に電流が流れなくなる。すなわち、端子Ｂから端子Ｄに電流が流れなくなる。チャージ電流が流れ続けるような故障時にはマイクロコンピュータからの信号が端子Ｃに入力され、トランジスタＴ１０２あるいはＴ１０５をオンさせ、強制的にトランジスタＴ１００あるいはＴ１０３をオフとする。
【００１９】
図１４は、上記のような従来のプリチャージ回路を用いたモータ駆動装置１２０での代表的な電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。横軸は、時間を示し、縦軸は、電源安定化用コンデンサ端子間電圧を示す。曲線Ｃ１００は、特許文献１での電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。曲線Ｃ１０１は図１２あるいは図１３で示したプリチャージ回路を用いたときの電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を示すものである。図１４の曲線Ｃ１００，Ｃ１０１で示すように、電源安定化用コンデンサ端子間電圧は、電源電圧に時間Ｔ経過して到達する。また、特許文献１のものでは（曲線Ｃ１００）、時間Ｔ経過しても電源電圧に到達しないことが分かる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、モータ駆動装置では電源安定化のために電源安定化用コンデンサが必要であり、また、電源系の安全スイッチとしてメインリレー（リレー回路）が必要である。例えば、負荷の短絡や素子ショート等の故障の時必要となる。そのため、リレー接点をラッシュカレント（突入電流）による耐久性の減少を軽減するための手段が必要となる。そこで、プリチャージ回路が必要となる。しかしながら、負荷の短絡や素子ショートの故障に対応した回路では素子の大型化が必要となりコストが高くなるため採用できず、よってプリチャージ回路には、低電流しか流せない。そのため、チャージに時間がかかり、システム起動時間が長くなり、すなわち、出力制御までの時間がかかる。時間を短くするにはチャージ電流を増大したいが、負荷の短絡や素子ショート等の故障の時プリチャージ回路の破壊を招いてしまうという問題点がある。
【００２１】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、プリチャージ回路を破壊せずに、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上するモータ駆動装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るモータ駆動装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００２３】
第１のモータ駆動装置（請求項１に対応）は、モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにしたことで特徴づけられる。
【００２４】
第１のモータ駆動装置によれば、モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は抵抗値の比較的大きな第１抵抗を介して充電し、その後抵抗値が第１抵抗より小さい第２抵抗を介して充電するようにしたため、充電における時定数が小さくなるので、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、充電の初期段階で抵抗値の大きな第１抵抗を用いて充電するようにするので、接続ハーネスのＧＮＤ短絡や回路素子に異常が発生した場合でも、プリチャージ回路内を流れる電流を初期段階では、小さく抑えられるため、プリチャージ回路内のトランジスタ等の素子を破壊することなくプリチャージを行うことができる。
【００２５】
第２のモータ駆動装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは電源安定化用コンデンサと並列に接続され、該電源安定化用コンデンサのチャージ電圧を検出するチャージ電圧検出手段と、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずチャージ電圧検出手段により検出された電源安定化用コンデンサのチャージ電圧が所定量に達していない場合には故障であると判定する判定手段と、を備えることで特徴づけられる。
【００２６】
第２のモータ駆動装置によれば、電源安定化用コンデンサと並列に接続され、該電源安定化用コンデンサのチャージ電圧を検出するチャージ電圧検出手段と、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずチャージ電圧検出手段により検出された電源安定化用コンデンサのチャージ電圧が所定量に達していない場合には故障であると判定する判定手段と、を備えるため、確実に故障の判定を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、電動パワーステアリング装置の模式構造図である。電動パワーステアリング装置１０では、ステアリング・ホイール（ハンドル）１１に一体的に設けられたステアリング軸１２に、自在継手１３ａ，１３ｂを有する連結軸１３を介して、ラック・ピニオン機構１５のピニオン１５ａに連結されることによって、手動操舵トルク発生機構１６が構成されている。
【００２９】
ピニオン１５ａに噛み合うラック歯１７ａを有し、これらの噛み合いにより軸方向に変換されて往復動するラック軸１７は、その両端にタイロッド１８を介して転動軸としての左右の前輪１９に連結されている。運転者は、ハンドル１１を操作することにより、手動操舵トルク発生機構１６と通常のラック・ピニオン式のステアリング装置を介して、前輪を揺動させて車両の向きを変えることができる。
【００３０】
この手動操舵トルク発生機構１６によって発生する操舵トルクを軽減するために、アシストトルク（操舵補助トルク）を供給するモータ２０が例えばラック軸１７と同軸的に配設され、ラック軸１７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構２１を介してモータ２０からの回転運動により供給されるアシストトルクが直進運動のための力に変換され、ラック軸１７に作用する。
【００３１】
モータ２０のロータには、駆動側ヘリカルギヤ２０ａが一体的に設けられている。このヘリカルギヤ２０ａは、ボールねじ機構２１のねじ軸２１ａの軸端に一体的に設けられたヘリカルギヤ２１ｂと噛み合っている。また、ボールねじ機構２１のナットは、ラック軸１７に連結されている。
【００３２】
図２は、電動パワーステアリング装置の制御装置を示す図である。図１において、図示しないステアリングギヤボックス内には、ピニオン１５ａに作用する手動操舵トルクＴを検出する手動操舵トルク検出部２２が設けられる。この手動操舵トルク検出部２２は、検出した手動操舵トルクＴを手動操舵トルク検出信号Ｔｄに変換し、その変換された手動操舵トルク検出信号Ｔｄを制御装置２４へ入力する。制御装置２４は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄを主信号として、モータ２０の運転を行って、モータ２０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００３３】
制御装置２４は、目標電流決定部２５と、制御部２６とを備える。目標電流決定部２５は、手動操舵トルク検出信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを決定し、目標補助トルクをモータ２０から供給するために必要となる目標電流信号ＩＴを出力する。
【００３４】
図３は、制御部２６のブロック構成図である。制御部２６は、偏差演算部２７とモータ運転制御部２８とモータ駆動部２９と電流検出部３０を備えている。また、電源安定化用コンデンサ３１とメインリレー（リレー回路）３２とプリチャージ回路３３を備えている。偏差演算部２７は、目標電流決定部２５から出力された目標電流信号ＩＴと電流検出部３０からのモータ電流信号ＩＭとの偏差を求め、その値を偏差信号２７ａとして出力する。
【００３５】
モータ運転制御部２８は、偏差電流制御部３４とＰＷＭ信号生成部３５とを備えている。偏差電流制御部３４は、入力された偏差信号２７ａに対して比例、積分、微分等の処理を施して偏差信号２７ａの値がゼロに近づくように、モータ２０に供給するモータ電流を制御するための駆動電流信号３４ａを生成・出力する。
【００３６】
ＰＷＭ信号生成部３５は、駆動電流信号３４ａに基づいてモータ２０をＰＷＭ運転するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を駆動制御信号３５ａとして出力する。
【００３７】
モータ駆動部２９は、ゲート駆動回路部３６と４個の電力用電界効果トランジスタをＨ型ブリッジ回路の構成で接続したモータ駆動回路３７とを備える。ゲート駆動回路部３６は、駆動制御信号（ＰＷＭ信号）３５ａに基づいて、ハンドル１１の操舵方向に応じて２つの電界効果トランジスタを選択し、選択した２つの電界効果トランジスタのゲートを駆動してこれらの電界効果トランジスタをスイッチング動作させる。メインリレー３２、フェールセーフリレー（図示せず）は、コントロールユニットによるシステム動作のセルフチェックで、正常判断時のみバッテリラインおよびモータラインの通電を行う。プリチャージ回路３３は、メインリレー３２を閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１を予め充電する回路である。電源安定化用コンデンサ３１は、電源インピーダンスを低く保ち、モータ駆動回路３７に供給される電源を安定化するものである。
【００３８】
このような構成のパワーユニットのうちのＨ型ブリッジ回路（モータ駆動回路）３７と、そのＨ型ブリッジ回路３７に接続された電源安定化用コンデンサ３１とバッテリ電源３８、メインリレー３２とプリチャージ回路３３とモータ２０とフェールセーフリレー（図示せず）を備えたものによってモータ駆動装置が構成される。
【００３９】
電流検出部３０は、モータ２０に流れるモータ電流（電機子電流）を検出してモータ電流信号ＩＭを出力する。
【００４０】
以上により、制御装置２４は、手動操舵トルク検出部２２によって検出された手動操舵トルクＴに基づいてバッテリ電源３８からモータ２０へ供給する電流をＰＷＭ制御し、モータ２０が出力する動力（操舵補助トルク）を制御する。
【００４１】
また、図３に示すように、制御装置２４は、制御部２６においてモータ２０に実際に流れるモータ電流をモータ電流信号ＩＭとして検出し、モータ電流信号ＩＭに基づくフィードバック制御を行うことで、モータ２０の制御特性を向上させている。
【００４２】
以上のようにして、運転者の手動操舵トルクＴは、手動操舵トルク発生機構１６の手動操舵トルク検出部２２により検出されて、制御装置２４により、モータ２０の出力を駆動制御してステアリングギヤボックスのラック軸１７が直進運動するための力をアシストする。
【００４３】
図４は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。本発明の実施形態に係るモータ駆動装置は、プリチャージ回路の構成以外は図１１で示した従来の装置と同様である。それゆえ、ＦＥＴとモータと電源安定化用コンデンサとリレー回路については、説明を省略し、ここでは、プリチャージ回路について説明する。
【００４４】
制御装置は、プリチャージ回路３３によってリレー回路３２が閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧をバッテリ電源３８の電圧近くまで充電し、リレー回路３２が閉じた時に突入電流が流れるのを極力抑制する。また、マイクロコンピュータ４０は、チャージ電圧検出部４１からチャージ電圧信号が入力され、電源安定化用コンデンサ３１を充電するためにプリチャージ回路３３を制御するプリチャージ信号をプリチャージ回路３３の端子Ｃに出力するとともに、リレー回路３２をオン／オフするリレー信号をリレー回路３２に出力する。そのために、マイクロコンピュータ４０は、プリチャージ制御部を備えている。また、マイクロコンピュータ４０は、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらず電源安定化用コンデンサへの充電は所定量に達していない場合には故障であると判定する故障判定部（判定手段）を備える。
【００４５】
なお、プリチャージ制御部は、３つの実施形態に係るプリチャージ回路に対応した３つのプリチャージ制御部のいずれかのプリチャージ制御部とする。
【００４６】
プリチャージ制御部は、チャージ電圧検出部４１からチャージ電圧信号が入力され、プリチャージ回路３３にプリチャージ信号を出力するとともに、リレー回路３２にリレー信号を出力する。プリチャージ制御部は、イグニッションスイッチがオンされると、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１を充電させる。プリチャージ制御部は、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧が充電停止電圧以上になると、プリチャージ回路３３による充電を停止させるとともに、リレー回路３２を閉じてバッテリ電源３８をモータ駆動回路３７に供給する。
【００４７】
なお、充電停止電圧は、プリチャージ回路３３によって電源安定化用コンデンサ３１に充電可能な最高電圧より少し低い電圧が設定される。
【００４８】
プリチャージ回路３３は、マイクロコンピュータ４０からのプリチャージ信号が入力されるとともに、バッテリ電源が供給され、電源安定化コンデンサ３１にチャージ電流を供給する。プリチャージ回路３３は、イグニッションスイッチがオンして電動パワーステアリング装置が起動後、リレー回路３２のリレーが閉じる前に電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧が充電停止電圧以上になるまで充電する。つまり、プリチャージ回路３３は、リレー回路のリレーが閉じる前に、電源安定化用コンデンサ３１をバッテリ電源３８の電圧に近い電圧まで充電する。そのため、電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電圧とバッテリ電源３８との電圧差が、リレー回路３２を閉じた時には非常に微小な電圧差となる。従って、リレー回路３２のリレーが閉じてバッテリ電源３８と電源安定化用コンデンサ３１との間が接続したとき、電源安定化用コンデンサ３１（すなわち、リレー回路）への突入電流を防止、あるいは突入電流を極力低減することができる。
【００４９】
この発明においては、バッテリ電源３８と電源安定化用コンデンサ３１との間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を備えたプリチャージ回路３３を設け、プリチャージ回路３３を介した電源安定化用コンデンサの充電の初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにした。また、第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらず電源安定化用コンデンサ３１への充電は所定量に達していない場合には故障であると判定する。これにより、故障時の回路素子の保護、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、確実に故障の判定を行うことができる。
【００５０】
まず、図５を参照して、第１の実施形態に係るプリチャージ回路３３の回路構成について説明する。プリチャージ回路３３は、バイポーラ型トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６およびダイオードＤ１０，Ｄ１１から構成される。端子Ｂから抵抗Ｒ１１を接続し、Ｒ１１はバイポーラ型トランジスタＴ１０のエミッタに接続され、コレクタはダイオードＤ１０に接続し、ダイオードＤ１０の他端は端子Ｄに接続される。バイポーラ型トランジスタＴ１１のエミッタを端子Ｂに接続され、コレクタはバイポーラ型トランジスタＴ１０のベースに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１１のコレクタは抵抗Ｒ１４を介してダイオードＤ１０と接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１１のベースには抵抗Ｒ１５が接続される。バイポーラ型トランジスタＴ１２のエミッタは抵抗Ｒ１３に接続され、そのコレクタは接地され、ベースは抵抗Ｒ１０と接続されると共に、バイポーラ型トランジスタＴ１３のエミッタに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ１３のコレクタは接地され、そのベースは端子Ｃに接続される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ１０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ１１であり、抵抗Ｒ１１の抵抗値は、抵抗Ｒ１０の抵抗値よりも小さいものを用いている。
【００５１】
ダイオードＤ１１とバイポーラ型トランジスタＴ１２は、初期段階から第２段階への転換のしきい値電圧を設定するためのものである。この閾値は、好ましくはしきい値が０．７Ｖ付近の低電圧になるように設定する。また、これらのダイオードとトランジスタにより、プリチャージの初期段階が問題なく正常に動作したらプリチャージ回路が第２段階を動作し、電源安定化用コンデンサ３１のチャージ電流が初段より大きくなる。抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３は、プリチャージ回路３３によるプリチャージの第２段階が可能な電圧を設定するための抵抗である。
【００５２】
マイクロコンピュータ４０は、チャージ電圧検出部４１からの検出信号によりチャージ電圧が設定電圧に達したことを認識したとき、メインリレー３２をオンする機能を有している。また、その際にチャージ電圧検出部４１により電圧を検出し、電圧変化が生じるのを確認することにより、電圧変化が生じないときにはメインリレー３２が故障しており、電圧変化が生じるときには故障していないという故障判定を行う故障判定機能を備えている。
【００５３】
次に、この回路での動作を説明する。プリチャージ回路３３へのマイクロコンピュータ４０からのプリチャージ信号がＨ信号のときに、トランジスタＴ１３がオンされ、抵抗Ｒ１０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ１３を介して放電される。プリチャージ信号がマイクロコンピュータ４０からＬ信号のとき、トランジスタＴ１３がオフとなり、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約０．７Ｖになると、端子Ｂから抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を通して流れる。それにより、抵抗Ｒ１３による電圧降下によってバイポーラ型トランジスタＴ１１のベース電位が上がり、トランジスタＴ１０がオンとなる。それにより、抵抗Ｒ１１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ１０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ１０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ１１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。なお、初期プリチャージ終了するときの端子Ｄの電位が約０．７Ｖになり端子Ｂから抵抗Ｒ１２，Ｒ１３へ電流が流れるときの判定は、回路内の各抵抗値の設定で行うことができるが、マイクロコンピュータ４０により判定するようにすることもできる。
【００５４】
次に、このプリチャージ回路の動作を図６で示すフローチャートと図７の電源安定化用コンデンサ端子間電圧の時間変化を用いてチャージ電圧の変化（曲線Ｃ１０）と共に説明する。まず、マイクロコンピュータ４０において、プリチャージ開始ロジックが作動する（ステップＳＴ１０）。次にシステム電源イグニッションオンする（ステップＳＴ１１）。電源オン後直ちにチャージするとき、すなわち、常時チャージの場合、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する（ステップＳＴ１５）。電源オン後直ちにチャージしないとき、設定時間後マイコンリセット解除を行う（ステップＳＴ１３）。マイコンによりプリチャージスイッチオンにする（ステップＳＴ１４）。抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージ開始する（ステップＳＴ１５）。プリチャージ開始後、故障判定部は設定した時間以上経過したかどうかを判断する（ステップＳＴ１６）。経過したとき、パワー系の故障と判定する（ステップＳＴ１７）。そして、故障判定部は故障を知らせる信号をＬＥＤなどの表示装置に送り、それにより故障を知らせるＬＥＤなどの表示装置が点灯する。
【００５５】
一方、プリチャージ開始後所定時間以上経過しないときは、チャージ電圧が０．７Ｖ以上かどうか判断する（ステップＳＴ１８）。０．７Ｖ以上ではないとき、ステップＳＴ１５にもどり、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する（ステップＳＴ１９）。一方、０．７Ｖ以上の時は、バイポーラ型トランジスタＴ１２Ｔ１１と抵抗Ｒ１３，Ｒ１３，Ｒ１５から成るブースタ回路がオンになる（ステップＳＴ２０）。なお、０．７Ｖ以上かどうかの判断はマイクロコンピュータ４０で行うようにしても良いし、回路的に各抵抗値を定めて自動的に０．７Ｖになったら、ブースタ回路がオンになるようにしても良い。ここまでの過程が図６におけるＴ１の範囲の変化である。抵抗Ｒ１１を介して二段プリチャージ開始する（ステップＳＴ２１）。チャージ電圧が設定電圧になったかどうか判断する（ステップＳＴ２２）。設定電圧にならないときは、ステップＳＴ１５に戻り、抵抗Ｒ１０を介して初段プリチャージを開始する。
【００５６】
もし、設定電圧になったならば、マイコンによりリレー駆動回路をオンとする（ステップＳＴ２３）。電源電圧に等しくなったかどうか判断する（ステップＳＴ２４）。ここまでの過程が図で示すＴ２の時間変化である。電源電圧にほぼ等しくならないときは、故障判定部によりリレー・駆動回路が異常であることが確定する（ステップＳＴ２５）。また、電源電圧になったときは、パワー系は正常動作していることが確定し（ステップＳＴ２６）、動作を継続する。また、図７においては、Ｔ２以降の時間変化となる。また、図７には、図１４で示した従来の時間変化（曲線Ｃ１００，Ｃ１０１）を示している。従来に比べて、電源電圧に到達する時間が短縮していることが分かる。
【００５７】
図８は、本発明の第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路図である。まず、図８を参照して、第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成について説明する。プリチャージ回路は、バイポーラ型トランジスタＴ２０，Ｔ２１，Ｔ２２と抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４とダイオードＤ２０，Ｄ２１から構成される。端子Ｂからバイポーラ型トランジスタＴ２０のエミッタに接続され、そのコレクタは抵抗Ｒ２１に接続され、抵抗Ｒ２１の他端は、ダイオードＤ２０に接続され、ダイオードＤ２０の他端は、端子Ｄに接続される。バイポーラ型トランジスタＴ２１のエミッタは抵抗Ｒ２３に接続され、そのコレクタは接地され、ベースは抵抗Ｒ２０と接続されると共に、バイポーラ型トランジスタＴ２２のエミッタに接続される。また、バイポーラ型トランジスタＴ２２のコレクタは接地され、そのベースは端子Ａに接続される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ２０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ２１であり、抵抗Ｒ２１の抵抗値は、抵抗Ｒ２０の抵抗値よりも小さいものを用いている。また、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１と同様な作用をし、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３と同様な作用をする。
【００５８】
次に、この回路での動作を説明する。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへの信号によりバイポーラ型トランジスタＴ２２をオンすると、抵抗Ｒ２０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ２２を介して放電される。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへのプリチャージ信号によりバイポーラ型トランジスタＴ２２がオフになると、抵抗Ｒ２０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約０．７Ｖになると、バイポーラ型トランジスタＴ２１がオンとなり、端子Ｂから抵抗Ｒ２２とＲ２３を電流が流れる。それにより、抵抗Ｒ２３を電流が流れることによって電圧降下が生じ、バイポーラ型トランジスタＴ２０のベース電位が下降し、バイポーラ型トランジスタＴ２０がオンとなる。それにより、抵抗Ｒ２１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、図７のような特性が得られ、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ２０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ２０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ２１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができ、商品性の向上が期待できる。
【００５９】
図９は、本発明の第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路図である。まず、図９を参照して、第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成について説明する。プリチャージ回路は、電界効果型トランジスタＦ３０，Ｆ３１，バイポーラ型トランジスタＴ３２，Ｔ３３と抵抗Ｒ３０，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ３４とダイオードＤ３０，Ｄ３１から構成される。端子Ｂから抵抗Ｒ３１を介して電界効果型トランジスタＦ３０のソースに接続され、そのドレインはダイオードＤ３０に接続され、ダイオードＤ３０の他端は、端子Ｄに接続される。電界効果型トランジスタＦ３０のゲートはバイポーラ型トランジスタＴ３２のエミッタに接続され、そのコレクタは電界効果型トランジスタＦ３０のドレインと接続される。バイポーラ型トランジスタＴ３２のベースは抵抗Ｒ３２と接続されると共に、電界効果型トランジスタＦ３１のソースに接続される。また、電界効果型トランジスタＦ３１のドレインは接地され、そのゲートはバイポーラ型トランジスタＴ３３のエミッタに接続され、そのベースは端子Ａに接続され、そのコレクタは接地される。このプリチャージ回路３３において、第１の抵抗は抵抗Ｒ３０であり、第２の抵抗は抵抗Ｒ３１であり、抵抗Ｒ３１の抵抗値は、抵抗Ｒ３０の抵抗値よりも小さいものを用いている。また、抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ３１は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１と同様な作用をし、抵抗Ｒ３２と抵抗Ｒ３３は、第１の実施形態における抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３と同様な作用をする。
【００６０】
なお、従来ではバイポーラ型トランジスタによるアナログ回路しか成立できなかったが、本発明では、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）によるスイッチング素子が可能になり、さらに急速充電も可能になる。バイポーラ型トランジスタでは、バイアス電流に比例した電流しか流せないがＦＥＴは、ゲート−ソースの電圧で決まるスイッチング素子である。
【００６１】
次に、この回路での動作を説明する。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへの信号によりバイポーラ型トランジスタＴ３３をオンすると、抵抗Ｒ３０を介して流れる電流は、端子Ｄへ流れ込むことなくトランジスタＴ３３を介して放電される。マイクロコンピュータ４０からの端子Ｃへのプリチャージ信号によりバイポーラ型トランジスタＴ３３がオフになると、抵抗Ｒ３０を介して初段プリチャージが開始される。端子Ｄの電位が約２Ｖになると、電界効果型トランジスタＴ３１がオンとなり、端子Ｂから抵抗Ｒ３２を電流が流れる。それにより、バイポーラ型トランジスタＴ３２のベース電位が下がり、バイポーラ型トランジスタＴ３２がオフとなる。それにより、バイポーラ型トランジスタＴ３２のエミッタとコレクタ間に電位差Ｖｇｓを生じ、その電位差Ｖｇｓにより電界効果型トランジスタＦ３０がオンとなり、抵抗Ｒ３１を介して二段プリチャージが開始される。これにより、図７のような特性が得られ、充電の初期段階、すなわち、抵抗Ｒ３０を電流を流れての充電の時は、抵抗Ｒ３０が比較的大きな抵抗値を持つため、故障時でも電流を小さく抑えることができるので、プリチャージ回路内のトランジスタ等の回路素子の保護をすることができ、また、初期段階の後では、抵抗値の比較的小さな第２抵抗である抵抗Ｒ３１を用いて充電するため、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、２段階によるプリチャージを例にとったが複数段によるプリチャージも行うようにプリチャージ回路を構成することもできる。また、本実施形態では、マイクロコンピュータからの信号によりトランジスタの作動を制御しているが、イグニッションスイッチがオンすると自動的にトランジスタの作動が切り替わるような回路を構成することもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６４】
モータと、モータを起動するモータ駆動回路と、電源とモータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、リレー回路を閉じる前に電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、電源とコンデンサの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を設け、初期は第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにしたため、充電における時定数が小さくなるので、プリチャージ時間の大幅な短縮によるシステム立ち上げ時間の短縮が格段に向上することができる。また、充電の初期段階で抵抗値の大きな第１抵抗を用いて充電するようにするので、接続ハーネスのＧＮＤ短絡や回路素子に異常が発生した場合でも、プリチャージ回路内を流れる電流を初期段階では、小さく抑えられるため、プリチャージ回路内のトランジスタ等の素子を破壊することなくプリチャージを行うことができる。
【００６５】
第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらずコンデンサへの充電は所定量に達していない場合には故障であると判定するため、確実に故障の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動パワーステアリング装置の模式構造図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の制御機構を示す図である。
【図３】制御部のブロック構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモータ駆動装置の回路図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図６】プリチャージ回路の動作を示すフローチャートである。
【図７】チャージ電圧の時間変化を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るプリチャージ回路の回路構成図である。
【図１０】パワーユニットの構成図である。
【図１１】従来のモータ駆動装置の回路図である。
【図１２】従来のプリチャージ回路の回路図である。
【図１３】従来のプリチャージ回路の回路図である。
【図１４】チャージ電圧の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 電動パワーステアリング装置
１１ ステアリング・ホイール
１２ ステアリング軸
１３ 連結軸
１５ ラック・ピニオン機構
１６ 手動操舵トルク発生機構
１７ ラック歯
１８ タイロッド
１９ 前輪
２０ モータ
２１ ボールねじ機構
２２ 手動操舵トルク検出部
２４ 制御装置
２５ 目標電流決定部
２６ 制御部
２７ 偏差演算部
２８ モータ運転制御部
２９ モータ駆動部
３０ モータ電流検出部
３１ 電源安定化用コンデンサ
３２ メインリレー
３３ プリチャージ回路
Claims (2)
- モータと、前記モータを起動するモータ駆動回路と、電源と前記モータ駆動回路との間に設けられたリレー回路と、前記モータ駆動回路の両端に接続された電源安定化用コンデンサと、前記リレー回路を閉じる前に前記電源安定化用コンデンサを充電するプリチャージ回路とを備えるモータ駆動装置であって、
前記電源と前記電源安定化用コンデンサとの間に第１抵抗とその第１抵抗よりも抵抗値の小さい第２抵抗を備えたプリチャージ回路を設け、
前記プリチャージ回路を介した前記電源安定化用コンデンサの充電の初期は前記第１抵抗を介して充電し、その後第２抵抗を介して充電するようにしたことを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記電源安定化用コンデンサと並列に接続され、該電源安定化用コンデンサのチャージ電圧を検出するチャージ電圧検出手段と、
前記第１抵抗を介する充電を開始してから所定時間が経過したのにも拘わらず前記チャージ電圧検出手段により検出された前記電源安定化用コンデンサのチャージ電圧が所定量に達していない場合には故障であると判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
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