JP4911231B2 - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
上述の問題を解決するため、特許文献1および特許文献2に記載の回転電機制御装置は、コンデンサに残った電荷を放電可能な構成を備えている。
(第1実施形態)
図1に示すように、本発明の第1実施形態による回転電機制御装置1は、回転電機としてのモータ10を駆動制御するものである。回転電機制御装置1は、モータ10とともに、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。
インバータ部20は、3相インバータであり、巻線組18のUコイル11、Vコイル12、Wコイル13のそれぞれへの通電を切り替えるべく、6つのスイッチング素子21〜26がブリッジ接続されている。スイッチング素子21〜26は、本実施形態においては、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。以下、スイッチング素子21〜26を、MOS21〜26という。
マイコン70は、電源リレー81、MOS21〜26のそれぞれに接続している。図1では、図が煩雑になることを避けるため、マイコン70と電源リレー81、MOS21〜26等とのそれぞれの接続線については省略している。また、マイコン70にはイグニッション電源71が接続されている。車両の操作者がイグニッションキーをオンにすると、イグニッション電源71からマイコン70に電力が供給され、マイコン70による種々の処理が開始される。
なお、電流検出部40、端子電圧検出部50、コンデンサ電圧検出部55、および、位置センサ79とマイコン70とを接続する制御線は、煩雑になることを避けるため図1においては省略した。
S101では、マイコン70は、コンデンサ60の電荷のディスチャージ(放電)が必要か否かを判断する。具体的には、コンデンサ電圧検出部55により検出されたコンデンサ60の電圧値に基づき、当該電圧値が所定値以上の場合、「ディスチャージ要」と判断する。コンデンサ60の電荷のディスチャージが必要であると判断した場合(S101:Y)、処理はS102へ移行する。一方、ディスチャージは不要であると判断した場合(S101:N)、処理はS120へ移行する。
Vu≠Vc×(RupC+RdownC)/RdownC×RdownU/(RupU+RdownU+Rpullup)・・・式1
Vv≠Vc×(RupC+RdownC)/RdownC×RdownV/(RupV+RdownV+Rpullup)・・・式2
Vw≠Vc×(RupC+RdownC)/RdownC×RdownW/(RupW+RdownW+Rpullup)・・・式3
モータ10の回転速度が所定値以下で、かつ、上記式1〜3のすべてが満たされている場合、上MOS21〜23にはショート故障が生じていないと判断し(S104:Y)、処理はS105へ移行する。一方、上記式1〜3のいずれかが満たされていない場合、上MOS21〜23のいずれかにショート故障が生じていると判断し(S104:N)、S100の処理を抜ける。なお、故障判定は式1〜3より判定されるが、抵抗の温度特性やばらつきを含めた範囲内に収まるかどうかで故障/正常の判断を行う。
本発明の第2実施形態による回転電機制御装置を図3に示す。第2実施形態は、高電位側抵抗器に加え、低電位側抵抗器も備える点で、第1実施形態と異なる。
図4(A)は、第1実施形態(プルアップ抵抗90のみ)の「正常時」の等価回路を示す図である。図4(B)は、第1実施形態(プルアップ抵抗90のみ)の「上MOSがショート故障しているとき」の等価回路を示す図である。図4(C)は、第2実施形態(プルアップ抵抗90およびプルダウン抵抗95)の「正常時」の等価回路を示す図である。図4(D)は、第2実施形態(プルアップ抵抗90およびプルダウン抵抗95)の「上MOSがショート故障しているとき」の等価回路を示す図である。ここで、RupV=1k(Ω)、RdownV=1k(Ω)、Rpullup=100(Ω)、Rpulldown=1k(Ω)、1k=1000、コンデンサ60の電圧をVC(=Vc×(RupC+RdownC)/RdownC)とする。
VC×RdownV/(RupV+RdownV+Rpullup)
=VC×1k/(1k+1k+100)=VC×10/21・・・式4
図4(B)から、第1実施形態の「上MOSがショート故障しているとき」のV相の端子電圧は、
VC×RdownV/(RupV+RdownV)
=VC×1/2・・・式5
よって、第1実施形態において、「上MOSがショート故障しているときの端子電圧」と「正常時の端子電圧」との差は、
VC×1/2−VC×10/21≒0.024VC・・・式6
VC×Rg/(Rg+Rpullup)×RdownV/(RupV+RdownV)
=VC×2k/3/(2k/3+100)×1k/(1k+1k)
=VC×2000/2300×1/2=VC×10/23・・・式7
∵Rg=1/{1/(RupV+RdownV)+1/Rpulldown}
=1/{1/(1k+1k)+1/1k}=2k/3・・・式8
図4(D)から、第2実施形態の「上MOSがショート故障しているとき」のV相の端子電圧は、
VC×Rdown/(RupV+RdownV)
=VC×1k/(1k+1k)=VC×1/2・・・式9
よって、第2実施形態において、「上MOSがショート故障しているときの端子電圧」と「正常時の端子電圧」との差は、
VC×1/2−VC×10/23≒0.065VC・・・式10
0.024VC<0.065VC・・・式11
よって、第1実施形態に比べ、第2実施形態のほうが「上MOSがショート故障しているときの端子電圧」と「正常時の端子電圧」との差が大きいことがわかる。
本発明の第3実施形態の回転電機制御装置を図5に示す。第3実施形態は、複数系統の電力変換器を備える点で第1実施形態と異なる。なお、図5では、煩雑になることを避けるため、制御部、電流検出手段、端子電圧検出手段、コンデンサ電圧検出手段等の図示を省略している。
本実施形態では、モータ10は、巻線組18を構成するUコイル11、Vコイル12、および、Wコイル13、ならびに巻線組19を構成するUコイル14、Vコイル15、および、Wコイル16を有する。すなわち、モータ10は2つの巻線組からなるモータである。
このように、インバータ部30側に高電位側抵抗器を備えない構成でも、インバータ部20側の高電位側抵抗器(プルアップ抵抗90)を経由させることでコンデンサ61の電荷を放電することができる。
本発明の第4実施形態の回転電機制御装置を図6に示す。第4実施形態は、インバータ部20側に加え、インバータ部30側にも電源リレーおよび高電位側抵抗器を備える点で第3実施形態と異なる。なお、図6では、煩雑になることを避けるため、制御部、電流検出手段、端子電圧検出手段、コンデンサ電圧検出手段等の図示を省略している。
また、本実施形態では、巻線組19のV相の巻線であるVコイル15と上母線4とを接続するようにして、高電位側抵抗器としてのプルアップ抵抗91が設けられている。
電流検出手段の数および配置に関し、本発明の他の実施形態を図7(B)〜(H)に示す。図7(A)は、第1実施形態の回転電機制御装置1に関し、電流検出手段(U電流検出部41、V電流検出部42、W電流検出部43)の配置を簡略化して示したものである。図7(B)および(C)に示すように、電流検出手段(U電流検出部41、V電流検出部42、W電流検出部43)は、上MOS21〜23の高電位側、あるいは巻線組18の近傍に配置される構成としてもよい。また、図7(D)、(E)および(F)に示すように、電流検出手段を2つ(U電流検出部41、V電流検出部42)配置する構成としてもよい。さらに、図7(G)および(H)に示すように、電流検出手段を1つ(電流検出部45)のみ配置する構成としてもよい。図7(A)、(B)、(D)、(E)、(G)、(H)に示す構成の場合、ディスチャージ中の電流を検出可能なため、ディスチャージ中の回路の異常を検知することができる(上記S107の処理の説明参照)。
また、本発明は、Y結線のモータだけでなくΔ結線のモータに対しても適用することができる。
さらに、構成上の阻害要因がない限り、上述の実施形態は適宜組み合わせることができる。
Claims (9)
- 複数の相または端子に対応する巻線から構成される巻線組を有し、電源から供給される電力により駆動する回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記巻線の各相または各端子に対応し前記電源の高電位側に配置された高電位側スイッチング素子および低電位側に配置された低電位側スイッチング素子によりスイッチング素子対をなす複数のスイッチング素子を有し、前記回転電機へ供給する電力を変換する電力変換器と、
前記電源と前記電力変換器との間に設けられるコンデンサと、
前記回転電機の前記複数の相または端子のうちの所定の相または端子と前記電源の高電位側とを接続する高電位側抵抗器と、
前記電源と前記コンデンサおよび前記回転電機との間の電流の流れを許容または遮断可能な電源リレーと、
前記電源リレーの作動を制御するとともに、前記スイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることで前記回転電機の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記回転電機を始動する前、前記電流の流れが遮断されるよう前記電源リレーが制御された状態において、
前記所定の相または端子の前記低電位側スイッチング素子をオンすることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記高電位側抵抗器を経由して前記電源の低電位側に放電することを特徴とする回転電機制御装置。 - 前記所定の相または端子と前記電源の低電位側とを接続する低電位側抵抗器をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 複数の相または端子に対応する巻線から構成される巻線組を有し、電源から供給される電力により駆動する回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
前記巻線組ごとに設けられ、前記巻線の各相または各端子に対応し前記電源の高電位側に配置された高電位側スイッチング素子および低電位側に配置された低電位側スイッチング素子によりスイッチング素子対をなす複数のスイッチング素子を有し、前記回転電機へ供給する電力を変換する電力変換器と、
前記電源と前記電力変換器との間に設けられるコンデンサと、
前記回転電機の前記複数の相または端子のうちの所定の相または端子と前記電源の低電位側とを接続する低電位側抵抗器と、
前記電源と前記コンデンサおよび前記回転電機との間の電流の流れを許容または遮断可能な電源リレーと、
前記電源リレーの作動を制御するとともに、前記スイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることで前記回転電機の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記回転電機を始動する前、前記電流の流れが遮断されるよう前記電源リレーが制御された状態において、
前記所定の相または端子の前記高電位側スイッチング素子をオンすることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記低電位側抵抗器を経由して前記電源の低電位側に放電することを特徴とする回転電機制御装置。 - 前記所定の相または端子と前記電源の高電位側とを接続する高電位側抵抗器をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の回転電機制御装置。
- 前記巻線の各相の端子の電圧を検出可能な端子電圧検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記端子電圧検出手段により検出された電圧に基づき前記巻線の異常を検出可能であることを特徴とする請求項1、2または4に記載の回転電機制御装置。 - 前記コンデンサの電圧を検出可能なコンデンサ電圧検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記回転電機を始動する前、前記電流の流れが遮断されるよう前記電源リレーが制御された状態において、
前記コンデンサ電圧検出手段により検出された前記コンデンサの電圧が所定値以上の場合、
前記高電位側スイッチング素子のすべてが非導通状態であることを確認した後、
前記所定の相または端子の前記低電位側スイッチング素子をオンすることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記高電位側抵抗器を経由して前記電源の低電位側に放電することを特徴とする請求項1、2または5に記載の回転電機制御装置。 - 前記コンデンサの電圧を検出可能なコンデンサ電圧検出手段をさらに備え、
前記制御部は、前記回転電機を始動する前、前記電流の流れが遮断されるよう前記電源リレーが制御された状態において、
前記コンデンサ電圧検出手段により検出された前記コンデンサの電圧が所定値以上の場合、
前記低電位側スイッチング素子のすべてが非導通状態であることを確認した後、
前記所定の相または端子の前記高電位側スイッチング素子をオンすることで、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記低電位側抵抗器を経由して前記電源の低電位側に放電することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。 - 前記電力変換器は、複数の系統からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
前記回転電機と、を備えた電動パワーステアリング装置。
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