JP5590077B2 - 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
(第1実施形態)
これにより、運転者がハンドル101を回転させると、ハンドル101に接続されたステアリングシャフト102が回転し、ステアリングシャフト102の回転運動は、ピニオンギア106によってラック軸107の直線運動に変換され、ラック軸107の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪108が操舵される。
この構成により、電動パワーステアリング装置109は、トルクセンサ104および車速センサ105等からの信号に基づき、ハンドル101の操舵を補助するための操舵アシストトルクをモータ2から発生し、ステアリングシャフト102に伝達する。
インバータ部20は、スイッチング素子21〜26を有している。インバータ部20は、3相インバータであり、巻線組14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、適宜、MOS21〜26という。
図1に示すように、対になっているMOS21とMOS24との接続点は、Uコイル11の一端に接続している。また対になっているMOS22とMOS25との接続点は、Vコイル12の一端に接続している。さらにまた、対になっているMOS23とMOS26との接続点は、Wコイル13の一端に接続している。
指令信号生成部31は、トルクセンサ104および車速センサ105等からの信号に基づき、モータ2を駆動するための指令電流を相毎に算出する。そして、当該指令電流に対応する電流がモータ2のUコイル11、Vコイル12、Wコイル13に流れるようMOS21〜26を駆動するために、第1スイッチング素子(MOS21〜23)のオン作動またはオフ作動を指令するための第1オン信号(ON)または第1オフ信号(OFF)を含む第1指令信号、および、第2スイッチング素子(MOS24〜26)のオン作動またはオフ作動を指令するための第2オン信号(ON)または第2オフ信号(OFF)を含む第2指令信号を相毎に生成する。
以下、合成信号生成部41、42、43について詳細に説明する。
合成信号生成部41は、フリップフロップ44、アナログスイッチ45およびOR回路46等を有している。
OR回路46は、論理和回路であり、2つの入力がそれぞれ第1指令信号の信号線、第2指令信号の信号線に接続し、出力がアナログスイッチ45に接続している。そのため、OR回路46は、2つの入力(第1指令信号、第2指令信号)のうち少なくとも一方がオン信号(ON)のとき、オン信号(ON)を出力し、2つの入力のいずれもオフ信号(OFF)のとき、オフ信号(OFF)を出力する。
上記構成により、第1指令信号および第2指令信号に基づき、合成信号生成部41(アナログスイッチ45)から合成信号(Hi、Lo、HiZ)が出力される。すなわち、合成信号生成部41は、指令信号生成部31により生成された第1指令信号および第2指令信号を合成して合成信号を生成する。
配線51、52、53は、例えば銅等の金属導線であり、それぞれ、CPU出力端子32、33、34に対応するよう設けられている。配線51、52、53は、それぞれ、一端がCPU出力端子32、33、34のそれぞれに電気的に接続される。
IC入力端子61、62、63は、CPU出力端子32、33、34に対応して設けられている。IC入力端子61、62、63には、配線51、52、53の他端のそれぞれが電気的に接続される。IC入力端子61、62、63には、それぞれ、配線51、52、53を経由してCPU出力端子32、33、34から合成信号(Hi、Lo、HiZ)が入力される。
以下、ゲート信号生成部71、72、73について詳細に説明する。
ゲート信号生成部71は、抵抗74〜78、コンパレータ81、82、レベルシフト回路83、84等を有している。
抵抗76、77、78は、この順番で直列に接続され、抵抗76の抵抗77とは反対側には例えば5Vの電圧が印加されている。抵抗78の抵抗77とは反対側は、グランドに接続されている。
コンパレータ81の非反転入力(+)とIC入力端子61とは、入力線85により電気的に接続されている。ここで、抵抗74と抵抗75との接続点は、入力線85に電気的に接続されている。また、抵抗76と抵抗77との接続点とコンパレータ81の反転入力(−)とは、入力線86により電気的に接続されている。また、抵抗77と抵抗78との接続点とコンパレータ82の非反転入力(+)とは、入力線87により電気的に接続されている。さらに、入力線85とコンパレータ82の反転入力(−)とは、入力線88により電気的に接続されている。
また、抵抗76、77、78それぞれの抵抗値は、抵抗76と抵抗77との接続点の電圧が例えば4.5V、抵抗77と抵抗78との接続点の電圧が例えば1.5Vとなるよう設定されている。
また、CPU出力端子32から配線51を経由してIC入力端子61に合成信号(Lo:0V)が入力されると、ゲート信号生成部71のコンパレータ81の出力から信号Loが出力されてレベルシフト回路83から第1ゲート信号OFFが出力され、コンパレータ82の出力から信号Hiが出力されてレベルシフト回路84から第2ゲート信号ONが出力される。
また、CPU出力端子32から配線51を経由してIC入力端子61に合成信号(HiZ:2.5V)が入力されると、ゲート信号生成部71のコンパレータ81の出力から信号Loが出力されてレベルシフト回路83から第1ゲート信号OFFが出力され、コンパレータ82の出力から信号Loが出力されてレベルシフト回路84から第2ゲート信号OFFが出力される。
第2IC出力端子92、94、96は、それぞれ、ゲート信号生成部71、72、73のレベルシフト回路84に電気的に接続されるようにして設けられている。これにより、第2IC出力端子92、94、96は、それぞれ、ゲート信号生成部71、72、73により生成された第2ゲート信号(ON、OFF)を出力する。
図3(B)は、ドライバIC60のIC入力端子61に印加される電圧すなわち合成信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。図3(C)は、ドライバIC60のIC出力端子91から出力されU上MOS21のゲートに入力される第1ゲート信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。図3(D)は、ドライバIC60のIC出力端子92から出力されU下MOS24のゲートに入力される第2ゲート信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。
時刻t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6、t7〜t8の期間は、合成信号がHiZ(2.5V)のため、第1ゲート信号および第2ゲート信号は共にOFFとなる。そのため、U上MOS21およびU下MOS24は共にオフ作動する(オフ状態となる)。なお、この期間を「デッドタイム」という(図3(E)参照)。
以上、U相のスイッチング素子(U上MOS21、U下MOS24)の作動について説明したが、他の相のスイッチング素子(V上MOS22、V下MOS25、W上MOS23、W下MOS26)の作動についても同様である。
上述のように、本実施形態では、スイッチング素子(MOS21〜26)の作動に関し、スイッチング素子対27、28、29毎にデッドタイムを設定している。これにより、モータ2のトルクリップルを抑制しつつ、モータ2を高精度に制御することができる。
比較例による回転電機制御装置は、上述の第1実施形態と同様、インバータ部20、CPU30、ドライバIC60等を備えている。しかしながら、比較例では、第1実施形態と異なり、CPU30は、合成信号生成部41、42、43を有していない。また、ドライバIC60はゲート信号生成部71、72、73を有するものの、ゲート信号生成部71、72、73は、抵抗74〜78、コンパレータ81、82を有していない。
図5(B)は、ドライバIC60のIC入力端子61に印加される電圧すなわち第1信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。図5(C)は、ドライバIC60のIC出力端子91から出力されU上MOS21のゲートに入力される第1ゲート信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。図5(D)は、ドライバIC60のIC入力端子62に印加される電圧すなわち第2信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。図5(E)は、ドライバIC60のIC出力端子92から出力されU下MOS24のゲートに入力される第2ゲート信号の時間の経過に伴う変化を示したものである。
時刻t1〜t2、t3〜t4、t5〜t6、t7〜t8の期間は、第1信号および第2信号が共にLo(0V)のため、第1ゲート信号および第2ゲート信号は共にOFFとなる。そのため、U上MOS21およびU下MOS24は共にオフ作動する(オフ状態となる)。つまり、この期間は「デッドタイム」である(図5(F)参照)。
以上、比較例におけるU相のスイッチング素子(U上MOS21、U下MOS24)の作動について説明したが、他の相のスイッチング素子(V上MOS22、V下MOS25、W上MOS23、W下MOS26)の作動についても同様である。
本発明の第2実施形態による回転電機制御装置について、図6に基づき説明する。第2実施形態は、CPU30の内部構成が第1実施形態と異なる。
XOR回路47は、排他的論理和回路であり、2つの入力(第1指令信号、第2指令信号)のうちいずれか一方がオン信号(ON)のとき、オン信号(ON)を出力し、2つの入力のいずれもオン信号(ON)またはオフ信号(OFF)のとき、オフ信号(OFF)を出力する。
上述の実施形態では、3相ブラシレスモータに回転電機制御装置を適用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、2つの相、または、4つ以上の相に対応する巻線を有するブラシレスモータに回転電機制御装置を適用してもよい。この場合、CPUとドライバICとの間のCPU出力端子、配線およびIC入力端子の数を、それぞれ巻線の相の数と同じにすることができる。
また、本発明は、電動パワーステアリング装置用の回転電機以外の回転電機(電動機および発電機)を制御する回転電機制御装置として適用することもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。
20 ・・・インバータ部(電力変換器)
21、22、23 ・・・MOS(第1スイッチング素子)
24、25、26 ・・・MOS(第2スイッチング素子)
27、28、29 ・・・スイッチング素子対
30 ・・・CPU
31 ・・・指令信号生成部
32、33、34 ・・・CPU出力端子
41、42、43 ・・・合成信号生成部
51、52、53 ・・・配線
60 ・・・ドライバIC
61、62、63 ・・・IC入力端子
71、72、73 ・・・ゲート信号生成部
91、93、95 ・・・第1IC出力端子
92、94、96 ・・・第2IC出力端子
Claims (3)
- 複数の相または端子に対応する巻線(11、12、13)から構成される巻線組(14)を有する回転電機(2)の駆動を制御する回転電機制御装置(1)であって、
前記巻線の各相または各端子に対応し電源(3)の高電位側に配置された第1スイッチング素子(21、22、23)および低電位側に配置された第2スイッチング素子(24、25、26)によりスイッチング素子対(27、28、29)をなす複数のスイッチング素子(21、22、23、24、25、26)を有し、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子がオンオフ作動することにより、前記電源から前記回転電機へ供給する電力を変換する電力変換器(20)と、
前記第1スイッチング素子のオン作動またはオフ作動を指令するための第1オン信号または第1オフ信号を含む第1指令信号、および、前記第2スイッチング素子のオン作動またはオフ作動を指令するための第2オン信号または第2オフ信号を含む第2指令信号を生成する指令信号生成部(31)、
前記巻線の各相または各端子に対応するよう複数設けられ前記指令信号生成部により生成された前記第1指令信号および前記第2指令信号を合成して合成信号を生成する合成信号生成部(41、42、43)、ならびに、
前記合成信号生成部に対応するよう複数設けられ前記合成信号生成部により生成された前記合成信号を出力するCPU出力端子(32、33、34)を有するCPU(30)と、
一端が前記CPU出力端子のそれぞれに電気的に接続されるよう前記CPU出力端子に対応して複数設けられる配線(51、52、53)と、
前記CPU出力端子に対応して複数設けられ、複数の前記配線の他端のそれぞれが電気的に接続され、前記合成信号が入力されるIC入力端子(61、62、63)、
前記IC入力端子に入力された前記合成信号を分離して前記第1スイッチング素子のゲート信号である第1ゲート信号、および、前記第2スイッチング素子のゲート信号である第2ゲート信号を生成するゲート信号生成部(71、72、73)、
前記ゲート信号生成部により生成された前記第1ゲート信号を出力する第1IC出力端子(91、93、95)、ならびに、
前記ゲート信号生成部により生成された前記第2ゲート信号を出力する第2IC出力端子(92、94、96)を有し、
前記第1IC出力端子から前記第1スイッチング素子に前記第1ゲート信号を出力することで前記第1スイッチング素子をオンオフ作動させ、前記第2IC出力端子から前記第2スイッチング素子に前記第2ゲート信号を出力することで前記第2スイッチング素子をオンオフ作動させるドライバIC(60)と、
を備え、
前記指令信号生成部は、前記第1オン信号または前記第1オフ信号と前記第2オン信号または前記第2オフ信号との組み合わせのパターンが、「前記第1オン信号と前記第2オフ信号」、「前記第1オフ信号と前記第2オン信号」、および、「前記第1オフ信号と前記第2オフ信号」の3パターンとなるよう前記第1指令信号および前記第2指令信号を生成することを特徴とする回転電機制御装置。 - 前記指令信号生成部は、前記第1オン信号または前記第1オフ信号と前記第2オン信号または前記第2オフ信号との組み合わせのパターンのうち、「前記第1オフ信号と前記第2オフ信号」の組み合わせのパターンが所定期間中に含まれるよう前記第1指令信号および前記第2指令信号を生成す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。
- 請求項1または2に記載の回転電機制御装置と、
操舵に関するアシストトルクを出力する前記回転電機と、
を備える電動パワーステアリング装置(109)。
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