JP5688689B2 - 電動機駆動装置、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
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化可能な電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
インバータ部は、電動機の巻線組への通電を切り替えるスイッチング素子を有する。第1リレー部は、電源とインバータ部との間に設けられる。第2リレー部は、第1リレー部とインバータ部との間に設けられる。モータリレー部は、インバータ部と電動機の巻線組との間に設けられる。インバータプリドライバ回路は、インバータ部のスイッチング素子毎に設けられ、スイッチング素子を駆動する。第1プリドライバ回路は、第1リレー部を駆動する。第2プリドライバ回路は、第2リレー部およびモータリレー部のオン/オフの切り替えを同じ信号線からの信号により駆動する。制御部は、制御手段および故障検出手段を有する。制御手段は、インバータプリドライバ回路、第1プリドライバ回路または第2プリドライバ回路を介し、インバータ部、第1リレー部、第2リレー部およびモータリレー部の駆動を制御する。故障検出手段は、第1リレー部、第2リレー部、および、モータリレー部の故障を検出する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電動機駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。本実施形態による電動パワーステアリング装置を図1に示す。
ステアリングシャフト92には、ステアリングホイール91に加えられた操舵トルクTqを検出するトルクセンサ94が設けられる。
また、高電位側に配置されるMOS21〜23を「上MOS」といい、グランド側に配置されるMOS24〜26を「下MOS」といい、必要に応じ、「U上MOS21」といった具合に、対応する相や配置を併せて記載する。
V相モータリレー32は、MOS22およびMOS25の接続点とV相コイル12との間に設けられ、ソースがMOS22およびMOS25の接続点側、ドレインがV相コイル12側に接続される。V相モータリレー32は、例えばモータ10が故障したとき、V相インバータ22、25とV相コイル12との間を遮断可能である。
W相モータリレー33は、MOS23およびMOS26の接続点とW相コイル13との間に設けられ、ソースがMOS23およびMOS26の接続点側、ドレインがW相コイル13側に接続される。W相モータリレー33は、例えばモータ10が故障したとき、W相インバータ23、26とW相コイル13との間を遮断可能である。
本実施形態では、電源リレー41および逆接保護リレー42には、寄生素子としての寄生ダイオードを有するMOS21等と同様のMOSFETを用いている。そのため、電力供給源となりうるバッテリ50やコンデンサ49の極性が反対向きに接続された場合に電動機駆動装置2を構成する電子回路を保護すべく、逆接保護リレー42は、その寄生ダイオードの向きが電源リレー41の寄生ダイオードと反対向きとなるように配設される。これにより、双方向の電流を遮断可能である。
電源リレー41と逆接保護リレー42との接続点は、抵抗43を介して接地される。また、電源リレー41と逆接保護リレー42との接続点の電圧は、リレー間電圧Vrとして制御部60によりモニタされる。
以下適宜、グランド側のプルダウン抵抗を「下側プルダウン抵抗」、プルアップ抵抗61、64、67側のプルダウン抵抗を「上側プルダウン抵抗」という。
U相の上側プルダウン抵抗62の抵抗値R12と、V相の上側プルダウン抵抗65の抵抗値R22と、W相の上側プルダウン抵抗68の抵抗値R32とは、等しい。すなわち、R12=R22=R32である。
U相の下側プルダウン抵抗63の抵抗値R13と、V相の下側プルダウン抵抗66の抵抗値R23と、W相の下側プルダウン抵抗69の抵抗値R33とは、等しい。すなわち、R13=R23=R33である。
同様に、V相のプルアップ抵抗64の抵抗値R21と、V相の上側プルダウン抵抗65の抵抗値R22と、V相の下側プルダウン抵抗66の抵抗値R23との比は、4:3:1である。すなわち、R21:R22:R23=4:3:1である。
同様に、W相のプルアップ抵抗67の抵抗値R31と、W相の上側プルダウン抵抗68の抵抗値R32と、W相の下側プルダウン抵抗69の抵抗値R33との比は、4:3:1である。すなわち、R31:R32:R33=4:3:1である。
同様に、V相のプルダウン抵抗65、66を合成抵抗とみなし、この合成抵抗の抵抗値をR24とすると、V相のプルアップ抵抗64の抵抗値R21と、V相のプルダウン抵抗65、66の合成抵抗の抵抗値R24との比は、1:1である。すなわち、R21:R24=1:1である。
同様に、W相のプルダウン抵抗68、69を合成抵抗とみなし、この合成抵抗の抵抗値をR34とすると、W相のプルアップ抵抗67の抵抗値R31と、W相のプルダウン抵抗68、69の合成抵抗の抵抗値R34との比は、1:1である。すなわち、R31:R34=1:1である。
制御部60は、電源リレー41と逆接保護リレー42との間の電圧をリレー間電圧Vrとして取得する。また、制御部60は、U相の上側プルダウン抵抗62と下側プルダウン抵抗63との間の電圧をU相端子電圧相当値MVUcとして取得し、V相の上側プルダウン抵抗65と下側プルダウン抵抗66との間の電圧をV相端子電圧相当値MVVcとして取得し、W相の上側プルダウン抵抗68と下側プルダウン抵抗69との間の電圧をW相端子電圧相当値MVWcとして取得する。
また、制御部60は、プリドライバ回路部70を介し、MOS21〜26、モータリレー31〜33、電源リレー41、および、逆接保護リレー42の駆動を制御する。
インバータプリドライバ回路V相上72は、制御部60に制御され、接続されるV上MOS22を駆動し、オン/オフを切り替える。
インバータプリドライバ回路W相上73は、制御部60に制御され、接続されるW上MOS23を駆動し、オン/オフを切り替える。
インバータプリドライバ回路U相下74は、制御部60に制御され、接続されるU下MOS24を駆動し、オン/オフを切り替える。
インバータプリドライバ回路V相下75は、制御部60に制御され、接続されるV下MOS25を駆動し、オン/オフを切り替える。
インバータプリドライバ回路W相下76は、制御部60に制御され、接続されるW下MOS26を駆動し、オン/オフを切り替える。
第2プリドライバ回路85は、制御部60に制御され、接続されるモータリレー31〜33、および、逆接保護リレー42のオン/オフを切り替える。本実施形態では、モータリレー31〜33および逆接保護リレー42を1つの第2プリドライバ回路85にて駆動するため、モータリレー31〜33および逆接保護リレー42のオン/オフの切り替えは、同時となる。
S104では、リレー間電圧Vrに基づき、逆接保護リレー42のオープン故障を検出する。ここでは、電源リレー41がオフ、逆接保護リレー42がオンとなるように制御されているので、逆接保護リレー42がオープン故障でない場合、プリチャージ回路55側から供給される電力により、リレー間電圧Vrはプリチャージ電圧(本実施形態では6V)以上となる。一方、逆接保護リレー42がオープン故障である場合、リレー間電圧Vrは0Vとなる。これにより、逆接保護リレー42のオープン故障を検出することができる。
S106では、第2プリドライバ回路85を介し、モータリレー31〜33および逆接保護リレー42をオフにする。ここでは、モータリレー31〜33および逆接保護リレー42は、1つの第2プリドライバ回路85により駆動されるので、これらのリレーは同時にオフされることになる。
同様に、V下MOS25を全オンにしたとき、V相モータリレー32がショート故障していなければ、V相端子電圧MVVが0V、U相端子電圧MVUおよびW相端子電圧MVWが電源電圧×0.5となり、V相モータリレー32がショート故障していると、U相端子電圧MVU、V相端子電圧MVV、および、W相端子電圧MVWが略0Vとなる。
また同様に、W下MOS26を全オンにしたとき、W相モータリレー33がショート故障していなければ、W相端子電圧MVWが0V、U相端子電圧MVUおよびV相端子電圧MVVが電源電圧×0.5となり、W相モータリレー33がショート故障していると、U相端子電圧MVU、V相端子電圧MVV、および、W相端子電圧MVWが略0Vとなる。
これにより、モータリレー31〜33のショート故障を検出することができる。
同様に、V下MOS25を全オンにすると、V相モータリレー32がオープン故障していなければ、U相端子電圧MVU、V相端子電圧MVV、および、W相端子電圧MVWが略0Vとなり、V相モータリレー32がオープン故障していると、V相端子電圧MVVが0V、U相端子電圧MVUおよびW相端子電圧MVWが電源電圧×0.5となる。
また同様に、W下MOS26を全オンにすると、W相モータリレー33がオープン故障していなければ、U相端子電圧MVU、V相端子電圧MVV、および、W相端子電圧MVWが略0Vとなり、W相モータリレー33がオープン故障していると、W相端子電圧MVWが0V、U相端子電圧MVUおよびV相端子電圧MVVが電源電圧×0.5となる。
これにより、モータリレー31〜33のオープン故障を検出することができる。
また、電源リレー41および逆接保護リレー42の寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように配設されており、双方向の電流を遮断可能であるので、電力供給源(本実施形態では、バッテリ50やコンデンサ49)の極性が誤って逆向きに接続されたとしても、電動機駆動装置2を構成する電子回路を保護することができる。
これにより、運転者によりイグニッションスイッチ52がオフされた場合であっても、電源リレー41がオンされていれば制御部60への電力供給が継続されるので、制御部60が突然の電源失陥に陥ることがなく、所定の終了処理を確実に実施することができる。
本発明の第2実施形態による電動機駆動装置を図4および図5に基づいて説明する。なお、第1実施形態と実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の電動機駆動装置3は、モータ110の駆動を制御する。モータ110は、2つの巻線組121、122を有する。具体的には、モータ110は、U1コイル111、V1コイル112、および、W1コイル113から構成される第1巻線組121と、U2コイル114、V2コイル115、および、W2コイル116から構成される第2巻線組122と、を有する。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、インバータ部のスイッチング素子、モータリレー、電源リレー、および、逆接保護リレーにMOSFETを用いていた。他の実施形態では、他の半導体素子や機械接点式リレー等を用いてもよい。また、インバータ部のスイッチング素子、モータリレー、電源リレー、および、逆接保護リレーに、それぞれ異なる種類の半導体素子やリレーを用いてもよい。また、半導体素子に寄生する寄生素子は、寄生ダイオードに限らず、寄生サイリスタ等でもよい。さらにまた、電源リレーおよび逆接防止リレーが例えば機械接点式リレーである場合、第1プリドライバ回路および第2プリドライバ回路を共通化し、1つのプリドライバ回路により構成してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
2、3・・・電動機駆動装置
10・・・モータ(電動機)
20・・・インバータ部
30・・・モータリレー部
41・・・電源リレー(第1リレー部)
42・・・逆接保護リレー(第2リレー部)
60・・・制御部
81・・・第1プリドライバ回路
85・・・第2プリドライバ回路
Claims (6)
- 電動機(10、110)の巻線組(15、121、122)への通電を切り替えるスイッチング素子(21〜26)を有するインバータ部(20)と、
電源(50)と前記インバータ部との間に設けられる第1リレー部(41)と、
前記第1リレー部と前記インバータ部との間に設けられる第2リレー部(42)と、
前記インバータ部と前記電動機の前記巻線組との間に設けられるモータリレー部(30)と、
前記インバータ部の前記スイッチング素子毎に設けられ、前記スイッチング素子を駆動するインバータプリドライバ回路(71〜76)と、
前記第1リレー部を駆動する第1プリドライバ回路(81)と、
前記第2リレー部および前記モータリレー部のオン/オフの切り替えを同じ信号線からの信号により駆動する第2プリドライバ回路(85)と、
前記インバータプリドライバ回路、前記第1プリドライバ回路または前記第2プリドライバ回路を介し、前記インバータ部、前記第1リレー部、前記第2リレー部および前記モータリレー部の駆動を制御する制御手段、および、前記第1リレー部、前記第2リレー部、および、前記モータリレー部の故障を検出する故障検出手段を有する制御部(60)と、
を備えることを特徴とする電動機駆動装置(2、3)。 - 前記第1リレー部および前記第2リレー部は、寄生素子を有する半導体素子であり、
前記第1リレー部は、前記電源から前記インバータ部側への電力の供給を遮断可能な電源リレーであり、
前記第2リレー部は、当該第2リレー部の前記寄生素子が前記第1リレー部の前記寄生素子と逆向きとなるように配設される逆接保護リレーであることを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。 - 前記制御部は、前記第1リレー部と前記第2リレー部との間から電力が供給可能に構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。
- 前記第1リレー部および前記第2リレー部と並列に接続されるイグニッションスイッチ(52)の前記インバータ部側、または、前記第1リレー部と前記第2リレー部との間から電力が供給されるOR回路部(57、58)を備え、
前記制御部は、前記OR回路部を経由して電力が供給可能に構成されることをと特徴とする請求項3に記載の電動機駆動装置。 - 前記電動機(110)は、複数の前記巻線組(121、122)を有し、
前記インバータ部、前記第1リレー部、前記第2リレー部、前記モータリレー部、前記インバータプリドライバ回路、前記第1プリドライバ回路、および、前記第2プリドライバ回路は、前記巻線組毎に設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。 - 前記電動機と、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動機駆動装置と、
を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置(1)。
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