JP6252362B2 - 駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、交流回転電機を駆動する駆動システムに関する。

近年、車両の基本機能を担うシステムについて、故障等に対するシステムの冗長性が強く求められている。
例えば、欧州を中心として市場に投入されている一部の車両には、２個の直流電源、特に従来の１２Ｖとそれよりも高い定格電圧とによる２電源系を構築したものが存在する。高い定格電圧を用いる理由には、自動車の電動化と半導体の進化が進み、電気容量の大きな電気装置が搭載されるようになり、従来の１２Ｖ系電源だけでは対応しきれなくなってきているという事情がある。

引用文献１には、定格電圧の異なる２電源系に対応した電動パワーステアリング装置が開示されている。引用文献１では、電動パワーステアリング装置の操舵アシスト用モータを定格電圧の異なる第１電源および第２電源に並列に接続して、いずれか一方の電源から選択的にモータに電力供給している。通常時には第１電源が電力供給を行い、第１電源の異常時には第２電源が電力供給を行うことにより、操舵アシスト用モータの冗長性が確保されている。

特開２００７−３２６３７９号公報

ところで、車両に登載される交流モータには、電動パワーステアリング装置の操舵アシスト用モータ（以下、ＥＰＳ用モータと称する）の他に、スタータおよびジェネレータの機能を兼ね備えたモータジェネレータが存在する。一般的には、ＥＰＳ用モータの定格出力が５００Ｗ程度であるのに対し、モータジェネレータの定格出力は３〜４ｋＷ程度である。よって、ＥＰＳ用モータの定格電圧は１２Ｖに設計されるのに対し、モータジェネレータの定格電圧は、過電流が流れることのないように３６Ｖや４８Ｖに設計される。

これらのモータジェネレータおよびＥＰＳ用モータは、直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するインバータによって駆動される。インバータは複数のスイッチング素子から構成されており、スイッチング素子には、その動作機能を制限する最大許容値としての最大定格が定められている。この最大定格には、電流の最大定格（以下、最大定格電流）および電源電圧に対する最大定格（以下、最大定格電圧）が含まれており、これらはスイッチング素子の仕様を決定する。

ここで、本発明者は、モータジェネレータおよびＥＰＳ用モータを含む駆動システムにおいて、ＥＰＳ用モータの冗長性のために定格電圧の異なる２電源系を構築することを検討したところ、以下の新規な課題を見いだしている。

すなわち、従来の思想によれば、定格出力が異なるＥＰＳ用モータとモータジェネレータとの間では、それぞれを駆動するインバータのスイッチング素子の仕様は異なることが常套である。しかしながら、車両用交流モータであるＥＰＳ用モータとモータジェネレータとの間で、インバータのスイッチング素子の仕様が異なる場合、その部品管理が煩雑になり、コストがかかる。

また、定格電圧が互いに異なる２電源系では、単純に機器を２つの電源に接続するのみでは問題が生じることがある。例えば、低圧側の電源用に設計された機器では、高圧側の電源を単に接続しても機器の内部インピーダンスが小さいために過大電流が流れ込み、機器が破損する可能性がある。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ＥＰＳ用モータおよびモータジェネレータを備える駆動システムであって、定格電圧の異なる２つの電源によりＥＰＳ用モータの冗長性を確保しつつ、部品管理を容易にする駆動システムを提供することにある。

本発明の駆動システムは、互いに定格電圧が異なる２つの直流電源であって相対的に定格電圧が高い方の第１電源および相対的に定格電圧が低い方の第２電源と、第１回転電機と、第１インバータ部と、第２交流回転電機と、第２インバータ部と、電源切替手段とを備える。
第１交流回転電機は、内燃機関を始動させるためのトルクを発生する。第１インバータ部は、第１群のスイッチング素子から構成され、第１電源から供給される電力を変換して第１回転電機に電力を供給する。
第２交流回転電機は、操舵を補助するためのアシストトルクを発生する。第２インバータ部は、複数のスイッチング素子から構成され、第１電源又は第２電源から供給される電力を変換して第２回転電機に電力を供給する。
電源切替手段は、第１電源および第２電源のいずれか一方を選択的に第２インバータ部に接続することができる。第１インバータ部および第２インバータ部は、電源切替手段に互いに並列に接続されている。

上記構成では、第１電源および第２電源のうち、第２交流回転電機に接続された一方の電源が電力供給できなくなったとき、電源切替手段によって、当該一方の電源に換えて、他方の電源を第２交流回転電機に接続することができる。

また、本発明では、第２インバータ部を構成する第２群のスイッチング素子は、第１インバータ部を構成する第１群のスイッチング素子と、最大定格電圧および最大定格電流が等しい。
ここで、内燃機関を始動させるための第１交流回転電機は、操舵を補助するための第２交流回転電機よりも電気定格が大きい。このため第２交流回転電機が第１電源および第２電源のいずれに接続されるとしても、第２交流回転電機には、第１交流回転電機の同程度以下の電流が流れる。よって、上記構成によれば、第２群のスイッチング素子に、その最大定格電流よりも大きい電流が流れることが抑制される。これにより、定格電圧の異なる２つの電源によって第２交流回転電機に対する電力供給の冗長性を実現することができる。
また、第１インバータ部と第２インバータ部との間でスイッチング素子の仕様を共通化することができるため、部品管理を容易にすることができる。

なお、スイッチング素子の間で最大定格電圧又は最大定格電流が「等しい」とは、当業者の技術常識の範囲で等しいと判断されるものを含み、メーカーや品番の異なる「相当品」であってもよく、かつ、数値が厳密に一致することを要しない。例えば、比較される２つの数値の間で、一方が他方の２倍以内かつ１／２以上の数値であればよい。
また、最大定格電圧とは、スイッチング素子に入力される電源電圧の最大定格（耐電圧）を意味し、最大定格電流とは、電流の最大定格を意味する。

また、本発明の第１態様の駆動システムでは、第１群のスイッチング素子および第２群のスイッチング素子の最大定格電圧は、第１電源に合わせて設定されている。
上記構成によれば、電源を降圧せずとも、第２群のスイッチング素子に、その最大定格電圧よりも大きい電圧が印加されることが抑制される。よって、定格電圧の異なる２つの電源によって第２交流回転電機に対する電力供給の冗長性を、より簡単に実現することができる。
また、本発明の第１態様では、第２交流回転電機の最大定格電圧は、第２電源に合わせて設定されている。
また、本発明の第２態様では、第１電源の電圧をＶＨとし、第２電源の電圧をＶＬとし、１≦ｋ≦２とすると、第２インバータ部が第１電源に接続されているとき、第２群のスイッチング素子の導通率の上限値は、ｋ×ＶＬ／ＶＨに制限されている。

本発明の第１実施形態による駆動システムを適用したエンジンおよび電動パワーステアリング装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態による駆動システムを示す図である。 図２の電源切替部の内部構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による電源切替部の内部構成を示す図である。 図４に示す電源切替部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態による駆動システムを示す図である。 図６に示す直流電圧変換器の内部構成を示す図である。 本発明の第４実施形態による駆動システムを示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による駆動システムについて、図面を参照して説明する。
図１に示すように、駆動システム１００は、モータジェネレータ２０および電動パワーステアリング装置４の電動モータ４１を含んだ車両用電気系システムに適用される。

まず、本実施形態の駆動システム１００の概要について図１を参照して説明する。図１に示すように、駆動システム１００は、モータジェネレータ２０、モータジェネレータ（ＭＧ）用インバータ部２２、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用モータ４１、ＥＰＳ用インバータ部４２、２つの電源６，７、および電源切替部８を備えている。

「第１交流回転電機」としてのモータジェネレータ２０は、「内燃機関」としてのエンジン３を始動させるためのトルクを発生するスタータ機能、および、エンジン３から伝達されるトルクによる回生動作によって発電するジェネレータ機能を兼ね備えた交流モータである。モータジェネレータ２０は、エンジン３のクランク軸にベルト２４を介してトルク伝達結合されている。なお、ベルト２４はギアチェーン等であってもよい。
ＭＧ用インバータ部２２は、モータジェネレータ２０を制御可能であり、モータジェネレータ２０に一体に搭載されている。

「第２交流回転電機」としてのＥＰＳ用モータ４０は、車両のステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置４を構成する要素であり、操舵アシストトルクを発生する交流モータである。ＥＰＳ用モータ４０は、ベルト４６を介してラック軸５２にトルク伝達結合されている。なお、ベルト５１はギアチェーン等であってもよい。
ＥＰＳ用インバータ部４２は、ＥＰＳ用モータ４０を制御可能であり、ＥＰＳ用モータ４０に一体に搭載されている。

なお、ＭＧ用インバータ部２２およびＥＰＳ用インバータ部４２をモータジェネレータ２０およびＥＰＳ用モータ４０にそれぞれ搭載する方法等は、周知の実装技術を採用すればよい。

２つの電源６、７は、互いに定格電圧の異なる直流電源である。「第１電源」としての電源６は、例えば４８Ｖの定格電圧のリチウム電池であり、以下では４８Ｖ系電源６と称する。また、「第２電源」としての電源７は、例えば１２Ｖの定格電圧の鉛蓄電池であり、以下では１２Ｖ系電源７と称する。

モータジェネレータ２０には、４８Ｖ系電源６から電力が供給される。一方、ＥＰＳ用モータ４０には、電源切替部８を介して、４８Ｖ系電源６および１２Ｖ系電源７のいずれか一方から電力が供給される。

「電源切替手段」としての電源切替部８は、２つの電源６、７とＥＰＳ用インバータ部４２との間に設けられている。電源切替部８は、詳細は後述するが、４８Ｖ系電源６および１２Ｖ系電源７のいずれか一方を選択的にＥＰＳ用インバータ部４２に接続することができる。

次に、図２を参照して、駆動システム１００における電気回路を説明する。

モータジェネレータ２０は、三相交流ブラシレスモータであり、三相Ｙ結線された固定子巻線２１１、２１２、２１３による巻線組２１を有する。巻線組２１は、定格電圧が４８Ｖに設定されており、定格電流が１００Ａｒｍｓ程度に設定されている。また、その電気容量は４．８ｋＶＡ程度に設定されている。

ＥＰＳ用モータ４０は、三相交流ブラシレスモータであり、三相Ｙ結線された固定子巻線４１１、４１２、４１３による巻線組４１を有する。巻線組４１は、定格電圧が１２Ｖに設定されており、定格電流が１００Ａｒｍｓ程度に設定されている。また、その電気容量は１．２ｋＶＡ程度に設定されている。

なお、モータジェネレータ２０およびＥＰＳ用モータ４０に関する他の構成は、周知の通りである。例えば、巻線組２１又は４１が巻かれた固定子の内側には、永久磁石を装着した回転子が空隙を介して回転自在に搭載されており、固定子と回転子の空隙間での電磁作用によりトルクを発生する。

ＭＧ用インバータ部２２では、「第１群の」６個の半導体スイッチング素子２２１〜２２６がブリッジ接続されて三相インバータを構成している。半導体スイッチング素子２２１〜２２６を、以下、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６と称する。ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６は、例えばＭＯＳＦＥＴ、すなわち金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６は、モータジェネレータ２０への通電が可能であるように、定格電圧が４８Ｖであり、定格電流が１００Ａｒｍｓである。

ＥＰＳ用インバータ部４２では、「第２群の」６個の半導体スイッチング素子４２１〜４２６がブリッジ接続されて三相インバータを構成している。半導体スイッチング素子４２１〜４２６を、以下、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６と称する。ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６は、例えばＭＯＳＦＥＴ、すなわち金属酸化物半導体電界効果トランジスタである。

ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の最大定格電圧および最大定格電流を含む仕様は、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６の仕様と等しい。すなわち、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６は、最大定格電圧が４８Ｖであり、最大定格電流が１００Ａｒｍｓである。

なお、スイッチング素子の間で最大定格電圧又は最大定格電流が「等しい」とは、当業者の技術常識の範囲で等しいと判断されるものを含み、メーカーや品番の異なる「相当品」であってもよく、かつ、数値が厳密に一致することを要しない。例えば、比較される２つの数値の間で、一方が他方の２倍以内かつ１／２以上の数値であればよい。
また、本明細書で説明するスイッチング素子の仕様について、最大定格電圧とは、スイッチング素子に入力される電源電圧の最大定格（耐電圧）を意味し、最大定格電流とは、電流の最大定格を意味する。

また、ＭＧ用インバータ部２２およびＥＰＳ用インバータ部４２には、それぞれ、供給される電圧の脈動を抑制し、平滑化するためのコンデンサ２３、４５が並列に接続されている。

次に、図３を参照して電源切替部８について説明する。
電源切替部８は、４８Ｖ系電源６からの入力端子８１と、１２Ｖ系電源７からの入力端子８２と、出力端子８３と、各入力端子８１、８２に直列接続された第１ダイオード８４および第２ダイオード８５とを備えている。第１ダイオード８４および第２ダイオード８５は、出力端子８３側にカソードが共通化されるように装着されている。

電源切替部８は、第１ダイオード８４および第２ダイオード８５による電圧ＯＲ回路を構成しており、第１ダイオード８４および第２ダイオード８５のうち、４８Ｖ系電源６に接続された第１ダイオード８４に電流が流れる。すなわち、通常時には、ＥＰＳ用モータ４０への電力供給源として、４８Ｖ系電源６が受動的に選択される。このとき、第２ダイオード８５によって、１２Ｖ系電源７側への電流が逆流することが阻止される。

電源切替部８が４８Ｖ系電源６を選択しているときには、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の制御に際し、その導通率の上限に制限をかける。これにより、ＥＰＳ用モータ４０に過電流が流れることが抑制される。このような制御は周知のＰＷＭ（パルス幅変調）制御により実現できる。また、その制限値は、ｋを１以上２以下の定数とするとき、ｋ×１２／４８であることが好ましい。

一方、４８Ｖ系電源６に異常が発生し、電圧低下や遮断が発生した場合には、電源切替部８による電圧ＯＲ回路は１２Ｖが優勢電位となる。これにより、ＥＰＳ用モータ４０の電源として１２Ｖ系電源７が受動的に選択される。

電源切替部８が１２Ｖ系電源７を選択しているとき、ＥＰＳ用モータ４０の巻線組４１には、その定格電圧（１２Ｖ）と等しい定格電圧の１２Ｖ系電源７が接続されることになる。このため、上述したようなＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の導通率の制限を行わずともよい。

（効果）
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態では、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６およびＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の仕様を共通化している。このため、ＥＰＳ用スイッチング素子２２１〜２２６には、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６に使用する部品を流用できる。よって、部品管理が容易になり、コストが低減される。
また、ＥＰＳ用インバータ部４２が４８Ｖ系電源６および１２Ｖ系電源７のいずれに接続されるとしても、ＥＰＳ用インバータ部４２には、ＭＧ用インバータ部２２に流れる電流と同程度以下の電流が流れる。このため、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６に、その最大定格電流を超える電流が流れることは抑制される。よって、定格電圧の異なる２つの電源６、７によって、ＥＰＳインバータ部４２に対する電力供給の冗長性を実現することができる。

また、本実施形態では、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６およびＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の最大定格電圧は、４８Ｖ系電源６に合わせて設定されている。このため、４８Ｖ系電源６の電圧を降圧せずとも、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６に、その最大定格電圧を超える電圧が印加されることは抑制される。よって、定格電圧の異なる２つの電源６、７によって、ＥＰＳ用インバータ部４２に対する電力供給の冗長性をより簡単に実現することができる。

また、本実施形態では、ＥＰＳ用モータ４０の巻線組４１の定格電圧が１２Ｖ系電源７に合わせて設定されている。
ここで、仮に、ＥＰＳ用モータ４０の巻線組４１の定格電圧を４８Ｖ系電源６に合わせて設定した場合、１２Ｖ系電源７に合わせて設定した場合に比べて、流れる電流は１／４程度、すなわち２５Ａｒｍｓ程度になる。このため、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の最大定格電圧は、２５Ａｒｍｓ程度に設定するのが常套である。

しかしながら、このように設定した場合、ＥＰＳ用インバータ部４２を１２Ｖ系電圧６に接続したとき、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６には、最大定格電流よりも大きな電流が流れることになる。また、ＥＰＳ用モータ４０の内部インピーダンスが高いために電源電圧が足りなくなる。このため、バックアップ機能が十分に働かない。

そこで、本実施形態のようにＥＰＳ用モータ４０の定格電圧を１２Ｖ系電源７に合わせて設定することにより、ＥＰＳ用インバータ部４２が４８Ｖ系電源６および１２Ｖ系電源７のいずれに接続する場合にも、問題なく電流を流すことができ、電力供給のバックアップ機能を十分に果たすことができる。

また、このような設定により、ＥＰＳ用モータ４０には汎用の１２Ｖ定格のモータを用いることができる。よって、本実施形態の専用で開発する必要があるのは制御ロジックのみとなるため、開発工数の低減が可能である。

また、本実施形態では、電源切替部８が４８Ｖ系電源６を選択しているとき、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の制御に際し、その導通率の上限に制限をかけている。
ここで、定格電圧が１２Ｖに設定されたＥＰＳ用モータ４０は、４８Ｖ系電源６に単に接続された場合、ＥＰＳ用モータ４０の内部インピーダンスが小さいため、過大電流が流れる恐れがある。そこで、上述のような導通率の制限を行うことにより、電源電圧を降圧せずとも、ＥＰＳ用モータ４０に過大電流が流れ込むことを抑制し、破損を防止することができる。

また、本実施形態では、電源切替部８を第１ダイオード８４および第２ダイオード８５から簡単に構成することができる。また、電源切替部８は、電圧ＯＲ回路を構成するため、他からの信号を受けることなく、通常時には４８Ｖ系電源６からの入力を選択し、４８Ｖ系電源６が故障した場合には１２Ｖ系電源７からの入力を選択することができる。
また、モータジェネレータ２０およびＥＰＳ用モータ４０としては、それぞれ、インバータ部とモータが一体に構成された「機電一体モータ」を使用することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による駆動システムについて説明する。なお、第２実施形態では、電源切替部８の内部構成以外は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態の電源切替部８の内部構成を図４に示す。本実施形態の電源切替部８では、第１実施形態の第１ダイオード８４および第２ダイオード８５が第１スイッチ８６および第２スイッチ８７に置換されており、第１スイッチ８６および第２スイッチ８７を制御するコントローラ８９を有している。

第１スイッチ８６は、例えばＭＯＳＦＥＴによる２個の半導体スイッチング素子８６１〜８６２が、ドレイン電極同士で直列に（逆直列に）接続されて構成されている。同様に、第２スイッチ８７は、例えばＭＯＳＦＥＴによる２個の半導体スイッチング素子８７１〜８７２が逆直列されて構成されている。これら「第３群」の半導体スイッチング素子８６１〜８６２、８７１〜８７２の最大定格電圧および最大定格電流は、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６、および、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６と等しい。
コントローラ８９は、ＥＣＵ等の外部の上位システムから入力される切替信号ＳＷに従ってスイッチング素子８６１〜８６２、８７１〜８７２を制御する。また、この制御時、コントローラ８９は、外部システムに対して警告信号ＷＲを出力することにより、運転者に警告灯や警告音で修理を促すことが可能である。

なお、電源切替部８による電源切替シークエンスは、上位システムから入力される切替信号ＳＷに支配されている。この上位システムは、例えば、４８Ｖ系電源６の電源ラインが正常と判断している間にはＬレベルの切替信号ＳＷを出力し、４８Ｖ系電源６の電源ラインに何らかに異常を検知した場合には切替信号ＳＷをＨレベルに立ち上げる。

電源切替部８による電源切替シークエンスついて、図５のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。

まず、コントローラ８９は、切替信号ＳＷをチェックし（Ｓ１）、切替信号ＳＷがＨレベルであるか否かを判断する（Ｓ２）。そして、切替信号ＳＷがＬレベルであれば（Ｓ２：ＮＯ）、第１スイッチ８６が導通し、第２スイッチ８７が遮断されるように制御を行う（Ｓ３）。これにより、ＥＰＳ用モータ４０への電力供給源として、４８Ｖ系電源６が選択される。
通常時には、上記のＳ１〜Ｓ３が繰り返し実施される。

一方、Ｓ２において、切替信号ＳＷがＨレベルであれば、コントローラ８９は、第１スイッチ８６が遮断され、第２スイッチ８７が導通するように制御を切り替える（Ｓ４）。これにより、ＥＰＳ用モータ４０への電力供給源として、１２Ｖ系電源７が選択される。その後、コントローラ８９は、運転者に警告灯や警告音で修理を促すための警告信号ＷＲを出力する（Ｓ５）。

第２実施形態の効果について、第１実施形態と比較して説明する。
例えば４８Ｖ系電源６が部分的な失陥を起こし電圧が低下して３０Ｖ程度になった場合を考える。このような場合、第１実施形態では、電源切替部８は電圧の高い側を受動的に選択するため、１２Ｖ系電源７ではなく、引き続き４８Ｖ系電源６を選択する。このため、電源を切り替えることができない。

一方、第２実施形態では、電源切替部８は、４８Ｖ系電源６を監視する上位システムからの切替信号ＳＷを受けて能動的に電源切替を行うため、上述のような４８Ｖ系電源６の異常が生じた場合にも、１２Ｖ系電源７に確実に切り替えることができる。

また、電源切替部８の第１スイッチ８６および第２スイッチ８７を構成するスイッチング素子８６１〜８６２、８７１〜８７２は、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６およびＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６と仕様が等しいため、駆動システム１００における部品の共用化をさらに図ることができる。半導体素子は製造量が増えるにつれ単価が低下するため、１つの駆動システム１００に使用する複数の部品が同じ仕様であれば、コスト低減効果が大きくなる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による駆動システム１１０について図６〜図７を参照しつつ説明する。
第３実施形態では、駆動システム１１０が直流電圧変換器９を備える点、および、電源切替部８が第２実施形態と同様の構成を有する点以外は、第２実施形態と同様である。以下では、第２実施形態との差異点について主に説明する。

図６に示すように、直流電圧変換器９は、４８Ｖ系電源６と１２Ｖ系電源７との間に接続されており、４８Ｖ系電源６の電圧を１２Ｖに降圧する。ＥＰＳ用インバータ部４２には、１２Ｖに降圧された電力が供給されるため、第１実施形態で説明したようなＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６の導通率の制限を行わずとも良い。

図７に示すように、直流電圧変換器９は、周知のＨブリッジ型スイッチング電源であり、４８Ｖ系電源６からの入力端子９１、出力端子９２、接地端子９３、２つのコンデンサ９４、９５、チョークコイル９６、および、４つの半導体スイッチング素子９０１〜９０４を備えている。

ここで、直流電圧変換器９を構成する「第４群」のスイッチング素子９０１〜９０４の最大定格電圧および最大定格電流は、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６、ＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６、および、電源切替部８を構成するスイッチング素子８６１〜８６２、８７１〜８７２と等しい。
したがって、本実施形態では、駆動システム１１０における部品の共用化をさらに図ることができ、一層のコスト低減を実現できる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による駆動システム１２０について、図８を参照して説明する。第４実施形態の駆動システム１２０では、２組の巻線組を有するＥＰＳ用モータ４７と、各巻線組に対応する２つのインバータ部４２、４４とを有している点が第１実施形態と異なる。以下では、第１実施形態との差異点について主に説明する。

図８に示すように、ＥＰＳ用モータ４７が、２組の巻線組４１、４３を有する。第１巻線組４１は、三相Ｙ結線された固定子巻線４１１、４１２、４１３を有し、第２巻線組４３は、三相Ｙ結線された固定子巻線４３１、４３２、４３３を有する。第１巻線組４１および第２巻線組４３は、互いに電気的に絶縁された状態で１つの固定子に巻装されている。

また、駆動システム１２０には、第１巻線組４１に対応する第１ＥＰＳ用インバータ部４２と、第２巻線組４３に対応する第２ＥＰＳ用インバータ部４４とが設けられている。第１ＥＰＳ用インバータ部４２および第２ＥＰＳ用インバータ部４４は、電源切替部８に互いに並列に接続されている。第１ＥＰＳ用インバータ部４２を構成するＥＰＳ用スイッチング素子４２１〜４２６、および、第２ＥＰＳ用インバータ部４４を構成するＥＰＳ用スイッチング素子４４１〜４４６の最大定格電圧および最大定格電流は、ＭＧ用スイッチング素子２２１〜２２６と等しい。

本実施形態は、ＥＰＳモータ４７の巻線組と、対応するＥＰＳ用インバータ部との組み合わせによる系統が２系統存在する。よって、いずれかの系統の巻線組又はＥＰＳ用インバータ部にショートや断線等の故障が生じたとき、他方の系統の巻線組およびＥＰＳ用インバータ部を用いてＥＰＳモータ４７の駆動を継続することができる。
また、１つの駆動システム１２０における同じ仕様のスイッチング素子の数が多くなるため、１つの部品当たりのコストを低減することできる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態において使用する半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子であってもよい。
（イ）モータジェネレータ２０およびＥＰＳ用モータ４０の相の数は、三相に限らず四相以上であってもよい。また、ＥＰＳモータ４７の巻線組と対応するＥＰＳ用インバータ部との組み合わせについては、２組に限られず、３組以上であってもよい。
（ウ）上記実施形態では、定格電圧の異なる２つの電源の例として、４８Ｖ系電源６および１２Ｖ系電源７を用いているが、定格電圧の値はこれに限られない。例えば、一方の定格電圧が他方の２倍以上の値であることが好ましい。
（エ）上記実施形態において使用する半導体スイッチング素子２２１〜２２６、４２１〜４２６、４３１〜４３３は、第１電源である４８Ｖ系電源６に合わせて設定されているが、本発明はこれに限られない。例えば、第２電源を４８Ｖ系電源とし、第１電源をそれ以上の定格電圧の電源とする場合、第２電源に合わせて設定されていてもよい。この場合、第１電源と電源切り替え部との間にはコンバータ等を設けても良い。
（オ）上記実施形態において、ＥＰＳ用モータ４０、４３の巻線組４１、４３の定格電圧は、１２Ｖ系電源７に合わせて設定されているが、本発明はこれに限られず、４８Ｖ系電源６に合わせて設定されていてもよい。
（カ）また、上記実施形態では、ＥＰＳ用モータ４０への電力供給源として、通常時には１２Ｖ系電源７を用い、１２Ｖ系電源７の異常時には４８Ｖ系電源６を用いても良い。

以上、本発明はこのような実施形態に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、種々の形態で実施することができる。また、本発明は、各実施形態を組み合わせて構成されるものも含む。

２０・・・モータジェネレータ（第１交流回転電機）
２２・・・ＭＧ用インバータ部（第１インバータ部）
２２１〜２２６・・・ＭＧ用スイッチング素子
４０・・・ＥＰＳ用モータ（第２交流回転電機）
４２・・・ＥＰＳ用インバータ部（第２インバータ部）
４２１〜４２６・・・ＥＰＳ用スイッチング素子
６・・・４８Ｖ系電源（第１電源）
７・・・１２Ｖ系電源（第２電源）
８・・・電源切替部（電源選択手段）
１００、１１０、１２０・・・駆動システム

Claims (11)

1. 車両に搭載され、交流回転電機を駆動する駆動システムであって、
   互いに定格電圧が異なる２つの直流電源であって、相対的に定格電圧が高い第１電源（６）および相対的に定格電圧が低い第２電源（７）と、
   内燃機関（３）を始動させるためのトルクを出力する第１交流回転電機（２０）と、
   第１群のスイッチング素子（２２１〜２２６）から構成され、前記第１電源から供給される電力を変換して前記第１交流回転電機に電力を供給する第１インバータ部（２２）と、
   運転者の操舵を補助するための操舵アシストトルクを出力する第２交流回転電機（４０、４７）と、
   第２群のスイッチング素子（４２１〜４２６、４４１〜４４６）から構成され、前記第１電源又は前記第２電源から供給される電力を変換して前記第２交流回転電機に電力を供給する第２インバータ部（４２、４４）と、
   前記第１電源および第２電源のいずれか一方を選択的に前記第２インバータ部に電気的に接続する電源切替手段（８）と、
   を備え、
   前記第１インバータ部および前記第２インバータ部は、前記電源切替手段に互いに並列に接続されており、
   前記第１群のスイッチング素子と、前記第２群のスイッチング素子とは、最大定格電流および最大定格電圧が等しく、
   前記第１群及び第２群のスイッチング素子の前記最大定格電圧は、前記第１電源に合わせて設定されており、
   前記第２交流回転電機の前記最大定格電圧は、前記第２電源に合わせて設定されていることを特徴とする駆動システム。
2. 車両に搭載され、交流回転電機を駆動する駆動システムであって、
   互いに定格電圧が異なる２つの直流電源であって、相対的に定格電圧が高い第１電源（６）および相対的に定格電圧が低い第２電源（７）と、
   内燃機関（３）を始動させるためのトルクを出力する第１交流回転電機（２０）と、
   第１群のスイッチング素子（２２１〜２２６）から構成され、前記第１電源から供給される電力を変換して前記第１交流回転電機に電力を供給する第１インバータ部（２２）と、
   運転者の操舵を補助するための操舵アシストトルクを出力する第２交流回転電機（４０、４７）と、
   第２群のスイッチング素子（４２１〜４２６、４４１〜４４６）から構成され、前記第１電源又は前記第２電源から供給される電力を変換して前記第２交流回転電機に電力を供給する第２インバータ部（４２、４４）と、
   前記第１電源および第２電源のいずれか一方を選択的に前記第２インバータ部に電気的に接続する電源切替手段（８）と、
   を備え、
   前記第１群のスイッチング素子と、前記第２群のスイッチング素子とは、最大定格電流および最大定格電圧が等しく、
   前記第１電源の電圧をＶＨとし、前記第２電源の電圧をＶＬとし、１≦ｋ≦２とすると、
   前記第２インバータ部が前記第１電源に接続されているとき、前記第２群のスイッチング素子の導通率の上限値は、ｋ×ＶＬ／ＶＨに制限されていることを特徴とする駆動システム。
3. 前記第１群及び第２群のスイッチング素子の前記最大定格電圧は、前記第１電源に合わせて設定されていることを特徴とする請求項２記載の駆動システム。
4. 前記第２交流回転電機の前記最大定格電圧は、前記第２電源に合わせて設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の駆動システム。
5. 前記電源切替手段は、前記第１電源及び前記第２電源の各々から前記第２インバータ部への電力供給ラインに直列に接続されたダイオード（８４、８５）から構成されてい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駆動システム。
6. 前記電源切替手段は、前記第１電源及び前記第２電源の各々から前記第２インバータ部への電力供給ラインに直列に接続されたスイッチ部（８６、８７）を備えてい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駆動システム。
7. 前記スイッチ部は、第３群のスイッチング素子（８６１〜８６２、８７１〜８７２）から構成され、
   前記第１群、第２群、及び第３群のスイッチング素子は、前記最大定格電流および前記最大定格電圧が等しいことを特徴とする請求項６に記載の駆動システム。
8. 前記第１電源と前記第２電源との間に設けられ、第４群のスイッチング素子（９０１〜９０４）を含んで構成された直流電圧変換器（９）をさらに備え、
   前記１群及び第２群のスイッチング素子と、前記第４群のスイッチング素子とは、前記最大定格電流および前記最大定格電圧が等しいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動システム。
9. 前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動システム。
10. 前記第２交流回転電機（４７）は、複数相の巻線からなる巻線組（４１１〜４１３、４３１〜４３３）を複数組有しており、
    前記第２インバータ部は、前記複数組の巻線組に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の駆動システム。
11. 前記第２インバータ部は、前記第２交流回転電機に一体に搭載されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の駆動システム。

Images