JP6623540B2 - 制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
電力変換器は、複数のスイッチング素子を有し、電源から供給される電力を変換してモータに供給する。制御部は、電源から供給される電力により作動し、電力変換器の作動を制御する。昇圧部は、電源から入力される電圧を昇圧し、第1昇圧電圧を制御部に出力可能である。昇圧回路は、電源から入力される電圧を昇圧し、第2昇圧電圧を電力変換器に出力する。昇圧部は、昇圧回路とは別途に設けられている。
本発明の第1実施形態による制御装置について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態による制御装置1は、モータ80を駆動制御するものである。モータ80は、例えば3相ブラシレスモータである。
制御装置1は、モータ80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(EPS)装置に採用される。すなわち、制御装置1は、電動パワーステアリング装置用の電子制御ユニット(EPS−ECU)である。
まず、図2を参照して電動パワーステアリング装置99について簡単に説明する。図2は、電動パワーステアリング装置99を備えたステアリングシステム90の全体構成を示すものである。
なお、本実施形態の電動パワーステアリング装置99は、コラムアシスト型であるが、ラックアシスト型であってもよい。
次に、図1を参照し、本実施形態の制御装置1について説明する。
制御装置1は、電源端子11及びイグニッション端子12をそれぞれ介して、「電源」としてのバッテリ13に電気的に接続されている。電源端子11は、バッテリ13の高電位側(正側)に電気的に接続されており、バッテリ13から所定の電圧の電力が供給されている。イグニッション端子12は、イグニッションスイッチ14を介して、バッテリ13の高電位側(正側)に電気的に接続されている。イグニッションスイッチ14がオンすると、バッテリ13からイグニッション端子12に電力が供給される。
また、インバータ20は、例えば3相インバータであり、ブリッジ接続された6個のスイッチング素子(例えばMOSFET)21〜26を備えている。ハイサイドのスイッチング素子21、22、23とローサイドのスイッチング素子24、25、26との接続点は、それぞれ動力線を経由して、モータ80を構成する巻線の一端に接続されている。スイッチング素子21〜26がスイッチング動作することにより、バッテリ13から電源端子11を介して供給された電力を変換し、モータ80に供給することができる。
レギュレータ31は、IG電源ラインLigに接続されており、バッテリ13からイグニッション端子12を介して電力を供給される。レギュレータ31は、供給された電力を所定範囲内の電圧になるよう安定化してマイコン32に供給する。これにより、マイコン32は作動可能である。
レギュレータ41は、供給された電力を所定範囲内の電圧になるよう安定化してトルクセンサ94に供給する。レギュレータ42は、供給された電力を所定範囲内の電圧になるよう安定化して回転角センサ29に供給する。
スイッチング素子52は、例えばMOSFETであり、ドレインがコイル51の他端に接続され、ソースがグランドに接続されるように設けられている。
昇圧制御部55は、スイッチング素子52のゲートに電気的に接続されている。
コンパレータ56の入力端のうちの一方には、バッテリ13からイグニッション端子12を介して供給される電力の電圧値V1が入力される。また、コンパレータ56の入力端のうちの他方には、例えばマイコン32から閾値Vthが入力される。
コンパレータ56は、2つの入力端から入力される電圧値V1と閾値Vthとを比較し、その結果を昇圧制御部55に出力する。
一方、昇圧制御部55は、コンパレータ56から入力された値が負の場合、スイッチング素子52がオン状態及びオフ状態を繰り返すようスイッチング作動させる。これにより、入力端501側の電圧が昇圧されて出力端502側から出力される。
インバータ駆動部33が内蔵する昇圧回路330について、図3を参照して簡単に説明する。図3は、昇圧回路330が2段のチャージポンプである例を模式的に示すものである。
例えば、スイッチング素子335がオフ、スイッチング素子336がオンになると、入力電圧Vinによって、コンデンサ333にはVc1=Vin−Vfの電圧がチャージされる。なお、Vfは、ダイオード331、332の各順方向電圧である。
次に、スイッチング素子335がオン、スイッチング素子336がオフになると、出力電圧Voutは、Vout=Vin+Vc1−Vf、すなわちVout=2Vin−2Vfとなる。
なお、チャージポンプの段数を増加し、出力電圧Voutがより高くなるように設定してもよい。
(1)上述したように、本実施形態の制御装置1は、バッテリ13からの電力により回転するモータ80を駆動制御するものであって、インバータ20と、制御部30と、昇圧部50とを備えている。
インバータ20は、複数のスイッチング素子を有し、バッテリ13から供給される電力をモータ80に供給する。制御部30は、バッテリ13から供給される電力により作動し、インバータ20の作動を制御する。昇圧部50は、バッテリ13から入力される電圧を昇圧し、昇圧した電圧を制御部30に出力可能である。
したがって、本実施形態によれば、電源電圧の低下時においてもモータ80の駆動制御を継続可能な小型の制御装置1が提供される。
図4に示す例では、電圧V1が閾値Vthより低くなったとき(時刻T1)から閾値Vth以上に回復したとき(時刻T2)までの間、昇圧部50が昇圧を行う。この間、制御部30には、昇圧部50によって昇圧された昇圧電圧が入力される。よって、制御部30に入力される電圧を閾値Vth以上に保つことができる。
コンデンサ334の容量をCとし、電圧V(=Vout)によって電荷が充電されるとき、コンデンサ334の電荷量QはQ=CVにより表される。出力電圧Voutの低下時にもQg×n<Qという条件を満たすためには、出力電圧Voutの低下分を見込んでコンデンサ334の容量Cを大きくする必要がある。このため、コンデンサ334のサイズは大きくなる。また、他のコンデンサ333についても、コンデンサ334と同様の考えにより容量を大きくする必要があり、そのサイズは大きくなる。
なお、本実施形態では、レギュレータ41及びトルクセンサ94についても、レギュレータ42及び回転角センサ29と同様に構成されており、同様の効果が得られる。
また、制御装置1は小型化可能であるため、電動パワーステアリング装置99が搭載される車両内のスペースに容易に設置することができる。
第2実施形態による制御装置2について、図5を参照して説明する。
第2実施形態は、制御装置2がPIG電源ラインLpigとIG電源ラインLigとの間を電気的に接続する電力供給ラインLsを備える点において第1実施形態と異なる。
本発明のモータは、3相ブラシレスモータに限られず、ブラシ付きモータ等であってもよい。また、本発明の電力変換器は、3相インバータに限られず、Hブリッジ回路等であってもよい。
また、本発明の制御装置は、電動パワーステアリング装置に限らず、モータを含むあらゆる装置に適用可能である。
13・・・バッテリ(電源)
20・・・インバータ(電力変換器)
30・・・制御部
50・・・昇圧部
80・・・モータ
Claims (9)
- 電源(13)からの電力により回転するモータ(80)を駆動制御する制御装置であって、
複数のスイッチング素子(21〜26)を有し、前記電源からの電力を変換して前記モータに供給する電力変換器(20)と、
前記電源から供給される電力により作動し、前記電力変換器の作動を制御する制御部(30)と、
前記電源から入力される電圧を昇圧し、第1昇圧電圧を前記制御部に出力可能な昇圧部(50)と、
前記電源から入力される電圧を昇圧し、第2昇圧電圧を前記電力変換器に出力する昇圧回路(330)と、
を備え、
前記昇圧部は、前記昇圧回路とは別途に設けられていることを特徴とする制御装置。 - 前記第1昇圧電圧は、前記第2昇圧電圧より低いことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記昇圧部は、前記電源から入力される電圧が閾値(Vth)より低くなっているとき昇圧を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記閾値は、前記電源から入力される電圧の通常範囲の最小値(VNmin)よりも低く、かつ、前記制御部の最低動作電圧値(VCmin)よりも高いことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
- 前記制御部は、
前記電力変換器の作動を制御するための制御信号を出力するマイコン(32)と、
前記昇圧回路を含んで構成され、前記制御信号に基づいて前記電力変換器の前記スイッチング素子を駆動する電力変換器駆動部(33)と、を備え、
前記昇圧部は、前記マイコン及び前記電力変換器駆動部の各々に前記第1昇圧電圧を出力可能であ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制御装置。 - 前記電源から供給される電力を、前記モータの回転位置を検出する回転角センサ(29)に供給するレギュレータ(42)をさらに備え、
前記昇圧部は、前記第1昇圧電圧を前記レギュレータに出力可能であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記電源と前記昇圧部との間には、前記電源から前記昇圧部側への通電を許容し、逆向きの通電が不能であるダイオード(15)を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記電源からイグニッションスイッチ(14)を経由して電力が供給されるIG電源ラインと、前記電源から前記イグニッションスイッチを経由せずに前記電力変換器と接続されるPIG電源ラインと、を接続する電力供給ラインに設けられ、前記PIG電源ラインから前記IG電源ライン側への通電を許容し、逆向きの通電が不能である電源供給ラインダイオード(17)を備える請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の制御装置(1、2)と、
前記制御装置により制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力可能な前記モータと、
を備える電動パワーステアリング装置。
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