JPH0611863Y2 - モ−タ駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の分野〕 本考案は車両のステアリングハンドルをステアリングモ
ータによって駆動するパワーステアリングのモータ駆動
装置に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

（従来技術） 従来電動式パワーステアリングのモータ駆動装置は、特
開昭59-156863号に示されているように、左右方向への
操舵時に夫々導通する第１，第２及び第３，第４のトラ
ンジスタ等の制御素子を用いてステアリングモータを中
心としてブリッジ回路として接続されている。そして右
操舵時には操舵トルクの検出に基づいて第１，第２のト
ランジスタを同時に導通させてモータに正方向の駆動電
流を流し、左操舵時には操舵トルクの検出に基づいて第
３，第４のトランジスタを同時に導通させてモータに逆
方向の駆動電流を流して制御している。そしてこのよう
なモータの駆動では、モータが短絡した場合にはスイッ
チング素子に過大電流が流れる。又エンジンを回転させ
バッテリーの充電中にバッテリーの端子が外れてしまっ
た場合には、大電圧が発生するためモータやスイッチン
グ素子に過大電流が流れる。又寒冷地等でモータを始動
するために電源電圧を上昇させて始動した場合にもモー
タに過大電流が流れる恐れがあるという欠点がある。

一般的には例えば数十Ａ程度の比較的大きな電流をスイ
ッチング素子で制御し、その電流を検出するために第５
図に示すようにＦＥＴ等のスイッチング素子に直列に電
流検出用抵抗Ｒ０を接続し、その両端の電圧に基づいて
駆動電流を検出することが広く行われている。

（考案が解決しようとする問題点） 従ってステアリングモータに直列に抵抗を接続し、その
抵抗値の変化によってモータに流れる電流を検出してモ
ータに過大電流が流れることを防止することが考えられ
る。しかしながらスイッチング素子に直列に接続された
抵抗の電圧変化に基づいて電流を検出しようとすれば、
大電流が流れると抵抗の両端に電圧降下が生じる。車両
では電源電圧が例えば12Ｖに限られているため、ステア
リングモータ等の制御に用いると負荷に供給される電圧
が低くなるという欠点がある。又抵抗に生じる電圧降下
によって発熱することとなり、電力損失が大きくなると
いう問題点もあった。又モータに流れる過大電流を放置
した場合には、モータが焼損したりスイッチング素子が
破損することがあるという問題点があった。

〔考案の目的〕

本考案はこのようなモータ駆動装置の問題点に鑑みてな
されたものであって、モータの駆動電流を直列抵抗を用
いず電圧降下や発熱等を生じさせることなく検出し、モ
ータやスイッチング素子の損傷を防止することを技術的
課題とする。

〔考案の構成と効果〕

（問題点を解決するための手段） 本考案はステアリング軸に接続されその回転トルクを検
出するトルクセンサと、ステアリングを回動させるステ
アリングモータと、を有する電動式パワーステアリング
のモータ駆動装置であって、第１図及び第３図に示すよ
うに、右操舵導通保持用の第１のスイッチング素子，右
操舵高速スイッチング用の第２のスイッチング素子をス
テアリングモータに対して対称に接続し、左操舵導通保
持用の第３のスイッチング素子，左操舵高速スイッチン
グ用の第４のスイッチング素子をステアリングモータに
対して対称に接続して構成されたブリッジ回路と、トル
クセンサより得られる左右の操舵トルクの検出に基づい
て第１又は第３のスイッチング素子を択一的に導通させ
る導通保持制御部と、トルクセンサからの出力に基づい
てその出力レベルに対応したパルス幅の信号を第２又は
第４のスイッチング素子に選択的に与える高速スイッチ
ング制御部と、第１，第３のスイッチング素子と、第
２，第４のスイッチング素子とのいずれか一方に択一的
に並列接続され、並列接続されたスイッチング素子と同
時に駆動される第５，第６のスイッチング素子、及び該
第５，第６のスイッチング素子に夫々直列に接続され並
列接続されている第１，第３又は第２，第４のスイッチ
ング素子を流れる電流を検出する電流検出用抵抗を有す
る一対の電流検出手段と、一対の電流検出手段の出力が
所定レベルを越えるときにブリッジ回路への電流を遮断
する過電流遮断器と、を有することを特徴とするもので
ある。

（作用） このような特徴を有する本考案によれば、ステアリング
モータに直列に接続される電力制御用の第１，第３又は
第２，第４のスイッチング素子に夫々並列に第５，第６
のスイッチング素子と電流検出用抵抗を設け、これらの
スイッチング素子の駆動時に電流検出が必要となるので
第５，第６のスイッチング素子を同時に閉成するように
している。そうすれば電力制御用のスイッチング素子に
流れる電流に応じてその両端の電圧が変化する。従って
負荷電流は電流検出用抵抗の両端の電圧変化として検出
されることとなって過電流遮断器に与えられる。過電流
遮断器はステアリングモータを流れる電流が所定値以上
であればステアリングモータに与える電源を遮断するよ
うにしている。

（考案の効果） そのため本考案によれば、抵抗をステアリングモータ及
び電力制御用スイッチング素子に直列に接続する必要は
なくなる。そのためステアリングモータに印加される電
圧が低下することがなく電力ロスを改善することができ
る。又電圧検出用抵抗にはほとんど電流が流れないので
無駄な電力を消費することがなく、電力効率を改善する
ことができる。そしてステアリングモータに過大電流が
流れた場合には自動的にステアリングモータへの電源供
給を停止するため、ステアリングモータの焼損やスイッ
チング素子の焼損を未然に防止することができる。

〔実施例の説明〕

（実施例の構成） 第２図は本考案が適用されるパワーステアリング機構の
概略図であり、第１図はそのモータ駆動回路の全体構成
を示すブロック図である。第２図においてステアリング
ハンドル１にはトルクセンサ２及びステアリングハンド
ル１からの操舵力を伝える伝動機構３が接続される。ト
ルクセンサ２はステアリングハンドル１の左右方向のト
ルクを検出するものであって、その出力はモータ駆動回
路４に与えられている。モータ駆動回路４は車両のバッ
テリー５が接続されており、トルクセンサ２から与えら
れる左右方向のトルク信号に対応して左右方向に駆動す
るステアリングモータ６を制御するものであって、伝動
機構３と共に操舵輪７を左右方向に所定角度回動させる
ものである。

次にモータ駆動回路４の構成を第１図を参照しつつ説明
する。本図において、トルクセンサ２からのトルク検出
信号は右方向への回転時に正，左方向への回転時に負と
なるトルクに対応したレベルの信号であって、入力端子
１１を介して出力は全波整流回路１２及び極性判定回路
１３に伝えられる。全波整流回路１２は入力信号を全波
整流して電圧比較回路１４に与える。又このモータ駆動
回路４は一定の周波数、例えば20KHzの方形波を発振す
る発振回路１５が設けられており、その出力は積分回路
１６及びＤＣ−ＤＣコンバータ１７に与えられる。積分
回路１６はこの方形波の信号を積分して三角波に変換す
るものであって、その出力を電圧比較回路１４に基準電
圧として与える。電圧比較回路１４は三角波を基準電圧
として全波整流回路１２の出力を比較するため、トルク
センサ２のレベル変化をデューティが変化するパルス信
号として出力するものであり、その出力はドライブロジ
ック回路１８に与えられる。ドライブロジック回路１８
には又極性判定回路１３の極性判定出力が与えられてい
る。ドライブロジック回路１８はアンド回路１８ａ，１
８ｂを有しており、正又は負の極性判定出力に基づいて
電圧比較回路１４から得られるパルス幅変調された信号
を＋側ロアＦＥＴドライバ１９又は−側ロアＦＥＴドラ
イバ２０に選択的に与えるものである。又極性判定回路
１３は正又は負の極性判定によりアンド回路１８ａ，１
８ｂ及びフォトカップラ２１，２２に選択的に信号を与
えるものである。フォトカップラ２１，２２は駆動時に
は夫々＋側アッパＦＥＴドライバ２３，−側アッパＦＥ
Ｔドライバ２４を駆動する。ＦＥＴドライバ２３，２４
はフォトカップラ２１又は２２からの出力に基づいて右
側及び左側のアッパＦＥＴ２５及び２６を夫々駆動する
ものであり、ＦＥＴドライバ１９，２０は夫々右側及び
左側のロアＦＥＴ２７，２８を駆動するものである。こ
こで「アッパ」とはモータ駆動回路４の電源端子に近い
側を、「ロア」とは電源端子から遠い方のＦＥＴを示し
ている。又ＦＥＴドライバ１９，２０，２３，２４に示
される「＋」，「−」は極性判定回路１３によって判定
された正電圧又は負電圧に対応している。ＦＥＴ２５〜
２８は夫々パワーＭＯＳＦＥＴによって構成されたスイ
ッチング素子であって、ＦＥＴ２５，２７は右方向の操
作時に導通する第１及び第２のスイッチング素子を構成
しており、ＦＥＴ２６及び２８は左方向への操作時に導
通する第３及び第４のスイッチング素子を構成してい
る。そしてこれらのＦＥＴはブリッジ回路接続されその
中間に端子４ａ，４ｂを介してステアリングモータ６が
接続される。そしてロアＦＥＴ２７，２８には導通時に
その電流を検出する電流検出回路２９，３０が接続され
ており、その出力は過電流遮断器３１に与えられる。過
電流遮断器３１はステアリングモータ６に過大電流が流
れたときに電流を遮断するものである。そして電源入力
端子４ｃ，４ｄには、図示しないイグニッションスイッ
チを介して車両のバッテリー５の正及び負の両端が接続
されている。ここでＤＣ−ＤＣコンバータ１７と極性判
定回路１３及びフォトカップラ２１，２２，＋側及び−
側アッパＦＥＴドライバ２３，２４は、トルクセンサ２
による得られる左右の操舵トルクの検出に基づいて第１
又は第３のスイッチング素子を択一的に導通させる導通
保持部３２を構成している。又全波整流回路１２，電圧
比較回路１４，方形波発振回路１５，積分回路１６とド
ライブロジック回路１８，＋側及び−側ロアＦＥＴドラ
イバ１９，２０は、トルクセンサ２からの出力に基づい
てその出力レベルに対応したパルス幅の信号を第１又は
第３のスイッチング素子に選択的に与える高速スイッチ
ング制御部３３を構成している。

次に４つのＦＥＴがブリッジ接続されたＦＥＴブリッジ
の回路構成について第３図を参照しつつ説明する。ここ
でＦＥＴ２５，２６のドレインはリレー回路を介してバ
ッテリー５の正極端に接続されており、そのソース端は
夫々ＦＥＴ２８及び２７のドレインに接続される。又Ｆ
ＥＴ２５，２８の共通接続端とＦＥＴ２６，２７の共通
接続端にはモータ接続端子４ａ，４ｂを介してステアリ
ングモータ６が接続され、ＦＥＴ２７，２８のソース端
は接地されている。本図において各ＦＥＴ２５〜２８の
ドレイン・ゲート間にはダイオード及びツェナダイオー
ドから成るサージ吸収回路が接続され、ドレイン・ソー
ス間にはフライホイルダイオードが接続されている。

ＦＥＴ２７，２８に接続される電流検出回路２９，３０
は夫々トランジスタTr1と抵抗Ｒ１及びトランジスタTr2
と抵抗Ｒ２から構成されている。トランジスタTr1,Tr2
はコレクタ端がＦＥＴ２７，２８のドレインに、ベース
が抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して＋側及び−側ロアＦＥＴドラ
イバ１９，２０の制御入力端に接続される。そしてエミ
ッタには同一の抵抗値を有するエミッタ抵抗Ｒ１，Ｒ２
が夫々接続されており、更にエミッタより抵抗Ｒ５，Ｒ
６を介して共通接続されて電流検出信号として過電流遮
断器３１に与えられる。過電流遮断器３１は抵抗Ｒ７，
Ｒ８の分圧によって所定レベルの閾値が設定された演算
増幅器から成る比較器３４と、その入出力端間に出力を
ホールドするためのダイオードＤ１及び抵抗Ｒ９が接続
されている。そして比較器３４の出力は抵抗Ｒ１０を介
してトランジスタTr3に与えられる。トランジスタTr3は
スイッチングトランジスタであって、そのコレクタには
リレーコイルＸを介してメインスイッチ３５が接続され
ている。トランジスタTr3はメインスイッチ３５の投入
時には常に導通しており、比較器３４より所定閾値レベ
ル以上の信号によって出力が反転したときにはオフとな
るように制御するものである。リレーＸはＦＥＴ２５〜
２８のブリッジ回路の電源を制御するものであって、バ
ッテリー５からの電源がリレー接点Ｘａを介してＦＥＴ
２５，２６のドレインに接続されている。

（実施例の動作） 次に本実施例の動作について説明する。まずトランジス
タTr3は電源が投入されるとベースに一定の電圧が与え
られるため、第３図に示すメインスイッチ３５を投入す
るとトランジスタTr3がオンとなってリレーコイルＸが
励磁される。従ってリレーＸの常開接点Ｘａが閉成さ
れ、アッパＦＥＴ２５，２６に電源が供給される。又方
形波発振回路１５は例えば20KHzの方形波の信号を発振
している。ここで運転者がステアリングハンドル１を操
作すると、そのトルクの変化がトルクセンサ２によって
検出されてモータ駆動回路４に与えられる。第４図はモ
ータ駆動回路４の各部の波形を示す波形図である。第４
図(a)に示すようなトルクセンサ２からの信号が伝えら
れると、全波整流回路１２によって第４図(b)に示すよ
うに全波整流されて電圧比較回路１４に与えられる。又
方形波発振器１５の方形波信号は積分回路１６を介して
三角波に変換されて電圧比較回路１４に伝えられるた
め、電圧比較回路１４よりその電圧レベルに対応したパ
ルス幅の信号が生じることとなってパルス幅変調され
る。ここで時刻t₁〜t₂に示すようにトルクセンサ２より
＋側の入力信号が与えられた場合には、極性判定回路１
３によってその極性が判定されてドライブロジック回路
１８のアンド回路１８ａに“Ｈ”レベルの信号が伝わ
る。従ってアンド回路１８ａを介して＋側ロアＦＥＴド
ライバ１９にこのパルス信号が伝えられる。同様にして
フォトカップラ２１を介して＋側アッパＦＥＴドライバ
２３が連続的に駆動される。従って第４図(c)，(d)に示
すようにＦＥＴ２５が連続してオン状態となり、ＦＥＴ
２７はパルス駆動される。従って第４図(g)に示すよう
にステアリングモータ６がパルス駆動されることとな
る。

時刻t₃〜t₄に示すようにトルクセンサ２からの出力が負
側である場合には、同様にして−側ロアＦＥＴドライバ
２０によってＦＥＴ２６が連続的に導通し−側アッパＦ
ＥＴドライバ２４によってロアＦＥＴ２８がパルス駆動
される。従ってステアリングモータ６には第４図(g)に
示すような電流が供給される。ここでＦＥＴ２７，２８
のパルス駆動時には同時に＋側及び−側ロアＦＥＴドラ
イバ１９，２０によってトランジスタTr1又はTr2が同様
にパルス駆動される。そしてＦＥＴ２７又は２８の両端
の電圧は夫々のＦＥＴに流れる電流変化に対応するた
め、抵抗Ｒ１又はＲ２の両端の電圧変化を読取ることに
よってＦＥＴ２７，２８に流れる電流を検出することが
できる。この検出された電流は過電流遮断器３１に与え
られている。

さて何らかの事故で時刻t₅にＦＥＴ２５，２７に極めて
大きな電流、例えば100Ａ程度の大電流が流れた場合に
も、その電流値が電圧の変化として検出されこの電流に
対応した信号は過電流遮断器３１に与えられる。そして
その出力が比較器３４に設定されている所定の閾値レベ
ルVrefを越えた場合には、第４図(h)に示すように比較
器３４の出力によりトランジスタTr3がオフとなる。そ
うすればリレーコイルＸの付勢が停止されるため、リレ
ーＸの常開接点Ｘａが開放しＦＥＴ２５〜２８に供給さ
れている電源電圧が遮断される。従って異常な電流がス
テアリングモータ６に流れてモータが焼損したり、スイ
ッチング用のＦＥＴ２５〜２８が破損する事故を未然に
防止することができる。

尚本実施例は連続駆動及びパルス駆動される対のＦＥＴ
から成るブリッジ回路のうちパルス駆動されるＦＥＴに
並列に電流検出回路を設け、そこを流れる電流を測定す
るようにしているが、連続的に駆動されるＦＥＴ、本実
施例ではＦＥＴ２５，２６に並列に同様の電流検出回路
を接続してもよいことはいうまでもない。又スイッチン
グ素子としてＦＥＴに限らずパワートランジスタ等の電
力制御素子を用いてもよい。更に電力制御用スイッチン
グ素子に並列に接続される電流検出回路のスイッチング
素子としても、本実施例に示したトランジスタの他にＦ
ＥＴ等のスイッチング素子を用いてもよい。この場合も
併設される電力制御用スイッチング素子と同時に開閉す
ることによってその電流を測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例によるモータ駆動回路の構成
を示すブロック図、第２図は本実施例によるモータ駆動
装置が適用される電動式パワーステアリング機構の概略
構成図、第３図は本考案の一実施例によるモータ駆動回
路のブリッジ回路部の構成を示す回路図、第４図は各部
の波形を示す波形図、第５図は従来の電力制御用素子と
その電流を測定するために挿入される電流検出抵抗を示
す回路図である。 １……ステアリングハンドル、２……トルクセンサ、３
……伝動機構、４……モータ駆動回路、６……ステアリ
ングモータ、１１……トルク入力端子、１９，２０，２
３，２４……ＦＥＴドライバ、２５……アッパＦＥＴ
（第１のスイッチング素子）、２６……アッパＦＥＴ
（第３のスイッチング素子）、２７……ロアＦＥＴ（第
２のスイッチング素子）、２８……ロアＦＥＴ（第４の
スイッチング素子）、２９，３０……電流検出回路、３
１……過電流遮断器、３２……導通保持制御部、３３…
…高速スイッチング制御部、３４……比較器、Tr1……
スイッチングトランジスタ（第５のスイッチング素
子）、Tr2……スイッチングトランジスタ（第６のスイ
ッチング素子）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ステアリング軸に接続されその回転トルク
   を検出するトルクセンサと、ステアリングを回動させる
   ステアリングモータと、を有する電動式パワーステアリ
   ングのモータ駆動装置であって、 右操舵導通保持用の第１のスイッチング素子，右操舵高
   速スイッチング用の第２のスイッチング素子を前記ステ
   アリングモータに対して対称に接続し、左操舵導通保持
   用の第３のスイッチング素子，左操舵高速スイッチング
   用の第４のスイッチング素子を前記ステアリングモータ
   に対して対称に接続して構成されたブリッジ回路と、 前記トルクセンサより得られる左右の操舵トルクの検出
   に基づいて前記第１又は第３のスイッチング素子を択一
   的に導通させる導通保持制御部と、 前記トルクセンサからの出力に基づいてその出力レベル
   に対応したパルス幅の信号を前記第２又は第４のスイッ
   チング素子に選択的に与える高速スイッチング制御部
   と、 前記第１，第３のスイッチング素子と、前記第２，第４
   のスイッチング素子とのいずれか一方に択一的に並列接
   続され、前記並列接続されたスイッチング素子と同時に
   駆動される第５，第６のスイッチング素子、及び該第
   ５，第６のスイッチング素子に夫々直列に接続され並列
   接続されている前記第１，第３又は第２，第４のスイッ
   チング素子を流れる電流を検出する電流検出用抵抗を有
   する一対の電流検出手段と、 前記一対の電流検出手段の出力が所定レベルを越えると
   きに前記ブリッジ回路への電流を遮断する過電流遮断器
   と、を有することを特徴とするモータ駆動装置。