JPS63242772A - 電動パワ−ステアリング電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車の電源装置に係り、特に電動パワーステ
アリング等、半導体を含む電気回路に電力を供給する電
源装置に用いて好適な電源装置に関する。

〔従来の技術〕

従来は特開昭５８−１６９５８号のように自動車用機器
に供給する電力は、直接電池の電力を使用している。こ
のため、平均的な電力は小さいが、ごく短期間に比較的
大きな電流を必要とする電動パワーシステムなどでは、
その電動機を制御するための半導体に大電流のものを使
用するために、大きく、しかも高価なシステムとなる。

この−例として、電動パワーステアリングについて説明
する。第２図はその構成を示す。ハンドル９を回転させ
ると、ハンドル９に連結されたトルクセンサ１２を通っ
て、ピニオン８を回転させ、ラック７を移動させタイヤ
６．６′の方向を変え、操舵する。そして、トルクセン
サの信号に応じて第１の電池１に接続されたコントロー
ラ４はモータ１０に電力を供給する。

モータ１０は、ギア１１を介して、ピニオン８を回転さ
せることにより、ハンドル９の操舵トルクを軽減するよ
うに回転する。

このようなシステムでは、モータ１０の電流は常時流れ
ることはない、すなわち、ハンドル９が移動しない限り
モータ１０には電流は流さない、しかし、モータ１０が
最も電流を必要とするとき、すなわち、据切り時には大
電流が必要となる。これは、通常１８００〜２０００Ｃ
Ｃクラスの自動車では、第１の電池が１２Ｖ系の場合に
は、５０〜７０Ａの電流を必要とする。

モータ１０の電流を変化させるコントローラは半導体を
使用した回路が用いられ、この半導体の大きさは電流の
大きさにより決定される。

すなわち、最大電流が６０Ａ必要な場合には６０Ａを流
し得る半導体が必要である。さらに、実際にはチョッパ
運転されるために、モータ１０の最大電流６０Ａよりも
１．５〜２倍のピーク電流をもつ半導体が必要であって
、最大１２０Ａの半導体は大きな素子容量となりコント
ローラ４を大きくする原因となっており、安価なシステ
ムを構成する阻害要因となっている。

さらにまた、コン１ヘローラ４とモータ１０の間のケー
ブルもまた、大電流を流すに足る太さで配線されるため
に、配線の重量が１ｋｇ近くにまで達する。そして、第
１の電池１は夜間ヘッドランプ等にも電力を供給するた
めに、ハンドル９を操作するたびに、電池の電圧が変動
し、ランプの明暗を起こす原因となっている。

さらに、半導体の電圧降下は、最小でも０．２〜０．５
Ｖ生じ電源電圧１２Ｖに対しては大きな値となり効率を
落とす原因となっている。

また、第１の電池の電圧変動をおさえるために、逆にモ
ータ１０に与える電流は制限される。

すなわち、電動パワーステアリングでは、大トルクを要
する時間は数分間である。したがって、この時間の耐え
るモータ１０を作ればモータ１０は小形化できる。しか
し、モータ１０に与える電流を制限すれば結果的に大き
なモータ１０にしないと大トルクは達成できない。すな
わち、熱的には余裕があってもモータを小型化できない
欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来技術は、比較的大きな電流を必要とす
るシステムでは、特に半導体が高価であって、高価なも
のとなる。

本発明の目的は、低電圧の自動車の電源を使用して、小
さな電流容量の半導体を使用できるようにすることにあ
る。もって、半導体を含む制御回路の小形化を図ること
にある。

また別の目的は、主電池の電圧変動を小さくして照明ラ
ンプの明暗（チラッキ）を少なくすることにある。

また別の目的として、主電池から大電力の機器を切り離
すことにより１機器に与える電流の制限条件をなくし、
もって、モータ１０を小型化し、軽量で安価なシステム
を構成することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は第１の電池と＝該第１の電池に後続した昇
圧装置と；該外圧装置に後続した第２の電池と；該第２
の電池に後続し、ハンドルの回転力信号に対応したステ
アリングモータ駆動電力を供給する制御回路と；該制御
回路に後続したステアリングモータと；を有する電動パ
ワーステアリング電源装置によって解決される。

〔作用〕

外圧装置により第１の電池の電圧を昇圧し、第２の電池
に電力を蓄え、該第２の電池より機器に電力を供給する
ので、該機器の使用する電流は、該機器が第１の電池に
接続されて使用する場合の電流よりも小さな電流となり
、また前記第１の電池の電圧は前記第２の電池に接続さ
れた機器の使用によって変動しない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の法本構成を示したブロック図である。

第１の電池１に接続された昇圧装置２により、第２の電
池３に電力が供給される。そして、第２の電池に半導体
を含む制御回路４が接続され、モータ５を駆動する。第
１の電池は、自動車の場合は主電池として鉛電池が使用
される。そして、図示しないエンジンにより駆動される
発電機により充電される。そして、第１の電池には各種
ランプ等が接続されている。

外圧装置２は各独者えられるが、その−例として第３図
にトランジスタを使用した昇圧回路を示す。第３図の昇
圧回路では、昇圧回路のトランジスタ１４をオン・オフ
させることにより第１の電池から第２の電池への昇圧が
される。

すなわち、ＰＷＭのチョッパとして動作する。

トランジスタ１４がオンすると、直流リアクトル１３（
ＤＣＬと略す）に電流が流れる。電流が流れているとき
にトランジスタ１４をオフすると、ＤＣＬに流れた電流
はそのまま持続しようとする。したがって、ＤＣＬ１３
に流れた電流ｉは点線に示したように、ダイオード１５
を通って第２電池３に入る。すなわち、第１の電池１よ
りも高い電圧の電池３を充電できる。トランジスタ１４
０オン、オフのチョッパ周波数はＤＣＬが大きい場合は
低く、ＤＣＬ１３のインダクタンスが小さい場合は高い
周波数に選ばれる。一般的にその周波数は数１００　Ｈ
ｚから数１０ＫＨｚの間で実用可能であるが、効率の面
一からは低い周波数の方が有利である。さらに、トラン
ジスタの代りにＦＥＴ等のスイッチング素子も利用でき
る。すなわち、電流を断続できる機能さえあれば、どの
ようなスイッチでも実現可能である。

トランジスタの電流、すなわち、第１の電池１から、第
２の電池３へ供給する電流の大きさは、ある範囲では、
トランジスタ１４の通流率αにほぼ比例する。このこと
から、例えば第４図のように通流率を決めれば、第２の
電池３が充分高い電圧のときは昇圧回路は動作せず、第
２の電池３の電圧が低下すると通流率αを増加させ、昇
圧回路２が第２の電池３へ供給する電流を増加させる。

本発明では、通流率αの変化は第２の電池３の電圧がΔ
Ｖｓｚの間だけであり、Ｖ　８　ｍ　ｉ　ｎより下がっ
たとしても一定の通流率α０に保っている。そして、一
定の通流率α０で決定される電流が第１の電池１から第
２の電池３へ電流を供給する最大値Ｉ　ｗａｘとなる。

二の昇圧回路２の最大値工、ａｘは、次のように設定す
る。コントローラ４がモータ５を駆動する平均的な電力
よりも大きく、かつ、最大電力よりも小さな値とする。

例えば、モータ効率５０％、最大出力３００Ｗのモータ
では、１２Ｖ系の電池に換算するとおよそ６０Ａの電流
を要する。これを約半分の３０Ａ程度に上記の最大電流
を制限する。したがって、第１の電池１からみると、従
来の６ＯＡの電流が変動する場合に比較して、最大でも
約半分の負担となり、電圧の変動を小さくすることがで
きる。また、昇圧用トランジスタ１４の容量も従来の６
０Ａ程度を必要としたものに比べて約半分のチップ面積
のトランジスタで実現できるから、はるかに安価なトラ
ンジスタが使用できる。一般に現時点で販売されている
トランジスタは、小容量のトランジスタはどその生産個
数は多い、したがって、一般にチップ面積が半分のトラ
ンジスタは、価格が半分になるのではなく、それ以下に
なる。

第２の電池３の電圧は、自由に選択できる。

第５図は、１８００ＣＣ前後の自動車をアシストするに
必要なモータ電流のカーブである。横軸は第２の電池３
の電圧、縦軸はモータ５の最大電流を示す。例えば、２
４ｖに選定すれば２５〜３５Ａになることを示す。また
、６０Ｖとすれば、１０〜１４Ａになる。すなわち、第
２の電池電圧が高くなるほどモータ５の最大電流は小さ
くできることを意味している。本発明では、少なくとも
２倍の電圧に選定される。現状の自動車の電源は１２Ｖ
系であるために、これは２４ｖ以上に設定される。高圧
にするほど電動パワステアリングコントローラ４に使用
される半導体は小型化でき、したがって、より安価なコ
ントローラが実現できるが、あまり高圧になると取扱上
の危険度、絶縁性の問題等により、逆にコストが増加す
る。したがって、電圧値自４は総合的な面から決定され
る。

モータ５のコントローラ４は、電圧を上昇させることに
より種々の対応が可能となる。これは、従来の場合には
、コントローラ４の主回路を構成する半導体が高価格で
あるために、半導体の数を減少させること４を優先させ
るの番こ対し。

半導体の価格が安価になると、数の制約力１取り除かれ
るからである。コントローラの主回路としては、例えば
第６図のような回路になる。第６図は、モータを磁石界
磁直流モータ、ある１１は分巻モータを駆動するための
回路構成である。

トランジスタ１９．２２をオンさせるモードとトランジ
スタ１１．２０をオンさせるモードとによりモータ５の
電流の方向を変化させ、したがって、直流モータの回転
方向を任意番こ制御できる。そして、トランジスタ１９
〜２２のオン。

オフによるチョッパ制御をすることによりさらに電流制
御、トルク制御が可能である。第６図の構成の利点はモ
ータの電流応答が速し１ことである。第７図は、巻線界
磁モータを制御する場合の一例であって、界磁コイル３
１と３２番よ逆極性に巻かれている。すなわち、トラン
ジスタ２７をオンさせた場合とトランジスタ２８をオン
させる場合ではモータの回転方向″が逆方向となる。さ
らにまた、直流電流機ではなく、交流電動機をも回転さ
せることが可能である。

電動パワーステアリングの場合には、要はトルクセンサ
などの信号に応じて、ハンドル９の操舵力を軽減するよ
うにモータ５を回転させればよく回路の構成自身は任意
に選択される。いずれにしてもモータ５を駆動させる限
すモータ５には一定の電力を供給する必要があり、モー
タ電流は電圧が高ければ小さくできる。そして小さい電
流ならばモータを駆動させる半導体は小さくできる。

第８図は以上のように構成されたときのモータ電流と各
部の電流の関係を示したものである。

モータ５に供給される電流が増加するに従って、昇圧回
路２の電流は増加する。そして、モータ電流Ｉ＾以上で
は一定の値となる。このときの電流が昇圧回路２の最大
電流である。第２の電池３からはモータ電流が増加する
に従って、少しずつ増加しモータ電流工＾の点から急激
に増加する。すなわち、昇圧回路２から供給される電流
はカーブ３３のように、第２の電池３からモータ５に供
給する電流はカーブ３４のようになる。この両者の和が
モータ電流３５となる。

このとき、第２の電池電圧は、カーブ３６のように変化
する。第８図は第２の電池３が高く充電されていた場合
であって、電圧が低下していくと、昇圧回路２の電流は
第８図のカーブ３３から、左に平行移動していく。

本発明は、以上のように構成される。第１の電池電圧の
電流は、モータが必要とする最大電流よりも小さな電流
となる。これは、昇圧回路２の半導体の容量を低下でき
ることと、第１の電池の電圧変動を低下させる有利な点
である。

第１の電池電圧の変動が少なくなる結果、第１の電池電
圧に接続されるランプのチラッキをほとんどなくすこと
ができる効果がある。また、第２の電池３の電流をモー
タ５が使用する結果。

短期間の間は大電力をモータに供給しても、第１の電池
の電圧はさほど低下しないから、モータ５を過負荷まで
使用できる。このため、同一の定格のモータならより高
いアシスト力を出せ、同一のアミスト力ならモータを小
形化できる。

その結果、パワステアリングのシステム価格を下げられ
る効果がある。そして、第２の電池電圧を高くできる結
果、コントローラの半導体の価格を低下させることがで
きる。

本発明は、単に昇圧しコンデンサに充電させるものとは
異なる。第２の電池３が昇圧回路２からの電力を蓄える
結果、第１の電池１とは見かけ上電源を切り離したよう
に使用できる。したがってモータ５の電流が大きく変動
しても、第１の電池の電圧はあまり変動しない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、昇圧装置により第１の電池の電圧を昇
圧し、第２の電池に電力を蓄え、該第２の電池より機器
に電力を供給するので、該機器の使用する電流は該機器
が第１の電池に接続されて使用する場合の電流より小さ
な電流となるため、半導体を含む制御回路および該制御
回路に駆動されるステアリングモータの小形化が図れ、
重量の低下、価格の低減が可能となる。

また前記機器の使用によって前記第１の電池の電圧変動
は生じないので、該第１の電池に接続される照明用ラン
プの明るさの変動を低減できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロック図。 第２図は電動パワーステアリングの構成図、第３図は昇
圧回路の回路図、第４図は昇圧回路のトランジスタの通
流率を示す図、第５図は第２の電池電圧とモータの最大
電流の大きさを示す図、第６図、第７図はモータのコン
トローラ主回路、第８図はモータ電流と昇圧回路電流、
電池電流、電池電圧を示す図である。 １・・・第１の電池、２・・・昇圧装置（昇圧回路）、
３・・・第２の電池、４・・・モータのコントローラ。 ５・・・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の電池と；該第１の電池に後続した昇圧装置と
   ；該昇圧装置に後続した第２の電池と；該第２の電池に
   後続し、ハンドルの回転力信号に対応したステアリング
   モータ駆動電力を供給する制御回路と；該制御回路に後
   続したステアリングモータと；からなることを特徴とす
   る電動パワーステアリング電源装置。 ２、前記昇圧装置の容量が、前記第２の電池で使用する
   平均電力よりも大きく、該第２の電池の使用する最大電
   力よりも小さな容量であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電源装置。