JPWO2018056046A1 - 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(実施形態1)
〔1.1.電力変換装置100の構造〕
図1は、本実施形態による電力変換装置100の回路構成を模式的に示す。
〔1.2.モータ駆動ユニット400の構造〕
図3は、電力変換装置100を有するモータ駆動ユニット400の典型的なブロック構成を模式的に示す。
〔1.3.モータ駆動ユニット400の動作〕
以下、モータ駆動ユニット400の動作の具体例を説明し、主として電力変換装置100の動作の具体例を説明する。
<第1動作モード>
モータ200が低速で駆動しているとき、第1インバータ120において、切替回路110と第1インバータ120との接続ノードN1(図1を参照)に各相の巻線の中性点が構成される。本願明細書では、あるノードが中性点として機能することを、「中性点が構成される」と表現することとする。電力変換装置100は、第2インバータ130および中性点を用いて電力変換を行うことによってモータ200を駆動することができる。
<第2動作モード>
モータ200が高速で駆動しているとき、電力変換装置100は、第1および第2インバータ120、130の両方を用いて電力変換を行うことによってモータ200を駆動することができる。
(実施形態2)
〔2.1.電力変換装置100Aの構造〕
図10は、本実施形態による電力変換装置100Aの回路構成を模式的に示す。図11は、電力変換装置100Aを有するモータ駆動ユニット400Aの典型的なブロック構成を模式的に示す。
〔2.2.電力変換装置100Aの動作〕
以下、モータ駆動ユニット400Aの動作の具体例を説明し、主として電力変換装置100Aの動作の具体例を説明する。
<第1動作モード>
モータ200が低速で駆動しているとき、中性点リレー回路160における接続ノードN3(図10を参照)に各相の巻線の中性点N3が構成される。制御回路300は、中性点リレー回路160をオンし、かつ、第1インバータ120のローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を全てオフする。これにより、第1インバータ120に電流は流れない。例えば、第2インバータ130のFET131Hを通って巻線M1に流れる電流は、中性リレー点回路160のFET161を通って中性点N3に流れる。その電流の一部は、FET162を通って巻線M2に流れ、残りの電流は、FET163を通って巻線M3に流れる。巻線M2およびM3を流れた電流は、第2インバータ130に戻りGNDに流れる。
<第2動作モード>
制御回路300は、中性点リレー回路160をオフする。これにより、中性点リレー回路160に電流は流れない。電力変換装置100は、第1および第2インバータ120、130の両方を用いて三相通電制御することによってモータ200を駆動することができる。
(実施形態3)
本実施形態による電力変換装置100Bは、第1インバータ120用に電源側切替回路およびGND側切替回路を有する点で、実施形態1による電力変換装置100とは異なる。以下、実施形態1による電力変換装置100との差異点を中心に説明する。
〔3.1.電力変換装置100Bの構造〕
図12は、本実施形態による電力変換装置100Bの回路構成を模式的に示す。
〔3.2.モータ駆動ユニット400の動作〕
電力変換装置100Bは、実施形態1による電力変換装置100と同様に、第1および第2動作モードを含む電力変換モードを有する。制御回路300(図3を参照)は、モータ200は低速で駆動していると判定したとき、電力変換モードとして第1動作モードを選択し、モータ200は高速で駆動していると判定したとき、電力変換モードとして第2動作モードを選択する。
(実施形態4)
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を有する。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ECU、モータおよび減速機構などから構成される。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ECUは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
Claims (15)
- 電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、
前記モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記第1インバータ側に前記各相の巻線の中性点を構成するために用いられる切替回路と、
を有し、
前記第1インバータに含まれる複数のスイッチング素子のうちの少なくとも1つは、第1電流容量を有し、
前記第2インバータに含まれる複数のスイッチング素子は、前記第1電流容量よりも大きい第2電流容量を有する、電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記第1インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第1スイッチ素子を有する電源側切替回路であり、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有し、前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のハイサイドスイッチング素子は、前記第2電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記第1インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第1スイッチ素子を有する電源側切替回路であり、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有し、前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のハイサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量よりも大きく前記第2電流容量よりも小さい第3電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記第1インバータとグランドとの接続・非接続を切替える第2スイッチ素子を有するグランド側切替回路であり、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子は、前記第2電流容量を有し、前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のハイサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記第1インバータとグランドとの接続・非接続を切替える第2スイッチ素子を有するグランド側切替回路であり、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量よりも大きく前記第2電流容量よりも小さい第3電流容量を有し、前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のハイサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記各相の巻線の一端に接続され、かつ、前記各相の巻線の一端同士の接続・非接続を切替える中性点リレー回路であり、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記切替回路は、前記第1インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第1スイッチ素子を有する電源側切替回路と、前記第1インバータとグランドとの接続・非接続を切替える第2スイッチ素子を有するグランド側切替回路とを有し、
前記第1インバータのブリッジ回路における前記n個のローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子は、前記第1電流容量を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記モータの低速駆動時、前記切替回路によって前記第1インバータ側に構成された前記各相の巻線の中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、を有する、請求項1から7のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記電源側切替回路の前記第1スイッチ素子はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において、前記n個のハイサイドスイッチング素子がオンして、前記n個のローサイドスイッチング素子はオフする第1動作モードであって、前記モータの低速駆動時、前記第1インバータのハイサイド側に構成された前記各相の巻線の中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記電源側切替回路の前記第1スイッチ素子はオンする第2動作モードであって、前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、を有する、請求項2または3に記載の電力変換装置。 - 前記グランド側切替回路の前記第2スイッチ素子はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において、前記n個のハイサイドスイッチング素子はオフして、前記n個のローサイドスイッチング素子がオンする第1動作モードであって、前記モータの低速駆動時、前記第1インバータのローサイド側に構成された前記各相の巻線の中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記グランド側切替回路の前記第2スイッチ素子はオンする第2動作モードであって、前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、を有する、請求項4または5に記載の電力変換装置。 - 前記中性点リレー回路がオンし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子は全てオフする第1動作モードであって、前記モータの低速駆動時、前記中性点リレー回路に構成された前記各相の巻線の中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記中性点リレー回路はオフする第2動作モードであって、前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、を有する、請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記電源側およびグランド側切替回路はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子が全てオンする第1動作モードであって、前記モータの低速駆動時、前記第1インバータのローサイド側およびハイサイド側に構成された前記各相の巻線の2つの中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記電源側およびグランド側切替回路がオンする第2動作モードであって、前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、を有する、請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記電源は単一の電源である、請求項1から12のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記モータと、
請求項1から13のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を有するモータ駆動ユニット。 - 請求項14に記載のモータ駆動ユニットを有する電動パワーステアリング装置。
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