KR101512953B1 - 전동 모터의 구동 장치 - Google Patents

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히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 인버터 회로와, 인버터 회로의 전원 라인에 배치되어 반도체 스위치로 구성되는 전원 릴레이를 구비하는 전동 모터의 구동 장치 및 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 전원 릴레이를 구동하는 제1 드라이버 및 제2 드라이버를 구비하고, 제1 드라이버와 제2 드라이버 중 적어도 한쪽이 온 신호를 출력하는 경우에 전원 릴레이가 온으로 되도록 구성했다. 이에 따라, 드라이버의 고장에 의해서 인버터 회로에의 전원 공급이 끊기는 것을 억제할 수 있다.

Description

전동 모터의 구동 장치{ELECTRIC MOTOR DRIVING APPARATUS}
본 발명은, 인버터 회로와, 인버터 회로의 전원 라인에 배치된 전원 릴레이를 구비하는 전동 모터의 구동 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 배터리 전압을, 반도체 스위치로 구성되는 전원 릴레이를 통해 인버터 회로에 공급하는, 전동 모터의 구동 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2011-244611호 공보
그런데, 전동 모터의 구동 장치에 있어서, 전원 릴레이를 통해 인버터 회로에 전원을 공급하도록 하면, 회로의 단락 등의 이상이 생긴 경우에 전원 릴레이를 오프로 하여 인버터 회로에의 전원 공급을 끊음으로써 시스템을 안전 사이드로 유도할 수 있다.
그러나, 전원 릴레이를 구성하는 반도체 스위치의 드라이버에 고장이 발생하면, 그밖에 이상이 없는 경우라도 인버터 회로에의 전원 공급이 끊겨, 전동 모터를 구동할 수 없게 되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 전원 릴레이를 구동하는 드라이버의 고장에 의해서 인버터 회로에의 전원 공급이 끊겨 버리는 것을 억제할 수 있는, 전동 모터의 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그 때문에, 본원 발명에 따른 전동 모터의 구동 장치는, 전동 모터에 전력을 공급하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로에 전력을 공급하는 전원 라인에 배치된 반도체 스위치로 구성되는 제1 전원 릴레이와, 상기 전원 릴레이를 구동하는 제1 드라이버 및 제2 드라이버와, 상기 제1 전원 릴레이에 접속되는 반도체 스위치로 이루어지는 제2 전원 릴레이와, 상기 제2 전원 릴레이를 구동하는 제3 드라이버를 구비하고, 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 중 적어도 한쪽이 온 신호를 출력하는 경우에 상기 제1 전원 릴레이가 온으로 되도록 구성하고, 상기 제2 전원 릴레이에, 상기 제3 드라이버와 함께, 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 중 적어도 한쪽을 접속하여, 상기 제2 전원 릴레이에 접속되는 복수의 드라이버 중 적어도 하나가 온 신호를 출력할 때에 상기 제2 전원 릴레이가 온으로 되도록 구성했다.
삭제
상기 발명에 의하면, 제1 내지 제3 드라이버 중 하나가 고장나 출력이 오프 상태에 고착되어도, 제1 전원 릴레이 및 제2 전원 릴레이를 함께 온 상태로 제어하여, 인버터 회로에 전원을 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 전동 파워 스티어링 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 전동 모터의 구동 장치를 도시하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 드라이버의 일례를 도시하는 회로도이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 전동 모터의 구동 장치의 적용예의 하나로서의 전동 파워 스티어링 장치를 도시한다.
도 1에 도시하는 전동 파워 스티어링 장치(100)는, 차량(200)에 구비되어 조타 보조력을 전동 모터(130)에 의해서 발생시키는 장치이며, 스티어링 휠(110), 조타 토크 센서(120), 전동 모터(130), 전동 모터(130)의 구동 장치(140), 전동 모터(130)의 제어 장치를 구성하는 컨트롤 유닛(150), 전동 모터(130)의 회전을 감속하여 스티어링 샤프트(170)에 전달하는 감속기(160) 등을 포함하여 구성된다.
조타 토크 센서(120) 및 감속기(160)는, 스티어링 샤프트(170)를 내포하는 스티어링 컬럼(180) 내에 설치된다.
스티어링 샤프트(170)의 선단에는 피니언 기어(171)가 설치되어 있고, 이 피니언 기어(171)가 회전하면, 랙 기어(172)가 차량(200)의 진행 방향 좌우로 수평 이동한다.
랙 기어(172)의 양끝에는, 각각 차륜(201)의 조타 기구(202)가 설치되어 있고, 랙 기어(172)가 수평 이동함으로써 차륜(201)의 방향이 바뀐다.
조타 토크 센서(120)는, 차량의 운전자가 스티어링 조작을 함으로써 스티어링 샤프트(170)에 발생하는 조타 토크를 검출하여, 검출한 조타 토크의 신호(ST)를 컨트롤 유닛(150)에 출력한다.
마이크로 컴퓨터를 포함하는 컨트롤 유닛(150)에는, 조타 토크 신호(ST) 외에, 차속 센서(190)가 출력하는 차속의 신호(VSP) 등이 입력된다.
그리고, 컨트롤 유닛(150)은, 조타 토크 신호(ST), 차속 신호(VSP) 등에 기초하여 구동 장치(140)를 제어함으로써, 전동 모터(130)의 발생 토크, 즉, 조타 보조력을 제어한다.
한편, 컨트롤 유닛(150)과 구동 장치(140)를 일체로 한 구성으로 할 수 있다.
이어서, 전동 모터(130)의 구동 장치(140)를 도 2를 참조하면서 상세히 설명한다.
전동 모터(130)는, U상, V상 및 W상의 3상 권선을 갖는, 3상 DC 브러시리스 모터, 바꿔 말하면, 3상 동기 전동기이다.
그리고, 구동 장치(140)는, 인버터 회로(300), 인버터 회로(300)를 구동하는 프리드라이버(400), 전원 릴레이 장치(500) 등을 구비한다.
인버터 회로(300)는, 구동 라인(310U, 310V, 310W)을 통해 전동 모터(130)의 U상, V상 및 W상을 각각으로 구동하는 3조의 반도체 스위치(320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, 320WL)를 갖춘 3상 브릿지 회로로 이루어진다.
본 실시형태에서는, 반도체 스위치(320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, 320WL)로서, N 채널형의 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)를 이용한다.
반도체 스위치(320UH, 320UL)는, 전원 라인(510)과 접지점과의 사이에 드레인-소스 사이가 직렬 접속되고, 반도체 스위치(320UH)와 반도체 스위치(320UL)와의 접속점에 구동 라인(310U)의 일단이 접속되고, 구동 라인(310U)의 타단에는 전동 모터(130)의 U상이 접속된다.
반도체 스위치(320VH, 320VL)는, 전원 라인(510)과 접지점과의 사이에 드레인-소스 사이가 직렬 접속되고, 반도체 스위치(320VH)와 반도체 스위치(320VL)와의 접속점에 구동 라인(310V)의 일단이 접속되고, 구동 라인(310V)의 타단에는 전동 모터(130)의 V상이 접속된다.
반도체 스위치(320WH, 320WL)는, 전원 라인(510)과 접지점과의 사이에 드레인-소스 사이가 직렬 접속되고, 반도체 스위치(320WH)와 반도체 스위치(320WL)와의 접속점에 구동 라인(310W)의 일단이 접속되고, 구동 라인(310W)의 타단에는 전동 모터(130)의 W상이 접속된다.
또한, 인버터 회로(300)와 전동 모터(130)의 U상, V상 및 W상과의 사이의 구동 라인(310U, 310V, 310W)에는 릴레이(330U, 330V, 330W)가 설치되어 있다. 이들 릴레이(330U, 330V, 330W)로서, 본 예에서는 N 채널형 MOSFET를 이용하고 있다.
릴레이(330U, 330V, 330W)는 각각 드라이버(340U, 340V, 340W)에 의해서 구동된다.
컨트롤 유닛(150)은, 드라이버(340U, 340V, 340W)를 제어하여 릴레이(330U, 330V, 330W)를 구성하는 MOSFET의 게이트에 제어 신호를 출력함으로써, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 온/오프를 개별로 제어한다.
여기서, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 오프 상태에서는, 인버터 회로(300)로부터 U상, V상, W상에의 전력 공급이 차단되고, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 온 상태에서는, 인버터 회로(300)로부터 U상, V상, W상에의 전력 공급을 할 수 있게 된다.
프리드라이버(400)는, 인버터 회로(300)에 있어서의 상부 아암 스위치(320VH, 320UH, 320WH)를 각각으로 구동하는 드라이버(410VH, 410UH, 410WH)와, 인버터 회로(300)에 있어서의 하부 아암 스위치(320VL, 320UL, 320WL)를 각각으로 구동하는 드라이버(410VL, 410UL, 410WL)를 구비하고 있다.
한편, 프리드라이버(400)를 SOI(Silicon On Insulator)로 구성할 수 있으며, 이에 따라, 부유 용량이 저감되어, 프리드라이버(400)의 고속도화 및 저소비전력화를 도모할 수 있다. 또한, 특정 부위가 고장났을 때, 다른 부위에 파급되어 고장나게 할 가능성을 저감할 수 있다.
또한, 프리드라이버(400)는, 부트 스트랩 콘덴서(CU, CV, CW)에 충전한 전하로 상부 아암 스위치(320VH, 320UH, 320WH)를 구동하는 승압 회로인 부트 스트랩 회로(420V, 420U, 420W)를 구비하고 있다.
드라이버(410VH, 410UH, 410WH)의 출력단에는 각각 MOSFET(320VH, 320UH, 320WH)의 게이트가 접속되고, MOSFET(320VH, 320UH, 320WH)는 드라이버(410VH, 410UH, 410WH)의 출력에 따라서 온/오프가 제어된다.
마찬가지로, 드라이버(410VL, 410UL, 410WL)의 출력단에는 각각 MOSFET(320VL, 320UL, 320WL)의 게이트가 접속되고, MOSFET(320VL, 320UL, 320WL)는 드라이버(410VL, 410UL, 410WL)의 출력에 따라서 온/오프가 제어된다.
더욱이, 프리드라이버(400)는, 드라이버(410UH, 410UL, 410VH, 410VL, 410WH, 410WL) 및 릴레이(330U, 330V, 330W)의 드라이버(340U, 340V, 340W) 및 전원 릴레이 장치(500)를 구성하는 드라이버에 전력을 공급하는 챠지 펌프(430)를 구비하고 있다. 챠지 펌프(430)는 프리드라이버(400)의 전원을 승압하는 승압 회로이다.
드라이버(410VH, 410UH, 410WH)는, 부트 스트랩 회로(420V, 420U, 420W)와 챠지 펌프(430)의 높은 쪽의 전압을 사용하여 MOSFET(320VH, 320UH, 320WH)를 구동하도록 구성되고, 드라이버(410VL, 410UL, 410WL)는, 배터리 전원(520)과 챠지 펌프(430)의 높은 쪽의 전압을 사용하여 MOSFET(320VL, 320UL, 320WL)를 구동한다.
전원 릴레이 장치(500)는, 전원으로서의 배터리(520)와, 배터리(520)와 인버터 회로(300)를 접속하는 전원 라인(510)에 드레인-소스 사이가 직렬 접속되는 N 채널형 MOSFET로 이루어지는 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)와, 제1 전원 릴레이(530), 제2 전원 릴레이(540)를 구동하는 제1 드라이버(550a), 제2 드라이버(550b), 제3 드라이버(550c)를 구비하고 있다.
한편, 인버터 회로(300), 릴레이(330U, 330V, 330W), 제1 전원 릴레이(530), 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 각 MOSFET에 있어서, 드레인-소스 사이의 다이오드(D1-D11)는, 기생 다이오드, 바꿔 말하면, 내부 다이오드이다.
여기서, 제1 전원 릴레이(530)의 소스와 제2 전원 릴레이(540)의 소스를 접속함으로써, 제1 전원 릴레이(530)의 기생 다이오드(D10)와 제2 전원 릴레이(540)의 기생 다이오드(D11)는, 전류를 흘리는 방향인 순방향이 역방향으로 되도록 해 놓는다.
또한, 제1 전원 릴레이(530)를 구성하는 MOSFET의 게이트에는 제1 드라이버(550a) 및 제2 드라이버(550b)의 출력단이 접속되고, 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 MOSFET의 게이트에는 제1 드라이버(550a) 및 제3 드라이버(550c)의 출력단이 접속된다.
그리고, 제1 전원 릴레이(530)는, 제1 드라이버(550a)와 제2 드라이버(550b) 중 적어도 한쪽의 출력이 하이 레벨인 경우에 드레인-소스 사이에 전류가 흐르는 온 상태가 되고, 제2 전원 릴레이(540)는, 제1 드라이버(550a)와 제3 드라이버(550c) 중 적어도 한쪽의 출력이 하이 레벨인 경우에 드레인-소스 사이에 전류가 흐르는 온 상태가 된다.
여기서, 제1 드라이버(550a)의 출력단과 제1 전원 릴레이(530)를 구성하는 MOSFET의 게이트를 접속하는 라인에는, 제1 드라이버(550a)에서 제1 전원 릴레이(530)로 향하는 방향으로 전류를 흘리는 제1 다이오드(D21)가 개재된다.
또한, 제1 드라이버(550a)의 출력단과 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 MOSFET의 게이트를 접속하는 라인에는, 제1 드라이버(550a)에서 제2 전원 릴레이(540)로 향하는 방향으로 전류를 흘리는 제2 다이오드(D22)가 개재된다.
더욱이, 제2 드라이버(550b)의 출력단과 제1 전원 릴레이(530)를 구성하는 MOSFET의 게이트를 접속하는 라인에는, 제2 드라이버(550b)에서 제1 전원 릴레이(530)로 향하는 방향으로 전류를 흘리는 제3 다이오드(D21')가 개재된다.
또한, 제3 드라이버(550c)의 출력단과 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 MOSFET의 게이트를 접속하는 라인에는, 제3 드라이버(550c)에서 제2 전원 릴레이(540)로 향하는 방향으로 전류를 흘리는 제4 다이오드(D22')가 개재된다.
한편, 드라이버(550a-550c)로서, 예컨대, 도 3에 도시하는 것과 같은 바이폴라 트랜지스터로 구성되는 회로를 이용하는 경우에는, 드라이버(550a-550c)와 전원 릴레이(530, 540)를 구성하는 MOSFET(530, 540)의 게이트를 접속하는 라인의 다이오드(D21, D22, D21', D22')를 생략할 수 있다.
도 3의 드라이버(550a-550c)는, PNP 트랜지스터(TR1)와, 저항(R)과, NPN 트랜지스터(TR2)로 구성된다. PNP 트랜지스터(TR1)는, 전원으로서의 승압 회로(600) 또는 챠지 펌프(430)와 전원 릴레이(530, 540)를 구성하는 MOSFET(530, 540)의 게이트와의 사이에 에미터-콜렉터 사이가 직렬로 접속된다.
또한, 저항(R)은, PNP 트랜지스터(TR1)의 베이스와 접지점과의 사이에 직렬 접속된다. 또한, NPN 트랜지스터(TR2)는, 저항(R)과 접지점 사이에 콜렉터-에미터 사이가 직렬로 접속된다.
그리고, NPN 트랜지스터(TR2)의 베이스에 컨트롤 유닛(150)으로부터의 제어 신호가 출력되고, NPN 트랜지스터(TR2)의 베이스에 하이 레벨 신호가 출력되면, PNP 트랜지스터(TR1)를 통해 전원이 전원 릴레이(530, 540)를 구성하는 MOSFET(530, 540)의 게이트에 공급된다.
한편, SOI로 구성되는 프리드라이버(400)와 다른 디바이스를 일체화할 수 있다.
예컨대, 프리드라이버(400)와 승압 회로(600)를 일체로 하거나, 프리드라이버(400)와 드라이버(550a)와 다이오드(D21, D22)를 일체로 하거나 할 수 있다.
또한, 프리드라이버(400)와 드라이버(550a)와 다이오드(D21, D22, D21')를 일체로 하거나, 프리드라이버(400)와 드라이버(550a-550c)와 다이오드(D21, D22, D21', D22')와 릴레이의 드라이버(340U, 340V, 340W)를 일체로 하거나 할 수 있다.
또한, 제1 드라이버(550a)에는 승압 회로(600)로부터 전원이 공급되고, 제2 드라이버(550b) 및 제3 드라이버(550c)에는 프리드라이버(400)에 구비된 챠지 펌프(430)로부터 전원이 공급된다.
더욱이, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 드라이버(340U, 340V, 340W)에는, 승압 회로(600) 및 챠지 펌프(430)로부터 전력이 공급된다.
여기서, 승압 회로(600)와 각 드라이버(340U, 340V, 340W)를 접속하는 라인에는 제3 다이오드(D23)가 개재되고, 챠지 펌프(430)와 각 드라이버(340U, 340V, 340W)를 접속하는 라인에는 제4 다이오드(D24)가 개재되고, 병렬 접속되는 제3 다이오드(D23) 및 제4 다이오드(D24)는 함께 각 드라이버(340U, 340V, 340W)로 향하는 방향으로 전류를 흘린다.
상기한 구동 장치(140)를 구성하는 각 드라이버(340U, 340V, 340W, 550a, 550b, 550c, 410VH, 410UH, 410WH, 410VL, 410UL, 410WL)는, 마이크로 컴퓨터를 포함하는 컨트롤 유닛(150)에 의해서 개별로 제어된다.
즉, 컨트롤 유닛(150)은, 각 드라이버(550a, 550b, 550c)를 제어함으로써, 전원 릴레이 장치(500)의 제1 전원 릴레이(530), 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 MOSFET의 게이트에 제어 신호를 공급하여, 제1 전원 릴레이(530), 제2 전원 릴레이(540)의 온/오프를 제어한다.
또한, 컨트롤 유닛(150)은, 프리드라이버(400)의 각 드라이버(410VH, 410UH, 410WH, 410VL, 410UL, 410WL)에 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 개별로 출력한다.
그리고, 드라이버(410VH, 410UH, 410WH, 410VL, 410UL, 410WL)는, 상기 PWM 신호에 기초하여 인버터 회로(300)의 반도체 스위치(320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, 320WL)의 게이트에 각각 상기 PWM 신호에 기초한 구동 신호를 공급하여, 반도체 스위치(320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, 320WL)의 온/오프를 제어함으로써, 전동 모터(130)의 각 상으로의 통전을 개별로 제어한다.
더욱이, 컨트롤 유닛(150)은, 드라이버(340U, 340V, 340W)를 개별로 제어하고, 이들 드라이버(340U, 340V, 340W)로부터 릴레이(330U, 330V, 330W)를 구성하는 각 MOSFET의 게이트에 제어 신호를 공급하여, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 온/오프를 개별로 제어한다.
전동 모터(130)를 구동하는 경우, 컨트롤 유닛(150)은, 전원 릴레이 장치(500)의 드라이버(550a, 550b, 550c)에 온 신호를 출력하여 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 제어하고, 또한, 드라이버(340U, 340V, 340W)에 온 신호를 출력하여 릴레이(330U, 330V, 330W)를 온 상태로 제어한다.
그리고, 컨트롤 유닛(150)은, 인버터 회로(300)의 반도체 스위치(320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, 320WL)의 온/오프를 PWM에 의해서 제어함으로써, 전동 모터(130)를 구동한다.
여기서, 컨트롤 유닛(150)은, 조타 토크 신호(ST)나 차속 신호(VSP) 등에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 변경하여, 전동 모터(130)의 회전 속도를 제어한다.
또한, 릴레이(330U, 330V, 330W)는, 예컨대, 회로 고장 등에 의해서 전동 모터(130)에의 전력 공급을 정지하는 경우에, 전동 모터(130)가 발전기로서 기능하여 핸들 조작의 저항이 되는 것을 억제하기 위해서 오프로 제어된다.
이하에서는, 전동 모터(130)가 발전기로서 기능하여 핸들 조작의 저항이 되는 것을 전기 브레이크라고 부른다.
컨트롤 유닛(150)은, 회로 고장의 발생에 근거하여 전동 모터(130)에의 전력 공급을 정지하여 페일 세이프로 하는 경우, 전원 릴레이 장치(500)의 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 오프 상태로 제어하여 인버터 회로(300)에의 전원 공급을 차단하고, 또한, 인버터 회로(300)의 반도체 스위치를 전부 오프로 제어하여, 회로의 보호 및 예기치 않은 조타 보조력의 발생을 억제한다.
더욱이, 컨트롤 유닛(150)은, 드라이버(340U, 340V, 340W)를 통해 릴레이(330U, 330V, 330W)를 구성하는 MOSFET를 오프 상태로 제어하여, 인버터 회로(300)로부터 전동 모터(130)에의 구동 전류를 차단한다. 이에 따라, 회로 고장이 발생했을 때에, 폐루프를 생성하는 전류로를 차단하여 전기 브레이크의 발생을 억제한다.
여기서, 전원 릴레이 장치(500)의 작용을 설명한다.
전원 릴레이 장치(500)는, MOSFET 등의 반도체 소자를 이용한 반도체 릴레이인 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)로 구성되므로, 전자석을 이용하여 접점을 물리적으로 움직여 온/오프가 전환되는 전자 릴레이를 이용하는 경우에 비해서, 제품의 소형화와 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
한편, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 구성하는 MOSFET는 기생 다이오드(D10, D11)를 갖추는데, 이 기생 다이오드(D10, D11)가 전류를 흘리는 방향인 순방향을 역으로 해 놓는다.
이 때문에, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)가 오프 상태로 제어되고 있는 경우에, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)의 기생 다이오드(D10, D11)를 통해 인버터 회로(300)에 전원이 공급되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 전원 릴레이(530)는, 제1 드라이버(550a)와 제2 드라이버(550b) 중 적어도 한쪽의 출력이 온인 경우에 온 상태가 되고, 제2 전원 릴레이(540)는, 제1 드라이버(550a)와 제3 드라이버(550c) 중 적어도 한쪽의 출력이 온인 경우에 온 상태가 된다.
즉, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)는, 각각 2개의 드라이버 중 적어도 한쪽의 출력이 온이라면 온 상태가 되도록 해 놓는다.
따라서, 드라이버(550a, 550b, 550c) 중 하나가 고장나 출력이 오프 상태에 고착되어도, 컨트롤 유닛(150)의 전원 릴레이의 온 지시에 대하여, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 하여, 인버터 회로(300)에 전력을 공급할 수 있다.
예컨대, 드라이버(550a)가 고장나 출력이 오프 상태에 고착된 경우, 제1 전원 릴레이(530)는 드라이버(550b)의 출력이 온으로 됨으로써 온 상태가 되고, 제2 전원 릴레이(540)는 드라이버(550c)의 출력이 온으로 됨으로써 온 상태가 된다.
또한, 드라이버(550b)가 고장나 출력이 오프 상태에 고착된 경우, 제1 전원 릴레이(530)는 드라이버(550a)의 출력이 온으로 됨으로써 온 상태가 되고, 제2 전원 릴레이(540)는 드라이버(550a)와 드라이버(550a) 중 적어도 한쪽이 온으로 됨으로써 온 상태가 된다.
더욱이, 드라이버(550c)가 고장나 출력이 오프 상태에 고착된 경우, 제1 전원 릴레이(530)는 드라이버(550a)와 드라이버(550b) 중 적어도 한쪽이 온으로 됨으로써 온 상태가 되고, 제2 전원 릴레이(540)는 드라이버(550a)가 온으로 됨으로써 온 상태가 된다.
이와 같이, 드라이버(550a, 550b, 550c) 중 하나가 고장나 출력이 오프 상태에 고착되어도, 컨트롤 유닛(150)은, 드라이버(550a, 550b, 550c)를 온으로 제어함으로써, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 함께 온 상태로 제어하여, 인버터 회로(300)에 전원을 공급할 수 있다.
또한, 승압 회로(600)가 고장나 제1 드라이버(550a)에 전원을 공급할 수 없고 제1 드라이버(550a)의 출력을 온으로 할 수 없게 되어도, 제2 드라이버(550b) 및 제3 드라이버(550c)에는, 승압 회로(600)와는 독립된 챠지 펌프(430)로부터 전원이 공급되기 때문에, 제2 드라이버(550b) 및 제3 드라이버(550c)의 출력을 온으로 하여 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 할 수 있다.
역으로, 챠지 펌프(430)가 고장나 제2 드라이버(550b) 및 제3 드라이버(550c)에 전원을 공급할 수 없고 제2 드라이버(550b) 및 제3 드라이버(550c)의 출력을 온으로 할 수 없게 되어도, 제1 드라이버(550a)에는, 챠지 펌프(430)와는 독립된 승압 회로(600)로부터 전원이 공급되기 때문에, 제1 드라이버(550a)의 출력을 온으로 하여 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 할 수 있다.
따라서, 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430)의 한쪽이 고장나더라도, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 제어하여, 인버터 회로(300)에 전력을 공급할 수 있다.
한편, 챠지 펌프(430)로부터 공급되는 전력의 제1 드라이버(550a) 측으로의 유입은 다이오드(D21, D22)에 의해서 억제된다.
이와 같이, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)는, 각각 2개의 드라이버 중 한쪽이 온으로 되면 온 상태가 된다.
더욱이, 상기 2개의 드라이버의 한쪽에 전원을 공급하는 승압 회로(600)와 다른 쪽에 전원을 공급하는 챠지 펌프(430)를 개별로 구비하여, 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430)의 한쪽에서 드라이버에 전원이 공급되면, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온으로 할 수 있다.
따라서, 드라이버(550a, 550b, 550c) 중 하나가 고장나거나, 또는 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430)의 한쪽이 고장나더라도, 제1 전원 릴레이(530) 및 제2 전원 릴레이(540)를 온 상태로 하여 인버터 회로(300)에 전력을 공급할 수 있고, 전동 모터(130)를 구동시켜 조타 보조력을 발생시킬 수 있다.
즉, 전동 모터(130)의 구동 제어를 정상적으로 행할 수 있는 상태에서, 드라이버(550a, 550b, 550c)나 승압 회로(600), 챠지 펌프(430)의 고장이 발생하더라도, 인버터 회로(300)에 전원을 공급하여 전동 모터(130)를 구동하여, 조타 보조력을 계속해서 발생시킬 수 있어, 운전자의 조타력이 증대되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 프리드라이버(400)에서는, 챠지 펌프(430)를 구비함과 아울러, 각 상에 부트 스트랩 회로(420V, 420U, 420W)를 설치해 놓기 때문에, 챠지 펌프(430)에 의한 승압 기능이 고장나더라도, 부트 스트랩 회로(420V, 420U, 420W)의 부트 스트랩 콘덴서의 전압으로 상부 아암 스위치인 반도체 스위치(320VH, 320UH, 320WH)를 구동할 수 있다.
또한, 부트 스트랩 회로(420V, 420U, 420W)에서는, 전동 모터(130)의 PWM 제어에 있어서의 듀티비를 100% 또는 0%로 하면, 부트 스트랩 콘덴서에의 충전을 할 수 없어, 부트 스트랩 콘덴서의 전압으로 반도체 스위치(320VH, 320UH, 320WH)를 구동할 수 없게 된다.
그러나, 챠지 펌프(430)가 정상이라면, 듀티비가 100% 또는 0%로 설정되는 경우라도, 챠지 펌프(430)로부터 반도체 스위치(320VH, 320UH, 320WH)의 구동에 필요한 전원 전압을 공급할 수 있다.
더욱이, 릴레이(330U, 330V, 330W)의 드라이버(340U, 340V, 340W) 각각에, 승압 회로(600) 및 챠지 펌프(430)로부터 전원이 공급되기 때문에, 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430)의 한쪽이 고장나더라도, 다른 쪽에서 전원을 공급하여 릴레이(330U, 330V, 330W)를 온 상태로 할 수 있다.
따라서, 전동 모터(130)를 구동하는 경우에, 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430) 중 적어도 한쪽이 고장나 있더라도, 전동 모터(130)의 U상, V상 및 W상 각각을 구동하여 조타 보조력을 발생시킬 수 있다.
즉, 승압 회로(600)와 챠지 펌프(430)는 한쪽이 다른 쪽의 백업 전원으로서 기능하여, 전원 회로의 고장에 의해서 전동 모터(130)를 구동할 수 없게 되는 것을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 상기 전동 모터(130)의 구동 장치(140)에서는, 승압 회로나 드라이버의 고장이 발생하더라도, 전동 모터(130)를 계속해서 구동하게 할 수 있어, 승압 회로나 드라이버의 고장에 의해서 즉시 조타 보조력을 발생시킬 수 없게 되어 운전자의 조타력이 증대되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
상기 실시형태에서 설명한 각 기술적 사상은 모순이 생기지 않는 한 적절하게 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 바람직한 실시형태를 참조하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 기본적 기술 사상 및 교시에 기초하여, 당업자라면 여러 가지 변형 양태를 채용할 수 있다는 것은 자명이다.
예컨대, 제1 전원 릴레이(530)와 제2 전원 릴레이(540)와의 조합을 2조 직렬로 접속하여, 계 4개의 MOSFET를 전원 라인(510)에 직렬 접속시킬 수 있다.
이 경우, 예컨대, 기생 다이오드(D)의 전류 방향이 배터리(520)를 향하는 방향인 MOSFET가 온 상태에 고착되는 고장이 발생한 경우에, 마찬가지로 기생 다이오드(D)의 전류 방향이 배터리(520)를 향하는 방향인 또 하나의 MOSFET를 오프로 제어함으로써, 인버터 회로(300)에의 전원 공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 2개의 전원 릴레이(530, 540)와 3개의 드라이버(550a, 550b, 550c)의 조합을 예시했지만, 예컨대, 승압 회로(600)로부터 전원 공급을 받는 하나의 드라이버와, 챠지 펌프(430)로부터 전원 공급을 받는 하나의 드라이버를 설치하여, 이들 2개의 드라이버의 출력이, 제1 전원 릴레이(530)와 제2 전원 릴레이(540)의 각각에 공급되는 구성으로 할 수 있다.
또한, 승압 회로(600)로부터 전원 공급을 받는 하나의 드라이버와, 챠지 펌프(430)로부터 전원 공급을 받는 하나의 드라이버와의 조합을, 제1 전원 릴레이(530)와 제2 전원 릴레이(540)에 각각 설치하는 구성, 즉, 계 4개의 드라이버를 갖추는 구성으로 할 수 있다.
더욱이, 3개 이상의 드라이버의 출력이 하나의 전원 릴레이에 출력되는 구성으로 하여, 3개 이상의 드라이버 중 적어도 하나가 승압 회로(600)로부터 전원 공급을 받고, 3개 이상의 드라이버 중 적어도 하나가 챠지 펌프(430)로부터 전원 공급을 받는 구성으로 할 수 있다.
또한, 릴레이나 인버터 회로를 구성하는 반도체 스위치를 N 채널형 MOSFET에 한정하는 것이 아니라, 다른 반도체 스위치를 이용할 수 있다. 예컨대, 릴레이(330U, 330V, 330W)를 구성하는 반도체 스위치를 P 채널형 MOSFET로 할 수 있다.
더욱이, 기생 다이오드에 직렬로 접속되어, 기생 다이오드가 전류를 흘리는 방향의 역방향으로 전류를 흘리는 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)가 형성되는 N 채널형 MOSFET를 릴레이(330U, 330V, 330W)나 전원 릴레이 장치(500)를 구성하는 반도체 스위치로서 이용할 수 있다.
SBD가 형성되는 N 채널형 MOSFET는 예컨대 일본 특허공개 평07-01515009호 공보 등에 개시되어 있다.
그리고, SBD가 형성되는 N 채널형 MOSFET를 전원 릴레이 장치(500)의 제1 전원 릴레이(530)로서 이용하는 경우에는, 제2 전원 릴레이(540) 및 드라이버(550c)를 생략할 수 있다.
또한, 전동 모터(130)는, 전동 파워 스티어링 장치(100)에 있어서 조타 보조력을 발생시키는 전동 모터에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 차량용 유압 기기의 오일이나 내연 기관의 냉각수를 순환시키는 유체 펌프를 구동하는 전동 모터로 할 수 있다.
또한, 전동 모터(130)를 3상 DC 브러시리스 모터에 한정하는 것은 아니며, 4상 이상의 권선을 갖는 동기 전동기로 할 수 있다.
100: 전동파워 스티어링 장치, 130: 전동 모터, 140: 구동 장치, 150: 컨트롤 유닛, 300: 인버터 회로, 330U, 330V, 330W: 릴레이, 340U, 340V, 340W: 드라이버, 400: 프리드라이버, 420V, 420U, 420W: 부트 스트랩 회로, 430: 챠지 펌프, 500: 전원 릴레이 장치, 530: 제1 전원 릴레이, 540: 제2 전원 릴레이, 550a, 550b, 550c: 드라이버, 600: 승압 회로

Claims (15)

  1. 전동 모터에 전력을 공급하는 인버터 회로와, 상기 인버터 회로에 전력을 공급하는 전원 라인에 배치된 반도체 스위치로 구성되는 제1 전원 릴레이와, 상기 제1 전원 릴레이를 구동하는 제1 드라이버 및 제2 드라이버와, 상기 제1 전원 릴레이에 접속되는 반도체 스위치로 이루어지는 제2 전원 릴레이와, 상기 제2 전원 릴레이를 구동하는 제3 드라이버를 구비하고,
    상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 중 적어도 한쪽이 온 신호를 출력하는 경우에 상기 제1 전원 릴레이가 온이 되도록 구성하고,
    상기 제2 전원 릴레이에, 상기 제3 드라이버와 함께, 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 중 적어도 한쪽을 접속하고,
    상기 제2 전원 릴레이에 접속되는 복수의 드라이버 중 적어도 하나가 온 신호를 출력할 때에 상기 제2 전원 릴레이가 온으로 되도록 구성한 전동 모터의 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 드라이버 및 상기 제2 드라이버가 정상인 경우에 상기 제1 드라이버 및 상기 제2 드라이버 양쪽으로부터 온 신호를 출력하여 상기 제1 전원 릴레이를 온으로 하도록 구성한 전동 모터의 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 드라이버의 전원을 승압하는 제1 승압 회로와, 상기 제2 드라이버의 전원을 승압하는 제2 승압 회로를 개별로 구비하는 전동 모터의 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 승압 회로와 상기 제2 승압 회로 중 한쪽이 상기 인버터 회로를 구동하는 프리드라이버의 전원을 승압하는 승압 회로인 것인 전동 모터의 구동 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 인버터 회로와 상기 전동 모터의 코일을 접속하는 라인에 반도체 스위치로 구성되는 상(相) 릴레이를 구비하고, 상기 상 릴레이의 드라이버에 상기 제1 승압 회로 및 상기 제2 승압 회로로부터 전원을 공급하는 전동 모터의 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상 릴레이와 상기 상 릴레이의 드라이버와의 조합을, 상기 전동 모터의 상(相)마다 각각 구비하는 전동 모터의 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 전원 릴레이를 구성하는 반도체 스위치의 기생 다이오드가 전류를 흘리는 방향과, 상기 제1 전원 릴레이를 구성하는 반도체 스위치의 기생 다이오드가 전류를 흘리는 방향이 역방향인 것인 전동 모터의 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 전원 릴레이에 접속되는 상기 제1 드라이버와 상기 제2 드라이버 중 적어도 한쪽과, 상기 제3 드라이버는 각각 다른 승압 회로를 통해 전원이 공급되는 것인 전동 모터의 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 전원 릴레이에 접속되는 상기 제1 드라이버 또는 상기 제2 드라이버에 공급되는 승압 전원이, 상기 인버터 회로의 프리드라이버의 전원으로서 공용되어 있지 않은 승압 전원인 것인 전동 모터의 구동 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프리드라이버의 승압 회로로서 부트 스트랩 회로를 구비하는 전동 모터의 구동 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 드라이버와 상기 제1 전원 릴레이를 구성하는 반도체 스위치와의 사이에, 상기 제1 전원 릴레이로 향하는 전류를 흘리는 다이오드를 접속한 것인 전동 모터의 구동 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 인버터 회로를 구동하는 프리드라이버는, 적어도 2 계통의 승압 회로로부터 전원이 공급되는 것인 전동 모터의 구동 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 인버터 회로를 구동하는 프리드라이버는 SOI(Silicon On Insulator)로 구성되는 것인 전동 모터의 구동 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
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