KR20140108116A

KR20140108116A - 모터 장치 및 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR20140108116A
Application number: KR1020140013479A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 아지마; 기미히사 후루카와; 시게히사 아오야기; 도마 야마구치; 다이스케 고토; 마사키 가시마
Original assignee: 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-06
Publication date: 2014-09-05
Also published as: JP5968805B2; US9531305B2; CN104022703A; DE102014203529A1; KR101553994B1; US20140239861A1; JP2014168332A

Abstract

본 발명은 전류 검출 정밀도를 향상시킴과 함께, 캐리어 주파수에 의한 소음을 저감하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 인버터(130)의 직류 모선 전류 검출값(Idc)을 이용하여 모터 전류(Iu, Iv, Iw)를 연산하고, 모터(300)의 인가 전압의 크기와 위상(位相)을 제어하여 모터 구동하는 모터 장치(500) 및 모터 구동 장치(100)로서, 캐리어 조정기(240)에서, 모터의 출력이 비교적 큰 영역에서는 인버터(130)의 캐리어 주파수(Fc)를 낮게 하고, 모터(300)의 출력이 비교적 작은 영역에서는, 인버터(130)의 캐리어 주파수(Fc)를 높게 한다. 또한, 펄스 시프트 조정기(230)에서, 상기 캐리어 주파수(Fc)에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 시프트 가변한다.

Description

모터 장치 및 모터 구동 장치{MOTOR DEVICE AND MOTOR DRIVING DEVICE}

본 발명은 인버터의 직류 모선 전류 검출값을 이용하여 3상(相)의 모터 전류를 연산하고, 모터 제어하는 모터 장치 및 모터 구동 장치에 관한 것이다.

동기(同期) 모터를 사용하는 모터 장치에서는, 3상의 모터 전류를 검출하는 전류 센서를 삭감하기 위해, 인버터의 직류 모선 전류를 검출하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 모터 전류를 적절하게 제어하기 위해, 인버터의 직류 모선 전류로부터 3상의 모터 전류를 연산하고, 모터 인가 전압의 크기와 위상(位相)을 적절하게 제어하여 모터 구동하는 것이 요구되고 있다.

특허문헌 1과 특허문헌 2에는, 직류 모선 전류를 검출할 때에 인버터의 PWM 캐리어 주파수를 가변으로 하여 직류 모선 전류의 검출 정밀도를 향상시키는 기술이 기재되어 있다.

일본국 특허3665812호 공보 일본국 특허4671000호 공보

특허문헌 1에서는, 인버터 장치의 PWM 펄스와 인버터에 유입(流入)하는 펄스 형상의 직류 모선 전류(이하, 단순히 직류 전류라고 함)의 관계를 이용하여, 직류 전류의 순시값을 검출하여 3상의 모터 전류를 연산하는 방식이 기재되어 있다. 특히, 직류 전류의 샘플링 기간을 충분히 확보하기 위해, 3상 중 적어도 2상의 PWM 펄스의 신호차(선간 전압의 펄스폭)가 0 근방일(인버터 출력의 선간 전압이 작을) 때, 상기 캐리어 신호의 주파수를 낮게 함으로써 PWM 펄스의 신호차(선간 전압의 펄스폭)를 크게 하여 필요한 선간 전압의 펄스폭을 확보하는 방식이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 직류 전류를 검출하는 전류 검출 기간의 PWM 캐리어 주파수를 낮춤으로써 선간 전압의 펄스폭을 크게 하여 필요한 선간 전압의 펄스폭을 확보하는 방식이 기재되어 있다.

그러나, 캐리어 주파수를 낮게 하면 사람의 가청 주파수에 보다 가까워지게 되어, 캐리어 주파수의 소음이 문제가 된다. 한편, 선간 전압의 펄스폭이 작아지는 상황은 모터 출력이 작기 때문에, 모터 동작음에 대하여 캐리어 주파수의 소음이 상대적으로 크게 들리게 된다는 과제가 있었다. 또한, 전류 검출의 타이밍에 캐리어 주파수를 가변으로 하면, 전류 검출의 주기에 상당하는 비교적 저주파의 소음이 증대한다는 과제가 있었다.

본 발명의 목적은, 전류 검출 정밀도를 향상시킴과 함께, 캐리어 주파수의 소음을 저감하는 모터 장치 및 모터 구동 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은 인버터의 직류 모선 전류 검출값을 이용하여 모터 전류를 연산하고, 모터의 인가 전압의 크기와 위상을 제어하여 모터 구동하는 모터 장치 및 모터 구동 장치로서,

직류 전류의 평균값, 순시값 또는 모터의 구동 상태를 나타내는 값이 비교적 큰 영역에서는 인버터의 캐리어 주파수를 낮게 하고, 직류 전류의 평균값, 순시값 또는 모터의 구동 상태를 나타내는 값이 비교적 작은 영역에서는, 인버터의 캐리어 주파수를 높게 하는 캐리어 조정기와, 상기 캐리어 주파수에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 시프트 변화시키는 펄스 시프트 조정기를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 모터 장치 및 모터 구동 장치에 의하면, 전류 검출 정밀도를 향상시킴과 함께, 캐리어 주파수의 소음을 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 모터 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 직류 전류와 모터 전류의 관계를 나타내는 도면.
도 3은 전류 검출 타이밍을 나타내는 파형도.
도 4는 실시형태에 있어서의 펄스 시프트 동작을 나타내는 파형도.
도 5는 실시형태에 있어서의 전류 검출 회로의 검출 동작을 나타내는 파형도.
도 6은 실시형태에 있어서의 캐리어 주파수 동작을 나타내는 파형도.
도 7은 실시형태의 모터 장치가 적용된 전동 파워 스티어링 장치의 구성도.
도 8은 실시형태의 모터 장치가 적용된 전동 브레이크 장치의 구성도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다.

도 1은 본 실시형태의 모터 구동 장치를 갖는 모터 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

모터 장치(500)는, 모터 출력에 따라 인버터의 PWM 캐리어 주파수를 전환하여, 인버터의 직류 모선 전류의 검출 정밀도를 향상시킴으로써 모터를 고효율로 구동하는 것이다.

모터 장치(500)는, 모터(300)와, 모터(300)의 출력을 제어하기 위한 전류 제어 기능을 구비한 모터 구동 장치(100)를 갖고 있다.

모터 구동 장치(100)는, 인버터 회로(130), 인버터 회로(130)의 직류 모선 전류를 검출하는 션트 저항(Rsh), 전류 검출기(120), 펄스 시프트 조정기(230), 캐리어 조정기(240), dq 변환기(111), 전류 제어기(110), PWM 생성기(220), 회전 위치 검출기(150)를 갖고 있다.

배터리(200)는, 모터 장치(500)의 직류 전압원이며, 배터리(200)의 직류 전압(VB)은, 모터 구동 장치(100)의 인버터 회로(130)에 의해 가변 전압, 가변 주파수의 3상 교류로 변환되고, 모터(300)에 인가된다.

모터(300)는, 3상 교류의 공급에 의해 회전 구동되는 동기 모터이다. 모터(300)에는 회전 위치 센서(320)가 부착되어 있다. 여기에서, 회전 위치 센서(320)는, 철심과 권선(卷線)으로 구성되는 리졸버가 보다 바람직하지만, GMR 센서나, 홀 소자를 사용한 센서여도 문제없다.

회전 위치 검출기(150)는, 모터(300)의 유기 전압의 위상에 맞춰 3상 교류의 인가 전압의 위상을 제어하기 위해, 회전 위치 센서(320)의 입력 신호로부터 회전각도(θ)를 연산함과 함께 회전 속도(ωr)를 연산한다.

전류 검출기(120)는, 인버터 회로(130)에 유입하는 펄스 형상의 직류 모선 전류(이하, 단순히 직류 전류라고 함)를 션트 저항(Rsh)의 양단의 전압(전류 검출값(Idc))으로서 검출하고, 전류 검출값(Idc)과 PWM 펄스로부터 3상의 모터 전류값(Iu, Iv, Iw)을 연산한다.

dq 변환기(111)에서는, 3상의 모터 전류값(Iu, Iv, Iw)과 회전 위치(θ)로부터 dq 변환한 전류 검출값(Id, Iq)을 연산한다. 전류 제어기(110)는, 이 dq 변환한 전류 검출값(Id, Iq)과, 목표 토크에 따라 작성된 전류 지령값(Id*, Iq*)이 일치하도록 전압 지령(Vd*, Vq*)을 연산한다.

PWM 생성기(220)에서는, 전압 지령(Vd*, Vq*)과 회전 각도(θ)로부터 3상의 모터의 인가 전압으로 한번 변환한 후, 펄스폭 변조(PWM)한 드라이브 신호에 의해, 인버터 회로(130)의 반도체 스위치 소자를 온/오프 제어하여 출력 전압을 조정한다.

한편, 모터 장치(500)에 있어서, 모터(300)의 회전 속도를 제어할 경우에는, 회전 속도(ωr)를 회전 각도(θ)의 시간 변화에 의해 연산하고, 상위 제어기로부터의 속도 지령과 일치하도록 전압 지령 혹은 전류 지령을 작성한다. 또한, 모터 출력 토크를 제어할 경우에는, 모터 전류(Id, Iq)와 모터 토크의 관계식 혹은 맵을 이용하여, 전류 지령(Id*, Iq*)을 작성한다.

캐리어 조정기(240)는, 회전 위치 검출기(150)로부터 출력된 회전 속도(ωr)와 모터 토크를 승산(乘算)한 모터 출력과 미리 설정된 임계값을 비교하여, 모터 출력이 임계값 이하일 때에 캐리어 주파수(Fc)를 높게 설정하고, 모터 출력이 임계값 이상일 때에 캐리어 주파수(Fc)를 낮게 설정한다.

펄스 시프트 조정기(230)는, 상기 캐리어 주파수(Fc)에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 가변으로 한다. 펄스 시프트 조정기(230)에 대해서는 후술한다.

다음으로, 도 2와 도 3을 사용하여, 직류 전류(Idc)를 검출하여 3상의 모터 전류를 연산하는 동작에 대해서 설명한다. 도 2는 인버터의 출력 전압의 벡터(PWM 패턴)와 모터 전류(Iu, Iv, Iw) 및 직류 전류(Idc)의 관계를 나타내고 있다.

PWM 패턴에 따라서 인버터 회로(130)의 스위치 소자를 ON/OFF 제어함으로써 인버터 회로(130)로부터 전압 벡터(V0∼V7)가 출력된다. 각각의 PWM 패턴에 따라, 3상의 모터 권선에 전류가 흐르는 방향과, 직류 전류(Idc)는 대응하고 있고, 펄스 형상의 직류 전류를 검출함으로써 3상의 모터 전류(Iu, Iv, Iw)를 연산하는 것이 가능해진다.

도 3은 캐리어 주파수의 1주기(PWM 1주기)분의 PWM 패턴과 펄스 형상의 직류 전류(Idc)를 나타내고 있다. (a)는 PWM 생성 타이머 동작이고, 톱니파 혹은 삼각파와 전압 지령값이 일치하는 타이밍에, (b)의 PWM 펄스를 생성한다. 도 3에서는, 전압 지령(Vu1)과 톱니파 형상의 타이머 카운트값이 일치하는 타이밍(T1)에 U상의 PWM 펄스가 상승하고, U상의 인버터 출력으로서 전압(Vu)이 출력되고, 전압 지령(Vu2)과 톱니파 형상의 타이머 카운트값이 일치하는 타이밍에 U상의 PWM 펄스가 하강한다. V상, W상에 있어서도 마찬가지이다. (c)는, 이때의 직류 전류(Idc)를 나타내고 있고, PWM 1주기 내에서 2회의 전류 샘플링을 행함으로써 2개의 상의 모터 전류를 검출할 수 있고, 나머지 1상분은 Iu+Iv+Iw＝0의 관계로부터 연산에 의해 구할 수 있다.

이때, 펄스 형상의 직류 전류의 피크를 확실하게 검출하기 위해서는, 최소 펄스폭(TPS)(예를 들면, 5μs)이 필요해진다. 또한, 보다 세밀한 PWM 펄스에 대하여 검출 정밀도를 향상시키기 위해, 펄스 시프트 조정기(230)로 2개의 상의 PWM 펄스의 신호차(선간 전압의 펄스폭)를 미리 연산하고, 전류 검출기(120)의 적절한 검출 타이밍(Trig)에 전류 샘플링한다.

최소 펄스폭(TPS)의 결정 요인에는, 인버터의 주(主) 회로 인덕턴스의 크기, 검출 회로의 스루 레이트나 응답성, 및 A/D 변환기의 샘플링 시간 등이 있다. V0, V7 벡터일 때에 전류 샘플링을 행함으로써 전류 검출 회로의 오프셋 오차 검출이 가능해지기 때문에, 전류 센서의 오프셋 보정을 행하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 4를 사용하여 최소 펄스폭(TPS)의 생성에 대해서 설명한다. (a)는 PWM 펄스 생성용의 캐리어 주기를 나타내는 톱니파 형상의 타이머 카운트값, (b)는 일반적인 인버터의 PWM 펄스에서, 전압 지령 0V(duty50％)시를 나타내고 있고, (c)는 그때의 인버터 출력의 U상과 V상의 선간 전압 파형(Vu-v)을 나타내고 있다.

인버터 출력 벡터는 V0과 V7 벡터이고, 선간 전압(Vu-v)은 0이며, 실제로는 모터 전류가 흐르고 있어도 직류 전류(Idc)는 검출할 수 없다. 또한, 미소(微少)한 모터 전류를 흘릴 때에는 (b)의 3상 각 상의 PWM 펄스에 신호차가 생기고, 선간 전압이 모터에 인가되어 모터 전류가 흐르지만, 최소 펄스폭(TPS)을 충족시키고 있지 않을 경우에는 직류 전류(Idc)를 검출할 수 없어, 적절한 모터 전류의 제어를 할 수 없다. 그래서, (d)에 나타내는 바와 같이, PWM 펄스의 상간 파형을 위상 쉬프트함으로써, 최소 펄스폭(TPS)을 생성함으로써 직류 전류(Idc)를 검출 가능하게 한다. 또한, V1∼V6의 기간도, 펄스폭이 최소 펄스폭(TPS)에 못 미칠 경우에는, PWM 펄스의 상간 파형을 위상 쉬프트하여, 최소 펄스폭(TPS)을 생성함으로써 직류 전류(Idc)를 검출 가능하게 한다.

(e)는, (d)의 PWM 펄스에 있어서의 각 선간 전압 파형을 나타내고 있다. (e)에 나타내는 바와 같이, PWM 1주기 내의 평균 전압은 개략 0으로 되어 있어 모터의 인가 전압 제어를 할 수 있다. 그러나, 순간적으로는 음양의 인가 전압이 모터에 인가되어 있어, 캐리어 주파수에 의한 소음을 증대시키는 요인이 되고 있다.

또한, 흐르는 전류값은 가능한 한 작은 것이 요구되기 때문에, 검출 회로의 S/N비의 영향이 커져, 미소 토크의 모터 제어가 곤란하고, 모터 효율의 저하로 연결되고 있었다. 본 실시형태 1에 있어서의 인버터는, 모터의 출력이 작을 경우에 캐리어 주파수를 올리기 때문에, 직류 전류 검출의 시간당 횟수를 증가시킬 수 있고, 증가한 전류 검출 결과를 이용하여 필터 처리한 연산값을 전류 검출값으로 할 수 있다. 즉, 직류 전류의 오버 샘플링과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 미소 토크의 모터 제어에 필요한 미소 전류의 전류 검출 정밀도를 향상시킴과 함께, 모터의 출력이 작은 비교적 정음(靜音)의 상황에서 캐리어 주파수의 소음을 고주파수측으로 시프트함으로써 정음화할 수 있다.

다음으로, 도 5를 사용하여 모터 출력이 클 때의 전류 검출에 대해서 설명한다. 도 5는 펄스 형상의 직류 전류(Idc)의 순시값이 작을 때의 직류 전류 파형(IS)과, 클 때의 직류 전류 파형(IB)을 나타내고 있다. 직류 전류 검출 회로는 OP 앰프 등의 특성에 따라 스루 레이트가 정해져 있고, 작은 직류 전류 파형(IS)일 때에는 시간 지연(TP1)인 것에 대하여, 큰 직류 전류 파형(IB)일 때에는 시간 지연(TP2)이 된다.

즉, 모터 출력이 비교적 클 경우에 맞춰 최소 펄스폭(TPS)을, TPS＞TP2로 설정해야 한다. 바람직하게는, 모터 출력의 크기에 맞춰 캐리어 주파수를 낮게 함으로써, PWM 1주기당 PWM 펄스폭을 넓힌다. 그 결과, 전류 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 실시형태에 있어서의 모터 장치 및 모터 구동 장치는, 모터 출력이 클 경우에 캐리어 주파수를 낮게 설정하고, 최소 펄스폭(TPS)＞시간 지연(TP2)으로 함으로써, 검출 회로의 스루 레이트에 기인하는 시간 지연(TP2)보다 후의 모터 전류를 검출할 수 있고, 모터 전류의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 인버터 회로(130)의 스위칭 횟수를 삭감하여 인버터 회로(130)의 손실을 저감함으로써 고효율의 모터 장치를 제공할 수 있다.

도 6은 모터 출력(전류)의 크기에 따라 인버터의 캐리어 주파수(Fc)와 최소 펄스폭(TPS)을 가변으로 한 캐리어 신호와 PWM 펄스를 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서는, 인버터의 PWM 주기에 동기하여 캐리어 주파수(Fc)를 변경한다. 도 6에서는, 모터 출력이 큰 동작일 때에 캐리어 주기(T2)에서 최소 펄스폭(TPS2)으로 하고, 모터 출력이 작은 동작일 때에 캐리어 주기(T1)에서 최소 펄스폭(TPS1)으로 하고 있다. 캐리어 주기(주파수)의 변경은, 높은 캐리어 주파수의 1/2의 정수배 주기로 함으로써 마이크로 컴퓨터 제어 주기의 대폭적인 변경 없이 소프트웨어 처리의 복잡화를 억제할 수 있는 특징이 있다.

또한, 캐리어 주파수의 정수배 주기로 전류 검출하고, 전류 검출하는 타이밍에만 PWM 펄스의 상간 파형을 변경함으로써, 연산 부하의 저감을 도모할 수 있다.

이상 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 모터(300)의 출력이 비교적 큰 영역에서는 인버터의 캐리어 주파수(Fc)를 낮게 함으로써 검출 회로 스루 레이트에 의존하는 전류 검출 정밀도를 향상시킨다. 또한, 모터의 출력이 비교적 큰 영역에서는 모터의 동작음이 크기 때문에, 캐리어 주파수를 낮게 해도, 캐리어 주파수의 소음은 상대적으로 작아진다.

한편, 모터(300)의 출력이 비교적 작은 영역에서는, 인버터의 캐리어 주파수(Fc)를 높게 해서 전류 검출 횟수를 증가시킴으로써 전류 검출 정밀도를 향상시킨다. 또한, PWM 펄스의 상간 파형을 변화시켜, 최소 펄스폭(TPS)을 확보함으로써, 전류 검출 정밀도를 향상시킨다. 또한, 캐리어 주파수(Fc)를 높게 함으로써, 캐리어 주파수에 의한 소음을 저감할 수 있다.

또한, 인버터 온도가 임계값 이상일 때에, 캐리어 주파수(Fc)를 높게 하지 않음으로써, 인버터(특히, 스위칭 소자)의 온도가 더 상승하여, 열적 데미지가 생기는 것을 억제할 수 있다.

또한, 캐리어 주파수를 높게 설정하는 것에 수반하여 샘플링 횟수를 증가시켜, 증가한 전류 검출 결과를 이용하여, 필터 처리한 연산값을 전류 검출값으로 함으로써, 전류 검출값의 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 캐리어 주파수의 1/2의 정수배로 캐리어 주파수를 전환함으로써, 연산 부하의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 임계값에 히스테리시스를 마련하여 캐리어 주파수를 전환함으로써, 빈번하게 캐리어 주파수가 전환되는 것을 억제하여, 모터 제어의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 임계값의 설정은 1개여도 복수여도 되고, 무(無)단계적으로 모터 출력에 따라 캐리어 주파수(Fc)를 설정해도 된다. 단, 임계값을 복수 설정했을 경우나, 무단계적으로 모터 출력에 따라 캐리어 주파수(Fc)를 설정하면 그만큼 연산 부하가 상승하게 되기 때문에, 장치의 연산 능력 등에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 임계값에 히스테리시스를 마련해도 된다. 즉, 모터 출력이 높은 값으로부터 낮은 값으로 천이할 때의 임계값과, 모터 출력이 낮은 값으로부터 높은 값으로 천이할 때의 임계값에 차이를 마련함으로써, 캐리어 주파수가 빈번하게 변경되는 것을 억제하여, 모터 제어의 안정성을 향상시킨다.

또한, 도 1에서는, 캐리어 조정기(240)에 있어서, 모터 출력과 임계값을 비교했지만, 모터 출력 외에도, 회전 속도(ωr)나, 직류 전류의 평균값 또는 순시값이어도 된다. 또한, 회전 속도(ωr), 모터 출력 토크, 직류 전류의 평균값 또는 순시값은, 검출값이어도 지령값이어도 된다.

또한, 상기 캐리어 조정기(240)는, 인버터 온도가 소정의 온도 이상일 때에는, 캐리어 주파수(Fc)를 높게 설정하지 않기로 한다. 인버터 온도가 소정의 온도이상일 때에 캐리어 주파수(Fc)를 높게 설정하면, 인버터(특히, 스위칭 소자)의 온도가 더 상승하여, 열적 데미지가 생길 우려가 있기 때문이다.

[응용예 1]

도 7은 실시형태에 나타낸 모터 장치(500)를 적용한 전동 파워 스티어링 장치의 구성도이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 전동 파워 스티어링 장치는, 전동 액추에이터와, 핸들(스티어링)(900)과, 스티어링 검출기(901)와, 조작량 지령기(903)를 구비하고, 운전자가 스티어링하는 핸들(900)의 조작력은 전동 액추에이터를 이용하여 토크 어시스트하는 구성으로 되어 있다.

전동 액추에이터는, 토크 전달 기구(902)와, 모터(300)와, 모터 구동 장치(100)로 구성된다. 전동 액추에이터에서는, 토크 지령(τ*)을 핸들(900)의 스티어링 어시스트 토크 지령으로 하고, 모터(300)의 출력을 이용하여 운전자의 스티어링력을 경감한 것이다.

전동 액추에이터에서는, 모터 구동 장치(100)에 있어서, 입력 지령으로서 조작량 지령기(903)에 의해 생성된 어시스트 토크 지령(τ*)을 받고, 모터(300)의 토크 정수와 토크 지령(τ*)으로부터 토크 지령값에 추종하도록 모터 전류를 제어한다.

모터(300)는, 로터에 직결된 출력축으로부터 출력되는 모터 출력(τm)을, 웜 휠이나 유성(遊星) 기어 등의 감속 기구 혹은 유압 기구를 사용한 토크 전달 기구(902)를 통해, 스티어링 장치의 랙(910)에 토크를 전달하여 운전자의 핸들(900)의 스티어링력(조작력)을 전동력으로 경감(어시스트)하고, 차륜(920, 921)의 스티어링각을 조작한다.

이 어시스트량은, 스티어링 샤프트에 포함된 스티어링 상태를 검출하는 스티어링 검출기(901)에 의해 스티어링각이나 스티어링 토크로서 조작량을 검출하고, 차량 속도나 노면(路面) 상태 등의 상태량을 가미(加味)하여 조작량 지령기(903)에 의해 토크 지령(τ*)으로서 결정된다.

본 발명의 모터 구동 장치(100)는, 스티어링각이 클 경우에는 모터 출력의 크기에 상관없이, 미리 캐리어 주파수를 낮게 설정함으로써 원활한 스티어링 휠링을 실현한다.

또한, 저(低)차속이며 또한 스티어링량이 클 경우에는, 보다 큰 어시스트력이 요구되는 차고 주차 등의 정적 스티어링(static steering) 동작을 차속이나 시프트 포지션 등으로부터 예측하여, 모터 출력이 클 경우에 상당하는 캐리어 주파수로 설정하는 방법을 생각할 수 있다. 이 방법에 의하면, 캐리어 주파수의 전환이 억제됨으로써 전환에 기인하는 리플 전류의 발생을 방지하고, 핸들의 전환 동작에 의한 경부하와 대부하의 반복 동작에도 매끄러운 스티어링 어시스트를 실현할 수 있는 이점이 있다.

이상의 구성을 요약하면, 차량의 스티어링의 조작 상태에 의거하여, 청구항 1의 인버터 장치에 의해 제어되는 모터의 작동에 의해 스티어링 어시스트를 행하는 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 스티어링의 스티어링각이 소정 각도 이상일 때에, 상기 캐리어 주파수를 낮게 해 두는 것을 특징으로 한다.

또한, 차량의 스티어링 휠의 조작 상태에 의거하여 청구항 1의 인버터 장치에 의해 제어되는 모터의 작동에 의해 스티어링 어시스트를 행하는 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 스티어링 휠의 스티어링각과 상기 차량의 속도에 의해 상기 차량이 주차 준비(차고 주차 조작) 상태에 있는 것을 판단하고, 주차 준비 상태에 있을 때에, 상기 캐리어 주파수의 변경을 억제하는 것을 특징으로 한다.

〔응용예 2〕

도 8은 실시형태에 나타낸 모터 장치(500)를 적용한 차량용 브레이크 장치의 구성을 나타내는 시스템 블록도이다.

도 8에서의 어시스트 제어 유닛(706)은, 상기 모터 구동 장치(100)와 마찬가지의 기능을 갖고, 차량용 브레이크 동작을 행할 수 있도록 마이크로 컴퓨터 프로그램되어 있다. 또한, 본 응용예 2에 있어서의 모터(731)는, 제동 어시스트 장치(700)에 일체 부착되어 있는 점이 응용예 1과 상이하고, 또한, 케이싱(712)을 통해 어시스트 제어 유닛(706)과 일체 구조가 되는 점이, 응용예 1과 상이하다.

차량용 브레이크 장치는, 브레이크 페달(701)과, 제동 어시스트 장치(700)와, 제동 조정 장치(800)와, 휠 제동 기구(850a∼850d)를 구비하고 있다.

제동 어시스트 장치(700)는, 어시스트 기구(720)와, 주 액실(721a) 및 보조 액실(721b)을 갖는 마스터 실린더(721)와, 리저버 탱크(713)를 구비하고 있다. 운전자가 밟는 브레이크 페달(701)의 조작량은, 인풋 로드(722)를 통해 어시스트 기구(720)에 입력되고, 마스터 실린더(721)의 주 액실(721a)에 전달된다.

또한, 브레이크 페달(701)에 부착된 스트로크 센서(702)에 의해 검출된 브레이크 조작량은, 어시스트 기구(720)를 제어하는 어시스트 제어 유닛(706)에 입력된다. 어시스트 제어 유닛(706)은, 입력된 브레이크 조작량에 따른 회전 위치가 되도록 모터(731)를 제어한다. 그리고, 모터(731)의 회전 토크는, 감속 기구(723)를 통해, 회전 동력을 병진(竝進) 동력으로 변환하는 회전-병진 변환 기구(725)에 전달된다. 회전-병진 변환 기구(725)는, 주 피스톤(726)을 가압하여, 주 액실(721a)의 액압을 높임과 함께, 이 액압에 의해 보조 피스톤(727)을 가압하여, 보조 액실(721b)의 액압을 높인다.

제동 조정 장치(800)는, 마스터 실린더(721)의 액실(721a, 721b)에서 가압된 작동액을 마스터 배관(750a, 750b)을 통해 작동 액압을 입력하고, 제동 제어 유닛(830)의 지령에 따라, 휠 제동 기구(850a∼850d)에 액압을 전달함으로써 차량의 제동력을 얻는 것이다.

어시스트 제어 유닛(706)에서는, 주 피스톤(726)의 가압량을 조정하기 위해 주 피스톤(726)의 변위량을 제어한다. 이 응용예 2에 있어서는, 주 피스톤(726)의 변위량은 직접 검출하고 있지 않기 때문에, 구동 모터(731) 내에 구비한 회전 위치 센서(도시 생략)로부터의 신호에 의거하여, 구동 모터(731)의 회전각을 산출하고, 회전-병진 변환 기구(725)의 추진량으로부터 주 피스톤(726)의 변위량을 연산에 의해 구하고 있다.

한편, 구동 모터(731)가 고장에 의해 정지하고, 회전-병진 변환 기구(725)의 병진축의 복귀 제어가 불가능해졌을 경우에도, 복귀 스프링(728)의 반력에 의해 회전-병진 변환 장치(725)의 축을 초기 위치로 되돌림으로써 운전자의 제동 조작을 저해하지 않게 되어 있다. 예를 들면, 브레이크의 드래깅(dragging)에 의한 차량 거동의 불안정화를 회피할 수 있다.

제동 조정 기구(801)에서는, 4륜 중의 대각(對角) 2륜씩의 작동액을 조정하는 2계통의 액압 조정 기구(810a, 810b)를 구비하고, 1계통에 고장이 발생해도 안정적으로 차량을 정지할 수 있게 되어 있어, 대각 2륜의 휠 기구(850a, 850b)의 제동력을 개별적으로 조정할 수 있다. 2계통의 액압 조정 기구(810a, 810b)는 어느 쪽도 마찬가지로 동작하기 때문에, 이하에서는 1계통의 액압 조정 기구(810a)를 사용하여 설명한다.

액압 조정 기구(810a)에는, 휠 실린더(851)에의 공급을 제어하는 게이트 OUT 밸브(811)와, 동일하게 펌프에의 공급을 제어하는 게이트 IN 밸브(812)와, 마스터 배관(750a)으로부터의 작동 액압 또는 펌프로부터 각 휠 실린더(851)에의 작동액의 공급을 제어하는 IN 밸브(814a, 814b)와, 휠 실린더(851)를 감압 제어하는 OUT 밸브(813a, 813b)와, 마스터 배관(750a)으로부터의 작동 액압에 의해 생성된 마스터압을 승압하는 펌프(854)와, 펌프(854)를 구동하는 펌프 모터(855)를 구비하고 있다.

예를 들면, 안티 로크 브레이크 제어용의 액압 제어를 할 경우에는, 휠 기구(850a) 내의 차륜 회전 센서(852)로부터의 신호를 제동 제어 유닛(830)으로 처리하고, 제동시의 차륜 로크를 검지했을 경우에, 각 IN/OUT 밸브(전자기식)와 펌프(854)를 작동시켜 각 차륜이 로크하지 않는 액압으로 조정하는 동작을 행한다. 한편, 차량 거동 안정화 제어용의 액압 제어를 할 경우에도 적용할 수 있는 기구이다.

이와 같은 차량용 브레이크 장치에 있어서, 모터(731)의 회전 위치 센서 신호는, 모터 구동에 이용됨과 함께, 주 피스톤(726)의 변위량 제어에도 이용된다. 이 때문에, 고(高)정밀도이면서, 안정적으로 계속 동작함과 함께, 이상(異常)을 정확하게 검지할 수 있는 것이 요구된다.

응용예 2에 있어서의 어시스트 제어 유닛(706)은, 페달 조작량의 크기와 변화 시간으로부터 급브레이크 동작을 예측하고, 미리 모터 출력이 클 경우, 낮은 캐리어 주파수로 설정하고, 캐리어 주파수 전환을 억제한다. 또한, ABS 동작시나, 자동 브레이크시에 있어서도 낮은 캐리어 주파수로 고정함으로써 인버터 손실을 저감함과 함께 브레이크 응답 시간의 단축을 실현할 수 있는 차량용 브레이크 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.

이상의 구성을 요약하면, 청구항 1의 인버터 장치에 의해 제어되는 모터의 작동에 의해 액압이 발생하고, 당해 액압을 차량의 복수의 휠 실린더에 공급하는 액압 발생 장치를 갖고, 상기 차량의 주행 상태에 따라 상기 캐리어 주파수의 변경을 억제하는 브레이크 제어 장치이다.

또한, 상기 차량의 속도가 소정 속도 이상일 때에, 상기 캐리어 주파수를 낮게 해 두는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 속도가 소정 속도 이상일 때에, 상기 캐리어 주파수를 낮게 해 두는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작에 의거하지 않고 상기 액압 발생 장치가 작동할 때에, 상기 캐리어 주파수를 낮게 해 두는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량의 정차시에 상기 액압 공급 장치가 작동할 때에는, 상기 캐리어 주파수를 높게 해 두는 것을 특징으로 한다.

상기 액압 발생 장치와 상기 복수의 휠 실린더 사이에 설치되고, 상기 복수의 휠 실린더에의 브레이크액의 공급을 제어하는 액압 제어 기구(ABS)를 갖고, 당해 액압 제어 기구가 작동할 때에는, 상기 캐리어 주파수를 낮게 해 두는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.

100: 모터 구동 장치
110: 전류 제어기
120: 전류 검출기
130: 인버터
150: 회전 위치 검출기
200: 배터리
500: 모터 장치
300: 모터
320: 회전 위치 센서
230: 펄스 시프트 조정기
240: 캐리어 조정기

Claims

인버터의 직류 모선 전류에 흐르는 전류를 검출하여 모터 전류 검출값을 연산하고, 당해 모터 전류 검출값에 의거하여 모터의 인가 전압의 크기와 위상(位相)을 제어하는 모터 구동 장치에 있어서,
상기 직류 모선 전류의 평균값 또는 순시값이 임계값 이상일 때에 캐리어 주파수를 낮게 하고, 상기 직류 모선 전류의 평균값 또는 순시값이 임계값 이하일 때에 캐리어 주파수를 높게 하는 캐리어 조정기와,
당해 캐리어 주파수에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 변화시키는 펄스 시프트 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
인버터의 직류 모선 전류에 흐르는 전류를 검출하여 모터 전류 검출값을 연산하고, 당해 모터 전류 검출값에 의거하여 모터의 인가 전압의 크기와 위상을 제어하는 모터 구동 장치에 있어서,
모터의 구동 상태를 나타내는 값이 임계값 이상일 때에 캐리어 주파수를 낮게 하고, 모터의 구동 상태를 나타내는 값이 임계값 이하일 때에 캐리어 주파수를 높게 하는 캐리어 조정기와,
당해 캐리어 주파수에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 변화시키는 펄스 시프트 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 모터의 구동 상태를 나타내는 값은, 모터의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 모터의 구동 상태를 나타내는 값은, 모터의 회전 속도와 모터 토크의 크기로부터 연산한 모터 출력인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 조정기에서,
인버터 온도가 임계값 이하일 때에, 캐리어 주파수를 높게 하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 주파수를 높게 하는 것에 수반하여 샘플링 횟수를 증가시켜, 상기 증가한 전류 검출 결과를 이용하여 필터 처리한 연산값을 모터 전류 검출값으로 하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
캐리어 주파수의 정수배 주기로 전류 검출하고,
상기 펄스 시프트 조정기는,
전류 검출하는 타이밍에만, 상기 PWM 펄스의 상간 파형을 변화시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 조정기는,
캐리어 주파수의 1/2의 정수배로 캐리어 주파수를 전환하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 조정기는,
상기 임계값에 히스테리시스를 마련하여, 캐리어 주파수를 전환하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
인버터의 직류 모선 전류에 흐르는 전류를 검출하여 모터 전류 검출값을 연산하고, 당해 모터 전류 검출값에 의거하여 모터의 인가 전압의 크기와 위상을 제어하여 모터를 회전 구동하는 모터 장치에 있어서,
모터의 구동 상태를 나타내는 값이 임계값 이상일 때에 캐리어 주파수를 낮게 하고, 모터의 구동 상태를 나타내는 값이 임계값 이하일 때에 캐리어 주파수를 높게 하는 캐리어 조정기와,
당해 캐리어 주파수에 따라 PWM 펄스의 상간 파형을 변화시키는 펄스 시프트 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 장치.
제10항에 있어서,
상기 모터의 구동 상태를 나타내는 값은, 모터의 회전 속도인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
제10항에 있어서,
상기 모터의 구동 상태를 나타내는 값은, 모터의 회전 속도와 모터 토크의 크기로부터 연산한 모터 출력인 것을 특징으로 하는 모터 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 조정기에서,
인버터 온도가 임계값 이하일 때에, 캐리어 주파수를 높게 하는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 주파수를 높게 하는 것에 수반하여 샘플링 횟수를 증가시켜, 상기 증가한 전류 검출 결과를 이용하여 필터 처리한 연산값을 모터 전류 검출값으로 하는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
캐리어 주파수의 정수배 주기로 전류 검출하고,
펄스 시프트 조정기는,
전류 검출하는 타이밍에만, 상기 PWM 펄스의 상간 파형을 변화시키는 것을 특징으로 하는 모터 장치.