WO2021251273A1

WO2021251273A1 - 回転機制御装置

Info

Publication number: WO2021251273A1
Application number: PCT/JP2021/021241
Authority: WO
Inventors: 邦彦松田; 崇志鈴木
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2021-12-16
Also published as: JP2021197789A; JP7347341B2

Abstract

直流回転機（７１０）の一端である第１端子（Ｔ１）は、多相巻線組の相電流経路に接続されている。多相電力変換器（６０）は、ブリッジ接続された複数のインバータスイッチ（ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ）の動作により電源（Ｂｔ）の直流電力を多相交流電力に変換し、多相巻線組の各相巻線（８１１、８１２、８１３）に電圧を印加する。直流回転機用スイッチ（ＭＵ１Ｈ／Ｌ）は、直流回転機端子（Ｍ１）を介して直列接続された高電位側及び低電位側のスイッチにより構成され、スイッチングにより直流回転機端子（Ｍ１）の電圧を可変とする。高電位側の直流回転機用スイッチ（ＭＵ１Ｈ）は、ＰチャネルＦＥＴで構成されており、低電位側の直流回転機用スイッチ（ＭＵ１Ｌ）は、ＮチャネルＦＥＴで構成されている。

Description

回転機制御装置

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２０年６月１１日に出願された特許出願番号２０２０－１０１７３６号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、回転機制御装置に関する。

　従来、一つの駆動回路によって、多相回転機と直流回転機とを駆動する回転機制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示されたモータ制御装置は、一つの三相インバータ回路により、三相交流モータと二つの直流モータとを駆動する。具体的に、このモータ制御装置は車両用操舵装置として用いられ、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用三相モータと、チルト用直流モータ及びテレスコピック用直流モータとを駆動する。

特許第５７６８９９９号公報

　特許文献１の従来技術は、三相モータ又は直流モータのいずれか一方を駆動するものであり、三相モータと直流モータとを同時に駆動することは想定していない。また、回路構成からも直流モータ及び三相モータへの通電を同時に制御することはできない。さらに、モータ駆動回路において三相モータへの通電と直流モータへの通電とを切り替えるため、三個のリレーが必要となる。

　また、特許文献１には、三相ブリッジインバータ回路がハイサイドＦＥＴとローサイドＦＥＴとからなることが記載されているが、三個の通電切り替えリレーについての具体的な構成は何ら開示されていない。例えばＦＥＴを用いる回路では、ゲート電圧を確保するための昇圧回路やドライバＩＣが必要となり、基板の実装スペースや部品コストが増大する。

　本開示の目的は、多相回転機及び直流回転機を同時に駆動可能な回転機制御装置において、スイッチ駆動回路を簡素化する回転機制御装置を提供することにある。

　本開示の回転機制御装置は、一組以上の多相巻線組を含む一台以上の多相回転機、及び、少なくとも一組の多相巻線組の一相以上の相電流経路に一端である第１端子が接続された一台以上の直流回転機を駆動可能である。この回転機制御装置は、一つ以上の多相電力変換器と、直流回転機用スイッチと、制御部と、を備える。

　多相電力変換器は、ブリッジ接続された複数のインバータスイッチの動作により電源の直流電力を多相交流電力に変換し、多相巻線組の各相巻線に電圧を印加する。

　直流回転機用スイッチは、直流モータ端子を介して直列接続された高電位側及び低電位側のスイッチにより構成される。直流回転機端子は、直流回転機の第１端子とは反対側の端部である第２端子に接続されている。直流回転機用スイッチは、スイッチングにより直流回転機端子の電圧を可変とする。制御部は、インバータスイッチ及び直流回転機用スイッチの動作を操作する。

　少なくとも一つの高電位側の直流回転機用スイッチは、ＰチャネルＦＥＴ又はＰＮＰ型トランジスタで構成されている。低電位側の直流回転機用スイッチは、ＮチャネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタで構成されている。

　好ましくは、高電位側及び低電位側の直流回転機用スイッチは、マイコンとは別パッケージのＩＣで構成されたドライバ回路を介さず、マイコンから直接出力された駆動信号により動作する。

　本開示では、制御部は、インバータスイッチの動作を操作して多相回転機を駆動しながら直流回転機用スイッチの動作を操作し、直流回転機を同時に駆動する。これにより本開示の回転機制御装置は、多相回転機のみの駆動、多相回転機と直流回転機との同時駆動、直流回転機のみの駆動を切り替えることができる。

　また、例えば多相回転機の一相の相電流経路に一台の直流回転機が接続された構成では、最小限二個の直流回転機用スイッチにより回転機駆動回路の通電を切り替えることができるため、特許文献１の従来技術に対しスイッチの数を少なくすることができる。

　さらに本開示では、高電位側の直流回転機用スイッチをＰチャネルＦＥＴ又はＰＮＰ型トランジスタで構成することで、昇圧回路やドライバ回路を設けなくても、抵抗及びドライバスイッチのみの簡素な回路構成で高電位側スイッチを駆動することができる。また、低電位側の直流回転機用スイッチをＮチャネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタで構成することで、ドライバスイッチへの信号を反転して低電位側スイッチを駆動することができる。よって、基板の実装スペースや部品コストを低減可能となる。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、各実施形態のＥＣＵ（回転機制御装置）が適用されるＥＰＳシステムの図であり、図２は、各実施形態のＥＣＵ（回転機制御装置）が適用されるＳＢＷシステムの図であり、図３Ａは、チルト動作を説明する模式図であり、図３Ｂは、テレスコピック動作を説明する模式図であり、図４は、第１実施形態によるＥＣＵの回路構成図であり、図５は、第１実施形態におけるドライバスイッチ、直流モータ用ハイサイド及びローサイドスイッチの動作を説明する表であり、図６は、第２実施形態によるＥＣＵの回路構成図であり、図７は、第３実施形態によるＥＣＵの回路構成図であり、図８は、比較例による直流モータ用スイッチ駆動回路の構成図である。

　以下、回転機制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態の回転機制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステム（以下「ＥＰＳシステム」）又はステアバイワイヤシステム（以下「ＳＢＷシステム」）に適用され、ＥＰＳ－ＥＣＵ又はＳＢＷ-ＥＣＵとして機能する。以下の実施形態では、ＥＰＳ－ＥＣＵ又はＳＢＷ－ＥＣＵをまとめて「ＥＣＵ」と表す。また、第１～第３実施形態を包括して「本実施形態」という。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　［システム構成］
　最初に図１～図３Ｂを参照し、本実施形態において「回転機制御装置」としてのＥＣＵが適用されるシステム構成について説明する。図１には、操舵機構と転舵機構とが機械的に接続されたＥＰＳシステム９０１を示す。図２には、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離したＳＢＷシステム９０２を示す。図１、２においてタイヤ９９は片側のみを図示し、反対側のタイヤの図示を省略する。

　図１に示すように、ＥＰＳシステム９０１は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、インターミディエイトシャフト９５、ラック９７等を含む。ステアリングシャフト９２は、ステアリングコラム９３に内包されており、一端にステアリングホイール９１が接続され、他端にインターミディエイトシャフト９５が接続されている。

　インターミディエイトシャフト９５のステアリングホイール９１と反対側の端部には、ラックアンドピニオン機構により回転を往復運動に変換して伝達するラック９７が設けられている。ラック９７が往復すると、タイロッド９８及びナックルアーム９８５を介してタイヤ９９が転舵される。また、インターミディエイトシャフト９５の途中にはユニバーサルジョイント９６１、９６２が設けられている。これにより、ステアリングコラム９３のチルト動作、テレスコピック動作による変位が吸収される。

　トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、トーションバーの捩れ変位に基づき、ドライバの操舵トルクＴｓを検出する。ＥＰＳシステムでは、ＥＣＵ１０は、トルクセンサ９４が検出した操舵トルクＴｓや車速センサ１４が検出した車速Ｖに基づいて三相モータ８００の駆動を制御し、所望の操舵アシストトルクを出力させる。このようにＥＰＳシステム９０１では、操舵アシストトルク出力用の回転機が「多相回転機」として用いられる。なお、ＥＣＵ１０への各信号はＣＡＮやシリアル通信等を用いて通信されるか、アナログ電圧信号で送られる。

　ＥＰＳシステム９０１には、「直流回転機」としての一つ以上の直流モータが設けられる。後述する回路構成の説明では、一台の直流モータとしてステアリングロックアクチュエータ７１０が設けられた例と、二台の直流モータとしてチルトアクチュエータ７２０及びテレスコピックアクチュエータ７３０が設けられた例とを分けて示す。ただし、システム構成としては、便宜上、三台の直流モータ７１０、７２０、７３０が設けられたものとして一度に説明する。例えば三台の直流モータ７１０、７２０、７３０のうち、いずれか一台又は二台の直流モータが、図４、図６等に示す複合モータ駆動回路により三相モータ８００と同時に駆動されてもよい。そして、残りの直流モータは、単独の直流モータ駆動回路により別に駆動されてもよい。

　ステアリングロックアクチュエータ７１０は、ステアリングホイール９１の近傍に設けられ、駐車時等にステアリングホイール９１が回転しないようにロックする。ＥＣＵ１０は、車両スイッチ１１のＯＮ／ＯＦＦ信号がＥＣＵ１０に基づき、ステアリングロックアクチュエータ７１０に、ステアリングロックの解除又は再ロックを指示する。なお、車両スイッチ１１は、エンジン車、ハイブリッド車、電気自動車のイグニッションスイッチやプッシュスイッチに相当する。

　チルトアクチュエータ７２０及びテレスコピックアクチュエータ７３０は、ステアリングコラム９３に設けられている。チルトアクチュエータ７２０とテレスコピックアクチュエータ７３０とを合わせて、ステアリング位置を可変させるステアリング位置系アクチュエータという。

　ドライバがチルトスイッチ１２を操作することにより、「上がる／下がる」の指示がＥＣＵ１０に入力されると、ＥＣＵ１０はチルトアクチュエータ７２０にチルト動作を指示する。すると、図３Ａに示すように、チルトアクチュエータ７２０はチルト角度を調整し、ステアリングホイール９１を上下に移動させる。そして、車両スイッチ１１がオンされて車両が起動するとき、あらかじめ記憶してある運転位置まで動き、車両スイッチ１１がオフされて車両が停止するとき、ドライバの空間が広くなる側に移動する。

　ドライバがテレスコピックスイッチ１３を操作することにより、「伸びる／縮む」の指示がＥＣＵ１０に入力されると、ＥＣＵ１０はテレスコピックアクチュエータ７３０にテレスコピック動作を指示する。すると、図３Ｂに示すように、テレスコピックアクチュエータ７３０はテレスコピック長を調整し、ステアリングホイール９１を前後に移動させる。そして、車両スイッチ１１がオンされて車両が起動するとき、あらかじめ記憶してある運転位置まで動き、車両スイッチ１１がオフされて車両が停止するとき、ドライバの空間が広くなる側に移動する。

　続いて図２に示すように、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたＳＢＷシステム９０２では、ＥＰＳシステム９０１に対し、インターミディエイトシャフト９５が存在しない。ドライバの操舵トルクＴｓは、ＥＣＵ１０を経由して電気的に転舵モータ８９０に伝達される。転舵モータ８９０の回転は、ラック９７の往復運動に変換され、タイロッド９８及びナックルアーム９８５を介してタイヤ９９が転舵される。なお、図２には図示を省略するが、ドライバのステアリングホイール入力に対して転舵モータ８９０を駆動する転舵モータＥＣＵが存在する。

　また、ＳＢＷシステム９０２では、ドライバは操舵に対する反力を直接感知することができない。そこで、ＥＣＵ１０は、三相モータ８００の駆動を制御し、操舵に対する反力を付与するようにステアリングホイール９１を回転させ、ドライバに適切な操舵フィーリングを与える。このようにＳＢＷシステム９０２では、反力トルク出力用の回転機が「多相回転機」として用いられる。

　図２のＳＢＷシステム９０２において、「直流回転機」としての三台の直流モータ、すなわちステアリングロックアクチュエータ７１０、チルトアクチュエータ７２０及びテレスコピックアクチュエータ７３０は、図１のＥＰＳシステム９０１と同様に用いられる。以下、ＥＣＵ１０による三相モータ８００及び直流モータ７１０、７２０、７３０の制御の説明において、ＥＰＳシステム９０１とＳＢＷシステム９０２との違いは無い。

　三相モータ８００の構成に関し、三相巻線組と当該三相巻線組に対応するインバータ等の構成とを含む単位を「系統」という。第１～第３実施形態では一系統構成の三相モータ８００を駆動対象とする。二組の三相巻線組を含む二系統構成の三相モータについては、第２実施形態の変形例として言及する。

　［ＥＣＵの回路構成］
　次に図４～図７を参照し、三相モータ８００及び一台以上の直流モータを駆動する回路構成について実施形態毎に説明する。図４、図６、図７に示される要素のうち、三相モータ８００及び直流モータ７１０、７２０、７３０以外の部分がＥＣＵである。各実施形態のＥＣＵの符号は「１０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

　本実施形態で「駆動回路」というと、「モータ駆動回路」及び「スイッチ駆動回路」の二つの意味が想定される。三相モータ８００に通電するインバータ６０や直流モータ７１０、７２０、７３０への通電を切り替える回路がモータ駆動回路に相当する。また、モータ駆動回路を構成する各スイッチのゲートに入力される駆動信号を生成する回路がスイッチ駆動回路である。本明細書では、文脈から自明な箇所を除き、「モータ駆動回路」及び「スイッチ駆動回路」と区別して記す。

　（第１実施形態）
　図４に、第１実施形態のＥＣＵ１０１の回路構成を示す。第１実施形態のＥＣＵ１０１は、一台の三相モータ８００及び一台の直流モータ（例えばステアリングロックアクチュエータ）７１０を駆動対象とする。三相モータ８００の三相巻線組は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線８１１、８１２、８１３が中性点Ｎで接続されて構成されている。各相の巻線８１１、８１２、８１３にはインバータ６０から電圧が印加される。

　ＥＣＵ１０１は、「多相電力変換器」としての一つのインバータ６０、「直流回転機用スイッチ」としての二つの直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ、ＭＵ１Ｌ、及び制御部４０を備える。インバータ６０は、電源母線Ｌｐを介して電源Ｂｔの正極と接続されている。電源Ｂｔは例えば車両用１６［Ｖ］バッテリである。

　電源Ｂｔとインバータ６０との間の電源母線Ｌｐにおいて、電源Ｂｔ側に電源リレーＰｒ、インバータ６０側に逆接保護リレーＰＲが直列接続されている。電源リレーＰｒ及び逆接保護リレーＰＲは、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチング素子もしくは機械式リレー等により構成され、オフ時に電源Ｂｔからインバータ６０への通電を遮断可能である。電源リレーＰｒは、電源Ｂｔの電極が正規の向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。逆接保護リレーＰＲは、電源Ｂｔの電極が正規の向きとは逆向きに接続されたときに流れる方向の電流を遮断する。

　インバータ６０は、ブリッジ接続された高電位側及び低電位側の複数のインバータスイッチＩＵＨ、ＩＵＬ、ＩＶＨ、ＩＶＬ、ＩＷＨ、ＩＷＬの動作により電源Ｂｔの直流電力を三相交流電力に変換する。そしてインバータ６０は、三相モータ８００の各相巻線８１１、８１２、８１３に電圧を印加する。詳しくは、インバータスイッチＩＵＨ、ＩＶＨ、ＩＷＨは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の高電位側に設けられる上アーム素子であり、インバータスイッチＩＵＬ、ＩＶＬ、ＩＷＬは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の低電位側に設けられる下アーム素子である。以下、同相の上アーム素子と下アーム素子とをまとめて、符号を「ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ」と記す。

　「直流回転機用スイッチ」としての直流モータ用スイッチは、直流モータ端子Ｍ１を介して直列接続された高電位側のスイッチＭＵ１Ｈ、及び、低電位側のスイッチＭＵ１Ｌにより構成される。インバータスイッチと同様に、高電位側及び低電位側のスイッチをまとめて、直流モータ用スイッチの符号を「ＭＵ１Ｈ／Ｌ」と記す。直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、インバータ６０と共通の電源Ｂｔに対しインバータ６０と並列に設けられている。以下の明細書中及び図中では、高電位側のスイッチを「ハイサイドスイッチ」、低電位側のスイッチを「ローサイドスイッチ」とも表す。

　本明細書において、「インバータスイッチ」及び「直流モータ用スイッチ」の「スイッチ」は、半導体スイッチング素子の意味である。第１実施形態では、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ、及び直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）で構成されている。以下、ＭＯＳＦＥＴを「ＭＯＳ」と省略する。

　詳細には、直流モータ用ハイサイドスイッチＭＵ１Ｈは、Ｐチャネル（図中「Ｐｃｈ」）ＭＯＳで構成されており、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ、及び直流モータ用ローサイドスイッチＭＵ１Ｌは、Ｎチャネル（図中「Ｎｃｈ」）ＭＯＳで構成されている。その技術的意義については後述する。なお、三相モータ８００の逆起電圧により発生した回生電流は、インバータ６０においてＮチャネルＭＯＳの寄生ダイオード（図示しない）を経由して低電位側から高電位側へ還流可能である。

　三相モータ８００のＵ相電流経路の分岐点Ｊｕには、直流モータ７１０の一端である第１端子Ｔ１が接続されている。直流モータ７１０の第１端子Ｔ１とは反対側の端部である第２端子Ｔ２は、直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌの直流モータ端子Ｍ１に接続されている。したがって、直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、直流モータ７１０を介して三相モータ８００のＵ相に接続されている。直流モータ用スイッチの符号「ＭＵ１Ｈ／Ｌ」の「Ｕ」はＵ相を意味し、「１」は直流モータ７１０の符号に対応する。

　直流モータ７１０に通電される直流電流をＩ１と記す。直流モータ７１０の第１端子Ｔ１から第２端子Ｔ２に向かう電流Ｉ１の方向を正方向とし、第２端子Ｔ２から第１端子Ｔ１に向かう電流Ｉ１の方向を負方向とする。直流モータ７１０は、正方向に通電されたとき正転し、負方向に通電されたとき逆転する。例えばステアリングロックアクチュエータ７１０が正転したときステアリングがロックされ、逆転したときロックが解除される。

　直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、デューティ制御等によるスイッチングにより、直流モータ端子Ｍ１の電圧を可変とする。つまり、正方向に通電するとき、第２端子Ｔ２の電圧が第１端子Ｔ１の電圧より低くなるようにスイッチング動作し、負方向に通電するとき、第２端子Ｔ２の電圧が第１端子Ｔ１の電圧より高くなるようにスイッチング動作する。ここで、直流モータ７１０に通電される電流Ｉ１は三相モータ８００に流れる相電流Ｉｕ＃、Ｉｖ＃、Ｉｗ＃よりも小さいため、直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌよりも電流容量が小さいスイッチが使用されてもよい。

　図４の例では、Ｕ相電流経路の分岐点Ｊｕにおいて、Ｕ相電流Ｉｕの一部が直流モータ電流Ｉ１として分かれる。そのため、インバータ６０の各相に流れるインバータ相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、三相モータ８００の各相に流れるモータ相電流をＩｕ＃、Ｉｖ＃、Ｉｗ＃との関係は、式（１．１）～（１．４）により表される。

　　Ｉｕ１＃＝－Ｉｖ１－Ｉｗ１　・・・（１．１）
　　Ｉｖ１＃＝Ｉｖ１　・・・（１．２）
　　Ｉｗ１＃＝Ｉｗ１　・・・（１．３）
　　Ｉ１＝Ｉｕ１－Ｉｕ１＃　・・・（１．４）

　制御部４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備え、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。特に本実施形態の制御部４０は、マイコン４５、昇圧回路４７及び三相ドライバ回路４８等を含み、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ、及び直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌの動作を操作する。

　マイコン４５は、インバータ６０の操作による三相モータ８００の制御については電流フィードバック制御やベクトル制御を行う。すなわちマイコン４５は、電流センサにより検出された三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと回転角センサにより検出されたモータ電気角とからｄｑ軸実電流を演算し、ｄｑ軸電流指令値に対してフィードバック制御することで電圧指令値を演算する。ｄｑ軸電流指令値は、ＥＰＳシステムでは所望の操舵アシストトルクが得られるように、ＳＢＷシステムでは所望の反力トルクが得られるように演算される。なお、電流センサ、回転角センサ、及び、座標変換や電流フィードバック制御等の構成は三相モータ制御における周知技術であるため図示を省略する。

　そしてマイコン４５は、電圧指令値に基づくＰＷＭ制御によりインバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌへの指令信号を演算する。ここで、ＮチャネルＭＯＳで構成されているインバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌは、ゲート信号がＨｉのときドレイン－ソース間がオンする。特にハイサイドのインバータスイッチＩＵＨ、ＩＶＨ、ＩＷＨを駆動するには、バッテリ電圧１６［Ｖ］に、三相モータ８００の中性点Ｎに対する電位差を加えた３０［Ｖ］程度の駆動電圧が必要となる。

　そのため、昇圧回路４７はスイッチ駆動用の電源電圧を昇圧し、三相ドライバ回路４８に出力する。昇圧回路４７は、例えばチャージポンプ回路やブートストラップ回路により構成されている。三相ドライバ回路４８は、マイコン４５とは別パッケージのＩＣで構成されており、マイコン４５の指令に応じてインバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌの駆動信号（すなわちゲート信号）を生成する。少なくともハイサイドのインバータスイッチＩＵＨ、ＩＶＨ、ＩＷＨは、昇圧回路４７による昇圧電圧を用いて三相ドライバ回路４８が生成した駆動信号により動作する。

　次に、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１Ｌの駆動回路構成について説明する。ＰチャネルＭＯＳであるハイサイドスイッチＭＵ１Ｈのゲートは、電源母線Ｌｐとグランドとの間に直列接続された抵抗５７１とドライバスイッチ５８１との接続点Ｇｈ１に接続されている。ドライバスイッチ５８１はＮチャネルＭＯＳで構成されている。図中、ドライバスイッチ５８１、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１Ｌにおける端子「Ｓ」はソースであり、「Ｄ」はドレインである。ドライバスイッチ５８１のゲートはマイコン４５からの駆動信号線Ｓｄｒ１に接続されている。

　ＮチャネルＭＯＳであるローサイドスイッチＭＵ１Ｌのゲートは反転器（インバータ）５６１を介してマイコン４５からの駆動信号線Ｓｄｒ１に接続されている。反転器５６１は、マイコン４５が出力したＨｉ／Ｌｏの信号レベルを反転する。駆動信号線Ｓｄｒ１には、信号の電圧低下を防ぐバッファ５５１が必要に応じて設けられてもよい。このように、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１Ｌは、マイコン４５とは別パッケージのＩＣで構成されたドライバ回路を介さず、マイコン４５から直接出力された駆動信号により動作する。なお、バッファ５５１、反転器５６１、抵抗５７１、ドライバスイッチ５８１等は制御部４０の内部に含まれてもよい。

　図５を参照し、ドライバスイッチ５８１、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１Ｌの動作について説明する。マイコン４５の出力がＨｉレベルのとき、ドライバスイッチ５８１のゲート信号はＨｉレベルとなり、ドレイン－ソース間がオンする。これにより接続点Ｇｈ１の電圧が下がり、ハイサイドスイッチＭＵ１Ｈのゲート信号がＬｏレベルとなり、ソース－ドレイン間がオンする。一方、ローサイドスイッチＭＵ１Ｌのゲート信号は反転器５６１によりＬｏレベルとなり、ドレイン－ソース間がオフする。

　マイコン４５の出力がＬｏレベルのとき、ドライバスイッチ５８１のゲート信号はＬｏレベルとなり、ドレイン－ソース間がオフする。これにより接続点Ｇｈ１の電圧が上がり、ハイサイドスイッチＭＵ１Ｈのゲート信号がＨｉレベルとなり、ソース－ドレイン間がオフする。一方、ローサイドスイッチＭＵ１Ｌのゲート信号は反転器５６１によりＨｉレベルとなり、ドレイン－ソース間がオンする。

　次に、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１ＨをＰチャネルＭＯＳで構成し、ローサイドスイッチＭＵ１ＬをＮチャネルＭＯＳで構成することの技術的意義について、図８に示す比較例と対比しつつ説明する。比較例では、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１ＬはいずれもＮチャネルＭＯＳで構成されている。比較例のスイッチ駆動回路の構成は、例えば特開２０１５－８９２６８号公報の図２に開示された構成に対応する。図８中の符号「２１２」、「２２４」、「２２７」は、この公報で用いられている符号の頭に「２」を付したものである。

　比較例のスイッチ構成においてＮチャネルＭＯＳのハイサイドスイッチＭＵ１Ｈを駆動するためには、インバータ６０のハイサイドのスイッチＩＵＨ、ＩＶＨ、ＩＷＨと同様に３０［Ｖ］程度の駆動電圧が必要となる。そのため、昇圧回路２１２を設け、昇圧回路２１２で昇圧された直流電圧がハイサイドドライバ２２４を介してゲートに入力されることが必要である。なお、ローサイドスイッチＭＵ１Ｌのゲートには、昇圧前の電圧がローサイドドライバ２２７を介して入力される。

　比較例では、直流モータ用ハイサイドスイッチＭＵ１Ｈの駆動のために昇圧回路２１２を設ける必要があり、基板の実装スペースや部品コストが増大する。それに対し第１実施形態では、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１ＨをＰチャネルＭＯＳで構成することで、ドライバスイッチ５８１を駆動可能な程度の低いゲート電圧が供給できればよい。したがって、第１実施形態では昇圧回路２１２が不要となる。また、マイコン４５とは別パッケージのＩＣで構成されたドライバ回路も不要である。

　（第１実施形態の効果）
　第１実施形態の制御部４０は、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌの動作を操作して三相モータ８００を駆動しながら直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌの動作を操作し、直流モータ７１０を同時に駆動する。これによりＥＣＵ１０１は、三相モータ８００のみの駆動、三相モータ８００と直流モータ７１０との同時駆動、直流モータ７１０のみの駆動を切り替えることができる。

　また、三相モータ８００の一相の相電流経路に一台の直流モータ７１０が接続された構成において、最小限二個の直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ、ＭＵ１Ｌにより駆動回路の通電を切り替えることができるため、従来技術に対しスイッチの数を少なくすることができる。

　さらに、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１ＨをＰチャネルＭＯＳで構成することで、昇圧回路やドライバ回路を設けなくても、抵抗５７１及びドライバスイッチ５８１のみの簡素な回路構成でハイサイドスイッチＭＵ１Ｈを駆動することができる。また、直流モータ用のローサイドスイッチＭＵ１ＬをＮチャネルＭＯＳで構成することで、ドライバスイッチ５８１への信号を反転してローサイドスイッチＭＵ１Ｌを駆動することができる。よって、基板の実装スペースや部品コストを低減可能となる。

　加えて、直流モータ用のハイサイドスイッチＭＵ１Ｈ及びローサイドスイッチＭＵ１Ｌは、マイコン４５とは別パッケージのＩＣで構成されたドライバ回路を介さず、マイコン４５から直接出力された駆動信号により動作する。これにより、ＥＣＵ１０１の回路構成をより簡素化することができる。

　参考までに、例えば特開平１０－５６７９６号公報には、スロットルバルブを開閉する直流モータ用のＨブリッジ回路において、ハイサイドスイッチにＰチャネルＭＯＳを使用する構成が開示されている。しかし、この従来技術の目的は貫通電流を防止することであり、スイッチ駆動回路を簡素化することではない。また、そもそも、三相モータと直流モータとを同時に駆動可能なモータ駆動回路の構成とは全く関係ないものである。

　（第２実施形態）
　図６に、第２実施形態のＥＣＵ１０２の回路構成を示す。第２実施形態のＥＣＵ１０２は、一台の三相モータ８００及び二台の直流モータ（例えばチルトアクチュエータ及びテレスコピックアクチュエータ）７２０、７３０を駆動対象とする。三相モータ８００及びインバータ６０に関する構成は第１実施形態と同じである。直流モータ７２０、７３０の各第１端子Ｔ１は、実線で示すように、いずれも同じＵ相電流経路の分岐点Ｊｕに接続されてもよい。或いは破線で示すように、直流モータ７３０の第１端子Ｔ１は、直流モータ７２０とは異なるＶ相電流経路の分岐点Ｊｖに接続されてもよい。

　直流モータ７２０の第２端子Ｔ２は、直流モータ端子Ｍ２を介して直流モータ用スイッチＭＵ２Ｈ／Ｌに接続されており、直流モータ７３０の第２端子Ｔ２は、直流モータ端子Ｍ３を介して直流モータ用スイッチＭＵ３Ｈ／Ｌに接続されている。直流モータ用スイッチの符号「ＭＵ２Ｈ／Ｌ、ＭＵ３Ｈ／Ｌ」の「Ｕ」はＵ相を意味し、「２」、「３」は直流モータ７２０、７３０の符号に対応しする。なお、破線で示すように、直流モータ７３０がＶ相電流経路の分岐点Ｊｖに接続された場合、直流モータ用スイッチの符号は「ＭＶ３Ｈ／Ｌ」となる。

　直流モータ７２０、７３０に通電される直流電流をそれぞれＩ２、Ｉ３と記す。直流電流Ｉ２、Ｉ３の正方向、負方向の定義は第１実施形態に準ずる。チルトアクチュエータ７２０は、正方向に通電されたとき正転し、負方向に通電されたとき逆転して、「上がる／下がる」のチルト動作をする。同様にテレスコピックアクチュエータ７３０は、正方向に通電されたとき正転し、負方向に通電されたとき逆転して、「伸びる／縮む」のテレスコピック動作をする。

　直流モータ用ハイサイドスイッチＭＵ２Ｈ、ＭＵ３Ｈは、ＰチャネルＭＯＳで構成されており、直流モータ用ローサイドスイッチＭＵ２Ｌ、ＭＵ３Ｌは、ＮチャネルＭＯＳで構成されている。直流モータ用スイッチＭＵ２Ｈ／Ｌ、ＭＵ３Ｈ／Ｌの駆動回路として、第１実施形態と同様のスイッチ駆動回路が２セット並列に設けられている。第２実施形態のスイッチ駆動回路の各要素の符号は、第１実施形態のスイッチ駆動回路の各要素の符号の「１」を、「２」又は「３」に置き換えて表される。

　直流モータ用スイッチＭＵ２Ｈ／Ｌ、ＭＵ３Ｈ／Ｌは、マイコン４５とは別パッケージのＩＣで構成されたドライバ回路を介さず、マイコン４５から直接出力された駆動信号により動作する。以上のように、二台の直流モータ７２０、７３０を駆動対象とするＥＣＵ１０２においても第１実施形態と同様の効果が得られる。駆動対象の直流モータが三台以上の場合も、各直流モータの第１端子Ｔ１が三相の電流経路のうち同相又は異相に接続されればよい。

　また、第２実施形態の変形例として、三相モータは、二組以上の三相巻線組を冗長的に含む複数系統の構成であってもよい。例えば二系統構成の三相モータにおいて、第１系統の相電流経路のみに一台以上の直流モータが接続され、第２系統には直流モータが接続されなくてもよい。或いは、第１系統の相電流経路及び第２系統の相電流経路に各一台以上の直流モータが接続されてもよい。また、二系統構成では、各系統のマイコンがマイコン間通信によりスイッチ駆動信号を相互に通信するようにしてもよい。

　（第３実施形態）
　図７に、第３実施形態のＥＣＵ１０３の回路構成を示す。第１実施形態に対し第３実施形態では、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタが用いられる。つまり、直流モータ用ハイサイドスイッチＭＵ１Ｈは、ＰチャネルＭＯＳに代えてＰＮＰ型トランジスタで構成されており、インバータスイッチＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ、及び直流モータ用ローサイドスイッチＭＵ１Ｌは、ＮチャネルＭＯＳに代えてＮＰＮ型トランジスタで構成されている。図中、トランジスタの端子「Ｃ」はコレクタであり、「Ｅ」はエミッタである。また、還流ダイオードの図示を省略する。

　ＮＰＮ型トランジスタは、ベース信号がＨｉレベルのときコレクタ－エミッタ間がオンする。ＰＮＰ型トランジスタは、ベース信号がＬｏレベルのときエミッタ－コレクタ間がオンする。したがって、第３実施形態のスイッチ駆動回路について、第１実施形態と同様の効果が得られる。

　（その他の実施形態）
　（ａ）直流モータ用スイッチを構成する半導体スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられてもよい。ＭＯＳＦＥＴを一般のＦＥＴに拡張すると、直流モータ用ハイサイドスイッチは、ＰチャネルＦＥＴで構成されており、直流モータ用ローサイドスイッチは、ＮチャネルＦＥＴで構成されている。

　（ｂ）複数の直流モータを駆動するＥＣＵにおいて、複数の直流モータ用ハイサイドスイッチのうち、少なくとも一部のハイサイドスイッチがＰチャネルＦＥＴ又はＰＮＰ型トランジスタで構成され、残りのハイサイドスイッチはＮチャネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタで構成されてもよい。その場合でも、一部の直流モータ用ハイサイドスイッチの駆動回路について、上記実施形態の効果が得られる。

　（ｃ）第１実施形態の符号を用いて説明すると、ＥＣＵ１０１の回路に種々の回路素子が追加されてもよい。例えば三相モータ８００の各相電流経路を開閉する三相モータリレーや、分岐点Ｊｕと直流モータ７１０の第１端子Ｔ１との間の直流電流経路を開閉する直流モータリレーが設けられてもよい。また、電源リレーＰｒ及び逆接保護リレーＰＲの後に、コイル及びコンデンサからなるノイズフィルタとして機能する雑防素子が設けられてもよい。また、インバータ６０及び直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌは、それぞれ個別の電源に接続されてもよい。電源リレーＰｒ及び逆接保護リレーＰＲは、インバータ６０側と直流モータ用スイッチＭＵ１Ｈ／Ｌ側とに個別に設けられてもよい。

　（ｄ）多相回転機の相の数は三相に限らず、二相、又は四相以上、すなわち一般化されたＮ相（Ｎは２以上の整数）であってよい。また、多相回転機は、三組以上の多相巻線組を含んでもよい。

　（ｅ）本開示の回転機制御装置は、車両のＥＰＳシステムやＳＢＷシステムに限らず、多相交流モータ及び直流モータを併用する種々のシステムに適用可能である。本実施形態で用いられる直流モータ式のアクチュエータは、ステアリングロック、チルト、テレスコピックアクチュエータ等のステアリング系アクチュエータの他、シート系アクチュエータやハンドル格納アクチュエータでもよい。

　本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

　本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims

　一組以上の多相巻線組を含む一台以上の多相回転機（８００）、及び、少なくとも一組の前記多相巻線組の一相以上の相電流経路に一端である第１端子（Ｔ１）が接続された一台以上の直流回転機（７１０、７２０、７３０）を駆動可能な回転機制御装置であって、
　ブリッジ接続された複数のインバータスイッチ（ＩＵＨ／Ｌ、ＩＶＨ／Ｌ、ＩＷＨ／Ｌ）の動作により電源（Ｂｔ）の直流電力を多相交流電力に変換し、前記多相巻線組の各相巻線（８１１、８１２、８１３）に電圧を印加する一つ以上の多相電力変換器（６０）と、
　前記直流回転機の前記第１端子とは反対側の端部である第２端子（Ｔ２）に接続された直流回転機端子（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を介して直列接続された高電位側及び低電位側のスイッチにより構成され、スイッチングにより前記直流回転機端子の電圧を可変とする直流回転機用スイッチ（ＭＵ１Ｈ／Ｌ、ＭＵ２Ｈ／Ｌ、ＭＵ３Ｈ／Ｌ）と、
　前記インバータスイッチ及び前記直流回転機用スイッチの動作を操作する制御部（４０）と、
　を備え、
　少なくとも一つの高電位側の前記直流回転機用スイッチは、ＰチャネルＦＥＴ又はＰＮＰ型トランジスタで構成されており、低電位側の前記直流回転機用スイッチは、ＮチャネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタで構成されている回転機制御装置。
　前記制御部は、一つ以上のマイコン（４５）、スイッチ駆動用の電源電圧を昇圧する昇圧回路（４７）、及び、前記マイコンとは別パッケージのＩＣで構成され前記マイコンの指令に応じてスイッチの駆動信号を生成するドライバ回路（４８）を含み、
　少なくとも高電位側の前記インバータスイッチは、前記昇圧回路による昇圧電圧を用いて前記ドライバ回路が生成した駆動信号により動作し、
　高電位側及び低電位側の前記直流回転機用スイッチは、前記ドライバ回路を介さず前記マイコンから直接出力された駆動信号により動作する請求項１に記載の回転機制御装置。