WO2023063253A1 - 負荷駆動装置 - Google Patents

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WO2023063253A1
WO2023063253A1 PCT/JP2022/037603 JP2022037603W WO2023063253A1 WO 2023063253 A1 WO2023063253 A1 WO 2023063253A1 JP 2022037603 W JP2022037603 W JP 2022037603W WO 2023063253 A1 WO2023063253 A1 WO 2023063253A1
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voltage
battery
power
motor
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宏紀 名倉
秀樹 株根
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株式会社デンソー
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present disclosure relates to a load driving device.
  • a load drive device that converts the DC power of a battery with a power converter such as an inverter and supplies it to a load such as a three-phase motor.
  • the steering angle detection device disclosed in Patent Document 1 is provided with a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor. Power is supplied to the rotation angle sensor from a battery via a regulator. The power supplied from the battery via the regulator allows the rotation angle sensor to continue operating.
  • devices other than the rotation angle sensor such as the three-phase pre-driver, CAN transceiver, wake-up CAN driver, etc., will not be able to continue operation when the supply voltage from the battery drops.
  • An object of the present disclosure is to provide a load driving device that allows the target circuit to continue operating even if the voltage supplied from the battery to the power supply line temporarily drops.
  • a load driving device includes a power converter, a booster circuit, a post-boost capacitor, and a specific regulator.
  • the power converter is provided between a power supply line connected to the battery and a ground line, converts the DC power of the battery, and supplies it to the load.
  • the booster circuit boosts the voltage of the battery supplied via the power supply line.
  • the boosted capacitor is charged with the boosted voltage by the booster circuit.
  • a specific regulator operates the target circuit when a voltage higher than the lower limit is applied via the power supply path.
  • the load is a motor
  • the target circuit includes a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor.
  • At least the voltage charged in the boosted capacitor is applied to the specific regulator. This allows the target circuit to continue operating even if the voltage supplied from the battery to the power supply line temporarily drops.
  • the load driving device does not have to include the booster circuit and the post-boosting capacitor in contrast to the load driving device according to the first aspect, and instead requires a power converter capacitor.
  • the power converter capacitor is connected in parallel with the power converter between the power supply line and the ground line and is charged with the voltage applied to the power converter.
  • At least the voltage charged in the power converter capacitor is applied to the specific regulator. This allows the target circuit to continue operating even if the voltage supplied from the battery to the power supply line temporarily drops.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of the motor drive device of the first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an electric power steering device
  • FIG. 3 is a diagram showing voltage changes of each part when the battery voltage drops in the first embodiment
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the motor drive device of the second embodiment
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a motor drive device of a comparative example
  • FIG. 6 is a diagram showing voltage changes at each part when the battery voltage drops in the comparative example.
  • the load driving device of this embodiment is a motor driving device.
  • This motor driving device converts DC power from a battery in an electric power steering device and supplies it to a steering assist motor as a "load”.
  • the steering assist motor is composed of a three-phase brushless motor.
  • the voltage of the auxiliary battery mounted on the vehicle was generally 12V, but in this embodiment, it is mainly assumed that it will be 24V or 48V, which will be adopted in electric vehicles in the future.
  • 24V/48V in the drawings and the following specification means “24V or 48V”.
  • the configuration of this embodiment is basically the same.
  • the present embodiment may be applied not only to electric vehicles but also to engine vehicles.
  • the ECU of the electric power steering device functions as a motor drive device.
  • the ECU is composed of a microcomputer, a customized integrated IC, and the like, and includes a CPU, ROM, RAM, I/O (not shown), and a bus line connecting these components.
  • the ECU controls software processing by executing a program pre-stored in a physical memory device such as a ROM (that is, a readable non-temporary tangible recording medium) by the CPU, or hardware processing by a dedicated electronic circuit. to run.
  • FIG. 1 shows the configuration of a motor driving device 101 according to the first embodiment.
  • the motor drive device 101 includes an inverter 60 as a "power converter”, an inverter capacitor 56 as a “power converter capacitor”, a booster circuit 20, a post-boost capacitor 25, a specific regulator 36, and the like.
  • FIG. 1 illustrates the configuration of the motor drive device 101 of one system, it may have a redundant configuration of two or more systems. For example, in a dual system motor drive, power is supplied from two inverters to a dual winding motor having two sets of windings.
  • the inverter 60 is connected to the positive electrode of the battery 15 via the power supply line Lp, and is connected to the negative electrode of the battery 15 via the ground line Lg.
  • Inverter 60 includes three-phase upper and lower arm switching elements 61-66 connected in series between power supply line Lp and ground line Lg. Specifically, U-phase, V-phase, and W-phase upper arm switching elements 61, 62, and 63 and lower arm switching elements 64, 65, and 66 are bridge-connected.
  • MOSFETs are used as the switching elements 61 - 66 of the inverter 60 .
  • the MOSFETs used in the present embodiment are basically of the N-channel type.
  • connection points of the switching elements of the upper and lower arms of each phase are defined as "arm-to-arm connection points Nu, Nv, Nw".
  • Inter-arm connection points Nu, Nv, and Nw are connected to three-phase windings 81, 82, and 83 of motor 80, respectively.
  • Inverter 60 converts the DC power of battery 15 and supplies it to three-phase windings 81 , 82 , 83 .
  • three-phase windings 81, 82, and 83 are connected at a neutral point Nm. Note that the three-phase windings 81, 82, and 83 may be delta-connected.
  • the inverter capacitor 56 is connected in parallel with the inverter 60 between the power supply line Lp and the ground line Lg, and charged with the voltage applied to the inverter 60 .
  • the inverter capacitor 56 functions as a smoothing capacitor.
  • a filter capacitor 16 and a choke coil (inductor) 17 that constitute an LC filter circuit for noise countermeasures are provided on the battery 15 side of the inverter 60.
  • the filter capacitor 16 and the inverter capacitor 56 are composed of, for example, polar aluminum electrolytic capacitors.
  • the choke coil 17 is provided on the power supply line Lp.
  • the power line Lp between the choke coil 17 and the inverter 60 is connected in series with the power relay 51 on the battery 15 and the reverse connection protection relay 52 on the inverter 60 side.
  • the power supply relay 51 is connected in parallel with a freewheeling diode that conducts current from the inverter 60 side to the battery 15 side, and cuts off the current from the battery 15 side to the inverter 60 side when the power relay 51 is OFF.
  • the reverse connection protection relay 52 is connected in parallel with a freewheeling diode that conducts current from the battery 15 side to the inverter 60 side, and cuts off the current from the inverter 60 side to the battery 15 side when it is OFF.
  • the power relay 51 and the reverse connection protection relay 52 are composed of MOSFETs, and the parasitic diodes of the MOSFETs function as freewheeling diodes.
  • the power supply relay 51 may not be provided.
  • the reverse connection protection relay 52 may be provided on the ground line Lg.
  • the motor relays 71 , 72 , 73 are provided in the motor current paths between the arm connection points Nu, Nv, Nw of each phase and the three-phase windings 81 , 82 , 83 .
  • the motor relays 71, 72, 73 are composed of MOSFETs.
  • the parasitic diode conducts current from the inter-arm connection points Nu, Nv, Nw to the three-phase windings 81 , 82 , 83 .
  • the motor relays 71, 72, and 73 cut off current from the motor 80 side to the inverter 60 side when turned off.
  • the inverter 60 or each phase motor current path is provided with a current sensor that detects the phase current.
  • the microcomputer (control unit) 30 calculates a drive signal for the inverter 60 by current feedback control based on the phase current detection value and the motor rotation angle so that the motor 80 outputs the command torque.
  • the three-phase pre-driver circuit 40 operates the inverter 60 according to the drive signal calculated by the microcomputer 30 . It should be noted that part of the functions of the microcomputer 30 as a control section may be shared by the integrated IC. In the case of a two-system configuration, the control information may be communicated between the microcomputers of each system.
  • the power supply relay 51, the reverse connection protection relay 52, and the motor relays 71, 72, and 73 are turned on/off by a relay driver circuit (not shown) based on commands from the microcomputer 30. OFF operation is performed.
  • a relay driver circuit not shown
  • the illustration of gate signals and the like of each relay is omitted.
  • the booster circuit 20 is connected to the power line Lp after the choke coil 17 and boosts the battery voltage supplied via the power line Lp.
  • the booster circuit 20 is composed of, for example, a chopper circuit including a coil and a switching element. If the battery voltage is 24V/48V, the voltage may be stepped down to about 12V by the step-down regulator 18 and then input to the step-up circuit 20 .
  • Post-boosting capacitor 25 is charged with the post-boosting voltage by boosting circuit 20 .
  • 24V/48V is input to the three-phase pre-driver circuit 40 as a power supply for generating gate voltages of upper arm (high side) switching elements 61-63, and a power supply for generating gate voltages of lower arm (low side) switching elements 64-66. , 12 V after the step-down regulator 18 is input. If the battery voltage is 12V, the buck regulator 18 is not required.
  • the specific regulator 36 is a low dark current power supply that operates the target circuit when a voltage equal to or higher than the lower limit is applied via the power supply path.
  • a particularly important target circuit in this embodiment is a rotation angle sensor 85 such as a Hall element for detecting the rotation angle of the motor 80 . The reason will be described later.
  • ICs such as the three-phase pre-driver circuit 40, the CAN transceiver 37, and the wake-up CAN driver 38 are applicable.
  • the CAN transceiver 37 relays communication between the CAN communication bus of the in-vehicle network and the microcomputer 30.
  • a wakeup CAN driver 38 generates a wakeup signal via the CAN bus.
  • Input/output signals of the rotation angle sensor 85 and other target circuits 37, 38, and 40 are omitted.
  • two power supply paths 31 and 32 are provided to supply power to the specific regulator 36 .
  • Each of the power supply paths 31 and 32 is provided with a diode 34 that prevents reverse current flow.
  • the first power supply path 31 is directly connected to the specific regulator 36 from the power line Lp after the choke coil 17 . Battery voltage is applied to a specific regulator 36 via the first power supply path 31 .
  • the second power supply path 32 branches off from the first power supply path 31 and is connected to the specific regulator 36 via the step-down regulator 18 and the step-up circuit 20 .
  • the boosted voltage charged in the boosted capacitor 25 is applied to the specific regulator 36 via the second power supply path 32 .
  • FIG. 2 a schematic configuration of an electric power steering device ("EPS" in the drawing) 90 to which the motor drive device 101 is applied in a steering system 99 of a vehicle will be described.
  • EPS electric power steering device
  • FIG. 2 is of a column assist type, it is also applicable to a rack assist type electric power steering device.
  • a steering system 99 includes a steering wheel 91, a steering shaft 92, a pinion gear 96, a rack shaft 97, wheels 98, an electric power steering device 90, and the like.
  • a steering shaft 92 is connected to the handle 91 .
  • a pinion gear 96 provided at the tip of the steering shaft 92 meshes with a rack shaft 97 .
  • a pair of wheels 98 are provided at both ends of the rack shaft 97 via tie rods or the like.
  • the electric power steering device 90 includes a steering assist motor 80, a motor drive device 101, a steering torque sensor 94, a reduction gear 89, and the like.
  • the motor driving device 101 is integrally provided at one end of the motor 80 in the axial direction, and configured as a "mechanical and electrical integrated motor".
  • a steering torque sensor 94 is provided in the middle of the steering shaft 92 and detects the steering torque of the driver.
  • the motor driving device 101 controls driving of the motor 80 so that the motor 80 generates desired assist torque based on the steering torque.
  • the assist torque output by the motor 80 is transmitted to the steering shaft 92 via the reduction gear 94 .
  • the rotation angle sensor 85 is composed of a Hall element facing a sensor magnet 87 fixed to the tip of the shaft 86, and detects the motor rotation angle ⁇ based on changes in the magnetic flux of the sensor magnet 87.
  • a rotation angle sensor such as a resolver may be used instead of the Hall element.
  • the motor rotation angle ⁇ is converted into the steering angle of the steering wheel 91 using the speed reduction ratio. In the calculation using the motor rotation angle ⁇ , the neutral position of the steering angle is used as a reference.
  • the motor drive device 109 of the comparative example does not include the booster circuit 20 and the post-boost capacitor 25 . Only the battery voltage via the first power supply path 31 is supplied to the specific regulator 36 . Note that even if the booster circuit 20 and the post-boost capacitor 25 are provided for another purpose, as long as a path through which the boosted voltage is supplied to the specific regulator 36 is not provided, it is equivalent to the comparative example.
  • the rotation angle sensor 85 is described as the target circuit.
  • the rotation angle sensor 85 can continue to operate. Therefore, the information on the neutral position of the steering angle is maintained, and the motor driving device can perform accurate steering angle calculation in the assist control.
  • FIG. 6 shows voltage changes of [A], [B], and [C] in FIG. 5 when the battery voltage drops.
  • [A] indicates the voltage supplied from the battery 15 to the power supply line Lp.
  • [B] indicates the voltage input to the specific regulator 36 from the first power supply path 31 .
  • [C] indicates the voltage input from the specific regulator 36 to the rotation angle sensor 85 .
  • the rotation angle sensor 85 is required to continue its operation without stopping even temporarily. It should be noted that the three-phase pre-driver circuit 40, the CAN transceiver 37, and the wake-up CAN driver 38, which are other target circuits, are less affected by the temporary suspension of operation.
  • the motor drive device 101 of the first embodiment includes a booster circuit 20 and a post-boost capacitor 25, and is provided with a second power supply path 32 that connects the post-boost capacitor 25 and a specific regulator 36. . Therefore, within the discharge time range based on the capacity of post-boost capacitor 25, at least the voltage charged in post-boost capacitor 25 is applied to specific regulator 36 regardless of the drop in battery voltage. Since the current consumption of the rotation angle sensor 85 is actually small, the dischargeable time of the capacitor 25 after boosting is sufficiently long.
  • FIG. 3 shows the voltage change of each part when the battery voltage drops in the first embodiment.
  • [B] indicates the voltage input to the specific regulator 36 from the second power supply path 32 . Even in the situation where the supply voltage of [A] is lowered as in the comparative example, the input voltage to the specific regulator 36 of [B] and the input voltage to the rotation angle sensor 85 of [C] are higher than the lower limit value. value is preserved.
  • the rotation angle sensor 85 can continue to operate even if the voltage supplied from the battery 15 to the power supply line Lp temporarily drops. Therefore, since the information on the neutral position of the steering angle is maintained after the return, accurate steering angle calculation can be executed in the assist control of the electric power steering device 90 .
  • the inverter capacitor 56 is connected in parallel with the inverter 60 between the power supply line Lp and the ground line Lg, and charged with the voltage applied to the inverter 60 .
  • the boosted voltage charged in the inverter capacitor 56 is applied to the specific regulator 36 via the third power supply path 33 . Therefore, within the discharge time range based on the capacity of inverter capacitor 56, at least the voltage charged in inverter capacitor 56 is applied to specific regulator 36 regardless of the drop in battery voltage. Therefore, effects similar to those of the first embodiment can be obtained.
  • the booster circuit 20, post-boost capacitor 25, and second power supply path 32 of the first embodiment may not be provided.
  • the voltage charged in the boosted capacitor 25 and the inverter capacitor 56 is supplied to the specific regulator 36 via the second and third power supply paths 32 and 33. You may make it apply heavily.
  • the reverse connection protection relay 52 of the power line Lp when the reverse connection protection relay 52 of the power line Lp is ON, the voltage charged in the inverter capacitor 56 is also applied to the specific regulator 36 from the first power supply path 31 via the power line Lp.
  • the reverse connection protection relay 52 when the reverse connection protection relay 52 is OFF, the power supply path from the inverter capacitor 56 through the power supply line Lp is cut off.
  • the power relay 51 has a path that passes through the freewheeling diode regardless of ON/OFF. Therefore, in the second embodiment, power supply to the specific regulator 36 can be continued even when the reverse connection protection relay 52 is turned off.
  • the load of the load driving device of the present disclosure is not limited to the three-phase motor 80, and may be a single-phase motor or a multi-phase motor other than three-phase, or may be an actuator other than a motor or other load. There may be.
  • the "power converter” an H-bridge circuit or the like may be used instead of the polyphase inverter.
  • the target circuit to be operated by power supply from the specific regulator 36 is not limited to those exemplified in the above embodiments, and may be any circuit.
  • the controller and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by the computer program.
  • the controls and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the control units and techniques described in this disclosure can be implemented by a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may also be implemented by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may also be stored as computer-executable instructions on a computer-readable non-transitional tangible recording medium.

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Abstract

負荷駆動装置(101)の電力変換器(60)は、バッテリ(15)に接続される電源ライン(Lp)とグランドライン(Lg)との間に設けられ、バッテリ(15)の直流電力を変換して負荷(80)に供給する。昇圧回路(20)は、電源ライン(Lp)を経由して供給されるバッテリ(15)の電圧を昇圧する。昇圧後コンデンサ(25)は、昇圧回路(20)による昇圧後電圧が充電される。特定レギュレータ(36)は、電力供給経路(31、32)を経由して下限値以上の電圧が印加されているとき対象回路(85、37、38、40)を動作させる。少なくとも昇圧後コンデンサ(25)に充電された電圧が特定レギュレータ(36)に印加される。

Description

負荷駆動装置 関連出願の相互参照
 本出願は、2021年10月11日に出願された日本出願番号2021-166732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、負荷駆動装置に関する。
 従来、バッテリの直流電力をインバータ等の電力変換器で変換し、三相モータ等の負荷に供給する負荷駆動装置が知られている。例えば特許文献1に開示された舵角検出装置は、モータの回転角を検出する回転角センサが設けられている。回転角センサには、バッテリからレギュレータを経由して電力が供給される。バッテリからレギュレータを経由して供給される電力により、回転角センサは動作を継続可能である。
特開2018-177097号公報
 特許文献1の装置では、ハーネスが切れかかっているなどバッテリから電源ラインへの電力供給が途絶する異常や、エンジンクランキングによりバッテリ電圧が低下した場合、回転角センサへの電力供給が途絶し、回転角センサが動作を継続できなくなる。特に電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータでは、回転角センサが一時的に動作を停止すると、復帰後に舵角の中立位置の情報が維持されず、アシスト制御での正確な舵角演算ができなくなるという問題がある。
 また、装置の構成によっては、回転角センサ以外に三相プリドライバ、CANトランシーバ、ウェイクアップ用CANドライバ等の機器もバッテリからの供給電圧が低下すると動作を継続できなくなる。
 本開示の目的は、バッテリから電源ラインに供給される電圧が一時的に低下しても対象回路の動作を継続可能とする負荷駆動装置を提供することにある。
 本開示の第一の態様の負荷駆動装置は、電力変換器と、昇圧回路と、昇圧後コンデンサと、特定レギュレータと、を備える。電力変換器は、バッテリに接続される電源ラインとグランドラインとの間に設けられ、バッテリの直流電力を変換して負荷に供給する。
 昇圧回路は、電源ラインを経由して供給されるバッテリの電圧を昇圧する。昇圧後コンデンサは、昇圧回路による昇圧後電圧が充電される。
 特定レギュレータは、電力供給経路を経由して下限値以上の電圧が印加されているとき対象回路を動作させる。例えば負荷はモータであり、対象回路には、モータの回転角を検出する回転角センサが含まれる。
 少なくとも昇圧後コンデンサに充電された電圧が特定レギュレータに印加される。これにより、バッテリから電源ラインに供給される電圧が一時的に低下しても対象回路は動作を継続することができる。
 本開示の第二の態様の負荷駆動装置は、第一の態様の負荷駆動装置に対し昇圧回路及び昇圧後コンデンサを備えなくてもよく、その代わり、電力変換器コンデンサを備えることを要件とする。電力変換器コンデンサは、電源ラインとグランドラインとの間に電力変換器と並列に接続され、電力変換器に印加される電圧が充電される。
 少なくとも電力変換器コンデンサに充電された電圧が特定レギュレータに印加される。これにより、バッテリから電源ラインに供給される電圧が一時的に低下しても対象回路は動作を継続することができる。
 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、第1実施形態のモータ駆動装置の構成図であり、 図2は、電動パワーステアリング装置の概略構成図であり、 図3は、第1実施形態でのバッテリ電圧低下時における各部の電圧変化を示す図であり、 図4は、第2実施形態のモータ駆動装置の構成図であり、 図5は、比較例のモータ駆動装置の構成図であり、 図6は、比較例でのバッテリ電圧低下時における各部の電圧変化を示す図である。
 複数の実施形態による負荷駆動装置を図面に基づいて説明する。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。第1、第2実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の負荷駆動装置はモータ駆動装置である。このモータ駆動装置は、電動パワーステアリング装置においてバッテリの直流電力を変換して「負荷」としての操舵アシストモータに供給する。操舵アシストモータは三相ブラシレスモータで構成されている。
 なお、車両に搭載される補機バッテリの電圧は従来12Vが一般的であったが、本実施形態では主に、今後、電気自動車で採用される予定である24V又は48Vを想定する。図中及び以下の明細書中の「24V/48V」は「24V又は48V」を意味する。ただし、12Vのバッテリを用いる場合でも本実施形態の構成は基本的に同様である。後述の説明でエンジンクランキングに言及していることからも明らかなように、本実施形態は、電気自動車に限らずエンジン車に適用されてもよい。
 具体的には、電動パワーステアリング装置のECUがモータ駆動装置として機能する。ECUは、マイコンやカスタマイズされた統合IC等で構成され、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ている。ECUは、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。
 (第1実施形態)
 図1に第1実施形態のモータ駆動装置101の構成を示す。モータ駆動装置101は、「電力変換器」としてのインバータ60、「電力変換器コンデンサ」としてのインバータコンデンサ56、昇圧回路20、昇圧後コンデンサ25、特定レギュレータ36等を備える。図1には一系統のモータ駆動装置101の構成を例示するが、二系統以上の冗長構成であってもよい。例えば二系統のモータ駆動装置では、二組の巻線組を有する二重巻線モータに対し二つのインバータから電力供給する。
 インバータ60は、バッテリ15の正極と電源ラインLpを介して接続され、バッテリ15の負極とグランドラインLgを介して接続される。インバータ60は、電源ラインLpとグランドラインLgとの間に直列接続された、三相の上下アームのスイッチング素子61-66を含む。詳しくは、U相、V相、W相の上アームのスイッチング素子61、62、63及び下アームのスイッチング素子64、65、66がブリッジ接続されている。本実施形態では、インバータ60のスイッチング素子61-66としてMOSFETが用いられる。以下、本実施形態で用いられるMOSFETは基本的にNチャネル型である。
 各相の上下アームのスイッチング素子の接続点を「アーム間接続点Nu、Nv、Nw」と定義する。アーム間接続点Nu、Nv、Nwは、それぞれモータ80の三相巻線81、82、83に接続されている。インバータ60は、バッテリ15の直流電力を変換して三相巻線81、82、83に供給する。例えばY結線のモータ80の場合、三相巻線81、82、83は中性点Nmで接続されている。なお、三相巻線81、82、83はΔ結線されてもよい。
 インバータコンデンサ56は、電源ラインLpとグランドラインLgとの間にインバータ60と並列に接続され、インバータ60に印加される電圧が充電される。モータ駆動装置101の通常動作時、インバータコンデンサ56は平滑コンデンサとして機能する。
 インバータ60のバッテリ15側には、ノイズ対策用LCフィルタ回路を構成するフィルタコンデンサ16及びチョークコイル(インダクタ)17が設けられている。フィルタコンデンサ16及びインバータコンデンサ56は、例えば有極性のアルミ電解コンデンサで構成されている。チョークコイル17は電源ラインLpに設けられている。
 図1の構成では、チョークコイル17とインバータ60との間の電源ラインLpには、バッテリ15に電源リレー51、及び、インバータ60側に逆接続保護リレー52が直列接続されている。電源リレー51は、インバータ60側からバッテリ15側への電流を導通する還流ダイオードが並列接続されており、OFF時にバッテリ15側からインバータ60側への電流を遮断する。
 逆接続保護リレー52は、バッテリ15側からインバータ60側への電流を導通する還流ダイオードが並列接続されており、OFF時にインバータ60側からバッテリ15側への電流を遮断する。例えば電源リレー51及び逆接続保護リレー52はMOSFETで構成されており、MOSFETの寄生ダイオードが還流ダイオードとして機能する。
 他の構成例では電源リレー51は設けられなくてもよい。また、逆接続保護リレー52はグランドラインLgに設けられてもよい。
 モータリレー71、72、73は、各相のアーム間接続点Nu、Nv、Nwと三相巻線81、82、83との間のモータ電流経路に設けられる。例えばモータリレー71、72、73はMOSFETで構成されている。寄生ダイオードは、アーム間接続点Nu、Nv、Nwから三相巻線81、82、83への電流を導通する。モータリレー71、72、73は、OFF時にモータ80側からインバータ60側への電流を遮断する。
 図示を省略するが、インバータ60又は各相モータ電流経路には相電流を検出する電流センサが設けられる。モータ駆動装置101の通常動作時、マイコン(制御部)30は、モータ80が指令トルクを出力するように、相電流検出値及びモータ回転角に基づく電流フィードバック制御によりインバータ60の駆動信号を演算する。三相プリドライバ回路40は、マイコン30が演算した駆動信号に従ってインバータ60を動作させる。なお、マイコン30による制御部としての機能の一部を統合ICが分担してもよい。また二系統構成の場合、各系統のマイコンの間で制御情報を相互に通信してもよい。
 また、システムの起動、停止時や異常発生時等に、マイコン30からの指令に基づき、図示しないリレードライバ回路により電源リレー51、逆接続保護リレー52、及びモータリレー71、72、73がON/OFF操作される。各リレーのゲート信号等の図示は省略する。
 昇圧回路20は、チョークコイル17後の電源ラインLpに接続されており、電源ラインLpを経由して供給されるバッテリ電圧を昇圧する。昇圧回路20は、例えばコイルとスイッチング素子とを含むチョッパ回路で構成される。バッテリ電圧が24V/48Vの場合、降圧レギュレータ18で一旦12V程度に降圧されてから昇圧回路20に入力されてもよい。昇圧後コンデンサ25は、昇圧回路20による昇圧後電圧が充電される。
 三相プリドライバ回路40には、上アーム(ハイサイド)スイッチング素子61-63のゲート電圧生成用電源として24V/48Vが入力され、下アーム(ローサイド)スイッチング素子64-66のゲート電圧生成用電源として、降圧レギュレータ18後の12Vが入力される。バッテリ電圧が12Vの場合、降圧レギュレータ18は不要である。
 特定レギュレータ36は、電力供給経路を経由して下限値以上の電圧が印加されているとき対象回路を動作させる低暗電流電源である。本実施形態で特に重要な対象回路は、モータ80の回転角を検出するホール素子等の回転角センサ85である。その理由は後述する。回転角センサ85以外の対象回路として、三相プリドライバ回路40、CANトランシーバ37、ウェイクアップ用CANドライバ38等のICが適用可能である。
 CANトランシーバ37は、車内ネットワークのCAN通信バスとマイコン30との間の通信を中継する。ウェイクアップ用CANドライバ38は、CANバスを介したウェイクアップ信号を生成する。回転角センサ85及びその他の対象回路37、38、40における入出力信号の図示を省略する。
 第1実施形態では、特定レギュレータ36に電力供給する二つの電力供給経路31、32が設けられている。各電力供給経路31、32には、電流の逆流を防止するダイオード34が設けられている。第1の電力供給経路31は、チョークコイル17後の電源ラインLpから直接特定レギュレータ36に接続されている。第1の電力供給経路31を経由してバッテリ電圧が特定レギュレータ36に印加される。
 第2の電力供給経路32は第1の電力供給経路31から分岐し、降圧レギュレータ18及び昇圧回路20を経由して特定レギュレータ36に接続されている。昇圧後コンデンサ25に充電された昇圧後電圧は、第2の電力供給経路32を経由して特定レギュレータ36に印加される。
 次に図2を参照し、車両のステアリングシステム99においてモータ駆動装置101が適用される電動パワーステアリング装置(図中「EPS」)90の概略構成を説明する。図2に示される電動パワーステアリング装置90はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。
 ステアリングシステム99は、ハンドル91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、及び、電動パワーステアリング装置90等を含む。ハンドル91にはステアリングシャフト92が接続されている。ステアリングシャフト92の先端に設けられたピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が設けられる。運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によりラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の変位量に応じた角度に一対の車輪98が操舵される。
 電動パワーステアリング装置90は、操舵アシストモータ80、モータ駆動装置101、操舵トルクセンサ94及び減速ギア89等を含む。例えばモータ駆動装置101はモータ80の軸方向の一端に一体に設けられ、「機電一体式モータ」として構成されている。操舵トルクセンサ94は、ステアリングシャフト92の途中に設けられ、運転者の操舵トルクを検出する。モータ駆動装置101は、操舵トルクに基づいて、モータ80が所望のアシストトルクを発生するようにモータ80の駆動を制御する。モータ80が出力したアシストトルクは、減速ギア94を介してステアリングシャフト92に伝達される。
 例えば回転角センサ85は、シャフト86の先端に固定されたセンサマグネット87に対向するホール素子で構成されており、センサマグネット87の磁束の変化に基づいてモータ回転角θを検出する。ホール素子以外にもレゾルバ等の回転角センサが用いられてもよい。モータ回転角θは、減速比を用いてハンドル91の舵角に換算される。モータ回転角θを用いる演算では舵角の中立位置が基準となる。
 ここで図5、図6を参照し、比較例のモータ駆動装置109の作用について説明する。比較例のモータ駆動装置109は、昇圧回路20及び昇圧後コンデンサ25を備えていない。特定レギュレータ36には、第1の電力供給経路31を経由するバッテリ電圧のみが供給される。なお、たとえ別の目的で昇圧回路20及び昇圧後コンデンサ25を備えていても、昇圧後電圧が特定レギュレータ36に供給される経路が設けられていなければ、比較例と等価である。
 ここでは、対象回路として回転角センサ85のみについて記す。バッテリ15から第1の電力供給経路31を経由して下限値以上の電圧が特定レギュレータ36に定常的に供給されている場合、回転角センサ85は動作を継続することができる。したがって、舵角の中立位置の情報が維持され、モータ駆動装置は、アシスト制御での正確な舵角演算を実行することができる。
 しかし、例えばエンジン車では、エンジンクランキングによりバッテリ電圧が一時的に低下する場合がある。電気自動車でも、バッテリを共用する他の装置で一時的に大電流が消費されると同様の電圧低下が起きる可能性がある。バッテリ電圧低下時における図5の[A]、[B]、[C]の電圧変化を図6に示す。[A]は、バッテリ15から電源ラインLpに供給される電圧を示す。[B]は、第1の電力供給経路31から特定レギュレータ36に入力される電圧を示す。[C]は、特定レギュレータ36から回転角センサ85に入力される電圧を示す。
 バッテリ15から電源ラインLpへの供給電圧の低下に伴って特定レギュレータ36の入力電圧が下限値以下にまで低下すると、特定レギュレータ36は、回転角センサ85を動作させる電圧を出力できなくなる。すると、回転角センサ85の入力電圧が下限値を下回り、回転角センサ85は動作を停止する。その後、例えばエンジンクランキングの終了によりバッテリ電圧が復帰すると、[A]、[B]、[C]の電圧は復帰する。
 しかし、回転角センサ85が一時的に動作を停止すると、復帰後に舵角の中立位置の情報が維持されず、アシスト制御での正確な舵角演算ができなくなるため、電動パワーステアリング装置では影響が大きい。そこで、回転角センサ85については、一時的にでも動作を停止させることなく、確実に動作を継続することが求められる。なお、他の対象回路である三相プリドライバ回路40、CANトランシーバ37及びウェイクアップ用CANドライバ38では一時的な動作停止による影響は小さい。
 比較例に対し第1実施形態のモータ駆動装置101は、昇圧回路20及び昇圧後コンデンサ25を備え、昇圧後コンデンサ25と特定レギュレータ36とを接続する第2の電力供給経路32が設けられている。したがって、昇圧後コンデンサ25の容量に基づく放電時間の範囲内であれば、バッテリ電圧の低下にかかわらず、少なくとも昇圧後コンデンサ25に充電された電圧が特定レギュレータ36に印加される状態となる。実際に回転角センサ85の消費電流は小さいため、昇圧後コンデンサ25の放電可能時間は十分に長い。
 比較例の図6に対応し、図3に、第1実施形態でのバッテリ電圧低下時における各部の電圧変化を示す。[B]は、第2の電力供給経路32から特定レギュレータ36に入力される電圧を示す。[A]の供給電圧が比較例と同様に低下した状況においても、[B]の特定レギュレータ36への入力電圧、及び、[C]の回転角センサ85への入力電圧は、下限値以上の値が維持される。
 このように第1実施形態のモータ駆動装置101では、バッテリ15から電源ラインLpに供給される電圧が一時的に低下しても回転角センサ85は動作を継続することができる。したがって、復帰後に舵角の中立位置の情報が維持されるため、電動パワーステアリング装置90のアシスト制御において正確な舵角演算を実行することができる。
 (第2実施形態)
 図4を参照し、第2実施形態について説明する。第2実施形態のモータ駆動装置102では、インバータコンデンサ56の高電位電極と特定レギュレータ36とが第3の電力供給経路33を介して接続されている。第3の電力供給経路33には、電流の逆流を防止するダイオード34が設けられている。
 上述の通り、インバータコンデンサ56は、電源ラインLpとグランドラインLgとの間にインバータ60と並列に接続され、インバータ60に印加される電圧が充電される。インバータコンデンサ56に充電された昇圧後電圧は、第3の電力供給経路33を経由して特定レギュレータ36に印加される。したがって、インバータコンデンサ56の容量に基づく放電時間の範囲内であれば、バッテリ電圧の低下にかかわらず、少なくともインバータコンデンサ56に充電された電圧が特定レギュレータ36に印加される状態となる。よって、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
 破線で示すように、第1実施形態の昇圧回路20、昇圧後コンデンサ25、及び第2の電力供給経路32は設けられなくてもよい。或いは、第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせ、昇圧後コンデンサ25及びインバータコンデンサ56に充電された電圧が第2、第3の電力供給経路32、33を経由して特定レギュレータ36に二重に印加されるようにしてもよい。
 ところで、電源ラインLpの逆接続保護リレー52がONのとき、インバータコンデンサ56に充電された電圧は電源ラインLpを経由して第1の電力供給経路31からも特定レギュレータ36に印加される。一方、逆接続保護リレー52がOFFのとき、インバータコンデンサ56から電源ラインLpを経由する電力供給経路は遮断される。なお、電源リレー51については、ON/OFFに関係なく還流ダイオードを経由する経路が有る。そのため第2実施形態では、特に逆接続保護リレー52がOFFした状態でも特定レギュレータ36への電力供給を継続することができる。
 (その他の実施形態)
 (a)負荷がモータであり、対象回路が回転角センサであるモータ駆動装置において、適用されるシステムは電動パワーステアリング装置に限らない。回転角センサの一時的な動作停止による影響が大きいシステムでは、本実施形態の効果が特に有効に発揮される。
 (b)さらに、本開示の負荷駆動装置の負荷は三相モータ80に限らず、単相モータや三相以外の多相モータであってもよく、或いは、モータ以外のアクチュエータやその他の負荷であってもよい。「電力変換器」として、多相インバータに代えてHブリッジ回路等が用いられてもよい。
 (c)特定レギュレータ36からの電力供給により動作する対象回路は、上記実施形態に例示したものに限らず、どのような回路であってもよい。
 以上、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 (5)

  1.  バッテリ(15)に接続される電源ライン(Lp)とグランドライン(Lg)との間に設けられ、前記バッテリの直流電力を変換して負荷(80)に供給する電力変換器(60)と、
     前記電源ラインを経由して供給される前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路(20)と、
     前記昇圧回路による昇圧後電圧が充電される昇圧後コンデンサ(25)と、
     電力供給経路(31、32)を経由して下限値以上の電圧が印加されているとき対象回路(85、37、38、40)を動作させる特定レギュレータ(36)と、
     を備え、
     少なくとも前記昇圧後コンデンサに充電された電圧が前記特定レギュレータに印加される負荷駆動装置。
  2.  バッテリ(15)に接続される電源ライン(Lp)とグランドライン(Lg)との間に設けられ、前記バッテリの直流電力を変換して負荷(80)に供給する電力変換器(60)と、
     前記電源ラインと前記グランドラインとの間に前記電力変換器と並列に接続され、前記電力変換器に印加される電圧が充電される電力変換器コンデンサ(56)と、
     電力供給経路(31、33)を経由して下限値以上の電圧が印加されているとき対象回路(85、37、38、40)を動作させる特定レギュレータ(36)と、
     を備え、
     少なくとも前記電力変換器コンデンサに充電された電圧が前記特定レギュレータに印加される負荷駆動装置。
  3.  前記負荷はモータである請求項1または2に記載の負荷駆動装置。
  4.  前記対象回路には、前記モータの回転角を検出する回転角センサ(85)が含まれる請求項3に記載の負荷駆動装置。
  5.  前記負荷は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータである請求項3または4に記載の負荷駆動装置。
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