WO2023203746A1 - モータ駆動装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

モータ駆動装置および電動パワーステアリング装置 Download PDF

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卓弘 岡上
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    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring

Definitions

  • the present disclosure relates to a motor drive device and an electric power steering device.
  • Patent Document 1 discloses a motor drive device including a plurality of regulators and an electric power steering device including the motor drive device. Each regulator is provided for each power supply voltage used in each circuit.
  • Patent Document 1 adopts a two-stage configuration in which the battery voltage is stepped down to an intermediate voltage of about 6V and then further stepped down to the power supply voltage used in each circuit. Therefore, the circuit becomes complicated and the amount of heat generated increases. Further, in order to configure peripheral circuits for each power supply voltage, the number of parts or wiring space increases, leading to increased costs and increased size of the device.
  • the present disclosure aims to provide a motor drive device and an electric power steering device that achieve a reduction in the number of parts or wiring space.
  • One aspect of the motor drive device includes a digital control unit that performs digital control for driving a motor, an analog control unit that outputs an analog signal used for controlling the motor, and a power supply IC.
  • the analog signal output from the analog control section is input to the digital control section through an AD converter, and the power supply IC supplies a common constant voltage to the AD converter and the analog control section.
  • One aspect of the electric power steering device includes the motor drive device, the motor, and a driving force transmission mechanism that transmits the driving force of the motor to a steering system of a vehicle.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor drive device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor drive device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric power steering device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor drive device in the first embodiment.
  • the motor drive device 10 includes a power supply IC (Integrated Circuit) 2, a digital control section 3, an analog control section 4, and other circuits 5.
  • the motor drive device 10 is configured to drive and control the motor M based on DC power supplied from the DC power supply 1.
  • the DC power supply 1 may be, for example, an on-vehicle battery.
  • the motor M may be an on-vehicle motor mounted on a vehicle.
  • the other circuits 5 have functions other than driving the motor M.
  • the power supply IC 2 steps down the voltage of the DC power supplied from the DC power supply 1 and generates constant voltage power matching the voltage used by the digital control unit 3, analog control unit 4, and other circuits 5.
  • the power supply IC 2 may be a switching type DC/DC converter or a linear type linear regulator.
  • the digital control unit 3 is a part of the motor drive device 10 that performs digital control for driving the motor M.
  • the digital control unit 3 may be, for example, a microcomputer itself, or may be a circuit structure including a microcomputer. Alternatively, the digital control section 3 may not include a microcomputer.
  • the digital control section 3 includes an AD converter (analog-to-digital converter) 3a. That is, the AD converter 3a in the example of FIG. 1 is part of the digital control section 3.
  • AD converter 3a analog-to-digital converter
  • the analog control unit 4 is a part of the motor drive device 10 that performs analog control to drive the motor M appropriately.
  • the analog control unit 4 may include, for example, a sensor interface that exchanges signals with various sensors for detecting the state of the motor M (for example, current value, rotational speed, torque, etc.). Further, the analog control unit 4 may include a switching circuit or the like that switches the power supplied to the coil of the motor M.
  • the switching circuit includes, for example, switching elements such as transistors.
  • the analog control unit 4 generates analog signals used to control the motor M.
  • the analog signal is generated, for example, based on detection results from various sensors.
  • the analog signal generated by the analog control section 4 is input to the digital control section 3 via the AD converter 3a.
  • the digital control unit 3 can control the motor M based on detection results from various sensors, for example.
  • the digital control section 3 generates various control signals for controlling the motor M, and inputs the control signals to the analog control section 4.
  • the control signal generated by the digital control unit 3 includes, for example, a switching signal.
  • the switching signal is a signal by which the above-mentioned switching element switches between supplying and stopping power to the coil. In this way, the motor drive device 10 controls the motor M by transmitting and receiving various signals between the digital control section 3 and the analog control section 4.
  • the power supply IC 2 it was common for the power supply IC 2 to generate a plurality of operating voltages necessary for each circuit.
  • the constant voltage generated by the power supply IC 2 is shared by the digital control section 3 and the analog control section 4. This makes it possible to reduce the wiring space or the number of components for constant voltage peripheral circuits, compared to the conventional case where different operating voltages are generated for each circuit. Therefore, the cost and size of the motor drive device 10 can be reduced.
  • the motor drive device 10 includes the digital control unit 3 that performs digital control to drive the motor M, and the analog control unit that outputs analog signals used to control the motor M. 4 and a power supply IC 2.
  • the analog signal output by the analog control section 4 is input to the digital control section 3 through the AD converter 3a.
  • the power supply IC 2 supplies a common constant voltage to the AD converter 3a and the analog control section 4.
  • the power supply IC 2 may include a DC/DC converter and step down the DC power supplied from the DC power supply 1 to generate a constant voltage.
  • a switching type DC/DC converter voltage conversion can be performed more efficiently and power loss can be suppressed.
  • the efficiency of voltage conversion the amount of heat generated can be further suppressed. Therefore, thermal design can be advantageously performed in the motor drive device 10 that generates a large amount of heat.
  • the analog control section 4 may operate using only one constant voltage power supply generated by the DC/DC converter (power supply IC 2). In this case, compared to the case where the analog control section 4 operates with a plurality of power supplies, the voltage conversion circuit can be simplified, and further cost reduction and size reduction can be achieved.
  • Embodiment 2 Next, a motor drive device according to a second embodiment will be explained.
  • the basic configuration of the motor drive device according to this embodiment is the same as that of the motor drive device of Embodiment 1, so the explanation will focus on the different points.
  • the motor drive device 10 includes a microcomputer MC.
  • the power supply IC2 includes a DC/DC converter, and steps down the DC power supplied from the DC power supply 1 to generate a core voltage for operating the microcomputer MC.
  • This core voltage is also used as the operating voltage of the digital control section 3 and the analog control section 4. That is, the microcomputer MC, the digital control section 3, and the analog control section 4 operate using a common constant voltage (core voltage).
  • the motor drive device 10 includes a microcomputer MC, and the power supply IC 2 generates a core voltage that operates the microcomputer MC.
  • the analog control section 4 operates based on the core voltage. In this way, by operating the microcomputer and the analog control unit 4 using a common core voltage, the microcomputer MC can be stably operated while simplifying the circuit. Similarly, the AD converter 3a may be operated using the core voltage.
  • each circuit is operated using the core voltage of the microcomputer MC. This eliminates the need for a protection circuit as described above, allowing cost reduction.
  • Embodiment 3 Next, an electric power steering device according to Embodiment 3 will be described.
  • the electric power steering device according to the present embodiment uses the motor drive device of the first embodiment.
  • an electric power steering device may be configured using the motor drive device according to the second embodiment.
  • the electric power steering device 20 includes a DC power supply 1, a motor drive device 10, a motor M, a handle 21, a torque sensor 22, a driving force transmission mechanism 23, It includes a shaft 24 and a vehicle steering system 25.
  • the handle 21 is operated by a driver of a vehicle such as a car. By rotating the handle 21 left and right, wheels 26 included in the vehicle are steered.
  • the torque sensor 22 is attached to the shaft 24 and detects the steering torque of the handle 21. Torque sensor 22 outputs the detected steering torque to motor drive device 10 .
  • the driving force transmission mechanism 23 is connected to the rotating shaft of the motor M, and transmits the driving force of the motor M to the steering system 25 of the vehicle.
  • the driving force transmission mechanism 23 is, for example, a worm gear mechanism that connects the rotating shaft of the motor M to the shaft 24.
  • the shaft 24 is connected to the handle 21 and transmits steering torque from the handle 21 to the steering system 25.
  • the steering system 25 transmits steering torque generated based on the operation of the handle 21 to the wheels 26. According to such an electric power steering device 20, as described in the first embodiment, it is possible to reduce the number of parts or the wiring space.
  • components not shown in FIGS. 1 to 3 may be added to the motor control device and the electric power steering device.
  • the embodiments or modifications described above may be combined as appropriate.
  • the content described in the second embodiment may be applied to the first embodiment.
  • the digital control section 3 shown in FIG. 1 includes a microcomputer, or when the digital control section 3 is the microcomputer itself, the core voltage for operating the microcomputer is It may also be used as a power source for operating other circuits 5.

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Abstract

本開示に係るモータ駆動装置は、モータを駆動させるためのデジタル制御を行うデジタル制御部と、前記モータの制御に用いられるアナログ信号を出力するアナログ制御部と、電源ＩＣと、を備え、前記アナログ制御部が出力した前記アナログ信号はＡＤ変換器を通じて前記デジタル制御部に入力され、前記電源ＩＣは、前記ＡＤ変換器および前記アナログ制御部に共通の定電圧を供給する。

Description

モータ駆動装置および電動パワーステアリング装置
　本開示は、モータ駆動装置および電動パワーステアリング装置に関する。
　特許文献１には、複数のレギュレータを備えたモータ駆動装置、および当該モータ駆動装置を含む電動パワーステアリング装置が開示されている。各レギュレータは、各回路で使用する電源電圧ごとに設けられている。
特許第６９１４００３号公報
　各回路で使用する電源電圧が異なる場合、複数の電源電圧を生成する必要がある。具体例として、特許文献１では、バッテリ電圧を６Ｖ程度の中間電圧に降圧させた後で、さらに各回路で使用する電源電圧へ降圧させる２段構成が採用されている。このため、回路が複雑になり、発熱量も増えてしまう。また、各電源電圧の周辺回路を構成するために、部品点数あるいは配線スペースが増えてしまい、コストアップおよび装置の大型化につながる。
　本開示は、上記の事情に鑑みて、部品点数あるいは配線スペースの削減を実現したモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
　本開示に係るモータ駆動装置の一つの態様は、モータを駆動させるためのデジタル制御を行うデジタル制御部と、前記モータの制御に用いられるアナログ信号を出力するアナログ制御部と、電源ＩＣと、を備え、前記アナログ制御部が出力した前記アナログ信号はＡＤ変換器を通じて前記デジタル制御部に入力され、前記電源ＩＣは、前記ＡＤ変換器および前記アナログ制御部に共通の定電圧を供給する。
　本開示に係る電動パワーステアリング装置の一つの態様は、前記モータ駆動装置と、前記モータと、前記モータの駆動力を車両の操舵系に伝達する駆動力伝達機構と、を備える。
　本開示によれば、部品点数あるいは配線スペースの削減を実現したモータ駆動装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。
実施の形態１に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係るモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１におけるモータ駆動装置の概略構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、モータ駆動装置１０は、電源ＩＣ（Integrated Circuit）２と、デジタル制御部３と、アナログ制御部４と、その他の回路５と、を備えている。モータ駆動装置１０は、直流電源１から供給される直流電力に基づいて、モータＭを駆動および制御するように構成されている。直流電源１は、例えば車載バッテリであってもよい。また、モータＭは、車両に搭載される車載モータであってもよい。その他の回路５は、モータＭを駆動させること以外を目的とした機能を有する。
　電源ＩＣ２は、直流電源１から供給される直流電力の電圧を降圧させ、デジタル制御部３、アナログ制御部４、およびその他の回路５で使用する電圧に合わせた、定電圧の電力を生成する。電源ＩＣ２は、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよいし、リニア方式のリニアレギュレータであってもよい。
　デジタル制御部３は、モータ駆動装置１０のうち、モータＭを駆動するためのデジタル制御を行う部位である。デジタル制御部３は、例えばマイクロコンピュータ自体であってもよいし、マイクロコンピュータを含む回路構造であってもよい。あるいは、デジタル制御部３はマイクロコンピュータを含まなくてもよい。
　図１の例では、デジタル制御部３にＡＤ変換器（アナログ・デジタル変換器）３ａが含まれている。つまり、図１の例におけるＡＤ変換器３ａはデジタル制御部３の一部である。
　アナログ制御部４は、モータ駆動装置１０のうち、モータＭを適切に駆動させるためのアナログ制御を行う部位である。アナログ制御部４には、例えば、モータＭの状態（例えば、電流値、回転速度、トルク等）を検知するための各種センサとの間で信号の授受を行うセンサインタフェースが含まれてもよい。また、アナログ制御部４には、モータＭが有するコイルに供給する電力のスイッチイングを行う、スイッチング回路等が含まれてもよい。スイッチング回路には、例えば、トランジスタ等のスイッチング素子が含まれる。
　アナログ制御部４は、モータＭの制御に用いられるアナログ信号を生成する。アナログ信号は、例えば、各種センサによる検知結果に基づいて生成される。アナログ制御部４が生成したアナログ信号は、ＡＤ変換器３ａを介して、デジタル制御部３に入力される。これにより、デジタル制御部３は、例えば各種センサによる検知結果に基づいてモータＭを制御することができる。デジタル制御部３は、モータＭを制御するための各種の制御信号を生成し、制御信号をアナログ制御部４に入力する。デジタル制御部３が生成する制御信号には、例えばスイッチング信号が含まれる。スイッチング信号とは、上述のスイッチング素子が、コイルへの電力の供給および停止を切り替えるための信号である。このように、モータ駆動装置１０は、デジタル制御部３とアナログ制御部４との間で各種信号の授受を行い、モータＭを制御する。
　ここで、従来技術においては、電源ＩＣ２が、各回路に必要な動作電圧を複数生成することが一般的であった。これに対して、本実施の形態では、電源ＩＣ２が生成した定電圧を、デジタル制御部３とアナログ制御部４とで共用する。これにより、従来のように回路ごとに異なる動作電圧を生成する場合と比較して、定電圧の周辺回路の配線スペースあるいは部品点数等を削減できる。したがって、モータ駆動装置１０のコストダウンや小型化を図ることができる。
　以上説明したように、本実施の形態に係るモータ駆動装置１０は、モータＭを駆動させるためのデジタル制御を行うデジタル制御部３と、モータＭの制御に用いられるアナログ信号を出力するアナログ制御部４と、電源ＩＣ２と、を備える。アナログ制御部４が出力したアナログ信号は、ＡＤ変換器３ａを通じてデジタル制御部３に入力される。そして、電源ＩＣ２は、ＡＤ変換器３ａおよびアナログ制御部４に共通の定電圧を供給する。このような構成により、部品点数あるいは配線スペースの削減を実現したモータ駆動装置１０を提供できる。そして、回路構成がシンプルになるため、発熱量も抑制することができる。
　また、電源ＩＣ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、直流電源１から供給される直流電力を降圧させて定電圧を生成してもよい。このように、スイッチング方式のＤＣ／ＤＣコンバータを使用することで、より効率良く電圧変換を行うことができ、電力の損失を抑えることができる。また、電圧変換の効率が向上することで発熱量もより抑えられる。したがって、発熱量の多いモータ駆動装置１０において、熱設計を有利に行うことができる。
　また、アナログ制御部４が、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源ＩＣ２）が生成した１つの定電圧の電源のみによって動作してもよい。この場合、アナログ制御部４が複数の電源で動作する場合と比較して、電圧変換回路を簡素化することができ、さらなるコストダウンおよび小型化を図ることができる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２に係るモータ駆動装置について説明する。本実施の形態に係るモータ駆動装置は、基本的な構成は実施の形態１のモータ駆動装置と同様であるため、異なる点を中心に説明する。
　本実施の形態に係るモータ駆動装置１０は、図２に示すように、マイクロコンピュータＭＣを備えている。また、電源ＩＣ２はＤＣ／ＤＣコンバータを含んでおり、直流電源１から供給される直流電力を降圧させて、マイクロコンピュータＭＣを動作させるためのコア電圧を生成する。このコア電圧が、デジタル制御部３およびアナログ制御部４の動作電圧としても利用される。つまり、マイクロコンピュータＭＣ、デジタル制御部３、およびアナログ制御部４が、共通の定電圧（コア電圧）によって動作する。
　すなわち、本実施形態に係るモータ駆動装置１０は、マイクロコンピュータＭＣを含み、電源ＩＣ２はマイクロコンピュータＭＣを動作させるコア電圧を生成する。そしてアナログ制御部４は、コア電圧によって動作する。このように、マイクロコンピュータとアナログ制御部４とを共通のコア電圧によって動作させることで、回路の簡素化を実現させながら、マイクロコンピュータＭＣを安定して動作させることができる。同様に、コア電圧を用いて、ＡＤ変換器３ａを動作させてもよい。
　また、マイクロコンピュータＭＣを動作させるにあたり、仮にコア電圧とは異なる電圧を使用する場合には、マイクロコンピュータＭＣを保護するためのクランプダイオード等を含む保護回路を設ける必要がある。これに対して、本実施の形態では、マイクロコンピュータＭＣのコア電圧で各回路を動作させる。これにより、上記のような保護回路が不要となり、コストダウンを図ることができる。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置について説明する。本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置は、実施の形態１のモータ駆動装置を用いたものである。なお、実施の形態２に係るモータ駆動装置を用いて電動パワーステアリング装置を構成してもよい。
　図３に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置２０は、直流電源１と、モータ駆動装置１０と、モータＭと、ハンドル２１と、トルクセンサ２２と、駆動力伝達機構２３と、シャフト２４と、車両の操舵系２５と、を備える。
　ハンドル２１は、自動車などの車両の運転者によって操作される。ハンドル２１が左右に回転することで、車両が備える車輪２６のステアリングが行われる。トルクセンサ２２は、シャフト２４に取り付けられ、ハンドル２１の操舵トルクを検出する。トルクセンサ２２は、検出した操舵トルクをモータ駆動装置１０に出力する。
　駆動力伝達機構２３は、モータＭの回転軸に連結され、モータＭの駆動力を車両の操舵系２５に伝達する。駆動力伝達機構２３は、例えば、モータＭの回転軸をシャフト２４に連結するウォームギヤ機構等である。シャフト２４は、ハンドル２１に連結され、ハンドル２１による操舵トルクを操舵系２５に伝達する。操舵系２５は、ハンドル２１の操作に基づいて生成された操舵トルクを車輪２６に伝達する。
　このような電動パワーステアリング装置２０によれば、実施の形態１で述べたように、部品点数あるいは配線スペースの削減を図ることができる。
　なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置に、図１～図３には示されていない構成要素を付加してもよい。
　その他、上記した実施の形態あるいは変形例を、適宜組み合わせてもよい。
　例えば、実施の形態２において説明した内容を、実施の形態１に適用してもよい。具体的には、図１に示すデジタル制御部３がマイクロコンピュータを含む場合、あるいは、デジタル制御部３がマイクロコンピュータそのものである場合に、当該マイクロコンピュータを動作させるコア電圧が、アナログ制御部４あるいはその他の回路５を動作させる電源として用いられてもよい。
１…直流電源　３…デジタル制御部　３ａ…ＡＤ変換器　４…アナログ制御部　１０…モータ駆動装置　２０…電動パワーステアリング装置　２３…駆動力伝達機構　２５…操舵系　ＩＣ２…電源　Ｍ…モータ　ＭＣ…マイクロコンピュータ

Claims (5)

  1. 　モータを駆動させるためのデジタル制御を行うデジタル制御部と、
    　前記モータの制御に用いられるアナログ信号を出力するアナログ制御部と、
    　電源ＩＣと、を備え、
    　前記アナログ制御部が出力した前記アナログ信号はＡＤ変換器を通じて前記デジタル制御部に入力され、
    　前記電源ＩＣは、前記ＡＤ変換器および前記アナログ制御部に共通の定電圧を供給する、モータ駆動装置。
  2. 　前記電源ＩＣは、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、直流電源から供給される直流電力を降圧させて前記定電圧を生成する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 　前記アナログ制御部が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって生成された１つの前記定電圧の電源のみで動作する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
  4. 　マイクロコンピュータを含み、
    　前記電源ＩＣは、前記マイクロコンピュータを動作させるコア電圧を生成し、
    　前記アナログ制御部は、前記コア電圧によって動作する、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
    　前記モータと、
    　前記モータの駆動力を車両の操舵系に伝達する駆動力伝達機構と、を備える、電動パワーステアリング装置。
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