DE102014204783A1

DE102014204783A1 - Motortreibervorrichtung

Info

Publication number: DE102014204783A1
Application number: DE102014204783.8A
Authority: DE
Inventors: Tomoyasu FUSE; Tomonobu Koseki; Tomishige Yatsugi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104052372B; KR20140113363A; US9438148B2; JP2014180124A; CN104052372A; US20140265959A1; JP6010490B2; KR101704112B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motortreibervorrichtung mit einer Treiberschaltung zum Treiben eines Stromversorgungsrelais und eines Phasenrelais, die eine Ausfallsicherungsfunktion vorsehen. Die Motortreibervorrichtung umfasst: eine Wechselrichterschaltung zum Zuführen von Strom zu einem Elektromotor; ein Stromversorgungsrelais, das an einer Stromversorgungsleitung zum Zuführen von Strom von einer Stromversorgung zu der Wechselrichterschaltung vorgesehen ist; ein Phasenrelais, das an einer Treiberleitung zwischen der Wechselrichterschaltung und dem Elektromotor vorgesehen ist und durch ein Halbleiterschaltelement gebildet wird; und eine Treiberschaltung, die mit dem Phasenrelais und dem Stromversorgungsrelais verbunden ist. Das Phasenrelais und das Stromversorgungsrelais verwenden die gleiche Treiberschaltung, und das Phasenrelais und das Stromversorgungsrelais werden gleichzeitig durch ein Treibersignal getrieben, das aus der Treiberschaltung ausgegeben wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motortreibervorrichtung zum Treiben eines Elektromotors und insbesondere eine Motortreibervorrichtung mit einer Treiberschaltung zum Treiben eines Stromversorgungsrelais und eines Phasenrelais, die eine Ausfallsicherungsfunktion vorsehen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die japanische offengelegte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011-244611 gibt eine Motortreibervorrichtung unter Verwendung eines Pulsbreitenmodulation(PWM)-Steuerverfahrens an. Diese Motortreibervorrichtung umfasst eine Wechselrichterschaltung, die durch ein PWM-Signal mit einem vorbestimmten Tastverhältnis getrieben wird, und eine Ausfallsicherungsschaltung, die an einer Position zwischen der Wechselrichterschaltung und einem Motor vorgesehen ist.
Die Wechselrichterschaltung wird durch eine so genannte Dreiphasenbrücke gebildet, in der jedes Schaltelement einen Ein/Aus-Betrieb in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal durchführt, um eine Treiberspannung von der Wechselrichterschaltung durch die Ausfallsicherungsschaltung zu jeder Phase des Motors zuzuführen. Wenn zum Beispiel eine Anormalität auftritt, unterbricht die Ausfallsicherungsschaltung die Stromzufuhr von der Wechselrichterschaltung zu dem Motor, um den Motor zu stoppen und auf diese Weise eine Ausfallsicherungsfunktion durchzuführen. Die Schaltelemente der Wechselrichterschaltung und der Ausfallsicherungsschaltung können zum Beispiel N-Kanal-MOSFETs sein.
In der Motortreibervorrichtung des oben genannten Patentdokuments werden die MOSFETs der Ausfallsicherungsschaltung jeweils individuell durch eine Ausfallsicherungs-Treibereinheit EIN/AUS gesteuert. Und als Stromversorgungsrelais wird ein mechanisches Relais verwendet, das durch eine Steuereinheit öffnend/schließend gesteuert wird. Das Patentdokument gibt an, dass ein Halbleiterschaltelement anstelle des mechanischen Relais verwendet werden kann, wobei der Schaltungsaufbau jedoch darauf beruht, dass ein mechanischer Schalter verwendet wird und dass der mechanische Schalter separat von den MOSFETs der Ausfallsicherungsschaltung gesteuert wird.
Wenn jedoch die MOSFETs der Ausfallsicherungsschaltung für eine individuelle EIN/AUS-Steuerung konfiguriert sind, wird der Schaltungsaufbau der Ausfallsicherungsschaltung kompliziert. Und weil die Ausfallsicherungs-Treiberschaltung diskret zu der Steuereinheit vorgesehen ist, tritt das Problem auf, dass die Anzahl von Komponenten größer ist und sich Kosteneinsparungen nur schwer erzielen lassen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motortreibervorrichtung anzugeben, die eine Vereinfachung des Schaltungsaufbaus, eine Reduktion der Anzahl von Komponenten und eine daraus resultierende Kostenreduktion erzielen kann.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Motortreibervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Treiberschaltung, die mit einem Phasenrelais und einem Stromversorgungsrelais verbunden ist, um das Phasenrelais und das Stromversorgungsrelais zu treiben.
Andere Aufgaben und Merkmale verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schaltungsansicht, die eine Motortreibervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schaltungsansicht, die eine Motortreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Schaltungsansicht, die eine Motortreibervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Schaltungsansicht, die eine erste Modifikation der Motortreibervorrichtung von 3 zeigt.
5 ist eine Schaltungsansicht, die eine zweite Modifikation der Motortreibervorrichtung von 3 zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Konstruktionsbeispiel eines EPS-Systems mit einem darin enthaltenen Servolenkungsmotor zeigt, auf den die Motortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Motortreibervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Motortreibervorrichtung umfasst eine Wechselrichterschaltung 1 zum Treiben eines Elektromotors (eines Dreiphasenmotors in diesem Beispiel) M, eine Wechselrichter-Treiberschaltung 2 zum Steuern der Wechselrichterschaltung 1, Phasenrelais 3U, 3V und 3W, Zenerdioden 4U, 4V und 4W für einen Überspannungsschutz, ein Stromversorgungsrelais 5, einen Stromversorgungs-IC 6, einen Mikrocomputer 7, der als eine Steuereinrichtung dient, eine Treiberschaltung 8 mit einem diskreten Aufbau, eine Verstärkungsschaltung 9, einen Schalter 10, usw.
Die Wechselrichterschaltung 1 enthält drei Sätze von Schaltelementen jeweils zum Treiben der U-, V- und W-Phasen des Elektromotors M über Treiberleitungen 11U, 11V und 11W. In diesem Beispiel werden die Schaltelemente durch N-Kanal-MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH und 1WL gebildet. Die MOSFETs 1UH und 1UL sind in Reihe zwischen einer Stromversorgungsleitung 13 zum Zuführen von Strom von einer Stromversorgung wie etwa einer Batterie 14 und einem Erdungspunkt verbunden, sodass ihre Drain-Source-Strompfade in Reihe verbunden sind, wobei ihr Verbindungspunkt weiterhin mit einem Ende einer Treiberleitung 11U verbunden ist. Die MOSFETs 1VH und 1VL sind in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 13 und einem Erdungspunkt verbunden, sodass ihre Drain-Source-Strompfade in Reihe verbunden sind, wobei ihr Verbindungspunkt weiterhin mit einem Ende einer Treiberleitung 11V verbunden ist. Die MOSFETs 1WH und 1WL sind in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 13 und einem Erdungspunkt verbunden, sodass ihre Drain-Source-Strompfade in Reihe verbunden sind, wobei ihr Verbindungspunkt weiterhin mit einem Ende einer Treiberleitung 11W verbunden ist.
Die Wechselrichter-Treiberschaltung 2 umfasst Hochseiten(H-Seiten)-Treiber 2UH, 2VH und 2WH, die jeweils den stromversorgungsseitigen MOSFETs 1UH, 1VH und 1WH entsprechen, und Niederseiten(N-Seiten)-Treiber 2UL, 2VL und 2WL, die jeweils den erdungspunktseitigen MOSFETs 1UL, 1VL und 1WL entsprechen. Die H-Seiten-Treiber 2UH, 2VH und 2WH und die N-Seiten-Treiber 2UL, 2VL und 2WL werden mit einer verstärkten Spannung versorgt, die durch eine Verstärkungsschaltung 9 erzeugt wird. Ausgangsanschlüsse der H-Seiten-Treiber 2UH, 2VH und 2WH sind jeweils mit den Gates der MOSFETs 1UH, 1VH und 1WH verbunden, sodass diese MOSFETs wahlweise EIN/AUS gesteuert werden. Ausgangsanschlüsse der N-Seiten-Treiber 2UL, 2VL und 2WL sind jeweils mit den Gates der MOSFETs 1UL, 1VL und 1WL verbunden, sodass diese MOSFETS wahlweise EIN/AUS gesteuert werden.
Phasenrelais 3U, 3V und 3W sind jeweils an Treiberleitungen 11U, 11V und 11W zum Treiben des Elektromotors M vorgesehen. Diese Phasenrelais 3U, 3V und 3W sind Halbleiterrelais und in diesem Beispiel N-Kanal-MOSFETs. Zu den Gates dieser MOSFETs wird ein Steuersignal CS von der Treiberschaltung 8 über eine erste Steuerleitung 15 zugeführt. Zwischen der ersten Steuerleitung 15 und motorseitigen Leitungsteilen der Treiberleitungen 11U, 11V und 11W, die jeweils Phasen des Elektromotors M mit den Phasenrelais 3U, 3V und 3W verbinden, sind Kathoden und Anoden von Zenerdioden (ersten Überspannungsschutzeinrichtungen) 4U, 4V und 4W für die entsprechenden Phasen verbunden, sodass diese als Überspannungsschutzschaltungen dienen. Die Zenerdioden 4U, 4V und 4W sind an einer Position zwischen ersten Verbindungsanschlüssen der MOSFETs der Phasenrelais 3U, 3V und 3W, die mit der Treiberschaltung 8 verbunden sind, und zweiten Anschlüssen der MOSFETs, die mit dem Elektromotor M verbunden sind, vorgesehen.
In Übereinstimmung mit der Steuerung des Mikrocomputers 7 führt die Treiberschaltung 8 ein Steuersignal CS mit einem durch die Verstärkungsschaltung 9 verstärkten Spannungspegel über eine erste Steuerleitung 15 zu den Phasenrelais 3U, 3V und 3W zu, um die Phasenrelais gleichzeitig EIN/AUS zu steuern. Weiterhin ist die Treiberschaltung 8 konfiguriert, um das Steuersignal CS zu dem Stromversorgungsrelais 5 (mechanischen Relais) über eine zweite Steuerleitung 16 zuzuführen, um das Stromversorgungsrelais 5 öffnend/schließend zu steuern und dadurch Strom (Betriebsleistung) von der Batterie 14 zu der Wechselrichterschaltung 1 zuzuführen.
Der Stromversorgungs-IC 6 führt eine Betriebsleistung zu dem Mikrocomputer 7 basierend auf einer von der Batterie 14 über einen Schalter 10 wie etwa einen Zündungsschalter zugeführten Versorgungsspannung zu. Die Versorgungsspannung wird auch von der Batterie 14 über den Schalter 10 zu der Verstärkungsschaltung 9 zugeführt, die die Versorgungsspannung verstärkt, um eine verstärkte Spannung zu erzeugen.
Dabei sind in den MOSFETs 1UH, 1UL, 1VH, 1VL, 1WH, 1WL und den MOSFETs der Phasenrelais 3U, 3V und 3W die Dioden D1 bis D9 zwischen den Drains und Sources parasitäre Dioden.
Wenn in dem oben genannten Aufbau der Schalter 10 eingeschaltet wird, wird die Betriebsleistung von dem Stromversorgungs-IC 6 zu dem Mikrocomputer 7 geführt und wird die Versorgungsspannung durch die Verstärkungsschaltung 9 verstärkt und zu der Wechselrichter-Treiberschaltung 2 geführt. Der Mikrocomputer 7 steuert die Treiberschaltung 8, sodass die Treiberschaltung 8 zum Beispiel ein Pulsbreitenmodulations(PWM)-Signal an die Wechselrichter-Treiberschaltung 2 ausgibt. In der Wechselrichter-Treiberschaltung 2 führen H-Seiten-Treiber 2UH, 2VH und 2WH und L-Seiten-Treiber 2UL, 2VL und 2WL Treibersignale basierend auf den PWM-Signalen jeweils zu den Gates der MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH, 1UL, 1VL und 1WL in der Wechselrichterschaltung 1 zu, um die MOSFETs wahlweise EIN/AUS zu steuern.
Weiterhin führt die Treiberschaltung 8 ein Steuersignal CS zu den Phasenrelais 3U, 3V und 3W über die erste Steuerleitung 15 zu, um die Phasenrelais gleichzeitig EIN/AUS zu steuern, und führt das Steuersignal CS zu dem Stromversorgungsrelais 5 über die zweite Steuerleitung 16 zu, um das Stromversorgungsrelais 5 EIN/AUS zu steuern.
Dann werden während des Treibens des Elektromotors M die MOSFETs der Phasenrelais 3U, 3V und 3W eingeschaltet und wird das Stromversorgungsrelais 5 geschlossen, wobei in diesem Zustand die MOSFETs 1UH, 1VH, 1WH, 1UL, 1VL und 1WL der Wechselrichterschaltung 1 wahlweise EIN/AUS gesteuert werden, um ein Dreiphasentreiben des Elektromotors M über die Treiberleitungen 11U, 11V und 11W durchzuführen. Dabei werden ggf. die Tastverhältnisse der PWM-Signale geändert, um die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors M zu steuern.
Wenn währenddessen zum Beispiel eine Anormalität auftritt, werden die MOSFETs der Phasenrelais 3U, 3V und 3W durch die Treiberschaltung 8 ausgeschaltet, um die Stromversorgung von der Wechselrichterschaltung 1 zu dem Elektromotor M zu unterbrechen, und wird das Stromversorgungsrelais 5 geöffnet, um die Stromversorgung von der Batterie 14 zu unterbrechen. Auf diese Weise kann ein Stoppen des Elektromotors M erzwungen werden, um eine Ausfallsicherungsfunktion oder ähnliches durchzuführen.
In dem oben beschriebenen Aufbau können sich die Phasenrelais 3U, 3V und 3W und das Stromversorgungsrelais 5 die Treiberschaltung 8 teilen, um die Phasenrelais und das Stromversorgungsrelais gleichzeitig zu steuern. Dementsprechend kann der Schaltungsaufbau der Treiberschaltung vereinfacht werden und kann die Anzahl von Komponenten reduziert werden, wodurch eine Kostenreduktion, eine Verkleinerung, eine Reduktion der Ausfallrate und eine daraus resultierende Verbesserung der Zuverlässigkeit usw. erzielt werden können.
Weiterhin wird die Stromversorgungsleitung 13 von der Batterie 14 zu der Wechselrichterschaltung 1 unterbrochen und werden die Treiberleitungen 11U, 11V und 11W des Elektromotors M unterbrochen, um die Stromzufuhr zu der Wechselrichterschaltung 1 und weiterhin die Betriebsspannung für den Elektromotor M zu unterbrechen, sodass der Elektromotor M auch dann gestoppt werden kann, wenn die Stromversorgungsleitung 13 oder eine der Treiberleitungen 11U, 11V und 11W nicht unterbrochen werden kann.
[Zweite Ausführungsform]
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Motortreibervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Motortreibervorrichtung entspricht der in 1 gezeigten Schaltung, wobei jedoch das Stromversorgungsrelais 5 kein mechanisches Relais, sondern ein Halbleiterrelais ist. In dieser Ausführungsform wird ein N-Kanal-MOSFET als ein Halbleiterschaltelement des Stromversorgungsrelais 17 verwendet. Das MOSFET ist an einer Stromversorgungsleitung 13 vorgesehen, wobei sein Drain mit einer Stromversorgung wie etwa einer Batterie 14 verbunden ist und seine Source mit einem Stromversorgungsanschluss der Wechselrichterschaltung 1 verbunden ist. Zu dem Gate des MOSFET wird ein Steuersignal CS von der Treiberschaltung 8 über eine zweite Steuerleitung 16 zugeführt. Zwischen der Source und dem Gate des MOSFET sind eine Anode und eine Kathode einer Zenerdiode (zweiten Überspannungsschutzeinrichtung) 18 verbunden, die als eine Überspannungsschutzschaltung dient.
Dabei ist eine Diode D10 zwischen dem Drain und der Source des MOSFET eine parasitäre Diode.
Weil 2 hinsichtlich der anderen grundlegenden Schaltungsaufbauten der 1 entspricht, werden gleiche Komponenten in 2 und 1 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und wird hier auf eine wiederholte Erläuterung derselben verzichtet.
Weil in der oben genannten zweiten Ausführungsform das Stromversorgungsrelais 17 kein mechanisches Relais, sondern ein Halbleiterrelais ist, kann die Ausfallrate reduziert werden, um die Zuverlässigkeit zu verbessern, und kann eine Verkleinerung durch eine Volumenreduktion erzielt werden.
[Dritte Ausführungsform]
3 ist eine Schaltungsansicht, die eine Motortreibervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Motortreibervorrichtung umfasst hochohmige Widerstände 19 und 20 (erste und zweite Stromreduktionseinrichtungen), die jeweils an der ersten Steuerleitung 15 und der zweiten Steuerleitung 16 der Schaltung von 2 vorgesehen sind. Weiterhin umfasst die Motortreibervorrichtung ein Ladungsakkumulationselement, das ein Glättungskondensator (Akkumulationseinrichtung) 21 ist, die an einer Position zwischen einem Erdungspunkt und einem wechselrichterseitigen Leitungsteil der Stromversorgungsleitung 13 zwischen dem Stromversorgungsrelais 17 und der Wechselrichterschaltung 1 vorgesehen ist.
Weil 3 hinsichtlich der anderen grundlegenden Schaltungsaufbauten der 2 entspricht, werden gleiche Komponenten in 3 und 2 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und wird hier auf eine wiederholte Erläuterung derselben verzichtet.
Wenn sich bei einem derartigen Aufbau die Phasenrelais 3U, 3V und 3W in einem AUS-Zustand befinden, können die hochohmigen Widerstände 19 und 20 verhindern, dass ein Strom, der durch eine gegenelektromotorische Kraft in einer Spule des Elektromotors M verursacht wird, durch die Zenerdioden 4U, 4V und 4W, die erste Steuerleitung 15 und die zweite Steuerleitung 16 in das Stromversorgungsrelais 17 (als ein Kriechstrom) fließt. Dementsprechend kann verhindert werden, dass eine Spannung zwischen dem Gate und der Source des MOSFET, das als Stromversorgungsrelais 17 dient, ansteigt und ein fehlerhaftes Einschalten verursacht.
Und weil ein Glättungskondensator 21 an der Stromversorgungsleitung 13 für die Wechselrichterschaltung 1 vorgesehen ist, kann eine Stromversorgungskapazität der Wechselrichterschaltung 1 erhalten werden. Und wenn der Elektromotor M stoppt, können hochohmige Widerstände 20, 19 verhindern, dass ein Strom, der durch eine in dem Glättungskondensator 21 dieser Ausführungsform akkumulierte elektrische Ladung verursacht wird, durch eine Zenerdiode 18, die zweite Steuerleitung 16 und die erste Steuerleitung 15 in die Phasenrelais 3U, 3V und 3W (als ein Kriechstrom) fließt. Dementsprechend kann verhindert werden, dass eine Spannung zwischen dem Gate und der Source der MOSFETs, die als die Phasenrelais 3U, 3V und 3W dienen, ansteigt und ein fehlerhaftes Einschalten verursacht.
Weil also in der dritten Ausführungsform der durch die gemeinsame Verwendung der Treiberschaltung 18 durch die Phasenrelais 3U, 3V und 3W und das Stromversorgungsrelais 17 verursachte Kriechstrom reduziert werden kann, kann ein fehlerhaftes Einschalten der Phasenrelais 3U, 3V und 3W und des Stromversorgungsrelais 17 verhindert werden.
(Erste Modifikation)
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine erste Modifikation der Motortreibervorrichtung von 3 zeigt. Diese Motortreibervorrichtung entspricht der Schaltung von 3, wobei jedoch anstelle des hochohmigen Widerstands 19 hochohmige Widerstände 19U, 19V und 19W, die als Stromreduktionsschaltungen (erste Stromreduktionseinrichtungen) dienen, an einer Position zwischen den Gates der MOSFETs, die die Phasenrelais 3U, 3V und 3W bilden, und der ersten Steuerleitung 15 zum Zuführen eines Steuersignals CS von der Treiberschaltung 8 vorgesehen sind. Während also mit anderen Worten die in 3 gezeigte Schaltung den hochohmigen Widerstand 19 an der ersten Steuerleitung 15 aufweist, weist die in 4 gezeigte Schaltung hochohmige Widerstände 19U, 19V und 19W auf, die an von der ersten Steuerleitung 15 verzweigten Positionen vorgesehen sind, sodass die hochohmigen Widerstände 19U, 19V und 19W in Reihe jeweils mit den Zenerioden 4U, 4V und 4W sind.
Weil 4 hinsichtlich der anderen grundlegenden Schaltungsaufbauten der 3 entspricht, werden gleiche Komponenten in 4 und 3 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und wird hier auf eine wiederholte Erläuterung derselben verzichtet.
Wenn sich bei diesem Aufbau die Phasenrelais 3U, 3V und 3W in einem AUS-Zustand befinden, können die hochohmigen Widerstände 19U, 19V, 19W und 20 verhindern, dass ein Strom, der durch eine gegenelektromotorische Kraft in einer Spule des Elektromotors M verursacht wird, durch die Zenerdioden 4U, 4V und 4W, die erste Steuerleitung 15 und die zweite Steuerleitung 16 in das Stromversorgungsrelais 17 (als ein Kriechstrom) fließt. Dementsprechend kann verhindert werden, dass das MOSFET, das das Stromversorgungsrelais 17 bildet, ein fehlerhaftes Einschalten verursacht.
Und wenn der Elektromotor M stoppt, können die hochohmigen Widerstände 19U, 19V, 19W und 20 verhindern, dass ein Strom, der durch eine in dem Glättungskondensator 21 dieser Ausführungsform akkumulierte elektrische Ladung verursacht wird, durch eine Zenerdiode 18, die zweite Steuerleitung 16 und die erste Steuerleitung 15 in die Phasenrelais 3U, 3V und 3W (als ein Kriechstrom) fließt.
Dementsprechend kann verhindert werden, dass die MOSFETs, die die Phasenrelais 3U, 3V und 3W bilden, ein fehlerhaftes Einschalten verursachen.
(Zweite Modifikation)
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine zweite Modifikation der Motortreibervorrichtung von 3 zeigt. Diese Motortreibervorrichtung verwendet Zenerdioden als erste und zweite Stromreduktionsschaltungen (erste und zweite Stromreduktionseinrichtungen) anstelle der Widerstände. Zusätzlich zu den Zenerdioden 4Ua, 4Va und 4Wa für einen Überspannungsschutz der Phasenrelais 3U, 3V und 3W sind also Zenerdioden 4Ub, 4Vb und 4Wb vorgesehen, um Back-to-Back-Aufbauten vorzusehen und einen Kriechstrom zu verhindern. Weiterhin ist zusätzlich zu einer Zenerdiode 18a für einen Überspannungsschutz des Stromversorgungsrelais 17 eine Zenerdiode 18 vorgesehen, um einen Back-to-Back-Aufbau vorzusehen und einen Kriechstrom zu verhindern. Die Zenerdioden 4Ub, 4Vb und 4Wb funktionieren als die zweiten Stromreduktionsschaltungen oder mit anderen Worten als zweite Stromreduktionseinrichtungen.
Weil 5 hinsichtlich der anderen grundlegenden Schaltungsaufbauten der 3 entspricht, werden gleiche Komponenten in 5 und 3 durch gleiche Bezugszeichen angegeben und wird hier auf eine wiederholte Erläuterung derselben verzichtet.
Wenn sich bei diesem Aufbau die Phasenrelais 3U, 3V und 3W in einem AUS-Zustand befinden, können die in der Rückwärtsrichtung vorgesehenen Zenerdioden 4Ub, 4Vb und 4Wb verhindern, dass ein Strom, der durch eine gegenelektromotorische Kraft in einer Spule des Elektromotors M verursacht wird, durch die Zenerdioden 4Ua, 4Va und 4Wa, die erste Steuerleitung 15 und die zweite Steuerleitung 16 in das Stromversorgungsrelais 17 fließt. Dementsprechend kann eine Fehlfunktion des Stromversorgungsrelais 17 verhindert werden.
Und wenn der Elektromotor M stoppt, kann die Zenerdiode 18b verhindern, dass ein Strom, der durch eine in dem Glättungskondensator 21 dieser Ausführungsform akkumulierte elektrische Ladung verursacht wird, durch die Zenerdiode 18a, die zweite Steuerleitung 16 und die erste Steuerleitung 15 in die Phasenrelais 3U, 3V und 3W fließt. Dadurch kann eine Fehlfunktion der Phasenrelais 3U, 3V und 3W verhindert werden.
In den ersten bis dritten Beispielen und in den ersten und zweiten Modifikationen wird die Ausgabe der Verstärkungsschaltung 9 zu der Wechselrichterschaltung 2 und der Treiberschaltung 8 geführt. Die Ausgabe kann aber auch zu der Wechselrichterschaltung 1 geführt werden, sodass eine verstärkte Spannung zu dem Stromversorgungsrelais 17, den Phasenrelais 3U, 3V und 3W und der Wechselrichterschaltung 1 von der gleichen Verstärkungsschaltung zugeführt wird.
Es wurden Beispiele beschrieben, in denen Zenerdioden für einen Überspannungsschutz verwendet werden. Es können aber auch Dioden verwendet werden, wobei bei Bedarf eine Vielzahl von Stufen von Dioden in Reihe verbunden werden können. Weiterhin wurden Beispiele beschrieben, in denen Widerstände oder Zenerdioden für eine Reduktion von Kriechströmen verwendet wurden. Es können aber auch Dioden, andere Lastelemente oder eine Kombination aus denselben verwendet werden.
(Anwendungsbeispiel)
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Konstruktionsbeispiel eines Servolenksystems (EPS-Systems) zeigt, das einen Servolenkmotor umfasst, auf das eine Motortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Das EPS-System umfasst ein Lenkrad 30, einen Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 31, einen Hilfsmotor 32, eine Steuereinheit 33 usw. In einer Lenksäule 35, die eine Lenkwelle 34 umgibt, sind ein Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 31 und eine Reduktionsgetriebeeinheit 36 vorgesehen.
Wenn ein Fahrzeugfahrer das Lenkrad 30 betätigt, wird ein in der Lenkwelle 34 erzeugtes Lenkdrehmoment durch den Lenkdrehmoment-Erfassungssensor 31 erfasst, wobei in Übereinstimmung mit diesem Lenkdrehmomentsignal S1 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S2 oder ähnlichem die Steuereinheit 33 den Hilfsmotor 32 treibt, sodass der Hilfsmotor 32 eine für die Fahrbedingung geeignete Lenkhilfskraft erzeugt. Wenn bei diesem Verfahren ein an einem Spitzenende der Lenkwelle 34 vorgesehenes Zahnrad 37 gedreht wird, bewegt sich eine Zahnstange 38 horizontal in der Links-Rechts-Richtung in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs, wodurch die Betätigung des Lenkrads 30 durch den Fahrzeugfahrer auf die Reifen 39 für eine Kurvenfahrt übertragen wird.
Dabei entspricht der Hilfsmotor 32 dem Elektromotor M, entspricht die Steuereinheit 33 dem Mikrocomputer 7 und werden ein Lenkdrehmomentsignal S1 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal S2 zu dem Mikrocomputer 7 geführt, um die Treiberschaltung 8 zu steuern. Dann wird der Hilfsmotor 32 durch die Wechselrichter-Treiberschaltung 2 und die Wechselrichterschaltung 1 getrieben, um eine für die Fahrbedingung geeignete Lenkhilfskraft zu erzeugen. Es wird also ein EPS-System vorgesehen, das die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sowie deren Modifikationen beschriebenen Funktionen und Effekte aufweist.
(Untersuchungsergebnis)
Es wurden die Kosten für eine herkömmliche elektronische Steuereinheit (ECU) mit einem Aufbau, in dem Treiberschaltungen für jedes Relais vorgesehen sind, und für die Schaltungsaufbauten gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschätzt, wobei festgestellt werden konnte, dass eine Kostenreduktion von 25% möglich war.
Natürlich kann die Motortreibervorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht nur auf den oben genannten Hilfsmotor für ein Servolenken, sondern auch auf verschiedene andere Typen von Elektromotoren angewendet werden.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-052145 vom 14. März 2013, deren Priorität beansprucht wird, ist hier unter Bezugnahme eingeschlossen.
Die Erfindung wurde hier anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die beigefügten Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der Erfindung ist beispielhaft aufzufassen und schränkt den durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definierten Erfindungsumfang nicht ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011-244611 [0002]
JP 2013-052145 [0053]

Claims

Motortreibervorrichtung, die umfasst: eine Wechselrichterschaltung (1) zum Zuführen von Strom zu einem Elektromotor (M), ein Stromversorgungsrelais (5, 17), das an einer Stromversorgungsleitung (13) zum Zuführen von Strom von einer Stromversorgung (14) zu der Wechselrichterschaltung (1) vorgesehen ist, und ein Phasenrelais (3U, 3V, 3W), das an einer Treiberleitung (11U, 11V, 11W) zwischen der Wechselrichterschaltung (1) und dem Elektromotor (M) vorgesehen ist und durch ein Halbleiterschaltelement gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Motortreibervorrichtung weiterhin umfasst: eine Treiberschaltung (8), die mit dem Phasenrelais (3U, 3V, 3W) und dem Stromversorgungsrelais (5, 17) verbunden ist, um das Phasenrelais (3U, 3V, 3W) und das Stromversorgungsrelais (5, 17) zu treiben.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch: eine erste Steuerleitung (15), die die Treiberschaltung (8) mit dem Phasenrelais (3U, 3V, 3W) verbindet, eine erste Überspannungsschutzeinrichtung (4U, 4V, 4W, 4Ua, 4Va, 4Wa), die an einer Position zwischen einem motorseitigen Leitungsteil der Treiberleitung (11U, 11V, 11W) zwischen dem Elektromotor (M) und dem Phasenrelais (3U, 3V, 3W) und der ersten Steuerleitung (15) vorgesehen ist und konfiguriert ist, um das Phasenrelais (3U, 3V, 3W) vor einer Überspannung zu schützen, und eine erste Stromreduktionseinrichtung (19, 19U, 19V, 19W, 4Ub, 4Vb, 4Wb) zum Reduzieren eines Kriechstroms, der von dem Elektromotor (M) in die erste Steuerleitung (15) fließt.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromreduktionseinrichtung (19) an der ersten Steuerleitung (15) vorgesehen ist.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromreduktionseinrichtung (19U, 19V, 19W) an einer Position vorgesehen ist, die von der ersten Steuerleitung (15) verzweigt, sodass sie in Reihe mit der ersten Überspannungsschutzeinrichtung (4U, 4V, 4W, 4Ua, 4Va, 4Wa) ist.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: die erste Überspannungsschutzeinrichtung (4U, 4V, 4W, 4Ua, 4Va, 4Wa) eine Zenerdiode und/oder eine Diode enthält, und die erste Stromreduktionseinrichtung (19, 19U, 19V, 19W, 4Ub, 4Vb, 4Wb) eine Zenerdiode, eine Diode, einen Widerstand und/oder ein Lastelement enthält.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin gekennzeichnet durch: eine zweite Steuerleitung (16), die die Treiberschaltung (8) mit dem Stromversorgungsrelais (17) verbindet, eine Ladungsakkumulationseinrichtung (21), die an einem wechselrichterseitigen Leitungsteil der Stromversorgungsleitung (13) zwischen der Wechselrichterschaltung (1) und dem Stromversorgungsrelais (17) vorgesehen ist, eine zweite Überspannungsschutzeinrichtung (18), die mit einer Position zwischen der zweiten Steuerleitung (16) und dem wechselrichterseitigen Leitungsteil verbunden ist, und eine zweite Stromreduktionseinrichtung (20) zum Reduzieren eines Kriechstroms, der von der Ladungsakkumulationseinrichtung (21) in die zweite Steuerleitung (16) fließt.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsrelais (17) durch ein Halbleiterschaltelement gebildet wird.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsakkumulationseinrichtung (21) ein Glättungskondensator ist, der an einer Position zwischen der Stromversorgungsleitung (13) und einem Erdungspunkt vorgesehen ist.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromreduktionseinrichtung (20) eine Zenerdiode, eine Diode, einen Widerstand und/oder ein Lastelement enthält, die an der zweiten Steuerleitung (16) vorgesehen sind.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromreduktionseinrichtung (20) eine Zenerdiode oder eine Diode enthält, die in Reihe mit der zweiten Überspannungsschutzeinrichtung (18) verbunden ist.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterschaltelement, das das Phasenrelais (3U, 3V, 3W) bildet, einen N-Kanal-MOSFET enthält.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (M) ein Dreiphasenmotor ist.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichterschaltung (1) ein stromaufwärts gelegenes Treiberelement (1UH, 1VH, 1WH) und ein stromabwärts gelegenes Treiberelement (1UL, 1VL, 1WL) für jede der Treiberleitungen (11U, 11V, 11W) des Dreiphasenmotors in Entsprechung zu jeder Phase enthält.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 13, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Wechselrichter-Treiberschaltung (2), die mit einer verstärkten Versorgungsspannung versorgt wird und die Wechselrichterschaltung steuert.
Motortreibervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter-Treiberschaltung (2) für jede Phase einen Hochseiten-Treiber (2UH, 2VH, 2WH) zum Steuern des stromaufwärts gelegenen Treiberelements (1UH, 1VH, 1WH) der Wechselrichterschaltung (1) und einen Niederseiten-Treiber (2UL, 2VL, 2WL) zum Steuern des stromabwärts gelegenen Treiberelements (1UL, 1VL, 1WL) der Wechselrichterschaltung (1) enthält.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, weiterhin gekennzeichnet durch: eine Verstärkungsschaltung (9) zum Verstärken der Versorgungsspannung und zum Zuführen der verstärkten Spannung zu der Treiberschaltung (8), sodass die Treiberschaltung (8) ein Steuersignal basierend auf der verstärkten Spannung zu dem Phasenrelais (3U, 3V, 3W) und dem Stromversorgungsrelais (5, 17) zuführt.
Motortreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, weiterhin gekennzeichnet durch: einen Mikrocomputer (7) zum Steuern der Treiberschaltung (8), und einen Stromversorgungs-IC (6) zum Zuführen einer Betriebsleistung zu dem Mikrocomputer (7) basierend auf der Versorgungsspannung.
Motorbetriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsrelais (5, 17) ein mechanisches Relais oder ein Halbleiterrelais ist.