JP3784745B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車等の操舵系にモータによるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置において、昇圧回路の制御により直流電源の出力電圧を上昇させるモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置のモータ制御装置としては、例えば下記のものが知られている。
【０００３】
制御器から出力されたモータ制御信号に基づき電動モータを駆動するモータ駆動装置とバッテリとの間に設けられた電流供給回路に昇圧回路が設けられている。この昇圧回路は、前記バッテリの出力側に接続された昇圧用コイルと、この昇圧用コイルの出力側に接続された第一トランジスタと、この昇圧用コイルの出力側に接続された第二トランジスタと、この第二トランジスタのドレイン側に接続されたコンデンサとを備えている。制御器から出力されたデューティ比駆動信号に基づき、第一トランジスタと第二トランジスタとを交互にオンオフ駆動することにより、第二トランジスタのドレイン側に高電圧を発生させて直流電源の出力電圧を上昇させるようになっている。
【０００４】
さらに、前記バッテリの出力側と第一トランジスタのドレイン側との間で、従来公知のブートストラップ回路が接続された制御器も知られている。このブートストラップ回路はダイオードとブートストラップコンデンサとを備え、このコンデンサが第一トランジスタのドレイン側に接続され、このダイオードのアノード側がバッテリの出力側に接続されているとともに、このダイオードのカソード側がブートストラップコンデンサに接続されている。
【０００５】
また、前記第二トランジスタのゲート側に従来公知のチャージポンプが接続された制御器も知られている。このチャージポンプ式制御器では、回生時に前記第一トランジスタが全オフのときでも、この第二トランジスタがチャージポンプにより印加されてオンオフ駆動し得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記ブートストラップ式制御器では、第一トランジスタをオンしないと、ブートストラップコンデンサが充電されないため、第二トランジスタをオンできなくなる。従って、回生電流をバッテリに十分に吸収することができず、高電圧により昇圧回路が破損するおそれがある。
【０００７】
また、前述したように、デューティ比駆動信号に基づき第一トランジスタと第二トランジスタとを交互にオンオフ駆動する制御方式では、ＰＷＭ制御の出力モジュールがモータ駆動装置とは別に必要となり、制御器を高仕様に上げざるを得ずコストアップになる。
【０００８】
一方、前記チャージポンプ式制御器では、チャージポンプを別途駆動する回路を必要とするため、制御方式が複雑になる。
この発明は、電動パワーステアリング装置を始めとする各種装置で利用される各種昇圧式モータ制御装置において、高電圧が発生した際に昇圧回路の破損を防止することを主目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
後記実施形態の図面（図１〜２及び図３に示す第一実施形態、図１〜２及び図４に示す第二実施形態）の符号を援用して本発明を説明する。
【００１０】
＊ 請求項１の発明（第一実施形態に対応）
この発明にかかるモータ制御装置は、下記のように構成されている。
制御信号発生手段（制御装置１７）から出力されたモータ制御信号に基づきモータ（電動モータ６）を駆動するモータ駆動手段（モータ駆動装置２１）と直流電源（バッテリ２４）との間に設けた電流供給回路（２５）に昇圧回路（Ｕ）を設けている。昇圧回路制御手段（制御装置１７）から出力された昇圧回路制御信号（デューティ比駆動信号Ｓ１，Ｓ２）に基づき前記昇圧回路（Ｕ）を制御して直流電源（２４）の出力電圧を上昇させる。前記電流供給回路（２５）の昇圧回路（Ｕ）は、前記直流電源（２４）の出力側に接続された昇圧用コイル（Ｌ）と、この昇圧用コイル（Ｌ）の出力側に接続されて前記昇圧回路制御信号（Ｓ１）に基づきオンオフ駆動する第一スイッチング素子（トランジスタＱ１）と、この昇圧用コイル（Ｌ）の出力側に接続されて前記昇圧回路制御信号（Ｓ２）に基づきオンオフ駆動する第二スイッチング素子（トランジスタＱ２）と、この第二スイッチング素子（Ｑ２）の出力側に接続されたコンデンサ（Ｃ２）とを備えている。
【００１１】
そして、前記モータ（６）が回生状態に入ったとき、前記第二スイッチング素子（Ｑ２）を介して前記直流電源（２４）に電流を流して吸収させるとともに、前記第二スイッチング素子（Ｑ２）の入力側と出力側との間でツェナーダイオード（Ｚ）を第二スイッチング素子（Ｑ２）に対し並列接続した。この第二スイッチング素子（Ｑ２）の出力側でこのツェナーダイオード（Ｚ）に対し所定値以上の逆方向電圧がかかった場合に電流を第二スイッチング素子（Ｑ２）の出力側からこのツェナーダイオード（Ｚ）を通して第二スイッチング素子（Ｑ２）の入力側に流して前記直流電源（２４）に吸収させるようにした。そのため、第二スイッチング素子（Ｑ２）の出力側の電流は前記直流電源（２４）に吸収される。
【００１２】
この発明では、第二スイッチング素子（Ｑ２）の出力側で高電圧が発生した際に昇圧回路（Ｕ）の破損を防止することができる。
【００１５】
＊ 請求項２の発明（第一実施形態及び第二実施形態に対応）
この発明は、請求項１の発明を前提として下記のように構成されている。
【００１６】
前記モータ（６）は電動パワーステアリング装置（Ｍ）に装備されている。前記モータ制御信号は少なくともステアリングホイール（１）の操舵トルク（τ）に基づいて決定される。この発明では、請求項１の発明の効果を電動パワーステアリング装置（Ｍ）において発揮することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔第一実施形態〕
まず、本発明の第一実施形態にかかるモータ制御装置について図１〜２及び図３を参照して説明する。
【００１８】
このモータ制御装置は、図１に示す電動パワーステアリング装置Ｍに応用されている。この電動パワーステアリング装置Ｍを概説する。
ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２にはトーションバー３が設けられている。このトーションバー３にはトルクセンサ４が装着されている。このステアリングシャフト２が回転してトーションバー３に力が加わると、その力に応じてトーションバー３が捩れ、その捩れによりステアリングホイール１にかかる操舵トルクτを前記トルクセンサ４が検出する。このステアリングシャフト２には減速機５が取り付けられている。この減速機５には電動モータ６と連動するギヤ７が噛合されている。この電動モータ６は三相同期式永久磁石モータで構成したブラシレスモータである。前記減速機５に連動するピニオンシャフト８にはピニオン１０が取着されているとともに、このピニオン１０がラック１１に噛合され、このピニオン１０とラック１１とによりピニオンラック機構９が構成されている。このラック１１の両端部にはタイロッド１２が取着され、その両タイロッド１２の先端部にはナックル１３が回動可能に連結されている。この両ナックル１３には前輪１４が固着されている。この両ナックル１３はクロスメンバ１５に対し回動可能に連結されている。前記電動モータ６の回転は、減速機５により減速されてピニオンシャフト８に伝達され、さらにピニオンラック機構９のラック１１に伝達される。このラック１１の移動により、前記両前輪１４の向きが両タイロッド１２及び両ナックル１３を介して変更され、車両の進行方向が変わる。この両前輪１４には車速センサ１６が取り付けられている。
【００１９】
前記トルクセンサ４は、ステアリングホイール１の操舵トルクτに応じた電圧を出力している。前記車速センサ１６は、その電圧出力時の車速Ｖを両前輪１４の回転数に相対する周期のパルス信号として出力する。電動パワーステアリング装置Ｍの制御装置１７（制御信号発生手段）は、中央処理装置（ＣＰＵ）１８と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１９と、データを一時記憶する読み出し及び書き込み専用メモリ（ＲＡＭ）２０とを備えている。このＲＯＭ１９には、ＣＰＵ１８による演算処理を行わせるための制御プログラムが格納されている。このＲＡＭ２０は、ＣＰＵ１８が演算処理を行うときの演算処理結果等を一時記憶する。このＲＯＭ１９には、図示しない基本アシストマップが格納されている。この基本アシストマップは、前記操舵トルクτ（回動トルクＴ）に対応し、かつ前記車速Ｖに応じた基本アシスト電流を求めるためのものである。この基本アシストマップには操舵トルクτに対する基本アシスト電流が記憶されている。
【００２０】
図１に示すモータ駆動装置２１（モータ駆動手段）は、図２に示すように、ＦＥＴ２２Ｕ，２３Ｕの直列回路と、ＦＥＴ２２Ｖ，２３Ｖの直列回路と、ＦＥＴ２２Ｗ，２３Ｗの直列回路とを並列に接続して構成されたものである。この各直列回路には、車両に搭載されたバッテリ２４（直流電源）とこのモータ駆動装置２１との間に設けられた電流供給回路２５の昇圧回路Ｕ（後で詳述）により、バッテリ２４の電圧よりも昇圧された出力電圧が印加されている。ＦＥＴ２２Ｕ，２３Ｕ間の接続点２６Ｕは電動モータ６のＵ相巻線に接続され、ＦＥＴ２２Ｖ，２３Ｖ間の接続点２６Ｖは電動モータ６のＶ相巻線に接続され、ＦＥＴ２２Ｗ，２３Ｗ間の接続点２６Ｗは電動モータ６のＷ相巻線に接続されている。前記制御装置１７は、三相同期式永久磁石モータを駆動制御する公知の構成であって、インバータ回路であるモータ駆動装置２１のＦＥＴ２２Ｕ，２３Ｕ、ＦＥＴ２２Ｖ，２３Ｖ及びＦＥＴ２２Ｗ，２３Ｗに対しそれぞれモータ制御信号（図示せず）を出力する。このモータ制御信号は、操舵トルクτに基づき演算した回動トルクＴと車速Ｖとに基づいて前記基本アシストマップからアシスト電流を算出したものである。このモータ駆動装置２１は、このモータ制御信号に対応した三相の励磁電流を発生し、三相の励磁電流路を介して電動モータ６に供給する。
【００２１】
＜前記電流供給回路２５の昇圧回路Ｕの詳細＞
図３（ａ）に示すように、この昇圧回路Ｕは、昇圧用コイルＬと、整流用のコンデンサＣ１と、トランジスタＱ１（ｎチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなる第一スイッチング素子）と、トランジスタＱ２（ｎチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなる第二スイッチング素子）と、昇圧用のコンデンサＣ２とを備えている。この昇圧用コイルＬとトランジスタＱ２とは、前記バッテリ２４の出力側である電圧印加点Ｐ１と、前記電動モータ６への供給側である電圧印加点Ｐ２との間で直列接続されている。この昇圧用コイルＬの入力側は電圧印加点Ｐ１に接続されている。このトランジスタＱ２においては、ソース側が昇圧用コイルＬの出力側に接続されているとともに、ドレイン側が電圧印加点Ｐ２に接続され、ゲート側が前記制御装置１７のＣＰＵ１８に接続されている。前記コンデンサＣ１は、前記電圧印加点Ｐ１及び昇圧用コイルＬの入力側に接続されているとともに、接地されている。前記コンデンサＣ２は、前記電圧印加点Ｐ２及びトランジスタＱ２のドレイン側に接続されているとともに、接地されている。前記トランジスタＱ１においては、ドレイン側が昇圧用コイルＬの出力側及びトランジスタＱ２のソース側に接続されているとともに、ソース側が接地され、ゲート側が前記制御装置１７のＣＰＵ１８に接続されている。電圧印加点Ｐ２の電圧検出のために、電圧印加点Ｐ２は制御装置１７のＣＰＵ１８の図示しない電圧入力ポートに接続され、出力電圧ＶBPIGを検出可能にされている。
【００２２】
特に、本実施形態では、前記トランジスタＱ２のソース側（入力側）とドレイン側（出力側）との間でツェナーダイオードＺがトランジスタＱ２に対し並列接続されている。
【００２３】
前記トランジスタＱ１，Ｑ２は、図３（ｂ）に示すように前記制御装置１７（昇圧回路制御手段）から送られる駆動パターンのデューティ比駆動信号Ｓ１，Ｓ２（昇圧回路制御信号）により、電動モータ６の力行時及び回生時において、下記のように交互にオンオフ駆動される。
【００２４】
電動モータ６の力行時においては、昇圧回路ＵでトランジスタＱ１，Ｑ２が前記デューティ比駆動信号Ｓ１，Ｓ２によるデューティ制御によりスイッチング動作を行う。その結果、昇圧用コイルＬでエネルギーの蓄積と放出とが繰り返され、トランジスタＱ２のドレイン側に放出の際、高電圧が発生する。すなわち、トランジスタＱ１がオンになってトランジスタＱ２がオフになると、トランジスタＱ１を介して接地側に電流が流れる。次に、トランジスタＱ１がオフになってトランジスタＱ２がオンになると、昇圧用コイルＬに流れる電流が遮断され、この電流の遮断による磁束の変化を妨げるように、オン作動しているトランジスタＱ２のドレイン側に高電圧が発生する。この繰り返しによって、トランジスタＱ２のドレイン側に高電圧が繰り返し発生し、コンデンサＣ２で平滑（充電）され、出力電圧ＶBPIGとして電圧印加点Ｐ２に生じる。このとき、昇圧回路Ｕにより昇圧される電圧は、制御装置１７から出力されるデューティ比駆動信号Ｓ１，Ｓ２のデューティ比αと関連する。デューティ比αが大きければ出力電圧ＶBPIGは高くなり、デューティ比αが小さければ出力電圧ＶBPIGは低くなる。
【００２５】
次に、電動モータ６が回生状態に入ったとき、出力電圧ＶBPIGは上昇するが、回生時においてもトランジスタＱ２がデューティ制御によりオン作動しているため、トランジスタＱ２を介してバッテリ２４に電流が流れて吸収される。しかし、このトランジスタＱ２の出力側でこのツェナーダイオードＺに対し所定値以上の逆方向電圧がかかった場合には、ツェナー効果により、電流はトランジスタＱ２の出力側からこのツェナーダイオードＺを通して前記バッテリ２４側に流れる。従って、チャージポンプ及びその駆動回路を必要としない簡単な制御方式により、トランジスタＱ２のドレイン側で高電圧が発生した際に昇圧回路Ｕの破損を防止することができる。
【００２６】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態にかかるモータ制御装置について第一実施形態との相違点を中心に図１〜２及び図４を参照して説明する。
【００２７】
この第二実施形態では、第一実施形態において電流供給回路２５の昇圧回路Ｕを下記のように変更している。
図４（ａ）に示すように、この昇圧回路Ｕは、昇圧用コイルＬと、整流用のコンデンサＣ１と、トランジスタＱ１（ｎチャンネル形のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子）と、昇圧用のコンデンサＣ２とを備えている。第一実施形態におけるトランジスタＱ２は省略され、それに代えて、昇圧用コイルＬの出力側に接続されたツェナーダイオードＺ（逆流防止用素子）のみが採用されている。この昇圧用コイルＬとツェナーダイオードＺとは、前記バッテリ２４の出力側である電圧印加点Ｐ１と、前記電動モータ６への供給側である電圧印加点Ｐ２との間で直列接続されている。このツェナーダイオードＺにおいては、アノード側が昇圧用コイルＬの出力側に接続されているとともに、カソード側が電圧印加点Ｐ２に接続されている。前記トランジスタＱ１のドレイン側はこのツェナーダイオードＺのアノード側に接続されている。前記コンデンサＣ２はこのツェナーダイオードＺのカソード側に接続されている。
【００２８】
前記トランジスタＱ１は、図４（ｂ）に示すように前記制御装置１７（昇圧回路制御手段）から送られる駆動パターンのデューティ比駆動信号Ｓ１（昇圧回路制御信号）により、電動モータ６の力行時及び回生時において、下記のように交互にオンオフ駆動される。なお、第一実施形態におけるデューティ比駆動信号Ｓ２（昇圧回路制御信号）は、トランジスタＱ２の省略に伴い、省略されている。
【００２９】
電動モータ６の力行時においては、昇圧回路ＵでトランジスタＱ１が前記デューティ比駆動信号Ｓ１によるデューティ制御によりスイッチング動作を行う。その結果、昇圧用コイルＬでエネルギーの蓄積と放出とが繰り返され、ツェナーダイオードＺのカソード側に放出の際、高電圧が発生し、コンデンサＣ２により平滑（充電）されて出力電圧ＶBPIGとして電圧印加点Ｐ２に生じる。
【００３０】
次に、電動モータ６が回生状態に入ったとき出力電圧ＶBPIGは上昇する。しかし、このツェナーダイオードＺのカソード側でこのツェナーダイオードＺに対し所定値以上の逆方向電圧がかかった場合には、ツェナー効果により、電流はツェナーダイオードＺのカソード側からツェナーダイオードＺを通して前記バッテリ２４側に流れる。従って、チャージポンプ及びその駆動回路を必要としない簡単な制御方式により、ツェナーダイオードＺのカソード側で高電圧が発生した際に昇圧回路Ｕの破損を防止することができる。また、トランジスタＱ２を省略したので、トランジスタＱ１のみによる簡単なＰＷＭ制御が可能となり、制御器の仕様を下げてコストダウンにつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一実施形態または第二実施形態にかかる電動パワーステアリング装置を概略的に示す原理図である。
【図２】 同装置の制御ブロック図である。
【図３】 （ａ）は第一実施形態において電動パワーステアリング装置の昇圧回路を示す電気回路図であり、（ｂ）は同昇圧回路のトランジスタに対するデューティ比駆動信号の波形図である。
【図４】 （ａ）は第二実施形態において電動パワーステアリング装置の昇圧回路を示す電気回路図であり、（ｂ）は同昇圧回路のトランジスタに対するデューティ比駆動信号の波形図である。
【符号の説明】
Ｍ…電動パワーステアリング装置、１…ステアリングホイール、τ…操舵トルク、６…電動モータ、１７…制御手段（制御信号発生手段、昇圧回路制御手段）、２１…モータ駆動装置（モータ駆動手段）、２４…バッテリ（直流電源）、２５…電流供給回路、Ｕ…昇圧回路、Ｌ…昇圧用コイル、Ｑ１…トランジスタ（第一スイッチング素子）、Ｓ１…デューティ比駆動信号（第一昇圧回路制御信号）、Ｑ２…トランジスタ（第二スイッチング素子）、Ｓ２…デューティ比駆動信号（第二昇圧回路制御信号）、Ｃ２…コンデンサ、Ｚ…ツェナーダイオード（逆流防止用素子）。

Claims (2)

1. 制御信号発生手段から出力されたモータ制御信号に基づきモータを駆動するモータ駆動手段と直流電源との間に設けた電流供給回路に昇圧回路を設け、昇圧回路制御手段から出力された昇圧回路制御信号に基づき前記昇圧回路を制御して直流電源の出力電圧を上昇させるモータ制御装置において、
   前記電流供給回路の昇圧回路は、前記直流電源の出力側に接続された昇圧用コイルと、この昇圧用コイルの出力側に接続されて前記昇圧回路制御信号に基づきオンオフ駆動する第一スイッチング素子と、この昇圧用コイルの出力側に接続されて前記昇圧回路制御信号に基づきオンオフ駆動する第二スイッチング素子と、この第二スイッチング素子の出力側に接続されたコンデンサとを備え、前記モータが回生状態に入ったとき、前記第二スイッチング素子を介して前記直流電源に電流を流して吸収させるとともに、前記第二スイッチング素子の入力側と出力側との間でツェナーダイオードを第二スイッチング素子に対し並列接続し、この第二スイッチング素子の出力側でこのツェナーダイオードに対し所定値以上の逆方向電圧がかかった場合に電流を第二スイッチング素子の出力側からこのツェナーダイオードを通して第二スイッチング素子の入力側に流して前記直流電源に吸収させるようにした
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータは電動パワーステアリング装置に装備され、前記モータ制御信号は少なくともステアリングホイールの操舵トルクに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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