JP3974278B2 - 電動機駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は電動機を駆動する電動機駆動手段を二つのブリッジ回路で構成し、それぞれのブリッジ回路の電源電圧値または電動機の駆動電流値を検出して、ブリッジ回路を切り替え、効率よく最適な電動機駆動ができる電動機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機駆動装置において、電動機を駆動する電動機駆動手段を４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるブリッジ回路で構成し、制御手段からＰＷＭ（パルス幅変調）信号でＦＥＴを駆動制御し、電動機を正逆の方向に所望の電動機電流で駆動するように構成されたものは知られている。
【０００３】
図７に従来の電動機駆動装置のブロック構成図を示す。
図７において電動機駆動装置５１は、制御手段５２、電動機駆動手段５３とで構成される。
制御手段５２は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、目標電流信号設定手段５６、駆動制御手段５７とを備える。
【０００４】
目標電流信号設定手段５６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め設定したセンサ信号Ｓｉを入力するとセンサ信号Ｓｉに対応した値と目標電流信号ＩMSとの対応データを記憶しておき、センサ信号Ｓｉの入力した値に基づいて対応する目標電流信号ＩMSが読み出され、駆動制御手段５７に供給される。
【０００５】
駆動制御手段５７は、目標電流信号ＩMSにＰＩＤ制御を施すＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラと、ＰＩＤ制御を施された信号に基づいて１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFを発生するスイッチング信号発生器、ＰＷＭ信号ＶPWMを発生するＰＷＭ発生器等を備え、ＰＩＤ信号に対応したデューティサイクルのＰＷＭ信号ＶPWMと、オン信号ＶONおよびオフ信号ＶOFの混成信号を、電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）として電動機駆動手段５３に供給する。
【０００６】
電動機駆動手段５３には、制御手段５２から１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFおよび１系統ＰＷＭ信号ＶPWMとの混成信号としての電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）が電動機駆動手段５３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４に供給される。
【０００７】
例えば、電動機５５を正回転するには、電動機駆動手段５３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１のゲートＧ１にオン信号Ｖ0N、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWMがそれぞれ供給され、Ｑ１はオン設定、Ｑ２およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩM+が電源１２Ｖ→Ｑ１→電動機５５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ電動機５５は正回転する。
【０００８】
また、一方、電動機５５を逆回転するには、電動機駆動手段５３のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ２のゲートＧ２にオン信号ＶON、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ２はオン設定、Ｑ１およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩM−が電源１２Ｖ→Ｑ２→電動機５５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５５は逆回転する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動機駆動装置を自動車に搭載される電動機の駆動装置として用いる場合には、自動車電装用品の増加に伴い電流の使用が増加して充分な電力を得られないという課題がある。
また、大きな推力を得るために電動機に大電流を流すと、大電流による電圧降下と、電動機の逆起電力により充分な推力が得られないという課題がある。
さらに、大きな推力を得るために電動機に供給する電圧を高くすると小電流のコントロールが必要になりコントロールが難しいという課題がある。
【００１０】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は第一の電源を供給する第一のブリッジ回路と、第二の電源を供給する第二のブリッジ回路のそれぞれの電源電圧の状態、または電動機駆動電流の状態によって電動機を切り替えて駆動することにより大電流による推力の増加と、小電流の細かいコントロールができ電動機の効率が上がり、またそれぞれのブリッジ回路の電源電圧の状態によって、第一の電源および第二の電源を切り替えて電動機を駆動するので装置の信頼性が向上する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動するので、共用のブリッジ回路の制御で二つのブリッジ回路を切り替えて駆動することができる。
【００１３】
また、この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので、第二の電源電圧の電圧降下が大きい時には、第一の電源と第一のブリッジ回路で電動機を駆動することができる。
【００１５】
さらに、この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので効率のよい制御ができる。
【００１７】
また、この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたので、電源電圧が変化しても同じ電動機電流を流すことができる。
【００１９】
さらに、この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したことを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したので、一方の電源の使用中に他方の電源への電流の逆流を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は電動機を駆動する電動機駆動手段を第一の電源を供給する第一のブリッジ回路と、第二の電源を供給する第二のブリッジ回路を電源電圧の状態、または、負荷電流の状態によって切り替えて使用することにより、大電流による推力の増加と、小電流の細かいコントロールとによって電動機を駆動するので、電動機の効率が上がり、また電源電圧の状態によって、第一の電源および第二の電源を切り替えて駆動する。
【００２２】
図１はこの発明に係る電動機駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した実施の形態全体構成図である。
図１において、パワーステアリング装置１１は、ステアリングホイール２８に一体的に設けられたステアリング軸１２に自在継ぎ手１３ａ、１３ｂを備えた連結軸１３を介し、ステアリング・ギアボックス１４内に設けたラック＆ピニオン機構１５のピニオン１５ａに連結されて手動操舵力発生手段１６を構成する。
【００２３】
ピニオン１５ａに噛み合うラック歯１７ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸１７は、その両端にタイロッド１８を介して転動輪としての左右の前輪１９を連結する。
【００２４】
このようにして、ステアリングホイール２８操舵時には通常のラック＆ピニオン式の手動操舵力発生手段１６を介し、マニュアルステアリングで前輪１９を転動させて車両の向きを変える。
【００２５】
手動操舵力発生手段１６による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機５をラック軸１７と同軸的に配設し、ラック軸１７と同軸に設けられたボールねじ機構２１を介して推力に変換し、ラック軸１７（ボールねじ軸２１ａ）に作用する。
【００２６】
ステアリング・ギアボックス１４内にはドライバの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵トルクセンサ２２を配置し、操舵トルクセンサ２２が検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵トルク信号Ｔｓを制御手段２に提供する。
また、車速センサ２４は車両の速度に対応した周波数の電気的なパルス信号として検出し、車速信号Ｖｓを制御手段２に提供する。
【００２７】
制御手段２は、車速信号Ｖｓに応動した操舵トルク信号Ｔｓに対応する電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を発生して電動機駆動手段３を駆動制御する。
【００２８】
また、制御手段２は、電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0を帰還して常に電動機電流ＩMが目標値となるように電動機制御信号Ｖ0を電動機駆動手段３に出力する。
【００２９】
電動機駆動手段３は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子６個を用いた二つのブリッジ回路で構成され、制御手段２から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号Ｖ0で、２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動制御することにより、電動機５に供給する電動機電圧の電圧値と回転方向を設定する。
【００３０】
電動機電流検出手段４は、電動機５に直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩM0を制御手段２に供給する。
【００３１】
図２はこの発明に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動装置の実施の形態要部ブロック図である。
図２において、電動パワーステアリング装置１１は、制御手段２と、電動機駆動手段３と、電動機電流検出手段４とで構成する。
【００３２】
制御手段２は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、目標電流信号設定手段６、偏差演算手段２０、駆動制御手段７、切替制御手段８とを備える。
【００３３】
目標電流信号設定手段６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め設定した車速信号Ｖｓをパラメータとした操舵トルク信号Ｔｓと目標電流信号ＩMSの対応データを記憶しておき、車速センサ２４が検出した車速信号Ｖｓおよび操舵トルクセンサ２２が検出した操舵トルク信号Ｔｓに基づいて対応する目標電流信号ＩMSが読み出され、偏差演算手段２０に供給する。
【００３４】
偏差演算手段２０は、減算機能を備え、目標電流信号ＩMSと電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0の偏差を演算し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMS−ＩM0）を駆動制御手段７に供給する。
【００３５】
駆動制御手段７は、ＰＷＭ信号ＶPWMを発生するＰＷＭ発生器、１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFを発生するスイッチング信号発生器、乗算器等を備え、車両始動後に偏差演算手段２０から供給される目標電流信号ＩMSと電動機電流信号ＩMOの偏差信号ΔＩ（＝ＩMS−ＩM0）にＰＩＤ制御を施し、ＰＩＤ信号ＩPIDに対応したデューティサイクルのＰＷＭ信号ＶPWMと、オン信号ＶONおよびオフ信号ＶOFの混成信号を、電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）として切替制御手段８に供給する。
【００３６】
切替制御手段８は、ブリッジ切替信号Ｊを入力すると、ブリッジ切替信号Ｊの電圧値または電流値に基づいて第一のブリッジ回路または、第二のブリッジ回路を駆動するように切り替える切替手段により、同時入力の電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）を電動機制御信号Ｖ01または、電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００３７】
ブリッジ切替信号Ｊは、電動機駆動手段３の第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）または、電動機電流信号ＩM0の信号である。
【００３８】
電動機駆動手段３は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子６個を用いた二つのブリッジ回路で構成され、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４とで第一のブリッジ回路を形成し、また、ＦＥＴＱ５、Ｑ６、Ｑ３、Ｑ４とで第二のブリッジ回路を形成している。
【００３９】
第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）には、逆流防止ダイオード９のアノードが接続され、逆流防止ダイオード９のカソードには、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のドレインが接続されている。
また、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のソースは、第一のブリッジ回路を形成するＱ３、Ｑ４のドレインに接続し、このＱ３、Ｑ４のソースはグランドに接続される。
【００４０】
さらに、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）には、逆流防止ダイオード１０のアノードが接続され、逆流防止ダイオード１０のカソードには、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のドレインが接続されている。
また、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のソースは、第一のブリッジ回路を形成するＱ３、Ｑ４のドレインに接続し、このＱ３、Ｑ４は第二のブリッジ回路と共用される。
また、このＦＥＴＱ１および、Ｑ５のソースおよびＱ３のドレインと、Ｑ２のソースおよびＱ６のソースおよびＱ４のドレインとの間に電動機５が接続されている。
【００４１】
さらに、電動機駆動手段３は、制御手段２から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号Ｖ0で、２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動することにより、電動機５に供給する電動機電圧ＶMの電圧値と方向を設定する。
なお、電動機電圧ＶMの方向は、制御手段２から出力される電動機制御信号Ｖ0の極性に対応して決定される。
【００４２】
たとえば、電動機５を第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）を供給する第一のブリッジ回路を駆動して正回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１のゲートＧ１にオン信号ＶON、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ１はオン設定、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）→Ｑ１→電動機５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は正回転する。
【００４３】
また、電動機５を第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）を供給する第二のブリッジ回路を駆動して正回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ５のゲートＧ５にオン信号ＶON、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ５はオン設定、Ｑ６、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）→Ｑ５→電動機５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ、電動機５は正回転する。
【００４４】
一方、電動機５を第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）を供給する第一のブリッジ回路を駆動して逆回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ２のゲートＧ２にオン信号ＶON、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶON、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ２はオン設定、Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）→Ｑ２→電動機５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は逆回転する。
【００４５】
さらに、電動機５を第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）を供給する第二のブリッジ回路を駆動して逆回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ６のゲートＧ６にオン信号ＶON、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ６はオン設定、Ｑ５、Ｑ１、Ｑ２およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）→Ｑ６→電動機５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は逆回転する。
【００４６】
電動機駆動手段３の第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）と第二のブリッジ回路との間に接続されるダイオード９は、Ｑ１，Ｑ２のソース−ドレイン間に図示しないダイオードのソースがアノード、ドレインがカソードの方向で形成されているのでＱ１，Ｑ２がオフ状態でも第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）からの逆電流が流れ、この第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）からの電流の流入を防止するために接続する。
【００４７】
さらに、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）と第二のブリッジ回路との間に接続されるダイオード１０は、Ｑ５，Ｑ６のソース−ドレイン間に図示しないダイオードのソースがアノード、ドレインがカソードの方向で形成されているのでＱ５，Ｑ６がオフ状態でも第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）の電圧が降下して第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より低くなった時に、第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）からの逆電流が流れ、この第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）からの電流の流入を防止するために接続する。
【００４８】
また、電動機電流検出手段４は、オペレーショナルアンプおよび電流検出抵抗からなる差動増幅器で構成され、電動機５と直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩM0が制御手段２にフィードバック（負帰還）し、ステアリングの制御系の帰還路を形成する。
【００４９】
図３はこの発明に係る切替制御手段の形態要部ブロック図である。
図３において切替制御手段２８は、Ａ／Ｄコンバータ、オペアンプ、メモリ、演算手段等で構成し、電源電圧検出手段３５、デューティ比係数発生手段３６、切替手段４０、乗算器３７，３８とを備える。
【００５０】
電源電圧検出手段３５は、Ａ／Ｄコンバータ、比較器、ＲＯＭ等のメモリで構成し、電動機駆動手段３の二つのブリッジ回路に供給される第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）に基づいてそれぞれの電源電圧を検出し、検出した電圧値をディジタル電圧に変換し、第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）のうち電動機の駆動に使用する電源の検出電圧信号Ｖｄをデューティ比係数発生手段３６に供給する。
【００５１】
また、電源電圧検出手段３５は、比較器で第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高いかどうかを比較する。
このときの第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高い定常状態の時は、降下信号ＨｎをＨレベルで切替手段４０に供給する。
また、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）の電流負荷が増大して電圧が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より低くなると、降下信号ＨｎをＬレベルで切替手段４０に供給する。
【００５２】
デューティ比係数発生手段３６は、メモリ、演算回路で構成し、予め電源電圧に対する例えば１０Ｖから２５Ｖまでの電源に対する係数が記憶され、電源電圧検出手段３５からの検出電圧信号Ｖｄを入力すると１２Ｖで係数が１になり、２４Ｖで係数が０．５になるような電圧に反比例した発生係数信号Ｋｄを発生し、それぞれ乗算器３７，３８に出力する。
【００５３】
図４は発生係数信号Ｋｄと検出電圧信号Ｖｄとの関係を表すグラフである。
図４において縦軸に発生係数信号Ｋｄを設定し、横軸に検出電圧信号Ｖｄを設定すると、検出電圧信号Ｖｄが１２Ｖの時に発生係数信号Ｋｄは１になり、検出電圧信号Ｖｄが２４Ｖの時に発生係数信号Ｋｄは０．５になり、その間の検出電圧信号Ｖｄの時は、反比例した値の発生係数信号Ｋｄを出力する。
【００５４】
切替手段４０は、ソフト制御のスイッチ機能を有し、電源電圧検出手段３５からのＨレベルの切替信号Ｈｎに基づいて駆動制御手段７から入力されている電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を制御信号Ｖ02側に切り替えて、第二のブリッジ回路に供給する。
また、電源電圧検出手段３５からのＬレベルの切替信号Ｈｎに基づいて駆動制御手段７から入力されている電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を制御信号Ｖ01側に切り替えて第一のブリッジ回路に供給する。
すなわち、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高い定常状態の時は、第二のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ02を電動機駆動手段３に供給する。
【００５５】
乗算器３７は、切替手段４０が１の状態にあるとき、出力されている電動機制御信号Ｖ0とデューティ比係数発生手段３６からの発生係数信号Ｋｄとを乗算し、乗算結果を電動機制御信号Ｖ01として電動機駆動手段３に供給する。
また、乗算器３８は、切替手段４０が２の状態にあるとき、出力されている電動機制御信号Ｖ0とデューティ比係数発生手段３６からの発生係数信号Ｋｄとを乗算し、乗算結果を電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００５６】
図５はこの発明に係る別実施例の切替制御手段の形態要部ブロック図である。
図５において切替制御手段４４は、電流比較手段３９、係数発生手段４１、乗算器４２、切替手段４３で構成される。
電流比較手段３９は、電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0を入力すると、予め設定してある所定値に基づいて、たとえば、所定値より大きい電動機電流信号ＩM0を検出したときは、比較信号ＨｍをＨレベルで切替手段４３に供給し、第二のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ02を電動機駆動手段３に供給する。
【００５７】
また、電流比較手段３９は、予め設定してある所定値より小さい電動機電流信号ＩM0を検出しているときは、比較信号ＨｍをＬレベルで切替手段４３に供給し、第一のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ01を電動機駆動手段３に供給する。
なお、前記所定値は、第一ブリッジ回路を例えば９０％デューティで駆動した時に流れる電動機電流値に相当する値に設定する。
【００５８】
切替手段４３は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍがＬレベルで供給されると、切替手段４３は、１の状態になり、電動機制御信号Ｖ0をそのまま電動機制御信号Ｖ01として電動機駆動手段３に供給する。
また、切替手段４３は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍがＨレベルで供給されると、２の状態に切り替わり、電動機制御信号Ｖ0を乗算器４２に供給する。
【００５９】
係数発生手段４１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリで構成し、一定の定数たとえば０．５をメモリから出力し、乗算器４２に供給している。
乗算器４２は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍのＨレベルによって切替手段４３が２の状態に切替えられると、２の状態の出力すなわち、電動機制御信号Ｖ0に係数発生手段４１からの係数信号Ｈｑ（例えば定数０．５）を乗算し、電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００６０】
なお、乗算器４２で乗算するのは、電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）と定数とであるが、この場合オン信号、オフ信号はそのままでＰＷＭ信号のみに乗算をして、ＶPWMのデューティを変えている。
【００６１】
図６に第一のブリッジ回路または第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号Ｖ0の特性図を示す。
図６の（ａ）は、第一のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの特性図であり図６の（ｂ）は、第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの特性図である。
なお、図６は、第一の電源電圧は１２Ｖ、第二の電源電圧が２４Ｖの場合の特性図を示す。
図６にあるように第一のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの信号は第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの信号と比べてデューティ比が倍になっている。
第二の電源電圧が２４Ｖの時は、電圧に反比例して第一の電源電圧が１２Ｖの時のデューティの半分になる。
【００６２】
このように、電動機駆動装置１は、第二のブリッジ回路使用中に第二の電源電圧が所定値より降下すると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替えることができ、また、電動機電流の大きさにより、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替えることができる。
【００６３】
なお、変更実施例として切替手段４０，４３を１デューティサイクル毎に切り替えて第一のブリッジ回路と第二のブリッジ回路を１デューティサイクル毎に駆動するよう制御することも可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動するので共用のブリッジ回路の制御で二つのブリッジ回路を切り替えて使用することができる。
【００６５】
また、この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので第二の電源の電圧降下が大きい時に供給電源を切り替えられ、常に最適の電力が供給できる。
【００６６】
さらに、この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので効率のよい駆動ができ大きな推力が得られる。
【００６７】
また、この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたので電源電圧が変化しても電源電圧に合せたＰＷＭ制御をすることができる。
【００６８】
さらに、この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したので一方の電源の使用中に他方の電源への電流の逆流を防止でき装置の信頼性が向上する。
【００６９】
よって、大きな推力が得られ効率がよく信頼性に優れた電動機駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電動機駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した実施の形態全体構成図
【図２】この発明に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動装置の実施の形態要部ブロック構成図
【図３】この発明に係る切替制御手段の要部ブロック構成図
【図４】発生係数信号Ｋｄと検出電圧信号Ｖｄとの関係を表すグラフ
【図５】この発明に係る切替制御手段の要部ブロック構成図
【図６】この発明に係る第一のブリッジ回路または第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号Ｖｏの特性図
【図７】従来の電動機駆動装置のブロック構成図
【符号の説明】
１…電動機駆動装置、２…制御手段、３…電動機駆動手段、４…電動機電流検出手段、５…電動機、６…目標電流信号設定手段、７…駆動制御手段、８，２８，４４…切替制御手段、９，１０…逆流防止ダイオード、２０…偏差演算手段、３５…電源電圧検出手段、３６…デューティ比係数発生手段、３７，３８，４２…乗算器、３９…電流比較手段、４０，４３…切替手段、４１…係数発生手段。
【産業上の利用分野】
この発明は電動機を駆動する電動機駆動手段を二つのブリッジ回路で構成し、それぞれのブリッジ回路の電源電圧値または電動機の駆動電流値を検出して、ブリッジ回路を切り替え、効率よく最適な電動機駆動ができる電動機駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機駆動装置において、電動機を駆動する電動機駆動手段を４個のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなるブリッジ回路で構成し、制御手段からＰＷＭ（パルス幅変調）信号でＦＥＴを駆動制御し、電動機を正逆の方向に所望の電動機電流で駆動するように構成されたものは知られている。
【０００３】
図７に従来の電動機駆動装置のブロック構成図を示す。
図７において電動機駆動装置５１は、制御手段５２、電動機駆動手段５３とで構成される。
制御手段５２は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、目標電流信号設定手段５６、駆動制御手段５７とを備える。
【０００４】
目標電流信号設定手段５６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め設定したセンサ信号Ｓｉを入力するとセンサ信号Ｓｉに対応した値と目標電流信号ＩMSとの対応データを記憶しておき、センサ信号Ｓｉの入力した値に基づいて対応する目標電流信号ＩMSが読み出され、駆動制御手段５７に供給される。
【０００５】
駆動制御手段５７は、目標電流信号ＩMSにＰＩＤ制御を施すＰＩＤ（比例・積分・微分）コントローラと、ＰＩＤ制御を施された信号に基づいて１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFを発生するスイッチング信号発生器、ＰＷＭ信号ＶPWMを発生するＰＷＭ発生器等を備え、ＰＩＤ信号に対応したデューティサイクルのＰＷＭ信号ＶPWMと、オン信号ＶONおよびオフ信号ＶOFの混成信号を、電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）として電動機駆動手段５３に供給する。
【０００６】
電動機駆動手段５３には、制御手段５２から１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFおよび１系統ＰＷＭ信号ＶPWMとの混成信号としての電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）が電動機駆動手段５３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４に供給される。
【０００７】
例えば、電動機５５を正回転するには、電動機駆動手段５３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１のゲートＧ１にオン信号Ｖ0N、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWMがそれぞれ供給され、Ｑ１はオン設定、Ｑ２およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩM+が電源１２Ｖ→Ｑ１→電動機５５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ電動機５５は正回転する。
【０００８】
また、一方、電動機５５を逆回転するには、電動機駆動手段５３のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ２のゲートＧ２にオン信号ＶON、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ２はオン設定、Ｑ１およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩM−が電源１２Ｖ→Ｑ２→電動機５５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５５は逆回転する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動機駆動装置を自動車に搭載される電動機の駆動装置として用いる場合には、自動車電装用品の増加に伴い電流の使用が増加して充分な電力を得られないという課題がある。
また、大きな推力を得るために電動機に大電流を流すと、大電流による電圧降下と、電動機の逆起電力により充分な推力が得られないという課題がある。
さらに、大きな推力を得るために電動機に供給する電圧を高くすると小電流のコントロールが必要になりコントロールが難しいという課題がある。
【００１０】
この発明はこのような課題を解決するためなされたもので、その目的は第一の電源を供給する第一のブリッジ回路と、第二の電源を供給する第二のブリッジ回路のそれぞれの電源電圧の状態、または電動機駆動電流の状態によって電動機を切り替えて駆動することにより大電流による推力の増加と、小電流の細かいコントロールができ電動機の効率が上がり、またそれぞれのブリッジ回路の電源電圧の状態によって、第一の電源および第二の電源を切り替えて電動機を駆動するので装置の信頼性が向上する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためこの発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動するので、共用のブリッジ回路の制御で二つのブリッジ回路を切り替えて駆動することができる。
【００１３】
また、この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので、第二の電源電圧の電圧降下が大きい時には、第一の電源と第一のブリッジ回路で電動機を駆動することができる。
【００１５】
さらに、この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので効率のよい制御ができる。
【００１７】
また、この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたので、電源電圧が変化しても同じ電動機電流を流すことができる。
【００１９】
さらに、この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したことを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したので、一方の電源の使用中に他方の電源への電流の逆流を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は電動機を駆動する電動機駆動手段を第一の電源を供給する第一のブリッジ回路と、第二の電源を供給する第二のブリッジ回路を電源電圧の状態、または、負荷電流の状態によって切り替えて使用することにより、大電流による推力の増加と、小電流の細かいコントロールとによって電動機を駆動するので、電動機の効率が上がり、また電源電圧の状態によって、第一の電源および第二の電源を切り替えて駆動する。
【００２２】
図１はこの発明に係る電動機駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した実施の形態全体構成図である。
図１において、パワーステアリング装置１１は、ステアリングホイール２８に一体的に設けられたステアリング軸１２に自在継ぎ手１３ａ、１３ｂを備えた連結軸１３を介し、ステアリング・ギアボックス１４内に設けたラック＆ピニオン機構１５のピニオン１５ａに連結されて手動操舵力発生手段１６を構成する。
【００２３】
ピニオン１５ａに噛み合うラック歯１７ａを備え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸１７は、その両端にタイロッド１８を介して転動輪としての左右の前輪１９を連結する。
【００２４】
このようにして、ステアリングホイール２８操舵時には通常のラック＆ピニオン式の手動操舵力発生手段１６を介し、マニュアルステアリングで前輪１９を転動させて車両の向きを変える。
【００２５】
手動操舵力発生手段１６による操舵力を軽減するため、操舵補助力を供給する電動機５をラック軸１７と同軸的に配設し、ラック軸１７と同軸に設けられたボールねじ機構２１を介して推力に変換し、ラック軸１７（ボールねじ軸２１ａ）に作用する。
【００２６】
ステアリング・ギアボックス１４内にはドライバの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵トルクセンサ２２を配置し、操舵トルクセンサ２２が検出した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵トルク信号Ｔｓを制御手段２に提供する。
また、車速センサ２４は車両の速度に対応した周波数の電気的なパルス信号として検出し、車速信号Ｖｓを制御手段２に提供する。
【００２７】
制御手段２は、車速信号Ｖｓに応動した操舵トルク信号Ｔｓに対応する電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を発生して電動機駆動手段３を駆動制御する。
【００２８】
また、制御手段２は、電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0を帰還して常に電動機電流ＩMが目標値となるように電動機制御信号Ｖ0を電動機駆動手段３に出力する。
【００２９】
電動機駆動手段３は、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子６個を用いた二つのブリッジ回路で構成され、制御手段２から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号Ｖ0で、２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動制御することにより、電動機５に供給する電動機電圧の電圧値と回転方向を設定する。
【００３０】
電動機電流検出手段４は、電動機５に直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩM0を制御手段２に供給する。
【００３１】
図２はこの発明に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動装置の実施の形態要部ブロック図である。
図２において、電動パワーステアリング装置１１は、制御手段２と、電動機駆動手段３と、電動機電流検出手段４とで構成する。
【００３２】
制御手段２は、マイクロプロセッサを基本に各種演算手段、処理手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、目標電流信号設定手段６、偏差演算手段２０、駆動制御手段７、切替制御手段８とを備える。
【００３３】
目標電流信号設定手段６は、ＲＯＭ等のメモリを備え、予め設定した車速信号Ｖｓをパラメータとした操舵トルク信号Ｔｓと目標電流信号ＩMSの対応データを記憶しておき、車速センサ２４が検出した車速信号Ｖｓおよび操舵トルクセンサ２２が検出した操舵トルク信号Ｔｓに基づいて対応する目標電流信号ＩMSが読み出され、偏差演算手段２０に供給する。
【００３４】
偏差演算手段２０は、減算機能を備え、目標電流信号ＩMSと電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0の偏差を演算し、偏差信号ΔＩ（＝ＩMS−ＩM0）を駆動制御手段７に供給する。
【００３５】
駆動制御手段７は、ＰＷＭ信号ＶPWMを発生するＰＷＭ発生器、１系統オン信号ＶONおよび２系統のオフ信号ＶOFを発生するスイッチング信号発生器、乗算器等を備え、車両始動後に偏差演算手段２０から供給される目標電流信号ＩMSと電動機電流信号ＩMOの偏差信号ΔＩ（＝ＩMS−ＩM0）にＰＩＤ制御を施し、ＰＩＤ信号ＩPIDに対応したデューティサイクルのＰＷＭ信号ＶPWMと、オン信号ＶONおよびオフ信号ＶOFの混成信号を、電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）として切替制御手段８に供給する。
【００３６】
切替制御手段８は、ブリッジ切替信号Ｊを入力すると、ブリッジ切替信号Ｊの電圧値または電流値に基づいて第一のブリッジ回路または、第二のブリッジ回路を駆動するように切り替える切替手段により、同時入力の電動機制御信号Ｖ0（ＶPWM、ＶON、ＶOF）を電動機制御信号Ｖ01または、電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００３７】
ブリッジ切替信号Ｊは、電動機駆動手段３の第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）または、電動機電流信号ＩM0の信号である。
【００３８】
電動機駆動手段３は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子６個を用いた二つのブリッジ回路で構成され、ＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４とで第一のブリッジ回路を形成し、また、ＦＥＴＱ５、Ｑ６、Ｑ３、Ｑ４とで第二のブリッジ回路を形成している。
【００３９】
第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）には、逆流防止ダイオード９のアノードが接続され、逆流防止ダイオード９のカソードには、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のドレインが接続されている。
また、ＦＥＴＱ１、Ｑ２のソースは、第一のブリッジ回路を形成するＱ３、Ｑ４のドレインに接続し、このＱ３、Ｑ４のソースはグランドに接続される。
【００４０】
さらに、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）には、逆流防止ダイオード１０のアノードが接続され、逆流防止ダイオード１０のカソードには、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のドレインが接続されている。
また、ＦＥＴＱ５、Ｑ６のソースは、第一のブリッジ回路を形成するＱ３、Ｑ４のドレインに接続し、このＱ３、Ｑ４は第二のブリッジ回路と共用される。
また、このＦＥＴＱ１および、Ｑ５のソースおよびＱ３のドレインと、Ｑ２のソースおよびＱ６のソースおよびＱ４のドレインとの間に電動機５が接続されている。
【００４１】
さらに、電動機駆動手段３は、制御手段２から提供されるスイッチオン／オフ信号およびＰＷＭ信号からなる電動機制御信号Ｖ0で、２個をペアとした二対のＦＥＴのそれぞれのペアを駆動することにより、電動機５に供給する電動機電圧ＶMの電圧値と方向を設定する。
なお、電動機電圧ＶMの方向は、制御手段２から出力される電動機制御信号Ｖ0の極性に対応して決定される。
【００４２】
たとえば、電動機５を第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）を供給する第一のブリッジ回路を駆動して正回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１のゲートＧ１にオン信号ＶON、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ１はオン設定、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ６およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）→Ｑ１→電動機５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は正回転する。
【００４３】
また、電動機５を第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）を供給する第二のブリッジ回路を駆動して正回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ５のゲートＧ５にオン信号ＶON、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ５はオン設定、Ｑ６、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３はオフ設定、Ｑ４はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）→Ｑ５→電動機５→Ｑ４→グランド（接地）の経路で流れ、電動機５は正回転する。
【００４４】
一方、電動機５を第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）を供給する第一のブリッジ回路を駆動して逆回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ２のゲートＧ２にオン信号ＶON、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶON、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ６のゲートＧ６にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ２はオン設定、Ｑ１、Ｑ５、Ｑ６およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）→Ｑ２→電動機５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は逆回転する。
【００４５】
さらに、電動機５を第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）を供給する第二のブリッジ回路を駆動して逆回転するようにするには、電動機駆動手段３のスイッチング素子を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ６のゲートＧ６にオン信号ＶON、Ｑ５のゲートＧ５にオフ信号ＶOF、Ｑ４のゲートＧ４にオフ信号ＶOF、Ｑ３のゲートＧ３にＰＷＭ信号ＶPWM、Ｑ１のゲートＧ１にオフ信号ＶOF、Ｑ２のゲートＧ２にオフ信号ＶOFがそれぞれ供給され、Ｑ６はオン設定、Ｑ５、Ｑ１、Ｑ２およびＱ４はオフ設定、Ｑ３はＰＷＭ信号ＶPWMのデューティサイクルで決定されるオン／オフに設定され、電動機電流ＩMが第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）→Ｑ６→電動機５→Ｑ３→グランド（接地）の経路で流れ電動機５は逆回転する。
【００４６】
電動機駆動手段３の第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）と第二のブリッジ回路との間に接続されるダイオード９は、Ｑ１，Ｑ２のソース−ドレイン間に図示しないダイオードのソースがアノード、ドレインがカソードの方向で形成されているのでＱ１，Ｑ２がオフ状態でも第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）からの逆電流が流れ、この第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）からの電流の流入を防止するために接続する。
【００４７】
さらに、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）と第二のブリッジ回路との間に接続されるダイオード１０は、Ｑ５，Ｑ６のソース−ドレイン間に図示しないダイオードのソースがアノード、ドレインがカソードの方向で形成されているのでＱ５，Ｑ６がオフ状態でも第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）の電圧が降下して第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より低くなった時に、第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）からの逆電流が流れ、この第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）からの電流の流入を防止するために接続する。
【００４８】
また、電動機電流検出手段４は、オペレーショナルアンプおよび電流検出抵抗からなる差動増幅器で構成され、電動機５と直列に接続された電流検知素子（例えば、抵抗器）を流れる電動機電流ＩMの電圧降下を差動増幅し、増幅した出力に対応した電動機電流信号ＩM0が制御手段２にフィードバック（負帰還）し、ステアリングの制御系の帰還路を形成する。
【００４９】
図３はこの発明に係る切替制御手段の形態要部ブロック図である。
図３において切替制御手段２８は、Ａ／Ｄコンバータ、オペアンプ、メモリ、演算手段等で構成し、電源電圧検出手段３５、デューティ比係数発生手段３６、切替手段４０、乗算器３７，３８とを備える。
【００５０】
電源電圧検出手段３５は、Ａ／Ｄコンバータ、比較器、ＲＯＭ等のメモリで構成し、電動機駆動手段３の二つのブリッジ回路に供給される第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）に基づいてそれぞれの電源電圧を検出し、検出した電圧値をディジタル電圧に変換し、第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）および第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）のうち電動機の駆動に使用する電源の検出電圧信号Ｖｄをデューティ比係数発生手段３６に供給する。
【００５１】
また、電源電圧検出手段３５は、比較器で第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高いかどうかを比較する。
このときの第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高い定常状態の時は、降下信号ＨｎをＨレベルで切替手段４０に供給する。
また、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）の電流負荷が増大して電圧が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より低くなると、降下信号ＨｎをＬレベルで切替手段４０に供給する。
【００５２】
デューティ比係数発生手段３６は、メモリ、演算回路で構成し、予め電源電圧に対する例えば１０Ｖから２５Ｖまでの電源に対する係数が記憶され、電源電圧検出手段３５からの検出電圧信号Ｖｄを入力すると１２Ｖで係数が１になり、２４Ｖで係数が０．５になるような電圧に反比例した発生係数信号Ｋｄを発生し、それぞれ乗算器３７，３８に出力する。
【００５３】
図４は発生係数信号Ｋｄと検出電圧信号Ｖｄとの関係を表すグラフである。
図４において縦軸に発生係数信号Ｋｄを設定し、横軸に検出電圧信号Ｖｄを設定すると、検出電圧信号Ｖｄが１２Ｖの時に発生係数信号Ｋｄは１になり、検出電圧信号Ｖｄが２４Ｖの時に発生係数信号Ｋｄは０．５になり、その間の検出電圧信号Ｖｄの時は、反比例した値の発生係数信号Ｋｄを出力する。
【００５４】
切替手段４０は、ソフト制御のスイッチ機能を有し、電源電圧検出手段３５からのＨレベルの切替信号Ｈｎに基づいて駆動制御手段７から入力されている電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を制御信号Ｖ02側に切り替えて、第二のブリッジ回路に供給する。
また、電源電圧検出手段３５からのＬレベルの切替信号Ｈｎに基づいて駆動制御手段７から入力されている電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）を制御信号Ｖ01側に切り替えて第一のブリッジ回路に供給する。
すなわち、第二の電源電圧Ｅ02（２４Ｖ）が第一の電源電圧Ｅ01（１２Ｖ）より高い定常状態の時は、第二のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ02を電動機駆動手段３に供給する。
【００５５】
乗算器３７は、切替手段４０が１の状態にあるとき、出力されている電動機制御信号Ｖ0とデューティ比係数発生手段３６からの発生係数信号Ｋｄとを乗算し、乗算結果を電動機制御信号Ｖ01として電動機駆動手段３に供給する。
また、乗算器３８は、切替手段４０が２の状態にあるとき、出力されている電動機制御信号Ｖ0とデューティ比係数発生手段３６からの発生係数信号Ｋｄとを乗算し、乗算結果を電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００５６】
図５はこの発明に係る別実施例の切替制御手段の形態要部ブロック図である。
図５において切替制御手段４４は、電流比較手段３９、係数発生手段４１、乗算器４２、切替手段４３で構成される。
電流比較手段３９は、電動機電流検出手段４からの電動機電流信号ＩM0を入力すると、予め設定してある所定値に基づいて、たとえば、所定値より大きい電動機電流信号ＩM0を検出したときは、比較信号ＨｍをＨレベルで切替手段４３に供給し、第二のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ02を電動機駆動手段３に供給する。
【００５７】
また、電流比較手段３９は、予め設定してある所定値より小さい電動機電流信号ＩM0を検出しているときは、比較信号ＨｍをＬレベルで切替手段４３に供給し、第一のブリッジ回路を駆動するように電動機制御信号Ｖ01を電動機駆動手段３に供給する。
なお、前記所定値は、第一ブリッジ回路を例えば９０％デューティで駆動した時に流れる電動機電流値に相当する値に設定する。
【００５８】
切替手段４３は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍがＬレベルで供給されると、切替手段４３は、１の状態になり、電動機制御信号Ｖ0をそのまま電動機制御信号Ｖ01として電動機駆動手段３に供給する。
また、切替手段４３は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍがＨレベルで供給されると、２の状態に切り替わり、電動機制御信号Ｖ0を乗算器４２に供給する。
【００５９】
係数発生手段４１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリで構成し、一定の定数たとえば０．５をメモリから出力し、乗算器４２に供給している。
乗算器４２は、電流比較手段３９からの比較信号ＨｍのＨレベルによって切替手段４３が２の状態に切替えられると、２の状態の出力すなわち、電動機制御信号Ｖ0に係数発生手段４１からの係数信号Ｈｑ（例えば定数０．５）を乗算し、電動機制御信号Ｖ02として電動機駆動手段３に供給する。
【００６０】
なお、乗算器４２で乗算するのは、電動機制御信号Ｖ0（オン信号、オフ信号およびＰＷＭ信号の混成信号）と定数とであるが、この場合オン信号、オフ信号はそのままでＰＷＭ信号のみに乗算をして、ＶPWMのデューティを変えている。
【００６１】
図６に第一のブリッジ回路または第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号Ｖ0の特性図を示す。
図６の（ａ）は、第一のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの特性図であり図６の（ｂ）は、第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの特性図である。
なお、図６は、第一の電源電圧は１２Ｖ、第二の電源電圧が２４Ｖの場合の特性図を示す。
図６にあるように第一のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの信号は第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号ＶPWMの信号と比べてデューティ比が倍になっている。
第二の電源電圧が２４Ｖの時は、電圧に反比例して第一の電源電圧が１２Ｖの時のデューティの半分になる。
【００６２】
このように、電動機駆動装置１は、第二のブリッジ回路使用中に第二の電源電圧が所定値より降下すると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替えることができ、また、電動機電流の大きさにより、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替えることができる。
【００６３】
なお、変更実施例として切替手段４０，４３を１デューティサイクル毎に切り替えて第一のブリッジ回路と第二のブリッジ回路を１デューティサイクル毎に駆動するよう制御することも可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る電動機駆動装置の電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、制御手段からの制御信号に基づいて電動機を駆動するので共用のブリッジ回路の制御で二つのブリッジ回路を切り替えて使用することができる。
【００６５】
また、この発明に係る制御手段は、第二のブリッジ回路の駆動中に第二の電源の電圧値が所定値以下になると、第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので第二の電源の電圧降下が大きい時に供給電源を切り替えられ、常に最適の電力が供給できる。
【００６６】
さらに、この発明に係る制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、第二のブリッジ回路の駆動または第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたので効率のよい駆動ができ大きな推力が得られる。
【００６７】
また、この発明に係る切替制御手段は、電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ比係数発生手段を備えたので電源電圧が変化しても電源電圧に合せたＰＷＭ制御をすることができる。
【００６８】
さらに、この発明に係る電動機駆動手段は、第一の電源と第一のブリッジ回路および第二の電源と第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したので一方の電源の使用中に他方の電源への電流の逆流を防止でき装置の信頼性が向上する。
【００６９】
よって、大きな推力が得られ効率がよく信頼性に優れた電動機駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電動機駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した実施の形態全体構成図
【図２】この発明に係る電動パワーステアリング装置の電動機駆動装置の実施の形態要部ブロック構成図
【図３】この発明に係る切替制御手段の要部ブロック構成図
【図４】発生係数信号Ｋｄと検出電圧信号Ｖｄとの関係を表すグラフ
【図５】この発明に係る切替制御手段の要部ブロック構成図
【図６】この発明に係る第一のブリッジ回路または第二のブリッジ回路に供給する電動機制御信号Ｖｏの特性図
【図７】従来の電動機駆動装置のブロック構成図
【符号の説明】
１…電動機駆動装置、２…制御手段、３…電動機駆動手段、４…電動機電流検出手段、５…電動機、６…目標電流信号設定手段、７…駆動制御手段、８，２８，４４…切替制御手段、９，１０…逆流防止ダイオード、２０…偏差演算手段、３５…電源電圧検出手段、３６…デューティ比係数発生手段、３７，３８，４２…乗算器、３９…電流比較手段、４０，４３…切替手段、４１…係数発生手段。
Claims (5)
- 電動機を制御する制御手段と、電動機を駆動する電動機駆動手段と、からなる電動機駆動装置において、
前記電動機駆動手段は、第一の電源とグランド（接地）との間に接続された第一のブリッジ回路と、第二の電源とグランド（接地）との間に接続された第二のブリッジ回路と、前記ブリッジ回路で駆動される電動機で構成し、前記第一のブリッジ回路がグランド（接地）に接続される二つのＦＥＴは、前記第二のブリッジ回路のグランド側のＦＥＴと共用し、前記制御手段の制御信号に基づいて電動機を駆動することを特徴とする電動機駆動装置。 - 前記第一の電源および前記第二の電源の電圧値を検出する電源電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記第二のブリッジ回路の駆動中に前記第二の電源の電圧値が所定値以下になると、前記第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
- 電動機の駆動電流値を検出する電動機電流検出手段を備え、前記制御手段は、電動機電流検出手段で検出した駆動電流値により、前記第二のブリッジ回路の駆動または前記第一のブリッジ回路の駆動に切り替える切替制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
- 前記切替制御手段は、前記電源電圧検出手段で検出した電圧値に反比例した係数信号を発生するデューティ係数発生手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の電動機駆動装置。
- 前記電動機駆動手段は、前記第一の電源と前記第一のブリッジ回路および前記第二の電源と前記第二のブリッジ回路との間に逆流防止用のダイオードを挿入したことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
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