JP5263510B2 - モータ回路及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、交流モータとその交流モータを駆動するモータ駆動制御回路とを備えたモータ回路及び、そのモータ回路を有し、交流モータによってハンドルの操舵を補助する電動パワーステアリング装置に関する。
この種の電動パワーステアリング装置は、異常により、操舵アシスト用の交流モータを駆動することができない場合には、ハンドルの操舵により交流モータが連れ回りして発電機として機能し、例えば、車両のバッテリが充電される。このときの操舵抵抗には、可動部の摩擦抵抗に加えて、運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するための抵抗(以下、「発電抵抗」という)が含まれる。これに対し、モータ駆動制御回路と交流モータとの間を接続した複数の給電ラインにスイッチを備えたものが知られている。この電動パワーステアリング装置では、異常発生時に、スイッチをオフしてモータ駆動制御回路を交流モータから切り離すことで操舵抵抗から発電抵抗を排除し、異常時における操舵抵抗の低減を図っていた(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−306720号公報(段落[0024]、第2図)
ところで、上述した従来の電動パワーステアリング装置では、交流モータの相巻線が所謂、スター結線(Y結線)であったので、給電ラインに備えた全てのスイッチをオフすることで、交流モータの相巻線を含む通電可能な閉回路が存在しなくなり、操舵抵抗を低減することが可能であった。しかしながら、交流モータの相巻線が環状結線(デルタ結線)されていた場合には、給電ラインの全てのスイッチをオフしても、環状結線された相巻線が閉回路を構成したままであり、そこに循環電流が発生するため、異常時の操舵抵抗を十分に低減することができなかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、相巻線が環状結線された交流モータを備えたモータ回路において、異常発生時に、相巻線を一部に含む閉回路の形成を防止することが可能なモータ回路及び、そのモータ回路を備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係るモータ回路(40,19)は、第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)を有した交流モータ(19)と、交流モータ(19)に3相交流を付与するための第1相〜第3相の交流給電ライン(42U,42V,42W)を備えたモータ駆動制御回路(40)と、モータ駆動制御回路(40)に設けられて3相交流を出力不能な異常時にモータ駆動制御回路(40)と交流モータ(19)との間を断絶するための相開放用MOSFET(51,53)とを備えたモータ回路(40,19)において、第1相の交流給電ライン(42U)を1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)に分岐して、それら1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)の間に第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)を直列接続すると共に、それら相巻線(191,192,193)の直列接続回路(190)における相巻線同士の共通接続部分(19V,19W)に第2相と第3相の交流給電ライン(42V,42W)を順次接続することで第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)をデルタ結線し、相開放用MOSFET(51,53)を、1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)と第2相及び第3相の交流給電ライン(42V,42W)のそれぞれの途中に設けると共に、それら全ての相開放用MOSFET(51,53)の寄生ダイオード(51D,53D)を交流モータ(19)に対して同じ向きに配置したところに特徴を有する。
請求項2の発明に係るモータ回路(40,19)は、第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)を有した交流モータ(19)と、交流モータ(19)に3相交流を付与するための第1相〜第3相の交流給電ライン(42U,42V,42W)を備えたモータ駆動制御回路(40)と、モータ駆動制御回路(40)に設けられて3相交流を出力不能な異常時にモータ駆動制御回路(40)と交流モータ(19)との間を断絶するための相開放用メカニカルスイッチ(59)とを備えたモータ回路(40,19)において、第1相の交流給電ライン(42U)を1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)に分岐して、それら1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)の間に第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)を直列接続すると共に、それら相巻線(191,192,193)の直列接続回路(190)における相巻線同士の共通接続部分(19V,19W)に第2相と第3相の交流給電ライン(42V,42W)を順次接続することで第1相〜第3相の相巻線(191,192,193)をデルタ結線し、相開放用メカニカルスイッチ(59)を、一方の分岐給電ライン(42U1)と第2相及び第3相の交流給電ライン(42V,42W)のそれぞれの途中に設けたところに特徴を有する。
請求項3の発明に係るモータ回路(40,19)は、第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を有した交流モータ(19)と、交流モータ(19)にn相交流を付与するための第1相〜第n相の交流給電ライン(42U,42V,42W,42X,42Y)を備えたモータ駆動制御回路(40)と、n相交流を出力不能な異常時にモータ駆動制御回路(40)と交流モータ(19)との間を断絶するための相開放用MOSFET(51,53)とを備えたモータ回路(40,19)において、第1相の交流給電ライン(42U)を1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)に分岐して、それら1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)の間に第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を直列接続すると共に、それら相巻線の直列接続回路(190)における相巻線同士の共通接続部分(19V,19W,19X,19Y)に第2相〜第n相の交流給電ライン(42V,42W,42X,42Y)を順次接続することで第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を環状結線し、相開放用MOSFET(51,53)を、1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)と第2相〜第n相の交流給電ライン(42V,42W,42X,42Y)のそれぞれの途中に設けると共に、それら全ての相開放用MOSFET(51,53)の寄生ダイオード(51D,53D)を交流モータ(19)に対して同じ向きに配置したところに特徴を有する。
請求項4の発明に係るモータ回路(40,19)は、第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を有した交流モータ(19)と、交流モータ(19)にn相交流を付与するための第1相〜第n相の交流給電ライン(42U,42V,42W,42X,42Y)を備えたモータ駆動制御回路(40)と、n相交流を出力不能な異常時にモータ駆動制御回路(40)と交流モータ(19)との間を断絶するための相開放用メカニカルスイッチ(59)とを備えたモータ回路(40,19)において、第1相の交流給電ライン(42U)を1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)に分岐して、それら1対の分岐給電ライン(42U1,42U2)の間に第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を直列接続すると共に、それら相巻線(191,192,193,194,195)の直列接続回路(190)における相巻線同士の共通接続部分(19V,19W,19X,19Y)に第2相〜第n相の交流給電ライン(42V,42W,42X,42Y)を順次接続することで第1相〜第n相の相巻線(191,192,193,194,195)を環状結線し、相開放用メカニカルスイッチ(59)を、一方の分岐給電ライン(42U1)と第2相〜第n相の交流給電ライン(42V,42W,42X,42Y)のそれぞれの途中に設けたところに特徴を有する。
請求項5の発明は、請求項1又は3に記載のモータ回路(40,19)において、モータ駆動制御回路(40)は、異常発生時に相開放用MOSFET(51,53)のドレイン−ソース間に電流が流れている場合には、そのドレイン−ソース間の電流が所定の基準値(K1)以下になるときを待って相開放用MOSFET(51,53)をオフするところに特徴を有する。
請求項6の発明は、請求項5に記載のモータ回路(40,19)において、一方の分岐給電ライン(42U2)と、第1相の交流給電ライン(42U)以外の他の各交流給電ライン(42V,42W,42X,42Y)とに電流センサ(29U,29V,29W,29X,29Y)をそれぞれ設け、モータ駆動制御回路(40)は、電流センサ(29U,29V,29W,29X,29Y)の検出結果に基づいて、各相開放用MOSFET(51,53)のドレイン−ソース間の電流が所定の基準値(K1)以下であるか否かを判別するところに特徴を有する。
請求項7の発明に係る電動パワーステアリング装置(11)は、請求項1乃至6の何れかに記載のモータ回路(40,19)を有し、交流モータ(19)を駆動源として備えたところに特徴を有する。
[請求項1の発明]
請求項1のモータ回路では、第1相の交流給電ラインを分岐してなる1対の分岐給電ラインの間に、交流モータの第1相〜第3相の相巻線を直列接続すると共に、相巻線同士の共通接続部分に、第2相と第3相の交流給電ラインを順次接続することで、第1相〜第3相の相巻線がデルタ結線されている。
そして、1対の分岐給電ラインと、第2相及び第3相の交流給電ラインのそれぞれの途中に、相開放用MOSFETを設け、それら全ての相開放用MOSFETの寄生ダイオードを交流モータに対して同じ向きになるように配置したので、全ての相開放用MOSFETがターンオフしたときに、相巻線を一部に含む通電可能な閉回路が存在しなくなる。これにより、モータ駆動制御回路と交流モータとの間を確実に切り離して、交流モータの発電抵抗を無くすことができると共に、デルタ結線された第1相〜第3相の相巻線における循環電流を防止することができる。
また、相開放用MOSFETは半導体であり、メカニカルスイッチのように異物を噛み込んで作動しなくなることがないので、異常時にモータ駆動回路と交流モータとの間及び、第1相の相巻線と第3相の相巻線との間を確実に切り離すことができる。
[請求項2の発明]
請求項2のモータ回路では、第1相の交流給電ラインを分岐してなる1対の分岐給電ラインの間に、交流モータの第1相〜第3相の相巻線を直列接続すると共に、相巻線同士の共通接続部分に、第2相と第3相の交流給電ラインを順次接続することで、第1相〜第3相の相巻線がデルタ結線されている。
そして、一方の分岐給電ラインと、第2相及び第3相の交流給電ラインのそれぞれの途中に、相開放用メカニカルスイッチを設けたので、全ての相開放用メカニカルスイッチがターンオフしたときに、相巻線を一部に含んだ通電可能な閉回路が存在しなくなる。これにより、モータ駆動制御回路と交流モータとの間を確実に切り離して、交流モータの発電抵抗を無くすことができると共に、デルタ結線された第1相〜第3相の相巻線における循環電流を防止することができる。
[請求項3の発明]
請求項3のモータ回路では、第1相の交流給電ラインを分岐してなる1対の分岐給電ラインの間に、交流モータの第1相〜第n相の相巻線を直列接続すると共に、相巻線同士の共通接続部分に、第2相〜第n相の交流給電ラインを順次接続することで、第1相〜第n相の相巻線が環状結線されている。
そして、1対の分岐給電ラインと、第2相〜第n相の交流給電ラインのそれぞれの途中に、相開放用MOSFETを設け、それら全ての相開放用MOSFETの寄生ダイオードを交流モータに対して同じ向きになるように配置したので、全ての相開放用MOSFETがターンオフしたときに、相巻線を一部に含む通電可能な閉回路が存在しなくなる。これにより、モータ駆動制御回路と交流モータとの間を確実に切り離して、交流モータの発電抵抗を無くすことができると共に、環状結線された第1相〜第n相の相巻線における循環電流を防止することができる。
また、相開放用MOSFETは半導体であり、メカニカルスイッチのように異物を噛み込んで作動しなくなることがないので、異常時にモータ駆動回路と交流モータとの間及び、第1相の相巻線と第n相の相巻線との間を確実に切り離すことができる。
[請求項4の発明]
請求項4のモータ回路では、第1相の交流給電ラインを分岐してなる1対の分岐給電ラインの間に、交流モータの第1相〜第n相の相巻線を直列接続すると共に、相巻線同士の共通接続部分に、第2相〜第n相の交流給電ラインを順次接続することで、第1相〜第n相の相巻線が環状結線されている。
そして、一方の分岐給電ラインと、第2相〜第n相の交流給電ラインのそれぞれの途中に、相開放用メカニカルスイッチを設けたので、全ての相開放用メカニカルスイッチがターンオフしたときに、相巻線を一部に含んだ通電可能な閉回路が存在しなくなる。これにより、モータ駆動制御回路と交流モータとの間を確実に切り離して、交流モータの発電抵抗を無くすことができると共に、環状結線された第1相〜第n相の相巻線における循環電流を防止することができる。
[請求項5の発明]
請求項5の発明によれば、モータ駆動制御回路は、異常発生時に相開放用MOSFETのドレイン−ソース間に電流が流れている場合には、相開放用MOSFETを即座にターンオフするのではなく、ドレイン−ソース間の電流が所定の基準値以下になるときを待って、相開放用MOSFETを順次ターンオフして、全ての相開放用MOSFETをターンオフする。よって、相開放用MOSFETをターンオフしたときにスパイク電圧は発生しない。これにより、スパイク電圧に耐え得る高価なMOSFETを使用する必要がなくなり、コスト低減が図られる。
[請求項6の発明]
請求項6の構成では、電流センサの検出結果に基づいて各給電ラインの各相開放用MOSFETがターンオフ可能な状態であるか否か、即ち、相開放用MOSFETのドレイン−ソース間の電流が所定の基準値以下であるか否かを判別することができる。
[請求項7の発明]
請求項7の電動パワーステアリング装置によれば、異常時におけるハンドルの操舵抵抗を確実に低減させることができる。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1には、電動パワーステアリング装置11を搭載した車両10が示されている。この電動パワーステアリング装置11は、車両10の左右方向に延びた転舵輪間シャフト13を備え、その転舵輪間シャフト13が、車両本体10Hに固定された筒形ハウジング15の内部に挿通されている。また、転舵輪間シャフト13の両端部は、タイロッド14,14を介して各転舵輪12,12に連結されている。
電動パワーステアリング装置11は、交流モータ19(詳細には3相交流モータ。以下、単に「モータ19」という)を駆動源として備えている。モータ19のステータ20は筒形ハウジング15内に固定され、ロータ21の中空部分を転舵輪間シャフト13が貫通している。そして、ロータ21の内面に固定されたボールナット22と、転舵輪間シャフト13の外面に形成されたボールネジ部23とが螺合し、ロータ21が回転するとボールネジ部23が直動する。また、モータ19には、ロータ21の回転位置θ2を検出するための回転位置センサ25が備えられている。
図1に示すように、転舵輪間シャフト13の一端部側にはラック24が形成され、操舵シャフト16の下端部に備えたピニオン18がこのラック24に噛合している。また、操舵シャフト16の上端部には、ハンドル17が取り付けられていると共に、操舵シャフト16の中間部には、トルクセンサ27と舵角センサ26とが取り付けられている。また、転舵輪12の近傍には、その回転速度から車速Vを検出するための車速センサ28が設けられている。
上記モータ19を駆動制御するために操舵制御装置40(具体的には、ECU)が車両10に搭載されている。操舵制御装置40は、図2に示すように、モータ駆動回路43とモータ制御回路44とを備えてなり、イグニッションスイッチ94のオンにより、バッテリ92に導通接続されて起動する。モータ19と操舵制御装置40との間は、図示しないコネクタにて接続されている。ここで、操舵制御装置40は、本発明の「モータ駆動制御回路」に相当し、操舵制御装置40とモータ19とによって本発明に係る「モータ回路」が構成されている。
モータ制御回路44は、図示しないCPU及びメモリを備え、そのメモリに記憶されたプログラムを実行して、以下説明する、スイッチ群UH,UL,VH,・・・をオンオフ制御する。
モータ駆動回路43は、バッテリ92に接続された昇圧回路93の正極と負極(GND)との間に、U、V、Wの相回路43U,43V,43Wを備えた三相ブリッジ回路になっている。そのU相回路43Uには、上段側のスイッチUH、下段側のスイッチULとが直列接続して備えられ、それら両スイッチUH,ULの共通接続点から給電ライン42Uが延びている。U相の給電ライン42Uは1対の分岐給電ライン42U1,42U2に分岐しており、それら1対の分岐給電ライン42U1,42U2の間に、モータ19の第1〜第3相の相巻線191,192,193が直列接続されている。つまり、第1〜第3相の相巻線191,192,193は、所謂、デルタ結線されている。ここで、U相の給電ライン42Uは、本発明に係る「第1相の交流給電ライン」に相当する。以下、1対の分岐給電ライン42U1,42U2を区別する場合には、それぞれ「第1の分岐給電ライン42U1」、「第2の分岐給電ライン42U2」という。
V相回路43Vには、上段側のスイッチVH及び下段側のスイッチVLが備えられかつそれらの共通接続点から給電ライン42Vが延びている。V相の給電ライン42Vは、第1〜第3相の相巻線191,192,193の直列接続回路190のうち、第1相の相巻線191と第2相の相巻線192との共通接続部分19Vに接続されている。
W相回路43Wには、上段側のスイッチWH及び下段側のスイッチWLが備えられかつそれらの共通接続点から給電ライン42Wが延びている。W相の給電ライン42Wは、第1〜第3相の相巻線191,192,193の直列接続回路190のうち、第2相の相巻線192と第3相の相巻線193との共通接続部分19Wに接続されている。なお、V相及びW相の給電ライン42V,42Wは、本発明に係る「第2相の交流給電ライン」及び「第3相の交流給電ライン」に相当する。
また、モータ駆動回路43のスイッチ群UH,UL,VH,・・・は、例えば、Nチャンネル型のMOSFETで構成され、それらMOSFETのゲートがモータ制御回路44に接続されている。さらに、第2の分岐給電ライン42U2と、V相及びW相の給電ライン42V,42Wのそれぞれの途中には、電流センサ29U,29V,29W(例えば、ホール素子)が設けられている。
モータ制御回路44は、図示しないメモリに記憶された操舵制御プログラム(図示せず)を繰り返して実行し、車速センサ28、舵角センサ26、回転位置センサ25及びトルクセンサ27の各検出結果(V,θ1,θ2,Tf)に基づいて、モータ電流指令値(q軸電流指令値)を決定する。そして、モータ電流指令値に応じたU,V,W相の電流Iu,Iv,Iwを、回転位置センサ25の検出結果に基づいて決定し、それらU,V,W相の電流Iu,Iv,Iwがモータ駆動回路43の給電ライン42U,42V,42Wに通電されるように、モータ駆動回路43のスイッチ群UH,UL,VH,・・・をオンオフ制御する。
具体的には、モータ駆動回路43のスイッチ群UH,UL,VH,・・・は、上段側のスイッチUH,VH,WHのうち何れか1つがオンしかつ下段側のスイッチUL,VL,WLのうち何れか2つがオンしたパターンと、上段側のスイッチUH,VH,WHのうち何れか2つがオンしかつ下段側のスイッチUL,VL,WLのうち何れか1つがオンしたパターンとがある。その一例として、図3(A)のモータ駆動回路43における破線矢印は、例えばモータ駆動回路43のうち上段側ではU相のスイッチUHのみがオンしかつ下段側ではV相、W相のスイッチVL,WLのみがオンした場合の電流の流れを示している。この場合、U相の給電ライン42Uを流れる電流Iuが、分岐給電ライン42U1,42U2に別れて流れ、それら分岐給電ライン42U1,42U2を流れる電流Iu1,Iu2が、モータ19の第1相及び第3相の相巻線191,193にそれぞれ流れ込み、V相の給電ライン42V及びW相の給電ライン42Wから、下段側のスイッチVL,WLへと流れる。
なお、給電ライン42V,42Wに流れるV,W相の電流Iv,Iwは、電流センサ29V,29Wによって検出され、その検出結果からU相の給電ライン42Uに流れる電流Iuが演算される。そして、これら検出結果に基づいてモータ制御回路44により、U,V,W相の電流Iv,Iu,Iwがフィードバック制御される。
ところで、モータ制御回路44は、例えば、スイッチ群UH,UL,VH,・・・や各種センサ25〜28等の異常発生時には、モータ駆動回路43における全てのスイッチ群UH,UL,VH,・・・をオフする。このとき、モータ19のインダクタンス(第1相〜第3相の相巻線191,192,193)に蓄えられていた電力が放出されて、モータ駆動回路43及びモータ19に回生電流が流れる。具体的には、上述した図3(A)の破線矢印で示したU,V,W相の電流Iu,Iv,Iwが流れた後に、全てのスイッチ群UH,UL,VH,・・・がオフ状態になると、図3(B)の破線矢印で示した回生電流が流れる。即ち、その回生電流は、U相の下段側のスイッチULの寄生ダイオードを通ってU相回路43Uの下段側から給電ライン42Uへと流れ込み、その電流がモータ19の第1及び第3の相巻線191,193に分かれ、モータ19から給電ライン42V,42Wを通り、さらに、給電ライン42Vの上段側のスイッチVHと、給電ライン42Wの上段側のスイッチWHの寄生ダイオードとを通って、昇圧回路93側に流れる。
また、スイッチ群UH,UL,VH,・・・のオフ時にハンドル17が操舵されると、1対の分岐給電ライン42U1,42U2によってデルタ結線された第1相〜第3相の相巻線191,192,193には、循環電流が流れ得る。循環電流の原因は、各相巻線191,192,193間における巻線抵抗の差が大きいこと、ロータ磁石の着磁のアンバランス、ロータ21とステータ20との芯出し不良、ステータ20の内周面の真円度不良、モータ19の温度が不均一になることによる巻線抵抗や磁石特性の変化などが挙げられる。
これに対し、本実施形態では、異常発生時に、上記した回生電流や循環電流が流れるのを防止するために、モータ駆動回路43のうち、1対の分岐給電ライン42U1,42U2の途中と、V相及びW相の給電ライン42V,42Wの途中には、それぞれ本発明に係る相開放用MOSFET51,53が設けられている。
相開放用MOSFET51,53は、例えば、Nチャンネル型のMOSFETであり、全ての相開放用MOSFET51,53の寄生ダイオード51D,53Dが、モータ19に対して同じ向きに配置されている。具体的には、図2に示すように、相開放用MOSFET51,53のドレインがモータ19側に、ソースがモータ駆動回路43側にそれぞれ接続され、寄生ダイオード51D,53Dには、モータ19へと流れ込む電流のみが通電可能な配置になっている。なお、相開放用MOSFET51,53のゲートはモータ制御回路44に接続されている。
これら4個の相開放用MOSFET51,53は、イグニッションスイッチ94のオンと共にモータ制御回路44からゲート電圧を受けてオン状態に保持される。これにより、各給電ライン42U,42V,42Wとモータ19との間で電流を通電することが可能になる。また、イグニッションスイッチ94がターンオフされると全ての相開放用MOSFET51,53もターンオフされる。これに対し、各種センサ25〜28や、モータ駆動回路43のスイッチ素子UH,UL,VH,・・・等の異常時には、イグニッションスイッチ94がオン状態であっても、所定のタイミングで相開放用MOSFET51,53にモータ制御回路44からゲート電圧が付与されなくなり、全ての相開放用MOSFET51,53がターンオフされる。
具体的には、モータ制御回路44は、異常が発生した際には、図4に示した給電緊急停止プログラムPG1を割り込み実行する。この給電緊急停止プログラムPG1の構成については、次述する本実施形態の作用効果の説明と併せて行う。
本実施形態の構成に関する説明は以上である。次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の操舵制御装置40では、通常、車両10の走行中は、モータ駆動回路43で生成したU,V,W相の電流Iu,Iv,Iwからなる3相交流電流をモータ19に通電することでモータ19を駆動し、操舵を補助する。また、操舵制御装置40は、異常が発生した際には、図4に示した給電緊急停止プログラムPG1を割り込み実行する。この給電緊急停止プログラムPG1が実行されると、まず、モータ駆動回路43におけるU,V,Wの相回路43U,43V,43Wのスイッチ群UH,UL,VH,・・・を全てオフする(S10)。
しかしながら、モータ駆動回路43を停止した後でも、例えば、上記した回生電流や循環電流が、給電ライン42U(分岐給電ライン42U1,42U2),42V,42Wに流れている場合がある。このためモータ駆動回路43による給電停止と同時に、分岐給電ライン42U1,42U2や給電ライン42V,42Wに備えた相開放用MOSFET51,53をターンオフするとスパイク電圧が発生して、相開放用MOSFET51,53が破損することが起こり得る。
そこで、給電緊急停止プログラムPG1では、スイッチ群UH,UL,VH,・・・を全てオフ(S10)した後、相開放用MOSFET51,53が設けられた分岐給電ライン42U1,42U2及び給電ライン42V,42Wが、通電中であるか否かを電流センサ29U,29V,29Wの検出結果に基づいて判別する。より具体的には、例えば、V相の給電ライン42Vを流れる電流Ivの実効値が、所定の基準値K1以下になって実質的に「0」になっているか否かを判別する(S11)。V相の電流Ivの絶対値が所定の基準値K1以下になったときには(S11:YES)、V相の給電ライン42Vにおける相開放用MOSFET53をターンオフする(S12)。
一方、V相の電流Ivの絶対値が基準値K1以下でなかった場合には(S11:NO)、給電ライン42Vの相開放用MOSFET53をターンオフせずに、W相の給電ライン42Wに流れる電流Iwの絶対値が、所定の基準値K1以下になって実質的に「0」になっているか否かを判別する(S13)。W相の電流Iwの絶対値が所定の基準値K1以下になったときには(S13:YES)、W相の給電ライン42Wにおける相開放用MOSFET53をターンオフする(S14)。
一方、W相の電流Iwの絶対値が基準値K1以下でなかった場合には(S13:NO)、給電ライン42Wの相開放用MOSFET53をターンオフせずに、第2の分岐給電ライン42U2に流れる電流Iu2の絶対値が、所定の基準値K1以下になって実質的に「0」になっているか否かを判別する(S15)。第2の分岐給電ライン42U2の電流Iu2の絶対値が所定の基準値K1以下になったときには(S15:YES)、1対の分岐給電ライン42U1,42U2における相開放用MOSFET51,51をターンオフする(S16)。なお、第2の分岐給電ライン42U2の電流Iu2の絶対値が基準値K1以下でなかった場合には(S15:NO)、相開放用MOSFET51,51をターンオフしない。
そして、全ての相開放用MOSFET51,53がターンオフされたか否かを判別する(S17)。1つでもターンオフされていない場合(S17:NO)、上記したステップS11の前に戻り、全ての相開放用MOSFET51,53がターンオフされている場合は(S17:YES)、給電緊急停止プログラムPG1を終える。
つまり、モータ制御回路44が図4に示した給電緊急停止プログラムPG1を実行することで、相開放用MOSFET51,53のドレイン−ソース間に電流が流れている場合には、そのドレイン−ソース間の電流が所定の基準値K1以下になる(0に近づく)のを待って相開放用MOSFET51,53をターンオフする。これにより、ターンオフ時のスパイク電圧が抑えられ、相開放用MOSFET51,53として、スパイク電圧に耐え得る高価なMOSFETを使用する必要がなくなり、コスト低減が図られる。
給電緊急停止プログラムPG1が終了すると、2相の給電ライン42V,42Wと、1対の分岐給電ライン42U1,42U2とが断絶され、モータ19の相巻線191,192,193を一部に含んだ通電可能な閉回路が存在しなくなる。即ち、モータ駆動回路43とモータ19との間を確実に切り離して、モータ19の発電抵抗を無くすことができると共に、デルタ結線された第1相〜第3相の相巻線191,192,193における循環電流を防止することができる。
なお、相開放用MOSFETのオフにより、モータ駆動回路43とモータ19との間を切り離して循環電流を防ぐことが可能な構成としては、例えば、図5(A)に示すように、V相の給電ライン42Vに相開放用MOSFETを設けず、1対の分岐給電ライン42U1,42U2及びW相の給電ライン42Wに、相開放用MOSFET51,53を対をなして設けかつ、それら対をなした相開放用MOSFET51,53の寄生ダイオード51D,53Dが互いに逆向きになるように配したものも考えられるが、この場合、相開放用MOSFETが全部で6個必要になる。
また、例えば、図5(B)に示すように、1対の分岐給電ライン42U1,42U2に備えた相開放用MOSFET51,51と、V相及びW相の給電ライン42V,42Wに設けた相開放用MOSFET53,53とを、それらの寄生ダイオード51D,53Dがモータ19に対して逆向きになるように配しかつ、U相の給電ライン42Uのうち、1対の分岐給電ライン42U1,42U2の分岐部分よりモータ駆動回路43側に、寄生ダイオード51D,51Dとは逆向きの寄生ダイオード52Dを有する相開放用MOSFET52を設けた構成も考えられるが、この場合、相開放用MOSFETが全部で5個必要になる。
これに対し、本実施形態によれば、相開放用MOSFET51,53が、上述の構成よりも少ない4個でよいから、相開放用MOSFETにかかる部品コストを抑えることができる。また、相開放用MOSFETの取り付けに必要なスペースを省スペース化することができる。
上記した本実施形態の作用効果を纏めると以下の通りである。即ち、本実施形態では、モータ19とモータ駆動回路43との間を確実に切り離して、モータ19の発電抵抗を排除することができると共に、デルタ結線された相巻線191,192,193における循環電流を防止することができる。これにより、異常時におけるハンドル17の操舵抵抗を確実に低減させることができる。また、相開放用MOSFET51,53は半導体素子であり、メカニカルスイッチのように異物を噛み込んで作動しなくなるような事態を防ぐことができるから、異常時にモータ駆動回路43とモータ19との間及び、デルタ結線された第1相〜第3相の相巻線191,192,193のうち、第1相の相巻線191と第3の相巻線193との間を確実に切り離すことができる。また、異常発生時に相開放用MOSFET51,53に流れる電流が所定の基準値K1以下になるのを待って相開放用MOSFET51,53をターンオフするので、スパイク電圧が発生しなくなる。これにより、相開放用MOSFET51,53として、スパイク電圧に耐え得る高価なMOSFETを使用する必要がなくなり、コスト低減が図られる。
[第2実施形態]
本実施形態は、図6に示されており、モータ駆動回路43における2つの給電ライン42V,42Wと第1の分岐給電ライン42U1とに、それぞれ1つずつ相開放用メカニカルスイッチ59(以下、単に、「メカスイッチ59」という)を設けた構造になっている。メカスイッチ59は、イグニッションスイッチ94のオンと共にモータ制御回路44から電圧を受けてオン状態に保持される。これにより、メカスイッチ59を有しない第2の分岐給電ライン42U2と同様に各給電ライン42V,42W及び第1の分岐給電ライン42U1にも電流を通電することが可能になる。また、イグニッションスイッチ94がターンオフされるとメカスイッチ59もターンオフされ、電流の通電を双方向で遮断する。これに対し、異常時には、イグニッションスイッチ94がオン状態であっても、メカスイッチ59にモータ制御回路44から電圧が付与されなくなり、全てのメカスイッチ59がターンオフされる。
全てのメカスイッチ59がターンオフされると、モータ19の相巻線191,192,193を一部に含んだ通電可能な閉回路が存在しなくなる。即ち、モータ駆動回路43とモータ19との間が確実に切り離されて、モータ19の発電抵抗を排除することができると共に、モータ19の相巻線191,192,193における循環電流を防止することができ、異常時におけるハンドル17の操舵抵抗を低減させることができる。
その他の構成に関しては、第1実施形態と同様であるので、重複部分に関しては第1実施形態と同一符号を付して重複した説明は省略する。このように、本実施形態の構成によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)前記第1及び第2実施形態では、ボールネジ機構で筒型のモータ19と転舵輪間シャフト13とを連結した所謂ラック電動パワーステアリング装置に本発明を適用した例を示したが、ラックアンドピニオン機構でモータを転舵輪間シャフトに連結したピニオン電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよいし、ステアリングシャフトの途中にモータをギヤ連結したコラム電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。
(2)前記第1実施形態の相開放用MOSFET51,53は、Nチャンネル型のMOSFETであったが、Pチャンネル型のMOSFETであってもよい。
(3)前記第1及び第2実施形態の電流センサ29U,29V,29Wは、ホール素子であったがシャント抵抗やカレントトランスであってもよい。また、電流センサ29V,29Wを配置する場所は、各相の電流Iv,Iwをそれぞれ検出可能であれば、給電ライン42V,42Wに限定されるものではなく、例えばV,Wの各相回路43V,43WにおけるGND側に配置してもよい。また、電流センサ29Uは、第1の分岐給電ライン42U1の途中に配置してもよい。
(5)前記第1実施形態では、相開放用MOSFET51,53を、その寄生ダイオード51D,53Dがモータ19へと流れ込む電流のみが通電可能な配置としていたが、モータ19に対して同じ向きであればよく、モータ19から流れ出す電流のみが通電可能な配置にしてもよい。
(6)前記第1及び第2実施形態では、1対の分岐給電ラインがU相の給電ライン42Uから分岐していたが、V相の給電ライン42V又はW相の給電ライン42Wから分岐させてもよい。
(7)前記第1及び第2実施形態では、モータ19の相巻線数を3つとしていたが、相巻線数が2つ又は4つ以上であってもよい。例えば、図7に示すように、5つの相巻線191〜195を第1相の給電ラインとしてのU相の給電ライン42Uから分岐した1対の分岐給電ライン42U1,42U2の間に直列接続しすることで、5つの相巻線191〜195を環状結線したモータ19に、相開放用MOSFET51,53を設ける場合には、同図(A)に示すように1対の分岐給電ライン42U1,42U2と、第2相〜第5相の給電ラインとしてのV,W,X,Y相の各給電ライン42V,42V,42W,42X,42Yのそれぞれの途中に設ければよい。
また、メカスイッチ59を設ける場合は、同図(B)に示すように1対の分岐給電ライン42U1,42U2の一方(例えば、第1の分岐給電ライン42U1)と、V,W,X,Y相の各給電ライン42V,42V,42W,42X,42Yのそれぞれの途中に設けておけばよい。
そして、何れの相開放用素子を用いた場合も、1対の分岐給電ライン42U1,42U2の一方(例えば、第2の分岐給電ライン42U2)と、V,W,X,Y相の各給電ライン42V,42V,42W,42X,42Yのそれぞれの途中に電流センサ29U,29V,29W,29X,29Yを設けておけばよい。
(8)前記実施形態では、分岐給電ライン42U1,42U2に備えた相開放用MOSFET51又はメカスイッチ59を、操舵制御装置40に配していたが、モータ19を、例えば、図示しないモータハウジングにモータ駆動回路43が収容された所謂、機電一体形のモータとして、相開放用MOSFET51又はメカスイッチ59を、その機電一体形のモータ内に配してもよい。
(9)前記第2実施形態において、異常時にメカスイッチ59をターンオフする場合に、給電緊急停止プログラムPG1に基づいて各メカスイッチ59を順次ターンオフするようにしてもよい。このようにすれば、ターンオフ時のアーク放電を防止することができ、接点の劣化を防ぐことができる。
本発明の第1実施形態に係る操舵制御装置を搭載した車両の概念図 操舵制御装置の回路図 モータ駆動回路とモータとの結線を示した回路図 給電緊急停止プログラムのフローチャート 相開放用MOSFETの配置例を示した回路図 第2実施形態の操舵制御装置を示した回路図 変形例に係る給電ラインとモータの相巻線途の結線を示した回路図
符号の説明
11 電動パワーステアリング装置
19 交流モータ
19V,19W,19X,19Y 共通接続部分
29U,29V,29W,29X,29Y 電流センサ
40 操舵制御装置(モータ駆動制御回路)
42U1,42U2 分岐給電ライン
42V,42V,42W,42X,42Y 給電ライン(交流給電ライン)
51,52,53 相開放用MOSFET
51D,52D,53D 寄生ダイオード
59 相開放用メカニカルスイッチ
190 直列接続回路
191,192,193,194,195 相巻線
K1 所定の基準値
PG1 給電緊急停止プログラム

Claims (7)

  1. 第1相〜第3相の相巻線を有した交流モータと、前記交流モータに3相交流を付与するための第1相〜第3相の交流給電ラインを備えたモータ駆動制御回路と、前記モータ駆動制御回路に設けられて前記3相交流を出力不能な異常時に前記モータ駆動制御回路と前記交流モータとの間を断絶するための相開放用MOSFETとを備えたモータ回路において、
    前記第1相の交流給電ラインを1対の分岐給電ラインに分岐して、それら1対の分岐給電ラインの間に前記第1相〜第3相の相巻線を直列接続すると共に、それら相巻線の直列接続回路における相巻線同士の共通接続部分に前記第2相と前記第3相の交流給電ラインを順次接続することで前記第1相〜第3相の相巻線をデルタ結線し、
    前記相開放用MOSFETを、前記1対の分岐給電ラインと前記第2相及び前記第3相の交流給電ラインのそれぞれの途中に設けると共に、それら全ての相開放用MOSFETの寄生ダイオードを前記交流モータに対して同じ向きに配置したことを特徴とするモータ回路。
  2. 第1相〜第3相の相巻線を有した交流モータと、前記交流モータに3相交流を付与するための第1相〜第3相の交流給電ラインを備えたモータ駆動制御回路と、前記モータ駆動制御回路に設けられて前記3相交流を出力不能な異常時に前記モータ駆動制御回路と前記交流モータとの間を断絶するための相開放用メカニカルスイッチとを備えたモータ回路において、
    前記第1相の交流給電ラインを1対の分岐給電ラインに分岐して、それら1対の分岐給電ラインの間に前記第1相〜第3相の相巻線を直列接続すると共に、それら相巻線の直列接続回路における相巻線同士の共通接続部分に前記第2相と前記第3相の交流給電ラインを順次接続することで前記第1相〜第3相の相巻線をデルタ結線し、
    前記相開放用メカニカルスイッチを、一方の前記分岐給電ラインと前記第2相及び前記第3相の交流給電ラインのそれぞれの途中に設けたことを特徴とするモータ回路。
  3. 第1相〜第n相の相巻線を有した交流モータと、前記交流モータにn相交流を付与するための第1相〜第n相の交流給電ラインを備えたモータ駆動制御回路と、前記n相交流を出力不能な異常時に前記モータ駆動制御回路と前記交流モータとの間を断絶するための相開放用MOSFETとを備えたモータ回路において、
    前記第1相の交流給電ラインを1対の分岐給電ラインに分岐して、それら1対の分岐給電ラインの間に前記第1相〜第n相の相巻線を直列接続すると共に、それら相巻線の直列接続回路における相巻線同士の共通接続部分に前記第2相〜第n相の交流給電ラインを順次接続することで前記第1相〜第n相の相巻線を環状結線し、
    前記相開放用MOSFETを、前記1対の分岐給電ラインと前記第2相〜前記第n相の交流給電ラインのそれぞれの途中に設けると共に、それら全ての相開放用MOSFETの寄生ダイオードを前記交流モータに対して同じ向きに配置したことを特徴とするモータ回路。
  4. 第1相〜第n相の相巻線を有した交流モータと、前記交流モータにn相交流を付与するための第1相〜第n相の交流給電ラインを備えたモータ駆動制御回路と、前記n相交流を出力不能な異常時に前記モータ駆動制御回路と前記交流モータとの間を断絶するための相開放用メカニカルスイッチとを備えたモータ回路において、
    前記第1相の交流給電ラインを1対の分岐給電ラインに分岐して、それら1対の分岐給電ラインの間に前記第1相〜第n相の相巻線を直列接続すると共に、それら相巻線の直列接続回路における相巻線同士の共通接続部分に前記第2相〜第n相の交流給電ラインを順次接続することで前記第1相〜第n相の相巻線を環状結線し、
    前記相開放用メカニカルスイッチを、一方の前記分岐給電ラインと前記第2相〜第n相の交流給電ラインのそれぞれの途中に設けたことを特徴とするモータ回路。
  5. 前記モータ駆動制御回路は、前記異常発生時に前記相開放用MOSFETのドレイン−ソース間に電流が流れている場合には、そのドレイン−ソース間の電流が所定の基準値以下になるときを待って前記相開放用MOSFETをオフすることを特徴とする請求項1又は3に記載のモータ回路。
  6. 一方の前記分岐給電ラインと、前記第1相の交流給電ライン以外の他の前記各交流給電ラインとに電流センサをそれぞれ設け、
    前記モータ駆動制御回路は、前記電流センサの検出結果に基づいて、前記各相開放用MOSFETのドレイン−ソース間の電流が前記所定の基準値以下であるか否かを判別することを特徴とする請求項5に記載のモータ回路。
  7. 請求項1乃至6の何れかに記載のモータ回路を有し、前記交流モータを駆動源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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