JP7070420B2 - 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
(実施形態1)
〔1.1.電力変換装置100の構造〕
図1は、本実施形態による電力変換装置100の回路構成を模式的に示す。
図3は、電力変換装置100を有するモータ駆動ユニット400の典型的なブロック構成を模式的に示す。
〔1.3.モータ駆動ユニット400の動作〕
以下、モータ駆動ユニット400の動作の具体例を説明し、主として電力変換装置100の動作の具体例を説明する。
<第1動作モード>
モータ200が低速で駆動しているとき、第1インバータ120において、切替回路110と第1インバータ120との接続ノードN1(図1を参照)に各相の巻線の中性点が構成される。本願明細書では、あるノードが中性点として機能することを、「中性点が構成される」と表現することとする。電力変換装置100は、第2インバータ130および中性点を用いて電力変換を行うことによってモータ200を駆動することができる。
モータ200が高速で駆動しているとき、電力変換装置100は、第1および第2インバータ120、130の両方を用いて電力変換を行うことによってモータ200を駆動することができる。
図10から図12Bを参照しながら、本実施形態による電力変換装置100Aを説明する。
〔2.1.電力変換装置100Aの構造〕
本実施形態による電力変換装置100Aは、第2インバータ130用の切替回路110をさらに有している点で、実施形態1による電力変換装置100とは異なる。以下、実施形態1と本実施形態との間の差異点を中心に説明する。
〔2.2.モータ駆動ユニット400の動作〕
以下、本実施形態によるモータ駆動ユニット400の動作の具体例を説明し、主として電力変換装置100Aの動作の具体例を説明する。
<第3動作モード>
モータ200が低速で駆動しているとき、第1動作モード時、制御回路300は、FET111をオフして、FET113をオンし、かつ、第1インバータ120中のFET121H、122Hおよび123Hをオンして、FET121L、122Lおよび123Lをオフする。これにより、第1インバータ120において中性点N1がハイサイド側に構成される。電力変換装置100Aは、第1インバータ120の中性点N1および第2インバータ130を用いて電力変換を行うことによってモータ200を駆動する。
(実施形態3)
本実施形態による電力変換装置100Bは、第1インバータ120用に電源側切替回路およびGND側切替回路を有する点で、実施形態1による電力変換装置100とは異なる。以下、実施形態1による電力変換装置100との差異点を中心に説明する。
〔3.1.電力変換装置100Bの構造〕
図13は、本実施形態による電力変換装置100Bの回路構成を模式的に示す。
〔3.2.モータ駆動ユニット400の動作〕
電力変換装置100Bは、実施形態1による電力変換装置100と同様に、第1および第2動作モードを含む電力変換モードを有する。制御回路300(図3を参照)は、モータ200は低速で駆動していると判定したとき、電力変換モードとして第1動作モードを選択し、モータ200は高速で駆動していると判定したとき、電力変換モードとして第2動作モードを選択する。
(実施形態4)
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を有する。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ECU、モータおよび減速機構などから構成される。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ECUは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
操舵トルクセンサ541は、ステアリングハンドル521によって付与されたステアリング系520の操舵トルクを検出する。ECU542は、操舵トルクセンサ541からの検出信号(以下「トルク信号」と表記する。)に基づいてモータ543を駆動するための駆動信号を生成する。モータ543は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構544を介してステアリング系520の回転軸524に伝達される。減速機構544は例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸524からラックアンドピニオン機構525に伝達される。
Claims (11)
- 電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、
前記モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記第1インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第1スイッチ素子、および、前記第1インバータとグランドとの接続・非接続を切替える第2スイッチ素子の少なくとも1つを有する第1切替回路と、
前記第2インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第3スイッチ素子、または、前記第2インバータと前記グランドとの接続・非接続を切替える第4スイッチ素子を有する第2切替回路と、を有し、
前記モータの低速駆動時、前記第1インバータに構成された前記各相の巻線の第1中性点および前記第2インバータを用いて電力変換を行う第1動作モードと、
前記モータの高速駆動時、前記第1および第2インバータのn相通電制御によって電力変換を行う第2動作モードと、
前記モータの低速駆動時、前記第2インバータに構成された前記各相の巻線の第2中性点および前記第1インバータを用いて電力変換を行う第3動作モードと、を有する電力変換装置。 - 前記モータの低速駆動時、前記第1動作モードによる電力変換と、前記第3動作モードによる電力変換と、を切替える、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は、前記第1スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第1スイッチ素子はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子がオンし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子はオフする、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は、前記第2スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第2スイッチ素子はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のローサイドスイッチング素子がオンし、かつ、前記n個のハイサイドスイッチング素子はオフする、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は前記第1スイッチ素子を有し、前記第2切替回路は前記第3スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第1スイッチ素子はオフして、前記第3スイッチ素子がオンし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子がオンし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子はオフし、
前記第3動作モードでは、前記第1スイッチ素子がオンして、前記第3スイッチ素子はオフし、かつ、前記第2インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子がオンし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子はオフする、請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は前記第1スイッチ素子を有し、前記第2切替回路は前記第4スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第1スイッチ素子はオフして、前記第4スイッチ素子がオンし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子がオンし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子はオフし、
前記第3動作モードでは、前記第1スイッチ素子がオンして、前記第4スイッチ素子はオフし、かつ、前記第2インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子はオフし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子がオンする、請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は前記第2スイッチ素子を有し、前記第2切替回路は前記第4スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第2スイッチ素子はオフして、前記第4スイッチ素子がオンし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子はオフし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子がオンし、
前記第3動作モードでは、前記第2スイッチ素子がオンして、前記第4スイッチ素子はオフし、かつ、前記第2インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子はオフし、かつ、前記n個のローサイドスイッチング素子がオンする、請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグから構成され、
前記第1切替回路は、前記第1および第2スイッチ素子を有し、
前記第1動作モードでは、前記第1および第2スイッチ素子はオフし、かつ、前記第1インバータのブリッジ回路において前記n個のハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子はオンする、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記電源は単一の電源である、請求項1から8のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記モータと、
請求項1から9のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を有するモータ駆動ユニット。 - 請求項10に記載のモータ駆動ユニットを有する電動パワーステアリング装置。
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