(57)【要約】【課題】コンデンサの容量を抑制して電力変換装置を小型化する。【解決手段】電力変換装置の一態様は、電源からの電力を変換し、ｎ相（ｎは３以上の整数）の互いに無結線な巻線を有するモータに供給する電力変換装置であって、上記巻線の一端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータと、上記一端に対する他端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータと、を備え、上記第１インバータおよび上記第２インバータにおける各相のスイッチ素子が、相同士で互いに同じ周期でスイッチングを行うと共に、相同士で互いに異なるタイミングでオンとなる。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を変換し、ｎ相（ｎは３以上の整数）の互いに無結線な巻線を有するモータに供給する電力変換装置であって、
前記巻線の一端に接続される、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータと、
前記一端に対する他端に接続される、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータと、を備え、
前記第１インバータおよび前記第２インバータにおける各相のスイッチ素子が、相同士で互いに同じ周期でスイッチングを行うと共に、相同士で互いに異なるタイミングでオンとなる電力変換装置。
【請求項２】
前記第１インバータは第１電源に接続され、
前記第２インバータは、前記第１電源とは独立の第２電源に接続され、
前記第１電源と並列に前記第１インバータに接続される第１コンデンサと、
前記第２電源と並列に前記第２インバータに接続される第２コンデンサと、
を備える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１インバータおよび前記第２インバータにおける各相のスイッチ素子が相同士で互いに同じ周期でスイッチングを行うと共に、当該周期がｎ分割された各タイミングでオンとなる請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１インバータおよび前記第２インバータにおける各相のスイッチ素子が相同士で互いに同じ周期でＰＷＭ制御によるスイッチングを行うと共に、相同士で互いに異なるタイミングでオンとなる請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ制御でオン状態の比率が変化する場合、スイッチングオフのタイミングが変化し、スイッチングオンのタイミングは固定である請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、
を備える駆動装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
を備えるパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの巻線の両端にインバータが接続され、２つのインバータでモータが駆動される駆動システムが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１では、第１インバータ部は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの一端と第１電力供給源との間に接続される。また、第２インバータ部は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの他端と第２電力供給源との間に接続される。また、第１電力供給源からＳＷ素子へ供給される電流を平滑化する平滑コンデンサが第１電力供給源と並列に接続され、第２電力供給源からＳＷ素子へ供給される電流を平滑化する平滑コンデンサが第２電力供給源と並列に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンデンサは素子の中でも体積が大きいため、基板設計としては小さい方が好ましい。しかし、従来は、コンデンサの容量に着目して電力変換装置や駆動システムの小型化を図る提案はなかった。
そこで、本発明は、コンデンサの容量を抑制して電力変換装置を小型化することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電力変換装置の一態様は、電源からの電力を変換し、ｎ相（ｎは３以上の整数）の互いに無結線な巻線を有するモータに供給する電力変換装置であって、上記巻線の一端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータと、上記一端に対する他端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータと、を備え、上記第１インバータおよび上記第２インバータにおける各相のスイッチ素子が、相同士で互いに同じ周期でスイッチングを行うと共に、相同士で互いに異なるタイミングでオンとなる。
また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、を備える。
【０００７】
また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コンデンサの容量を抑制して電力変換装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニットの回路構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、モータの各相の各コイルに流れる電流値の一例を示す図である。
【図３】図３は、ＰＷＭ制御の下でのスイッチング動作における電圧印加の状態を示す図である。
【図４】図４は、ＰＷＭ制御の下でのスイッチング動作における印加停止の状態を示す図である。
【図５】図５は、ＰＷＭ信号を示す図である。
【図６】図６は、比較例の各相におけるスイッチングのタイミングを示す図である。
【図７】図７は、比較例のコンデンサにおける充電量の変化を示す図である。
【図８】図８は、本実施形態の各相におけるスイッチングのタイミングを示す図である。
【図９】図９は、本実施形態のコンデンサにおける充電量の変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
【００１１】
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線（「コイル」と表記する場合がある。）を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
（モータ駆動ユニット１０００の回路構成）
図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の回路構成を模式的に示す図である。
モータ駆動ユニット１０００は、インバータ１０１、１０２、モータ２００および制御回路３００を備える。
【００１２】
本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００を説明する。モータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動装置の一例に相当する。ただし、モータ駆動ユニット１０００は、構成要素としてモータ２００が省かれた、モータ２００を駆動するための装置であってもよい。モータ２００が省かれたモータ駆動ユニット１０００は、本発明の電力変換装置の一例に相当する。
【００１３】
モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを有し、各コイルは互いに無結線である。コイルの巻き方は、例えば集中巻きまたは分布巻きである。
【００１４】
モータ駆動ユニット１０００は電源４１０、４２０に接続される。本実施形態では、電源として、第１インバータ１０１用の電源４１０と、第２インバータ１０２用の電源４２０が用いられる。即ち、第１インバータ１０１は第１の電源４１０に接続され、第２インバータ１０２は、第１の電源４１０とは独立の第２の電源４２０に接続される。
【００１５】
電源４１０、４２０は所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源４１０、４２０として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源４１０、４２０は、ＡＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。図１では、一例として、第１インバータ１０１用の電源４１０および第２インバータ１０２用の電源４２０が示されるが、モータ駆動ユニット１０００は、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２に共通の電源に接続されてもよい。また、モータ駆動ユニット１０００は、内部に電源を備えていてもよい。
【００１６】
モータ駆動ユニット１０００はコンデンサ１０５、１０６を備える。コンデンサ１０５、１０６は、いわゆる平滑コンデンサであり、モータ２００で発生する環流電流を吸収することで電源電圧を安定化させてトルクリップルを抑制する。コンデンサ１０５、１０６は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。二つのコンデンサ１０５、１０６のうち第１のコンデンサ１０５は、第１インバータ１０１用の電源４１０と並列に第１インバータ１０１に接続される。二つのコンデンサ１０５、１０６のうち第２のコンデンサ１０６は、第２インバータ１０２用の電源４２０と並列に第２インバータ１０２に接続される。
【００１７】
モータ駆動ユニット１０００は、２つのインバータ１０１、１０２によって、電源４１０、４２０からの電力をモータ２００に供給する電力に変換することが可能である。例えば、モータ駆動ユニット１０００は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。
【００１８】
２つのインバータ１０１、１０２のうち第１インバータ１０１は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続され、第２インバータ１０２は、モータ２００のコイルの他端２２０に接続される。即ち、モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続される、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータ１０１と、一端２１０対する他端２２０に接続される、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータ１０２とを備える。
【００１９】
また、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２は、３個のレグを有するブリッジ回路を備え、各レグは、モータ２００のコイルと電源端とに接続された３つのハイサイドスイッチ素子と、モータ２００のコイルとグランド端とに接続された３つのローサイドスイッチ素子とを備える。
【００２０】
具体的には、Ｕ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｕ相のハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１６Ｌが接続される。Ｖ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｖ相のハイサイドスイッチ素子１１４Ｈ、１１７Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１４Ｌ、１１７Ｌが接続される。Ｗ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｗ相のハイサイドスイッチ素子１１５Ｈ、１１８Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１５Ｌ、１１８Ｌが接続される。スイッチ素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴなど）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。なお、スイッチ素子がＩＧＢＴである場合には、スイッチ素子と逆並列にダイオード（フリーホイール）が接続される。
【００２１】
各相について、コイルの一端２１０および他端２２０に接続されたハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子によってＨブリッジが構成される。つまり、モータ駆動ユニット１０００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３つのＨブリッジを備える。モータ駆動ユニット１０００は、これら３つのＨブリッジによって、互いに無結線なＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルそれぞれに対して個別に電力を供給することができる。
【００２２】
制御回路３００は、例えばパワーステアリング装置の制御用コンピュータなどといった外部装置からモータ２００の目標トルクなどが入力される。制御回路３００は、図示を省略した角度センサや電流センサなどで検出されるモータ２００の出力情報と、上記目標トルクなどに基づいて目標電流値を設定し、インバータ１０１、１０２によるモータ２００の駆動を制御する。具体的には、制御回路３００は、インバータ１０１、１０２に備えられた各スイッチ素子におけるオンオフ動作をＰＷＭ制御する。
なお、制御回路としては、２つのインバータ１０１、１０２について個別に対応した２つの制御回路が備えられてもよい。
図２は、モータ２００の各相の各コイルに流れる電流値の一例を示す図である。
【００２３】
図２には、三相通電制御に従って第１インバータ１０１および第２インバータ１０２が制御されたときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルに流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）が例示される。図２の横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。
モータ駆動ユニット１０００は、２つのインバータ１０１、１０２によって正弦波以外の波形を用いてモータ２００を駆動することも可能である。
【００２４】
図２に例示されたような電流波形は、そのような電流波形に応じた波形の電圧がモータ２００に印加されることで生じる。そして、そのような電圧は、第１インバータ１０１のスイッチ素子と第２インバータ１０２のスイッチ素子がＰＷＭ制御によって例えば２０ｋＨｚというような高速でスイッチングすることによって生じる。
図３および図４は、ＰＷＭ制御の下でのスイッチング動作を模式的に示す図であり、図３には電圧印加の状態が示され、図４には印加停止の状態が示される。
【００２５】
図３および図４には、インバータ１０１、１０２が有するレグのうち例えばＵ相のレグが示される。上述したようにＵ相のレグには、第１インバータ１０１側のハイサイドスイッチ素子１１３Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌと、第２インバータ１０２側のハイサイドスイッチ素子１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１６Ｌとが含まれる。
【００２６】
第１インバータ１０１側のハイサイドスイッチ素子１１３Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌは、同時にオン状態とはならず、一方がオン状態となる場合には他方はオフ状態になる。第２インバータ１０２側のハイサイドスイッチ素子１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１６Ｌも同様に、同時にオン状態とはならない。
【００２７】
モータ２００の巻線に電圧が印加される場合には、２つのインバータ１０１、１０２の一方（図３の場合は第２インバータ１０２）でハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈがオン状態となり、他方（図３の場合は第１インバータ１０１）でローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１６Ｌがオン状態となる。この結果、当該一方側から当該他方側へと図３中の矢印のように電流が流れることになる。
【００２８】
印加停止時には、全てのスイッチ素子がオフ状態となる。オフ状態となった直後には、２つのコンデンサ１０５、１０６の一方（図４の場合は第１のコンデンサ１０５）にモータ２００からの環流電流が、図４中の矢印のように流れてコンデンサに吸収される。この、環流電流はモータ２００のトルクには寄与しない。なお、印加停止時におけるスイッチ素子の制御としては、図４に示すように２つのインバータ１０１、１０２の双方でオフ状態となる制御の他に、２つのインバータ１０１、１０２の片側のみでオフ状態となる制御も採用可能である。
【００２９】
２つのインバータ１０１、１０２では、図３に示す電圧印加の状態と図４に示す印加停止の状態とが高速で繰り返される。インバータ１０１、１０２における電圧印加と印加停止との繰り返しは、制御回路３００によって生成されるＰＷＭ信号に従って実行される。
図５は、ＰＷＭ信号を示す図である。
【００３０】
ＰＷＭ信号は２値のパルス信号であり、電圧印加を表す第１値と印加停止を表す第２値とが交互に生じる。ＰＷＭ信号のパルスは周期Ｔ０で繰り返され、周期Ｔ０は第１値の継続時間Ｔ１と第２値の継続時間Ｔ２とに案分される。
【００３１】
ＰＷＭ信号は上述した様に例えば２０ｋＨｚといった高周波数の信号であるため周期Ｔ０は例えば５０μ秒といった短周期となる。従って、モータ２００に印加される実効的な電圧（実効電圧）は、周期Ｔ０で均された電圧となり、周期Ｔ０と第１値の継続時間Ｔ１との比（デューティー）が電源電圧と実効電圧との比に等しい。実効電圧は、例えば図２に示す電流波形のように変化する電流値に対応して時間変化する電圧である。実効電圧のそのような時間変化は、制御回路３００によってＰＷＭ信号のデューティーが制御されることで実現される。
【００３２】
実効電圧を変化させるためにＰＷＭ信号のデューティーが変化する場合には、制御の容易性などから、スイッチ素子のオンタイミング(即ちＰＷＭ信号の立ち上がりタイミング)は周期Ｔ０に固定される。そして、スイッチ素子のオフタイミング(即ちＰＷＭ信号の立ち下がりタイミング)が変化して、実効電圧に応じた第１値の継続時間Ｔ１が実現される。言い換えると、ＰＷＭ制御でオン状態の比率が変化する場合、スイッチングオフのタイミングが変化し、スイッチングオンのタイミングは固定である。
【００３３】
ここで、図１を再度参照する。各インバータ１０１、１０２には、電源４１０、４２０と並列にコンデンサ１０５、１０６が接続されている。このコンデンサ１０５、１０６は、モータ２００が有するｎ相(ここでは３相)のコイルそれぞれで生じる環流電流を吸収する。即ち、一つのコンデンサがｎ相分の環流電流によって充放電を繰り返すことになる。コンデンサ１０５、１０６の充放電は、ＰＷＭ制御に伴うスイッチングのオフタイミング毎に発生することになる。
【００３４】
コンデンサ１０５、１０６としては、環流電流を吸収するために十分な容量を有するコンデンサが必要となる。また、本実施形態では、２つのインバータ１０１、１０２に対する電源４１０、４２０の独立のため、インバータ１０１、１０２毎のコンデンサ１０５、１０６が必要である。従って、モータ駆動ユニット１０００の小型化にはコンデンサ１０５、１０６の容量抑制が大きく寄与する。
【００３５】
図６および図７は、比較例におけるコンデンサの充放電を示す図であり、図６には各相におけるスイッチングのタイミングが示され、図７にはコンデンサにおける充電量の変化が示される。図６および図７の横軸は時間を表し、図７の縦軸はコンデンサに溜まる電荷量を表す。
【００３６】
比較例では、スイッチング動作においてＵＶＷの相同士でオンタイミングが同一である。図２に示すような電流波形の場合、一般的に相同士で実効電圧は異なるため、電流波形上の多くの時点ではデューティーが相同士で異なる。この結果、多くの時点でオフタイミングは相同士で異なるが、相同士でオンタイミングが同一であるとオフタイミングも相同士で近いタイミングとなることが多い。また、オンタイミングが同一であると、モータの出力が小さい程、オフタイミング同士は近接する。その結果、各相で発生した環流電流は、互いに近いタイミングでコンデンサに流れ込む。図７に示すように、コンデンサは、充電時に環流電流を急速に吸収し、その後は徐々に放電する。このため、オフタイミングが相同士で近いタイミングであると、放電が進む前に各相の環流電流による充電が次々と重なることになり、コンデンサの容量としては大きな容量Ｃ１が必要となる。この結果、大型のコンデンサが必要となってモータ駆動ユニット１０００の小型化が妨げられる。
なお、図７に示すような充電の重なりが常に生じなくても、例えば図２に示すような電流波形上の特定の位相で繰り返し生じることが想定される場合などには、瞬間的な最大充電量に対応するため、コンデンサとしては大きな容量Ｃ１のコンデンサが求められる。
【００３７】
このような比較例に対し、本実施形態では、スイッチング動作においてＵＶＷの相同士でオンタイミングが異なっている。即ち、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２における各相のスイッチ素子が、相同士で互いに同じ周期でスイッチングを行うと共に、相同士で互いに異なるタイミングでオンとなる。ここで、「異なるタイミングでオンとなる」とは、オフ状態のスイッチがオン状態に切り替わるタイミングが異なるという意味である。スイッチングの制御としては、オフ状態が基準となってオン状態の長さやタイミングが制御されてもよいし、オン状態が基準となってオフ状態の長さやタイミングが制御されてもよい。
本実施形態では、このスイッチングはＰＷＭ制御によるスイッチングであるが、ＰＷＭ制御以外のスイッチングについて適用されてもよい。また、オンタイミングが異なるスイッチング動作は、モータ２００のコイルが相同士で無結線であるために実現可能となる。相同士で無結線であると、各相における電流が連動しないからである。
【００３８】
図８および図９は、本実施形態におけるコンデンサの充放電を示す図であり、図８には各相におけるスイッチングのタイミングが示され、図９にはコンデンサにおける充電量の変化が示される。図８および図９の横軸は時間を表し、図９の縦軸はコンデンサに溜まる電荷量を表す。
【００３９】
図８に示すように、本実施形態では、スイッチング動作の周期は各相とも周期Ｔ０となるがオンタイミングは相同士で異なっている。具体的には、周期Ｔ０がｎ分割(ｎは相の数であり、ここでは３分割)された各タイミングでオンとなる。ここでｎ分割は、ｎ等分の分割でなくてもよいが、３分割の場合であれば相同士で周期Ｔ０の例えば３０％以上のタイミング差を生じる３分割であることが望ましい。このような分割タイミングで各相のスイッチ素子がオンすることにより、スイッチオフのタイミングが相同士で十分に離れることになる。また、オンタイミングが相同士で異なっていると、モータの出力が小さい程、オフタイミング同士は離間する。
【００４０】
スイッチオフのタイミングが相同士で十分に離れると、図９に示すように、コンデンサに対する環流電流の流入(即ち充電)は、相同士で十分に間隔が開いて相毎の単発の充電となるので、十分に放電が進んでから次の充電が生じることになる。この結果、コンデンサに溜まる電荷の最大値が抑制されるので、コンデンサ１０５、１０６としては小さな容量Ｃ２を有する小型のコンデンサで済み、モータ駆動ユニット１０００の小型化(即ち電力変換装置および駆動装置の小型化）に寄与する。
（パワーステアリング装置の実施形態）
【００４１】
自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備える。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。
【００４２】
上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図１０は、本実施形態による電動パワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。
電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
【００４３】
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。
【００４４】
また、ステアリング系５２０は、例えば、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。
【００４５】
ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
【００４６】
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
【００４７】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力供給装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
【００４８】
ＥＣＵ５４２としては、例えば図１などに示された制御回路３００が用いられる。また、電力供給装置５４５としては、例えば図１などに示されたインバータ１０１、１０２が用いられる。また、モータ５４３としては、例えば図１などに示されたモータ２００が用いられる。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５は、一般的に「機電一体型モータ」と称されるユニットを構成してもよい。
【００４９】
図１０に示された各要素のうち、ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５を除いた要素で構成された機構は、モータ５４３によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。
【００５０】
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。
【００５１】
パワーステアリング装置２０００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類される。図１０には、ピニオンアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示される。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等にも適用される。
【００５２】
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をＰＷＭ制御することができる。
【００５３】
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサ（図示省略）によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
【００５４】
パワーステアリング装置２０００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。また、上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００が利用されることにより、パワーステアリング装置２０００内の省スペース化が図られる。
【００５５】
なお、ここでは、本発明の電力変換装置、駆動装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の電力変換装置、駆動装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。
【００５６】
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５７】
１０１、１０２    ：インバータ
１０５、１０６    ：コンデンサ
２００    ：モータ
３００    ：制御回路
４１０、４２０    ：電源
１０００    ：モータ駆動ユニット
２０００    ：パワーステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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