(57)【要約】【課題】位相を進ませると共に導通角を変更するためにモータを機械的に変えなくてもよいようにする。【解決手段】ＤＣバスによって給電されるスイッチングインバータにより電力が供給される電動モータを制御する際の、ＥＭＩの放出を低減するための方法において、導通角を制御し、モータの速度を制御するよう、前記インバータによりモータの位相コイルに電力を供給する導通角期間の位相の進み角を制御し、よって、インバータのスイッチング動作の回数を少なくし、ＥＭＩを低減させるステップを含む。【選択図】図６
2008503200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣバスによって給電されるスイッチングインバータにより電力が供給される電動モータを制御する際の、ＥＭＩの放出を低減するための方法において、
導通角を制御し、モータの速度を制御するよう、前記インバータにより、モータの位相コイルに電力を供給する導通角期間の位相の進み角を制御し、よって、インバータのスイッチング動作の回数を少なくして、ＥＭＩを低減するステップを含む方法。
【請求項２】
導通角を制御する前記インバータのスイッチに対するスイッチング時間を測定するためのセンサを、前記モータに設けるステップと、
前記センサの出力信号を受信するステップと、
モータの位相に対し、前記ＤＣバス電圧を結合する前記インバータのスイッチのスイッチオン時間を、前記センサの次の出力信号前のある位相角だけ進め、前記位相の進みを生じさせるステップとを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記位相の進み角を制御する前記ステップは、前記位相角の値だけ、前記導通角を大きくすることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記位相角は、固定された位相角の値と、前記モータの速度を制御するための可変位相角の値とを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記可変位相角は、導通角を増加し、前記固定された位相角は、一時的に導通時間をシフトする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記導通角中に、前記スイッチをパルス幅変調するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
ハーフブリッジ状に配置された、交互に導通する２つのスイッチを設け、各スイッチのスイッチオン時間を、位相角だけ進ませるステップを更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記モータは三相モータであり、３つのハーフブリッジを有し、各ブリッジは、交互に導通する２つのスイッチを有し、１つのスイッチは、高電圧側スイッチと、他方の低電圧側スイッチを備え、更に位相角だけ、各スイッチのスイッチオン時間を進ませるステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記導通角は、１２０°と１８０°との間で変化し、前記可変位相角は、０°と６０°との間で変化する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記固定された位相進み角は、約１５°に等しい、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記スイッチに対するターンオフ時間が、導通角の大きさと無関係に、前記センサの出力の過渡現象と一致するように、前記固定された位相角を生じさせる、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
１００％のデューティサイクルで導通角中に、パルス幅変調するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
モータの速度を変えるために、次の２つのオプション、すなわち、
ａ）導通角中に前記位相角を変え、１００％のデューティサイクルでパルス幅変調を行うオプションと、
ｂ）導通角中に位相角を０とし、パルス幅変調によりデューティサイクルを変えるオプションのいずれかの選択をするステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
１２０°の導通角、および１００％のデューティサイクル未満で所望する速度に達することができる場合、オプションｂ）を選択するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
１２０°の導通角、および１００％のデューティサイクルで、モータによって吸収される電流が所定の限度を超える場合に、オプションｂ）を選択するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
１２０°の導通角、および１００％のデューティサイクルで、所望するモータ速度に達することができず、かつモータが吸収する電流が所定の限度を下回る場合に、オプションａ）を選択するステップを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
制御ステップは、ブラシレス電子モータを制御することを含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータドライブに関し、より詳細には、モータを駆動するために、直流電圧を１つ以上の位相のパルス状電流に変換するスイッチングコンバータによって駆動される電動モータに関する。この電動モータは、例えば整流を制御するための、ホール効果センサを有するブラシレス直流モータとすることができる。
【０００２】
また本発明は、電動モータによって駆動されるポンプによって発生される油圧により、自動車のステアリング機構を駆動するための補助ステアリング動力を発生するパワーステアリングデバイスにも関する。
【０００３】
本発明は、更に電動モータを制御するためのモータドライブにおけるＥＭＩ（妨害電磁波）を低減することにも関する。
【背景技術】
【０００４】
図１は、直流バスからの代表的な三相モータドライブを示す。このモータは、永久磁石のロータと、スイッチングされるパルス状位相ドライブ信号が供給されるステータコイルを備えるステータとを有するブラシレスＤＣモータとされている。このＤＣバス電圧は、３つのハーフブリッジを含むインバータ１００へ供給され、ハーフブリッジは、信号ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、ＢＬおよびＣＨ、ＣＬによって、ゲート制御されるトランジスタ（例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラデバイス）を含んでいる。
【０００５】
バスの両端に、高電圧側デバイスおよび低電圧側デバイスが直列に接続されており、各デバイスの出力は、三相、すなわちＵ、ＶおよびＷのうちの１つを含んでいる。各スイッチングデバイスは、コントローラ２００によって制御され、コントローラ２００は、電動モータ３００からの整流時間を制御するホール効果信号を受信する。各インバータ１００のスイッチには、ゲートドライブ信号ＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、ＢＬおよびＣＨ、ＣＬが供給される。
【０００６】
例えば図２に示される代表的なモータドライブでは、各位相に対し、モータから、１つのホール効果信号が供給される。位相のうちの１つが示されている。ゲートドライブの高電圧信号および低電圧信号のうちの１つしか示されていない。ホール効果信号は、インバータにおけるスイッチのスイッチング、従ってモータの整流を制御するための信号となっている。
【０００７】
図２には、１２０度の導通角を有する代表的なモータドライブ回路が示されている。図示のように、ゲートドライブ回路は、図２における低電圧ゲートドライブ信号によって示されるように、パルス幅変調（ＰＷＭ）することができる。ホール効果の過渡現象が生じるときに、ゲートドライブ信号のスイッチング事象が生じ、モータ内のホール効果センサの位置の物理的な配置だけでゲートドライブ信号の位相の進み角が決定される。導通角は、１２０度または１８０度に強制されている。
【０００８】
ハーフブリッジの出力における有効電圧は、ＰＷＭのデューティサイクルを変えることによって制御される。低電圧側または高電圧側、もしくはその双方において、パルス幅変調を行うことができる。図２では、１つの位相しか示されていないが、他の２つの位相は、１２０度だけシフトされている。
【０００９】
図３は、１２０度の導通角を有する代表的なモータドライブの別の実施例を示す。前と同様に、低電圧側信号または高電圧側信号、またはその双方を、パルス幅変調することができる。
【００１０】
過去において、ゲートドライブ信号の位相を進めたい場合、この位相の進み角は、モータ内のホール効果センサの位置の物理的な配置によってしか、得られなかった。すなわち、位相を進めるために、モータ内のセンサの位置を、所望する位置の進み角に応じた所定の角度だけ、前方に移動させる。この位相の進み角は、固定されており、電気的に変えることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、位相を進ませると共に、導通角を変更するためにモータを機械的に変えなくてもよく、その結果、モータの制御を改善できる、可変位相の進み角または導通角を得るための手段を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、自動車のための改良された電動パワーステアリングシステムを提供することにある。
【００１３】
オイルポンプから、ステアリング機構に結合されている動力シリンダへ作動オイルを供給することにより、自動車のハンドルの操作を補助するパワーステアリング装置は公知である。オイルポンプは、パワーシリンダが発生するモータの回転速度と一致する補助ステアリング動力により、電動モータによって駆動される。
【００１４】
ステアリングシャフト内には、ハンドルによって生じたステアリングトルクの向き、および大きさと一致するねじり力を発生するトーションバーと、トーションバーのねじりの向きおよび大きさと一致するように、開口度を変えることができる油圧制御バルブとが組み込まれている。オイルポンプとパワーシリンダの間の油圧システム内には、この油圧制御バルブが設けられており、この制御バルブにより、ステアリングトルクと一致する補助ステアリング動力が、パワーシリンダから発生される。
【００１５】
電動モータのドライブ制御は、ハンドルのステアリング回転角速度に基づいて行われる。ステアリング角速度は、ハンドルに接続するようになっているステアリング角度センサの出力に基づいて得られる。電動モータの目標とする回転速度は、このステアリング角度のレートに基づいて設定される。この目標とする回転速度が得られるように、電動モータに電圧が供給される。
【００１６】
この電動モータとしては、通常、三相のブラシレスモータが使用される。この三相ブラシレスモータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対する界磁コイルを有するステータと、界磁コイルからの反発磁界を受ける固定された永久磁石を有するロータと、このロータの回転位置を検出するためのホール効果センサとを備えている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相と一致する電気角として、１２０°のインターバルで、３つのホール効果センサが設けられている。
【００１７】
通常の場合には、この三相のブラシレスモータは、従来の１２０°の電力システムに従って駆動される。図１３には、この１２０°のパワーシステムが示されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のホール効果センサから出力されるホール効果信号は、互いに位相が１２０°ずれている。１２０°の電気角に対応する時間の間、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に電力が送られ、次にＵ相、Ｖ相およびＷ相のホール効果信号と同期化する。１２０°の導通期間中に、各界磁コイルに対する駆動電流の供給を、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより、ブラシレスモータの回転速度を変えることができる。
【００１８】
図１４は、三相ブラシレスモータにおけるロータの回転速度と、出力トルクとの関係を示す。図１４に示すように、出力トルクは、回転速度の低下と共に減少する。下記の式（１）に示し、モータに関する式から理解できるように、モータの回転速度（ω）が増加した場合、バックＥＭＦとしても知られる、モータが発生する誘導電圧ｋωの増加と共に、モータに流れる電流Ｉは減少し、その結果、電流Ｉに比例する出力トルクは、より小さくなる。
【００１９】
Ｖ＝ＩＲ＋Ｌｄｉ／ｄｔ＋ｋω
ここで、Ｌは、モータのインダクタンスであり、ｄｉ／ｄｔは、電流の変化率であり、Ｖは、モータに加えられる電圧を示し、Ｉは、モータに流れる電流であり、Ｒは、モータの電気抵抗であり、ｋは、定数であり、ωは、モータの回転速度を示す。
【００２０】
従来の電動モータドライブ、特にドライブインバータのスイッチをパルス幅変調（ＰＷＭ）する電動モータドライブにおける問題は、スイッチを高周波でスイッチングする結果、妨害電磁波（ＥＭＩ）がかなり放出され、このＥＭＩが他の機器、例えばオーディオ機器、およびビデオ機器、ラジオ、ならびにコンピュータの作動を妨害し得ることである。このことは、特に多数のアプリケーション、例えば自動車において、特に問題を生じる。自動車では、ＥＭＩは、無線機器および自動車のエンジン管理システムだけでなく、自動車の外部の他のシステムも妨害することがある。更に、ＥＭＩの放出を、通常の周波数に応じた現在のレベルよりも低くすることを求める政府機関により、規制が課されている。
【００２１】
本発明が解決しようとする課題は、モータコントローラにより、ＥＭＩを低減させることにある。本発明によれば、ブラシレスＤＣモータの導通角を制御することにより、パワーステージにおけるスイッチングの回数を低減させ、もって電磁波の放出量が低減される。これによって、より小型の低コストのＥＭＩフィルタ部品を使用することが可能となり、コントローラが規制条件を満たすことが可能となる。
【００２２】
ブラシレスＤＣモータは、関連するスイッチング電圧および電流に起因し、かなりの量の妨害電磁波を発生する。各アプリケーションには、作動環境および対応する規制により決定されたＥＭＩの限度を有する。モータドライブ構造内には、ＥＭＩ限度を満たそうとするためのＥＭＩフィルタ部分が、一般に設けられる。これらフィルタ部分のサイズおよびコストは、限度を満たすのに必要な減衰量によって決定され、フィルタ部品、特に直列素子、例えばインダクタの別の重要な設計上の限界は、ＤＣ抵抗にある。抵抗が大きくなるため、モータに印加される電圧の損失および加熱は過剰となる。
【００２３】
導通角および位相の進み角を変えることにより、モータ、例えばブラシレスＤＣモータを制御するような技術が既に開発され、本明細書で説明した。この技術は、位相角を１２０°に固定し、位相の進み角を０°とし、モータの速度を、パルス幅変調によって制御する従来の制御方式とは対照的である。導通角を制御することにより、速度コントローラは、ＰＷＭ波形のデューティサイクルではなく、整流前縁の時間位置を調節する。その結果、スイッチングの回数がかなり少なくなり、従ってＥＭＩが少なくなる。
【００２４】
本明細書では、ＥＭＩの発生を減少させるモータドライブシステムにおける可変位相進みまたは可変導通角を達成するためのシステムおよび方法について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によれば、ＤＣバスによって給電されるスイッチングインバータにより、電力が供給される電動モータを制御する際の、ＥＭＩの放出を低減するための方法において、導通角を制御し、モータの速度を制御するよう、前記インバータにより、モータの位相コイルに電力を供給する導通角期間の位相の進み角を制御して、よってインバータのスイッチング動作の回数を少なくし、もってＥＭＩを低減するステップを含む方法が提供される。
【００２６】
本発明の別の目的は、電動モータの速度を適切に制御し、所望するトルク特性を得るように、可変進み角、可変導通角、およびパルス幅変調のいずれかを使用するシステム、および方法を提供することにある。
【００２７】
本発明は、位相進み角または導通角を大きくすることにより、所定のトルクで、より大きい速度を得ることができるという利点を提供するものである。すなわち、動力が増加する。更に導通角を大きくすると、トルクのリップル分が減少する。
【００２８】
本発明の上記およびそれ以外の目的は、モータが一回転する間の導通時間を決定する導通角を制御するスイッチングインバーターのスイッチに対するスイッチング時間を決定するための、少なくとも１つのセンサ出力を有する電動モータを制御するための方法であって、前記センサの出力信号を受信するステップと、モータの位相に対し、前記ＤＣバス電圧を結合する前記インバータのスイッチのスイッチオン時間を、スイッチング時間を決定する、前記センサの次の出力信号前のある位相角だけ進めるステップとを、更に備える方法により達成される。
【００２９】
近年、三相ブラシレスモータの中間低トルクレンジ内で、回転速度を高めたいという要求がある。しかしながら、かかる要求を満たすには、三相ブラシレスモータの制御システムを検討し、三相モータ自身の設計を再評価しなければならないので、コストが劇的に増加することが余儀なくされるはずである。従って、本発明の目的は、電動モータの中間低トルクレンジ内で、高回転速度を得ることができ、製造コストを劇的に上昇させないパワーステアリングデバイスを提供することにある。
【００３０】
上記目的を達成するための本発明は、電動モータによって駆動されるポンプによって発生される油圧により、補助ステアリング動力を発生するパワーステアリングデバイスにあり、電動モータは、少なくとも１つのモータの位相コイルに電力が供給される導通角を有し、このパワーステアリングデバイスは、前記電動モータの回転角を検出するための回転角検出器と、ステアリング作動部材のステアリング角速度を検出するためのステアリング角速度センサと、前記ステアリング角速度センサの出力信号に対し、前記電動モータの駆動ターゲット回転速度の値を設定するための駆動ターゲット回転速度値設定デバイスと、前記電動モータを駆動するためのドライブ信号を発生するためのドライブ信号発生器と、前記ドライブターゲット回転速度値設定デバイスによって設定された駆動ターゲット回転速度値に基づき、前記回転角度検出器によって検出された回転角に対する前記ドライブ信号の位相進み角を決定し、導通角を変更するための角度設定デバイスとを備えている。上記のように、このパワーステアリングデバイスは、低減されたＥＭＩを発生する。
【００３１】
上記構造によれば、ドライブ信号の位相進み角は、導通角を変更した状態で、電動モータ、例えばブラシレスモータのドライブターゲット回転速度の値と一致するように設定される。
【００３２】
例えば電動モータが、三相のブラシレスモータであり、前記三相のブラシレスモータが、１２０°の導通角方法に従って駆動される場合、Ｕ位相、Ｖ位相、およびＷ位相の界磁コイルへの給電を開始するためのタイミングは、Ｕ位相、Ｖ位相、およびＷ位相に対応する回転角検出器、例えばホール効果センサの出力信号の位相に対して可変的に設定される。
【００３３】
高回転速度レンジに対して、ドライブターゲット値に対する比較的大きい位相進み角を設定することにより、電動モータに供給される電流（給電時間または導通角）を大きくすることが可能になるにつれ、モータが発生する電圧（バックｅｍｆ）は小さくなり、よって出力トルクが大きくなる。
【００３４】
本発明によれば、モータの設計、またはシステム全体の設計を大幅に変えることなく、中間低トルクレンジで回転速度を増加することが可能となる。従って、コストが劇的に増加することはない。
【００３５】
必要なモータの回転速度に対し、適当な位相進み角（必要とされる最小の位相進み角）を設定するように制御を実行することができるので、位相進み角の制御における主要な問題（永久磁化が低下すること、または効率が低下すること）を制御することが可能となる。
【００３６】
ドライブ信号の位相進み角を一定に維持することにより、所定の位相進み角の時間内に給電を、ＰＷＭ制御することを考え付くこともできる。かかるケースでは、ＰＷＭ制御を実現するためのスイッチング手段（例えば電界効果トランジスタ）における熱損失が問題となる。
【００３７】
本発明によれば、パルス進み角の時間中に、ＰＷＭ制御を実行するのではなく、位相進み角を変えることにより、給電期間を変え、その結果、スイッチング損失の増加を考慮する必要がなくなり、熱損失の起こり得る増加を管理することが可能となる。更にその結果、ＰＭＩが低減する。
【００３８】
更に本発明によれば、位相進み角設定手段は、電動モータへの給電が飽和していない状態で行われるときに、前記ドライブターゲットに値に関係なく、所定の固定された位相進み角を設定し、かつ電動モータへ送られる電力が飽和したときに、ドライブターゲット設定デバイスによって設定されるドライブターゲット値に基づき、位相進み角を設定する。
【００３９】
この構造によれば、１２０°の位相進み角での給電が飽和した後にしか、ドライブターゲット値と一致する位相進み角を設定できない（例えば０°に設定できる）。例えば１２０°の給電期間内にＰＷＭ制御を実行することにより、電動モータの低速度の回転制御と中間速度の回転制御の双方を行うことができる。１２０°の導通角の期間が飽和した場合（１００％のＰＷＭデューティサイクル）、位相進み角を変えることにより、更にモータ制御を行い、この場合、モータは飽和状態、例えば１００％のＰＷＭデューティサイクルで作動される。
【００４０】
添付図面を参照して行う本発明の次の説明から、本発明の上記以外の特徴、および利点が明らかとなると思う。
以下、添付図面を参照して行う次の詳細な説明により、本発明について、詳細に理解しうると思う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図４を参照する。この図４は、１つのモータの位相に対するゲートドライブ高電圧信号、およびゲートドライブ低電圧信号だけでなく、モータからの理想的信号、および物理的ホール効果信号も示している。０°の位相の進みで、１２０°の導通角が使用された場合、ホール効果信号過渡現象と同じ時間にスイッチングが生じるように、理想的ホール効果信号の位置が定められている。このことは、図４内の点線ｘで示されている。
【００４２】
位相が進められない場合、高電圧ドライブ信号に対するスイッチング時間は、理想的ホール効果信号の立ち上がりエッジと一致する。物理的ホール効果信号は、理想的ホール効果信号よりも、ある値だけ（例えば０度もしくは０度より大きい値だけ）オフセットしても（進んでも）よい。図４には、物理的ホール効果信号の例が示されている。
【００４３】
図４には、（理想的ホール効果信号からの）可変位相進み角が示されている。図４は、理想的ホール効果の過渡現象より前の、ある可変位相量および物理的ホール効果信号過渡現象の前のある可変量で、ゲートドライブ高電圧信号がスイッチオンされることを示している。
【００４４】
図４および図５に示されているように、導通角を１２０°から１８０°の間で変えることができ、位相進み角も可変である。位相進み角と導通角は、別々に調節可能であるが、実際には、同時に変化するようにすることもある。
【００４５】
特に追加された量の導通角を設けるために、導通角に可変進み角を加えることができる。従って、導通角は、図示されている方式では、１２０度＋進み可変量ａに等しい。全位相進み角ｐは、固定された値の進み角ｋ＋可変進み角ａに等しい。図４では、位相進み角と導通角とは、同時に依存し合う状態で示されているが、そのようにしなくてもよい。例えば、導通期間を単にシフトするために、ある位相進み角を使用できるが、導通角を一定のままにすることができる。
【００４６】
図４に示すように、ゲートドライブ信号のスイッチング時間を、ホール効果の過渡現象と一致させるような制限は加えられない。ソフトウェアアルゴリズムにより、ホール効果センサのエッジに対して、任意にスイッチング時間を位置させることができる。
【００４７】
図４にも示されるように、パルス幅変調を、アプリケーションに応じて使用してもよいし、使用しなくてもよい。位相の進み角または導通角を調節することによって、ある状況において、ＰＷＭによって、またはＰＷＭを用いることなく、速度または電流を制御することができる。
【００４８】
位相進み角を提供するために（このことは、ゲート信号のスイッチング過渡現象がホール効果信号の過渡現象前に生じることを意味する）、ソフトウェアアルゴリズムが対応する次のホール効果信号過渡現象に先立ち、前のホール効果の過渡現象を使用して位相の進みを生じさせることができる。
【００４９】
前に述べたように、位相の進み角、および導通角を大きくすることによって、所定のトルクに対して達成できる速度を速くすることができる。すなわち、動力を大きくすることができる。導通角を大きくすることによっても、トルクのリップル分を低減できる。
【００５０】
次の表Ｉ内のデータは、１３.５ボルトおよび２.４８Ｎｍトルクでの代表的な電動モータで記録されたデータである。
【００５１】
【表１】
2008503200.tif 000003
【００５２】
表Ｉでは、速度はｒｐｍを単位とし、電流は、アンペア（Ａ）を単位とし、効率はパーセントを単位とする。デューティサイクルは、１００％である。すなわち１００％のパルス幅変調（導通角中でフルにオン）である。温度は、３０℃〜４５℃の間である。記載されていない項目は、効率が悪いために使用できないと見なされる事項である。
【００５３】
モータ特性を有効にするような位相進み角と、導通角との関係を開発するために、表Ｉのデータを記録した。これらのデータは、位相進み角および導通角を変えたときの効率の傾向を示すのに有効である。表に示すように、増加する導通角に対し、位相進み角を大きくする結果、効率がより高くなる。
【００５４】
導通角が１６０°の場合、４０°〜６０°（５５°が最適）の位相進み角で効率が最良となるが、１８０°では６０°〜８０°（７５°が最適）の位相進み角で効率が最良となる。１４０°の導通角では、２５°〜５５°の間（５０°が最適）で効率が最大となる。１２０°の導通角では、５°〜５０°の間（２５°が最適）で効率が最大となる。
【００５５】
表Ｉに基づき、次のスキームを選択できる：
ｐ＝位相進み角
ｃ＝導通角
ｋ＝固定進み角
ａ＝可変進み角（および追加導通角）
ｐ＝ｋ＋ａ、ｋ＜ｐ＜（ｋ＋６０°）
ｃ＝１２０°＋ａ、１２０°＜ｃ＜１８０°
０°＜ａ＜６０°
ｐ           ａ     ｋ＝１５°
１２０°の導通角：位相進み角＝ｋ＋  ０°＝  １５°
１４０°の導通角：位相進み角＝ｋ＋２０°＝  ３５°
１６０°の導通角：位相進み角＝ｋ＋４０°＝  ５５°
１８０°の導通角：位相進み角＝ｋ＋６０°＝  ７５°
【００５６】
全進み角が固定された進み角＋可変進み角ａに等しい表Ｉに基づき、ｋ＝１５°の固定された位相進み角を選択した。この場合、可変進み角は追加導通角にも等しい。固定された進み角は、導通角の時間をシフトするが、一方、可変進み角は導通角を増加させる。
【００５７】
表Ｉにおけるデータを検討すると、１６０°の導通角、および１８０°の導通角の双方に対し、このスキームを用い、ｋ＝１５°とした場合、システムは効率が最大となることが分かる。１２０°および１４０°の導通角では、システムはｋ＝１５°の場合、最大効率の１％の範囲内となる。
【００５８】
上記スキームは簡単であり、その結果、効率をより高くし、スイッチングの回数がホールエッジに一致するように、ホール効果センサを設置できるという可能性を提供する。そのため、ソフトウェアアルゴリズムの精度および簡潔さは改良される。
【００５９】
図５は、本発明に係わる制御方式のいくつかの例を示す。図５Ａでは、可変進み角は０°に等しく、全位相進み角は、固定された位相進み角ｋに等しく、導通角は１２０°に等しい。図５Ｂでは、可変位相進み角は０°〜６０°の間にある。全位相進み角は固定された進み角ｋ＋可変進み角ａに等しく、導通角は１２０°＋可変進み角ａに等しい。
【００６０】
図５Ｃでは、可変進み角は、６０°に等しく、全位相進み角は、固定された進み角ｋ＋６０°と等しく、導通角は、１８０°に等しい。単一位相の場合の理想的ホール効果信号、および可能な物理的ホール効果信号は、図５の頂部および底部に示されているようなものである。
【００６１】
固定された進み角ｋを設定する結果、可変進み角の量にかかわらず、対応する各スイッチに対する（各導通角に対する）ターンオフ時間は、同じポイントに位置することになる。すなわち、スイッチＡＨに対するターンオフ時間は、３つの導通角の各々に対して同じとなる。同様に、各スキームに対するスイッチＡＬに対するターンオフ時間は、同じ時間に位置し、スイッチＢＨ、ＢＬ、ＣＨおよびＣＬに対しても同様である。
【００６２】
このことは、ホール効果センサをプロットの底部に示された可能性のある物理的ホール効果信号によって示されるように位置決めできるので、ターンオフ時間は、常にホール効果過渡現象と一致する。他の２つの位相についても、同じことが当てはまる。そのため、各ハーフブリッジ内のドライブトランジスタのスイッチングを制御するためのソフトウェアアルゴリズムを簡略化できるので、整流を制御するためのソフトウェアを簡略化できる。
【００６３】
図６は、本発明を使用する速度制御を示す。高い負荷時において、コンバータのパワーデバイス内のスイッチングに起因する損失は、かなりの量である。トランジスタおよびダイオードがスイッチングされるときに損失が生じる。従って、パルス幅変調時にかなりの損失が生じる。これらの損失に起因し、可変進み角が０よりも大となったときに、パルス幅変調の代わりに、フルデューティサイクル（１００％のＰＷＭ）を使用できる。デューティサイクルを１００％のままにするが、モータ速度を調整するように、可変進み角ａを変える、図６に示された速度コントローラを設けることができる。
【００６４】
図６には、モータ３００に３つの位相を提供する、インバータ１００を含むゲートドライブ回路が示されている。整流器２００ａおよびパルス幅変調器２１０を含むコントローラ２００’に、ホール効果信号が供給される。この整流器２００ａには、モータ制御のために可変量の進み角ａ（０またはある量）を含む信号が提供される。パルス幅変調器２００ｂには、１００％未満の大きさのデューティサイクル、または１００％のデューティサイクルを制御する信号が提供される。
【００６５】
条件によっては、スイッチ４００は、コントローラ２から整流器に、０に等しい可変進み角またはある可変進み角を提供する。スイッチ４００は、図示されているように、パルス幅変調器に、ある可変デューティサイクルまたは１００％のデューティサイクルを含むコントローラ１の出力を有するデューティサイクルも提供する。スイッチ４００は、ソフトウェアコントローラによって制御でき、トランジスタスイッチング回路を含むことができる。コントローラ１および２には、所望する速度を決定する速度基準信号（Speed Ref.）が提供される。フィードバック信号４０００は、位置センサから誘導され、実際のモータ速度の表示として、コントローラ１および２に提供される。
【００６６】
１２０°の導通角、および１００％未満のデューティサイクルで所望する速度が達成されるとき、コントローラ１を使用する。１２０°の導通角、および１００％のデューティサイクルで、モータに流れる電流が過度に大きくなった場合、このスキームも使用する。従って、デューティサイクルを変えるためにコントローラ１を使用するとき、可変進み角ａは図６に示されるように０に等しくなる。
【００６７】
流れる電流が過度に大きくならないことを条件に、１２０°の導通角、および１００％のデューティサイクルで、所望の速度に達することができない場合、コントローラ２を使用する。従って、コントローラ２を使用するとき、１００％のパルス幅変調（導通角中にフルにオン）で、整流器２００Ａに、０よりも大きい可変進み角ａが提供される。
【００６８】
コントローラ１は、速度制御と電流制御の双方を含むことができる。２つのコントローラを切り替えるときには、ヒステリシスが必要となる。
【００６９】
従って、本発明は、所定の任意のトルクにおいて、モータ制御の効率を高くし、作動速度をより速くし、よって動力を増加するシステムを提供するものである。更に、導通角が大きくなると、トルクのリップル分が減少する。例えば１Ｎｍのトルクの代表的な電動モータを用いた実際の試験結果は、電流が７０％増加する結果、モータ速度が７７％増加することを示す。次の表ＩＩは、実際の試験結果を示す。
【００７０】
【表２】
2008503200.tif 000004
【００７１】
次に、図７〜図１２を参照して、パワーステアリングシステムに関連する本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００７２】
図７は、本発明の一実施例に係わるパワーステアリングデバイスの基本構成を示す概念図である。このステアリングデバイスは、自動車のステアリング機構１に対して補助ステアリング動力が与えられるよう、このステアリング機構１に配置されている。
【００７３】
ステアリング機構１は、例えばオペレータによって操作されるハンドル２と、このハンドル２にリンクされたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に結合されたピニオンギア４と、このピニオンギア４に噛合するラックギア５ａとを備え、ラックシャフト５は、右方向および左方向に延びている。
【００７４】
ラック軸線５の両端において、タイロッド６が接合されており、このタイロッド６は、ナックルアーム７にリンクされており、このナックルアーム７は、左右のホイールＦＬおよびＦＲをステアリング可能な車輪としてサポートしている。ナックルアーム７は、キングピン８を中心として回転するように設けられている。上記の構造は、例にすぎない。当業者に公知のように、他の形態のステアリングギア、および他の部品を設けることができる。
【００７５】
上記の構造において、ハンドル２が操作され、ステアリングシャフト３が回転されると、この回転運動は、ピニオンギア４およびラックシャフト５により、ハンドルの右から左方向に沿った線形運動に変換される。この直線状の運動はナックルアーム７のキングピンを中心とする回転量に変換され、この結果、左右の車輪ＦＬおよびＦＲのステアリングが達成される。
【００７６】
ステアリングシャフト３内には、ハンドル２によって生じたステアリングトルクの向き、および大きさに一致するねじり力を発生するトーションバー９とトーションバー９のねじりの向き、および大きさと一致するように、開口度を変える油圧制御バルブ２３とが、組み込まれている。
【００７７】
油圧制御バルブ２３は、ステアリング機構１に、補助ステアリング動力を提供するパワーシリンダ２０に接続されている。このパワーシリンダ２０は、ラックシャフト５の上に一体的に設けられたピストン２１と、このピストン２１によって分割された１対のシリンダチャンバ２０ａおよび２０ｂとを有する。これらシリンダチャンバ２０ａおよび２０ｂは、オイル供給およびリターンルート２２ａおよび２２ｂを、それぞれ介して油圧制御バルブ２３に接続されている。
【００７８】
油圧制御バルブ２３は、リバースタンク２５およびオイルタンク２６を通過するオイル循環ルート２４の上に更に設けられている。オイルポンプ２６は、電動タイプのモータＭ（２７）によって駆動され、このポンプは、リザーバタンク２５内に蓄積された作動オイルを吸引し、このオイルを油圧制御バルブ２３に供給する。油圧制御バルブ２３からオイル循環ルート２４を介し、リザーバタンク２５へ過剰な作動オイルが戻される。
【００７９】
油圧制御バルブ２３は、ねじりバー９に対して一方向のねじりが加えられた場合に、オイル供給ルート２２ａまたは戻りルート２２ｂのいずれかを介し、パワーシリンダ２０のシリンダチャンバ２０ａまたはシリンダチャンバ２０ｂのいずれかへ、作動オイルを供給する。ねじりバー９に対し、ねじりが別の方向に加えられた場合、制御バルブは、オイル供給ルート２２ａまたは戻りルート２２ｂのうちの他方を介して、シリンダチャンバ２０ａおよび２０ｂの他方へ作動オイルを供給する。
【００８０】
トーションバー９に全くねじりが与えられない場合、またはほとんど与えられない場合、油圧制御バルブ２３は平衡状態となり、作動オイルは、パワーシリンダに供給されることなく、オイル循環ルート２４内を循環する。
【００８１】
パワーシリンダ２０のシリンダチャンバのうちのいずれか１つに作動オイルが供給されると、ピストン２１はステアリング可能な車輪の幅の方向に移動する。その結果、ラックシャフト５に補助ステアリング動力が加えられる。
【００８２】
米国特許第4,624,283号には、一例としての、油圧制御バルブ２３の構造の例が示されている。
【００８３】
電動モータ２７は、例えば三相ブラシレスモータから成り、このモータは、駆動回路２８を介し、電子制御ユニット３０によって制御される。ドライブ回路２８は、例えばパワートランジスタのブリッジ回路を含んでいる。この回路は、電子制御ユニット３０が供給する制御信号に従い、電源としてのバッテリー４０からの電力を、電動モータ２７に供給する。
【００８４】
電子制御ユニット３０は、バッテリー４０から給電された際に起動されるマイクロコンピュータを含んでいる。このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ３１と、このＣＰＵ３１に対する作業領域を提供するＲＡＭ３２と、制御用のデータだけでなく、ＣＰＵ３１のアクションプログラムを記憶しているＲＯＭ３３と、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２およびＲＯＭ３３を相互に接続するためのバス３４とを有する。
【００８５】
ステアリング角度センサ１１から出力されるステアリング角度データは、電子制御ユニット３０に供給される。このステアリング角度センサ１１は、ハンドル２に対して設けられている。イグニッションスイッチが付勢され、エンジンが初期値「０」でスタートしたときのハンドル２のステアリング角度を設定することにより、ステアリングの方向と一致するサインのステアリング角度データが出力される。このステアリングデータに基づき、ＣＰＵ３１は、時間差の値に対応するステアリング速度を計算する。
【００８６】
電動モータ２７に流れる電流を検出する電流センサ１２からの電流検出信号、および電動モータ２７のロータ位置を検出するためのロータ位置センサとしてのホール効果センサ１５からの検出信号が、電子制御ユニット３０に提供される。
【００８７】
更に、車輪速度センサ１３から出力される車輪速度信号は、電子制御ユニット３０へ与えられる。この車輪速度センサ１３は、（車速に比例する）車輪の速度を直接検出するセンサとすることができるし、また車輪の速度は車輪に対して提供された車輪の速度センサの出力パルスを、元に計算によって得てもよい。
【００８８】
電子制御ユニット３０は、ステアリングセンサ１１、電流センサ１２および車輪速度センサ１３によってそれぞれ提供されるステアリング角度データ、電流データおよび車輪速度データに基づき、電動モータ２７を制御する。
【００８９】
図８は、機能的見地から見た電子制御ユニットの構造を示すブロック図である。電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１によるＲＯＭ３３内に記憶されたプログラムの実行により実現される複数の機能手段を実質的に有する。従って、電子制御ユニット３０は、ステアリング角度センサ１１の出力信号を元に、ステアリング角速度を計算するためのステアリング角速度演算部分４１と、車輪速度センサ１３が検出する車輪速度だけでなく、ステアリング角速度演算部分４１が計算するステアリング角速度に基づき、電動モータ２７のターゲット回転速度Ｒを設定するターゲット回転速度設定部分４２とを備えている。
【００９０】
更に、電子制御ユニット３０には、ターゲット回転速度設定部分４２が設定したターゲット回転速度Ｒを達成するよう、電動モータ２７を制御し、駆動するモータ駆動制御部分４５が設けられている。このモータ駆動制御部分４５は、電流センサ１２が検出するモータ電流に基づき、ターゲット回転速度Ｒを達成するための駆動信号を発生し、この駆動信号を駆動回路に供給する。
【００９１】
電動モータ２７には、Ｕ位相界磁コイル２７Ｕ、Ｖ位相界磁コイル２７Ｖ、およびＷ位相界磁コイル２７Ｗを有するステータと、これら界磁コイル２７Ｕ、２７Ｖおよび２７Ｗからの反発磁界を受ける固定された永久磁石を有するロータが設けられており、このロータの回転角は、ホール効果センサ１５によって検出される。ホール効果センサ１５は、Ｕ位相、Ｖ位相およびＷ位相に一致するように設けられたホール効果センサ１５Ｕ、１５Ｖおよび１５Ｗを備えている。
【００９２】
目的が電動モータ２７に流れる電流を検出することにある電流センサ１２には、電流センサ１２Ｕ、１２Ｖ、および１２Ｗが設けられており、これらの電流センサは、Ｕ位相、Ｖ位相およびＷ位相コイルにそれぞれ流れる電流を検出する。電流センサ１２Ｕ、１２Ｖ、および１２Ｗ、並びにホール効果センサ１５Ｕ、１５Ｖ、および１５Ｗの出力信号は、適当に増幅され、モータドライブ制御部分４５に供給される。これとは異なり、電流センサ１２を、ＤＣバスに結合された単一の電流センサとしてもよい。
【００９３】
ドライブ回路２８は、Ｕ位相に対応する１対の電界効果トランジスタＵＨ、およびＵＬと、Ｖ位相に対応する１対の電界効果トランジスタＶＨおよびＶＬと、バッテリー４０の両端に並列に結合されたＷ位相に対応する１対の電界効果トランジスタＷＨおよびＷＬの直列回路を含んでいる。
【００９４】
電動モータ２７のＵ位相界磁コイル２７Ｕは、電界効果トランジスタＵＨとＵＬとの間の接続ポイントに接続されており、Ｖ位相界磁コイル２７Ｖは、電界効果トランジスタＶＨとＶＬとの間の接続ポイントに接続されており、Ｗ位相の界磁コイル２７Ｗは、電界効果トランジスタＷＨとＷＬとの間の接続ポイントに接続されている。
【００９５】
モータドライブ制御部分４５は、所定の電気角の期間の間、電界効果トランジスタＵＨ、ＶＨおよびＷＨをこの順序でＯＮ状態にし、同時に、電界効果トランジスタＵＬ、ＶＬおよびＷＬのためのＰＷＭパルスから成るドライブ信号を提供することにより、電動モータ２７の回転を制御する。
【００９６】
特にモータドライブ制御部分４５は、ターゲット回転速度設定部分４２によって設定されるターゲット回転速度Ｒに対応するＰＷＭデューティサイクルを設定するためのＰＷＭデューティサイクル設定部分４６と、ターゲット回転速度設定部分４２により同じように設定されるターゲット回転速度に対応する位相進み角Δθを設定するための位相進み各設定部分４７と、位相進み角設定部分４７によって設定される位相進み角Δθだけでなく、ＰＷＭデューティサイクル設定部分４６によって設定されるＰＷＭデューティサイクルに基づき、ドライブ回路２８の電界効果トランジスタＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬに与えるべきドライブ信号を発生する駆動信号発生部分４８とを備えている。
【００９７】
図９は、ステアリング角速度とターゲット回転速度設定部分４２によって設定されるターゲット回転速度との間の関係を示す図である。ターゲット回転速度Ｒは、ステアリング角速度Ｖ（θ）に関して０からＶ（θ）未満の範囲内で単調に増加するよう（この増加量はこの形態の実施では線形である）、下限Ｒ１とユーザーの限度Ｒ２との間に設定され、Ｖ（θ）はＶＴ（ＶＴはスレッショルド値である）未満である。
【００９８】
ターゲット回転速度設定部分４２は、図３に示された車輪速度に基づき、設定角速度Ｂ（θ）と比較したターゲット回転速度Ｒの傾きを可変的に設定する。換言すれば、スレッショルド値ＶＴは、車輪の速度のレンジに従って可変設定される。より詳細には、車輪の速度がより速くなったとき、例えば自動車がより高速で移動しているとき、スレッショルドはより大きく設定される。従って、車輪の速度より高速になるにつれ、ターゲット回転速度Ｒは、より低く設定され、その結果、補助ステアリング動力はより小さくなる。このように、車速と一致した適当なステアリング補助動力を発生するように、車速応答制御が実行される。
【００９９】
図１０は、電動モータ２７を駆動するための電流を送る方法を説明するために示されたタイムチャートである。図１０（ａ）は、ホール効果センサ１５Ｕが出力するＵ位相ホール効果信号を示し、図１０（ｂ）は、ホール効果センサ１５Ｖが出力するＶ位相のホール効果信号を示し、図１０（ｃ）は、ホール効果センサ１５Ｗが出力するＷ位相のホール効果信号を示す。
【０１００】
図１０（ｄ）は、電界効果トランジスタＵＨに供給されるドライブ信号の波形を示し、図１０（ｅ）は、電界効果トランジスタＶＨに供給されるドライブ信号の波形を示し、図１０（ｆ）は、電界効果トランジスタＷＨに供給されるドライブ信号の波形を示す。
【０１０１】
電動モータ２７の回転と共に、Ｕ位相のホール効果信号、Ｖ位相のホール効果信号およびＷ位相のホール効果信号は、各々１２０°の電気角だけ、位相が遅延した波形をとる。
【０１０２】
ドライブ信号発生部分４８は、基本的には、１２０°の給電システムに従うドライブ信号を発生する。換言すれば、電界効果トランジスタＵＨに供給されるドライブ信号は、Ｕ位相のホール効果信号に先立って立ち上がり、１２０°に位相進み角Δθを加えることによって得られる電気角の期間中に限り、ＯＮ状態に保持された後に、ホール効果信号と同期した状態でＯＦＦ状態に戻る。
【０１０３】
同じように、電界効果トランジスタＶＨに供給されるドライブ信号は、Ｖ位相のホール効果信号の立ち上がりエッジに先立って立ち上がり、１２０°に位相進み角Δθを加えることによって得られる電気角の期間中に限り、ＯＮ状態に保持された後に、ホール効果信号と同期して、ＯＦＦ状態となる。
【０１０４】
電界効果トランジスタＷＨのドライブ信号についても、同じことが言える。このドライブ信号は、Ｗ位相のホール効果信号の前縁に先立って、ＯＮ状態に立ち上がり、同時に１２０°に位相進み角Δθを加えることによって得られる電気角の期間中に限り、ＯＮ状態に維持され、その後、ホール効果信号と同期して、ＯＦＦ状態に戻る。
【０１０５】
これらの制御を実行する間、ＰＷＭデューティサイクル設定部分４６で設定されるデューティ比のためのパルス幅制御信号が、電界効果トランジスタＵＬ、ＶＬおよびＷＬに供給される。
【０１０６】
位相進み角設定部分４７は、ターゲット回転速度Ｒに基づき、ホール効果信号と比較したドライブ信号の位相の進み角を設定するためのものである。この位相進み角設定部分４７は、ＰＷＭデューティサイクル設定部分４６が１００％未満のＰＷＭデューティサイクルを設定する限り、位相進み角Δθを０にセットする。このとき、ドライブ信号発生部分４８は、通常の１２０°の導通角システムに従うドライブ信号を発生する。
【０１０７】
ＰＷＭデューティサイクル設定部分４６が１００％のＰＷＭデューティサイクルを設定し、従って、ＰＷＭ制御に起因する給電が飽和した状態の場合、位相進み角設定部分４７は、ターゲット回転速度Ｒに従って位相進み角Δθを可変設定する。このとき、ドライブ信号発生部分４８は、ホール効果信号と比較して位相が位相進み角Δθだけ進んだタイミングで電界効果トランジスタＵＨ、ＶＨおよびＷＨをＯＮ状態にする。その結果、給電時間（導通期間）は、１２０°＋Δθに対応する時間となる。この場合、給電時間は、位相進み角Δθに対応する時間だけ長くなる。
【０１０８】
ホール効果信号と比較して、位相進み角Δθだけ前のタイミングで、Ｕ位相、Ｖ位相およびＷ位相のドライブ信号をＯＮ状態にするためには、１サイクル前に、ローリング信号を使用することより、Ｗ位相、Ｕ位相およびＶ位相のドライブ信号のＯＮタイミングを設定するだけでよい。
【０１０９】
図１１は、位相進み角設定部分４７によって測定される位相進み角Δθと、ターゲット回転速度設定部分４２によって設定されるターゲット回転速度Ｒとの関係を示す。ＰＷＭデューティサイクル設定部分４６が、４０００ｒｐｍのターゲット回転速度で１００％のＰＷＭデューティサイクルを設定する例を仮定する。この場合、必要とされる電動モータ２７の最高回転速度は、５０００ｒｐｍである。この場合、位相進み角設定部分４７は、４０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍのターゲット回転速度Ｒの領域内で０〜６０°まで単調に増加するように、位相進み角Δθを設定する。
【０１１０】
位相進み角Δθは、ターゲット回転速度Ｒの増加と共に線形に増加するように設定してもよいし、またはターゲット回転速度Ｒと比較して位相進み角Δθの変化が非線形の変化となってもよい。位相進み角Δθの上限は６０°に設定することが好ましい。６０°を超える位相進み角Δθを設定する場合、電界効果トランジスタＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬは、同時にＯＮにセットされ、よってドライブ回路２８のパワー素子（電界効果トランジスタＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬ）が破壊される。
【０１１１】
図１２は、電動モータ２７のトルクと回転速度との関係を示す特性図である。上記式（１）に示されているように、回転速度ωが増加すると、モータが発生した誘導電圧ｋωに起因して、モータの電流Ｉが減少し、その結果、このモータ電流に比例するトルクが減少する。
【０１１２】
この形態の実施では、４０００ｒｐｍまでの低速度、および中間速度回転レンジ内で、電動モータ２７の回転がＰＷＭ制御によって制御されるが、ＰＷＭデューティサイクルは、４０００ｒｐｍよりも高い中間高速回転レンジ内では１００％となり、この場合、電動モータ２７の回転は、位相進み角制御によって制御される。その結果、給電時間は、位相進み角制御が実行される中間高速レンジ内で位相進み角Δθの部分だけ長くなり、その結果、実際の磁束密度は減少し、高速回転でのモータによって誘導される電圧は小さくなる。従って、図６に示すように、中間低トルクレンジ内で高速回転速度を得ることが可能となる。
【０１１３】
これまで示された形態を実施すれば、電動モータ２７の設計または仕様を変更することなく、巧妙に考えられた制御により、中間低トルクレンジ内で、回転速度を増すことができる。従って、製造コストを急激に増加することなく、補助ステアリング動力を得ることができる。
【０１１４】
位相進み角Δθを、固定された値に設定することなく、ターゲット回転速度Ｒに一致するように満たされた位相進み角Δθを設定するという事実に鑑み、過剰な位相進み角制御を実行するケースで生じ得る問題（位相進み角制御のボリュームを増す場合に、モータの磁化および効率が低下することに関係する問題）を最小限にすることが可能となる。
【０１１５】
位相進み角（Δ）（θ）を所定の値に固定しながら、位相進み角Δθが一定である期間中にＰＷＭ制御を実行するケースと比較し、電界効果トランジスタのスイッチング損失を考慮しなくてもよいように熱損失を防止でき、更にドライブ回路の熱設計の実行がより容易となる。
【０１１６】
以上、本発明の実行の１つの形態について説明した。しかし、本発明は、他の形態でも実施できる。上に説明した実施の形態では、ＰＷＭ制御を低中間回転速度レンズで実行しながら、位相進み角制御を中間高回転速度レンジで実行しても、位相進み角制御を高回転速度レンジ内でしか実行できなかった。
【０１１７】
更に、これまで説明した事項の範囲内で、種々の構造を変形できる。
【０１１８】
位相進み角制御および導通角を変えることにより、モータ速度の制御を行う、モータを駆動するための方法および装置について説明した。このような制御の結果、図１５と図１６との比較が示すように、モータドライブによるＥＭＩの放出が低減する。この技術の効率は、ＰＷＭ制御（図１５）および導通角制御（図１６）での同じ作動ポイントでの放出量を比較することによって実証できる。
【０１１９】
モータの作動を制御し、よってＥＭＩの放出量を低減し、更に特にインバータの各スイッチに対する整流の前縁の位相進み角を変えることによって、導通角を制御するように導通角制御を使用することは望ましいが、例えば図６に示すように、位相進み角／導通角制御とＰＷＭとを組み合わせることも可能である。このような組み合わせ制御の結果、ＰＷＭ作動中のＥＭＩの放出量は増加するが、あるアプリケーション、特にＥＭＩの限度を超えないようなアプリケーションで有利となり得る。
【０１２０】
図１５は、ＰＷＭの制御下で、７０ＡのＤＣバス電流で作動するブラシレスのＤＣモータドライブの放出量を示す。この放出量と、特定のアプリケーションにおけるＥＭＩの限度ラインとを比較する。ＰＷＭ制御を使用している間、低周波数の放出量は、限度より１５ｄＢより大きい値だけ上回る。
【０１２１】
図１６は、７０ＡのＤＣバス電流であり、かつＰＷＭスイッチングを行わないときに作動する同じモータドライブを示す。放出量は低周波数限度を満たし、導通角を制御し、ＰＷＭを使用しない利点を示している。
【０１２２】
以上で、本発明の特定の実施例に関連し、本発明について説明したが、当業者には、他の多くの変形例および変更例、並びにその他の用途も明らかであると思う。従って、本発明は、本明細書に示した特定の開示によって制限されるものでなく、特許請求の範囲のみによって制限されるものである。
【０１２３】
関連出願とのクロスレファレンス
本願は、「導通角制御はＥＭＩを低減する」を発明の名称とし、２００４年６月１０日に出願された米国仮特許出願60/578,511号の権利および優先権を主張するものであり、更に、「自動車用の電子制御されたパワーステアリングシステム」を発明の名称とし、２００２年５月１日に出願された米国仮特許出願第60/377,296号および「可変位相進み角／導通角制御による電動モータを制御するためのシステムおよび方法」を発明の名称とし、２００２年４月３０日に出願された米国仮特許出願第60/376,617号の優先権および権利を主張する「自動車用の電子制御パワーステアリングシステムおよびモータ制御のための方法およびシステム」を発明の名称とし、２００３年４月２８日に出願された米国特許出願第10/425,091号の一部継続出願である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】モータコントローラの一般化されたブロック図である。
【図２】従来の代表的なモータドライブ制御方式を示す図である。
【図３】従来の別のモータドライブ制御方式を示す図である。
【図４】可変位相進み角および／または導通角制御を行う、本発明に係わるモータドライブ制御用式を示す図である。
【図５】可変位相進み角、固定位相進み角および導通角の種々のケースに対するモータドライブ信号のいくつかのタイミングチャートを示す図である。
【図６】可変位相進み角／導通角制御およびパルス幅変調を選択的に使用する、本発明に係わる速度コントローラを示す図である。
【図７】本発明の一例に係わるパワーステアリングデバイスの基本的な構成を示す概念図である。
【図８】上記パワーステアリングデバイスにおける電気制御ユニットの機能の構成を示すブロック図である。
【図９】ステアリング角速度およびターゲット回転速度との関係を示す特性図である。
【図１０】電動モータを作動させるためのパワー駆動方法を説明するために示された図である。
【図１１】位相進み角とターゲット回転速度との関係を示す図である。
【図１２】電動モータのトルクと回転速度との関係を示す特性図である。
【図１３】従来の１２０°の導通角システムを説明するために示されたタイムチャートである。
【図１４】三相ブラシレスモータにおける回転速度と出力トルクとの関係を示す図である。
【図１５】パルス幅変調中に７０ＡのＤＣバス電流で作動するブラシレスＤＣモータドライブの放出を示す。
【図１６】モータ速度制御を行うために位相進み角制御を使用するが、ＰＷＭのスイッチングは行わないで、７０ＡのＤＣバス電流で作動する図１５のモータドライブを示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１          ステアリング機構
２          ハンドル
３          ステアリングシャフト
４          ピニオンギア
５          ラックシャフト
５ａ        ラックギア
６          タイロッド
７          ナックルアーム
８          キングピン
１１        ステアリング角度センサ
１３        車輪速度センサ
１５        ホール効果センサ
２０        パワーシリンダ
２０ａ      シリンダチャンバ
２０ｂ      シリンダチャンバ
２１        ピストン
２２ａ      供給ルート
２２ｂ      戻りルート
２３        制御バルブ
２４        オイル循環ルート
２５        リザーブタンク
２６        オイルポンプ
２７        モータ
２８        ドライブ回路
３０        電子制御ユニット
３１        ＣＰＵ
３２        ＲＡＭ
３３        ＲＯＭ
４０        バッテリー
１００      インバータ
２００’    コントローラ
２００Ａ    整流器
２００Ｂ    パルス幅変調器
３００      モータ
４００      スイッチ
ＦＲ        右車輪
ＦＬ        左車輪
【図１】
2008503200.tif 000005
【図２】
2008503200.tif 000006
【図３】
2008503200.tif 000007
【図４】
2008503200.tif 000008
【図５】
2008503200.tif 000009
【図６】
2008503200.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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