(57)【要約】【課題】効率低下を抑制し、高速応答性や耐久性にも優れた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置を提供する。【解決手段】主電源４及び補助電源１２から電動パワーステアリング装置１のモータ１ｍに電力を供給するモータ制御装置２において、補助電源１２から主電源１への電流の回り込みを阻止するために設けられたダイオード６と並列に、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ７を接続する構成とする。主電源４のみからモータ１ｍに電力を供給するときＭＯＳ−ＦＥＴ７をオン状態とすることにより、大部分の電流をこのＭＯＳ−ＦＥＴ７に流して、電力損失を小さく抑え、効率の低下を抑制する。ＭＯＳ−ＦＥＴ７は、高速応答性や耐久性にも優れている。【選択図】図１
2008213611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動パワーステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、
前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
前記主電源から前記モータに電力を供給する電路に設けられ、前記補助電源から前記主電源への電流の回り込みを阻止するダイオードと、
前記ダイオードと並列に接続された半導体スイッチング素子と、
前記主電源のみから前記モータに電力を供給するとき前記半導体スイッチング素子をオン状態とし、前記補助電源を用いて前記モータに電力を供給するときには前記半導体スイッチング素子をオフ状態とする制御・駆動回路と
を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴである請求項１記載の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補助電源から前記モータに電力を供給する電路に他の半導体スイッチング素子が設けられ、前記制御・駆動回路は、ＰＷＭ制御により徐々に、前記半導体スイッチング素子及び当該他の半導体スイッチング素子の一方をオン状態からオフ状態に、他方をその逆に、それぞれ動作させる請求項１記載の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
【請求項４】
前記補助電源から前記モータに電力を供給する電路に他の半導体スイッチング素子が設けられ、前記制御・駆動回路は、前記半導体スイッチング素子及び当該他の半導体スイッチング素子の一方をオン状態からオフ状態に動作させるとき同時に他方をその逆に動作させる請求項１記載の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される電動パワーステアリング装置のモータを制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は必要とされる操舵補助力が大きいほど、モータに大電流を流す必要があるので、車載バッテリだけでは電力が不足することがある。そこで、通常は主電源である車載バッテリからモータに電力を供給するが、負荷増大によって主電源の端子電圧が低下してきたときは、予め電力を貯えていた補助電源から電力を供給して主電源の負担を減らすようにした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。補助電源使用時には、主電源から電動パワーステアリング装置に電流が流れないように、電路にダイオードが挿入されている。
【０００３】
一方、近年、大型車への電動パワーステアリング装置の需要が高まっている。かかる電動パワーステアリング装置に対してさらなる高出力を提供すべく、通常は主電源のみで対応し、より大きな電力を必要とするときは主電源と補助電源とを互いに直列に接続して両電源で電力を供給する、という構成も提案されている（本出願人による特願２００６−２４０５３１）。この場合、補助電源を使用するときは電力供給電路の電圧が主電源の電圧より高くなるため、この電圧が主電源側に回り込まないようにダイオードが設けられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８２１２１号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの構成においても、ダイオードが設けられていることによって、主電源のみで使用するときには、モータの駆動回路に供給される電流がダイオードを順方向に流れることになる。この場合、電流値が大きいため（数十アンペア〜１００アンペア以上）、ダイオードでの電圧降下、電力損失もかなり大きなものとなり、効率が低下する。さらに、電流値が大きいため、主電源自体の電源電圧も低下する上、ダイオードでも電圧降下が発生するため、実際にモータに印加される電圧が低下する。そのため、モータ出力が減少し、アシスト力の低下を招き、操舵フィーリングの悪化に至る恐れがある。一方、ダイオードに代えてリレーのような機械的接点を開閉することも可能であるが、高速応答性や耐久性の面で劣る。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、効率低下を抑制し、高速応答性や耐久性にも優れた電動パワーステアリング装置のモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置は、電動パワーステアリング装置のモータに電力を供給する主電源と、前記モータに電力を供給することが可能な補助電源と、前記主電源から前記モータに電力を供給する電路に設けられ、前記補助電源から前記主電源への電流の回り込みを阻止するダイオードと、前記ダイオードと並列に接続された半導体スイッチング素子と、前記主電源のみから前記モータに電力を供給するとき前記半導体スイッチング素子をオン状態とし、前記補助電源を用いて前記モータに電力を供給するときには前記半導体スイッチング素子をオフ状態とする制御・駆動回路とを備えたものである。
上記のように構成された電動パワーステアリング装置のモータ制御装置では、主電源のみから電力が供給されるとき、半導体スイッチング素子はオン状態となりダイオードと並列に接続される。これにより、主電源からモータに流れる電流の大部分は、ダイオードよりオン抵抗値が低い半導体スイッチング素子に流れるので、電圧降下、電力損失を抑えることができる。
【０００７】
また、上記電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、半導体スイッチング素子は、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴであることが好ましい。
ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴはオン抵抗が小さいので、電力損失を小さく抑えるのに好適である。しかも、一般にＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴは製品の種類が豊富で選定し易く、また、安価である。
【０００８】
また、上記電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、補助電源からモータに電力を供給する電路に他の半導体スイッチング素子が設けられ、制御・駆動回路は、ＰＷＭ制御により徐々に、半導体スイッチング素子及び当該他の半導体スイッチング素子の一方をオン状態からオフ状態に、他方をその逆に、それぞれ動作させるようにしてもよい。
この場合、オン状態からオフ状態へ又はその逆の状態反転が、ＰＷＭ制御により徐々に行われるので、電源切換時の急激な電圧変化を抑制して、モータのトルク変動を抑制することができる。
【０００９】
また、上記電動パワーステアリング装置のモータ制御装置において、補助電源からモータに電力を供給する電路に他の半導体スイッチング素子が設けられ、制御・駆動回路は、半導体スイッチング素子及び当該他の半導体スイッチング素子の一方をオン状態からオフ状態に動作させるとき同時に他方をその逆に動作させるようにしてもよい。
この場合、双方の半導体スイッチング素子が同時にオン状態になることはないため、補助電源から２つの半導体スイッチング素子を通って補助電源に戻る循環電流が生じることを防止でき、循環電流によるロスをなくすことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電動パワーステアリング装置のモータ制御装置によれば、主電源からモータに流れる電流の大部分は、半導体スイッチング素子に流れるので、電力損失を小さく抑えて、効率の低下を抑制することができる。また、半導体スイッチング素子であるため高速応答性や耐久性に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置１のモータ制御装置２を示す回路図である。図において、車両のステアリング装置１ｓには、モータ１ｍにより操舵補助力が付与される。モータ１ｍへの給電はモータ駆動回路３により行われる。主電源４は車載バッテリ４ｂとオルタネータ４ａとによって構成され、この主電源４をモータ駆動回路３に導く非接地側電路５の途中に、その方向を順方向とするダイオード６が設けられている。
【００１２】
また、ダイオード６と並列に半導体スイッチング素子としてのＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ７が、ソースを主電源４側、ドレインをモータ駆動回路３側にして、接続されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ７のソースには、ゲート駆動のための昇圧回路（ブートストラップ回路）８が接続され、その出力電圧を基に、ゲート駆動回路９を介してゲート電圧が付与される。ＭＯＳ−ＦＥＴ７のドレインと接地側電路１０との間には、平滑用の電解コンデンサ１１が設けられている。
【００１３】
一方、補助電源１２は、電気二重層コンデンサやリチウムイオン電池で構成されており、主電源４に対して直列に接続されている。補助電源１２の給電電路（高電位側電路）１３は、放電制御回路（定電流源）１４を介してＭＯＳ−ＦＥＴ７のドレイン及びモータ駆動回路３に接続されている。補助電源１２の低電位側には、リアクトル１５を介してダイオード１６のアノードが接続され、カソードは補助電源１２の給電電路１３に接続されている。また、ダイオード１６のアノードと接地側電路１０との間には、ＰチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ１７が設けられている。保護用のダイオード１７ｄは、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７に並列接続又は内蔵されている。ＭＯＳ―ＦＥＴ１７のゲートは、ゲート駆動回路１８により、駆動される。
【００１４】
上記モータ駆動回路３、ゲート駆動回路９、放電制御回路１４、及び、ゲート駆動回路１８は、制御回路１９の指令信号を受けて動作する。この制御回路１９には、運転者によるステアリングホイールの操舵トルクや、車速の情報が入力されるようになっており、制御回路１９はこれらの情報に応じて適切な操舵補助力を発生させるべく、モータ１ｍを駆動させる。
【００１５】
上記ＭＯＳ−ＦＥＴ１７がオン状態のときは、オルタネータ４ａからリアクトル１５、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７を通って電流が流れるが、ＭＯＳ−ＦＥＴ１７がオフ状態に転じると、電流遮断による磁束変化を妨げるように高電圧がリアクトル１５に発生し、これにより、オルタネータ４ａの出力を昇圧した電圧で、補助電源１２が充電される。このようにＭＯＳ−ＦＥＴ１７のオン・オフを繰り返して、補助電源１２を充電することができる。
【００１６】
上記の構成において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいときは、制御回路１９はＭＯＳ−ＦＥＴ７をオン状態とし、放電制御回路１４をオフ状態とする。従って、主電源４の電圧は平滑コンデンサ１１で平滑された後、モータ駆動回路３に供給され、モータ駆動回路３は、制御回路１９による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。一方、補助電源１２の電圧はモータ駆動回路３に供給されない。ここで、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴのオン抵抗はダイオード６の順方向抵抗に比べて格段に小さい（例えば１ｍΩ程度）ため、主電源４からモータ駆動回路３に流れる電流の大部分は、ＭＯＳ−ＦＥＴ７に流れる。従って、ＭＯＳ−ＦＥＴ７での電力損失は小さく、効率の低下を抑制することができる。また、半導体スイッチング素子であるため高速応答性や耐久性に優れている。
【００１７】
一方、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源４のみではまかないきれないときは、制御回路１９はＭＯＳ−ＦＥＴ７をオフ状態とし、放電制御回路１４をオン状態とする。この結果、主電源４と補助電源１２とが互いに直列に接続された状態で、その電圧に基づいて、放電制御回路１４の定電流源により規定される電流がモータ駆動回路３に供給される。これにより、主電源４の出力可能電力を超える電力がモータ駆動回路３に供給される。このとき、ダイオード６のカソードはアノードより高電位、すなわち、逆電圧であることにより、補助電源１２から主電源４への電流の回り込みは阻止される。
【００１８】
なお、上記実施形態における放電制御回路１４は、ＰＷＭ方式の電圧源（例えばＭＯＳ−ＦＥＴのゲート電圧をＰＷＭ制御するもの）に変更しても良い。
上記実施形態のＭＯＳ−ＦＥＴ７は、前述のようにＮチャネルタイプである。ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴにはオン抵抗が小さい製品が揃っており、上記のような用途に好適である。しかも、一般にＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴは製品の種類が豊富で選定し易く、また、安価である。ＰチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴでも使用可能ではあるが、Ｎチャネルほどオン抵抗の小さいものがなく、チップサイズも大きいので、実用的にはＮチャネルが好適である。
【００１９】
図２は、本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング装置１のモータ制御装置２を示す回路図である。図１との違いは、補助電源１２の給電電路１３に、放電制御用のＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ２０とダイオード２１とを互いに並列接続したものを図示のように設け、このＭＯＳ−ＦＥＴ２０に対して、ゲート駆動回路９でゲート駆動を行うようにした点である。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００２０】
上記の構成（図２）において、必要とされる操舵補助力が比較的小さいときは、制御回路１９はＭＯＳ−ＦＥＴ７をオン状態とし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオフ状態とする。従って、主電源４の電圧は平滑コンデンサ１１で平滑された後、モータ駆動回路３に供給され、モータ駆動回路３は、制御回路１９による制御信号に基づいてモータ１ｍを駆動する。ここで、第１実施形態と同様に、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ７のオン抵抗はダイオード６の順方向抵抗に比べて格段に小さいため、主電源４からモータ駆動回路３に流れる電流の大部分は、ＭＯＳ−ＦＥＴ７に流れる。従って、ＭＯＳ−ＦＥＴ７での電力損失は小さく、効率の低下を抑制することができる。また、半導体スイッチング素子であるため高速応答性や耐久性に優れている。一方、補助電源側のＭＯＳ−ＦＥＴ２０はオフ状態であり、また、ダイオード２１も逆電圧の状態となるので、補助電源１２からモータ駆動回路３に電力供給は行われない。
【００２１】
次に、必要とされる操舵補助力が比較的大きく、主電源４のみではまかないきれないときは、制御回路１９は２つのＭＯＳ−ＦＥＴ７，２０の状態を反転させ、ＭＯＳ−ＦＥＴ７をオフ状態とし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオン状態とする。このとき、瞬時に状態を反転完了させず、ゲート駆動回路９のＰＷＭ制御により、図３に示すようにＭＯＳ−ＦＥＴ７は徐々にオンからオフへ、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０は徐々にオフからオンへ移行させる。また、この過渡的状態においても両者の状態は常に逆の関係にある。
【００２２】
反転が完了すると、主電源４と補助電源１２とが互いに直列に接続された状態で、その電圧が、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０を介して、モータ駆動回路３に供給される。これにより、主電源４の出力可能電力を超える電力をモータ駆動回路３に供給することができる。前述のように、ＮチャネルのＭＯＳ−ＦＥＴ２０のオン抵抗は小さいため、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０での電力損失は小さく、補助電源１２使用時の効率の低下を抑制することができる。また、ダイオード６は逆電圧となり、従って、補助電源１２から主電源４への電流の回り込みは阻止される。
【００２３】
また、上記のように２つのＭＯＳ−ＦＥＴ７，２０の状態反転を徐々に行うことにより、電源切換時の急激な電圧変化を抑制して、モータ１ｍのトルク変動を抑制することができる。さらに、双方のＭＯＳ−ＦＥＴ７，２０が同時にオン状態になることはないため、補助電源１２から２つのＭＯＳ−ＦＥＴ７，２０を通って補助電源１２に戻る循環電流が生じることを防止できる。
なお、再び、ＭＯＳ−ＦＥＴ７をオン状態とし、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０をオフ状態とする反転動作についても、同様である。
【００２４】
なお、上記各実施形態において主電源４の非接地側電路５や補助電源１２の給電電路１３に設ける半導体スイッチング素子としてはＭＯＳ−ＦＥＴ７，２０を使用したが、オン抵抗の低いものであれば、ＭＯＳ−ＦＥＴ以外の他の半導体スイッチング素子（例えばＢＪＴ、ＩＧＢＴ）の使用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置のモータ制御装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態による電動パワーステアリング装置のモータ制御装置を示す回路図である。
【図３】図２における電源電路の２つのＭＯＳ−ＦＥＴにおいて、スイッチングをＰＷＭ制御により行う場合のオン・オフ状態の変化図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    電動パワーステアリング装置
１ｍ  モータ
２    モータ制御装置
４    主電源
５    非接地側電路
６    ダイオード
７    ＭＯＳ−ＦＥＴ
９    ゲート駆動回路
１２    補助電源
１３    給電電路
１９    制御回路
２０    ＭＯＳ−ＦＥＴ
【図１】
2008213611.tif 000003
【図２】
2008213611.tif 000004
【図３】
2008213611.tif 000005