(57)【要約】【課題】本発明は、モータ装置に関し、モータと駆動回路との間に介装される閉回路開放用の素子を半導体化したモータ装置を提供する。【解決手段】モータ１と、モータ１を駆動するインバータ回路２と、を備えるモータ装置において、イグニションオフ時又はフェール時にモータ１とインバータ回路２との間の閉回路を開放すべく、モータ１とインバータ回路２との間に半導体スイッチング素子３〜５を介装してなる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータを駆動する駆動回路と、を備えるモータ装置において、
所定状況下で前記モータと前記駆動回路との間の閉回路を開放すべく、前記モータと前記駆動回路との間に各相ごとに半導体スイッチング素子を介装したことを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子により前記閉回路が開放されている際に前記モータの回転によって発生する電力を吸収すべく、前記半導体スイッチング素子に並列に接続された抵抗を設けたことを特徴とする請求項１記載のモータ装置。
【請求項３】
前記半導体スイッチング素子は、前記モータの駆動時に前記閉回路を形成させ、前記モータの非駆動時及びフェール時に前記閉回路を開放させることを特徴とする請求項１又は２記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータと、モータを駆動する駆動回路と、を備えるモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータと駆動回路との間にリレー回路を介装したモータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このモータ装置において、リレー回路は、所定状況下でモータと駆動回路との間の閉回路を開放する。かかる構成によれば、駆動回路が故障した際にリレー回路によりモータと駆動回路との間の閉回路を開放できるので、その閉回路におけるモータの回転によって発生する誘導起電力による電流の流通を妨げることができ、モータに制動力が作用するのを防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−９６３８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リレー回路は機械部品であるため、電子部品に比べて構造が複雑である。このため、上記従来の装置では、装置自体の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化を図るうえで限界があった。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、モータと駆動回路との間に介装される閉回路開放用の素子を半導体化することにより、上記した機能を実現することが可能なモータ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明に係るモータ装置は、次のような手段を採用する。
【０００７】
即ち、請求項１記載の発明は、モータと、該モータを駆動する駆動回路と、を備えるモータ装置において、所定状況下で前記モータと前記駆動回路との間の閉回路を開放すべく、前記モータと前記駆動回路との間に各相ごとに半導体スイッチング素子を介装したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、モータと駆動回路との間の閉回路は、所定状況下で、その間に介装された半導体スイッチング素子によって開放される。この場合、所定状況下においてモータが回転することに起因して発生する誘導起電力による電流が上記閉回路を流通することはなく、モータに制動力が作用するのは防止される。半導体スイッチング素子は、機械的なリレー回路と比較して体格が小さく、構造が簡易であり、消費電力が小さく、応答性がよい素子である。従って、本発明によれば、モータ装置の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化を容易に実現することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のモータ装置において、前記半導体スイッチング素子により前記閉回路が開放されている際に前記モータの回転によって発生する電力を吸収すべく、前記半導体スイッチング素子に並列に接続された抵抗を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、半導体スイッチング素子に並列に接続された抵抗は、半導体スイッチング素子による閉回路開放時にモータの回転によって誘導起電力が発生した際にその電力を発熱により吸収する。このため、半導体スイッチング素子の耐圧を下げることができる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のモータ装置において、前記半導体スイッチング素子は、前記モータの駆動時に前記閉回路を形成させ、前記モータの非駆動時及びフェール時に前記閉回路を開放させることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、モータと駆動回路との間の閉回路は、モータの駆動時に形成され、モータの非駆動時又はフェール時に開放される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るモータ装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態であるモータ装置の構成図である。本実施形態のモータ装置は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置であって、運転者のステアリング操作をモータを用いて電気的にアシストする。本実施形態のモータ装置は、運転者のステアリング操作をアシストするトルクを発生するモータ１と、モータ１を駆動するインバータ回路２と、を備えている。モータ１は、運転者のステアリング操作をアシストしない場合にもそのステアリング操作に伴って回転する。
【００１５】
モータ１は、三相交流ブラシレスモータである。インバータ回路２は、モータ１の各相に対応して電源ＶＢＡＴに並列接続される三対のスイッチング素子ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗを有している。各一対のスイッチング素子ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗは、電源ＶＢＡＴの＋側に接続されているスイッチング素子ＳＷｕ１，ＳＷｖ１，ＳＷｗ１と電源ＶＢＡＴの−側に接続されているスイッチング素子ＳＷｕ２，ＳＷｖ２，ＳＷｗ２とが直列接続された構成を有している。各スイッチング素子ＳＷは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、ドレインが電源ＶＢＡＴの＋側に、ソースが電源ＶＢＡＴの−側にそれぞれ接続されている。尚、電源ＶＢＡＴの電圧は、例えば４２Ｖである。
【００１６】
モータ１の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）には、インバータ回路２の三対のスイッチング素子ＳＷｕ，ＳＷｖ，ＳＷｗが一対一で対応するように接続されている。具体的には、Ｕ相にはスイッチング素子ＳＷｕが、Ｖ相にはスイッチング素子ＳＷｖが、Ｗ相にはスイッチング素子ＳＷｗが、それぞれ対応している。モータ１の各相には、スイッチング素子ＳＷｕ１，ＳＷｖ１，ＳＷｗ１とスイッチング素子ＳＷｕ２，ＳＷｖ２，ＳＷｗ２との間の端子が接続されている。
【００１７】
インバータ回路２は、図示しない制御部によってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。この際、電源ＶＢＡＴの＋側のスイッチング素子ＳＷｕ１，ＳＷｖ１，ＳＷｗ１と電源ＶＢＡＴの−側のスイッチング素子ＳＷｕ２，ＳＷｖ２，ＳＷｗ２とは、一方がオンされる場合は他方がオフされるように互いに連動してオン・オフされる。また、各相のスイッチング素子ＳＷは、互いに１２０°ずつ位相がずれてオン・オフされる。
【００１８】
モータ１とインバータ回路２との間には、各相ごとにＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５が介装されている。パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、半導体式のスイッチング素子であって、インバータ回路２の各スイッチング素子ＳＷと共に同一基板に設けられている。各パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレインはインバータ回路２側に、ソースはモータ１側にそれぞれ接続されている。
【００１９】
各パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、図示しない制御部からゲートにハイレベル信号が供給された場合にオンし、ドレイン−ソース間を導通させる。また、ゲートにローレベル信号が供給された場合にオフし、ドレイン−ソース間を遮断させる。
【００２０】
図２は、すべてのパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がオフした際の図１に示すモータ装置の等価回路である。パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５にはソースからドレインへ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成される。故に、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、オフ時、ソースからドレインへ向かう方向（即ち、モータ１側からインバータ回路２側へ向かう方向）を順方向とするダイオードに置換することができる。また、同様に、各スイッチング素子ＳＷにはソースからドレインへ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成される。故に、各スイッチング素子ＳＷは、オフ時、ソースからドレインへ向かう方向（即ち、電源ＶＢＡＴの−側から＋側へ向かう方向）を順方向とするダイオードに置換することができる。従って、何れかのパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレイン−ソース間が導通されると、モータ１とインバータ回路２との間に閉回路が形成される。一方、すべてのパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がオフし、ドレイン−ソース間が遮断されると、モータ１からインバータ回路２への一方向のみの電流の流通が許容されるため、モータ１とインバータ回路２との間の閉回路は開放される。
【００２１】
図３は、本実施形態の要部詳細図である。各パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレイン−ソース間には、抵抗６〜８が接続されている。抵抗６〜８の抵抗値は、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５によりモータ１とインバータ回路２との間の閉回路が開放された際に、後述の如く、モータ１の回転によって発生する誘導起電力による電流の流通によってモータ１に作用する制動力が、運転者によるステアリング操作の操舵フィーリングを悪化させない程度となるように設定されており、例えば５０Ωである。
【００２２】
次に、本実施形態のモータ装置の動作について説明する。本実施形態のモータ装置において、車両のイグニションスイッチがオン状態にある場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がすべてオンされる。この場合には、すべてのパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレイン−ソース間が導通されることでモータ１とインバータ回路２との間に閉回路が形成される。かかる状態でインバータ回路２がＰＷＭ駆動されると、モータ１の各相に電流が流通し、モータ１の駆動が行われることとなる。
【００２３】
また、車両のイグニションスイッチがオフ状態にある場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がすべてオフされる。また、インバータ回路２の故障等のフェール時にも、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がすべてオフされる。これらの場合には、すべてのパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレイン−ソース間が遮断されることでモータ１とインバータ回路２との間の閉回路が開放される。かかる状態では、モータ１の各相に電流が流通しないので、モータ１の駆動は行われないこととなる。
【００２４】
ところで、上記の如く、モータ１は、運転者のステアリング操作をアシストしない場合にもそのステアリング操作に伴って回転する。運転者のステアリング操作に伴ってモータ１が回転すると、それに起因してモータ１に誘導起電力が発生する。この際、仮にモータ１とインバータ回路２との間に閉回路が形成されていると、その閉回路に電流が流通し、運転者のステアリング操作に伴うモータ１の回転を妨げる向きに制動力が作用する。このため、かかる構成では、インバータ回路２等のフェール時に運転者がステアリング操作を行うと、良好な操舵フィーリングを確保できなくなる。
【００２５】
これに対して、本実施形態においては、モータ１とインバータ回路２との間の閉回路は、車両のイグニションオフ時及びフェール時に、各相ごとに介装されたパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５がすべてオフされることによって開放される。かかる閉回路が開放されると、モータ１の回転に伴う誘導起電力による電流が上記閉回路を流れることはない。このため、インバータ回路２等のフェール時に、運転者のステアリング操作に伴うモータ１の回転に起因してモータ１に制動力が作用するのを防止することができ、従って、インバータ回路２等のフェール時における運転者によるステアリング操作の操舵フィーリングが、モータ制動力の作用によって悪化するのを防止することができる。
【００２６】
本実施形態のモータ装置においては、モータ１とインバータ回路２との間の導通・遮断を実現するうえで、機械的なリレー回路と比較して体格が小さく、構造が簡易であり、消費電力が小さく、応答性がよい半導体式のスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５が用いられている。従って、本実施形態においては、モータ装置の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化が図られている。
【００２７】
特に、モータ装置の電源電圧が高い場合には、モータ１とインバータ回路２との導通・遮断を実現するうえで、機械的なリレー回路が用いられていると、モータ１とインバータ回路２との間の閉回路の開放時に接点に飛ぶアークを確実に切るために、接点ギャップを広げる、或いは複数の接点を設ける構造を採用する必要があり、それに伴って、体格が大きくなり、接点を閉じるのに必要な吸引力を確保するうえでコイルに流す電流を増すことが必要となり、消費電力・発熱の点で問題が生ずる。これに対して、本実施形態のモータ装置においては、モータ１とインバータ回路２との導通・遮断を実現するうえで、半導体式のスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５を用いているため、電源電圧が高い場合にも上記問題が発生することはない。
【００２８】
従って、本実施形態のモータ装置によれば、モータ装置自体の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化を容易に実現しつつ、フェール時に運転者がステアリング操作を行う際の良好な操舵フィーリングを確保することが可能となっている。
【００２９】
また、本実施形態のモータ装置において、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５のドレイン−ソース間にはそれぞれ、並列に抵抗６〜８が接続されている。これらの抵抗６〜８は、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５によるモータ１とインバータ回路２との間の閉回路開放時にモータ１の回転によって誘導起電力が発生した際にその電力を発熱により吸収する機能を有する。このため、本実施形態のモータ装置によれば、半導体式のスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５の耐圧を下げることができる。
【００３０】
また、本実施形態のモータ装置によれば、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、ドレインがインバータ回路２側に、ソースがモータ１側にそれぞれ接続されており、インバータ回路２は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子ＳＷが直列接続された構成を有するため、スイッチング素子ＳＷの制御回路とパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５の制御回路とを互いに組み易くすることができる。
【００３１】
尚、本実施形態において、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、ドレインがインバータ回路２側に、ソースがモータ１側にそれぞれ接続されることとしているが、ソースがインバータ回路２側に、ドレインがモータ１側にそれぞれ接続されることとしてもよい。
【００３２】
また、本実施形態において、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５は、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴを用いることとしているが、Ｐチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴを用いることとしてもよい。この際には、ソースをインバータ回路２側に、ドレインをモータ１側にそれぞれ接続することが、スイッチング素子ＳＷの制御回路とパワーＭＯＳＦＥＴ３〜５の制御回路とを互いに組み易くするうえで好適である。
【００３３】
また、本実施形態においては、モータ１を三相のブラシレスモータとしているが、三相に限らず、二相および四相以上の多相のブラシレスモータに適用することも可能である。
【００３４】
次に、本発明に係るモータ装置の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態であるモータ装置の構成図である。本実施形態のモータ装置は、運転者のステアリング操作をアシストするトルクを発生するモータ２１と、モータ２１を駆動するインバータ回路２２と、を備えている。モータ２１は、運転者のステアリング操作をアシストしない場合にもそのステアリング操作に伴って回転する。
【００３５】
モータ２１は、ブラシ付きモータである。インバータ回路２２は、Ｈブリッジ型インバータ回路である。インバータ回路２２は、電源ＶＢＡＴに並列接続される二対のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２を有している。各一対のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２は、電源ＶＢＡＴの＋側に接続されているスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ２１と電源ＶＢＡＴの−側に接続されているスイッチング素子Ｔ１２，Ｔ２２とが直列接続された構成を有している。各スイッチング素子Ｔは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴであって、ドレインが電源ＶＢＡＴの＋側に、ソースが電源ＶＢＡＴの−側にそれぞれ接続されている。尚、電源ＶＢＡＴの電圧は、例えば４２Ｖである。
【００３６】
モータ２１には、一端にスイッチング素子Ｔ１１とスイッチング素子Ｔ１２との間の端子が接続され、他端にスイッチング素子Ｔ２１とスイッチング素子Ｔ２２との間の端子が接続されている。
【００３７】
インバータ回路２２は、図示しない制御部によって制御される。この際、電源ＶＢＡＴの＋側のスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ２１と電源ＶＢＡＴの−側のスイッチング素子Ｔ１２，Ｔ２２とは、一方がオンされる場合は他方がオフされるように互いに連動してオン・オフされる。また、各相のスイッチング素子Ｔは、互いに１８０°位相がずれてオン・オフされる。
【００３８】
モータ２１とインバータ回路２２との間には、モータ２１の各相ごとにＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が介装されている。パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４は、半導体式のスイッチング素子であって、インバータ回路２２の各スイッチング素子Ｔと共に同一基板に設けられている。各パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４のドレインはインバータ回路２２側に、ソースはモータ２１側にそれぞれ接続されている。
【００３９】
各パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４は、図示しない制御部からゲートにハイレベル信号が供給された場合にオンし、ドレイン−ソース間を導通させる。また、ゲートにローレベル信号が供給された場合にオフし、ドレイン−ソース間を遮断させる。
【００４０】
図５は、両パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４がオフした際の図４に示すモータ装置の等価回路である。パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４にはソースからドレインへ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成されている。故に、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４は、オフ時、ソースからドレインへ向かう方向（即ち、モータ２１側からインバータ回路２２側へ向かう方向）を順方向とするダイオードに置換することができる。また、同様に、各スイッチング素子Ｔにはソースからドレインへ向かう方向を順方向とする寄生ダイオードが形成されている。故に、各スイッチング素子Ｔは、オフ時、ソースからドレインへ向かう方向（即ち、電源ＶＢＡＴの−側から＋側へ向かう方向）を順方向とするダイオードに置換することができる。従って、何れかのパワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４のドレイン−ソース間が導通されると、モータ２１とインバータ回路２２との間に閉回路が形成される。一方、両パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４がオフし、ドレイン−ソース間が遮断されると、モータ２１からインバータ回路２２への一方向のみの電流の流通が許容されるため、モータ２１とインバータ回路２２との間の閉回路は開放される。
【００４１】
次に、本実施形態のモータ装置の動作について説明する。本実施形態のモータ装置において、車両のイグニションスイッチがオン状態にある場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が共にオンされる。この場合には、両パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４のドレイン−ソース間が導通されることでモータ２１とインバータ回路２２との間に閉回路が形成される。かかる状態でインバータ回路２２が駆動されると、モータ２１の各相に電流が流通し、モータ２１の駆動が行われることとなる。
【００４２】
また、車両のイグニションスイッチがオフ状態にある場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が共にオフされる。また、インバータ回路２２の故障等のフェール時にも、パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が共にオフされる。これらの場合には、両パワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４のドレイン−ソース間が遮断されることでモータ２１とインバータ回路２２との間の閉回路が開放される。かかる状態では、モータ２１の各相に電流が流通しないので、モータ２１の駆動は行われないこととなる。
【００４３】
ところで、上記の如く、モータ２１は、運転者のステアリング操作をアシストしない場合にもそのステアリング操作に伴って回転する。運転者のステアリング操作に伴ってモータ２１が回転すると、それに起因してモータ２１に誘導起電力が発生する。この際、仮にモータ２１とインバータ回路２２との間に閉回路が形成されていると、その閉回路に電流が流通し、運転者のステアリング操作に伴うモータ２１の回転を妨げる向きに制動力が作用する。このため、かかる構成では、インバータ回路２２等のフェール時に運転者がステアリング操作を行うと、良好な操舵フィーリングを確保できなくなる。
【００４４】
これに対して、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、モータ２１とインバータ回路２２との間の閉回路は、車両のイグニションオフ時及びフェール時に、各相ごとに介装されたパワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が共にオフされることによって開放される。かかる閉回路が開放されると、モータ２１の回転に伴う誘導起電力による電流が上記閉回路を流れることはない。このため、インバータ回路２２等のフェール時に、運転者のステアリング操作に伴うモータ２１の回転に起因してモータ２１に制動力が作用するのを防止することができ、従って、インバータ回路２２等のフェール時における運転者によるステアリング操作の操舵フィーリングが、モータ制動力の作用によって悪化するのを防止することができる。
【００４５】
本実施形態のモータ装置においては、モータ２１とインバータ回路２２との間の導通・遮断を実現するうえで、機械的なリレー回路と比較して体格が小さく、構造が簡易であり、消費電力が小さく、応答性がよい半導体式のスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ２３，２４が用いられている。従って、本実施形態においては、モータ装置の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化が図られている。
【００４６】
この点、本実施形態のモータ装置によれば、第１の実施形態と同様に、モータ装置自体の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化を容易に実現しつつ、フェール時に運転者がステアリング操作を行う際の良好な操舵フィーリングを確保することが可能となっている。
【００４７】
尚、上記の第１及び第２の実施形態においては、インバータ回路２，２２が特許請求の範囲に記載した「駆動回路」に、パワーＭＯＳＦＥＴ３〜５，２３，２４が特許請求の範囲に記載した「半導体スイッチング素子」にそれぞれ相当している。
【００４８】
また、上記の第１及び第２の実施形態において、モータ装置は、車両に搭載する電動パワーステアリング装置としているが、電動パワーステアリング装置に限定されるものではなく、他の用途に適用することも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、モータと駆動回路との間に両者の導通・遮断を行う半導体スイッチング素子を介装することで、モータ装置の小型化、低コスト化、省電力化及び高応答性化を実現することができる。
【００５０】
請求項２記載の発明によれば、モータと駆動回路との間に介装される半導体スイッチング素子の耐圧を下げることができる。
【００５１】
また、請求項３記載の発明によれば、モータの駆動時にモータと駆動回路との間に閉回路を形成し、モータの非駆動時又はフェール時にその閉回路を開放することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるモータ装置の構成図である。
【図２】すべてのパワーＭＯＳＦＥＴがオフした際の図１のモータ装置の等価回路図である。
【図３】第１の実施形態の要部詳細図である。
【図４】本発明の第２の実施形態であるモータ装置の構成図である。
【図５】すべてのパワーＭＯＳＦＥＴがオフした際の図１のモータ装置の等価回路図である。
【符号の説明】
１，２１  モータ
２，２２  インバータ回路
３〜５，２３，２４  パワーＭＯＳＦＥＴ
６〜８  抵抗
【図１】
2004328847.tif 000003
【図２】
2004328847.tif 000004
【図３】
2004328847.tif 000005
【図４】
2004328847.tif 000006
【図５】
2004328847.tif 000007