(57)【要約】【課題】バッテリ逆接時に駆動装置を保護可能な電源システムを提供する。【解決手段】電源システム１のオルタネータ２０は、グランド側からバッテリ１０側への通電を許容する整流ダイオード２３１〜２３６により構成される整流回路２３を有する。第１ヒューズ３０は、オルタネータ２０とバッテリ１０との間に設けられる。駆動装置４０は、第１ヒューズ３０のバッテリ１０と反対側にオルタネータ２０と並列に接続される。駆動装置４０においてグランドと第１ヒューズ３０との間に直列接続される寄生ダイオード５７１〜５７６、５９１の数は、オルタネータ２０においてグランドと第１ヒューズ３０との間に直列接続される整流ダイオード２３１〜２３６の数より多い。バッテリ１０が逆接された場合、オルタネータ２０にショート電流が流れる第１ヒューズ３０が溶断することで、オルタネータ２０および駆動装置４０が保護される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド側からバッテリ（１０）側への通電を許容する整流ダイオード（２３１〜２３６）により構成される整流回路（２３）を有する発電機（２０）と、
前記発電機とバッテリ（１０）との間に設けられるヒューズ（３０）と、
グランド側から前記バッテリ側への通電を許容する寄生ダイオード（５７１〜５７６、５９１）を有する半導体素子（５１〜５６、５９）により構成される回路部（４５）、および、前記回路部により通電が切り替えられる負荷（４１）を有し、前記ヒューズの前記バッテリと反対側に前記発電機と並列に接続される駆動装置（４０）と、
を備え、
前記駆動装置においてグランドと前記ヒューズとの間に直列接続される前記寄生ダイオードの数は、前記発電機においてグランドと前記ヒューズとの間に直列接続される前記整流ダイオードの数よりも多いことを特徴とする電源システム（１）。
【請求項２】
前記半導体素子は、ブリッジ接続されるインバータ（５０）を構成する駆動素子（５１〜５６）、および、前記インバータの前記バッテリ側に設けられる電源リレー（５９）であることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記駆動装置は、前記負荷である回転電機から出力されたトルクにより駆動対象（９２）を駆動することで、運転者による操舵部材（９１）の操舵を補助する電動パワーステアリング装置（６０）に用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機駆動装置において、バッテリとインバータ部との間に電源リレーを設けることが知られている。例えば特許文献１では、バッテリとインバータ部との間に設けられる電源リレーをＭＯＳＦＥＴで構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４５５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、バッテリとインバータ部との間に、電源リレーに加え、寄生ダイオードの向きが電源リレーと逆向きとなるように配設される逆接保護リレーを設けている。これにより、誤ってバッテリが逆向きに接続された場合に電動機駆動装置が保護される。
しかしながら、電源リレーに加え、別途逆接保護リレーを設けることで、部品点数が増大する。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バッテリ逆接時に駆動装置を保護可能な電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電源システムは、発電機と、ヒューズと、駆動装置と、を備える。
発電機は、グランド側からバッテリ側への通電を許容する整流ダイオードにより構成される整流回路を有する。
ヒューズは、発電機とバッテリとの間に設けられる。
【０００６】
駆動装置は、電子回路および負荷を有し、ヒューズのバッテリと反対側に発電機と並列に接続される。電子回路は、グランド側からバッテリ側への通電を許容する寄生ダイオードを有する半導体素子により構成される。負荷は、電子回路により通電が切り替えられる。
駆動装置においてグランドとヒューズとの間に直列接続される寄生ダイオードの数は、発電機においてグランドとヒューズとの間に直列接続される整流ダイオードの数よりも多い。
【０００７】
本発明では、駆動装置を、ヒューズの下流側に発電機と並列に接続している。また、駆動装置にて直列接続される寄生ダイオードの数は、発電機にて直列接続される整流ダイオードの数より多いので、駆動装置にショート電流を流すのに要する電圧は、発電機にショート電流を流すのに要する電圧よりも高い。そのため、バッテリが逆向きに接続された場合、発電機が駆動装置の電圧ガードとして機能し、発電機にショート電流が流れてヒューズを溶断することで、発電機および駆動装置が保護される。これにより、バッテリ逆接時のショート電流から保護するための電子部品（例えば逆接保護リレー）を駆動装置に別途に設ける場合と比較し、部品点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の電源システムの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による電動パワーステアリングシステムを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態による電源システムにおいて、バッテリが逆接された場合を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による電源システムを図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１に示すように、本発明の一実施形態による電源システム１は、バッテリ１０、発電機としてのオルタネータ２０、第１ヒューズ３０、第２ヒューズ３５、および、駆動装置４０を備える車載電源システムである。
バッテリ１０は、オルタネータ２０、駆動装置４０、および、図示しないウォーターポンプやオイルポンプ、パワーウインドウ等の車載補機と接続される補機バッテリである。
【００１０】
オルタネータ２０は、図示しないエンジンの駆動力によって駆動される３相交流発電機であり、図示しないスタータ等の電源としての機能や、バッテリ１０を充電する機能等を有する。オルタネータ２０は、ロータコイル２１、ステータコイル２２、整流回路２３、および、レギュレータ２４等を有する。
【００１１】
ロータコイル２１は、エンジンの駆動力によって回転するロータに設けられ、励磁電流が流れることで磁束を発生する。ロータコイル２１は、一端が整流回路２３に接続され、他端がレギュレータ２４に接続される。
ステータコイル２２は、コイル２２１、２２２、２２３から構成され、ロータコイル２１に流れる励磁電流に応じて誘起される交流電流が流れる。コイル２２１、２２２、２２３は、一端が結線され、他端が整流回路２３に接続される。
【００１２】
整流回路２３は、ステータコイル２２から出力される交流電流を３相全波整流して、直流電流に変換する。整流回路２３は、整流ダイオード２３１〜２３６がブリッジ接続される。整流ダイオード２３１〜２３３は、高電位側に配置され、カソードが第１ヒューズ３０を経由してバッテリ１０と接続され、アノードが低電位側に配置される整流ダイオード２３４〜２３６のカソードと接続される、低電位側に配置あれる整流ダイオード２３４〜２３６のアノードは、接地される。高電位側に配置される整流ダイオード２３１〜２３３と低電位側に配置される整流ダイオード２３４〜２３６の接続点には、ステータコイル２２を構成するコイル２２１〜２２３の他端が接続される。
レギュレータ２４は、ロータコイル２１と接続され、ロータコイル２１に流れる励磁電流を調整することで、発電された直流電流の電圧が設定電圧となるように調整する。
【００１３】
第１ヒューズ３０は、バッテリ１０とオルタネータ２０との間に接続され、オルタネータ２０を保護する。本実施形態では、第１ヒューズ３０が「ヒューズ」に対応する。
第２ヒューズ３５は、第１ヒューズ３０のバッテリ１０と反対側と駆動装置４０との間に接続され、駆動装置４０を保護する。
【００１４】
本実施形態の駆動装置４０は、運転者によるステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置６０に適用される。
ここで、電動パワーステアリング装置６０の概略を図２に基づいて説明する。図２は、電動パワーステアリング装置６０を備えるステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。ステアリングシステム９０は、操舵部材としてのハンドル９１、コラム軸９２、ピニオンギア９４、ラック軸９５、車輪９６、および、電動パワーステアリング装置６０等から構成される。
【００１５】
ハンドル９１は、コラム軸９２と接続される。コラム軸９２には、運転者がハンドル９１を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ９３が設けられる。コラム軸９２の先端には、ピニオンギア９４が設けられ、ピニオンギア９４はラック軸９５に噛み合っている。ラック軸９５の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９６が設けられる。
【００１６】
これにより、運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたコラム軸９２が回転する。コラム軸９２の回転運動は、ピニオンギア９４によりラック軸９５の直線運動に変換され、ラック軸９５の変位量に応じた角度に一対の車輪９６が操舵される。
【００１７】
電動パワーステアリング装置６０は、減速ギア６１、および、駆動装置４０を備える。電動パワーステアリング装置６０は、トルクセンサ９３から取得される操舵トルクや、図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）から取得される車速等の信号に基づき、ハンドル９１の操舵を補助するための補助トルクをモータ４１から出力し、減速ギア６１を介してコラム軸９２に伝達する。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置６０は、モータ４１にて発生したトルクにてコラム軸９２の回転をアシストする、所謂「コラムアシスト」であるが、ラック軸９５の駆動をアシストする、所謂「ラックアシスト」としてもよい。換言すると、本実施形態では、コラム軸９２が「駆動対象」であるが、ラック軸９５を「駆動対象」としてもよい、ということである。
【００１８】
駆動装置４０は、負荷および回転電機としてのモータ４１、および、回路部４５等を備える。
モータ４１は、例えば３相のブラシレスモータであって、回路部４５により駆動が制御される。図１に示すように、回路部４５は、インバータ５０、および、電源リレー５９、等を有する。
【００１９】
インバータ５０は、６つの駆動素子５１〜５６がブリッジ接続されており、モータ４１への通電を切り替える。本実施形態の駆動素子５１〜５６は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）であり、各駆動素子５１〜５６は、寄生ダイオード５７１〜５７６を有している。
【００２０】
高電位側に配置される駆動素子５１、５２、５３は、ドレインが電源リレー５９のソースと接続され、ソースが低電位側に配置される駆動素子５４、５５、５６のドレインに接続される。駆動素子５４、５５、５６のソースは、図示しない電流検出素子を経由してグランドに接続される。高電位側の駆動素子５１、５２、５３と低電位側の駆動素子５４、５５、５６の接続点は、モータ４１の図示しないステータに巻回される巻線に接続される。
【００２１】
電源リレー５９は、インバータ５０と第２ヒューズ３５との間に設けられ、バッテリ１０とインバータ５０との間における電流を導通または遮断する。電源リレー５９は、駆動素子５１〜５６と同様、ＭＯＳＦＥＴであって寄生ダイオード５９１を有し、ドレインが第２ヒューズ３５側、ソースがインバータ５０側となるように接続される。
駆動素子５１〜５６、および、電源リレー５９は、図示しないマイコンによりオンオフ作動が制御される。本実施形態では、駆動素子５１〜５６および電源リレー５９が「半導体素子」に対応する。
【００２２】
駆動素子５１〜５６の寄生ダイオード５７１〜５７６、および、電源リレー５９の寄生ダイオード５９１は、いずれもカソードがバッテリ１０側、アノードがグランド側である。寄生ダイオード５７１〜５７６、５９１に順方向電流を流すのに要する電圧を、順方向電圧Ｖｆとする。オルタネータ２０の整流回路２３を構成する整流ダイオード２３１〜２３６も同様とする。
【００２３】
本実施形態では、寄生ダイオードの向きが電源リレー５９と逆向きとなるように接続される逆接保護リレー等が設けられていないので、間に他の素子等を経由することなく、３つの寄生ダイオード（例えば、寄生ダイオード５９１、５７２、５７５）が直列接続されている状態となる。
【００２４】
ここで、バッテリ１０が逆向きに接続された場合の通電経路を図３に基づいて説明する。
駆動装置４０は、電源リレー５９の寄生ダイオード５９１、高電位側駆動素子５１〜５３の寄生ダイオード５７１〜５７３、および、低電位側駆動素子５４〜５６の寄生ダイオード５７４〜５７６の３つのダイオードが直列接続されている状態となっている。そのため、例えば、第１ヒューズ３０を経由せずに駆動装置４０をバッテリ１０と接続した場合、誤ってバッテリ１０が逆向きに接続されて３倍以上の順方向電圧Ｖｆ（＝３Ｖｆ）が印加されると、駆動素子５１〜５６の寄生ダイオード５７１〜５７６、および、電源リレー５９の寄生ダイオード５９１を経由し、２点鎖線の矢印Ｙ２で示すショート電流が流れる。このとき、ショート電流により、第２ヒューズ３５が溶断する前に駆動装置４０が破損する虞がある。
【００２５】
一方、オルタネータ２０の整流回路２３は、高電位側の整流ダイオード２３１〜２３３、および、低電位側の整流ダイオード２３４〜２３６の２つが直列接続されている状態となっている。そのため、２倍の順方向電圧Ｖｆ（＝２Ｖｆ）を印加することで、１点鎖線の矢印Ｙ１で示す経路の電流が流れる。
【００２６】
そこで本実施形態では、電源リレー５９と寄生ダイオードの向きが反対となる逆接保護リレー等を設けることなく、バッテリ１０が逆向きに接続された場合の駆動装置４０の破損を回避すべく、駆動装置４０を、第１ヒューズ３０を経由してバッテリ１０と接続している。すなわち、本実施形態では、オルタネータ２０と駆動装置４０とを第１ヒューズ３０の下流側に並列接続している。
【００２７】
本実施形態の電源システム１では、バッテリ１０が逆向きに接続された場合、矢印Ｙ１で示す経路の電流が流れることで第１ヒューズ３０が溶断する。そのため、バッテリ１０が逆向きに接続されたとしても、矢印Ｙ２で示す経路の電流が流れず、駆動装置４０の破損を回避することができる。すなわち、駆動装置４０をオルタネータ２０と並列に接続し、オルタネータ２０をバッテリ逆接時の電圧ガードとして機能させることで、駆動装置４０を保護することができる。これにより、駆動装置４０における逆接保護リレー等を省略することができ、駆動装置４０の部品点数を低減でき、体格を小型化することができる。
【００２８】
以上詳述したように、電源システム１は、オルタネータ２０と、第１ヒューズ３０と、駆動装置４０と、を備える。
オルタネータ２０は、グランド側からバッテリ１０側への通電を許容する整流ダイオード２３１〜２３６により構成される整流回路２３を有する。
第１ヒューズ３０は、オルタネータ２０とバッテリ１０との間に設けられる。
【００２９】
駆動装置４０は、回路部４５、および、モータ４１を有する。回路部４５は、グランド側からバッテリ１０側への通電を許容する寄生ダイオード５７１〜５７６、５９１を有する半導体素子により構成される。モータ４１は、電子回路により通電が切り替えられる。駆動装置４０は、第１ヒューズ３０のバッテリ１０と反対側にオルタネータ２０と並列に接続される。
駆動装置４０においてグランドと第１ヒューズ３０との間に直列接続される寄生ダイオード５７１〜５７６、５９１の数は、オルタネータ２０においてグランドと第１ヒューズ３０との間に直列接続される整流ダイオード２３１〜２３６の数より多い。
【００３０】
本実施形態では、駆動装置４０を、第１ヒューズ３０の下流側にオルタネータ２０と並列に接続している。また、駆動装置４０にて直列接続される寄生ダイオード５７１〜５７６、５９１の数は、オルタネータ２０にて直列接続される整流ダイオード２３１〜２３６の数より多いので、駆動装置４０にショート電流を流すのに要する電圧は、オルタネータ２０にショート電流を流すのに要する電圧よりも高い。そのため、バッテリ１０が逆向きに接続された場合、オルタネータ２０が駆動装置４０の電圧ガードとして機能し、オルタネータ２０にショート電流が流れて第１ヒューズ３０が溶断することで、オルタネータ２０および駆動装置４０が保護される。これにより、バッテリ逆接時のショート電流から保護するための電子部品（例えば逆接保護リレー）を駆動装置４０に別途に設ける場合と比較し、部品点数を低減することができる。
【００３１】
半導体素子は、ブリッジ接続されるインバータ５０を構成する駆動素子５１〜５６、および、インバータ５０のバッテリ１０側に設けられる電源リレー５９である。これにより、電源リレー５９をＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子で構成したとしても、逆接保護用のリレーやダイオード等を別途設ける必要がないので、駆動装置４０を小型化することができる。
【００３２】
駆動装置４０は、モータ４１から出力されたトルクによりコラム軸９２を駆動することで、運転者によるハンドル９１の操舵を補助する電動パワーステアリング装置６０に用いられる。これにより、車両システム全体としての要求仕様を満たしつつ、電動パワーステアリング装置６０の小型化が可能である。
【００３３】
（他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、モータは３相ブラシレスモータであり、インバータは３相インバータである。他の実施形態では、モータをブラシ付きモータとし、インバータをＨブリッジインバータとしてもよい。また、インバータを３レベルインバータ等としてもよい。また、上記実施形態では、モータに対し、１つのインバータが設けられる。他の実施形態では、モータに対し、複数のインバータを設けてもよい。インバータの数が多いほど、逆接保護のための電子部品の省略による部品削減効果が大きい。
また、回転電機は、電動機としての機能および発電機としての機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。また、負荷は、回転電機以外の装置であってもよい。
【００３４】
（イ）上記実施形態では、オルタネータにおいて直列接続される整流ダイオード数が２であり、駆動装置において直列接続される寄生ダイオード数が３である。他の実施形態では、駆動装置において直列的に接続される寄生ダイオード数が、オルタネータにおいて直列的に接続される整流ダイオード数よりも多ければ、その数はいくつであってもよい。
【００３５】
（ウ）上記実施形態では、インバータおよび電源リレーを構成する半導体素子は、いずれもＭＯＳＦＥＴである。他の実施形態では、インバータおよび電源リレーの一部または全部を、ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体素子で構成してもよい。例えば、半導体素子が寄生ダイオードを持たないＩＧＢＴ等の場合、別途に設けられる還流ダイオードを「寄生ダイオード」とみなしてもよい。
【００３６】
（エ）上記実施形態では、オルタネータの整流回路は、整流ダイオードにより構成される。他の実施形態では、整流回路をＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタにより構成し、寄生ダイオードまたは還流ダイオードを「整流ダイオード」とみなしてもよい。また、オルタネータ以外の装置を発電機としてもよい。
（オ）上記実施形態では、駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、例えばブロアモータ等、オルタネータとバッテリを共有する他の車載補機等、電動パワーステアリング以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・電源システム
１０・・・バッテリ
２０・・・オルタネータ（発電機）
２３・・・整流回路                        ２３１〜２６１・・・整流ダイオード
３０・・・第１ヒューズ（ヒューズ）
４０・・・駆動装置    
４１・・・モータ（負荷、回転電機）        ４５・・・回路部
５０・・・インバータ
５１〜５６・・・駆動素子（半導体素子）    ５７１〜５７６・・・寄生ダイオード
５９・・・電源リレー（半導体素子）        ５９１・・・寄生ダイオード
【図１】
2016052176.tif 000003
【図２】
2016052176.tif 000004
【図３】
2016052176.tif 000005