(57)【要約】【課題】昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイルの発熱を抑制する昇圧回路の制御装置、モータ制御装置および電気式動力舵取装置を提供する。【解決手段】電源電圧３０が印加される昇圧コイル２５と、この昇圧コイル２５に接続されるＦＥＴ２４ａ，２４ｂと、を備え、ＦＥＴ２４ａ，２４ｂを所定の駆動周波数ｆでオンオフ動作させることにより得られる昇圧電圧Ｖoutをモータ１１に供給する昇圧回路２３の制御装置であるＭＰＵ２１において、モータ１１の消費電力Ｐが増加するほど駆動周波数ｆを減少させるように設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧が印加される昇圧コイルと、
前記昇圧コイルに接続されるスイッチング素子と、を備え、
前記スイッチング素子を所定の駆動周波数でオンオフ動作させることにより得られる昇圧電圧を外部負荷に供給する昇圧回路の制御装置において、
前記駆動周波数は、前記外部負荷の消費電力が増加するほど減少するように設定されることを特徴とする昇圧回路の制御装置。
【請求項２】
モータを駆動制御するモータ制御装置において、
請求項１記載の昇圧回路およびその制御装置を備え、
前記昇圧回路からの前記昇圧電圧を、前記外部負荷である前記モータの消費電力が増加するほど前記駆動周波数を減少させるようにして当該モータに供給することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
操舵状態を検出し、この操舵状態に応じたアシスト力を、請求項２に記載のモータ制御装置でもって前記モータを駆動制御することにより発生させて操舵をアシストすることを特徴とする電気式動力舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧する昇圧回路の制御装置、モータ制御装置および電気式動力舵取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電源電圧を昇圧する昇圧回路の制御装置を採用する電気式動力舵取装置として、例えば、下記特許文献１に示す、電動パワーステアリング装置が知られている。この電動パワーステアリング装置のＥＣＵ（電動機制御手段）は、電動機トルク指令値が大きい場合、または、ｑ軸アシスト電流が大きい場合には、昇圧回路の昇圧用スイッチ（スイッチング素子）を高い周波数でＯＮ／ＯＦＦ駆動することにより、インダクタ（昇圧コイル）の発熱を抑制している。
【特許文献１】特開２００３−２６７２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、外部負荷、例えばモータ１１にインバータ２２を介して高電圧を供給する昇圧回路２３およびその制御装置２１について図５および図６を用いて説明する。図５は、電気式動力舵取装置におけるＥＣＵの昇圧回路２３の概略構成を示すブロック図である。図６は、スイッチング素子であるＦＥＴ２４ａ，２４ｂをＯＮ／ＯＦＦ駆動したときのモータ１１の消費電力と昇圧コイル２５に流れる電流値の関係を説明する説明図であり、図６(A)は消費電力が低い場合の昇圧コイル２５の電流値（実線で示すｉ０Ｌ）を示し、図６(B)は、消費電力が高い場合の昇圧コイル２５の電流値（太破線で示すｉ０Ｈ）を示し、図６(C)は、昇圧回路のＦＥＴ２４ａ，２４ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。また、図６(A)，(B)に示す昇圧コイル２５の電流値ｉ０Ｌ、ｉ０Ｈは、当該昇圧コイル２５から接続点ａを介してＦＥＴ２４ａ，２４ｂ側へ流れる電流の値を「＋」、当該昇圧コイル２５から接続点ｃを介してコンデンサ２７側へ流れる電流の値を「−」として図示されている。
【０００４】
モータ１１での消費電力が低い場合、ＦＥＴ２４ａがＯＮ状態およびＦＥＴ２４ｂがＯＦＦ状態では、昇圧コイル２５には直流電流が接続点ａに向けて流れる。また、ＦＥＴ２４ａがＯＦＦ状態およびＦＥＴ２４ｂがＯＮ状態では、モータ１１での消費電力が低いためにコンデンサ２６に蓄えられた電荷がインバータ２２に向けて流れずにコンデンサ２７に戻されるように流れるため、昇圧コイル２５には直流電流が接続点ｃに向けて流れることとなる。
【０００５】
このため、昇圧コイル２５の両端に位置するコンデンサ２７、２６間で無駄な電力のやり取りがなされるように昇圧コイル２５に交流電流が流れることとなり（図６(A)の実線で示すｉ０Ｌ参照）、昇圧コイル２５が発熱してしまうという問題が生じる。
【０００６】
一方モータ１１での消費電力が高い場合、ＦＥＴ２４ａがＯＮ状態およびＦＥＴ２４ｂがＯＦＦ状態では、モータ１１での消費電力が低い場合と同様に、昇圧コイル２５には直流電流が接続点ａに向けて流れる。また、ＦＥＴ２４ａがＯＦＦ状態およびＦＥＴ２４ｂがＯＮ状態では、モータ１１での消費電力が低い場合と異なり、モータ１１での消費電力が高いためにコンデンサ２６に蓄えられた電荷がインバータ２２を介してモータ１１に向けて流れるため、昇圧コイル２５には直流電流が接続点ａに向けて流れることとなる。
【０００７】
このため、昇圧コイル２５には交流電流が発生しないために（図６(B)の太破線で示すｉ０Ｈ参照）、昇圧コイル２５の発熱が抑制されることとなる。しかしながらＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数が高い場合には、モータ１１の消費電力にかかわらずスイッチング損失が増加して昇圧回路効率が悪化してしまうという別の問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイルの発熱を抑制する昇圧回路の制御装置、モータ制御装置および電気式動力舵取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の昇圧回路の制御装置では、電源電圧（３０）が印加される昇圧コイル（２５）と、前記昇圧コイルに接続されるスイッチング素子（２４ａ，２４ｂ）と、を備え、前記スイッチング素子を所定の駆動周波数（ｆ）でオンオフ動作させることにより得られる昇圧電圧（Ｖout）を外部負荷（１１）に供給する昇圧回路（２３）の制御装置（２１）において、前記駆動周波数は、前記外部負荷の消費電力（Ｐ）が増加するほど減少するように設定されることを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明では、外部負荷の消費電力が増加するほどスイッチング素子の駆動周波数が減少するように設定される。
【００１１】
これにより、外部負荷の消費電力が低い場合にはスイッチング素子の駆動周波数が高く設定されるので、昇圧コイルを一方向に流れる電流値および他方向に流れる電流値がそれぞれ小さくなる。このため、両電流値の差、即ち、昇圧コイルを流れる交流電流値が小さくなり、この昇圧コイル両端間での無駄な電力のやり取りを減らし当該昇圧コイルの発熱が抑制され得る。このとき、スイッチング素子の駆動周波数が高く設定されているのでスイッチング損失が増加するものの、消費電力自体は低いため、損失増加による影響が少なくなる。一方、外部負荷の消費電力が高くなり昇圧コイルに交流電流が発生しない場合には、当該昇圧コイルの発熱が抑制されるだけでなく、スイッチング素子の駆動周波数が外部負荷の消費電力が低い場合と比べて低く設定されるため、スイッチング損失の増加が抑制され得る。
したがって、昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイルの発熱を抑制することができる。
【００１２】
請求項２の発明では、モータ制御装置は、請求項１に記載の昇圧回路の制御装置によって、昇圧回路からの昇圧電圧を、外部負荷であるモータの消費電力が増加するほど昇圧回路におけるスイッチング素子の駆動周波数を減少させるようにして、当該モータに供給する。
【００１３】
これにより、昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイルの発熱を抑制することができる等の、請求項１の発明による作用・効果を享受したモータ制御装置を実現でき、当該モータ制御装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
請求項３の発明では、電気式動力舵取装置は、操舵状態を検出し、この操舵状態に応じたアシスト力を、請求項２に記載のモータ制御装置でもってモータを駆動制御することにより発生させて操舵をアシストする。
【００１５】
このため、上述のモータ制御装置により昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイルの発熱を抑制することができる等の、請求項２の発明による作用・効果を享受した電気式動力舵取装置を実現でき、当該電気式動力舵取装置の小型化を図り車両への搭載性の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる昇圧回路２３を備えるモータ制御装置であるＥＣＵ２０を車両の電気式動力舵取装置１０に搭載した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るＥＣＵ２０を備える電気式動力舵取装置１０の構成を示す構成図である。
【００１７】
図１に示すように、電気式動力舵取装置１０は、車両の操舵系にアシスト力を付与する駆動源としてのモータ１１と、このモータ１１を制御するモータ制御装置であるＥＣＵ２０とを備えている。
【００１８】
ステアリングホイール１２は、ステアリングシャフト１３を介してラックアンドピニオン機構１４に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト１３の回転は、ラックアンドピニオン機構１４にてラックの往復直線運動に変換され図略の操舵輪に伝達される。本実施形態の電気式動力舵取装置１０は、モータ１１がラックと同軸に配置されたいわゆるラック型ＥＰＳであり、モータ１１が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラックに伝達される。そして、ＥＣＵ２０は、このモータ１１が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【００１９】
図２は、図１のＥＣＵ２０の電気的構成を示すブロック図である。なお、図２の昇圧回路２３は、上述した図５にて示す昇圧回路２３と同等の回路である。
図２に示すように、ＥＣＵ２０は、モータ制御信号を出力するＭＰＵ２１と、モータ制御信号に基づいてモータ１１に駆動電力を供給する駆動回路として機能するインバータ２２とを備えている。尚、本実施形態のモータ１１はブラシレスモータであり、インバータ２２は、モータ制御信号に基づいて三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。
【００２０】
ＭＰＵ２１には、操舵トルクＴを検出するためのトルクセンサ１５、及び車両の車速Ｖを検出するための車速センサ１６が接続されており、ＭＰＵ２１は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力、即ちモータ１１が発生するアシストトルクを決定する。
【００２１】
また、ＭＰＵ２１には、モータ１１に通電される電流値を検出するための電流センサ１７，１８、及びモータ１１の回転角（電気角）θを検出するための回転角センサ１９が接続されており、ＭＰＵ２１は、これら各センサの出力信号に基づいてモータ１１の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びその回転角θを検出する。そして、ＭＰＵ２１は、この検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θに基づいて、モータ１１に上記決定されたアシストトルクを発生させるべくモータ制御信号を出力する。
【００２２】
尚、本実施形態では、ＭＰＵ２１は、相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ変換し、ｄ−ｑ座標系における電流制御、詳しくは、ｑ軸電流値がアシストトルクの目標値となるｑ軸電流指令値に追従するように制御する。そして、ＭＰＵ２１は、このｄ−ｑ座標系における電流制御に基づき決定されたモータ制御信号をインバータ２２に出力する。
【００２３】
また、図２及び図５に示すように、ＥＣＵ２０は、電源電圧Ｖinを昇圧してインバータ２２に出力する昇圧回路２３を備えており、この昇圧回路２３は、直流電源（バッテリー）３０とインバータ２２との間の電力供給経路に設けられている。そして、昇圧回路２３は、ＭＰＵ２１に制御されることにより直流電源３０の電源電圧Ｖinを、例えば、１２Ｖから２７Ｖに昇圧してインバータ２２に出力する。
【００２４】
また、直流電源３０と昇圧回路２３との間には、リレー２９が設けられており、このリレー２９を駆動することにより、直流電源３０から昇圧回路２３への電圧の供給を停止する。
【００２５】
図５に示すように、本実施形態の昇圧回路２３は、スイッチング素子であるＦＥＴ２４ａ，２４ｂ、昇圧コイル２５、及びコンデンサ２６，２７により構成されている。昇圧コイル２５は、一端がコンデンサ２７及びリレー２９を介し直流電源３０に接続されるとともに他端がＦＥＴ２４ａの一端に接続されており、ＦＥＴ２４ａの他端は接地されている。また、昇圧コイル２５とＦＥＴ２４ａと間の接続点ａは、ＦＥＴ２４ｂの一端に接続されており、ＦＥＴ２４ｂの他端は、インバータ２２に接続されている。そして、ＦＥＴ２４ｂとインバータ２２との間の接続点ｂは、コンデンサ２６を介して接地されている。また、リレー２９と昇圧コイル２５との間の接続点ｃは、コンデンサ２７を介して接地されている。
【００２６】
また、各ＦＥＴ２４ａ，２４ｂのゲート端子は、ＭＰＵ２１に接続されており、ＭＰＵ２１から印加される制御信号に応じて、各ＦＥＴ２４ａ，２４ｂが所定の駆動周波数でオン／オフ制御される。
【００２７】
ＦＥＴ２４ａが駆動周波数ｆでオン／オフ制御されると、接続点ａにおける電圧は、ＦＥＴ２４ａのオフ時に昇圧コイル２５に発生する逆起電力が電源電圧Ｖinに重畳された電圧となり、ＦＥＴ２４ａがオン時に接地電位となる。そして、この電圧がＦＥＴ２４ｂのオン時に接続点ｂに伝達される。そして、昇圧回路２３は、接続点ｂにおいて脈動的に変化する電圧・電流をコンデンサ２６にて平滑化する。このようにして昇圧回路２３は、直流電源３０の電圧を昇圧した昇圧電圧Ｖoutを出力する。インバータ２２の電圧を直流電源３０に回生する場合には、ＦＥＴ２４ｂがＭＰＵ２１によりオン制御される。
【００２８】
本実施形態において、ＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆは、図３に示す消費電力−駆動周波数マップを参照することにより、消費電力Ｐに対応するように決定される。ここで、消費電力Ｐは、モータ１１の消費電力であって、例えば、上述したｄ−ｑ座標系におけるｑ軸電圧値およびｑ軸電流値の乗算値と、ｄ軸電圧値およびｄ軸電流値の乗算値との加算値に応じて演算される。
【００２９】
このマップは、図３に示すように、消費電力ＰがＰ１未満では駆動周波数ｆ＝ｆ２に設定され、消費電力ＰがＰ１以上であってＰ２未満では消費電力Ｐの増加に伴い駆動周波数ｆがｆ２からｆ１まで直線的に減少するように設定され、消費電力ＰがＰ２以上では駆動周波数ｆ＝ｆ１に設定されている。
【００３０】
ここで、ｆ１およびｆ２は、例えば、それぞれ２０ｋＨｚおよび４０ｋＨｚに設定されている。また、Ｐ１は、例えば、駆動周波数ｆをｆ２より増加させることによる昇圧コイル２５の発熱抑制の効果がほとんど変わらないような消費電力のうちの最大値に設定されている。また、Ｐ２は、例えば、駆動周波数ｆをｆ１より減少させることによるスイッチング損失増加抑制の効果がほとんど変わらないような消費電力のうちの最小値に設定されている。
【００３１】
次に、消費電力Ｐが小さい場合におけるＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを高くしたことによる昇圧コイル２５の発熱抑制効果について図４を用いて説明する。図４は、消費電力Ｐが小さい場合（例えば、Ｐ＝Ｐ１）における駆動周波数ｆと昇圧コイル２５の電流値との関係を示すもので、図４(A)は低い駆動周波数（ｆ＝ｆa）での昇圧コイル２５の電流値ｉ０ａの変動を示す説明図であり、図４(B)は高い駆動周波数（ｆ＝ｆb）での昇圧コイル２５の電流値ｉ０ｂの変動を示す説明図である。
【００３２】
図４に示すように、昇圧回路２３におけるＦＥＴ２４ａの駆動周波数ｆが高い場合には（ｆ＝ｆb、周期Ｔb、図４(B)参照）、ＦＥＴ２４ａの駆動周波数ｆが低い場合（ｆ＝ｆa、周期Ｔa、図４(A)参照）と比べて、昇圧コイル２５を一方向（図４にて＋側）に流れる電流値および他方向（図４にて−側）に流れる電流値がそれぞれ小さくなることが判る。このため、駆動周波数ｆが高い場合には、両電流値の差、即ち、昇圧コイル２５を流れる交流電流値が小さくなり昇圧コイル２５の発熱が抑制される。
【００３３】
このようにＭＰＵ２１は、消費電力Ｐに応じて駆動周波数ｆを設定し、この駆動周波数ｆに基づいてＦＥＴ２４ａ，２４ｂをオンオフ制御する。そして、ＭＰＵ２１は、インバータ２２にモータ制御信号を出力するとともに昇圧回路２３にて昇圧された昇圧電圧Ｖoutをインバータ２２に出力することにより、モータ１１が発生するアシストトルクを制御して操舵系に付与するアシスト力を制御する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態に係る昇圧回路２３の制御装置であるＭＰＵ２１は、ＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを、例えば、図３の消費電力−駆動周波数マップに示すように、モータ１１の消費電力Ｐが増加するほど減少するように設定する。
【００３５】
これにより、モータ１１の消費電力Ｐが低い場合にはＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆが高く設定されるので、昇圧コイル２５を一方向に流れる電流値および他方向に流れる電流値がそれぞれ小さくなる（図４参照）。このため、両電流値の差、即ち、昇圧コイル２５を流れる交流電流値が小さくなり、この昇圧コイル２５両端間での無駄な電力のやり取りを減らし当該昇圧コイル２５の発熱が抑制され得る。このとき、駆動周波数ｆが高く設定されているのでＦＥＴ２４ａ，２４ｂに起因するスイッチング損失が増加するものの、消費電力Ｐ自体は低いため、損失増加による影響が少なくなる。一方、モータ１１の消費電力Ｐが高くなり昇圧コイル２５に交流電流が発生しない場合には、当該昇圧コイル２５の発熱が抑制されるだけでなく、駆動周波数ｆがモータ１１の消費電力Ｐが低い場合と比べて低く設定されるため、ＦＥＴ２４ａ，２４ｂに起因するスイッチング損失の増加が抑制され得る。
したがって、昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイル２５の発熱を抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る昇圧回路２３およびこの昇圧回路２３の制御装置であるＭＰＵ２１を備えるモータ制御装置としてのＥＣＵ２０は、上述のようにＭＰＵ２１によって昇圧回路２３からの昇圧電圧Ｖoutを、インバータ２２を介して外部負荷であるモータ１１の消費電力Ｐが増加するほどＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを減少させるようにして当該モータ１１に供給する。
【００３７】
これにより、昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイル２５の発熱を抑制することができる等の、請求項１の発明による作用・効果を享受したＥＣＵ２０を実現でき、当該ＥＣＵ２０の小型化を図ることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態に係るモータ制御装置であるＥＣＵ２０を採用する電気式動力舵取装置１０では、当該ＥＣＵ２０により昇圧回路効率を悪化させることなく昇圧コイル２５の発熱を抑制することができる等の、請求項２の発明による作用・効果を享受した電気式動力舵取装置を実現でき、当該電気式動力舵取装置の小型化を図り車両への搭載性の自由度を向上させることができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）ＭＰＵ２１は、ＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを図３に示す消費電力−駆動周波数マップを参照することにより設定することに限らず、所定の消費電力値より低い場合の駆動周波数ｆを、例えば、ｆ３と設定し、当該所定の消費電力値以上の場合の駆動周波数ｆをｆ３よりも低い駆動周波数に設定してもよい。
また、ＭＰＵ２１は、モータ１１の消費電力Ｐが増加するほどＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを断続的に減少させるように設定してもよい。
【００４０】
（２）本実施形態に係るＭＰＵ２１は、モータ制御装置としてのＥＣＵ２０に採用されることに限らず、昇圧回路により昇圧電圧Ｖoutをいわゆる外部負荷に供給する場合の昇圧回路の制御装置として採用されてもよい。
【００４１】
（３）上述した消費電力Ｐは、モータ１１の消費電力であることに限らず、モータ１１に駆動電力を供給するインバータ２２の消費電力であってもよい。このとき、図３に示す消費電力−駆動周波数マップは、このインバータ２２の消費電力に応じてＦＥＴ２４ａ，２４ｂの駆動周波数ｆを決定するように設定される。
【００４２】
（４）上記実施形態では、ラック型ＥＰＳ（ラックアシストタイプの電動式動力舵取装置）を例示して説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、いわゆるコラムタイプの電動式動力舵取装置やピニオンタイプの電動式動力舵取装置等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＣＵを備える電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１のＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】消費電力に応じて駆動周波数を決定するときに用いられる消費電力−駆動周波数マップの一例を示す説明図である。
【図４】図４(A)は低い駆動周波数での昇圧コイルの電流値の変動を示す説明図であり、図４(B)は高い駆動周波数での昇圧コイルの電流値の変動を示す説明図である。
【図５】電気式動力舵取装置におけるＥＣＵの昇圧回路の概略構成を示すブロック図である。
【図６】ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ駆動したときのモータの消費電力と昇圧コイルに流れる電流値の関係を説明する説明図であり、図６(A)は消費電力が低い場合の昇圧コイルの電流値を示し、図６(B)は、消費電力が高い場合の昇圧コイルの電流値を示し、図６(C)は、昇圧回路のＦＥＴ２４ａ，２４ｂのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…電気式動力舵取装置
１１…モータ（外部負荷）
２０…ＥＣＵ（モータ制御装置）
２１…ＭＰＵ（昇圧回路の制御装置）
２３…昇圧回路
２４ａ，２４ｂ…ＦＥＴ（スイッチング素子）
２５…昇圧コイル
Ｖout…昇圧電圧
【図１】
2009055706.tif 000003
【図２】
2009055706.tif 000004
【図３】
2009055706.tif 000005
【図４】
2009055706.tif 000006
【図５】
2009055706.tif 000007
【図６】
2009055706.tif 000008