JP2008062712A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
【課題】大型化およびコスト増加を抑制しながら、補助電源によって主電源の電力不足を補うことができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】電動モータMに電力を供給する主電源10の出力電力不足を補うために、補助電源20が備えられている。補助電源20の充電電流経路21および放電電流経路22には、それぞれ、充電制御回路21および放電制御回路22が介装されている。充電制御回路21および放電制御回路22は、電流経路21,22に介装されたスイッチング手段とともに、当該電流経路21,22に流れる電流を検出する電流検出手段を1チップ化したスイッチング素子71で構成されている。コントローラ5は、前記電流検出手段によって検出される電流値に応じて前記スイッチング手段を制御する。
【選択図】図1A motor control device capable of compensating for a power shortage of a main power supply by an auxiliary power supply while suppressing an increase in size and cost.
An auxiliary power source is provided to compensate for a shortage of output power of a main power source that supplies power to an electric motor. A charging control circuit 21 and a discharging control circuit 22 are interposed in the charging current path 21 and the discharging current path 22 of the auxiliary power supply 20, respectively. The charge control circuit 21 and the discharge control circuit 22 are configured by a switching element 71 in which the current detection means for detecting the current flowing in the current paths 21 and 22 is integrated into one chip together with the switching means interposed in the current paths 21 and 22. Has been. The controller 5 controls the switching means according to the current value detected by the current detection means.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、電動モータを制御するためのモータ制御装置に関する。このモータ制御装置は、たとえば、ステアリングホイール等の操作部材の操作に応じて電動モータを駆動し、この電動モータを駆動源として舵取り車輪に転舵力を与える車両用操舵装置に適用することができる。このような車両用操舵装置には、電動モータによって舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置、電動モータによって駆動されるポンプの発生油圧を舵取り機構に伝達して操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置、操作部材と舵取り機構との間の機械的なリンクを無くし、専ら電動モータの駆動力によって舵取り車輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ・システムなどが含まれる。 The present invention relates to a motor control device for controlling an electric motor. This motor control device can be applied to, for example, a vehicle steering device that drives an electric motor in accordance with an operation of an operation member such as a steering wheel and applies steering force to a steering wheel using the electric motor as a drive source. . Such a vehicle steering device includes an electric power steering device that applies a steering assist force to the steering mechanism by an electric motor, and an electric pump type power that assists steering by transmitting the generated hydraulic pressure of a pump driven by the electric motor to the steering mechanism. Examples include a steering device, a steer-by-wire system that eliminates the mechanical link between the operation member and the steering mechanism, and steers the steering wheel exclusively by the driving force of the electric motor.
従来から、車両の舵取り機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータを駆動制御するためのモータ制御装置は、モータ駆動回路と、電流検出回路と、制御回路とを備えている。モータ駆動回路は、車載バッテリおよびオルタネータを電源として動作し、この電源からの電力を電動モータに供給する。電流検出回路は、電動モータに流れるモータ電流を検出する。制御回路は、電動モータの目標電流値であるモータ指示電流値を定めるとともに、実際のモータ電流がモータ指示電流値に近づくように、モータ駆動回路をフィードバック制御する。
A motor control device for driving and controlling an electric motor includes a motor drive circuit, a current detection circuit, and a control circuit. The motor drive circuit operates using a vehicle-mounted battery and an alternator as a power source, and supplies power from the power source to the electric motor. The current detection circuit detects a motor current flowing through the electric motor. The control circuit determines a motor command current value, which is a target current value of the electric motor, and feedback-controls the motor drive circuit so that the actual motor current approaches the motor command current value.
しかし、据え切り操舵時や急操舵時のように、電動モータから大きなトルクを発生させるべきときには、大電流の供給に伴って、配線抵抗等での電圧降下が顕著になる。そのため、車載バッテリおよびオルタネータからの電力だけでは、十分な出力を得ることができなくなる場合がある。
この問題を緩和または解消するために、電気二重層コンデンサや二次電池のような補助電源を用いることが考えられる。ところが、このような補助電源を充電または放電するためのスイッチング素子が必要になるうえに、充電電流または放電電流を検出するための電流検出部と、検出された電流に基づいてスイッチング素子を制御する制御部とが必要になる。そのため、部品点数が多くなり、モータ制御装置が大型化し、また、コスト高となるという問題がある。
However, when a large torque is to be generated from the electric motor, such as during stationary steering or sudden steering, a voltage drop due to wiring resistance or the like becomes significant with the supply of a large current. For this reason, it may not be possible to obtain a sufficient output with only the electric power from the in-vehicle battery and the alternator.
In order to alleviate or eliminate this problem, it is conceivable to use an auxiliary power source such as an electric double layer capacitor or a secondary battery. However, a switching element for charging or discharging such an auxiliary power source is required, and a current detection unit for detecting a charging current or a discharging current and controlling the switching element based on the detected current. A control unit is required. Therefore, there are problems that the number of parts is increased, the motor control device is increased in size, and the cost is increased.
そこで、この発明の目的は、大型化およびコスト増加を抑制しながら、補助電源によって主電源の電力不足を補うことができるモータ制御装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device that can compensate for a power shortage of a main power supply by an auxiliary power supply while suppressing an increase in size and cost.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モータ(M)に電力を供給する主電源(10)と、前記電動モータに電力を供給することが可能な補助電源(20)と、この補助電源の充電電流経路(21)または放電電流経路(22)に介装されたスイッチング手段(51)とともに、当該電流経路に流れる電流を検出する電流検出手段(52,66,68,r1,r2)を内蔵した(より具体的には1チップ化した)スイッチング素子(71)と、前記電流検出手段によって検出される電流値に応じて前記スイッチング手段を制御する制御手段(5)とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a main power supply (10) for supplying electric power to the electric motor (M) and an auxiliary power supply (20) capable of supplying electric power to the electric motor. And a switching means (51) interposed in the charging current path (21) or the discharging current path (22) of the auxiliary power source, and current detecting means (52, 66, 68, switching element (71) incorporating (r1, r2) (more specifically, one chip), and control means (5) for controlling the switching means in accordance with the current value detected by the current detection means, Is a motor control device. The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
この構成によれば、電流検出手段が内蔵されたスイッチング素子を用いて補助電源の充電または放電を制御できる。これにより、部品点数および配線数を抑制できるので、大幅なコスト増加や大型化を招くことなく、主電源の出力電力不足を補助電源によって補う構成のモータ制御装置を実現できる。
なお、前記スイッチング素子は、電流経路に流れる電流が通る電界効果型トランジスタ素子(51)等のスイッチング手段と、このスイッチング手段に流れる電流を分流して、前記電流経路に流れる電流を検出する電流検出手段(52,66,68,r1,r2)とを内蔵するもの(1チップ化したもの)であってもよい。
According to this configuration, the charging or discharging of the auxiliary power supply can be controlled using the switching element in which the current detection means is built. Thereby, since the number of parts and the number of wirings can be suppressed, it is possible to realize a motor control device configured to compensate for the shortage of the output power of the main power source with the auxiliary power source without causing a significant increase in cost and size.
The switching element includes a switching means such as a field effect transistor element (51) through which a current flowing in the current path passes, and a current detection for detecting the current flowing in the current path by dividing the current flowing in the switching means. It may be one that incorporates the means (52, 66, 68, r1, r2) (one chip).
また、前記スイッチング素子は、前記スイッチング手段に並列に接続され、このスイッチング手段と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子(52)と、この分流用トランジスタ素子と電源との間に接続され、電気抵抗素子(R1,R2)および電流調節用トランジスタ素子(65,67)を直列接続した直列回路(66,68)と、前記分流用トランジスタ素子および前記スイッチング手段の対応する各一端の電位が互いに等しくなるように前記電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器(56)とを含むものであってもよい。 The switching element is connected in parallel to the switching means, and is turned on / off by a control signal common to the switching means, and between the shunting transistor element and the power source. A series circuit (66, 68) connected in series, wherein the electric resistance elements (R1, R2) and the current adjusting transistor elements (65, 67) are connected in series; and the corresponding one end of each of the shunting transistor elements and the switching means And an operational amplifier (56) for controlling the current adjusting transistor so that the potentials are equal to each other.
また、前記スイッチング素子は、前記スイッチング手段に並列に接続され、このスイッチング手段と共通の制御信号によってオン/オフされる分流用トランジスタ素子(52)と、この分流用トランジスタ素子と電源の高電位部との間に接続され、高電位側電気抵抗素子(R1)および高電位側電流調節用トランジスタ素子(65)を直列接続した高電位側直列回路(66)と、前記分流用トランジスタ素子と電源の低電位部との間に接続され、低電位側電気抵抗素子(R2)および低電位側電流調節用トランジスタ素子(67)を直列接続した低電位側直列回路(68)と、前記分流用トランジスタ素子および前記スイッチング手段の対応する各一端の電位が等しくなるように前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタを制御する演算増幅器(56)とを含むものであってもよい。 The switching element is connected in parallel to the switching means, and is turned on / off by a control signal common to the switching means. The shunting transistor element and the high potential portion of the power supply A high potential side series circuit (66) connected in series with a high potential side electric resistance element (R1) and a high potential side current adjusting transistor element (65), and the shunting transistor element and the power source A low-potential-side series circuit (68) connected in series with a low-potential-side electric resistance element (R2) and a low-potential-side current adjustment transistor element (67), and the shunting transistor element And controlling the high-potential-side and low-potential-side current adjusting transistors so that the potentials at the corresponding one ends of the switching means are equal. Operational amplifier (56) and it may include a.
この場合に、前記高電位側電流調節用トランジスタおよび前記低電位側電流調節用トランジスタが前記電源の高電位部および低電位部にそれぞれ接続されており、前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側電気抵抗素子および前記低電位側電気抵抗素子が互いに接続されていて、前記高電位側および低電位側電流調節用トランジスタの間において、前記高電位側および低電位側電気抵抗素子の直列回路に並列に接続された、第1抵抗素子(r1)および第2抵抗素子(r2)の直列回路がさらに備えられていてもよい。 In this case, the high potential side current adjustment transistor and the low potential side current adjustment transistor are connected to the high potential portion and the low potential portion of the power source, respectively, and the high potential side and low potential side current adjustment transistors are connected. The high potential side electric resistance element and the low potential side electric resistance element are connected to each other between the transistors, and the high potential side and the low potential side are between the high potential side and the low potential side current adjusting transistor. A series circuit of the first resistance element (r1) and the second resistance element (r2) connected in parallel to the series circuit of the side electric resistance elements may be further provided.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両の舵取り機構1に対して、電動モータMが発生する操舵補助力を与えるためのものであり、コントローラ5と、このコントローラ5によって制御されるモータ駆動回路6とを備え、このモータ駆動回路6から電動モータMへの給電が行われるようになっている。コントローラ5には、ステアリングホイール等の操作部材に運転者が加える操舵トルクを検出するトルクセンサ2と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速を検出する車速センサ3とが接続されており、これらのセンサ2,3の出力信号が入力されるようになっている。これにより、コントローラ5は、操舵トルクおよび車速に応じた制御信号をモータ駆動回路6に与え、その結果、操舵トルクおよび車速に応じた操舵補助力が電動モータMから舵取り機構1に与えられるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an electric power steering apparatus to which a motor control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. This electric power steering apparatus is for giving a steering assist force generated by the electric motor M to the steering mechanism 1 of the vehicle. The
モータ駆動回路6には、車載バッテリ8およびオルタネータ9を含む主電源10からの電力が、高電位側給電線11および低電位側(接地側)給電線12を介し、さらに、電解コンデンサ13で平滑化されて、供給されるようになっている。また、主電源10の出力不足を補うための補助電源20が接続されている。この補助電源20は、主電源10の出力電力が不足するときに、主電源10とともにモータ駆動回路6に電力を供給するものである。
The motor drive circuit 6 is supplied with electric power from a
補助電源20は、電気二重層コンデンサや二次電池で構成されている。この補助電源20の一方の端子20aは、給電線11に接続された充電電流経路21と、同じく給電線11に接続された放電電流経路22とに接続されている。また、補助電源20の他方の端子20bは、コントローラ5によって制御されるリレー等の切替器23を介して、接地電位または給電線11に接続されるようになっている。そして、補助電源20の両端子20a,20b間の電圧は、電圧検出部24によって検出されるようになっている。この電圧検出部24は、その検出結果を表す信号をコントローラ5に与えるようになっている
充電電流経路21には、充電制御回路25が介装されており、放電電流経路22には放電制御回路26が介装されている。充電制御回路25は、充電電流経路21に介装され、当該充電電流経路21を開閉するとともに、当該充電電流経路21に流れる電流を検出する電流検出機能を有するスイッチング素子で構成されている。同様に、放電制御回路26は、放電電流経路22に介装され、当該放電電流経路22を開閉するとともに、当該放電電流経路22に流れる電流を検出する電流検出機能を有するスイッチングで構成されている。充電制御回路25は、コントローラ5によって制御されるとともに、モニタ回路35を介してコントローラ5に電流検出信号を与えるようになっている。
The
コントローラ5は、充電電流値を設定するとともにモニタ回路35から与えられる電流検出信号を参照して、当該充電電流値を達成するための制御信号を作成し、この制御信号を充電制御回路25に与える。同様に、放電制御回路26は、コントローラ5によって制御されるとともに、モニタ回路36を介してコントローラ5に電流検出信号を与えるようになっている。コントローラ5は、放電電流値を設定するとともにモニタ回路36から与えられる電流検出信号を参照して、当該放電電流値を達成するための制御信号を作成し、この制御信号を放電制御回路26に与える。具体的には、コントローラ5は、充電制御回路25および放電制御回路26を構成するスイッチング素子をオン/オフ制御するためのPWM(パルス幅変調)制御信号を生成する。このPWM制御信号のデューティが、充電電流値/放電電流値と、モニタ回路35,36から与えられる電流検出信号とに基づいて定められる。
The
高電位側給電線11には、電解コンデンサ13と主電源10との間に、ダイオード14が介装されている。この構成により、放電制御回路26から放電電流経路22へと放電電流が流されて電解コンデンサ13側が高電位となったとき、ダイオード14の働きによって、主電源10への電流の逆流が防止される。なお、ダイオード14に代えて、上記放電時にオフされて主電源10への逆流を阻止するリレーを設けてもよい。
A
図2は、コントローラ5が所定の制御周期毎に繰り返し実行する動作を説明するためのフローチャートである。コントローラ5は、CPU、ROMおよびRAMを備えたコンピュータとしての基本形態を有するものであり、所定のプログラムを実行することによって、図2に示された処理を実現する。
コントローラ5は、操舵トルクおよび車速に基づいてモータ指示電流値Iを演算し(ステップS1)、電動モータMに流れる電流値がモータ指示電流値Iに追従するように制御信号を作成し、この制御信号をモータ駆動回路6に与える。
FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation that the
The
コントローラ5は、次に、演算されたモータ指示電流値Iを所定の基準値Irefと比較し(ステップS2)、これによって、主電源10だけからの給電では電力が不足するかどうかを判断する。すなわち、急操舵時や据え切り時のように、電動モータMに大電流を供給すべきときには、配線抵抗等での電圧降下のために、電動モータMに必要な電力を供給することができない。そこで、コントローラ5は、モータ指示電流値Iが基準値Irefを超えていて(ステップS2:YES)、主電源10だけでは出力電力が不足すると見込まれるときには、切替器23を給電線11側に接続させる。これにより、補助電源20が給電線11に接続され、主電源10に対して補助電源20が直列に接続される(ステップS3)。さらに、コントローラ5は、モータ指示電流値Iに基づいて放電電流値を演算し(ステップS4)、その演算された放電電流値に基づいて、放電制御回路26を制御する(ステップS5)。すなわち、放電制御回路26から与えられる電流検出信号に基づいて当該放電制御回路26を構成するスイッチング素子をオン/オフ制御し、演算された放電電流値で補助電源20を放電させる。これにより、主電源10の出力電力不足を補うように、補助電源20からモータ駆動回路6へと電力が供給される。
Next, the
一方、モータ指示電流値Iが基準値Iref以下であれば(ステップS2:NO)、主電源10だけで十分な電力供給が可能であると判断して、切替器23を接地側に接続させる(ステップS6)。これにより、補助電源20は給電線11から切り離された状態(すなわち、主電源10から切り離された状態)となり、主電源10のみがモータ駆動回路6への給電を行うことになる。このとき、コントローラ5は、電圧検出部24によって検出される補助電源20の端子間電圧に応じて、充電電流値を演算する(ステップS7)。そして、コントローラ5は、その演算された充電電流値に基づいて、充電制御回路25を制御する(ステップS8)。すなわち、充電制御回路25から与えられる電流検出信号に基づいて当該充電制御回路25を構成するスイッチング素子をオン/オフ制御し、演算された充電電流値で補助電源20を充電する。
On the other hand, if the motor command current value I is equal to or less than the reference value Iref (step S2: NO), it is determined that sufficient power can be supplied only by the
図3Aは補助電源20の充電動作を説明するためのタイムチャートである。充電動作時には、切替器23は接地側に接続されており、放電制御回路26の出力電流は零に保持されている。補助電源20の充電が始まると、充電制御回路25の出力電流が充電電流値(設定値)I0まで増加する。充電の進行に伴って補助電源20の端子間電圧(補助電源電圧)が上昇していく。そして、この端子間電圧が所定値V0に達し、満充電状態になると、コントローラ5は、充電制御回路25の動作を停止させる。
FIG. 3A is a time chart for explaining the charging operation of the
図3Bは補助電源20の放電動作を説明するためのタイムチャートである。放電動作時には、切替器23は給電線11側(車載バッテリ8側)に接続され、充電制御回路25の出力電流(充電電流)は零に保持される。コントローラ5は、放電制御回路26を制御して、その出力電流を放電電流値(設定値)まで増加させていく。これによって補助電源20が放電し、その電力がモータ駆動回路6に供給される。放電に伴って、補助電源20の端子間電圧が下がっていく。
FIG. 3B is a time chart for explaining the discharge operation of the
図4は、充電制御回路25および放電制御回路26を構成するスイッチング素子として適用することができるパワーMOSIC71の構成を説明するための図である。このパワーMOSICは、高電位側端子aと、制御入力端子bと、低電位側端子cと、電流モニタ端子dとを備えている。このパワーMOSICが充電制御回路25に適用される場合、高電位側端子aが給電線11に接続され、低電位側端子が補助電源20の端子20aに接続され、コントローラ5からのPWM制御信号が制御入力端子bに入力され、電流モニタ端子dに導出される電流検出信号がモニタ回路35を介してコントローラ5に与えられる。また、このパワーMOSICが放電制御回路26に適用される場合、高電位側端子aが補助電源20の端子20aに接続され、低電位側端子が給電線11に接続され、コントローラ5からのPWM制御信号が制御入力端子bに入力され、電流モニタ端子dに導出される電流検出信号がモニタ回路36を介してコントローラ5に与えられる。
FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration of a
高電位側端子aと低電位側端子cとの間にスイッチング手段としての電界効果型トランジスタ素子であるパワーMOSFET51が接続されており、このパワーMOSFET51のゲートに制御入力端子bから制御信号が入力されるようになっている。一方、高電位側端子aには、分流用FET52の一端が接続されている。
この分流用FET52には、電流検出用抵抗R1,R2がそれぞれ接続されている。さらに、電流検出用抵抗R1と車載バッテリ8の高電位側(+B)との間に電流調節用NPNトランジスタ65が接続されており、これらが高電位側直列回路66を形成している。また、電流検出用抵抗R2と車載バッテリ8の低電位側(接地側)との間に電流調節用PNPトランジスタ67が接続されており、これらが低電位側直列回路68を形成している。電流調節用NPNトランジスタ65および電流調節用PNPトランジスタ67のベース同士はそれぞれ共通接続されていて、プッシュプル回路が形成されている。分流用FET52は、パワーMOSFET51に対して並列に、高電位側端子aに接続されている。分流用FET52のゲートには、制御入力端子bからの制御信号が入力されるようになっていて、この分流用FET52は、パワーMOSFET51と同様にオン/オフし、パワーMOSFET51に流れ込む電流を分流する。
A
Current shunting resistors R1 and R2 are connected to the
分流用FET52と電流調節用トランジスタ65,67との接続ライン69は演算増幅器56の反転入力端子に接続されており、パワーMOSFET51の低電位側(低電位側端子c)は演算増幅器56の非反転入力端子に接続されている。この演算増幅器56の出力は、電流調節用トランジスタ65,67のベースに共通に入力されている。
一方、電流検出用抵抗R1,R2の直列回路に対して並列に、基準電位発生用抵抗r1,r2の直列回路が接続されており、抵抗R1,R2,r1,r2のブリッジ回路が形成されている。基準電位発生用抵抗r1,r2は、電流検出用抵抗R1,R2よりもはるかに大きな抵抗値(たとえば100倍程度)を有しており、また、抵抗値間には、次の関係式(1)が成立している。
A
On the other hand, a series circuit of reference potential generating resistors r1 and r2 is connected in parallel to a series circuit of current detecting resistors R1 and R2, and a bridge circuit of resistors R1, R2, r1, and r2 is formed. Yes. The reference potential generating resistors r1 and r2 have a resistance value (for example, about 100 times) much larger than the current detection resistors R1 and R2, and the following relational expression (1 ) Is established.
r1/r2=R1/R2 …… (1)
たとえば、抵抗値R1,R2が等しければ、抵抗値r1,r2が等しく定められる。
モニタ回路35,36は、抵抗r1,r2の接続点である基準電位点81の電位と、抵抗R1,R2の接続点である測定点82の電位との電位差を検出し、これを増幅して、対応する電圧信号を出力する。この電圧信号がコントローラ5に入力される。
r1 / r2 = R1 / R2 (1)
For example, if the resistance values R1 and R2 are equal, the resistance values r1 and r2 are set equal.
The
パワーMOSFET51がオン状態であり、かつ、高電位側端子aから低電位側端子cに向かう電流Iaが流れるとき、低電位側の電流調節用PNPトランジスタ67がオンする。このとき、分流用MOSFET52からの電流Isは、測定点82から電流検出用抵抗R2を通って接地電位側へ流れるとともに、測定点82から抵抗R1,r1,r2を順に通って接地電位側に流れる。このとき、測定点82の電位がVsであるとすると、基準電位点81の電位は、次式のとおりとなる。
When the
Vs・r2/(R1+r1+r2)≒Vs・r2/(r1+r2) ……(2)
∵R1<<r1,r2
したがって、測定点82の電位と基準電位点81の電位との差Δは、Δ=r1・Vs/(r1+r2)となる。Vs=R2・Isであるから、分流用MOSFET52に流れる電流Isは、次式で求められる。
Vs · r2 / (R1 + r1 + r2) ≈Vs · r2 / (r1 + r2) (2)
∵R1 << r1, r2
Therefore, the difference Δ between the potential at the
Is=(r1+r2)・Δ/r1・R2 ……(3)
そこで、(r1+r2)/r1・R2=α(定数)とおけば、Is=α・Δとして、分流用FET52に流れる電流Isが求まる。そこで、パワーMOSFET51と分流用FET52との内部抵抗比をβとすると、上記求められた電流Isに基づいて、電流経路21,22に流れる電流Iaが、Ia=β・Isにより求まることになる。
Is = (r1 + r2) · Δ / r1 · R2 (3)
Therefore, if (r1 + r2) / r1 · R2 = α (constant), the current Is flowing in the shunting
以上のようにこの実施形態によれば、電流検出手段およびスイッチング手段を内蔵して1チップ化したスイッチング素子(パワーMOSIC71)を用いて充電制御回路25および放電制御回路26が構成されている。これにより、部品点数や配線数を大幅に増やすことなく、したがって、コストの増加および大型化を抑制しつつ、主電源10の出力電力不足を補う補助電源20に対する充放電を制御することができる。これにより、大幅なコスト増加を招くことなく、電動パワーステアリング装置の性能を向上することができる
図5は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図5において、前述の図1に示された各部に対応する部分には、同一参照符号を付して示す。この実施形態では、補助電源20は、給電線11に常時直列に接続されている。そして、オルタネータ9に並列に接続された昇圧制御回路27により、オルタネータ9の出力を昇圧して、補助電源20を充電する構成としている。その他の構成は、前述の図1の場合と同様である。
As described above, according to this embodiment, the
図6は、昇圧制御回路27の構成例を説明するための図である。この昇圧制御回路27は、給電線11に接続されたリアクトル70(所定のインダクタンスを有するコイル)と、リアクトル70から補助電源20に至る充電電流経路21に介装されたパワーMOSIC71と、リアクトル70およびパワーMOSIC70の間において給電線11,12間に接続された電界効果型トランジスタ(PチャネルMOSトランジスタ)72と、充電電流経路21と接地電位との間に接続された平滑コンデンサ73とを備えた昇圧チョッパ回路からなる。そして、パワーMOSIC71の制御入力端子bおよび電界効果型トランジスタ72のゲートに、コントローラ5からのPWM制御信号が共通に入力されるようになっている。また、パワーMOSIC71の高電位側端子aがリアクトル70側に接続され、低電位側端子cが補助電源20側に接続され、電流モニタ端子dがモニタ回路35に接続されている。パワーMOSIC71は、前述の図4に示された構成を有しているので、以下では、図4を併せて参照する。
FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration example of the
パワーMOSIC71に備えられたパワーMOSFET51は、Nチャネルトランジスタであるので、PWM制御信号がハイレベルの期間にオンし、PWM制御信号がローレベルの期間にオフする。Pチャネルトランジスタである電界効果型トランジスタ72は、逆に、PWM制御信号がハイレベルの期間にオフし、PWM制御信号がローレベルの期間にオンする。すなわち、パワーMOSFET51および電界効果型トランジスタ72は、相補的に駆動される。
Since the
PWM制御信号がローレベルの期間は、パワーMOSIC71のオフ期間であり、電界効果型トランジスタ72のオン期間である。この期間には、電界効果型トランジスタ72へと電流が引き込まれることにより、車載バッテリ8およびオルタネータ9からリアクトル70へと電流が流れ込む。この期間には、オフ状態のパワーMOSIC71によって、平滑コンデンサ73側から電界効果型トランジスタ72に向かう電流が阻止される。
The period during which the PWM control signal is at a low level is the off period of the
一方、PWM制御信号がハイレベルの期間は、パワーMOSIC71のオン期間であり、電界効果型トランジスタ72のオフ期間である。この期間には、リアクトル70に流れる電流が遮断される。このとき、オン状態のパワーMOSIC71では、その低電位側端子cにおいて、リアクトル70の電流遮断による磁束の変化を妨げるように、高電圧が生じる。このような動作を繰り返すことによって発生する高電圧は、平滑コンデンサ73によって平滑化されて、充電電流経路21から補助電源20へと供給される。
On the other hand, the period during which the PWM control signal is at a high level is the ON period of the
パワーMOSIC71の低電位側端子cに発生する高電圧は、PWM制御信号のハイレベル期間は、パルス幅が長いほど高くなる。コントローラ5は、補助電源20を充電するのに適切な電圧に応じてPWM制御信号のデューティを定める。一方、充電電流経路21に流れる充電電流は、パワーMOSIC71の電流モニタ端子dおよびモニタ回路35を介してコントローラ5でモニタされる。コントローラ5は、パワーMOSIC71から与えられる電流検出信号に応じて、パワーMOSIC71に与えるべきPWM制御信号のデューティを制御する。
The high voltage generated at the low potential side terminal c of the
図7は、動作を説明するためのタイムチャートである。コントローラ5は、電圧検出部24によって検出される補助電源20の両端電圧に応じて、充電電流値を設定する。そして、コントローラ5は、パワーMOSIC71の電流モニタ端子dから与えられる電流検出信号および前記設定された充電電流値に基づき、当該充電電流値を達成できるように定めたデューティのPWM制御信号を生成する。このPWM制御信号が、パワーMOSIC71の制御入力端子bおよび電界効果型トランジスタ72のゲートに与えられる。これにより、パワーMOSIC71がオン/オフし、補助電源20が充電される。操舵トルクおよび車速に応じて定められるモータ指示電流値Iが所定の基準値Iref以下の場合に、このような充電動作が行われる。
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation. The
モータ指示電流値Iが基準値Irefを超える場合には、コントローラ5は、昇圧制御回路27による充電動作を停止させ、放電制御回路26を作動させて、補助電源20を放電させる。このときの動作は、前述の第1の実施形態の場合と同様であり、放電制御回路26の出力電流は、放電電流値(設定値)まで立ち上がる。これにより、主電源10および補助電源20の両方からモータ駆動回路6への給電が行われ、主電源10の出力不足が補助電源20からの電力によって補われる。
When the motor command current value I exceeds the reference value Iref, the
以上のように、この実施形態では、電流検出機能を有するパワーMOSIC71を用いて昇圧制御回路27が構成されている。これにより、部品点数や配線数を大幅に増やすことなく補助電源20を適切に充放電することができる。その結果、主電源10の出力不足を補助電源20からの電力で補う構成のモータ制御装置を、比較的安価にかつ小型に作製することができる。
As described above, in this embodiment, the
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。たとえば、電動モータMとしては、ブラシレスモータを用いてもよいし、ブラシ付きのモータを用いてもよい。また、補助電源は、主電源に対して直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。さらに、モニタ回路35,36をパワーMOSIC71内に構成して、モニタ回路35,36まで含めて1チップ化するようにしてもよい。また、補助電源は、主電源故障時のバックアップ電源として使用するようにしてもよい。
Although the two embodiments of the present invention have been described above, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims. For example, as the electric motor M, a brushless motor may be used, or a motor with a brush may be used. The auxiliary power supply may be connected in series to the main power supply, or may be connected in parallel. Furthermore, the
M…電動モータ、8…車載バッテリ、9…オルタネータ、10…主電源、51…パワーMOSFET、52…分流用MOSFET M ... Electric motor, 8 ... In-vehicle battery, 9 ... Alternator, 10 ... Main power supply, 51 ... Power MOSFET, 52 ... MOSFET for shunting
Claims (1)
前記電動モータに電力を供給することが可能な補助電源と、
この補助電源の充電電流経路または放電電流経路に介装されたスイッチング手段とともに、当該電流経路に流れる電流を検出する電流検出手段を内蔵したスイッチング素子と、
前記電流検出手段によって検出される電流値に応じて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。 A main power supply for supplying power to the electric motor;
An auxiliary power source capable of supplying power to the electric motor;
A switching element having a built-in current detecting means for detecting a current flowing in the current path, together with a switching means interposed in the charging current path or the discharging current path of the auxiliary power source,
And a control means for controlling the switching means in accordance with a current value detected by the current detection means.
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