モータ駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置
【課題】 高電力の出力が要求される場合に昇圧電圧の低下を防ぐモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 モータ駆動装置２の昇圧回路２０は、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５とが直列に接続される。サブ昇圧回路３０は、昇圧コイル３１、昇圧用スイッチング素子３２、降圧用スイッチング素子３３、出力用コンデンサ３４を備え、バッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧してサブ昇圧回路３５に出力する。サブ昇圧回路３５は、サブ昇圧回路３０と同様の構成であり、サブ昇圧回路３０が昇圧した電圧をさらに昇圧して昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。これにより、昇圧回路２０全体の昇圧比は、２つのサブ昇圧回路３０、３５のサブ昇圧比を掛け合わせた値となり、十分に高い昇圧電圧Ｖｏｕｔを発生することができる。よって、高電力要求時の昇圧電圧の低下を防ぐことができる。
【解決手段】 モータ駆動装置２の昇圧回路２０は、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５とが直列に接続される。サブ昇圧回路３０は、昇圧コイル３１、昇圧用スイッチング素子３２、降圧用スイッチング素子３３、出力用コンデンサ３４を備え、バッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧してサブ昇圧回路３５に出力する。サブ昇圧回路３５は、サブ昇圧回路３０と同様の構成であり、サブ昇圧回路３０が昇圧した電圧をさらに昇圧して昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。これにより、昇圧回路２０全体の昇圧比は、２つのサブ昇圧回路３０、３５のサブ昇圧比を掛け合わせた値となり、十分に高い昇圧電圧Ｖｏｕｔを発生することができる。よって、高電力要求時の昇圧電圧の低下を防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えるモータ駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えた昇圧装置が知られている。昇圧回路が出力する昇圧電圧は、例えば交流モータを駆動するためのインバータ回路等に利用される。昇圧回路を使用することにより、インバータとモータとの間の配線抵抗の影響やバッテリ電圧の変動による影響を小さくすることができる。また、昇圧回路を電動パワーステアリング装置に適用した場合には、操舵フィーリングの安定性を高めることができる。
【０００３】
特許文献１、２には、電動パワーステアリング装置に適用される昇圧装置の例が開示されている。この昇圧装置に用いられるチョッピング式の昇圧回路は、スイッチング素子を高速にオンオフすることにより昇圧動作を行うものである。昇圧回路は、スイッチング動作の一周期に対する昇圧スイッチング素子のオン時間の比である昇圧デューティを調整して昇圧電圧を制御する。特許文献１の昇圧装置は、昇圧回路の発熱を抑制するため、出力電力が上限電力を超える場合、昇圧回路の出力電圧を低下させる。特許文献２の昇圧装置は、出力電圧のオーバーシュートを防止するため、目標電圧を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８３３２２号公報
【特許文献２】特開２００６−６２５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の昇圧装置では、昇圧デューティの上限値である飽和デューティに対応する電力を超える出力が要求される場合、昇圧電圧が低下し、目標電圧を得ることができない。したがって、この昇圧回路を電動パワーステアリング装置に適用した場合には、急操舵時等に必要なアシストトルクを発生することができず、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。特に、電動パワーステアリング装置を大型車に採用する場合には、高電力の出力に対応可能であることが重要な課題となる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高電力の出力が要求される場合に昇圧電圧の低下を防ぐモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動回路と、電源電圧を昇圧してモータ駆動回路に供給する昇圧回路と、昇圧回路を制御する昇圧制御部とを備える。昇圧回路は、昇圧コイル、出力用コンデンサおよび２個のスイッチング素子からなるサブ昇圧回路を２つ以上直列に接続して構成される。
【０００８】
これにより、昇圧回路の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比は、各サブ昇圧回路における昇圧比を掛け合わせた値となる。例えば、各サブ昇圧回路における昇圧比がいずれも２倍であるとすると、サブ昇圧回路をｎ個直列に接続することで、全体の昇圧比は２n倍となる。すなわち、昇圧回路が１つの場合に比べ、同じ昇圧デューティにおいて相対的に高い昇圧電圧を得ることができる。その結果、高電力の出力が要求される場合でも十分に高い昇圧電圧を発生することができるため、昇圧電圧が目標電圧に対して低下することを防ぐことができる。
したがって、このモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合、急操舵時等でも必要なアシストトルクを発生することができ、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置を、出力性能が要求される大型車に採用する場合に有効である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、昇圧回路は、サブ昇圧回路を並列に接続し、かつ、並列に接続されたサブ昇圧回路群を２つ以上直列に接続して構成される。
これにより電流のロスを減らすことができ、大電流での使用に有利となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、昇圧制御部は、昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じてサブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令する。そして、複数のサブ昇圧回路のデューティをいずれも等しい値とする。
これにより、制御が単純となり、昇圧制御部の負荷を低減することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によると、昇圧制御部は、昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じてサブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令する。そして、複数のサブ昇圧回路のデューティを互いに異なる値とする。
これにより、状況に応じた多様な制御が可能となる。また、駆動開始前に各サブ昇圧回路が正常であるか否かの初期チェックを行う場合などに、デューティの値によってサブ昇圧回路を判別することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によると、昇圧制御部は、モータ駆動回路に供給される昇圧電圧をフィードバックされ、比例制御、積分制御、微分制御のいずれか１つ以上の制御によって目標昇圧電圧を設定する。
これにより、オーバーシュートやアンダーシュートを抑制し、迅速で精度のよい制御をすることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によると、昇圧制御部は、少なくとも１つのサブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能である。
例えば、スイッチング素子の短絡故障または断線故障が発生したとき、故障の発生を検出して、対象となるサブ昇圧回路のスイッチング動作を停止することにより過電流の発生や誤作動を防止することができ、モータ駆動装置の信頼性が向上する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置に係る発明である。この電動パワーステアリング装置は、アシシトトルクを出力するモータ、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段、トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じてモータを駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置、及び、モータの回転をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段を備える。
【００１５】
電動パワーステアリング装置は、車両の運転状況によって、直進時や緩いカーブの走行時にはアシストトルクがほとんど必要とされない一方で、発進時や急操舵時等には大きなアシストトルクを発生することが要求される。したがって、本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用することで、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置を大型車に採用する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図２】本発明の一実施形態によるモータ駆動装置を適用した電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図３】従来技術の昇圧回路の出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図。
【図４】本発明の一実施形態による昇圧回路の出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図。
【図５】本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図６】本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図７】従来技術によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
自動車等のハンドル操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に本発明のモータ駆動装置を適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図２は、電動パワーステアリング装置を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。ステアリングシステム９０に備えられる電動パワーステアリング装置１は、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２に「操舵トルク検出手段」としてのトルクセンサ９４を設置している。
ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。
【００１８】
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に接続されたステアリングシャフト９２が回転し、ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストトルクを発生するモータ８０、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える「動力伝達手段」としての減速ギア８９、及び、モータ駆動装置２を備える。モータ８０は三相ブラシレスモータであり、減速ギア８９を正逆回転させる。モータ駆動装置２は、ＣＰＵ２１、昇圧回路２０およびモータ駆動回路２５を備え、トルクセンサ９４が検出した操舵トルクに応じてモータ８０を駆動する。
この構成により、電動パワーステアリング装置１は、ハンドル９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト９２に伝達する。
【００２０】
モータ駆動装置２は、昇圧回路２０、ＣＰＵ２１、バッテリ２２、電源スイッチ２３、入力用コンデンサ２４およびモータ駆動回路２５を備える。
ＣＰＵ２１は、特許請求の範囲に記載の「昇圧制御部」に相当する。ＣＰＵ２１は、モータ駆動回路２５に供給される昇圧回路２０の昇圧電圧Ｖｏｕｔをフィードバックされ、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御によって目標昇圧電圧Ｖａを設定する。そして、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａとなるように昇圧回路２０のスイッチング素子３２、３３、４２、４３のオンオフ信号を制御する。具体的には、後述するように、昇圧デューティおよび降圧デューティを指定するＰＷＭ信号を出力する。
【００２１】
バッテリ２２は、車両が搭載しているバッテリである。バッテリ電圧Ｖｉｎは、特許請求の範囲に記載の「電源電圧」に相当する。
電源スイッチ２３は、バッテリ２２と昇圧回路２０との間に接続される。電源スイッチ２３は、例えばリレーにより構成され、昇圧回路２０へのバッテリ電圧Ｖｉｎの供給をオンオフする。
入力用コンデンサ２４は、電源ノイズを除去する。
【００２２】
モータ駆動回路２５は、モータ８０を駆動するための回路である。例えば、モータ８０が三相交流モータの場合、モータ駆動回路２５として三相インバータ回路が採用される。モータ駆動回路２５には、昇圧回路２０から昇圧電圧Ｖｏｕｔが供給される。
最後に昇圧回路２０は、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５とが直列に接続される。ここで、サブ昇圧回路３０、３５の構成を説明する前に、従来技術の昇圧回路について、図７を参照して説明する。
【００２３】
図７に示すように、従来技術のモータ駆動装置７の昇圧回路７０は、昇圧コイル７１、昇圧用スイッチング素子７２、降圧用スイッチング素子７３および出力用コンデンサ７４を備え、スイッチング素子７２、７３を高速にオンオフすることにより昇圧動作を行う、いわゆるチョッピング式の昇圧回路である。
【００２４】
昇圧コイル７１は、エネルギーの蓄積、放出に伴って電圧を誘起する素子である。
昇圧用スイッチング素子７２および降圧用スイッチング素子７３は、例えばＭＯＳ電解効果トランジスタ等により構成され、ＣＰＵ２１からの電気信号によってオンオフする。昇圧用スイッチング素子７２は、昇圧コイル７１の出力端とグランドとの間に接続される。降圧用スイッチング素子７３は、昇圧コイル７１の出力端とモータ駆動回路２５との間に接続される。
出力用コンデンサ７４は、降圧用スイッチング素子７３の出力端とグランドとの間に接続され、昇圧電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。
以上の構成により、昇圧回路７０は、バッテリ２２のバッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧し、昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。
【００２５】
図１に戻り、サブ昇圧回路３０、３５の構成要素は、従来技術の昇圧回路７０と同様である。すなわち、昇圧コイル３１、３６は昇圧コイル７１と同様であり、昇圧用スイッチング素子３２、３７は昇圧用スイッチング素子７２と同様であり、降圧用スイッチング素子３３、３８は降圧用スイッチング素子７３と同様であり、出力用コンデンサ３４、３９は出力用コンデンサ７４と同様である。
以上の構成により、一段目のサブ昇圧回路７０は、バッテリ２２のバッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧してサブ昇圧回路３５に出力する。二段目のサブ昇圧回路３５は、サブ昇圧回路３０が昇圧した電圧をさらに昇圧して昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。
【００２６】
（作用）
次に、本発明の一実施形態のモータ駆動装置２の作用を、従来技術のモータ駆動装置７と比較して説明する。
まず、従来技術のモータ駆動装置７における昇圧動作を説明する。
昇圧回路７０の昇圧用スイッチング素子７２と降圧用スイッチング素子７３とは、ＣＰＵ２１からの指令に応じて、一方がオンのとき他方がオフというように交互にオンオフする。これは、昇圧用スイッチング素子７２と降圧用スイッチング素子７３とが同時にオンすると、過電流が流れ、素子が破損するおそれがあるためである。厳密には、オンオフ切換時のわずかな時間のずれによって瞬間的に両方のスイッチング素子７２、７３がオンとなることを防止するため、両方のスイッチング素子７２、７３がオフとなるデッドタイムが設定される。しかし、以下の説明ではデッドタイムは考慮しないものとする。
【００２７】
昇圧用スイッチング素子７２をオフからオンに切り換えると、バッテリ２２から昇圧コイル７１に電流が流れる。このとき、電流の変化により昇圧コイル７１の磁界が変化し、誘導電圧が発生する。そして、昇圧コイル７１にエネルギーが蓄積される。
その後、昇圧用スイッチング素子７２をオフし、降圧用スイッチング素子７３をオンすると、昇圧コイル７１の誘導電圧が、バッテリ電圧Ｖｉｎに重畳される。そして、昇圧コイル７１は、蓄積されたエネルギーを放出しながら出力用コンデンサ７４を充電する。
このスイッチング動作が繰り返され、昇圧電圧Ｖｏｕｔが上昇する。
【００２８】
ＣＰＵ２１は、昇圧電圧Ｖｏｕｔをフィードバックされ、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに一致するように、スイッチング動作のデューティを制御する。ここで、デューティとはスイッチング動作の一周期に対するスイッチング素子のオン時間の比をいい、単位は％である。昇圧用スイッチング素子７２のデューティを昇圧デューティＤ１といい、降圧用スイッチング素子７３のオン時間の比を降圧デューティＤ２という。
ＣＰＵ２１は、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに対して不足しているとき、昇圧デューティＤ１を増加して昇圧動作を促進し、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに近づいたとき、昇圧デューティＤ１を減少して昇圧動作を抑制する。
【００２９】
昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２と、バッテリ電圧Ｖｉｎに対する昇圧電圧Ｖｏｕｔの比である昇圧比αとの関係は、下式１−１、１−２のように示される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×α ・・・（式１−１）
α＝（Ｄ１＋Ｄ２）／（１００−Ｄ１） ・・・（式１−２）
【００３０】
ここで、デッドタイムを無視すると、式１−３の関係が成立し、式１−２は式１−４のように書き換えられる。
Ｄ１＋Ｄ２＝１００ ・・・（式１−３）
α＝（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２ ・・・（式１−４）
例えば、Ｄ１＝Ｄ２＝５０％のとき、α＝２となる。すなわち、バッテリ電圧Ｖｉｎの２倍の昇圧電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００３１】
続いて、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置２における昇圧動作を説明する。
一段目のサブ昇圧回路３０の昇圧用スイッチング素子３２の昇圧デューティをＤ１１とし、降圧用スイッチング素子３３の降圧デューティをＤ１２とする。二段目のサブ昇圧回路３５の昇圧用スイッチング素子３７の昇圧デューティをＤ２１とし、降圧用スイッチング素子３８の降圧デューティをＤ２２とする。また、サブ昇圧回路３０の入力電圧と出力電圧の比であるサブ昇圧比をβ１とし、サブ昇圧回路３５の入力電圧と出力電圧の比であるサブ昇圧比をβ２とする。
【００３２】
すると、昇圧デューティＤ１１、Ｄ２１および降圧デューティＤ１２、Ｄ２２と、サブ昇圧比β１、β２との関係は、下式２−１、２−２、２−３のように示される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×β１×β２ ・・・（式２−１）
β１＝（Ｄ１１＋Ｄ１２）／（１００−Ｄ１１） ・・・（式２−２）
β２＝（Ｄ２１＋Ｄ２２）／（１００−Ｄ２１） ・・・（式２−３）
【００３３】
特に、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティおよび降圧デューティを等しく設定した場合、すなわちＤ１１＝Ｄ２１＝Ｄ１、Ｄ１２＝Ｄ２２＝Ｄ２の場合、下式３−１、３−２のように表される。β2は、昇圧回路２０全体での昇圧比である。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×β2 ・・・（式３−１）
β＝（Ｄ１＋Ｄ２）／（１００−Ｄ１） ・・・（式３−２）
【００３４】
また、デッドタイムを無視すれば、下式３−３、３−４のように表される。
Ｄ１＋Ｄ２＝１００ ・・・（式３−３）
β＝（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２ ・・・（式３−４）
例えば、Ｄ１＝Ｄ２＝５０％のとき、β＝２、β2＝４となる。すなわち、バッテリ電圧Ｖｉｎの４倍の昇圧電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００３５】
（対比）
次に、図３、図４を参照して、本発明の一実施形態のモータ駆動装置２を、従来技術のモータ駆動装置７と比較して説明する。
図３は、従来技術の昇圧回路７０における出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図である。図３の横軸はインバータ出力、すなわちモータ駆動回路２５への出力（単位：Ｗ）を示し、縦軸は各種電圧（単位：Ｖ）および各種デューティ（単位：％）を示す。各種電圧は、バッテリ電圧Ｖｉｎ、昇圧電圧Ｖｏｕｔ、および目標昇圧電圧Ｖａを含む。各種デューティは、昇圧デューティＤ１、降圧デューティＤ２および飽和デューティＤｍａｘを含む。
【００３６】
例えばインバータ出力がＱ１のとき、昇圧デューティＤ１は約７０％であり、降圧デューティＤ２は約３０％であるから、式１−４より、昇圧比αの値は約３．３である。故に、約１０Ｖのバッテリ電圧Ｖｉｎに対し昇圧電圧Ｖｏｕｔは約３３Ｖとなる。
そして、目標昇圧電圧Ｖａを約３３Ｖで一定とすると、ＣＰＵ２１は、要求されるインバータ出力の増加に伴って昇圧デューティＤ１を増加させ、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させようとする。また、昇圧デューティＤ１の増加に応じて降圧デューティＤ２は減少する。
【００３７】
しかし、昇圧用スイッチング素子７２の保護のため、昇圧デューティＤ１は、上限が飽和デューティＤｍａｘに制限されている。この例では、飽和デューティＤｍａｘは約８０％である。そのため、インバータ出力が限界出力Ｑｃ以上では昇圧デューティＤ１は一定値となり、その結果、昇圧電圧Ｖｏｕｔは目標昇圧電圧Ｖａに対し低下することとなる。
【００３８】
目標の昇圧電圧がモータ駆動回路２５に出力されないと、モータ駆動装置２は、モータ８０を十分に駆動することができない。したがって、電動パワーステアリング装置１において急操舵時等の最もアシストトルクが必要とされるとき、モータ駆動回路２５に要求されるインバータ出力が限界出力Ｑｃ以上となる場合には、必要なアシストトルクを出力することができず、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。
【００３９】
図４は、本発明の一実施形態の昇圧回路２０における出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図である。図４の横軸、縦軸は図３と同様であり、インバータ出力に対する各種電圧（単位：Ｖ）および各種デューティ（単位：％）の特性を示す。
ここで、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２は等しい値であるとする。そのため、制御が単純となり、ＣＰＵ２１の負荷を低減することができる。
【００４０】
例えばインバータ出力がＱ２のとき、昇圧デューティＤ１は約４５％であり、降圧デューティＤ２は約５５％であるから、式３−４より、サブ昇圧比βの値は約１．８であり、昇圧比β2の値は約３．３である。故に、約１０Ｖのバッテリ電圧Ｖｉｎに対し昇圧電圧Ｖｏｕｔは約３３Ｖとなる。つまり、本発明の一実施形態では、サブ昇圧比が２乗された値が昇圧比となるため、従来技術に比べ、より低い昇圧デューティで同等の昇圧電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００４１】
そして、目標昇圧電圧Ｖａを約３３Ｖで一定とすると、ＣＰＵ２１は、要求されるインバータ出力の増加に伴って昇圧デューティＤ１を増加させ、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させようとする。また、昇圧デューティＤ１の増加に応じて降圧デューティＤ２は減少する。
【００４２】
さらに、図３における限界出力Ｑｃと同等のインバータ出力Ｑ３においても、昇圧デューティＤ１は飽和デューティＤｍａｘに達しないため、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させることができる。すなわち、昇圧回路２０は、高電力の出力が要求される場合でも十分に高い昇圧電圧Ｖｏｕｔを発生することができるため、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに対して低下することを防ぐことができる。
したがって、モータ駆動装置２はモータ８０を十分に駆動することができ、電動パワーステアリング装置１は、急操舵時等でも必要なアシストトルクを発生することができる。よって、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置１を、出力性能が要求される大型車に採用する場合に有効である。
【００４３】
（その他の実施形態）
（ア）本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置を図５、図６に基づいて説明する。図５では、上述の一実施形態のサブ昇圧回路３０、３５に相当するサブ昇圧回路を一つのブロックで表示する。
【００４４】
図５（ａ）に示すモータ駆動装置４の昇圧回路４０は、３つのサブ昇圧回路４１、４２、４３が直列に接続されている。このように、３つ以上のサブ昇圧回路を、直列に接続してもよい。
昇圧回路全体での昇圧比は、各サブ昇圧回路における昇圧比を掛け合わせた値となるため、直列に接続されるサブ昇圧回路が増えるほど、昇圧電圧Ｖｏｕｔを高くすることができる。例えば、各サブ昇圧回路における昇圧比がいずれも２倍であるとすると、サブ昇圧回路をｎ個直列に接続することで、全体の昇圧比は、２n倍となる。
【００４５】
図５（ｂ）に示すモータ駆動装置５Ａの昇圧回路５０Ａは、サブ昇圧回路５１、５２が並列に接続されて一段目のサブ昇圧回路群を構成し、サブ昇圧回路５３、５４が並列に接続されて二段目のサブ昇圧回路群を構成し、一段目のサブ昇圧回路群と二段目のサブ昇圧回路群とが直列に接続されている。サブ昇圧回路を並列に接続することで電流のロスを減らすことができ、大電流での使用に有利となる。
【００４６】
図５（ｃ）に示すモータ駆動装置６の昇圧回路６０は、いずれも直列接続されたサブ昇圧回路６１、６３とサブ昇圧回路６２、６４とが並列に接続されている。
このように、複数のサブ昇圧回路の直列接続および並列接続を自由に組み合わせることができ、少なくとも１つの直列接続が含まれる場合は本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
また、図６に示すモータ駆動装置５Ｂの昇圧回路５０Ｂは、図５（ｂ）に示す昇圧回路５０Ａの変形例である。昇圧回路５０Ｂでは、一段目のサブ昇圧回路は一つのサブ昇圧回路５５で構成され、二段目のサブ昇圧回路群はサブ昇圧回路５３、５４が並列に接続されて構成される。一段目のサブ昇圧回路と二段目のサブ昇圧回路群とは直列に接続される。
この構成により、図５（ｂ）、（ｃ）に記載の昇圧回路５０Ａ、６０に対し素子点数を減らすことができ、コストを低減することができる。
【００４８】
（イ）上述の一実施形態の説明では、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２は等しい値とした。しかし、複数のサブ昇圧回路の昇圧デューティおよび降圧デューティを互いに異なる値としてもよい。
これにより、状況に応じた多様な制御が可能となる。また、駆動開始前に各サブ昇圧回路が正常であるか否かの初期チェックを行う場合などに、デューティの値によってサブ昇圧回路を判別することができる。
【００４９】
（ウ）ＣＰＵ２１は、また、少なくとも１つのサブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能とする機能を有してもよい。
例えば、スイッチング素子の短絡故障または断線故障が発生したとき、故障の発生を検出して、対象となるサブ昇圧回路のスイッチング動作を停止することにより過電流の発生や誤作動を防止することができ、モータ駆動装置の信頼性が向上する。
【００５０】
（エ）電源電圧は、バッテリ電圧に限らず、他の直流電源装置等により発生される電圧であってもよい。
（オ）モータ駆動装置は、トルクセンサ９４が検出する操舵トルクに加え、回転角センサが検出するモータ回転角や車速センサが検出する車速に応じて目標昇圧電圧を設定してもよい。
【００５１】
（カ）本発明のモータ駆動装置は、電動パワーステアリング装置の他、例えば、ＶＧＲＳ（ギア可変ステアリング）、ＡＲＳ（アクティブリアステアリング）等、様々な用途に適用することができる。
以上、本発明はこのような実施形態に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、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ ・・・電動パワーステアリング装置、
２、４、５Ａ、５Ｂ、６、７・・・モータ駆動装置、
２０、４０、５０Ａ、５０Ｂ、６０、７０・・・昇圧回路、
２１ ・・・ＣＰＵ（昇圧制御部）、
２２ ・・・バッテリ、
２３ ・・・電源スイッチ、
２４ ・・・入力用コンデンサ、
２５ ・・・モータ駆動回路、
３０、３５、４１〜４３、５１〜５５・・・サブ昇圧回路、
３１、３６、７１ ・・・昇圧コイル、
３２、３７、７２ ・・・昇圧用スイッチング素子、
３３、３８、７３ ・・・降圧用スイッチング素子、
３４、３９、７４ ・・・出力用コンデンサ、
８０ ・・・モータ、
８９ ・・・減速ギア（動力伝達手段）、
９０ ・・・ステアリングシステム、
９４ ・・・トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、
Ｖｉｎ ・・・バッテリ電圧（電源電圧）、
Ｖｏｕｔ ・・・昇圧電圧、
Ｖａ ・・・目標昇圧電圧、
Ｄ１、Ｄ１１、Ｄ２１・・・昇圧デューティ、
Ｄ２、Ｄ１２、Ｄ２２・・・降圧デューティ、
Ｄｍａｘ ・・・飽和デューティ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えるモータ駆動装置、及び、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源電圧を昇圧して出力する昇圧回路を備えた昇圧装置が知られている。昇圧回路が出力する昇圧電圧は、例えば交流モータを駆動するためのインバータ回路等に利用される。昇圧回路を使用することにより、インバータとモータとの間の配線抵抗の影響やバッテリ電圧の変動による影響を小さくすることができる。また、昇圧回路を電動パワーステアリング装置に適用した場合には、操舵フィーリングの安定性を高めることができる。
【０００３】
特許文献１、２には、電動パワーステアリング装置に適用される昇圧装置の例が開示されている。この昇圧装置に用いられるチョッピング式の昇圧回路は、スイッチング素子を高速にオンオフすることにより昇圧動作を行うものである。昇圧回路は、スイッチング動作の一周期に対する昇圧スイッチング素子のオン時間の比である昇圧デューティを調整して昇圧電圧を制御する。特許文献１の昇圧装置は、昇圧回路の発熱を抑制するため、出力電力が上限電力を超える場合、昇圧回路の出力電圧を低下させる。特許文献２の昇圧装置は、出力電圧のオーバーシュートを防止するため、目標電圧を補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４８３３２２号公報
【特許文献２】特開２００６−６２５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の昇圧装置では、昇圧デューティの上限値である飽和デューティに対応する電力を超える出力が要求される場合、昇圧電圧が低下し、目標電圧を得ることができない。したがって、この昇圧回路を電動パワーステアリング装置に適用した場合には、急操舵時等に必要なアシストトルクを発生することができず、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。特に、電動パワーステアリング装置を大型車に採用する場合には、高電力の出力に対応可能であることが重要な課題となる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高電力の出力が要求される場合に昇圧電圧の低下を防ぐモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動回路と、電源電圧を昇圧してモータ駆動回路に供給する昇圧回路と、昇圧回路を制御する昇圧制御部とを備える。昇圧回路は、昇圧コイル、出力用コンデンサおよび２個のスイッチング素子からなるサブ昇圧回路を２つ以上直列に接続して構成される。
【０００８】
これにより、昇圧回路の入力電圧に対する出力電圧の比である昇圧比は、各サブ昇圧回路における昇圧比を掛け合わせた値となる。例えば、各サブ昇圧回路における昇圧比がいずれも２倍であるとすると、サブ昇圧回路をｎ個直列に接続することで、全体の昇圧比は２n倍となる。すなわち、昇圧回路が１つの場合に比べ、同じ昇圧デューティにおいて相対的に高い昇圧電圧を得ることができる。その結果、高電力の出力が要求される場合でも十分に高い昇圧電圧を発生することができるため、昇圧電圧が目標電圧に対して低下することを防ぐことができる。
したがって、このモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合、急操舵時等でも必要なアシストトルクを発生することができ、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置を、出力性能が要求される大型車に採用する場合に有効である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、昇圧回路は、サブ昇圧回路を並列に接続し、かつ、並列に接続されたサブ昇圧回路群を２つ以上直列に接続して構成される。
これにより電流のロスを減らすことができ、大電流での使用に有利となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、昇圧制御部は、昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じてサブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令する。そして、複数のサブ昇圧回路のデューティをいずれも等しい値とする。
これにより、制御が単純となり、昇圧制御部の負荷を低減することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によると、昇圧制御部は、昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じてサブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令する。そして、複数のサブ昇圧回路のデューティを互いに異なる値とする。
これにより、状況に応じた多様な制御が可能となる。また、駆動開始前に各サブ昇圧回路が正常であるか否かの初期チェックを行う場合などに、デューティの値によってサブ昇圧回路を判別することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によると、昇圧制御部は、モータ駆動回路に供給される昇圧電圧をフィードバックされ、比例制御、積分制御、微分制御のいずれか１つ以上の制御によって目標昇圧電圧を設定する。
これにより、オーバーシュートやアンダーシュートを抑制し、迅速で精度のよい制御をすることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によると、昇圧制御部は、少なくとも１つのサブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能である。
例えば、スイッチング素子の短絡故障または断線故障が発生したとき、故障の発生を検出して、対象となるサブ昇圧回路のスイッチング動作を停止することにより過電流の発生や誤作動を防止することができ、モータ駆動装置の信頼性が向上する。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置に係る発明である。この電動パワーステアリング装置は、アシシトトルクを出力するモータ、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段、トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じてモータを駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置、及び、モータの回転をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段を備える。
【００１５】
電動パワーステアリング装置は、車両の運転状況によって、直進時や緩いカーブの走行時にはアシストトルクがほとんど必要とされない一方で、発進時や急操舵時等には大きなアシストトルクを発生することが要求される。したがって、本発明のモータ駆動装置を電動パワーステアリング装置に適用することで、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置を大型車に採用する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図２】本発明の一実施形態によるモータ駆動装置を適用した電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図３】従来技術の昇圧回路の出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図。
【図４】本発明の一実施形態による昇圧回路の出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図。
【図５】本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図６】本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【図７】従来技術によるモータ駆動装置の昇圧回路を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
自動車等のハンドル操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に本発明のモータ駆動装置を適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図２は、電動パワーステアリング装置を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。ステアリングシステム９０に備えられる電動パワーステアリング装置１は、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２に「操舵トルク検出手段」としてのトルクセンサ９４を設置している。
ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。
【００１８】
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に接続されたステアリングシャフト９２が回転し、ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１は、操舵アシストトルクを発生するモータ８０、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える「動力伝達手段」としての減速ギア８９、及び、モータ駆動装置２を備える。モータ８０は三相ブラシレスモータであり、減速ギア８９を正逆回転させる。モータ駆動装置２は、ＣＰＵ２１、昇圧回路２０およびモータ駆動回路２５を備え、トルクセンサ９４が検出した操舵トルクに応じてモータ８０を駆動する。
この構成により、電動パワーステアリング装置１は、ハンドル９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト９２に伝達する。
【００２０】
モータ駆動装置２は、昇圧回路２０、ＣＰＵ２１、バッテリ２２、電源スイッチ２３、入力用コンデンサ２４およびモータ駆動回路２５を備える。
ＣＰＵ２１は、特許請求の範囲に記載の「昇圧制御部」に相当する。ＣＰＵ２１は、モータ駆動回路２５に供給される昇圧回路２０の昇圧電圧Ｖｏｕｔをフィードバックされ、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御によって目標昇圧電圧Ｖａを設定する。そして、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａとなるように昇圧回路２０のスイッチング素子３２、３３、４２、４３のオンオフ信号を制御する。具体的には、後述するように、昇圧デューティおよび降圧デューティを指定するＰＷＭ信号を出力する。
【００２１】
バッテリ２２は、車両が搭載しているバッテリである。バッテリ電圧Ｖｉｎは、特許請求の範囲に記載の「電源電圧」に相当する。
電源スイッチ２３は、バッテリ２２と昇圧回路２０との間に接続される。電源スイッチ２３は、例えばリレーにより構成され、昇圧回路２０へのバッテリ電圧Ｖｉｎの供給をオンオフする。
入力用コンデンサ２４は、電源ノイズを除去する。
【００２２】
モータ駆動回路２５は、モータ８０を駆動するための回路である。例えば、モータ８０が三相交流モータの場合、モータ駆動回路２５として三相インバータ回路が採用される。モータ駆動回路２５には、昇圧回路２０から昇圧電圧Ｖｏｕｔが供給される。
最後に昇圧回路２０は、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５とが直列に接続される。ここで、サブ昇圧回路３０、３５の構成を説明する前に、従来技術の昇圧回路について、図７を参照して説明する。
【００２３】
図７に示すように、従来技術のモータ駆動装置７の昇圧回路７０は、昇圧コイル７１、昇圧用スイッチング素子７２、降圧用スイッチング素子７３および出力用コンデンサ７４を備え、スイッチング素子７２、７３を高速にオンオフすることにより昇圧動作を行う、いわゆるチョッピング式の昇圧回路である。
【００２４】
昇圧コイル７１は、エネルギーの蓄積、放出に伴って電圧を誘起する素子である。
昇圧用スイッチング素子７２および降圧用スイッチング素子７３は、例えばＭＯＳ電解効果トランジスタ等により構成され、ＣＰＵ２１からの電気信号によってオンオフする。昇圧用スイッチング素子７２は、昇圧コイル７１の出力端とグランドとの間に接続される。降圧用スイッチング素子７３は、昇圧コイル７１の出力端とモータ駆動回路２５との間に接続される。
出力用コンデンサ７４は、降圧用スイッチング素子７３の出力端とグランドとの間に接続され、昇圧電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。
以上の構成により、昇圧回路７０は、バッテリ２２のバッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧し、昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。
【００２５】
図１に戻り、サブ昇圧回路３０、３５の構成要素は、従来技術の昇圧回路７０と同様である。すなわち、昇圧コイル３１、３６は昇圧コイル７１と同様であり、昇圧用スイッチング素子３２、３７は昇圧用スイッチング素子７２と同様であり、降圧用スイッチング素子３３、３８は降圧用スイッチング素子７３と同様であり、出力用コンデンサ３４、３９は出力用コンデンサ７４と同様である。
以上の構成により、一段目のサブ昇圧回路７０は、バッテリ２２のバッテリ電圧Ｖｉｎを昇圧してサブ昇圧回路３５に出力する。二段目のサブ昇圧回路３５は、サブ昇圧回路３０が昇圧した電圧をさらに昇圧して昇圧電圧Ｖｏｕｔをモータ駆動回路２５に出力する。
【００２６】
（作用）
次に、本発明の一実施形態のモータ駆動装置２の作用を、従来技術のモータ駆動装置７と比較して説明する。
まず、従来技術のモータ駆動装置７における昇圧動作を説明する。
昇圧回路７０の昇圧用スイッチング素子７２と降圧用スイッチング素子７３とは、ＣＰＵ２１からの指令に応じて、一方がオンのとき他方がオフというように交互にオンオフする。これは、昇圧用スイッチング素子７２と降圧用スイッチング素子７３とが同時にオンすると、過電流が流れ、素子が破損するおそれがあるためである。厳密には、オンオフ切換時のわずかな時間のずれによって瞬間的に両方のスイッチング素子７２、７３がオンとなることを防止するため、両方のスイッチング素子７２、７３がオフとなるデッドタイムが設定される。しかし、以下の説明ではデッドタイムは考慮しないものとする。
【００２７】
昇圧用スイッチング素子７２をオフからオンに切り換えると、バッテリ２２から昇圧コイル７１に電流が流れる。このとき、電流の変化により昇圧コイル７１の磁界が変化し、誘導電圧が発生する。そして、昇圧コイル７１にエネルギーが蓄積される。
その後、昇圧用スイッチング素子７２をオフし、降圧用スイッチング素子７３をオンすると、昇圧コイル７１の誘導電圧が、バッテリ電圧Ｖｉｎに重畳される。そして、昇圧コイル７１は、蓄積されたエネルギーを放出しながら出力用コンデンサ７４を充電する。
このスイッチング動作が繰り返され、昇圧電圧Ｖｏｕｔが上昇する。
【００２８】
ＣＰＵ２１は、昇圧電圧Ｖｏｕｔをフィードバックされ、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに一致するように、スイッチング動作のデューティを制御する。ここで、デューティとはスイッチング動作の一周期に対するスイッチング素子のオン時間の比をいい、単位は％である。昇圧用スイッチング素子７２のデューティを昇圧デューティＤ１といい、降圧用スイッチング素子７３のオン時間の比を降圧デューティＤ２という。
ＣＰＵ２１は、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに対して不足しているとき、昇圧デューティＤ１を増加して昇圧動作を促進し、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに近づいたとき、昇圧デューティＤ１を減少して昇圧動作を抑制する。
【００２９】
昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２と、バッテリ電圧Ｖｉｎに対する昇圧電圧Ｖｏｕｔの比である昇圧比αとの関係は、下式１−１、１−２のように示される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×α ・・・（式１−１）
α＝（Ｄ１＋Ｄ２）／（１００−Ｄ１） ・・・（式１−２）
【００３０】
ここで、デッドタイムを無視すると、式１−３の関係が成立し、式１−２は式１−４のように書き換えられる。
Ｄ１＋Ｄ２＝１００ ・・・（式１−３）
α＝（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２ ・・・（式１−４）
例えば、Ｄ１＝Ｄ２＝５０％のとき、α＝２となる。すなわち、バッテリ電圧Ｖｉｎの２倍の昇圧電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００３１】
続いて、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置２における昇圧動作を説明する。
一段目のサブ昇圧回路３０の昇圧用スイッチング素子３２の昇圧デューティをＤ１１とし、降圧用スイッチング素子３３の降圧デューティをＤ１２とする。二段目のサブ昇圧回路３５の昇圧用スイッチング素子３７の昇圧デューティをＤ２１とし、降圧用スイッチング素子３８の降圧デューティをＤ２２とする。また、サブ昇圧回路３０の入力電圧と出力電圧の比であるサブ昇圧比をβ１とし、サブ昇圧回路３５の入力電圧と出力電圧の比であるサブ昇圧比をβ２とする。
【００３２】
すると、昇圧デューティＤ１１、Ｄ２１および降圧デューティＤ１２、Ｄ２２と、サブ昇圧比β１、β２との関係は、下式２−１、２−２、２−３のように示される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×β１×β２ ・・・（式２−１）
β１＝（Ｄ１１＋Ｄ１２）／（１００−Ｄ１１） ・・・（式２−２）
β２＝（Ｄ２１＋Ｄ２２）／（１００−Ｄ２１） ・・・（式２−３）
【００３３】
特に、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティおよび降圧デューティを等しく設定した場合、すなわちＤ１１＝Ｄ２１＝Ｄ１、Ｄ１２＝Ｄ２２＝Ｄ２の場合、下式３−１、３−２のように表される。β2は、昇圧回路２０全体での昇圧比である。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×β2 ・・・（式３−１）
β＝（Ｄ１＋Ｄ２）／（１００−Ｄ１） ・・・（式３−２）
【００３４】
また、デッドタイムを無視すれば、下式３−３、３−４のように表される。
Ｄ１＋Ｄ２＝１００ ・・・（式３−３）
β＝（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｄ２ ・・・（式３−４）
例えば、Ｄ１＝Ｄ２＝５０％のとき、β＝２、β2＝４となる。すなわち、バッテリ電圧Ｖｉｎの４倍の昇圧電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【００３５】
（対比）
次に、図３、図４を参照して、本発明の一実施形態のモータ駆動装置２を、従来技術のモータ駆動装置７と比較して説明する。
図３は、従来技術の昇圧回路７０における出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図である。図３の横軸はインバータ出力、すなわちモータ駆動回路２５への出力（単位：Ｗ）を示し、縦軸は各種電圧（単位：Ｖ）および各種デューティ（単位：％）を示す。各種電圧は、バッテリ電圧Ｖｉｎ、昇圧電圧Ｖｏｕｔ、および目標昇圧電圧Ｖａを含む。各種デューティは、昇圧デューティＤ１、降圧デューティＤ２および飽和デューティＤｍａｘを含む。
【００３６】
例えばインバータ出力がＱ１のとき、昇圧デューティＤ１は約７０％であり、降圧デューティＤ２は約３０％であるから、式１−４より、昇圧比αの値は約３．３である。故に、約１０Ｖのバッテリ電圧Ｖｉｎに対し昇圧電圧Ｖｏｕｔは約３３Ｖとなる。
そして、目標昇圧電圧Ｖａを約３３Ｖで一定とすると、ＣＰＵ２１は、要求されるインバータ出力の増加に伴って昇圧デューティＤ１を増加させ、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させようとする。また、昇圧デューティＤ１の増加に応じて降圧デューティＤ２は減少する。
【００３７】
しかし、昇圧用スイッチング素子７２の保護のため、昇圧デューティＤ１は、上限が飽和デューティＤｍａｘに制限されている。この例では、飽和デューティＤｍａｘは約８０％である。そのため、インバータ出力が限界出力Ｑｃ以上では昇圧デューティＤ１は一定値となり、その結果、昇圧電圧Ｖｏｕｔは目標昇圧電圧Ｖａに対し低下することとなる。
【００３８】
目標の昇圧電圧がモータ駆動回路２５に出力されないと、モータ駆動装置２は、モータ８０を十分に駆動することができない。したがって、電動パワーステアリング装置１において急操舵時等の最もアシストトルクが必要とされるとき、モータ駆動回路２５に要求されるインバータ出力が限界出力Ｑｃ以上となる場合には、必要なアシストトルクを出力することができず、操舵フィーリングが悪化するおそれがある。
【００３９】
図４は、本発明の一実施形態の昇圧回路２０における出力電圧およびデューティ特性を示すイメージ図である。図４の横軸、縦軸は図３と同様であり、インバータ出力に対する各種電圧（単位：Ｖ）および各種デューティ（単位：％）の特性を示す。
ここで、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２は等しい値であるとする。そのため、制御が単純となり、ＣＰＵ２１の負荷を低減することができる。
【００４０】
例えばインバータ出力がＱ２のとき、昇圧デューティＤ１は約４５％であり、降圧デューティＤ２は約５５％であるから、式３−４より、サブ昇圧比βの値は約１．８であり、昇圧比β2の値は約３．３である。故に、約１０Ｖのバッテリ電圧Ｖｉｎに対し昇圧電圧Ｖｏｕｔは約３３Ｖとなる。つまり、本発明の一実施形態では、サブ昇圧比が２乗された値が昇圧比となるため、従来技術に比べ、より低い昇圧デューティで同等の昇圧電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００４１】
そして、目標昇圧電圧Ｖａを約３３Ｖで一定とすると、ＣＰＵ２１は、要求されるインバータ出力の増加に伴って昇圧デューティＤ１を増加させ、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させようとする。また、昇圧デューティＤ１の増加に応じて降圧デューティＤ２は減少する。
【００４２】
さらに、図３における限界出力Ｑｃと同等のインバータ出力Ｑ３においても、昇圧デューティＤ１は飽和デューティＤｍａｘに達しないため、昇圧電圧Ｖｏｕｔを目標昇圧電圧Ｖａに一致させることができる。すなわち、昇圧回路２０は、高電力の出力が要求される場合でも十分に高い昇圧電圧Ｖｏｕｔを発生することができるため、昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標昇圧電圧Ｖａに対して低下することを防ぐことができる。
したがって、モータ駆動装置２はモータ８０を十分に駆動することができ、電動パワーステアリング装置１は、急操舵時等でも必要なアシストトルクを発生することができる。よって、良好な操舵フィーリングが得られる。また、電動パワーステアリング装置１を、出力性能が要求される大型車に採用する場合に有効である。
【００４３】
（その他の実施形態）
（ア）本発明のその他の実施形態によるモータ駆動装置を図５、図６に基づいて説明する。図５では、上述の一実施形態のサブ昇圧回路３０、３５に相当するサブ昇圧回路を一つのブロックで表示する。
【００４４】
図５（ａ）に示すモータ駆動装置４の昇圧回路４０は、３つのサブ昇圧回路４１、４２、４３が直列に接続されている。このように、３つ以上のサブ昇圧回路を、直列に接続してもよい。
昇圧回路全体での昇圧比は、各サブ昇圧回路における昇圧比を掛け合わせた値となるため、直列に接続されるサブ昇圧回路が増えるほど、昇圧電圧Ｖｏｕｔを高くすることができる。例えば、各サブ昇圧回路における昇圧比がいずれも２倍であるとすると、サブ昇圧回路をｎ個直列に接続することで、全体の昇圧比は、２n倍となる。
【００４５】
図５（ｂ）に示すモータ駆動装置５Ａの昇圧回路５０Ａは、サブ昇圧回路５１、５２が並列に接続されて一段目のサブ昇圧回路群を構成し、サブ昇圧回路５３、５４が並列に接続されて二段目のサブ昇圧回路群を構成し、一段目のサブ昇圧回路群と二段目のサブ昇圧回路群とが直列に接続されている。サブ昇圧回路を並列に接続することで電流のロスを減らすことができ、大電流での使用に有利となる。
【００４６】
図５（ｃ）に示すモータ駆動装置６の昇圧回路６０は、いずれも直列接続されたサブ昇圧回路６１、６３とサブ昇圧回路６２、６４とが並列に接続されている。
このように、複数のサブ昇圧回路の直列接続および並列接続を自由に組み合わせることができ、少なくとも１つの直列接続が含まれる場合は本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４７】
また、図６に示すモータ駆動装置５Ｂの昇圧回路５０Ｂは、図５（ｂ）に示す昇圧回路５０Ａの変形例である。昇圧回路５０Ｂでは、一段目のサブ昇圧回路は一つのサブ昇圧回路５５で構成され、二段目のサブ昇圧回路群はサブ昇圧回路５３、５４が並列に接続されて構成される。一段目のサブ昇圧回路と二段目のサブ昇圧回路群とは直列に接続される。
この構成により、図５（ｂ）、（ｃ）に記載の昇圧回路５０Ａ、６０に対し素子点数を減らすことができ、コストを低減することができる。
【００４８】
（イ）上述の一実施形態の説明では、サブ昇圧回路３０とサブ昇圧回路３５との昇圧デューティＤ１および降圧デューティＤ２は等しい値とした。しかし、複数のサブ昇圧回路の昇圧デューティおよび降圧デューティを互いに異なる値としてもよい。
これにより、状況に応じた多様な制御が可能となる。また、駆動開始前に各サブ昇圧回路が正常であるか否かの初期チェックを行う場合などに、デューティの値によってサブ昇圧回路を判別することができる。
【００４９】
（ウ）ＣＰＵ２１は、また、少なくとも１つのサブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能とする機能を有してもよい。
例えば、スイッチング素子の短絡故障または断線故障が発生したとき、故障の発生を検出して、対象となるサブ昇圧回路のスイッチング動作を停止することにより過電流の発生や誤作動を防止することができ、モータ駆動装置の信頼性が向上する。
【００５０】
（エ）電源電圧は、バッテリ電圧に限らず、他の直流電源装置等により発生される電圧であってもよい。
（オ）モータ駆動装置は、トルクセンサ９４が検出する操舵トルクに加え、回転角センサが検出するモータ回転角や車速センサが検出する車速に応じて目標昇圧電圧を設定してもよい。
【００５１】
（カ）本発明のモータ駆動装置は、電動パワーステアリング装置の他、例えば、ＶＧＲＳ（ギア可変ステアリング）、ＡＲＳ（アクティブリアステアリング）等、様々な用途に適用することができる。
以上、本発明はこのような実施形態に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、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ ・・・電動パワーステアリング装置、
２、４、５Ａ、５Ｂ、６、７・・・モータ駆動装置、
２０、４０、５０Ａ、５０Ｂ、６０、７０・・・昇圧回路、
２１ ・・・ＣＰＵ（昇圧制御部）、
２２ ・・・バッテリ、
２３ ・・・電源スイッチ、
２４ ・・・入力用コンデンサ、
２５ ・・・モータ駆動回路、
３０、３５、４１〜４３、５１〜５５・・・サブ昇圧回路、
３１、３６、７１ ・・・昇圧コイル、
３２、３７、７２ ・・・昇圧用スイッチング素子、
３３、３８、７３ ・・・降圧用スイッチング素子、
３４、３９、７４ ・・・出力用コンデンサ、
８０ ・・・モータ、
８９ ・・・減速ギア（動力伝達手段）、
９０ ・・・ステアリングシステム、
９４ ・・・トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、
Ｖｉｎ ・・・バッテリ電圧（電源電圧）、
Ｖｏｕｔ ・・・昇圧電圧、
Ｖａ ・・・目標昇圧電圧、
Ｄ１、Ｄ１１、Ｄ２１・・・昇圧デューティ、
Ｄ２、Ｄ１２、Ｄ２２・・・降圧デューティ、
Ｄｍａｘ ・・・飽和デューティ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動回路と、
電源電圧を昇圧して前記モータ駆動回路に供給する昇圧回路と、
前記昇圧回路を制御する昇圧制御部と、
を備えるモータ駆動装置であって、
前記昇圧回路は、昇圧コイル、出力用コンデンサおよび２個のスイッチング素子からなるサブ昇圧回路を２つ以上直列に接続して構成されることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記昇圧回路は、前記サブ昇圧回路を並列に接続し、かつ、並列に接続された前記サブ昇圧回路群を２つ以上直列に接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記昇圧制御部は、前記昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じて前記サブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令し、
複数の前記サブ昇圧回路のデューティをいずれも等しい値とすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記昇圧制御部は、前記昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じて前記サブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令し、
複数の前記サブ昇圧回路のデューティを互いに異なる値とすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧制御部は、前記モータ駆動回路に供給される昇圧電圧をフィードバックされ、比例制御、積分制御、微分制御のいずれか１つ以上の制御によって目標昇圧電圧を設定することを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記昇圧制御部は、少なくとも１つの前記サブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置であって、
アシシトトルクを出力するモータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じて前記モータを駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータの回転をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動回路と、
電源電圧を昇圧して前記モータ駆動回路に供給する昇圧回路と、
前記昇圧回路を制御する昇圧制御部と、
を備えるモータ駆動装置であって、
前記昇圧回路は、昇圧コイル、出力用コンデンサおよび２個のスイッチング素子からなるサブ昇圧回路を２つ以上直列に接続して構成されることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記昇圧回路は、前記サブ昇圧回路を並列に接続し、かつ、並列に接続された前記サブ昇圧回路群を２つ以上直列に接続して構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記昇圧制御部は、前記昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じて前記サブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令し、
複数の前記サブ昇圧回路のデューティをいずれも等しい値とすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記昇圧制御部は、前記昇圧回路の目標昇圧電圧を設定するとともに、当該目標昇圧電圧に応じて前記サブ昇圧回路のスイッチング素子をオンオフするデューティを指令し、
複数の前記サブ昇圧回路のデューティを互いに異なる値とすることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧制御部は、前記モータ駆動回路に供給される昇圧電圧をフィードバックされ、比例制御、積分制御、微分制御のいずれか１つ以上の制御によって目標昇圧電圧を設定することを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記昇圧制御部は、少なくとも１つの前記サブ昇圧回路において、スイッチング素子のスイッチング動作を停止可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
運転者の操舵トルクをアシストする電動パワーステアリング装置であって、
アシシトトルクを出力するモータと、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記トルク検出手段が検出した操舵トルクに応じて前記モータを駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータの回転をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１２５０４８（Ｐ２０１２−１２５０４８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３４１９（Ｐ２０１０−２７３４１９）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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