CN103359159B - 电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机驱动装置。当故障检测部件(71)检测到第一电源系统中的逆变电路(50)中的故障时，驱动控制部件(41)使所述逆变电路(50)停止驱动电机(800)。通/断控制部件(31)使电源通/断部件(20)的第一电源继电器(21)断开。在所述逆变电路(50)停止电机驱动操作的状态下，所述电机(800)的第一线圈组(80)通过由外力所引起的转动来产生感应电压。所述感应电压从所述逆变电路(50)通过第二电源继电器(22)以及第一电源继电器(21)的寄生二极管被再生到电池(15)。因此，防止发生故障的电源系统中的电路元件受到损坏。

Description

电机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种例如可用于车辆的电力转向系统的驱动电机的电机驱动装置。

背景技术

常规的电机驱动装置具有向电机的线圈组供电的多个逆变电路。当逆变电路的任何一个或者线圈组的任何一个发生故障时，电机驱动装置仅通过正常工作的其它的逆变电路继续向电机供电。

例如，根据在JP-A-2011-131860(US2011/0156629A1)中公开的用于电力转向系统的电机驱动装置，电源继电器设置在连接DC电池和两个电源系统的逆变电路的电源支路中。当其中任一个逆变电路发生故障时，断开连接到电源系统的正发生故障的逆变电路的一个电源继电器以使电源中断，并且仅通过电源系统的另一个正常工作的逆变电路驱动电机。

用于使从电池到逆变电路的电源中断的这种继电器可以是机械继电器或者半导体继电器。由于空间的限制和成本的限制，在更多情况下使用半导体继电器。作为半导体继电器，鉴于MOSFET的导通电阻和饱和电压损耗，在很多情况下，它被用于12V电源系统中。MOSFET具有寄生二极管。鉴于电源可能由于失误而反极性连接的可能性，两个MOSFET被串联连接，使得各个寄生二极管的续流（freewheelingcurrent）的流向彼此相反。

电机通常作为发电机工作，当电机的转动轴被外力转动时，该电机产生感应电压。例如，在车辆的电力转向系统中，当车辆的车轮撞击和驶过障碍物等时，电机通过外力而转动。

在这种情况下，感应电压的能量通过电源系统中的电源继电器从逆变电路再生到电池，其中电源继电器处于接通状态。在发生故障的电源系统中，电源继电器被断开并且逆变电路中的所有开关元件被断开。因此，没有提供用于使感应电压再生的电流路径。感应电压因此变得非常高并且可能损坏电路元件。

发明内容

因此，本公开的一个目的在于提供一种用于驱动电机的电机驱动装置。

根据一个方面，提供了一种用于驱动包括多个线圈组的电机的电机驱动装置，其中，每个线圈组由多相的线圈形成。电机驱动装置包括多个逆变电路、电源通/断控制电路、故障检测部件、驱动控制部件和通/断控制部件。

多个逆变电路被设置为对应于所述多个线圈组并且通过转换从电源供给的电力来向所述多个线圈组供电。

电源通/断控制电路被设置在每个电源系统中，在电源和逆变电路之间，并且使电源电导通至逆变电路以及使电源与逆变电路电中断。

故障检测部件检测每个电源系统中的逆变电路中的故障。

驱动控制部件使发生故障的电源系统中的逆变电路停止驱动电机。发生故障的电源系统对应于具有由故障检测部件检测出的故障的电源系统。

当故障检测部件检测到故障时，通/断控制部件将发生故障的电源系统的电源通/断电路控制到再生电流传导状态。再生电流传导状态允许再生电流以从逆变电路到电源的方向流动。

附图说明

从以下参考附图做出的详细说明中，电机驱动装置的上述及其它的目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是根据一个实施例的电机驱动装置的电路图；

图2是包括有根据该实施例的电机驱动装置的电力转向系统的示意图；以及

图3是示出了图1中示出的电机驱动装置的操作的电路图。

具体实施方式

根据一个实施例，电机驱动装置配置为如图1所示并且被合并到如图2所示的车辆的电力转向系统中。

如图2所示，电力转向系统1被配置为将转向辅助扭矩提供给转向轴92，以辅助驾驶员的转向扭矩。扭矩传感器94附着于耦接到方向盘91的转向轴92，以检测转向扭矩。小齿轮96附着于转向轴92的顶部并且与齿条轴97啮合。一对车轮98通过横拉杆等旋转地耦接到齿条轴97的两端。小齿轮96将转向轴92的转动转换成齿条轴96的直线运动，使得这对车轮98以对应于齿条轴97的直线运动量的角度被转向。

电力转向系统1包括转向辅助电机800、减速齿轮95和电机驱动装置10。转向辅助电机800产生转向辅助扭矩。减速齿轮95是动力传送装置，该传送装置在电机的转速降低后将电机800的旋转输出传送给转向轴92。电机800是例如三相AC无电刷电机。

如图1所示，电机800包括两个线圈组80和85。第一线圈组由分别用于U相、V相和W相的三相线圈81、82和83形成。第二线圈组85由分别用于U相、V相和W相的三相线圈86、87和88形成。电机驱动装置10被配置为通过转换从作为电源的DC电池15供给的DC电力来驱动电机800。电机驱动装置10由第一驱动单元11和第二驱动单元12形成。第一驱动单元11包括设置为对应于第一线圈组80的第一逆变电路50。第二驱动单元12包括设置为对应于第二线圈组85的第二逆变电路60。第一驱动单元11和第二驱动单元12并联到电池15和电机800。一个驱动单元和连接到该驱动单元的一个线圈组以组合形式形成了一个电源系统。因此，电机驱动装置10形成了两个(第一和第二)电源系统。

第一电源系统的驱动单元11和第二电源系统的驱动单元12通常在结构上相同。以下将驱动装置11作为代表性的示例进行详细描述。第一电源系统的驱动单元11包括电源通/断电路20、逆变电路50和控制电路，该控制电路包括通/断控制部件31、驱动控制部件41和故障检测部件71。控制电路中的每个部件可以由例如微型计算机和预驱动器形成。

电源通/断电路20设置在电池15和逆变电路50之间的一个电源线Ls中，并且使电池15电导通至逆变电路50以及使电池15与逆变电路50电中断。电源通/断电路20由串联的第一电源继电器21和第二电源继电器22形成。

作为第一通/断开关而设置的第一电源继电器21和作为第二通/断开关而设置的第二电源继电器22是包括相应的寄生二极管的半导体开关元件。第一电源继电器21的寄生二极管被布置为沿从逆变电路50到电池15的方向传导电流。第二电源继电器22的寄生二极管被布置为沿从电池15到逆变电路50的方向传导电流。

通/断控制部件31可以作为微型计算机的功能被实施，以彼此独立地控制第一电源继电器21和第二电源继电器22的通/断状态。具体地说，通/断控制部件31不但能够使第一电源继电器21和第二电源继电器22都接通或断开，而且能够断开第一电源继电器21和接通第二电源继电器22。在以下的说明中，“断开（turnoff）”和“中断（interrupt）”用于表示关于半导体开关元件的通/断操作的相同操作。类似地，“接通（turnon）”和“导通（conduct）”用于表示相同的操作。

在如图1所示以正常方向连接电池15（即，第一电源继电器21连接到电池15的正极侧）的情况下，当第一电源继电器21被断开时，从电池15供给到逆变电路50的电力被中断。在沿与图1相反的反方向连接电池15（即，第一电源继电器21连接到电池15的接地电极侧）的情况下，电压没有被提供给驱动单元11，并且因此驱动单元11中的所有开关元件被断开。然而，电流流过第一电源继电器21的寄生二极管，从而电池15和逆变电路50没有被中断。在这种情况下，由于第二电源继电器22与第一电源继电器21串联，从电池15供给到逆变电路50的电力被中断。

由于电源通/断电路20由具有沿相反的电流流向连接的寄生二极管的电源继电器21和22形成，当电源继电器21和22都被断开时，从电池15供给到逆变电路50的电力被中断，而不管电池15的连接方向。

逆变电路50是三相逆变器，其中，6个半导体开关元件51-56以桥形的方式连接。开关元件51-56是例如MOSFET，即，金属氧化物半导体场效应晶体管。开关元件51-56被称为FET51-56。

FET51和54形成了U相的高侧臂和低侧臂。FET52和55形成了V相的高侧臂和低侧臂。FET53和56形成了W相的高侧臂和低侧臂。FET51-56的每一个对应于栅电位在源极和漏极之间被接通或者断开。

高侧臂的FET51、52和53在各自的漏极处连接到电源线Ls。高侧臂的FET51、52和53的源极分别连接到低侧臂的FET54、55和56的漏极。低侧的FET54、55和56的源极分别通过分流电阻器57、58和59接地。高侧臂的FET51、52和53和低侧臂的FET54、55和56之间的结点分别连接到第一线圈组80的线圈81、82和83的末端。

驱动控制部件41例如由预驱动器形成。FET51-56通过从驱动控制部件41输出到各自的栅极的开关信号而被接通和断开，使得向第一线圈组80的供电可以被转换。因此，逆变电路50将从电池15供给DC电转换为三相AC电。故障检测部件71检测逆变电路50的故障，具体地说，FET51-56中的短路故障等，并且将故障检测信号施加到通/断控制部件31和驱动控制部件41。

与第一电源系统类似，第二电源系统的驱动单元12包括电源通/断电路25、逆变电路60和包括通/断控制部件32、驱动控制部件42和故障检测部件72的控制电路。电源通/断电路25由第一电源继电器26和第二电源继电器27形成。逆变电路60包括FET61-66和分流电阻器67-69。

因此，电机驱动装置10由两个驱动单元11和12形成。即使在一个电源系统中的逆变电路50或60或者线圈组80或85发生故障情况下，只有一个正常的系统(正常系统)被驱动而工作，而使另一个出现故障的系统(故障系统)停止工作。结果，电机800连续地被驱动而工作。因此，可以避免出现由于一个电源系统发生故障而使电力转向系统1突然停止产生转向辅助动力的情况。

接下来将参考图3描述当两个电源系统的一个发生故障时所获得的电机驱动装置10的操作。在这里，可以假定，第一电源系统的逆变电路50发生故障并且第二电源系统的逆变电路60正常地工作。当故障检测部件71检测到逆变电路50的故障时，故障检测信号被施加到通/断控制部件31和驱动控制部件41。驱动控制部件41响应地使所有开关元件51-56断开，从而使逆变电路50停止驱动电机800。通/断控制部件31分别使电源通/断电路20中的第一电源继电器21和第二电源继电器22断开和接通。即，通/断控制部件31提供了使再生电流能够从逆变电路50流到电池15的再生电流传导状态。

进一步假定，第一线圈组80和第二线圈组85响应于在第一电源系统的逆变电路50被停止工作的状态下所施加的外力来产生感应电压。在正常工作的第二电源系统中，如图3中的虚线箭头所示，以朝上的方向(从低电位侧到高电位侧)流过V相和W相的低侧臂的FET65和66的寄生二极管的电流通过V相位线圈87和W相位线圈88流向第二线圈组85的星形连接的线圈86-88的中点。从中点流出的电流以朝上的方向流过U相位线圈86和U相的高侧臂的FET61的寄生二极管到第二电源系统的电源线Ls。

在正常工作的第二电源系统中，通/断控制部件32使电源通/断电路25中的第一继电器26和第二继电器27都保持接通。电流因此通过第二电源继电器27和第一电源继电器26从电源线Ls流向电池15。结果，防止驱动单元12的电路元件被感应电压损坏。

在发生故障的第一电源系统中，如图3中的虚线箭头所示，以朝上的方向(从低电位侧到高电位侧)流过V相和W相的低侧臂的FET55和66的寄生二极管的电流通过V相位线圈82和W相位线圈83流向第一线圈组80的星形连接的线圈81-83的中点。从中点流出的电流以朝上的方向流过U相位线圈81和U相的高侧臂的FET51的寄生二极管到第一电源系统的电源线Ls。

如果发生故障的电源系统的通/断控制部件31使电源开关电路20中的第一电源继电器21和第二电源继电器22都断开，从电池15到逆变电路15的供电被完全中断。在这种情况下，没有提供允许再生电流从电源线Ls流到电池15的路径。结果，诸如第二电源继电器22等的电路元件很可能被施加到电源线Ls的感应电压损坏。

根据本实施例的电机驱动装置10，发生故障的系统的通/断控制部件31分别使电源通/断电路20的第一电源继电器21和第二电源继电器22断开和接通。因此，允许电流从电源线Ls通过第二电源继电器22和第一电源继电器21的寄生二极管流动到电池15。因此，与正常工作的系统类似，可以防止驱动单元11的电路元件被感应电压损坏。

如上所述，根据本实施例的电机驱动装置10即使在两个系统中的一个发生故障时也可以使电机800中产生的感应电压在正常系统和发生故障系统的任何一个中通向电池15。例如，在电力转向系统1中，在车辆的两个电源系统中的一个发生故障的情况下车辆正行驶时车轮撞击并且驶过障碍物时，无论电源系统是否正常工作，感应电压在两个电源系统中产生并且被再生到电池15。从而可以防止驱动单元11和12的电路元件被感应电压损坏。

以第一电源系统为例，通/断控制部件31以第一电源继电器21和第二电源继电器22分别断开和接通这样的方式独立地控制电源通/断电路20的第一电源继电器21和第二电源继电器22。如果不能独立地控制继电器21和22，则在第二电源继电器22被接通的情况下，第一电源继电器21和第二电源继电器22需要同时都被接通。即，无法提供从电池15到发生故障的系统中的逆变电路50的供电中断的功能。根据本实施例，然而，可以使从电池15到发生故障的系统的逆变电路50的供电中断并且通过使第一电源继电器21断开并使第二电源继电器22接通来确保电流再生路径。

如上所述的电机驱动装置10可以如下所述被修改：

(A)在本实施例中，每个电源通/断电路由串联的一个第一电源继电器和一个第二电源继电器形成。替换地，第一电源继电器和第二电源继电器中的至少一个的两个或更多个继电器可以串联连接。替换地，电源通/断电路可以只由第一电源继电器形成。在这种情况下，允许当第一电源继电器处于断开状态时所产生的再生电流从逆变电路通过第一电源继电器的寄生二极管流到电源。

(B)在本实施例中，通/断控制部件、驱动控制部件以及故障检测部件是为第一电源系统和第二电源系统的每一个而设置。这仅仅是为了功能的解释并且未必表示那些部件是物理上分离的。即，每个电源系统中的这些部件可以在微型计算机的控制程序中被实施。

(C)除了MOSFET之外，半导体开关元件还可以是甚至包括寄生二极管的这样的元件。

(D)电机驱动装置的电源系统的数量不限于两个而可以是三个或更多个。电机的相的数量不限于三个而可以是四个或更多个。

(E)电机驱动装置不限于应用于电力转向系统的转向辅助电机而可以应用于其它电机。

Claims (2)

1.一种用于驱动包括多个线圈组(80，85)的电机(800)的电机驱动装置(10)，每个线圈组由多相的线圈(81、82、83、86、87、88)形成，所述电机驱动装置包括：

多个逆变电路(50、60)，所述多个逆变电路被设置为对应于所述多个线圈组并且通过转换从电源(15)供给的电力来向所述多个线圈组供电；

电源通/断控制电路(20、25)，所述电源通/断控制电路被设置在每个电源系统中在所述电源和所述逆变电路之间，并且使所述电源电导通至所述逆变电路以及使所述电源与所述逆变电路电中断；

故障检测部件(71、72)，所述故障检测部件检测每个电源系统中的逆变电路的故障；

驱动控制部件(41、42)，所述驱动控制部件使发生故障的电源系统中的逆变电路停止驱动所述电机，所述发生故障的电源系统对应于具有通过所述故障检测部件检测出的故障的电源系统；以及

通/断控制部件(31、32)，所述通/断控制部件在所述故障检测部件检测到所述故障时将发生故障的电源系统的电源通/断控制电路控制为再生电流传导状态，所述再生电流传导状态允许再生电流沿从所述逆变电路到所述电源的方向流动，

其中，所述电源通/断控制电路(20、25)包括串联的至少一个第一通/断开关(21、26)和至少一个第二通/断开关(22、27)；所述第一通/断开关(21、26)是具有允许电流仅沿从所述逆变电路到所述电源的方向流动的寄生二极管的半导体开关元件；以及所述第二通/断开关(22、27)是具有仅允许电流仅沿从所述电源到所述逆变电路的方向流动的寄生二极管的半导体开关元件，

并且其中，所述通/断控制部件(31、41)能够独立地控制所述第一通/断开关和所述第二通/断开关；以及当所述故障检测部件检测出故障时，所述通/断控制部件(31、41)使在所述发生故障的电源系统中的所述第一通/断开关断开并且使所述第二通/断开关接通。

2.一种电力转向系统(1)，包括：

如权利要求1所述的电机驱动装置(10)；

转向辅助电机(800)，所述转向辅助电机由所述电机驱动装置驱动，以产生用于辅助驾驶员的转向力的转向辅助扭矩；以及

动力传送装置(95)，所述动力传送装置将所述转向辅助电机的转动传送到转向轴(92)。