CN103633921A - 电机驱动装置以及包括电机驱动装置的电功率转向设备 - Google Patents

Abstract

在电机驱动装置（2，3）中，第一继电器部（41）连接在电源（50）与逆变器部（20）之间，第二继电器部（42）连接在第一继电器部（41）与逆变器部（20）之间，以及电机继电器部（30）连接在逆变器部（20）与电机（10，110）的绕组（15，121，122）之间。逆变器预驱动器电路（71-76）分别驱动逆变器部（20）的开关元件（21-26）。第一预驱动器电路（81）驱动第一继电器部（41）。第二预驱动器电路（85）驱动第二继电器部（42）和电机继电器部（30）。控制器（60）控制逆变器部（20）、第一继电器部（41）、第二继电器部（42）以及电机继电器部（30）的驱动，以及检测第一继电器部（41）、第二继电器部（42）以及电机继电器部（30）的故障。

Description

电机驱动装置以及包括电机驱动装置的电功率转向设备

技术领域

本公开涉及电机驱动装置以及包括电机驱动装置的电功率转向设备。

背景技术

通常，已知包括多个开关元件的电机驱动装置。例如，JP-A-2011-142744（对应于美国2011/163708A1）公开了包括多个开关元件和电源继电器的电机驱动装置。开关元件形成电机驱动部。当电机驱动装置中出现故障时，电源继电器切断给电机驱动部的电力供应。通过预驱动器电路驱动开关元件和电源继电器。

在将具有寄生二极管（例如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET））的半导体装置用于电源继电器的情况下，为了在电源以反向极性不正确地连接的情况下保护电路，可以设置反向连接保护继电器，使得反向连接保护继电器的寄生二极管以相反的方向连接。

在将电机应用于电功率转向设备且将方向盘直接连接电机的情况下，在驾驶员操作方向盘时，电机中产生感应电压。当出现电机故障且电源继电器关断时，由于驾驶员的转向操作而产生的感应电压被应用于在逆变器部和绕组之间形成的闭合电路。在电源继电器处于关断状态的情况下，当感应电压被应用于逆变器部和绕组之间形成的闭合电路时，电流可能流向闭合电路，产生制动转矩，并且驾驶员可能感觉不适。因此，能够切断绕组与逆变器部之间电连接的电机继电器可以被设置为使得，在出现电机故障时绕组与逆变器部之间不形成闭合电路。

可通过预驱动器电路驱动开关元件和继电器。但是，JP-A-2011-142744未公开预驱动器电路的细节。虽然可分别为开关元件和继电器设置预驱动器电路，但是电机驱动装置的尺寸可能增加。

发明内容

本公开的目的是提供一种具有小尺寸的电机驱动装置。本公开的另一目的是提供一种包括所述电机驱动装置的电功率转向设备。

根据本公开方案的电机驱动装置包括逆变器部、第一继电器部、第二继电器部、电机继电器部、多个逆变器预驱动器电路、第一预驱动器电路、第二预驱动器电路以及控制器。逆变器部包括多个开关元件，用于开关给电机的绕组的电力供应。第一继电器部连接在电源与逆变器部之间。第二继电器部连接在第一继电器部与逆变器部之间。电机继电器部连接在逆变器部与电机的绕组之间。逆变器预驱动器电路分别驱动逆变器部的开关元件。第一预驱动器电路驱动第一继电器部。第二预驱动器电路驱动第二继电器部和电机继电器部。控制器包括控制部分和故障检测部分。控制部分通过逆变器预驱动器电路、第一预驱动器电路或第二预驱动器电路控制逆变器部、第一继电器部、第二继电器部以及电机继电器部的驱动。故障检测部分检测第一继电器部、第二继电器部以及电机继电器部的故障。

在电机驱动装置中，通过一个预驱动器电路驱动第二继电器部以及电机继电器部。因此，可以减少预驱动器电路的数量，并减小电机驱动装置的尺寸。

根据本公开另一方案的电功率转向设备包括电机和电机驱动装置。

附图说明

根据以下连同附图一起提供的详细描述，本公开的附加目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是示出根据本公开第一实施例的电功率转向设备的示意图；

图2是示出根据第一实施例的电机驱动装置的电路图；

图3是示出根据第一实施例的初始故障诊断处理的流程图；

图4是示出根据本公开第二实施例的电机驱动装置的示意图；以及

图5是示出根据第二实施例的电机驱动装置的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本公开的电机驱动装置以及电功率转向设备。在以下实施例中，用相同的附图标记表示具有相似结构的组件并省略说明。

（第一实施例）

根据本公开第一实施例的电机驱动装置2被应用于电功率转向设备1。

如图1所示，转向系统90包括电功率转向设备1、方向盘91和转向轴92。驾驶员操作的方向盘91连接到转向轴92。在本公开中，除非另有所指，术语“连接到”表示直接或间接连接。小齿轮（pinion gear）96附接于转向轴92的一端。小齿轮96与齿条轴97啮合。车轮例如通过轮杆可旋转地连接齿条轴97的一端。因此，当驾驶员转动方向盘91时，转向轴92旋转，并且小齿轮96将转向轴92的旋转运动转换为齿条轴97的线性运动。然后，根据齿条轴97的线性运动的位移，轮胎98的方向改变一个角度。转向轴92附接于转矩传感器94，转矩传感器94检测施加于方向盘91的转向转矩。

电功率转向设备1包括电机驱动装置2、电机10和齿轮89。电机10输出转矩，帮助驾驶员对方向盘91的转向操作。

电机10是向前和向后旋转齿轮89的三相无刷电机。电机10包括定子、转子和轴（未示出）。转子随轴旋转。转子在表面附有永磁铁，并具有磁极。转子可旋转地保持在定子中。定子在每个预定角度具有突出部，突出部向心突出。U相线圈11、V相线圈12、W相线圈13缠绕于突出部。U相线圈11、V相线圈12、W相线圈13例如通过Y连接方式连接。U相线圈11、V相线圈12、W相线圈13被包括在绕组15中。

齿轮89以降低速度的方式将电机10的旋转传输给转向轴92。因此，电功率转向设备1将基于方向盘91的转向方向和转向转矩Tq的辅助转矩传输给转向轴92。

如图2所示，电机驱动装置1包括逆变器部20、电机继电器部30、电源继电器41、反向连接保护继电器42、控制器60以及预驱动器电路部70。电源继电器41为第一继电器部的示例，而反向连接保护继电器42为第二继电器部的示例。

逆变器部20是三相逆变器。逆变器部20包括形成桥连接的MOSFET21-26。MOSFET21-26是开关至U相线圈11、V相线圈12、W相线圈13的电力供应的开关元件。

MOSFET21的漏极连接作为电源的电池50的高电势端子，而MOSFET21的源极连接MOSFET24的漏极。MOSFET24的源极通过分流电阻器27接地。MOSFET21的源极与MOSFET24的漏极的连接点通过U相电机继电器31连接U相线圈11的一端。MOSFET21和MOSFET24可作为U相逆变器操作。

MOSFET22的漏极连接电池50的高电势端子，而MOSFET22的源极连接MOSFET25的漏极。MOSFET25的源极通过分流电阻器28接地。MOSFET22的源极与MOSFET25的漏极的连接点通过V相电机继电器32连接V相线圈12的一端。MOSFET22和MOSFET25可作为V相逆变器操作。

MOSFET23的漏极连接电池50的高电势端子，而MOSFET26的源极连接MOSFET26的漏极。MOSFET26的源极通过分流电阻器29接地。MOSFET23的源极与MOSFET26的漏极的连接点通过W相电机继电器33连接W相线圈13的一端。MOSFET23和MOSFET26可作为W相逆变器操作。

分流电阻器27-29用于检测流向各相的电流。控制器60基于分流电阻器27两端的电压检测流向U相线圈11的电流。控制器60基于分流电阻器28两端的电压检测流向V相线圈12的电流。控制器60基于分流电阻器29两端的电压检测流向W相线圈13的电流。

电机继电器部30包括U相电机继电器31、V相电机继电器32以及W相电机继电器33。在本实施例中，U相电机继电器31、V相电机继电器32以及W相电机继电器33的每一个都包括与MOSFET21-26相似的MOSFET。

U相电机继电器31设置在MOSFET21和MOSFET24的连接点与U相线圈11之间。U相电机继电器31的源极连接到MOSFET21与MOSFET24的连接点，且U相电机继电器31的漏极连接到U相线圈11。当出现电机10的故障时，U相电机继电器31能够切断MOSFET21、24与U相线圈11之间的电连接。V相电机继电器32设置在MOSFET22和MOSFET25的连接点与V相线圈12之间。V相电机继电器32的源极连接到MOSFET22与MOSFET25的连接点，且V相电机继电器32的漏极连接到V相线圈12。当出现电机10的故障时，V相电机继电器32能够切断MOSFET22、25与V相线圈12之间的电连接。W相电机继电器33设置在MOSFET23和MOSFET26的连接点与W相线圈13之间。W相电机继电器33的源极连接到MOSFET23与MOSFET26的连接点，且W相电机继电器33的漏极连接到W相线圈13。当出现电机10的故障时，W相电机继电器33能够切断MOSFET23、26与W相线圈13之间的电连接。

电源继电器41连接在电池50与逆变器部20之间。反向连接保护继电器42连接在电源继电器41与逆变器部20之间。在本实施例中，电源继电器41和反向连接保护继电器42的每一个都包括与MOSFET21-26相似的MOSFET。在本实施例中，MOSFET21-26、电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的每一个在开启时变为闭合（电连接）状态，而在关闭时变为断开（电分离）状态。

电源继电器41的漏极连接到电池50，而电源继电器41的源极连接到反向连接保护继电器42。当出现电功率转向设备1的故障时，控制器60将电源继电器41关闭为断开状态，并切断从电池50到逆变器部20的电力供应。

反向连接保护继电器42的源极连接到电源继电器41，而反向连接保护继电器42的漏极连接到逆变器部20。在本实施例中，电源继电器41和反向连接保护继电器42的每一个都包括具有寄生二极管（作为寄生元件）的MOSFET。反向连接保护继电器42以这样的方式设置：反向连接保护继电器42的寄生二极管的方向与电源继电器41的寄生二极管的方向相反，从而在充当电力供应源的电池50和电容器49以相反的极性连接的情况下，保护电机驱动装置2中的电子电路。因此，两个方向上的电流都可以被切断。电源继电器41与反向连接保护继电器42的连接点通过电阻器43接地。控制器60监测电源继电器41与反向连接保护继电器42的连接点的电压Vr。

电容器49与逆变器部20并联连接。在本实施例中，电容器49是电解电容器。电容器49存储电荷，帮助向逆变器部20的电力供应，并消除诸如冲击电流的噪声成分。在本实施例中，电机驱动装置2包括两个电容器49。但是，电容器的数量可以改变。

电池50是直流电源。在本实施例中，电源电压为12V。电池50通过扼流线圈51连接电源继电器41。此外，电池50通过点火开关52和扼流线圈53连接预充电电路55，点火开关52和扼流线圈53与电源继电器41以及反向连接保护继电器42并联连接。

预充电电路55与电源继电器41以及反向连接保护继电器42并联连接在电池50与逆变器部20之间。以下，将上面设置电源继电器41以及反向连接保护继电器42的线路称为PIG线路501，将上面设置点火开关52以及预充电电路55的线路称为IG线路502。

当驾驶员打开点火开关52时，预充电电路55经由IG线路502，通过接收来自电池50的电力供应，先向电容器49充电预定电压。在本实施例中，通过预充电电路55将电容器40充电至大约6V。因此，当电源继电器41以及反向连接保护继电器42开启时，大电流不流向逆变器部20。

OR电路部57包括两个二极管571、572。二极管571的输入端连接在扼流线圈53与预充电电路55之间，而二极管571的输出端连接到二极管572的输出端。二极管572的输入端连接在电源继电器41与反向连接保护继电器42之间，而二极管572的输出端连接到二极管571的输出端。二极管571、572的输出端通过稳压器59连接到控制器60。因此，控制器60接收来自点火开关52与逆变器部20之间的电力供应，或者来自电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电力供应。通过稳压器59将提供给控制器60的电力被调节为预定电压（例如本实施例中的5V）。

当点火开关52处于开启状态时，控制器60通过二极管571接收来自IG线路502的电力。当点火开关52在电源继电器41处于开启状态的情况下关闭时，控制器60通过二极管572接收来自PIG线路501的电力。因此，即使点火开关52被驾驶员关闭，给控制器60的电力供应仍然继续。因此，控制器60不会突然失去电力供应，并且控制器60可以进行预定的控制终止处理，例如，用于向电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）写入故障诊断结果。当预定的控制终止处理结束时，控制器60可以关断电源继电器41，以终止向控制器60的电力供应。

在MOSFET21、24与U相电机继电器31之间，设置上拉电阻器61，上拉电阻器61连接电池50的高电势端子。此外，在MOSFET21、24与U相电机继电器31之间，设置下拉电阻器62、63，下拉电阻器62、63接地并形成分压电阻器。下拉电阻器62、63之间的电压被控制器60监测作为U相端电压对应值MVUc。

在MOSFET22、25与V相电机继电器32之间，设置上拉电阻器64，上拉电阻器64连接电池50的高电势端子。此外，在MOSFET22、25与V相电机继电器32之间，设置下拉电阻器65、66，下拉电阻器65、66接地并形成分压电阻器。下拉电阻器65、66之间的电压被控制器60监测作为V相端电压对应值MVVc。

在MOSFET23、26与W相电机继电器33之间，设置上拉电阻器67，上拉电阻器67连接电池50的高电势端子。此外，在MOSFET23、26与W相电机继电器33之间，设置下拉电阻器68、69，下拉电阻器68、69接地并形成分压电阻器。下拉电阻器68、69之间的电压被控制器60监测作为W相端电压对应值MVWc。下拉电阻器62、65、68分别连接上拉电阻器61、64、67，而下拉电阻器63、66、69分别连接在下拉电阻器62、65、68与地之间。

U相的上拉电阻器61的电阻R11、V相的上拉电阻器64的电阻R21以及W相的上拉电阻器67的电阻R31彼此相等。换言之，R11=R21=R31。U相的下拉电阻器62的电阻R12、V相的下拉电阻器65的电阻R22以及W相的下拉电阻器68的电阻R32彼此相等。换言之，R12=R22=R32。U相的下拉电阻器63的电阻R13、V相的下拉电阻器66的电阻R23以及W相的下拉电阻器69的电阻R33彼此相等。换言之，R13=R23=R33。

上拉电阻器61的电阻R11、下拉电阻器62的电阻R12以及下拉电阻器63的电阻R13的比值为4:3:1。换言之，R11:R12:R13=4:3:1。上拉电阻器64的电阻R21、下拉电阻器65的电阻R22以及下拉电阻器66的电阻R23的比值为4:3:1。换言之，R21:R22:R23=4:3:1。上拉电阻器67的电阻R31、下拉电阻器68的电阻R32以及下拉电阻器69的电阻R33的比值为4:3:1。换言之，R31:R32:R33=4:3:1。

将下拉电阻器62、63视作具有电阻R14的组合电阻器时，上拉电阻器61的电阻R11与下拉电阻器62、63的组合电阻器的电阻R14的比值为1:1。换言之，R11:R14=1:1。将下拉电阻器65、66视作具有电阻R24的组合电阻器时，上拉电阻器64的电阻R21与下拉电阻器65、66的组合电阻器的电阻R24的比值为1:1。换言之，R21:R24=1:1。将下拉电阻器68、69视作具有电阻R34的组合电阻器时，上拉电阻器67的电阻R31与下拉电阻器68、69的组合电阻器的电阻R34的比值为1:1。换言之，R31:R34=1:1。

基于电池50的电压以及通过控制器60可检测的电压，可以适当设置电阻器61-69的电阻。在本实施例中，电阻器61-69的电阻具有上述比值，因为电池50的电压为12V，而通过控制器60可检测的电压为5V。因此，U相端电压对应值MVUc、V相端电压对应值MVVc以及W相端电压对应值MVWc小于或等于5V，并且通过控制器60可检测。

控制器60是传统计算机，包括中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、输入/输出（I/O）部件以及连接上述组件的总线。控制器60获取电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电压Vr。此外，控制器60获取下拉电阻器62与下拉电阻器63之间的电压作为U相端电压对应值MVUc。控制器60获取下拉电阻器65与下拉电阻器66之间的电压作为V相端电压对应值MVVc。控制器60获取下拉电阻器68与下拉电阻器69之间的电压作为W相端电压对应值MVWc。

因为下拉电阻器62、65、68的电阻R12、R22、R23与下拉电阻器63、66、69的电阻R13、R23、R33的比值为3:1，所以通过控制器60获取的端电压对应值MVUc、MVVc、MVWc是实际端电压MVU、MVV、MVW的1/4。因此，控制器60利用软件将获取的端电压对应值MVUc、MVVc、MVWc乘四倍，以计算端电压MVU、MVV、MVW。可以认为，控制器60获取端电压MVU、MVV、MVW，包括端电压对应值MVUc、MVVc、MVWc的内部转换。

控制器60基于电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电压Vr、U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW，检测电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的故障。下面描述故障检测的细节。此外，控制器60通过预驱动器电路部70控制MOSFET21-26、电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的驱动。

预驱动器电路部70包括U相高电势侧逆变器预驱动器电路（UH INVPRE-DRIVER）71、V相高电势侧逆变器预驱动器电路（VH INVPRE-DRIVER）72、W相高电势侧逆变器预驱动器电路（WH INVPRE-DRIVER）73、W相低电势侧逆变器预驱动器电路（WL INVPRE-DRIVER）74、V相低电势侧逆变器预驱动器电路（VL INVPRE-DRIVER）75、U相低电势侧逆变器预驱动器电路（UL INVPRE-DRIVER）76、第一预驱动器81以及第二预驱动器85。

通过控制器60控制U相高电势侧逆变器预驱动器电路71，以切换连接到U相高电势侧逆变器预驱动器电路71的MOSFET21的通/断状态。通过控制器60控制V相高电势侧逆变器预驱动器电路72，以切换连接到V相高电势侧逆变器预驱动器电路72的MOSFET22的通/断状态。通过控制器60控制W相高电势侧逆变器预驱动器电路73，以切换连接到W相高电势侧逆变器预驱动器电路73的MOSFET23的通/断状态。通过控制器60控制W相低电势侧逆变器预驱动器电路74，以切换连接到W相低电势侧逆变器预驱动器电路74的MOSFET26的通/断状态。通过控制器60控制V相低电势侧逆变器预驱动器电路75，以切换连接到V相低电势侧逆变器预驱动器电路75的MOSFET25的通/断状态。通过控制器60控制U相低电势侧逆变器预驱动器电路76，以切换连接到U相低电势侧逆变器预驱动器电路76的MOSFET24的通/断状态。

U相高电势侧逆变器预驱动器电路71、V相高电势侧逆变器预驱动器电路72、W相高电势侧逆变器预驱动器电路73、W相低电势侧逆变器预驱动器电路74、V相低电势侧逆变器预驱动器电路75、U相低电势侧逆变器预驱动器电路76可以作为逆变器预驱动器电路操作。

通过控制器60控制第一预驱动器电路81，以切换与第一预驱动器电路81连接的电源继电器41的通/断状态。通过控制器60控制第二预驱动器电路85，以切换电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42的通/断状态。在本实施例中，因为是通过一个第二预驱动器电路85驱动电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42，所以同时切换电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42的通/断状态。

在第二预驱动器电路85与U相电机继电器31之间，设置栅极电阻器86。在第二预驱动器电路85与V相电机继电器32之间，设置栅极电阻器87。在第二预驱动器电路85与W相电机继电器33之间，设置栅极电阻器88。此外，在预驱动器电路71-76、81、85与MOSFET21-26、电源继电器41以及反向连接保护继电器42之间，设置栅极电阻器（未示出）。

在本实施例中，关注的是，即使在同时切换电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42的通/断状态时，也可以检测到电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的故障，用于驱动电机继电器31-33的预驱动器以及用于驱动反向连接保护继电器42的预驱动器被合并为一个预驱动器电路（即，本实施例中的第二预驱动器电路85）。

下面参照图3描述用于检测电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的故障的初始故障诊断处理。当打开点火开关52时，控制器60在启动功率转向设备1之间进行初始故障诊断处理。当打开点火开关52时，MOSFET21-26、电源继电器41以及反向连接保护继电器42通常处于关闭状态（即断开状态）。

在S101，控制器60通过第一预驱动器电路81关闭电源继电器41。此外，控制器60通过第二预驱动器电路85关闭电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42。

在S102，控制器60基于电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电压Vr，检测电源继电器41和反向连接保护继电器42的短路故障。因为电源继电器41和反向连接保护继电器42被控制为断开状态，所以当电源继电器41和反向连接保护继电器42中不出现短路故障时，电压Vr为0V。当电源继电器41中出现短路故障时，电压Vr变为电源电压（在本实施例中即12V）。另一方面，当反向连接保护继电器42中出现短路故障时，从预充电电路55提供电力，并且电压Vr变为大于或等于预充电电压（在本实施例中即6V）。

当点火开关52紧接着驾驶员的关闭而开启并且控制器60进行本处理时，以基本上等于电源电压的电压将电容器49充电，此外从电容器49提供电力。因此，即使在反向连接保护继电器42中出现短路故障时，电压Vr也可以基本上等于电源电压，类似于在电源继电器41中出现短路故障的情况。在这种情况下，难以判断是在电源继电器41还是在反向连接保护继电器42中出现短路故障。因此，控制器60确定是在电源继电器41或者在反向连接保护继电器42中出现短路故障。在任何情况下，控制器60在电压Vr为0V时确定电源继电器41和反向连接保护继电器42正常操作，并且在电压Vr不为0V时确定电源继电器41和反向连接保护继电器42中出现短路故障。应当注意，考虑到传感器误差等等情况，“电压Vr为0V”意味着电压Vr处于包括0V的预定范围。这同样适用于与故障检测有关的所有阈值。

在S103，控制器60通过第二预驱动器电路85开启电机继电器31-33和反向连接保护继电器42。因为电机继电器31-33和反向连接保护继电器42通过一个第二预驱动器电路85驱动，所以电机继电器31-33和反向连接保护继电器42同时开启。在S104，控制器60基于电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电压Vr，检测反向连接保护继电器42的断路故障。在这种状态下，电源继电器41处于关闭状态，而反向连接保护继电器42处于开启状态。因此，当反向连接保护继电器42中未出现断路故障时，由于来自预充电电路55的电力供应，电压Vr变为大于或等于预充电电压（在本实施例中即6V）。另一方面，当反向连接保护继电器42中出现断路故障时，电压Vr变为0V。因此，控制器60可以检测反向连接保护继电器42的断路故障。

在S105，控制器60通过第一预驱动器电路81开启电源继电器41。在这种状态下，反向连接保护继电器42和电机继电器31-33也处于开启状态。因为电源继电器41和反向连接保护继电器42两者都处于开启状态，所以电力从PIG线路501提供给电容器49，并且电容器49存储电荷。在本实施例中，在S105提供预定等候时间（例如，200毫秒），因此确定地将电容器49充电至电源电压。在S106，控制器60通过第二预驱动器电路85关闭电机继电器31-33和反向连接保护继电器42。因为电机继电器31-33和反向连接保护继电器42通过一个第二预驱动器电路85驱动，所以电机继电器31-33和反向连接保护继电器42同时关闭。

在S107，控制器60基于电压Vr检测电源继电器41的断路故障以及PIG线路501的断开连接故障。当未出现PIG线路501的断开连接并且未出现电源继电器41的断路故障时，电压Vr变为电源电压。另一方面，当PIG线路501出现断开连接或者电源继电器41出现断路故障时，电压Vr变为0V。因此，控制器60检测电源继电器41的断路故障以及PIG线路501的断开连接。

在S108，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测电机继电器31-33的短路故障。当MOSFET24处于完全开启状态且MOSFET21-23、25、26处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测U相电机继电器31的短路故障。当MOSFET25处于完全开启状态且MOSFET21-24、26处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测V相电机继电器32的短路故障。当MOSFET26处于完全开启状态且MOSFET21-25处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测W相电机继电器33的短路故障。控制器60以相互类似的方式检测U相电机继电器31、V相电机继电器32以及W相电机继电器33的短路故障。因此，下面仅描述U相电机继电器31中短路故障的检测。

当MOSFET24处于完全开启状态且MOSFET21-23、25、26处于关闭状态，并且在U相电机继电器31中不出现短路故障时，U相端电压MVU变为0V。V相端电压MVV变为通过上拉电阻器64以及下拉电阻器65、66的组合电阻器将电源电压（严格而言，电容器49中存储的电压）分压获得的值。在本实施例中，上拉电阻器64的电阻R21与下拉电阻器65、66的组合电阻器的电阻R24的比值为1:1。因此，当U相电机继电器31中不出现短路故障时，V相端电压MVV变为电源电压×0.5。类似地，当U相电机继电器31中不出现短路故障时，W相端电压MVW变为电源电压×0.5。

当U相电机继电器31中出现短路故障时，U相端电压MVU为0V，类似于不出现短路故障的情况。当在U相电机继电器31中出现短路故障的状态下MOSFET24开启时，当关注V相时，下拉电阻器65、66以及U相线圈11和V相线圈12关于上拉电阻器64并联连接。因此，当U相电机继电器31中出现短路故障时，V相端电压MVV变为不同于在U相电机继电器31中不出现短路故障时、通过上拉电阻器64和下拉电阻器65、66将电源电压分压获得的值（在本实施例中即电源电压×0.5）。

此外，当关注W相时，下拉电阻器68、69以及U相线圈11和W相线圈13关于上拉电阻器67并联连接。因此，类似于V相端电压MVV，W相端电压MVW变为不同于在U相电机继电器31中不出现短路故障时、通过上拉电阻器67和下拉电阻器68、69将电源电压分压获得的值（在本实施例中即电源电压×0.5）。下面描述V相端电压MVV，省略关于W相端电压MVW的描述。

在U相电机继电器31中出现短路故障时的V相端电压MVV取决于上拉电阻器64、下拉电阻器65、66、U相线圈11和V相线圈12的电阻。在本实施例中，在U相电机继电器31中出现短路故障时的V相端电压MVV小于在U相电机继电器31中不出现短路故障时的V相端电压MVV。

在MOSFET24处于完全开启状态且MOSFET21-23、25、26处于关闭状态、并且U相电机继电器31中出现短路故障时，V相端电压MVV可通过以下方程式（1）表示。在方程式（1）中，U相线圈11的电阻用RM1表示，V相线圈12的电阻用RM2表示。在本实施例中，RM1=RM2。分流电阻器25的电阻以及由于寄生二极管产生的电压降被视为可以忽略，不予考虑。

$\mathrm{MVV}=\frac{\frac{(\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2)(R22+R23)}{\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2+R22+R23}}{\frac{(\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2)(R22+R23)}{\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2+R22+R23}+R21}\×\frac{R23}{R22+R23}\×\mathrm{VPIG}\×4\·\·\·\left(1\right)$

由于下拉电阻器65、66以及U相线圈11和V相线圈12形成的并联电路的组合电阻Rc可通过以下方程式（2）表示。此外，利用组合电阻Rc，可将方程式（1）表示为方程式（3）。

$\mathrm{Rc}=\frac{(\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2)(R22+R23)}{\mathrm{RM}1+\mathrm{RM}2+R22+R23}\·\·\·\left(2\right)$

$\mathrm{MVV}=\frac{\mathrm{Rc}}{\mathrm{Rc}+R21}\×\frac{R23}{R22+R23}\×\mathrm{VPIG}\×4\·\·\·\left(3\right)$

因为R21:R22:R23=4:3:1，所以将R21设置为4R，将R22设置为3R，并将R23设置为R。此外，因为RM1=RM2，所以将RM1和RM2设置为RM。然后，V相端电压MVV可通过以下方程式（4）表示。

$\mathrm{MVV}=\frac{\frac{8\×\mathrm{RM}\×R}{2\mathrm{RM}+4R}}{\frac{8\×\mathrm{RM}\×R}{2\mathrm{RM}+4R}+4R}\×\frac{R}{4R}\×\mathrm{VPIG}\×4\·\·\·\left(4\right)$

在本实施例中，R21-R23为几个kΩ，而RM1和RM2为几十个mΩ。因此，当U相电机继电器31中出现短路故障时，V相端电压MVV变为大约0V，并且W相端电压MVW也变为大约0V。

换言之，当MOSFET24处于完全开启状态且U相电机继电器31中不出现短路故障时，U相端电压MVU变为0V，并且V相端电压MVV和W相端电压MVW变为电源电压×0.5。另一方面，当MOSFET24处于完全开启状态且U相电机继电器31中出现短路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。

类似地，当MOSFET25处于完全开启状态且V相电机继电器32中不出现短路故障时，V相端电压MVV变为0V，并且U相端电压MVU和W相端电压MVW变为电源电压×0.5。另一方面，当MOSFET25处于完全开启状态且V相电机继电器32中出现短路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。

类似地，当MOSFET26处于完全开启状态且W相电机继电器33中不出现短路故障时，W相端电压MVW变为0V，并且U相端电压MVU和V相端电压MVV变为电源电压×0.5。另一方面，当MOSFET26处于完全开启状态且W相电机继电器33中出现短路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。因此，控制器60可以检测电机继电器31-33的短路故障。

在S109，控制器60通过第二预驱动器电路85开启电机继电器31-33和反向连接保护继电器42。因为通过一个第二预驱动器电路85驱动电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42，所以电机继电器31-33和反向连接保护继电器42同时开启，类似于S103。

在S110，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测电机继电器31-33的断路故障。当MOSFET24处于完全开启状态且MOSFET21-23、25、26处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测U相电机继电器31的断路故障。当MOSFET25处于完全开启状态且MOSFET21-24、26处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测V相电机继电器32的断路故障。当MOSFET26处于完全开启状态且MOSFET21-25处于关闭状态时，控制器60基于端电压MVU、MVV、MVW检测W相电机继电器33的断路故障。控制器60以相互类似的方式检测U相电机继电器31、V相电机继电器32以及W相电机继电器33的断路故障。因此，下面仅描述U相电机继电器31中断路故障的检测。

当MOSFET24处于完全开启状态、MOSFET21-23、25、26处于关闭状态、并且在U相电机继电器31中不出现断路故障时，U相端电压MVU变为0V。当在U相电机继电器31中出现断路故障的状态下、MOSFET24开启时，当关注V相时，下拉电阻器65、66以及U相线圈11和V相线圈12关于上拉电阻器64并联连接。因此，V相端电压MVV变为不同于通过上拉电阻器64以及下拉电阻器65、66的组合电阻器将电源电压分压获得的值。在本实施例中，V相端电压MVV变为大约0V。

类似地，当关注W相时，下拉电阻器68、69以及U相线圈11和W相线圈13关于上拉电阻器67并联连接。因此，W相端电压MVW变为不同于通过上拉电阻器67以及下拉电阻器68、69的组合电阻器将电源电压分压获得的值。在本实施例中，W相端电压MVW变为大约0V。

当在U相电机继电器31中出现断路故障的情况下、MOSFET24处于完全开启状态且MOSFET21-23、25、26处于关断状态时，U相端电压MVU变为0V。V相端电压MVV变为通过上拉电阻器64以及下拉电阻器65、66的组合电阻器将电源电压分压获得的值（在本实施例中即电源电压×0.5）。W相端电压MVW变为通过上拉电阻器67以及下拉电阻器68、69的组合电阻器将电源电压分压获得的值（在本实施例中即电源电压×0.5）。

换言之，当MOSFET24处于完全开启状态且U相电机继电器31中未出现断路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。另一方面，当MOSFET24处于完全开启状态且U相电机继电器31中出现断路故障时，U相端电压MVU变为0V，且V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为电源电压×0.5。

类似地，当MOSFET25处于完全开启状态且V相电机继电器32中不出现断路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。另一方面，当MOSFET25处于完全开启状态且V相电机继电器32中出现断路故障时，V相端电压MVV变为0V，且U相端电压MVU以及W相端电压MVW变为电源电压×0.5。

类似地，当MOSFET26处于完全开启状态且W相电机继电器33中不出现断路故障时，U相端电压MVU、V相端电压MVV以及W相端电压MVW变为大约0V。另一方面，当MOSFET26处于完全开启状态且W相电机继电器33中出现断路故障时，W相端电压MVW变为0V，且U相端电压MVU以及V相端电压MVV变为电源电压×0.5。因此，控制器60可以检测电机继电器31-33的断路故障。

如上所述，即使将用于驱动电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42的预驱动器合并在一个第二预驱动器电路85中，并且同时切换电机继电器31-33以及反向连接保护继电器42的通/断状态时，控制器60也可以检测电机继电器31-33、电源继电器41以及反向连接保护继电器42的短路故障和断路故障。

如上所述，电机驱动装置2包括逆变器部20、电源继电器41、反向连接保护继电器42、电机继电器部30、逆变器预驱动器电路71-76、第一预驱动器电路81、第二预驱动器电路85以及控制器60。

逆变器部20包括MOSFET21-26，MOSFET21-26开关给电机10的绕组15的电力供应。电源继电器41连接在电池50与逆变器部20之间。反向连接保护继电器42连接在电源继电器41与逆变器部20之间。电机继电器部30连接在逆变器部20与电机10的绕组15之间。

逆变器预驱动器电路71-76关于逆变器部20的MOSFET21-26而设置，以驱动MOSFET21-26。第一预驱动器电路81驱动电源继电器41。第二预驱动器电路85驱动反向连接保护继电器42和电机继电器部30。

控制器60包括控制部分和故障检测部分。控制部分通过第一预驱动器电路81和第二预驱动器电路85控制逆变器部20、电源继电器41、反向连接保护继电器42以及电机继电器部30的驱动。故障检测部分检测电源继电器41、反向连接保护继电器42以及电机继电器部30的故障。

在本实施例中，将用于驱动反向连接保护继电器42以及电机继电器部30的预驱动器电路合并在一个第二预驱动器电路85中，因为即使在同时切换反向连接保护继电器42和电机继电器部30的通/断状态时，控制器60也可以检测电源继电器41、反向连接保护继电器42以及电机继电器部30的故障。因此，可以减少预驱动器电路的数量。因此，可以减少电机驱动装置2的尺寸，特别是上面设置有形成电机驱动装置2的电子组件的控制衬底的尺寸。

电源继电器41和反向连接保护继电器42是具有寄生二极管的半导体装置。电源继电器41能够切断给逆变器部20的电力供应。反向连接保护继电器42被设置为使得反向连接保护继电器42的寄生二极管的方向与电源继电器41的寄生二极管的方向相反。

通过将半导体装置用于电源继电器41和反向连接保护继电器42，与使用机械接触继电器的情况相比，可以减少电源继电器41和反向连接保护继电器42的尺寸。此外，因为电源继电器41的寄生二极管与反向连接保护继电器42的寄生二极管的方向彼此相反，并且两个方向上的电流都可以切断，因此即使在电力供应源（即，本实施例中的电池50和电容器49）以相反的极性不正确的连接时，也可以保护形成电机驱动装置2的电子电路。

控制器60被连接为使得控制器60能够接收来自电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电力。具体而言，电机驱动装置2包括OR电路部57，OR电路部57接收来自点火开关52与逆变器部20之间、或者来自电源继电器41与反向连接保护继电器42之间的电力y，点火开关52与电源继电器41以及反向连接保护继电器42并联连接。此外，控制器60能够通过OR电路部57接收电力。因此，即使在驾驶员关闭点火开关52时，如果电源继电器41处于开启状态，给控制器60的电力供应仍然继续。因此，控制器60不会突然失去电力供应，并且控制器60可以确定地进行预定控制终止处理。

在将用于驱动电机继电器部30的预驱动器与用于驱动电源继电器41的预驱动器合并的情况下，当电机继电器部30被切断时，电源继电器41也被切断。然后，如果驾驶员关闭点火开关52，则控制器60不能进行预定的终止处理。因此，在本实施例中，不是电源继电器41，而是连接在电源继电器41与逆变器部20之间的反向连接保护继电器42以及电机继电器部30由一个第二预驱动器电路85驱动。此外，通过OR电路部57，电力可以从电源继电器41与反向连接保护继电器42之间提供给控制器60。因此，即使在电机继电器部30和反向连接保护继电器42同时关断时，如果电源继电器41处于开启状态，给控制器60的电力供应也可以继续，直到预定终止处理结束。

电功率转向设备1包括电机10和电机驱动装置2。在将电机驱动装置2应用于电功率转向设备1的情况下，当电机10例如由于故障被意外驱动时，驾驶员会感觉不适。在本实施例中，电机驱动装置2包括电机继电器部30，因此当电功率转向设备1中出现故障时，逆变器部与电机10之间的电连接被立即切断。因此，电功率转向设备1可以避免驾驶员感觉不适。

在本实施例中，控制器60包括控制部分和故障检测部分。故障检测部分在S102、S104、S107、S108以及S110进行处理。

（第二实施例）

下面参照图4和图5描述根据本公开第二实施例的电机驱动装置3。与第一实施例的组件基本上类似的组件用相同的附图标记表示，并省略关于这些组件的描述。电机驱动装置3控制电机110的驱动。电机110包括第一绕组121和第二绕组122。第一绕组121包括U1线圈111、V1线圈112和W1线圈113。第二绕组122包括U2线圈114、V2线圈115和W2线圈116。

关于电机110的第一绕组121和第二绕组122，类似于第一实施例设置逆变器部20、电机继电器部30、电源继电器41、反向连接保护继电器42、电容器40、预充电电路55、电阻器61-69、86-88以及预驱动器电路部70。因此，电机110由包括第一绕组121、对应的逆变器部20等等的第一系统100以及包括第二绕组122、对应的逆变器部20等等的第二系统200驱动。因此，即使在其中一个系统出现故障时，电机驱动装置3也可以利用没有故障的另一个系统继续驱动电机110，并且电功率转向设备1可以继续帮助方向盘91的转向操作。应当注意，出现故障的系统中电源继电器41被关闭，因此电力没有从电池50提供给出现故障的系统。

电池50、扼流线圈51、53、点火开关52、稳压器59以及控制器60由第一绕组121和第二绕组122共有。

OR电路部58包括3个二极管581-583。二极管581的输入端连接在扼流线圈53与预充电电路55之间，而二极管581的输出端连接二极管582、583的输出端。二极管582的输入端连接在电源继电器41与关于第一绕组121设置的反向连接保护继电器42之间，而二极管582的输出端连接二极管581的输出端。二极管583的输入端连接在电源继电器41与关于第二绕组122设置的反向连接保护继电器42之间，而二极管583的输出端连接二极管581的输出端。二极管581与二极管582、583的连接点通过稳压器59连接到控制器60。

因此，即使驾驶员关闭点火开关52并且出现故障的系统中电源继电器41被关闭时，如果第一系统100中的电源继电器41与第二系统200中的电源继电器41的至少其中之一处于开启状态，控制器60就可以通过控制器60接收来自PIG线路501的电力。

如上所述，根据本实施例的电机110包括第一绕组121和第二绕组122。关于第一绕组121和第二绕组122的每一个设置逆变器部20、电源继电器41、反向连接保护继电器42、电机继电器部30、逆变器预驱动器电路71-76、第一预驱动器电路81以及第二预驱动器电路85。当用于驱动电机110的系统的数量为二时，所需预驱动器电路的数量加倍。因此，将用于驱动反向连接保护继电器42和电机继电器部30的预驱动器合并对于减少预驱动器电路的数量以及减少电机驱动装置3的尺寸有很大效果。此外，电机驱动装置3具有与根据第一实施例的电机驱动装置22类似的效果。

（其他实施例）

在上述实施例中，将MOSFET用于逆变器部、电机继电器、电源继电器以及反向连接保护继电器的开关元件。在其他实施例中，可以使用其他半导体装置或机械接触继电器。可将不同类型的半导体装置或继电器用于逆变器部、电机继电器、电源继电器以及反向连接保护继电器的开关元件。寄生在半导体装置中的寄生元件不限于寄生二极管，例如可以是寄生三极管。在电源继电器和反向连接保护继电器是机械接触继电器的情况下，可将第一预驱动器电路和第二预驱动器电路合并在一个预驱动器电路中。

在上述实施例中，电机和电机驱动装置是一个系统或两个系统。但是，在其他实施例中，系统的数量可以是三个。通过合并用于驱动第二继电器部和电机继电器部的预驱动器来减少电机驱动装置尺寸以及减少预驱动器电路数量的效果随着系统数量的增加而增加。

在上述实施例中，将电机驱动装置应用于电功率转向设备。但是，在其他实施例中，可将电机驱动装置应用于除了电功率转向设备之外的设备。虽然参照其实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于这些实施例和构造。本公开目的是涵盖各种改型和等同配置。

Claims (6)

1.一种电机驱动装置（2，3），包括：

逆变器部（20），所述逆变器部（20）包括多个开关元件（21-26），所述多个开关元件用于开关给电机（10，110）的绕组（15，121，122）的电力供应；

第一继电器部（41），连接在电源（50）与所述逆变器部（20）之间；

第二继电器部（42），连接在所述第一继电器部（41）与所述逆变器部（20）之间；

电机继电器部（30），连接在所述逆变器部（20）与所述电机（10，110）的绕组（15，121，122）之间；

多个逆变器预驱动器电路（71-76），用于分别驱动所述逆变器部（20）的多个开关元件（21-26）；

第一预驱动器电路（81），用于驱动所述第一继电器部（41）；

第二预驱动器电路（85），用于驱动所述第二继电器部（42）和所述电机继电器部（30）；以及

控制器（60），所述控制器（60）包括控制部分和故障检测部分，所述控制部分通过所述多个逆变器预驱动器电路（71-76）、所述第一预驱动器电路（81）或所述第二预驱动器电路（85）控制所述逆变器部（20）、所述第一继电器部（41）、所述第二继电器部（42）以及所述电机继电器部（30）的驱动，所述故障检测部分检测所述第一继电器部（41）、所述第二继电器部（42）以及所述电机继电器部（30）的故障。

2.根据权利要求1所述的电机驱动装置（2，3），其中

所述第一继电器部（41）和所述第二继电器部（42）的每一个都包括具有寄生元件的半导体装置，

所述第一继电器部（41）是能够切断从所述电源（50）到所述逆变器部（20）的电力供应的电源继电器，以及

所述第二继电器部（42）是反向连接保护继电器，并且被连接为使得所述第二继电器部（42）的所述寄生元件的方向与所述第一继电器部（41）的所述寄生元件的方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置（2，3），其中

所述控制器（60）被连接为使得所述控制器（60）能够从所述第一继电器部（41）与所述第二继电器部（42）之间接收电力。

4.根据权利要求3所述的电机驱动装置（2，3），还包括：

OR电路部（57，58），所述OR电路部（57，58）能够从所述逆变器部（20）与所述点火开关（52）之间接收电力，或者从所述第一继电器部（41）与所述第二继电器部（42）之间接收电力，所述点火开关（52）与所述第一继电器部（41）和所述第二继电器部（42）并联连接，

其中，所述控制器（60）能够通过所述OR电路部（57，58）接收电力。

5.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置（3），其中

所述电机（110）包括多个绕组（121，122），以及

关于每一个所述绕组（121，122）设置所述逆变器部（20）、所述第一继电器部（41）、所述第二继电器部（42）、所述电机继电器部（30）、所述逆变器预驱动器电路（21-26）、所述第一预驱动器电路（81）以及所述第二预驱动器电路（85）。

6.一种电功率转向设备（1），包括：

电机（10，110）；以及

根据权利要求1或2所述的电机驱动装置（2，3）。

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