CN104736413B

CN104736413B - 马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆

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Publication number: CN104736413B
Application number: CN201380002515.9A
Authority: CN
Inventors: 菊地祐介; 堀越敦; 尾崎学士; 青崎义宏; 仙波刚; 小岩井久贺; 篠原茂雄; 森坚吏; 奥谷昌弘; 关根孝明
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: EP3012966A1; EP3012966B1; CN104736413A; US9634587B2; WO2014203300A1; US20160134212A1; JP2015002634A; EP3012966A4; JP5569626B1

Abstract

即使在驱动多相电动马达的多相逆变器电路发生开路故障、短路故障的情况下，也能够继续进行电动马达的驱动控制。马达控制装置具有：马达电流切断部，其安插在多相逆变器电路与所述多相电动马达之间，能够对每相进行电流切断，多相逆变器电路具有驱动多相电动马达的每个相的臂；冗余臂部，其具有比所述多相逆变器电路的相数少的相数的臂；连接选择部，其选择该冗余臂部的各臂在所述多相马达的绕组中的连接目的地；异常臂检测部，其检测所述多相逆变器电路的各相的异常；以及异常控制部，其在检测出异常臂时，对连接该异常臂与所述多相电动马达的马达电流切断部进行切断控制，并且控制所述连接选择部，使所述冗余臂部的至少1个臂与所述多相电动马达的被所述马达电流切断部切断的绕组连接。

Description

马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆

技术领域

本发明涉及对车辆中安装的多相电动马达进行驱动控制的马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆。

背景技术

关于对安装在车辆中的电动动力转向装置的电动马达、电动制动装置的电动马达、电动汽车或混合动力车的行驶用电动马达等进行驱动控制的马达控制装置，期望即使在马达控制系统发生异常的情况下，也能够继续进行电动马达的驱动。

为了满足上述期望，提出了如下这样的具有故障时控制单元的多相旋转机的控制装置以及使用了该控制装置的电动动力转向装置：例如对多相电动马达的多相马达绕组进行二重化，从各自的逆变器部对二重化的多相马达绕组提供电流，在一方的逆变器部的开关单元发生了不能导通的断开（OFF）故障即开路故障的情况下，确定发生故障的故障开关单元，控制故障开关单元以外的开关单元，并且，控制包含故障开关单元的故障逆变器部以外的正常逆变器部（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4998836号公报

发明内容

发明要解决的问题

并且，在上述专利文献1记载的现有例中，在二重化的逆变器部中的一方发生了开关单元的断开故障的情况下，控制除了发生了断开故障的故障开关单元以外的开关单元，并且对于因控制包含故障开关单元的故障逆变器部而引起的转矩的下降量，对正常逆变器部中的q轴电流指令值进行校正，由此，抑制转矩的下降而继续进行多相旋转机的驱动控制。

但是，在上述现有例中，在逆变器部的开关单元发生断开故障的情况下，能够产生足够的扭矩，但是在逆变器部的开关单元中发生导通故障（ON故障）的情况下，马达产生电磁制动。即使排除异常的开关单元而对正常的开关单元的指令值进行校正来进行马达驱动，输出扭矩也会因制动扭矩而降低。于是，由于对驾驶者的转向的转向助力下降，有可能带来较大的转向不舒服感。此外，为了抵消制动扭矩，需要使较大的电流流过逆变器和马达，因此，存在导致马达和逆变器过热而使发生短路故障时的辅助持续时间变短的未解决的问题。

因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决的问题而完成的，目的在于提供如下马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆：即使在马达驱动电路发生了开路故障或短路故障的情况下，也能够没有不舒服感地继续进行电动马达的驱动控制。

用于解决问题的手段

为了解决上述目的，本发明的马达控制装置的一个方式是对多相电动马达进行驱动控制的马达控制装置，该马达控制装置具有：多相逆变器电路，其具有驱动多相电动马达的每个相的臂；马达电流切断部，其安插在该多相逆变器电路与多相电动马达之间，能够对每相进行电流切断；冗余臂部，其具有比多相逆变器电路的相数少的相数的臂；连接选择部，其选择该冗余臂部的各臂在所述多相马达的绕组中的连接目的地。此外，马达控制装置具有：异常臂检测部，其检测多相逆变器电路的各相的异常；以及异常控制部，其在该异常臂检测部检测出异常臂时，对连接该异常臂与多相电动马达的马达电流切断部进行切断控制，并且控制连接选择部，使冗余臂部的至少1个臂与多相电动马达的被马达电流切断部切断的绕组连接。

此外，本发明的电动动力转向装置的一个方式将上述马达控制装置应用于对使转向机构产生转向辅助力的电动马达进行驱动控制的马达控制装置。

此外，本发明的车辆的一个方式通过上述马达控制装置驱动车载多相电动马达。

发明效果

根据本发明，设置与多相逆变器电路的各相臂对应的冗余臂部，在多相逆变器电路的臂发生开路故障或短路故障时，利用冗余臂部进行代替，由此无需相对于正常时变更多相逆变器电路的指令值，能够没有不舒服感地继续进行电动马达的驱动控制。

此外，由于包含具有上述效果的马达控制装置来构成电动动力转向装置，因此，即使对产生转向辅助力的多相电动马达进行驱动的多相逆变器电路发生了开路故障或短路故障，利用冗余臂部进行代替，由此能够继续进行电动动力转向装置的转向辅助功能，能够提高电动动力转向装置的可靠性。

此外，由于包含具有上述效果的马达控制装置来构成车辆，因此提供如下这样的车辆：即使在驱动车载多相电动马达的多相逆变器电路发生了开路故障或短路故障的情况下，也能够利用冗余臂部进行代替而继续进行车载多相电动马达的扭矩产生，能够提高电动马达的可靠性。

附图说明

图1是示出本发明的电动动力转向装置的第1实施方式的系统结构图。

图2是示出第1实施方式的马达控制装置的具体结构的电路图。

图3是示出第1实施方式的三相电动马达的绕组结构的示意图。

图4是示出转向扭矩与转向辅助电流指令值的关系的特性线图。

图5是示出现有例的转向扭矩与转向辅助电流指令值的关系的特性线图。

图6是示出另一现有例的转向扭矩与转向辅助电流指令值的关系的特性线图。

图7是示出本发明第2实施方式的电路图。

图8是示出第2实施方式的变形例的电路图。

图9是示出本发明第3实施方式的电路图。

图10是示出本发明第1实施方式的变形例的电路图。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出将本发明的马达控制装置应用于安装在车辆中的电动动力转向装置的情况下的第1实施方式的整体结构图。

本发明的车辆1具有作为左右转向轮的前轮2FR、2FL以及后轮2RR、2RL。前轮2FR、2FL通过电动动力转向装置3进行转向。

电动动力转向装置3具有方向盘11，从驾驶者作用于该方向盘11的转向力传递到转向轴12。该转向轴12具有输入轴12a和输出轴12b。输入轴12a的一端与方向盘11连结，另一端经由转向转矩传感器13与输出轴12b的一端连结。

并且，传递到输出轴12b的转向力经由万向接头14传递到下轴15，进一步经由万向接头16传递到小齿轮轴17。传递到该小齿轮轴17的转向力经由转向齿轮18传递到拉杆19，使作为转向轮的前轮2FR和2FL转向。此处，转向齿轮18构成为具有与小齿轮轴17连结的小齿轮18a以及与该小齿轮18a啮合的齿条18b的齿条小齿轮（rack and pinion）形式。因此，转向齿轮18通过齿条18b将传递到小齿轮18a的旋转运动转换成车宽方向的直线运动。

转向轴12的输出轴12b与向输出轴12b传递转向辅助力的转向辅助机构20连结。该转向辅助机构20具有：减速齿轮21，其与输出轴12b连结，例如由蜗轮（worm gear）机构构成；作为多相电动马达的三相电动马达22，其与该减速齿轮21连结，产生转向辅助力，例如由三相无刷马达构成。

转向转矩传感器13检测施加于方向盘11而传递到输入轴12a的转向转矩。该转向转矩传感器13例如构成为：将转向转矩转换成安插在输入轴12a和输出轴12b之间的未图示的扭杆的转角位移，并将该转角位移转换成电阻变化或磁变化来进行检测。

此外，如图3所示，三相电动马达22具有U相绕组Lu、V相绕组Lv和W相绕组Lw为星形连线的结构。在各相绕组Lu、Lv和Lw中，多个例如3个绕组L1～L3并联连接而卷绕。因此，即使在一个或两个绕组Li（i＝1～3）发生断线的情况下，也能够对励磁电流进行通电，在三相电动马达22中产生驱动扭矩。由此，能够提高三相电动马达22的可靠性。

此外，如图2所示，三相电动马达22具有检测转子的旋转位置的霍尔元件等旋转位置传感器23a。从该旋转位置传感器23a输出的检测值被提供到转子位置检测电路23，通过该转子位置检测电路23检测由转子旋转角表示的转子位置，输出转子位置检测信号θm。

并且，三相电动马达22由马达控制装置25进行旋转驱动控制。

该马达控制装置25被输入由转向转矩传感器13检测出的转向转矩T和由车速传感器26检测出的车速Vs，并且，被输入从转子位置检测电路23输出的转子旋转角θm。

此外，从作为直流电流源的电池27向马达控制装置25输入直流电流。

如图2所示，马达控制装置25的具体结构具有控制运算装置31、马达驱动电路32以及马达电流切断电路33。

控制运算装置31被在图2中省略了图示但在图1中示出的转向转矩传感器13检测出的转向转矩T和车速传感器26检测出的车速V。此外，如图2所示，控制运算装置31被输入从转子位置检测电路23输出的转子旋转角θm，并且被输入由电流检测电路34输出的、从三相电动马达22的各相绕组Lu～Lw输出的各部的电流检测值。此外，控制运算装置31被输入从电压检测电路35u～35w输出的后述三相逆变器电路的输出电压，其中，电压检测电路35u～35w各自检测后述马达驱动电路32的三相逆变器电路42的输出与马达电流切断电路33之间的相电压。

在控制运算装置31中，在马达驱动电路32正常时，根据转向扭矩T和车速V，参照预先设定的图5所示的正常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值I*。此外，在控制运算装置31中，在马达驱动电路32异常时，根据转向扭矩T和车速V，参照预先设定的图6所示的异常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值I1*和I2*。

此外，在控制运算装置31中，根据计算出的转向辅助电流指令值I1*、I2*和转子旋转角θm，计算d-q坐标系的目标d轴电流指令值Id*和目标q轴电流指令值Iq*、对计算出的d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*进行dq相-三相转换，计算出U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Ib*和W相电流指令值Iw*。

并且，控制运算装置31计算出所计算的U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Iv*、W相电流指令值Iw*与由电流检测电路34检测出的电流检测值的每相的加法值之间的电流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIw。此外，控制运算装置31对计算出的电流偏差ΔIu、ΔIb、ΔIw进行例如PI控制运算或者PID控制运算，计算针对马达驱动电路32的三相的电压指令值V*，将计算出的三相的电压指令值V*输出到马达驱动电路32。

此外，控制运算装置31具有异常检测部31a。该异常检测部31a对输入到控制运算装置31的相电流检测值Iu、Iv、Iw与自身计算出的各相电流指令值Iu*、Iv*、Iw*进行比较，参照相电压检测值Vu、Vv、Vw，由此检测作为构成三相逆变器电路42的开关元件的场效应晶体管（FET）Q1～Q6的开路故障和短路故障。

在该异常检测部31a中，在检测出构成三相逆变器电路42的场效应晶体管（FET）的开路故障或者短路故障时，向栅极驱动电路41输出臂异常检测信号SAa，该臂异常检测信号SAa用于停止向发生异常的相臂SAj（j＝u，v和w）的场效应晶体管Qk（k＝1，3，5）和Qk＋1的栅极提供栅极信号。此外，在异常检测部31a中，在检测出三相逆变器电路42的相臂SAu～SAw的两相以上发生异常时，向栅极驱动电路41输出异常停止信号SAS。

马达驱动电路32具有栅极驱动电路41、三相逆变器电路42、冗余臂部43、连接选择部44以及电源切断电路45。

栅极驱动电路41被输入从控制运算装置31输出的三相的电压指令值V*、从控制运算装置31的异常检测部31a输出的臂异常信号SAa和异常停止信号SAS。

栅极驱动电路41在从控制运算装置31输入了电压指令值V*时，根据该电压指令值V*和三角波的载波信号Sc，形成进行了脉宽调制（PWM）的6个栅极信号。

此外，在从控制运算装置31输入的异常检测信号SAa表示正常时，栅极驱动电路41向马达电流切断电路33输出高电平的3个栅极信号，向电源切断电路45输出高电平的1个栅极信号。

此外，在异常检测信号SAa表示U相臂异常时，栅极驱动电路41停止对三相逆变器电路42的U相臂SAu的场效应晶体管Q1和Q2的栅极提供栅极信号，并向马达电流切断电路33的开关部SWu输出低电平栅极信号，切断马达电流。与此同时，针对冗余臂部43，开始向冗余臂部43的作为开关元件而串联连接的场效应晶体管Q11和Q12的栅极提供向三相逆变器电路42的U相臂SAu的场效应晶体管Q1和Q2提供的栅极信号。与此同时，栅极驱动电路41针对连接选择部44，向构成选择开关部SLu的串联连接的场效应晶体管Q41、Q42的栅极提供高电平的栅极信号。

此外，栅极驱动电路41在异常检测信号SAa是表示V相臂异常（或者W相臂异常）时，停止对三相逆变器电路42的V相臂SAv的场效应晶体管Q3和Q4（或者W相臂SAw的场效应晶体管Q5和Q6）的栅极提供栅极信号。与此同时，栅极驱动电路41向马达电流切断电路33的开关部SWv（或者SWw）输出低电平栅极信号，切断马达电流。此外，栅极驱动电路针对冗余臂部43，开始向冗余臂部43的作为开关元件而串联连接的场效应晶体管Q11和Q12的栅极提供向三相逆变器电路42的V相臂SAv的场效应晶体管Q3和Q4（或者W相臂SAw的场效应晶体管Q5和Q6）提供的栅极信号。与此同时，栅极驱动电路41针对连接选择部44，向构成选择开关部SLv（或者SLw）的串联连接的场效应晶体管Q41和Q42的栅极提供高电平的栅极信号。

此外，在从控制运算装置31的异常检测部31a输入了表示在三相逆变器电路42的相臂SAu～SAw的两相以上中发生了异常的异常停止信号SAS时，栅极驱动电路41向构成电源切断电路45的两个场效应晶体管QC1和QC2输出低电平的栅极信号，切断从电池27向三相逆变器电路42的电流供给。

三相逆变器电路42经由电源切断电路45、噪声滤波器46与电池27连接。

三相逆变器电路42具有6个作为开关元件的场效应晶体管（FET）Q1～Q6，并具有使串联连接两个场效应晶体管而成的U相臂SAu、V相臂SAv、W相臂SAw并联连接的结构。并且，通过向各场效应晶体管Q1～Q6的栅极输入从栅极驱动电路41输出的栅极信号，使得U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw从各相臂SAu、SAv、SAw的场效应晶体管之间经由马达电流切断电路33输出到三相电动马达22的三相马达绕组Lu、Lv和Lw。

此外，安插在三相逆变器电路42的各相臂SAu、SAv、SAw的下臂与地之间的分流电阻Ru、Rv、Rw的两端电压被输入到电流检测电路34，通过这些电流检测电路34检测出马达电流Iu、Iv和Iw。

此外，马达电流切断电路33具有U相开关部SWu、V相开关部SWv以及W相开关部SWw。U相开关部SWu安插在三相逆变器电路42的U相输出端子tu和马达绕组Lu之间，V相开关部SWv安插在三相逆变器电路42的V相输出端子tv和马达绕组Lv之间，W相开关部SWw安插在三相逆变器电路42的W相输出端子tw和马达绕组Lw之间。

如图2所示，各开关部SWu～SWw分别由两个场效应晶体管（FET）Q21和Q22构成，这两个场效应晶体管以寄生二极管D21、D22的方向为彼此相反方向、例如阳极彼此连接的方式，使源极彼此连接。从栅极驱动电路41向各场效应晶体管Q21和Q22的栅极提供上述栅极信号。

此外，电源切断电路45具有如下串联电路结构：两个场效应晶体管（FET）QC1、QC2的源极彼此连接，寄生二极管DC1、DC2以相反方向使阳极彼此连接。并且，场效应晶体管QC1的漏极与噪声滤波器46的输出侧连接，场效应晶体管QC2的漏极经由电阻RC与三相逆变器电路42的各场效应晶体管Q1、Q3、Q5的漏极以及冗余臂部43的场效应晶体管Q31的漏极连接。

冗余臂部43具有与三相逆变器电路42的各相臂SAu～SAw的1个相相同的结构，并具有如下这样的结构：与三相逆变器电路42并联连接，场效应晶体管Q31和Q32串联连接。并且，在作为下臂的场效应晶体管Q32和与电池27的负极侧连接的负极侧线Ln之间，安插有分流电阻RR，由该分流电阻RR检测出的马达电流Ir被提供给电流检测电路34。

此外，冗余臂部43的场效应晶体管Q31、Q32的连接点与输出端子tr连接，该输出端子tr与连接选择部44连接。

此外，在电源切断电路45的电阻RC和冗余臂部43的场效应晶体管Q31的连接点与负侧线Lm之间，安插有平滑用的电解电容器CA。

如图2所示，连接选择部44具有一端安插在冗余臂部43的输出端子tr和电动马达22的马达绕组Lu、Lv、Lw之间的3个开关部SLu、SLv和SLw。

开关部SLu的一端与冗余臂部43的输出端子tr连接，另一端与三相电动马达22的马达绕组Lu和马达电流切断电路33的连接点连接。

开关部SLv的一端与冗余臂部43的输出端子tr连接，另一端与三相电动马达22的马达绕组Lv和马达电流切断电路33的连接点连接。

开关部SLw的一端与冗余臂部43的输出端子tr连接，另一端与三相电动马达22的马达绕组Lw和马达电流切断电路33的连接点连接。

如图2所示，各开关部SLu～SLw分别与马达电流切断电路33相同地，由两个场效应晶体管（FET）Q31和Q32构成，这两个场效应晶体管以寄生二极管D31、D32的方向为彼此相反方向、例如阳极彼此连接的方式，使源极彼此连接。从栅极驱动电路41向各场效应晶体管Q31和Q32的栅极提供上述栅极信号。

接下来，说明上述第1实施方式的动作。

在未图示的点火开关是断开状态而车辆停止、并且转向辅助控制处理也停止的工作停止状态时，马达控制装置25的控制运算装置31处于不工作状态。因此，由控制运算装置31执行的转向辅助控制处理和异常监视处理停止。因此，电动马达12停止工作，停止从转向辅助机构20向转向轴的输出轴12b输出转向辅助力。

在该工作停止状态下将点火开关设为导通状态时，控制运算装置31成为工作状态，开始转向辅助控制处理和异常监视处理。此时，设为各马达驱动电路32的三相逆变器电路42的各场效应晶体管Q1～Q6没有发生开路故障和短路故障的正常状态。

在该情况下，在方向盘1没有转向的非转向状态下，在由控制运算装置31执行的转向辅助控制处理中，转向扭矩T是“0”，车速V也是“0”，因此，参照图4的转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值It*。

然后，控制运算装置31根据计算出的转向辅助电流指令值I*和从转子位置检测电路23输入的转子旋转角θm，计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*，对计算出的d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*进行dq二相-三相转换处理，计算U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Iv*和W相电流指令值Iw*。

此外，控制运算装置31从各相电流指令值Iu*、Iv*和Iw*中减去由电流检测电路34检测出的各相电流检测值Iu、Iv和Iw，计算电流偏差ΔIu、ΔIv和ΔIw，对计算出的电流偏差ΔIu、ΔIv和ΔIw进行PI控制处理或者PID控制处理，计算目标电压指令值Vu*、Vv*和Vw*。

然后，控制运算装置31将计算出的目标电压指令值Vu*、Vv*和Vw*作为目标电压指令值V*输出到马达驱动电路32的栅极驱动电路41。

此外，由于逆变器电路42正常，控制运算装置31向栅极驱动电路41输出表示正常的异常检测信号SAa和异常停止信号SAS。

因此，在栅极驱动电路41中，向马达电流切断电路33输出高电平的3个栅极信号。因此，构成马达电流切断电路33的开关部SWu～SWw的场效应晶体管Q21和Q22成为导通状态，逆变器电路42的输出端子tu、tv、tw与三相电动马达22的三相马达绕组Lu、Lv、Lw之间成为导通状态，成为能够对三相电动马达22进行通电控制的状态。

与此同时，从栅极驱动电路41向电源切断电路45输出高电平的栅极信号。因此，电源切断电路45的场效应晶体管QC1和QC2成为导通状态，来自电池27的直流电流经由噪声滤波器46被提供给逆变器电路42。

此外，在栅极驱动电路41中，三相逆变器电路42正常，因此向连接选择部44的开关部SLu、SLv和SLw输出低电平的栅极信号。因此，连接选择部44的各开关部SLu～SLw的场效应晶体管Q31和Q32成为截止状态，冗余臂部43与三相电动马达22的马达绕组Lu～Lw之间的电流通路被切断。

此外，在栅极驱动电路41中，根据从控制运算装置31输入的电压指令值V*，进行脉宽调制，形成栅极信号，将形成的栅极信号提供到逆变器电路42的各场效应晶体管Q1～Q6的栅极。此时，停止向冗余臂部43的各场效应晶体管Q31和Q32的栅极提供栅极信号。

因此，在车辆停止状态下，在方向盘1没有转向的状态下，由于转向扭矩Ts是“0”，因此，转向辅助电流指令值It*也是“0”，电动马达22维持停止状态。但是，当在车辆的停止状态或者车辆的行驶开始状态下使方向盘1转向而进行所谓静态转向时，转向扭矩Ts增大。

因此，控制运算装置31参照图4的实线所示的特性曲线L1，计算较大的值的目标转向辅助电流指令值It*，将与其对应的较大的电压指令值V*提供到栅极驱动电路41。因此，从栅极驱动电路41向逆变器电路42输出与较大的电压指令值V*对应的占空比的栅极信号。从该逆变器电路42输出与目标转向辅助电流指令值It*对应的具有120度的相位差的U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw，它们通过与马达电流切断电路33的各相对应的开关部SWu、SWv和SWw的场效应晶体管Q21和Q22而被提供到三相电动马达22的三相马达绕组Lu、Lv和Lw。

由此，电动马达22被旋转驱动，产生与对应于转向扭矩Ts的目标转向辅助电流值It*的较大的转向辅助力，该转向辅助力经由减速齿轮21被传递到输出轴12b。由此，能够以较轻的转向力操纵方向盘11。

然后，在车速Vs增大时，在控制运算装置31中，选择在图4的转向辅助电流指令值计算映射图中例如虚线所示的特性曲线L2。因此，由控制运算装置31计算出的目标转向辅助电流指令值It*比静态转向时减小，在电动马达22中，产生与转向扭矩Ts、车速Vs相应地适度减小的转向辅助力。

这样，在逆变器电路42正常且提供给三相电动马达22的马达电流Iu、Iv和Iw正常的情况下，向三相电动马达22提供最适于转向扭矩Ts和车速Vs的马达电流。

当在该三相逆变器电路42的正常状态下、在向三相电动马达22的各相线圈Lu～Lw提供电流的状态下逆变器电路42的例如下臂侧的场效应晶体管Q2、Q4和Q6中的任意一个发生了短路故障时，不再流过从发生短路故障的相臂SAi（i＝u，v，w）向马达电流切断电路33输出的马达电流Ii。因此，由电压检测部35i检测出的相检测电压Vi下降到地电位附近，因而能够判断为是发生短路故障导致的异常。

同样，在三相逆变器电路42的构成上臂的场效应晶体管Q1、Q3和Q5中的任意一个发生了开路故障的情况下，同样也能检测出。

并且，在三相逆变器电路42的构成上臂的场效应晶体管Q1、Q3和Q5中的任意一个发生了短路故障的情况下，由于电压检测部35i的电压维持较高的状态，因此能够根据该检测电压判别出上臂的短路故障。

这样，马达驱动电路32的逆变器电路42中的任意一个相臂SAi发生短路故障、开路故障时，与发生故障的相臂SAi对应地设定从异常检测部31a输出的异常检测信号SAa。因此，在栅极驱动电路41中，由于所输入的异常检测信号SAa表示正常以外的臂异常，因此能够识别出异常的相臂SAi。

因此，例如在U相臂SAu发生异常的情况下，从异常检测部31a向栅极驱动电路41输入表示U相臂异常的异常检测信号SAa。因此，在栅极驱动电路41中，停止输出针对U相臂SAu的栅极的栅极信号，并且，向马达电流切断电路33的U相开关部SWu的场效应晶体管Q21和Q22的栅极输出低电平的栅极信号。

因此，U相开关部SWu被控制成断开状态。此时，U相开关部SWu由以寄生二极管D21、D22的方向为相反方向的方式连接的两个场效应晶体管Q21、Q22构成，因此，通过U相开关部SWu的双向电流被可靠地切断。

在切断后，在栅极驱动电路41中，开始向冗余臂部43的场效应晶体管Q31和Q32的栅极提供此前向三相逆变器电路42的U相臂SAu的场效应晶体管Q1和Q2的栅极提供的栅极信号。与此同时，在栅极驱动电路41中，向构成连接选择部44的U相开关部SLu的场效应晶体管Q41和Q42的栅极提供高电平的栅极信号。

因此，冗余臂部43替代异常的U相臂SAu而被驱动控制，从该冗余臂部43的输出端子tr输出的马达电流Ir作为马达电流Iu通过连接选择部44的U相开关部SLu被提供给三相电动马达22的马达绕组Lu。

其结果是，替代三相逆变器电路42的U相臂SAu而从冗余臂部43提供U相电流Iu，由此能够对三相电动马达22继续进行与U相臂SAu发生异常之前同等的马达电流供给。

此时，在控制运算装置31中计算目标电流指令值It*的目标电流指令值计算映射图仍然能够使用，无需另外准备异常时用的目标电流指令值计算映射图。而且，通过将冗余臂部43的结构设成与三相逆变器电路42的1个相的臂结构相同的结构，能够进行与正常时完全相同的马达电流控制，能够避免给驾驶者带来不舒服感。

同样，在多相逆变器电路42的V相臂SAv（或者W相臂SAw）发生了短路故障或开路故障的情况下，该情况被异常检测部31a检测出，异常检测信号SAa表示V相臂异常（或者W相臂异常），能够通过栅极驱动电路41识别出发生异常的臂。

因此，栅极驱动电路41将提供给V相臂SAv（或者W相臂SAw）的场效应晶体管Q3和Q4（或者Q5和Q6）的栅极的栅极信号提供到冗余臂部43的场效应晶体管Q31和32U。与此同时，栅极驱动电路41对马达电流切断电路33的V相开关部SWv（或者W相开关部SWw）进行断开控制，对连接选择部44的V相开关部SLv（或者W相开关部SLw）进行导通控制。

由此，与上述相同地，停止三相逆变器电路42的异常的臂的驱动，并且，切断朝向三相电动马达22的电流通路，取而代之，从冗余臂部43向三相电动马达22的马达绕组Lv（或者Lw）提供V相电流Iv（或者W相电流Iw）。因此，能够向三相电动马达22提供与正常时完全相同的马达电流，继续进行三相电动马达22的驱动，产生所需的转向辅助力。

这样，根据上述实施方式，在三相逆变器电路42的相臂SAi发生异常的情况下，在停止发生异常的相臂SAi的驱动的同时，切断与三相电动马达22的马达绕组Li的电流通路。并且，利用冗余臂部43代替停止驱动的相臂，因此，在发生异常前后，控制方式没有不同，马达电流控制也没有变化，并且，在发生异常时，能够在不产生马达的电磁制动的状态下继续进行转向辅助，因此不会给驾驶者带来不舒服感。

而且，电流指令值计算映射图在正常时和其他时候无需进行变更，能够确保与正常时同等的马达输出特性。因此，不会导致三相电动马达22和三相逆变器电路42的异常过热，能够确保发生故障后的振动、噪音水平与正常时运转状态是相同的水平。

此外，能够将从发生异常时的逆变器电路42切换到冗余臂部43时的转矩差限制为最低限度，能够将驾驶者的转向不舒服感降低到最低限度。

此外，在上述现有例中，需要从电动马达输出2个系统的马达绕组端子的结构，使得马达内部连线复杂化，连线处理所需的结构部件增加，尺寸增大。因此，在现有例中，构成控制运算装置的ECU也同样使马达接口部复杂化，结构部件增加，尺寸增大。但是，在本实施方式中，无需对三相电动马达进行加工，ECU也能够使接口部的结构维持现有的结构。

而且，马达规格无需特殊的规格，因此，对线圈的配置和其它磁路结构没有限制，能够采用优选的磁路设计，能够将扭矩脉动和电磁振动的影响抑制为最低限度，得到良好的马达特性，同样，能够得到良好的转向性能。

此外，不需要如上述现有例那样设置多个系统的逆变器电路，因此，无需进行彼此之间的同步控制，而且，关于开关噪声的传导、辐射噪声的对策，能够在不对通常的电路结构进行较大变更的情况下进行应对。

但是，在使用冗余臂部43的异常控制状态下又在三相逆变器电路42的相臂中发生了新的异常的情况下，不存在与其对应的冗余臂部43。因此，在从异常检测部31a输入了异常停止信号SAS时，栅极驱动电路41停止三相逆变器电路42的各相臂SAu～SAw的驱动，将马达电流切断电路33的各相开关部SWu～SWw设成断开状态。此外，栅极驱动电路41停止冗余臂部43的驱动，将连接选择部44的各相开关部SLu～SLw设成断开状态。与此同时，通过栅极驱动电路41将针对电源切断电路45的场效应晶体管QC1、QC2的栅极信号设成低电平，将电源切断电路45控制成电源切断状态。在该电源切断电路45中，场效应晶体管QC1、QC2也以寄生二极管的方向为相反方向的方式连接，因此能够可靠地切断两个方向的电流。

同样，在构成三相逆变器电路42的各相臂SAu～SAw的两个场效应晶体管发生了短路故障的情况下，仅靠冗余臂部43无法应对，因此，与上述相同地，通过电源切断电路45切断向三相逆变器电路42提供的电源。

另外，在如上述现有例那样对马达驱动电路进行了二重化的情况下，在正常时，按照作为目标转向辅助电流指令值计算映射图由图5所示那样，在根据实线所示的特性线L11计算出目标转向辅助电流指令值It*后，如虚线所示的特性线L12所示那样，将目标转向辅助电流指令值It*分割成一半而提供到各马达驱动电路。但是，在一方的马达驱动电路发生异常的情况下，有时需要准备异常用的目标转向辅助电流指令值计算映射图来计算异常时的目标转向辅助电流指令值，控制变得复杂，并且，不能进行与正常时完全相同的马达电流控制。

此外，在构成为在二重化的马达驱动电路与三相电动马达之间设置马达电流切断电路、且在一方的马达驱动电路发生异常时隔离发生异常的马达驱动电路的情况下，如图6所示，能够在正常时和异常时通过同一特性线来计算目标转向辅助电流指令值，但是异常时的最大驱动电流受限制，不能进行与正常时完全相同的马达电流控制。

接下来，根据图7说明本发明第2实施方式。

该第2实施方式，在上述第1实施方式中，对电源切断电路进行了二重化。

即，如图7所示，在第2实施方式中，除了安插在电池27与三相逆变器电路42以及冗余臂部43之间的电源切断电路45被二重化以外，具有与上述第1实施方式相同的结构。此外，在图7中，电压检测电路35u～35w省略了图示。

电源切断电路45具有使第1开关部SP1和第2开关部SP2并联连接的结构，其中，第1开关部SP1具有上述第1实施方式的场效应晶体管QC1和QC2，同样，第2开关部SP2具有场效应晶体管QC11和QC12。并且，从栅极驱动电路41向开关部SP1的场效应晶体管QC1、QC2和开关部SP2的场效应晶体管QC11、QC12的栅极提供栅极信号。

此处，开关部SP1和SP2共用噪声滤波器46和电阻RC，相应地减少了部件数量。

根据该第2实施方式，电源切断电路45由两个开关部SP1和SP2构成。因此，通常使用一方的开关部例如SP1作为主电路，向三相逆变器电路42和冗余臂部43提供电源。并且，在开关部SP1发生开路故障时，能够使用剩余的开关部SP2作为备用电路，对三相逆变器电路42和冗余臂部43进行电力的供给和切断。因此，能够防止马达驱动电路32因电源切断电路45的开路故障而继续停止状态。

此外，在上述第2实施方式中，说明了电源切断电路45的两个开关部SP1和SP2均由串联连接的两个场效应晶体管QC1和QC2构成的情况，但是不限于此。即，如图8所示，关于作为备用侧的开关部SP2，也可以省略对电池27进行逆接保护的场效应晶体管QC1。并且，在图8中，电压检测电路35u～35w省略了图示。

在该图8的情况下，能够减少用于电源切断电路45的二重化的场效应晶体管的数量，相应地能够降低制造成本。

接下来，根据图9说明本发明第3实施方式。

在该第3实施方式中，对控制运算装置进行了二重化。

即，如图9所示，在第3实施方式中，设置有两个控制运算装置31A和31B，这些控制运算装置31A和31B分别被输入转向扭矩T和车速Vs。此外，控制运算装置31A和31B被输入由转子位置检测电路23检测出的转子位置信号θm、由电流检测电路34检测出的电流检测值以及由电压检测电路35u～35w检测出的电压检测值。此外，在图9中，电压检测电路35u～35w省略了图示。

并且，控制运算装置31A和31B彼此监视运算结果，将一方例如控制运算装置31A作为主装置使用，将控制运算装置31B作为副装置使用，在控制运算装置31A发生异常的情况下，通过利用控制运算装置31B进行代替，能够发挥故障防止功能。

这样，根据第3实施方式，通过对控制运算装置进行二重化，能够提供可靠性更高的马达控制装置、电动动力转向装置以及车辆。

此外，在上述第2和第3实施方式中，说明了利用并联配置的两个开关部SP1和SP2构成电源切断电路45、在通常时连接其中一方、在发生生异常时连接另一方的情况，但是不限于此。即，也可以始终连接两个开关部SP1和SP2，在任意一方发生异常时，切断发生异常的开关部SP1或SP2。

此外，在上述第1～第3实施方式中，说明了将冗余臂部43设为逆变器电路42的1个相的臂结构的情况，但是不限于此，也可以设置小于逆变器电路42的相数的冗余臂。在该情况下，只要逆变器电路42的异常的相臂数量在冗余臂的数量以下，即可进行代替，能够进一步提高可靠性。

此外，在上述第1～第3实施方式中，仅说明了对逆变器电路42进行异常检测的情况，但是不限于此，如图10所示，对于冗余臂部43，也可以在输出侧设置电压检测电路35b，进行冗余臂部43的异常诊断。

在该情况下，在方向盘1是中间状态、且由转向扭矩传感器13检测出的转向扭矩T是“0”的状态持续了规定时间时，在如下这样的状态下诊断由电压检测电路检测的冗余臂部43的输出电压Vb，即：在使冗余臂部43的作为上下臂的场效应晶体管Q31和Q32维持截止状态的同时，将连接选择部44的各相开关部SLu～SLw设成截止状态。此时，如果输出电压Vb是高电平，则判断为作为上臂的场效应晶体管Q31的短路故障，如果输出电压Vb是低电平，则判断为作为下臂的场效应晶体管Q32的短路故障。

接下来，在将作为上臂的场效应晶体管Q31状态设成导通状态、将作为下臂的场效应晶体管Q32设成截止状态时，如果冗余臂部43的输出电压Vb不是高电平，则判断为作为上臂的场效应晶体管Q31的开路故障。

此外，在将作为下臂的场效应晶体管Q32设成导通状态，将作为上臂的场效应晶体管Q31设成截止状态的状态下，在输出电压Vb不是低电平时，判断为构成下臂的场效应晶体管Q32的开路故障。

此外，关于马达电流切断电路33和连接选择部44的异常诊断，在通常运转时，例如在前进转向时等的辅助电流被设定为零的状态下，也可以将三相逆变器电路42的作为上臂的U相场效应晶体管Q1设成导通状态（或者包含场效应晶体管Q3和Q5在内，均为导通状态）。

相反，假设将作为下臂的场效应晶体管Q2、Q4和Q6设成截止状态，并将作为冗余臂部43的上下臂的场效应晶体管Q31和Q32设成截止状态的状态。在该状态下，首先，将马达电流切断电路33的1个相（例如U相）的U相开关部SWu和连接选择部44的U相开关部SLu均设成导通状态，确认冗余臂部43的输出电压Vb成为高电平。接下来，通过断开马达电流切断电路33（SWu），确认冗余臂部43的输出电压Vb成为低电平。此外，马达电流切断电路33（SWu）在导通状态下断开连接选择部44，确认冗余臂部43的输出电压Vb成为低电平。然后，对V相开关部SWv和W相开关部SWw依次进行上述动作，由此进行各相的切断电路的异常检测。

此时，进行导通/断开的马达电流切断电路33与连接选择部44可以彼此不同相。

此外，在上述第1～第3实施方式中，说明了使用三相电动马达22、且驱动马达的逆变器电路42也构成为三相的情况，但是不限于此。即，在使用了4相以上的电动马达的情况下，使用具有与其相数对应的相臂的逆变器电路42即可。与其对应地，冗余臂部43的相数也可以设定为比逆变器电路42的相数小的相数。

此外，在上述第1～第3实施方式中，说明了将本发明的马达控制装置应用于电动动力转向装置的情况，但是不限于此，也可以应用为安装在车辆中的电动制动器装置、电动车窗装置、线控转向系统等的控制电动马达的马达控制装置。

标号说明

1…车辆，3…电动动力转向装置，11…方向盘，12…转向轴，13…转向扭矩传感器，18…转向齿轮，20…转向辅助机构，22…三相电动马达，25…马达控制装置，26…车速传感器，27…电池，31…控制运算装置，32…马达驱动电路，33…马达电流切断电路，34…电流检测电路，35u～35w…电压检测部，41…栅极驱动电路，42…三相逆变器电路，43…冗余臂部，44…连接选择部，45…电源切断电路，46…噪声滤波器。

Claims

1.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述马达控制装置具有：

多相逆变器电路，其具有驱动所述多相电动马达的每个相的臂；

马达电流切断部，其安插在该多相逆变器电路与所述多相电动马达之间，能够对每相进行电流切断；

冗余臂部，其具有比该多相逆变器电路的相数少的相数的臂；

连接选择部，其选择该冗余臂部的各臂在所述多相电动马达的绕组中的连接目的地；

异常臂检测部，其检测所述多相逆变器电路的各相的异常；以及

异常控制部，其在该异常臂检测部检测出异常臂时，对连接该异常臂与所述多相电动马达的马达电流切断部进行切断控制，并且控制所述连接选择部，使所述冗余臂部的至少1个臂与所述多相电动马达的被所述马达电流切断部切断的绕组连接，

所述马达电流切断部具有分别安插在所述多相逆变器电路的输出与所述多相电动马达的绕组之间的开关部，

所述开关部由两个场效应晶体管构成，这两个场效应晶体管以寄生二极管为彼此相反方向的方式串联连接。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述异常臂检测部具有电流检测部，该电流检测部分别检测流过所述多相逆变器电路的各臂和冗余臂部的电流。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述异常臂检测部具有第1电压检测部，该第1电压检测部分别检测所述多相逆变器电路对所述多相电动马达的输出电压。

4.根据权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述异常臂检测部具有第2电压检测部，该第2电压检测部分别检测所述冗余臂部的各臂的输出电压。

5.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述马达控制装置具有：

所述多相逆变器电路经由构成二重系统的电源切断电路与直流电源连接。

6.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，

构成所述二重系统的电源切断电路由并联连接的2个系统的开关部构成，各开关部由两个场效应晶体管构成，这两个场效应晶体管以寄生二极管为彼此相反方向的方式串联连接。

7.根据权利要求6所述的马达控制装置，其特征在于，

所述2个系统的开关部中的备用电路侧的开关部是省略了用于进行电池逆接保护的场效应晶体管的结构。

8.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，

构成所述二重系统的电源切断电路公共地连接了与所述电源电路连接的噪声滤波器和与所述多相逆变器电路连接的电容器。

9.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述马达控制装置具有：

应用了所述多相逆变器电路的各臂的容许电流值的100％以下的场效应晶体管作为构成所述冗余臂部的各臂的串联连接的场效应晶体管。

10.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述马达控制装置具有：

在所述多相逆变器电路的正常状态下进行构成所述冗余臂部的开关元件的动作诊断和所述连接选择部的动作诊断。

11.根据权利要求1、5、9、10中的任意一项所述的马达控制装置，其特征在于，

所述多相电动马达的定子绕组是按照每相将多个绕组部并联连接而构成的。

12.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述马达控制装置具有：

该马达控制装置构成具有多个控制所述多相逆变器电路的控制运算部的冗余控制系统，各控制运算部进行相互监视，在任意一方的控制运算部发生故障的情况下，通过正常的控制运算部继续进行所述多相逆变器电路的驱动控制。

13.一种电动动力转向装置，其特征在于，

利用上述权利要求1、5、9、10、12中的任意一项所述的马达控制装置构成对使转向机构产生转向辅助力的电动马达进行驱动控制的马达控制装置。

14.一种车辆，其特征在于，所述车辆利用权利要求1、5、9、10、12中的任意一项所述的马达控制装置驱动车载多相电动马达。