CN110383676A - 电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置 - Google Patents

电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

电力转换装置(100)具有：第一逆变器和第二逆变器(110、140)，它们可与第一线圈组和第二线圈组(210、220)中的至少一组连接；第一分离继电器电路(120)，其与第一逆变器连接；第二分离继电器电路(150)，其与第二逆变器连接；第三分离继电器电路(130)，其被连接于第一分离继电器电路与第一线圈组之间；第四分离继电器电路(160)，其被连接于第二分离继电器电路与第二线圈组之间；和n根连接线，它们按每个相将第一分离继电器电路与第三分离继电器电路之间的n个(n为3以上的整数)节点和第二分离继电器电路与第四分离继电器电路之间的n个节点连接起来。

Description

电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置
技术领域
本公开涉及电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置。
背景技术
近年来，开发出电动马达(下面，简称为“马达”)、电力转换装置和ECU(电子控制单元)一体化的机电一体型马达。特别是在车载领域，从安全性的角度要求高的品质保证。因此，采用了即使在部件的一部分发生故障的情况下也能够继续安全工作的冗长设计。作为冗长设计的一例，研究出针对一个马达而设计两个电力转换装置。作为其它的一例，研究出在主要的微型控制器设置备用微型控制器。
专利文献1公开了具有第一系统和第二系统的马达驱动装置。第一系统与马达的第一绕组组连接，具有第一逆变器部、电源继电器和逆连接保护继电器等。第二系统与马达的第二绕组组连接，具有第二逆变器部、电源继电器和逆连接保护继电器等。在马达驱动装置未发生故障时，可以采用第一系统和第二系统这两方来驱动马达。相对于此，在第一系统和第二系统的一方、或者第一绕组组和第二绕组组的一方发生故障时，电源继电器将从电源向发生故障的系统、或者与发生故障的绕组组连接的系统的电力供给切断。可以采用未发生故障的另一系统来继续马达驱动。
专利文献2和3也公开了具有第一系统和第二系统的马达驱动装置。即使一个系统或一个绕组组发生了故障，也能够利用未发生故障的系统继续马达驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-34204号公报
专利文献2：日本特开2016-32977号公报
专利文献3：日本特开2008-132919号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的以往的技术中，要求进一步提高异常时的马达驱动。例如，在专利文献1的马达驱动装置中，在一个系统发生故障的情况下，与之连接的未发生故障的绕组组也与该发生故障的系统一同不参与马达驱动。要求与故障类型相应的适当的马达驱动。
本公开的实施方式提供能够根据故障类型适当地进行马达驱动的电力转换装置。
用于解决课题的手段
本公开的举例说明的电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有第一线圈组和第二线圈组的n相(n为3以上的整数)马达提供的电力，其中，所述电力转换装置具有：第一逆变器，其可与所述第一线圈组和第二线圈组中的至少一组连接；第二逆变器，其可与所述第一线圈组和第二线圈组中的至少一组连接；第一分离继电器电路，其与所述第一逆变器连接，并且，按每个相对所述第一逆变器与所述第一线圈组和第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；第二分离继电器电路，其与所述第二逆变器连接，并且，按每个相对所述第二逆变器与所述第一线圈组和第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；第三分离继电器电路，其被连接于所述第一分离继电器电路与所述第一线圈组之间，并且，按每个相对所述第一逆变器和第二逆变器与所述第一线圈组之间的连接/不连接进行切换；第四分离继电器电路，其被连接于所述第二分离继电器电路与所述第二线圈组之间，并且，按每个相对所述第一逆变器和第二逆变器与所述第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；和n根连接线，它们按每个相将所述第一分离继电器电路与第三分离继电器电路之间的n个节点与所述第二分离继电器电路与第四分离继电器电路之间的n个节点连接起来。
发明效果
根据本公开的举例说明的实施方式，可提供能够利用第一至第四分离继电器电路和连接线根据故障类型适当地进行马达驱动的电力转换装置、具有该电力转换装置的马达驱动单元、以及具有该马达驱动单元的电动助力转向装置。
附图说明
图1是示出例示的实施方式一的马达驱动单元1000的典型的框结构的框图。
图2是示出例示的实施方式一的电力转换装置100的典型的电路结构的电路图。
图3A是示出双向开关SW_2W的结构的示意图。
图3B是示出单向开关SW_1W的结构的示意图。
图4是示出控制电路300的典型的框结构的框图。
图5是举例示出将流到第一线圈组和第二线圈组210、220各自中的U相、V相和W相的绕组的电流值标绘出来而得到的电流波形(正弦波)的图表。
图6是举例示出故障类型1的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图7是举例示出故障类型2的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图8是举例示出故障类型3的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图9A是举例示出故障类型4的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图9B是举例示出故障类型4的桥接电路内的开关元件的故障的其它情况的图。
图10是举例示出故障类型5的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图11是举例示出故障类型6的桥接电路内的开关元件的故障的情况的图。
图12是示出举例说明的实施方式二的电力转换装置100A的典型的电路结构的电路图。
图13是示出举例说明的实施方式二的电力转换装置100A的其它的电路结构的电路图。
图14是示出举例说明的实施方式三的电力转换装置100B的典型的电路结构的电路图。
图15是示出举例说明的实施方式四的电动助力转向装置2000的典型的结构的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开的电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置的实施方式详细地进行说明。但是，为了避免下面的说明过于冗长，使得易于本领域技术人员理解，有时省略不必要的详细的说明。例如，有时省略已被充分知晓的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。
在本申请说明书中，以将来自电源的电力转换为向具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供的电力的电力转换装置为例，对本公开的实施方式进行说明。但是，将来自电源的电力转换为向具有四相或五相等n相(n为4以上的整数)的绕组的n相马达提供的电力的电力转换装置也是本公开的范畴。
(实施方式一)
[马达驱动单元1000和电力转换装置100的结构]
图1示意性地示出本实施方式的马达驱动单元1000的典型的框结构。
马达驱动单元1000典型地具有电力转换装置100、马达200、控制电路300和角度传感器500。根据马达控制方法(例如无传感器控制)，有时不需要角度传感器500。
马达驱动单元1000被模块化，例如，可作为具有马达、传感器、驱动器和控制器的马达模块而被制造并销售。在本说明书中，以具有马达200作为构成要素的系统为例对马达驱动单元1000进行说明。但是，马达驱动单元1000也可以是不具有马达200作为构成要素的、用于驱动马达200的系统。
电力转换装置100具有第一逆变器110、第一分离继电器电路120、第三分离继电器电路130、第二逆变器140、第二分离继电器电路150、第四分离继电器电路160和电流传感器400。电力转换装置100能够将来自电源101的电力转换成向马达200提供的电力。例如，第一逆变器110和第二逆变器140能够将直流电力转换成U相、V相和W相的准正弦波即三相交流电力。
第一逆变器110可与第一线圈组210和第二线圈组220中的至少一组连接，第二逆变器140可与第一线圈组210和第二线圈组220中的至少一组连接。在本申请说明书中，部件(构成要素)彼此之间的“连接”主要是指电连接。
马达200例如是三相交流马达。马达200具有第一线圈组210和第二线圈组220。第一线圈组210和第二线圈组220各自具有U相、V相和W相的绕组。在各线圈组中，绕组的接线例如是星形接线或者德尔塔接线。
控制电路300由微型控制器等构成。控制电路300根据来自电流传感器400和角度传感器500的输入信号对电力转换装置100进行控制。作为其控制方法，有例如矢量控制、脉冲宽度调制(PWM)和直接转矩控制(DTC)。
角度传感器500是例如旋转变压器或者霍耳IC(集成电路)。角度传感器500通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合也可实现。角度传感器500检测马达200的转子的旋转角(下面，称为“旋转信号”)，将旋转信号向控制电路300输出。
参照图2对电力转换装置100的具体的电路结构进行说明。
图2示意性地示出本实施方式的电力转换装置100的典型的电路结构。
电源101生成规定的电源电压(例如12V)。作为电源101而采用例如直流电源。但是，电源101既可以是AC-DC(交流-直流)转换器或者DC-DC(直流-直流)转换器，也可以是电池(蓄电池)。电源101既可以是通用于第一逆变器110和第二逆变器140的单一电源，也可以具有第一逆变器110用第一电源和第二逆变器140用第二电源。
第一保险丝102被连接于电源101与第一逆变器110之间。第一保险丝102能够将可从电源101流向第一逆变器110的大电流切断。第二保险丝103被连接于电源101与第二逆变器140之间。第二保险丝103能够将可从电源101流向第二逆变器140的大电流切断。也可以代替保险丝而采用继电器等。
虽未图示，但在电源101与电力转换装置100之间设置有线圈。线圈作为噪声滤波器发挥作用，将向各逆变器提供的电压波形中包括的高频噪声、或者各逆变器产生的高频噪声平滑化成不流出到电源101侧。此外，在各逆变器的电源端子处连接有电容器。电容器是所谓的旁路电容器，抑制电压脉动。电容器是例如电解电容器，容量和使用的个数根据设计规格等适当地确定。
第一逆变器110具有由三个支路构成的桥接电路。各支路具有高侧开关元件和低侧开关元件。U相用支路具有高侧开关元件SW_A1H和低侧开关元件SW_A1L。V相用支路具有高侧开关元件SW_B1H和低侧开关元件SW_B1L。W相用支路具有高侧开关元件SW_C1H和低侧开关元件SW_C1L。作为开关元件，可以采用例如电场效果晶体管(典型的是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))或者绝缘栅门极晶体管(IGBT)。
第一逆变器110在各支路具有分流电阻(未图示)作为例如用于检测流向U相、V相和W相的各相的绕组的电流的电流传感器400(参照图1)。电流传感器400具有电流检测电路(未图示)，所述电流检测电路检测流向各分流电阻的电流。例如，分流电阻在各支路处可被连接于低侧开关元件与地之间。分流电阻的电阻值是例如约0.5mΩ～1.0mΩ。
分流电阻的数量不限于三个。例如，可以采用例如U相、V相用的两个分流电阻、V相、W相用的两个分流电阻和U相、W相用的两个分流电阻。使用的分流电阻的数量和分流电阻的配置可考虑产品成本和设计规格等而适当地确定。
第二逆变器140具有由三个支路构成的桥接电路。U相用支路具有高侧开关元件SW_A2H和低侧开关元件SW_A2L。V相用支路具有高侧开关元件SW_B2H和低侧开关元件SW_B2L。W相用支路具有高侧开关元件SW_C2H和低侧开关元件SW_C2L。与第一逆变器110同样地，例如，第二逆变器140在各支路具有分流电阻。
第一分离继电器电路120与第一逆变器110连接，并能够按每个相对第一逆变器110与第一线圈组210和第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。第一分离继电器电路120具有三个第一分离继电器，所述三个第一分离继电器按每个相对第一逆变器110与第一线圈组210和第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。具体而言，第一分离继电器电路120具有U相用的第一分离继电器120A、V相用的第一分离继电器120B和W相用的第一分离继电器120C。
第一分离继电器120A与第一逆变器110的U相用支路(高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点)连接。第一分离继电器120B与第一逆变器110的V相用支路连接。第一分离继电器120C与第一逆变器110的W相用支路连接。作为分离继电器，可以采用例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅门极晶体管)等半导体开关。也可以采用模拟开关IC等其它半导体开关或者机械继电器。
第二分离继电器电路150与第二逆变器140连接，并能够按每个相对第二逆变器140与第一线圈组210和第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。第二分离继电器电路150具有三个第二分离继电器，所述三个第二分离继电器能够按每个相对第二逆变器140与第一线圈组210和第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。具体而言，第二分离继电器电路150具有U相用的第二分离继电器150A、V相用的第二分离继电器150B和W相用的第二分离继电器150C。
第二分离继电器150A与第二逆变器140的U相用支路连接。第二分离继电器150B与第二逆变器140的V相用支路连接。第二分离继电器150C与第二逆变器140的W相用支路连接。
第三分离继电器电路130被连接于第一分离继电器电路120与第一线圈组210之间，可按每个相对第一逆变器110和第二逆变器140与第一线圈组210之间的连接/不连接进行切换。第三分离继电器电路130具有三个第三分离继电器，所述三个第三分离继电器按每个相对第一逆变器110和第二逆变器140与第一线圈组210之间的连接/不连接进行切换。具体而言，第三分离继电器电路130具有U相用的第三分离继电器130A、V相用的第三分离继电器130B和W相用的第三分离继电器130C。
第三分离继电器130A与第一分离继电器120A和第一线圈组210中的U相绕组211连接。第三分离继电器130B与第一分离继电器120B和第一线圈组210中的V相绕组212连接。第三分离继电器130C与第一分离继电器120C和第一线圈组210中的W相绕组213连接。
第四分离继电器电路160被连接于第二分离继电器电路150与第二线圈组220之间，可按每个相对第一逆变器110和第二逆变器140与第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。第四分离继电器电路160具有三个第四分离继电器，所述三个第四分离继电器按每个相对第一逆变器110和第二逆变器140与第二线圈组220之间的连接/不连接进行切换。具体而言，第四分离继电器电路160具有U相用的第四分离继电器160A、V相用的第四分离继电器160B和W相用的第四分离继电器160C。
第四分离继电器160A与第二分离继电器150A和第二线圈组220中的U相绕组221连接。第四分离继电器160B与第二分离继电器150B和第二线圈组220中的V相绕组222连接。第四分离继电器160C与第二分离继电器150C和第二线圈组220中的W相绕组223连接。
三根连接线170按每个相将第一分离继电器电路120和第三分离继电器电路130之间的三个节点与第二分离继电器电路150和第四分离继电器电路160之间的三个节点连接起来。具体而言，第一分离继电器120A和第三分离继电器130A之间的节点与第二分离继电器150A和第四分离继电器160A之间的节点通过U相用的连接线170被连接起来。第一分离继电器120B和第三分离继电器130B之间的节点与第二分离继电器150B和第四分离继电器160B之间的节点通过V相用的连接线170被连接起来。第一分离继电器120C和第三分离继电器130C之间的节点与第二分离继电器150C和第四分离继电器160C之间的节点通过W相用的连接线170被连接起来。
图3A示意性地示出了双向开关SW_2W的结构。图3B示意性地示出了单向开关SW_1W的结构。
例如，作为三个第一分离继电器120A、120B、120C、三个第二分离继电器150A、150B和150C，可以采用图3A所示的双向开关。例如，作为三个第三分离继电器130A、130B、130C、三个第四分离继电器160A、160B和160C，可以采用图3B所示的单向开关。第一分离继电器电路120、第二分离继电器电路150、第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160的全部的分离继电器也可以是双向开关。
图4示出了控制电路300的典型的框结构。
控制电路300具备例如电源电路310、输入电路320、微型控制器330、驱动电路340和ROM(只读存储器)350。控制电路300与电力转换装置100连接。控制电路300通过对电力转换装置100，具体而言，是对第一逆变器110、第一分离继电器电路120、第三分离继电器电路130、第二逆变器140、第二分离继电器电路150和第四分离继电器电路160(参照图1)进行控制，从而驱动马达200。控制电路300能够控制作为目的的马达转矩和旋转速度而进行闭环控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。
输入电路320接收由电流传感器400检测出的马达电流值(下面，称为“实际电流值”)。输入电路320根据需要将实际电流值的标准转换成微型控制器330的输入标准，并将实际电流值输出至微型控制器330。输入电路320是模拟数字转换电路。
微型控制器330接收由角度传感器500检测出的转子的旋转信号。微型控制器330根据实际电流值和转子的旋转信号等设定目标电流值而生成PWM(脉宽调制)信号，并将其输出至驱动电路340。
例如，微型控制器330生成用于控制电力转换装置100的第一逆变器110和第二逆变器140中的各开关元件的开关动作(打开或关闭)的PWM信号。微型控制器330生成确定电力转换装置100的各分离继电器电路内的各分离继电器的接通/断开的状态的信号。
典型地，驱动电路340为门驱动器。驱动电路340根据PWM信号生成控制第一逆变器110和第二逆变器140中的各开关元件的开关动作的控制信号(例如，门控制信号)，并将控制信号提供给各开关元件。并且，驱动电路340可根据来自微型控制器330的、确定各分离继电器的接通/断开的状态的信号，生成将各分离继电器接通/断开的控制信号(模拟信号)，并将该控制信号提供给各分离继电器。微型控制器330也可以具有驱动电路340的功能。在该情况下，无需驱动电路340。
ROM 350是例如能够写入的存储器(例如PROM(可编程序只读存储器))、能够改写的存储器(例如闪存)或者读出专用存储器。ROM 350存储包含用于使微型控制器330控制电力转换装置100的命令组在内的控制程序。例如，控制程序在启动时在RAM(随机存取存储器)(未图示)中暂时被展开。
电力转换装置100的控制有正常时和异常时的控制。控制电路300(主要是微型控制器330)能够将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换成异常时的控制。根据后述的故障类型来确定第一分离继电器电路120、第二分离继电器电路150、第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160的各分离继电器的接通/断开的状态。
下面，对各分离继电器电路的接通/断开状态和接通/断开状态的、第一逆变器110和第二逆变器140与第一线圈组210和第二线圈组220之间的电连接关系，详细地进行说明。
当第一分离继电器电路120接通且第三分离继电器电路130接通时，第一逆变器110与第一线圈组210连接。当第一分离继电器电路120接通且第四分离继电器电路160接通时，第一逆变器110与第二线圈组220连接。当第一分离继电器电路120断开时，第一逆变器110与第一线圈组210及第二线圈组220电断开。在本说明书中，“分离继电器电路接通”是指该分离继电器电路内的所有的分离继电器接通，“分离继电器电路断开”是指该分离继电器电路内的所有的分离继电器断开。
当第二分离继电器电路150接通且第三分离继电器电路130接通时，第二逆变器140与第一线圈组210连接。当第二分离继电器电路150接通且第四分离继电器电路160接通时，第二逆变器140与第二线圈组220连接。当第二分离继电器电路150断开时，第二逆变器140与第一线圈组210及第二线圈组220电断开。
当第三分离继电器电路130接通且第一分离继电器电路120接通时，第一线圈组210与第一逆变器110连接。当第三分离继电器电路130接通且第二分离继电器电路150接通时，第一线圈组210与第二逆变器140连接。当第三分离继电器电路130断开时，第一线圈组210与第一逆变器110和第二逆变器140电断开。
当第四分离继电器电路160接通且第一分离继电器电路120接通时，第二线圈组220与第一逆变器110连接。当第四分离继电器电路160接通且第二分离继电器电路150接通时，第二线圈组220与第二逆变器140连接。当第四分离继电器电路160断开时，第二线圈组220与第一逆变器110及第二逆变器140电断开。
通过将各分离继电器电路内的各分离继电器接通或断开，从而能够按每个相对上述的第一逆变器110和第二逆变器140与第一线圈组210和第二线圈组220之间的电连接进行切换。
[马达驱动单元1000的动作]
下面，对马达驱动单元1000的动作的具体例进行说明，主要对电力转换装置100的动作的具体例进行说明。
(1.正常时的控制)
首先，对电力转换装置100的正常时的控制方法的具体例进行说明。
在本说明书中，“正常”是指第一逆变器110、第二逆变器140、第一线圈组210和第二线圈组220未发生故障。“异常”是指在逆变器的桥接电路内的开关元件发生故障、以及马达的绕组发生故障。开关元件的故障主要是指半导体开关元件(FET)的、开放故障和短路故障。“开放故障”指FET的源极-漏极间开放的故障(换言之，源极与漏极间的电阻rds为高阻抗)，“短路故障”指FET的源极-漏极间短路的故障。绕组的故障是指例如绕组的断线。
在正常时的控制中，控制电路300(主要是微型控制器330)使四个第一分离继电器电路120、第二分离继电器电路150、第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160接通。通过该控制，第一逆变器110与第一线圈组210和第二线圈组220连接，第二逆变器140与第一线圈组210和第二线圈组220连接。
在正常时的控制中，例如，对于U相，第一分离继电器120A和第三分离继电器130A之间的节点与第二分离继电器150A和第四分离继电器160A之间的节点之间的电位差为零。其它两相的两个节点之间的电位差也为零。因此，电流不流向三根连接线。因此，实质上，第一逆变器110与第一线圈组210连接，第二逆变器140与第二线圈组220连接。在该连接状态中，可以采用第一逆变器110将第一线圈组210通电，并且采用第二逆变器140将第二线圈组220通电。
图5举例示出将流向第一线圈组210和第二线圈组220各自中的U相、V相和W相的绕组的电流值标绘出来而得到的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电角(度)，纵轴表示电流值(A)。在该电流波形中，流向三相的绕组的电流的总和在每个马达电角为“0”。
为了得到图5所示的准正弦波，控制电路300对第一逆变器110的各开关元件的开关动作进行控制。进而，为了得到图5所示的准正弦波，控制电路300对第二逆变器140的各开关元件的开关动作进行控制。除了采用图5中例示的正弦波以外，可以采用例如矩形波来驱动马达200。
(2.异常时的控制)
若长时间使用电力转换装置100，则各逆变器的开关元件或马达200的绕组有可能发生故障。这些故障与制造时可发生的制造故障不同。若发生那样的故障，则不能进行上述的正常时的控制。
作为故障检测的一例，驱动电路340监视开关元件(例如，FET)的漏极-源极间的电压Vds，并通过对规定的阈值电压与Vds进行比较，从而检测开关元件的故障。通过例如与外部IC(未图示)的数据通信和外置部件使阈值电压被设定于驱动电路340。驱动电路340与微型控制器330的端口连接，向微型控制器330通知故障检测信号。例如，当驱动电路340检测到开关元件的故障时，使故障检测信号有效(assert)。微型控制器330接收到有效的故障检测信号后，读出驱动电路340的内部数据，可判别在两个逆变器中的多个开关元件中哪个开关元件发生了故障。
作为故障检测的另一例，微型控制器330也可以根据马达的实际电流值与目标电流值之差检测开关元件的故障。并且，微型控制器330也可以例如根据马达的实际电流值与目标电流值之差检测马达200的绕组是否断线。但是，故障检测不限于这些方法，可以广泛地采用与故障检测相关的公知的方法。
当使故障检测信号有效时，微型控制器330将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换成异常时的控制。例如，将控制从正常时切换为异常时的定时为从使故障检测信号有效起的约10msec～30msec。
电力转换装置100的故障中存在各种故障类型。下面，列举代表性的故障类型，并就每个故障类型对各分离继电器电路内的各分离继电器的控制方法进行说明。
[故障类型1]
图6举例示出故障类型1的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，在两个逆变器中的一侧(第一逆变器110)中，所有的高侧开关元件SW_A1H、SW_B1H和SW_C1H发生了故障。在该情况下，控制电路300将第一分离继电器电路120断开，将第二分离继电器电路150、第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160接通。由此，发生故障的第一逆变器110与马达200电断开。当然，在第二逆变器140发生故障的情况下，与上述同样的控制成立。
例如，在专利文献1的马达驱动装置中，通过将发生故障的逆变器的电源继电器打开，从而对与该发生故障的逆变器连接的绕组组的电流供给被突然切断。在该情况下，有可能由于三相的绕组之间的电压的大小关系使意想不到的大电流流向马达200。由此，有可能产生制动转矩。
根据上述的控制方法，即使第一逆变器110包括三相中的至少一相发生了故障的支路，也由于从第二逆变器140经连接线170向第一线圈组210继续提供电力，因此，能够抑制制动转矩的产生。即使发生故障，也能够使马达驱动单元1000继续驱动。
例如，在专利文献1的马达驱动装置中，若要在故障时维持两方的系统正常时的马达转矩，则需要使两倍的电流流向与未发生故障的系统连接的绕组组。其结果是，例如，产生马达整体的铜损增大的问题。另一方面，根据本实施方式，通过借助于通用线170使来自第二逆变器140的电流分支，从而能够将第一线圈组210和第二线圈组220通电。因此，能够抑制马达200的铜损的增加。
[故障类型2]
图7举例示出故障类型2的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，第一逆变器110的U相用支路的高侧开关元件SW_A1H和第二逆变器140的V相用支路的高侧开关元件SW_B2H同时发生故障。在该情况下，控制电路300将三个第一分离继电器中的、与包括发生故障的高侧开关元件SW_A1H的支路连接的第一分离继电器120A断开，并将其它两个第一分离继电器120B、120C接通，并且，将三个第二分离继电器中的、与包括发生故障的高侧开关元件SW_B2H的支路连接的第二分离继电器150B断开，并将其它两个第二分离继电器150A、150C接通，并且，将第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160接通。通过该控制，可采用第一逆变器110和第二逆变器140中的未发生故障的支路向第一线圈组210和第二线圈组220继续提供电力。在发生故障的U和V相中，由于电流从两个逆变器中的未发生故障的逆变器通过连接线170向两个线圈组分支，因此，虽然转矩减小，但能够使马达驱动单元1000继续驱动。
根据上述的控制方法，在两个逆变器中的一方中，三相中的一相的开关元件发生故障，并且在另一逆变器中，即使与该发生故障的相不同的一相的开关元件进一步发生故障，也能够使马达驱动单元1000继续驱动。在以往技术中，在发生故障类型2的情况下，由于是电流不流向三相中的二相的绕组的状态，因此，马达驱动装置只得停止。这样，可以说，以往技术不具有对于在两个逆变器中同时发生的两个故障的耐性。相对于此，如上所述，本公开的电力转换装置具有那样的耐性。
[故障类型3]
图8举例示出故障类型3的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，第一逆变器110的U相用支路的高侧开关元件SW_A1H发生故障。在该情况下，控制电路300将三个第一分离继电器中的、与包括发生故障的高侧开关元件SW_A1H的支路连接的第一分离继电器120A断开，并将其它两个第一分离继电器120B、120C接通，并且，将第二分离继电器电路150、第三分离继电器电路130和第四分离继电器电路160接通。通过该控制，可以采用第一逆变器110的未发生故障的两个支路和第二逆变器140向第一线圈组210和第二线圈组220继续提供电力。
根据上述的控制方法，即使在两个逆变器中的一方的桥接电路包括三相中的一相的支路发生故障的开关元件的情况下，也能够使马达驱动单元1000继续驱动。
[故障类型4]
图9A举例示出故障类型4的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，在两个逆变器中的一侧(第一逆变器110)中，所有的高侧开关元件SW_A1H、SW_B1H和SW_C1H发生故障，并且，第一线圈组210、例如三相的绕组全部同时发生故障。在该情况下，控制电路300将第一分离继电器电路120和第三分离继电器电路130断开，并且将第二分离继电器电路150和第四分离继电器电路160接通。通过该控制，能够将未发生故障的第二逆变器140与未发生故障的第二线圈组220连接起来。可以采用第二逆变器140向第二线圈组220继续提供电力。
图9B举例示出故障类型4的桥接电路内的开关元件的故障的其它情况。
例如，在两个逆变器中的一侧(第一逆变器110)中，所有的高侧开关元件SW_A1H、SW_B1H和SW_C1H发生故障，并且，第二线圈组220、例如三相的绕组全部同时发生故障。在该情况下，控制电路300将第一分离继电器电路120和第四分离继电器电路160断开，并且将第二分离继电器电路150和第三分离继电器电路130接通。通过该控制，能够将未发生故障的第二逆变器140与未发生故障的第一线圈组210连接起来。可以采用第二逆变器140向第一线圈组210继续提供电力。
根据上述的控制方法，即使在两个逆变器中的一方的桥接电路和两个线圈组中的一方同时发生故障的情况下，也可以使马达驱动单元1000继续驱动。在以往技术中，在发生如图9B所示那样的故障类型4的情况下，由于不向两方的绕组组提供电力，因此，马达驱动装置不得不停止。
[故障类型5]
图10举例示出故障类型5的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，第一线圈组210中的三相的绕组211、212和213中的U相绕组211断线。在该情况下，控制电路300将三个第三分离继电器中的、与发生故障的绕组211连接的第三分离继电器130A断开，并将其它两个第三分离继电器130B、130C接通，并且，将第一分离继电器电路120、第二分离继电器电路150和第四分离继电器电路160接通。通过该控制，可以采用第一逆变器110和第二逆变器140向第一线圈组210中的未发生故障的V相和W相的绕组212、213和第二线圈组220继续提供电力。
根据上述的控制方法，即使两个线圈组的一方中的三相的绕组中的一相的绕组发生故障，也可以使马达驱动单元1000继续驱动。
[故障类型6]
图11举例示出故障类型6的桥接电路内的开关元件的故障的情况。
例如，第一线圈组210中的三相的绕组211、212和213中的U相绕组211发生故障，并且，第二线圈组220中的三相的绕组221、222和223中的V相绕组222同时发生故障。在该情况下，控制电路300将三个第三分离继电器中的、与发生故障的绕组211连接的第三分离继电器130A断开，并将其它两个第三分离继电器130B、130C接通，并且，将三个第四分离继电器中的、与发生故障的绕组222连接的第四分离继电器160B断开，并将其它两个第四分离继电器160A、160C接通，并且，将第一分离继电器电路120和第二分离继电器电路150接通。通过该控制，可以采用第一逆变器110和第二逆变器140向第一线圈组210中的未发生故障的V相和W相的绕组212、213和第二线圈组220中的未发生故障的U相和W相的绕组221、223继续提供电力。
根据上述的控制方法，即使第一线圈组中的三相的绕组中的一相的绕组发生故障，并且，第二线圈组中的三相的绕组中的、与该一相不同的其它一相的绕组发生故障，也可以使马达驱动单元1000继续驱动
(实施方式二)
本实施方式的电力转换装置100A在还具有与连接线170连接的第三逆变器180这点上与第一实施方式的电力转换装置100不同。下面，主要对与第一实施方式的电力转换装置100的差异点进行说明。
图12示意性地示出本实施方式的电力转换装置100A的典型的电路结构。
电力转换装置100A还具有第三逆变器180。第三逆变器180具备与第一逆变器110和第二逆变器140同样的结构。第三逆变器180与三根连接线连接。第三逆变器180可通过三根连接线170与第一线圈组210和第二线圈组220连接。
根据本实施方式，即使在第一逆变器110或第二逆变器140发生故障的情况下，也可以采用第三逆变器180代替该发生故障的逆变器而在不减小转矩的情况下继续马达驱动。
图13示意性地示出本实施方式的电力转换装置100A的其它的电路结构。
电力转换装置100A除了具有第三逆变器180外，还具有第五分离继电器电路181。
第五分离继电器电路181具有按每个相对第三逆变器180与三根连接线170之间的连接/不连接进行切换的三个第五分离继电器。具体而言，第三逆变器180的U相用支路通过第五分离继电器181A与U相用的连接线170连接。第三逆变器180的V相用支路通过第五分离继电器181B与V相用的连接线170连接。第三逆变器180的W相用支路通过第五分离继电器181C与W相用的连接线170连接。
(实施方式三)
本实施方式的电力转换装置100B在还具有被配置于三根连接线170的第六分离继电器电路190这点上与第一实施方式的电力转换装置100不同。下面，主要对与第一实施方式的电力转换装置100的差异点进行说明。
图14示意性地示出本实施方式的电力转换装置100B的典型的电路结构。
电力转换装置100B还具有被配置于三根连接线170的第六分离继电器电路190。
第六分离继电器电路190具有按每个相对三个节点之间的连接/不连接进行切换的三个第六分离继电器。第六分离继电器电路190按每个相对第一分离继电器电路120和第三分离继电器电路130之间的三个节点与第二分离继电器电路150和第四分离继电器电路160之间的三个节点之间的连接/不连接进行切换。
第六分离继电器190A对U相的节点之间的连接/不连接进行切换。
第六分离继电器190B对V相的节点之间的连接/不连接进行切换。
第六分离继电器190C对W相的节点之间的连接/不连接进行切换。
第六分离继电器190A、190B和190C各自为双向开关。
根据本实施方式，与实施方式一的电路结构相比，能够对在连接线170流动的电流更适当地进行控制。
(实施方式四)
图15示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置2000的典型的结构。
汽车等车辆通常具有电动助力转向(EPS)装置。本实施方式的电动助力转向装置2000具有转向系统520和生成辅助转矩的辅助转矩机构540。电动助力转向装置2000生成辅助转矩，所述辅助转矩对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的转向转矩进行辅助。利用辅助转矩使驾驶员的操作的负担得以减轻。
转向系统520可由例如方向盘521、转向轴522、万向轴接头523A、523B、旋转轴524、齿轮齿条副机构525、齿条轴526、左右滚珠接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B和左右转向车轮529A、529B构成。
辅助转矩机构540由例如转向转矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543和减速机构544等构成。转向转矩传感器541检测转向系统520中的转向转矩。ECU542根据转向转矩传感器541的检测信号生成驱动信号。马达543根据驱动信号生成与转向转矩相应的辅助转矩。马达543通过减速机构544将生成的辅助转矩传递至转向系统520。
ECU 542具有例如实施方式一中的微型控制器330和驱动电路340等。在汽车中构筑有以ECU为核心的电子控制系统。在电动助力转向装置2000中，例如，利用ECU 542、马达543和逆变器545构筑马达驱动单元。该系统中可以适当地采用实施方式一中的马达驱动单元1000。
本公开的实施方式还可适当地被用于线控换挡、线控转向、线控制动等线控技术和牵引马达等马达控制系统。例如，本公开的实施方式的马达控制系统可被安装于与日本政府和美国运输省道路交通安全局(NHTSA)规定的等级0至4(自动化的标准)对应的自动驾驶的车辆。
产业上的可利用性
本公开的实施方式可被广泛地用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、电冰箱和电动助力转向装置等具备各种马达的多种设备。
标号说明
100、100A、100B：电力转换装置；101：电源；102、103：保险丝；110：第一逆变器；120：第一分离继电器电路；120A、120B、120C：第一分离继电器；130：第三分离继电器电路；130A、130B、130C：第三分离继电器；140：第二逆变器；150：第二分离继电器电路；150A、150B、150C：第二分离继电器；160：第三分离继电器电路；160A、160B、160C：第四分离继电器；200：马达；300：控制电路；310：电源电路；320：输入电路；330：微型控制器；340：驱动电路；350：ROM；400：电流传感器；500：角度传感器；1000：马达驱动单元；2000：电动助力转向装置。

Claims (19)

1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为向具有第一线圈组及第二线圈组的n相的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，
所述电力转换装置具有：
第一逆变器，其可与所述第一线圈组和第二线圈组中的至少一组连接；
第二逆变器，其可与所述第一线圈组和第二线圈组中的至少一组连接；
第一分离继电器电路，其与所述第一逆变器连接，并且，按每个相对所述第一逆变器与所述第一线圈组及第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；
第二分离继电器电路，其与所述第二逆变器连接，并且，按每个相对所述第二逆变器与所述第一线圈组及第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；
第三分离继电器电路，其被连接于所述第一分离继电器电路与所述第一线圈组之间，并且，按每个相对所述第一逆变器及第二逆变器与所述第一线圈组之间的连接/不连接进行切换；
第四分离继电器电路，其被连接于所述第二分离继电器电路与所述第二线圈组之间，并且，按每个相对所述第一逆变器及第二逆变器与所述第二线圈组之间的连接/不连接进行切换；和
n根连接线，它们按每个相将所述第一分离继电器电路与第三分离继电器电路之间的n个节点与所述第二分离继电器电路与第四分离继电器电路之间的n个节点连接起来。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述第一分离继电器电路具有n个第一分离继电器，它们按每个相对所述第一逆变器与所述第一线圈组及第二线圈组之间的连接/不连接进行切换，
所述第二分离继电器电路具有n个第二分离继电器，它们按每个相对所述第二逆变器与所述第一线圈组及第二线圈组之间的连接/不连接进行切换，
所述第三分离继电器电路具有n个第三分离继电器，它们按每个相对所述第一逆变器及第二逆变器与所述第一线圈组之间的连接/不连接进行切换，
所述第四分离继电器电路具有n个第四分离继电器，它们按每个相对所述第一逆变器及第二逆变器与所述第二线圈组之间的连接/不连接进行切换。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
所述n个第一分离继电器和所述n个第二分离继电器各自为双向开关，所述n个第三分离继电器和所述n个第四分离继电器各自为单向开关。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有：第一保险丝，其被连接于所述电源与所述第一逆变器之间；和第二保险丝，其被连接于所述电源与所述第二逆变器之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有第三逆变器，所述第三逆变器与所述n根连接线连接，并且可与所述第一线圈组和第二线圈组中的至少一组连接。
6.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有第五分离继电器电路，所述第五分离继电器电路按每个相对所述n根连接线与所述第三逆变器之间的连接/不连接进行切换。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
所述第五分离继电器电路具有n个第五分离继电器，所述n个第五分离继电器按每个相对所述第三逆变器与所述n根连接线之间的连接/不连接进行切换。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有第六分离继电器电路，所述第六分离继电器电路被配置于所述n根连接线，并且，按每个相对所述第一分离继电器电路与第三分离继电器电路之间的所述n个节点与所述第二分离继电器电路与第四分离继电器电路之间的所述n个节点之间的连接/不连接进行切换。
9.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述第六分离继电器电路具有n个第六分离继电器，所述n个第六分离继电器按每个相对所述第一分离继电器电路与第三分离继电器电路之间的所述n个节点与所述第二分离继电器电路与第四分离继电器电路之间的所述n个节点之间的连接/不连接进行切换。
10.根据权利要求9所述的电力转换装置，其中，
所述n个第六分离继电器各自为双向开关。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电力转换装置，其中，
在所述第一逆变器发生故障时，所述第一分离继电器电路断开，所述第二分离继电器电路、第三分离继电器电路和第四分离继电器电路接通。
12.根据权利要求2或3所述的电力转换装置，其中，
所述第一逆变器和第二逆变器的各桥接电路具备n个支路，所述n个支路各自具有高侧开关元件和低侧开关元件，
在所述第一逆变器的桥接电路在n相中的一相的支路中包括发生故障的开关元件、并且所述第二逆变器的桥接电路在n相中的其它一相的支路中包括发生故障的开关元件时，
n个第一分离继电器中的、与包括所述发生故障的开关元件的支路连接的第一分离继电器断开，其它的n-1个第一分离继电器接通，
n个第二分离继电器中的、与包括所述发生故障的开关元件的支路连接的第二分离继电器断开，其它的n-1个第二分离继电器接通，
所述第三分离继电器电路和第四分离继电器电路接通。
13.根据权利要求2或3所述的电力转换装置，其中，
所述第一逆变器和第二逆变器的各桥接电路具备n个支路，所述n个支路各自具有高侧开关元件和低侧开关元件，
在所述第一逆变器的桥接电路在n相中的一相的支路中包括发生故障的开关元件时，n个第一分离继电器中的、与包括所述发生故障的开关元件的支路连接的第一分离继电器断开，其它的n-1个第一分离继电器接通，并且，所述第二分离继电器电路、第三分离继电器电路和第四分离继电器电路接通。
14.根据权利要求1至10中的任一项所述的电力转换装置，其中，
在所述第一逆变器和所述第一线圈组发生故障时，所述第一分离继电器电路和第三分离继电器电路断开，所述第二分离继电器电路和第四分离继电器电路接通。
15.根据权利要求1至10中的任一项所述的电力转换装置，其中，
在所述第一逆变器和所述第二线圈组发生故障时，所述第一分离继电器电路和第四分离继电器电路断开，所述第二分离继电器电路和第三分离继电器电路接通。
16.根据权利要求2或3所述的电力转换装置，其中，
在所述第一线圈组中的n相的线圈中的一相的线圈发生故障时，n个第三分离继电器中的、与所述发生故障的线圈连接的第三分离继电器断开，其它的n-1个第三分离继电器接通，并且，所述第一分离继电器电路、第二分离继电器电路和第四分离继电器电路接通。
17.根据权利要求2或3所述的电力转换装置，其中，
在所述第一线圈组中的n相的线圈中的一相的线圈发生故障、并且所述第二线圈组中的n相的线圈中的与所述一相不同的其它一相的线圈发生故障时，
n个第三分离继电器中的、与所述发生故障的线圈连接的第三分离继电器断开，其它的n-1个第三分离继电器接通，
n个第四分离继电器中的、与所述发生故障的线圈连接的第四分离继电器断开，其它的n-1个第四分离继电器接通，
所述第一分离继电器电路和第二分离继电器电路接通。
18.一种马达驱动单元，所述马达驱动单元具有：
权利要求1至17中的任一项所述的电力转换装置；
所述马达；和
控制电路，其对所述电力转换装置进行控制。
19.一种电动助力转向装置，其具有权利要求18所述的马达驱动单元。
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