CN110521093B - 马达以及电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供马达以及电动助力转向装置。实施方式的马达(10)具有：与各相绕组的一端连接的第1逆变器(110)；以及与各相绕组的另一端连接的第2逆变器(140)。第1以及第2逆变器(110、140)分别具有多个低压侧开关元件以及多个高压侧开关元件。第1逆变器(110)的FET(111L)以及FET(111H)与U相绕组(M1)的一端连接。第2逆变器(140)的FET(141L)以及FET(141H)与U相绕组(M1)的另一端连接。从第1逆变器(110)的FET(111H)向U相绕组(M1)流动的电流的至少一部分向第2逆变器(140)的FET(141L)流动。第1逆变器(110)的FET(111H)与第2逆变器(140)的FET(141L)相互靠近配置。

Description

马达以及电动助力转向装置
技术领域
本公开涉及马达以及电动助力转向装置。
背景技术
无刷DC马达以及交流同步马达等电动马达(以下，简记为“马达”)一般是通过三相电流来驱动的。为了准确地控制三相电流的波形，利用矢量控制等复杂的控制技术。在这样的控制技术中，需要高度的数学运算，使用微控制器(微型计算机)等数字运算电路。矢量控制技术活用于马达的负载变动较大的用途，例如洗衣机、电动助力自行车、电动小型摩托车、电动助力转向装置、电动汽车、工业设备等领域。另一方面，在输出相对较小的马达中采用脉冲宽度调制(PWM)方式等其他的马达控制方式。
在车载领域中，在车辆中使用汽车用电子控制单元(ECU：Electrical ContorlUnit)。ECU具有微控制器、电源、输入输出电路、AD转换器、负载驱动电路以及ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)等。以ECU为核心构建了电子控制系统。例如，ECU对来自传感器的信号进行处理，以控制马达等致动器。具体说明的话，ECU一边监视马达的转速和转矩，一边控制电力转换装置中的逆变器。在ECU的控制下，电力转换装置对供给到马达的驱动电力进行转换。
近年来，开发了将马达、电力转换装置以及ECU一体化的机电一体型马达。特别是在车载领域中，从安全性的观点考虑，要求保证高质量。因此，引入了即使在元件的一部分发生故障的情况下也能够继续安全工作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对一个马达设置两个电力转换装置。作为其他一例，研究了对主微控制器设置备用微控制器。
例如专利文献1公开了具有控制部和两个逆变器并对供给到三相马达的电力进行转换的电力转换装置。两个逆变器分别与电源以及接地(以下，记作“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相绕组的一端连接，另一逆变器与三相绕组的另一端连接。各逆变器具有由三个支路构成的电桥电路，该三个支路分别包含高压侧开关元件以及低压侧开关元件。
控制部通过使用两个逆变器这双方进行三相通电控制来驱动马达。控制部以相互相反的相位对一个逆变器的开关元件和另一逆变器的开关元件进行开关控制，由此进行三相通电控制。
控制部在检测到两个逆变器中的开关元件的故障的情况下，将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在本申请说明书中，“异常”主要是指开关元件的故障。并且，“正常时的控制”是指所有开关元件处于正常的状态下的控制，“异常时的控制”是指某个开关元件发生了故障的状态下的控制。
在异常时的控制中，在两个逆变器中的包含发生了故障的开关元件的逆变器(以下，记作“故障逆变器”)中，使开关元件按照规定的规则导通以及截止，由此构成了绕组的中性点。根据该规则，例如在发生了高压侧开关元件始终截止的开路故障的情况下，在逆变器的电桥电路中，使三个高压侧开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件截止，并且使三个低压侧开关元件导通。在该情况下，在低压侧构成了中性点。或者，在发生了高压侧开关元件始终导通的短路故障的情况下，在逆变器的电桥电路中，使三个高压侧开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件导通，并且使三个低压侧开关元件截止。在该情况下，在高压侧构成了中性点。根据专利文献1的电力转换装置，在异常时，在故障逆变器中构成了三相绕组的中性点。即使开关元件发生故障，也能够使用正常的一方的逆变器来继续驱动马达。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-192950号公报
发明内容
发明要解决的课题
在两个逆变器中流过用于驱动马达的驱动电流。在该驱动电流所流过的两个逆变器的周围产生磁场。马达所具有的电子元件一边受这种磁场的影响，一边工作。
本公开的实施方式提供降低了由驱动电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响的马达以及具有这样的马达的电动助力转向装置。
用于解决课题的手段
本公开的例示性的马达具有：n相绕组，其中，n是3以上的整数；第1逆变器，所述第1逆变器与所述各相绕组的一端连接；以及第2逆变器，所述第2逆变器与所述各相绕组的另一端连接，所述第1逆变器以及第2逆变器分别具有多个低压侧开关元件以及多个高压侧开关元件，所述n相绕组包含第1相绕组，所述第1逆变器的第1低压侧开关元件以及第1高压侧开关元件与所述第1相绕组的一端连接，所述第2逆变器的第2低压侧开关元件以及第2高压侧开关元件与所述第1相绕组的另一端连接，从所述第1逆变器的所述第1高压侧开关元件向所述第1相绕组流动的电流的至少一部分向所述第2逆变器的所述第2低压侧开关元件流动，所述第1逆变器的所述第1高压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第2低压侧开关元件相互靠近配置。
发明效果
根据本公开的实施方式，能够降低由驱动电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。
附图说明
图1是示出例示性的实施方式的马达的结构的示意图。
图2是示出例示性的实施方式的电力转换装置的电路结构的示意图。
图3是示出例示性的实施方式的电力转换装置所具有的H电桥的图。
图4是示出例示性的实施方式的电力转换装置所具有H电桥的图。
图5是示出例示性的实施方式的电力转换装置所具有的H电桥的图。
图6是示出具有例示性的实施方式的电力转换装置的马达的框图。
图7是示出对电流值进行标绘而得到的电流波形的图，该电流值是在按照例示性的实施方式的正常时的三相通电控制对电力转换装置进行控制时在马达的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流的值。
图8是示出例示性的实施方式的基板的下表面的图。
图9是示出例示性的实施方式的基板的上表面的图。
图10是示出例示性的实施方式的基板的图。
图11是示出例示性的实施方式的第1逆变器与第2逆变器之间的位置关系的图。
图12是示意性地示出例示性的实施方式的第1逆变器与第2逆变器相互重叠的电路结构的图。
图13是示出例示性的实施方式的第1逆变器在基板上的配置位置的其他例的图。
图14是示出例示性的实施方式的第2逆变器在基板上的配置位置的其他例的图。
图15是示出例示性的实施方式的电动助力转向装置的示意图。
具体实施方式
在说明本公开的实施方式之前，对作为本公开的基础的本申请发明人的见解进行说明。
在机电一体式马达中，使用例如磁阻效应元件以及霍尔传感器等磁传感器对转子的旋转角进行检测。磁传感器对随着转子的旋转而发生变化的磁场进行检测，从而检测马达的旋转角。
在两个逆变器中流过用于驱动马达的驱动电流。在该驱动电流所流过的两个逆变器的周围产生磁场。马达所具有的电子元件一边受这种磁场的影响，一边工作。即，磁传感器一边受在两个逆变器的周围产生的磁场的影响，一边检测转子的旋转角，有时导致旋转角的检测精度变低。在机电一体式马达中，当旋转角的检测精度低时，转矩波动增加，或者引起输出下降。
要求降低由马达的驱动电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响的马达。
以下，参照附图对本公开的马达以及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已周知事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下说明不必要地冗长，使本领域技术人员易于理解。
在本说明书中，以具有三相(U相、V相、W相)绕组的三相马达为例，对本公开的实施方式进行说明。但是，具有例如四相以及五相等n相(n是3以上的整数)绕组的n相马达也属于本公开的范畴。
(实施方式1)
图1是示出本实施方式的马达10的结构的图。图1示出了沿中心轴线11剖切时的马达10的内部。
马达10是机电一体式马达。马达10例如搭载于汽车，用作电动助力转向装置用马达。在该情况下，马达10产生电动助力转向装置的驱动力。
马达10具有定子20、转子30、壳体12、分隔壁14、轴承15以及轴承16。定子20也称作电枢。中心轴线11是转子30的旋转轴线。
壳体12是有底的大致圆筒状的框体，在内部收纳定子20、轴承15以及转子30。在壳体12的底部的中央存在保持轴承15的凹部13。分隔壁14是关闭壳体12的上部的开口的板状的部件。分隔壁14在其中央部保持轴承16。
定子20呈环状，具有层叠体22以及绕组21。层叠体22也称作层叠环状铁芯。绕组也称作线圈。定子20根据驱动电流而产生磁通。层叠体22由层叠钢板构成，该层叠钢板在沿中心轴线11的方向(图1的Z方向)上层叠多个钢板而成。层叠体22包含环状的层叠铁芯背部24以及多个层叠齿(齿)23。层叠铁芯背部24固定于壳体12的内壁。
绕组21由铜等导电性材料构成，典型地分别安装于层叠体22的多个层叠齿23。
转子30具有转子铁芯31、沿转子铁芯31的外周设置的多个永久磁铁32以及轴33。转子铁芯31由例如铁等磁性材料构成，具有筒状的形状。多个永久磁铁32以在转子铁芯31的周向上交替出现N极和S极的方式设置。轴33固定于转子铁芯31的中心，并沿中心轴线11在上下方向(Z方向)上延伸。另外，本说明书中的上下左右方向是观察图1所示的马达10时的上下左右方向，为了易于理解地说明实施方式，使用这些方向来进行说明。当然，本说明书中的上下左右方向和马达10搭载于实际产品(汽车等)的状态下的上下左右方向并非必须一致。
轴承15以及16将转子30的轴33支承为能够旋转。轴承15以及16例如是使外圈与内圈隔着球体相对旋转的球轴承。图1例示了球轴承。
在马达10中，当使驱动电流流过定子20的绕组21时，在层叠体22的多个层叠齿23产生径向的磁通。通过多个层叠齿23与永久磁铁32之间的磁通的作用，在周向上产生转矩，转子30相对于定子20旋转。当转子30旋转时，例如在电动助力转向装置中产生驱动力。
在轴33中的分隔壁14侧的端部固定有永久磁铁41。永久磁铁41能够与转子30一同旋转。在分隔壁14的上部配置有基板50。在基板50搭载有电力转换装置100。分隔壁14将马达10的内部的收纳定子20以及转子30的空间与收纳基板50的空间隔开。
电力转换装置100将来自电源的电力转换为供给到定子20的绕组21的电力。在基板50设置有电力转换装置100所具有的逆变器的端子52。在端子52连接有电线51。电线51是例如绕组21的端部。电线51和绕组21也可以是分体部件。从电力转换装置100输出的电力经由电线51供给到绕组21。在后面对电力转换装置100进行详细叙述。
在基板50设置有磁传感器40。磁传感器40配置在与固定于轴33的永久磁铁41相对的位置处。磁传感器40配置在轴33的中心轴线11上。磁传感器40例如是磁阻效应元件或霍尔元件。磁传感器40对由与轴33一同旋转的永久磁铁41产生的磁场进行检测，由此能够检测转子30的旋转角。
马达10借助多个端子17与马达10的外部的各种控制装置以及电池等连接。多个端子17包含从外部的电源供给电力的电源端子以及用于与外部设备进行数据的收发的信号端子等。
接着，对电力转换装置100进行详细说明。
图2示意性地示出了本实施方式的电力转换装置100的电路结构。
电力转换装置100具有第1逆变器110和第2逆变器140。并且，电力转换装置100具有图6所示的控制电路300。
作为绕组21(图1)，在定子20卷绕有U相绕组M1、V相绕组M2以及W相绕组M3。各相绕组与第1逆变器110以及第2逆变器140连接。具体说明的话，第1逆变器110与各相绕组的一端连接，第2逆变器140与各相绕组的另一端连接。在本申请说明书中，元件(构成要素)彼此之间的“连接”主要是指电连接。
作为端子52(图1)，第1逆变器110具有与各相对应的端子U_L、V_L以及W_L。作为端子52，第2逆变器140具有与各相对应的端子U_R、V_R以及W_R。第1逆变器110的端子U_L与U相绕组M1的一端连接，端子V_L与V相绕组M2的一端连接，端子W_L与W相绕组M3的一端连接。与第1逆变器110同样地，第2逆变器140的端子U_R与U相绕组M1的另一端连接，端子V_R与V相绕组M2的另一端连接，端子W_R与W相绕组M3的另一端连接。这样的接线与所谓的星形接线以及三角形接线不同。
在电力转换装置100中，第1逆变器110以及第2逆变器140与电源101以及GND连接。具有电力转换装置100的马达10能够例如借助端子17(图1)与外部的电源连接。
在本说明书中，有时将第1逆变器110记作“电桥电路L”。并且，有时将第2逆变器140记作“电桥电路R”。第1逆变器110以及第2逆变器140分别具有三个支路，该支路包含低压侧开关元件以及高压侧开关元件。构成这些支路的多个开关元件借助绕组而在第1逆变器110与第2逆变器140之间构成多个H电桥。
第1逆变器110包含由三个支路构成的电桥电路。图2所示的开关元件111L、112L以及113L是低压侧开关元件，开关元件111H、112H以及113H是高压侧开关元件。作为开关元件，例如能够使用场效应晶体管(典型地为MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在本申请说明书中，对将FET用作逆变器的开关元件的例进行说明，在以下说明中，有时将开关元件记作FET。例如，开关元件111L记作FET111L。
作为用于对流过U相、V相以及W相的各相绕组的电流进行检测的电流传感器(参照图6)，第1逆变器110具有三个分流电阻111R、112R以及113R。电流传感器170包含对流过各分流电阻的电流进行检测的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻111R、112R以及113R分别连接于第1逆变器110的三个支路中所包含的三个低压侧开关元件与GND之间。分流电阻的电阻值例如是0.5mΩ至1.0mΩ左右。
与第1逆变器110同样地，第2逆变器140包含由三个支路构成的电桥电路。图2所示的FET141L、142L以及143L是低压侧开关元件，FET141H、142H以及143H是高压侧开关元件。并且，第2逆变器140具有三个分流电阻141R、142R以及143R。这些分流电阻连接于三个支路中所包含的三个低压侧开关元件与GND之间。能够通过例如微控制器或专用驱动器对第1以及第2逆变器110、140的各FET进行控制。
图3、图4以及图5是示出电力转换装置100所具有的三个H电桥131、132以及133的图。
第1逆变器110具有支路121、123以及125。支路121具有FET111H和FET111L。支路123具有FET112H和FET112L。支路125具有FET113H和FET113L。
第2逆变器140具有支路122、124以及126。支路122具有FET141H和FET141L。支路124具有FET142H和FET142L。支路126具有FET143H和FET143L。
图3所示的H电桥131具有支路121、绕组M1以及支路122。图4所示的H电桥132具有支路123、绕组M2以及支路124。图5所示的H电桥133具有支路125、绕组M3以及支路126。
电源101(图2)生成规定的电源电压。电力从电源101供给到第1以及第2逆变器110、140。作为电源101，例如使用直流电源。但是，电源101可以是AC-DC转换器或DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。电源101可以是与第1以及第2逆变器110、140共用的单一电源，也可以具有第1逆变器110用的第1电源以及第2逆变器140用的第2电源。
在电源101与电力转换装置100之间设置有线圈102。线圈102作为噪声滤波器发挥功能，以避免供给到各逆变器的电压波形中所包含的高频噪声或在各逆变器中产生的高频噪声向电源101侧流出的方式进行平滑化。并且，在电源101与电力转换装置100之间连接有电容器103的一端。电容器103的另一端与GND连接。电容器103是所谓的旁通电容器，抑制电压波纹。电容器103例如是电解电容器，根据设计规格等而适当地决定容量和要使用的个数。
在图2中例示了在每个逆变器的各支路配置有一个分流电阻的结构。第1以及第2逆变器110、140能够具有六个以下的分流电阻。六个以下的分流电阻能够连接于第1以及第2逆变器110、140所具有的六个支路中的六个以下的低压侧开关元件与GND之间。而且，若将其扩展为n相马达，则第1以及第2逆变器110、140能够具有2n个以下的分流电阻。2n个以下的分流电阻能够连接于第1以及第2逆变器110、140所具有的2n个支路中的2n个以下的低压侧开关元件与GND之间。
图6示意性地示出了具有电力转换装置100的马达10的块结构。电力转换装置100具有控制电路300。
控制电路300例如具有电源电路310、角度传感器320、输入电路330、微控制器340、驱动电路350以及ROM360。在该例中，角度传感器320是磁传感器40(图1)。控制电路300通过对电力转换装置100整体的动作进行控制而控制马达10的旋转。具体地说，控制电路300能够对作为目标的转子的位置、转速以及电流等进行控制而实现闭环控制。控制电路300也可以具有转矩传感器。在该情况下，控制电路300能够对作为目标的马达转矩进行控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。角度传感器320例如是磁阻效应元件、旋变器或霍尔IC。角度传感器320检测转子30的旋转角(以下，记作“旋转信号”)，将旋转信号输出到微控制器340。输入电路330接收由电流传感器170检测到的马达电流值(以下，记作“实际电流值”)，根据需要将实际电流值的电平转换为微控制器340的输入电平，将实际电流值输出到微控制器340。
微控制器340对第1逆变器110和第2逆变器140的各FET的开关动作(打开或关闭)进行控制。微控制器340根据实际电流值以及转子的旋转信号等设定目标电流值，生成PWM信号，并将该PWM信号输出到驱动电路350。
驱动电路350典型地为栅极驱动器。驱动电路350根据PWM信号而生成对第1以及第2逆变器110、140中的各FET的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并将控制信号提供给各FET的栅极。另外，微控制器340也可以具有驱动电路350的功能。在该情况下，控制电路300也可以不具有驱动电路350。
ROM360例如是可写入的存储器、可改写的存储器或只读存储器。ROM360存储控制程序，该控制程序包含用于使微控制器340控制电力转换装置100的命令组。例如，控制程序在启动时被临时加载到RAM(未图示)。
控制电路300使用第1以及第2逆变器110、140这两者进行三相通电控制，由此驱动马达10。具体地说，控制电路300以相互相反的相位(相位差＝180°)对第1逆变器110的FET和第2逆变器140的FET进行开关控制，由此进行三相通电控制。例如，着眼于包含FET111L、111H、141L以及141H的H电桥，当FET111L导通时，FET141L截止，当FET111L截止时，FET141L导通。与此相同地，当FET111H导通时，FET141H截止，当FET111H截止时，FET141H导通。从电源101输出的电流通过高压侧开关元件、绕组、低压侧开关元件而向GND流动。电力转换装置100的接线有时被称作开放式接线。
在此，对流过U相绕组M1的电流的路径进行说明。当FET111H以及FET141L导通且FET141H以及FET111L截止时，电流依次流过电源101、FET111H、绕组M1、FET141L、GND。当FET141H以及FET111L导通且FET111H以及FET141L截止时，电流依次流过电源101、FET141H、绕组M1、FET111L、GND。
另外，从FET111H向绕组M1流动的电流的一部分有时向FET141H流动。即，从FET111H向绕组M1流动的电流有时分支而向FET141L和FET141H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET111H向绕组M1流动的电流中的向FET141H流动的比例有时变大。
同样地，从FET141H向绕组M1流动的电流的一部分有时向FET111H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET141H向绕组M1流动的电流中的向FET111H流动的比例有时变大。
接着，对流过V相绕组M2的电流的路径进行说明。当FET112H以及FET142L导通且FET142H以及FET112L截止时，电流依次流过电源101、FET112H、绕组M2、FET142L、GND。当FET142H以及FET112L导通且FET112H以及FET142L截止时，电流依次流过电源101、FET142H、绕组M2、FET112L、GND。
另外，从FET112H向绕组M2流动的电流的一部分有时向FET142H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET112H向绕组M2流动的电流中的向FET142H流动的比例有时变大。
同样地，从FET142H向绕组M2流动的电流的一部分有时向FET112H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET142H向绕组M2流动的电流中的向FET112H流动的比例有时变大。
接着，对流过W相绕组M3的电流的路径进行说明。当FET113H以及FET143L导通且FET143H以及FET113L截止时，电流依次流过电源101、FET113H、绕组M3、FET143L、GND。当FET143H以及FET113L导通且FET113H以及FET143L截止时，电流依次流过电源101、FET143H、绕组M3、FET113L、GND。
另外，从FET113H向绕组M3流动的电流的一部分有时向FET143H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET113H向绕组M3流动的电流中的向FET143H流动的比例有时变大。
同样地，从FET143H向绕组M3流动的电流的一部分有时向FET113H流动。例如，当马达10低速旋转时，与高速旋转时相比，从FET143H向绕组M3流动的电流中的向FET113H流动的比例有时变大。
图7例示了对电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)，该电流值是在按照正常时的三相通电控制对电力转换装置100进行控制时在U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流的值。横轴表示马达电角(度)，纵轴表示电流值(A)。在图7的电流波形中，每30°电角标绘了电流值。Ipk表示各相的最大电流值(峰电流值)。
表1按照图7的正弦波中的每个电角示出了在各逆变器的端子中流动的电流值。具体地说，表1示出了在第1逆变器110(电桥电路L)的端子U_L、V_L以及W_L中流动的每30°电角的电流值以及在第2逆变器140(电桥电路R)的端子U_R、V_R以及W_R中流动的每30°电角的电流值。在此，对于电桥电路L，将从电桥电路L的端子向电桥电路R的端子流动的电流的方向定位为正方向。图7所示的电流的朝向遵循该定义。并且，对于电桥电路R，将从电桥电路R的端子向电桥电路L的端子流动的电流的方向定义为正方向。因而，电桥电路L的电流与电桥电路R的电流的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小是〔(3)1/2/2〕*Ipk，电流值I2的大小是Ipk/2。
[表1]
Figure BDA0002220881760000111
当电角0°时，在U相绕组M1中不流过电流。在V相绕组M2中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流，在W相绕组M3中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流。
当电角30°时，在U相绕组M1中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流，在V相绕组M2中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为Ipk的电流，在W相绕组M3中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流。
当电角60°时，在U相绕组M1中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流，在V相绕组M2中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流。在W相绕组M3中不流过电流。
当电角90°时，在U相绕组M1中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为Ipk的电流，在V相绕组M2中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流，在W相绕组M3中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流。
当电角120°时，在U相绕组M1中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流，在W相绕组M3中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流。在V相绕组M2中不流过电流。
当电角150°时，在U相绕组M1中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流，在V相绕组M2中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流，在W相绕组M3中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为Ipk的电流。
当电角180°时，在U相绕组M1中不流过电流。在V相绕组M2中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流，在W相绕组M3中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流。
当电角210°时，在U相绕组M1中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流，在V相绕组M2中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为Ipk的电流，在W相绕组M3中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流。
当电角240°时，在U相绕组M1中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流，在V相绕组M2中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流。在W相绕组M3中不流过电流。
当电角270°时，在U相绕组M1中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为Ipk的电流，在V相绕组M2中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流，在W相绕组M3中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I2的电流。
当电角300°时，在U相绕组M1中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I1的电流，在W相绕组M3中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为I1的电流。在V相绕组M2中不流过电流。
当电角330°时，在U相绕组M1中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流，在V相绕组M2中从电桥电路R向电桥电路L流过大小为I2的电流，在W相绕组M3中从电桥电路L向电桥电路R流过大小为Ipk的电流。
根据本实施方式的三相通电控制，在考虑了电流的朝向的三相绕组中流动的电流的总和按照每个电角始终为“0”。例如，控制电路300通过可得到图7所示的电流波形那样的PWM控制而对电桥电路L以及电桥电路R的各FET的开关动作进行控制。
接着，对第1以及第2逆变器110以及140在基板50(图1)中的配置位置进行说明。
图8是示出基板50的下表面的图，图9是示出基板50的上表面的图。图8示出了从图1中的下方向仰视基板50时的基板50。图9示出了从图1中的上方向俯视基板50时的基板50。在本实施方式中，第1逆变器110配置于基板50的下表面，第2逆变器140配置于基板50的上表面。在基板50能够搭载有电力转换装置100以及其他各种各样的电子电路。为了易于理解地说明本实施方式的特征，在图8以及图9中只图示了安装于基板50的构成要素中的一部分。在以下附图中，也为了易于理解地说明本实施方式的特征，只图示了安装于基板50的构成要素中的一部分。
在基板50的下表面配置有第1逆变器110的FET111H、111L、112H、112L、113H、113L。在基板50的上表面配置有第2逆变器140的FET143H、143L、142H、142L、141H、141L。在基板50配置有第1以及第2逆变器110以及140的端子U_L、U_R、V_L、V_R、W_L、W_R。各端子可以配置于上表面以及下表面中的配置有与各端子连接的FET的一侧的面，也可以沿Z方向贯通基板50而配置于基板50的上表面和下表面这双方。
FET111H、111L与端子U_L借助导电线111C而连接。FET112H、112L与端子V_L借助导电线112C而连接。FET113H、113L与端子W_L借助导电线113C而连接。
FET141H、141L与端子U_R借助导电线141C而连接。FET142H、142L与端子V_R借助导电线142C而连接。FET143H、143L与端子W_R借助导电线143C而连接。
图10是示出从Y方向观察的基板50的图。作为电线51(图1)，马达10具有电线51U_L、51U_R、51V_L、51V_R、51W_L、51W_R。在该例中，电线51U_L、51U_R是U相绕组M1的端部。电线51V_L、51V_R是V相绕组M2的端部。电线51W_L、51W_R是W相绕组M3的端部。另外，各电线和绕组也可以是分体部件。电线51U_L与端子U_L连接。电线51U_R与端子U_R连接。电线51V_L与端子V_L连接。电线51V_R与端子V_R连接。电线51W_L与端子W_L连接。电线51W_R与端子W_R连接。
图11示出了从图1中的下方向仰视基板50时的第1逆变器110与第2逆变器140之间的位置关系。由于图11是从下方向仰视基板50时的图，因此第2逆变器140的FET的配置图案在图9和图11的纸面中上下颠倒。图12是示意性地示出第1逆变器110与第2逆变器140相互重叠的电路结构的图。
图11的位于左侧的单点划线框表示第1逆变器110。图11的位于右侧的双点划线框表示第2逆变器140。图11的位于中央的实线框表示基板50中的第1逆变器110与第2逆变器140之间的位置关系。如图11所示，第1逆变器110与第2逆变器140在Z方向上相互重叠。在该例中，Z方向与马达10的旋转轴线方向平行。
更具体地说，FET111H与FET141L在Z方向上相互重叠。FET111L与FET141H在Z方向上相互重叠。FET112H与FET142L在Z方向上相互重叠。FET112L与FET142H在Z方向上相互重叠。FET113H与FET143L在Z方向上相互重叠。FET113L与FET143H在Z方向上相互重叠。
如图10所示，在Z方向上相互重叠的FET彼此隔着基板50而相互靠近配置。另外，FET彼此相互靠近例如是指，与其他FET相比，这些FET彼此处于靠近的位置关系。并且，靠近的含义不排除在处于该靠近的位置关系的FET之间配置有其他构成要素。
随着FET彼此在Z方向上重叠，与相互重叠的FET连接的导电线彼此也相互重叠。例如，导电线111C与导电线141C在Z方向上相互重叠。导电线112C与导电线142C在Z方向上相互重叠。导电线113C与导电线143C在Z方向上相互重叠。并且，例如图12所示，连接于第1以及第2逆变器110以及140的电源线151以及GND线152也在Z方向上相互重叠。另外，在图12中，为了易于理解地表示本实施方式的特征，使第1逆变器110与第2逆变器140的位置稍微错开来图示。
利用图2、图10以及图11对马达10内的电流的流动进行说明。
首先，对流过U相绕组M1的电流进行说明。如上述，从FET111H向绕组M1流动的电流的至少一部分向FET141L流动。并且，从FET141H向绕组M1流动的电流的至少一部分向FET111L流动。
这样，流过FET111H的电流与流过FET141L的电流的朝向相互相反。即，由流过FET111H的电流产生的磁场与由流过FET141L的电流产生的磁场的朝向相互相反。在本实施方式中，FET111H与FET141L在基板50相互靠近配置。因此，朝向相反的磁场彼此被抵消。由此，能够降低由流过FET111H和FET141L的电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低由流过FET111H和FET141L的电流产生的磁场对磁传感器40带来的影响。由此，能够提高磁传感器的检测精度，能够防止转矩波动增加或者引起输出下降。
并且，随着FET111H与FET141L靠近配置，与FET111H连接的导电线和与FET141L连接的导电线相互靠近配置。在这些靠近的导电线彼此中流过朝向相互相反的电流。但是，由于其导电线彼此靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
与FET111H以及141L的关系同样地，流过FET141H的电流和流过FET111L的电流的朝向相互相反。但是，由于FET141H与FET111L靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。并且，与FET141H连接的导电线和与FET111L连接的导电线相互靠近配置。因此，由流过这些导电线的电流产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
另外，所谓“抵消磁场彼此”，并不限定于完全抵消磁场，还包含抵消所产生的磁场的一部分的含义。
接着，对流过V相绕组M2的电流进行说明。如上述，从FET112H向绕组M2流动的电流的至少一部分向FET142L流动。并且，从FET142H向绕组M2流动的电流的至少一部分通过绕组M2向FET112L流动。
这样，流过FET112H的电流和流过FET142L的电流的朝向相互相反。即，由流过FET112H的电流产生的磁场与由流过FET142L的电流产生的磁场的朝向相互相反。在本实施方式中，FET112H与FET142L在基板50相互靠近配置。因此，朝向相反的磁场彼此被抵消。由此，能够降低由流过FET112H和FET142L的电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低由流过FET112H和FET142L的电流产生的磁场对磁传感器40带来的影响。由此，能够提高磁传感器的检测精度，能够防止转矩波动增加或者引起输出下降。
并且，随着FET112H与FET142L靠近配置，与FET112H连接的导电线和与FET142L连接的导电线相互靠近配置。在这些靠近的导电线彼此中流过朝向相互相反的电流。但是，由于这些导电线彼此靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
与FET112H以及142L的关系同样地，流过FET142H的电流和流过FET112L的电流的朝向相互相反。但是，由于FET142H与FET112L相互靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。并且，与FET142H连接的导电线和与FET112L连接的导电线相互靠近配置。因此，由流过这些导电线的电流产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
接着，对流过W相绕组M3的电流进行说明。如上述，从FET113H向绕组M3流动的电流的至少一部分向FET143L流动。并且，从FET143H向绕组M3流动的电流的至少一部分向FET113L流动。
这样，流过FET113H的电流和流过FET143L的电流的朝向相互相反。即，由流过FET113H的电流产生的磁场和由流过FET143L的电流产生的磁场的朝向相互相反。在本实施方式中，FET113H与FET143L在基板50相互靠近配置。因此，朝向相反的磁场彼此被抵消。由此，能够降低由流过FET113H和FET143L的电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低由流过FET113H和FET143L的电流产生的磁场对磁传感器40带来的影响。由此，能够提高磁传感器的检测精度，能够防止转矩波动增加或者引起输出下降。
并且，随着FET113H与FET143L靠近配置，与FET113H连接的导电线和与FET143L连接的导电线相互靠近配置。在这些靠近的导电线彼此中流过朝向相互相反的电流。但是，由于这些导电线彼此靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
与FET113H以及143L的关系同样地，流过FET143H的电流和流过FET113L的电流的朝向相互相反。但是，由于FET143H与FET113L相互靠近，因此所产生的磁场彼此被抵消。并且，与FET143H连接的导电线和与FET113L连接的导电线相互靠近配置。因此，由流过这些导电线的电流产生的磁场彼此被抵消。由此，能够降低所产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。例如，能够降低所产生的磁场对磁传感器40带来的影响。
图13以及图14是示出第1以及第2逆变器110以及140在基板50中的配置位置的其他例的图。图13是示出基板50的下表面的图，图14是示出基板50的上表面的图。图13示出了从图1中的下方向仰视基板50时的基板50。图14示出了从图1中的上方向俯视基板50时的基板50。
在图13以及图14所示的例中，与U相绕组M1连接的FET、与V相绕组M2连接的FET以及与W相绕组M3连接的FET在同心圆上隔着120°间隔而配置。
在图13以及图14所示的配置例中，FET111H与FET141L也在Z方向上相互重叠。FET111L与FET141H在Z方向上相互重叠。FET112H与FET142L在Z方向上相互重叠。FET112L与FET142H在Z方向上相互重叠。FET113H与FET143L在Z方向上相互重叠。FET113L与FET143H在Z方向上相互重叠。因此，在图13以及图14所示的配置例中，也能够获得与利用图8至图12说明的效果相同的效果。
并且，与专利文献1同样地，在检测到两个逆变器中的开关元件的故障的情况下，也可以将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在异常时的控制中，使开关元件按照规定的规则导通以及截止，由此在故障逆变器构成了绕组的中性点。能够利用该中性点和正常的一方的逆变器而继续驱动马达。在本实施方式中，即使在利用这样的中性点的控制中，也在上述的相互靠近的FET彼此中流过朝向相互相反的电流。因此，所产生的磁场彼此被抵消。在本实施方式中，即使在异常时的控制中，也能够降低由流过马达10的驱动电流产生的磁场对周围的电子元件带来的影响。
(实施方式2)
汽车等车辆一般具有电动助力转向装置。电动助力转向装置生成辅助转矩，该辅助转矩用于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。辅助转矩由辅助转矩机构生成，能够减轻驾驶员的操作负担。例如，辅助转矩机构具有转向转矩传感器、ECU、马达以及减速机构等。转向转矩传感器检测转向系统中的转向转矩。ECU根据转向转矩传感器的检测信号而生成驱动信号。马达根据驱动信号生成与转向转矩相应的辅助转矩，并经由减速机构将辅助转矩传递到转向系统。
本公开的马达10适当地利用于电动助力转向装置。图15示意性地示出了本实施方式的电动助力转向装置500。电动助力转向装置500具有转向系统520以及辅助转矩机构540。
转向系统520例如具有方向盘521、转向轴522(也称作“转向柱”)、万向联轴器523A、523B、旋转轴524(也称作“小齿轮轴”或“输入轴”)、齿条齿轮机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右的转向车轮(例如左右的前轮)529A、529B。方向盘521借助转向轴522以及万向联轴器523A、523B而与旋转轴524连接。在旋转轴524借助齿条齿轮机构525而连接有齿条轴526。齿条齿轮机构525具有设置于旋转轴524的小齿轮531和设置于齿条轴526的齿条532。在齿条轴526的右端依次借助球窝接头552A、拉杆527A以及转向节528A而连接有右侧的转向车轮529A。与右侧同样地，在齿条轴526的左端依次借助球窝接头552B、拉杆527B以及转向节528B而连接有左侧的转向车轮529B。在图15中，右侧以及左侧分别与从坐在驾驶座上的驾驶员观察的右侧以及左侧一致。
根据转向系统520，通过驾驶员操作方向盘521而产生转向转矩，该转向转矩经由齿条齿轮机构525而传递到左右的转向车轮529A、529B。由此，驾驶员能够操作左右的转向车轮529A、529B。
辅助转矩机构540例如具有转向转矩传感器541、机电一体式马达543以及减速机构544。辅助转矩机构540将辅助转矩提供给从方向盘521至左右的转向车轮529A、529B的转向系统520。另外，辅助转矩有时被称作“附加转矩”。
作为机电一体型马达543，能够适当地使用实施方式的马达10。机电一体型马达543具有电力转换装置545。作为电力转换装置545，能够使用实施方式的电力转换装置100。并且，能够将实施方式的控制电路300用作ECU。
转向转矩传感器541对通过方向盘521赋予的转向系统520的转向转矩进行检测。控制电路300根据来自转向转矩传感器541的检测信号(以下，记作“转矩信号”)而生成用于驱动马达543的驱动信号。马达543根据驱动信号而产生与转向转矩相应的辅助转矩。辅助转矩经由减速机构544而传递到转向系统520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮蜗杆机构。辅助转矩再从旋转轴524传递到齿条齿轮机构525。
根据辅助转矩被赋予到转向系统520的部位，电动助力转向装置500能够分类为小齿轮辅助型、齿条辅助型以及柱辅助型等。在图15中例示了小齿轮辅助型电动助力转向装置500。但是，电动助力转向装置500也可以是齿条辅助型、柱辅助型等。
控制电路300不仅能够被输入转矩信号，例如还能够被输入车速信号。外部设备560例如是车速传感器。或者，外部设备560也可以是能够利用例如CAN(Controller AreaNetwork)等车内网络进行通信的其他ECU。控制电路300的微控制器能够根据转矩信号或车速信号等对马达543进行矢量控制或PWM控制。
控制电路300至少根据转矩信号而设定目标电流值。优选控制电路300考虑由车速传感器检测到的车速信号，进而考虑由角度传感器320检测到的转子的旋转信号，来设定目标电流值。控制电路300能够以由电流传感器170检测到的实际电流值与目标电流值一致的方式对马达543的驱动信号即驱动电流进行控制。
根据电动助力转向装置500，能够利用对驾驶员的转向转矩加上马达543的辅助转矩而得到的复合转矩并通过齿条轴526对左右的转向车轮529A、529B进行操作。
以上，对本公开所涉及的实施方式进行了说明。上述实施方式的说明是例示，并不限定本公开的技术。并且，还能够是将在上述实施方式中说明的各构成要素适当地组合的实施方式。
产业上的可利用性
本公开的实施方式能够广泛用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、冰箱以及电动助力转向装置等具有各种马达的各种设备。
符号说明
10：马达；11：中心轴线；12：壳体；13：凹部；14：分隔壁；15：轴承；16：轴承；17：端子；20：定子；21：绕组；22：层叠体；23：层叠齿；24：铁芯背部；26：搭接线；30：转子；31：转子铁芯；32：永久磁铁；33：轴；40：磁传感器；41：永久磁铁；50：基板；51：电线；52：端子；100：电力转换装置；101：电源；102：线圈；103：电容器；110：第1逆变器；111C、112C、113C、141C、142C、143C：导电线；111H、112H、113H、141H、142H、143H：高压侧开关元件(FET)；111L、112L、113L、141L、142L、143L：低压侧开关元件(FET)；111R、112R、113R、141R、142R、143R：分流电阻；121、122、123、124、125、126：支路；131、132、133：H电桥；140：第2逆变器；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微控制器；350：驱动电路；351：检测电路；360：ROM；500：电动助力转向装置；U_L、U_R、V_L、V_R、W_L、W_R：端子。

Claims (6)

1.一种马达，其具有：
n相绕组，其中，n是3以上的整数；
第1逆变器，所述第1逆变器与各所述相绕组的一端连接；以及
第2逆变器，所述第2逆变器与各所述相绕组的另一端连接，
其中，
所述第1逆变器以及第2逆变器分别具有多个低压侧开关元件以及多个高压侧开关元件，
所述马达还具有基板，所述第1逆变器以及所述第2逆变器配置于该基板，
在所述基板的一个面上配置有所述第1逆变器，在所述基板的另一面上配置有所述第2逆变器，
所述n相绕组包含第1相绕组，
所述第1逆变器的第1低压侧开关元件以及第1高压侧开关元件与所述第1相绕组的一端连接，
所述第2逆变器的第2低压侧开关元件以及第2高压侧开关元件与所述第1相绕组的另一端连接，
从所述第1逆变器的所述第1高压侧开关元件向所述第1相绕组流动的电流的至少一部分向所述第2逆变器的所述第2低压侧开关元件流动，
所述第1逆变器的所述第1高压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第2低压侧开关元件相互重叠配置，
所述第1高压侧开关元件与所述第2低压侧开关元件在所述马达的旋转轴线方向上相互重叠配置，
与所述第1高压侧开关元件连接的配线的至少一部分和与所述第2低压侧开关元件连接的配线的至少一部分相互重叠配置，
从所述第1高压侧开关元件向所述第1相绕组流动的电流的朝向与从所述第1相绕组向所述第2低压侧开关元件流动的电流的朝向相互相反。
2.根据权利要求1所述的马达，其中，
所述马达还具有转子和用于检测所述转子的旋转角度的磁传感器。
3.根据权利要求1或2所述的马达，其中，
从所述第2逆变器的所述第2高压侧开关元件向所述第1相绕组流动的电流的至少一部分向所述第1逆变器的所述第1低压侧开关元件流动，
所述第1逆变器的所述第1低压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第2高压侧开关元件相互重叠配置。
4.根据权利要求1或2所述的马达，其中，
所述n相绕组包含第2相绕组，
所述第1逆变器的第3低压侧开关元件以及第3高压侧开关元件与所述第2相绕组的一端连接，
所述第2逆变器的第4低压侧开关元件以及第4高压侧开关元件与所述第2相绕组的另一端连接，
从所述第1逆变器的所述第3高压侧开关元件向所述第2相绕组流动的电流的至少一部分向所述第2逆变器的所述第4低压侧开关元件流动，
从所述第2逆变器的所述第4高压侧开关元件向所述第2相绕组流动的电流的至少一部分向所述第1逆变器的所述第3低压侧开关元件流动，
所述第1逆变器的所述第3高压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第4低压侧开关元件相互重叠配置，
所述第1逆变器的所述第3低压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第4高压侧开关元件相互重叠配置。
5.根据权利要求1或2所述的马达，其中，
所述n相绕组包含第3相绕组，
所述第1逆变器的第5低压侧开关元件以及第5高压侧开关元件与所述第3相绕组的一端连接，
所述第2逆变器的第6低压侧开关元件以及第6高压侧开关元件与所述第3相绕组的另一端连接，
从所述第1逆变器的所述第5高压侧开关元件向所述第3相绕组流动的电流的至少一部分向所述第2逆变器的所述第6低压侧开关元件流动，
从所述第2逆变器的所述第6高压侧开关元件向所述第3相绕组流动的电流的至少一部分向所述第1逆变器的所述第5低压侧开关元件流动，
所述第1逆变器的所述第5高压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第6低压侧开关元件相互重叠配置，
所述第1逆变器的所述第5低压侧开关元件与所述第2逆变器的所述第6高压侧开关元件相互重叠配置。
6.一种电动助力转向装置，其具有权利要求1至5中任意一项所述的马达。
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