CN111034018B - 电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置 - Google Patents

电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

在具有两个逆变器的电力转换装置中，降低对某相的绕组进行通电时在其他相的绕组中感应出的感应电流。实施方式的电力转换装置(100)将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达(200)提供的电力，n为3以上的整数。电力转换装置(100)具有：第1逆变器(110)，其与马达(200)的各相的绕组的一端连接；第2逆变器(140)，其与各相的绕组的另一端连接；以及控制电路(300)，其对第1和第2逆变器(110、140)的动作进行控制。n相的绕组包含第1相的绕组和第2相的绕组，控制电路(300)将用于降低由于向第1相的绕组通电而在第2相的绕组中感应出的感应电流的校正波叠加在用于第2相的绕组的通电的基波上。

Description

电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
技术领域
本公开涉及将来自电源的电力转换为向电动马达提供的电力的电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置。
背景技术
无刷DC马达和交流同步马达等电动马达(以下，简记为“马达”)通常由三相电流进行驱动。为了准确地控制三相电流的波形，使用矢量控制等复杂的控制技术。在这样的控制技术中，需要高级的数学运算，使用微控制器(微型计算机)等数字运算电路。矢量控制技术在马达的负载变动大的用途、例如洗衣机、电动助力自行车、电动滑板车、电动助力转向装置、电动汽车、工业设备等领域中被加以利用。
一般情况下，马达具有转子和定子。例如，在转子中，沿着其圆周方向排列有多个永磁铁。定子具有多个绕组。在具有永磁铁的马达中，在永磁铁与绕组之间产生扭矩纹波。专利文献1公开了以下技术：生成作为与扭矩纹波的6次谐波成分为反相的正弦波的纹波校正波，将该纹波校正波叠加在基波上。根据专利文献1，通过将纹波校正波叠加在基波上，能够降低扭矩纹波。
在车载领域中，在车辆中使用汽车用电子控制单元(ECU：Electrical ControlUnit)。ECU具有微控制器、电源、输入和输出电路、AD转换器、负载驱动电路以及ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)等。以ECU为核心来构建电子控制系统。例如，ECU处理来自传感器的信号，控制马达等致动器。具体说明的话，ECU监视马达的转速和扭矩，同时控制电力转换装置中的逆变器。在ECU的控制下，电力转换装置对向马达提供的驱动电力进行转换。
近年来，开发了马达、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，从安全性的观点出发，要求保证高品质。因此，引入了即使在部件的一部分发生了故障的情况下也能够继续进行安全动作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对一个马达设置有两个电力转换装置的设计。作为另一例，研究了在主微控制器中设置有备用微控制器的设计。
例如，在专利文献2中，公开了一种电力转换装置，其具有控制部和两个逆变器，对向三相马达提供的电力进行转换。两个逆变器分别与电源和接地端(以下，记作“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相的绕组的一端连接，另一个逆变器与三相的绕组的另一端连接。各逆变器具有由三个支路构成的桥式电路，该三个支路各自包含高侧开关元件和低侧开关元件。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。在异常时的控制中，例如，按照规定的规则对包含发生了故障的开关元件的逆变器的开关元件进行接通和断开，由此构成绕组的中性点。然后，使用正常的逆变器继续进行马达驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-239681号公报
专利文献2：日本特开2014-192950号公报
发明内容
发明要解决的课题
要求进一步提高上述那样的具有两个逆变器的装置中的马达的驱动控制。
在本公开的实施方式中，在具有两个逆变器的电力转换装置中，降低对某相的绕组进行通电时在其他相的绕组中感应出的感应电流。
用于解决课题的手段
本公开的例示的电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；以及控制电路，其对所述第1逆变器和所述第2逆变器的动作进行控制，所述n相的绕组包含第1相的绕组和第2相的绕组，所述控制电路将用于降低由于向所述第1相的绕组通电而在所述第2相的绕组中感应出的感应电流的校正波叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
发明效果
根据本公开的实施方式，在具有两个逆变器的电力转换装置中，能够降低对某相的绕组进行通电时在其他相的绕组中感应出的感应电流。
附图说明
图1是示出实施方式的电力转换装置的电路结构的示意图。
图2是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图3是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图4是示出实施方式的电力转换装置所具有的H桥的图。
图5是示出具有实施方式的电力转换装置的马达驱动单元的框图。
图6是示出实施方式的对按照三相通电控制来控制电力转换装置时在马达的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形的图。
图7是示出实施方式的降低感应电流的处理的一例的框图。
图8是示出实施方式的降低感应电流的处理的另一例的框图。
图9是示出实施方式的降低感应电流的处理的又一例的框图。
图10是示出实施方式的降低感应电流的处理的又一例的框图。
图11是示出实施方式的降低感应电流的处理的又一例的框图。
图12是示出实施方式的降低感应电流的处理的又一例的框图。
图13是示出实施方式的降低感应电流的处理的模拟结果的图。
图14是示出实施方式的降低感应电流的处理的模拟结果的图。
图15是示出实施方式的对马达进行通电时的感应电流的图。
图16是示出实施方式的电动助力转向装置的示意图。
具体实施方式
在对本公开的实施方式进行说明之前，对作为本公开的基础的本申请发明人的见解进行说明。
本申请发明人在研究具有两个逆变器的独立接线方式的电力转换装置的过程中，发现了：在对某相的绕组进行通电时，即使没有永磁铁的高次谐波成分，也会在未通电的其他相的绕组中产生不需要的感应电流。本申请发明人通过实验发现了：在独立接线方式中，在对某相的绕组进行通电时，在未通电的其他相的绕组中产生同相成分的纹波。
作为不需要的感应电流的高次谐波成为零相电流(同相电流)，成为零相电流损失(铜损)、噪声。因此，为了抑制对通电的相以外的影响，要求降低不需要的高次谐波。
以下，参照附图对本公开的电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，有时省略超出所需的详细说明，有时省略对公知的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
在本说明书中，以对向具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供的电力进行转换的电力转换装置为例，对本公开的实施方式进行说明，但是，对向具有四相和五相等n相(n为3以上的整数)的绕组的n相马达提供的电力进行转换的电力转换装置也属于本公开的范畴。
(实施方式1)
图1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。另外，电力转换装置100具有图5所示的控制电路300。电力转换装置100能够对向各种马达提供的电力进行转换。马达200例如是三相交流马达。
马达200具有U相的绕组M1、V相的绕组M2以及W相的绕组M3，该马达200与第1逆变器110和第2逆变器140连接。具体说明的话，第1逆变器110与马达200的各相的绕组的一端连接，第2逆变器140与各相的绕组的另一端连接。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。
第1逆变器110具有与各相对应的端子U_L、V_L以及W_L，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相的绕组M1的一端连接，端子V_L与V相的绕组M2的一端连接，端子W_L与W相的绕组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相的绕组M1的另一端连接，端子V_R与V相的绕组M2的另一端连接，端子W_R与W相的绕组M3的另一端连接。这样的接线与所谓的星形接线和三角形接线不同。
在本说明书中，有时将第1逆变器110记作“桥式电路L”。另外，有时将第2逆变器140记作“桥式电路R”。第1逆变器110和第2逆变器140分别具有三个包含低侧开关元件和高侧开关元件的支路。构成这些支路的多个开关元件经由电动马达200的绕组而在第1逆变器110与第2逆变器140之间构成多个H桥。
第1逆变器110包含由三个支路构成的桥式电路。图1所示的开关元件111L、112L以及113L是低侧开关元件，开关元件111H、112H以及113H是高侧开关元件。作为开关元件，例如能够使用场效应晶体管(典型地为MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。在本申请说明书中，对使用FET作为逆变器的开关元件的例子进行说明，在以下的说明中，有时将开关元件记作FET。例如，将开关元件111L记作FET 111L。
第1逆变器110具有三个分流电阻111R、112R以及113R作为用于检测在U相、V相以及W相的各相的绕组中流动的电流的电流传感器(参照图5)。电流传感器170包含检测在各分流电阻中流动的电流的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻111R、112R以及113R分别连接在第1逆变器110的三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。具体而言，分流电阻111R连接在FET 111L与GND之间，分流电阻112R连接在FET 112L与GND之间，分流电阻113R连接在FET 113L与GND之间。分流电阻的电阻值例如为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桥式电路。图1所示的FET 141L、142L以及143L是低侧开关元件，FET 141H、142H以及143H是高侧开关元件。另外，第2逆变器140具有三个分流电阻141R、142R以及143R。这些分流电阻连接在三个支路所包含的三个低侧开关元件与GND之间。第1和第2逆变器110、140的各FET例如可以由微控制器或专用驱动器来控制。
图2、图3以及图4是示出电力转换装置100所具有的三个H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FET 111H和FET 111L。支路123具有FET 112H和FET 112L。支路125具有FET 113H和FET 113L。
第2逆变器140具有支路122、124以及126。支路122具有FET 141H和FET 141L。支路124具有FET 142H和FET 142L。支路126具有FET 143H和FET 143L。
图2所示的H桥131具有支路121、绕组M1以及支路122。图3所示的H桥132具有支路123、绕组M2以及支路124。图4所示的H桥133具有支路125、绕组M3以及支路126。
电源101(图1)生成规定的电源电压。从电源101对第1和第2逆变器110、140提供电力。作为电源101，例如使用直流电源。但是，电源101也可以是AC-DC转换器或DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。电源101可以是第1和第2逆变器110、140共用的一个电源，也可以具有第1逆变器110用的第1电源和第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，进行平滑化，使得向各逆变器提供的电压波形所包含的高频噪声、或者在各逆变器中产生的高频噪声不会向电源101侧流出。另外，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是所谓的旁路电容器，抑制电压纹波。电容器103例如是电解电容器，容量以及使用的个数是根据设计规格等来适当决定的。
在图1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和第2逆变器110、140可以具有六个以下的分流电阻。六个以下的分流电阻可以连接在第1和第2逆变器110、140所具有的六个支路中的六个以下的低侧开关元件与GND之间。进而，当将其扩展为n相马达时，第1和第2逆变器110、140可以具有2n个以下的分流电阻。2n个以下的分流电阻可以连接在第1和第2逆变器110、140所具有的2n个支路中的2n个以下的低侧开关元件与GND之间。
图5示意性地示出了具有电力转换装置100的马达驱动单元400的块结构。电力转换装置100具有控制电路300。马达驱动单元400具有电力转换装置100和马达200。
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ROM 360。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驱动马达200。具体而言，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。另外，控制电路300也可以具有扭矩传感器来代替角度传感器。在该情况下，控制电路300能够对作为目标的的马达扭矩进行控制。
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例如是旋转变压器或霍尔IC。作为角度传感器320，也可以使用磁阻效应元件和磁铁。角度传感器320检测马达200的转子的旋转角(以下，记作“旋转信号”)，并将旋转信号输出给微控制器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的输入电平而将实际电流值输出给微控制器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(接通或断开)进行控制。微控制器340根据实际电流值和转子的旋转信号等而设定目标电流值，生成PWM信号，并将该PWM信号输出给驱动电路350。
驱动电路350典型地是栅极驱动器。驱动电路350根据PWM信号而生成对第1和第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可以不具备驱动电路350。
ROM 360例如是可写入的存储器、可改写的存储器或读取专用的存储器。ROM 360保存控制程序，该控制程序包含用于使微控制器340控制电力转换装置100的指令组。例如，控制程序在启动时暂时在RAM(未图示)中被一次加载。
接下来，对电力转换装置100的控制方法的具体例进行说明。在正常时，控制电路300通过使用第1和第2逆变器110、140这两者进行三相通电控制而驱动马达200。具体而言，控制电路300按照彼此相反的相位(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，关注包含FET 111L、111H、141L以及141H的H桥，当FET 111L接通时，FET 141L断开，当FET 111L断开时，FET 141L接通。与此同样地，当FET 111H接通时，FET 141H断开，当FET 111H断开时，FET 141H接通。从电源101输出的电流通过高侧开关元件、绕组、低侧开关元件而流到GND。
这里，对在U相的绕组M1中流动的电流的路径进行说明。当FET 111H和FET 141L接通并且FET 141H和FET 111L断开时，电流按照电源101、FET 111H、绕组M1、FET 141L、GND的顺序流动。当FET 141H和FET 111L接通并且FET 111H和FET 141L断开时，电流按照电源101、FET 141H、绕组M1、FET 111L、GND的顺序流动。
接着，对在V相的绕组M2中流动的电流的路径进行说明。当FET 112H和FET 142L接通并且FET 142H和FET 112L断开时，电流按照电源101、FET 112H、绕组M2、FET 142L、GND的顺序流动。当FET 142H和FET 112L接通并且FET 112H和FET 142L断开时，电流按照电源101、FET 142H、绕组M2、FET 112L、GND的顺序流动。
接着，对在W相的绕组M3中流动的电流的路径进行说明。当FET 113H和FET 143L接通并且FET 143H和FET 113L断开时，电流按照电源101、FET 113H、绕组M3、FET 143L、GND的顺序流动。当FET 143H和FET 113L接通并且FET 113H和FET 143L断开时，电流按照电源101、FET 143H、绕组M3、FET 113L、GND的顺序流动。
图6例示了对按照三相通电控制来控制电力转换装置100时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)在图6的电流波形中，每30°电角度地标绘了电流值。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。
表1示出了在图6的正弦波中在每个电角度在各逆变器的端子中流动的电流值。具体而言，表1示出了在第1逆变器110(桥式电路L)的端子U_L、V_L以及W_L中流动的每30°电角度的电流值、以及在第2逆变器140(桥式电路R)的端子U_R、V_R以及W_R中流动的每30°电角度的电流值。这里，对于桥式电路L，将从桥式电路L的端子流向桥式电路R的端子的电流方向定义为正方向。图6所示的电流的方向遵循该定义。另外，对于桥式电路R，将从桥式电路R的端子流向桥式电路L的端子的电流方向定义为正方向。因此，桥式电路L的电流与桥式电路R的电流的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小为[(3)1/2/2]＊Ipk，电流值I2的大小为Ipk/2。
[表1]
Figure BDA0002382058700000091
在电角度为0°时，在U相的绕组M1中没有电流流动。在V相的绕组M2中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流。
在电角度为30°时，在U相的绕组M1中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为Ipk的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流。
在电角度为60°时，在U相的绕组M1中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流。在W相的绕组M3中没有电流流动。
在电角度为90°时，在U相的绕组M1中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为Ipk的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流。
在电角度为120°时，在U相的绕组M1中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流。在V相的绕组M2中没有电流流动。
在电角度为150°时，在U相的绕组M1中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为Ipk的电流。
在电角度为180°时，在U相的绕组M1中没有电流流动。在V相的绕组M2中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流。
在电角度为210°时，在U相的绕组M1中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为Ipk的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流。
在电角度为240°时，在U相的绕组M1中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流。在W相的绕组M3中没有电流流动。
在电角度为270°时，在U相的绕组M1中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为Ipk的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I2的电流。
在电角度为300°时，在U相的绕组M1中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I1的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为I1的电流。在V相的绕组M2中没有电流流动。
在电角度为330°时，在U相的绕组M1中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流，在V相的绕组M2中从桥式电路R向桥式电路L流动大小为I2的电流，在W相的绕组M3中从桥式电路L向桥式电路R流动大小为Ipk的电流。
例如，控制电路300通过能够取得图6所示的电流波形那样的PWM控制而对桥式电路L和R的各FET的开关动作进行控制。
如上所述，在具有两个逆变器110、140的独立接线方式的电力转换装置100中，因向某相的绕组通电而在未通电的其他相的绕组中产生感应电流。在本实施方式中，作为减少在与通电相不同的其他相中产生的感应电流的控制方法，将与所产生的感应电流为反相的波形叠加在基波上。由此，能够降低所产生的作为噪声的感应电流。其结果为，能够抑制由于该感应电流而产生的扭矩纹波等。
例如，微控制器340发出将用于降低由于向U相的绕组M1通电而在V相的绕组M2中感应出的感应电流的校正波叠加在用于V相的绕组M2的通电的基波上的指令。另外，发出将用于降低由于向U相的绕组M1通电而在W相的绕组M3中感应出的感应电流的校正波叠加在用于W相的绕组M3的通电的基波上的指令。由此，能够降低因向U相的绕组M1通电而在V相的绕组M2和W相的绕组M3中感应出的感应电流。
图7例示了进行降低感应电流的处理的微控制器340的功能块。在本说明书中，功能框图中的各块不是以硬件为单位而是以功能块为单位来表示的。在降低感应电流的处理中使用的软件例如可以是构成用于执行与各功能块对应的特定的处理的计算机程序的模块。这样的计算机程序例如保存于ROM 360中。控制器340能够从ROM360读取指令并依次执行各处理。降低感应电流的处理可以通过硬件而实现，也可以通过软件而实现。另外，降低感应电流的处理也可以通过硬件与软件的组合而实现。
在图7所示的例子中，微控制器340从由电流传感器170检测到的电流中提取在各相的绕组中产生的感应电流的成分。微控制器340运算与提取出的感应电流为反相的校正波。然后，发出将运算出的校正波叠加在基波上的指令，由此降低感应电流。
例如，在向U相的绕组M1通电时，微控制器340从电流传感器170取得在V相的绕组M2和W相的绕组M3中流动的电流值。
为了通常的马达驱动，该反馈的电流在通过了低通滤波器(LPF)302之后，与电流指令值I*取差分，进行PI控制(Proportional Integral Differential Control：比例积分微分控制)301等。
与针对上述的电流指令值的反馈处理不同，反馈的电流还通过高通滤波器(HPF)303。高通滤波器303例如使具有基波的频率的3倍的频率的3次谐波成分通过。通过了高通滤波器303的电流成分在反相运算块304中被转换为反相的波形。该反相的波成为校正波。将反相的校正波的电流叠加在电流指令值I*上而作为向马达200侧的指令值。驱动电路350根据指令值而对逆变器110和140进行控制，对V相的绕组M2和W相的绕组M3进行通电。能够利用反相的电流来降低在与U相不同的其他V相和W相中产生的感应电流。另外，也可以使用带通滤波器来代替高通滤波器。
在图7所示的例子中，将与感应电流为反相的电流成分叠加在电流指令值I*上，但也可以将反相的电压成分叠加在电压指令值上。例如，也可以如图8所示，将电压成分与PI控制块301的输出即针对逆变器110、140的电压指令值叠加。
另外，也可以如图9和图10所示，代替高通滤波器303，而在FFT(Fast FourierTransform：快速傅立叶变换)305中提取想要使其为反相的频带。在使用带通滤波器和高通滤波器的情况下，当为了反馈而提取的电流的频带稍微偏移时，有时无法提取出规定的频带的电流。另一方面，如果使用FFT，则即使要提取的电流的频带稍微偏移，也能够提取出规定的频带的电流。
接下来，对降低感应电流的处理的另一例进行说明。图11和图12例示了进行降低感应电流的处理的微控制器340的功能块。在该例子中，使用示出向绕组的通电与由此感应出的感应电流的关系的查找表而进行降低感应电流的处理。这样的查找表例如预先存储于ROM 360中。
查找表例如示出了向U相的绕组M1提供的电流与由于向U相的绕组M1通电而在V相的绕组M2和W相的绕组M3中感应出的感应电流的关系。另外，示出了向V相的绕组M2提供的电流与由于向V相的绕组M2通电而在W相的绕组M3和U相的绕组M1中感应出的感应电流的关系。另外，示出了向W相的绕组M3提供的电流与由于向W相的绕组M3通电而在U相的绕组M1和V相的绕组M2中感应出的感应电流的关系。微控制器340运算与使用表而取得的感应电流为反相的校正波。微控制器340发出将运算出的校正波叠加在用于向绕组通电的基波上的指令。
查找表也可以示出向绕组的通电与减小由此感应出的感应电流的校正波的关系。在该情况下，例如，微控制器340从查找表中取得用于降低由于向U相的绕组M1通电而在V相的绕组M2和W相的绕组M3中感应出的感应电流的校正波。然后，发出将使用表而取得的校正波叠加在用于V相的绕组M2和W相的绕组M3的通电的基波上的指令。
在图7至图10所示的例子中，运算对于反馈的值来说为噪声的感应电流的反相的波形，将具有该波形的电流或电压叠加在基波上。与此相对，在图11和图12所示的例子中，通过前馈控制来降低感应电流。查找表预先存储有会产生的感应电流的波形或其反相的波形。微控制器340将使用查找表而取得的反波形的电流或电压叠加在指令值上。
通过将反相的电流或电压叠加在基波上，能够降低在与通电相不同的其他相中产生的感应电流。由此，能够抑制由于该感应电流而产生的扭矩纹波等。
另外，在使用图7至图10例示的处理中，也可以使用上述那样的查找表。例如，在向U相的绕组M1通电时，微控制器340从电流传感器170取得在V相的绕组M2和W相的绕组M3中流动的电流值。从该反馈的电流中提取感应电流成分。
查找表示出了由于向U相的绕组M1通电而在V相的绕组M2和W相的绕组M3中感应出的感应电流与用于降低该感应电流的校正波的关系。微控制器340使用查找表而取得用于降低提取出的感应电流的校正波。微控制器340将所取得的校正波叠加在用于V相的绕组M2和W相的绕组M3的通电的基波上。由此，能够降低感应电流。
在上述的例子中，对Z轴上的电流指令值或电压指令值叠加高次谐波。本公开的技术也能够应用于不追加Z轴的dq轴的控制系统。在该情况下，在dq逆变换后向所有相注入任意的同相正弦波，由此能够降低感应电流。通常进行在dq轴上执行运算的矢量控制，具有与此对应的电路结构和控制算法的马达也很多。另一方面，在考虑Z轴的情况下，有时需要与通常的电路结构等不同的电路，有时需要施加大幅度的变更的电路设计。对于此，如果采用在dq轴上叠加高次谐波的结构，则可以不进行大幅度的电路变更等。
另外，所叠加的电流和电压的波形不限于正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等种类，只要是能够使相位适当地一致的波形即可。
图13和图14示出了使用了本公开的技术的模拟结果。图13和图14的纵轴表示电流，横轴表示时间。图13的左侧示出了叠加在基波上的校正波。图14的左侧示出了在基波上叠加了校正波时的感应电流。图14的右侧示出了未在基波上叠加校正波时的感应电流。从图14的结果可知，通过在基波上叠加校正波，能够降低感应电流。
图15示出了对马达的实机通电时的感应电流。图15的纵轴表示电流，横轴表示时间。图15的左侧示出了未在基波上叠加校正波时的感应电流。图15的右侧示出了在基波上叠加了校正波时的感应电流。从图15的结果可知，通过在基波上叠加校正波，能够降低感应电流。
(实施方式2)
汽车等车辆通常具有电动助力转向装置。电动助力转向装置生成辅助扭矩，该辅助扭矩用于对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的操舵扭矩进行辅助。辅助扭矩由辅助扭矩机构生成，能够减轻驾驶员的操作负担。例如，辅助扭矩机构具有操舵扭矩传感器、ECU、马达以及减速机构等。操舵扭矩传感器检测转向系统中的操舵扭矩。ECU根据操舵扭矩传感器的检测信号而生成驱动信号。马达根据驱动信号而生成与操舵扭矩对应的辅助扭矩，并将辅助扭矩经由减速机构传递给转向系统。
本公开的马达驱动单元400适合用于电动助力转向装置。图22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和辅助扭矩机构540。
转向系统520例如具有方向盘521、转向轴522(也被称为“转向柱”)、万向联轴器523A、523B、旋转轴524(也被称为“小齿轮轴”或“输入轴”)、齿条齿轮机构525、齿条轴526、左右球窝接头552A、552B、横拉杆527A、527B、转向节528A、528B以及左右操舵车轮(例如左右前轮)529A、529B。方向盘521经由转向轴522和万向联轴器523A、523B而与旋转轴524连结。旋转轴524经由齿条齿轮机构525而与齿条轴526连结。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的右端依次经由球窝接头552A、横拉杆527A以及转向节528A而连结有右操舵车轮529A。与右侧同样地，在齿条轴526的左端依次经由球窝接头552B、横拉杆527B以及转向节528B而连结有左操舵车轮529B。这里，“右侧”和“左侧”分别与从坐在座位上的驾驶员观察到的右侧和左侧一致。
根据转向系统520，通过驾驶员操作方向盘521而产生操舵扭矩，该操舵扭矩经由齿条齿轮机构525而传递给左右操舵车轮529A、529B。由此，驾驶员能够操作左右操舵车轮529A、529B。
辅助扭矩机构540例如具有操舵扭矩传感器541、ECU 542、马达543、减速机构544以及电力转换装置545。辅助扭矩机构540向从方向盘521至左右操舵车轮529A、529B的转向系统520提供辅助扭矩。另外，辅助扭矩有时也被称为“附加扭矩”。
作为ECU 542，能够使用实施方式的控制电路300，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。另外，马达543相当于实施方式的马达200。作为具有ECU542、马达543以及电力转换装置545的机电一体型单元，能够适当地使用实施方式的马达驱动单元400。
操舵扭矩传感器541检测由方向盘521施加的转向系统520的操舵扭矩。ECU 542根据来自操舵扭矩传感器541的检测信号(以下，记作“扭矩信号”)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操舵扭矩对应的辅助扭矩。辅助扭矩经由减速机构544而传递到转向系统520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮机构。辅助扭矩进一步从旋转轴524传递到齿条齿轮机构525。
根据转向系统520被施加辅助扭矩的部位，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22中例示了小齿轮辅助型的电动助力转向装置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。
ECU 542不仅可以被输入扭矩信号，也可以被输入例如车速信号。外部设备560例如是车速传感器。或者，外部设备560例如也可以是能够通过CAN(Controller AreaNetwork：控制器局域网)等车内网络而进行通信的其他ECU。ECU 542的微控制器能够根据扭矩信号、车速信号等、通过矢量控制等来控制马达543。
ECU 542根据至少扭矩信号来设定目标电流值。优选为，ECU 542考虑由车速传感器检测到的车速信号、还考虑由角度传感器320检测到的转子的旋转信号而设定目标电流值。ECU 542能够对马达543的驱动信号即驱动电流进行控制，以使得由电流传感器170检测到的实际电流值与目标电流值一致。
根据电动助力转向装置500，能够利用驾驶员的操舵扭矩加上马达543的辅助扭矩而得到的复合扭矩、通过齿条轴526而对左右操舵车轮529A、529B进行操作。特别是通过在上述的机电一体型单元中利用本公开的马达驱动单元400，提供了部件的品质提高并且在正常时和异常时均能够进行适当的电流控制的具有马达驱动单元的电动助力转向装置。
以上，对本公开的实施方式进行了说明。上述的实施方式的说明是例示的，并不限定本公开的技术。另外，也可以采用适当组合在上述的实施方式中进行了说明的各构成要素而取得的实施方式。
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、干燥机、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多种设备。
标号说明
100：电力转换装置；101：电源；102：线圈；103：电容器；110：第1逆变器；111H、112H、113H、141H、142H、143H：高侧开关元件(FET)；111L、112L、113L、141L、142L、143L：低侧开关元件(FET)；111R、112R、113R、141R、142R、143R：分流电阻；121、122、123、124、125、126：支路；131、132、133：H桥；140：第2逆变器；200：电动马达；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；400：马达驱动单元；500：电动助力转向装置。

Claims (11)

1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为向具有n相的绕组的马达提供的电力，n为3以上的整数，其中，
所述电力转换装置具有：
第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；
第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；以及
控制电路，其对所述第1逆变器和所述第2逆变器的动作进行控制，
所述n相的绕组包含第1相的绕组和第2相的绕组，
所述控制电路将用于降低由于向所述第1相的绕组通电而在所述第2相的绕组中感应出的感应电流的校正波叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述校正波包含与在所述第2相的绕组中感应出的所述感应电流为反相的电流成分。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述校正波包含与在所述第2相的绕组中感应出的所述感应电流为反相的电压成分。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有存储器，该存储器存储有示出向所述第1相的绕组提供的电流与由于向所述第1相通电而在所述第2相的绕组中感应出的感应电流的关系的表，
所述控制电路运算与使用所述表而取得的感应电流为反相的校正波，并叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有存储器，该存储器存储有示出向所述第1相的绕组提供的电流与用于降低由于向所述第1相通电而在所述第2相的绕组中感应出的感应电流的校正波的关系的表，
所述控制电路将使用所述表而取得的校正波叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有：
存储器，其存储有示出由于向所述第1相通电而在所述第2相的绕组中感应出的感应电流与用于降低所述感应电流的校正波的关系的表；以及
电流传感器，其检测在所述第2相的绕组中流动的电流，
所述控制电路从所述检测到的电流中提取感应电流的成分，使用所述表而取得用于降低所述提取出的感应电流的校正波，将所取得的所述校正波叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有电流传感器，该电流传感器检测在所述第2相的绕组中流动的电流，
所述控制电路从所述检测到的电流中提取感应电流的成分，运算与提取出的所述感应电流为反相的校正波，将运算出的所述校正波叠加在用于所述第2相的绕组的通电的基波上。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述n相的绕组还包含第3相的绕组，
所述控制电路将用于降低由于向所述第1相的绕组通电而在所述第3相的绕组中感应出的感应电流的校正波叠加在用于所述第3相的绕组的通电的基波上。
9.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和所述第2逆变器分别具有多个低侧开关元件和多个高侧开关元件，
所述第1逆变器的第1低侧开关元件和第1高侧开关元件与所述第1相的绕组的一端连接，
所述第1逆变器的第2低侧开关元件和第2高侧开关元件与所述第2相的绕组的一端连接，
所述第1逆变器的第3低侧开关元件和第3高侧开关元件与所述第3相的绕组的一端连接，
所述第2逆变器的第4低侧开关元件和第4高侧开关元件与所述第1相的绕组的另一端连接，
所述第2逆变器的第5低侧开关元件和第5高侧开关元件与所述第2相的绕组的另一端连接，
所述第2逆变器的第6低侧开关元件和第6高侧开关元件与所述第3相的绕组的另一端连接。
10.一种马达驱动单元，其具有：
权利要求1至9中的任意一项所述的电力转换装置；以及
马达。
11.一种电动助力转向装置，其具有权利要求10所述的马达驱动单元。
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