CN111034023A - 马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的马达控制方法获得第1逆变器的n(n为3以上的整数)相电流、第1逆变器的GND电流、第2逆变器的n相电流、以及第2逆变器的GND电流，根据第1逆变器的n相电流和GND电流而生成表示第1逆变器的分流电阻有无故障的第1故障信号，并且根据第2逆变器的n相电流和GND电流而生成表示第2逆变器的分流电阻有无故障的第2故障信号，参照示出第1故障信号和第2故障信号的电平的组与多个控制模式之间的关系的表，从多个控制模式之中选择一个控制模式，按照所选择的控制模式而对马达进行控制。

Description

马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向 装置
技术领域
本公开涉及马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置。
背景技术
近年来，开发了电动马达(以下，简述为“马达”)、逆变器以及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，要求高品质保证。因此，引入了即使在部件的一部分发生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两个电力转换装置。作为另一例，研究了在主微控制器中设置备用微控制器。
专利文献1公开了具有第1系统和第2系统的马达驱动装置。第1系统与马达的第1线圈组连接，具有第1逆变器部、电源继电器以及反向连接保护继电器等。第2系统与马达的第2线圈组连接，具有第2逆变器部、电源继电器以及反向连接保护继电器等。在马达驱动装置没有发生故障时，能够使用第1系统和第2系统双方对马达进行驱动。与此相对，在第1系统和第2系统中的一个系统、或者第1线圈组和第2线圈组中的一个线圈组发生故障时，电源继电器切断从电源向发生了故障的系统或与发生了故障的线圈组连接的系统的电力供给。能够使用没有发生故障的另一个系统继续进行马达驱动。
专利文献2和3也公开了具有第1系统和第2系统的马达驱动装置。即使一个系统或一个线圈组发生故障，也能够通过没有发生故障的系统继续进行马达驱动。
专利文献4公开了具有四个电分离单元和两个逆变器、对向三相马达提供的电力进行转换的马达驱动装置。针对一个逆变器，在电源和逆变器之间设置有一个电分离单元，在逆变器和接地端(以下，表述为GND)之间设置有一个电分离单元。能够使用发生了故障的逆变器中的绕组的中性点、通过没有发生故障的逆变器对马达进行驱动。此时，通过将与发生了故障的逆变器连接的两个电分离单元设为切断状态，使发生故障的逆变器与电源和GND分离。
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
专利文献4：日本特许第5797751号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述的现有技术中，要求适当地检测在相电流的检测中使用的分流电阻的故障。
本公开的实施方式提供具有能够适当地检测分流电阻的故障的故障检测方法的马达控制方法。
用于解决课题的手段
本公开的例示的马达控制方法用于电力转换装置，该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，该电力转换装置具有与所述n相的绕组的一端连接的第1逆变器以及与所述n相的绕组的另一端连接的第2逆变器，其中，所述马达控制方法包含以下步骤：电流获得步骤，获得在所述第1逆变器的n个支路所包含的n个第1分流电阻中流动的n相电流、在设置于所述第1逆变器的GND线上的第2分流电阻中流动的GND电流、在所述第2逆变器的n个支路所包含的n个第3分流电阻中流动的n相电流、以及在设置于所述第2逆变器的GND线上的第4分流电阻中流动的GND电流；故障信号生成步骤，根据在所述n个第1分流电阻中流动的n相电流和在所述第2分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第1逆变器的分流电阻有无故障的第1故障信号，并且根据在所述n个第3分流电阻中流动的n相电流和在所述第4分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第2逆变器的分流电阻有无故障的第2故障信号；控制模式选择步骤，参照示出所述第1故障信号和所述第2故障信号的电平的组与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式；以及马达控制步骤，按照所选择的所述控制模式而对所述马达进行控制。
本公开的例示的另一马达控制方法用于电力转换装置，该电力转换装置将来自电源的电力转换成提供给具有一端彼此进行Y连接的n相的绕组的马达的电力，n为3以上的整数，该电力转换装置具有与所述n相的绕组的另一端连接的逆变器，其中，所述马达控制方法包含以下步骤：电流获得步骤，获得在所述逆变器的n个支路所包含的n个第1分流电阻中流动的n相电流以及在设置于所述逆变器的GND线上的第2分流电阻中流动的GND电流；故障信号生成步骤，根据所述n相电流和所述GND电流而生成表示所述逆变器的分流电阻有无故障的故障信号；控制模式选择步骤，参照示出所述故障信号的电平与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式；以及马达控制步骤，按照所选择的所述控制模式而对所述马达进行控制。
发明效果
根据本公开的例示的实施方式，提供通过检测分流电阻的故障而从多个控制模式之中选择适当的控制模式、在分流电阻发生故障时也能够继续进行马达驱动的马达控制方法、电力转换装置、具有该电力转换装置的马达模块以及具有该马达模块的电动助力转向装置。
附图说明
图1是示意性示出例示的实施方式1的马达模块2000的典型的块结构的框图。
图2是示意性示出例示的实施方式1的逆变器单元100的电路结构的电路图。
图3是例示用于进行整个马达控制的控制器340的功能块的功能框图。
图4是例示用于进行分流电阻的故障检测的功能块的功能框图。
图5是例示出对按照三相通电控制来控制逆变器单元100时在马达200的A相、B相以及C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)的曲线图。
图6是示意性示出例示的实施方式1的变形例的具有单个逆变器140的逆变器单元100A的电路结构的电路图。
图7是示意性示出例示的实施方式1的另一变形例的具有单个逆变器140的逆变器单元100A的电路结构的电路图。
图8是示出例示的实施方式1的电动助力转向装置3000的典型结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的马达控制方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，为了避免使以下的说明变得不必要的冗长、并使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略对已知事项的详细说明以及对实质上相同的结构的重复说明。
在本说明书中，以将来自电源的电力转换为向具有三相(A相、B相、C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以及在该装置中使用的马达控制方法也在本公开的范围内。
(实施方式1)
[1.马达模块2000和电力转换装置1000的构造]
图1示意性示出了本实施方式的马达模块2000的典型的块结构。
马达模块2000典型地具有电力转换装置1000和马达200，该电力转换装置1000具有逆变器单元100和控制电路300。马达模块2000被模块化，例如能够作为具有马达、传感器、驱动器以及控制器的机电一体型马达而进行制造和销售。
电力转换装置1000能够将来自电源101(参照图2)的电力转换为向马达200提供的电力。电力转换装置1000与马达200连接。例如，电力转换装置1000能够将直流电力转换为作为A相、B相以及C相的伪正弦波的三相交流电力。在本说明书中，部件(结构要素)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A相的绕组M1、B相的绕组M2以及C相的绕组M3，与逆变器单元100的第1逆变器120和第2逆变器130连接。具体说明的话，第1逆变器120与马达200的各相的绕组的一端连接，第2逆变器130与各相的绕组的另一端连接。
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、控制器340、驱动电路350以及ROM 360。控制电路300的各部件例如安装于一块电路板(典型地为印刷板)。控制电路300与逆变器单元100连接，根据来自电流传感器150和角度传感器320的输入信号而对逆变器单元100进行控制。作为其控制方法，例如，具有矢量控制、脉冲宽度调制(PWM)或直接扭矩控制(DTC)。但是，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320。
控制电路300能够对作为目标的马达200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320。在该情况下，控制电路300能够对作为目标的马达扭矩进行控制。
电源电路310根据电源101的例如12V的电压而生成电路内的各块所需的电源电压(例如3V、5V)。
角度传感器320例如是旋转变压器或霍尔IC。或者，角度传感器320也可以通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合而实现。角度传感器320检测转子的旋转角(以下，表述为“旋转信号”)，并将旋转信号输出给控制器340。
输入电路330接收由电流传感器150检测到的相电流(以下，有时表述为“实际电流值”)，根据需要将实际电流值的电平转换为控制器340的输入电平而将实际电流值输出给控制器340。输入电路330例如是模拟数字转换电路。
控制器340是对电力转换装置1000的整体进行控制的集成电路，例如是微控制器或FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。控制器340对逆变器单元100的第1和第2逆变器120、130的各开关元件(典型地为半导体开关元件)的开关动作(打开或关闭)进行控制。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信号并将其输出给驱动电路350。
驱动电路350典型地为预驱动器(有时也被称为“栅极驱动器”)。驱动电路350根据PWM信号而生成对逆变器单元100的第1和第2逆变器120、130的各开关元件的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，并将控制信号赋予给各开关元件的栅极。在驱动对象是能够以低电压进行驱动的马达时，有时无需预驱动器。在该情况下，预驱动器的功能可以安装于控制器340。
ROM 360例如是能够写入的存储器(例如PROM)、能够改写的存储器(例如闪存)或读出专用的存储器。ROM 360保存有控制程序，该控制程序包含用于使控制器340控制电力转换装置1000的命令组。例如控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。
参照图2，对逆变器单元100的具体的电路结构进行说明。
图2示意性示出了本实施方式的逆变器单元100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，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可以像图示那样是在第1和第2逆变器120、130中共用的单一电源，也可以具有第1逆变器120用的第1电源(未图示)和第2逆变器130用的第2电源(未图示)。
熔断器ISW_11、ISW_12连接于电源101与第1逆变器120之间。熔断器ISW_11、ISW_12能够切断可能会从电源101向第1逆变器120流动的大电流。熔断器ISW_21、ISW_22连接于电源101与第2逆变器130之间。熔断器ISW_21、ISW_22能够切断可能会从电源101向第2逆变器130流动的大电流。也可以使用继电器等来代替熔断器。
虽未图示，但在电源101与第1逆变器120之间以及电源101与第2逆变器130之间设置有线圈。线圈作为噪声过滤器发挥功能，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，在各逆变器的电源端子连接有电容器。电容器是所谓的旁通电容器，抑制电压纹波。电容器例如是电解电容器，容量以及使用的个数是根据设计规格等而适当决定的。
第1逆变器120具有由三个支路构成的桥电路。各支路具有高边开关元件、低边开关元件以及分流电阻。A相支路具有高边开关元件SW_A1H、低边开关元件SW_A1L以及第1分流电阻S_A1。B相支路具有高边开关元件SW_B1H、低边开关元件SW_B1L以及第1分流电阻S_B1。C相支路具有高边开关元件SW_C1H、低边开关元件SW_C1L以及第1分流电阻S_C1。
作为开关元件，例如，可以使用在内部形成有寄生二极管的场效应晶体管(典型地为MOSFET)、或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)及与其并联连接的续流二极管的组合。
第1分流电阻S_A1用于检测在A相的绕组M1中流动的A相电流IA1，例如，连接于低边开关元件SW_A1L与GND线GL之间。第1分流电阻S_B1用于检测在B相的绕组M2中流动的B相电流IB1，例如，连接于低边开关元件SW_B1L与GND线GL之间。第1分流电阻S_C1用于检测在C相的绕组M3中流动的C相电流IC1，例如，连接于低边开关元件SW_C1L与GND线GL之间。另外，在GND线GL上设置有用于检测在该线中流动的GND电流IZ1的第2分流电阻S_Z1。四个分流电阻S_A1、S_B1、S_C1以及S_Z1共同地与第1逆变器120的GND线GL连接。
第2逆变器130具有由三个支路构成的桥电路。各支路具有高边开关元件、低边开关元件以及分流电阻。A相支路具有高边开关元件SW_A2H、低边开关元件SW_A2L以及分流电阻S_A2。B相支路具有高边开关元件SW_B2H、低边开关元件SW_B2L以及分流电阻S_B2。C相支路具有高边开关元件SW_C2H、低边开关元件SW_C2L以及分流电阻S_C2。
分流电阻S_A2用于检测A相电流IA2，例如，连接于低边开关元件SW_A2L与GND线GL之间。分流电阻S_B2用于检测B相电流IB2，例如，连接于低边开关元件SW_B2L与GND线GL之间。分流电阻S_C2用于检测C相电流IC2，例如，连接于低边开关元件SW_C2L与GND线GL之间。另外，在GND线GL上设置有用于检测在该线中流动的GND电流IZ2的第4分流电阻S_Z2。四个分流电阻S_A2、S_B2、S_C2以及S_Z2共同地与第2逆变器130的GND线GL连接。
上述的电流传感器150例如具有分流电阻S_A1、S_B1、S_C1、S_Z1、S_A2、S_B2、S_C2、S_Z2以及检测在各分流电阻中流动的电流的电流检测电路(未图示)。
第1逆变器120的A相支路(具体而言，高边开关元件SW_A1H与低边开关元件SW_A1L之间的节点)与马达200的A相的绕组M1的一端A1连接，第2逆变器130的A相支路与A相的绕组M1的另一端A2连接。第1逆变器120的B相支路与马达200的B相的绕组M2的一端B1连接，第2逆变器130的B相支路与绕组M2的另一端B2连接。第1逆变器120的C相支路与马达200的C相的绕组M3的一端C1连接，第2逆变器130的C相支路与绕组M3的另一端C2连接。
[2.具有分流电阻的故障检测的马达控制方法]
参照图3和图4，以图1所示的电力转换装置1000为例对在电力转换装置中使用的马达控制方法的具体例子进行说明，主要对检测分流电阻的故障的方法进行说明。但是，本公开的马达控制方法能够适当地用于在逆变器的各相的支路和GND线具有分流电阻的电力转换装置。
在对马达控制方法进行说明之前，对作为本发明的基础的见解进行说明。
例如，关于在图1所示的电力转换装置1000中对绕组M1、M2和M3进行通电的控制(表述为“三相通电控制”)，能够独立地控制在各相的绕组中流动的电流，因此能够通过对三相中的二相(例如A相、B相)的绕组进行通电而进行马达驱动。本发明人着眼于在逆变器的GND线中流动的GND电流与三相电流的关系，研究了检测分流电阻的故障的方法。
具有分流电阻的故障检测的马达控制方法的概要如下。
首先，获得在第1逆变器120的三个支路所包含的三个第1分流电阻S_A1、S_B1、S_C1中流动的三相电流IA1、IB1、IC1、在设置于第1逆变器120的GND线GL上的第2分流电阻S_Z1中流动的GND电流IZ1、在第2逆变器130的三个支路所包含的三个第3分流电阻S_A2、S_B2、S_C2中流动的三相电流IA2、IB2、IC2、以及在设置于第2逆变器130的GND线GL上的第4分流电阻S_Z2中流动的GND电流IZ2(电流获得步骤)。
接着，根据三相电流IA1、IB1、IC1以及GND电流IZ1而生成表示第1逆变器120的分流电阻有无故障的第1故障信号，并且根据三相电流IA2、IB2、IC2以及GND电流IZ2而生成表示第2逆变器130的分流电阻有无故障的第2故障信号(故障信号生成步骤)。
接着，参照示出第1故障信号和第2故障信号的电平的组与多个控制模式之间的关系的查找表(LUT)，从多个控制模式之中选择一个控制模式(控制模式选择步骤)。
接着，按照所选择的控制模式对马达200进行控制(马达控制步骤)。
上述的电流获得步骤、故障信号生成步骤、控制模式选择步骤以及马达控制步骤例如与通过电流传感器150来测定各相电流的周期同步地重复执行。
用于实现本实施方式的马达控制方法的算法例如也可以仅通过微控制器、面向特定用途的集成电路(ASIC)或FPGA等硬件而实现，也可以通过硬件与软件的组合而实现。
图3例示了用于进行整个马达控制的控制器340的功能块。图4例示了用于进行分流电阻的故障检测的功能块。
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进行表示的。在马达控制和分流电阻的故障检测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。这样的计算机程序保存于例如ROM 360。控制器340能够从ROM 360读出命令而逐次执行各处理。
控制器340例如具有故障检测单元800和马达控制单元900。
故障检测单元800获得在逆变器单元100的第1逆变器120侧检测到的三相电流IA1、IB1、IC1以及GND电流IZ1，并且获得在逆变器单元100的第2逆变器130侧检测到的三相电流IA2、IB2、IC2以及GND电流IZ2，从多个控制模式之中选择一个控制模式。故障检测单元800将与所选择的控制模式对应的模式信号mode输出给马达控制单元900。
马达控制单元900例如使用矢量控制、根据模式信号mode而生成对第1和第2逆变器120、130的开关元件的开关动作整体进行控制的PWM信号。马达控制单元900将PWM信号输出给驱动电路350。
马达控制单元900根据模式信号mode而切换第1和第2逆变器120、130的控制。具体说明的话，马达控制单元900能够根据模式信号mode而决定第1和第2逆变器120、130的开关元件的包含开关动作在内的接通和断开状态。马达控制单元900还能够根据模式信号mode而决定熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21、ISW_22的接通和断开状态。
在本说明书中，为了便于说明，有时将各功能块表述为单元。当然，该表述并不是出于将各功能块限定解释为硬件或软件的意图而使用的。
在各功能块以软件的形式安装于控制器340的情况下，该软件的执行主体例如可以是控制器340的核心。如上所述，控制器340可以通过FPGA而实现。在该情况下，全部或一部分的功能块能够通过硬件而实现。
通过使用多个FPGA而使处理分散，从而能够使特定的计算机的运算负载分散。在该情况下，图3和图4所示的功能块的全部或一部分能够分散地安装于多个FPGA。多个FPGA例如能够通过车载的控制局域网(CAN)而彼此可通信地连接起来，从而进行数据的发送和接收。
故障检测单元800例如具有加法器811、812、减法器821、822、绝对值单元831、832、比较器841、842以及LUT。
加法器811计算三相电流IA1、IB1、IC1的总和sum1(＝IA1+IB1+IC1)。加法器812计算三相电流IA2、IB2、IC2的总和sum2(＝IA2+IB2+IC2)。
减法器821求取三相电流IA1、IB1、IC1的总和sum1与GND电流IZ1的差分diff1。减法器822求取三相电流IA2、IB2、IC2的总和sum2与GND电流IZ2的差分diff2。
绝对值单元831求取差分diff1的第1绝对值abs1(＝|IA1+IB1+IC1-IZ1|)。绝对值单元832求取差分diff2的第2绝对值abs2(＝|IA2+IB2+IC2-IZ2|。
比较器841、842例如是迟滞比较器。根据迟滞比较器，即使在输入信号中存在噪声，也能够抑制输出信号的抖动。比较器841根据第1绝对值abs1与第1允许限度值的比较结果而生成第1故障信号fault1。比较器842根据第2绝对值abs2与第2允许限度值的比较结果而生成第2故障信号fault2。换言之，比较器841判定第1绝对值abs1是否处于允许的范围内。比较器842判定第2绝对值abs2是否处于允许的范围内。
第1允许限度值是取决于第1分流电阻S_A1、S_B1以及S_C1各自的性能的值。第2允许限度值是取决于第3分流电阻S_A2、S_B2以及S_C2各自的性能的值。典型地，作为第1分流电阻S_A1、S_B1、S_C1、第3分流电阻S_A2、S_B2、S_C2，使用相同性能的分流电阻，因此第1和第2允许限度值表示相同的值。
比较器841在第1绝对值abs1超过第1允许限度值的情况下，生成表示第1逆变器120的分流电阻发生故障的第1故障信号fault1，在第1绝对值abs1不到第1允许限度值的情况下，生成表示第1逆变器120的分流电阻无故障的第1故障信号fault1。“第1逆变器120的分流电阻发生故障”表示第1分流电阻S_A1、S_B1以及S_C1中的至少一个发生故障。例如，能够对表示分流电阻发生故障的第1故障信号fault1分配“1(高电平)”，对表示分流电阻无故障的第1故障信号fault1分配“0(低电平)”。
比较器842在第2绝对值abs2超过第2允许限度值的情况下，生成表示第2逆变器130的分流电阻发生故障的第2故障信号fault2，在第2绝对值abs2不到第2允许限度值的情况下，生成表示第2逆变器130的分流电阻无故障的第2故障信号fault2。“第2逆变器130的分流电阻发生故障”表示第3分流电阻S_A2、S_B2以及S_C2中的至少一个发生故障。与第1故障信号fault1同样地，例如，能够对表示分流电阻发生故障的第2故障信号fault2分配“1(高电平)”，对表示分流电阻无故障的第2故障信号fault2分配“0(低电平)”。
根据本公开的故障检测方法，在分流电阻没有发生故障的情况下，三相电流IA1、IB1、IC1的总和sum1理论上等于GND电流IZ1，三相电流IA2、IB2、IC2的总和sum2理论上等于GND电流IZ2。但是，实际上这些值不相等，因此考虑该误差而设置了允许限度值。另一方面，在分流电阻发生了故障的情况下，该平衡关系崩坏。能够通过监视该平衡关系的崩坏来检测分流电阻的故障。
查找表(LUT)850示出第1故障信号fault1和第2故障信号fault2的电平的组与多个控制模式之间的关系。表1例示了查找表的内容。LUT850还按照每个控制模式而示出了第1和第2逆变器120、130的开关元件的控制方式以及熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21、ISW_22的接通和断开状态。
[表1]
Figure BDA0002382771310000111
多个控制模式包含第1至第3控制模式。第1控制模式是在分流电阻没有发生故障的情况下使用的正常时的控制模式。具体而言，第1控制模式是使用第1和第2逆变器120、130双方而对绕组M1、M2、M3进行通电的控制模式。或者，第1控制模式也可以是使用第1和第2逆变器120、130中的一个逆变器的中性点以及另一个逆变器而对绕组M1、M2、M3进行通电的控制模式。
第2控制模式是在第1和第2逆变器120、130中的一方的分流电阻发生了故障的情况下使用的异常时的控制模式。第2控制模式是使用第1和第2逆变器120、130中的包含发生了故障的分流电阻的一个逆变器的中性点以及另一个逆变器而对绕组M1、M2、M3进行通电的控制模式。
第3控制模式是第1和第2逆变器120、130双方的分流电阻发生了故障的情况下使用的异常时的控制模式。第3控制模式是切断绕组M1、M2和M3的通电的控制模式。
根据表1的LUT，在第1和第2故障信号fault1、fault2的电平均示出“0”的情况下，选择第1控制模式。从故障检测单元800输出与所选择的控制模式对应的模式信号mode。模式信号mode例如能够用2位(bit)来表示。例如，能够对第1控制模式的模式信号mode分配“00”。
在第1故障信号fault1的电平示出“1”、第2故障信号fault2的电平示出“0”时，选择第2控制模式。在该情况下，例如，能够对第2控制模式的模式信号mode分配“10”。另外，在第1故障信号fault1的电平示出“0”、第2故障信号fault2的电平示出“1”时，选择第2控制模式。例如，能够对第2控制模式的模式信号mode分配“01”。
在第1和第2故障信号fault1、fault2的电平均示出“1”时，选择第3控制模式。例如，能够对第3控制模式的模式信号mode分配“11”。
模式信号mode输出给马达控制单元900。马达控制单元900能够与故障检测单元800共有相同的LUT。马达控制单元900能够参照该LUT、根据模式信号mode而切换第1和第2逆变器120、130的控制方法。
马达控制单元900在接收到示出“00”的模式信号mode时，参照LUT而选择第1控制模式。马达控制单元900生成对第1和第2逆变器120、130双方的全部的开关元件的开关动作进行控制的PWM信号，并输出给驱动电路350(参照图1)。由此，能够对绕组M1、M2以及M3进行通电(通过三相通电控制)，从而对马达200进行驱动。
在第1控制模式中，例如，马达控制单元900使熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21以及ISW_22全部接通。由此，马达200经由第1逆变器120和第2逆变器130而与电源101连接。在本实施方式中，熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21以及ISW_22由马达控制单元900进行控制。但是，这些熔断器例如也可以由驱动电路350进行控制。
图5例示了对按照三相通电控制来控制逆变器单元100时在马达200的A相、B相以及C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)。横轴表示马达电度角(度)，纵轴表示电流值(A)。在图5的电流波形中，每30°电度角地对电流值进行标绘。Ipk表示各相的最大电流值(峰电流值)。例如，马达控制单元900能够生成用于取得图5所示的电流波形的PWM信号。
马达控制单元900在选择第1控制模式时，可以进行使用了中性点的三相通电控制。马达控制单元900可以使熔断器ISW_11、ISW_12断开、使ISW_21、ISW_22接通。马达控制单元900可以在该状态下例如使第1逆变器120的全部的开关元件SW_A1H、SW_B1H、SW_C1H、SW_A1L、SW_B1L、SW_C1L接通。由此，第1逆变器120内的节点全部为等电位，能够使等电位的节点作为中性点发挥功能。马达控制单元900在该状态下生成对第2逆变器130的开关元件的开关动作进行控制的PWM信号，并输出给驱动电路350。这样，马达控制单元900能够与马达的Y接线的情况同样地通过使用了中性点的三相通电控制而对马达200进行驱动。
马达控制单元900可以使熔断器ISW_11、ISW_12接通、使ISW_21、ISW_22断开。马达控制单元900可以使第2逆变器130的全部的开关元件SW_A2H、SW_B2H、SW_C2H、SW_A2L、SW_B2L以及SW_C2L接通。马达控制单元900也可以在使第2逆变器130的节点作为中性点发挥功能的状态下生成对第1逆变器120的开关元件的开关动作进行控制的PWM信号，并输出给驱动电路350。
马达控制单元900在接收到示出“10”的模式信号mode时，参照查找表而选择第2控制模式。马达控制单元900使熔断器ISW_11和ISW_12断开，并且使ISW_21和ISW_22接通。由此，马达200与包含发生了故障的分流电阻的第1逆变器120电分离，经由第2逆变器130而与电源101连接。
当第1逆变器120的分流电阻发生故障时，变得无法测定第1逆变器120的相电流，因此难以对第1逆变器120的开关元件进行PWM控制。因此，马达控制单元900使第1逆变器120的全部的开关元件SW_A1H、SW_B1H、SW_C1H、SW_A1L、SW_B1L以及SW_C1L接通。马达控制单元900在使第1逆变器120的节点作为中性点发挥功能的状态下，生成对第2逆变器130的开关元件的开关动作进行控制的PWM信号，并输出给驱动电路350。
马达控制单元900在接收到示出“01”的模式信号mode时，参照查找表而选择第2控制模式。马达控制单元900使熔断器ISW_11和ISW_12接通，并且使ISW_21和ISW_22断开。由此，马达200经由第1逆变器120而与电源101连接，与包含发生了故障的分流电阻的第2逆变器130电分离。
当第2逆变器130的分流电阻发生故障时，变得无法测定第2逆变器130的相电流，因此难以对第2逆变器130的开关元件19进行PWM控制。因此，马达控制单元900使第2逆变器130的全部的开关元件SW_A2H、SW_B2H、SW_C2H、SW_A2L、SW_B2L以及SW_C2L接通。马达控制单元900在使第2逆变器130的节点作为中性点发挥功能的状态下，生成对第1逆变器120的开关元件的开关动作进行控制的PWM信号，并输出给驱动电路350。
马达控制单元900在接收到示出“11”的模式信号mode时，参照查找表而选择第3控制模式。马达控制单元900使熔断器ISW_11、ISW_12、ISW_21以及ISW_22全部断开。由此，马达200与电源101电分离。
当第1和第2逆变器120、130双方的分流电阻发生故障时，变得无法进行三相通电控制。因此，马达控制单元900将三相通电控制切断。例如，马达控制单元900可以将切断通知信号输出给用于切断三相通电控制的切断电路(参照图6)。当马达控制模式切换为第3控制模式时，例如，电动动力转向(EPS)装置的控制模式从扭矩的辅助模式切换为手动转向模式。
根据本实施方式，在某个分流电阻发生了故障的情况下，能够确定在第1和第2逆变器120、130中的哪个逆变器中发生了故障。根据故障检测单元800的输出而选择适当的控制模式，从而能够继续进行马达驱动。
本公开的马达控制方法不限于具备图2所示那样的具有三个H桥的逆变器单元100的电力转换装置1000，也能够适当地用于对绕组的一端彼此进行Y连接的马达进行驱动的电力转换装置。
图6示意性示出了本实施方式的变形例的具有单个逆变器140的逆变器单元100A的电路结构。
逆变器单元100A与具有一端彼此进行Y连接的三相的绕组的马达连接。另外，本公开能够用于能够检测三相电流的马达，也能够用于具有一端彼此进行三角形连接的绕组的马达。逆变器140的A相支路具有低边开关元件SW_AL、高边开关元件SW_AH以及第1分流电阻S_A。B相支路具有低边开关元件SW_BL、高边开关元件SW_BH以及第1分流电阻S_B。C相支路具有低边开关元件SW_CL、高边开关元件SW_CH以及第1分流电阻S_C。用于检测GND电流的第2分流电阻S_Z设置于逆变器140的GND线GL上。
本实施方式的控制器340能够通过与上述的故障检测方法相同的方法而执行以下的处理。
控制器340获得在三个第1分流电阻S_A、S_B、S_C中流动的三相电流IA、IB、IC以及在第2分流电阻S_Z中流动的GND电流Iz。
控制器340根据三相的相电流IA、IB、IC以及GND电流Iz而生成表示逆变器140的分流电阻有无故障的故障信号。控制器340例如能够使用图4所示的功能块的上侧的块而生成故障信号。
控制器340参照示出故障信号的电平与多个控制模式之间的关系的表而从多个控制模式之中选择一个控制模式。多个控制模式例如可以包含在正常时进行三相通电控制的控制模式(相当于第1控制模式)、以及在异常时切断三相通电控制的控制模式(相当于第3控制模式)。
控制器340按照所选择的控制模式而对逆变器140的开关元件的开关动作进行控制。
在图6所示的逆变器单元100A的结构中，通过对三相电流IA、IB、IC的总和与GND电流Iz进行比较，只要它们的差分在允许范围内，就能够判定为分流电阻没有发生故障。当该差分超过允许范围时，能够判定为三个分流电阻S_A、S_B以及S_C中的至少一个发生故障。能够根据该判定结果而切换控制模式。在检测到分流电阻发生故障的情况下，只要切换为切断三相通电控制的控制模式即可。如图6所示，来自故障检测单元800的模式信号mode能够输出到切断马达200与逆变器140的连接的切断电路SDC。
图7示意性示出本实施方式的另一变形例的具有单个逆变器140的逆变器单元100A的电路结构。
如图7所示，逆变器单元100A还具有中性点用支路D。中性点用支路D具有高边开关元件SW_NH和低边开关元件SW_NL。在马达200的接线方式为Y接线的情况下，中性点用支路D、具体而言高边开关元件SW_NH和低边开关元件SW_NL之间的节点与对绕组M1、M2和M3的一端进行Y接线的马达的中性点节点NP连接。中性点用支路D连接于将逆变器130的三个支路连接起来的低边侧和高边侧的节点之间。
在该变形例的结构中，与上述的情况同样地，故障检测单元800能够检测分流电阻的故障。在图7中例示了不具有分流电阻的中性点用支路D。但是，中性点用支路D也可以与逆变器140的支路同样地具有分流电阻(未图示)。在该情况下，故障检测单元800对由中性点用支路D的分流电阻检测到的电流和由分流电阻S_A、S_B、S_C检测到的各电流进行比较，能够判别各分流电阻有无故障。
故障检测单元800对由中性点用支路D的分流电阻检测到的电流值和由分流电阻S_Z检测到的电流进行比较，从而能够检测分流电阻S_Z的故障。另外，故障检测单元800对由中性点用支路D的分流电阻、分流电阻S_A、S_B、S_C、S_Z检测到的电流值进行相互比较，从而能够检测各分流电阻的故障。
(实施方式2)
图8示意性示出了本实施方式的电动助力转向装置3000的典型结构。
汽车等车辆通常具有电动助力转向装置。本实施方式的电动助力转向装置3000具有转向系统520和生成辅助扭矩的辅助扭矩机构540。电动助力转向装置3000生成辅助扭矩，该辅助扭矩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。通过辅助扭矩而减轻了驾驶员的操作负担。
转向系统520例如可以具有方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、旋转轴524、齿轮齿条机构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529A、529B。
辅助扭矩机构540例如具有操舵扭矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543以及减速机构544等。操舵扭矩传感器541检测转向系统520的操舵扭矩。ECU 542根据操舵扭矩传感器541的检测信号而生成驱动信号。马达543根据驱动信号而生成与操舵扭矩对应的辅助扭矩。马达543经由减速机构544而将所生成的辅助扭矩传递给转向系统520。
ECU 542例如具有实施方式1的控制器340和驱动电路350等。在汽车中，构建以ECU为核心的电子控制系统。在电动助力转向装置3000中，例如，由ECU 542、马达543以及逆变器545构建了马达驱动单元。在该系统中，能够适当地使用实施方式1的马达模块2000。
本公开的实施方式也能够适当地用于线控换挡、线控转向、线控刹车等电子线控以及牵引马达等马达控制系统。例如，安装有本公开的实施方式的马达控制方法的EPS能够搭载于与日本政府和美国高速公路安全管理局(NHTSA)所规定的电平0至4(自动化的基准)对应的自动驾驶车。
产业上的可利用性
本公开的实施方式能够广泛地用于吸尘器、烘干机、吊扇、洗衣机、冰箱以及电动助力转向装置等各种具有马达的多种设备。
标号说明
100、100A：逆变器单元；101：电源；120：第1逆变器；130：第2逆变器；140：逆变器；150：电流传感器；200：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；360：ROM；1000：电力转换装置；2000：马达模块；3000：电动助力转向装置；ISW_11、ISW_12、ISW_21、ISW_22：熔断器；SW_A1H、SW_B1H、SW_C1H、SW_A1L、SW_B1L、SW_C1L、SW_AH、SW_BH、SW_CH：开关元件；S_A1、S_B1、S_C1、S_A2、S_B2、S_C2、S_A、S_B、S_C、S_Z1、S_Z2、S_Z：分流电阻。

Claims (15)

1.一种马达控制方法，用于电力转换装置，该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，该电力转换装置具有与所述n相的绕组的一端连接的第1逆变器以及与所述n相的绕组的另一端连接的第2逆变器，其中，
所述马达控制方法包含以下步骤：
电流获得步骤，获得在所述第1逆变器的n个支路所包含的n个第1分流电阻中流动的n相电流、在设置于所述第1逆变器的GND线上的第2分流电阻中流动的GND电流、在所述第2逆变器的n个支路所包含的n个第3分流电阻中流动的n相电流、以及在设置于所述第2逆变器的GND线上的第4分流电阻中流动的GND电流；
故障信号生成步骤，根据在所述n个第1分流电阻中流动的n相电流和在所述第2分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第1逆变器的分流电阻有无故障的第1故障信号，并且根据在所述n个第3分流电阻中流动的n相电流和在所述第4分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第2逆变器的分流电阻有无故障的第2故障信号；
控制模式选择步骤，参照示出所述第1故障信号和所述第2故障信号的电平的组与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式；以及
马达控制步骤，按照所选择的所述控制模式而对所述马达进行控制。
2.根据权利要求1所述的马达控制方法，其中，
所述故障信号生成步骤包含以下内容：
计算在所述n个第1分流电阻中流动的n相电流的总和与在所述第2分流电阻中流动的GND电流的差分的第1绝对值；以及
计算在所述n个第3分流电阻中流动的n相电流的总和与在所述第4分流电阻中流动的GND电流的差分的第2绝对值。
3.根据权利要求2所述的马达控制方法，其中，
所述故障信号生成步骤还包含以下内容：
根据所述第1绝对值与第1允许限度值的比较结果而生成所述第1故障信号；以及
根据所述第2绝对值与第2允许限度值的比较结果而生成所述第2故障信号。
4.根据权利要求3所述的马达控制方法，其中，
在所述故障信号生成步骤中，
在所述第1绝对值超过所述第1允许限度值的情况下，生成表示所述第1逆变器的分流电阻发生故障的所述第1故障信号，在所述第1绝对值不到所述第1允许限度值的情况下，生成表示所述第1逆变器的分流电阻无故障的所述第1故障信号，
在所述第2绝对值超过所述第2允许限度值的情况下，生成表示所述第2逆变器的分流电阻发生故障的所述第2故障信号，在所述第2绝对值不到所述第2允许限度值的情况下，生成表示所述第2逆变器的分流电阻无故障的所述第2故障信号。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的马达控制方法，其中，
所述多个控制模式具有：
第1控制模式，使用所述第1逆变器和所述第2逆变器、或者使用所述第1逆变器和所述第2逆变器中的一个逆变器的中性点以及另一个逆变器而对所述n相的绕组进行通电；
第2控制模式，使用所述第1逆变器和所述第2逆变器中的包含发生了故障的分流电阻的一个逆变器的中性点以及另一个逆变器而对所述n相的绕组进行通电；以及
第3控制模式，切断所述n相的绕组的通电。
6.根据权利要求5所述的马达控制方法，其中，
在所述控制模式选择步骤中，
在所述第1故障信号表示所述第1逆变器的分流电阻无故障、并且所述第2故障信号表示所述第2逆变器的分流电阻无故障的情况下，选择所述第1控制模式作为所述控制模式，
在所述第1故障信号表示所述第1逆变器的分流电阻无故障、并且所述第2故障信号表示所述第2逆变器的分流电阻发生故障的情况下，或者在所述第1故障信号表示所述第1逆变器的分流电阻发生故障、并且所述第2故障信号表示所述第2逆变器的分流电阻无故障的情况下，选择所述第2控制模式作为所述控制模式，
在所述第1故障信号表示所述第1逆变器的分流电阻发生故障、并且所述第2故障信号表示所述第2逆变器的分流电阻发生故障的情况下，选择所述第3控制模式作为所述控制模式。
7.一种马达控制方法，用于电力转换装置，该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，该电力转换装置具有与所述n相的绕组连接的逆变器，其中，
所述马达控制方法包含以下步骤：
电流获得步骤，获得在所述逆变器的n个支路所包含的n个第1分流电阻中流动的n相电流以及在设置于所述逆变器的GND线上的第2分流电阻中流动的GND电流；
故障信号生成步骤，根据所述n相电流和所述GND电流而生成表示所述逆变器的分流电阻有无故障的故障信号；
控制模式选择步骤，参照示出所述故障信号的电平与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式；以及
马达控制步骤，按照所选择的所述控制模式而对所述马达进行控制。
8.根据权利要求7所述的马达控制方法，其中，
所述电力转换装置还具有中性点用支路，该中性点用支路包含低边开关元件、高边开关元件以及第3分流电阻，该中性点用支路与对所述n相的绕组的一端进行Y连接的所述马达的中性点节点连接，
在所述电流获得步骤中，还获得在所述第3分流电阻中流动的电流，
在所述故障信号生成步骤中，根据在所述第3分流电阻中流动的电流、所述n相电流以及所述GND电流而生成表示所述逆变器的分流电阻有无故障的故障信号。
9.一种电力转换装置，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，其具有各自包含低边开关元件、高边开关元件以及第1分流电阻的n个支路，与所述n相的绕组的一端连接，并且在该第1逆变器中，用于检测GND电流的第2分流电阻设置于GND线上；
第2逆变器，其具有各自包含低边开关元件、高边开关元件以及第3分流电阻的n个支路，与所述n相的绕组的另一端连接，并且在该第2逆变器中，用于检测GND电流的第4分流电阻设置于GND线上；以及
控制电路，其对所述第1逆变器和所述第2逆变器的开关元件的开关动作进行控制，并且该控制电路获得在所述第1逆变器的n个支路所包含的n个第1分流电阻中流动的n相电流、在所述第1逆变器的所述第2分流电阻中流动的GND电流、在所述第2逆变器的n个支路所包含的n个第3分流电阻中流动的n相电流、以及在所述第2逆变器的所述第4分流电阻中流动的GND电流，根据在所述n个第1分流电阻中流动的n相电流和在所述第2分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第1逆变器的分流电阻有无故障的第1故障信号，并且根据在所述n个第3分流电阻中流动的n相电流和在所述第4分流电阻中流动的GND电流而生成表示所述第2逆变器的分流电阻有无故障的第2故障信号，参照示出所述第1故障信号和所述第2故障信号的电平的组与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式，按照所选择的所述控制模式而对所述第1逆变器和所述第2逆变器的开关元件的开关动作进行控制。
10.一种电力转换装置，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：
逆变器，其具有各自包含低边开关元件、高边开关元件以及第1分流电阻的n个支路，与所述n相的绕组连接，在该逆变器中，用于检测GND电流的第2分流电阻设置于GND线上；以及
控制电路，其对所述逆变器的开关元件的开关动作进行控制，并且该控制电路获得在所述n个第1分流电阻中流动的n相电流和在所述第2分流电阻中流动的GND电流，根据所述n相电流和所述GND电流而生成表示所述逆变器的分流电阻有无故障的故障信号，参照示出所述故障信号的电平与多个控制模式之间的关系的表，从所述多个控制模式之中选择一个控制模式，按照所选择的所述控制模式而对所述逆变器的开关元件的开关动作进行控制。
11.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具有中性点用支路，该中性点用支路包含低边开关元件和高边开关元件，该中性点用支路与对所述n相的绕组的一端进行Y连接的所述马达的中性点节点连接。
12.根据权利要求11所述的电力转换装置，其中，
所述中性点用支路连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的低边侧和高边侧的节点之间。
13.根据权利要求12所述的电力转换装置，其中，
所述中性点用支路具有第3分流电阻。
14.一种马达模块，其具有：
马达；以及
权利要求9至13中的任意一项所述的电力转换装置。
15.一种电动助力转向装置，其具有权利要求14所述的马达模块。
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