CN111164864B - 马达模块和电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

提供马达模块，在电源系统和逆变器中的至少一个部件发生了故障的情况下，能够抑制马达输出降低。本公开的马达模块(1000)具有：马达(200)，其具有n相的绕组，n为3以上的整数；第1基板(CB1)，其与第1电源(410)连接；第1逆变器(120)，其安装于第1基板，与马达的各相的绕组的一端连接；功率系统电源电路，其安装于第1基板，对第1电源的电源电压进行降压或升压；第1散热器(511)，其与第1基板热接触；第2基板(CB2)，其与第2电源(420)连接；以及第2逆变器(130)，其安装于第2基板，与马达的各相的绕组的另一端连接。

Description

马达模块和电动助力转向装置

技术领域

本公开涉及马达模块和电动助力转向装置。

背景技术

近年来，开发了将电动马达(以下，简记为“马达”)、电力转换装置以及电子控制单元(ECU)一体化的机电一体型马达，其中，该电力转换装置将来自电源的电力转换为向马达提供的电力。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，采用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两个电力转换装置。

专利文献1公开了一种马达模块，该马达模块具有：马达，其具有一对绕组群(winding set)；一对逆变器电路，其向一对绕组群提供电力；一对预驱动器，其与一对逆变器电路连接；以及微控制器，其对一对预驱动器进行控制。在本说明书中，将专利文献1那样的一对逆变器电路与一对绕组群连接的结构称为“双逆变器结构”。专利文献1的马达模块具有电源基板和控制基板。在电源基板上安装有平滑电容器和扼流线圈等无源元件，在控制基板上安装有微控制器和预驱动器等控制电路。

专利文献2公开了具有双逆变器结构的马达模块。与专利文献1同样地，专利文献2的马达模块也具有两块基板，在一块上安装有平滑电容器和扼流线圈等无源元件，在另一块上安装有微控制器和预驱动器等控制电路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5177711号

专利文献2：日本特开2017-191093号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的现有技术中，要求在电源系统和逆变器中的至少一个部件发生了故障的情况下，抑制马达输出降低。

本公开的实施方式提供能够实现电源冗余、并且在电源系统和逆变器中的至少一个部件发生了故障的情况下能够抑制马达输出降低的马达模块和具有该马达模块的电动助力转向装置。

用于解决课题的手段

本公开的例示的马达模块具有：马达，其具有n相的绕组，n为3以上的整数；第1基板，其与第1电源连接；第1逆变器，其安装于所述第1基板，与所述马达的各相的绕组的一端连接；功率系统电源电路，其安装于所述第1基板，对所述第1电源的电源电压进行降压或升压；第1散热器，其与所述第1基板热接触；第2基板，其与第2电源连接；以及第2逆变器，其安装于所述第2基板，与所述马达的各相的绕组的另一端连接。

发明效果

根据本公开的例示的实施方式，提供了能够实现电源冗余、并且在电源系统和逆变器中的至少一个部件发生了故障的情况下能够抑制马达输出降低的马达模块和具有该马达模块的电动助力转向装置。

附图说明

图1是示出本公开的马达模块1000的代表性的块结构的框图。

图2是示出本公开的电力转换装置100的代表性的FHB型的电路结构的电路图。

图3是示出第1马达控制装置310的典型的块结构的框图。

图4是示出本公开的马达模块1000的构造的示意图。

图5是示出例示的实施方式1的马达控制装置的块结构的框图。

图6是示出例示的实施方式1的马达控制装置的另一块结构的框图。

图7是示出升压电路的电路结构例的电路图。

图8是示出例示的实施方式1的马达控制装置的又一块结构的框图。

图9是示出降压电路的电路结构例的电路图。

图10是示出沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形的示意图。

图11是示出沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形的示意图。

图12是示出沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形的示意图。

图13是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的变形例的电路结构的电路图。

图14是示出例示的实施方式2的马达控制装置的块结构的框图。

图15是示出例示的实施方式2的马达控制装置的另一块结构的框图。

图16是示出沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形的示意图。

图17是示出沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形的示意图。

图18A是示出在基板CB1的两面上安装有电子部件的情形的示意图。

图18B是示出在基板CB1的两面上安装有电子部件的情形的示意图。

图19是示出例示的实施方式2的马达模块1000中的基板CB1和基板CB2的z轴方向上的配置的情形的示意图。

图20是示出例示的实施方式3的电动助力转向装置3000的典型的结构的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的马达模块和电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，为了避免以下的说明不必要地冗长，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，有时省略对公知事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。另外，只要不产生矛盾，则也可以组合一个实施方式和其他实施方式。

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全H桥(FHB)型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属于本公开的范畴。而且，具有专利文献1或2那样的双逆变器结构的电力转换装置也属于本公开的范畴。

首先，参照图1对本公开的马达模块1000的代表性的块结构进行说明。

图1示出了本公开的马达模块1000的代表性的块结构。马达模块1000具有电力转换装置100、马达200、第1马达控制装置310以及第2马达控制装置320，其中，该电力转换装置100具有第1逆变器120和第2逆变器130。马达模块1000经由线束与外部的第1电源410和第2电源420连接。在本说明书中，有时将第1马达控制装置310和第2马达控制装置320统称为“马达控制装置”。

马达模块1000可以被模块化而作为例如具有马达、传感器、驱动器以及控制器的机电一体型马达进行制造和销售。马达模块1000例如优选用于电动助力转向(EPS)装置。马达200以外的电力转换装置100和马达控制装置也可以被模块化而进行制造和销售。

参照图2对本公开的电力转换装置100的代表性的FHB型的电路结构进行说明。但是，如上所述，电力转换装置100也可以具有双逆变器构造。

图2示出了本公开的电力转换装置100的代表性的FHB型的电路结构。电力转换装置100具有第1逆变器120和第2逆变器130。电力转换装置100将来自第1电源410和第2电源420的电力转换为向马达200提供的电力。例如，第1和第2逆变器120、130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。

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，并与第1逆变器120和第2逆变器130连接。具体而言，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。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。

第1逆变器120具有与各相对应的端子A_L、B_L以及C_L。第2逆变器130具有与各相对应的端子A_R、B_R以及C_R。第1逆变器120的端子A_L与A相的绕组M1的一端连接，端子B_L与B相的绕组M2的一端连接，端子C_L与C相的绕组M3的一端连接。与第1逆变器120同样地，第2逆变器130的端子A_R与A相的绕组M1的另一端连接，端子B_R与B相的绕组M2的另一端连接，端子C_R与C相的绕组M3的另一端连接。

电源具有向第1逆变器120提供电力的第1电源410和向第2逆变器130提供电力的第2电源420。第1电源410和第2电源420的各电源电压例如是12V、16V、24V或48V。作为电源，例如使用直流电源。但是，电源也可以是AC-DC转换器和DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。另外，也可以使用第1和第2逆变器120、130所共用的一个电源。

在第1电源410与第1逆变器120之间设置有线圈102。在第2电源420与第2逆变器130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侧流出。

在各逆变器的电源端子连接有电容器103。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而适当决定的。

第1逆变器120具有包含三个支路的桥电路。各支路具有低边开关元件和高边开关元件。A相支路具有低边开关元件121L和高边开关元件121H。B相支路具有低边开关元件122L和高边开关元件122H。C相支路具有低边开关元件123L和高边开关元件123H。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)。以下，对使用MOSFET作为开关元件的例子进行说明，有时将开关元件记作SW。例如，将低边开关元件121L、122L以及123L记作SW 121L、122L以及123L。

第1逆变器120具有电流传感器150所包含的三个分流电阻121R、122R以及123R，该电流传感器150检测在A相、B相以及C相的各相的绕组中流动的电流。电流传感器150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121R、122R以及123R分别连接在第1逆变器120的三个支路所包含的三个低边开关元件与GND之间。具体而言，分流电阻121R电连接在SW 121L与GND之间，分流电阻122R电连接在SW 122L与GND之间，分流电阻123R电连接在SW 123L与GND之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ～1.0mΩ左右。

与第1逆变器120同样地，第2逆变器130具有包含三个支路的桥电路。A相支路具有低边开关元件131L和高边开关元件131H。B相支路具有低边开关元件132L和高边开关元件132H。C相支路具有低边开关元件133L和高边开关元件133H。另外，第2逆变器130具有电流传感器150所包含的三个分流电阻131R、132R以及133R。这些分流电阻连接在三个支路所包含的三个低边开关元件与GND之间。

对于各逆变器，分流电阻的数量不限于三个。例如，可以使用A相、B相用的两个分流电阻、B相、C相用的两个分流电阻、以及A相、C相用的两个分流电阻。所使用的分流电阻的数量以及分流电阻的配置是考虑产品成本和设计规格等而适当决定的。

不限于图示的例子，所使用的开关元件的个数是考虑设计规格等而适当决定的。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，因此优选预先设置在各逆变器中使用的多个开关元件。

如上所述，第2逆变器130具有与第1逆变器120的构造实质上相同的构造。在图2中，为了便于说明，将纸面的左侧的逆变器记作第1逆变器120，将右侧的逆变器记作第2逆变器130。然而，这样的表述不应被解释为意图限定本公开。“第1逆变器120”和“第2逆变器130”这些词语能够无区别地用作电力转换装置100的结构要素。

参照图3对第1马达控制装置310内的第1控制电路314的周边的块结构进行说明。第2马达控制装置320的块结构进行马达控制，这一点与第1马达控制装置310的块结构实质上相等，因此省略其说明。

图3示出了第1马达控制装置310的典型的块结构。第1马达控制装置310例如具有第1电源电路311、角度传感器312、输入电路313、第1控制电路314、第1驱动电路315以及ROM319。角度传感器312是第1马达控制装置310和第2马达控制装置320所共用的传感器。但是，作为角度传感器312，也可以分别设置用于第1马达控制装置310的角度传感器和用于第2马达控制装置320的角度传感器。

第1马达控制装置310与电力转换装置100的第1逆变器120连接。第1马达控制装置310对第1逆变器120的多个开关元件的开关动作进行控制。具体而言，第1马达控制装置310生成对各SW的开关动作进行控制的控制信号(以下，记作“栅极控制信号”)并输出给第1逆变器120。第2马达控制装置320与第2逆变器130连接。第2马达控制装置320生成栅极控制信号并输出给第2逆变器130。

马达控制装置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，马达控制装置也可以具有扭矩传感器来代替角度传感器312。在这种情况下，马达控制装置能够对作为目标的马达扭矩进行控制。

第1电源电路311生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V或5V)。第1电源电路311与后述的功率系统电源电路不同。

角度传感器312例如是旋转变压器或霍尔IC。或者，角度传感器312也能够通过具有磁阻(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312检测转子的旋转角(以下，记作“旋转信号”)，并将旋转信号输出给第1控制电路314和第2马达控制装置320的第2控制电路324(参照图5)。

输入电路313接受由电流传感器150的分流电阻121R、122R以及123R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第1控制电路314的输入电平而将实际电流值输出给第1控制电路314。输入电路313例如是模拟数字转换电路。

第1控制电路314是对第1逆变器120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)。

第1控制电路314对电力转换装置100的第1逆变器120的各SW的开关动作(接通或断开)进行控制。第1控制电路314根据实际电流值和转子的旋转信号等来设定目标电流值，生成PWM信号，并将其输出给第1驱动电路315。

第1驱动电路315典型地是栅极驱动器(或预驱动器)。第1驱动电路315根据PWM信号而生成栅极控制信号，并对第1逆变器120的开关元件的栅极赋予该控制信号。当驱动对象是能够以低电压来驱动的马达时，有时不必是栅极驱动器。在该情况下，栅极驱动器的功能能够安装于第1控制电路314。

ROM 319与第1控制电路314电连接。ROM 319例如是可写入的存储器(例如PROM)、可改写的存储器(例如闪存)或只读存储器。ROM 319保存有控制程序，该控制程序包含用于使第1控制电路314控制电力转换装置100的指令组。例如，控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。

图4是示出马达模块1000的构造的示意图。在图4中示出了沿着中心轴线211进行图中的yz面切断的情况下的马达模块1000的截面。

马达模块1000具有定子220、转子230、壳体212、轴承保持架214、轴承215以及轴承216。定子220也被称作电枢。中心轴线211是转子230的旋转轴线。

壳体212是有底的大致圆筒状的箱体，在内部收纳定子220、轴承215以及转子230。

轴承保持架214分隔出马达模块1000内部的收纳定子220和转子230的空间和收纳两块基板(第1和第2基板)CB1、CB2的空间。轴承保持架214是板状的部件，在其中央部保持轴承216。

定子220呈环状，具有层叠体222和绕组221。层叠体222也被称作层叠环状铁芯。绕组也被称作线圈。定子220根据驱动电流而产生磁通。层叠体222是由层叠钢板构成的，该层叠钢板是将多块钢板在沿着中心轴线211的方向(图4的z方向)上层叠而成的。层叠体222固定于壳体212的内壁。

绕组221由铜等导电性材料构成，典型地分别安装于层叠体222的多个齿(未图示)。

转子230具有轴233、转子铁芯231、以及沿着转子铁芯231的外周设置的多个永磁铁232。转子铁芯231例如由铁等磁性材料构成，具有筒状的形状。在本实施方式中，转子铁芯231是由层叠钢板构成的，该层叠钢板是将多块钢板在沿着中心轴线211的方向(图4的z方向)上层叠而成的。多个永磁铁232设置为N极和S极在转子铁芯231的周向上交替出现。轴233固定于转子铁芯231的中心，沿着中心轴线211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指在观察图4所示的马达模块1000时的上下左右方向，为了便于理解地说明实施方式，使用这些方向进行说明。本说明书中的上下左右方向与马达模块1000搭载于实际的产品(汽车等)的状态下的上下左右方向当然不必一致。

轴承215和216对转子230的轴233进行支承，使得该轴233能够旋转。轴承215和216例如是借助球体而使外圈和内圈相对旋转的球轴承。

在马达模块1000中，当对定子220的绕组221通驱动电流时，在层叠体222的多个齿中产生径向的磁通。通过多个齿与永磁铁232之间的磁通的作用，在周向上产生扭矩，转子230相对于定子220旋转。当转子230旋转时，例如在EPS装置中产生驱动力。

例如，在轴233的轴承保持架214侧的端部固定有永磁铁(未图示)。永磁铁能够与转子230一同旋转。与角度传感器312相当的磁传感器(未图示)例如配置在基板CB1的与固定于轴233的永磁铁对置的位置。磁传感器可以安装于与基板CB1或基板CB2不同的其他基板。磁传感器检测从与轴233一同旋转的永磁铁产生的磁场，由此能够检测转子230的旋转角。

在轴承保持架214的上部配置有两块基板。在基板CB1上安装有第1逆变器120用的线圈102、电容器103、第1逆变器120以及第1马达控制装置310的电子部件等。在基板CB2上安装有第2逆变器130用的线圈102、电容器103、第2逆变器130以及第2马达控制装置320的电子部件等。马达模块1000的部件组能够安装于各基板的单面或双面。壳体212的上部的开口被罩250封闭。

(实施方式1)

在本实施方式中，对第1电源410和第2电源420的电源电压相等、并且这些电源电压采用12V的情况进行说明。

图5示出了本实施方式的马达控制装置的块结构。第1马达控制装置310具有第1电源电路311、第1控制电路314以及第1驱动电路315。第1电源电路311、第1控制电路314以及第1驱动电路315安装于基板CB1。第1连接器316是与基板CB1独立的部件。基板CB1经由第1连接器316与第1电源410连接。

12V的电源电压从第1电源410提供给第1逆变器120。第1电源电路311通过对第1电源410的电源电压12V进行降压而生成第1控制电路314和第1驱动电路315等所需的DC电压(例如3V)。第1控制电路314向第1驱动电路315输出PWM信号。第1驱动电路315根据PWM信号而生成栅极控制信号，并提供给第1逆变器120的各开关元件。

第2马达控制装置320具有第2电源电路321、第2控制电路324以及第2驱动电路325。第2电源电路321、第2控制电路324以及第2驱动电路325安装于基板CB2。第2连接器326是与基板CB2独立的部件。基板CB2经由第2连接器326与第2电源420连接。

12V的电源电压从第2电源420提供给第2逆变器130。第2电源电路321通过对第2电源420的电源电压12V进行降压而生成第2控制电路324和第2驱动电路325等所需的DC电压(例如3V)。第2控制电路324向第2驱动电路325输出PWM信号。第2驱动电路325根据PWM信号而栅极控制信号，并提供给第2逆变器130的各开关元件。

第1电源410与第1连接器316的连接、以及第2电源420与第2连接器326的连接通常使用线束(未图示)而进行。在从电源至马达的电流路径中产生由线束引起的电力损失(或电压降)。例如，在EPS系统中使用的线束的电阻值为15mΩ～20mΩ左右。这比马达或ECU的电阻值大，无法忽略该电力损失。例如，当电源电流最大为100A时，线束中的电压降为1.5V～2.0V左右，对于12V的电源来说无法忽略。因此，如果能够改善线束的电力损失，则能够期待马达的高输出化。

在本实施方式中，使用两个系统的第1电源410和第2电源420，因此能够从两根线束向马达200提供所需的电流。这里，考虑使用两个系统的电源来提供与在使用单个电源向两块基板提供电源的情况下在马达中流动的电流相同的电流。在该情况下，只要在各个线束中流动一半的电流即可，因此能够减小线束的直径。其结果为，能够将线束中的电力损失改善为1/4左右。

观察马达的TN特性的话，在使用单个电源的情况下，在马达高速旋转时难以取得充分的输出(或扭矩)。另一方面，根据本实施方式，通过降低线束中的电力损失，能够改善表示输出电力相对于输入电力的比例的效率，因此能够在马达高速旋转时取得高输出。

图6示出了本实施方式的马达控制装置的另一块结构。图7示出了升压电路的电路结构例。

也可以是，在基板CB1上还安装有开关RL和第1升压电路317，在基板CB2上还安装有开关RL和第2升压电路327。

第1升压电路317和第2升压电路327分别是例如升压斩波电路。在图7中示出了升压斩波电路的代表性的电路结构。升压斩波电路由半导体开关S、二极管D、电容器C以及线圈L等构成。

第1升压电路317能够对第1电源410的电源电压12V进行升压，并将升压电压(例如24V)输出给第1逆变器120。第2升压电路327能够对第2电源420的电源电压12V进行升压，并将升压电压(例如24V)输出给第2逆变器130。升压斩波电路是根据与各基板连接的电源而适当决定的。

开关RL例如是晶闸管、模拟开关IC或在内部形成有寄生二极管的MOSFET等半导体开关、或者机械继电器。例如，基板CB1的开关RL接受第1控制电路314的控制而切换第1逆变器120的电源通路。例如，基板CB2的开关RL接受第2控制电路324的控制而切换第2逆变器130的电源通路。

例如，在通常驱动时，通过开关RL来选择从第1电源410向第1逆变器120提供12V的电源通路，通过开关RL来选择从第2电源420向第2逆变器130提供12V的电源通路。在高速旋转时，通过开关RL来选择从第1升压电路317向第1逆变器120提供24V的升压电压的电源通路，通过开关RL来选择从第2升压电路327向第2逆变器130提供24V的升压电压的电源通路。根据这样的结构，在马达驱动中，通过在高速旋转时动态地切换开关RL，能够向各个逆变器提供高电压，因此能够在高速旋转时取得高输出。

图8示出了本实施方式的马达控制装置的又一块结构。图9示出了降压电路的电路结构例。

第1电源410和第2电源420的电源电压不限于12V，例如也可以是24V或48V。也可以是，在基板CB1上还安装有开关RL和第1降压电路318，在基板CB2上还安装有开关RL和第2降压电路328。

第1降压电路318和第2降压电路328分别是例如降压斩波电路。在图9中示出了降压斩波电路的代表性的电路结构。降压斩波电路由半导体开关S、二极管D、电容器C以及线圈L等构成。

例如，第1降压电路318能够对第1电源410的电源电压24V进行降压，并将降压电压12V输出给第1逆变器120。第2降压电路328能够对第2电源420的电源电压24V进行降压，并将降压电压12V输出给第2逆变器130。降压斩波电路是根据与各基板连接的电源而适当决定的。

例如，在通常驱动时，通过开关RL来选择从第1降压电路318向第1逆变器120提供12V的降压电压的电源通路，通过开关RL来选择从第2降压电路328向第2逆变器130提供12V的降压电压的电源通路。在高速旋转时，通过开关RL来选择从第1电源410向第1逆变器120提供24V的电源通路，通过开关RL来选择从第2电源420向第2逆变器130提供24V的电源通路。根据这样的结构，在马达驱动中，通过在高速旋转时动态地切换开关RL，能够向各个逆变器提供高电压，因此能够在高速旋转时取得高输出。

图10至图12示出了沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形。

在某一方式中，如图10所示，在基板CB1上安装有电容器103和线圈102(在图10中未图示)等第1无源元件组。在基板CB1的电容器103的安装面上还安装有对第1逆变器120的多个开关元件的开关动作进行控制的第1马达控制装置310。在基板CB1的与电容器103的安装面相反的一侧的面上安装有构成第1逆变器120的第1功率器件组。在图10中，例示了第1马达控制装置310的结构要素中的第1控制电路314，例示了第1功率器件组的结构要素中的两个功率器件(FET)。功率器件是逆变器的开关元件SW。当然，不限于图示的例子，第1功率器件组的结构要素和电容器103可以配置在沿中心轴线211的方向透视基板时不重叠的位置。

在基板CB2上安装有电容器103和线圈102(在图10中未图示)等第2无源元件组。在基板CB2的电容器103的安装面上还安装有对第2逆变器的多个开关元件的开关动作进行控制的第2马达控制装置320。在基板CB2的与电容器103的安装面相反的一侧的面上安装有构成第2逆变器130的第2功率器件组。在图10中，例示了第2马达控制装置320的结构要素中的第1控制电路314，例示了第2功率器件组的结构要素中的两个功率器件。

第1无源元件组中的电容器103和第2无源元件组中的电容器103配置在基板CB1与基板CB2之间，并且沿中心轴线211(图10的z方向)观察时彼此不重叠。在本实施方式中，第1电源410和第2电源420的电源电压相等，因此能够使用相同的电容器作为安装于基板CB1的电容器103和安装于基板CB2的电容器103。在该情况下，两基板的电容器103的高度相同。

马达模块1000还可以具有第1散热器511，该第1散热器511经由具有绝缘性的散热材料、例如散热脂与基板CB1热接触。第1散热器511覆盖基板CB1的第1功率器件组。在本说明书中，“与基板热接触”是指散热器覆盖安装于基板的一侧的面上的多个电子部件的全部或一部分的状态。散热器可以不必与基板面接触。

作为第1散热器511，例如能够使用铝等热传导率好的材料。例如，第1散热器511可以是壳体212的保持架或轴承保持架214。或者，第1散热器511也可以是与这些部件不同的部件。通过利用第1散热器511对基板CB1进行冷却，能够改善马达模块1000的散热性。

在某一方式中，如图11所示，马达模块1000还具有第2散热器512，该第2散热器512配置在基板CB1与基板CB2之间，例如经由散热脂与两基板热接触。第2散热器512具有覆盖电容器103的凹部。通过利用第2散热器512来覆盖在安装部件中特别发热的电容器，能够高效地进行散热。这样，通过使用第2散热器512对基板CB1和基板CB2进行冷却，能够进一步改善马达模块1000的散热性。

在某一方式中，如图11所示，在基板CB1的与电容器103的安装面相反的一侧的面上安装有第1马达控制装置310，在基板CB2的与电容器103的安装面相反的一侧的面上安装有第2马达控制装置320。在图11中，例示了第1马达控制装置310的结构要素中的第1控制电路314，例示了第2马达控制装置320的结构要素中的第2控制电路324。

在某一方式中，如图12所示，在基板CB1的电容器103的安装面上还安装有构成第1逆变器120的第1功率器件组，在基板CB2的电容器103的安装面上还安装有构成第2逆变器130的第2功率器件组。例如，第1升压电路317或第1降压电路318可以安装于基板CB1的与电容器103的安装面相反的一侧的面。在该情况下，第1散热器511具有覆盖第1升压电路317或第1降压电路318的凹部。通过利用第1散热器511来覆盖发热多的第1升压电路317或第1降压电路318并对其进行冷却，能够改善马达模块1000的散热性。

图13示出了本实施方式的电力转换装置100的变形例的电路结构。在该变形例中，电力转换装置100还具有两个开关元件710、711。开关元件710切换第1逆变器120的桥电路的高边侧的节点与第2逆变器130的桥电路的高边侧的节点的连接和非连接。开关元件711切换第1逆变器120的桥电路的低边侧的节点与第2逆变器130的桥电路的低边侧的节点的连接和非连接。两个开关元件710、711例如是晶闸管、模拟开关IC或在内部形成有寄生二极管的MOSFET等半导体开关、或者机械继电器。

根据该结构，能够流通零相电流，例如能够进行二相通电控制。例如，在A相的支路发生了故障的情况下，能够使用B相、C相对两相的绕组M2、M3通电。例如，二相通电控制记载在作为本申请人的专利申请的国际公开第2017/150638号中。为了参考，将这些公开内容全部引用于本申请说明书中。而且，在第1电源410和第2电源420中的一方发生了故障的情况下，能够使用另一方继续进行对三相的绕组通电的三相通电控制。

例如，能够使用第1驱动电路315或第2驱动电路325而将马达的接线切换为Y接线。在通常驱动时，马达的接线例如是图2或图13所示的FHB接线。在将马达200的接线从FHB接线切换为Y接线之后，优选使用在FHB接线中使用的电源电压的两倍的电源电压来对Y接线的马达200进行驱动。例如，在FHB接线的驱动中使用12V的电源电压，在Y接线的驱动中使用24V的电源电压。由此，即使在将马达200的接线从FHB接线切换为了Y接线的情况下，也能够维持马达200的最大转速。

例如，在第1逆变器120的高边开关元件121H发生了开路故障的情况下，能够将马达的接线切换为Y接线。第1驱动电路315输出如下的控制信号：使剩余的高边开关元件122H、123H始终断开，并且使三个低边开关元件121L、122L以及123L始终接通。其结果为，在第1逆变器120中构成了中性点。在该状态下，第2马达控制装置320能够对第2逆变器130的开关元件进行PWM控制。在切换为Y接线时可以使用第2电源420，也可以使用与第1电源410或第2电源420不同的其他电源。

在像本实施方式那样使第1电源410和第2电源420的电源电压相等时，在FHB接线中，在各相中不流通零相电流。因此，在将互感大的例如8极12槽(8P12S)的马达与FHB型的电力转换装置100连接而进行驱动的情况下，能够抑制因第1和第2逆变器120、130的开关元件的开关引起的电流噪声。

(实施方式2)

在本实施方式中，第1电源410的电源电压与第2电源420的电源电压不同，该点与实施方式1不同。以下，主要对与实施方式1的不同点进行说明。

图14示出了本实施方式的马达控制装置的块结构。第1电源410的电源电压高于第2电源420的电源电压。例如，第1电源410的电源电压是48V，第2电源420的电源电压是12V。对第1电源410的电源电压进行降压或升压的功率系统电源电路安装于基板CB1。在图14中例示了第1降压电路318作为功率系统电源电路。例如，第1降压电路318对第1电源410的电源电压48V进行降压，并将降压电压12V经由开关RL输出给第1逆变器120。

根据该结构，在进行FHB的三相通电控制的情况下，向第1逆变器120提供从第1降压电路318输出的降压电压12V，向第2逆变器130提供第2电源420的电源电压12V。另外，例如，通过像上述那样使用第2驱动电路325将第2逆变器130侧的马达接线切换为Y接线，能够使用第1电源的电源电压48V对第1逆变器120的开关元件进行PWM控制。

图15示出了本实施方式的马达控制装置的另一块结构。在基板CB2上例如还可以安装有第2升压电路327，该第2升压电路327对第2电源420的电源电压12V进行升压，并将升压电压24V输出给第2逆变器130。第1降压电路318能够生成24V或12V的降压电压。

根据该结构例，在通常驱动时，例如，从第1降压电路318向第1逆变器120提供降压电压12V，并且将第2电源的电源电压12V提供给第2逆变器130，由此能够使用12V来进行FHB的三相通电控制。与此相对，在高速旋转时，例如，从第1降压电路318向第1逆变器120提供降压电压24V，并且从第2升压电路327向第2逆变器130提供升压电压24V，由此能够使用24V来进行FHB的三相通电控制。在马达驱动中，通过在高速旋转时动态地切换开关RL，能够向各个逆变器提供高电压，因此能够在高速旋转时取得高输出。

例如，考虑将马达模块1000安装于EPS的情况。在该情况下，例如，即使第1电源410发生了故障，通过将电源切换为第2电源420并使用基板CB2的第2升压电路327的升压电压，也能够维持操舵力。

图16和图17示出了沿着中心轴线211切断的情况下的马达模块1000的截面中的、在基板CB1与基板CB2之间的电子部件的安装情形。

在基板CB1上安装有第1无源元件，在基板CB2上安装有第2无源元件组。在由线圈、电阻以及电容器等构成的无源元件组中，高度最高的元件典型地是电容器。在本实施方式中，在基板CB1上高度最高的第1无源元件是电容器103_1H，在基板CB2上高度最高的第2无源元件是电容器103_2H。通常，电源电压越高，越需要具有更大容量的电容器作为电容器103。其结果为，安装于基板CB1的电容器103需要比安装于基板CB2的电容器103大的容量。因此，电容器103_1H的尺寸大于电容器103_2H的尺寸，具体而言，电容器103_1H的高度高于电容器103_2H的高度。

在本实施方式中，第1无源元件组中的高度最高的电容器103_1H和第2无源元件组中的高度最高的电容器103_2H配置在基板CB1与基板CB2之间，并且沿中心轴线211的方向观察时彼此不重叠。其结果为，在中心轴线211的方向上两个电容器103_1H、103_2H不重叠，因此能够抑制马达模块1000的高度，从而能够实现高度更低的马达模块。设电容器103_1H的高度为h1，设电容器103_2H的高度为h2(≤h1)。如果像以往那样将两个电容器在中心轴线211的方向上堆积，则高度的总合为h1+h2。与此相对，只要像图16所示那样配置两个电容器，就能够在高度h1的范围内配置两个电容器。

马达模块1000还可以具有例如经由散热脂与基板CB1热接触的第1散热器511。例如，第1散热器511可以是壳体212的保持架或轴承保持架214。或者，第1散热器511也可以是与这些部件不同的部件。

例如，可以在基板CB1的与电容器103_1H的安装面相反的一侧的面上安装第1降压电路318。沿着马达200的转子230的旋转轴线、即中心轴线211的方向，依次配置有转子230、第1散热器511、基板CB1以及基板CB2。特别是，作为功率系统电源电路的第1降压电路318的发热变大。通过利用第1散热器511来覆盖第1降压电路318，能够对第1降压电路318进行冷却，从而能够提高马达模块1000的散热性。

在某一方式中，如图16所示，马达模块1000还具有第2散热器512，该第2散热器512配置在基板CB1与基板CB2之间，例如经由散热脂与两基板热接触。根据该结构，通过利用第2散热器512对基板CB1和基板CB2进行冷却，能够进一步改善马达模块1000的散热性。

在某一方式中，如图17所示，马达模块1000还具有第2散热器512，该第2散热器512覆盖基板CB2的与电容器103_2H的安装面相反的一侧的面。沿着马达200的转子230的旋转轴线、即中心轴线211的方向，依次配置有转子230、第1散热器511、基板CB1、基板CB2以及第2散热器512。根据这样的配置，第2散热器512位于马达模块1000的罩250侧，因此易于使其露出到外部，能够提高马达模块1000的散热性。而且，也可以像图16所示那样，在基板CB1与基板CB2之间配置另一个散热器作为第3散热器。

第1散热器511的热阻优选小于第2散热器512的热阻。例如，第1散热器511具有比第2散热器512大的体积。

马达模块1000的罩250能够作为第2散热器512发挥功能。或者，第2散热器512也可以是与罩250独立的其他部件。能够使第2散热器512的尺寸小于第1散热器511的尺寸，能够减少马达模块1000的部件数量。

在某一方式中，第1电源410的电源电压也可以低于第2电源420的电源电压。例如，也可以是，第1电源410的电源电压是12V，第2电源420的电源电压是48V。在该情况下，可以在基板CB1上安装有作为功率系统电源电路的第1升压电路317。例如，第1升压电路317对第1电源的电源电压12V进行升压，并将24V的升压电压经由开关RL输出给第1逆变器120。在该结构中，特别是，作为功率系统电源电路的第1升压电路317的发热变大。通过利用第1散热器511来覆盖第1升压电路317，能够对第1升压电路317进行冷却，从而能够提高马达模块1000的散热性。而且，例如，也可以在基板CB2上安装第2降压电路328，该第2降压电路328对第2电源420的电源电压48V进行降压，并将24V的降压电压经由开关RL输出给第2逆变器130。

在某一方式中，沿中心轴线211的方向观察到的基板CB1的形状与基板CB2的形状相同，基板CB1和基板CB2具有共同的对称轴线AS。基板的形状例如是圆形、椭圆形或多边形。作为基板CB1和基板CB2，能够使用相同的基板。以下，对两块基板中的基板CB1上的电子部件的安装例进行说明。

图18A和图18B例示了在基板CB1的两面上安装有电子部件的情形。图19示出了马达模块1000中的基板CB1和基板CB2的z轴方向上的配置的情形。在图18A中示出了沿着转子230的旋转轴线、即中心轴线211的方向从+z方向观察时的安装电容器103的基板CB1的安装面S1。在图18B中示出了沿着中心轴线211的方向从-z方向观察时的、基板CB1的与安装面S1相反的一侧的安装面S2。但是，为了避免附图变得复杂，仅示出了能够安装于两面上的主要的电子部件。

基板CB1具有对称轴线AS，具有以该对称轴AS为轴线的线对称性。基板CB1具有配置第1马达控制装置310的第1区域AR1(纸面的下侧区域)、以及配置第1无源元件组和第1功率器件组的第2区域AR2(纸面的上侧区域)。例如，在安装面S1的第1区域AR1中配置有第1马达控制装置310的第1驱动电路315，在第2区域AR2中配置有电容器103以及构成第1逆变器120的六个FET中的四个FET。例如，在安装面S2的第1区域AR1中配置有第1马达控制装置310的第1控制电路314，在第2区域AR2中配置有剩余的两个FET。

基板CB2具有对称轴线AS，具有以对称轴线AS为轴线的线对称性。与基板CB1同样地，基板CB2的第3区域AR3是安装第2马达控制装置320的区域，基板CB2的第4区域AR4是安装第2无源元件组和第2功率器件组的区域。如图19所示，基板CB2以对称轴线AS为基准相对于基板CB1翻转180°而配置于马达模块1000。由此，在沿着中心轴线211(图19的z轴)的方向观察马达模块1000时，第1区域AR1和基板CB2的第4区域AR4重合，并且第2区域AR2和基板CB2的第3区域AR3重合。

根据这样的结构，基板CB1和基板CB2的散热路径在中心轴线211的方向上不重叠，因此能够高效地对各基板进行散热。另外，在将基板CB1和基板CB2配置在中心轴线211的方向上的情况下，能够以对称轴线AS为基准对称地配置各元件。由于基板CB1和基板CB2的元件配置相同，因此在组装时只要将基板CB1重叠于基板CB2即可。这样，通过基板CB1和基板CB2采用相同的基板设计，能够削减设计工时。而且，如上所述，两个电容器103_1H、103_2H在中心轴线211的方向上不重叠，因此能够抑制马达模块1000的高度，从而能够实现高度更低的马达模块。而且，通过在基板CB1和基板CB2之间配置第2散热器512，能够有效地对各基板进行散热。

根据本公开，即使电源系统和电力转换装置100中的各开关元件中的至少一个发生了故障，也能够维持马达输出而使马达驱动继续。

(其他变形例)

在本说明书中说明的马达模块1000的基板的结构或配置也能够适当用于双逆变器结构的马达模块。在双逆变器结构中，三相的绕组M1、M2以及M3具有一端彼此Y接线的第1绕组群和第2绕组群。第1逆变器120与第1绕组群连接，第2逆变器130与第2绕组群连接。

在本说明书中，对与两个系统的电源连接的马达模块1000进行了说明，但也可以使用一个系统的单个电源。例如，在通常情况下，从单个电源向基板CB1和基板CB2提供12V的电源电压。在该电源发生了故障的情况下，例如，两基板可以与备用的其他电源连接而从该电源向两基板提供12V的电源。这样的电源系统也属于本公开的范畴。根据该结构，能够继续基于FHB接线的马达驱动。

马达模块1000也可以具有将基板CB1和基板CB2连接起来的分压电路(未图示)。根据该结构，即使在两个系统的电源中的一个发生了故障的情况下，也能够使用另一个来使马达驱动继续。这样，能够使一个电源分支出另一个电源。

在本说明书中，对使用两块基板的实施方式进行了说明，但也能够使用三块以上的多个基板。例如，能够使用如下的四块基板：(1)与第1电源410连接的、配置第1马达控制装置310的基板CB1以及配置第1无源元件组和第1功率器件组的基板CB2、以及(2)与第2电源420连接的、配置第2马达控制装置320的第3基板以及配置第2无源元件组和第2功率器件组的第4基板。

(实施方式3)

图20示意性地示出了本实施方式的电动助力转向装置3000的典型的结构。

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以及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。借助辅助扭矩，减轻了驾驶员的操作负担。

转向系统520例如具有方向盘521、转向轴522、万向联轴器523A、523B、旋转轴524、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。操舵扭矩传感器541检测转向系统520中的操舵扭矩。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将所生成的辅助扭矩经由减速机构544传递给转向系统520。

ECU 542例如是实施方式1或2的马达控制装置。在汽车中构建了以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。能够将实施方式1或2的马达模块1000适当用于该单元。

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。

Claims (12)

1.一种马达模块，其具有：

马达，其具有n相的绕组，n为3以上的整数；

第1基板，其与第1电源连接；

第1逆变器，其安装于所述第1基板，与所述马达的各相的绕组的一端连接；

功率系统电源电路，其安装于所述第1基板，对所述第1电源的电源电压进行降压或升压；

第1散热器，其与所述第1基板热接触；

第2基板，其与第2电源连接；以及

第2逆变器，其安装于所述第2基板，与所述马达的各相的绕组的另一端连接，

所述第1基板的形状与所述第2基板的形状相同，所述第1基板和所述第2基板具有共同的对称轴线，

在所述第1基板的由所述对称轴线二分割而成的第1区域和第2区域中的所述第2区域内配置有电容器，

在所述第2基板的由所述对称轴线二分割而成的第3区域和第4区域中的所述第4区域内配置有电容器，

沿所述马达的转子的旋转轴线的方向观察所述马达模块时，所述第1区域和所述第4区域重合，并且所述第2区域和所述第3区域重合。

2.根据权利要求1所述的马达模块，其中，

所述第1电源的电源电压高于所述第2电源的电源电压，

所述功率系统电源电路具有第1降压电路，该第1降压电路对所述第1电源的电源电压进行降压，并将降压电压输出给所述第1逆变器。

3.根据权利要求2所述的马达模块，其中，

在所述第2基板上还安装有第2升压电路，该第2升压电路对所述第2电源的电源电压进行升压，并将升压电压输出给所述第2逆变器。

4.根据权利要求2或3所述的马达模块，其中，

所述第1电源的电源电压是48V，所述第2电源的电源电压是12V。

5.根据权利要求1所述的马达模块，其中，

所述第1电源的电源电压低于所述第2电源的电源电压，

所述功率系统电源电路具有第1升压电路，该第1升压电路对所述第1电源的电源电压进行升压，并将升压电压输出给所述第1逆变器。

6.根据权利要求5所述的马达模块，其中，

在所述第2基板上还安装有第2降压电路，该第2降压电路对所述第2电源的电源电压进行降压，并将降压电压输出给所述第2逆变器。

7.根据权利要求1或2所述的马达模块，其中，

所述马达模块还具有第2散热器，该第2散热器配置在所述第1基板与所述第2基板之间，并与两基板热接触。

8.根据权利要求1或2所述的马达模块，其中，

在所述第1基板上还安装有第1马达控制装置，该第1马达控制装置对所述第1逆变器的多个开关元件的开关动作进行控制，

在所述第2基板上还安装有第2马达控制装置，该第2马达控制装置对所述第2逆变器的多个开关元件的开关动作进行控制。

9.根据权利要求8所述的马达模块，其中，

所述第1马达控制装置具有第1驱动电路以及对所述第1驱动电路进行控制的第1控制电路，

所述第2马达控制装置具有第2驱动电路以及对所述第2驱动电路进行控制的第2控制电路。

10.根据权利要求9所述的马达模块，其中，

能够使用所述第1驱动电路或所述第2驱动电路而将所述马达的接线切换为Y接线。

11.根据权利要求10所述的马达模块，其中，

在将所述马达的接线切换为Y接线之后，使用切换马达的接线之前的电源电压的两倍的电源电压来对所述马达进行驱动。

12.一种电动助力转向装置，其具有：

第1电源；

第2电源；以及

权利要求1至11中的任意一项所述的马达模块。

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