CN111713002B - 电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

电力转换装置具有：第1逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与马达的各相绕组的一端连接；第2逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与和所述一端相对的另一端连接；第1电源，其向所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件提供电力；以及第2电源，其向所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件提供电力。

Description

电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置。
背景技术
以往，公知有利用两个逆变器对马达的电力进行转换的逆变器驱动系统。另外，也公知有在马达的各绕组的两端分别连接有逆变器并且对各绕组独立地提供电力的类型的逆变器驱动系统。
例如，在专利文献1中公开了具有两个逆变器部的电力转换装置。在专利文献1中，通过故障检测单元来检测开关元件的故障。而且，在开关元件发生了故障的情况下，为了继续驱动旋转电机(马达)，将开关元件的接通断开动作控制从正常时控制切换为故障时控制而驱动旋转电机。
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
近年来，关于电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置中的电力供给，要求通过将包含电源和控制电路的驱动系统的全部或一部分冗余化来提高电力供给的持续性。特别是，在对马达的各绕组独立地提供电力的上述系统中，要求在冗余化的电源中的一个电源发生异常时使用另一个电源来继续进行电力供给的结构。
因此，本发明的目的在于，提供能够在一个电源发生异常时使用另一个电源来继续进行电力供给的电力转换装置、驱动装置以及助力转向装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的电力转换装置具有：第1逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与马达的各相绕组的一端连接；第2逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与和所述一端相对的另一端连接；第1电源，其向所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件提供电力；以及第2电源，其向所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件提供电力。
另外，本发明的一个方式的驱动装置具有：上述电力转换装置；以及马达，其与上述电力转换装置连接，被提供由上述电力转换装置转换后的电力。
另外，本发明的一个方式的助力转向装置具有：上述电力转换装置；马达，其与上述电力转换装置连接，被提供由上述电力转换装置转换后的电力；以及助力转向机构，其由上述马达进行驱动。
发明效果
根据本发明，能够在电源中的一个电源发生异常时使用另一个电源继续进行电力供给。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式的马达驱动单元的块结构的图。
图2是示意性地示出本实施方式的马达驱动单元的电路结构的图。
图3是示出正常时在马达的各相的各线圈中流动的电流值的图。
图4a是示出异常时在马达的各相的各线圈中流动的电流值的例子的图。
图4b是示出异常时在马达的各相的各线圈中流动的电流值的变形例的图。
图5是示意性地示出马达驱动单元的硬件结构的图。
图6是示意性地示出第1安装基板和第2安装基板的硬件结构的图。
图7是示意性地示出本实施方式的变形例的安装基板的硬件结构的图。
图8是示意性地示出本实施方式的其他变形例的安装基板的硬件结构的图。
图9是示意性地示出本实施方式的助力转向装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的电力转换装置、驱动装置以及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，有时省略过度的详细说明。例如，有时省略对周知的事项的详细说明和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3相(U相、V相、W相)绕组(有时表述为“线圈”)的3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4相或5相等n相(n为4以上的整数)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。
(马达驱动单元1000的构造)
图1是示意性地示出本实施方式的马达驱动单元1000的块结构的图。马达驱动单元1000具有电力供给装置101、102、马达200以及控制电路301、302。
在本说明书中，对具有马达200作为结构要素的马达驱动单元1000进行说明。具有马达200的马达驱动单元1000相当于本发明的驱动装置的一例。但是，马达驱动单元1000也可以是省略了马达200作为结构要素的用于驱动马达200的装置。省略了马达200的马达驱动单元1000相当于本发明的电力转换装置的一例。
第1电力供给装置101具有第1逆变器111、电流传感器401以及电压传感器411。第2电力供给装置102具有第2逆变器112、电流传感器402以及电压传感器412。
马达驱动单元1000能够通过两个电力供给装置101、102而将来自电源(图2的标号403、404)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111、112能够将直流电力转换为作为U相、V相以及W相的伪正弦波的三相交流电力。
各逆变器111、112具有上臂131、132和下臂141、142。第1逆变器111与马达200的各相线圈的一端210连接，第2逆变器112与马达200的各相线圈的另一端220连接。在本说明书中，关于部件(结构要素)彼此的“连接”，除非另有说明，否则表示电连接。
马达200例如是三相交流马达。马达200具有U相、V相以及W相线圈。线圈的卷线方式例如是集中卷线或分布卷线。
如在后面详细叙述的那样，控制电路301、302具有微控制器341、342等。第1控制电路301根据来自电流传感器401和角度传感器321的输入信号而对第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142进行控制。另外，第2控制电路302根据来自电流传感器402和角度传感器322的输入信号而对第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141进行控制。作为控制电路301、302中的电力供给装置101、102的控制方法，例如使用从矢量控制和直接扭矩控制(DTC)中选择的控制方法。
参照图2对马达驱动单元1000的具体的电路结构进行说明。
图2是示意性地示出本实施方式的马达驱动单元1000的电路结构的图。
马达驱动单元1000具有电源403、404、线圈103、104、电容器105、第1逆变器111、第2逆变器112、马达200以及控制电路301、302。
第1电源403和第2电源404是彼此独立的电源。电源403、404生成规定的电源电压(例如12V)。作为电源403、404，例如使用直流电源。但是，电源403、404也可以是AC-DC转换器或者DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。
在电源403、404与逆变器111、112之间具有线圈103、104。线圈103、104作为噪声滤波器而发挥功能，对向各逆变器111、112提供的电压波形所包含的高频噪声进行平滑化。另外，线圈103、104对高频噪声进行平滑化，以防止在逆变器111、112中产生的高频噪声流向电源403、404侧。另外，在各逆变器111、112的电源端子连接有电容器105。电容器105是所谓的旁路电容器，抑制电压纹波。电容器105例如是电解电容器，容量和使用的个数是根据设计规格等而适当决定的。
第1逆变器111具有上臂131和下臂141，与马达200的各相线圈的一端210连接。上臂131具有分别连接在电源与马达200之间的三个高边开关元件。下臂141具有分别连接在马达200与接地端之间的三个低边开关元件。
具体而言，U相线圈的一端210与高边开关元件113H和低边开关元件113L连接。V相线圈的一端210与高边开关元件114H和低边开关元件114L连接。W相线圈的一端210与高边开关元件115H和低边开关元件115L连接。作为开关元件，例如使用场效应晶体管(MOSFET等)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。另外，在开关元件是IGBT的情况下，二极管(续流)与开关元件反并联连接。
第1逆变器111例如在各支路中分别具有分流电阻113R、114R以及115R，作为用于检测在U相、V相以及W相的各相绕组中流动的电流的电流传感器401(参照图1)。电流传感器401具有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，分流电阻能够连接在低边开关元件113L、114L以及115L与接地端之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ至1.0mΩ左右。
分流电阻的数量也可以是三个以外。例如，也可以使用U相、V相用的两个分流电阻113R、114R、V相、W相用的两个分流电阻114R、115R、或者U相、W相用的两个分流电阻113R、115R。所使用的分流电阻的数量和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。
第2逆变器112具有上臂132和下臂142，与马达200的各相线圈的另一端220连接。上臂132具有分别连接在电源与马达200之间的三个高边开关元件。下臂142具有分别连接在马达200与接地端之间的三个低边开关元件。
具体而言，U相线圈的另一端220与高边开关元件116H和低边开关元件116L连接。V相线圈的另一端220与高边开关元件117H和低边开关元件117L连接。W相线圈的另一端220与高边开关元件118H和低边开关元件118L连接。与第1逆变器111同样地，第2逆变器112例如具有分流电阻116R、117R以及118R。
马达驱动单元1000具有与马达200的线圈(绕组)的一端210侧对应的第1系统和与马达200的线圈(绕组)的另一端220侧对应的第2系统。在第1系统中包含有第1电源403、第1逆变器111以及第1控制电路301。在第2系统中包含有第2电源404、第2逆变器112以及第2控制电路302。
电源403、404所进行的电力供给的对象和控制电路301、302所进行的控制的对象跨越上述的两个系统。
第1电源403向第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142提供电力。第2电源404向第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141提供电力。
第1控制电路301对第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142进行控制。第2控制电路302对第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141进行控制。
再次参照图1。控制电路301、302例如具有电源电路311、312、角度传感器321、322、输入电路331、332、微控制器341、342、驱动电路351、352以及ROM 361、362。控制电路301、302与电力供给装置101、102连接。而且，如上所述，控制电路301、302对第1逆变器111和第2逆变器112进行控制。
控制电路301、302能够对作为目标的转子的位置(旋转角)、旋转速度以及电流等进行控制而实现闭环控制。旋转速度例如是通过对旋转角(rad)进行时间微分而得到的，用在单位时间(例如1分钟)内转子旋转的转数(rpm)来表示。控制电路301、302也能够对作为目标的马达扭矩进行控制。控制电路301、302也可以为了扭矩控制而具有扭矩传感器，但即使省略扭矩传感器，也能够进行扭矩控制。另外，也可以代替角度传感器而具有无传感器算法。另外，两个控制电路301、302通过分别与马达的旋转同步地进行控制而使彼此的控制动作同步。
电源电路311、312生成电路内的各块所需的DC电压(例如3V、5V)。
角度传感器321、322例如是旋转变压器或霍尔IC。角度传感器321、322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321、322检测马达200的转子的旋转角，并将表示检测到的旋转角的旋转信号输出给微控制器341、342。根据马达控制方法(例如无传感器控制)，有时省略角度传感器321、322。
电压传感器411、412检测马达200的线圈的各相之间的电压，并将检测到的电压值输出给输入电路331、332。
输入电路331、332接收由电流传感器401、402检测到的马达电流值(以下，记作“实际电流值”)和由电压传感器411、412检测到的电压值。输入电路331、332根据需要而将实际电流值和电压值的电平转换为微控制器341、342的输入电平，并将实际电流值和电压值输出给微控制器341、342。输入电路331、332是模拟数字转换电路。
微控制器341、342接收由角度传感器321、322检测到的转子的旋转信号，并且接收从输入电路331、332输出的实际电流值和电压值。微控制器341、342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，并将所生成的PWM信号输出给驱动电路351、352。例如，微控制器341、342生成用于对电力供给装置101、102的逆变器111、112中的各开关元件的开关动作(接通或断开)进行控制的PWM信号。
另外，微控制器341、342能够根据接收到的电压值来决定对第1逆变器111和第2逆变器112进行控制的控制方式。
驱动电路351、352例如是栅极驱动器。驱动电路351、352根据PWM信号而生成对第1逆变器111和第2逆变器112中的各开关元件的开关动作进行控制的控制信号(例如，栅极控制信号)，并将所生成的控制信号提供给各开关元件。
微控制器341、342也可以具有驱动电路351、352的功能。在该情况下，省略驱动电路351、352。
ROM 361、362例如是可写入的存储器(例如PROM)、可改写的存储器(例如闪存)或者读取专用的存储器。ROM 361、362保存控制程序，该控制程序包含用于使微控制器341、342控制电力供给装置101、102(主要是逆变器111、112)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。
在控制电路301、302(主要是微控制器341、342)对逆变器111、112的控制中存在正常时和异常时的控制。
以下，对马达驱动单元1000的动作的具体例进行说明，主要对逆变器111、112的动作的具体例进行说明。
(正常时的控制)
首先，对逆变器111、112的正常时的控制方法的具体例进行说明。正常是指两个电源403、404、两个逆变器111、112以及两个控制电路301、302都正确地进行动作的状态。
正常时，控制电路301、302通过使用第1逆变器111和第2逆变器112中的上臂131、132和下臂141、142双方进行三相通电控制而驱动马达200。作为一例，控制电路301、302能够通过按照周期变动的占空比对第1逆变器111的开关元件和第2逆变器112的开关元件进行开关控制而进行三相通电控制。第1逆变器111和第2逆变器112各自的占空比的周期变动是能够通过控制电路301、302来切换的。控制电路301、302例如可以切换为在第1逆变器111和第2逆变器112中为逆相位(相位差＝180°)的周期变动。
图3是示出正常时在马达200的各相的各线圈中流动的电流值的图。
在图3中例示了对正常时按照三相通电控制来控制第1逆变器111和第2逆变器112的情况下在马达200的U相、V相以及W相的各线圈中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形(正弦波)。图3的横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。另外，除了图3所例示的正弦波以外，电力供给装置101、102例如也能够使用矩形波来驱动马达200。
表1示出了在图3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111与U相、V相以及W相各自的线圈的一端210连接的点中流动的每30°电角度的电流值。另外，表1示出了在第2逆变器112与U相、V相以及W相各自的线圈的另一端220连接的点中流动的每30°电角度的电流值。这里，对于第1逆变器111，将从马达200的一端210流向另一端220的电流方向定义为正方向。另外，对于第2逆变器112，将从马达200的另一端220流向一端210的电流方向定义为正方向。因此，第1逆变器111的电流与第2逆变器112的电流的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小[(3)1/2/2]＊Ipk，电流值I2的大小为Ipk/2。
[表1]
在电角度为0°时，在U相线圈中电流为“0”。在电角度为0°时，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流。
在电角度为30°时，在U相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在W相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流。
在电角度为60°时，在U相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流。在电角度为60°时，在W相线圈中电流为“0”。
在电角度为90°时，在U相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为Ipk的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流。
在电角度为120°时，在U相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流。在电角度为120°时，在V相线圈中电流为“0”。
在电角度为150°时，在U相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流，在V相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流。
在电角度为180°时，在U相线圈中电流为“0”。在电角度为180°时，在V相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流。
在电角度为210°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在V相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为Ipk的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流。
在电角度为240°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在V相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流。在电角度为240°时，在W相线圈中电流为“0”。
在电角度为270°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在V相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I2的电流。
在电角度为300°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为I1的电流。在电角度为300°时，在V相线圈中电流为“0”。
在电角度为330°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第1逆变器111向第2逆变器112流动大小为Ipk的电流。
在图3所示的电流波形中，考虑了电流方向时的在三相线圈中流动的电流的总和在每个电角度为“0”。但是，根据电力供给装置101、102的电路结构，在三相线圈中流动的电流被独立地控制。因此，控制电路301、302也能够进行电流的总和为“0”以外的值的控制。
(异常时的控制)
对异常时的第1逆变器111和第2逆变器112的控制方法的具体例进行说明。
异常是指两个电源403、404、两个逆变器111、112以及两个控制电路301、302中的一个以上发生了故障的状态。大致划分的话，在异常中存在第1系统的异常和第2系统的异常。另外，作为各系统的异常，存在由逆变器111、112的故障所引起的异常以及包含电源403、404和控制电路301、302的驱动系统的异常。另外，逆变器111、112的故障包含逆变器电路内的断线、短路、开关元件的故障等。
“驱动系统的异常”包含仅电源403、404发生异常、仅控制电路301、302发生异常、电源403、404和控制电路301、302双方发生异常、控制电路301、302也伴随着电源403、404的异常而停止动作的状态等各种异常状态。
作为由逆变器111、112的故障所引起的异常时的控制方法，例如使用在日本特开2014-192950号公报中记载的控制方法等。以下，对驱动系统的异常时的控制方法进行说明。
作为异常检测的一例，控制电路301、302(主要是微控制器341、342)通过对由电压传感器411、412检测到的电压值进行分析来检测两个系统中的与自身所属的系统相对的对方侧的系统中的异常。控制电路301、302能够借助处于自身控制下的上臂131、132和下臂141、142来确认处于对方侧的控制电路301、302的控制下的上臂131、132和下臂141、142的电压。具体而言，一个逆变器111、112所具有的相互连接的上臂131、132和下臂141、142成为不同的控制电路301、302的控制对象。而且，电压传感器411、412检测连接上臂131、132和下臂141、142的布线的电压。
作为异常检测的另一例，微控制器341、342也能够通过对马达的实际电流值与目标电流值之差等进行分析来检测异常。但是，控制电路301、302不限定于这些方法，能够广泛地使用与异常检测相关的公知方法。
当微控制器341、342检测到异常时，控制电路301、302将逆变器111、112的控制从正常时的控制切换为异常时的控制。例如，将控制从正常时切换为异常时的时机是从检测到异常开始的10msec～30msec左右。
控制电路301、302在异常时对逆变器111、112进行半波驱动控制。在半波驱动控制中，仅对逆变器111、112所具有的上臂131、132和下臂141、142中的由正常的控制电路301、302作为控制对象的上臂131、132和下臂141、142进行驱动。
例如，在第1电源403和第2电源404中的一个电源发生了动作不良的情况下，控制电路301、302使用另一个电源而使第1逆变器111和第2逆变器112进行驱动。其结果为，马达驱动单元1000能够在电源403、404中的一个电源发生异常时使用另一个电源继续进行电力供给。
具体而言，在第1系统的控制电路301检测到第2系统的驱动系统的异常的情况下，仅通过第1系统的控制电路301对第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142的驱动控制而向马达200提供电力。第1系统的控制电路301相应于包含第2电源404和第2控制电路302的第2系统侧的驱动系统的动作是否正常而进行控制。
另外，在第2系统的控制电路302检测到第1系统的驱动系统的异常的情况下，仅通过第2系统的控制电路302对第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141的驱动控制而向马达200提供电力。第2系统的控制电路302相应于包含第1电源403和第1控制电路301的第1系统侧的驱动系统的动作是否正常而进行控制。
在第1系统和第2系统中，通过控制电路301、302彼此进行与对方侧的状态相应的控制，即使在第1系统和第2系统中的哪个系统发生了异常的情况下，也能够进行适当的驱动控制以进行电力供给。图4a是示出异常时在马达200的各相的各线圈中流动的电流值的图。
在图4a中例示了对异常时按照半波驱动控制来控制第1逆变器111和第2逆变器112的情况下在马达200的U相、V相以及W相的各线圈中流动的电流值进行标绘而取得的电流波形。图4a的横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。
根据图4a所例示的电流波形，马达的输出扭矩为恒定值。另外，电力供给装置101、102也能够使用图4a所例示的电流波形以外的电流波形来驱动马达200。例如，电力供给装置101、102也能够使用图4b所例示的梯形波的电流波形来驱动马达200。
表2例示了在按照可取得图4a所示的电流波形的通电控制来控制第1逆变器111和第2逆变器112的情况下在每个电角度在马达200的U相、V相以及W相的各线圈中流动的电流值。具体而言，表2例如示出了在第1系统侧发生了异常的情况下在第2逆变器112与U相、V相以及W相各自的线圈的另一端220连接的点中流动的每30°电角度的电流值。电流方向的定义如上所述。
[表2]
在电角度为0°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在V相线圈中电流为“0”。
在电角度为30°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在V相线圈中电流为“0”。
在电角度为60°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在V相线圈中电流为“0”。
在电角度为90°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在V相和W相线圈中电流为“0”。
在电角度为120°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在W相线圈中电流为“0”。
在电角度为150°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在W相线圈中电流为“0”。
在电角度为180°时，在U相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在W相线圈中电流为“0”。
在电角度为210°时，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在U相和W相线圈中电流为“0”。
在电角度为240°时，在U相线圈中电流为“0”，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流。
在电角度为270°时，在U相线圈中电流为“0”，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流。
在电角度为300°时，在U相线圈中电流为“0”，在V相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I2的电流，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为Ipk的电流。
在电角度为330°时，在U相和V相线圈中电流为“0”，在W相线圈中从第2逆变器112向第1逆变器111流动大小为I1的电流。
(马达驱动单元1000的硬件结构)
接下来，对马达驱动单元1000的硬件结构进行说明。
图5是示意性地示出马达驱动单元1000的硬件结构的图。
马达驱动单元1000具有第1安装基板1001、第2安装基板1002、壳体1003、连接器1004、1005以及上述的马达200作为硬件结构。
线圈的一端210和另一端220从马达200突出并朝向安装基板1001、1002延伸。线圈的一端210和另一端220双方与第1安装基板1001和第2安装基板1002中的一个安装基板连接，并且一端210和另一端220双方贯通第1安装基板1001和第2安装基板1002中的该一个安装基板而与另一个安装基板连接。具体而言，线圈的一端210和另一端220双方例如与第2安装基板1002连接。另外，线圈的一端210和另一端220双方贯通第2安装基板1002而与第1安装基板1001连接。
第1安装基板1001和第2安装基板1002的基板面彼此对置。马达200的旋转轴线沿基板面对置的方向延伸。第1安装基板1001、第2安装基板1002以及马达200通过收纳于壳体1003内而彼此位置被固定。
在第1安装基板1001安装有与来自第1电源403的电源线连接的连接器1004。在第2安装基板1002安装有与来自第2电源404的电源线连接的连接器1005。
图6是示意性地示出第1安装基板1001和第2安装基板1002的硬件结构的图。
在第1安装基板1001安装有第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142。另外，在第2安装基板1002安装有第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141。通过对两块安装基板1001、1002这样分配元件，能够简化上臂131、132和下臂141、142相对于线圈的一端210和另一端220的布线，从而能够实现高效的元件配置。
在第1安装基板1001也可以安装有第1控制电路301。在第2安装基板1002也可以安装有第2控制电路302。当各控制电路301、302与各控制电路301、302的控制对象的元件安装于同一安装基板上时，控制用的布线收纳在基板内。由此，能够实现高效的元件配置。
第1安装基板1001上的上臂131和第2安装基板1002上的下臂141可以安装于沿第1安装基板1001与第2安装基板1002对置的方向观察的情况下彼此重合的位置。另外，第1安装基板1001上的下臂142和第2安装基板1002上的上臂132可以安装于沿第1安装基板1001与第2安装基板1002对置的方向观察的情况下彼此重合的位置。通过这样的电路配置，能够实现有效地利用安装基板1001、1002上的配置面积的高效的元件配置。
沿第1安装基板1001与第2安装基板1002对置的方向观察的情况下，第1安装基板1001上的上臂131和第2安装基板1002上的上臂132可以是彼此对称的配置。另外，沿第1安装基板1001与第2安装基板1002对置的方向观察的情况下，第1安装基板1001上的下臂142和第2安装基板1002上的下臂141可以是彼此对称的配置。通过这样的对称的配置，能够对两块安装基板1001、1002共用基板设计。
(变形例)
图7是示意性地示出本实施方式的变形例的安装基板的硬件结构的图。
在图7所示的变形例中，具有一块双面安装基板1006。在双面安装基板1006的正反两面中的一面上安装有第1逆变器111的上臂131和第2逆变器112的下臂142。在与一面相对的另一面上安装有第2逆变器112的上臂132和第1逆变器111的下臂141。通过对双面安装基板1006的正反两面这样分配元件，能够简化上臂131、132和下臂141、142相对于线圈的一端210和另一端220的布线，从而能够实现高效的元件配置。
在正反两面中的一面上也可以安装有第1控制电路301。在另一面上也可以安装有第2控制电路302。当各控制电路301、302与各控制电路301、302的控制对象的元件安装于同一基板面时，控制用的布线分为一面侧和另一面侧，从而能够实现高效的元件配置。
在双面安装基板1006的正反两面上的具体的电路配置中，一面上的电路配置例如与图6所示的第1安装基板1001上的电路配置相同，另一面上的电路配置例如与图6所示的第2安装基板1002上的电路配置相同。因此，能够实现简化了相对于线圈的一端210和另一端220的布线路径的高效的元件配置，并且能够对双面安装基板1006的正反两面共用基板设计。
图8是示意性地示出本实施方式的其他变形例的安装基板的硬件结构的图。
在图8所示的硬件结构中，除了第1安装基板1001和第2安装基板1002之外，还具有第3安装基板1007。第3安装基板1007例如位于第1安装基板1001与第2安装基板1002之间。而且，例如，控制电路301、302安装于第3安装基板1007上，并且逆变器111、112的上臂131、132和下臂141、142例如与图6所示的硬件结构同样地安装于第1安装基板1001和第2安装基板1002。通过这样的硬件结构，将功率电路与控制电路分离，因此能够提高安全性和简化电源布线。
(助力转向装置的实施方式)
汽车等车辆通常具有助力转向装置。助力转向装置生成辅助扭矩，该辅助扭矩用于辅助通过驾驶员操作方向盘而产生的转向系统的操舵扭矩。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，辅助扭矩机构由操舵扭矩传感器、ECU、马达以及减速机构等构成。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，并经由减速机构将辅助扭矩传递给转向系统。
上述实施方式的马达驱动单元1000优选用于助力转向装置。图9是示意性地示出本实施方式的助力转向装置2000的结构的图。
电动助力转向装置2000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以及旋转轴524(也被称为“小齿轮轴”或“输入轴”)。
另外，转向系统520例如具有齿条齿轮机构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。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而与右操舵车轮529A连结。与右侧同样地，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而与左操舵车轮529B连结。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，并经由齿条齿轮机构525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以及电力供给装置545。辅助扭矩机构540对从方向盘521到左右操舵车轮529A、529B的转向系统520施加辅助扭矩。另外，辅助扭矩有时被称为“附加扭矩”。
作为ECU 542，例如使用图1等所示的控制电路301、302。另外，作为电力供给装置545，例如使用图1等所示的电力供给装置101、102。另外，作为马达543，例如使用图1等所示的马达200。在ECU 542、马达543以及电力供给装置545构成通常被称为“机电一体型马达”的单元的情况下，作为该单元，优选使用例如图5所示的硬件结构的马达驱动单元1000。由图9所示的各要素中的除了ECU 542、马达543以及电力供给装置545以外的要素构成的机构相当于由马达543驱动的助力转向机构的一例。
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而传递给转向系统520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮机构。辅助扭矩进而从旋转轴524传递给齿条齿轮机构525。
助力转向装置2000根据转向系统520被施加辅助扭矩的部位而分为小齿轮辅助型、齿条辅助型以及柱辅助型等。在图9中示出了小齿轮辅助型的助力转向装置2000。但是，助力转向装置2000也适用于齿条辅助型、柱辅助型等。
不仅能够对ECU 542输入扭矩信号，也能够输入例如车速信号。ECU 542的微控制器能够根据扭矩信号和车速信号等而对马达543进行矢量控制。
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、进而考虑由角度传感器检测到的转子的旋转信号来设定目标电流值。ECU 542能够对马达543的驱动信号、即驱动电流进行控制，以使由电流传感器(参照图1)检测到的实际电流值与目标电流值一致。
根据助力转向装置2000，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马达中使用上述实施方式的马达驱动单元1000，正常时和异常时都能够进行适当的电流控制。其结果为，正常时和异常时都持续进行助力转向装置的助力辅助。
标号说明
101、102：电力供给装置；111：第1逆变器；112：第2逆变器；131、132：上臂；141、142：下臂；200：马达；301、302：控制电路；311、312：电源电路；321、322：角度传感器；331、332：输入电路；341、342：微控制器；351、352：驱动电路；361、362：ROM；401、402：电流传感器；403、404：电源；411、412：电压传感器；1000：马达驱动单元；1001、1002、1007：安装基板；1006：双面安装基板；2000：助力转向装置。

Claims (9)

1.一种电力转换装置，其具有：
第1逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与马达的各相绕组的一端连接；
第2逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与和所述一端相对的另一端连接；
第1电源，其向所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件提供电力；以及
第2电源，其向所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件提供电力，
所述电力转换装置具有控制部，在所述第1电源和所述第2电源中的一个电源发生了动作不良的情况下，该控制部使用另一个电源而使所述第1逆变器和所述第2逆变器驱动，
所述控制部具有：
第1控制部，其对所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件进行控制；以及
第2控制部，其对所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件进行控制，
所述第1控制部相应于包含所述第2电源和所述第2控制部的第2侧驱动系统的动作是否正常而进行控制，
所述第2控制部相应于包含所述第1电源和所述第1控制部的第1侧驱动系统的动作是否正常而进行控制，
所述第1逆变器所具有的相互连接的上臂元件和下臂元件分别成为不同的所述第1控制部和所述第2控制部的控制对象，所述第2逆变器所具有的相互连接的上臂元件和下臂元件分别成为不同的所述第1控制部和所述第2控制部的控制对象。
2.一种电力转换装置，其具有：
第1逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与马达的各相绕组的一端连接；
第2逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与和所述一端相对的另一端连接；
第1电源，其向所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件提供电力；以及
第2电源，其向所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件提供电力，
所述电力转换装置具有：
第1安装基板，其安装有所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件；以及
第2安装基板，其安装有所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件，
所述第1逆变器的上臂元件和下臂元件安装于所述第1安装基板和所述第2安装基板中的不同的安装基板，
所述第2逆变器的上臂元件和下臂元件安装于所述第1安装基板和所述第2安装基板中的不同的安装基板。
3.一种电力转换装置，其具有：
第1逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与马达的各相绕组的一端连接；
第2逆变器，其具有上臂元件和下臂元件，并与和所述一端相对的另一端连接；
第1电源，其向所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件提供电力；以及
第2电源，其向所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件提供电力，
所述电力转换装置具有双面安装基板，该双面安装基板在正反两面中的一面上安装有所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件，在与所述一面相对的另一面上安装有所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件
所述第1逆变器的上臂元件和下臂元件安装于所述双面安装基板的不同的面，
所述第2逆变器的上臂元件和下臂元件安装于所述双面安装基板的不同的面。
4.一种驱动装置，其具有：
权利要求1所述的电力转换装置；以及
马达，其与所述电力转换装置连接，被提供由所述电力转换装置转换后的电力。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其中，
所述电力转换装置具有：第1安装基板，其安装有所述第1逆变器的所述上臂元件和所述第2逆变器的所述下臂元件；以及第2安装基板，其安装有所述第2逆变器的所述上臂元件和所述第1逆变器的所述下臂元件，
在所述马达中，所述绕组的所述一端和所述另一端双方与所述第1安装基板和所述第2安装基板中的一个安装基板连接，并且所述双方贯通所述一个安装基板而与另一个安装基板连接。
6.一种驱动装置，其具有：
权利要求2所述的电力转换装置；以及
马达，其与所述电力转换装置连接，被提供由所述电力转换装置转换后的电力。
7.根据权利要求6所述的驱动装置，其中，
在所述马达中，所述绕组的所述一端和所述另一端双方与所述第1安装基板和所述第2安装基板中的一个安装基板连接，并且所述双方贯通所述一个安装基板而与另一个安装基板连接。
8.一种驱动装置，其具有：
权利要求3所述的电力转换装置；以及
马达，其与所述电力转换装置连接，被提供由所述电力转换装置转换后的电力。
9.一种助力转向装置，其具有：
权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置；
马达，其与所述电力转换装置连接，被提供由所述电力转换装置转换后的电力；以及
助力转向机构，其由所述马达进行驱动。
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