CN112840557A - 故障诊断方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施方式的故障诊断方法诊断电力转换装置(1000)的故障，该电力转换装置(1000)将来自电源(101)的电力转换为向具有n相绕组的马达(200)提供的电力，n为3以上的整数。故障诊断方法包含有以下步骤：判定第1逆变器(120)中的A相的低边开关元件的两端电压(VA1)和第2逆变器(130)中的A相的低边开关元件的两端电压(VA2)之和与饱和电压(Vsat1)的大小关系；判定B相和C相之间的相间电压(VBC)与饱和电压(Vsat2)的大小关系；以及根据两端电压之和与饱和电压(Vsat1)的大小关系的判定结果以及相间电压与饱和电压(Vsat2)的大小关系的判定结果来判定A相有无故障。

Description

故障诊断方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向 装置

技术领域

本公开涉及故障诊断方法、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，简记为“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，采用了即使在部件的一部分发生故障的情况下也能够继续安全动作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了对1个马达设置有2个电力转换装置。作为另一例，研究了对主微控制器设置有备份用微控制器。

在专利文献1中公开了具有第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。在马达驱动装置未发生故障时，能够使用第1系统和第2系统双方来驱动马达。与此相对，在第1系统和第2系统中的一方或者第1线圈组和第2线圈组中的一方发生了故障时，电源继电器切断从电源向发生了故障的系统或者与发生了故障的线圈组连接的系统的电力供给。能够使用未发生故障的另一个系统来继续进行马达驱动。

在专利文献2和专利文献3中也公开了具有第1系统和第2系统的马达驱动装置。即使一个系统或者一个线圈组发生了故障，也能够通过未发生故障的系统来继续进行马达驱动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开公报：日本特开2016-34204号公报

专利文献2：日本公开公报：日本特开2016-32977号公报

专利文献3：日本公开公报：日本特开2008-132919号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述现有技术中，要求适当地检测电力转换装置的故障。

本公开的实施方式提供能够适当地诊断电力转换装置中的相的故障的故障诊断方法。

用于解决课题的手段

本公开的例示的故障诊断方法诊断电力转换装置的故障，该电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有n相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绕组的第1端连接；第2逆变器，其与所述各相绕组的第2端连接；以及n个H桥，它们分别具有第1高边开关元件、第1低边开关元件、第2高边开关元件以及第2低边开关元件，所述n相包含有第1相、第2相以及第3相，所述故障诊断方法包含有以下步骤：判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与第1饱和电压的大小关系；判定所述第2相和所述第3相之间的相间电压与第2饱和电压的大小关系；以及根据所述两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的判定结果以及所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的判定结果来判定所述第1相有无故障。

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绕组的第1端连接；第2逆变器，其与所述各相绕组的第2端连接；n个H桥，它们分别具有第1高边开关元件、第1低边开关元件、第2高边开关元件以及第2低边开关元件；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相包含有第1相、第2相以及第3相，所述控制电路判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与第1饱和电压的大小关系，判定所述第2相和所述第3相之间的相间电压与第2饱和电压的大小关系，并根据所述两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的判定结果以及所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的判定结果来判定所述第1相有无故障。

发明效果

根据本公开的例示的实施方式，提供了能够适当地诊断电力转换装置中的相的故障的故障诊断方法、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是示意性地示出实施方式的马达模块的框图。

图2是示意性地示出实施方式的逆变器单元的电路图。

图3A是示出A相的H桥的示意图。

图3B是示出B相的H桥的示意图。

图3C是示出C相的H桥的示意图。

图4是示出进行马达控制整体的控制器的功能框图。

图5是示出用于进行各相的高边的故障诊断的功能块的功能框图。

图6是示出用于进行各相的低边的故障诊断的功能块的功能框图。

图7是示出根据转速ω和电流振幅值来决定常数Ksat1、Ksat2的查找表的示意图。

图8是例示了对按照三相通电控制来控制电力转换装置时在马达的A相、B相以及C相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)的曲线图。

图9是例示了在A相发生了故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置时在马达的B相、C相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形的曲线图。

图10是例示了在B相发生了故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置时在马达的C相、A相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形的曲线图。

图11是例示了在C相发生了故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置时在马达的A相、B相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形的曲线图。

图12是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VA1和VA2之和的模拟结果的波形的曲线图。

图13是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VB1和VB2之和的模拟结果的波形的曲线图。

图14是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VC1和VC2之和的模拟结果的波形的曲线图。

图15是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的相间电压VBC的模拟结果的波形的曲线图。

图16是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的相间电压VCA的模拟结果的波形的曲线图。

图17是示出高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的相间电压VAB的模拟结果的波形的曲线图。

图18是示出用于进行第2逆变器的故障诊断的功能块的功能框图。

图19是示出用于进行第1逆变器的故障诊断的功能块的功能框图。

图20是示出根据转速ω和电流振幅值来决定饱和电压Vsat的查找表的示意图。

图21是示出低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VA1(上侧)和实际电压VA2(下侧)的模拟结果的波形的曲线图。

图22是示出低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VB1(上侧)和实际电压VB2(下侧)的模拟结果的波形的曲线图。

图23是示出低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VC1(上侧)和实际电压VC2(下侧)的模拟结果的波形的曲线图。

图24是示出例示的实施方式的电动助力转向装置的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的逆变器的故障诊断方法、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，为了避免以下说明不必要地冗长，使本领域技术人员易于理解，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略对已周知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三相(A相、B相、C相)绕组的三相马达提供的电力的电力转换装置为例而对本公开的实施方式进行说明。其中，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)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逆变器的故障诊断方法也属于本公开的范畴。

(实施方式1)

〔1.马达模块2000和电力转换装置1000的构造〕

图1示意性地示出了本实施方式的马达模块2000的典型的块结构。

典型地，马达模块2000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(构成要素)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，并与逆变器单元100的第1逆变器120和第2逆变器130连接。具体而言，第1逆变器120与马达200的各相绕组的一端连接，第2逆变器130与各相绕组的另一端连接。

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(典型地是印刷板)。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基于电源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也可以通过传感器磁铁与具有磁阻(MR)元件的MR传感器的组合而实现。角度传感器320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控制器340。

输入电路330接受由电流传感器150检测到的相电流(以下，有时记作“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(AD)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逆变器120和第2逆变器130中的各开关元件(典型地是半导体开关元件)的开关动作(接通或者断开)进行控制。控制器340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，并将该PWM信号输出给驱动电路350。

驱动电路350典型地是预驱动器(有时也称作“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逆变器120和第2逆变器130中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)，并将控制信号提供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，预驱动器有时不是必需的。在该情况下，预驱动器的功能能够安装于控制器340中。

ROM 360例如是可写入的存储器(例如，PROM)、可重写的存储器(例如，闪存)或读出专用的存储器。ROM 360保存有控制程序，该控制程序包含有用于使控制器340控制电力转换装置1000的指令组。例如，控制程序在启动时暂时展开于RAM(未图示)中。

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示意性地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。然而，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)。关于电源101，可以像图示那样是第1逆变器120和第2逆变器130共用的一个电源，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)。

虽然未图示，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。线圈作为噪声滤波器发挥功能，对提供给各逆变器的电压波形中包含的高频噪声、或者在各逆变器中产生的高频噪声进行平滑化，以使其不向电源101侧流出。另外，在各逆变器的电源端子处连接有电容器。电容器是所谓的旁路电容器，抑制电压纹波。电容器例如是电解电容器，电容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3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(典型地是MOSFET)、或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和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，例如连接在低边开关元件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，例如连接在低边开关元件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，例如连接在低边开关元件SW_C1L与GND线GL之间。3个分流电阻S_A1、S_B1以及S_C1共同与第1逆变器120的GND线GL连接。

第2逆变器130具有由3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，例如连接在低边开关元件SW_A2L与GND线GL之间。分流电阻S_B2用于检测B相电流IB2，例如连接在低边开关元件SW_B2L与GND线GL之间。分流电阻S_C2用于检测C相电流IC2，例如连接在低边开关元件SW_C2L与GND线GL之间。3个分流电阻S_A2、S_B2以及S_C2共同与第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_A2、S_B2、S_C2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。

图3A示意性地示出了A相的H桥BA的结构。图3B示意性地示出了B相的H桥BB的结构。图3C示意性地示出了C相的H桥BC的结构。

逆变器单元100具有A相、B相以及C相的H桥BA、BB以及BC。A相的H桥BA具有第1逆变器120侧的支路中的高边开关元件SW_A1H和低边开关元件SW_A1L、第2逆变器130侧的支路中的高边开关元件SW_A2H和低边开关元件SW_A2L以及绕组M1。

B相的H桥BB具有第1逆变器120侧的支路中的高边开关元件SW_B1H和低边开关元件SW_B1L、第2逆变器130侧的支路中的高边开关元件SW_B2H和低边开关元件SW_B2L以及绕组M2。

C相的H桥BC具有第1逆变器120侧的支路中的高边开关元件SW_C1H和低边开关元件SW_C1L、第2逆变器130侧的支路中的高边开关元件SW_C2H和低边开关元件SW_C2L以及绕组M3。

控制电路300(具体而言，控制器340)能够通过执行以下说明的逆变器的故障诊断来确定第1逆变器120和第2逆变器130中的发生了故障的逆变器。以下，对逆变器的故障诊断的详细内容进行说明。

〔2.相的故障诊断方法〕

参照图4至图7，对诊断例如图1所示的电力转换装置1000中的相的故障的故障诊断方法的具体例进行说明。本申请发明人进行了深入研究的结果为，发现了通过下述方法能够诊断电力转换装置中的相的故障。本公开的故障诊断方法能够适用于具有多个H桥的电力转换装置、例如全桥类型的电力转换装置。本说明书中的故障是指开关元件的开路故障。开路故障是指开关元件始终为高阻抗的故障。在本说明书中，有时将例如第1逆变器120的高边开关元件SW_A1H或SW_A2H发生开路故障的情况称为A相的高边的故障。

在故障诊断中，例如，获取在dq坐标系中表示的电流和电压、表示低边开关元件的两端电压的实际电压以及马达的转速ω。在dq坐标系中表示的电流和电压包含有d轴电压Vd、q轴电压Vq、d轴电流Id以及q轴电流Iq。另外，在dq坐标系中，将与零相对应的轴表示为z轴。转速ω用单位时间(例如1分钟)内马达的转子旋转的转数(rpm)或单位时间(例如1秒钟)内转子旋转的转数(rps)来表示。

使用图3A至图3C对开关元件的实际电压进行说明。

对A相、B相以及C相的H桥BA、BB以及BC分别定义第1实际电压和第2实际电压。第1实际电压表示各相的H桥中的第1逆变器120侧的支路中的第1低边开关元件的两端电压。换言之，第1实际电压相当于第1逆变器120侧的支路中的第1高边开关元件与第1低边开关元件之间的节点电位。第2实际电压表示第2逆变器130侧的支路中的第2低边开关元件的两端电压。换言之，第2实际电压相当于第2逆变器130侧的支路中的第2高边开关元件与第2低边开关元件之间的节点电位。开关元件的两端电压等于作为开关元件的FET的源极-漏极之间的电压Vds。

对于A相的H桥BA，第1实际电压是指图3A所示的低边开关元件SW_A1L的两端电压VA1，第2实际电压是指图3A所示的低边开关元件SW_A2L的两端电压VA2。对于B相的H桥BB，第1实际电压是指图3B所示的低边开关元件SW_B1L的两端电压VB1，第2实际电压是指图3B所示的低边开关元件SW_B2L的两端电压VB2。对于C相的H桥BC，第1实际电压是指图3C所示的低边开关元件SW_C1L的两端电压VC1，第2实际电压是指图3C所示的低边开关元件SW_C2L的两端电压VC2。

接着，根据获得的dq坐标系的电流和电压、第1实际电压、第2实际电压以及转速来诊断相的故障。

在判定为存在发生了故障的相的情况下，生成表示相的故障的故障信号，并输出给后述的马达控制单元。例如，故障信号是被断言为发生故障的信号。

上述的故障诊断例如与通过电流传感器150来测定各相电流的周期、即AD转换的周期同步地重复执行。

用于实现本实施方式的故障诊断方法的算法例如可以仅通过面向特定用途的集成电路(ASIC)或FPGA等硬件来实现，也可以通过微控制器和软件的组合来实现。在本实施方式中，将故障诊断的动作主体设为控制电路300的控制器340。

图4例示了用于进行马达控制整体的控制器340的功能块。图5例示了用于进行各相的高边的故障诊断的功能块。图6例示了用于进行各相的低边的故障诊断的功能块。

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。在马达控制和故障诊断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ROM 360读出指令并逐次执行各处理。

控制器340例如具有故障诊断单元700和马达控制单元900。这样，本公开的故障诊断能够与马达控制(例如矢量控制)适当地组合，能够组入马达控制的一系列处理之中。

故障诊断单元700获取dq坐标系中的d轴电流Id、q轴电流Iq、d轴电压Vd、q轴电压Vq以及马达200的转速ω。故障诊断单元700还获取第1实际电压VA1、VB1以及VC1、第2实际电压VA2、VB2以及VC2。

例如，故障诊断单元700可以具有获取Vpeak的预运算单元(未图示)。预运算单元使用克拉克变换，将根据电流传感器150的测定值而取得的三相电流Ia、Ib以及Ic变换为αβ固定坐标系中的α轴上的电流I_α和β轴上的电流I_β。预运算单元使用派克变换(dq坐标变换)，将电流I_α、I_β变换为dq坐标系中的d轴电流Id和q轴电流Iq。预运算单元根据电流Id和Iq来取得d轴电压Vd和q轴电压Vq，根据所取得的Vd、Vq并基于下述式(1)来计算电压峰值Vpeak。或者，预运算单元也可以从进行矢量控制的马达控制单元900接收计算Vpeak所需的Vd、Vq。例如，预运算单元与通过电流传感器150来测定各相电流的周期同步地获取Vpeak。

Vpeak＝(2/3)^1/2(Vd²+Vq²)^1/2 式(1)

故障诊断单元700参照查找表740(图7)，根据电流Id、Iq以及转速ω来决定常数Ksat1、Ksat2。

图7示意性地示出了根据转速ω和电流振幅值来决定常数Ksat1、Ksat2的查找表(LUT)740。LUT 740建立了马达200的转速ω以及根据d轴电流和q轴电流而决定的电流振幅值(Id²+Iq²)^1/2与常数Ksat1、Ksat2之间的关系。

转速ω例如是根据来自角度传感器320的旋转信号而计算的。或者，例如能够使用公知的无传感器控制方法来推断转速ω。各开关元件的实际电压例如由驱动电路(预驱动器)350测定。

在马达控制中，通常将Id视为零。因此，电流振幅值等于Iq。例如，常数Ksat1、Ksat2是根据所获取的电流振幅值Iq和转速ω来决定的。或者，作为常数Ksat1、Ksat2，例如也可以使用在驱动前预先设定的值。例如，作为常数Ksat1、Ksat2，也可以使用取决于系统的恒定的值。另外，Ksat1和Ksat2可以是相同的值。

故障诊断单元700根据所取得的常数Ksat1、Ksat2，基于下述式(2)、式(3)来计算饱和电压Vsat1和Vsat2。

Vsat1＝Vpeak/Ksat1 式(2)

Vsat2＝Vpeak/Ksat2 式(3)

例如，饱和电压Vsat1和Vsat2的值为0.3(V)-0.4(V)。该值是一个例子，本实施方式不限于该值。故障诊断单元700根据上述的实际电压、电压峰值Vpeak、饱和电压Vsat1和Vsat2来诊断有无相的故障。

故障诊断单元700根据诊断结果而生成表示相的故障的故障信号，并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，生成对第1逆变器120和第2逆变器130的开关元件的开关动作的整体进行控制的PWM信号。马达控制单元900将PWM信号输出给驱动电路350。另外，马达控制单元900例如在故障信号被断言时，能够将马达控制从三相通电控制切换为两相通电控制。

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，不是出于将各功能块限定解释为硬件或软件的意图来使用这些表述的。

在各功能块作为软件而安装于控制器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来实现。在该情况下，全部或者一部分的功能块也可以通过硬件来实现。

通过使用多个FPGA使处理分散，能够使特定的计算机的运算负载分散。在该情况下，图4至图6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例如通过车载的控制区域网络(CAN)以能够相互通信的方式连接，能够进行数据的收发。

故障诊断单元700具有图5和图6所示的诊断各相的高边有无故障的故障诊断单元701、诊断各相的低边有无故障的故障诊断单元702。对故障诊断单元701和702实现实质上相同功能的功能块标注相同的参照标号，而省略详细说明的重复。

故障诊断单元701具有绝对值运算器711、712、713、比较器721、722、723、724、725、726以及逻辑电路AND 731、732、733。故障诊断单元702具有绝对值运算器711、712、713、比较器721、723、725、727、728、729以及逻辑电路AND 731、732、733。

首先，对各相的高边有无故障的诊断处理进行说明。

故障诊断单元701的绝对值运算器711运算B相与C相之间的相间电压VBC的绝对值。

相间电压VBC由下述式(4)表示。

VBC＝(VB1+VB2)-(VC1+VC2) 式(4)

相间电压VBC是低边开关元件SW_B1L的两端电压VB1和低边开关元件SW_B2L的两端电压VB2之和与低边开关元件SW_C1L的两端电压VC1和低边开关元件SW_C2L的两端电压VC2之和的差。

比较器721比较相间电压VBC的绝对值与饱和电压Vsat2的大小关系。比较器721在判定为VBC的绝对值为Vsat2以上(|VBC|≥Vsat2)的情况下，将表示A相正常的“0”输出给逻辑电路AND 731。比较器721在判定为VBC的绝对值小于Vsat2(|VBC|＜Vsat2)的情况下，将表示A相异常的“1”输出给逻辑电路AND 731。

比较器722比较低边开关元件SW_A1L的两端电压VA1和低边开关元件SW_A2L的两端电压VA2之和“VA1+VA2”与饱和电压Vsat1的负值“-Vsat1”的大小关系。

比较器722在判定为“VA1+VA2”为“-Vsat1”以上((VA1+VA2)≥-Vsat1)的情况下，将表示A相的高边正常的“0”输出给逻辑电路AND 731。比较器722在判定为“VA1+VA2”小于“-Vsat1”((VA1+VA2)＜-Vsat1)的情况下，将表示A相的高边异常的“1”输出给逻辑电路AND731。

逻辑电路AND 731取比较器721、722的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 731将逻辑与作为表示A相的高边有无故障的故障信号AH_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器721、722的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 731输出表示A相的高边正常的“0”作为故障信号AH_FD。在比较器721、722的输出信号双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 731输出表示A相的高边发生故障的“1”作为故障信号AH_FD。

绝对值运算器712运算C相与A相之间的相间电压VCA的绝对值。

相间电压VCA由下述式(5)表示。

VCA＝(VC1+VC2)-(VA1+VA2) 式(5)

相间电压VCA是低边开关元件SW_C1L的两端电压VC1和低边开关元件SW_C2L的两端电压VC2之和与低边开关元件SW_A1L的两端电压VA1和低边开关元件SW_A2L的两端电压VA2之和的差。

比较器723比较相间电压VCA的绝对值与饱和电压Vsat2的大小关系。比较器723在判定为VCA的绝对值为Vsat2以上(|VCA|≥Vsat2)的情况下，将表示B相正常的“0”输出给逻辑电路AND 732。比较器723在判定为VCA的绝对值小于Vsat2(|VCA|＜Vsat2)的情况下，将表示B相异常的“1”输出给逻辑电路AND 732。

比较器724比较低边开关元件SW_B1L的两端电压VB1和低边开关元件SW_B2L的两端电压VB2之和“VB1+VB2”与饱和电压Vsat1的负值“-Vsat1”的大小关系。

比较器724在判定为“VB1+VB2”为“-Vsat1”以上((VB1+VB2)≥-Vsat1)的情况下，将表示B相的高边正常的“0”输出给逻辑电路AND 732。比较器724在判定为“VB1+VB2”小于“-Vsat1”((VB1+VB2)＜-Vsat1)的情况下，将表示B相的高边异常的“1”输出给逻辑电路AND732。

逻辑电路AND 732取比较器723、724的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 732将逻辑与作为表示B相的高边有无故障的故障信号BH_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器723、724的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 732输出表示B相的高边正常的“0”作为故障信号BH_FD。在比较器723、724的输出信号双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 732输出表示B相的高边发生故障的“1”作为故障信号BH_FD。

绝对值运算器713运算A相与B相之间的相间电压VAB的绝对值。

相间电压VAB由下述式(6)表示。

VAB＝(VA1+VA2)-(VB1+VB2) 式(6)

相间电压VAB是低边开关元件SW_A1L的两端电压VA1和低边开关元件SW_A2L的两端电压VA2之和与低边开关元件SW_B1L的两端电压VB1和低边开关元件SW_B2L的两端电压VB2之和的差。

比较器725比较相间电压VAB的绝对值与饱和电压Vsat2的大小关系。比较器725在判定为VAB的绝对值为Vsat2以上(|VAB|≥Vsat2)的情况下，将表示C相正常的“0”输出给逻辑电路AND 733。比较器725在判定为VAB的绝对值小于Vsat2(|VAB|＜Vsat2)的情况下，将表示C相异常的“1”输出给逻辑电路AND 733。

比较器726比较低边开关元件SW_C1L的两端电压VC1与低边开关元件SW_C2L的两端电压VC2之和“VC1+VC2”与饱和电压Vsat1的负值“-Vsat1”的大小关系。

比较器726在判定为“VC1+VC2”为“-Vsat1”以上((VC1+VC2)≥-Vsat1)的情况下，将表示C相的高边正常的“0”输出给逻辑电路AND 733。比较器726在判定为“VC1+VC2”小于“-Vsat1”((VC1+VC2)＜-Vsat1)的情况下，将表示C相的高边异常的“1”输出给逻辑电路AND733。

逻辑电路AND 733取比较器725、726的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 733将逻辑与作为表示C相的高边有无故障的故障信号CH_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器725、726的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 733输出表示C相的高边正常的“0”作为故障信号CH_FD。在比较器725、726的输出信号的双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 733输出表示C相的高边发生故障的“1”作为故障信号CH_FD。

接下来，对各相的低边有无故障的诊断处理进行说明。

故障诊断单元702执行低边有无故障的诊断。为了避免重复说明相同的处理，这里对故障诊断单元702执行的处理中的与故障诊断单元701不同的处理进行说明。

故障诊断单元702具有比较器727、728、729来代替比较器722、724、726。

比较器727比较低边开关元件SW_A1L的两端电压VA1和低边开关元件SW_A2L的两端电压VA2之和“VA1+VA2”与饱和电压Vsat1的大小关系。

比较器727在判定为“VA1+VA2”为“Vsat1”以下((VA1+VA2)≤Vsat1)的情况下，将表示A相的低边正常的“0”输出给逻辑电路AND 731。比较器727在判定为“VA1+VA2”大于“Vsat1”((VA1+VA2)＞Vsat1)的情况下，将表示A相的低边异常的“1”输出给逻辑电路AND731。

逻辑电路AND 731取比较器721、727的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 731将逻辑与作为表示A相的低边有无故障的故障信号AL_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器721、727的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 731输出表示A相的低边正常的“0”作为故障信号AL_FD。在比较器721、727的输出信号双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 731输出表示A相的低边发生故障的“1”作为故障信号AL_FD。

比较器728比较低边开关元件SW_B1L的两端电压VB1与低边开关元件SW_B2L的两端电压VB2之和“VB1+VB2”与饱和电压Vsat1的大小关系。

比较器728在判定为“VB1+VB2”为“Vsat1”以下((VB1+VB2)≤Vsat1)的情况下，将表示B相的低边正常的“0”输出给逻辑电路AND 732。比较器728在判定为“VB1+VB2”大于“Vsat1”((VB1+VB2)＞Vsat1)的情况下，将表示B相的低边异常的“1”输出给逻辑电路AND732。

逻辑电路AND 732取比较器723、728的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 732将逻辑与作为表示B相的低边有无故障的故障信号BL_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器723、728的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 732输出表示B相的低边正常的“0”作为故障信号BL_FD。在比较器723、728的输出信号双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 732输出表示B相的低边发生故障的“1”作为故障信号BL_FD。

比较器729比较低边开关元件SW_C1L的两端电压VC1和低边开关元件SW_C2L的两端电压VC2之和“VC1+VC2”与饱和电压Vsat1的大小关系。

比较器729在判定为“VC1+VC2”为“Vsat1”以下((VC1+VC2)≤Vsat1)的情况下，将表示C相的低边正常的“0”输出给逻辑电路AND 733。比较器729在判定为“VC1+VC2”大于“Vsat1”((VC1+VC2)＞Vsat1)的情况下，将表示C相的低边异常的“1”输出给逻辑电路AND733。

逻辑电路AND 733取比较器725、729的输出信号的逻辑与。逻辑电路AND 733将逻辑与作为表示C相的低边有无故障的故障信号CL_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器725、729的输出信号中的至少一方为“0”的情况下，逻辑电路AND 733输出表示C相的低边正常的“0”作为故障信号CL_FD。在比较器725、729的输出信号双方为“1”的情况下，逻辑电路AND 733输出表示C相的低边发生故障的“1”作为故障信号CL_FD。

马达控制单元900根据故障诊断单元700输出的故障信号而变更马达控制。例如，将马达控制从三相通电控制切换为两相通电控制。例如，当确定了发生故障的相时，使用包含有该发生了故障的开关元件的相以外的剩余的两个相而进行两相通电控制。例如，当故障信号AH_FD和AL_FD中的至少一方示出“1”而确定了A相发生故障时，马达控制单元900使A相的H桥BA的全部开关元件断开。然后，使用剩余的B相和C相的H桥BB和H桥BC而进行两相通电控制。由此，即使三相中的一相发生了故障，电力转换装置1000也能够继续进行马达驱动。

图8例示了通过对按照三相通电控制来控制电力转换装置1000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得到的电流波形(正弦波)。图9例示了在A相的H桥BA发生了故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的B相、C相的各绕组中流动的电流值进行绘图而得到的电流波形。横轴表示马达电角度(度)，纵轴表示电流值(A)。在图8、图9的电流波形中，每30°电角度标绘电流值。I_pk表示各相的最大电流值(电流值峰值)。

作为参考，在图10中例示了在B相的H桥BB发生故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的A相、C相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形。在图11中例示了在C相的H桥BC发生故障的情况下，对按照两相通电控制来控制电力转换装置1000时在马达200的A相、B相的各绕组中流动的电流值进行标绘而得到的电流波形。

在本实施方式中，上述的故障诊断单元701和702的各处理的顺序是任意的。例如，也可以在进行了比较器722、724、726、727、728、729的处理之后，进行比较器721、723、725的处理。

另外，例如也可以是，进行比较器722、724、726、727、728、729的处理，仅在检测到异常的情况下，进行比较器721、723、725的处理。在噪声小的使用环境下，仅通过比较器722、724、726、727、728、729的处理，也能够判定有无异常。在检测到异常的情况下，通过进行比较器721、723、725的处理，能够进一步提高有无异常的判定精度。另外，通过仅在检测到异常的情况下进行比较器721、723、725的处理，能够削减运算量。通过运算量削减，当发生了故障时，能够以更短的时间应对故障。

另外，比较器721、723、725的处理和比较器722、724、726、727、728、729的处理也可以同时进行。通过同时进行这些处理，并使用各自的处理结果来判定有无异常，能够高精度地判定有无异常。例如，即使在噪声混入于电压信号的使用环境下，也能够以高精度判定有无异常。

以下，示出了使用dSPACE公司的“快速控制原型(RCP)系统”和MathWorks公司的Matlab/Simulink来验证在本公开的故障诊断中使用的算法的妥当性的结果。在该验证中，使用了通过矢量控制而受到控制的在电动助力转向(EPS)装置中使用的表面磁铁型(SPM)马达的模型。在验证中，将q轴的电流指令值Iq_ref设定为3A，将d轴的电流指令值Id_ref和零相的电流指令值Iz_ref设定为0A。将马达的转速ω设定为1200rpm。在模拟中，使第1逆变器120的低边开关元件SW_A1H在时刻1.54s发生开路故障。

在图12至图17中示出了各信号的波形的模拟结果。各曲线图的纵轴表示电压(V)，横轴表示时间(s)。

图12示出了高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VA1和VA2之和的波形。图13示出了高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VB1和VB2之和的波形。图14示出了高边开关元件SW_A1H发生了开路故障的情况下的实际电压VC1和VC2之和的波形。

可知：当高边开关元件SW_A1H在时刻1.54s发生了开路故障之后，如图12所示，“VA1+VA2”小于“-Vsat1”。另一方面，如图13和图14所示，“VB1+VB2”和“VC1+VC2”不小于“-Vsat1”。

可知：当高边开关元件SW_A1H在时刻1.54s发生了开路故障之后，如图15所示，相间电压VBC的绝对值小于Vsat2。另一方面，如图16和图17所示，相间电压VCA的绝对值和相间电压VAB的绝对值不小于Vsat2。

如上所述，本公开的故障诊断能够通过简单的算法来实现。因此，得到了例如在向控制器340的安装中电路规模或存储器尺寸缩小这一优点。另外，由于能够以小运算量完成相间电压的监视，因此能够缩短到故障检测为止的时间。

在本实施方式中，也可以不对三相全部进行上述的故障诊断，也可以仅对一相或二相进行故障诊断。例如，在仅对A相进行故障诊断的情况下，可以仅进行上述说明的处理中的与A相相关的处理，而不进行与B相和C相相关的处理。

接下来，对逆变器的故障诊断进行说明。

图18例示了用于进行第2逆变器130的故障诊断的功能块。图19例示了用于进行第1逆变器120的故障诊断的功能块。

故障诊断单元700参照查找表840(图20)，根据电流Id、Iq以及转速ω来决定饱和电压Vsat。

图20示意性地示出了根据转速ω和电流振幅值来决定饱和电压Vsat的查找表(LUT)840。LUT 840建立了马达200的转速ω的输入以及根据d轴电流和q轴电流而决定的电流振幅值(Id²+Iq²)^1/2与饱和电压Vsat之间的关系。

表1例示了能够在故障诊断中使用的LUT 840的结构。在马达控制中，通常将Id视为零。因此，电流振幅值等于Iq。在表1中记载了Iq(A)。饱和电压Vsat是根据获得的电流振幅值Iq和转速ω而决定的。或者，作为饱和电压Vsat，例如也可以使用在驱动前预先设定的值。例如，作为饱和电压Vsat，也可以使用取决于系统的恒定的值(例如0.1V左右)。

[表1]

转速(rpm)	1000	1500	1800
				Iq(Λ)	0.14	0.53	1.43
Vsat(V)	0.28～0.36	0.35～0.51	0.20～0.36

故障诊断单元700根据上述的实际电压、电压峰值Vpeak、饱和电压Vsat来诊断逆变器有无故障。

故障诊断单元700根据诊断结果而生成表示第1逆变器120的故障的故障信号1_FD、表示第2逆变器130的故障的故障信号2_FD，并输出给马达控制单元900。

故障诊断单元700具有图18和图19所示的诊断第2逆变器130有无故障的故障诊断单元801、诊断第1逆变器120有无故障的故障诊断单元802。故障诊断单元801和802具有实质上相同的功能块，但所输入的实际电压互不相同。

故障诊断单元801和802分别具有绝对值运算器811、814、817、乘法器812、813、815、816、818、819、加法器831、832、833、比较器851、852、853以及逻辑电路OR 871。

首先，对第2逆变器130有无故障的诊断处理进行说明。

故障诊断单元801的绝对值运算器811运算实际电压VA1的绝对值。乘法器812将电压峰值Vpeak乘以常数“-1/2”。乘法器813将饱和电压Vsat乘以常数“-1”。加法器831将绝对值运算器811、乘法器812以及813的输出值相加来计算下述式(7)所示的故障诊断电压VA1_FD。

VA1_FD＝|VA1|-〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(7)

比较器851对“VA1_FD”和“零”进行比较。在VA1_FD为零以下(VA1_FD≤0)的情况下，比较器851将表示实际电压VA1正常的“0”输出给逻辑电路OR 871。在VA1_FD大于零(VA1_FD＞0)的情况下，比较器851将表示实际电压VA1异常的“1”输出给逻辑电路OR 871。

同样地，故障诊断单元801的绝对值运算器814运算实际电压VB1的绝对值。乘法器815将电压峰值Vpeak乘以常数“-1/2”。乘法器816将饱和电压Vsat乘以常数“-1”。加法器832将绝对值计算器814、乘法器815和816的输出值相加来计算下述式(8)所示的故障诊断电压VB1_FD。

VB1_FD＝|VB1|-〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(8)

比较器852对“VB1_FD”和“零”进行比较。在VB1_FD为零以下的情况下，比较器852将表示实际电压VB1正常的“0”输出给逻辑电路OR 871。在VB1_FD大于零的情况下，比较器852将表示实际电压VB1异常的“1”输出给逻辑电路OR871。

故障诊断单元801的绝对值运算器817运算实际电压VC1的绝对值。乘法器818将电压峰值Vpeak乘以常数“-1/2”。乘法器819将饱和电压Vsat乘以常数“-1”。加法器833将绝对值运算器817、乘法器818和819的输出值相加来计算下述式(9)所示的故障诊断电压VC1_FD。

VC1_FD＝|VC1|-〔(Vpeak/2)+Vsat〕 式(9)

比较器853对“VC1_FD”和“零”进行比较。在VC1_FD为零以下的情况下，比较器853将表示实际电压VC1正常的“0”输出给逻辑电路OR 871。在VC1_FD大于零的情况下，比较器853将表示实际电压VC1异常的“1”输出给逻辑电路OR 871。

逻辑电路OR 871取比较器851、852、853的输出信号的逻辑或。逻辑电路OR 871将逻辑或作为表示第2逆变器130有无故障的故障信号2_FD而输出给马达控制单元900。

在比较器851、852、853的输出信号全部为“0”的情况下，逻辑电路OR 871输出表示第2逆变器130正常的“0”作为故障信号2_FD。在比较器851、852、853的输出信号中的至少一个为“1”的情况下，逻辑电路OR 871输出表示第2逆变器130发生故障的“1”作为故障信号2_FD。

例如，当低边开关元件SW_A2L发生开路故障时，在该开关元件中没有电流流动。其结果为，受到马达200的反电动势的影响，实际电压VA2的下侧峰值(负值)上升，其绝对值变小。当低边开关元件SW_A2L没有发生开路故障时，VA1≒〔(Vpeak/2)+Vsat〕，实际电压VA1的大小等于|(Vpeak/2)+Vsat|。与此相对，当低边开关元件SW_A2L发生开路故障时，该平衡被破坏。例如，由于在开关元件SW_A2L中没有电流流动，因此会对开关元件SW_A1L施加多余的电压。实际电压VA1变大，VA1_FD＞0。

图19所示的故障诊断单元802执行与故障诊断单元801相同的处理，诊断第1逆变器120有无故障。向故障诊断单元802输入实际电压VA2、VB2、VC2来代替实际电压VA1、VB1、VC1。故障诊断单元802的除此之外的处理与故障诊断单元801相同，因此这里省略详细说明。

另外，也可以通过上述运算以外的方法来求取故障诊断电压。例如，故障诊断电压VA1_FD也可以通过以下的式(10)的运算来求取。

VA1_FD＝VA1²-〔(Vpeak/2)+Vsat〕² 式(10)

另外，例如，故障诊断电压VA1_FD也可以通过以下的式(11)的运算来求取。

VA1_FD＝〔VA1+(Vpeak/2)+Vsat〕〔VA1-(Vpeak/2)-Vsat〕 式(11)

使用这些运算也能够与上述同样地诊断逆变器有无故障。

以下，示出了使用dSPACE公司的“快速控制原型(RCP)系统”和MathWorks公司的Matlab/Simulink来验证在本公开的故障诊断中使用的算法的妥当性的结果。在该验证中，使用了通过矢量控制而受到控制的在电动助力转向(EPS)装置中使用的表面磁铁型(SPM)马达的模型。在验证中，将q轴的电流指令值Iq_ref设定为3A，将d轴的电流指令值Id_ref和零相的电流指令值Iz_ref设定为0A。将马达的转速ω设定为1200rpm。在模拟中，使第1逆变器120的低边开关元件SW_A1L在时刻1.641s发生开路故障。

在图21至图23中示出了各信号的波形的模拟结果。各曲线图的纵轴表示电压(V)，横轴表示时间(s)。

图21示出了低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VA1(上侧)和实际电压VA2(下侧)的波形。图22示出了低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VB1(上侧)和实际电压VB2(下侧)的波形。图23示出了低边开关元件SW_A1L发生了开路故障的情况下的实际电压VC1(上侧)和实际电压VC2(下侧)的波形。

可知：当低边开关元件SW_A1L在时刻1.641s发生了开路故障之后，如图21所示，实际电压VA1的下侧峰值上升。另外，可知：实际电压VA2的上侧峰值上升。即，实际电压VA2的上侧峰值的绝对值变大。如图22、图23所示，实际电压VB1、VB2、VC1、VC2的变化程度较小。

即使在正常时的动作中，也可能发生实际电压变得比Vpeak/2稍大的情况。但是，在本实施方式中，对Vpeak/2加上饱和电压Vsat得到的值与实际电压进行比较。因此，仅在产生了像图21所示的实际电压VA2那样大幅变化的实际电压的情况下，能够判定为故障。当在正常时的动作中实际电压变得大于Vpeak/2时不会判定为故障，由此能够提高故障判定的精度。

通过使用了图5和图6所说明的上述处理，能够确定是哪个相发生了故障、以及是高边和低边中的哪个发生了故障。另外，通过使用了图18和图19所说明的上述处理，能够确定是第1逆变器和第2逆变器中的哪个发生了故障。即，马达控制单元900能够根据图5、图6、图18以及图19所示的各个处理的判定结果来确定第1逆变器和第2逆变器所具有的12个开关元件中的哪个开关元件发生了故障。通过能够确定哪个开关元件发生了故障，能够进行与发生了故障的开关元件的位置相应的控制的变更。

例如，可以是，在判定为第1相的低边发生故障并且第1逆变器发生故障的情况下，在第1逆变器的高边构成中性点。另外，也可以是，在判定为第1相的高边发生故障并且第1逆变器发生故障的情况下，在第1逆变器的低边构成中性点。例如，在低边开关元件SW_A1L发生了故障的情况下，断开低边开关元件SW_B1L和SW_C1L。然后，接通高边开关元件SW_A1H、SW_B1H以及SW_C1H。由此，在第1逆变器120的高边构成了中性点。通过使用该中性点使第2逆变器130进行动作，能够继续进行马达200的驱动。

另外，例如，在高边开关元件SW_A1H发生了故障的情况下，断开高边开关元件SW_B1H和SW_C1H。然后，接通低边开关元件SW_A1L、SW_B1L以及SW_C1L。由此，在第1逆变器120的低边构成了中性点。通过使用该中性点使第2逆变器130进行动作，能够继续进行马达200的驱动。

(实施方式2)

图24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。通过辅助扭矩来减轻驾驶员的操作负担。

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、齿条齿轮机构525、齿条轴526、左右球节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例如由操舵扭矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543以及减速机构544等构成。操舵扭矩传感器541检测转向系统520中的操舵扭矩。ECU542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相应的辅助扭矩。马达543经由减速机构544而向转向系统520传递所生成的辅助扭矩。

ECU 542例如具有实施方式1的控制器340和驱动电路350等。在汽车中构建了以ECU作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的马达模块2000适当地用于该系统。

本公开的实施方式也适用于线控换档、线控转向、线控制动等电子线控以及牵引马达等的马达控制系统。例如，安装了本公开的实施方式的故障诊断方法的EPS能够搭载于与日本政府和美国运输部道路交通安全局(NHTSA)规定的等级0至5(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、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：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。

Claims (16)

1.一种故障诊断方法，诊断电力转换装置的故障，该电力转换装置将来自电源的电力转换为向具有n相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绕组的第1端连接；

第2逆变器，其与所述各相绕组的第2端连接；以及

n个H桥，它们分别具有第1高边开关元件、第1低边开关元件、第2高边开关元件以及第2低边开关元件，

所述n相包含有第1相、第2相以及第3相，

所述故障诊断方法包含有以下步骤：

判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与第1饱和电压的大小关系；

判定所述第2相和所述第3相之间的相间电压与第2饱和电压的大小关系；以及

根据所述两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的判定结果以及所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的判定结果来判定所述第1相有无故障。

2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其中，

所述相间电压是所述第1逆变器中的所述第2相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第2相的低边开关元件的两端电压之和与所述第1逆变器中的所述第3相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第3相的低边开关元件的两端电压之和的差。

3.根据权利要求1或2所述的故障诊断方法，其中，

判定所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的步骤包含有使用下述式所示的所述相间电压VBC来判定所述大小关系的步骤，

VBC＝(VB1+VB2)-(VC1+VC2)

其中，VB1表示所述第1逆变器中的所述第2相的低边开关元件的两端电压，VB2表示所述第2逆变器中的所述第2相的低边开关元件的两端电压，VC1表示所述第1逆变器中的所述第3相的低边开关元件的两端电压，VC2表示所述第2逆变器中的所述第3相的低边开关元件的两端电压。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

判定有无所述故障的步骤包含有以下步骤：在所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和大于所述第1饱和电压并且所述相间电压的绝对值小于所述第2饱和电压的情况下，判定为所述第1相的低边发生故障。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

判定有无所述故障的步骤包含有以下步骤：在所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和小于负所述第1饱和电压并且所述相间电压的绝对值小于所述第2饱和电压的情况下，判定为所述第1相的高边发生故障。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

在执行了判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的步骤之后，执行判定所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的步骤。

7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的步骤和判定所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的步骤同时执行。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：在判定为所述第1相发生故障的情况下，将所述第1逆变器和所述第2逆变器的控制从n相通电控制变更为使用了所述n相中的与所述第1相不同的其他m相的m相通电控制，m为2以上并且小于n的整数。

9.根据权利要求4所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：判定所述第1逆变器和所述第2逆变器中的至少一方有无故障。

10.根据权利要求9所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：在判定为所述第1相的低边发生故障并且所述第1逆变器发生故障的情况下，在所述第1逆变器的高边构成中性点。

11.根据权利要求5所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：判定所述第1逆变器和所述第2逆变器中的至少一方有无故障。

12.根据权利要求11所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：在判定为所述第1相的高边发生故障并且所述第1逆变器发生故障的情况下，在所述第1逆变器的低边构成中性点。

13.根据权利要求1至12中的任意一项所述的故障诊断方法，其中，

所述故障诊断方法还包含有以下步骤：使用以所述马达的转速以及根据dq坐标系中的d轴电流和q轴电流而决定的电流值作为输入的查找表来决定所述第1饱和电压和所述第2饱和电压。

14.一种电力转换装置，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绕组的第1端连接；

第2逆变器，其与所述各相绕组的第2端连接；

n个H桥，它们分别具有第1高边开关元件、第1低边开关元件、第2高边开关元件以及第2低边开关元件；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相包含有第1相、第2相以及第3相，

所述控制电路判定所述第1逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压和所述第2逆变器中的所述第1相的低边开关元件的两端电压之和与第1饱和电压的大小关系，判定所述第2相和所述第3相之间的相间电压与第2饱和电压的大小关系，并根据所述两端电压之和与所述第1饱和电压的大小关系的判定结果以及所述相间电压与所述第2饱和电压的大小关系的判定结果来判定所述第1相有无故障。

15.一种马达模块，其具有：

马达；以及

权利要求14所述的电力转换装置。

16.一种电动助力转向装置，其具有权利要求15所述的马达模块。

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