DE102011052368A1

DE102011052368A1 - Elektrische Leistungswandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011052368A1
Application number: DE102011052368.5A
Authority: DE
Inventors: Takashi Suzuki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-08-13
Also published as: US8410740B2; US20120032625A1; JP5158528B2; JP2012039740A

Abstract

Eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung (1, 4) wandelt elektrische Leistung um, die einem Motor (10) zugeführt wird, der einen Wicklungssatz (18) aufweist, der aus Spulen (11 bis 13) besteht, die einer Mehrzahl von Phasen entsprechen. Ein Wechselrichterabschnitt (20) weist eine Mehrzahl von FETs (21 bis 26) auf, die Schaltelementpaare bilden, die jeweils den einzelnen Phasen des Wicklungssatzes entsprechen. Pull-up-Widerstände (61 bis 63) sind zwischen den Spulen (11 bis 13) und einer Hochpotentialseite einer Batterie (31) vorgesehen. Ein Neutralpunktspannungs-Erfassungsabschnitt (50) erfasst eine Neutralpunktspannung (Vm) des Wicklungssatzes (18). Ein Mikrocomputer (70) erfasst eine Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung (Vm).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung, die einer rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, wandelt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gemäß einer herkömmlichen elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung, die einer rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, wandelt, wird zwischen EIN/AUS-Zuständen einer Mehrzahl von Schaltelementen umgeschaltet. Falls die rotierende elektrische Maschine zum Beispiel ein Elektromotor ist, ist der Motor nicht in der Lage, ein gewünschtes Drehmoment erzeugen, und beschädigt mechanische Einrichtungen, wie Zahnräder, die mit einer Abtriebswelle des Motors verkuppelt sind, wenn die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung fehlerhaft arbeitet bzw. ausfällt. Gemäß JP 2006-50707 A ist daher eine Vorspannungsschaltung vorgesehen, um eine Anomalie in Leistungszuführungskabeln zu erfassen. Die Vorspannungsschaltung legt eine Vorspannung an ein beliebiges der Leistungszuführungskabel an.
Da Spannungen der Leistungszuführungskabel sämtlicher Phasen erfasst werden, müssen die Spannungen an vielen Stellen erfasst werden, und das Verfahren bei der Erfassung von Anomalien ist kompliziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Anomalie anhand eines relativ einfachen Verfahrens erfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung vorgesehen zum Wandeln von elektrischer Leistung aus einer Leistungsquelle, die zu einem Motor mit einem Wicklungssatz geliefert wird, der aus Spulen gebildet ist, die einer Mehrzahl von Phasen entsprechen. Die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung weist einen Wechselrichterabschnitt, einen Sternpunkt- bzw. Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt und einen Anomalie-Erfassungsabschnitt auf. Der Wechselrichterabschnitt weist eine Mehrzahl von Paaren aus Schaltelementen entsprechend der Mehrzahl von Wicklungssatz-Phasen auf. Jedes Paar aus Schaltelementen besteht aus einem hochpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist, und einem niederpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Niederpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist. Der Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst eine Neutralpunktspannung des Wicklungssatzes. Der Anomalie-Erfassungsabschnitt erfasst eine Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung, die vom Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst wird.
Bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Widerstände jeweils zwischen einem Ende der Spulen des Wicklungssatzes und der Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen. Der Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst als Neutralpunktspannung eine Spannung, die an einem Neutralpunkt entsteht, mit dem ein jeweils anderes Ende der Spulen des Wicklungssatzes verbunden ist.
Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein erster Widerstand und eine Mehrzahl von zweiten Widerständen vorgesehen. Der erste Widerstand ist zwischen einer der Spulen des Wicklungssatzes und der Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen. Jeder von der Mehrzahl von zweiten Widerständen weist ein Ende, das mit der Mehrzahl von Spulen des Wicklungssatzes verbunden ist, und ein anderes Ende auf, das mit einem Verbindungsabschnitt verbunden ist. Der Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst als Neutralpunktspannung des Wicklungssatzes eine Spannung, die am Verbindungsabschnitt entsteht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehende sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, die Bezug nimmt auf die begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen sind:
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Ablaufschema, das eine Anomalieerfassungs-Verarbeitungsroutine zeigt, die in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung einer elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Teile, die mehreren Ausführungsformen im Wesentlichen gemeinsam sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 dargestellt, ist eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, um elektrische Leistung zu wandeln, die einem Elektromotor 10 zugeführt wird, bei dem es sich um eine rotierende elektrische Maschine handelt. Die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 1 und der Elektromotor 10 werden beispielsweise in einem elektrischen Servolenkungssystem (EPS) verwendet, mit dem das Lenken eines Fahrzeugs unterstützt wird.
Der Motor 10 ist ein bürstenloser Motor und weist einen Rotor und einen Stator auf, die nicht dargestellt sind. Der Rotor ist ein scheibenförmiges Element, an dem Dauermagnete befestigt sind, um Magnetpole bereitzustellen. Im Stator ist der Rotor untergebracht und drehfähig gelagert. Der Stator weist Vorsprünge auf, die einwärts nach innen vorstehen und in vorgegebenen, regelmäßigen Winkelabständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Eine U-Phasenspule 11, eine V-Phasenspule 12 und eine W-Phasenspule 13, die in 1 dargestellt sind, sind um diese Vorsprünge herum gewickelt. Die U-Phasenspule 11, die V-Phasenspule 12 und die W-Phasenspule 13 sind U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwicklungen, und bilden gemeinsam einen Wicklungssatz 18 des Motors 10. Sowohl die U-Phasenspule 11 als auch die V-Phasenspule 12 und die W-Phasenspule 13 sind als Einzelspulen dargestellt. Jedoch können sie auch aus einer Mehrzahl von Spulen gebildet sein. Die U-Phasenspule 11, die V-Phasenspule 12 und die W-Phasenspule 13 sind an einem Neutralpunkt 17 miteinander verbunden. Somit sind die U-Phasenspule 11, die V-Phasenspule 12 und die W-Phasenspule 13 in Y-Form sternförmig miteinander verbunden.
Die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 1 weist eine Wechselrichterschaltung (einen Wechselrichterabschnitt) 20, eine Neutralpunktspannungs-Erfassungseinheit (einen Neutralpunktspannungs-Erfassungsabschnitt) 51, Pull-up-Widerstände 61 bis 63, einen Mikrocomputer 70 und dergleichen auf. Die Wechselrichterschaltung 20 ist ein Dreiphasen-Wechselrichter, der sechs Schaltelemente 21 bis 26 aufweist, die in einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind, um eine Leistungszufuhr von einer Batterie (PIG) 31 auf sowohl die U-Phasenspule 11 als auch die V-Phasenspule 12 und die W-Phasenspule 13 des Wicklungssatzes 18 umzuschalten. Jedes der Schaltelemente 21 bis 26 ist ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Die Schaltelemente 21 bis 26 werden als FETs 21 bis 26 bezeichnet.
Die drei FETs 21 bis 23 weisen Drains bzw. Abflüsse auf, die mit der Pluspolseite der Batterie 31 verbunden sind, die als Leistungsquelle dient. Die FETs 21 bis 23 weisen Sources bzw. Zuflüsse auf, die mit den Abflüssen der FETs 24 bis 26 verbunden sind. Die FETs 24 bis 26 Zuflüsse auf, die über Nebenschluss- bzw. Shunt-Widerstände 27 bis 29 mit Masse verbunden sind.
Ein Übergang bzw. eine Verbindung zwischen dem FET 21 und dem FET 24, die ein Paar bilden, ist mit einem Ende der U-Phasenspule 11 verbunden. Eine Verbindung zwischen dem FET 22 und dem FET 25, die ein Paar bilden, ist mit einem Ende der V-Phasenspule 12 verbunden. Eine Verbindung zwischen dem FET 23 und dem FET 26, die ein Paar bilden, ist mit einem Ende der W-Phasenspule 13 verbunden.
Die Shunt-Widerstände 27 bis 29 sind zwischen die FETs 24 bis 26 und Masse geschaltet. Genauer gesagt ist der Shunt-Widerstand 27 zwischen den FET 24 und Masse geschaltet. Der Shunt-Widerstand 28 ist zwischen den FET 25 und Masse geschaltet. Der Shunt-Widerstand 29 ist zwischen den FET 26 und Masse geschaltet. Die Shunt-Widerstände 27 bis 29 sind vorgesehen, um Spannungen (oder Ströme) der ihnen zugeführten Ströme zu erfassen, um dadurch Ströme zu erfassen, die den Spulen 11 bzw. 13 zugeführt werden.
Die FETs 21 bis 23 entsprechen hochpotentialseitigen Schaltelementen in der Wechselrichterschaltung 20. Die FETs 24 bis 26 entsprechen niederpotentialseitigen Schaltelementen in der Wechselrichterschaltung 20. Das hochpotentialseitige Schaltelement wird als oberer FET bezeichnet, und das niederpotentialseitige Schaltelement wird als unterer FET bezeichnet. Der FET 21 und der FET 24, die ein Paar bilden, der FET 22 und der FET 25, die ein Paar bilden, und der FET 23 und der FET 26, die ein Paar bilden, entsprechen jeweils Paaren aus Schaltelementen.
Ein Strompfad von der Pluspolseite der Batterie 31 zu den Abflüssen der oberen FETs 21 bis 23 bildet eine Batterieleitung 33. Ein Strompfad von den Shunt-Widerständen 27 bis 29 zur Masse bildet eine Masseleitung 34. Die Batterieleitung 33 entspricht einer Hochpotentialseite der Leistungsquelle, und die Masseleitung 34 entspricht einer Niederpotentialseite der Leistungsquelle. Im Strompfad von der Pluspolseite der Batterie 31 zur Masse wird die Seite, auf der sich die Batterie 31 befindet, als Eingangsseite bezeichnet, und die Masseseite wird als Ausgangsseite bezeichnet.
Ein Leistungsquellen-Relais 32 ist in der Batterieleitung 33 zwischen der Pluspolseite der Batterie 31 und der Wechselrichterschaltung 20 vorgesehen. Das Leistungsquellen-Relais 32 wird vom Mikrocomputer 70 auf BIN und AUS gesteuert, um einen Stromfluss zwischen der Batterie 31 und der Wechselrichterschaltung 20 und dem Motor 10 zuzulassen oder zu unterbrechen. Das Leistungsquellen-Relais 32 ist ein Leistungsquellen-Relais der Art, die normalerweise offen ist. Das Leistungsquellen-Relais 31 ist offen (AUS) und unterbricht den Stromfluss, wenn kein EIN-Befehl vom Mikrocomputer 70 empfangen wird. Das Leistungsquellen-Relais 32 ist geschlossen (EIN) und lässt den Stromfluss zu, wenn ein EIN-Befehl vom Mikrocomputer empfangen wird.
Ein Kondensator 36 ist so ausgebildet, dass eines seiner Enden zwischen dem Leistungsquellen-Relais 32 und der Wechselrichterschaltung 20 mit der Batterieleitung 33 verbunden ist, und sein anderes Ende zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und der Batterie 31 mit der Masseleitung 34 verbunden ist. Der Kondensator 36 ist zwischen der Batterie 31 und der Wechselrichterschaltung 20 vorgesehen. Der Kondensator 36 speichert elektrische Ladung, um die Leistungsversorgung der FETs 21 bis 26 zu unterstützen, und verringert eine Welligkeit des Strom, die entsteht, wenn die elektrische Leistung von der Batterie 31 zum Motor 10 geliefert wird.
Eine Vorladeschaltung 40 ist zwischen einer Verbindung zwischen dem Kondensator 36 und der Batterieleitung 33 und das Leistungsquellen-Relais 32 geschaltet. Die Vorladeschaltung 40 weist eine Vorladebatterie 41, ein Vorlade-Relais 42 und einen Vorladewiderstand 43 auf. Die Vorladebatterie 41 liefert weniger Leistung als die Batterie 31. Die Spannung der Batterie 31 (als Batteriespannung Vpig bezeichnet) ist 12 V (Volt), und die Spannung der Vorladebatterie 41 (als Vorladespannung Vpre bezeichnet) ist 5 V.
Das Vorlade-Relais 42 wird vom Mikrocomputer 70 auf EIN und AUS gesteuert, um einen Stromfluss zwischen der Vorladebatterie 41 und der Batterieleitung 33 zuzulassen oder zu unterbrechen. Der Vorladewiderstand 43 ist zwischen das Vorlade-Relais 42 und die Batterieleitung 33 geschaltet. Der Vorladewiderstand 43 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass vorübergehend ein starker Strom von der Vorladebatterie 41 zum Kondensator 36 fließt, wenn das Vorlade-Relais 42 auf EIN gesteuert wird. Der Vorladewiderstand 43 ist auf einen beliebigen ohmschen Wert bzw. Widerstandswert eingestellt, beispielsweise 10 Ω oder 100 Ω. Der Vorladewiderstand 43 ist nicht notwendig, wenn eine Funktion zur Beschränkung einer übermäßigen Leistungsabgabe von der Vorladebatterie 41 vorgesehen ist.
Eine ausgangsseitige Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung (ein ausgangsseitiger Relais-Spannungs-Erfassungsabschnitt) 50 erfasst eine Spannung der Batterieleitung 33 auf der Ausgangsseite (stromabwärtigen Seite) des Leistungsquellen-Relais 32 (als Relais-ausgangsseitige Leistungsquellenspannung Vr bezeichnet). Die ausgangsseitige Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung 50 weist ein Ende auf, das an einer Stelle zwischen der Vorladeschaltung 40 und dem Kondensator 36 mit der Batterieleitung 33 verbunden ist, und weist ein anderes Ende auf, das mit Masse verbunden ist. Die Erfassungsschaltung 50 weist drei Widerstände 501, 502 und 503 auf. Die Widerstände 501 und 502, die in Reihe geschaltet sind, sind Spannungsteilungswiderstände. Die Widerstände 501 und 502 sind so eingestellt, dass eine Spannung, die an einer Verbindung zwischen den Widerständen 501 und 502 angelegt wird, vom Mikrocomputer 70 erfasst werden kann. Der Widerstand 503, der zwischen der Verbindung der Widerstände 501 und 502 und den Mikrocomputer 70 geschaltet ist, ist vorgesehen, um zu verhindern, dass ein übermäßiger Strom zum Mikrocomputer 70 fließt.
Eine Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 ist vorgesehen, um eine Neutralpunktspannung Vm des Wicklungssatzes 18 zu erfassen. Die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 erfasst eine Spannung (als Neutralpunktspannung Vm bezeichnet), die am Neutralpunkt 17 der U-Phasenspule 11, der V-Phasenspule 12 und der W-Phasenspule 13 entsteht. Die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 weist ein Ende auf, das mit dem Neutralpunkt 17 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit Masse verbunden ist. Ein Draht 171, der den Neutralpunkt 17 und die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 miteinander verbindet, geht getrennt von den anderen Drähten, die in Bezug auf die jeweiligen Phasen der Spulen 11 bis 13 zur Wechselrichterschaltung 20 ausgehen, vom Motor 10 aus.
Die Erfassungsschaltung 51 weist ähnlich wie die ausgangsseitige Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung 50 drei Widerstände 511, 512 und 513 auf. Die Widerstände 511 und 512, die in Reihe geschaltet sind, sind Spannungsteilungswiderstände. Die Widerstände 511 und 512 sind so eingestellt, dass eine Spannung, die an einer Verbindung zwischen den Widerständen 511 und 512 angelegt wird, vom Mikrocomputer 70 erfasst werden kann. Der Widerstand 513, der zwischen der Verbindung der Widerstände 511 und 512 und den Mikrocomputer 70 geschaltet ist, ist vorgesehen, um zu verhindern, dass ein übermäßiger Strom zum Mikrocomputer 70 fließt.
Pull-up-Widerstände 61 bis 63 sind zwischen den Phasenspulen 11, 12, 13 und der Batterieleitung 33 vorgesehen, bei der es sich um die Hochpotentialseite handelt. Genauer ist der Pull-up-Widerstand 61 zwischen die U-Phasenspule 11 und die Hochpotentialseite der Batterie 31 geschaltet. Der Pull-up-Widerstand 62 ist zwischen die V-Phasenspule 12 und die Hochpotentialseite der Batterie 31 geschaltet. Der Pull-up-Widerstand 61 ist zwischen die W-Phasenspule 13 und die Hochpotentialseite der Batterie 31 geschaltet. Das heißt, der Pull-up-Widerstand 61 verbindet die Batterieleitung 33 und die U-Phasenspule 11 an der Ausgangsseite des Leistungsquellen-Relais 32. Der Pull-up-Widerstand 62 verbindet die Batterieleitung 33 und die V-Phasenspule 12 auf der Ausgangsseite des Leistungsquellen-Relais 32. Der Pull-up-Widerstand 61 verbindet die Batterieleitung 33 und die W-Phasenspule 13 auf der Ausgangsseite des Leistungsquellen-Relais 32. Die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase werden somit von den Pull-up-Widerständen 61 bis 63 auf ein höheres Potential gebracht.
Ohmsche Werte verschiedener Widerstände, die in der elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung 1 verwendet werden, sind hier zusammengefasst. Der ohmsche Wert des Pull-up-Widerstands 61 (als RpullU bezeichnet), des Pull-up-Widerstands 62 (als RpullV bezeichnet) und des Pull-up-Widerstands 63 (als RpullW bezeichnet) ist zusammen 10.500 Ω. Der ohmsche Wert des Widerstands 511 (als RupM bezeichnet), der die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 bildet, ist 0 Ω. Der ohmsche Wert des Widerstands 512 (als RdownM bezeichnet) ist 1000 Ω. Der ohmsche Wert des Widerstands 513 (als RownM bezeichnet) ist 2400 Ω. Ferner ist der ohmsche Wert der U-Phasenspule 11 (als RmU bezeichnet), der V-Phasenspule 12 (als RmV bezeichnet) und der W-Phasenspule 13 (als RmW bezeichnet) zusammen 0,01 Ω.
Der Mikrocomputer 70 weist integrierte Schaltungen auf und ist mit verschiedenen Teilen bzw. Abschnitten und Erfassungsmitteln der elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung 1 verbunden. Der Mikrocomputer 70 weist eine Speicherschaltung auf, in der ein Programm gespeichert ist, und führt verschiedene, vom Programm vorgeschriebene Verarbeitungsroutinen aus, um die Operationen der verschiedenen Abschnitte und dergleichen zu steuern.
Der Mikrocomputer 70 ist mit den FETs 21 bis 26, dem Leistungsquellen-Relais 32, dem Vorlade-Relais usw. verbunden. Signalleitungen für diese Teile sind in 1 um der Klarheit Willen nicht dargestellt. Der Mikrocomputer 70 ist mit einer Zündleistungsquelle 71 verbunden. Wenn eine Person, die ein Fahrzeug bedient, einen Zündschlüssel auf EIN dreht, wird elektrische Leistung von der Zündleistungsquelle 71 zum Mikrocomputer 70 geliefert, so dass der Mikrocomputer 70 seine verschiedenen Verarbeitungsroutinen starten kann.
Der Mikrocomputer 70 regelt Drehmoment und Drehzahl des Motors 10 dadurch, dass er auf bekannte Weise durch eine PWM-Steuerung die FETs 21 bis 26 zwischen EIN und AUS umschaltet. Wenn das Leistungsquellen-Relais 32 auf EIN gesteuert wird, so dass es die Leistungszufuhr zur Wechselrichterschaltung 20 zulässt, schaltet der Mikrocomputer 70 die FETs 21 bis 26 zwischen EIN und AUS um. Somit wird Gleichstrom, der von der Batterie 31 geliefert wird, in sinusförmige Ströme umgewandelt, deren Phasen sich je nach Phase unterscheiden. Die Ströme, die in die sinusförmigen Ströme unterschiedlicher Phasen (dreier Phasen) umgewandelt wurden, werden zur U-Phasenspule 11, zur V-Phasenspule 11 und zur W-Phasenspule 13 geliefert, so dass der Motor 10 durch ein Magnetfeld, das von der Leistungsquelle erzeugt wird, zum Drehen gebracht wird. Somit steuert der Mikrocomputer 70 das Ansteuern des Motors 10 durch Umschalten der FETs 21 bis 26 zwischen EIN und AUS. Der Mikrocomputer 70 ruft die Relais-ausgangsseitige Spannungserfassungsspannung Vr aus der ausgangsseitigen Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung 50 ab. Der Mikrocomputer 70 ruft außerdem die Spannung Vm aus der Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 ab.
Der Mikrocomputer 70 erfasst eine Anomalie der Wechselrichterschaltung 20, der Spulen 11 bis 13 und von Stellen zwischen der Wechselrichterschaltung 20 und den Spulen 11 bis 13. Eine Anomalie-Erfassungsroutine wird nun mit Bezug auf ein in 2 dargestelltes Ablaufschema beschrieben. Die in 2 dargestellte Verarbeitungsroutine wird ausgeführt, wenn die Zündleistungsquelle 71 eingeschaltet wird.
In einem ersten Schritt S101 (Schritt wird nachstehend als S abgekürzt) wird das Vorlade-Relais 42 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist das Leistungsquellen-Relais 32 nicht eingeschaltet und wird AUS gehalten. Bei S102 wird die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr aus der ausgangsseitigen Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung 50 abgerufen, und es wird überprüft, ob die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr normal ist. Da das Leistungsquellen-Relais 32 im AUS-Zustand ist und das Vorlade-Relais 42 im EIN-Zustand ist, ist die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr zu normalen Zeiten der Vorladespannung Vpre gleich, d. h. 5 V. Wenn die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, der die Vorladespannung Vpre, 5 V, einschließt, wird somit bestimmt, dass die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr normal ist. Beispielsweise wird bestimmt, dass sie normal ist, wenn 4,5 ≤ Vr ≤ 5,5. Wenn bestimmt wird, dass die Spannung nicht normal ist (S102: NEIN), d. h. Vr < 4,5 oder Vr > 5,5, wird S108 ausgeführt. Wenn Vr ≓ 0, kann festgestellt werden, dass der Kondensator einen Kurzschlussfehler aufweist, die Vorladebatterie 41 einen Fehler aufweist oder das Vorlade-Relais 42 einen Fehler aufweist. Wenn Vr ≓ 12, kann festgestellt werden, dass das Leistungsquellen-Relais 32 einen Kurzschlussfehler aufweist. Wenn bestimmt wird, dass die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr normal ist (S102: JA), d. h. 4,5 ≤ Vr ≤ 5,5, wird S103 ausgeführt.
Bei S103 wird das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet und das Vorlade-Relais 42 wird ausgeschaltet. Bei S104 wird die Neutralpunktspannung Vm aus der Normalpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 abgerufen und es wird überprüft, ob die Neutralpunktspannung Vm normal ist. Die Neutralpunktspannung Vm wird anhand der folgenden Gleichung (1) berechnet. Vm = Vpig × (RdownM)/(Rp3 + RupM + RdownM) (1)
Hierbei ist Rp3 ein kombinierter ohmscher Wert des Pull-up-Widerstands 61, der U-Phasenspule 11, des Pull-up-Widerstands 62, der V-Phasenspule 12, des Pull-up-Widerstands 63 und der W-Phasenspule 13. Er wird anhand der folgenden Gleichung (2) berechnet. Rp0 = {(RpullU + RmU) × (RpullV + RmV) × (RpullW + RmW)}/{RpullU + RmU)(RpullV + RmV) + (RpullV + RmV)(RpullW + RmW) + (RpullW + RmW)(RpullU + RmU)} (2)
Angenommen, die Neutralpunktspannung Vpig ist 12 V, und die ohmschen Werte jedes Widerstands sind wie oben beschrieben, dann ist die Neutralpunktspannung Vm normalerweise 2,66 V.
Wenn die Neutralpunktspannung Vm innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, der einen Normalwert von 2,66 aufweist, der anhand der vorangehenden Gleichung (1) berechnet wird, wird bestimmt, dass die Spannung Vm normal ist. Wenn beispielsweise 2,4 ≤ Vm ≤ 2,8, wird bestimmt, dass die Spannung Vm normal ist. Wenn bestimmt wird, dass die Spannung nicht normal ist (S104: NEIN), d. h. Vm < 2,4 oder Vm > 2,8, wird S108 ausgeführt. Es ist möglich, auf Basis der Spannung Vm nicht nur das Vorliegen oder Fehlen einer Anomalie zu festzustellen, sondern auch einen Ort der Anomalie. Der Ort der Anomalie wird auf eine weiter unten beschriebene Art und Weise bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass die Spannung Vm normal ist (S104: JA), d. h. 2,4 ≤ Vm ≤ 2,8, wird S105 ausgeführt.
Bei S105 wird das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet und das Vorlade-Relais 42 wird ausgeschaltet. Bei S106 wird überprüft, ob die Neutralpunktspannung Vm, die entsteht, wenn die FETs 21 bis 26 pro Phase mit 50%-iger Last angesteuert werden, normal ist. Genauer wird die Spannung Vm, die entsteht, wenn der obere U-Phasen-FET 21 und der untere U-Phasen-FET 24 mit 50%-iger Last betrieben werden, abgerufen. Es wird überprüft, ob die abgerufene Neutralpunktspannung Vm normal ist. Ferner wird die Spannung Vm, die entsteht, wenn der obere V-Phasen-FET 22 und der untere V-Phasen-FET 25 mit 50%-iger Last betrieben werden, abgerufen. Es wird überprüft, ob die abgerufene Neutralpunktspannung Vm normal ist.
Die Neutralpunktspannung Vm, die entsteht, wenn die FETs jeder Phase unter normalen Bedingungen mit einer 50%-igen Last betrieben werden, wird wie folgt berechnet. Die Neutralspannungen Vm, die entstehen, wenn die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase mit 50%-iger Last betrieben werden, werden als Gleichungen (3-1), (3-2) bzw. (3-3) ausgedrückt. Vm = Vpig × 0,5 × RdownM/RmU + RdownM) (3-1) Vm = Vpig × 0,5 × RdownM/(RmV + RdownM) (3-2) Vm = Vpig × 0,5 × RdownM/(RmW + RdownM) (3-3)
Wenn die Spannung Vm in einem vorgegebenen Bereich liegt, der einen Wert beinhaltet, der anhand der Gleichungen (3-1) bis (3-3) berechnet wird, wird bestimmt, dass die Spannung, die zum Ansteuern der FETs der einzelnen Phasen mit 50%-iger Last bereitgestellt wird, normal ist. Genauer wird bestimmt, dass die Spannung normal ist, wenn die Spannungen höher sind als Werte, die ein Produkt von 0,9 und den errechneten Werten der oben stehenden Gleichungen (3-1) bis (3-3) sind, und kleiner sind als Werte, die ein Produkt von 1,1 und den errechneten Werten der Gleichungen (3-1) bis (3-3) sind. Wenn bestimmt wird, dass die Neutralpunktspannung Vm, die entsteht, wenn die FETs der einzelnen Phasen mit 50%-iger Last angesteuert werden, nicht normal ist (S106: NEIN), wird S108 ausgeführt. Wenn bestimmt wird, dass die Spannung Vm, die entsteht, wenn die FETs der einzelnen Phasen mit 50%-iger Last angesteuert werden, normal ist, wird S107 ausgeführt.
Bei S107 wird eine Ansteuerung des EPS gestartet. Wenn bestimmt wird, dass die Relais-ausgangsseitige Spannung Vr nicht normal ist (S102: NEIN), die Spannung Vm nicht normal ist (S104: NEIN), oder die Spannung Vm, die entsteht, wenn die FETs der einzelnen Phasen mit 50%-iger Last angesteuert werden, nicht normal ist (S106: NEIN), wird S108 ausgeführt. Genauer wird beispielsweise das Leistungsquellen-Relais 32 ausgeschaltet, wenn das Leistungsquellen-Relais 32 auf EIN geschaltet ist.
Wie oben beschrieben, wird der Ort einer Anomalie auf Basis der Spannung Vm festgestellt, die entsteht, wenn das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet wird und das Vorlade-Relais 43 ausgeschaltet wird. Wenn einer der oberen FETs 21 bis 23 einen Kurzschlussfehler hat, wird die Spannung Vm anhand der folgenden Gleichung (4) berechnet. Vm = Vpig × {(RdownM)/(RupM + RdownM)} (4)
Wenn einer der unteren FETs 24 bis 26 einen Kurzschlussfehler aufweist, nimmt die Spannung Vm den folgenden Wert an. Vm = 0 (5)
Wenn der U-Phasendraht gebrochen ist, wird die Spannung Vm anhand der folgenden Gleichung (6) berechnet. Vm = Vpig × (RdownM)/(Rp2u + RupM + RdownM) (6)
Hierbei ist Rp2U ein kombinierter ohmscher Wert des Pull-up-Widerstands 62, der V-Phasenspule 12, des Pull-up-Widerstands 63 und der W-Phasenspule 13. Er wird anhand der folgenden Gleichung (7) berechnet. Rp2u = {(RpullV + RmV) × (RpullW + RmW)}/{(RpullV + RmV) + (RpullW + RmW)} (7)
Die Spannung Vm wird 1,92 V, wenn der U-Phasendraht bricht, vorausgesetzt, die Batteriespannung Vpig ist 12 V, und die ohmschen Werte sind wie oben beschrieben.
Wenn der V-Phasendraht gebrochen ist, wird die Spannung Vm anhand der folgenden Gleichung (8) berechnet. Vm = Vpig × (RdownM)/(Rp2v + RupM + RdownM) (8)
Hierbei ist Rp2v ein kombinierter ohmscher Wert des Pull-up-Widerstands 61, der U-Phasenspule 11, des Pull-up-Widerstands 63 und der W-Phasenspule 13. Er wird anhand der folgenden Gleichung (9) berechnet. Rp2v = {(RpullU + RmU) × (RpullW + RmW)}/{(RpullU + RmU) + (RpullW + RmW)) (9)
Die Spannung Vm wird 1,92 V, wenn der V-Phasendraht bricht, wenn angenommen wird, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist und die ohmschen Werte sind wie oben beschrieben.
Wenn der W-Phasendraht einen Bruch aufweist, wird die Spannung Vm anhand der folgenden Gleichung (10) berechnet. Vm = Vpig × (RdownM)/(Rp2w + RupM + RdownM) (10)
Hierbei ist Rp2w ein kombinierter ohmscher Wert des Pull-up-Widerstands 61, der U-Phasenspule 11, des Pull-up-Widerstands 63 und der V-Phasenspule 12. Er wird anhand der folgenden Gleichung (11) berechnet. Rp2w = {(RpullU + RmU) × (RpullV + RmV)}/{(RpullU + RmU) + (RpullV + RmV)} (11)
Die Spannung Vm wird 1,92 V, wenn der W-Phasendraht bricht, wenn angenommen wird, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist und die ohmschen Werte sind wie oben beschrieben.
Man beachte, dass der U-Phasendraht nicht nur die U-Phasenspule 11, sondern auch einen Draht umfasst, der von der Verbindung zwischen dem oberen FET 21 der U-Phase und dem unteren FET 24 der U-Phase zur U-Phasenspule 11 verläuft. Ebenso umfasst die V-Phase nicht nur die V-Phasenspule 12, sondern auch einen Draht, der von der Verbindung zwischen dem oberen FET 22 der V-Phasenspule 12 und dem unteren FET 25 der V-Phasenspule zur V-Phasenspule 12 verläuft. Ferner umfasst die W-Phase nicht nur die W-Phasenspule 13, sondern auch einen Draht, der von der Verbindung zwischen dem oberen FET 23 der W-Phase und dem unteren FET 26 der W-Phase bis zur V-Phasenspule 13 verläuft.
Wie aus den Gleichungen (4), (5), (6), (8) und (10) hervorgeht, unterscheidet sich die Spannung Vm, die entsteht, wenn das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet wird und das Vorlade-Relais 42 ausgeschaltet wird, je nach dem Ort der Anomalie. Daher kann der Ort der Anomalie auf Basis der Spannung Vm festgestellt werden. Beispielsweise kann das Vorliegen einer Anomalie festgestellt werden, wenn die Spannung Vm in einem vorgegebenen Bereich liegt, der so eingestellt ist, dass er einen Wert einschließt, der anhand der Gleichungen (4), (5), (6), (8) und (10) berechnet wird. Da die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 gleiche ohmsche Werte aufweisen, ist die Neutralpunktspannung Vm gleich, unabhängig davon, ob der U-Phasendraht, der V-Phasendraht oder der W-Phasendraht einen Bruch aufweist. Wenn es nötig ist, den Drahtbruch phasenweise zu unterscheiden, kann jeder Ort einer Anomalie anhand einer anderen Routine festgestellt werden, die sich von der vorliegenden Routine unterscheidet. Die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 weisen gemäß der vorliegenden Ausführungsform gleiche ohmsche Werte auf. Wenn der Ort der Anomalie nicht festgestellt werden muss oder anhand einer eigenen Routine festgestellt wird, kann daher die Spanne zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert, bei denen es sich um Schwellenwerte für eine Anomalieerfassung handelt, erweitert werden, so dass die Anomalie ohne Weiteres erfasst werden kann.
Wie oben beschrieben, wandelt die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die elektrische Leistung, die zum Motor 10 geliefert wird, der den Wicklungssatz 18 aufweist, der aus den Spulen 11 bis 13 besteht, die einer Vielzahl von Phasen (beispielsweise drei Phasen) entsprechen. Die Wechselrichterschaltung 20 weist eine Vielzahl von FETs 21 bis 26 auf, die Schaltelementpaare aus den oberen FETs 21 bis 23 und den unteren FETs 24 bis 26 bilden, die jeweils den Phasen der U-Phasenspule 11, der V-Phasenspule 12 bzw. der W-Phasenspule 13 entsprechen,. Die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 sind zwischen den Spulen 11 bis 13 und der Hochpotentialseite der Batterie 31 ausgebildet. Die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 erfasst die Neutralpunktspannung Vm des Wicklungssatzes 18. Der Mikrocomputer 70 erfasst eine Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung Vm.
Die Spannung, die am Neutralpunkt 17 der Spulen 11 bis 13 entsteht, wird als Spannung Vm erfasst, und Spannungen, die an die Phasenspulen 11 bis 13 angelegt werden, werden nicht erfasst. Da die Anzahl der Stellen, an denen Spannungen erfasst werden, somit verringert ist, ist somit auch die Zahl der Schaltungen oder Abschnitte, die zur Spannungserfassung nötig sind, verringert, und die Kosten sind ebenfalls verringert. Die Spannung Vm unterscheidet sich je nachdem, ob eine Anomalie vorliegt oder wo die Anomalie vorliegt. Somit kann die Zahl der Stellen, an denen Spannungen erfasst werden, verringert werden, und die Anomalie kann mit einem relativ einfachen Aufbau erfasst werden.
Der Motor 10 wird im EPS verwendet. Wenn eine Anomalie, wie ein Bruch der Spulen 11 bis 13 oder dergleichen vorliegt, besteht eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Welligkeit eines Drehmoments, das an ein Lenkrad eines Fahrzeugs angelegt wird, zunimmt und für einen Fahrer unangenehm wird. Es ist auch wahrscheinlich, dass bei manchen Lenkwinkeln kein Unterstützungsdrehmoment angelegt wird. Es wird eine Anomalie, wie ein Bruch der Spulen 11 bis 13 oder dergleichen, erfasst. Daher ist es möglich, einen Fahrer über eine Warnvorrichtung, wie eine Warnlampe, umgehend über eine Anomalie in Kenntnis zu setzen oder einen Antriebsmodus des Motors 10 auf einen Störungsmodus umzuschalten, Somit wird die Sicherheit erhöht. Der Mikrocomputer 70 fungiert als Anomalieerfassungsabschnitt. S104 in 2 führt eine Funktion des Anomalieerfassungsabschnitts aus.
(Zweite Ausführungsform)
Eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Anders als in der ersten Ausführungsform sind keine Pull-up-Widerstände zum Erhöhen des Potentials der V-Phase und der W-Phase vorgesehen. Nur ein Pull-up-Widerstand 261 ist als erster Widerstand zwischen der U-Phasenspule 11 und der Hochpotentialseite der Batterie 31 vorgesehen. Der Pull-up-Widerstand 261 verbindet die Batterieleitung 33 und die U-Phasenspule 11 auf der Ausgangsseite des Leistungsquellen-Relais 32.
Die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 2 weist eine einen Pseudoneutralpunkt bildende Schaltung (einen einen Pseudoneutralpunkt bildenden Abschnitt) 210 auf. Die einen Pseudoneutralpunkt bildende Schaltung 210 weist Widerstände 211, 212 und 213 auf. Der Widerstand 211 weist ein Ende auf, das mit der U-Phasenspule 11 verbunden ist. Der Widerstand 212 weist ein Ende auf, das mit der V-Phasenspule 12 verbunden ist. Der Widerstand 213 weist ein Ende auf, das mit der W-Phasenspule 13 verbunden ist. Die Widerstände 211 bis 213, die mit den Spulen 11 bis 13 verbunden sind, sind außerhalb des Motors 10 vorgesehen. Die anderen Enden der Widerstände 211 bis 213 sind jeweils mit einem Verbindungspunkt 217 verbunden. Die Widerstände 211 bis 213 sind als zweite Widerstände vorgesehen.
Die Spannung, die am Verbindungspunkt 217 der einen Pseudoneutralpunkt bildenden Schaltung 210 entsteht, ist der Spannung, die am Neutralpunkt 17 des Motors 10 entsteht, gleich. Daher wird die Spannung, die am Verbindungspunkt 217 der einen Pseudoneutralpunkt bildenden Schaltung 210 entsteht, als Neutralpunktspannung genommen. Die Spannung, die am Verbindungspunkt 217 entsteht, wird als Pseudoneutralpunktspannung Vn bezeichnet.
Eine Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung (ein Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsabschnitt) 250 erfasst die Spannung, die am Verbindungspunkt 217 der einen Pseudoneutralpunkt bildenden Schaltung 210 entsteht. Die einen Pseudoneutralpunkt bildende Schaltung 210 ist an einem Ende mit denn Verbundspunkt 217 und am anderen Ende mit Masse verbunden. Die Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 250 weist zwei Widerstände 252 und 253 auf. Der Widerstand 252, der zwischen den Verbindungspunkt 217 und die Masse geschaltet ist, ist so eingestellt, dass eine Spannung, die zwischen dem Verbindungspunkt 217 und dem Widerstand 252 entsteht, vom Mikrocomputer 70 erfasst werden kann. Der Widerstand 253, der zwischen einer Verbindung des Verbindungspunkts 217 und des Widerstands 252 und den Mikrocomputer 70 geschaltet ist, ist vorgesehen, um zu verhindern, dass ein zu starker Strom zum Mikrocomputer 70 fließt.
Ohmsche Werte verschiedener Widerstände, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 2 verwendet werden, sind hier zusammengefasst. Der ohmsche Wert des Pull-up-Widerstands 261 (als Rpull bezeichnet) ist 1.000 Ω. Der ohmsche Wert des Widerstands 211 der Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 250 (als RnU bezeichnet), der ohmsche Wert des Widerstands 212 (als RnV bezeichnet) und der ohmsche Wert des Widerstands 213 (als RnW bezeichnet) sind zusammen 4.200 Ω. Der ohmsche Wert des Widerstands 252 der Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 250 (als RownN bezeichnet) ist 1.000 Ω. Ferner ist der ohmsche Wert des Widerstands 253 (als RdampN bezeichnet) 2.400 Ω. Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform sind der ohmsche Wert RmU der U-Phasenspule 11, der ohmsche Wert RmV der V-Phasenspule 12 und der ohmsche Wert RmW der W-Phasenspule 13 zusammen 0,01 Ω. Das heißt, die ohmschen Werte der Widerstände 211 bis 213 sind im Vergleich zu den ohmschen Werten der Spulen 11 bis 13 ausreichend größer.
Eine Anomalieerfassungs-Verarbeitungsroutine der zweiten Ausführungsform ist im Allgemeinen der in 2 dargestellten ähnlich. Die folgende Beschreibung wird nur in Bezug auf einen Abschnitt angegeben, der sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet, um eine Wiederholung der gleichen Beschreibung zu vermeiden. Bei S104 wird die Pseudoneutralpunktspannung Vn von der Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 250 abgerufen, und es wird überprüft, ob die abgerufene Spannung Vn normal ist.
Die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die unter normalen Bedingungen entsteht, wird anhand der folgenden Gleichung (12) berechnet. Vn = Vpig × (RdownN)/(RpullU2 + Rp4 + RdownN) (12)
Hierbei ist Rp4 ein kombinierter ohmscher Wert des Widerstands 211, des Widerstands 212, der V-Phasenspule 12, des Widerstands 213 und der W-Phasenspule 13. Er wird anhand der folgenden Gleichung (13) berechnet. Rp4 = (RnU) × (RnV + RmV + RmU) × (RnW + RmW + RmU)/((RnU)(RnV + RmV + RmU) + (RnV + RmV + RmU)(RnW + RmW + RmW + RmU) + (RnW + RmW + RmU)(RnU)} (13)
Unter der Annahme, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist und die Widerstände wie oben beschrieben sind, ist die Pseudoneutralpunktspannung normalerweise 3,53 V.
Wenn die Pseudoneutralpunktspannung Vn in einem vorgegebenen Bereich liegt, der einen normalen Wert von 3,53 einschließt, der anhand der obigen Gleichung (12) berechnet wird, wird bestimmt, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn normal ist. Wenn beispielsweise 3,2 ≤ Vn ≤ 3,8, wird bestimmt, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn normal ist. Wen bestimmt wird, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn nicht normal ist (S104: NEIN), d. h. Vn < 3,2 oder Vn > 3,8, wird S108 ausgeführt. Wenn bestimmt wird, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn normal ist (S104: JA), d. h. 3,2 ≤ Vn ≤ 3,8, wird S105 ausgeführt.
Bei S106 wird überprüft, ob die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die entsteht, wenn die FETs 21 bis 26 phasenweise mit 50%-iger Last angesteuert werden, normal ist. Die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die entsteht, wenn die FETs jeder Phase unter normalen Bedingungen mit 50%-iger Last angesteuert werden, wird wie folgt berechnet. Die Neutralspannungen Vn, die entstehen, wenn die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase mit 50%-iger Last angesteuert werden, werden als Gleichungen (14-1), (14-2) bzw. (14-3) ausgedrückt. Vn = Vpig × 0,5 × RdownN/(Rp4 + RdownN) (14-1) Vn = Vpig × 0,5 × RdownN/(Rp5 + RdownN) (14-2) Vm = Vpig × 0,5 × RdownN/(Rp6 + RdownN) (14-3)
Rp4 in der Gleichung (14-1) wird berechnet wie von der Gleichung (13) definiert. Jedoch werden Rp5 in der Gleichung (14-4) und Rp6 in der Gleichung (14-3) anhand der Gleichungen (14-4) bzw. (14-5) berechnet. Rp5 = (RnU + RmU + RmV) × (RnV) × (RnW + RmW + RmV)/{(RnU + RmU + RmV)(RnV) + (RnV)(RnW + RmW + RmV) + (RnW + RmW + RmV)(RnU + RmU + RmV)} (14-4) Rp6 = (RnU + RmU + RmW) × (RnV + RmV + RmW) × (RnW)/((RnU + RmU + RmW)(RnV + RmV + RmW) + (RnV + RmV + RmW)(RnW) + (RnW)(RnU + RmU + RmW)} (14-5)
Wenn die Pseudoneutralpunktspannung Vn in einem vorgegebenen Bereich liegt, der einen Wert einschließt, der anhand der Gleichungen (14-1) bis (14-3) berechnet wird, wird bestimmt, dass die Klemmenspannung, die zum Ansteuern der einzelnen Phasen-FETs mit 50%-iger Last vorgesehen ist, normal ist. Genauer wird, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, bestimmt, dass die Spannung normal ist, wenn die Spannung größer ist als Werte, die ein Produkt von 0,9 und den Ergebniswerten der obigen Gleichungen (14-1) bis (14-3) sind, und kleiner sind als Werte, die ein Produkt von 1,1 und den Ergebniswerten der Gleichungen (14-1) bis (14-3) sind. Wenn bestimmt wird, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die entsteht, wenn jeder Phasen-FET mit 50%-iger Last angesteuert wird, nicht normal ist (S106: NEIN), wird S10 ausgeführt. Wenn die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die entsteht, wenn jeder Phasen-FET mit 50%-iger Last angesteuert wird, normal ist (S106: JA), wird S107 ausgeführt.
Wie oben beschrieben, wird der Ort der Anomalie auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung Vn festgestellt, die entsteht, wenn das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet wird und das Vorlade-Relais ausgeschaltet wird. Wenn einer der oberen FETs 21 bis 23 einen Kurzschlussfehler aufweist, wird die Pseudoneutralpunktspannung Vn anhand der folgenden Gleichung (15) berechnet. Vn = Vpig × (RdownN)/(Rp4 + RdownN) (15)
Wenn einer der unteren FETs 24 bis 26 einen Kurzschlussfehler aufweist, nimmt die Pseudoneutralpunktspannung Vn den folgenden Wert an. Vn = 0 (16)
Wenn der U-Phasendraht einen Bruch aufweist, wird die Pseudoneutralpunktspannung Vn anhand der folgenden Gleichung (17) berechnet. Vn = Vpig × (RdownN)/(RpullU2 + RdownN) (17)
Unter der Annahme, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist und die Widerstände sind wie oben beschrieben, ist die Pseudoneutralpunktspannung Vn 1,94 V, wenn der U-Phasendraht bricht.
Wenn der V-Phasendraht einen Bruch aufweist, wird die Pseudoneutralpunktspannung Vn anhand der folgenden Gleichung (18) berechnet. Vn = Vpig × (RdownN)/(Rp4v + RdownN) (18)
Hierbei ist Rp4v ein kombinierter ohmscher Wert des Widerstands 213, der W-Phasenspule 13, der U-Phasenspule 11 und des Widerstands 211. Er wird anhand der folgenden Gleichung (19) berechnet. Rp2V = {(RnU) × (RnW + RmW + RmU)}/{(RnU) + (RnW + RmW + RmU)} (19)
Unter der Annahme, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist, und die Widerstände sind wie oben beschrieben, wird, die Pseudoneutralpunktspannung Vn 2,93 V, wenn der V-Phasendraht bricht.
Wenn der W-Phasendraht bricht, wird die Pseudoneutralpunktspannung Vn anhand der folgenden Gleichung (20) berechnet. Vn = Vpig × (RdownN)/(Rp4w + RdownN) (20)
Hierbei ist Rp4w der kombinierte ohmsche Wert des Pull-up-Widerstands 212, der V-Phasenspule 12 und des Widerstands 211. Er wird anhand der folgenden Gleichung (21) berechnet. Rp4w = {(RnU) × (RnV + RmV + RmU)}/{(RnU) + (RnV + RmV + RmU)} (21)
Die Pseudoneutralpunktspannung Vn wird 2,93 V, wenn der W-Phasendraht bricht, wenn angenommen wird, dass die Batteriespannung Vpig 12 V ist und die Widerstände sind wie oben beschrieben.
Wie aus den Gleichungen (15) bis (18) und (20) hervorgeht, unterscheidet sich die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die entsteht, wenn das Leistungsquellen-Relais 32 eingeschaltet wird und das Vorlade-Relais 12 ausgeschaltet wird, je nach dem Ort der Anomalie. Es ist möglich, den Ort der Anomalie auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung Vn festzustellen. Beispielsweise kann das Vorliegen einer Anomalie festgestellt werden, wenn die Pseudoneutralpunktspannung Vn in einem bestimmten Bereich liegt, der so eingestellt ist, dass er den Wert einschließt, der anhand der Gleichungen (15) bis (18) und (20) berechnet wird. Es sei darauf hingewiesen, dass nur das Potential der U-Phase vom Widerstand 261 erhöht wird, und das Potential der V-Phasen- und W-Phasen nicht erhöht wird. Wenn der V-Phasendraht oder der W-Phasendraht, deren Potential nicht erhöht wird, einen Bruch aufweisen, hat die Pseudoneutralpunktspannung Vn den gleichen Wert. Wenn es nötig ist, den Drahtbruch phasenweise zu unterscheiden, kann der Ort einer Anomalie jeweils anhand einer anderen Verarbeitungsroutine festgestellt werden, die sich von der vorliegenden Verarbeitungsroutine unterscheidet.
Wie oben beschrieben, wandelt die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 2 die elektrische Leistung um, die dem Motor 10 zugeführt wird, der den Wicklungssatz aufweist, der aus den Spulen 11 bis 13 gebildet ist, die einer Mehrzahl von Phasen entsprechen. Die Wechselrichterschaltung 20 weist eine Vielzahl von FETs 21 bis 26 auf, die Schaltelementepaare aus oberen FETs 21 bis 23 und unteren FETs 24 bis 26 bilden, die den einzelnen Phasen der U-Phasenspule 11, der V-Phasenspule 12 und der W-Phasenspule 13 entsprechen. Der Pull-up-Widerstand 261 ist zwischen der U-Phasenspule 11 und der Hochpotentialseite der Batterie 31 vorgesehen. Die Widerstände 211 bis 213 sind jeweils den Spulen 11 bis 13 entsprechend vorgesehen. Die einen Enden der Widerstände 211 bis 213 sind am Verbindungspunkt 217 miteinander verbunden, und ihre anderen Enden sind jeweils mit den Spulen 11 bis 13 verbunden. Die Pseudoneutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 250 erfasst als Neutralpunktspannung die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die am Verbindungspunkt 217 entsteht. Der Mikrocomputer 70 erfasst eine Anomalie auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung Vn.
Die Pseudoneutralpunktspannung Vn, die am Neutralpunkt 217 der Widerstände 211 bis 213 entsteht, die den Spulen 11 bis 13 entsprechend vorgesehen sind, ist der Spannung gleich, die am Neutralpunkt 17 der Spulen 11 bis 13 entsteht. Da die Anomalie auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung Vn unter der Annahme, dass die Pseudoneutralpunktspannung Vn am Verbindungspunkt 217 als Neutralpunktspannung erfasst wird, erfasst wird, ist infolgedessen die Anzahl der Spannungserfassungsstellen verringert. Die Die Zahl der Bauteile bzw. Abschnitte, die für die Spannungserfassung benötigt werden, ist verringert, und die Kosten sind ebenfalls verringert. Die Pseudoneutralpunktspannung Vn unterscheidet sich je nachdem, ob eine Anomalie vorliegt oder wo die Anomalie vorliegt. Somit kann die Anzahl der Stellen, an denen die Spannung erfasst wird, verringert werden, und die Anomalie kann in einem relativ einfachen Aufbau erfasst werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Spulen 11 bis 13 und die Widerstände 211 bis 213 außerhalb des Motors 10 angeschlossen, und daher ist es nicht nötig, einen Draht separat aus dem Motor 10 herauszuführen, um die Neutralpunktspannung zu erfassen. Somit kann die Neutralpunktspannung ohne Änderung des Aufbaus des Motors 10 erfasst werden.
Der Motor 10 wird im EPS verwendet. Wenn eine Anomalie, wie ein Bruch der Spulen 11 oder 13 oder dergleichen, vorkommt, ist es wahrscheinlich, dass eine Welligkeit eines Drehmoments, das an ein Lenkrad angelegt wird, zunimmt und für den Fahrer unangenehm wird. Es ist auch wahrscheinlich, dass bei manchen Lenkwinkeln kein Unterstützungsmoment ausgegeben wird. Jedoch wird die Anomalie, beispielsweise ein Bruch der Spulen 11 bis 13 oder dergleichen, erfasst. Daher kann der Fahrer umgehend von einer Warnvorrichtung, wie einer Warnlampe, informiert werden, oder der Antriebsmodus des Motors 10 kann in einen Pannenmodus umgeschaltet werden. Somit wird die Sicherheit verbessert.
(Dritte Ausführungsform)
In den obigen Ausführungsformen ist nur ein einziges Leistungsversorgungssystem, das aus einem einzigen Wicklungssatz 18 und einer einzigen Wechselrichterschaltung 20 besteht, vorgesehen. Gemäß einer dritten Ausführungsform weist eine elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 4, wie in 4 dargestellt, eine Mehrzahl von Leistungsversorgungssystemen auf. Ein ausführliches Beispiel für die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 4 wird nachstehend beschrieben.
In 4 sind die ausgangsseitige Relais-Spannungs-Erfassungsschaltung 50, die Vorladeschaltung 40, der Mikrocomputer 70 und dergleichen, die in 1 und 3 dargestellt sind, um der Kürze Willen nicht dargestellt. Es wird angenommen, dass Spulen 14 bis 16 Gegenstücke der Spulen 11 bis 13 sind, ein Wicklungssatz 19 ein Gegenstück des Wicklungssatzes 18 ist, eine Wechselrichterschaltung 420 ein Gegenstück der Wechselrichterschaltung 20 ist, FETs 421 bis 426 Gegenstücke der FETs 21 bis 26 sind, ein Leistungsquellen-Relais 432 ein Gegenstück des Leistungsquellen-Relais 32 ist, ein Kondensator 436 ein Gegenstück des Kondensators 36 ist, eine Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 451 ein Gegenstück der Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 ist, Widerstände 411 bis 423 Gegenstücke der Widerstände 511 bis 513 sind, und die Widerstände 461 bis 463 Gegenstücke der Pull-up-Widerstände 61 bis 63 sind.
Gemäß der elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung 4 weist ein Motor 410 den Wicklungssatz 18, der aus der U-Phasenspule 11, der V-Phasenspule 12 und der W-Phasenspule 13 besteht, und den Wicklungssatz 19 auf, der aus der U-Phasenspule 14, der V-Phasenspule 15 und der W-Phasenspule 16 besteht. Der Wicklungssatz 18 wird unter einer Schaltsteuerung der Wechselrichterschaltung 20 mit Strom versorgt. Der Wicklungssatz 19 wird unter einer Schaltsteuerung der Wechselrichterschaltung 420 mit Strom versorgt.
Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform weist die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung 4 die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 und 461 bis 463 zwischen den Phasen der Spulen 11 bis 16 und der Hochpotentialseite der Batterie 31 auf. Die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 51 erfasst die Neutralpunktspannung, die am Neutralpunkt 17 entsteht. Die Neutralpunktspannungs-Erfassungsschaltung 451 erfasst die Neutralpunktspannung, die am Verbindungsabschnitt 417 entsteht. Eine Anomalie im System für den Wicklungssatz 18 wird auf Basis der Neutralpunktspannung erfasst, die am Neutralpunkt 17 entsteht und vom Neutralpunktspannungs-Erfassungsabschnitt 61 erfasst wird. Eine Anomalie im System für den Wicklungssatz 19 wird auf Basis der Neutralpunktspannung erfasst, die am Verbindungsabschnitt 417 entwickelt wird und vom Neutralpunktspannungs-Erfassungsabschnitt 451 erfasst wird. Die dritte Ausführungsform stellt somit ähnliche Vorteile bereit wie die erste Ausführungsform. Da die Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung erfasst werden kann, wird der Vorteil der Verringerung der Anzahl von Bauteilen noch deutlicher, falls der Wicklungssatz und der Wechselrichterabschnitt in einer Mehrzahl von Sätzen vorgesehen sind.
Gemäß der elektrischen Leistungswandlungsvorrichtung 4 sind, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 und 461 bis 463 den Phasen entsprechend vorgesehen, um die Neutralpunktspannung zu erfassen. Jedoch kann jedes Leistungsversorgungssystem ähnlich wie in der zweiten Ausführungsform konfiguriert sein und Anomalien auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung erfassen. In diesem Fall kann zusätzlich zu den Vorteilen der zweiten Ausführungsform die Anomalie auf Basis der Pseudoneutralpunktspannung erfasst werden. Infolgedessen wird der Vorteil der verringerten Anzahl von Bauteilen für die Spannungserfassung noch deutlicher, falls der Wicklungssatz und der Wechselrichterabschnitt für jedes Leistungsversorgungssystem vorgesehen sind.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Pull-up-Widerstand 261 nur in der U-Phase vorgesehen. Als weitere Ausführungsform kann er jedoch in jeder der Phasen vorgesehen sein. Die Pull-up-Widerstände können in einer Mehrzahl von Phasen vorgesehen sein. In den obigen Ausführungsformen sind die Spulen 11 bis 13 und 14 bis 16 in Y-Form verbunden, um den Wicklungssatz zu bilden. Jedoch können die Spulen in dem Fall, dass der einen Pseudoneutralpunkt bildende Abschnitt 210 vorgesehen ist, wie in der zweiten Ausführungsform, in Δ-Form vorgesehen sein, um einen Wicklungssatz zu bilden.
Gemäß der ersten Ausführungsform weisen die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 die gleichen ohmschen Werte auf. In einer weiteren Ausführungsform können die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 Phasen mit unterschiedlichen ohmschen Werten aufweisen. Falls die Pull-up-Widerstände 61 bis 63 Phasen mit unterschiedlichen ohmschen Werten aufweisen, unterscheiden sich die Neutralpunktspannungen Vm, die anhand der Gleichungen (6), (8) und (10) berechnet werden. Das heißt, die Neutralpunktspannungen unterscheiden sich abhängig vom Ort eines Drahtbruchs. Somit kann relativ einfach der Ort der Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannungen festgestellt werden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird bei S103 in 2 das Leistungsversorgungs-Relais 32 eingeschaltet und das Vorlade-Relais 42 ausgeschaltet. In einer weiteren Ausführungsform können das Leistungsversorgungs-Relais 32 ausgeschaltet und das Vorlade-Relais 42 eingeschaltet werden. In diesem Fall wird die Vorladespannung Vpre anstelle der Batteriespannung Vpig in den Gleichungen (1) bis (21) verwendet. Das heißt, die Gleichungen (1) bis (21) werden durch Ersetzen von Vpig durch Vpre berechnet. Das Vorliegen oder die Abwesenheit einer Anomalie und der Ort der Anomalie werden auf Basis der errechneten Neutralpunktspannung oder Pseudoneutralpunktspannung und der erfassten Neutralpunktspannung oder Pseudoneutralpunktspannung festgestellt. Gemäß den obigen Ausführungsformen wird das Vorlade-Relais bei S101 eingeschaltet, und daher ist der Kondensator 36 bis S103 bereits aufgeladen. Falls der Kondensator 36 bereits aufgeladen ist, kann somit die Anomalieerfassungsverarbeitung von S104 in 2 dadurch durchgeführt werden, dass das Vorlade-Relais 42 ausgeschaltet wird.
Gemäß den obigen Ausführungsformen weist der Wicklungssatz 18, 19 drei Phasen auf, und es wird der Dreiphasen-Wechselrichter 20, 420 verwendet. In einer weiteren Ausführungsformen muss die Anzahl der Phasen nicht notwendigerweise auf drei beschränkt sein, sonder kann zwei oder vier oder noch mehr sein. Obwohl der Motor 10 als rotierende elektrische Maschine im elektrischen Servolenksystem verwendet wird, kann er auch in anderen Systemen als dem elektrischen Servolenksystem verwendet werden. Die rotierende elektrische Maschine muss kein Motor sein, sondern kann auch ein Generator sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-50707 A [0002]

Claims

Elektrische Leistungswandlungsvorrichtung (1, 4) zum Wandeln von elektrischer Leistung aus einer Leistungsquelle (31), die einem Motor (10) zugeführt wird, der einen Wicklungssatz (18) aufweist, der aus Spulen (11 bis 13) gebildet ist, die einer Mehrzahl von Phasen entsprechen, wobei die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung aufweist: einen Wechselrichterabschnitt (20) mit einer Mehrzahl von Schaltelementpaaren entsprechend der Mehrzahl von Phasen im Wicklungssatz, wobei jedes der Schaltelementpaare aus einem hochpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist, und einem niederpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Niederpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist, besteht; Widerstände (61 bis 63), die zwischen den Spulen des Wicklungssatzes und der Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen sind; einen Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt (51) zum Erfassen einer Neutralpunktspannung des Wicklungssatzes; und einen Anomalie-Erfassungsabschnitt (70) zum Erfassen einer Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung, die vom Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst wird.
Elektrische Leistungswandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: Widerstandswerte der Widerstände (61 bis 63) der Mehrzahl von Phasen des Wicklungssatzes unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
Elektrische Leistungswandlungsvorrichtung (2) zum Umwandeln von elektrischer Leistung aus einer Leistungsquelle (31), die einem Motor (10) zugeführt wird, der einen Wicklungssatz (18) aufweist, der aus Spulen (11 bis 13) gebildet ist, die einer Mehrzahl von Phasen entsprechen, wobei die elektrische Leistungswandlungsvorrichtung aufweist: einen Wechselrichterabschnitt (20) mit einer Mehrzahl von Schaltelementpaaren entsprechend der Mehrzahl von Phasen im Wicklungssatz, wobei jedes der Schaltelementpaare aus einem hochpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Hochpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist, und einem niederpotentialseitigen Schaltelement, das auf einer Niederpotentialseite der Leistungsquelle vorgesehen ist, besteht; einen ersten Widerstand (261), der zwischen einer der Spulen des Wicklungssatzes und der Hochpotentialseite der Stromquelle vorgesehen ist; eine Mehrzahl von zweiten Widerständen (211 bis 213), deren eine Enden mit der Mehrzahl der Spulen des Wicklungssatzes verbunden sind, und deren andere Enden mit einem Verbindungsabschnitt (217) verbunden sind; einen Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt (250) zum Erfassen einer Spannung, die am Verbindungsabschnitt entsteht, als Neutralpunktspannung des Wicklungssatzes; und einen Anomalie-Erfassungsabschnitt (70) zum Erfassen einer Anomalie auf Basis der Neutralpunktspannung, die vom Neutralpunkt-Erfassungsabschnitt erfasst wird.