DE112017004959T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung, Motoransteuereinheit und elektrische Servolenkungsvorrichtung - Google Patents

Leistungsumwandlungsvorrichtung, Motoransteuereinheit und elektrische Servolenkungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 weist folgende Merkmale auf: einen ersten Inverter 120, der mit einem Ende jeder Phasenwicklung eines Motors verbunden ist; einen zweiten Inverter 130, der mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung des Motors verbunden ist; eine erste Umschaltschaltung 110A; und eine zweite Umschaltschaltung 110B. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung weist einen Normalzeitbetriebsmodus auf, in dem eine Leistungsumwandlung unter Verwendung des ersten Inverters und erster Neutralpunkte der Phasenwicklungen, die in dem zweiten Inverter konfiguriert sind, durchgeführt wird, und weist einen Anormalzeitbetriebsmodus auf, in dem die Leistungsumwandlung unter Verwendung des zweiten Inverters und zweiter Neutralpunkte der Phasenwicklungen, die in dem ersten Inverter konfiguriert sind, durchgeführt wird, auf. Wenn zumindest eines einer Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem ersten Inverter enthalten sind, ausgefallen ist, wird der Leistungsumwandlungsbetriebsmodus von dem Normalzeitbetriebsmodus zu dem Anormalzeitbetriebsmodus umgeschaltet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung, die einem Elektromotor bereitgestellt wird, umwandelt, auf eine Motoransteuereinheit (Motortreibereinheit) und eine elektrische Servolenkungsvorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Elektromotor (hiernach einfach als „Motor“ bezeichnet) wie beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor und ein Wechselstrom-Synchronmotor wird allgemein durch einen Dreiphasenstrom angesteuert. Um einen Signalverlauf des Dreiphasenstroms präzise zu steuern, wird eine komplexe Steuerungstechnologie wie beispielsweise Vektorsteuerung verwendet. Bei einer derartigen Steuerungstechnologie ist ein anspruchsvoller mathematischer Vorgang erforderlich und es wird eine digitale, arithmetische Schaltung wie beispielsweise eine Mikrosteuerung (ein Mikrocomputer) verwendet. Vektorsteuerungstechnologie wird zur Verwendung dort eingesetzt, wo ein starke Lastschwankung des Motors vorliegt, beispielweise in Bereichen wie bei einer Waschmaschine, einem elektrisch unterstützten Fahrrad, einem elektrischen Motorroller, einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, einem Elektrofahrzeug, industriellen Geräten und dergleichen. Andererseits wird bei einem Motor, dessen Ausgabe relativ gering ist, ein anderes Motorsteuerungsverfahren wie beispielsweise ein Pulsbreitenmodulationsverfahren (PBM-Verfahren) verwendet.
  • Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge wird bei einem Fahrzeug eine elektronische Automobilsteuereinheit (ECU, electronic control unit) verwendet. Die ECU weist die Mikrosteuerung, eine Leistungsquelle, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, einen Analog/DigitalWandler (AD-Wandler), eine Lastansteuerungsschaltung (Lasttreiberschaltung), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und dergleichen auf. Ein elektronisches Steuersystem ist mit der ECU als Kern aufgebaut. Beispielsweise verarbeitet die ECU ein Signal von einem Sensor, ein Betätigungsglied wie beispielweise den Motor zu steuern. Im Einzelnen steuert die ECU einen Inverter bei einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, während sie die Drehzahl und das Drehmoment des Motors überwacht. Unter der Steuerung der ECU wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung Ansteuerleistung (Treiberleistung), die dem Motor bereitgestellt wird, um.
  • Seit einigen Jahren wird ein Motor vom mechanisch und elektrisch integrierten Typ entwickelt, bei dem der Motor, die Leistungsumwandlungsvorrichtung und die ECU integriert sind. Vor allem auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge ist von einem Standpunkt der Sicherheit aus betrachtet eine Gewährleistung hoher Qualität erforderlich. Deshalb wird eine redundante Ausgestaltung verwendet, bei der ein zuverlässiger Betrieb sogar dann fortsetzbar ist, wenn manche Teile ausfallen. Als Beispiel der redundanten Ausgestaltung wird in Betracht gezogen, zwei Leistungsumwandlungsvorrichtungen für einen Motor vorzusehen. Als weiteres Beispiel wird in Betracht gezogen, zusätzlich zu einer Hauptmikrosteuerung eine Sicherungsmikrosteuerung vorzusehen.
  • Beispielsweise offenbart die Patentschrift 1 eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die eine Steuereinheit und zwei Inverter umfasst und die elektrische Leistung umwandelt, die einem Dreiphasenmotor zugeführt werden soll. Jeder der zwei Inverter ist mit einer Leistungsquelle und einer Masse (hiernach als „GND“ (englisch „ground“ = Masse) bezeichnet) verbunden. Einer der Inverter ist mit einem Ende jeder von Dreiphasenwicklungen des Motors verbunden und der andere Inverter ist mit dem anderen Ende jeder der Dreiphasenwicklungen verbunden. Jeder Inverter weist eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung auf, von denen jeder ein auf einer hohen Seite befindliches Schaltelement und ein auf einer niedrigen Seite befindliches Schaltelement umfasst. Wenn ein Ausfall des Schaltelements bei den zwei Invertern erfasst wird, schaltet die Steuereinheit die Steuerung von einer Steuerung in einem Normalzustand zu einer Motorsteuerung in einem anormalen Zustand um. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung bedeutet „Anormalität“ einen Ausfall des Schaltelements. „Steuerung in einem normalen Zustand“ bedeutet eine Steuerung, bei der sich alle Schaltelemente in dem normalen Zustand befinden, und „Steuerung in einem anormalen Zustand“ bedeutet eine Steuerung, bei der der Ausfall bei einem bestimmten Schaltelement auftritt.
  • Bei der Steuerung in dem anormalen Zustand werden bei dem Inverter der zwei Inverter, der das ausgefallene Schaltelement umfasst (hiernach als „ausgefallener Inverter“ bezeichnet), die Schaltelemente gemäß einer vorbestimmten Regel ein- oder ausgeschaltet, sodass ein Neutralpunkt (Nullpunkt) der Wicklungen konstruiert wird. Gemäß dieser Regel werden beispielweise im Fall eines offenen Ausfalls, bei dem das auf der hohen Seite befindliche Schaltelement immer ausgeschaltet ist, bei der Brückenschaltung des Inverters die auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente der drei auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente, die nicht das ausgefallene Schaltelement sind, ausgeschaltet, und die drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente werden eingeschaltet. In diesem Fall ist der Neutralpunkt auf der niedrigen Seite konfiguriert. Alternativ dazu werden im Fall eines Kurzschlussausfalls, bei dem das auf der hohen Seite befindliche Schaltelement immer eingeschaltet ist, bei der Brückenschaltung des Inverters die auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente der drei auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente, die nicht das ausgefallen Schaltelement sind, eingeschaltet, und die drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente werden ausgeschaltet. In diesem Fall ist der Neutralpunkt auf der hohen Seite konfiguriert. Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung der Patentliteratur 1 ist der Neutralpunkt der Dreiphasenwicklungen bei dem ausgefallenen Inverter in dem anormalen Zustand konfiguriert. Obwohl der Ausfall bei dem Schaltelement auftritt, ist die Motoransteuerung durch Verwendung des normalen Inverters fortführbar.
  • LISTE DER ANGEFÜHRTEN LITERATUR
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP 2014-192950 A
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE PROBLEME
  • Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technologie ist eine weitere Verbesserung der Stromsteuerung in normalen und anormalen Zuständen erforderlich.
  • Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung stellen eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereit, die sowohl in einem normalen Zustand als auch in einem anormalen Zustand eine geeignete Stromsteuerung vornimmt.
  • LÖSUNGEN DER PROBLEME
  • Eine exemplarische Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung von einer Leistungsquelle in elektrische Leistung umwandelt, die einem Motor mit n-Phase-Wicklungen, wobei n eine 3 oder mehr betragende Ganzzahl ist, bereitgestellt werden soll, die Folgendes umfasst: einen mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Motors verbundenen ersten Inverter, einen mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbundenen zweiten Inverter, eine erste Umschaltschaltung, die eine erste Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und der Leistungsquelle und eine zweite Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und einer Masse enthält, eine zweite Umschaltschaltung, die eine dritte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsquelle oder eine vierte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Masse enthält, und ferner Folgendes umfasst: einen Normalzustandsbetriebsmodus, in dem eine Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein erster Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem zweiten Inverter und dem ersten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, und einen Anormalzustandsbetriebsmodus, in dem die Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein zweiter Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem ersten Inverter und dem zweiten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, wobei ein Betriebsmodus der Leistungsumwandlung von dem Normalzustandsbetriebsmodus in den Anormalzustandsbetriebsmodus geschaltet wird, wenn zumindest eines einer Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem ersten Inverter enthalten sind, ausgefallen ist.
  • Eine weitere exemplarische Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung von einer Leistungsquelle in elektrische Leistung umwandelt, die einem Motor mit n-Phase-Wicklungen, wobei n eine 3 oder mehr betragende Ganzzahl ist, bereitgestellt werden soll, die Folgendes umfasst: einen mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Motors verbundenen ersten Inverter, einen mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbundenen zweiten Inverter, eine erste Umschaltschaltung, die eine erste Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und der Leistungsquelle oder eine zweite Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und einer Masse enthält, eine zweite Umschaltschaltung, die eine dritte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsquelle oder eine vierte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Masse enthält, und ferner Folgendes umfasst: einen Normalzustandsbetriebsmodus, in dem eine Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein erster Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem zweiten Inverter und dem ersten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, und einen Anormalzustandsbetriebsmodus, in dem die Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein zweiter Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem ersten Inverter und dem zweiten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, wobei ein Betriebsmodus der Leistungsumwandlung von dem Normalzustandsbetriebsmodus in den Anormalzustandsbetriebsmodus geschaltet wird, wenn zumindest eines einer Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem ersten Inverter enthalten sind, ausgefallen ist.
  • VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung bezüglich des ersten Inverters sind die Verbindung und Trennung zwischen zumindest entweder der Leistungsquelle und/oder der Masse (GND) und dem ersten Inverter schaltbar, und bezüglich des zweiten Inverters sind die Verbindung und die Trennung zwischen der Leistungsquelle oder der GND und dem zweiten Inverter schaltbar. Dadurch wird die Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, die sowohl in dem normalen Zustand als auch in dem anormalen Zustand eine geeignete Stromsteuerung vornimmt.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine typische Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine wieder andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine typische Blockkonfiguration einer Motoransteuereinheit 400, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 aufweist, veranschaulicht.
    • 5 ist ein Graph, der einen aktuellen Signalverlauf beispielhaft darstellt, der erhalten wird, indem Stromwerte, die durch eine Wicklung sowohl der U-Phase, der V-Phase als auch der W-Phase eines Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in einem normalen Zustand gesteuert wird, grafisch aufgetragen werden.
    • 6 ist ein schematisches Diagramm, das einen Stromfluss in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei einem elektrischen Motorwinkel von z. B. 90° in dem normalen Zustand veranschaulicht.
    • 7 ist ein schematisches Diagramm, das den Stromfluss in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dann, wenn sich jeder von Feldeffekttransistoren (FETs) von Umschaltschaltungen 110A, 110B und eines ersten Inverters 120 in einem ersten Zustand befinden, veranschaulicht.
    • 8 ist ein Graph, der einen aktuellen Signalverlauf beispielhaft darstellt, der erhalten wird, indem die Stromwerte, die durch die Wicklung sowohl der U-Phase, der V-Phase als auch der W-Phase des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandiungsvorrichtung 100 in dem ersten Zustand gesteuert wird, grafisch aufgetragen werden.
    • 9 ist ein schematisches Diagramm, das den Stromfluss in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dann, wenn sich jeder der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 in einem dritten Zustand befindet, veranschaulicht.
    • 10 ist ein schematisches Diagramm, das den Stromfluss in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dann, wenn sich jeder der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand befindet, veranschaulicht.
    • 11A ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß einer Variation des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
    • 11B ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß der Variation des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
    • 11C ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß der Variation des ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels veranschaulicht.
    • 12 ist ein Blockdiagramm, das eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Bevor exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, wird das Wissen des Erfinders der vorliegenden Anmeldung, das die Basis der vorliegenden Offenbarung bildet, beschrieben.
  • Bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung der Patentliteratur 1 wird die Verbindung zwischen der Leistungsquelle und der GND und jedes der zwei Inverter immer aufrechterhalten. Auf dieser Konfiguration ist die Verbindung zwischen der Leistungsquelle und dem ausgefallenen Inverter nicht trennbar. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung stellte dahin gehend ein Problem fest, als, obwohl der Neutralpunkt bei dem ausgefallenen Inverter in dem anormalen Zustand konfiguriert ist, der ausgefallene Inverter Strom von der Leistungsquelle zieht. Folglich tritt bei dem ausgefallenen Inverter ein Leistungsverlust auf.
  • Wie bei der Leistungsquelle, ist die Verbindung zwischen dem ausgefallenen Inverter und der GND nicht trennbar. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung stellte dahin gehend ein Problem fest, als, obwohl der Neutralpunkt bei dem ausgefallenen Inverter in dem anormalen Zustand konfiguriert ist, ein Strom, der der Wicklung jeder Phase über den Normalinverter zugeführt wird, nicht zu dem Inverter der Versorgungsquelle zurückkehrt, sondern von dem ausgefallenen Inverter in die GND fließt. Mit anderen Worten, wird keine geschlossene Schleife eines Ansteuerungsstroms (Treiberstroms) gebildet. Es ist wünschenswert, dass der Strom, der von dem normalen Inverter aus der Wicklung jeder Phase zugeführt wird, über den Inverter der Versorgungsquelle in die GND fließt.
  • Hiernach werden exemplarische Ausführungsbeispiele einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, einer Motoransteuereinheit und einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen ausführlich beschrieben. Um jedoch eine unnötige Wiederholung der folgenden Beschreibung zu vermeiden und das Verständnis für Fachleute zu erleichtern, wird auf eine ausführliche Beschreibung, die nicht notwendig ist, manchmal verzichtet. Beispielsweise kann eine ausführliche Beschreibung einer bereits hinreichend bekannten Tatsache und eine sich wiederholende Beschreibung im Wesentlichen derselben Konfiguration weggelassen werden.
  • Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung wird das exemplarische Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung mit einem Beispiel der Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben, die elektrische Leistung umwandelt, die einem Dreiphasenmotor zugeführt werden soll, der Wicklungen von Drei-Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) aufweist. Jedoch ist auch die Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die elektrische Leistung umwandelt, die einem n-Phasen-Motor zugeführt werden soll, der Wicklungen von n-Phasen (n ist eine Ganzzahl von 4 oder mehr) wie beispielsweise Vier-Phasen oder Fünf-Phasen aufweist, in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten.
  • (Erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel)
  • 1 veranschaulicht schematisch eine typische Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst Umschaltschaltungen 110A, 110B, einen ersten Inverter 120 und einen zweiten Inverter 130. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wandelt elektrische Leistung um, die verschiedenen Motoren zugeführt werden soll. Ein Motor 200 ist beispielsweise ein Dreiphasen-Wechselstrommotor. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit der Beschreibung ein Inverter auf einer linken Seite der Zeichnung als der erste Inverter 120 bezeichnet, und ein Inverter auf einer rechten Seite wird als der zweite Inverter 130 bezeichnet. Jedoch versteht es sich von selbst, dass die obige Beziehung umgekehrt werden kann.
  • Der Motor 200 weist eine U-Phase-Wicklung M1, eine V-Phase-Wicklung M2 und eine W-Phase-Wicklung M3 auf und ist mit dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 verbunden. Im Einzelnen ist der erste Inverter 120 mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Motors 200 verbunden, und der zweite Inverter 130 ist mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung bedeutet „Verbindung“ zwischen Komponenten (am Aufbau beteiligten Elementen) untereinander hauptsächlich eine elektrische Verbindung. Der erste Inverter 120 weist Anschlüsse U_L, V_L und W_L auf, die jeder Phase entsprechen und der zweite Inverter 130 weist Anschlüsse U_R, V_R und W_R auf, die jeder Phase entsprechen.
  • Der Anschluss U_L des ersten Inverters 120 ist mit dem einen Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden, der Anschluss V_L ist mit dem einen Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden, und der Anschluss W_L ist mit dem einen Ende der W-Phase-Wicklung M1 verbunden. Ähnlich dem ersten Inverter 120 ist der Anschluss U_R des zweiten Inverters 130 mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden, der Anschluss V_R ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden, und der Anschluss W_R ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M1 verbunden. Diese Verbindung mit dem Motor unterscheidet sich von einer sogenannten Sternschaltung und Deltaschaltung (Dreieckschaltung).
  • Die Umschaltschaltung 110A ist für den ersten Inverter 120 und umfasst ein erstes und ein zweites Schaltelement 111, 112. Die Umschaltschaltung 110B ist für den zweiten Inverter 130 und umfasst ein drittes Schaltelement 113. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung wird die Umschaltschaltung, die das erste und das dritte Schaltelement 111, 113 aufweist, die auf einer Seite einer Leistungsquelle 101 vorgesehen sind, manchmal als „leistungsquellenseitige Umschaltschaltung“ bezeichnet, und die Umschaltschaltung, die das auf der GND-Seite vorgesehene zweite Schaltelement 112 aufweist, wird manchmal als „GND-seitige Umschaltschaltung“ bezeichnet.
  • Bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist der erste Inverter 120 durch die Umschaltschaltung 110A mit der Leistungsquelle 101 und der GND elektrisch verbindbar. Der zweite Inverter 130 ist durch die Umschaltschaltung 110B mit der Leistungsquelle 101 elektrisch verbindbar. Im Einzelnen schaltet das erste Schaltelement 111 eine Verbindung/Trennung zwischen dem ersten Inverter 120 und der Leistungsquelle 101. Das zweite Schaltelement 112 schaltet eine Verbindung/Trennung zwischen dem ersten Inverter 120 und der GND. Das dritte Schaltelement 113 schaltet eine Verbindung/Trennung zwischen dem zweiten Inverter 130 und der Leistungsquelle 101. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel der Schaltungskonfiguration wird die Verbindung zwischen dem zweiten Inverter 130 und der GND immer aufrechterhalten.
  • Das Ein- und Ausschalten jedes des ersten bis dritten Schaltelements 111, 112 und 113 ist beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder eine eigens dafür vorgesehene Ansteuerungsvorrichtung (einen Treiber) steuerbar. Als jedes des ersten bis dritten Schaltelements 111, 112 und 113 ist beispielsweise ein Transistor wie z. B. ein Feldeffekttransistor (FET; üblicherweise ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)) oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT - insulated gate bipolar transistor) weithin einsetzbar. Alternativ dazu können als diese Schaltelemente mechanische Relais verwendet werden. Hiernach wird ein Beispiel beschrieben, bei dem FETs als das erste bis dritte Schaltelement 111, 112 und 113 verwendet werden, und das erste Schaltelement 111 wird beispielsweise als FET 111 bezeichnet.
  • Der FET 111 weist eine Freilaufdiode 111D auf und ist so angeordnet, dass die Freilaufdiode 111D der Leistungsquelle 101 zugewandt ist. Im Einzelnen ist der FET 111 so angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 111D in Richtung der Leistungsquelle 101 fließt. Der FET 113 ist ebenfalls ähnlich dem FET 111 angeordnet.
  • Der FET 112 weist eine Freilaufdiode 112D auf und ist so angeordnet, dass die Freilaufdiode 111D der Leistungsquelle 101 zugewandt ist. Im Einzelnen ist der FET 112 so angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 112D in Richtung des ersten Inverters 120 fließt.
  • Die Anzahl der zu verwendenden Schaltelemente ist nicht auf das veranschaulichte Beispiel beschränkt, sondern wird in Anbetracht von Gestaltungsvorgaben und dergleichen entsprechend festgelegt. Vor allem auf einem Gebiet von Automobilen ist es - da von einem Standpunkt der Sicherheit her betrachtet eine hohe Qualitätsgewährleistung erforderlich ist - vorzuziehen, eine Mehrzahl der Schaltelemente für jeden Inverter bei den leistungsquellenseitigen und GND-seitigen Umschaltschaltungen vorzusehen.
  • 2 veranschaulicht schematisch eine weitere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Die leistungsquellenseitige Umschaltschaltung kann ferner ein fünftes Schaltelement (FET) 115 und eine sechstes Schaltelement (FET) 116 zum Zweck eines Verpolungsschutzes umfassen. Der FET 111 und der FET 115 sind so angeordnet, dass Richtungen von Freilaufdioden in den FETs zueinander entgegensetzt sind. Der FET 113 und der FET 116 sind so angeordnet, dass Richtungen von Freilaufdioden in den FETs zueinander entgegensetzt sind.
  • Im Einzelnen ist der FET 115 so angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode in Richtung des ersten Inverters 120 fließt. Der FET 116 ist so angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode in Richtung des zweiten Inverters 130 fließt. Auch wenn die Leistungsquelle 101 in einer umgekehrten Richtung angeschlossen ist, wird zum Zweck eines Verpolungsschutzes ein Rückwärtsstrom durch die zwei FETs abgeschnitten.
  • Die Leistungsquelle 101 erzeugt eine vorbestimmte Quellenspannung. Beispielsweise wird als Leistungsquelle 101 eine Gleichstromleistungsquelle verwendet. Jedoch kann die Leistungsquelle 101 ein WS-GS-Wandler und ein Gleichstromwandler sein oder kann eine Batterie (Speicherbatterie) sein.
  • Die Leistungsquelle 101 kann eine einzelne Leistungsquelle sein, die dem ersten und dem zweiten Inverter 120, 130 gemein ist, oder kann eine erste Leistungsquelle für den ersten Inverter 120 und eine zweite Leistungsquelle für den zweiten Inverter 130 aufweisen.
  • Eine Spule 102 ist zwischen der Leistungsquelle 101 und der leistungsquellenseitigen Umschaltschaltung vorgesehen. Die Spule 102 fungiert als Rauschfilter und glättet Hochfrequenzrauschen, das in einem Spannungssignalverlauf enthalten ist, der jedem Inverter zugeführt wird, oder ein Hochfrequenzrauschen, das in jedem Inverter erzeugt wird, um nicht zu einer Seite der Leistungsquelle 101 hin herauszufließen. Kondensatoren 103 sind mit einem Leistungsquellenanschluss jedes Inverters verbunden. Jeder der Kondensatoren 103 ist ein sogenannter Überbrückungskondensator und unterdrückt eine Spannungswelligkeit. Jeder der Kondensatoren 103 ist beispielsweise ein Elektrolytkondensator, und die Kapazität und die Anzahl, die zu verwenden sind, werden je nach den Gestaltungsvorgaben und dergleichen entsprechend ermittelt.
  • Der erste Inverter 120 (der manchmal als „Brückenschaltung L“ bezeichnet wird) umfasst eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung. Jeder Schenkel weist ein auf einer niedrigen Seite befindliches Schaltelement und ein auf einer hohen Seite befindliches Schaltelement auf. Die Schaltelemente 121L, 122L und 123L, die in 1 gezeigt sind, sind die auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente, und die Schaltelemente 121H, 122H und 123H sind die auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente. Als Schaltelement kann beispielsweise ein FET oder ein IGBT verwendet werden. Hiernach wird ein Beispiel einer Verwendung von FETs als Schaltelemente beschrieben, und das Schaltelement kann in manchen Fällen als FET bezeichnet werden. Beispielsweise sind die Schaltelemente 121L, 122L und 123L als FETs 121L, 122L und 123L benannt.
  • Der erste Inverter 120 weist drei Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R als Stromsensoren (siehe 4) zum Erfassen eines Stroms auf, der durch die Wicklung jeder Phase der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase fließt. Ein Stromsensor 150 weist eine Stromerfassungsschaltung (nicht gezeigt) zum Erfassen eines durch jeden Nebenschlusswiderstand fließenden Stroms auf. Beispielsweise sind die Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R zwischen die drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente geschaltet, die in den drei Schenkeln des ersten Inverters 120 bzw. der GND enthalten sind. Im Einzelnen ist der Nebenschlusswiderstand 121R elektrisch zwischen den FET 121L und den FET 111 geschaltet, ist der Nebenschlusswiderstand 122R elektrisch zwischen den FET 122L und den FET 111 geschaltet, und der Nebenschlusswiderstand 123R ist elektrisch zwischen den FET 123L und den FET 111 geschaltet. Ein Widerstandswert jedes der Nebenschlusswiderstände beträgt beispielsweise etwa 0,5 mΩ bis 1,0 mΩ.
  • Ähnlich dem ersten Inverter 120 umfasst der zweite Inverter 130 (der manchmal als „Brückenschaltung R“ bezeichnet wird) eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung. Die in 1 gezeigten FETs 131L, 132L und 133L sind auf der niedrigen Seite befindliche Schaltelemente, und die FETs 131H, 132H und 133H sind auf der hohen Seite befindliche Schaltelemente. Zusätzlich weist der zweite Inverter 130 drei Nebenschlusswiderstände 131R, 132R und 133R auf. Diese Nebenschlusswiderstände sind zwischen drei auf der niedrigen Seite befindliche Schaltelemente, die in den drei Schenkeln enthalten sind, und die GND geschaltet. Jeder FET des ersten und des zweiten Inverters 120, 130 ist durch beispielsweise die Mikrosteuerung oder die eigens dafür vorgesehene Ansteuerungsvorrichtung steuerbar.
  • Nebenbei bemerkt ist ein Beispiel eines Geschaltetseins des Nebenschlusswiderstands nicht auf das Obige beschränkt. Beispielsweise können die drei Nebenschlusswiderstände 121R, 122R und 123R zwischen den FETs 121H, 122H und 123H und dem FET 111 angeordnet sein. Auch ist die Anzahl von Nebenschlusswiderständen für jeden Inverter nicht auf drei beschränkt. Beispielsweise können für den ersten Inverter 120 zwei Nebenschlusswiderstände 121R, 122R verwendet werden. Die Anzahl von zu verwendenden Nebenschlusswiderständen und die Anordnung von Nebenschlusswiderständen werden in Anbetracht der Produktkosten und der Gestaltungsvorgaben entsprechend festgelegt.
  • 3 veranschaulicht schematisch eine wieder andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 3 gezeigt ist, kann die Umschaltschaltung 110B für den zweiten Inverter 130 statt des FET 113 ein viertes Schaltelement (FET) 114 aufweisen. Der FET 114 schaltet eine Verbindung/Trennung zwischen den zweiten Inverter 130 und der GND. Wie oben beschrieben wurde, kann die Umschaltschaltung 110B gemäß dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel den FET 113 oder den FET 114 umfassen.
  • 4 veranschaulicht schematisch eine typische Blockkonfiguration der Motoransteuereinheit 400, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 aufweist.
  • Die Motoransteuereinheit 400 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, den Motor 200 und eine Steuerschaltung 300.
  • Die Steuerschaltung 300 umfasst beispielsweise eine Leistungsquellenschaltung 310, einen Winkelsensor 320, eine Eingangsschaltung 330, eine Mikrosteuerung 340, eine Ansteuerungsschaltung (Treiberschaltung) 350 und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 360. Die Steuerschaltung 300 ist mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 verbunden und steuert den Motor 200 an, indem sie die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert. Im Einzelnen verwirklicht die Steuerschaltung 300 eine Regelung, indem sie das angestrebte Motordrehmoment und die angestrebte Drehzahl steuert.
  • Die Leistungsquellenschaltung 310 erzeugt notwendige Gleichspannungen (beispielsweise 3 V oder 5 V) für jeden Block in der Schaltung. Der Winkelsensor 320 ist beispielsweise ein Resolver (Koordinatenwandler) oder eine Hall-IC (integrierte Hall-Schaltung). Der Winkelsensor 320 erfasst einen Drehwinkel (hiernach als „Drehsignal“ bezeichnet) eines Rotors des Motors 200 und gibt ein Drehsignal an die Mikrosteuerung 340 aus. Die Eingangsschaltung 330 empfängt einen Motorstromwert (hiernach als „tatsächlicher Stromwert“ bezeichnet), der durch den Stromsensor 150 erfasst wird, wandelt je nach Bedarf einen Pegel eines aktuellen Stromwerts in einen Eingangspegel der Mikrosteuerung 340 um und gibt den tatsächlichen Stromwert an die Mikrosteuerung 340 aus.
  • Die Mikrosteuerung 340 steuert einen Schaltvorgang (Einschalten oder Ausschalten) jedes FET in dem ersten und zweiten Inverter 120, 130 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100. Die Mikrosteuerung 340 legt je nach dem tatsächlichen Stromwert und dem Drehsignal des Rotors usw. einen Sollstromwert fest, um ein PWM-Signal (PWM = pulse width modulation, Pulsbreitenmodulation) zu erzeugen, und gibt es an die Ansteuerungsschaltung (Treiberschaltung) 350 aus. Ferner steuert die Mikrosteuerung 340 das Ein- oder Ausschalten jedes FET in den Umschaltschaltungen 110A, 110B der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100.
  • Die Treiberschaltung 350 ist üblicherweise ein Gate-Treiber. Die Treiberschaltung 350 erzeugt ein Steuersignal (Gate-Steuersignal) zum Steuern des Schaltvorgangs jedes FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 120, 130 gemäß dem PWM-Signal und stellt das Steuersignal einem Gate jedes FET bereit. Ferner erzeugt die Treiberschaltung 350 ein Steuersignal (Gate-Steuersignal) zum Steuern des Ein- oder Ausschaltens jedes FET in den Umschaltschaltungen 110A, 110B gemäß einer Anweisung von der Mikrosteuerung 340 und stellt das Steuersignal dem Gate jedes FET bereit. Jedoch kann die Mikrosteuerung 340 die Funktion der Treiberschaltung 350 aufweisen. In diesem Fall weist die Steuerschaltung 300 eventuell nicht die Treiberschaltung 350 auf.
  • Der ROM 360 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher (beispielsweise ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM)), ein wiederbeschreibbarer Speicher (beispielsweise ein Flash-Speicher) oder ein Nur-Lese-Speicher. Der ROM 360 speichert ein Steuerprogramm, das eine Anweisungsgruppe zum Veranlassen der Mikrosteuerung 340, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zu steuern, umfasst. Beispielsweise wird das Steuerprogramm zu einem Zeitpunkt eines Bootens einmalig in einem Direktzugriffsspeicher (RAM) (nicht gezeigt) erweitert.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 weist einen Betriebsmodus (Steuermodus) in dem normalen Zustand und in dem anormalen Zustand auf. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 schaltet den Betriebsmodus von einem Normalzustandsbetriebsmodus zu einem Anormalzustandsbetriebsmodus. Im Einzelnen schaltet die Steuerschaltung 300 (hauptsächlich die Mikrosteuerung 340) eine Leistungsumwandlungssteuerung von einer Steuerung in dem normalen Zustand zu einer Steuerung in den anormalen Zustand. Gemäß dem Steuermodus und einem Ausfallmuster des FET werden EIN-/AUS-Zustände jedes FET in den Umschaltschaltungen 110A, 110B und in dem ersten und dem zweiten Inverter 120, 130 ermittelt.
  • (Normalzustandsbetriebsmodus)
  • Erstens wird ein spezifisches Beispiel des Normalzustandsbetriebs (Steuerverfahrens) der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 beschrieben. Wie oben beschrieben wurde, bezieht sich normal auf einen Zustand, in dem jeder FET des ersten und des zweiten Inverters 120, 130 keinen Ausfall aufweist. In dem normalen Zustand führt die Steuerschaltung 300 eine Leistungsumwandlung unter Verwendung eines Neutralpunkts der Wicklung jeder Phase durch, die im zweiten Inverter 130 und im ersten Inverter 120 gebildet ist.
  • Die Steuerschaltung 300 schaltet die FETs 111, 112 der Umschaltschaltung 110A ein. Folglich sind die Leistungsquelle 101 und der erste Inverter 120 elektrisch miteinander verbunden, und der erste Inverter 120 und die GND sind elektrisch miteinander verbunden. Ferner schaltet die Steuerschaltung 300 den FET 113 der Umschaltschaltung 110B aus. Folglich sind die Leistungsquelle 101 und der zweite Inverter 130 elektrisch voneinander getrennt. In diesem Schaltungszustand schaltet die Steuerschaltung 300 die auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente 131H, 132H und 133H ein und schaltet die auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente 131L, 132L und 133L in dem zweiten Inverter 130 aus. Folglich fungiert ein auf der hohen Seite befindlicher Knoten N1 (siehe 1) des zweiten Inverters 130 als Neutralpunkt jeder Wicklung. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung wird die Tatsache, dass ein Knoten als Neutralpunkt fungiert, als „ein Neutralpunkt ist konfiguriert“ ausgedrückt. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt die Leistungsumwandlung unter Verwendung eines Neutralpunkts N1 und des ersten Inverters 120 durch.
  • Bei der Steuerung in dem normalen Zustand fungiert der erste Inverter 120 als Treiberinverter zum Durchführen des Schaltvorgangs jedes FET, und der zweite Inverter 130 fungiert als Neutralpunktinverter, in dem der Neutralpunkt konfiguriert ist.
  • Gemäß der in 3 gezeigten Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 schaltet die Steuerschaltung 300 die FETs 111, 112 ein, schaltet den FET 114 aus, schaltet die auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente 131H, 132H und 133H aus und schaltet die auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente 131L, 132L und 133L in dem zweiten Inverter 130 ein. Folglich fungiert ein auf der niedrigen Seite befindlicher Knoten N3 des zweiten Inverters 130 als Neutralpunkt jeder Wicklung. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt die Leistungsumwandlung unter Verwendung eines Neutralpunkts N4 und des ersten Inverters 120 durch.
  • 5 veranschaulicht beispielhaft einen Stromsignalverlauf, der erhalten wird, indem Stromwerte, die durch jede der U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem normalen Zustand gesteuert wird, grafisch aufgetragen werden. Eine horizontale Achse zeigt einen elektrischen Motorwinkel (Grad) und eine vertikale Achse zeigt den Stromwert (A). Bei dem Stromsignalverlauf der 5 ist der Stromwert in jedem elektrischen Winkel von 30° grafisch aufgetragen. IPK stellt einen maximalen Stromwert (Spitzenstromwert) jeder Phase dar. Zusätzlich zu der in 5 beispielhaft gezeigten Sinuswelle ist der Motor 200 unter Verwendung beispielsweise einer Rechteckwelle ansteuerbar.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Stromwerte, die bei jedem elektrischen Winkel in der Sinuswelle der 5 durch die Anschlüsse jedes Inverters fließen. Im Einzelnen zeigt die Tabelle 1 die Stromwerte, die bei jedem elektrischem Winkel von 30° durch die Anschlüsse U_L, V_L und W_L des ersten Inverters 120 (Brückenschaltung L) fließen. Bei der Spezifikation der vorliegenden Anmeldung ist bezüglich der Brückenschaltung L eine Stromrichtung, die von dem Anschluss der Brückenschaltung L zu dem Anschluss der Brückenschaltung R fließt, als positive Richtung definiert. Die in 5 gezeigte Stromrichtung folgt dieser Definition. Ferner ist bezüglich der Brückenschaltung R eine Stromrichtung, die von dem Anschluss der Brückenschaltung R zu dem Anschluss der Brückenschaltung L fließt, als positive Richtung definiert. Deshalb beträgt eine Phasendifferenz zwischen dem Strom der Brückenschaltung L und dem Strom der Brückenschaltung R 180°. In der Tabelle 1 beträgt die Größe des Stromwerts I1 [(3)1/2/2] * Ipk, und die Größe des Stromwerts I2 beträgt Ipk/2. Je nach der Definition der Stromrichtung können positive und negative Vorzeichen der Stromwerte, die in 5 gezeigt sind, eine entgegengesetzte Relation (Phasendifferenz 180°) bezüglich der in der Tabelle 1 gezeigten Stromwerte sein.
    Figure DE112017004959T5_0001
  • Bei einem elektrischen Winkel von 0° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 30° fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, ein Strom der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 60° fließt ein Strom der Größe I1 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 90° fließt ein Strom der Größe Ipk von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung L.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 120° fließt ein Strom der Größe I1 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung L. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 150° fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung L.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 180° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung L.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 210° fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung R durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung L, ein Strom der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung L durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung L.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 240° fließt ein Strom der Größe I1 von der Brückenschaltung R durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung R. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 270° fließt ein Strom der Größe Ipk von der Brückenschaltung R durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung L, fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung L durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung R und fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 300° fließt ein Strom der Größe I1 von der Brückenschaltung R durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
  • Bei einem elektrischen Winkel von 330° fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung R durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung L, fließt ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L, und fließt ein Strom der Größe Ipk von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R.
  • Gemäß der Leistungsumwandlungssteuerung, die den Neutralpunkt verwendet, beträgt die Summe der durch die Dreiphasenwicklungen fließenden Ströme unter Berücksichtigung der Stromrichtung für jeden elektrischen Winkel immer „0“. Beispielsweise steuert die Steuerschaltung 300 den Schaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung L anhand einer Vektorsteuerung, bei der der in 5 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • 6 veranschaulicht schematisch einen Fluss von Strömen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei beispielsweise dem elektrischen Motorwinkel von 90° in dem normalen Zustand. Jede von drei durchgezogenen Linien stellt den von der Leistungsquelle 101 zu dem Motor 200 fließenden Strom dar, und eine gestrichelte Linie stellt einen regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • In einem in 6 gezeigten Zustand befinden sich bei dem ersten Inverter 120 die FETs 121H, 122L und 123L in einem EIN-Zustand, und die FETs 121L, 122H und 123H befinden sich in einem AUS-Zustand. Ein durch den FET 121H des ersten Inverters 120 fließender Strom fließt durch die Wicklung M1 und den FET 131H des zweiten Inverters 130 in den Neutralpunkt N1. Ein Teil des Stroms fließt durch den FET 132H in die Wicklung M2, und der restliche Strom fließt durch den FET 133H in die Wicklung M3. Die durch die Wicklungen M2 und M3 fließenden Ströme fließen in die GND einer Seite des ersten Inverters 120. Außerdem fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 121L in Richtung der Wicklung M1 des Motors 200.
  • Da die Leistungsquelle 101 und der zweite Inverter 130 elektrisch voneinander getrennt sind, fließt kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den Neutralpunkt N1 des zweiten Inverters 130. Da sich außerdem die auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente 131L, 132L und 133L des zweiten Inverters 130 alle in dem AUS-Zustand befinden, fließen die durch den Neutralpunkt N1 fließenden Ströme nicht in die GND. Dadurch wird durch Verwendung der Umschaltschaltungen 110A, 110B (im Einzelnen der drei FETs 111, 112 und 113 (oder 114)) bei der Steuerung in dem normalen Zustand ein Leistungsverlust unterbunden, und durch Verwendung einer geschlossenen Schleife eines Ansteuerungsstroms ist eine Stromsteuerung auf geeignete Weise durchführbar.
  • (Betriebsmodus im anormalen Zustand)
  • Wie oben beschrieben wurde, bedeutet Anormalität hauptsächlich, dass bei dem FET ein Ausfall aufgetreten ist. Ausfälle des FET werden grob in „offener Ausfall“ und „Kurzschlussausfall“ unterteilt. „Offener Ausfall“ bezieht sich auf einen Ausfall, bei dem sich Source-Drain des FET öffnet (mit anderen Worten wird der Widerstand rds zwischen der Source und den Drain zu einer hohen Impedanz), und „Kurzschlussausfall“ bezieht sich auf einen Ausfall, bei dem Source-Drain des FET einen Kurzschluss erfährt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird zu einem Zeitpunkt des Betriebs der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 normalerweise angenommen, dass ein Zufallsausfall auftritt, bei dem ein FET der 16 FETs zufällig ausfällt. Die vorliegende Offenbarung ist hauptsächlich auf ein Steuerverfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in einem Fall gerichtet, in dem der Zufallsausfall bei dem ersten Inverter 120 auftritt, der die leistungsquellenseitigen und GND-seitigen Umschaltschaltungen aufweist. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung auch auf ein Steuerverfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in einem Fall gerichtet, in dem eine Mehrzahl der FETs kettenartig ausfallen, und so weiter. Ein kettenartiger Ausfall bedeutet Ausfälle, die beispielsweise bei dem auf der hohen Seite befindlichen Schaltelement und bei dem auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelement eines Schenkels gleichzeitig auftreten.
  • Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 über einen langen Zeitraum hinweg verwendet wird, ist es möglich, dass der Zufallsausfall bei dem ersten Inverter 120 auftritt. Im Übrigen unterscheidet sich der Zufallsausfall von einem Herstellungsausfall, der während der Herstellung auftritt. Wenn einer der Mehrzahl von FETs des ersten Inverters 120 ausfällt, wird die Steuerung in dem Normalzustand durch den Schaltvorgang jedes FET des ersten Inverters 120 nicht mehr durchgeführt.
  • Als Beispiel einer Ausfallserfassung überwacht die Treiberschaltung 350 eine Drain-Source-Spannung Vds jedes der FETs und erfasst den Ausfall des FET, indem sie eine vorbestimmte Schwellenspannung mit Vds vergleicht. Die Schwellenspannung wird bei der Treiberschaltung 350 beispielsweise seitens einer Datenkommunikation mit einer externen integrierten Schaltung (IC; nicht gezeigt) und externen Komponenten festgelegt.
  • Die Treiberschaltung 350 ist mit einem Port (Tor) der Mikrosteuerung 340 verbunden und benachrichtigt die Mikrosteuerung 340 von einem Ausfallserfassungssignal. Beispielsweise aktiviert die Treiberschaltung 350 das Ausfallserfassungssignal, wenn der Ausfall des FET erfasst wird. Wenn das aktivierte Ausfallserfassungssignal empfangen wird, liest die Mikrosteuerung 340 interne Daten der Treiberschaltung 350 und unterscheidet, welcher FET der Mehrzahl von FETs ausgefallen ist.
  • Als weiteres Beispiel der Ausfallserfassung erfasst die Mikrosteuerung 340 den Ausfall des FET auch auf der Basis einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Stromwert und dem Sollstromwert des Motors. Jedoch ist die Ausfallserfassung nicht auf die obigen Verfahren beschränkt, und jegliches bekannte Verfahren, das auf die Ausfallserfassung bezogen ist, kann vielfach eingesetzt werden.
  • Wenn das Ausfallserfassungssignal aktiviert wird, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung in dem normalen Zustand zu der Steuerung in dem anormalen Zustand. Beispielsweise beträgt eine Zeitdauer, während der die Steuerung von dem normalen Zustand zu dem anormalen Zustand geschaltet wird, etwa 10 ms bis 30 ms, nachdem das Ausfallserfassungssignal aktiviert wurde.
  • Bei dem Ausfall der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gibt es verschiedene Ausfallmuster. Hiernach werden die Ausfallmuster in Fälle unterteilt, und die Steuerung in dem anormalen Zustand der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wird für jedes Muster ausführlich beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der erste Inverter 120 als der ausgefallene Inverter behandelt, wie oben beschrieben wurde. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt die Leistungsumwandlung unter Verwendung des Neutralpunkts der Wicklung jeder Phase in dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 durch.
  • Im Gegensatz zu der Steuerung in dem normalen Zustand fungiert der zweite Inverter 130 bei der Steuerung in dem anormalen Zustand als Treiberinverter zum Durchführen des Schaltvorgangs jedes FET, und der erste Inverter 120 fungiert als Neutralpunktinverter, in dem der Neutralpunkt konfiguriert ist.
  • [Auf der hohen Seite befindliches Schaltelement offener Ausfall]
  • Eine Steuerung in dem anormalen Zustand in einem Fall, in dem die drei auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente das Schaltelement umfassen, das einen offenen Ausfall in der Brückenschaltung L des ersten Inverters 120 aufweist, wird beschrieben.
  • Es wird angenommen, dass der offene Ausfall bei dem FET 121H der auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente (der FETs 121H, 122H und 123H) des ersten Inverters 120 auftritt. Außerdem ist sogar dann, wenn der FET 122H oder 123H den offenen Ausfall aufweist, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 anhand eines nachstehend beschriebenen Steuerverfahrens steuerbar.
  • Die Steuerschaltung 300 versetzt die FETs 111, 112 und 113 der Umschaltschaltungen 110A, 110B und die FETs 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen ersten Zustand. In dem ersten Zustand sind die FETs 111, 112 der Umschaltschaltung 110A ausgeschaltet und der FET 113 der Umschaltschaltung 110B ist eingeschaltet. Außerdem sind die FETs 122H, 123H (auf der hohen Seite befindliche Schaltelemente, die sich von dem ausgefallenen FET 121H unterscheiden), die nicht der ausgefallene FET 121H des ersten Inverters 120 sind, ausgeschaltet, und die FETs 121L, 122L und 123L sind eingeschaltet.
  • In dem ersten Zustand ist der erste Inverter 120 von der Leistungsquelle 101 und der GND elektrisch getrennt, und der zweite Inverter 130 ist mit der Leistungsquelle 101 und der GND elektrisch verbunden. Mit anderen Worten, kappt der FET 111 dann, wenn der erste Inverter 120 anormal ist, die Verbindung zwischen der Leistungsquelle 101 und dem ersten Inverter 120, und der FET 112 kappt die Verbindung zwischen dem ersten Inverter 120 und der GND. Dadurch, dass außerdem alle drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente eingeschaltet sind, fungiert ein auf der niedrigen Seite befindlicher Knoten N2 (siehe 1) als Neutralpunkt jeder Wicklung. Mit anderen Worten wird auf einer niedrigen Seite des ersten Inverters 120 ein Neutralpunkt N2 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N2 und des zweiten Inverters 130 an.
  • 7 veranschaulicht schematisch den Fluss von Strömen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wenn sich jeder der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 in dem ersten Zustand befindet. 8 stellt beispielhaft den Stromsignalverlauf dar, der erhalten wird, indem die Stromwerte, die durch jede der Wicklungen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem ersten Zustand gesteuert wird, grafisch aufgetragen werden. 7 veranschaulicht den Fluss der Ströme bei beispielsweise dem elektrischen Motorwinkel von 270°. Jede von drei durchgezogenen Linien stellt den von der Leistungsquelle 101 zu dem Motor 200 fließenden Strom dar, und eine gestrichelte Linie stellt einen regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • Gemäß dem in 7 gezeigten Zustand befinden sich bei dem zweiten Inverter 130 die FETs 131H, 132L und 133L in dem EIN-Zustand, und die FETs 131L, 132H und 133H befinden sich in dem AUS-Zustand. Ein durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließender Strom fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121L des ersten Inverters 120 in den Neutralpunkt N2. Ein Teil des Stroms fließt durch den FET 122L in die Wicklung M2, und der restliche Strom fließt durch den FET 123L in die Wicklung M3. Die durch die Wicklungen M2 und M3 fließenden Ströme fließen in die GND auf einer Seite des zweiten Inverters 130. Ferner fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 131L in Richtung der Wicklung M1 des Motors 200.
  • Die Tabelle 2 veranschaulicht beispielhaft Stromwerte, die für jeden elektrischen Winkel in dem Stromsignalverlauf der 8 durch die Anschlüsse des zweiten Inverters 130 fließen. Im Einzelnen veranschaulicht Tabelle 2 beispielhaft die Stromwerte, die bei jedem elektrischen Winkel von 30° durch die Anschlüsse U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 130 (Brückenschaltung R) fließen. Die Definition der Stromrichtung lautet wie oben beschrieben, und die positiven und negativen Vorzeichen der in 8 gezeigten Stromwerte sind zu denen der in Tabelle 2 gezeigten Stromwerte entgegengesetzt (Phasendifferenz 180°).
    Figure DE112017004959T5_0002
  • Bei dem elektrischen Winkel von 30° fließt beispielsweise ein Strom der Größe I2 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L, und ein Strom der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L durch die W-Phase-Wicklung M3 zu der Brückenschaltung R. Bei einem elektrischen Winkel von 60° fließt ein Strom der Größe I1 von der Brückenschaltung L durch die U-Phase-Wicklung M1 zu der Brückenschaltung R, und ein Strom der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R durch die V-Phase-Wicklung M2 zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom. Die Summe der in den Neutralpunkt fließenden Ströme und der von dem Neutralpunkt aus fließenden Ströme beträgt für jeden elektrischen Winkel immer „0“. Die Steuerschaltung 300 steuert den Schaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung R anhand der Vektorsteuerung, bei der beispielsweise der in 8 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt ist, kann man erkennen, dass sich der durch den Motor 200 fließende Motorstrom zwischen der Steuerung in dem normalen Zustand und der Steuerung in dem anormalen Zustand für jeden elektrischen Winkel nicht verändert. Aus diesem Grund wird ein Hilfsdrehmoment des Motors bei der Steuerung in dem anormalen Zustand im Vergleich zu der Steuerung in dem normalen Zustand nicht verringert.
  • Da die Leistungsquelle 101 und der erste Inverter 120 elektrisch voneinander getrennt sind, fließt kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den ersten Inverter 120. Da außerdem der erste Inverter 120 und die GND elektrisch voneinander getrennt sind, fließt der durch den Neutralpunkt N2 fließende Strom nicht in die GND. Somit wird der Leistungsverlust unterbunden, und durch Bilden der geschlossenen Schleife des Treiberstroms ist die Stromsteuerung auf geeignete Weise durchführbar.
  • Wenn das auf der hohen Seite befindliche Schaltelement (beispielsweise der FET 121H) den offenen Ausfall aufweist, ist der Zustand jedes der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 nicht auf den ersten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FETs in einen zweiten Zustand versetzen. In dem zweiten Zustand ist der FET 111 der Umschaltschaltung 110A eingeschaltet, der FET 112 ist ausgeschaltet und der FET 113 ist eingeschaltet. Außerdem sind die FETs 122H, 123H, die nicht der ausgefallene FET 121H des ersten Inverters 120 sind, ausgeschaltet, und die FETs 121L, 122L und 123L sind eingeschaltet. Die Differenz zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand besteht darin, ob der FET 111 eingeschaltet ist oder nicht. Der Grund dafür, warum der FET 111 eingeschaltet sein kann, besteht darin, dass dann, wenn der FET 121H den offenen Ausfall aufweist, alle auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente in den offenen Zustand versetzt werden, indem die FETs 122H, 123H dahin gehend gesteuert werden, in dem AUS-Zustand zu sein, und obwohl der FET 111 eingeschaltet ist, kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den ersten Inverter 120 fließt. Wie oben beschrieben wurde, kann sich der FET 111 in einem Zustand eines offenen Ausfalls in dem EIN-Zustand oder in dem AUS-Zustand befinden.
  • [Auf der hohen Seite befindliches Schaltelement_Kurzschlussausfall]
  • Eine Steuerung in dem anormalen Zustand in einem Fall, in dem die drei auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente das Schaltelement umfassen, das einen Kurzschlussausfall in der Brückenschaltung L des ersten Inverters 120 aufweist, wird beschrieben.
  • Es wird angenommen, dass der FET 121H der auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente (der FETs 121H, 122H und 123H) des ersten Inverters 120 den Kurzschlussausfall aufweist. Außerdem ist sogar dann, wenn der FET 122H oder 123H den Kurzschlussausfall aufweist, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 anhand eines nachstehend beschriebenen Steuerverfahrens steuerbar.
  • Wenn der FET 121H den Kurzschlussausfall aufweist, versetzt die Steuerschaltung 300 die FETs 111, 112 und 113 der Umschaltschaltungen 110A, 110B und die FETs 122H, 123H, 121L, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in den ersten Zustand. Im Fall des Kurzschlussausfalls fließt dann, wenn der FET 113 eingeschaltet wird, ein Strom von der Leistungsquelle 101 in den kurzgeschlossenen FET 121H, sodass die Steuerung in dem zweiten Zustand unterbunden wird.
  • Wie bei dem Zustand eines offenen Ausfalls wird durch Einschalten aller drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente der Neutralpunkt N2 jeder Wicklung an dem auf der niedrigen Seite befindlichen Knoten N2 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N2 in dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert den Schaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung R anhand der Vektorsteuerung, bei der beispielsweise der in 8 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird. Beispielsweise erfolgt in dem ersten Zustand in einem Kurzschlussausfallszustand der Fluss von Strömen, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bei dem elektrischen Winkel von 270° fließen, gemäß der Darstellung in 7, und Stromwerte, die in jeder Wicklung für jeden elektrischen Motorwinkel fließen, sind so, wie dies in Tabelle 2 gezeigt ist.
  • Falls der FET 121H den Kurzschlussausfall aufweist, beispielsweise in dem ersten Zustand jedes in 7 gezeigten FET, fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 122H in den FET 121H, wenn der elektrische Motorwinkel in der Tabelle 2 0° bis 120° beträgt, fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 123H in den FET 121H, wenn der elektrische Motorwinkel in der Tabelle 2 60° bis 180° beträgt. Auf diese Weise wird im Fall des Kurzschlussausfalls der Strom innerhalb einer gewissen Bandbreite des elektrischen Motorwinkels durch den FET 121H verteilt.
  • Gemäß dieser Steuerung fließt kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den ersten Inverter 120, da die Leistungsquelle 101 und der erste Inverter 120 elektrisch voneinander getrennt sind. Auch fließt der durch den Neutralpunkt N2 fließende Strom nicht in die GND, da der erste Inverter 120 und die GND elektrisch voneinander getrennt sind.
  • [Auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement offener Ausfall]
  • Eine Steuerung in dem anormalen Zustand in einem Fall, in dem die drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente das Schaltelement umfassen, das den offenen Ausfall in der Brückenschaltung L des ersten Inverters 120 aufweist, wird beschrieben.
  • Es wird angenommen, dass der offene Ausfall bei dem FET 121L der auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente (der FETs 121L, 122L und 123L) des ersten Inverters 120 auftritt. Obwohl der FET 122L oder 123L den offenen Ausfall aufweist, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 anhand eines nachstehend beschriebenen Steuerverfahrens steuerbar.
  • Wenn der FET 121L den offenen Ausfall aufweist, versetzt die Steuerschaltung 300 die FETs 111, 112 und 113 der Umschaltschaltungen 110A, 110B und die FETs 121H, 122H, 123H, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in einen dritten Zustand. In dem dritten Zustand sind die FETs 111, 112 der Umschaltschaltung 110A ausgeschaltet, und der FET 113 der Umschaltschaltung 110B ist eingeschaltet. Außerdem sind die FETs 122L, 123L (die auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente, die sich von dem ausgefallenen 121L unterscheiden), die nicht der ausgefallene FET 121L des ersten Inverters 120 sind, ausgeschaltet, und die FETs 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet.
  • In dem dritten Zustand ist der erste Inverter 120 von der Leistungsquelle 101 und der GND elektrisch getrennt, und der zweite Inverter 130 ist elektrisch mit der Leistungsquelle 101 und der GND verbunden. Indem außerdem alle drei auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente des ersten Inverters 120 eingeschaltet werden, wird an einem auf der hohen Seite befindlichen Knoten N3 ein Neutralpunkt N3 jeder Wicklung gebildet (siehe 1).
  • 9 veranschaulicht schematisch den Fluss von Strömen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wenn sich jeder der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand befindet. 9 veranschaulicht den Fluss von Strömen bei beispielsweise dem elektrischen Motorwinkel von 270°. Jede von drei durchgezogenen Linien stellt den von der Leistungsquelle 101 zu dem Motor 200 fließenden Strom dar, und eine gestrichelte Linie stellt einen regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • In dem in 9 gezeigten Zustand befinden sich bei dem zweiten Inverter 130 die FETs 131H, 132L und 133L in dem EIN-Zustand, und die FETs 131L, 132H und 133H befinden sich in dem AUS-Zustand. Der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließende Strom fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121H des ersten Inverters 120 in den Neutralpunkt N3. Ein Teil dieses Stroms fließt durch den FET 122H in die Wicklung M2, und der restliche Strom fließt durch den FET 123H in die Wicklung M3. Die durch die Wicklungen M2 und M3 fließenden Ströme fließen in die GND auf einer Seite des zweiten Inverters 130. Ferner fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 131L in Richtung der Wicklung M1 des Motors 200. Beispielsweise entsprechen Stromwerte, die durch jede Wicklung für jeden elektrischen Motorwinkel fließen, der Darstellung der Tabelle 2.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N3 in dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert den Schaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung R anhand der Vektorsteuerung, bei der beispielsweise der in 8 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Gemäß dieser Steuerung fließt kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den Neutralpunkt N3 des ersten Inverters 120, da die Leistungsquelle 101 und der erste Inverter 120 elektrisch voneinander getrennt sind. Außerdem fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 in die GND, da der erste Inverter 120 und die GND elektrisch voneinander getrennt sind.
  • Wenn das auf der niedrigen Seite befindliche Schaltelement (beispielsweise der FET 121L) den offenen Ausfall aufweist, ist der Zustand jedes der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 nicht auf den dritten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 diese FETs in einen vierten Zustand versetzen. In dem vierten Zustand ist der FET 111 der Umschaltschaltung 110A ausgeschaltet, der FET 112 ist eingeschaltet, und der FET 113 ist eingeschaltet. Außerdem sind die FETs 122L, 123L, die nicht der ausgefallene FET 121L des ersten Inverters 120 sind, ausgeschaltet, und die FETs 121H, 122H und 123H sind eingeschaltet. Der Unterschied zwischen dem dritten Zustand und dem vierten Zustand besteht darin, ob der FET 112 eingeschaltet ist oder nicht. Der Grund dafür, warum der FET 112 eingeschaltet sein kann, besteht darin, dass dann, wenn der FET 121L den offenen Ausfall aufweist, alle auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente in den offenen Zustand versetzt werden, indem die FETs 122L, 123L dahin gehend gesteuert werden, in dem AUS-Zustand zu sein, und obwohl der FET 111 eingeschaltet ist, fließt kein Strom in die GND. Wie oben beschrieben wurde, kann sich der FET 112 in dem Zustand des offenen Ausfalls in dem EIN-Zustand oder in dem AUS-Zustand befinden.
  • [Auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement_Kurzschlussausfall]
  • Eine Steuerung in dem anormalen Zustand in einem Fall, in dem die drei auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente das Schaltelement umfassen, das den Kurzschlussausfall in der Brückenschaltung R des ersten Inverters 120 aufweist, wird beschrieben.
  • Es wird angenommen, dass der FET 121L der auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente (der FETs 121L, 122L und 123L) des ersten Inverters 120 den Kurzschlussausfall aufweist. Sogar dann, wenn der FET 122L oder 123L den Kurzschlussausfall aufweist, ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 anhand eines nachstehend beschriebenen Steuerverfahrens steuerbar.
  • Wenn der FET 121L den Kurzschlussausfall aufweist, versetzt die Steuerschaltung 300 wie in dem Zustand eines offenen Ausfalls die FETs 111, 112 und 113 der Umschaltschaltungen 110A, 110B und die FETs 121H, 122H, 123H, 122L und 123L des ersten Inverters 120 in den dritten Zustand. Im Fall des Kurzschlussausfalls fließt dann, wenn der FET 111 eingeschaltet wird, ein Strom von dem kurzgeschlossenen FET 121L in die GND, sodass die Steuerung in dem vierten Zustand unterbunden wird.
  • 10 veranschaulicht schematisch den Fluss von Strömen in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wenn sich jeder der FETs der Umschaltschaltungen 110A, 110B und des ersten Inverters 120 in dem dritten Zustand befindet. 10 veranschaulicht den Fluss von Strömen bei beispielsweise dem elektrischen Motorwinkel von 270°. Jede der drei durchgezogenen Linien stellt den von der Leistungsquelle 101 zu dem Motor 200 fließenden Strom dar, lange gestrichelte Linien stellen den durch den FET 121L fließenden Strom dar, und eine kurze gestrichelte Linie stellt einen regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • In dem in 10 gezeigten Zustand befinden sich bei dem zweiten Inverter 130 die FETs 131H, 132L und 133L in dem EIN-Zustand, und die FETs 131L, 132H und 133H befinden sich in dem AUS-Zustand. Der durch den FET 131H des zweiten Inverters 130 fließende Strom fließt durch die Wicklung M1 und den FET 121H des ersten Inverters 120 in den Neutralpunkt N3. Ein Teil dieses Stroms fließt durch den FET 122H in die Wicklung M2, und der restliche Storm fließt durch den FET 123H in die Wicklung M3. Die durch die Wicklungen M2 und M3 fließenden Ströme fließen in die GND auf einer Seite des zweiten Inverters 130. Ferner fließt ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 131L hin zu der Wicklung M1 des Motors 200. Im Gegensatz zu dem offenen Ausfall fließt bei dem Kurzschlussausfall außerdem ein Strom von dem kurzgeschlossenen FET 121L zu dem auf der niedrigen Seite befindlichen Knoten N2. Ein Teil des Stroms fließt durch die Freilaufdiode des FET 122L in die Wicklung M2, und der restliche Strom fließt durch die Freilaufdiode des FET 123L in die Wicklung M3. Die durch die Wicklungen M2 und M3 fließenden Ströme fließen in die GND auf der Seite des zweiten Inverters 130.
  • Beispielsweise lauten Stromwerte, die durch jede Wicklung für jeden elektrischen Motorwinkel fließen, gemäß der Darstellung in 2. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert den Motor 200 unter Verwendung der Neutralpunkte N2, N3 in dem ersten Inverter 120 und dem zweiten Inverter 130 an. Die Steuerschaltung 300 steuert den Schaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung R anhand der Vektorsteuerung, bei der beispielsweise der in 8 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Gemäß dieser Steuerung fließt kein Strom von der Leistungsquelle 101 in den Neutralpunkt N3 des ersten Inverters 120, da die Leistungsquelle 101 und der erste Inverter 120 elektrisch voneinander getrennt sind. Da außerdem der erste Inverter 120 und die GND elektrisch voneinander getrennt sind, fließt kein Strom von dem ersten Inverter 120 in die GND.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch Verwendung der drei FETs 111, 112 und 113 (oder 114) in den Umschaltschaltungen 110A, 110B der Leistungsverlust sowohl bei der Steuerung in dem normalen Zustand als auch bei der Steuerung in dem anormalen Zustand unterbunden, und die Stromsteuerung ist auf geeignete Weise durchführbar, indem die geschlossene Schleife des Treiberstroms gebildet wird.
  • Hiernach wird die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß Variationen des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Umschaltschaltung 110A für den ersten Inverter 120 der vorliegenden Offenbarung kann zumindest entweder das erste und/oder das zweite Schaltelement 111, 112 aufweisen.
  • 11A veranschaulicht schematisch eine Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die die GND-seitige Umschaltschaltung enthält, die die FETs 112, 114 aufweist. Bei der in 11A gezeigten Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A umfasst die Umschaltschaltung 110A den FET 112. Gemäß dieser Konfiguration schaltet die Steuerschaltung 300 bei der Steuerung in dem normalen Zustand den FET 112 ein und schaltet den FET 114 aus. Indem alle auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente des zweiten Inverters 130 eingeschaltet werden und alle auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente ausgeschaltet werden, wird der Neutralpunkt N4 in dem zweiten Inverter 130 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N4 und des ersten Inverters 120 an.
  • Wenn beispielweise der FET 121H des ersten Inverters 120 den offenen Ausfall aufweist, schaltet die Steuerschaltung 300 bei der Steuerung in dem anormalen Zustand den FET 112 aus, schaltet den FET 114 ein, schaltet die FETs 122H, 123H des ersten Inverters 120 aus und schaltet die FETs 121L, 122L und 123L ein. Folglich wird der Neutralpunkt N2 auf der niedrigen Seite des ersten Inverters 120 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N2 und des zweiten Inverters 130 an.
  • 11B veranschaulicht schematisch eine Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die die leistungsquellenseitige Umschaltschaltung enthält, die die FETs 111, 113 aufweist. Bei der in 11B veranschaulichten Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A umfasst die Umschaltschaltung 110A den FET 111. Gemäß dieser Konfiguration schaltet die Steuerschaltung 300 bei der Steuerung in dem anormalen Zustand beispielweise dann, wenn der FET 121L des ersten Inverters 120 den offen Ausfall aufweist, den FET 111 aus, schaltet den FET 113 ein, schaltet die FETs 121H, 122H, 123H des ersten Inverters 120 ein und schaltet die FETs 122L, 123L aus. Folglich wird der Neutralpunkt N3 auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N3 und des zweiten Inverters 130 an.
  • 11C veranschaulicht schematisch eine Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die die Umschaltschaltung 110A, die den FET 111 aufweist, und die Umschaltschaltung 110B, die den FET 114 aufweist, enthält. Gemäß dieser Konfiguration wird beispielsweise dann, wenn der FET 121L des ersten Inverters 120 den offenen Ausfall aufweist, bei der Steuerung in dem anormalen Zustand der Neutralpunkt N3 auf der hohen Seite des ersten Inverters 120 gebildet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A steuert den Motor 200 unter Verwendung des Neutralpunkts N3 und des zweiten Inverters 130 an.
  • (Zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel)
  • Ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil weist allgemein eine elektrische Servolenkungsvorrichtung auf. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung erzeugt ein Hilfsdrehmoment, um ein Lenkdrehmoment eines Lenksystems zu unterstützen, das durch das Bedienen eines Lenkrads seitens eines Fahrers erzeugt wird. Das Hilfsdrehmoment wird durch einen Hilfsdrehmomentmechanismus erzeugt, sodass eine auf dem Fahrer ruhende Bedienlast verringert wird. Beispielsweise ist der Hilfsdrehmomentmechanismus aus einem Lenkdrehmomentsensor, einer ECU, einem Motor, einem Reduktionsmechanismus und dergleichen gebildet. Der Lenkdrehmomentsensor erfasst das Lenkdrehmoment in dem Lenksystems. Die ECU erzeugt auf der Basis eines Erfassungssignals des Lenkdrehmomentsensors ein Treibersignal. Der Motor erzeugt das Hilfsdrehmoment, das dem Lenkdrehmoment entspricht, auf der Basis des Treibersignals und überträgt das Hilfsdrehmoment über den Reduktionsmechanismus auf das Lenksystem.
  • Eine Motoransteuereinheit 400 der vorliegenden Offenbarung wird geeignetermaßen für die elektrische Servolenkungsvorrichtung verwendet. 12 veranschaulicht schematisch eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß dem vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 umfasst ein Lenksystem 520 und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 540.
  • Das Lenksystem 520 kann beispielsweise aus einem Lenkrad 521, einer Lenkwelle 522 (auch als „Lenksäule“ bezeichnet), Kardangelenken 523A, 523B, einer Drehwelle 524 (auch als „Ritzelwelle“ oder „Eingangswelle“ bezeichnet), einem Zahnstangenmechanismus 525, einer Zahnstangenwelle 526, einem linken und einem rechten Kugellenk 552A, 552B, Spurstangen 527A, 527B, Gelenken (Achsschenkelgelenken) 528A, 528B und einem rechten und einem linken gelenkten Rad (beispielsweise einem rechten und einem linken Vorderrad) 529A, 529B gebildet sein. Das Lenkrad 521 ist über die Lenkwelle 522 und die Kardangelenke 523A, 523B mit der Drehwelle 524 verbunden. Die Zahnstangenwelle 526 ist über den Zahnstangenmechanismus 525 mit der Drehwelle 524 verbunden. Der Zahnstangenmechanismus 525 weist ein Ritzel 531, das auf der Drehwelle 524 vorgesehen ist, und eine Zahnstange 532 auf, die auf der Zahnstangenwelle 526 vorgesehen ist. Über das Kugelgelenk 552A, die Spurstange 527A und das Gelenk 528A ist das rechte gelenkte Rad 529A in dieser Reihenfolge mit einem rechten Ende der Zahnstangenwelle 526 verbunden. Ähnlich der rechten Seite ist das linke gelenkte Rad 529B über das Kugelgelenk 552B, die Spurstange 527B und das Gelenk 528B in dieser Reihenfolge mit einem linken Ende der Zahnstangenwelle 526 verbunden. Hier fallen jeweils die rechte Seite und die linke Seite mit einer rechten bzw. einer linken Seite aus der Sicht des Fahrers, der auf einem Sitz sitzt, zusammen.
  • Gemäß dem Lenksystem 520 wird das Lenkdrehmoment durch das Bedienen des Lenkrads 521 seitens des Fahrers erzeugt und wird über den Zahnstangenmechanismus 525 auf das linke und das rechte gelenkte Rad 529A, 529B übertragen. Somit bedient der Fahrer das linke und das rechte gelenkte Rad 529A, 529B.
  • Der Hilfsdrehmomentmechanimus 540 kann beispielsweise aus einem Lenkdrehmomentsensor 541, einer ECU 542, einem Motor 543, einem Reduktionsmechanismus 544 und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 gebildet sein. Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 stellt dem Lenksystem 520 von dem Lenkrad 521 bis zu dem linken und dem rechten gelenkten Rad 529A, 529B ein Hilfsdrehmoment bereit. Das Hilfsdrehmoment kann in manchen Fällen als „zusätzliches Drehmoment“ bezeichnet werden.
  • Als ECU 542 ist die Steuerschaltung 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar, und als Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendbar. Ferner entspricht bei der vorliegenden Offenbarung der Motor 543 dem Motor 200. Die Motoransteuereinheit 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann geeignetermaßen als Motor vom mechanisch und elektrisch integrierten Typ verwendet werden, der aus der ECU 542, dem Motor 543 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 gebildet sein kann.
  • Der Lenkdrehmomentsensor 541 erfasst das Lenkdrehmoment des Lenksystems 520, das durch das Lenkrad 521 ausgeübt wird. Die ECU 542 erzeugt das Treibersignal zum Ansteuern (Treiben) des Motors 543 auf der Basis des Erfassungssignals (hiernach als „Drehmomentsignal“ bezeichnet) von dem Lenkdrehmomentsensor 541. Der Motor 543 erzeugt das Hilfsdrehmoment, das dem Lenkdrehmoment entspricht, auf der Basis des Treibersignals. Das Hilfsdrehmoment wird über den Reduktionsmechanismus 544 auf die Drehwelle 524 des Lenksystems 520 übertragen. Der Reduktionsmechanismus 544 ist beispielsweise ein Schneckengetriebemechanismus. Das Hilfsdrehmoment wird ferner von der Drehwelle 524 auf den Zahnstangenmechanismus 525 übertragen.
  • Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 wird je nach einem Ort des Lenksystems 520, an dem das Hilfsdrehmoment ausgeübt wird, als Typ mit Ritzelunterstützung, als Typ mit Zahnstangenunterstützung, als Typ mit Säulenunterstützung usw. klassifiziert. 12 veranschaulicht die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 vom Typ mit Ritzelunterstützung. Jedoch wird die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 auch auf den Typ mit Zahnstangenunterstützung, den Typ mit Säulenunterstützung und dergleichen angewendet.
  • Zusätzlich zu dem Drehmomentsignal wird beispielsweise auch ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in die ECU 542 eingegeben. Eine externe Vorrichtung 560 ist beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Alternativ dazu kann die externe Vorrichtung 560 eine weitere ECU sein, die über ein fahrzeuginternes Netz wie beispielsweise ein Controller Area Network (CAN) kommuniziert. Die Mikrosteuerung der ECU 542 führt die Vektorsteuerung oder die PWM-Steuerung an dem Motor 543 auf der Basis des Drehmomentsignals, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und dergleichen durch.
  • Die ECU 542 legt den Sollstromwert zumindest auf der Basis des Drehmomentsignals fest. Die ECU 542 legt den Sollstromwert vorzugsweise in Anbetracht des durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfassten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und ferner in Anbetracht des durch den Winkelsensor erfassten Drehsignals des Rotors fest. Die ECU 542 steuert das Treibersignal des Motors 543, das heißt den Treiberstrom, sodass der durch den (nicht gezeigten) Stromsensor erfasste tatsächliche Stromwert dem Sollstromwert entspricht.
  • Gemäß der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 sind das linke und das rechte gelenkte Rad 529A, 529B durch die Zahnstangenwelle 526 bedienbar, die ein zusammengesetztes Drehmoment verwendet, das erhalten wird, indem das Hilfsdrehmoment des Motors 543 zu dem Lenkdrehmoment des Fahrers hinzugefügt wird. Vor allem ist die elektrische Servolenkungsvorrichtung, die die Motortreibereinheit aufweist, die die Wärmeerzeugungs-Gegenmaßnahmen verbessert und eine entsprechende Stromsteuerung ermöglicht, indem die Motoransteuereinheit 400 der vorliegenden Offenbarung für den oben beschriebenen Motor vom mechanisch und elektrisch integrierten Typ verwendet, vorgesehen.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind weithin bei verschiedenen Vorrichtungen verwendbar, die diverse Motoren aufweisen, beispielsweise bei einem Staubsauger, einem Trockner, einem Deckenventilator, einer Waschmaschine, einem Kühlschrank und einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 100A
    Leistungsumwandlungsvorrichtung
    101
    Leistungsquelle
    102
    Spule
    103
    Kondensator
    110A, 110 B
    Umschaltschaltung
    111
    erstes Schaltelement (FET)
    112
    zweites Schaltelement (FET)
    113
    drittes Schaltelement (FET)
    114
    viertes Schaltelement (FET)
    120
    erster Inverter
    121H, 122H, 123H
    auf der hohen Seite befindliches Schaltelement (FET)
    121L, 122L, 123L
    auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement (FET)
    121R, 122R, 123R
    Nebenschlusswiderstand
    130
    zweiter Inverter
    131H, 132H, 133H
    auf der hohen Seite befindliches Schaltelement (FET)
    131L, 132L, 133L
    auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement (FET)
    131R, 132R, 133R
    Nebenschlusswiderstand
    150
    Stromsensor
    200
    Elektromotor
    300
    Steuerschaltung
    310
    Leistungsquellenschaltung
    320
    Winkelsensor
    330
    Eingangsschaltung
    340
    Mikrosteuerung
    350
    Treiberschaltung
    360
    ROM
    400
    Motoransteuereinheit
    500
    elektrische Servolenkungsvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014192950 A [0006]

Claims (13)

  1. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung von einer Leistungsquelle in elektrische Leistung umwandelt, die einem Motor mit n-Phase-Wicklungen, wobei n eine 3 oder mehr betragende Ganzzahl ist, bereitgestellt werden soll, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Motors verbundenen ersten Inverter; einen mit einem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbundenen zweiten Inverter; eine erste Umschaltschaltung, die eine erste Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und der Leistungsquelle und eine zweite Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und einer Masse umfasst; und eine zweite Umschaltschaltung, die eine dritte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsquelle oder eine vierte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Masse umfasst; wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen Normalzustandsbetriebsmodus, in dem eine Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein erster Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem zweiten Inverter und dem ersten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird; und einen Anormalzustandsbetriebsmodus, in dem die Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein zweiter Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem ersten Inverter und dem zweiten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, wobei ein Betriebsmodus der Leistungsumwandlung von dem Normalzustandsbetriebsmodus in den Anormalzustandsbetriebsmodus geschaltet wird, wenn zumindest eines einer Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem ersten Inverter enthalten sind, ausgefallen ist.
  2. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: die zweite Umschaltschaltung das dritte Schaltelement umfasst; und der erste Neutralpunkt in dem Normalzustandsbetriebsmodus auf einer hohen Seite des zweiten Inverters konfiguriert ist.
  3. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der in dem Normalzustandsbetriebsmodus das erste und das zweite Schaltelement eingeschaltet sind und das dritte Schaltelement ausgeschaltet ist.
  4. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: die zweite Umschaltschaltung das vierte Schaltelement umfasst; und der erste Neutralpunkt in dem Normalzustandsbetriebsmodus auf einer niedrigen Seite des zweiten Inverters konfiguriert ist.
  5. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der in dem Normalzustandsbetriebsmodus das erste und das zweite Schaltelement eingeschaltet sind und das vierte Schaltelement ausgeschaltet ist.
  6. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der: jede Brückenschaltung des ersten und des zweiten Inverters aus n Schenkeln gebildet ist, von denen jeder ein auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement und ein auf der hohen Seite befindliches Schaltelement aufweist; und in dem Anormalzustandsbetriebsmodus in einem Fall, in dem die n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das Schaltelement, das einen offenen Ausfall aufweist, umfassen, das zweite Schaltelement ausgeschaltet ist und die zweite Umschaltschaltung eingeschaltet ist, und in der Brückenschaltung des ersten Inverters alle Schaltelemente, die nicht das ausgefallene Schaltelement unter den n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelementen sind, ausgeschaltet sind und alle n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente eingeschaltet sind.
  7. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der: jede Brückenschaltung des ersten und des zweiten Inverters aus n Schenkeln gebildet ist, die jeweils ein auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement und ein auf der hohen Seite befindliches Schaltelement aufweisen; und in dem Anormalzustandsbetriebsmodus in einem Fall, in dem die n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das Schaltelement, das einen Kurzschlussausfall aufweist, umfassen, das erste und das zweite Schaltelement ausgeschaltet sind und die zweite Umschaltschaltung eingeschaltet ist, und in der Brückenschaltung des ersten Inverters alle Schaltelemente, die nicht das ausgefallene Schaltelement unter den n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelementen sind, ausgeschaltet sind und alle n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente eingeschaltet sind.
  8. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der: jede Brückenschaltung des ersten und des zweiten Inverters aus n Schenkeln gebildet ist, die jeweils ein auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement und ein auf der hohen Seite befindliches Schaltelement aufweisen; und in dem Anormalzustandsbetriebsmodus in einem Fall, in dem die n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das Schaltelement, das einen offenen Ausfall aufweist, umfassen, das erste Schaltelement ausgeschaltet ist und die zweite Umschaltschaltung eingeschaltet ist und in der Brückenschaltung des ersten Inverters alle Schaltelemente, die nicht das ausgefallene Schaltelement unter den n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelementen sind, ausgeschaltet sind, und alle n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente eingeschaltet sind.
  9. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der: jede Brückenschaltung des ersten und des zweiten Inverters aus n Schenkeln gebildet ist, die jeweils ein auf der niedrigen Seite befindliches Schaltelement und ein auf der hohen Seite befindliches Schaltelement aufweisen; und in dem Anormalzustandsbetriebsmodus in einem Fall, in dem die n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelemente in der Brückenschaltung des ersten Inverters das Schaltelement, das einen Kurzschlussausfall aufweist, umfassen, das erste und das zweite Schaltelement ausgeschaltet sind und die zweite Umschaltschaltung eingeschaltet ist und in der Brückenschaltung des ersten Inverters alle Schaltelemente, die nicht das ausgefallene Schaltelement unter den n auf der niedrigen Seite befindlichen Schaltelementen sind, ausgeschaltet sind, und alle n auf der hohen Seite befindlichen Schaltelemente eingeschaltet sind.
  10. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Leistungsquelle eine einzelne Leistungsquelle ist.
  11. Eine Motoransteuereinheit, die folgende Merkmale aufweist: den Motor; die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; und eine Steuerschaltung, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung steuert.
  12. Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die die Motoransteuereinheit gemäß Anspruch 11 aufweist.
  13. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die elektrische Leistung von einer Leistungsquelle in elektrische Leistung umwandelt, die einem Motor mit n-Phase-Wicklungen, wobei n eine 3 oder mehr betragende Ganzzahl ist, bereitgestellt werden soll, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Motors verbundenen ersten Inverter; einen mit einem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbundenen zweiten Inverter; eine erste Umschaltschaltung, die eine erste Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und der Leistungsquelle oder eine zweite Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem ersten Inverter und einer Masse enthält; und eine zweite Umschaltschaltung, die eine dritte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsquelle oder eine vierte Schaltelementschaltverbindung und -trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Masse enthält; wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen Normalzustandsbetriebsmodus, in dem eine Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein erster Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem zweiten Inverter und dem ersten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird; und einen Anormalzustandsbetriebsmodus, in dem die Leistungsumwandlung durchgeführt wird, indem ein zweiter Neutralpunkt der Wicklung jeder Phase, die bei dem ersten Inverter und dem zweiten Inverter konfiguriert ist, verwendet wird, wobei ein Betriebsmodus der Leistungsumwandlung von dem Normalzustandsbetriebsmodus in den Anormalzustandsbetriebsmodus geschaltet wird, wenn zumindest eines einer Mehrzahl von Schaltelementen, die in dem ersten Inverter enthalten sind, ausgefallen ist.
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