JP7010282B2 - 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）、電力変換装置およびＥＣＵが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野において、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、１つのモータに対して２つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。

特許文献１は、制御部と、２つのインバータとを有し、三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を開示する。２つのインバータの各々は電源およびグランド（以下、「ＧＮＤ」と表記する。）に接続される。一方のインバータは、モータの三相の巻線の一端に接続され、他方のインバータは、三相の巻線の他端に接続される。各インバータは、各々がハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子を含む３つのレグから構成されるブリッジ回路を有する。制御部は、２つのインバータにおけるスイッチ素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。正常時の制御では、例えば、２つのインバータのスイッチ素子をスイッチングすることによりモータが駆動される。異常時の制御では、例えば、故障したインバータに構成された巻線の中性点を用いて、故障していないインバータによってモータが駆動される。

特開２０１４－１９２９５０号公報

上述した従来の技術では、モータ出力のさらなる向上が求められていた。

本開示の実施形態は、インバータに接続されるコイル群の数を調整することによりモータ出力を任意の大きさに変化させることが可能となる電力変換装置を提供する。

本開示の例示的な電力変換装置は、電源からの電力を、直列接続され得るｍ個（ｍは３以上の整数）のコイル群を有するｎ相（ｎは３以上の整数）のモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、前記ｍ個のコイル群の一端に接続される第１インバータと、前記ｍ個のコイル群の他端に接続される第２インバータと、前記ｍ個のコイル群において隣接する２つのコイル群の間にそれぞれ接続されるｍ－１個の分離リレー回路であって、各々は隣接する２つのコイル群の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の分離リレー回路と、隣接する２つのコイル群の間で、前記ｍ－１個の分離リレー回路の各々の前記第１インバータ側に設けられたｍ－１個の第１中性点リレー回路であって、各々は、隣接する２つのコイル群のうちの前記第１インバータ側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の第１中性点リレー回路と、隣接する２つのコイル群の間で、前記ｍ－１個の分離リレー回路の各々の前記第２インバータ側に設けられたｍ－１個の第２中性点リレー回路であって、各々は、隣接する２つのコイル群のうちの前記第２インバータ側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の第２中性点リレー回路と、を備える。

本開示の例示的な実施形態によると、複数の分離リレー回路、複数の第１中性点リレー回路および複数の第２中性点リレー回路を用いて、インバータに接続されるコイル群の数を調整することにより、モータ出力を任意の大きさに変化させることが可能となる電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータ駆動ユニット、および、当該モータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置が提供される。

図１は、例示的な実施形態１によるモータ駆動ユニット１０００の典型的なブロック構成を示すブロック図である。 図２は、例示的な実施形態１による電力変換装置１００の典型的な回路構成を示す回路図である。 図３は、三相通電制御を行ったときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルに流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示するグラフである。 図４は、第２インバータ１２０が三相通電制御を行ったときにモータ２００の第２コイル群２２０に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示するグラフである。 図５は、二相通電制御を行ったときにモータ２００の第１および第２コイル群２１０、２２０に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示するフラフである。 図６は、モータの単位時間当たりの回転数Ｎ（ｒｐｓ）とトルクＴ（Ｎ・ｍ）との関係を示す図である。 図７は、例示的な実施形態１の変形例による電力変換装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。 図８Ａは、例示的な実施形態１の変形例による電力変換装置１００Ａの他の回路構成を示す回路図である。 図８Ｂは、例示的な実施形態１の変形例による電力変換装置１００Ａの他の回路構成を示す回路図である。 図９は、例示的な実施形態２による電力変換装置１００Ｂの典型的な回路構成を示す回路図である。 図１０は、例示的な実施形態２による電力変換装置１００Ｂの他の回路構成を示す回路図である。 図１１は、例示的な実施形態３による電動パワーステアリング装置２０００の典型的な構成を示す模式図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線（「コイル」と表記する場合がある。）を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置も本開示の範疇である。

（実施形態１）

〔モータ駆動ユニット１０００および電力変換装置１００の構造〕 図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の典型的なブロック構成を模式的に示す。

モータ駆動ユニット１０００は、典型的に、電力変換装置１００、モータ２００および制御回路３００を備える。

モータ駆動ユニット１０００は、モジュール化され、例えば、モータ、センサ、ドライバおよびコントローラを有するモータモジュールとして製造および販売され得る。本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるシステムを例に、モータ駆動ユニット１０００を説明する。ただし、モータ駆動ユニット１０００は、構成要素としてモータ２００を備えない、モータ２００を駆動するためのシステムであってもよい。

電力変換装置１００は、第１インバータ１１０、第２インバータ１２０、分離リレー回路１３０、第１中性点リレー回路１４０、第２中性点リレー回路１５０および電流センサ４００を備える。電力変換装置１００は、電源１０１（図２を参照）からの電力をモータ２００に供給する電力に変換することが可能である。例えば、第１および第２インバータ１１０、１２０は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。

第１インバータ１１０は、モータ２００の第１コイル群２１０に接続され、第２インバータ１２０は、第２コイル群２２０に接続される。本明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。

モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、第１および第２コイル群２１０、２２０を有する。第１および第２コイル群２１０、２２０の各々は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線を有する。第１および第２コイル群２１０、２２０は、後述する分離リレー回路１３０によって直列接続することが可能である。巻線の巻き方は、集中巻きまたは分布巻きであり得る。

制御回路３００は、マイクロコントローラなどを備える。制御回路３００は、電流センサ４００および角度センサ３２０からの入力信号に基づいて電力変換装置１００を制御する。その制御手法として、例えばベクトル制御、パルス幅変調（ＰＷＭ）および直接トルク制御（ＤＴＣ）がある。

図２を参照して、電力変換装置１００の具体的な回路構成を説明する。

図２は、本実施形態による電力変換装置１００の典型的な回路構成を模式的に示す。

電力変換装置１００は、典型的に、電源１０１、コイル１０２、コンデンサ１０３、第１インバータ１１０、第２インバータ１２０、分離リレー回路１３０、第１中性点リレー回路１４０および第２中性点リレー回路１５０を備える。

電源１０１は所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源１０１として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源１０１は、ＡＣ－ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。電源１０１は、第１および第２インバータ１１０、１２０に共通の単一電源であってもよいし、第１インバータ１１０用の第１電源および第２インバータ１２０用の第２電源を有していてもよい。

電源１０１と各インバータとの間にコイル１０２が設けられている。コイル１０２は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源１０１側に流出させないように平滑化する。また、各インバータの電源端子には、コンデンサ１０３が接続されている。コンデンサ１０３は、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサ１０３は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。

第１インバータ１１０は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各レグは、ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子を有する。具体的には、Ｕ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１１Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１１Ｌを有する。Ｖ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１２Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１２Ｌを有する。Ｗ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１３Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌを有する。スイッチ素子として、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることができる。

第１インバータ１１０は、例えば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ４００（図１を参照）として、シャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒおよび１１３Ｒをそれぞれ各レグに有する。電流センサ４００は、各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路（不図示）を有する。例えば、シャント抵抗は、各レグにおいて、ローサイドスイッチ素子とＧＮＤとの間に接続され得る。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩ～１．０ｍΩ程度である。

シャント抵抗の数は３つに限られない。例えば、Ｕ相、Ｖ相用の２つのシャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒ、Ｖ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗１１２Ｒ、１１３Ｒ、または、Ｕ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗１１１Ｒ、１１３Ｒを用いることが可能である。使用するシャント抵抗の数およびシャント抵抗の配置は、製品コストおよび設計仕様などを考慮して適宜決定される。

第２インバータ１２０は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。Ｕ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１２１Ｈおよびローサイドスイッチ素子１２１Ｌを有する。Ｖ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１２２Ｈおよびローサイドスイッチ素子１２２Ｌを有する。Ｗ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１２３Ｈおよびローサイドスイッチ素子１２３Ｌを有する。第１インバータ１１０と同様に、第２インバータ１２０は、例えば、シャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒを有する。

第１インバータ１１０は、第１コイル群２１０の一端に接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１１０のＵ相用レグ（つまり、ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の間のノード）は、第１コイル群２１０のＵ相コイル２１１の一端に接続される。Ｖ相用レグは、Ｖ相コイル２１２の一端に接続される。Ｗ相用レグは、Ｗ相コイル２１３の一端に接続される。

第２インバータ１２０は、第２コイル群２２０の一端に接続される。具体的に説明すると、第２インバータ１２０のＵ相用レグは、第２コイル群２２０のＵ相コイル２２１の一端に接続される。Ｖ相用レグは、Ｖ相コイル２２２の一端に接続される。Ｗ相用レグは、Ｗ相コイル２２３の一端に接続される。

分離リレー回路１３０は、第１コイル群２１０の他端と第２コイル群２２０の他端と、に接続される。分離リレー回路１３０は、第１および第２コイル群２１０、２２０の接続・非接続を切替えることが可能である。

分離リレー回路１３０は、第１コイル群２１０の３個のコイル２１１、２１２および２１３と、第２コイル群２２０の３個のコイル２２１、２２２および２２３と、の接続・非接続を切替える３個の分離リレー１３１、１３２および１３３を備える。具体的に説明すると、分離リレー１３１は、第１コイル群２１０のコイル２１１の他端と第２コイル群２２０のコイル２２１の他端とに接続され、それらのコイルの接続・非接続を切替える。分離リレー１３２は、コイル２１２の他端とコイル２２２の他端とに接続され、それらのコイルの接続・非接続を切替える。分離リレー１３３は、コイル２１３の他端とコイル２２３の他端とに接続され、それらのコイルの接続・非接続を切替える。

第１中性点リレー回路１４０は、第１コイル群２１０の他端に接続される。第１中性点リレー回路１４０は、第１コイル群２１０の他端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

第１中性点リレー回路１４０は、一端がノードＮ１に共通に接続され、かつ、他端が第１コイル群２１０の３個のコイル２１１、２１２および２１３に接続される３個の第１中性点リレー１４１、１４２および１４３を有する。具体的に説明すると、第１中性点リレー１４１は、ノードＮ１とコイル２１１の他端とに接続される。第１中性点リレー１４２は、ノードＮ１とコイル２１２の他端とに接続される。第１中性点リレー１４３は、ノードＮ１とコイル２１３の他端とに接続される。

第２中性点リレー回路１５０は、第２コイル群２２０の他端に接続される。第２中性点リレー回路１５０は、第２コイル群２２０の他端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

第２中性点リレー回路１５０は、一端がノードＮ２に共通に接続され、かつ、他端が第２コイル群２２０の３個のコイル２２１、２２２および２２３に接続される３個の第２中性点リレー１５１、１５２および１５３を有する。具体的に説明すると、第２中性点リレー１５１は、ノードＮ２とコイル２２１の他端とに接続される。第２中性点リレー１５２は、ノードＮ２とコイル２２２の他端とに接続される。第２中性点リレー１５３は、ノードＮ２とコイル２２３の他端とに接続される。

上述した分離リレーおよび中性点リレーとして、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、アナログスイッチＩＣ、トライアックなどの半導体スイッチ素子またはメカニカルリレーを用いることができる。

以下、分離リレー回路１３０、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０のオン・オフ状態、および、オン・オフ状態における、第１および第２コイル群２１０、２２０の電気的な接続関係を詳細に説明する。

分離リレー回路１３０がオンすると、第１コイル群２１０と第２コイル群２２０とが接続される。分離リレー回路１３０がオフすると、第１コイル群２１０は第２コイル群２２０から電気的に切り離される。「分離リレー回路１３０がオンする」とは、分離リレー回路１３０内の分離リレー１３１、１３２および１３３が全てオンすることを意味し、「分離リレー回路１３０がオフする」とは、分離リレー１３１、１３２および１３３が全てオフすることを意味する。

第１中性点リレー回路１４０がオンすると、第１コイル群２１０の三相のコイル２１１、２１２および２１３の他端同士が接続される。その結果、第１コイル群２１０はＹ結線される。第１中性点リレー回路１４０の中のノードＮ１を中性点として機能させることが可能となる。第１中性点リレー回路１４０がオフすると、三相のコイル２１１、２１２および２１３の他端同士は接続されない。「第１中性点リレー回路１４０がオンする」とは、第１中性点リレー回路１４０内の第１中性点リレー１４１、１４２および１４３が全てオンすることを意味し、「第１中性点リレー回路１４０がオフする」とは、第１中性点リレー１４１、１４２および１４３が全てオフすることを意味する。

第２中性点リレー回路１５０がオンすると、第２コイル群２２０の三相のコイル２２１、２２２および２２３の他端同士が接続される。その結果、第２コイル群２２０はＹ結線される。第２中性点リレー回路１５０の中のノードＮ２を中性点として機能させることが可能となる。第２中性点リレー回路１５０がオフすると、三相のコイル２２１、２２２および２２３の他端同士は接続されない。「第２中性点リレー回路１５０がオンする」とは、第２中性点リレー回路１５０内の第２中性点リレー１５１、１５２および１５３が全てオンすることを意味し、「第２中性点リレー回路１５０がオフする」とは、第２中性点リレー１５１、１５２および１５３が全てオフすることを意味する。

本実施形態において、分離リレー回路１３０、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０は、同時にオンまたはオフしない。分離リレー回路１３０がオンすると、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０がオフする。分離リレー回路１３０がオフすると、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０の少なくとも１つがオンする。

再び図１を参照する。制御回路３００は、例えば、電源回路３１０と、角度センサ３２０と、入力回路３３０と、マイクロコントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００は電力変換装置１００に接続される。制御回路３００は、電力変換装置１００を、具体的には、第１インバータ１１０、第２インバータ１２０、分離リレー回路１３０、第１中性点リレー回路１４０および第２中性点リレー回路１５０を制御する。

制御回路３００は、目的とするロータの位置（回転角）、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。回転速度は、例えば、回転角（ｒａｄ）を時間微分することにより得られ、単位時間（例えば１分間）にロータが回転する回転数（ｒｐｍ）で表される。制御回路３００は、角度センサに代えてトルクセンサを備えていてもよい。この場合、制御回路３００は、目的とするモータトルクを制御することが可能である。

電源回路３１０は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。

角度センサ３２０は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。角度センサ３２０は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ３２０は、モータ２００のロータの回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、回転信号をマイクロコントローラ３４０に出力する。モータ制御手法（例えばセンサレス制御）によっては、角度センサ３２０は必要とされない場合がある。

入力回路３３０は、電流センサ４００によって検出されたモータ電流値（以下、「実電流値」と表記する。）を受け取る。入力回路３３０は、マイクロコントローラ３４０の入力レベルに実電流値のレベルを必要に応じて変換し、実電流値をマイクロコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は、アナログデジタル変換回路である。

マイクロコントローラ３４０は、角度センサ３２０によって検出されたロータの回転信号を受信する。マイクロコントローラ３４０は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。

例えば、マイクロコントローラ３４０は、電力変換装置１００の第１および第２インバータ１１０、１２０における各スイッチ素子のスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。マイクロコントローラ３４０は、電力変換装置１００の分離リレー回路１３０の中の各分離リレーのオン・オフの状態と、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０の中の各中性点リレーのオン・オフの状態と、を決定する信号を生成することが可能である。

駆動回路３５０は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路３５０は、第１および第２インバータ１１０、１２０における各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号（例えば、ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各スイッチ素子に制御信号を与える。さらに、駆動回路３５０は、マイクロコントローラ３４０からの、各分離リレーおよび各中性点リレーのオン・オフの状態を決定する信号に従って、それらのリレーをオン・オフする制御信号を生成し、それらに制御信号を与えることが可能である。マイクロコントローラ３４０は、駆動回路３５０の機能を有していてもよい。その場合、駆動回路３５０は必要とされない。

ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、マイクロコントローラ３４０に電力変換装置１００を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納する。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。

〔モータ駆動ユニット１０００の動作〕

以下、モータ駆動ユニット１０００の動作の具体例を説明し、主として電力変換装置１００の動作の具体例を説明する。

電力変換装置１００の制御に、正常時および異常時の制御がある。制御回路３００（主としてマイクロコントローラ３４０）は、電力変換装置１００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えることができる。

正常とは、第１および第２インバータ１１０、１２０のスイッチ素子に故障が生じていない状態を指す。電力変換装置１００は、正常時の制御において、第１および第２動作モードを有する。第１動作モードは、モータの高速回転による高いモータ出力（高出力）が要求されない動作モードである。第１動作モードは、コイルの一端に一方のインバータが接続され、コイルの他端に他方のインバータが接続される電力変換装置の駆動に一般に用いられる従来のモードに相当する。第２動作モードは、モータの高速回転による高出力が要求される動作モードである。制御回路３００は、第１および第２動作モードの間で正常時の動作モードを切替えることが可能である。

（第１動作モード）

制御回路３００は、分離リレー回路１３０をオンし、かつ、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０をオフする。これにより、第１インバータ１１０は、第１コイル群２１０の一端に接続され、かつ、第２インバータ１２０は、第２コイル群２２０の一端に接続された状態で、第１および第２コイル群２１０、２２０の他端同士が接続される。この接続状態で、第１および第２インバータ１１０、１２０は、三相のコイルに流れる電流を独立に制御する三相通電制御を行う。

図３は、三相通電制御を行ったときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイルに流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示する。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図３の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉ_ｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。

表１は、図３の正弦波において電気角毎に、各相のコイルに流れる電流値を示す。表１は、具体的に、第１インバータ１１０から各相のコイルに流れる、電気角３０°毎の電流の値、および、第２インバータ１２０から各相の巻線に流れる、電気角３０°毎の電流の値を示す。ここで、第１インバータ１１０に対しては、第１インバータ１１０から各相のコイルに流れる電流方向を正の方向と定義する。図３に示される電流の向きはこの定義に従う。また、第２インバータ１２０に対しては、第２インバータ１２０から各相のコイルに流れる電流方向を正の方向と定義する。従って、第１インバータ１１０の電流と第２インバータ１２０の電流との位相差は１８０°となる。表１において、電流値Ｉ_１の大きさは〔（３）^１／２／２〕＊Ｉ_ｐｋであり、電流値Ｉ_２の大きさはＩ_ｐｋ／２である。

電気角０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には電流は流れない。Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れる。

電気角３０°においては、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れる。

電気角６０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れる。Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には電流は流れない。

電気角９０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れる。

電気角１２０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れる。Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には電流は流れない。

電気角１５０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れる。

電気角１８０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には電流は流れない。Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れる。

電気角２１０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れる。

電気角２４０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れる。Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には電流は流れない。

電気角２７０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_２の電流が流れる。

電気角３００°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_１の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_１の電流が流れる。Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には電流は流れない。

電気角３３０°において、Ｕ相の２つのコイル２１１、２２１には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｖ相の２つのコイル２１２、２２２には第２インバータ１２０から第１インバータ１１０に大きさＩ_２の電流が流れ、Ｗ相の２つのコイル２１３、２２３には第１インバータ１１０から第２インバータ１２０に大きさＩ_ｐｋの電流が流れる。

図３に示される電流波形において、電流の向きを考慮した三相のコイルに流れる電流の総和は電気角毎に「０」となる。ただし、電力変換装置１００の回路構成によれば、三相のコイルに流れる電流を独立に制御することができるため、電流の総和が「０」とはならない制御を行うことも可能である。例えば、制御回路３００は、図３に示される電流波形が得られるＰＷＭ制御によって第１および第２インバータ１１０、１２０の各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する。

（第２動作モード）

制御回路３００は、モータの高速回転による高出力が要求されるとき、動作モードを第１動作モードから第２動作モードに切替えることができる。第２動作モードでは、分離リレー回路１３０はオフし、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０がオンする。これにより、第１コイル群２１０は第２コイル群から切り離される。第１コイル群２１０の他端同士がＹ結線され、第２コイル群２２０の他端同士がＹ結線される。この接続により、第１中性点リレー回路１４０のノードＮ１および第２中性点リレー回路１５０のノードＮ２をそれぞれ中性点として機能させることができる。

第１インバータ１１０は、Ｙ結線された第１コイル群２１０に接続され、第２インバータ１２０は、Ｙ結線された第２コイル群２２０に接続される。この接続状態で、第１インバータ１１０は第１コイル群２１０を通電し、第２インバータ１２０は第２コイル群２２０を通電することができる。

図４は、第２インバータ１２０が三相通電制御を行ったときにモータ２００の第２コイル群２２０に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示する。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図４の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉ_ｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。

表２は、図４の正弦波において電気角毎に、第２コイル群２２０の各相のコイルに流れる電流値を示す。図４に示される電流値の正負の符号は、上述した電流方向の定義に従う。

例えば、電気角３０°において、Ｕ相のコイル２２１には第２インバータ１２０に向けて大きさＩ_２の電流が流れ、Ｖ相のコイル２２２には第２インバータ１２０から大きさＩ_ｐｋの電流が流れ、Ｗ相のコイル２２３には第２インバータ１２０に向けて大きさＩ_２の電流が流れる。電気角６０°において、Ｕ相のコイル２２１には第２インバータ１２０に向けて大きさＩ_１の電流が流れ、Ｖ相のコイル２２２には第２インバータ１２０から大きさＩ_１の電流が流れる。Ｗ相のコイル２２３には電流は流れない。

一般的なＹ結線の結線方式のモータでは、電流の向きを考慮した三相の巻線に流れる電流の総和は電気角毎に「０」である。例えば、制御回路３００は、図４に示される電流波形が得られるＰＷＭ制御によって第２インバータ１２０の各スイッチ素子のスイッチング動作を制御することが可能である。制御回路３００は、第２インバータ１２０と同様に、第１インバータ１１０を制御することができる。第１および第２動作モードの間で全体の通電電流は変わらないので、モータのアシストトルクは同じである。

Ｙ結線の結線方式において、ノードＮ１、Ｎ２の電位（中性点電位）を利用した電圧利用率を改善する方法が知られている。具体的には、三相電圧の３次高調波成分を重畳することにより、コイルに印加される最大電圧を高めることができる。この手法を積極的に利用することにより、第２動作モードにおいて、第１動作モードと比べ、より高速にモータ２００を回転させることが可能となる。

（第３動作モード）

第３動作モードは、異常時の制御に用いる動作モードである。異常とは、第１および第２インバータ１１０、１２０の主にスイッチ素子に故障が生じ、第１および第２動作モードによってモータ駆動できない状態を指す。例えば、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、その故障には、大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」は、ＦＥＴのソース－ドレイン間が開放する故障（換言すると、ソース－ドレイン間の抵抗ｒｄｓがハイインピーダンスになること）を指し、「ショート故障」は、ＦＥＴのソース－ドレイン間が短絡する故障を指す。以下、第１インバータ１１０の中のスイッチ素子に故障が生じたとして、本動作モードを説明する。当然に、本動作モードによる制御は、第２インバータ１２０の中のスイッチ素子に故障が生じた場合も適用される。

例えば、制御回路３００は、第１動作モードと同様に、分離リレー回路１３０をオンし、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０をオフする。これにより、第１コイル群２１０は第２コイル群２２０に接続される。

第１インバータ１１０の中のハイサイドスイッチ素子１１１Ｈがオープン故障したとする（図２を参照）。例えば、制御回路３００は、第１インバータ１１０の中の他のハイサイドスイッチ素子１１２Ｈ、１１３Ｈをオフにし、全てのローサイドスイッチ素子１１１Ｌ、１１２Ｌおよび１１３Ｌをオンにする。この制御により、第１インバータ１１０のローサイド側のノードＮＬ（図２を参照）を中性点として機能させることができる。故障していない第２インバータ１２０は、第１インバータ１１０における中性点を利用して、第１および第２コイル群２１０、２２０を通電することができる。

ノードを中性点として機能させるとは、インバータの各相のレグと、各相のコイルと、を接続する３つのノード（各レグのハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子との間のノード）Ｌ１、Ｌ２およびＬ３の電位を等電位にすることでもある。それら３つのノードを等電位にするためのスイッチ素子のオン・オフのパターンは上述したパターンに限られず、他の様々なパターンであり得る。

制御回路３００は、例えば、図４に示される電流波形が得られるＰＷＭ制御によって第２インバータ１２０の各スイッチ素子のスイッチング動作を制御することが可能である。第２インバータ１２０は、第１および第２コイル群２１０、２２０を通電する。

電力変換装置１００は、Ｈブリッジを相毎に有する。Ｕ相のＨブリッジは、スイッチ素子１１１Ｈ、１１１Ｌを含むレグと、スイッチ素子１２１Ｈ、１２１Ｌを含むレグとを有する。Ｖ相のＨブリッジは、スイッチ素子１１２Ｈ、１１２Ｌを含むレグと、スイッチ素子１２２Ｈ、１２２Ｌを含むレグとを有する。Ｗ相のＨブリッジは、スイッチ素子１１３Ｈ、１１３Ｌを含むレグと、スイッチ素子１２３Ｈ、１２３Ｌを含むレグとを有する。例えば、電力変換装置１００は、故障したスイッチ素子が含まれるＨブリッジ以外の他の２つＨブリッジを用いて二相通電制御を行うことが可能である。

例えば、第１インバータ１１０の中のハイサイドスイッチ素子１１１Ｈがオープン故障した場合、Ｕ相のＨブリッジは利用できない。電力変換装置１００は、ＶおよびＷ相のＨブリッジを用いて二相通電制御を行う。ＶまたはＷ相のＨブリッジが利用できない場合も、電力変換装置１００は、他の二相のＨブリッジを用いて二相通電制御を行うことができる。

図５は、電力変換装置１００が二相通電制御を行ったときにモータ２００の第１および第２コイル群２１０、２２０に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示する。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図５の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉ_ｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。電力変換装置１００は、故障していないＶおよびＷ相のＨブリッジを用いて、ＶおよびＷ相のコイルを通電することができる。これにより、モータ駆動を継続することができる。

他の例として、故障したインバータを利用せずに、故障していないインバータを用いてそれに接続されたコイル群を通電することによりモータ駆動を行ってもよい。例えば、第１インバータ１１０の中のハイサイドスイッチ素子１１１Ｈがオープン故障した場合、制御回路３００は、分離リレー回路１３０および第１中性点リレー回路１４０をオフし、第２中性点リレー回路１５０をオンすることができる。Ｙ結線された第２コイル群２２０を第２インバータ１２０を用いて通電することによりモータ駆動を行うことが可能である。

図６は、モータの単位時間当たりの回転数Ｎ（ｒｐｓ）とトルクＴ（Ｎ・ｍ）との関係を示す。図６には、上述した第１から第３動作モード毎のいわゆるＴ－Ｎ曲線を示す。

本実施形態によると、第１コイル群２１０の一端に第１インバータ１１０が接続され、第２コイル群２２０の一端に第２インバータ１２０が接続される電力変換装置１００において、分離リレー回路１３０、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０を所定のパターンに従ってオン・オフすることにより、２つのコイル群の結線方式を切替えることができる。これにより、動作モードを第１動作モードおよび第２動作モードの間で切替えることができ、モータ２００の高速駆動のさらなる向上が可能となる。

図７は、本実施形態の変形例による電力変換装置１００Ａの回路構成を模式的に示す。

本実施形態の変形例による電力変換装置１００Ａにおいて、第１コイル群２１０は、各々が、並列接続された少なくとも２個のコイルを有する３個の各相のコイル群を備え、第２コイル群２２０は、各々が、並列接続された少なくとも２個のコイルを有する３個の各相のコイル群を備える。図６に、各相のコイル群は、並列接続された２個のコイルを有する構成を例示する。

分離リレー回路１３０は、第１コイル群２１０における３個のコイル群と、第２コイル群２２０における３個のコイル群と、の接続・非接続を切替えることができる。

第１中性点リレー回路１４０は、一端がノードＮ１に共通に接続され、かつ、他端が第１コイル群２１０の３個のコイル群に接続される３個の第１中性点リレー１４１、１４２および１４３を有する。第２中性点リレー回路１５０は、一端がノードＮ２に共通に接続され、かつ、他端が第２コイル群２２０の３個のコイル群に接続される３個の第２中性点リレー１５１、１５２および１５３を有する。

本変形例によると、例えば、第１コイル群２１０における３個のコイル群のうちの、Ｕ相のコイル群の中のコイル２１１＿１に断線が生じた場合でも、Ｕ相用のコイルとして、コイル２１１＿２、２２１＿１および２２１＿２を用いて、第１または第２動作モードによるモータ駆動を継続することが可能となる。例えば、第２コイル群２２０における３個のコイル群のうちの、Ｕ相のコイル群の中のコイル２２１＿２に断線がさらに生じた場合でも、Ｕ相用のコイルとして、コイル２１１＿２、２２１＿１を用いて、第１または第２動作モードによるモータ駆動を継続することが可能となる。このように、一相に含まれる複数のコイルのうちの１つに断線が生じた場合であっても、他のコイルを用いて第１または第２動作モードによるモータ駆動を継続することが可能となる。

図８Ａは、本実施形態の変形例による電力変換装置１００Ａの他の回路構成を模式的に示す。

本実施形態の変形例による電力変換装置１００Ａにおいて、第１コイル群２１０は、各々が、並列接続された２個のコイルを有する３個の各相のコイル群を備え、第２コイル群２２０は、各々が、並列接続された２個のコイルを有する３個の各相のコイル群を備える。分離リレー回路１３０は、第１コイル群２１０における３個のコイル群と、第２コイル群２２０における３個のコイル群と、の接続・非接続を切替えることができる。

第１中性点リレー回路１４０は、一端がノードＮ１に共通に接続され、かつ、他端が、第１コイル群２１０の３個のコイル群の各々の中の２個のコイルのうちの一方に接続される３個の第１中性点リレー１４１＿１、１４２＿１および１４３＿１を有する。第１中性点リレー回路１４０は、一端がノードＮ３に共通に接続され、かつ、他端が、第１コイル群２１０の３個のコイル群の各々の中の２個のコイルのうちの他方に接続される３個の第１中性点リレー１４１＿２、１４２＿２および１４３＿２をさらに有する。

図８Ａにおいて、第１中性点リレー１４１＿１は、第１コイル群２１０の中のＵ相のコイル群におけるコイル２１１＿１に接続され、第１中性点リレー１４２＿１は、Ｖ相のコイル群におけるコイル２１２＿１に接続され、第１中性点リレー１４３＿１は、Ｗ相のコイル群におけるコイル２１３＿１に接続される。第１中性点リレー１４１＿２は、Ｕ相のコイル群におけるコイル２１１＿２に接続され、第１中性点リレー１４２＿２は、Ｖ相のコイル群におけるコイル２１２＿２に接続され、第１中性点リレー１４３＿２は、Ｗ相のコイル群におけるコイル２１３＿２に接続される。

第２中性点リレー回路１５０は、一端がノードＮ２に共通に接続され、かつ、他端が、第２コイル群２２０の３個のコイル群の各々の中の２個のコイルのうちの一方に接続される３個の第２中性点リレー１５１＿１、１５２＿１および１５３＿１を有する。第２中性点リレー回路１５０は、一端がノードＮ４に共通に接続され、かつ、他端が、第２コイル群２２０の３個のコイル群の各々の中の２個のコイルのうちの他方に接続される３個の第２中性点リレー１５１＿２、１５２＿２および１５３＿２をさらに有する。

図８Ａにおいて、第２中性点リレー１５１＿１は、第２コイル群２２０の中のＵ相のコイル群におけるコイル２２１＿１に接続され、第２中性点リレー１５２＿１は、Ｖ相のコイル群におけるコイル２２２＿１に接続され、第２中性点リレー１５３＿１は、Ｗ相のコイル群におけるコイル２２３＿１に接続される。第２中性点リレー１５１＿２は、Ｕ相のコイル群におけるコイル２２１＿２に接続され、第２中性点リレー１５２＿２は、Ｖ相のコイル群におけるコイル２２２＿２に接続され、第２中性点リレー１５３＿２は、Ｗ相のコイル群におけるコイル２２３＿２に接続される。

本変形例によると、例えば、第１コイル群２１０の中のコイル２１１＿１、２１２＿１、および、第２コイル群２２０の中のコイル２２３＿１が各相で同時に断線した場合を考える。例えば、分離リレー回路１３０をオンして、第１および第２中性点リレー回路１４０、１５０をオフし、断線していないコイルを用いて、第１動作モードによるモータ駆動を継続することが可能である。

例えば、分離リレー回路１３０をオフして、第２動作モードによるモータ駆動を継続することが可能である。この場合、制御回路３００は、断線したコイル２１１＿１、２１２＿１に接続された第１中性点リレーを含む３つの第１中性点リレー１４１＿１、１４２＿１および１４３＿１を全てオフし、他の第１中性点リレー１４１＿２、１４２＿２および１４３＿２をオンにする。これにより、コイル２１１＿２、２１２＿２および２１３＿２はＹ結線される。第１インバータ１１０は、Ｙ結線されたコイル２１１＿２、２１２＿２および２１３＿２を通電することができる。

例えば、制御回路３００は、断線したコイル２２３＿１に接続された第２中性点リレーを含む３つの第２中性点リレー１５１＿１、１５２＿１および１５３＿１を全てオフし、他の第２中性点リレー１５１＿２、１５２＿２および１５３＿２をオンにする。これにより、コイル２２１＿２、２２２＿２および２２３＿２はＹ結線される。第２インバータ１２０は、Ｙ結線されたコイル２２１＿２、２２２＿２および２２３＿２を通電するこ
とができる。このように、一相に含まれる複数のコイルのうちの１つに断線が生じた場合であっても、他のコイルを用いて第１または第２動作モードによるモータ駆動を継続することが可能となる。

図８Ｂは、本実施形態の変形例による電力変換装置１００Ａのさらなる他の回路構成を模式的に示す。

各相のコイル群に含まれるコイルの数は２個に限られない。第１コイル群２１０は、各々が、並列接続された３個以上のコイルを有する３個のコイル群を備えていてもよい。第２コイル群２２０は、各々が、並列接続された３個以上のコイルを有する３個のコイル群を備えていてもよい。図８Ｂには、各相のコイル群が３個のコイルを備える構成を例示する。

第１中性点リレー回路１４０は、３個の中性点リレー回路１４０＿１、１４０＿２および１４０＿３を有する。各中性点リレー回路は３個の第１中性点リレーを有する。第１コイル群２１０の３個のコイル群の各々の中の３個のコイルは、３個の中性点リレー回路１４０＿１、１４０＿２および１４０＿３に接続される。

例えば、Ｕ相のコイル群の中のコイル２１１＿１は、第１中性点リレー１４１＿１に接続される。コイル２１１＿２は、第１中性点リレー１４１＿２に接続される。コイル２１１＿３は、第１中性点リレー１４１＿３に接続される。Ｖ相のコイル群の中のコイル２１２＿１は、第１中性点リレー１４２＿１に接続される。コイル２１２＿２は、第１中性点リレー１４２＿２に接続される。コイル２１２＿３は、第１中性点リレー１４２＿３に接続される。Ｗ相のコイル群の中のコイル２１３＿１は、第１中性点リレー１４３＿１に接続される。コイル２１３＿２は、第１中性点リレー１４３＿２に接続される。コイル２１３＿３は、第１中性点リレー１４３＿３に接続される。

第２中性点リレー回路１５０は、３個の中性点リレー回路１５０＿１、１５０＿２および１５０＿３を有する。各中性点リレー回路は３個の第２中性点リレーを有する。第２コイル群２２０の３個のコイル群の各々の中の３個のコイルは、３個の中性点リレー回路１５０＿１、１５０＿２および１５０＿３に接続される。

例えば、Ｕ相のコイル群の中のコイル２２１＿１は、第２中性点リレー１５１＿１に接続される。コイル２２１＿２は、第２中性点リレー１５１＿２に接続される。コイル２２１＿３は、第２中性点リレー１５１＿３に接続される。Ｖ相のコイル群の中のコイル２２２＿１は、第２中性点リレー１５２＿１に接続される。コイル２２２＿２は、第２中性点リレー１５２＿２に接続される。コイル２２２＿３は、第２中性点リレー１５２＿３に接続される。Ｗ相のコイル群の中のコイル２２３＿１は、第２中性点リレー１５３＿１に接続される。コイル２２３＿２は、第２中性点リレー１５３＿２に接続される。コイル２２３＿３は、第２中性点リレー１５３＿３に接続される。

（実施形態２）

本実施形態による電力変換装置１００Ｂは、電源１０１からの電力を、直列接続され得るｍ個（ｍは３以上の整数）のコイル群を有する三相モータに供給する電力に変換することが可能である。以下、実施形態１による電力変換装置１００との差異点を主として説明する。

図９は、本実施形態による電力変換装置１００Ｂの典型的な回路構成を模式的に示す。

図９には、直列接続され得る３個のコイル群２１０、２２０および２３０を有する三相モータを例示する。第１インバータ１１０は、３個のコイル群２１０、２２０および２３０の一端に接続され、第２インバータ１２０は、３個のコイル群２１０、２２０および２３０の他端に接続される。

２個の分離リレー回路１３０＿１、１３０＿２が、３個のコイル群２１０、２２０および２３０において隣接する２つのコイル群の間にそれぞれ接続される。各分離リレー回路は、隣接する２つのコイル群の接続・非接続を切替えることが可能である。具体的に説明すると、分離リレー回路１３０＿１は、第１および第２コイル群２１０、２２０の間に接続され、それら２つのコイル群の接続・非接続を切替えることが可能である。分離リレー回路１３０＿２は、第２および第３コイル群２２０、２３０の間に接続され、それら２つのコイル群の接続・非接続を切替えることが可能である。

２個の第１中性点リレー回路１４０＿１、１４０＿２が、隣接する２つのコイル群の間にそれぞれ設けられている。各第１中性点リレー回路は、隣接する２つのコイル群のうちの第１インバータ１１０側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

第１中性点リレー回路１４０＿１は、第１および第２コイル群２１０、２２０の間で、分離リレー回路１３０＿１の第１インバータ１１０側に設けられている。第１中性点リレー回路１４０＿１は、第１コイル群２１０の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。第１中性点リレー回路１４０＿２は、第２および第３コイル群２２０、２３０の間で、分離リレー回路１３０＿２の第１インバータ１１０側に設けられている。第１中性点リレー回路１４０＿２は、第２コイル群２２０の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

２個の第２中性点リレー回路１５０＿１、１５０＿２が、隣接する２つのコイル群の間にそれぞれ設けられている。各第２中性点リレー回路は、隣接する２つのコイル群のうちの第２インバータ１２０側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

第２中性点リレー回路１５０＿１は、第１および第２コイル群２１０、２２０の間で、分離リレー回路１３０＿１の第２インバータ１２０側に設けられている。第２中性点リレー回路１５０＿１は、第２コイル群２２０の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。第２中性点リレー回路１５０＿２は、第２および第３コイル群２２０、２３０の間で、分離リレー回路１３０＿２の第２インバータ１２０側に設けられている。第２中性点リレー回路１５０＿２は、第３コイル群２３０の端同士の接続・非接続を切替えることが可能である。

各分離回路リレーおよび各中性点リレー回路の構成は、実施形態１において説明したとおりである。ここでの詳細な説明は省略する。

制御回路３００は、２個の分離リレー回路１３０＿１、１３０＿２、２個の第１中性点リレー回路１４０＿１、１４０＿２、および２個の第２中性点リレー回路１５０＿１、１５０＿２のオン・オフ状態を制御する。これにより、３個のコイル群２１０、２２０および２３０のうちの、第１インバータ１１０に接続されるコイル群の数、および、第２インバータ１２０に接続されるコイル群の数を変えることが可能である。

例えば、制御回路３００は、分離リレー回路１３０＿１をオンして分離リレー回路１３０＿２をオフし、かつ、第１中性点リレー回路１４０＿１をオフして第１中性点リレー回路１４０＿２をオンし、かつ、第２中性点リレー回路１５０＿１をオフして第２中性点リレー回路１５０＿２をオンすることを考える。その場合、第１インバータ１１０には、第１および第２コイル群２１０、２２０が接続され、第２インバータ１２０には、第３コイル群２３０が接続される。第１中性点リレー回路１４０＿２をオンすることにより、第２コイル群２２０がＹ結線される。第２中性点リレー回路１５０＿２をオンすることにより、第３コイル群２３０がＹ結線される。この接続によると、第１インバータ１１０は、第１および第２コイル群２１０、２２０を通電し、第２インバータ１２０は、第３コイル群２３０を通電することができる。

例えば、第２コイル群２２０が破損した場合、分離リレー回路１３０＿１、１３０＿２をオフすることにより、破損した第２コイル群２２０を２つのインバータから電気的に分離することができる。第１コイル群２１０と第３コイル群２３０とを通電してモータ駆動を継続することが可能である。

モータトルクは、コイル辺の長さおよび巻数に比例する。本実施形態によると、第１インバータ１１０に接続されるコイル群の数および第２インバータ１２０に接続されるコイル群の数を変えることにより、モータ出力を任意の大きさに変化させることが可能となる。

図１０は、本実施形態による電力変換装置１００Ｂの他の回路構成を模式的に示す。

図１０には、直列接続され得る４個のコイル群２１０、２２０、２３０および２４０を有するモータ２００を駆動することが可能な電力変換装置１００Ｂの回路構成を例示する。

図１０に示される電力変換装置１００Ｂは、３個の分離リレー回路１３０＿１、１３０＿２、１３０＿３、３個の第１中性点リレー回路１４０＿１、１４０＿２、１４０＿３、３個の第２中性点リレー回路１５０＿１、１５０＿２および１５０＿３を備える。コイル群の数、それらに接続される分離リレー回路および中性点リレー回路の数を増やすことにより、モータ出力を任意の大きさにより高い精度で変化させることが可能となる。

（実施形態３）

図１１は、本実施形態による電動パワーステアリング装置２０００の典型的な構成を模式的に示す。

自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。電動パワーステアリング装置２０００は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担は軽減される。

ステアリングシステム５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５４２、モータ５４３および減速機構５４４を備える。操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ５４３は、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速機構５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。

ＥＣＵ５４２は、例えば、実施形態１によるマイクロコントローラ３４０および駆動回路３５０などを有する。自動車ではＥＣＵを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置２０００では、例えば、ＥＣＵ５４２、モータ５４３およびインバータ５４５によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのユニットに、実施形態１によるモータ駆動ユニット１０００を好適に用いることができる。

本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。

１００、１００Ａ、１００Ｂ：電力変換装置、１０１：電源、１０２、１０３：ヒューズ、１１０：第１インバータ、１２０：第２インバータ、１３０：分離リレー回路、１４０：第１中性点リレー回路、１５０：第２中性点リレー回路、２００：モータ、３００：制御回路、３１０：電源回路、３２０：角度センサ、３３０：入力回路、３４０：マイクロコントローラ、３５０：駆動回路、３６０：ＲＯＭ、４００：電流センサ、１０００：モータ駆動ユニット、２０００：電動パワーステアリング装置

Claims (5)

1. 電源からの電力を、直列接続され得るｍ個（ｍは３以上の整数）のコイル群を有するｎ相（ｎは３以上の整数）のモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、
   
   前記ｍ個のコイル群の一端に接続される第１インバータと、
   
   前記ｍ個のコイル群の他端に接続される第２インバータと、
   
   前記ｍ個のコイル群において隣接する２つのコイル群の間にそれぞれ接続されるｍ－１個の分離リレー回路であって、各々は隣接する２つのコイル群の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の分離リレー回路と、
   
   隣接する２つのコイル群の間で、前記ｍ－１個の分離リレー回路の各々の前記第１インバータ側に設けられたｍ－１個の第１中性点リレー回路であって、各々は、隣接する２つのコイル群のうちの前記第１インバータ側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の第１中性点リレー回路と、
   
   隣接する２つのコイル群の間で、前記ｍ－１個の分離リレー回路の各々の前記第２インバータ側に設けられたｍ－１個の第２中性点リレー回路であって、各々は、隣接する２つのコイル群のうちの前記第２インバータ側のコイル群の端同士の接続・非接続を切替える、ｍ－１個の第２中性点リレー回路と、
   
   を備える電力変換装置。
2. 前記ｍ個のコイル群の各々は、ｎ個のコイルを有し、
   
   前記ｍ－１個の分離リレー回路の各々は、隣接する２つのコイル群の一方のｎ個のコイルと、他方のｎ個のコイルとの接続・非接続を切替えるｎ個の分離リレーを有し、
   
   前記ｍ－１個の第１中性点リレー回路の各々は、一端が第１ノードに共通に接続され、かつ、他端が、隣接する２つのコイル群のうちの前記第１インバータ側のコイル群の前記ｎ個のコイルに接続されるｎ個の第１中性点リレーを有し、
   
   前記ｍ－１個の第２中性点リレー回路の各々は、一端が第２ノードに共通に接続され、かつ、他端が、隣接する２つのコイル群のうちの前記第２インバータ側のコイル群の前記ｎ個のコイルに接続されるｎ個の第２中性点リレーを有する、請求項１に記載の電力変換装置。
   
3. 前記ｍ－１個の分離リレー回路、前記ｍ－１個の第１中性点リレー回路、および前記ｍ－１個の第２中性点リレー回路のオン・オフ状態を制御することにより、前記ｍ個のコイル群のうちの、前記第１インバータに接続されるコイル群の数および前記第２インバータに接続されるコイル群の数が変わる、請求項１または２に記載の電力変換装置。
   
4. 前記モータと、
   
   請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置と、
   
   前記電力変換装置を制御する制御回路と、
   
   を備えるモータ駆動ユニット。
   
5. 請求項４に記載のモータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置。

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