JPWO2019150911A1 - Power converter, drive and power steering - Google Patents

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Abstract

駆動系の異常で２つのインバータの一方が動作不能となった場合でも、当該一方側を中性点として機能させることが可能な電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置を提供する。電力変換装置は、巻線の一端に接続される第１インバータと、他端に接続される第２インバータと、上記第１インバータと並列で上記巻線の上記一端に接続され、かつ、上記一端同士の接続・非接続を切替える第１中性点リレー回路と、上記第２インバータと並列で上記巻線の上記他端に接続され、かつ、上記他端同士の接続・非接続を切替える第２中性点リレー回路と、上記第１インバータおよび上記第２中性点リレー回路を制御する第１制御回路と、上記第２インバータおよび上記第１中性点リレー回路を制御する第２制御回路と、を備える。Provided are a power conversion device, a drive device, and a power steering device capable of functioning the one side as a neutral point even when one of the two inverters becomes inoperable due to an abnormality in the drive system. The power conversion device is connected to the one end of the winding in parallel with the first inverter connected to one end of the winding, the second inverter connected to the other end, and the first inverter, and the one end. A second neutral point relay circuit that switches between connection and non-connection, and a second that is connected to the other end of the winding in parallel with the second inverter and switches between connection and non-connection between the other ends. A neutral point relay circuit, a first control circuit that controls the first inverter and the second neutral point relay circuit, and a second control circuit that controls the second inverter and the first neutral point relay circuit. , Equipped with.

Description

本発明は、電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a power converter, a drive device and a power steering device.

従来、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。また、モータの各巻線の両端それぞれにインバータが接続され各巻線について独立に電力を供給するタイプのインバータ駆動システムも知られている。 Conventionally, an inverter drive system that converts the electric power of a motor by two inverters is known. Further, there is also known an inverter drive system in which an inverter is connected to both ends of each winding of the motor to supply electric power independently to each winding.

例えば特許文献１には２つのインバータ部を有する電力変換装置が開示されている。特許文献１では、故障検出手段によりスイッチング素子の故障が検出される。そして、スイッチング素子に故障が生じた場合、回転電機(モータ)の駆動継続のため、スイッチング素子のオンオフ作動制御が正常時制御から故障時制御に切り替えられて回転電機が駆動される。 For example, Patent Document 1 discloses a power conversion device having two inverter units. In Patent Document 1, a failure of the switching element is detected by the failure detecting means. Then, when a failure occurs in the switching element, the on / off operation control of the switching element is switched from the normal control to the failure control in order to continue driving the rotary electric machine (motor), and the rotary electric machine is driven.

特開２０１４−１９２９５０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-192950

近年、電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置における電力供給について、電源および制御回路を含んだ駆動系の全部あるいは一部の冗長化による電力供給の継続性の向上が求められる。特に、モータの各巻線について独立に電力を供給する上述したシステムでは、電力供給の継続のために、２つのインバータの一方における異常時に当該一方側を中性点として機能させる仕組みが望まれる場合がある。 In recent years, with respect to the power supply in the power converter, the drive device, and the power steering device, it is required to improve the continuity of the power supply by making all or a part of the drive system including the power supply and the control circuit redundant. In particular, in the above-mentioned system that independently supplies electric power to each winding of the motor, in order to continue the electric power supply, it may be desired to have a mechanism in which one of the two inverters functions as a neutral point in the event of an abnormality. is there.

しかし、駆動系の異常時でもインバータの一方側を中性点として機能させることが可能な具体的な構成について従来は開示がない。なお、本明細書で「駆動系の異常」は、電源のみの異常、制御回路のみの異常、電源と制御回路との両方の異常、電源異常に伴い制御部も動作停止した状態などといった各種の異常状態を含む。 However, there has been no disclosure in the past about a specific configuration in which one side of the inverter can function as a neutral point even when the drive system is abnormal. In this specification, "abnormality of drive system" includes various abnormalities such as an abnormality of only the power supply, an abnormality of only the control circuit, an abnormality of both the power supply and the control circuit, and a state in which the control unit is also stopped due to the power supply abnormality. Including abnormal conditions.

本発明は、駆動系の異常で２つのインバータの一方が動作不能となった場合でも、当該一方側を中性点として機能させることが可能な電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a power conversion device, a drive device, and a power steering device capable of functioning one of the two inverters as a neutral point even if one of the two inverters becomes inoperable due to an abnormality in the drive system. The purpose is.

本発明に係る電力変換装置の一態様は、電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有する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、上記巻線の一端に接続される第１インバータと、上記一端に対する他端に接続される第２インバータと、上記第１インバータと並列で上記巻線の上記一端に接続され、かつ、上記一端同士の接続・非接続を切替える第１中性点リレー回路と、上記第２インバータと並列で上記巻線の上記他端に接続され、かつ、上記他端同士の接続・非接続を切替える第２中性点リレー回路と、上記第１インバータおよび上記第２中性点リレー回路を制御する第１制御回路と、上記第２インバータおよび上記第１中性点リレー回路を制御する第２制御回路と、を備える。 また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、を備える。 One aspect of the power conversion device according to the present invention is a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to a motor having n-phase (n is an integer of 3 or more) windings. The first inverter connected to one end of the wire, the second inverter connected to the other end with respect to the one end, and the one end connected to the other end of the winding in parallel with the first inverter and connected to each other. -The first neutral point relay circuit that switches the non-connection and the second neutral point that is connected to the other end of the winding in parallel with the second inverter and switches the connection / disconnection between the other ends. It includes a relay circuit, a first control circuit that controls the first inverter and the second neutral point relay circuit, and a second control circuit that controls the second inverter and the first neutral point relay circuit. .. Further, one aspect of the drive device according to the present invention includes the power conversion device and a motor to which the power converted by the power conversion device is supplied.

また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置に接続され、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、上記モータにより駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。 Further, one aspect of the power steering device according to the present invention is driven by the power conversion device, a motor connected to the power conversion device and supplied with the power converted by the power conversion device, and the motor. It is equipped with a power steering mechanism.

本発明によれば、駆動系の異常で２つのインバータの一方が動作不能となった場合でも、当該一方側を中性点として機能させることが可能である。 According to the present invention, even if one of the two inverters becomes inoperable due to an abnormality in the drive system, it is possible to make the one side function as a neutral point.

図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニットのブロック構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a block configuration of a motor drive unit according to the present embodiment. 図２は、本実施形態によるモータ駆動ユニットの回路構成を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a motor drive unit according to the present embodiment. 図３は、正常時におけるモータの各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a current value flowing through each coil of each phase of the motor in a normal state. 図４は、モータ駆動ユニットのハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a hardware configuration of the motor drive unit. 図５は、第１実装基板および第２実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the hardware configurations of the first mounting board and the second mounting board. 図６は、本実施形態の変形例による実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a mounting board according to a modified example of the present embodiment. 図７は、本実施形態の別の変形例による実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a mounting board according to another modification of the present embodiment. 図８は、本実施形態によるパワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering device according to the present embodiment.

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、駆動装置および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。 Hereinafter, embodiments of the power conversion device, drive device, and power steering device of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in order to avoid unnecessarily redundant explanations below and facilitate understanding by those skilled in the art, unnecessarily detailed explanations may be omitted. For example, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted.

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。（モータ駆動ユニット１０００の構造） 図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００のブロック構成を模式的に示す図である。 モータ駆動ユニット１０００は、電力供給装置１０１、１０２、モータ２００および制御回路３０１、３０２を備える。 In the present specification, the electric power from the power source is converted into the electric power supplied to a three-phase motor having three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) windings (sometimes referred to as "coil"). An embodiment of the present disclosure will be described by taking a power conversion device as an example. However, a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to an n-phase motor having n-phase (n is an integer of 4 or more) windings such as four-phase or five-phase is also within the scope of the present disclosure. .. (Structure of Motor Drive Unit 1000) FIG. 1 is a diagram schematically showing a block configuration of a motor drive unit 1000 according to the present embodiment. The motor drive unit 1000 includes power supply devices 101 and 102, a motor 200, and control circuits 301 and 302.

本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００を説明する。モータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動装置の一例に相当する。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を駆動するための装置であってもよい。モータ２００を備えないモータ駆動ユニット１０００は、本発明の電力変換装置の一例に相当する。 In the present specification, the motor drive unit 1000 including the motor 200 as a component will be described. The motor drive unit 1000 including the motor 200 corresponds to an example of the drive device of the present invention. However, the motor drive unit 1000 may be a device for driving the motor 200, which does not include the motor 200 as a component. The motor drive unit 1000 without the motor 200 corresponds to an example of the power conversion device of the present invention.

第１の電力供給装置１０１は、第１インバータ１１１、第２中性点リレー回路１２１電流センサ４０１および電圧センサ４１１を備える。第２の電力供給装置１０２は、第２インバータ１１２、第１中性点リレー回路１２２、電流センサ４０２および電圧センサ４１２を備える。 The first power supply device 101 includes a first inverter 111, a second neutral point relay circuit 121 current sensor 401, and a voltage sensor 411. The second power supply device 102 includes a second inverter 112, a first neutral point relay circuit 122, a current sensor 402, and a voltage sensor 412.

モータ駆動ユニット１０００は、２つの電力供給装置１０１、１０２によって、電源（図２の符号４０３，４０４）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１１１、１１２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。 The motor drive unit 1000 can convert the electric power from the power source (reference numerals 403 and 404 in FIG. 2) into the electric power supplied to the motor 200 by the two electric power supply devices 101 and 102. For example, the first and second inverters 111 and 112 can convert DC power into three-phase AC power which is a pseudo sine wave of U phase, V phase and W phase.

第１インバータ１１１は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続され、第２インバータ１１２は、モータ２００のコイルの他端２２０に接続される。本明細書において、部品（構成要素）同士の「接続」とは、特に断らない限り電気的な接続を意味する。 The first inverter 111 is connected to one end 210 of the coil of the motor 200, and the second inverter 112 is connected to the other end 220 of the coil of the motor 200. In the present specification, "connection" between parts (components) means an electrical connection unless otherwise specified.

モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを有する。コイルの巻き方は、例えば集中巻きまたは分布巻きである。 The motor 200 is, for example, a three-phase AC motor. The motor 200 has U-phase, V-phase and W-phase coils. The winding method of the coil is, for example, concentrated winding or distributed winding.

制御回路３０１、３０２は、後で詳述するようにマイクロコントローラ３４１、３４２などを備える。第１の制御回路３０１は、電流センサ４０１および角度センサ３２１からの入力信号に基づいて第１の電力供給装置１０１を制御する。また、第２の制御回路３０２は、電流センサ４０２および角度センサ３２２からの入力信号に基づいて第２の電力供給装置１０２を制御する。制御回路３０１、３０２における電力供給装置１０１、１０２の制御手法として、例えばベクトル制御、直接トルク制御（ＤＴＣ）から選択された制御手法が用いられる。 図２を参照して、モータ駆動ユニット１０００の具体的な回路構成を説明する。 The control circuits 301 and 302 include microcontrollers 341 and 342, which will be described in detail later. The first control circuit 301 controls the first power supply device 101 based on the input signals from the current sensor 401 and the angle sensor 321. Further, the second control circuit 302 controls the second power supply device 102 based on the input signals from the current sensor 402 and the angle sensor 322. As the control method of the power supply devices 101 and 102 in the control circuits 301 and 302, for example, a control method selected from vector control and direct torque control (DTC) is used. A specific circuit configuration of the motor drive unit 1000 will be described with reference to FIG.

図２は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の回路構成を模式的に示す図である。但し、図２では、主に電力供給装置１０１、１０２の回路構成が示される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the motor drive unit 1000 according to the present embodiment. However, FIG. 2 mainly shows the circuit configurations of the power supply devices 101 and 102.

モータ駆動ユニット１０００は電源に接続される。電源は、それぞれ独立した第１電源４０３と第２電源４０４を備える。電源４０３、４０４は所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源４０３、４０４として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源４０３、４０４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。図２では、一例として、第１インバータ１１１用の第１電源４０３および第２インバータ１１２用の第２電源４０４が示されるが、モータ駆動ユニット１０００は、第１インバータ１１１および第２インバータ１１２に共通の単一電源に接続されてもよい。また、モータ駆動ユニット１０００は、内部に電源を備えていてもよい。 The motor drive unit 1000 is connected to a power source. The power supply includes an independent first power supply 403 and a second power supply 404, respectively. The power supplies 403 and 404 generate a predetermined power supply voltage (for example, 12V). As the power supplies 403 and 404, for example, a DC power supply is used. However, the power supplies 403 and 404 may be an AC-DC converter or a DC-DC converter, or may be a battery (storage battery). In FIG. 2, as an example, the first power supply 403 for the first inverter 111 and the second power supply 404 for the second inverter 112 are shown, but the motor drive unit 1000 is common to the first inverter 111 and the second inverter 112. It may be connected to a single power supply. Further, the motor drive unit 1000 may have a power supply inside.

モータ駆動ユニット１０００は、コイル１０３、１０４、コンデンサ１０５、第１インバータ１１１、第２インバータ１１２、第１中性点リレー回路１２２、第２中性点リレー回路１２１、モータ２００および制御回路３０１、３０２を備える。 The motor drive unit 1000 includes coils 103 and 104, a capacitor 105, a first inverter 111, a second inverter 112, a first neutral point relay circuit 122, a second neutral point relay circuit 121, a motor 200, and control circuits 301 and 302. To be equipped.

モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００のコイル（巻線）の一端２１０側に対応した第１系統と、モータ２００のコイル（巻線）の他端２２０側に対応した第２系統とを備える。第１系統には、第１インバータ１１１と第１中性点リレー回路１２２と第１制御回路３０１が含まれる。第２系統には、第２インバータ１１２と第２中性点リレー回路１２１と第２制御回路３０２が含まれる。第１系統のインバータ１１１と制御回路３０１は第１電源４０３から電力を供給される。第２系統のインバータ１１２と制御回路３０２は第２電源４０４から電力を供給される。電源と制御回路を含んだ駆動系が、電源も含めて冗長化されるので、後述するように、一方の系統における電源の異常時にも、他方の系統によって電力供給が継続される。 The motor drive unit 1000 includes a first system corresponding to one end 210 side of the coil (winding) of the motor 200 and a second system corresponding to the other end 220 side of the coil (winding) of the motor 200. The first system includes a first inverter 111, a first neutral point relay circuit 122, and a first control circuit 301. The second system includes a second inverter 112, a second neutral point relay circuit 121, and a second control circuit 302. The inverter 111 of the first system and the control circuit 301 are supplied with electric power from the first power supply 403. The inverter 112 and the control circuit 302 of the second system are supplied with electric power from the second power supply 404. Since the drive system including the power supply and the control circuit is made redundant including the power supply, the power supply is continued by the other system even when the power supply in one system is abnormal, as will be described later.

電力供給装置１０１、１０２は、上述した２つの系統に一部が跨がった構成を有する。第１の電力供給装置１０１は、第１系統のインバータ１１１と第２系統の中性点リレー回路１２１と第１系統の制御回路３０１とを備える。そして、第１系統のインバータ１１１と第２系統の中性点リレー回路１２１は、第１系統の制御回路３０１によって制御される。第２の電力供給装置１０２は、第２系統のインバータ１１２と第１系統の第１中性点リレー回路１２２と第２系統の制御回路３０２とを備える。そして、第２系統のインバータ１１２と第１系統の第１中性点リレー回路１２２は、第２系統の制御回路３０２によって制御される。 The power supply devices 101 and 102 have a configuration in which a part thereof straddles the above-mentioned two systems. The first power supply device 101 includes an inverter 111 of the first system, a neutral point relay circuit 121 of the second system, and a control circuit 301 of the first system. The inverter 111 of the first system and the neutral point relay circuit 121 of the second system are controlled by the control circuit 301 of the first system. The second power supply device 102 includes an inverter 112 of the second system, a first neutral point relay circuit 122 of the first system, and a control circuit 302 of the second system. The inverter 112 of the second system and the first neutral point relay circuit 122 of the first system are controlled by the control circuit 302 of the second system.

電源４０３、４０４とインバータ１１１、１１２との間にはコイル１０３、１０４が備えられる。コイル１０３、１０４は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータ１１１、１１２に供給される電圧波形に含まれる高周波ノイズを平滑化する。また、コイル１０３、１０４は、インバータ１１１、１１２で発生する高周波ノイズが電源４０３、４０４側に流出することを防ぐため高周波ノイズを平滑化する。また、各インバータ１１１、１１２の電源端子には、コンデンサ１０５が接続される。コンデンサ１０５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１０５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。 Coil 103, 104 is provided between the power supplies 403 and 404 and the inverters 111 and 112. The coils 103 and 104 function as noise filters and smooth high-frequency noise contained in the voltage waveforms supplied to the inverters 111 and 112. Further, the coils 103 and 104 smooth the high frequency noise in order to prevent the high frequency noise generated by the inverters 111 and 112 from flowing out to the power supplies 403 and 404. Further, a capacitor 105 is connected to the power supply terminals of the inverters 111 and 112. The capacitor 105 is a so-called bypass capacitor and suppresses voltage ripple. The capacitor 105 is, for example, an electrolytic capacitor, and the capacitance and the number of capacitors to be used are appropriately determined according to design specifications and the like.

第１インバータ１１１は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各レグは、電源とモータ２００との間に接続されたハイサイドスイッチ素子およびモータ２００とグランドとの間に接続されたローサイドスイッチ素子を備える。具体的には、Ｕ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を備える。Ｖ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１４Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１４Ｌを備える。Ｗ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１５Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１５Ｌ
を備える。スイッチ素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴなど）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。なお、スイッチ素子がＩＧＢＴである場合には、スイッチ素子と逆並列にダイオード（フリーホイール）が接続される。


The first inverter 111 includes a bridge circuit having three legs. Each leg includes a high-side switch element connected between the power supply and the motor 200 and a low-side switch element connected between the motor 200 and the ground. Specifically, the U-phase leg includes a high-side switch element 113H and a low-side switch element 113L. The V-phase leg includes a high-side switch element 114H and a low-side switch element 114L. The W-phase leg has a high-side switch element 115H and a low-side switch element 115L.
To be equipped. As the switch element, for example, a field effect transistor (MOSFET or the like) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. When the switch element is an IGBT, a diode (freewheel) is connected in antiparallel to the switch element.

第１インバータ１１１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４０１（図１を参照）として、シャント抵抗１１３Ｒ、１１４Ｒおよび１１５Ｒをそれぞれ各レグに備える。電流センサ４０１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）を備える。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グランド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。 The first inverter 111 uses shunt resistors 113R, 114R and 115R as current sensors 401 (see FIG. 1) for detecting currents flowing in the windings of the U-phase, V-phase and W-phase, respectively. Prepare for each leg. The current sensor 401 includes a current detection circuit (not shown) that detects the current flowing through each shunt resistor. For example, a shunt resistor can be connected between the low side switch element and ground on each leg. The resistance value of the shunt resistor is, for example, about 0.5 mΩ to 1.0 mΩ.

シャント抵抗の数は３つ以外でもよい。例えば、Ｕ相、Ｖ相用の２つのシャント抵抗１１３Ｒ、１１４Ｒ、Ｖ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗１１４Ｒ、１１５Ｒ、または、Ｕ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗１１３Ｒ、１１５Ｒが用いられてもよい。使用され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が考慮されて適宜決定される。 The number of shunt resistors may be other than three. For example, two shunt resistors 113R, 114R, V phase, two shunt resistors 114R, 115R for U phase, V phase, or two shunt resistors 113R, 115R for U phase, W phase are used. May be done. The number of shunt resistors used and the arrangement of shunt resistors are appropriately determined in consideration of product cost, design specifications, and the like.

第２インバータ１１２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１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１６Ｌを備える。Ｖ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１７Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１７Ｌを備える。Ｗ相用レグは、ハイサイドスイッチ素子１１８Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１８Ｌを備える。第１インバータ１１１と同様に、第２インバータ１１２は、例えば、シャント抵抗１１６Ｒ、１１７Ｒおよび１１８Ｒを備える。 The second inverter 112 includes a bridge circuit having three legs. The U-phase leg includes a high-side switch element 116H and a low-side switch element 116L. The V-phase leg includes a high-side switch element 117H and a low-side switch element 117L. The W-phase leg includes a high-side switch element 118H and a low-side switch element 118L. Like the first inverter 111, the second inverter 112 includes, for example, shunt resistors 116R, 117R and 118R.

第１インバータ１１１は、モータ２００のコイル(巻線)の一端２１０に接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１１１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、モータ２００のＵ相コイルの一端２１０に接続される。第１インバータ１１１のＶ相用レグは、Ｖ相コイルの一端２１０に接続される。第１インバータ１１１のＷ相用レグは、Ｗ相コイルの一端２１０に接続される。 The first inverter 111 is connected to one end 210 of the coil (winding) of the motor 200. Specifically, the U-phase leg of the first inverter 111 (that is, the node between the high-side switch element and the low-side switch element) is connected to one end 210 of the U-phase coil of the motor 200. The V-phase leg of the first inverter 111 is connected to one end 210 of the V-phase coil. The W-phase leg of the first inverter 111 is connected to one end 210 of the W-phase coil.

第２インバータ１１２は、モータ２００のコイル(巻線)の他端２２０に接続される。具体的に説明すると、第２インバータ１１２のＵ相用レグは、モータ２００のＵ相コイルの他端２２０に接続される。第２インバータ１１２のＶ相用レグは、Ｖ相コイルの他端２２０に接続される。第２インバータ１１２のＷ相用レグは、Ｗ相コイルの他端２２０に接続される。 The second inverter 112 is connected to the other end 220 of the coil (winding) of the motor 200. Specifically, the U-phase leg of the second inverter 112 is connected to the other end 220 of the U-phase coil of the motor 200. The V-phase leg of the second inverter 112 is connected to the other end 220 of the V-phase coil. The W-phase leg of the second inverter 112 is connected to the other end 220 of the W-phase coil.

第１中性点リレー回路１２２は、第１インバータ１１１と並列に、モータ２００のコイルの一端２１０に接続される。第１中性点リレー回路１２２は、モータ２００のコイルの一端２１０同士の接続・非接続を切替えることが可能である。 The first neutral point relay circuit 122 is connected to one end 210 of the coil of the motor 200 in parallel with the first inverter 111. The first neutral point relay circuit 122 can switch between connection and non-connection of one ends 210 of the coil of the motor 200.

第１中性点リレー回路１２２は、一端がノードＮ１に共通に接続され、かつ、他端がモータ２００の各相のコイルに接続される３個の第１中性点リレー１２３、１２４および１２５を有する。具体的に説明すると、第１中性点リレー１２３は、ノードＮ１とＵ相コイルの一端２１０とに接続される。第１中性点リレー１２４は、ノードＮ１とＶ相コイルの一端２１０とに接続される。第１中性点リレー１２５は、ノードＮ１とＷ相コイルの一端２１０とに接続される。 The first neutral point relay circuit 122 has three first neutral point relays 123, 124 and 125, one end of which is commonly connected to the node N1 and the other end of which is connected to the coil of each phase of the motor 200. Has. Specifically, the first neutral point relay 123 is connected to the node N1 and one end 210 of the U-phase coil. The first neutral point relay 124 is connected to the node N1 and one end 210 of the V-phase coil. The first neutral point relay 125 is connected to the node N1 and one end 210 of the W phase coil.

第２中性点リレー回路１２１は、第２インバータ１１２と並列に、モータ２００のコイルの他端２２０に接続される。第２中性点リレー回路１２１は、モータ２００のコイルの他端２２０同士の接続・非接続を切替えることが可能である。 The second neutral point relay circuit 121 is connected to the other end 220 of the coil of the motor 200 in parallel with the second inverter 112. The second neutral point relay circuit 121 can switch between connecting and disconnecting the other ends 220 of the coils of the motor 200.

第２中性点リレー回路１２１は、一端がノードＮ２に共通に接続され、かつ、他端がモータ２００の各相のコイルに接続される３個の第２中性点リレー１２６、１２７および１２８を有する。具体的に説明すると、第２中性点リレー１２６は、ノードＮ２とＵ相コイルの他端２２０とに接続される。第２中性点リレー１２７は、ノードＮ２とＶ相コイルの他端２２０とに接続される。第２中性点リレー１２８は、ノードＮ２とＷ相コイルの他端２２０とに接続される。 上述した中性点リレーとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ素子またはメカニカルリレーが用いられる。 The second neutral point relay circuit 121 has three second neutral point relays 126, 127 and 128, one end of which is commonly connected to the node N2 and the other end of which is connected to the coil of each phase of the motor 200. Has. Specifically, the second neutral point relay 126 is connected to the node N2 and the other end 220 of the U-phase coil. The second neutral point relay 127 is connected to the node N2 and the other end 220 of the V-phase coil. The second neutral point relay 128 is connected to the node N2 and the other end 220 of the W-phase coil. As the neutral point relay described above, for example, a semiconductor switch element such as a MOSFET or a mechanical relay is used.

再び図１を参照する。制御回路３０１、３０２は、例えば、電源回路３１１、３１２と、角度センサ３２１、３２２と、入力回路３３１、３３２と、マイクロコントローラ３４１、３４２と、駆動回路３５１、３５２と、ＲＯＭ３６１、３６２とを備える。制御回路３０１、３０２は電力供給装置１０１、１０２に接続される。そして、制御回路３０１、３０２は電力供給装置１０１、１０２を制御する。具体的には、上述したように、第１の制御回路３０１は、第１インバータ１１１および第２中性点リレー回路１２２を制御する。第２の制御回路３０２は、第２インバータ１１２および第１中性点リレー回路１２１を制御する。 See FIG. 1 again. The control circuits 301 and 302 include, for example, power supply circuits 311, 312, angle sensors 321 and 322, input circuits 331 and 332, microcontrollers 341 and 342, drive circuits 351, 352, and ROMs 361 and 362. .. The control circuits 301 and 302 are connected to the power supply devices 101 and 102. Then, the control circuits 301 and 302 control the power supply devices 101 and 102. Specifically, as described above, the first control circuit 301 controls the first inverter 111 and the second neutral point relay circuit 122. The second control circuit 302 controls the second inverter 112 and the first neutral point relay circuit 121.

制御回路３０１、３０２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３０１、３０２は、目的とするモータトルクを制御することも可能である。制御回路３０１、３０２は、トルク制御のためにトルクセンサを備えてもよいがトルクセンサが省かれていてもトルク制御は可能である。また、角度センサに変えてセンサレスアルゴリズムを備えてもよい。また、２つの制御回路３０１、３０２は、各々がモータの回転に同期して制御を行うことで相互の制御動作を同期させる。 電源回路３１１、３１２は、制御回路３０１、３０２内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。 The control circuits 301 and 302 can realize closed loop control by controlling the position (rotation angle), rotation speed, current, and the like of the target rotor. The rotation speed is obtained by, for example, time-differentiating the rotation angle (rad), and is represented by the rotation speed (rpm) at which the rotor rotates in a unit time (for example, 1 minute). The control circuits 301 and 302 can also control the target motor torque. The control circuits 301 and 302 may be provided with a torque sensor for torque control, but torque control is possible even if the torque sensor is omitted. Further, a sensorless algorithm may be provided instead of the angle sensor. Further, the two control circuits 301 and 302 synchronize their control operations with each other by performing control in synchronization with the rotation of the motor. The power supply circuits 311 and 312 generate DC voltages (for example, 3V and 5V) required for each block in the control circuits 301 and 302.

角度センサ３２１、３２２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。角度センサ３２１、３２２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３２１、３２２は、モータ２００のロータの回転角を検出し、検出した回転角を表した回転信号をマイクロコントローラ３４１、３４２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３２１、３２２は必要とされない場合がある。 The angle sensors 321 and 322 are, for example, a resolver or a Hall IC. The angle sensors 321 and 322 are also realized by a combination of an MR sensor having a magnetoresistive (MR) element and a sensor magnet. The angle sensors 321 and 322 detect the rotation angle of the rotor of the motor 200, and output a rotation signal representing the detected rotation angle to the microcontrollers 341 and 342. Depending on the motor control method (for example, sensorless control), the angle sensors 321 and 322 may not be required.

電圧センサ４１１、４１２は、中性点リレー回路１２１、１２２の、モータ２００のコイルに接続された一端における電圧を検出し、検出した電圧値を入力回路３３１、３３２に出力する。 The voltage sensors 411 and 412 detect the voltage at one end of the neutral point relay circuits 121 and 122 connected to the coil of the motor 200, and output the detected voltage value to the input circuits 331 and 332.

入力回路３３１、３３２は、電流センサ４０１、４０２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。）と電圧センサ４１１、４１２によって検出された電圧値を受け取る。入力回路３３１、３３２は、マイクロコントローラ３４１、３４２の入力レベルに実電流値および電圧値のレベルを必要に応じて変換し、実電流値および電圧値をマイクロコントローラ３４１、３４２に出力する。入力回路３３１、３３２は、アナログデジタル変換回路である。 The input circuits 331 and 332 receive the motor current value (hereinafter referred to as "actual current value") detected by the current sensors 401 and 402 and the voltage value detected by the voltage sensors 411 and 412. The input circuits 331 and 332 convert the actual current value and the voltage value level into the input levels of the microcontrollers 341 and 342 as needed, and output the actual current value and the voltage value to the microcontrollers 341 and 342. The input circuits 331 and 332 are analog-to-digital conversion circuits.

マイクロコントローラ３４１、３４２は、角度センサ３２１、３２２によって検出されたロータの回転信号を受信するとともに、入力回路３３１、３３２から出力された実電流値および電圧値を受信する。マイクロコントローラ３４１、３４２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、そのＰＷＭ信号を駆動回路３５１、３５２に出力する。例えば、マイクロコントローラ３４１、３４２は、電力供給装置１０１、１０２のインバータ１１１、１１２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。 The microcontrollers 341 and 342 receive the rotation signal of the rotor detected by the angle sensors 321 and 322, and also receive the actual current value and the voltage value output from the input circuits 331 and 332. The microcontrollers 341 and 342 set a target current value according to the actual current value and the rotation signal of the rotor to generate a PWM signal, and output the PWM signal to the drive circuits 351 and 352. For example, the microcontrollers 341 and 342 generate a PWM signal for controlling the switching operation (turn-on or turn-off) of each switch element in the inverters 111 and 112 of the power supply devices 101 and 102.

また、マイクロコントローラ３４１、３４２は、中性点リレー回路１２１、１２２のオン・オフの状態を決定する信号を、受信した電圧値に従って生成することが可能である。 Further, the microcontrollers 341 and 342 can generate a signal for determining the on / off state of the neutral point relay circuits 121 and 122 according to the received voltage value.

駆動回路３５１、３５２は、例えばゲートドライバである。駆動回路３５１、３５２は、第１および第２インバータ１１１、１１２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、生成した制御信号を各スイッチ素子に与える。さらに、駆動回路３５１、３５２は、マイクロコントローラ３４１、３４２からの、各中性点リレー回路１２１、１２２のオン・オフの状態を決定する信号に従って、各中性点リレー回路１２１、１２２における各中性点リレーをオン・オフする制御信号を生成し、生成した制御信号を各中性点リレーに与えることが可能である。 マイクロコントローラ３４１、３４２は、駆動回路３５１、３５２の機能を有していてもよい。その場合、駆動回路３５１、３５２は省かれる。 The drive circuits 351 and 352 are, for example, gate drivers. The drive circuits 351 and 352 generate a control signal (for example, a gate control signal) for controlling the switching operation of each switch element in the first and second inverters 111 and 112 according to the PWM signal, and generate the generated control signal for each switch element. Give to. Further, the drive circuits 351 and 352 are in each of the neutral point relay circuits 121 and 122 according to the signals from the microcontrollers 341 and 342 that determine the on / off state of the neutral point relay circuits 121 and 122. It is possible to generate a control signal for turning on / off the sex point relay and give the generated control signal to each neutral point relay. The microcontrollers 341 and 342 may have the functions of the drive circuits 351 and 352. In that case, the drive circuits 351 and 352 are omitted.

ＲＯＭ３６１、３６２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。ＲＯＭ３６１、３６２は、マイクロコントローラ３４１、３４２に電力供給装置１０１、１０２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。 The ROMs 361 and 362 are, for example, a writable memory (for example, PROM), a rewritable memory (for example, a flash memory), or a read-only memory. The ROMs 361 and 362 store a control program including a group of instructions for causing the microcontrollers 341 and 342 to control the power supply devices 101 and 102. For example, the control program is temporarily expanded to RAM (not shown) at boot time.

電力供給装置１０１、１０２の制御には正常時および異常時の制御がある。制御回路３０１、３０２（主としてマイクロコントローラ３４１、３４２）は、電力供給装置１０１、１０２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。制御の種類に応じて、第１中性点リレー回路１２２および第２中性点リレー回路１２１のオン・オフ状態が決定される。 以下、モータ駆動ユニット１０００の動作の具体例を説明し、主として電力供給装置１００の動作の具体例を説明する。 The control of the power supply devices 101 and 102 includes control during normal operation and abnormal time. The control circuits 301 and 302 (mainly the microcontrollers 341 and 342) can switch the control of the power supply devices 101 and 102 from the normal control to the abnormal control. The on / off state of the first neutral point relay circuit 122 and the second neutral point relay circuit 121 is determined according to the type of control. Hereinafter, specific examples of the operation of the motor drive unit 1000 will be described, and specific examples of the operation of the power supply device 100 will be mainly described.




（正常時の制御）



電力供給装置１０１、１０２の正常時の制御方法の具体例を説明する。正常とは、２つの電源４０３、４０４と、２つのインバータ１１１、１１２と、２つの制御回路３０１、３０２のいずれもが正しく動作する状態を指す。


(Control during normal operation)



A specific example of the normal control method of the power supply devices 101 and 102 will be described. Normal refers to a state in which the two power supplies 403 and 404, the two inverters 111 and 112, and the two control circuits 301 and 302 all operate correctly.

正常時において、制御回路３０１、３０２は、第１中性点リレー回路１２２をオフし、かつ、第２中性点リレー回路１２１をオフする。これにより、モータ２００の各相のコイルは互いに非接続となる。 In the normal state, the control circuits 301 and 302 turn off the first neutral point relay circuit 122 and the second neutral point relay circuit 121. As a result, the coils of each phase of the motor 200 are disconnected from each other.

第１中性点リレー回路１２２がオフすると、モータ２００の各相のコイルの一端２１０同士は絶縁される。「第１中性点リレー回路１２２がオフする」とは、第１中性点リレー１２３、１２４および１２５が全てオフすることを意味する。 When the first neutral point relay circuit 122 is turned off, one ends 210 of the coils of each phase of the motor 200 are insulated from each other. "The first neutral point relay circuit 122 is turned off" means that the first neutral point relays 123, 124 and 125 are all turned off.

第２中性点リレー回路１２１がオフすると、モータ２００の各相のコイルの他端２２０同士は絶縁される。「第２中性点リレー回路１２１がオフする」とは、第２中性点リレー１２６、１２７および１２８が全てオフすることを意味する。 When the second neutral point relay circuit 121 is turned off, the other ends 220 of the coils of each phase of the motor 200 are insulated from each other. "The second neutral point relay circuit 121 is turned off" means that the second neutral point relays 126, 127 and 128 are all turned off.

この接続状態において、制御回路３０１、３０２は、第１インバータ１１１および第２インバータ１１２の両方を用いて三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。一例として、制御回路３０１、３０２は、第１インバータ１１１のスイッチ素子と第２インバータ１１２のスイッチ素子とを、周期変動するデューティでスイッチング制御することにより三相通電制御を行うことができる。第１インバータ１１１と第２インバータ１１２とのそれぞれにおけるデューティの周期変動は制御回路３０１、３０２によって切り替え可能である。制御回路３０１、３０２は、例えば第１インバータ１１１と第２インバータ１１２とで逆位相（位相差＝１８０°）となる周期変動に切り替えてもよい。 図３は、正常時におけるモータ２００の各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。 In this connected state, the control circuits 301 and 302 drive the motor 200 by controlling three-phase energization using both the first inverter 111 and the second inverter 112. As an example, the control circuits 301 and 302 can perform three-phase energization control by switching and controlling the switch element of the first inverter 111 and the switch element of the second inverter 112 with a duty that fluctuates periodically. The periodic fluctuation of the duty in each of the first inverter 111 and the second inverter 112 can be switched by the control circuits 301 and 302, respectively. The control circuits 301 and 302 may be switched to periodic fluctuations in which the first inverter 111 and the second inverter 112 have opposite phases (phase difference = 180 °), for example. FIG. 3 is a diagram showing a current value flowing through each coil of each phase of the motor 200 in a normal state.

図３には、正常時の三相通電制御に従って電力供給装置１０１、１０２が制御されたときにモータ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）が例示される。図３の横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。なお、電力供給装置１０１、１０２は、図３に例示した正弦波以外に、例えば矩形波を用いてモータ２００を駆動することも可能である。 FIG. 3 shows a current obtained by plotting the current values flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the motor 200 when the power supply devices 101 and 102 are controlled according to the normal three-phase energization control. A waveform (sine wave) is exemplified. The horizontal axis of FIG. 3 shows the motor electric angle (deg), and the vertical axis shows the current value (A). I pk represents the maximum current value (peak current value) of each phase. In addition to the sine wave illustrated in FIG. 3, the power supply devices 101 and 102 can also drive the motor 200 using, for example, a rectangular wave.

表１は、図３の正弦波において電気角毎に各インバータの端子に流れる電流値を示す。表１は、具体的に、第１インバータ１１１とＵ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのコイルの一端２１０との接続点に流れる電気角３０°毎の電流値を示す。また、表１は、第２インバータ１１２とＵ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのコイルの他端２２０との接続点に流れる、電気角３０°毎の電流値を示す。ここで、第１インバータ１１１に対しては、モータ２００の一端２１０から他端２２０に流れる電流方向を正の方向と定義する。また、第２インバータ１１２に対しては、モータ２００の他端２２０から一端２１０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１１１の電流と第２インバータ１１２の電流との位相差は１８０°となる。表１において、電流値Ｉ１の大きさは〔（３）１／２／２〕＊Ｉｐｋであり、電流値Ｉ２の大きさはＩｐｋ／２である。 Table 1 shows the current values flowing through the terminals of each inverter for each electric angle in the sine wave of FIG. Specifically, Table 1 shows the current values flowing at the connection points between the first inverter 111 and one ends 210 of the U-phase, V-phase, and W-phase coils for each 30 ° electric angle. Table 1 shows the current values flowing at the connection points between the second inverter 112 and the other ends 220 of the U-phase, V-phase, and W-phase coils for each electric angle of 30 °. Here, with respect to the first inverter 111, the direction of the current flowing from one end 210 to the other end 220 of the motor 200 is defined as a positive direction. Further, for the second inverter 112, the direction of the current flowing from the other end 220 of the motor 200 to the one end 210 is defined as a positive direction. Therefore, the phase difference between the current of the first inverter 111 and the current of the second inverter 112 is 180 °. In Table 1, the magnitude of the current value I 1 is [(3) 1/2 / 2] * is I pk, the magnitude of the current value I 2 is I pk / 2.

Figure 2019150911
Figure 2019150911

電気角０°において、Ｕ相のコイルは電流が「０」となる。電気角０°において、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れる。 At an electrical angle of 0 °, the U-phase coil has a current of "0". At an electric angle of 0 °, a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil. A current of 1 flows.

電気角３０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れる。 At an electric angle of 30 °, a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. A current of pk flows, and a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil.

電気角６０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れる。電気角６０°において、Ｗ相のコイルは電流が「０」となる。 At an electric angle of 60 °, a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. A current of 1 flows. At an electric angle of 60 °, the current of the W-phase coil becomes “0”.

電気角９０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れる。 At an electric angle of 90 °, a current of magnitude I pk flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I pk from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. The current of 2 flows, and the current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil.

電気角１２０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れる。電気角１２０°において、Ｖ相のコイルは電流が「０」となる。 At an electric angle of 120 °, a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil. A current of 1 flows. At an electric angle of 120 °, the current of the V-phase coil becomes “0”.

電気角１５０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩｐｋの電流が流れる。 At an electric angle of 150 °, a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the V-phase coil. A current of 2 flows, and a current of magnitude I pk flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil.

電気角１８０°において、Ｕ相のコイルは電流が「０」となる。電気角１８０°において、Ｖ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れる。 At an electric angle of 180 °, the current of the U-phase coil becomes “0”. At an electric angle of 180 °, a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the V-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil. A current of 1 flows.

電気角２１０°において、Ｕ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れる。 At an electric angle of 210 °, a current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the U-phase coil, and a magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the V-phase coil. A pk current flows, and a current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil.

電気角２４０°において、Ｕ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れる。電気角２４０°において、Ｗ相のコイルは電流が「０」となる。 At an electric angle of 240 °, a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the U-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the V-phase coil. A current of 1 flows. At an electric angle of 240 °, the current of the W-phase coil becomes “0”.

電気角２７０°において、Ｕ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れる。 At an electric angle of 270 °, a current of magnitude I pk flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the U-phase coil, and a magnitude I pk from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the V-phase coil. The current of 2 flows, and the current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil.

電気角３００°において、Ｕ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れる。電気角３００°において、Ｖ相のコイルは電流が「０」となる。 At an electric angle of 300 °, a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the U-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil. A current of 1 flows. At an electric angle of 300 °, the current of the V-phase coil becomes “0”.

電気角３３０°において、Ｕ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩｐｋの電流が流れる。 At an electric angle of 330 °, a current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the U-phase coil, and a magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. A current of 2 flows, and a current of magnitude I pk flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil.

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、電力供給装置１０１、１０２の回路構成によれば、三相のコイルに流れる電流は独立に制御される。このため、制御回路３０１、３０２は電流の総和が「０」以外の値となる制御を行うことも可能である。 In the current waveform shown in FIG. 3, the total sum of the currents flowing through the three-phase coils in consideration of the direction of the current is "0" for each electric angle. However, according to the circuit configurations of the power supply devices 101 and 102, the current flowing through the three-phase coils is controlled independently. Therefore, the control circuits 301 and 302 can also control the total current to be a value other than "0".

（異常時の制御）



電力供給装置１００の異常時の制御方法の具体例を説明する。異常とは、２つの電源４０３、４０４と、２つのインバータ１１１、１１２と、２つの制御回路３０１、３０２の１つ以上に故障が生じた状態を指す。異常には、大きく分けて第１系統の異常と第２系統の異常とがある。また、各系統の異常としては、インバータ１１１、１１２の故障による異常と駆動系の異常がある。上述したように「駆動系の異常」とは、電源のみの異常、制御回路のみの異常、電源と制御回路との両方における異常、電源異常に伴い制御部も動作停止した状態などといった各種の異常状態を含む。また、インバータ１１１、１１２の故障は、インバータ回路内における断線、ショート、スイッチ素子の故障などを含む。 (Control at the time of abnormality)



A specific example of the control method when the power supply device 100 is abnormal will be described. The abnormality refers to a state in which one or more of the two power supplies 403 and 404, the two inverters 111 and 112, and the two control circuits 301 and 302 have failed. The abnormalities are roughly classified into the abnormalities of the first system and the abnormalities of the second system. Further, as the abnormality of each system, there are an abnormality due to a failure of the inverters 111 and 112 and an abnormality of the drive system. As described above, "drive system abnormality" includes various abnormalities such as an abnormality of only the power supply, an abnormality of only the control circuit, an abnormality of both the power supply and the control circuit, and a state in which the control unit also stops operating due to the power supply abnormality. Including the state. Failures of the inverters 111 and 112 include disconnection, short circuit, and failure of the switch element in the inverter circuit.

異常検知の一例として、制御回路３０１、３０２（主としてマイクロコントローラ３４１、３４２）は、電圧センサ４１１、４１２によって検出された電圧値を解析することで、２つの系統のうち自己が所属する系統に対する相手側の系統における異常を検知する。制御回路３０１、３０２は、自分の制御下にある電圧センサ４１１、４１２および中性点リレー回路１２１、１２２を介して相手側のインバータ１１１、１１２における電圧を確認することができる。具体的には、中性点リレー回路１２１、１２２はモータのコイルの一端２１０および他端２２０を介してインバータ１１１、１１２に接続されていて、電圧センサ４１１、４１２は一端２１０および他端２２０の電圧を検出する。 As an example of abnormality detection, the control circuits 301 and 302 (mainly the microcontrollers 341 and 342) analyze the voltage value detected by the voltage sensors 411 and 412 to analyze the voltage value detected by the voltage sensors 411 and 412, so that the other of the two systems is the other party to which the system belongs. Detects anomalies in the side system. The control circuits 301 and 302 can confirm the voltage in the inverters 111 and 112 on the other side via the voltage sensors 411 and 412 and the neutral point relay circuits 121 and 122 under their control. Specifically, the neutral point relay circuits 121 and 122 are connected to the inverters 111 and 112 via one end 210 and the other end 220 of the coil of the motor, and the voltage sensors 411 and 412 are connected to the one end 210 and the other end 220. Detect the voltage.

異常検知の他の一例として、マイクロコントローラ３４１、３４２は、モータの実電流値と目標電流値との差などを解析することで異常を検知することも可能である。ただし、制御回路３０１、３０２は、これらの手法に限られず、異常検知に関する公知の手法を広く用いることができる。 As another example of abnormality detection, the microcontrollers 341 and 342 can also detect an abnormality by analyzing the difference between the actual current value of the motor and the target current value. However, the control circuits 301 and 302 are not limited to these methods, and known methods related to abnormality detection can be widely used.

制御回路３０１、３０２は、マイクロコントローラ３４１、３４２で異常を検知すると、電力供給装置１０１、１０２の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。例えば、正常時から異常時に制御を切替えるタイミングは、異常が検知されてから１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃ程度である。 When the control circuits 301 and 302 detect an abnormality in the microcontrollers 341 and 342, the control circuits 301 and 302 switch the control of the power supply devices 101 and 102 from the normal control to the abnormal control. For example, the timing for switching the control from the normal time to the abnormal time is about 10 msec to 30 msec after the abnormality is detected.

制御回路３０１、３０２は、異常時には、相手側の系統の中性点リレー回路１２１、１２２をオンする。なお、制御回路３０１、３０２は、異常時以外の特定の場合にも中性点スイッチ１３１、１３２をオンしてもよい。 例えば第１の制御回路３０１が異常を検知した場合には、第１の制御回路３０１は第２中性点リレー回路１２１をオンする。 When an abnormality occurs, the control circuits 301 and 302 turn on the neutral point relay circuits 121 and 122 of the other system. The control circuits 301 and 302 may turn on the neutral point switches 131 and 132 even in a specific case other than the time of abnormality. For example, when the first control circuit 301 detects an abnormality, the first control circuit 301 turns on the second neutral point relay circuit 121.

第２中性点リレー回路１２１がオンすると、モータ２００の三相のコイルの他端２２０同士が接続される。その結果、モータ２００のコイルはＹ結線される。そして、第２中性点リレー回路１２１の中のノードＮ２が中性点として機能することになる。「第２中性点リレー回路１２１がオンする」とは、第２中性点リレー回路１２１内の第２中性点リレー１２６、１２７および１２８が全てオンすることを意味する。この接続状態で、第１の制御回路３０１は、第１インバータ１１１を三相通電制御することでモータ２００のコイルを通電することができる。 When the second neutral point relay circuit 121 is turned on, the other ends 220 of the three-phase coils of the motor 200 are connected to each other. As a result, the coil of the motor 200 is Y-connected. Then, the node N2 in the second neutral point relay circuit 121 functions as a neutral point. "The second neutral point relay circuit 121 is turned on" means that all the second neutral point relays 126, 127 and 128 in the second neutral point relay circuit 121 are turned on. In this connected state, the first control circuit 301 can energize the coil of the motor 200 by controlling the first inverter 111 for three-phase energization.

第１の制御回路３０１が異常を検知した場合には、第２系統で異常が生じたことになる。そして、第２系統の異常が駆動系の異常である場合、第２の制御回路３０２は、第２インバータ１１２に対する制御を失った状態(第２の制御回路３０２が失陥した状態)である。このような場合でも、第１の制御回路３０１が第２中性点リレー回路１２１を制御するので第２系統側で中性点が形成される。そして、第１系統側のインバータ１１１でモータ２００に対する電力供給が継続される。 When the first control circuit 301 detects an abnormality, it means that an abnormality has occurred in the second system. When the abnormality of the second system is an abnormality of the drive system, the second control circuit 302 is in a state of losing control over the second inverter 112 (a state in which the second control circuit 302 has failed). Even in such a case, since the first control circuit 301 controls the second neutral point relay circuit 121, the neutral point is formed on the second system side. Then, the inverter 111 on the first system side continues to supply electric power to the motor 200.

また、第２インバータ１１２は、第２の制御回路３０２の失陥時には、電源４０４からの電力に対し遮断状態となる。具体的には、第２インバータ１１２における全部のスイッチ素子が、制御信号のない通常時に自ずとオフする。このため、電源４０４から第２インバータ１１２には電流が流れ込まず電力損失が抑制される。 第２の制御回路３０２が異常を検知した場合には、第２の制御回路３０２は第１中性点リレー回路１２２をオンする。 Further, when the second control circuit 302 fails, the second inverter 112 is cut off from the power from the power supply 404. Specifically, all the switch elements in the second inverter 112 are naturally turned off in a normal time when there is no control signal. Therefore, no current flows from the power supply 404 to the second inverter 112, and power loss is suppressed. When the second control circuit 302 detects an abnormality, the second control circuit 302 turns on the first neutral point relay circuit 122.

第１中性点リレー回路１２２がオンすると、モータ２００の三相のコイルの一端２１０同士が接続される。その結果、モータ２００のコイルはＹ結線される。そして、第１中性点リレー回路１２２の中のノードＮ１が中性点として機能することになる。「第１中性点リレー回路１２２がオンする」とは、第１中性点リレー回路１２２内の第１中性点リレー１２３、１２４および１２５が全てオンすることを意味する。この接続状態で、第２の制御回路３０２は、第２インバータ１１２を三相通電制御することでモータ２００のコイルを通電することができる。 When the first neutral point relay circuit 122 is turned on, one ends 210 of the three-phase coils of the motor 200 are connected to each other. As a result, the coil of the motor 200 is Y-connected. Then, the node N1 in the first neutral point relay circuit 122 functions as a neutral point. "The first neutral point relay circuit 122 is turned on" means that all the first neutral point relays 123, 124, and 125 in the first neutral point relay circuit 122 are turned on. In this connected state, the second control circuit 302 can energize the coil of the motor 200 by controlling the second inverter 112 with three-phase energization.

第２の制御回路３０２が異常を検知した場合、第１系統で異常が生じたことになる。そして、第１系統の異常が駆動系の異常である場合、第１の制御回路３０１は、第１インバータ１１１を制御する事ができない状態(失陥した状態)である。上述した場合でも、第２の制御回路３０２が第１中性点リレー回路１２２を制御するので第１系統側で中性点が形成される。そして、第２系統側のインバータ１１２でモータ２００に対する電力供給が継続される。 When the second control circuit 302 detects an abnormality, it means that an abnormality has occurred in the first system. When the abnormality of the first system is an abnormality of the drive system, the first control circuit 301 is in a state in which the first inverter 111 cannot be controlled (a state of failure). Even in the above case, since the second control circuit 302 controls the first neutral point relay circuit 122, the neutral point is formed on the first system side. Then, the power supply to the motor 200 is continued by the inverter 112 on the second system side.

また、第１インバータ１１１は、第１の制御回路３０１の失陥時には、電源４０３からの電力に対し遮断状態となる。具体的には、第１インバータ１１１における全部のスイッチ素子が、制御信号のない通常時に自ずとオフする。このため、電源４０３から第１インバータ１１１には電流が流れ込まず電力損失が抑制される。 Further, when the first control circuit 301 fails, the first inverter 111 is cut off from the power from the power supply 403. Specifically, all the switch elements in the first inverter 111 are naturally turned off in a normal time when there is no control signal. Therefore, the current does not flow from the power supply 403 to the first inverter 111, and the power loss is suppressed.

異常時における具体的な三相通電制御として、制御回路３０１、３０２は、例えば図３に示される電流波形と同様の波形が得られるようなＰＷＭ制御によってインバータ１１１、１１２の各スイッチング素子におけるスイッチング動作を制御する。 As a specific three-phase energization control at the time of abnormality, the control circuits 301 and 302 perform switching operations in the switching elements of the inverters 111 and 112 by PWM control so as to obtain a waveform similar to the current waveform shown in FIG. To control.

表２は、図３に示される電流波形と同様の波形が得られるような三相通電制御で例えば第２インバータ１１２が制御された場合に第２インバータ１４０の端子に流れる電流値を電気角毎に例示する。表２は具体的に、第２インバータ１１２とＵ相、Ｖ相およびＷ相それぞれのコイルの他端２２０との接続点に流れる、電気角３０°毎の電流値を示す。電流方向の定義は上述したとおりである。 Table 2 shows the current values flowing through the terminals of the second inverter 140 for each electrical angle when, for example, the second inverter 112 is controlled by three-phase energization control so as to obtain a waveform similar to the current waveform shown in FIG. Illustrate to. Specifically, Table 2 shows the current values flowing at the connection points between the second inverter 112 and the other ends 220 of the U-phase, V-phase, and W-phase coils for each electric angle of 30 °. The definition of the current direction is as described above.

Figure 2019150911
Figure 2019150911

例えば、電気角３０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ２の電流が流れる。電気角６０°において、Ｕ相のコイルには第１インバータ１１１から第２インバータ１１２に大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相のコイルには第２インバータ１１２から第１インバータ１１１に大きさＩ１の電流が流れる。電気角６０°において、Ｗ相のコイルは電流が「０」となる。中性点に流れ込む電流と中性点から流れ出る電流との総和は電気角毎に常に「０」になる。 For example, at an electric angle of 30 °, a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a large current flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. A current of I pk flows, and a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil. At an electric angle of 60 °, a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the U-phase coil, and a magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the V-phase coil. A current of 1 flows. At an electric angle of 60 °, the current of the W-phase coil becomes “0”. The sum of the current flowing into the neutral point and the current flowing out from the neutral point is always "0" for each electric angle.

表１および表２に示されるように、正常時および異常時の制御の間でモータ２００に流れるモータ電流は電気角毎に同一である。このため、異常時の制御において、正常時の制御におけるモータのトルクが維持される。 As shown in Tables 1 and 2, the motor current flowing through the motor 200 during normal and abnormal control is the same for each electrical angle. Therefore, in the control at the time of abnormality, the torque of the motor in the control at the normal time is maintained.

なお、異常時の異常箇所が、インバータ１１１、１１２内の１つのスイッチ素子である場合には、例えば特開２０１４−１９２９５０号公報に記載される制御手法によってインバータ１１１、１１２が中性点とされることが可能である。但し、この制御手法の実現に際しては、制御信号のオン電圧が正常時と異常時とで異なる特殊なゲートドライバが必要とされる。このような制御手法に対し、中性点リレー回路１２１、１２２は異常時のみでオンされればよいため、制御信号のオン電圧は１つでよく、特殊なドライバが不要である。また、故障を生じたスイッチ素子を含んだインバータ１１１、１１２の使用は避けることが望ましいので、この点でも中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される手法の方が優れる。（モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成） 次に、モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成について説明する。 図４は、モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成を模式的に示す図である。 When the abnormal location at the time of abnormality is one switch element in the inverters 111 and 112, the inverters 111 and 112 are set as the neutral point by the control method described in JP-A-2014-192950, for example. It is possible. However, in order to realize this control method, a special gate driver in which the on-voltage of the control signal differs between normal and abnormal is required. For such a control method, since the neutral point relay circuits 121 and 122 need only be turned on only when an abnormality occurs, only one control signal can be turned on, and a special driver is not required. Further, since it is desirable to avoid using the inverters 111 and 112 including the failed switch element, the method of forming the neutral point by the neutral point relay circuits 121 and 122 is also superior in this respect as well. (Hardware Configuration of Motor Drive Unit 1000) Next, the hardware configuration of the motor drive unit 1000 will be described. FIG. 4 is a diagram schematically showing a hardware configuration of the motor drive unit 1000.

モータ駆動ユニット１０００は、ハードウェア構成として、上述したモータ２００と、第１実装基板１００１と、第２実装基板１００２と、ハウジング１００３と、コネクタ１００４、１００５とを備える。 The motor drive unit 1000 includes the above-mentioned motor 200, a first mounting board 1001, a second mounting board 1002, a housing 1003, and connectors 1004 and 1005 as hardware configurations.

モータ２００からは、コイルの一端２１０と他端２２０が突き出して実装基板１００１、１００２に向かって延びる。コイルの一端２１０と他端２２０との双方は、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２の一方に接続されると共に、一端２１０と他端２２０との双方が第１実装基板１００１および第２実装基板１００２の当該一方を貫通して他方に接続される。具体的には、コイルの一端２１０と他端２２０との双方が例えば第２実装基板１００２に接続される。また、コイルの一端２１０と他端２２０との双方が、第２実装基板１００２を貫通して第１実装基板１００１に接続される。 From the motor 200, one end 210 and the other end 220 of the coil protrude and extend toward the mounting boards 1001 and 1002. Both one end 210 and the other end 220 of the coil are connected to one of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002, and both one end 210 and the other end 220 are connected to the first mounting board 1001 and the second mounting board 1001 and the second. It penetrates one of the mounting boards 1002 and is connected to the other. Specifically, both one end 210 and the other end 220 of the coil are connected to, for example, the second mounting board 1002. Further, both one end 210 and the other end 220 of the coil pass through the second mounting board 1002 and are connected to the first mounting board 1001.

第１実装基板１００１と第２実装基板１００２とは基板面が互いに対向する。その基板面が対向した方向に、モータ２００の回転軸が延びる。第１実装基板１００１と第２実装基板１００２とモータ２００は、ハウジング１００３内に収容されることで互いの位置が固定される。 The board surfaces of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002 face each other. The rotation axis of the motor 200 extends in the direction in which the substrate surfaces face each other. The positions of the first mounting board 1001, the second mounting board 1002, and the motor 200 are fixed to each other by being housed in the housing 1003.

第１実装基板１００１には、第１電源４０３からの電源コードが接続されるコネクタ１００４が取り付けられる。第２実装基板１００２には、第２電源４０４からの電源コードが接続されるコネクタ１００５が取り付けられる。 図５は、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２のハードウェア構成を模式的に示す図である。 A connector 1004 to which the power cord from the first power supply 403 is connected is attached to the first mounting board 1001. A connector 1005 to which the power cord from the second power supply 404 is connected is attached to the second mounting board 1002. FIG. 5 is a diagram schematically showing the hardware configurations of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002.

第１実装基板１００１には、第１インバータ１１１および第２中性点リレー回路１２１が実装される。また、第１実装基板１００１とは別の第２実装基板１００２には、第２インバータ１１２および第１中性点リレー回路１２２が実装される。第１系統と第２系統とに冗長化された各系統の回路が２枚の実装基板１００１、１００２に振り分けられるので、２枚の実装基板について回路規模が同程度の効率的な素子配置が可能となる。 The first inverter 111 and the second neutral point relay circuit 121 are mounted on the first mounting board 1001. Further, the second inverter 112 and the first neutral point relay circuit 122 are mounted on the second mounting board 1002, which is different from the first mounting board 1001. Since the circuits of each system redundant in the first system and the second system are distributed to the two mounting boards 1001 and 1002, it is possible to efficiently arrange elements having the same circuit scale for the two mounting boards. It becomes.

第１実装基板１００１には、第１の制御回路３０１も実装される。第２実装基板１００２には、第２の制御回路３０２も実装される。各制御回路３０１、３０２が、各制御回路３０１、３０２による制御対象のインバータ１１１、１１２および中性点リレー回路１２１、１２２と同一の実装基板上に実装されるので制御のための配線が基板内に納まる。よって効率的な素子配置が可能である。 The first control circuit 301 is also mounted on the first mounting board 1001. The second control circuit 302 is also mounted on the second mounting board 1002. Since the control circuits 301 and 302 are mounted on the same mounting board as the inverters 111 and 112 and the neutral point relay circuits 121 and 122 controlled by the control circuits 301 and 302, the wiring for control is in the board. It fits in. Therefore, efficient element arrangement is possible.

第１実装基板１００１上の第１インバータ１１１と第２実装基板１００２上の第１中性点リレー回路１２２は、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に互いに重なり合う位置に実装される。また、第１実装基板１００１上の第２中性点リレー回路１２１と第２実装基板１００２上の第２インバータ１１２は、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に互いに重なり合う位置に実装される。このような回路配置により、コイルの一端２１０と他端２２０に対する配線経路が簡素化された効率的な素子配置が可能となる。 The first inverter 111 on the first mounting board 1001 and the first neutral point relay circuit 122 on the second mounting board 1002 are mutually observed when viewed in the opposite directions of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. It is mounted at the overlapping position. Further, when the second neutral point relay circuit 121 on the first mounting board 1001 and the second inverter 112 on the second mounting board 1002 are viewed in the opposite directions of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. It is mounted at a position where it overlaps with each other. Such a circuit arrangement enables an efficient element arrangement in which the wiring path for one end 210 and the other end 220 of the coil is simplified.

第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に、第１実装基板１００１上の第１インバータ１１１と第２実装基板１
００２上の第２インバータ１１２とが互いに対称な配置である。また、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に、第１実装基板１００１上の第２中性点リレー回路１２１と第２実装基板１００２上の第１中性点リレー回路１２２とが互いに対称な配置である。このような対称な配置により、２枚の実装基板１００１、１００２について基板設計が共通化できる。



(変形例)



図６は、本実施形態の変形例による実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。 When viewed in the opposite directions of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002, the first inverter 111 and the second mounting board 1 on the first mounting board 1001
The arrangement is symmetrical with the second inverter 112 on 002. Further, when viewed in the opposite directions of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002, the second neutral point relay circuit 121 on the first mounting board 1001 and the first neutrality on the second mounting board 1002. The point relay circuit 122 is arranged symmetrically with each other. With such a symmetrical arrangement, the board design can be standardized for the two mounting boards 1001 and 1002.



(Modification example)



FIG. 6 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a mounting board according to a modified example of the present embodiment.

図６に示された変形例では、１枚の両面実装基板１００６が備えられる。両面実装基板１００６の表裏両面のうち一方の面に第１インバータ１１１および第２中性点リレー回路１２１が実装される。一方の面に対する他方の面に第２インバータ１１２および第１中性点リレー回路１２２が実装される。表裏両面のうち一方の面には、第１の制御回路３０１も実装される。他方の面には第２の制御回路３０２も実装される。第１系統と第２系統とに冗長化された各系統の回路が両面実装基板の表裏両面に振り分けられるので、表裏両面について回路規模が均された効率的な素子配置が可能となる。 In the modified example shown in FIG. 6, one double-sided mounting substrate 1006 is provided. The first inverter 111 and the second neutral point relay circuit 121 are mounted on one of the front and back surfaces of the double-sided mounting board 1006. The second inverter 112 and the first neutral point relay circuit 122 are mounted on the other surface with respect to one surface. The first control circuit 301 is also mounted on one of the front and back surfaces. A second control circuit 302 is also mounted on the other surface. Since the circuits of each system redundant in the first system and the second system are distributed to both the front and back surfaces of the double-sided mounting board, it is possible to efficiently arrange the elements so that the circuit scale is evened on both the front and back surfaces.

両面実装基板１００６の表裏両面における具体的な回路配置は、一方の面における回路配置が、図５に示された第１実装基板１００１上の回路配置と同様であり、他方の面における回路配置が、図５に示された第２実装基板１００２上の回路配置と同様である。このため、コイルの一端２１０と他端２２０に対する配線経路が簡素化された効率的な素子配置が可能であるとともに、両面実装基板１００６の表裏両面について基板設計が共通化できる。 図７は、本実施形態の別の変形例による実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。 The specific circuit layout on both the front and back surfaces of the double-sided mounting board 1006 is such that the circuit layout on one side is the same as the circuit layout on the first mounting board 1001 shown in FIG. 5, and the circuit layout on the other side is , The same as the circuit arrangement on the second mounting board 1002 shown in FIG. Therefore, efficient element arrangement with simplified wiring paths for one end 210 and the other end 220 of the coil is possible, and the board design can be standardized for both the front and back surfaces of the double-sided mounting board 1006. FIG. 7 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a mounting board according to another modification of the present embodiment.

図７に示されたハードウェア構成では、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２とに加えて第３実装基板１００７が備えられる。第３実装基板１００７は、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２の間に位置する。そして、制御回路３０１、３０２が第３実装基板１００７上に実装されるとともに、インバータ１１１、１１２および中性点リレー回路１２１、１２２は図５に示されたハードウェア構成と同様に第１実装基板１００１と第２実装基板１００２に実装される。このようなハードウェア構成により、パワー回路と制御回路とが分離されるので安全性の向上、および電源配線の簡素化が可能となる。 In the hardware configuration shown in FIG. 7, a third mounting board 1007 is provided in addition to the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. The third mounting board 1007 is located between the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. Then, the control circuits 301 and 302 are mounted on the third mounting board 1007, and the inverters 111 and 112 and the neutral point relay circuits 121 and 122 are mounted on the first mounting board as in the hardware configuration shown in FIG. It is mounted on 1001 and the second mounting board 1002. With such a hardware configuration, the power circuit and the control circuit are separated, so that safety can be improved and power supply wiring can be simplified.

（パワーステアリング装置の実施形態）



自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備える。パワーステアリング装置は、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系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ、モータおよび減速機構などから構成される。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、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し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。 (Embodiment of Power Steering Device)



Vehicles such as automobiles are generally equipped with a power steering device. The power steering device generates an auxiliary torque for assisting the steering torque of the steering system generated by the driver operating the steering handle. The auxiliary torque is generated by the auxiliary torque mechanism, and the burden on the driver's operation can be reduced. For example, the auxiliary torque mechanism includes a steering torque sensor, an ECU, a motor, a deceleration mechanism, and the like. The steering torque sensor detects the steering torque in the steering system. The ECU generates a drive signal based on the detection signal of the steering torque sensor. The motor generates an auxiliary torque according to the steering torque based on the drive signal, and transmits the auxiliary torque to the steering system via the reduction mechanism.

上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図８は、本実施形態によるパワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。 電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。 The motor drive unit 1000 of the above embodiment is suitably used for a power steering device. FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering device 2000 according to the present embodiment. The electric power steering device 2000 includes a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism 540.

ステアリング系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（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。 The steering system 520 is, for example, a steering handle 521, a steering shaft 522 (also referred to as a "steering column"), universal shaft joints 523A, 523B, and a rotary shaft 524 (also referred to as a "pinion shaft" or "input shaft"). ) Is provided.

また、ステアリング系５２０は、例えば、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（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。 Further, the steering system 520 includes, for example, a rack and pinion mechanism 525, a rack shaft 526, left and right ball joints 552A and 552B, tie rods 527A and 527B, knuckles 528A and 528B, and left and right steering wheels (for example, left and right front wheels) 529A. It is equipped with 529B.

ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。 The steering handle 521 is connected to the rotating shaft 524 via the steering shaft 522 and the universal shaft joints 523A and 523B. A rack shaft 526 is connected to the rotating shaft 524 via a rack and pinion mechanism 525. The rack and pinion mechanism 525 has a pinion 531 provided on the rotating shaft 524 and a rack 532 provided on the rack shaft 526. A right steering wheel 529A is connected to the right end of the rack shaft 526 via a ball joint 552A, a tie rod 527A, and a knuckle 528A in this order. Similar to the right side, the left steering wheel 529B is connected to the left end of the rack shaft 526 via a ball joint 552B, a tie rod 527B, and a knuckle 528B in this order. Here, the right side and the left side correspond to the right side and the left side as seen from the driver sitting in the seat, respectively.

ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。 According to the steering system 520, steering torque is generated when the driver operates the steering handle 521, and is transmitted to the left and right steering wheels 529A and 259B via the rack and pinion mechanism 525. As a result, the driver can operate the left and right steering wheels 529A and 529B.

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力供給装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。


The auxiliary torque mechanism 540 includes, for example, a steering torque sensor 541, an ECU 542, a motor 543, a speed reduction mechanism 544, and a power supply device 545. The auxiliary torque mechanism 540 applies auxiliary torque to the steering system 520 from the steering handle 521 to the left and right steering wheels 529A and 259B. The auxiliary torque is sometimes referred to as "additional torque".

ＥＣＵ５４２としては、例えば図１などに示された制御回路３０１、３０２が用いられる。また、電力供給装置５４５としては、例えば図１などに示された電力供給装置１０１、１０２が用いられる。また、モータ５４３としては、例えば図１などに示されたモータ２００が用いられる。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５が、一般的に「機電一体型モータ」と称されるユニットを構成する場合には、当該ユニットとしては、例えば図４に示されたハードウェア構成のモータ駆動ユニット１０００が好適に用いられる。図８に示された各要素のうち、ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５を除いた要素で構成された機構は、モータ５４３によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。 As the ECU 542, for example, the control circuits 301 and 302 shown in FIG. 1 and the like are used. Further, as the power supply device 545, for example, the power supply devices 101 and 102 shown in FIG. 1 and the like are used. Further, as the motor 543, for example, the motor 200 shown in FIG. 1 or the like is used. When the ECU 542, the motor 543, and the power supply device 545 form a unit generally referred to as a "mechanical-electric integrated motor", the unit is, for example, a motor drive having a hardware configuration shown in FIG. Unit 1000 is preferably used. Among the elements shown in FIG. 8, the mechanism composed of the elements excluding the ECU 542, the motor 543, and the power supply device 545 corresponds to an example of the power steering mechanism driven by the motor 543.

操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。 The steering torque sensor 541 detects the steering torque of the steering system 520 applied by the steering handle 521. The ECU 542 generates a drive signal for driving the motor 543 based on a detection signal (hereinafter, referred to as “torque signal”) from the steering torque sensor 541. The motor 543 generates an auxiliary torque according to the steering torque based on the drive signal. The auxiliary torque is transmitted to the rotating shaft 524 of the steering system 520 via the reduction mechanism 544. The reduction mechanism 544 is, for example, a worm gear mechanism. Auxiliary torque is further transmitted from the rotating shaft 524 to the rack and pinion mechanism 525.

パワーステアリング装置２０００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類される。図８には、ピニオンアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示される。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等にも適用される。 The power steering device 2000 is classified into a pinion assist type, a rack assist type, a column assist type, and the like, depending on where the auxiliary torque is applied to the steering system 520. FIG. 8 shows a pinion assist type power steering device 2000. However, the power steering device 2000 is also applied to a rack assist type, a column assist type, and the like.

ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御することができる。 Not only a torque signal but also, for example, a vehicle speed signal can be input to the ECU 542. The microcontroller of the ECU 542 can vector-control the motor 543 based on a torque signal, a vehicle speed signal, or the like.

ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサ（図１参照）によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。 The ECU 542 sets the target current value at least based on the torque signal. It is preferable that the ECU 542 sets the target current value in consideration of the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor and further in consideration of the rotation signal of the rotor detected by the angle sensor. The ECU 542 can control the drive signal of the motor 543, that is, the drive current so that the actual current value detected by the current sensor (see FIG. 1) matches the target current value.

パワーステアリング装置２０００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、上述した機電一体型モータに、上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００が利用されることにより、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる。この結果、正常時および異常時のいずれにおいてもパワーステアリング装置におけるパワーアシストが継続される。 According to the power steering device 2000, the left and right steering wheels 529A and 529B can be operated by the rack shaft 526 by utilizing the combined torque obtained by adding the auxiliary torque of the motor 543 to the steering torque of the driver. In particular, by using the motor drive unit 1000 of the above-described embodiment for the above-mentioned mechanical / electrical integrated motor, appropriate current control can be performed in both normal and abnormal times. As a result, the power assist in the power steering device is continued in both the normal state and the abnormal time.

Claims (8)

電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有する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、



前記巻線の一端に接続される第１インバータと、



前記一端に対する他端に接続される第２インバータと、



前記第１インバータと並列で前記巻線の前記一端に接続され、かつ、前記一端同士の接続・非接続を切替える第１中性点リレー回路と、



前記第２インバータと並列で前記巻線の前記他端に接続され、かつ、前記他端同士の接続・非接続を切替える第２中性点リレー回路と、



前記第１インバータおよび前記第２中性点リレー回路を制御する第１制御回路と、



前記第２インバータおよび前記第１中性点リレー回路を制御する第２制御回路と、



を備える電力変換装置。A power conversion device that converts power from a power source into power supplied to a motor having n-phase (n is an integer of 3 or more) windings.



The first inverter connected to one end of the winding



A second inverter connected to the other end with respect to the other end,



A first neutral point relay circuit that is connected to the one end of the winding in parallel with the first inverter and that switches between connection and non-connection between the ends.



A second neutral point relay circuit that is connected to the other end of the winding in parallel with the second inverter and that switches between connection and non-connection between the other ends.



A first control circuit that controls the first inverter and the second neutral point relay circuit, and



A second control circuit that controls the second inverter and the first neutral point relay circuit, and



A power converter equipped with. 前記電源は、それぞれ独立した第１電源と第２電源を備え、



前記第１制御回路および前記第１インバータは、前記第１電源から電力を供給され、



前記第２制御回路および前記第２インバータは、前記第２電源から電力を供給される請求項１に記載の電力変換装置。The power supply has an independent first power supply and a second power supply, respectively.



The first control circuit and the first inverter are supplied with electric power from the first power source.



The power conversion device according to claim 1, wherein the second control circuit and the second inverter are supplied with power from the second power source. 前記第１インバータおよび前記第２中性点リレー回路が実装された第１実装基板と、



前記第２インバータおよび前記第１中性点リレー回路が実装された、前記第１実装基板とは別の第２実装基板とを備える請求項１または２に記載の電力変換装置。The first mounting board on which the first inverter and the second neutral point relay circuit are mounted, and



The power conversion device according to claim 1 or 2, further comprising a second mounting board different from the first mounting board on which the second inverter and the first neutral point relay circuit are mounted. 表裏両面のうち一方の面に前記第１インバータおよび前記第２中性点リレー回路が実装され、前記一方の面に対する他方の面に前記第２インバータおよび前記第１中性点リレー回路が実装された両面実装基板を備える請求項１または２に記載の電力変換装置。 The first inverter and the second neutral point relay circuit are mounted on one of the front and back surfaces, and the second inverter and the first neutral point relay circuit are mounted on the other side with respect to the one side. The power conversion device according to claim 1 or 2, further comprising a double-sided mounting board. 前記第１インバータは、前記第１制御回路の失陥時には、前記電源からの電力に対し遮断状態となり、



前記第２インバータは、前記第２制御回路の失陥時には、前記電源からの電力に対し遮断状態となる請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。When the first control circuit fails, the first inverter is cut off from the power from the power source.



The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second inverter is cut off from the power from the power source when the second control circuit fails. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、



前記電力変換装置に接続され、前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、



を備える駆動装置。The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.



A motor connected to the power converter and supplied with the power converted by the power converter.



A drive device equipped with. 前記電力変換装置は、前記第１インバータおよび前記第２中性点リレー回路が実装された第１実装基板と、前記第２インバータおよび前記第１中性点リレー回路が実装された、前記第１実装基板とは別の第２実装基板とを備え、



前記モータは、前記巻線の前記一端と前記他端との双方が、前記第１実装基板および前記第２実装基板の一方に接続されると共に、前記双方が前記一方を貫通して他方に接続される請求項６に記載の駆動装置。The power conversion device includes the first mounting board on which the first inverter and the second neutral point relay circuit are mounted, and the first mounting board on which the second inverter and the first neutral point relay circuit are mounted. It is equipped with a second mounting board that is different from the mounting board.



In the motor, both one end and the other end of the winding are connected to one of the first mounting board and the second mounting board, and both of them penetrate the one and connect to the other. The driving device according to claim 6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置と、



前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、



前記モータにより駆動されるパワーステアリング機構と、



を備えるパワーステアリング装置。The power conversion device according to any one of claims 1 to 5.



A motor to which the electric power converted by the electric power converter is supplied, and



The power steering mechanism driven by the motor and



Power steering device equipped with.
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