WO2019159836A1 - 電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置 - Google Patents

電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置 Download PDF

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WO2019159836A1
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inverter
power
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motor
control
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PCT/JP2019/004597
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弘光 大橋
香織 鍋師
北村　高志
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日本電産株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
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    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, a drive device, and a power steering device.
  • an inverter drive system that converts electric power of a motor by two inverters is known.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device having two inverter units.
  • a failure of a switching element is detected by a failure detection means.
  • the on / off operation control of the switching element is switched from normal time control to failure time control to drive the rotating electric machine in order to continue driving the rotating electric machine (motor).
  • the present invention provides a power conversion device, a drive device, and a power steering device that can continue power supply with the other inverter even when control or operation on one side of the two inverters becomes impossible.
  • the purpose is to do.
  • One aspect of a power conversion device is a method in which power from a power source is supplied to power supplied to a motor having windings of respective phases each having a first winding portion and a second winding portion connected in series.
  • a power conversion device for converting, a first inverter that applies a driving voltage to one end of the first winding portion, a second inverter that applies a driving voltage to one end of the second winding portion, and the first
  • a neutral point switch for switching connection / disconnection of windings of each phase.
  • an aspect of the drive device includes the power conversion device and a motor to which power converted by the power conversion device is supplied. *
  • An aspect of the power steering apparatus includes the power conversion apparatus, a motor to which power converted by the power conversion apparatus is supplied, and a power steering mechanism driven by the motor.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a block configuration of a motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing current values flowing in the coils of the respective phases of the motor in a normal state.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration of the motor drive unit.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration of a motor drive unit according to a modification of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a modified example having a different circuit structure.
  • FIG. 7 is a diagram showing another modification example having a different circuit structure.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a block configuration of a motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing current values flowing in the coils of
  • FIG. 8 is a diagram showing a modification in which a neutral point switch is employed as the neutral point mechanism.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a modified example in which the configuration of the control circuit is different.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a hardware configuration of the motor drive unit according to the modification shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating the configuration of the power steering apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a block configuration of the motor drive unit 1000 according to the present embodiment.
  • the motor drive unit 1000 includes power supply apparatuses 101 and 102, a motor 200, and control circuits 301 and 302. *
  • a motor driving unit 1000 including a 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.
  • the motor drive unit 1000 may be a device for driving the motor 200, in which the motor 200 is omitted as a component.
  • the motor drive unit 1000 from which the motor 200 is omitted corresponds to an example of the power conversion device of the present invention.
  • the first power supply apparatus 101 includes a first inverter 111, a current sensor 401, and a voltage sensor 411.
  • the second power supply apparatus 102 includes a second inverter 112, a current sensor 402, and a voltage sensor 412. *
  • the motor drive unit 1000 can convert the power from the power source (reference numerals 403 and 404 in FIG. 2) to the power to be supplied to the motor 200 by the two power supply devices 101 and 102.
  • the first and second inverters 111 and 112 can convert DC power into three-phase AC power that is a pseudo sine wave of U phase, V phase, and W phase.
  • 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.
  • Each phase coil has a first coil part 201 and a second coil part 202 connected in series with each other.
  • the first coil unit 201 and the second coil unit 202 may be two of three or more coil units. *
  • the first inverter 111 applies a driving voltage to one end of the first coil unit 201
  • the second inverter 112 applies a driving voltage to one end of the second coil unit 202.
  • the other ends of the first coil unit 201 and the second coil unit 202 are connected to each other, and the coils of each phase are connected to each other by the bus bar 120 at the connection point between the first coil unit 201 and the second coil unit 202.
  • “connection” between components (components) means electrical connection unless otherwise specified.
  • the bus bar 120 corresponds to an example of a neutral point mechanism in which coils of each phase are connected at any point from the other end of the first coil unit 201 to the other end of the second coil unit 202. *
  • the control circuits 301 and 302 include microcontrollers 341 and 342, as will be described in detail later.
  • the control circuits 301 and 302 control the drive voltages of the first inverter 111 and the second inverter 112 based on input signals from the current sensors 401 and 402 and the angle sensors 321 and 322. Specific drive voltages will be described later.
  • a control method of the inverters 111 and 112 by the control circuits 301 and 302 for example, a control method selected from vector control and direct torque control (DTC) is used.
  • DTC direct torque control
  • a specific circuit configuration of the motor drive unit 1000 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the motor drive unit 1000 according to the present embodiment. *
  • the motor drive unit 1000 is connected to a power source.
  • Each power source includes a first power source 403 and a second power source 404 that are independent of each other.
  • the power supplies 403 and 404 generate a predetermined power supply voltage (for example, 12V).
  • a DC power supply is used as the power supplies 403 and 404.
  • the power supplies 403 and 404 may be AC-DC converters, DC-DC converters, or batteries (storage batteries).
  • the first power supply 403 for the first inverter 111 and the second power supply 404 for the second inverter 112 are shown as an example, but the motor drive unit 1000 is common to the first inverter 111 and the second inverter 112. May be connected to a single power source.
  • the motor drive unit 1000 may include a power source therein.
  • the motor drive unit 1000 includes a first inverter 111, a second inverter 112, a motor 200, and control circuits 301 and 302. *
  • the motor drive unit 1000 includes a first system corresponding to the first coil unit 201 side of the motor 200 and a second system corresponding to the second coil unit 202 side of the motor 200.
  • the first system includes a first inverter 111 and a first control circuit 301.
  • the second system includes a second inverter 112 and a second control circuit 302.
  • the first system inverter 111 and the control circuit 301 are supplied with power from the first power supply 403.
  • the second system inverter 112 and the control circuit 302 are supplied with 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, as described later, even when the power supply in one system is abnormal, the power supply is continued by the other system. *
  • the first inverter 111 includes a bridge circuit having three legs. Each leg includes a high-side switch element connected between the power source and the first coil part 201 of the motor 200 and a low-side switch element connected between the first coil part 201 of 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 includes a high-side switch element 115H and a low-side switch element 115L.
  • the switch element for example, a field effect transistor (MOSFET or the like) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT or the like) is used. When the switch element is an IGBT, a diode (freewheel) is connected in antiparallel with the switch element.
  • MOSFET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the first inverter 111 includes, for example, shunt resistors 113R, 114R, and 115R as current sensors 401 (see FIG. 1) for detecting currents flowing through 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 a current flowing through each shunt resistor.
  • the shunt resistor can be connected between the low-side switch elements 113L, 114L, and 115L and the ground.
  • the resistance value of the shunt resistor is, for example, about 0.5 m ⁇ to 1.0 m ⁇ . *
  • the number of shunt resistors may be other than three.
  • two shunt resistors 113R and 114R for U phase and V phase, two shunt resistors 114R and 115R for V phase and W phase, or two shunt resistors 113R and 115R for U phase and W phase are used. May be.
  • the number of shunt resistors to be used and the arrangement of the shunt resistors are appropriately determined in consideration of the product cost and design specifications. *
  • the second inverter 112 includes a bridge circuit having three legs. Each leg of the second inverter 112 includes a high-side switch element connected between the power supply and the second coil part 202 of the motor 200 and a low-side switch connected between the second coil part 202 of the motor 200 and the ground.
  • the device is provided.
  • 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.
  • the second inverter 112 includes, for example, shunt resistors 116R, 117R, and 118R.
  • the control circuits 301 and 302 include, for example, power supply circuits 311 and 312, angle sensors 321 and 322, input circuits 331 and 332, microcontrollers 341 and 342, drive circuits 351 and 352, and ROMs 361 and 362. .
  • the control circuits 301 and 302 are connected to the power supply apparatuses 101 and 102.
  • the control circuits 301 and 302 control the first inverter 111 and the second inverter 112. *
  • the control circuits 301 and 302 can realize closed-loop control by controlling the target rotor position (rotation angle), rotation speed, current, and the like.
  • the rotation speed is obtained, for example, by differentiating the rotation angle (rad) with time, and is represented by the number of rotations (rpm) at which the rotor rotates per 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 include 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.
  • the two control circuits 301 and 302 synchronize their control operations 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) necessary for the respective blocks in the control circuits 301 and 302. *
  • the angle sensors 321 and 322 are, for example, resolvers or Hall ICs.
  • 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.
  • the angle sensors 321 and 322 may be omitted. *
  • the voltage sensors 411 and 412 detect the voltage between the phases of the coils of the motor 200 at the connection points between the inverters 111 and 112 and the first coil unit 201 and the second coil unit 202, and the detected voltage value is the input circuit 331. 332. *
  • the input circuits 331 and 332 receive motor current values detected by the current sensors 401 and 402 (hereinafter referred to as “actual current values”) and voltage values detected by the voltage sensors 411 and 412.
  • the input circuits 331 and 332 convert the actual current value and voltage value level to the input levels of the microcontrollers 341 and 342 as necessary, and output the actual current value and voltage value to the microcontrollers 341 and 342, respectively.
  • the input circuits 331 and 332 are analog-digital conversion circuits. *
  • the microcontrollers 341 and 342 receive the rotor rotation signals detected by the angle sensors 321 and 322 and also receive the actual current value and voltage value output from the input circuits 331 and 332.
  • the microcontrollers 341 and 342 generate a PWM signal by setting a target current value according to the actual current value and the rotation signal of the rotor, and output the generated PWM signal to the drive circuits 351 and 352.
  • the microcontrollers 341 and 342 generate PWM signals for controlling the switching operation (turn-on or turn-off) of each switch element in the inverters 111 and 112 of the power supply apparatuses 101 and 102.
  • microcontrollers 341 and 342 can determine a control method for controlling the first inverter 111 and the second inverter 112 based on the received current value and voltage value.
  • the drive circuits 351 and 352 are typically 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 inverter 111 and the second inverter 112 according to the PWM signal, and generate the generated control signal for each switch element.
  • 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. *
  • 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 command group for causing the microcontrollers 341 and 342 to control the power supply apparatuses 101 and 102 (mainly inverters 111 and 112).
  • the control program is temporarily expanded in a RAM (not shown) at the time of booting.
  • Control of the inverters 111 and 112 by the control circuits 301 and 302 includes normal and abnormal control.
  • a specific example of the operation of the motor drive unit 1000 will be described, and a specific example of the operation of the inverters 111 and 112 will be mainly described. (Control during normal operation)
  • control circuits 301 and 302 drive the motor 200 by performing three-phase energization control using both the first inverter 111 and the second inverter 112. Specifically, the control circuits 301 and 302 perform three-phase energization control by switching control of the switch element of the first inverter 111 and the switch element of the second inverter 112.
  • control circuits 301 and 302 use the drive voltages of the first inverter 111 and the second inverter 112 to determine the potential of the coils of each phase at the location where the coils of each phase of the motor 200 are connected to the bus bar 120. Are controlled to drive voltages having the same potential.
  • control circuits 301 and 302 can obtain a desired drive voltage for each of the high-side switch elements 113H and 116H. Switching control with duty.
  • the control circuits 301 and 302 connect the high side switch elements 113H and 116H to both ends of the coils of each phase.
  • switching control is performed with a duty at which drive voltages of 2 V and 10 V can be obtained.
  • the potential difference between both ends of the coil changes according to the change in the value of the current flowing through the coil, the potential of the coil of each phase at the location connected to the bus bar 120 is kept at a common potential between the phases.
  • the common potential may change with time.
  • FIG. 3 is a diagram showing current values flowing in the coils of the respective phases of the motor 200 in a normal state.
  • FIG. 3 plots the current values flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the motor 200 when the first inverter 111 and the second inverter 112 are controlled according to the normal three-phase energization control.
  • the resulting current waveform (sine wave) is illustrated.
  • the horizontal axis in FIG. 3 represents the motor electrical angle (deg), and the vertical axis represents the current value (A).
  • Ipk represents the maximum current value (peak current value) of each phase.
  • the power supply devices 101 and 102 can drive the motor 200 using, for example, a rectangular wave in addition to the sine wave illustrated in FIG.
  • Table 1 shows the value of current flowing through the terminals of each inverter for each electrical angle in the sine wave of FIG.
  • Table 1 specifically shows the current value at every electrical angle of 30 ° flowing through the connection point between the first inverter 111 and the first coil portion 201 of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils.
  • Table 1 shows current values for every electrical angle of 30 ° flowing through the connection points between the second inverter 112 and the second coil portions 202 of the U-phase, V-phase, and W-phase coils.
  • the direction of current flowing from the first coil unit 201 side of the motor 200 to the second coil unit 202 side is defined as a positive direction.
  • the direction of current flowing from the second coil portion 202 side of the motor 200 to the first coil portion 201 side 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 °.
  • the magnitude of the current value I 1 is [(3) 1/2 / 2] * I pk
  • the magnitude of the current value I 2 is I pk / 2.
  • the current of the U-phase coil is “0”.
  • a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the V-phase coil, and a magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 flows through the W-phase coil. 1 current flows.
  • the coils of the U-phase current of magnitude I 2 flows through the second inverter 112 from the first inverter 111, the coil of the V phase magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 pk of current flows, the coil of the W-phase current having a magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112.
  • a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 through the U-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the V-phase coil. 1 current flows.
  • the current of the W-phase coil is “0”.
  • a current of magnitude I pk flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 through the U-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the V-phase coil.
  • second current flows to the coil of the W-phase current having a magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111.
  • a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 through the U-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the W-phase coil. 1 current flows.
  • the current of the V-phase coil is “0”.
  • the coils of the U-phase current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112, the coil of the V phase magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 2 current flows, and a current of magnitude I pk flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 in the W-phase coil.
  • the current of the U-phase coil is “0”.
  • a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 through the V-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the W-phase coil. 1 current flows.
  • a current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the U-phase coil, and a magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 flows through the V-phase coil.
  • pk of current flows, the coil of the W-phase current having a magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111.
  • a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the U-phase coil, and a magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 flows through the V-phase coil. 1 current flows.
  • the current of the W-phase coil is “0”.
  • a current of magnitude I pk flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the U-phase coil, and a magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 flows through the V-phase coil. 2 flows, and a current of magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil.
  • a current of magnitude I 1 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the U-phase coil, and a magnitude I from the first inverter 111 to the second inverter 112 flows through the W-phase coil. 1 current flows.
  • the current of the V-phase coil is “0”.
  • a current of magnitude I 2 flows from the second inverter 112 to the first inverter 111 through the U-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the V-phase coil. 2 current flows, and a current of magnitude I pk flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 in the W-phase coil.
  • the sum of the currents flowing through the three-phase coils in consideration of the current direction is “0” for each electrical angle.
  • the control circuits 301 and 302 can also perform control such that the sum of currents is a value other than “0”. (Control at the time of abnormality)
  • the specific example of the control method of the 1st inverter 111 and the 2nd inverter 112 at the time of abnormality is demonstrated. *
  • 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 abnormality is roughly classified into an abnormality of the first system and an abnormality of the second system.
  • As abnormality of each system there are abnormality due to the failure of the inverters 111 and 112 and abnormality of the upstream part including the power supplies 403 and 404 and the control circuits 301 and 302. *
  • “Abnormality in upstream part” means that only the power supply 403, 404 is abnormal, only the control circuit 301, 302 is abnormal, both the power supply 403, 404 and the control circuit 301, 302 are abnormal, and the power supply 403, 404 is abnormal.
  • the circuits 301 and 302 also include various abnormal states such as a state where the operation is stopped. Further, the failure of the inverters 111 and 112 includes disconnection, short circuit, switch element failure, and the like in the inverter circuit. *
  • control circuits 301 and 302 (mainly microcontrollers 341 and 342) analyze voltage values detected by voltage sensors 411 and 412 and actual current values detected by current sensors 401 and 402. Thus, an abnormality is detected in the partner system with respect to the system to which the self belongs.
  • the control circuits 301 and 302 can check the behavior of the counterpart inverters 111 and 112 via the voltage sensors 411 and 412 and the current sensors 401 and 402 under their control.
  • the voltage at the connection point between the inverters 111 and 112 under the control of the motor 200 and the motor 200 is not only the behavior of the inverters 111 and 112 on the own side but also the behavior of the inverters 111 and 112 on the other side. Affected.
  • the current flowing from the lower arm of the inverters 111 and 112 under its control to the ground is influenced not only by the behavior of the inverters 111 and 112 on the own side but also by the behavior of the inverters 111 and 112 on the other side.
  • the voltage sensors 411 and 412 detect the voltage affected as described above at the connection point, and the current sensors 401 and 402 detect the current affected as described above by the shunt resistors 113R,. To do. *
  • the microcontrollers 341 and 342 can also detect an abnormality by analyzing a difference between the actual current value of the motor and the target current value.
  • the control circuits 301 and 302 are not limited to these methods, and widely known methods relating to abnormality detection can be used. *
  • Control circuit 301 When 302 detects an abnormality in the microcontrollers 341 and 342, the control of the inverters 111 and 112 is switched from normal control to abnormal control.
  • the timing for switching control from normal to abnormal is about 10 msec to 30 msec after the abnormality is detected.
  • the control circuits 301 and 302 perform drive control using the bus bar 120 as a neutral point using only the inverters 111 and 112 on its own side in the event of an abnormality. For example, when the first control circuit 301 detects an abnormality, the first control circuit 301 energizes the first coil unit 201 of the coil of the motor 200 by controlling the first inverter 111 in three phases. *
  • the bus bar 120 connects the coils of each phase even when it is normal, and it is not necessary to change the connection between the coils even when shifting to the abnormal time.
  • the first control circuit 301 detects an abnormality, it means that an abnormality has occurred in the second system.
  • the second system abnormality is an upstream abnormality
  • the second inverter 112 is inoperable or uncontrollable. Even in such a case, since the bus bar 120 can be used as a neutral point, the power supply to the motor 200 is continued by the inverter 111 on the first system side.
  • the second control circuit 302 When the second control circuit 302 detects an abnormality, the second control circuit 302 energizes the second coil portion 202 of the coil of the motor 200 by controlling the second inverter 112 in three phases. *
  • the second control circuit 302 detects an abnormality, it means that an abnormality has occurred in the first system.
  • the abnormality in the first system is an abnormality in the drive system
  • the first inverter 111 is inoperable or uncontrollable. Even in such a case, since the bus bar 120 can be used as a neutral point, the power supply to the motor 200 is continued by the inverter 112 on the second system side.
  • each switch included in the first inverter 111 is a switch that is automatically turned off when the control by the first control circuit 301 fails
  • each switch included in the second inverter 112 is The switch is automatically turned off when the control by the second control circuit 302 fails.
  • control circuits 301 and 302 are configured to perform switching operations in the switching elements of the inverters 111 and 112, for example, by PWM control that can obtain a waveform similar to the current waveform shown in FIG. To control. *
  • Table 2 shows the value of the current flowing through the terminals of the second inverter 112 when the second inverter 112 is controlled by, for example, the three-phase energization control so that a waveform similar to the current waveform shown in FIG. It is illustrated in Table 2 specifically shows the current value at every electrical angle of 30 ° that flows to the connection point between the second inverter 112 and the second coil portion 202 of each of the U phase, V phase, and W phase. The definition of the current direction is as described above. *
  • 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 of the current from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows in the V-phase coil.
  • the current flow I pk the coil of the W-phase current having a magnitude I 2 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112.
  • a current of magnitude I 1 flows from the first inverter 111 to the second inverter 112 through the U-phase coil, and a magnitude I from the second inverter 112 to the first inverter 111 flows through the V-phase coil. 1 current flows.
  • the current of the W-phase coil is “0”. The sum of the current flowing into the neutral point and the current flowing out of the neutral point is always “0” for each electrical angle.
  • the motor current flowing through the motor 200 during normal and abnormal control is the same for each electrical angle. However, since an electric current flows through only one of the first coil unit 201 and the second coil unit 202 at the time of abnormality, the motor torque at the time of abnormality is smaller than the motor torque at the time of normality.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a hardware configuration of the motor drive unit 1000.
  • the motor drive unit 1000 includes the motor 200, the first mounting board 1001, the second mounting board 1002, the housing 1003, and the connectors 1004 and 1005 described above as hardware configurations. *
  • one end 210 of the first coil unit 201 and one end 220 of the second coil unit 202 protrude and extend toward the mounting substrates 1001 and 1002.
  • Both one end 210 of the first coil unit 201 and one end 220 of the second coil unit 202 are connected to one of the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002, and the one end 210 of the first coil unit 201 and Both the one end 220 of the second coil part 202 penetrates the one of the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002 and is connected to the other.
  • both one end 210 of the first coil unit 201 and one end 220 of the second coil unit 202 are connected to the second mounting substrate 1002, for example.
  • both one end 210 of the first coil unit 201 and one end 220 of the second coil unit 202 penetrate the second mounting substrate 1002 and are connected to the first mounting substrate 1001.
  • the bus bar 120 may be provided inside the motor 200 or may be provided on the output side (lower side in FIG. 4) of the motor 200.
  • the neutral point mechanism is the bus bar 120, the degree of freedom of arrangement of the neutral point mechanism is high, and thus the degree of freedom of design of the drive device is high.
  • the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002 face each other.
  • the rotation axis of the motor 200 extends in the direction in which the substrate surfaces face each other.
  • the first mounting substrate 1001, the second mounting substrate 1002, and the motor 200 are housed in the housing 1003 so that their positions are fixed. *
  • a connector 1004 to which a power cord from the first power supply 403 is connected is attached to the first mounting board 1001.
  • a connector 1005 to which a power cord from the second power supply 404 is connected is attached to the second mounting board 1002.
  • a first inverter 111 is mounted on the first mounting board 1001, and a second inverter 112 is mounted on the second mounting board 1002.
  • the wiring of the inverters 111 and 112 to the one end 210 of the first coil unit 201 and the one end 220 of the second coil unit 202 is simplified and the element is efficient. Placement is possible.
  • a first control circuit 301 is also mounted on the first mounting substrate 1001.
  • a second control circuit 302 is also mounted on the second mounting substrate 1002. Since the control circuits 301 and 302 are mounted on the same mounting board as the elements to be controlled by the control circuits 301 and 302, the wiring for control fits in the board. Therefore, efficient element arrangement is possible. *
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a hardware configuration of a motor drive unit 1000 according to a modification of the present embodiment. *
  • the modification shown in FIG. 5 is an example of a neutral point mechanism in which coils of each phase are connected at any point from the other end 230 of the first coil unit 201 to the other end 240 of the second coil unit 202.
  • a neutral point circuit 125 provided on the substrate.
  • the neutral point circuit 125 is formed on the second mounting substrate 1002 with a wiring pattern.
  • the neutral point circuit 125 may be formed on the first mounting substrate 1001 or may be formed on a substrate different from the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002. If the neutral point mechanism is a neutral point circuit on the substrate, the neutral point mechanism is formed outside the motor 200, so the motor 200 can be reduced in size.
  • the neutral point mechanism is a neutral point circuit on the substrate
  • the first end 210 of the first coil unit 201 and the one end 220 of the second coil unit 202 are connected to the mounting substrates 1001 and 1002 in the same manner as the first point circuit. Since the other end 230 of the coil unit 201 and the other end 240 of the second coil unit 202 are connected to the neutral point circuit 125, the assembly process is facilitated.
  • the neutral point mechanism may have a structure other than the bus bar and the neutral point circuit. As long as it is connected as a neutral point mechanism, for example, a structure in which coil lead wires are welded to each other may be used.
  • FIG. 6 is a diagram showing a modified example having a different circuit structure. *
  • a first open relay 131 is provided between one end of the first coil unit 201 and the first inverter 111, and the first open relay 131 is provided between one end of the second coil unit 202 and the second inverter 112.
  • Two open relays 132 are provided.
  • the first open relay 131 switches connection / disconnection between one end of the first coil unit 201 and the first inverter 111.
  • the second open relay 132 switches connection / disconnection between the one end of the second coil unit 202 and the second inverter 112.
  • the first control circuit 301 controls the first inverter 111 and the first open relay 131
  • the second control circuit 302 controls the second inverter 112 and the second open relay 132.
  • the open relays 131 and 132 are automatically turned off when the control signal is stopped.
  • the inverters 111 and 112 of the system in which an abnormality has occurred are disconnected from the motor 200.
  • power loss is suppressed.
  • the control of the inverters 111 and 112 and the open relays 131 and 132 is shared by the two control circuits 301 and 302, even if an abnormality occurs in one of the control circuits 301 and 302, the other control circuit
  • the power supply can be continued by 301 and 302.
  • FIG. 7 is a diagram showing another modified example having a different circuit structure. *
  • two bus bars 121 and 122 are used as a neutral point mechanism in which coils of each phase are connected at any point from the other end of the first coil unit 201 to the other end of the second coil unit 202.
  • the first bus bar 121 connects the other ends of the respective phases of the first coil unit 201.
  • the second bus bar 122 connects the other ends of the respective phases of the second coil unit 202.
  • Intermediate open relays 133 and 134 for switching connection / disconnection between the other end of the first coil unit 201 and the other end of the second coil unit 202 are provided between the first bus bar 121 and the second bus bar 122. It is done.
  • the number of intermediate open relays may be one, but in the modification shown in FIG. 7, the first intermediate open relay 133 on the first inverter 111 side and the second intermediate inverter 112 side are connected in series as the intermediate open relay. Two intermediate open relays 134 are provided. *
  • the first control circuit 301 controls the first inverter 111 and the first intermediate open relay 133
  • the second control circuit 302 includes the second inverter 112 and the second intermediate open relay 134.
  • the control of the inverters 111 and 112 and the intermediate open relays 133 and 134 is shared by the two control circuits 301 and 302, so that even if an abnormality occurs in one of the control circuits 301 and 302, the other control circuit 301 , 302 makes it possible to continue power supply.
  • FIG. 8 is a view showing a modified example in which a neutral point switch is adopted as the neutral point mechanism.
  • a neutral point switch 127 including three switch elements is provided as a point switch.
  • Such a neutral point switch 127 is opened during the above-described normal state to disconnect the motor coils, and is closed during the abnormal state described above to connect the motor coils. For this reason, at the time of normality, even when the electric potentials of the coils of the motor 200 are different, current leakage between the coils is prevented, and the degree of freedom of control is high.
  • the motor 200 can function continuously in the same way as the neutral point connection described above, and the motor 200 can be continuously driven by the normal one of the first system and the second system.
  • the other end of the first coil unit 201 and the other end of the second coil unit 202 are connected to each other by a conducting wire. For this reason, the other end of the first coil unit 201 and the other end of the second coil unit 202 are always conducted in the same phase. Therefore, the separation switch for separating the first coil unit 201 and the second coil unit 202 is omitted, and the circuit configuration is simple. *
  • the neutral point switch 127 receives control signals from both of the two control circuits 301 and 302, and the neutral point switch 127 can be controlled by only one of these control signals. That is, the neutral point switch 127 can be controlled by each of the first control circuit 301 and the second control circuit 302. By such control, even when one of the two control circuits 301 and 302 fails, the neutral point switch 127 can be controlled.
  • FIG. 9 shows a modification in which the configuration of the control circuit is different. *
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a hardware configuration of the motor drive unit 1000 according to the modification shown in FIG. *
  • the neutral point switch 127 is provided on the second mounting substrate 1002, and a third control circuit 303 that controls the neutral point switch 127 is also provided on the second mounting substrate 1002.
  • the neutral point switch 127 may be formed on the first mounting substrate 1001 or may be formed on a substrate different from the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002. Further, it is preferable that the neutral point switch 127 and the third control circuit 303 are provided on the same mounting substrate because the wiring is simplified, but they may be provided on different substrates. (Embodiment of power steering device)
  • a vehicle such as an automobile generally includes a power steering device.
  • the power steering device generates an auxiliary torque for assisting a steering torque of a steering system that is generated when a driver operates a steering wheel.
  • the auxiliary torque is generated by the auxiliary torque mechanism, and the burden on the operation of the driver can be reduced.
  • the auxiliary torque mechanism includes a steering torque sensor, an ECU, a motor, a speed reduction mechanism, and the like.
  • the steering torque sensor detects 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 auxiliary torque corresponding to the steering torque based on the drive signal, and transmits the auxiliary torque to the steering system via the speed reduction mechanism.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering apparatus 2000 according to the present embodiment.
  • the electric power steering device 2000 includes a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism 540. *
  • the steering system 520 is also referred to as, for example, a steering handle 521, a steering shaft 522 (also referred to as “steering column”), universal joints 523A, 523B, and a rotating shaft 524 (“pinion shaft” or “input shaft”). Provided.) *
  • 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, knuckle 528A and 528B, and left and right steering wheels (for example, left and right front wheels) 529A, 529B.
  • a rack and pinion mechanism 525 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, knuckle 528A and 528B, and left and right steering wheels (for example, left and right front wheels) 529A, 529B.
  • the steering handle 521 is connected to the rotating shaft 524 via a steering shaft 522 and universal shaft joints 523A and 523B.
  • a rack shaft 526 is connected to the rotation shaft 524 via a rack and pinion mechanism 525.
  • the rack and pinion mechanism 525 includes a pinion 531 provided on the rotation shaft 524 and a rack 532 provided on the rack shaft 526.
  • the right steering wheel 529A is connected to the right end of the rack shaft 526 through a ball joint 552A, a tie rod 527A, and a knuckle 528A in this order.
  • 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.
  • the right side and the left side correspond to the right side and the left side as viewed from the driver sitting on the seat, respectively.
  • a steering torque is generated by the driver operating the steering handle 521, and is transmitted to the left and right steering wheels 529A and 529B via the rack and pinion mechanism 525. Accordingly, the driver can operate the left and right steering wheels 529A and 529B.
  • 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 gives auxiliary torque to the steering system 520 from the steering handle 521 to the left and right steering wheels 529A and 529B.
  • the auxiliary torque may be referred to as “additional torque”. *
  • the ECU 542 for example, control circuits 301 and 302 shown in FIG.
  • the power supply device 545 for example, the power supply devices 101 and 102 shown in FIG.
  • the motor 543 for example, the motor 200 shown in FIG.
  • the motor 543, and the power supply device 545 constitute a unit generally referred to as a “mechanical and integrated motor”, the unit has, for example, the hardware configuration shown in FIGS.
  • a motor drive unit 1000 is preferably used.
  • the mechanism constituted by elements excluding the ECU 542, the motor 543, and the power supply device 545 corresponds to an example of a power steering mechanism driven by the motor 543. *
  • 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 from the steering torque sensor 541 (hereinafter referred to as “torque signal”).
  • the motor 543 generates an auxiliary torque corresponding 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 speed reduction mechanism 544.
  • the speed reduction mechanism 544 is, for example, a worm gear mechanism.
  • the auxiliary torque is further transmitted from the rotating shaft 524 to the rack and pinion mechanism 525. *
  • 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 a place where an assist torque is applied to the steering system 520.
  • FIG. 11 shows a pinion assist type power steering apparatus 2000.
  • the power steering device 2000 is also applied to a rack assist type, a column assist type, and the like. *
  • the ECU 542 can receive not only a torque signal but also a vehicle speed signal, for example.
  • the microcontroller of the ECU 542 can perform vector control or PWM control of the motor 543 based on a torque signal, a vehicle speed signal, or the like.
  • the ECU 542 sets a target current value based on at least the torque signal.
  • the ECU 542 preferably sets the target current value in consideration of the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor and the rotor rotation signal 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.
  • the left and right steering wheels 529A and 529B can be operated by the rack shaft 526 using the combined torque obtained by adding the assist torque of the motor 543 to the steering torque of the driver.
  • the motor drive unit 1000 of the above-described embodiment for the above-described electromechanical integrated motor appropriate current control can be performed at both normal and abnormal times.
  • the power assist in the power steering device is continued both in the normal time and in the abnormal time.
  • a power steering device may be mentioned, but the usage method of the power conversion device and the drive device of the present invention is not limited to the above, and a pump, a compressor It can be used widely.

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Abstract

電力変換装置の一態様は、直列接続される第１巻線部分と第２巻線部分とを有する各相の巻線を備えたモータに供給される電力に電源からの電力を変換する電力変換装置であって、上記第１巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第１インバータと、上記第２巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第２インバータと、上記第１インバータを制御する第１制御部と、上記第２インバータを制御する第２制御部と、上記第１巻線部分の他端から上記第２巻線部分の他端に至るいずれかの箇所で上記各相の巻線同士の接続・非接続を切替える中性点スイッチと、を備える。

Description

電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置
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。
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。　
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。
特開２０１４－１９２９５０号公報
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、駆動系における故障などによって２つのインバータの一方側について制御あるいは動作が不能となった場合に、もう一方側で電力供給を継続することができる装置が望まれる。　
そこで本発明は、２つのインバータの一方側について制御あるいは動作が不能となった場合であっても他方のインバータで電力供給を継続す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。
本発明に係る電力変換装置の一態様は、直列接続される第１巻線部分と第２巻線部分とを有する各相の巻線を備えたモータに供給される電力に電源からの電力を変換する電力変換装置であって、上記第１巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第１インバータと、上記第２巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第２インバータと、上記第１インバータを制御する第１制御部と、上記第２インバータを制御する第２制御部と、上記第１巻線部分の他端から上記第２巻線部分の他端に至るいずれかの箇所で上記各相の巻線同士の接続・非接続を切替える中性点スイッチと、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。　
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。
本発明によれば、２つのインバータの一方側について制御あるいは動作が不能となった場合であっても他方のインバータで電力供給を継続することが可能である。
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。 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。 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。 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。 図５は、本実施形態の変形例による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。 図６は、回路構造が異なる変形例を示す図である。 図７は、回路構造が異なる別の変形例を示す図である。 図８は、中性点機構として中性点スイッチが採用された変形例を示す図である。 図９は、制御回路の構成が異なる変形例を示す図である。 図１０は、図９に示す変形例による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。 図１１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。
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。　
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。　
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が省かれた、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が省かれた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。　
第１の電力供給装置１０１は、第１インバータ１１１、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、電流センサ４０２および電圧センサ４１２を備える。　
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。　
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。各相のコイルは互いに直列接続される第１コイル部２０１と第２コイル部２０２とを有する。但し、第１コイル部２０１と第２コイル部２０２は、３個以上備えられたコイル部のうちの２つであってもよい。　
第１インバータ１１１は、第１コイル部２０１の一端に駆動電圧を印加し、第２インバータ１１２は、第２コイル部２０２の一端に駆動電圧を印加する。第１コイル部２０１と第２コイル部２０２は他端同士が接続されており、第１コイル部２０１と第２コイル部２０２との接続箇所で各相のコイルがバスバー１２０によって互いに接続される。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。バスバー１２０は、第１コイル部２０１の他端から第２コイル部２０２の他端に至るいずれかの箇所で各相のコイルを接続した中性点機構の一例に相当する。　
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。制御回路３０１、３０２は、電流センサ４０１、４０２および角度センサ３２１、３２２からの入力信号に基づいて第１インバータ１１１および第２インバータ１１２の駆動電圧を制御する。具体的な駆動電圧については後述する。制御回路３０１、３０２によるインバータ１１１、１１２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。　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。　
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および第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。　モータ駆動ユニット１０００は、第１インバータ１１１、第２インバータ１１２、モータ２００および制御回路３０１、３０２を備える。　
モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００の第１コイル部２０１側に対応した第１系統と、モータ２００の第２コイル部２０２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の制御回路３０１が含まれる。第２系統には、第２インバータ１１２と第２の制御回路３０２が含まれる。第１系統のインバータ１１１および制御回路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および制御回路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。　
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の第１コイル部２０１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の第１コイル部２０１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など）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。　
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、ローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１４Ｌおよび１１５Ｌ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。　
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。　
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。第２インバータ１１２の各レグは、電源とモータ２００の第２コイル部２０２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の第２コ
イル部２０２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。　
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は第１インバータ１１１および第２インバータ１１２を制御する。　
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。　
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は省かれる場合がある。　
電圧センサ４１１、４１２は、モータ２００のコイルの各相間における電圧を、インバータ１１１、１１２と第１コイル部２０１および第２コイル部２０２との接続箇所で検出し、検出した電圧値を入力回路３３１、３３２に出力する。　
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。　
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、生成した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。　
また、マイクロコントローラ３４１、３４２は、第１インバータ１１１および第２インバータ１１２を制御する制御方式を、受信した電流値および電圧値に基づいて決定することが可能である。　
駆動回路３５１、３５２は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路３５１、３５２は、第１インバータ１１１および第２インバータ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。　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。　
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（主としてインバータ１１１、１１２）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。　制御回路３０１、３０２（主としてマイクロコントローラ３４１、３４２）によるインバータ１１１、１１２の制御には正常時および異常時の制御がある。　以下、モータ駆動ユニット１０００の動作の具体例を説明し、主としてインバータ１１１、１１２の動作の具体例を説明する。



（正常時の制御）　
インバータ１１１、１１２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。　
正常時において、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。具体的に、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スイッチング制御することにより三相通電制御を行う。　
また、三相通電制御に際して制御回路３０１、３０２は、第１インバータ１１１および第２インバータ１１２による駆動電圧を、モータ２００の各相のコイルがバスバー１２０に接続された箇所における各相のコイルの電位が互いに同電位となる駆動電圧に制御する。　
例えば、ハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１６Ｌを含むＵ相用レグに着目すると、制御回路３０１、３０２は、各ハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈを、所望の駆動電圧が得られるデューティでスイッチング制御する。　
具体的には、バスバー１２０に接続された箇所における各相のコイルの電位として例えば６Ｖが必要な場合には、制御回路３０１、３０２はハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈを、各相のコイルの両端で例えば２Ｖと１０Ｖの駆動電圧が得られるデューティでスイッチング制御する。コイルの両端の電位差は、コイルに流れる電流値の変化に従って変化するが、バスバー１２０に接続された箇所における各相のコイルの電位は各相間の共通電位に保たれる。但し、各相のコイルの電位が互いに同電位であれば、共通電位は時間的に変動してもよい。　
このように、バスバー１２０に接続された箇所における各相のコイルの電位が互いに同電位となることにより、各相のコイルが互いに絶縁される場合と同様の電流が各相のコイルに流れることになる。即ち、バスバー１２０で各相のコイルが相互に接続されても、各相の電流はいわば独立して流れ、各相のコイル相互で電流が混じることが防がれる。従って、各相のコイルを互いに切り離すためのスイッチは不要である。　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。　
図３には、正常時の三相通電制御に従って第１インバータ１１１および第２インバータ１１２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）が例示されている。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。　
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第１コイル部２０１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第２コイル部２０２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の第１コイル部２０１側から第２コイル部２０２側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の第２コイル部２０２側から第１コイル部２０１側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。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。（異常時の制御）　異常時における第１インバータ１１１および第２インバータ１１２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。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、電源４０３、４０４および制御回路３０１、３０２を含む上流部の異常がある。　
「上流部の異常」は、電源４０３、４０４のみの異常、制御回路３０１、３０２のみの異常、電源４０３、４０４と制御回路３０１、３０２との両方における異常、電源４０３、４０４の異常に伴い制御回路３０１、３０２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。　
インバータ１１１、１１２の故障による異常時における制御方法としては、例えば特開２０１４－１９２９５０号公報に記載された制御方法などが用いられる。以下では、上流部の異常時における制御方法について説明する。　
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と、電流センサ４０１、４０２によって検出された実電流値とを解析することで、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および電流センサ４０１、４０２を介して相手側のインバータ１１１、１１２における挙動を確認することができる。具体的には、自分の制御下にあるインバータ１１１、１１２とモータ２００との接続点における電圧は、自分側のインバータ１１１、１１２の挙動だけでなく、相手側のインバータ１１１、１１２の挙動にも影響される。また、自分の制御下にあるインバータ１１１、１１２の下アームからグランドへと流れる電流も、自分側のインバータ１１１、１１２の挙動だけでなく、相手側のインバータ１１１、１１２の挙動にも影響される。電圧センサ４１１、４１２は上記のように影響される電圧を上記接続点で検出し、電流センサ４０１、４０２は上記のように影響される電流を図２のシャント抵抗１１３Ｒ、……、１１８Ｒで検出する。　
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。　
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、インバータ１１１、１１２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。　
制御回路３０１、３０２は、異常時には、自分側のインバータ１１１、１１２のみを用いて、バスバー１２０を中性点として利用した駆動制御を行う。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のコイルの第１コイル部２０１を通電する。　
上述したように、正常時には、各相のコイルの電流がバスバー１２０を介して混じることの回避のために、バスバー１２０に各コイルが接続される各箇所における電位が共通電位に制御される。このため、バスバー１２０は正常時も各相のコイルを接続し、異常時への移行に際してもコイル相互の接続変更は不要である。　
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系統の異常が上流部の異常である場合、第２インバータ１１２は、動作不能あるいは制御不能な状態である。このような場合でも、バスバー１２０が中性点として利用可能であるので、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。　
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のコイルの第２コイル部２０２を通電する。　
第２の制御回路３０２が異常を検知した場合には、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インバータ１１１は、動作不能あるいは制御不能な状態である。このような場合でも、バスバー１２０が中性点として利用可能であるので、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。　
なお、本実施形態では、第１インバータ１１１に含まれる各スイッチは、第１の制御回路３０１による制御が失陥した場合に自ずとオフとなるスイッチであり、第２インバータ１１２に含まれる各スイッチは、第２の制御回路３０２による制御が失陥した場合に自ずとオフとなるスイッチである。このようなスイッチがインバータ１１１，１１２に用いられることにより、制御回路３０１，３０２の一方が故障した場合に故障側のインバータ１１１，１１２が自ずとモータのコイルから電気的に切り離される。　
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。　
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１１２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相それぞれの第２コイル部２０２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。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
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。　
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。但し、異常時には第１コイル部２０１と第２コイル部２０２とのうち一方のみに電流が流れるので異常時のモータトルクは正常時のモータトルクより小さい。　
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号公報に記載された制御手法によるインバータ１１１、１１２の中性点化が可能である。但し、この制御手法の実現に際しては、制御信号の電圧が正常時とは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、バスバー１２０が中性点として用いられる制御は、正常時と同じ電圧の制御信号で実行可能であるため、特殊なゲート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、バスバー１２０が中性点として用いられる制御の方が優れる。



　（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。　
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。　
モータ２００からは、第１コイル部２０１の一端２１０と第２コイル部２０２の一端２２０が突き出し実装基板１００１、１００２に向かって延びる。第１コイル部２０１の一端２１０と第２コイル部２０２の一端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、第１コイル部２０１の一端２１０と第２コイル部２０２の一端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、第１コイル部２０１の一端２１０と第２コイル部２０２の一端２２０との双方が例えば第２実装基板１００２に接続される。また、第１コイル部２０１の一端２１０と第２コイル部２０２の一端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。


モータ２００からは、第１コイル部２０１の他端２３０と第２コイル部２０２の他端２４０も突き出す。第１コイル部２０１の他端２３０は第２コイル部２０２の他端２４０に接続され、各相の接続箇所が互いにバスバー１２０によって接続される。なお、本発明の駆動装置の実施形態としては、バスバー１２０がモータ２００内部に設けられてもよいし、モータ２００の出力側(図４の下側）に設けられてもよい。中性点機構がバスバー１２０であると、中性点機構の配置の自由度が高く、延いては駆動装置の設計の自由度が高い。　
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。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。　
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。　
第１実装基板１００１には、第１インバータ１１１が実装され、第２実装基板１００２には、第２インバータ１１２が実装される。２枚の実装基板１００１、１００２に対するこのような素子の振り分けにより、第１コイル部２０１の一端２１０および第２コイル部２０２の一端２２０に対するインバータ１１１、１１２の配線が簡略化されて効率的な素子配置が可能となる。　
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による制御対象の素子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。　
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１００２上の第２インバータ１１２とは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上の制御回路３０１と第２実装基板１００２上の制御回路３０２とは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５は、本実施形態の変形例による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。　
図５に示された変形例は、第１コイル部２０１の他端２３０から第２コイル部２０２の他端２４０に至るいずれかの箇所で各相のコイルを接続した中性点機構の一例として、基板上に設けられた中性点回路１２５を備える。具体的には、中性点回路１２５は、第２実装基板１００２上に配線パターンによって形成される。なお、中性点回路１２５は第１実装基板１００１上に形成されてもよいし、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２とは別の基板上に形成されてもよい。中性点機構が基板上の中性点回路であると、モータ２００外に中性点機構が形成されるのでモータ２００の小型化が図られる。また、中性点機構が基板上の中性点回路であると、第１コイル部２０１の一端２１０および第２コイル部２０２の一端２２０における実装基板１００１、１００２への接続と同様に、第１コイル部２０１の他端２３０および第２コイル部２０２の他端２４０が中性点回路１２５に接続されるので組み立て工程が容易となる。　
なお、中性点機構は、バスバー、中性点回路以外の構造でもよい。中性点機構として繋がっていれば、例えば、コイルの引出線同士が溶接された構造などでもよい。　図６は、回路構造が異なる変形例を示す図である。　
図６に示す変形例では、第１コイル部２０１の一端と第１インバータ１１１との間に第１開放リレー１３１が備えられ、第２コイル部２０２の一端と第２インバータ１１２との間に第２開放リレー１３２が備えられる。第１開放リレー１３１は、第１コイル部２０１の一端と第１インバータ１１１との接続・非接続を切替える。第２開放リレー１３２は、第２コイル部２０２の一端と第２インバータ１１２との接続・非接続を切替える。また、第１の制御回路３０１が第１インバータ１１１と第１開放リレー１３１とを制御し、第２の制御回路３０２が第２インバータ１１２と第２開放リレー１３２とを制御する。　
開放リレー１３１、１３２は、制御信号が止まった場合には自ずとオフ状態になる。開放リレー１３１、１３２が備えられることにより、異常が生じた系統のインバータ１１１、１１２はモータ２００から切り離される。この結果、電力損失が抑制される。また、２つの制御回路３０１，３０２によってインバータ１１１、１１２および開放リレー１３１、１３２の制御が分担されることで、制御回路３０１，３０２の一方に異常が生じた場合であっても他方の制御回路３０１、３０２によって電力供給の継続が可能となる。　図７は、回路構造が異なる別の変形例を示す図である。　
図７に示す変形例では、第１コイル部２０１の他端から第２コイル部２０２の他端に至るいずれかの箇所で各相のコイルを接続した中性点機構として２つのバスバー１２１、１２２が備えられる。第１のバスバー１２１は第１コイル部２０１の各相の他端同士を接続する。第２のバスバー１２２は第２コイル部２０２の各相の他端同士を接続する。第１のバスバー１２１と第２のバスバー１２２との間には、第１コイル部２０１の他端と第２コイル部２０２の他端との接続・非接続を切替える中間開放リレー１３３、１３４が備えられる。中間開放リレーは１つでもよいが、図７に示す変形例では、中間開放リレーとして、互いに直列に接続される、第１インバータ１１１側の第１中間開放リレー１３３と第２インバータ１１２側の第２中間開放リレー１３４が備えられる。　
中間開放リレー１３３、１３４がオンすると、第１コイル部２０１と第２コイル部２０２は直列接続されるので、図７に示す回路構造は、電気的には、図２に示す回路構造と同等になる。異常時には中間開放リレー１３３、１３４によって第１コイル部２０１と第２コイル部２０２が切り離される。この結果、電力損失が抑制される。　
なお、図７に示す変形例の場合でも、正常時には、バスバー１２０に接続された箇所における各相のコイルの電位は各相間の共通電位に保たれ、各相コイルの相互間で電流が混じることが防がれる。この結果、図７に示す変形例の場合でも、正常時と異常時とでコイル相互の接続状態を切替えるスイッチは不要である。　
図７に示す変形例では、第１の制御回路３０１が第１インバータ１１１と第１中間開放リレー１３３とを制御し、第２の制御回路３０２が第２インバータ１１２と第２中間開放リレー１３４とを制御する。２つの制御回路３０１，３０２によってインバータ１１１、１１２および中間開放リレー１３３、１３４の制御が分担されることで、制御回路３０１，３０２の一方に異常が生じた場合であっても他方の制御回路３０１，３０２によって電力供給の継続が可能となる。　
中性点機構としては、図４に示すバスバー１２０や図５に示す中性点回路１２５などのように結線された中性点結線の他に、コイル相互の接続・非接続が切り替え可能な中性点スイッチが採用されてもよい。　図８は、中性点機構として中性点スイッチが採用された変形例を示す図である。　
図８に示す変形例では、第１コイル部２０１の他端から第２コイル部２０２の他端に至るいずれかの箇所で各相の巻線（コイル）同士の接続・非接続を切替える中性点スイッチとして、３つのスイッチ素子からなる中性点スイッチ１２７が備えられる。このような中性点スイッチ１２７は、上述した正常時には開放されてモータのコイル同士を非接続とし、上述した異常時には閉鎖されてモータのコイル同士を接続する。このため、正常時には、モータ２００のコイル同士の電位が異なる制御であってもコイル相互間の電流漏洩が防がれ制御の自由度が高い。また、異常時には、上述した中性点結線と同様に機能して、第１系統と第２系統とのうち正常な一方によるモータ２００の駆動継続が可能となる。　
第１コイル部２０１の他端と第２コイル部２０２の他端とは同じ相同士が導線で結線される。このため、第１コイル部２０１の他端と第２コイル部２０２の他端とは、同じ相で常時導通する。従って、第１コイル部２０１と第２コイル部２０２とを切り離す分離スイッチが省かれ、回路構成が簡素である。　
中性点スイッチ１２７には、２つの制御回路３０１，３０２の双方から制御信号が入力され、中性点スイッチ１２７はそれらの制御信号の一方のみで制御可能である。即ち、中性点スイッチ１２７は、第１制御回路３０１と前記第２制御回路３０２の各々が制御可能である。このような制御により、２つの制御回路３０１，３０２の一方が故障した場合でも中性点スイッチ１２７が制御可能である。図９は制御回路の構成が異なる変形例を示す。　
図９に示す変形例では、中性点スイッチ１２７を制御する第３の制御回路３０３が備えられる。インバータ１１１、１１２を制御する制御回路３０１，３０２と中性点スイッチ１２７を制御する制御回路３０３とが別であることにより、中性点スイッチの制御が簡素化される。　図１０は、図９に示す変形例による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。　
中性点スイッチ１２７は、例えば第２実装基板１００２上に備えられ、中性点スイッチ１２７を制御する第３の制御回路３０３も第２実装基板１００２上に備えられる。　なお、中性点スイッチ１２７は第１実装基板１００１上に形成されてもよいし、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２とは別の基板上に形成されてもよい。また、中性点スイッチ１２７と第３の制御回路３０３は、同一の実装基板上に備えられると配線などが簡素化されて好ましいが、別々の基板上に備えられてもよい。



（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。　
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１１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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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。　
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、５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１１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。　
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。　
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１１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。　
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をベクトル制御またはＰＷＭ制御することができる。　
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。　
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。　
なお、ここでは、本発明の電力変換装置および駆動装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の電力変換装置および駆動装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。　
上述した実施形態及び変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (8)

  1. 直列接続される第１巻線部分と第２巻線部分とを有する各相の巻線を備えたモータに供給される電力に電源からの電力を変換する電力変換装置であって、



    　前記第１巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第１インバータと、



    　前記第２巻線部分の一端に駆動電圧を印加する第２インバータと、



    　前記第１インバータを制御する第１制御部と、



    　前記第２インバータを制御する第２制御部と、



    　前記第１巻線部分の他端から前記第２巻線部分の他端に至るいずれかの箇所で前記各相の巻線同士の接続・非接続を切替える中性点スイッチと、



    を備える電力変換装置。
  2. 前記第１巻線部分の他端と前記第２巻線部分の他端とは、同じ相で常時導通する請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１インバータに含まれる各スイッチは、前記第１制御部による制御が失陥した場合にオフとなるスイッチであり、



    　前記第２インバータに含まれる各スイッチは、前記第２制御部による制御が失陥した場合にオフとなるスイッチである請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記中性点スイッチは、前記第１制御部と前記第２制御部の各々が制御可能である請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記中性点スイッチを制御する第３制御部を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記第１インバータおよび前記第１制御部が第１電源から電力を供給され、



    　前記第２インバータおよび前記第２制御部が第２電源から電力を供給される請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 請求項１から６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、



    を備える駆動装置。
  8. 請求項１から６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、



    　前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、



    を備える電動パワーステアリング装置。
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