WO2020116210A1 - 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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香織 鍋師
北村　高志
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日本電産株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, a drive device, and a power steering device.
  • an inverter drive system which converts electric power of a motor by two inverters is known. Further, there is also known an inverter drive system of a type in which an inverter is connected to each end of each winding of a motor and power is independently supplied to each winding. ..
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device having two inverter units.
  • a failure of the switching element is detected by the failure detection means.
  • the ON/OFF operation control of the switching element is switched from the normal time control to the failure control to continue driving the rotating electric machine (motor), and the rotating electric machine is driven.
  • an object of the present invention is to avoid torque loss at the time of specific diagnosis of a failure location.
  • One aspect of a power converter according to the present invention is a power converter that converts power from a power supply into power to be supplied to a motor having n-phase (n is an integer of 3 or more) windings.
  • An inverter having a plurality of switch elements connected to the line, a control unit that controls the operation of each switch element for the inverter, and a failure detection unit that detects a sign of failure in the drive system from the power supply to the motor. And, when the failure detection section detects a failure sign, the control section causes the inverter to perform an operation for a failure, thereby supplying power to the motor, and the failure in the drive system.
  • an 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. ..
  • an aspect of a power steering device includes the power conversion device, a motor to which the power converted by the power conversion device is supplied, and a power steering mechanism driven by the motor.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the circuit configuration of the motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the motor drive unit in a normal state.
  • FIG. 3 is a diagram showing a current value flowing in each coil of each phase of the motor in a normal state.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure executed by the control circuit when a failure is detected.
  • FIG. 5 is a diagram showing output adjustment during temporary driving.
  • FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between abnormality detection and drive patterns.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state where pattern 1 of the failure pattern has occurred.
  • FIG. 8 is a figure which shows the state which transfers to the flame spread prevention state.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the circuit configuration of the motor drive unit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the motor drive unit in a normal state.
  • FIG. 3 is a diagram showing a current value flowing in each
  • FIG. 9 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which pattern 2 of the failure pattern has occurred.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 2.
  • FIG. 12 is a diagram showing a modification of neutral point formation in the inverter.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state where pattern 3 of the failure pattern has occurred.
  • FIG. 14 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 3.
  • FIG. 15 is a diagram showing a state where the failure pattern, pattern 4, has occurred.
  • FIG. 16 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 4.
  • FIG. 17 is a diagram showing a state where pattern 5 of the failure pattern has occurred.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 5.
  • FIG. 19 is a diagram showing a current value flowing in each coil of each phase of the motor in the two-phase drive.
  • FIG. 20 is a diagram showing a state in which pattern 6 of the failure pattern has occurred.
  • FIG. 21 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 6.
  • FIG. 22 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the motor drive unit.
  • FIG. 23 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the first mounting board and the second mounting board.
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing a modified example of the hardware configuration of the mounting board.
  • FIG. 25 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of the motor drive unit 1000 according to the present embodiment. ..
  • the motor drive unit 1000 includes inverters 111 and 112, neutral point relay circuits 121 and 122, a motor 200, control circuits 301 and 302, inverter drive circuits 311, 312, and switch drive circuits 313 and 314. Prepare ..
  • a motor drive unit 1000 including a motor 200 as a constituent element 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 that does not include the motor 200 as a constituent element.
  • the motor drive unit 1000 that does not include the motor 200 corresponds to an example of the power converter of the present invention. ..
  • 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. ..
  • the motor drive unit 1000 is connected to the power supply.
  • the 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 or DC-DC converters, or may be batteries (storage batteries).
  • the first power source 403 for the first inverter 111 and the second power source 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. Further, the motor drive unit 1000 may include a power source inside. ..
  • the two inverters 111 and 112 included in the motor drive unit 1000 are connected to a common ground. Therefore, the currents supplied from the two power supplies 403 and 404 can flow to the ground from either side of the two inverters 111 and 112. ..
  • the motor drive unit 1000 includes a capacitor 105.
  • the capacitor 105 is a so-called smoothing capacitor, which absorbs the circulating current generated in the motor 200 to stabilize the power supply voltage and suppress the torque ripple.
  • the capacitor 105 is, for example, an electrolytic capacitor, and the capacity and the number of capacitors used are appropriately determined according to design specifications and the like. ..
  • the motor drive unit 1000 can convert the electric power from the power supplies 403 and 404 into the electric power supplied to the motor 200 by the two inverters 111 and 112. For example, the motor drive unit 1000 can convert DC power into three-phase AC power that is a pseudo-sine wave of U phase, V phase, and W phase. ..
  • connection between parts (components) means electrical connection unless otherwise specified. ..
  • Each inverter 111, 112 comprises a bridge circuit having three legs.
  • the three legs provided in each of the inverters 111 and 112 are connected to the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the motor 200, respectively.
  • Each leg includes a high side switch element 113 connected between the power supply and the motor 200 and a low side switch element 114 connected between the motor 200 and the ground.
  • a reference numeral is given to one of the two inverters 111 and 112 in order to avoid complexity in the drawing, each inverter 111 and 112 is provided with three high-side switch elements 113 and three low-side switch elements 114, respectively.
  • switch element for example, a field effect transistor (MOSFET or the like) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used.
  • MOSFET field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • the neutral point relay circuits 121 and 122 are connected to the coils of the motor 200 in parallel with the inverters 111 and 112.
  • the neutral point relay circuits 121 and 122 can switch connection/disconnection of the coils of the motor 200.
  • the neutral point relay circuits 121 and 122 are connected to the inverters 111 and 112 and the coil of the motor 200, and form a neutral point for the three-phase windings.
  • Each of the neutral point relay circuits 121 and 122 includes three switch elements, one end of which is commonly connected to a node and the other end of which is connected to each phase coil of the motor 200.
  • a semiconductor switch element such as MOSFET or a mechanical relay is used. ..
  • the motor drive unit 1000 further includes a separation switch 115 that switches connection/disconnection between the inverters 111 and 112 and a power supply, and a separation switch 116 that switches connection/disconnection between the inverters 111 and 112 and ground. ..
  • the control circuits 301 and 302 are, for example, CPUs, and the target torque of the motor 200 and the like are input from an external device such as a computer for controlling the power steering device. ..
  • the control circuits 301 and 302 set a target current value based on a rotation signal of the motor 200 detected by an angle sensor (not shown) and the like, the target torque and a detection result of a potential sensor described later, and the inverter 111,
  • the drive of the motor 200 by 112 is controlled.
  • the control circuits 301 and 302 control the driving of the inverters 111 and 112 via the inverter drive circuits 311 and 312.
  • the control circuits 301 and 302 generate a PWM signal for controlling the on/off operation of each switch element included in the inverters 111 and 112 according to the target current value, and the PWM signal is generated.
  • the drive of the inverters 111 and 112 is controlled by giving them to 311 and 312. ..
  • the inverter drive circuits 311 and 312 are, for example, gate drivers.
  • the inverter drive circuits 311 and 312 generate a control signal (for example, a gate control signal) for controlling the on/off operation of each switch element in the inverters 111 and 112 according to the PWM signal, and give the generated control signal to each switch element. ..
  • the control circuits 301 and 302 control the operations of the separation switches 115 and 116 and the neutral point relay circuits 121 and 122 via the switch drive circuits 313 and 314. The sharing of control targets by the two control circuits 301 and 302 will be described later.
  • the switch drive circuits 313 and 314 each switch element in each neutral point relay circuit 121, 122 according to the signal from the control circuit 301, 302 which determines the ON/OFF state of each neutral point relay circuit 121, 122. A control signal for turning on and off is generated, and the generated control signal is given to each switch element. ..
  • control circuits 301 and 302 may have the functions of the inverter drive circuits 311, 312 and the switch drive circuits 313, 314. In that case, the inverter drive circuits 311 and 312 and the switch drive circuits 313 and 314 are omitted. ..
  • the motor drive unit 1000 further includes a potential sensor.
  • the potential sensors include a U-phase potential sensor 411, a V-phase potential sensor 412, a W-phase potential sensor 413, a supply potential sensor 414, a power supply potential sensor 415, a ground potential sensor 416, and a neutral point potential sensor 417. Is provided. Note that the potential sensor is shown only around the left side inverter 111 in FIG. 1 in order to avoid complication of illustration, but the potential sensor is also provided around the right side inverter 112 in FIG. ..
  • the U-phase potential sensor 411 detects the potential on the connection line that connects the U-phase legs of the inverters 111 and 112 and the U-phase winding of the motor 200.
  • the V-phase potential sensor 412 detects the potential on the connection line that connects the V-phase legs of the inverters 111 and 112 and the V-phase winding of the motor 200.
  • the W-phase potential sensor 413 detects the potential on the connection line that connects the W-phase legs of the inverters 111 and 112 and the W-phase winding of the motor 200.
  • a current sensor is also provided for each UVW phase, and the current value in each UVW phase is also detected. ..
  • the supply potential sensor 414 detects the potential on the connection line that connects the separation switch 115 on the power supply side and the inverters 111 and 112.
  • the power supply potential sensor 415 detects the potential on the connection line connecting the power supplies 403 and 404 and the separation switch 115 on the power supply side.
  • the ground potential sensor 416 detects the potential on the connection line connecting the separation switch 116 on the ground side and the inverters 111 and 112.
  • the neutral point potential sensor 417 detects the potential inside the neutral point relay circuits 121 and 122. ..
  • a failure in the separation switch 116 for ground separation and a failure in the switch element in the inverters 111 and 112 are separated. Further, by detecting the voltage of the power supplies 403 and 404 by the power supply potential sensor 415, the failure of the power supplies 403 and 404 and the failure of the circuit system are separated. ..
  • the U-phase potential sensor 411, the V-phase potential sensor 412, the W-phase potential sensor 413, and the neutral point potential sensor 417 are examples of detectors that detect the internal potentials of the inverters 111 and 112 and the neutral point relay circuits 121 and 122, respectively. Equivalent to. ..
  • the motor drive unit 1000 includes a first system corresponding to the 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. That is, the motor drive unit 1000 includes a circuit system including an inverter, a neutral point relay circuit, and the above-described detector at each of the one end 210 and the other end 220 of the winding of the motor 200.
  • the first-system inverter 111 is supplied with power from the first-system power supply 403, and the first-system inverter 112 is supplied with power from the second-system power supply 404. ..
  • the operation of the first system inverter 111 and the separation switches 115 and 116 is controlled by the first system control circuit 301, and the second system inverter 112 and the separation switches 115 and 116 are the second system control circuit 302. The operation is controlled by. Since the drive system including the power supply and the control circuit is made redundant including the power supply, as will be described later, even when the power supply in one system fails, the power supply in the other system is continued. ..
  • the detection values of the first system potential sensors 411 to 417 are input to the first system control circuit 301, and the detection values of the second system potential sensors 411 to 417 are input to the second system control circuit 302. To be done. ..
  • the operation of the neutral point relay circuit 121 of the first system is controlled by the control circuit 302 of the second system
  • the operation of the neutral point relay circuit 122 of the second system is the control circuit 301 of the first system.
  • the operation is controlled by. ..
  • control circuit 301 of the first system is connected to the detector on the one end 210 side of the winding of the motor 200, and the inverter 111 on the one end 210 side and the sex point relay circuit on the other end 220 side of the winding of the motor 200.
  • the control circuit 302 of the second system is connected to the detector on the other end 220 side of the winding of the motor 200, and the inverter 112 on the other end 220 side and the sex relay circuit 121 on the one end 210 side of the winding of the motor 200.
  • the two control circuits 301 and 302 share the control target as described above, but as a modified example, both of the two control circuits 301 and 302 are all in the first system and the second system.
  • the switch may be controlled. ..
  • the two control circuits 301 and 302 can communicate with each other, and the operation of the two inverters 111 and 112 may be controlled by the cooperation of the two control circuits 301 and 302.
  • the speed of mutual communication between the control circuits 301 and 302 depends on the speed at which the operation of each switch element is controlled via the inverter drive circuits 311 and 312 and the switch drive circuits 313 and 314, and the detection value from each potential sensor 411 to 417. It is slow compared to the speed of acquisition.
  • the drive control of the inverters 111 and 112 by the control circuits 301 and 302 includes normal control and fault control. ..
  • the control circuits 301 and 302 can switch the control of the inverters 111 and 112 between normal control and fault control.
  • normal means that all of the power supplies 403 and 404, the control circuits 301 and 302, the inverters 111 and 112, the neutral point relay circuits 121 and 122, the separation switches 115 and 116, and the motor 200 function properly. It refers to the state of doing.
  • the failure means a state in which the function is lost in any of these.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the motor drive unit 1000 in normal time. ..
  • the neutral point relay circuit 121 (122) turns off means that all three switch elements provided in the neutral point relay circuit 121 (122) turn off. ..
  • the neutral point relay circuit 121 of the first system When the neutral point relay circuit 121 of the first system is turned off, the one ends 210 of the coils of the respective phases of the motor 200 are insulated from each other, and when the neutral point relay circuit 122 of the second system is turned off, the coils of the respective phases of the motor 200 are The other ends 220 are insulated from each other. ..
  • control circuits 301 and 302 turn on both the separation switches 115 and 116.
  • the two inverters 111 and 112 are connected to the power sources 403 and 404 and the ground. ..
  • FIG. 2 shows, as an example, a path of a current flowing through one phase of the motor 200 at a specific time point.
  • the supplied current passes through the winding of the motor 200 and flows from the first-system inverter 111 to the ground.
  • the current may be supplied from the first system side and flow to the second system side, or may flow to windings of phases other than the phases shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a current value flowing in each coil of each phase of the motor 200 in a normal state. ..
  • FIG. 3 is a current waveform obtained by plotting the current values flowing in the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the motor 200 when the inverters 111 and 112 are controlled according to the three-phase energization control during normal operation ( Sine wave) is illustrated.
  • the horizontal axis of FIG. 3 represents the motor electrical angle (deg), and the vertical axis represents the current value (A).
  • I pk represents the maximum current value (peak current value) of each phase.
  • the inverters 111 and 112 can drive the motor 200 by using, for example, a rectangular wave instead of the sine wave illustrated in FIG.
  • the inverters 111 and 112 can also perform a driving operation in which the sum of the currents is a value other than “0”. (Detection of failure)
  • the control circuits 301 and 302 have the potential detection values of the respective locations obtained from the respective potential sensors 411 to 417 during normal control and the switches obtained from the inverter drive circuits 311 and 312 and the switch drive circuits 313 and 314.
  • the response result of the element is analyzed to detect the sign of failure. That is, the control circuits 301 and 302 have a function as a failure detection unit that detects signs of failure in the drive system from the power sources 403 and 404 to the motor 200.
  • control circuits 301 and 302 detect a failure sign in the drive system by detecting an abnormality in a state value (for example, a potential detection value or a response result) at each of a plurality of locations in the drive system.
  • a state value for example, a potential detection value or a response result
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure executed by the control circuits 301 and 302 when a failure is detected. ..
  • step S101 the motor 200 is driven under normal control (step S101), and as described above, the sign of failure is detected by analyzing the potential detection value and the like (step S102).
  • step S102 the drive of the motor 200 under normal control is continued. ..
  • step S102 When the sign of the failure is detected (step S102; YES), all the switching elements of the inverters 111 and 112 are temporarily turned off in order to prevent the failure from spreading to other places in the motor drive unit 1000. Is performed (step S103).
  • a state in which all the switch elements are turned off in this way may be referred to as a fire spread prevention state. ..
  • the operation (driving pattern) of the inverters 111 and 112 executed to continue driving the motor 200 at the time of failure is a plurality of types (here, 3 types as an example) of the operation (driving pattern) during the spread prevention state. ) Is selected (step S104) and executed (steps S105 to S107).
  • the driving of the motor 200 according to the driving pattern selected here is referred to as temporary driving below.
  • the drive pattern in the temporary drive is a drive pattern in the control when a sign of failure is seen, and is a drive pattern different from the drive pattern in the control in the normal time.
  • the “operation for failure (driving pattern for temporary drive)” below refers to the driving pattern from when the failure is seen until the failure is confirmed, and "failure avoidance" after the failure is confirmed as described below.
  • the operation will be described as being different in definition from “operation (drive pattern of recovery drive)”.
  • the Y1 drive in which the neutral point is formed by one of the neutral point relay circuits 121 and 122 is used as one of the drive patterns. Adopted.
  • Y3 drive step S106 in which the inverters 111 and 112 are turned to a neutral point by a switch element in one of the inverters 111 and 112 and two phases of UVW3 phases are driven.
  • the two-phase drive step S107 is also used.
  • a failure operation temporary drive pattern
  • the control circuits 301 and 302 select the failure operation (temporary driving pattern), all the switching elements are in the off spread state, so that no current flows to the motor 200.
  • the selection of the drive pattern is performed in a short time based on the potential detection value at each location obtained from the potential sensors 411 to 417, so that the torque drop of the motor 200 is avoided. ..
  • the failure location in the motor drive unit 1000 is confirmed. That is, when a sign of a failure is detected, the control circuits 301 and 302 cause the inverters 111 and 112 to perform the operation for the failure to supply power to the motor 200, while the power sources 403 and 404 supply the motor 200.
  • the drive pattern in the temporary drive is a drive pattern that enables more accurate failure diagnosis while continuing to drive the motor 200 when a failure sign is detected.
  • the motor drive unit 1000 In such temporary driving, the presence/absence of a failure and the location of the failure are checked with the motor drive unit 1000 being maintained while stopping the location where there is a sign of failure. For this reason, the motor drive unit 1000 needs to be redundant so that the drive can be continued without using some functions.
  • a circuit structure in which the neutral point relay circuits 121 and 122 are attached to the inverters 111 and 112 is an example of such redundancy. ..
  • step S108 NO
  • the failure detection is erroneous detection, and therefore the process returns to step S101, and the motor 200 is driven by the control during normal operation. That is, the control circuits 301 and 302 cause the inverters 111 and 112 to perform the normal operation when the absence of the failure is confirmed as a result of the failure confirmation.
  • step S109 the drive of the motor 200 is continued by the recovery drive. ..
  • This recovery drive is a drive that avoids the use of the determined failure location.
  • the control circuits 301 and 302 supply electric power to the motor 200 by causing the inverters 111 and 112 to perform a failure avoidance operation that avoids using the location where the failure has occurred, when the existence of the failure is confirmed.
  • the drive control may be different between the recovery drive and the temporary drive, the same drive control is executed in the recovery drive and the temporary drive in the present embodiment. As a result, the change of control is small.
  • the temporary drive may always be Y1 drive, and the recovery drive may be selected from Y1 drive, Y3 drive, and two-phase drive. ..
  • FIG. 5 is a diagram showing output adjustment during temporary driving. ..
  • the motor drive unit 1000 Immediately after the transition to the temporary drive, the motor drive unit 1000 temporarily maintains a high output equivalent to the output during normal drive. Then, the output is gradually reduced during the temporary drive to reach a low output within the output upper limit in the recovery drive. After that, recovery drive is continued at the low output. By such output adjustment, a rapid change in output is avoided, and smooth driving of the motor 200 and smooth power assist in the power steering device are realized. (Selection of drive pattern)
  • selection of drive pattern selection of drive pattern
  • control circuits 301 and 302 are obtained from the potential detection values of the respective locations obtained from the respective potential sensors 411 to 417 during normal control, and the inverter drive circuits 311 and 312 and the switch drive circuits 313 and 314.
  • the response result of each switch element is analyzed to detect a sign of failure.
  • the detection location of the potential detection value or the response result and the bit of the register are associated with each other, and the control circuits 301 and 302 make the status values (for example, the potential detection value and the response result) of the register bit abnormal. Set the bit corresponding to the location where is detected.
  • FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between abnormality detection and drive patterns. ..
  • the detection conditions include a control response abnormality in the low-side switch element 114, a control response abnormality in the high-side switch element 113, a potential detection value abnormality in each UVW phase (phase potential value abnormality), and an inverter drive circuit 311. Response abnormalities other than the above in 312 (PrDr control abnormality and others) are included.
  • the detection conditions also include an abnormality in the potential detection value of the supply potential sensor 414 (abnormal VR value) and an abnormality in the current detection value of each UVW phase (abnormal phase current value). Further, the detection conditions include an abnormality in the detected potential value in the ground potential sensor 416 (abnormal Vg value) and an abnormality in the detected potential value in the neutral point potential sensor 417 (abnormal Vn value). .
  • the 0th bit of the register is assigned to the control response abnormality in the low-side switch element 114.
  • the first bit of the register is assigned to the control response abnormality in the high-side switch element 113.
  • the second bit of the register is assigned to the abnormality of the potential detection value in each UVW phase.
  • the third bit of the register is assigned to the response abnormality other than the above in the inverter drive circuits 311 and 312.
  • the fourth bit of the register is assigned to the abnormality of the potential detection value of the supply potential sensor 414.
  • the fifth bit of the register is assigned to the abnormality of the current detection value in each UVW phase.
  • the sixth bit of the register is assigned to the abnormality of the potential detection value in the ground potential sensor 416.
  • the seventh bit of the register is assigned to the abnormality of the potential detection value of the neutral point potential sensor 417. ..
  • failure patterns from pattern 0 to pattern 6 are assumed as an example. Multiple faults that have the same cause and are symmetric in terms of the circuit have the same fault pattern, and different faults that have different causes or are asymmetric in terms of the circuit. Are different failure patterns. Specific failure patterns will be described in detail later. ..
  • a drive pattern of any one of Y1 drive, Y3 drive, and two-phase drive is assigned to seven types of assumed failure patterns so that the use of the failure location is avoided.
  • the upper two rows of the correspondence table shown in FIG. 6 show the allocation of drive patterns to failure patterns. ..
  • the numerical value “1” shown in the correspondence table of FIG. 6 represents an abnormality detected when a failure occurs in the assumed failure pattern, and the numerical value “0” indicates that the failure pattern and the abnormality do not correspond to each other.
  • the assigned bit shown in the second column from the left of the correspondence table is set. If the register value is 31 or less, Y1 drive is selected as the temporary drive pattern, and if the register value is 32 or more and 127 or less, two-phase drive is selected as the temporary drive pattern. Is 128 or more, Y3 drive is selected as a drive pattern for temporary drive. By thus selecting the drive pattern using the register, the selection is performed in a shorter time than the selection by the flowchart.
  • control circuits 301 and 302 Since the control circuits 301 and 302 obtain the internal potentials of the inverters 111 and 112 under their control and the neutral point relay circuits 121 and 122 under the control of the other side, it is possible to quickly select the drive pattern. It is possible to avoid torque loss. ..
  • the failure sign detection can be performed by distinguishing each of the plurality of kinds of failure patterns. You may break.
  • an operation (drive pattern) corresponding to the failure pattern is selected and executed from among a plurality of types of operations (drive patterns). ..
  • the detection conditions to which the 0th bit to the 4th bit of the register are assigned are used for the selection of the driving pattern, and are used during normal driving. It is also used to detect signs of failure. That is, when an abnormality is detected during normal driving for any of the detection conditions assigned to the 0th bit to the 4th bit of the register, it is considered that a failure has occurred somewhere in the motor drive unit 1000, and the spread of fire is prevented. It becomes a state. (Specific failure pattern)
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which the failure pattern, pattern 1, has occurred. ..
  • one of the separation switches 115 and 116 of the motor drive unit 1000 has an OFF failure.
  • the potential detection value becomes abnormal in the supply potential sensor 414 of the system in which the separation switches 115 and 116 have failed.
  • the power supply potential sensor 415 may have an abnormal potential detection value.
  • FIG. 8 is a diagram showing a state in which the fire spread prevention state is entered. ..
  • the control circuits 301 and 302 select a drive pattern for temporary drive as described above.
  • Y1 drive is selected as the drive pattern as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 1.
  • the motor drive unit 1000 of the present embodiment as an inverter, includes the first system inverter 111 connected to one end 210 of the winding of the motor 200 and the first system inverter 111 connected to the other end 220 of the winding. Two inverters 112 are provided. Then, the control circuits 301 and 302 detect a symptom of a failure in the drive system from the power sources 403 and 404 to the motor 200, and detect a symptom of a failure related to the first-system inverter 111 and a failure related to the second-system inverter 112. It is detected separately from the signs of. ..
  • the Y1 drive is a drive pattern in which the neutral point is formed by the neutral point relay circuits 121 and 122, and when a failure occurs in the separation switches 115 and 116 that separate the inverter 111 of the first system, the first drive is performed.
  • the neutral point relay circuit 121 of the system forms a neutral point.
  • the neutral point relay circuit 122 of the second system forms a neutral point. That is, the control circuits 301 and 302 select and execute an operation corresponding to the inverters 111 and 112 related to the failure, among a plurality of types of operations, as an operation for a failure (driving pattern for temporary drive). ..
  • the control circuit 301, 302 of the control circuits 301, 302 for controlling the inverters 111, 112 of the one circuit system fails.
  • the time operation (temporary drive pattern) is promptly selected. After that, the presence or absence of a failure in the circuit system is confirmed by the cooperation of the control circuits 301 and 302. ..
  • the neutral point is formed by the neutral point relay circuit 121 of the first system.
  • the control circuits 301 and 302 perform the three-phase energization control by the normal second-system inverter 112, and continue to drive the motor 200. ..
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which the failure pattern, pattern 2, has occurred. ..
  • pattern 2 of the failure pattern the switch elements of the neutral point relay circuits 121 and 122 included in the motor drive unit 1000 have an ON failure.
  • the ON failure of the switch element occurs in the neutral point relay circuit 121 of the first system.
  • pattern 2 causes abnormal control response in the low-side switch element 114 and abnormal control response in the high-side switch element 113. ..
  • FIG. 11 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 2. ..
  • the Y3 drive is a drive pattern in which a neutral point is formed in the inverters 111 and 112, and an abnormality in the potential detection value occurs in the neutral point relay circuit 121 of the first system (that is, a sign of failure in the first system). Is detected), the neutral point is formed by the first-system inverter 111.
  • the neutral point of the inverter 112 of the second system is It is formed. ..
  • the inverters 111 and 112 provided in the same circuit system as the neutral point relay circuits 121 and 122 are used. A neutral point is formed, and the operation for a failure (driving pattern for temporary driving) is entered. Also, the separation switches 115 and 116 of the system in which the neutral point is formed are turned off, and the inverters 111 and 112 are separated from the power supply and the ground. ..
  • Neutral point formation in which the three high-side switch elements 113 are turned on and three low-side switch elements 114 are turned on can be performed as the neutral point formation in the inverters 111 and 112. Since the low-side switch element 114 requires less electric power to maintain the ON state than the high-side switch element, in the Y3 drive according to the present embodiment, the low-side switch element 114 connected between the ground and the winding is connected. The inverters 114 and 112 are neutralized by 114. ..
  • an ON failure occurs in the neutral point relay circuit 121 of the first system, so a neutral point is formed in the inverter 111 of the first system.
  • the control circuits 301 and 302 perform the three-phase energization control by the normal second-system inverter 112, and continue to drive the motor 200. ..
  • FIG. 12 is a diagram showing a modified example of neutral point formation in the inverters 111 and 112. ..
  • FIG. 13 is a diagram showing a state where pattern 3 of the failure pattern has occurred. ..
  • pattern 3 of the failure pattern the switch elements of the inverters 111 and 112 included in the motor drive unit 1000 have an ON failure.
  • an ON failure occurs in the first system inverter 111, and an ON failure occurs in one of the high-side switch elements 113.
  • pattern 3 causes abnormal control response in the low-side switch element 114 or abnormal control response in the high-side switch element 113. ..
  • the motor drive unit 1000 shifts to the fire spread prevention state. Then, in the fire spread prevention state, the control circuits 301 and 302 select a drive pattern for temporary drive as described above. If the failure pattern is pattern 3, Y1 drive is selected as the drive pattern, as shown in FIG. ..
  • FIG. 14 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 3. ..
  • the Y1 drive is a drive pattern in which a neutral point is formed by the neutral point relay circuits 121 and 122, and when a failure occurs in the inverter 111 of the first system, the middle system of the first system is used.
  • the neutral point is formed by the neutral point relay circuit 121.
  • the second system neutral point relay circuit 122 forms a neutral point.
  • the separation switches 115 and 116 of the system in which the neutral point is formed are turned off, and the inverters 111 and 112 are separated from the power supply and the ground. ..
  • the neutral point is formed by the first system neutral point relay circuit 121.
  • the control circuits 301 and 302 perform the three-phase energization control by the normal second-system inverter 112, and continue to drive the motor 200. ..
  • FIG. 15 is a diagram showing a state in which the failure pattern, pattern 4, has occurred. ..
  • the switch elements of the inverters 111 and 112 included in the motor drive unit 1000 have an off failure.
  • an OFF failure occurs in the first-system inverter 111
  • an OFF failure occurs in one of the high-side switch elements 113.
  • the potential sensor is the potential sensor of the phase in which the switch element has the OFF failure. The detected value becomes abnormal.
  • an abnormality occurs in the U-phase potential detection value. ..
  • the motor drive unit 1000 shifts to the fire spread prevention state. Then, in the fire spread prevention state, the control circuits 301 and 302 select a drive pattern for temporary drive as described above. If the failure pattern is pattern 4, Y1 drive is selected as the drive pattern, as shown in FIG. FIG. 16 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 4. ..
  • the Y1 drive is a drive pattern in which a neutral point is formed by the neutral point relay circuits 121 and 122, and when a failure occurs in the inverter 111 of the first system, the middle system of the first system is used.
  • the neutral point is formed by the neutral point relay circuit 121.
  • the second system neutral point relay circuit 122 forms a neutral point. That is, when an abnormal internal potential is detected in the inverters 111 and 112 by the potential sensors 411 to 413, a neutral point is formed by the neutral point relay circuits 121 and 122 included in the same circuit system as the inverters 111 and 112. Then, the operation shifts to the failure operation (temporary drive pattern). Further, the separation switches 115 and 116 of the system in which the neutral point is formed are turned off, and the inverters 111 and 112 are separated from the power supply and the ground. ..
  • a neutral point is formed by the neutral point relay circuit 121 of the first system.
  • the control circuits 301 and 302 perform the three-phase energization control by the normal second-system inverter 112, and continue to drive the motor 200. ..
  • the motor 20 by such temporary drive While driving 0, individual control is performed on each switch element in the inverter 111 for the system in which a sign of failure is detected (first system in FIG. 16 as an example). Then, the presence or absence of a failure in each switch element is individually confirmed by the response result and the potential detection value. That is, the control circuits 301 and 302 individually confirm the presence/absence of a failure in a plurality of switch elements in the inverter 111 as the confirmation of the presence/absence of a failure. When the failure location is confirmed by such individual confirmation, recovery drive is performed with the same drive pattern as the temporary drive (ie, Y1 drive). Next, pattern 5 of the failure pattern will be described.
  • FIG. 17 is a diagram showing a state where pattern 5 of the failure pattern has occurred.
  • a disconnection failure occurs in the winding of the motor 200.
  • a disconnection failure occurs in the U-phase winding of the windings of the motor 200.
  • the potential detection value of the potential sensor of the U-phase potential sensor 411, the V-phase potential sensor 412, and the W-phase potential sensor 413 in the phase in which the disconnection fault has occurred is It becomes abnormal. ..
  • the motor drive unit 1000 shifts to the fire spread prevention state. Then, in the fire spread prevention state, the control circuits 301 and 302 select a drive pattern for temporary drive as described above. If the failure pattern is pattern 5, the current detection value is abnormal (zero current) for the phase in which the disconnection failure has occurred among the UVW phases, so that two-phase drive is selected as the drive pattern, as shown in FIG. To be done.
  • FIG. 18 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 5. ..
  • the two-phase drive is a drive pattern in which only two phases of the UVW phase are used, and two phases avoiding the phase in which the disconnection failure has occurred are used.
  • a disconnection failure occurs in the U-phase winding
  • two phases of V phase and W phase are used
  • two phases of U phase and W phase are used.
  • the W-phase winding the U-phase and V-phase are used. That is, the control circuits 301 and 302 distinguish and detect the failure sign related to each phase of the motor 200 when detecting the failure sign in the drive system from the power sources 403 and 404 to the motor 200. Then, the control circuits 301 and 302 select and execute an operation corresponding to a phase related to the failure among a plurality of types of operations as the failure operation. ..
  • FIG. 19 is a diagram showing a current value flowing in each coil of each phase of the motor 200 in the two-phase drive.
  • the current value is always zero in the U-phase where a sign of failure is detected, and the current flows in a sinusoidal current waveform in the other two phases, the V-phase and the W-phase. ..
  • FIG. 20 is a diagram showing a state in which the failure pattern, pattern 6, has occurred. ..
  • pattern 6 of the failure pattern the winding of the motor 200 is short-circuited with the ground.
  • a short-circuit fault occurs in the U-phase winding of the motor 200 windings.
  • the control response abnormality in the high-side switch element 113 occurs. ..
  • the motor drive unit 1000 shifts to the fire spread prevention state. Then, in the fire spread prevention state, the control circuits 301 and 302 select a drive pattern for temporary drive as described above. If the failure pattern is pattern 6, the potential detection value of the ground potential sensor 416 also becomes abnormal, so that two-phase drive is selected as the drive pattern, as shown in FIG. FIG. 21 is a diagram showing a state of temporary driving when the failure pattern is pattern 6. ..
  • the two-phase drive is a drive pattern in which only two phases of the UVW phase are used, and two phases avoiding the phase in which the disconnection failure has occurred are used.
  • the control circuits 301 and 302 drive the motor 200 by performing drive control in two phases, V phase and W phase, avoiding the use of U phase. To continue. ..
  • the control circuits 301 and 302 perform the temporary energization control in the phase in which the sign of the failure is detected (U phase in FIG. 21, for example), and the like.
  • the potential detection value of the ground potential sensor 416 when the phase is energized is confirmed.
  • the recovery drive is performed with the same drive pattern as the temporary drive (that is, two-phase drive). ..
  • a failure pattern in which one of the two control circuits 301 and 302 fails is also assumed in this embodiment. This failure pattern is detected when one control circuit cannot obtain a communication response from the other control circuit. Then, in this failure pattern, it is assumed that the partner inverter has become uncontrollable, and the neutral points are formed by the partner neutral point relay circuits 121 and 122, and temporary drive by Y1 drive is performed. That is, the control circuits 301 and 302 communicate with each other, and when one detects the incommunicability of the other, the neutral point relay circuits 121 and 122 controlled by the one form a neutral point for use in the event of a failure. To the operation (temporary drive pattern). ..
  • FIG. 22 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the motor drive unit 1000. ..
  • the motor drive unit 1000 includes, as a hardware configuration, the motor 200 described above, the first mounting board 1001, the second mounting board 1002, the housing 1003, and the connectors 1004 and 1005. ..
  • One end 210 and the other end 220 of the coil project from the motor 200 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 substrate 1001 and the second mounting substrate 1002, and both the one end 210 and the other end 220 are the first mounting substrate 1001 and the second mounting substrate 1002.
  • the mounting board 1002 is penetrated through the one side and connected to the other side. Specifically, both one end 210 and the other end 220 of the coil are connected to, for example, the second mounting substrate 1002. Further, both one end 210 and the other end 220 of the coil penetrate the second mounting substrate 1002 and are connected to the first mounting substrate 1001. ..
  • 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 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. ..
  • FIG. 23 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. ..
  • the first inverter 111 on the one end 210 side of the coil and the second neutral point relay circuit 121 on the other end 220 side are mounted on the first mounting substrate 1001.
  • the second mounting board 1002 different from the first mounting board 1001 is mounted with the second inverter 112 on the other end 220 side of the coil and the first neutral point relay circuit 122 on the one end 210 side. Since the circuits of each system that are made redundant in the first system and the second system are distributed to the two mounting boards 1001 and 1002, efficient element placement with the same circuit scale is possible for the two mounting boards. Becomes ..
  • the first control circuit 301 is also mounted on the first mounting substrate 1001.
  • the 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 inverters 111 and 112 and the neutral point relay circuits 121 and 122 to be controlled by the control circuits 301 and 302, wiring for control is provided in the board. Fit in. Therefore, efficient element arrangement is possible. ..
  • 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 facing when viewed in the facing direction of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. It is mounted in 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 facing direction of the first mounting board 1001 and the second mounting board 1002. It is mounted in a position where they overlap each other.
  • Such a circuit arrangement enables efficient element arrangement in which the wiring path to the one end 210 and the other end 220 of the coil is simplified. ..
  • FIG. 24 is a diagram schematically showing a modification of the hardware configuration of the mounting board. ..
  • one double-sided mounting board 1006 is provided.
  • the first inverter 111 on the one end 210 side of the coil and the second neutral point relay circuit 121 on the other end 220 side are mounted on one of the front and back surfaces of the double-sided mounting substrate 1006.
  • the second inverter 112 on the other end 220 side of the coil and the first neutral point relay circuit 122 on the one end 210 side are mounted on the other surface with respect to the one surface.
  • the first control circuit 301 is also mounted on one of the front and back surfaces.
  • the second control circuit 302 is also mounted on the other surface. Since the circuits of each system redundantly divided into the first system and the second system are distributed to both the front and back surfaces of the double-sided mounting board, efficient circuit element layout can be achieved for both front and back surfaces. ..
  • the specific circuit arrangement on the front and back surfaces of the double-sided mounting board 1006 is such that the circuit arrangement on one surface is the same as the circuit arrangement on the first mounting board 1001 shown in FIG. 23, and the circuit arrangement on the other surface is 23 is similar to the circuit arrangement on the second mounting substrate 1002 shown in FIG. For this reason, it is possible to efficiently arrange the elements with simplified wiring paths for the one end 210 and the other end 220 of the coil, and to make the board design common to both the front and back surfaces of the double-sided mounting board 1006. (Embodiment of power steering device)
  • Vehicles such as automobiles generally include a power steering device.
  • the power steering device generates an auxiliary torque for assisting a steering torque of a steering system generated by a driver operating a steering wheel.
  • the auxiliary torque is generated by the auxiliary torque mechanism, and the driver's operation load 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 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 speed reduction mechanism.
  • FIG. 25 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. ..
  • the steering system 520 is, for example, a steering handle 521, a steering shaft 522 (also referred to as “steering column”), universal shaft couplings 523A and 523B, and a rotary shaft 524 (also referred to as “pinion shaft” or “input shaft”). ). ..
  • 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. 529B. ..
  • the steering handle 521 is connected to the rotating shaft 524 via the steering shaft 522 and the universal shaft couplings 523A and 523B.
  • a rack shaft 526 is connected to the rotary shaft 524 via a rack and pinion mechanism 525.
  • the rack-and-pinion mechanism 525 has 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 viewed from the driver sitting in the seat, respectively. ..
  • a steering torque is generated by the driver operating the steering wheel 521, and the steering torque is transmitted to the left and right steering wheels 529A and 529B via the rack and pinion mechanism 525. This allows the driver to 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 applies an auxiliary torque to the steering system 520 extending 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, 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 inverters 111 and 112 shown in FIG. 1 and the like are used. 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-electrical integrated motor”, the unit is, for example, a motor drive having the hardware configuration shown in FIG. The unit 1000 is preferably used. Of the elements shown in FIG. 25, the mechanism configured by the 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 provided by the steering wheel 521.
  • the ECU 542 generates a drive signal for driving the motor 543 based on the detection signal from the steering torque sensor 541 (hereinafter referred to as “torque signal”).
  • the motor 543 generates an auxiliary torque according to the steering torque based on the drive signal.
  • the auxiliary torque is transmitted to the rotary shaft 524 of the steering system 520 via the speed reduction mechanism 544.
  • the 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 the location where the auxiliary torque is applied to the steering system 520.
  • FIG. 25 shows a pinion assist type power steering device 2000.
  • the power steering device 2000 is also applied to a rack assist type, a column assist type and the like. ..
  • a vehicle speed signal may be input to the ECU 542.
  • the microcontroller of the ECU 542 can vector-control the motor 543 based on the torque signal, the vehicle speed signal, and the like. ..
  • the ECU 542 sets the target current value based on at least the torque signal. It is preferable that the ECU 542 set the target current value in consideration of the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor and further in consideration of 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 matches the target current value. ..
  • the left and right steered wheels 529A and 529B can be operated by the rack shaft 526 by using a composite 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 in the above-described electromechanical integrated motor it is possible to perform appropriate current control both in the normal state and in the fault. As a result, the power assist in the power steering device is continued both in the normal state and in the fault. ..
  • a power steering device is mentioned as an example of the method of use in the power converter and drive device of the present invention, but the method of use of the power converter and drive device of the present invention is not limited to the above, and a pump, compressor It can be used in a wide range. ..

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Abstract

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、上記巻線に接続される複数のスイッチ素子を備えたインバータと、上記インバータについて各スイッチ素子の動作を制御する制御部と、上記電源から上記モータに至る駆動システムについて故障の兆候を検出する故障検出部と、を備え、上記制御部は、上記故障検出部によって故障の兆候が検出された場合、上記インバータに故障時用の動作を実行させることで上記モータへ電力を供給させながら、上記駆動システムにおける故障の有無を確認する。

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
しかし、従来の装置では、故障箇所を特定する診断の間にトルク抜けが起きてしまう場合があった。　そこで、本発明は、故障箇所の特定診断時におけるトルク抜けを回避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、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、上記巻線に接続される複数のスイッチ素子を備えたインバータと、上記インバータについて各スイッチ素子の動作を制御する制御部と、上記電源から上記モータに至る駆動システムについて故障の兆候を検出する故障検出部と、を備え、上記制御部は、上記故障検出部によって故障の兆候が検出された場合、上記インバータに故障時用の動作を実行させることで上記モータへ電力を供給させながら、上記駆動システムにおける故障の有無を確認する。　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、上記モータによって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、故障箇所の特定診断時におけるトルク抜けを回避することができる。
図１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２は、正常時におけるモータ駆動ユニットの動作を示す図である。 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、故障検出の際に制御回路で実行される処理手順を表すフローチャートである。 図５は、仮駆動中の出力調整を示す図である。 図６は、異常検出と駆動パターンとの対応関係を示す図である。 図７は、故障パターンのパターン１が生じた状態を示す図である。 図８は、延焼防止状態に移行した状態を示す図である。 図９は、故障パターンがパターン１の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図１０は、故障パターンのパターン２が生じた状態を示す図である。 図１１は、故障パターンがパターン２の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図１２は、インバータ内での中性点形成の変形例を示す図である。 図１３は、故障パターンのパターン３が生じた状態を示す図である。 図１４は、故障パターンがパターン３の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図１５は、故障パターンのパターン４が生じた状態を示す図である。 図１６は、故障パターンがパターン４の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図１７は、故障パターンのパターン５が生じた状態を示す図である。 図１８は、故障パターンがパターン５の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図１９は、２相駆動で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２０は、故障パターンのパターン６が生じた状態を示す図である。 図２１は、故障パターンがパターン６の場合における仮駆動の状態を示す図である。 図２２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２３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。 図２４は、実装基板のハードウェア構成の変形例を模式的に示す図である。 図２５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、インバータ１１１、１１２と、中性点リレー回路１２１、１２２と、モータ２００と、制御回路３０１、３０２と、インバータ駆動回路３１１、３１２と、スイッチ駆動回路３１３、３１４と、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。　
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。　
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１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が備える２つのインバータ１１１、１１２は共通のグランドに接続される。このため、２つの電源４０３、４０４から供給される電流は、２つのインバータ１１１、１１２のどちら側からでもグランドへと流れることができる。　
モータ駆動ユニット１０００はコンデンサ１０５を備える。コンデンサ１０５は、いわゆる平滑コンデンサであり、モータ２００で発生する環流電流を吸収することで電源電圧を安定化させてトルクリップルを抑制する。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。　
モータ駆動ユニット１０００は、２つのインバータ１１１、１１２によって、電源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、モータ駆動ユニット１０００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。　
２つのインバータ１１１、１１２のうち第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。　
各インバータ１１１、１１２は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各インバータ１１１、１１２に備えられた３個のレグは、モータ２００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線それぞれに接続される。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１１３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１１４を備える。図示の煩雑を避けるため２つのインバータ１１１、１１２の１つについて符号が付されるが、各インバータ１１１、１１２にハイサイドスイッチ素子１１３およびローサイドスイッチ素子１１４が３つずつ備えられる。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。　
中性点リレー回路１２１、１２２は、インバータ１１１、１１２と並列に、モータ２００のコイルに接続される。中性点リレー回路１２１、１２２は、モータ２００のコイル同士の接続・非接続を切替えることが可能である。言い換えると中性点リレー回路１２１、１２２は、インバータ１１１、１１２およびモータ２００のコイルに接続され、３相の巻線に対する中性点を形成する。各中性点リレー回路１２１、１２２は、一端がノードに共通に接続され、かつ、他端がモータ２００の各相のコイルに接続される３個のスイッチ素子を備える。上述したスイッチ素子としては、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。　
モータ駆動ユニット１０００は、更に、インバータ１１１、１１２と電源との接続・非接続を切替える分離スイッチ１１５と、インバータ１１１、１１２とグランドとの接続・非接続を切替える分離スイッチ１１６とを備える。　
制御回路３０１、３０２は例えばＣＰＵであり、例えばパワーステアリング装置の制御用コンピュータなどといった外部装置からモータ２００の目標トルクなどが入力される。　
制御回路３０１、３０２は、図示を省略した角度センサなどで検出されるモータ２００の回転信号と、上記目標トルクや後述する電位センサの検出結果などに基づいて目標電流値を設定し、インバータ１１１、１１２によるモータ２００の駆動を制御する。制御回路３０１、３０２はインバータ駆動回路３１１、３１２を介してインバータ１１１、１１２の駆動を制御する。具体的には、制御回路３０１、３０２は、インバータ１１１、１１２に備えられた各スイッチ素子におけるオン・オフ動作を制御するためのＰＷＭ信号を目標電流値に従って生成し、そのＰＷＭ信号をインバータ駆動回路３１１、３１２に与えることでインバータ１１１、１１２の駆動を制御する。　
インバータ駆動回路３１１、３１２は、例えばゲートドライバである。インバータ駆動回路３１１、３１２は、インバータ１１１、１１２における各スイッ
チ素子のオン・オフ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。　
制御回路３０１、３０２は、スイッチ駆動回路３１３、３１４を介して、分離スイッチ１１５、１１６および中性点リレー回路１２１、１２２の動作を制御する。２つの制御回路３０１、３０２による制御対象の分担については後述する。スイッチ駆動回路３１３、３１４は、制御回路３０１、３０２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における各スイッチ素子をオン・オフする制御信号を生成し、生成した制御信号を各スイッチ素子に与える。　
なお、制御回路３０１、３０２は、インバータ駆動回路３１１、３１２やスイッチ駆動回路３１３、３１４の機能を有してもよい。その場合、インバータ駆動回路３１１、３１２やスイッチ駆動回路３１３、３１４は省かれる。　
モータ駆動ユニット１０００は、更に電位センサを備える。電位センサとしては、Ｕ相電位センサ４１１と、Ｖ相電位センサ４１２と、Ｗ相電位センサ４１３と、供給電位センサ４１４と、電源電位センサ４１５と、グランド電位センサ４１６と、中性点電位センサ４１７が備えられる。なお、図示の煩雑を避けるため、図１の左方側のインバータ１１１周辺のみに電位センサが図示されるが、電位センサは図２の右方側のインバータ１１２周辺にも同様に備えられる。　
Ｕ相電位センサ４１１は、インバータ１１１、１１２のＵ相用のレグとモータ２００のＵ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。Ｖ相電位センサ４１２は、インバータ１１１、１１２のＶ相用のレグとモータ２００のＶ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。Ｗ相電位センサ４１３は、インバータ１１１、１１２のＷ相用のレグとモータ２００のＷ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。なお、図示は省略されるが、ＵＶＷ各相については、電流センサも備えられており、ＵＶＷ各相における電流値も検出される。　
供給電位センサ４１４は、電源側の分離スイッチ１１５とインバータ１１１、１１２とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。電源電位センサ４１５は、電源４０３、４０４と電源側の分離スイッチ１１５とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。グランド電位センサ４１６は、グランド側の分離スイッチ１１６とインバータ１１１、１１２とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。中性点電位センサ４１７は、中性点リレー回路１２１、１２２内の電位を検出する。　
グランド電位センサ４１６で電位が検出されることにより、グランド分離用の分離スイッチ１１６における故障とインバータ１１１、１１２内のスイッチ素子における故障とが切り分けられる。また、電源電位センサ４１５によって電源４０３、４０４の電圧が検出されることにより、電源４０３、４０４の故障と回路系の故障とが切り分けられる。　
Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、Ｗ相電位センサ４１３および中性点電位センサ４１７は、インバータ１１１、１１２および中性点リレー回路１２１、１２２それぞれの内部電位を検出する検出器の一例に相当する。　
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。即ち、モータ駆動ユニット１０００は、インバータと中性点リレー回路と上記検出器とを備えた回路系を、モータ２００の巻線の一端２１０と他端２２０とのそれぞれに備える。第１系統のインバータ１１１には第１系統の電源４０３から電力が供給され、第系統インバータ１１２には第２系統の電源４０４から電力が供給される。　
第１系統のインバータ１１１と、分離スイッチ１１５、１１６は、第１系統の制御回路３０１によって動作が制御され、第２系統のインバータ１１２と、分離スイッチ１１５、１１６は、第２系統の制御回路３０２によって動作が制御される。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故障時にも、他方の系統によって電力供給が継続される。　
また、第１系統の各電位センサ４１１～４１７の検出値は第１系統の制御回路３０１に入力され、第２系統の各電位センサ４１１～４１７の検出値は第２系統の制御回路３０２に入力される。　
これらに対し、第１系統の中性点リレー回路１２１については、第２系統の制御回路３０２によって動作が制御され、第２系統の中性点リレー回路１２２については、第１系統の制御回路３０１によって動作が制御される。　
即ち、第１系統の制御回路３０１は、モータ２００の巻線の一端２１０側の検出器に接続され、当該一端２１０側のインバータ１１１およびモータ２００の巻線の他端２２０側の性点リレー回路１２２を制御する。第２系統の制御回路３０２は、モータ２００の巻線の他端２２０側の検出器に接続され、当該他端２２０側のインバータ１１２およびモータ２００の巻線の一端２１０側の性点リレー回路１２１を制御する。　なお、本実施形態では、２つの制御回路３０１、３０２が上記のように制御対象を分担するが、変形例としては、２つの制御回路３０１、３０２の双方が第１系統および第２系統の全てのスイッチを制御してもよい。　
本実施形態では、２つの制御回路３０１、３０２は相互に通信可能であり、２つの制御回路３０１、３０２の協働によって２つのインバータ１１１、１１２の動作を制御する場合がある。但し制御回路３０１、３０２の相互通信の速度は、インバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４を介して各スイッチ素子の動作を制御する速度や、各電位センサ４１１～４１７から検出値を取得する速度に較べると低速である。　制御回路３０１、３０２によるインバータ１１１、１１２の駆動制御には正常時の制御および故障時の制御がある。　
制御回路３０１、３０２は、インバータ１１１、１１２の制御を正常時の制御と故障時の制御との間で切替えることができる。ここで正常とは、電源４０３、４０４と、制御回路３０１、３０２と、インバータ１１１、１１２と、中性点リレー回路１２１、１２２と、分離スイッチ１１５、１１６と、モータ２００のいずれもが正しく機能する状態を指す。そして、故障とは、これらのいずれかで機能が失われた状態を指す。　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）　図２は、正常時におけるモータ駆動ユニット１０００の動作を示す図である。　
正常時において、制御回路３０１、３０２は、２つの中性点リレー回路１２１、１２２の双方をオフする。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。「中性点リレー回路１２１（１２２）がオフする」とは、中性点リレー回路１２１（１２２）に備えられた３つのスイッチ素子が全てオフすることを意味する。　
第１系統の中性点リレー回路１２１がオフすると、モータ２００の各相のコイルの一端２１０同士は絶縁され、第２系統の中性点リレー回路１２２がオフすると、モータ２００の各相のコイルの他端２２０同士は絶縁される。　
また、制御回路３０１、３０２は、分離スイッチ１１５、１１６をいずれもオンする。これにより、２つのインバータ１１１、１１２が電源４０３、４０４およびグランドと接続される。　
この接続状態において、制御回路３０１、３０２は、２つのインバータ１１１、１１２それぞれのスイッチ素子に対してＰＷＭ制御を行い三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。図２には、特定時点でモータ２００の１つの相に流れる電流の経路が一例として示されており、この例では２つの系統のうち第２系統の電源４０４から第２系統のインバータ１１２へと供給された電流がモータ２００の巻線を通り、第１系統のインバータ１１１からグランドに流れる。電流は、第１系統側から供給されて第２系統側に流れる場合もあるし、図２に示された相以外の相の巻線に流れる場合もある。　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インバータ１１１、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、インバータ１１１、１１２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。　
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、インバータ１１１、１１２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、インバータ１１１、１１２は電流の総和が「０」以外の値となる駆動動作を行うことも可能である。（故障の検出）　
例えばパワーステアリング機構などでは、モータ駆動ユニット１０００に故障が生じた場合でも、故障時の制御によってモータ２００の駆動を継続することが求められる。このため、制御回路３０１、３０２は、正常時の制御中に各電位センサ４１１～４１７から得られる各箇所の電位検出値やインバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４から得られる各スイッチ素子の応答結果を解析し、故障の兆候を検出する。つまり、制御回路３０１，３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムについて故障の兆候を検出する故障検出部としての機能を有する。また、本実施形態では、制御回路３０１，３０２は、上記駆動システム内の複数箇所それぞれにおける状態値（例えば電位検出値や応答結果）の異常を検出することで当該駆動システムにおける故障の兆候を検出する。　
このような解析は、故障の発生を速やかに検出することができるが、この解析によって検出されるのは故障発生の兆候であって、誤検出の場合が有り得る。そのため、故障検出後は、故障が生じた箇所を確認する処理が行われ、誤検出であった場合には正常時の制御が実行される。　
故障箇所の確認処理は、２つの制御回路３０１、３０２の協働による動作制御が必要な場合もあるため時間を要する。このため、本実施形態では、確認処理の間にモータ２００のトルク抜けが生じないための工夫が施される。　図４は、故障検出の際に制御回路３０１、３０２で実行される処理手順を表すフローチャートである。　
モータ２００は、先ず、正常時の制御で駆動され (ステップＳ１０１）、上述したように電位検出値などの解析によって故障の兆候の検出が行われる(ステップＳ１０２）。故障の兆候が検出されない場合には(ステップＳ１０２；ＮＯ）、正常時の制御によるモータ２００の駆動が継続される。　
故障の兆候が検出された場合には(ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、故障がモータ駆動ユニット１０００内の他の箇所に広がることを防止するため、インバータ１１１、１１２の全てのスイッチ素子が一時的にオフされる(ステップＳ１０３）。以下、このように全てのスイッチ素子がオフになった状態を延焼防止状態と称する場合がある。　
そして、故障時にモータ２００の駆動を継続するために実行されるインバータ１１１、１１２の動作（駆動パターン）が、延焼防止状態の間に、複数種類（ここでは一例として３種類）の動作（駆動パターン）から選定されて(ステップＳ１０４）実行される（ステップＳ１０５～Ｓ１０７）。ここで選定された駆動パターンによるモータ２００の駆動を、以下では仮駆動と称する。仮駆動における駆
動パターンは、故障の兆候が見られた際の制御における駆動パターンであり、正常時の制御における駆動パターンとは異なる駆動パターンである。なお、以下「故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）」とは、故障の兆候が見られてから故障が確定するまでの駆動パターンを指し、後述する故障が確定した後の「故障回避動作（リカバリ駆動の駆動パターン）」とは定義が異なるものとして説明する。　
駆動パターンの選定については後で詳述するが、本実施形態では、駆動パターンの１つとして、一方の中性点リレー回路１２１、１２２で中性点が形成されるＹ１駆動（ステップＳ１０５）が採用される。また、本実施形態では、駆動パターンとして、一方のインバータ１１１、１１２内のスイッチ素子によって当該インバータ１１１、１１２が中性点化されるＹ３駆動（ステップＳ１０６）と、ＵＶＷ３相のうち２相で駆動が行われる２相駆動（ステップＳ１０７）も採用される。本発明の電力変換装置では、これら３つの駆動パターンのうち少なくとも２つを含んだ複数種類の動作から故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）が選択されて実行されることが望ましい。　
インバータ１１１、１１２は、制御回路３０１、３０２が故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）を選択する間、全てのスイッチ素子がオフの延焼防止状態になるのでモータ２００に電流が流れないが、駆動パターンの選定は、各電位センサ４１１～４１７から得られる各箇所の電位検出値に基づいて短時間に行われるのでモータ２００のトルク抜けは回避される。　
本実施形態では、上記３つの駆動パターンのいずれかによってモータ２００が駆動されながら、モータ駆動ユニット１０００における故障箇所の確認が行われる。つまり、制御回路３０１、３０２は、故障の兆候が検出された場合、インバータ１１１、１１２に故障時用の動作を実行させることでモータ２００へ電力を供給させながら、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の有無を確認する。上述した様に確認処理には時間を要するが、仮駆動によってモータ２００の駆動が継続されるためトルク抜けは回避される。このような仮駆動の継続時間は例えば数十ｍｓである。　仮駆動における駆動パターンは、故障の兆候が検出された場合に、モータ２００の駆動を継続しつつ、より正確な故障診断を行うことが可能な駆動パターンである。このような仮駆動では、故障の兆候がある箇所を停止してモータ駆動ユニット１０００を維持した状態で故障有無および故障箇所の確認を行う。このため、モータ駆動ユニット１０００には、一部の機能を使わずに駆動継続できる冗長性が必要になる。中性点リレー回路１２１、１２２がインバータ１１１、１１２についた回路構造がそのような冗長性の一例である。　
確認処理の結果として、故障箇所が見つからなかった場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）は、故障検出が誤検出であったのでステップＳ１０１に戻り、正常時の制御によってモータ２００が駆動される。つまり、制御回路３０１、３０２は、故障確認の結果として故障の非存在が確認された場合、インバータ１１１、１１２に正常時の動作を実行させる。一方、確認処理の結果、故障箇所が確定した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０９に進み、リカバリ駆動によってモータ２００の駆動が継続される。　
このリカバリ駆動は、確定した故障箇所の利用を回避した駆動である。言い換えると、制御回路３０１、３０２は、故障の存在が確認された場合、インバータ１１１、１１２に、当該故障を生じた箇所の利用を回避した故障回避動作を実行させることでモータ２００へ電力を供給させる。　
リカバリ駆動と仮駆動とでは駆動制御が異なっていてもよいが、本実施形態では、リカバリ駆動と仮駆動とで同一の駆動制御が実行される。これにより、制御の変更が少なくて済む。なお、本発明の電力変換装置では、仮駆動が常に例えばＹ１駆動で、リカバリ駆動がＹ１駆動とＹ３駆動と２相駆動から選択されてもよい。　
リカバリ駆動によるモータ２００の駆動は故障箇所の利用を回避した駆動であるため、モータ駆動ユニット１０００の全体を利用する正常時の制御によるモータ２００の駆動に較べて出力の上限が低下する。リカバリ駆動に移行した場合に急激な出力変化が生じることは避けたいので、本実施形態では仮駆動中に出力が調整される。　図５は、仮駆動中の出力調整を示す図である。　
モータ駆動ユニット１０００は、仮駆動に移行した直後は、正常時の駆動における出力と同等の高い出力を一時的に維持する。そして、仮駆動の継続中に出力を次第に低下させ、リカバリ駆動における出力上限以内の低出力に到達させる。その後、その低出力でリカバリ駆動が継続される。このような出力調整により、出力の急激な変化が回避され、モータ２００の円滑な駆動やパワーステアリング装置における滑らかなパワーアシストが実現する。（駆動パターンの選択）　以下、駆動パターンの選定方法について詳細に説明する。　
上述した様に、制御回路３０１、３０２は、正常時の制御中に各電位センサ４１１～４１７から得られる各箇所の電位検出値やインバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４から得られる各スイッチ素子の応答結果を解析し、故障の兆候を検出する。本実施形態では、電位検出値や応答結果の検出箇所とレジスタのビットが対応付けられており、制御回路３０１、３０２は、レジスタのビットのうち状態値（例えば電位検出値や応答結果）の異常を検出した箇所に対応したビットを立てる。そして、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作（仮駆動）として、複数種類の動作（駆動パターン）のうちレジスタの値に対応した動作を実行させる。　図６は、異常検出と駆動パターンとの対応関係を示す図である。　
図６に示す対応表の左端列には、制御回路３０１、３０２が状態値の異常として検出する検出条件が示される。検出条件としては、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常と、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常と、ＵＶＷ各相における電位検出値の異常（相電位値異常）と、インバータ駆動回路３１１、３１２における上記以外の応答異常（ＰｒＤｒ制御異常その他）が含まれる。また、検出条件としては、供給電位センサ４１４における電位検出値の異常（ＶＲ値異常）と、ＵＶＷ各相における電流検出値の異常（相電流値異常）も含まれる。さらに、検出条件としては、グランド電位センサ４１６における電位検出値の異常（Ｖｇ値異常）と、中性点電位センサ４１７における電位検出値の異常（Ｖｎ値異常）も含まれる。　
対応表の左から２列目に示されるように、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常には、レジスタの第０ビットが割り当てられる。ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常には、レジスタの第１ビットが割り当てられる。ＵＶＷ各相における電位検出値の異常には、レジスタの第２ビットが割り当てられる。インバータ駆動回路３１１、３１２における上記以外の応答異常には、レジスタの第３ビットが割り当てられる。供給電位センサ４１４における電位検出値の異常には、レジスタの第４ビットが割り当てられる。ＵＶＷ各相における電流検出値の異常には、レジスタの第５ビットが割り当てられる。グランド電位センサ４１６における電位検出値の異常には、レジスタの第６ビットが割り当てられる。中性点電位センサ４１７における電位検出値の異常には、レジスタの第７ビットが割り当てられる。　
本実施形態のモータ駆動ユニット１０００では、一例としてパターン０からパターン６までの７種類の故障パターンが想定される。発生原因が同一で発生箇所が回路的に対称な箇所である複数の故障については同一の故障パターンであり、発生原因が異なるか、あるいは発生箇所が回路的に非対称な箇所である複数の故障については異なる故障パターンである。具体的な故障パターンについては後で詳述する。　
想定される７種類の故障パターンに対し、故障箇所の利用が回避されるように、Ｙ１駆動とＹ３駆動と２相駆動とのいずれかの駆動パターンが割り当てられる。図６に示す対応表の上端の２行には、故障パターンに対する駆動パターンの割り当てが示される。　
図６の対応表に示された数値「１」は、想定された故障パターンで故障が生じた場合に検出される異常を表し、数値「０」は、故障パターンと異常とが対応しないことを表す。例えばパターン３の場合には、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常と、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が検出される。　
図６の対応表の左端列に示された検出条件のいずれかについて異常が検出された場合、対応表の左から２列目に示された割当ビットが立てられる。そして、レジスタの値が３１以下であると仮駆動の駆動パターンとしてＹ１駆動が選定され、レジスタの値が３２以上１２７以下であると仮駆動の駆動パターンとして２相駆動が選定され、レジスタの値が１２８以上であると仮駆動の駆動パターンとしてＹ３駆動が選定される。このようにレジスタが用いられて駆動パターンが選定されることにより、フローチャートによる選定よりも短時間で選定が行われる。制御回路３０１、３０２が、自己の制御下にあるインバータ１１１、１１２と相手側の制御下にある中性点リレー回路１２１、１２２とについて内部電位を得るので、駆動パターンの速やかな選定が可能となり、トルク抜けを回避することができる。　
なお、図６の対応表に数値「１」で示された対応関係により、検出された異常から故障パターンを特定することができるので、複数種類の故障パターンそれぞれを区別した故障の兆候検出が行われてもよい。このような故障の兆候検出が行われる場合は、複数種類の動作（駆動パターン）のうち故障パターンに応じた動作（駆動パターン）が選択されて実行される。　
また、図６の対応表の左端列に示された検出条件のうち、レジスタの第０ビットから第４ビットが割り当てられた検出条件については、駆動パターンの選定に用いられるとともに、正常駆動中における故障の兆候検出にも用いられる。即ち、レジスタの第０ビットから第４ビットが割り当てられた検出条件のいずれかについて正常駆動中に異常が検出された場合には、モータ駆動ユニット１０００のどこかに故障が生じたものとして延焼防止状態となる。（具体的な故障パターン）　以下、具体的な故障パターンを例示し、対応する具体的な駆動パターンについて説明する。　図７は、故障パターンのパターン１が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン１では、モータ駆動ユニット１０００のいずれかの分離スイッチ１１５、１１６がオフ故障となる。図６の対応表にも示すように、パターン１では、分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた系統の供給電位センサ４１４で電位検出値が異常となる。また、図６の対応表には示されていないが、電源電位センサ４１５で電位検出値が異常となる場合もある。　このような異常が制御回路３０１、３０２による解析で検出されると、上述したようにモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。　図８は、延焼防止状態に移行した状態を示す図である。　
延焼防止状態では、モータ駆動ユニット１０００が備える両系統のインバータ１１１、１１２で全てのスイッチ素子がオフとなる。また、モータ駆動ユニット１０００が備える全ての分離スイッチ１１５、１１６もオフとなる。更に、中性点リレー回路１２１、１２２については正常時の制御で全てのスイッチ素子がオフであり、延焼防止状態でも全てのスイッチ素子がオフのままとなる。　
このような延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン１である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。　図９は、故障パターンがパターン１の場合における
仮駆動の状態を示す図である。　
上述したように、本実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、インバータとして、モータ２００の巻線の一端２１０に接続された第１系統のインバータ１１１と、当該巻線の他端２２０に接続された第２系統のインバータ１１２とを備える。そして、制御回路３０１、３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、第１系統のインバータ１１１に関わる故障の兆候と第２系統のインバータ１１２に関わる故障の兆候とを区別して検出する。　
Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１を分離する分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２を分離する分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）として、複数種類の動作のうち故障に関わるインバータ１１１、１１２に応じた動作を選択して実行させる。　
第１系統および第２系統の回路系の一方に故障の兆候が生じた場合は、制御回路３０１、３０２のうち、当該一方の回路系のインバータ１１１、１１２を制御する制御回路３０１、３０２が故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）を速やかに選択する。その後、当該回路系における故障の有無は、制御回路３０１、３０２の協働によって確認する。　
図９に示す例では、第１系統の分離スイッチ１１５、１１６でオフ故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。　
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図９では第１系統）について、２つの分離スイッチ１１５、１１６やインバータ１１１の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。　次に、故障パターンのパターン２について説明する。　図１０は、故障パターンのパターン２が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン２では、モータ駆動ユニット１０００が備える中性点リレー回路１２１、１２２のスイッチ素子がオン故障となる。図１０に示す例では、第１系統の中性点リレー回路１２１でスイッチ素子のオン故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン２では、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常や、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。　
このような異常が制御回路３０１、３０２による解析で検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン２である場合は、中性点電位センサ４１７でも電位検出値が異常となるので、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ３駆動が選定される。　図１１は、故障パターンがパターン２の場合における仮駆動の状態を示す図である。　
Ｙ３駆動は、インバータ１１１、１１２内で中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統の中性点リレー回路１２１で電位検出値の異常が生じた（即ち第１系統で故障の兆候が検出された）場合には、第１系統のインバータ１１１で中性点が形成される。また、第２系統の中性点リレー回路１２２で電位検出値の異常が生じた（即ち第２系統で故障の兆候が検出された）場合には、第２系統のインバータ１１２で中性点が形成される。　
即ち、中性点電位センサ４１７により中性点リレー回路１２１、１２２について異常な内部電位が検出された場合、当該中性点リレー回路１２１、１２２と同じ回路系に備えられたインバータ１１１、１１２によって中性点が形成されて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。　また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。　
インバータ１１１、１１２内での中性点形成としては、３つのハイサイドスイッチ素子１１３がオンとなる中性点形成と３つのローサイドスイッチ素子１１４がオンとなる中性点形成が可能である。ハイサイドスイッチ素子に較べてローサイドスイッチ素子１１４の方がオン状態を維持するための電力が少なくて済むので、本実施形態におけるＹ３駆動では、グランドと巻線との間に接続されたローサイドスイッチ素子１１４によってインバータ１１１、１１２が中性点化される。　
図１１に示す例では、第１系統の中性点リレー回路１２１でオン故障が生じるので、第１系統のインバータ１１１内で中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。　
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１１では第１系統）について、中性点リレー回路１２１の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ３駆動）でリカバリ駆動が行われる。　なお、インバータ１１１、１１２内での中性点形成としては、以下の変形例が考えられる。　図１２は、インバータ１１１、１１２内での中性点形成の変形例を示す図である。　
図１２に示す変形例でも、第１系統の中性点リレー回路１２１で電位検出値の異常が生じ、第１系統のインバータ１１１内で中性点が形成される。しかし、インバータ１１１のハイサイドスイッチ素子１１３もローサイドスイッチ素子１１４もオン状態には固定されず、ＰＷＭ制御が行われることで中性点における電位が制御される。　次に、故障パターンのパターン３について説明する。　図１３は、故障パターンのパターン３が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン３では、モータ駆動ユニット１０００が備えるインバータ１１１、１１２のスイッチ素子がオン故障となる。図１３に示す例では、第１系統のインバータ１１１でオン故障が生じ、ハイサイドスイッチ素子１１３の１つでオン故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン３では、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常、あるいは、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。　
このような異常が、インバータ駆動回路３１１、３１２を介して制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン３である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。　
モータ駆動ユニット１０００には、電位センサとして中性点電位センサ４１７が備えられるので、制御回路３０１、３０２は、駆動パターン選定の段階で、パターン２とパターン３とを区別することができる。この結果、仮駆動としてＹ１駆動とＹ３駆動とのうち適切な駆動パターンを選定することができる。　図１４は、故障パターンがパターン３の場合における仮駆動の状態を示す図である。　
上述したように、Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。　
図１４に示す例では、第１系統のインバータ１１１内のスイッチ素子でオン故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。　
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１４では第１系統）について、インバータ１１１内の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障の有無の確認として、インバータ１１１内の複数のスイッチ素子における故障の有無を個別に確認する。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。　次に、故障パターンのパターン４について説明する。　図１５は、故障パターンのパターン４が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン４では、モータ駆動ユニット１０００が備えるインバータ１１１、１１２のスイッチ素子がオフ故障となる。図１５に示す例では、第１系統のインバータ１１１でオフ故障が生じ、ハイサイドスイッチ素子１１３の１つでオフ故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン４では、Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、およびＷ相電位センサ４１３のうち、スイッチ素子にオフ故障が生じた相の電位センサで電位検出値が異常となる。図１５に示す例では、Ｕ相の電位検出値に異常が生じる。　
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン４である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。　図１６は、故障パターンがパターン４の場合における仮駆動の状態を示す図である。　
上述したように、Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。即ち、電位センサ４１１～４１３によりインバータ１１１、１１２について異常な内部電位が検出された場合、当該インバータ１１１、１１２と同じ回路系に備えられた中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成されて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。　
図１６に示す例では、第１系統のインバータ１１１内のスイッチ素子でオフ故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。　
このような仮駆動によるモータ２０
０の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１６では第１系統）について、インバータ１１１内の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障の有無の確認として、インバータ１１１内の複数のスイッチ素子における故障の有無を個別に確認する。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。　次に、故障パターンのパターン５について説明する。　図１７は、故障パターンのパターン５が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン５では、モータ２００の巻線に断線故障が生じる。図１７に示す例では、モータ２００の巻線のうちＵ相の巻線に断線故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン５では、Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、およびＷ相電位センサ４１３のうち、断線故障が生じた相の電位センサで電位検出値が異常となる。　
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン５である場合は、ＵＶＷ各相のうち断線故障が生じた相について電流検出値も異常（電流ゼロ）となるので、図６に示すように、駆動パターンとして２相駆動が選定される。　図１８は、故障パターンがパターン５の場合における仮駆動の状態を示す図である。　
２相駆動は、ＵＶＷ相のうち２相のみが用いられる駆動パターンであり、断線故障が生じた相を避けた２相が用いられる。Ｕ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＶ相とＷ相の２相が用いられ、Ｖ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＵ相とＷ相の２相が用いられ、Ｗ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＵ相とＶ相の２相が用いられる。つまり、制御回路３０１、３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、モータ２００の各相に関わる故障の兆候を区別して検出する。そして、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作として、複数種類の動作のうち故障に関わる相に応じた動作を選択して実行させる。　
図１８に示す例では、Ｕ相の巻線で断線故障が生じるので、制御回路３０１、３０２は、Ｕ相の利用を避けたＶ相とＷ相の２相による駆動制御を行いモータ２００の駆動を継続する。　図１９は、２相駆動でモータ２００の各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。　２相駆動では、故障の兆候が検出された例えばＵ相では常に電流値がゼロとなり、その他のＶ相とＷ相の２相では例えば正弦波の電流波形で電流が流れる。　
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された相（一例として図１８ではＵ相）について電流検出値が再び解析されて断線故障の有無が確認される。このような再解析によって断線故障の存在が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ち２相駆動）でリカバリ駆動が行われる。　次に、故障パターンのパターン６について説明する。　図２０は、故障パターンのパターン６が生じた状態を示す図である。　
故障パターンのパターン６では、モータ２００の巻線にグランドとの短絡故障が生じる。図２０に示す例では、モータ２００の巻線のうちＵ相の巻線に短絡故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン６では、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。　
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン６である場合は、グランド電位センサ４１６の電位検出値にも異常が生じるので、図６に示すように、駆動パターンとして２相駆動が選定される。　図２１は、故障パターンがパターン６の場合における仮駆動の状態を示す図である。　
上述した様に２相駆動は、ＵＶＷ相のうち２相のみが用いられる駆動パターンであり、断線故障が生じた相を避けた２相が用いられる。図２１に示す例では、Ｕ相の巻線で断線故障が生じるので、制御回路３０１、３０２は、Ｕ相の利用を避けたＶ相とＷ相の２相による駆動制御を行いモータ２００の駆動を継続する。　
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、制御回路３０１、３０２は、故障の兆候が検出された相（一例として図２１ではＵ相）での一時的な通電制御などを行いながら、当該相の通電時におけるグランド電位センサ４１６の電位検出値を確認する。このような電位検出値の確認によって、当該相における短絡故障の有無が確認される。そして短絡故障の存在が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ち２相駆動）でリカバリ駆動が行われる。　
以上説明した故障パターンの他に、本実施形態では、２つの制御回路３０１、３０２の一方が故障する故障パターンも想定される。この故障パターンは、一方の制御回路が相手の制御回路から通信の応答を得られなくなることで故障検出される。そして、この故障パターンでは、相手側のインバータが制御不能になったものとして、相手側の系統の中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成されてＹ１駆動による仮駆動が行われる。即ち、制御回路３０１、３０２は相互に通信し、一方が他方の通信不能を検知した場合には、当該一方が制御する中性点リレー回路１２１、１２２で中性点を形成させて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。　
なお、上記実施形態では２つの制御回路３０１、３０２によってインバータ１１１、１１２の制御や故障の検出が行われるが、本発明にいう制御部は、例えば１つのＣＰＵであってもよい。（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２２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、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。　
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。　
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２３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。　
第１実装基板１００１には、コイルの一端２１０側の第１インバータ１１１および他端２２０側の第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、コイルの他端２２０側の第２インバータ１１２および一端２１０側の第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。　
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。　
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。　
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２４は、実装基板のハードウェア構成の変形例を模式的に示す図である。　
図２４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コイルの一端２１０側の第１インバータ１１１および他端２２０側の第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コイルの他端２２０側の第２インバータ１１２および一端２１０側の第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。　
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２３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２３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。（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２５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などに示されたインバータ１１１、１１２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２２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２５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２５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、正常時および故障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、正常時および故障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。
１１１：第１インバータ　１１２：第２インバータ　１１５、１１６：分離スイッチ　１２１：第２中性点リレー回路　１２２：第１中性点リレー回路　２００：モータ　３０１、３０２：制御回路　３１１、３１２：インバータ駆動回路　３１３、３１４：スイッチ駆動回路　４０３、４０４：電源　４１１：Ｕ相電位センサ　４１２：Ｖ相電位センサ　４１３：Ｗ相電位センサ　４１４：供給電位センサ　４１５：電源電位センサ　４１６：グランド電位センサ　４１７：中性点電位センサ　１０００：モータ駆動ユニット　１００１、１００２、１００７：実装基板　１００６：両面実装基板　２０００：パワーステアリング装置　
 

Claims (17)

  1. 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、　前記巻線に接続される複数のスイッチ素子を備えたインバータと、　前記インバータについて各スイッチ素子の動作を制御する制御部と、　前記電源から前記モータに至る駆動システムについて故障の兆候を検出する故障検出部と、を備え、　前記制御部は、　　前記故障検出部によって故障の兆候が検出された場合、前記インバータに故障時用の動作を実行させることで前記モータへ電力を供給させながら、前記駆動システムにおける故障の有無を確認する電力変換装置。
  2. 前記制御部は、前記故障の存在が確認された場合、前記インバータに、当該故障を生じた箇所の利用を回避した故障回避動作を実行させることで前記モータへ電力を供給させる請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記故障回避動作が前記故障時用の動作と同じである請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記制御部は、前記故障の有無の確認として、少なくとも、前記複数のスイッチ素子における故障の有無を個別に確認する請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記制御部は、故障確認の結果として故障の非存在が確認された場合、前記インバータに正常時の動作を実行させる請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記制御部は、複数種類の動作から前記故障時用の動作を選択して実行させ、　前記インバータは、前記制御部が前記故障時用の動作を選択する間、全てのスイッチ素子がオフになる請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記故障検出部が、前記駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、前記モータの各相に関わる故障の兆候を区別して検出し、　前記制御部は、前記故障時用の動作として、複数種類の動作のうち故障に関わる相に応じた動作を選択して実行させる請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記インバータとして、前記巻線の一端に接続された第１インバータと、当該巻線の他端に接続された第２インバータとを備え、　前記故障検出部が、前記駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、前記第１インバータに関わる故障の兆候と前記第２インバータに関わる故障の兆候とを区別して検出し、　前記制御部は、前記故障時用の動作として、複数種類の動作のうち故障に関わるインバータに応じた動作を選択して実行させる請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記制御部として、前記第１インバータの動作を制御する第１制御部と、前記第２インバータの動作を制御する第２制御部とを備える請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記電源が、前記第１インバータに電力を供給する第１電源と、前記第２インバータに電力を供給する第２電源とを備える請求項８または９に記載の電力変換装置。
  11. 前記故障検出部が、前記駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、複数種類の故障パターンそれぞれを区別して検出し、　前記制御部は、前記故障時用の動作として、複数種類の動作のうち前記故障パターンに応じた動作を選択して実行させる請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 前記インバータとして、前記巻線の一端に接続された第１インバータと、当該巻線の他端に接続された第２インバータとを備え、　前記第１インバータに接続され、当該第１インバータ側に中性点を形成する第１中性点機構と、　前記第２インバータに接続され、当該第２インバータ側に中性点を形成する第２中性点機構と、を更に備え、　前記制御部は、　　前記中性点化機構によって中性点を形成する第１動作と、　　インバータ内のスイッチ素子によって当該インバータを中性点化する第２動作と、　　上記ｎ相のうち一部の相を動作させる第３動作と、のうち少なくとも２つを含んだ複数種類の動作から前記故障時用の動作を選択して実行させる請求項１１に記載の電力変換装置。
  13. 前記第２動作は、インバータ内のスイッチ素子のうち、グランドと前記巻線との間に接続されたスイッチ素子によって当該インバータを中性点化する請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. 前記故障検出部は、前記駆動システム内の複数箇所それぞれにおける状態値の異常を検出することで当該駆動システムにおける故障の兆候を検出し、レジスタのビットのうち状態値の異常を検出した箇所に対応したビットを立て、　前記制御部は、前記故障時用の動作として、複数種類の動作のうち前記レジスタの値に対応した動作を実行させる請求項１１に記載の電力変換装置。
  15. 前記制御部は、故障の有無を確認する間に、前記モータへの電力供給を経時的に低減させる請求項１から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  16. 請求項１から１５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。
  17. 請求項１から１５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、を備えるパワーステアリング装置。
     
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