电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置制造方法及图纸

电力转换装置(100)具有与马达的各相的绕组的一端连接的第1逆变器(120)、与各相的绕组的另一端连接的第2逆变器(130)、第1切换电路(110A)以及第2切换电路(110B)，该电力转换装置(100)具有如下模式：正常时动作模式，在该模式下，使用第1逆变器和在第2逆变器中构成的各相的绕组的第1中性点而进行电力转换；以及异常时动作模式，在该模式下，使用第2逆变器和在第1逆变器中构成的各相的绕组的第2中性点而进行电力转换，当第1逆变器所包含的多个开关元件中的至少一个发生了故障时，将电力转换的动作模式从正常时动作模式切换为异常时动作模式。

Electric Power Conversion Device, Motor Drive Unit and Electric Power Steering Device

The power conversion device (100) has a first inverter (120) connected to one end of each phase winding of the motor, a second inverter (130), a first switching circuit (110A) and a second switching circuit (110B) connected to the other end of each phase winding. The power conversion device (100) has the following modes: normal operation mode, in which the first inverter and the second inverter are used. The first neutral point of each phase winding is used for power conversion; and the operation mode in case of abnormality. In this mode, the power conversion is carried out by using the second inverter and the second neutral point of each phase winding in the first inverter. When at least one of the switching elements contained in the first inverter fails, the operation mode of power conversion is changed from the normal operation mode. Action mode when switching to exception.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
本专利技术涉及对提供给电动马达的电力进行转换的电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置。
技术介绍
无刷DC马达和交流同步马达等电动马达(以下，简记为“马达”)一般是通过三相电流来驱动的。使用矢量控制等复杂的控制技术，以准确地控制三相电流的波形。在这种控制技术中，需要高度的数学运算，使用微控制器(微型计算机)等数字运算电路。矢量控制技术被活用于马达的负载变动较大的用途，例如洗衣机、电动助力自行车、电动小型摩托车、电动助力转向装置、电动汽车、工业设备等领域。另一方面，在输出相对较小的马达中采用脉冲宽度调制(PWM)方式等其他的马达控制方式。在车载领域内，在车辆中使用汽车用电子控制单元(ECU：ElectricalContorlUnit)。ECU具有微控制器、电源、输入输出电路、AD转换器、负载驱动电路以及ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)等。以ECU为核心而构建了电子控制系统。例如，ECU对来自传感器的信号进行处理以控制马达等致动器。具体说明的话，ECU一边监视马达的转速和扭矩，一边控制电力转换装置中的逆变器。在ECU的控制下，电力转换装置对提供给马达的驱动电力进行转换。近年来，开发了将马达、电力转换装置以及ECU一体化的机电一体式马达。特别是在车载领域内，从安全性的观点考虑，要求保证高质量。因此，引入了即使在部件的一部分发生故障时也能够继续安全工作的冗余设计。作为冗余设计的一例，研究了针对一个马达而设置两个电力转换装置。作为另一例，研究了对主微控制器设置备用微控制器。例如专利文献1公开了以下电力转换装置：其具有控制部和两个逆变器，对提供给三相马达的电力进行转换。两个逆变器分别与电源和地(以下，记作“GND”)连接。一个逆变器与马达的三相的绕组的一端连接，另一个逆变器与三相的绕组的另一端连接。各逆变器具有由三个支路构成的桥电路，该三个支路分别包含高端开关元件和低端开关元件。控制部在检测到两个逆变器中的开关元件的故障的情况下，将马达控制从正常时的控制切换为异常时的控制。在本申请说明书中，“异常”主要是指开关元件的故障。此外，“正常时的控制”是指全部开关元件处于正常的状态下的控制，“异常时的控制”是指某个开关元件发生了故障的状态下的控制。在异常时的控制中，在两个逆变器中的包含发生了故障的开关元件的逆变器(以下，记作“故障逆变器”)中，使开关元件按照规定的规则导通或者截止，由此构成了绕组的中性点。根据该规则，例如，在发生了高端开关元件始终截止的开路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，使三个高端开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件截止，并且使三个低端开关元件导通。在该情况下，在低端侧构成了中性点。或者，在发生了高端开关元件始终导通的短路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，使三个高端开关元件中的发生了故障的开关元件以外的开关元件导通，并且使三个低端开关元件截止。在该情况下，在高端侧构成了中性点。根据专利文献1的电力转换装置，在异常时，在故障逆变器中构成了三相绕组的中性点。即使开关元件发生故障，也能够使用正常的一方的逆变器来继续驱动马达。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-192950号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在上述的现有技术中，期望进一步提高正常时和异常时的电流控制。本专利技术的实施方式提供无论在正常时还是异常时都能够进行适当的电流控制的电力转换装置。用于解决课题的手段本专利技术的例示的电力转换装置将来自电源的电力转换为提供给具有n相(n是3以上的整数)的绕组的马达的电力，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；第1切换电路，其具有对所述第1逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第1开关元件以及对所述第1逆变器与地之间的连接和非连接进行切换的第2开关元件；以及第2切换电路，其具有对所述第2逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第3开关元件或者对所述第2逆变器与所述地之间的连接和非连接进行切换的第4开关元件，所述电力转换装置具有如下模式：正常时动作模式，在该模式下，使用所述第1逆变器和在所述第2逆变器中构成的所述各相的绕组的第1中性点而进行电力转换；以及异常时动作模式，在该模式下，使用所述第2逆变器和在所述第1逆变器中构成的所述各相的绕组的第2中性点而进行电力转换，当所述第1逆变器所包含的多个开关元件中的至少一个发生了故障时，将电力转换的动作模式从所述正常时动作模式切换为所述异常时动作模式。本专利技术的例示的其他电力转换装置将来自电源的电力转换为提供给具有n相(n是3以上的整数)的绕组的马达的电力，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；第1切换电路，其具有对所述第1逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第1开关元件或者对所述第1逆变器与地之间的连接和非连接进行切换的第2开关元件；以及第2切换电路，其具有对所述第2逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第3开关元件或者对所述第2逆变器与地之间的连接和非连接进行切换的第4开关元件，所述电力转换装置具有如下模式：正常时动作模式，在该模式下，使用所述第1逆变器和在所述第2逆变器中构成的所述各相的绕组的第1中性点而进行电力转换；以及异常时动作模式，在该模式下，使用所述第2逆变器和在所述第1逆变器中构成的所述各相的绕组的第2中性点而进行电力转换，当所述第1逆变器所包含的多个开关元件中的至少一个发生了故障时，将电力转换的动作模式从所述正常时动作模式切换为所述异常时动作模式。专利技术效果根据本专利技术的例示的实施方式，针对第1逆变器，能够对电源和GND中的至少一方与第1逆变器之间的连接和非连接进行切换，并且，针对第2逆变器，能够对电源或者GND与第2逆变器之间的连接和非连接进行切换。由此，提供了无论在正常时还是异常时都能够进行适当的电流控制的电力转换装置。附图说明图1是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的典型的电路结构的电路图。图2是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的另一电路结构的电路图。图3是示出例示的实施方式1的电力转换装置100的又一电路结构的电路图。图4是示出具有电力转换装置100的马达驱动单元400的典型的块结构的框图。图5是例示对电流值进行标绘而得到的电流波形的曲线图，该电流值是在正常时对电力转换装置100进行控制时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值。图6是示出正常时的例如马达电角度为90°时的电力转换装置100内的电流的流动的示意图。图7是示出切换电路110A、110B以及第1逆变器120的各FET处于第1状态时的电力转换装置100内的电流的流动的示意图。图8是例示对电流值进行标绘而得到的电流波形的曲线图，该电流值是在第1状态下对电力转换装置100进行控制时在马达200的U相、V相以及W相的各绕组中流动的电流值。图9是示出切换电路110A、110B以及第1逆变器120的各FET处于第3状态时的电力转换装置100内的电流的流动的示意图。图10是示出切换电路110A、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为提供给具有n相(n是3以上的整数)的绕组的马达的电力，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；第1切换电路，其具有对所述第1逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第1开关元件以及对所述第1逆变器与地之间的连接和非连接进行切换的第2开关元件；以及第2切换电路，其具有对所述第2逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第3开关元件或者对所述第2逆变器与所述地之间的连接和非连接进行切换的第4开关元件，所述电力转换装置具有如下模式：正常时动作模式，在该模式下，使用所述第1逆变器和在所述第2逆变器中构成的所述各相的绕组的第1中性点而进行电力转换；以及异常时动作模式，在该模式下，使用所述第2逆变器和在所述第1逆变器中构成的所述各相的绕组的第2中性点而进行电力转换，当所述第1逆变器所包含的多个开关元件中的至少一个发生了故障时，将电力转换的动作模式从所述正常时动作模式切换为所述异常时动作模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 JP 2016-1929961.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为提供给具有n相(n是3以上的整数)的绕组的马达的电力，其中，所述电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相的绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相的绕组的另一端连接；第1切换电路，其具有对所述第1逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第1开关元件以及对所述第1逆变器与地之间的连接和非连接进行切换的第2开关元件；以及第2切换电路，其具有对所述第2逆变器与所述电源之间的连接和非连接进行切换的第3开关元件或者对所述第2逆变器与所述地之间的连接和非连接进行切换的第4开关元件，所述电力转换装置具有如下模式：正常时动作模式，在该模式下，使用所述第1逆变器和在所述第2逆变器中构成的所述各相的绕组的第1中性点而进行电力转换；以及异常时动作模式，在该模式下，使用所述第2逆变器和在所述第1逆变器中构成的所述各相的绕组的第2中性点而进行电力转换，当所述第1逆变器所包含的多个开关元件中的至少一个发生了故障时，将电力转换的动作模式从所述正常时动作模式切换为所述异常时动作模式。2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述第2切换电路具有所述第3开关元件，在所述正常时动作模式时，在所述第2逆变器的高端侧构成所述第1中性点。3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，在所述正常时动作模式时，使所述第1开关元件和所述第2开关元件导通，使所述第3开关元件截止。4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述第2切换电路具有所述第4开关元件，在所述正常时动作模式时，在所述第2逆变器的低端侧构成所述第1中性点。5.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，在所述正常时动作模式时，使所述第1开关元件和所述第2开关元件导通，使所述第4开关元件截止。6.根据权利要求2至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，所述第1逆变器和所述第2逆变器的各桥电路由各自具有低端开关元件和高端开关元件的n个支路构成，在所述第1逆变器的桥电路中的n个高端开关元件包含发生了开路故障的开关元件的情况下的所述异常时动作模式下，使所述第2开关元件截止，使所述第2切换电路导通，并且在所述第1逆变器的桥电路中，使n个所述高端开关元件中的发生了故障的开关元件以外的其他开关元件全部截止，使n个所述低端开关元件全部导通。7.根据权利要求2至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，所述第1逆变器和所述第2逆变器的各桥电路由各自具有低端开关元件和高端开关元件的n个支路构成，在所述第1逆变器的桥电路中的n个高端开关元件包含发生了短路故障的开关元件的情况下的所述异常时动作模式下，使所述第1开关元件和所述第2开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：大桥弘光，
申请(专利权)人：日本电产株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP