CN102687389B - 马达驱动***、马达驱动***的控制方法、以及行驶装置 - Google Patents

Abstract

即使在马达的某一相发生了故障的情况下也能够通过简单的构成来避免成为不稳定状态。本发明涉及的马达驱动***包括：马达，所述马达的五相以上的多相的线圈通过星形联结而被连接；逆变器，所述逆变器与各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给马达的各相；功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用多个触点来截断对马达的多相的线圈中的一相以上的线圈供应电力，所述多个触点被配置在各相线圈的另一端侧并且被***到被进行星形联结的线圈间；以及控制部，通过生成逆变器的控制信号来控制马达的驱动。控制部在马达的一相或更多相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的功率继电器的触点，并驱动剩下的多相中大致相同间隔的三相以上的相。

Description

马达驱动***、马达驱动***的控制方法、以及行驶装置

技术领域

本发明例如涉及马达驱动***、马达驱动***的控制方法、以及行驶装置。 

背景技术

近年来，开发了通过倒立控制而进行动作的个人移动机器人。例如，在专利文献1中公开了进行倒立控制并移动的两轮行驶装置。 

在通过这样的倒立控制而进行动作的个人移动机器人中，在与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)由于故障而存在功能缺陷的情况下，其控制***在特性上成为不稳定状态。因此，必须进行***的多重化。 

在例如专利文献1中记载的行驶装置中，通过图21所示的构成实现***的多重化。即，如图所示，关于驱动车轮的马达510、520被构成为使马达的绕组成为6槽，对于6槽作为每3槽的双重绕组。并且，构成为每3槽的双重绕组分别由一个逆变器(530、540)驱动。通过这样的构成，在一相发生了故障的情况下停止单侧的逆变器，而仅由三槽的绕组驱动。 

另外，作为用于实现马达冗长化的其他构成，存在专利文献2和专利文献3所公开的技术。在专利文献2中，设有连接驱动多相马达的逆变器的高电位电压和中性点的开关、以及连接低电位端和中性点的开关，在发生打开故障时分别通过半波驱动模式使逆变器运转。在专利文献3中，公开了使逆变器的各半导体元件双重化的构成。并且，在专利文献4至6中公开了以下技术：即使在一相发生了故障的情况下，也会使用三相在不损害作为马达的功能的情况下继续进行驱动。 

在先技术文献 

专利文献 

专利文献1：美国专利第6965206号； 

专利文献2：日本专利文献特开2009-95170号公报； 

专利文献3：日本专利文献特开平10-142372号公报； 

专利文献4：日本专利文献特开2009-177915号公报； 

专利文献5：日本专利文献特开2004-120883号公报； 

专利文献6：日本专利文献特开2008-67429号公报。 

发明内容

但是，在专利文献1和3所公开的方法中，只不过是简单地使逆变器双重化的***，而要***的多重化至少需要成倍的成本。另外，在专利文献1的构成中，在一相发生了故障的情况下，马达的输出转矩变成了一半。 

并且，专利文献2和3所公开的方法能够仅应对半导体开关在打开模式下发生故障的情况，而在短路模式下发生了故障的情况下流过回流电流而产生制动。由于半导体开关几乎都存在短路模式下的故障，因此由于制动的产生而动作无意中变得不稳定。 

另外，在专利文献4至6所公开的方法中，对于具有五相以上的相的马达，没有公开在其中一相发生了故障的情况下通过怎样的构成进行使用在马达驱动上的相的切换。 

因此，本发明提供了以下的马达驱动***、马达驱动***的控制方法以及行驶装置：即使在与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)发生故障、从而某一相发生了故障的情况下也能够通过简单的构成避免不稳定状态。 

本发明涉及的马达驱动***包括：马达，所述马达的五相以上的多相的线圈通过星形联结而被连接；逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用多个触点来截断对所述马达的多相的线圈中的一相以上的线圈供应电力，所述多个触点被配置在所述各相线圈的另一端侧并且被***到被进行所述星形联结的线圈间；以及控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，所述控制部在所述马达的一相或更多相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的多相中大致相同间隔的三相以上的相。

由此，即使与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)发生故障、从而某一相发生了故障的情况下，能够利用剩下的多相中三相以上的相继续进行马达驱动，因此能够通过简单的构成避免不稳定状态。 

另外，也可以是：所述控制部具有分别控制所述马达的多相中三相或更多相的驱动的多个控制部，在所述多个控制部中的某一个控制部发生了故障的情况下，没有发生故障的其他的控制部继续进行所述马达的驱动控制。由此，能够更加提高***的可靠性。 

再者，也可以是：所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的多相中三相或更多相的驱动，所述三相或更多相包括能够彼此共同地控制的一相以上的相，在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。由此，能够更加提高***的可靠性。 

本发明涉及的另一方式的马达驱动***，包括：马达，所述马达的五相的线圈通过星形联结而被连接；逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用多个触点来截断对所述马达的五相的线圈中的一相或两相的线圈供应电力，所述多个触点被配置在所述各相线圈的另一端侧，并且被***到被进行所述星形联结的线圈间；以及控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，所述控制部在所述马达的一相或两相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的三相或四相中大致相同相间隔的三相。 

由此，即使与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)发生故障、从而某一相发生了故障的情况下，能够利用剩下的多相中的三相继续进行马达驱动，因此能够通过简单的构成避免不稳定状态。 

另外，所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的五相中三相的驱动，所述三相包括能够彼此共同地控制的一相的相，在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。由此，能够更加提高***的可靠性。 

再者，也可以是：还包括逻辑或电路，所述逻辑或电路被从所述第一控制部和所述第二控制部分别输入相同的逆变器控制信号，来自所述逻辑或电路的输出信号和从所述第二控制部输出的两相的逆变器控制信号被输入到所述逆变器中。由此，通过简单的电路构成能够实现被复用的***。 

另外，也可以是：还包括开关，所述开关按照对所述第一控制部和所述第二控制部确定的优先级选择从所述第一控制部和所述第二控制部分别输入的相同的逆变器控制信号，对所述第一控制部确定比所述第二控制部更高的优先级，在所述第一控制部通常动作时，从所述第一控制部输出的两相的逆变器控制信号和所述开关选择的来自所述第一控制部的输出信号被输入到所述逆变器，在所述第一控制部发生故障时，从所述第二控制部输出的两相的逆变器控制信号和所述开关选择的来自所述第二控制部的输出信号被输入到所述逆变器。由此，通过简单的电路构成能够实现被复用的***。 

在本发明涉及的马达驱动***的控制方法中，所述马达驱动***包括：马达，所述马达的五相以上的多相的线圈通过星形联结而被连接；逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；以及功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用多个触点来截断对所述马达的多相的线圈中的一相以上的线圈供应电力，所述多个触点被配置在所述各相线圈的另一端侧，并且被***到被进行所述星形联结的线圈间，所述马达驱动***的控制方法在所述马达的一相或更多相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的多相中大致相同间隔的三相以上的相。 

由此，即使与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)发生故障、从而某一相发生了故障的情况下，能够利用剩下的多相中三相以上的相继续进行马达驱动，因此能够通过简单的构成避免不稳定状态。 

本发明涉及的行驶装置驱动车轮来进行倒立控制，所述行驶装置包括：马达，所述马达的五相的线圈通过星形联结而被连接，并且所述马达驱动所述车轮；逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用多个触点来截断对所述马达的五相的线圈中的一相或两相的线圈供应电力，所述多个触点被配置在所述各相线圈的另一端侧，并且被***到被进行所述星形联结的线圈间；以及控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，所述控制部在所述马达的一相或两相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的三相或四相中大致相同相间隔的三相。 

由此，即使与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)发生故障、从而某一相发生了故障的情况下，能够利用剩下的多相中的三相继续进行马达驱动，因此能够通过简单的构成避免不稳定状态。 

另外，也可以是：所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的五相中三相的驱动，所述三相包括能够彼此共同地控制的一相的相，在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。由此，能够更加提高***的可靠性。 

附图说明

图1是实施方式1涉及的马达驱动电路的构成图； 

图2是实施方式1涉及的马达驱动***的构成图； 

图3是例示了实施方式1涉及的马达驱动***中的电压指令值的变化的曲线图； 

图4是例示了实施方式1涉及的马达驱动***中的电压指令值的变化的曲线图； 

图5是例示了实施方式1涉及的马达驱动***中的电压指令值的变化的曲线图； 

图6是表示实施方式1涉及的马达的发生了故障的相和使用在驱动上的相的组合的表； 

图7是实施方式1涉及的用于故障检测的马达驱动***的构成图； 

图8是用于说明实施方式1涉及的故障检测方法的图； 

图9是用于说明实施方式1涉及的故障检测方法的图； 

图10是表示实施方式1涉及的马达的等价电路的图； 

图11是表示实施方式1涉及的马达的发生了故障的相和使用在驱动上的相的组合的表； 

图12是实施方式2涉及的马达驱动***的构成图； 

图13是示出实施方式2涉及的马达的等价电路的图； 

图14是实施方式2涉及的正常时的门信号的波形图； 

图15是实施方式2涉及的异常时的门信号的波形图； 

图16是用于说明实施方式2涉及的马达驱动***中的故障部位的图； 

图17是用于说明实施方式2涉及的马达驱动电路中的故障部位的图； 

图18是用于说明实施方式2涉及的马达的等价电路中的变化的图； 

图19是实施方式3涉及的马达驱动***的构成图； 

图20是实施方式4涉及的行驶装置的控制***的构成图； 

图21是现有技术的马达驱动***的构成图。 

具体实施方式

例如在进行倒立控制并行驶的装置中，通过对使车轮旋转的马达进行驱动来维持平衡状态。因此，在与马达相关的电气部件发生了故障而其功能停止了的情况下，有可能无法维持平衡状态，车辆变为不稳定状态而倒下。因此，即使在与马达有关的电气部件的一个部位发生了故障的情况下，也强烈地要求继续进行马达的驱动。因此，在本发明中，在马达驱动 ***中，例如构成为将马达的绕组作为五相星形联结并通过向量控制来驱动五相马达，在一相或者两相发生了故障的情况下，通过采用将使用在驱动上的马达的相从五相切换到三相的机构，从而使绕组冗长化而实现***的双重化。 

实施方式1. 

下面，参考附图对本发明的实施方式进行说明。 

图1是本实施方式涉及的马达驱动电路的构成图。 

马达驱动电路100包括从电源供应直流电压的五相逆变器10、五相马达20、以及功率继电器30。 

五相逆变器10具有五相(a、b、c、d、e)的臂电路。各相的臂电路使用开关元件Q₁～Q₁₀构成。例如，a相臂电路由开关元件Q₁、Q₂构成，b相臂电路由开关元件Q₃、Q₄构成，c相臂电路由开关元件Q₅、Q₆构成，d相臂电路由Q₇、Q₈构成，e相臂电路由Q₉、Q₁₀构成。开关元件Q₁～Q₁₀的接通断开由来自后述的马达驱动***101的开关控制信号S₁～S₁₀控制。 

另外，五相逆变器10通过响应来自后述的马达驱动***101的开关控制信号S₁～S₁₀的开关元件Q₁～Q₁₀的接通断开控制(开关控制)来进行从直流电力向交流电力的双向的电力转换。 

此外，作为开关元件，可以使用电力用MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、或者电力用双极性晶体管等。 

五相马达20是具有未图示的转子和被设置在定子上的五相的线圈绕组(L_a、L_b、L_c、L_d、L_e)的交流马达。例如，线圈绕组L_a的一端与线圈绕组L_c的一端连接，线圈绕组L_a的另一端与五相逆变器10的a相臂连接。此外，作为五相马达20能够使用无刷马达、感应马达、磁阻马达等交流马达。 

功率继电器30具有用于控制对五相马达20的各相供应电力的多个触点(P₁、P₂、P₃)。这些触点(P₁、P₂、P₃)被配置在各线圈绕组L_a～L_e的另一端，并且被***到进行了星形联结的线圈间。功率继电器30根据 来自后述的马达驱动***101的控制信号而打开或者关闭触点P₁、P₂、P₃，由此控制对五相马达20的各相的电力供应。即，功率继电器30被构成为能够截断向五相马达20的线圈绕组L中一相或者两相供应电力。例如，触点P₁的一端与线圈绕组L_a的一端以及线圈绕组L_c的一端连接。另外，触点P₁的另一端与触点P₂的一端以及触点P₃的一端彼此连接。 

图2是本实施方式涉及的马达驱动***的构成图。 

马达驱动***101包括控制部40和预驱动器50。 

马达驱动***101与马达驱动电路100连接，并对开关元件Q₁～Q₁₀输出五相逆变器10的开关控制信号S₁～S₁₀。马达驱动***101包括微型计算机(控制部40)、未图示的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory，只读存储器)等，并按照预定的程序处理生成五相逆变器10的开关控制信号S₁～S₁₀，以使五相马达20按照从上级的电子控制单元(ECU)输入的马达指令进行动作。 

控制部40包括：电流控制器41、dp轴/两相坐标转换部42、两相/五相坐标转换部43、PWM生成器44、五相/两相坐标转换部45、以及两相/dq轴坐标转换部46。 

此外，在图2中，i_d ^*、i_q ^*分别表示d轴电流指令、q轴电流指令。V_d ^*、V_q ^*分别表示d轴电压指令、q轴电压指令。V_α ^*、V_β ^*分别表示α轴电压指令、β轴电压指令。V_a ^*～V_e ^*表示五相马达20的各相的马达电压指令。G_a～G_e表示PWM信号。S₁～S₁₀表示五相逆变器10的逆变器门信号(开关控制信号)。i_a～i_e表示五相马达20的各相的马达电流。i_α、i_β分别表示α轴电流、β轴电流。i_d、i_q分别表示d轴电流、q轴电流。 

这里，将图1所示的五相马达20的等价电路方程式表示为下式(1)～(3)。此外，式(1)表示电路方程式，式(2)表示感应电压式，式(3)表示转矩式。另外，V_a、V_b、V_c、V_d、V_e分别表示a、b、c、d、e相的电枢电压。i_a、i_b、i_c、i_d、i_e分别表示a、b、c、d、e相的电枢电流。e_a、e_b、e_c、e_d、e_e分别表示a、b、c、d、e相的感应电压。R表示马达绕组电阻，L表示马达绕组自感量，p表示微分算子。ω_re表示马达的电机角速度，θ_re表示马达的电机角。Φ_fa表示马达的电枢绕组交链磁通量的最大 值，T_e表示马达转矩，P表示马达的磁极对数。 

[数1] 

$\left[\begin{array}{c}{v}_a\\ v_b\\ v_c\\ v_d\\ v_e\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}R+\mathrm{pL}& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& 0& 0& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}\\ -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& R+\mathrm{pL}& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& 0& 0\\ 0& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& R+\mathrm{pL}& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& 0\\ 0& 0& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& R+\mathrm{pL}& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}\\ -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& 0& 0& -\frac{1}{2}\mathrm{pM}& R+\mathrm{pL}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\\ i_d\\ i_e\end{array}\right]$

$+\left[\begin{array}{c}{e}_a\\ e_b\\ e_c\\ e_d\\ e_e\end{array}\right]\·\·\·\left(1\right)$

[数2] 

e_a＝-ω_reΦ_fasin(θ_re) 

$e_b=-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{re}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{fa}}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{2}{5}\mathrm{\π})$

$e_c=-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{re}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{fa}}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{4}{5}\mathrm{\π})\·\·\·\left(2\right)$

$e_d=-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{re}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{fa}}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{6}{5}\mathrm{\π})$

$e_e=-{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{re}}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{fa}}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{8}{5}\mathrm{\π})$

[数3] 

$T_e=P{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{fa}}(-i_a\sin \left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}\right)-i_b\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{2}{5}\mathrm{\π})-i_c\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{4}{5}\mathrm{\π})$

$-i_d\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{6}{5}\mathrm{\π})-i_e\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}-\frac{8}{5}\mathrm{\π}))\·\·\·\left(3\right)$

再返回到图2来继续说明。 

电流控制器41在提供了d轴、q轴的电流指令i_d ^*、i_q ^*之后，根据计算出的d轴、q轴的电流i_d、i_q的偏差来进行电流控制。电流控制器41接收d轴、q轴的电流指令i_d ^*、i_q ^*并输出d轴、q轴的电压指令v_d ^*、v_q ^*。另外，d轴、q轴的电流指令i_d ^*、i_q ^*由未图示的马达驱动器输出。即，未图示的马达驱动器生成与车轮的速度指令对应的d轴、q轴的电流指令i_d ^*、i_q ^*。 

dp轴/两相坐标转换部42使用周知的以下dq坐标转换式(4)将d轴、q轴的电压指令v_d ^*、v_q ^*转换成两相固定坐标。由此，dp轴/两相坐标转换部42输出α轴、β轴的电压指令v_α ^*、v_β ^*。 

[数4] 

$\left[\begin{array}{cc}{\cos \mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}& -\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}\\ \sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}& \cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{re}}\end{array}\right]\·\·\·\left(4\right)$

两相/五相坐标转换部43使用以下的转换式(5)将两相固定坐标的电压指令v_α ^*、v_β ^*从两相固定坐标转换到五相固定坐标的式子。由此，两相/五相坐标转换部43输出五相马达20的各相的马达电压指令v_a ^**～v_e ^**。 

[数5] 

$c_{2/5}=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ \cos \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)& \sin \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)\\ -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& \sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)\\ -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)\\ \cos \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)\end{array}\right]\·\·\·\left(5\right)$

PWM生成器44基于各相的马达电压指令v_a ^**～v_e ^**生成PWM信号G_a～G_e。 

五相/两相坐标转换部45与上述同样地，能够使用以下的变换式(6)从五相固定坐标转换为两相固定坐标。由此，五相/两相坐标转换部45输出α轴、β轴的电流i_α、i_β。 

[数6] 

$c_{5/2}=\left[\begin{array}{ccccc}1& \cos \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)& -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& \cos \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)\\ 0& \sin \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)& \sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\frac{2}{5}\mathrm{\π}\right)\end{array}\right]\·\·\·\left(6\right)$

并且，两相/dq轴坐标转换部46将α轴、β轴的电流i_α、i_β转换为d轴、q轴的电流i_d、i_q。如此，通过从五相马达20的各相检测出的电流i_a～i_e被反馈，来进行关于电流控制的反馈控制。因此，通过进行上述的变换，即使是五相马达20，也能够应用通常的向量控制的理论来控制。 

预驱动器50基于PWM信号G_a～G_e生成五相逆变器10的逆变器门信号S₁～S₁₀。预驱动器50是针对从控制部40输出的逻辑电平的PWM信号使栅电容极快地充放电的电路。为了使作为开关元件Q的功率MOS-FET快速地开关，需要对MOS-FET栅极具有的输入电容快速地进行充放电。因此，在控制部40和五相逆变器10之间设置有预驱动器50。 

另外，在采用三相或五相的上下桥式构成的MOS-FET中，为了在上臂的MOS-FET是N沟道的情况下进行开关，需要为向输出电压施加了栅极的导通电压后的电压。因此，上臂的动作使用电荷泵方式或自举电路方式。 

在图3、图4、图5中，例示了在d轴电压指令v_d ^*为0、q轴电压指令v_q ^*为1时的各轴转换后的值。图3是表示d-q轴电压指令值的变化的图。图4是表示α-β轴电压指令值的变化的图。图5是表示五相电压指令值的变化的图。 

接着，对五相马达20中的一相发生了故障的情况下的、由驱动***101进行的相的切换动作进行说明。马达驱动***101具有检测开关元件Q₁～Q₁₀的故障的故障检测单元，生成与检测内容对应的功率继电器30的控制信号。即，故障检测单元检测从构成五相逆变器10的各相的开关元件Q₁～Q₁₀到五相马达20的故障。马达驱动***101使用作为切离单元的功率继电器30对由故障检测单元检测出故障的相截断电力供应。 

例如，马达驱动***101在五相逆变器10的开关元件Q₁～Q₁₀的任一个在短路模式下发生了故障的情况下，使用功率继电器30切离发生了故障的相。例如，如图1所示地构成五相马达20的各绕组线圈L和功率继电器30的各触点P的连接，并根据检测出故障的开关元件Q₁～Q₁₀打开其对应的触点P₁～P₃。 

图6中示出了在图1所示的构成中的、发生了故障的相和使用在驱动上的相的组合。例如，在b相发生了故障的情况下，打开功率继电器30中的触点P₂。由此，对五相马达20的绕组线圈L_b和L_e截断电力供应，马达驱动***101使用剩下的三相中的c、d、a相继续五相马达20的驱动。这里，在某相发生了故障时的剩下的多相中使用在驱动上的三相以彼此的相位间隔为大致相同间隔的方式确定其组合。该组合基于发生了故障的相和功率继电器30的构成而被确定。 

在开关元件Q₁～Q₁₀发生了故障的情况下，当该故障在短路模式下发生时，有时发生回流电流，导致制动。为了避免这种情况，在5相马达20的绕组线圈中需要打开与故障部位对应的绕组线圈。作为打开与故障部位 对应的绕组线圈并将使用在马达驱动上的相切换到希望的相的构成，例如能够采用图1所示的功率继电器30的构成。由此，能够使功率继电器30的触点P的个数成为3个，能够通过最小限度的构成实现使用在马达驱动的继续上的相的切换。 

此外，基于马达驱动***101的、与马达的驱动有关的部位(CPU或逆变器等电气部件)的故障检测方法只要采用公知的手法即可。例如，通过以下的手法也能够检测出开关元件Q₁～Q₁₀的故障。 

参考图7至图9对开关元件Q₁～Q₁₀的故障检测方法进行说明。 

例如，如图7所示，针对图1所示的马达驱动电路100设置有分流电阻60、70。即，在电源和五相逆变器10之间串联地连接有分流电阻60(R_dc)。另外，在五相马达20和功率继电器30之间设置有分流电阻70。分流电阻70的各电阻R_s1～R_s5与五相马达20的各绕组线圈L_a～L_e连接。 

图8示出了由分流电阻60(R_dc)检测出的电流值的变化。在开关元件Q₁～Q₁₀中的某一个在短路模式下发生了故障时，由分流电阻60(R_dc)检测出的电流值超过了预定的阈值(电流界限)。因此，在由分流电阻60(R_dc)检测出的电流值超过了预定的阈值的情况下，马达驱动***101判断为开关元件Q₁～Q₁₀中某一个发生了故障。 

图9是示出由分流电阻70中的电阻(R_S1)检测出的电流值的变化。例如，在开关元件Q₁在打开模式下发生了故障的情况下，由分流电阻70的电阻(R_S1)检测出的电流值超过了预定的阈值(电流界限)。因此，在由分流电阻70的电阻(R_S1)检测出的电流值超过了预定的阈值的情况下，马达驱动***101判断为开关元件Q₁发生了故障。 

如上所述，即使在五相马达20的相中的一相发生了故障的情况下，马达驱动***101也能够利用剩下的三相继续进行驱动。这里，功率继电器30的构成不被限定为图1和图2所示的构成，也可以为对五相马达20的各相具有功率继电器的构成。即，也可以为对于发生了故障的开关元件Q，仅打开与对应的绕组线圈连接的一个触点的构成。 

这里，说明采用对五相马达20的各相具有功率继电器的构成、并且五相逆变器10的相中某一相发生了故障时的马达驱动方法。 

图10是五相马达20的马达的等价电路图。 

例如，在五相逆变器10的开关元件Q₃或Q₄中的任一个发生了故障的情况下，无法输出五相马达20的b相的电枢电压V_b。因此，马达驱动***101利用剩下的四相中例如a、c、d三相继续进行五相马达20的驱动。 

该情况下，转换矩阵使用下式(7)表示。 

[数7] 

$c_{2/5}=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\cos \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& 0\\ 0& 0& \sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\frac{1}{5}\mathrm{\π}\right)& 0\end{array}\right]\·\·\·\left(7\right)$

另外，说明采用对五相马达20的各相具有功率继电器的构成、并且五相逆变器10的相中的两相发生了故障的情况。 

马达驱动***101即使在一相和相对于该发生了故障的相具有144°的相位差的一相合起来两相发生了故障的情况下，也能够利用剩下的三相继续进行马达驱动。 

图11示出了发生了故障的两相和使用在驱动上的其他相的组合。例如在a相和c相两相发生了故障的情况下，利用b、d、e相继续进行马达驱动。 

实施方式2. 

接着，对本发明的实施方式2进行说明。与实施方式一相比，基本的动作与上述的实施方式1是同样的，但是在实施方式2使用两个控制部(CPU1、CPU2)控制五相逆变器10、五相马达20、功率继电器30的方面与实施方式1不同。通过该构成，即使在任一控制部发生了故障的情况下，也能够利用五相中的三相继续进行马达驱动，从而更加提高***的可靠性。因此，下面以与实施方式1不同的构成、动作为中心进行说明，对于与上述实施方式同样的构成、动作省略其详细说明。 

图12是本实施方式涉及的马达驱动***的构成图。 

马达驱动***102包括控制部81、控制部82、逻辑或电路83、以及 预驱动器50。此外，对于预驱动器50由于是与上述实施方式1同样的构成、动作，因此省略其详细的说明。 

马达驱动***102按照预定的程序处理生成五相逆变器10的控制信号S₁～S₁₀，以便五相马达20按照从上级的电子控制单元(ECU)输入的马达指令进行动作。 

另外，马达驱动***102检测开关元件Q₁～Q₁₀的故障，并生成与检测内容相对应的功率继电器30的控制信号。 

从控制部81输出的PWM信号G_a、G_d分别被输入到预驱动器51、52。预驱动器51根据PWM信号G_a生成逆变器门信号S₁、S₂。预驱动器52根据PWM信号G_d生成逆变器门信号S₇、S₈。 

从控制部82输出的PWM信号G_b、G_e分别被输入到预驱动器54、55。预驱动器54、55根据PWM信号G_b、G_e分别生成逆变器门信号S₃、S₄、S₉、S₁₀。 

从控制部81输出的PWM信号G_c1和从控制部82输出的PWM信号G_c2被输入到逻辑或电路83。逻辑或电路83的输出信号G_c被输入到预驱动器53。预驱动器53根据信号G_c生成逆变器门信号S₅、S₆。 

如此，在本实施方式中，具有两个控制部81、82以及被输入来自这些控制部的输出信号的逻辑或电路83，并从两个控制部81、82共同地获取用于控制特定的一相的逆变器门信号。由此，即使在一个控制部发生了故障的情况下，仅通过另一个控制部也能够继续进行三相的马达驱动控制。例如，在控制部82发生了故障的情况下，由于仅控制部81侧能够继续进行动作，因此能够基于PWM信号G_a、G_d、G_c1利用a、c、d三相继续进行马达驱动。 

图13是控制部82发生了故障的情况下的五相马达20的等价电路图。 

图14示出了正常时与c相有关的各门信号的波形。在控制部81、82两者正常进行动作的情况下，从控制部81输出的PWM信号G_c1和从控制部82输出的PWM信号G_c2为同一波形。并且，对于作为这些信号的逻辑或的逻辑或电路83的输出信号G_c也输出与这些信号相同的波形。 

图15示出了异常时与c相有关的各门信号的波形。例如在仅控制部 82发生了故障的情况下，当控制部81正常进行动作时，来自发生了故障的控制部82的PWM信号G_c2总是为低输出。该情况下，作为PWM信号G_c1和G_c2的逻辑或信号G_c，输出正常进行动作的控制部81的指令值。但是，这里，发生了故障的控制部被构成为输出低输出信号的电路。 

此外，例如图16所示，在逻辑或电路83以及预驱动器53中的任一个发生了故障的情况下，可以利用剩下四相中的三相来使马达驱动继续。即，也可以使用来自正常进行动作的控制部81的逆变器门信号S₁、S₂、S₃、S₄以及来自控制部82的逆变器门信号S₇、S₈、S₉、S₁₀中的三相继续进行马达驱动。例如，如图17的等价电路和图18的驱动电路所示，能够使用b、d、e相继续进行马达驱动。 

实施方式3. 

接着对本发明实施方式3进行说明。实施方式3如图19所示，与实施方式二相比取代逻辑或电路而具有开关84(SW)。马达驱动***102根据控制部81、82的故障切换开关84，由此能够向预驱动器53输出来自正常的控制部的输出信号。 

对于开关84的切换方法能够采用各种各样的方法。例如对控制部81、82分别确定优先级，开关84基于根据优先级设定的使能信号选择来自优先级高的控制部的信号。在优先级高的控制部发生了故障的情况下，使能信号的输出电平被改变，开关84进行切换以接收来自其他控制部的信号。 

实施方式4. 

接着，对本发明的实施方式4进行说明。在实施方式4中，以将上述实施方式涉及的马达驱动***应用在行驶装置上的例子进行说明。此外，五相逆变器、五相马达、功率继电器、马达驱动***等的构成与上述的实施方式相同，因此下面省略其详细的说明。 

行驶装置例如被应用在站乘型的同轴两轮车上，但是并不限于此，例如也能应用于轮椅型的车辆，还能应用在进行倒立控制的任意车辆上。行驶装置包括车辆主体、左右的驱动轮、分别驱动左右的驱动轮的车轮驱动单元、以及控制装置。在车辆主体的上表面上设置有供搭乘者搭乘的踏 板。在左右的驱动轮上分别配置有检测各驱动轮的车轮速度的车轮速度传感器。车轮速度传感器对控制装置提供所检测出的各驱动轮的车轮速度。 

在车辆主体中内置有车轮驱动单元。车轮驱动单元能够独立地旋转驱动一对驱动轮。各车轮驱动单元例如能够由车轮驱动马达以及以可传递动力的方式与该车轮驱动马达的旋转轴连结的减速齿轮构成。另外，在车辆主体中设置有用于检测车辆主体以及搭乘者的倾斜角度的倾斜传感器、以及输出用于对一对车轮驱动单元进行驱动控制的控制信号的控制装置。 

图20是行驶装置的控制***的构成图。 

如图所示，控制***200包括控制装置210、伺服放大器220L、220R、车轮驱动马达230L、230R、编码器240L、240R、电位计(potentiometer)250、陀螺传感器260、以及加速度传感器270。控制装置210例如由微型计算机(CPU)、RAM、ROM等存储装置等构成。 

在控制装置210上连接有电池(未图示)以及一对伺服放大器220L、220R。伺服放大器220L、220R独立控制一对车轮驱动马达230L、230R的旋转速度和旋转方向等。这些伺服放大器220L、220R包含马达驱动器以及上述马达驱动***，并将与速度指令值对应的控制信号输出给一对车轮驱动马达230L、230R。 

倾斜传感器例如能够检测出行驶装置行驶时的车辆主体以及搭乘者的倾斜角度(俯仰角度)。另外，倾斜传感器例如由检测踏板的旋转角度的电位计250、检测车辆主体的倾斜角的陀螺传感器260、以及检测车辆的加速度的加速度传感器270等构成。例如，当使车辆主体以及搭乘者向前方或者后方倾斜时，车辆主体的踏板向相同方向倾斜，该倾斜传感器能够检测出与该倾斜对应的倾斜角度。并且，控制装置210基于由倾斜传感器检测出的车辆主体以及搭乘者的倾斜角度对伺服放大器220L、220R进行驱动控制，以使行驶装置向车辆主体和搭乘者的倾斜方向移动。 

其他实施方式. 

在上述的实施方式中，以五相马达的情况为例进行了说明，但是本发明并不被限定于此，也可以是具有五相以上的多相的马达。在该情况下，功率继电器被构成为能够截断对五相以上的线圈中的一相以上的线圈供应 电力。并且，马达驱动***在马达的多相中一相以上发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的功率继电器的触点，通过驱动剩下的多个相中大致相同间隔的三相以上的相来继续马达驱动。 

另外，在上述实施方式2中，作为使用两个控制部(CPU 1、CPU 2)来控制逆变器、马达、功率继电器的方式而进行了说明，但是本发明并不被限定于此，也可以使用2个以上的多个CPU进行控制。在该情况下，多个CPU可以分别控制彼此不发生重复的三相或更多相的驱动。另外，可以分别控制包括能够彼此共同地控制的一相以上的相的三相或更多相的驱动。 

如以上说明的那样，根据本发明，从确保***的冗长性的观点来看，成为以下构成：具有五相马达，在某一相发生了故障的情况下能够使用功率继电器将马达驱动从五相切换到三相。并且，通过使用两个以上的控制部进行多相的马达驱动控制，从而即使在控制部自身发生了故障的情况下也能继续进行马达驱动。 

此外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内能够适当地改变。 

产业上的可利用性 

本发明例如能够使用在马达驱动***、马达驱动***的控制方法、以及行驶装置中。 

标号说明 

100马达驱动电路 

10五相逆变器 

20五相马达 

30功率继电器 

101马达驱动*** 

20控制部 

50预驱动器 

41电流控制器 

42dp轴/两相坐标转换部 

43两相/五相坐标转换部 

44PWM生成器 

45五相/两相坐标转换部 

46两相/dq轴坐标转换部 

60、70分流电阻 

102马达驱动*** 

81、82控制部 

83逻辑或电路 

51～55预驱动器 

103马达驱动*** 

84开关(SW) 

200控制*** 

210控制装置(CPU) 

220L、220R伺服放大器 

230L、230R左右轮马达 

240L、240R编码器 

250电位计 

260陀螺传感器 

270加速度传感器 

510、520马达 

530、540逆变器 

Claims (10)

1.一种马达驱动***，其特征在于，包括：

马达，所述马达具有五相以上的多相的线圈，在该多相的线圈中，相位彼此不相邻的第一相的线圈和第二相的线圈被连接，相位彼此不相邻的第三相的线圈和第四相的线圈被连接，连接起来的所述第一相的线圈和所述第二相的线圈、连接起来的所述第三相的线圈和所述第四相的线圈、以及第五相的线圈通过星形联结而被连接；

逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；

功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用第一触点、第二触点、第三触点来截断对所述马达的多相的线圈中的一相以上的线圈供应电力，所述第一触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第一相的线圈和所述第二相的线圈连接的端侧之间，所述第二触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第三相的线圈和所述第四相的线圈连接的端侧之间，所述第三触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第五相的线圈的端侧之间；以及

控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，

所述控制部在所述马达的一相或更多相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的多相中大致相同间隔的三相以上的相。

2.如权利要求1所述的马达驱动***，其特征在于，

所述控制部具有分别控制所述马达的多相中三相或更多相的驱动的多个控制部，

在所述多个控制部中的某一个控制部发生了故障的情况下，没有发生故障的其他的控制部继续进行所述马达的驱动控制。

3.如权利要求1或2所述的马达驱动***，其特征在于，

所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的多相中三相或更多相的驱动，所述三相或更多相包括能够彼此共同地控制的一相以上的相，

在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。

4.一种马达驱动***，其特征在于，包括：

马达，所述马达具有五相的线圈，在该五相的线圈中，相位彼此不相邻的第一相的线圈和第二相的线圈被连接，相位彼此不相邻的第三相的线圈和第四相的线圈被连接，连接起来的所述第一相的线圈和所述第二相的线圈、连接起来的所述第三相的线圈和所述第四相的线圈、以及第五相的线圈通过星形联结而被连接；

逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；

功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用第一触点、第二触点、第三触点来截断对所述马达的五相的线圈中的一相或两相的线圈供应电力，所述第一触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第一相的线圈和所述第二相的线圈的连接的端侧之间，所述第二触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第三相的线圈和所述第四相的线圈连接的端侧之间，所述第三触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第五相的线圈的端侧之间；以及

控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，

所述控制部在所述马达的一相或两相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的三相或四相中大致相同相间隔的三相。

5.如权利要求4所述的马达驱动***，其特征在于，

所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的五相中三相的驱动，所述三相包括能够彼此共同地控制的一相的相，

在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。

6.如权利要求5所述的马达驱动***，其特征在于，

还包括逻辑或电路，所述逻辑或电路被从所述第一控制部和所述第二控制部分别输入相同的逆变器控制信号，

来自所述逻辑或电路的输出信号和从所述第二控制部输出的两相的逆变器控制信号被输入到所述逆变器中。

7.如权利要求5所述的马达驱动***，其特征在于，

还包括开关，所述开关按照对所述第一控制部和所述第二控制部确定的优先级选择从所述第一控制部和所述第二控制部分别输入的相同的逆变器控制信号，

对所述第一控制部确定比所述第二控制部更高的优先级，

在所述第一控制部通常动作时，从所述第一控制部输出的两相的逆变器控制信号和所述开关选择的来自所述第一控制部的输出信号被输入到所述逆变器，

在所述第一控制部发生故障时，从所述第二控制部输出的两相的逆变器控制信号和所述开关选择的来自所述第二控制部的输出信号被输入到所述逆变器。

8.一种马达驱动***的控制方法，其特征在于，

所述马达驱动***包括：

马达，所述马达具有五相以上的多相的线圈，在该多相的线圈中，相位彼此不相邻的第一相的线圈和第二相的线圈被连接，相位彼此不相邻的第三相的线圈和第四相的线圈被连接，连接起来的所述第一相的线圈和所述第二相的线圈、连接起来的所述第三相的线圈和所述第四相的线圈、以及第五相的线圈通过星形联结而被连接；

逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；以及

功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用第一触点、第二触点、第三触点来截断对所述马达的多相的线圈中的一相以上的线圈供应电力，所述第一触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第一相的线圈和所述第二相的线圈连接的端侧之间，所述第二触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第三相的线圈和所述第四相的线圈连接的端侧之间，所述第三触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第五相的线圈的端侧之间，

所述马达驱动***的控制方法在所述马达的一相或更多相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的多相中大致相同间隔的三相以上的相。

9.一种行驶装置，驱动车轮来进行倒立控制，所述行驶装置的特征在于，包括：

马达，所述马达具有五相的线圈，在该五相的线圈中，相位彼此不相邻的第一相的线圈和第二相的线圈被连接，相位彼此不相邻的第三相的线圈和第四相的线圈被连接，连接起来的所述第一相的线圈和所述第二相的线圈、连接起来的所述第三相的线圈和所述第四相的线圈、以及第五相的线圈通过星形联结而被连接，并且所述马达驱动所述车轮；

逆变器，所述逆变器与所述各相线圈的一端连接，将直流电力转换成交流电力并供应给所述马达的各相；

功率继电器，所述功率继电器被构成为能够使用第一触点、第二触点、第三触点来截断对所述马达的五相的线圈中的一相或两相的线圈供应电力，所述第一触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第一相的线圈和所述第二相的线圈连接的端侧之间，所述第二触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第三相的线圈和所述第四相的线圈连接的端侧之间，所述第三触点被配置在所述星形联结的中性点和所述第五相的线圈的端侧之间；以及

控制部，通过生成所述逆变器的控制信号来控制所述马达的驱动，

所述控制部在所述马达的一相或两相发生了故障的情况下，打开与该发生了故障的相对应的所述功率继电器的触点，并驱动剩下的三相或四相中大致相同相间隔的三相。

10.如权利要求9所述的行驶装置，其特征在于，

所述控制部具有第一控制部和第二控制部，所述第一控制部和所述第二控制部分别控制所述马达的五相中三相的驱动，所述三相包括能够彼此共同地控制的一相的相，

在所述第一控制部发生了故障的情况下，所述第二控制部继续进行所述马达的驱动控制。