CN110168921B - 电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置 - Google Patents

电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

提供即使将马达控制从正常时的控制切换到异常时的控制也能维持马达输出的电力转换装置。电力转换装置(100)具有：第1逆变器(120)，其与马达(200)的各相绕组的一端连接；第2逆变器(130)，其与各相绕组的另一端连接；第1相分离继电器电路(150)，其对各相绕组的一端与第1逆变器的连接和非连接进行切换；第2相分离继电器电路(160)，其对各相绕组的另一端与第2逆变器的连接和非连接进行切换；子逆变器电路(140)，其能与各相绕组的一端和另一端连接；第3相分离继电器电路(170)，其对各相绕组的一端与子逆变器电路的连接和非连接进行切换；和第4相分离继电器电路(180)，其对各相绕组的另一端与子逆变器电路的连接和非连接进行切换。

Description

电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置
技术领域
本公开涉及电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置。
背景技术
无刷DC马达和交流同步马达等电动马达(以下，简单记载为“马达”。)一般由三相电流驱动。使用矢量控制等复杂控制技术，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、电动滑板车、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)方式等其他马达控制方式。
在车载领域中，在车辆中使用汽车用电子控制单元(ECU：Electrical ContorlUnit)。ECU具有微控制器、电源、输入输出电路、AD转换器、负载驱动电路和ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等。以ECU为核心来构建电子控制***。例如，ECU处理来自传感器的信号，控制马达等致动器。具体地说，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，电力转换装置转换对马达提供的驱动电力。
近年来，开发了将马达、电力转换装置和ECU一体化而得到的机电一体式马达。特别是在车载领域中，根据安全性的观点，要求保证高质量。因此，采用了即使在部件的一部分发生了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，正在研究对1个马达设置2个电力转换装置。作为另一例，正在研究对主微控制器设置备用微控制器。
例如专利文献1公开了如下电力转换装置，该电力转换装置具有控制部和2个逆变器，转换对三相马达提供的电力。2个逆变器分别与电源和地(以下，记载为“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3个支路构成的桥电路，该3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2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。在本说明书中，“异常”主要表示开关元件的故障。此外，“正常时的控制”表示全部开关元件处于正常状态下的控制，“异常时的控制”表示某一开关元件产生了故障的状态下的控制。
在异常时的控制中，在2个逆变器中的、包含发生了故障的开关元件的逆变器(以下，记载为“故障逆变器”。)中，通过以规定的规则使开关元件导通(ON)或断开(OFF)来构成绕组的中性点。根据该规则，例如在产生了高端开关元件始终成为断开的开路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，3个高端开关元件中的除了发生了故障的开关元件以外的开关元件断开，并且3个低端开关元件导通。该情况下，中性点构成在低端侧。或者，在产生了高端开关元件始终成为导通的短路故障的情况下，在逆变器的桥电路中，3个高端开关元件中的除了发生了故障的开关元件以外的开关元件导通，并且3个低端开关元件断开。该情况下，中性点构成在高端侧。根据专利文献1的电力转换装置，在异常时，三相绕组的中性点构成在故障逆变器中。即使开关元件产生故障，也能够使用正常的逆变器来继续马达驱动。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本特开2014-192950号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的现有技术中，在异常时的控制中要求了马达输出的进一步提高。
本公开的实施方式提供即使将马达控制从正常时的控制切换到异常时的控制也能够维持马达输出的电力转换装置。
用于解决课题的手段
本公开的例示的电力转换装置将来自电源的电力转换为对具有n相(n为3以上的整数)的绕组的马达提供的电力，其中，该电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相绕组的另一端连接；第1相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述第1逆变器之间的连接和非连接进行切换；第2相分离继电器电路，其对所述各相绕组的另一端与所述第2逆变器之间的连接和非连接进行切换；子逆变器电路，其能够与所述各相绕组的一端和另一端连接；第3相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换；以及第4相分离继电器电路，其对所述各相绕组的另一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换。
本公开的例示的另一电力转换装置将来自电源的电力转换为对具有n相(n为3以上的整数)的绕组的马达提供的电力，其中，该电力转换装置具有：第1逆变器，其与所述马达的各相绕组的一端连接；第2逆变器，其与所述各相绕组的另一端连接；第1相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述第1逆变器之间的连接和非连接进行切换；子逆变器电路，其能够与所述各相绕组的一端连接；以及第2相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换。
发明效果
根据本公开的例示实施方式，可提供即使将马达控制从正常时的控制切换到异常时的控制也能够维持马达输出的电力转换装置、具有该电力转换装置的马达驱动单元和具有该马达驱动单元的电动助力转向装置。
附图说明
图1A是示出在正常时的控制中对一相绕组施加马达电压V的情形的示意图。
图1B是示出在异常时的控制中对被星型接线的三相的绕组施加马达电压V的情形的示意图。
图2是示出例示实施方式1的电力转换装置100的电路结构的电路图。
图3是示出例示实施方式1的第1相分离继电器电路150的电路结构的电路图。
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，其中，所述电流值是根据正常时的三相通电控制对电力转换装置100进行控制时在马达200的U相、V相和W相的各绕组中流过的电流值。
图6是示出例示实施方式1的变形例的电力转换装置100A的电路结构的电路图。
图7是示出例示实施方式1的又一变形例的电力转换装置100B的电路结构的电路图。
图8是示出例示实施方式2的电力转换装置100C的电路结构的电路图。
图9是示出例示实施方式3的电力转换装置100D的电路结构的电路图。
图10是示出例示实施方式4的电动助力转向装置500的典型结构的示意图。
具体实施方式
在对本公开的实施方式进行说明之前，对作为本公开的基础的本申请发明者的见解进行说明。
图1A示意性地示出在正常时的控制中对一相绕组施加马达电压V的情形。图1B是示意性地示出在异常时的控制中对被星型接线的三相的绕组施加马达电压V的情形。
在专利文献1所公开的电力转换装置中，考虑对马达施加电压V。专利文献1所公开的正常时的控制模式具有第1至第3控制模式。另外，第3控制模式相当于后述的本公开的三相通电控制。在第3控制模式下，如图1A所示，对一相绕组直接施加电压V。另一个面，在异常时的控制中，三相绕组被星型接线，星型接线节点作为中性点发挥功能。考虑以该节点为中心以120°间隔排列的三相绕组。该情况下，如图1B所示，对一相的绕组施加的电压为V/(3)1/2。这样，在异常时的控制中，不依赖于与正常时的控制相同的马达电压，对一相的绕组施加的电压与正常时的电压相比下降至1/(3)1/2。其结果是，产生马达输出下降这样的课题。另外，马达输出(W)根据扭矩(N·m)和旋转速度(rpm)求出。
以下，参照附图对本公开的电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置的实施方式进行详细说明。但是，为了避免使以下的说明成为不必要的冗余，并使本领域技术人员容易理解，有时省略过度详细的说明。例如，有时省略已经公知的事项的详细说明和对实质相同的结构的重复说明。
在本申请说明书中，以如下的电力转换装置为例对本公开的实施方式进行说明，该电力转换装置转换对具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供的电力。但是，转换对具有四相或五相等n相(n为4以上的整数)的绕组的n相马达提供的电力的电力转换装置也属于本公开的范畴。
(实施方式1)
〔1.1.电力转换装置100的构造〕
图2示意性地示出本实施方式的电力转换装置100的电路结构。
电力转换装置100具有第1逆变器120和第2逆变器130、子逆变器电路140、第1至第4相分离继电器电路150、160、170和180。电力转换装置100与马达200连接，将来自电源101的电力转换为对具有三相绕组的马达200提供的电力。
马达200例如是三相交流马达。马达200具有U相绕组M1、V相绕组M2和W相绕组M3，能够与第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140连接。具体地说，第1逆变器120能够与马达200的各相绕组的一端连接，第2逆变器130能够与各相绕组的另一端连接。子逆变器电路140能够与各相绕组的一端和另一端连接。在本申请说明书中，部件(结构要素)之间的“连接”主要指电连接。
第1逆变器120具有U相、V相和W相的端子U_L、V_L和W_L。第2逆变器130具有U相、V相和W相的端子U_R、V_R和W_R。子逆变器电路140具有与第1逆变器120和第2逆变器130共同的U相、V相和W相的端子U_S、V_S和W_S。
第1逆变器120的端子U_L与U相绕组M1的一端连接，端子V_L与V相绕组M2的一端连接，端子W_L与W相绕组M3的一端连接。与第1逆变器120同样，第2逆变器130的端子U_R与绕组M1的另一端连接，端子V_R与绕组M2的另一端连接，端子W_R与绕组M3的另一端连接。马达绕组的这种接线与所谓的星型接线和三角接线不同。
子逆变器电路140的端子U_S能够与U相绕组M1的一端或另一端连接，端子V_S能够与V相绕组M2的一端或另一端连接，端子W_S能够与W相绕组M3的一端或另一端连接。
第1逆变器120(有时记载为“桥电路L”。)包含由3个支路构成的桥电路。各支路具有低端开关元件和高端开关元件。图2所示的开关元件121L、122L和123L是低端开关元件，开关元件121H、122H和123H是高端开关元件。作为开关元件，例如能够使用场效应晶体管(典型地为MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体开关元件。在本说明书中，说明使用FET作为逆变器的开关元件的例子，但是在以下的说明中，有时将开关元件记载为FET。例如，开关元件121L被记载为FET121L。
第1逆变器120例如具有在各支路设置的分流电阻(未图示)，作为用于检测在各相绕组M1、M2和M3中流过的电流的电流传感器190(参照图4)。电流传感器190具有检测在分流电阻中流过的电流的电流检测电路(未图示)。例如，分流电阻在各支路中连接在低端开关元件和GND侧的节点N1之间。分流电阻的电阻值例如为0.5mΩ～1.0mΩ左右。
与第1逆变器120同样，第2逆变器130(有时记载为“桥电路R”。)包含由3个支路构成的桥电路。图2所示的FET 131L、132L和133L是低端开关元件，FET 131H、132H和133H是高端开关元件。此外，与第1逆变器120同样，第2逆变器130的各支路具有分流电阻(未图示)。例如，分流电阻在各支路中连接在低端开关元件和GND侧的节点N2之间。第1逆变器120和第2逆变器130的各FET例如能够通过微型控制器或专用驱动器来控制。另外，上述的分流电阻的配置是一例，考虑产品成本和设计规格等来适当决定要使用的分流电阻的数量及其配置。
本公开的子逆变器电路140具有至少1个支路。在本说明书中，将具有至少1个支路的电路称作“子逆变器电路”。本实施方式的子逆变器电路140具有1个支路，该支路具有高端开关元件141H和低端开关元件141L。该支路也可以具有分流电阻。
子逆变器电路140的端子U_S、V_S和W_S是共同连接于高端开关元件141H与低端开关元件141L之间的节点N3的端子。
第1相分离继电器电路150具有3个第1相分离继电器151、152和153，该3个第1相分离继电器151、152和153对各相绕组的一端与第1逆变器120之间的连接和非连接进行切换。第1相分离继电器电路150连接在各相绕组的一端与第1逆变器120之间。具体而言，第1相分离继电器151连接在第1逆变器120的端子U_LとU相绕组M1的一端之间。第1相分离继电器152连接在端子V_L与V相绕组M2的一端之间。第1相分离继电器153连接在端子W_L与W相绕组M3的一端之间。第1相分离继电器电路150可以按照每个相对各相绕组的一端与第1逆变器120之间的连接和非连接进行切换。
第2相分离继电器电路160具有3个第2相分离继电器161、162和163，该3个第2相分离继电器161、162和163对各相绕组的另一端与第2逆变器130之间的连接和非连接进行切换。第2相分离继电器电路160连接在各相绕组的另一端与第2逆变器130之间。具体而言，第2相分离继电器161连接在第2逆变器130的端子U_R与U相绕组M1的另一端之间。第2相分离继电器162连接在端子V_RとV相绕组M2的另一端之间。第2相分离继电器163连接在与端子W_R与W相绕组M3的另一端之间。第2相分离继电器电路160可以按照每个相对各相绕组的另一端与第2逆变器130之间的连接和非连接进行切换。
第3相分离继电器电路170具有3个第3相分离继电器171、172和173，该3个第3相分离继电器171、172和173对各相绕组的一端与子逆变器电路140之间的连接和非连接进行切换。第3相分离继电器电路170连接在各相绕组的一端与子逆变器电路140之间。具体而言，第3相分离继电器171连接在子逆变器电路140的端子U_S与U相绕组M1的一端之间。第1相分离继电器172连接在端子V_S与V相绕组M2的一端之间。第3相分离继电器173连接在端子W_S与W相绕组M3的一端之间。第3相分离继电器电路170能够按照每个相对各相绕组的一端与子逆变器电路140之间的连接和非连接进行切换。
第4相分离继电器电路180具有3个第4相分离继电器181、182和183，该3个第4相分离继电器181、182和183对各相绕组的另一端与子逆变器电路140之间的连接和非连接进行切换。第4相分离继电器电路180连接在各相绕组的另一端与子逆变器电路140之间。具体而言，第4相分离继电器181连接在子逆变器电路140的端子U_S与U相绕组M1的另一端之间。第4相分离继电器182连接在端子V_S与V相绕组M2的另一端之间。第4相分离继电器183连接在端子W_S与W相绕组M3的另一端之间。第4相分离继电器电路180可以按照每个相对各相绕组的另一端与子逆变器电路140之间的连接和非连接进行切换。
如果关注于绕组的一端侧，则第1相分离继电器151与第3相分离继电器171在U相绕组M1的一端共同连接，第1相分离继电器152与第3相分离继电器172在V相绕组M2的一端共同地连接，第1相分离继电器153与第3相分离继电器173在W相绕组M3的一端共同地连接。
如果关注于绕组的另一端侧，则第2相分离继电器161与第4相分离继电器181在U相绕组M1的另一端共同地连接，第2相分离继电器162与第4相分离继电器182在V相绕组M2的另一端共同地连接，第2相分离继电器163与第4相分离继电器183在W相绕组M3的另一端共同地连接。
第1相分离继电器151、152、153、第2相分离继电器161、162、163、第3相分离继电器171、172、173、第4相分离继电器181、182和183的继电器的导通和断开例如可以通过微型控制器或专用驱动器来控制。作为这些继电器，例如，能够广泛使用FET或IGBT等的半导体开关元件。此外，作为继电器，也可以使用机械继电器。在本说明书中，说明使用具有续流二极管的FET作为这些继电器的例子，在以下的说明中，将各继电器记载为FET。例如，第1相分离继电器151、152和153分别记载为FET 151、152和153。
作为一例，在第1相分离继电器电路150中，3个FET 151、152和153能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向马达200流过续流二极管。在第2相分离继电器电路160中，3个FET 161、162和163能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向马达200流过续流二极管。在第3相分离继电器电路170中，3个FET 171、172和173能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向马达200流过续流二极管。在第4相分离继电器电路180中，3个FET 181、182和183能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向马达200流过续流二极管。根据这样的FET的配置，能够切断在断开状态的相分离继电器电路中流过的电流。
图3示意性地示出按照每个相具有串联连接的2个FET的第1相分离继电器电路150的电路结构。
作为其他一例，第1相分离继电器电路150也可以按照每个相具有多个相分离继电器。如图3所示，例如，第1相分离继电器电路150能够按照每个相具有串联连接的2个FET。配置2个U相用FET 151A、151B，配置2个V相用FET 152A、152B，配置2个W相用FET 153A、153B。此外，FET 151A、152A和153A能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向第1逆变器120流过续流二极管。另一个面，FET 151B、152B和153B能够被配置成使得续流二极管朝向相同方向，并且正向电流朝向马达200流过续流二极管。根据这样的FET的配置，能够更加可靠地切断在断开状态的相分离继电器电路中流过的电流。
第2相分离继电器电路160、第3相分离继电器电路170和第4相分离继电器电路180也可以与第1相分离继电器电路150同样，按照每个相具有多个相分离继电器。例如，这些相分离继电器电路能够按照每个相具有串联连接的2个FET。
电力转换装置100与电源101和GND连接。具体地说，第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140分别与电源101和GND连接。从电源101向第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140提供电力。
电源101生成规定的电源电压。作为电源101，例如，可以使用直流电源。但是，电源101可以是AC-DC转换器和DC-DC转换器，也可以是电池(蓄电池)。例如，电源101可以是在第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140中共同的单一电源，也可以具有第1逆变器120用的第1电源和第2逆变器130用的第2电源。
在电源101与电力转换装置100之间设置有线圈102。线圈102作为噪声滤波器发挥功能，以使得对各逆变器提供的电压波形所包含的高频噪声或在各逆变器中产生的高频噪声不向电源101侧流出的方式进行平滑化。此外，在第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140的电源端子上连接有电容器103。电容器103是所谓的旁路电容器，抑制电压波纹。电容器103例如是电解电容器，根据设计规格等而适当决定容量和要使用的个数。
〔1.2.马达驱动单元400的构造〕
图4示意性地示出具有电力转换装置100的马达驱动单元400的典型块结构。
马达驱动单元400具有电力转换装置100、马达200和控制电路300。
控制电路300例如具有电源电路310、角度传感器320、输入电路330、微型控制器340、驱动电路350和ROM 360。控制电路300与电力转换装置100连接，通过控制电力转换装置100来驱动马达200。例如，控制电路300能够控制作为目标的马达扭矩和旋转速度而实现闭环控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC电压(例如，3V、5V)。角度传感器320例如是旋转变压器或霍尔IC。角度传感器320检测马达200的转子的旋转角(以下，记载为“旋转信号”。)，将旋转信号输出到微控制器340。输入电路330接收由电流传感器190检测到的马达电流值(以下，记载为“实际电流值”。)，根据需要将实际电流值的电平转换为微控制器340的输入电平，将实际电流值输出到微控制器340。
微型控制器340控制电力转换装置100的第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140中的各FET的开关动作(打开或关闭)。微控制器340根据实际电流值和转子的旋转信号等设定目标电流值从而生成PWM信号，并将该PWM信号输出到驱动电路350。
驱动电路350典型地是栅极驱动器。驱动电路350根据PWM信号生成对第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140中的各FET的开关动作进行控制的控制信号(栅极控制信号)，对各FET的栅极提供控制信号。此外，驱动电路350能够根据来自微控制器340的指示生成对第1至第4相分离继电器电路150、160、170和180中的各PET的导通或断开进行控制的栅极控制信号，对各FET的栅极提供控制信号。另外，微型控制器340也可以具有驱动电路350的功能。微型控制器340和驱动电路350例如能够安装在相同的芯片上。
ROM 360例如是可写入的存储器(例如PROM)、可改写的存储器(例如闪存)或只读存储器。ROM 360存储控制程序，该控制程序包含用于使微控制器340控制电力转换装置100的命令群。例如，控制程序在启动时在RAM(未图示)中被一次加载。
〔1.3.电力转换装置100的控制〕
电力转换装置100中存在正常时和异常时的控制。控制电路300(主要是微型控制器340)能够将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换到异常时的控制。根据控制的种类决定第1至第4相分离继电器电路150、160、170和180中的各FET的导通/断开状态。
本实施方式的控制电路300对共同地连接到各相绕组的一端的2个FET选择其一地进行控制，对共同地连接到各相绕组的另一端的2个FET选择其一地进行控制。具体地说，控制电路300使共同地连接到U相绕组M1的一端的2个FET 151、171中的一个导通，使另一个断开。此外，控制电路300使共同地连接到U相绕组M1的另一端的2个FET 161、181中的一个导通，使另一个断开。与上述的控制同样，控制电路300控制与V相绕组M2和W相绕组M3连接的剩余的FET的导通/断开。
例如，在FET 151为导通状态、FET 171为断开状态时，U相绕组M1的一端与第1逆变器120连接。更详细而言，U相绕组M1的一端经由FET 151和第1逆变器120的端子U_L与第1逆变器120的逆变器电路中的FET 121H和121L之间的节点连接。与此相对，在FET 151为断开状态、FET 171为导通状态时，U相绕组M1的一端与子逆变器电路140连接。更详细而言，U相绕组M1的一端经由FET 171和子逆变器电路140的端子U_S而与子逆变器电路140的节点N3连接。
与各FET的导通/断开状态对应的、V相绕组M2与第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140之间的连接状态与上述的U相绕组M1的相同。与各FET的导通/断开状态对应的、W相绕组M3与第1逆变器120、第2逆变器130和子逆变器电路140之间的连接状态也与上述的U相绕组M1的相同。
在本说明书中，将使各相分离继电器电路中的全部FET导通称作“使相分离继电器电路导通”。此外，将使各相分离继电器电路中的全部FET断开称作“使相分离继电器电路断开”。例如，使第1相分离继电器电路150导通是指使FET 151、152和153全部导通，使第1相分离继电器电路150断开是指使FET 151、152和153全部断开。
(1.3.1.正常时的控制)
说明电力转换装置100的正常时的控制方法的具体例。如上所述，正常是指第1逆变器120和第2逆变器130的各FET未产生故障的状态。
在正常时，控制电路300使第1相分离继电器电路150和第2相分离继电器电路160导通，使第3相分离继电器电路170和第4相分离继电器电路180断开。由此，各相绕组的一端与第1逆变器120连接，另一端与第2逆变器130连接。子逆变器电路140在电气上被从各相绕组的一端和另一端切离。在该连接状态中，控制电路300使用第1逆变器120和第2逆变器130双方来进行三相通电控制，从而驱动马达200。具体而言，控制电路300通过对第1逆变器120的FET和第2逆变器130的FET以彼此相反的相位(相位差＝180°)进行开关控制来进行三相通电控制。例如，如果关注于包含FET 121L、121H、131L和131H的H电桥，则当FET 121L导通时，FET 131L断开，当FET 121L断开时，FET 131L导通。与此相同，当FET 121H导通时，FET131H断开，FET 121H断开时，FET 131H导通。
图5例示对电流值进行标绘而得到的电流波形(正弦波)，其中，所述电流值是根据正常时的三相通电控制对电力转换装置100进行控制时在马达200的U相、V相和W相的各绕组中流过的电流值。横轴表示马达电角(度)，纵轴表示电流值(A)。在图5的电流波形中，按照每30°电角标绘电流值。Ipk表示各相的最大电流值(峰值电流值)。另外，除了图5中例示的正弦波以外，例如可以使用矩形波来驱动马达200。
表1在图5的正弦波中按照每个电角示出在各逆变器的端子中流过的电流值。具体而言，表1示出在第1逆变器120(桥电路L)的端子U_L、V_L和W_L中流过的每30°电角的电流值和在第2逆变器130(桥电路R)的端子U_R、V_R和W_R中流过的每30°电角的电流值。这里，针对桥电路L，将从桥电路L的端子向桥电路R的端子流动的电流方向定义为正方向。图5所示的电流的方向遵循该定义。此外，针对桥电路R，将从桥电路R的端子向桥电路L的端子流动的电流方向定义为正方向。因此，桥电路L的电流与桥电路R的电流之间的相位差为180°。在表1中，电流值I1的大小是〔(3)1/2/2〕*Ipk，电流值I2的大小是Ipk/2。
[表1]
Figure BDA0002121712980000121
在电角0°时，在U相绕组M1中不流过电流。在V相绕组M2中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在W相绕组M3中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。
在电角30°时，在U相绕组M1中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在V相绕组M2中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流，在W相绕组M3中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流。
在电角60°时，在U相绕组M1中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在V相绕组M2中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。在W相绕组M3中不流过电流。
在电角90°时，在U相绕组M1中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流，在V相绕组M2中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在W相绕组M3中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流。
在电角120°时，在U相绕组M1中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在W相绕组M3中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。在V相绕组M2中不流过电流。
在电角150°时，在U相绕组M1中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在V相绕组M2中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在W相绕组M3中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流。
在电角180°时，在U相绕组M1中不流过电流。在V相绕组M2中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流，在W相绕组M3中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流。
在电角210°时，在U相绕组M1中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在V相绕组M2中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流，在W相绕组M3中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流。
在电角240°时，在U相绕组M1中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在V相绕组M2中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。在W相绕组M3中不流过电流。
在电角270°时，在U相绕组M1中从桥电路R向桥电路L流过大小Ipk的电流，在V相绕组M2中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流，在W相绕组M3中从桥电路L向桥电路R流过大小I2的电流。
在电角300°时，在U相绕组M1中从桥电路R向桥电路L流过大小I1的电流，在W相绕组M3中从桥电路L向桥电路R流过大小I1的电流。V相绕组M2中不流过电流。
在电角330°时，在U相绕组M1中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在V相绕组M2中从桥电路R向桥电路L流过大小I2的电流，在W相绕组M3中从桥电路L向桥电路R流过大小Ipk的电流。
根据本实施方式的三相通电控制，考虑了电流的方向的三相绕组中流过的电流的总和按照每个电角为“0”。例如，控制电路300通过能够获得图5所示的电流波形的PWM控制对桥电路L和R的各FET的开关动作进行控制。
(1.3.2.异常时的控制)
说明电力转换装置100的异常时的控制方法的具体例。如上所述，异常主要是指FET产生了故障。FET的故障大致分为“开路故障”和“短路故障”。“开路故障”是指FET的源极-漏极间开路的故障(换言之，源极-漏极间的电阻rds成为高阻抗)，“短路故障”是指FET的源极-漏极间短路的故障。
再次参照图2。在电力转换装置100正常地进行动作时，通常认为发生2个逆变器的12个FET之中的1个FET随机地发生故障的随机故障。本公开主要以发生了随机故障的情况下的电力转换装置100的控制方法为对象。但是，本公开也以多个FET连锁地发生了故障等情况下的电力转换装置100的控制方法为对象。连锁故障例如表示在1个支路的高端开关元件和低端开关元件中同时发生的故障。
当在长时间内使用电力转换装置100时，有可能产生随机故障。另外，随机故障与可能在制造时产生的制造故障不同。当在2个逆变器的多个FET中的1个中产生了故障时，无法继续基于正常时的三相通电控制的马达驱动。
作为故障检测的一例，驱动电路350通过监视FET的漏极-源极间的电压Vds并对规定的阈值电压与Vds进行比较，检测FET的故障。阈值电压例如由与外部IC(未图示)的数据通信和外装部件来设定在驱动电路350中。驱动电路350与微型控制器340的端口连接，将故障检测信号通知给微型控制器340。例如，驱动电路350在检测出FET的故障时，使故障检测信号有效。微型控制器340在接收到有效的故障检测信号时，读出驱动电路350的内部数据，判别2个逆变器的多个FET中的哪一个FET发生了故障。
作为故障检测的其他一例，微型控制器340还能够根据马达的实际电流值与目标电流值之差，检测FET的故障。但是，故障检测不限于这些方法，还能够广泛使用与故障检测有关的公知方法。
微型控制器340在使故障检测信号有效时，将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换到异常时的控制。例如，将控制从正常时切换到异常时的定时是从使故障检测信号有效时起的10msec～30msec左右。
以下，说明在第1逆变器120的桥电路R中产生了FET的故障的情况下的电力转换装置100的控制。当然，在第2逆变器130的桥电路L中产生了FET的故障的情况下，与以下相同的说明也成立。
控制电路300在第1相分离继电器电路150中，使3个FET 151、152和153中的、与包含发生了故障的FET的(桥电路R的)支路连接的FET断开，使其他开关元件导通，并且在第3相分离继电器电路170中，使3个FET 171、172和173中的、与第1相分离继电器电路150中的已断开的FET在绕组的一端共同地连接的FET导通，使其他开关元件断开。控制电路300还使第2相分离继电器电路160导通，使第4相分离继电器电路180断开。根据该控制，子逆变器电路140的支路(节点N3)能够与绕组M1至M3的一端和另一端的6个中的1个电连接。
在本说明书中，例示在第1逆变器120的桥电路R中高端开关元件(FET)121H发生了故障的情况下的控制。另外，在其他FET 122H、123H、121L、122L和123L发生了故障的情况下，也能够根据下面所示的步骤，将电力转换装置100的控制切换到异常时的控制。
控制电路300在第1相分离继电器电路150中，使FET 151、152和153中的、与包含发生了故障的FET 121H的(桥电路R的)支路连接的FET 151断开，使其他FET 152、153导通，并且在第3相分离继电器电路170中，使FET 171、172和173中的、与第1相分离继电器电路150中的已断开的FET 151在绕组M1的一端共同地连接的FET 171导通，使其他FET 172、173断开。控制电路300还使第2相分离继电器电路160导通，使第4相分离继电器电路180断开。根据该例子，子逆变器电路140的支路与绕组M1的一端连接。
根据上述的控制，包含发生了故障的FET 121H的支路在电气上被从绕组M1的一端切离，作为替代，子逆变器电路140的支路与绕组M1的一端连接。这样，能够将桥电路R中的包含发生了故障的FET 121H的支路置换为子逆变器电路140的支路。
绕组M1的一端与子逆变器电路140的支路连接，绕组M2、M3的一端分别与第1逆变器120的支路连接，并且，绕组M1、M2和M3的另一端与第2逆变器130连接。能够使用第1逆变器120中的包含发生了故障的FET 121H的支路以外的2个支路、第2逆变器130和子逆变器电路140的1个支路，与正常时同样，继续三相通电控制。
在第2逆变器130的桥电路L中产生了FET的故障的情况下，与第1逆变器120的故障时的控制同样，通过使第1至第4相分离继电器电路150、160、170和180的各FET导通/断开，能够将桥电路L中的包含发生了故障的FET的支路置换为子逆变器电路140的支路。其结果是，能够继续三相通电控制。
另外，即使在正常时，也能够通过将桥电路R或L中的1个支路置换为子逆变器电路140的支路来进行三相通电控制。
根据本实施方式，即使将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换为异常时的控制，也能够继续三相通电控制。其结果是，能够在异常时的控制中获得与正常时相同的马达输出。
图6示意性地示出本实施方式的变形例的电力转换装置100A的电路结构。
在电力转换装置100A中，子逆变器电路140具有2个支路。各相绕组的一端中的至少1个绕组的一端经由第3相分离继电器电路170而与子逆变器电路140的2个支路的一个中的低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接，并且各相绕组的一端中的其余绕组的一端经由第3相分离继电器电路170而与子逆变器电路140的2个支路的另一个中的低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接。
在电力转换装置100A中，各相绕组的另一端中的至少1个绕组的另一端经由第4相分离继电器电路180而与子逆变器电路140的一个支路中的节点连接，并且各相绕组的另一端中的其余绕组的另一端经由第4相分离继电器电路180而与子逆变器电路140的另一个支路中的节点连接。
这样，各绕组的一端能够与子逆变器电路140的2个支路中的任意一个连接。与此相同，各绕组的另一端能够与子逆变器电路140的2个支路中的任意一个连接。图6例示将绕组M1的两端与子逆变器电路140的一个支路连接并将绕组M2和M3的两端与另一个支路连接的结构。但是，当然，子逆变器电路140的2个支路与各绕组的两端的连接例不限于此，也可以是可选择的全部组合。
例如，假设第1逆变器120的FET 121H和第2逆变器130的FET 132H同时发生了故障。该情况下，控制电路300能够在第1相分离继电器电路150中，使与包含发生了故障的FET121H的(桥电路R的)支路连接的FET 151断开，使FET 152、153导通，并且在第3相分离继电器电路170中，使FET 171导通，使FET 172、173断开。
控制电路300还能够在第2相分离继电器电路160中，使与包含发生了故障的FET132H的(桥电路L的)支路连接的FET 162断开，使FET 161、163导通，并且在第4相分离继电器电路180中，使FET 182导通，使FET 181、183断开。根据该例子，子逆变器电路140的一个支路的节点N3与绕组M1的一端连接，另一个支路的节点N4与绕组M2的另一端连接。
根据本变形例，可以通过将桥电路R或L中的1个支路置换为子逆变器电路140的2个支路中的任意一个来继续三相通电控制。并且，在存在2个包含发生了故障的FET的支路的情况下，可以通过将这些支路置换为子逆变器电路140的2个支路来继续三相通电控制。
图7示意性地示出本实施方式的又一变形例的电力转换装置100B的电路结构。
在电力转换装置100B中，子逆变器电路140具有第1逆变器用支路和第2逆变器用支路。各相绕组的一端经由第3相分离继电器电路170而与子逆变器电路140的第1逆变器用支路中的节点N3连接，各相绕组的另一端经由第4相分离继电器电路180而与子逆变器电路140的第2逆变器用支路中的节点N4连接。
根据本变形例，能够将桥电路R的1个支路置换为子逆变器电路140的第1逆变器用支路，并且将桥电路L的1个支路置换为子逆变器电路140的第2逆变器用支路。特别是，第1逆变器120和第2逆变器130中分别存在包含产生了故障的FET的支路的情况下，能够继续三相通电控制。
(实施方式2)
本实施方式的电力转换装置100C在子逆变器电路140具有3个支路的方面与实施方式1的电力转换装置100不同。以下，主要说明与实施方式1的不同点。
图8示意性地示出本实施方式的电力转换装置100C的电路结构。
在电力转换装置100C中，子逆变器电路140具有3个支路。子逆变器电路140的端子U_S与FET 141H和FET 141L之间的节点N3连接，端子V_S与FET 142H和FET 142L之间的节点N4连接，端子W_S与FET 143H和FET 143L之间的节点N5连接。
各相绕组的一端经由第3相分离继电器电路170而与子逆变器电路140的3个端子U_S、V_S和W_S连接。各相绕组的另一端经由第4相分离继电器电路180而与子逆变器电路140的3个端子U_S、V_S和W_S连接。
正常时和异常时的控制是实施方式1中所说明的三相通电控制。本实施方式的子逆变器电路140具有3个支路，因此，与第1逆变器120和第2逆变器130同样，能够称作“逆变器”。即，电力转换装置100C具有第1至第3逆变器。根据该结构，在2个逆变器中的1个逆变器发生了故障的情况下，能够使用未发生故障的逆变器和子逆变器电路140继续三相通电控制。
例如，在第1逆变器120处于异常时，控制电路300使第1相分离继电器电路150断开，使第2相分离继电器电路160导通，使第3相分离继电器电路170导通，使第4相分离继电器电路180断开即可。由此，能够从马达200分离故障逆变器，能够使用第2逆变器130和子逆变器电路140继续三相通电控制。在第2逆变器130处于异常时，与上述的控制同样，能够使用第1逆变器120和子逆变器电路140继续三相通电控制。
另外，在本实施方式的电路结构中，也可以与实施方式1同样，按照每个相使相分离继电器电路的各FET导通/断开。例如，在桥电路R的FET 121H发生了故障的情况下，控制电路300也可以在第1相分离继电器电路150中，使FET 151断开，使FET 152、153导通，并且在第3相分离继电器电路170中，使FET 171导通，FET 172、173断开。换言之，通过使用子逆变器电路140的3个支路中的至少1个，能够在异常时继续三相通电控制。
根据本实施方式，例如，即使在第1逆变器120的桥电路R的全部高端开关元件发生了故障的情况下，也能够通过将桥电路R整体置换为子逆变器电路140来继续三相通电控制。
(实施方式3)
本实施方式的电力转换装置100D在仅在马达200的第1逆变器120侧具有2个相分离继电器电路的方面与实施方式1的电力转换装置100不同。
图9示意性地示出本实施方式的电力转换装置100D的电路结构。
电力转换装置100D仅在马达200的第1逆变器120侧、即仅马达200的一侧具有2个相分离继电器电路150、170。
根据本实施方式，能够在第1逆变器120、即，2个逆变器中的、设置有2个相分离继电器电路的一方发生了故障时，使用子逆变器电路140继续三相通电控制。
(实施方式4)
汽车等车辆一般具有电动助力转向装置。电动助力转向装置生成辅助扭矩，该辅助扭矩用于对驾驶员操作方向盘而产生的转向***的转向扭矩进行辅助。辅助扭矩由辅助扭矩机构生成，能够减轻驾驶员的操作负担。例如，辅助扭矩机构由转向扭矩传感器、ECU、马达和减速机构等构成。转向扭矩传感器检测转向***中的转向扭矩。ECU根据转向扭矩传感器的检测信号生成驱动信号。马达根据驱动信号生成与转向扭矩对应的辅助扭矩，经由减速机构将辅助扭矩传递到转向***。
本公开的马达驱动单元400适合用于电动助力转向装置。图10示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置500的典型结构。电动助力转向装置500具有转向***520和辅助扭矩机构540。
转向***520例如可由方向盘521、转向轴522(也称作“转向柱”。)、万向联轴器523A、523B、旋转轴524(也称作“小齿轮轴”或“输入轴”。)、齿轮齿条副机构525、齿条轴526、左右的球窝接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B和左右的转向车轮(例如左右的前轮)529A、529B构成。方向盘521经由转向轴522和万向联轴器523A、523B而与旋转轴524联结。旋转轴524经由齿轮齿条副机构525而与齿条轴526联结。齿轮齿条副机构525具有在旋转轴524上设置的小齿轮531和在齿条轴526上设置的齿条532。齿条轴526的右端依次经由球窝接头552A、拉杆527A和转向节528A而与右侧的转向车轮529A联结。与右侧同样，齿条轴526的左端依次经由球窝接头552B、拉杆527B和转向节528B而与左侧的转向车轮529B联结。这里，右侧和左侧分别与坐在座席上的驾驶员观察到的右侧和左侧一致。
根据转向***520，驾驶员对方向盘521进行操作从而产生转向扭矩，该转向扭矩经由齿轮齿条副机构525而传递到左右的转向车轮529A、529B。由此，驾驶员能够操作左右的转向车轮529A、529B。
辅助扭矩机构540例如可由转向扭矩传感器541、ECU 542、马达543、减速机构544和电力转换装置545构成。辅助扭矩机构540将辅助扭矩提供给从方向盘521至左右的转向车轮529A、529B的转向***520。另外，辅助扭矩有时也称作“附加扭矩”。
作为ECU 542，能够使用本公开的控制电路300，作为电力转换装置545，能够使用本公开的电力转换装置100。此外，马达543相当于本公开的马达200。作为可由ECU 542、马达543和电力转换装置545构成的机电一体式马达，能够恰当地使用本公开的马达驱动单元400。
转向扭矩传感器541检测转向***520的通过方向盘521而被施加的转向扭矩。ECU542根据来自转向扭矩传感器541的检测信号(以下，记载为“扭矩信号”。)而生成用于驱动马达543的驱动信号。马达543根据驱动信号产生与转向扭矩对应的辅助扭矩。辅助扭矩经由减速机构544而传递到转向***520的旋转轴524。减速机构544例如是蜗轮机构。辅助扭矩还从旋转轴524传递到齿轮齿条副机构525。
电动助力转向装置500能够根据将辅助扭矩施加给转向***520的部位而分类为小齿轮辅助型、齿条辅助型和柱辅助型等。图10示出小齿轮辅助型的电动助力转向装置500。但是，电动助力转向装置500也可以应用于齿条辅助型、柱辅助型等。
ECU 542中不仅可以输入扭矩信号，例如还可以输入车速信号。外部机器560例如是车速传感器。或者，外部机器560例如也可以是能够利用CAN(Controller Area Network：控制器局域网)等车内网络进行通信的其他ECU。ECU 542的微控制器能够根据扭矩信号和车速信号等对马达543进行矢量控制或PWM控制。
ECU 542至少根据扭矩信号设定目标电流值。ECU 542优选考虑由车速传感器检测出的车速信号，并且考虑由角度传感器检测出的转子的旋转信号，来设定目标电流值。ECU542能够以使由电流传感器(未图示)检测出的实际电流值与目标电流值一致的方式，对马达543的驱动信号、即驱动电流进行控制。
根据电动助力转向装置500，能够利用对驾驶员的转向扭矩加上马达543的辅助扭矩而得到的复合扭矩，通过齿条轴526对左右的转向车轮529A、529B进行操作。特别是，通过在上述的机电一体型单元中利用本公开的马达驱动单元400，提供具有部件的品质得到提高的马达驱动单元的电动助力转向装置，其中，该马达驱动单元即使将马达控制从正常时的控制切换到异常时的控制也能够维持马达输出。
产业上的可利用性
本公开的实施方式可以广泛用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、冰箱和电动助力转向装置等具有各种马达的各种设备。
标号说明
100、100A、100B、100C、100D：电力转换装置；101：电源；102：线圈；103：电容器；120：第1逆变器；121H、122H、123H：高端开关元件(FET)；121L、122L、123L：低端开关元件(FET)；130：第2逆变器；131H、132H、133H：高端开关元件(FET)；131L、132L、133L：低端开关元件(FET)；140：子逆变器电路；150：第1相分离继电器电路；151、152、153：第1相分离继电器(FET)；160：第2相分离继电器电路；161、162、163：第2相分离继电器(FET)；170：第3相分离继电器电路；171、172、173：第3相分离继电器(FET)；180：第4相分离继电器电路；181、182、183：第4相分离继电器(FET)；190：电流传感器；200：电动马达；300：控制电路；310：电源电路；320：角度传感器；330：输入电路；340：微型控制器；350：驱动电路；360：ROM；400：马达驱动单元；500：电动助力转向装置

Claims (28)

1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为对具有n相的绕组的马达提供的电力，其中，n为3以上的整数，该电力转换装置具有：
第1逆变器，其与所述马达的各相绕组的一端连接；
第2逆变器，其与所述各相绕组的另一端连接；
第1相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述第1逆变器之间的连接和非连接进行切换；
第2相分离继电器电路，其对所述各相绕组的另一端与所述第2逆变器之间的连接和非连接进行切换；
子逆变器电路，其能够与所述各相绕组的一端和另一端连接；
第3相分离继电器电路，其对所述各相绕组的一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换；以及
第4相分离继电器电路，其对所述各相绕组的另一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述第1相分离继电器电路具有对所述各相绕组的一端与所述第1逆变器之间的连接和非连接进行切换的n个开关元件，
所述第2相分离继电器电路具有对所述各相绕组的另一端与所述第2逆变器之间的连接和非连接进行切换的n个开关元件，
所述第3相分离继电器电路具有对所述各相绕组的一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换的n个开关元件，
所述第4相分离继电器电路具有对所述各相绕组的另一端与所述子逆变器电路之间的连接和非连接进行切换的n个开关元件。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中，
所述第1相分离继电器电路至第4相分离继电器电路的各电路中的n个开关元件分别是具有续流二极管的半导体开关元件，在各电路中，n个续流二极管朝向相同方向。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其中，
所述第1相分离继电器电路至第4相分离继电器电路的各电路中的n个开关元件分别被配置成正向电流朝向所述马达流过所述续流二极管。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和第2逆变器的桥电路均具有n个支路，所述n个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述子逆变器电路具有1个支路，该1个支路具有低端开关元件和高端开关元件，
所述各相绕组的一端经由所述第1相分离继电器电路而与所述第1逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第3相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述支路中的所述低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接，
所述各相绕组的另一端经由所述第2相分离继电器电路而与所述第2逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第4相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述支路中的所述低端开关元件和高端开关元件之间的所述节点连接。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和第2逆变器的桥电路均具有n个支路，所述n个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述子逆变器电路具有2个支路，所述2个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述各相绕组的一端经由所述第1相分离继电器电路而与所述第1逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，
所述各相绕组的一端中的至少1个绕组的一端经由所述第3相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述2个支路当中的一个支路中的所述低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接，并且所述各相绕组的一端中的其余绕组的一端经由所述第3相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述2个支路当中的另一个支路中的所述低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接，
所述各相绕组的另一端经由所述第2相分离继电器电路而与所述第2逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，
所述各相绕组的另一端中的至少1个绕组的另一端经由所述第4相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述一个支路中的所述节点连接，并且所述各相绕组的另一端中的其余绕组的另一端经由所述第4相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述另一个支路中的所述节点连接。
7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和第2逆变器的桥电路均具有n个支路，所述n个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述子逆变器电路具有：第1逆变器用支路，其具有低端开关元件和高端开关元件；以及第2逆变器用支路，其具有低端开关元件和高端开关元件，
所述各相绕组的一端经由所述第1相分离继电器电路而与所述第1逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第3相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述第1逆变器用支路中的所述低端开关元件和高端开关元件之间的节点连接，
所述各相绕组的另一端经由所述第2相分离继电器电路而与所述第2逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第4相分离继电器电路而与所述子逆变器电路的所述第2逆变器用支路中的所述低端开关元件和高端开关元件的节点连接。
8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电力转换装置，其中，
所述第1逆变器和第2逆变器的桥电路均具有n个支路，所述n个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述子逆变器电路具有n个支路，所述n个支路分别具有低端开关元件和高端开关元件，
所述各相绕组的一端经由所述第1相分离继电器电路而与所述第1逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第3相分离继电器电路而与所述子逆变器电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，
所述各相绕组的另一端经由所述第2相分离继电器电路而与所述第2逆变器的桥电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的n个节点连接，并且经由所述第4相分离继电器电路而与所述子逆变器电路中的、所述低端开关元件和高端开关元件之间的所述n个节点连接。
9.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
在正常驱动时，所述第1相分离继电器电路和第2相分离继电器电路导通，所述第3相分离继电器电路和第4相分离继电器电路断开。
10.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
在所述第1逆变器处于异常时，所述第1相分离继电器电路断开，所述第2相分离继电器电路导通，所述第3相分离继电器电路导通，所述第4相分离继电器电路断开。
11.根据权利要求8所述的电力转换装置，其中，
在所述第2逆变器处于异常时，所述第1相分离继电器电路导通，所述第2相分离继电器电路断开，所述第3相分离继电器电路断开，所述第4相分离继电器电路导通。
12.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置使用所述第1逆变器和第2逆变器中的未发生故障的逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
13.根据权利要求11所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置使用所述第1逆变器和第2逆变器中的未发生故障的逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
14.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
在所述第1逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
在所述第1相分离继电器电路中，n个开关元件中的与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，n-1个其他开关元件导通，
所述第2相分离继电器电路导通，
在所述第3相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第1相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开，
所述第4相分离继电器电路断开。
15.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
在所述第1逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
在所述第1相分离继电器电路中，n个开关元件中的与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，n-1个其他开关元件导通，
所述第2相分离继电器电路导通，
在所述第3相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第1相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开，
所述第4相分离继电器电路断开。
16.根据权利要求7所述的电力转换装置，其中，
在所述第1逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
在所述第1相分离继电器电路中，n个开关元件中的与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，n-1个其他开关元件导通，
所述第2相分离继电器电路导通，
在所述第3相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第1相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开，
所述第4相分离继电器电路断开。
17.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
在所述第2逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
所述第1相分离继电器电路导通，
在所述第2相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，
n-1个其他开关元件导通，
所述第3相分离继电器电路断开，
在所述第4相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第2相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的另一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开。
18.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
在所述第2逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
所述第1相分离继电器电路导通，
在所述第2相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，
n-1个其他开关元件导通，
所述第3相分离继电器电路断开，
在所述第4相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第2相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的另一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开。
19.根据权利要求7所述的电力转换装置，其中，
在所述第2逆变器的桥电路包含发生了故障的开关元件的情况下，
所述第1相分离继电器电路导通，
在所述第2相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与包含发生了故障的开关元件的支路连接的开关元件断开，
n-1个其他开关元件导通，
所述第3相分离继电器电路断开，
在所述第4相分离继电器电路中，n个开关元件中的、与所述第2相分离继电器电路的已断开的开关元件共同地连接于绕组的另一端的开关元件导通，
n-1个其他开关元件断开。
20.根据权利要求14所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第1逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
21.根据权利要求15所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第1逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
22.根据权利要求16所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第1逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
23.根据权利要求17所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第2逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
24.根据权利要求18所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第2逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
25.根据权利要求19所述的电力转换装置，其中，
通过将所述第2逆变器的桥电路中的包含发生了故障的开关元件的支路置换为所述子逆变器电路的支路，使用所述第1逆变器、第2逆变器和所述子逆变器电路进行电力转换。
26.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述电源是单一的电源。
27.一种马达驱动单元，其具有：
所述马达；
权利要求1至26中的任意一项所述的电力转换装置；以及
控制电路，其控制所述电力转换装置。
28.一种电动助力转向装置，其中，
该电动助力转向装置具有权利要求27所述的马达驱动单元。
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