CN110392977A - 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

电力转换装置是将来自电源的电力转换成向马达提供的电力的电力转换装置，所述马达具有一端彼此被进行了Y形接线的n相(n为3以上的整数)的绕组，所述电力转换装置具备：逆变器，其与n相的绕组的另一端连接；相分离继电器电路，其按每个相对电源与n相的绕组之间的连接/不连接进行切换；中性点用支路，其被连接于将n相的绕组的一端进行Y形接线的马达的中性点节点；和中性点分离继电器电路，其对电源与中性点节点之间的连接/不连接进行切换。

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
近年来，开发出电动马达(下面，简称为“马达”)、电力转换装置和ECU(电子控制单元)一体化的机电一体型马达。特别是在车载领域，从安全性的角度要求高的品质保证。因此，采用了即使在部件的一部分发生故障的情况下也能够继续安全工作的冗长设计。作为冗长设计的一例，研究出针对一个马达而设计两个电力转换装置。作为其它的一例，研究出在主要的微型控制器设置备用微型控制器。
专利文献1公开了具有第一***和第二***的马达驱动装置。第一***与马达的第一绕组组连接，具有第一逆变器部、电源继电器和逆连接保护继电器等。第二***与马达的第二绕组组连接，具有第二逆变器部、电源继电器和逆连接保护继电器等。在马达驱动装置未发生故障时，可以采用第一***和第二***这两方来驱动马达。相对于此，在第一***和第二***的一方、或者第一绕组组和第二绕组组的一方发生故障时，电源继电器将从电源向发生故障的***、或者与发生故障的绕组组连接的***的电力供给切断。可以采用未发生故障的另一***来继续马达驱动。
专利文献2和3也公开了具有第一***和第二***的马达驱动装置。即使一个***或一个绕组组发生了故障，也能够利用未发生故障的***继续马达驱动。
专利文献4公开了具有四个电分离单元和两个逆变器并对向三相马达提供的电力进行转换的马达驱动装置。相对于一个逆变器，在电源与逆变器之间设置有一个电分离单元，在逆变器与GND(接地)之间设置有一个电分离单元。可采用发生故障的逆变器中的绕组的中性点并利用未发生故障的逆变器驱动马达。那时，通过使与发生故障的逆变器连接的两个电分离单元成为切断状态，从而发生故障的逆变器与电源和GND分离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-34204号公报
专利文献2：日本特开2016-32977号公报
专利文献3：日本特开2008-132919号公报
专利文献4：日本专利第5797751号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的以往的技术中，要求进一步提高在异常时的控制中的马达输出。
本公开的实施方式提供能够提高异常时的控制中的马达输出的电力转换装置。
用于解决课题的手段
本公开的举例说明的电力转换装置将来自电源的电力转换为向马达提供的电力，所述马达具有一端彼此被进行了Y形接线的n相(n为3以上的整数)的绕组，其中，所述电力转换装置具备：逆变器，其与所述n相的绕组的另一端连接，具有各自包括低侧开关元件和高侧开关元件的n个支路；相分离继电器电路，其按每个相对所述电源与所述n相的绕组之间的连接/不连接进行切换；中性点用支路，其包括低侧开关元件和高侧开关元件，并且与将所述n相的绕组的一端进行Y形接线的所述马达的中性点节点连接；和中性点分离继电器电路，其对所述电源与所述中性点节点之间的连接/不连接进行切换。
发明效果
根据本公开的举例说明的实施方式，通过根据控制模式适当地确定相分离继电器电路和中性点分离继电器电路的接通/断开状态，从而能够进行两相通电控制。由此，可提供能够提高异常时的控制中的马达输出的电力转换装置、具备该电力转换装置的马达驱动单元、以及具备该马达驱动单元的电动助力转向装置。
附图说明
图1是示意性地示出例示的实施方式一的马达驱动单元1000的典型的框结构的框图。
图2是示意性地示出例示的实施方式一的电力转换装置100的典型的电路结构的电路图。
图3是示出控制电路300的典型的框结构的框图。
图4是举例示出将通过三相通电控制而流向绕组M1、M2和M3的电流值标绘出来而得到的电流波形(正弦波)的图表。
图5是示出马达的每单位时间的转速(rps)与转矩T(N·m)之间的关系的图表。
图6是示意性地示出例示的实施方式一的变形的电力转换装置100A的典型的电路结构的电路图。
图7是示意性地示出例示的实施方式二的电力转换装置100B的典型的电路结构的电路图。
图8是示意性地示出例示的实施方式二的变异的电力转换装置100C的典型的电路结构的电路图。
图9是示出例示的实施方式三的电动助力转向装置2000的典型的结构的示意图。
具体实施方式
下面，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详细地进行说明。但是，为了避免下面的说明过于冗长，使得易于本领域技术人员理解，有时省略不必要的详细的说明。例如，有时省略已被充分知晓的事项的详细说明或对实质上相同的结构的重复说明。
在本申请说明书中，以将来自电源的电力转换为向具有三相(U相、V相、W相)的绕组的三相马达提供的电力的电力转换装置为例，对本公开的实施方式进行说明。但是，将来自电源的电力转换为向具有四相或五相等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是本公开的范畴。
(实施方式一)
[马达驱动单元1000和电力转换装置100的结构]
图1示意性地示出本实施方式的马达驱动单元1000的典型的框结构。
马达驱动单元1000典型地具有电力转换装置100、马达200、控制电路300和角度传感器500。根据马达控制方法(例如无传感器控制)，有时不需要角度传感器500。
马达驱动单元1000被模块化，例如，可作为具有马达、传感器、驱动器和控制器的马达模块而被制造并销售。在本说明书中，以具有马达200作为构成要素的***为例对马达驱动单元1000进行说明。但是，马达驱动单元1000也可以是不具有马达200作为构成要素的、用于驱动马达200的***。
电力转换装置100具有逆变器110、中性点用支路120、相分离继电器电路130、中性点分离继电器电路140和电流传感器400。电力转换装置100能够将来自电源101(参照图2)的电力转换成向马达200提供的电力。逆变器110与马达200连接。例如，逆变器110能够将直流电力转换成U相、V相和W相的准正弦波即三相交流电力。在本说明书中，部件(构成要素)彼此之间的“连接”主要是指电连接。
马达200例如是三相交流马达。马达200具有U相的绕组M1、V相的绕组M2和W相的绕组M3。绕组M1、M2和M3的一端彼此被进行Y形接线。
控制电路300由微型控制器等构成。控制电路300根据来自电流传感器400和角度传感器500的输入信号对电力转换装置100进行控制。作为其控制方法，有例如矢量控制、脉冲宽度调制(PWM)和直接转矩控制(DTC)。
角度传感器500是例如旋转变压器或者霍耳IC(集成电路)。角度传感器500通过具有磁阻(MR)元件的MR传感器与传感器磁铁的组合也可实现。角度传感器500检测马达200的转子的旋转角(下面，称为“旋转信号”)，将旋转信号向控制电路300输出。
参照图2对电力转换装置100的具体的电路结构进行说明。
图2示意性地示出本实施方式的电力转换装置100的典型的电路结构。
电源101生成规定的电源电压(例如12V)。作为电源101而采用例如直流电源。但是，电源101既可以是AC-DC(交流-直流)转换器或者DC-DC(直流-直流)转换器，也可以是电池(蓄电池)。
保险丝102被连接于电源101与逆变器110之间。保险丝102能够将可从电源101流向逆变器110的大电流切断。也可以代替保险丝而采用继电器等。
虽未图示，但在电源101与逆变器110之间设置有线圈。线圈作为噪声滤波器发挥作用，将向逆变器提供的电压波形中包括的高频噪声、或者逆变器产生的高频噪声平滑化成不流出到电源101侧。此外，在逆变器的电源端子处连接有电容器。电容器是所谓的旁路电容器，抑制电压脉动。电容器是例如电解电容器，容量和使用的个数根据设计规格等适当地确定。
逆变器110具有由三个支路构成的桥接电路。各支路具有高侧开关元件和低侧开关元件。U相用支路具有高侧开关元件SW_AH和低侧开关元件SW_AL。V相用支路具有高侧开关元件SW_BH和低侧开关元件SW_BL。W相用支路具有高侧开关元件SW_CH和低侧开关元件SW_CL。作为开关元件，可以采用例如电场效果晶体管(典型的是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))或者绝缘栅门极晶体管(IGBT)。
逆变器110在各支路具有分流电阻(未图示)作为例如用于检测流向U相、V相和W相的各相的绕组的电流(有时称为“相电流”)的电流传感器400(参照图1)。电流传感器400具有电流检测电路(未图示)，所述电流检测电路检测流向各分流电阻的电流。例如，分流电阻在各支路处可被连接于低侧开关元件与地之间。分流电阻的电阻值是例如约0.5mΩ～1.0mΩ。
分流电阻的数量不限于三个。例如，可以采用例如U相、V相用的两个分流电阻、V相、W相用的两个分流电阻和U相、W相用的两个分流电阻。使用的分流电阻的数量和分流电阻的配置可考虑产品成本和设计规格等而适当地确定。
逆变器110的U相用支路(具体而言是高侧开关元件与低侧开关元件之间的节点n1)与马达200的U相的绕组M1的另一端连接。V相用支路的节点n2与V相的绕组M2的另一端连接。W相用支路的节点n3与W相的绕组M3的另一端连接。
中性点用支路120具有高侧开关元件SW_NH和低侧开关元件SW_NL。中性点用支路120与其它支路同样地具有分流电阻。中性点用支路120被连接于将逆变器110的三个支路连接起来的低侧和高侧的节点之间。逆变器110可作为具备包括中性点用支路120在内的四个支路的桥接电路来制造。
可将中性点用支路120的节点n4连接于将马达200的绕组M1、M2和M3的一端彼此进行Y形接线的节点N。由于该节点N在马达驱动时作为中性点发挥作用，因而称为“中性点节点N”。
相分离继电器电路130按每个相对电源101与三相的绕组M1、M2和M3之间的连接/不连接进行切换。在本实施方式中，相分离继电器电路130按每个相对电源101与逆变器110之间的连接/不连接进行切换。
相分离继电器电路130具有在逆变器110中被连接于高侧的节点与三个高侧开关元件SW_AH、SW_BH和SW_CH之间的三个相分离继电器ISW_AH、ISW_BH和ISW_CH。相分离继电器ISW_AH处于U相用支路。相分离继电器ISW_BH处于V相用支路。相分离继电器ISW_CH处于W相用支路。
相分离继电器电路130还具有在逆变器110中被连接于低侧的节点与三个低侧开关元件SW_AL、SW_BL和SW_CL之间的三个相分离继电器ISW_AL、ISW_BL和SW_CL。相分离继电器ISW_AL处于U相用支路。相分离继电器ISW_BL处于V相用支路。相分离继电器ISW_CL处于W相用支路。
作为分离继电器，可以采用例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体开关。也可以采用闸流晶体管、模拟开关IC(集成电路)等其它半导体开关或者机械继电器。此外，可以采用IGBT(绝缘栅门极晶体管)与二极管的组合。
在图2中例示出内部具有寄生二极管的MOSFET作为逆变器110的开关元件和各分离继电器。在各相的支路中，高侧的相分离继电器和高侧开关元件被串联连接，使得正向电流在内部的寄生二极管中流向相同方向。低侧的相分离继电器和低侧开关元件被串联连接，使得正向电流在内部的寄生二极管中流向相同方向。
中性点分离继电器电路140对电源101与中性点节点N之间的连接/不连接进行切换。在本实施方式中，中性点分离继电器电路140被连接于中性点用支路120与中性点节点N之间。中性点分离继电器电路140对中性点用支路120与中性点节点N之间的连接/不连接进行切换。
中性点分离继电器电路140具有双向开关。例如，中性点分离继电器电路140具有被串联连接的2个中性点分离继电器ISW_N1、ISW_N2。中性点分离继电器ISW_N1被连接于中性点用支路120。中性点分离继电器ISW_N2被连接于中性点节点N。中性点分离继电器ISW_N1被配置成在内部的二极管中朝向中性点节点N而流过正向电流。中性点分离继电器ISW_N2被配置成在内部的二极管中朝向中性点用支路120而流过正向电流。
中性点分离继电器ISW_N1与中性点用支路120的高侧开关SW_NH和低侧开关SW_NL分别串联连接。中性点分离继电器ISW_N2也与高侧开关SW_NH和低侧开关SW_NL分别串联连接。
图3示出了控制电路300的典型的框结构。
控制电路300具备例如电源电路310、输入电路320、微型控制器330、驱动电路340和ROM(只读存储器)350。控制电路300与电力转换装置100连接。控制电路300通过对电力转换装置100、具体而言是对逆变器110、中性点用支路120、相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140(参照图1)进行控制，从而能够驱动马达200。控制电路300能够控制作为目的的转子的位置、旋转速度和电流等而实现闭环控制。另外，也可以采用转矩传感器来代替角度传感器500(参照图1)。在该情况下，控制电路300能够对作为目的的马达转矩进行控制。
电源电路310生成电路内的各块所需的DC(直流电)电压(例如3V、5V)。
输入电路320接收电流传感器400检测出的马达电流值(下面，称为“实际电流值”)。输入电路320根据需要将实际电流值的标准转换成微型控制器330的输入标准，并将实际电流值输出至微型控制器330。输入电路320是模拟数字转换电路。
微型控制器330接收角度传感器500检测出的转子的旋转信号。微型控制器330根据实际电流值和转子的旋转信号等设定目标电流值而生成PWM(脉宽调制)信号，并将其输出至驱动电路340。
例如，微型控制器330生成用于对电力转换装置100的逆变器110和中性点用支路120中的各开关元件的开关动作(打开或关闭)进行控制的PWM信号。微型控制器330生成确定电力转换装置100的各分离继电器电路内的各分离继电器的接通/断开的状态的信号。
驱动电路340典型性地为门驱动器。驱动电路340根据PWM信号生成控制逆变器110和中性点用支路120中的各开关元件的开关动作的控制信号(例如，门控制信号)，并将控制信号提供给各开关元件。并且，驱动电路340可根据来自微型控制器330的、确定各分离继电器的接通/断开的状态的信号生成将各分离继电器接通/断开的控制信号(模拟信号)，并将该控制信号提供给各分离继电器。微型控制器330也可以具有驱动电路340的功能。在该情况下，无需驱动电路340。
ROM 350是例如能够写入的存储器(例如PROM(可编程序只读存储器))、能够改写的存储器(例如闪存)或者读出专用存储器。ROM 350存储包括用于使微型控制器330控制电力转换装置100的命令组的控制程序。例如，控制程序在启动时在RAM(随机存取存储器)(未图示)中暂时被展开。
电力转换装置100的控制模式中有正常时和异常时的控制模式。控制电路300(主要是微型控制器330)能够将电力转换装置100的控制从正常时的控制模式切换成异常时的控制模式。根据该控制模式来确定相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140的各分离继电器的接通/断开的状态。
下面，对相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140的接通/断开状态和接通/断开状态的电源101、逆变器110和马达200的绕组M1、M2和M3的电连接关系详细地进行说明。
在本说明书中，“相分离继电器电路130接通”是指相分离继电器电路130的所有的相分离继电器ISW_AH、ISW_BH、ISW_CH、ISW_AL、ISW_BL和ISW_CL接通。“相分离继电器电路130断开”是指所有的相分离继电器ISW_AH、ISW_BH、ISW_CH、ISW_AL、ISW_BL和ISW_CL断开。
当相分离继电器电路130接通时，逆变器110与电源101电连接。当相分离继电器电路130断开时，逆变器110与电源101电分离。
如上所述，能够按每个相对电源101与逆变器110的三个支路之间的连接/不连接进行切换。例如，通过将相分离继电器ISW_AH和相分离继电器ISW_AL断开，从而U相用支路与电源101电分离。V相与W相用支路与电源101依旧连接。
在本说明书中，“中性点分离继电器电路140接通”是指中性点分离继电器电路140的中性点分离继电器ISW_N1、ISW_N2接通。“中性点分离继电器电路140断开”是指中性点分离继电器ISW_N1、ISW_N2断开。
当中性点分离继电器电路140接通时，中性点用支路120的节点n4与马达200的中性点节点N连接。当中性点分离继电器电路140断开时，中性点用支路120的节点n4与马达200的中性点节点N电分离。
[马达驱动单元1000的动作]
下面，对马达驱动单元1000的动作的具体例进行说明，主要对电力转换装置100的动作的具体例进行说明。
(1.正常时的控制)
首先，对电力转换装置100的正常时的控制方法的具体例进行说明。
在本说明书中，“正常”是指逆变器110、中性点用支路120、马达200的绕组M1、M2和M3未发生故障。“异常”是指在逆变器的桥接电路内的开关元件发生故障、以及马达的绕组发生故障。开关元件的故障主要是指半导体开关元件(FET)的、开路故障和短路故障。“开路故障”指FET的源极-漏极间开放的故障(换言之，源极-漏极间的电阻rds为高阻抗)，“短路故障”指FET的源极-漏极间短路的故障。绕组的故障是指例如绕组的断线。
在正常时的控制中，控制电路300(主要是微型控制器330)使相分离继电器电路130接通。通过该控制，逆变器110与电源101连接。换言之，马达200的绕组M1、M2和M3通过逆变器110与电源101电连接。能够从逆变器110向马达200提供电力。
控制电路300使中性点分离继电器电路140断开。通过该控制，中性点用支路120与马达200的中性点节点N电分离。不从中性点用支路120向中性点节点N提供电力。
控制电路300通过对逆变器110的开关元件的开关动作进行控制，从而能够将三相的绕组M1、M2和M3通电。在本说明书中，将这样的通电控制称为“三相通电控制”。
图4举例示出将通过三相通电控制而流向绕组M1、M2和M3的电流值标绘出来而得到的电流波形(正弦波)。横轴表示马达电角(度)，纵轴表示电流值(A)。Ipk表示在各相流动的相电流的最大值(峰值电流值)。在通常的Y形接线的接线方式的马达中，考虑了电流的方向的流向三相的绕组的电流的总和在每个电角为“0”。
为了得到例如图4所示的准正弦波，控制电路300对逆变器110的各开关元件的开关动作进行控制。由此，马达200被驱动。
(2.异常时的控制)
若长时间使用电力转换装置100，则逆变器110的开关元件或马达200的绕组有可能发生故障。这些故障与制造时可发生的制造故障不同。若发生那样的故障，则不能进行上述的正常时的控制。
作为故障检测的一例，驱动电路340监视开关元件的源极-漏极间的电压Vds，并通过对规定的阈值电压与Vds进行比较，从而检测开关元件的故障。通过例如与外部IC(未图示)的数据通信和外置部件使阈值电压被设定于驱动电路340。驱动电路340与微型控制器330的端口连接，向微型控制器330通知故障检测信号。例如，当驱动电路340检测到开关元件的故障时，故障检测信号有效。微型控制器330接收到有效的故障检测信号后，读出驱动电路340的内部数据，可判别在逆变器110中的多个开关元件中哪个开关元件发生了故障。
作为故障检测的另一例，微型控制器330也可以根据马达的实际电流值与目标电流值之差检测开关元件的故障。并且，微型控制器330也可以例如根据马达的实际电流值与目标电流值之差检测马达200的绕组是否断线。但是，故障检测不限于这些方法，可以广泛地采用与故障检测相关的公知的方法。
当故障检测信号被设为有效时，微型控制器330将电力转换装置100的控制从正常时的控制切换成异常时的控制。例如，将控制从正常时切换为异常时的定时为故障检测信号被设为有效后约10msec～30msec。
下面，列举代表性的故障类型，对各分离继电器电路内的各分离继电器的控制方法进行说明。
再次参照图2。
例如，考虑逆变器110的U相用支路中的高侧开关元件SW_AH发生开路故障的情况。在该情况下，控制电路300将包括该发生故障的开关元件的U相用支路的两个相分离继电器ISW_AH、ISW_AL断开，并将V相和W相用支路中包括的四个相分离继电器ISW_BH、ISW_BL、ISW_CH和ISW_CL接通。通过该控制，发生故障的U相用支路与电源101电分离。V相和W相的绕组M2、M3通过V相和W相用支路与电源101连接。
控制电路300进一步将中性点分离继电器电路140接通。通过该控制，中性点用支路120与马达200的中性点节点N连接。在该连接状态下，通过采用逆变器110的V相和W相用支路将两相的绕组M2、M3通电，从而能够继续马达200的驱动。在本说明书中，将采用两相的支路的通电控制称为“两相通电控制”。
将从V相用支路的节点n2通过绕组M2流入到马达200的中性点节点N的相电流标记为Ib，将从W相用支路的节点n3通过绕组M3流入到中性点节点N的相电流标记为Ic。此外，将从中性点节点N向中性点用支路120的节点n4流出的电流标记为Iz。在两相通电控制中，Ib+Ic＝Iz成立。
控制电路300通过对例如逆变器110的V相、W相用支路和中性点用支路120的开关元件的开关动作进行控制，从而能够使绕组M2、M3通电。具体而言，为了满足Ib+Ic＝Iz，通过控制V相用支路的节点n2、W相用支路的节点n3和中性点节点N的电位，从而能够进行两相通电控制。与节点n2和中性点节点N之间的电位差相应的相电流Ib流动。与节点n3和中性点节点N之间的电位差相应的相电流Ic流动。
例如，即使在U相用支路的两个开关元件SW_AH、SW_AL同时发生故障的情况下，也能够进行两相通电控制。此外，例如，在U相的绕组M1发生故障的情况下，与U相用支路发生故障的情况同样地，通过将两个相分离继电器ISW_AH、ISW_AL断开，从而能够将绕组M1与电源101电分离。
例如，在对四相交流马达进行驱动的、具有四相的支路的逆变器中，在其中的两相的支路发生故障的情况下，能够适当地应用本公开的两相通电控制的方法。
根据上述的控制方法，在异常时的控制中，能够采用相分离继电器将发生故障的支路与电源101电分离，并且，能够采用中性点分离继电器电路140将中性点用支路120与中性点节点N连接。能够通过采用中性点用支路120适当地控制中性点节点N的电位来进行两相通电控制。能够使马达驱动单元1000继续驱动。
图5示出了马达的每单位时间的转速(rps)与转矩T(N·m)之间的关系。图表的横轴表示转速，纵轴表示正规化转矩的值。转速的Wmn表示最大转速。Wcn表示在马达输出特性中转矩急剧变化的变化点处的转速。
图5所示的所谓的T-N曲线表示通过正常时的控制得到的马达输出和通过异常时的控制得到的马达输出的特性。通过异常时的控制得到的转矩值表示按通过正常时的控制得到的转矩值标准化后的值。此外，作为比较例，在图5中示出了通过专利文献1(日本特开2016-34204号公报)和专利文献4(日本专利第5797751号公报)公开的控制方法得到的、异常时的控制中的马达输出特性。
在专利文献1(日本特开2016-34204号公报)的马达驱动装置中，采用在异常时的控制下第一***和第二***未发生故障的一方使马达被驱动。异常时的控制下的相电流的最大值与正常时的控制下的相电流的最大值相比减少至约50％，因此，通过异常时的控制得到的转矩也与正常时的控制下的转矩相比约降低为50％。另一方面，被施加于各相的绕组的相电压的最大值在正常时和异常时的控制下不变化，因此，可维持最大转速Wmn。
专利文献4(日本专利第5797751号公报)的马达驱动装置中，在正常时的控制下，能够独立地控制流向三相的绕组的电流。相对于此，在异常时的控制中，利用发生故障的逆变器的中性点而实质上仅通过单侧的逆变器使马达被驱动。被施加于各相的绕组的相电压的最大值与正常时的相电压的最大值相比约降低为58％，因此，在正常时的控制下得到的最大的转速与正常时的最大转速Wmn相比约降低为58％，由此，高速旋转区域向低速侧缩小，无法更高速地驱动马达。另一方面，由于马达的相电流的最大值在正常时和异常时的控制下不变化，因此，转矩被维持。
根据本公开的控制方法，在正常时的三相通电控制下的相电流的最大值Ipk为1的情况下，异常时的两相通电控制的相电流的最大值Ipk理论上约为0.58。因此，通过异常时的控制得到的转矩与正常时的控制下的转矩相比约为58％。另一方面，被施加于各相的绕组的相电压的最大值在正常时和异常时的控制下不变化，因此，能够维持最大转速Wmn。此外，能够维持转速Wcn。
综上所述，如图5所示，与以往比较，在异常时的控制下，能够将马达的最大转速Wmn和转速Wcn维持成与正常时同样的值。其结果是，能够改善马达输出、即马达的驱动范围。特别是，能够在高速旋转领域得到更高的转矩。与以往相比，得到的转矩高16％(＝58/50)。根据本实施方式，能够进一步提高异常时的控制下的马达输出特性。
图6示意性地示出本实施方式的变形的电力转换装置100A的典型的电路结构。
在中性点分离继电器电路140被设置于中性点用支路120这点上，电力转换装置100A与电力转换装置100不同。下面，主要对该差异点进行说明。
在该变形中，中性点分离继电器电路140对电源101与中性点用支路120之间的连接/不连接进行切换。中性点用支路120与中性点节点N连接。中性点分离继电器电路140具有：在中性点用支路120中被连接于高侧的节点与高侧开关元件SW_NH之间的中性点分离继电器ISW_NH；和被连接于低侧的节点与低侧开关元件SW_NL之间的中性点分离继电器ISW_NL。中性点分离继电器ISW_NH与高侧开关元件SW_NH串联连接，中性点分离继电器ISW_NL与低侧开关元件SW_NL串联连接。
在正常时的控制中，通过将两个中性点分离继电器ISW_NH、ISW_NL断开，从而中性点用支路120与电源101电分离。中性点用支路120不参与对马达200的电力供给。在异常时的控制中，通过将两个中性点分离继电器ISW_NH、ISW_NL接通，从而中性点用支路120与电源101连接。中性点用支路120能够参与对马达200的电力供给。
(实施方式二)
图7示意性地示出本实施方式的电力转换装置100B的典型的电路结构。
在相分离继电器电路130被连接于逆变器110与绕组M1、M2和M3之间这点上，电力转换装置100B与实施方式一的电力转换装置100不同。下面，主要对该差异点进行说明。
相分离继电器电路130被连接于逆变器110与绕组M1、M2和M3的另一端之间。相分离继电器电路130按每个相对逆变器110的三个支路与绕组M1、M2和M3的另一端之间的连接/不连接进行切换。
相分离继电器电路130具有被连接于逆变器110的三个支路与绕组M1、M2和M3的另一端之间的三个相分离继电器ISW_A、ISW_B和ISW_C。三个相分离继电器ISW_A、ISW_B和ISW_C可以是单向开关或者图2所示的中性点分离继电器电路140那样的双向开关。
相分离继电器ISW_A与U相用支路的高侧开关元件SW_AH和低侧开关元件SW_AL分别串联连接。相分离继电器ISW_B与V相用支路的高侧开关元件SW_BH和低侧开关元件SW_BL分别串联连接。相分离继电器ISW_C与W相用支路的高侧开关元件SW_CH和低侧开关元件SW_CL分别串联连接。
通过将相分离继电器ISW_A接通，从而逆变器110的U相用支路与绕组M1连接，通过将相分离继电器ISW_A断开，从而U相用支路与绕组M1电分离。通过将相分离继电器ISW_B接通，从而V相用支路与绕组M2连接，通过将相分离继电器ISW_B断开，从而V相用支路与绕组M2电分离。通过将相分离继电器ISW_C接通，从而W相用支路与绕组M3连接，通过将相分离继电器ISW_C断开，从而W相用支路与绕组M3电分离。
中性点分离继电器电路140对电源101与中性点用支路120之间的连接/不连接进行切换。中性点分离继电器电路140具有：在中性点用支路120中被连接于高侧的节点与高侧开关元件SW_NH之间的中性点分离继电器ISW_NH；和被连接于低侧的节点与低侧开关元件SW_NL之间的中性点分离继电器ISW_NL。
根据本实施方式，与实施方式一同样地，通过根据故障类型确定相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140的各分离继电器的接通/断开状态，从而能够在异常时进行两相通电控制。
图8示意性地示出本实施方式的变异的电力转换装置100C的典型的电路结构。
在中性点分离继电器电路140被连接于中性点用支路120与中性点节点N之间这点上，电力转换装置100C与电力转换装置100B不同。
中性点分离继电器电路140被连接于中性点用支路120与中性点节点N之间。在该变形中，相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140被连接于逆变器110与马达200之间。相分离继电器电路130和中性点分离继电器电路140可作为与逆变器110分体的部件来制造。
(实施方式三)
图9示意性地示出本实施方式的电动助力转向装置2000的典型的结构。
汽车等车辆通常具有电动助力转向(EPS)装置。本实施方式的电动助力转向装置2000具有转向***520和生成辅助转矩的辅助转矩机构540。电动助力转向装置2000生成辅助转矩，所述辅助转矩对通过驾驶员操作方向盘而产生的转向***的转向转矩进行辅助。驾驶员的操作的负担通过辅助转矩被减轻。
转向***520可由例如方向盘521、转向轴522、万向轴接头523A、523B、旋转轴524、齿轮齿条副机构525、齿条轴526、左右球形接头552A、552B、拉杆527A、527B、转向节528A、528B和左右的转向车轮529A、529B构成。
辅助转矩机构540由例如转向转矩传感器541、汽车用电子控制单元(ECU)542、马达543和减速机构544等构成。转向转矩传感器541对转向***520的转向转矩进行检测。ECU542根据转向转矩传感器541的检测信号生成驱动信号。马达543根据驱动信号生成与转向转矩相应的辅助转矩。马达543通过减速机构544向转向***520传递生成的辅助转矩。
ECU 542具有例如实施方式一的微型控制器330和驱动电路340等。在汽车中构筑有以ECU为核心的电子控制***。在电动助力转向装置2000中，例如，利用ECU 542、马达543和逆变器545构筑马达驱动单元。该***中可以适当地采用实施方式一中的马达驱动单元1000。
本公开的实施方式还可适当地被用于线控换挡、线控转向、线控制动等线控技术和牵引马达等马达控制***。例如，本公开的实施方式的马达控制***可被安装于与日本政府和美国运输省道路交通***(NHTSA)规定的等级0至4(自动化的标准)对应的自动驾驶车辆。
产业上的可利用性
本公开的实施方式可被广泛地用于吸尘器、吹风机、吊扇、洗衣机、电冰箱和电动助力转向装置等具备各种马达的多种设备。
标号说明
100、100A、100B、100C：电力转换装置；101：电源；102：保险丝；110：逆变器；120：中性点用支路；130：相分离继电器电路；140：中性点分离继电器电路；200：马达；300：控制电路；310：电源电路；320：输入电路；330：微型控制器；340：驱动电路；350：ROM；400：电流传感器；500：角度传感器；1000：马达驱动单元；2000：电动助力转向装置。

Claims (18)

1.一种电力转换装置，其将来自电源的电力转换为向马达提供的电力，所述马达具有一端彼此被进行了Y形接线的n相的绕组，n为3以上的整数，其中，
所述电力转换装置具备：
逆变器，其与所述n相的绕组的另一端连接，具有各自包括低侧开关元件和高侧开关元件的n个支路；
相分离继电器电路，其按每个相对所述电源与所述n相的绕组之间的连接/不连接进行切换；
中性点用支路，其包括低侧开关元件和高侧开关元件，并且与所述马达的将所述n相的绕组的一端进行Y形接线的中性点节点连接；和
中性点分离继电器电路，其对所述电源与所述中性点节点之间的连接/不连接进行切换。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述中性点用支路被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的低侧与高侧的节点之间。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路按每个相对所述电源与所述逆变器之间的连接/不连接进行切换。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其中，
所述中性点分离继电器电路被连接于所述中性点用支路与所述中性点节点之间，并且对所述中性点用支路与所述中性点节点之间的连接/不连接进行切换。
5.根据权利要求3所述的电力转换装置，其中，
所述中性点分离继电器电路对所述电源与所述中性点用支路之间的连接/不连接进行切换。
6.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路具有：
n个第一相分离继电器，它们在所述逆变器中被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的高侧的节点与所述n个高侧开关元件之间；和
n个第二相分离继电器，它们在所述逆变器中被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的低侧的节点与所述n个低侧开关元件之间，
所述中性点分离继电器电路具有被串联连接的第一中性点分离继电器和第二中性点分离继电器。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其中，
所述第一中性点分离继电器和第二中性点分离继电器各自具备二极管，
与所述中性点用支路连接的所述第一中性点分离继电器被配置成在所述二极管中朝向所述中性点节点而流过正向电流，与所述中性点节点连接的所述第二中性点分离继电器被配置成在所述二极管中朝向所述中性点用支路而流过正向电流。
8.根据权利要求5所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路具有：
n个第一相分离继电器，它们在所述逆变器中被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的高侧的节点与所述n个高侧开关元件之间；和
n个第二相分离继电器，它们在所述逆变器中被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的低侧的节点与所述n个低侧开关元件之间，
所述中性点分离继电器电路具有：第一中性点分离继电器，其在所述中性点用支路中被连接于所述高侧的节点与所述高侧开关元件之间；和第二中性点分离继电器，其被连接于所述低侧的节点与所述低侧开关元件之间。
9.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路被连接于所述逆变器与所述n相的绕组的另一端之间，按每个相对所述逆变器的所述n个支路与所述n相的绕组的另一端之间的连接/不连接进行切换。
10.根据权利要求9所述的电力转换装置，其中，
所述中性点分离继电器电路对所述电源与所述中性点用支路之间的连接/不连接进行切换。
11.根据权利要求9所述的电力转换装置，其中，
所述中性点分离继电器电路被连接于所述中性点用支路与所述中性点节点之间，并且，对所述中性点用支路与所述中性点节点之间的连接/不连接进行切换。
12.根据权利要求10所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路具有被连接于所述逆变器的所述n个支路与所述n相的绕组的另一端之间的n个相分离继电器，
所述中性点分离继电器电路具有：第一中性点分离继电器，其在所述中性点用支路中被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的高侧的节点与所述高侧开关元件之间；和第二中性点分离继电器，其被连接于将所述逆变器的n个支路连接起来的低侧的节点与所述低侧开关元件之间。
13.根据权利要求11所述的电力转换装置，其中，
所述相分离继电器电路具有被连接于所述逆变器的所述n个支路与所述n相的绕组的另一端之间的n个相分离继电器，
所述中性点分离继电器电路具有被串联连接的第一中性点分离继电器和第二中性点分离继电器。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置具备正常时的控制模式和异常时的控制模式作为电力转换的控制模式，
在所述正常时的控制模式下，所述相分离继电器电路接通，并且，所述中性点分离继电器电路断开。
15.根据权利要求14所述的电力转换装置，其中，
在所述异常时的控制中，所述中性点分离继电器电路接通。
16.根据权利要求6、8、12和13中的任一项所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置具备正常时的控制模式和异常时的控制模式作为电力转换的控制模式，
在所述n个支路中的n-2个支路发生了故障的情况下，
在所述异常时的控制中，所述n个第一相分离继电器和所述n个第二相分离继电器中的、所述n-2个发生了故障的支路的n-2个第一相分离继电器和n-2个第二相分离继电器断开，
未发生故障的2个支路的2个第一相分离继电器和2个第二相分离继电器接通，
所述中性点分离继电器电路接通。
17.一种马达驱动单元，所述马达驱动单元具有：
权利要求1至16中的任一项所述的电力转换装置；
所述马达；和
控制电路，其对所述电力转换装置进行控制。
18.一种电动助力转向装置，其具有权利要求17所述的马达驱动单元。
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