DE112017006545T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung, Motorantriebseinheit und elektrische Servolenkvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, bei der eine geeignete Stromsteuerung zu jedem Zeitpunkt während eines Normal- und eines Anormalzustands möglich wird. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung (110B) weist Folgendes auf: einen ersten Inverter (110), der mit einem Ende einer Wicklung jeder Phase eines Motors (200) verbunden ist; einen zweiten Inverter (140), der mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden ist; eine Phasentrennungsrelaisschaltung (120), die die Verbindung und Trennung zwischen dem einen Ende der Wicklung jeder Phase und dem ersten Inverter umschaltet; eine Nullpunktrelaisschaltung (130), die mit dem einen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden ist und die Verbindung und Trennung zwischen einen Enden der Wicklungen der jeweiligen Phasen umschaltet; ein erstes Umschaltelement (801), das die Verbindung und Trennung zwischen dem zweiten Inverter und einer Leistungsversorgung (101) umschaltet; und ein zweites Umschaltelement (802), das die Verbindung und Trennung zwischen dem zweiten Inverter und einer Masse umschaltet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, eine Motorantriebseinheit und eine elektrische Servolenkvorrichtung sowie auf ein Relaismodul zum Umwandeln von Leistung, die einem Elektromotor zugeführt wird.
  • Stand der Technik
  • Elektromotoren wie bürstenlose Gleichstrom(DC)-Motoren und Wechselstrom(AC)-Synchronmotoren (im Folgenden lediglich als „Motoren“ bezeichnet) werden im Allgemeinen durch einen Dreiphasenstrom angetrieben. Komplexe Steuertechniken wie etwa die Vektorsteuerung werden dazu verwendet, einen Dreiphasenstrom-Signalverlauf genau zu steuern. Solche Steuertechniken erfordern ein hohes Maß an mathematischen Arbeitsabläufen und es wird eine digitale Betriebsschaltung wie etwa eine Mikrosteuerung (Mikrocomputer) verwendet. Die Vektorsteuerungstechnologie wird in Bereichen eingesetzt, in denen die Motorlast stark schwankt, z. B. in Waschmaschinen, elektrisch-unterstützten Fahrrädern, Elektrorollern, elektrischen Servolenkvorrichtungen, Elektrofahrzeugen, Industrieanlagen und dergleichen. Inzwischen wird für einen Motor mit relativ geringer Ausgabeleistung ein anderes Motorsteuerverfahren verwendet, z. B. ein Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM).
  • Im In-Fahrzeug-Bereich wird für ein Fahrzeug eine elektrische Steuereinheit (ECU, Electrical Control Unit) für PKWs verwendet. Die ECU umfasst eine Mikrosteuerung, eine Leistungsversorgung, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, einen Analog-Digital(AD)-Wandler, eine Lastantriebsschaltung, einen Nur-Lese-Speicher (ROM, Read-Only Memory) und dergleichen. Ein elektronisches Steuersystem ist um die ECU herum aufgebaut. Die ECU verarbeitet beispielsweise ein Signal von einem Sensor, um ein Betätigungsbauglied wie etwa einen Motor zu steuern. Im Einzelnen steuert die ECU einen Inverter in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, während dieselbe eine Drehzahl oder ein Drehmoment eines Motors überwacht. Unter der Steuerung der ECU wandelt die Leistungsumwandlungsvorrichtung eine dem Motor zugeführte Antriebsleistung um.
  • In den letzten Jahren ist ein mechanisch und elektrisch integrierter Motor entwickelt worden, in dem ein Motor, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und eine ECU integriert sind. Gerade im In-Fahrzeug-Bereich ist unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit eine hohe Qualitätssicherung erforderlich. Aus diesem Grund wurde ein redundanter Aufbau übernommen, bei dem ein sicherer Betrieb auch dann fortgesetzt werden kann, wenn ein Teil einer Komponente ausfällt. Als Beispiel für einen redundanten Aufbau wurde die Bereitstellung von zwei Leistungsumwandlungsvorrichtungen für einen einzigen Motor in Betracht gezogen. Als weiteres Beispiel wurde die Bereitstellung eine Sicherungsmikrosteuerung in einer Hauptmikrosteuerung in Betracht gezogen.
  • Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die eine Steuerung und zwei Inverter umfasst und Leistung umwandelt, die einem Dreiphasenmotor zugeführt wird. Jeder der zwei Inverter ist mit einer Leistungsversorgung und einer Masse (im Folgenden als „GND“ bezeichnet) verbunden. Ein Inverter ist mit einem Ende einer Dreiphasenwicklung des Motors verbunden und der andere Inverter ist mit dem anderen Ende der Dreiphasenwicklung verbunden. Jeder Inverter umfasst eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung, von denen jeder ein hochseitiges Umschaltelement und ein tiefseitiges Umschaltelement umfasst. In dem Fall, in dem ein Ausfall eines Umschaltelements in den zwei Invertern detektiert wird, schaltet die Steuerung eine Motorsteuerung von einer Steuerung zu einem Normalzeitpunkt zu einer Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt um. Bei der vorliegenden Beschreibung bezeichnet „anormal“ hauptsächlich einen Ausfall eines Umschaltelements. Außerdem bezeichnet „Steuerung zu einem Normalzeitpunkt“ eine Steuerung in einem Zustand, in dem alle Umschaltelemente normal arbeiten, und „Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt“ bezeichnet eine Steuerung in einem Zustand, in dem ein Ausfall in einem bestimmten Umschaltelement aufgetreten ist.
  • Bei der Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt ist in einem Inverter, der ein ausgefallenes Umschaltelement (im Folgenden als „ausgefallener Inverter“ bezeichnet) umfasst, der zwei Inverter, ein Nullpunkt von Wicklungen ausgebildet, indem die Umschaltelemente gemäß einer vorbestimmten Regel ein- oder ausgeschaltet sind. Gemäß der Regel sind beispielsweise in dem Fall eines offenen Ausfalls, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer ausgeschaltet ist, in der Brückenschaltung des Inverters Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei hochseitigen Umschaltelementen ausgeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente sind eingeschaltet. In diesem Fall ist der Nullpunkt auf der tiefen Seite ausgebildet. Alternativ dazu sind in dem Fall eines kurzen Kurzschlussausfalls, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer eingeschaltet ist, in der Brückenschaltung des Inverters Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei hochseitigen Umschaltelementen eingeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente sind ausgeschaltet. In diesem Fall ist der Nullpunkt auf der hohen Seite ausgebildet. Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument 1 ist der Nullpunkt der Dreiphasenwicklung zum Anormalzeitpunkt in einem ausgefallenen Inverter gebildet. Selbst wenn ein Ausfall in einem Umschaltelement auftritt, kann der Motorantrieb unter Verwendung eines normal arbeitenden Inverters fortgesetzt werden.
  • Stand der Technik
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2014-192950
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Technische Problemstellung
  • Bei dem oben beschriebenen Stand der Technik ist eine weitere Verbesserung einer Stromsteuerung zum Normalzeitpunkt und zum Anormalzeitpunkt erforderlich.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereit, die sowohl zum Normalzeitpunkt als auch zum Anormalzeitpunkt zu einer geeigneten Stromsteuerung in der Lage ist.
  • Lösung der Problemstellung
  • Eine beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung umwandelt, die einem Motor zugeführt wird, welcher n-Phasenwicklungen aufweist (n ist eine Ganzzahl von 3 oder mehr), wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung einen ersten Inverter, der mit einen Enden der Wicklungen jeder Phase des Motors verbunden ist, einen zweiten Inverter, der mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist, eine Phasentrennungsrelaisschaltung, die dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter umzuschalten, eine Nullpunktrelaisschaltung, die mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase umzuschalten, ein erstes Umschaltelement, das dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsversorgung umzuschalten, und ein zweites Umschaltelement umfasst, das dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter und einer Masse umzuschalten.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, die durch eine erste Phasentrennungsrelaisschaltung, eine erste Nullpunktrelaisschaltung sowie erste und zweite Umschaltelemente sowohl zu einem Normalzeitpunkt als auch zu einem Anormalzeitpunkt zu einer geeigneten Stromsteuerung in der Lage ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das noch eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine typische Blockkonfiguration einer Motorantriebseinheit 400 einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 5 ist eine Ansicht, die einen Stromsignalverlauf (eine Sinuswelle) veranschaulicht, der dadurch erhalten wird, dass Werte von Strömen, die durch jede einer U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung eines Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß der Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung zu einem Normalzeitpunkt gesteuert wird, grafisch dargestellt werden.
    • 6 ist ein schematisches Diagramm, das den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt bei einem elektrischen Motorwinkel von beispielsweise 270° veranschaulicht.
    • 7 ist eine Ansicht, die einen Stromsignalverlauf veranschaulicht, der dadurch erhalten wird, dass Werte von Strömen, die durch jede U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung des Motors 200 gemäß der Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt fließen, grafisch dargestellt werden.
    • 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A einschließlich einer Gruppe von Relaisschaltungen veranschaulicht.
    • 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkvorrichtung 500 gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600 gemäß einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600A einschließlich einer Gruppe von Relaisschaltungen veranschaulicht.
    • 12A ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem jeder Feldeffekttransistor (FET) in einer ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 angeordnet ist.
    • 12B ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem jeder FET in einer ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 angeordnet ist.
    • 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B gemäß einem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 14 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100C gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
    • 15 ist ein schematisches Diagramm, das den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B in dem Fall, in dem ein hochseitiges Umschaltelement eines zweiten Inverters 140 ausfällt, bei einem elektrischen Motorwinkel von beispielsweise 90° veranschaulicht.
    • 16 ist ein schematisches Diagramm, das den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B in dem Fall, in dem ein tiefseitiges Umschaltelement in dem zweiten Inverter 140 ausfällt, bei dem elektrischen Motorwinkel von beispielsweise 90° veranschaulicht.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bevor Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, wird das Fachwissen des Erfinders in Bezug auf die vorliegende Anmeldung beschrieben, auf dem die vorliegende Offenbarung basiert.
  • In der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument 1 bleiben die Leistungsversorgung und die Masse (GND) und jeder der zwei Inverter immer verbunden. Aufgrund einer solchen Konfiguration ist es nicht möglich, die Verbindung zwischen der Leistungsversorgung und einem ausgefallenen Inverter zu trennen. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat darin ein Problem gesehen, dass selbst dann, wenn ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter zu einem Anormalzeitpunkt ausgebildet ist, der ausgefallene Inverter einen Strom aus der Leistungsversorgung zieht. Folglich tritt in dem ausgefallenen Inverter ein Leistungsverlust auf.
  • Wie bei der Leistungsversorgung ist es auch nicht möglich, die Verbindung zwischen einem ausgefallenen Inverter und der GND zu trennen. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat darin ein Problem gesehen, dass selbst dann, wenn ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter zu einem Anormalzeitpunkt ausgebildet ist, ein Strom, der den Wicklungen jeder Phase durch einen normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, nicht zu einem Inverter einer Versorgungsquelle zurückkehrt und von dem ausgefallenen Inverter zu der GND fließt. Mit anderen Worten ist es nicht möglich, eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes zu bilden. Es ist wünschenswert, dass der Strom, der den Wicklungen jeder Phase durch den normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, durch den Inverter der Versorgungsquelle zu der GND fließt.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, einer Motorantriebseinheit, einer elektrischen Servolenkvorrichtung und eines Relaismoduls der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Auf eine Beschreibung, die ausführlicher als notwendig ist, kann jedoch in einigen Fällen verzichtet werden. So kann beispielsweise in einigen Fällen auf eine detaillierte Beschreibung bereits bekannter Sachverhalte oder eine redundante Beschreibung im Wesentlichen der gleichen Konfiguration verzichtet werden. Dies dient dazu, unnötige Redundanzen in der folgenden Beschreibung zu vermeiden und ein Verständnis der Fachleute zu erleichtern.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben, indem eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Leistung, welche einem Dreiphasenmotor mit drei Phasenwicklungen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) zugeführt wird, als Beispiel herangezogen wird. Jedoch liegt auch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die Leistung umwandelt, welche einem n-Phasenmotor mit Wicklungen von n Phasen (n ist eine Ganzzahl von 4 oder mehr) zugeführt wird, z. B. vier Phasen oder fünf Phasen, in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 veranschaulicht auf schematische Weise eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst einen ersten Inverter 110, eine erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120, eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130, einen zweiten Inverter 140, eine zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 kann Leistung umwandeln, welche unterschiedlichen Motoren zugeführt wird. Ein Motor 200 ist ein Dreiphasenwechselstrom(AC)-Motor. Der Motor 200 umfasst eine U-Phase-Wicklung M1, eine V-Phase-Wicklung M2 sowie eine W-Phase-Wicklung M3 und ist mit dem ersten Inverter 110 und dem zweiten Inverter 140 verbunden. Im Einzelnen ist der ersten Inverter 110 mit einen Enden der Wicklungen jeder Phase des Motors 200 verbunden und der zweite Inverter 140 ist mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden. Bei der vorliegenden Beschreibung bezeichnet „Verbindung“ zwischen Komponenten (Elementen) hauptsächlich eine elektrische Verbindung.
  • Der erste Inverter 110 weist Anschlüsse U_L, V_L und W_L auf, die jeder Phase entsprechen, und der zweite Inverter 140 weist Anschlüsse U_R, V_R und W_R auf, die jeder Phase entsprechen. Der Anschluss U_L des ersten Inverters 110 ist mit einem Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden, der Anschluss V_L ist mit einem Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden und der Anschluss W_L ist mit einem Ende der W-Phase-Wicklung M3 verbunden. Wie bei dem ersten Inverter 110 ist der Anschluss U_R des zweiten Inverters 140 mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden, der Anschluss V_R ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden und der Anschluss W_R ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M3 verbunden. Derartige Verbindungen unterscheiden sich von sogenannten Sternverbindungen und Deltaverbindungen.
  • Der erste Inverter 110 (in einigen Fällen als „Brückenschaltung L“ bezeichnet) umfasst eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung. Jeder Schenkel weist ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement auf. In 1 veranschaulichte Umschaltelemente 111L, 112L, 113L sind tiefseitige Umschaltelemente und in 1 veranschaulichte Umschaltelemente 111H, 112H, 113H sind hochseitige Umschaltelemente. Als das Umschaltelement können beispielsweise ein Feldeffekttransistor (typischerweise ein Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET)) oder ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) verwendet werden. In der vorliegenden Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein FET als ein Umschaltelement eines Inverters verwendet wird, und in der folgenden Beschreibung kann ein Umschaltelement in einigen Fällen als FET bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Umschaltelement 111L auch als „FET 111L“ bezeichnet werden.
  • Der erste Inverter 110 umfasst drei Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R als Stromsensoren (siehe 4) zum Detektieren eines Stromes, der durch jede U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung fließt. Ein Stromsensor 170 umfasst eine Stromdetektionsschaltung (nicht veranschaulicht), welche einen Strom detektiert, der durch jeden Nebenschlusswiderstand fließt. Beispielsweise sind die Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R jeweils zwischen die drei tiefseitigen Umschaltelemente, die in den drei Schenkeln des ersten Inverters 110 enthalten sind, und die Masse geschaltet. Im Einzelnen ist der Nebenschlusswiderstand 111R zwischen den FET 111L und die GND geschaltet, der Nebenschlusswiderstand 112R ist zwischen den FET 112L und die GND geschaltet und der Nebenschlusswiderstand 113R ist zwischen den FET 113L und die GND geschaltet. Ein Widerstandswert des Nebenschlusswiderstandes beträgt beispielsweise rund 0,5 mΩ bis 1,0 mΩ.
  • Wie bei dem ersten Inverter 110 umfasst der zweite Inverter 140 (wird in einigen Fällen als „Brückenschaltung R“ bezeichnet) eine aus drei Schenkeln gebildete Brückenschaltung. In 1 veranschaulichte FET 141L, 142L und 143L sind tiefseitige Umschaltelemente und in 1 veranschaulichte FET 141H, 142H und 143H sind hochseitige Umschaltelemente. Außerdem umfasst der zweite Inverter 140 drei Nebenschlusswiderstände 141R, 142R und 143R. Die Nebenschlusswiderstände sind zwischen die drei tiefseitigen Umschaltelemente, die in den drei Schenkeln enthalten sind, und die Masse geschaltet. Jeder FET des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 kann beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder einen dedizierten Treiber gesteuert werden.
  • Die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ist zwischen die einen Enden der Wicklungen jeder Phase und den ersten Inverter 110 geschaltet. Im Einzelnen umfasst die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 drei erste Phasentrennungsrelais 121, 122 und 123, die mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter 110 verbunden sind. Das erste Phasentrennungsrelais 121 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 111H und 111L und das eine Ende der U-Phase-Wicklung M1 geschaltet. Das erste Phasentrennungsrelais 122 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 112H und 112L und ein Ende der V-Phase-Wicklung M2 geschaltet. Das erste Phasentrennungsrelais 123 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 113H und 113L und das andere Ende der W-Phase-Wicklung M3 geschaltet. Aufgrund dieser Schaltungskonfiguration schaltet die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter 110 um.
  • Die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ist zwischen den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase und den zweiten Inverter 140 geschaltet. Im Einzelnen umfasst die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 drei zweite Phasentrennungsrelais 151, 152 und 153, die mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem zweiten Inverter 140 verbunden sind. Das zweite Phasentrennungsrelais 151 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 141H und 141L und das andere Ende der U-Phase-Wicklung M1 geschaltet. Das zweite Phasentrennungsrelais 152 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 142H und 142L und das andere Ende der V-Phase-Wicklung M2 geschaltet. Das zweite Phasentrennungsrelais 153 ist zwischen einen Verbindungsknoten der FET 143H und 143L und das andere Ende der W-Phase-Wicklung M3 geschaltet. Aufgrund dieser Schaltungskonfiguration schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem zweiten Inverter 140 um.
  • Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ist mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 umfasst drei erste Nullpunktrelais 131, 132 und 133, deren jeweilige eine Enden mit einem gemeinsamen ersten Knoten N1 verbunden sind und deren jeweilige andere Enden mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden sind. Im Einzelnen ist das eine Ende des ersten Nullpunktrelais 131 mit dem ersten Knoten N1 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem einen Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden. Das eine Ende des ersten Nullpunktrelais 132 ist mit dem ersten Knoten N1 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem einen Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden. Das eine Ende des ersten Nullpunktrelais 133 ist mit dem ersten Knoten N1 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem einen Ende der W-Phase-Wicklung M3 verbunden. Aufgrund dieser Schaltungskonfiguration schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase um.
  • Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ist mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden. Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 umfasst drei zweite Nullpunktrelais 161, 162 und 163, deren jeweilige eine Enden mit einem gemeinsamen zweiten Knoten N2 verbunden sind und deren jeweilige andere Enden mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden sind. Im Einzelnen ist das eine Ende des zweiten Nullpunktrelais 161 mit dem zweiten Knoten N2 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 verbunden. Das eine Ende des zweiten Nullpunktrelais 162 ist mit dem zweiten Knoten N2 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 verbunden. Das eine Ende des zweiten Nullpunktrelais 163 ist mit dem zweiten Knoten N2 verbunden und das andere Ende desselben ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M3 verbunden. Aufgrund dieser Schaltungskonfiguration schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase um.
  • Der Ein- und Aus-Zustand der ersten Phasentrennungsrelais 121, 122 und 123, der ersten Nullpunktrelais 131, 132 und 133, der zweiten Phasentrennungsrelais 151, 152 und 153 sowie der zweiten Nullpunktrelais 161, 162 und 163 können beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder einen dedizierten Treiber gesteuert werden. Als Relais können beispielsweise Transistoren wie etwa FET oder IGBT weit verbreitet verwendet werden. Auch mechanische Relais können als Relais verwendet werden. In der vorliegenden Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem FET mit einer Freilaufdiode als Relais verwendet werden, und in der folgenden Beschreibung wird jedes Relais als „FET“ bezeichnet. Beispielsweise werden die ersten Phasentrennungsrelais 121, 122 und 123 als FET 121, 122 bzw. 123 bezeichnet.
  • 12A veranschaulicht auf schematische Weise einen Zustand, in dem jeder FET in der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 angeordnet ist. 12B veranschaulicht auf schematische Weise einen Zustand, in dem jeder FET in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 angeordnet ist.
  • In der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 sind die drei FET 121, 122 und 123 derart angeordnet, dass Freilaufdioden in dieselbe Richtung zeigen und ein Vorwärtsstrom in den Freilaufdioden zu dem Motor 200 hin fließt. In der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 sind die drei FET 131, 132 und 133 derart angeordnet, dass Freilaufdioden in dieselbe Richtung zeigen und ein Vorwärtsstrom in den Freilaufdioden zu dem Motor 200 hin fließt. Gleichermaßen sind in der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150 die drei FET 151, 152 und 153 derart angeordnet, dass Freilaufdioden in dieselbe Richtung zeigen und ein Vorwärtsstrom in den Freilaufdioden zu dem Motor 200 hin fließt. In der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 sind die drei FET 161, 162 und 163 derart angeordnet, dass Freilaufdioden in dieselbe Richtung zeigen und ein Vorwärtsstrom in den Freilaufdioden zu dem Motor 200 hin fließt. Gemäß einer solchen Anordnung kann ein Strom, der zu der Phasentrennungsrelaisschaltung und der Nullpunktrelaisschaltung fließt, welche sich in dem Aus-Zustand befinden, unterbrochen werden.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist mit einer Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden. Im Einzelnen sind der erste und der zweite Inverter 110 und 140 mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden. Dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 wird eine Leistung von der Leistungsversorgung 101 zugeführt.
  • Die Leistungsversorgung 101 erzeugt eine vorbestimmte Quellspannung. Als Leistungsversorgung 101 wird beispielsweise eine Gleichstrom(DC)-Leistungsversorgung verwendet. Jedoch kann die Leistungsversorgung 101 auch ein AC-DC-Wandler, ein DC-DC-Wandler oder eine Batterie (Speicherbatterie) sein. Die Leistungsversorgung 101 kann eine einzelne Leistungsversorgung sein, die der erste und der zweite Inverter 110 und 140 gemeinsam nutzen, oder kann eine erste Leistungsversorgung für den ersten Inverter 110 und eine zweite Leistungsversorgung für den zweiten Inverter 140 umfassen.
  • Zwischen der Leistungsversorgung 101 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist eine Spule 102 bereitgestellt. Die Spule 102 fungiert als Rauschfilter und glättet Hochfrequenzrauschen, das in einem Signalverlauf einer Spannung enthalten ist, welche jedem Inverter zugeführt wird, oder Hochfrequenzrauschen, das in jedem Inverter erzeugt wird, so dass das Hochfrequenzrauschen nicht zu der Seite der Leistungsversorgung 101 fließt. Außerdem ist ein Kondensator 103 mit einem Leistungsversorgungsanschluss jedes Inverters verbunden. Der Kondensator 103 ist ein sogenannter Bypass-Kondensator, der eine Spannungswelligkeit unterdrückt. Der Kondensator 103 ist beispielsweise ein Elektrolytkondensator und die verwendete Kapazität sowie Anzahl von Kondensatoren werden gemäß Konstruktionsvorgaben und dergleichen bestimmt.
  • 1 veranschaulicht eine Konfiguration, bei der ein einzelner Nebenschlusswiderstand in jedem Schenkel jedes Inverters angeordnet ist. Jedoch können der erste und der zweite Inverter 110 und 140 sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen. Die sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände können zwischen sechs oder weniger tiefseitige Umschaltelemente von sechs Schenkeln des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 und die GND geschaltet sein. Wird dies auf einen n-Phasenmotor erweitert, können der erste und der zweite Inverter 110 und 140 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen. Die 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände können zwischen 2n oder weniger tiefseitige Umschaltelemente von 2n Schenkeln des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 und die GND geschaltet sein.
  • 2 veranschaulicht auf schematische Weise eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Es ist auch möglich, drei Nebenschlusswiderstände zwischen jedem Schenkel des ersten Inverters 110 oder des zweiten Inverters 140 und den Wicklungen M1, M2 und M3 anzuordnen. Beispielsweise können die Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R zwischen dem ersten Inverter 110 und den einen Enden der Wicklungen M1, M2 und M3 angeordnet sein. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, können die Nebenschlusswiderstände 111R und 112R außerdem zwischen dem ersten Inverter 110 und den einen Enden der Wicklungen M1 und M2 angeordnet sein und der Nebenschlusswiderstand 143R kann zwischen dem zweiten Inverter 140 und dem anderen Ende der Wicklung M3 angeordnet sein. Bei einer solchen Konfiguration ist es ausreichend, wenn drei Nebenschlusswiderstände für die U-, V- und W-Phase angeordnet sind, wobei zumindest zwei Nebenschlusswiderstände angeordnet sein können.
  • 3 veranschaulicht auf schematische Weise noch eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann in jedem Inverter lediglich ein Nebenschlusswiderstand angeordnet sein, den die Wicklungen jeder Phase gemeinsam nutzen. Ein einzelner Nebenschlusswiderstand 111R kann beispielsweise zwischen einen Knoten N3 (Verbindungspunkt jedes Schenkels) auf der tiefen Seite des ersten Inverters 110 und die GND geschaltet sein und ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand 141R kann beispielsweise zwischen einen Knoten N4 auf der tiefen Seite des zweiten Inverters 140 und die GND geschaltet sein. Ferner wird ein Motorstrom unter Verwendung eines Nebenschlusswiderstandes auf der Seite des normal arbeitenden Inverters detektiert. Aus diesem Grund kann der Nebenschlusswiderstand an einer Position angeordnet sein, an der der Motorstrom unabhängig von der Anordnung der Phasentrennungsrelaisschaltung detektiert werden kann. Wie auf der tiefen Seite kann alternativ dazu ein einzelner Nebenschlusswiderstand 111R beispielsweise zwischen einen Knoten N5 auf der hohen Seite des ersten Inverters 110 und die Leistungsversorgung 101 geschaltet sein und ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand 141R kann beispielsweise zwischen einen Knoten N6 auf der hohen Seite des zweiten Inverters 140 und die Leistungsversorgung 101 geschaltet sein. Auf diese Weise werden die Anzahl von verwendeten Nebenschlusswiderständen und die Anordnung der Nebenschlusswiderstände auf geeignete Weise unter Berücksichtigung von Produktkosten, Gestaltungsvorgaben und dergleichen bestimmt.
  • 4 veranschaulicht auf schematische Weise eine typische Blockkonfiguration einer Motorantriebseinheit 400 einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100.
  • Die Motorantriebseinheit 400 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, den Motor 200 und eine Steuerschaltung 300.
  • Die Steuerschaltung 300 umfasst beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung 310, einen Winkelsensor 320, eine Eingangsschaltung 330, eine Mikrosteuerung 340, eine Antriebsschaltung 350 und einen Nur-Lese-Speicher (ROM, Read-Only Memory) 360. Die Steuerschaltung 300 ist mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 verbunden und steuert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wodurch der Motor 200 angetrieben wird. Im Einzelnen kann die Steuerschaltung 300 eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis realisieren, indem das Zielmotordrehmoment oder die Zieldrehzahl gesteuert wird.
  • Die Leistungsversorgungsschaltung 310 erzeugt Gleichstromspannungen (beispielsweise 3 V, 5 V), die für jeden Block in der Schaltung erforderlich sind. Der Winkelsensor 320 ist beispielsweise ein Resolver oder eine integrierte Hall-Schaltung (Hall-IS). Der Winkelsensor 320 detektiert einen Winkel einer Drehung (im Folgenden als „Drehsignal“ bezeichnet) eines Rotors des Motors 200 und gibt ein Drehsignal an die Mikrosteuerung 340 aus. Die Eingangsschaltung 330 empfängt einen Motorstromwert (im Folgenden als „tatsächlicher Stromwert“ bezeichnet), der durch den Stromsensor 170 detektiert wird, wandelt einen Pegel des tatsächlichen Stromwertes je nach Notwendigkeit in einen Eingangspegel der Mikrosteuerung 340 um und gibt den tatsächlichen Stromwert an die Mikrosteuerung 340 aus.
  • Die Mikrosteuerung 340 steuert einen Umschaltvorgang (Einschalten oder Ausschalten) jedes FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100. Die Mikrosteuerung 340 setzt einen Zielstromwert gemäß dem tatsächlichen Stromwert, dem Drehsignal des Rotors oder dergleichen fest, um ein Pulsweitenmodulation(PWM)-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Antriebsschaltung 350 aus. Die Mikrosteuerung 340 kann außerdem beispielsweise Ein-/Aus-Zustände der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120, der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130, der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150 und der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umschalten. Alternativ dazu kann die Antriebsschaltung 350 das Umschalten der Ein-/Aus-Zustände jeder Relaisschaltung unter der Steuerung der Mikrosteuerung 340 ausführen. Die Antriebsschaltung 350 ist typischerweise ein Gate-Treiber. Die Antriebsschaltung 350 erzeugt gemäß dem PWM-Signal ein Steuersignal (Gate-Steuersignal) zum Steuern des Umschaltvorganges jedes FET in dem ersten und zweiten Inverter 110 und 140 und weist einem Gate jedes FET das Steuersignal zu. Ferner kann die Mikrosteuerung 340 eine Funktion der Antriebsschaltung 350 aufweisen. In diesem Fall muss die Antriebsschaltung 350 nicht in der Steuerschaltung 300 vorhanden sein.
  • Der ROM 360 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher, ein wiederbeschreibbarer Speicher oder ein Nur-Lese-Speicher. Der ROM 360 speichert ein Steuerprogramm einschließlich einer Anweisungsgruppe zum Bewirken, dass die Mikrosteuerung 340 die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert. Beispielsweise wird das Steuerprogramm temporär in einem Direktzugriffsspeicher (RAM, Random Access Memory) (nicht veranschaulicht) zum Startzeitpunkt eingesetzt.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt eine Steuerung zu einem Normalzeitpunkt und einem Anormalzeitpunkt aus. Die Steuerschaltung 300 (hauptsächlich die Mikrosteuerung 340) kann eine Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von einer Steuerung zum Normalzeitpunkt zu einer Steuerung zum Anormalzeitpunkt umschalten. Die Ein-/Aus-Zustände der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120, der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130, der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150 und der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 werden gemäß der Steuerungsart bestimmt.
  • Im Folgenden werden die Ein-/Aus-Zustände jeder Relaisschaltung und die Beziehungen der elektrischen Verbindungen zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 und dem Motor 200 ausführlich beschrieben.
  • Die Steuerschaltung 300 steuert auf selektive Weise sowohl die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 als auch die erste Nullpunktrelaisschaltung 130, so dass dann, wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 eingeschaltet ist, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet ist, und dann, wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet ist, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet ist. Hier bezeichnet das „Einschalten der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120“ das Einschalten aller FET 121, 122 und 123 und das „Ausschalten der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120“ bezeichnet das Ausschalten aller FET 121, 122 und 123. Außerdem bezeichnet das „Einschalten der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130“ das Einschalten aller FET 131, 132 und 133 und das „Ausschalten der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130“ bezeichnet das Ausschalten aller FET 131, 132 und 133.
  • Wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 eingeschaltet ist, ist der erste Inverter 110 mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden, und wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet ist, ist der erste Inverter 110 von den einen Enden der Wicklungen jeder Phase getrennt. Wenn die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet ist, sind die einen Enden der Wicklungen jeder Phase miteinander verbunden, und wenn die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet ist, sind die einen Enden der Wicklungen jeder Phase voneinander getrennt.
  • Die Steuerschaltung 300 steuert auf selektive Weise sowohl die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 als auch die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160, so dass dann, wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 eingeschaltet ist, die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet ist, und dann, wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet ist, die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet ist. Hier bezeichnet das „Einschalten der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150“ das Einschalten aller FET 151, 152 und 153 und das „Ausschalten der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150“ bezeichnet das Ausschalten aller FET 151, 152 und 153. Außerdem bezeichnet das „Einschalten der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160“ das Einschalten aller FET 161, 162 und 163 und das „Ausschalten der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160“ bezeichnet das Ausschalten aller FET 161, 162 und 163.
  • Wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 eingeschaltet ist, ist der zweite Inverter 140 mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden, und wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet ist, ist der zweite Inverter 140 von den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase getrennt. Wenn die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet ist, sind die anderen Enden der Wicklungen jeder Phase miteinander verbunden, und wenn die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet ist, sind die anderen Enden der Wicklungen jeder Phase voneinander getrennt.
  • Steuerung zum Normalzeitpunkt
  • Zuerst wird ein spezifisches Beispiel eines Steuerverfahrens zu einem Normalzeitpunkt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 beschrieben. Wie oben beschrieben ist, gibt „normal“ den Zustand an, in dem ein Ausfall in keinem der FET des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 auftritt.
  • Zum Normalzeitpunkt schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ein, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 aus, schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Folglich sind die erste und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 130 und 160 von den Wicklungen jeder Phase getrennt, der erste Inverter 110 ist mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase über die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 verbunden und der zweite Inverter 140 ist mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase über die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 verbunden. In diesem Verbindungszustand verwendet die Steuerschaltung 300 sowohl den ersten als auch den zweiten Inverter 110 und 140, um eine Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung auszuführen, wodurch der Motor 200 angetrieben wird. Im Einzelnen führt die Steuerschaltung 300 die Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung durch, indem dieselbe eine Steuerung der FET des ersten Inverters 110 und der FET des zweiten Inverters 140 in zueinander entgegengesetzten Phasen (Phasendifferenz = 180°) umschaltet. Mit Augenmerk auf eine H-Brücke einschließlich der FET 111L, 111H, 141L und 141H ist beispielsweise dann, wenn der FET 111 L eingeschaltet ist, der FET 141L ausgeschaltet, und wenn der FET 111L ausgeschaltet ist, ist der FET 141L eingeschaltet. Gleichermaßen ist dann, wenn der FET 111H eingeschaltet ist, der FET 141H ausgeschaltet, und wenn der FET 111H ausgeschaltet ist, ist der FET 141H eingeschaltet.
  • 5 zeigt ein Beispiel eines Stromsignalverlaufs (Sinuswelle), der erhalten wird, indem Werte eines Stromes, der durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung des Motors 200 fließt, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß der Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung zum Normalzeitpunkt gesteuert wird, grafisch dargestellt werden. Die horizontale Achse gibt den elektrischen Motorwinkel (Grad) an und die vertikale Achse gibt den Stromwert (A) an. In dem Stromsignalverlauf aus 5 sind Stromwerte pro elektrischem Winkel von 30° grafisch dargestellt. Ipk gibt den Maximalstromwert (Spitzenstromwert) jeder Phase an. Zusätzlich zu der als Beispiel in 5 gezeigten Sinuswelle ist es ferner möglich, den Motor 200 beispielsweise unter Verwendung einer rechteckigen Welle anzutreiben.
  • Tabelle 1 zeigt Werte eines Stromes, der zu den Anschlüssen jedes Inverters fließt, für jeden elektrischen Winkel in der Sinuswelle aus 5. Im Einzelnen zeigt Tabelle 1 Werte eines Stromes pro elektrischem Winkel von 30°, der zu den Anschlüssen U_L, V_L und W_L des ersten Inverters 110 (Brückenschaltung L) fließt, und Werte eines Stromes pro elektrischem Winkel von 30°, der zu den Anschlüssen U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 140 (Brückenschaltung R) fließt. Für die Brückenschaltung L ist hier eine Richtung des Stromes, der von den Anschlüssen der Brückenschaltung L zu den Anschlüssen der Brückenschaltung R fließt, als Positivrichtung definiert. Die Richtung des in 5 gezeigten Stromes folgt dieser Definition. Für die Brückenschaltung R ist eine Richtung des Stromes, der von den Anschlüssen der Brückenschaltung R zu den Anschlüssen der Brückenschaltung L fließt, auch als eine Positivrichtung definiert. Daher beträgt die Phasendifferenz zwischen dem Strom der Brückenschaltung L und dem Strom der Brückenschaltung R 180°. In Tabelle 1 beträgt eine Größe eines Stromwertes I1 [(3)1/2/2]* Ipk und eine Größe eines Stromwertes I2 beträgt Ipk/2. Tabelle 1
    Betrieb zum Normalzeitpunkt Elektrischer Winkel [Grad]
    0 (360) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
    Brückenschaltung L U_L-Phase 0 I2 I1 Ipk I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2
    V_L-Phase -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk I1 I2 0 -I2
    W_L-Phase I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk
    Brückenschaltung R U_R-Phase 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk I1 I2
    V_R-Phase I1 Ipk I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2
    W_R-Phase -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk
  • Bei dem elektrischen Winkel von 0° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom mit einer Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 30° fließt ein Strom mit einer Größe I2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1, ein Strom mit einer Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 60° fließt der Strom mit der Größe I1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 90° fließt der Strom mit der Größe Ipk von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 120° fließt der Strom mit der Größe I1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der W-Phase-Wicklung M3. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 150° fließt der Strom mit der Größe I2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 180° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 210° fließt der Strom mit der Größe I2 mit der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 240° fließt der Strom mit der Größe I1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der V-Phase-Wicklung M2. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 270° fließt der Strom mit der Größe Ipk von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 300° fließt der Strom mit der Größe I1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 330° fließt der Strom mit der Größe I2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3.
  • Gemäß der Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Summe der Ströme, die durch die Dreiphasenwicklungen fließen, im Hinblick auf die Richtung des Stromes für jeden elektrischen Winkel immer „0“. Beispielsweise steuert die Steuerschaltung 300 den Umschaltvorgang jedes FET der Brückenschaltungen L und R durch eine PWM-Steuerung derart, dass der in 5 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Steuerung zum Anormalzeitpunkt
  • Ein spezifisches Beispiel eines Steuerverfahrens zu einem Anormalzeitpunkt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wird beschrieben. Wie oben beschrieben ist, gibt „anormal“ hauptsächlich einen Zustand an, in dem ein Ausfall in einem FET aufgetreten ist. Es gibt zwei Hauptarten von FET-Ausfällen: „offener Ausfall“ und „Kurzschlussausfall“. „Offener Ausfall“ bezieht sich auf einen Ausfall, bei dem ein Abschnitt zwischen einer Source und einer Drain eines FET offen ist (mit anderen Worten wird ein Widerstand rds zwischen der Source und dem Drain zu einer hohen Impedanz), und „Kurzschlussausfall“ bezieht sich auf einen Ausfall, bei dem der Kurzschluss zwischen der Source und dem Drain des FET auftritt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird während des Betriebes der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ein zufälliger Ausfall für gewöhnlich als gegeben angesehen, wenn einer der zwölf FET in den zwei Invertern zufällig ausfällt. Die vorliegende Offenbarung stellt hauptsächlich ein Steuerverfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem Fall bereit, in dem ein zufälliger Ausfall auftritt. Jedoch stellt die vorliegende Offenbarung auch ein Steuerverfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 in dem Fall bereit, in dem eine Mehrzahl von FET in einer Kettenreaktion ausfallen. Ein Kettenausfall bezeichnet beispielsweise einen Ausfall, der gleichzeitig in einem hochseitigen Umschaltelement und einem tiefseitigen Umschaltelement eines einzelnen Schenkels auftritt.
  • Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 für eine lange Zeit verwendet wird, kann ein zufälliger Ausfall auftreten. Ferner unterscheidet sich der zufällige Ausfall von einem Herstellungsausfall, der zum Zeitpunkt der Herstellung auftreten kann. Wenn auch nur einer der Mehrzahl von FET in den zwei Invertern ausfällt, ist die Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung zum Normalzeitpunkt nicht länger möglich.
  • Als Beispiel einer Ausfalldetektion detektiert die Antriebsschaltung 350 einen Ausfall eines FET, indem dieselbe eine Spannung (Vds) zwischen einem Drain und einer Source des FET überwacht und die Vds mit einer vorbestimmten Schwellspannung vergleicht. Die Schwellspannung wird beispielsweise durch Datenkommunikation mit einer externen IS (nicht veranschaulicht) und einer externen Komponente in der Antriebsschaltung 350 festgelegt. Die Antriebsschaltung 350 ist mit einem Port der Mikrosteuerung 340 verbunden und benachrichtigt die Mikrosteuerung 340 über ein Ausfalldetektionssignal. Wenn die Antriebsschaltung 350 beispielsweise einen Ausfall eines FET detektiert, aktiviert die Antriebsschaltung 350 ein Ausfalldetektionssignal. Wenn die Mikrosteuerung 340 das aktivierte Ausfalldetektionssignal empfängt, liest die Mikrosteuerung 340 interne Daten der Antriebsschaltung 350, um zu bestimmen, welcher der Mehrzahl von FET in den zwei Invertern ausgefallen ist.
  • Als weiteres Beispiel einer Fehlerdetektion kann die Mikrosteuerung 340 außerdem einen Ausfall eines FET auf der Basis einer Referenz zwischen einem tatsächlichen Stromwert und einem Zielstromwert eines Motors detektieren. Jedoch ist eine Fehlerdetektion nicht auf diese Verfahren beschränkt und andere bekannte Verfahren in Bezug auf die Fehlerdetektion können weit verbreitet verwendet werden.
  • Wenn ein Ausfalldetektionssignal aktiviert ist, schaltet die Mikrosteuerung 340 die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung zum Normalzeitpunkt zu der Steuerung zum Anormalzeitpunkt um. Ein Zeitverlauf, bei dem die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung zum Normalzeitpunkt zu der Steuerung zum Anormalzeitpunkt umgeschaltet wird, beträgt rund 10 ms bis 30 ms, nachdem das Ausfalldetektionssignal aktiviert wurde.
  • In der Beschreibung der Steuerung zum Anormalzeitpunkt wird der erste Inverter 110 der zwei Inverter als ausgefallener Inverter behandelt und der zweite Inverter 140 wird als normal arbeitender Inverter behandelt. Im Folgenden wird die Steuerung für den Fall, in dem ein Fehler in einem hochseitigen Umschaltelement auftritt, und für den Fall, in dem ein Fehler in einem tiefseitigen Umschaltelement auftritt, getrennt beschrieben.
  • Ausfall eines hochseitigen Umschaltelements
  • Es wird angenommen, dass aus den hochseitigen Umschaltelementen (FET 111H, 112H, 113H) des ersten Inverters 110 der FET 111H einen offenen Ausfall aufweist. Ferner kann selbst in dem Fall, in dem der FET 112H oder 113H einen offenen Ausfall aufweist, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch ein im Folgenden beschriebenes Steuerverfahren gesteuert werden.
  • In dem Fall, in dem der FET 111H einen offenen Ausfall aufweist, schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein, schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Folglich ist der erste Inverter 110, der den ausgefallenen FET 111H aufweist, von dem Motor 200 getrennt (das heißt, die einen Enden der Wicklungen jeder Phase), und lediglich der zweite Inverter 140, der normal arbeitet, ist mit dem Motor 200 verbunden (das heißt, die anderen Enden der Wicklungen jeder Phase). In diesem Verbindungszustand fungiert der erste Knoten N1 durch das Einschalten der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 als Nullpunkt der Wicklung jeder Phase. In der vorliegenden Beschreibung wird der Aspekt, dass ein bestimmter Knoten als Nullpunkt fungiert, als „ein Nullpunkt ist ausgebildet“ ausgedrückt. Ferner ist kein Nullpunkt in der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgebildet. In dem ersten Inverter 110 ist es wünschenswert, dass sich alle FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L außer dem ausgefallenen FET 111H in dem Aus-Zustand befinden. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 in dem ersten Inverter 110 bewirken, dass sich alle FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L außer dem ausgefallenen FET 111H in dem Aus-Zustand befinden. Die Steuerschaltung 300 treibt den Motor 200 an, indem dieselbe den zweiten Inverter 140 in einem Zustand, in dem ein Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgebildet ist, steuert.
  • Gemäß dieser Steuerung wird eine geeignete Stromsteuerung selbst zu einem Anormalzeitpunkt möglich, da der erste Inverter 110 von dem Motor 200 durch die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 getrennt werden kann und eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes unter Verwendung der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 gebildet werden kann.
  • 6 veranschaulicht auf schematische Weise den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einer Steuerung zu einem Anormalzeitpunkt bei einem elektrischen Motorwinkel von beispielsweise 270°. Jede der drei durchgehenden Linien gibt einen Strom an, der von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließt, und die gestrichelte Linie gibt einen regenerativen Strom an, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt. 7 zeigt ein Beispiel eines Stromsignalverlaufes, der erhalten wird, indem Werte eines Stromes, der durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklungen des Motors 200 gemäß der Steuerung zum Anormalzeitpunkt fließt, grafisch dargestellt werden. Die horizontale Achse gibt den elektrischen Motorwinkel (Grad) an und die vertikale Achse gibt den Stromwert (A) an.
  • In dem in 6 gezeigten Zustand befinden sich die FET 141H, 142L und 143L des zweiten Inverters 140 in dem Ein-Zustand und die FET 141L, 142H und 143H desselben befinden sich in dem Aus-Zustand. Der Strom, der durch den FET 141H des zweiten Inverters 140 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 131 der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 132 zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 133 zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch die FET 142L bzw. 143L des zweiten Inverters 140 zu der GND. Außerdem fließt ein regenerativer Strom durch eine Freilaufdiode des FET 141L zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin.
  • Da der FET 111H einen offenen Ausfall aufweist und sich die FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113 außer dem FET 111H des ersten Inverters 110 in dem Aus-Zustand befinden, fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem ersten Inverter 110. Da der erste Inverter 110 von dem Motor 200 durch die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 getrennt ist, fließt außerdem kein Strom von dem zweiten Inverter 140 zu dem ersten Inverter 110.
  • Tabelle 2 zeigt Werte eines Stromes, der zu den Anschlüssen des zweiten Inverters 140 fließt, für jeden elektrischen Winkel in dem Stromsignalverlauf aus 7. Im Einzelnen zeigt Tabelle 2 Werte eines Stromes pro elektrischen Winkel von 30°, der zu den Anschlüssen U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 140 (Brückenschaltung R) fließt. Die Definition der Richtung des Stromes ist dieselbe wie die oben beschriebene. Ferner weisen gemäß der Definition der Richtung des Stromes das positive und das negative Vorzeichen der in 7 gezeigten Stromwerte eine Beziehung auf, die entgegengesetzt zu der der in Tabelle 2 gezeigten Stromwerte ist (Phasendifferenz von 180°). Tabelle 2
    Betrieb zum Anormalzeitpunkt Elektrischer Winkel [Grad]
    0 (360) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
    Brückenschaltung R U_R-Phase 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk I1 I2
    V_R-Phase I1 Ipk I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk -I1 -I2 0 I2
    W_R-Phase -I1 -I2 0 I2 I1 Ipk I1 I2 0 -I2 -I1 -Ipk
  • Beispielsweise fließt bei einem elektrischen Winkel von 30° ein Strom mit einer Größe I2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1, ein Strom mit einer Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und ein Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3. Bei dem elektrischen Winkel von 60° fließt ein Strom mit einer Größe I1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom. Die Summe des Stromes, der in den Nullpunkt fließt, und des Stromes, der aus dem Nullpunkt fließt, beträgt für jeden elektrischen Winkel immer „0“. Beispielsweise steuert die Steuerschaltung 300 den Umschaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung R durch eine PWM-Steuerung derart, dass der in 7 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt wird, ändert sich der Motorstrom, der durch den Motor 200 fließt, zwischen der Steuerung zum Normalzeitpunkt und der Steuerung zum Anormalzeitpunkt nicht für jeden elektrischen Winkel. Aus diesem Grund wird bei der Steuerung zum Anormalzeitpunkt das Hilfsdrehmoment des Motors bei der Steuerung zum Normalzeitpunkt beibehalten.
  • Selbst in dem Fall, in dem der FET 111H einen Kurzschlussausfall aufweist, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wie in dem Fall, in dem der FET 11H einen offenen Ausfall aufweist, gemäß dem oben beschriebenen Steuerverfahren gesteuert werden. Obwohl sich der FET 111H in dem Fall eines Kurzschlussausfalls immer in dem Ein-Zustand befindet, fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem ersten Inverter 110, da sich der FET 121 der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 in dem Aus-Zustand befindet und sich die FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L außer dem FET 111H in dem Aus-Zustand befinden,
  • Ausfall eines tiefseitigen Umschaltelements
  • Es wird angenommen, dass aus den tiefseitigen Umschaltelementen (FET 111L, 112L und 113L) des ersten Inverters 110 der FET 111L einen offenen Ausfall oder einen Kurzschlussausfall aufweist. Die Steuerung in diesem Fall ähnelt der Steuerung in dem Fall, in dem ein hochseitiges Umschaltelement ausfällt. Das heißt, die Steuerschaltung 300 schaltet die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein, schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Ferner bewirkt die Steuerschaltung 300 in dem ersten Inverter 110, dass sich alle FET 111H, 112H, 113H, 112L und 113L außer dem ausgefallenen FET 111L in dem Aus-Zustand befinden. Die Steuerschaltung 300 treibt den Motor 200 an, indem dieselbe den zweiten Inverter 140 in einem Zustand, in dem ein Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgebildet ist, steuert.
  • In dem Fall, in dem der FET 111L ausfällt, fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem ersten Inverter 110, da die FET 111H, 112H, 113H, 112L und 113L außer dem FET 111L des ersten Inverters 110 in dem Aus-Zustand sind. Da der erste Inverter 110 von dem Motor 200 durch die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 getrennt ist, fließt außerdem kein Strom von dem zweiten Inverter 140 zu dem ersten Inverter 110. Selbst in dem Fall, in dem der FET 112L oder 113L ausfällt, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ferner unter Verwendung des oben beschriebenen Steuerverfahrens gesteuert werden.
  • In dem Fall, in dem der erste Inverter 110 zumindest einen ausgefallenen FET umfasst, kann der erste Inverter 110 auf diese Weise unter Verwendung der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 von dem Motor 200 getrennt werden, und es ist möglich, zu bewirken, dass der erste Knoten N1 als der Nullpunkt der Wicklungen jeder Phase durch die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 fungiert.
  • Ein modifiziertes Beispiel der Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 die zwei Phasentrennungsrelaisschaltungen und die zwei Nullpunktrelaisschaltungen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 außerdem lediglich die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 (eine Gruppe von Relaisschaltungen) umfassen. Mit anderen Worten kann auch eine Konfiguration ausgewählt werden, bei der eine Gruppe von Relaisschaltungen in einem einzelnen Inverter der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bereitgestellt ist.
  • 8 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A einschließlich einer Gruppe von Relaisschaltungen. Es wird angenommen, dass ein mit einer Gruppe von Relaisschaltungen verbundener Inverter, das heißt der Inverter 110, der mit der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120 und der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 verbunden ist, ausgefallen ist. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein. Gemäß dieser Schaltungskonfiguration kann der ausgefallene Inverter von dem Motor 200 getrennt werden und es ist möglich, zu bewirken, dass der erste Knoten N1 als Nullpunkt fungiert. Die Steuerschaltung 300 kann den Motor 200 antreiben, indem dieselbe den zweiten Inverter 140, der normal arbeitet, in einem Zustand, in dem ein Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgebildet ist, steuert.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Leistungsverlust bei der Steuerung zum Anormalzeitpunkt unterdrückt werden, und eine geeignete Stromsteuerung wird möglich, indem eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes gebildet wird.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Im Allgemeinen umfassen Fahrzeuge wie etwa Pkw eine elektrische Servolenkvorrichtung. Die elektrische Servolenkvorrichtung erzeugt ein Hilfsdrehmoment zum Unterstützen eines Lenkdrehmomentes eines Lenksystems, das durch einen Fahrer erzeugt wird, der ein Lenkrad bedient.
  • Das Hilfsdrehmoment wird durch einen Hilfsdrehmomentmechanismus erzeugt und kann eine Belastung auf die Betätigung des Fahrers reduzieren. Beispielsweise ist der Hilfsdrehmomentmechanismus durch einen Lenkdrehmomentsensor, eine elektronische Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit), einen Motor, einen Verlangsamungsmechanismus und dergleichen ausgebildet. Der Lenkdrehmomentsensor detektiert ein Lenkdrehmoment in einem Lenksystem. Die ECU erzeugt ein Antriebssignal auf der Basis eines Detektionssignals des Lenkdrehmomentsensors. Der Motor erzeugt ein Hilfsdrehmoment gemäß dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Antriebssignals und überträgt das Hilfsdrehmoment über den Verlangsamungsmechanismus an das Lenksystem.
  • Die Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung wird auf geeignete Weise für eine elektrische Servolenkvorrichtung verwendet. 9 veranschaulicht auf schematische Weise eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkvorrichtung 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die elektrische Servolenkvorrichtung 500 umfasst ein Lenksystem 520 und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 540.
  • Das Lenksystem 520 kann beispielsweise durch ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522 (auch als „Lenksäule“ bezeichnet), universelle Kopplungen 523A und 523B, eine Drehwelle 524 (auch als „Ritzelwelle“ oder „Eingangswelle“ bezeichnet), einen Zahnstangen-Ritzelmechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, linke und rechte Kugelgelenke 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Fingergelenke 528A und 528B sowie linke und rechte Lenkfahrzeugräder (beispielsweise ein linkes und ein rechtes Vorderrad) 529A und 529B. Das Lenkrad 521 ist über die Lenkwelle 522 und die universellen Kopplungen 523A und 523B mit der Drehwelle 524 verbunden. Die Zahnstangenwelle 526 ist über den Zahnstangen-Ritzelmechanismus 525 mit der Drehwelle 524 verbunden. Der Zahnstangen-Ritzelmechanismus 525 weist ein Ritzel 531, das an der Drehwelle 524 bereitgestellt ist, und eine Zahnstange 532 auf, die an der Zahnstangenwelle 526 bereitgestellt ist. Das Lenkfahrzeugrad 529A auf einer rechten Seite ist mit einem rechten Ende der Zahnstangenwelle 526 verbunden, während das Kugelgelenk 552A, die Spurstange 527A und das Fingergelenk 528A in dieser Reihenfolge dazwischen eingefügt sind. Wie auf der rechten Seite ist das Lenkfahrzeugrad 529B auf einer linken Seite mit einem linken Ende der Zahnstangenwelle 526 verbunden, während das Kugelgelenk 552B, die Spurstange 527B und das Fingergelenk 528B in dieser Reihenfolge dazwischen eingefügt sind. Hier entsprechen die rechte Seite und linke Seite jeweils einer rechten Seite und einer linken Seite bei Betrachtung von dem Fahrer aus, der auf dem Fahrersitz sitzt.
  • Gemäß dem Lenksystem 520 wird das Hilfsdrehmoment durch den Fahrer, der das Lenkrad 521 bedient, erzeugt und über den Zahnstangen-Ritzelmechanismus 525 an das linke und das rechte Lenkfahrzeugrad 529A und 529B übertragen. Folglich kann der Fahrer das linke und das rechte Lenkfahrzeugrad 529A und 529B betätigen.
  • Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 kann beispielsweise durch einen Lenkdrehmomentsensor 541, eine ECU 542, einen Motor 543, einen Verlangsamungsmechanismus 544 und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 ausgebildet sein. Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 weist dem Lenksystem 520 ein Hilfsdrehmoment zu, wobei dasselbe von dem Lenkrad 521 zu dem linken und dem rechten Lenkfahrzeugrad 529A und 529B reicht. Das Hilfsdrehmoment wird in einigen Fällen als „zusätzliches Drehmoment“ bezeichnet.
  • Die Steuerschaltung 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann als die ECU 542 verwendet werden und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann als die Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 verwendet werden. Außerdem entspricht der Motor 543 dem Motor 200 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Motorantriebseinheit 400 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann auf geeignete Weise für eine mechanisch und elektrisch integrierte Einheit verwendet werden, die dazu in der Lage ist, durch die ECU 542, den Motor 543 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 ausgebildet zu werden.
  • Der Lenkdrehmomentsensor 541 detektiert ein Lenkdrehmoment des Lenksystems 520, das durch das Lenkrad 521 zugewiesen wird. Die ECU 542 erzeugt ein Antriebssignal zum Antreiben des Motors 543 auf der Basis eines Detektionssignals (im Folgenden als „Drehmomentsignal“ bezeichnet) von dem Lenkdrehmomentsensor 541. Der Motor 543 erzeugt ein Hilfsdrehmoment gemäß dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Antriebssignals. Das Hilfsdrehmoment wird durch den Verlangsamungsmechanismus 544 an die Drehwelle 524 des Lenksystems 520 übertragen. Der Verlangsamungsmechanismus 544 ist beispielsweise ein Schneckengetriebemechanismus. Das Hilfsdrehmoment wird außerdem von der Drehwelle 524 an den Zahnstangen-Ritzelmechanismus 525 übertragen.
  • In Abhängigkeit von einer Stelle, an der das Hilfsdrehmoment dem Lenksystem 520 zugewiesen wird, kann die elektrische Servolenkvorrichtung 500 in einen Ritzelhilfstyp, einen Zahnstangenhilfstyp, einen Säulenhilfstyp und dergleichen eingeteilt werden. 9 veranschaulicht die elektrische Servolenkvorrichtung 500 vom Ritzelhilfstyp. Jedoch kann die elektrische Servolenkvorrichtung 500 auch als Zahnstangenhilfstyp, Säulenhilfstyp und dergleichen angewendet werden.
  • Nicht nur das Drehmomentsignal, sondern beispielsweise auch ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal kann in die ECU 542 eingegeben werden. Eine externe Vorrichtung 560 ist beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Alternativ dazu kann die externe Vorrichtung 560 auch eine weitere ECU sein, die mit einem In-Fahrzeug-Netzwerk wie etwa einem CAN (Controller Area Network) kommunizieren kann. Eine Mikrosteuerung der ECU 542 kann eine Vektorsteuerung oder PWM-Steuerung an dem Motor 543 auf der Basis des Drehmomentsignals, des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals oder dergleichen ausführen.
  • Die ECU 542 stellt einen Zielstromwert auf der Basis zumindest des Drehmomentsignals ein. Es ist wünschenswert, dass die ECU 542 den Zielstromwert unter Berücksichtigung des durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektierten Fahrzeuggeschwindigkeitssignals und eines durch einen Winkelsensor detektierten Drehsignals eines Rotors einstellt. Die ECU 542 kann ein Antriebssignal, also einen Antriebsstrom, des Motors 543 steuern, so dass ein durch einen Stromsensor (nicht veranschaulicht) detektierter tatsächlicher Stromwert dem Zielstromwert entspricht.
  • Gemäß der elektrischen Servolenkvorrichtung 500 können durch die Verwendung eines kombinierten Drehmoments, das durch Addieren des Hilfsdrehmoments des Motors 543 zu dem Lenkdrehmoment des Fahrers erhalten wird, das linke und das rechte Lenkfahrzeugrad 529A und 529B durch die Zahnstangenwelle 526 betätigt werden. Im Einzelnen wird durch die Verwendung der Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung in der oben beschriebenen mechanisch und elektrisch integrierten Einheit eine elektrische Servolenkvorrichtung bereitgestellt, die eine Motorantriebseinheit umfasst, bei der eine Komponentenqualität verbessert ist und eine angemessene Stromsteuerung sowohl zum Normalzeitpunkt als auch zum Anormalzeitpunkt möglich ist.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • 10 veranschaulicht auf schematische Weise eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Das Relaismodul 600 umfasst eine erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120, eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130, eine zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Das Relaismodul 600 treibt einen Motor 200 mit Dreiphasenwicklungen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) an und kann mit einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 verbunden sein, die einen ersten Inverter 110, der mit einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist, und einen zweiten Inverter 140 umfasst, der mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist.
  • Das Relaismodul 600 ist elektrisch zwischen den Motor 200 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 geschaltet. Die Struktur jeder der ersten Phasentrennungsrelaisschaltung 120, der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130, der zweiten Phasentrennungsrelaisschaltung 150 und der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 gleicht der oben in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen. Das heißt, eine erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 umfasst drei FET 121, 122 und 123, die mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter 120 verbunden sind, und die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 umfasst drei FET 151, 152 und 153, die mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem zweiten Inverter 140 verbunden sind. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 umfasst drei FET 131, 132 und 133, deren jeweilige eine Enden mit einem gemeinsamen ersten Knoten N1 verbunden sind und deren jeweilige andere Enden mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden sind. Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 umfasst drei FET 161, 162 und 163, deren jeweilige eine Enden mit einem gemeinsamen zweiten Knoten N2 verbunden sind und deren jeweilige andere Enden mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden sind.
  • Die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter 110 um und die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem zweiten Inverter 140 um. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase um und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase um.
  • In dem Relaismodul 600 ist dann, wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 eingeschaltet ist, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet, und wenn die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet ist, ist die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet. Wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 eingeschaltet ist, ist die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet, und wenn die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet ist, ist die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet. Das Relaismodul 600, genauer gesagt jede Relaisschaltung, kann beispielsweise durch eine externe Steuerschaltung oder einen dedizierten Treiber gesteuert werden. Die externe Steuerschaltung ist beispielsweise die Steuerschaltung 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Relaismodul 600 durch die Steuerschaltung 300 gesteuert.
  • Zum Normalzeitpunkt schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ein, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 aus, schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Ferner gleichen die Ein-/Aus-Zustände jeder Relaisschaltung und die Beziehungen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 und dem Motor 200 den oben bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 einen Motor antreiben, indem dieselbe den Umschaltvorgang jedes FET der zwei Inverter durch eine PWM-Steuerung derart steuert, dass der in 5 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • Zum Anormalzeitpunkt wird angenommen, dass der erste Inverter 110 ausgefallen ist. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein, schaltet die zweite Phasentrennungsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Aufgrund der Verbindung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase des Motors 200 ist der Nullpunkt der Wicklungen jeder Phase in diesem Zustand in dem Relaismodul 600 ausgebildet (genauer gesagt, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130). Die Steuerschaltung 300 kann den Motor 200 antreiben, indem dieselbe den zweiten Inverter 140 in einem Zustand, in dem der Nullpunkt ausgebildet ist, steuert. Die Steuerschaltung 300 steuert den Umschaltvorgang jedes FET des zweiten Inverters 140 durch eine PWM-Steuerung, so dass der in 7 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird. Da eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes unter Verwendung des Relaismoduls 600 gebildet werden kann, wird auf diese Weise eine angemessene Stromsteuerung selbst zum Anormalzeitpunkt möglich.
  • Ein modifiziertes Beispiel der Schaltungskonfiguration des Relaismoduls 600 wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Relaismodul 600 zwei Phasentrennungsrelaisschaltungen und zwei Nullpunktrelaisschaltungen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann das Relaismodul 600 auch lediglich die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 (eine Gruppe von Relaisschaltungen) umfassen. Mit anderen Worten kann eine Konfiguration, bei der eine Gruppe von Relaisschaltungen in einem einzelnen Inverter der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 bereitgestellt ist, auch ausgewählt werden.
  • 11 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600A, das eine Gruppe von Relaisschaltungen umfasst. Das Relaismodul 600A ist zwischen einen des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 und den Motor 200 geschaltet. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die Gruppe von Relaisschaltungen (also die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130) mit dem ersten Inverter 110 verbunden.
  • Es wird angenommen, dass der mit der Gruppe an Relaisschaltungen verbundene Inverter, also der erste Inverter 110, ausgefallen ist. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein. Die Steuerschaltung 300 kann den Motor 200 antreiben, indem dieselbe den zweiten Inverter 140 in dem Zustand, in dem der Nullpunkt ausgebildet ist, steuert. Gemäß dieser Schaltungskonfiguration kann der ausgefallene Inverter von dem Motor 200 getrennt werden und es ist möglich, zu bewirken, dass der erste Knoten N1 als der Nullpunkt dient.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann bei der Steuerung zum Anormalzeitpunkt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 ein Leistungsverlust unterdrückt werden und eine geeignete Stromsteuerung wird ermöglicht, indem eine geschlossene Schleife eines Antriebsstroms gebildet wird.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 13 bis 16 werden eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel sowie Betriebsvorgänge zu einem Normalzeitpunkt und einem Anormalzeitpunkt beschrieben.
  • 13 veranschaulicht auf schematische Weise die Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B unterscheidet sich von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ein erstes und ein zweites Umschaltelement 801 und 802 umfasst. Im Folgenden werden hauptsächlich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B umfasst eine Gruppe an Relaisschaltungen (eine erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 und eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130), die auf der Seite des ersten Inverters 110 angeordnet sind, sowie das erste und das zweite Umschaltelement 801 und 802, die auf einer Seite des zweiten Inverters 140 angeordnet sind.
  • In der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B kann der zweite Inverter 140 durch die zwei Umschaltelemente 801 und 802 mit einer Leistungsversorgung 101 und einer GND verbunden sein. Im Einzelnen schaltet das erste Umschaltelement 801 zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der Leistungsversorgung 101 um. Das zweite Umschaltelement 802 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der GND um.
  • Der Ein- und der Aus-Zustand des ersten und des zweiten Umschaltelements 801 und 802 können beispielsweise durch die Mikrosteuerung 340 (siehe 4) oder einen dedizierten Treiber gesteuert werden. Als erstes und zweites Umschaltelement 801 und 802 können beispielsweise Halbleiterumschaltelemente wie MOSFET oder IGBT verwendet werden. Jedoch kann auch ein mechanisches Relais verwendet werden. Bei der vorliegenden Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem Halbleiterumschaltelemente als das erste und das zweite Umschaltelement 801 und 802 verwendet werden, und das erste und das zweite Umschaltelement 801 und 802 werden als FET 801 bzw. 802 bezeichnet.
  • Die zwei Umschaltelemente 801 und 802 weisen jeweils eine Freilaufdiode 801D bzw. 802D auf. Der FET 801 ist derart angeordnet, dass die Freilaufdiode 801D auf die Leistungsversorgung 101 zeigt, und der FET 802 ist derart angeordnet, dass die Freilaufdiode 802 D auf den zweiten Inverter 140 zeigt. Genauer gesagt ist der FET 801 derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 801D zu der Leistungsversorgung 101 hin fließt, und der FET 802 ist derart angeordnet, dass eine Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 802D zu dem zweiten Inverter 140 hin fließt.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht auf das veranschaulichte Beispiel beschränkt und die Anzahl von verwendeten Umschaltelementen wird unter Berücksichtigung von Aufbauvorgaben und dergleichen auf geeignete Weise bestimmt. Da vor dem Hintergrund der Sicherheit in dem In-Fahrzeug-Bereich eine hohe Qualitätssicherung erforderlich ist, ist es wünschenswert, dass eine Mehrzahl von Umschaltelementen in einem unterbrechenden Umschaltelement bereitgestellt ist.
  • 14 veranschaulicht auf schematische Weise eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100C gemäß einem modifizierten Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100C umfasst ferner ein drittes Umschaltelement (FET) 803 zum Verpolungsschutz, welches eine Freilaufdiode 803D aufweist. Auf einer Seite der Leistungsversorgung des zweiten Inverters 140 sind die FET 801 und 803 derart angeordnet, dass Richtungen der Freilaufdioden in den FET zueinander entgegengesetzt sind. Im Einzelnen ist der FET 801 derart angeordnet, dass eine Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 801D zu der Leistungsversorgung 101 hin fließt, und der FET 803 ist derart angeordnet, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode 803D zu dem zweiten Inverter 140 hin fließt. Gemäß solch einer Anordnung kann sogar in dem Fall, in dem die Leistungsversorgung 101 in Sperrrichtung geschaltet ist, ein Sperrstrom durch den FET 803 zum Verpolungsschutz unterbrochen werden.
  • Bei der Steuerung zum Normalzeitpunkt schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ein, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 aus und schaltet die FET 801 und 802 ein. Folglich ist die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 von den Wicklungen jeder Phase getrennt und der erste Inverter 110 ist mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase durch die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 verbunden. Der zweite Inverter 140 ist mit der Leistungsversorgung 101 und der GND verbunden. Wie oben beschrieben ist, kann die Steuerschaltung 300 den Motor 200 in diesem Verbindungszustand antreiben, indem dieselbe die Dreiphasenstrom-Versorgungssteuerung unter Verwendung des ersten und der zweiten Inverters 110 und 140 ausführt.
  • Wenn der erste Inverter 110 ausgefallen ist, schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 aus, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein und schaltet die FET 801 und 802 ein. In diesem Verbindungszustand ist der ausgefallene Inverter von dem Motor 200 getrennt und es ist möglich, zu bewirken, dass der erste Knoten N1 als Nullpunkt fungiert. Die Steuerschaltung 300 kann den Motor 200 weiterhin antreiben, indem dieselbe den normal arbeitenden zweiten Inverter 140 in dem Zustand, in dem der Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgebildet ist, steuert.
  • Wenn der zweite Inverter 140 ausgefallen ist, schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasentrennungsrelaisschaltung 120 ein, schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 aus und steuert den Ein-/Aus-Zustand der FET 801 und 802 gemäß einem Ausfallmuster, das im Folgenden beschrieben wird.
  • Offener Ausfall eines hochseitigen Umschaltelements
  • In dem Fall, in dem die drei hochseitigen Umschaltelemente (FET 141H, 142H, 143H) in dem zweiten Inverter 140 ein Umschaltelement mit einem offenen Ausfall umfassen, schaltet die Steuerschaltung 300 grundsätzlich die FET 801 und 802 aus, schaltet alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei hochseitigen Umschaltelementen aus und schaltet die drei tiefseitigen Umschaltelemente ein.
  • Es wird angenommen, dass der FET 141H aus den drei hochseitigen Umschaltelementen ausgefallen ist. Sogar in dem Fall, in dem der FET 142H oder 143H ausfällt, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ferner unter Verwendung eines Steuerverfahrens gesteuert werden, das im Folgenden beschrieben wird.
  • Die Steuerschaltung 300 schaltet die FET 801 und 802 aus, schaltet die FET 142H und 143H außer dem ausgefallenen FET 141H aus und schaltet die FET 141L, 142L und 143L ein. Der FET 801 blockiert eine Verbindung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der Leistungsversorgung 101 und der FET 802 blockiert eine Verbindung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der GND. Durch das Einschalten der FET 141L, 142L und 143L fungiert der Knoten N4 auf der tiefen Seite als ein Nullpunkt jeder Wicklung. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B kann den Motor 200 unter Verwendung des ersten Inverters 110 und des Nullpunktes, der auf der tiefen Seite des zweiten Inverters 140 ausgebildet ist, antreiben.
  • 15 veranschaulicht auf schematische Weise den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B bei dem elektrischen Winkel von 90°.
  • 15 zeigt ein Beispiel des Flusses eines Stromes, der durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung bei dem elektrischen Winkel von 90° des in 7 gezeigten Stromsignalverlaufes fließt. Jede der drei durchgehenden Linien stellt den Strom dar, der von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fliegt, und die gestrichelte Linie stellt den regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 90° befinden sich in dem ersten Inverter 110 die FET 111H, 112L und 113L in dem Ein-Zustand und die FET 111L, 112H und 113H befinden sich in dem Aus-Zustand. Der Strom, der durch den FET 111H des ersten Inverters 110 fließt, fließt durch den FET 121, die Wicklung M1 und den FET 141L des zweiten Inverters 140 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 142L zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 143L zu der Wicklung M3. Der Strom, der durch die Wicklung M2 fließt, fließt durch den FET 122 und den FET 112L zu der GND. Der Strom, der durch die Wicklung M3 fließt, fließt durch den FET 123 und den FET 113L zu der GND. Außerdem fließt in der Freilaufdiode des FET 111L ein regenerativer Strom zu der Wicklung M1 des Motors 200 hin.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 30° fließt beispielsweise der Strom mit der Größe 12 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1, der Strom mit der Größe Ipk fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2 und der Strom mit der Größe I2 fließt von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der W-Phase-Wicklung M3. Bei dem elektrischen Winkel von 60° fließt der Strom mit der Größe I1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R in der U-Phase-Wicklung M1 und der Strom mit der Größe I1 fließt von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L in der V-Phase-Wicklung M2. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom. Die Summe des Stromes, der in den Nullpunkt fließt, und des Stromes, der aus dem Nullpunkt herausfließt, beträgt für jeden elektrischen Winkel immer „0“. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 den Umschaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung L durch eine PWM-Steuerung steuern, sodass der in 7 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird. Ferner sind das positive und negative Vorzeichen der Werte des Stromes, der in der Brückenschaltung L fließt, zu den in Tabelle 2 gezeigten Werten des Stromes, der in der Brückenschaltung R fließt, entgegengesetzt.
  • In dem Fall, in dem ein hochseitiges Umschaltelement einen offenen Ausfall aufweist, kann sich der FET 801 in dem Ein-Zustand befinden. Mit anderen Worten kann sich der FET 801 in dem Ein- oder Aus-Zustand befinden. Der Grund dafür, dass der FET 801 eingeschaltet sein kann, besteht darin, dass sich in dem Fall, in dem der FET 141H einen offenen Ausfall aufweist, alle hochseitigen Umschaltelemente in einem offenen Zustand befinden, indem die FET 142H und 143H dahingehend gesteuert werden, sich in dem Aus-Zustand zu befinden, und somit kein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem zweiten Inverter 140 fließt, selbst wenn der FET 801 eingeschaltet ist.
  • Kurzschlussausfall eines hochseitigen Umschaltelements
  • In dem Fall, in dem die drei hochseitigen Umschaltelemente (FET 141H, 142H und 143H) in dem zweiten Inverter 140 ein Umschaltelement mit einem Kurzschlussausfall aufweisen, schaltet die Steuerschaltung 300 die FET 801 und 802 aus, schaltet alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei hochseitigen Umschaltelementen aus und schaltet alle drei tiefseitigen Umschaltelemente ein. In dem Fall eines Kurzschlussausfalls ist der Ein-Zustand des FET 801 ferner untersagt, da ein Strom von der Leistungsversorgung 101 zu dem kurgeschlossenen FET 141H, wenn der FET 801 eingeschaltet ist.
  • Wie bei dem offenen Ausfall kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B den Motor 200 unter Verwendung des ersten Inverters 110 und des Nullpunktes, der auf der tiefen Seite des zweiten Inverters 140 ausgebildet ist, antreiben.
  • In dem Fall, in dem der FET 141H einen Kurzschlussausfall aufweist, fließt ferner beispielweise ein regenerativer Strom durch die Freilaufdiode des FET 142H bei den in 7 veranschaulichten elektrischen Motorwinkeln von 180° bis 300° zu dem FET 141H und ein regenerativer Strom fließt durch die Freilaufdiode des FET 143H bei den in 7 veranschaulichten elektrischen Motorwinkeln 240° bis 360° zu dem FET 141H. In dem Fall eines Kurzschlusses kann der Strom auf diese Weise in einem bestimmten Bereich eines elektrischen Motorwinkels durch den FET 142H oder FET 143H zu der hohen Seite verteilt werden.
  • Offener Ausfall eines tiefseitigen Umschaltelements
  • In dem Fall, in dem die drei tiefseitigen Umschaltelemente (FET 141L, 142L und 143L) in dem zweiten Inverter 140 ein Umschaltelement mit einem offenen Ausfall aufweisen, schaltet die Steuerschaltung 300 grundsätzlich die FET 801 und 802 aus, schaltet alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei tiefseitigen Umschaltelementen aus und schaltet alle drei hochseitigen Umschaltelemente ein.
  • Es wird angenommen, dass der FET 141L aus den drei tiefseitigen Umschaltelementen ausgefallen ist. Selbst in dem Fall, in dem der FET 142L oder 143L ausfällt, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ferner unter Verwendung eines Steuerverfahrens gesteuert werden, welches weiter beschrieben wird.
  • Die Steuerschaltung 300 schaltet die FET 801 und 802 aus, schaltet die FET 142L und 143L außer dem ausgefallenen FET 141L aus und schaltet die FET 141H, 142H und 143H ein. Der FET 801 blockiert eine Verbindung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der Leistungsversorgung 101 und der FET 802 blockiert eine Verbindung zwischen dem zweiten Inverter 140 und der GND. Durch das Einschalten der FET 141H und 142H und 143H fungiert der Knoten N6 auf der hohen Seite als ein Nullpunkt jeder Wicklung. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B kann den Motor 200 unter Verwendung des ersten Inverters 110 und des Nullpunktes, der auf der hohen Seite des zweiten Inverters 140 ausgebildet ist, antreiben.
  • 16 veranschaulicht auf schematische Weise den Fluss eines Stromes in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B bei dem elektrischen Winkel von 90°.
  • 16 zeigt ein Beispiel des Flusses eines Stromes, der durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung bei dem elektrischen Winkel von 90° des in 7 gezeigten Stromsignalverlaufes fließt. Jede der drei durchgehenden Linien stellt den Strom dar, der von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließt, die gestrichelte Linie stellt den regenerativen Strom dar, der zu der Wicklung M1 des Motors 200 zurückkehrt.
  • Bei dem elektrischen Winkel von 90° befinden sich in dem ersten Inverter 110 die FET 111H, 112L und 113L in dem Ein-Zustand und die FET 111L, 112H und 113H befinden sich in dem Aus-Zustand. Der Strom, der durch den FET 111H des ersten Inverters 110 fließt, fließt durch den FET 121, die Wicklung M1 und der FET 141H des zweiten Inverters 140 zu dem Nullpunkt. Ein Abschnitt des Stromes fließt durch den FET 142H zu der Wicklung M2 und der verbleibende Strom fließt durch den FET 143H zu der Wicklung M3. Der Strom, der durch die Wicklung M2 fließt, fließt durch den FET 122 und den FET 112L zu der GND. Der Strom, der durch die Wicklung M3 fließt, fließt durch den FET 123 und den FET 113L zu der GND. In der Freilaufdiode des FET 111L fließt außerdem ein regenerativer Strom zu der Wicklung M1 des Motors 200.
  • Die Steuerschaltung 300 kann den Umschaltvorgang jedes FET der Brückenschaltung L beispielsweise durch eine PWM-Steuerung steuern, sodass der in 7 gezeigte Stromsignalverlauf erhalten wird.
  • In dem Fall, in dem ein tiefseitiges Umschaltelement einen offenen Ausfall aufweist, kann sich der FET 802 in dem Ein-Zustand befinden. Mit anderen Worten kann sich der FET 802 in dem Ein- oder Aus-Zustand befinden. Der Grund dafür, dass der FET 802 eingeschaltet sein kann, besteht darin, dass sich in dem Fall, in dem der FET 141L einen offenen Ausfall aufweist, alle tiefseitigen Umschaltelemente in einem offenen Zustand befinden, indem die FET 142L und 143L dahingehend gesteuert werden, sich in dem Aus-Zustand zu befinden, und somit kein Strom von dem zweiten Inverter 140 zu der GND fließt, selbst wenn der FET 802 eingeschaltet ist.
  • Kurschluss eines tiefseitigen Umschaltelements
  • In dem Fall, in dem die drei tiefseitigen Umschaltelemente (FET 141L, 142L und 143L) in dem zweiten Inverter 140 ein Umschaltelement mit einem Kurzschlussausfall umfassen, schaltet die Steuerschaltung 300 die FET 801 und 802 aus, schaltet alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den drei tiefseitigen Umschaltelementen aus und schaltet alle drei hochseitigen Umschaltelemente ein. In dem Fall eines Kurzschlussausfalls, ist ferner der Ein-Zustand des FET 802 untersagt, da ein Strom durch den kurzgeschlossenen FET 141L zu der GND fließt, wenn der FET 802 eingeschaltet ist.
  • Wie bei dem offenen Ausfall kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B den Motor 200 unter Verwendung des ersten Inverters 110 und des Nullpunktes, der auf der hohen Seite des zweiten Inverters 140 ausgebildet ist, antreiben.
  • Im Unterschied zu dem offenen Ausfall fließt ein Strom bei einem elektrischen Winkel von 90° beispielsweise auch zu dem kurzgeschlossenen FET 141L, und der Strom, der durch den FET 141L fließt, wird durch den Knoten N4 auf der tiefen Seite zu jeder der Freilaufdioden der FET 142L und 143L verzweigt. Zum Zeitpunkt des Kurzschlussausfalls ist es auf diese Weise möglich, einen Strom zu der hohen Seite und der tiefen Seite des zweiten Inverters 140 hin zu verteilen. Folglich können Wärmeauswirkungen auf den Inverter reduziert werden.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann dieselbe Wirkung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden, indem die zwei Umschaltelemente 801 und 802 anstelle einer Phasentrennungsrelaisschaltung und einer Nullpunktrelaisschaltung in dem zweiten Inverter 140 bereitgestellt werden. Da eine Anzahl von FET im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel kleiner sein kann, wird ferner eine Kostenverringerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung erwartet.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können in zahlreichen Vorrichtungen verwendet werden, darunter zahlreiche Motoren, wie etwa bei einem Staubsauger, einem Trockner, einem Deckenventilator, einer Waschmaschine, einem Kühlschrank und einer elektrischen Servolenkvorrichtung.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 100A, 100B, 100C:
    Leistungsumwandlungsvorrichtung
    101:
    Leistungsversorgung
    102:
    Spule
    103:
    Kondensator
    110:
    erster Inverter
    111H, 112H, 113H, 141H, 142H, 143H:
    hochseitiges Umschaltelement (FET)
    111L, 112L, 113L, 141L, 142L, 143L:
    tiefseitiges Umschaltelement (FET)
    111R, 112R, 113R, 141R, 142R, 143R:
    Nebenschlusswiderstand
    120:
    erste Phasentrennungsrelaisschaltung
    121, 122, 123:
    erstes Phasentrennungsrelais
    130:
    erste Nullpunktrelaisschaltung
    131, 132, 133:
    erstes Nullpunktrelais (FET)
    140:
    zweiter Inverter
    150:
    zweiter Phasentrennungsrelaisschaltung
    151, 152, 153:
    zweites Phasentrennungsrelais (FET)
    160:
    zweite Nullpunktrelaisschaltung
    161, 162, 163:
    zweites Nullpunktrelais
    170:
    Stromsensor
    200:
    Elektromotor
    300:
    Steuerschaltung
    310:
    Leistungsversorgungsschaltung
    320:
    Winkelsensor
    330:
    Eingangswelle
    340:
    Mikrosteuerung
    350:
    Antriebsschaltung
    360:
    ROM
    400:
    Motorantriebseinheit
    500:
    elektrische Servolenkvorrichtung
    600, 600A:
    Relaismodul
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014192950 [0007]

Claims (15)

  1. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die eine Leistungsumwandlungsvorrichtung ist, welche Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung umwandelt, die einem Motor zugeführt wird, welcher n-Phasenwicklungen aufweist (n ist eine Ganzzahl von 3 oder mehr), wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung Folgendes aufweist: einen ersten Inverter, der mit einen Enden der Wicklungen jeder Phase des Motors verbunden ist; einen zweiten Inverter, der mit den anderen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist; eine Phasentrennungsrelaisschaltung, die dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter umzuschalten; eine Nullpunktrelaisschaltung, die mit den einen Enden der Wicklungen jeder Phase verbunden ist und dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase umzuschalten; ein erstes Umschaltelement, das dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter und der Leistungsversorgung umzuschalten; und ein zweites Umschaltelement, das dazu ausgebildet ist, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen dem zweiten Inverter und einer Masse umzuschalten.
  2. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: die Phasentrennungsrelaisschaltung n Umschaltelemente aufweist, die dazu ausgebildet sind, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase und dem ersten Inverter umzuschalten; und die Nullpunktrelaisschaltung n Umschaltelemente aufweist, die dazu ausgebildet sind, zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase umzuschalten.
  3. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der jedes der n Umschaltelemente in jeder der Phasentrennungsrelaisschaltung und der Nullpunktrelaisschaltung ein Halbleiterumschaltelement mit einer Freilaufdiode ist und in jeder Schaltung n Freilaufdioden in dieselbe Richtung zeigen.
  4. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der jedes der n Umschaltelemente in jeder der Phasentrennungsrelaisschaltung und der Nullpunktrelaisschaltung derart angeordnet ist, dass ein Vorwärtsstrom in der Freilaufdiode zu dem Motor hin fließt.
  5. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der während eines Normalbetriebes die Phasentrennungsrelaisschaltung eingeschaltet ist, die Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet ist und der erste sowie der zweite Umschalter eingeschaltet sind.
  6. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der dann, wenn die Phasentrennungsrelaisschaltung ausgeschaltet ist und die Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet ist, ein Nullpunkt der Wicklungen jeder Phase durch eine Verbindung zwischen den einen Enden der Wicklungen jeder Phase ausgebildet ist.
  7. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der dann, wenn der erste Inverter anormal arbeitet, der Nullpunkt durch Ausschalten der Phasentrennungsrelaisschaltung und Einschalten der Nullpunktrelaisschaltung ausgebildet ist, und der erste sowie der zweite Umschalter eingeschaltet sind.
  8. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der dann, wenn der zweite Inverter anormal arbeitet, die Phasentrennungsrelaisschaltung eingeschaltet ist und die Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet ist.
  9. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: eine Brückenschaltung des zweiten Inverters n Schenkel aufweist, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen; und in einem Fall, in dem die n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung ein Umschaltelement mit einem offenen Ausfall umfassen, das zweite Umschaltelement ausgeschaltet ist, alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den n hochseitigen Umschaltelementen in der Brückenschaltung ausgeschaltet sind und alle n tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind.
  10. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: eine Brückenschaltung des zweiten Inverters n Schenkel aufweist, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen; und in einem Fall, in dem die n hochseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung ein Umschaltelement mit einem Kurzschlussausfall umfassen, das erste und das zweite Umschaltelement ausgeschaltet sind, alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den n hochseitigen Umschaltelementen in der Brückenschaltung eingeschaltet sind und alle tiefseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind.
  11. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: eine Brückenschaltung des zweiten Inverters n Schenkel aufweist, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen; und in einem Fall, in dem die n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung ein Umschaltelement mit einem offenen Ausfall umfassen, das erste Umschaltelement ausgeschaltet ist, alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement aus den n tiefseitigen Umschaltelementen in der Brückenschaltung ausgeschaltet sind und alle n hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind.
  12. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der: eine Brückenschaltung des zweiten Inverters n Schenkel aufweist, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen; und in einem Fall, in dem die n tiefseitigen Umschaltelemente in der Brückenschaltung ein Umschaltelement mit einem Kurzschlussausfall umfassen, das erste und das zweite Umschaltelement ausgeschaltet sind, alle Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltplement aus den n tiefseitigen Umschaltelementen in der Brückenschaltung ausgeschaltet sind und alle n hochseitigen Umschaltelemente eingeschaltet sind.
  13. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der die Leistungsversorgung eine einzelne Leistungsversorgung ist.
  14. Eine Motorantriebseinheit, die folgende Merkmale aufweist: einen Motor; eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, die Leistungsumwandlungsvorrichtung zu steuern.
  15. Eine elektrische Servolenkvorrichtung, die die Motorantriebseinheit gemäß Anspruch 14 aufweist.
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