JP6874758B2 - 電力変換装置、モータ駆動ユニット、電動パワーステアリング装置およびリレーモジュール - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態による電力変換装置100の回路構成を模式的に示している。
先ず、電力変換装置100の正常時の制御方法の具体例を説明する。上述したとおり、正常とは、第1および第2インバータ110、140の各FETに故障が生じていない状態を指す。
電力変換装置100の異常時の制御方法の具体例を説明する。上述したように、異常とは主としてFETに故障が発生したことを意味する。FETの故障には、大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」は、FETのソース−ドレイン間が開放する故障(換言すると、ソース−ドレイン間の抵抗rdsがハイインピーダンスになること)を指し、「ショート故障」は、FETのソース−ドレイン間が短絡する故障を指す。
第1インバータ110のハイサイドスイッチング素子(FET111H、112Hおよび113H)の中でFET111Hがオープン故障したとする。なお、FET112Hまたは113Hがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置100を制御することができる。
第1インバータ110のローサイドスイッチング素子(FET111L、112Lおよび113L)の中でFET111Lがオープン故障またはショート故障したとする。その場合の制御は、ハイサイドスイッチング素子が故障した場合の制御と同様である。つまり、制御回路300は、第1相分離リレー回路120をオフして第1中性点リレー回路130をオンし、かつ、第2相分離リレー回路150をオンして第2中性点リレー回路160をオフする。さらに、制御回路300は、第1インバータ110において、故障したFET111L以外の他のFET111H、112H、113H、112Lおよび113Lを全てオフ状態にする。制御回路300は、中性点が第1中性点リレー回路130に構成された状態で第2インバータ140を制御することによってモータ200を駆動する。
次に、電力変換装置の異常時の動作の別の例を説明する。図9は、本実施形態による電力変換装置100Bの回路構成を模式的に示している。
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ECU、モータおよび減速機構などを備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ECUは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
図22は、本実施形態によるリレーモジュール600の回路構成を模式的に示している。
Claims (32)
- 電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有する電動モータへ供給する電力を変換する電力変換装置であって
前記電動モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記各相の巻線の一端と前記第1インバータとの接続および非接続を切替える第1相分離リレー回路と、
前記各相の巻線の一端に接続され、かつ、前記各相の巻線の一端同士の接続および非接続を切替える第1中性点リレー回路と、
を備える電力変換装置。 - 前記第1相分離リレー回路がオンすると、前記第1中性点リレー回路はオフし、かつ、前記第1相分離リレー回路がオフすると、前記第1中性点リレー回路はオンする、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路がオンすると、前記各相の巻線の一端同士の接続によって前記各相の巻線の中性点が構成される、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータが異常のとき、前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路がオンする、請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記各相の巻線の他端と前記第2インバータとの接続および非接続を切替える第2相分離リレー回路と、
前記各相の巻線の他端に接続され、かつ、前記各相の巻線の他端同士の接続および非接続を切替える第2中性点リレー回路と、をさらに備える、請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記第2相分離リレー回路がオンすると、前記第2中性点リレー回路はオフし、かつ、前記第2相分離リレー回路がオフすると、前記第2中性点リレー回路はオンする、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータが異常のとき、前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路はオンし、かつ、前記第2相分離リレー回路がオンして前記第2中性点リレー回路はオフする、請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記第1相分離リレー回路は、前記各相の巻線の一端と前記第1インバータとに接続されるn個の第1相分離リレーを含み、前記第2相分離リレー回路は、前記各相の巻線の他端と前記第2インバータとに接続されるn個の第2相分離リレーを含み、
前記第1中性点リレー回路は、各々の一端が共通の第1ノードに接続され、他端は前記各相の巻線の一端に接続されるn個の第1中性点リレーを含み、前記第2中性点リレー回路は、各々の一端が共通の第2ノードに接続され、他端は前記各相の巻線の他端に接続されるn個の第2中性点リレーを含む、請求項5から7のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1インバータのブリッジ回路が故障したスイッチング素子を含むとき、前記第1相分離リレー回路中のn個の第1相分離リレーは全てオフし、前記第1中性点リレー回路中のn個の第1中性点リレーは全てオンし、かつ、前記第2相分離リレー回路中のn個の第2相分離リレーは全てオンし、前記第2中性点リレー回路中のn個の第2中性点リレーは全てオフする、請求項8に記載の電力変換装置。
- 2n個以下のシャント抵抗をさらに備える、請求項1から9のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグを備え、
前記2n個以下のシャント抵抗は、前記第1および第2インバータが備える2n個のレグのうちの2n個以下のローサイドスイッチング素子とグランドとの間に接続される、請求項10に記載の電力変換装置。 - 2n個のシャント抵抗をさらに備え、
前記第1および第2インバータの各ブリッジ回路は、各々がローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有するn個のレグを備え、
前記2n個のシャント抵抗は、前記第1および第2インバータが備える2n個のレグの2n個のローサイドスイッチング素子とグランドとの間に接続される、請求項1から9のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記電動モータと、
請求項1から12のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を備えるモータ駆動ユニット。 - 請求項13に記載のモータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置。
- n相(nは3以上の整数)の巻線を有する電動モータを駆動し、各相の巻線の一端に接続される第1インバータおよび前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータを備える電力変換装置に接続可能なリレーモジュールであって、
前記各相の巻線の一端と前記第1インバータとの接続および非接続を切替える第1相分離リレー回路と、
前記各相の巻線の一端に接続され、かつ、前記各相の巻線の一端同士の接続および非接続を切替える第1中性点リレー回路と、
を備えるリレーモジュール。 - 前記第1相分離リレー回路がオンすると、前記第1中性点リレー回路はオフし、かつ、前記第1相分離リレー回路がオフすると、前記第1中性点リレー回路はオンする、請求項15に記載のリレーモジュール。
- 前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路がオンすると、前記各相の巻線の一端同士の接続によって前記各相の巻線の中性点が構成される、請求項16に記載のリレーモジュール。
- 前記第1インバータが異常のとき、前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路がオンする、請求項17に記載のリレーモジュール。
- 前記各相の巻線の他端と前記第2インバータとの接続および非接続を切替える第2相分離リレー回路と、
前記各相の巻線の他端に接続され、かつ、前記各相の巻線の他端同士の接続および非接続を切替える第2中性点リレー回路と、をさらに備える、請求項17に記載のリレーモジュール。 - 前記第2相分離リレー回路がオンすると、前記第2中性点リレー回路はオフし、かつ、前記第2相分離リレー回路がオフすると、前記第2中性点リレー回路はオンする、請求項19に記載のリレーモジュール。
- 前記第1インバータが異常のとき、前記第1相分離リレー回路がオフして前記第1中性点リレー回路はオンし、かつ、前記第2相分離リレー回路がオンして前記第2中性点リレー回路はオフする、請求項20に記載のリレーモジュール。
- 前記第1相分離リレー回路は、前記各相の巻線の一端と前記第1インバータとに接続されるn個の第1相分離リレーを含み、前記第2相分離リレー回路は、前記各相の巻線の他端と前記第2インバータとに接続されるn個の第2相分離リレーを含み、
前記第1中性点リレー回路は、各々の一端が共通の第1ノードに接続され、他端は前記各相の巻線の一端に接続されるn個の第1中性点リレーを含み、前記第2中性点リレー回路は、各々の一端が共通の第2ノードに接続され、他端は前記各相の巻線の他端に接続されるn個の第2中性点リレーを含む、請求項19から21のいずれかに記載のリレーモジュール。 - 電源からの電力を、n相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータへ供給する電力に
変換する電力変換装置であって、
前記モータの各相の巻線の一端に接続される第1インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記n相の巻線の一端と前記第1インバータとの接続および非接続を切り替える少なくともn個のリレーと、
を備え、
前記第1および第2インバータは、正常時はn相通電制御により前記電源からの電力を前記モータへ供給する電力に変換し、
前記第1および第2インバータが含む複数のスイッチング素子の少なくとも1つが故障した場合、
前記第1および第2インバータは、前記n相のうちの前記故障したスイッチング素子が接続される巻線の相と異なる他のm相(mは2以上n未満の整数)を用いたm相通電制御により前記電源からの電力を前記モータへ供給する電力に変換する、電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータが含む複数のスイッチング素子の少なくとも1つが故障した場合、
前記少なくともn個のリレーのうちの、前記故障したスイッチング素子が接続される巻線と前記第1インバータとの接続および非接続を切り替えるリレーがオフし、
前記オフしたリレーとは異なる少なくともm個の前記リレーがオンする、請求項23に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータのそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグをn個備える、請求項23または24に記載の電力変換装置。
- 前記複数のスイッチング素子は、前記第1インバータと前記第2インバータとの間で複数のHブリッジを構成する、請求項23から25のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1インバータに含まれるスイッチング素子が故障した場合、
前記故障したスイッチング素子を含む故障したレグと、前記故障したレグとHブリッジを構成する前記第2インバータのレグとは異なる他の2m個のレグを用いて、前記電源からの電力を前記モータへ供給する電力に変換する、請求項23から26のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2インバータをn相通電制御する制御回路をさらに備え、
前記第1および第2インバータが含む複数のスイッチング素子の少なくとも1つが故障した場合、
前記制御回路は、前記第1および第2インバータの制御を、前記n相通電制御から前記m相通電制御に変更する、請求項23から27のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記n相の巻線の他端と前記第2インバータとの接続および非接続を切り替えるn個のリレーをさらに備える、請求項23から28のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記モータは三相の巻線を有し、
前記第1および第2インバータは、正常時は三相通電制御により前記電源からの電力を前記モータへ供給する電力に変換し、
前記第1および第2インバータが含む複数のスイッチング素子の少なくとも1つが故障した場合、
前記第1および第2インバータは、前記三相のうちの前記故障したスイッチング素子が接続される巻線の相と異なる他の二相を用いた二相通電制御により前記電源からの電力を前記モータへ供給する電力に変換する、請求項23から29のいずれかに記載の電力変換装置。 - 請求項23から30のいずれかに記載の電力変換装置と、
前記モータと、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を備えるモータ駆動ユニット。 - 請求項31に記載のモータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置。
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