JP6977766B2 - 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6977766B2
JP6977766B2 JP2019509102A JP2019509102A JP6977766B2 JP 6977766 B2 JP6977766 B2 JP 6977766B2 JP 2019509102 A JP2019509102 A JP 2019509102A JP 2019509102 A JP2019509102 A JP 2019509102A JP 6977766 B2 JP6977766 B2 JP 6977766B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
side switching
inverter
neutral point
switching element
power conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019509102A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018180274A1 (ja
Inventor
香織 鍋師
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec America Corp
Original Assignee
Nidec America Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec America Corp filed Critical Nidec America Corp
Publication of JPWO2018180274A1 publication Critical patent/JPWO2018180274A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6977766B2 publication Critical patent/JP6977766B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0043—Converters switched with a phase shift, i.e. interleaved
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本開示は、電源からの電力を、電動モータに供給する電力に変換する電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置に関する。
ブラシレスＤＣモータおよび交流同期モータなどの電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）は、一般的に三相電流によって駆動される。三相電流の波形を正確に制御するため、ベクトル制御などの複雑な制御技術が用いられる。このような制御技術では、高度な数学的演算が必要であり、マイクロコントローラ（マイコン）などのデジタル演算回路が用いられる。ベクトル制御技術は、モータの負荷変動が大きな用途、例えば、洗濯機、電動アシスト自転車、電動スクータ、電動パワーステアリング装置、電気自動車、産業機器などの分野で活用されている。
車載分野においては、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｏｒｌ Ｕｎｉｔ）が車両に用いられる。ＥＣＵは、マイクロコントローラ、電源、入出力回路、ＡＤコンバータ、負荷駆動回路およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵを核として電子制御システムが構築される。例えば、ＥＣＵはセンサからの信号を処理してモータなどのアクチュエータを制御する。具体的に説明すると、ＥＣＵはモータの回転速度やトルクを監視しながら、電力変換装置におけるインバータを制御する。ＥＣＵの制御の下で、電力変換装置はモータに供給する駆動電力を変換する。
近年、モータ、電力変換装置およびＥＣＵが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野においては、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、１つのモータに対して２つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。
例えば特許文献１は、制御部と、２つのインバータとを備え、三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を開示している。２つのインバータの各々は電源およびグランド（以下、「ＧＮＤ」と表記する。）に接続される。一方のインバータは、モータの三相の巻線の一端に接続され、他方のインバータは、三相の巻線の他端に接続される。各インバータは、各々がハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含む３つのレグから構成されるブリッジ回路を備える。制御部は、２つのインバータにおけるスイッチング素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。本願明細書において、「異常」とは、主としてスイッチング素子の故障を意味する。また、「正常時の制御」は、全てのスイッチング素子が正常な状態における制御を意味し、「異常時の制御」は、あるスイッチング素子に故障が生じた状態における制御を意味する。
異常時の制御において、２つのインバータのうちの故障したスイッチング素子を含むインバータ（以下、「故障インバータ」と表記する。）には、スイッチング素子を所定の規則でオンおよびオフすることにより巻線の中性点が構成される。その規則によれば、例えば、ハイサイドスイッチング素子が常時オフとなるオープン故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオフし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオンする。その場合、中性点はローサイド側に構成される。または、ハイサイドスイッチング素子が常時オンとなるショート故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオンし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオフする。その場合、中性点はハイサイド側に構成される。特許文献１の電力変換装置によれば、異常時において、三相の巻線の中性点は、故障インバータの中に構成される。スイッチング素子に故障が生じても、正常な方のインバータを用いてモータ駆動を継続させることができる。
特開２０１４−１９２９５０号公報
上述したような従来の技術では、正常時および異常時における電流制御のさらなる向上が求められている。
本開示の実施形態は、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能な電力変換装置を提供する。
本開示の例示的な電力変換装置は、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、前記第１インバータに接続され、前記第１インバータの異常時に前記第１インバータに構成される中性点の電位を設定する第１中性点電位設定回路とを備える。
本開示の実施形態によれば、中性点電位設定回路は、インバータの異常時に構成した中性点の電位を任意の値に設定する。これにより、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる。
図１は、例示的な実施形態による電力変換装置の回路構成を示す模式図である。 図２は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図３は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図４は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図５は、例示的な実施形態による電力変換装置の回路構成を示す模式図である。 図６は、例示的な実施形態による、電力変換装置を備えるモータ駆動ユニットを示すブロック図である。 図７は、例示的な実施形態による正常時の三相通電制御に従って電力変換装置を制御したときに、モータのＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を示す図である。 図８は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置を示す模式図である。 図９は、例示的な実施形態による異常時の制御に応じてモータのＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を示す図である。 図１０は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置の別の例を示す模式図である。 図１１は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置のさらに別の例を示す模式図である。 図１２は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置のさらに別の例を示す模式図である。 図１３は、例示的な実施形態による電力変換装置の回路構成の別の例を示す模式図である。 図１４は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置を示す模式図である。 図１５は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置の別の例を示す模式図である。 図１６は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置のさらに別の例を示す模式図である。 図１７は、例示的な実施形態による異常時の電力変換装置のさらに別の例を示す模式図である。 図１８は、例示的な実施形態による２個の中性点電位設定回路を備える電力変換装置を示す模式図である。 図１９は、例示的な実施形態による２個の中性点電位設定回路を備える電力変換装置の別の例を示す模式図である。 図２０は、例示的な実施形態による１個の中性点電位設定回路を備える電力変換装置を示す模式図である。 図２１は、例示的な実施形態による１個の中性点電位設定回路を備える電力変換装置の別の例を示す模式図である。 図２２は、例示的な実施形態による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった本願発明者の知見を説明する。
特許文献１の電力変換装置においては、電源およびＧＮＤと、２つのインバータの各々とは常時接続されたままである。本願発明者は、異常時に故障インバータのハイサイドにおいて中性点を構成しても、その中性点には電源電圧が供給されるため、故障インバータにおける電力損失が大きくなるという課題を見出した。また、本願発明者は、異常時に故障インバータのローサイドにおいて中性点を構成しても、正常な方のインバータを通じて各相の巻線に供給される電流は、供給元のインバータには戻らずに、故障インバータからＧＮＤに流れてしまうという課題を見出した。正常時および異常時のいずれにおいても、電力損失を抑えるとともに適切な電流制御が可能な電力変換装置が求められる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
本明細書においては、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。但し、例えば四相および五相などのｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力を変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
（実施形態１）

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。
電力変換装置１００は、第１インバータ１１０と、第２インバータ１４０と、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈとを備える。また、電力変換装置１００は、図６に示す制御回路３００を備える。電力変換装置１００は種々のモータに供給する電力を変換することができる。モータ２００は、例えば三相交流モータである。
モータ２００は、Ｕ相の巻線Ｍ１、Ｖ相の巻線Ｍ２およびＷ相の巻線Ｍ３を備え、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１１０はモータ２００の各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１４０は各相の巻線の他端に接続される。本願明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。
第１インバータ１１０は、各相に対応した端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌを有し、第２インバータ１４０は、各相に対応した端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒを有する。第１インバータ１１０の端子Ｕ＿Ｌは、Ｕ相の巻線Ｍ１の一端に接続され、端子Ｖ＿Ｌは、Ｖ相の巻線Ｍ２の一端に接続され、端子Ｗ＿Ｌは、Ｗ相の巻線Ｍ３の一端に接続される。第１インバータ１１０と同様に、第２インバータ１４０の端子Ｕ＿Ｒは、Ｕ相の巻線Ｍ１の他端に接続され、端子Ｖ＿Ｒは、Ｖ相の巻線Ｍ２の他端に接続され、端子Ｗ＿Ｒは、Ｗ相の巻線Ｍ３の他端に接続される。このような結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。
中性点電位設定回路１５０Ｌは、第１インバータ１１０とＧＮＤとの間に接続されている。中性点電位設定回路１５０Ｈは、第１インバータ１１０と電源１０１との間に接続されている。中性点電位設定回路１６０Ｌは、第２インバータ１４０とＧＮＤとの間に接続されている。中性点電位設定回路１６０Ｈは、第２インバータ１４０と電源１０１との間に接続されている。詳細は後述するが、中性点電位設定回路１５０Ｌおよび１５０Ｈは、第１インバータ１１０の異常時に第１インバータ１１０に構成される中性点の電位を設定する。また、中性点電位設定回路１６０Ｌおよび１６０Ｈは、第２インバータ１４０の異常時に第２インバータ１４０に構成される中性点の電位を設定する。
電力変換装置１００では、第１インバータ１１０および第２インバータ１４０は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈを介して、電源１０１およびＧＮＤに接続されている。
本明細書中において、第１インバータ１１０を「ブリッジ回路Ｌ」と表記する場合がある。また、第２インバータ１４０を「ブリッジ回路Ｒ」と表記する場合がある。第１インバータ１１０および第２インバータ１４０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３個備える。それらレグを構成する複数のスイッチング素子は、電動モータ２００の巻線を介して第１インバータ１１０と第２インバータ１４０との間で複数のＨブリッジを構成する。
第１インバータ１１０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図１に示されるスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌおよび１１３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈおよび１１３Ｈはハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子として、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることができる。本願明細書において、インバータのスイッチング素子としてＦＥＴを用いる例を説明し、以下の説明ではスイッチング素子をＦＥＴと表記する場合がある。例えば、スイッチング素子１１１ＬはＦＥＴ１１１Ｌと表記される。
第１インバータ１１０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ（図６を参照）として、３個のシャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒおよび１１３Ｒを備える。電流センサ１７０は、各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路（不図示）を含む。例えば、シャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒおよび１１３Ｒは、第１インバータ１１０の３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。具体的には、シャント抵抗１１１ＲはＦＥＴ１１１Ｌと中性点電位設定回路１５０Ｌとの間に接続され、シャント抵抗１１２ＲはＦＥＴ１１２Ｌと中性点電位設定回路１５０Ｌとの間に接続され、シャント抵抗１１３ＲはＦＥＴ１１３Ｌと中性点電位設定回路１５０Ｌとの間に接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩから１．０ｍΩ程度である。
第１インバータ１１０と同様に、第２インバータ１４０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図１に示されるＦＥＴ１４１Ｌ、１４２Ｌおよび１４３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、ＦＥＴ１４１Ｈ、１４２Ｈおよび１４３Ｈはハイサイドスイッチング素子である。また、第２インバータ１４０は、３個のシャント抵抗１４１Ｒ、１４２Ｒおよび１４３Ｒを備える。それらのシャント抵抗は、３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続される。第１および第２インバータ１１０、１４０の各ＦＥＴは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
図２、図３および図４は、電力変換装置１００が有する３個のＨブリッジ１３１、１３２および１３３を示す図である。
第１インバータ１１０は、レグ１２１、１２３および１２５を有する。レグ１２１は、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１１１Ｌを有する。レグ１２３は、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１１２Ｌを有する。レグ１２５は、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１１３Ｌを有する。
第２インバータ１４０は、レグ１２２、１２４および１２６を有する。レグ１２２は、ＦＥＴ１４１ＨとＦＥＴ１４１Ｌを有する。レグ１２４は、ＦＥＴ１４２ＨとＦＥＴ１４２Ｌを有する。レグ１２６は、ＦＥＴ１４３ＨとＦＥＴ１４３Ｌを有する。
図２に示すＨブリッジ１３１は、レグ１２１と巻線Ｍ１とレグ１２２とを有する。図３に示すＨブリッジ１３２は、レグ１２３と巻線Ｍ２とレグ１２４とを有する。図４に示すＨブリッジ１３３は、レグ１２５と巻線Ｍ３とレグ１２６とを有する。
電源１０１（図１）は、所定の電源電圧を生成する。電源１０１から第１および第２インバータ１１０、１４０に電力が供給される。電源１０１として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源１０１は、ＡＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。電源１０１は、第１および第２インバータ１１０、１４０に共通の単一電源であってもよいし、第１インバータ１１０用の第１電源および第２インバータ１４０用の第２電源を備えていてもよい。
電源１０１と電力変換装置１００との間にコイル１０２が設けられている。コイル１０２は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源１０１側に流出させないように平滑化する。また、電源１０１と電力変換装置１００との間には、コンデンサ１０３の一端が接続されている。コンデンサ１０３の他端はＧＮＤに接続されている。コンデンサ１０３は、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサ１０３は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。
図１には、インバータ毎の各レグに１個のシャント抵抗を配置する構成を例示している。第１および第２インバータ１１０、１４０は、６個以下のシャント抵抗を備え得る。６個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１１０、１４０が備える６個のレグのうちの６個以下のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続され得る。さらにこれをｎ相モータに拡張すると、第１および第２インバータ１１０、１４０は、２ｎ個以下のシャント抵抗を備え得る。２ｎ個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１１０、１４０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ＧＮＤとの間に接続され得る。
図５は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの回路構成の一例を模式的に示している。
中性点電位設定回路１５０Ｌは、分圧回路１５５Ｌと、分離スイッチング素子１５３Ｌとを備える。分圧回路１５５Ｌは、互いに直列接続される抵抗器１５１Ｌおよび抵抗器１５２Ｌを備える。分離スイッチング素子１５３Ｌは、分圧回路１５５Ｌと電源Ｖｃｃとの接続および非接続を切り替える。この例では、電源Ｖｃｃの電圧は、電源１０１の電圧と同じである。電源Ｖｃｃの電圧として、電源１０１の電圧が供給されてもよい。
抵抗器１５１Ｌおよび抵抗器１５２Ｌの間のノードは、ＦＥＴ１１１Ｌ、１１２Ｌおよび１１３Ｌが接続されるノードＮ１に接続されている。抵抗器１５１Ｌは、ノードＮ１とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器１５２Ｌは、ノードＮ１と分離スイッチング素子１５３Ｌとの間に接続されている。分離スイッチング素子１５３Ｌは、抵抗器１５２Ｌと電源Ｖｃｃとの間に接続されている。
中性点電位設定回路１５０Ｈは、分圧回路１５５Ｈと、分離スイッチング素子１５３Ｈとを備える。分圧回路１５５Ｈは、互いに直列接続される抵抗器１５１Ｈおよび抵抗器１５２Ｈを備える。分離スイッチング素子１５３Ｈは、分圧回路１５５ＨとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器１５１Ｈおよび抵抗器１５２Ｈの間のノードは、ＦＥＴ１１１Ｈ、１１２Ｈおよび１１３Ｈが接続されるノードＮ２に接続されている。抵抗器１５１Ｈは、ノードＮ２と電源１０１との間に接続されている。抵抗器１５２Ｈは、ノードＮ２と分離スイッチング素子１５３Ｈとの間に接続されている。分離スイッチング素子１５３Ｈは、抵抗器１５２ＨとＧＮＤとの間に接続されている。
中性点電位設定回路１６０Ｌは、分圧回路１６５Ｌと、分離スイッチング素子１６３Ｌとを備える。分圧回路１６５Ｌは、互いに直列接続される抵抗器１６１Ｌおよび抵抗器１６２Ｌを備える。分離スイッチング素子１６３Ｌは、分圧回路１６５Ｌと電源Ｖｃｃとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器１６１Ｌおよび抵抗器１６２Ｌの間のノードは、ＦＥＴ１４１Ｌ、１４２Ｌおよび１４３Ｌが接続されるノードＮ３に接続されている。抵抗器１６１Ｌは、ノードＮ３とＧＮＤとの間に接続されている。抵抗器１６２Ｌは、ノードＮ３と分離スイッチング素子１６３Ｌとの間に接続されている。分離スイッチング素子１６３Ｌは、抵抗器１６２Ｌと電源Ｖｃｃとの間に接続されている。
中性点電位設定回路１６０Ｈは、分圧回路１６５Ｈと、分離スイッチング素子１６３Ｈとを備える。分圧回路１６５Ｈは、互いに直列接続される抵抗器１６１Ｈおよび抵抗器１６２Ｈを備える。分離スイッチング素子１６３Ｈは、分圧回路１６５ＨとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
抵抗器１６１Ｈおよび抵抗器１６２Ｈの間のノードは、ＦＥＴ１４１Ｈ、１４２Ｈおよび１４３Ｈが接続されるノードＮ４に接続されている。抵抗器１６１Ｈは、ノードＮ４と電源１０１との間に接続されている。抵抗器１６２Ｈは、ノードＮ４と分離スイッチング素子１６３Ｈとの間に接続されている。分離スイッチング素子１６３Ｈは、抵抗器１６２ＨとＧＮＤとの間に接続されている。
分離スイッチング素子１５３Ｌ、１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈとしては、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることができる。本願明細書において、分離スイッチング素子としてＦＥＴを用いる例を説明し、以下の説明では分離スイッチング素子をＦＥＴと表
記する場合がある。例えば、分離スイッチング素子１５３ＬはＦＥＴ１５３Ｌと表記される。ＦＥＴ１５３Ｌ、１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
図６は、電力変換装置１００を備えるモータ駆動ユニット４００のブロック構成を模式的に示している。電力変換装置１００は制御回路３００を備える。モータ駆動ユニット４００は、電力変換装置１００とモータ２００を備える。
制御回路３００は、例えば、電源回路３１０と、角度センサ３２０と、入力回路３３０と、マイクロコントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００は、電力変換装置１００の全体の動作を制御することによりモータ２００を駆動する。具体的には、制御回路３００は、目的とするロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。なお、制御回路３００は、角度センサに代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路３００は、目的とするモータトルクを制御することができる。
電源回路３１０は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。角度センサ３２０は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。角度センサ３２０として、磁気抵抗効果素子とマグネットが用いられてもよい。角度センサ３２０は、モータ２００のロータの回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、回転信号をマイクロコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は、電流センサ１７０によって検出されたモータ電流値（以下、「実電流値」と表記する。）を受け取り、必要に応じて、実電流値のレベルをマイクロコントローラ３４０の入力レベルに変換し、実電流値をマイクロコントローラ３４０に出力する。
マイクロコントローラ３４０は、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの各ＦＥＴのスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御する。マイクロコントローラ３４０は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。
駆動回路３５０は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路３５０は、第１および第２インバータ１１０、１４０における各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する制御信号（ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各ＦＥＴのゲートに制御信号を与える。なお、マイクロコントローラ３４０が駆動回路３５０の機能を備えていてもよい。その場合、制御回路３００は駆動回路３５０を備えていなくてもよい。
ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ、書き換え可能なメモリまたは読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、マイクロコントローラ３４０に電力変換装置１００を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。
電力変換装置１００には正常時および異常時の制御がある。制御回路３００（主としてマイクロコントローラ３４０）は、電力変換装置１００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えることができる。
（１．正常時の制御）

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。
正常時の制御において、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０ＨのＦＥＴ１５３Ｌ、１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈは全てオフにする。この状態において、制御回路３００は、第１および第２インバータ１１０、１４０の両方を用いて三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。具体的に、制御回路３００は、第１インバータ１１０のＦＥＴと第２インバータ１４０のＦＥＴとを互いに逆位相（位相差＝１８０°）でスイッチング制御することにより三相通電制御を行う。例えば、ＦＥＴ１１１Ｌ、１１１Ｈ、１４１Ｌおよび１４１Ｈを含むＨブリッジに着目すると、ＦＥＴ１１１Ｌがオンすると、ＦＥＴ１４１Ｌはオフし、ＦＥＴ１１１Ｌがオフすると、ＦＥＴ１４１Ｌはオンする。これと同様に、ＦＥＴ１１１Ｈがオンすると、ＦＥＴ１４１Ｈはオフし、ＦＥＴ１１１Ｈがオフすると、ＦＥＴ１４１Ｈはオンする。電源１０１から出力された電流は、ハイサイドスイッチング素子、巻線、ローサイドスイッチング素子を通ってＧＮＤに流れる。
ここで、Ｕ相の巻線Ｍ１を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１１ＨおよびＦＥＴ１４１Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４１ＨおよびＦＥＴ１１１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１１Ｈ、巻線Ｍ１、ＦＥＴ１４１Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４１ＨおよびＦＥＴ１１１Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１１ＨおよびＦＥＴ１４１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４１Ｈ、巻線Ｍ１、ＦＥＴ１１１Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
次に、Ｖ相の巻線Ｍ２を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１２ＨおよびＦＥＴ１４２Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４２ＨおよびＦＥＴ１１２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１２Ｈ、巻線Ｍ２、ＦＥＴ１４２Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４２ＨおよびＦＥＴ１１２Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１２ＨおよびＦＥＴ１４２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４２Ｈ、巻線Ｍ２、ＦＥＴ１１２Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
次に、Ｗ相の巻線Ｍ３を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１３ＨおよびＦＥＴ１４３Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４３ＨおよびＦＥＴ１１３Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１３Ｈ、巻線Ｍ３、ＦＥＴ１４３Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４３ＨおよびＦＥＴ１１３Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１３ＨおよびＦＥＴ１４３Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４３Ｈ、巻線Ｍ３、ＦＥＴ１１３Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
図７は、正常時の三相通電制御に従って電力変換装置１００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示している。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示している。図７の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表している。
表１は、図７の正弦波において電気角毎に、各インバータの端子に流れる電流値を示している。表１は、具体的に、第１インバータ１１０（ブリッジ回路Ｌ）の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌに流れる、電気角３０°毎の電流値、および、第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒに流れる、電気角３０°毎の電流値を示している。ここで、ブリッジ回路Ｌに対しては、ブリッジ回路Ｌの端子からブリッジ回路Ｒの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。図７に示される電流の向きはこの定義に従う。また、ブリッジ回路Ｒに対しては、ブリッジ回路Ｒの端子からブリッジ回路Ｌの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。従って、ブリッジ回路Ｌの電流とブリッジ回路Ｒの電流との位相差は１８０°となる。表１において、電流値Ｉ１の大きさは〔（３）１／２／２〕＊Ｉｐｋであり、電流値Ｉ２の大きさはＩｐｋ／２である。
Figure 0006977766

電気角０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れる。
電気角３０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れる。
電気角６０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
電気角９０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れる。
電気角１２０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
電気角１５０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れる。
電気角１８０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れる。
電気角２１０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れる。
電気角２４０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
電気角２７０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れる。
電気角３００°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
電気角３３０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ２の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れる。
例えば、制御回路３００は、図７に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路ＬおよびＲの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
（２．異常時の制御）

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）を指す。「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。
再び図１を参照する。電力変換装置１００の動作時において、通常は、２つのインバータにおける１２個のＦＥＴの中から１つのＦＥＴがランダムに故障するランダム故障が発生すると考えられる。本開示は、主としてランダム故障が発生した場合における電力変換装置１００の制御方法を対象としている。ただし、本開示は、複数のＦＥＴが連鎖的に故障した場合などの電力変換装置１００の制御方法も対象とする。連鎖的な故障とは、例えば１つのレグのハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子に同時に発生する故障を意味する。
電力変換装置１００を長期間使用すると、ランダム故障が起こる可能性がある。なお、ランダム故障は、製造時に発生し得る製造故障とは異なるものである。２つのインバータにおける複数のＦＥＴのうちの１つでも故障すると、正常時の三相通電制御はできなくなる。
本実施形態の駆動回路３５０は、第１インバータ１１０および第２インバータ１４０が含む複数のＦＥＴの故障を検出する検出回路３５１を備える。各ＦＥＴは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する。故障検知の一例として、検出回路３５１は、ＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓを監視し、所定の閾値電圧と電圧Ｖｄｓとを比較することによって、ＦＥＴの故障を検知する。閾値電圧は、例えば外部ＩＣ（不図示）とのデータ通信および外付け部品によって駆動回路３５０に設定される。駆動回路３５０は、マイクロコントローラ３４０のポートと接続され、故障検知信号をマイクロコントローラ３４０に通知する。例えば、駆動回路３５０は、ＦＥＴの故障を検知すると、故障検知信号をアサートする。マイクロコントローラ３４０は、アサートされた故障検知信号を受信すると、駆動回路３５０の内部データを読み出して、２つのインバータにおける複数のＦＥＴの中でどのＦＥＴが故障しているのかを判別する。
本実施形態では、駆動回路３５０がＦＥＴの故障を検出する検出回路３５１を備えるが、そのようなＦＥＴの故障を検出する検出回路は駆動回路３５０とは別に設けられていてもよい。また、故障検知の他の一例として、マイクロコントローラ３４０は、モータの実電流値と目標電流値との差に基づいてＦＥＴの故障を検知してもよい。ただし、ＦＥＴの故障検知はこれらの手法に限られず、ＦＥＴの故障検知に関する公知の手法を広く用いることができる。
マイクロコントローラ３４０は、故障検知信号がアサートされると、電力変換装置１００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。例えば、正常時から異常時に制御を切替えるタイミングは、故障検知信号がアサートされてから１０ｍｓｅｃから３０ｍｓｅｃ程度である。
以下、電力変換装置１００の異常時の制御をより詳細に説明する。
〔２−１．ハイサイドスイッチング素子＿オープン故障〕

図８は、異常時の電力変換装置１００を示す模式図である。まず、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
この例では、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。
ハイサイドスイッチング素子１１１Ｈがオープン故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるオープン故障したハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ以外の全てのハイサイドスイッチング素子１１２Ｈ、１１３Ｈはオフにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌはオンにする。また、制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０ＬのＦＥＴ１５３Ｌはオンにする。制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０ＨのＦＥＴ１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈはオフにする。
３つのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌを全てオンにすることにより、ローサイド側のノードＮ１が各巻線の中性点として機能する。本願明細書において、あるノードが中性点として機能することを、「中性点が構成される」と表現することとする。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図８は、ノードＮ１に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図９は、ノードＮ１に中性点を構成した状態で電力変換装置１００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。図８は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。
図８に示される状態では、第２インバータ１４０においてＦＥＴ１４１Ｈ、１４２Ｌおよび１４３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１４１Ｌ、１４２Ｈおよび１４３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１４０のＦＥＴ１４１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１１０のＦＥＴ１１１Ｌを通って中性点（ノードＮ１）に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１１２Ｌを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１１３Ｌを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１４０のＦＥＴ１４２Ｌおよび１４３Ｌを通ってＧＮＤに流れる。
表２は、図９の電流波形における電気角毎に、第２インバータ１４０の端子に流れる電流値を例示している。具体的には、表２は、第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒに流れる、電気角３０°毎の電流値を例示している。電流方向の定義は上述したとおりである。なお、電流方向の定義によって、図９に示される電流値の正負の符号は、表２に示される電流値のそれとは逆の関係（位相差１８０°）になる。
Figure 0006977766
例えば、電気角３０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ２の電流が流れる。電気角６０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ１の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ１の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。中性点に流れ込む電流と中性点から流れ出る電流との総和は電気角毎に常に「０」になる。制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
表１および表２に示されるように、正常時および異常時の制御の間でモータ２００に流れるモータ電流は電気角毎に変わらないことが分かる。このため、正常時の制御と比較して、異常時の制御においてはモータのアシストトルクは低減しない。
図８に示す例では、中性点電位設定回路１５０ＬのＦＥＴ１５３Ｌはオン状態になっている。電源Ｖｃｃから供給される電圧により、電流が電源Ｖｃｃから抵抗器１５２Ｌおよび抵抗器１５１Ｌを通って、ＧＮＤに流れる。ノードＮ１は、互いに直列接続される抵抗器１５１Ｌおよび抵抗器１５２Ｌの間に接続されている。すなわち、ノードＮ１に構成された中性点には、抵抗器１５１Ｌと抵抗器１５２Ｌとの間の電位が供給される。抵抗器１５１Ｌおよび１５２Ｌの電気抵抗値と電源Ｖｃｃの出力電圧を任意の値にすることで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
抵抗器１５１Ｌと抵抗器１５２Ｌとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。中性点の電位を一定の値に固定することにより、トルクリップル、平均トルク、モータの効率を改善することができる。
〔２−２．ローサイドスイッチング素子＿ショート故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１０は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｌまたは１１３Ｌがショート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。
ローサイドスイッチング素子１１１Ｌがショート故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるショート故障したローサイドスイッチング素子１１１Ｌ以外の全てのローサイドスイッチング素子１１２Ｌ、１１３Ｌをオンにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈはオフにする。また、制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０ＬのＦＥＴ１５３Ｌをオンにする。制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０ＨのＦＥＴ１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈはオフにする。
３つのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌの全てが導通状態になることにより、ローサイド側のノードＮ１が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１０は、ノードＮ１に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１０は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。図８に示した故障状態における制御と同様に、制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
図８に示した故障状態における制御と同様に、ノードＮ１に構成された中性点には、抵抗器１５１Ｌと抵抗器１５２Ｌとの間の電位が供給される。抵抗器１５１Ｌと抵抗器１５２Ｌとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
〔２−３．ローサイドスイッチング素子＿オープン故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１１は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がオープン故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｌまたは１１３Ｌ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。
ハイサイドスイッチング素子１１１Ｌがオープン故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるオープン故障したローサイドスイッチング素子１１１Ｌ以外の全てのローサイドスイッチング素子１１２Ｌ、１１３Ｌをオフにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈはオンにする。また、制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０ＨのＦＥＴ１５３Ｈをオンにする。制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１６０Ｈ、１６０ＬのＦＥＴ１５３Ｌ、１６３Ｈ、１６３Ｌはオフにする。
３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈを全てオンにすることにより、ハイサイド側のノードＮ２が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１１は、ノードＮ２に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１１は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。
図１１に示される状態では、第２インバータ１４０においてＦＥＴ１４１Ｈ、１４２Ｌおよび１４３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１４１Ｌ、１４２Ｈおよび１４３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１４０のＦＥＴ１４１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１１０のＦＥＴ１１１Ｈを通って中性点（ノードＮ２）に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１１２Ｈを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１１３Ｈを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１４０のＦＥＴ１４２Ｌおよび１４３Ｌを通ってＧＮＤに流れる。
制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
図１１に示す例では、中性点電位設定回路１５０ＨのＦＥＴ１５３Ｈはオン状態になっている。電源１０１から供給される電圧により、電流が電源１０１から抵抗器１５１Ｈおよび抵抗器１５２Ｈを通って、ＧＮＤに流れる。ノードＮ２は、互いに直列接続される抵抗器１５１Ｈおよび抵抗器１５２Ｈの間に接続されている。すなわち、ノードＮ２に構成された中性点には、抵抗器１５１Ｈと抵抗器１５２Ｈとの間の電位が供給される。抵抗器１５１Ｈおよび１５２Ｈを任意の電気抵抗値にすることで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
抵抗器１５１Ｈと抵抗器１５２Ｈとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
〔２−４．ハイサイドスイッチング素子＿ショート故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１２は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｈまたは１１３Ｈがショート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。
ハイサイドスイッチング素子１１１Ｈがショート故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるショート故障したハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ以外の全てのハイサイドスイッチング素子１１２Ｈ、１１３Ｈをオンにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌはオフにする。また、制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０ＨのＦＥＴ１５３Ｈをオンにする。制御回路３００は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１６０Ｈ、１６０ＬのＦＥＴ１５３Ｌ、１６３Ｈ、１６３Ｌはオフにする。
３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈの全てが導通状態になることにより、ハイサイド側のノードＮ２が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１２は、ノードＮ２に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１２は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。電力変換装置１００内の電流の流れは、図１１に示した電流の流れと同様である。図８に示した故障状態における制御と同様に、制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
図１１に示した故障状態における制御と同様に、ノードＮ２に構成された中性点には、抵抗器１５１Ｈと抵抗器１５２Ｈとの間の電位が供給される。抵抗器１５１Ｈと抵抗器１５２Ｈとの間の電位は一定であるため、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
なお、抵抗器１５１Ｌ、１５２Ｌ、１５１Ｈ、１５２Ｈの少なくとも１つは可変抵抗器であってもよい。制御回路３００は、可変抵抗器の抵抗値を変更することで、中性点に供給する電位の大きさを変更することができる。また、中性点に供給する電位の大きさを変更する方法として、ノードＮ１に中性点を構成する場合に、ＦＥＴ１５３Ｌのオンおよびオフを繰り返し切り替えてもよい。また、ノードＮ２に中性点を構成する場合に、ＦＥＴ１５３Ｈのオンおよびオフを繰り返し切り替えてもよい。
上記の図８から図１２の説明では、２つのインバータのうちの第１インバータ１１０を故障インバータとして扱い、第２インバータ１４０を正常インバータとして扱った。第２インバータ１４０が故障インバータであり、第１インバータ１１０が正常インバータである場合も上記と同様に、異常時の制御を行うことができる。この場合は、第１インバータ１１０、第２インバータ１４０、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの制御を上記の制御と逆にする。
より具体的には、第２インバータ１４０が故障インバータである場合、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０の制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路１５０Ｌと中性点電位設定回路１６０Ｌの制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路１５０Ｈと中性点電位設定回路１６０Ｈの制御を上記の制御と逆にする。第２インバータ１４０に中性点を構成し、その中性点および第１インバータ１１０を用いてモータ２００を駆動することができる。
図１３は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの回路構成の別の例を模式的に示している。
図１３に示す中性点電位設定回路１５０Ｌは、降圧回路２１０Ｌと、分離スイッチング素子２１３Ｌと、抵抗器２１８Ｌとを備える。降圧回路２１０Ｌは、ノードＮ１に接続されている。分離スイッチング素子２１３Ｌは、降圧回路２１０ＬとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路２１０Ｌは、ＦＥＴ２１２Ｌと、インダクタ２１４Ｌと、ダイオード２１５Ｌと、コンデンサ２１６Ｌとを備える。
インダクタ２１４Ｌの一端およびコンデンサ２１６Ｌの一端は、ノードＮ１に接続されている。ＦＥＴ２１２Ｌは、インダクタ２１４Ｌの他端と電源Ｖｃｃとの間に接続されている。この例では、電源Ｖｃｃの電圧は、電源１０１の電圧と同じである。電源Ｖｃｃの電圧として、電源１０１の電圧が供給されてもよい。ＦＥＴ２１２Ｌは、インダクタ２１４Ｌと電源Ｖｃｃとの接続および非接続を切り替える。ダイオード２１５Ｌのカソードは、インダクタ２１４Ｌの他端とＦＥＴ２１２Ｌとの間に接続されている。ダイオード２１５Ｌのアノードおよびコンデンサ２１６Ｌの他端は、分離スイッチング素子２１３Ｌに接続されている。抵抗器２１８Ｌは、ノードＮ１とＧＮＤとの間に接続されている。
中性点電位設定回路１５０Ｈは、降圧回路２１０Ｈと、分離スイッチング素子２１３Ｈとを備える。降圧回路２１０Ｈは、ノードＮ２に接続されている。分離スイッチング素子２１３Ｈは、降圧回路２１０ＨとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路２１０Ｈは、ＦＥＴ２１２Ｈと、インダクタ２１４Ｈと、ダイオード２１５Ｈと、コンデンサ２１６Ｈとを備える。
インダクタ２１４Ｈの一端およびコンデンサ２１６Ｈの一端は、ノードＮ２に接続されている。ＦＥＴ２１２Ｈは、インダクタ２１４Ｈの他端と電源１０１との間に接続されている。ＦＥＴ２１２Ｈは、インダクタ２１４Ｈと電源１０１との接続および非接続を切り替える。ダイオード２１５Ｈのカソードは、インダクタ２１４Ｈの他端とＦＥＴ２１２Ｈとの間に接続されている。ダイオード２１５Ｈのアノードおよびコンデンサ２１６Ｈの他端は、分離スイッチング素子２１３Ｈに接続されている。
中性点電位設定回路１６０Ｌは、降圧回路２２０Ｌと、分離スイッチング素子２２３Ｌと、抵抗器２２８Ｌとを備える。降圧回路２２０Ｌは、ノードＮ３に接続されている。分離スイッチング素子２２３Ｌは、降圧回路２２０ＬとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路２２０Ｌは、ＦＥＴ２２２Ｌと、インダクタ２２４Ｌと、ダイオード２２５Ｌと、コンデンサ２２６Ｌとを備える。
インダクタ２２４Ｌの一端およびコンデンサ２２６Ｌの一端は、ノードＮ３に接続されている。ＦＥＴ２２２Ｌは、インダクタ２２４Ｌの他端と電源Ｖｃｃとの間に接続されている。ＦＥＴ２２２Ｌは、インダクタ２２４Ｌと電源Ｖｃｃとの接続および非接続を切り替える。ダイオード２２５Ｌのカソードは、インダクタ２２４Ｌの他端とＦＥＴ２２２Ｌとの間に接続されている。ダイオード２２５Ｌのアノードおよびコンデンサ２２６Ｌの他端は、分離スイッチング素子２２３Ｌに接続されている。抵抗器２２８Ｌは、ノードＮ３とＧＮＤとの間に接続されている。
中性点電位設定回路１６０Ｈは、降圧回路２２０Ｈと、分離スイッチング素子２２３Ｈとを備える。降圧回路２２０Ｈは、ノードＮ４に接続されている。分離スイッチング素子２２３Ｈは、降圧回路２２０ＨとＧＮＤとの接続および非接続を切り替える。
降圧回路２２０Ｈは、ＦＥＴ２２２Ｈと、インダクタ２２４Ｈと、ダイオード２２５Ｈと、コンデンサ２２６Ｈとを備える。
インダクタ２２４Ｈの一端およびコンデンサ２２６Ｈの一端は、ノードＮ４に接続されている。ＦＥＴ２２２Ｈは、インダクタ２２４Ｈの他端と電源１０１との間に接続されている。ＦＥＴ２２２Ｈは、インダクタ２２４Ｈと電源１０１との接続および非接続を切り替える。ダイオード２２５Ｈのカソードは、インダクタ２２４Ｈの他端とＦＥＴ２２２Ｈとの間に接続されている。ダイオード２２５Ｈのアノードおよびコンデンサ２２６Ｈの他端は、分離スイッチング素子２２３Ｈに接続されている。
ＦＥＴ２１２Ｌ、２１２Ｈ、２２２Ｌ、２２２Ｈは、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）である。なお、ＦＥＴ２１２Ｌ、２１２Ｈ、２２２Ｌ、２２２Ｈとして、ＩＧＢＴが用いられてもよい。分離スイッチング素子２１３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｌ、２２３Ｈとしては、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）またはＩＧＢＴを用いることができる。本願明細書において、分離スイッチング素子としてＦＥＴを用いる例を説明し、以下の説明では分離スイッチング素子をＦＥＴと表記する場合がある。ＦＥＴ２１２Ｌ、２１２Ｈ、２２２Ｌ、２２２Ｈ、２１３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｌ、２２３Ｈは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。この例では、ＦＥＴ２１２Ｌ、２１２Ｈ、２２２Ｌ、２２２Ｈ、２１３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｌ、２２３Ｈは、制御回路３００（主としてマイクロコントローラ３４０）によって制御される。
図１３に示す電力変換装置１００には正常時および異常時の制御がある。制御回路３００は、電力変換装置１００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えることができる。
（３．正常時の制御）

先ず、電力変換装置１００の正常時の制御方法を説明する。正常時の制御において、ＦＥＴ２１２Ｈ、２２２Ｈはオンにする。ＦＥＴ２１２Ｌ、２２２Ｌ、２１３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｌ、２２３Ｈはオフにする。この状態において、制御回路３００は、第１および第２インバータ１１０、１４０の両方を用いて三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。三相通電制御の方法は、図７および表１を用いて説明したとおりである。例えば、制御回路３００は、図７に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路ＬおよびＲの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
（４．異常時の制御）

次に、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。
〔４−１．ハイサイドスイッチング素子＿オープン故障〕

図１４は、異常時の電力変換装置１００を示す模式図である。まず、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。
この例では、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。

ハイサイドスイッチング素子１１１Ｈがオープン故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるオープン故障したハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ以外の全てのハイサイドスイッチング素子１１２Ｈ、１１３Ｈはオフにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌはオンにする。３つのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌを全てオンにすることにより、ローサイド側のノードＮ１に中性点が構成される。
制御回路３００は、ＦＥＴ２２２Ｌ、２２３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｈはオフにする。ＦＥＴ２１２Ｈ、２２２Ｈはオンにする。なお、ＦＥＴ２１２Ｈはオフでもよい。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１３Ｌをオンにする。これにより、ダイオード２１５Ｌおよびコンデンサ２１６Ｌは、ＧＮＤに接続される。制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｌのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路２１０Ｌの動作を開始する。
３つのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌを全て導通状態にすることにより、ローサイド側のノードＮ１が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１４は、ノードＮ１に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１４は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。図１４に示す電力変換装置１００内の電流の流れは、図８に示す電流の流れと同様である。制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
降圧回路２１０Ｌは、例えば降圧チョッパ回路である。ＦＥＴ２１２Ｌがオンのときは、電源Ｖｃｃの出力電圧がインダクタ２１４Ｌに供給されて、インダクタ２１４Ｌに電流が流れる。ＦＥＴ２１２Ｌがオフのときは、ダイオード２１５Ｌを介してＧＮＤからインダクタ２１４Ｌに電流が流れ込む。ＦＥＴ２１２Ｌのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、降圧回路２１０Ｌは、電源Ｖｃｃよりも低い電圧を生成し、中性点（ノードＮ１）に供給する。ＦＥＴ２１２Ｌのデューティ比（オンにする時間とオフにする時間の割合）を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路２１０Ｌから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路３００がＦＥＴ２１２Ｌのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置１００の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
中性点の電位を任意の値に設定することにより、トルクリップル、平均トルク、モータの効率を改善することができる。
〔４−２．ローサイドスイッチング素子＿ショート故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１５は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｌまたは１１３Ｌがショート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。
ローサイドスイッチング素子１１１Ｌがショート故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるショート故障したローサイドスイッチング素子１１１Ｌ以外の全てのローサイドスイッチング素子１１２Ｌ、１１３Ｌをオンにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈはオフにする。制御回路３００は、ＦＥＴ２２２Ｌ、２２３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｈをオフにする。ＦＥＴ２１２Ｈ、２２２Ｈはオンにする。なお、ＦＥＴ２１２Ｈはオフでもよい。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１３Ｌをオンにする。これにより、ダイオード２１５Ｌおよびコンデンサ２１６Ｌは、ＧＮＤに接続される。制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｌのオンおよびオフを繰り返し切り替える。
３つのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌを全て導通状態にすることにより、ローサイド側のノードＮ１が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１５は、ノードＮ１に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１５は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。図１５に示す電力変換装置１００内の電流の流れは、図１４に示す電流の流れと同様である。制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
降圧回路２１０Ｌは、ＦＥＴ２１２Ｌのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、電源Ｖｃｃよりも低い電圧を生成し、中性点（ノードＮ１）に供給する。ＦＥＴ２１２Ｌのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路２１０Ｌから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路３００がＦＥＴ２１２Ｌのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置１００の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
〔４−３．ハイサイドスイッチング素子＿ショート故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１６は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｈまたは１１３Ｈがショート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。
ハイサイドスイッチング素子１１１Ｈがショート故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるショート故障したハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ以外の全てのハイサイドスイッチング素子１１２Ｈ、１１３Ｈをオンにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのローサイドスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌはオフにする。３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードＮ２に中性点が構成される。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｌ、２１３Ｌ、２２２Ｌ、２２３Ｌ、２２３Ｈをオフにする。ＦＥＴ２２２Ｈはオンにする。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１３Ｈをオンにする。これにより、ダイオード２１５Ｈおよびコンデンサ２１６Ｈは、ＧＮＤに接続される。制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｈのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路２１０Ｈの動作を開始する。
３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードＮ２が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１６は、ノードＮ２に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１６は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。図１６に示す電力変換装置１００内の電流の流れは、図１２に示す電流の流れと同様である。制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
降圧回路２１０Ｈは、例えば降圧チョッパ回路である。ＦＥＴ２１２Ｈがオンのときは、電源１０１の出力電圧がインダクタ２１４Ｈに供給されて、インダクタ２１４Ｈに電流が流れる。ＦＥＴ２１２Ｈがオフのときは、ダイオード２１５Ｈを介してＧＮＤからインダクタ２１４Ｈに電流が流れ込む。ＦＥＴ２１２Ｈのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、降圧回路２１０Ｈは、電源１０１よりも低い電圧を生成し、中性点（ノードＮ２）に供給する。ＦＥＴ２１２Ｈのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路２１０Ｈから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路３００がＦＥＴ２１２Ｈのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置１００の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
〔４−４．ローサイドスイッチング素子＿オープン故障〕

次に、第１インバータ１１０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の制御を説明する。図１７は、異常時の電力変換装置１００の別の例を示す模式図である。
この例では、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がオープン故障したとする。なお、ＦＥＴ１１２Ｌまたは１１３Ｌ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。
ローサイドスイッチング素子１１１Ｌがオープン故障している場合、制御回路３００は、第１インバータ１１０におけるオープン故障したローサイドスイッチング素子１１１Ｌ以外の全てのローサイドスイッチング素子１１２Ｌ、１１３Ｌをオフにする。制御回路３００は、第１インバータ１１０の全てのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈはオンにする。３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードＮ２に中性点が構成される。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｌ、２１３Ｌ、２２２Ｌ、２２３Ｌ、２２３Ｈをオフにする。ＦＥＴ２２２Ｈはオンにする。
制御回路３００は、ＦＥＴ２１３Ｈをオンにする。これにより、ダイオード２１５Ｈおよびコンデンサ２１６Ｈは、ＧＮＤに接続される。制御回路３００は、ＦＥＴ２１２Ｈのオンおよびオフを繰り返し切り替え、降圧回路２１０Ｌの動作を開始する。
３つのハイサイドスイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈを全て導通状態にすることにより、ハイサイド側のノードＮ２が各巻線の中性点として機能する。電力変換装置１００は、第１インバータ１１０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１４０を用いてモータ２００を駆動する。
図１７は、ノードＮ２に中性点を構成したときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１７は、一例としてモータ電気角２７０°での電流の流れを実線の矢印で示している。３つの実線の矢印のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表している。図１７に示す電力変換装置１００内の電流の流れは、図１１に示す電流の流れと同様である。制御回路３００は、例えば図９に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によって第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
降圧回路２１０Ｈは、ＦＥＴ２１２Ｈのオンとオフとを繰り返し切り替えることで、電源１０１よりも低い電圧を生成し、中性点（ノードＮ２）に供給する。ＦＥＴ２１２Ｈのデューティ比を調整することで、中性点に供給される電位を任意の値に設定することができる。
降圧回路２１０Ｈから中性点に供給される電位を一定にした場合は、中性点の電位を一定の値に固定することができる。これにより、電力変換装置１００における電力損失を小さくすることができる。
また、制御回路３００がＦＥＴ２１２Ｈのデューティ比を変更することで、中性点に可変電位を供給することができる。電力変換装置１００の状態に応じて中性点に供給する電位を変更することで、電力損失を小さくすることができる。
上記の図１３から図１７の説明では、２つのインバータのうちの第１インバータ１１０を故障インバータとして扱い、第２インバータ１４０を正常インバータとして扱った。第２インバータ１４０が故障インバータであり、第１インバータ１１０が正常インバータである場合も上記と同様に、異常時の制御を行うことができる。この場合は、第１インバータ１１０、第２インバータ１４０、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの制御を上記の制御と逆にする。
より具体的には、第２インバータ１４０が故障インバータである場合、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０の制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路１５０Ｌと中性点電位設定回路１６０Ｌの制御を上記の制御と逆にする。中性点電位設定回路１５０Ｈと中性点電位設定回路１６０Ｈの制御を上記の制御と逆にする。第２インバータ１４０に中性点を構成し、その中性点および第１インバータ１１０を用いてモータ２００を駆動することができる。
次に、図１８から図２１を参照しながら、電力変換装置１００の回路構成の変形例を説明する。
上記の実施形態において、電力変換装置１００は４個の中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈを備えていたが、本開示はこれに限定されない。電力変換装置１００は、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈの少なくとも１つを備えていればよい。
図１８は、４個の中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈのうち、中性点電位設定回路１５０Ｈ、１６０Ｈを備える電力変換装置１００の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードＮ２に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路１５０Ｈから任意の電位を供給することができる。また、ノードＮ４に中性点を構成する場合は、その中性点に中性点電位設定回路１６０Ｈから任意の電位を供給することができる。

図１９は、４個の中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈのうち、中性点電位設定回路１５０Ｌ、１６０Ｌを備える電力変換装置１００の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードＮ１に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路１５０Ｌから任意の電位を供給することができる。ノードＮ３に中性点を構成する場合は、その中性点に中性点電位設定回路１６０Ｌから任意の電位を供給することができる。
図２０は、４個の中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈのうち、中性点電位設定回路１５０Ｈを備える電力変換装置１００の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードＮ２に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路１５０Ｈから任意の電位を供給することができる。
図２１は、４個の中性点電位設定回路１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈのうち、中性点電位設定回路１５０Ｌを備える電力変換装置１００の回路構成を示している。この変形例によれば、ノードＮ１に中性点を構成する場合、その中性点に中性点電位設定回路１５０Ｌから任意の電位を供給することができる。
（実施形態２）

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。
本開示のモータ駆動ユニット４００は、電動パワーステアリング装置に好適に利用される。図２２は、本実施形態による電動パワーステアリング装置５００を模式的に示している。電動パワーステアリング装置５００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力変換装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
ＥＣＵ５４２として、実施形態による制御回路３００を用いることができ、電力変換装置５４５として、実施形態による電力変換装置１００を用いることができる。また、モータ５４３は、実施形態におけるモータ２００に相当する。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力変換装置５４５を備える機電一体型ユニットとして、実施形態によるモータ駆動ユニット４００を好適に用いることができる。
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。
電動パワーステアリング装置５００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類することができる。図２２には、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置５００を例示している。ただし、電動パワーステアリング装置５００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等であってもよい。
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。外部機器５６０は例えば車速センサである。または、外部機器５６０は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車内ネットワークで通信可能な他のＥＣＵであってもよい。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御等により制御することができる。
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサ３２０によって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサ１７０によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
電動パワーステアリング装置５００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、上述した機電一体型ユニットに、本開示のモータ駆動ユニット４００を利用することにより、部品の品質が向上し、かつ、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる、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が提供される。
以上、本開示にかかる実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は例示であり、本開示の技術を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。
１００ 電力変換装置、１０１ 電源、１０２ コイル、１０３ コンデンサ、１１０ 第１インバータ、１１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈ、１４１Ｈ、１４２Ｈ、１４３Ｈ ハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）、１１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌ、１４１Ｌ、１４２Ｌ、１４３Ｌ ローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）、１１１Ｒ、１１２Ｒ、１１３Ｒ、１４１Ｒ、１４２Ｒ、１４３Ｒ シャント抵抗、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６ レグ、１３１、１３２、１３３ Ｈブリッジ、１４０ 第２インバータ、１５０Ｌ、１５０Ｈ、１６０Ｌ、１６０Ｈ 中性点電位設定回路、１５３Ｌ、１５３Ｈ、１６３Ｌ、１６３Ｈ 分離スイッチング素子（ＦＥＴ）、１５５Ｌ、１５５Ｈ、１６５Ｌ、１６５Ｈ 分圧回路、２００ 電動モータ、２１０Ｌ、２１０Ｈ、２２０Ｌ、２２０Ｈ 降圧回路、２１３Ｌ、２１３Ｈ、２２３Ｌ、２２３Ｈ 分離スイッチング素子（ＦＥＴ）、３００ 制御回路、３１０ 電源回路、３２０ 角度センサ、３３０ 入力回路、３４０ マイクロコントローラ、３５０ 駆動回路、３５１ 検出回路、３６０ ＲＯＭ、４００ モータ駆動ユニット、５００ 電動パワーステアリング装置

Claims (26)

  1. 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、

    前記第１インバータに接続され、前記第１インバータの異常時に前記第１インバータに構成される中性点の電位を設定する第１中性点電位設定回路と、

    を備える、電力変換装置。
  2. 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、

    前記第１中性点電位設定回路は、

    互いに直列接続される第１抵抗器および第２抵抗器を含む第１分圧回路と、

    前記第１分圧回路と電源またはグランドとの接続および非接続を切り替える第１分離スイッチング素子と、

    を備え、

    前記第１抵抗器および前記第２抵抗器の間のノードは、ｎ個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第１ノードまたはｎ個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第２ノードに接続される、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１抵抗器は、前記第１ノードとグランドとの間に接続され、

    前記第２抵抗器は、前記第１ノードと前記第１分離スイッチング素子との間に接続され、

    第１分離スイッチング素子は、前記第２抵抗器と電源との間に接続される、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子にショート故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記ショート故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、

    前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子は全てオフし、

    前記第１分離スイッチング素子はオンし、

    前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第１抵抗器と前記第２抵抗器との間の電位が供給され、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子にオープン故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記オープン故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオフし、

    前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、

    前記第１分離スイッチング素子はオンし、

    前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第１抵抗器と前記第２抵抗器との間の電位が供給され、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項３または４に記載の電力変換装置。
  6. 前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に前記第１分圧回路から供給される電位は一定である、請求項４または５に記載の電力変換装置。
  7. 前記第１インバータに接続される第２中性点電位設定回路をさらに備え、

    前記第２中性点電位設定回路は、

    互いに直列接続される第３抵抗器および第４抵抗器を含む第２分圧回路と、

    前記第２分圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第２分離スイッチング素子と、

    を備え、

    前記第２分圧回路は、前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子が接続される前記第２ノードに接続される、請求項３から６のいずれかに記載の電力変換装置。
  8. 前記第３抵抗器は、前記第２ノードと電源との間に接続され、

    前記第４抵抗器は、前記第２ノードと前記第２分離スイッチング素子との間に接続され、

    第２分離スイッチング素子は、前記第４抵抗器とグランドとの間に接続される、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子にショート故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記ショート故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、

    前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子は全てオフし、

    前記第２分離スイッチング素子はオンし、

    前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した中性点には、前記第３抵抗器と前記第４抵抗器との間の電位が供給され、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子にオープン故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記オープン故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオフし、

    前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、

    前記第２分離スイッチング素子はオンし、

    前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点には、前記第３抵抗器と前記第４抵抗器との間の電位が供給され、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項８または９に記載の電力変換装置。
  11. 前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に前記第２分圧回路から供給される電位は一定である、請求項９または１０に記載の電力変換装置。
  12. 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、

    前記第１中性点電位設定回路は、

    ｎ個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第１ノードまたはｎ個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第２ノードに接続される第１降圧回路と、

    前記第１降圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第１分離スイッチング素子と、

    を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
  13. 前記第１降圧回路は、前記ｎ個のローサイドスイッチング素子が接続される前記第１ノードに接続される、請求項１２に記載の電力変換装置。
  14. 前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子にショート故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記ショート故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、

    前記第１インバータのｎ個の前記ハイサイドスイッチング素子は全てオフし、

    前記第１降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項１３に記載の電力変換装置。
  15. 前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子にオープン故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記オープン故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオフし、

    前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、

    前記第１降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項１２から１４のいずれかに記載の電力変換装置。
  16. 前記第１降圧回路は、前記ローサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に可変電位を供給する、請求項１４または１５に記載の電力変換装置。
  17. 前記第１インバータに接続される第２中性点電位設定回路をさらに備え、

    前記第２中性点電位設定回路は、

    前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子が接続される前記第２ノードに接続される第２降圧回路と、

    前記第２降圧回路とグランドとの接続および非接続を切り替える第２分離スイッチング素子と、

    を備える、請求項１３から１６のいずれかに記載の電力変換装置。
  18. 前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子にショート故障したハイサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記ショート故障したハイサイドスイッチング素子以外の全てのハイサイドスイッチング素子はオンして中性点を構成し、

    前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子は全てオフし、

    前記第２降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項１７に記載の電力変換装置。
  19. 前記第１インバータの前記ｎ個のローサイドスイッチング素子にオープン故障したローサイドスイッチング素子が含まれる場合、

    前記第１インバータにおける前記オープン故障したローサイドスイッチング素子以外の全てのローサイドスイッチング素子はオフし、

    前記第１インバータの前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子は全てオンして中性点を構成し、

    前記第２降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に電位を供給し、

    前記第２インバータを用いて電力変換を行う、請求項１７または１８に記載の電力変換装置。
  20. 前記第２降圧回路は、前記ハイサイドスイッチング素子をオンして構成した前記中性点に可変電位を供給する、請求項１８または１９に記載の電力変換装置。
  21. 前記第２インバータに接続され、前記第２インバータの異常時に前記第２インバータに構成される中性点の電位を設定する第３中性点電位設定回路をさらに備える、請求項１から２０のいずれかに記載の電力変換装置。
  22. 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、

    前記第３中性点電位設定回路は、ｎ個の前記ローサイドスイッチング素子が接続される第３ノードまたはｎ個の前記ハイサイドスイッチング素子が接続される第４ノードに接続される、請求項２１に記載の電力変換装置。
  23. 前記第３中性点電位設定回路は、前記ｎ個のローサイドスイッチング素子が接続される第３ノードに接続される、請求項２２に記載の電力変換装置。
  24. 前記第２インバータに接続され、前記第２インバータの異常時に前記第２インバータに構成される中性点の電位を設定する第４中性点電位設定回路をさらに備え、

    前記第４中性点電位設定回路は、前記ｎ個のハイサイドスイッチング素子が接続される第４ノードに接続される、請求項２３に記載の電力変換装置。
  25. 請求項１から２４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。
  26. 請求項２５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。
JP2019509102A 2017-03-31 2018-03-06 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置 Active JP6977766B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017070711 2017-03-31
JP2017070711 2017-03-31
PCT/JP2018/008529 WO2018180274A1 (ja) 2017-03-31 2018-03-06 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018180274A1 JPWO2018180274A1 (ja) 2020-02-06
JP6977766B2 true JP6977766B2 (ja) 2021-12-08

Family

ID=63675414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019509102A Active JP6977766B2 (ja) 2017-03-31 2018-03-06 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11095233B2 (ja)
JP (1) JP6977766B2 (ja)
CN (1) CN110495089B (ja)
WO (1) WO2018180274A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019170045A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 トヨタ自動車株式会社 システム
CN112840557B (zh) * 2018-10-15 2023-10-20 日本电产株式会社 故障诊断方法、电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
US11796594B2 (en) * 2020-11-05 2023-10-24 Schneider Electric It Corporation PWM capture function for event analysis
EP4369596A1 (en) 2021-07-09 2024-05-15 Mitsubishi Electric Corporation Motor control device, electric power steering device, and motor control method

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2955719B1 (fr) * 2010-01-28 2012-02-24 Hispano Suiza Sa Procede et dispositif de commande de machine electrique polyphasee
FR2961361B1 (fr) * 2010-06-14 2013-07-12 Hispano Suiza Sa Onduleur de tension et procede de commande d'un tel onduleur
GB201110644D0 (en) * 2011-06-23 2011-08-10 Univ Aberdeen Converter
JP5699912B2 (ja) * 2011-11-21 2015-04-15 トヨタ自動車株式会社 電気自動車用のインバータ
US9048777B2 (en) * 2012-12-31 2015-06-02 Silicon Laboratories Inc. Apparatus for integrated circuit interface and associated methods
JP2014192950A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Denso Corp 電力変換装置
CN105723233B (zh) * 2014-03-07 2020-04-17 东芝三菱电机产业***株式会社 逆变器试验装置
US9537427B2 (en) * 2014-05-30 2017-01-03 Hamilton Sundstrand Corporation Pulse-width modulation control of paralleled inverters
JP6408938B2 (ja) * 2015-03-06 2018-10-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 インバータの故障診断装置及び故障診断方法
CN114567192A (zh) * 2016-03-04 2022-05-31 日本电产株式会社 电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置
CN106357144B (zh) * 2016-09-12 2019-01-25 东南大学 一种双逆变器拓扑结构的开绕组电机驱动***中逆变器故障诊断与容错控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20200021205A1 (en) 2020-01-16
WO2018180274A1 (ja) 2018-10-04
JPWO2018180274A1 (ja) 2020-02-06
US11095233B2 (en) 2021-08-17
CN110495089A (zh) 2019-11-22
CN110495089B (zh) 2021-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6888609B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
CN110168906B (zh) 电力转换装置、马达驱动单元和电动助力转向装置
JP6874758B2 (ja) 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
JP6933205B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
WO2018173424A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP6977766B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7070420B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7014183B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7063323B2 (ja) モータおよび電動パワーステアリング装置
JP7063322B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP6947184B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7070548B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7010282B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP6992758B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
WO2019049449A1 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
US20220014136A1 (en) Motor and electric power steering device
CN111164874A (zh) 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211012

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211025

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6977766

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151