JP7052801B2 - 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 - Google Patents
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Description
(実施形態1)
〔モータモジュール1000および電力変換装置100の構造〕
図1は、本実施形態によるモータモジュール1000の典型的なブロック構成を模式的に示している。
モータモジュール1000は、典型的に、電力変換装置100、モータ200、制御回路300および角度センサ500を備える。モータ制御手法(例えばセンサレス制御)によっては、角度センサ500は不要な場合がある。
0は、電流センサ400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。)を受け取る。入力回路320は、コントローラ330の入力レベルに実電流値のレベルを必要に応じて変換し、実電流値をコントローラ330に出力する。入力回路320は、典型的にはアナログデジタル変換回路である。
電力変換装置100の制御モードに、正常時および異常時の制御モードがある。制御回路300(主としてコントローラ330)は、電力変換装置100の制御を正常時の制御モードから異常時の制御モードに切替えることができる。その制御モードに応じて、第1相分離リレー回路130および第2相分離リレー回路140の各相分離リレーのオン・オフの状態が決定される。
上述したとおり、電源101とインバータ110の3個のレグとの接続・非接続を相毎に切替えることが可能である。例えば、相分離リレーISW_AH、ISW_ALをオフすることにより、U相レグは電源101から電気的に分離される。V相およびW相レグは電源101に接続されたままである。
図2に示す回路構成では、第2相分離リレー回路140がオンすると、サブインバータ120、より具体的には、サブインバータ120のレグDは、巻線M1、M2、M3および中性点ノードNに接続される。第2相分離リレー回路140がオフすると、レグDは、巻線M1、M2、M3および中性点ノードNから電気的に分離される。
〔電力変換装置100の動作〕
以下、モータモジュール1000の動作の具体例を説明し、主として電力変換装置100の動作の具体例を説明する。
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。
(2.異常時の制御)
電力変換装置100を長期間使用すると、インバータ110のスイッチ素子またはモータ200の巻線に故障が起こる可能性がある。これらの故障は、製造時に発生し得る製造故障とは異なる。そのような故障が発生すると、上述した正常時の制御は不可能となる。
<2-1.三相通電制御>
再び図2を参照する。
<2-2.二相通電制御>
例えば巻線M1が故障した場合を考える。三相の巻線のうちの一相の巻線が故障すると、三相通電制御は不可能となる。制御回路300は、インバータ110の3個のレグのうちの、故障した巻線以外の二相の巻線に接続された2個のレグと、中性点ノードNと接続したサブインバータ120のレグDとを用いて、故障していない二相の巻線を通電する制御を行うことができる。
(実施形態2)
〔電力変換装置100Aの構造〕
本実施形態による電力変換装置100Aのサブインバータ120および第2相分離リレー回路140の構造は、実施形態1による電力変換装置100のそれらの構造と異なる。以下、実施形態1との共通の説明は省略し、その差異点を中心に説明する。
〔電力変換装置100Aの動作〕
正常時の制御では、制御回路300は、実施形態1で説明したように、第1相分離リレー回路130をオンして、第2相分離リレー回路140をオフする。これにより、インバータ110は電源101に接続されて、サブインバータ120は電源101から分離される。制御回路300は、インバータ110を用いて三相通電制御を行う。
例えば、インバータ110のU相レグにおけるハイサイドスイッチ素子SW_AHがオープン故障した場合を考える。その場合、制御回路300は、第1相分離リレー回路130において、その故障したスイッチ素子を含むU相レグの相分離リレーISW_AH、ISW_ALをオフし、かつ、V相およびW相レグの4個の相分離リレーISW_BH、ISW_BL、ISW_CHおよびISW_CLをオンする。制御回路300は、さらに、第2相分離リレー回路140の相分離リレーISW_DH、ISW_DLをオンする。
これらの制御により、故障したU相レグおよびV相レグは電源101から電気的に分離される。巻線M3は、インバータ110のW相レグを介して電源101に接続される。また、巻線M1、M2は、インバータ110のU相レグ、V相レグに代えて、サブインバータ120のU相レグ、V相レグを介して電源101に接続される。この接続状態において、制御回路300は、インバータ110のW相レグ、サブインバータ120のU相レグおよびV相レグを用いて、三相通電制御を継続することができる。つまり、サブインバータ120のU相レグ、V相レグをインバータ110のU相レグ、V相レグとして機能させることができる。
(実施形態3)
図8は、本実施形態による電動パワーステアリング装置2000の典型的な構成を模式的に示す。
Claims (17)
- 電源からの電力を、一端同士がY結線されたn相(nは3以上の整数)の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置あって、
前記n相の巻線の他端に接続され、各々がローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を含むn個のレグを有するインバータと、
前記電源と前記n相の巻線との、前記インバータを介した接続・非接続を相毎に切替える第1相分離リレー回路と、
前記インバータの前記n個のレグと並列接続された少なくとも1個のレグを有するサブインバータであって、前記n相の巻線の他端、および、前記n相の巻線の一端をY結線する前記モータの中性点ノードに接続されるサブインバータと、
前記電源と前記n相の巻線との、前記サブインバータを介した接続・非接続を切替え、かつ、前記電源と前記中性点ノードとの接続・非接続を切替える第2相分離リレー回路と、を備え、
前記第2相分離リレー回路は、前記電源と前記サブインバータとの接続・非接続を切替え、
前記サブインバータの前記少なくとも1個のレグは、各々がローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を含むn+1個のレグであり、
前記n+1個のレグのうちのn個のレグは、前記n相の巻線の他端に接続され、残りのレグは前記中性点ノードに接続される、電力変換装置。 - 前記第2相分離リレー回路は、前記サブインバータと前記n相の巻線との接続・非接続を切替え、かつ、前記サブインバータと前記中性点ノードとの接続・非接続を切替える、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記第2相分離リレー回路は、前記サブインバータの前記少なくとも1個のレグと前記n相の巻線との接続・非接続、および、前記少なくとも1個のレグと前記中性点ノードとの接続・非接続を切替えるn+1個の第3相分離リレーを有する、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記サブインバータの前記少なくとも1個のレグは、ローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を含む1個のレグであり、
前記n+1個の第3相分離リレーの一端は、前記1個のレグにおける前記ローサイドスイッチ素子と前記ハイサイドスイッチ素子の間のノードに共通に接続され、前記n+1個の第3相分離リレーのうちのn個の第3相分離リレーの他端は、前記n相の巻線の他端に接続され、残りの第3相分離リレーの他端は、前記中性点ノードに接続される、請求項3に記載の電力変換装置。 - 前記n+1個の第3相分離リレーの各々は、双方向スイッチである、請求項3または4に記載の電力変換装置。
- 前記第2相分離リレー回路は、
前記n+1個のレグのn+1個のハイサイドスイッチ素子同士を接続するノードと前記電源の間に接続された第3相分離リレーと、
前記n+1個のレグのn+1個のローサイドスイッチ素子同士を接続するノードとグランドの間に接続された第4相分離リレーと、を有する、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1相分離リレー回路は、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するハイサイド側のノードとn個のハイサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第1相分離リレーと、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するローサイド側のノードとn個のローサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第2相分離リレーと、を有する、請求項1から6のいずれかに記載の電力変換装置。 - 電力変換の制御モードとして正常時の制御モードと異常時の制御モードとを備え、
前記正常時の制御モードにおいて、前記第1相分離リレー回路はオンし、かつ、前記第2相分離リレー回路はオフする、請求項1から7のいずれかに記載の電力変換装置。 - 電力変換の制御モードとして正常時の制御モードと異常時の制御モードとを備え、
前記第1相分離リレー回路は、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するハイサイド側のノードとn個のハイサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第1相分離リレーと、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するローサイド側のノードとn個のローサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第2相分離リレーと、を有し、
前記インバータの前記n個のレグのうちの1個のレグが故障した場合、前記異常時の制御において、
前記n個の第1相分離リレーのうちの、前記インバータの故障したレグに接続された第1相分離リレーと、前記n個の第2相分離リレーのうちの、前記故障したレグに接続された第2相分離リレーと、はオフし、かつ、残りのn-1個の、第1相分離リレーおよび第2相分離リレーはオンし、
前記n+1個の第3相分離リレーのうちの、前記故障したレグと共に巻線の他端に接続された第3相分離リレーはオンし、残りのn個の第3相分離リレーはオフする、請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記インバータの前記n個のレグのうちの故障したレグ以外のn-1個のレグと、前記サブインバータの1個のレグとを用いて、前記n相の巻線を通電する、請求項9に記載の電力変換装置。
- 電力変換の制御モードとして正常時の制御モードと異常時の制御モードとを備え、
前記第1相分離リレー回路は、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するハイサイド側のノードとn個のハイサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第1相分離リレーと、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するローサイド側のノードとn個のローサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第2相分離リレーと、を有し、
前記インバータの前記n個のレグのうちのn-2個のレグが故障した場合、前記異常時の制御において、
前記n個の第1相分離リレーのうちの、前記インバータの故障したレグに接続されたn-2個の第1相分離リレーと、前記n個の第2相分離リレーのうちの、前記故障したレグに接続されたn-2個の第2相分離リレーと、はオフし、かつ、残りの2個の、第1相分離リレーおよび第2相分離リレーはオンし、
前記n+1個の第3相分離リレーのうちの、前記中性点ノードに接続された第3相分離リレーはオンし、かつ、残りのn個の第3相分離リレーはオフし、
前記インバータの前記n個のレグのうちの故障したレグ以外の2個のレグと、前記中性点ノードに接続された前記サブインバータの1個のレグとを用いて、前記n相のうちの二相の巻線を通電する、請求項4に記載の電力変換装置。 - 電力変換の制御モードとして正常時の制御モードと異常時の制御モードとを備え、
前記第1相分離リレー回路は、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するハイサイド側のノードとn個のハイサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第1相分離リレーと、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するローサイド側のノードとn個のローサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第2相分離リレーと、を有し、
前記インバータの前記n個のレグのうちの1個のレグが故障した場合、前記異常時の制御において、
前記n個の第1相分離リレーのうちの、前記インバータの故障したレグに接続された第1相分離リレーと、前記n個の第2相分離リレーのうちの、前記故障したレグに接続された第2相分離リレーと、はオフし、かつ、残りのn-1個の、第1相分離リレーおよび第2相分離リレーはオンし、
前記第2相分離リレー回路はオンする、請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記インバータの前記n個のレグのうちの故障したレグ以外のn-1個のレグと、前記サブインバータの前記n+1個のレグのうちの、前記インバータの故障したレグと共に巻線の他端に接続されたレグとを用いて、前記n相の巻線を通電する、請求項12に記載の電力変換装置。
- 電力変換の制御モードとして正常時の制御モードと異常時の制御モードとを備え、
前記第1相分離リレー回路は、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するハイサイド側のノードとn個のハイサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第1相分離リレーと、
前記インバータにおいて、前記インバータの前記n個のレグを接続するローサイド側のノードとn個のローサイドスイッチ素子の間に接続されたn個の第2相分離リレーと、を有し、
前記インバータの前記n個のレグのうちのn-2個のレグが故障した場合、前記異常時の制御において、
前記n個の第1相分離リレーのうちの、前記インバータの故障したレグに接続されたn-2個の第1相分離リレーと、前記n個の第2相分離リレーのうちの、前記故障したレグに接続されたn-2個の第2相分離リレーと、はオフし、かつ、残りの2個の、第1相分離リレーおよび2個の第2相分離リレーはオンし、
前記第2相分離リレー回路はオンし、
前記インバータの故障していない2個のレグと、前記サブインバータのn個のレグのうちの前記中性点ノードに接続されたレグとを用いて、前記n相のうちの二相の巻線を通電する、請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記n相の巻線のうちの一相の巻線が故障した場合、
前記インバータのn個のレグのうちの、故障した巻線以外の巻線の中の二相の巻線に接続された2個のレグと、前記中性点ノードに接続した前記サブインバータの前記少なくとも1個のレグとを用いて、前記二相の巻線を通電する、請求項1に記載の電力変換装置。 - モータと、
請求項1から15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、を有するモータモジュール。 - 請求項16に記載のモータモジュールを有する電動パワーステアリング装置。
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