本發(fā)明涉及多相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置，尤其涉及能應(yīng)對逆變器電路中產(chǎn)生故障的情況的多相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置。

背景技術(shù)：

多相交流電動機在各種情況下使用，例如，電動助力轉(zhuǎn)向裝置也是其中之一。利用多相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置來控制提供至多相交流電動機的功率。以下，作為多相交流電動機，以三相交流電動機為一示例來進行說明。電動助力轉(zhuǎn)向裝置用于減輕駕駛員進行轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩，由電源、電動機、傳感器、三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置及控制裝置相組合而成，利用傳感器來檢測駕駛員的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角速度的方向及大小，利用三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置來將電源的功率轉(zhuǎn)換成所需大小的功率，并提供至電動機，將電動機的輔助轉(zhuǎn)矩施加于轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩。

使用三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，以往假定在電動機或逆變器裝置中產(chǎn)生了故障的情況，研究出了各種對策。另外，關(guān)于故障檢測也提出了各種方案。在檢測出故障的情況下，從整個電路結(jié)構(gòu)中切斷故障部分。因此，例如提出了如下方案：與電動機的U相、V相、W相的線圈相連的逆變器電路的U相、V相、W相的臂電路之間分別設(shè)有電動機繼電器，在電動機發(fā)生故障的情況下，與逆變器電路切斷；以及在逆變器裝置與電源之間設(shè)置電源繼電器，來切斷供電。確實，對于整體系統(tǒng)的故障，迅速停止電動機為一個方案，但存在如下問題：使電動機停止會使得轉(zhuǎn)向特性有較大變化，在轉(zhuǎn)向操作中需要較大轉(zhuǎn)向力。

因此，在專利文獻1中提出了如下方法：電動機的三相中僅某一相發(fā)生故障的情況下，確定發(fā)生故障的相，以將故障相以外的相作為通電相，來持續(xù)驅(qū)動電動機，并持續(xù)施加針對轉(zhuǎn)向的輔助轉(zhuǎn)矩。

該方法的前提有如下公開：在三相(U、V、W)的電動機線圈中僅有某一相產(chǎn)生通電不良的情況下，以通電不良的相以外的兩相為通電相，來繼續(xù)進行電動機控制。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2009-1055號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

作為假定逆變器電路的臂電路產(chǎn)生故障的情況的對策，提出有如下方案：關(guān)注電動機的動作，為了防止電動機轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大變動，而利用電動機繼電器來切斷故障相，但由于電動機繼電器中具有寄生二極管，另外，為了防止逆接以及利用由于電動機旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的再生能量，有時添加二極管，因此存在如下問題：由電動機繼電器的寄生二極管或所添加的二極管形成閉合電路，在電流流過該閉合電路的情況下，電動機上施加有制動轉(zhuǎn)矩。

本發(fā)明為了解決產(chǎn)生上述制動轉(zhuǎn)矩的問題而得以完成，其目的在于，提供一種多相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置，其在逆變器電路的臂電路的一相上發(fā)生故障的情況下，通過僅切斷該故障相，從而能利用剩余相來繼續(xù)驅(qū)動電動機，并且僅通過添加盡可能少的元器件及對其連接方向添加條件，就能防止作為產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的原因的閉合電路的形成。

解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案

本發(fā)明為了達成上述目的，具備：逆變器電路，該逆變器電路連接于電源與多相交流電動機之間，將所述電源的功率轉(zhuǎn)換成多相交流電并提供給所述多相交流電動機；第1電源用開關(guān)元件，該第1電源用開關(guān)元件設(shè)置于所述電源與所述逆變器電路之間，對所述電源與所述逆變器電路之間的電路進行開關(guān)；電動機繼電器用開關(guān)元件，該電動機繼電器用開關(guān)元件設(shè)置于所述逆變器電路的每一相的輸出點與所述多相交流電動機之間，對所述輸出點與所述多相交流電動機之間的電路進行開關(guān)；第2電源用開關(guān)元件，該第2電源用開關(guān)元件從所述電源觀察時位于第1電源用開關(guān)元件的下游側(cè)，設(shè)置于所述逆變器電路的每一相；以及控制電路，該控制電路對所述第1開關(guān)元件、所述第2開關(guān)元件、所述電動機繼電器用開關(guān)元件以及所述逆變器電路進行開關(guān)控制，設(shè)有在與供電方向相同的方向上與所述第1開關(guān)元件并聯(lián)連接的第1二極管，并設(shè)有在與供電方向相反的方向上與所述第2開關(guān)元件并聯(lián)連接的第2二極管。

另外，在將第2電源用開關(guān)元件配置于逆變器電路內(nèi)的上側(cè)的臂電路的開關(guān)元件的上游側(cè)的情況下，將電流流入多相交流電動機的各相繞組的方向的二極管與電動機繼電器用開關(guān)元件并聯(lián)連接。

另外，在將第2電源用開關(guān)元件配置于逆變器電路內(nèi)的下側(cè)臂電路的開關(guān)元件的下游側(cè)的情況下，將電流從多相交流電動機的各相繞組流出的方向的二極管與電動機繼電器用開關(guān)元件并聯(lián)連接。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過將電源用開關(guān)元件獨立地插入各相，從而能夠?qū)l(fā)生故障的相切斷，僅利用剩余相來繼續(xù)進行電動機驅(qū)動，并且，通過規(guī)定與電源繼電器及電動機繼電器用開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管的方向，從而能防止作為產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩的原因的閉合電路的形成。

附圖說明

圖1是包含實施方式1所涉及的三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體結(jié)構(gòu)電路圖。

圖2是包含實施方式2所涉及的三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體結(jié)構(gòu)電路圖。

圖3是包含實施方式3所涉及的三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的部分電路圖。

圖4是包含實施方式3所涉及的三相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的部分電路圖。

具體實施方式

以下，為了說明本發(fā)明所涉及的多相交流電動機驅(qū)動用逆變器裝置(以下稱為逆變器裝置)，以使用三相交流電動機(以下稱為電動機)的電動助力轉(zhuǎn)向裝置為例，基于附圖來進行說明。此外，附圖中，相同標記分別表示相同或相當?shù)牟糠帧?/p>

實施方式1

圖1是包含本發(fā)明實施方式1的逆變器裝置的電動助力轉(zhuǎn)向裝置的整體結(jié)構(gòu)電路圖。電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，逆變器裝置1構(gòu)成為將來自搭載于車輛的電源6的電流提供至電動機2。

逆變器裝置1具備逆變器電路3以及控制電路4，在電動機2上設(shè)置旋轉(zhuǎn)傳感器5，將由旋轉(zhuǎn)傳感器5檢測出的信息輸入至控制電路4。從電源6到逆變器電路3之間設(shè)置有使控制電路4開始動作的點火開關(guān)7；對電源6的電源線(+B、-接地)中噪音對策用的電容器及線圈；以及具有使流向逆變器電路3的電流進行導(dǎo)通、截止的繼電器功能的第1電源用開關(guān)元件15。該第1電源用開關(guān)元件15例如為半導(dǎo)體元件的FET，寄生二極管在與電流的供電方向相同的方向上配置于該FET，即使錯誤地反接到電源6，也可以通過切斷電流來進行保護。

逆變器電路3如圖1所示，在電動機2的三相繞組(U、V、W)的各相的上下臂電路中分別安裝有2個開關(guān)元件31U、32U，合計六個(僅U相記載了標記，其它相與U相相同，因此省略)，并且該逆變器電路3設(shè)有具有對電動機2的繞組與開關(guān)元件31U、32U之間的電路進行開關(guān)的繼電器功能的電動機繼電器用開關(guān)元件34U。另外，分別在U相、V相及W相的臂電路中連接有電容器30U以用于降噪。另外，在各相的臂電路中分別設(shè)有用于檢測流過電動機2的電流的分流電阻33U。此外，在各相的臂電路的輸入側(cè)設(shè)有第2電源用開關(guān)元件35U。能夠利用該第2電源用開關(guān)元件35U分別對每一相中輸入至臂電路的電流進行導(dǎo)通、截止。

設(shè)置于逆變器電路3的開關(guān)元件31U、32U、以及電動機繼電器用開關(guān)元件34U均為半導(dǎo)體元件，例如為N溝道型MOSFET，且并聯(lián)連接有圖示方向的寄生二極管。此外，通常，寄生二極管不在電路圖上圖示，但為易于理解源極與漏極的關(guān)系而有意將其記載在電路圖上，由二極管的方向來表現(xiàn)，以代替表示源極與漏極的關(guān)系?；趤碜钥刂齐娐?的指令，對分別設(shè)置于上側(cè)及下側(cè)的臂電路的開關(guān)元件31U、32U以及電動機繼電器用開關(guān)元件34U分別進行PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制，通過使臂電路的開關(guān)元件31U、32U進行導(dǎo)通、截止，能夠?qū)闹绷麟娫?提供的直流電轉(zhuǎn)換成交流，并提供至電動機2的三相。另外，在第2電源用開關(guān)元件35U由FET那樣的半導(dǎo)體元件構(gòu)成的情況下，需要將寄生二極管配置成與供電方向反向，從而在柵極截止時完全阻斷電流。

逆變器裝置1內(nèi)的控制電路4具備：CPU10，該CPU10基于來自車速傳感器、檢測轉(zhuǎn)向操作的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩傳感器等傳感器8的信息，對提供至電動機2的繞組的電流用的控制量進行運算；驅(qū)動電路11，該驅(qū)動電路11對第1電源用開關(guān)元件15、設(shè)置于臂電路的各相的開關(guān)元件31U、32U、電動機繼電器用開關(guān)元件34U以及第2電源用開關(guān)元件35U的開關(guān)動作進行控制；監(jiān)視電路12，該監(jiān)視電路12對逆變器電路3內(nèi)的各部分的電壓或電流進行檢測；以及旋轉(zhuǎn)角檢測電路13，該旋轉(zhuǎn)角檢測電路13接收來自旋轉(zhuǎn)傳感器5的信號。

控制電路4中，CPU基于來自傳感器8的輸入信息，來運算提供至電動機2的繞組的電流，將其結(jié)果輸出至驅(qū)動電路11，驅(qū)動電路11對逆變器電路3的各開關(guān)元件31U、32U、34U、35U輸出信號。逆變器電路3中，基于來自驅(qū)動電路11的驅(qū)動信號對各相的開關(guān)元件31U、32U、34U、35U進行驅(qū)動，電流流過電動機2的各相的繞組。另外，利用監(jiān)視電路12檢測該提供來的電流值，基于與CPU10的運算值(目標值)之間的偏差來進行反饋控制。另一方面，驅(qū)動電路11對第1電源用開關(guān)元件15進行控制，并利用CPU10經(jīng)由旋轉(zhuǎn)傳感器5、旋轉(zhuǎn)角檢測電路13運算電動機2的旋轉(zhuǎn)位置、速度。此外，對U相進行了說明，而V相及W相也進行相同處理。

在以上構(gòu)成的逆變器裝置中，假定逆變器電路3的開關(guān)元件發(fā)生故障的情況，尤其是發(fā)生短路故障的情況。通過基于與電路串聯(lián)連接的分流電阻33U的端子間電壓來檢測電流，從而檢測出故障。也就是說，通過將對每一相獲取到的電流值與基準值進行比較，能夠確定出發(fā)生故障的相。由此確定出故障相后，通過使故障相的第2電源用開關(guān)元件35U與電動機繼電器用開關(guān)元件34U截止，從而完全切斷故障相。也就是說，切換連接以使得電流既不從第2電源用開關(guān)元件35U的寄生二極管流入，也不從電動機繼電器用開關(guān)元件34U的寄生二極管流出，從而處于僅將發(fā)生故障的相完全阻斷的狀態(tài)。

例如，在確定為U相的上側(cè)臂電路或下側(cè)臂電路的開關(guān)元件31U或32U中的某一個發(fā)生故障，即、U相為故障相的情況下，使電動機繼電器用開關(guān)元件34U與第2電源用開關(guān)元件35U截止，從而能將逆變器電路3的U相的臂電路進行電氣切斷。

另外，關(guān)于各相的臂電路內(nèi)的電容器30U或臂電路內(nèi)的布線，在發(fā)生某故障的情況下也同樣使電動機繼電器用開關(guān)元件34U與第2電源用開關(guān)元件35U截止，以相為單位，將故障相進行電氣切斷。

由此，通過使電動機繼電器用開關(guān)元件34U與第2電源用開關(guān)元件35U截止，從而從逆變器電路3電氣切斷故障相，由此，不會形成閉合電路，能防止制動轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。

在將故障相電氣切斷之后，利用正常動作的剩余兩相使逆變器電路工作，繼續(xù)進行逆變器開關(guān)，作為兩相的驅(qū)動，繼續(xù)對電動機2提供電流。

實施方式2

接著，利用圖2，對實施方式2進行說明。實施方式1的圖1與本實施方式2的圖2的不同點在于，設(shè)置于逆變器電路3內(nèi)的第2電源用開關(guān)元件37U的位置與圖1的第2電源用開關(guān)元件35U不同；電動機繼電器用開關(guān)元件36U的寄生二極管的方向與圖1的電動機繼電器用開關(guān)元件34U的寄生二極管的方向不同。其他部分相同，因此附加相同標號。

本實施方式2是為了在電動機繼電器用開關(guān)元件36U的寄生二極管使用與實施方式1反向的元件的情況下，對于相同目的、技術(shù)問題起到相同效果而完成的。本實施方式2中，也與實施方式1相同，在上側(cè)或下側(cè)的臂電路用的開關(guān)元件31U或32U短路的情況下，將U相的臂電路從電源線切斷。因此，需要在電源線的上側(cè)、下側(cè)臂電路的開關(guān)元件31U、32U的上游或下游中的某一方插入第2電源用開關(guān)元件37U。實施方式2中，電動機繼電器用開關(guān)元件36U的寄生二極管的方向是比電動機繞組更靠電流流出的方向，因此例如在下側(cè)臂電路的開關(guān)元件32U發(fā)生短路故障的情況下，會產(chǎn)生經(jīng)由電動機繼電器用開關(guān)元件36U到下側(cè)臂電路的開關(guān)元件32U為止的電流路徑。因此，通過在下側(cè)臂電路的開關(guān)元件32U的下游、且分流電阻33U的下游側(cè)插入第2電源用開關(guān)元件37U，能解決該問題。然而，分流電阻33U的設(shè)置是為了檢測電流，因此若存在其他方法來檢測電流或檢測故障部分，則分流電阻33U與第2電源用開關(guān)元件37U的位置關(guān)系未必為必要條件。

另外，將電容器30U的短路故障也考慮在內(nèi)，將電容器30U的下游端與第2電源用開關(guān)元件37U的上游、即第2電源用開關(guān)元件37U與分流電阻33U的連接點相連。該結(jié)構(gòu)與V相、W相相同，因此在各開關(guān)元件31U、32U、電容器30U發(fā)生短路故障時，能夠僅將該相切斷，從而不會構(gòu)成閉合電路，因此能夠繼續(xù)用剩余兩相來進行電動機驅(qū)動，并能避免故障相產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。也就是說，在每相分別配置與逆變器電路3內(nèi)的各相的上下臂電路的開關(guān)元件31U、32U并聯(lián)的電容器。

如上所述，通過分別將第2電源用開關(guān)元件37U插入各相的電源線，從而能僅將故障相切斷，利用剩余相來繼續(xù)進行電動機驅(qū)動，并且通過在發(fā)生故障時進行切斷，能夠防止制動轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。

實施方式3

接著，對使用一個用于檢測電流的分流電阻33的情況進行說明。即使是一個分流電阻33的情況下，也基于與實施方式1及實施方式2相同的思想，另外，根據(jù)第2電源用開關(guān)元35U、37U的配置位置而考慮兩種情況。圖3及圖4中示出了一個分流電阻33，根據(jù)第2電源用開關(guān)元件35、37的不同而示出兩種局部電路圖。

圖3如實施方式1所示那樣，將第2電源用開關(guān)元件35配置于逆變器電路3的臂電路的上游側(cè)。配置一個分流電阻33在下側(cè)的臂電路的開關(guān)元件32的下游，將三相匯總相連。此外，電容器30的一端子與分流電阻的下游側(cè)的接地線分別連接，以使得即使在電容器30短路時也能將該短路相切斷。

同樣，圖4將實施方式2的第2電源用開關(guān)元件37配置于下游側(cè)。該情況下，分流電阻33需要配置于最上游側(cè)。也就是說，通過將分流電阻33配置于第1電源用開關(guān)元件15的下游側(cè)，能夠起到相同效果。此外，關(guān)于電容器30，也將+端子分別連接至分流電阻30的上游側(cè)。

如上所述，在使用一個分流電阻33的情況下，也可以通過將第2電源用開關(guān)元件37配置于恰當?shù)牟课唬瑥亩陂_關(guān)元件31U、32U短路的情況下，進而在電容器30短路的情況下，僅將其短路相的電路切斷，從而不會產(chǎn)生無用的制動轉(zhuǎn)矩，能夠繼續(xù)進行電動機驅(qū)動。

此外，在使用一個分流電阻33的情況下，關(guān)于利用分流電阻33對各相的電流進行檢測，能夠調(diào)整電流檢測的時刻，進一步進行處理以將各相的PWM驅(qū)動相位相錯開來可靠地確保檢測時刻，從而能提高獲取精度。由此，即使在將一個分流電阻33連接至母線的情況下，也能夠檢測出任意相的電流，因此能檢測出每一相的故障。

另外，在使用三個分流電阻或一個分流電阻的結(jié)構(gòu)下，關(guān)于每一相的故障，也能夠?qū)Ω鏖_關(guān)元件的漏源極間電壓進行監(jiān)視。這能通過對如下情況進行檢測來檢測故障，即、對導(dǎo)通開關(guān)元件時的漏源極間電壓異常大的情況、使開關(guān)元件截止時的漏源極間電壓異常小的情況等。

此外，本發(fā)明可以在該發(fā)明的范圍內(nèi)對各實施方式自由地進行組合，或?qū)Ω鲗嵤┓绞竭M行適當?shù)淖冃?、省略?/p>