負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等的負(fù)載的裝置，尤其，涉及包括通過開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作而對負(fù)載供應(yīng)電流的逆變器電路的負(fù)載驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在車輛中搭載的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，為了將與方向盤的操舵轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的操舵輔助力提供給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，設(shè)置了 3相無刷電動(dòng)機(jī)等的電動(dòng)式電動(dòng)機(jī)。作為驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)的裝置，已知基于PWM(脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulat1n))控制方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
[0003]一般，PWM控制方式的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括通過具有預(yù)定的占空比的PWM信號而被驅(qū)動(dòng)的逆變器電路。逆變器電路由在上臂和下臂中分別具有開關(guān)元件的上下一對的臂設(shè)置了相數(shù)個(gè)的、橋電路構(gòu)成。并且，通過基于PWM信號的各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作，從電源通過逆變器電路對電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電流，電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)。
[0004]在這樣的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，因開關(guān)元件的故障，在逆變器電路中的任一個(gè)相中發(fā)生了異常的情況下，使電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)停止是一般的控制方法。但是，在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下，若在發(fā)生異常時(shí)使電動(dòng)機(jī)立即停止，則突然得不到操舵輔助力，在駕駛中產(chǎn)生障礙。因此，提出了如下的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置:無論是哪一個(gè)相的開關(guān)元件發(fā)生了故障，都能夠使得電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)繼續(xù)(例如，專利文獻(xiàn)I?4)。
[0005]在專利文獻(xiàn)I中，在發(fā)生通電不良時(shí)，確定發(fā)生了故障的開關(guān)元件，確定能夠經(jīng)由與該元件成對的開關(guān)元件對通電不良相進(jìn)行通電的、旋轉(zhuǎn)角范圍。然后，通過在該旋轉(zhuǎn)角范圍中對各相通上正弦波電流，從而繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0006]在專利文獻(xiàn)2中，在開關(guān)元件發(fā)生了開路故障(一直處于斷開的故障)的情況下，即使是在使用發(fā)生了故障的開關(guān)元件的區(qū)域中，通過執(zhí)行固定了合成電壓矢量的矢量控制，也繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0007]在專利文獻(xiàn)3中，在檢測出開關(guān)元件的故障的情況下，以2相的輸出電流的波形分別接近正弦波的方式，使沒有發(fā)生故障的剩余的開關(guān)元件動(dòng)作，從而繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0008]在專利文獻(xiàn)4中，在I相中發(fā)生了斷線等的異常的情況下，計(jì)算正常的2相的目標(biāo)電流值，將基于這些目標(biāo)電流值而生成的電壓指令值提供給逆變器驅(qū)動(dòng)電路，從而繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
[0009]例如，在具有6個(gè)開關(guān)元件的3相的逆變器電路中，I相的上下的任一個(gè)開關(guān)元件發(fā)生了故障的情況下，有只使用剩余的2相的4個(gè)開關(guān)元件而繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的方式(以下，稱為“2相方式”)和除了上述4個(gè)開關(guān)元件之外還使用發(fā)生了故障的相的正常的I個(gè)開關(guān)元件而繼續(xù)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)的方式(以下，稱為“準(zhǔn)3相方式”)。專利文獻(xiàn)I?3是準(zhǔn)3相方式的例，專利文獻(xiàn)4是2相方式的例。在2相方式的情況下，切斷發(fā)生了故障的相整體，但在準(zhǔn)3相方式的情況下，只切斷發(fā)生了故障的開關(guān)元件。由于與2相方式相比，準(zhǔn)3相方式的電動(dòng)機(jī)電流的紋波(ripple)分量少，所以具有操舵性能提高的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]圖10表示在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中使用的、現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的一例。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置200包括逆變器電路10、驅(qū)動(dòng)電路20以及控制部30。電動(dòng)機(jī)M是用于提供操舵輔助力的輔助電動(dòng)機(jī)。電源Vd是從在車輛中搭載的電池供應(yīng)的直流電源。
[0011]逆變器電路10由具有6個(gè)開關(guān)元件Ql?Q6的3相橋電路構(gòu)成。開關(guān)元件Ql?Q6由FET (場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成，分別具有二極管Dl?D6。這些二極管Dl?D6是FET的漏極-源極間的寄生二極管，以相對于電源Vd (正極)成為反向的方式，與開關(guān)元件Ql?Q6并聯(lián)連接。上級的開關(guān)元件Q1、Q3、Q5和下級的開關(guān)元件Q2、Q4、Q6的各連接點(diǎn)經(jīng)由電路連接到電動(dòng)機(jī)M。在開關(guān)元件Q2、Q4、Q6和地G之間，設(shè)置有用于檢測流過電動(dòng)機(jī)M的電流的電流檢測電阻Rs。
[0012]控制部30基于在電流檢測電阻Rs中檢測出的電動(dòng)機(jī)電流的值、和根據(jù)在未圖示的轉(zhuǎn)矩傳感器中檢測出的操舵轉(zhuǎn)矩值而計(jì)算出的目標(biāo)電流值之間的偏差，運(yùn)算用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件Ql?Q6的PWM信號的占空比。驅(qū)動(dòng)電路20基于從控制部30提供的占空比的值，生成6種PWM信號，并將各PWM信號施加到開關(guān)元件Ql?Q6的各柵極。通過根據(jù)該P(yáng)WM信號而開關(guān)元件Ql?Q6進(jìn)行導(dǎo)通/截止，從而逆變器電路10進(jìn)行動(dòng)作，從電源Vd經(jīng)由逆變器電路10對電動(dòng)機(jī)M供應(yīng)電流。
[0013]圖11是表示了逆變器電路10的動(dòng)作的定時(shí)圖。(a)、(b)表示對A相上級的開關(guān)元件Ql提供的PWM信號和元件Ql的動(dòng)作，(c)、(d)表示對A相下級的開關(guān)元件Q2提供的PWM信號和元件Q2的動(dòng)作，(e)、(f)表示對C相上級的開關(guān)元件Q5提供的PWM信號和元件Q5的動(dòng)作，(g)、(h)表示對C相下級的開關(guān)元件Q6提供的PWM信號和元件Q6的動(dòng)作，
(i)表示A相的電動(dòng)機(jī)端子電壓，(j)表示C相的電動(dòng)機(jī)端子電壓。PWM信號的“H”表示高電平，“L”表示低電平。另外，為了簡化說明，關(guān)于B相，省略了圖示。
[0014]在圖11中，時(shí)刻tl?t2的區(qū)間Tl是電力運(yùn)行(*9吞二 3 )區(qū)間。在該區(qū)間Tl中，通過如(b)、(h)所示，開關(guān)元件Q1、Q6成為導(dǎo)通狀態(tài)，如(d)、(f)所示，開關(guān)元件Q2、Q5成為截止?fàn)顟B(tài)，從而按照圖12A的虛線所示的路徑，從電源Vd對電動(dòng)機(jī)M流過電流。
[0015]時(shí)刻t2?t3的區(qū)間T2是下級再生區(qū)間。在該區(qū)間T2中，通過如(d)、(h)所示，開關(guān)元件Q2、Q6成為導(dǎo)通狀態(tài)，如(b)、(f)所示，開關(guān)元件Q1、Q5成為截止?fàn)顟B(tài)，從而按照圖12B的虛線所示的路徑，流過基于在電動(dòng)機(jī)M的電感中蓄積的能量的釋放的再生電流。
[0016]時(shí)刻t3?t4的區(qū)間T3再次成為電力運(yùn)行區(qū)間，通過如(b)、(h)所示，開關(guān)元件Ql、Q6成為導(dǎo)通狀態(tài)，如(d)、(f)所示，開關(guān)元件Q2、Q5成為截止?fàn)顟B(tài)，從而按照圖12C (與圖12A相同)的虛線所示的路徑，從電源Vd對電動(dòng)機(jī)M流過電流。
[0017]時(shí)刻t4?t5的區(qū)間T4是上級再生區(qū)間。在該區(qū)間T4中，通過如(b)、(f)所示，開關(guān)元件Q1、Q5成為導(dǎo)通狀態(tài)，如(d)、(h)所示，開關(guān)元件Q2、Q6成為截止?fàn)顟B(tài)，從而按照圖12D的虛線所示的路徑，流過基于在電動(dòng)機(jī)M的電感中蓄積的能量的釋放的再生電流。
[0018]時(shí)刻t5?t6的區(qū)間T5再次成為電力運(yùn)行區(qū)間，以后，重復(fù)與區(qū)間Tl?T4相同的模式。
[0019]在如上述的逆變器電路10中，有時(shí)發(fā)生開關(guān)元件Ql?Q6中的任一個(gè)被固定為截止(非導(dǎo)通)狀態(tài)、不導(dǎo)通(ON)的故障。在本說明書中，將該故障稱為“截止故障”(專利文獻(xiàn)2的“開路故障”也是同樣的含義)。
[0020]如圖10所示，在使用了二極管Dl?D6并聯(lián)連接的開關(guān)元件Ql?Q6的情況下，在截止故障中有2種類型。一種是，開關(guān)元件和二極管中的任一個(gè)都不導(dǎo)通的故障(以下，稱為“完全截止故障”)。這是例如在FET的漏極側(cè)或源極側(cè)發(fā)生斷線，開關(guān)元件和二極管的雙方成為切斷狀態(tài)時(shí)的故障。另一種是，二極管正常且只有開關(guān)元件不導(dǎo)通的故障(以下，稱為“不完全截止故障”)。這是例如在FET的柵極接地或者FET主體破損時(shí)的故障。
[0021]圖13表示在逆變器電路10的C相上級中發(fā)生了“完全截止故障”的情況下的、上級再生時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)，由于開關(guān)元件Q5處于異常(非導(dǎo)通)狀態(tài)，所以再生電流不能通過開關(guān)元件Q5流過逆變器電路10。此外，由于二極管D5也處于異常(非導(dǎo)通)狀態(tài)，所以再生電流不能通過二極管D5流過逆變器電路10。
[0022]圖14表示在逆變器電路10的C相上級中發(fā)生了“不完全截止故障”的情況下的、上級再生時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)，由于開關(guān)元件Q5處于異常(非導(dǎo)通)狀態(tài)，所以再生電流不能通過開關(guān)元件Q5流過逆變器電路10。但是，由于二極管D5正常，所以按照虛線所示的路徑，再生電流通過二極管D5流過逆變器電路10。
[0023]在如圖13所示那樣在C相上級中發(fā)生了完全截止故障的狀態(tài)下，如圖15 (j)的虛線所示，在從電力運(yùn)行狀態(tài)切換到上級再生狀態(tài)的定時(shí)(時(shí)刻t4)，在C相的電動(dòng)機(jī)端子電壓(開關(guān)元件Q5、Q6的連接點(diǎn)的電壓)中產(chǎn)生正向的浪涌電壓。這是因?yàn)?，在時(shí)刻t4，C相下級的開關(guān)元件Q6(正常)截止的瞬間，在電動(dòng)機(jī)M的電感中蓄積的能量不能作為再生電流而被吸收，而是成為浪涌電壓而出現(xiàn)。并且，若該浪涌電壓的電壓值超過開關(guān)元件Q6的耐壓，則開關(guān)兀件Q6被擊穿。
[0024]因此，在C相上級處于完全截止故障的狀態(tài)的情況下，即使想要使C相下級的正常的開關(guān)元件Q6導(dǎo)通/截止而進(jìn)行基于前述的準(zhǔn)3相方式的驅(qū)動(dòng)，若開關(guān)元件Q6被擊穿，則也不能進(jìn)行基于準(zhǔn)3相方式的驅(qū)動(dòng)。在該情況下，終宄還是需要切換到基于2相方式的驅(qū)動(dòng)，但以往沒有判斷是否應(yīng)采用準(zhǔn)3相方式和2相方式中的哪一個(gè)的方法。
[0025]另一方面，在C相上級處于不完全截止故障的狀態(tài)的情況下，由于在上級再生時(shí)流過再生電流，所以在C相的電動(dòng)機(jī)端子電壓中不會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓。因此，在該情況下，不使C相下級的開關(guān)元件Q6導(dǎo)通/截止而將C相完全切斷而進(jìn)行基于2相方式的驅(qū)動(dòng)，不僅是無用的，電動(dòng)機(jī)電流的紋波分量也比準(zhǔn)3相方式增加，所以不好。
[0026]圖16表示在逆變器