(57)【要約】  【課題】  負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路を含む電力変換装置において、より少ない個数のマイコンで制御可能であり、信頼性が高く、かつ、小型化・低コスト化に有利な電力変換装置を提供する。  【解決手段】  負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路と、前記複数のインバータ回路を制御するマイコンと、前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を選択する複数の信号選択部と、前記マイコンと前記複数の信号選択部間に並列に接続され、前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を前記マイコンから前記複数の信号選択部の各々へ伝送する第１の伝送路と、第２の伝送路と、を備え、前記複数の信号選択部の各々は、前記第１の伝送路から伝送される第１の駆動信号および前記第２の伝送路から伝送される第２の駆動信号のいずれか一方を選択することを特徴とする。【選択図】  図１
2020127291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路と、
前記複数のインバータ回路を制御するマイコンと、
前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を選択する複数の信号選択部と、
前記マイコンと前記複数の信号選択部間に並列に接続され、前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を前記マイコンから前記複数の信号選択部の各々へ伝送する第１の伝送路と、第２の伝送路と、を備え、
前記複数の信号選択部の各々は、前記第１の伝送路から伝送される第１の駆動信号および前記第２の伝送路から伝送される第２の駆動信号のいずれか一方を選択する電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号は、前記複数のインバータ回路の各々の系統毎に所定の時間で分割されたスイッチング信号である電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記マイコンは、前記第１の駆動信号または前記第２の駆動信号を選択するための制御信号を出力し、
前記複数の信号選択部の各々は、前記制御信号に基づき前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を選択する電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の駆動信号により駆動するインバータ回路または前記第２の駆動信号により駆動するインバータ回路のいずれかが失陥した場合、
前記マイコンは当該失陥したインバータ回路に対応する前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のいずれかの出力を停止する、または、当該失陥したインバータ回路に対応する前記信号選択部は前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号の選択を停止する電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記マイコンが前記失陥したインバータ回路に対応する前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のいずれかの出力を停止した場合、
前記マイコンは、前記失陥したインバータ回路以外の残存するインバータ回路の出力を増大させて、前記失陥したインバータの出力を補填制御する電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記負荷は、同一の回転軸の周方向に複数の巻線が配置されたモータであり、
前記補填制御は、前記失陥したインバータ回路が接続された巻線と対向位置にある巻線に接続されたインバータ回路の出力を増大する電力変換装置。
【請求項７】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記複数のインバータ回路の各々の電流を検出し、当該検出した電流値に基づきインバータ回路の失陥を判定する電力変換装置。
【請求項８】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記負荷は、固定子巻線が第１巻線と第２巻線に分割されたモータであり、
前記第１巻線および前記第２巻線は、前記第１の駆動信号により駆動するインバータ回路または前記第２の駆動信号により駆動するインバータ回路のいずれか一方に接続され、
前記失陥したインバータ回路と同一の巻き線の系統に接続されるインバータ回路の出力を増大させる電力変換装置。
【請求項９】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記負荷は、固定子巻線が第１巻線と第２巻線に分割されたモータであり、
前記第１巻線および前記第２巻線は、前記第１の駆動信号により駆動するインバータ回路または前記第２の駆動信号により駆動するインバータ回路のいずれか一方に接続され、
前記失陥したインバータ回路と異なる巻き線の系統に接続されるインバータ回路の出力を減少させて、前記失陥したインバータ回路の接続される巻き線系統との出力を平衡させる電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記電力変換装置は、電動パワーステアリング装置のモータを駆動する電力変換装置であり、
前記マイコンは、複数のマイコンにより構成され、
前記複数のマイコンは、異なるタイミングで分割された前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ出力し、
前記複数の信号選択部は、ステアリングの操舵状態に基づき、前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号のいずれか一方を選択する電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力変換装置であって、
前記複数の信号選択部は、ステアリングの操舵状態に基づき、前記複数のマイコンのうち選択されていない残りのマイコンのいずれか１つを選択し、当該選択したマイコンの駆動信号に切り替えて前記モータを駆動する電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記マイコンは、複数のマイコンにより構成され、
前記複数のマイコンは、異なるタイミングで分割された前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号をそれぞれ出力し、
前記複数の信号選択部は、前記複数のインバータ回路の温度または電流値に基づいて、前記複数のマイコンのうち選択される駆動信号を、漸減出力運転または運転停止する駆動信号と、当該駆動信号に協調して不足出力を補填する駆動信号に変更する電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記第１の駆動信号および前記第２の駆動信号は、送信開始に関する信号または送信完了に関する信号を含む電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記マイコンの数は、前記インバータ回路の数より少ない電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電力変換装置であって、
前記インバータ回路の数は、前記信号選択部の数と同数である電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置の構成に係り、特に、高信頼性が要求される車載用電力変換装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の電力変換装置は、多相の回転電機の電流をパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御する。回転電機が三相モータの場合には、三相の巻線にそれぞれ印加する電圧指令値とＰＷＭの基準となるキャリア信号を比較して、三相インバータのスイッチング素子のオンとオフを切り替えることで、三相の巻線電流が制御される。
【０００３】
三相モータの出力トルク及び回転速度は、三相の巻線電流により、所望の値に制御される。そして、出力トルクの制御には、印加電圧の位相を適切に制御する必要があり、モータの回転子位置を正確に把握する必要がある。
【０００４】
また、効率向上や故障時のトルク低下を回避する目的で、複数のインバータにより同一回転軸を持つモータの巻線を駆動する場合がある。それぞれのインバータを駆動するには、巻線の配置による位相差を持った交流電圧をインバータごとに印加する必要があり、独立した信号となる。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、複数インバータで同一回転軸のモータ駆動方法における課題が示されており、負荷量に応じて駆動するインバータを複数のうちから選択して、選択されたインバータで全負荷量を分担する方法について述べられている。この方法により、低負荷時は少ないインバータで、インバータの異常時には正常なインバータで動作を継続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５７４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、低負荷時に少ないインバータで駆動することで、駆動している１つあたりの印加電圧を大きくすることでモータ鉄損を減少させ、効率を向上することができる。また、駆動しないインバータが多くなることで、インバータのスイッチング損失を低減することでも効率向上が図れる。
【０００８】
また、インバータの異常時には、正常なインバータで動作を継続させることで、異常時におけるトルク低下やモータ停止等の不具合を抑制することができる。特許文献１では、複数インバータを個別に制御することで、効率向上や不具合の抑制が可能になるとしている。
【０００９】
インバータがモータ巻線に印加する交流電圧は、インバータに個別に設けられた演算装置で演算されるためインバータの個数と略同数の演算装置が必要になる。これらの演算装置にはマイコンなどが用いられるが、交流信号を演算するため高速に演算処理する性能を有していなければならない。しかしながら、特許文献１には、複数インバータの個数に対して、より少ない個数の演算装置で交流電圧を演算する技術の開示はない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路を含む電力変換装置において、より少ない個数のマイコンで制御可能であり、信頼性が高く、かつ、小型化・低コスト化に有利な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路と、前記複数のインバータ回路を制御するマイコンと、前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を選択する複数の信号選択部と、前記マイコンと前記複数の信号選択部間に並列に接続され、前記複数のインバータ回路の各々の駆動信号を前記マイコンから前記複数の信号選択部の各々へ伝送する第１の伝送路と、第２の伝送路と、を備え、前記複数の信号選択部の各々は、前記第１の伝送路から伝送される第１の駆動信号および前記第２の伝送路から伝送される第２の駆動信号のいずれか一方を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路を含む電力変換装置において、信頼性が高く、かつ、小型化・低コスト化に有利な電力変換装置を実現することができる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図２】図１におけるインバータ３の回路構成例を示す図である。
【図３】図２のＨブリッジ回路におけるスイッチング信号の演算方法を示す図である。
【図４】電圧指令値の位相と巻線配置の関係を示す図である。
【図５】伝送路信号の変調方法を示す図である。
【図６】インバータ３の変形例を示す図である。
【図７】図６の三相フルブリッジ回路におけるスイッチング信号の演算方法を示す図である。
【図８】図１におけるサブ演算装置７の構成例を示す図である。
【図９】負荷（モータ）への接続例（変形例）を示す図である。
【図１０】インバータ失陥時の動作例を示す図である。
【図１１】インバータ失陥時の動作例を示す図である。
【図１２】インバータ失陥時の動作例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るインバータ回路の配置レイアウトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
図１から図７を参照して、本発明の実施例１に係る電力変換装置について説明する。図１に、本実施例における電力変換装置の全体構成図を示す。図１のモータ１は、単相巻線の巻線２をＮ相分（Ｎ個）備え、同一の回転軸を有している。インバータ３は、１相の巻線を駆動するスイッチング素子を４素子備えたＨブリッジ回路であり、巻線２と同数の相を備える必要からＮ個のＨブリッジ回路（インバータ回路）で構成される。
【００１７】
このインバータ３は、直流電圧電源４の直流電圧を交流電圧に変換して、モータ１の巻線２に印加する。インバータ３が出力する交流電圧は、メイン演算装置（マイコン）５のメインＭＣＵ−Ａ（５Ａ）とメインＭＣＵ−Ｂ（５Ｂ）により演算される。メイン演算装置５の２つの演算装置５Ａ，５Ｂは冗長化されており、一方が故障しても、もう一方で独立した制御を行うことが可能である。
【００１８】
メイン演算装置５Ａと５Ｂからは、それぞれ伝送路６Ａと伝送路６Ｂを介して、サブ演算装置７のＮ個の演算装置にインバータ３の駆動信号を伝送する。伝送路６Ａと伝送路６Ｂにはそれぞれ独立したインバータの駆動信号が送信されるので、サブ演算装置７は所定の条件に基づき、伝送路６Ａまたは伝送路６Ｂの信号を選択してインバータ３の駆動信号とする。
【００１９】
図２にインバータ３の回路構成例を示す。インバータ３は、Ｕ相出力ＵＩに接続される上アームＱ１と下アームＱ２、Ｖ相出力ＶIに接続される上アームＱ３と下アームＱ４で４素子のＨブリッジ回路で構成される。Ｈブリッジ回路のＰとＮは直流電圧電源４に接続され、入力として直流電圧ＶＢＡＴが印加される。Ｑ１からＱ４に与えられる駆動信号に基づいて各アームがオンとオフの状態を切り替えることで、Ｕ相出力とＶ相出力の間には交流電圧が印加される。
【００２０】
また、インバータ３には、故障時に巻線２との接続を遮断する目的で、相リレー３Ａを備える場合もある。相リレー３ＡはＵ相出力ＵＩとＵＭの間、およびＶ相出力ＶＩとＶＭの間に接続され、ＵＭとＶＭ間を巻線２に接続する。インバータ３の正常時は相リレー３Ａを閉じることで閉回路が構成され、異常時に相リレー３Ａを開くことで巻線２とインバータ３を切り離すことが可能になる。
【００２１】
巻線２とインバータ３を切り離すことで、巻線２から流入する電流を遮断し、モータ１のブレーキトルクの発生を抑制できる。相リレー３Ａには、機械式リレーの他に半導体リレーとしてＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを用いても良い。
【００２２】
次に、メイン演算装置５の処理内容について述べる。メイン演算装置５Ａおよび５Ｂは、それぞれ独立してモータ１の巻線２に対する印加電圧を演算する。図示していないが、モータ１の回転子位置を位相検出器または位相推定器により検出した位相情報θを、メイン演算装置５Ａおよび５Ｂに入力する。角速度ω１は、数式１に基づいて位相θを微分することで演算される。また、上位装置から指示されるトルクまたは速度の指令値に基づいて電流指令値ＩｄおよびＩｑが演算され、数式２より電圧指令値ＶｄとＶｑが演算される。ここで、Ｒ１、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｋｅはモータの特性をあらわす定数であり、順に１相分の抵抗値、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、誘起電圧定数である。また、ｐは微分演算子である。
【００２３】
【数１】
2020127291.tif 000003
【００２４】
【数２】
2020127291.tif 000004
【００２５】
電圧指令値ＶｄとＶｑは回転座標系のｄｑ軸電圧である。インバータ３の印加電圧は交流信号である必要があるので、回転座標系から固定座標系への変換が必要となる。数式３に回転座標系から二相固定座標系への変換を、数式４に二相固定座標系から三相固定座標系への変換における関係式をそれぞれ示す。数式３と数式４により、ｄｑ軸電圧ＶｄとＶｑは、二相固定座標系のαβ軸電圧ＶαとＶβを仲立ちとして、三相固定座標系の三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。ここで、数式４のλは用いる変換式の種類により異なる係数であり、絶対変換ではλ＝√（２／３）であり、相対変換ではλ＝１となる。
【００２６】
【数３】
2020127291.tif 000005
【００２７】
【数４】
2020127291.tif 000006
【００２８】
数式３により位相θに基づいた交流信号に変換され、固定座標系では二相または三相の印加電圧の指令値が演算される。前記印加電圧の指令値に基づきモータ１に電圧を印加するには、印加電圧指令値の振幅の大小を、ＨｉｇｈとＬｏｗの２値信号パルスの幅の長短に置き換えるパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行う。パルス幅変調の結果、信号状態の時間比率であるデューティー比は、パルス幅変調のキャリア周波数毎に更新される。
【００２９】
図３に、Ｈブリッジ回路における２値信号パルスの演算方法を示す。図２に示したＱ１とＱ２をＵ相の正の電圧指令値Ｖｕで、Ｑ３とＱ４を負の電圧指令値Ｖｖに基づいた２値信号パルスでオンとオフの２状態を制御する。図３の（ａ）と（ｂ）は、電圧指令値の異なる位相に対して、時間軸を拡大して、ＰＷＭのキャリア信号との比較結果を示した図である。
【００３０】
電圧指令値の基本波周波数よりも十分に高い周波数となるキャリア信号を用い、パルス幅変調を行う。このとき、電圧指令値はほぼ一定とみなすことができ、図３（ａ）および（ｂ）では直線で近似している。電圧指令値ＶｕとＶｖとキャリア信号の大小を比較し、スイッチング信号を演算する。スイッチング信号はＨｉｇｈ／Ｌｏｗを１／０で示している。
【００３１】
Ｕ相を例に、１であれば上アームＱ１をオンして下アームＱ２をオフとする。逆に、０であれば上アームＱ１をオフして下アームＱ２をオンする。これにより、Ｕ相出力ＵＩとＶ相出力ＶＩの電圧差は図３（ａ）および（ｂ）の最下段の波形となり、電圧指令値Ｖｕがパルス状に変調された波形がモータ１の巻線２に交流電圧として印加される。
【００３２】
図４に、単相の巻線２の配置と位相の関係を示す。位相は電気角で示し、１周３６０°となるように巻線２を１からＮまで配置している。巻線２の各単相巻線を巻線２１、巻線２２から巻線２Ｎとして、電気角３０°ずつずれて配置されるモータ構造であるとする。このとき、Ｎ＝１２となる。
【００３３】
巻線２１を基準角として、三相交流では１２０°ずつ等分に配置されるａ軸、ｂ軸、ｃ軸のうち、ａ軸と一致すると考える。ａ軸は二相固定子座標軸のα軸と一致し、β軸は９０°進みの位置にある。
【００３４】
ここで、ａ軸上に巻線ａとするａ相巻線と、同様に、ｂ軸上にｂ相巻線、ｃ軸上にｃ相巻線を仮定する。ａ相、ｂ相、ｃ相には１２０°ずれた位相の三相交流電圧を印加することで、交流磁界を発生させる。これにより、巻線２１から巻線２Ｎは、巻線ａ、巻線ｂ、巻線ｃからの位相のずれである３０°ずつ位相を変えた電圧波形を印加することで、結果的に三相交流と同様の交流磁界を発生させることが可能である。よって、図３に示した電圧指令値Ｖｕは、各巻線の配置に基づいた位相とすることで、適切な位相の交流電圧を印加させることができる。
【００３５】
次に、メイン演算装置５が演算する伝送路信号について説明する。メイン演算装置５は、インバータのスイッチング素子の個数分のスイッチング信号を演算する。例えばＨブリッジであれば４信号となる。インバータ３はＮ個のＨブリッジ回路で構成されているので、４Ｎ個の信号が必要になる。
【００３６】
ここで、上下アームの信号が上下アームの短絡防止のためのデッドタイム期間を持ったＨｉｇｈとＬｏｗの反転信号であることを利用し、同一信号と見なした場合には、半数の２Ｎ個の信号をインバータ３へ伝送する必要がある。
【００３７】
これら４Ｎ個ないし２Ｎ個のスイッチング信号を、独立した伝送路ではなく共通の伝送路６Ａおよび６Ｂを介して、サブ演算装置７へ伝送する。サブ演算装置７は、受信したスイッチング信号を用いてインバータ３を駆動し、電圧指令値に基づいた交流電圧をモータ１に印加する。
【００３８】
次に、メイン演算装置５が伝送路６Ａおよび６Ｂに出力する伝送路信号の変調方法と、サブ演算装置７が伝送路信号を受信して原信号を復元する復調方法について述べる。図５は、インバータ３のＮ個のインバータを系統番号１からＮとして、各系統番号におけるスイッチング信号を一定の時間分割幅毎にａ、ｂ、ｃ、ｄと名付けたフレームに分割する方法を示している。
【００３９】
１フレームには、系統番号１からＮのスイッチング信号の状態が、予め定められた格納順で保持されている。メイン演算装置５は、１フレームの系統番号１からＮの信号状態を、フレームごとに繰り返し更新することで、伝送路信号はＮ系統のスイッチング信号を変調した信号となる。
【００４０】
伝送路信号から原信号である各系統のスイッチング信号を復元するには、図３と逆の作用を適用する。系統番号１からＮは予め定められた格納順になっているので、サブ演算装置７の各系統では各フレームの所定の順序にある信号をサンプル（選択）し、保持する。これは、１つの信号につき１フレームに１回行えば良い。この保持された信号が、原信号であるメイン演算装置５が系統毎に演算したスイッチング信号となる。前記伝送路信号は、ＨｉｇｈとＬｏｗの２値信号であることから、ノイズに対して強い。
【００４１】
メイン演算装置５Ａは伝送路６Ａへ、メイン演算装置５Ｂは伝送路６Ｂへそれぞれ伝送路信号を出力する。サブ演算装置７は、伝送路６Ａと伝送路６Ｂの両方の伝送路信号を受け取るが、所定の条件に従い、いずれか一方の信号を選択してインバータ３を駆動する。所定の条件には、メイン演算装置５Ａもしくは５Ｂのいずれか一方が故障した場合を含んでいる。メイン演算装置５のいずれか一方が故障した場合でも、残る一方でサブ演算装置７全てにスイッチング信号を送信できるため、モータの出力を損なうことなく運転継続できる。
【００４２】
図５には、同じ相の系統番号１からＮのスイッチング信号を示した。伝送路信号は、同じ相を同一の伝送路信号としても良いし、異なる系統、異なる相を同一の伝送路信号とする組み合わせでも良い。
【００４３】
また、モータ１は、単相巻線で図示したが三相巻線であっても良い。三相巻線であれば、インバータは４素子のＨブリッジ回路に替えて、６素子の三相フルブリッジ回路を用いることができ、４素子で１相を制御するよりも６素子で３相を制御できるため、回路利用効率が良い。
【００４４】
図６に、図２の変形例である三相フルブリッジ回路構成の例を示す。Ｕ相出力ＵＩに接続される上アームＳｕｐと下アームＳｕｎ、Ｖ相出力ＶIに接続される上アームＳｖｐと下アームＳｖｎ、Ｗ相出力ＷIに接続される上アームＳｗｐと下アームＳｗｎの６素子で構成される。また、Ｈブリッジ回路（図２）と同様に、インバータ３の故障時に巻線２との接続を遮断する目的で、相リレー３Ｂを備える場合もある。相リレー３Ｂは、各相出力ＵＩ、ＶＩ、ＷＩと巻き線２の各相入力ＵＭ、ＶＭ、ＷＭの各相間に挿入される。動作（作用）および効果は、図２に示したＨブリッジ回路の場合と同様である。
【００４５】
図７に三相フルブリッジ回路における２値信号パルスの演算方法を示す。図６に示したＳｕｐとＳｕｎをＵ相の電圧指令値Ｖｕ、ＳｖｐとＳｖｎをＶ相の電圧指令値Ｖｖ、ＳｗｐとＳｗｎをＷ相の電圧指令値Ｖｗにそれぞれ基づいた２値信号パルスでオンとオフの２状態を制御する。
【００４６】
図７の（ａ）と（ｂ）は、図３と同様に電圧指令値の異なる位相に対して、時間軸を拡大して、ＰＷＭのキャリア信号との比較結果を示した図である。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとキャリア信号の大小を比較し、スイッチング信号を演算する。スイッチング信号に基づいて各相の上下アームをオンとオフで制御すると、各相の電圧指令値がパルス状に変調され、モータ１の巻線２に交流電圧として印加される。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の電力変換装置は、負荷（モータ１）に対して並列に接続される複数のインバータ回路３と、複数のインバータ回路３を制御するマイコン（メイン演算装置５）と、複数のインバータ回路３の各々の駆動信号を選択する複数の信号選択部（サブ演算装置７）と、マイコン（メイン演算装置５）と複数の信号選択部（サブ演算装置７）間に並列に接続され、複数のインバータ回路３の各々の駆動信号をマイコン（メイン演算装置５）から複数の信号選択部（サブ演算装置７）の各々へ伝送する第１の伝送路６Ａと、第２の伝送路６Ｂと、を備え、複数の信号選択部（サブ演算装置７）の各々は、第１の伝送路６Ａから伝送される第１の駆動信号および第２の伝送路６Ｂから伝送される第２の駆動信号のいずれか一方を選択する。
【００４８】
そして、第１の駆動信号および第２の駆動信号は、複数のインバータ回路３の各々の系統毎に所定の時間で分割されたスイッチング信号である。
【００４９】
また、マイコン（メイン演算装置５）の数は、インバータ回路３の数より少ない。インバータ回路３の数は、信号選択部（サブ演算装置７）の数と同数である。
【００５０】
これにより、負荷に対して並列に接続される複数のインバータ回路を含む電力変換装置において、信頼性が高く、かつ、小型化・低コスト化に有利な電力変換装置を実現することができる。
【実施例２】
【００５１】
図８を参照して、本発明の実施例２に係る電力変換装置について説明する。図８に、サブ演算装置７を簡易な信号選択部７２と信号保持部７３を用いて構成する例を示す。伝送路６Ａと伝送路６Ｂの入力信号は伝送路切替部７１により、必要な入力が選択される。伝送路６Ａはメイン演算装置５Ａに、伝送路６Ｂはメイン演算装置５Ｂにそれぞれ接続されていることから、いずれかのメイン演算装置５に故障が発生した場合は、正常な方を選択する。
【００５２】
伝送路切替部７１の出力は、信号選択部７２に入力される。信号選択部７２は、メイン演算装置５または予め定義されたタイミングを取得できるタイミング信号７０に従い、伝送路信号をサンプリング（選択）する。サンプリングした信号は、信号保持部７３に入力される。この際、信号選択部７２はサンプリングした信号の出力先を切り替えることで、インバータ３の上下アームのスイッチング信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎを適切に振り分ける。信号保持部７３は、スイッチング信号ごとに信号保持部（７３ｕｐ，７３ｕｎ，７３ｖｐ，７３ｖｎ，７３ｗｐ，７３ｗｎ）を有している。
【００５３】
本構成とすることで、伝送路信号が２値信号となっていることから、四則演算を行う高度な演算装置を必要とせず、小規模の回路と記憶装置によりサブ演算装置７を構成できる。その結果、簡素かつ小型な回路で実現できる。
【実施例３】
【００５４】
図９を参照して、本発明の実施例３に係る電力変換装置について説明する。図９は、負荷であるモータを２重巻線のモータ１と、インバータ３を２並列ずつ４並列で構成した例であり、実施例１（図１）の変形例に相当する。２重巻線のモータ１は、第１巻線２１と第２巻線２２が同一回転軸を有するモータ固定子に独立して巻回されている三相巻線構成である。
【００５５】
第１巻線２１には、インバータ３の系統番号１および２となるインバータ３１とインバータ３２が並列に接続される。同様に、第２巻線２２には、インバータ３の系統番号３および４となるインバータ３３とインバータ３４が並列に接続されている。
【００５６】
第１巻線２１と第２巻線２２は対称な動作をするので、以下では、第１巻線２１を例に説明する。第１巻線２１に並列に接続されるインバータ３１とインバータ３２は、三相出力の各相は略一致した電圧指令値にもとづき交流電圧を出力する。
【００５７】
これにより、インバータ３１とインバータ３２の出力電流は合算され、第１巻線２１に通流する。インバータ３１若しくはインバータ３２が故障した場合、インバータ３の備える相リレー３Ｂにより故障したインバータは回路から切り離され、残存するインバータで動作を継続する。
【００５８】
この際、故障したインバータ３に接続されるサブ演算装置７は、伝送路信号の選択を中止する。また、インバータの失陥は、各相に取り付けた電流センサまたは直流電圧電源４に接続するＰＮ間のＰ端子またはＮ端子間に設けられたシャント抵抗などの直流電流センサから得られる電流情報（またはそれに基づいて算出した温度情報）を監視し、所定の閾値を超えた過大な電流が流れる場合に、故障と判定する。
【００５９】
図１０に、第１巻線２１のインバータ３１またはインバータ３２のいずれかが故障し、故障インバータの回路を切り離した後の運転動作を示す。第１巻線出力は、１つのインバータ出力をＨとすると正常時には出力２Ｈが得られるが、失陥時には出力Ｈとなる。第２巻線２２は正常時の出力２Ｈまで出力できる。合計出力ＨＴが出力Ｈ以下であれば、第１巻線の残存インバータで出力をまかなうことができるので、第１巻線および第２巻線ともに同一出力とする。
【００６０】
合計出力ＨＴが出力Ｈを超過する場合、第１巻線は出力Ｈとして、第２巻線はΔｔを調整分として第１巻線よりも大きく出力し、第２巻線の出力は（Ｈ＋Δｔ）となる。これにより、合計出力ＨＴは数式５となる。最大でΔｔはＨまで出力できるので、正常時２Ｈの３／４までを出力する。
【００６１】
【数５】
2020127291.tif 000007
【００６２】
このような動作をさせることで、低い出力が求められる条件では第１巻線２１と第２巻線２２の出力が均等であり、インバータ正常時と遜色ない動作を継続することができる。また、高い出力が求められる条件では、正常時の７５％までの出力で動作させることができる。
【００６３】
また、インバータ３が出力Ｈより大きな定格出力ＨＲで設計されている場合は、定格出力ＨＭと出力Ｈの差分をΔｈとして、数式６で与えられる。
【００６４】
【数６】
2020127291.tif 000008
【００６５】
４並列インバータで１インバータが失陥した場合、残存する３インバータで差分出力Δｈを上乗せした場合に、数式７の合計出力ＨＴが得られる。正常時出力２Ｈと比較して、数式８の出力が得られる。
【００６６】
【数７】
2020127291.tif 000009
【００６７】
【数８】
2020127291.tif 000010
【００６８】
定格出力ＨＭに余裕がある場合には、Δｈ／Ｈ分を正常時の７５％出力に加算することができる。
【００６９】
つまり、本実施例の電力変換装置は、複数のマイコン（メイン演算装置５Ａ，５Ｂ）を備えており、複数のマイコン（メイン演算装置５Ａ，５Ｂ）は、異なるタイミングで分割された第１の駆動信号と第２の駆動信号をそれぞれ出力し、複数の信号選択部（サブ演算装置７）は、複数のインバータ回路３の温度または電流値に基づいて、複数のマイコン（メイン演算装置５Ａ，５Ｂ）のうち選択される駆動信号を、漸減出力運転または運転停止する駆動信号と、当該駆動信号に協調して不足出力を補填する駆動信号に変更する。
【実施例４】
【００７０】
図１１を参照して、本発明の実施例４に係る電力変換装置について説明する。図１１に、モータ１の巻線２が単相巻線となる構成におけるインバータ失陥時の動作例を示す。まず、インバータ３がメイン演算装置５Ａおよび５Ｂのいずれの指令値に基づいて動作するか、或いは、電気角０°から１８０°と１８０°から３６０°で分割し、０°から１８０°を系統Ａとしてメイン演算装置５Ａに従い、１８０°から３６０°を系統Ｂとしてメイン演算装置５Ｂに従う構成として示す。図１１には、電気角６０°から９０°の巻線に対応する１インバータが失陥した場合を図示する。
【００７１】
失陥インバータと同系統である系統Ａの残存するインバータの出力をΔｔ増加させることで、失陥出力分を補う。このようにすることで、系統Ｂは出力を変化させずに、合計出力を維持することができる。Δｔは数式９で与えられる。Ｈ１＋Δｔは、１インバータの最大出力Ｈ以下であれば良い。
【００７２】
【数９】
2020127291.tif 000011
【００７３】
図１２に、図１１と同様のインバータ失陥時における別の出力の補填方法を示す。電気角６０°から９０°の巻線に対応するインバータが失陥した場合に、失陥インバータの系統Ａとは異なる系統Ｂの１つのインバータ出力を増加させる。出力を増加させるインバータは、電気角６０°から９０°に対向する配置である２４０°から２７０°の巻線に対応したインバータとする。このような構成とすることで、モータ１の構造に対して対称な配置の出力を補填することができ、インバータ失陥の影響を低減できる。
【実施例５】
【００７４】
図１３を参照して、本発明の実施例５に係る電動パワーステアリング装置について説明する。図１３は、車両の進行方向を操舵する電動パワーステアリング装置を示しており、ステアリングホイール２０１を操作することで、トルクセンサ２０２とステアリングアシスト機構２０３を介して、ステアリング機構２０４を稼働させ、タイヤ（車輪）２０５の方向を転舵して、車両の進行方向を操舵する。
【００７５】
ステアリングアシスト機構２０３は、ステアリングホイール２０１の手動による操舵力と、モータ駆動システム１００から得られる電動アシストによる操舵力との合力でもって、ステアリング機構２０４を稼働する操舵力を出力している。モータ駆動システム１００は、トルクセンサ２０２より得られる出力から、電力変換装置１０１が、手動の操舵力の不足分を求めて電動アシストの操舵力としてモータ１０２を駆動する。
【００７６】
電力変換装置１０１には、上記の各実施例で説明した電力変換装置を用いる。モータ駆動システム１００は、車両の操舵が直進となる走行条件においては、操舵力は略ゼロになる。この条件で全てのサブ演算装置７は、メイン演算装置５Ａまたは５Ｂの出力のいずれか一方のみを選択する。
【００７７】
これにより、メイン演算装置５Ａと５Ｂの演算誤差や同期ずれなどの微少な変化による影響を除去でき、操舵力が略ゼロの極微少な負荷条件の運転に適切に応答することができる。その結果、安定した走行を実現できる。
【実施例６】
【００７８】
図１４を参照して、本発明の実施例６に係る電力変換装置について説明する。図１４は、インバータ３におけるインバータ回路の配置レイアウトの例を模式的に示した図である。各インバータ回路は系統番号１〜１２で示しており、外周にある系統番号１から８までのインバータ回路と内周にある系統番号９から１２までのインバータ回路が配置してある。外周と内周の配置では、放熱特性に違いが生じ、内周にある系統番号９から１２のインバータ回路の放熱特性が悪くなる。
【００７９】
そこで、上記の実施例１から実施例４で説明した構成（方法）により、内周に配置されたインバータ回路９〜１２は出力を漸減し、外周に配置されたインバータ回路１〜８の出力を漸減した分だけ増加させる。また、要求される合計出力が小さい場合には、内周インバータ９〜１２を停止させ、外周インバータ１〜８のみで運転する。このようにすることで、合計出力を変化させることなく、放熱特性も満足させることができ、電力変換装置の信頼性向上が図れる。
【実施例７】
【００８０】
実施例１の図１及び図５を参照して、本発明の実施例７に係る電力変換装置について説明する。本実施例では、伝送路６Ａ，６Ｂの各伝送路信号に、送信開始と送信終了の信号を付加する。また、各フレームに誤り検出符号を付加する。このような構成をとることで、ノイズに対して強くすることができ、誤検知を抑制できる。また、誤り検出符号によれば、ノイズにより反転した信号を訂正できるので、ノイズ環境下での特性を向上できる。
【００８１】
なお、上記の各実施例において、電力変換装置（複数のインバータ回路）が接続される負荷として、自動車の電動パワーステアリング装置のモータを想定して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動車の電動ブレーキやその他の電動アクチュエータのモータにも適用可能であることは言うまでもない。
【００８２】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１０２…モータ
２…巻線
３，３１，３２，３３，３４…インバータ（回路）
３Ａ，３Ｂ…相リレー
４…直流電圧電源
５…メイン演算装置（マイコン）
５Ａ…メイン演算装置（メインＭＣＵ−Ａ）
５Ｂ…メイン演算装置（メインＭＣＵ−Ｂ）
６Ａ，６Ｂ…伝送路
７…サブ演算装置
２１…第１巻線
２２…第２巻線
７０…タイミング信号
７１…伝送路切替部
７２…信号選択部
７３…信号保持部
１００…モータ駆動システム
１０１…電力変換装置
２０１…ステアリングホイール
２０２…トルクセンサ
２０３…ステアリングアシスト機構
２０４…ステアリング機構
２０５…タイヤ（車輪）
【図１】
2020127291.tif 000012
【図２】
2020127291.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020127291.tif 000016
【図６】
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【図７】
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【図８】
2020127291.tif 000019
【図９】
2020127291.tif 000020
【図１０】
2020127291.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020127291.tif 000024
【図１４】
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