(57)【要約】異常時においてモータ駆動を継続することが可能な、複数の駆動ユニットを備える電力変換装置を提供する。電力変換装置１０００は、ｎ相（ｎは３以上の整数）のモータ２００の各相の巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の一端に接続される第１インバータ１２０と、各相の巻線の他端に接続される第２インバータ１３０と、ｎ相の巻線、第１インバータのｎ個のレグおよび第２インバータのｎ個のレグを有するｎ個のＨブリッジを駆動する少なくとも２個の駆動ユニット３５１、３５２と、を備え、ｎ個のＨブリッジの各々は、少なくとも２個の駆動ユニットのいずれかに接続されている。
2019021647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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に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、ｎ個のレグを有する第１インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続され、ｎ個のレグを有する第２インバータと、
前記ｎ相の巻線、前記第１インバータの前記ｎ個のレグおよび前記第２インバータの前記ｎ個のレグを有するｎ個のＨブリッジを駆動する少なくとも２個の駆動ユニットと、
を備え、
前記ｎ個のＨブリッジの各々は、前記少なくとも２個の駆動ユニットのいずれかに接続されている、電力変換装置。
【請求項２】
前記少なくとも２個の駆動ユニットのうちの少なくとも１個の駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおける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に接続された第１駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動ユニットと、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおける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に接続された第２駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２駆動ユニットと、
を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記少なくとも２個の駆動ユニットの各々は、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおける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に接続された第１駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動ユニットと、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおける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に接続された第２駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２駆動ユニットと、
を備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１駆動ユニットおよび前記第２駆動ユニットのそれぞれは、プリドライバである、請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第１昇圧駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、
を有し、
前記第２駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第２昇圧駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタであり、前記第１駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記第２駆動ユニットは、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第３駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第４駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第３駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｐチャネルトランジスタであり、前記第２駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第４駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記少なくとも２個の駆動ユニットは、前記ｎ個のＨブリッジに接続されたｎ個の駆動ユニットであって、前記ｎ個の駆動ユニットは、前記ｎ個のＨブリッジをそれぞれ駆動する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ｎ個の駆動ユニットの各々は、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおける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に接続された第１駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動ユニットと、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおける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に接続された第２駆動ユニットであって、前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子および前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２駆動ユニットと、
を備える、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ｎ個の駆動ユニットの少なくとも１個の駆動ユニットにおける前記第１駆動ユニットおよび前記第２駆動ユニットのそれぞれは、プリドライバである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ｎ個の駆動ユニットの各々における前記第１駆動ユニットおよび前記第２駆動ユニットのそれぞれは、プリドライバである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記ｎ個の駆動ユニットの少なくとも１個の駆動ユニットにおける前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第１昇圧駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、を有し、
前記少なくとも１個の駆動ユニットにおける前記第２駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第２昇圧駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタであり、前記第１駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記ｎ個の駆動ユニットの各々における前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第１昇圧駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、
を有し、
前記ｎ個の駆動ユニットの各々における前記第２駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第２昇圧駆動回路であって、前記制御信号の電圧レベルは、前記電源の電圧レベルよりも高い、第２昇圧駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタであり、前記第１駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第２駆動ユニットに接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記ｎ個の駆動ユニットの少なくとも１個の駆動ユニットにおける前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記少なくとも１個の駆動ユニットにおける前記第２駆動ユニットは、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第３駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第４駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第３駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｐチャネルトランジスタであり、前記第２駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第４駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記ｎ個の駆動ユニットの各々における前記第１駆動ユニットは、
Ｈブリッジの前記第１インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第１駆動回路と、
前記第１インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第２駆動回路と、
を有し、
前記ｎ個の駆動ユニットの各々における前記第２駆動ユニットは、
前記Ｈブリッジの前記第２インバータのレグにおけるハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ハイサイドスイッチ素子に与える第３駆動回路と、
前記第２インバータの前記レグにおけるローサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号を前記ローサイドスイッチ素子に与える第４駆動回路と、
を有し、
前記第１駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子および前記第３駆動回路に接続された前記ハイサイドスイッチ素子は、Ｐチャネルトランジスタであり、前記第２駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子および前記第４駆動回路に接続された前記ローサイドスイッチ素子は、Ｎチャネルトランジスタである、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記少なくとも２個の駆動ユニットを制御し、かつ、前記少なくとも２個の駆動ユニットのうちの少なくとも１個の故障を検知する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記少なくとも１個の故障を検出したとき、前記ｎ相の巻線を通電するｎ相通電制御から、前記少なくとも２個の駆動ユニットのうちの故障した駆動ユニットに接続されたＨブリッジに含まれる巻線以外のｍ相（ｍは２以上ｎ未満の整数）の巻線を通電するｍ相通電制御に制御モードを切替える、請求項１から６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記ｎ個の駆動ユニットを制御し、前記ｎ個の駆動ユニットのうちの少なくとも１個の故障を検知する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記少なくとも１個の故障を検出したとき、前記ｎ相の巻線を通電するｎ相通電制御から、前記ｎ個の駆動ユニットのうちの故障した駆動ユニットに接続されたＨブリッジに含まれる巻線以外のｍ相（ｍは２以上ｎ未満の整数）の巻線を通電するｍ相通電制御に制御モードを切替える、請求項７から１４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記モータと、
請求項１から１６のいずれかに記載の電力変換装置と、
を備えるモータモジュール。
【請求項１８】
請求項１７に記載のモータモジュールを備える電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）および電子制御ユニット（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、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。  【０００３】
特許文献１および２は、１つのモータに第１インバータ回路および第２インバータ回路を接続する電力変換装置を開示している。特許文献１では、第１インバータ回路を駆動する第１プリドライバおよび第２インバータ回路を駆動する第２プリドラバが設けられている。それら２つのプリドライバは共通のマイクロコントローラによって制御される。特許文献２では、第１インバータ回路を駆動する第１プリドライバおよび第２インバータ回路を駆動する第２プリドラバが設けられている。第１プリドライバは第１マイクロコントローラによって制御され、第２プリドライバは第２マイクロコントローラによって制御される。このような構成によれば、一方のプリドライバが故障しても、他方のプリドライバおよびそれに接続されたインバータを用いてモータ駆動を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１７０７１１号
【特許文献１】特開２０１６−１６５１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の技術では、インバータを駆動するために必要なプリドライバなどが故障した場合の制御のさらなる向上が求められていた。電力変換装置の故障として、巻線の断線またはインバータのスイッチ素子の故障以外に、プリドライバなどの故障も想定される。特許文献１または２に開示された電力変換装置において、２つのプリドライバのうちの一方が故障した場合、両方のインバータを用いてモータの巻線を通電することは困難となる。  【０００６】
本開示の実施形態は、それぞれのＨブリッジを少なくとも２個の駆動ユニットのいずれかに接続することにより、故障した駆動ユニット以外の駆動ユニットに接続されたＨブリッジを用いてモータ駆動を継続することが可能な電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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に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、ｎ個のレグを有する第１インバータと、前記各相の巻線の他端に接続され、ｎ個のレグを有する第２インバータと、前記ｎ相の巻線、前記第１インバータの前記ｎ個のレグおよび前記第２インバータの前記ｎ個のレグを有するｎ個のＨブリッジを駆動する少なくとも２個の駆動ユニットと、を備え、前記ｎ個のＨブリッジの各々は、前記少なくとも２個の駆動ユニットのいずれかに接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の例示的な実施形態によると、異常時においてモータ駆動を継続することが可能な、複数の駆動ユニットを備える電力変換装置を提供する、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、例示的な実施形態１によるモータモジュール２０００のブロック構成を示し、主に、電力変換装置１０００のブロック構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態１による電力変換装置１０００のインバータユニット１００の回路構成例を示す回路図である。
【図３】図３は、例示的な実施形態１による電力変換装置１０００のインバータユニット１００の他の回路構成例を示す回路図である。
【図４】図４は、例示的な実施形態１による、ドライバ３５０とインバータユニット１００の接続およびドライバ３５０のブロック構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、Ｕ相のＨブリッジＨＢ１の回路構成を示す模式図である。
【図６】図６は、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有する駆動ユニット３５１とＨブリッジＨＢ１の接続を示す模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のハードウェアの構成例を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のハードウェアの構成例を示す模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のハードウェアの構成例を示す模式図である。
【図８】図８は、三相通電制御に従って電力変換装置１０００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）を例示するグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、ドライバ３５０において駆動ユニット３５１が故障した様子を示す模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、四相モータを駆動するドライバ３５０において駆動ユニット３５２が故障した様子を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＶ相、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するグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、Ｕ相の巻線Ｍ１およびＷ相の巻線Ｍ３を用いた二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、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するグラフである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、Ｕ相の巻線Ｍ１およびＶ相の巻線Ｍ２を用いた二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ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するグラフである。
【図１１】図１１は、例示的な実施形態２による、ドライバ３５０とインバータユニット１００の接続およびドライバ３５０のブロック構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、ドライバ３５０の各駆動ユニットのブロック構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、各駆動ユニットの第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２としてプリドライバＰＤを用いる場合のブロック構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、６個のプリドライバＰＤの中でＨブリッジＨＢ１の第１インバータ１２０のＵ相用レグに接続されたプリドライバＰＤが故障した様子を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータモジュール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、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、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。  
【００１１】
本明細書において、電源からの電力を、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に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。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置も本開示の範疇である。  
【００１２】
（実施形態１）  〔１−１．電力変換装置１０００およびモータモジュール２０００の構造〕  図１は、本実施形態によるモータモジュール２０００のブロック構成を模式的に示し、主に、電力変換装置１０００のブロック構成を模式的に示している。図２は、電力変換装置１０００のインバータユニット１００の回路構成例を模式的に示している。  
【００１３】
モータモジュール２０００は、モータ２００および電力変換装置１０００を備える。モータモジュール２０００は、モジュール化されて、例えば、モータ、センサ、プリドライバ（「ゲートドライバ」とも称され得る。）およびコントローラを備える機電一体型モータとして製造および販売され得る。  
【００１４】
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、インバータユニット１００の第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とに接続される。  
【００１５】
電力変換装置１０００は、インバータユニット１００および制御回路３００を備える。電力変換装置１０００は、モータ２００に接続され、かつ、コイル１０２を介して電源１０１に接続される。電力変換装置１０００は、電源１０１からの電力を、モータ２００に供給する電力に変換することができる。例えば、電力変換装置１０００は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。  
【００１６】
インバータユニット１００は、例えば、切替回路１１０、第１インバータ１２０、第２インバータ１３０および電流センサ１５０を備える。  
【００１７】
第１インバータ１２０は、各相に対応した端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌを有する。第２インバータ１３０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１２０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１２０と同様に、第２インバータ１３０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。このようなモータ結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。  
【００１８】
第１インバータ１２０（「ブリッジ回路Ｌ」と表記する場合がある。）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有する３個のレグを備える。Ｕ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２１Ｈを有する。Ｖ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１２２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２２Ｈを有する。Ｗ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１２３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２３Ｈを有する。  
【００１９】
スイッチ素子として、例えば、寄生ダイオードが内部に形成された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）とそれに並列接続された還流ダイオードとの組み合わせを用いることができる。本実施形態では、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる例を説明し、スイッチ素子をＳＷと表記する場合がある。例えば、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌは、ＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとそれぞれ表記される。  
【００２０】
第１インバータ１２０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１５０として、３個のシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒを備える。電流センサ１５０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。図２に示すように、例えば、３個のシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒは、第１インバータ１２０の３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３ＬとＧＮＤの間にそ
れぞれ接続され得る。  
【００２１】
第２インバータ１３０（「ブリッジ回路Ｒ」と表記する場合がある。）は、第１インバータ１２０と同様に、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有する３個のレグを備える。Ｕ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１３１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３１Ｈを有する。Ｖ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１３２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３２Ｈを有する。Ｗ相用レグは、ローサイドスイッチ素子１３３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３３Ｈを有する。また、第２インバータ１３０は、３個のシャント抵抗１３１Ｒ、１３２Ｒおよび１３３Ｒ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素子１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３ＬとＧＮＤの間に接続され得る。  
【００２２】
各インバータに対し、シャント抵抗の数は３つに限られない。例えば、Ｕ相、Ｖ相用の２つのシャント抵抗、Ｖ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗、および、Ｕ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗を用いることが可能である。使用するシャント抵抗の数およびシャント抵抗の配置は、製品コストおよび設計仕様などを考慮して適宜決定される。  
【００２３】
切替回路１１０は、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４を有する。インバータユニット１００において、第１および第２インバータ１２０、１３０は、切替回路１１０によって電源１０１とＧＮＤとに電気的にそれぞれ接続可能である。具体的に説明すると、第１スイッチ素子１１１は、第１インバータ１２０とＧＮＤとの接続・非接続を切替える。第２スイッチ素子１１２は、電源１０１と第１インバータ１２０との接続・非接続を切替える。第３スイッチ素子１１３は、第２インバータ１３０とＧＮＤとの接続・非接続を切替える。第４スイッチ素子１１４は、電源１０１と第２インバータ１３０との接続・非接続を切替える。  
【００２４】
第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４のオン・オフは、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。第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４は、双方向の電流を遮断することが可能である。第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４として、例えば、サイリスタ、アナログスイッチＩＣ、または寄生ダイオードが内部に形成されたＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、および、メカニカルリレーなどを用いることができる。ダイオードおよびＩＧＢＴなどの組み合わせを用いても構わない。本実施形態では、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４として、ＭＯＳＦＥＴを用いる。以降、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４を、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４とそれぞれ表記する。  
【００２５】
ＳＷ１１１は、内部の寄生ダイオードに順方向電流が第１インバータ１２０に向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１２は、寄生ダイオードに順方向電流が電源１０１に向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１３は、寄生ダイオードに順方向電流が第２インバータ１３０に向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１４は、寄生ダイオードに順方向電流が電源１０１に向けて流れるよう配置される。  
【００２６】
図示する例に限られず、使用するスイッチ素子の個数は、設計仕様などを考慮して適宜決定される。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ので、各インバータ用として複数のスイッチ素子を設けておくことが好ましい。  
【００２７】
図３は、本実施形態による電力変換装置１０００におけるインバータユニット１００の他の回路構成を模式的に示している。  
【００２８】
切替回路１１０は、逆接続保護用の第５および第６スイッチ素子１１５、１１６をさらに有していてもよい。第５および第６スイッチ素子１１５、１１６は、典型的に、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴの半導体スイッチである。第５スイッチ素子１１５は、ＳＷ１１２に直列に接続され、寄生ダイオードにおいて第１インバータ１２０に向けて順方向電流が流れるよう配置される。第６スイッチ素子１１６は、ＳＷ１１４に直列に接続され、寄生ダイオードにおいて第２インバータ１３０に向けて順方向電流が流れるよう配置される。電源１０１が逆向きに接続された場合でも、逆接続保護用の２つのスイッチ素子によって逆電流を遮断することができる。  
【００２９】
電源１０１は所定の電源電圧（例えば、１２Ｖ）を生成する。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コンバータおよびＤＣ−ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であっても良い。  
【００３０】
電源１０１は、第１および第２インバータ１２０、１３０に共通の単一電源であってもよいし、図３に示すように、第１インバータ１２０用の第１電源１０１Ａおよび第２インバータ１３０用の第２電源１０１Ｂを備えていてもよい。  
【００３１】
電源１０１と切替回路１１０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、電源供給線には、コンデンサ１０３が接続される。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。  
【００３２】
再び図１を参照する。  
【００３３】
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、コントローラ３４０と、ドライバ３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００は、インバータユニット１００に接続され、インバータユニット１００を駆動することによりモータ２００の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電する。モータモジュール２０００において、制御回路３００の各部品は、例えば１枚の回路基板（典型的にはプリント基板）に実装される。  
【００３４】
制御回路３００は、目的とするモータ２００のロータの位置、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３２０に代えてトルクセンサを備えてもよい。その場合、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。  
【００３５】
電源回路３１０は、電源１０１の例えば１２Ｖの電圧に基づいて回路内の各ブロックに必要な電源電圧（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。または、角度センサ３２０は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。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、回転信号をコントローラ３４０に出力する。  
【００３６】
入力回路３３０は、電流センサ１５０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。）を受け取って、実電流値のレベルをコントローラ３４０の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は、例えばアナログデジタル変換回路である。  
【００３７】
コントローラ３４０は、電力変換装置１０００の全体を制御する集積回路であり、例えば、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）である。コントローラ３４０は、インバータユニット１００の第１インバータ１２０および第２インバータ１３０における各ＳＷ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。  
【００３８】
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（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、それをドライバ３５０に出力する。また、コントローラ３４０は、インバータユニット１００の切替回路１１０における各ＳＷのオン・オフを制御することができる。  
【００３９】
図４は、ドライバ３５０とインバータユニット１００の接続およびドライバ３５０のブロック構成を模式的に示している。図５は、Ｕ相のＨブリッジＨＢ１の回路構成を模式的に示している。  
【００４０】
ドライバ３５０は、少なくとも２個の駆動ユニットを有することができる。本実施形態では、ドライバ３５０は、２個の駆動ユニット３５１、３５２を有する。駆動ユニット３５１、３５２の各々は、例えばプリドライバである。プリドライバは、チャージポンプ方式であってもよいし、ブートストラップ方式であってもよい。プリドライバは、複数のＨブリッジにゲート制御信号を出力するための複数のチャネルを有していることが好ましい。これにより、より多くのＨブリッジを１個のプリドライバに接続することが可能となる。  
【００４１】
ドライバ３５０は、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０における各ＳＷのスイッチング動作を制御するゲート制御信号を、コントローラ３４０からのＰＷＭ信号に従って生成し、各ＳＷのゲートにゲート制御信号を与える。  
【００４２】
２個の駆動ユニット３５１、３５２は、三相の巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、第１インバータ１２０の３個のレグおよび第２インバータ１３０の３個のレグを有する、Ｕ相のＨブリッジＨＢ１、Ｖ相のＨブリッジＨＢ２およびＷ相のＨブリッジＨＢ３の３個のＨブリッジを駆動する。３個のＨブリッジの各々は、２個の駆動ユニット３５１、３５２のいずれかに接続され得る。本実施形態では、ＨブリッジＨＢ１は、駆動ユニット３５１に接続され、ＨブリッジＨＢ２、ＨＢ３は、駆動ユニット３５２に接続されている。  
【００４３】
図５に例示すように、ＨブリッジＨＢ１は、第１インバータ１２０のＵ相用レグのＳＷ１２１Ｈ、１２１Ｌ、第２インバータ１３０のＵ相用レグのＳＷ１３１Ｈ、１３１Ｌ、および、Ｕ相の巻線Ｍ１を備える。ＨブリッジＨＢ２（不図示）は、第１インバータ１２０のＶ相用レグのＳＷ１２２Ｈ、１２２Ｌ、第２インバータ１３０のＶ相用レグのＳＷ１３２Ｈ、１３２Ｌ、および、Ｖ相の巻線Ｍ２を備える。ＨブリッジＨＢ３（不図示）は、第１インバータ１２０のＷ相用レグのＳＷ１２３Ｈ、１２３Ｌ、第２インバータ１３０のＷ相用レグのＳＷ１３３Ｈ、１３３Ｌ、および、Ｗ相の巻線Ｍ３を備える。  
【００４４】
例えば、ＨブリッジＨＢ１に対し、駆動ユニット３５１は、ＳＷ１２１Ｈ、１２１Ｌ、１３１Ｈおよび１３１Ｌに接続され、それらのスイッチ素子のゲートにゲート制御信号を与える。ＨブリッジＨＢ２、ＨＢ３に対し、駆動ユニット３５２は、ＨブリッジＨＢ２の中のＳＷ１２２Ｈ、１２２Ｌ、１３２Ｈ、１３２Ｌ、ＨブリッジＨＢ３の中のＳＷ１２３Ｈ、１２３Ｌ、１３３Ｈおよび１３３Ｌに接続され、それらのスイッチ素子のゲートにゲート制御信号を与える。  
【００４５】
図６は、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有する駆動ユニット３５１とＨブリッジＨＢ１の接続を模式的に示している。  
【００４６】
本開示において、少なくとも２個の駆動ユニットのうちの少なくとも１個の駆動ユニットは、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有し得る。本実施形態では、駆動ユニット３５１は、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有する。当然に、全ての駆動ユニットが、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有していても構わない。例えば、駆動ユニット３５２は、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有し得る。  
【００４７】
第１駆動ユニットＤＵ１は、ＨブリッジＨＢ１の第１インバータ１２０のＵ相用レグにおけるＳＷ１２１ＬおよびＳＷ１２１Ｈに接続されている。第１駆動ユニットＤＵ１は、ＳＷ１２１ＬおよびＳＷ１２１Ｈのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれらのスイッチ素子に与える。  
【００４８】
第２駆動ユニットＤＵ２は、Ｈブ
リッジＨＢ１の第２インバータ１３０のＵ相用レグにおけるＳＷ１３１ＬおよびＳＷ１３１Ｈに接続されている。第２駆動ユニットＤＵ２は、ＳＷ１３１ＬおよびＳＷ１３１Ｈのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれらのスイッチ素子に与える。  
【００４９】
図７Ａから図７Ｃは、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のハードウェアの構成例を模式的に示している。第１駆動ユニットＤＵ１と第２駆動ユニットＤＵ２とを、以下で例示するように、別個のハードウェアとして駆動ユニット３５１に設けることが可能である。駆動ユニット３５２に対しても、以下で説明するハードウェア構成を採用することは可能である。  
【００５０】
図７Ａに示すように、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、プリドライバＰＤであり得る。プリドライバＰＤとして、インバータの駆動に一般に用いられる汎用品を広く用いることができる。プリドライバＰＤはチャージポンプ方式であってもよいし、ブートストラップ方式であってもよい。  
【００５１】
図７Ｂに示すように、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、昇圧駆動回路６００および駆動回路６１０を備えることができる。この構成において、ＳＷ１２１Ｈ、１２１Ｌ、１３１Ｈおよび１３１Ｌは全てＮチャネルトランジスタである。  
【００５２】
第１駆動ユニットＤＵ１の昇圧駆動回路６００は、ＨブリッジＨＢ１の第１インバータ１２０のレグにおけるＳＷ１２１Ｈのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれに与える。昇圧駆動回路６００には電源１０１から電源電圧（例えば１２Ｖ）が供給される。昇圧駆動回路６００から出力されるゲート制御信号の電圧レベルは、電源１０１の電圧レベルよりも高く、例えば１８Ｖである。その理由は、ハイサイドスイッチ素子のソースの基準電位は、巻線に供給される駆動電圧となるために高くなるからである。昇圧駆動回路６００によってＳＷ１２１Ｈのゲートに高い電圧を与えることにより、ＳＷ１２１Ｈを適切にオンにするゲート−ソース間電圧を確保することが可能となる。  
【００５３】
第２駆動ユニットＤＵ２の昇圧駆動回路６００は、第１駆動ユニットＤＵ１の昇圧駆動回路６００と実質的に同じ構造および機能を有する。以下、第１駆動ユニットＤＵ１の昇圧駆動回路６００を例に、駆動回路６１０および昇圧回路６２０を説明する。  
【００５４】
例えば、昇圧駆動回路６００は、別個のハードウェアとして、駆動回路６１０と昇圧回路６２０とを用いて実現し得る。駆動回路６１０は、例えばバイポーラトランジスタを含むプッシュプル回路を有する。駆動回路６１０として汎用品を広く用いることができる。昇圧回路６２０は、例えばチャージポンプ方式の昇圧回路である。例えば、昇圧回路６２０は、電源１０１の１２Ｖの電圧を１８Ｖの電圧に昇圧し、昇圧電圧を駆動回路６１０に供給する。駆動回路６１０は、コントローラ３４０からのＰＷＭ信号に従って、昇圧回路６２０からの昇圧電圧に相当する電圧レベルのゲート制御信号をＳＷ１２１Ｈに与える。昇圧駆動回路６００として、上述した機能が全て実装された単体の専用回路を用いることもできる。  
【００５５】
第１駆動ユニットＤＵ１は、昇圧駆動回路６００の駆動回路６１０とは異なるさらなる駆動回路６１０を備える。その駆動回路６１０は、コントローラ３４０からのＰＷＭ信号に従って、第１インバータ１２０のＵ相用レグにおけるＳＷ１２１Ｌのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれに与える。  
【００５６】
図７Ｃに示すように、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、２個の駆動回路６１０を備えることができる。  
【００５７】
２個の駆動回路６１０のうちの一方は、第１インバータ１２０のＵ相用レグにおけるＳＷ１２１Ｈに接続され、ＳＷ１２１Ｈのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれに与える。他方は、第１インバータ１２０のＵ相用レグにおけるＳＷ１２１Ｌに接続され、ＳＷ１２１Ｌのスイッチング動作を制御するゲート制御信号をそれに与える。  
【００５８】
このハードウェア構成において、ＳＷ１２１ＨおよびＳＷ１３１ＨはＰチャネルトランジスタである。ＳＷ１２１ＬおよびＳＷ１３１ＬはＮチャネルトランジスタである。このように、ハイサイドスイッチ素子としてＰチャネルトランジスタを用いることにより、ソースの基準電位に対しゲートに与える電位を低くすることが可能となる。この理由から、第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、特に、昇圧回路６２０を必要としない。  
【００５９】
図７Ａから図７Ｃに示す駆動ユニットの回路構成によれば、例えば少なくとも２個の駆動ユニットのうちの１個における第１駆動ユニットＤＵ１または第２駆動ユニットＤＵ２が故障したとしても、その故障が他の駆動ユニットに波及することを適切に抑制できる。そのため、故障した駆動ユニット以外の他の駆動ユニットを継続して使用することが可能となる。  
【００６０】
再び図１を参照する。  
【００６１】
ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、コントローラ３４０に電力変換装置１０００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。  
【００６２】
〔１−２．電力変換装置１０００の動作〕  電力変換装置１０００には正常時および異常時の制御がある。制御回路３００（主としてコントローラ３４０）は、電力変換装置１０００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。本明細書では、異常は、主として、少なくとも１個の駆動ユニットの故障を意味する。例えば、駆動ユニットの故障は、上述したプリドライバ、昇圧駆動回路６００または駆動回路６１０が故障することを意味する。  
【００６３】
先ず、電力変換装置１０００の正常時の制御方法の具体例を説明する。正常時において、電力変換装置１０００、モータ２００の三相の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３のいずれも故障していない。  
【００６４】
コントローラ３４０は、切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４をオンにする制御信号を出力する。これにより、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４は全てオン状態となる。電源１０１と第１インバータ１２０とが電気的に接続され、かつ、電源１０１と第２インバータ１３０とが電気的に接続される。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとが電気的に接続され、かつ、第２インバータ１３０とＧＮＤとが電気的に接続される。  
【００６５】
コントローラ３４０は、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０の両方のスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を駆動ユニット３５１、３５２に出力する（図４を参照）。ＨブリッジＨＢ１、ＨＢ２およびＨＢ３の全てのスイッチ素子をオン・オフすることにより、三相の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電してモータ２００を駆動することが可能となる。本明細書において、三相の巻線を通電することを「三相通電制御」と呼ぶこととする。  
【００６６】
図８は、三相通電制御に従って電力変換装置１０００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）を示す。図８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）を表す。  
【００６７】
表１は、図８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す。具体的には、表１は、第１インバータ１２０（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１３０（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８に示す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。  
【００６８】
【表１】
2019021647.tif 000003
【００６９】
図８に示す電流波形において、電流の向きを考慮した三相の巻線に流れる電流の総和は電気角毎に「０」となる。ただし、電力変換装置１０００の回路構成によれば、三相の巻線に流れる電流を独立に制御することができるため、電流の総和が「０」とはならない制御を行うことも可能である。例えば、コントローラ３４０は、図８に示す電流波形を得るためのＰＷＭ信号を駆動ユニット３５１、３５２に出力する。  
【００７０】
次に、駆動ユニット３５１が故障した場合を例に、電力変換装置１０００の異常時の制御方法の具体例を説明する。  
【００７１】
図９Ａは、ドライバ３５０において駆動ユニット３５１が故障した様子を模式的に示している。コントローラ３４０は、少なくとも２個の駆動ユニットのうちの少なくとも１個の故障を検知することができる。本実施形態では、コントローラ３４０は、駆動ユニット３５１または３５２の故障を検知することができる。例えば、駆動ユニット３５１は故障すると、故障を示すステータス信号をコントローラ３４０に送信する。コントローラ３４０は、そのステータス信号を受け取ることにより駆動ユニット３５１の故障を検知し、電力変換装置１０００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。  
【００７２】
図示するように駆動ユニット３５１が故障した場合、駆動ユニット３５１は、それに接続されたＨブリッジＨＢ１を駆動できない。コントローラ３４０は、故障していない駆動ユニット３５２およびそれに接続されたＨブリッジＨＢ２、ＨＢ３の巻線Ｍ２、Ｍ３を通電することにより、モータの駆動を継続することが可能である。  
【００７３】
コントローラ３４０は、少なくとも１個の駆動ユニットの故障を検出したとき、ｎ相の巻線を通電するｎ相通電制御から、少なくとも２個の駆動ユニットのうちの故障した駆動ユニットに接続されたＨブリッジに含まれる巻線以外のｍ相（ｍは２以上ｎ未満の整数）の巻線を通電するｍ相通電制御に制御モードを切替えることができる。例えば、四相モータを駆動する場合を考える。コントローラ３４０は、１個の駆動ユニットの故障を検出すると、制御モードを四相通電制御から三相通電制御に切替えることが可能である。  
【００７４】
本実施形態では、コントローラ３４０は、駆動ユニット３５１の故障を検知すると、三相通電制御から二相通電制御に制御モードを切替える。コントローラ３４０は、故障した駆動ユニット３５１に接続されたＨブリッジＨＢ１に含まれる巻線Ｍ１以外の二相の巻線Ｍ２、Ｍ３を通電する。二相の巻線を通電することを「二相通電制御」と呼ぶこととする。具体的に、コントローラ３４０は、ＰＷＭ信号を駆動ユニット３５２に出力し、２個のＨブリッジＨＢ２、ＨＢ３におけるスイッチ素子のスイッチング動作を制御することにより、二相通電制御を行う。  
【００７５】
図９Ｂは、四相モータを駆動するドライバ３５０において駆動ユニット３５２が故障した様子を模式的に示している。本開示の電力変換装置は、例えば四相モータを駆動することが可能である。インバータユニット１００は、Ａ相のＨブリッジＢ
１、Ｂ相のＨブリッジＨＢ２、Ｃ相のＨブリッジＨＢ３およびＤ相のＨブリッジＨＢ４を有する。例えば、ＨブリッジＨＢ１、ＨＢ４は、駆動ユニット３５１に接続され、ＨブリッジＨＢ２、ＨＢ３は、駆動ユニット３５２に接続され得る。例えば駆動ユニット３５２が故障した場合を考える。その場合、駆動ユニット３５１はＨブリッジＨＢ１およびＨブリッジＨＢ４を駆動することにより、Ａ相およびＤ相の巻線を通電する二相通電制御が可能となる。このように、少なくとも２個の駆動ユニットがあれば、二相通電制御によってモータ駆動を継続することができる。  
【００７６】
図１０Ａは、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＶ相、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。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図１０Ａ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）を表す。図１０Ａに示す電流の向きは上述した定義に従う。  
【００７７】
表２は、図１０Ａの電流波形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２に示すＶ相、Ｗ相の巻線Ｍ２、Ｍ３に流れる電気角毎の電流値は、表１に示す三相通電制御における電気角毎の電流値と同じである。Ｕ相の巻線Ｍ１は通電されないので、表２に示す巻線Ｍ１流れる電気角毎の電流値は、ゼロである。  
【００７８】
【表２】
2019021647.tif 000004
【００７９】
参考として、Ｖ相の巻線Ｍ２またはＷ相の巻線Ｍ３を利用しない場合の二相通電制御で得られる電流波形を例示する。図１０Ｂは、Ｕ相の巻線Ｍ１およびＷ相の巻線Ｍ３を用いた二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、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１０Ｃは、Ｕ相の巻線Ｍ１およびＶ相の巻線Ｍ２を用いた二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ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。  
【００８０】
本実施形態によれば、駆動ユニットの単独故障が他の駆動ユニットに影響を与えることはない。また、２つのインバータを巻線の一端および他端にそれぞれ接続するため、故障した駆動ユニットに接続されたＨブリッジ以外のＨブリッジを用いたｍ相通電制御によってモータ駆動を継続することが可能となる。例えば、駆動ユニット３５１、３５２のうちの駆動ユニット３５１が故障した場合、制御モードを三相通電制御から二相通電制御に切替えることにより、モータ駆動を継続することが可能となる。  
【００８１】
（実施形態２）  本実施形態による電力変換装置１０００Ａは、Ｈブリッジ毎に駆動ユニットを設ける点で、第１実施形態による電力変換装置１０００とは異なる。以下、電力変換装置１０００との差異点を主に説明する。  
【００８２】
図１１は、ドライバ３５０とインバータユニット１００の接続およびドライバ３５０のブロック構成を模式的に示している。図１２は、ドライバ３５０の各駆動ユニットのブロック構成を模式的に示している。  
【００８３】
ドライバ３５０は、３個の駆動ユニット３５１、３５２および３５３を備える。駆動ユニット３５１はＨブリッジＨＢ１に接続され、ＨブリッジＨＢ１を駆動する。駆動ユニット３５２はＨブリッジＨＢ２に接続され、ＨブリッジＨＢ２を駆動する。駆動ユニット３５３はＨブリッジＨＢ３に接続され、ＨブリッジＨＢ３を駆動する。  
【００８４】
駆動ユニット３５１、３５２および３５３の各々は、例えばプリドライバであり得る。または、図１２に示すように、駆動ユニット３５１、３５２および３５３の各々は、実施形態１で説明した第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２を有していてもよい。第１駆動ユニットＤＵ１は、Ｈブリッジの第１インバータ１２０のレグ毎に設けられ、第２駆動ユニットＤＵ２は、Ｈブリッジの第２インバータ１３０のレグ毎に設けられ得る。  
【００８５】
図１３は、各駆動ユニットの第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２としてプリドライバＰＤを用いる場合のブロック構成を模式的に示している。本開示において、３個の駆動ユニット３５１、３５２および３５３の少なくとも１個の駆動ユニットにおける第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、プリドライバＰＤであり得る。図示するように、全ての第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２は、典型的にはプリドライバＰＤであり得る。プリドライバＰＤは、Ｈブリッジにおける第１インバータ１２０と第２インバータ１３０のレグ毎に設けることができる。または、ドライバ３５０は、以下で説明するように、駆動ユニット毎の様々な回路を組み合わせることによって実現し得る。  
【００８６】
例えば、駆動ユニット３５１の第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２のそれぞれは、プリドライバＰＤであり得る。駆動ユニット３５２の第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２の各々は、図７Ｂに示す昇圧駆動回路６００および駆動回路６１０を有し得る。その場合、ＨブリッジＨＢ２の全てのスイッチ素子はＮチャネルトランジスタである。駆動ユニット３５３の第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２の各々は、図７Ｃに示す２個の駆動回路６１０を有し得る。その場合、ＨブリッジＨＢ３のＳＷ１２３Ｈおよび１３３Ｈは、Ｐチャネルトランジスタであり、ＳＷ１２３Ｌおよび１３３Ｌは、Ｎチャネルトランジスタである。  
【００８７】
他の例として、ドライバ３５０における全ての第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２は、図７Ｂに示す昇圧駆動回路６００および駆動回路６１０を有し得る。または、ドライバ３５０における全ての第１駆動ユニットＤＵ１および第２駆動ユニットＤＵ２は、図７Ｃに示す２個の駆動回路６１０を有し得る。  
【００８８】
図１４は、６個のプリドライバＰＤの中でＨブリッジＨＢ１の第１インバータ１２０のＵ相用レグに接続されたプリドライバＰＤが故障した様子を模式的に示している。  
【００８９】
コントローラ３４０は、３個の駆動ユニット３５１、３５２および３５３のうちの１個の故障、例えば駆動ユニット３５１の故障を検知すると、三相通電制御から二相通電制御に制御モードを切替える。コントローラ３４０は、故障した駆動ユニット３５１に接続されたＨブリッジＨＢ１に含まれる巻線Ｍ１以外の二相の巻線Ｍ２、Ｍ３を通電することにより、モータ駆動を継続する。  
【００９０】
本実施形態によれば、実施形態１と同様に、例えばプリドライバの単独故障が他のプリドライバに影響を与えることはない。また、２つのインバータを巻線の一端および他端にそれぞれ接続するため、故障した駆動ユニットに接続されたＨブリッジ以外のＨブリッジを用いたｍ相通電制御、例えば二相通電制御によってモータ駆動を継続することが可能となる。  
【００９１】
（実施形態３）  図１５は、本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を模式的に示す。  
【００９２】
自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。電動パワーステアリング装置３０００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システムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担は軽減される。  
【００９３】
ステアリングシステム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、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、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５２９Ａ、５２９Ｂを備える。  
【００９４】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５４２、モータ５４３および減速機構５４４を備える。操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ５４３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する。モータ５４３は、減速機構５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。  
【００９５】
ＥＣＵ５４２は、例えば、実施形態１によるコントローラ３４０およびドライバ３５０などを有する。自動車ではＥＣＵを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置３０００では、例えば、ＥＣＵ５４２、モータ５４３およびインバータ５４５によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのユニットに、実施形態１または２によるモータモジュール２０００を好適に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
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。
【符号の説明】
【００９７】
１００・・インバータユニット、１０１・・電源、１０２・・コイル、１０３・・コンデンサ、１１０・・切替回路、１１１・・第１スイッチ素子、１１２・・第２スイッチ素子、１１３・・第３スイッチ素子、１１４・・第４スイッチ素子、１１５・・第５スイッチ素子、１１６・・第６スイッチ素子、１２０・・第１インバータ、１３０・・第２インバータ、１５０・・電流センサ、２００・・モータ、３００・・制御回路、３１０・・電源回路、３２０・・角度センサ、３３０・・入力回路、３４０・・コントローラ、３５０・・ドライバ、３６０・・ＲＯＭ、１０００、１０００Ａ・・電力変換装置、２０００・・モータモジュール、３０００・・電動パワーステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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