(57)【要約】  電力変換装置（１００）は、モータの各相の巻線（Ｍ１、Ｍ２および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、第１インバータとグランドとの接続・非接続を切替え、第１保護回路（ＰＣ１）が並列に接続された第１スイッチ素子（１１１）、および、第２インバータとグランドとの接続・非接続を切替え、第２保護回路（ＰＣ２）が並列に接続された第２スイッチ素子（１１２）の少なくとも１つを有する切替回路（１１０）と、を備える。
2017150640.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る第１インバータと、
前記各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、
前記第１インバータとグランドとの接続・非接続を切替え、第１保護回路が並列に接続された第１スイッチ素子、および、前記第２インバータと前記グランドとの接続・非接続を切替え、第２保護回路が並列に接続された第２スイッチ素子の少なくとも１つを有する切替回路と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記第１および第２保護回路の各々はダイオードを備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１および第２保護回路の各々はＲＣ回路を備える、請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１および第２保護回路の各々は、１個の抵抗素子、または、直列若しくは並列に接続された複数の抵抗素子を備える、請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記切替回路は、前記第１スイッチ素子、および、前記第１インバータと前記電源との接続・非接続を切替え、第３保護回路が並列に接続された第３スイッチ素子を有する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記切替回路は、前記第１および第２スイッチ素子を有する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記切替回路は、前記第１インバータと前記電源との接続・非接続を切替え、第３保護回路が並列に接続された第３スイッチ素子、および、前記第２インバータと前記電源との接続・非接続を切替え、第４保護回路が並列に接続された第４スイッチ素子をさらに有する、請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１から第４保護回路の少なくとも１つは、ダイオードを備える、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１から第４保護回路の少なくとも１つは、ＲＣ回路を備える、請求項７または８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１から第４保護回路の少なくとも１つは、１個の抵抗素子、または、直列若しくは並列に接続された複数の抵抗素子を備える、請求項７から９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第１から第４保護回路の各々は、ダイオードを備える、請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第１から第４保護回路の各々は、ＲＣ回路を備える、請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記第１から第４保護回路の各々は、１個の抵抗素子、または、直列若しくは並列に接続された複数の抵抗素子を備える、請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記第１インバータが異常のとき、前記第３スイッチ素子は、前記第１インバータと前記電源との接続を遮断する、請求項７から１３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記第１インバータが異常のとき、前記第１スイッチ素子は、前記第１インバータと前記グランドとの接続を遮断する、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１６】
前記第１インバータが異常のとき、前記第１インバータにおいて前記各相の巻線の中性点が構成される、請求項１４または１５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、
前記電力変換装置を制御する制御回路と、
を備えるモータ駆動ユニット。
【請求項１８】
請求項１７に記載のモータ駆動ユニット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、モータ駆動ユニット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】
ブラシレスＤＣモータおよび交流同期モータなどの電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）は、一般的に三相電流によって駆動される。三相電流の波形を正確に制御するため、ベクトル制御などの複雑な制御技術が用いられる。このような制御技術では、高度な数学的演算が必要であり、マイクロコントローラ（マイコン）などのデジタル演算回路が用いられる。ベクトル制御技術は、モータの負荷変動が大きな用途、例えば、洗濯機、電動アシスト自転車、電動スクータ、電動パワーステアリング装置、電気自動車、産業機器などの分野で活用されている。一方、出力が相対的に小さなモータでは、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式などの他のモータ制御方式が採用されている。【０００３】
車載分野においては、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｏｒｌ  Ｕｎｉｔ）が車両に用いられる。ＥＣＵは、マイクロコントローラ、電源、入出力回路、ＡＤコンバータ、負荷駆動回路およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵを核として電子制御システムが構築される。例えば、ＥＣＵはセンサからの信号を処理してモータなどのアクチュエータを制御する。具体的に説明すると、ＥＣＵはモータの回転速度やトルクを監視しながら、電力変換装置におけるインバータを制御する。ＥＣＵの制御の下で、電力変換装置はモータに供給する駆動電力を変換する。【０００４】
近年、モータ、電力変換装置および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は、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。【０００５】
例えば特許文献１は、制御部と、２つのインバータとを備え、三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を開示している。２つのインバータの各々は電源およびグランド（以下、「ＧＮＤ」と表記する。）に接続される。一方のインバータは、モータの三相の巻線の一端に接続され、他方のインバータは、三相の巻線の他端に接続される。各インバータは、各々がハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含む３つのレグから構成されるブリッジ回路を備える。制御部は、２つのインバータにおけるスイッチング素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。本願明細書において、「異常」とは、主としてスイッチング素子の故障を意味する。また、「正常時の制御」は、全てのスイッチング素子が正常な状態における制御を意味し、「異常時の制御」は、あるスイッチング素子に故障が生じた状態における制御を意味する。【０００６】
正常時の制御において、２つのインバータの一方に中性点が構成された状態で、他方のインバータを用いてモータ駆動を行う制御モード、および、２つのインバータのスイッチ素子をスイッチングすることによりモータ駆動を行う制御モードが存在する。特許文献１の電力変換装置は、モータの回転数および出力トルクなどに応じてこれらの制御モードを切替えることが可能である。【０００７】
異常時の制御において、２つのインバータのうちの故障したスイッチング素子を含むインバータ（以下、「故障インバータ」と表記する。）には、スイッチング素子を所定の規則でオン・オフすることにより巻線の中性点が構成される。その規則によれば、例えば、ハイサイドスイッチング素子が常時オフとなるオープン故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオフし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオンする。その場合、中性点はローサイド側に構成される。または、ハイサイドスイッチング素子が常時オンとなるショート故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオンし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオフする。その場合、中性点はハイサイド側に構成される。特許文献１の電力変換装置によれば、異常時において、三相の巻線の中性点は、故障インバータの中に構成される。スイッチング素子に故障が生じても、正常な方のインバータを用いてモータ駆動を継続させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の技術では、電流制御のさらなる向上が求められていた。【００１０】
本開示の実施形態は、適切な電流制御が可能な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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る第１インバータと、前記各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、前記第１インバータとグランドとの接続・非接続を切替え、第１保護回路が並列に接続された第１スイッチ素子、および、前記第２インバータと前記グランドとの接続・非接続を切替え、第２保護回路が並列に接続された第２スイッチ素子の少なくとも１つを有する切替回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の例示的な実施形態によると、保護回路が並列に接続されたスイッチ素子により、電源またはＧＮＤの少なくとも１つと、インバータとの接続および非接続を切替えることができる。これにより、適切な電流制御が可能となる電力変換装置、当該電力変換装置を有するモータ駆動ユニットおよび当該モータ駆動ユニットを有す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】
【００１３】
【図１】図１は、例示的な実施形態１による電力変換装置１００の回路構成を示す回路図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態１による電力変換装置１００の他の回路構成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１００のさらなる他の回路構成を示す回路図である。
【図４】図４は、例示的な実施形態１による電力変換装置１００のさらなる他の回路構成を示す回路図である。
【図５】図５は、電力変換装置１００を備えるモータ駆動ユニット４００の典型的な構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、三相通電制御に従って電力変換装置１００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）を示す図である。
【図７】図７は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第１状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図８】図８は、第１状態において電力変換装置１００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を示す図である。
【図９】図９は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第３状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図１０】図１０は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第３状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図１１】図１１は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第５状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図１２】図１２は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第６状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図１３】図１３は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第８状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを示す模式図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第１インバータ１２０内に中性点が構成されるためのスイッチング素子のさらなるオン・オフ状態を示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第１インバータ１２０内に中性点が構成されるためのスイッチング素子のさらなるオン・オフ状態を示す模式図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、第１インバータ１２０内に中性点が構成されるためのスイッチング素子のさらなるオン・オフ状態を示す模式図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、２つの切替回路１１０のうち、ＳＷ１１３、１１４を含む電源側切替回路を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、２つの切替回路１１０のうち、ＳＷ１１１、１１２を含むＧＮＤ側切替回路を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、複数のスイッチ素子のうちのＳＷ１１３を含む切替回路１１０を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、複数のスイッチ素子のうちのＳＷ１１１を含む切替回路１１０を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示す回路図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、例示的な実施形態２による、保護回路として、抵抗素子を備える電力変換装置１００の回路構成を示す回路図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、例示的な実施形態２による、保護回路として、抵抗素子を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す回路図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、例示的な実施形態２による、保護回路として、抵抗素子を備える電力変換装置１００の回路構成Ｂを示す回路図である。
【図１７】図１７は、例示的な実施形態２による、保護回路として、ＲＣ回路を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す回路図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、例示的な実施形態２による、保護回路として、ダイオードおよび抵抗素子を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す回路図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、例示的な実施形態２による、保護回路として、ダイオードおよびＲＣ回路を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を示す回路図である。
【図１９】図１９は、例示的な実施形態２による、保護回路として、ダイオードおよびＲＣ回路が混在した電力変換装置１００の回路構成を示す回路図である。
【図２０】図２０は、例示的な実施形態３による電力変換装置１００Ｃの回路構成を示す回路図である。
【図２１】図２１は、例示的な実施形態３による、逆接続保護用の２つのＦＥＴをさらに備える電力変換装置１００Ｃの回路構成を示す回路図である。
【図２２】図２２は、例示的な実施形態３による電力変換装置１００Ｃの他の回路構成を示す回路図である。
【図２３】図２３は、例示的な実施形態３による電動パワーステアリング装置５００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】
【００１４】
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった本願発明者の知見を説明する。
【００１５】
特許文献１の電力変換装置においては、電源およびＧＮＤと、２つのインバータの各々とが常時接続されたままである。その構成上、電源と故障インバータとの接続を切り離すことはできない。本願発明者は、異常時に故障インバータにおいて中性点が構成されても、故障インバータは電源から電流を引き込んでしまうという課題を見出した。これにより、故障インバータにおいて電力損失が発生することとなる。
【００１６】
電源と同様に、故障インバータとＧＮＤとの接続を切り離すこともできない。本願発明者は、異常時に故障インバータにおいて中性点が構成されても、正常な方のインバータを通じて各相の巻線に供給される電流は、供給元のインバータには戻らずに、故障インバータからＧＮＤに流れてしまうという課題を見出した。換言すると、駆動電流の閉ループを形成することは不可能となる。正常な方のインバータから各相の巻線に供給される電流は、供給元のインバータを通じてＧＮＤに流れることが望ましい。
【００１７】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータ駆動ユニット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。
【００１８】
本願明細書において、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を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、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を変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、本実施形態による電力変換装置１００の回路構成を模式的に示している。
【００２０】
電力変換装置１００は、２つの切替回路１１０、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０を備える。電力変換装置１００は種々のモータに供給する電力を変換することができる。モータ２００は、例えば三相交流モータである。
【００２１】
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、第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１２０はモータ２００の各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１３０は各相の巻線の他端に接続される。本願明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」は、主に電気的な接続を意味する。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を有し、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。
【００２２】
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。モータとのこのような結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。
【００２３】
２つの切替回路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。本願明細書では、２つの切替回路１１０において、第１および第２スイッチ素子１１１、１１２が設けられたＧＮＤ側の切替回路１１０を「ＧＮＤ側切替回路」と呼び、また、第３および第４スイッチ素子１１３、１１４が設けられた電源側の切替回路１１０を「電源側切替回路」と呼ぶ。すなわち、ＧＮＤ側切替回路は、第１および第２スイッチ素子１１１、１１２を有し、電源側切替回路は、第３および第４スイッチ素子１１３、１１４を有する。
【００２４】
電力変換装置１００では、第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とは、２つの切替回路１１０によって電源１０１とＧＮＤとに電気的に接続可能である。
【００２５】
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、第２インバータ１３０とＧＮＤとの接続・非接続を切替える。第３スイッチ素子１１３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。
【００２６】
第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４のオンおよびオフは、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。ダイオードおよび絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの組み合わせを用いても構わない。ただし、本開示によるスイッチ素子は、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）などの半導体スイッチを含む。スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いた回路構成例は、他の実施形態で説明する。本願明細書では、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場合がある。
【００２７】
２つの切替回路１１０の中の各ＳＷに、保護回路が電気的に並列に接続される。具体的に説明すると、ＳＷ１１１に保護回路ＰＣ１が並列に接続され、ＳＷ１１２に保護回路ＰＣ２が並列に接続され、ＳＷ１１３に保護回路ＰＣ３が並列に接続され、ＳＷ１１４に保護回路ＰＣ４が並列に接続される。例えば、保護回路ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３およびＰＣ４は、ダイオード１１１Ｄ、１１２Ｄ、１１３Ｄおよび１１４Ｄである。
【００２８】
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、電源側切替回路およびＧＮＤ側切替回路において、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。
【００２９】
図２は、本実施形態による電力変換装置１００の他の回路構成を模式的に示している。
【００３０】
電源側切替回路１１０は、逆接続保護用の第５スイッチ素子１１５および第６スイッチ素子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、ＳＷ１１３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に配置される。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に配置される。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ＦＥＴによって逆電流を遮断することができる。
【００３１】
図２に示される構成例においても、電源側切替回路１１０の中のＳＷに、ダイオードが保護回路として並列に接続される。例えば、ダイオード１１３Ｄは、ＳＷ１１３に並列に接続され、ダイオード１１４Ｄは、ＳＷ１１４に並列に接続され得る。
【００３２】
電源１０１は所定の電源電圧を生成する。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。
【００３３】
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、第１インバータ１２０用の第１電源および第２インバータ１３０用の第２電源を備えていてもよい。
【００３４】
電源１０１と電源側切替回路との間にコイル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、各インバータの電源端子には、コンデンサ１０３が接続されている。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。
【００３５】
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、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。各レグは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を有する。図１に示されるスイッチング素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈが、ハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子として、例えばＦＥＴやＩＧＢＴを用いることができる。以下、スイッチング素子としてＦＥＴを用いる例を説明し、スイッチング素子をＦＥＴと表記する場合がある。例えば、スイッチング素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌは、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌと表記される。
【００３６】
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（図５を参照）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。例えば、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ング素子とＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。具体的には、シャント抵抗１２１ＲはＦＥＴ１２１ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続され、シャント抵抗１２２ＲはＦＥＴ１２２ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続され、シャント抵抗１２３ＲはＦＥＴ１２３ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩ〜１．０ｍΩ程度である。
【００３７】
第１インバータ１２０と同様に、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、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図１に示されるＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｌおよび１３３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、ＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈがハイサイドスイッチング素子である。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ング素子とＧＮＤとの間に接続される。第１および第２インバータ１２０、１３０の各ＦＥＴ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。
【００３８】
図１では、各インバータにおいて各レグに１個のシャント抵抗を配置する構成を例示している。ただし、第１および第２インバータ１２０、１３０は、６個以下のシャント抵抗を備えることができる。例えば、６個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える６個のレグのうちの６個以下のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続され得る。さらにこれをｎ相モータに拡張すると、第１および第２インバータ１２０、１３０は、２ｎ個以下のシャント抵抗を備えることができる。例えば、２ｎ個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える２ｎ個のレグのうちの２ｎ個以下のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続され得る。
【００３９】
図３および図４は、本実施形態による電力変換装置１００のさらなる他の回路構成を模式的に示している。
【００４０】
図３に示されるように、第１または第２インバータ１２０、１３０の各レグと、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３との間に３つのシャント抵抗を配置することも可能である。例えば、第１インバータ１２０と巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端との間にシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒが配置され得る。また例えば、図示されないが、シャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒは第１インバータ１２０と巻線Ｍ１、Ｍ２の一端との間に配置され、シャント抵抗１２３Ｒは、第２インバータ１３０と巻線Ｍ３の他端との間に配置され得る。このような構成において、Ｕ、ＶおよびＷ相用に３個のシャント抵抗が配置されていれば十分であり、最低２個のシャント抵抗が配置されていればよい。
【００４１】
図４に示されるように、例えば各インバータに、各相の巻線に共通のシャント抵抗を１つだけ配置してもよい。１個のシャント抵抗は、例えば第１インバータ１２０のローサイド側のノードＮ１（各レグの接続点）とＳＷ１１１との間に電気的に接続され、他の１個のシャント抵抗は、例えば第２インバータ１３０のローサイド側のノードＮ２とＳＷ１１２との間に電気的に接続され得る。
【００４２】
または、ローサイド側と同様に、１個のシャント抵抗は、例えば第１インバータ１２０のハイサイド側のノードＮ３とＳＷ１１３との間に電気的に接続され、他の１個のシャント抵抗は、例えば第２インバータ１３０のハイサイド側のノードＮ４とＳＷ１１４との間に電気的に接続される。このように、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、製品コストや設計仕様などを考慮して適宜決定される。
【００４３】
図５は、電力変換装置１００を備えるモータ駆動ユニット４００の典型的なブロック構成を模式的に示している。
【００４４】
モータ駆動ユニット４００は、電力変換装置１００、モータ２００および制御回路３００を備える。
【００４５】
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、マイクロコントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００は、電力変換装置１００に接続され、電力変換装置１００を制御することによりモータ２００を駆動する。
【００４６】
具体的には、制御回路３００は、目的とするロータの位置、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、角度センサに代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、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。
【００４７】
電源回路３１０は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ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、回転信号をマイクロコントローラ３４０に出力する。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マイクロコントローラ３４０の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をマイクロコントローラ３４０に出力する。
【００４８】
マイクロコントローラ３４０は、電力変換装置１００の第１および第２インバータ１２０、１３０における各ＦＥＴ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。マイクロコントローラ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信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。また、マイクロコントローラ３４０は、電力変換装置１００の２つの切替回路１１０における各ＳＷのオン・オフを制御することができる。
【００４９】
駆動回路３５０は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路３５０は、第１および第２インバータ１２０、１３０における各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する制御信号（ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各ＦＥＴのゲートに制御信号を与える。また、駆動回路３５０は、２つの切替回路１１０における各ＳＷのオン・オフを制御する制御信号をマイクロコントローラ３４０からの指示に従って生成することができる。なお、マイクロコントローラが２つの切替回路１１０のＳＷの制御を実行するようにしてもよい。なお、マイクロコントローラ３４０は駆動回路３５０の機能を備えていてもよい。その場合、制御回路３００は駆動回路３５０を有していなくてもよい。
【００５０】
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、マイクロコントローラ３４０に電力変換装置１００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。
【００５１】
電力変換装置１００には正常時および異常時の制御がある。制御回路３００（主としてマイクロコントローラ３４０）は、電力変換装置１００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。ＦＥＴの故障パターンに従って、２つの切替回路１１０における各ＳＷのオン・オフ状態が決定される。また、故障インバータにおける各ＦＥＴのオン・オフ状態も決定される。
【００５２】
（１．正常時の制御）
先ずは、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。上述したとおり、正常とは、第１および第２インバータ１２０、１３０の各ＦＥＴは故障しておらず、かつ、２つの切替回路１１０における各ＳＷも故障していない状態を指す。
【００５３】
正常時において、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４を全てオンにする。これにより、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。この接続状態において、制御回路３００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方を用いて三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。
【００５４】
図６は、三相通電制御に従って電力変換装置１００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）を示している。図６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）を表している。
【００５５】
表１は、図６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している。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６に示される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。
【００５６】
【表１】
2017150640.tif 000003
【００５７】
電気角０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。
【００５８】
電気角３０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩpkの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れる。
【００５９】
電気角６０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
【００６０】
電気角９０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩpkの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れる。
【００６１】
電気角１２０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
【００６２】
電気角１５０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩpkの電流が流れる。
【００６３】
電気角１８０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。
【００６４】
電気角２１０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩpkの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れる。
【００６５】
電気角２４０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
【００６６】
電気角２７０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩpkの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れる。
【００６７】
電気角３００°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
【００６８】
電気角３３０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩpkの電流が流れる。
【００６９】
一般的なＹ結線の結線方式のモータでは、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」である。ただし、本開示の回路構成における三相通電制御では、三相の巻線に流れる電流を独立に制御するため、通常、零相電流が流れ得る。その結果、零相電流の影響を受けて制御誤差が発生し得る。厳密には、三相の巻線に流れる電流の総和は電気角毎に「０」にはならない点に留意されたい。例えば、制御回路３００は、図６に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路ＬおよびＲの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。
【００７０】
（２．異常時の制御）
上述したように、異常とは主としてＦＥＴに故障が発生したことを意味する。ＦＥＴの故障には、大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」は、ＦＥＴのソース−ドレイン間が開放する故障（換言すると、ソース−ドレイン間の抵抗ｒｄｓがハイインピーダンスになること）を指し、「ショート故障」は、ＦＥＴのソース−ドレイン間が短絡する故障を指す。
【００７１】
スイッチ素子ＳＷのオープン故障とは、ＳＷが常にオフ（遮断）状態となり、オン（導通）状態にならない故障を指す。スイッチ素子ＳＷのショート故障とは、ＳＷが常にオン状態となり、オフ状態にならない故障を指す。
【００７２】
再び図１を参照する。電力変換装置１００の動作時において、通常は、１６個のＦＥＴの中から１つのＦＥＴがランダムに故障するランダム故障が発生すると考えられる。本開示は、主としてランダム故障が発生した場合における電力変換装置１００の制御方法を対象としている。ただし、本開示は、複数のＦＥＴが連鎖的に故障した場合などの電力変換装置１００の制御方法も対象とする。連鎖的な故障とは、例えば１つのレグのハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子に同時に発生する故障を意味する。
【００７３】
電力変換装置１００を長期間使用すると、ランダム故障が起こる可能性がある。なお、ランダム故障は、製造時に発生し得る製造故障とは異なるものである。２つのインバータの複数のＦＥＴのうちの１つでも故障すると、正常時の三相通電制御はもはや不可能となる。
【００７４】
故障検知の一例として、駆動回路３５０は、ＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓを監視し、所定の閾値電圧とＶｄｓとを比較することによって、ＦＥＴの故障を検知する。閾値電圧は、例えば外部ＩＣ（不図示）とのデータ通信および外付け部品によって駆動回路３５０に設定される。駆動回路３５０は、マイクロコントローラ３４０のポートと接続され、故障検知信号をマイクロコントローラ３４０に通知する。例えば、駆動回路３５０は、ＦＥＴの故障を検知すると、故障検知信号をアサートする。マイクロコントローラ３４０は、アサートされた故障検知信号を受信すると、駆動回路３５０の内部データを読み出して、複数のＦＥＴの中でどのＦＥＴが故障しているのかを判別する。
【００７５】
故障検知の他の一例としては、マイクロコントローラ３４０は、モータの実電流値と目標電流値との差に基づいてＦＥＴの故障を検知することも可能である。ただし、故障検知は、これらの手法に限られず、故障検知に関する公知の手法を広く用いることができる。
【００７６】
切替回路１１０内の各ＳＷが故障したかどうかは、例えば、マイクロコントローラ３４０が、各ＳＷに流れる電流を監視することにより検知することができる。
【００７７】
マイクロコントローラ３４０は、故障検知信号がアサートされると、電力変換装置１００の制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。例えば、正常時から異常時に制御を切替えるタイミングは、故障検知信号がアサートされてから１０ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃ程度である。
【００７８】
電力変換装置１００の故障には様々な故障パターンが存在する。以下、故障パターンを場合分けして、電力変換装置１００の異常時の制御をパターン毎に詳細に説明する。本実施形態では、２つのインバータのうちの第１インバータ１２０を故障インバータとして扱い、第２インバータ１３０を正常インバータとして扱う。
【００７９】
〔２−１．ハイサイドスイッチング素子＿オープン故障〕
第１インバータ１２０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の異常時の制御を説明する。
【００８０】
第１インバータ１２０のハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈ）の中でＦＥＴ１２１Ｈがオープン故障したとする。なお、ＦＥＴ１２２Ｈまたは１２３Ｈがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置１００を制御することができる。
【００８１】
ＦＥＴ１２１Ｈがオープン故障している場合、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第１状態にする。第１状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１３はオフし、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０の、故障したＦＥＴ１２１Ｈ以外のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈ（故障したＦＥＴ１２１Ｈとは異なるハイサイドスイッチング素子）はオフし、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌはオンする。
【００８２】
第１状態において、第１インバータ１２０は、電源１０１およびＧＮＤから電気的に切り離され、第２インバータ１３０は電源１０１およびＧＮＤに電気的に接続される。換言すると、第１インバータ１２０が異常のとき、ＳＷ１１３は電源１０１と第１インバータ１２０との接続を遮断し、かつ、ＳＷ１１１は第１インバータ１２０とＧＮＤとの接続を遮断する。また、３つのローサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側のノードＮ１が各巻線の中性点として機能する。本願明細書において、あるノードが中性点として機能することを、「中性点が構成される」と表現することとする。電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。
【００８３】
上述したように、三相通電制御において、回路内に零相電流が流れ得る。ここで、本開示とは異なり、２つの切換回路１１０は保護回路を有しない場合を考える。制御回路３００が、制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えるときを想定する。例えば、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオンすることにより、ローサイド側に中性点が構成される。この状態で、ＳＷ１１１、１１３をオフすると、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端同士を接続するノードＮ１、つまり、ローサイド側の中性点は、電源１０１およびＧＮＤから絶縁される。そのため、それまで回路内に存在していた零相電流の電流経路が突然断たれることとなる。その結果、過電圧が発生し、そのことが回路内の電子部品、例えばＦＥＴの破損を誘発し得る。
【００８４】
本実施形態による電力変換装置１００では、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４の各々に保護回路が並列に接続される。ＳＷ１１１、１１３をオフしても第１インバータ１２０における中性点は電源１０１およびＧＮＤから絶縁されない。そのため、保護回路により零相電流の経路を確保することができる。零相電流は、保護回路ＰＣ１のダイオード１１１Ｄ、または、保護回路ＰＣ３のダイオード１１３Ｄを流れ得る。換言すると、片側のインバータに中性点が構成されるとき、回路内に残存していた零相電流を保護回路を通して外部に逃がすことができる。これにより、回路内の電子部品の破損を効果的に抑制することが可能となる。
【００８５】
制御回路３００は、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオンした後、零相電流が保護回路を通じて外部に逃げて小さくなった時点で、ＳＷ１１１、１１３をオフすることが好ましい。例えば、制御回路３００は先ず、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオンする。制御回路３００は、零相電流を監視し、零相電流が所定値未満になることを確認してから、ＳＷ１１１、１１３をオフすることが好ましい。この制御により、ＳＷ１１１、１１３、および各ＦＥＴの破損をより確実に防止することが可能となる。
【００８６】
図７は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第１状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図８は、第１状態において電力変換装置１００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を例示している。図７には、例えばモータ電気角２７０°での電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表す。図７に示される状態では、第２インバータ１３０においてＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｌおよび１３３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｈおよび１３３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１３０のＦＥＴ１３１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌを通って中性点に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｌを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｌを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１３０側のＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。
【００８７】
図７には、制御が正常時の制御から異常時の制御に切り替わるとき、保護回路ＰＣ１のダイオード１１１Ｄに流れ得る零相電流Ｉ0を表している。零相電流が負の値であるとき、ダイオード１１１Ｄに順方向電流が流れ得る。
【００８８】
表２は、図８の電流波形における電気角毎に、第２インバータ１３０の端子に流れる電流値を例示している。具体的には、表２は、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°毎の電流値を例示している。電流方向の定義は上述したとおりである。なお、電流方向の定義によって、図８に示される電流値の正負の符号は、表２に示される電流値のそれとは逆の関係（位相差１８０°）になる。
【００８９】
【表２】
2017150640.tif 000004
【００９０】
例えば、電気角３０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩpkの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れる。電気角６０°においては、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。中性点に流れ込む電流と中性点から流れ出る電流との総和は電気角毎に「０」になる。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。
【００９１】
表１および表２に示されるように、正常時および異常時の制御の間でモータ２００に流れるモータ電流は電気角毎に変わらないことが分かる。このため、正常時の制御と比較して、異常時の制御においてはモータのアシストトルクは低減しない。
【００９２】
電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０に電流が流れ込まない。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとは電気的に非接続であるので、中性点を流れる電流はＧＮＤには流れない。これにより、電力損失を抑制することができ、かつ、駆動電流の閉ループを形成することで適切な電流制御が可能となる。
【００９３】
ハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｈ）がオープン故障している場合、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴの状態は第１状態に限られない。例えば、制御回路３００は、それらのＳＷおよびＦＥＴを第２状態にしてもよい。第２状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１３はオンし、かつ、ＳＷ１１１はオフし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０の、故障したＦＥＴ１２１Ｈ以外のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈはオフし、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌはオンする。第１状態と第２状態との差異は、ＳＷ１１３がオンしているか否かである。ＳＷ１１３がオンしてもよい理由は、ＦＥＴ１２１Ｈがオープン故障の場合、ＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈをオフ状態に制御することによりハイサイドスイッチング素子は全て開放状態となり、ＳＷ１１３がオンしても、電源１０１から第１インバータ１２０に電流は流れないためである。このように、オープン故障時において、ＳＷ１１３はオン状態でもよいし、オフ状態でもよい。
【００９４】
〔２−２．ハイサイドスイッチング素子＿ショート故障〕
第１インバータ１２０のブリッジ回路において、３個のハイサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の異常時の制御を説明する。
【００９５】
第１インバータ１２０のハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈ）の中でＦＥＴ１２１Ｈがショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１２２Ｈまたは１２３Ｈがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置１００を制御することができる。
【００９６】
ＦＥＴ１２１Ｈがショート故障している場合、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第１状態にする。なお、ショート故障の場合、ＳＷ１１３がオンすると、電源１０１からショートしたＦＥＴ１２１Ｈに電流が流れ込むので、第２状態での制御は禁止される。
【００９７】
オープン故障時と同様に、３つのローサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側のノードＮ１には各巻線の中性点が構成される。電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。例えば、ショート故障時の第１状態において、電気角２７０°のときに電力変換装置１００内に流れる電流の流れは図７に示されるとおりであり、また、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【００９８】
この制御によれば、電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０に電流は流れ込まない。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとは電気的に非接続であるので、中性点を流れる電流はＧＮＤには流れない。
【００９９】
〔２−３．ローサイドスイッチング素子＿オープン故障〕
第１インバータ１２０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がオープン故障したスイッチング素子を含む場合の異常時の制御を説明する。
【０１００】
第１インバータ１２０のローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌ）の中でＦＥＴ１２１Ｌがオープン故障したとする。なお、ＦＥＴ１２２Ｌまたは１２３Ｌがオープン故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置１００を制御することができる。
【０１０１】
ＦＥＴ１２１Ｌがオープン故障している場合、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第３状態にする。第３状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１３はオフし、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０の、故障したＦＥＴ１２１Ｌ以外のＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌ（故障した１２１Ｌとは異なるローサイドスイッチング素子）はオフし、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオンする。
【０１０２】
第３状態において、第１インバータ１２０は、電源１０１およびＧＮＤから電気的に切り離され、第２インバータ１３０は電源１０１およびＧＮＤに電気的に接続される。また、第１インバータ１２０の３つのハイサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３には各巻線の中性点が構成される。
【０１０３】
図９は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第３状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図９には、例えばモータ電気角２７０°における電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表す。
【０１０４】
図９に示される状態では、第２インバータ１３０においてＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｌおよび１３３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｈおよび１３３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１３０のＦＥＴ１３１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈを通って中性点に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｈを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｈを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１３０側のＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。
【０１０５】
図９には、制御が正常時の制御から異常時の制御に切り替わるとき、保護回路ＰＣ３のダイオード１１３Ｄに流れ得る零相電流Ｉ0を表している。零相電流が正の値であるとき、ダイオード１１３Ｄに順方向電流が流れ得る。
【０１０６】
電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。
【０１０７】
この制御によれば、電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０の中性点に電流が流れ込まない。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとは電気的に非接続であるので、電流は第１インバータ１２０からＧＮＤには流れない。
【０１０８】
ローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｌ）がオープン故障している場合、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴの状態は第３状態に限られない。例えば、制御回路３００は、それらのＳＷおよびＦＥＴを第４状態にしてもよい。第４状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１３はオフし、かつ、ＳＷ１１１はオンし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０の、故障したＦＥＴ１２１Ｌ以外のＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌはオフし、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオンする。第３状態と第４状態との差異は、ＳＷ１１１がオンしているか否かである。ＳＷ１１１がオンしてもよい理由は、ＦＥＴ１２１Ｌがオープン故障の場合、ＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌをオフ状態に制御することによりローサイドスイッチング素子は全て開放状態になり、ＳＷ１１１がオンしても、電流はＧＮＤに流れないためである。このように、オープン故障時においては、ＳＷ１１１はオン状態でもよいし、オフ状態でもよい。
【０１０９】
〔２−４．ローサイドスイッチング素子＿ショート故障〕
第１インバータ１２０のブリッジ回路において、３個のローサイドスイッチング素子がショート故障したスイッチング素子を含む場合の異常時の制御を説明する。
【０１１０】
第１インバータ１２０のローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌ）の中でＦＥＴ１２１Ｌがショート故障したとする。なお、ＦＥＴ１２２Ｌまたは１２３Ｌがショート故障した場合においても、以下で説明する制御方法で電力変換装置１００を制御することができる。
【０１１１】
ＦＥＴ１２１Ｌがショート故障している場合、制御回路３００は、オープン故障時と同様に、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第３状態にする。なお、ショート故障の場合、ＳＷ１１１がオンすると、ショートしたＦＥＴ１２１ＬからＧＮＤに電流が流れ込むので、第４状態での制御は禁止される。
【０１１２】
図１０は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第３状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１０には、例えばモータ電気角２７０°における電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表し、長い破線は、ＦＥＴ１２１Ｌを流れた電流を表す。
【０１１３】
図１０に示される状態では、第２インバータ１３０においてＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｌおよび１３３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｈおよび１３３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１３０のＦＥＴ１３１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈを通って中性点に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｈを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｈを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１３０側のＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。また、ＦＥＴ１３１Ｌの還流ダイオードには回生電流がモータ２００の巻線Ｍ１に向けて流れる。さらに、オープン故障とは異なりショート故障においては、ショートしたＦＥＴ１２１Ｌからローサイド側のノードＮ１に電流が流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｌの還流ダイオードを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｌの還流ダイオードを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３に流れた電流はＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。
【０１１４】
例えば、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１１５】
電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。
【０１１６】
この制御によれば、電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０の中性点に電流が流れ込まない。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとは電気的に非接続であるので、電流は第１インバータ１２０からＧＮＤには流れない。
【０１１７】
〔２−５．電源側スイッチ素子＿オープン故障〕
電源側切替回路１１０のＳＷ１１３がオープン故障した場合の異常時の制御を説明する。
【０１１８】
電源側切替回路１１０のＳＷ１１３がオープン故障したとする。その場合、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第５状態にする。第５状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１はオフし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌはオンし、かつ、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオフする。
【０１１９】
第５状態において、ＳＷ１１３は開放状態にあるので、第１インバータ１２０は、電源１０１およびＧＮＤから電気的に切り離され、第２インバータ１３０が電源１０１およびＧＮＤに電気的に接続される。また、第１インバータ１２０の３つのローサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側のノードＮ１には各巻線の中性点が構成される。
【０１２０】
図１１は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第５状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１１には、例えばモータ電気角２７０°における電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表す。
【０１２１】
図１１に示される状態では、第２インバータ１３０においてＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｌおよび１３３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｈおよび１３３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１３０のＦＥＴ１３１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌを通って中性点に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｌを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｌを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１３０側のＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。例えば、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１２２】
電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。例えば、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１２３】
ＳＷ１１３がオープン故障したとき、中性点はローサイド側に限られずハイサイド側に構成されてもよい。制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第６状態にすることができる。第６状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌはオフし、かつ、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオンする。ＧＮＤ側切替回路１１０のＳＷ１１１はオン状態であってもよいし、オフ状態であってもよい。
【０１２４】
第６状態において、ＳＷ１１３は開放状態にあるので、第１インバータ１２０は、電源１０１およびＧＮＤから電気的に切り離され、第２インバータ１３０は電源１０１およびＧＮＤに電気的に接続される。また、第１インバータ１２０の３つのハイサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３には各巻線の中性点が構成される。
【０１２５】
図１２は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第６状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１２には、例えばモータ電気角２７０°における電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表す。
【０１２６】
電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。
【０１２７】
この制御によれば、電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０の中性点に電流が流れ込まない。また、ＳＷ１１１はオン状態またはオフ状態であっても、ローサイドスイッチング素子の全てはオフするので、電流は第１インバータ１２０からＧＮＤには流れない。
【０１２８】
ＳＷ１１３がオープン故障している場合、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴの状態は第５または第６状態に限られない。例えば、制御回路３００は、それらのＦＥＴを第７状態にしてもよい。第７状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１はオフし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、ＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌはオンし、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈの少なくとも１つはオンする。第５状態と第７状態との差異は、ハイサイドスイッチング素子の少なくとも１つはオンしていてもよい点にある。
【０１２９】
例えば、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの１つのＦＥＴがオン状態である場合、他の２つのＦＥＴの還流ダイオードによりあるモータ電気角のときに電流が流れない場合がある。例えば、図１１に示される各ＦＥＴの第５状態においてモータ電気角が２７０°である場合、ＦＥＴ１２１Ｈがオンして他のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈがオフしているとハイサイド側には電流は流れない。表２におけるモータ電気角１８０°〜３６０°ではハイサイド側に電流は流れない。一方、図１１に示される各ＦＥＴの第５状態において表２におけるモータ電気角０°〜１２０°では、ＦＥＴ１２１Ｈがオンして他のＦＥＴ１２２Ｈ、１２３ＨがオフしているとＦＥＴ１２２Ｈの還流ダイオードを通ってＦＥＴ１２１Ｈに回生電流が流れ、表２におけるモータ電気角６０°〜１８０°では、ＦＥＴ１２３Ｈの還流ダイオードを通ってＦＥＴ１２１Ｈに回生電流が流れる。なお、ＳＷ１１３はオープン故障しているので、電源１０１からハイサイド側のノードＮ３には電流は流れない。このように、ハイサイドスイッチング素子の少なくとも１つをオンにすると、モータ電気角のある範囲では電流を分散させることが可能になり、その結果、熱影響を低減できる。
【０１３０】
ハイサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側およびハイサイド側に２つの中性点が構成される。なお、ＳＷ１１３はオープン故障しているので、電源１０１からハイサイド側の中性点には電流は流れない。２つの中性点によって電流を分散させることが可能となり、インバータに対する熱影響を低減することができる。
【０１３１】
〔２−６．電源側スイッチ素子＿ショート故障〕
電源側切替回路１１０のＳＷ１１３がショート故障した場合の異常時の制御を説明する。
【０１３２】
電源側切替回路１１０のＳＷ１１３がショート故障したとする。その場合、２つの切替回路１１０のＳＷ１１１、１１２および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第５状態にする。なお、ハイサイドスイッチング素子の少なくとも１つをオンすると、ＳＷ１１３を通ってオン状態のハイサイドスイッチング素子に電流が流れるので、第７状態での制御は禁止される。
【０１３３】
オープン故障時と同様に、３つのローサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側のノードＮ１には各巻線の中性点が構成される。電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のローサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。例えば、ショート故障時の第５状態において、電気角２７０°のときに電力変換装置１００内に流れる電流の流れは図１１に示されるとおりであり、また、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１３４】
この制御によれば、ＳＷ１１３がショートしていても、ハイサイドスイッチング素子は全てオフするので、電源１０１から第１インバータ１２０に電流が流れ込まない。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとは電気的に非接続であるので、中性点を流れる電流はＧＮＤには流れない。
【０１３５】
〔２−７．ＧＮＤ側スイッチ素子＿オープン故障〕
ＧＮＤ側切替回路１１０のＳＷ１１１がオープン故障した場合の異常時の制御を説明する。
【０１３６】
ＧＮＤ側切替回路１１０のＳＷ１１１がオープン故障したとする。その場合、制御回路３００は、２つの切替回路１１０のＳＷ１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第８状態にする。第８状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１３はオフし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌはオフし、かつ、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオンする。
【０１３７】
第８状態において、ＳＷ１１１は開放状態にあるので、第１インバータ１２０は、電源１０１およびＧＮＤから電気的に切り離され、第２インバータ１３０が電源１０１およびＧＮＤに電気的に接続される。また、第１インバータ１２０の３つのハイサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３には各巻線の中性点が構成される。
【０１３８】
図１３は、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴが第８状態にあるときの電力変換装置１００内の電流の流れを模式的に示している。図１３には、例えばモータ電気角２７０°における電流の流れを示している。３つの実線のそれぞれは、電源１０１からモータ２００に流れる電流を表し、破線は、モータ２００の巻線Ｍ１に戻る回生電流を表している。
【０１３９】
図１３に示される状態では、第２インバータ１３０においてＦＥＴ１３１Ｈ、１３２Ｌおよび１３３Ｌはオン状態であり、ＦＥＴ１３１Ｌ、１３２Ｈおよび１３３Ｈはオフ状態である。第２インバータ１３０のＦＥＴ１３１Ｈを流れた電流は、巻線Ｍ１および第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈを通って中性点に流れる。その電流の一部は、ＦＥＴ１２２Ｈを通って巻線Ｍ２に流れ、残りの電流は、ＦＥＴ１２３Ｈを通って巻線Ｍ３に流れる。巻線Ｍ２およびＭ３を流れた電流は、第２インバータ１３０側のＳＷ１１２を通ってＧＮＤに流れる。また、ＦＥＴ１３１Ｌの還流ダイオードには回生電流がモータ２００の巻線Ｍ１に向けて流れる。
【０１４０】
電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。例えば、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１４１】
この制御によれば、電源１０１と第１インバータ１２０とは電気的に非接続であるので、電源１０１から第１インバータ１２０の中性点に電流が流れ込まない。また、故障したＳＷ１１１は開放状態であるので、電流は第１インバータ１２０からＧＮＤには流れない。
【０１４２】
ＳＷ１１１がオープン故障している場合、２つの切替回路１１０のＳＷおよび第１インバータ１２０のＦＥＴの状態は第８状態に限られない。例えば、制御回路３００は、それらのＳＷおよびＦＥＴを第９状態にしてもよい。第９状態では、２つの切替回路１１０のＳＷ１１３はオフし、かつ、ＳＷ１１２、１１４はオンする。また、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｌ、ＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌの少なくとも１つはオンし、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオンする。第８状態と第９状態との差異は、ローサイドスイッチング素子の少なくとも１つはオンしていてもよい点にある。
【０１４３】
例えば、３つのローサイドスイッチング素子のうちの１つのＦＥＴがオン状態である場合、他の２つのＦＥＴの還流ダイオードにより、あるモータ電気角のときに電流が流れない場合がある。例えば、図１３に示される各ＦＥＴの第８状態においてモータ電気角が２７０°である場合、ＦＥＴ１２１Ｌがオンして他のＦＥＴ１２２Ｌ、１２３ＬがオフしているとＦＥＴ１２１Ｌを通ってＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌの還流ダイオードに回生電流が流れる。表２におけるモータ電気角１８０°〜３６０°ではローサイド側に電流が流れる。なお、ＳＷ１１１はオープン故障しているので、ローサイド側の中性点からＧＮＤには電流は流れない。このように、ローサイドスイッチング素子の少なくとも１つをオンにすると、モータ電気角のある範囲では電流を分散させることが可能になり、その結果、熱影響を低減できる。
【０１４４】
ローサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ローサイド側およびハイサイド側に２つの中性点が構成される。なお、ＳＷ１１１はオープン故障しているので、ローサイド側の中性点からＧＮＤには電流は流れない。２つの中性点によって電流を分散させることが可能となり、インバータに対する熱影響を低減することができる。
【０１４５】
〔２−８．ＧＮＤ側スイッチ素子＿ショート故障〕
ＧＮＤ側切替回路１１０のＳＷ１１１がショート故障した場合の異常時の制御を説明する。
【０１４６】
ＧＮＤ側切替回路１１０のＳＷ１１１がショート故障したとする。その場合、２つの切替回路１１０のＳＷ１１２、１１３および１１４と、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌとを第８状態にする。なお、ローサイドスイッチング素子の少なくとも１つをオンすると、ＳＷ１１１を通ってＧＮＤに電流が流れるので、第９状態での制御は禁止される。
【０１４７】
オープン故障時と同様に、３つのハイサイドスイッチング素子を全てオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３には各巻線の中性点が構成される。電力変換装置１００は、第１インバータ１２０のハイサイド側に構成された中性点および第２インバータ１３０を用いてモータ２００を駆動する。制御回路３００は、例えば図８に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路Ｒの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御することが可能である。例えば、ショート故障時の第８状態において、電気角２７０°のときに電力変換装置１００内に流れる電流の流れは図１３に示されるとおりであり、また、モータ電気角毎の各巻線に流れる電流値は表２に示されるとおりである。
【０１４８】
この制御によれば、電源１０１から第１インバータ１２０の中性点には電流は流れ込まない。また、ＳＷ１１１がショートしていても、ローサイドスイッチング素子は全てオフするので、第１インバータ１２０からＧＮＤには電流は流れない。
【０１４９】
本実施形態によれば、異常時の制御において、電力損失を抑制することができ、かつ、駆動電流の閉ループを形成することで適切な電流制御が可能となる。さらに、保護回路によって、零相電流に起因し得るＳＷおよびＦＥＴの破損を抑制することができる。
【０１５０】
本開示において、正常時の制御は、三相の巻線に流れる電流を独立に制御する上述した三相通電制御に限られない。その制御は、特許文献１と同様に、２つのインバータの一方に中性点が構成された状態で、他方のインバータを用いてモータ駆動を行う通電制御であってもよい。例えば、制御回路３００は、モータ２００の回転速度に応じて２つの制御を切替えることが可能である。本開示によると、この切替えのときに発生し得る零相電流の問題を効果的に改善することができる。特に、通電状態における制御の切替えを適宜行うことにより、制御性の改善、ならびに銅損およびＦＥＴにおける電力損失などの損失の低減が期待される。
【０１５１】
インバータに中性点が構成されるスイッチング素子のオン・オフ状態は、上述した第１から第９状態に限られない。以下、インバータに中性点が構成されるスイッチング素子のさらなるオン・オフ状態を幾つか例示する。
【０１５２】
図１４Ａから図１４Ｃは、第１インバータ１２０内に中性点が構成されるためのスイッチング素子のさらなるオン・オフ状態を示す。
【０１５３】
中性点が構成されるとは、インバータのブリッジ回路の各レグが各相の巻線に接続する３つのノードＮ１１、Ｎ１２およびＮ１３の電位を等電位にすることを指す。図１４Ａに示されるように、第１インバータ１２０内の全てのスイッチング素子をオン状態にすることにより、３つのノードＮ１１、Ｎ１２およびＮ１３の電位を等電位にすることが可能である。これにより、第１インバータ１２０内に中性点が構成される。
【０１５４】
正常時の制御における通電状態において、上述した手法により第１インバータ１２０内に中性点が構成された状態で、第２インバータ１３０のスイッチング素子をスイッチングすることによりモータ２００を駆動することができる。また、例えば、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈがショート故障した場合、正常時と同じ手法に従ってモータ２００を駆動することができる。
【０１５５】
図１４Ｂに示されるように、第１インバータ１２０のブリッジ回路において、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオン状態とし、かつ、ＦＥＴ１２１Ｌをオフ状態とすることにより、３つのノードＮ１１、Ｎ１２およびＮ１３の電位を等電位にすることが可能である。ＦＥＴ１２３Ｈのオン・オフ状態は問われない。例えば、正常時、または、ＦＥＴ１２３Ｈがオープンまたはショート故障したとき、本パターンを適用することができる。
【０１５６】
図１４Ｃに示されるように、第１インバータ１２０のブリッジ回路において、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオン状態とすることにより、３つのノードＮ１１、Ｎ１２およびＮ１３の電位を等電位にすることが可能である。ＦＥＴ１２１Ｈ、ＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈのオン・オフ状態は問われない。例えば、正常時、または、ＦＥＴ１２３Ｈがオープンまたはショート故障したとき、本パターンを適用することができる。
【０１５７】
図１５Ａから図１５Ｄを参照しながら、電力変換装置１００の回路構成の変形例を説明する。
【０１５８】
本実施形態において、電力変換装置の２つの切替回路１１０は、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４を備えている。しかしながら、本開示はこれに限定されない。２つの切替回路１１０は、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４の少なくとも１つを備えていればよい。例えば、２つの切替回路１１０は、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４のうちのＳＷ１１１、１１３を備えることができる。
【０１５９】
図１５Ａは、２つの切替回路１１０のうち、ＳＷ１１３、１１４を含む電源側切替回路を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示している。この変形例によれば、例えばＦＥＴ１２１Ｈがショート故障した場合、ＳＷ１１３をオフすることにより、電源１０１からＦＥＴ１２１Ｈに流れる電流を遮断することができる。換言すると、第１インバータ１２０が異常のとき、ＳＷ１１３は電源１０１と第１インバータ１２０との接続を遮断する。また、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオフして、かつ、ＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈをオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３に中性点が構成される。
【０１６０】
図１５Ｂは、２つの切替回路１１０のうち、ＳＷ１１１、１１２を含むＧＮＤ側切替回路を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示している。この変形例によれば、例えばＦＥＴ１２１Ｌがショート故障した場合、ＳＷ１１１をオフすることにより、ＦＥＴ１２１Ｌを通ってＧＮＤに流れる電流を遮断することができる。換言すると、第１インバータ１２０が異常のとき、ＳＷ１１１は第１インバータ１２０とＧＮＤとの接続を遮断する。また、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈをオフして、かつ、ＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌをオンすることにより、ローイサイド側のノードＮ１に中性点が構成される。
【０１６１】
図１５Ｃは、複数のスイッチ素子のうちＳＷ１１３のみを含む切替回路１１０を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示している。この変形例によれば、例えばＦＥＴ１２１Ｈがショート故障した場合、ＳＷ１１３をオフすることにより、電源１０１からＦＥＴ１２１Ｈに流れる電流を遮断することができる。また、ＦＥＴ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオフして、かつ、ＦＥＴ１２２Ｈ、１２３Ｈをオンすることにより、ハイサイド側のノードＮ３に中性点が構成される。
【０１６２】
図１５Ｄは、複数のスイッチ素子のうちＳＷ１１１のみを含む切替回路１１０を備える電力変換装置１００Ａの回路構成を示している。この変形例によれば、例えばＦＥＴ１２１Ｌがショート故障した場合、ＳＷ１１１をオフすることにより、ＦＥＴ１２１ＬからＧＮＤに流れる電流を遮断することができる。また、ＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈをオフして、かつ、ＦＥＴ１２２Ｌ、１２３Ｌをオンすることにより、ローサイド側のノードＮ１に中性点が構成される。
【０１６３】
２つの切替回路１１０は、複数のスイッチ素子のうちＳＷ１１２のみを有していてもよいし、ＳＷ１１４のみを有していてもよい。または、２つの切替回路１１０は、複数のスイッチ素子のうち、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４から選択される任意の組み合わせを備えることができる。
【０１６４】
（実施形態２）
本開示による保護回路は、ダイオードに代えて、抵抗素子、抵抗素子およびキャパシタを有するＲＣ回路、または、これらの組み合わせを備えていてもよい。さらに、保護回路は、抵抗素子、キャパシタおよびダイオードなどを有するスナバ回路であってもよい。これらを用いて、スイッチ素子における過電圧を抑制してそれを保護しつつ、零相電流をインバータ回路の外に逃がすことが可能となり、電子部品の破損を抑制することができる。以下、保護回路の幾つかのバリエーションを主として説明する。
【０１６５】
図１６Ａから図１６Ｃは、保護回路として抵抗素子を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を模式的に示す。
【０１６６】
図１６Ａに示されるように、保護回路ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３およびＰＣ４は、抵抗素子１１１Ｒ、１１２Ｒ、１１３Ｒおよび１１４Ｒであってもよい。抵抗素子の抵抗値は、例えば４０ｋΩ程度であり、ＳＷのオン抵抗の値よりも十分大きい。正常時の制御において、２つの切換回路１１０内のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４はオン状態である。このとき、抵抗素子１１１Ｒ、１１２Ｒ、１１３Ｒおよび１１４Ｒに、ＳＷのオン抵抗との比に応じた微弱電流が流れ得る。抵抗素子１１１Ｒ、１１２Ｒ、１１３Ｒおよび１１４Ｒにおける電力損失は非常に少ないと言える。より大きな抵抗値を有する抵抗素子を選択することにより、正常時に抵抗素子に流れる電流の電力損失を抑制することが可能となる。また、保護回路として抵抗素子を選択することにより、ダイオードと同様に比較的安価で保護回路を実現することができる。
【０１６７】
本開示による保護回路は、直列若しくは並列に接続された複数の抵抗素子を備えることができる。抵抗の数は、２個に限られず３個またはそれ以上であり得る。例えば、図１６Ｂに示されるように、保護回路ＰＣ３は、直列に接続された２つの抵抗素子を備えることができる。例えば、図１６Ｃに示されるように、保護回路ＰＣ３は、並列に接続された２つの抵抗素子１１３Ｒを備えることができる。保護回路ＰＣ１、ＰＣ２およびＰＣ４も、保護回路ＰＣ３と同様に、直列または並列に接続された２つの抵抗素子を備えることができる。本開示において、４つの保護回路ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３およびＰＣ４のうちの少なくとも１つが、直列または並列に接続された複数の抵抗素子を備え得る。
【０１６８】
図１７は、保護回路としてＲＣ回路を備える電力変換装置１００Ｂの回路構成を模式的に示す。
【０１６９】
本開示による保護回路は、ＲＣ回路を備えることができる。図１７には、４つの保護回路ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３およびＰＣ４が、ＲＣ回路を備える回路構成例を示す。ただし、４つの保護回路ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３およびＰＣ４のうちの少なくとも１つが、ＲＣ回路を備え得る。キャパシタの容量は、保護回路に流れる零相電流の大きさに応じて適宜決定される。保護回路として、ＲＣスナバ回路、または、例えばダイオードをさらに有するＲＣＤスナバ回路を用いても構わない。
【０１７０】
保護回路としてＲＣ回路を用いることにより、ＳＷをオフするときに発生するスパイク状の高電圧ノイズを効果的に抑制することが可能となる。また、ＲＣ回路によると、各ＦＥＴをスイッチングするときに生じ得る高調波の電流成分（基本波以外の電流成分）を効果的に抑制することが可能となる。さらに、ＳＷ自身の破損またはその周囲の電子部品の破損を防止し、電磁ノイズの電子部品への影響を最小化することができる。
【０１７１】
図１８Ａ、図１８Ｂおよび図１９は、電力変換装置１００Ｂの変形例による回路構成を模式的に示す。
【０１７２】
図１８Ａに示されるように、例えば、保護回路ＰＣ３は、ダイオード１１３Ｄと、それに並列に接続された抵抗素子１１３Ｒとによって実現することができる。図１８Ｂに示されるように、例えば、保護回路ＰＣ３は、ダイオード１１３Ｄと、それに並列にされたＲＣ回路とによって実現することができる。保護回路ＰＣ１、ＰＣ２およびＰＣ４も、保護回路ＰＣ３の上記の構成と同じ構成を備えていてもよい。
【０１７３】
図１９に、保護回路として、ダイオードおよびＲＣ回路が混在した回路構成例を示す。保護回路の種類を揃える必要は必ずしもなく、図示されるようにダイオードおよびＲＣ回路が混在していてもよい。また、抵抗素子、ダイオードおよびＲＣ回路が混在していてもよい。
【０１７４】
（実施形態３）
実施形態３による電力変換装置１００Ｃは、２つの切替回路１１０内のスイッチ素子として、寄生ダイオードを内部に有するＦＥＴを備える。以下、実施形態１、２と共通する説明は省略し、それらとの差異点を主として説明する。
【０１７５】
図２０は、本実施形態による電力変換装置１００Ｃの回路構成を模式的に示す。
【０１７６】
電力変換装置１００Ｃは、スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４として、ＦＥＴ１１１、１１２、１１３および１１４をそれぞれ備える。ＦＥＴは、典型的には、ＭＯＳＦＥＴである。本願明細書において、スイッチ素子に並列に接続された保護回路には、ＦＥＴの還流ダイオードが含まれる。
【０１７７】
電源側切替回路１１０の中のＦＥＴ１１３、１１４は、寄生ダイオード１１３Ｄ、１１４Ｄにおいて電源１０１に向けて順方向電流が流れるよう配置される。ＧＮＤ側切替回路１１０の中のＦＥＴ１１１、１１２は、寄生ダイオード１１１Ｄ、１１２Ｄおいてインバータに向けて順方向電流が流れるよう配置される。
【０１７８】
例えば、第１インバータ１２０が故障した場合、零相電流は、ＦＥＴ１１１の寄生ダイオード１１１Ｄを流れ、または、ＦＥＴ１１３の寄生ダイオード１１３Ｄを流れ得る。このように、スイッチ素子としてＦＥＴを用いることにより、寄生ダイオードを保護回路として機能させることが可能である。
【０１７９】
図２１は、逆接続保護用の２つのＦＥＴをさらに備える電力変換装置１００Ｃの回路構成を模式的に示す。
【０１８０】
実施形態１において説明したように、電力変換装置１００Ｃは、逆接続保護用の２つのＦＥＴ１１５、１１６を備えることができる。ＦＥＴ１１３、１１５は、寄生ダイオードの向きが互いに対向するように配置される。ＦＥＴ１１４、１１６は、寄生ダイオードの向きが互いに対向するように配置される。ＦＥＴ１１５、１１６は、通常、常時オン状態であるため、零相電流は、寄生ダイオード１１３Ｄまたは１１４Ｄを流れることが可能である。
【０１８１】
図２２は、本実施形態による電力変換装置１００Ｃの他の回路構成を模式的に示す。
【０１８２】
図示されるように、例えば、ＦＥＴ１１１に抵抗素子１１１Ｒを並列に接続することが可能である。例えば、第１インバータ１２０のＦＥＴ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈが全てオープン故障した場合を考える。その場合、零相電流はＦＥＴ１１１の寄生ダイオードを流れることはできないが、抵抗素子１１１Ｒを流れることができる。つまり、零相電流を外に逃がすことが可能となる。
【０１８３】
本開示による電力変換装置において、保護回路が接続されたスイッチ素子と、寄生ダイオードを含むＦＥＴとが混在していても構わない。
【０１８４】
（実施形態４）
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、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系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ、モータおよび減速機構を備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、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し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
【０１８５】
本開示のモータ駆動ユニット４００は、電動パワーステアリング装置に好適に利用される。
【０１８６】
図２３は、本実施形態による電動パワーステアリング装置５００の典型的な構成を模式的に示している。電動パワーステアリング装置５００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
【０１８７】
ステアリング系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（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）、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（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
【０１８８】
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
【０１８９】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力変換装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
【０１９０】
ＥＣＵ５４２として、本開示による制御回路３００を用いることができ、電力変換装置５４５として、本開示による電力変換装置１００を用いることができる。また、モータ５４３は、本開示によるモータ２００に相当する。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力変換装置５４５を備える機電一体型モータとして、本開示によるモータ駆動ユニット４００を好適に用いることができる。
【０１９１】
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。
【０１９２】
電動パワーステアリング装置５００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類することができる。図２３には、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置５００を例示している。ただし、電動パワーステアリング装置５００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等であってもよい。
【０１９３】
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。外部機器５６０は例えば車速センサである。または、外部機器５６０は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車内ネットワークで通信可能な他のＥＣＵであってもよい。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号および車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御またはＰＷＭ制御することができる。
【０１９４】
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサ（不図示）によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
【０１９５】
電動パワーステアリング装置５００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、上述した機電一体型モータに、本開示のモータ駆動ユニット４００を利用することにより、部品の品質が向上し、かつ、正常時および異常時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる、モータ駆動ユニットを備える電動パワーステアリング装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【０１９６】
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】
【０１９７】
１００    ：電力変換装置
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（ＳＷ）
１１２    ：第２スイッチ素子（ＳＷ）
１１３    ：第３スイッチ素子（ＳＷ）
１１４    ：第４スイッチ素子（ＳＷ）
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
１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ    ：ハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）
１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ    ：ローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）
１２１Ｒ、１２２Ｒ、１２３Ｒ    ：シャント抵抗
１３０    ：第２インバータ
１３１Ｈ、１３２Ｈ、１３３Ｈ    ：ハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）
１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３Ｌ    ：ローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）
１３１Ｒ、１３２Ｒ、１３３Ｒ    ：シャント抵抗
１５０    ：電流センサ
２００    ：電動モータ
３００    ：制御回路
３１０    ：電源回路
３２０    ：角度センサ
３３０    ：入力回路
３４０    ：マイクロコントローラ
３５０    ：駆動回路
３６０    ：ＲＯＭ
４００    ：モータ駆動ユニット
５００    ：電動パワーステアリング装置
ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４    ：保護回路
【図１】
2017150640.tif 000005
【図２】
2017150640.tif 000006
【図３】
2017150640.tif 000007
【図４】
2017150640.tif 000008
【図５】
2017150640.tif 000009
【図６】
2017150640.tif 000010
【図７】
2017150640.tif 000011
【図８】
2017150640.tif 000012
【図９】
2017150640.tif 000013
【図１０】
2017150640.tif 000014
【図１１】
2017150640.tif 000015
【図１２】
2017150640.tif 000016
【図１３】
2017150640.tif 000017
【図１４Ａ】
2017150640.tif 000018
【図１４Ｂ】
2017150640.tif 000019
【図１４Ｃ】
2017150640.tif 000020
【図１５Ａ】
2017150640.tif 000021
【図１５Ｂ】
2017150640.tif 000022
【図１５Ｃ】
2017150640.tif 000023
【図１５Ｄ】
2017150640.tif 000024
【図１６Ａ】
2017150640.tif 000025
【図１６Ｂ】
2017150640.tif 000026
【図１６Ｃ】
2017150640.tif 000027
【図１７】
2017150640.tif 000028
【図１８Ａ】
2017150640.tif 000029
【図１８Ｂ】
2017150640.tif 000030
【図１９】
2017150640.tif 000031
【図２０】
2017150640.tif 000032
【図２１】
2017150640.tif 000033
【図２２】
2017150640.tif 000034
【図２３】
2017150640.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月3日(2018.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017150640.tif 000036
【図２】
2017150640.tif 000037
【図３】
2017150640.tif 000038
【図４】
2017150640.tif 000039
【図５】
2017150640.tif 000040
【図６】
2017150640.tif 000041
【図７】
2017150640.tif 000042
【図８】
2017150640.tif 000043
【図９】
2017150640.tif 000044
【図１０】
2017150640.tif 000045
【図１１】
2017150640.tif 000046
【図１２】
2017150640.tif 000047
【図１３】
2017150640.tif 000048
【図１４Ａ】
2017150640.tif 000049
【図１４Ｂ】
2017150640.tif 000050
【図１４Ｃ】
2017150640.tif 000051
【図１５Ａ】
2017150640.tif 000052
【図１５Ｂ】
2017150640.tif 000053
【図１５Ｃ】
2017150640.tif 000054
【図１５Ｄ】
2017150640.tif 000055
【図１６Ａ】
2017150640.tif 000056
【図１６Ｂ】
2017150640.tif 000057
【図１６Ｃ】
2017150640.tif 000058
【図１７】
2017150640.tif 000059
【図１８Ａ】
2017150640.tif 000060
【図１８Ｂ】
2017150640.tif 000061
【図１９】
2017150640.tif 000062
【図２０】
2017150640.tif 000063
【図２１】
2017150640.tif 000064
【図２２】
2017150640.tif 000065
【図２３】
2017150640.tif 000066
【国際調査報告】
2017150640.tif 000067
2017150640.tif 000068
2017150640.tif 000069
2017150640.tif 000070