DE112017001149T5

DE112017001149T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung, motorantriebseinheit, elektrische servolenkungsvorrichtung und relaismodul

Info

Publication number: DE112017001149T5
Application number: DE112017001149.3T
Authority: DE
Inventors: Eiji Wada; Kaori Nabeshi
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-11-22
Also published as: US20190077449A1; WO2017150639A1; JP6874758B2; US11014602B2; CN108966685A; JPWO2017150639A1

Abstract

Diese Leistungsumwandlungsvorrichtung (100) wandelt Leistung von einer Leistungsversorgung (101) in Leistung um, die einem Elektromotor (200) mit n Phasen (n ist eine Ganzzahl von 3 oder mehr) von Wicklungen zugeführt wird. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung (100) ist mit Folgendem versehen: einem ersten Inverter (110), der mit einem Ende der Wicklung jeder Phase des Elektromotors verbunden ist; einem zweiten Inverter (140), der mit dem anderen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden ist; einer ersten Phasentrennungsrelaisschaltung (120), die umschaltet, je nachdem, ob der erste Inverter mit dem einen Ende der Wicklung jeder Phase verbunden oder von demselben getrennt ist; und einer ersten Nullpunktrelaisschaltung (130), die mit dem einem Ende der Wicklung jeder Phase verbunden ist und die umschaltet, je nachdem, ob die einen Enden der Wicklungen jeder Phase miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Leistungsumwandlungsvorrichtungen zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung, die einem Elektromotor zuzuführen ist, auf Motorantriebseinheiten, elektrische Servolenkungsvorrichtungen und Relaismodule (Weiterleitungsmodule).
STAND DER TECHNIK
Elektromotoren (nachfolgend einfach als „Motoren“ bezeichnet) wie bürstenlose Gleichstrommotoren und Wechselstromsynchronmotoren werden für gewöhnlich durch Dreiphasenströme angetrieben. Eine komplizierte Steuertechnik wie etwa eine Vektorsteuerung ist erforderlich, um die Wellenformen der Dreiphasenströme genau zu steuern. Solch eine Steuertechnik erfordert komplizierte mathematische Berechnungen und wird daher unter Verwendung einer digitalen Rechenschaltung wie etwa einer Mikrosteuerung (Mikrocomputer) durchgeführt. Die Vektorsteuertechnik wird in den Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen die Last an einen Motor erheblich variiert, z. B. bei Waschmaschinen, motorisierten Fahrrädern, Elektrorollern, elektrischen Servolenkungsvorrichtungen, Elektrofahrzeugen und industrieller Ausrüstung. Unterdessen werden andere Motorsteuertechniken wie etwa die Pulsweitenmodulation (PWM) für Motoren mit relativ geringer Leistungsabgabe verwendet.
Im Bereich der fahrzeugmontierten Vorrichtungen wird in einem Fahrzeug eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) verwendet. Die ECU umfasst eine Mikrosteuerung, eine Leistungsversorgung, eine Eingangs-/Ausgangsschaltung, einen A/D-Wandler, eine Lastantriebsschaltung und einen Nur-Lese-Speicher (ROM, Read-Only Memory), usw. Ein elektronisches Steuersystem ist unter Verwendung der ECU als eine Hauptkomponente aufgebaut. Beispielsweise verarbeitet die ECU ein Signal von einem Sensor, um einen Aktor wie etwa einen Motor zu steuern. Genauer gesagt steuert die ECU einen Inverter in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, während dieselbe die Drehzahl oder das Drehmoment eines Motors überwacht. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung wandelt unter der Steuerung der ECU eine Antriebsleistung um, die dem Motor zuzuführen ist.
In den letzten Jahren wurde ein mechanisch und elektronisch integrierter Motor entwickelt, bei dem ein Motor, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und eine ECU gemeinsam integriert sind. Insbesondere in dem Bereich der fahrzeugmontierten Vorrichtungen muss eine hohe Qualität für die Sicherheit gewährleistet sein. Daher wird eine fehlertolerante Ausführung verwendet, um zu ermöglichen, dass das Motorsystem auch bei Ausfall eines Teils des Motorsystems einen sicheren Betrieb fortsetzt. Als Beispiel einer solchen fehlertoleranten Ausführung kann ein einzelner Motor mit zwei Leistungsumwandlungsvorrichtungen versehen sein. Als weiteres Beispiel kann die ECU zusätzlich zu einer Hauptmikrosteuerung mit einer Zweitmikrosteuerung versehen sein.
Beispielsweise beschreibt das Patentdokument Nr. 1 eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung, die einem Dreiphasenmotor zuzuführen ist, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit und zwei Inverter umfasst. Die zwei Inverter sind jeweils mit einer Leistungsversorgung und einer Masse (im Folgenden als „GND“ bezeichnet) gekoppelt. Einer der zwei Inverter ist mit einem Ende jeder der Dreiphasenwicklungen des Motors gekoppelt und der andere Inverter ist mit dem anderen Ende jeder der Dreiphasenwicklungen gekoppelt. Jeder Inverter umfasst eine Brückenschaltung, die drei Schenkel umfasst, von denen jeder ein hochseitiges Umschaltelement und ein tiefseitiges Umschaltelement umfasst. Die Steuereinheit schaltet beim Detektieren eines Ausfalls in einem Umschaltelement in den zwei Invertern die Steuerung des Motors von einer Steuerung unter normalen Bedingungen zu einer Steuerung unter anomalen Bedingungen um. Wie hierin verwendet, beschreibt der Ausdruck „anomale Bedingungen“ hauptsächlich, dass ein Umschaltelement ausgefallen ist. Der Ausdruck „Steuerung unter normalen Bedingungen“ beschreibt eine Steuerung, die ausgeführt wird, wenn alle Umschaltelemente normal in Betrieb sind. Der Ausdruck „Steuerung unter anomalen Bedingungen“ beschreibt eine Steuerung, die bei einem Ausfall in einem Umschaltelement ausgeführt wird.
Bei der Steuerung unter anomalen Bedingungen wird ein Nullpunkt für die Wicklungen durch Ein- oder Ausschalten von Umschaltelementen gemäß einer vorbestimmten Regel in einem der zwei Inverter gebildet, der das ausgefallene Umschaltelement umfasst (im Folgenden als „ausgefallener Inverter“ bezeichnet). Gemäß der Regel werden beispielsweise bei einem Leerlaufausfall, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer ausgeschaltet ist, in der Brückenschaltung des ausgefallenen Inverters die drei hochseitigen Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement ausgeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente werden eingeschaltet. In diesem Fall wird der Nullpunkt auf der tiefen Seite gebildet. In dem Fall eines Kurzschlussausfalls, bei dem ein hochseitiges Umschaltelement immer eingeschaltet ist, werden in der Brückenschaltung des ausgefallenen Inverters die drei hochseitigen Umschaltelemente außer dem ausgefallenen Umschaltelement eingeschaltet und die drei tiefseitigen Umschaltelemente werden ausgeschaltet. In diesem Fall wird der Nullpunkt auf der hohen Seite gebildet. In der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument Nr. 1 wird der Nullpunkt für die Dreiphasenwicklungen in einem ausgefallenen Inverter unter anomalen Bedingungen gebildet. Selbst in dem Fall eines Ausfalls in einem Umschaltelement kann der Motor weiterhin unter Verwendung eines der Inverter, der normal arbeitet, angetrieben werden.
LISTE DER GENANNTEN DOKUMENTE
PATENTLITERATUR
Patentdokument Nr. 1: Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 2014-192950
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE PROBLEMSTELLUNG
Beim obengenannten Stand der Technik besteht ein Bedarf an weiteren Verbesserungen der Stromsteuerung unter normalen und anomalen Bedingungen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung stellt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereit, die sowohl unter normalen als auch unter anomalen Bedingungen eine geeignete Stromsteuerung ausführen kann.
LÖSUNG DER PROBLEMSTELLUNG
Eine beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle in Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n = eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, umfasst einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist, einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem ersten Inverter umschaltet, und eine erste Nullpunktrelaisschaltung, mit der das eine Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist und die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem einen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Eine weitere beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle in Leistung, die einem Motor mit n Phasenwicklungen (n = eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, umfasst einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Motors gekoppelt ist, einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, und zumindest n Relais, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder der n Phasenwicklungen mit und von dem ersten Inverter umschalten.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung vorgesehen, die eine geeignete Stromsteuerung sowohl unter normalen Bedingungen als auch anomalen Bedingungen unter Verwendung einer ersten Phasenisolationsrelaisschaltung und einer ersten Nullpunktrelaisschaltung durchführen kann.
Außerdem ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung eine Leistungsumwandlungsvorrichtung vorgesehen, die eine geeignete Stromsteuerung sowohl unter normalen Bedingungen als auch unter anomalen Bedingungen unter Verwendung von zumindest n Relais durchführen kann, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der n Phasenwicklungen mit und von einem ersten Inverter umschalten.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß einem veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine typische Blockkonfiguration einer Motorantriebseinheit 400 zeigt, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 des veranschaulichenden ersten Ausführungsbeispiels umfasst.
5 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen (Sinuswellen) zeigt, die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter normalen Bedingungen durch die Dreiphasenleitungssteuerung gesteuert wird.
6 ist ein schematisches Diagramm, das Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zeigt, die bei einer unter anormalen Bedingungen erfolgenden Steuerung bei einem Motorphasenwinkel von beispielsweise 270°C auftreten.
7 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen zeigt, die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die bei einer unter anormalen Bedingungen erfolgenden Steuerung durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 fließen.
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A zeigt, die ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen umfasst.
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B gemäß einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel zeigt.
10 ist ein Diagramm, das eine H-Brücke 181 zeigt, die in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B gemäß einem veranschaulichenden zweiten Ausführungsbespiel enthalten ist.
11 ist ein Diagramm, das eine H-Brücke 182 zeigt, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels enthalten ist.
12 ist ein Diagramm, das eine H-Brücke 183 zeigt, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels enthalten ist.
13 ist ein Diagramm, das die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels unter anomalen Bedingungen zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
15 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen zeigt, die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die bei einer unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 gemäß dem veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiel fließen.
16 ist ein schematisches Diagramm, das die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels unter anomalen Bedingungen zeigt.
17 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen zeigt, die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die bei einer unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 gemäß dem veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiel fließen.
18 ist ein schematisches Diagramm, das die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiels unter anomalen Bedingungen zeigt.
19 ist ein Diagramm, das Stromwellenformen zeigt, die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die bei einer unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung durch eine U-Phase-, eine V-Phase- und eine W-Phase-Wicklung eines Motors 200 gemäß dem veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiel fließen.
20 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B des veranschaulichenden zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
21 ist ein schematisches Diagramm, das eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß einem veranschaulichenden dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
22 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600 gemäß einem veranschaulichenden vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
23 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600A zeigt, das ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen umfasst.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bevor die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, werden die vorliegenden Erkenntnisse des Erfinders beschrieben, die die Basis der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung aus Patentdokument Nr. 1 sind die zwei Inverter jeweils immer mit der Leistungsversorgung und der GND verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht es nicht, dass die Leistungsversorgung und der ausgefallene Inverter voneinander getrennt werden. Der vorliegende Erfinder ist auf das Problem gestoßen, dass sogar dann, wenn unter anomalen Bedingungen ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter gebildet wird, ein Strom von der Leistungsversorgung in den ausgefallenen Inverter fließt. Als Folge tritt in dem ausgefallenen Inverter ein Leistungsverlust auf.
Wie bei der Leistungsversorgung kann ein ausgefallener Inverter nicht von der GND getrennt werden. Der benannte Erfinder ist auf das Problem gestoßen, dass sogar dann, wenn unter anomalen Bedingungen ein Nullpunkt in einem ausgefallenen Inverter gebildet wird, ein Strom, der jeder Phasenwicklung durch einen normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, nicht zu dem Quellinverter zurückkehrt und durch den ausgefallenen Inverter zu der GND fließt. Mit anderen Worten, kann eine geschlossene Schleife eines Antriebsstromes nicht gebildet werden. Es ist wünschenswert, dass ein Strom, der jeder Phasenwicklung durch einen normal arbeitenden Inverter zugeführt wird, durch den Quellinverter zu der GND fließen sollte.
Ausführungsbeispiele einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, einer Motorantriebseinheit, einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung und eines Relaismoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um unnötige Undeutlichkeiten der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden, werden zum Beispiel bekannte Merkmale nicht beschrieben oder im Wesentlichen gleiche Elemente nicht wiederholend beschrieben. Dies dient auch der Vereinfachung des Verständnisses der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden hierin beispielsweise unter Verwendung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung beschreiben, die Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung umwandelt, die einem Dreiphasenmotor mit Dreiphasenwicklungen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) zuzuführen ist. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung eine Leistungsumwandlungsvorrichtung umfasst, die Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung umwandelt, die einem n-Phasenmotor mit n-Phasenwicklungen (n ist eine Ganzzahl von vier oder mehr) zuzuführen ist, zum Beispiel vier Phasenwicklungen oder fünf Phasenwicklungen.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt auf schematische Weise eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Die Leistungsumwandlunysvorrichtung 100 umfasst einen ersten Inverter 110, eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120, eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130, einen zweiten Inverter 140, eine zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 kann Leistung von einer Leistungsversorgung in Leistung umwandeln, die verschiedenen Motoren zugeführt werden soll. Ein Motor 200 ist beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrommotor. Der Motor 200 umfasst eine U-Phase-Wicklung M1, eine V-Phase-Wicklung M2 und eine W-Phase-Wicklung M3 und ist mit dem ersten Inverter 110 und dem zweiten Inverter 140 gekoppelt. Im Einzelnen ist der erste Inverter 110 mit einem Ende jeder Phasenwicklung des Motors 200 gekoppelt und der zweite Inverter 140 ist mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt. Wie hierin verwendet, beschreiben die Ausdrücke „koppeln“ und „verbinden“ in Bezug auf Teile (Komponenten) hauptsächlich eine elektrische Kopplung und Verbindung zwischen den Teilen.
Der erste Inverter 110 weist Anschlüsse U_L, V_L und W_L auf, die den jeweiligen Phasen entsprechen, und der zweite Inverter 140 weist Anschlüsse U_R, V_R und W_R auf, die den jeweiligen Phasen entsprechen. Der Anschluss U_L des ersten Inverters 110 ist mit einem Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt, der Anschluss V_L ist mit einem Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt und der Anschluss W_L ist mit einem Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Wie bei dem ersten Inverter 110 ist der Anschluss U_R des zweiten Inverters 140 mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt, der Anschluss V_R ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt und der Anschluss W_R ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Eine derartige Kopplung unterscheidet sich von so genannten Stern- und Delta-Kopplungen.
Der erste Inverter 110 (kann auch als „Brückenschaltung L“ bezeichnet werden) umfasst eine Brückenschaltung, die drei Schenkel aufweist. Jeder Schenkel weist ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement auf. Die in 1 gezeigten Umschaltelemente 111L, 112L und 113L sind ein tiefseitiges Umschaltelement, und die in 1 gezeigten Umschaltelemente 111H, 112H und 113H sind ein hochseitiges Umschaltelement. Die Umschaltelemente können beispielsweise ein Feldeffekttransistor (üblicherweise ein MOSFET) oder ein Bipolartransistor mit integriertem Gate (IGBT, integrated-gate bipolar transistor) sein. Hierin wird beispielsweise angenommen, dass die Umschaltelemente der Inverter ein FET sind, und auch in der folgenden Beschreibung können die Umschaltelemente durch FET bezeichnet sein. Beispielsweise wird das Umschaltelement 111L durch den FET 111L bezeichnet.
Der erste Inverter 110 umfasst drei Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R als Stromsensor 170 (siehe 4) zum Detektieren von Strömen, die durch die U-Phase-, die V-Phase- bzw. die W-Phase-Wicklungen fließen. Der Stromsensor 170 umfasst eine (nicht gezeigte) StromDetektionsschaltung zum Detektieren eines durch jeden Nebenschlusswiderstand fließenden Stroms. Beispielsweise sind die Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R jeweils zwischen das entsprechende der drei in den drei Schenkeln des ersten Inverters 110 enthaltenen tiefseitigen Umschaltelemente und die Masse gekoppelt. Im Einzelnen ist der Nebenschlusswiderstand 111R zwischen den FET 111L und die Masse gekoppelt, der Nebenschlusswiderstand 112R ist zwischen den FET 112L und die Masse gekoppelt und der Nebenschlusswiderstand 113R ist zwischen den FET 113L und die Masse gekoppelt. Die Nebenschlusswiderstände weisen einen Widerstandswert von z. B. etwa 0,5 bis 1,0 mΩ auf.
Wie bei dem ersten Inverter 110 umfasst der zweite Inverter 140 (kann auch als „Brückenschaltung R“ bezeichnet werden) eine Brückenschaltung mit drei Schenkeln. Die in 1 gezeigten FET 141L, 142L und 143L sind ein tiefseitiges Umschaltelement, und die in 1 gezeigten FET 141H, 142H und 143H sind ein hochseitiges Umschaltelement. Der zweite Inverter 140 umfasst ebenfalls drei Nebenschlusswiderstände 141R, 142R und 143R. Diese Nebenschlusswiderstände sind zwischen die drei in den drei Schenkeln enthaltenen tiefseitigen Umschaltelemente und die Masse gekoppelt. Die in dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 enthaltenen FET können beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder einen eigens dafür vorgesehenen Treiber gesteuert werden.
Die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ist zwischen ein Ende jeder Phasenwicklung und den ersten Inverter 110 gekoppelt. Im Einzelnen umfasst die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 drei erste Phasenisolationsrelais 121, 122 und 123, die jeweils zwischen ein Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung und den ersten Inverter 110 gekoppelt sind. Das erste Phasenisolationsrelais 121 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 111H und 111L und ein Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt. Das erste Phasenisolationsrelais 122 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 112H und 112L und ein Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt. Das erste Phasenisolationsrelais 123 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 113H und 113L und ein Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem ersten Inverter 110 umschaltet.
Die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ist zwischen das andere Ende jeder Phasenwicklung und den zweiten Inverter 140 gekoppelt. Im Einzelnen umfasst die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 drei zweite Phasenisolationsrelais 151, 152 und 153, die jeweils zwischen das andere Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung und den zweiten Inverter 140 gekoppelt sind. Das zweite Phasenisolationsrelais 151 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 141H und 141L und das andere Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt. Das zweite Phasenisolationsrelais 152 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 142H und 142L und das andere Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt. Das zweite Phasenisolationsrelais 153 ist zwischen einen Kopplungsknoten der FET 143H und 143L und das andere Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem zweiten Inverter 140 umschaltet.
Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ist mit einem Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 umfasst drei erste Nullpunktrelais 131, 132 und 133, von denen jeweils ein Ende mit einem gemeinsamen ersten Knoten N1 verbunden ist und von denen jeweils das andere Ende mit einem Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt ist. Im Einzelnen ist ein Ende des ersten Nullpunktrelais 131 mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt, und das andere Ende ist mit einem Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt. Ein Ende des ersten Nullpunktrelais 132 ist mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt, und das andere Ende ist einem Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt. Ein Ende des ersten Nullpunktrelais 133 ist mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt, und das andere Ende ist einem Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der Phasenwicklungen mit und von dem einen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ist mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt. Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 umfasst drei zweite Nullpunktrelais 161, 162 und 163, von denen jeweils ein Ende mit einem gemeinsamen zweiten Knoten N2 gekoppelt ist und von denen jeweils das andere Ende mit dem anderen Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt ist. Im Einzelnen ist ein Ende des zweiten Nullpunktrelais 160 mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt und das andere Ende ist mit dem anderen Ende der U-Phase-Wicklung M1 gekoppelt. Ein Ende des zweiten Nullpunktrelais 162 ist mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt, und das andere Ende ist mit dem anderen Ende der V-Phase-Wicklung M2 gekoppelt. Ein Ende des zweiten Nullpunktrelais 163 ist mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt, und das andere Ende ist mit dem anderen Ende der W-Phase-Wicklung M3 gekoppelt. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder der Phasenwicklungen mit und von dem anderen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Die Ein/Aus-Zustände der ersten Phasenisolationsrelais 121, 122 und 123, der ersten Nullpunktrelais 131, 132 und 133, der zweiten Phasenisolationsrelais 151, 152 und 153 sowie der zweiten Nullpunktrelais 161, 162 und 163 können beispielsweise durch eine Mikrosteuerung oder einen eigens dafür vorgesehenen Treiber gesteuert werden. Als diese Relais können eine breite Vielzahl von Transistoren, beispielsweise ein FET und IGBT, verwendet werden. Alternativ können als die Relais ein mechanisches Relais, ein TRIAC, ein Thyristor usw. verwendet werden. Als die Relais kann ein beliebiges Element verwendet werden, das eine elektrische Verbindung herstellen und unterbrechen kann. Hierin wird angenommen, dass als jedes Relais ein FET verwendet wird, und in der folgenden Beschreibung wird jedes Relais durch einen FET bezeichnet. Beispielsweise werden die ersten Phasenisolationsrelais 121, 122 und 123 durch die FET 121, 122 bzw. 123 bezeichnet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist zwischen eine Leistungsversorgung 101 und eine GND gekoppelt. Im Einzelnen sind der erste und der zweite Inverter 110 und 140 jeweils zwischen die Leistungsversorgung 101 und die GND gekoppelt. Leistung wird von der Leistungsversorgung 101 dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 zugeführt.
Die Leistungsversorgung 101 erzeugt eine vorbestimmte Leistungsversorgungsspannung. Die Leistungsversorgung 101 kann beispielsweise eine Gleichstromleistungsversorgung sein. Es ist zu beachten, dass die Leistungsversorgung 101 ein WS-GS-Wandler oder ein GS-GS-Wandler oder alternativ dazu eine Batterie (elektrische Batterie) sein kann. Die Leistungsversorgung 101 kann eine einzelne Leistungsversorgung sein, die der erste und der zweite Inverter 110 und 140 gemeinsam nutzen. Alternativ dazu kann eine erste Leistungsversorgung für den ersten Inverter 110 und eine zweite Leistungsversorgung für den zweiten Inverter 140 vorgesehen sein.
Zwischen der Leistungsversorgung 101 und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ist eine Spule 102 bereitgestellt. Die Spule 102 fungiert als Rauschfilter, um eine Glättung durchzuführen, so dass Hochfrequenzrauschen, das in der jedem Inverter zugeführten Spannungswellenform enthalten ist, oder Hochfrequenzrauschen, das in jedem Inverter auftritt, nicht in die Leistungsversorgung 101 fließt. Ein Kondensator oder mehrere Kondensatoren 103 ist/sind mit Leistungsversorgungsanschlüssen der Inverter gekoppelt. Der Kondensator 103 ist ein sogenannter Bypass-Kondensator und verhindert oder reduziert eine Spannungswelligkeit. Der Kondensator 103 ist beispielsweise ein Elektrolytkondensator. Die Kapazitäten und die Anzahl von Kondensatoren 103, die verwendet werden, werden je nach Eignung bestimmt, wobei Struktur und Spezifikationen, usw. berücksichtigt werden.
Bei der Beispielkonfiguration aus 1 ist ein Nebenschlusswiderstand in jedem Schenkel jedes Inverters bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass der erste und der zweite Inverter 110 und 140 sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen können. Die sechs oder weniger Nebenschlusswiderstände können zwischen die sechs oder weniger tiefseitigen Umschaltelementen der sechs Schenkel des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 und die GND gekoppelt sein. In dem Fall, in dem diese Konfiguration auf einen n-Phasenmotor erweitert wird, können der erste und der zweite Inverter 110 und 140 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände umfassen. Die 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände können zwischen die 2n oder weniger tiefseitigen Umschaltelementen der 2n Schenkel des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 und die GND gekoppelt sein.
2 zeigt schematisch eine weitere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dieses Ausführungsbeispiels. Drei Nebenschlusswiderstände können zwischen den Schenkeln des ersten oder des zweiten Inverters 110 oder 140 und den Wicklungen M1, M2 und M3 angeordnet sein. Beispielsweise können die Nebenschlusswiderstände 111R, 112R und 113R jeweils zwischen dem ersten Inverter 110 und einem Ende der entsprechenden der Wicklungen M1, M2 und M3 angeordnet sein. Alternativ dazu können, obwohl dies nicht gezeigt ist, die Nebenschlusswiderstände 111R und 112R jeweils zwischen dem ersten Inverter 110 und einem Ende der entsprechenden der Wicklungen M1 und M2 angeordnet sein, und ein Nebenschlusswiderstand 143R kann zwischen dem zweiten Inverter 140 und dem anderen Ende der Wicklung M3 angeordnet sein. Bei einer solchen Konfiguration ist es ausreichend, für die U-, die V- und die W-Phase drei Nebenschlusswiderstände anzuordnen, und es werden zumindest zwei Nebenschlusswiderstände vorgesehen.
3 zeigt schematisch eine wieder andere Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dieses Ausführungsbeispiels. Beispielsweise kann ein einzelner Nebenschlusswiderstand von den Phasenwicklungen in jedem Inverter gemeinsam verwendet werden. Ein einzelner Nebenschlusswiderstand 111R ist beispielsweise zwischen einen tiefseitigen Knoten N3 (Kopplungspunkt der Schenkel) des ersten Inverters 110 und die GND gekoppelt. Ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand 141R kann beispielsweise zwischen einen tiefseitigen Knoten N4 des zweiten Inverters 140 und die GND gekoppelt sein. Man beachte, dass ein Motorstrom unter Verwendung der Nebenschlusswiderstände eines Inverters, der normal arbeitet, detektiert wird. Deshalb können die Nebenschlusswiderstände an Positionen angeordnet sein, die eine Detektion eines Motorstroms unabhängig von den Positionen der Phasenisolationsrelaisschaltungen ermöglichen. Alternativ dazu, wie bei der tiefen Seite, ist ein einzelner Nebenschlusswiderstand 111R beispielsweise zwischen einen hochseitigen Knoten N5 des ersten Inverters 110 und die Leistungsversorgung 101 gekoppelt, und ein anderer einzelner Nebenschlusswiderstand 141R ist beispielsweise zwischen einen hochseitigen Knoten N6 des zweiten Inverters 140 und die Leistungsversorgung 101 gekoppelt. Die Anzahl der Nebenschlusswiderstände, die verwendet werden, und die Anordnung der Nebenschlusswiderstände werden somit je nach Eignung bestimmt, wobei Herstellungskosten, Struktur, Spezifikationen, usw. berücksichtigt werden.
4 zeigt auf schematische Weise eine typische Blockkonfiguration einer Motorantriebseinheit 400 einschließlich der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100.
Die Motorantriebseinheit 400 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, den Motor 200 und eine Steuerschaltung 300.
Die Steuerschaltung 300 umfasst beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung 310, einen Winkelsensor 320, eine Eingangsschaltung 330, eine Mikrosteuerung 340, eine Antriebsschaltung 350 und einen ROM 360. Die Steuerschaltung 300 ist mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 gekoppelt und steuert die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 dahingehend, den Motor 200 anzutreiben. Im Einzelnen steuert die Steuerschaltung 300 den Rotor derart, dass der Rotor eine gewünschte Position, eine gewünschte Drehzahl und einen gewünschten Strom, usw. annimmt, und kann eine Steue rung mit geschlossenem Regelkreis erzielen. Es ist zu beachten, dass die Steuerschaltung 300 anstelle des Winkelsensors einen Drehmomentsensor umfassen kann. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 300 den Rotor derart steuern, dass der Rotor ein gewünschtes Motordrehmoment annimmt.
Die Leistungsversorgungsschaltung 310 erzeugt eine Gleichstromspannung (z. B. 3 V oder 5 V), die für die Schaltungsblöcke verwendet wird. Der Winkelsensor 320 ist beispielsweise ein Resolver oder ein Hall-IC. Der Winkelsensor 320 detektiert den Drehwinkel des Rotors des Motors 200 (im Folgenden als „Drehsignal“ bezeichnet) und gibt das Drehsignal an die Mikrosteuerung 340 aus. Die Eingangsschaltung 330 empfängt einen Motorstromwert (im Folgenden als „tatsächlicher Stromwert“ bezeichnet), der durch den Stromsensor 170 detektiert wird, und wandelt gegebenenfalls den Pegel des tatsächlichen Stromwertes in einen Eingangspegel der Mikrosteuerung 340 um und gibt den resultierenden tatsächlichen Stromwert an die Mikrosteuerung 340 aus.
Die Mikrosteuerung 340 steuert den Umschaltvorgang (das Einschalten oder Ausschalten) jedes FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100. Die Mikrosteuerung 340 berechnet einen gewünschten Stromwert auf der Basis des tatsächlichen Stromwertes und des Rotordrehsignals, usw., um ein PWM-Signal zu erzeugen, und gibt das PWM-Signal an die Antriebsschaltung 350 aus. Außerdem kann beispielsweise die Mikrosteuerung 340 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130, die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ein- und ausschalten. Alternativ dazu kann die Antriebsschaltung 350 jede Relaisschaltung unter der Steuerung der Mikrosteuerung 340 ein- und ausschalten. Die Antriebsschaltung 350 ist typischerweise ein Gate-Treiber. Die Antriebsschaltung 350 erzeugt auf der Basis des PWM-Signals Steuersignale (Gate-Steuersignale) zum Steuern der Umschaltvorgänge der jeweiligen FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 und gibt die Steuersignale an die Gates der jeweiligen FET aus. Es ist zu beachten, dass die Mikrosteuerung 340 jeden FET in den zwei Umschaltschaltungen 110 steuern kann. Es ist zu beachten, dass die Mikrosteuerung 340 auch als die Antriebsschaltung 350 fungieren kann. In diesem Fall muss die Steuerschaltung 300 die Antriebsschaltung 350 nicht umfassen.
Der ROM 360 ist beispielsweise ein beschreibbarer Speicher, ein wiederbeschreibbarer Speicher oder ein Nur-Lese-Speicher. Der ROM 360 speichert ein Steuerprogramm, das Anweisungen umfasst, die bewirken, dass die Mikrosteuerung 340 die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 steuert. Beispielsweise wird das Steuerprogramm während des Startvorgangs temporär in einen RAM (nicht gezeigt) geladen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 führt eine Steuerung unter normalen Bedingungen und eine Steuerung unter anomalen Bedingungen durch. Die Steuerschaltung 300 (hauptsächlich die Mikrosteuerung 340) kann die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen umschalten. Die Ein/Aus-Zustände der ersten Phaseninsolationsrelaisschaltung 120, der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130, der zweiten Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 werden je nach der Art der Steuerung bestimmt.
Der Ein/Aus-Zustand jeder Relaisschaltung und eine Beziehung der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 und dem Motor 200 in den Ein/Aus-Zuständen wird nun ausführlich beschrieben.
Die Steuerschaltung 300 steuert die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 auf die Art und Weise von Entweder/Oder, so dass dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 eingeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet wird, und wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet wird. Hier bedeutet der Begriff „die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 wird eingeschaltet“, dass die FET 121, 122 und 123 alle eingeschaltet werden, und der Begriff „die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 wird ausgeschaltet“ bedeutet, dass die FET 121, 122 und 123 alle ausgeschaltet werden. Der Begriff „die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 wird eingeschaltet“ bedeutet, dass die FET 131, 132 und 133 alle eingeschaltet werden, und der Begriff „die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 wird ausgeschaltet“ bedeutet, dass die FET 131, 132 und 133 alle ausgeschaltet werden.
Wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 eingeschaltet wird, wird der erste Inverter 110 mit einem Ende jeder Phasenwicklung verbunden. Wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet wird, wird der erste Inverter 110 von einem Ende jeder Phasenwicklung getrennt. Wenn die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet wird, werden jeweils ein Ende jeder der Phasenwicklungen miteinander verbunden. Wenn die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet wird, wird jeweils ein Ende jeder der Phasenwicklungen voneinander getrennt.
Die Steuerschaltung 300 steuert die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 auf die Art und Weise von Entweder/Oder, so dass dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 eingeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet wird, und dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet wird. Hier bedeutet der Begriff „die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 wird eingeschaltet“, dass die FET 151, 152 und 153 alle eingeschaltet werden, und der Begriff „die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 wird ausgeschaltet“ bedeutet, dass die FET 151, 152 und 153 alle ausgeschaltet werden. Der Begriff „die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 wird eingeschaltet“ bedeutet, dass die FET 161, 162 und 163 alle eingeschaltet werden, und der Begriff „die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 wird ausgeschaltet“ bedeutet, dass die FET 161, 162 und 163 alle ausgeschaltet werden.
Wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 eingeschaltet wird, wird der zweite Inverter 140 mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung verbunden, und wenn die zweite Isolationsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet wird, wird der zweite Inverter 140 von dem anderen Ende jeder Phasenwicklung getrennt. Wenn die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet wird, werden jeweils das andere Ende jeder der Phasenwicklungen miteinander verbunden, und wenn die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet wird, werden jeweils das andere Ende jeder der Phasenwicklungen voneinander getrennt.
(Steuerung unter normalen Bedingungen)
Zuerst wird ein spezifisches Beispielverfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter normalen Bedingungen beschrieben. Wie oben beschrieben ist, beschreibt der Ausdruck „normale Bedingungen“, dass keiner der FET in dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 ausgefallen ist.
Unter normalen Bedingungen schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ein und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 aus, und schaltet die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Folglich werden die erste und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 130 und 160 von jeder Phasenwicklung getrennt, und der erste Inverter 110 wird durch die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 mit einem Ende jeder Phasenwicklung verbunden, und der zweite Inverter 140 wird durch die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung verbunden. In diesem Verbindungszustand führt die Steuerschaltung 300 eine Dreiphasenleitungssteuerung unter Verwendung des ersten und des zweiten Inverters 110 und 140 durch, um den Motor 200 anzutreiben. Im Einzelnen führt die Steuerschaltung 300 die Dreiphasenleitungsschaltung durch Ausführung einer Umschaltsteuerung an den FET des ersten Inverters 110 und den FET des zweiten Inverters 140 unter Verwendung entgegengesetzter Phasen aus (Phasendifferenz = 180°). In dem Fall einer H-Brücke, die die FET 111L, 111H, 141L und 141H umfasst, wird beispielsweise der FET 131L ausgeschaltet, wenn der FET 121L eingeschaltet wird, und der FET 131L wird eingeschaltet, wenn der FET 111L ausgeschaltet wird. Gleichermaßen wird der FET 141H ausgeschaltet, wenn der FET 111H eingeschaltet wird, und der FET 141H wird eingeschaltet, wenn der FET 111H ausgeschaltet wird.
5 zeigt beispielhafte Stromwellenformen (Sinuswellen), die dadurch erhalten werden, dass Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklung des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter normalen Bedingungen durch die Dreiphasenleitungssteuerung gesteuert wird. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar. Bei der Stromwellenform aus 5 sind Stromwerte bei jedem Phasenwinkel von 30° grafisch dargestellt. I_pk stellt den größten Stromwert (Spitzenstromwert) jeder Phase dar.
Tabelle 1 zeigt die Werte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Phasenwinkel der Sinuswellen aus 5 durch die Anschlüsse jedes Inverters fließen. Im Einzelnen zeigt Tabelle 1 die Werte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_L, V_L und W_L des ersten Inverters 110 (die Brückenschaltung L) fließen, und die Werte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 140 (die Brückenschaltung R) fließen. Hier ist eine positive Stromrichtung in Bezug auf die Brückenschaltung L als eine Richtung definiert, in der ein Strom von einem Anschluss der Brückenschaltung L zu einem Anschluss der Brückenschaltung R fließt. Diese Definition gilt für in 5 gezeigte Stromrichtungen. Eine positive Stromrichtung in Bezug auf die Brückenschaltung R ist als eine Richtung definiert, in der ein Strom von einem Anschluss der Brückenschaltung R zu einem Anschluss der Brückenschaltung L fließt. Daher besteht zwischen dem Strom in der Brückenschaltung L und dem Strom in der Brückenschaltung R eine Phasendifferenz von 180°. In Tabelle 1 ist die Größe eines Stromwertes I₁ gleich [(3)^1/2/2] * I_pk und die Größe eins Stromwertes I₂ ist gleich I_pk/2.
Bei einem Phasenwinkel von 0° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 30° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 60° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 90° fließt ein Strom mit einer Größe von I_pk durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 120° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 150° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 180° fließt kein Strom durch die U-Phase-Wicklung M1. Ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 210° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L.
Bei einem Phasenwinkel von 240° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 270° fließt ein Strom mit einer Größe von I_pk durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei einem Phasenwinkel von 300° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Durch die V-Phase-Wicklung M2 fließt kein Strom.
Bei einem Phasenwinkel von 330° fließt ein Strom mit einer Größe von I₂ durch die U-hase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L, ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R.
Bei der Dreiphasenleitungssteuerung dieses Ausführungsbeispiels beträgt die Summe von Strömen, die durch die Dreiphasenwicklungen fließen, bei jedem Phasenwinkel unweigerlich „0“, wobei die Stromrichtungen berücksichtigt werden. Beispielsweise steuert die Steuerschaltung 300 die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltungen L und R durch eine PWM-Steuerung, um die Stromwellenformen aus 5 zu erhalten.
(Steuerung unter anomalen Bedingungen)
Es wird ein spezifisches beispielhaftes Verfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter normalen Bedingungen beschrieben. Wie oben beschrieben ist, beschreibt der Ausdruck „anomale Bedingungen“ hauptsächlich, dass einer oder mehrere FET ausgefallen ist/sind. Ausfälle eines FET werden im Wesentlichen in einen „Leerlaufausfall“ und einen „Kurzschlussausfall“ unterteilt. In Bezug auf einen FET heißt „Leerlaufausfall“, dass zwischen Source und Drain des FET ein Leerlauf besteht (in anderen Worten weist ein Widerstand rds zwischen Source und Drain eine hohe Impedanz auf). In Bezug auf einen FET heißt „Kurzschlussausfall“, dass ein Kurzschluss zwischen Source und Drain des FET vorhanden ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird erwägt, dass während des Betriebes der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 ein zufälliger Ausfall auftritt, bei dem einer der 12 FET der zwei Inverter zufällig ausfällt. Die vorliegende Offenbarung richtet sich hauptsächlich auf ein Verfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, wenn ein zufälliger Ausfall aufgetreten ist. Es ist zu beachten, dass sich die vorliegende Offenbarung außerdem auf ein Verfahren zum Steuern der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 richtet, wenn mehrere FET gemeinsam ausgefallen sind, usw. Solch ein Mehrfachausfall heißt beispielsweise, dass ein Ausfall simultan in den hochseitigen und tiefseitigen Umschaltelementen eines Schenkels auftritt.
Wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 für einen langen Zeitraum verwendet wird, ist es wahrscheinlich, dass ein zufälliger Ausfall auftritt. Es ist zu beachten, dass sich der zufällige Ausfall von dem Herstellungsausfall unterscheidet, der während einer Herstellung auftreten kann. Wenn auch nur einer der FET bei den zwei Invertern ausfällt, kann die normale Dreiphasenleitungssteuerung nicht länger ausgeführt werden.
Ein Ausfall kann beispielsweise wie folgt detektiert werden. Die Antriebsschaltung 350 überwacht eine Drain-Source-Spannung Vds eines FET und vergleicht Vds mit einer vorbestimmten Schwellspannung, um einen Ausfall in dem FET zu detektieren. Die Schwellspannung wird in der Antriebsschaltung 350 beispielsweise durch eine Datenkommunikation mit einer externen IS (nicht gezeigt) und einem externen Teil festgelegt. Die Antriebsschaltung 350 ist mit einem Port der Mikrosteuerung 340 gekoppelt und sendet ein Ausfalldetektionssignal an die Mikrosteuerung 340. Beispielsweise aktiviert die Antriebsschaltung 350 das Ausfalldetektionssignal, wenn dieselbe einen Ausfall in einem FET detektiert. Wenn die Mikrosteuerung 340 ein aktiviertes Ausfalldetektionssignal empfängt, liest diese interne Daten aus der Antriebsschaltung 350 und bestimmt, welcher der FET der zwei Inverter ausgefallen ist.
Alternativ dazu kann ein Ausfall beispielsweise wie folgt detektiert werden. Die Mikrosteuerung 340 kann einen Ausfall in einem FET auf der Basis einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Stromwert des Motors und einem gewünschten Stromwert detektieren. Es ist zu beachten, dass die Ausfalldetektion nicht auf diese Techniken beschränkt ist und unter Verwendung einer großen Auswahl an bekannten Techniken ausgeführt werden kann, die sich auf die Ausfalldetektion beziehen.
Wenn die Mikrosteuerung 340 ein aktiviertes Ausfalldetektionssignal empfängt, schaltet dieselbe die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen um. Beispielsweise ist ein Zeitpunkt, zu dem die Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 von der Steuerung unter normalen Bedingungen zu der Steuerung unter anomalen Bedingungen umgeschaltet wird, rund 10-30 ms nach der Aktivierung eines Ausfalldetektionssignals.
In der Beschreibung des Ausführungsbeispiels einer unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung wird angenommen, dass von den beiden Invertern der erste Inverter 110 ein ausgefallener Inverter ist und dass der zweite Inverter 140 normal arbeitet. Man beachte, dass dann, wenn der zweite Inverter 140 ein ausgefallener Inverter ist, in dem Fall, dass die Rollen bei der Steuerung des ersten Inverters 110 und des zweiten Inverters 140 vertauscht sind, die Leistungssteuerungsvorrichtung 100 auf ähnliche Weise gesteuert werden kann. Nun wird die Steuerung in Bezug auf getrennte Situationen beschrieben, d. h. in Bezug auf eine Situation, in der ein Ausfall bei einem hochseitigen Umschaltelement aufgetreten ist, und eine Situation, bei der ein Ausfall bei einem tiefseitigem Umschaltelement aufgetreten ist.
(Ausfall bei einem hochseitigen Umschaltelement)
Es wird angenommen, dass in dem FET 111H der hochseitigen Umschaltelemente (der FET 111H, 112H und 113H) des ersten Inverters 110 ein Leerlaufausfall aufgetreten ist. Man beachte, dass auch im Fall eines Leerlaufausfalls bei dem FET 112H oder 113H die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 durch ein nachstehend beschriebenes Steuerverfahren gesteuert werden kann.
Im Fall eines Leerlaufausfalls bei dem FET 111H schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein, und schaltet die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Folglich wird der erste Inverter 110, der den ausgefallenen FET 111H umfasst, von dem Motor 200 (d. h. einem Ende jeder Phasenwicklung) getrennt, wodurch nur noch der zweite Inverter 140, der normal arbeitet, mit dem Motor 200 (d. h. dem anderen Ende jeder Phasenwicklung) verbunden bleibt. In diesem Verbindungszustand ist die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet, und deshalb fungiert der erste Knoten N1 als Nullpunkt für die Phasenwicklungen. Gemäß der Verwendung hierin bedeutet der Begriff „ein Nullpunkt wird gebildet“, dass ein gewisser Knoten als Nullpunkt fungiert. Man beachte, dass in der zweiten Nullpunktrelaisschaltung 160 kein Nullpunkt gebildet wird. Bei dem ersten Inverter 110 ist es wünschenswert, dass alle FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L, die nicht der ausgefallene FET 111H sind, ausgeschaltet sein sollten. Beispielsweise schaltet die Steuerschaltung 300 alle FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L, die nicht der ausgefallene FET 111H in dem ersten Inverter 110 sind, aus. Die Steuerschaltung 300 steuert den zweiten Inverter 140 dahin gehend, den Motor 200 anzutreiben, wobei ein Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 gebildet wird.
Bei dieser Steuerung kann die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 dazu verwendet werden, den ersten Inverter 110 von dem Motor 200 zu trennen, und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 kann dazu verwendet werden, eine geschlossene Schleife eines Antriebsstroms zu bilden. Folglich kann sogar unter anomalen Bedingungen eine geeignete Stromsteuerung durchgeführt werden.
6 zeigt schematisch Stromflüsse in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100, die bei einem Motorphasenwinkel von z. B. 270° bei der unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung auftreten. Die drei durchgezogenen Linien stellen Ströme dar, die von der Leistungsversorgung 101 zu dem Motor 200 fließen. 7 zeigt beispielhafte Stromwellenformen, die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die bei der unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung durch die U-Phase-, die V-Phase und die W-Phase-Wicklungen des Motors 200 fließen. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar, und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar.
In dem in 6 gezeigten Zustand sind bei dem zweiten Inverter 140 die FET 141H, 142L und 143L eingeschaltet, und die FET 141L, 142H und 143H sind ausgeschaltet. Ein Strom, der durch den FET 141H des zweiten Inverters 140 fließt, fließt durch die Wicklung M1 und den FET 131 der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 zu dem Nullpunkt. Ein Teil des Stroms fließt durch den FET 132 zu der Wicklung M2, und der restliche Teil des Stroms fließt durch den FET 133 zu der Wicklung M3. Die Ströme, die durch die Wicklungen M2 und M3 fließen, fließen durch die FET 142L bzw. 143L des zweiten Inverters 140 zu der GND.
Der FET 111H weist einen Leerlaufausfall auf und die FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L, die nicht der FET 111H des ersten Inverters 110 sind, sind ausgeschaltet. Deshalb fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 110. Außerdem wird der erste Inverter 110 durch die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 von dem Motor 200 getrennt, und somit fließt kein Strom von dem zweiten Inverter 140 zu dem ersten Inverter 110.
Die Tabelle 2 zeigt Beispielwerte von Strömen, die bei jedem vorbestimmten Phasenwinkel der Stromwellenformen aus 7 durch Anschlüsse des zweiten Inverters 140 fließen. Im Einzelnen zeigt Tabelle 2 Beispielwerte von Strömen, die bei jedem Phasenwinkel von 30° durch die Anschlüsse U_R, V_R und W_R des zweiten Inverters 140 (die Brückenschaltung R) fließen. Die Definitionen der Stromrichtungen sind wie oben beschrieben. Es ist zu beachten, dass gemäß den Definitionen der Stromrichtungen das Vorzeichen (Positivität oder Negativität) jedes in 7 gezeigten Stromwertes zu den in Tabelle 2 gezeigten entgegengesetzt ist (Phasendifferenz: 180°).
Beispielsweise fließt bei einem Phasenwinkel 30° ein Strom mit einer Größe von I₂ durch eine U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R, ein Strom mit einer Größe von I_pk fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L und ein Strom mit einer Größe von I₂ fließt durch die W-Phase-Wicklung M3 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R. Bei einem Phasenwinkel von 60° fließt ein Strom mit einer Größe von I₁ durch die U-Phase-Wicklung M1 von der Brückenschaltung L zu der Brückenschaltung R und ein Strom mit einer Größe von I₁ fließt durch die V-Phase-Wicklung M2 von der Brückenschaltung R zu der Brückenschaltung L. Durch die W-Phase-Wicklung M3 fließt kein Strom. Die Summe eines oder mehrerer Ströme, die in einem Nullpunkt fließen, und eines oder mehrerer Ströme, die aus dem Nullpunkt fließen, ist bei jedem Phasenwinkel unweigerlich „0“. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET der Brückenschaltung R derart durch eine PWM-Steuerung, dass beispielsweise die Stromwellenformen aus 8 erhalten werden.
Wie aus Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, sind Motorströme, die bei einem beliebigen Phasenwinkel durch den Motor 200 fließen, zwischen der Steuerung unter normalen Bedingungen und der Steuerung unter anomalen Bedingungen gleich. Daher wird bei der Steuerung unter anormalen Bedingungen dasselbe Motor-assistive Drehmoment beibehalten wie das bei der unter normalen Bedingungen erfolgenden Steuerung.
Auch im Fall eines Kurzschlussausfalls bei dem FET 111H, wie im Fall eines Leerlaufausfalls, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter Verwendung des obigen Steuerverfahrens gesteuert werden. Im Fall eines Kurzschlussausfalls, bei dem der FET 111H immer eingeschaltet ist, ist der FET 121 der ersten Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet, und die FET 112H, 113H, 111L, 112L und 113L, die nicht der FET 111H sind, sind ausgeschaltet, und deshalb fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 110.
(Ausfall bei einem tiefseitigen Umschaltelement)
Es wird angenommen, dass ein Leerlauf- oder ein Kurzschlussausfall bei dem FET 111L der tiefseitigen Umschaltelemente (der FET 111L, 112L und 113L) des ersten Inverters 110 aufgetreten ist. In diesem Fall ist die Steuerung ähnlich derjenigen, die im Fall eines Ausfalls bei einem hochseitigen Umschaltelement durchgeführt wird. Im Einzelnen schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein und schaltet die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 300 alle FET 111H, 112H, 113H, 112L und 113L, die nicht der ausgefallene FET 111L in dem ersten Inverter 110 sind, aus. Die Steuerschaltung 300 steuert den zweiten Inverter 140 dahin gehend, den Motor 200 anzutreiben, wobei ein Nullpunkt in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 gebildet wird.
Im Fall eines Ausfalls bei dem FET 111L sind die FET 111H, 112H, 113H, 112L und 113L, die nicht der FET 111L des ersten Inverters 110 sind, ausgeschaltet, und deshalb fließt kein Strom von der Leistungsversorgung 101 in den ersten Inverter 110. Außerdem wird der erste Inverter 110 durch die erste Phasenisolalionsrelaisschaltung 120 von dem Motor 200 getrennt, und deshalb fließt kein Strom von dem zweiten Inverter 140 zu dem ersten Inverter 110. Man beachte, dass auch im Fall eines Ausfalls bei dem FET 112L oder 113L die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 unter Verwendung des obigen Steuerverfahrens gesteuert werden kann.
Wenn also der erste Inverter 110 zumindest einen ausgefallenen FET umfasst, kann der erste Inverter 110 unter Verwendung der ersten Phasenisolationsrelaisschaltung 120 von dem Motor 200 getrennt werden, und die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ermöglicht, dass der erste Knoten N1 als Nullpunkt für die Phasenwicklungen fungiert.
Eine Variation der Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 zwei Phasenisolationsrelaisschaltungen und zwei Nullpunktrelaisschaltungen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130 (ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen) umfassen. Mit anderen Worten kann eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 optional eine Konfiguration aufweisen, bei der ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen für einen der Inverter vorgesehen ist.
8 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100A, die ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen umfasst. Es wird angenommen, dass ein mit dem Paar von Relaisschaltungen gekoppelter Inverter, d. h. der erste Inverter 110, der mit der ersten Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 gekoppelt ist, ausgefallen ist. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass der ausgefallene Inverter von dem Motor 200 getrennt wird, und ermöglicht, das der erste Knoten N1 als Nullpunkt fungiert. Die Steuerschaltung 300 kann den zweiten Inverter 140, der normal arbeitet, dahin gehend steuern, den Motor 200 anzutreiben, wobei in der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130 ein Nullpunkt gebildet wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann bei der unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung ein Leistungsverlusl verhindert oder verringert werden, und es kann eine geeignete Stromsteuerung vorgenommen werden, indem eine geschlossene Schleife eines Antriebsstroms gebildet wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als Nächstes wird ein weiterer beispielhafter, unter anomalen Bedingungen erfolgender Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben. 9 zeigt schematisch eine Schaltungskonfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Die obige Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 umfasst die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130, die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B dieses Ausführungsbeispiels umfasst die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150, jedoch nicht die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 oder die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Man beachte, dass in dem Fall, in dem ein TRIAC als Phasenisolationsrelais verwendet wird, die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B eventuell nicht die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 umfasst.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B umfasst zumindest n Phasenisolationsrelais, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der n Phasenwicklungen des Motors 200 (n ist eine Ganzzahl von drei oder mehr) mit und von dem ersten Inverter 110 umschalten. Bei diesem Beispiel umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B Dreiphasenisolationsrelais 121, 122 und 123, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der Dreiphasenwicklungen M1, M2 und M3 des Motors 200 mit und von dem ersten Inverter 110 umschalten. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B umfasst auch n Phasenisolationsrelais, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder der n Phasenwicklungen des Motors 200 mit und von dem zweiten Inverter 140 umschalten. Bei diesem Beispiel umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B Dreiphasenisolationsrelais 151, 152 und 153, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder der Wicklungen M1, M2 und M3 des Motors 200 mit und von dem zweiten Inverter 140 umschalten.
10, 11 und 12 sind Diagramme, die drei H-Brücken 181, 182 und 183 zeigen, die in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B enthalten sind.
Der erste Inverter 110 weist Schenkel 171, 173 und 175 auf. Der Schenkel 171 weist einen FET 111H und einen FET 111L auf. Der Schenkel 173 weist einen FET 112H und einen FET 112L auf. Der Schenkel 175 weist einen FET 113H und einen FET 113L auf.
Der zweite Inverter 140 weist Schenkel 172, 174 und 176 auf. Der Schenkel 172 weist einen FET 141H und einen FET 141L auf. Der Schenkel 174 weist einen FET 142H und einen FET 142L auf. Der Schenkel 176 weist einen FET 143H und einen FET 143L auf.
Die H-Brücke 181 der 10 weist den Schenkel 171, die Wicklung M1 und den Schenkel 172 auf. Das Phasenisolationsrelais 121 ist zwischen dem Schenkel 171 und der Wicklung M1 angeordnet. Das Phasenisolationsrelais 151 ist zwischen dem Schenkel 172 und der Wicklung M1 angeordnet. Die H-Brücke 182 der 11 weist den Schenkel 173, die Wicklung M2 und den Schenkel 174 auf. Das Phasenisolationsrelais 122 ist zwischen dem Schenkel 173 und der Wicklung M2 angeordnet. Das Phasenisolationsrelais 152 ist zwischen dem Schenkel 174 und der Wicklung M2 angeordnet. Die H-Brücke 183 der 12 weist den Schenkel 175, die Wicklung M3 und den Schenkel 176 auf. Das Phasenisolationsrelais 123 ist zwischen dem Schenkel 175 und der Wicklung M3 angeordnet. Das Phasenisolationsrelais 153 ist zwischen dem Schenkel 176 und der Wicklung M3 angeordnet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B wird unter normalen Bedingungen durch die Dreiphasenleitungssteuerung betrieben, wie bei der obigen Leistungsumwandlungsvorrichtung 100. Im Fall eines Ausfalls bei zumindest einem der in dem ersten und dem zweiten Inverter enthaltenen FET wird der Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B von dem Betrieb anhand der Dreiphasenleitungssteuerung zu dem Betrieb anhand einer Zweiphasenleitungssteuerung verändert.
Ein spezifischer beispielhafter Betrieb unter anomalen Bedingungen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B wird beschrieben. 13 ist ein Diagramm, das eine Situation zeigt, dass ein U-Phase-FET bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ausgefallen ist. 14 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B zeigt.
Unter normalen Bedingungen, d. h. wenn kein FET-Ausfall detektiert wurde, führt die Steuerschaltung 300 die Dreiphasenleitungssteuerung an dem ersten Inverter 110 und dem zweiten Inverter 140 durch (Schritt S101). Bei der Dreiphasenleitungssteuerung unter normalen Bedingungen sind die Phasenisolationsrelais 121, 122, 123, 151, 152 und 153 eingeschaltet.
Die Antriebsschaltung 350 überwacht, ob bei dem ersten Inverter 110 oder dem zweiten Inverter 140 ein FET ausgefallen ist (S102). Falls die Antriebsschaltung 350 keinen Ausfall detektiert hat (NEIN bei Schritt S102) und keinen Befehl empfangen hat, den Antrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B zu beenden (NEIN bei Schritt S103), führt die Steuerschaltung 300 weiterhin die Dreiphasenleitungssteuerung durch. Während der Fortsetzung der Dreiphasenleitungssteuerung beendet in dem Fall, dass die Detektionsschaltung 350 einen Befehl, das Antreiben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B zu beenden, empfangen hat (JA bei Schritt S103), die Steuerschaltung 300 das Antreiben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B.
Falls die Antriebsschaltung 350 einen Ausfall bei einem FET detektiert hat (JA bei Schritt S102), verändert die Steuerschaltung 300 die Steuerung des ersten Inverters 110 und des zweiten Inverters 140 von der Dreiphasenleitungssteuerung zu einer Zweiphasenleitungssteuerung (Schritt S104). In diesem Fall wird die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung zweier Phasen durchgeführt, die sich von einer der drei Phasen unterscheiden, die einer mit dem ausgefallenen FET gekoppelten Wicklung entspricht (Schritt S105).
Wie in 13 gezeigt ist, wird beispielsweise angenommen, dass der FET 111H des ersten Inverters 110 ausgefallen ist. Die Art des Ausfalls des FET 111H ist entweder ein Kurzschlussausfall oder ein Leerlaufausfall. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 121, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der mit dem ausgefallenen FET 111H gekoppelten Wicklung M1 mit und von dem ersten Inverter 110 umschaltet, der Dreiphasenisolationsrelais 121, 122 und 123 aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die übrigen zwei Phasenisolationsrelais 122 und 123, die sich von dem ausgeschalteten Phasenisolationsrelais 121 unterscheiden, ein. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 151, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der Wicklung M1 mit und von dem zweiten Inverter 140 umschaltet, aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die zwei übrigen Phasenisolationsrelais 152 und 153 ein.
Die Steuerschaltung 300 führt die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen vier Schenkel 173, 174, 175 und 176 durch (11 und 12), die sich von dem ausgefallenen Schenkel 171 (10), der den ausgefallenen FET 111H umfasst, und von dem Schenkel 172 unterscheiden, der in der durch den ausgefallenen Schenkel 171 und den Schenkel 172 gebildeten H-Brücke 181 enthalten ist. Mit anderen Worten führt die Steuerschaltung 300 die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der beiden anderen H-Brücken 182 und 183 (V-Phase und W-Phase) durch, die sich von der H-Brücke 181 (U-Phase), die den ausgefallenen FET 111H umfasst, unterscheiden.
Falls die Steuerschaltung 300 keinen Befehl empfangen hat, das Antreiben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B zu beenden (NEIN bei Schritt S106), führt die Steuerschaltung 300 weiterhin die Zweiphasenleitungssteuerung aus. Falls die Steuerschaltung 300 einen Befehl empfangen hat, das Antreiben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B zu beenden (JA bei Schritt S106), beendet die Steuerschaltung 300 das Antreiben der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B.
15 zeigt beispielhafte Stromwellenformen (Sinuswellen), die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, die V-Phase- und die W-Phase-Wicklungen des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B durch die Zweiphasenleitungssteuerung gesteuert wird. Bei diesem Beispiel wird die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der V-Phase und der W-Phase und ohne Verwendung der U-Phase durchgeführt. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar, und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar. I_pk stellt den größten Stromwert (peak current value, Spitzenstromwert) jeder Phase dar. Bei der Zweiphasenleitungssteuerung werden der größte Stromwert und die Phasendifferenz zwischen durch die zwei Phasen fließenden Strömen dahin gehend angepasst, ein Drehmoment usw. zu verändern.
Man beachte, dass bei der Zweiphasenleitungssteuerung dem Motor 200 dieselbe Leistung zugeführt werden kann wie sie bei der Dreiphasenleitungssteuerung zugeführt wird. Dies ermöglicht, dass der Motor 200 ein Drehmoment erzeugt, dessen Betrag nahe bei dem liegt, der bei der Dreiphasenleitungssteuerung erzeugt wird.
Bei diesem Beispiel werden die Phasenisolationsrelais 121 und 151 für die U-Phase, die den ausgefallenen FET 111H aufweist, ausgeschaltet. Folglich ist sogar in dem Fall, dass in der U-Phase eine gegenelektromotorische Kraft auftritt, ein Strompfad, in dem ansonsten ein regenerativer Strom fließen würde, aufgrund der im Aus-Zustand befindlichen Phasenisolationsrelais 121 und 151 offen, so dass das Auftreten eines regenerativen Drehmoments verhindert wird, und der Antrieb unter Verwendung der zwei übrigen Phasen fortgesetzt werden kann.
Im Fall eines Ausfalls bei irgendeinem der anderen FET 111L, 141H und 141L, die sich von dem FET 111H in der H-Brücke 181 unterscheiden, kann die Zweiphasenleitungssteuerung wie bei dem obigen Fall durchgeführt werden.
Wenn also bei einem in dem ersten Inverter 110 oder dem zweiten Inverter 140 enthaltenen FET ein Ausfall detektiert wurde, wird die Steuerung des ersten Inverters 110 und des zweiten Inverters 140 von der Dreiphasenleitungssteuerung zu der Zweiphasenleitungssteuerung verändert. Folglich kann der Motor 200 sogar im Fall eines Ausfalls bei einem in dem ersten Inverter 110 oder dem zweiten Inverter 140 enthaltenen FET weiterhin dahin gehend angetrieben werden, sich zu drehen.
16 ist ein Diagramm, das eine Situation zeigt, dass ein V-Phase-FET bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ausgefallen ist. Bei diesem Beispiel ist der FET 112L des ersten Inverters 110 ausgefallen. Die Art des Ausfalls des FET 112L ist entweder ein Kurzschlussausfall oder ein Leerlaufausfall. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 122, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der mit dem ausgefallenen FET 112L gekoppelten Wicklung M2 mit und von dem ersten Inverter 110 umschaltet, der Dreiphasenisolationsrelais 121, 122 und 123 aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die übrigen zwei Phasenisolationsrelais 121 und 123, die sich von dem ausgeschalteten Phasenisolationsrelais 122 unterscheiden, ein. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 152, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der Wicklung M2 mit und von dem zweiten Inverter 140 umschaltet, aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die übrigen zwei Phasenisolationsrelais 151 und 153 ein.
Die Steuerschaltung 300 führt die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen vier Schenkel 171, 172, 175 und 176 (10 und 12), die sich von dem ausgefallenen Schenkel 173 (11), der den ausgefallenen FET 112L umfasst, und dem Schenkel 174 unterscheiden, der in der durch den ausgefallenen Schenkel 173 und den Schenkel 174 gebildeten H-Brücke 182 enthalten ist, durch. Mit anderen Worten führt die Steuerschaltung 300 die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen zwei H-Brücken 181 und 183 (U-Phase und W-Phase) durch, die sich von der H-Brücke 182 (V-Phase), die den ausgefallenen FET 112L umfasst, unterscheiden.
17 zeigt exemplarische Stromwellenformen (Sinuswellen), die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklungen des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B durch die Zweiphasenleitungssteuerung gesteuert wird. Bei diesem Beispiel wird die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der U-Phase und der W-Phase und ohne Verwendung der V-Phase durchgeführt. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar, und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar. I_pk stellt den größten Stromwert (peak current value, Spitzenstromwert) jeder Phase dar.
Man beachte, dass bei der Zweiphasenleitungssteuerung dem Motor 200 dieselbe Leistung zugeführt werden kann wie sie bei der Dreiphasenleitungssteuerung zugeführt wird. Dies ermöglicht, dass der Motor 200 ein Drehmoment erzeugt, dessen Betrag nahe bei dem liegt, der bei der Dreiphasenleitungssteuerung erzeugt wird.
Bei diesem Beispiel werden die Phasenisolationsrelais 122 und 152 für die V-Phase, die den ausgefallenen FET 112L aufweist, ausgeschaltet. Folglich ist sogar in dem Fall, dass in der V-Phase eine gegenelektromotorische Kraft auftritt, ein Strompfad, in dem ansonsten ein regenerativer Strom fließen würde, aufgrund der im Aus-Zustand befindlichen Phasenisolationsrelais 122 und 152 offen, so dass das Auftreten eines regenerativen Drehmoments verhindert wird, und der Antrieb unter Verwendung der zwei übrigen Phasen fortgesetzt werden kann.
Im Fall eines Ausfalls bei irgendeinem der anderen FET 112H, 142H und 142L, die sich von dem FET 112L in der H-Brücke 182 unterscheiden, kann die Zweiphasenleitungssteuerung wie bei dem obigen Fall durchgeführt werden.
18 ist ein Diagramm, das eine Situation zeigt, dass ein W-Phase-FET bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B ausgefallen ist. Bei diesem Beispiel ist der FET 143H des zweiten Inverters 140 ausgefallen. Die Art des Ausfalls des FET 143H ist entweder ein Kurzschlussausfall oder ein Leerlaufausfall. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 153, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der mit dem ausgefallenen FET 143H gekoppelten Wicklung M3 mit und von dem zweiten Inverter 140 umschaltet, der Dreiphasenisolationsrelais 151, 152 und 153 aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die übrigen zwei Phasenisolationsrelais 151 und 152, die sich von dem ausgeschalteten Phasenisolationsrelais 153 unterscheiden, ein. Außerdem schaltet die Steuerschaltung 300 das Phasenisolationsrelais 123, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung der Wicklung M3 mit und von dem ersten Inverter 110 umschaltet, aus. Die Steuerschaltung 300 schaltet die übrigen zwei Phasenisolationsrelais 121 und 122 ein.
Die Steuerschaltung 300 führt die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen vier Schenkel 171, 172, 173 und 174 (10 und 11), die sich von dem ausgefallenen Schenkel 176 (12), der den ausgefallenen FET 143H umfasst, und dem Schenkel 175 unterscheiden, der in der durch den ausgefallenen Schenkel 176 und den Schenkel 175 gebildeten H-Brücke 183 enthalten ist, durch. Mit anderen Worten führt die Steuerschaltung 300 die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen zwei H-Brücken 181 und 182 (U-Phase und V-Phase) durch, die sich von der H-Brücke 183 (W-Phase), die den ausgefallenen FET 143H umfasst, unterscheiden.
19 zeigt exemplarische Stromwellenformen (Sinuswellen), die erhalten werden, indem Werte von Strömen grafisch dargestellt werden, die durch die U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklungen des Motors 200 fließen, wenn die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B durch die Zweiphasenleitungssteuerung gesteuert wird. Bei diesem Beispiel wird die Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der U-Phase und der V-Phase und ohne Verwendung der W-Phase durchgeführt. Die horizontale Achse stellt Motorphasenwinkel (Grad) dar, und die vertikale Achse stellt Stromwerte (A) dar. I_pk stellt den größten Stromwert (peak current value, Spitzenstromwert) jeder Phase dar.
Man beachte, dass bei der Zweiphasenleitungssteuerung dem Motor 200 dieselbe Leistung zugeführt werden kann wie sie bei der Dreiphasenleitungssteuerung zugeführt wird. Dies ermöglicht, dass der Motor 200 ein Drehmoment erzeugt, dessen Betrag nahe bei dem liegt, der bei der Dreiphasenleitungssteuerung erzeugt wird.
Bei diesem Beispiel werden die Phasenisolationsrelais 123 und 153 für die W-Phase, die den ausgefallenen FET 143H aufweist, ausgeschaltet. Folglich ist sogar in dem Fall, dass in der W-Phase eine gegenelektromotorische Kraft auftritt, ein Strompfad, in dem ansonsten ein regenerativer Strom fließen würde, aufgrund der im Aus-Zustand befindlichen Phasenisolationsrelais 123 und 153 offen, so dass das Auftreten eines regenerativen Drehmoments verhindert wird, und der Antrieb unter Verwendung der zwei übrigen Phasen fortgesetzt werden kann.
Im Fall eines Ausfalls bei irgendeinem der anderen FET 113H, 113L und 143L, die sich von dem FET 143H in der H-Brücke 183 unterscheiden, kann die Zweiphasenleitungssteuerung wie bei dem obigen Fall durchgeführt werden.
Man beachte, dass die Phasenisolationsrelais 151, 152 und 153 für den ersten Inverter 110 vorgesehen sein können. 20 zeigt eine Variation der Schaltungskonfiguration der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B. Bei diesem Beispiel verbinden und trennen die Phasenisolationsrelais 121, 122, 123, 151, 152 und 153 ein Ende jeder der Wicklungen M1, M2 und M3 des Motors 200 mit und von dem ersten Inverter 110.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde als Motor 200 ein Dreiphasenmotor veranschaulicht. Alternativ dazu kann der Motor 200 ein Motor mit mehr als drei Phasen sein. Der Motor 200 kann ein n-Phasenmotor sein, der n Phasenwicklungen aufweist (n ist ein Ganzzahl, die drei oder mehr beträgt), beispielsweise ein Vierphasenmotor, ein Fünfphasenmotor oder ein Sechsphasenmotor. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 100B wird mit zumindest n Phasenisolationsrelais versehen, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der n Phasenwicklungen des Motors 200 mit und von dem ersten Inverter 110 umschalten.
Im Vorstehenden wird dann, wenn bei einem FET ein Ausfall detektiert wurde, die Dreiphasenleitungssteuerung durch die Zweiphasenleitungssteuerung ersetzt. Die Anzahl von Phasen, die im Fall eines Ausfalls angetrieben werden, ist nicht auf die Anzahl von Phasen begrenzt, die eine weniger beträgt als unter Normalbedingungen. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem der Motor 200 ein Fünfphasenmotor ist, die Fünfphasenleitungssteuerung durch die Zweiphasenleitungssteuerung oder die Dreiphasenleitungssteuerung ersetzt werden.
Desgleichen kann in dem Fall, in dem der Motor 200 ein Vierphasenmotor ist, dann, wenn bei einem FET ein Ausfall detektiert wurde, die Vierphasenleitungssteuerung durch entweder die Dreiphasenleitungssteuerung oder die Zweiphasenleitungssteuerung ersetzt werden.
Desgleichen kann in dem Fall, dass der Motor 200 ein Sechsphasenmotor ist, dann, wenn bei einem FET ein Ausfall detektiert wurde, die Sechsphasenleitungssteuerung durch eine beliebige der Fünfphasenleitungssteuerung, Vierphasenleitungssteuerung, Dreiphasenleitungssteuerung und Zweiphasenleitungssteuerung ersetzt werden.
Wenn also bei einem FET ein Ausfall detektiert wurde, wird eine n-Phasenleitungssteuerung durch eine m-Phasenleitungssteuerung ersetzt. Hier ist m eine Ganzzahl, die nicht kleiner ist als zwei und kleiner als n ist. Wenn bei einem FET ein Ausfall detektiert wurde, kann der Motor 200 unter Verwendung einer Mindestanzahl von Phasen zum Drehen angetrieben werden, was ermöglicht, dass der Motor 200 zum Drehen angetrieben wird. Beispielsweise kann ein bürstenloser Motor unter Verwendung von zwei oder mehr Phasen angetrieben werden. Indem die Anzahl von Phasen, die im Fall eines Ausfalls verwendet werden, auf geeignete Weise eingestellt wird, kann eine optimale Motorleistung ausgewählt werden, und ein weiterer Ausfall bei dem Motor 200 kann verhindert oder verringert werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Fahrzeuge wie etwa PKW sind typischerweise mit einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung ausgestattet. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung erzeugt ein Hilfsdrehmoment, welches dem Lenkdrehmoment eines Lenksystems hinzugefügt wird, welches dadurch erzeugt wird, dass ein Fahrer ein Lenkrad dreht. Das Hilfsdrehmoment wird durch einen Hilfsdrehmomentmechanismus erzeugt und kann eine Belastung des Fahrers beim Drehen eines Lenkrades reduzieren. Beispielsweise kann der Hilfsdrehmomentmechanismus einen Lenkdrehmomentsensor, eine ECU, einen Motor und einen Verzögerungsmechanismus, usw. umfassen. Der Lenkdrehmomentsensor detektiert ein Lenkdrehmoment in dem Lenksystem. Die ECU erzeugt ein Antriebssignal auf der Basis eines Detektionssignals von dem Lenkdrehmomentsensor. Der Motor erzeugt ein Hilfsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Motorantriebssignals. Das Hilfsdrehmoment wird durch den Verzögerungsmechanismus an das Lenksystem übertragen.
Die Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung wird vorzugsweise bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung verwendet. 21 zeigt auf schematische Weise eine typische Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 umfasst ein Lenksystem 520 und einen Hilfsdrehmomentmechanismus 540.
Das Lenksystem 520 umfasst beispielsweise ein Lenkrad 521, eine Lenkwelle 522 (auch „Lenksäule“ genannt), universelle Kopplungen 523A und 523B, eine Drehwelle 524 (auch „Ritzelwelle“ oder „Eingangswelle“ genannt), einen Zahnstange- und Ritzelmechanismus 525, eine Zahnstangenwelle 526, ein rechtes und ein linkes Kugelgelenk 552A und 552B, Spurstangen 527A und 527B, Gelenke 528A und 528B, und ein linkes und ein rechtes lenkbares Rad (z. B. ein linkes und ein rechtes Vorderrad) 529A und 529B. Das Lenkrad 521 ist durch die Lenkwelle 522 und die universalen Kopplungen 523A und 523B mit der Drehwelle 524 verknüpft. Die Drehwelle 524 ist durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 mit der Zahnstangenwelle 526 verknüpft. Der Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 weist ein Ritzel 531, das auf der Drehwelle 524 bereitgestellt ist, und eine Zahnstange 532 auf, die auf der Zahnstangenwelle 526 bereitgestellt ist. Ein rechtes Ende der Zahnstangenwelle 526 ist durch das Kugelgelenk 552A, die Spurstange 527A und das Gelenk 528A in dieser Reihenfolge mit dem rechten lenkbaren Rad 529A verknüpft, wobei sich das Kugelgelenk 552A am nächsten zu dem rechten Ende der Zahnstangenwelle 526A befindet. Wie bei der rechten Seite ist ein linkes Ende der Zahnstangenwelle 526 durch das Kugelgelenk 552B, die Spurstange 572B und das Gelenk 528B in dieser Reihenfolge mit dem linken lenkbaren Rad 529B verknüpft, wobei sich das Kugelgelenk 552B am nächsten zu dem linken Ende der Zahnstangenwelle 526 befindet. Hier entsprechen die rechte Seite und die linke Seite der rechten Seite bzw. linken Seite eines Fahrers, der in einem Sitz sitzt.
Bei dem Lenksystem 520 wird ein Lenkdrehmoment dadurch erzeugt, dass ein Fahrer das Lenkrad 521 dreht, und wird durch den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 zu dem linken und dem rechten lenkbaren Rad 529A und 529B übertragen. Folglich kann der Fahrer das linke und das rechte lenkbare Rad 529A und 529B steuern.
Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 umfasst beispielsweise einen Lenkdrehmomentsensor 541, eine ECU 542, einen Motor 543, einen Verzögerungsmechanismus 544 und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 545. Der Hilfsdrehmomentmechanismus 540 legt an dem Lenksystem 520 ein Hilfsdrehmoment an, einschließlich von dem Lenkrad 521 zu dem linken und dem rechten lenkbaren 529A und 529B. Es ist zu beachten, dass das Hilfsdrehmoment auch „Zusatzdrehmoment“ genannt werden kann.
Als ECU 542 kann die Steuerschaltung 300 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Als Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 können die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 100, 100A und 100B des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Der Motor 543 ist äquivalent zu dem Motor 200 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Als mechanisch und elektronisch integrierte Einheit, die die ECU 542, den Motor 543 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 545 umfasst, kann vorzugsweise die Motorantriebseinheit 400 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden.
Der Lenkdrehmomentsensor 541 detektiert ein Lenkdrehmoment, das an dem Lenksystem 520 unter Verwendung des Lenkrades 521 angelegt wird. Die ECU 542 erzeugt ein Antriebssignal zum Antreiben des Motors 543 auf der Basis eines Detektionssignals (im Folgenden als „Drehmomentsignal“ bezeichnet) von dem Lenkdrehmomentsensor 541. Der Motor 543 erzeugt ein Hilfsdrehmoment in Abhängigkeit von dem Lenkdrehmoment auf der Basis des Antriebssignals. Das Hilfsdrehmoment wird durch den Verzögerungsmechanismus 544 auf die Drehwelle 524 des Lenksystems 520 übertragen. Der Verzögerungsmechanismus 544 ist beispielsweise ein Schneckengetriebemechanismus. Das Hilfsdrehmoment wird ferner von der Drehwelle 524 auf den Zahnstangen- und Ritzelmechanismus 525 übertragen.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 kann gemäß einem Abschnitt des Lenksystems 520, zu dem das Hilfsdrehmoment hinzugefügt wird, in folgende Typen kategorisiert werden: Ritzelhilfstyp, Zahnstangenhilfstyp, Säulenhilfstyp, usw. 21 zeigt die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 vom Ritzelhilfstyp. Es ist zu beachten, dass die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 vom Zahnstangenhilfstyp, Säulenhilfstyp, usw. sein kann.
Zusätzlich zu dem Drehmomentsignal kann beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in die ECU 542 eingegeben werden. Ein Teil einer externen Ausrüstung 560 kann beispielsweise ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor sein. Alternativ dazu kann die externe Ausrüstung 560 beispielsweise eine weitere ECU sein, die mit der ECU 542 über ein fahrzeuginternes Netzwerk kommuniziert, z. B. ein Controller Area Network (CAN). Die Mikrosteuerung der ECU 542 kann an dem Motor 543 eine Vektorsteuerung oder eine PWM-Steuerung auf der Basis des Drehmomentsignals und des Geschwindigkeitssignals, usw. ausführen.
Die ECU 542 bestimmt einen gewünschten Stromwert zumindest auf der Basis des Drehmomentsignals. Die ECU 542 bestimmt den gewünschten Stromwert vorzugsweise unter Berücksichtigung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, das durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor detektiert wird, und zusätzlich dazu eines Rotordrehsignals, das durch einen Winkelsensor detektiert wird. Die ECU 542 kann ein Antriebssignal, d. h., einen Antriebsstrom, für den Motor 543 derart steuern, dass ein durch einen Stromsensor (nicht gezeigt) detektierter tatsächlicher Stromwert dem gewünschten Stromwert gleicht.
Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 500 kann durch die Zahnstangenwelle 526 unter Verwendung eines Zusammensetzungsdrehmoments, das durch Hinzufügen des Hilfsdrehmoments des Motors 543 zum Lenkdrehmoment eines Fahrers erhalten wird, das linke und das rechte lenkbare Rad 529A und 529B steuern. Falls die Motorantriebseinheit 400 der vorliegenden Offenbarung auf die obige mechanisch und elektronisch integrierte Einheit angewandt wird, ist im Einzelnen eine elektrische Servolenkungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Motorantriebseinheit umfasst, bei der die Qualität von Teilen verbessert sein kann und sowohl unter einer normalen als auch anomalen Bedingung eine geeignete Stromsteuerung ausgeführt werden kann.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
22 zeigt schematisch eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Das Relaismodul 600 umfasst eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120, eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130, eine zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung 160. Das Relaismodul 600 kann mit einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 gekoppelt werden, die einen Motor 200 antreibt, der Dreiphasenwicklungen (U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Wicklungen) aufweist. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 umfasst einen ersten Inverter 110 und einen zweiten Inverter 140. Der erste Inverter 110 ist mit einem Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt, und der zweite Inverter 140 ist mit dem anderen Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt.
Das Relaismodul 600 ist elektrisch zwischen den Motor 200 und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 geschaltet. Die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130, die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 und die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 weisen jeweils eine Schaltungsstruktur auf, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Im Einzelnen umfasst die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 drei FET 121, 122 und 123, die jeweils mit einem Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt sind, und den ersten Inverter 110. Die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 umfasst drei FET 151, 152 und 153, die jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt sind, und den zweiten Inverter 140. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 umfasst drei FET 131, 132 und 133, wobei ein Ende jedes derselben mit einem gemeinsamen ersten Knoten N1 gekoppelt ist und das andere Ende jedes derselben jeweils mit einem Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt ist. Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 umfasst drei FET 161, 162 und 163, von denen jeweils ein Ende mit einem gemeinsamen zweiten Knoten N2 gekoppelt ist und das jeweils andere Ende desselben jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen entsprechenden Phasenwicklung gekoppelt ist.
Die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem ersten Inverter 110 um. Die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem zweiten Inverter 140 um. Die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung eines Endes jeder der Phasenwicklungen mit und von dem einen Ende jeder anderen Phasenwicklung um. Die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 schaltet zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder der Phasenwicklungen mit und von dem anderen Ende jeder anderen Phasenwicklung um.
Bei dem Relaismodul 600 wird dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 eingeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ausgeschaltet, und wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ausgeschaltet wird, wird die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 eingeschaltet. Wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 eingeschaltet wird, wird die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 ausgeschaltet, und wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ausgeschaltet wird, wird die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 eingeschaltet. Das Relaismodul 600, im Einzelnen jede Relaisschaltung, kann beispielsweise durch eine externe Steuerschaltung oder einen eigens dafür vorgesehenen Treiber gesteuert werden. Die externe Steuerschaltung ist beispielsweise die Steuerschaltung 300 des ersten Ausführungsbeispiels. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Relaismodul 600 durch die Steuerschaltung 300 gesteuert.
Unter normalen Bedingungen schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 ein und schaltet die erste Nullpunklrelaisschaltung 130 aus, und schaltet die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. Man beachte, dass der Ein/Aus-Zustand jeder Relaisschaltung und eine Beziehung bezüglich der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter 110 und 140 und dem Motor 200 in dem jeweiligen Ein/Aus-Zustand so vorliegen, wie sie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 300 den Motor antreiben, indem sie die Umschaltvorgänge der FET der zwei Inverter anhand einer PWM-Steuerung derart steuert, dass die Stromwellenformen der 5 erhalten werden.
Es wird davon ausgegangen, dass der Inverter 110 ausgefallen ist. Unter derartigen anomalen Bedingungen schaltet die Steuerschaltung 300 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 120 ein, und schaltet die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung 150 ein und schaltet die zweite Nullpunktrelaisschaltung 160 aus. In diesem Zustand ist ein Ende jeder der Phasenwicklungen des Motors 200 miteinander verbunden, um einen Nullpunkt für die Phasenwicklungen in dem Relaismodul 600 (im Einzelnen der ersten Nullpunktrelaisschaltung 130) zu bilden. Die Steuerschaltung 300 kann den zweiten Inverter 140 dahin gehend steuern, den Motor 200 anzutreiben, wobei ein Nullpunkt gebildet wird. Die Steuerschaltung 300 steuert die Umschaltvorgänge der FET des zweiten Inverters 140 anhand einer PWM-Steuerung derart, dass beispielsweise Stromwellenformen, die in 7 gezeigt sind, erhalten werden. Somit kann das Relaismodul 600 dazu verwendet werden, eine geschlossene Schleife eines Antriebsstroms zu bilden, und somit kann eine geeignete Stromsteuerung sogar unter anomalen Bedingungen durchgeführt werden.
Eine Variation der Schaltungskonfiguration des Relaismoduls 600 wird unter Bezugnahme auf 23 beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Relaismodul 600 zwei Phasenisolationsrelaisschaltungen und zwei Nullpunktrelaisschaltungen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das Relaismodul 600 eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130 (ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen) umfassen. Mit anderen Worten kann ein Relaismodul 600 optional eine Konfiguration aufweisen, bei der ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen für einen der Inverter der Leistungsumwandlungsvorrichtung 100 vorgesehen ist.
23 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines Relaismoduls 600A, das ein einzelnes Paar von Relaisschaltungen umfasst. Das Relaismodul 600A ist zwischen einen ersten oder einen zweiten Inverter 110 oder 140 und einen Motor 200 gekoppelt. Bei dem in 23 gezeigten Beispiel ist das Paar von Relaisschaltungen (d. h. eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 und eine erste Nullpunktrelaisschaltung 130) mit dem ersten Inverter 110 gekoppelt.
Es wird angenommen, dass der mit dem Paar von Relaisschaltungen gekoppelte Inverter, d. h. der erste Inverter, ausgefallen ist. In diesem Fall schaltet die Steuerschaltung 300 die erste Phasenisolationsrelaisschaltung 120 aus und schaltet die erste Nullpunktrelaisschaltung 130 ein. Die Steuerschaltung 300 kann den zweiten Inverter 140 dahin gehend steuern, den Motor 200 anzutreiben, wobei ein Nullpunkt gebildet wird. Diese Schaltungskonfiguration ermöglicht, dass der ausgefallene Inverter von dem Motor 200 getrennt wird und dass der erste Knoten N1 als Nullpunkt fungiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann bei der unter anomalen Bedingungen erfolgenden Steuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung 700 ein Leistungsverlust verhindert oder verringert werden, und es kann eine geeignete Stromsteuerung durchgeführt werden, indem eine geschlossene Schleife eines Antriebsstroms gebildet wird.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung können auf eine Vielzahl von Vorrichtungen angewendet werden, darunter verschiedene Motoren wie Staubsauger, Trockner, Deckenventilatoren, Waschmaschinen, Kühlschränke und elektrische Servolenkungsvorrichtungen.
Bezugszeichenliste

100, 100A, 100B: Leistungsumwandlungsvorrichtung
101: Leistungsversorgung
102: Spule
103: Kondensator
110: erster Inverter
111H, 112H, 113H, 141H, 142H, 143H: hochseitiges Umschaltelement (FET)
111L, 112L, 113L, 141L, 142L, 143L: tiefseitiges Umschaltelement (FET)
111R, 112R, 113R, 141R, 142R, 143R: Nebenschlusswiderstand
120: erste Phasenisolationsrelaisschaltung
121, 122, 123: erstes Phasenisolationsrelais (FET)
130: erste Nullpunktrelaisschaltung
131, 132, 133: erstes Nullpunktrelais (FET)
140: zweiter Inverter
150: zweite Phasenisolationsrelaisschaltung
151, 152, 153: zweites Phasenisolationsrelais (FET)
160: zweite Nullpunktrelaisschaltung
161, 162, 163: zweites Nullpunktrelais (FET)
170: Stromsensor
171, 172, 173, 174, 175, 176: Schenkel
181, 182, 183: H-Brücke
200: Elektromotor
300: Steuerschaltung
310: Leistungsversorgungsschaltung
320: Winkelsensor
330: Eingangsschaltung
340: Mikrosteuerung
350: Antriebsschaltung
360: ROM
400: Motorantriebseinheit
500: elektrische Servolenkungsvorrichtung
600, 600A: Relaismodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014192950 [0007]

Claims

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle in Leistung, die einem Elektromotor mit n Phasenwicklungen (n ist eine Ganzzahl von drei oder mehr) zuzuführen ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Elektromotors gekoppelt ist; einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist; eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem ersten Inverter umschaltet; und eine erste Nullpunktrelaisschaltung, mit der das eine Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist und die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem einen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird, und dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird, jeweils das eine Ende jeder Phasenwicklung miteinander verbunden werden, um einen Nullpunkt für die n Phasenwicklungen zu bilden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der dann, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet, die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine zweite Phasenisolationsrelaisschaltung, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem zweiten Inverter umschaltet; und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung, mit der das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist und die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem anderen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird, und dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der dann, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet, die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird, und die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird und die zweite Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die erste Phasenisolationsrelaisschaltung n erste Phasenisolationsrelais umfasst, die jeweils mit dem einen Ende der jeweiligen Phasenwicklung und dem ersten Inverter gekoppelt sind, und die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung n zweite Phasenisolationsrelais umfasst, die jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen Phasenwicklung und dem zweiten Inverter gekoppelt sind, und die erste Nullpunktrelaisschaltung n erste Nullpunktrelais umfasst, von denen jeweils ein Ende mit einem gemeinsamen ersten Knoten gekoppelt ist und das andere Ende jeweils mit dem einen Ende der jeweiligen Phasenwicklung gekoppelt ist, und die zweite Nullpunktrelaisschaltung n zweite Nullpunktrelais umfasst, von denen jeweils ein Ende mit einem zweiten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist und das andere Ende jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen Phasenwicklung gekoppelt ist.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der dann, wenn eine Brückenschaltung des ersten Inverters ein ausgefallenes Umschaltelement umfasst, alle n erste Phasenisolationsrelais der ersten Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet werden und alle n ersten Nullpunkrelais der ersten Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet werden, alle n zweiten Phasenisolationsrelais der zweiten Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet werden und alle n zweiten Nullpunktrelais der zweiten Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner folgendes Merkmal aufweist: 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der jede der Brückenschaltungen des ersten und des zweiten Inverters n Schenkel umfasst, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen, und die 2n oder weniger Nebenschlusswiderstände zwischen 2n oder weniger tiefseitige Umschaltelemente der 2n Schenkel des ersten und des zweiten Inverters und eine Masse gekoppelt sind.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner folgende Merkmale aufweist: 2n Nebenschlusswiderstände, wobei jede der Brückenschaltungen des ersten und des zweiten Inverters n Schenkel umfasst, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement aufweisen, und die 2n Nebenschlusswiderstände zwischen die 2n tiefseitigen Umschaltelemente der 2n Schenkel des ersten und des zweiten Inverters und eine Masse gekoppelt sind.
Eine Motorantriebseinheit, die folgende Merkmale aufweist: den Elektromotor; die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine Steuerschaltung, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung steuert.
Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die folgendes Merkmal aufweist: die Motorantriebseinheit gemäß Anspruch 13.
Ein Relaismodul, das mit einer Leistungsumwandlungsvorrichtung koppelbar ist, um einen Elektromotor, der n Phasenwicklungen aufweist (n ist eine Ganzzahl, die drei oder mehr beträgt), anzutreiben, wobei die Leistungsumwandlungsvorrichtung einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, und einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist, umfasst, wobei das Relaismodul folgende Merkmale aufweist: eine erste Phasenisolationsrelaisschaltung, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem ersten Inverter umschaltet; und eine erste Nullpunktrelaisschaltung, mit der das eine Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist und die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem einen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 15, bei dem dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird, und dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird, die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 16, bei dem dann, wenn die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird, jeweils das eine Ende jeder Phasenwicklung miteinander verbunden werden, um einen Nullpunkt für die n Phasenwicklungen zu bilden.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 17, bei dem dann, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet, die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 17, das ferner folgende Merkmale aufweist: eine zweite Phasenisolationsrelaisschaltung, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem zweiten Inverter umschaltet; und eine zweite Nullpunktrelaisschaltung, mit der das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist und die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes jeder Phasenwicklung mit und von dem anderen Ende jeder anderen Phasenwicklung umschaltet.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 19, bei dem dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird, und dann, wenn die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird, die zweite Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird.
Das Relaismodul gemäß Anspruch 20, bei dem dann, wenn der erste Inverter nicht normal arbeitet, die erste Phasenisolationsrelaisschaltung ausgeschaltet wird und die erste Nullpunktrelaisschaltung eingeschaltet wird, und die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung eingeschaltet wird und die zweite Nullpunktrelaisschaltung ausgeschaltet wird.
Das Relaismodul gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem die erste Phasenisolationsrelaisschaltung n erste Phasenisolationsrelais umfasst, die jeweils mit dem einen Ende der jeweiligen Phasenwicklung und dem ersten Inverter gekoppelt sind, und die zweite Phasenisolationsrelaisschaltung n zweite Phasenisolationsrelais umfasst, die jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen Phasenwicklung und dem zweiten Inverter gekoppelt sind, und die erste Nullpunktrelaisschaltung n erste Nullpunktrelais umfasst, von denen jeweils ein Ende mit einem gemeinsamen ersten Knoten gekoppelt ist und das andere Ende jeweils mit dem einen Ende der jeweiligen Phasenwicklung gekoppelt ist, und die zweite Nullpunktrelaisschaltung n zweite Nullpunktrelais umfasst, von denen jeweils ein Ende mit einem zweiten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist und das andere Ende jeweils mit dem anderen Ende der jeweiligen Phasenwicklung gekoppelt ist.
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung von einer Leistungsquelle in Leistung, die einem Motor zugeführt werden soll, der n Phasenwicklungen aufweist (n ist eine Ganzzahl, die drei oder mehr beträgt), wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen ersten Inverter, mit dem ein Ende jeder Phasenwicklung des Motors gekoppelt ist; einen zweiten Inverter, mit dem das andere Ende jeder Phasenwicklung gekoppelt ist; und zumindest n Relais, die zwischen einer Verbindung und einer Trennung des einen Endes jeder der n Phasenwicklungen mit und von dem ersten Inverter umschalten.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 23, bei der der erste und der zweite Inverter, wenn sie normal arbeiten, Leistung von der Leistungsversorgung in Leistung umwandeln, die anhand einer n-Phasenleitungssteuerung dem Motor zugeführt werden soll, bei einem Ausfall bei zumindest einem einer Mehrzahl von Umschaltelementen, die in dem ersten und zweiten Inverter enthalten sind, der erste und der zweite Inverter Leistung von der Leistungsversorgung in Leistung umwandeln, die anhand einer m-Phasenleitungssteuerung unter Verwendung von m Phasen der n Phasen, die sich von der Phase einer mit dem ausgefallenen Umschaltelement gekoppelten Wicklung unterscheiden (m ist eine Ganzzahl, die nicht kleiner als zwei ist und die kleiner als n ist) dem Motor zugeführt werden soll.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der bei einem Ausfall bei zumindest einem einer Mehrzahl von Umschaltelementen, die in dem ersten und zweiten Inverter enthalten sind, eines der zumindest n Relais, das zwischen einer Verbindung und einer Trennung einer der mit dem ausgefallenen Umschaltelement gekoppelten n Phasenwicklungen mit und von dem ersten Inverter umschaltet, ausgeschaltet wird und zumindest m der zumindest n Relais, die sich von dem ausgeschalteten Relais unterscheiden, eingeschaltet werden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 24 oder 25, bei der sowohl der erste als auch der zweite Inverter n Schenkel umfassen, die jeweils ein tiefseitiges Umschaltelement und ein hochseitiges Umschaltelement umfassen.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, bei der die Mehrzahl von Umschaltelementen des ersten und des zweiten Inverters eine Mehrzahl von H-Brücken bilden.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 27, bei der bei einem Ausfall bei einem Umschaltelement, das in dem ersten Inverter enthalten ist, Leistung von der Leistungsversorgung in Leistung umgewandelt wird, die unter Verwendung von 2m Schenkeln, die sich von einem ausgefallenen Schenkel unterscheiden, der das ausgefallene Umschaltelement umfasst, und einem Schenkel des zweiten Inverters, der in einer H-Brücke enthalten ist, die durch den ausgefallenen Schenkel und den Schenkel des zweiten Inverters gebildet wird, dem Motor zugeführt werden soll.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 24 bis 28, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Steuerschaltung, die an dem ersten und dem zweiten Inverter eine n-Phasenleitungssteuerung durchführt, bei der bei einem Ausfall bei zumindest einem einer Mehrzahl von Umschaltelementen, die in dem ersten und zweiten Inverter enthalten sind, die Steuerschaltung die Steuerung des ersten und des zweiten Inverters von der n-Phasenleitungssteuerung zu der m-Phasenleitungssteuerung ändert.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 29, die ferner folgendes Merkmal aufweist: n Relais, von denen jedes zwischen einer Verbindung und einer Trennung des anderen Endes der entsprechenden der n Phasenwicklungen mit und von dem zweiten Inverter umschaltet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 30, bei der der Motor Dreiphasenwicklungen aufweist, der erste und der zweite Inverter, wenn sie normal arbeiten, Leistung von der Leistungsversorgung in Leistung umwandeln, die dem Motor anhand einer Dreiphasenleitungssteuerung zugeführt werden soll, und bei einem Ausfall bei zumindest einem einer Mehrzahl von Umschaltelementen, die in dem ersten und zweiten Inverter enthalten sind, der erste und der zweite Inverter Leistung von der Leistungsversorgung in Leistung umwandeln, die anhand einer Zweiphasenleitungssteuerung unter Verwendung der anderen beiden der drei Phasen, die sich von der Phase einer mit dem ausgefallenen Umschaltelement gekoppelten Wicklung unterscheiden, dem Motor zugeführt werden soll.
Eine Motorantriebseinheit, die folgende Merkmale aufweist: die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 bis 31; den Motor; und eine Steuerschaltung, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung steuert.
Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die folgendes Merkmal aufweist: die Motorantriebseinheit gemäß Anspruch 32.