交流旋转电机的控制装置及其方法、电动助力转向装置制造方法

交流旋转电机的控制装置及其方法、电动助力转向装置制造方法
【专利摘要】本发明的交流旋转电机的控制装置对包括多组线圈的交流旋转电机进行控制，包括：多个逆变器，该多个逆变器在各相具有对施加到所述线圈的各相的电压进行控制的开关元件；电流控制单元，该电流控制单元向各所述逆变器提供与所述电压相对应的电压指令，控制线圈中流过的电流；以及故障检测单元，该故障检测单元检测各所述开关元件的短路和开路中的至少一种故障，所述电流控制单元根据所述故障检测单元检测出的故障，将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成与故障相同的状态，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
【专利说明】交流旋转电机的控制装置及其方法、电动助力转向装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及在交流旋转电机中发生短路故障、开路故障时的控制。

【背景技术】
[0002]在例如电动助力转向等中使用交流旋转电机的控制装置的情况下，在特定部位发生故障时，也会想要在避免该故障的同时，继续进行交流旋转电机的驱动。
[0003]例如，在下述专利文献I所记载的现有的交流旋转电机的控制装置中，包括:电流控制单元，该电流控制单元根据转矩电流指令、电动机的各相中流过的电流来决定各相电压指令；开关元件驱动电路，该开关元件驱动电路基于各相电压指令向逆变器指示开关操作；逆变器，该逆变器接收开关操作信号来驱动电动机；电流检测器，该电流检测器与逆变器的各相的开关元件分别串联配置；以及短路部位确定单元，该短路部位确定单元存储表示使逆变器的开关元件导通的预定组合的测试模式，并基于测试模式和作为该测试模式的响应由电流检测器检测出的各相的电流检测值来确定短路故障部位，从而迅速且准确地确定短路故障部位。
[0004]另外，通过在交流旋转电机中包括两组线圈，从而还能够在避免故障的同时继续驱动交流旋转电机。例如，在专利文献2所示的现有的交流旋转电机的控制装置中采用如下结构:在交流旋转电机中包括两组线圈，还包括对各个线圈中流过的电流进行控制的两组逆变器，能够分别控制电流。在单侧的线圈、逆变器发生故障的情况下，将故障系统的所有开关元件断开，以减小或抵消制动转矩。另外，还示出了继续驱动故障系统的未发生故障的相，以在未发生故障的系统中减小或抵消制动转矩。
现有技术文献专利文献
[0005]专利文献1:国际公开第W02008/129658号刊物专利文献2:日本专利特开2011 - 78230号公报


【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0006]然而，例如，由于上述专利文献I所记载的交流旋转电机的控制装置只有一组交流旋转电机的线圈，因此即使确定了短路故障部位，也不容易使短路故障部位的电流以所期望的值进行动作，因此存在如下问题:由于制动转矩等的产生而无法保持流畅的旋转。
[0007]另外，在上述专利文献2那样的示例中，在发生短路故障的情况下，会产生在使电动机的旋转减速的方向上作用的转矩即制动转矩。由于该制动转矩会根据电动机的相位而发生变化，因此随着输出转矩的变动会给用户带来不适感。专利文献2中为了抑制转矩变动，在发生开路(OFF)故障时使所有开关元件断开，但在发生短路(ON)故障时无法使所有开关元件断开。另外，提出了如下方案:继续驱动未发生故障的相以在未发生故障的系统中减小或抵消发生故障的相所产生的制动转矩的影响，但是由于要将未发生故障的相包括在内来进行控制，因此控制变得复杂。另外，由于利用检测出的旋转角度进行控制，因此在旋转角度的精度较差的情况下，反而可能会瞬间出现制动转矩从而给用户带来不适感。
[0008]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，得到如下的交流旋转电机的控制装置等:在发生短路故障、开路故障的情况下，通过使制动转矩成为恒定而与旋转角度无关从而将转矩脉动抑制在最小程度而无需进行复杂的控制。
解决技术问题所采用的技术方案
[0009]本发明的交流旋转电机的控制装置对包括多组线圈的交流旋转电机进行控制，其特征在于，包括:多个逆变器，该多个逆变器在各相具有对施加到所述线圈的各相的电压进行控制的开关元件；电流控制单元，该电流控制单元向各所述逆变器提供与所述电压相对应的电压指令，控制线圈中流过的电流；以及故障检测单元，该故障检测单元检测各所述开关元件的短路和开路中的至少一种故障，所述电流控制单元根据所述故障检测单元检测出的故障，将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成与故障相同的状态，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
发明效果
[0010]本发明中，在发生短路故障、开路故障的情况下，通过使制动转矩成为恒定而与旋转角度无关从而将转矩脉动抑制在最小程度而无需进行复杂的控制。

【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1是表示本发明的交流旋转电机的控制装置的各实施方式共同的整体结构的一个示例的简要框图。
图2是表示第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障时的经过时间与转矩及各相的电流的关系的图。
图3是本发明的发生短路故障时的电流控制单元的控制的动作流程图。
图4是表示采用了本发明实施方式I等的控制时的经过时间与转矩及各相的电流的关系的图。
图5是表示采用了本发明实施方式I等的控制时的电流相对于交流旋转电机旋转速度的特性的图。
图6是表示采用了本发明实施方式I等的控制时的转矩相对于交流旋转电机旋转速度的特性的图。
图7是表示第一线圈驱动系统的Wl相的低电位侧发生短路故障时的经过时间与转矩及各相的电流的关系的图。
图8是本发明的发生开路故障时的电流控制单元的控制的动作流程图。
图9是表示本发明的实施方式5等的交流旋转电机的控制装置的电流控制单元的内部结构的一个示例的图。
图10是表示本发明的实施方式5的图9的目标电流计算器的内部结构的一个示例的图。
图11是表示采用了本发明实施方式5等的控制时的电流(转矩)相对于交流旋转电机旋转速度的特性的一个示例的图。
图12是表示采用了本发明实施方式5等的控制时的电流(转矩)相对于交流旋转电机旋转速度的特性的另一个示例的图。
图13是表示本发明的实施方式6的图9的目标电流计算器的内部结构的一个示例的图。
图14是表示本发明的实施方式7的图9的目标电流计算器的内部结构的一个示例的图。
图15是表示本发明的实施方式7的图9的目标电流计算器的内部结构的变形例的图。 图16是表示本发明的实施方式8的图9的目标电流计算器的内部结构的一个示例的图。
图17是表示本发明的实施方式9的图9的目标电流计算器的内部结构的一个示例的图。
图18是表示本发明的实施方式10的电动助力转向装置的整体结构的示意图。

【具体实施方式】
[0012]下面，根据各实施方式并使用附图，对本发明的交流旋转电机的控制装置、包括交流旋转电机的控制装置的电动助力转向装置进行说明。此外，在各实施方式中，对相同或相当部分以相同标号示出，并省略重复说明。
[0013]实施方式1.图1是表示本发明的交流旋转电机的控制装置的各实施方式共同的整体结构的一个示例的简要框图。另外，除了交流旋转电机的控制装置10以外，还记载有电源4、交流旋转电机5和对交流旋转电机5的旋转角度进行检测的交流旋转电机旋转角度传感器6。
[0014]交流旋转电机5包括由Ul相、Vl相、Wl相这3相构成的第一线圈组15、以及由U2相、V2相、W2相这3相构成的第二线圈组16，各线圈组分别以星形连接来结合相。利用这些多个线圈组来构成未图示的定子，交流旋转电机5由该定子、未图示的转子、固定于转子的旋转轴构成。此外，在以下说明中，以适用于各线圈组为3相且转子中配置有永磁体的永磁体型同步交流旋转电机的情况为例，对本发明进行说明，但本发明对于利用3相以上的多相交流电来进行旋转驱动的交流旋转电机也能使用，也可为感应电机、励磁线圈型同步电机。此外，本例中将线圈设为星形连接，但将线圈设为三角形连接来构成也能获得相同的效果。
[0015]交流旋转电机的控制装置10通过电流控制单元23向第一逆变器21和第二逆变器22指示电压指令。电流控制单元通过发出施加到第一线圈组15的电压TUP1、TUNl、TVP1、TVNUTWP1、TWNl的指令，从而控制第一线圈组15的U1、V1、Wl相的各相电流，通过发出施加到第二线圈组16的电压TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2的指令，从而控制第二线圈组16的U2、V2、W2相的各相电流。
[0016]由于对各相实施电压指令，因此TUPl表示对于UPl的指示，TUNl表示对于UNl的指示，TVPl表示对于VPl的指示，TVNl表示对于VNl的指示，TffPl表示对于WPl的指示，TffNl表示对于WNl的指示。另外，TUP2表示对于UP2的指示，TUN2表示对于UN2的指示，TVP2表示对于VP2的指示，TVN2表示对于VN2的指示，TWP2表示对于WP2的指示，TWN2表示对于 WN2 的指示。UPU UNU VPU VNl、WPl、WNl、UP2、UN2、VP2、VN2、WP2、WN2 是开关元件。
[0017]接收到电压指令TUPl、TUNl、TVPl、TVNl、TWP1、TWNl的第一开关元件驱动电路24根据指令来驱动第一逆变器21的Ul相的UP1、UN1、V1相的VP1、VN1、W1相的WP1、WN1。接收到电压指令TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2的第二开关元件驱动电路25根据指令来驱动第二逆变器22的U2相的UP2、UN2、V2相的VP2、VN2、W2相的WP2、WN2。例如，若将UPl导通、UNl断开、VPl断开、VNl导通，则从电源4提供的电流以UPl —第一线圈组15 — VNl的顺序流动。
[0018]交流旋转电机的控制装置10中，接收来自交流旋转电机旋转角度传感器6的信号，通过交流旋转电机旋转角度检测单元26计算出交流旋转电机旋转角度信号Θ。交流旋转电机旋转速度检测单元27通过对旋转角度信号Θ进行时间微分，从而计算出交流旋转电机旋转速度信号ω。此外，虽然设置了交流旋转电机旋转速度传感器6和交流旋转电机旋转角度检测单元26，但也可根据由公知的方法推算出的交流旋转电机旋转角度来得到交流旋转电机旋转角度信号Θ和交流旋转电机旋转速度信号ω。
[0019]交流旋转电机的控制装置10包括检测故障部位的故障检测单元28。故障检测单元28例如利用与上述专利文献I相同的方法，将表示对于第一逆变器21、第二逆变器22的每一逆变器使开关元件导通的预定组合的测试模式存储在存储器(省略图示)中，并基于该测试模式和作为该测试模式的响应由后述的电流检测电路检测出的各相的电流值来确定短路故障部位和后述的开路故障部位。由于上述专利文献I所记载的交流旋转电机的控制装置只有一组交流旋转电机的线圈，因此即使确定了短路故障部位，也不容易使短路故障部位的电流以所期望的值进行动作，因此存在如下问题:由于制动转矩等的产生而无法保持流畅的旋转。本实施方式中由于包括多个线圈，因此在一个线圈系统发生故障的情况下，能够抑制故障侧产生的制动转矩的变动，控制正常侧的线圈系统以使交流旋转电机流畅地旋转。
[0020]交流旋转电机的控制装置10中，通过电流检测电路CT11、CT21、CT31、CT12、CT22、CT32检测出交流旋转电机的各相中流过的相电流，得到相电流检测值Ildtc和I2dtc。这里，Ildtc表示具有U1、V1、W1分量的电流矢量，I2dtc表示具有U2、V2、W2分量的电流矢量。此外，本实施方式中，为了检测出各相的电流而使各相包括总共六个电流检测电路，但也可采用如下结构:在电源与各逆变器之间各包括一个电流检测电路，总共两个。也可采用如下结构:在电源与各逆变器之间各包括两个电流检测电路，总共四个。即使采用这种结构，如果根据对开关元件进行导通或断开驱动的时刻来进行检测，则也能够检测出各相的电流。
[0021]下面，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式的动作。这里，在第一逆变器21和第二逆变器22都正常时，第一线圈组15和第二线圈组16产生相同的输出转矩。
[0022]此时，位于第一逆变器21的开关元件WPl —直处于导通状态。在WPl以外的开关元件、即UP1、UNl、VP1、VNl、WNl断开的情况下，若交流旋转电机5旋转，则会在第一线圈组15中产生感应电压，其结果是，在第一线圈组15中流过图2(b)那样的电流。图2(a) (b)是表示第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障时的经过时间与转矩和电流的关系的图，图2 (b)所示的u相电流表示流过Ul相的电流，V相电流表示流过Vl相的电流，w相电流表示流过Wl相的电流。由于成为与正常时相比发生偏移的电流的流动方式，因此如(a)所示，会产生有制动转矩产生的旋转角度区域。在时刻0.45秒到1.45秒的一个周期的期间中，由于存在产生制动转矩的旋转角度区域(时刻0.45秒到1.1秒)和转矩为O的旋转角度区域(时刻1.1秒到1.45)，因此其成为转矩脉动，会给用户带来不适感。在上述专利文献2所示的根据旋转角度来减小和抵消制动转矩的控制中，如果没有旋转角度的误差则能够完美地消除转矩脉动，但是在旋转角度的精度较差的情况下，会瞬间出现制动转矩，给用户带来不适感。
[0023]图3表示电流控制单元23的控制的动作流程图，电流控制单元23实施基于图3所示的控制流程的控制。图1中作为开关元件UP1、UN1、VP1、VN1、WP1、WN1、UP2、UN2、VP2、VN2、WP2、WN2使用了 FET，但采用功率晶体管、IGBT等其他开关元件也可同样地进行处理。条件分叉SI中，判断开关元件是否发生了导通故障(短路故障)。条件分叉S2中，判断发生故障的开关元件是否为高电位侧。处理S3中，将高电位侧开关元件全都设为导通，将低电位侧元件全都设为断开。处理S4中，将高电位侧开关元件全都设为断开，将低电位侧元件全都设为导通。这里的示例中，由于WPl发生了导通故障，因此条件分叉SI中判断为真(Y)，条件分叉S2中判断为真(Y)，实施处理S3。
[0024]由此，通过将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VNU WNl全都设定成断开，从而能够抑制制动转矩的变动。图4是对将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UPU VPU WPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VNUWNl全都设定成断开的状态下交流旋转电机5旋转时的、所产生的转矩(a)和电流(b)相对于经过时间进行绘制的图。与经过时间即旋转角度无关，制动转矩成为恒定，不会产生因制动转矩所引起的转矩脉动。
[0025]专利文献I所记载的交流旋转电机的控制装置中，由于只有一组交流旋转电机的线圈，因此即使确定了短路故障部位，也不容易使短路故障部位的电流以所期望的值进行动作，因此存在如下问题:由于制动转矩等的产生而无法保持流畅的旋转，但是在本实施方式所记载的交流旋转电机的控制装置中，包括两组交流旋转电机的线圈，电流控制单元23根据故障检测单元28检测到的故障，将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成导通，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器(这里由于第一逆变器21发生了短路故障，因此为第二逆变器22)的控制继续，从而可得到如下效果:通过如图4所示成为与经过时间即旋转角度无关的恒定的制动转矩，从而能够保持流畅的旋转。
[0026]由于交流旋转电机5的转子带有永磁体，因此根据旋转角度，永磁体所产生的磁场方向不同。因此，已知有在具有与磁通方向一致的轴的dq坐标系下对交流旋转电机5进行处理的方法。这里，d轴为转子所产生的磁场方向，q轴为交流旋转电机5所产生的转矩方向。交流旋转电机5所产生的转矩与q轴电流大致成比例。
[0027]dq坐标系下电流与电压的关系式可由下式表示。
[0028]Vd = Rid — CoLitl
Vq = Riq+ω (Lid+Φ)
[0029]Vd为d轴电压，Vtl为q轴电压，id为d轴电流，i,为q轴电流，R为电阻值，L为电感，Φ为磁通密度，ω为旋转速度。在将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成导通的情况下，Vd和\都为0，因此id和i,由下式表示。
[0030]id =— ( Φ (O2L)/ (R2+ ω 2L2) iq=- (Φ ?R)/(R2+Q2L2)
[0031]图5是表示将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成导通以发生三相短路时电流相对于交流旋转电机旋转速度信号ω的特性的图，实线所示的Is为点线所示的d轴电流和比点线粗的虚线所示的q轴电流的平方和的平方根。第一线圈组15的产生转矩的增减可利用第一逆变器21的q轴电流来考虑。q轴电流成为负值，可知产生了制动转矩。根据图5可知，制动转矩会增加直到达到某个旋转速度为止，之后会减小。
[0032]图6示出转矩相对于交流旋转电机旋转速度信号ω的情况。如上所述，由第一线圈组15和第一逆变器21产生的转矩是根据交流旋转电机旋转速度信号ω决定的制动转矩(图6的点线)。另一方面，由于第二逆变器22是正常的，因此第二线圈组16所产生的转矩与正常时相比没有发生变化。由于产生转矩由q轴电流决定，因此在q轴电流不减小的区域中能够产生最大转矩，随着q轴电流的下降，产生转矩下降(图6的虚线)。交流旋转电机5所输出的转矩是第一线圈组15和第二线圈组16所产生的转矩的总计值。成为图6的实线那样。
[0033]专利文献2所记载的现有的交流旋转电机的控制装置中，为了继续驱动未发生故障的相以在未发生故障的系统中减小或抵消发生故障的相所产生的制动转矩的影响，要将未发生故障的相包括在内来进行控制，因此控制变得复杂，由于利用检测出的旋转角度进行控制，因此在旋转角度的精度较差的情况下，反而存在会瞬间出现制动转矩的问题，而在本实施方式所记载的交流旋转电机的控制装置中，能够无需实施复杂的控制且与旋转角度无关地得到没有脉动的输出转矩。
[0034]此外，本实施方式中，将正常时的第一线圈组15和第二线圈组16的输出转矩比设为I，但对于转矩比不同的情况也能得到相同的效果。
[0035]实施方式2.本发明的实施方式2的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同。以第一线圈驱动系统的Wl相的低电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式的动作。这里，在第一逆变器21和第二逆变器22都正常时，第一线圈组15和第二线圈组16产生相同的输出转矩。
[0036]此时,位于第一逆变器21的开关兀件WNl —直处于导通状态。在WNl以外的开关元件、即UP1、UN1、VP1、VNUWPl断开的情况下，会在第一线圈组15中产生感应电压，其结果是，在第一线圈组15中流过图7(b)那样的电流。图7(a) (b)是表示第一线圈驱动系统的Wl相的低电位侧发生短路故障时的经过时间与转矩和电流的关系的图，图7(b)所示的u相电流表示流过UI相的电流,V相电流表示流过VI相的电流,w相电流表示流过Wl相的电流。由于成为与正常时相比发生偏移的电流的流动方式，因此如(a)所示，会产生有制动转矩产生的旋转角度区域。由于存在产生制动转矩的旋转角度区域和转矩为O的旋转角度区域，因此成为转矩脉动，会给用户带来不适感。
[0037]因此，电流控制单元23实施基于图3所示的控制流程的控制。条件分叉SI中判断为真(Y)，条件分叉S2中判断为伪(N)，实施处理S4。
[0038]由此，通过将第一逆变器21的发生了短路故障的低电位侧的开关元件urn、VNUWNl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UP1、VP1、WP1全都设定成断开，从而能够抑制制动转矩的变动。此时产生的转矩和电流成为图4那样。与旋转角度无关，制动转矩成为恒定，不会产生因制动转矩所引起的转矩脉动。
[0039]下面，与实施方式I相同，电流控制单元23在故障检测单元28检测到短路故障的情况下，对于各相将故障侧逆变器的与发生故障的相的发生故障的电位侧相同的电位侧设定成导通，对于各相将相反的电位侧设定成断开，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续，从而能够无需实施复杂的控制且如图4、图6所示与经过时间即旋转角度无关地得到没有脉动的输出转矩。
[0040]实施方式3.本发明的实施方式3的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同。以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生开路故障的情况为例，说明本实施方式的动作。这里，在第一逆变器21和第二逆变器22都正常时，第一线圈组15和第二线圈组16产生相同的输出转矩。
[0041]此时，位于第一逆变器21的开关元件WPl —直处于断开状态。在WPl以外的开关元件、即UP1、UN1、VP1、VNUWNl断开的情况下，第一线圈组15中不会流过电流，不会产生制动转矩。
[0042]图8表示电流控制单元23的控制的动作流程图，电流控制单元23实施基于图8所示的控制流程的控制，产生恒定的制动转矩，使用户积极地认识故障。条件分叉Sll中，判断开关元件是否发生了开路(OFF)故障。条件分叉S12中，判断发生故障的开关元件是否为高电位侧。处理S13中，将高电位侧开关元件全都设为断开，将低电位侧元件全都设为导通。处理S14中，将高电位侧开关元件全都设为导通，将低电位侧元件全都设为断开。这里的示例中，由于WPl发生了断开故障，因此条件分叉SI中判断为真(Y)，条件分叉S2中判断为真(Y)，实施处理S13。
[0043]由此，通过将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成断开，将除此以外的开关元件UN1、VN1、WN1全都设定成导通，从而能够产生恒定的制动转矩。
[0044]在本实施方式3所记载的交流旋转电机的控制装置中，电流控制单元23在故障检测单元28检测到开路故障的情况下，对于各相将故障侧逆变器的与发生故障的相的发生故障的电位侧相同的电位侧设定成断开，对于各相将相反的电位侧设定成导通，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续，从而能够无需实施复杂的控制且与实施方式I所记载的发生短路故障的情况相同，如图4、图6所示与经过时间即旋转角度无关地得到没有脉动的输出转矩。
[0045]实施方式4.本发明的实施方式4的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同。上述实施方式3中对在高电位侧发生开路故障的情况进行了说明，但在低电位侧发生开路故障的情况下也产生恒定的制动转矩。基于图8的控制流程实施处理S4的开关元件的导通/断开设定与实施方式3相反。即，通过将第一逆变器21的发生了短路故障的低电位侧的开关元件UNUVNUffNl全都设定成断开，将除此以外的开关元件UP1、VP1、WP1全都设定成导通，从而能够产生恒定的制动转矩。
[0046]在本实施方式4所记载的交流旋转电机的控制装置中，电流控制单元23在故障检测单元28检测到开路故障的情况下，对于各相将故障侧逆变器的与发生故障的相的发生故障的电位侧相同的电位侧设定成断开，对于各相将相反的电位侧设定成导通，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续，从而能够无需实施复杂的控制且如图
4、图6所示与经过时间即旋转角度无关地得到没有脉动的输出转矩。
[0047]实施方式5.上述实施方式I?4中电流控制单元23进行控制以使得正常侧逆变器与正常时相同，但也可替换成电流控制单元23a以使得在发生故障时对正常侧逆变器的电流进行修正来进行控制。
[0048]本发明的实施方式5的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同。图9是表示作为图1的电流控制单元23设置的实施方式5中的电流控制单元23a的内部结构的一个示例的图。目标电流计算器31中，基于从故障检测单元28得到的故障状态和从交流旋转电机旋转速度检测单元27得到的交流旋转电机旋转速度ω，计算出正常侧逆变器的目标电流。电压指令运算器32中，基于从故障检测单元28得到的故障状态、由目标电流计算器31计算出的目标电流、来自电流检测电路CTll?CT31的相电流检测值Ildtc或来自电流检测电路CT12?CT32的相电流检测值I2dtc和从交流旋转电机旋转角度检测单元26得到的交流旋转电机旋转角度Θ，运算出电压指令。已知有在具有与磁通方向一致的轴的dq坐标系下对交流旋转电机5进行处理的方法，例如存在利用目标电流和实际电流之差进行的PI控制。
[0049]电压指令输出器33中，基于从故障检测单元28得到的故障状态、和由电压指令运算器32得到的电压指令，输出提供给各开关元件的电压指令TUP1、TUNl、TVP1、TVNl、TWP1、TffNU TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2。在故障侧逆变器的情况下，与由目标电流计算器31和电压指令运算器32计算出的内容无关，根据由故障检测单元28得到的故障状态，若为短路故障则将相同电位侧设定成导通，将相反的电位侧设定成断开，若为开路故障则将相同电位侧设定成断开，将相反的电位侧设定成导通，从而确定电压指令。目标电流计算器31和电压指令运算器32的计算只要仅对于非故障侧的逆变器计算即可。
[0050]下面，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式的动作。与上述实施方式I相同，按照图3所示的控制的动作流程图，将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPU WPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VNUWNl全都设定成断开，从而抑制因旋转角度所引起的制动转矩的变动。利用电压指令输出器33，对第一开关元件驱动电路24输出电压指令TUPl、TUNUTVP1、TVNUTffPUTffNlo
[0051]此时，在第一线圈组15和第一逆变器21中，会产生如图11的点线(细虚线)所示的与交流旋转电机旋转速度相对应的制动转矩。图11示出电流(转矩)相对于交流旋转电机旋转速度信号ω的情况。若在正常侧逆变器中与有无故障无关地实施相同的控制，则在与之相对应地发生变化的制动转矩的影响下，如上述实施方式I那样，从正常侧和故障侧得到的总计转矩根据交流旋转电机旋转速度而发生变化(图6的实线)。因此，通过在正常侧输出如图11的虚线(粗虚线)所示的输出转矩，从而能够输出如图11的实线所示的总计转矩。如上所述，由于转矩与q轴电流成比例，因此图11的实线可视作q轴电流的目标值。
[0052]图10是本实施方式5中的图9所示的目标电流计算器31的内部结构的一个示例。目标电流计算器31中，正常目标电流运算部99输出正常时的目标q轴电流。根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号ω，利用转换表101计算出目标q轴修正电流。作为转换表101，例如也可以图11的虚线(粗虚线)那样的特性来提供。此外，转换表101由例如按照预先存放在存储器(省略图示)等中的转换表将交流旋转电机旋转速度转换成目标q轴修正电流值的转换部、或按照预先设定的转换式通过运算来求出的转换部构成。而且，通过加法器102，对正常时的目标q轴电流加上目标q轴修正电流，计算出故障时的目标q轴电流。
[0053]目标电流选择运算部98根据来自故障检测单元28的故障状态输出故障时的目标q轴电流或正常时的目标q轴电流。本实施方式5中，由于第一线圈驱动系统发生故障，因此目标电流选择运算部98选择故障时的目标q轴电流以作为第一逆变器21的目标q轴电流。由于第二线圈驱动系统是正常的，因此目标电流选择运算部98选择来自正常目标电流运算部99的正常时的目标q轴电流以作为第二逆变器22的目标q轴电流。
[0054]通过将由目标电流计算器31计算出的目标q轴电流iq*和相电流检测值I2dtc作为输入来提供，从而通过电压指令运算器32计算出电压指令。基于计算出的电压指令，通过电压指令输出器33对第二开关元件驱动电路25输出电压指令TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2。
[0055]由此，在故障检测单元28检测到故障的情况下，通过图10所示的结构的目标电流计算器31，能够根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27得到的交流旋转电机旋转速度信号ω对除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流进行修正来进行控制。
[0056]此外，图11中示出了进行控制以使得总计转矩成为I的示例，但如图12所记载的那样，只要是正常侧逆变器和线圈组中可输出的范围的转矩，也可为其他目标值。
[0057]本实施方式5中对短路故障的情况进行了说明，但对于开路故障的情况，也可通过根据故障检测单元28检测出的故障，电流控制单元23将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成断开，将相反的电位侧设定成导通，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续，从而成为恒定制动转矩，这一点如在实施方式3或实施方式4中所说明的那样，通过实施相同的控制，从而能够得到如下效果:能够无需实施复杂的控制且与旋转角度无关地得到没有脉动的输出转矩。
[0058]实施方式6.上述实施方式I?5中，与故障侧逆变器的制动转矩相反，正常侧的逆变器使交流旋转电机5旋转，因此随着旋转的变化，发热量也发生变化。通过根据交流旋转电机旋转速度信号ω使交流旋转电机5的输出转矩下降，从而能够抑制旋转上升并减小因发热量所引起的温度上升。
[0059]本发明的实施方式6的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同，电流控制单元的结构与图9相同。下面，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式6的动作。
[0060]如上述实施方式I那样，按照图3所示的控制的动作流程图，将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VN1、WN1全都设定成断开，从而抑制因旋转角度所引起的制动转矩的变动。利用图9的电压指令输出器33，对第一开关元件驱动电路24输出电压指令TUP1、TUNU TVPUTVNUTffPUTffNlo
[0061]此时，在第一线圈组15和第一逆变器21中，会产生如图11的点线(细虚线)所示的与交流旋转电机旋转速度相对应的制动转矩。若在正常侧逆变器中与有无故障无关地实施相同的控制，则在根据交流旋转电机旋转速度而发生变化的制动转矩的影响下，如上述实施方式I那样，从正常侧和故障侧得到的总计转矩根据交流旋转电机旋转速度而发生变化(图6的实线)。因此，通过在正常侧输出如图11的虚线(粗虚线)所示的输出转矩，从而能够输出如图11的实线所示的总计转矩。如上所述，由于转矩与q轴电流成比例，因此图11的实线可视作q轴电流的目标值。
[0062]图13是本实施方式6中的目标电流计算器31a的内部结构的一个示例。目标电流计算器31a中，正常目标电流运算部99输出正常时的目标q轴电流。利用转换表111，根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号ω，计算出目标q轴修正电流。作为转换表111，例如也可以图11的虚线(粗虚线)那样的特性来提供。通过加法器112，对正常时的目标q轴电流加上目标q轴修正电流，计算出限制前目标q轴电流。
[0063]另一方面，利用转换表113，根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号《，计算出q轴电流限制值。因摩擦所引起的损耗功率由摩擦转矩与交流旋转电机旋转速度之积表示，可认为因摩擦所引起的损耗功率变化成热量。对每一交流旋转电机旋转速度可允许的发热量=损耗功率不同。通过将允许损耗功率除以交流旋转电机旋转速度，从而决定允许摩擦转矩。只要将按照该允许摩擦转矩确定目标电流限制值的表格作为转换表113准备即可。此外，转换表(转换部)111、113等的具体构成方法与例如图10的表格101所说明的方法相同(下面的各转换表的具体构成方法也相同)。
[0064]根据由加法器112计算出的限制前目标q轴电流、和由转换表113计算出的q轴电流限制值，通过最小值选择部(MIN)IH计算出故障时的目标q轴电流。目标电流选择运算部98根据故障状态输出故障时的目标q轴电流或正常时的目标q轴电流。本实施方式6中，由于第一线圈驱动系统发生故障，因此目标电流选择运算部98选择故障时的目标q轴电流以作为第一逆变器21的目标q轴电流。由于第二线圈驱动系统是正常的，因此目标电流选择运算部98选择正常时的目标q轴电流以作为第二逆变器22的目标q轴电流。
[0065]图9的电流控制单元23a中，通过将由目标电流计算器31a计算出的目标q轴电流iq*和相电流检测值I2dtc作为输入来提供，从而通过电压指令运算器32计算出电压指令。基于计算出的电压指令，通过电压指令输出器33对第二开关元件驱动电路25输出电压指令 TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2。
[0066]由此，在故障检测单元28检测到故障的情况下，通过设置图13所示的结构的目标电流计算器31a，从而能够根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27得到的交流旋转电机旋转速度信号ω使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小来进行控制。
[0067]本实施方式6中，使用了转换表111和转换表113这两个表格,但由于是基于相同输入信号的转换表，因此也可汇总为一个表格。另外，将交流旋转电机旋转速度信号ω本身作为输入使用了转换表113，但也可根据交流旋转电机旋转速度信号ω计算出摩擦转矩、损耗功率，与此相对应地决定电流限制值。
[0068]实施方式7上述实施方式6中，利用交流旋转电机旋转速度信号ω计算出电流限制值，但也可将持续时间也考虑在内，利用预定时间内的交流旋转电机旋转速度累计值来计算出电流限制值。
[0069]本发明的实施方式7的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同，电流控制单元的结构与图9相同。下面，与实施方式6相同，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式7的动作。
[0070]如上述实施方式I那样，按照图3所示的控制的动作流程图，将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VN1、WN1全都设定成断开，从而抑制因旋转角度所引起的制动转矩的变动。利用图9的电压指令输出器33，对第一开关元件驱动电路24输出电压指令TUP1、TUNU TVPUTVNUTffPUTffNlo
[0071]图14是本实施方式7中的目标电流计算器31b的内部结构的一个示例。目标电流计算器31b中，正常目标电流运算部99输出正常时的目标q轴电流。利用转换表121，根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号ω，计算出目标q轴修正电流。作为转换表121，例如也可以图11的虚线(粗虚线)那样的特性来提供。通过加法器122，对正常时的目标q轴电流加上目标q轴修正电流，计算出限制前目标q轴电流。
[0072]另一方面，q轴电流限制值以如下方式进行计算。首先，利用累计处理部12计算出预定时间内的交流旋转电机旋转速度累计值。例如，累计处理部123的传递函数由

η—I
[0073][数学式I]

i=0
[0074]被给出。这里ζ — 1表示前次值，η表示是对第几次的交流旋转电机旋转速度信号ω进行累计。利用η来定义累计时间。
[0075]根据由累计处理部123计算出的交流旋转电机旋转速度累计值，利用转换表124计算出q轴电流限制值。这里，将摩擦转矩相对于交流旋转电机旋转速度的变化设为微小，认为因摩擦所引起的损耗能量与交流旋转电机旋转速度成比例，以使用了交流旋转电机旋转速度累计值的转换表124来使用，但也可根据交流旋转电机旋转速度信号ω计算出摩擦转矩并采用由摩擦转矩的累计值所构成的转换表。也可采用由根据摩擦转矩和交流旋转电机旋转速度信号ω得到的因摩擦所引起的损耗功率的累计值构成的转换表。
[0076]根据由加法器122计算出的限制前目标q轴电流、和由转换表124计算出的q轴电流限制值，通过最小值选择部(MIN) 125计算出故障时的目标q轴电流。目标电流选择运算部98根据故障状态输出故障时的目标q轴电流或正常时的目标q轴电流。本实施方式7中，由于第一线圈驱动系统发生故障，因此目标电流选择运算部98选择故障时的目标q轴电流以作为第一逆变器21的目标q轴电流。由于第二线圈驱动系统是正常的，因此目标电流选择运算部98选择正常时的目标q轴电流以作为第二逆变器22的目标q轴电流。
[0077]图9的电流控制单元23a中，通过将由目标电流计算器31b计算出的目标q轴电流iq*和相电流检测值I2dtc作为输入来提供，从而通过电压指令运算器32计算出电压指令。基于计算出的电压指令，通过电压指令输出器33对第二开关元件驱动电路25输出电压指令 TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2。
[0078]由此，在故障检测单元28检测到故障的情况下，通过设置图14所示的结构的目标电流计算器31b，从而能够根据产生有由交流旋转电机旋转速度检测单元27得到的交流旋转电机旋转速度信号ω的时间使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小来进行控制。
[0079]另外，也可使用如图15所示的加权后的数据来计算出电流限制值，以取代这里所使用的累计处理部123和转换表124。在这种情况下，考虑摩擦转矩相对于交流旋转电机旋转速度的特性，设置相对于交流旋转电机旋转速度ω的加权后的转换表(转换部)131，利用转换表131将交流旋转电机旋转速度ω转换成权重值。而且，利用累计处理部132对预定时间内的权重数据进行累计。利用权重累计值，根据转换表133计算出q轴电流限制值。此外，本实施方式7中，使用转换表来计算出目标q轴电流或q轴电流限制值，但只要是可得到相同效果的方法，也可不使用转换表。
[0080]实施方式8.由于在故障侧产生的制动转矩根据故障侧逆变器的电流而决定，因此若根据故障侧逆变器的电流来抑制旋转上升，则能够减小发热量。
[0081]本发明的实施方式8的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同，电流控制单元的结构与图9相同。下面，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式8的动作。
[0082]如上述实施方式I那样，按照图3所示的控制的动作流程图，将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VN1、WN1全都设定成断开，从而抑制因旋转角度所引起的制动转矩的变动。利用图9的电压指令输出器33，对第一开关元件驱动电路24输出电压指令TUP1、TUNU TVPUTVNUTffPUTffNlo
[0083]图16是本实施方式8中的目标电流计算器31c的内部结构的一个示例。目标电流计算器31c中，正常目标电流运算部99输出正常时的目标q轴电流。利用转换表141，根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号ω，计算出目标q轴修正电流。作为转换表141，例如也可以图11的虚线(粗虚线)那样的特性来提供。通过加法器142，对正常时的目标q轴电流加上目标q轴修正电流，计算出限制前目标q轴电流。
[0084]另一方面，q轴电流限制值以如下方式进行计算。由于故障侧电流如图11那样根据交流旋转电机旋转速度信号ω而发生变化，因此根据交流旋转电机旋转速度ω，利用转换表143计算出故障侧电流。根据由转换表143得到的故障侧电流，利用转换表144计算出q轴电流限制值。而且，根据由加法器142计算出的限制前目标q轴电流、和由转换表144计算出的q轴电流限制值，通过最小值选择部(MIN) 145计算出故障时的目标q轴电流。
[0085]目标电流选择运算部98根据故障状态输出故障时的目标q轴电流或正常时的目标q轴电流。本实施方式8中，由于第一线圈驱动系统发生故障，因此目标电流选择运算部98选择故障时的目标q轴电流以作为第一逆变器21的目标q轴电流。由于第二线圈驱动系统是正常的，因此目标电流选择运算部98选择正常时的目标q轴电流以作为第二逆变器22的目标q轴电流。
[0086]图9的电流控制单元23a中，通过将由目标电流计算器31c计算出的目标q轴电流iq*和相电流检测值I2dtc作为输入来提供，从而通过电压指令运算器32计算出电压指令。基于计算出的电压指令，通过电压指令输出器33对第二开关元件驱动电路25输出电压指令 TUP2、TUN2、TVP2、TVN2、TWP2、TWN2。
[0087]由此，在故障检测单元28检测到故障的情况下，通过设置图16所示的结构的目标电流计算器31c，从而能够根据故障侧逆变器的电流使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小来进行控制。
[0088]另外，本实施方式8中，利用转换表143计算出故障侧电流，但也可对相电流检测值Ildtc进行dq转换来计算出故障侧电流。
[0089]另外，本实施方式8中，利用转换表144，根据故障侧逆变器的电流的大小来计算出q轴电流限制值，但也可使用故障侧逆变器的电流的变化量、故障侧逆变器的电流的振幅、预定时间内的故障侧逆变器的电流最小值等转换表来计算出。
[0090]此外，本实施方式8中，使用转换表来计算出目标q轴电流、q轴电流限制值，但只要是可得到相同效果的方法，也可不使用转换表。
[0091]实施方式9.上述实施方式8中，利用故障侧逆变器的电流计算出电流限制值，但也可将持续时间也考虑在内，利用预定时间内的故障侧逆变器的电流累计值来计算出电流限制值。
[0092]本发明的实施方式9的交流旋转电机的控制装置的整体结构与图1相同，电流控制单元的结构与图9相同。下面，与实施方式8相同，以第一线圈驱动系统的Wl相的高电位侧发生短路故障的情况为例，说明本实施方式9的动作。
[0093]如上述实施方式I那样，按照图3所示的控制的动作流程图，将第一逆变器21的发生了短路故障的高电位侧的开关元件UP1、VPUWPl全都设定成导通，将除此以外的开关元件UN1、VN1、WN1全都设定成断开，从而抑制因旋转角度所引起的制动转矩的变动。利用图9的电压指令输出器33，对第一开关元件驱动电路24输出电压指令TUP1、TUNU TVPUTVNUTffPUTffNlo
[0094]图17是本实施方式9中的目标电流计算器31d的内部结构的一个示例。目标电流计算器31d中，利用转换表151，根据由交流旋转电机旋转速度检测单元27计算出的交流旋转电机旋转速度信号《，计算出目标q轴修正电流。作为转换表151，例如也可以图11的虚线(粗虚线)那样的特性来提供。通过加法器152，对正常时的目标q轴电流加上目标q轴修正电流，计算出限制前目标q轴电流。
[0095]另一方面，q轴电流限制值以如下方式进行计算。由于故障侧电流如图11那样根据交流旋转电机旋转速度信号ω而发生变化，因此根据交流旋转电机旋转速度ω，利用转换表153计算出故障侧电流。而且，利用累计处理部154计算出预定时间内的交流旋转电机旋转速度累计值即故障侧电流累计值。例如，累计处理部154的传递函数由
[0096]【数2】

【权利要求】
1.一种交流旋转电机的控制装置，对包括多组线圈的交流旋转电机进行控制，其特征在于，所述控制装置包括: 多个逆变器，该多个逆变器在各相具有对施加到所述线圈的各相的电压进行控制的开关元件； 电流控制单元，该电流控制单元向各所述逆变器提供与所述电压相对应的电压指令，控制线圈中流过的电流；以及 故障检测单元，该故障检测单元检测各所述开关元件的短路和开路中的至少一种故障， 所述电流控制单元根据所述故障检测单元检测出的故障，将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成与故障相同的状态，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元在所述故障检测单元检测到短路故障的情况下，对于各相将故障侧逆变器的与发生故障的相的发生故障的电位侧相同的电位侧设定成导通，对于各相将相反的电位侧设定成断开，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
3.如权利要求1或2所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元在所述故障检测单元检测到开路故障的情况下，对于各相将故障侧逆变器的与发生故障的相的发生故障的电位侧相同的电位侧设定成断开，对于各相将相反的电位侧设定成导通，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 包括检测所述交流旋转电机的旋转速度的旋转速度检测单元， 在所述故障检测单元检测到故障的情况下，所述电流控制单元根据所述交流旋转电机的检测出的旋转速度，对除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流进行修正来进行控制。
5.如权利要求4所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元根据所述交流旋转电机的旋转速度的大小，使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小。
6.如权利要求4或5所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元根据产生有所述交流旋转电机的旋转速度的时间，使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元检测各所述逆变器的电流，并根据故障侧逆变器的电流，使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小。
8.如权利要求1至6中的任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元检测各所述逆变器的电流，并根据故障侧逆变器的电流的大小，使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小。
9.如权利要求7或8所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于， 所述电流控制单元检测各所述逆变器的电流，并根据故障侧逆变器中产生电流的时间，使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的电流减小。
10.一种电动助力转向装置，包括由权利要求1至9中的任一项所述的交流旋转电机的控制装置进行控制的交流旋转电机，利用所述交流旋转电机产生操纵辅助转矩。
11.一种交流旋转电机的控制方法，该交流旋转电机包括:多组线圈；多个逆变器，该多个逆变器在各相具有对施加到所述线圈的各相的电压进行控制的开关元件；以及电流控制单元，该电流控制单元向各所述逆变器提供与所述电压相对应的电压指令，控制线圈中流过的电流，所述控制方法的特征在于， 检测各所述开关元件的短路和开路中的至少一种故障，根据检测到的故障，将故障侧逆变器的各相的相同电位侧设定成与故障相同的状态，并且使除了发生故障一侧以外的正常侧的逆变器的控制继续。
【文档编号】H02P6/12GK104137412SQ201280070545
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年5月11日 优先权日:2012年2月24日
【发明者】古川晃, 金原义彦, 冈田二郎 申请人:三菱电机株式会社