本发明涉及一种电力变换装置以及搭载有电力变换装置的电动动力转向装置，特别涉及一种并联连接有多台逆变器电路的电力变换装置。
背景技术：
逆变器等电力变换装置通过脉冲宽度调制(pwm)来控制多相的旋转电机的电流。在旋转电机是三相马达的情况下，对分别施加到三相的绕组的电压指令值与作为pwm的基准的载波信号进行比较，切换三相逆变器的开关元件的接通与断开，从而控制三相的绕组电流。三相马达的输出转矩以及旋转速度根据三相的绕组电流而被控制成期望的值。
广泛普及的三相逆变器通过上下地串联连接的2个开关元件而构成上支路和下支路，由将该2个支路设为1个分路的3个分路构成。1个分路对应于三相中的1相，与三相分别对应的分路以具有电角120度的相位差地输出1个周期(电角360度)的交流电压以及电流的方式进行控制。
在三相逆变器的故障中，发生支路的短路(短接)以及开路(断路)故障。这些意味着针对发生故障的该支路的开关元件的状态在故障后短路或者开路。在开路的情况下，仅仅是无法将故障支路设为接通、无法施加期望的电压。与此相反地，在短路的情况下，由于故障支路始终接通，所以无法将故障支路设为断开，因而，由于马达的转子相位而流过再生电流，其结果，在马达中产生制动转矩。
专利文献1所记载的现有例1示出在具有多个系统的逆变器和马达中与发生故障的系统中的制动转矩相关的技术问题。作为其解决手段，叙述了将故障系统的全部的相设为断开、并且以降低制动转矩的方式驱动非故障系统的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-078230号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
在专利文献1中，公开了如下内容：针对即使将故障系统的所有相设为断开也仍产生的制动转矩，非故障系统使用使所述制动转矩反转而得到的转矩指令值或者电流指令值来进行抵消。但是，在将1个系统能够输出的转矩的上限设为100％的情况下，由于在1个系统中产生与包括故障系统的2个系统相应的输出，所以，在2个系统中成为最大50％的输出。进一步地，根据制动转矩的产生量，也有时2个系统的合计输出低于50％，在想要得到转矩输出50％的条件下，存在产生转矩脉动的问题，未公开与该问题相关的技术。即，在现有例1所示的方法中，在多个系统的逆变器的驱动中，无法兼顾在故障系统中产生的制动转矩的抑制以及在n个系统中的(100×(n－1)/n)[％](n是2以上的整数)的输出。
鉴于上述技术问题，本发明的目的在于，针对电力变换装置的支路故障，通过分配给多个逆变器的输出来抑制输出转矩的脉动，并且能够进行抑制由故障导致的合计输出的减少量的逆变器的控制。
解决技术问题的技术手段
本发明的电力变换装置驱动冗余马达，所述冗余马达具有相互独立的第1绕组以及第2绕组，所述电力变换装置具备：第1逆变器电路，其与所述第1绕组连接；第2逆变器电路，其与所述第2绕组连接，并与所述第1逆变器电路相独立地设置；以及第1相继电器，其设置于所述第1逆变器电路与所述第1绕组之间，在构成所述第1逆变器电路的多个支路中的某一个支路发生故障的情况下，所述第1相继电器切断该发生故障的支路与所述第1绕组之间的通电，并且通过构成所述第1逆变器电路的其他支路和所述第2逆变器电路的动作，驱动所述冗余马达。
发明效果
根据本发明，针对电力变换装置的支路故障，通过分配给多个逆变器的输出来抑制输出转矩的脉动，并且能够进行抑制由故障导致的合计输出的减少量的逆变器的控制。
附图说明
图1是第1实施方式的整体构成图。
图2是逆变器的电路构成。
图3是逆变器的输出矢量。
图4是1相故障时的逆变器的输出矢量。
图5是2个系统的逆变器输出。
图6是第2实施方式的整体构成图。
图7是n个系统的逆变器输出。
图8是第3实施方式的构成图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的电力变换装置的实施方式。此外，在各图中，对于相同要素，记为相同符号，省略重复的说明。
(第1实施方式)
在图1中示出本实施例中的关于电力变换装置和旋转电机的构成的整体图。在本实施方式中，作为电力变换装置，使用逆变器电路是2个系统的例子来进行说明，但是，在将n设为2以上的整数而有n个系统的多个系统中，也能够同样地应用本发明。
图1的马达1具有第1绕组11和第2绕组12这2个独立的绕组。马达1具有经由定子而共享1个转子的磁路。
第1逆变器21与第1绕组11连接。第2逆变器22与第2绕组12连接。第1逆变器21以及第2逆变器22基于控制单元3输出的驱动信号而被驱动。另外，第1逆变器21和第2逆变器22并联地与直流电源4连接。第1逆变器21以及第2逆变器22将来自直流电源4的直流输入变换成交流，并输出到马达1。
在图2中示出第1逆变器21以及第2逆变器22的电路构成。第1逆变器21以及第2逆变器是相同的电路构成，所以在这里，共同地图示为逆变器2。图2的逆变器2表示第1逆变器21和第2逆变器22的主电路部。
逆变器2从正极输入p和负极输入n输入直流，并从u相输出ui、v相输出vi、w相输出wi输出三相交流。将上支路sup和下支路sun连接到u相输出ui。将上支路svp和下支路svn连接到v相输出vi。将上支路swp和下支路swn连接到w相输出wi。
另外，逆变器2经由相继电器23与马达1连接。相继电器23由与u相输出ui连接的u相继电器rlyu、与v相输出vi连接的v相继电器rlyv以及与w相输出wi连接的w相继电器rlyw构成。相继电器23既可以是机械式的触点继电器，也可以是使用开关元件的电子式的无触点继电器。该相继电器23在逆变器2或者马达1故障时开路，从而抑制在马达1中产生制动转矩。
图1所示的控制单元3基于流过马达1的第1绕组11和第2绕组12的电流的检测值以及马达1的转子的相位信息，来决定对马达1的转矩以及旋转速度进行控制的输出。而且，控制单元3生成驱动第1逆变器21以及第2逆变器22的开关元件的驱动信号。该驱动信号是成为期望的驱动波形的电压指令值或者电流指令值的交流信号，对载波信号进行pwm调制，作为由逆变器元件的接通和断开的二值构成的开关信号而提供。
在这里，马达1的电流值也可以使用以下方法中的任意方法来求出，即：检测三相的电流值的相电流传感器、或是根据直流电源4与第1逆变器21的n1以及第2逆变器22的n2之间分别串联连接的分流电阻中流过的电流值来再现三相电流。另外，马达1的转子的相位信息的检测单元既可以是解析器、gmr传感器、tmr传感器、编码器、霍尔ic等检测单元，也可以是利用马达1的感应电压、转子的位置依赖性的所谓的旋转位置无传感器控制的相位推测单元。
在图3中示出逆变器2的输出矢量。三相输出的矢量分别以具有电角120度的相位地输出电压的方式进行控制。输出矢量由公式1所示的v1至v6矢量以及v0和v7矢量构成。例如，v1矢量由公式1的v(1，0，0)定义，意味着u相上支路接通、v相和w相的下支路接通。之后，针对输出矢量vn，按u相、v相、w相的顺序，将上支路接通记为“1”、将断开记为“0”。此时，下支路分别在断开时为“0”、在接通时为“1”。另外，设为忽略死区时间而进行考虑。
这样，在将360度的范围各60度地分割成6份而得到的a至f的相位范围内，控制输出矢量，从而能够产生马达1的旋转磁场。
[式1]
在图4中，考虑w相的上下支路中的某一方发生故障、将作为相继电器23的对应相的rlyw设为断开而无法产生w相的输出矢量的情况。由于w相的故障而无法输出的是v5矢量，无法产生图4所示的区间d和区间e的120度的范围的输出矢量。
在图5中示出输出矢量的相位。在图4所示的w相的故障中，不能进行输出的是区间d和区间e的相位范围，关于剩余的区间a、b、c、f，能够进行输出。将图5的系统a设为w相发生故障的系统，将系统b设为正常的系统。此外，系统a以及系统b中的一方是图1的逆变器21，另一方是逆变器22。
在作为故障系统的系统a中，将输出h输出，但由于w相的故障，在120度的范围(区间d、e)内无法进行输出，成为零输出。与此相对地，在作为正常的系统的系统b中，遍布360度地将输出δt输出，并且在系统a不能进行输出的120度的范围(区间d、e)内，加上输出h而设为输出(h+δt)。由此，系统a与系统b的合计输出遍及全部区间而得到输出(h+δt)。
上述δt在相位1个周期中的平均值为正常时的最大值h以下的情况下，以满足公式2的方式求出。
[式2]
δt≤h·66.7％
通过设为基于公式2的输出(h+δt)不超过开关元件的电流容许上限值的范围，从而能够遍布360度范围地抑制脉动、同时输出合计输出为(h+δt)的输出。由此，能够进行抑制了马达1的输出转矩的脉动的控制。
如上所述，本实施方式的电力变换装置即使在系统a中的w相的支路发生故障的情况下，也可以切断连接到w相支路的相继电器rlyw，使在系统a中发生故障的相以外的相即u相以及v相的支路进行驱动。由于系统a的w相支路的故障而产生的欠缺相位的输出通过与正常的系统b的协调动作，以抑制转矩变动的方式进行补偿。由此，能够抑制在故障系统中产生的制动转矩，并且还抑制向马达的输出的减少。
(第2实施方式)
在图6中示出将n设为2以上的整数的情况下的n个系统中的整体构成图。在本实施方式中，逆变器并联连接有21、22、…、2n这n个系统，将第1绕组11、第2绕组12、…、第n绕组1n独立地卷绕到马达1。此时的各系统中的逆变器输出如图7表示。
在逆变器21、22、…、2n中的某一个系统发生故障而在(n－1)个系统中分派故障系统的输出量的情况下，如果将每一个系统的作为追加的分配设为等分，则以满足公式3的方式来决定。
[式3]
进一步地，如果将(n－1)个非故障系统的各输出设为δtk，则与公式3所示的分配的合计为公式4。
[式4]
由此，使电角360度下的平均输出满足公式5即可。
[式5]
即，能够抑制每一个系统的负担，并且增大各输出δtk。由此，能够减小n个系统中的每个逆变器的负担，能够在更长的时间内较大地输出合计输出。
(第3实施方式)
图8示出与对车辆的前进方向进行操舵的电动动力转向装置相关的实施方式。电动动力转向装置具备上述实施方式的电力变换装置101。
当驾驶员操作方向盘201时，通过转矩传感器202检测该操舵转矩。基于该操舵转矩，电力变换装置101驱动马达102。由马达102产生的电动辅助转矩被输入到转向辅助机构203，与驾驶员的操舵转矩一起，驱动转向机构204。由此，轮胎205进行转舵，能够对车辆的前进方向进行操舵。
本实施方式的电动动力转向装置针对具备多个系统的逆变器电路的电力变换装置101中的1个系统发生故障，将不足部分分配给剩余的系统而输出，从而抑制马达的转矩脉动。由此，高性能地驱动马达102，作为结果，能够使针对方向盘201的操作量的电动辅助的操舵力平滑地产生。
符号说明
1：马达；11：第1绕组；12：第2绕组；2：逆变器；21：逆变器；22：逆变器；23：相继电器；4：直流电源；100：马达驱动系统；101：电力变换装置；102：马达；201：方向盘；202：转矩传感器；203：转向辅助机构；204：转向机构；205：轮胎。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电力变换装置，其驱动冗余马达，所述冗余马达具有相互独立的第1绕组以及第2绕组，所述电力变换装置的特征在于，具备：
第1逆变器电路，其与所述第1绕组连接；
第2逆变器电路，其与所述第2绕组连接，并与所述第1逆变器电路相独立地设置；以及
第1相继电器，其设置于所述第1逆变器电路与所述第1绕组之间，
在构成所述第1逆变器电路的多个支路中的某一个支路发生故障的情况下，所述第1相继电器切断该发生故障的支路与所述第1绕组之间的通电，并且通过构成所述第1逆变器电路的其他支路和所述第2逆变器电路的动作，驱动所述冗余马达。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
通过所述第2逆变器电路的动作来补偿与所述发生故障的支路相应的输出降低。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
稳定状态下的所述第1逆变器电路与所述第2逆变器电路的合计输出遍及电角360度的相位范围且大致恒定。
4.根据权利要求2或3所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1逆变器电路在规定的旋转相位下输出大致为零，
所述第2逆变器电路以所述规定的旋转相位下的平均输出大于所述规定的旋转相位以外的相位下的平均输出的方式进行动作。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于，
所述规定的旋转相位以电角计是120度。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2逆变器电路的输出是如下的输出：在电角360度的相位范围内对该输出进行积分而得到的值是在电角360度的相位范围内对所述第2逆变器电路的100％输出进行积分而得到的值以下，并且是不超过构成所述第2逆变器电路的开关元件的电流容许上限值的电流值。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2逆变器电路设置有多个。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述故障是短路故障。
9.一种电动动力转向装置，其特征在于，具备：
权利要求1至8中的任一项所述的电力变换装置；以及
转舵机构，其伴随着方向盘的转舵操作量而进行转舵。
10.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1逆变器电路在规定的旋转相位下输出大致为零，
所述第2逆变器电路以所述规定的旋转相位下的平均输出大于所述规定的旋转相位以外的相位下的平均输出的方式进行动作，
所述规定的旋转相位以电角计是120度，
所述第2逆变器电路的输出是如下的输出：在电角360度的相位范围内对该输出进行积分而得到的值是在电角360度的相位范围内对所述第2逆变器电路的100％输出进行积分而得到的值以下，并且是不超过构成所述第2逆变器电路的开关元件的电流容许上限值的电流值，
所述故障是短路故障。
11.一种电动动力转向装置，其特征在于，具备：
权利要求10所述的电力变换装置；以及
转舵机构，其伴随着方向盘的转舵操作量而进行转舵。