CN104170242A - 马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆 - Google Patents

Abstract

提供马达控制装置、电动动力转向装置和车辆，即使在马达驱动电路发生了开路故障、短路故障的情况下，也能够继续进行电动马达的驱动控制。包括：指令值运算部（31），其输出针对多相电动马达（22）的指令值，在多相电动马达（22）中，以来自转子的各磁极的同一磁通彼此不交叉的方式在定子上集中卷绕有至少第1多相马达绕组和第2多相马达绕组；马达驱动电路（32A）、（32B），它们根据所述指令值，各自向各个多相马达绕组提供多相马达驱动电流；多相的马达电流切断部（33A）、（33B），它们各自安插在各个马达驱动电路与各个多相马达绕组之间；异常检测部（31a），其分别检测各个多相马达驱动电流或者电压的异常；以及异常时电流控制部，其在通过各异常检测部中的任意一方检测出至少一相的马达驱动电流的异常时，将检测出异常的一侧的马达电流切断部控制成电流切断状态。

Description

马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆

技术领域

本发明涉及对车辆中安装的多相电动马达进行驱动控制的马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆。

背景技术

关于对安装在车辆中的电动动力转向装置的电动马达、电动制动装置的电动马达、电动汽车或混合动力车的行驶用电动马达等进行驱动控制的马达控制装置，期望即使在马达控制系统发生异常的情况下，也能够继续进行电动马达的驱动。

为了满足上述期望，提出了如下这样的具有故障时控制单元的多相旋转机的控制装置以及使用了该控制装置的电动动力转向装置：例如对多相电动马达的多相马达绕组进行二重化，从各自的逆变器部对二重化的多相马达绕组提供电流，在一方的逆变器部的开关单元发生了不能导通的断开（OFF）故障即开路故障的情况下，确定发生故障的故障开关单元，控制故障开关单元以外的开关单元，并且，控制包含故障开关单元的故障逆变器部以外的正常逆变器部（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4998836号公报

发明内容

发明要解决的问题

并且，在上述专利文献1记载的现有例中，在二重化的逆变器部中的一方发生了开关单元的断开故障的情况下，控制除了发生了断开故障的故障开关单元以外的开关单元，并且对于因控制包含故障开关单元的故障逆变器部而引起的转矩的下降量，对正常逆变器部中的q轴电流指令值进行校正，由此，抑制转矩的下降而继续进行多相旋转机的驱动控制。

因此，在上述现有例中，存在如下这样的未解决的课题：虽然在逆变器部的开关单元发生了断开故障的情况下，能够产生足够的转矩，但是在逆变器部的开关单元发生了短路故障的情况下，无法应对。

因此，本发明是着眼于上述现有示例的未解决的问题而完成的，其目的在于提供如下这样的马达控制装置、使用该马达控制装置的电动动力转向装置以及车辆：即使在马达驱动电路发生了开路故障或短路故障的情况下，也能够继续进行电动马达的驱动控制。

用于解决问题的手段

为了解决上述目的，本发明的马达控制装置的一个方式是对多相电动马达进行驱动控制的马达控制装置，该多相电动马达在定子上至少按照两个系统、由这两个系统各自的同相的磁极以来自转子的各磁极的同一磁通彼此不交叉的方式集中卷绕相对于转子磁铁为相同相位的第1多相马达绕组以及第2多相马达绕组。此外，马达控制装置具有：指令值运算部，其输出驱动多相电动马达的指令值；第1马达驱动电路和第2马达驱动电路，它们根据从该指令值运算部输出的指令值，各自向第1多相马达绕组和第2多相马达绕组提供第1多相马达驱动电流和第2多相马达驱动电流。此外，马达控制装置具有：多相的第1马达电流切断部和第2马达电流切断部，它们各自安插在第1马达驱动电路以及所述第2马达驱动电路与第1多相马达绕组以及第2多相马达绕组之间；第1异常检测部和第2异常检测部，它们各自检测第1多相马达驱动电流和第2多相马达驱动电流或者电压的异常；以及异常时电流控制部，其在通过第1异常检测部和第2异常检测部中的任意一方检测出至少一相的马达驱动电流或者电压的异常时，将检测出异常的一侧的马达电流切断部控制成电流切断状态。并且，马达控制装置在通过异常时电流控制部将所述第1马达电流切断部和所述第2马达电流切断部中的一方控制成电流切断状态时，该马达电流切断部所属的异常系统对正常系统的磁影响得以抑制。

此外，本发明的电动动力转向装置的一个方式将上述马达控制装置应用于包含使转向机构产生转向辅助力的电动马达的马达控制装置。

此外，本发明的车辆的一个方式具有上述马达控制装置。

发明效果

根据本发明，多相电动马达至少按照两个系统、由这两个系统各自的同相的磁极以来自转子的各磁极的同一磁通彼此不交叉的方式集中卷绕相对于转子磁铁为相同相位的多相马达绕组，利用1个转子相位检测传感器，通过各自的马达驱动电路向各个多相马达绕组提供多相马达驱动电流，并且，在各个马达驱动电路和多相马达绕组之间设置马达电流切断部，在各个多相马达驱动电流或者电压中的一方发生异常的情况下，切断设置在发生异常的多相马达驱动电流的提供系统中的马达电流切断部。因此，即使在马达驱动电路发生了开路故障或短路故障的情况下，也能够在抑制对正常系统的磁影响的状态下，通过正常的马达驱动电路继续进行电动马达的驱动。

此外，由于包含具有上述效果的马达控制装置而构成电动动力转向装置，因此，即使在至少两个系统的多相马达驱动电流中的一方发生异常的情况下，也能够通过正常的马达驱动电路向电动马达提供多相马达驱动电流，能够继续进行电动动力转向装置的转向辅助功能。

此外，由于包含具有上述效果的马达控制装置而构成车辆，因此，即使在多相电动马达的至少两个系统的马达驱动电路中的一方发生异常的情况下，也能够通过正常的马达驱动电路向电动马达提供多相马达驱动电流，继续进行电动马达的转矩产生，能够提供提高了电动马达的可靠性的车辆。

附图说明

图1是示出本发明的电动动力转向装置的第1实施方式的系统结构图。

图2是示出第1实施方式的马达控制装置的具体结构的电路图。

图3是示出第1实施方式的三相电动马达的结构的剖视图。

图4是示出图3的三相电动马达的绕组结构的示意图。

图5是示出正常时的转向转矩与转向辅助电流指令值的关系的特性线图。

图6是示出异常时的转向转矩与转向辅助电流指令值的关系的特性线图。

图7是示出本发明第2实施方式的电路图。

图8是示出本发明第3实施方式的三相电动马达的结构的剖视图。

图9是用于说明第3实施方式的效果的电压、电流波形图。

图10是示出本发明第4实施方式的电路图。

图11是示出本发明第5实施方式的电路图。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出将本发明的马达控制装置应用于安装在车辆中的电动动力转向装置的情况下的第1实施方式的整体结构图。

本发明的车辆1具有作为左右转向轮的前轮2FR、2FL以及后轮2RR、2RL。前轮2FR、2FL通过电动动力转向装置3进行转向。

电动动力转向装置3具有方向盘11，从驾驶者作用于该方向盘11的转向力传递到转向轴12。该转向轴12具有输入轴12a和输出轴12b。输入轴12a的一端与方向盘11连结，另一端经由转向转矩传感器13与输出轴12b的一端连结。

并且，传递到输出轴12b的转向力经由万向接头14传递到下轴15，进一步经由万向接头16传递到小齿轮轴17。传递到该小齿轮轴17的转向力经由转向齿轮18传递到拉杆19，使作为转向轮的前轮2FR和2FL转向。此处，转向齿轮18构成为具有与小齿轮轴17连结的小齿轮18a以及与该小齿轮18a啮合的齿条18b的齿条小齿轮（rack and pinion）形式。因此，转向齿轮18通过齿条18b将传递到小齿轮18a的旋转运动转换成车宽方向的直线运动。

转向轴12的输出轴12b与向输出轴12b传递转向辅助力的转向辅助机构20连结。该转向辅助机构20具有：减速齿轮21，其与输出轴12b连结，例如由蜗轮（worm gear）机构构成；作为多相电动马达的三相电动马达22，其与该减速齿轮21连结，产生转向辅助力，例如由三相无刷马达构成。

转向转矩传感器13检测施加于方向盘11而传递到输入轴12a的转向转矩。该转向转矩传感器13例如构成为：将转向转矩转换成安插在输入轴12a和输出轴12b之间的未图示的扭杆的转角位移，并将该转角位移转换成电阻变化或磁变化来进行检测。

此外，如图3所示，三相电动马达22具有SPM马达的结构，该SPM马达具备定子22S和转子22R，定子22S具有作为朝内侧突出地形成在内周面而形成槽SL的磁极的齿Te，转子22R是8极的表面磁铁型的转子，该转子22R在表面配置有与齿Te相对地旋转自如地配置在该定子22S的内周侧的永久磁铁PM。此处，对于定子22S的齿Te的数量，根据相数×2n（n为2以上的整数），例如设定为n＝2，则成为8极、12槽的结构。

并且，在定子22S的槽SL上，按照图4所示的两个系统、由这两个系统各自的同相的磁极卷绕相对于转子磁铁为相同相位的作为多相马达绕组的第1三相马达绕组L1和第2三相马达绕组L2。在第1三相马达绕组L1中，U相线圈L1u、V相线圈L1v、W相线圈L1w的一端相互连接而成为星形连线，各相线圈L1u、L1v、L1w的另一端与马达控制装置25连接，分别被提供马达驱动电流I1u、I1v和I1w。

在各相线圈L1u、L1v和L1w中，分别形成有两个线圈部L1ua、L1ub、L1va、L1vb和L1wa、L1wb。这些线圈部L1ua、L1va和L1wa集中卷绕于顺时针方向的齿Te1、Te2、Te3。此外，线圈部L1ub、L1vb和L1wb集中卷绕于隔着转子22R与齿Te1、Te2、Te3成对角的顺时针方向的齿Te7、Te8、Te9。

此外，在第2三相马达绕组L2中，U相线圈L2u、V相线圈L2v、W相线圈L2w的一端相互连接而成为星形连线，各相线圈L2u、L2v、L2w的另一端与马达控制装置25连接，分别被提供马达驱动电流I2u、I2v以及I2w。

在各相线圈L2u、L2v和L2w中，分别形成有两个线圈部L2ua、L2ub、L2va、L2vb和L2wa、L2wb。这些线圈部L2ua、L2va和L2wa集中卷绕于顺时针方向的齿Te4、Te5、Te6。此外，线圈部L1ub、L1vb、L1wb集中卷绕于隔着转子22R与齿Te4、Te5、Te6成对角的顺时针方向的齿Te10、Te11、Te12。

并且，各相线圈L1u～L1w的线圈部L1ua、L1ub、L1va、L1vb和L1wa、L1wb以及各相线圈L2u～L2w的线圈部L2ua、L2ub、L2va、L2vb和L2wa、L2wb以通电电流的方向为相同方向的方式卷绕于夹着各齿Te的槽SL。

这样，第1三相马达绕组L1的各相线圈L1u～L1w的线圈部L1ua、L1ub、L1va、L1vb和L1wa、L1wb与第2三相马达绕组L2的各相线圈L2u～L2w的线圈部L2ua、L2ub、L2va、L2vb和L2wa、L2wb卷绕在彼此不同的12个齿上。即，在12个齿Te上，在顺时针方向上依次按照相同的卷绕方向卷绕作为第1系统的相线圈L1ua、L1va和L1wa，接下来，在顺时针方向上依次按照相同的卷绕方向卷绕作为第2系统的相线圈L2ua、L2va和L2wa，接下来，在顺时针方向上依次按照相同的卷绕方向卷绕作为第1系统的相线圈L1ub、L1vb、L1wb，最后，在顺时针方向上依次按照相同的卷绕方向卷绕作为第2系统的相线圈L2ub、L2vb和L2wb。因此，第1多相马达绕组L1和第2马达绕组L2的同相的线圈部以不会与由转子22R的各磁极的永久磁铁PM形成的同一磁通同时交叉的方式进行卷绕。因此，第1三相马达绕组L1的各线圈部与第2三相马达绕组L2的各线圈部构成将彼此的磁干扰抑制为最小限度的磁路。

此外，如图2所示，三相电动马达22具有检测转子的旋转位置的霍尔元件等旋转位置传感器23a。来自该旋转位置传感器23a的检测值被提供到转子旋转角检测电路23，通过该转子旋转角检测电路23检测转子旋转角θm。

马达控制装置25被输入由转向转矩传感器13检测出的转向转矩T和由车速传感器26检测出的车速Vs，并且，被输入从转子旋转角检测电路23输出的转子旋转角θm。

此外，从作为直流电流源的电池27向马达控制装置25输入直流电流。

马达控制装置25的具体结构如图2所示那样构成。即，马达控制装置25具有：控制运算装置31，其对马达电流指令值进行运算；第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B，它们分别被输入从该控制运算装置31输出的马达电流指令值；第1马达电流切断电路33A和第2马达电流切断电路33B，它们安插在这些第1马达驱动电路32A以及第2马达驱动电路32B的输出侧与三相电动马达22的第1三相马达绕组L1以及第2三相马达绕组L2之间。

控制运算装置31被输入在图2中省略了图示但在图1中示出的转向转矩传感器13检测出的转向转矩T和车速传感器26检测出的车速Vs，并且，如图2所示那样，被输入从转子位置检测电路23输出的转子旋转角θm，此外，被输入由电流检测电路34A和34B输出的、从三相电动马达22的第1多相马达绕组L1和第2多相马达绕组L2的各相的线圈输出的马达电流I1d和I2d。

在控制运算装置31中，在马达驱动电路32A和32B正常时，根据转向转矩T和车速Vs，参照预先设定的图5所示的正常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值I1*和I2*。此外，在控制运算装置31中，在马达驱动电路32A或32B的异常时，根据转向转矩T和车速Vs，参照预先设定的图6所示的异常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值I1*和I2*。

此外，在控制运算装置31中，根据计算出的转向辅助电流指令值I1*、I2*以及转子旋转角θm，计算d-q坐标系的目标d轴电流指令值Id*和目标q轴电流指令值Iq*。此外，控制运算装置31对计算出的d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*进行dq相-三相转换，计算U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Ib*和W相电流指令值Iw*。并且，控制运算装置31计算出所计算的U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Iv*、W相电流指令值Iw*与由电流检测电路34A、34B检测出的电流检测值的每相的加法值之间的电流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIw。此外，控制运算装置31对计算出的电流偏差ΔIu、ΔIb、ΔIw进行例如PI控制运算或者PID控制运算，计算针对第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B的三相的电压指令值V1*和V2*，将计算出的三相的电压指令值V1*和V2*输出到第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B。

此外，向控制运算装置31输入由设置在第1马达电流切断电路33A以及第2马达电流切断电路33B与三相电动马达22的第1三相马达绕组L1以及第2三相马达绕组L2之间的异常检测电路35A、35B检测出的马达电流检测值I1ud、I1vd、I1wd以及I2ud、I2vd、I2wd。

并且，控制运算装置31具有异常检测部31a，该异常检测部31a对被输入的马达电流检测值I1ud～I1wd和I2ud～I2wd与自身计算出的各相电流指令值Iu*、Iv*、Iw*进行比较，检测出作为构成后述第1逆变器电路42A和第2逆变器电路42B的开关元件的场效应晶体管（FET）Q1～Q6的开路故障和短路故障。

在该异常检测部31a中，在检测出构成第1逆变器电路42A和第2逆变器电路42B的场效应晶体管（FET）的开路故障或者短路故障时，向检测出异常的马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A或者马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B输出逻辑值为“1”的异常检测信号SAa或者SAb。

第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B分别具有：栅极驱动电路41A和41B，其被输入从控制运算装置31输出的三相的电压指令值V1*和V2*，形成栅极信号，并具有异常时电流控制部41a；以及第1逆变器电路42A和第2逆变器电路42B，它们被输入从这些栅极驱动电路41A、41B输出的栅极信号。

栅极驱动电路41A、41B在分别从控制运算装置31输入了电压指令值V1*和V2*时，根据这些电压指令值V1*、V2*和三角波的载波信号Sc，形成进行了脉宽调制（PWM）的6个栅极信号，将这些栅极信号输出到逆变器电路42A、42B。

此外，在从控制运算装置31输入的异常检测信号SAa是逻辑值“0”（正常）时，栅极驱动电路41A向马达电流切断电路34A输出高电平的3个栅极信号，并且，向电源切断电路44A输出高电平的两个栅极信号。此外，在异常检测信号SAa是逻辑值“1”（异常）时，栅极驱动电路41A通过异常时电流控制部41a向4马达电流切断电路33A同时输出低电平的3个栅极信号，切断马达电流，并且，向电源切断电路44A同时输出低电平的两个栅极信号，切断电池电力。

同样，在从控制运算装置31输入的异常检测信号SAb是逻辑值“0”（正常）时，栅极驱动电路41B向马达电流切断电路34B输出高电平的3个栅极信号，并且，向电源切断电路44B输出高电平的两个栅极信号。此外，在异常检测信号SAb为逻辑值“1”（异常）时，栅极驱动电路41B通过异常时电流控制部41a向马达电流切断电路33B同时输出低电平的3个栅极信号，切断马达电流，并且，向电源切断电路44B同时输出低电平的两个栅极信号，切断电池电力。

第1逆变器电路42A和第2逆变器电路42B分别经由噪声滤波器43和电源切断电路44A、44B输入电池27的电池电流，在输入侧连接有平滑用的电解电容器CA和CB。

这些第1逆变器电路42A和第2逆变器电路42B具有6个作为开关元件的场效应晶体管（FET）Q1～Q6，具有使串联连接两个场效应晶体管而成的3个开关臂SAu、SAv、SAw并联连接的结构。并且，通过将从栅极驱动电路41A和41B输出的栅极信号输入到各场效应晶体管Q1～Q6的栅极，使得U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw从各开关臂SAu、SAv和SAw的场效应晶体管间经由马达电流切断电路33A和33B输出到三相电动马达22的第1三相马达绕组L1和第2三相马达绕组L2。

此外，虽然未图示，但安插在逆变器电路42A以及42B的各开关臂SAu、SAv、SAw与地线之间的分流电阻的两端电压被输入到电流检测电路34A和34B，通过这些电流检测电路34A、34B检测马达电流I1u～I1w和I2u～I2w。

此外，马达电流切断电路33A具有3个电流切断用的场效应晶体管QA1、QA2和QA3。场效应晶体管QA1的源极与第1逆变器电路42A的开关臂SAu的晶体管Q1和Q2的连接点连接，漏极经由异常检测电路35A与第1三相马达绕组L1的U相线圈L1u连接。此外，场效应晶体管QA2的源极与第1逆变器电路42A的开关臂SAv的晶体管Q3和Q4的连接点连接，漏极经由异常检测电路35A与第1三相马达绕组L1的V相线圈L1v连接。此外，场效应晶体管QA3的源极与第1逆变器电路42A的开关臂SAw的晶体管Q5和Q6的连接点连接，漏极经由异常检测电路35A与第1三相马达绕组L1的W相线圈L1w连接。

此外，马达电流切断电路33B具有3个电流切断用的场效应晶体管QB1、QB2和QB3。场效应晶体管QB1的源极与第2逆变器电路42B的开关臂SBu的晶体管Q1和Q2的连接点连接，漏极经由异常检测电路35B与第2三相马达绕组L2的U相线圈L2u连接。此外，场效应晶体管QB2的源极与第2逆变器电路42B的开关臂SBv的晶体管Q3和Q4的连接点连接，漏极经由异常检测电路35A与第2三相马达绕组L2的V相线圈L2v连接。此外，场效应晶体管QB3的源极与第2逆变器电路42B的开关臂SBw的晶体管Q5和Q6的连接点连接，漏极经由异常检测电路35A与第2三相马达绕组L2的W相线圈L2w连接。

并且，马达电流切断电路33A、33B的场效应晶体管QA1～QA3和QB1～QB3将各自的寄生二极管D的阴极设为逆变器电路42A、42B侧，各自朝同一方向连接。

此外，电源切断电路44A和44B分别具有如下这样的串联电路结构：两个场效应晶体管（FET）QC1、QC2以及QD1、QD2的漏极彼此连接、寄生二极管为相反方向。并且，场效应晶体管QC1以及QD1的源极相互连接，并与噪声滤波器43的输出侧连接，场效应晶体管QC2以及QD2的源极与第1逆变器电路42B以及第2逆变器电路42B的各场效应晶体管Q1、Q2、Q3的源极连接。

接下来，说明上述第1实施方式的动作。

在未图示的点火开关是断开状态而车辆停止、并且转向辅助控制处理也停止的工作停止状态时，马达控制装置25的控制运算装置31处于不工作状态。

因此，由控制运算装置31执行的转向辅助控制处理和异常监视处理停止。因此，电动马达12停止工作，停止向转向机构10输出转向辅助力。

在该工作停止状态下将点火开关设为导通状态时，控制运算装置31成为工作状态，开始转向辅助控制处理和异常监视处理。此时，设为各马达驱动电路32A、32B的逆变器电路42A和42B的各场效应晶体管Q1～Q6没有发生开路故障和短路故障的正常状态。

此时，在方向盘11没有转向的非转向状态下，在由控制运算装置31执行的转向辅助控制处理中，转向转矩T是“0”，车速Vs也是“0”，因此，参照图5的正常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值。在该正常时转向辅助电流指令值计算映射图中，计算出相对于作为目标的实线所示的计算转向辅助电流指令值It*的特性线L1、按照各转向转矩T而成为一半的值的由两个系统均等分割的转向辅助电流指令值I*。

然后，在转向辅助控制处理中，根据计算出的转向辅助电流指令值I*和从转子位置检测电路23输入的转子旋转角θm，计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*，对计算出的d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*进行dq二相-三相转换处理，计算U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Iv*和W相电流指令值Iw*。

此外，在转向辅助控制处理中，计算各相电流指令值Iu*、Iv*、Iw*与由电流检测电路34A和34B检测出的各相电流检测值I1d、I2d的加法值之间的电流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIw，对计算出的电流偏差ΔIu、ΔIv、ΔIw进行PI控制处理或者PID控制处理，计算目标电压指令值Vu*、Vv*和Vw*。并且，在转向辅助控制处理中，将计算出的目标电压指令值Vu*、Vv*和Vw*作为目标电压指令值V1*和V2*输出到第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B的栅极驱动电路41A和41B。此外，由于逆变器电路42A和42B正常，因此，控制运算装置31向栅极驱动电路41A和41B输出逻辑值为“0”的异常检测信号SAa和SAb。

因此，在栅极驱动电路41A和41B中，向马达电流切断电路33A和33B输出高电平的3个栅极信号。因此，马达电流切断电路33A和33B的场效应晶体管QA1～QA3和QB1～QB3成为导通状态，逆变器电路42A以及42B与三相电动马达22的三相马达绕组L1以及L2之间成为导通状态，成为能够对三相电动马达22进行通电控制的状态。

与此同时，从栅极驱动电路41A和41B向电源切断电路44A和44B输出高电平的栅极信号。因此，电源切断电路44A的场效应晶体管QC1、QC2和电源切断电路44B的场效应晶体管QD1、QD2成为导通状态，来自电池27的直流电力经由噪声滤波器43被提供到逆变器电路42A和42B。

此外，在栅极驱动电路41A和41B中，根据从控制运算装置31输入的电压指令值V1*和V2*，进行脉宽调制，形成栅极信号，将形成的栅极信号提供到逆变器电路42A和42B的各场效应晶体管Q1～Q6的栅极。

因此，在车辆是停止状态、且方向盘11没有转向的状态下，转向转矩Ts是“0”，因此，转向辅助电流指令值也是“0”，电动马达22维持停止状态。但是，当在车辆的停止状态下使方向盘11转向而进行所谓的静态转向时，转向转矩Ts增大，由此，在控制运算装置31中，参照图5，计算出将所需的较大的目标转向辅助电流指令值It*均等分割成一半而得到的转向辅助电流指令值I*。

因此，控制运算装置31向栅极驱动电路41A和41B提供与转向辅助电流指令值I*对应的较大的电压指令值V1*和V2*。因此，从栅极驱动电路41A、41B向逆变器电路42A、42B输出与较大的电压指令值V1*、V2*对应的占空比的栅极信号。与此对应地，从逆变器电路42A、42B输出与转向辅助电流指令值I*对应的具有120度的相位差的U相电流I1u、V相电流I1v、W相电流I1w、U相电流I2u、V相电流I2v以及W相电流I3w。这些各个电流通过与马达电流切断电路33A、33B的各相对应的场效应晶体管QA1～QA3、QB1～QB3，被提供到三相电动马达22的三相马达绕组L1和L2的各相线圈L1u～L1w和L2u～L2w。

由此，电动马达22被旋转驱动，产生与对应于转向转矩Ts的目标转向辅助电流值It*对应的较大的转向辅助力，该转向辅助力经由减速齿轮21传递到输出轴12b。由此，能够以较轻的转向力操纵方向盘11。

然后，在车速Vs增大时，与此相应地计算出的转向辅助电流指令值比静态转向时小，电动马达22产生与转向转矩Ts以及车速Vs相应地适度减小的转向辅助力。

这样，在逆变器电路42A和42B正常、提供给三相电动马达22的马达电流Iu、Iv和Iw正常的情况下，向三相电动马达22提供最适于转向转矩Ts和车速Vs的马达电流。

在该正常状态下，使由栅极驱动电路41A和41B进行的脉宽调制（PWM）处理中的载波信号同步，由此能够抑制开关导致的差拍（うなり）。

假设在该正常状态下在第1马达驱动电路32A的第1逆变器电路42A和第2马达驱动电路32B的第2逆变器电路42B中的一方例如在逆变器电路42B的例如下臂侧的场效应晶体管Q2、Q4、Q6中的任意一个或多个发生了短路故障。在该情况下，不再流过从发生短路故障开关臂SBi（i＝u，v，w）输出到马达电流切断电路33A的马达电流Ii，由此，在通过异常检测部31a与各相电流指令值Ii*进行比较时，能够检测出发生短路故障导致的异常。此外，图3的异常检测电路35A、35B的电压检测值不会成为规定的电压，能够检测出异常。

这样，在马达驱动电路32B的逆变器电路42B发生了短路故障时，异常检测信号SAa维持逻辑值“0”，异常检测信号SAb成为逻辑值“1”。因此，逆变器电路42B的6个的栅极信号全部断开，并且，从马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B向马达电流切断电路33B同时输出低电平的3个栅极信号，并且，向电源切断电路44B同时输出两个低电平的栅极信号。

因此，在马达电流切断电路33B中，各相的场效应晶体管QB1～QB3成为截止状态，对三相电动马达22的第2三相马达绕组L2的各相线圈L2u～L2w的通电被切断。

与此同时，在电源切断电路44B中，场效应晶体管QD1和QD2也被控制成截止状态，电池27与第2逆变器电路42B之间的电流通路被切断。此时，场效应晶体管QD1和QD2具有以寄生二极管为彼此相反方向的方式使漏极彼此连接的串联连接结构，因此，电池27与发生短路故障的第2逆变器电路42B之间的双向的电流通路被可靠地切断。

另外，在利用1个场效应晶体管构成电源切断电路44A和44B的情况下，无法切断从该场效应晶体管的寄生二极管的阳极到阴极的电流，无法可靠地将电池27和逆变器电路42A、42B之间切断，但是，在本实施方式中，由于以将寄生二极管的方向设为极性相反的方式连接两个场效应晶体管QC1、QC2以及QD1、QD2，因此，能够可靠地切断流过寄生二极管的电流。

并且，在检测出该异常状态时，在控制运算装置31中，参照图6所示的异常时转向辅助电流指令值计算映射图，计算转向辅助电流指令值I*。因此，计算出的转向辅助电流指令值I*成为与正常时的目标转向辅助电流指令值It*即与使逆变器电路42A、42B双方动作的情况相同的电流指令值，直到成为可在逆变器电路42A和42B中流过的电流值为止。因此，在达到容许电流值之前，能够通过三相电动马达22产生与正常时的转向完全相同的转向辅助力，不会给驾驶者带来不舒服感。而且，在以某程度的车速Vs进行行驶的状态下，所需转向辅助力较小，因此能够在不使驾驶者感到产生异常的状态下继续进行转向辅助控制。但是，在需要较大转向辅助力的静态转向时或极低速行驶时的转向时，可使驾驶者感知到产生异常，能够警告需要修理的情况。

此外，来自构成转子22R的磁极的永久磁铁PM的磁通按照各个磁极组（每90°）与线圈交叉，因此，针对由各个磁极组形成的马达特性，能够极度减小彼此的影响。例如，即使一个马达驱动电路32A（或32B）发生了短路故障而在切断该马达驱动电路32A（或32B）之前产生了过渡性的短路电流，也能够极度降低给另一个线圈带来的影响。

此外，在上述第1实施方式中，马达驱动电路32A的逆变器电路42A和马达驱动电路32B的逆变器电路42B被电源切断电路44A和44B切断，因此，能够在不影响线圈的填充系数的情况下，在1组逆变器驱动下实现良好的马达特性。

另一方面，在正常动作时，第1三相马达绕组L1和第2三相马达绕组L2能够分别产生1/2的输出，即使发生故障，也能够输出1/2的马达特性。由于绕马达轴对称的径向产生力能够抵消，因此，径向力对轴没有影响。而且，故障时的输出在可容许温度上升的范围内，能够输出正常时的1/2以上的马达特性。

此外，在不是第2逆变器电路42B而是第1逆变器电路42A发生短路故障的情况下，通过与马达驱动电路32A对应的马达电流切断电路33A，切断对三相电动马达22的马达电流的提供，并且，通过电源切断电路44A来切断对第1逆变器电路42A的电池电流的提供。并且，通过与上述同样地控制正常的第2马达驱动电路32B，在达到容许电流值之前，能够产生与正常时完全相同的转向辅助力。

另外，在省略了马达电流切断电路33A和33B的情况下，在马达驱动电路32A和32B中的任意一方发生短路故障时，发生短路故障的逆变器电路处于与三相电动马达22的三相马达绕组L1或者L2连接的状态。因此，在使三相电动马达22旋转的情况下，线圈部中产生的感应电动势经由与短路故障的场效应晶体管相邻的场效应晶体管的寄生二极管流过循环电流，产生制动力。因此，由于通过正常的马达驱动电路32A或32B驱动三相电动马达22而引起的再生电流被提供到发生短路故障的逆变器电路而成为再生制动状态，由三相电动马达22产生的转向辅助力大幅下降，给驾驶者带来不舒服感。因此，在以抵消再生制动的方式使正常的逆变器电路动作时，损耗增大，逆变器电路和三相电动马达发生过热，从而限制了继续进行转向辅助的时间。

此外，当在第1马达驱动电路32A的第1逆变器电路42A和第2马达驱动电路32B的第2逆变器电路42B中发生了场效应晶体管Q1～Q6不反转到导通状态而保持截止状态的断开故障即开路故障的情况下，异常检测部31a也能检测出异常，能够将成为异常的马达驱动电路32A的马达电流切断电路33A和电源切断电路44A控制成切断状态，或者将成为异常的马达驱动电路32B的马达电流切断电路33B和电源切断电路44B控制成切断状态，能够与上述同样地，在达到容许电流之前的期间内，通过正常的马达驱动电路进行与正常时相同的转向辅助控制。

这样，根据上述第1实施方式，能够提供如下马达控制装置、电动动力转向装置以及具有马达控制装置的车辆：在第1马达驱动电路32A的逆变器电路42A或者第2马达驱动电路32B的逆变器电路42B中的任意一个发生异常时，能够通过正常的马达驱动电路继续进行与正常时相同的马达控制而继续进行转向辅助控制。

此外，在上述第1实施方式中，说明了通过栅极驱动电路41A、41B使脉宽调制中使用的载波信号同步的情况，但是不限于此，也可以通过栅极驱动电路41A、41B使载波信号的相位错开而成为不同步，以使产生的噪声分散。在该情况下，通过栅极驱动电路41A、41B将脉宽调制中使用的高频（例如20kHz左右）的载波信号的相位错开而成为不同步，由此，能够分散由作为构成逆变器电路42A和42B的开关元件的场效应晶体管Q1～Q6的开关导致的噪声的功率，可得到能够抑制传导、辐射噪声的峰值的效果，并且，通过抑制与开关进行同步地在铝电解电容器CA、CB中输入/输出的开关电流的峰值，可得到能够抑制电解电容器CA和CB的内部发热而实现长寿命的效果。

接下来，参照图7，说明本发明第2实施方式。

在该第2实施方式中，是在上述第1实施方式中与第1马达驱动电路32A以及第2马达驱动电路32B对应地设置两组控制运算装置31。

即，如图7所示，在第2实施方式中，与第1马达驱动电路32A以及第2马达驱动电路32B对应地设置具有与上述图2的控制运算装置31相同结构的各个控制运算装置31A和31B。

并且，在控制运算装置31A中，形成提供给第1马达驱动电路32A的电压指令值V1*和异常检测信号SAa，将形成的电压指令值V1*和异常检测信号SAa输出到马达驱动电路32A的栅极驱动电路41A。

同样，在控制运算装置31B中，形成提供给第2马达驱动电路32B的电压指令值V2*和异常检测信号SAb，将形成的电压指令值V2*和异常检测信号SAb输出到马达驱动电路32B的栅极驱动电路41B。

此处，控制运算装置31A和31B具有彼此监视功能，对两者的运算结果进行比较，或者彼此监视看门狗定时器的动作等，在控制运算装置31A和31B中的一方例如31B（或31A）成为异常时，另一方的控制运算装置31A（或31B）能够检测出。因此，在检测出控制运算装置的异常时，能够通过正常的控制运算装置对由异常的控制运算装置控制的马达驱动电路进行代替控制。

根据该第2实施方式，控制运算装置31A、31B各自执行转向辅助控制处理和异常控制处理，由此，与上述第1实施方式同样地，在马达驱动电路32A的逆变器电路42A和马达驱动电路32B的逆变器电路42B中的任意一方发生短路故障或者开路故障时，能够通过正常的马达驱动电路继续进行转向辅助控制。因此，能够得到与上述第1实施方式相同的作用效果。

而且，根据第2实施方式，能够在控制运算装置31A和31B之间进行彼此监视，即使在控制运算装置31A和31B中的一方发生异常的情况下，也能够通过正常的控制运算装置进行与第1实施方式相同的异常时控制，并且，构成为在检测出一方的控制运算装置31A（或31B）成为异常时，能够通过正常的控制运算装置31B（或31A）来控制马达驱动电路32A、32B，由此可发挥即使在控制运算装置发生异常的情况下也能够继续进行正常的转向辅助控制的效果。

此外，在上述第1实施方式和第2实施方式中，说明了在三相电动马达22中卷绕两个系统的第1三相马达绕组L1和第2三相马达绕组L2、针对这些第1三相马达绕组L1和第2三相马达绕组L2设置各自的第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B的情况，但是不限于此，也可以设置3个系统以上的马达绕组，针对每个马达绕组设置各自的马达驱动电路和马达电流切断电路。

接下来，参照图8和图9，说明本发明第3实施方式。

在该第3实施方式中，是在上述第1实施方式中如图8所示那样将三相电动马达22的结构设定为：第1系统的三相马达绕组L1的相线圈L1ua～L1wa以及L1ub～L1wb的卷绕方向与第2系统的三相马达绕组L2的相线圈L2ua～L2wa以及L2ub～L2wb的卷绕方向为相反方向。

在该情况下，第1多相马达绕组L1和第2马达绕组L2的同相的线圈部以不会与由转子22R的各磁极的永久磁铁PM形成的同一磁通同时交叉的方式进行卷绕。由此，第1三相马达绕组L1的各线圈部与第2三相马达绕组L2的各线圈部构成将彼此的磁干扰抑制为最小限度的磁路。

此外，将从第1马达驱动电路32A的第1逆变器电路42A输出的相电流I1u～I1w和从第2马达驱动电路32B的第2逆变器电路42B输出的相电流I2u～I2w的相位如图9所示那样错开180度而设定为相反相位。

根据该第3实施方式，与上述第1实施方式同样，由于来自构成转子22R的磁极的永久磁铁PM的磁通按照各个磁极组（每90°）与线圈交叉，因此，针对由各个磁极组形成的马达特性，能够极度减小彼此的影响。例如，即使在一个马达驱动电路32A（或32B）发生了短路故障而在线圈中过渡性地流过较大电流，在切断该马达驱动电路32之前产生了过渡性的短路电流，也能够极度降低给另一个线圈带来的影响。

在该第3实施方式中，流过同相线圈L1ua、L1ub和L2ua、L2ub、L1va、L1vb和L2va、L2vb以及L1wa、L1wb和L2wa、L2wb的电流的方向如图8所示是相反方向，关于相电压V1u～V1w和V2u～V2w，如果表示其1个相的V1ua和V2ua，则则如图9（a）和（b）所示是进行了脉宽调制的相反相位的矩形波，相电流也如曲线Lr所示是相反相位的正弦波。

因此，两者的脉动电流I_L也如图9（c）和（d）所示那样成为相反相位，使从驱动电路到马达的EMI等对外部的噪声相互抵消。因此，能够抑制基于脉动电流I_L的马达配线导致的噪音或振动的产生。

此外，相电流I1u从断开到导通或者从导通到断开的开关定时与相电流I2u从导通到断开或者从断开到导通的开关定时相同，因此，由开关产生的噪声彼此成为相反相位而被抵消。

因此，在上述第3实施方式中，除了得到与上述第1实施方式相同的效果以外，还能够提供可抑制开关噪声和脉动电流导致的励振、静音性和防振性更高的马达控制装置、电动动力转向装置和车辆。

此外，上述第3实施方式不限于应用于第1实施方式的情况，也可以应用于上述第2实施方式。

接下来，参照图10，说明本发明第4实施方式。

该第4实施方式简化了电源切断电路的结构。

即，在第4实施方式中，如图10所示，是在上述第1实施方式的图2的结构中保留电源切断电路44A和44B的反向串联的场效应晶体管QC1、QC2和QD1、QD2中的一方的场效应晶体管QC1和QD1，为了共用另一方的场效应晶体管QC2和QD2，在噪声滤波器43与电源切断电路44A和44B的分支点之间配置了具有公共的场效应晶体管QE的公共电源切断电路44C。

此处，场效应晶体管QE的漏极与噪声滤波器43连接，源极与电源切断电路44A、44B连接，并且，栅极经由二极管DA、DB与栅极驱动电路41A、41B连接。

根据该第4实施方式，电源切断电路由电源切断电路44A、44B和44C这3个构成，作为实际用于切断电源的电源切断元件，可由场效应晶体管QC1、QD1和QE这3个半导体开关元件构成，与上述第1实施方式相比，能够省略1个半导体开关元件，相应地减少部件数量，降低马达控制装置25的制造成本，能够减小印刷基板上的电源切断电路44A～44C的占有面积，能够使印刷基板小型化。

接下来，参照图11，说明本发明第5实施方式。

在该第5实施方式中，是将上述第4实施方式应用于上述第2实施方式。

即，在第5实施方式中，是在上述第4实施方式中针对第1马达驱动电路32A和第2马达驱动电路32B将控制运算装置31设置为各自的控制运算装置31A和31B。

因此，该第5实施方式除了能够得到与上述第2实施方式相同的作用效果以外，还能够与上述第4实施方式同样地将构成电源切断电路的场效应晶体管的个数减少1个，能够降低马达控制装置25的制造成本，并且，能够减少印刷基板上的电源切断电路44A～44C的占有面积，使印刷基板小型化。

此外，在上述第4实施方式和第5实施方式中，也可以应用上述第3实施方式。

此外，在上述各实施方式中，说明了如下情况：在控制运算装置31或者控制运算装置31A和控制运算装置31B的转向辅助控制处理中，根据转向辅助电流指令值，计算d轴电流指令值Id*和q轴电流指令值Iq*，对它们进行dq相-三相转换，计算U相电流指令值Iu*、V相电流指令值Iv*和W相电流指令值Iw*，计算它们与电流检测值的每相的加法值之间的电流偏差ΔIu、ΔIv和ΔIw。但是，本发明不限于上述结构，也可以对电流检测值的每相的加法值进行dq轴转换，计算它们与d轴电流指令值Id*以及q轴电流指令值Iq*之间的偏差ΔId和ΔIq，对偏差ΔId和ΔIq进行dq相-三相转换。

此外，在上述各实施方式中，说明了将本发明的马达控制装置应用于电动动力转向装置的情况，但是不限于此，也可以将本发明应用于电动制动装置、线控转向系统、车辆行驶用的马达驱动装置等的使用电动马达的任意系统和安装有该系统的车辆。在该情况下，在马达驱动电路中处理的电压或者电流较高的情况下，可以替代场效应晶体管，而使用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等其它压控型开关元件作为开关元件。

标号说明

1…车辆，3…电动动力转向装置，11…方向盘，12…转向轴，13…转向转矩传感器，18…转向齿轮，20…转向辅助机构，22…三相电动马达，25…马达控制装置，26…车速传感器，27…电池，31、31A、31B…控制运算装置，32A…第1马达驱动电路，32B…第2马达驱动电路，33A…第1马达电流切断电路，33B…第2马达电流切断电路，34A、34B…电流检测电路，35A…第1异常检测电路，35B…第2异常检测电路，41A、41B…栅极驱动电路，42A…第1逆变器电路，42B…第2逆变器电路，43…噪声滤波器，44A…第1电源切断电路，44B…第2电源切断电路。

Claims (16)

1.一种马达控制装置，其对多相电动马达进行驱动控制，其特征在于，

所述多相电动马达在定子上至少按照两个系统、由这两个系统各自的同相的磁极以来自转子的各磁极的同一磁通彼此不交叉的方式集中卷绕相对于转子磁铁为相同相位的第1多相马达绕组以及第2多相马达绕组，

所述马达控制装置具有：

指令值运算部，其输出驱动所述多相电动马达的指令值；

第1马达驱动电路和第2马达驱动电路，它们根据从该指令值运算部输出的指令值，各自向所述第1多相马达绕组和所述第2多相马达绕组提供第1多相马达驱动电流和第2多相马达驱动电流，

多相的第1马达电流切断部和第2马达电流切断部，它们各自安插在所述第1马达驱动电路以及所述第2马达驱动电路与所述第1多相马达绕组以及所述第2多相马达绕组之间；

第1异常检测部和第2异常检测部，它们各自检测所述第1多相马达驱动电流和所述第2多相马达驱动电流或者电压的异常；以及

异常时电流控制部，其在通过所述第1异常检测部和所述第2异常检测部中的任意一方检测出至少一相的马达驱动电流或者电压的异常时，将检测出异常的一侧的马达电流切断部控制成电流切断状态，

在通过所述异常时电流控制部将所述第1马达电流切断部和所述第2马达电流切断部中的一方控制成电流切断状态时，该马达电流切断部所属的异常系统对正常系统的磁影响得以抑制。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述多相电动马达的定子的槽数被设定为相数×2n，第1多相马达绕组和第2多相马达绕组交替地卷绕在该槽之间的磁极上，其中，n为2以上的整数。

3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1马达驱动电路和所述第2马达驱动电路具有输出所述第1多相马达驱动电流的第1多相逆变器电路和输出所述第2多相马达驱动电流的第2多相逆变器电路，所述第1异常检测部和所述第2异常检测部构成为，检测构成所述第1多相逆变器电路和所述第2多相逆变器电路的开关元件的开路故障和短路故障。

4.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述指令值运算部由各自与所述第1马达驱动电路以及所述第2马达驱动电路对应的第1指令值运算部以及第2指令值运算部构成，该第1指令值运算部和第2指令值运算部彼此监视运算动作，在一方的指令值运算部检测出另一方的指令值运算部的异常时，使异常的指令值运算部的动作停止，并向所述异常时电流控制部输出切断所述对应的马达电流切断部的切断指令。

5.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1异常时电流控制部和所述第2异常时电流控制部在检测出异常时，同时切断所述第1马达电流切断部和所述第2马达电流切断部中的异常侧的各相切断部。

6.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，

所述各相切断部由场效应晶体管构成，所述场效应晶体管被安插为寄生二极管的方向为同一方向。

7.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1马达驱动电路以及所述第2马达驱动电路在所述第1多相逆变器电路以及所述第2多相逆变器电路与电源供给源之间各自安插有第1电源切断部和第2电源切断部。

8.根据权利要求7所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1电源切断部和所述第2电源切断部由具有寄生二极管的开关元件构成，各开关元件以寄生二极管的方向为相反方向的方式反向串联连接。

9.根据权利要求8所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1电源切断部和所述第2电源切断部具有共用一部分电源切断元件的结构。

10.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

提供给所述第1马达驱动电路和所述第2马达驱动电路的马达驱动指令值是均等分配的马达转矩指令值。

11.根据权利要求10所述的马达控制装置，其特征在于，

所述指令值运算部在通过所述第1异常检测部和所述第2异常检测部检测出多相马达电流或者电压的异常时，设定表示正常时的马达驱动指令值的合计的马达转矩指令值，作为针对正常的马达驱动电路的马达驱动指令值，直到达到容许电流值为止。

12.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1多相马达绕组和所述第2多相马达绕组的相对于磁极的卷绕方向被设定成彼此相反的方向。

13.根据权利要求3～12中的任意一项所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1马达驱动电路和所述第2马达驱动电路使提供给所述第1逆变器电路和所述第2逆变器电路的开关载波信号同步。

14.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，

所述第1马达驱动电路和所述第2马达驱动电路使提供给所述第1逆变器电路和所述第2逆变器电路的开关载波信号的相位错开而成为不同步，以使产生的噪声分散。

15.一种电动动力转向装置，其特征在于，

该电动动力转向装置利用上述权利要求1～14中的任意一项所述的马达控制装置构成包含使转向机构产生转向辅助力的电动马达的马达控制装置。

16.一种车辆，其特征在于，

所述车辆具有上述权利要求1～14中的任意一项所述的马达控制装置。