(57)【要約】【課題】１つの直流電源の故障が生じても、回転電機にトルクを出力させることができると共に、直流電源電圧の変化に応じて、回転電機の特性を適切に変化させることができる回転電機装置を提供する。【解決手段】低電圧の直流電力と高電圧の直流電力とを切り替えて出力する電源切替機構２３と、複数相の巻線の相互接続を第１の巻線接続状態と、第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える巻線接続切替機構２４と、スイッチング素子を備えたインバータ１２と、電源切替機構２３を切り替え駆動し、巻線接続切替機構２４を切り替え駆動し、スイッチング素子をオンオフ駆動する制御装置２５と、を備えた回転電機装置１。【選択図】図１
2019122148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源が接続される第１の電源接続端子と、
前記第１の直流電源よりも電圧が低い第２の直流電源が接続される第２の電源接続端子と、
前記第１の電源接続端子に供給された直流電力と、前記第２の電源接続端子に供給された直流電力とを切り替えて出力する電源切替機構と、
複数相の巻線を有する回転電機本体と、
前記複数相の巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と、前記第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える巻線接続切替機構と、
前記電源切替機構から出力された直流電力と、前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータと、
前記電源切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態に応じて前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態及び前記巻線接続切替機構の切換状態に基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御する制御装置と、を備えた回転電機装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第１の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第２の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動する請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項３】
前記回転電機本体は、前記複数相の巻線として、３相の巻線を有し、
前記巻線接続切替機構は、前記３相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、前記第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替える切替機構である請求項１又は２に記載の回転電機装置。
【請求項４】
前記複数相の巻線、前記巻線接続切替機構、及び前記インバータは、２組設けられ、
各組の前記巻線接続切替機構は、対応する組の前記複数相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態と前記第２の巻線接続状態との間で切り替え、
前記制御装置は、前記電源切替機構を切り替え駆動し、各組の前記複数相の巻線について前記第１の巻線接続状態又は前記第２の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態、及び各組の前記巻線接続切替機構における各組の前記複数相の巻線の切換状態に基づいて、各組の前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御する請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、各組の前記複数相の巻線が前記第１の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、各組の前記複数相の巻線が前記第２の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動する請求項４に記載の回転電機装置。
【請求項６】
前記回転電機本体は、各組の前記複数相の巻線として、３相の巻線を有し、
各組の前記巻線接続切替機構は、対応する組の前記３相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、前記第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替える切替機構である請求項４又は５に記載の回転電機装置。
【請求項７】
前記回転電機本体の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされる請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機装置。
【請求項８】
前記第１の電源接続端子、前記第２の電源接続端子、前記電源切替機構、前記回転電機本体、前記巻線接続切替機構、前記インバータ、及び前記制御装置が一体的に構成されている請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、互いに電圧の異なる２つの直流電源を用いた回転電機装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような回転電機装置について、例えば、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１の技術では、１つの固定子に２組の３相巻線が設けられ、各３相巻線用に２組のインバータが設けられている。すなわち、第１の固定子巻線１４と、第１の固定子巻線１４用の第１のインバータＩＮＶ１と、第２の固定子巻線１６と、第２の固定子巻線１６用の第２のインバータＩＮＶ２と、が設けられている。第２のインバータＩＮＶ２には、高電圧の第２のバッテリ２２の直流電力が供給される。第１のインバータＩＮＶ１には、低回転速度の時に低電圧の第１のバッテリ２０の直流電力が供給され、高回転速度の時に高電圧の第２のバッテリ２２の直流電力が供給されるように、スイッチが切り替えられるように構成されている。なお、第１及び第２の固定子巻線１４、１６は、Ｙ結線に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１９８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、高電圧の第２のバッテリ２２が故障した場合は、第２のインバータＩＮＶ２及び第２の固定子巻線１６に直流電力が供給されないので、回転電機の出力が低下する。また、高電圧の第２のバッテリ２２が故障した場合は、高回転速度の時に、第１のインバータＩＮＶ１に高電圧の第２のバッテリ２２の直流電力が供給されるように、スイッチが切り替えられると、第１のインバータＩＮＶ１及び第１の固定子巻線１４に直流電力が供給されなくなり、回転電機の出力がゼロになる。
【０００５】
一方、低電圧の第１のバッテリ２０が故障した場合は、低回転速度の時に、第１のインバータＩＮＶ１に第１のバッテリ２０の直流電力が供給されるように、スイッチが切り替えられると、第１のインバータＩＮＶ１及び第１の固定子巻線１４に直流電力が供給されなくなり、回転電機の出力が低下する。よって、特許文献１の技術では、一方の直流電源に故障が生じた場合に、回転電機の出力低下が生じる問題があった。
【０００６】
また、特許文献１の技術では、第１の固定子巻線１４は、Ｙ結線の固定とされているので、第１の固定子巻線１４の誘起電圧定数は固定値となっている。そのため、特許文献１の技術では、第１の固定子巻線１４に生じる誘起電圧が低くなる低回転速度時は、それに合わせて低電圧の第１のバッテリ２０の直流電力を供給し、第１の固定子巻線１４に生じる誘起電圧が高くなる高回転速度時は、それに合わせて高電圧の第２のバッテリ２２の直流電力を供給するように構成されている。しかし、上記のように、第１又は第２のバッテリに故障が生じた場合は、回転速度に応じて変化する誘起電圧に合わせて、電源電圧を変化させることができなくなり、回転電機の性能が低下する問題があった。
【０００７】
そこで、１つの直流電源の故障が生じても、回転電機にトルクを出力させることができると共に、直流電源電圧の変化に応じて、回転電機の特性を適切に変化させることができる回転電機装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る回転電機装置は、第１の直流電源が接続される第１の電源接続端子と、
前記第１の直流電源よりも電圧が低い第２の直流電源が接続される第２の電源接続端子と、
前記第１の電源接続端子に供給された直流電力と、前記第２の電源接続端子に供給された直流電力とを切り替えて出力する電源切替機構と、
複数相の巻線を有する回転電機本体と、
前記複数相の巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と、前記第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える巻線接続切替機構と、
前記電源切替機構から出力された直流電力と、前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータと、
前記電源切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態に応じて前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態及び前記巻線接続切替機構の切換状態に基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御する制御装置と、を備えるものである。
【０００９】
本開示に係る回転電機装置によれば、電源切替機構が、高電圧の第１の直流電源の直流電力を出力する状態、又は低電圧の第２の直流電源の直流電力を出力する状態に切り替えられるので、例えば、一方の直流電源に異常があった場合に、他方の直流電源を用いて、回転電機装置を動作させることができる。そして、巻線接続切替機構が、電源切替機構の切替状態に応じて、巻線の誘起電圧定数が高い第１の巻線接続状態、又は巻線の誘起電圧定数が低い第２の巻線接続状態に切り替えられるので、直流電圧の変化に応じて、巻線の誘起電圧定数を適切に変化させることができる。そして、直流電圧の変化、及び巻線の誘起電圧定数の変化に応じて、適切にインバータのスイッチング素子をオンオフ制御して、回転電機本体を制御することができる。よって、１つの直流電源の故障が生じても、回転電機にトルクを出力させることができると共に、直流電源電圧の変化に応じて、回転電機の特性を適切に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態１に係る回転電機装置の回路図である。
【図２】本開示の実施の形態１に係る３相巻線のY結線を表す図である。
【図３】本開示の実施の形態１に係る３相巻線のΔ結線を表す図である。
【図４】本開示の実施の形態１に係る巻線接続切替機構の回路図である。
【図５】本開示の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図６】本開示の実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の側面図である。
【図７】本開示の実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の側面図である。
【図８】本開示の実施の形態２に係る回転電機装置の回路図である。
【図９】本開示の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図１０】本開示の実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の側面図である。
【図１１】本開示の実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１に係る回転電機装置１について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る回転電機装置１の回路図である。
【００１２】
回転電機装置１は、第１の電源接続端子６ａ、第２の電源接続端子６ｂ、電源切替機構２３、回転電機本体２、巻線接続切替機構２４、インバータ１２、及び制御装置２５を備えている。本実施の形態では、回転電機装置１は、車両に搭載されている。詳細は後述するが、回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされており、回転電機装置１は、電動パワーステアリング装置を構成している。
【００１３】
＜電源接続端子＞
第１の電源接続端子６ａは、第１の直流電源５ａが接続される接続端子である。第２の電源接続端子６ｂは、第１の直流電源５ａよりも電圧が低い第２の直流電源５ｂが接続される接続端子である。第１及び第２の直流電源５ａ、５ｂは、回転電機装置１の外部に設けられている。第１の直流電源５ａは、例えば、４８Ｖの直流電源とされ、リチウムイオン２次電池等の高電圧電池、又は電池の出力電圧が降圧又は昇圧された直流電圧とされる。また、第２の直流電源５ｂは、例えば、１２Ｖの鉛蓄電池等とされる。
【００１４】
第１及び第２の電源接続端子６ａ、６ｂは、それぞれ、正極側端子と負極側端子とを備えている。第１の電源接続端子６ａの正極側端子は、第１の直流電源５ａの正極に接続され、その負極側端子は、第１の直流電源５ａの負極に接続される。第２の電源接続端子６ｂの正極側端子は、第２の直流電源５ｂの正極に接続され、その負極側端子は、第２の直流電源５ｂの負極に接続される。
【００１５】
＜電源切替機構２３＞
電源切替機構２３は、第１の直流電源５ａから第１の電源接続端子６ａに供給された直流電力と、第２の直流電源５ｂから第２の電源接続端子６ｂに供給された直流電力とを切り替えて出力する切替機構である。電源切替機構２３は、第１入力端子２３１、第２入力端子２３２、出力端子２３３、及び制御装置２５の制御信号が入力される駆動端子２３４を備えている。本実施の形態では、電源切替機構２３は、電磁スイッチとされており、可動接点２３５、及び可動接点２３５を駆動するコイル２３６を備えており、コイル２３６の一端が駆動端子２３４に接続されている。電源切替機構２３は、制御装置２５がコイル２３６への通電状態を変化させることで可動接点２３５を移動させ、可動接点２３５が第１入力端子２３１と出力端子２３３とを接続している第１の電源接続状態と、可動接点２３５が第２入力端子２３２と出力端子２３３とを接続している第２の電源接続状態とが切り替わる。なお、電源切替機構２３は、複数のスイッチング素子が組み合わされて構成されてもよい。
【００１６】
第１入力端子２３１は、第１の電源接続端子６ａの正極側端子に接続される。なお、第１の電源接続端子６ａの負極側端子は、共通のグランドに接続される。第２入力端子２３２は、第２の電源接続端子６ｂの正極側端子に接続される。なお、第２の電源接続端子６ｂの負極側端子は、共通のグランドに接続される。
【００１７】
出力端子２３３は、インバータ１２の正極電線に接続されており、第１又は第２の直流電源の直流電力をインバータ１２に供給する。なお、インバータ１２の負極電線は、共通のグランドに接続される。出力端子２３３とインバータ１２の正極電線との接続経路上には、ローパスフィルタ回路３０、電源リレー回路３１、及び平滑コンデンサ３２が設けられている。出力端子２３３は、制御装置２５の電源回路８にも接続されており、第１又は第２の直流電源５ａ、５ｂの直流電力を制御装置２５に供給する。
【００１８】
＜回転電機本体２＞
回転電機本体２は、複数相の巻線１４を有している。本実施の形態では、回転電機本体２は、複数相の巻線１４として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗを有している。回転電機本体２の固定子に、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられ、回転電機本体２の回転子に、永久磁石が設けられた、永久磁石同期の回転電機とされている。
【００１９】
図１及び図４に示すように、Ｕ相の巻線Ｃｕの一端は、後述するインバータ１２のＵ相用の２つのスイッチング素子の接続点に接続され、Ｕ相の巻線Ｃｕの他端は、巻線接続切替機構２４のＵ相の切替スイッチ２４ｕに接続される。Ｖ相の巻線Ｃｖの一端は、インバータ１２のＶ相用の２つのスイッチング素子の接続点に接続され、Ｖ相の巻線Ｃｖの他端は、巻線接続切替機構２４のＶ相の切替スイッチ２４ｖに接続される。Ｗ相の巻線Ｃｗの一端は、インバータ１２のＷ相用の２つのスイッチング素子の接続点に接続され、Ｗ相の巻線Ｃｗの他端は、巻線接続切替機構２４のＷ相の切替スイッチ２４ｗに接続される。
【００２０】
回転電機本体２には、回転子の回転角度（磁極位置）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転センサ１３が備えられている。回転センサ１３の出力信号は、制御装置２５の入力回路９に入力される。
【００２１】
＜巻線接続切替機構２４＞
巻線接続切替機構２４は、複数相の巻線１４の相互接続を、第１の巻線接続状態と、第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える切替機構である。本実施の形態では、巻線接続切替機構２４は、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの相互接続を、第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替える切替機構とされている。
【００２２】
なお、Ｙ結線は、図２に示すような結線になり、Ｕ相の巻線Ｃｕの他端、Ｖ相の巻線Ｃｖの他端、及びＷ相の巻線Ｃｗの他端が相互に接続され、Ｕ相の巻線Ｃｕの一端、Ｖ相の巻線Ｃｖの一端、及びＷ相の巻線Ｃｗの一端が、それぞれ対応する相のスイッチング素子に接続されている。Δ結線は、図３に示すような結線になり、Ｕ相の巻線Ｃｕの他端はＶ相の巻線Ｃｖの一端に接続され、Ｖ相の巻線Ｃｖの他端はＷ相の巻線Ｃｗの一端に接続され、Ｗ相の巻線Ｃｗの他端はＵ相の巻線Ｃｕの一端に接続されている。Ｕ相の巻線Ｃｕの一端、Ｖ相の巻線Ｃｖの一端、及びＷ相の巻線Ｃｗの一端が、それぞれ対応する相のスイッチング素子に接続されている。
【００２３】
Ｙ結線の誘起電圧定数は、Δ結線の誘起電圧定数よりも√３倍（１．７３２倍）大きくなる。Ｙ結線の線間の巻線の抵抗は、Δ結線の線間の巻線の抵抗よりも３倍大きくなる。
【００２４】
図１及び図４に示すように、巻線接続切替機構２４は、Ｕ相の切替スイッチ２４ｕ、Ｖ相の切替スイッチ２４ｖ、及びＷ相の切替スイッチ２４ｗを有している。各相の切替スイッチ２４ｕ、２４ｖ、２４ｗは、第１入力端子２４１、第２入力端子２４２、出力端子２４３、及び制御装置２５の制御信号が入力される駆動端子２４４を備えている。本実施の形態では、各相の切替スイッチは、電磁スイッチとされており、可動接点２４５、及び可動接点２４５を駆動するコイル２４６を備えており、コイル２４６の一端が駆動端子２４４に接続されている。なお、巻線接続切替機構２４は、複数のスイッチング素子が組み合わされて構成されてもよい。
【００２５】
Ｕ相の切替スイッチ２４ｕの出力端子２４３は、Ｕ相の巻線Ｃｕの他端に接続されている。Ｕ相の切替スイッチ２４ｕの第２入力端子２４２は、Δ結線を形成するために、V相の巻線Ｃｖの一端に接続されている。Ｙ結線を形成するために、Ｕ相の切替スイッチ２４ｕの第１入力端子２４１、Ｖ相の切替スイッチ２４ｖの第１入力端子２４１、及びＷ相の切替スイッチ２４ｗの第１入力端子２４１が相互に接続されており、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの他端を相互に短絡させる。
【００２６】
Ｖ相の切替スイッチ２４ｖの出力端子２４３は、Ｖ相の巻線Ｃｖの他端に接続されている。Ｖ相の切替スイッチ２４ｖの第２入力端子２４２は、Δ結線を形成するために、W相の巻線Ｃｗの一端に接続されている。Ｗ相の切替スイッチ２４ｗの出力端子２４３は、Ｗ相の巻線Ｃｗの他端に接続されている。Ｗ相の切替スイッチ２４ｗの第２入力端子２４２は、Δ結線を形成するために、U相の巻線Ｃｕの一端に接続されている。
【００２７】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の切替スイッチ２４ｕ、２４ｖ、２４ｗのそれぞれについて、制御装置２５が各コイル２４６への通電状態を変化させることで各可動接点２４５を移動させ、各可動接点２４５が第１入力端子２４１と出力端子２４３とを接続している第１の巻線接続状態（Ｙ結線）と、各可動接点２４５が第２入力端子２４２と出力端子２４３とを接続している第２の巻線接続状態（Δ結線）とが切り替わる。
【００２８】
本実施の形態では、中間Ｄｕｔｙ比（例えば、５０％）で各コイル２４６に通電した場合は、可動接点２４５は、第１入力端子２４１及び第２入力端子２４２のいずれにも接続されない中間位置に移動し、中立の巻線接続状態になる。この状態では、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの他端が開放状態になり、インバータ１２のスイッチング素子のオンオフ状態にかかわらず、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに電流が流れない。
【００２９】
＜インバータ１２＞
インバータ１２は、電源切替機構２３から出力された直流電力と、回転電機本体２の複数相の巻線１４に供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えた電力変換装置である。インバータ１２は、正極電線に接続される正極側のスイッチング素子１２１と、負極電線に接続される負極側のスイッチング素子１２２と、が直列接続された直列回路を、３相巻線の各相に対応して３セット設けている。正極電線は、直流電源の正極端子側（本例では、電源切替機構２３の出力端子２３３）に接続され、負極電線は、直流電源の負極端子側（本例では、共通のグランド）に接続される。各相用の２つのスイッチング素子１２１、１２２の接続点が、対応する相の巻線に接続される。スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。
【００３０】
各相の直列回路には、電流センサ１２３としてのシャント抵抗１２３が直列接続されている。各シャント抵抗１２３の両端電位差が、電流センサ１２３の出力信号として制御装置２５の入力回路９に入力される（不図示）。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置２５の出力回路１１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置２５の出力回路１１から出力される制御信号によりオン又はオフされる。インバータ１２に供給される直流電圧を検出するための電源電圧センサが備えられており、電源電圧センサの出力信号は、制御装置２５の入力回路９に入力される（不図示）。
【００３１】
＜制御装置２５＞
制御装置２５は、電源切替機構２３、巻線接続切替機構２４、及びインバータ１２を制御する。制御装置２５の各制御は、制御装置２５が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置１０、記憶装置３３、演算処理装置１０に外部の信号を入力する入力回路９、演算処理装置１０から外部に信号を出力する出力回路１１、及び制御装置２５の各部に電力を供給する電源回路８を備えている。
【００３２】
演算処理装置１０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置１０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置３３として、演算処理装置１０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置１０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９は、回転センサ１３、電流センサ１２３、電源電圧センサ（不図示）、操舵センサ１７、車両信号２２等の各種のセンサや信号線が接続され、これらセンサや信号線の信号を演算処理装置１０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路１１には、インバータ１２の各スイッチング素子のゲート端子、電源切替機構２３の駆動端子２３４、巻線接続切替機構２４の駆動端子２４４、電源リレー回路３１等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置１０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００３３】
制御装置２５の各制御は、演算処理装置１０が、記憶装置３３に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置３３、入力回路９、出力回路１１、及び電源回路８等の制御装置２５の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００３４】
＜課題説明＞
１つの直流電源だけを回転電機装置１の電源として用いると、１つの直流電源に異常が生じた場合に、回転電機の動作が不能になる。そこで、２つの直流電源を、回転電機装置１の電源として用いることが望ましい。しかし、２つの直流電源の電圧が互いに異なる場合、電圧が高い方の直流電源に合わせて巻線の誘起電圧定数を設定すると、電圧が低い方の直流電源を用いる場合にデメリットが生じ、逆に、電圧が低い方の直流電源に合わせて巻線の誘起電圧定数を設定すると、電圧が高い方の直流電源を用いる場合にデメリットが生じる。そこで、２つの直流電源を切り替えて用いる場合、切り替えた直流電源の電圧に合わせて、巻線の誘起電圧定数を変化させることが望ましい。
【００３５】
以下で、直流電源の電圧と巻線の誘起電圧定数との関係をより詳細に説明する。
次式に示すように、Ｙ結線の誘起電圧定数（逆起電力定数ともいう）ＫｅＹは、Δ結線の誘起電圧定数ＫｅΔよりも√３倍（１．７３２倍）大きくなる。Ｙ結線の線間の巻線の抵抗ＲＹは、Δ結線の線間の巻線の抵抗ＲΔよりも３倍大きくなる。
ＫｅＹ＝√３×ＫｅΔ      ・・・（１）
ＲＹ＝３×ＲΔ
【００３６】
ところで、一般的に、次式に示すように、巻線に生じる誘起電圧Ｖｅ[V]は、誘起電圧定数Ｋｅ[V・s/rad]に、回転子の回転速度ω[rad/s]を乗算した値になる。
Ｖｅ＝Ｋｅ×ω            ・・・（２）
【００３７】
また、次式に示すように、巻線に流れる電流Ｉ[A]は、巻線に印加される印加電圧Ｖａ[V]から誘起電圧Ｖｅ[V]を減算した値を、巻線の抵抗Ｒ[Ω]で除算した値になる。
Ｉ＝（Ｖａ−Ｖｅ）／Ｒ    ・・・（３）
【００３８】
次式に示すように、回転電機本体２の出力トルクＴ[Ｎ・m]は、トルク定数Ｋｔ[Ｎ・m/Ａ]に巻線に流れる電流Ｉ[A]を乗算した値になる。また、誘起電圧定数Ｋｅは、トルク定数Ｋｔに比例する。
Ｔ＝Ｋｔ×Ｉ              ・・・（４）
Ｋｔ＝β×Ｋｅ
【００３９】
誘起電圧定数Ｋｅは、トルク定数Ｋｔに比例するので、同じトルクＴを発生させるために必要な電流Ｉは、誘起電圧定数Ｋｅが大きいほど小さくて済む。よって、誘起電圧定数Ｋｅが大きいほど、機器の無用な発熱を抑え、機器の信頼性を向上させる上で有利である。
【００４０】
一方で、ある回転速度ωにおいて、ある電流Ｉを巻線に流すため必要な印加電圧Ｖａは、誘起電圧定数Ｋｅ、巻線の抵抗Ｒが大きいほど大きくなる。そのため、巻線をＹ結線にし、誘起電圧定数Ｋｅ、巻線の抵抗Ｒが大きくなった状態で、電源電圧が低くなると、同等の電流を流すことができる動作範囲（回転速度とトルクの組合せ範囲）が狭くなり、回転電機の特性が低下する。
【００４１】
そこで、仮に、電圧が互いに異なる２つの直流電源を選択的に用いるように構成し、電圧が低い方の直流電源に合わせて、誘起電圧定数が小さい固定接続の巻線（例えば、Δ結線の巻線）を用いると、電圧が高い方の直流電源を用いて動作させる際に、回転電機の特性が低下することはないが、電圧に対して電流が大きくなり、機器の無用な発熱を招き機器の信頼性が低下するという問題が生じる。逆に、電圧が高い方の直流電源に合わせて、誘起電圧定数が大きい固定接続の巻線（例えば、Ｙ結線の巻線）を用いると、電圧が低い方の直流電源を用いて動作させる際に、高いトルクを出力させようとすると、電圧が不足し、回転電機の特性が低下するという問題が生じる。よって、直流電源の切替えに応じて、適切な誘起電圧定数を有する巻線接続に切り替えることが望まれる。
【００４２】
＜巻線接続の切り替え制御＞
そこで、本実施の形態では、制御装置２５は、電源切替機構２３を切り替え駆動し、電源切替機構２３の切替状態に応じて巻線接続切替機構２４を切り替え駆動し、電源切替機構２３の切替状態及び巻線接続切替機構２４の切替状態に基づいて、インバータ１２のスイッチング素子をオンオフ駆動して回転電機本体２を制御する。
【００４３】
この構成によれば、電源切替機構２３が、高電圧の第１の直流電源５ａの直流電力を出力する第１の電源接続状態、又は低電圧の第２の直流電源５ｂの直流電力を出力する第２の電源接続状態に切り替えられるので、例えば、一方の直流電源に異常があった場合に、他方の直流電源を用いて、回転電機装置１を動作させることができる。そして、巻線接続切替機構２４が、電源切替機構２３の切替状態に応じて、巻線の誘起電圧定数が高い第１の巻線接続状態、又は巻線の誘起電圧定数が低い第２の巻線接続状態に切り替えられるので、直流電圧の変化に応じて、巻線の誘起電圧定数を適切に変化させることができる。そして、直流電圧の変化、及び巻線の誘起電圧定数の変化に応じて、適切にインバータ１２のスイッチング素子をオンオフ制御して、回転電機本体２を制御することができる。
【００４４】
本実施の形態では、制御装置２５は、電源切替機構２３を、高電圧の第１の電源接続端子６ａ側の接続に切り替え駆動した場合は、３相巻線が誘起電圧定数の高い第１の巻線接続状態（本例では、Ｙ結線）になるように、巻線接続切替機構２４を切り替え駆動する。一方、制御装置２５は、電源切替機構２３を、低電圧の第２の電源接続端子６ｂ側の接続に切り替え駆動した場合は、３相巻線の誘起電圧定数が低い第２の巻線接続状態（本例では、Δ結線）になるように、巻線接続切替機構２４を切り替え駆動するように構成されている。
【００４５】
この構成によれば、高電圧の第１の直流電源５ａが用いられる場合は、巻線の誘起電圧定数が高くされるので、同じトルクを発生させるために必要な電流を低くすることができ、機器の発熱を抑え、機器の信頼性を向上させることができる。一方、低電圧の第２の直流電源５ｂが用いられる場合は、巻線の誘起電圧定数が低くされるので、高いトルクを出力させる場合でも、電圧不足が生じることを抑制し、回転電機の特性の低下を抑制できる。よって、直流電源が高電圧又は低電圧に切り替えられても、巻線の誘起電圧定数を適切に切り替え、回転電機を良好に動作させることができる。
【００４６】
制御装置２５は、第１の直流電源５ａに異常が生じたと判定した場合に、第２の電源接続状態に電源切替機構２３を切り替え駆動し、第２の直流電源５ｂに異常が生じたと判定した場合に、第１の電源接続状態に電源切替機構２３を切り替え駆動する。一方、制御装置２５は、第１及び第２の直流電源５ａ、５ｂのいずれにも異常が生じていないと判定した場合は、第１の電源接続状態及び第２の電源接続状態のいずれか一方に予め設定された初期接続状態に、電源切替機構２３を切り替え駆動する。
【００４７】
制御装置２５は、電源切替機構２３の駆動端子２３４への制御信号をオン又はオフさせることにより、電源切替機構２３を第１の電源接続状態又は第２の電源接続状態に切り替える。制御装置２５は、巻線接続切替機構２４の駆動端子２４４への制御信号をオン又はオフさせることにより、巻線接続切替機構２４を第１の巻線接続状態又は第２の巻線接続状態に切り替える。本実施の形態では、制御装置２５は、インバータ１２等の回転電機装置１の制御系統が故障していると判定した場合は、巻線接続切替機構２４の駆動端子２４４への制御信号を中間Ｄｕｔｙ比（例えば、５０％）でＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動することにより、巻線接続切替機構２４を、第１及び第２の巻線接続状態でない中立の巻線接続状態に切り替える。これにより、巻線の短絡による発電制動の発生を防止できる。
【００４８】
制御装置２５は、トルク指令、回転速度、電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）、及び巻線接続切替機構２４の切替状態に基づいて、３相巻線の電流指令を算出する。この際、巻線の誘起電圧定数の変化、直流電圧の変化により、同じトルク指令に対応する電流指令が変化するので、制御装置２５は、巻線接続切替機構２４の切替状態、電源切替機構２３の切替状態に応じて、トルク指令に基づいた３相巻線の電流指令の算出に用いられる設定データ及び設定方法の一方又は双方を切り替える。
【００４９】
本実施の形態では、制御装置２５は、操舵センサ１７の出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び車両信号２２（例えば、車速）に基づいて、操舵機構をアシストするトルク指令を算出するように構成されている。
【００５０】
制御装置２５は、３相巻線の電流検出値が、３相巻線の電流指令に近づくように、３相巻線に印加する電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行う。３相巻線の電流指令の設定、電流フィードバック制御は、ｄｑ軸の回転座標系上で行われる。ｄｑ軸の回転座標系は、回転子に設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、回転子の電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。
【００５１】
なお、制御装置２５は、回転センサ１３の出力信号に基づいて、回転子の回転速度及び回転角度（磁極位置）を検出し、電流センサ１２３の出力信号に基づいて、３相巻線に流れる電流を検出し、電圧センサの出力信号に基づいて、インバータ１２に供給される直流電圧を検出する。
【００５２】
制御装置２５は、３相巻線の電圧指令、及び電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）に基づいて各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行する。制御装置２５は、各相の電圧指令と、直流電圧の振幅で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、比較結果に基づいて各相のオンオフ制御信号を生成して、対応するスイッチング素子のゲート端子に出力する。
【００５３】
＜電動パワーステアリング装置＞
上述したように、回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされており、回転電機装置１は、電動パワーステアリング装置に組み込まれている。図５に示すように、運転者が操作するハンドル１５にはステアリングシャフト１６が連結されている。ステアリングシャフト１６には運転者の操舵角及び操舵トルクの一方又は双方を検知する操舵センサ１７が取り付けられている。操向輪である前輪１８ａ、１８ｂのナックルアーム１９ａ、１９ｂには、ラック軸２０に連結されたタイロッド２１ａ、２１ｂが接続されており、ラック軸２０の動きがタイロッド２１ａ、２１ｂと、ナックルアーム１９ａ、１９ｂを経て前輪１８ａ、１８ｂに伝わることにより、前輪１８ａ、１８ｂが操向される。ラック軸２０には転舵モータである回転電機装置１が取り付けられており、回転電機装置１の出力トルクがラック軸２０を動かす動力となっている。回転電機装置１は、操舵センサ１７の出力信号と車速などの車両信号に基づき、回転電機の出力トルクを制御することにより、運転者の操作に応じた転舵が行われる。
【００５４】
＜一体構成にされた回転電機装置１＞
図６及び図７に示すように、第１の電源接続端子６ａ、第２の電源接続端子６ｂ、電源切替機構２３、回転電機本体２、巻線接続切替機構２４、インバータ１２、及び制御装置２５が一体的に構成されている。図６は、一体的に構成された回転電機装置１の側面図である。図７は、回転電機装置１の接続端子側を見た側面図である。回転子の駆動力が出力される出力軸３が、回転電機本体２から軸方向の一方側に突出している。出力軸３は、ギヤ機構等によりラック軸２０等の動力伝達機構に連結される。回転電機本体２の軸方向の他方側には、インバータ１２、制御装置２５、電源切替機構２３、及び巻線接続切替機構２４などの駆動装置４が、設けられている。回転電機本体２及び駆動装置４は、円筒状のケース内に収容されている。第１の電源接続端子６ａのコネクタ、第２の電源接続端子６ｂのコネクタ、及び操舵センサ１７及び車両信号２２用の信号コネクタ７が、駆動装置４から軸方向の他方側に突出している。
【００５５】
実施の形態２．
実施の形態２に係る回転電機装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、複数相の巻線、巻線接続切替機構、及びインバータが、２組設けられている点が異なる。
【００５６】
＜第１組及び第２組の巻線＞
図８は、本実施の形態に係る回転電機装置１の回路図である。１つの回転電機本体２の固定子に、第１組の複数相の巻線１４ａ及び第２組の複数相の巻線１４ｂが設けられている。実施の形態と同様に、第１組の複数相の巻線１４ａは、３相巻線Ｃｕａ、Ｃｖａ、Ｃｗａとされており、第２組の複数相の巻線１４ｂは、３相巻線Ｃｕｂ、Ｃｖｂ、Ｃｗｂとされている。
【００５７】
＜第１組及び第２組の巻線接続切替機構＞
回転電機装置１は、第１組の３相巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と第２の巻線接続状態との間で切り替える第１組の巻線接続切替機構２４ａと、第２組の３相巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と第２の巻線接続状態との間で切り替える第２組の巻線接続切替機構２４ｂと、を備えている。実施の形態と同様に、第１組の巻線接続切替機構２４ａは、第１組の３相巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で切り替える。第２組の巻線接続切替機構２４ｂは、第２組の３相巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で切り替える。各組の巻線接続切替機構２４ａ、２４ｂの基本構成は、実施の形態１の巻線接続切替機構２４と同様であるので説明を省略する。
【００５８】
＜第１組及び第２組のインバータ＞
回転電機装置１は、第１組の複数相の巻線１４ａに供給する電力を変換する第１組のインバータ１２ａ、及び第２組の複数相の巻線１４ｂに供給する電力を変換する第２組のインバータ１２ｂを備えている。各組のインバータは、実施の形態１のインバータと同様の構成であるので説明を省略する。
【００５９】
＜電源切替機構＞
電源切替機構２３は、１つだけ設けられており、電源切替機構２３から出力された直流電力は、第１組及び第２組のインバータ１２ａ、１２ｂ、並びに第１組及び第２組の制御装置２５ａ、２５ｂに並列して供給される。電源切替機構２３は、第１組の制御装置２５ａ又は第２組の制御装置２５ｂにより切り替え駆動される。
【００６０】
電源切替機構２３の駆動端子２３４（本例では、コイル２３６の一端）は、第１組の制御装置２５ａの出力回路１１ａと、第２組の制御装置２５ｂの出力回路１１ｂと、に並列して接続されている。電源切替機構２３の駆動端子２３４と第１組の制御装置２５ａとの接続線上に、第１組のリレー回路３４ａが設けられており、電源切替機構２３の駆動端子２３４と第１組の制御装置２５ａとの接続をオンオフする。第１組のリレー回路３４ａの駆動端子は、第１組の制御装置２５ａの出力回路１１ａに接続されており、第１組の制御装置２５ａの出力信号によりオンオフされる。同様に、電源切替機構２３の駆動端子２３４と第２組の制御装置２５ｂとの接続線上に、第２組のリレー回路３４ｂが設けられており、電源切替機構２３の駆動端子２３４と第２組の制御装置２５ｂとの接続をオンオフする。第２組のリレー回路３４ｂの駆動端子は、第２組の制御装置２５ｂの出力回路１１ｂに接続されており、第２組の制御装置２５ｂの出力信号によりオンオフされる。第１組及び第２組のリレー回路３４ａ、３４ｂは、電磁リレーとされてもよいし、ＦＥＴ等のスイッチング素子とされてもよい。
【００６１】
なお、電源切替機構２３も２重化されてもよい。すなわち、第１組のインバータ１２ａ及び第１組の制御装置２５ａに供給する直流電力を切り替える第１組の電源切替機構と、第２組のインバータ１２ｂ及び第２組の制御装置２５ｂに供給する直流電力を切り替える第２組の電源切替機構とが設けられてもよく、各組の電源切替機構が対応する組の制御装置により制御されてもよい。
【００６２】
電源切替機構２３の出力端子２３３と第１組のインバータ１２ａの正極電線との接続経路上には、第１組のローパスフィルタ回路３０ａ、第１組の電源リレー回路３１ａ、及び第１組の平滑コンデンサ３２ａが設けられている。電源切替機構２３の出力端子２３３と第２組のインバータ１２ｂの正極電線との接続経路上には、第２組のローパスフィルタ回路３０ｂ、第２組の電源リレー回路３１ｂ、及び第２組の平滑コンデンサ３２ｂが設けられている。
【００６３】
＜各種センサの二重化＞
また、各種のセンサも２重化されている。例えば、回転電機装置１は、第１組の回転センサ１３ａ、第２組の回転センサ１３ｂ、第１組の電流センサ１２３、第２組の電流センサ１２３、第１組の電源電圧センサ（不図示）、第２組の電源電圧センサ（不図示）を備えている。また、第１組の操舵センサ１７ａの出力信号、第２組の操舵センサ１７ｂの出力信号が、回転電機装置１に入力される。また、第１組用の車両信号２２ａ、及び第２組用の車両信号２２ｂが、回転電機装置１に入力される。各組の各種センサの出力信号は、対応する組の制御装置に入力される。
【００６４】
＜第１組及び第２組の制御装置＞
回転電機装置１は、第１組のインバータ１２ａ及び第１組の巻線接続切替機構２４ａを制御する第１組の制御装置２５ａと、第２組のインバータ１２ｂ及び第２組の巻線接続切替機構２４ｂを制御する第２組の制御装置２５ｂとを備えている。第１組の制御装置２５ａは、第１組の演算処理装置１０ａ、第１組の記憶装置３３ａ、第１組の入力回路９ａ、第１組の出力回路１１ａ、及び第１組の電源回路８ａを備えている。第２組の制御装置２５ｂは、第２組の演算処理装置１０ｂ、第２組の記憶装置３３ｂ、第２組の入力回路９ｂ、第２組の出力回路１１ｂ、及び第２組の電源回路８ｂを備えている。第１組の制御装置２５ａと第２組の制御装置２５ｂとは通信線を介して互いに通信するように構成されている。各組の制御装置２５ａ、２５ｂの基本構成は、実施の形態１の制御装置２５と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
＜電源切替機構の制御＞
第１組及び第２組の制御装置２５ａ、２５ｂは、電源切替機構２３を切り替え駆動する。第１組の制御装置２５ａに異常が生じた場合は、第２組の制御装置２５ｂが、第２組のリレー回路３４ｂをオンに駆動し、実施の形態１と同様に、電源切替機構２３を切り替え駆動する。なお、第１組の制御装置２５ａに異常が生じている場合は、第１組のリレー回路３４ａはオフされる。第２組の制御装置２５ｂに異常が生じた場合は、第１組の制御装置２５ａが、第１組のリレー回路３４ａをオンに駆動し、実施の形態１と同様に、電源切替機構２３を切り替え駆動する。なお、第２組の制御装置２５ｂに異常が生じている場合は、第２組のリレー回路３４ｂはオフされる。
【００６６】
第１組の制御装置２５ａと第２組の制御装置２５ｂとは、相互に通信を行っており、相手方に異常が生じたか否かを判定する。なお、第１組及び第２組の制御装置２５ａ、２５ｂの双方に異常が生じていない場合は、予め設定された一方の組の制御装置が、電源切替機構２３を切り替え駆動する。
【００６７】
＜巻線接続状態の切替え＞
第１組の制御装置２５ａは、実施の形態１と同様に、第１組の３相巻線について第１の巻線接続状態（Ｙ結線）又は第２の巻線接続状態（Δ結線）になるように、第１組の巻線接続切替機構２４ａを切り替え駆動し、電源切替機構２３の切替状態、及び第１組の巻線接続切替機構２４ａにおける第１組の３相巻線の切替状態に基づいて、第１組のインバータ１２ａのスイッチング素子をオンオフ駆動する。
【００６８】
同様に、第２組の制御装置２５ｂは、第２組の３相巻線について第１の巻線接続状態（Ｙ結線）又は第２の巻線接続状態（Δ結線）になるように、第２組の巻線接続切替機構２４ｂを切り替え駆動し、電源切替機構２３の切替状態、及び第２組の巻線接続切替機構２４ｂにおける第２組の３相巻線の切替状態に基づいて、第２組のインバータ１２ｂのスイッチング素子をオンオフ駆動する。
【００６９】
第１組の制御装置２５ａは、実施の形態１と同様に、電源切替機構２３を高電圧の第１の電源接続端子６ａ側の接続に切り替え駆動した場合は、第１組の３相巻線が第１の巻線接続状態（Ｙ結線）になるように、第１組の巻線接続切替機構２４ａを切り替え駆動し、電源切替機構２３を低電圧の第２の電源接続端子６ｂ側の接続に切り替え駆動した場合は、第１組の３相巻線が第２の巻線接続状態（Δ結線）になるように、第１組の巻線接続切替機構２４ａを切り替え駆動する。
【００７０】
第２組の制御装置２５ｂは、実施の形態１と同様に、電源切替機構２３を高電圧の第１の電源接続端子６ａ側の接続に切り替え駆動した場合は、第２組の３相巻線が第１の巻線接続状態（Ｙ結線）になるように、第２組の巻線接続切替機構２４ｂを切り替え駆動し、電源切替機構２３を低電圧の第２の電源接続端子６ｂ側の接続に切り替え駆動した場合は、第２組の３相巻線が第２の巻線接続状態（Δ結線）になるように、第２組の巻線接続切替機構２４ｂを切り替え駆動する。
【００７１】
＜第１組のインバータの制御＞
第１組の制御装置２５ａは、実施の形態１と同様に、第１組のトルク指令、回転速度、電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）、及び第１組の巻線接続切替機構２４ａの切替状態に基づいて、第１組の３相巻線の電流指令を算出する。この際、巻線の誘起電圧定数の変化、直流電圧の変化により、同じ第１組のトルク指令に対応する第１組の電流指令が変化するので、第１組の制御装置２５ａは、第１組の巻線接続切替機構２４ａの切替状態、電源切替機構２３の切替状態に応じて、第１組のトルク指令に基づいた第１組の３相巻線の電流指令の算出に用いられる設定データ及び設定方法の一方又は双方を切り替える。
【００７２】
第１組の制御装置２５ａは、第１組の操舵センサ１７ａの出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び第１組用の車両信号２２ａ（例えば、車速）に基づいて、操舵機構をアシストする第１組のトルク指令を算出するように構成されている。
【００７３】
第１組の制御装置２５ａは、第１組の３相巻線の電流検出値が、第１組の３相巻線の電流指令に近づくように、第１組の３相巻線に印加する電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行う。第１組の３相巻線の電流指令の設定、電流フィードバック制御は、ｄｑ軸の回転座標系上で行われる。
【００７４】
なお、第１組の制御装置２５ａは、第１組の回転センサ１３ａの出力信号に基づいて、回転子の回転速度及び回転角度（磁極位置）を検出し、第１組の電流センサ１２３の出力信号に基づいて、第１組の３相巻線に流れる電流を検出し、第１組の電圧センサの出力信号に基づいて、第１組のインバータ１２ａに供給される直流電圧を検出する。
【００７５】
第１組の制御装置２５ａは、第１組の３相巻線の電圧指令、及び電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）に基づいて第１組の各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御を実行する。第１組の制御装置２５ａは、第１組の各相の電圧指令と、直流電圧の振幅で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、比較結果に基づいて第１組の各相のオンオフ制御信号を生成して、対応する第１組のスイッチング素子のゲート端子に出力する。
【００７６】
＜第２組のインバータの制御＞
第２組の制御装置２５ｂは、実施の形態１と同様に、第２組のトルク指令、回転速度、電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）、及び第２組の巻線接続切替機構２４ｂの切替状態に基づいて、第２組の３相巻線の電流指令を算出する。この際、巻線の誘起電圧定数の変化、直流電圧の変化により、同じ第２組のトルク指令に対応する第２組の電流指令が変化するので、第２組の制御装置２５ｂは、第２組の巻線接続切替機構２４ｂの切替状態、電源切替機構２３の切替状態に応じて、第２組のトルク指令に基づいた第２組の３相巻線の電流指令の算出に用いられる設定データ及び設定方法の一方又は双方を切り替える。
【００７７】
第２組の制御装置２５ｂは、第２組の操舵センサ１７ｂの出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び第２組用の車両信号２２ｂ（例えば、車速）に基づいて、操舵機構をアシストする第２組のトルク指令を算出するように構成されている。
【００７８】
第２組の制御装置２５ｂは、第２組の３相巻線の電流検出値が、第２組の３相巻線の電流指令に近づくように、第２組の３相巻線に印加する電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行う。第２組の３相巻線の電流指令の設定、電流フィードバック制御は、ｄｑ軸の回転座標系上で行われる。
【００７９】
なお、第２組の制御装置２５ｂは、第２組の回転センサ１３ｂの出力信号に基づいて、回転子の回転速度及び回転角度（磁極位置）を検出し、第２組の電流センサ１２３の出力信号に基づいて、第２組の３相巻線に流れる電流を検出し、第２組の電圧センサの出力信号に基づいて、第２組のインバータ１２ｂに供給される直流電圧を検出する。
【００８０】
第２組の制御装置２５ｂは、第２組の３相巻線の電圧指令、及び電源切替機構２３の切替状態（直流電圧）に基づいて第２組の各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御を実行する。第２組の制御装置２５ｂは、第２組の各相の電圧指令と、直流電圧の振幅で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、比較結果に基づいて第２組の各相のオンオフ制御信号を生成して、対応する第２組のスイッチング素子のゲート端子に出力する。
【００８１】
＜電動パワーステアリング装置＞
実施の形態１と同様に、回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされており、回転電機装置１は、電動パワーステアリング装置に組み込まれている。図９に示すように、実施の形態１とは異なり、ステアリングシャフト１６には運転者の操舵角及び操舵トルクの一方又は双方を検知する第１組の操舵センサ１７ａ及び第２組の操舵センサ１７ｂが取り付けられている。
【００８２】
＜一体構成にされた回転電機装置１＞
図１０及び図１１に示すように、第１の電源接続端子６ａ、第２の電源接続端子６ｂ、電源切替機構２３、回転電機本体２、巻線接続切替機構２４、インバータ１２、及び制御装置２５が一体的に構成されている。図１０は、一体的に構成された回転電機装置１の側面図である。図１１は、回転電機装置１の接続端子側を見た図である。回転子の駆動力が出力される出力軸３が、回転電機本体２から軸方向の一方側に突出している。出力軸３は、ギヤ機構等によりラック軸２０等の動力伝達機構に連結される。回転電機本体２の軸方向の他方側には、第１組及び第２組のインバータ、第１組及び第２組の制御装置、電源切替機構２３、及び第１組の及び第２組の巻線接続切替機構などの駆動装置４が、設けられている。回転電機本体２及び駆動装置４は、円筒状のケース内に収容されている。第１の電源接続端子６ａのコネクタ、第２の電源接続端子６ｂのコネクタ、第１組の操舵センサ１７ａ及び第１組用の車両信号２２ａの信号コネクタ７ａ、及び第２組の操舵センサ１７ｂ及び第２組用の車両信号２２ｂの信号コネクタ７ｂが、駆動装置４から軸方向の他方側に突出している。
【００８３】
実施の形態２によれば、一方の直流電源に異常があった場合に、他方の直流電源を用いて、回転電機装置１を動作させることができる。また、直流電源が高電圧又は低電圧に切り替えられても、各組の巻線の誘起電圧定数を適切に切り替え、回転電機を良好に動作させることができる。３相巻線、巻線接続切替機構、インバータ、及び制御装置等が２組設けられ、２重化されているので、一方の組に異常が発生しても、他方の組の巻線の誘起電圧定数を適切に切り替えた状態で、他方の組の巻線により回転電機にトルクを出力させることができる。よって、回転電機の機能が完全に失われることがなく、機器の信頼性をより高めることができる。
【００８４】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本開示のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００８５】
（１）上記の各実施の形態においては、第１の直流電源５ａは、４８Ｖの直流電源とされ、第２の直流電源５ｂは、１２Ｖの直流電源とされている場合を例として説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第２の直流電源５ｂの電圧は、第１の直流電源５ａの電圧よりも低ければ、第１の直流電源５ａの電圧、第２の直流電源５ｂの電圧は、任意の電圧とされてもよい。
【００８６】
（２）上記の各実施の形態においては、第１の直流電源５ａ又は第２の直流電源５ｂに異常が発生した場合に、異常が発生していない直流電源への接続に電源切替機構２３を切り替えるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、制御装置は、他の条件に基づいて、電源切替機構２３を切り替えるように構成されてもよい。例えば、制御装置は、回転電機の回転速度が、予め設定された判定回転速度よりも低い低回転速度であると判定した場合に、低電圧の第２の電源接続状態に電源切替機構２３を切り替え駆動する共に、誘起電圧定数が低い第２の巻線接続状態（Δ結線）に巻線接続切替機構２４を切り替え駆動するように構成されてもよい。また、制御装置は、回転電機の回転速度が、判定回転速度よりも高い高回転速度であると判定した場合に、高電圧の第１の電源接続状態に電源切替機構２３を切り替え駆動する共に、誘起電圧定数が高い第１の巻線接続状態（Ｙ結線）に巻線接続切替機構２４を切り替え駆動するように構成されてもよい。或いは、制御装置は、第１の直流電源５ａ又は第２の直流電源５ｂの充電量が低下したと判定した場合に、充電量が低下していない直流電源への接続に電源切替機構２３を切り替えるように構成されてもよい。
【００８７】
（３）上記の各実施の形態においては、巻線接続切替機構２４は、第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替えるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、巻線接続切替機構２４は、第１の巻線接続状態として、巻線の誘起電圧定数が高くなるＹ結線以外の結線となっていてもよく、第２の巻線接続状態として、巻線の誘起電圧定数が低くなるΔ結線以外の結線となっていてもよい。
【００８８】
（４）上記の各実施の形態においては、回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされている場合を例として説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機本体２の駆動力が、例えば、車輪の駆動力源とされるなど、他の装置の駆動力源とされてもよい。或いは、回転電機装置１が発電機として機能し、回転電機装置１が発電した電力が、電源切替機構２３によって切り替えられた第１の直流電源５ａ又は第２の直流電源５ｂに供給されてもよい。
【００８９】
（５）上記の実施の形態２においては、制御装置として、第１組及び第２組の制御装置２５ａ、２５ｂが設けられ、演算処理装置（ＣＰＵ）が２つ設けられている場合を例に説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、演算処理装置（ＣＰＵ）を１つ設けた、１つの制御装置により２組のインバータ及び巻線接続切替機構を制御するように構成されてもよい。
【００９０】
（６）上記の各実施の形態においては、回転電機装置１が一体的に構成されている場合を例として説明した。しかし、本開示の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機装置１の各部が、任意の組み合わせで、複数のユニットに別体に構成されてもよい。
【００９１】
本開示は、その開示の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１  回転電機装置、２  回転電機本体、１２  インバータ、２３  電源切替機構、２４  巻線接続切替機構、２５  制御装置、５ａ  第１の直流電源、５ｂ  第２の直流電源、６ａ  第１の電源接続端子、６ｂ  第２の電源接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月20日(2018.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源が接続される第１の電源接続端子と、
前記第１の直流電源よりも電圧が低い第２の直流電源が接続される第２の電源接続端子と、
前記第１の電源接続端子に供給された直流電力と、前記第２の電源接続端子に供給された直流電力とを切り替えて出力する電源切替機構と、
複数相の巻線を有する回転電機本体と、
前記複数相の巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と、前記第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える巻線接続切替機構と、
前記電源切替機構から出力された直流電力と、前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータと、
前記電源切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態に応じて前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態及び前記巻線接続切替機構の切換状態に基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第１の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第２の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記回転電機本体は、前記複数相の巻線として、３相の巻線を有し、
前記巻線接続切替機構は、前記３相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、前記第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替える切替機構である回転電機装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１の直流電源に異常が生じたと判定した場合に、前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動し、前記第２の直流電源に異常が生じたと判定した場合に、前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動する請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項３】
前記回転電機本体は、前記３相の巻線として、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、及びＷ相の巻線を有し、前記Ｕ相の巻線の一端が、Ｕ相用の前記スイッチング素子に接続され、前記Ｖ相の巻線の一端が、Ｖ相用の前記スイッチング素子に接続され、前記Ｗ相の巻線の一端が、Ｗ相用の前記スイッチング素子に接続され、
前記巻線接続切替機構は、前記第１の巻線接続状態で、前記Ｕ相の巻線の他端、前記Ｖ相の巻線の他端、及び前記Ｗ相の巻線の他端を相互に接続し、前記第２の巻線接続状態で、前記Ｕ相の巻線の他端を、前記Ｖ相の巻線の一端に接続し、前記Ｖ相の巻線の他端を、前記Ｗ相の巻線の一端に接続し、前記Ｗ相の巻線の他端を、前記Ｕ相の巻線の一端に接続する請求項１又は２に記載の回転電機装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記インバータが故障していると判定した場合は、前記巻線接続切替機構を、前記第１の巻線接続状態及び前記第２の巻線接続状態でない中立の巻線接続状態に切り替え、
前記巻線接続切替機構は、前記中立の巻線接続状態で、前記Ｕ相の巻線の他端を、前記Ｖ相の巻線の他端及び前記Ｗ相の巻線の他端、及び前記Ｖ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にし、前記Ｖ相の巻線の他端を、前記Ｗ相の巻線の他端及び前記Ｕ相の巻線の他端、及び前記Ｗ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にし、前記Ｗ相の巻線の他端を、前記Ｕ相の巻線の他端及び前記Ｖ相の巻線の他端、及び前記Ｕ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にする請求項３に記載の回転電機装置。
【請求項５】
前記複数相の巻線、前記巻線接続切替機構、及び前記インバータは、２組設けられ、
各組の前記巻線接続切替機構は、対応する組の前記複数相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態と前記第２の巻線接続状態との間で切り替え、
前記制御装置は、前記電源切替機構を切り替え駆動し、各組の前記複数相の巻線について前記第１の巻線接続状態又は前記第２の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態、及び各組の前記巻線接続切替機構における各組の前記複数相の巻線の切換状態に基づいて、各組の前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御し、
前記制御装置は、
前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、各組の前記複数相の巻線が前記第１の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、各組の前記複数相の巻線が前記第２の巻線接続状態になるように、各組の前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記回転電機本体は、各組の前記複数相の巻線として、前記３相の巻線を有し、
各組の前記巻線接続切替機構は、対応する組の前記３相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態としての前記Ｙ結線と、前記第２の巻線接続状態としての前記Δ結線との間で、切り替える切替機構である請求項１又は２に記載の回転電機装置。
【請求項６】
前記回転電機本体は、各組の前記３相の巻線として、Ｕ相の巻線、Ｖ相の巻線、及びＷ相の巻線を有し、各組について、前記Ｕ相の巻線の一端が、Ｕ相用の前記スイッチング素子に接続され、前記Ｖ相の巻線の一端が、Ｖ相用の前記スイッチング素子に接続され、前記Ｗ相の巻線の一端が、Ｗ相用の前記スイッチング素子に接続され、
各組の前記巻線接続切替機構は、前記第１の巻線接続状態で、各組について、前記Ｕ相の巻線の他端、前記Ｖ相の巻線の他端、及び前記Ｗ相の巻線の他端を相互に接続し、前記第２の巻線接続状態で、各組について、前記Ｕ相の巻線の他端を、前記Ｖ相の巻線の一端に接続し、前記Ｖ相の巻線の他端を、前記Ｗ相の巻線の一端に接続し、前記Ｗ相の巻線の他端を、前記Ｕ相の巻線の一端に接続する請求項５に記載の回転電機装置。
【請求項７】
前記制御装置は、何れかの組の前記インバータが故障した判定した場合は、故障したと判定した組の前記巻線接続切替機構を、前記第１の巻線接続状態及び前記第２の巻線接続状態でない中立の巻線接続状態に切り替え、
各組の前記巻線接続切替機構は、前記中立の巻線接続状態で、各組について、前記Ｕ相の巻線の他端を、前記Ｖ相の巻線の他端及び前記Ｗ相の巻線の他端、及び前記Ｖ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にし、前記Ｖ相の巻線の他端を、前記Ｗ相の巻線の他端及び前記Ｕ相の巻線の他端、及び前記Ｗ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にし、前記Ｗ相の巻線の他端を、前記Ｕ相の巻線の他端及び前記Ｖ相の巻線の他端、及び前記Ｕ相の巻線の一端のいずれにも接続しない開放状態にする請求項６に記載の回転電機装置。
【請求項８】
前記複数相の巻線、前記巻線接続切替機構、及び前記インバータに加えて、前記制御装置も２組設けられ、
第１組の前記制御装置及び第２組の前記制御装置の双方が正常の場合は、一方の組の前記制御装置が、前記電源切替機構を切り替え駆動し、
前記第１組の制御装置及び前記第２組の制御装置の何れか一方に異常が発生した場合は、異常が発生していない組の前記制御装置が、前記電源切替機構を切り替え駆動する請求項５から７のいずれか一項に記載の回転電機装置。
【請求項９】
前記回転電機本体の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされる請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機装置。
【請求項１０】
前記第１の電源接続端子、前記第２の電源接続端子、前記電源切替機構、前記回転電機本体、前記巻線接続切替機構、前記インバータ、及び前記制御装置が一体的に構成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本開示に係る回転電機装置は、第１の直流電源が接続される第１の電源接続端子と、
前記第１の直流電源よりも電圧が低い第２の直流電源が接続される第２の電源接続端子と、
前記第１の電源接続端子に供給された直流電力と、前記第２の電源接続端子に供給された直流電力とを切り替えて出力する電源切替機構と、
複数相の巻線を有する回転電機本体と、
前記複数相の巻線の相互接続を、第１の巻線接続状態と、前記第１の巻線接続状態よりも巻線の誘起電圧定数が低くなる第２の巻線接続状態との間で切り替える巻線接続切替機構と、
前記電源切替機構から出力された直流電力と、前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータと、
前記電源切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態に応じて前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、前記電源切替機構の切換状態及び前記巻線接続切替機構の切換状態に基づいて、前記スイッチング素子をオンオフ駆動して前記回転電機本体を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記電源切替機構を前記第１の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第１の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記電源切替機構を前記第２の電源接続端子側の接続に切り替え駆動した場合は、前記複数相の巻線が前記第２の巻線接続状態になるように、前記巻線接続切替機構を切り替え駆動し、
前記回転電機本体は、前記複数相の巻線として、３相の巻線を有し、
前記巻線接続切替機構は、前記３相の巻線の相互接続を、前記第１の巻線接続状態としてのＹ結線と、前記第２の巻線接続状態としてのΔ結線との間で、切り替える切替機構であるものである。