CN110168867B - 无刷电机 - Google Patents

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Abstract

电机(1)具备切换部(E1、E2、F1、F2、G1、G2)，其基于驾驶信息，将第一定子线圈(U1)与第二定子线圈(U2)的连接在串联连接与并联连接之间切换。第一定子线圈(U1)的一端部(U1a)经由切换部(E1、F1)与第二定子线圈(U2)的一端部(U2a)电性连接。此外，第一定子线圈(U1)的另一端部(U1b)经由切换部(E2、F2)与第二定子线圈(U2)的另一端部(U2b)电性连接。切换部(F1)经由切换部(G1、G2)与切换部(E2)电性连接。通过适当地对切换部(E1、E2、F1、F2、G1、G2)进行切换，从而切换串联连接与并联连接。

Description

无刷电机
技术领域
本发明涉及无刷电机。
背景技术
作为无刷电机，例如，已知一种以下的专利文献1所记载的3相无刷电机。
在专利文献1所记载的无刷电机中，通过将三相交流电供给至各相的定子线圈而产生磁场，由此，使电机转子旋转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/063368(A1)号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1具有以下问题：在3相无刷电机中，由于各相间的电流、线间电阻恒定，因而只能利用高转矩特性或高转速特性中的一个特性。
本发明是鉴于以往的实际情况而构想出的，其目的在于，提供一种能够根据使用情况切换高转矩特性与高转速特性而使用的无刷电机。
用于解决课题的手段
根据本发明，在其中一个方式中，无刷电机的特征在于，具有：连接切换部，其将第一定子线圈与第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。
发明效果
根据本发明，能够根据使用情况切换高转矩特性与高转速特性。
附图说明
图1是从车辆的前方侧观察到的电动动力转向装置的示意图。
图2是第一实施例的1系统的电机的示意性剖视图。
图3是第一实施例的电机的控制框图。
图4(a)是并联连接中定子线圈的接线图，(b)是表示并联连接中电机的转速与转矩的关系的图表。
图5(a)是串联连接中定子线圈的接线图，(b)是表示串联连接中电机的转速与转矩的关系的图表。
图6是表示逆变器电路的串联/并联切换电路的示意性电路图。
图7(a)是表示将定子线圈的连接从并联连接切换至串联连接时的切换部的第一实施例中的控制的说明图，(b)是表示从并联连接向串联连接切换时的电流的变化的图表，(c)是表示从并联连接向串联连接切换时的转矩的变化的图表。
图8是表示将定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接时的切换部的控制的说明图。
图9(a)是表示将定子线圈的连接从并联连接切换至串联连接时的切换部的第二实施例中的控制的说明图，(b)是表示从并联连接向串联连接切换时的电流的变化的图表。
图10是表示第二实施例中的定子线圈的切换控制的流程图。
图11是第三实施例的2系统的电机的示意性剖视图。
图12是第三实施例的电机的控制框图。
图13(a)是表示在第一系统A和第二系统B均为并联连接的情况下的接线图以及电机的特性的图表，(b)是表示在第一系统A为串联连接且第二系统B为并联连接的情况下的接线图以及电机的特性的图表，(c)是表示在第一系统A和第二系统B均为串联连接的情况下的接线图以及电机的特性的图表。
图14是表示其中一个系统发生故障时的系统的连接的切换方法的流程图。
图15是线控转向的示意图。
图16是整体式动力转向装置的纵向剖视图。
图17是制动器装置的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的无刷电机的一实施例进行说明。
[第一实施例]
(动力转向装置的结构)
图1是应用了第一实施例的电机1的电动动力转向装置2的示意图。
如图1所示，电动动力转向装置2具备：转向操纵机构3，传递来自驾驶人的转向操纵力；以及转向操纵辅助机构4，辅助驾驶人的转向操纵操作。
转向操纵机构3将配置于车辆的驾驶室内的方向盘5与作为车辆的前轮的2个转向轮6、6机械连接。转向操纵机构3具备：转向操纵轴9，具有传递来自方向盘5的旋转力的输入轴7和经由未图示的扭杆与输入轴7连接的输出轴8；以及转向机构10，将该转向操纵轴9的旋转传递至转向轮6、6并进行转向。转向机构10具有齿条&小齿轮机构(齿条&小齿轮/齿轮)，齿条&小齿轮机构由设置于输出轴8的外周的小齿轮11和设置于齿条杆12的外周的齿条13构成。齿条杆12的两端经由拉杆14、14和未图示的2个转向节臂分别连接于对应的转向轮6、6。
转向操纵轴9的周围设置有：环状的转向角传感器15，检测方向盘5从中立位置开始的旋转量，即转向角θs；环状的转矩传感器16，检测根据上述扭杆的扭转量发生变化的转向操纵转矩Tr。通过转向角传感器15和转矩传感器16检测出的转向角θs和转向操纵转矩Tr经由未图示的线束输出至电机1的控制装置(ECU)17。进一步地，向控制装置17输出通过车速传感器18检测出的车速Vs。控制装置17与向该控制装置17供给电力的电源19电性连接。
转向操纵辅助机构4具备：作为电动电机的电机1，向转向操纵机构3施加转向操纵辅助力；控制装置17，驱动控制该电机1；以及作为减速器(传递机构)的蜗轮蜗杆副20。
电机1是由3相交流电驱动的3相无刷电机，与控制装置17一体构成。
控制装置17被配置为具备微型计算机等电子部件，并基于转向角θs、转向操纵转矩Tr和车速Vs等驱动控制电机1。
蜗轮蜗杆副20使电机1输出的转向操纵辅助力(旋转力)减速并传递至输出轴8。蜗轮蜗杆副20由外周具有齿部21a且安装于电机1的驱动轴104(参照图2)的蜗杆轴21，以及外周具有与齿部21a啮合的齿部22a且与输出轴8一体旋转的蜗轮22构成。
根据所涉及的电动动力转向装置2的结构，若驾驶人对方向盘5进行旋转操作，则输入轴7旋转，上述扭杆被扭转，通过由此生成的扭杆的弹性力，使输出轴8旋转。接着，输出轴8的旋转运动通过上述齿条&小齿轮机构被转换为沿齿条杆12的轴向的直线运动，通过拉杆14、14将上述2个转向节臂向车宽方向推拉，以改变对应的转向轮6、6的朝向。
在这里，为了便于进行以下说明，将沿蜗杆轴21的方向定义为“电机轴向”，将与蜗杆轴21正交的方向定义为“电机径向”，进一步地，将沿蜗杆轴21的外周的方向定义为“电机周向”。
(1系统的无刷电机的结构)
图2是沿电机径向而切断的第一实施例的1系统的电机1的示意性剖视图。
电机1是由1系统构成的3相无刷电机，具备：电机转子23和电机定子24。
电机转子23呈环状，固定于蜗杆轴21的外周。电机转子23具备由多个N极和S极沿蜗杆轴21的外周交替配置而成的永磁体。在本实施例中，由4个N极和4个S极组成的共计8个极沿蜗杆轴21的外周配置。另外，N极和S极的数量不限于多个，也可以在蜗杆轴21的外周配置1个N极和1个S极。
电机定子24同样呈环状，相隔规定的间隙设置于电机转子23的周围。电机定子24，例如通过热压配合固定于容纳电机1的未图示的电机外壳的内周。电机定子24具备例如未图示的多个T字状芯构件，并通过使这些T字状芯构件呈环状连续地配置而构成。在本实施例中，电机定子24具备共计12个T字状芯构件。各T字状芯构件具备定子线圈所缠绕的未图示的齿部。
此外，电机定子24具备定子线圈部25，定子线圈部25具有3个通电相，即U相、V相、W相。在图2中分别表示为“U”、“V”、“W”的U相、V相、W相，沿图2的顺时针方向以U相、V相、W相、U相、V相、W相、U相、V相、W相、U相、V相、W相的顺序间隔30°而配置。
在沿电机周向等间隔地位于4处的U相中，如图2所示，第一定子线圈U1和第二定子线圈U2，以交替配置于电机周向的方式缠绕于各齿部的周围。在定子线圈U1、U2缠绕的状态中，第一定子线圈U1的两端部U1a、U1b和第二定子线圈U2的两端部U2a、U2b位于电机轴向一端侧(参照图3)。即，第一定子线圈U1的两端部U1a、U1b和第二定子线圈U2的两端部U2a、U2b在电机转子23的旋转轴线的方向上，相对于电机转子23被设置于同一侧。
同样地，在沿电机周向等间隔地位于4处的V相中，如图2所示，第一定子线圈V1和第二定子线圈V2以交替配置于电机周向的方式缠绕于各齿部的周围。在定子线圈V1、V2缠绕的状态下，第一定子线圈V1的两端部V1a、V1b和第二定子线圈V2的两端部V2a、V2b位于电机轴向一端侧(参照图3)。即，第一定子线圈V1的两端部V1a、V1b和第二定子线圈V2的两端部V2a、V2b在电机转子23的旋转轴线的方向上，相对于电机转子23被设置于同一侧。
同样地，在沿电机周向等间隔地位于4处的W相中，如图2所示，第一定子线圈W1和第二定子线圈W2以交替配置于电机周向的方式缠绕于各齿部的周围。在定子线圈W1、W2缠绕的状态下，第一定子线圈W1的两端部W1a、W1b和第二定子线圈W2的两端部W2a、W2b位于电机轴向一端侧(参照图3)。即，第一定子线圈W1的两端部W1a、W1b和第二定子线圈W2的两端部W2a、W2b在电机转子23的旋转轴线的方向上，相对于电机转子23被设置于同一侧。
第一定子线圈U1、V1、W1和第二定子线圈U2、V2、W2分别构成为具有同样的功能，通过后述的星形接线(Y接线)，以串联或并联的方式而被电性连接。
图3是电机1的控制框图。
控制装置17具备：控制电路26，基于从各种传感器获取的驾驶信息生成电机指令信号；以及逆变器电路27，基于该电机指令信号驱动电机1。
控制电路26由电路基板、微型计算机等构成，与上述电源19、车速传感器18、转矩传感器16和转向角传感器15电性连接。进一步地，控制电路26与温度传感器29电性连接，温度传感器29用于检测后述的通电控制部28的未图示的开关元件的温度(发热量)T。控制电路26具备未图示的功率模块，该功率模块基于从电源19供给的电力VB，生成向电机1供给的三相交流电。控制电路26基于来自各种传感器的驾驶信息(信号)，例如来自车速传感器18的车速Vs、来自转矩传感器16的转向操纵转矩Tr、来自转向角传感器15的转向角θs、来自温度传感器29的温度T生成电机指令信号，并输出至逆变器电路27。
此外，控制电路26具备异常判断部30，异常判断部30判断能否正常进行定子线圈部25中的通电控制。异常判断部30通过判断例如定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的断线、后述的开关元件的操作故障、控制开关元件的微型计算机的故障、控制电路26的故障等，从而判断电机1的异常。
逆变器电路27具备：电机驱动电路31，基于上述电机指令信号驱动电机1；串联/并联切换电路32，切换定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接；以及中性点继电器电路33，用于电机1的失效保护处理。
电机驱动电路31具备通电控制部28，通电控制部28通过适当地切换未图示的多个开关元件，例如作为场效应晶体管的MOS晶体管(MOS-FET)的导通、关断，从而进行定子线圈部25的通电控制。
串联/并联切换电路32通过后述的连接切换部34U、34V、34W，使第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接在串联连接与并联连接间进行切换。
图4(a)是并联连接中定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的接线图。
如图4(a)所示，缠绕于U相的第一定子线圈U1与第二定子线圈U2并联连接。即，第一定子线圈U1的一端部U1a与第二定子线圈U2的一端部U2a电性连接，另一方面，第一定子线圈U1的另一端部U1b与第二定子线圈U2的另一端部U2b电性连接。第一定子线圈U1的一端部U1a与第二定子线圈U2的一端部U2a之间的公共连接点35与逆变器电路27电性连接。此外，第一定子线圈U1的另一端部U1b与第二定子线圈U2的另一端部U2b之间的公共连接点36与中性点37电性连接。
同样地，如图4(a)所示，缠绕于V相的第一定子线圈V1与第二定子线圈V2并联连接。即，第一定子线圈V1的一端部V1a与第二定子线圈V2的一端部V2a电性连接，另一方面，第一定子线圈V1的另一端部V1b与第二定子线圈V2的另一端部V2b电性连接。第一定子线圈V1的一端部V1a与第二定子线圈V2的一端部V2a之间的公共连接点38与逆变器电路27电性连接。此外，第一定子线圈V1的另一端部V1b与第二定子线圈V2的另一端部V2b之间的公共连接点39与中性点37电性连接。
同样地，如图4(a)所示，缠绕于W相的第一定子线圈W1与第二定子线圈W2并联连接。即，第一定子线圈W1的一端部W1a与第二定子线圈W2的一端部W2a电性连接，另一方面，第一定子线圈W1的另一端部W1b与第二定子线圈W2的另一端部W2b电性连接。第一定子线圈W1的一端部W1a与第二定子线圈W2的一端部W2a之间的公共连接点40与逆变器电路27电性连接。此外，第一定子线圈W1的另一端部W1b与第二定子线圈W2的另一端部W2b之间的公共连接点41与中性点37电性连接。
因此，如图4(a)所示，并联连接的第一、第二定子线圈U1、U2、第一、第二定子线圈V1、V2和第一、第二定子线圈W1、W2经由中性点37通过星形接线(Y接线)电性连接。
第一定子线圈U1、V1、W1和第二定子线圈U2、V2、W2分别具有电阻R。因此，通过电阻的并联连接中公知的计算，U-V相间的线间电阻、V-W相间的线间电阻和W-U间的线间电阻分别相等，为R。
图4(b)是示出并联连接中电机1的转速与转矩的关系的图表。
如图4(b)所示，电机1的转矩在电机1的转速为零至规定的转速时，恒定为转矩T0，在上述规定的转速之后，通过所谓弱励磁控制，以平缓的曲线状减少。
图5(a)是串联连接中定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的接线图。
如图5(a)所示，缠绕于U相的第一定子线圈U1与第二定子线圈U2串联连接。即，第一定子线圈U1的另一端部U1b与第二定子线圈U2的一端部U2a电性连接。第一定子线圈U1的一端部U1a与逆变器电路27电性连接。此外，第二定子线圈U2的另一端部U2b与中性点37电性连接。
同样地，如图5(a)所示，缠绕于V相的第一定子线圈V1与第二定子线圈V2串联连接。即，第一定子线圈V1的另一端部V1b与第二定子线圈V2的一端部V2a电性连接。第一定子线圈V1的一端部V1a与逆变器电路27电性连接。此外，第二定子线圈V2的另一端部V2b与中性点37电性连接。
同样地，如图5(a)所示，缠绕于W相的第一定子线圈W1与第二定子线圈W2串联连接。即，第一定子线圈W1的另一端部W1b与第二定子线圈W2的一端部W2a电性连接。第一定子线圈W1的一端部W1a与逆变器电路27电性连接。此外，第二定子线圈W2的另一端部W2b与中性点37电性连接。
因此，如图5(a)所示，串联连接的第一、第二定子线圈U1、U2、第一、第二定子线圈V1、V2和第一、第二定子线圈W1、W2经由中性点37通过星形接线(Y接线)电性连接。
图5(b)是表示串联连接中电机1的转速与转矩的关系的图表。在图5(b)中，串联连接中电机1的转速与转矩的关系由实线表示，并联连接中电机1的转速与转矩的关系由虚线表示。
在图5(b)中，通过电阻的串联连接中公知的计算，U-V相间的线间电阻R0、V-W相间的线间电阻和W-U间的线间电阻分别相等，为4R。即，串联连接中线间电阻为并联连接中线间电阻的4倍。
此外，众所周知，在串联连接中，流经U-V相间、V-W相间和W-U相间的电流为并联连接中流经U-V相间、V-W相间和W-U相间的电流的2倍。
在电机1中，转矩是通过电流与定子线圈的匝数的积计算出的，因而在与并联连接相比流经2倍电流的串联连接中，如图5(b)所示，由电机1获得的转矩为并联连接中转矩T0的2倍，即2T0。
此外，在电机1中，由于转速基于绕组的电阻值变化，即绕组的电阻值越大转速越小，在与并联连接相比具有4倍的线间电阻的串联连接中，与图5(b)的横轴相交的最大转速Ndmax小于串联连接中的最大转速Npmax。
根据所涉及的电机1的结构，通过将由控制电路26控制的三相交流电供给至U相、V相、W相的定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2而产生磁场，由此，电机转子23进行旋转。
图6是表示逆变器电路27的串联/并联切换电路32的示意性电路图。串联/并联切换电路32使定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接在图4(a)所示的并联连接与图5(a)所示的串联连接之间切换。串联/并联切换电路32具有连接切换部34，该连接切换部34具备U相用连接切换部34U、V相用连接切换部34V和W相用连接切换部34W。U相用连接切换部34U将定子线圈U1、U2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。V相用连接切换部34V将定子线圈V1、V2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。W相用连接切换部34W将定子线圈W1、W2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。
由于由U相用连接切换部34U进行的连接、由V相用连接切换部34V进行的连接和由W相用连接切换部34W进行的连接能够同样地进行切换，在图6中，作为代表，对由U相用连接切换部34U进行的定子线圈U1、U2的连接的切换进行说明。
U相用连接切换部34U由串联连接用切换部G1、G2和并联连接用切换部E1、E2、F1、F2构成，通过将串联连接用切换部G1、G2设为通电状态而将第一定子线圈U1与第二定子线圈U2串联连接，通过将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2设为通电状态而将第一定子线圈U1与第二定子线圈U2并联连接。切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2是具有同样的功能的开关元件，是场效应晶体管，例如MOS晶体管(MOS-FET)。
切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2与上述通电控制部28的未图示的开关元件搭载于同一封装模块内。换言之，切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2与通电控制部28的未图示的开关元件安装于单个电路基板上。
在串联/并联切换电路32中，第一定子线圈U1的一端部U1a与作为MOS晶体管的并联连接用切换部E1的漏极电性连接。并联连接用切换部E1的源极与作为MOS晶体管的并联连接用切换部F1的源极电性连接。并联连接用切换部F1的漏极与第二定子线圈U2的一端部U2a电性连接。第二定子线圈U2的另一端部U2b与作为MOS晶体管的并联连接用切换部F2的漏极电性连接。并联连接用切换部F2的源极与作为MOS晶体管的并联连接用切换部E2的源极电性连接。并联连接用切换部E2的漏极与第一定子线圈U1的另一端部U1b电性连接。第二定子线圈U2的一端部U2a和并联连接用切换部F1的漏极之间的公共连接点42与作为MOS晶体管的串联连接用切换部G1的漏极电性连接。串联连接用切换部G1的源极与作为MOS晶体管的串联连接用切换部G2的源极电性连接。串联连接用切换部G2的漏极与第一定子线圈U1的另一端部U1b和并联连接用切换部E2的漏极之间的公共连接点43电性连接。第二定子线圈U2的另一端部U2b和并联连接用切换部F2的漏极之间的公共连接点44与中性点37电性连接。
并联连接用切换部E1、F1、并联连接用切换部E2、F2和串联连接用切换部G1、G2分别成对使用。例如，若对2个并联连接用切换部E1、F1进行说明，则通过将并联连接用切换部E1、F1的源极配置为相互电性连接，并控制为关断，从而能够切断从并联连接用切换部E1流向并联连接用切换部F1的电流和从并联连接用切换部F1流向并联连接用切换部E1的电流这两者。同样地，关于并联连接用切换部E2、F2和串联连接用切换部G1、G2，也能够切断双向的电流的流动。
图7(a)是表示将定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接从并联连接切换至串联连接时的切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2的控制的说明图。另外，在图7(a)中，也以由U相用连接切换部34U进行的定子线圈U1、U2的连接的切换作为代表进行说明。
如图7(a)所示，定子线圈U1、U2并联连接时，并联连接用切换部E1、E2、F1、F2导通(ON)，另一方面，串联连接用切换部G1、G2关断(OFF)。即，并联连接时，并联连接用切换部E1、E2、F1、F2处于通电状态，另一方面，串联连接用切换部G1、G2处于通电切断状态。此时，电流通过第一定子线圈U1和并联连接用切换部E2、F2而流向中性点37，且同时通过并联连接用切换部E1、F1和第二定子线圈U2而流向中性点37(参照图6的实线箭头)。
接着，基于来自各种传感器的驾驶信息，在时间t1，将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2从导通切换至关断，并在时间t2，将串联连接用切换部G1、G2从关断切换至导通。由此，定子线圈U1、U2被串联连接，即串联连接用切换部G1、G2处于通电状态，并联连接用切换部E1、E2、F1、F2处于通电切断状态。此时，电流通过第一定子线圈U1、串联连接用切换部G1、G2和第二定子线圈U2而流向中性点37(参照图6的虚线箭头)。
作为来自上述各种传感器的驾驶信息，例如使用来自车速传感器18的车速Vs、来自转矩传感器16的转向操纵转矩Tr、来自转向角传感器15的转向角θs、来自温度传感器29的温度T。此外，作为上述驾驶信息，也能够使用利用转向角θs或电机1的未图示的旋转角传感器等的输出而运算出的转向速度，而非来自转向角传感器15的转向角θs。
另外，在图7(a)中，时间t1与时间t2之间的时间间隔例如为1μs。
图7(b)是表示将定子线圈U1、U2的连接从并联连接切换至串联连接时流经串联/并联切换电路32的电流的变化的图表。
如图7(b)所示，在并联连接中，通过通电控制部28控制流经第一定子线圈U1和第二定子线圈U2的电流(通电量)恒定为连接切换前的通电量的目标值I0，直至时间t1。接着，从时间t1至时间t2，通过通电控制部28使电流从I0逐渐变化为略小于连接切换后的通电量的目标值I0/2。接下来，在串联连接中，通过通电控制部28，在时间t3将电流控制为I0/2，之后在时间t4将电流控制为I0。
图7(c)是表示从并联连接切换至串联连接时的电机1的转矩的变化的图表。
如图7(c)所示，在并联连接的过程中，转矩在时间t1之前为T0。如上所述，转矩是由电流与定子线圈的匝数的积算出的值，因而转矩在时间t1至时间t2之间，对应于减少至小于I0/2的值的电流，减少为小于T0的值。接着，转矩在时间t3对应于维持于I0/2的电流而维持于T0，之后在时间t4，对应于维持于I0的电流变为2T0。
这样，在时间t1，设转矩为T0，在时间t3，通过使电流减少至I0/2而将转矩平滑地连接至T0，接着，在时间t4，通过使电流增加至I0而使转矩增加至2T0。
作为进行如上所述的控制的示例，例如，当根据车速Vs选择第一定子线圈U1与第二定子线圈U2的连接时，在中车速至高车速时设为并联连接，在如入库时的低车速时设为串联连接。由此，在中车速至高车速时不会输出高转矩，因而能够确保驾驶人的安全性，在低车速时输出高转矩，因而能够减轻驾驶人的负担。
图8是表示将定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接从串联连接切换至并联连接时的切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2的控制的说明图。另外，在图8中，也以由U相用连接切换部34U进行的定子线圈U1、U2的连接的切换作为代表进行说明。
定子线圈U1、U2串联连接时，并联连接用切换部E1、E2、F1、F2关断，另一方面，串联连接用切换部G1、G2导通。此时，电流通过第一定子线圈U1、串联连接用切换部G1、G2和第二定子线圈U2而流向中性点37(参照图6的虚线箭头)。
接着，基于来自各种传感器的驾驶信息，在时间t1，将串联连接用切换部G1、G2从导通切换至关断，并在时间t2，将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2从关断切换至导通。由此，定子线圈U1、U2被并联连接，此时，电流通过第一定子线圈U1和并联连接用切换部E2、F2而流向中性点37，且同时通过并联连接用切换部E1、F1和第二定子线圈U2而流向中性点37(参照图6的实线箭头)。
另外，关于图8的串联连接至并联连接，也能够应用如图7(b)所示的电流的控制。
[第一实施例的效果]
在上述专利文献1所记载的3相无刷电机中，设置于各相的1个定子线圈通过星形接线而被接线，在各相间流动的电流和线间电阻分别恒定。
此外，在3相无刷电机中，转矩与转速相互呈反比例关系，因而不得不在需要高转矩的情况下牺牲高转速，而在需要高转速的情况下牺牲高转矩来使用电机。因此，在现有技术的无刷电机中，存在以下问题：在单个无刷电机中只能利用高转矩特性和高转速特性中的一个特性。
对此，在第一实施例中，电机1具有：电机转子23；具有多个通电相的定子线圈部25，其具有设置于各相的第一定子线圈U1、V1、W1和第二定子线圈U2、V2、W2，通过产生磁场使电机转子23进行旋转；以及连接切换部34U、34V、34W，将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。
这样，在第一实施例的电机1中，在U相上配置第一定子线圈U1和第二定子线圈U2，在V相上配置第一定子线圈V1和第二定子线圈V2，在W相上配置第一定子线圈W1和第二定子线圈W2，在各相上，使2个定子线圈的连接在串联连接与并联连接间切换。由此，如上所述，通过从并联连接向串联连接切换，从而流过定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2的电流变为2倍，2个相间的线间电阻变为4倍。因此，在串联连接中，与并联连接相比，根据电流与定子线圈的匝数的积计算出的转矩变为2倍，基于线间电阻的值的转速变为更小的值。
因此，在第一实施例的电机1中，通过根据车辆的使用情况而将定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2的连接在串联连接与并联连接间切换，从而能够通过单个电机1适当选择高转矩特性和高转速特性加以利用。
进一步地，在第一实施例中，第一定子线圈U1、V1、W1的两端部U1a、U1b、V1a、V1b、W1a、W1b和第二定子线圈U2、V2、W2的两端部U2a、U2b、V2a、V2b、W2a、W2b在电机转子23的旋转轴线的方向上，相对于电机转子23设置于同一侧。
因此，两端部U1a、U1b、V1a、V1b、W1a、W1b、U2a、U2b、V2a、V2b、W2a、W2b与切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2的接线汇集于电机1的旋转轴线的一侧，因而能够容易地进行接线作业。
此外，在第一实施例中，电机1具备具有多个开关元件的定子线圈部25进行通电控制的通电控制部28，连接切换部34U、34V、34W具备切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2，通电控制部28的开关元件与连接切换部34U、34V、34W的切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2搭载于同一封装模块内。
因此，包括作为场效应晶体管的开关元件或切换部的电子电路的布局和连接变得容易。
进一步地，在第一实施例中，连接切换部34U、34V、34W具备：串联连接用切换部G1、G2，通过将其设为通电状态，从而将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2串联连接；以及并联连接用切换部E1、E2、F1、F2，通过将其设为通电状态，从而将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2并联连接。在将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从并联连接切换至串联连接时，将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2设为通电切断状态之后，将串联连接用切换部G1、G2设置为通电状态。
若并联连接用切换部E1、E2、F1、F2的通电切断状态与串联连接用切换部G1、G2的通电状态是同时的，则变为短路状态，生成所谓直通电流，即电流不通过定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2而通过切换部E1、E2、G1、G2、F1、F2直接流向中性点37，从而可能导致电机1的劣化。因此，在第一实施例中，通过错开并联连接用切换部E1、E2、F1、F2的通电切断状态与串联连接用切换部G1、G2的通电状态的定时，能够抑制直通电流，电机1的劣化得到抑制。
此外，在第一实施例中，连接切换部34U、34V、34W具备：串联连接用切换部G1、G2，通过将其设为通电状态，从而将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2串联连接；以及并联连接用切换部E1、E2、F1、F2，通过将其设为通电状态，从而将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2并联连接。在将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从串联连接切换至并联连接时，在将串联连接用切换部G1、G2设为通电切断状态之后，将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2设为通电状态。
若串联连接用切换部G1、G2的通电切断状态与并联连接用切换部E1、E2、F1、F2的通电状态是同时的，则变为短路状态，生成所谓直通电流，即电流不通过定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2而通过切换部E1、E2、G1、G2、F1、F2直接流向中性点37，从而可能导致电机1的劣化。因此，在第一实施例中，通过错开串联连接用切换部G1、G2的通电切断状态与并联连接用切换部E1、E2、F1、F2的通电状态的定时，能够抑制直通电流，电机1的劣化得到抑制。
进一步地，在第一实施例中，具备进行定子线圈部25的通电控制的通电控制部28，在连接切换部34U、34V、34W将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接时，通电控制部28使定子线圈部25的通电量发生变化。
如上所述，通过从并联连接向串联连接的切换，电机1的转矩变为2倍，因而若直接切换，则在切换连接时会产生急剧的转矩变动，转向操纵感恶化。因此，通过使定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2的通电量发生变化而调整转矩的大小，能够抑制急剧的转矩变动，能够进行流畅的辅助控制。
此外，在第一实施例中，在连接切换部34U、34V、34W将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接时，通电控制部28使得从切换前的通电量的目标值I0逐渐变化至切换后的通电量的目标值I0/2。
若在时间t3使电流的控制量保持为I0，则转矩突然增加至2倍，转向操纵感可能恶化。因此，在时间t3，通过将电流的控制量设为I0/2，从而使转矩维持在T0而平滑地连接，并且抑制切换连接时的急剧的转矩变动所导致的转向操纵感的恶化。
因此，能够抑制切换连接时的急剧的转矩变动，并在切换连接后输出必要转矩。
进一步地，在第一实施例中，电机1是向车辆的转向轮6、6施加转向操纵力的动力转向装置用无刷电机。
因此，能够在利用了电机1的高转速的转向操纵状态与利用了电机1的高转矩的转向操纵状态之间，进行适于转向操纵状态的电机控制。
此外，在第一实施例中，连接切换部34U、34V、34W、根据车速Vs将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接切换。
因此，通过在不需要大的辅助力的中车速区域至高车速区域使用并联连接，在需要大的辅助力的低车速区域，例如在入库时使用串联连接，从而能够选择适于转向操纵状态的连接。
进一步地，在第一实施例中，连接切换部34U、34V、34W根据转向操纵转矩Tr切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接。
这样，通过基于由电动动力转向装置2的转矩传感器16检测出的转向操纵转矩Tr切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接，从而能够选择与必要转矩对应的连接。
此外，在第一实施例中，连接切换部34U、34V、34W根据转向操纵速度切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接。
这样，通过根据基于来自电动动力转向装置2的转向角传感器15、电机1的旋转角传感器等的输出而运算出的转向操纵速度切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接，从而能够选择与必要的转向操作响应性对应的连接。
进一步地，在第一实施例中，电机1具备通电控制部28，通电控制部28具备多个开关元件，并对定子线圈部25进行通电控制，连接切换部34U、34V、34W根据开关元件的发热量切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接。
这样，通过根据开关元件的发热量切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接，从而能够抑制开关元件的过热。在这里，串联连接的开关元件的发热量比并联连接的开关元件的发热量小，因而在发热量大、逆变器的温度上升的情况下，通过从并联连接切换至串联连接，能够抑制开关元件的过热。
[第二实施例]
图9(a)是表示将定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接从并联连接切换至串联连接时的切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2的第二实施例中的控制的说明图。在图9(a)中，也将由U相用连接切换部34U进行的定子线圈U1、U2的连接的切换作为代表进行说明。
定子线圈U1、U2被并联连接时，并联连接用切换部E1、E2、F1、F2导通，而串联连接用切换部G1、G2关断。此时，电流通过第一定子线圈U1和并联连接用切换部E2、F2流向中性点37，且同时通过并联连接用切换部E1、F1和第二定子线圈U2流向中性点37(参照图6的实线箭头)。
接着，基于来自各种传感器的驾驶信息，在时间t2，将并联连接用切换部E1、E2、F1、F2从导通切换至关断，并将串联连接用切换部G1、G2从关断切换至导通。此时，电流通过第一定子线圈U1、串联连接用切换部G1、G2和第二定子线圈U1流向中性点37(参照图6的虚线箭头)。
图9(b)是表示将定子线圈U1、U2的连接从并联连接切换至串联连接时流经串联/并联切换电路32的电流的变化的图表。
如图9(b)所示，在并联连接中，通过通电控制部28，将以I0流经定子线圈U1、U2的电流在时间t1减少至0A，并将该0A保持至时间t3。接着，在从并联连接切换至串联连接之后，在串联连接中，通过通电控制部28使电流增加至I0，并保持该I0。
图10是表示第二实施例中的定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的切换控制的流程图。
在步骤S1中，当定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2被并联连接时，判断流经这些定子线圈的电流是否为0A。即，判断电流是否通过通电控制部28从I0减少至0A。当电流不为0A时，继续步骤S1中的判断。
当电流为0A时，在步骤S2中，在时间t1至时间t3之间(参照图9(b))，将电流I保持为0A。
接着，在步骤S3中，在时间t2(参照图9(b))，在将电流保持为0A的状态下，通过切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2将定子线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的连接从并联连接切换至串联连接。
接下来，在步骤S4中，在串联连接中，通过通电控制部28使电流I从0A恢复至I0。
[第二实施例的效果]
在第二实施例中，电机1具备通电控制部28，通电控制部28对定子线圈部25进行通电控制，连接切换部34U、34V、34W在通电控制部28为0A时，切换第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接。
由此，切换连接时不产生所谓直通电流，即电流通过切换部E1、E2、G1、G2、F1、F2直接流向中性点37，因而能够抑制连接的切换所伴随的冲击(切换冲击)。
[第三实施例]
(2系统的无刷电机的结构)
图11是沿电机径向切断的第三实施例的2系统的电机45的示意性剖视图。
电机45是由2系统组成的3相无刷电机，其具备电机转子23和电机定子24。
在本实施例中，如图11所示，将电机45的一个半部(图11的右侧的半部)作为“第一系统A”，将电机45的另一个半部(图11的左侧的半部)作为“第二系统B”。以根据车辆的使用情况相互组合使用，或在其中一个系统故障时作为备份而使用另一个系统的方式来使用电机45的第一系统A和第二系统B。
此外，电机转子23具备定子线圈部46，定子线圈部46具有3个通电相，即U相、V相、W相。定子线圈部46具备：第一系统用定子线圈部46A，其配置有用于第一系统A的定子线圈UA1、UA2、VA1、VA2、WA1、WA2；以及第二系统用定子线圈部46B，其配置有用于第二系统B的定子线圈UB1、UB2、VB1、VB2、WB1、WB2。定子线圈UA1、UA2、VA1、VA2、WA1、WA2、UB1、UB2、VB1、VB2、WB1、WB2分别构成为具有同样的功能。
在本实施例中，将电机转子23的3个通电相，即U相、V相、W相在用于第一系统A时设为“UA相”、“VA相”、“WA相”，在用于第二系统B时设为“UB相”、“VB相”、“WB相”。
如图11所示，在第一系统A中，UA相、VA相和WA相沿图11的顺时针方向，以UA相、VA相、WA相、UA相、VA相、WA相的顺序间隔30°配置。在这些UA相、VA相、WA相、UA相、VA相、WA相中，如图11所示，定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2分别缠绕于对应的齿部。
此外，如图11所示，在第二系统B中，UB相、VB相和WB相沿图11的顺时针方向以UB相、VB相、WB相、UB相、VB相、WB相的顺序间隔30°配置。在这些UB相、VB相、WB相、UB相、VB相、WB相中，如图11所示，定子线圈UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2分别缠绕于对应的齿部。
第一系统用第一定子线圈UA1、VA1、WA1和第一系统用第二定子线圈UA2、VA2、WA2通过星形接线(Y接线)电性连接，此与图4(a)的并联连接或图5(a)的串联连接相同。
同样地，第二系统用第一定子线圈UB1、VB1、WB1和第二系统用第二定子线圈UB2、VB2、WB2通过星形接线(Y接线)电性连接，此与图4(a)的并联连接或图5(a)的串联连接相同。
另外，上述第一系统用定子线圈部46A和第二系统用定子线圈部46B分别相当于权利要求书所记载的“第一定子线圈部”和“第二定子线圈部”。此外，上述第一系统用第一定子线圈UA1、VA1、WA1和第一系统用第二定子线圈UA2、VA2、WA2分别相当于权利要求书所记载的“第一第一定子线圈”和“第一第二定子线圈”。同样地，上述第二系统用第一定子线圈UB1、VB1、WB1和第二系统用第二定子线圈UB2、VB2、WB2分别相当于权利要求书所记载的“第二第一定子线圈”和“第二第二定子线圈”。
此外，由上述第一系统用第一定子线圈UA1、VA1、WA1和上述第二系统用第一定子线圈UB1、VB1、WB1组成的组合能够看作是权利要求书所记载的“第一定子线圈”。同样地，由上述第一系统用第二定子线圈UA2、VA2、WA2和上述第二系统用第二定子线圈UB2、VB2、WB2组成的组合能够看作是权利要求书所记载的“第二定子线圈”。
图12是第三实施例的2系统的电机45的控制框图。
在第一系统用定子线圈部46A中，第一系统用第一定子线圈UA1、VA1、WA1与第一系统用第二定子线圈UA2、VA2、WA2并联连接。
另一方面，在第二系统用定子线圈部46B中，第二系统用第一定子线圈UB1、VB1、WB1与第二系统用第二定子线圈UB2、VB2、WB2并联连接。
控制装置17在第一系统A中具备与第一实施例的控制电路26和逆变器电路27同样构成的用于第一系统A的控制电路26A和逆变器电路27A。
控制电路26A由电路基板、微型计算机等构成，与用于第一系统A的传感器47A电性连接。在这里，传感器47A是第一系统A中与控制电路26A连接的各种传感器的总称，具备与第一实施例相同的车速传感器18、转矩传感器16、转向角传感器15和温度传感器29。来自用于第一系统A的电源19A的电力VB被供给至控制电路26A。
进一步地，控制电路26A具备第一异常判断部30A，第一异常判断部30A判断能否正常进行第一系统用定子线圈部46A中的通电控制。
逆变器电路27A具备第一通电控制部28A。第一通电控制部28A通过适当切换未图示的多个开关元件，例如作为场效应晶体管的MOS晶体管(MOS-FET)的关断、导通，从而进行第一系统用定子线圈部46A的通电控制。
进一步地，逆变器电路27A具有连接切换部34。该连接切换部34具备具有与第一实施例的U相用连接切换部34U、V相用连接切换部34V和W相用连接切换部34W相同的结构的第一系统U相用连接切换部34AU、第一系统V相用连接切换部34AV和第一系统W相用连接切换部34AW。这些连接切换部34AU、34AV、34AW将第一系统用第一定子线圈UA1、VA1、WA1与第一系统用第二定子线圈UA2、VA2、WA2的连接在串联连接与并联连接间切换。
与第一系统A相同，控制装置17在第二系统B中具备与第一实施例的控制电路26B和逆变器电路27B同样构成的用于第二系统B的控制电路26和逆变器电路27。
进一步地，与第一系统A相同，在第二系统B中，分别设置有具有与传感器47A、电源19A、第一异常判断部30A、第一通电控制部28A、连接切换部34AU、34AV、34AW相同的结构的传感器47B、电源19B、第二异常判断部30B、第二通电控制部28B、第二系统U相用连接切换部34BU、第二系统V相用连接切换部34BV和第二系统W相用连接切换部34BW。
另外，上述第一系统U相用连接切换部34AU、第一系统V相用连接切换部34AV和第一系统W相用连接切换部34AW相当于权利要求书所记载的“第一连接切换部”。另一方面，上述第二系统U相用连接切换部34BU、第二系统V相用连接切换部34BV和第二系统W相用连接切换部34BW相当于权利要求书所记载的“第二连接切换部”。
接下来，通过参照图13，对结合使用电机45的第一系统A与第二系统B的情况进行说明。
图13(a)是表示第一系统A和第二系统B均为并联连接的情况下的电机45的转速与转矩的关系和仅使用第一系统A时的电机45的转速与转矩的关系的图表。
图13(b)是表示第一系统A为串联连接且第二系统B为并联连接的情况下的电机45的转速与转矩的关系和使用串联连接的第一系统A时的电机45的转速与转矩的关系的图表。
图13(c)是表示第一系统A和第二系统B均为串联连接的情况下的电机45的转速与转矩的关系和使用串联连接的第一系统A时的电机45的转速与转矩的关系的图表。
另外，在图13(a)～图13(c)中，在各图表的上方分别示出了第一系统A的定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2的接线图和第二系统B的UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2的接线图。
在图13(a)～图13(c)中，将在第一系统A中定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2并联连接的系统称为“并联连接的第一系统Ap”，将在第二系统B中定子线圈UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2并联连接的系统称为“并联连接的第二系统Bp”。此外，将在第一系统A中定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2串联连接的系统称为“串联连接的第一系统Ad”，将在第二系统B中定子线圈UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2串联连接的系统称为“串联连接的第二系统Bd”。
在图13(a)中，通过同样构成的并联连接的第一系统Ap和并联连接的第二系统Bp，与仅使用并联连接的第一系统Ap时相比获得2倍的转矩。图13(a)所示的示例应用于通常时，例如无需电机45的高转矩特性和高转速特性中的任一个的车辆行驶时。
在图13(b)中，通过电机45的转矩高的串联连接的第一系统Ad和并联连接的第二系统Bp，获得比图13(a)的系统Ap、Bp的组合更高的转矩。当然，通过串联连接的第一系统Ad和并联连接的第二系统Bp，获得比仅使用串联连接的第一系统Ad时更高的转矩。图13(b)所示的示例，应用于需要电机45的高转矩特性时，例如，车辆乘载大量人员时、车辆装载大量货物时、轮胎的气压低时、车辆在坡道上爬升时、路面的摩擦系数高时。
在图13(c)中，通过电机45的转矩高的串联连接的第一系统Ad和同样的电机45的转矩高的串联连接的第二系统Bd，获得比图13(b)的系统Ad、Bp的组合更高的转矩。当然，通过串联连接的第一系统Ad和串联连接的第二系统Bd，获得比仅使用串联连接的第一系统Ad时更高的转矩。图13(c)所示的示例应用于需要比图13(b)的示例更高的转矩特性时，例如，上述车辆乘载大量人员且车辆装载大量货物时等上述多个条件重合时。
图14是表示第一系统A和第二系统B中一方发生故障的情况下的系统的切换方法的流程图。
在图14中，第一系统A和第二系统B均具有并联连接。即，第一系统A和第二系统B如图13(a)所示那样被接线。
在步骤S10中，通过第一、第二异常判断部30A、30B判断第一系统A或第二系统B是否发生故障。该判断由第一、第二异常判断部30A、30B通过判断例如定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2、UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2的断路、开关元件的操作故障、控制开关元件的微型计算机的故障、控制电路26的故障等来实施。
在第一系统A或第二系统B未故障，即第一系统A和第二系统B双方均正常工作时，继续步骤S10中的判断。
另一方面，在第一系统A或第二系统B故障时，在步骤S11中，停止使用故障一侧的系统。
接着，在步骤S12中，将未故障一侧的系统(非故障侧的系统)的定子线圈从并联连接切换至串联连接。
例如，在第一系统A故障时，将未故障的第二系统B的定子线圈UB1、VB1、WB1、UB2、VB2、WB2的连接通过切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2从并联连接(参照图13(a)的第二系统B的连接)切换至串联连接(参照图13(c)的第二系统B的连接)。通过该切换，电机45的转矩变为2倍。这样，在未故障的第二系统B中，第二通电控制部28B继续控制电机45。
另一方面，在第二系统B故障时，将未故障的第一系统A的定子线圈UA1、VA1、WA1、UA2、VA2、WA2的连接通过切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2从并联连接(参照图13(a)的第一系统A的连接)切换至串联连接(参照图13(c)的第一系统A的连接)。通过该切换，电机45的转矩变为2倍。这样，在未故障的第一系统A中，第一通电控制部28A继续控制电机45。[第三实施例的效果]
在第三实施例中，定子线圈部46具有第一系统用定子线圈部46A和第二系统用定子线圈部46B，第一定子线圈具有设置于第一系统用定子线圈部46A的定子线圈UA1、VA1、WA1和设置于第二系统用定子线圈部46B的定子线圈UB1、VB1、WB1，第二定子线圈具有设置于第一系统用定子线圈部46A的定子线圈UA2、VA2、WA2和设置于第二系统用定子线圈部46B的定子线圈UB2、VB2、WB2，连接切换部34具有将定子线圈UA1、VA1、WA1与定子线圈UA2、VA2、WA2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接的连接切换部34AU、34AV、34AW和将定子线圈UB1、VB1、WB1与定子线圈UB2、VB2、WB2的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接的连接切换部34BU、34BV、34BW。
因此，在电机45中需要高转矩特性的情况下，适当组合第一系统用定子线圈部46A和第二系统用定子线圈部46B双方的连接并通电，在其中一个定子线圈部发生故障的情况下，对未故障的另一个定子线圈部进行通电，从而能够进行与使用情况对应的电机控制。
此外，在第三实施例中，电机45具备：通电控制部，其具有对第一系统用定子线圈部46A进行通电控制的第一通电控制部28A和对第二系统用定子线圈部46B进行通电控制的第二通电控制部28B；第一异常判断部30A，其判断第一系统用定子线圈部46A中的通电控制能否正常进行；以及第二异常判断部30B，其判断第二系统用定子线圈部46B中的通电控制能否正常进行，上述通电控制部在第一异常判断部30A和第二异常判断部30B判断第一系统用定子线圈部46A与第二系统用定子线圈部46B中的一方有异常时，利用另一方进行继续控制。
因此，在其中一个定子线圈部发生故障的情况下，通过在未故障的另一个定子线圈部中进行对电机45的持续的控制，从而能够提高使用者的便利性。
另外，在最开始定子线圈部46A、46B具有并联连接的状态下，在其中一个定子线圈部发生故障，并将另一个定子线圈部切换至串联连接而使电机45工作的情况下，通过从并联连接至串联连接的切换，转矩变为2倍，因而能够在故障后不减少转矩而使电机45工作。
[第四实施例]
(线控转向的结构)
图15是表示具有电机48的线控转向式的动力转向装置49的示意图。
动力转向装置49是以第一实施例的方式的结构为基础，以第一实施例所涉及的转向操纵机构3作为线控转向式的转向机构50而构成的装置。另外，以下对于与第一实施例相同的结构，标注同一附图标记并省略具体的说明。
动力转向装置49被构成为驾驶人进行转向操纵操作的转向输入装置51，例如方向盘与使转向轮6、6转向的转向机构10通过离合器52机械分离。
转向操纵输入装置51与电机48连接，电机48是对该转向操纵输入装置51施加转向操纵反作用力(反作用力转矩)的反作用力施加机构。电机48是反作用力电机，是具有与第一实施例的电机1或第三实施例的电机45相同结构的3相无刷电机。第一实施例和第三实施例的串联/并联切换电路32、切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2、定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2等应用于该电机48。
在电机48与第一实施例的电机1同样地被构成的情况下，连接切换部34U、34V、34W在转向操纵输入装置51的行程终点附近，将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接从并联连接切换至串联连接。
此外，在电机48与第三实施例的电机45同样地被构成的情况下，连接切换部34AU、34AV、34AW在转向操纵输入装置51的行程终点附近，将定子线圈UA1、VA1、WA1、UB1、VB1、WB1与定子线圈UA2、VA2、WA2、UB2、VB2、WB2的连接从并联连接切换至串联连接。
此外，电机48通过连接轴53与作为动力离合装置的离合器52连接，该离合器52在转向操纵机构50失效的情况下，将连接轴53与输入轴7连接。
电机48和离合器52与反作用力控制装置54电性连接。反作用力控制装置54具有与第一实施例的控制装置17同样的结构，并基于来自未图示的转向角传感器、转矩传感器、车速传感器的输出，驱动控制电机48。反作用力控制装置54与驱动控制电机1的控制装置17电性连接。来自电源19的电力VB分别供给至反作用力控制装置54和控制装置17。
[第四实施例的效果]
在第四实施例中，作为一个方式，动力转向装置49是驾驶人进行转向操纵操作的转向操纵输入装置51与使转向轮6、6转向的转向机构10分离的线控转向，电机48施加转向操纵输入装置51的转向操纵反作用力，连接切换部34U、34V、34W在转向操纵输入装置51的行程终点附近，将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接切换至串联连接。
在转向操纵输入装置51的行程终点附近，为了限制转向操纵输入装置51的操作而抑制齿条端限位器与齿条外壳强烈撞击，电机48需要高转矩特性。因此，通过将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接，能够进行对转向操纵输入装置51的操作的限制，齿条端限位器对齿条外壳的撞击得到缓和。
另外，连接切换部34U、34V、34W并非必须在行程终点附近将并联连接切换至串联连接，只要进行控制使得至少在行程终点附近变为串联连接即可。
[第五实施例]
(整体式动力转向装置的结构)
图16是具有电机55的整体式动力转向装置56的纵向剖视图。在图16中，为了便于说明，在转向操纵轴57的旋转轴Z方向中，以与方向盘58连接的一侧(图中的上侧)为“一端”，以与活塞59连接的一侧(图中的下侧)为“另一端”进行说明。
整体式动力转向装置56应用于大型车辆等，其主要由动力转向装置主体60、电机55和控制装置(ECU)61构成。
动力转向装置主体60具备转向操纵轴57、扇形齿轮轴62和动力缸63。
转向操纵轴57的一部分容纳于外壳64内，具备输入轴65、中间轴66和输出轴67。输入轴65的一端侧与方向盘58连接，供驾驶人输入转向操纵转矩。输入轴65的另一端部插入形成于中间轴66的一端侧的开口凹部66a内。中间轴66的一端侧经由第一扭杆69与输入轴65以能够相对旋转的方式连接，供连接于外周的电机55输入驱动转矩。中间轴66插入形成于输出轴67的一端侧扩径部的开口凹部67a内。输出轴67的一端侧经由第二扭杆70与中间轴66以能够相对旋转的方式连接，将由该中间轴66输入的转向操纵转矩经由作为转换机构的滚珠丝杠机构71输出至活塞59。
滚珠丝杠机构71由上述输出轴67、上述活塞59以及设置于活塞59与输出轴67之间的多个滚珠71c构成，其中，输出轴67作为在另一端侧的外周部形成有螺旋槽，即滚珠槽71a的螺纹轴，活塞59作为设置于该输出轴67的外周侧且在内周部形成有与滚珠槽71a对应的螺旋槽，即滚珠槽71b的螺母。
中间轴66与输出轴67之间构成有作为控制阀的公知的旋转阀72。旋转阀72根据通过中间轴66和输出轴67的相对旋转角而导出的第二扭杆70的扭转量和扭转方向，将由搭载于车辆的未图示的泵所供给的工作液选择性地供给至第一、第二液室(压力室)P1、P2。
扇形齿轮轴62是随着设置于转向操纵轴57的另一端侧外周的活塞59的轴向移动而供转向的传递机构。扇形齿轮轴62经由转向臂与转向轮连接。
动力缸63通过可滑动地容纳于外壳64内的筒状的活塞59划定1对液室，即第一、第二液室P1、P2而构成，其是生成用于辅助转向操纵转矩的辅助转矩的液压执行机构。
电机55具备：由电机转子73和电机定子74构成的电机元件75；容纳该电机元件75的电机外壳76；以及可旋转地支承接合部件79的第一轴承77和第二轴承78。
电机转子73经由筒状的接合部件79以能够一体旋转的方式安装于输入轴65的外周部。电机定子74间隔规定的间隙配置于电机转子73的外周侧，且与外壳64外部的控制装置61电性连接。来自电源80的电力VB供给至控制装置61。
电机55是具有与第一实施例的电机1或第三实施例的电机45相同的结构的3相无刷电机，对输入轴65施加旋转转矩。第一实施例和第三实施例的串联/并联切换电路32、切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2、定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2等应用于该电机55。
在电机55与第一实施例的电机1的结构相同的情况下，动力转向装置56失效时，将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接。
此外，在电机55与第三实施例的电机45同样被构成的情况下，当动力转向装置56失效时，将定子线圈UA1、VA1、WA1、UB1、VB1、WB1与定子线圈UA2、VA2、WA2、UB2、VB2、WB2的连接设为串联连接。
电机外壳76由金属材料例如铝合金形成，主要由容纳电机元件75的杯状的第一电机外壳81和封闭该第一电机外壳81的第二电机外壳82构成。第一电机外壳81经由衬套部件83固定于外壳64(第二外壳84)。
第一轴承77和第二轴承78容纳并保持于电机外壳76内，分别以能够旋转的方式支承接合部件79的一端侧和另一端侧。
控制装置61具备微型计算机等电子部件而构成，基于转向操纵情况等驱动控制电机55。控制装置61与向该控制装置61供给电力的电源80和检测转向操纵转矩Tr的转矩传感器85电性连接。转向操纵转矩Tr是通过对输入轴65的旋转角与中间轴66的旋转角的差乘以第一扭杆的扭转弹簧常数而计算出的。转矩传感器85与控制装置61电性连接。
外壳64呈一端侧开口且另一端侧封闭的筒状，由划定第一、第二液室P1、P2的第一外壳86和被设置为封闭该第一外壳86的一端开口部且内部容纳有旋转阀72的第二外壳84构成。第一、第二外壳86、84通过适当地设置于它们的外周部的未图示的多个固定单元例如由螺栓紧固。
在第一外壳86的内部，设置有沿转向操纵轴57的旋转轴Z方向形成的气缸构成部86a和被形成为与该气缸构成部86a正交且一部分朝向气缸构成部86a的轴容纳部86b。通过在气缸构成部86a内容纳与输出轴67连接的活塞59，从而以该活塞59划定一端侧的第一液室P1与另一端侧的第二液室P2。此外，在轴容纳部86b内还容纳有轴向一端侧与活塞59连接且另一端侧经由未图示的转向臂与转向轮连接的扇形齿轮轴62。
活塞59和扇形齿轮轴62的各外周部，设置有能够相互啮合的齿部59a、62a。通过两齿部59a、62a啮合，扇形齿轮轴62随着活塞59的轴向移动而转动，由此，通过在车身宽度方向上拉伸转向臂，从而改变转向轮的朝向。另外，此时，轴容纳部86b被导入第一液室P1内的工作液，由此，进行两齿部59a、62a间的润滑。
插入相互重合的中间轴66和输出轴67的轴插入孔84a从一端侧至另一端侧沿旋转轴Z方向呈阶梯缩径状地贯穿于第二外壳84的内周侧。并且，一端侧的大直径部设置有可旋转地支承输出轴67的轴承87。另一方面，另一端侧的小直径部设置有与未图示的泵连通的导入端口88、向各液室P1、P2供排由该导入端口88导入的液压的供排端口89以及将经由该供排端口从各液室P1、P2排出的工作液向未图示的储液箱排出的排出端口90。另外，供排端口89经由设置于输出轴67的一端侧扩径部的第一供排通路L1与第一液室P1连通，并经由设置于第一外壳86内部的第二供排通路L2等与第二液室P2连通。
根据所涉及的结构，就整体式动力转向装置56而言，若方向盘58转向，则由未图示的泵压送的工作液经由旋转阀72被供给至与转向操纵方向对应的一侧的液室P1、P2，并从另一侧的液室P1、P2排出与供给量对应的工作液(剩余部分)至储液箱。接着，活塞59由该液压驱动，从而基于作用于活塞59的液压的辅助转矩被施加于扇形齿轮轴62。
[第五实施例的效果]
在第五实施例中，作为一个方式，整体式动力转向装置56是具有1对第一、第二液室P1、P2、分隔1对第一、第二液室P1、P2的活塞59、具有与活塞59一起移动的螺母和滚珠丝杠的滚珠丝杠机构71的整体式动力转向装置56，电机55对整体式动力转向装置56的输入轴65施加旋转转矩，连接切换部34U、34V、34W在整体式动力转向装置56故障时，将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接。
因此，在整体式动力转向装置56故障时，通过由电机55向输入轴65施加转向操纵力，从而能够提高整体式动力转向装置56的安全性。尤其是需要高转矩特性时，通过将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接，从而能够减轻驾驶人的转向操纵负荷。
例如，在整体式动力转向装置56的旋转阀72故障时，通过由电机55向输入轴65施加转向操纵力，从而能够辅助驾驶人的转向操纵。
此外，电机55与第三实施例的电机45同样地被构成，在其中一个系统发生故障的情况下，通过使用另一个系统继续向输入轴65施加转向操纵力，从而能够辅助驾驶人的转向操纵。
[第六实施例]
(制动器装置的结构)
图17是具有电机91的制动器装置92的立体图。
制动器装置92是应用于例如搭载于车辆的发动机室内的制动系统的装置，具备制动装置(主缸)93、电机91、转矩转换机构94和控制单元95。
制动装置93内包含有从未图示的制动器踏板延伸至发动机室侧，并通过该制动器踏板的操作产生制动液压的未图示的活塞。
电机91是具有与第一实施例的电机1或第三实施例的电机45相同的结构的3相无刷电机，其向车辆的制动装置93施加制动力。第一实施例和第三实施例的串联/并联切换电路32、切换部E1、E2、F1、F2、G1、G2、定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2等应用于该电机91。
在电机91与第一实施例的电机1同样地被构成的情况下，在保持制动力时，连接切换部34U、34V、34W将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接。
此外，在电机91与第三实施例的电机45同样地被构成的情况下，在保持制动力时，连接切换部34AU、34AV、34AW将定子线圈UA1、VA1、WA1、UB1、VB1、WB1与定子线圈UA2、VA2、WA2、UB2、VB2、WB2的连接设为串联连接。
转矩转换机构94将电机产生转矩转换为活塞推进力。
控制单元95具有安装了用于驱动电机91的驱动元件的未图示的电路基板。
制动装置93、电机91、转矩转换机构94和控制单元95被容纳于具有多个容纳部(车身侧安装部96、电机容纳部97和控制单元容纳部98)的外壳单元99。
外壳单元99具备车身侧安装部96，车身侧安装部96内包含有安装于未图示的车身面板(例如，制动器踏板与发动机室之间的车身面板等)的转矩转换机构94。此外，外壳单元99被设置为容纳电机91的电机容纳部97和容纳控制单元95的控制单元容纳部98相互分离而从车身侧安装部96向制动装置93侧突出，而一体化构成。
车身侧安装部96具备矩形状的底壁100和周壁101，底壁100内包含有转矩转换机构94，转矩转换机构94用于传递电机产生转矩并将其转换为活塞的推进力，周壁101以包围该底壁100的四周的方式向制动装置93侧突出。底壁100的外周侧的一部分形成有向该外周侧方向隆起且固定于未图示的车身面板的隆起部102。
在这样的车身侧安装部96中，以隆起部102侧固定于车身面板的姿态，连接于活塞的输入杆103被配置为贯穿隆起部102并在相对于电机91的转子的非同轴上的位置延伸。此外，车身侧安装部96组装有未图示的公知的旋转-直动转换机构(例如，适当应用带、滑轮、齿轮机构等的机构)。通过该旋转-直动转换机构，将通过制动器踏板的按压而工作的电机91的转子的旋转运动转换为容纳于制动装置93内的活塞的轴向的直线运动，从而能够使制动装置93内的活塞沿其轴向直线运动。
[第六实施例的效果]
在第六实施例中，作为一个方式，电机91是向车辆的制动装置93施加制动力的制动器装置用无刷电机，当保持制动力时，连接切换部34U、34V、34W将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2的连接设为串联连接。
因此，在保持制动力时，通过将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2串联连接，从而能够输出高转矩。另一方面，在行程时，通过将第一定子线圈U1、V1、W1与第二定子线圈U2、V2、W2并联连接，从而能够提高响应性。
另外，在上述各实施例中，公开了定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2等通过星形接线连接的示例，但这些定子线圈U1、V1、W1、U2、V2、W2等也可以通过三角形接线连接。
作为基于以上所说明的实施例的无刷电机，可以考虑例如以下所述的方式的电机。
一种无刷电机，在其中一个方式中，具有：电机转子；具有多个通电相的定子线圈部，其具有设置于各相的第一定子线圈与第二定子线圈，并通过产生磁场，使所述电机转子旋转；以及连接切换部，其将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。
在无刷电机的优选方式中，所述第一定子线圈的两端部和所述第二定子线圈的两端部在所述电机转子的旋转轴线的方向上相对于所述电机转子被设置于同一侧。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述定子线圈部具有第一定子线圈部和第二定子线圈部。所述第一定子线圈具有设置于所述第一定子线圈部的第一第一定子线圈和设置于所述第二定子线圈部的第二第一定子线圈。所述第二定子线圈具有设置于所述第一定子线圈部的第一第二定子线圈和设置于所述第二定子线圈部的第二第二定子线圈。所述连接切换部具有：第一连接切换部，其将所述第一第一定子线圈与所述第一第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接；以及第二连接切换部，其将所述第二第一定子线圈与所述第二第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，具备：通电控制部，其具有进行所述第一定子线圈部的通电控制的第一通电控制部和进行所述第二定子线圈部的通电控制的第二通电控制部；第一异常判断部，其判断所述第一定子线圈部中的通电控制能否正常进行；以及第二异常判断部，其判断所述第二定子线圈部中的通电控制能否正常进行。所述通电控制部在所述第一异常判断部与所述第二异常判断部判断所述第一定子线圈部与所述第二定子线圈部中的一方有异常时，利用另一方进行继续控制。
在其他的优选方式中，在任一无刷电机的方式中，所述无刷电机具备通电控制部，所述通电控制部具备多个晶体管并进行所述定子线圈部的通电控制，所述连接切换部具备晶体管。所述通电控制部的晶体管与所述连接切换部的晶体管搭载于同一封装模块内。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述连接切换部具备：串联连接用切换部，通过将其设为通电状态而将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈串联连接；以及并联连接用切换部，通过将其设为通电状态而将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈并联连接。在将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接从并联连接切换至串联连接时，在将所述并联连接用切换部设为通电切断状态后，将所述串联连接用切换部设为通电状态。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述连接切换部具备：串联连接用切换部，通过将其设为通电状态而将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈串联连接；以及并联连接用切换部，通过将其设为通电状态而将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈并联连接。在将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接时，在将所述串联连接用切换部设为通电切断状态后，将所述并联连接用切换部设为通电状态。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述无刷电机具备：通电控制部，其进行所述定子线圈部的通电控制。所述通电控制部在所述连接切换部将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接时，改变向所述定子线圈部的通电量。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述通电控制部在所述连接切换部将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接从串联连接切换至并联连接或从并联连接切换至串联连接时，使得从切换前的通电量的目标值逐渐变化至切换后的通电量的目标值。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述无刷电机是向车辆的转向轮施加转向操纵力的动力转向装置用无刷电机。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述连接切换部根据车速切换所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述连接切换部根据转向操纵转矩切换所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述连接切换部根据转向操纵速度切换所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述无刷电机具备通电控制部，所述通电控制部具备多个晶体管并进行所述定子线圈部的通电控制。所述连接切换部根据所述晶体管的发热量而切换所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述动力转向装置是驾驶人进行转向操纵操作的转向操纵输入装置与使转向轮转向的转向机构分离的线控转向。所述无刷电机是施加所述转向操纵输入装置的转向操纵反作用力的电机。所述连接切换部在所述转向操纵输入装置的行程终点附近，将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接设为串联连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述动力转向装置是具有1对液室、分隔所述1对液室的活塞和具有与所述活塞一起移动的螺母和滚珠丝杠的滚珠丝杠机构的整体式动力转向装置。所述无刷电机是向所述整体式动力转向装置的输入轴施加旋转转矩的电机。所述连接切换部在所述整体式动力转向装置故障时，将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接设为串联连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述无刷电机是向车辆的制动装置施加制动力的制动器装置用无刷电机。在保持制动力时，所述连接切换部将所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接设为串联连接。
在其他的优选方式中，在任一所述无刷电机的方式中，所述无刷电机具备通电控制部，所述通电控制部进行所述定子线圈部的通电控制。所述连接切换部在所述通电控制部为0A时，切换所述第一定子线圈与所述第二定子线圈的连接。

Claims (7)

1.一种无刷电机，其特征在于，具有：
电机转子；
定子线圈部，其具有设置于多个通电相的各相的第一定子线圈与第二定子线圈，通过产生磁场，使所述电机转子旋转，所述定子线圈部具有第一定子线圈部和第二定子线圈部，所述第一定子线圈具有设置于所述第一定子线圈部的第一第一定子线圈和设置于所述第二定子线圈部的第二第一定子线圈，所述第二定子线圈具有设置于所述第一定子线圈部的第一第二定子线圈和设置于所述第二定子线圈部的第二第二定子线圈；
第一连接切换部，其能够将所述第一第一定子线圈与所述第一第二定子线圈的连接从并联连接切换至串联连接；
第二连接切换部，其能够将所述第二第一定子线圈与所述第二第二定子线圈的连接从并联连接切换至串联连接；
第一通电控制部，其进行所述第一定子线圈部的通电控制；
第二通电控制部，其进行所述第二定子线圈部的通电控制；
第一异常判断部，其判断所述第一定子线圈部中的通电控制能否正常进行；以及
第二异常判断部，其判断所述第二定子线圈部中的通电控制能否正常进行，
在所述第一定子线圈部以及所述第二定子线圈部处于并联连接的状态下，当所述第一异常判断部和所述第二异常判断部判断为所述第一定子线圈部与所述第二定子线圈部中的一方有异常时，所述第一连接切换部或者所述第二连接切换部将另一方的定子线圈部切换为串联连接。
2.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述第一定子线圈的两端部和所述第二定子线圈的两端部在所述电机转子的旋转轴线的方向上相对于所述电机转子被设置于同一侧。
3.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述第一通电控制部和所述第二通电控制部具备多个晶体管，
所述第一连接切换部以及所述第二连接切换部具备晶体管，
所述第一通电控制部以及所述第二通电控制部的晶体管与所述第一连接切换部以及所述第二连接切换部的晶体管搭载于同一封装模块内。
4.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
在将所述另一方的定子线圈部切换至串联连接时，所述第一通电控制部以及所述第二通电控制部使向所述另一方的定子线圈部的通电量发生变化。
5.如权利要求4所述的无刷电机，其特征在于，
在将所述另一方的定子线圈部切换至串联连接时，所述第一通电控制部以及所述第二通电控制部使得从切换前的通电量的目标值逐渐变化至切换后的通电量的目标值。
6.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述无刷电机是向车辆的转向轮施加转向操纵力的动力转向装置用无刷电机。
7.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述第一连接切换部或者所述第二连接切换部在所述第一通电控制部以及所述第二通电控制部为0A时，将所述另一方的定子线圈部切换至串联连接。
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