CN111512537B - 旋转电机装置 - Google Patents

Abstract

提供一种旋转电机装置，即使一个直流电源产生了故障，也能使旋转电机输出转矩，并能根据直流电源电压的变化，使旋转电机的特性适当变化。旋转电机装置(1)包括：对低电压的直流电力和高电压的直流电力进行切换并输出的电源切换机构(23)；在第1绕组连接状态、与绕组的感应电压常数变得比第1绕组连接状态要低的第2绕组连接状态之间对多相绕组的相互连接进行切换的绕组连接切换机构(24)；具备开关元件的逆变器(12)；以及对电源切换机构(23)进行切换驱动、对绕组连接切换机构(24)进行切换驱动、并对开关元件进行导通截止驱动的控制装置(25)。

Description

旋转电机装置

技术领域

本发明涉及使用了电压互不相同的两个直流电源的旋转电机装置。

背景技术

对于如上所述的旋转电机装置，例如，已知有下述专利文献1中所记载的技术。专利文献1的技术中，将两组三相绕组设于一个定子中，并设有两组逆变器以用于各三相绕组。即，设有第1定子绕组14、第1定子绕组14用的第1逆变器INV1、第2定子绕组16、第2定子绕组16用的第2逆变器INV2。向第2逆变器INV2提供高电压的第2电池22的直流电力。以在低转速时向第1逆变器INV1提供低电压的第1电池20的直流电力，在高转速时提供高电压的第2电池22的直流电力的方式，对开关进行切换来构成。另外，将第1及第2定子绕组14、16固定于Y接线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013-219868号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1的技术中，在高电压的第2电池22发生了故障的情况下，无法向第2逆变器INV2及第2定子绕组16提供直流电力，因此旋转电机的输出降低。另外，在高电压的第2电池22发生了故障的情况下，若以在高转速时向第1逆变器INV1提供高电压的第2电池22的直流电力的方式来切换开关，则不向第1逆变器INV1及第1定子绕组14提供直流电力，旋转电机的输出成为零。

另一方面，在低电压的第1电池20发生了故障的情况下，若以在低转速时向第1逆变器INV1提供第1电池20的直流电力的方式来切换开关，则不向第1逆变器INV1及第1定子绕组14提供直流电力，旋转电机的输出降低。因此，专利文献1的技术中，在一个直流电源发生了故障的情况下，存在旋转电机发生输出降低的问题。

另外，专利文献1的技术中，将第1定子绕组14固定于Y接线，因此，第1定子绕组14的感应电压常数成为固定值。因此，专利文献1的技术构成为，在第1定子绕组14中所产生的感应电压变低的低转速时，与其相匹配地提供低电压的第1电池20的直流电力，在第1定子绕组14中所产生的感应电压变高的高转速时，与其相匹配地提供高电压的第2电池22的直流电力。然而，如上所述，在第1或第2电池发生了故障的情况下，不能使电源电压与根据转速而变化的感应电压相匹配地进行变化，存在旋转电机的性能降低的问题。

因此，希望得到一种旋转电机装置，即使一个直流电源产生了故障，也能使旋转电机输出转矩，并能根据直流电源电压的变化，使旋转电机的特性适当变化。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所涉及的旋转电机装置包括：第1电源连接端子，该第1电源连接端子与第1直流电源连接；

第2电源连接端子，该第2电源连接端子与电压比所述第1直流电源要低的第2直流电源连接；

电源切换机构，该电源切换机构对提供给所述第1电源连接端子的直流电力、与提供给所述第2电源连接端子的直流电力进行切换并输出；

旋转电机主体，该旋转电机主体具有多相绕组；

绕组连接切换机构，该绕组连接切换机构在第1绕组连接状态、与绕组的感应电压常数变得比所述第1绕组连接状态要低的第2绕组连接状态之间对所述多相绕组的相互连接进行切换；

逆变器，该逆变器具备对从所述电源切换机构输出的直流电力、与提供给所述多相绕组的交流电力进行转换的开关元件；以及

控制装置，该控制装置对所述电源切换机构进行切换驱动，根据所述电源切换机构的切换状态来对所述绕组连接切换机构进行切换驱动，并基于所述电源切换机构的切换状态及所述绕组连接切换机构的切换状态，对所述开关元件进行导通截止驱动从而控制所述旋转电机主体。

发明效果

根据本申请所涉及的旋转电机装置，电源切换机构由于能切换成对高电压的第1直流电源的直流电力进行输出的状态、或对低电压的第2直流电源的直流电力进行输出的状态，因此，例如，在一个直流电源存在了异常的情况下，能使用另一个直流电源来使旋转电机装置动作。而且，由于将绕组连接切换机构根据电源切换机构的切换状态，切换成绕组的感应电压常数高的第1绕组连接状态、或绕组的感应电压常数低的第2绕组连接状态，因此能根据直流电压的变化，来使绕组的感应电压常数适当变化。而且，能根据直流电压的变化、及绕组的感应电压常数的变化，对逆变器的开关元件适当进行导通截止控制，从而控制旋转电机主体。因此，即使一个直流电源产生了故障，也能使旋转电机输出转矩，并能根据直流电源电压的变化，使旋转电机的特性适当变化。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的旋转电机装置的电路图。

图2是表示实施方式1所涉及的三相绕组的Y接线的图。

图3是表示实施方式1所涉及的三相绕组的Δ接线的图。

图4是实施方式1所涉及的绕组连接切换机构的电路图。

图5是实施方式1所涉及的电动助力转向装置的简要结构图。

图6是实施方式1所涉及的一体构成而得到的旋转电机装置的侧视图。

图7是实施方式1所涉及的一体构成而得到的旋转电机装置的侧视图。

图8是实施方式2所涉及的旋转电机装置的电路图。

图9是实施方式2所涉及的电动助力转向装置的简要结构图。

图10是实施方式1所涉及的一体构成而得到的旋转电机装置的侧视图。

图11是实施方式1所涉及的一体构成而得到的旋转电机装置的侧视图。

具体实施方式

实施方式1

参照附图对实施方式1所涉及的旋转电机装置1进行说明。图1是本实施方式所涉及的旋转电机装置1的电路图。

旋转电机装置1包括第1电源连接端子6a、第2电源连接端子6b、电源切换机构23、旋转电机主体2、绕组连接切换机构24、逆变器12及控制装置25。本实施方式中，旋转电机装置1搭载于车辆。将旋转电机主体2的驱动力设为车辆的转向装置的驱动力源，旋转电机装置1构成了电动助力转向装置，对此将在后面详细阐述。

＜电源连接端子＞

第1电源连接端子6a为与第1直流电源5a连接的连接端子。第2电源连接端子6b为与电压比第1直流电源5a要低的第2直流电源5b连接的连接端子。将第1及第2直流电源5a、5b设于旋转电机装置1的外部。将第1直流电源5a例如设为48V的直流电源，并设为锂离子充电电池等高电压电池、或对电池的输出电压进行降压或升压的直流电压。另外，将第2直流电源5b例如设为12V的铅蓄电池等。

第1及第2电源连接端子6a、6b分别包括正极侧端子和负极侧端子。第1电源连接端子6a的正极侧端子与第1直流电源5a的正极连接，第1电源连接端子6a的负极侧端子与第1直流电源5a的负极连接。第2电源连接端子6b的正极侧端子与第2直流电源5b的正极连接，第2电源连接端子6b的负极侧端子与第2直流电源5b的负极连接。

＜电源切换机构23＞

电源切换机构23为对从第1直流电源5a向第1电源连接端子6a提供的直流电力、与从第2直流电源5b向第2电源连接端子6b提供的直流电力进行切换并输出的切换机构。电源切换机构23包括第1输入端子231、第2输入端子232、输出端子233及输入有控制装置25的控制信号的驱动端子234。本实施方式中，电源切换机构23被设为电磁开关，包括可动触点235及驱动可动触点235的线圈236，线圈236的一端与驱动端子234连接。电源切换机构23通过控制装置25使对线圈236的通电状态产生变化来使可动触点235移动，从而对可动触点235连接了第1输入端子231和输出端子233的第1电源连接状态、与可动触点235连接了第2输入端子232和输出端子233的第2电源连接状态进行切换。另外，电源切换机构23可以构成为对多个开关元件进行组合。

第1输入端子231与第1电源连接端子6a的正极侧端子连接。另外，第1电源连接端子6a的负极侧端子与共用接地连接。第2输入端子232与第2电源连接端子6b的正极侧端子连接。另外，第2电源连接端子6b的负极侧端子与共用接地连接。

输出端子233与逆变器12的正极电线连接，将第1或第2直流电源的直流电力提供给逆变器12。另外，逆变器12的负极电线与共用接地连接。在输出端子233与逆变器12的正极电线之间的连接路径上设有低通滤波器电路30、电源继电器电路31及滤波电容器32。输出端子233还与控制装置25的电源电路8连接，将第1或第2直流电源5a、5b的直流电力提供给控制装置25。

＜旋转电机主体2＞

旋转电机主体2具有多相绕组14。本实施方式中，旋转电机主体2具有作为多相绕组14的U相、V相、W相的三相绕组Cu、Cv、Cw。设为在旋转电机主体2的定子上设有三相绕组Cu、Cv、Cw、在旋转电机主体2的转子上设有永磁体的永磁体同步旋转电机。

如图1及图4所示那样，U相绕组Cu的一端与后述的逆变器12的U相用的两个开关元件的连接点相连接，U相绕组Cu的另一端与绕组连接切换机构24的U相的切换开关24u连接。V相绕组Cv的一端与逆变器12的V相用的两个开关元件的连接点相连接，V相绕组Cv的另一端与绕组连接切换机构24的V相的切换开关24v连接。W相绕组Cw的一端与逆变器12的W相用的两个开关元件的连接点相连接，W相绕组Cw的另一端与绕组连接切换机构24的W相的切换开关24w连接。

旋转电机主体2包括用于检测转子的旋转角度(磁极位置)的旋转变压器、旋转编码器等旋转传感器13。将旋转传感器13的输出信号输入至控制装置25的输入电路9。

＜绕组连接切换机构24＞

绕组连接切换机构24为在第1绕组连接状态、与绕组的感应电压常数变得比第1绕组连接状态要低的第2绕组连接状态之间对多相绕组14的相互连接进行切换的切换机构。本实施方式中，将绕组连接切换机构24设为在作为第1绕组连接状态的Y接线、与作为第2绕组连接状态的Δ接线之间对三相绕组Cu、Cv、Cw的相互连接进行切换的切换机构。

另外，Y接线成为如图2所示那样的接线，U相绕组Cu的另一端、V相绕组Cv的另一端及W相绕组Cw的另一端相互连接，U相绕组Cu的一端、V相绕组Cv的一端及W相绕组Cw的一端与分别对应的相的开关元件连接。Δ接线成为如图3所示那样的接线，U相绕组Cu的另一端与V相绕组Cv的一端连接，V相绕组Cv的另一端与W相绕组Cw的一端连接，W相绕组Cw的另一端与U相绕组Cu的一端连接，U相绕组Cu的一端、V相绕组Cv的一端及W相绕组Cw的一端与分别对应的相的开关元件连接。

Y接线的感应电压常数比Δ接线的感应电压常数要变大√3倍(1.732倍)。Y接线的线间绕组的电阻比Δ接线的线间绕组的电阻要变大3倍。

如图1及图4所示那样，绕组连接切换机构24具有U相的切换开关24u、V相切换开关24v及W相的切换开关24w。各相的切换开关24u、24v及24w包括第1输入端子241、第2输入端子242、输出端子243及输入有控制装置25的控制信号的驱动端子244。本实施方式中，各相的切换开关被设为电磁开关，包括可动触点245及驱动可动触点245的线圈246，线圈246的一端与驱动端子244连接。另外，绕组连接切换机构24可以构成为对多个开关元件进行组合。

U相切换开关24u的输出端子243与U相绕组Cu的另一端连接。U相的切换开关24u的第2输入端子242与V相绕组Cv的一端连接以形成Δ接线。将U相的切换开关24u的第1输入端子241、V相的切换开关24v的第1输入端子241、及W相的切换开关24w的第1输入端子241相互连接，并使三相绕组Cu、Cv、Cw的另一端相互短路，以形成Y接线。

V相的切换开关24v的输出端子243与V相绕组Cv的另一端连接。V相的切换开关24v的第2输入端子242与W相绕组Cw的一端连接以形成Δ接线。W相的切换开关24w的输出端子243与W相绕组Cw的另一端连接。W相的切换开关24w的第2输入端子242与U相绕组Cu的一端连接以形成Δ接线。

U相、V相、W相的切换开关24u、24v、24w的每一个通过控制装置25使对各线圈246的通电状态产生变化来使各可动触点245移动，从而对各可动触点245连接第1输入端子241和输出端子243的第1绕组连接状态(Y接线)、与各可动触点245连接第2输入端子242和输出端子243的第2绕组连接状态(Δ接线)进行切换。

本实施方式中，在以中间占空比(例如为50％)与各线圈246通电的情况下，可动触点245移动至与第1输入端子241及第2输入端子242均不连接的中间位置，成为中立的绕组连接状态。该状态下，三相绕组Cu、Cv、Cw的另一端成为断开状态，与逆变器12的开关元件的导通截止状态无关，在三相绕组Cu、Cv、Cw中没有电流流过。

＜逆变器12＞

逆变器12是一种包括了开关元件的功率转换装置，该开关元件对从电源切换机构23所输出的直流电力、与提供给旋转电机主体2的多相绕组14的交流电力进行转换。逆变器12与三相绕组的各相相对应地设有三组串联电路，该串联电路串联连接有与正极电线连接的正极侧的开关元件121、及与负极电线连接的负极侧的开关元件122。正极电线与直流电源的正极端子侧(本例中，电源切换机构23的输出端子233)连接，负极电线与直流电源的负极端子侧(本例中，共用接地)连接。各相用的两个开关元件121、122的连接点与对应的相的绕组连接。对于开关元件，使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、反向并联连接有二极管的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等。

各相的串联电路中串联连接有作为电流传感器123的分流电阻123。将各分流电阻123的两端电位差作为电流传感器123的输出信号输入至控制装置25的输入电路9(未图示)。各开关元件的栅极端子与控制装置25的输出电路11连接。因此，各开关元件由从控制装置25的输出电路11输出的控制信号来导通或截止。包括用于对提供给逆变器12的直流电压进行检测的电源电压传感器，将电源电压传感器的输出信号输入至控制装置25的输入电路9(未图示)。

＜控制装置25＞

控制装置25对电源切换机构23、绕组连接切换机构24及逆变器12进行控制。控制装置25的各控制由控制装置25所具备的处理电路来实现。具体而言，控制装置25包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等运算处理装置10、存储装置33、将外部信号输入至运算处理装置10的输入电路9、将信号从运算处理装置10输出至外部的输出电路11及向控制装置25的各部提供电力的电源电路8。

作为运算处理装置10，可以包括ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路及各种信号处理电路等。另外，作为运算处理装置10，也可以包括多个同种类或不同种类的运算处理装置来分担执行各处理。作为存储装置33，包括构成为能从运算处理装置10读取数据及写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及构成为能从运算处理装置10读取数据的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。输入电路9与旋转传感器13、电流传感器123、电源电压传感器(未图示)、转向传感器17、车辆信号22等各种传感器及信号线连接，并具备将这些传感器及信号线的信号输入至运算处理装置10的A/D转换器等。输出电路11与逆变器12的各开关元件的栅极端子、电源切换机构23的驱动端子234、绕组连接切换机构24的驱动端子244、电源继电器电路31等电负载连接，包括将控制信号从运算处理装置10输出至这些电负载的驱动电路等。

控制装置25的各控制通过运算处理装置10执行存储于存储装置33的软件(程序)，并与存储装置33、输入电路9、输出电路11及电源电路8等控制装置25的其它硬件进行协同来实现。

＜技术问题说明＞

若仅使用一个直流电源来作为旋转电机装置1的电源，则在一个直流电源产生了异常的情况下，不能进行旋转电机的动作。因此，优选使用两个直流电源来作为旋转电机装置1的电源。然而，在两个直流电源的电压互不相同的情况下，若与电压较高的直流电源相匹配地设定绕组的感应电压常数，则会在使用电压较低的直流电源的情况下产生缺点，反之，若与电压较低的直流电源相匹配地设定绕组的感应电压常数，则会在使用电压较高的直流电源的情况下产生缺点。因此，在切换使用两个直流电源的情况下，优选使绕组的感应电压常数与切换后的直流电源的电压相匹配地变化。

下面，对直流电源的电压和绕组的感应电压常数之间的关系进行更详细地说明。

如下式所示，Y接线的感应电压常数(也称为反电动势常数)KeY比Δ接线的感应电压常数KeΔ要变大√3倍(1.732倍)。Y接线的线间绕组的电阻RY比Δ接线的线间绕组的电阻RΔ要变大3倍。

KeY＝√3×KeΔ···(1)

RY＝3×RΔ

然而，通常，如下式所示，绕组中产生的感应电压Ve[V]成为将转子的转速ω[rad/s]与感应电压常数Ke[V·s/rad]相乘后得到的值。

Ve＝Ke×ω···(2)

另外，如下式所示，流过绕组的电流I[A]成为将从施加给绕组的施加电压Va[V]中减去感应电压Ve[V]后得到的值，除以绕组的电阻R[Ω]后得到的值。

I＝(Va-Ve)/R···(3)

如下式所示，旋转电机主体2的输出转矩T[N·m]成为将流过绕组的电流I[A]与转矩常数Kt[N·m/A]相乘后得到的值。另外，感应电压常数Ke与转矩常数Kt成正比。

T＝Kt×I···(4)

Kt＝β×Ke

感应电压常数Ke与转矩常数Kt成正比，因此感应电压常数Ke越大，则用于产生相同转矩T所需要的电流I越小即可。因此，感应电压常数Ke越大，则在抑制设备无用的发热、提高设备的可靠性上更为有利。

另一方面，在某个转速ω，感应电压常数Ke、绕组的电阻R越大，则用于使某个电流I流过绕组所需要的施加电压Va变得越大。因此，在将绕组设为Y接线、感应电压常数Ke、绕组的电阻R变大的状态下，若电源电压变低，则能流过相同电流的动作范围(转速与转矩的组合范围)变窄，旋转电机的特性下降。

因此，若假设构成为选择性地使用电压互不相同的两个直流电源，并与电压较低的直流电源相匹配地使用感应电压常数小的固定连接的绕组(例如，Δ接线的绕组)，则在使用电压较高的直流电源来动作时，虽然旋转电机的特性没有下降，但电流相对于电压而变大，会产生导致设备无用的发热、设备的可靠性下降这样的问题。反之，若与电压较高的直流电源相匹配地使用感应电压常数大的固定连接的绕组(例如，Y接线的绕组)，则在使用电压较低的直流电源来动作时，当要输出高转矩时，会产生电压不足、旋转电机的特性下降这样的问题。因此，优选根据直流电源的切换而切换成具有适当感应电压常数的绕组连接。

＜绕组连接的切换控制＞

因此，本实施方式中，控制装置25对电源切换机构23进行切换驱动，根据电源切换机构23的切换状态来对绕组连接切换机构24进行切换驱动，并基于电源切换机构23的切换状态及绕组连接切换机构24的切换状态，来对逆变器12的开关元件进行导通截止驱动从而控制旋转电机主体2。

根据该结构，将电源切换机构23切换成对高电压的第1直流电源5a的直流电力进行输出的第1电源连接状态、或对低电压的第2直流电源5b的直流电力进行输出的第2电源连接状态，因此，例如，在一个直流电源存在异常的情况下，能使用另一个直流电源来使旋转电机装置1动作。而且，由于将绕组连接切换机构24根据电源切换机构23的切换状态，切换成绕组的感应电压常数高的第1绕组连接状态、或绕组的感应电压常数低的第2绕组连接状态，因此能根据直流电压的变化，来使绕组的感应电压常数适当变化。而且，能根据直流电压的变化、及绕组的感应电压常数的变化，对逆变器12的开关元件适当进行导通截止控制，从而控制旋转电机主体2。

本实施方式中，构成为在将电源切换机构23切换驱动成高电压的第1电源连接端子6a侧的连接的情况下，控制装置25对绕组连接切换机构24进行切换驱动，以使得三相绕组成为感应电压常数高的第1绕组连接状态(本例中，Y接线)。另一方面，在将电源切换机构23切换驱动成低电压的第2电源连接端子6b侧的连接的情况下，控制装置25对绕组连接切换机构24进行切换驱动，以使得三相绕组成为感应电压常数低的第2绕组连接状态(本例中，Δ接线)。

根据该结构，在使用了高电压的第1直流电源5a的情况下，将绕组的感应电压常数设高，因此能降低用于产生相同转矩所需要的电流，能抑制设备的发热、提高设备的可靠性。另一方面，在使用了低电压的第2直流电源5b的情况下，将绕组的感应电压常数设低，因此即使在输出高转矩的情况下，也能抑制电压不足的产生，并能抑制旋转电机的特性的下降。因此，即使将直流电源切换成高电压或低电压，也能适当切换绕组的感应电压常数，使旋转电机良好地进行动作。

在判定出第1直流电源5a产生了异常的情况下，控制装置25将电源切换机构23切换驱动成第2电源连接状态，在判定出第2直流电源5b产生了异常的情况下，控制装置25将电源切换机构23切换驱动成第1电源连接状态。另一方面，在判定出第1及第2的直流电源5a、5b中均未产生异常的情况下，控制装置25将电源切换机构23切换驱动成预先设定为第1电源连接状态及第2电源连接状态中的某一个的初始连接状态。

通过使向电源切换机构23的驱动端子234的控制信号导通或截止，从而控制装置25将电源切换机构23切换成第1电源连接状态或第2电源连接状态。通过使向绕组连接切换机构24的驱动端子244的控制信号导通或截止，从而控制装置25将绕组连接切换机构24切换成第1绕组连接状态或第2绕组连接状态。本实施方式中，在判断出逆变器12等旋转电机装置1的控制系统发生了故障的情况下，控制装置25通过以中间占空比(例如，50％)对向绕组连接切换机构24的驱动端子244的控制信号进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)驱动，从而将绕组连接切换机构24切换成不是第1及第2绕组连接状态的中立的绕组连接状态。由此，能防止因绕组的短路而导致的发电制动的发生。

控制装置25基于转矩指令、旋转速度、电源切换机构23的切换状态(直流电压)、及绕组连接切换机构24的切换状态，来计算三相绕组的电流指令。此时，与相同的转矩指令相对应的电流指令根据绕组的感应电压常数的变化、直流电压的变化而变化，因此控制装置25根据绕组连接切换机构24的切换状态、电源切换机构23的切换状态，对基于转矩指令的三相绕组的电流指令的计算所用的设定数据及设定方法的一方或双方进行切换。

本实施方式中，控制装置25构成为基于根据转矩传感器17的输出信号而检测出的转向转矩及车辆信号22(例如，车速)，来计算对转向机构进行辅助的转矩指令。

控制装置25进行使施加于三相绕组的电压指令变化以使得三相绕组的电流检测值接近三相绕组的电流指令的电流反馈控制。在dq轴的旋转坐标系上进行三相绕组的电流指令的设定、电流反馈控制。dq轴旋转坐标系是由在设于转子的永磁体的N极方向(磁极位置)上决定的d轴、及在电气角上比d轴前进了90°(π/2)的方向上决定的q轴构成的、与转子的电气角上的旋转同步地进行旋转的2轴旋转坐标系。

另外，控制装置25基于旋转传感器13的输出信号对转子的转速及旋转角度(磁极位置)进行检测，基于电流传感器123的输出信号对流过三相绕组的电流进行检测，并基于电压传感器的输出信号对提供给逆变器12的直流电压进行检测。

控制装置25基于三相绕组的电压指令、及电源切换机构23的切换状态(直流电压)来执行对各开关元件进行导通截止控制的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制。控制装置25对各相的电压指令、与以直流电压的振幅振动的载波(三角波)进行比较，基于比较结果生成各相的导通截止控制信号，并输出至对应的开关元件的栅极端子。

＜电动助力转向装置＞

如上所述，将旋转电机主体2的驱动力设为车辆的转向装置的驱动力源，旋转电机装置1被组装于电动助力转向装置。如图5所示，驾驶员操作的方向盘15上连结有转向轴16。转向轴16上安装有对驾驶员的转向角及转向转矩的一方或双方进行检测的转向传感器17。作为转向轮的前轮18a、18b的转向节臂19a、19b上连接有与齿条轴20连结的连杆21a、21b，齿条轴20的动作经由连杆21a、21b和转向节臂19a、19b传递至前轮18a、18b，从而对前轮18a、18b进行转向。齿条轴20上安装有作为转向电动机的旋转电机装置1，旋转电机装置1的输出转矩成为使齿条轴20动作的动力。旋转电机装置1基于转向传感器17的输出信号和车速等车辆信号，对旋转电机的输出转矩进行控制，从而根据驾驶员的操作进行转向。

＜一体构成的旋转电机装置1＞

如图6及图7所示，将第1电源连接端子6a、第2电源连接端子6b、电源切换机构23、旋转电机主体2、绕组连接切换机构24、逆变器12及控制装置25一体构成。图6是一体构成而得到的旋转电机装置1的侧视图。图7是观察旋转电机装置1的连接端子侧的侧视图。输出转子的驱动力的输出轴3从旋转电机主体2向轴向的一侧突出。输出轴3通过齿轮机构等与齿条轴20等动力传递机构连结。旋转电机主体2的轴向的另一侧上设有逆变器12、控制装置25、电源切换机构23及绕组连接切换机构24等驱动装置4。旋转电机主体2及驱动装置4收纳于圆筒状的壳体内。第1电源连接端子6a的连接器、第2电源连接端子6b的连接器及转向传感器17和车辆信号22用的信号连接器7从驱动装置4向轴向的另一侧突出。

实施方式2

对实施方式2所涉及的旋转电机装置1进行说明。对与上述实施方式1相同的结构部分省略说明。本实施方式所涉及的旋转电机装置1的基本结构与实施方式1相同，但在设有两组多相绕组、绕组连接切换机构及逆变器这一点上有所不同。

＜第1组和第2组绕组＞

图8是本实施方式所涉及的旋转电机装置1的电路图。一个旋转电机主体2的定子上设有第1组多相绕组14a及第2组多相绕组14b。与实施方式相同地，将第1组多相绕组14a设为三相绕组Cua、Cva、Cwa，将第2组多相绕组14b设为三相绕组Cub、Cvb、Cwb。

＜第1组及第2组的绕组连接切换机构＞

旋转电机装置1包括：在第1绕组连接状态与第2绕组连接状态之间对第1组三相绕组的相互连接进行切换的第1组绕组连接切换机构24a；以及在第1绕组连接状态和第2绕组连接状态之间对第2组三相绕组的相互连接进行切换的第2组绕组连接切换机构24b。与实施方式相同地，第1组绕组连接切换机构24a在作为第1绕组连接状态的Y接线与作为第2绕组连接状态的Δ接线之间对第1组三相绕组的相互连接进行切换。第2组绕组连接切换机构24b在作为第1绕组连接状态的Y接线与作为第2绕组连接状态的Δ接线之间对第2组三相绕组的相互连接进行切换。各组的绕组连接切换机构24a、24b的基本结构与实施方式1的绕组连接切换机构24相同因此省略说明。

＜第1组及第2组逆变器＞

旋转电机装置1包括对提供给第1组多相绕组14a的电力进行转换的第1组逆变器12a、及对提供给第2组多相绕组14b的电力进行转换的第2组逆变器12b。各组逆变器为与实施方式1的逆变器相同的结构，因此省略说明。

＜电源切换机构＞

电源切换机构23仅设有一个，从电源切换机构23输出的直流电力并联提供给第1组逆变器12a和第2组逆变器12b、以及第1组控制装置25a和第2组控制装置25b。电源切换机构23由第1组控制装置25a或第2组控制装置25b进行切换驱动。

电源切换机构23的驱动端子234(本例中，线圈236的一端)与第1组控制装置25a的输出电路11a、以及第2组的控制装置25b的输出电路11b并联连接。电源切换机构23的驱动端子234与第1组控制装置25a之间的连接线上设有第1组继电器电路34a，对电源切换机构23的驱动端子234与第1组控制装置25a之间的连接进行导通截止。第1组继电器电路34a的驱动端子与第1组控制装置25a的输出电路11a连接，由第1组的控制装置25a的输出信号进行导通截止。相同地，电源切换机构23的驱动端子234与第2组控制装置25b之间的连接线上设有第2组继电器电路34b，对电源切换机构23的驱动端子234与第2组控制装置25b之间的连接进行导通截止。第2组继电器电路34b的驱动端子与第2组控制装置25b的输出电路11b连接，由第2组控制装置25b的输出信号进行导通截止。可以将第1组及第2组继电器电路34a、34b设为电磁继电器，也可以设为FET等开关元件。

另外，电源切换机构23也可以进行双工。即，可以设置对提供给第1组逆变器12a和第1组控制装置25a的直流电力进行切换的第1组电源切换机构、以及对提供给第2组逆变器12b和第2组控制装置25b的直流电力进行切换的第2组电源切换机构，也可以由各组的电源切换机构对应的组的控制装置来控制。

电源切换机构23的输出端子233与第1组逆变器12a的正极电线之间的连接路径上，设有第1组低通滤波器电路30a、第1组电源继电器电路31a、及第1组滤波电容器32a。电源切换机构23的输出端子233与第2组逆变器12b的正极电线之间的连接路径上，设有第2组低通滤波器电路30b、第2组电源继电器电路31b、及第2组滤波电容器32b。

＜各种传感器的双工＞

另外，各种传感器也进行双工。例如，旋转电机装置1包括第1组旋转传感器13a、第2组旋转传感器13b、第1组电流传感器123、第2组电流传感器123、第1组电源电压传感器(未图示)、第2组电源电压传感器(未图示)。另外，将第1组转向传感器17a的输出信号、第2组的转向传感器17b的输出信号输入至旋转电机装置1。另外，将第1组用的车辆信号22a、及第2组用的车辆信号22b输入至旋转电机装置1。将各组的各种传感器的输出信号输入至对应组的控制装置。

＜第1组及第2组控制装置＞

旋转电机装置1包括对第1组逆变器12a及第1组绕组连接切换机构24a进行控制的第1组控制装置25a、与对第2组逆变器12b及第2组绕组连接切换机构24b进行控制的第2组控制装置25b。第1组控制装置25a包括第1组运算处理装置10a、第1组存储装置33a、第1组输入电路9a、第1组输出电路路11a及第1组电源电路8a。第2组控制装置25b包括第2组运算处理装置10b、第2组存储装置33b、第2组输入电路9b、第2组输出电路11b及第2组电源电路8b。第1组控制装置25a和第2组控制装置25b构成为经由通信线来相互通信。各组的控制装置25a、25b的基本结构与实施方式1的控制装置25相同因此省略说明。

＜电源切换机构的控制＞

第1组控制装置25a及第2组控制装置25b对电源切换机构23进行切换驱动。在第1组控制装置25a产生了异常的情况下，第2组控制装置25b将第2组继电器电路34b驱动为导通，与实施方式1相同地，对电源切换机构23进行切换驱动。另外，在第1组控制装置25a产生了异常的情况下，第1组继电器电路34a被截止。在第2组控制装置25b产生了异常的情况下，第1组控制装置25a将第1组继电器电路34a驱动为导通，与实施方式1相同地，对电源切换机构23进行切换驱动。另外，在第2组控制装置25b产生了异常的情况下，第2组继电器电路34b被截止。

第1组控制装置25a和第2组控制装置25b彼此进行通信，对对方是否产生了异常进行判定。另外，在第1组控制装置25a及第2组控制装置25b双方未产生异常的情况下，预先设定好的一组控制装置对电源切换机构23进行切换驱动。

＜绕组连接状态的切换＞

第1组控制装置25a与实施方式1相同地，对第1组绕组连接切换机构24a进行切换驱动以使得第1组三相绕组成为第1绕组连接状态(Y接线)或第2绕组连接状态(Δ接线)，并基于电源切换机构23的切换状态、及第1组绕组连接切换机构24a中的第1组三相绕组的切换状态，对第1组的逆变器12a的开关元件进行导通截止驱动。

同样地，第2组控制装置25b对第2组绕组连接切换机构24b进行切换驱动以使得第2组三相绕组成为第1绕组连接状态(Y接线)或第2绕组连接状态(Δ接线)，并基于电源切换机构23的切换状态、及第2组绕组连接切换机构24b中的第2组三相绕组的切换状态，对第2组的逆变器12b的开关元件进行导通截止驱动。

第1组控制装置25a与实施方式1相同地，在将电源切换机构23切换驱动成高电压的第1电源连接端子6a侧的连接的情况下，对第1组绕组连接切换机构24a进行切换驱动以使得第1组三相绕组成为第1绕组连接状态(Y接线)，在将电源切换机构23切换驱动成低电压的第2电源连接端子6b侧的连接的情况下，对第1组绕组连接切换机构24a进行切换驱动以使得第1组三相绕组成为第2绕组连接状态(Δ接线)。

第2组控制装置25b与实施方式1相同地，在将电源切换机构23切换驱动成高电压的第1电源连接端子6a侧的连接的情况下，对第2组绕组连接切换机构24b进行切换驱动以使得第2组三相绕组成为第1绕组连接状态(Y接线)，在将电源切换机构23切换驱动成低电压的第2电源连接端子6b侧的连接的情况下，对第2组绕组连接切换机构24b进行切换驱动以使得第2组三相绕组成为第2绕组连接状态(Δ接线)。

＜第1组逆变器的控制＞

第1组控制装置25a与实施方式1相同地，基于第1组转矩指令、转速、电源切换机构23的切换状态(直流电压)及第1组绕组连接切换机构24a的切换状态，来计算第1组三相绕组的电流指令。此时，与相同的第1组转矩指令相对应的第1组电流指令根据绕组的感应电压常数的变化、直流电压的变化而变化，因此第1组控制装置25a根据第1组绕组连接切换机构24a的切换状态、电源切换机构23的切换状态，对基于第1组转矩指令的第1组三相绕组的电流指令的计算所用的设定数据及设定方法的一方或双方进行切换。

第1组控制装置25a构成为基于根据第1组转向传感器17a的输出信号而检测出的转向转矩及第1组用的车辆信号22a(例如，车速)，来计算对转向机构进行辅助的第1组转矩指令。

第1组控制装置25a进行使施加于第1组三相绕组的电压指令变化以使得第1组三相绕组的电流检测值接近第1组三相绕组的电流指令的电流反馈控制。在dq轴的旋转坐标系上进行第1组三相绕组的电流指令的设定、电流反馈控制。

另外，第1组控制装置25a基于第1组旋转传感器13a的输出信号对转子的转速及旋转角度(磁极位置)进行检测，基于第1组电流传感器123的输出信号对流过第1组三相绕组的电流进行检测，并基于第1组电压传感器的输出信号对提供给第1组逆变器12a的直流电压进行检测。

第1组控制装置25a基于第1组三相绕组的电压指令、及电源切换机构23的切换状态(直流电压)来执行对第1组的各开关元件进行导通截止控制的PWM控制。第1组控制装置25a对第1组的各相的电压指令、与以直流电压的振幅振动的载波(三角波)进行比较，基于比较结果生成第1组的各相的导通截止控制信号，并输出至对应的第1组的开关元件的栅极端子。

＜第2组逆变器的控制＞

第2组控制装置25b与实施方式1相同地，基于第2组转矩指令、转速、电源切换机构23的切换状态(直流电压)及第2组绕组连接切换机构24b的切换状态，来计算第2组三相绕组的电流指令。此时，与相同的第2组转矩指令相对应的第2组电流指令根据绕组的感应电压常数的变化、直流电压的变化而变化，因此第2组控制装置25b根据第2组绕组连接切换机构24b的切换状态、电源切换机构23的切换状态，对基于第2组转矩指令的第2组三相绕组的电流指令的计算所用的设定数据及设定方法的一方或双方进行切换。

第2组控制装置25b构成为基于根据第2组转向传感器17b的输出信号而检测出的转向转矩及第2组用的车辆信号22b(例如，车速)，来计算对转向机构进行辅助的第2组转矩指令。

第2组控制装置25b进行使施加于第2组三相绕组的电压指令变化以使得第2组三相绕组的电流检测值接近第2组三相绕组的电流指令的电流反馈控制。在dq轴的旋转坐标系上进行第2组三相绕组的电流指令的设定、电流反馈控制。

另外，第2组控制装置25b基于第2组旋转传感器13b的输出信号对转子的转速及旋转角度(磁极位置)进行检测，基于第2组电流传感器123的输出信号对流过第2组三相绕组的电流进行检测，并基于第2组电压传感器的输出信号对提供给第2组逆变器12b的直流电压进行检测。

第2组控制装置25b基于第2组三相绕组的电压指令、及电源切换机构23的切换状态(直流电压)来执行对第2组的各开关元件进行导通截止控制的PWM控制。第2组控制装置25b对第2组的各相的电压指令、与以直流电压的振幅振动的载波(三角波)进行比较，基于比较结果生成第2组的各相的导通截止控制信号，并输出至对应的第2组的开关元件的栅极端子。

＜电动助力转向装置＞

与实施方式1相同地，将旋转电机主体2的驱动力设为车辆的转向装置的驱动力源，旋转电机装置1被组装于电动助力转向装置。如图9所示，与实施方式1不同，转向轴16上安装有对驾驶员的转向角及转向转矩的一方或双方进行检测的第1组转向传感器17a及第2组转向传感器17b。

＜一体构成的旋转电机装置1＞

如图10及图11所示，将第1电源连接端子6a、第2电源连接端子6b、电源切换机构23、旋转电机主体2、绕组连接切换机构24、逆变器12及控制装置25一体构成。图10是一体构成而得到的旋转电机装置1的侧视图。图11是观察旋转电机装置1的连接端子侧的图。输出转子的驱动力的输出轴3从旋转电机主体2向轴向的一侧突出。输出轴3通过齿轮机构等与齿条轴20等动力传递机构连结。旋转电机主体2的轴向的另一侧设有第1组逆变器及第2组逆变器、第1组控制装置及第2组控制装置、电源切换机构23、以及第1组绕组连接切换机构及第2组绕组连接切换机构等驱动装置4。旋转电机主体2及驱动装置4收纳于圆筒状的壳体内。第1电源连接端子6a的连接器、第2电源连接端子6b的连接器、第1组转向传感器17a和第1组用的车辆信号22a的信号连接器7a、以及第2组转向传感器17b和第2组用的车辆信号22b的信号连接器7b从驱动装置4向轴向的另一侧突出。

根据实施方式2，在一个直流电源存在异常的情况下，能使用另一个直流电源来使旋转电机装置1动作。另外，即使将直流电源切换成高电压或低电压，也能适当切换各组绕组的感应电压常数，使旋转电机良好地进行动作。设有两组三相绕组、绕组连接切换机构、逆变器及控制装置等来进行双工，因此即使其中一组产生异常，在适当切换了另一组绕组的感应电压常数的状态下，也能通过另一组的绕组使旋转电机输出转矩。因此，旋转电机的功能没有完全消失，能进一步提高设备的可靠性。

[其它实施方式]

最后，对本申请的其它实施方式进行说明。另外，下面说明的各实施方式的结构并不限于分别单独地进行应用，只要不产生矛盾，也能与其它实施方式的结构相组合来进行应用。

(1)上述各实施方式中，以将第1直流电源5a设为48V的直流电源，将第2直流电源5b设为12V的直流电源的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，只要第2直流电源5b的电压低于第1直流电源5a的电压，则可以将第1直流电源5a的电压、第2直流电源5b的电压设为任意电压。

(2)上述各实施方式中，以构成为在第1直流电源5a或第2直流电源5b产生了异常的情况下，将电源切换机构23切换成对未产生异常的直流电源的连接的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，控制装置基于其它条件，可以构成为切换电源切换机构23。例如，控制装置可以构成为在判定出旋转电机的转速为比预先设定好的判定转速要低的低转速的情况下，将电源切换机构23切换驱动成低电压的第2电源连接状态，并将绕组连接切换机构24切换驱动成感应电压常数低的第2绕组连接状态(Δ接线)。控制装置还可以构成为在判定出旋转电机的转速为比判定转速要高的高转速的情况下，将电源切换机构23切换驱动成高电压的第1电源连接状态，并将绕组连接切换机构24切换驱动成感应电压常数高的第1绕组连接状态(Y接线)。或者，控制装置还可以构成为在判定出第1直流电源5a或第2直流电源5b的充电量下降了的情况下，将电源切换机构23切换成对充电量未下降的直流电源的连接。

(3)上述各实施方式中，以构成为绕组连接切换机构24在作为第1绕组连接状态的Y接线、与作为第2绕组连接状态的Δ接线之间进行切换的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，作为第1绕组连接状态，绕组连接切换机构24可以切换到除绕组的感应电压常数变高的Y接线以外的接线，而作为第2绕组连接状态，绕组连接切换机构24可以切换到除绕组感应电压常数变低的Δ接线以外的接线。

(4)上述各实施方式中，以将旋转电机主体2的驱动力设为车辆的转向装置的驱动力源的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，旋转电机主体2的驱动力可以设为其它装置的驱动力源，例如设为车轮的驱动力源等。或者，将旋转电机装置1作为发电机来起作用，可以将旋转电机装置1发电得到的电力提供给由电源切换机构23切换而得到的第1直流电源5a或第2直流电源5b。

(5)上述实施方式2中，以作为控制装置设有第1组控制装置25a及第2组控制控制25b、并设有两个运算处理装置(CPU)的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，可以构成为由设了一个运算处理装置(CPU)的一个控制装置控制两组的逆变器及绕组连接切换机构。

(6)上述各实施方式中，以将旋转电机装置1一体构成的情况为例进行了说明。然而，本申请的实施方式并不限于此。即，旋转电机装置1的各部分可以为任意的组合，也可以单独构成为多个单元。

本申请虽然记载了各种示例性的实施方式以及实施例，但是1个或多个实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不仅限于适用特定的实施方式，也可以单独适用于实施方式，或者进行各种组合来适用于实施方式。因此，可以认为未例示出的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为也包含对至少1个结构要素进行变形、追加或者省略的情况、以及提取至少1个结构要素并与其它实施方式的结构要素进行组合的情况。

标号说明

1 旋转电机装置，

2 旋转电机主体，

12 逆变器，

23 电源切换机构，

24 绕组连接切换机构，

25 控制装置，

5a 第1直流电源，

5b 第2直流电源，

6a 第1电源连接端子，

6b 第2电源连接端子。

Claims (4)

1.一种旋转电机装置，其特征在于，包括：

第1电源连接端子，该第1电源连接端子与第1直流电源连接；

第2电源连接端子，该第2电源连接端子与电压比所述第1直流电源要低的第2直流电源连接；

电源切换机构，该电源切换机构对提供给所述第1电源连接端子的直流电力、与提供给所述第2电源连接端子的直流电力进行切换并输出；

旋转电机主体，该旋转电机主体具有多相绕组；

绕组连接切换机构，该绕组连接切换机构在第1绕组连接状态、与绕组的感应电压常数变得比所述第1绕组连接状态要低的第2绕组连接状态之间对所述多相绕组的相互连接进行切换；

逆变器，该逆变器具备对从所述电源切换机构输出的直流电力、与提供给所述多相绕组的交流电力进行转换的开关元件；以及

控制装置，该控制装置对所述电源切换机构进行切换驱动，根据所述电源切换机构的切换状态来对所述绕组连接切换机构进行切换驱动，并基于所述电源切换机构的切换状态及所述绕组连接切换机构的切换状态，对所述开关元件进行导通截止驱动从而控制所述旋转电机主体，

所述控制装置

在将所述电源切换机构切换驱动成所述第1电源连接端子侧的连接的情况下，对所述绕组连接切换机构进行切换驱动，以使得所述多相绕组成为所述第1绕组连接状态，

在将所述电源切换机构切换驱动成所述第2电源连接端子侧的连接的情况下，对所述绕组连接切换机构进行切换驱动，以使得所述多相绕组成为所述第2绕组连接状态，

所述旋转电机主体具有三相绕组以作为所述多相绕组，

所述绕组连接切换机构为在作为所述第1绕组连接状态的Y接线、与作为所述第2绕组连接状态的Δ接线之间对所述三相绕组的相互连接进行切换的切换机构。

2.如权利要求1所述的旋转电机装置，其特征在于，

设有两组所述多相绕组、所述绕组连接切换机构及所述逆变器，

各相的所述绕组连接切换机构在所述第1绕组连接状态和所述第2绕组连接状态之间对对应组的所述多相绕组的相互连接进行切换，

所述控制装置对所述电源切换机构进行切换驱动，并对各组的所述绕组连接切换机构进行切换驱动，以使得各组的所述多相绕组成为所述第1绕组连接状态或所述第2绕组连接状态，并且，所述控制装置基于所述电源切换机构的切换状态、以及各组的所述绕组连接切换机构中的各组的所述多相绕组的切换状态，对各组的所述开关元件进行导通截止驱动从而控制所述旋转电机主体，

所述控制装置

在将所述电源切换机构切换驱动成所述第1电源连接端子侧的连接的情况下，对各组的所述绕组连接切换机构进行切换驱动，以使得各组的所述多相绕组成为所述第1绕组连接状态，

在将所述电源切换机构切换驱动成所述第2电源连接端子侧的连接的情况下，对各组的所述绕组连接切换机构进行切换驱动，以使得各组的所述多相绕组成为所述第2绕组连接状态，

所述旋转电机主体具有三相绕组以作为各组的所述多相绕组，

各组的所述绕组连接切换机构为在作为所述第1绕组连接状态的Y接线、与作为所述第2绕组连接状态的Δ接线之间对对应组的所述三相绕组的相互连接进行切换的切换机构。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机装置，其特征在于，

将所述旋转电机主体的驱动力设为车辆的转向装置的驱动力源。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机装置，其特征在于，

将所述第1电源连接端子、所述第2电源连接端子、所述电源切换机构、所述旋转电机主体、所述绕组连接切换机构、所述逆变器及所述控制装置一体构成。