JP2013223298A

JP2013223298A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013223298A
Application number: JP2012092188A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Shibata; 由之柴田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP5987432B2

Abstract

【課題】冗長性を確保しつつ運転領域を拡大することができる回転電機を提供する。
【解決手段】通常時には、第１の運転状態と第２の運転状態との間でモータの運転状態を切り替えることができる。第１の運転状態では、第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂのすべてを使用することにより、低回転および高トルクが得られる。第２の運転状態では、第１のコイル群１６Ａのみを使用するので、第１の運転状態に比べて、高回転および低トルクが得られる。また、第１の駆動回路４１の異常が検出される場合には第２の駆動回路４２を使用して、逆に第２の駆動回路４２の異常が検出される場合には第１の駆動回路４１を使用してモータを駆動させることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータなどの回転電機に関する。

従来、特許文献１に記載されるように、高速回転用および低速回転用の２種類のコイルを備えたモータが存在する。２種類のコイルを切り替えることにより、モータの運転領域（回転速度の制御範囲）が切り替えられる。高速回転用のコイルに切り替えた場合には高回転（低トルク）が、低速回転用のコイルに切り替えた場合には高トルク（低回転）が得られる。

また、特許文献２に記載されるように、２つの給電系統を有するモータも存在する。すなわち、当該モータは、三相分を１組とする２組のコイル、および各コイルに対して組ごとに給電する２組の駆動回路を有している。このモータによれば、一方系統のコイルまたは駆動回路が失陥した場合であれ、他方系統を通じてモータを回転させることが可能である。

実開昭５７−４１４９８号公報特開平９−１１７１８４号公報

特許文献１のモータによれば、必要とされる速度領域に応じて２種類のコイルを切り替えることにより、幅広い出力特性が得られる。しかし、コイルの切り替え、およびコイルへの給電を単一の駆動回路で行っているため、この駆動回路が失陥した場合には、モータを駆動させることが困難になる。すなわち、冗長性（重複性）の点で改善の余地がある。

これに対し、特許文献２のモータによれば、独立した２つの給電系統を有しているので、一方系統が失陥した場合であれ、他方系統を通じてモータを駆動させることが可能である。しかしその反面、コイルを切り替えることにより、高速回転および低速回転の双方を得ることは困難である。すなわち、運転領域の拡大という点で改善の余地がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、冗長性を確保しつつ運転領域を拡大することができる回転電機を提供することにある。

＜１＞本発明の一態様によれば、三相各相のコイルが互いに直列に接続された第１および第２のコイル群と、第１のコイル群における第２のコイル群と反対側の端部に接続される第１のインバータと、第１および第２のコイル群の間に接続される第２のインバータと、第２のコイル群における第１のコイル群と反対側の端部に接続されて第２のコイル群の各相コイルを短絡した状態と開放した状態との間で切り替えるスイッチ回路と、第１および第２のインバータならびにスイッチ回路をそれぞれ制御する制御回路と、を備え、制御回路は、通常時、第２のインバータおよびスイッチ回路を通じて第１および第２のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１および第２のコイル群に給電する第１の状態と、同じく第１のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１のコイル群に給電する第２の状態との間で切り替え可能とし、第１のインバータの異常時には、第２のインバータおよびスイッチ回路を通じて第１または第２のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第１または第２のコイル群に給電し、第２のインバータの異常時には、前記第１または第２の状態と同様にして第１および第２のコイル群の少なくとも一に給電する回転電機が提供される。

この構成によれば、通常時には、第１の状態と第２の状態との間で回転電機の運転状態を切り替えることができる。第１の運転状態では、第１および第２のコイル群のすべてを使用することにより、低回転および高トルクが得られる。第２の運転状態では、第１のコイルのみを使用するので、第１の運転状態に比べて、高回転および低トルクが得られる。すなわち、回転電機の運転領域が拡大される。また、第１のインバータの異常が検出される場合には第２のインバータを使用して、逆に第２のインバータの異常が検出される場合には第１のインバータを使用して回転電機を駆動させることが可能となる。このため、冗長性も確保される。

＜２＞上記回転電機において、第１および第２のインバータにおける高電位側の給電経路には、それぞれスイッチング素子を設け、制御回路は、第１または第２のインバータの異常が検出されるとき、当該異常が検出された側のスイッチング素子をオフすることが好ましい。

この構成によれば、第１または第２のインバータの異常が検出されたとき、異常側のスイッチング素子をオフすることにより、第１または第２のインバータへの給電が遮断される。また、第１のインバータの異常時において、第１のコイル群からなるスター結線を形成する際には、第１のコイル群の各相コイルを短絡させることにより中性点を形成する必要がある。この際、第１のインバータへの給電が維持されることは好ましくない。この点、本構成によれば、第１のインバータに異常が検出されたときには、当該インバータへの給電が遮断されるので、第１のコイル群からなるスター結線を好適に形成することができる。

ここで、第１および第２のインバータの異常には、これらインバータの各スイッチング素子のオープン故障および短絡故障がある。
＜３＞そこで、上記回転電機において、第１のインバータのオープン故障時には、制御回路は、第１のインバータを通じて第１のコイル群を第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第２のコイル群に給電する。

また、第１のインバータの短絡故障時には、制御回路は、第１のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を第１のコイル群に対して電気的に切り離すことにより第１のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第１のコイル群に給電する。

また、第２のインバータのオープン故障時には、制御回路は、第２のインバータを第１および第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第１および第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１および第２のコイル群に給電する。

また、第２のインバータの短絡故障時には、制御回路は、第２のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を電気的に開放することにより第１のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで、第１のインバータを通じて第１のコイル群に給電する。

このように、第１または第２のインバータにオープン故障あるいは短絡故障が発生した場合であれ、故障していないインバータを使用して回転電機の運転を継続することができる。

＜４＞上記回転電機において、第１の状態および第２の状態は、つぎのようにして形成される。すなわち、制御回路は、前記第１の状態時には、第２のインバータを第１および第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第１および第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成する。また、制御回路は、前記第２の状態時には、第２のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を電気的に開放することにより第１のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成する。

本発明によれば、回転電機において、冗長性を確保しつつ運転領域を拡大することができる。

本実施の形態におけるモータの回路図。同じくモータの横断面図。同じく駆動回路と各コイルとの結線状態を示す回路図。同じく高トルク時、ならびに第２の駆動回路の失陥時（オープン故障）における駆動回路と各コイルとの導通状態を示す回路図。同じく高速回転時、ならびに第２の駆動回路の失陥時（ハイサイド短絡故障またはローサイド短絡故障）における駆動回路と各コイルとの導通状態を示す回路図。第１の駆動回路の失陥時（オープン故障）における駆動回路と各コイルとの導通状態を示す回路図。第１の駆動回路の失陥時（ハイサイド短絡故障またはローサイド短絡故障）における駆動回路と各コイルとの導通状態を示す回路図。

以下、本発明のモータを具体化した一実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
＜機械的な構成＞
まず、モータの機械的な構成を説明する。図２に示すように、モータ１１は、ケース１２の内周面に固定される円筒状のステータ１３、およびステータ１３に挿通された円柱状のロータ１４を備えている。

ステータ１３は、円筒状のコア１５、およびコア１５に巻回された複数のコイル１６を有している。コア１５は、１２個の分割コア２１がケース１２の内周面に沿って隙間なく並べられてなる。ここでは、図２に丸数字で示されるように、各分割コア２１は、１番〜１２番の番号を付すことにより区別する。１２個の分割コア２１は、コア１５の半径方向へ延びる直線ＰＬを境として、系統Ａ，Ｂの２つのグループに分けられている。系統Ａのクループは同一円周上に設けられた１２個の分割コア２１のうちの半周分の６個の分割コア２１（１番〜６番）を、系統Ｂのグループは残る半周分の６個の分割コア２１（７番〜１２番）を含む。各分割コア２１には、コイル１６が巻回されている。各コイル１６は、これらが設けられる分割コア２１の番号（１番〜１２番）を付して区別する。また、系統Ａに属する１番〜６番コイル１６を第１のコイル群１６Ａ、系統Ｂに属する７番〜１２番コイル１６を第２のコイル群１６Ｂと総称する。

ロータ１４は、ケース１２に回転可能に軸支される円柱状の回転軸３１、および回転軸３１の外周面に固定された円筒状のロータマグネット３２を有している。ロータマグネット３２は、１４個の永久磁石３２ａが回転軸３１の外周面に沿って隙間なく並べられてなる。各永久磁石３２ａは、回転軸３１の半径方向に沿って着磁されるとともに、互いに隣り合う２つの永久磁石３２ａの着磁の向きが互いに反対になるように設けられる。

＜電気的な構成＞
つぎに、モータの電気的な構成を説明する。図１に示すように、モータ１１は、前述した第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂに加えて、第１の駆動回路４１、第２の駆動回路４２、スイッチ回路４３、および制御回路４４を備えている。

第１の駆動回路４１は、三相のインバータ回路５１、およびＦＥＴ５２を有している。インバータ回路５１は、直列に接続された２つのＦＥＴ５３、５３を１組とする３組のアーム（単相ハーフブリッジ）が、それぞれ＋端子５４と−端子５５との間に並列に接続されてなる。＋端子５４および−端子５５は、それぞれ図示しない直流電源の＋端子および−端子に接続される。ＦＥＴ５２は、＋端子５４とインバータ回路５１との間に設けられている。

第２の駆動回路４２は、第１の駆動回路４１と同一の構成とされている。このため、第２の駆動回路４２の構成要素については６０番台の符号を付し、その重複した説明を省略する。

スイッチ回路４３は、整流回路（三相全波整流回路）７１、およびＦＥＴ７２を有する。整流回路７１は、直列に接続された２つのダイオード７３，７３を１組とする３組のアームが並列に接続されてなる。ＦＥＴ７２は、整流回路７１に並列に接続されている。

第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂにおいて、同相の各コイル１６は互いに直列に接続されている。第１のコイル群１６Ａにおける各相のコイル１６の第２のコイル群１６Ｂと反対側の端部は、インバータ回路５１の各相のアームの中点に接続されている。第１のコイル群１６Ａの各相のコイル１６と第２のコイル群１６Ｂの各相のコイル１６との接続点は、三相分の口出線８１を介して、インバータ回路６１の各相のアームの中点に接続されている。第２のコイル群１６Ｂにおける各相のコイル１６の第１のコイル群１６Ａと反対側の端部は、整流回路７１の各相アームの中点に接続されている。なお、各コイル１６の接続方法については後に詳述する。

制御回路４４は、第１および第２の駆動回路４１，４２、ならびにスイッチ回路４３の制御を通じて系統Ａ，Ｂの各コイル１６への給電を制御する。通常、制御回路４４は、第１の駆動回路４１を使用してモータ１１を駆動する。また、通常時において、制御回路４４は、第２の駆動回路４２およびスイッチ回路４３の制御を通じて、モータ１１の駆動に際して使用するコイル群を切り替える。つぎの（ａ），（ｂ）に示す２つの切替パターンがある。

（ａ）第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂのすべてを使用する。
（ｂ）第１のコイル群１６Ａのみ使用する。
また、制御回路４４は、インバータ回路５１，６１の各ＦＥＴのオープン故障および短絡故障などの異常を検出する検出部４４ａを有している。制御回路４４は、検出部４４ａを介して第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂにおける各相コイルの相電流、あるいはインバータ回路５１，６１における各ＦＥＴ間の電圧を監視する。そして制御回路４４は、これら相電流あるいはＦＥＴ間の電圧が各ＦＥＴのスイッチングに応じた変化をしない場合に、オープン故障あるいは短絡故障が発生している旨判定する。

＜各コイルの接続方法＞
つぎに、第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂにおける各コイルの接続方法について説明する。

第１のコイル群１６Ａの各コイル１６は、コア１５の円周方向において隣り合う２つずつが直列に接続されている。直列に接続された２つのコイル１６，１６は一の相に対応している。具体的には、図３に示すように、１，２番コイル対はＵ相、３，４番コイル対はＶ相、５，６番コイル対はＷ相に対応している。第２のコイル群１６Ｂも同様である。すなわち、７，８番コイル対はＵ相、９，１０番コイル対はＶ相、１１，１２番コイル対はＷ相に対応している。

そして前述したように、第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂにおける同一相の各コイル１６は、直列に接続されている。具体的には、１，２番コイル対と７，８番コイル対、３，４番コイル対と９，１０番コイル対、５，６番コイル対と１１，１２番コイル対とは、互いに直列に接続されている。なお、各相のコイル群は、互いに接続されていない。

＜各コイルと各回路との接続方法＞
つぎに、各コイル１６と、第１および第２の駆動回路４１，４２ならびにスイッチ回路４３との接続方法について説明する。

前述したように、第１のコイル群１６Ａにおける各相のコイル１６の第２のコイル群１６Ｂと反対側の端部は、インバータ回路５１の各相のアームの中点に接続されている。具体的には、Ｕ相の１，２番コイル対の７，８番コイル対と反対側の端部は、インバータ回路５１のＵ相アームの中点に接続されている。Ｖ相の３，４番コイル対の７，８番コイル対と反対側の端部は、インバータ回路５１のＶ相アームの中点に接続されている。Ｗ相の５，６番コイル対の１１，１２番コイル対と反対側の端部は、インバータ回路５１のＷ相アームの中点に接続されている。

また、これも前述したように、第１のコイル群１６Ａの各相のコイル１６と第２のコイル群１６Ｂの各相のコイル１６との接続点は、インバータ回路６１の各相アームの中点に接続されている。具体的には、Ｕ相において、１，２番コイル対と７，８番コイル対との中点は、インバータ回路６１のＵ相アームの中点に接続されている。Ｖ相において、３，４番コイル対と９．１０番コイル対との中点は、インバータ回路６１のＶ相アームの中点に接続されている。Ｗ相において、５，６番コイル対と１１，１２番コイル対との中点は、インバータ回路６１のＷ相アームの中点に接続されている。

さらに、これも前述したように、第２のコイル群１６Ｂにおける各相のコイル１６の第１のコイル群１６Ａと反対側の端部は、整流回路７１の各相アームの中点に接続されている。具体的には、Ｕ相において、７，８番コイル対の１，２番コイル対と反対側の端部は、整流回路７１のＵ相アームの中点に接続されている。Ｖ相において、９，１０番コイル対の３．４番コイル対と反対側の端部は、整流回路７１のＶ相アームの中点に接続されている。Ｗ相において、１１，１２番コイル対の５，６番コイル対と反対側の端部は、整流回路７１のＷ相アームの中点に接続されている。

＜モータの動作＞
つぎに、前述のように構成したモータの駆動方法を説明する。
制御回路４４は、モータ１１の各種用途などに応じて、あるいは異常検出の有無に応じて使用するコイル１６を切り替える。

＜１．通常運転時＞
まず、通常運転時のモータ１１の動作を説明する。通常運転には、２つの運転状態がある。第１の運転状態は、低回転および高トルクが要求されるときの運転状態である。第２の運転状態は、高回転および低トルクが要求されるときの運転状態である。いずれの運転状態であれ、第１の駆動回路を使用してモータ１１を駆動する。使用するコイル群が異なるだけである。

＜１−１．第１の運転状態＞
第１の運転状態では、第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂが使用される。制御回路４４は、モータ１１を第１の運転状態で駆動する場合には、第２の駆動回路４２の各ＦＥＴ６３をすべてオフするとともに、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオンする。

図４に二点鎖線で示されるように、第２の駆動回路４２がオフされることにより、第２の駆動回路４２は第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂに対して電気的に切り離される。また、図４に示されるように、ＦＥＴ７２がオンされることにより、第２のコイル群１６Ｂの三相コイル対における第１のコイル群１６Ａと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。その結果、１，２番コイル対と７，８番コイル対とをＵ相、３，４番コイル対と９，１０番コイル対とをＶ相、５，６番コイル対と１１，１２番コイル対とをＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第１の駆動回路４１のＦＥＴ５２をオンしたうえで、インバータ回路５１の各ＦＥＴ５３のスイッチングを制御することにより、三相交流電力を第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂに供給する。第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂには、各相コイルの合計巻数に応じた誘起電圧が発生する。このとき、モータ１１は低速回転するが、大きなトルクが得られる。

＜１−２．第２の運転状態＞
第２の運転状態では、第１のコイル群１６Ａのみが使用される。制御回路４４は、モータ１１を第２の運転状態で駆動する場合には、第２の駆動回路４２のローサイド（−端子６５側）の３つのＦＥＴ６３をそれぞれオフするとともに、ハイサイド（＋端子６４側）の３つのＦＥＴ６３をそれぞれオンし、さらにＦＥＴ６２をオフする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオフする。

図５に示されるように、第２の駆動回路４２のハイサイドのＦＥＴ６３がオン、ローサイドのＦＥＴ６３がオフされることにより、第１のコイル群１６Ａの三相コイル対における第２のコイル群１６Ｂと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。また、図５に二点鎖線で示されるように、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２がオフされることにより、第２のコイル群１６Ｂは、第１のコイル群１６Ａに対して電気的に切り離される。その結果、１，２番コイル対をＵ相、３，４番コイル対をＶ相、５，６番コイル対をＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第１の駆動回路４１のＦＥＴ５２をオンしたうえで、インバータ回路５１の各ＦＥＴ５３のスイッチングを制御することにより、三相交流電力を第１のコイル群１６Ａに供給する。第１のコイル群１６Ａには、各相コイルの巻数に応じた誘起電圧が発生する。ここでは、各相コイルの巻数は、第１の運転状態のときよりも第２のコイル群１６Ｂの各コイル１６の巻数分だけ少ない。このため、モータ１１は、第１の運転状態のときよりもトルクは小さいが高速回転が得られる。

＜２．一系統失陥時＞
つぎに、第１の駆動回路４１（系統Ａ）および第２の駆動回路４２（系統Ｂ）のいずれか一方が失陥したときのモータ１１の動作を説明する。当該失陥には、３つの状態がある。第１に、各ＦＥＴ５３，６３がオープン故障した状態、第２に、ハイサイドの各ＦＥＴ５３，６３が短絡故障した状態、第３に、ローサイドの各ＦＥＴ５３，６３が短絡故障した状態である。

＜２−１．系統Ａ失陥時＞
＜オープン故障＞
まず、インバータ回路５１の６つのＦＥＴ５３のうちいずれか一にオープン故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第１の駆動回路４１のＦＥＴ５２、およびインバータ回路５１の６つのＦＥＴ６３のすべてをオフする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオンする。

図６に二点鎖線で示されるように、第１の駆動回路４１がオフされることにより、第１のコイル群１６Ａは第２のコイル群１６Ｂに対して電気的に切り離される。また、ＦＥＴ７２がオンされることにより、第２のコイル群１６Ｂの三相コイル対における第１のコイル群１６Ａと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。その結果、７，８番コイル対をＵ相、９，１０番コイル対をＶ相、１１，１２番コイル対をＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第２の駆動回路４２を通じて第２のコイル群１６Ｂに三相交流電力を供給することにより、モータ１１を駆動する。
＜ハイサイド短絡故障＞
つぎに、インバータ回路５１におけるハイサイドの３つのＦＥＴ５３のうちいずれか一に短絡故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第１の駆動回路４１のＦＥＴ５２をオフするとともに、インバータ回路５１におけるローサイドの３つのＦＥＴ５３をそれぞれオンする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオフする。

図７に二点鎖線で示されるように、ＦＥＴ５２がオフされることにより、第１の駆動回路４１への電力供給が遮断される。そのうえで、インバータ回路５１のローサイドの３つのＦＥＴ５３がそれぞれオンされることにより、第１のコイル群１６Ａの三相コイル対における第２のコイル群１６Ｂと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。また、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２がオフされることにより、第２のコイル群１６Ｂは、第１のコイル群１６Ａに対して電気的に切り離される。その結果、１，２番コイル対をＵ相、３，４番コイル対をＶ相、５，６番コイル対をＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第２の駆動回路４２を通じて第１のコイル群１６Ａに三相交流電力を供給することにより、モータ１１を駆動する。
＜ローサイド短絡故障＞
つぎに、インバータ回路５１におけるローサイドの３つのＦＥＴ５３のうちいずれか一に短絡故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第１の駆動回路４１のＦＥＴ５２をオフするとともに、インバータ回路５１におけるハイサイドの３つのＦＥＴ５３をそれぞれオンする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオフする。

先の図７に二点鎖線で示されるように、ＦＥＴ５２がオフされることにより、第１の駆動回路４１への電力供給が遮断される。そのうえで、インバータ回路５１のハイサイドの３つのＦＥＴ５３がそれぞれオンされることにより、第１のコイル群１６Ａの三相コイル対における第２のコイル群１６Ｂと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。また、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２がオフされることにより、第２のコイル群１６Ｂは、第１のコイル群１６Ａに対して電気的に切り離される。その結果、１，２番コイル対をＵ相、３，４番コイル対をＶ相、５，６番コイル対をＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第２の駆動回路４２を通じて第１のコイル群１６Ａに三相交流電力を供給することにより、モータ１１を駆動する。
＜２−２．系統Ｂ失陥時＞
＜オープン故障＞
つぎに、インバータ回路６１の６つのＦＥＴ６３のうちいずれか一にオープン故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第２の駆動回路４２のＦＥＴ６２、およびインバータ回路６１の６つのＦＥＴ６３のすべてをオフする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオンする。

先の図４に二点鎖線で示されるように、第２の駆動回路４２がオフされることにより、第２の駆動回路４２は第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂに対して電気的に切り離される。また、ＦＥＴ７２がオンされることにより、第２のコイル群１６Ｂの三相コイル対における第１のコイル群１６Ａと反対側の端部が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。その結果、１，２番コイル対と７，８番コイル対とをＵ相、３，４番コイル対と９，１０番コイル対とをＶ相、５，６番コイル対と１１，１２番コイル対とをＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第１の駆動回路４１を通じて第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂに三相交流電力を供給することにより、モータ１１を駆動する。すなわち、制御回路４４は、第１の駆動回路４１を通じて第１の運転状態と同様にモータ１１を運転することが可能である。

＜ハイサイド短絡故障＞
つぎに、インバータ回路６１におけるハイサイドの３つのＦＥＴ６３のうちいずれか一に短絡故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第２の駆動回路４２のＦＥＴ６２をオフするとともに、インバータ回路６１におけるローサイドの３つのＦＥＴ６３をそれぞれオンする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオフする。

ＦＥＴ６２がオフされることにより、第２の駆動回路４２への電力供給が遮断される。そのうえで、インバータ回路６１のローサイドの３つのＦＥＴ６３がそれぞれオンされることにより、先の図５に示されるように、第１のコイル群１６Ａの三相コイル対における第２のコイル群１６Ｂとの接続点が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。

また、先の図５に二点鎖線で示されるように、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２がオフされることにより、第２のコイル群１６Ｂは、第１のコイル群１６Ａに対して電気的に切り離される。その結果、１，２番コイル対をＵ相、３，４番コイル対をＶ相、５，６番コイル対をＷ相とするスター結線が形成される。

制御回路４４は、第１の駆動回路４１を通じて第１のコイル群１６Ａに三相交流電力を供給することにより、モータ１１を駆動する。すなわち、制御回路４４は、第１の駆動回路４１を通じて第２の運転状態と同様にモータ１１を運転することが可能である。

＜ローサイド短絡故障＞
つぎに、インバータ回路６１におけるローサイドの３つのＦＥＴ６３のうちいずれか一に短絡故障が発生した場合について説明する。

この場合、制御回路４４は、第２の駆動回路４２のＦＥＴ６２をオフするとともに、インバータ回路６１におけるハイサイドの３つのＦＥＴ６３をそれぞれオンする。また、制御回路４４は、スイッチ回路４３のＦＥＴ７２をオフする。

ＦＥＴ６２がオフされることにより、第２の駆動回路４２への電力供給が遮断される。そのうえで、インバータ回路６１のハイサイドの３つのＦＥＴ６３がそれぞれオンされることにより、先の図５に示されるように、第１のコイル群１６Ａの三相コイル対における第２のコイル群１６Ｂとの接続点が互いに短絡される。すなわち、中性点が形成される。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）通常時には、第１の運転状態と第２の運転状態との間でモータ１１の運転状態を切り替えることができる。第１の運転状態では、第１および第２のコイル群１６Ａ，１６Ｂのすべてを使用することにより、低回転および高トルクが得られる。第２の運転状態では、第１のコイル群１６Ａのみを使用するので、第１の運転状態に比べて、高回転および低トルクが得られる。すなわち、モータ１１の運転領域が拡大される。また、系統Ａのインバータ回路５１の異常が検出される場合には系統Ｂのインバータ回路６１を使用して、逆に系統Ｂのインバータ回路６１の異常が検出される場合には系統Ａのインバータ回路５１を使用してモータ１１を駆動させることが可能となる。このため、冗長性も確保される。

（２）系統Ａ，Ｂのインバータ回路５１，６１におけるハイサイド（高電位側）の給電経路には、それぞれＦＥＴ５２，６２を設けた。制御回路４４は、系統Ａのインバータ回路５１または系統Ｂのインバータ回路６１の異常が検出されるとき、異常検出側のＦＥＴ５２またはＦＥＴ６２をオフする。

このため、系統Ａのインバータ回路５１または系統Ｂのインバータ回路６１の異常が検出されたとき、異常側のＦＥＴをオフすることにより、異常側のインバータへの給電が遮断される。このため、モータ回路が保護される。

また、系統Ａのインバータ回路５１の異常時（短絡故障時）において、第１のコイル群１６Ａからなるスター結線を形成する際には、第１のコイル群１６Ａの各相コイルを短絡させることにより中性点を形成する必要がある。この際、系統Ａのインバータ回路５１への給電が維持されることは好ましくない。この点、本例によれば、系統Ａのインバータ回路５１に異常が検出されたときには、当該インバータ回路５１への給電が遮断されるので、第１のコイル群１６Ａからなるスター結線を好適に形成することができる。

（３）前述のように冗長性が持たせられるので、例えば電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に本例のモータ１１は好適である。この場合、第１および第２の駆動回路４１，４２の一方に異常が発生した場合であれ、他方によりモータ１１の運転を継続することができる。ステアリング操作に要する力が急激に増大することもない。

なお、電動ポンプ、あるいは自動車のギヤ比可変ステアリング（ＶＧＲＳ）などの他の電動装置の駆動源として本例のモータ１１を採用してもよい。ＶＧＲＳは、車速および舵角に応じてステアリングのギヤ比を無段階に変化させる装置である。

＜他の実施の形態＞
なお、前記実施の形態は、次のように変更して実施してもよい。
・本例では、複数の永久磁石３２ａからなるロータマグネット３２を採用したが、単一の円筒状磁石を採用してもよい。

・本例では、複数の分割コア２１からなるコア１５を採用したが、単一のコアを採用してもよい。この場合であれ、各コイル１６を系統Ａ，Ｂの２つのグループに分けることができる。

・本例では、いわゆる１４極１２コイルのブラシレスモータを一例として挙げたが、コイル１６の個数およびロータマグネット３２の磁極数は適宜変更してもよい。この場合、コイル１６の個数は１２の自然数倍に、またロータマグネット３２の磁極数は２、１０または１４の自然数に設定することが好ましい。

・本例では、インナーロータ型のブラシレスモータを一例に挙げたが、アウターロータ型のブラシレスモータとしてもよい。同型のモータでは、円筒状のロータの内部にステータが設けられる。

・本例では、第２のコイル群１６Ｂの三相コイルを短絡させる短絡手段としてスイッチ回路４３を採用したが、３つの端子を有するメカニカルスイッチを採用してもよい。当該メカニカルスイッチとしては、たとえば三相各相を同時に開閉する電磁接触器が存在する。

・本例では、同一円周上に設けられた１２個のコイル１６のうちの半周分の６個（１番〜６番）を系統Ａ、残る半周分の６個（７番〜１２番）を系統Ｂとして分割したが、コア１５の円周方向において連続する複数個を１グループとしなくてもよい。たとえば、奇数番のコイル１６をＡ系統、偶数番のコイル１６をＢ系統として分割してもよい。

・本例では、モータ１１に対する給電系統を系統Ａ，Ｂの２系統としたが、３系統、４系統あるいはそれ以上としてもよい。この場合、系統数と同数の駆動回路を設ける。
＜他の技術的思想＞
次に、前記実施の形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。

・電動パワーステアリング装置などの電動装置において、請求項１〜４のうちいずれか一項の回転電機を駆動源として有すること。

１１…モータ（回転電機）、１６…コイル、１６Ａ…第１のコイル群、１６Ｂ…第２のコイル群、４３…スイッチ回路、４４…制御回路、５１，６１…インバータ、５２，６２…ＦＥＴ（スイッチング素子）。

Claims

三相各相のコイルが互いに直列に接続された第１および第２のコイル群と、第１のコイル群における第２のコイル群と反対側の端部に接続される第１のインバータと、第１および第２のコイル群の間に接続される第２のインバータと、第２のコイル群における第１のコイル群と反対側の端部に接続されて第２のコイル群の各相コイルを短絡した状態と開放した状態との間で切り替えるスイッチ回路と、第１および第２のインバータならびにスイッチ回路をそれぞれ制御する制御回路と、を備え、
制御回路は、通常時、第２のインバータおよびスイッチ回路を通じて第１および第２のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１および第２のコイル群に給電する第１の状態と、同じく第１のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１のコイル群に給電する第２の状態との間で切り替え可能とし、
第１のインバータの異常時には、第２のインバータおよびスイッチ回路を通じて第１または第２のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第１または第２のコイル群に給電し、第２のインバータの異常時には、前記第１または第２の状態と同様にして第１および第２のコイル群の少なくとも一に給電する回転電機。
請求項１において、
第１および第２のインバータにおける高電位側の給電経路には、それぞれスイッチング素子を設け、
制御回路は、第１または第２のインバータの異常が検出されるとき、当該異常が検出された側のスイッチング素子をオフする回転電機。
請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
第１および第２のインバータの異常には、第１および第２のインバータの各スイッチング素子のオープン故障および短絡故障があって、
制御回路は、
第１のインバータのオープン故障時には、第１のインバータを通じて第１のコイル群を第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第２のコイル群に給電し、
第１のインバータの短絡故障時には、第１のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を第１のコイル群に対して電気的に切り離すことにより第１のコイル群からなるスター結線を形成したうえで第２のインバータを通じて第１のコイル群に給電し、
第２のインバータのオープン故障時には、第２のインバータを第１および第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第１および第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで第１のインバータを通じて第１および第２のコイル群に給電し、
第２のインバータの短絡故障時には、第２のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を電気的に開放することにより第１のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成したうえで、第１のインバータを通じて第１のコイル群に給電する回転電機。
請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の回転電機において、
制御回路は、
前記第１の状態時には、第２のインバータを第１および第２のコイル群に対して電気的に切り離すとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群の各相コイルを短絡させることにより第１および第２のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成し、
前記第２の状態時には、第２のインバータを通じて第１のコイル群の各相コイルを短絡させるとともにスイッチ回路を通じて第２のコイル群を電気的に開放することにより第１のコイル群の各相コイルからなるスター結線を形成する回転電機。