JP5725572B2 - ステータティース、ステータ、回転電機、および、回転電機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータティースと、ステータと、そのステータを備えた回転電機と、その回転電機の制御方法に関する。

永久磁石同期モータは回転子に永久磁石を使用するために、誘導機や他のモータと比較して高出力、高効率なモータである。固定子には打ち抜いた珪素鋼板が積層して用いられ、珪素鋼板にはコイルが巻かれる。回転子の永久磁石から発生した磁束がコイルに鎖交することにより、コイルには誘起電圧が発生し、コイルに接続されたインバータから誘起電圧より高い電圧をかけ、回転に同期した電流をコイルに通流することにより回転子はトルクを発生する。

このとき、誘起電圧は回転速度に比例して大きくなるために、インバータの電圧よりも誘起電圧が高くなってしまうとコイルに電流が通電できなくなるため、モータはトルクを発生することができず、回転速度上限が決まってしまう。そこで、回転速度上限を増加させるためには、磁石の磁束を弱める、またはコイルに鎖交する磁束を少なくする以下のような従来技術が知られている。

一般に、弱め界磁制御と呼ばれる制御は、磁石の発生する磁束に対向した磁束をコイルから発生させて、磁石の磁束がコイルに鎖交しないようにする制御である。弱め界磁制御によれば、磁石の磁束が弱まったように見えるため、誘導機電圧が低くなり、回転速度が増加する。

可変界磁構造と言われる構造は、磁石の磁束を保持する力（保磁力）が異なる２種類の磁石を回転子に配置して、保磁力の弱い磁石の磁束方向を外部からの電流で保磁力の強い磁石と逆向きにする構造である。このような構造にすることにより、保磁力の弱い磁石の極性が反転し、保磁力の強い磁石より出た磁束が保磁力の弱い磁石に入ることで、コイルに鎖交する磁束を少なくする。

特許文献１、特許文献２には、固定子に巻くコイルを２つに分離し、回転速度が遅いときは２つを直列接続して用い、回転速度が速いときは２つのコイルを分断して半分だけ用いることで、コイルに鎖交する磁束を半分に低下させることができる。

特許文献３には、固定子に巻くコイルを２つに分離し、回転速度が速いとき、かつ、低トルクのときには、巻き線を並列接続とし、回転速度が遅いとき、かつ、高トルクのときには、巻き線を直列接続にすることにより、コイルに鎖交する磁束を半分に低下させる技術が開示されている。

特許文献４には、回転子に配置される磁石を回転可能にすることで、回転速度が遅いときには、コイルに対向した向きに磁石を配置して、回転速度が速いときには、コイルと平行な向きに磁石を配置する技術が開示されている。コイルに平行な向きに配置された磁石は、コイルから見て磁石の面積が少ないために、コイルに鎖交する磁束を少なくすることができる。

特許第３５９６７１１号 特許第３９６８６７３号 特開２００５−３５４８０７号公報 特許第３６９５３４４号

しかしながら、弱め界磁制御では、弱め界磁電流を通電するために、通電電流値が増加し、銅損が発生して効率が低下するといった問題がある。また、磁石の磁束を打ち消す磁界は磁石にとっては反磁界となるために、磁石の動作点が低下して、熱減磁しやすくなるといった問題がある。

可変界磁構造では、保磁力の弱い磁石の極性を維持するために、連続的な電流を通電する必要があり、効率が低下するといった問題がある。また、保磁力の弱い磁石を配置するスペースが回転子上に必要となり、すべて保磁力の強い磁石のモータと比較して出力が低下するといった問題がある。さらには、保磁力の弱い磁石の極性を反転させるために、瞬間的に大電流を流す必要があり、インバータ容量が大きくなる、コイルの絶縁耐力を上げる必要がある、といった問題がある。

特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示された技術では、コイルを半分だけ用いている際に、電流を増加させることができないため、２つのコイルを接続して用いるときよりもトルクが半分になるといった問題がある。

特許文献４に開示された技術では、磁石を回転させるための外部機構が必要となり、装置の大型化につながるといった問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、永久磁石同期モータの技術分野において、装置を大型化することなく、一つのモータで複数の駆動特性を発揮し、出力範囲の拡大を図ることを解決課題とする。

以上の課題を解決するため、本発明に係るステータティースは、ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも２つの巻き線と、前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、ことを特徴とする（第１態様）。

また、本発明に係るステータは、ステータヨークと、前記ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースとを備えたステータであつて、前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも２つの巻き線と、
前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の組の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、ことを特徴とする（第２態様）。

また、本発明に係る回転電機は、永久磁石を有するロータと、ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、前記各２つ巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている、ことを特徴とする（第３態様）。

さらに、本発明に係る回転電機の制御方法によれば、永久磁石を有するロータと、ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続されるように切り替え、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える、ことを特徴とする（第４態様）。

第１態様のステータティース、第２態様のステータ、第３態様の回転電機、第４態様の回転電機の制御方法によれば、スイッチの切り替えにより、ステータティースの周囲に巻回された巻き線の接続状態を、回転速度に応じて集中巻きと分布巻きとに自在に変えることができるので、装置を大型化することなく、一つのモータで複数の駆動特性を発揮し、出力範囲の拡大を図ることができる。

第４態様の回転電機の制御方法において、回転速度の代わりにトルクに応じて集中巻きと分布巻きとに自在に変えるようにしてもよい(第５態様)。
この場合でも、装置を大型化することなく、一つのモータで複数の駆動特性を発揮し、出力範囲の拡大を図ることができる。

本発明の第６態様として、各相において正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続とし、各相において負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続として、巻き線に印加する電圧を直流電圧から交流電圧としてもよい（第６態様）。

第６態様の制御方法によれば、インバータを外部に接続する必要がなく、システムの小型化が実現可能である。

本発明の第７態様として、各相における巻き線の接続状態を、前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続される集中巻き状態、または、２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続される分布巻き状態の２つの状態に、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にするようにしてもよい（第７態様）。

第７態様の制御方法によれば、トルクリップルを減少させることができ、鉄損の減少を達成することができる。

本発明の第８態様として、前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、前記スイッチを、前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える場合には、各ステータティースにおいて異なる巻き線と接続されるように前記スイッチを切り替えると共に、各相に含まれる各巻き線の数が等しくなるように前記スイッチを切り替えるようにしてもよい（第８態様）。

第８態様の制御方法によれば、ロータ側のコイル数とヨーク側のコイル数を等しくすることで、各相間のアンバランスを解消することができる。

本発明の第９態様としては、前記第３態様において、前記ステータティースは、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられており、前記巻き線は、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回されており、前記スイッチは、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離すスイッチと、一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離すスイッチと、を備え、各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離すスイッチを備えている、ことを特徴とする（第９態様）。

本発明の第１０態様としては、本発明の回転電機の制御方法において、永久磁石を有するロータと、ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられたステータティースと、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回された巻き線6と、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、３相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行うことを特徴とする（第１０態様）。

本発明の第１１態様としては、本発明の回転電機の制御方法において、永久磁石を有するロータと、ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられたステータティースと、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回された巻き線と、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、３相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも低い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻
き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行うことを特徴とする（第１１態様）。

本発明の第９態様の回転電機、第１０態様および第１１態様の回転電機の制御方法によれば、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替えることにより、、各相の電流の０になる期間から次にの０になる期間までの期間に、共通巻線にはそれ以前の３倍の電流が流れることになり、各相の合計の電流としては、共通巻線の接続前と変わらない電流が流れるので、トルクリップルを発生させることがない。また、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行うことにより、切り替え時に電圧スパイクが発生せず、損失無しで巻線の切り替えが可能である。

本発明の第１２態様としては、前記第１０態様および第１１態様の回転電機の制御方法において、前記第一の接続態様と前記第二の接続態様とを、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にすることを特徴とする（第１２態様）。

第１２態様によれば、各相の電流が０になったタイミングで、前記第一の接続態様と前記第二の接続態様を切り替えるので、トルクリップルを発生させることがない。また、切り替え時に電圧スパイクが発生せず、損失無しで巻線の切り替えが可能である。

本発明の第１３態様としては、前記第１態様のステータティースにおいて、前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする（第１３態様）。

本発明の第１４態様としては、前記第２態様のステータにおいて、前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする（第１４態様）。

本発明の第１５態様としては、前記第３態様または第５態様の回転電機において、前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする（第１５態様）。

本発明の第１６態様としては、前記第４態様、第６態様、または第７態様の回転電機の制御方法において、前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする（第１６態様）。

本発明の第１３態様のステータティース、第１４態様のステータ、第１５態様の回転電機、第１６態様の回転電機の制御方法によれば、双方向スイッチを用いるので、切り離すべき巻線間の接続を、確実に切り離すことができる。

本発明の第１実施形態に係る永久磁石同期モータ１の構成を示す図である。 永久磁石同期モータ１のステータティースＡの構成を示す図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各組のコイルとスイッチとの接続状態を示す図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルを集中巻きにした場合のコイルとスイッチとの接続状態を示す図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルが集中巻きになっていることを説明する図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルを分布巻きにした場合のコイルとスイッチとの接続状態を示す図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルが分布巻きになっていることを説明する図である。 永久磁石同期モータ１の制御装置の構成を示すブロック図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルを集中巻きにした場合の特性を示す図である。 ステータティースＡ〜Ｆの各コイルを分布巻きにした場合の特性を示す図である。 永久磁石同期モータ１の回転中にコイルを集中巻きから分布巻きに切り替えた場合の誘起電圧の変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る集中巻き並列接続時の接続図である。 本発明の第３実施形態においてモータ駆動用三相インバータを説明するための図である。 インバータの駆動例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るモータ１の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係るコイルとスイッチの接続状態を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るコイルとスイッチの接続状態を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る駆動範囲に応じたコイル接続状態の切り替えを示す図である。 本発明の第６実施形態に係るコイルとスイッチの接続状態を示す図である。 各相に含まれる各組のコイル数が等しくならないようにようにした接続状態を示す図である。 図２０のように接続した場合の、テータティースのロータ側に巻かれたコイルと、ステータヨーク側に巻かれたコイルとの、もれ磁束の影響の違いを示す図である。 本発明の第７実施形態におけるコイルとスイッチを示す図である。 本発明の第７実施形態における双方向スイッチを示す図である。 本発明の第７実施形態における双方向スイッチの制御回路を示す図である。 本発明の第８実施形態における回転電機に供給される３相交流電流の波形を示す図である。 本発明の第８実施形態における回転電機の回路図である。 本発明の第８実施形態における集中巻き駆動時の各相のコイルの接続状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＷ相の電流がゼロの時にＷ相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＶ相の電流がゼロの時にＶ相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＵ相の電流がゼロの時にＵ相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＷ相の電流がゼロの時にＷ相の巻線を共通巻線の２直列から分布巻き駆動に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＶ相の電流がゼロの時にＶ相の巻線を共通巻線の２直列から分布巻き駆動に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態におけるＵ相の電流がゼロの時にＵ相の巻線を共通巻線の２直列から分布巻き駆動に切り替えた状態を示す図である。 本発明の第８実施形態における各相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えるまでの処理を示すフローチャートである。 本発明の第８実施形態における各相の巻線を共通巻線の２直列から分布巻き駆動に切り替えるまでの処理を示すフローチャートである。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る２極（１極対）６スロット（ステータティース数：６個）の永久磁石同期モータの構成を示す図である。図１に示すように、永久磁石同期モータ１は、珪素鋼板等から形成されたステータヨーク２と、同じく珪素鋼板等から形成され、ステータヨーク２と一体に、または、ステータヨーク２に固定可能に構成された６個のステータティースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆとから成るステータ４を備えている。また、６個のステータティースＡ〜Ｆの内側には、Ｎ極５とＳ極６の永久磁石を外周部に備えたロータ７が回転可能に設けられている。

６個のステータティースＡ〜Ｆには、それぞれ３つのコイル３が巻回されている。図２は、１個のステータティースＡの構成を示す図である。図２に示すように、１個のステータティースＡには、コイル３が１つにつき所定回数ずつ巻回され、各コイル３は、スイッチ８を介して接続されている。

スイッチ８は、パワートランジスタ、ソリッドステートリレー等の半導体スイッチング素子を用いることができる。また、半導体スイッチング素子以外のスイッチを用いてもよい。さらに、図２の例では、スイッチ８をステータティース上に設けているが、本発明はこの例に限られるものではなく、モータ１の外部にスイッチ８を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、１個のステータティースの１つのコイル３が、隣接する１個のステータティースのいずれかのコイル３とスイッチ８を介して接続されている。図３は、本実施形態における各ステータティースＡ〜Ｆの各コイル３と、スイッチ８との接続状態を示す図である。

図３に示すように、本実施形態では、各ステータティースの第１の（図３において最上部）コイルの端部に２個のスイッチが接続されている。また、第２の（図３において最上部から２番目）のコイルの端部に２個のスイッチが接続されている。つまり、一つのステータティースのコイルについて合計で４個のスイッチが接続されている。図２においてスイッチ８が４個示されているのは、この接続状態に対応させたものである。但し、上述したように、スイッチ８の取り付け位置は図２に示される位置に限定されるものではない。

例えば、図４のように、各ステータティースＡ〜Ｆの第１のコイル３と第２のコイル３との間のスイッチ８をオン状態とし、各ステータティースＡ〜Ｆの第２のコイル３と第３のコイル３との間のスイッチ８をオン状態とする。他のスイッチ８はオフ状態とする。この場合には、図５に示すように、コイル３が集中巻きで巻回された状態となる。

また、図６のように、各ステータティースＡ〜Ｆの第２のコイル３と、反時計回りに隣接するステータスティースの第１のコイル３との間のスイッチ８をオン状態とし、各ステータティースＡ〜Ｆの第３のコイル３と、反時計回りに隣接するステータスティースの第２のコイル３との間のスイッチ８をオン状態とする。他のスイッチ８はオフ状態とする。この場合には、図７に示すように、コイル３が分布巻き（全節巻き）で巻回された状態となる。

以上のように、本実施形態のモータ１は、スイッチ８のオン／オフの切り替えによって、各ステータティースＡ〜Ｆのコイル３の接続状態を制御することができる。本実施形態では、図８に示すような制御装置により、コイル３の接続状態を制御している。

図８に示すように、各スイッチ８にはスイッチ制御装置９が接続されており、スイッチ制御装置９には、モータ制御装置１０が接続されている。モータ制御装置１０は、各スイッチ８のオン／オフのパターンに応じたデータをスイッチ制御装置９に出力し、スイッチ制御装置９は、そのデータに基づいて各スイッチ８のオン／オフの切り替えを行う。

また、モータ制御装置１０には、インバータ１１が接続されており、インバータ１１の出力は各ステータティースＡ〜Ｆのコイル３の入力端に接続されている。本実施形態のインバータ１１は、スイッチング素子６個を用いた三相出力インバータである。インバータ１１は、モータ制御装置１０からの制御信号に基づいてＰＷＭスイッチングを行い、バッテリ１２から供給される直流電流を三相交流に変換してコイル３に供給する。その結果、モータ１の回転速度の調整や出力トルクの調整が行われることになる。

なお、本実施形態では、三相のモータ１を用いているために、インバータ１１についても三相出力のものを用いているが、本発明はこの例に限られるものではない。三相以上のモータを用いた場合には、適宜のインバータを用いればよい。

例として、各ステータティースＡ〜Ｆのコイル３の接続状態を集中巻きと分布巻きとに切り替えつつ、モータ１の回転速度の調整や出力トルクの調整を行う場合について説明する。まず、モータ制御装置１０からスイッチ制御装置９にデータを出力して、各ステータティースＡ〜Ｆにおける各コイル３間に接続されたスイッチ８をすべてオンにし、各ステータティースＡ〜Ｆにおける各組のコイル３を図４に示すようにすべて直列に接続する。他のスイッチ８はオフにする。

この場合には、各ステータティースＡ〜Ｆにおける３つのコイル３が直列で接続された集中巻きの状態になるために、鎖交磁束が１つのコイルの３倍となり、図９に示すように高トルクを実現できる。しかし、誘起電圧も大きくなるために、回転速度に制限がかかる。

次に、モータ制御装置１０からスイッチ制御装置９にデータを出力して、図６に示すように、隣接するステータティースにおけるコイル３間のスイッチ８をオンにして、隣接するステータティースにおけるコイル３を直列に接続する。各ステータティースＡ〜Ｆにおける各コイル３間に接続されたスイッチ８はすべてオフにする。

この場合には、分布巻きの状態となり、例えばＵ相においては、ステータティースＡとステータティースＢとステータティースＣのコイル３をそれぞれ一つずつ直列に接続するので、Ｕ相の磁束はステータティースＡとステータティースＢとステータティースＣの磁束の和となる。

その結果、１つのコイルが互いに隣のステータティースのコイルと接続されているため、図４の場合に比べて巻き線数は１／３であるが、巻き線の利用率（巻き線係数）が向上し、利用率が２倍となる。そのため、図１０に示すように集中巻きの２／３倍のトルクとなり、かつ、誘起電圧が減少するため速度上限を上げることができる。図１１は、回転中にコイルの接続状態を集中巻きから分布巻きに切り替えた際に誘起電圧が減少する状態を示すグラフである。

以上から、本実施形態のモータ制御装置においては、コイルの巻回状態を、図４に示す集中巻きの状態と、図６に示す分布巻きの状態とに切り替えることにより、図９に示す特性と図１０に示す特性の両方の特性を利用することができる。つまり、一つのモータでありながら、複数の駆動特性をもち、出力範囲を向上させることが可能である。また、両者がカバー可能な運転領域では効率の良い駆動方法を選択することにより、効率を向上させることが可能である。
実際の制御を行う場合には、モータ等の特性に応じて、回転速度またはトルクに所定の基準値を設定し、その基準値を閾値として、コイルの巻回状態を集中巻きの状態と分布巻きの状態とに切り替えるようにすればよい。

なお、本実施形態では、各ステータティースにおける第１と第２のコイルの一方の端部にそれぞれ２つのスイッチを設ける例について説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。各組の両端にそれぞれスイッチを設けても良いし、第１と第２のコイルの前記一方の端部に１つのスイッチを設け、第２のコイルの他方の端部と第３のコイルの端部にも１つのスイッチを設けても良い。つまり、上述したようなコイルの接続状態の切り替えが実現できれば良く、スイッチの個数や取り付け位置には限定されることはない。
［第２実施形態］

図１２は、本発明の第２実施形態に係る集中巻き並列接続時の接続図である。一例として、Ｕ相のみの接続を示している。この例では、各ステータティースＡ〜Ｆにおける３つのコイル３の両端部にスイッチ８を設け、３つのコイル３の両端部をすべて接続する。その結果、コイル３は並列接続の集中巻きの状態となる。

このように、コイル３を並列接続の集中巻きの状態とした場合には、図４に示す直列接続の集中巻きの場合と比較して、誘起電圧は１／６となり、より高速運転が可能となる。また、コイルに流す電流は、コイルの径で決定されるが、この場合は、図４に示す直列接続の集中巻きの６倍の電流を流すことができるため、特許文献１、特許文献２のような無駄なコイルがなく、トルクの低下がない。さらに、図４に示す直列接続の集中巻きの場合と比較して、抵抗値も１／６となるため、銅損の低減が可能であり、効率が向上する。

なお、本実施形態のコイルの接続状態を実現するためには、各ステータティースのコイルの両端にそれぞれ２つのスイッチを設けても良いし、第１の実施形態のスイッチの各コイルに対する接続状態を変更して、並列接続が可能になるようにしても良い。この場合には、図３においてスイッチと接続されていないコイルの端部に、新たに設けたスイッチを接続する必要がある。

［第３実施形態］
図１３にモータ駆動用三相インバータの構成を示し、図１４にこのインバータの簡単な駆動例として、１２０度通電方式のスイッチングパターンを示す。本発明の第３の実施形態は、図１５に示すように、モータ１の外部にインバータを設けることなく、スイッチ８のオン／オフによってこのインバータの機能を実現する実施形態である。

具体的には、図１６に示すように、ステータティースＡの第３のコイル３と、ステータティースＢの第２のコイル３と、ステータティースＣの第１のコイル３とから形成されるＵ相の片端をプラス端子に接続する。また、ステータティースＣの第１のコイル３の方端を中性点に接続する。さらに、ステータティースＥの第３のコイル３と、ステータティースＦの第２のコイル３と、ステータティースＡの第１のコイル３とから形成されるＶ相の片端を、マイナス端子に接続する。

このような接続状態で、図１４に示す６０度から１２０度の区間では、図１２のスイッチＵ＋に相当するスイッチ８のオン／オフをある比率で繰り返し、ＰＷＭスイッチングを行う。また、図１３のスイッチＶ-に相当するスイッチ８はオンとする。

つまり、ステータティースＡの第３のコイル３と、ステータティースＢの第２のコイル３とを接続するスイッチ８、および、ステータティースＢの第２のコイル３とステータティースＣの第１のコイル３とを接続するスイッチ８のオン／オフをある比率で繰り返し、ＰＷＭスイッチングを行う。

ステータティースＥの第３のコイル３と、ステータティースＦの第２のコイル３とを接続するスイッチ８、および、ステータティースＦの第２のコイル３とステータティースＡの第１のコイル３とを接続するスイッチ８はオンとする。

このような制御を行うことにより、図１４に示す６０度から１２０度の区間では、電流は、直流電源プラス端子からＵ＋、ステータティースＡの第３のコイル３、ステータティースＢの第２のコイル３、ステータティースＣの第１のコイル３、中性点、ステータティースＡの第１のコイル３、ステータティースＦの第２のコイル３、ステータティースＥの第３のコイル３、Ｖ−、マイナス端子の順序で流れることになる。

このように、本実施形態によれば、モータ1の外部にインバータを設けることなく、所定の区間に所定のスイッチ８をＰＷＭスイッチングおよびオン状態とすることにより、インバータの機能を実現することができる。したがって、システムの小型化が実現できる。
［第４実施形態］

図１７に各相でコイル３を異なる接続状態とした本発明の第４の実施形態を示す。例えば、Ｖ相の誘起電圧を減らしたい場合には、図１７に示すような接続方法により、Ｖ相では６つのコイルのうち、ステータティースＣの第３のコイル３と、ステータティースＦの第３のコイル３との２つのコイルしか磁束が鎖交しないことになる。

また、図１７の例では、Ｕ相では、ステータティースＡの第３および第２のコイル３と、ステータティースＤの第２および第３のコイル３との４つのコイルに磁束が鎖交する。

さらに、Ｗ相では、ステータティースＥのすべてのコイル３と、ステータティースＢのすべてのコイル３との６つのコイルに磁束が鎖交している。

このように、コイルの接続方法を要求に合わせて時間的に細かく切り替えることで、誘起電圧を正弦波にすることが可能となる。

誘起電圧を正弦波にすることで、正弦波電流の通電によりトルクリップルの減少や鉄損の減少が可能となる。また、逆に、各相で独立に高調波を発生させることもできるため、例えば、トルクのピーク値を向上させることも可能である。

なお、本実施形態のコイルの接続状態を実現するためには、各ステータティースの第２のコイルの端部のうち、隣接する他のステータティースの第１のコイルの端部に接続される端部が、同一のステータティースの第１のコイルの対応する端部に接続されるように、スイッチの接続状態を変更するか、あるいは、スイッチを増設すればよい。また、同様に、各ステータティースの第３のコイルの端部のうち、隣接する他のステータティースの第２のコイルの端部に接続される端部が、同一のステータティースの第２のコイルの対応する端部に接続されるように、スイッチの接続状態を変更するか、あるいは、スイッチを増設すればよい。

［第５実施形態］
以上から、任意のコイル接続状態により、任意の特性を出力できることが示された。図１８に駆動範囲に応じてコイル接続状態を切り替えた本発明の第５の実施形態の構成例を示す。

図１８に示すように、本実施形態では、高速低トルク領域では全節巻き（分布巻き）、低速高トルク領域では集中巻き、その間では分布巻きの直列、並列を切り替えて実施する。その結果、１つのモータでは実現できない出力範囲が出力可能となる。切り替え方は図１７の例に限ったことではなく、それぞれのモータ構成によって適切に選択できる。

［第６実施形態］
図１９および図２０に本発明の第６の実施形態のコイルの接続構成を示す。図２０に示すようなコイルの接続を行うと、図２１に示すように、ステータティースのロータ側に巻かれたコイル３は、ステータヨーク側に巻かれたコイル３よりも、もれ磁束の影響が大きくなってしまう。その結果、各相間のアンバランスが生じてしまう。

そこで、本実施形態は、図１９に示すように、隣接するステータティースのコイルと接続する場合には、それぞれ異なるコイルと接続し、各相に含まれる各組のコイル数を等しくするようにする。

図１９に示す例では、隣接するステータティース間でのコイルがそれぞれ異なっており、各相において、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルの数は、いずれも２つになっている

本実施形態によれば、ロータ側のコイル数と、ステータヨーク側のコイル数を等しくすることができるので、各相間のアンバランスを解消することができる。

なお、上述した各実施形態においては、一つのステータティースのコイルと他のステータティースのコイルとの接続をスイッチによって行う場合には、隣接するステータティースのコイルとの接続を行う場合のみについて説明した。しかしながら、本発明はこのような場合に限られるものではなく、さらに多くのスイッチを設けて、様々な組み合わせでコイルを接続するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、一つのステータティースの３つのコイルが巻回されている場合について説明したが、本発明はこのような場合に限られるものではない。一つのステータティースに少なくとも２つのコイルが巻回されていればよく、３つ以上であっても構わない。

さらに、上述した各実施形態では、各コイルの間に一つのスイッチを設ける場合について説明したが、本発明はこのような場合に限られるものではない。各コイルの両端にスイッチを設けてもよいし、適宜変更が可能である。

また、本発明においては、ステータヨークとステータティースが一体となったステータにおけるステータティースにコイルを巻回しても良いし、ステータティースにコイルを巻回した後に、ステータティースをステータヨークに結合するようにしても良い。つまり、本発明は、上述のようにコイルが巻回されて上述のようなスイッチを有するステータティースとして、また、このようなステータティースを備えたステータとして、さらには、このようなステータを備えたモータとして、それぞれ実現することができる。

［第７実施形態］
次に、図２２ないし図２４に基づいて、本発明の第７の実施形態について説明する。
本実施形態は、一つステータティースに巻回された隣接するコイル間の接続状態を切り換えるスイッチ、あるいは、隣接するステータティースのそれぞれに巻回されたコイル間の接続状態を切り換えるスイッチを、ＭＯＳＦＥＴで構成された双方向スイッチ（Bi-directional Switch）で構成した例である。

図２２に示すコイル３ａとコイル３ｂは、一つステータティースに巻回された隣接する二つコイル、あるいは、一のステータティースに巻回されたコイルと、そのステータティースに隣接するステータティース巻回されたコイルとを示している。双方向スイッチ８’の一端は、コイル３ａの一端に接続され、双方向スイッチ８’の他端は、コイル３ｂの一端に接続されている。

図２３は、双方向スイッチ８’の構成を示す図である。図２３に示すように、本実施形態の双方向スイッチ８’は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２０と、もう一つのＮ型のＭＯＳＦＥＴ２１とから構成されている。Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子Ｓと、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子Ｓは互いに接続されている。また、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン端子Ｄは、コイル３ａの一端に接続され、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２１のドレイン端子Ｄは、コイル３ｂの一端に接続されている。
また、図２３に示すように、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２０には寄生ダイオード２０ａが形成されており、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ２１には寄生ダイオード２１ａが形成されている。

図２４は、双方向スイッチ８’，８”の制御回路を示す図である。図２４に示すように、双方向スイッチ８’のＭＯＳＦＥＴ２０とＭＯＳＦＥＴ２１のゲート端子は、ゲート抵抗Ｒｇを介してスイッチ制御装置９に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２０とＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子は、電流遮断抵抗Ｒｂを介して接地されている。同様に、双方向スイッチ８”のＭＯＳＦＥＴ２０’とＭＯＳＦＥＴ２１’のゲート端子は、ゲート抵抗Ｒｇを介してスイッチ制御装置９に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２０’とＭＯＳＦＥＴ２１’のソース端子は、電流遮断抵抗Ｒｂを介して接地されている。

なお、スイッチ制御装置９は、図２４における図示を省略するが、図８または図１５に示すようなモータ制御装置１０と接続されており、モータ制御装置１０から出力される制御データに基づいて、ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを切り替えるようになっている。

次に、図２２ないし図２４に基づいて、本実施形態の回路の動作について説明する。一例として、双方向スイッチ８’をオン状態にして、双方向スイッチ８”をオフ状態にする場合について説明する。

スイッチ制御装置９により、ＭＯＳＦＥＴ２０とＭＯＳＦＥＴ２１のゲート端子にＨｉｇｈレベルの電圧を印加し、ＭＯＳＦＥＴ２０‘とＭＯＳＦＥＴ２１’のゲート端子にはＬｏｗレベルの電圧を印加する。

その結果、ＭＯＳＦＥＴ２０とＭＯＳＦＥＴ２１はオン状態になり、ＭＯＳＦＥＴ２０‘とＭＯＳＦＥＴ２１’はオフ状態になる。

各コイルには、交流電流が流れるが、まず、コイル３ａからコイル３ｂの方向に電流が流れる場合には、電流は、コイル３ａからＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン端子に入力され、オン状態のＭＯＳＦＥＴ２０に形成されたチャンネルを通り、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子に至る。

さらに、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子に入力され、ＭＯＳＦＥＴ２１の寄生ダイオード２１ａを介してコイル３ｂに流れることになる。

次に、コイル３ｂからからコイル３ａの方向に電流が流れる場合には、電流は、コイル３ｂからＭＯＳＦＥＴ２１のドレイン端子に入力され、オン状態のＭＯＳＦＥＴ２１に形成されたチャンネルを通り、ＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子に至る。

さらに、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子に入力され、ＭＯＳＦＥＴ２０の寄生ダイオード２０ａを介してコイル３ａに流れることになる。

オフ状態のＭＯＳＦＥＴ２０‘とＭＯＳＦＥＴ２１’については、各ＭＯＳＦＥＴにチャンネルが形成されていないので、コイルに電流が流れることはない。また、ＭＯＳＦＥＴ２０‘とＭＯＳＦＥＴ２１’に形成されている寄生ダイオードは、どちらのコイルに対しても逆方向となるように形成されているので、コイルに電流が流れることはない。

仮に、このコイル間のスイッチを、双方向スイッチを用いることなく、単体のＭＯＳＦＥＴで構成した場合には、ＭＯＳＦＥＴがオフ状態であるにも拘わらず、ＭＯＳＦＥＴに形成された寄生ダイオードにより、どちらかの方向には電流が流れてしまうことがある。

しかしながら、本実施形態においては、上述したように、コイル間のスイッチとして双方向スイッチを用いたので、コイルの接続と切り離しを確実に制御することが可能となる。

なお、ゲート抵抗Ｒｇは、ＭＯＳＦＥＴ２０’とＭＯＳＦＥＴ２１’のオン／オフのスイッチング速度を調整するための抵抗で、使用するＭＯＳＦＥＴの特性に応じて抵抗値が設定される。具体的には、数Ω程度になる。

電流遮断抵抗Ｒｂは、オン状態にある双方向スイッチからの電流が、接地ラインを通じてオフ状態にある双方向スイッチに流れ、さらに、そのオフ状態にある双方向スイッチに接続されているコイルに流れてしまうことを防止するために設けられている。

例えば、双方向スイッチ８’のＭＯＳＦＥＴ２０とＭＯＳＦＥＴ２１がオン状態にあり、電流が、コイル３ａから、ＭＯＳＦＥＴ２０およびＭＯＳＦＥＴ２１を介してコイル３ｂに流れている場合を考える。

この場合に、電流遮断抗Ｒｂがなかったとすると、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子からＭＯＳＦＥＴ２１のソース端子へと流れるだけでなく、接地ラインを介して、オフ状態にある双方向スイッチ８’のＭＯＳＦＥＴ２１’の寄生ダイオードへと流れ、ＭＯＳＦＥＴ２１’に接続されているコイルに流れてしまう。

しかしながら、電流遮断抵抗Ｒｂを設けることにより、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース端子から接地ラインへと流れる電流を遮断することができ、上述のような不具合の発生を防止することができる。

電流遮断抵抗Ｒｂは、このような目的で使用されるため、数ＭΩのものが用いられる。

ＭＯＳＦＥＴとしては、シリコン（Ｓｉ）ベースのものを用いても良いが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ベースや、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）ベースのものを用いれば、抵抗が下がり、より大きな電流を流すことができる。

また、本実施形態の双方向スイッチは、上述したいずれの実施形態のスイッチにも適用可能である。
さらに、本実施形態は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴを用いた例について説明したが、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。

［第８実施形態］
次に、図２５ないし図３５に基づいて、本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態は、各相の電流が０になる期間以外の期間において、ステータティースのいずれのコイルにも電流が流れない期間を発生させることなく、本発明のモーターを集中巻き駆動から分布巻き駆動に切り替える方法に関するものである。

図２５は、１２０度通電駆動時に、本発明のモーターの各相に供給される電流の波形を示す図である。図２５において、点線で表した波形は、Ｕ相に流れる電流Ｉｕである。また、太い実線で表した波形は、Ｖ相に流れる電流Ｉｖである。そして、細い実線で表した波形は、Ｗ相に流れる電流Ｉｗである。

図２５に示すように、各相の電流は、電気角１周期でＩ〜ＶＩの６回の電流０期間がある。そこで、本実施形態では、Ｉ〜IIIの準備期間において、集中巻きを構成している各コイル間の接続を切り離すと共に、集中巻きと分布巻きとで共通の巻線となる共通巻線を接続し、ＩＶ〜ＶＩの切り替え期間において、分布巻きを構成するように各コイルを接続すると共に、上記共通巻線を切り離す。

図２６は、本実施形態のモーターの回路図である。図２６に示すように、Ｕ相の電流が流れるステータティースＡとステータティースＤには、それぞれ、コイル３Ａ−１、３Ａ−２、３Ａ−３、および、コイル３Ｄ−１、３Ｄ−２、３Ｄ−３の３個ずつのコイルが巻回されている。

コイル３Ａ−１とコイル３Ａ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ａ−１により行われ、コイル３Ａ−２とコイル３Ａ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ａ−２により行われる。
同様に、３Ｄ−１とコイル３Ｄ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ｄ−１により行われ、コイル３Ｄ−２とコイル３Ｄ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ｄ−２により行われる。

また、Ｖ相の電流が流れるステータティースＣとステータティースＦには、それぞれ、コイル３Ｃ−１、３Ｃ−２、３Ｃ−３、および、コイル３Ｆ−１、３Ｆ−２、３Ｆ−３の３個ずつのコイルが巻回されている。

コイル３Ｃ−１とコイル３Ｃ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ｃ−１により行われ、
コイル３Ｃ−２とコイル３Ｃ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ｃ−２により行われる。
同様に、３Ｆ−１とコイル３Ｆ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ｆ−１により行われ、コイル３Ｆ−２とコイル３Ｆ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ｆ−２により行われる。

さらに、Ｗ相の電流が流れるステータティースＥとステータティースＢには、それぞれ、コイル３Ｅ−１、３Ｅ−２、３Ｅ−３、および、コイル３Ｂ−１、３Ｂ−２、３Ｂ−３の３個ずつのコイルが巻回されている。

コイル３Ｅ−１とコイル３Ｅ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ｅ−１により行われ、
コイル３Ｅ−２とコイル３Ｅ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ｅ−２により行われる。
同様に、３Ｂ−１とコイル３Ｂ−２の接続と切り離しは、スイッチ８Ｂ−１により行われ、コイル３Ｂ−２とコイル３Ｂ−３の接続と切り離しは、スイッチ８Ｂ−２により行われる。

また、ステータティースＡのコイルとステータティースＢのコイルとの接続と切り離しは、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＡＢ−２により行われる。
ステータティースＢのコイルとステータティースＣのコイルとの接続と切り離しは、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＢＣ−２により行われる。

ステータティースＣのコイルとステータティースＤのコイルとの接続と切り離しは、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＣＤ−２により行われる。
ステータティースＤのコイルとステータティースＥのコイルとの接続と切り離しは、スイッチ８ＤＥ−１とスイッチ８ＤＥ−２により行われる。

ステータティースＥのコイルとステータティースＦのコイルとの接続と切り離しは、スイッチ８ＥＦ−１とスイッチ８ＥＦ−２により行われる。
なお、図２６には図示を省略するが、ステータティースＦのコイルとステータティースＧのコイルとの接続と切り離しも、同様に二つのスイッチにより行われる。

本実施形態においては、集中巻きと分布巻きとで共通に使用される共通巻線の間に、スイッチＳｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３を設け、共通巻線の接続と切り離しを行っている。

具体的には、共通巻線であるコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の接続と切り離しは、スイッチＳｃ１により行う。また、共通巻線であるコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の接続と切り離しは、スイッチＳｃ２により行う。そして、共通巻線であるコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の接続と切り離しは、スイッチＳｃ３により行う。

図２６に示すように、各ステータティースのコイルを直列に接続した集中巻きの状態が、本実施形態における切り替え前の状態で、電流は、ハッチングを付した矢印のように流れる。図２６では、Ｕ相に流れる電流の例を示している。

Ｕ相に流れる電流は、図２５に示すように、準備期間のIIIの期間において電流０期間となる。そこで、本実施形態では、この電流０期間において、スイッチ８Ａ−１８Ａ−２、８Ｄ−２、８Ｄ−１をオフ状態とし、直列接続されていた６個のコイル、３Ａ−１、３Ａ−２、３Ａ−３、３Ｄ−３、３Ｄ−２、３Ｄ−１を切り離す。

また、スイッチＳｃ１をオン状態とすることにより、共通巻線の３Ａ−１と３Ｄ−１を接続する。このように共通巻線を接続することにより、図２５に示すIIIの期間以降のマイナスの電流が流れる期間において、共通巻線には、IIIの期間前の３倍の電流が流れることになる。

次に、図２５に示すように、Ｕ相の電流は、切替期間のＶＩの期間において電流０期間となる。そこで、この期間に、ステータティースＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｅ、Ｄの各コイルを接続するために、スイッチ８ＡＢ−１、８ＢＣ−２、８ＥＦ−２、８ＤＥ−１をオン状態にする。

そして、スイッチＳｃ１をオフ状態とすることにより、共通巻線の３Ａ−１と３Ｄ−１を切り離す。

このように各ステータティースのコイルを接続した状態が分布巻きの状態で、図２６においてドットで示した矢印のように電流が流れることになる。

以下、同様にして各相において、集中巻きから分布巻きへと切り替え行う。

本実施形態では、以上のように、各相の電流が０のときに、集中巻きから分布巻きへの切り替えを行っているので、切り替え時に電圧スパイクが発生せず、損失無しで巻線の切り替えが可能である。

また、切り替え前においては、共通巻線を接続するようにしたので、各相の電流が０になる期間から次に０になる期間までの期間に、共通巻線にはそれ以前の３倍の電流が流れることになり、各相の合計の電流としては、共通巻線の接続前と変わらない電流が流れるので、トリルリップルを発生させることがない。

以下、図２７〜図３３の巻線の接続状態を示す図と、図３４と図３５のフローチャートに基づいて、本実施形態の集中巻きから分布巻きへの切り替え方法についてより詳細に説明する。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例１］
まず、図２７に示すように、集中巻き駆動（Conecentrated Winding Drive:CWD）が行われており、図８または図１５に示すようなモータ制御装置１０から切り替え指令が出力された場合について説明する。なお、図２７に示す集中巻き駆動が行われている場合には、図２７に矢印で示すように各相の電流が流れている。

まず、切り替え指令を入力すると（ステップＳ１）、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ２）、あるいは、Ｖ相の電流が０かどうか（ステップＳ３）、もしくは、Ｗ相の電流が０かどうかを判断する（ステップＳ４）。

例えば、図２５に示すｔ0のタイミングのように、Ｗ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｂ−１とスイッチ８Ｂ−２、および、スイッチ８Ｅ−２とスイッチ８Ｅ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ２をオン状態にして、Ｗ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列に切り替える（ステップＳ５）。

この状態では、各相の巻線の接続状態は図２８のようになっており、図２８に矢印で示すように電流が流れている。

次に、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ１０）、あるいは、Ｖ相の電流が０かどうか（ステップＳ６）を判断する。例えば、図２５に示すt1のタイミングのように、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｃ−１とスイッチ８Ｃ−２、および、スイッチ８Ｆ−２とスイッチ８Ｆ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ３をオン状態にして、Ｖ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列に切り替える（ステップＳ７）。

この状態では、各相の巻線の接続状態は図２９のようになっており、図２９に矢印で示すように電流が流れている。

次に、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ８）を判断し、例えば、図２５に示すt2のタイミングのように、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、スイッチ８Ａ−１とスイッチ８Ａ−２、および、スイッチ８Ｄ−２とスイッチ８Ｄ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ１をオン状態にして、Ｕ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列に切り替える（ステップＳ９）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。この状態では、各相の巻線の接続状態は図３０のようになっており、図３０に矢印で示すように電流が流れている。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例２］
また、Ｗ相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えた後に（ステップＳ５）、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、スイッチ８Ａ−１とスイッチ８Ａ−２、および、スイッチ８Ｄ−２とスイッチ８Ｄ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ１をオン状態にして、Ｕ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列に切り替える（ステップＳ１１）。

次に、Ｖ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ１２）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｃ−１とスイッチ８Ｃ−２、および、スイッチ８Ｆ−２とスイッチ８Ｆ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ３をオン状態にして、Ｖ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列に切り替える（ステップＳ１３）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例３］
切り替え指令を入力した後に（ステップＳ１）、例えば、図２５に示すt1のタイミングでＶ相の電流が０になった場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｃ−１とスイッチ８Ｃ−２、および、スイッチ８Ｆ−２とスイッチ８Ｆ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ３をオン状態にして、Ｖ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列に切り替える（ステップＳ１４）。

次に、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ１５）、または、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップ１９）、図２５に示すt2のタイミングでＵ相の電流が０になった場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、スイッチ８Ａ−１とスイッチ８Ａ−２、および、スイッチ８Ｄ−２とスイッチ８Ｄ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ１をオン状態にして、Ｕ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列に切り替える（ステップＳ１６）。

そして、Ｗ相の電流が０になったかどうかを判断し（ステップＳ１７）、Ｗ相の電流が０になった場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｂ−１とスイッチ８Ｂ−２、および、スイッチ８Ｅ−２とスイッチ８Ｅ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ２をオン状態にして、Ｗ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列に切り替える（ステップＳ１８）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例４］
また、Ｖ相の巻線を集中巻き駆動から共通巻線の２直列に切り替えた後に（ステップＳ１４）、Ｗ相の電流が０になった場合には（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｂ−１とスイッチ８Ｂ−２、および、スイッチ８Ｅ−２とスイッチ８Ｅ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ２をオン状態にして、Ｗ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２０）。

そして、Ｕ相の電流が０になったかどうかを判断し（ステップＳ２１）、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、スイッチ８Ａ−１とスイッチ８Ａ−２、および、スイッチ８Ｄ−２とスイッチ８Ｄ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ１をオン状態にして、Ｕ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２２）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例５］
切り替え指令を入力した後に（ステップＳ１）、例えば、図２５に示すt2のタイミングでＵ相の電流が０になった場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、スイッチ８Ａ−１とスイッチ８Ａ−２、および、スイッチ８Ｄ−２とスイッチ８Ｄ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ１をオン状態にして、Ｕ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２３）。

次に、Ｗ相の電流が０かどうか（ステップＳ２４）、Ｖ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ２８）、Ｗ相の電流が０になつた場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｂ−１とスイッチ８Ｂ−２、および、スイッチ８Ｅ−２とスイッチ８Ｅ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ２をオン状態にして、Ｗ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２５）。

そして、Ｖ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ２６）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｃ−１とスイッチ８Ｃ−２、および、スイッチ８Ｆ−２とスイッチ８Ｆ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ３をオン状態にして、Ｖ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２７）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。

［３相全ての巻線を２直列に切り替えるステップ：例６］
Ｕ相の巻線を集中巻線駆動から共通巻線の２直列駆動に切り替えた後に（ステップＳ２３）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｃ−１とスイッチ８Ｃ−２、および、スイッチ８Ｆ−２とスイッチ８Ｆ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ３をオン状態にして、Ｖ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列に切り替える（ステップＳ２９）。

そして、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ３０）、Ｗ相の電流が０になった場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、スイッチ８Ｂ−１とスイッチ８Ｂ−２、および、スイッチ８Ｅ−２とスイッチ８Ｅ−１をオフ状態にすると共に、スイッチＳｃ２をオン状態にして、Ｗ相の巻線を、集中巻き駆動から、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列に切り替える（ステップＳ３１）。

以上のようにして、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替える。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例１］
以上に説明した何れかの例のように、３相全ての巻線を共通巻線の２直列に切り替えた後は、Ｕ相電流が０かどうか（ステップＳ４０）、または、Ｖ相電流が０かどうか（ステップＳ４１）、あいるは、Ｗ相電流が０かどうかを判断する（ステップＳ４２）。

図２５に示すタイミングt3のようにＷ相の電流が０になったと判断すると(ステップＳ４２：ＹＥＳ)、スイッチＳｃ２をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＣＤ−２、および、スイッチ８ＦＡ−２（図２５には図示せず）と８ＥＦ−１をオン状態にしてＷ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ４３）。

この状態の各相の巻線の接続状態は図３１に示すようになっており、電流は図３１に矢印で示すように流れている。

次に、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ４８）、または、Ｖ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ４４）、図２５に示すタイミングt4のように、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４４：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ３をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＤＥ−２、および、スイッチ８ＡＢ−２と８ＦＡ−１（図２５には図示せず）をオン状態にしてＶ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ４５）。

この状態の各相の巻線の接続状態は図３２に示すようになっており、電流は図３２に矢印で示すように流れている。

次に、Ｕ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ４６）、図２５に示すタイミングt5のように、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４６：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ１をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＢＣ−２、および、スイッチ８ＥＦ−２と８ＤＥ−１をオン状態にしてＵ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ４７）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。この状態の各相の巻線の接続状態は図３３に示すようになっており、電流は図３３に矢印で示すように流れている。

以上のように、本実施形態によれば、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替えるようにしたので、各相の電流の０になる期間から次にの０になる期間までの期間に、共通巻線にはそれ以前の３倍の電流が流れることになり、各相の合計の電流としては、共通巻線の接続前と変わらない電流が流れるので、トルクリップルを発生させることがない。

また、本実施形態では、以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っているので、切り替え時に電圧スパイクが発生せず、損失無しで巻線の切り替えが可能である。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例２］
Ｗ相の巻線を２直列から分布巻き駆動に切り替えた後に（ステップＳ４３）、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４８：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ１をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＢＣ−２、および、スイッチ８ＥＦ−２と８ＤＥ−１をオン状態にしてＵ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ４９）。

次に、Ｖ相の電流が０になったかどうかを判断し（ステップＳ５０）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ３をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＤＥ−２、および、スイッチ８ＡＢ−２と８ＦＡ−１（図２５には図示せず）をオン状態にしてＶ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ５１）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例３］
３相全ての巻線を２直列に切り替えた後に、図２５に示すt4のタイミングのようにＶ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ３をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＤＥ−２、および、スイッチ８ＡＢ−２と８ＦＡ−１（図２５には図示せず）をオン状態にしてＶ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ５２）。

次に、Ｕ相の電流が０かどうか（ステップＳ５３）、または、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ５７）、図２５に示すタイミングt5のようにＵ相の電流が０になった場合には（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ１をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＢＣ−２、および、スイッチ８ＥＦ−２と８ＤＥ−１をオン状態にしてＵ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ５４）。

そして、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ５５）、Ｗ相の電流が０になった場合には(ステップＳ５５：ＹＥＳ)、スイッチＳｃ２をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＣＤ−２、および、スイッチ８ＦＡ−２（図２５には図示せず）と８ＥＦ−１をオン状態にしてＷ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ５６）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例４］
Ｖ相の巻線を２直列から分布巻き駆動に切り替えた後に（ステップＳ５２）、Ｗ相の電流が０になった場合には(ステップＳ５７：ＹＥＳ)、スイッチＳｃ２をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＣＤ−２、および、スイッチ８ＦＡ−２（図２５には図示せず）と８ＥＦ−１をオン状態にしてＷ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ５８）。

次に、Ｕ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ５９）、Ｕ相の電流が０になった場合には（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ１をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＢＣ−２、および、スイッチ８ＥＦ−２と８ＤＥ−１をオン状態にしてＵ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６０）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例５］
３相全ての巻線を２直列に切り替えた後に、図２５に示すタイミングt5のようにＵ相の電流が０になった場合には（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ１をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ａ−１とコイル３Ｄ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＡＢ−１とスイッチ８ＢＣ−２、および、スイッチ８ＥＦ−２と８ＤＥ−１をオン状態にしてＵ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６１）。

次に、Ｖ相の電流が０かどうか（ステップＳ６６）、または、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ６２）、Ｗ相の電流が０になった場合には(ステップＳ６２：ＹＥＳ)、スイッチＳｃ２をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＣＤ−２、および、スイッチ８ＦＡ−２（図２５には図示せず）と８ＥＦ−１をオン状態にしてＷ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６３）。

次に、Ｖ相の電流が０になったかどうかを判断し（ステップＳ６４）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ３をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＤＥ−２、および、スイッチ８ＡＢ−２と８ＦＡ−１（図２５には図示せず）をオン状態にしてＶ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６５）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。

［３相全ての巻線を分布巻き駆動に切り替えるステップ：例６］
Ｕ相の巻線を２直列から分布巻き駆動に切り替えた後に（ステップＳ６１）、Ｖ相の電流が０になった場合には（ステップＳ６６：ＹＥＳ）、スイッチＳｃ３をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｃ−１とコイル３Ｆ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＣＤ−１とスイッチ８ＤＥ−２、および、スイッチ８ＡＢ−２と８ＦＡ−１（図２５には図示せず）をオン状態にしてＶ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６７）。

そして、Ｗ相の電流が０かどうかを判断し（ステップＳ６８）、Ｗ相の電流が０になった場合には(ステップＳ６８：ＹＥＳ)、スイッチＳｃ２をオフ状態にして、共通巻線のコイル３Ｂ−１とコイル３Ｅ−１の２直列を切り離す。そして、スイッチ８ＢＣ−１とスイッチ８ＣＤ−２、および、スイッチ８ＦＡ−２（図２５には図示せず）と８ＥＦ−１をオン状態にしてＷ相を分布巻き駆動にする（ステップＳ６９）。

以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っている。

以上のように、本実施形態によれば、各相の電流が０になったタイミングで、各相の巻線を集中巻きから共通巻線の２直列に切り替えるようにしたので、各相の電流の０になる期間から次にの０になる期間までの期間に、共通巻線にはそれ以前の３倍の電流が流れることになり、各相の合計の電流としては、共通巻線の接続前と変わらない電流が流れるので、トルクリップルを発生させることがない。

また、本実施形態では、以上のように、各相の電流が０のときに、２直列から分布巻きへの切り替えを行っているので、切り替え時に電圧スパイクが発生せず、損失無しで巻線の切り替えが可能である。

なお、本実施形態は、１２０度通電駆動時において各相の巻線を集中巻き駆動から分布巻き駆動に切り替える例について説明したが、１２０度通電駆動時以外の角度の通電駆動の場合にも適用可能である。

また、各コイルの接続と切り離しを行うスイッチは、第７実施形態で説明したような双方向スイッチを用いればよい。

さらに、本実施形態は、各相の巻線を集中巻き駆動から分布巻き駆動に切り替える例について説明したが、各相の巻線を分布巻き駆動から集中巻き駆動に切り替える場合には、各相の電流値がゼロになることを検知した時に、上述した手順とは逆の手順で、分布巻き駆動から２直列へ、さらに、各相の電流値がゼロになることを検知した時に、２直列から集中巻き駆動へと切り替えるようにすればよい。

ステータティースの周囲に巻回された巻き線の接続状態を、回転速度に応じて集中巻きと分布巻きとに自在に変えることにより、装置を大型化することなく、一つのモータで複数の駆動特性を発揮し、出力範囲の拡大を図る用途に適用できる。

１…モータ（回転電機）、２…ステータヨーク、３，３ａ，３ｂ…コイル（巻き線）、３Ａ−１，３Ａ−２，３Ａ−３，３Ｂ−１，３Ｂ−２，３Ｂ−３，３Ｃ−１，３Ｃ−２，３Ｃ−３，３Ｄ−１，３Ｄ−２，３Ｄ−３，３Ｅ−１，３Ｅ−２，３Ｅ−３，３Ｆ−１，３Ｆ−２，３Ｆ−３…コイル（巻き線）、４…ステータ、５、６…永久磁石、７…ロータ、８…スイッチ、８Ａ−１，８Ａ−２，８Ｂ−１，８Ｂ−２，８Ｃ−１，８Ｃ−２，８Ｄ−１，８Ｄ−２，８Ｅ−１，８Ｅ−２，８Ｆ−１，８Ｆ−２，８ＡＢ−１，８ＡＢ−２，８ＢＣ−１，８ＢＣ−２，８ＣＤ−１，８ＣＤ−２，８ＤＥ−１，８ＤＥ−２，８ＥＦ−１，８ＥＦ−２，８ＦＡ−１，８ＦＡ−２…スイッチ、８’，８”…双方向スイッチ、９…スイッチ制御装置、１０…モータ制御装置、２０，２０’，２１，２１’
…ＭＯＳＦＥＴ、２０ａ，２１ａ…寄生ダイオード、Ａ〜Ｆ…ステータティース、Ｒｂ…電流遮断抵抗、Ｒｇ…ゲート抵抗。

Claims (22)

1. ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、
   前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも２つの巻き線と、
   前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の組の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、
   前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、
   ことを特徴とするステータティース。
2. 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステータティース。
3. ステータヨークと、前記ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースとを備えたステータであつて、
   前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも２つの巻き線と、
   前記２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の組の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、
   前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、
   ことを特徴とするステータ。
4. 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のステータ。
5. 永久磁石を有するロータと、
   ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
   前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
   前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
   前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている、
   ことを特徴とする回転電機。
6. 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
7. 前記スイッチは、前記少なくとも２つの巻き線を並列接続又は直列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されている、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回転電機。
8. 永久磁石を有するロータと、
   ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
   前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
   前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
   前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
   前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続されるように切り替え、
   前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える、
   ことを特徴とする回転電機の制御方法。
9. 前記スイッチは、前記少なくとも２つの巻き線を並列接続又は直列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されており、
   前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線が直列接続となるように切り替える、
   ことを特徴とする請求項８に記載の回転電機の制御方法。
10. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
    前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
    前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
    前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の組の巻き線の端部とが接続されるように切り替え、
    前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも低い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
11. 前記スイッチは、前記各２つの巻き線を並列接続又は直列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されており、
    前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記スイッチを、前記各２つの巻き線が直列接続となるように切り替える、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の回転電機の制御方法。
12. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
    前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
    前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
    各相において正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続とし、各相において負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続として、巻き線に印加する電圧を直流電圧から交流電圧とする、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
13. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
    前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
    前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
    各相における巻き線の接続状態を、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続される集中巻き状態、または、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続される分布巻き状態の２つの状態に、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にする、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
14. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも３つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも２つずつ巻回された巻き線と、
    前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
    前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
    前記スイッチを、前記各２つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える場合には、各ステータティースにおいて異なる巻き線と接続されるように前記スイッチを切り替えると共に、各相に含まれる各巻き線の数が等しくなるように前記スイッチを切り替える、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
15. 前記ステータティースは、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられており、
    前記巻き線は、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回されており、
    前記スイッチは、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離すスイッチと、一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離すスイッチと、を備え、
    各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
    各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離すスイッチを備えている、
    ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
16. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回された巻き線と、
    前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、
    一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、
    各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
    各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、３相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、
    前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、
    前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、
    前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、
    前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、
    前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、
    前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行う、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
17. 永久磁石を有するロータと、
    ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の１極対に対して少なくとも６つ以上設けられたステータティースと、
    前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも３つずつ巻回された巻き線と、
    前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、
    一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、
    各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
    各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、３相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、
    前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも低い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、
    前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、
    前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも３つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、
    前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、
    前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、
    前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行う、
    ことを特徴とする回転電機の制御方法。
18. 前記第一の接続態様と前記第二の接続態様とを、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にする、
    ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の回転電機の制御方法。
19. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項１または２に記載のステータティース。
20. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項３または４に記載のステータ。
21. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項５ないし７、または１５のいずれか一に記載の回転電機。
22. 前記スイッチは、ＭＯＳＦＥＴのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項８ないし１４、または、請求項１６ないし１８のいずれか一に記載の回転電機の制御方法。

Images