JP6758460B1 - 回転電機装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各系統において、巻線と駆動回路との接続の状態を変更することができると共に、一方の系統の駆動回路から他方の系統の巻線に電力を供給することができる回転電機装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】第一系統の巻線を駆動する第一系統の駆動回路と、第二系統の巻線を駆動する第二系統の駆動回路と、第一系統の巻線と第一系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第一系統の切替回路と、第二系統の巻線と第二系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第二系統の切替回路と、第一系統の巻線と第二系統の巻線との接続、非接続を切り替える巻線切替回路と、を備えた回転電機装置。【選択図】図１

Description

本願は、回転電機装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。

上記のような回転電機装置について、例えば、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１の技術では、駆動回路であるインバータ、３相巻線をそれぞれ二組有する永久磁石式三相二重化モータを用いた電動パワーステアリング装置において、一系統の故障時の動作について記載されている。一方の系統が故障した時、故障側の系統の巻線への電流供給を停止しているので、故障側の系統のトルク低下、トルク変動が発生する。これを補うように正常側の系統の巻線に供給される電流を増加させる方法が示されている。

特開２０１１−７８２２１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、１系統の故障時、正常側の系統の巻線に供給される電流を増加させるので、正常側の系統の巻線が巻き回しされたステータの周方向の位置において磁界が増加し、ロータの磁石を不可逆的に減磁させる可能性がある。ロータの磁石が減磁されると、モータの出力トルクが低下する。また、正常側の系統の巻線の発熱量の増加により、巻線の温度が許容温度を超えやすくなり、駆動継続時間が短くなる問題があった。

これは、各系統において、巻線が駆動回路に直結されており、一方の系統の駆動回路が故障した場合に、故障系統の巻線への電力供給を停止せざるを得ず、トルク低下を抑制するためには、正常系統の巻線への供給電力を増加せざるを得ないためである。

そこで、本願に係る回転電機装置は、各系統において、巻線と駆動回路との接続の状態を変更することができると共に、一方の系統の駆動回路から他方の系統の巻線に電力を供給することができる回転電機装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

本願に係る回転電機装置は、
第一系統の巻線と、
第二系統の巻線と、
前記第一系統の巻線を駆動する第一系統の駆動回路と、
前記第二系統の巻線を駆動する第二系統の駆動回路と、
前記第一系統の巻線と前記第一系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第一系統の切替回路と、
前記第二系統の巻線と前記第二系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第二系統の切替回路と、
前記第一系統の巻線と前記第二系統の巻線との接続、非接続を切り替える巻線切替回路と、を備えたものである。

本願に係る電動パワーステアリング装置は、上記の回転電機装置を備えたものである。

本願に係る回転電機装置及び電動パワーステアリング装置によれば、第一系統の切替回路により、第一系統の巻線と第一系統の駆動回路との接続、非接続を切り替えることができる。また、第二系統の切替回路により、第二系統の巻線と第二系統の駆動回路との接続、非接続を切り替えることができる。巻線切替回路により、第一系統の巻線と第二系統の巻線との接続、非接続を切り替えることができる。よって、第一系統の切替回路又は第二系統の切替回路の接続の状態を非接続に切り替えることで、各系統において、巻線と駆動回路との接続の状態を変更することができる。また、巻線切替回路の接続の状態を切り替えることで、一方の系統の駆動回路から他方の系統の巻線に電力を供給することができる。
この構成によれば、駆動回路が故障した系統の巻線を、故障系統の駆動回路から切り離し、正常系統の駆動回路に接続することが可能となる。正常系統の駆動回路により、正常系統の巻線及び異状系統の巻線に電流を流すことが可能となり、出力トルクの低下を抑制することが可能となる。この場合、正常時と同様に、巻線の磁界がステータの周方向に分散するため、ロータ磁石の不可逆減磁の発生を防止することが可能となる。また、正常時と同様に、正常系統の巻線及び異常系統の巻線に分散して電流が流れるので、巻線の発熱による駆動継続時間の短縮も抑制可能となる。

実施の形態１に係る回転電機装置の回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の第一系統の駆動回路の詳細回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の第二系統の駆動回路の詳細回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の巻線切替回路の詳細回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の巻線切替回路の詳細回路図である。 実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の側面図である。 実施の形態１に係る一体構成された回転電機装置の背面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の第一の巻線配置図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の第二の巻線配置図である。 実施の形態２に係る回転電機装置の回路図である。 比較例に係る回転電機装置の巻線配置図である。

実施の形態１．
図１に、本実施の形態１に係る回転電機装置１の概略回路図を示す。回転電機装置１は、回転電機本体２と、回転電機本体２を駆動制御する駆動装置４とを備える。回転電機本体２は、第一系統の巻線１６ａと第二系統の巻線１６ｂを備える。駆動装置４は、第一系統の巻線１６ａを駆動する第一系統の駆動回路１２ａと、第二系統の巻線１６ｂを駆動する第二系統の駆動回路１２ｂとを備えている。

本実施の形態では、制御系統及び電源系統も２重化されている。駆動装置４は、第一系統の駆動回路１２ａを制御する第一系統の制御回路２８ａ、第二系統の駆動回路１２ｂを制御する第二系統の制御回路２８ｂを備えている。また、駆動装置４は、第一系統の電源コネクタ６ａ、第一系統の信号コネクタ７ａ、第一系統のローパスフィルタ回路３０ａ、第一系統の電源リレー回路３１ａ、第二系統の電源コネクタ６ｂ、第二系統の信号コネクタ７ｂ、第二系統のローパスフィルタ回路３０ｂ、及び第二系統の電源リレー回路３１ｂを備える。

回転電機装置１は、第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂ、及び巻線切替回路１４を備えている。各部について、以下で詳細に説明する。

＜電源接続＞
第一系統の電源コネクタ６ａは、第一の直流電源５ａが接続される接続端子である。第一の直流電源５ａは、回転電機装置１の外部に設けられている。第二系統の電源コネクタ６ｂは、第二の直流電源５ｂが接続される接続端子である。第二の直流電源５ｂは、回転電機装置１の外部に設けられている。第一及び第二の直流電源５ａ、５ｂは、１２Ｖ、４８Ｖ等の直流電源とされ、鉛電池、リチウムイオン２次電池等の電池の出力電圧、もしくは電池の出力電圧が降圧又は昇圧された直流電圧とされる。

第一系統の電源コネクタ６ａから供給された電流は、第一系統のローパスフィルタ回路３０ａを介して第一系統の制御回路２８ａに供給されるとともに、第一系統の電源リレー回路３１ａを介して第一系統の駆動回路１２ａに供給される。第二系統の電源コネクタ６ｂから供給された電流は、第二系統のローパスフィルタ回路３０ｂを介して第二系統の制御回路２８ｂに供給されるとともに、第二系統の電源リレー回路３１ｂを介して第二系統の駆動回路１２ｂに供給される。

＜回転電機本体２＞
第一系統の巻線１６ａは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を有している。第二系統の巻線１６ｂは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２を有している。回転電機本体２は、固定子に、第一系統の巻線１６ａと第二系統の巻線１６ｂが設けられ、回転電機本体２の回転子に、永久磁石が設けられた、永久磁石同期の回転電機とされている。

第一系統の巻線１６ａは、３相各相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の一端が相互に接続されたＹ結線とされ、第二系統の巻線１６ｂは、３相各相の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の一端が相互に接続されたＹ結線とされている。なお、第一系統の巻線１６ａ、第二系統の巻線１６ｂは、それぞれ、Δ結線とされてもよい。

図１に示すように、第一系統の３相各相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の他端は、第一系統の切替回路１３ａの３相各相用のリレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗを介して第一系統の駆動回路１２ａの３相各相用の正極側のスイッチング素子１２１と負極側のスイッチング素子１２２の接続点に接続される。第二系統の３相各相の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の他端は、第二系統の切替回路１３ｂの３相各相用のリレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗを介して３相各相用の正極側のスイッチング素子１２１と負極側のスイッチング素子１２２の接続点に接続される。

また、第一系統の３相各相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、巻線切替回路１４の３相各相用のリレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗを介して、第二系統の３相各相の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２と接続される。

回転電機本体２には、回転子の回転角度（磁極位置）を検出するための第一系統の回転センサ１５ａ、第二系統の回転センサ１５ｂが備えられている。第一系統の回転センサ１５ａの出力信号は、第一系統の制御回路２８ａの入力回路９ａに入力され、第二系統の回転センサ１５ｂの出力信号は、第二系統の制御回路２８ｂの入力回路９ｂに入力される。第一系統の回転センサ１５ａ及び第二系統の回転センサ１５ｂには、レゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角度が検出できるセンサが用いられる。

＜駆動回路１２＞
第一系統の駆動回路１２ａは、第一の直流電源５ａから出力された直流電力と、回転電機本体２の第一系統の３相の巻線１６ａに供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータである。第一系統の駆動回路１２ａは、相毎に正極側スイッチング素子１２１及び負極側スイッチング素子１２２を備えている。各相の正極側スイッチング素子１２１及び負極側スイッチング素子１２２は、直流電源の正極側と負極側との間に直列接続されており、その接続点が、第一系統の切替回路１３ａを介して、第一系統の対応する相の巻線に接続される。

第二系統の駆動回路１２ｂは、第二の直流電源５ｂから出力された直流電力と、回転電機本体２の第二系統の３相の巻線１６ｂに供給する交流電力とを変換する、スイッチング素子を備えたインバータである。第二系統の駆動回路１２ｂは、相毎に正極側スイッチング素子１２１及び負極側スイッチング素子１２２を備えている。各相の正極側スイッチング素子１２１及び負極側スイッチング素子１２２は、直流電源の正極側と負極側との間に直列接続されており、その接続点が、第二系統の切替回路１３ｂを介して、第二系統の対応する相の巻線に接続される。

各系統の各相用のスイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。

第一系統の駆動回路１２ａの各相の負極側スイッチング素子とグランド（直流電源の負極側）を結ぶ直列回路には、第一系統の電流センサ１２３としてのシャント抵抗１２３が直列接続されている。各シャント抵抗１２３の両端電位差が、電流センサ１２３の出力信号として第一系統の制御回路２８ａの入力回路９ａに入力される（不図示）。第一系統の各スイッチング素子のゲート端子は、第一系統の制御回路２８ａの出力回路１１ａに接続されている。よって、第一系統の各スイッチング素子は、第一系統の制御回路２８ａの出力回路１１ａから出力される制御信号によりオン又はオフされる。第一系統の駆動回路１２ａに供給される直流電流の電圧を検出するための電源電圧センサが備えられており、電源電圧センサの出力信号は、第一系統の制御回路２８ａの入力回路９ａに入力される（不図示）。

第二系統の駆動回路１２ｂの各相の負極側スイッチング素子とグランド（直流電源の負極側）を結ぶ直列回路には、第二系統の電流センサ１２３としてのシャント抵抗１２３が直列接続されている。各シャント抵抗１２３の両端電位差が、電流センサ１２３の出力信号として第二系統の制御回路２８ｂの入力回路９ｂに入力される（不図示）。第二系統の各スイッチング素子のゲート端子は、第二系統の制御回路２８ｂの出力回路１１ｂに接続されている。よって、第二系統の各スイッチング素子は、第二系統の制御回路２８ｂの出力回路１１ｂから出力される制御信号によりオン又はオフされる。第二系統の駆動回路１２ｂに供給される直流電流の電圧を検出するための電源電圧センサが備えられており、電源電圧センサの出力信号は、第二系統の制御回路２８ｂの入力回路９ｂに入力される（不図示）。

上記では、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂの出力電流と入力電圧を検出する事例について述べたが、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂの出力電圧、入力電流を検出する回路を設けることもできる。

＜第一系統の切替回路＞
第一系統の切替回路１３ａは、第一系統の駆動回路１２ａと第一系統の巻線１６ａとの接続、非接続を切り替える。

本実施の形態では、図２に回路の詳細を示すように、第一系統の切替回路１３ａは、３相各相に１つずつ、合計３つのリレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗを備えている。図１に示すように、第一系統のＵ相のリレー回路１３ａｕは、第一系統のＵ相の巻線Ｕ１の端子と第一系統の駆動回路１２ａのＵ相用の接続点との接続経路上に直列接続されている。第一系統のＶ相のリレー回路１３ａｖは、第一系統のＶ相の巻線Ｖ１の端子と第一系統の駆動回路１２ａのＶ相用の接続点との接続経路に直列接続される。第一系統のＷ相のリレー回路１３ａｗは、第一系統のＷ相の巻線Ｗ１の端子と第一系統の駆動回路１２ａのＷ相用の接続点との接続経路に直列接続される。

本実施の形態では、各リレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗは、電磁リレー回路とされており、それぞれ、磁気コイル１３ａｍｕ、１３ａｍｖ、１３ａｍｗを備えている。各磁気コイル１３ａｍｕ、１３ａｍｖ、１３ａｍｗが通電状態になると、各リレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗの接点が開き、各相の巻線と駆動回路との接続が解除される。一方、各磁気コイル１３ａｍｕ、１３ａｍｖ、１３ａｍｗが非通電状態になると、各リレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗの接点が閉じ、各相の巻線と駆動回路とが接続される。なお、各リレー回路は、磁気コイルへの通電状態で接点が閉じ、非通電状態で接点が開くように構成されてもよい。

本実施の形態では、第一系統の切替回路１３ａの接続の状態は第一系統の制御回路２８ａにより制御される。具体的には、第一系統の制御回路２８ａ（第一系統の出力回路１１ａ）から、接続線３４を介して各磁気コイル１３ａｍｕ、１３ａｍｖ、１３ａｍｗに電力が供給されると、各リレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗの接点が開き、各磁気コイル１３ａｍｕ、１３ａｍｖ、１３ａｍｗへの電力供給が停止すると、各リレー回路１３ａｕ、１３ａｖ、１３ａｗの接点が閉じる。

＜第二系統の切替回路＞
第二系統の切替回路１３ｂは、第二系統の駆動回路１２ｂと第二系統の巻線１６ｂとの接続、非接続を切り替える。

本実施の形態では、図３に回路の詳細を示すように、第二系統の切替回路１３ｂは、３相各相に１つずつ、合計３つのリレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗを備えている。図１に示すように、第二系統のＵ相のリレー回路１３ｂｕは、第二系統のＵ相の巻線Ｕ２の端子と第二系統の駆動回路１２ｂのＵ相用の接続点との接続経路上に直列接続されている。第二系統のＶ相のリレー回路１３ｂｖは、第二系統のＶ相の巻線Ｖ２の端子と第二系統の駆動回路１２ｂのＶ相用の接続点との接続経路に直列接続される。第二系統のＷ相のリレー回路１３ｂｗは、第二系統のＷ相の巻線Ｗ２の端子と第二系統の駆動回路１２ｂのＷ相用の接続点との接続経路に直列接続される。

本実施の形態では、各リレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗは、電磁リレー回路とされており、それぞれ、磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗを備えている。各磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗが通電状態になると、各リレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗの接点が開き、各相の巻線と駆動回路との接続が解除される。一方、各磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗが非通電状態になると、各リレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗの接点が閉じ、各相の巻線と駆動回路とが接続される。なお、各リレー回路は、磁気コイルへの通電状態で接点が閉じ、非通電状態で接点が開くように構成されてもよい。

本実施の形態では、第二系統の切替回路１３ｂの接続の状態は第二系統の制御回路２８ｂにより制御される。具体的には、第二系統の制御回路２８ｂ（第二系統の出力回路１１ｂ）から、接続線３５を介して各磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗに電力が供給されると、各リレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗの接点が開き、各磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗへの電力供給が停止すると、各リレー回路１３ｂｕ、１３ｂｖ、１３ｂｗの接点が閉じる。

＜巻線切替回路＞
巻線切替回路１４は、第一系統の巻線１６ａと第二系統の巻線１６ｂとの接続、非接続を切り替える。

本実施の形態では、図４に回路の詳細を示すように、巻線切替回路１４は、３相各相に１つずつ、合計３つのリレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗを備えている。図１に示すように、Ｕ相のリレー回路１４ｕは、第一系統のＵ相の巻線Ｕ１の端子と第二系統のＵ相の巻線Ｕ２の端子との接続経路上に直列接続されている。Ｖ相のリレー回路１４ｖは、第一系統のＶ相の巻線Ｖ１の端子と第二系統のＶ相の巻線Ｖ２の端子との接続経路上に直列接続されている。Ｗ相のリレー回路１４ｗは、第一系統のＷ相の巻線Ｗ１の端子と第二系統のＷ相の巻線Ｗ２の端子との接続経路上に直列接続されている。

本実施の形態では、各リレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗは、電磁リレー回路とされており、それぞれ、磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗを備えている。各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗが通電状態になると、各リレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗの接点が閉じ、第一系統の各相の巻線と第二系統の各相の巻線とが接続される。一方、各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗが非通電状態になると、各リレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗの接点が開き、各相の巻線と駆動回路との接続が解除される。なお、各リレー回路は、磁気コイルへの通電状態で接点が開き、非通電状態で接点が閉じるように構成されてもよい。

本実施の形態では、巻線切替回路１４の接続の状態は、第一系統の制御回路２８ａ及び第二系統の制御回路２８ｂの双方により制御される。本例では、第一系統の制御回路２８ａ（第一系統の出力回路１１ａ）及び第二系統の制御回路２８ｂ（第二系統の出力回路１１ｂ）は、第一系統の接続線３６ａと第二系統の接続線３６ｂとダイオードオア回路を介して、各磁気コイル１３ｂｍｕ、１３ｂｍｖ、１３ｂｍｗに並列接続されている。具体的には、第一系統の出力回路１１ａに接続された第一系統の接続線３６ａと各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗとの接続経路上に第一系統のダイオード１４ｄａが直列接続され、第二系統の出力回路１１ｂと接続された第二系統の接続線３６ｂと各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗの接続経路上に第二系統のダイオード１４ｄｂが直列接続されている。よって、第一系統の制御回路２８ａ及び第二系統の制御回路２８ｂのいずれか一方から、各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗに電力が供給されると、各リレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗの接点が閉じ、各磁気コイル１４ｍｕ、１４ｍｖ、１４ｍｗへの電力供給が停止すると、各リレー回路１４ｕ、１４ｖ、１４ｗの接点が開く。なお、第一系統のダイオード１４ｄａは、第一系統の制御回路２８ａに備えられてもよく、第二系統のダイオード１４ｄｂは第二系統の制御回路２８ｂに備えられてもよい。また、ダイオードオア回路は、論理的にオア回路を成立させる他の構成に置き換えることができ、例えばトランジスタのオープンコレクタの接続によるワイアードオア、ロジックＩＣ（Integrated Circuit）のオア回路を使用してもよい。

或いは、図５に示すように、巻線切替回路１４は、第一系統の制御回路２８ａが制御する第一系統制御用の巻線切替回路１４ａと、第二系統の制御回路２８ｂが制御する第二系統制御用の巻線切替回路１４ｂと、を備えており、第一系統制御用の巻線切替回路１４ａ及び第二系統制御用の巻線切替回路１４ｂが第一系統の巻線１６ａと第二系統の巻線１６ｂとの間に並列接続されてもよい。第一系統制御用の巻線切替回路１４ａは、図４の巻線切替回路１４と同様に、３相各相に１つずつ、３つのリレー回路１４ａｕ、１４ａｖ、１４ａｗと、３つの磁気コイル１４ａｍｕ、１４ａｍｖ、１４ａｍｗとを備えている。３つの磁気コイル１４ａｍｕ、１４ａｍｖ、１４ａｍｗは、第一系統の制御回路２８ａ（第一系統の出力回路１１ａ）により通電状態が制御される。また、第二系統制御用の巻線切替回路１４ｂは、図４の巻線切替回路１４と同様に、３相各相に１つずつ、３つのリレー回路１４ｂｕ、１４ｂｖ、１４ｂｗと、３つの磁気コイル１４ｂｍｕ、１４ｂｍｖ、１４ｂｍｗとを備えている。３つの磁気コイル１４ｂｍｕ、１４ｂｍｖ、１４ｂｍｗは、第二系統の制御回路２８ｂ（第二系統の出力回路１１ｂ）により通電状態が制御される。

第一系統のＵ相の巻線Ｕ１の端子と第二系統のＵ相の巻線Ｕ２の端子との間に、第一系統制御用のＵ相のリレー回路１４ａｕ及び第二系統制御用のＵ相のリレー回路１４ｂｕが並列接続されている。第一系統のＶ相の巻線Ｖ１の端子と第二系統のＶ相の巻線Ｖ２の端子との間に、第一系統制御用のＶ相のリレー回路１４ａｖ及び第二系統制御用のＶ相のリレー回路１４ｂｖが並列接続されている。第一系統のＷ相の巻線Ｗ１の端子と第二系統のＷ相の巻線Ｗ２の端子との間に、第一系統制御用のＷ相のリレー回路１４ａｗ及び第二系統制御用のＶ相のリレー回路１４ｂｖが並列接続されている。

＜電動パワーステアリング装置２４＞
図６に電動パワーステアリング装置２４の構成図を示す。回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされており、回転電機装置１は、電動パワーステアリング装置２４に組み込まれている。運転者が操作するハンドル１７にはステアリングシャフト１８が連結されている。ステアリングシャフト１８には運転者の操舵角及び操舵トルクの一方又は双方を検知する２つの系統の操舵センサ１９ａ、１９ｂが取り付けられている。操向輪である前輪２０ａ、２０ｂのナックルアーム２１ａ、２１ｂには、ラック軸２２に連結されたタイロッド２３ａ、２３ｂが接続されており、ラック軸２２の動きがタイロッド２３ａ、２３ｂと、ナックルアーム２１ａ、２１ｂを経て前輪２０ａ、２０ｂに伝わることにより、前輪２０ａ、２０ｂが操向される。ラック軸２２には転舵モータである回転電機装置１が取り付けられており、回転電機装置１の出力トルクがラック軸２２を動かす動力となっている。回転電機装置１は、２つの系統の操舵センサ１９ａ、１９ｂの出力信号と車速などの２つの系統の車両信号２７ａ，２７ｂに基づき、回転電機装置１の出力トルクを制御することにより、運転者の操作に応じた転舵が行われる。

＜一体構成にされた回転電機装置１＞
図７及び図８に、回転電機装置１の側面図及び背面図を示す。回転電機本体２、駆動装置４、第一系統及び第二系統の電源コネクタ６ａ、６ｂ、及び第一系統及び第二系統の信号コネクタ７ａ、７ｂが一体的に構成されている。回転子の駆動力が出力される出力軸３が、回転電機本体２から軸方向の一方側に突出している。出力軸３は、ギヤ機構等によりラック軸２２等の動力伝達機構に連結される。回転電機本体２の出力軸３が突出する反対側には、２つの系統の駆動回路１２ａ、１２ｂ、制御回路２８ａ、２８ｂなどを包含する駆動装置４が、設けられている。回転電機本体２及び駆動装置４は、円筒状のケース内に収容されている。２つの系統の電源コネクタ６ａ、６ｂ、操舵センサ１９ａ、１９ｂ及び車両信号２７ａ、２７ｂ用の信号コネクタ７ａ、７ｂが、駆動装置４から出力軸３の反対側に突出している。

＜制御回路＞
第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の電源リレー回路３１ａ、第一系統の切替回路１３ａ、第一系統の駆動回路１２ａ、及び巻線切替回路１４を制御する。第一系統の制御回路２８ａの各制御は、制御回路２８ａが備えた処理回路により実現される。具体的には、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置１０ａ、記憶装置３３ａ、演算処理装置１０ａに外部の信号を入力する入力回路９ａ、演算処理装置１０ａから外部に信号を出力する出力回路１１ａ、及び制御回路２８ａの各部に電力を供給する電源回路８ａを備えている。

第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の電源リレー回路３１ｂ、第二系統の切替回路１３ｂ、第二系統の駆動回路１２ｂ、及び巻線切替回路１４を制御する。第二系統の制御回路２８ｂの各制御は、制御回路２８ｂが備えた処理回路により実現される。具体的には、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の、ＣＰＵ等の演算処理装置１０ｂ、記憶装置３３ｂ、演算処理装置１０ｂに外部の信号を入力する入力回路９ｂ、演算処理装置１０ｂから外部に信号を出力する出力回路１１ｂ、及び制御回路２８ｂの各部に電力を供給する電源回路８ｂを備えている。

第一系統及び第二系統の演算処理装置１０ａ、１０ｂとして、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、第一系統及び第二系統の演算処理装置１０ａ、１０ｂとして、同じ種類の回路等又は異なる種類の回路等が複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。第一系統及び第二系統の記憶装置３３ａ、３３ｂとして、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。

第一系統の入力回路９ａは、第一系統の回転センサ１５ａ、第一系統の電流センサ１２３、第一系統の電源電圧センサ（不図示）、操舵センサ１９ａ、車両信号２７ａ等の各種のセンサおよび信号線が接続され、これらセンサおよび信号線の信号を第一系統の演算処理装置１０ａに入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。第一系統の出力回路１１ａには、第一系統の電源リレー回路３１ａ、第一系統の切替回路１３ａ、第一系統の駆動回路１２ａの各スイッチング素子のゲート端子、および巻線切替回路１４等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に第一系統の演算処理装置１０ａから制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

第二系統の入力回路９ｂは、第二系統の回転センサ１５ｂ、電流センサ１２３、電源電圧センサ（不図示）、操舵センサ１９ｂ、車両信号２７ｂ等の各種のセンサおよび信号線が接続され、これらセンサおよび信号線の信号を第二系統の演算処理装置１０ｂに入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。第二系統の出力回路１１ｂには、第二系統の電源リレー回路３１ｂ、第二系統の切替回路１３ｂ、第二系統の駆動回路１２ｂの各スイッチング素子のゲート端子、および巻線切替回路１４等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に第二系統の演算処理装置１０ｂから制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

第一系統の出力回路１１ａと第二系統の出力回路１１ｂとは、通信線３７により相互に接続されており、第一系統の演算処理装置１０ａ及び第二系統の演算処理装置１０ｂは、駆動回路の故障情報等の制御情報を相互に伝達する。

各系統の制御回路２８ａ、２８ｂの各制御は、各系統の演算処理装置１０ａ、１０ｂが、各系統の記憶装置３３ａ、３３ｂに記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、各系統の記憶装置３３ａ、３３ｂ、入力回路９ａ、９ｂ、出力回路１１ａ、１１ｂ、及び電源回路８ａ、８ｂ等の各系統の制御回路２８ａ、２８ｂの他のハードウェアと協働することにより実現される。

＜駆動回路の正常時のモータ制御＞
各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統のトルク指令値、回転速度、及び電源電圧に基づいて、各系統の３相巻線の電流指令値を算出する。この際、各系統の巻線の誘起電圧定数の変化、直流電圧の変化により、同じトルク指令値に対応する電流指令値が変化する。

本実施の形態では、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の操舵センサ１９ａの出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び第一系統の車両信号２７ａ（例えば、車速）に基づいて、操舵機構をアシストするトルク指令値を算出するように構成されている。また、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の操舵センサ１９ｂの出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び第二系統の車両信号２７ｂ（例えば、車速）に基づいて、操舵機構をアシストするトルク指令値を算出するように構成されている。

各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統の３相巻線の電流検出値が、各系統の３相巻線の電流指令値に近づくように、３相巻線に印加する電圧指令値を変化させる電流フィードバック制御を行う。各系統の３相巻線の電流指令値の設定、電流フィードバック制御は、ｄｑ軸の回転座標系上で行われる。各系統のｄｑ軸の回転座標系は、回転子に設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、回転子の電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。

具体的には、各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統のトルク指令値に基づいて、各系統のｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を算出する。各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統の３相の電流検出値をｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に変換する。各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統について、ｄ軸の電流検出値がｄ軸の電流指令値に近づき、ｑ軸の電流検出値がｑ軸の電流指令値に近づくように、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を変化させる。そして、各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統のｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を、各系統の３相の電圧指令値に変換する。

なお、各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統の回転センサ１５ａ、１５ｂの出力信号に基づいて、回転子の回転速度及び回転角度（磁極位置）を検出し、各系統の各相の電流センサ１２３の出力信号に基づいて、３相巻線に流れる電流を検出し、各系統の電圧センサの出力信号に基づいて、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂに供給される直流電圧を検出する。

各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統の３相巻線の電圧指令値に基づいて、各系統の各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行する。各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、各系統の各相の電圧指令値と、直流電圧の振幅で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、比較結果に基づいて各相のオンオフ制御信号を生成して、対応するスイッチング素子のゲート端子に出力する。

＜駆動回路の故障判定＞
第一系統の制御回路２８ａは、検出情報に基づいて、第一系統の駆動回路１２ａの故障又は正常を判定する。例えば、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の電流センサ１２３の出力信号に基づいて検出した各相の電流検出値、及び第一系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、各スイッチング素子の故障の有無を判定する。第一系統の制御回路２８ａは、第一系統のスイッチング素子が故障していると判定した場合は、第一系統の駆動回路１２ａが故障していると判定し、第一系統のスイッチング素子が故障していないと判定した場合は、第一系統の駆動回路１２ａが正常であると判定する。第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の駆動回路１２ａの故障判定結果を、通信線３７を介して、第二系統の制御回路２８ｂに伝達する。

第二系統の制御回路２８ｂは、検出情報に基づいて、第二系統の駆動回路１２ｂの故障又は正常を判定する。例えば、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の電流センサ１２３の出力信号に基づいて検出した各相の電流検出値、及び第二系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、各スイッチング素子の故障の有無を判定する。第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統のスイッチング素子が故障していると判定した場合は、第二系統の駆動回路１２ｂが故障していると判定し、第二系統のスイッチング素子が故障していないと判定した場合は、第二系統の駆動回路１２ｂが正常であると判定する。第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の駆動回路１２ｂの故障判定結果を、通信線３７を介して、第一系統の制御回路２８ａに伝達する。

上記では、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂに設けられた電流センサ１２３の出力と各系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、各スイッチング素子の故障の有無を判定している。しかし、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂに供給される直流電流の電圧を検出する電源電圧センサの出力と各系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、各系統の駆動回路が健全に電源電圧を供給されているかどうか判断し、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂの故障判定をしてもよい。 同様に、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂに供給される電流の大きさ、または、出力電流の電圧と各系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂの故障判定をしてもよい。

なお、各スイッチング素子または各系統の駆動回路１２ａ、１２ｂが故障検出回路を有する場合は、第一系統の制御回路２８ａ及び第二系統の制御回路２８ｂは、故障検出回路の出力信号に基づいて、各スイッチング素子の故障の有無を判定してもよい。

＜駆動回路の故障時の課題＞
特許文献１の技術のように、１系統の駆動回路の故障時、異状系統の巻線への電力供給を停止し、正常側の系統の巻線に供給される電流を増加させると、正常側の系統の巻線が巻き回しされたステータの周方向の位置において磁界が増加し、ロータの磁石を不可逆的に減磁させる可能性がある。ロータの磁石が減磁されると、モータの出力トルクが低下する。また、正常側の系統の巻線の発熱量の増加により、巻線の温度が許容温度を超えやすくなり、駆動継続時間が短くなる問題が生じる。

＜切換回路の切り替え制御＞
そこで、第一系統の駆動回路１２ａ及び第二系統の駆動回路１２ｂが正常である時は、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御し、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の切替回路１３ｂを接続状態に制御し、第一系統の制御回路２８ａ又は第二系統の制御回路２８ｂは、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。

第二系統の駆動回路１２ｂが正常であり第一系統の駆動回路１２ａが故障した時は、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の切替回路１３ａを非接続状態に制御し、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の切替回路１３ｂを接続状態に制御し、第一系統の制御回路２８ａ又は第二系統の制御回路２８ｂは、巻線切替回路１４を接続状態に制御する。

この状態になると、本実施の形態では、第一系統の３相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１は、第一系統の駆動回路１２ａから切り離され、第一系統のＵ相の巻線Ｕ１は、第二系統のＵ相の巻線Ｕ２と同様に、第二系統の駆動回路１２ｂのＵ相の接続点に接続され、第一系統のＶ相の巻線Ｖ１は、第二系統のＶ相の巻線Ｖ２と同様に、第二系統の駆動回路１２ｂのＶ相の接続点に接続され、第一系統のＷ相の巻線Ｗ１は、第二系統のＷ相の巻線Ｗ２と同様に、第二系統の駆動回路１２ｂのＷ相の接続点に接続される。

第一系統の駆動回路１２ａが正常であり第二系統の駆動回路１２ｂが故障した時は、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御し、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の切替回路１３ｂを非接続状態に制御し、第一系統の制御回路２８ａ又は第二系統の制御回路２８ｂは、巻線切替回路１４を接続状態に制御する。

この状態になると、本実施の形態では、第二系統の３相の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２は、第二系統の駆動回路１２ｂから切り離され、第二系統のＵ相の巻線Ｕ２は、第一系統のＵ相の巻線Ｕ１と同様に、第一系統の駆動回路１２ａのＵ相の接続点に接続され、第二系統のＶ相の巻線Ｖ２は、第一系統のＶ相の巻線Ｖ１と同様に、第一系統の駆動回路１２ａのＶ相の接続点に接続され、第二系統のＷ相の巻線Ｗ２は、第一系統のＷ相の巻線Ｗ１と同様に、第一系統の駆動回路１２ａのＷ相の接続点に接続される。

上記の構成によれば、駆動回路が故障した系統の巻線を、故障系統の駆動回路から切り離し、正常系統の駆動回路に接続することができる。よって、正常系統の駆動回路により、正常系統の巻線及び異状系統の巻線に電流を流すことができ、出力トルクの低下を抑制することができる。正常時と同様に、巻線の磁界がステータの周方向に分散するため、ロータ磁石の不可逆減磁の発生を防止できる。また、正常時と同様に、正常系統の巻線及び異常系統の巻線に分散して電流が流れるので、巻線の発熱による駆動継続時間の短縮も抑制できる。

本実施の形態では、各系統の制御回路２８ａ、２８ｂは、上述した各切替回路の各磁気コイルへの通電、非通電を切り替え、各切替回路の接続状態、非接続状態を切り替える。

＜駆動回路の故障時のモータ制御＞
第一系統の駆動回路１２ａ及び第二系統の駆動回路１２ｂのいずれか一方が故障し、他方が正常である時は、正常系統の制御回路は、正常である駆動回路の出力電流を、第一系統の駆動回路及び第二系統の駆動回路の双方が正常である場合の出力電流よりも増加させる。

本実施の形態では、駆動回路の正常時における、第一系統のトルク指令値と第二系統のトルク指令値とが同じになり、第一系統の電流指令値と第二系統の電流指令値とが同じになるように構成されている。

正常系統の制御回路は、正常である駆動回路の出力電流を、第一系統の駆動回路及び第二系統の駆動回路の双方が正常である場合の出力電流の２倍に増加させる。

この構成によれば、駆動回路の異常時において、第一系統の巻線１６ａ及び第二系統の巻線１６ｂに流れる電流を、駆動回路の正常時と同等にでき、出力トルクを維持できる。

具体的には、第二系統の駆動回路１２ｂが正常であり第一系統の駆動回路１２ａが故障した時は、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の駆動回路１２ｂの出力電流を、第一系統の駆動回路１２ａ及び第二系統の駆動回路１２ｂの双方が正常である場合の出力電流の２倍に増加させる。一方、第一系統の駆動回路１２ａが正常であり第二系統の駆動回路１２ｂが故障した時は、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の駆動回路１２ａの出力電流を、第一系統の駆動回路１２ａ及び第二系統の駆動回路１２ｂの双方が正常である場合の出力電流の２倍に増加させる。

本実施の形態では、正常系統の制御回路は、上述した駆動回路の正常時と同様に、トルク指令値に基づいて、ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を算出する。そして、正常系統の制御回路は、算出した正常時のｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値をそれぞれ２倍した値を、異常時のｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値として算出する。正常系統の制御回路は、上述した駆動回路の正常時と同様に、正常系統の３相の電流検出値をｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に変換する。そして、正常系統の制御回路は、ｄ軸の電流検出値が異常時のｄ軸の電流指令値に近づき、ｑ軸の電流検出値が異常時のｑ軸の電流指令値に近づくように、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を変化させる。そして、正常系統の制御回路は、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を、３相の電圧指令値に変換する。そして、正常系統の制御回路は、３相の電圧指令値に基づいて、正常系統の各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ制御を実行する。

なお、正常系統の駆動回路を流れる電流が正常時の２倍になり、駆動回路の発熱量が増加する。よって、駆動回路の発熱量が増加し過ぎないように、正常系統の制御回路は、２倍に増加された異常時のｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を、上限制限するように構成されてもよい。また、出力電流の増加率は２倍でなくともよく、１倍から２倍の間に設定されてもよい。

＜巻線配置＞
図９に、第一系統の巻線１６ａ及び第二系統の巻線１６ｂのステータ２５への巻き回し配置の第一例を示し、図１０に、その第二例を示す。図１２には、比較例に係る巻き回し配置の例を示す。

本実施の形態では、各系統の巻線１６ａ、１６ｂは、３相の巻線を２セット有している。すなわち、第一系統の巻線１６ａは、第一セットの３相の巻線Ｕ１＿１、Ｖ１＿１、Ｗ１＿１と、第二セットの３相の巻線Ｕ１＿２、Ｖ１＿２、Ｗ１＿２とを有している。第二系統の巻線１６ｂは、第一セットの３相の巻線Ｕ２＿１、Ｖ２＿１、Ｗ２＿１と、第二セットの３相の巻線Ｕ２＿２、Ｖ２＿２、Ｗ２＿２とを有している。

図１２の比較例では、第一系統の巻線１６ａ（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）と第二系統の巻線１６ｂ（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）が交互に隣り合う配置となっている。また、３種類の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を円周上に等間隔に配置している。比較例の巻線配置において、２系統の駆動回路のうち一方が故障した場合に、特許文献１のように、他方の駆動回路で他方の系統の巻線にのみ電流を流す制御を行うことを考える。このとき、第一系統の巻線と第二系統の巻線が交互に隣り合う配置とし、また、３種類の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を円周上に等間隔に配置することにより、一方の系統の巻線のみで駆動した場合の電磁加振力の空間次数が正常時よりも低次になることを防止することができる。これにより、一方の系統の巻線のみによる駆動時の振動の発生が抑止できる。

しかしながら、比較例の巻線配置では、第一系統、第二系統ともに故障が発生していない場合、２つの系統の巻線１６ａ、１６ｂが交互に隣り合う配置とされることにより系統間の干渉（電磁気的なカップリング）が大きくなり、電流制御において系統間の干渉を考慮した制御（非干渉制御）を行うことが必要となる。

この非干渉制御は複雑な計算を高速で実行する必要があるため、演算処理装置１０ａ、１０ｂの演算負荷を増大させる。そのため、より高性能な演算処理装置１０ａ、１０ｂが必要となり、装置のコストを上昇させる要因となる。

本実施の形態の図９の第一例では、第一系統の巻線１６ａ及び第二系統の巻線１６ｂは、同じ系統の巻線毎にまとまって、周方向に２つに分かれてステータ２５に設けられている。

この構成によれば、第一系統の巻線と第二系統の巻線が周方向に隣接する箇所を、２個所まで低減することができ、系統間の干渉（電磁気的なカップリング）を減少させることができる。よって、駆動回路の故障が発生していない正常制御時の系統間の非干渉制御の必要性を低減し、制御の簡易化と安価な演算処理装置１０ａ、１０ｂの使用を可能とすることができる。一方、同一系統の巻線がまとまっているので、駆動回路の故障時に、特許文献１のように、一方の系統の巻線だけに電流を流すと、電磁加振力の空間次数が正常時よりも低次（この例では正常時は４次、１系統のみ駆動時は１次）になり、同じ加振力でもより振動が発生しやすくなる。しかし、本実施の形態では、駆動回路の故障時に両系統の巻線に電流を流すので、正常時と同様の電磁加振力の空間次数を発生させることができる。よって、故障時も、正常時に比べて振動が増大することはなく、車両の操縦性、信頼性、静粛性を確保することができる。

図９の例では、第一系統の第一セットの３相の巻線Ｕ１＿１、Ｖ１＿１、Ｗ１＿１及び第二セットの３相の巻線Ｕ１＿２、Ｖ１＿２、Ｗ１＿２が、ステータ２５の周方向の一方側半分に巻き回しされている。第二系統の第一セットの３相の巻線Ｕ２＿１、Ｖ２＿１、Ｗ２＿１及び第二セットの３相の巻線Ｕ２＿２、Ｖ２＿２、Ｗ２＿２が、ステータ２５の周方向の他方側半分に巻き回しされている。また、同じセットの３相の巻線は、周方向にまとまって配置されている。

また、第一系統であるか第二系統であるかを考慮しなければ、同じ相の巻線は、周方向に等間隔に配置されている。すなわち、第一系統のＵ相の巻線Ｕ１＿１、Ｕ１＿２及び第二系統のＵ相の巻線Ｕ２＿１、Ｕ２＿２は、周方向に等間隔に配置されている。また、第一系統のＶ相の巻線Ｖ１＿１、Ｖ１＿２及び第二系統のＶ相の巻線Ｖ２＿１、Ｖ２＿２は、周方向に等間隔に配置されている。第一系統のＷ相の巻線Ｗ１＿１、Ｗ１＿２及び第二系統のＵ相の巻線Ｗ２＿１、Ｗ２＿２は、周方向に等間隔に配置されている。この配置により、駆動回路の異常時に、正常系統の駆動回路により、両系統の巻線を適切に制御することができる。

本実施の形態の図１０の第二例では、第一系統の巻線１６ａ及び第二系統の巻線１６ｂは、同じ系統及び同じセットの３相の巻線毎に、周方向にまとまってステータ２５に設けられている。

この構成によれば、第一系統の巻線と第二系統の巻線が周方向に隣接する箇所を、比較例のように交互に配置される場合よりも低減することができ、系統間の干渉（電磁気的なカップリング）を減少させることができる。よって、正常制御時の系統間の非干渉制御の必要性を低減し、制御の簡易化と安価な演算処理装置１０ａ、１０ｂの使用を可能とすることができる。また、駆動回路の故障時に両系統の巻線に電流を流すので、正常時と同様の電磁加振力の空間次数を発生させることができる。よって、故障時も、正常時に比べて振動が増大することはなく、車両の操縦性、信頼性、静粛性を確保することができる。

図１０の例では、第一系統の第一セットの３相の巻線Ｕ１＿１、Ｖ１＿１、Ｗ１＿１、第二系統の第一セットの３相の巻線Ｕ２＿１、Ｖ２＿１、Ｗ２＿１、第一系統の第二セットの３相の巻線Ｕ１＿２、Ｖ１＿２、Ｗ１＿２、及び第二系統の第二セットの３相の巻線Ｕ２＿２、Ｖ２＿２、Ｗ２＿２が、それぞれ、周方向にまとまって配置され、この順に周方向に配置されている。第一系統であるか第二系統であるかを考慮しなければ、同じ相の巻線は、周方向に等間隔に配置されている。この配置により、駆動回路の異常時に、正常系統の駆動回路により、両系統の巻線を適切に制御することができる。

図１０の例では、各系統の巻線の第一セットと第二セットは各層毎に、互いに円周上に対称の位置に配置されている。よって、一方の系統の巻線に断線等の故障が発生して、他方の系統の巻線のみに通電して回転電機装置１の運転を継続する場合を想定すると、その場合の振動の増加を低減することが期待できる。

図９及び図１０のように、第一系統の巻線１６ａ及び第二系統の巻線１６ｂが、同じ系統の巻線毎、又は同じ系統及び同じセットの３相の巻線毎に、ステータにまとめて配置することで、系統間の電磁的干渉だけでなく、系統間の物理的干渉も減少させることができ、巻線作業の作業性を向上し、また巻線のユニット化による生産性、整備性の向上を図ることができる。

＜巻線の故障判定＞
第一系統の制御回路２８ａは、検出情報に基づいて、第一系統の巻線１６ａの故障又は正常を判定する。例えば、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の電流センサ１２３の出力信号に基づいて検出した各相の電流検出値、及び第一系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、第一系統の巻線１６aの各相の故障（断線、短絡等）の有無を判定する。第一系統の駆動回路１２ａがスイッチング素子をオンしている状況で、出力電流が過大であれば、第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の巻線１６ａの短絡を判定できる。第一系統の制御回路２８ａは、第一系統の巻線１６aの故障の有無を判定した場合は、判定結果を通信線３７を介して、第二系統の制御回路２８ｂに伝達する。

第二系統の制御回路２８ｂは、検出情報に基づいて、第二系統の巻線１６ｂの故障又は正常を判定する。例えば、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の電流センサ１２３の出力信号に基づいて検出した各相の電流検出値、及び第二系統の各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて、第二系統の巻線１６ｂの各相の故障（断線、短絡等）の有無を判定する。第二系統の駆動回路１２ｂがスイッチング素子をオンしている状況で、出力電流が過大であれば、第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の巻線１６ｂの短絡を判定できる。第二系統の制御回路２８ｂは、第二系統の巻線１６ｂの故障の有無を判定した場合は、判定結果を通信線３７を介して、第一系統の制御回路２８ａに伝達する。

なお、各系統の巻線１６ａ、１６ｂの故障の有無は、各インバータ回路の出力電圧、入力電流または入力電圧と、各スイッチング素子のオンオフ制御情報に基づいて判定してもよい。また、各スイッチング素子または駆動回路１２ａ、１２ｂが負荷の断線、短絡の検出回路を有する場合は、第一系統の制御回路２８ａ及び第二系統の制御回路２８ｂは、負荷の断線、短絡の検出回路の出力信号に基づいて、各系統の巻線１６ａ、１６ｂの故障の有無を判定してもよい。

第一系統の巻線１６ａおよび第二系統の巻線１６ｂに、故障が発生していない場合、２つの系統の制御回路２８ａ、２８ｂの制御状態について説明する。第一系統の制御回路２８ａは第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。第二系統の制御回路２８ｂは第二系統の切替回路１３ｂを接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。この状態で、第一系統の駆動回路１２ａは、第一系統の巻線１６ａを自由に駆動でき、第二系統の駆動回路１２ｂは、第二系統の巻線１６ｂを自由に駆動できる。

第二系統の巻線１６ｂが正常であり、第一系統の巻線１６ａに故障が検出された場合、２つの系統の制御回路２８ａ、２８ｂの制御状態について説明する。第一系統の制御回路２８ａは第一系統の切替回路１３ａを非接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。第二系統の制御回路２８ｂは第二系統の切替回路１３ｂを接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。そして、第一系統の駆動回路１２ａをオフ状態に制御し電流を流さないようにする。この場合、回転電機装置１は故障の発生していない第二系統の駆動回路１２ｂと巻線１６ｂのみを用いて駆動を継続することができる。

第一系統の巻線１６ａが正常であり、第二系統の巻線１６ｂに故障が検出された場合、２つの系統の制御回路２８ａ、２８ｂの制御状態について説明する。第一系統の制御回路２８ａは第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。第二系統の制御回路２８ｂは第二系統の切替回路１３ｂを非接続状態に制御し、巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。そして、第二系統の駆動回路１２ｂをオフ状態に制御し電流を流さないようにする。この場合、回転電機装置１は故障の発生していない第一系統の駆動回路１２ａと巻線１６ａのみを用いて駆動を継続することができる。

２系統の巻線１６ａ、１６ｂの一方に、断線、短絡といった故障が発生した場合は、故障した巻線を使用することができない。２系統の駆動回路１２ａ、１２ｂのうち一方が故障した場合は、故障していない他方の駆動回路で両系統の巻線１６ａ、１６ｂを駆動して、正常である場合と遜色のない制御ができる。しかし、２系統の巻線のうちの一方が故障した場合は、正常時と同等の制御は困難であり、正常時の半分の巻線で駆動を継続することしかできない。しかしながら、上記の様な、一方の系統の駆動回路が故障した場合の制御性を維持できる駆動方式を採用しつつ、加えて、一方の系統の巻線が故障した場合に限定的な制御性を維持しつつ回転電機装置１の制御を継続できるので、回転電機装置１の信頼性を高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る回転電機装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、第一系統の切替回路１３ａを操作する接続線３４ａ、３４ｂが第一系統の制御回路２８ａと第二系統の制御回路２８ｂの双方から伸びており、第二系統の切替回路１３ｂを操作する接続線３５ａ、３５ｂが第一系統の制御回路２８ａと第二系統の制御回路２８ｂの双方から伸びている点が異なる。

第一系統の制御回路２８ａは、第二系統の制御回路２８ｂの異常の有無を判定し、異常があると判定した場合は、第二系統の切替回路１３ｂを非接続状態に制御し、第一系統の切替回路１３ａ及び巻線切替回路１４を接続状態に制御する。第二系統の制御回路２８ｂは、第一系統の制御回路２８ａの異常の有無を判定し、異常があると判定した場合は、第一系統の切替回路１３ａを非接続状態に制御し、第二系統の切替回路１３ｂ及び巻線切替回路１４を接続状態に制御する。

＜制御回路の相互監視＞
実施の形態２として、図１１に、第一系統の制御回路２８ａと第二系統の制御回路２８ｂが通信線３７により信号を交換し、相互に監視し一方の制御回路が他方の制御回路の返信異常を検出した時、当該系統の故障を判定する回転電機装置１を示す。第一系統の制御回路２８ａと第二系統の制御回路２８ｂは通信線３７により信号を交換し、相互に監視し一方の制御回路が他方の制御回路の返信異常を検出した時、故障判定する。

第一系統の制御回路２８ａは定期的に第二系統の制御回路２８ｂへ所定の問い合わせコードの送信を行う。問い合わせコードを受信した第二系統の制御回路２８ｂは所定のルールに従って返信コードの送信を行う。第一系統の制御回路２８ａは問い合わせコードの送信後、所定の期間内に正しい返信コードの受信があった場合、第二系統の制御回路２８ｂが正常であると判定する。所定期間内に正しい返信コードの受信が無ければ、第一系統の制御回路２８ａは第二系統の制御回路２８ｂが故障であると判定する。

第二系統の制御回路２８ｂは定期的に第一系統の制御回路２８ａへ所定の問い合わせコードの送信を行う。問い合わせコードを受信した第一系統の制御回路２８ａは所定のルールに従って返信コードの送信を行う。第二系統の制御回路２８ｂは問い合わせコードの送信後、所定の期間内に正しい返信コードの受信があった場合、第一系統の制御回路２８ａが正常であると判定する。所定期間内に正しい返信コードの受信が無ければ、第二系統の制御回路２８ｂは第一系統の制御回路２８ａが故障であると判定する。

＜制御回路の故障対応＞
第一系統の制御回路２８ａは、第二系統の制御回路２８ｂが正常と判定した場合、接続線３４ａを介して第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御する。そして、接続線３５ａを介して切替回路１３ｂを接続状態に制御する。さらに、接続線３６ａを介して巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。第一系統の制御回路２８ａは、第二系統の制御回路２８ｂの異常を判定した場合、接続線３４ａを介して第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御する。そして、接続線３５ａを介して切替回路１３ｂを非接続状態に制御する。さらに、接続線３６ａを介して巻線切替回路１４を接続状態に制御する。

第二系統の制御回路２８ｂは、第一系統の制御回路２８ａが正常と判定した場合、接続線３４ｂを介して第一系統の切替回路１３ａを接続状態に制御する。そして、接続線３５ｂを介して切替回路１３ｂを接続状態に制御する。さらに、接続線３６ｂを介して巻線切替回路１４を非接続状態に制御する。第二系統の制御回路２８ｂは、第一系統の制御回路２８ａの異常を判定した場合、接続線３４ｂを介して第一系統の切替回路１３ａを非接続状態に制御する。そして、接続線３５ｂを介して切替回路１３ｂを接続状態に制御する。さらに、接続線３６ｂを介して巻線切替回路１４を接続状態に制御する。

第一系統の演算処理装置１０ａ、第二系統の演算処理装置１０ｂのいずれかが無応答状態となった場合、第一系統の駆動回路１２ａまたは第二系統の駆動回路１２ｂが出力を制御が出来なくなる事態が想定できる。その場合、第一系統の制御回路２８ａまたは第二系統の制御回路２８ｂが通信線３７を介して信号を交換し、相互監視することで、一方の正常な制御回路が他方の故障している制御回路の返信異常により故障を判定することが出来る。一方の正常な制御回路が、他方の故障が発生している制御回路の系統の、切替回路１３ａまたは１３ｂを非接続状態に、巻線切替回路１４を接続状態となるように制御する。

第一系統の制御回路２８ａの第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂへの各接続線３４ａ、３５ａ、および第二系統の制御回路２８ｂの第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂへの各接続線３４ｂ、３５ｂをダイオードオアで接続することにより、故障が発生している系統の出力回路の信号レベルに拠らず、正常な系統の制御回路がＨレベルを出力することで、故障が発生している系統の切替回路１３ａまたは１３ｂを非接続状態に制御し、その系統の制御回路から巻線を切り離すことが出来る。また、両系統の制御回路２８ａ、２８ｂの巻線切替回路１４への接続線３６ａ、３６ｂをダイオードオアで接続することにより、故障が発生している系統の出力回路の信号レベルに拠らず、正常な系統の制御回路がＨレベルを出力することで、巻線切替回路１４を接続状態に制御し、２系統の巻線１６ａ、１６ｂを接続することが出来る。

このようにして、第一系統の制御回路２８ａ、第二系統の制御回路２８ｂのいずれかが故障している場合も、故障している系統の巻線を駆動回路から切り離して正常な系統の駆動回路に接続して駆動することが出来る。制御回路が故障している系統に関しては、当該制御回路の異常によって当該系統の駆動回路も正常な駆動信号を出力できず、当該系統の巻線に適切な電流が流されない場合がある。よって、一方の系統の制御回路異常による回転電機装置１の不良動作を防止し、正常な系統の制御回路によって、正常な系統の駆動回路を用いて２つの系統の巻線１６ａ、１６ｂを駆動して運転を継続することができる。

［その他の実施の形態］
本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の各実施の形態においては、図９、図１０では、２系統３相２セットの巻線について示したが、巻線のセット数は２に限定するものではなく、１セット若しくは３セット以上の場合の回転電機装置にも適用できる。また、巻線の相数は３に限定するものではなく、２相若しくは４相以上の場合の回転電機装置にも適用できる。また、巻線の系統数は２に限定するものではなく、３系統以上の場合の回転電機装置にも適用できる。

（２）上記の各実施の形態においては、回転電機本体２の駆動力が、車両の操舵装置の駆動力源とされている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機本体２の駆動力が、例えば、車輪の駆動力源とされるなど、他の装置の駆動力源とされてもよい。或いは、回転電機装置１が発電機として機能し、回転電機装置１が発電した電力が、直流電源５ａ又は直流電源５ｂに供給されてもよい。

（３）上記の各実施の形態においては、制御回路として、２系統の制御回路２８ａ、２８ｂが設けられ、演算処理装置（ＣＰＵ）が２つ設けられている場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、演算処理装置（ＣＰＵ）を１つ設けた、１つの制御回路により２組のインバータ及び巻線接続切替機構を制御するように構成されてもよい。この場合は、１つの制御回路の出力回路に、第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂ、及び巻線切替回路１４が接続され、１つの制御回路により、各切替回路の接続状態又は非接続状態が切り替えられる。また、巻線切替回路１４は、第一系統の切替回路１３ａ又は第二系統の切替回路１３ｂと同様のものが用いられる。１つの制御回路の出力回路に、第一系統の駆動回路１２ａ及び第二系統の駆動回路１２ｂが接続され、１つの駆動回路により、第一系統及び第二系統の各スイッチング素子がオンオフされる。また、第一系統の制御回路２８ａ及び第二系統の制御回路２８ｂは、１つの制御回路に設けられた第一系統の制御部及び第二系統の制御部と読み替えることができる。また、２重系とされた、電源コネクタ、信号コネクタ、ローパスフィルタ回路、電源リレー回路、及び回転センサは、１重系とされてもよい。

（４）上記の各実施の形態においては、回転電機装置１が一体的に構成されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機装置１の各部が、任意の組み合わせで、複数のユニットに別体に構成されてもよい。

（５）上記の各実施の形態においては、第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂ、及び巻線切替回路１４に、電磁リレー回路が用いられている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第一系統の切替回路１３ａ、第二系統の切替回路１３ｂ、及び巻線切替回路１４に、スイッチング素子等の他の種類の切換回路が用いられてもよい。

（６）上記の実施の形態２においては、制御回路２８ａ、２８ｂが通信線３７を介して信号を交換し、相互監視することで、一方の正常な制御回路が他方の故障している制御回路の返信異常により故障を判定する事例を説明したが、相互監視の方法はこれに限るものではない。互いに、操舵センサ信号、車両信号、駆動回路に対する電流指令値、電圧指令値、それらの平均値を交換して、所定値の範囲を逸脱している場合に、その系統の制御回路の異常を判定してもよい。また、一方の系統の制御回路は、他方の系統の操舵センサ信号、車両信号に基づいて、他方の系統の駆動回路に対する電流指令値、電圧指令値の妥当性を判断し、妥当な範囲を逸脱している場合にその系統の異常を判定することとしてもよい。

（７）上記の実施の形態２においては、制御回路２８ａ、２８ｂが通信線３７を介して信号を交換し、相互監視することで、一方の正常な制御回路が他方の故障している制御回路の返信異常により故障を判定する事例を説明したが、通信線を１本ではなく２本もしくは３本以上として、通信線についても二重化もしくは多重化し、回転電機装置全体の信頼性を向上してもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 回転電機装置、１２ａ 第一系統の駆動回路、１２ｂ 第二系統の駆動回路、１３ａ 第一系統の切替回路、１３ｂ 第二系統の切替回路、１４ 巻線切替回路、１４ａ 第一系統制御用の巻線切替回路、１４ｂ 第二系統制御用の巻線切替回路、１４ｄａ 第一系統のダイオード、１４ｄｂ 第二系統のダイオード、１６ａ 第一系統の巻線、１６ｂ 第二系統の巻線、２４ 電動パワーステアリング装置、２５ ステータ、２８ａ 第一系統の制御回路、２８ｂ 第二系統の制御回路

Claims (5)

1. 第一系統の巻線と、
   第二系統の巻線と、
   前記第一系統の巻線を駆動する第一系統の駆動回路と、
   前記第二系統の巻線を駆動する第二系統の駆動回路と、
   前記第一系統の巻線と前記第一系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第一系統の切替回路と、
   前記第二系統の巻線と前記第二系統の駆動回路との接続、非接続を切り替える第二系統の切替回路と、
   前記第一系統の巻線と前記第二系統の巻線との接続、非接続を切り替える巻線切替回路と、
   前記第一系統の駆動回路を制御し、前記第一系統の駆動回路の異常の有無を判定する第一系統の制御回路と、
   前記第二系統の駆動回路を制御し、前記第二系統の駆動回路の異常の有無を判定する第二系統の制御回路と、を備え、
   前記第一系統の駆動回路及び前記第二系統の駆動回路が正常である時は、前記第一系統の制御回路は前記第一系統の切替回路を接続状態に制御し、前記第二系統の制御回路は前記第二系統の切替回路を接続状態に制御し、前記第一系統の制御回路または前記第二系統の制御回路は前記巻線切替回路を非接続状態に制御し、
   前記第二系統の駆動回路が正常であり前記第一系統の駆動回路が故障した時は、前記第一系統の制御回路は前記第一系統の切替回路を非接続状態に制御し、前記第二系統の制御回路は前記第二系統の切替回路を接続状態に制御し、前記第一系統の制御回路または前記第二系統の制御回路は前記巻線切替回路を接続状態に制御し、
   前記第一系統の駆動回路が正常であり前記第二系統の駆動回路が故障した時は、前記第一系統の制御回路は前記第一系統の切替回路を接続状態に制御し、前記第二系統の制御回路は前記第二系統の切替回路を非接続状態に制御し、前記第一系統の制御回路または前記第二系統の制御回路は前記巻線切替回路を接続状態に制御し、
   前記第一系統の制御回路は、前記第二系統の制御回路の異常の有無を判定し、異常があると判定した場合は、前記第二系統の切替回路を非接続状態に制御し、前記第一系統の切替回路及び前記巻線切替回路を接続状態に制御し、
   前記第二系統の制御回路は、前記第一系統の制御回路の異常の有無を判定し、異常があると判定した場合は、前記第一系統の切替回路を非接続状態に制御し、前記第二系統の切替回路及び前記巻線切替回路を接続状態に制御することを特徴とした回転電機装置。
2. 前記第一系統の切替回路は、ダイオードオア回路を介して、前記第一系統の制御回路及び前記第二系統の制御回路に接続され、
   前記第二系統の切替回路は、ダイオードオア回路を介して、前記第一系統の制御回路及び前記第二系統の制御回路に接続され、
   前記巻線切替回路は、ダイオードオア回路を介して、前記第一系統の制御回路及び前記第二系統の制御回路に接続され、
   前記第一系統の制御回路及び前記第二系統の制御回路の双方が、前記第一系統の切替回路、前記第二系統の切替回路、および前記巻線切替回路の接続状態を制御する請求項１に記載の回転電機装置。
3. 前記第一系統の巻線及び前記第二系統の巻線のそれぞれは、複数相の巻線を１又は複数セット有し、
   前記第一系統の巻線及び前記第二系統の巻線は、同じ系統及び同じセットの前記複数相の巻線毎に、周方向にまとまってステータに設けられている請求項１または２に記載の回転電機装置。
4. 前記第一系統の巻線及び前記第二系統の巻線は、同じ系統の巻線毎にまとまって、周方向に２つに分かれてステータに設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機装置を備えた電動パワーステアリング装置。

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