旋转电机的驱动装置的制作方法

相关申请的援引

本申请以2018年2月9日申请的日本专利申请号2018-022475号的申请为基础，在此援引其记载内容。

本发明涉及一种旋转电机的驱动装置。

背景技术：

以往，提出了一种技术，在旋转电机的驱动装置中，以高速旋转和低速旋转这两个旋转模式适当切换旋转电机的控制模式。例如根据专利文献1所记载的技术，针对y接线的三相绕组的各相设置由上臂开关和下臂开关构成的串联连接体，并且在三相绕组的中性点连接有速度切换开关。此外，在低速旋转模式下使速度切换开关断开来进行全波驱动，在高速旋转模式下使速度切换开关接通来进行半波驱动，从而得到两个转矩特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平6-351283号公报

技术实现要素：

然而，根据上述专利文献1所记载的技术，虽然能通过速度切换开关的接通断开来切换全波驱动和半波驱动，但是在使速度切换开关接通来进行半波驱动的情况下，担心转矩波动会变大这样的不良情况。

本发明是鉴于上述技术问题作出的，其主要目的在于提供一种旋转电机的驱动装置，能理想地进行全波驱动和半波驱动，并且减少半波驱动时的转矩波动。

以下，对用于解决上述技术问题的方案及其作用效果进行说明。

根据第一方案，

旋转电机的驱动装置应用于旋转电机并驱动所述旋转电机，该旋转电机具有：定子铁芯；第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和所述第二绕组卷绕于所述定子铁芯，由至少三相的绕组部构成并且各相的绕组部的一端通过中性点连接，所述驱动装置包括：

第一逆变器，该第一逆变器与直流电源(60)连接，通过使针对所述第一绕组的各相设置的上臂开关和下臂开关开闭来进行所述第一绕组的各相的通电；

第二逆变器，该第二逆变器与所述直流电源连接，通过使针对所述第二绕组的各相设置的上臂开关和下臂开关开闭来进行所述第二绕组的各相的通电；

第一切换开关，该第一切换开关设于将所述第一绕组的中性点和所述直流电源的低电位侧连接的电流路径；

第二切换开关，该第二切换开关设于将所述第二绕组的中性点和所述直流电源的高电位侧连接的电流路径；

第一通电控制部，该第一通电控制部在使所述第一切换开关和所述第二切换开关打开的状态下，使所述第一逆变器和所述第二逆变器中的上下臂的各开关以相同的通电期间分别互补地开闭，从而控制所述第一绕组和所述第二绕组的通电；以及

第二通电控制部，该第二通电控制部在使所述第一切换开关和所述第二切换开关闭合的状态下，使所述第一逆变器的上下臂的各开关中的所述上臂开关和所述第二逆变器的上下臂的各开关中的所述下臂开关交替地以确定的通电期间分别开闭，从而控制所述第一绕组和所述第二绕组的通电。

上述旋转电机具有至少三相的第一绕组和第二绕组，上述各绕组的通电分别由第一逆变器、第二逆变器控制。此外尤其是，在将第一绕组的中性点和直流电源的低电位侧连接的路径上设有第一切换开关，并且在将第二绕组的中性点和直流电源的高电位侧连接的路径上设有第二切换开关，适当切换上述各切换开关的开闭状态。根据上述结构，能通过使各切换开关切换到打开状态和关闭状态来进行全波驱动模式和半波驱动模式的切换，以作为旋转电机的驱动模式。

即，在第一切换开关和第二切换开关打开的状态下，使第一逆变器和第二逆变器的上下臂的各开关以相同的通电期间分别互补地开闭，从而控制第一绕组和第二绕组的通电。即，在各逆变器中，进行旋转电机的全波驱动。在这种情况下，在第一绕组和第二绕组中，对同相的绕组部进行相同的通电期间的通电控制，从而能输出高转矩。

此外，在第一切换开关和第二切换开关闭合的状态下，使第一逆变器的上下臂的各开关中的上臂开关和第二逆变器的上下臂的各开关中的下臂开关交替地以确定的通电期间分别开闭，从而控制第一绕组和第二绕组的通电。即，在各逆变器中，交替进行旋转电机的半波驱动。在这种情况下，第一绕组和第二绕组处于卷绕于定子铁芯并彼此磁力结合的状态，另一方面，在第一绕组一侧，中性点和直流电源的低电位侧被第一切换开关短路，并且在第二绕组一侧，中性点和直流电源的高电位侧被第二切换开关短路。因此，在第一绕组的通电期间和第二绕组的通电期间，相电流的方向分别彼此相反并正负地变化。此外，通过将第一绕组的通电期间和第二绕组的通电期间设定为彼此不同，能得到全波状的合成磁动势。即，虽然是半波驱动，但是能得到与全波驱动时相同的正弦波旋转磁场。综上，能理想地进行全波驱动和半波驱动，并且减少半波驱动时的转矩波动。

根据第二方式，在所述旋转电机的低旋转侧的动作区域中，所述第一通电控制部打开所述第一切换开关和所述第二切换开关并实施各所述绕组的通电控制，在所述旋转电机的高旋转侧的动作区域中，所述第二通电控制部闭合所述第一切换开关和所述第二切换开关并实施各所述绕组的通电控制。

根据上述结构，由于与旋转电机的动作区域对应地开闭各切换开关，因此能理想地得到不同的输出特性，并能扩大旋转电机的高效动作区域。此外，如上所述，根据第一绕组的中性点和直流电源的低电位侧被第一切换开关短路，且第二绕组的中性点和直流电源的高电位侧被第二切换开关短路的结构，在使各切换开关闭合的状态下，能使各相的绕组部的每单位绕组的施加电压比全波驱动时高。因此，能在将旋转电机的动作区域向高旋转区域侧扩张的基础上，实现有利的结构。

根据第三方式，所述第一逆变器的所述上臂开关和所述下臂开关以及所述第二逆变器的所述上臂开关和所述下臂开关是具有以成为反并联的方向连接的回流二极管的半导体开关元件，所述第一逆变器具有第一切断部，在利用所述第二通电控制部从使所述第一逆变器的所述上臂开关开闭的状态向使所述第二逆变器的所述下臂开关开闭的状态切换时，所述第一切断部切断回流路径，该回流路径是包括所述第一逆变器的所述下臂开关的所述回流二极管和所述第一绕组的路径，所述第二逆变器具有第二切断部，在利用所述第二通电控制部从使所述第二逆变器的所述下臂开关开闭的状态向使所述第一逆变器的所述上臂开关开闭的状态切换时，所述第二切断部切断回流路径，该回流路径是包括所述第二逆变器的所述上臂开关的所述回流二极管和所述第二绕组的路径。

由于在半波驱动时，在从使第一逆变器的上臂开关开闭的状态向使第二逆变器的下臂开关开闭的状态切换时，第一绕组和第二绕组磁力结合，因此进行从第一绕组向第二绕组侧的转流。但是，在进行上述切换时，当在第一逆变器侧形成有回流路径时，担心无法适当地实施转流。即，由于在第一逆变器中，上臂开关和下臂开关设有回流二极管，因此经由上述回流二极管和绕组在第一逆变器内形成有回流路径。反之，在从使第二逆变器的下臂开关开闭的状态向使第一逆变器的上臂开关开闭的状态切换时也一样。

关于这点，根据上述方式，在第一逆变器中，在利用第二通电控制部从使第一逆变器的上臂开关开闭的状态向使第二逆变器的下臂开关开闭的状态切换时，包括第一逆变器的下臂开关的回流二极管和第一绕组的路径即回流路径被第一切断部切断。此外，在第二逆变器中，在利用第二通电控制部从使第二逆变器的下臂开关开闭的状态向使第一逆变器的上臂开关开闭的状态切换时，包括第二逆变器的上臂开关的回流二极管和第二绕组的路径即回流路径被第二切断部切断。由此，能理想地实施第一绕组侧与第二绕组侧之间的转流，并能适当地实施各绕组中的互补的半波驱动。

根据第四方式，作为所述第一切断部，在将所述第一逆变器的上下臂的各开关的中间点和所述第一绕组的各相的所述绕组部连接的交流线上具有使该交流线开闭的第一附加开关，作为所述第二切断部，在将所述第二逆变器的上下臂的各开关的中间点和所述第二绕组的各相的所述绕组部连接的交流线上具有使该交流线开闭的第二附加开关，所述第一通电控制部使所述第一切换开关和所述第二切换开关成为打开状态，并且使所述第一附加开关和所述第二附加开关成为关闭状态，所述第二通电控制部在使所述第一切换开关和所述第二切换开关闭合的状态下，在使所述第一逆变器的所述上臂开关开闭的通电期间，使所述第一附加开关成为关闭状态并使所述第二附加开关成为打开状态，在使所述第二逆变器的所述下臂开关开闭的通电期间，使所述第一附加开关成为打开状态并使所述第二附加开关成为关闭状态。

根据上述方式，由于作为第一切断部，在将第一逆变器的上下臂的中间点和各相的绕组部连接的交流线上设置第一附加开关，因此在通过第二通电控制部使第二逆变器的下臂开关开闭的情况下，能通过该第一附加开关理想地切断包含第一逆变器的下臂开关而形成的回流路径。

此外，由于作为第二切断部，在将第二逆变器的上下臂的中间点和各相的绕组部连接的交流线上设置第二附加开关，因此在通过第二通电控制部使第一逆变器的上臂开关开闭的情况下，能通过该第二附加开关理想地切断包含第二逆变器的上臂开关而形成的回流路径。由此，仍然能适当地实施成为通电侧的绕组中的互补的半波驱动。

根据第五方式，所述第一逆变器具有一对半导体开关元件作为各相的所述下臂开关，一对所述半导体开关元件彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管，所述第二逆变器具有一对半导体开关元件作为各相的所述上臂开关，一对所述半导体开关元件彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管，所述第一切断部由所述第一逆变器的一对所述半导体开关元件构成，所述第二切断部由所述第二逆变器的一对所述半导体开关元件构成。

根据上述方式，设置一对半导体开关元件(即、反串联的半导体开关元件)作为第一逆变器的各相的下臂开关，一对半导体开关元件彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管，该一对半导体开关元件为第一切断部，上述一对半导体开关元件作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。由此，能理想地切断包含第一逆变器的下臂开关而形成的回流路径。

此外，在第二逆变器中也一样，设置一对半导体开关元件(即、反串联的半导体开关元件)作为各相的上臂开关，一对半导体开关元件彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管，该一对半导体开关元件为第二切断部，上述一对半导体开关元件作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。由此，能理想地切断包含第二逆变器的上臂开关而形成的回流路径。

根据第六方式，在对所述第一绕组和所述第二绕组进行通电控制时，所述第一通电控制部进行以下动作：使所述第一逆变器的一对所述半导体开关元件中的一方的半导体开关元件相对于所述第一逆变器的所述上臂开关互补地开闭，并且使另一方的半导体开关元件保持在关闭状态，使所述第二逆变器的一对所述半导体开关元件中的一方的半导体开关元件相对于所述第二逆变器的所述下臂开关互补地开闭，并且使另一方的半导体开关元件保持在关闭状态。

根据上述方式，在具有反串联的一对半导体开关元件作为第一逆变器的下臂开关并且具有反串联的一对半导体开关元件作为第二逆变器的上臂开关的结构中，在全波驱动时，使各逆变器的一对半导体开关元件中的一方开闭，并且使另一方保持在关闭状态，从而控制通电电流。在这种情况下，也能进行功率因数不为1时的回流动作或者再生动作，从而能实现适当的全波驱动。

根据第七方式，所述第一逆变器具有半导体开关元件作为所述第一逆变器的所述上臂开关并且具有一对igbt作为所述下臂开关，所述半导体开关元件具有以成为反并联的方向连接的回流二极管，一对所述igbt彼此反向地并联连接，所述第二逆变器具有半导体开关元件作为所述第二逆变器的所述下臂开关并且具有一对igbt作为所述上臂开关，所述半导体开关元件具有以成为反并联的方向连接的回流二极管，一对所述igbt彼此反向地并联连接，在通过所述第二通电控制部从使所述第一逆变器的所述上臂开关开闭的状态向使所述第二逆变器的所述下臂开关开闭的状态切换时，通过作为所述下臂开关设置的一对所述igbt将包括所述第一逆变器的所述下臂开关和所述第一绕组的路径即回流路径切断，在通过所述第二通电控制部从使所述第二逆变器的所述下臂开关开闭的状态向使所述第一逆变器的所述上臂开关开闭的状态切换时，通过作为所述上臂开关设置的一对所述igbt将包括所述第二逆变器的所述上臂开关和所述第二绕组的路径即回流路径切断。

根据上述方式，在第一逆变器中，在通过第二通电控制部从使第一逆变器的上臂开关开闭的状态向使第二逆变器的下臂开关开闭的状态切换时，通过作为该下臂开关设置的一对igbt来切断包含第一绕组的回流路径。此外，在第二逆变器中，在通过第二通电控制部从使第二逆变器的下臂开关开闭的状态向使第一逆变器的上臂开关开闭的状态切换时，通过作为该上臂开关设置的一对igbt来切断包含第二绕组的回流路径。由此，能理想地实施第一绕组侧与第二绕组侧之间的转流，并能适当地实施各绕组中的互补的半波驱动。

另外，即使通过彼此并联连接的一对igbt构成第一逆变器的下臂开关和第二逆变器的上臂开关，也不会增加在半波驱动时导通的开关元件数量(即、导通路径上的串联元件数量)。因此，能减少半波驱动时的导通损耗。

根据第八方式，在对所述第一绕组和所述第二绕组进行通电控制时，所述第一通电控制部进行以下动作：使所述第一逆变器的一对所述igbt中的一方的igbt相对于所述第一逆变器的所述上臂开关互补地开闭，并且使另一方的igbt保持在关闭状态，使所述第二逆变器的一对所述igbt中的一方的igbt相对于所述第二逆变器的所述下臂开关互补地开闭，并且使另一方的igbt保持在关闭状态。

根据上述方式，在具有反并联的一对igbt作为第一逆变器的下臂开关并且具有反并联的一对igbt作为第二逆变器的上臂开关的结构中，在全波驱动时，使各逆变器的一对igbt中的一方开闭，并且使另一方保持在关闭状态，从而控制通电电流。在这种情况下，也能进行功率因数不为1时的回流动作或者再生动作，从而能实现适当的全波驱动。

另外，在将一对igbt反并联连接的结构(例如图13的结构)中，与将带有回流二极管的一对igbt反串联连接的结构(例如图12的结构)相比，能减少在全波驱动时导通路径上的串联元件数量，从而能减少导通损耗。

根据第九方式，所述第一绕组和所述第二绕组的匝数相同，并且同相的导体收容于定子铁芯的同一个切槽。

根据上述方式，能提高第一绕组和第二绕组的磁力结合度。由此，能减少半波驱动时的绕组之间的转流损耗，即减少使第一逆变器的上臂开关和第二逆变器的下臂开关在每个通电期间交替地分别开闭时的绕组之间的转流损耗，从而能提高驱动效率。

根据第十方式，所述第一绕组和所述第二绕组由截面呈矩形形状的导体构成。

由于由截面呈矩形形状的导体构成第一绕组和第二绕组，因此能在切槽内整齐地排列上述各绕组的导体。因此，能抑制第一绕组和第二绕组的每个个体的磁力结合度的偏差。由此，能进一步适当地减少绕组之间的转流损耗。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是旋转电机的纵剖视图。

图2是表示转子和定子的横剖视图。

图3是表示定子中的导体收容状态的图。

图4是表示旋转电机的控制系统的电路图。

图5是用于说明全波驱动模式下的动作的时序图。

图6是用于说明半波驱动模式下的动作的时序图。

图7是表示旋转电机的转矩的时间序列变化的时序图。

图8是表示各逆变器中形成的回流路径的图。

图9是表示实施全波驱动时的旋转电机输出和实施半波驱动时的旋转电机输出的图。

图10是表示进行全波驱动的第一动作区域和进行半波驱动第二动作区域的图。

图11是表示模式切换处理的流程图。

图12是表示第二实施方式的旋转电机的控制系统的电路图。

图13是表示第三实施方式的旋转电机的控制系统的电路图。

图14是表示第四实施方式的旋转电机的控制系统的电路图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式进行说明。本实施方式中的旋转电机作为例如车辆动力源使用。但是，旋转电机能作为产业用、车辆用、船舶用、航空器用、家电用、oa设备用、游戏机用等广泛使用。另外，在以下各实施方式中，对于彼此相同或等同的部分，在附图中标注相同的符号，对于相同符号的部分引用其说明。

(第一实施方式)

本实施方式的旋转电机10是内转子式(内转式)的多相交流电动机，图1和图2表示其概要。图1是旋转电机10的沿着旋转轴11的方向上的纵剖视图，图2是表示转子12和定子13的与旋转轴11正交的方向上的横截面的剖视图。在以下的记载中，将旋转轴11延伸的方向作为轴向，将以旋转轴11为中心放射状地延伸的方向作为径向，将以旋转轴11为中心圆周状地延伸的方向作为周向。

旋转电机10包括：固定于旋转轴11的转子12；设于将转子12包围的位置的定子13；以及收容上述转子12和定子13的外壳14。转子12和定子13同轴地配置。外壳14具有呈筒状的一对外壳构件14a、14b，外壳构件14a、14b在开口部彼此接合的状态下通过螺栓15的紧固而一体化。在外壳14设有轴承16、17，旋转轴11和转子12被该轴承16、17支承成旋转自如。

转子12具有转子铁芯21，在该转子铁芯21的外周部(即在径向上与定子13的内周部相对的一侧)，在周向上并排设有多个永磁体22。通过在轴向上层叠多个电磁钢板并利用铆接等将其固定来构成转子铁芯21。

在转子铁芯21的外周面以使磁极在周向上交替的方式设有多个永磁体22。在本实施方式中，作为转子结构，使用四极的表面磁体式结构。但是，转子12也可以是埋入磁体型。永磁体可以是稀土类磁体也可以是铁氧体磁体。

定子13包括：圆环状的定子铁芯31；以及卷绕于定子铁芯31的多个切槽32的三相两组即六相(u1相、v1相、w1相、u2相、v2相、w2相)的定子绕组33。定子绕组33具有两组的三相对称绕组。通过在轴向上层叠多个圆环状的电磁钢板并利用铆接等将其固定来构成定子铁芯31。定子铁芯31具有圆环状的轭部34以及从轭部34向径向内侧延伸并以等间隔在周向上排列的多个极齿35，在相邻的极齿35之间形成有切槽32。

在本实施方式中，旋转电机10是四极二十四切槽结构并设为六相结构，该六相结构具有两组的三相绕组。即，定子绕组33作为两组的三相绕组，构成为包括：具有u1相、v1相和w1相的各相绕组的第一绕组33a；以及具有u2相、v2相和w2相的各相绕组的第二绕组33b(参照图4)。

在这种情况下，如图3所示，在定子13中，由在周向上连续的两个切槽构成一相，在各切槽32中以使第一绕组33a和第二绕组33b混合的状态插入有各四根导体。即，在各切槽32中沿径向内外收容有四层导体，第一绕组33a侧的导体和第二绕组33b侧的导体交替地配置。在这种情况下，第一绕组33a和第二绕组33b具有相同的匝数并且按照各相收容于相同的切槽32。此外，各绕组33a、33b由扁线(即横截面为矩形形状的导体)构成，在各切槽32内以沿径向内外排列的状态配置有各绕组33a、33b。

例如，在#1、#2的切槽32中，从径向内侧(即，转子12侧)以u2→u1→u2→u1的顺序收容有各绕组33a、33b的导体，在#3、#4的切槽32中，从径向内侧以v1→v2→v1→v2的顺序收容有各绕组33a、33b的导体，在#5、#6的切槽32中，从径向内侧以w2→w1→w2→w1的顺序收容有各绕组33a、33b的导体。根据上述结构，在各切槽32中，第一绕组33a侧的导体和第二绕组33b侧的导体处于按照各相彼此磁力结合的状态。

另外，极数、相数、切槽数量、导体的层数不限定于此，总之，只要在定子铁芯31卷绕有第一绕组33a和第二绕组33b，并且在该卷绕状态下，各绕组33a、33b按照各相彼此磁力结合即可。

接着，使用图4对控制旋转电机10的控制系统的结构进行说明。在图4中，示出了两组三相绕组(即第一绕组33a、第二绕组33b)作为定子绕组33，针对上述各绕组33a、33b分别设有第一逆变器40和第二逆变器50。逆变器40、50由具有上下臂的全桥电路构成，该上下臂的数量与各绕组33a、33b的相数相同，通过设于各臂的开关(半导体开关元件)的接通断开对各绕组33a、33b中的通电电流进行调节。

具体地，第一逆变器40在由u1相、v1相和w1相构成的三相中分别包括上臂开关41和下臂开关42的串联连接体。各相的上臂开关41的高电位侧端子连接到直流电源60的正极端子，各相的下臂开关42的低电位侧端子连接到直流电源60的负极端子(接地)。上臂开关41和下臂开关42分别是半导体开关元件，更具体地，是具有以成为反并联的方向连接的回流二极管43、44的igbt。即，回流二极管43、44分别以使阴极为高电位侧、阳极为低电位侧的方向设置。

在各相的上臂开关41与下臂开关42之间的中间点处，分别经由附加开关45与u1相绕组、v1相绕组、w1相绕组的一端连接。即，附加开关45相当于“第一附加开关”，通过上述附加开关45使将第一逆变器40中的上下臂的各开关41、42的中间点和第一绕组33a的针对各相的绕组部连接的交流线导通或者切断。附加开关45是例如由igbt构成的半导体开关元件。在附加开关45处，以使上下臂的各开关41、42的中间点侧为阴极并使针对各相的绕组部侧为阳极的方向设置回流二极管46。

第一绕组33a的各相绕组被星形接线(y接线)，并且各相绕组的另一端在中性点n1处互相连接。中性点n1经由电流路径47与直流电源60的低电位侧连接，在该电流路径47上设有切换开关48。切换开关48相当于“第一切换开关”，通过该切换开关48使中性点n1与直流电源60的低电位侧之间导通或者切断。切换开关48是例如由igbt构成的半导体开关元件。在切换开关48处，以使中性点n1侧为阴极并使直流电源60的低电位侧为阳极的方向设置回流二极管49。

第二逆变器50具有与第一逆变器40相同的结构，在由u2相、v2相和w2相构成的三相中分别包括上臂开关51和下臂开关52的串联连接体。各相的上臂开关51的高电位侧端子连接到直流电源60的正极端子，各相的下臂开关52的低电位侧端子连接到直流电源60的负极端子(接地)。上臂开关51和下臂开关52分别是半导体开关元件，更具体地，是具有以成为反并联的方向连接的回流二极管53、54的igbt。即，回流二极管53、54分别以使阴极为高电位侧、阳极为低电位侧的方向设置。

在各相的上臂开关51与下臂开关52之间的中间点处，分别经由附加开关55与u2相绕组、v2相绕组、w2相绕组的一端连接。即，附加开关55相当于“第二附加开关”，通过上述附加开关55使将第二逆变器50中的上下臂的各开关51、52的中间点和第二绕组33b的针对各相的绕组部连接的交流线导通或者切断。附加开关55是例如由igbt构成的半导体开关元件。在附加开关55处，以使上下臂的各开关51、52的中间点侧为阴极并使针对各相的绕组部侧为阳极的方向设置回流二极管56。

第二绕组33b的各相绕组被星形接线(y接线)，并且各相绕组的另一端在中性点n2处互相连接。中性点n2经由电流路径57与直流电源60的高电位侧连接，在该电流路径57上设有切换开关58。切换开关58相当于“第二切换开关”，通过该切换开关58使中性点n2与直流电源60的高电位侧之间导通或者切断。切换开关58是例如由igbt构成的半导体开关元件。在切换开关58处，以使中性点n2侧为阳极并使直流电源60的高电位侧为阴极的方向设置回流二极管59。

控制装置65包括由cpu和各种存储器构成的微型计算机，基于旋转电机10中的各种检测信息、动力运行驱动和发电的请求，通过逆变器40、50的各开关的开闭(接通断开)来实施通电控制。旋转电机10的检测信息包括：例如由解析器等角度检测器检测出的转子12的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测出的电源电压(逆变器输入电压)、以及由电流传感器检测出的各相的通电电流。控制装置65生成并输出对逆变器40、50的各开关进行操作的操作信号。

在本实施方式中，旋转电机10的第一绕组33a和第二绕组33b的通电分别由第一逆变器40、第二逆变器50控制。尤其在这种情况下，通过使切换开关48、58成为打开状态(断开状态)来以全波驱动模式控制旋转电机10的驱动，通过使切换开关48、58成为关闭状态(接通状态)来以半波驱动模式控制旋转电机10的驱动。即，通过使切换开关48、58切换到打开状态和关闭状态来进行作为旋转电机10的驱动模式的全波驱动模式和半波驱动模式的切换。在本实施方式中，通过控制装置65构成第一通电控制部和第二通电控制部。

图5示出了全波驱动模式下的各开关的控制方式，图6示出了半波驱动模式下的各开关的控制方式。另外，虽然在图5和图6中仅示出了三相两组的定子绕组33中的w1相和w2相的动作，但是在各绕组33a、33b的其他相中也以电角度相差120度的相位进行相同的动作。

如图5所示，在全波驱动模式下，使切换开关48、58断开，并且使各逆变器40、50的附加开关45、55接通。此外，通过在第一逆变器40中使上臂开关41和下臂开关42互补地接通断开来控制第一绕组33a的通电。此外，通过在第二逆变器50中使上臂开关51和下臂开关52互补地接通断开来控制第二绕组33b的通电。总之，在全波驱动模式下，通过使各逆变器40、50中的上下臂的各开关在相同的通电期间分别互补地开闭来控制第一绕组33a和第二绕组33b的通电。

根据全波驱动模式下的通电控制，在同相的w1相和w2相的绕组部中，如图所示，使w1电流和w2电流以相同相位流动，通过其合成电流即“w1+w2电流”驱动旋转电机10。在这种情况下，通过对同相的两组绕组部在相同的通电期间进行通电控制，从而利用全波状的三相交流电流使定子绕组33通电。由此，能实现高转矩的输出。

另一方面，如图6所示，在半波驱动模式下，使切换开关48、58接通，并且使第一逆变器40的附加开关45和第二逆变器50的附加开关55以180度周期(半电周期)交替地接通。此外，在附加开关45、55的接通期间，使第一逆变器40的上臂开关41接通断开，并且使第二逆变器50的下臂开关52接通断开。

详细地，在期间t1，使第一逆变器40的附加开关45接通，并且使第二逆变器50的附加开关55断开。此外，在该状态下，在第一逆变器40中，使上臂开关41接通断开并且使下臂开关42保持断开，在第二逆变器50中，使上臂开关51和下臂开关52均保持断开。

此外，在期间t2，使第一逆变器40的附加开关45断开，并且使第二逆变器50的附加开关55接通。此外，在该状态下，在第一逆变器40中，使上臂开关41和下臂开关42均保持断开，在第二逆变器50中，使上臂开关51保持断开并且使下臂开关42接通断开。

总之，在半波驱动模式下，在使切换开关48、58闭合的状态下，使第一逆变器40的上下臂的各开关41、42中的上臂开关41和第二逆变器50的上下臂的各开关51、52中的下臂开关52交替地在确定的通电期间(t1、t2)分别开闭。由此，控制第一绕组33a和第二绕组33b的通电。

根据半波驱动模式下的通电控制，在各逆变器40、50中交替地进行旋转电机10的半波驱动。在这种情况下，在定子13中，第一绕组33a和第二绕组33b处于彼此磁力结合的状态，而在第一绕组33a一侧，通过切换开关48使中性点n1和直流电源60的低电位侧短路，并且在第二绕组33b一侧，通过切换开关58使中性点n2和直流电源60的高电位侧短路，因此分别在第一绕组33a的通电期间和第二绕组33b的通电期间，相电流的方向彼此相反并正负地变化。此外，通过将第一绕组33a的通电期间和第二绕组33b的通电期间设定为彼此不同，使各绕组33a、33b的合成磁动势为全波状。

即，如图6所示，在期间t1中，最初作为w1电流流过负电流，但是逐渐转变成正电流，反之，在期间t2中，最初作为w1电流流过正电流，但是逐渐转变成负电流。由此，虽然是半波驱动，但是w1电流和w2电流的合成电流(w1+w2电流)为正弦波波形或与之接近的波形。即，与全波驱动时相同，能得到正弦波状的旋转磁场(磁动势)。

图7是表示旋转电机10的转矩的时间序列变化的时序图，实线表示本实施方式中的转矩变化，点划线表示现有例中的转矩变化。根据图7，可知减少了转矩波动，并且使平均转矩上升(ave1→ave2)。

在切换第一逆变器40中的半波驱动和第二逆变器50中的半波驱动时，在互相磁力结合的绕组部彼此之间进行由磁感应产生的转流，以下对这点补充说明。

当切换第一逆变器40的上臂开关41而使半波电流流过第一绕组33a时，以从上臂开关41经由附加开关45朝向第一绕组33a的中性点n1的方向流过正电流。此外，在上述情况下，例如在图6的时刻ta，当使上臂开关41和附加开关45断开而切断第一绕组33a的电流时，以阻碍上述电流变化的方向在第一绕组33a和第二绕组33b产生电压。由此，在第二绕组33b侧，形成有经由第二绕组33b～切换开关58～直流电源60～下臂开关52的回流二极管54～上臂开关51的回流二极管53～第二绕组33b的电流路径，流过第一绕组33a的电流向第二绕组33b转流。

接着之后，使附加开关55接通，并且开始切换第二逆变器50的下臂开关52，从而使半波电流流过第二绕组33b。此外之后，进行从第二绕组33b向第一绕组33a的转流时也相同。不过作为不同点，当半波电流流过第二绕组33b时，电流方向与第一绕组33a通电时相反，以从第二绕组33b的中性点n2经由附加开关55朝向下臂开关52的方向流过负电流。

此外，如上所述，在例如切换第一逆变器40的上臂开关41而使半波电流流过第一绕组33a的情况下，当第一绕组33a的电流被切断时，进行向第二绕组33b侧的转流，但是在电流刚被切断之后，在第一逆变器40内形成有回流路径，因此担心会对转流产生阻碍。即，如图8所示，在第一逆变器40侧，形成有作为包括下臂开关42的回流二极管44和第一绕组33a的路径的回流路径r1。此外，当第二绕组33b的电流被切断时，在第二逆变器50侧，形成有作为包括上臂开关51的回流二极管53和第二绕组33b的路径的回流路径r2。另外，图8示出了穿过w1相的绕组部的回流路径r1和穿过w2相的绕组部的回流路径r2。

关于这点，在停止切换第一逆变器40的上臂开关41并开始切换第二逆变器50的下臂开关52时，与停止切换上臂开关41相应地，使附加开关45断开。因此，回流路径r1被附加开关45切断。此外，在停止切换第二逆变器50的下臂开关52并开始切换第一逆变器40的上臂开关41时，与停止切换下臂开关52相应地，使附加开关55断开。因此，回流路径r2被附加开关55切断。附加开关45相当于“第一切断部”，附加开关55相当于“第二切断部”。

另外，在第一逆变器40中，下臂开关42和附加开关45以使回流二极管44、46互相相反的方向串联连接，通过上述两个开关42、45构成能双向通电和双向切断的双向开关。此外，在第二逆变器50中，上臂开关51和附加开关55以使回流二极管53、56互相相反的方向串联连接，通过上述两个开关51、55构成能双向通电和双向切断的双向开关。

控制装置65基于旋转电机10的旋转速度实施全波驱动模式和半波驱动模式的切换。具体地，在旋转电机10的低旋转侧的动作区域中，控制装置65将切换开关48、58断开(打开)，以全波驱动模式实施各绕组33a、33b的通电控制。此外，在旋转电机10的高旋转侧的动作区域中，将切换开关48、58接通(闭合)，以半波驱动模式实施各绕组33a、33b的通电控制。

图9中，用实线表示实施全波驱动时的旋转电机输出，并且用虚线表示实施半波驱动时的旋转电机输出。与半波驱动相比，全波驱动的磁动势为两倍，因此更适于高转矩动作。与全波驱动相比，半波驱动的每单位绕组的施加电压为两倍，因此更适于高旋转动作。在这种情况下，在实施全波驱动和实施半波驱动时，输出特性局部重叠。因此，在本实施方式中，如图10所示地确定进行全波驱动的第一动作区域和进行半波驱动的第二动作区域，根据上述各动作区域来实施模式切换。另外，在图10中，第一动作区域带有阴影。

图11是表示由控制装置65实施的模式切换处理的流程图，本处理以规定周期反复实施。

在步骤s11中，对旋转电机10的运转状态是否进入第一动作区域进行判断，在步骤s12中，对旋转电机10的运转状态是否进入第二动作区域进行判断。在步骤s11、s12中，例如，最好基于利用转子12的旋转信息计算出的旋转速度和对于旋转电机10的请求转矩来进行动作区域的判断。

当旋转电机10的运转状态进入第一动作区域时，前进到步骤s13，确定以全波驱动模式驱动旋转电机10。在这种情况下，使切换开关48、58断开。此外，在将各逆变器40、50的附加开关45、55设为接通状态的基础上，切换各相的上下臂开关来实施全波驱动。

此外，当旋转电机10的运转状态进入第二动作区域时，前进到步骤s14，确定以半波驱动模式驱动旋转电机10。在这种情况下，使切换开关48、58接通。此外，在各相中，每半电周期使各逆变器40、50的附加开关45、55交替地成为接通状态，并且在第一逆变器40中切换上臂开关41，在第二逆变器50中切换下臂开关52，从而实施半波驱动。

根据以上详细叙述的本实施方式，能够得到以下优异效果。

在全波驱动模式下，使切换开关48、58断开(打开)，通过第一逆变器40和第二逆变器50进行第一绕组33a和第二绕组33b的全波通电。在这种情况下，对第一绕组33a和第二绕组33b中同相的绕组部进行相同通电期间的通电控制，从而实现了高转矩输出。

此外，在半波驱动模式下，使切换开关48、58接通(闭合)，通过第一逆变器40和第二逆变器50进行第一绕组33a和第二绕组33b的半波通电。在这种情况下，第一绕组33a和第二绕组33b处于互相磁力结合的状态，此外，在第一绕组33a侧，由于切换开关48使中性点n1与直流电源60的低电位侧短路，并且在第二绕组33b侧，由于切换开关58使中性点n2与直流电源60的高电位侧短路，因此，在各绕组33a、33b的通电期间相电流的方向互相相反，能通过各绕组33a、33b的合成磁动势得到全波状的磁动势。综上，能理想地进行全波驱动和半波驱动，并且减少半波驱动时的转矩波动。

由于与旋转电机10的动作区域对应地开闭各切换开关48、58，因此能理想地得到不同的输出特性，并能扩大旋转电机10的高效动作区域。此外，在各切换开关48、58闭合的状态下，在各相的绕组部中与全波驱动时相比每单位绕组的施加电压更高。因此，能在将旋转电机10的动作区域向高旋转区域侧扩张的基础上，实现有利的结构。

在半波驱动模式下，在切换第一逆变器40进行的半波通电和第二逆变器50进行的半波通电时，使包括各臂开关的回流二极管和各绕组33a、33b而形成的回流路径r1、r2被附加开关45、55切断。由此，能理想地实施第一绕组33a侧与第二绕组33b侧之间的转流，从而能适当地实施各绕组33a、33b中的互补的半波驱动。

具体地，由于在各逆变器40、50中，在将上下臂的中间点与各相的绕组部连接的交流线上设置附加开关45、55，因此能通过该附加开关45、55理想地切断在切换为半波通电时形成的回流路径。由此，仍然能适当地实施成为通电侧的绕组中的互补的半波驱动。

由于在第一绕组33a和第二绕组33b中，使匝数相同，并且将同相的导体收容于定子铁芯31的同一个切槽32，因此能提高第一绕组33a和第二绕组33b的磁力结合度。由此，能减少半波驱动时的绕组之间的转流损耗，即减少使第一逆变器40的上臂开关41和第二逆变器50的下臂开关52在每个通电期间交替地分别开闭时的绕组之间的转流损耗，从而能提高驱动的效率。

由于通过横截面为矩形形状的导体来构成第一绕组33a和第二绕组33b，因此能在切槽32内整齐地排列上述各绕组33a、33b的导体。因此，能抑制第一绕组33a和第二绕组33b的每个个体的磁力结合度的偏差。由此，能进一步适当地减少绕组之间的转流损耗。

由于构成为旋转电机10包括各两组的绕组和逆变器，因此能使驱动系统冗余化，从而能提高系统的可靠性。

以下，对改变了第一逆变器40和第二逆变器50的一部分结构的第二至第四实施方式进行说明。另外，对作为控制系统的结构与上述第一实施方式相同的部分，标注相同的符号并省略其说明。为了方便，也省略了控制装置65的说明。

(第二实施方式)

图12是表示第二实施方式的旋转电机的控制系统的电路图。在图12中，在第一逆变器40中，设有一对半导体开关元件42a、42b作为各相的下臂开关42，该半导体开关元件42a、42b彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管44a、44b。一对半导体开关元件42a、42b是反串联连接的逆导通型的半导体开关元件，作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。在本实施方式中，一对的半导体开关元件42a、42b相当于“第一切断部”。

此外，在第二逆变器50中，设有一对半导体开关元件51a、51b作为各相的上臂开关51，该半导体开关元件51a、51b彼此串联连接，并且具有彼此反向设置的回流二极管53a、53b。一对半导体开关元件51a、51b是反串联连接的逆导通型的半导体开关元件，作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。在本实施方式中，一对的半导体开关元件51a、51b相当于“第二切断部”。

另外，第一逆变器40的上臂开关41、第二逆变器50的下臂开关52的结构与上述图4相同。

在上述结构中，当利用各逆变器40、50进行全波驱动时，控制装置65使第一逆变器40中的、作为下臂开关42的一对半导体开关元件42a、42b中的一方的半导体开关元件42a(即、回流二极管的方向与上臂开关41相同的半导体开关元件)相对于上臂开关41互补地开闭，并且使另一方的半导体开关元件42b保持在接通状态(关闭状态)。此外，在第二逆变器50中，使作为上臂开关51的一对半导体开关元件51a、51b中的一方的半导体开关元件51a(即、回流二极管的方向与下臂开关52相同的半导体开关元件)相对于下臂开关52互补地开闭，并且使另一方的半导体开关元件51b保持在接通状态(关闭状态)。

此外，当在半波驱动模式下利用第一逆变器40进行半波驱动时，控制装置65切换上臂开关41，另一方面使一对半导体开关元件42a、42b中的半导体开关元件42a保持在断开状态(打开状态)，并且使半导体开关元件42b保持在接通状态(关闭状态)。第二逆变器50侧的各开关51、52均保持在断开状态(打开状态)。

此外，随着经过了半电周期，控制装置65停止切换上臂开关41，并且使一对半导体开关元件42a、42b均成为断开状态(打开状态)。此外，开始切换第二逆变器50中的下臂开关52。在切换下臂开关52时，使一对半导体开关元件51a、51b中的半导体开关元件51a保持在断开状态(打开状态)，并且使半导体开关元件51b保持在接通状态(关闭状态)。

另外，当与第一实施方式中说明的图6的动作进行对比时，半导体开关元件42a与下臂开关42相同地动作，半导体开关元件42b与附加开关45相同地动作。此外，半导体开关元件51a与上臂开关51相同地动作，半导体开关元件51b与附加开关55相同地动作。

此处，在从利用第一逆变器40进行半波驱动的状态向利用第二逆变器50进行半波驱动的状态切换时，使一对半导体开关元件42a、42b断开，在该状态下通过彼此反向的回流二极管44a、44b切断双向通电。因此，在停止切换上臂开关41时，第一逆变器40中的回流路径r1(参照图8)被切断。

此外同样地，在从利用第二逆变器50进行半波驱动的状态向利用第一逆变器40进行半波驱动的状态切换时，使一对半导体开关元件51a、51b断开，在该状态下通过彼此反向的回流二极管53a、53b切断双向通电。因此，在停止切换下臂开关52时第二逆变器50中的回流路径r2(参照图8)被切断。

在本实施方式中，与第一实施方式的图4的结构相比，能减少在全波驱动时导通状态的串联元件数量，从而能减少导通损耗。

此外，在全波驱动时，在各逆变器40、50中，使反串联连接的一对半导体开关元件(即、第一逆变器40的下臂开关42、第二逆变器50的上臂开关51)中的一方开闭，并使另一方保持在关闭状态，从而控制通电电流。在这种情况下，也能进行功率因数不为1时的回流动作或者再生动作，从而能实现适当的全波驱动。

(第三实施方式)

图13是表示第三实施方式的旋转电机的控制系统的电路图。在图13中，第一逆变器40设有彼此反向地并联连接的一对igbt42c、42d作为各相的下臂开关42。一对igbt42c、42d是反并联连接的反阻型igbt，作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。更具体地，在一方的igbt42c中集电极为高电位侧、发射极为低电位侧，在另一方的igbt42d中发射极为高电位侧、集电极为低电位侧，上述一对igbt42c、42d彼此反并联连接。

此外，第二逆变器50设有彼此反向地并联连接的一对igbt51c、51d作为各相的上臂开关51。一对igbt51c、51d是反并联连接的反阻型igbt，作为能双向通电并双向切断的双向开关发挥作用。更具体地，在一方的igbt51c中集电极为高电位侧、发射极为低电位侧，在另一方的igbt51d中发射极为高电位侧、集电极为低电位侧，上述一对igbt51c、52d彼此反并联连接。

另外，第一逆变器40的上臂开关41、第二逆变器50的下臂开关52的结构与上述图4相同。

在上述结构中，当利用各逆变器40、50进行全波驱动时，控制装置65使第一逆变器40中的、作为下臂开关42的一对igbt42c、42d中的一方的igbt42c(即、集电极连接到上臂开关41的igbt)相对于上臂开关41互补地开闭，并且使另一方的igbt42d保持在接通状态(关闭状态)。此外，在第二逆变器50中，使作为上臂开关51的一对igbt51c、51d中的一方的igbt51c(即、发射极连接到下臂开关52的igbt)相对于下臂开关52互补地开闭，并且使另一方的igbt51d保持在接通状态(关闭状态)。

此外，当在半波驱动模式下利用第一逆变器40进行半波驱动时，控制装置65切换上臂开关41，另一方面使一对igbt42c、42d中的igbt42c保持在断开状态(打开状态)，并且使igbt42d保持在接通状态(关闭状态)。第二逆变器50侧的各开关51、52均保持在断开状态(打开状态)。

此外，随着经过了半电周期，控制装置65停止切换上臂开关41，并且使一对igbt42c、42d均成为断开状态(打开状态)。此外，开始切换第二逆变器50中的下臂开关52。在切换上述下臂开关52时，使一对igbt51c、51d中的igbt51c保持在断开状态(打开状态)，并使igbt51d保持在接通状态(关闭状态)。

另外，当与第一实施方式中说明的图6的动作进行对比时，igbt42c与下臂开关42相同地动作，igbt42d与附加开关45相同地动作。此外，igbt51c与上臂开关51相同地动作，igbt51d与附加开关55相同地动作。

此处，在从利用第一逆变器40进行半波驱动的状态向利用第二逆变器50进行半波驱动的状态切换时，通过使一对igbt42c、42d断开来切断双向通电。因此，在停止切换上臂开关41时第一逆变器40中的回流路径r1(参照图8)被切断。

此外同样地，在从利用第二逆变器50进行半波驱动的状态向利用第一逆变器40进行半波驱动的状态切换时，通过使一对igbt51c、51d断开来切断双向通电。因此，在停止切换下臂开关52时第二逆变器50中的回流路径r2(参照图8)被切断。

综上，在半波驱动模式下，能理想地实施第一绕组33a侧与第二绕组33b侧之间的转流，从而能适当地实施各绕组33a、33b中的互补的半波驱动。

另外，即使通过彼此并联连接的一对igbt构成第一逆变器40的下臂开关42和第二逆变器50的上臂开关51，也不会增加在半波驱动时导通的开关元件数量(即、导通路径上的串联元件数量)。因此，能减少半波驱动时的导通损耗。

在本实施方式中，在全波驱动时，在各逆变器40、50中，使反并联连接的一对igbt(即、第一逆变器40的下臂开关42、第二逆变器50的上臂开关51)中的一方的igbt开闭，并使另一方的igbt保持在关闭状态，从而控制通电电流。在这种情况下，也能进行功率因数不为1时的回流动作或者再生动作，从而能实现适当的全波驱动。

另外，在将一对igbt反并联连接的结构(图13的结构)中，与将带有回流二极管的一对igbt反串联连接的结构(图12的结构)相比，能减少在全波驱动时处于导通状态的串联元件数量，从而能减少导通损耗。

(第四实施方式)

也可以是使用mosfet作为各逆变器40、50的开关的结构。图14是表示第四实施方式的旋转电机10的控制系统的电路图。在图14中，作为第一逆变器40的下臂开关42，由宽带隙半导体构成的mosfet42e、42f设置成反向地串联连接的状态。此外，作为第二逆变器50的上臂开关51，由宽带隙半导体构成的mosfet51e、51f设置成反向地串联连接的状态。由此，在第一逆变器40的下臂开关42和第二逆变器50的上臂开关51中，赋予了双向导通和双向切断的功能。

作为由宽带隙半导体构成的mosfet，优选使用由sic(硅碳化物)类材料、gan(氮化镓)类材料等构成的宽带隙半导体元件。通过使用宽带隙半导体元件，能减少接通电阻。根据图14的结构，能进一步减少在全波驱动模式下切换各开关时的导通损耗。

(其他实施方式)

例如也可以如下所述改变上述实施方式。

·作为切换开关48、58，除了半导体开关元件之外还可以使用机械式接点开关。例如，在间歇地切换低旋转动作区域和高旋转动作区域的用途中，也可以不使用半导体开关元件。

·也可以使第一绕组33a的匝数和第二绕组33b的匝数不同。在这种情况下，虽然在第一绕组33a中流动的电流的大小与在第二绕组33b中流动的电流的大小不同，但是能实施半波驱动。

·定子绕组33不限定于三相绕组，只要是具有中性点的绕组即可，例如也可以是五相绕组。

·也可以构成为，在两个逆变器40、50中，各自与单独的直流电源连接。

·旋转电机10也可以是磁体转子结构以外的旋转电机，例如也可以是感应转子结构的旋转电机。此外，代替内转子结构，也可以是外转子结构。

虽然基于实施例对本发明进行了记述，但是应当理解为本发明并不限定于上述实施例、结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。