JP2012170252A - 回転電機駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機駆動システムにおいて、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現することである。
【解決手段】ステータ１２は、ステータコア２６に集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを有する。ロータ１４は、ロータコア１６の周方向複数個所に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓと、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに接続され、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの磁気特性を周方向に交互に異ならせる整流部としてのダイオード２１ｎ、２１ｓとを有する。回転電機駆動システムは、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに電流を流すためのｑ軸電流指令にパルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータとロータとが対向配置された回転電機と、回転電機を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムに関する。

従来から、特許文献１に記載されているように、ロータにロータ巻線を設けるとともに、ステータで発生した空間高調波を含む回転磁界によりロータ巻線に誘導電流を生じさせ、ロータにトルクを発生させる回転電機が知られている。また、この回転電機によれば、ロータ巻線に誘導電流を効率よく発生させ、ロータに作用するトルクを効率よく増大する効果が得られる。図２１〜図２３は、特許文献１に記載された回転電機の概略構成を示している。図２１は、ロータの回転軸と平行方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。図２２は、ステータの概略構成を示し、図２３は、ロータの概略構成を示している。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２〜４がある。

特開２００９−１１２０９１号公報 特開２００７−１８５０８２号公報 特開２０１０−９８９０８号公報 特開２０１０−１１００７９号公報

ただし、上記の図２１〜２３に記載された回転電機１０の場合、回転数が低い低速回転時にトルクを有効に高くする面からまだ改良の余地がある。図２４は、図２１〜２３に記載された回転電機と同様の構成を電動機（モータ）として使用する場合において、ロータ回転数とモータトルクとの関係の１例を示す図である。図２４に示すように、回転電機１０は、回転数の低い領域でモータトルクが大きく低下した。この理由は、図２１〜２３の符号を用いて説明すると、上記の回転電機１０においてはステータ１２で生成される回転磁界の高調波成分による磁場変動によりロータ巻線１８ｎ，１８ｓを流れるロータ誘導電流が生成されるのに対し、回転数が低い領域では各ロータ巻線１８ｎ，１８ｓに鎖交する鎖交磁束はあまり変化しないが、鎖交磁束の変動速度が低下するため、誘導起電圧が減少して、ロータ誘導電流が減少するためである。このため、低速回転時にはモータトルクが減少する。なお、上記の説明では、回転数が低い領域で回転電機１０を電動機として使用する場合のモータトルクが低下する場合を説明したが、上記の回転電機１０を発電機として使用する場合でも、同様の理由から低回転数領域では回生トルクが大きく低下する可能性がある。

これに対して、本発明者は、ステータ巻線に流す交流電流にパルス電流を重畳させることでロータ巻線に生じる誘導電流を増大して低い回転領域でも回転電機のトルクの増大を図れる可能性があると考えた。ただし、パルス電流の重畳方法に工夫しないとステータ巻線に流れる電流のピーク値が過大となり、回転電機駆動部であるインバータを含む制御システムの大型化やコスト増大を招く等、不都合を生じる可能性があることが分かった。

これに対して、特許文献２〜４には、パルス電流の重畳を利用する界磁巻線型同期機が記載されているが、ステータ巻線に流れる電流が過大になることを防止しつつ、トルクの増大を図れる手段は開示されていない。

本発明の目的は、回転電機駆動システムにおいて、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現することである。

本発明に係る回転電機駆動システムは、上記の目的を達成するために以下の手段を採用する。

本発明に係る回転電機駆動システムは、ステータとロータとが対向配置された回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、前記ステータは、複数のステータ側スロットがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたステータコアと、前記ステータ側スロットを通って前記ステータコアに集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線とを有し、前記ロータは、複数のロータ側スロットが前記ロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、少なくとも一部が前記ロータ側スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせており、前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのｑ軸電流指令に、パルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段を有することを特徴とする回転電機駆動システムである。なお、減少パルス電流とは、パルス状に急激に減少してから急激に増大するパルス電流のことをいう（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）。また、減少パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。なお、「ロータコア」は、ロータのうち、ロータ巻線以外の一体の部材をいい、例えば磁性材料製のロータコア本体と磁石とにより構成される場合もある（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）。また、「ロータ側スロット」は、ロータコアの周面に開口する溝形状を有する部分に限定するものではなく、例えばロータコアの周面に開口せず、ロータコアの内部に軸方向に貫通するように形成されたスリットも含む（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする。）。

本発明の回転電機駆動システムによれば、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現できる。例えば、複数相のステータ巻線が３相のステータ巻線である場合に、１相（例えばＷ相）のステータ巻線に対するパルス電流重畳前に、１相（例えばＷ相）に流れる電流の絶対値が他の相（例えばＵ相、Ｖ相）のステータ巻線を流れる電流の絶対値よりも高い場合でも、減少パルス電流の重畳で、全部の相に流れる電流の絶対値をパルス状に下げつつロータ巻線に生じる誘導電流を大きくすることができる。このため、すべてのステータ巻線に流す電流であるステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でも回転電機のトルクを大きくすることができる。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記各ロータ巻線は、前記ロータの周方向に隣り合う前記ロータ巻線同士で順方向が逆になる前記整流部である整流素子に接続し、前記各整流素子は、誘導起電力の発生により前記ロータ巻線に流れる電流を整流することで、前記周方向に隣り合うロータ巻線に流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記整流素子は、それぞれ対応する前記ロータ巻線に接続される第１整流素子と第２整流素子とであり、前記第１整流素子と前記第２整流素子とは、前記誘導起電力の発生により、対応する前記ロータ巻線に流れる電流を独立して整流し、前記各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の前記磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記ロータコアは、前記ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置され、前記ステータへ向け突出する前記複数の磁極部である突極を含み、前記突極は、前記整流部で整流された電流が前記ロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記ロータコアは、前記ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置され、前記ステータへ向け突出する前記複数の磁極部である突極を含み、前記突極は、前記整流素子で整流された電流が前記ロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能し、さらに、前記各突極の根元側に巻装される補助ロータ巻線を備え、前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される２ずつの前記補助ロータ巻線は、互いに直列に接続されて、補助巻線組を構成しており、前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される隣り合う２ずつの前記ロータ巻線の一端は、それぞれに対応する前記整流素子が逆方向に対向するように、前記整流素子を介して接続点で接続され、前記補助巻線組の一端に、前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される２ずつの前記ロータ巻線の他端がそれぞれ接続され、前記補助巻線組の他端に前記接続点が接続されている。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記ロータの周方向に関する前記各突極の幅は、電気角で１８０°に相当する幅よりも小さくし、前記ロータ巻線は、前記各突極に短節巻で巻装されている。

また、本発明に係る回転電機駆動システムにおいて、好ましくは、前記各ロータ巻線の前記ロータの周方向に関する幅は、電気角で９０°に相当する幅に等しい。

本発明の回転電機駆動システムによれば、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現できる。

本発明の実施形態に係る回転電機駆動システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す略図である。 本発明の実施の形態において、ロータ中に磁束が流れる様子を示す模式図である。 図２の回転電機において、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。 本発明の実施の形態において、制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図である。 図５Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図である。 図５Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。 本発明の実施の形態において、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。 ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる比較例の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。 本発明の実施の形態とは異なる比較例において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。 本発明の別の実施の形態を示す、図３Ａに対応する図である。 図９の実施の形態において、ロータ巻線及びロータ補助巻線の等価回路を示す図である。 本発明の別の実施の形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す略断面図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例において、ロータの回転軸と平行方向に見た略図である。 図１５の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例のロータを示す略図である。 従来例の回転電機において、ロータの回転軸と平行方向に見たステータ及びロータの概略構成を示す図である。 図２１の回転電機において、ステータの概略構成を示す図である。 図２１の回転電機において、ロータの概略構成を示す図である。 図２１の回転電機と同様の構成において、ロータ回転数とモータトルクとの関係の１例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜６は、本発明の実施形態を示す図である。図１は、本発明の実施形態に係る回転電機駆動システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す略図である。図３Ａは、本発明の実施の形態において、ロータ中に磁束が流れる様子を示す模式図である。図３Ｂは、図２の回転電機において、周方向に関するロータ巻線の幅θを変化させながらロータ巻線への鎖交磁束の振幅を計算した結果を示す図である。図４は、本発明の実施の形態において、制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム３４は、回転電機１０と、回転電機１０を駆動する駆動部であるインバータ３６と、インバータ３６を制御する制御部である制御装置３８と、電源部である蓄電装置４０とを備え、回転電機１０を駆動する。また、図２に示すように、電動機または発電機として機能する回転電機１０は、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能なロータ１４とを備える。なお、「径方向」とは、ロータの回転軸に対し直交する放射方向をいう（以下、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。）。

また、ステータ１２は、磁性材製のステータコア２６と、ステータコア２６に配設された複数相（より具体的には例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗとを含む。ステータコア２６の周方向複数個所には、径方向内側へ（ロータ１４（図２３）へ向けて）突出する複数のステータティースである、ティース３０が配置されており、各ティース３０間にステータ側スロットであるスロット３１が形成されている。なお、「周方向」とは、ロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう（以下、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。）。

すなわち、ステータコア２６の内周面には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のティース３０が、ロータ１４の回転軸である回転中心軸周りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ティース３０間にスロット３１が、周方向に互いに間隔をおいて形成されている。すなわち、ステータコア２６には、複数のスロット３１が、ロータ１４の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。

各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、スロット３１を通ってステータコア２６のティース３０に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース３０にステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース３０が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成することができる。なお、ステータ巻線は、このようにステータのティースに巻線する構成に限定するものではなく、ステータのティースから外れたステータコアに巻線することもできる。

ティース３０に形成された回転磁界は、その先端面からロータ１４に作用する。図２に示す例では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがそれぞれ巻装された３つのティース３０により１つの極対が構成されている。

また、ロータ１４は、磁性材料製のロータコア１６と、複数のロータ巻線４２ｎ，４２ｓとを含む。ロータコア１６の外周面の周方向複数個所には、径方向外側に向けて（ステータ１２に向けて）突出して設けられた複数の磁極部であり、突部であり、突極であり、かつロータティースであるティース１９が、ロータコア１６の周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、各ティース１９がステータ１２と対向している。また、ロータコア１６の各ティース１９間にロータ側スロットであるスロット２０が、周方向に互いに間隔をおいて形成されている。すなわち、ロータコア１６には、複数のスロット２０が、ロータ１４の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。

ロータ１４においては、このティース１９により、ステータ１２（ティース３０）からの磁束が通る場合の磁気抵抗が回転方向に応じて変化し、ティース１９の位置で磁気抵抗が低くなり、ティース１９間の位置で磁気抵抗が高くなる。そして、周方向においてロータ巻線４２ｎとロータ巻線４２ｓが交互に並ぶように、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓがこれらのティース１９に巻装されている。ここでは、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回中心軸が径方向と一致している。

また、ロータ１４の周方向に関して１つおきのティース１９に複数の第１ロータ巻線４２ｎをそれぞれ集中巻きで巻線され、すなわち巻装され、第１ロータ巻線４２ｎが巻装されたティース１９と隣り合う別のティース１９であって、周方向１つおきのティース１９に、複数の第２ロータ巻線４２ｓがそれぞれ集中巻きで巻装されている。また、複数の第１ロータ巻線４２ｎを含む第１ロータ巻線回路４４と、複数の第２ロータ巻線４２ｓを含む第２ロータ巻線回路４６とに、それぞれ１ずつのダイオード２１ｎ、２１ｓが接続されている。すなわち、ロータ１４の周方向に１つおきに配置された複数の第１ロータ巻線４２ｎは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流部であり、かつ、整流素子であり、第１ダイオードであるダイオード２１ｎが各第１ロータ巻線４２ｎと直列に接続されることで、第１ロータ巻線回路４４が構成されている。各第１ロータ巻線４２ｎは、同じ磁極（Ｎ極）として機能するティース１９に巻装されている。

また、複数の第２ロータ巻線４２ｓは、電気的に直列に接続され、かつ無端状に接続されるとともに、その間の一部に整流部であり、かつ、整流素子であり、第２ダイオードであるダイオード２１ｓが各第２ロータ巻線４２ｓと直列に接続されることで、第２ロータ巻線回路４６が構成されている。各第２ロータ巻線４２ｓは、同じ磁極（Ｓ極）として機能するティース１９に巻装されている。また、周方向に隣り合う（異なる磁極の磁石が形成される）ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、互いに電気的に分断されている。このように、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスロット２０に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。

また、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士で、異なる磁極の磁石が形成されるように、各ダイオード２１ｎ、２１ｓによるロータ巻線４２ｎ、４２ｓの電流の整流方向を互いに逆方向にしている。すなわち、ロータ１４の周方向に隣り合うように配置されたロータ巻線４２ｎとロータ巻線４２ｓとで流れる電流の向き（ダイオード２１ｎ、２１ｓによる整流方向）、すなわち順方向が互いに逆になるように、ダイオード２１ｎ、２１ｓが互いに逆向きでロータ巻線４２ｎ、４２ｓに接続されている。そして各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、ステータ１２で生成される空間高調波を含む回転磁界による誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。Ａ相は、対応するティース１９の先端側にＮ極を生成するものであり、Ｂ相は、対応するティース１９の先端側にＳ極を生成するものである。すなわち、ロータ１４に設けられる整流素子は、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓにそれぞれ接続される第１整流素子であるダイオード２１ｎと第２整流素子であるダイオード２１ｓとである。また、ダイオード２１ｎ、２１ｓは、誘導起電力の発生により、対応するロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を独立して整流し、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流により生成される周方向複数個所のティース１９の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。このように、複数のダイオード２１ｎ、２１ｓは、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する誘導起電力によって複数のティース１９に生じる磁気特性を、周方向で交互に異ならせている。すなわち、各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにそれぞれ接続され、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓの磁気特性を複数のロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で周方向に交互に異ならせている。この構成では、上記の図２１〜２３に示した構成の場合と異なり、ダイオード２１ｎ、２１ｓの数を２つに減らすことができ、ロータ１４の巻線構造を簡略化することができる。また、ロータ１４は、図示しないケーシングに回転可能に支持された回転軸２２（図２１，２３等参照、図２では図示を省略する。）の径方向外側に同心に固定している。なお、本実施の形態では、整流素子をロータ巻線４２ｎ、４２ｓに接続しているが、本発明では、ロータ巻線に、各ロータ巻線の磁気特性を複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部が接続されていればよく、この整流部は、整流素子以外の構成を使用できる。なお、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、対応するティース１９に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ等を介して巻装することもできる。

また、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれティース１９に短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ、４２ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくする。ここでのロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θについては、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面積を考慮して、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの断面の中心幅で表すことができる。すなわち、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの内周面の幅と外周面の幅との平均値でロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを表すことができる。なお、ロータ１４の電気角は、ロータ１４の機械角にロータ１４の極対数ｐを乗じた値で表される（電気角＝機械角×ｐ）。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとすると、以下の（１）式を満たす。

θ＜π×ｒ／ｐ （１）
このように幅θを（１）式で規制している理由は、後で詳しく説明する。

また、図１に示すように、蓄電装置４０は、直流電源として設けられ、充放電可能であり、例えば二次電池により構成する。インバータ３６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のアームＡｕ，Ａｖ，Ａｗを備え、各相アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗは、それぞれ２のスイッチング素子Ｓｗを直列に接続している。スイッチング素子Ｓｗは、トランジスタ、ＩＧＢＴ等である。また、各スイッチング素子Ｓｗに逆並列にダイオードＤｉを接続している。さらに、各アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗの中点は、回転電機１０を構成する対応する相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの一端側に接続されている。ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗにおいて、同じ相のステータ巻線同士は互いに直列に接続され、異なる相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗが中性点で接続されている。

また、蓄電装置４０の正極側及び負極側は、インバータ３６の正極側と負極側とにそれぞれ接続されており、蓄電装置４０とインバータ３６との間にコンデンサ６８が、インバータ３６に対し並列に接続されている。制御装置３８は、例えば車両のアクセルペダルセンサ（図示せず）等から入力される加速指令信号に応じて回転電機１０のトルク目標を算出し、トルク目標等に応じた電流指令値に応じて各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作を制御する。制御装置３８には、３相のうち、少なくとも２相のステータ巻線（例えば２８ｕ、２８ｖ）側に設けられた電流センサ７０で検出された電流値を表す信号と、レゾルバ等の回転角度検出部８２（図４）で検出された回転電機１０のロータ１４の回転角度を表す信号とがそれぞれ入力される。制御装置３８は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含むもので、インバータ３６のスイッチング素子Ｓｗのスイッチングを制御することにより、回転電機１０のトルクを制御する。制御装置３８は、機能ごとに分割された複数の制御装置により構成することもできる。

このような制御装置３８は、インバータ３６を構成する各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作により蓄電装置４０からの直流電力を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電力に変換して、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗの各相に対応する相の電力を供給することを可能とする。このような制御装置３８によれば、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す交流電流の位相（電流進角）を制御することで、ロータ１４（図２）のトルクを制御できる。

また、図２に示す回転電機１０によれば、ステータ１２で発生した空間高調波を含む回転磁界によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに誘導電流を生じさせ、ロータ１４にトルクを発生させることができる。すなわち、ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置や、ティース３０及びスロット３１によるステータコア２６の形状に起因して、（基本波のみの）正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の（時間的）３次成分である空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置やステータコア２６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。

また、３相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことでティース３０に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用するのに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、ティース１９がティース３０の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。

さらに、ティース３０に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ１４の各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交すると、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓには、空間高調波成分によりロータ１４の回転周波数（回転磁界の基本波成分）と異なる周波数の磁束変動が生じる。この磁束変動によって、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流は、各ダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流されることで一方向（直流）となる。そして、各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れるのに応じてロータティースである各ティース１９が磁化することで、各ティース１９が磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石として機能する。前述のように、ダイオード２１ｎ，２１ｓによるロータ巻線４２ｎ，４２ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各ティース１９に生じる磁石は、周方向においてＮ極とＳ極が交互に配置されたものとなる。そして、各ティース１９（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）とティース１９（磁石）の磁界との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。このように回転電機１０は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力（機械的動力）を発生させる電動機として機能させることができる。

この場合、ロータ１４では、図３Ａに模式図で示すように、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９に巻装されるロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で別のダイオード２１ｎ、２１ｓが接続されており、ステータ１２（図２）で生成された高調波を含む回転磁界が鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓにダイオード２１ｎ、２１ｓで方向を規制された誘導電流が誘導され、各ティース１９が隣り合うティース１９同士で異なる磁極部として磁化する。この場合、図３Ａの矢印αで示す方向に誘導電流による磁束が、ティース１９とロータコア１６のティース１９以外の部分とに流れる。

また、図１に示す回転電機駆動システム３４は、例えば、車両用走行動力発生装置として、エンジンと走行用モータとを駆動源として備えるハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車等に搭載して使用される。なお、蓄電装置４０とインバータ３６との間に電圧変換部であるＤＣ／ＤＣコンバータを接続して、蓄電装置４０の電圧を昇圧してインバータ３６に供給可能とすることもできる。

また、回転電機駆動システム３４が備える制御装置３８は、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるようにステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに電流を流すためのｑ軸電流指令に、パルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段７２（図４）を有する。これについて、図４を用いて詳しく説明する。図４は制御装置３８のうち、インバータ制御部の構成を示す図である。制御装置３８は、図示しない電流指令算出部と、減少パルス重畳手段７２と、減算部７４，７５と、ＰＩ演算部７６，７７と、３相／２相変換部７８と、２相／３相変換部８０と、回転角度検出部８２と、図示しないＰＷＭ信号生成部及びゲート回路とを含む。

電流指令算出部は、予め作成されたテーブル等にしたがって、ユーザから入力される加速指示に応じて算出される回転電機１０のトルク指令値に応じて、ｄ軸、ｑ軸に対応する電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄ軸とは、回転電機１０の周方向に関してロータ巻線４２ｎ、４２ｓの巻回中心軸方向である磁極方向をいい、ｑ軸とはｄ軸に対し電気角で９０度進んだ方向をいう。例えば、上記の図２に示すようにロータ１４の回転方向が規定される場合、ｄ軸方向、ｑ軸方向は、図２に矢印で示したような関係で規定される。また、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、それぞれｄ軸電流成分の指令値であるｄ軸電流指令値、ｑ軸電流成分の指令値であるｑ軸電流指令値である。このようなｄ軸、ｑ軸を用いて、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流をベクトル制御により決定することが可能となる。

３相／２相変換部７８は、回転電機１０に設けられた回転角度検出部８２により検出された回転電機１０の回転角度θと、電流センサ７０により検出された２相の電流（例えばＶ相、Ｗ相の電流Ｉｖ、Ｉｗ）とから、２相の電流であるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑとを算出する。なお、電流センサ７０により２相の電流しか検出していないのは、２相の電流の和が０となるため、１相の電流は算出で求めることができるからである。ただし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を検出し、その電流値からｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑを算出することもできる。

減少パルス重畳手段７２は、減少パルス電流を生成する減少パルス生成部８４と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に一定周期で減少パルス電流Ｉｑｐ＊を重畳させる、すなわち加算して、加算後の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊を対応する減算部７５に出力する加算部８６とを有する。また、ｄ軸に対応する減算部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｄ軸電流Ｉｄとの偏差δＩｄを求めて、ｄ軸に対応するＰＩ演算部７６に偏差δＩｄを入力する。

また、ｑ軸に対応する減算部７５は、重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と３相／２相変換部７８で変換されたｑ軸電流Ｉｑとの偏差δＩｑを求めて、ｑ軸に対応するＰＩ演算部７７に偏差δＩｑを入力する。ＰＩ演算部７６，７７は、それぞれに入力された偏差δＩｄ，δＩｑについて、所定ゲインによるＰＩ演算を行って制御偏差を求め、制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

２相／３相変換部８０は、ＰＩ演算部７６，７７から入力された各電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいて、回転電機１０の回転角度θから得られた、１．５制御周期後に位置すると予測される予測角から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、図示しないＰＷＭ信号生成部でＰＷＭ信号に変換され、ＰＷＭ信号は、図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、制御信号を印加するスイッチング素子Ｓｗを選択することにより、スイッチング素子Ｓｗのオンオフを制御する。このように、制御装置３８は、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流れるステータ電流をｄｑ軸座標系に変換してｄ軸電流成分及びｑ軸電流成分とし、フィードバック制御を含むベクトル制御により、目標トルクに対応する各相のステータ電流が得られるようにインバータ３６を制御する。

図５Ａは、本発明の実施の形態におけるステータ電流の時間的変化の１例を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊と各相電流とで示す図であり、図５Ｂは、図５Ａに対応するロータ起磁力の時間的変化を示す図であり、図５Ｃは、図５Ａに対応するモータトルクの時間的変化を示す図である。なお、図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃでは、シミュレーション結果を示しており、かつ、極短い時間を時間的に拡大、すなわち各図の横方向に拡大して示している。したがって、実際には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電流は、それぞれ回転電機の駆動時に正弦波となるが、図５Ａでは、パルス電流を重畳させる前後で直線状として表している。なお、以下の説明では、図１〜４に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図５Ａに示すように、図４に示した減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊のみに減少パルス電流を重畳させる。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、トルク指令に対応して算出される一定値である。このようにｑ軸電流指令値Ｉｑ＊には、減少パルス重畳手段７２により、一定周期で、パルス状に減少してから増大する電流指令が重畳される。なお、パルス電流は、図５Ａのように矩形波状として指令した場合でも、実際には応答性の遅れにより破線βで示すように曲線を組み合わせたパルス状となる場合がある。また、減少パルス電流のパルス状波形は、矩形波でも、三角波でも、複数の曲線や直線から突起状に形成された波形でも、いずれでもよい。

このように減少パルス電流を重畳させる場合、例えば、１相のステータ巻線に最大の電流が流れる場合であり、残りの２相に均等に電流が流れてその和が１相に流れる場合でも、電流の絶対値が減少するようになる。例えば、図５Ａでは、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに最大の電流が流れる場合であり、残りのＵ相、Ｖ相の２相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖに均等に電流が流れてその和がＷ相に流れる場合を示している。この場合、矢印γは、電流制限範囲を示しており、破線Ｐ，Ｑは設計上要求される電流の許容限界である。すなわち、インバータ３６の容量等の各部品の関係から、破線Ｐ、Ｑの間に電流値が収まることが要求されている。これに対して、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流値は許容限界付近に位置する。この場合、減少パルス電流の重畳で、各相電流値の絶対値が小さくなるが、電流変化に応じてステータ１２で生じる回転磁界に含まれる空間高調波成分の磁束変化が大きくなる。このため、図５Ｂに示すようにロータ起磁力が大きくなり、図５Ｃに示すようにモータトルクが大きくなる。また、正側のＵ相、Ｖ相のパルス電流のピークは低下し、負側のＷ相のパルス電流のピークは上昇するため、各相電流を電流制限範囲（図５Ａの矢印γ範囲）に収めることができる。

これについて、図６を用いてさらに詳しく説明する。図６は、本発明の実施の形態において、ｑ軸電流を一定値とした場合（ａ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の前期（ｂ）と、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させた場合の後期（ｃ）とで、ステータとロータとに磁束が通過する様子を示す模式図である。図６は、いずれも各相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻装したティース３０がロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装したティース１９に径方向に対向していないで、１のティース３０がロータ１４の周方向に関して隣り合う２のティース１９の間の中央位置に対向する。この状態で、図６の実線矢印Ｒ１、破線矢印Ｒ２で示すように、ステータ１２とロータ１４とに流れる磁束はｑ軸磁束である。

図６（ａ）は、図５Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値であるＡ１の状態に対応し、図６（ｂ）は、図５Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している前期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に減少するＡ２の状態に対応するものである。また、図６（ｃ）は、図５Ａの重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊に減少パルス電流が発生している後期、すなわち、Ｉｑｓｕｍ＊が急激に増大するＡ３の状態に対応するものである。

まず、図６（ａ）に示すように、減少パルス電流が発生する以前の重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑｓｕｍ＊が一定値である状態では、実線矢印Ｒ１で示すように、Ｕ相、Ｖ相のティース３０からロータ１４側のティース１９の上部を通過し、Ｗ相のティース３０に磁束が流れる。ただし、この場合には各ティース３０を通過する基本波による磁束の変化は生じないので、図５Ｂ、図５ＣのＢ１部に示すように空間高調波を考慮しなければロータ起磁力は生じず、モータトルクは発生しない。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、減少パルス電流が発生している前期、すなわちｑ軸電流が急激に減少する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の絶対値が減少する方向に変化して、見かけ上は、破線矢印Ｒ２で示すように、図６（ａ）からの変化で磁束が逆方向に流れるように変化する。なお、この磁束の変化は、実際に図６（ａ）とは逆方向に磁束が流れるようにステータ電流値の正負が逆転してもよい。いずれにしても、Ａのティース１９でＮ極がＳ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとし、その図６（ｂ）の矢印Ｔ方向の流れはダイオード２１ｎでブロックされることがない。これに対して、Ｂのティース１９でＳ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＢのティース１９をＮ極にしようとする方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとするが、その向きの流れはダイオード２１ｓでブロックされるため、Ｂでは電流は流れない。

続いて、図６（ｃ）に示すように、減少パルス電流が発生している後期、すなわちｑ軸電流が急激に増大する状態では、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを流れる電流の絶対値が増大する方向に変化して、実線矢印Ｒ１で示すように、図６（ｂ）から磁束が逆方向に流れるようになる。この場合、Ａのティース１９でＮ極を強める方向に磁束が流れ、それを妨げる方向、すなわちＡのティース１９をＳ極にしようとする方向（ダイオード２１ｎと逆方向のＸ方向）にロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れようとするが、図６（ｂ）ですでに電流が流れているので、その電流は少なくともある時間の間で徐々に減少するがＸ方向と逆方向に流れる。また、Ｂのティース１９でＳ極がＮ極になろうとする方向に磁束が流れ、それを妨げる方向にロータ巻線４２ｓに誘導電流が流れようとし、その図６（ｃ）の矢印Ｙ方向の流れはダイオード２１ｓでブロックされることがない。この結果、図５Ｂ、図５ＣのＢ２部に示すように減少パルス重畳によりロータ起磁力が増大し、モータトルクが増大する。

また、減少パルス電流が０になり再び図６（ａ）の状態に戻ると、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流は徐々に低下するが、減少パルス電流を周期的に重畳させることでトルクの増大効果を得られることとなる。なお、上記の説明では、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに流れる電流が最大となるときに減少パルス電流を重畳させる場合を説明したが、Ｕ相、Ｖ相の場合も同様である。

このような回転電機駆動システムによれば、すべてのステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現できる。例えば、Ｗ相のステータ巻線２８ｗに対するパルス電流重畳前に、Ｗ相に流れる電流の絶対値が他の２相であるＵ相、Ｖ相のステータ巻線２８ｕ、２８ｖを流れる電流の絶対値よりも高い場合でも、減少パルス電流の重畳で、全部の相に流れる電流の絶対値をパルス状に下げつつロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流を大きくすることができる。このため、すべてのステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに流す電流であるステータ電流のピークを抑えつつ、低回転領域でも回転電機１０のトルクを大きくすることができる。また、ロータ１４側に磁石を設ける必要がないため、磁石レス化と高トルク化とを図れる。

また、図５Ａに示すように、ｑ軸電流指令に減少パルス電流を重畳させることにより、１相、例えばＷ相のステータ巻線２８ｗを流れる電流の絶対値が大きくパルス状に減少するようにしているが、このようにパルス状に変化する電流のピーク先端は０付近に位置するようにする場合に限定しない。例えば、Ｗ相のステータ巻線２８ｗを流れる負の電流が、０付近まで上昇した後、正側に大きくなるように重畳後ｑ軸電流指令Ｉｑｓｕｍ＊の減少パルス電流の減少幅Ｅ（図５Ａ）を大きくすることもできる。この場合でもステータ電流を過度に大きくすることなく、空間高調波によるｑ軸磁束の変化量を大きくすることができ、トルクの増大を図れる。

これに対して、上記の特許文献２に記載された同期機の場合、パルス電流によってロータで電磁石を形成しているが、ロータの外周部に径方向にまたがるようにロータ巻線を設けており、ロータ巻線に１の整流素子を接続することでロータの径方向反対側に異なる２の磁極を形成している。このため、ｑ軸電流にパルスを重畳させても２の磁極を形成するための誘導電流が互いに打ち消しあいロータ巻線に誘導電流を発生させることができない。すなわち、この構成では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させて、トルクを発生させることはできない。

また、上記の特許文献３に記載された同期機の場合、ｄ軸電流とｑ軸電流とにパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させているので、ステータ巻線に流れる電流のピークが過度に上昇する可能性がある。また、上記の特許文献４に記載された同期機の場合、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現することを目的として、ｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる手段は開示されていない。

例えば、図７は、本発明とは異なる比較例であって、ステータ電流に増加パルス電流を重畳させる比較例の回転電機駆動システムにおいて、Ｕ相のステータ巻線に流す電流（ステータ電流）と、ロータ巻線に生じる誘導電流（ロータ誘導電流）との１例を示す図である。この比較例では、減少パルス電流の代わりに増加パルス電流を重畳させる以外は、上記の実施の形態と同様とする。図７に示すように、比較例では、正弦波のステータ電流にパルス状に増大してから減少する増加パルス電流を重畳させている。この場合、矢印Ｃ１で示すようにステータ電流が急上昇することで、矢印Ｄ１で示すように、ロータ誘導電流が電磁誘導の原理にしたがって急激に減少している。その後、矢印Ｃ２で示すように、ステータ電流が急低下することで、ロータ誘導電流が矢印Ｄ２のように増大している。この原理により、３相のステータ巻線のうち、いずれかの相に流れる電流は増大する。このため、所望のトルクを発生させるために大きな電流パルスを重畳させることが必要になる場合がある。この場合、上記の特許文献２〜３の同期機と同様に、ｄ軸電流に増加パルス電流を重畳させている。このため、電流のピーク値が過大となり、設計上要求されるインバータ電流制限を越える可能性がある。このため、インバータのスイッチング素子の大容量化が必要になる等、インバータを含む制御システムのコスト増大や大型化を招く可能性がある。また、電流制御のための電流センサの検出範囲を拡大する必要があるため、センサの大型化や検出精度の低下を招く可能性もある。このため、電流ピーク値が過大となることを防止しつつトルクの増大を図れる手段の実現が求められていた。

これに対して、上記の本実施の形態によれば、ステータ電流が過大となることを防止できる、すなわち、電流のピーク値が過大となることを防止できるので、上記の不都合をいずれも解消できる。

また、上記の本実施の形態によれば、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓ同士で順方向が逆になる整流素子である、ダイオード２１ｎ、２１ｓに接続し、各ダイオード２１ｎ、２１ｓは、該誘導起電力の発生によりロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流を整流することで、該周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせている。これに対して、図８に示すように本実施の形態とは異なる比較例も考えられる。図８は、比較例において、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させた場合の変化を示すロータの模式図である。

図８の比較例では、ロータ１４の周方向複数個所に設けたティース１９にロータ巻線８８ｎ、８８ｓを巻装するとともに、隣り合うロータ巻線８８ｎ、８８ｓ同士をダイオード９０を介して接続し、各ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに流れる電流により生成される磁極部である、ティース１９の磁気特性を交互に異ならせている。この比較例では、図８の破線矢印で示すようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによる空間高調波のｑ軸磁束が流れる場合に、（ａ）でＮ極とＳ極との両方がＳ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。また、（ａ）とは逆方向にｑ軸磁束が流れる場合でも、（ｂ）でＮ極とＳ極との両方がＮ極になろうとして電流が流れようとするが、その電流がＮ極側とＳ極側とで互いに打ち消し合ってしまう。このため、比較例では、ｑ軸電流にパルス電流を重畳させても、ロータ巻線８８ｎ、８８ｓに電流を誘導することができない。これに対して、本実施の形態では、上記のようにｑ軸電流にパルス電流を重畳させることによりトルクの増大効果を得られる。

また、本実施の形態では、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのロータ１４の周方向に関する幅θを上記の（１）式で述べたように規制しているので、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力を大きくすることができる。すなわち、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）は、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θにより影響を受ける。ここで、周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを変化させながら、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅（変動幅）を計算した結果を図３Ｂに示している。図３Ｂでは、コイル幅θを電気角に換算して示している。図３Ｂに示すように、コイル幅θが１８０°から減少するにつれてロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の変動幅が増大しているため、コイル幅θを１８０°よりも小さくする、すなわちロータ巻線４２ｎ，４２ｓを短節巻とすることで、全節巻と比較して、空間高調波による鎖交磁束の振幅を増大させることができる。

したがって、回転電機１０（図２）では、周方向に関する各ティース１９の幅を電気角で１８０°に相当する幅よりも小さくし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各ティース１９に短節巻で巻装することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクを効率よく増大させることができる。

さらに、図３Ｂに示すように、コイル幅θが９０°の場合に、空間高調波による鎖交磁束の振幅が最大となる。したがって、空間高調波によるロータ巻線４２ｎ，４２ｓへの鎖交磁束の振幅をより増大させるためには、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θがロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しい（あるいはほぼ等しい）ことが好ましい。このため、ロータ１４の極対数をｐとし、ロータ１４の回転中心軸からロータ巻線４２ｎ，４２ｓまでの距離をｒとした場合に、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、以下の（２）式を満たす（あるいはほぼ満たす）ことが好ましい。

θ＝π×ｒ／（２×ｐ） （２）

このようにすることで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にすることができ、誘導電流により各ティース１９に発生する磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。すなわち、幅θが９０°に相当する幅を大きく超えると、互いに打ち消し合う方向の起磁力がロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交しやすくなるが、９０°に相当する幅よりも小さくなるのにしたがって、その可能性が低くなる。ただし、幅θが９０°に相当する幅よりも大きく減少すると、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交する起磁力の大きさが大きく低下する。このため、幅θを約９０°に相当する幅とすることでそのような不都合を防止できる。このため、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、電気角で９０°に相当する幅に略等しくすることが好ましい。

このように、本実施の形態では、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓのロータ１４の周方向に関する幅θを電気角で９０°に相当する幅に略等しくした場合に、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに発生する、回転磁界の空間高調波による誘導起電力を大きくすることができ、各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに流れる誘導電流により生成される磁極部であるティース１９の磁束を最も効率よく増大させることができる。この結果、ロータ１４に作用するトルクをより効率よく増大させることができる。なお、本実施の形態では、ロータ１４が、周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した構成について説明した。ただし、本実施の形態では、上記の図２１〜２３に示した構成と同様に、各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓのそれぞれにダイオード２１ｎ、２１ｓが接続され、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓが互いに電気的に分断されているロータ１４を含む回転電機を用いるとともに、制御装置３８が減少パルス重畳手段７２（図４）を有する構成を採用することもできる。

なお、本実施の形態では、制御装置３８がｑ軸電流に減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段７２を有し、ｄ軸電流にはパルス電流を重畳しない場合を説明した。ただし、制御装置３８は、減少パルス重畳手段７２とともに、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるのと同時に、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に増加パルス電流、すなわちパルス状に急激に増大してから急激に減少するパルス電流を重畳させる増加パルス重畳手段を有するようにすることもできる。この場合には、各相のステータ電流を電流制限範囲に収めつつ、ｄ軸電流により生成されるｄ軸磁路を通過する磁束の変動量を大きくできるので、ロータでの誘導電流をより大きくして回転電機のトルクをより有効に増大できる。

また、本実施の形態では、減少パルス重畳手段７２は、回転電機のトルク及び回転数の一方または両方により規定される予め定められる所定領域にある場合にのみ、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。例えば、回転電機の回転数が予め設定された所定回転数以下で、かつ、予め設定された所定トルク以上である場合にのみ、減少パルス重畳手段７２は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させるようにすることもできる。

次に、図９は、本発明の別の実施の形態を示す、図３Ａに対応する図である。また、図１０は、図９の実施の形態において、ロータ巻線及びロータ補助巻線の等価回路を示す図である。図９に示す実施の形態の回転電機では、上記の図１〜６に示した実施の形態と異なり、ロータ１４に設けられた各ティース１９には、先端側に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓとともに、根元側に巻装された補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓを備える。すなわち、本実施の形態では、図１〜６の実施の形態と同様に、ロータコア１６は、ロータ１４の周方向に互いに間隔をおいて配置され、ステータ１２（図２参照）へ向け突出する複数の磁極部であり突部であるティース１９を含む。また、ティース１９は、ダイオード２１ｎ、２１ｓで整流された電流がロータ巻線４２ｎ、４２ｓ、９２ｎ、９２ｓに流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する。また、補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓは、各ティース１９の根元側に巻装され、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９に巻装されている。２ずつの補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓは、互いに直列に接続されて補助巻線組９４を構成している。

また、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９に巻装される隣り合う２ずつのロータ巻線４２ｎ、４２ｓの一端は、それぞれに対応するダイオード２１ｎ、２１ｓが逆方向に対向するように、ダイオード２１ｎ、２１ｓを介して接続点Ｒ（図１０）で接続されている。また、補助巻線組９４の一端に、ロータ１４の周方向に隣り合う２ずつのロータ巻線４２ｎ、４２ｓの他端がそれぞれ接続され、補助巻線組９４の他端に接続点Ｒが接続されている

このような構成では、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓ及び補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓに整流された電流が流れることでティース１９が磁化し、磁極部として機能する。すなわち、ステータ巻線２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに交流電流を流すことで、ステータ１２（図２）から空間強調波成分を含む回転磁界がロータ１４に作用する。空間高調波成分の磁束変動により、ロータ１４のティース１９間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより誘導起電力が発生する。また、ティース１９の先端側のロータ巻線４２ｎ、４２ｓに主に誘導電流を発生させる機能を持たせ、補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓに主にティース１９を磁化する機能を持たせることができる。また、隣り合うティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ、４２ｓを流れる電流の合計が補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓに流れる電流となる。また、隣り合う補助ロータ巻線９２ｎ、９２ｓ同士を直列に接続しているので、両方で巻き数を増加させたのと同じ効果を得られ、各ティース１９に流れる磁束を同じとしたままで各ロータ巻線４２ｎ、４２ｓ、９２ｎ、９２ｓに流す電流を低減できる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜６に示した実施の形態と同様である。

次に、図１１は、本発明の別の実施の形態において、ステータとロータとの対向する部分の断面の一部を示す略断面図である。本実施の形態の回転電機１０では、上記の図１〜６の実施の形態または図９，１０の実施の形態において、ロータ１４の周方向に隣り合うティース１９同士の間に、磁性材により構成される補助極９６が設けられている。また、補助極９６は、非磁性材の柱部９８の先端部に結合されている。柱部９８の根元部は、ロータコア１６の外周面の周方向に隣り合うティース１９同士の間のスロット１００の底部において、周方向中央部に結合されている。なお、柱部９８は、磁性材により構成するとともに、強度確保を図れることを前提に、ロータ１４の周方向に関する柱部９８の断面積を十分に小さくすることもできる。

このような構成によれば、補助極９６を含む部分に空間高調波成分が通過する磁路を形成しやすくでき、ステータ１２で発生する回転磁界に含まれる空間高調波を補助極９６に多く通過させ、空間高調波の磁束変動を高くすることができる。このため、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓに生じる誘導電流をより大きくして、回転電機１０のトルクをより増大できる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜６に示した実施の形態と同様である。

次に、上記の実施形態の回転電機駆動システムを構成する回転電機の他の構成例について説明する。以下に示すように、本発明では、種々の回転電機の構成例を使用できる。

例えば上記の実施形態では、ロータ１４の径方向に突出する突極であるティースにロータ巻線４２ｎ、４２ｓを巻装していたが、図１２に示すように、ロータコア１６にロータ側スロットであるスリット（空隙）４８を形成することによっても、ロータ１４の磁気抵抗を回転方向に応じて変化させることができる。図１２に示すように、ロータコア１６において、複数のスリット４８を径方向に配置するように形成した部分の周方向中央部の磁路をｑ軸磁路部分５０とし、ロータ巻線を配置した磁極部方向の磁路をｄ軸磁路部分５２とすると、ステータ１２（ティース３０）と対向するｄ軸磁路部分５０及びｑ軸磁路部分５２が周方向において交互に配置されるようにスリット４８が形成されており、周方向においてｄ軸磁路部分５０がｑ軸磁路部分５２間に位置する。

各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、スリット４８を通って磁気抵抗の低いｑ軸磁路部分５２に巻装されている。この場合、スリット４８はロータコア１６において、ロータ１４の回転軸回りの周方向に互いに間隔をおいて形成されており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、一部がスリット４８に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。図１２に示す構成例では、ステータ１２で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れて各ｄ軸磁路部分５２が磁化する結果、各ｄ軸磁路部分５２が磁極の固定された磁石（磁極部）として機能する。その際には、周方向に関する各ｄ軸磁路部分５２の幅（各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θ）をロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各ｄ軸磁路部分５２に短節巻で巻装することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく（あるいはほぼ等しく）することが好ましい。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。

また、上記の実施形態では、例えば図１３に示すように、ロータコア１６は、磁性材料製のロータコア本体１７と複数の永久磁石５４とを含み、ロータコア１６に永久磁石５４を配設することもできる。図１３に示す構成例では、磁極の固定された磁石として機能する複数の磁極部５６が周方向に互いに間隔をおいた状態でステータ１２（図２参照）と対向配置されており、各磁極部５６にロータ巻線４２ｎ，４２ｓが巻装されている。この場合、ロータコア１６の周方向複数個所にロータ側スロットであるスリット１０２が形成されており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスリット１０２に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。各永久磁石５４は、周方向において磁極部５６間に位置する部分に、ステータ１２（ティース３０）と対向配置されている。ここでの永久磁石５４については、ロータコア１６の内部に埋設されていてもよいし、ロータコア１６の表面（外周面）に露出していてもよい。また、ロータコア１６の内部に永久磁石５４をＶ字状に配置することもできる。図１３に示す構成例では、ステータ１２で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れて各磁極部５６が磁化する結果、各磁極部５６が磁極の固定された磁石として機能する。その際には、周方向に関する各磁極部５６の幅（各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θ）をロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各磁極部５６に短節巻で巻装することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θを、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく（あるいはほぼ等しく）することが好ましい。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。

また、上記の実施形態では、例えば図１４に示すように、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻きにすることもできる。図１４に示す構成例では、ロータコア１６は環状コア部５８を含み、各ティース１９は、環状コア部５８から径方向外側へ（ステータ１２へ向けて）突出している。ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、環状コア部５８における各ティース１９付近の位置にトロイダル巻きで巻装されている。また、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスロット２０に配置されるように、ロータコア１６の周方向複数個所に巻装されている。図１４に示す構成例でも、ステータ１２で形成された空間高調波成分を含む回転磁界が各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れ、各ティース１９が磁化する。その結果、ロータ巻線４２ｎ付近に位置するティース１９がＮ極として機能し、ロータ巻線４２ｓ付近に位置するティース１９がＳ極として機能する。その際には、周方向に関する各ティース１９の幅θをロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定することで、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を効率よく増大させることができる。さらに、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに発生する空間高調波による誘導起電力を最大にするためには、周方向に関する各ティース１９の幅θを、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく（あるいはほぼ等しく）することが好ましい。なお、図１４では、図２に示す構成例と同様に、周方向に隣接するロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置されたロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続した例を示している。ただし、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓをトロイダル巻にした例においても、図２１〜２３に示す構成例と同様に、各ティース１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓを互いに電気的に分断することもできる。その他の構成及び作用は上記の実施形態と同様である。

また、以下の構成例で示すように、上記の実施の形態では、回転電機の各ロータ巻線は、ロータの磁石と同位置、または、ティース同士の間のスロットと同位置、または複数のスリットによる磁気的突極性を有する部分と同位置に配置する構成を採用することもできる。図１５は、回転電機を、回転軸と平行方向に見た略図である。図１６は、図１５のロータの概略構成を、回転軸と平行方向に見た略図である。

本構成例の回転電機１０は、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙を空けて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能なロータ１４とを備える。なお、ステータ１２の構成及び作用は、上記の図１〜６で説明した実施形態と同様である。

図１６に示すように、ロータ１４は、ロータコア１６と、ロータコア１６の周方向複数個所に配置され、巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓとを含み、ロータコア１６は、磁性材料製のロータコア本体１７と、ロータ１４の周方向複数個所に配置された永久磁石５４とを含む。ロータ１４は、回転軸２２に固定されている。ロータコア１６の周方向複数個所に、径方向に伸びる柱部等の磁極部６０が形成され、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、各磁極部６０に巻装されている。すなわち、ロータコア１６の周方向複数個所にロータ側スロットであるスリット１０２が形成されており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスリット１０２に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。

永久磁石５４は、ロータ１４の周方向複数個所の、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓとロータ１４の周方向に関して一致する部分に設けられた磁極部６０の内部に配置され、すなわち埋設されている。逆に言えば、各永久磁石５４の周囲にロータ巻線４２ｎ，４２ｓが巻装されている。永久磁石５４は、ロータ１４の径方向に着磁させるとともに、その着磁方向を、ロータ１４の周方向に隣り合う永久磁石５４同士で異ならせている。図１５、１６（後述する図１７も同様。）において、永久磁石５４の上に配置された実線矢印は、永久磁石５４の磁化方向を表している。なお、磁極部６０は、ロータ１４の周方向複数個所に径方向に伸びるように配置した突極等により構成することもできる。

ロータ１４は、周方向に関して異なる磁気的突極特性を有する。ロータ１４のうち、各永久磁石５４から周方向に外れ、周方向に関して磁極部６０と外れた位置である、周方向に隣り合う磁極部の間の周方向中央部の磁路をｑ軸磁路とし、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回中心軸と周方向に一致する磁路をｄ軸磁路とすると、各永久磁石５４は、ロータ１４の周方向複数個所に位置するｄ軸磁路に配置されている。

また、各磁極部６０に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、互いに電気的に接続されておらず分断（絶縁）されている。そして、電気的に分断された各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに、整流素子であるダイオード２１ｎ（または２１ｓ）が並列に接続されている。また、ロータ１４の周方向の一つ置きの一部のロータ巻線４２ｎに接続したダイオード２１ｎと、残りのロータ巻線４２ｓに接続したダイオード２１ｓとの電流の流れ方向を逆にして、互いの順方向を逆にしている。このため、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、ダイオード２１ｎ（または２１ｓ）を介して短絡されている。したがって、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流が一方向に整流される。本構成例の場合も、各ダイオード２１ｎ，２１ｓは、誘導起電力の発生によりロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流を整流することで、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流の位相を、隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士でＡ相とＢ相とに交互に異ならせている。

ロータ巻線４２ｎ，４２ｓにダイオード２１ｎ，２１ｓの整流方向に応じた直流電流が流れると、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓが巻装された磁極部６０が磁化することで、この磁極部６０が磁極の固定された磁石として機能する。図１５，１６にロータ巻線４２ｎ，４２ｓの、ロータ１４の径方向に関する外側に示した破線矢印の向きは、磁極部６０の磁化方向を表している。

また、図１６に示すように、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士で直流電流の方向が互いに逆方向になる。そして、ロータ１４の周方向に隣り合う磁極部６０同士で磁化方向が互いに逆になる。すなわち、本構成例では、磁極部６０の磁気特性が、ロータ１４の周方向に関して交互に異なっている。例えば、図１５，１６では、ロータ１４の周方向１つ置きの磁極部６０である、ロータ巻線４２ｎとロータ１４の周方向に一致する部分の径方向外側にＮ極が配置され、Ｎ極の磁極部６０と周方向に隣り合う磁極部６０である、ロータ巻線４２ｓとロータ１４の周方向に一致する部分の径方向外側にＳ極が配置されるようにする。そして、ロータ１４の周方向に隣り合う２つの磁極部６０（Ｎ極及びＳ極）により、１つの極対が構成される。また、各永久磁石５４の磁化方向と、各永久磁石５４に対しロータ１４の周方向に一致する磁極部６０の磁化方向とを一致させている。

また、図１５，１６に示す例では、８極の磁極部６０が形成され、ロータ１４の極対数は４極対となる。また、ステータ１２（図１５）の極対数とロータ１４の極対数とはいずれも４極対で、ステータ１２の極対数とロータ１４の極対数とは等しい。ただし、ステータ１２の極対数及びロータ１４の極対数は、いずれも４極対以外とすることもできる。

また、本構成例では、ロータ１４の周方向に関する各磁極部６０の幅がロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定されている。そして、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θ（図１６）はロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定されており、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは各磁極部６０に短節巻きで巻装されている。また、好ましくは、ロータ１４の周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅θは、電気角で９０°に相当する幅と等しく（またはほぼ等しく）する。

このような回転電機１０において、３相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことでティース３０（図１５）に生成された高調波成分を含む周波数の回転磁界がロータ１４に作用する。そしてこれに応じて、ロータ１４に、リラクタンストルクＴreと永久磁石生成トルクＴmgとロータ巻線生成トルクＴcoilとが作用して、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。ここで、リラクタンストルクＴreは、各磁極部６０が、ステータ１２が生成した回転磁界に吸引されることにより発生するトルクである。また、永久磁石生成トルクＴmgは、各永久磁石５４により生成される磁界とステータ１２の回転磁界との相互作用である、吸引及び反発作用により生じるトルクである。また、ロータ巻線生成トルクＴcoilは、ステータ１２により発生する起磁力の空間高調波成分がロータ巻線４２ｎ，４２ｓに作用することにより、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに誘導される電流によるトルクであり、各磁極部６０により生成される磁界とステータ１２の回転磁界との電磁気的相互作用である、吸引及び反発作用により生じるトルクである。

このような本構成例の回転電機１０によれば、回転電機１０のトルクを有効に高くすることができる。また、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる誘導電流により、各永久磁石５４内の磁束変動が抑えられるため、各永久磁石５４内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。この結果、各永久磁石５４内部での渦電流損失が抑えられ、磁石発熱を低減できる。

また、図１７は、別の構成例において、図１６に対応する略図である。本構成例では、複数のロータ巻線４２ｎ，４２ｓのうち、ロータ１４の周方向において１つおきに配置された一部のロータ巻線４２ｎ同士を電気的に直列接続し、周方向において１つおきに配置された残りのロータ巻線４２ｓ同士を電気的に直列接続している。すなわち、同じ方向に磁化される磁石として機能する磁極部６０に巻装されたロータ巻線４２ｎ（または４２ｓ）同士を電気的に直列接続している。また、ロータ１４の周方向に隣り合う磁極部６０に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士は、電気的に分断している。そして、互いに電気的に接続したロータ巻線４２ｎ（または４２ｓ）を含む回路により、互いに電気的に分断された２組のロータ巻線回路６２ａ、６２ｂを構成している。すなわち、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、互いに同じ磁気特性を有する磁極部６０に巻装されるもの同士で、電気的に接続している。

また、２組のロータ巻線回路６２ａ、６２ｂにそれぞれ整流素子であり、互いに異なる極性を有するダイオード２１ｎ、２１ｓを、１つおきのロータ巻線４２ｎ，４２ｓに対して直列に接続し、それぞれのロータ巻線回路６２ａ、６２ｂに流れる電流の向きを一方向に整流している。また、２組のロータ巻線回路６２ａ、６２ｂのうち、一方のロータ巻線回路６２ａを流れる電流と、他方のロータ巻線回路６２ｂを流れる電流とを互いに逆方向にしている。その他の構成及び作用については、上記の図１５，１６に示す構成例と同様である。

図１８は、別の構成例において、図１６に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ１４は、上記の図１７に示した構成例で、ロータ１４に設けていた永久磁石５４（図１７参照）を省略している。また、ロータコア１６は、外周面の周方向複数個所に径方向に突出するティース６４を設けた構成とし、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを、ロータ１４の周方向に隣り合うティース６４の間に配置している。すなわち、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、内部が空間部となる空芯状態で配置される。また、ロータ１４の周方向に関してロータ巻線４２ｎ，４２ｓの間部分が、ステータ１２（図１５参照）側に突出し、ロータコア１６は磁気的突極特性を有する。この場合、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部または全部がスロット２０に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。

このようなロータ１４の場合、ロータ１４の周方向に関してティース６４と一致する磁路がｑ軸磁路となり、ロータ１４の周方向に関してロータ巻線４２ｎ，４２ｓと一致する位置がｄ軸磁路となる。

このような本構成例では、上記の図１５〜１６の構成例と異なり、ロータ１４に永久磁石５４（図１７参照）が配置されていないが、ロータ１４の回転方向にかかわらず回転電機のトルクを大きくできる。すなわち、ロータ１４の回転方向にかかわらず、電流位相−トルク特性が同じになり、しかもトルクの最大値が高くなり、トルクを有効に高くすることができる。例えば、力行トルクを大きくする場合に、ロータ１４の正転時と逆転時との両方で力行トルクを大きくすることができる。また、回生トルクを大きくする場合に、ロータ１４の正転時と逆転時との両方で回生トルクを大きくすることができる。したがって、ロータ１４の回転の正転逆転両方で高いトルクを得られる回転電機の実現が可能になる。その他の構成及び作用については、上記の図１５〜１６の構成例または図１７の構成例と同様である。

図１９は、別の構成例において、図１６に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ１４も、上記の図１８に示した構成例の場合と同様に、ロータ１４に永久磁石５４（図１６等参照）を設けていない。本構成例では、ロータ１４を構成するロータコア１６の内部に空隙部であり、ロータ側スロットであるスリット４８を形成することにより、ロータ１４の磁気抵抗を回転方向に関して変化させている。すなわち、ロータコア１６の周方向複数個所に、断面略Ｕ字形で軸方向に伸び、径方向外側に開口する複数のスリット４８を、ロータ１４の径方向に間隔をあけて配置している。そして、ロータコア１６の周方向複数個所で、複数のスリット４８の周方向中央位置と一致する位置にロータ巻線４２ｎ，４２ｓを配置してｄ軸磁路とし、周方向に隣り合うスリット４８の間の磁路をｑ軸磁路としている。

また、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを、隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士で異なる極性を有するダイオード２１ｎ、２１ｓで短絡している。ダイオード２１ｎで短絡したロータ巻線４２ｎと、ダイオード２１ｓで短絡したロータ巻線４２ｓとを、ロータ１４の周方向に関して交互に配置し、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流により生成される複数の磁極部６６の磁気特性を、ロータ１４の周方向に関して交互に異ならせている。この場合、スリット４８は、ロータコア１６において、ロータ１４の回転軸回りの周方向に互いに間隔をおいて形成されており、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスリット４８に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。

このような本構成例の場合には、ステータ１２（図１５参照）からの回転磁界がロータ巻線４２ｎ，４２ｓに鎖交することで、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が流れて、各ｄ軸磁路に位置する周方向複数個所の磁極部６６が磁化し、各磁極部６６が磁極の固定された磁石として機能する。また、ロータ１４の周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅を、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを各磁極部６０に短節巻きで巻装している。また、好ましくは、周方向に関する各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅はロータ１４の電気角で９０°に相当する幅と等しく（またはほぼ等しく）する。

このような本構成例の場合も、ロータ１４に永久磁石が配置されていないが、ロータ１４の回転方向にかかわらず回転電機のトルクを大きくできる。その他の構成及び作用については、上記の図１５〜１６の構成例と同様である。

図２０は、別の構成例において、図１６に対応する略図である。本構成例の回転電機を構成するロータ１４では、上記の図１５〜１６に示した構成例を構成するロータ１４において、ロータコア１６は、磁性材料製のロータコア本体１０４と複数の永久磁石５４とにより構成されている。また、ロータコア本体１０４に磁気的突極特性を持たせず、ロータコア本体１０４の外周面の周方向複数個所に永久磁石５４を固定している。また、ロータコア１６は、永久磁石５４間にスロット２０がロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。また、各永久磁石５４の周囲にロータ巻線４２ｎ，４２ｓが巻装されている。この場合、ロータ巻線４２ｎ、４２ｓは、それぞれの一部がスロット２０に配置されるように、ロータコア１６の外周部の周方向複数個所に巻装されている。本構成例では、ロータ１４の周方向複数個所の、各永久磁石５４と周方向に一致する部分を磁極部としている。また、各ロータ巻線４２ｎ，４２ｓを、隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓ同士で異なる極性を有するダイオード２１ｎ、２１ｓで短絡している。その他の構成及び作用については、上記の図１５〜１６の構成例と同様である。

以上の実施形態及び構成例の説明では、ステータ１２とロータ１４とが回転軸２２と直交する径方向において対向配置されているラジアル型の回転電機の場合を説明した。ただし、上記の実施形態を構成する回転電機は、ステータ１２とロータ１４とが回転軸２２と平行方向（回転軸方向）において対向配置されたアキシャル型の回転電機であってもよい。また、上記では、ステータの径方向内側にロータが対向配置された場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが対向配置された構成でも本発明を実施できる。

上記のように本発明の回転電機駆動システムは、ステータとロータとが対向配置された回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、前記ステータは、周方向複数個所に形成されたステータ側スロットを有するステータコアと、前記ステータ側スロットを通って前記ステータコアに集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線とを有し、前記ロータは、ロータコアと、ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせており、前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのｑ軸電流指令に、パルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段を有する構成を有する。そしてこの構成により、上記のように、ステータ巻線に過大な電流が流れることを防止しつつ、低い回転領域でもトルクの増大を図れる回転電機を実現できる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ロータコア、１７ ロータコア本体、１８ｎ，１８ｓ ロータ巻線、１９ ティース、２０ スロット、２１ｎ，２１ｓ ダイオード、２２ 回転軸、２６ ステータコア、２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ ステータ巻線、３０ ティース、３１ スロット、３４ 回転電機駆動システム、３６ インバータ、３８ 制御装置、４０ 蓄電装置、４２ｎ 第１ロータ巻線（ロータ巻線）、４２ｓ 第２ロータ巻線（ロータ巻線）、４４ 第１ロータ巻線回路、４６ 第２ロータ巻線回路、４８ スリット、５０ ｄ軸磁路部分、５２ ｑ軸磁路部分、５４ 永久磁石、５６ 磁極部、５８ 環状コア部、６０ 磁極部、６２ａ，６２ｂ ロータ巻線回路、６４ ティース、６６ 磁極部、６８ コンデンサ、７０ 電流センサ、７２ 減少パルス重畳手段、７４，７５ 減算部、７６，７７ ＰＩ演算部、７８ ３相／２相変換部、８０ ２相／３相変換部、８２ 回転角度検出部、８４ 減少パルス生成部、８６ 加算部、８８ｎ，８８ｓ ロータ巻線、９０ ダイオード、９２ｎ，９２ｓ 補助ロータ巻線、９４ 補助巻線組、９６ 補助極、９８ 柱部、１００ スロット、１０２ スリット、１０４ ロータコア本体。

Claims (7)

1. ステータとロータとが対向配置された回転電機と、前記回転電機を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備える回転電機駆動システムにおいて、
   前記ステータは、
   複数のステータ側スロットがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたステータコアと、前記ステータ側スロットを通って前記ステータコアに集中巻きで巻装された複数相のステータ巻線とを有し、
   前記ロータは、
   複数のロータ側スロットが前記ロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、少なくとも一部が前記ロータ側スロットに配置されるように前記ロータコアの周方向複数個所に巻装されたロータ巻線と、前記各ロータ巻線に接続され、前記各ロータ巻線の磁気特性を前記複数のロータ巻線同士で周方向に交互に異ならせる整流部とを有し、前記各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせており、
   前記制御部は、前記ロータ巻線の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で９０度進んだ方向に界磁磁束を発生させるように前記ステータ巻線に電流を流すためのｑ軸電流指令に、パルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる減少パルス重畳手段を有することを特徴とする回転電機駆動システム。
2. 請求項１に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記各ロータ巻線は、前記ロータの周方向に隣り合う前記ロータ巻線同士で順方向が逆になる前記整流部である整流素子に接続し、前記各整流素子は、誘導起電力の発生により前記ロータ巻線に流れる電流を整流することで、前記周方向に隣り合うロータ巻線に流れる電流の位相を、Ａ相とＢ相とに交互に異ならせていることを特徴とする回転電機駆動システム。
3. 請求項２に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記整流素子は、それぞれ対応する前記ロータ巻線に接続される第１整流素子と第２整流素子とであり、
   前記第１整流素子と前記第２整流素子とは、前記誘導起電力の発生により、対応する前記ロータ巻線に流れる電流を独立して整流し、前記各ロータ巻線に流れる電流により生成される周方向複数個所の前記磁極部の磁気特性を周方向に交互に異ならせていることを特徴とする回転電機駆動システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記ロータコアは、前記ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置され、前記ステータへ向け突出する前記複数の磁極部である突極を含み、
   前記突極は、前記整流部で整流された電流が前記ロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能することを特徴とする回転電機駆動システム。
5. 請求項３に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記ロータコアは、前記ロータの周方向に互いに間隔をおいて配置され、前記ステータへ向け突出する前記複数の磁極部である突極を含み、
   前記突極は、前記整流素子で整流された電流が前記ロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能し、
   さらに、前記各突極の根元側に巻装される補助ロータ巻線を備え、
   前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される２ずつの前記補助ロータ巻線は、互いに直列に接続されて、補助巻線組を構成しており、
   前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される隣り合う２ずつの前記ロータ巻線の一端は、それぞれに対応する前記整流素子が逆方向に対向するように、前記整流素子を介して接続点で接続され、前記補助巻線組の一端に、前記ロータの周方向に隣り合う前記突極に巻装される２ずつの前記ロータ巻線の他端がそれぞれ接続され、前記補助巻線組の他端に前記接続点が接続されていることを特徴とする回転電機駆動システム。
6. 請求項４または請求項５に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記ロータの周方向に関する前記各突極の幅は、電気角で１８０°に相当する幅よりも小さくし、前記ロータ巻線は、前記各突極に短節巻で巻装されていることを特徴とする回転電機駆動システム。
7. 請求項６に記載の回転電機駆動システムにおいて、
   前記各ロータ巻線の前記ロータの周方向に関する幅は、電気角で９０°に相当する幅に等しいことを特徴とする回転電機駆動システム。

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