JP2012196095A

JP2012196095A - 回転電機システム

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Publication number: JP2012196095A
Application number: JP2011059860A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yamada; 英治山田; Kenji Hiramoto; 健二平本; Hideo Nakai; 英雄中井; Norimoto Minoshima; 紀元蓑島
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11
Also published as: US8742710B2; US20120235621A1

Abstract

【課題】回転電機の運転の効率化を図る。
【解決手段】回転電機１０は、複数相のステータ巻線を有し、この複数相のステータ巻線へ供給されるそれぞれ位相の異なるステータ電流に応じたステータ起磁力を発生するステータと、前記ステータにより発生されたステータ起磁力に応じて発生するロータ電流を流す複数のロータ巻線であってロータ電流の方向が一方向または反対方向に規制された複数のロータ巻線を含み、各ロータ巻線はロータ電流の方向に応じて極性が異なるロータ起磁力を発生して回転するロータと、を有する。そして、制御部３８は、目標トルクに応じてステータ巻線への供給電流を制御するとともに、パルス重畳部８６において、ステータ電流にパルスを重畳することで、ステータおよびロータにおける銅損が最小になるように、前記ステータ電流と、前記ロータ電流の比を調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータ巻線を有するステータと、ロータ巻線を有するロータを含み、ステータ電流を制御してロータを回転させる回転電機システムに関する。

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、ロータ回転トルクを発生させて、ロータを回転する回転電機が知られている。

このような回転電機によれば、磁石が不要であり、比較的安価で効率的な回転電機を得ることができる。

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が挙げられる。

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

ここで、回転電機では、その効率を向上したいという要求がある。特に、車両に搭載するものでは、車載電池の電力を使用するため、できるだけ損失を小さくしたい。

本発明は、複数相のステータ巻線を有し、この複数相のステータ巻線へ供給されるそれぞれ位相の異なるステータ電流に応じたステータ起磁力を発生するステータと、前記ステータにより発生されたステータ起磁力に応じて発生するロータ電流によって磁極が形成されるようにロータ巻線が巻かれたロータと、前記ロータ電流の流れる方向を一方向に規制することによって前記磁極の極性を規制する規制部と、前記ステータ電流を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、目標トルクに応じてステータ巻線への供給電流を制御するとともに、前記ステータ電流にパルスを重畳することで、ステータおよびロータにおける銅損が最小になるように、前記ステータ電流と、前記ロータ電流の比を調整することを特徴とする。

また、前記制御部は、前記ステータ電流とロータ電流の比を所定値に制御することが好適である。

本発明によれば、ステータ電流にパルスを重畳することで、ステータおよびロータにおける銅損が最小になるように、前記ステータ電流と、前記ロータ電流の比を調整することができる。従って、回転電機の効率を向上することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機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。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。ロータ電流と、ステータ電流に応じた出力トルクと、損失を示す図である。パルスの重畳とロータ電流の関係を示す図である。パルスの重畳とロータ電流の関係を示す図である。銅損が最小となるロータ電流、ステータ電流を示す図である。本発明の他の実施の形態において、ロータ巻線に流れる電流の様子を示す模式図である。本発明の他の実施の形態において、ロータ巻線、共通巻線に流れる電流の様子を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係る回転電機システムの全体構成を示す図である。回転電機システム３４は、電動機または発電機として機能する回転電機１０と、回転電機１０への駆動電流を制御するインバータ３６と、インバータ３６のスイッチングを制御する制御装置３８と、蓄電装置４０とを備える。なお、回転電機１０は、モータ、モータ・ジェネレータとも呼ばれる。

このような回転電機システム３４は、例えば、車両用走行動力発生装置として車両に搭載される。車両としては、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、電気自動車等が挙げられる。

蓄電装置４０は、通常リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池など充放電可能な二次電池により構成される。蓄電装置４０の出力電圧は、例えば３００〜５００Ｖ程度であり、この出力がインバータ３６に供給される。ここで、蓄電装置４０とインバータ３６との間にＤＣ／ＤＣコンバータを配置して、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好適である。この場合には、回転電機１０の出力トルクに応じてインバータ３６の入力電圧を変更することもできる。

蓄電装置４０の正極及び負極は、インバータ３６の正極母線と負極母線とにそれぞれ接続されており、この正極母線と負極母線間にはコンデンサ６８が接続されて、正極母線と負極母線間の電圧（インバータ入力電圧）を安定化させている。

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つのスイッチング素子Ｓｗを直列に接続して構成されている。スイッチング素子Ｓｗには、通常ＩＧＢＴ等のパワートランジスタが用いられる。また、各スイッチング素子Ｓｗには、スイッチング素子Ｓｗが流す電流の方向と反対方向の電流を流すためのダイオードＤｉが並列接続されている。そして、各アームＡｕ，Ａｖ，Ａｗの中点は、回転電機１０の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は、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の他端は共通接続され、ここが中性点になっている。

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）等から入力される出力トルク指令信号に応じて回転電機１０の目標トルクを算出し、回転電機１０の出力トルクが目標トルクに一致するように、各スイッチング素子Ｓｗのスイッチング動作を制御する。

このために、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２８ｖ，２８ｗ）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の位置（回転角度θ）を表す信号とがそれぞれ入力される。そして、制御装置３８は、ロータ１４の回転角度θに応じてスイッチング素子Ｓｗのオンオフを制御して各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗへの電流の位相を制御するとともに、スイッチング素子ＳｗをＰＷＭ制御して各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流れる電流の振幅を制御することにより、回転電機１０の出力トルクを制御する。

なお、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、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。

このように、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の各相に供給する。従って、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流す交流電流の位相（電流進角）および振幅を制御することで、ロータ１４（図２）の出力トルクを制御できる。

「回転電機の構成」
図２に、回転電機１０の構成が示されている。このように、回転電機１０は、互いに径方向に対向配置されたステータ１２と内側に同心配置されたロータ１４とを備える。

ステータ１２では、円環状のステータコア２６の周方向複数個所に中心方向に向くティース３０が所定間隔をおいて設けられ、ここにステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが集中巻きで巻装されている。

一方、ロータ１４では、円筒状のロータコア１６の周方向複数個所に半径方向外側に向けて突出された突極１９が設けられ、周方向の１つおきの、第１の組の突極１９に巻装した複数の第１ロータ巻線４２ｎが第１ロータ巻線回路４４を構成する。また、第１の組の突極１９に隣接する第２の組の突極１９に巻装した複数の第２ロータ巻線４２ｓが第２ロータ巻線回路４６を構成する。そして、第１ロータ巻線回路４４には、１つのダイオード２１ｎが配置され、第２ロータ巻線回路４６には１つのダイオード２１ｓが配置され、これによって第１ロータ巻線回路４４と、第２ロータ巻線回路４６における電流方向が決定される。なお、この構成は、電流方向の規制という点では、各突極１９に巻装された第１ロータ巻線４２ｎと、第２ロータ巻線４２ｓに、それぞれ１ずつのダイオード２１ｎ，２１ｓを接続したのと同じである。

そして、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により、対応するロータ巻線４２ｎ，４２ｓにそれぞれ一方向の電流が流れ、ロータ１４の周方向に隣り合うロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流の方向が、交互に異なることになり、隣り合う突極１９の極性は反対になる。図示の状態では、第１ロータ巻線回路４４の突極１９の先端にはＮ極、第２ロータ巻線回路４６の突極１９の先端側にはＳ極が形成される。

ここで、ロータ１４の周方向に関するロータ巻線４２ｎ，４２ｓの幅ｗ（ロータ巻線４２の中心が形成する円の直径）の和（ｗ×突極１９の数ｐ）は、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅（π×ｒ（半径））よりも短く設定し、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓは、それぞれ突極１９に短節巻きで巻装している。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の幅の和ｗ×ｐは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅（π×ｒ／２）に等しく、あるいはほぼ等しくしている。

ロータ１４の隣り合う２つの突極１９を考えると、図３に模式図で示すように、２つの突極１９に巻装されたロータ巻線４２ｎ，４２ｓにダイオード２１ｎ，２１ｓで方向を規制された誘導電流が流れ、図３に矢印αで示すように磁束が流れ、各突極１９が隣り合う突極１９同士が異なる磁極として磁化する。ダイオード２１ｎ，２１ｓにより電流が流れる方向は決定されているため、各突極１９は常に同じ極性の磁極に磁化されることになる。

「制御装置の構成」
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、電流指令算出部（図示せず）と、パルス生成部８４、パルス重畳部８６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、図示しないＰＷＭ信号生成部及びゲート回路とを含む。また、回転電機１０には、回転角度検出部８２が設けられ、ロータ位置（角度）θが検出される。

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（出力トルク指令）に応じて算出される回転電機１０のトルク指令値（目標トルク）に応じて、周知のベクトル制御におけるｄ軸、ｑ軸に対応する電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。図２に示すように、ｄ軸は、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、ｑ軸はｄ軸に対し電気角で９０度進んだ方向である。

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。

電流指令算出部において算出され電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、それぞれ減算部７４，７５に供給され、ここで３相／２相変換部７８からのｄ軸電流Ｉｄとの偏差δＩｄ，δＩｑが求められ、これがＰＩ演算部７６，７７に入力される。

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、計測したｄ軸電流、ｑ軸電流を、目標に合致させる、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、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。

これら電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊はパルス重畳部８６に入力され、ここでパルス生成部８４から供給されるパルスが重畳され、パルスが重畳された各相の電圧指令Ｖｕ＋，Ｖｖ＋，Ｖｗ＋値に変換される。なお、指令値についてのパルスの重畳であり、パルスに対応する数値の加算または減算によってパルスが重畳される。また、パルス生成部８４では、ベクトル制御により決定されたｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値から、対応するステータ電流およびロータ電流を計算し、この比が予め定められた値になるように、各相のステータ電流に重畳するパルスを生成するが、これについては後述する。このように、ステータ電流と、ロータ電流の比は、１つのトルク指令に応じたトルクを発生するために必要なステータ電流と、ロータ電流の比であり、ステータ起磁力と、ロータ起磁力の比と同義である。ステータ電流と、ロータ電流の比は、ステータの１つの磁極について、所定の起磁力を得るためのステータ電流と、ロータの１つの磁極に所定の起磁力を得るためのロータ電流の比と考えてよいが、回転している状態では、どの磁極もほぼ同一の状態におかれているため、回転電機全体としてのステータ側に所定の起磁力を得るための電流と、ロータ側に所定の起磁力を得るための電流と考えてもよい。

電圧指令値Ｖｕ＋，Ｖｖ＋，Ｖｗ＋は、図示しないＰＷＭ信号生成部で対応するデューティー比の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、各相のＰＷＭ信号に応じて対応するスイッチング素子Ｓｗをオンオフ制御する。このようにして、制御装置３８は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗを制御して、回転電機１０のｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に一致するようにインバータ３６が制御され、回転電機１０の出力トルクが目標トルクに一致するように制御される。

なお、図４においては、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対し、パルスを重畳したが、電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に重畳してもよい。

「パルス電流の重畳」
ここで、回転電機１０の出力トルクについて考えると、この出力トルクは、
（出力トルク）＝（誘導電流によるトルク）＋（リラクタンストルク）
である。これを式で表すと、次のようになる。
（出力トルク）＝ｐ_ｎ［（Ｍ_ｒｑｓｉｎβ／√６Ｎ_ｒＮ_ｓ）ＡＴ_ｒ・ＡＴ_ｓ
＋｛（（Ｌ_ｑ−Ｌ_ｄ）ｓｉｎ２β）／３Ｎ_ｓ ^２｝ＡＴ_ｓ ^２］

ここで、ｐｎは極対数（８極であれば４）、Ｍ_ｒｑは相互インダクタンス、Ｌ_ｑ，Ｌ_ｄはそれぞれｑ軸、ｄ軸のインダクタンス、βは位相（電気進角）、Ｎ_ｒ，Ｎ_ｓはそれぞれロータ巻線、ステータ巻線の巻数である。

そして、回転電機１０の銅損は、
（トータル銅損）＝（ロータ銅損）＋（ステータ銅損）
であり、これを式で表すと次のようになる。
（トータル銅損）＝ｐ_ｎρ｛（Ｌ_ｒ／２Ｓ_ｒ）ＡＴ_ｒ ^２＋（２Ｌ_ｓ／３Ｓ_ｓ）ＡＴ_ｓ ^２

ここで、ρは巻線の抵抗率、Ｓ_ｒ，Ｓ_ｓはそれぞれロータ巻線、ステータ巻線の断面積、Ｌｒ，Ｌｓはそれぞれロータ巻線、ステータ巻線の長さである。

なお、ＡＴ_ｒ，ＡＴ_ｓは、それぞれロータ起磁力、ステータ起磁力であるが、それぞれの巻数Ｎ_ｒ，Ｎ_ｓで除算することで、ロータ電流、ステータ電流となり、巻数Ｎ_ｒ，Ｎ_ｓは予めわかっているため、ロータ起磁力ＡＴ_ｒ、ステータ起磁力ＡＴ_ｓの比は、基本的にロータ電流とステータ電流の比と同じことになる。従って、以下の説明における、ロータ起磁力、ステータ起磁力は、ロータ電流、ステータ電流と読み替えることができる。

ここで、上述の２つの式からわかるように、出力トルクはロータ起磁力およびステータ起磁力によって決定され、またトータル銅損もロータ起磁力およびステータ起磁力によって決定される。

そこで、出力トルクと、トータル銅損の関係を調べた結果を図５に示す。図において、横軸がステータ起磁力（ステータ電流）、縦軸がロータ起磁力（ロータ電流）であり、破線で示したのが等損失（トータル損失）ライン、実線で示したのが等トルクラインである。すなわち、等トルクラインは、出力トルクが一定のラインであり、等損失ラインはステータとロータのトータルの銅損が一定のラインである。１つの出力トルクを得る場合において、最も損失が少ないのが効率のよい回転電機の駆動となり、図において楕円で囲った領域が、損失（トータル銅損）が最小になる領域と考えられる。なお、この例の計算結果では、図中引き出し線で示した等トルクライン、等損失ラインが、それぞれトルク＝５０Ｎｍ、損失＝８５０Ｗのラインである。

この例によれば、ロータ電流／ステータ電流をほぼ一定の値とすることで、効率を最大にできることがわかる。図において、破線で示す縦線の間隔と横線の間隔が同一の大きさとすれば、ロータ電流／ステータ電流を１．２程度とするのがよいことになる。

図６、図７には、１つの相のステータ電流と、ロータ電流の状態が示してある。ステータ電流にパルスが重畳されていない場合、ロータ電流は、下図において実線で示したように、正弦波状のステータ電流の変化に応じた磁界の影響で、所定の電流が流れる。ところが、ステータ電流にパルスが印加されると、パルスによるステータ電流の変化に応じて、ロータ巻線に鎖交する磁束が大きく変化し、これに応じたロータ電流が流れる。

図６の例では、ステータ電流に電流を減少させるパルスを重畳する。この例では、振幅の最も大きい、電気角９０度、２７０度の位置に凹部となるパルスを重畳している。これによって、ロータ電流はステータ電流の急激な減少に応じた磁束の減少に応じて増加し、その後のステータ電流の急激な増加に応じて大きく減少し、その後パルスなしの状態のロータ電流に戻る。パルスによる最も急激な変化は、ロータ電流を減少させる方向の磁束変化であり、このようなパルスの重畳によって、ロータ平均電流は減少することになる。

また、このタイミングは、他の２相の極性が反対で、１／２の大きさの電流がそれぞれ流れるタイミングであり、各相の電流についてアンバランスになることを防止できる。例えば、Ｕ相の電流にパルスを重畳した場合には、Ｖ相、Ｗ相の電流は、極性が反対で、大きさが１／２の電流にそれぞれなる。ＵＶＷの３相の電流について、すべて同じタイミングで、パルスを重畳することで、各相の電流量をバランスすることが可能となるため、すべての相の電流にパルスを重畳することが好ましい。一方、パルスの重畳は、１周期毎にすべて行う必要はなく、３周期に１度パルスを重畳することを各相において行ったり、さらに、少ない頻度で行ってもよい。

また、重畳するパルスの大きさにより、ロータ電流を変更できるので、重畳するパルスの大きさを目標に応じて決定することが好適であるが、パルス重畳の頻度を変更することでロータ電流を変更してもよい。さらに、重畳するパルスの大きさと、パルス重畳の頻度の両方を制御することが特に好適である。

図７の例では、ステータ電流に重畳されるパルスは、ステータ電流を増加させる波形となっている。従って、このようなパルスの重畳によって、ロータ平均電流は増加する。なお、パルス重畳のタイミングも図６と同様にすることが好適である。

ここで、パルスの重畳によってステータ電流が変化するが、ステータ電流自体はＰＷＭ制御によって任意に制御できる。そして、回転電機システムが、目標トルクに応じてフィードバック制御されるため、出力トルクが目標トルクより小さければステータ電流が増加され、出力トルクが目標トルクより大きければステータ電流が減少されて、出力トルクが目標トルクに維持される。

また、パルスの大きさとロータ電流の変化量の関係は、例えば回転数など運転状態を含め予め調べておき、マップなどに記憶しておくことで、適切なロータ電流制御を行うことができる。なお、ロータ１４に電流計を設け、出力をスリップリングなどで取り出せば、実際のロータ電流を計測することも可能である。

上述のように、一定のトルクを得るためには、対応するロータ起磁力（ロータ電流）とステータ起磁力（ステータ電流）が必要であり、通常の場合ステータ起磁力とロータ起磁力の比は、回転電機１０の構成によって決定されてしまうので、変更することはできない。

ところが、本実施形態では、パルスの重畳によって、ステータ電流の変化に比べ、ロータ電流を大きく変化させることが可能であり、ロータ電流を任意に制御することができる。

すなわち、本実施形態では、パルスの重畳という手段を用いることによって、ステータ起磁力（ステータ電流）とロータ起磁力（ロータ電流）の比を変更する。そして、同じトルクを得る際のトータル銅損が最小の値となるように、ステータ起磁力とロータ起磁力を設定する。これによって、回転電機の効率を上昇することができ、損失を減少することができる。

図８に示したように、パルスを重畳しない場合のロータ電流とステータ電流がａ点であれば、ロータ電流を減少することで、トータル損失が最も低いｂ点に移動することができ、パルスを重畳しない場合のロータ電流とステータ電流がｃ点であれば、ロータ電流を増加することで、トータル損失が最も低いｂ点に移動することができる。

実施形態の回転電機において、各種の実験を行ったところ、図５に示すように、出力トルクが変わっても、最小銅損となるロータ電流とステータ電流の比はあまり変化しないことがわかっている。また、パルスの重畳とロータ電流の関係も予め調べることが可能である。そこで、出力トルクと、その際の重畳パルスの関係を予めマップなどとして記憶しておき、パルス生成部８４において必要なパルスを発生するとよい。

また、回転電機の回転数に応じて、最適なロータ電流とステータ電流の比は変化する。そこで、回転数を考慮して、最適なロータ電流とステータ電流の比を記憶しておき、回転数に基づいて重畳するパルスを変更することも好適である。

さらに、本実施形態では、ロータ起磁力と、ステータ起磁力を銅損が最も小さくなるように制御している。このような制御を行うと、ステータおよびロータにおける磁束も最適なものになり、従って鉄損の最適化も図ることができる。

図９には、ロータ巻線についての他の構成例が示してある。この例では、図において左側に示された突極（ティース）１９ｎにロータ巻線４２ｎが巻回され、図において右側に示された突極（ティース）１９ｓにロータ巻線４２ｓが巻回されている。また、これらロータ巻線４２ｎ，４２ｓの一端には、ダイオード２１ｎ，２１ｓのアノードがそれぞれ接続され、これらダイオード２１ｎ，２１ｓのカソード同士が接続されている。そして、このダイオード２１ｎ，２１ｓのカソード同士の接続点には、ロータ巻線４２ｎが巻回された突極１９の根元側に巻回された共通巻線９２ｎの一端が接続され、この共通巻線９２ｎの他端は、ロータ巻線４２ｓが巻回された突極１９の根元側に巻回された共通巻線９２ｓの一端に接続されている。さらに、この共通巻線９２ｓの他端がロータ巻線４２ｎ，４２ｓの他端に共通接続されている。

このような構成により、ロータ巻線４２ｎには、ダイオード２１ｎで規制される方向の電流のみが流れ、この電流によってロータ巻線４２ｎが巻回される突極１９ｎはＮ極に励磁され、ロータ巻線４２ｓには、ダイオード２１ｓで規制される方向の電流のみが流れ、この電流によってロータ巻線４２ｓが巻回される突極１９ｓはＳ極に励磁される。また、共通巻線９２ｎ，９２ｓは直列接続されているため、ダイオード２１ｎ，２１ｓのカソードから流れてくる方向の電流が供給巻線９２ｎ，９２ｓを順に流れるが、これらの電流によって、共通巻線９２ｎはそれが巻回されている突極１９ｎをＮ極に励磁し、共通巻線９２ｎはそれが巻回されている突極１９ｓをＳ極に励磁する。

従って、ロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れると、この電流がダイオード２１ｎを介し、共通巻線９２ｎ，９２ｓを流れ、共通巻線９２ｎに流れる電流によって突極１９ｎがＮ極に励磁されるとともに、共通巻線９２ｓに流れる電流によって、突極１９ｓがＳ極に励磁される。

すなわち、図１０に示すように、ステータ巻線によって生起された回転磁界によって突極１９ｎがＮ極に励磁されるタイミングでは、ロータ巻線４２ｎ、共通巻線９２ｎ，９２ｓに誘導電流が流れる。ステータ巻線によって生起された回転磁界によって突極１９ｓがＳ極に励磁されるタイミングでは、ロータ巻線４２ｓ、共通巻線９２ｎ，９２ｓに誘導電流が流れる。従って、いずれのタイミングにおいても、誘導電流により突極１９ｎ，１９ｓがそれぞれＮ極、Ｓ極に励磁されることになり、ロータ巻線４２ｎに誘導電流が流れるタイミングおよびロータ巻線４２ｓに電流が流れるタイミングのいずれにおいても、巻線のターン数を大きくとれ、誘導電流を低減することが可能になる。従って、ロータ側の巻線における銅損を低減することが可能になる。

例えば、共通巻線９２ｎ，９２ｓを利用しない場合のロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回数が６０ターンであり、この例において、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回数をそれぞれ２０ターン、共通巻線９２ｎ，９２ｓの巻回数をそれぞれ４０ターンとすると、本例におけば、常に１００ターンの巻線に誘導電流を流すことになる。この場合、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓに流れる電流を４０％程度低減することが可能になる。

なお、突極１９ｎをＮ極に励磁し、突極１９ｓをＳ極に励磁するのであれば、ダイオード２１ｎ，２１ｓ、ロータ巻線４２ｎ，４２ｓの巻回方向、共通巻線９２ｎ，９２ｓの巻回方向はどのような態様としてもよい。

１０回転電機、１２ステータ、１４ロータ、１６ロータコア、１９突極、２１（２１ｎ，２１ｓ）ダイオード、２６ステータコア、２８（２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ）ステータ巻線、３０ティース、３４回転電機システム、３６インバータ、３８制御装置、４０蓄電装置、４２（４２ｎ，４２ｓ）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、６８コンデンサ、７０電流センサ、７２パルス生成部、７４，７５減算部、７６，７７ＰＩ演算部、７８３相／２相変換部、８０２相／３相変換部、８２回転角度検出部、８４パルス生成部、８６パルス重畳部。

Claims

複数相のステータ巻線を有し、この複数相のステータ巻線へ供給されるそれぞれ位相の異なるステータ電流に応じたステータ起磁力を発生するステータと、
前記ステータにより発生されたステータ起磁力に応じて発生するロータ電流によって磁極が形成されるようにロータ巻線が巻かれたロータと、
前記ロータ電流の流れる方向を一方向に規制することによって前記磁極の極性を規制する規制部と、
前記ステータ電流を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、目標トルクに応じてステータ巻線への供給電流を制御するとともに、前記ステータ電流にパルスを重畳することで、ステータおよびロータにおける銅損が最小になるように、前記ステータ電流と、前記ロータ電流の比を調整することを特徴とする回転電機システム。
請求項１に記載の回転電機システムであって、
前記制御部は、前記ステータ電流とロータ電流の比を所定値に制御することを特徴とする回転電機システム。