JP2018098907A - 界磁巻線型回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形波通電または過変調通電のときでも界磁巻線を励磁できる界磁巻線型回転機を提供する。【解決手段】界磁巻線型回転機は、ステータと、界磁巻線を備えるロータと、整流素子と、駆動部と、制御部とを有して、力率がｃｏｓθである。制御部は、矩形波通電または過変調通電を行うとき、第１相のＯＮ期間またはＯＦＦ期間の中心を基準時とし、基準時から電気角でｃｏｓ-1θを含む所定角度だけ遅れて、第２相のＯＦＦ期間中に一時的にＯＮする一時ＯＮ期間を設け、かつ、第３相のＯＮ期間中に一時的にＯＦＦする一時ＯＦＦ期間を設けて、電流パルス対Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐを誘起する電圧パルス対を発生させる。この構成によれば、電流パルス対Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐによって固定子巻線に励磁磁束を生じさせ、第２相と第３相とで有意差を与えて界磁巻線を励磁することができ、さらに性能を高めることができる。【選択図】図８

Description

本発明は、ステータ，ロータ，整流素子，駆動部および制御部を含む界磁巻線型回転機に関する。

従来では、例えば下記の特許文献１において、相電圧の平均電圧がゼロとなるように制御を行って各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行えることを目的とする同期機に関する技術が開示されている。この同期機の制御部は、矩形波モードまたは過変調モードのうちでいずれか一のモードであるとき、ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均値がゼロになるように制御信号を出力する。なお、特許文献１に記載のモードは通電を意味する。

特許第５４０３３３８号公報

しかし、特許文献１の技術を用いて各相の相電圧の平均値がゼロになるように制御できても、矩形波通電または過変調通電のときは界磁巻線を励磁することができない。そのため、さらに界磁巻線の励磁による性能（例えばトルクや回転速度）を向上させることが困難であった。ロータコアに巻かれた界磁巻線は外部から独立しているので、固定子巻線に印加する電圧波形を制御して生じる磁界によって界磁巻線を励磁する必要がある。

発明者は、複数相の固定子巻線から界磁巻線を励磁する場合、励磁磁束として有意差を与えるため少なくとも２相の電流により励磁磁束を誘起することが有効と考えた。

本開示はこのような点に鑑みてなしたものであり、矩形波通電または過変調通電のときでも界磁巻線を励磁できる界磁巻線型回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、３相以上の固定子巻線（１２）が巻かれたステータ（１０）と、界磁巻線（２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）が巻かれたロータコア（２２）を備え、前記ステータに対面して回転するロータ（２０）と、前記界磁巻線と直列接続され、前記固定子巻線に固定子電流を流して生じる磁界（φ１，φ２，φｐ）によって前記界磁巻線を励磁して流れる界磁電流（Ｉｆ）を一方向に規制する整流素子（Ｄ１）と、スイッチング素子（Ｑ）を備え、前記複数相の電力を前記固定子巻線に出力する駆動部（６０）と、回転速度に応じて正弦波通電，矩形波通電，過変調通電のうちでいずれかの通電を行うための前記複数相の制御信号を前記駆動部に出力する制御部（７０）とを有して、力率がｃｏｓθである界磁巻線型回転機（Ｍ）において、
前記制御部は、前記矩形波通電または前記過変調通電を行うとき、前記複数相のうちで第１相のＯＮ期間またはＯＦＦ期間の中心を基準時とし、前記基準時から電気角でｃｏｓ^-1θを含む所定角度（δ）だけ遅れて、前記複数相のうちで前記第１相とは異なる第２相のＯＦＦ期間中に一時的にＯＮする一時ＯＮ期間（α１，γ２）を設け、かつ、前記複数相のうちで前記第１相および前記第２相とは異なる第３相のＯＮ期間中に一時的にＯＦＦする一時ＯＦＦ期間（α２，γ１）を設けて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を発生させる。

この構成によれば、基本波電流が流れる第１相の基準時から所定角度だけ遅れて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を第２相と第３相に発生させる。誘起された電流パルス対によって固定子巻線に励磁磁束を生じさせ、第２相と第３相とで有意差を与えて界磁巻線を励磁することができる。そのため、矩形波通電または過変調通電のときでも固定子巻線から界磁巻線を励磁して、さらに性能を高めることができる。

第２の発明は、前記一時ＯＮ期間の長さと前記一時ＯＦＦ期間の長さは、それぞれ前記第１相の一周期に対して０．５〜１０％である。この構成によれば、第１相の固定子巻線に流れる基本波電流に大きな影響を与えず、かつ、界磁巻線を確実に励磁することができる。

第３の発明は、前記所定角度（δ）は、ｃｏｓ^-1θ−３０°≦δ≦ｃｏｓ^-1θ＋３０°を満たす。この範囲内の所定角度で電圧パルス対を設けると、矩形波通電または過変調通電のときでも確実に電流パルス対を発生させることができる。

第４の発明は、前記一時ＯＮ期間および前記一時ＯＦＦ期間のうちで一方の期間の始期は、他方の期間の始期から遅延期間（β，β１，β２）だけ遅れる。この構成によれば、第１相の固定子巻線に流れる基本波電流に対し、有意差のある電流パルス対を作る事ができる。したがって、矩形波通電または過変調通電のときでも固定子巻線から界磁巻線を励磁して、さらに性能を高めることができる。

第５の発明は、前記制御部は、正電圧パルス（α１，γ２）と負電圧パルス（α２，γ１）の対が相当たり電気角の一周期中に１回または２回発生するように制御する。この構成によれば、１回または２回の回数を選択することで、回転速度に応じて界磁巻線を励磁する励磁量や電流量を調節することができる。

第６の発明は、一端を前記界磁巻線の途中に接続し、他端を前記整流素子の端子に接続する容量素子（Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ）を有する。この構成によれば、界磁巻線に流れる電流で打ち消す電圧分を容量素子に蓄え、電位方向が変わった時に放電して有効利用することができる。

第７の発明は、前記ロータは、前記界磁巻線が一極毎に集中巻きされた凸極型ロータと、前記界磁巻線が巻かれるボス部と前記ボス部の端部から延びる複数の爪極部とを備えて前記爪極部をＮ極またはＳ極とするランデル型ロータとのいずれかである。この構成によれば、凸極型ロータまたはランデル型ロータのいずれかを有する界磁巻線型回転機は、矩形波通電または過変調通電のときでも固定子巻線から界磁巻線を励磁して、さらに性能を高めることができる。

第８の発明は、前記ロータは、前記ステータに対面する前記ロータコアの第１凸状部位である主磁極部と、前記第１凸状部位よりも周方向幅を狭くした第２凸状部位である補磁極部とを備え、前記補磁極部は、前記ステータの界磁を打消す方向に着磁された磁石を有する。ステータの回転界磁によって発生する磁束は概ね主磁極を通るが、漏れる磁束もありロータ界磁巻線の位置により通る磁束量や向きも異なってくる。この構成によれば、極間を跨いで漏れる磁束もあり、補磁極部を置くことで極間の境を設け、磁石で素通りする磁束を抑えられ、極内に磁束を効率良く通し、効果的に界磁電流を得ることができる。

なお、「複数相」の相数は、ステータに巻ける限り、第１相，第２相，第３相を含めて３相以上であれば任意の相数を設定してよい。「界磁巻線型回転機」は、ロータに界磁巻線を備え、シャフトとも呼ぶ回転軸を有すれば任意の機器を適用してよい。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。発電機には電動発電機が発電機として作動する場合を含み、電動機には電動発電機が電動機として作動する場合を含む。「正弦波通電」，「矩形波通電」および「過変調通電」は、電圧パルス（すなわち固定子巻線に印加する電圧のパルス波）の変調率の違いによって分けられる。「ＯＮ」の表記はパルス電圧がハイレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「１」や「Ｈ（ハイ）」等と同義である。「ＯＦＦ」の表記はパルス電圧がローレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「０」や「Ｌ（ロー）」等と同義である。負論理に従う場合には、正論理と逆になる。「ＯＮ期間やＯＦＦ期間の中心」は、各期間の始期から終期までにおける中間の時点でもよく、中間の時点を基準とする許容範囲内の時点でもよい。「磁石」は、永久磁石でもよく、電磁石でもよい。

界磁巻線型回転機の第１構成例を示す模式図である。 ステータとロータの第１構成例を部分的に示す径方向断面図である。 駆動部と励磁巻線回路を含む構成例を示す模式図である。 第１相のＯＮ期間の中心を基準時としたとき、ステータとロータに生じる磁界の例を示す模式図である。 界磁巻線が励磁されるステータ電流の例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの制御例を示す模式図である。 各相の制御についてシミュレーション例を示す模式図である。 図７のシミュレーションで固定子巻線に流れる電流を示す模式図である。 図７のシミュレーションで界磁巻線に流れる電流を示す模式図である。 図７のシミュレーションでトルクの変化を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第１制御例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第２制御例を示す模式図である。 第１相のＯＦＦ期間の中心を基準時としたとき、ステータとロータに生じる磁界の例を示す模式図である。 界磁巻線が励磁されるステータ電流の例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの制御例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第３制御例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第４制御例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第５制御例を示す模式図である。 制御部による各相のＯＮ／ＯＦＦの第６制御例を示す模式図である。 界磁巻線型回転機の第２構成例を示す模式図である。 ステータとロータの第２構成例を部分的に示す径方向断面図である。 ステータとロータの第３構成例を部分的に示す径方向断面図である。 ステータとロータの第４構成例を部分的に示す径方向断面図である。 ステータとロータの第５構成例を部分的に示す径方向断面図である。 界磁巻線と補磁極巻線を含む界磁回路を示す模式図である。 界磁巻線と補磁極巻線を含む界磁回路を示す模式図である。 界磁巻線と複数の容量素子を含む界磁回路を示す模式図である。 ステータとロータの第６構成例を部分的に示す径方向断面図である。 ステータとロータの第６構成例を部分的に示す径方向断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は、矩形波通電のときに界磁巻線を励磁する例であって、図１〜図１９を参照しながら説明する。ここで、矩形波通電と過変調通電は、変調率ｍが一定値以上となるように変調する制御である。一定値は、通常の制御では「１．０」が該当し、特定の制御では「１．１５」が該当する。特定の制御は、例えばパルス幅変調制御（いわゆるＰＷＭ制御）で３次高調波重畳方式や、２相変調方式を用いる場合の過変調通電が該当する。正弦波は、変調率ｍが一定値未満となるように変調する制御である。

図１に示す界磁巻線型回転機Ｍは、力率がｃｏｓθであり、ステータ１０，ロータ２０，ハウジング３０，駆動部６０，制御部７０などを有する。この界磁巻線型回転機Ｍは、制御部７０から伝達される制御信号に従って駆動部６０から出力される固定子電流によって回転駆動が制御される。本形態の界磁巻線型回転機Ｍは、ステータ１０を外径側に配置し、ロータ２０を内径側に配置するインナーロータ型である。なお、駆動部６０と制御部７０は、ハウジング３０の内部または外部に設けられ、構成例や機能などについては後述する。

固定子に相当するステータ１０は、図２に示すように、ステータコア１１や固定子巻線１２などを有する。ステータコア１１は、径方向に延びる複数のコアティースや、周方向に隣り合うコアティースの間に設けられる複数のスロットなどを有する。複数のスロットには、複数相の固定子巻線１２が所要の巻線形態で収容されている。本形態では、複数相をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相とし、所要の巻線形態を分布巻きとする。上述した固定子電流は、図１を例にすると、Ｕ相巻線に流れるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相巻線に流れるＶ相電流Ｉｖ，Ｖ相巻線に流れるＶ相電流Ｉｗが該当する。３相のうちで１相を「第１相」とし、残りの２相を「第２相」および「第３相」とする。

回転子に相当するロータ２０は、ステータ１０に対面して回転し、界磁巻線２１やロータコア２２，整流素子Ｄ１などを有する。ロータコア２２は、複数の主磁極部２２ａを有する。主磁極部２２ａは「突極」や「極」とも呼ばれ、ステータ１０側に延びる第１凸状部位である。主磁極部２２ａの数は、２以上で任意の数を設定してよい。本形態のロータ２０は主磁極部２２ａの数を「８」とする。すなわち、極数が「８」であり、極対数が「４」である。周方向に隣り合う主磁極部２２ａの極性が異なるように、それぞれの主磁極部２２ａには界磁巻線２１が巻かれる。界磁巻線２１の巻線形態は、主磁極部２２ａに対して集中的に巻く集中巻きである。界磁巻線２１と整流素子Ｄ１は、図３に示すように直列接続された閉回路である界磁回路を構成する。整流素子Ｄ１は、界磁回路に流れる界磁電流Ｉｆを一方向に規制する。

シャフト２３は、ロータ２０が固定され、界磁巻線型回転機Ｍの主軸や回転軸などとして用いられる。このシャフト２３は、さらに一端側の外周面に被検出部２４が設けられる。本形態の被検出部２４は、外周面の周方向に一定間隔で設けられる磁気突極とする。

ハウジング３０は、ステータ１０を固定するとともに、ロータ２０が回転可能となるようにベアリング等を介して支持する。ハウジング３０の内部または外部のいずれかには、回転センサ４０を備える。回転センサ４０は、被検出部２４の磁気突極を検出して回転情報（すなわち回転位置や回転速度）を検出して、制御部７０に伝達する。

回転センサ４０は、ロータ２０の回転に関する情報（例えば回転速度や回転位置など）が検出できれば任意であり、本形態ではレゾルバを用いる。レゾルバは、被検出部２４の磁気突極を検出して回転情報である信号（例えばアナログ信号やデジタル信号）を制御部７０に伝達する。

図３に示す電流センサ８０は、固定子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が検出できれば任意である。本形態の電流センサ８０は、被検出電流としての固定子電流によって発生した磁界をホール素子により検出する磁気比例型センサを用いる。

図３は、界磁巻線型回転機Ｍを駆動制御するための構成を示す。直流電源５０は、並列接続される平滑用の容量素子Ｃ２を介して、駆動部６０に電力を供給する。直流電源５０はいわゆるバッテリであり、本形態では二次電池を用いる。二次電池は、例えばリチウムイオン電池，リチウムイオンポリマー電池，鉛蓄電池、ニッケル水素電池などのうちで一以上が該当する。

駆動部６０はインバータとして機能し、スイッチング素子Ｑと整流素子Ｄ２とを一組とし、プラス電圧とマイナス電圧に対応するため１相で二組とする。本形態の駆動部６０は、３相に対応するために全部で６組を有する。この駆動部６０は、制御部７０から伝達される制御信号に従ってスイッチングを行い、所要の電力および周波数で界磁巻線型回転機Ｍに出力する。スイッチング素子Ｑには、例えばＩＧＢＴを用いる。整流素子Ｄ２は、フリーホイールダイオードとしての役割を果たすため、スイッチング素子Ｑに流れる電流とは逆方向に電流が流れるようにスイッチング素子Ｑのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続する。

制御部７０は、図示を省略した外部装置から受ける指令信号に基づいて、駆動部６０（具体的には各スイッチング素子Ｑの制御端子）に制御信号を出力する。本形態の外部装置は、電子制御ユニットであるＥＣＵとする。制御信号は、ロータ２０の回転速度に応じて正弦波通電，矩形波通電，過変調通電のうちでいずれかの通電を行う信号である。

制御部７０は、矩形波通電において、固定子巻線１２に通電する固定子電流の基本波に、界磁巻線２１を励磁する電圧パルス対を付加した制御信号を駆動部６０に出力する機能を有する。固定子電流の基本波は、ロータ２０の回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの基本波）に相当する。電圧パルス対は、第１相であるＶ相電流Ｉｖが最大値または最小値のとき、第２相であるＵ相および第３相であるＷ相で互いに反対になるように付加され、Ｕ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗにパルス状の電流が生じる。このパルス状の電流によって固定子巻線１２に生じた磁界は、界磁巻線２１を励磁して界磁電流を発生させる。

上述のように構成された界磁巻線型回転機Ｍにおいて、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号の例について、図４〜図１９を参照しながら説明する。

Ａ．基準時を第１相のＯＮ期間の中心とする例
まず、図４〜図１２を参照しながら、スイッチング素子Ｑを駆動する制御信号（具体的にはパルス信号）にかかるＯＮ期間の中心を基準時とする例について説明する。

図４には、第１相であるＶ相電流Ｉｖが最大値のときに生じる磁界を示す。この図４には、「Ｕ」，「Ｖ」，「Ｗ」は固定子巻線１２の各相を示し、「＋」，「−」は固定子巻線１２に流れる電流の方向を示す。例えば、「Ｕ＋」はＵ相巻線に紙面の手前方向に電流が流れることを意味し、「Ｖ−」はＶ相巻線に紙面の奥行き方向に電流が流れることを意味する。

固定子巻線１２から界磁巻線２１を励磁するには、励磁磁束として有意差を与えるため、少なくとも２相の固定子巻線１２に流す電流によって励磁磁束を誘起する事が有効である。例えば、第１相であるＶ相巻線を基準としたときには、第２相であるＵ相巻線および第３相であるＷ相巻線に流す電流によって励磁磁束を誘起する。

第１相であるＶ相巻線に流れるＶ相電流Ｉｖが最大値のときは、図４に示すように、ステータ１０とロータ２０の間で磁界φ１が右回りに生じ、同じく磁界φ２が左回りに生じる。すなわち、周方向に隣り合う磁界φ１，φ２は互いに反対方向に磁束が流れる。図４に示す左側の主磁極部２２ａは矢印Ａ１方向に磁化されてＮ極になり、同じく右側の主磁極部２２ａは矢印Ａ２方向に磁化されてＳ極になる。

界磁巻線２１の励磁は、磁界φ１，φ２が生じているときでも、さらに一点鎖線で示す磁界φｐを生じさせることができる。図４に示す磁界φｐは、磁界φ１と同様にステータ１０とロータ２０の間で磁束が右回りで流れるので、主磁極部２２ａに巻かれた界磁巻線２１を励磁できる。磁界φｐによって界磁巻線２１が励磁されると、図３に示す界磁回路には磁界φ１，φ２とともに磁界φｐを起因とする界磁電流Ｉｆが流れる。

励磁磁束として有意差を与えるには、図５に示すように、Ｕ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗにパルス状の電流が生じさせるとよい。図５に示す例によれば、Ｖ相電流Ｉｖが最大値になる電気角ω１のとき、Ｕ相電流Ｉｕにプラス方向のパルス電流Ｉｕｐを流し、Ｗ相電流Ｉｗにマイナス方向のパルス電流Ｉｗｐを流す。具体的には図４において、「Ｕ−」で示すＵ相巻線にパルス電流Ｉｕｐが流れ、「Ｗ＋」で示すＷ相巻線にパルス電流Ｉｗｐが流れる。パルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐは「電流パルス対」に相当する。このように周方向に隣り合う固定子巻線１２でＵ相電流ＩｕとＷ相電流Ｉｗで互いに反対方向にパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐを流すことで、励磁磁束として有意差を与えることができる。これらのパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐを生じさせるには、制御部７０は図６に示す３相の電圧波形となる制御信号を駆動部６０に出力すればよい。

図６において、第１相であるＶ相電圧Ｖｖは、電気角ω１１から電気角ω１６までを一周期（つまり電気角で３６０°）とし、ＯＮ期間ＶonとＯＦＦ期間Ｖoffを交互に繰り返す。ＯＮ期間Ｖonは、電気角ω１１から電気角ω１５までの期間である。ＯＦＦ期間Ｖoffは、電気角ω１５から電気角ω１６までの期間である。Ｖ相電流Ｉｖが最大値になるのは、ＯＮ期間Ｖonの中心である。ＯＮ期間Ｖonの中心は、始期から終期までにおける中間の時点でもよく、中間の時点を基準とする許容範囲内の時点でもよい。図６では、ＯＮ期間Ｖonの中心が電気角ω１２であり、基準時Ｓｖとする。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅らせたタイミングで、第２相と第３相の電圧を一時的にＯＮまたはＯＦＦする。当該電気角のｃｏｓ^-1θは「所定角度δ」に相当する。

具体的には電気角ω１３から電気角ω１４までの一時ＯＮ期間α１は、「正電圧パルス」に相当し、Ｕ相電圧Ｖｕを一時的にＯＮにする期間である。同じく電気角ω１３から電気角ω１４までの一時ＯＦＦ期間α２は、「負電圧パルス」に相当し、Ｗ相電圧Ｖｗを一時的にＯＦＦにする期間である。正電圧パルスと負電圧パルスの対は、「電圧パルス対」に相当する。Ｕ相電圧Ｖｕを一時的にＯＮすると、図５に示すパルス電流Ｉｕｐが発生する。同じくＷ相電圧Ｖｗを一時的にＯＦＦすると、図５に示すパルス電流Ｉｗｐが発生する。パルス状のパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐは「電流パルス対」に相当し、相電流の大小方向に関して互いに逆方向に生じる。

一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２の始期を基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅らせるのは、固定子巻線１２に印加する相電圧に対して、固定子巻線１２に流れる相電流が力率（すなわちｃｏｓθ）に対応する電気角のｃｏｓ^-1θだけ遅れるためである。一般的な回転機の力率は０．５≦ｃｏｓθ≦０．９であるので、電気角では２５°≦ｃｏｓ^-1θ≦６０°になる。

一時ＯＮ期間α１の長さと一時ＯＦＦ期間α２の長さは、いずれも電圧パルスの基本波周期に対して０．５〜１０％が好ましい。一時ＯＮ期間α１と一時ＯＦＦ期間α２の長さが短くなるにつれて、パルス状の電流が得られ難くなる。一時ＯＮ期間α１と一時ＯＦＦ期間α２の長さが長くなるにつれて、基本波に与える影響が大きくなる。

パルス電流Ｉｕｐおよびパルス電流Ｉｗｐは、基本波のＵ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗに対して周期が１／１０程度に過ぎないので、相電圧と相電流の位相差は基本波の場合に対して無視しても影響は少ない。

上述した図４〜図６はＶ相電流Ｉｖが最大値となる時点を基準時Ｓｖとした例である。固定子巻線１２に流す電流は３相平衡が好ましいので、３相でそれぞれ行う事が好ましい。すなわち第１相をＵ相とするとき、Ｕ相電流Ｉｕが最大値となる時点を基準時Ｓｕとし、当該基準時Ｓｕから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅らせたタイミングで第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時的にＯＮするとともに、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時的にＯＦＦする。同様に第１相をＷ相とするとき、Ｗ相電流Ｉｗが最大値となる時点を基準時Ｓｗとし、当該基準時Ｓｗから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅らせたタイミングで第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時的にＯＮするとともに、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時的にＯＦＦする。

制御部７０から３相の固定子巻線１２に出力する制御信号と、当該制御信号によって固定子巻線１２に流れる電流とについて、シミュレーションを行った結果を図７〜図９に示す。このシミュレーションでは、３相平衡のため、３相のうちで１相を第１相とし、残りの２相を第２相および第３相として電流パルス対を発生させる。

図７には、制御部７０から駆動部６０に出力する制御信号、すなわちＵ相電圧Ｖｕ，Ｖ相電圧Ｖｖ，Ｗ相電圧Ｖｗの制御例を示す。第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω２１が基準時Ｓｕになる。当該基準時Ｓｕから電気角でｃｏｓ^-1θ遅れると電気角ω２２になる。電気角ω２２からは、第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω２３が基準時Ｓｖになる。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω２４になる。電気角ω２４からは、第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω２５が基準時Ｓｗになる。当該基準時Ｓｗから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω２６になる。電気角ω２６からは、第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

図８には、図７に示す制御信号によって固定子巻線１２に流れる相電流の変化を示す。図７に示す電気角ω２２から制御する一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２に対応して、図８に示す電気角ω３１からパルス電流Ｉｗｐ，Ｉｖｐが生じる。また、図７に示す電気角ω２４から制御する一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２に対応して、図８に示す電気角ω３２からパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐが生じる。さらに、図７に示す電気角ω２６から制御する一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２に対応して、図８に示す電気角ω３３からパルス電流Ｉｖｐ，Ｉｕｐが生じる。

図９には、界磁巻線２１に流れる界磁電流Ｉｆの変化例を示す。この界磁電流Ｉｆは、固定子巻線１２に電流が流れて励磁磁束を誘起し、さらに界磁巻線２１が励磁されることで生じる。固定子巻線１２に流れる電流には、図８に一点鎖線で囲んで示すパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐを含む。界磁電流Ｉｆが大きく変化するタイミングは、図８に示すパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐが生じるタイミングと一致する。すなわち、電気角ω３１，ω３２，ω３３からそれぞれ一時的に界磁電流Ｉｆが大きく変化する。

図１０には、界磁巻線型回転機Ｍが出力するトルクτの変化例を示す。このトルクτは、固定子巻線１２に電流が流れて励磁磁束を誘起し、図１に示すロータ２０の回転に伴ってシャフト２３から出力される。トルクτが他よりも大きく変化するタイミングは、図８に示すパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐが生じるタイミングと一致する。すなわち、電気角ω３１，ω３２，ω３３からそれぞれ一時的にトルクτが他よりも大きく変化する。したがって、基本波電流の相電流（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）に対してパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐを生じさせると、界磁巻線型回転機Ｍのトルクτがさらに向上するのが明らかである。

図１１，図１２には、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号の例を示す。この図１１，図１２に示す制御信号は、３相のうちで１相を第１相とし、残りの２相を第２相および第３相として電流パルス対を発生させる。

図１１は、図７と同じ制御例であり、一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２の始期を同一のタイミングにする例である。第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω５５，ω５ｂがそれぞれ基準時Ｓｕになる。各基準時Ｓｕから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω５６，ω５ｃになる。電気角ω５６，ω５ｃからは、それぞれ第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω５７，ω５ｄがそれぞれ基準時Ｓｖになる。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω５８，ω５ｅになる。電気角ω５８，ω５ｅからは、それぞれ第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω５３，ω５９，ω５ｆがそれぞれ基準時Ｓｗになる。当該基準時Ｓｗから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω５４，ω５ａ，ω５ｇになる。電気角ω５４，ω５ａ，ω５ｇからは、それぞれ第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

図１２は、図７と異なる制御例であり、一時ＯＮ期間α１よりも一時ＯＦＦ期間α２を遅延期間βだけ遅らせる例である。図１２では、第１相をＶ相とする場合について説明する。第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω６１，ω６４，ω６７がそれぞれ基準時Ｓｖになる。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω６２，ω６５，ω６８になる。電気角ω６２，ω６５，ω６８からは、それぞれ第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮする。さらに遅延期間βだけ遅れると電気角ω６３，ω６６，ω６９になる。電気角ω６３，ω６６，ω６９からは、それぞれ第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。すなわち、一時ＯＦＦ期間α２の始期は、電気角で（ｃｏｓ^-1θ＋β）だけ遅れることになる。

なお、第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＮ期間Ｖonの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。また、第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＮ期間Ｖonの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

尚、ここでは第３相の遅延期間βの場合を示したが、逆の場合も同様である。即ち、第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮする。

また、第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＮ期間Ｖonの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間α１だけＯＮする。

また、第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＮ期間Ｖonの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間α１だけＯＮする。

Ｂ．基準時を第１相のＯＦＦ期間の中心とする例
次に、図１３〜図１９を参照しながら、第１相であるＶ相についてスイッチング素子Ｑを駆動する制御信号（具体的にはパルス信号）にかかるＯＦＦ期間の中心を基準時とする例について説明する。上述した例では、固定子巻線１２の第１相に流れる電流が最大値になるタイミングとして、第１相のＯＮ期間の中心を基準時とした。これに対して、固定子巻線１２の第１相に流れる電流が最小値になるタイミングとして、第１相のＯＦＦ期間の中心を基準時とする例である。

図１３には、図４と同様にして、第１相であるＶ相電流Ｉｖが最小値のときに生じる磁界を示す。第１相のＯＮ期間の中心を基準時とする場合と同様にして、固定子巻線１２から界磁巻線２１を励磁するには、励磁磁束として有意差を与えるため、少なくとも２相の固定子巻線１２に流す電流によって励磁磁束を誘起する事が有効と考えられる。

第１相であるＶ相巻線に流れるＶ相電流Ｉｖが最小値のときは、図１３に示すように、ステータ１０とロータ２０の間で磁界φ１が左回りに生じ、同じく磁界φ２が右回りに生じる。すなわち、周方向に隣り合う磁界φ１，φ２は互いに反対方向に磁束が流れる。図１３に示す左側の主磁極部２２ａは矢印Ａ３方向に磁化されてＳ極になり、同じく右側の主磁極部２２ａは矢印Ａ４方向に磁化されてＮ極になる。

界磁巻線２１を励磁するには、磁界φ１，φ２が生じているときでも、一点鎖線で示す磁界φｐを生じさせるとよい。図１３に示す磁界φｐは、ステータ１０とロータ２０の間で磁束が左回りで流れるので、主磁極部２２ａに巻かれた界磁巻線２１を励磁する。こうして界磁巻線２１が励磁されると、図３に示す界磁回路に界磁電流Ｉｆが流れる。

励磁磁束として有意差を与えるには、図１４に示すように、Ｕ相電流ＩｕおよびＷ相電流Ｉｗにパルス状の電流が生じさせるとよい。図１４に示す例によれば、Ｖ相電流Ｉｖが最小値になる電気角ω２のとき、Ｗ相電流Ｉｗにプラス方向のパルス電流Ｉｗｐを流し、Ｕ相電流Ｉｕにマイナス方向のパルス電流Ｉｕｐを流す。具体的には図１３において、「Ｕ−」で示すＵ相巻線にパルス電流Ｉｕｐが流れ、「Ｗ＋」で示すＷ相巻線にパルス電流Ｉｗｐが流れる。パルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐは「電流パルス対」に相当する。このように周方向に隣り合う固定子巻線１２でＷ相電流ＩｗとＵ相電流Ｉｕで互いに反対方向にパルス電流Ｉｗｐ，Ｉｕｐを流すことで、励磁磁束として有意差を与えることができる。これらのパルス電流Ｉｗｐ，Ｉｕｐを生じさせるには、制御部７０は図１５に示す３相の電圧波形となる制御信号を駆動部６０に出力すればよい。

図１５において、第１相であるＶ相電圧Ｖｖは、電気角ω７１から電気角ω７６までを一周期（つまり電気角で３６０°）とし、ＯＦＦ期間ＶoffとＯＮ期間Ｖonを交互に繰り返す。ＯＦＦ期間Ｖoffは、電気角ω７１から電気角ω７５までの期間である。ＯＮ期間Ｖonは、電気角ω７５から電気角ω７６までの期間である。ＯＦＦ期間Ｖoffの中心は電気角ω７２である。この電気角ω７２を基準時Ｓｖとし、当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅らせたタイミングで第２相と第３相の電圧を一時的にＯＮまたはＯＦＦする。具体的には電気角ω７３から電気角ω７４までの一時ＯＦＦ期間γ１は、「負電圧パルス」に相当し、Ｕ相電圧Ｖｕを一時的にＯＦＦにする期間である。同じく電気角ω７３から電気角ω７４までの一時ＯＮ期間γ２は、「正電圧パルス」に相当し、Ｗ相電圧Ｖｗを一時的にＯＮにする期間である。Ｕ相電圧Ｖｕを一時的にＯＦＦすると、図１４に示すマイナス方向のパルス電流Ｉｕｐが発生する。同じくＷ相電圧Ｖｗを一時的にＯＮすると、図１４に示すプラス方向のパルス電流Ｉｗｐが発生する。パルス状のパルス電流Ｉｕｐ，Ｉｗｐは「電流パルス対」に相当し、相電流の大小方向に関して互いに逆方向に生じる。

図１６，図１７には、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号の例を示す。この図１６，図１７に示す制御信号は、３相のうちで１相を第１相とし、残りの２相を第２相および第３相として電流パルス対を発生させる。

図１６は、図１５と同じ制御例であり、一時ＯＦＦ期間γ１および一時ＯＮ期間γ２の始期を同一のタイミングにする例である。一時ＯＦＦ期間γ１および一時ＯＮ期間γ２の長さは、一時ＯＮ期間α１および一時ＯＦＦ期間α２の長さと同様に、基本波周期に対して０．５〜１０％程度が好ましい。

第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω８１，ω８７，ω８ｄがそれぞれ基準時Ｓｕになる。各基準時Ｓｕから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω８２，ω８８，ω８ｅになる。電気角ω８２，ω８８，ω８ｅからは、それぞれ第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。

第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω８３，ω８９がそれぞれ基準時Ｓｖになる。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω８４，ω８ａになる。電気角ω８４，ω８ａからは、それぞれ第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。

第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω８５，ω８ｂがそれぞれ基準時Ｓｗになる。当該基準時Ｓｗから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω８６，ω８ｃになる。電気角ω８６，ω８ｃからは、それぞれ第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。

図１７は、図１５と異なる制御例であり、一時ＯＦＦ期間γ１よりも一時ＯＮ期間γ２を遅延期間βだけ遅らせる例である。図１７では、第１相をＶ相とする場合について説明する。第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω９１，ω９４，ω９７がそれぞれ基準時Ｓｖになる。当該基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると電気角ω９２，ω９５，ω９８になる。電気角ω９２，ω９５，ω９８からは、それぞれ第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦする。さらに遅延期間βだけ遅れると電気角ω９３，ω９６，ω９９になる。電気角ω９３，ω９６，ω９９からは、それぞれ第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。すなわち、一時ＯＮ期間γ２の始期は、電気角で（ｃｏｓ^-1θ＋β）だけ遅れることになる。

なお、第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。また、第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。

尚、ここでは第３相の遅延期間βの場合を示したが、逆の場合も同様である。即ち、第１相がＶ相の場合は、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦする。

また、第１相がＵ相の場合は、Ｕ相電圧ＶｕにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦする。 また、第１相がＷ相の場合は、Ｗ相電圧ＶｗにかかるＯＦＦ期間Ｖoffの中心から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて、第３相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第２相のＶ相電圧Ｖｖを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦする。

Ｃ．基準時を第１相のＯＮ期間とＯＦＦ期間の各中心とする例
次に、図１８，図１９を参照しながら、第１相のスイッチング素子Ｑを駆動する制御信号（具体的にはパルス信号）にかかるＯＮ期間とＯＦＦ期間の各中心を基準時とする例について説明する。簡単に言えば、上述した「Ａ．基準時を第１相のＯＮ期間の中心とする例」と「Ｂ．基準時を第１相のＯＦＦ期間の中心とする例」を組み合わせる。以下では第１相をＶ相とする場合について説明するが、３相平衡が好ましいので、第１相がＵ相やＷ相の場合でもＶ相と同様に行う。

図１８において、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω１０３と、ＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω１０１がそれぞれ基準時Ｓｖになる。一時ＯＮ期間α１，ｒ２と一時ＯＦＦ期間α２，γ１は、それぞれ基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れるものとする。

ＯＮ期間Ｖonの中心である基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると、電気角ω１０４になる。電気角ω１０４からは、第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

ＯＦＦ期間Ｖoffの中心である基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると、電気角ω１０２になる。電気角ω１０２からは、第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間γ２だけＯＦＦする。

図１９は、図１８と異なる制御例であり、第３相を第２相よりも遅らせる例である。具体的には、一時ＯＮ期間α１よりも一時ＯＦＦ期間α２を遅延期間β１だけ遅らせ、一時ＯＦＦ期間γ１よりも一時ＯＮ期間γ２を遅延期間β２だけ遅らせる。第２相は、第１相の基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れる点で、図１８の制御例と同じである。

図１９において、Ｖ相電圧ＶｖにかかるＯＮ期間Ｖonの中心である電気角ω１１３と、ＯＦＦ期間Ｖoffの中心である電気角ω１１１がそれぞれ基準時Ｓｖになる。

ＯＮ期間Ｖonの中心である基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると、電気角ω１１４になる。電気角ω１１４からは、第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＮ期間α１だけＯＮする。さらに電気角ω１１４から遅延期間β１だけ遅れて、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする。

ＯＦＦ期間Ｖoffの中心である基準時Ｓｖから電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れると、電気角ω１１２になる。電気角ω１１２からは、第２相のＵ相電圧Ｖｕを一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦする。さらに電気角ω１１２から遅延期間β２だけ遅れて、第３相のＷ相電圧Ｖｗを一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする。

ここでは第３相の遅延期間β１、β２の場合を示したが、この場合も先述した様に逆の場合即ち、第２相が第３相に対して遅延する場合も同様である。

図１８，図１９に示す制御例は、３相の各相について、正電圧パルス（すなわち一時ＯＮ期間α１，γ２）および負電圧パルス（すなわち一時ＯＦＦ期間α２，γ１）の対が、ＯＮ期間ＶonとＯＦＦ期間Ｖoffを含む一周期中に２回発生させることができる。１回の電流パルス対の発生は図１０に示すように、トルクτの向上に寄与する。よって、２回の電流パルス対の発生はトルクτの向上をさらに高めることができる。

上述した形態では、所定角度を電気角でｃｏｓ^-1θとした。この形態に代えて、所定角度を電気角でδとするとき、ｃｏｓ^-1θ−３０°≦δ≦ｃｏｓ^-1θ＋３０°の範囲内としてもよい。この範囲内で第２相や第３相を遅らせても、図８に示す電流パルス対を発生させることができる。すなわち、基本波電流が流れる第１相の基準時から所定角度δだけ遅れて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を第２相と第３相に発生させることができる。

上述した実施の形態１によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。

（１）界磁巻線型回転機Ｍは、ステータ１０と、界磁巻線２１を備えるロータ２０と、整流素子Ｄ１と、スイッチング素子Ｑを備え、駆動部６０と、制御部７０とを有する。制御部７０は、矩形波通電を行うとき、第１相のＯＮ期間またはＯＦＦ期間の中心を基準時とし、基準時から電気角でｃｏｓ^-1θを含む所定角度δだけ遅れて、第２相および第３相のＯＦＦ期間中に一時的にＯＮする一時ＯＮ期間α１，γ２を設け、かつ、第３相および第２相のＯＮ期間中に一時的にＯＦＦする一時ＯＦＦ期間α２，γ１を設けて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を発生させる。この構成によれば、基本波電流が流れる第１相の基準時から所定角度δだけ遅れて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を第２相と第３相に発生させる。誘起された電流パルス対によって固定子巻線１２に励磁磁束を生じさせ、第２相と第３相とで有意差を与えて界磁巻線２１を励磁することができる。そのため、矩形波通電のときでも固定子巻線１２から界磁巻線２１を励磁して、さらに性能を高めることができる。

（２）一時ＯＮ期間α１，γ２および一時ＯＦＦ期間α２，γ１は、第１相の一周期に対して０．５〜１０％である。この構成によれば、第１相の固定子巻線１２に流れる基本波電流に大きな影響を与えず、かつ、界磁巻線２１を確実に励磁することができる。

（３）所定角度δは、ｃｏｓ^-1θ−３０°≦δ≦ｃｏｓ^-1θ＋３０°を満たす。この範囲内の所定角度δで電圧パルス対を設けると、矩形波通電または過変調通電のときでも確実に電流パルス対を発生させることができる。

（４）一時ＯＮ期間α１，γ２および一時ＯＦＦ期間α２，γ１のうちで一方の期間の始期は、他方の期間の始期から遅延期間β１，β２だけ遅れる。この構成によれば、第１相の固定子巻線１２に流れる基本波電流に対し、有意差のある電流パルス対を作る事ができる。したがって、矩形波通電のときでも固定子巻線１２から界磁巻線２１を励磁して、さらに性能を高めることができる。

（５）制御部７０は、３相の各相について、正電圧パルス（すなわち一時ＯＮ期間α１，γ２）および負電圧パルス（すなわち一時ＯＦＦ期間α２，γ１）の対が、ＯＮ期間ＶonとＯＦＦ期間Ｖoffを含む一周期中に１回または２回発生するように制御する。この構成によれば、１回または２回の回数を選択することで、回転速度に応じて界磁巻線２１を励磁する励磁量や電流量を調節することができる。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図２０〜図２２を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図２０は、実施の形態１の図３に代わる構成であり、界磁巻線型回転機Ｍを駆動制御するための構成を示す。図３と相違するのは、界磁回路に容量素子Ｃ１を備える点と、界磁巻線２１を界磁巻線２１ａ，２１ｂに分けた点である。制御部７０から駆動部６０に出力する制御信号は、実施の形態１と同じであるので、図示および説明を省略する。

容量素子Ｃ１は、一端を界磁巻線２１の途中に接続し、他端を整流素子Ｄ１の端子（具体的にはアノード端子）に接続する。容量素子Ｃ１の一端を界磁巻線２１の途中に接続するには、界磁巻線２１を二つに分ける必要があるために界磁巻線２１ａ，２１ｂを備える。すなわち、容量素子Ｃ１の一端は界磁巻線２１ａと界磁巻線２１ｂの間に接続する。

図２１，図２２には界磁巻線２１ａ，２１ｂの構成を示す。図２１の構成は、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ｂを集中巻きし、さらに界磁巻線２１ｂの外側に界磁巻線２１ａを集中巻きする。図示を省略するが、主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ａを集中巻きし、さらに界磁巻線２１ａの外側に界磁巻線２１ｂを集中巻きしてもよい。

図２２の構成は、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して径方向にずらして、界磁巻線２１ａ，２１ｂを集中巻きする。図２２では、主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ａを径方向の外径側（すなわちステータ１０に接近する側）に集中巻きし、界磁巻線２１ｂを径方向の内径側（すなわちステータ１０と離反する側）に集中巻きしている。図示を省略するが、主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ｂを径方向の外径側に集中巻きし、界磁巻線２１ａを径方向の内径側に集中巻きしてもよい。

図示を省略するが、図２１，図２２の構成に代えて、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ａ，２１ｂを二線巻きによって集中巻きしてもよい。二線巻きは、界磁巻線２１ａ，２１ｂを束ねて主磁極部２２ａに巻く方法である。

上述した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができるとともに、次の作用効果を得ることができる。

（６）界磁巻線２１は、一極（すなわち主磁極部２２ａ）ごとに集中巻きされる。一端を界磁巻線２１の途中に接続し、他端を整流素子Ｄ１の端子に接続する容量素子Ｃ１を有する。この構成によれば、界磁巻線２１に相当する界磁巻線２１ａ，２１ｂに流れる電流で打ち消す電圧分を容量素子Ｃ１に蓄え、電位方向が変わった時に放電して有効利用することができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図２３〜図２６を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図２３，図２４は、実施の形態１の図２に代わるロータ２０の構成である。図２と相違するのは、ロータコア２２に第１凸状部位として設けられる主磁極部２２ａのほかに、第２凸状部位として設けられる補磁極部２２ｂを有する点である。主磁極部２２ａが磁極として機能するので、主磁極部２２ａと補磁極部２２ｂは周方向に交互に設けられる。補磁極部２２ｂは「補極」や「補助極」とも呼ばれる。

補磁極部２２ｂは、主磁極部２２ａよりも周方向に狭くして設けられ、磁石が設けられる。補磁極部２２ｂに磁石を設けることによって、極間を跨いで漏れる磁束を抑制できる。磁石は、永久磁石でもよく、巻線による電磁石でもよい。

図２３には、補磁極部２２ｂに永久磁石２２ｍを設けた例を示す。図２３には、ロータ２０が矢印Ａ８方向に回転し、主磁極部２２ａが矢印Ａ６方向に磁化されてＮ極になる場合を示す。補磁極部２２ｂの一方側（すなわち図２３の左側）に設けた永久磁石２２ｍが矢印Ａ５方向に磁化され、他方側（すなわち図２３の右側）に設けた永久磁石２２ｍが矢印Ａ７方向に磁化されるとよい。図示を省略するが、主磁極部２２ａがＳ極になる場合には、図２３とは逆方向に磁化する。要するに、主磁極部２２ａに隣り合う補磁極部２２ｂの極性が反対になればよい。

図２４には、補磁極部２２ｂに巻き付けた補磁極巻線２５を示す。ステータ１０から流れる磁束によって補磁極巻線２５に電流が流れると、補磁極巻線２５の巻き方向に従って補磁極部２２ｂが磁化される。補磁極巻線２５の巻き方向は、主磁極部２２ａに隣り合う補磁極部２２ｂで反対になるようにするとよい。このように巻けば、主磁極部２２ａに隣り合う補磁極部２２ｂの極性が反対になる。

補磁極巻線２５を有するロータ２０は、界磁巻線２１の形態に応じて図２５，図２６にそれぞれ示す界磁回路を構成する。図２５に示す界磁回路は、界磁巻線２１，補磁極巻線２５および整流素子Ｄ１を直列接続する。図２６に示す界磁回路は、界磁巻線２１ａ，２１ｂおよび整流素子Ｄ１を直列接続するとともに、容量素子Ｃ１を並列接続する。この容量素子Ｃ１は、一端を界磁巻線２１の途中である界磁巻線２１ａと界磁巻線２１ｂの間に接続し、他端を整流素子Ｄ１の端子（具体的にはアノード端子）に接続する。整流素子Ｄ１が界磁巻線２１および補磁極巻線２５に流れる電流を規制することによって、主磁極部２２ａおよび補磁極部２２ｂの極性を規制できる。また、図２６に示す容量素子Ｃ１を備えると、界磁巻線２１ａ，２１ｂに流れる電流で打ち消す時に電流をＣ１に蓄えることができ、電位方向が変わった時に放電して有効利用することができる。

上述した実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができるとともに、次の作用効果を得ることができる。

（７）ロータ２０は、ステータ１０に対面するロータコア２２の第１凸状部位である主磁極部２２ａと、第１凸状部位よりも周方向幅を狭くした第２凸状部位である補磁極部２２ｂとを備える。補磁極部２２ｂは、ステータ１０の界磁を打消す方向に磁化される磁石（すなわち永久磁石２２ｍまたは補磁極巻線２５）を有する。ステータ１０の回転界磁によって発生する磁束は概ね主磁極部２２ａを通るが、漏れる磁束もあり界磁巻線２１の位置によって通る磁束量や向きも異なってくる。この構成によれば、補磁極部２２ｂによって極間の境を設け、磁石が極間を跨いで漏れる磁束を抑制する。したがって、極内に磁束を効率良く通し、効果的に界磁電流Ｉｆを得ることができる。

〔実施の形態４〕
実施の形態４は図２７〜図２９を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。

図２７に示す界磁回路は、実施の形態１の図３に示す界磁回路に代わる構成例である。図３と相違するのは、界磁回路に容量素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを備える点と、界磁巻線２１を界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃに分けた点である。制御部７０から駆動部６０に出力する制御信号は、実施の形態１と同じであるので、図示および説明を省略する。

容量素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂは、それぞれ一端を界磁巻線２１の途中に接続し、他端を整流素子Ｄ１の端子（具体的にはアノード端子）に接続する。容量素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂの一端を界磁巻線２１の途中に接続するには、界磁巻線２１を三つに分ける必要があるために界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備える。つまり、容量素子Ｃ１ａの一端は界磁巻線２１ａと界磁巻線２１ｂの間に接続し、容量素子Ｃ１ｂの一端は界磁巻線２１ｂと界磁巻線２１ｃの間に接続する。

図２８，図２９には界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃの構成を示す。図２８の構成は、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して外側から内側に向かって順番に界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを集中巻きする。界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを外側から内側に向かって巻く順番は、図２８に限らず他の順番で巻いてもよい。

図２９の構成は、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して径方向にずらして、界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを集中巻きする。図２９では、主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ａを径方向の外径側（すなわちステータ１０に接近する側）から内径側（すなわちステータ１０と離反する側）に向かって順番に界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを集中巻きする。界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを内径側から外径側に向かって巻く順番は、図２９に限らず他の順番で巻いてもよい。

図示を省略するが、図２８，図２９の構成に代えて、ロータコア２２の主磁極部２２ａに対して界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを三線巻きによって集中巻きしてもよい。三線巻きは、界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを束ねて主磁極部２２ａに巻く方法である。

上述した実施の形態４によれば、実施の形態２と同様の作用効果が得られる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜４に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、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することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜４では、矩形波通電のときに電流パルス対を誘起する構成とした。この形態に代えて、過変調通電（すなわち１≦ｍ＜１．２７または特定の制御における１．１５≦ｍ＜１．２７）のときに電流パルス対を誘起する構成としてもよい。変調率ｍおよび変調形態が相違するに過ぎず、過変調通電でも電流パルス対を誘起するので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、ロータ２０に備える主磁極部２２ａの数を８とした。この形態に代えて、ロータ２０に設けられる限り、２以上の主磁極部２２ａを設けてもよい。すなわち、主磁極部２２ａの数は界磁巻線型回転機Ｍの機能や定格等に応じて設定してよい。極数の相違に過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、直流電源５０は二次電池とした。この形態に代えて、要求される電力を供給できれば、一次電池でもよく、二次電池と一次電池を組み合わせてもよい。要求される電力に応じて二次電池と一次電池を切り替える構成としてもよい。一次電池は、例えば太陽電池，燃料電池，金属空気電池などが該当する。電力の供給源が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、外部装置はＥＣＵとした。この形態に代えて、外部装置は車両に搭載されるか否かを問わず、内部通信回線または外部通信回線を介して接続されるコンピュータや処理装置としてもよい。あるいは外部装置を不要とし、制御部７０が指令信号に相当する情報を内部に記録しており、自立的に制御信号を出力する構成としてもよい。外部装置の構成や指令信号の有無が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、ステータ１０を外径側に配置し、ロータ２０を内径側に配置するインナーロータ型の界磁巻線型回転機Ｍとした。この形態に代えて、ステータ１０を内径側に配置し、ロータ２０を外径側に配置するアウターロータ型の界磁巻線型回転機Ｍとしてもよい。ステータ１０とロータ２０の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、複数相の固定子巻線１２をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相とし、巻線形態を分布巻きとした。この形態に代えて、名称が異なる３相（例えばＸ相，Ｙ相，Ｚ相やＡ相，Ｂ相，Ｃ相など）としてもよく、ステータ１０に設けられる限りにおいて４相以上としてもよい。４相以上の固定子巻線１２では、基準となる１相（以下では「基準相」と呼ぶ）を「第１相」とし、残りの相のうちで２相を「第２相」および「第３相」としてもよく、基準相以外の全相を「第２相」，「第３相」，「第４相」，…としてもよい。すなわち、電流パルス対を２相以上で発生させてもよい。また、分布巻き以外の巻線形態、例えば全節巻き，集中巻き，短節巻きのいずれかとしてもよい。名称，相数，巻線形態が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１の図１２では、第１相の基準時から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて第２相を一時ＯＮ期間α１だけＯＮし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相を一時ＯＦＦ期間α２だけＯＦＦする構成とした。同じく図１７では、第１相の基準時から電気角でｃｏｓ^-1θだけ遅れて第２相を一時ＯＦＦ期間γ１だけＯＦＦし、さらに遅延期間βだけ遅れて第３相を一時ＯＮ期間γ２だけＯＮする構成とした。これらの構成に代えて、電流パルス対が同時に現れるように、タイミングを調整してよい。また、第２相と第３相を入れ替えてもよい。固定子巻線１２が４相以上であれば、第２相または第３相に代えて（あるいは加えて）、第４相を含む他の相で行ってもよい。こうすることで、電流パルス対が同時に発生して磁界φｐが強くなり、トルクτも高まる。したがって、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態２の図２０では界磁回路に一つの容量素子Ｃ１を備え、実施の形態４の図２７では界磁回路に二つの容量素子Ｃ１ａ，Ｃ１ｂを備えた。この形態に代えて、ロータ２０に設けられる限りにおいて、三つ以上の容量素子を備えてもよい。容量素子の数が相違するに過ぎないので、実施の形態２，４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態３に含まれる図２４では、一つの界磁巻線２１を備えた。この形態に代えて、実施の形態２に含まれる図２１，図２２に示すように二つの界磁巻線２１ａ，２１ｂを備えてもよい。また、実施の形態４の図２８，図２９に示すように三つの界磁巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えてもよい。すなわち、主磁極部２２ａに巻ける限りにおいて、一以上の界磁巻線を設けてよい。界磁巻線の数が相違するに過ぎないので、実施の形態２，４と同様の作用効果が得られる。

上述した実施の形態１〜４では、ロータ２０はロータコア２２に複数の主磁極部２２ａを備えた凸極構造の凸極型ロータとした。この形態に代えて、ロータ２０をランデル構造のランデル型ロータとしてもよい。図示を省略するランデル型ロータは、界磁巻線２１と、円筒状のボス部と、複数の爪極部とを有する。ボス部は、界磁巻線２１が巻かれる。複数の爪極部は、それぞれボス部の軸方向両端から周方向に向かって所定ピッチで突出するとともに、軸方向相手側へ向けて周方向に交互に延びる。ランデル型ロータであっても、固定子巻線１２に励磁磁束を生じさせ、第２相と第３相とで有意差を与えて界磁巻線２１を励磁することができる。そのため、矩形波通電または過変調通電のときでも固定子巻線１２から界磁巻線２１を励磁して、さらに性能を高めることができる。ロータ２０の構造が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜４と同様の作用効果が得られる。

Ｍ…界磁巻線型回転機、１０…ステータ、１１…ステータコア、１２…固定子巻線、２０…ロータ、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…界磁巻線、２２…ロータコア、２２ａ…主磁極部、２２ｂ…補磁極部、２２ｍ…永久磁石、２３…シャフト、２４…被検出部、２５…補磁極巻線、３０…ハウジング、４０…回転センサ、５０…直流電源、６０…駆動部、７０…制御部、８０…電流センサ、Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２…容量素子、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…整流素子、Ｑ…スイッチング素子、Ｉｕ…Ｕ相電流、Ｉｖ…Ｖ相電流、Ｉｗ…Ｗ相電流、Ｉｕｐ，Ｉｖｐ，Ｉｗｐ…パルス電流、Ｖｕ…Ｕ相電圧、Ｖｖ…Ｖ相電圧、Ｖｗ…Ｗ相電圧、Ｉｆ…界磁電流、α１，γ２…一時ＯＮ期間、α２，γ１…一時ＯＦＦ期間、β，β１，β２…遅延期間、δ…所定角度、φ１，φ２，φｐ…磁界

Claims (8)

1. ３相以上の固定子巻線（１２）が巻かれたステータ（１０）と、
   界磁巻線（２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）が巻かれたロータコア（２２）を備え、前記ステータに対面して回転するロータ（２０）と、
   前記界磁巻線と直列接続され、前記固定子巻線に固定子電流を流して生じる磁界（φ１，φ２，φｐ）によって前記界磁巻線を励磁して流れる界磁電流（Ｉｆ）を一方向に規制する整流素子（Ｄ１）と、
   スイッチング素子（Ｑ）を備え、前記複数相の電力を前記固定子巻線に出力する駆動部（６０）と、
   回転速度に応じて正弦波通電，矩形波通電，過変調通電のうちでいずれかの通電を行うための前記複数相の制御信号を前記駆動部に出力する制御部（７０）と、
   を有して、力率がｃｏｓθである界磁巻線型回転機（Ｍ）において、
   前記制御部は、
   前記矩形波通電または前記過変調通電を行うとき、前記複数相のうちで第１相のＯＮ期間またはＯＦＦ期間の中心を基準時とし、
   前記基準時から電気角でｃｏｓ^-1θを含む所定角度（δ）だけ遅れて、前記複数相のうちで前記第１相とは異なる第２相のＯＦＦ期間中に一時的にＯＮする一時ＯＮ期間（α１，γ２）を設け、かつ、前記複数相のうちで前記第１相および前記第２相とは異なる第３相のＯＮ期間中に一時的にＯＦＦする一時ＯＦＦ期間（α２，γ１）を設けて、電流パルス対を誘起する電圧パルス対を発生させる界磁巻線型回転機。
2. 前記一時ＯＮ期間の長さと前記一時ＯＦＦ期間の長さは、それぞれ前記第１相の一周期に対して０．５〜１０％である請求項１に記載の界磁巻線型回転機。
3. 前記所定角度（δ）は、ｃｏｓ^-1θ−３０°≦δ≦ｃｏｓ^-1θ＋３０°を満たす請求項１または２に記載の界磁巻線型回転機。
4. 前記一時ＯＮ期間および前記一時ＯＦＦ期間のうちで一方の期間の始期は、他方の期間の始期から遅延期間（β，β１，β２）だけ遅れる請求項１から３のいずれか一項に記載の界磁巻線型回転機。
5. 前記制御部は、正電圧パルス（α１，γ２）と負電圧パルス（α２，γ１）の対が相当たり電気角の一周期中に１回または２回発生するように制御する請求項１から４のいずれか一項に記載の界磁巻線型回転機。
6. 一端を前記界磁巻線の途中に接続し、他端を前記整流素子の端子に接続する容量素子（Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ）を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の界磁巻線型回転機。
7. 前記ロータは、
   前記界磁巻線が一極毎に集中巻きされた凸極型ロータと、
   前記界磁巻線が巻かれるボス部と、前記ボス部の端部から延びる複数の爪極部とを備えて、前記爪極部をＮ極またはＳ極とするランデル型ロータと、
   のいずれかである請求項１から６のいずれか一項に記載の界磁巻線型回転機。
8. 前記ロータは、前記ステータに対面する前記ロータコアの第１凸状部位である主磁極部（２２ａ）と、前記第１凸状部位よりも周方向幅を狭くした第２凸状部位である補磁極部（２２ｂ）とを備え、
   前記補磁極部は、前記ステータの界磁を打消す方向に磁化される磁石（２２ｍ，２５）を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の界磁巻線型回転機。

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