JP2018117448A - 回転電機システム - Google Patents

Abstract

【課題】状況に応じた適切な制御を行うことによって、損失を抑えて効率を向上させることができる回転電機システムを提供する。【解決手段】制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、バイパススイッチ１３２をオン状態にし、降圧コンバータ回路１３０の動作を停止させる。そして、電圧形インバータ回路１３１がバイパススイッチ１３２を介してバッテリ１１から供給される直流を３相交流に変換するように、電圧形インバータ回路１３１を制御する。そのため、降圧コンバータ回路１３０を動作させることなく、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に３相交流を供給することができる。従って、降圧コンバータ回路１３０の損失を抑えて効率を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機と、直流を交流に変換して回転電機に供給する電力変換装置とを備えた回転電機システムに関する。

従来、回転電機と、直流を交流に変換して回転電機に供給する電力変換装置とを備えた回転電機システムとして、例えば以下に示す特許文献１に開示されている回転電機システムがある。

特許文献１の回転電機システムは、ブラシレスＤＣモータと、１つの降圧コンバータ回路と、１つの電圧形インバータ回路とを備えている。ブラシレスＤＣモータが、回転電機に相当する。降圧コンバータ回路及び電圧形インバータ回路が、電力変換装置に相当する。

ブラシレスＤＣモータは、１つの３相巻線を有している。降圧コンバータ回路は、出力電流が所定電流になるように制御され、直流電源から供給される直流を降圧して出力する。電圧形インバータ回路は、降圧コンバータ回路から供給される直流を３相交流に変換して３相巻線に供給する。つまり、降圧コンバータ回路及び電圧形インバータ回路は、電流形インバータ回路として機能し、直流電源から供給される直流を３相交流に変換して回転電機に供給する。そのため、３相巻線のインピーダンスが非常に小さく、３相巻線に供給する電圧を制御することによって流れる電流を制御することが困難な場合であっても、３相巻線に流れる電流を適切に制御することができる。

特許第３２７８１８８号公報

ところで、回転電機は、回転速度が上昇するに従って逆起電圧も上昇する。回転電機の逆起電圧が高くなると、直流電源電圧から逆起電圧が差し引かれることで３相巻線に加わる電圧が小さくなり、降圧コンバータ回路を用いなくても、電圧形インバータ回路によって３相巻線に流れる電流を制御できるようになる。

しかし、前述した回転電機システムでは、逆起電圧の大きさに関係なく、常に降圧コンバータ回路を動作させている。そのため、回転電機システムの損失が大きくなり、効率が低下してしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、状況に応じた適切な制御を行うことによって、損失を抑えて効率を向上させることができる回転電機システム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本発明は、少なくとも１つの多相巻線を有する回転電機と、直流電源と、多相巻線毎に設けられ、直流電源から供給される直流を交流に変換して回転電機に供給する電力変換装置と、電力変換装置を制御する制御装置と、を備えた回転電機システムであって、電力変換装置は、直流電源から供給される直流を降圧する降圧コンバータ回路と、降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換して回転電機に供給する電圧形インバータ回路と、降圧コンバータ回路の入力端と出力端の間に接続されるバイパススイッチと、を有し、制御装置は、回転電機の逆起電圧が閾値電圧未満の場合、バイパススイッチをオフ状態にし、降圧コンバータ回路の出力電流が所定電流になり、降圧コンバータ回路が直流電源から供給される直流を降圧するように降圧コンバータ回路を制御するとともに、電圧形インバータ回路が降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路を制御し、回転電機の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、バイパススイッチをオン状態にし、降圧コンバータ回路の動作を停止させ、電圧形インバータ回路がバイパススイッチを介して直流電源から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路を制御する。

回転電機は、回転速度が上昇するに従って逆起電圧も上昇する。回転電機の逆起電圧が高くなると、多相巻線に加わる電圧が小さくなり、降圧コンバータ回路を用いなくても、電圧形インバータ回路によって多相巻線に流れる電流を制御できるようになる。この構成によれば、電力変換装置は、降圧コンバータ回路の入力端と出力端の間に接続されるバイパススイッチを備えている。制御装置は、回転電機の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、バイパススイッチをオン状態にし、降圧コンバータ回路の動作を停止させる。そして、電圧形インバータ回路がバイパススイッチを介して直流電源から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路を制御する。そのため、降圧コンバータ回路を動作させることなく、電圧形インバータ回路から回転電機に交流を供給することができる。従って、降圧コンバータ回路の損失を抑えて効率を向上させることができる。

第１実施形態の回転電機システムの回路図である。 第１実施形態の回転電機システムの動作を説明するための各部の波形図である。 第１実施形態における第１変形形態の回転電機システムの回路図である。 第１実施形態における第２変形形態の回転電機システムの回路図である。 第１実施形態における第３変形形態の回転電機システムの回路図である。 第２実施形態の回転電機システムの回路図である。 第３実施形態の回転電機システムの回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態の回転電機システムについて説明する。

図１に示す回転電機システム１は、バッテリ１１から供給される直流を交流に変換して回転電機１０に供給し、回転電機１０にトルクを発生させるシステムである。回転電機システム１は、回転電機１０と、バッテリ１１と、コンデンサ１２と、電力変換装置１３と、電流センサ１５と、制御装置１７とを備えている。

回転電機１０は、交流が供給されることでトルクを発生する機器である。回転電機１０は、３相巻線１００と、回転センサ１０２とを備えている。

３相巻線１００は、３相交流が供給されることで磁束を発生する部材である。３相巻線１００は、相巻線１００ａ〜１００ｃをＹ結線して構成されている。相巻線１００ａ〜１００ｃの一端は共通接続され、他端は電力変換装置１３にそれぞれ接続されている。図示を省略しているが、３相巻線１００は、回転電機１０の固定子に設けられている。

回転センサ１０２は、回転電機１０の回転角度及び回転速度を検出するセンサである。図示を省略しているが、回転電機１０の回転子の回転角度及び回転速度を検出するセンサである。具体的には、回転角度及び回転速度に応じた３種類のパルス信号を出力するセンサである。３種類のパルス信号のレベルによって回転角度を検出することができる、また、パルス信号の周波数によって回転速度を検出することができる。回転センサ１０２は、回転子の回転角度及び回転速度を検出できるように配置されている。回転センサ１０２の出力端は、制御装置１７に接続されている。

バッテリ１１は、直流を供給する直流電源である。バッテリ１１の正極端及び負極端は、コンデンサ１２にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１２は、バッテリ１１から供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１２の一端はバッテリ１１の正極端に、他端はバッテリ１１の負極端にそれぞれ接続されている。

電力変換装置１３は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧し、さらに３相交流に変換して３相巻線１００に供給する装置である。電力変換装置１３は、降圧コンバータ回路１３０と、電圧形インバータ回路１３１と、バイパススイッチ１３２と、ダイオード１３３とを備えている。

降圧コンバータ回路１３０は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧する回路である。降圧コンバータ回路１３０は、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂと、リアクトル１３０ｃと、コンデンサ１３０ｄとを備えている。

ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂは、スイッチングすることでリアクトル１３０ｃにエネルギーを蓄積又は蓄積したエネルギーをリアクトル１３０ｃから放出させるコンバータ用スイッチング素子である。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂは、直列接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３０ａのソースが、ＦＥＴ１３０ｂのドレインに接続されている。ＦＥＴ１３０ａのドレインはコンデンサ１２の一端に、ＦＥＴ１３０ｂのソースはコンデンサ１２の他端にそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの直列接続点は、リアクトル１３０ｃに接続されている。ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのゲートは、制御装置１７にそれぞれ接続されている。

リアクトル１３０ｃは、エネルギーを蓄積又は蓄積されたエネルギーを放出する素子である。リアクトル１３０ｃの一端はＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの直列接続点に、他端はコンデンサ１３０ｄにそれぞれ接続されている。

コンデンサ１３０ｄは、降圧された直流を平滑化する素子である。コンデンサ１３０ｄの一端はリアクトル１３０ｃの他端に、他端はＦＥＴ１３０ｂのソースにそれぞれ接続されている。

電圧形インバータ回路１３１は、降圧コンバータ回路１３０から供給される降圧された直流を３相交流に変換して３相巻線１００に供給する回路である。電圧形インバータ回路１３１は、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを備えている。

ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆは、スイッチングすることで直流を３相交流に変換するインバータ用スイッチング素子である。ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂ、ＦＥＴ１３１ｃ、１３１ｄ及びＦＥＴ１３１ｅ、１３１ｆは、それぞれ直列接続されている。直列接続された３組のＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂ、ＦＥＴ１３１ｃ、１３１ｄ及びＦＥＴ１３１ｅ、１３１ｆは、並列接続され、降圧コンバータ回路１３０に接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅのソースが、ＦＥＴ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆのドレインにそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｅのドレインは共通接続されてコンデンサ１３０ｄの一端に、ＦＥＴ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆのソースは共通接続されてコンデンサ１３０ｄの他端にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＦＥＴ１３１ａ、１３１ｂ、ＦＥＴ１３１ｃ、１３１ｄ及びＦＥＴ１３１ｅ、１３１ｆの直列接続点は、３相巻線１００にそれぞれ接続されている。具体的には、相巻線１００ａ、１００ｂ、１００ｃの他端にそれぞれ接続されている。

バイパススイッチ１３２は、降圧コンバータ回路１３０の入力端と出力端の間に接続され、入力端と出力端を接続、又は、入力端と出力端を切断する素子である。バイパススイッチ１３２は、降圧コンバータ回路１３０の入力端と出力端を接続することで、バッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流を供給する。バイパススイッチ１３２は、ＦＥＴ１３２ａを備えている。ＦＥＴ１３２ａは、寄生ダイオード１３２ｂを有するバイパス用スイッチング素子である。寄生ダイオード１３２ｂのアノードはＦＥＴ１３２ａのソースにカソードはＦＥＴ１３２ａのドレインにそれぞれ接続されている。ＦＥＴ１３２ａのソースは、降圧コンバータ回路１３０の正極側の出力端であるコンデンサ１３０ｄの一端に、カソードは降圧コンバータ回路１３０の正極側の入力端であるＦＥＴ１３０ａのドレインにそれぞれ接続されている。

ダイオード１３３は、降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流す素子である。具体的には、寄生ダイオード１３２ｂである。ダイオード１３３のアノードは降圧コンバータ回路１３０の出力端であるコンデンサ１３０ｄの一端に、カソードは降圧コンバータ回路１３０の入力端であるＦＥＴ１３０ａのドレインにそれぞれ接続されている。

電流センサ１５は、降圧コンバータ回路１３０の出力電流を検出するセンサである。電流センサ１５は、降圧コンバータ回路１３０と電圧形インバータ回路１３１を接続する配線に設けられている。具体的には、コンデンサ１３０ｄとＦＥＴ１３１ｂ、１３１ｄ、１３１ｆを接続する配線に設けられている。電流センサ１５の出力端は、制御装置１７に接続されている。

制御装置１７は、外部装置から入力される指令、回転センサ１０２及び電流センサ１５の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、電圧形インバータ回路１３１及びバイパススイッチ１３２を制御する装置である。

制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満の場合、バイパススイッチ１３２をオフ状態にする。そして、外部装置から入力される指令及び電流センサ１５の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０の出力電流が所定電流になり、降圧コンバータ回路１３０がバッテリ１１から供給される直流を降圧するように降圧コンバータ回路１３０を制御する。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂを所定タイミングで相補的にスイッチングさせる。さらに、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１が降圧コンバータ回路１３０から供給される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。具体的には、通電角が１２０度である１２０度矩形波通電になるように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動する。ここで、１２０度矩形波通電とは、電気角で１２０度の区間が正負交互に矩形波状に通電される周知の通電方式のことである。

一方、回転電機の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、制御装置１７は、バイパススイッチ１３２をオン状態にし、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのスイッチング動作を停止させ、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａをオン状態にする。そして、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１が、バイパススイッチ１３２を介してバッテリ１１から供給される直流、及び、ＦＥＴ１３０ａ及びリアクトル１３０ｃを介してバッテリ１１から供給される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。その際、制御装置１７は、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角を調整して電流を制御する。具体的には、通電角が１２０度より小さい矩形波通電になるように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動する。また、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角内において非通電期間を設けて電圧を制御する。

回転電機１０の逆起電圧が高くなると、３相巻線１００に加わる電圧が小さくなり、降圧コンバータ回路１３０を用いなくても、電圧形インバータ回路１３１によって３相巻線１００に流れる電流を制御できるようになる。閾値電圧は、降圧コンバータ回路１３０を用いなくても、電圧形インバータ回路１３１によって３相巻線１００に流れる電流を制御することができる回転電機１０の逆起電圧値に設定されている。

制御装置１７は、回転センサ１０２の出力端及び電流センサ１５の出力端にそれぞれ接続されている。また、降圧コンバータ回路１３０及び電圧形インバータ回路１３１に接続されている。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、１３１ａ〜１３１ｆのゲートにそれぞれ接続されている。

制御装置１７は、逆起電圧判定回路１７０と、駆動回路１７３とを備えている。

逆起電圧判定回路１７０は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上であるか否かを判定し、判定結果に応じた信号を駆動回路１７３に出力する回路である。回転電機１０の逆起電圧は、回転電機１０の回転速度に比例する。具体的には、逆起電圧判定回路１７０は、回転電機１０の回転速度が、逆起電圧が閾値電圧になる回転速度以上であるか否かを判定し、判定結果に応じた信号を駆動回路１７３に出力する回路である。逆起電圧判定回路１７０は、Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａと、基準電源１７０ｂと、コンパレータ１７０ｃとを備えている。

Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａは、回転センサ１０２の出力するパルス信号をその周波数に応じた電圧に変換し、コンパレータ１７０ｃに出力する回路である。つまり、回転電機１０の回転速度に応じた電圧をコンパレータ１７０ｃに出力する回路である。Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａの入力端は回転センサ１０２の出力端に、出力端はコンパレータ１７０ｃにそれぞれ接続されている。

基準電源１７０ｂは、回転電機１０の回転速度が、逆起電圧が閾値電圧になる閾値回転速度Ｎｔｈ以上であるか否かを判定するための基準となる電圧を出力する電源である。基準電源１７０ｂはコンパレータ１７０ｃに接続されている。

コンパレータ１７０ｃは、Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａの出力が基準電源１７０ｂの電圧以上であるか否かを判定し、判定結果に応じた信号を駆動回路１７３に出力する回路である。コンパレータ１７０ｃは、Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａの出力が基準電源１７０ｂの電圧以上である場合、ハイレベルの信号を出力する。一方、Ｆ／Ｖ変換回路１７０ａの出力が基準電源１７０ｂの電圧未満である場合、ローレベルの信号を出力する。つまり、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上である場合、ハイレベルの信号を、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満である場合、ローレベルの信号を出力する。コンパレータ１７０ｃの非反転入力端はＦ／Ｖ変換回路１７０ａの出力端に、反転入力端は基準電源１７０ｂに、出力端は駆動回路１７３にそれぞれ接続されている。

駆動回路１７３は、コンパレータ１７０ｃの出力に基づいてＦＥＴ１３２ａをオン状態又はオフ状態にする回路である。駆動回路１７３は、コンパレータ１７０ｃの出力がハイレベルの場合、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にする。一方、コンパレータ１７０ｃの出力がローレベルの場合、ＦＥＴ１３２ａをオフ状態にする。つまり、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上である場合、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にし、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満である場合、ＦＥＴ１３２ａをオフ状態にする。駆動回路１７３の入力端はコンパレータ１７０ｃの出力端に、出力端はＦＥＴ１３２ａのゲートにそれぞれ接続されている。

コンデンサ１２、電力変換装置１３、電流センサ１５及び制御装置１７は、回転電機１０に固定され、一体化されている。

次に、図１及び図２を参照して第１実施形態の回転電機システムの動作について説明する。

図２に示すように、回転電機１０の回転速度が閾値回転速度Ｎｔｈ未満である場合、図１に示すコンパレータ１７０ｃはローレベルの信号を出力する。駆動回路１７３は、コンパレータ１７０ｃの出力がローレベルであるため、ＦＥＴ１３２ａをオフ状態にする。ＦＥＴ１３２ａがオフ状態であるため、ＦＥＴ１３２ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流が供給されることはない。

この場合、制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び電流センサ１５の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０の出力電流が所定電流になり、降圧コンバータ回路１３０がバッテリ１１から供給される直流を降圧するように、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂを所定タイミングで相補的にスイッチングさせる。その結果、降圧コンバータ回路１３０は、所定電流を出力するとともに、バッテリ１１から供給される直流を降圧して出力する。

さらに、制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１が降圧コンバータ回路１３０から供給される降圧される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動する。具体的には、１２０度矩形波通電になるように駆動する。その結果、電圧形インバータ回路１３１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による３相交流電流を３相巻線１００に供給する。

ダイオード１３３は、降圧コンバータ回路１３０の出力電圧が入力電圧より高くなった場合、降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流して出力電圧の上昇を抑える。

３相巻線１００は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による３相交流電流が供給されることで、磁束を発生する。その結果、回転電機１０はトルクを発生する。

図２に示すように、回転電機１０の回転速度が上昇し、時刻ｔ１で閾値回転速度Ｎｔｈになると、図１に示すコンパレータ１７０ｃはハイレベルの信号を出力する。駆動回路１７３は、コンパレータ１７０ｃの出力がハイレベルのであるため、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にする。その結果、ＦＥＴ１３２ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流が供給されるようになる。

この場合、制御装置１７は、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのスイッチング動作を停止させ、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａをオン状態にする。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの相補的なスイッチングを停止させ、ＦＥＴ１３０ａをオン状態にする。その結果、ＦＥＴ１３０ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流が供給されるようになる。

制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１が、ＦＥＴ１３２ａを介してバッテリ１１から供給される直流、及び、ＦＥＴ１３０ａ及びリアクトル１３０ｃを介してバッテリ１１から供給される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するようにＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動する。その際、制御装置１７は、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角を調整して電流を制御する。具体的には、通電角が１２０度より小さい矩形波通電になるように駆動する。例えば、１１０度の矩形波通電になるように制御する。また、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角内において非通電期間を設けて電圧を制御する。例えば１１０度の通電角内の中央付近において、所定幅の非通電期間を設ける。その結果、電圧形インバータ回路１３１は、回転電機１０の回転角度に応じた３相交流電流を３相巻線１００に供給する。

３相巻線１００は、回転電機１０の回転角度に応じた３相交流電流が供給されることで、磁束を発生する。その結果、回転電機１０は、継続してトルクを発生する。

次に第１実施形態の回転電機システムの効果について説明する。

第１実施形態によれば、回転電機システム１は、３相巻線１００を有する回転電機１０と、バッテリ１１と、３相巻線１００に対して設けられ、バッテリ１１から供給される直流を３相交流に変換して回転電機１０に供給する電力変換装置１３と、電力変換装置１３を制御する制御装置１７とを備えている。電力変換装置１３は、バッテリ１１から供給される直流を降圧する降圧コンバータ回路１３０と、降圧コンバータ回路１３０から供給される直流を３相交流に変換して回転電機１０に供給する電圧形インバータ回路１３１と、降圧コンバータ回路１３０の入力端と出力端の間に接続されるバイパススイッチ１３２と、を有している。

制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満の場合、バイパススイッチ１３２をオフ状態にする。そして、降圧コンバータ回路１３０の出力電流が所定電流になり、降圧コンバータ回路１３０がバッテリ１１から供給される直流を降圧するように降圧コンバータ回路１３０を制御するとともに、電圧形インバータ回路１３１が降圧コンバータ回路１３０から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。一方、回転電機の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、バイパススイッチ１３２をオン状態にし、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのスイッチング動作を停止させる。そして、電圧形インバータ回路１３１がバイパススイッチ１３２を介してバッテリ１１から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。

回転電機１０は、回転速度が上昇するに従って逆起電圧も上昇する。回転電機１０の逆起電圧が高くなると、３相巻線１００に加わる電圧が小さくなり、降圧コンバータ回路１３０を用いなくても、電圧形インバータ回路１３１によって３相巻線１００に流れる電流を制御できるようになる。電力変換装置１３は、降圧コンバータ回路１３０の正極側の入力端と正極側の出力端の間に接続されるバイパススイッチ１３２を備えている。制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、バイパススイッチ１３２をオン状態にし、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂのスイッチング動作を停止させる。そして、電圧形インバータ回路１３１がバイパススイッチ１３２を介してバッテリ１１から供給される直流を３相交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。そのため、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂをスイッチング動作させることなく、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に電流を制御しながら３相交流を供給することができる。従って、降圧コンバータ回路１３０によるＦＥＴのスイッチング損失を抑えて効率を向上させることができる。

第１実施形態によれば、降圧コンバータ回路１３０は、一端が入力端に、他端がリアクトル１３０ｃを介して出力端にそれぞれ接続されるＦＥＴ１３０ａを有している。制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、ＦＥＴ１３０ａをオン状態にし、ＦＥＴ１３０ａ及びリアクトル１３０ｃを介してバッテリ１１から供給される直流を交流に変換するように電圧形インバータ回路１３１を制御する。そのため、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、ＦＥＴ１３２ａだけでなく、ＦＥＴ１３０ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流を供給することができる。つまり、バッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流を供給する経路を増やすことができる。その結果、それぞれの経路を流れる電流を減らすことができる。これにより、ＦＥＴ１３２ａだけを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流を供給する場合に比べ、電流が流れる経路における損失を抑えることができる。

第１実施形態によれば、電力変換装置１３は、降圧コンバータ回路１３０の入力端と出力端の間に、出力端から入力端に向かって電流が流れるように接続されたダイオード１３３を有している。そのため、電圧形インバータ回路１３１のＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆのスイッチングに起因して、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きくなっても、ダイオード１３３を介して降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流すことができる。従って、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧上昇が抑えられ、降圧コンバータ回路１３０及び電圧形インバータ回路１３１の破損を防止することができる。

第１実施形態によれば、バイパススイッチ１３２は、寄生ダイオード１３２ｂを有するＦＥＴ１３２ａである。ダイオード１３３は、寄生ダイオード１３２ｂである。そのため、ダイオード１３３として別のダイオードをわざわざ設ける必要がない。従って、電力変換装置１３の構成を簡素化することができる。

第１実施形態によれば、制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角を調整する。そのため、バッテリ１１からバイパススイッチ１３２を介して電圧形インバータ回路１３１に直流が供給される場合であっても、回転電機１０に供給される電流を制御することができる。

第１実施形態によれば、制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角内において非通電期間を設ける。そのため、バッテリ１１からバイパススイッチ１３２を介して電圧形インバータ回路１３１に直流が供給される場合であっても、回転電機１０に供給される電圧を、バッテリ１１から降圧コンバータ回路１３０を介して電圧形インバータ回路１３１に直流が供給される場合と同様に状態に制御することができる。

第１実施形態によれば、回転電機１０は、相数が３である３相巻線１００を有している。そのため、電力変換装置１３を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路１３１を利用することができる。従って、相数が３の倍数でない多相巻線を複数有している場合に比べ、電力変換装置１３を容易に構成することができる。

第１実施形態によれば、電力変換装置１３及び制御装置１７は、回転電機１０に固定されている。そのため、回転電機システム１を小型化することができる。

なお、第１実施形態では、バイパススイッチ１３２が寄生ダイオード１３２ｂを有するＦＥＴ１３２ａであり、ダイオード１３３が寄生ダイオード１３２ｂである例を挙げているが、これに限られるものではない。図３に示すように、電力変換装置１３がＦＥＴ１３２ａに外付けされる寄生ダイオード１３２ｂより高速の外付けダイオード１３４を有し、ダイオード１３３が寄生ダイオード１３２ｂ及び外付けダイオード１３４であってもよい。外付けダイオード１３４を介して、降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に向かって高速に電流を流すことができる。そのため、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧上昇を即座に抑えることができる。従って、降圧コンバータ回路１３０及び電圧形インバータ回路１３１の破損を確実に防止することができる。

第１実施形態によれば、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、制御装置１７が、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角を調整する例を挙げているが、これに限られるものではない。回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上の場合、制御装置１７は、電圧形インバータ回路１３１から回転電機１０に供給される３相交流の位相を調整するようにしてもよい。３相交流の通電角を調整する場合と同様に、バッテリ１１からバイパススイッチ１３２を介して電圧形インバータ回路１３１に直流が供給される場合であっても、回転電機１０に供給される電流を制御することができる。

第１実施形態では、逆起電圧判定回路１７０によって、回転電機１０の回転速度が、逆起電圧が閾値電圧以上になる回転速度であるか否かを判定する例を挙げているが、これに限られるものではない。逆起電圧判定回路１７０が、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上であるか否かを直接判定するようにしてもよい。矩形波通電の場合、回転電機１０の逆起電圧は、電圧形インバータ回路１３１の入力端で検出することができる。図４に示すように、逆起電圧判定回路１７０は、オペアンプ１７０ｄと、ローパスフィルタ回路１７０ｅと、基準電源１７０ｆと、コンパレータ１７０ｇとによって構成されていてもよい。オペアンプ１７０ｄは、電圧形インバータ回路１３１の入力端に接続され、入力端に現れる回転電機１０の逆起電圧を増幅して出力する。ローパスフィルタ回路１７０ｅは、オペアンプ１７０ｄの出力に含まれる高周波数成分を除去する。基準電源１７０ｆは、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上であるか否かを判定するための、閾値電圧に相当する基準となる電圧を出力する。コンパレータ１７０ｇは、ローパスフィルタ回路１７０ｅの出力が基準電源１７０ｆの電圧より大きい場合、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上であることを示すハイレベルの信号を出力する。一方、ローパスフィルタ回路１７０ｅの出力が基準電源１７０ｆの電圧以下である場合、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満であることを示すローレベルの信号を出力する。これにより、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上であるか否かを直接判定することができる。

第１実施形態では、回転電機１０が３相巻線１００を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。回転電機１０は、３相以外の多相巻線を有していてもよい。その場合、多相巻線の相数は、３の倍数であるとよい。電力変換装置を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路を利用することができる。

第１実施形態では、降圧コンバータ回路１３０がＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、リアクトル１３０ｃ及びコンデンサ１３０ｄによって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。降圧コンバータ回路１３０は、複数の小容量降圧コンバータ回路を並列接続して構成されていてもよい。図５に示すように、降圧コンバータ回路１３０は、ＦＥＴ１３０ｅ、１３０ｆ、リアクトル１３０ｇ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路と、ＦＥＴ１３０ｉ、１３０ｊ、リアクトル１３０ｋ及びコンデンサによって構成される小容量降圧コンバータ回路とを並列接続して構成されていてもよい。ここで、コンデンサ１３０ｈは、２つの小容量降圧コンバータ回路のコンデンサの容量を合成したものである。この場合、電流が、それぞれの小容量コンバータ回路に分散して流れることで、降圧コンバータ回路１３０の発熱を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の回転電機システムについて説明する。第２実施形態の回転電機システムは、第１実施形態の回転電機システムに対して、回転電機の逆起電圧が閾値電圧未満の場合であっても、降圧コンバータ回路の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合には、バイパススイッチを制御するようにしたものである。

第２実施形態の回転電機システムは、降圧コンバータ回路の入出力端の電圧に基づいてバイパススイッチを制御することを除いて第１実施形態の回転電機システムと同一である。そのため、図６を参照して降圧コンバータ回路の入出力端の電圧に基づいてバイパススイッチを制御する構成及び動作についてのみ説明し、他の部分については説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。

まず、図６を参照して、第２実施形態の回転電機システムにおける、降圧コンバータ回路の入出力端の電圧に基づいてバイパススイッチを制御する構成について説明する。

図６に示すように、回転電機システム２は、制御装置１７を備えている。制御装置１７は、第１実施形態と同様の制御を行う。さらに、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満の場合であっても、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合には、バイパススイッチ１３２をオン状態にし、バイパススイッチ１３２を介して出力端から入力端に電流を流す。制御装置１７は、入出力電圧判定回路１７１と、ＯＲ回路１７２とを備えている。

入出力電圧判定回路１７１は、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きいか否かを判定し、判定結果に応じた信号をＯＲ回路１７２に出力する回路である。入出力電圧判定回路１７１は、コンパレータ１７１ａを備えている。

コンパレータ１７１ａは、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きいか否かを判定し、判定結果に応じた信号をＯＲ回路１７２に出力する回路である。コンパレータ１７１ａは降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合、ハイレベルの信号を出力する。一方、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧以下である場合、ローレベルの信号を出力する。コンパレータ１７１ａの非反転入力端は降圧コンバータ回路１３０の出力端であるコンデンサ１３０ｄの一端に、反転入力端は降圧コンバータ回路１３０の入力端であるＦＥＴ１３０ａのドレインに、出力端はＯＲ回路１７２にそれぞれ接続されている。

ＯＲ回路１７２は、コンパレータ１７０ｃとコンパレータ１７１ａの出力の論理和を演算し、演算結果を駆動回路１７３に出力する回路である。ＯＲ回路１７２は、コンパレータ１７０ｃ、１７１ａの少なくともいずれかの出力がハイレベルの場合、ハイレベルの信号を出力する。一方、コンパレータ１７０ｃ、１７１ａの出力がいずれもローレベルの場合、ローレベルの信号を出力する。つまり、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧以上である場合、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合の少なくともいずれかである場合、ハイレベルの信号を出力し、それ以外の場合、ローレベルの信号を出力する。ＯＲ回路１７２の一方の入力端はコンパレータ１７０ｃの出力端に、他方の入力端はコンパレータ１７１ａの出力端に、出力端は駆動回路１７３の入力端にそれぞれ接続されている。

駆動回路１７３は、ＯＲ回路１７２の出力がハイレベルの場合、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にする。一方、ＯＲ回路１７２の出力がローレベルの場合、ＦＥＴ１３２ａをオフ状態にする。

次に、図６を参照して、第２実施形態の回転電機システムにおける、降圧コンバータ回路の入出力端の電圧に基づいてバイパススイッチを制御する動作について説明する。

図６に示す降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合、コンパレータ１７１ａはハイレベルの信号を出力する。ＯＲ回路１７２は、コンパレータ１７１ａの出力がハイレベルであるため、コンパレータ１７０ｃの出力がローレベルであっても、ハイレベルの信号を出力する。駆動回路１７３は、ＯＲ回路１７２の出力がハイレベルであるため、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にする。ＦＥＴ１３２ａは、オン状態になり、降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流して出力電圧の上昇を抑える。つまり、制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満の場合であっても、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合には、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にし、ＦＥＴ１３２ａを介して出力端から入力端に電流を流して出力電圧の上昇を抑える。

次に、第２実施形態の回転電機システムの効果について説明する。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同一構成を有することにより、その同一構成に対応した同様の効果を得ることができる。

第２実施形態によれば、制御装置１７は、回転電機１０の逆起電圧が閾値電圧未満の場合であっても、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合には、ＦＥＴ１３２ａをオン状態にする。そのため、電圧形インバータ回路１３１のＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆのスイッチングに起因して、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧が入力端の電圧より大きくなっても、ＦＥＴ１３２ａを介して降圧コンバータ回路１３０の出力端から入力端に電流を流すことができる。従って、降圧コンバータ回路１３０の出力端の電圧上昇が抑えられ、降圧コンバータ回路１３０及び電圧形インバータ回路１３１の破損を防止することができる。しかも、寄生ダイオード１３２ｂを介して電流を流す場合に比べ、損失を抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の回転電機システムについて説明する。第３実施形態の回転電機システムは、第１実施形態の回転電機システムが１つの３相巻線を有する回転電機を駆動するものであるのに対して、２つの３相巻線を有する回転電機を駆動するように降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路及びバイパススイッチを追加するとともに、それに伴って制御の仕方を一部変更したものである。

第３実施形態の回転電機システムは、追加された３相巻線、降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路、バイパススイッチ、及び、一部変更された制御の仕方を除いて第１実施形態の回転電機システムと同一である。そのため、図７を参照して追加された３相巻線、降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路、バイパススイッチ、及び、一部変更された制御の仕方についてのみ説明し、他の部分については説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。

まず、図７を参照して、第３実施形態の回転電機システムにおける、追加された３相巻線、降圧コンバータ回路、電圧形インバータ回路、バイパススイッチについて説明する。

図７に示すように、回転電機システム３は、回転電機１０と、バッテリ１１と、コンデンサ１２と、電力変換装置１３、１４と、電流センサ１５、１６と、制御装置１７とを備えている。

回転電機１０は、３相巻線１００、１０１を備えている。

３相巻線１０１は、３相交流が供給されることで磁束を発生する部材である。３相巻線１０１は、相巻線１０１ａ〜１０１ｃをＹ結線して構成されている。相巻線１０１ａ〜１０１ｃの一端は共通接続され、他端は電力変換装置１４にそれぞれ接続されている。図示を省略しているが、３相巻線１０１は、回転電機１０の固定子に設けられている。

３相巻線１００と３相巻線１０１は、位相が異なるように配置されている。

電力変換装置１３、１４は、３相巻線１００、１０１毎に設けられている。電力変換装置１３は３相巻線１００に対して、電力変換装置１４は３相巻線１０１に対してそれぞれ設けられている。

電力変換装置１４は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧し、さらに３相交流に変換して３相巻線１０１に供給する装置である。電力変換装置１４は、降圧コンバータ回路１４０と、電圧形インバータ回路１４１と、バイパススイッチ１４２と、ダイオード１４３とを備えている。

降圧コンバータ回路１４０は、コンデンサ１２を介してバッテリ１１から供給される直流を降圧する回路である。降圧コンバータ回路１４０は、ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂと、リアクトル１４０ｃと、コンデンサ１４０ｄとを備えている。ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂ、リアクトル１４０ｃ及びコンデンサ１４０ｄは、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、リアクトル１３０ｃ及びコンデンサ１３０ｄと同一の素子であり、同様に構成されている。

電圧形インバータ回路１４１は、降圧コンバータ回路１４０から供給される降圧された直流を３相交流に変換して３相巻線１０１に供給する回路である。電圧形インバータ回路１４１は、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを備えている。ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆは、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆと同一の素子であり、同様に構成されている。

バイパススイッチ１４２は、降圧コンバータ回路１４０の入力端と出力端の間に接続され、入力端と出力端を接続、又は、入力端と出力端を切断する素子である。バイパススイッチ１４２は、ＦＥＴ１４２ａを備えている。ＦＥＴ１４２ａは、寄生ダイオード１４２ｂを有するバイパス用スイッチング素子である。ＦＥＴ１４２ａは、ＦＥＴ１３２ａと同一の素子であり、同様に構成されている。

ダイオード１４３は、降圧コンバータ回路１４０の出力端から入力端に電流を流す素子である。具体的には、寄生ダイオード１４２ｂである。ダイオード１４３は、ダイオード１３３と同様に構成されている。

電流センサ１６は、降圧コンバータ回路１４０の出力電流を検出するセンサである。電流センサ１６は、降圧コンバータ回路１４０と電圧形インバータ回路１４１を接続する配線に設けられている。具体的には、コンデンサ１４０ｄとＦＥＴ１４１ｂ、１４１ｄ、１４１ｆを接続する配線に設けられている。

制御装置１７は、外部装置から入力される指令、回転センサ１０２及び電流センサ１５、１６の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、１４０電圧形インバータ回路１３１、１４１及びバイパススイッチ１３２、１４２を制御する装置である。制御装置１７は、降圧コンバータ回路１３０、電圧形インバータ回路１３１及びバイパススイッチ１３２に対して第１実施形態と同様の制御を行う。また、降圧コンバータ回路１４０、電圧形インバータ回路１４１及びバイパススイッチ１４２に対しても第１実施形態と同様の制御を行う。その際、電圧形インバータ回路１３１、１４１によって変換された３相交流の位相差が３相巻線１００、１０１に対応した所定位相差になるように電圧形インバータ回路１３１、１４１を制御する。

コンデンサ１２、電力変換装置１３、１４、電流センサ１５、１６及び制御装置１７は、回転電機１０に固定され、一体化されている。

次に、図７を参照して、第３実施形態の回転電機システムの動作について説明する。

図７に示す回転電機１０の回転速度が閾値回転速度Ｎｔｈ未満である場合、制御装置１７は、ＦＥＴ１３２ａ、１３２ａをオフ状態にする。ＦＥＴ１３２ａ、１４２ａがオフ状態であるため、ＦＥＴ１３２ａ、１４２ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１、１４１に直流が供給されることはない。

この場合、制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び電流センサ１５、１６の検出結果に基づいて、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電流が所定電流になり、降圧コンバータ回路１３０、１４０がバッテリ１１から供給される直流を降圧するように、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂを所定タイミングで相補的にスイッチングさせるとともに、ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂを所定タイミングで相補的にスイッチングさせる。その結果、降圧コンバータ回路１３０、１４０は、同一の所定電流を出力するとともに、バッテリ１１から供給される直流を降圧して出力する。

さらに、制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１、１４１が降圧コンバータ回路１３０、１４０から供給される降圧される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動するとともに、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを駆動する。具体的には、１２０度矩形波通電になるように駆動する。その際、電圧形インバータ回路１３１、１４１によって変換された３相交流の位相差が３相巻線１００、１０１に対応した所定位相差になるようにＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動するとともに、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを駆動する。その結果、電圧形インバータ回路１３１、１４１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による所定位相差を有する３相交流電流を３相巻線１００、１０１に供給する。

ダイオード１３３、１４３は、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力電圧が入力電圧より高くなった場合、降圧コンバータ回路１３０、１４０の出力端から入力端に電流を流して出力電圧の上昇を抑える。

３相巻線１００、１０１は、回転電機１０の回転角度に応じた、１２０度矩形波通電による所定位相差を有する３相交流電流が供給されることで、磁束を発生する。その結果、回転電機１０はトルクを発生する。

回転電機１０の回転速度が上昇し、閾値回転速度Ｎｔｈになると、制御装置１７は、ＦＥＴ１３２ａ、１３２ａをオン状態にする。その結果、ＦＥＴ１３２ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流が供給されるとともに、ＦＥＴ１４２ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１４１に直流が供給されるようになる。

この場合、制御装置１７は、降圧コンバータ回路１３０、１４０のＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂ、１４０ａ、１４０ｂのスイッチング動作を停止させ、降圧コンバータ回路１３０のＦＥＴ１３０ａをオン状態にするとともに、降圧コンバータ回路１４０のＦＥＴ１４０ａをオン状態にする。具体的には、ＦＥＴ１３０ａ、１３０ｂの相補的なスイッチング、及び、ＦＥＴ１４０ａ、１４０ｂの相補的なスイッチングを停止させ、ＦＥＴ１３０ａ、１４０ａをオン状態にする。その結果、ＦＥＴ１３０ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１３１に直流が供給されるとともに、ＦＥＴ１４０ａを介してバッテリ１１から電圧形インバータ回路１４１に直流が供給されるようになる。

制御装置１７は、外部装置から入力される指令及び回転センサ１０２の検出結果に基づいて、電圧形インバータ回路１３１、１４１が降圧コンバータ回路１３０、１４０から供給される降圧される直流を回転電機１０の回転角度に応じた３相交流に変換するように、ＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動するとともに、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを駆動する。その際、制御装置１７は、電圧形インバータ回路１３１、１４１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角を調整して電流を制御する。具体的には、通電角が１２０度より小さい矩形波通電になるように駆動する。また、電圧形インバータ回路１３１、１４１から回転電機１０に供給される３相交流の通電角内において非通電期間を設けて電圧を制御する。さらに、電圧形インバータ回路１３１、１４１によって変換された３相交流の位相差が３相巻線１００、１０１に対応した所定位相差になるようにＦＥＴ１３１ａ〜１３１ｆを駆動するとともに、ＦＥＴ１４１ａ〜１４１ｆを駆動する。その結果、電圧形インバータ回路１３１、１４１は、回転電機１０の回転角度に応じた所定位相差を有する３相交流電流を３相巻線１００、１０１に供給する。

３相巻線１００、１０１は、回転電機１０の回転角度に応じた、所定位相差を有する３相交流電流が供給されることで、磁束を発生する。その結果、回転電機１０は継続してトルクを発生する。

次に、第３実施形態の回転電機システムの効果について説明する。

第３実施形態によれば、第１実施形態と同一構成を有することにより、その同一構成に対応した同様の効果を得ることができる。

第３実施形態によれば、２つの３相巻線１００、１０１を有する回転電機１０を備えた回転電機システムにおいても、降圧コンバータ回路１３０、１４０による損失を抑えて効率を向上させることができる。

第３実施形態によれば、回転電機１０は、相数が３である３相巻線１００、１０１を有している。そのため、電力変換装置１３、１４を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路１３１、１４１を利用することができる。従って、相数が３の倍数でない多相巻線を複数有している場合に比べ、電力変換装置１３を容易に構成することができる。

第３実施形態によれば、電力変換装置１３、１４及び制御装置１７は、回転電機１０に固定されている。そのため、回転電機システム３を小型化することができる。

なお、第３実施形態では、回転電機１０が２つの３相巻線１００、１０１を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。回転電機１０は、複数の多相巻線を有してもよい。その場合、多相巻線の相数は３の倍数であるとよい。電力変換装置を構成する電圧形インバータ回路として、一般的に広く用いられている３相の電圧形インバータ回路を利用することができる。

以上、本発明の実施形態及びその変形形態を説明したが、本発明は、これらの形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、これらの形態を組み合わせて構成してもよい。

１・・・回転電機システム、１０・・・回転電機、１００・・・３相巻線、１１・・・バッテリ、１３・・・電力変換装置、１３０・・・降圧コンバータ回路、１３１・・・電圧形インバータ回路、１３２・・・バイパススイッチ、１３３・・・ダイオード、１７・・・制御装置

Claims (12)

1. 少なくとも１つの多相巻線を有する回転電機（１０）と、
   直流電源（１１）と、
   前記多相巻線毎に設けられ、前記直流電源から供給される直流を交流に変換して前記回転電機に供給する電力変換装置（１３、１４）と、
   前記電力変換装置を制御する制御装置（１７）と、
   を備えた回転電機システムであって、
   前記電力変換装置は、
   前記直流電源から供給される直流を降圧する降圧コンバータ回路（１３０、１４０）と、
   前記降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換して前記回転電機に供給する電圧形インバータ回路（１３１、１４１）と、
   前記降圧コンバータ回路の入力端と出力端の間に接続されるバイパススイッチ（１３２、１４２）と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が閾値電圧未満の場合、前記バイパススイッチをオフ状態にし、前記降圧コンバータ回路の出力電流が所定電流になり、前記降圧コンバータ回路が前記直流電源から供給される直流を降圧するように前記降圧コンバータ回路を制御するとともに、前記電圧形インバータ回路が前記降圧コンバータ回路から供給される直流を交流に変換するように前記電圧形インバータ回路を制御し、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧以上の場合、前記バイパススイッチをオン状態にし、前記降圧コンバータ回路の動作を停止させ、前記電圧形インバータ回路が前記バイパススイッチを介して前記直流電源から供給される直流を交流に変換するように前記電圧形インバータ回路を制御する回転電機システム。
2. 前記降圧コンバータ回路は、一端が入力端に、他端がリアクトルを介して出力端に接続されるコンバータ用スイッチング素子（１３０ａ、１４０ａ）を有し、
   前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧以上の場合、前記コンバータ用スイッチング素子をオン状態にし、前記コンバータ用スイッチング素子及び前記リアクトルを介して前記直流電源から供給される直流を交流に変換するように前記電圧形インバータ回路を制御する請求項１に記載の回転電機システム。
3. 前記降圧コンバータ回路の入力端と出力端の間に、出力端から入力端に向かって電流が流れるように接続されたダイオード（１３３、１４３）を有する請求項１又は２に記載の回転電機システム。
4. 前記バイパススイッチは、寄生ダイオードを有するバイパス用スイッチング素子（１３２ａ、１４２ａ）であり、
   前記ダイオードは、前記寄生ダイオード（１３２ｂ、１４２ｂ）である請求項３に記載の回転電機システム。
5. 前記バイパススイッチは、寄生ダイオードを有するバイパス用スイッチング素子（１３２ａ、１４２ａ）であり、
   前記バイパス用スイッチング素子に外付けされる、前記寄生ダイオードより高速の外付けダイオード（１３４）を有し、
   前記ダイオードは、前記寄生ダイオード（１３２ｂ、１４２ｂ）及び前記外付けダイオードである請求項３に記載の回転電機システム。
6. 前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧未満の場合であっても、前記降圧コンバータ回路の出力端の電圧が入力端の電圧より大きい場合には、前記バイパススイッチをオン状態にする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機システム。
7. 前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧以上の場合、前記電圧形インバータ回路から前記回転電機に供給される交流の通電角を調整する請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機システム。
8. 前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧以上の場合、前記電圧形インバータ回路から前記回転電機に供給される交流の位相を調整する請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機システム。
9. 前記制御装置は、前記回転電機の逆起電圧が前記閾値電圧以上の場合、前記電圧形インバータ回路から前記回転電機に供給される交流の通電角内において非通電期間を設ける請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機システム。
10. 前記回転電機は、複数の前記多相巻線（１００、１０１）を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機システム。
11. 前記多相巻線の相数は、３の倍数である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機システム。
12. 前記電力変換装置及び前記制御装置は、前記回転電機に固定されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機システム。

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