JP5233229B2 - 電力システム - Google Patents

Description

本発明は、回転機及び電力システムに関し、例えばハイブリッド電力供給システム又は電気自動車に適用される回転機に関する。

特許文献１には、充電装置を搭載した電気自動車が記載されている。当該充電装置は一般家庭や営業所などに配電される商用の交流電源から充電電力が供給される。このとき、商用の交流電源はリアクトルとコンデンサからなるＬＣフィルタを介して充電装置に供給される。

そして、充電装置の直流電力を交流電力に変換してモータに供給し、走行のための駆動力を、このモータから得ている。

なお、本発明に関連する技術として特許文献２が開示されている。

特開２０００−１５２４０８号公報 米国特許出願公開第２００２／００５７０３０明細書

特許文献１に記載の技術においては、リアクトルを介して電気自動車に商用の交流電力を供給しているので、製造コストがリアクトルの分増大していた。

また、発電機及び商用電源のいずれか一方を負荷に供給するハイブリッド電力供給システムにおいても、商用電源からの電力はリアクトルを介して負荷に供給されている。よって、ハイブリッド電力供給システムにおいても製造コストがリアクトルの分増大していた。

そこで、本発明は、製造コストを低減できる回転機を提供することを目的とする。

本発明に係る電力システムの第１の態様は、回転機と、電力変換装置とを備え、前記回転機は、それぞれが一端と他端とを有する第１乃至第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３；Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記一端とそれぞれ接続された第１乃至第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記他端とそれぞれ接続された第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に接続してＮ相電機子巻線として機能させる第１の接続関係と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に切り離す第２の接続関係と、を選択的に切り替えるスイッチ回路（１）と、回転子（ＧＲ１）とを備え、前記電力変換装置は、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）の各々と、第１端と間に配置されるハイアーム側スイッチ素子と、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部の各々と、第２端と間に配置されるローアーム側スイッチ素子とを備え、前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々は、複数の巻線部（Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）を備え、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々について、前記複数の前記巻線部の少なくとも２つ以上を相互に直列又は並列に選択的に接続する複数の第３スイッチ（ＳＰ１〜ＳＰ６，ＳＲ１〜ＳＲ３）を更に備え、前記スイッチ回路が第１の接続関係を採用するときの複数の巻線部の接続関係と、前記スイッチ回路が第２の接続関係を採用するときの複数の巻線部の接続関係とが互いに異なるように、前記第３スイッチが制御される。

本発明に係る電力システムの第２の態様は、回転機と、電力変換装置とを備え、前記回転機は、それぞれが一端と他端とを有する第１乃至第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３；Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記一端とそれぞれ接続された第１乃至第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記他端とそれぞれ接続された第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に接続してＮ相電機子巻線として機能させる第１の接続関係と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に切り離す第２の接続関係と、を選択的に切り替えるスイッチ回路（１）と、回転子（ＧＲ１）とを備え、前記電力変換装置は、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）の各々と、第１端との間に配置されるハイアーム側スイッチ素子と、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部の各々と、第２端との間に配置されるローアーム側スイッチ素子とを備え、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々は、相互に直列接続された複数の巻線部と、前記複数の巻線部の各々の両端のうち少なくとも三箇所の位置が選択されて設けられた接続点とを備え、前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々において、いずれの一の前記接続点も他の前記接続点との間に少なくとも一つの前記巻線部を挟み、前記第１の接続関係においては第１対の前記接続点が前記一端及び前記他端として機能し、前記第２の接続関係においては前記第１対とは異なる第２対の前記接続点が前記一端及び前記他端として機能する。

本発明に係る電力システムの第３の態様は、第１又は第２の態様に係る電力システムであって、中性点（Ｎ）を更に備え、前記スイッチ回路（１）は、前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々の前記一端と前記中性点との間に設けられた複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）を有し、前記複数の第１スイッチの全てが導通して前記第１の接続関係が実現され、前記複数の第１スイッチの全てが非導通して前記第２の接続関係が実現される。

本発明に係る電力システムの第４の態様は、第１又は第２の態様に係る電力システムであって、前記スイッチ回路（１）は、前記第ｋの巻線の前記他端と前記第ｋ＋１の巻線の前記一端との間（ｋは１乃至Ｎ−１）、前記第Ｎの巻線の前記他端と前記第１の巻線の前記一端との間に、それぞれ設けられた複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）を有し、前記複数の第１スイッチの全てが導通して前記第１の接続関係が実現され、前記複数の第１スイッチの全てが非導通して前記第２の接続関係が実現される。

本発明に係る電力システムの第５の態様は、第３又は第４の態様に係る電力システムであって、前記スイッチ回路（１）は、前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々の前記一端と前記第１乃至前記第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）との間にそれぞれ設けられた複数の第２スイッチ（ＳＥ１〜ＳＥ３）を更に有し、前記複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）の導通／非導通に対応してそれぞれ前記複数の第２スイッチ（ＳＥ１〜ＳＥ３）が非導通／導通する。

本発明に係る電力システムの第６の態様は、第１乃至第５の何れか一つの態様に係る電力システムであって、前記電力変換装置は、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）から交流電圧を入力して直流電圧に変換する。

本発明に係る電力システムの第７の態様は、第１乃至第６のいずれか一つの態様に係る電力システムであって、前記電力変換装置は、前記第２の接続関係において、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）から入力される交流電圧を直流電圧に変換して第１端及び第２端の間に印加し、前記第１の接続関係において第１端及び第２端から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部を介して前記第１乃至前記第Ｎの巻線へと供給する電力変換装置（３）を更に備える。

本発明に係る電力システムの第８の態様は、第６又は第７の態様に係る電力システムであって、前記回転機は直流ブラシレス回転機である。

本発明に係る電力システムの第９の態様は、第７又は第８の態様に係る電力システムであって、前記回転機は誘導機である。

本発明に係る電力システムの第１の態様によれば、第２の接続関係において、Ｎ相交流電力を第１乃至第Ｎの端部に与えることにより、Ｎ相交流電力が第１乃至第Ｎの巻線を介して第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部へと出力できる。よって第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部にコンバータの入力側や整流器の入力側を接続して、第１乃至第Ｎの巻線は入力リアクトルとして機能する。よって、第１の接続関係においてＮ相電機子巻線として機能する第１乃至第Ｎの巻線を、第２の接続関係において入力リアクトルとして機能させることができるので、新たに入力リアクトルを設ける必要がなく、製造コストを低減できる。しかも、第１の態様によれば、第１の接続関係における第１乃至第Ｎの巻線のインダクタンスと、第２の接続関係における第１乃至第Ｎの巻線のインダクタンスとを異ならせることができる。よって、第１の接続関係にかかる電機子巻線としてのインダクタンスおよび第２の接続関係にかかる入力リアクトルとしてのインダクタンスを適切に設定できる。

本発明に係る電力システムの第２の態様によれば、第２の接続関係において、Ｎ相交流電力を第１乃至第Ｎの端部に与えることにより、Ｎ相交流電力が第１乃至第Ｎの巻線を介して第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部へと出力できる。よって第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部にコンバータの入力側や整流器の入力側を接続して、第１乃至第Ｎの巻線は入力リアクトルとして機能する。よって、第１の接続関係においてＮ相電機子巻線として機能する第１乃至第Ｎの巻線を、第２の接続関係において入力リアクトルとして機能させることができるので、新たに入力リアクトルを設ける必要がなく、製造コストを低減できる。しかも、第１の接続関係における第１乃至第Ｎの巻線のインダクタンスと、第２の接続関係における第１乃至第Ｎの巻線のインダクタンスとを異ならせることができる。よって、第１の接続関係にかかる電機子巻線としてのインダクタンスおよび第２の接続関係にかかる入力リアクトルとしてのインダクタンスを適切に設定できる。

本発明に係る電力システムの第３の態様によれば、全ての第１スイッチを導通させることで、第１乃至第Ｎの巻線を星形結線のＮ相電機子巻線として機能させることができる。

本発明に係る電力システムの第４の態様によれば、全ての第１スイッチを導通させることで、第１乃至第Ｎの巻線を多角結線（例えば三相であれば三相結線）のＮ相電機子巻線として機能させることができる。

本発明に係る電力システムの第５の態様によれば、Ｎ相交流電力を第１乃至第Ｎの端部に常時に与えることができる。第１の接続関係において第１スイッチが導通、第２スイッチが非導通となり、第２の接続関係において第１スイッチが非導通、第２スイッチが導通するからである。

本発明に係る電力システムの第６の態様によれば、第１の接続関係においては回転機を発電機として用いて、当該発電機で生じたＮ相交流電圧を、第２の接続関係においては外部から第１乃至Ｎの端部に与えられたＮ相交流電圧を、それぞれ直流電圧に変換して負荷に供給できる。

本発明に係る電力システムの第７の態様によれば、Ｎ相交流電圧を第１乃至第Ｎの端部に与え、直流充電器を第１及び第２の入出力端子にそれぞれ接続することにより、第１の接続関係において当該Ｎ相交流電圧によって直流充電器を充電し、第２の接続関係において直流充電器に充電された直流電圧を用いて電動機として回転機を駆動できる。

本発明に係る電力システムの第８の態様によれば、高効率な回転機を用いることができる。

本発明に係る電力システムの第９の態様によれば、比較的小型で耐久性に優れた回転機を用いることができる。

第１の実施の形態．
図１は、実施の形態に係る回転機を用いたハイブリッド電力供給システムの一例の概念的な構成を示している。本ハイブリッド電力供給システムは、回転機２と、多相交流電源Ｅ１と、電力変換器３と、入出力端ＰＨ１，ＰＬ１と、平滑コンデンサＣ１と、負荷ＬＤ１とを備えている。

回転機２は、発電機Ｇ１として用いられ、巻線Ｌ１〜Ｌ３と、スイッチ回路１と、回転子ＧＲ１と、端部Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３とを備えている。

巻線Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ一端及び他端を有している。端部Ｐ１１〜Ｐ１３は巻線Ｌ１〜Ｌ３の各々の一端とそれぞれ接続されている。端部Ｐ２１〜Ｐ２３は巻線Ｌ１〜Ｌ３の各々の他端とそれぞれ接続されている。

スイッチ回路１は、巻線Ｌ１〜Ｌ３を相互に接続して電機子巻線として機能させる第１の接続関係と、巻線Ｌ１〜Ｌ３を相互に切り離す第２の接続関係とを選択的に切り替える。より具体的な一例として、スイッチ回路１は複数のスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を有している。スイッチＳＧ１〜ＳＧ３はそれぞれ巻線Ｌ１〜Ｌ３の一端と中性点Ｎとの間に設けられている。

そして、全てのスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を導通させることで第１の接続関係を実現する。より具体的には、全てのスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を導通させることで、巻線Ｌ１〜Ｌ３を星形結線の電機子巻線として機能させることができる。また、全てのスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を非導通とすることで第２の接続関係を実現する。より具体的には、巻線Ｌ１〜Ｌ３を相互に切り離すことができる。

なお、回転機２は、いかなる態様の回転機であってもよく、例えば直流ブラシレス回転機であってよい。この場合、高効率な回転機を用いることができる。また、誘導機であってもよい。この場合、比較的小型で耐久性に優れた回転機を用いることができる。後述する他の実施の形態にかかる回転機についても同様である。

多相交流電源Ｅ１は例えば商用電源の三相交流電源であって、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３を介して端部Ｐ１１〜Ｐ１３に接続されている。スイッチＳＥ１〜ＳＥ３の全部を導通させることで端部Ｐ１１〜Ｐ１３に三相交流電力を供給することができる。なお、後述するように、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３は必須の要件ではない。

電力変換器３は端部Ｐ２１〜Ｐ２３から入力される交流電力を直流電力に変換して入出力端ＰＨ１，ＰＬ１に供給する。図１においては、例えば電力変換器３はハイアーム側スイッチ素子Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１と、ローアーム側スイッチ素子Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２と、これらと並列に逆接続されたダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ１２，Ｄ２２，Ｄ３２とを備えるコンバータである。なお、電力変換器３は例えばダイオードで構成される整流器であってもよい。

平滑コンデンサＣ１は入出力端ＰＨ１，ＰＬ１の間に接続されている。入出力端ＰＨ１，ＰＬ１に供給された直流電力は平滑コンデンサＣ１によって平滑されて負荷ＬＤ１へと供給される。

このような構成のハイブリッド電力供給システムを次のように動作させることができる。例えばスイッチＳＥ１〜ＳＥ３の全てを非導通とし、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３の全てを導通させる（第１の接続関係）ことで、発電機Ｇ１が発生させる多相交流電力（三相交流電力）を、負荷ＬＤ１に供給することができる。

より具体的には、このとき回転子ＧＲ１の回転動作によって巻線Ｌ１〜Ｌ３に三相交流電圧が発生する。当該三相交流電圧は端部Ｐ２１〜Ｐ２３を介して電力変換器３に入力され、当該電力変換器３によって直流電圧に変換されて、平滑コンデンサＣ１を介して負荷ＬＤ１に供給される。このとき、巻線Ｌ１〜Ｌ３を電機子巻線として機能させることになる。

他方、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３の全てを導通させ、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３の全てを非導通とする（第２の接続関係）ことで、多相交流電源Ｅ１からの多相交流電力（三相交流電力）を負荷ＬＤ１に供給することができる。

より具体的には、このとき多相交流電源Ｅ１からの三相交流電圧が端部Ｐ１１〜Ｐ１３、巻線Ｌ１〜Ｌ３、端部Ｐ２１〜Ｐ２３を介して電力変換器３に入力される。そして、当該三相交流電圧が電力変換器３によって直流電圧に変換されて、平滑コンデンサＣ１を介して負荷ＬＤ１に供給される。このとき、巻線Ｌ１〜Ｌ３を電力変換器３についての入力リアクトルとして機能させることになる。

以上のように、第１の接続関係において電機子巻線として機能する巻線Ｌ１〜Ｌ３は、第２の接続関係において、電力変換器３についての入力リアクトルとして機能するので、新たに入力リアクトルを設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

なお、本第１の実施の形態においては、多相交流電源Ｅ１と端部Ｐ１１〜Ｐ１３との間にスイッチＳＥ１〜ＳＥ３が設けられているが、必ずしもこれに限らず、例えば端部Ｐ１１〜Ｐ１３と多相交流電源Ｅ１とを例えばコンセントにより直接に接続する態様であっても構わない。

この場合、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３の全てを非導通としたうえで、多相交流電源Ｅ１からのコンセント（図示せず）に回転機２からのプラグ（図示せず）を差し込む（端部Ｐ１１〜Ｐ１３と多相交流電源Ｅ１を接続する）ことで、多相交流電源Ｅ１からの多相交流電力を負荷ＬＤ１に供給することができる。また、差込まれない場合はスイッチＳＧ１〜ＳＧ３の全てを導通させることで、発電機Ｇ１からの多相交流電力を負荷ＬＤ１に供給することができる。

図２は、第１の実施の形態に係る回転機の変形例を用いたハイブリッド電力供給システムの概念的な構成を示している。なお、同一符号は同一又は相当部分を示し、重畳する説明は省略する。

図２においては、スイッチ回路１はスイッチＳＥ１〜ＳＥ３を更に備えている。スイッチＳＥ１〜ＳＥ３は巻線Ｌ１〜Ｌ３と端部Ｐ１１〜Ｐ１３との間に設けられている。

このような構成のハイブリッド電力供給システムであっても、図１に示すハイブリッド電力供給システムと同様に、第１の接続関係において電機子巻線として機能する巻線Ｌ１〜Ｌ３を電力変換器３についての入力リアクトルとして機能させることができる。よって、新たに入力リアクトルを設ける必要がなく、製造コストを低減できる。

また、回転機２がスイッチＳＥ１〜ＳＥ３を備えているので、端部Ｐ１１〜Ｐ１３に常時に多相交流電圧を供給（多相交流電源Ｅ１を接続）することができる。多相交流電源Ｅ１を常時に端部Ｐ１１〜Ｐ１３に接続したとしても、多相交流電源Ｅ１からの入力が不要なときは、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３を非導通とすることで、当該入力を無効にできるからである。

なお、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３，ＳＥ１〜ＳＥ３の切替動作は、図示せぬ制御部が行っても良く、ユーザが手動で行ってもよい。但し、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３が導通する期間とスイッチＳＥ１〜ＳＥ３が導通する期間とは重複させない。多相交流電源Ｅ１の出力を短絡させないためである。

第２の実施の形態．
図３は、実施の形態に係る回転機を用いた電気車両の一例の概念的な構成を示している。本電気車両は、回転機２と、多相交流電源Ｅ１と、電力変換器３と、入出力端ＰＨ１，ＰＬ１と、ソフトスタート回路４と、直流充電器ＢＴ１とを備えている。

回転機２の構成は、第１の実施の形態に係る回転機２と同一の構成である。但し、第１の実施の形態において回転機２が発電機Ｇ１として機能していたのに対し、第２の実施の形態においては電動機Ｍ１として用いられる。電動機Ｍ１は例えば走行のための駆動力を与える。なお、図３においては、第１の実施の形態（図１）において符号ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＧＲ１で表現していた部分をそれぞれ符号ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＭ３，ＭＲ１で表現している。

多相交流電源Ｅ１及びスイッチＳＥ１〜ＳＥ３についてはその構成及び動作は第１の実施の形態と同様である。

電力変換器３は、第２の接続関係（スイッチＳＭ１〜ＳＭ３が非導通）において、端部Ｐ２１〜Ｐ２３から入力される多相交流電圧を直流電圧に変換して、入出力端ＰＨ１，ＰＬ１に供給する。また、第１の接続関係（スイッチＳＭ１〜ＳＭ３が導通）において、入出力端ＰＨ１，ＰＬ１から入力される直流電圧を多相交流電圧に変換し、端部Ｐ２１〜Ｐ２３を介して巻線Ｌ１〜Ｌ３に供給する。

ソフトスタート回路４は第２の接続関係において入出力端ＰＨ１，ＰＬ１から入力される直流電圧を直流充電器ＢＴ１へと伝達し、第１の接続関係において直流充電器ＢＴ１から入力される直流電圧を入出力端ＰＨ１，ＰＬ１へと伝達する。ソフトスタート回路４は、出力電圧の急激な立ち上がりを防止して出力電圧を徐々に立ち上げるための回路である。なお、ソフトスタート回路４は必須の要件ではなく、なくても構わない。

このような構成の電気車両を次のように動作させることができる。スイッチＳＥ１〜ＳＥ３の全てを導通させ、スイッチＳＭ１〜ＳＭ３の全てを非導通とすることで、多相交流電源Ｅ１から電力を供給して直流充電器ＢＴ１を充電することができる。

より具体的には、多相交流電源Ｅ１からの三相交流電圧がスイッチＳＥ１〜ＳＥ３、端部Ｐ１１〜Ｐ１３、巻線Ｌ１〜Ｌ３、端部Ｐ２１〜Ｐ２３を介して電力変換器３に入力される。そして、当該電力変換器３によって直流電圧に変換されて、ソフトスタート回路４を介して直流充電器ＢＴ１に供給される。このとき、巻線Ｌ１〜Ｌ３を電力変換器３についての入力リアクトルとして機能させることになる。

また、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３の全てを非導通とし、スイッチＳＭ１〜ＳＭ３の全てを導通させることで、直流充電器ＢＴ１に充電された直流電圧を用いて電動機Ｍ１を駆動することができる。

より具体的には、直流充電器ＢＴ１からの直流電圧がソフトスタート回路４、入出力端ＰＨ１，ＰＬ１を介して電力変換器３に入力され、当該電力変換器３によって三相交流電圧に変換されて、端部Ｐ２１〜Ｐ２３を介して電動機Ｍ１に供給される。このとき、巻線Ｌ１〜Ｌ３を電機子巻線として機能させることになる。

以上のように、第１の接続関係において電機子巻線として機能する巻線Ｌ１〜Ｌ３は、第２の接続関係において電力変換器３についての入力リアクトルとして機能するので、新たに入力リアクトルを設ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

なお、第１の実施の形態と同様に、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３はスイッチ回路１に設けられていても良く、スイッチＳＥ１〜ＳＥ３はなくても構わない。また、スイッチＳＭ１〜ＳＭ３，ＳＥ１〜ＳＥ３の切替動作は、図示せぬ制御部が行っても良く、ユーザが手動で行ってもよい。

第３の実施の形態．
図４は、第３の実施の形態にかかる回転機の一例の概念的な構成を示している。本第３の実施の形態に係る回転機は、第１及び第２の実施の形態に係る回転機として適用することでそれぞれハイブリッド電力供給システム、電気車両を構成することができる。

第３の実施の形態に係る回転機は、第１及び第２の実施の形態に係る回転機と比較してスイッチ回路１が相違している。なお、以下においては、第３の実施の形態に係る回転機を発電機Ｇ１として採用する場合について説明するが、電動機Ｍ１として採用する場合も同様である。図では後者の場合に採用されるべき符号を、前者の場合に採用されるべき符号の後に括弧で囲んで付記している。

スイッチ回路１は、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３を備えている。スイッチＳＧ１は端部Ｐ１１側の巻線Ｌ１の一端と端部Ｐ２２側の巻線Ｌ２の一端との間に設けられている。スイッチＳＧ２は端部Ｐ１２側の巻線Ｌ２の一端と端部Ｐ２３側の巻線Ｌ３の一端との間に設けられている。スイッチＳＧ３は端部Ｐ１３側の巻線Ｌ３の一端と端部Ｐ２１側の巻線Ｌ１の一端との間に設けられている。

そして、全てのスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を導通させることで第１の接続関係を実現する。より具体的には、スイッチＳＧ１〜ＳＧ３を導通させることで巻線Ｌ１〜Ｌ３を三角結線の電機子巻線として機能させる。また、全てのスイッチＳＧ１〜ＳＧ３を非導通とすることで、第２の接続関係を実現し、巻線Ｌ１〜Ｌ３を相互に切り離すことができる。

第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態においては、第１の接続関係において電機子巻線として機能する巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスと、第２の接続関係において入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスが相互に同一であった。しかしながら、第１の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスと、第２の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３の機能は相互に異なっているので、これらの機能に適したインダクタンスをそれぞれ有することが望ましい。

そこで、本第４の実施の形態に係る回転機は、第１の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスと、第２の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスを異ならせることを目的とする。

本第４の実施の形態にかかる巻線Ｌ１〜Ｌ３の各々は、複数の巻線部を備えている。また、第４の実施の形態に係る回転機は、巻線Ｌ１〜Ｌ３の各々について、複数の巻線部の少なくとも２つ以上を相互に直列又は並列に選択的に接続する複数のスイッチを更に備えている。より具体的な一例を以下に説明する。

図５は、巻線Ｌ１の一例の概念的な構成を示している。巻線Ｌ２，Ｌ３についても図５と同様の構成を有する。巻線Ｌ１は、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４を備えている。巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４の各々は一端及び他端を有している。

巻線部Ｌ１１，Ｌ１２の一端同士の間にはスイッチＳＰ１が、巻線部Ｌ１２，Ｌ１３の一端同士の間にはスイッチＳＰ３が、巻線部Ｌ１３，Ｌ１４の一端同士の間にはスイッチＳＰ５がそれぞれ設けられている。

巻線部Ｌ１１，Ｌ１２の他端同士の間にはスイッチＳＰ２が、巻線部Ｌ１２，Ｌ１３の他端同士の間にはスイッチＳＰ４が、巻線部Ｌ１３，Ｌ１４の他端同士の間にはスイッチＳＰ６がそれぞれ設けられている。

巻線部Ｌ１１の他端と巻線部Ｌ１２の一端との間にはスイッチＳＲ１が、巻線部Ｌ１２の他端と巻線部Ｌ１３の一端との間にはスイッチＳＲ２が、巻線部Ｌ１３の他端と巻線部Ｌ１４の一端との間にはスイッチＳＲ３がそれぞれ設けられている。

巻線部Ｌ１１の一端は端部Ｐ２１（図１乃至図４参照）と、巻線部Ｌ１４の他端は端部Ｐ１１（図１乃至図４参照）とそれぞれ接続される。

スイッチＳＲ１を非導通にした上でスイッチＳＰ１，ＳＰ２の一組を導通させることで巻線部Ｌ１１，Ｌ１２を相互に並列状態で接続させ、スイッチＳＰ１，ＳＰ２の一組を非導通とした上でスイッチＳＲ１を導通させることで巻線部Ｌ１１，Ｌ１２を相互に直列状態で接続させる。スイッチＳＲ２を非導通とした上でスイッチＳＰ３，ＳＰ４の一組を導通させることで巻線部Ｌ１２，Ｌ１３を相互に並列状態で接続させ、スイッチＳＰ３，ＳＰ４の一組を非導通とした上でスイッチＳＲ２を導通させることで巻線部Ｌ１２，Ｌ１３を相互に直列状態で接続させる。スイッチＳＲ３を非導通とした上でスイッチＳＰ５，ＳＰ６の一組を導通させることで巻線部Ｌ１３，Ｌ１４を相互に並列状態で接続させ、スイッチＳＰ５，ＳＰ６の一組を非導通とした上でスイッチＳＲ３を導通させることで巻線部Ｌ１３，Ｌ１４を相互に直列状態で接続させる。

そして、回転機２が第１の接続関係を採用するときに、例えばスイッチＳＰ１〜ＳＰ６を非導通とし、スイッチＳＲ１〜ＳＲ３を導通させる。第１の接続関係で電機子巻線として機能する巻線Ｌ１においては、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４は相互に直列に接続される。他方、第２の接続関係を採用するときに、例えばスイッチＳＰ１〜ＳＰ６を導通させ、スイッチＳＲ１〜ＳＲ３を非導通とする。第２の接続関係で入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１においては、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４は相互に並列接続される。

従って、電機子巻線として機能する巻線Ｌ１のインダクタンスと、入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１のインダクタンスとを異ならせることができる。

また、例えば第１の接続関係を採用するときに巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４を相互に直列に接続させ、第２の接続関係を採用するときに、巻線部Ｌ１１，Ｌ１２のみを相互に並列に接続させ、巻線部Ｌ１２〜Ｌ１４を相互に直列に接続さてもよい。このように、第１及び第２の接続関係に応じて、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４の隣り合う２者の間の接続関係を、個別に直列／並列状態に選択できる。従って、より細やかなインダクタンスの調整を行うことができる。

なお、必ずしも、スイッチＳＰ１〜ＳＰ６，ＳＲ１〜ＳＲ３を設ける必要はなく、例えばスイッチＳＰ１，ＳＰ２，ＳＲ１のみを設け、巻線部Ｌ１２〜Ｌ１４を相互に直列に接続していてもよい。この場合であっても、第１の接続関係を採用するときに例えばスイッチＳＲ１を導通させ、スイッチＳＰ１，ＳＰ２を非導通とし、第２の接続関係を採用するときに例えばスイッチＳＰ１，ＳＰ２を導通させてスイッチＳＲ１を非導通とすればよい。

なお、スイッチＳＰ１〜ＳＰ６，ＳＲ１〜ＳＲ３の切替動作は、図示せぬ制御部が行っても良く、ユーザが手動で行ってもよい。

第５の実施の形態．
第５の実施の形態に係る回転機は、第４の実施の形態と同様に、第１の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスと、第２の接続関係における巻線Ｌ１〜Ｌ３のインダクタンスとを異ならせることを目的としている。

一例として、図６は、第５の実施の形態に係る回転機の一部の概念的な構成を示している。巻線は、相互に直列に接続された複数の巻線部と、前記複数の巻線部の各々の両端のうち少なくとも三箇所の位置が選択されて設けられた接続点とを備えている。そして、いずれの一の接続点も他の接続点との間に少なくとも一つの巻線部を挟んでいる。

より具体的な一例として図６を参照して説明する。巻線Ｌ２，Ｌ３は巻線Ｌ１と同様の構成を有しているので代表的に巻線Ｌ１について説明する。巻線Ｌ１は、複数の巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４と、接続点Ｔ１１〜Ｔ１５とを備えている。

巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４は相互に直列に接続されている。接続点Ｔ１１〜Ｔ１３は巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４の隣り合う二者の間に設けられ、接続点Ｔ１４は巻線部Ｌ１３とは反対の巻線部Ｌ１４の一端に、接続点Ｔ１５は巻線部Ｌ１２とは反対側の巻線部Ｌ１１の一端に設けられている。なお、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４の両端のいずれにも接続点Ｔ１１〜Ｔ１５が設けられているが、必ずしもこれに限らず、少なくとも３箇所に接続点が設けられていればよい。なお、上述した内容から容易に理解できるように、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４の全体の一組の両端（接続点Ｔ１４，Ｔ１５側）も接続点が設けられる候補である。

そして、第１の接続関係においては、例えば接続点Ｔ１１〜Ｔ１５のうち一対の接続点が巻線Ｌ１の一端及び他端として機能し、第２の接続関係においては、当該一対とは異なる一対の接続点が巻線Ｌ１の一端及び他端として機能する。

より具体的には、例えば端部Ｐ１１（巻線Ｌ１の一端側：図１乃至図４参照）が接続点Ｔ１５と接続されている。端部Ｐ２１（巻線Ｌ２の他端側：図１乃至図４参照）が接続点Ｔ１と接続されており、当該接続点Ｔ１が接続点Ｔ１１〜Ｔ１４のいずれか一つと選択的に接続される。なお、接続点Ｔ１と選択的に接続される接続点Ｔ１１〜Ｔ１４は、例えばタップにより構成される。

そして、回転機２が第１の接続関係を採用するときには、例えば接続点Ｔ１，Ｔ１４を相互に接続させる。このとき一対の接続点Ｔ１４，Ｔ１５がそれぞれ巻線Ｌ１の一端及び他端として機能する。言い換えると、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１４が、電機子巻線として機能する巻線Ｌ１を構成する。

他方、第２の接続関係を採用するときには、例えば接続点Ｔ１，Ｔ１３を相互に接続させる。このとき一対の接続点Ｔ１３，Ｔ１５がそれぞれ巻線Ｌ１の一端及び他端として機能する。言い換えると、巻線部Ｌ１１〜Ｌ１３が、入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１を構成する。

従って、電機子巻線として機能する巻線Ｌ１のインダクタンスと、入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１のインダクタンスとを異ならせることができる。

なお、端部Ｐ２１が接続点Ｔ１５に接続され、端部Ｐ１１が接続点Ｔ１と接続されてもよい。この場合であっても、電機子巻線として機能する巻線Ｌ１のインダクタンスと、入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１のインダクタンスとを異ならせることができる。

また、端部Ｐ１１と接続される接続点を設け、この接続点を接続点Ｔ１１〜Ｔ１４の何れかと接続させても構わない。但し、端部Ｐ１１，Ｐ２１の間に少なくとも一つの巻線部が介在するように、これらが接続される。そして、第１の接続関係を採用したときに端部Ｐ１１，Ｐ２１の間に介在する巻線部と、第２の接続関係を採用したときに端部Ｐ１１，Ｐ２１の間に介在する巻線部とを異ならせればよい。

このような場合であっても、電機子巻線として機能する巻線Ｌ１のインダクタンスと、入力リアクトルとして機能する巻線Ｌ１のインダクタンスとを異ならせることができる。

なお、接続点同士の接続は、図示せぬ制御部によって実行されてもよく、ユーザが手動で行ってもよい。

実施の形態に係る回転機の一例を有するハイブリッド電力供給システムを示す概念的な構成図である。 実施の形態に係る回転機の一例を有するハイブリッド電力供給システムを示す概念的な構成図である。 実施の形態に係る回転機の一例を有する電気車両を示す概念的な構成図である。 第３の実施の形態に係る回転機の一例を示す概念的な構成図である。 第４の実施の形態に係る回転機の一部の一例を示す概念的な構成図である。 第５の実施の形態にかかる回転機の一部の一例を示す概念的な構成図である。

符号の説明

１ スイッチ回路
２ 回転機
３ 電力変換器
Ｎ 中性点
Ｌ１〜Ｌ３ 巻線
Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４ 巻線部
Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３ 端部
ＰＨ１，ＰＬ１ 入出力線
ＳＧ１〜ＳＧ３，ＳＭ１〜ＳＭ３ スイッチ
Ｔ１１〜Ｔ１５，Ｔ２１〜Ｔ２５，Ｔ３１〜Ｔ２５ 接続点

Claims (9)

1. 回転機と、
   電力変換装置と
   を備え、
   前記回転機は、
   それぞれが一端と他端とを有する第１乃至第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３；Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記一端とそれぞれ接続された第１乃至第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記他端とそれぞれ接続された第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に接続してＮ相電機子巻線として機能させる第１の接続関係と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に切り離す第２の接続関係と、を選択的に切り替えるスイッチ回路（１）と、
   回転子（ＧＲ１）と
   を備え
   前記電力変換装置は、
   前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）の各々と、第１端との間に配置されるハイアーム側スイッチ素子と、
   前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部の各々と、第２端との間に配置されるローアーム側スイッチ素子と
   を備え、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々は、複数の巻線部（Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）を備え、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々について、前記複数の前記巻線部の少なくとも２つ以上を相互に直列又は並列に選択的に接続する複数の第３スイッチ（ＳＰ１〜ＳＰ６，ＳＲ１〜ＳＲ３）を更に備え、
   前記スイッチ回路が第１の接続関係を採用するときの複数の巻線部の接続関係と、前記スイッチ回路が第２の接続関係を採用するときの複数の巻線部の接続関係とが互いに異なるように、前記第３スイッチが制御される、電力システム。
2. 回転機と、
   電力変換装置と
   を備え、
   前記回転機は、
   それぞれが一端と他端とを有する第１乃至第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３；Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４，Ｌ３１〜Ｌ３４）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記一端とそれぞれ接続された第１乃至第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々の前記他端とそれぞれ接続された第Ｎ＋１乃至第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）と、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に接続してＮ相電機子巻線として機能させる第１の接続関係と、前記第１乃至前記第Ｎの巻線を相互に切り離す第２の接続関係と、を選択的に切り替えるスイッチ回路（１）と、
   回転子（ＧＲ１）と
   を備え、
   前記電力変換装置は、
   前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）の各々と、第１端との間に配置されるハイアーム側スイッチ素子と、
   前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部の各々と、第２端との間に配置されるローアーム側スイッチ素子と
   を備え、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々は、相互に直列接続された複数の巻線部と、前記複数の巻線部の各々の両端のうち少なくとも三箇所の位置が選択されて設けられた接続点とを備え、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線の各々において、
   いずれの一の前記接続点も他の前記接続点との間に少なくとも一つの前記巻線部を挟み、
   前記第１の接続関係においては第１対の前記接続点が前記一端及び前記他端として機能し、
   前記第２の接続関係においては前記第１対とは異なる第２対の前記接続点が前記一端及び前記他端として機能する、電力システム。
3. 中性点（Ｎ）を更に備え、
   前記スイッチ回路（１）は、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々の前記一端と前記中性点との間に設けられた複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）
   を有し、
   前記複数の第１スイッチの全てが導通して前記第１の接続関係が実現され、
   前記複数の第１スイッチの全てが非導通して前記第２の接続関係が実現される、請求項１または２に記載の電力システム。
4. 前記スイッチ回路（１）は、
   前記第ｋの巻線の前記他端と前記第ｋ＋１の巻線の前記一端との間（ｋは１乃至Ｎ−１）、前記第Ｎの巻線の前記他端と前記第１の巻線の前記一端との間に、それぞれ設けられた複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）
   を有し、
   前記複数の第１スイッチの全てが導通して前記第１の接続関係が実現され、
   前記複数の第１スイッチの全てが非導通して前記第２の接続関係が実現される、請求項１又は２に記載の電力システム。
5. 前記スイッチ回路（１）は、
   前記第１乃至前記第Ｎの巻線（Ｌ１〜Ｌ３）の各々の前記一端と前記第１乃至前記第Ｎの端部（Ｐ１１〜Ｐ１３）との間にそれぞれ設けられた複数の第２スイッチ（ＳＥ１〜ＳＥ３）
   を更に有し、
   前記複数の第１スイッチ（ＳＧ１〜ＳＧ３；ＳＭ１〜ＳＭ３）の導通／非導通に対応してそれぞれ前記複数の第２スイッチ（ＳＥ１〜ＳＥ３）が非導通／導通する、請求項３又は４に記載の電力システム。
6. 前記電力変換装置は、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）から交流電圧を入力して直流電圧に変換する、請求項１乃至５の何れか一つに記載の電力システム。
7. 前記電力変換装置は、前記第２の接続関係において、前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部（Ｐ２１〜Ｐ２３）から入力される交流電圧を直流電圧に変換して第１端及び第２端の間に印加し、前記第１の接続関係において第１端及び第２端から入力される直流電圧を交流電圧に変換して前記第Ｎ＋１乃至前記第２Ｎの端部を介して前記第１乃至前記第Ｎの巻線へと供給する電力変換装置（３）
   を更に備える、請求項１乃至６の何れか一つに記載の電力システム。
8. 前記回転機は直流ブラシレス回転機である、請求項６又は７に記載の電力システム。
9. 前記回転機は誘導機である、請求項６又は７に記載の電力システム。

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