JP5760895B2 - 回転電機制御システム - Google Patents

Description

本発明は、直流電源に対して並列に接続される第１インバータ及び第２インバータと、第１インバータに接続される第１負荷と、第２インバータに接続される第２負荷とを制御する制御部とを備える回転電機制御システムに関する。

従来から、特許文献１に記載されているように、ステータコアに巻き回しされたステータコイルを有するステータと、ロータコアに巻き回しされたロータコイルと、ロータコイルに接続され、ロータコイルに電流が流れることで生じるロータコアの磁気特性を直径方向反対側で異ならせる整流部であるダイオードとを有するロータとを含む回転電機が知られている。また、制御部により、インバータのＩＧＢＴをオンオフ駆動するようにしており、ステータコイルへパルス電流を流すことで生じる磁束変化によって、ロータコイルに誘導電流を流すようにしている。誘導電流はダイオードで整流された一方向の直流の励磁電流であり、励磁電流は、ロータコアのティース部の一方にＮ極を、他方にＳ極を形成する。すなわち、ロータが磁化される。また、本発明に関連する先行技術として、特許文献２がある。

特開２０１０−９８９０８号公報 特開２０１１−４１４３３号公報

特許文献１に記載された回転電機と制御部とを含む回転電機制御システムでは、ステータ電流をベクトル制御により制御する場合のｄ軸電流とｑ軸電流とのうち、ｄ軸電流にはロータ励磁用電流として、ロータコイルに電流を発生させるためのパルス電流成分が重畳される。また、ｑ軸電流にはトルクリプル防止用電流として、トルク変動を抑制するためのパルス電流成分が重畳される。このような構成では、両方のパルス電流成分の重畳によりステータ電流の電流振幅が大きくなり、インバータのスイッチング素子や平滑コンデンサの大型化を招く可能性がある。このため、インバータや平滑コンデンサを含む制御装置の大型化を招く可能性がある。また、ステータ電流が大きくなることでコイルの銅損が増加し、磁束変動が大きくなることで鉄損も増加する。また、インバータへの通電量が大きくなるため、インバータ損失も増加する。このため、回転電機制御システムの損失が増加する可能性がある。

これに対して、特許文献２には、ステータ電流にロータ励磁用電流としてパルス電流成分を重畳させることで、回転電機を駆動する、すなわち回転電機のステータコイルにパルス電流を流すことでロータコイルに誘導電流を発生させる回転電機制御システムが記載されている。ただし、この構成では、パルス電流成分の重畳の際に、回転電機のトルクが一時的に低下して、回転電機の電力消費が一時的に低下する可能性がないとはいえない。この場合でも、バッテリの直流側の電力供給が途絶えることがないので電力需給バランスが崩れて、すなわち需給アンバランスが生じてインバータに入力される直流電圧が上昇する。

直流電力の需給アンバランスによる直流電圧の電圧変動はインバータに接続された平滑コンデンサの容量によって吸収されるが、単純に電圧変動を抑制しようとすると平滑コンデンサの容量を増加させる必要がある。平滑コンデンサはインバータの構成部品と平滑コンデンサとを含む部品のうちでも、容積、質量、コスト的に大きな割合を占めるため、平滑コンデンサの容量増加による影響は大きい。このため、インバータに入力される直流電圧の電圧変動を抑制することが望まれている。

本発明の目的は、回転電機制御システムにおいて、回転電機のステータコイルにパルス電流を流すことでロータコイルに誘導電流を発生させる構成で、インバータに入力される直流電圧の電圧変動を有効に抑制することである。

本発明に係る回転電機制御システムは、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制御システムは、直流電源に対して並列に接続される第１インバータ及び調整用インバータと、前記第１インバータに接続される第１回転電機と、前記調整用インバータに接続される調整用回転電機とを制御する制御部とを備える回転電機制御システムであって、前記第１回転電機は、ステータコアに巻き回しされたステータコイルを有する第１ステータと、ロータコアに巻き回しされたロータコイル、及び前記ロータコイルに接続される整流部を有する第１ロータとを含み、出力軸に前記第１ロータが動力伝達可能に連結され、前記ステータコイルへ前記第１インバータから第１パルス電流を流すことで生じる磁束変化によって、前記ロータコイルに誘導電流を流し、前記第１ロータを磁化させ、前記第１ロータのトルクを増大させ、前記調整用回転電機は、前記出力軸に動力伝達可能に連結され、前記制御部は、前記第１パルス電流が生じるときに、前記第１パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制し、かつ、前記第１パルス電流によって前記第１回転電機が前記出力軸に第１トルク変動を発生させるときに、前記出力軸の前記第１トルク変動を抑制するような調整用トルク変動が生じるように、前記調整用インバータから前記調整用回転電機に調整用パルス電流を流すように前記調整用インバータを制御することを特徴とする回転電機制御システムである。なお、上記構成において、「出力軸に動力伝達可能に連結され」とは、出力軸に直接連結される他、出力軸に遊星歯車機構等の歯車装置を介して連結される場合も含む。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて好ましくは、前記第１ロータの前記ロータコイルは、前記ロータコアに巻き回しされた複数のロータコイルであり、前記第１ロータの前記整流部は、前記各ロータコイルに接続され、前記ロータコイルに電流が流れることで生じる磁気特性を前記複数のロータコイル同士で周方向に交互に異ならせる。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて好ましくは、前記第１ステータの前記ステータコアは、複数の第１スロットが前記第１ロータ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おり、前記第１ステータのステータコイルは、前記第１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のステータコイルであり、前記第１ロータの前記ロータコアは、複数の第２スロットが前記第１ロータ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おり、前記第１ロータの前記複数のロータコイルは、少なくとも一部が前記第２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ている。なお、「第２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。）。

本発明の回転電機制御システムによれば、第１回転電機のステータコイルに第１パルス電流を流すことでロータコイルに誘導電流を発生させる構成で、第１パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制するように、別の調整用回転電機に接続された調整用インバータから調整用パルス電流が生じるので、第１インバータに入力される直流電圧の電圧変動を抑制することができる。また、ステータ電流が過度に増加しないので、個々のインバータやインバータに接続されるコンデンサの大型化を抑制できるとともに損失を抑制できる。このため、第１回転電機のステータコイルにパルス電流を流すことでロータコイルに誘導電流を発生させる構成で、第１インバータに入力される直流電圧の電圧変動を有効に抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機制御システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。 図１に示す２つのモータジェネレータとエンジンとの動力伝達部を詳しく示す構成図である。 図１に示す第１モータジェネレータを構成するステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 本発明の実施形態において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。 本発明の実施形態において、ロータの周方向に隣り合う主突極に巻装した２個のロータコイルの接続回路の等価回路を示す図である。 本発明の実施形態において、制御部の構成を示すブロック図である。 図７の制御部が有する第１インバータ制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態において、第１インバータから第１モータジェネレータ（ＭＧ１）に流れるｑ軸またはｄ軸のステータ電流、第１モータジェネレータが出力軸に発生させる第１出力軸トルク、第２インバータから第２モータジェネレータ（ＭＧ２）に流れるｑ軸のステータ電流、第２モータジェネレータが出力軸に発生させる第２出力軸トルク、及び各インバータの入力側の直流電圧を示す図である。 比較例において、インバータからモータに流れるｑ軸またはｄ軸のステータ電流、モータジェネレータが出力軸に発生させる出力軸トルクのトルク変動、及び各インバータの入力側の直流電圧の電圧変動を示す図である。 本発明の第２の実施形態の回転電機制御システムを示す構成図である。 ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図６に対応する図である。 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、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。 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概略図である。 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、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す図である。 本発明の実施の形態を構成する回転電機の他の構成例を示す概略図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜９は、本発明の第１の実施形態を示す図である。図１は、本実施形態に係る回転電機制御システムを搭載した車両の概略構成を示す図である。図２は、図１に示す２つのモータジェネレータとエンジンとの動力伝達部を詳しく示す構成図である。図３は、本実施形態において、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。図４は、図３のＡ部拡大図である。図５は、本実施形態において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。なお、以下の図面では、共通の、または対応する要素には各図面で同一の符号を付して説明する。図１に示すように、本実施形態の回転電機制御システムを搭載したハイブリッド車両１０は、回転電機制御システム１２と、駆動軸１４と、車輪１６とを備える。また、回転電機制御システム１２は、車両駆動用のエンジン１８と、動力分割機構２０と、エンジン１８の駆動により発電する第１負荷であり、第１回転電機である第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２２と、調整用負荷であり、調整用回転電機である第２モータジェネレータ（ＭＧ２）２４と、減速機２６とを含む。

なお、ハイブリッド車両１０は、前置エンジン付前輪駆動車であるＦＦ車や、前置エンジン付後輪駆動車であるＦＲ車や、四輪駆動車である４ＷＤ車等とすることができる。

動力分割機構２０は、エンジン１８からの動力を、駆動軸１４への経路と、第１モータジェネレータ２２への経路とに分割可能としている。動力分割機構２０は、遊星歯車機構により構成される。すなわち、図２に示すように、第１モータジェネレータ２２の回転軸を中空として、この回転軸の端部に遊星歯車機構のサンギヤ３０が接続される。また、第１モータジェネレータ２２の回転軸の内側を挿通したエンジン１８の駆動軸２８に、遊星歯車機構のプラネタリギヤ３１に接続したキャリア３２が接続される。また、遊星歯車機構のリングギヤ３３に、出力軸３４が接続され、出力軸３４に別の遊星歯車機構により構成される減速機２６を介して第２モータジェネレータ２４の回転軸が接続される。なお、出力軸３４に減速機を介さずに第２モータジェネレータ２４の回転軸を接続することもできる。図２では、減速機２６を遊星歯車機構により構成しているが、種々の減速機を使用可能である。また、出力軸３４は、減速機２６を介して車輪１６（図１）を駆動するための駆動軸１４（図１）に接続される。

第１モータジェネレータ２２は、３相交流モータであり、エンジン１８始動用モータとしても使用可能であるが、第１モータジェネレータ２２をエンジン１８により駆動される発電機として使用する場合には、キャリア３２から入力されるエンジン１８からのトルクの少なくとも一部を、サンギヤ３０を介して、第１モータジェネレータ２２の回転軸に伝達する。なお、第１モータジェネレータ２２の詳しい構成は後述する。

第２モータジェネレータ２４は、車両駆動力発生用の３相交流モータであり、かつ、発電機、すなわち電力回生用としても使用可能である。第２モータジェネレータ２４は、例えばロータが永久磁石を有する磁石付同期型回転電機である。

エンジン１８の回転は、動力分割機構２０を介して出力軸３４側と第１モータジェネレータ２２側とに取り出す。第１モータジェネレータ２２の駆動により発生した電力は、バッテリ３６（図１）に充電される。なお、ハイブリッド車両１０をＦＲ車として構成する場合には、出力軸３４の回転を、プロペラシャフト、ディファレンシャルギヤを介して駆動輪である、後輪に伝達し、後輪を駆動させる。

図１に戻って、回転電機制御システム１２は、上記の各モータジェネレータ２２，２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８と、直流電源であるバッテリ３６と、システムリレーＳ１，Ｓ２と、それぞれ平滑コンデンサである第１コンデンサ４０及び第２コンデンサ４１と、第１モータジェネレータ２２に電気的に接続される第１インバータ４２と、第２モータジェネレータ２４に電気的に接続される第２インバータ４４と、制御部４６とを含む。

各インバータ４２，４４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、対応するモータジェネレータ２２（または２４）を構成する対応する相のステータコイルの一端側に接続されている。ステータコイルにおいて、同じ相のステータコイル同士は互いに直列に接続され、異なる相のステータコイルが中性点で接続されている。

このような各インバータ４２，４４は、バッテリ３６に対し並列に接続されている。各インバータ４２，４４は、制御部４６によりスイッチングが制御されて、バッテリ３６から供給された直流電圧を３相交流電圧に変換し、対応するモータジェネレータ２２（または２４）に出力する。また、車両の制動時には、第２モータジェネレータ２４から第２インバータ４４に出力された３相交流電圧を第２インバータ４４で直流電圧に変換して、バッテリ３６に供給し、バッテリ３６を充電する。また、エンジン１８の駆動により第１モータジェネレータ２２が駆動されることで、第１モータジェネレータ２２から出力された３相交流電圧を第１インバータ４２で直流電圧に変換して、バッテリ３６に供給し、バッテリ３６を充電する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３８は、制御部４６により制御される昇降圧コンバータであり、バッテリ３６から入力された電圧を昇圧し、各インバータ４２，４４に供給したり、各インバータ４２，４４から入力された電圧を降圧してバッテリ３６に供給することができる。

制御部４６は、各インバータ４２，４４及び各モータジェネレータ２２，２４を制御する。制御部４６は、例えば車載用コンピュータで構成されることができる。制御部４６は、モータＥＣＵと呼ばれるモータコントローラを含むものでもよい。制御部４６には電圧センサ４８により検出されたＤＣ／ＤＣコンバータ３８の出力電圧である各インバータ４２，４４への入力電圧ＶＨと、図示しないバッテリ電圧センサにより検出されたバッテリ電圧センサＶｂと、図示しない外部ＥＣＵからの各モータジェネレータ２２，２４に対するトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２とを、それぞれ入力する。また、制御部４６には、各モータジェネレータ２２，２４の所定時間当たりの回転角度を測定する角度センサＭＲや、各モータジェネレータの３相のステータ電流Ｉ１，Ｉ２を検出する電流センサＭＩ等の各種センサからの検出信号も入力する。なお、各モータジェネレータ２２，２４の３相のステータ電流のうち、２相のステータ電流が得られれば残りの１相のステータ電流は一義的に算出できるので、各モータジェネレータ２２，２４に対応する電流センサは、それぞれ２つのみとすることもできる。なお、エンジン１８は、図示しないエンジンＥＣＵにより制御される。

また、バッテリ３６とＤＣ／ＤＣコンバータ３８との間、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８と各インバータ４２，４４との間に、それぞれ第１、第２コンデンサ４０，４１が設けられている。また、第１コンデンサ４０の両端とバッテリ３６の正極側及び負極側との間にそれぞれシステムリレーＳ１，Ｓ２が接続されている。各システムリレーＳ１，Ｓ２は制御部４６によりスイッチングのオンオフが制御される。

次に、第１モータジェネレータ２２の構成を、図３〜８により詳しく説明する。第１モータジェネレータ２２は、いわゆる「磁石レス型」と呼ばれる電磁石型回転電機である。図３に示すように、電動機または発電機として機能する第１モータジェネレータ２２は、図示しないケーシングに固定されたステータ５０と、ステータ５０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５０に対し回転可能なロータ５２とを備える。なお、「径方向」とは、ロータ５２の回転中心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５０は、磁性材製のステータコア５４と、ステータコア５４に巻き回しされた複数相（より具体的には例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータコイル５６ｕ，５６ｖ，５６ｗとを含む。ステータコア５４の周方向複数個所には、径方向内側へ（ロータ５２へ向けて）突出する複数の第１ティースである、ティース５８が配置されており、各ティース５８間に第１スロットであるスロット６０が形成されている。なお、「周方向」とは、ロータ５２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５４の内周面には、径方向内側へ（ロータ５２へ向けて）突出する複数のティース５８が、ロータ５２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、ステータコア５４には、複数のスロット６０が、ロータ５２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。

各相のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗは、スロット６０を通ってステータコア５４のティース５８に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース５８にステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗ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５８が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ５０に生成することができる。なお、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗは、このようにステータ５０のティース５８に巻線する構成に限定するものではなく、例えばティース５８から外れたステータコア５４の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータコイルを巻線するトロイダル巻きとし、ステータ５０に回転磁界を生じさせることもできる。

ティース５８に形成された回転磁界は、その先端面からロータ５２に作用する。図３に示す例では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗがそれぞれ巻装された３つのティース５８により１つの極対が構成されている。

一方、ロータ５２は、磁性材料製のロータコア６２と、複数のＮ極ロータコイル６４ｎ及びＳ極ロータコイル６４ｓとを含む。ロータコア６２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５０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、かつ第２ティースである主突極６６が、ロータコア６２の周方向に沿って互いに間隔をおいて配置されており、各主突極６６がステータ５０と対向している。ロータコア６２の環状部分であるロータヨーク及び複数の主突極６６は、例えば磁性鋼板を複数積層した積層体等の磁性材により、一体に設けられている。より詳しくは、ロータ５２の周方向に関して１つおきの主突極６６に複数のＮ極ロータコイル６４ｎをそれぞれ集中巻きで巻線し、Ｎ極ロータコイル６４ｎを巻線した主突極６６と隣り合う別の主突極６６であって、周方向１つおきの主突極６６に、複数のＳ極ロータコイル６４ｓをそれぞれ集中巻きで巻線している。また、ロータ５２は、周方向に隣り合う主突極６６の間に形成された第２スロットであるスロット６８（図４、図５）を有する。すなわち、ロータコア６２には、複数のスロット６８が、ロータ５２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。また、ロータコア６２は、図示しない回転軸の径方向外側に嵌合されている。

図４から図６に示すように、各Ｎ極ロータコイル６４ｎは、主突極６６の先端側（図３〜５の上端側）に巻かれたＮ極誘導コイル７０と、Ｎ極誘導コイル７０に接続されたＮ極共通コイル７２とを含む。Ｎ極共通コイル７２は、Ｎ極誘導コイル７０が巻かれる主突極６６において、Ｎ極誘導コイル７０よりも根元側（図３〜５の下端側）に巻かれている。また、各Ｓ極ロータコイル６４ｓは、各Ｎ極ロータコイル６４ｎが巻かれた主突極６６と周方向に隣り合う別の主突極６６の先端側に巻かれたＳ極誘導コイル７４と、Ｓ極誘導コイル７４に接続されたＳ極共通コイル７６とを含む。Ｓ極共通コイル７６は、Ｓ極誘導コイル７４が巻かれる主突極６６において、Ｓ極誘導コイル７４よりも根元側に巻かれている。なお、図３〜５に示す例では、各主突極６６の周囲に巻かれる誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６は、それぞれ主突極６６の周囲の長さ方向（図５の上下方向）に沿って設けられたソレノイドが、主突極６６の周方向（図５の左右方向）に複数層整列した整列巻きで配置されている。なお、各主突極６６の先端側に巻かれる誘導コイル７０，７４は、主突極６６の周囲に複数回、すなわち複数ターン分、渦巻状に巻いた構成とすることもできる。

図５、図６に示すように、ロータ５２の周方向に隣り合う２個の主突極６６を１組として、各組で１個の主突極６６に巻かれたＮ極誘導コイル７０の一端と、別の主突極６６に巻かれたＳ極誘導コイル７４の一端とを、２個の磁気特性調整部であり整流素子である第１ダイオード７７及び第２ダイオード７８を介して接続している。すなわち、図６は、本実施の形態において、ロータ５２（図５）の周方向に隣り合う主突極６６に巻装された２個のロータコイル６４ｎ，６４ｓの接続回路の等価回路を示す図である。図６に示すように、Ｎ極誘導コイル７０及びＳ極誘導コイル７４の一端は、互いに順方向が逆になる第１ダイオード７７及び第２ダイオード７８を介して、接続点Ｒで接続されている。

また、図５、図６に示すように、各組で１個の主突極６６に巻かれたＮ極共通コイル７２の一端は、別の主突極６６に巻かれたＳ極共通コイル７６の一端に接続されている。Ｎ極共通コイル７２及びＳ極共通コイル７６は互いに直列に接続されることで、共通コイル組８０を形成している。さらに、Ｎ極共通コイル７２の他端は接続点Ｒに接続され、Ｓ極共通コイル７６の他端は、Ｎ極誘導コイル７０及びＳ極誘導コイル７４の接続点Ｒとは反対側の他端に接続されている。また、各ロータコイル６４ｎ，６４ｓの誘導コイル７０，７４及び共通コイル７２，７６の巻回中心軸は、ロータ５２（図３）の径方向と一致している。なお、各誘導コイル７０，７４及び共通コイル７２，７６は、対応する主突極６６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（図示せず）等を介して巻装することもできる。このように各ロータコイル６４ｎ、６４ｓは、ロータコア６２に巻き回しされている。

このような構成では、後述するように、Ｎ極誘導コイル７０、Ｓ極誘導コイル７４、Ｎ極共通コイル７２及びＳ極共通コイル７６に整流された電流が流れることで主突極６６が磁化し、磁極部として機能する。図３に戻って、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗに交流電流を流すことで、ステータ５０が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。

より詳しくは、ステータ５０に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗの配置や、ティース５８及びスロット６０によるステータコア５４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、各相のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗが互いに重なり合わないため、ステータ５０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。例えばステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗ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次成分であり、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コイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗの配置やステータコア５４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。

ステータ５０からロータ５２に、この空間強調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ５２の主突極６６間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより図３に示す各誘導コイル７０，７４の少なくともいずれかの誘導コイル７０，７４に誘導起電力が発生する。また、ステータ５０から近い、主突極６６の先端側の誘導コイル７０，７４は、主に誘導電流を発生させる機能を有し、ステータ５０から遠い、共通コイル７２，７６は、主に主突極６６を磁化する機能を有する、すなわち電磁石として機能する。また、図６の等価回路から理解されるように、隣り合う主突極６６（図３〜図５）に巻装された誘導コイル７０，７４を流れる電流の合計が共通コイル７２，７６にそれぞれ流れる電流となる。また、隣り合う共通コイル７２、７６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、各主突極６６に流れる磁束を同じとしたままで各共通コイル７２，７６に流す電流を低減できる。

各誘導コイル７０，７４に誘導起電力が発生すると、Ｎ極誘導コイル７０、Ｓ極誘導コイル７４、Ｎ極共通コイル７２及びＳ極共通コイル７６にダイオード７７，７８の整流方向に応じた直流電流が流れ、ロータコイル６４ｎ，６４ｓが巻装された主突極６６が磁化することで、この主突極６６が磁極の固定された磁石である磁極部として機能する。図５に示す、周方向に隣り合うＮ極ロータコイル６４ｎとＳ極ロータコイル６４ｓとで巻き方向が逆になっており、周方向に隣り合う主突極６６同士で磁化方向が逆になる。図示の例では、Ｎ極ロータコイル６４ｎが巻装された主突極６６の先端にＮ極が生成され、Ｓ極ロータコイル６４ｓが巻装された主突極６６の先端にＳ極が生成されるようにしている。このため、ロータ５２の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置される。すなわち、ロータ５２は、ステータ５０で生成される磁界に含まれる高調波成分が鎖交することにより、周方向にＮ極及びＳ極が交互に形成されるように構成される。

また、図３に示すように、ロータ５２の周方向に関する各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の幅θは、ロータ５２の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６は、それぞれ主突極６６に短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ５２の周方向に関する各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の幅θは、ロータ５２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している。ここでの各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の幅θについては、各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の断面積を考慮して、各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の断面の中心幅で表すことができる。すなわち、各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の内周面の幅と外周面の幅との平均値で各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の幅θを表すことができる。なお、ロータ５２の電気角は、ロータ５２の機械角にロータ５２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、周方向に関する各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６の幅θは、ロータ５２の回転中心軸から各誘導コイル７０，７４及び各共通コイル７２，７６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）

また、本実施形態では、ロータ５２は、周方向の複数個所に配置された主突極６６の周方向両側面から突出する補助突極８２を含んでいる。補助突極８２は、各主突極６６の軸方向（図３、図４の表裏方向）のほぼ全長にわたり、各主突極６６の周方向両側面から、周方向に対し傾斜した方向にそれぞれ突出する板状の磁性体である。例えば、図示の例では、補助突極８２は、各主突極６６の周方向両側面の径方向中間部に、先端に向かうほどロータ５２の径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。複数の補助突極８２は、主突極６６の周方向の両側面において、Ｎ極誘導コイル７０とＮ極共通コイル７２との間、及び、Ｓ極誘導コイル７４とＳ極共通コイル７６との間のそれぞれから突出している。すなわち補助突極８２は、主突極６６に磁気的に接続されている。

また、同じスロット６８内に配置される２個の補助突極８２は互いに直接にはスロット６８内で結合されず、先端部は互いに離れている。このような補助突極８２は、ロータコア６２及び主突極６６と同じ磁性材料により形成することができる。例えば、ロータコア６２、各主突極６６及び各補助突極８２を、磁性鋼板の積層体等により一体に形成することができる。

また、各主突極６６に巻かれた各ロータコイル６４ｎ，６４ｓのうち、誘導コイル７０，７４と共通コイル７２，７６とは、対応するスロット６８内で補助突極８２で仕切られて分離されている。同じ主突極６６に巻かれる誘導コイル７０，７４と共通コイル７２，７６とは、ロータコア６２の軸方向端面よりも外側に設けられる図示しない片側または両側のコイルエンド側等、補助突極８２から外れた部分で互いに接続されている。また、図４に示すように、各主突極６６の先端部に周方向両側に突出する鍔部８４を形成して、誘導コイル７０，７４（７４は図３参照）の抜け止めを図ることもできる。

このような第１モータジェネレータ２２は、図７の制御部４６が有する第１インバータ制御部８６による第１インバータ４２（図１）の制御によりその駆動が制御される。第１インバータ制御部８６は、第１インバータ４２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、第１モータジェネレータ２２のトルクを制御する。また、制御部４６は、第２インバータ制御部８８を有し、第２インバータ制御部８８は、第２インバータ４４（図１）を制御することにより第２モータジェネレータ２４の駆動を制御する。

なお、図１ではバッテリ３６とインバータ４２，４４との間にＤＣ／ＤＣコンバータ３８を接続しているが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８を省略することもできる。

上記の第１モータジェネレータ２２では、３相のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗに３相の交流電流を流すことでティース５８（図１）に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ５２に作用し、これに応じて、ロータ５２の磁気抵抗が小さくなるように、主突極６６がティース５８の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ５２にトルク（リラクタンストルク）が作用する。

また、ティース５８に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ５２の各ロータコイル６４ｎ，６４ｓに鎖交すると、各ロータコイル６４ｎ，６４ｓには、空間高調波成分に起因するロータ５２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によって、各ロータコイル６４ｎ，６４ｓ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コイル６４ｎ，６４ｓに流れる電流は、各ダイオード７７，７８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７７，７８で整流された直流電流が各ロータコイル６４ｎ，６４ｓに流れるのに応じて各主突極６６が磁化することで、各主突極６６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７７，７８によるロータコイル６４ｎ，６４ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各主突極６６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。

しかも、図５に示すように、各主突極６６の周方向両側面に補助突極８２が、先端に向かうほど径方向外側になるように傾斜する方向に形成されている。このため、ステータ５０からロータ５２に、ステータ５０の起磁力として、空間的２次の空間高調波の磁束であるｑ軸磁束が流れる場合を考えると、補助突極８２により誘導コイル７０，７４に多くの磁束を鎖交させることができる。すなわち、ステータ５０とロータ５２とのある位相関係で、空間高調波のｑ軸磁束が、ステータ５０の一部のティース５８から一部の補助突極８２を介して、一部の主突極６６へ多く誘導され、一部の主突極６６から別のティース５８へ誘導される場合があり、誘導コイル７０，７４に多くの磁束を鎖交させることができる。また、ｑ軸磁束の向き及び大きさは電気的１周期の中で変化するが、誘導コイル７０，７４に流れる磁束の最大量が多くなることで、誘導コイル７０，７４の鎖交磁束の変化を大きくできる。例えば、ステータ５０のティース５８からＳ極の補助突極８２を介してＳ極の主突極６６にｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｓ極の主突極６６をＮ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＳ極誘導コイル７４に誘導電流が流れようとし、その流れは第２ダイオード７８（図５）で妨げられない。このため、Ｓ極の主突極６６からロータコア６２のロータヨーク部分を介してＮ極の主突極６６に抜ける方向の、誘導電流による磁束が流れる。また、これとは逆に、ステータ５０のティース５８からＮ極の主突極６６を介して補助突極８２にｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｎ極の主突極６６をＳ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＮ極誘導コイル７０に誘導電流が流れようとし、その流れは第１ダイオード７７（図５）で妨げられることなく、対応する主突極６６をＮ極とする方向に電流を流す。この場合も、Ｓ極の主突極６６からロータヨーク部分を介してＮ極の主突極６６に抜ける方向の、誘導電流による磁束が流れる。この結果、各主突極６６がＮ極またはＳ極に磁化する。上記のように各主突極６６の両側面から補助突極８２が突出しているので、補助突極８２がない、すなわち各スロット２９内で周方向に隣り合う主突極６６同士の間に空間しかない場合に比べて、各誘導コイル７０，７４に鎖交する磁束の振幅の最大値を大きくできるので、鎖交磁束の変化を大きくできる。

そして、各主突極６６（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ５０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５０により生成される回転磁界（基本波成分）と主突極６６（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５２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５２がステータ５０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。このように第１モータジェネレータ２２は、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗへの供給電力を利用してロータ５２に動力（機械的動力）を発生させるモータとして機能させることができる。

また、Ｎ極誘導コイル７０に流れる誘導電流と、Ｓ極誘導コイル７４に流れる誘導電流との位相はずれるので、Ｎ極誘導コイル７０とＳ極誘導コイル７４とに、それぞれ位相がずれた半波整流が生成される。これに対して、Ｎ極共通コイル７２とＳ極共通コイル７６とには、Ｎ極誘導コイル７０とＳ極誘導コイル７４とに流れる電流の和の大きさの電流が流れるので、例えば連続して大きな直流電流が流れるようになる。このため、各主突極６６に磁極が形成されやすくなり、ロータ５２のトルクを増大できる。

また、図７の制御部４６が含む第１インバータ制御部８６は、第１パルス電流生成部９０を有する。第１パルス電流生成部９０は、ロータコイル６４ｎ，６４ｓ（図３）の巻回中心軸方向である磁極方向に対し電気角で９０度進んだ方向であるｑ軸方向に界磁磁束を発生させるようにステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗに電流を流すためのｑ軸電流指令に、周期的にパルス状に減少させる減少パルス電流を重畳させる。図８は、図７の制御部４６が有する第１インバータ制御部８６の構成を示すブロック図である。第１インバータ制御部８６は、図示しない電流指令算出部を有し、予め作成されたテーブル等にしたがって、外部ＥＣＵから入力される第１モータジェネレータ２２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、第１モータジェネレータ２２の周方向に関してロータコイル６４ｎ，６４ｓ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３に示すようにロータ５２の回転方向が規定される場合、ｄ軸方向、ｑ軸方向は、図３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、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗ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。

また、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、第１パルス電流生成部９０から周期的にパルス状に減少する、すなわち急激に減少した後、急激に上昇する減少パルス電流が重畳されることで、重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑ・ｓｕｍ＊となる。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及び重畳後ｑ軸電流指令値Ｉｑ・ｓｕｍ＊は、実電流であるｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとの制御偏差がとられ、それらの制御偏差に応じて対応するＰＩ演算部９２，９４でＰＩ制御によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が算出され、２相／３相変換部９５に出力される。２相／３相変換部９５でｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電圧指令値に変換される。３相電圧指令値は、図示しないＰＷＭ変換部でＰＷＭ信号に変換され、図示しないゲート回路に出力される。ゲート回路は、第１インバータ４２の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。すなわち、ゲート指令信号が第１インバータ４２に出力され、第１インバータ４２が駆動される。

このように、制御部４６（図７）は、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗ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４２を制御する。

図９は、本実施形態において、第１インバータ４２（図８）から第１モータジェネレータ２２に流れるｑ軸またはｄ軸のステータ電流、第１モータジェネレータ２２が出力軸３４（図２）に発生させる第１出力軸トルク、第２インバータ４４（図１）から第２モータジェネレータ２４に流れるｑ軸のステータ電流、第２モータジェネレータ２４が出力軸３４に発生させる第２出力軸トルク、及び各インバータ４２，４４の入力側の直流電圧ＶＨを示す図である。図９では、「ステータ電流」で実線ａはｑ軸電流を、破線ｂはｄ軸電流を示している（後述する図１０に示す比較例の場合も同様である）。上記のように、第１パルス電流生成部９０（図８）がｑ軸電流指令Ｉｑ＊に減少パルス電流を重畳させることで、図９の「ＭＧ１」で示すように、第１モータジェネレータ２２のステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗへ、第１インバータ４２から周期的にパルス状に減少する、すなわち急激に減少した後、急激に増加する減少パルス成分を有する「ステータ電流」である第１パルス電流が流れる。すなわち、第１パルス電流生成部９０は、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗへ第１インバータ４２から第１パルス電流を流す機能を有する。

制御部４６が上記のように構成されるので、ロータコイル６４ｎ，６４ｓ（図３）に、誘導電流であるロータ電流が生じる。すなわち、ステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗへ第１パルス電流が流れることで生じる磁束変化によって、ロータコイル６４ｎ，６４ｓに誘導電流が流れる。そして、上記のようにロータ５２に設けられた各主突極６６が磁化されることで、ステータ５０とロータ５２との磁気的相互作用によりロータ５２にトルクが発生する。また、上記のようにステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗに第１パルス電流が流れることで、各ロータコイル６４ｎ，６４ではステータコイル５６ｕ、５６ｖ、５６ｗへの減少パルス成分重畳後にロータ電流が大きくなる。このため、ロータトルクが増大する。

また、上記の図２に示したように、第１モータジェネレータ２２は遊星歯車機構である動力分割機構２０を介して出力軸３４に動力の伝達可能に連結されている。このため、図９の「ＭＧ１」の「第１出力軸トルク」に示すように、第１インバータ制御部８６は、第１パルス電流によって、第１モータジェネレータ２２が出力軸３４に第１トルク変動Ｔｗ１（図９）を有する第１出力軸トルクを発生させる。第１トルク変動Ｔｗ１は、上記の第１パルス電流にパルス成分が発生するのと同時期に発生するトルク変動であって、パルス状に減少する、すなわち図９の矢印α方向に急激に減少した後、急激に上昇するトルク変動である。なお、図９では、ステータ電流及び第１出力軸トルク（後述する第２出力軸トルクの場合も同様である。）が直線状に移行する途中でパルス状の電流変動またはトルク変動が生じる図示としている。ただし、これは説明の便宜上のために横軸の時間を極端に長くしているだけで、実際には、「ステータ電流」では正弦波の電流に周期的にパルス状の電流成分が重畳している。また、「出力軸トルク」では、パルス状のトルク変動の前よりも、後でトルクが上昇し、その後徐々に低下するが、再度のパルス状のトルク変動により再度上昇し、それを繰り返すようになっている。

さらに、図７に示すように、第２モータジェネレータ２４（図１）の駆動を制御する第２インバータ制御部８８は、第２パルス電流生成部９６を有する。第２パルス電流生成部９６は、上記の第１モータジェネレータ２２（図３）のステータ５０で第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って生じる各インバータ４２，４４（図１）の入力電圧である直流電圧ＶＨの変化を抑制する、例えば解消するように、第２インバータ４４（図１）から第２モータジェネレータ２４のステータコイルに流す調整用パルス電流である第２パルス電流を生成する。

第２インバータ制御部８８は、第２モータジェネレータ２４のステータコイルに第２パルス電流を流すように、第２インバータ４４（図１）を制御する。すなわち、図９の「ＭＧ２」で示すように、第２パルス電流生成部９６（図７）は、第２モータジェネレータ２４のステータ電流であるｑ軸電流に、第１モータジェネレータ２２のステータ電流にパルス状の電流成分を重畳させるのと同時期に、パルス状に増加する、すなわち急激に増加した後、急激に減少する増加パルス成分Ｐを重畳させる。図９の「直流電圧」では、実線ｃにより各インバータ４２，４４の入力電圧である直流電圧ＶＨが一定に推移することを示している。破線ｃ１は、第１モータジェネレータ２２のステータコイルに流す第１パルス電流のみによって生じる直流電圧の仮想的な変動を示しており、破線ｃ１は、第２モータジェネレータ２４のステータコイルに流す第２パルス電流のみによって生じる直流電圧の仮想的な変動を示しており、破線ｃ１と破線ｃ２とが逆方向にパルス状となる変動成分であることを示している。図示の例では、変動成分ｃ１、ｃ２は互いに同じ変動幅を有する場合を示している。ただし、破線ｃ１の変動成分に対して破線ｃ２の変動成分が逆方向でその変動を、図９の矢印β方向に減らすものであれば、互いの変動幅は同じでなくてもよい。

また、上記の図２に示したように、第２モータジェネレータ２４は、遊星歯車機構である動力分割機構２０を介して出力軸３４に動力の伝達可能に連結されている。このため、図９の「ＭＧ２」の「第２出力軸トルク」に示すように、第２インバータ制御部８８は、第２パルス電流によって、第２モータジェネレータ２４が出力軸３４に補償トルクである第２トルク変動Ｔｗ２を有する第２出力軸トルクを発生させる。第２トルク変動Ｔｗ２は、上記の第１パルス電流にパルス成分が発生するのと同時期に発生するトルク変動であって、パルス状に増加する、すなわち図９の矢印γ方向に急激に増加した後、急激に減少するトルク変動である。したがって、第２インバータ制御部８８（図７）は、上記の第１パルス電流によって第１モータジェネレータ２２が出力軸３４に第１トルク変動Ｔｗ１を発生させるときに、第２モータジェネレータ２４に、第２インバータ４４（図１）から第２パルス電流を流すことによって出力軸３４の第１トルク変動Ｔｗ１を抑制する、すなわち小さくするか、またはなくすような第２トルク変動Ｔｗ２が生じるように第２インバータ４４を制御する。

このような本実施形態によれば、第１モータジェネレータ２２のステータコイルに第１パルス電流を流すことでロータコイル６４ｎ、６４ｓに誘導電流を発生させる構成で、第１パルス電流に伴って生じる直流電圧ＶＨの変化を抑制するように、第２モータジェネレータ２４に接続された第２インバータ４４から第２パルス電流が生じる。このため、第１インバータ４２に入力される直流電圧ＶＨの電圧変動を抑制することができる。すなわち、第１モータジェネレータ２２のステータコイルに流すステータ電流にパルス成分を重畳させる際に、直流電圧ＶＨが変動しないように、そのパルス重畳と同時に、第２モータジェネレータ２４のステータコイルにパルス状の電流を通電し、電力変動を発生させないようにする。第１モータジェネレータ２２で上記のパルス重畳によって電力が瞬間的に消費される場合には、例えば別の回転電機である第２モータジェネレータ２４では発電するように電流を流して電圧低下を抑制し、逆に第１モータジェネレータ２２で発電する場合には第２モータジェネレータ２４で電力を消費するように通電する。この結果、直流電圧レベルで電力収支が一定に維持され、直流電圧ＶＨの電圧変動が抑制されるので、各インバータ４２，４４に接続された第２コンデンサ４１の容量を増加させることなく安定した第１モータジェネレータ２２の制御が可能となる。

また、各モータジェネレータ２２，２４に流すステータ電流が過度に増加しないので、個々のインバータ４２，４４やインバータ４２，４４に接続される第２コンデンサ４１の大型化を抑制できるとともに損失を抑制できる。このため、第１モータジェネレータ２２のステータコイルにパルス電流を流すことでロータコイル６４ｎ、６４ｓに誘導電流を発生させる構成で、各インバータ４２，４４に入力される直流電圧ＶＨの電圧変動を有効に抑制できる。

また、第１モータジェネレータ２２及び第２モータジェネレータ２４のそれぞれが出力軸３４に動力伝達可能に連結され、制御部４６は、第１パルス電流によって第１モータジェネレータ２２が出力軸３４に第１トルク変動Ｔｗ１を発生させるときに、第２モータジェネレータ２４に、第２インバータ４４から第２パルス電流を流すことによって出力軸３４の第１トルク変動Ｔｗ１を抑制するような第２トルク変動Ｔｗ２が生じるように第２インバータ４４を制御する。このため、出力軸３４のトルク変動を抑制する、すなわち小さくするか、またはなくすことができ、車両の駆動力を安定して制御できる。この場合、第１パルス電流に起因する第１出力軸トルクのトルク変動Ｔｗ１と、第２パルス電流に起因する第２出力軸トルクのトルク変動Ｔｗ２とは逆方向で大きさを同じとすることができるが、トルク変動Ｔｗ２がトルク変動Ｔｗ１と逆方向で、最終的に出力軸３４のトルク変動を小さくするものであってもよい。

図１０は、本発明から外れた比較例の回転電機制御システムにおいて、インバータからモータに流れるｑ軸またはｄ軸のステータ電流、比較例のモータジェネレータが出力軸に発生させる出力軸トルクのトルク変動Ｔｗ３、及び各インバータの入力側の直流電圧ＶＨの電圧変動を示す図である。

図１０に示す比較例の場合、図示しないモータは、直接または遊星歯車機構等の歯車減速機を介して出力軸３４（図２参照）に動力伝達可能に連結されている。モータの構成自体は、上記で説明した本実施形態の第１モータジェネレータ２２（図３等）と同様である。また、比較例では、本実施形態の場合と同様に、モータを駆動するインバータを制御する制御部は、このインバータとともにバッテリに並列に接続された第２インバータを制御する。ただし、比較例では、図７の制御部４６のような第２パルス電流生成部９６を含んでいない。

このような比較例では、図１０に示すように、上記の実施形態の第１モータジェネレータ２２の場合と同様に、制御部は、ステータ電流、すなわち実線ａで示すｑ軸電流または破線ｂで示すｄ軸電流にモータを流れるステータ電流にパルス変動を生じさせ、出力軸３４にパルス状に減少するトルク変動Ｔｗ３を有する出力軸トルクを発生させる。また、上記のモータのステータで第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って各インバータの入力電圧である直流電圧ＶＨに、第１パルス電流発生時期と同時期に、急激に増大してから急激に低下するパルス状の電圧変動が発生する。

すなわち、比較例では、インバータを通じてバッテリ３６（図１参照）からモータに供給している電力が、上記の図１０に示すステータ電流であるパルス電流によって一時的に低下し、モータ側での電力消費が一時的に途絶える。この場合でも、バッテリ３６やＤＣ／ＤＣコンバータ３８の持つリアクトル成分により直流側での電力供給が途絶えることがない。このため、電力需給バランスが崩れて各インバータの入力電圧である直流電圧ＶＨが図１０のようにパルス状に上昇する。この場合には、瞬間的にモータの制御が困難になる可能性がある。

さらに、直流電力の需給アンバランスによる直流電圧ＶＨの電圧変動は、インバータに接続されたコンデンサの容量によって吸収可能であるが、単純に電圧変動ＶＨをコンデンサの容量だけで抑制しようとするとコンデンサの容量を増加させる必要がある。この場合、コンデンサはインバータの構成部品及びコンデンサを含む部品の中で、容積、質量、コストの面で大きな割合を占めるため、コンデンサの容量増加による悪影響が大きくなる可能性がある。

また、比較例では、図１０の「出力軸トルク」で示すように、モータのステータコイルに流す第１パルス電流によって出力軸３４に、パルス状のトルク変動成分Ｔｗ３を有する出力軸トルクが加わる。このため、一時的にも出力軸３４のトルクが一定トルク要求時でも変動する可能性がある。

これに対して、本実施形態では、第２インバータ制御部８８が第１モータジェネレータ２２のステータコイルで第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って、直流電圧にパルス状の電圧変動が発生し、出力軸３４にトルク変動も発生する。ただし、本実施形態では、上記のように、制御部４６が、第１モータジェネレータ２２のステータコイルで第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って生じる各インバータ４２，４４の入力電圧である直流電圧ＶＨの変化を抑制するように、第２インバータ４４から第２モータジェネレータ２４のステータコイルに第２パルス電流を流すように、第２インバータ４４を制御する。このため、直流電圧ＶＨの変動を抑制できるため、第２コンデンサ４１の容量を小さくできるとともに、出力軸３４に発生するトルク変動を抑制できる。

なお、本実施形態では、第１回転電機である第１モータジェネレータ２２は、出力軸３４に動力伝達可能に連結され、調整用負荷である第２モータジェネレータ２４は、出力軸３４に動力伝達可能に連結されることで、第１モータジェネレータ２２のステータで第１パルス電流が生じるときに、第２モータジェネレータ２４で第２パルス電流を発生させることで、直流電圧ＶＨの変動と、出力軸３４のトルク変動とをいずれも抑制するようにしている。ただし、両モータジェネレータ２２，２４を、共通の出力軸に動力伝達可能に連結しない構成で、同様の制御により直流電圧ＶＨの変動のみを抑制するように構成することもできる。

なお、上記では、図９の実線ａで示すｑ軸電流のように減少パルス成分を重畳させて、第１パルス電流をステータコイルに流し、ロータコイルに誘導電流を流すことでロータを磁化させる場合を説明した。ただし、図９の破線ｂで示すｄ軸電流のように、急激に上昇した後、急激に減少する増加パルス成分を重畳させて、第１パルス電流をステータコイルに流し、ロータコイルに誘導電流を流すことでロータを磁化させることもできる。

また、上記では、第１モータジェネレータ２２が、ステータコイルに第１パルス電流を流すことでロータコイルに誘導電流を発生させる構成である場合を説明したが、第１モータジェネレータ２２と第２モータジェネレータ２４との構成は逆にすることもできる。すなわち、この場合には、第２モータジェネレータ２４が第１負荷である第１回転電機となり、第１モータジェネレータ２２が調整用負荷である調整用回転電機となる。また、第１インバータ４２と第２インバータ４４との機能が逆になる。この場合には、制御部は、第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制するように、第１インバータ４４から第１モータジェネレータ２２に調整用パルス電流である第２パルス電流を流すように第１インバータ４４を制御する。この場合も上記と同様の効果を得られる。

なお、上記の実施形態では、図１に示したようなハイブリッド車両１０、すなわち、第１モータジェネレータ２２及び第２モータジェネレータ２４とエンジン１８とが動力分割機構２０を介して連結されるハイブリッド車両に回転電機制御システムを搭載する場合を説明した。ただし、本発明に係る回転電機制御システムを搭載するハイブリッド車両はこのような構成に限定せず、例えば、シリーズハイブリッド（ＳＨＶ）型と呼ばれる構成、すなわち、エンジンにより駆動される発電機と、発電機から直流電源であるバッテリを介して電力が供給されるモータとを備え、バッテリに対して並列に第１、第２両インバータが接続され、各インバータに発電機とモータとがそれぞれ接続され、各インバータが制御部により制御される構成に適用することもできる。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態の回転電機制御システムを示す構成図である。図１１に示す第２の実施形態では、上記の図１〜９に示した第１の実施形態において、バッテリ３６に接続された昇圧コンバータ等のＤＣ／ＤＣコンバータ３８に、第１インバータ４２及び第２インバータ４４と並列に調整用インバータ９８を接続している。また、調整用インバータ９８に調整用負荷である調整用モータジェネレータ１００を接続している。本実施形態では、第２インバータ４４は調整用インバータに対応せず、第２モータジェネレータ２４は調整用負荷に対応しない。なお、以下では、説明の便宜上、回転電機制御システム１２が３つのモータジェネレータ２２，２４、１００を備える場合を説明するが、４つ以上のモータジェネレータ等の回転電機及び対応するインバータを設けることもでき、その場合に増やす回転電機の構成は、第１モータジェネレータ２２及び第２モータジェネレータ２４の基本的構成と同様とする。すなわち、本実施形態では、第１、第２モータジェネレータ２２，２４の構造を同じとし、各モータジェネレータ２２，２４の基本的構成は、上記の第１の実施形態を構成する第１モータジェネレータ２２の基本的構成と同様とする。

すなわち、本実施形態では、上記の第１の実施形態において、第２モータジェネレータ２４の基本的構成が、第１モータジェネレータ２２と同様に構成されている。すなわち、第２モータジェネレータ２４は、ステータコアに巻き回しされたステータコイルを有するステータと、ロータコアに巻き回しされたロータコイルと、ロータコイルに接続される整流部であるダイオードとを有するロータとを含む。また、ステータコイルへ第２インバータ４２から第２パルス電流を周期的に流すことで生じる磁束変化によって、ロータコイルに誘導電流を流し、ロータを磁化させるようにしている。また、第１モータジェネレータ２２のステータコイルに流す第１パルス電流に生じる減少パルス成分（または増加パルス成分）の発生時期と、第２モータジェネレータ２４のステータに流す第２パルス電流に生じる減少パルス成分（または増加パルス成分）の発生時期とをずらしている。

そして制御部４６は、第１パルス電流が生じるときに、第１パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制するように、調整用インバータ９８から調整用モータジェネレータ１００に調整用パルス電流を流すように調整用インバータ９８を制御する。これとともに、制御部４６は、第２パルス電流が生じるときに、第２パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制するように、調整用インバータ９８から調整用モータジェネレータ１００に調整用パルス電流を流すように調整用インバータ９８を制御する。

また、調整用モータジェネレータ９８は、第１モータジェネレータ２２及び第２モータジェネレータ２４には動力伝達可能には連結していない。例えば、調整用モータジェネレータ９８は、別の負荷を駆動するためには使用しない。ただし、調整用パルス電流がステータコイルに通電されても実用上の性能に問題を生じないものであれば、調整用モータジェネレータ９８に適宜の負荷を接続することもできる。

このような実施形態によれば、調整用モータジェネレータ１００以外の各モータジェネレータ２２，２４に対して、調整用モータジェネレータ１００が調整用パルス電流をずれた時期（タイミング）に発生させる、すなわち同時には発生させないので、調整用モータジェネレータ１００以外に、複数のモータジェネレータである第１モータジェネレータ２２及び第２モータジェネレータ２４が設けられ、それぞれがパルス電流の通電によりロータコイルに流れる誘導電流を増大させる場合でも、上記の第１の実施形態と同様に、インバータ４２，４４の入力電圧である直流電圧の変動を抑制できる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。

また、上記の各実施形態の回転電機制御システムを構成する回転電機には、種々の構造を適用可能である。例えば、図１２は、ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図６に対応する図である。すなわち、上記の図５、図６等で示した構成では、ロータ５２の周方向に隣り合う２個の主突極６６を１組として、各組で１個の主突極６６に巻かれたＮ極誘導コイル７０の一端と、別の主突極６６に巻かれたＳ極誘導コイル７４の一端とを、２個の整流素子である第１ダイオード７７，７８を介して接続する場合を説明した。ただし、上記の各実施形態では、図１２のようにロータの回路を構成することもできる。図１２に示す別例では、上記の図５、図６等に示した第１の実施形態において、ロータのＮ極となる周方向１つおきの主突極６６（図３参照）の先端側に巻装した複数のＮ極誘導コイル７０同士を直列に接続することでＮ極誘導コイル組Ｋｎを形成し、ロータのＳ極となる周方向１つおきの主突極６６の先端側に巻装した複数のＳ極誘導コイル７４同士を直列に接続することでＳ極誘導コイル組Ｋｓを形成している。Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの一端は、互いに順方向が逆になる第１ダイオード７７及び第２ダイオード７８を介して、接続点Ｒで接続されている。

また、図１２に示すように、ロータの周方向に隣り合うＮ極及びＳ極の２つの主突極６６（図３参照）を１組とした場合に、各組においてＮ極共通コイル７２及びＳ極共通コイル７６同士を直列に接続することで共通コイル組Ｃ１を形成するとともに、全部の主突極６６に関する全部の共通コイル組Ｃ１同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数の共通コイル組Ｃ１のうち、一端となる１つの共通コイル組Ｃ１のＮ極共通コイル７２の一端を接続点Ｒに接続し、他端となる別の共通コイル組Ｃ１のＳ極共通コイル７６の一端を、Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの接続点Ｒとは反対側の他端に接続している。このような構成では、上記の図５、図６に示した構成と異なり、ロータに設けるダイオードの総数を第１ダイオード７７及び第２ダイオード７８の２つに減らすことができる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜９の第１の実施形態と同様である。また、上記の図１２の構成を、上記の図１１に示した第２の実施形態と組み合わせることもできる。

また、図１３は、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、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略断面図である。図１３の構成例の第１モータジェネレータ２２（または第２モータジェネレータ２４）では、ロータ５２の周方向に隣り合う主突極６６同士の間に、磁性材により構成される補助極１０２が設けられている。補助極１０２は、ロータコア６２の外周面において、各スロット６８の周方向中央部から径方向に突出形成された非磁性材の柱部１０４の先端部に結合されている。柱部１０４の根元部は、ロータコア６２の外周面のスロット６８の底部に結合されている。なお、柱部１０４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５２の周方向に関する柱部１０４の断面積を、補助極１０２の周方向の断面積よりも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１０２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５０で発生する回転磁界に含まれる空間高調波を補助極１０２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、ロータコイル６４ｎ，６４ｓに生じる誘導電流をより大きくして、第１モータジェネレータ２２（または第２モータジェネレータ２４）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１〜９の第１の実施形態、または、図１１の第２の実施形態と同様である。

図１４は、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、ステータとロータとの対向する部分の一部を示す概略図である。上記の実施形態では、ロータ５２の各主突極６６に誘導コイル７０，７４及び共通コイル７２，７６を巻装する場合を説明した。これに対して、図１４の構成例の第１モータジェネレータ２２（または第２モータジェネレータ２４）では、各主突極６６にロータコイル６４ｎ、６４ｓを巻装するとともに、周方向１つおきの主突極６６に巻装されるロータコイル６４ｎと、ロータコイル６４ｎが巻装される主突極６６と隣り合う別の主突極６６に巻装される別のロータコイル６４ｓとが互いに電気的に分断されるようにしている。すなわち、ロータ５２は、周方向１つおきの主突極６６に複数のＮ極ロータコイル６４ｎをそれぞれ集中巻きで巻線し、Ｎ極ロータコイル６４ｎを巻線した主突極６６と隣り合う主突極６６であって、周方向１つおきの主突極６６に、複数のＳ極ロータコイル６４ｓをそれぞれ集中巻きで巻線している。

また、複数のＮ極ロータコイル６４ｎを直列接続したＮ極ロータコイル回路に１つの第１ダイオード７７を接続し、複数のＳ極ロータコイル６４ｓを直列接続したＳ極ロータコイル回路に１つの第２ダイオード７８を接続している。すなわち、ロータ５２の周方向に１つおきに配置された複数のＮ極ロータコイル６４ｎ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、その間の一部に第１ダイオード７７が各Ｎ極ロータコイル６４ｎと直列に接続され、Ｎ極ロータコイル回路が構成されている。各Ｎ極ロータコイル６４ｎは、同じ磁極（Ｎ極）として機能する主突極６６に巻装されている。

また、複数のＳ極ロータコイル６４ｓ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、その間の一部に第２ダイオード７８が各Ｓ極ロータコイル６４ｓと直列に接続され、Ｓ極ロータコイル回路が構成されている。各Ｓ極ロータコイル６４ｓは、同じ磁極（Ｓ極）として機能する主突極６６に巻装されている。周方向に隣り合う（異なる磁極の磁石が形成される）主突極６６に巻装されたロータコイル６４ｎ、６４ｓは、互いに電気的に分断されている。

また、ロータ５２の周方向に隣り合う主突極６６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７７，７８によるロータコイル６４ｎ、６４ｓの電流の整流方向を互いに逆にしている。すなわち、周方向において隣り合うように配置されたＮ極ロータコイル６４ｎとＳ極ロータコイル６４ｓとで流れる電流の向き（ダイオード７７，７８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７７，７８がロータコイル６４ｎ、６４ｓに接続されている。ダイオード７７，７８は、互いに逆向きでロータコイル６４ｎ、６４ｓに接続されている。

各ダイオード７７，７８は、誘導起電力の発生により、対応するロータコイル６４ｎ、６４ｓに流れる電流を独立して整流し、各ロータコイル６４ｎ、６４ｓに流れる電流により生成される周方向複数個所の主突極６６の磁気特性を周方向に交互に異ならせている。この構成では、ダイオード７７，７８の数を全体で２つに減らすことができ、ロータ５２の巻線構造を簡略化することができる。

また、各主突極６６の周方向両側面に突出する補助突極８２で、各主突極６６に巻かれたロータコイル６４ｎ、６４ｓを先端側と根元側とに分けているが、ロータコイル６４ｎ、６４ｓの先端側及び根元側同士は直列に接続している。その他の構成及び作用は、上記の図１〜９の第１の実施形態、または、図１１の第２の実施形態と同様である。

また、図１５に示す回転電機の他の構成例のように、各主突極６６に巻装されたロータコイル６４ｎ、６４ｓごとにそれぞれ１つずつ第１ダイオード７７または第２ダイオード７８を短絡するように接続することもできる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜９の第１の実施形態、または、図１１の第２の実施形態と同様である。

また、図１６に示す第１モータジェネレータ２２（または第２モータジェネレータ２４）の他の構成例のように、ロータコア６２の外周面の周方向複数個所から突出する第２ティースである突極１０６の周方向両側面から突出形成する補助突極８２（図４、１４、１５等参照）をなくすこともできる。この場合、モータジェネレータ２２（または２４）のトルクが上記の図１４の構成例の場合よりも劣るが、図１６の構成例でも、モータジェネレータ２２（または２４）に高い性能を発揮させることができる。その他の構成及び作用は、上記の図１４の構成例と同様である。

なお、上記の図１４の構成例のモータジェネレータ２２（または２４）のように、周方向に隣り合う主突極６６に巻装されるロータコイル６４ｎ、６４ｓ同士が互いに電気的に分断される構成例において、補助突極８２の一部のみ、例えば主突極６６に対して周方向片側に配置される補助突極８２のみを省略することもできる。また、図示は省略するが、上記の図１５の構成例のように、各主突極６６に巻装されたロータコイル６４ｎ、６４ｓごとにそれぞれ１つずつの第１ダイオード７７または第２ダイオード７８で短絡されるように接続する構成で、補助突極８２の一部または全部をなくすこともできる。

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。本発明では、例えばアキシャルギャップ型の回転電機等を備える構成を採用することもできる。

１０ ハイブリッド車両、１２ 回転電機制御システム、２２ 第１モータジェネレータ、２４ 第２モータジェネレータ、３６ バッテリ、４２ 第１インバータ、４４ 第２インバータ、４６ 制御部、５０ ステータ、５２ ロータ、５６ｕ、５６ｖ、５６ｗ ステータコイル、６４ｎ Ｎ極ロータコイル、６４ｓ Ｓ極ロータコイル。

Claims (3)

1. 直流電源に対して並列に接続される第１インバータ及び調整用インバータと、前記第１インバータに接続される第１回転電機と、前記調整用インバータに接続される調整用回転電機とを制御する制御部とを備える回転電機制御システムであって、
   前記第１回転電機は、ステータコアに巻き回しされたステータコイルを有する第１ステータと、ロータコアに巻き回しされたロータコイル、及び前記ロータコイルに接続される整流部を有する第１ロータとを含み、出力軸に前記第１ロータが動力伝達可能に連結され、前記ステータコイルへ前記第１インバータから第１パルス電流を流すことで生じる磁束変化によって、前記ロータコイルに誘導電流を流し、前記第１ロータを磁化させ、前記第１ロータのトルクを増大させ、
   前記調整用回転電機は、前記出力軸に動力伝達可能に連結され、
   前記制御部は、前記第１パルス電流が生じるときに、前記第１パルス電流に伴って生じる直流電圧の変化を抑制し、かつ、前記第１パルス電流によって前記第１回転電機が前記出力軸に第１トルク変動を発生させるときに、前記出力軸の前記第１トルク変動を抑制するような調整用トルク変動が生じるように、前記調整用インバータから前記調整用回転電機に調整用パルス電流を流すように前記調整用インバータを制御することを特徴とする回転電機制御システム。
2. 請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記第１ロータの前記ロータコイルは、前記ロータコアに巻き回しされた複数のロータコイルであり、
   前記第１ロータの前記整流部は、前記各ロータコイルに接続され、前記ロータコイルに電流が流れることで生じる磁気特性を前記複数のロータコイル同士で周方向に交互に異ならせることを特徴とする回転電機制御システム。
3. 請求項２に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記第１ステータの前記ステータコアは、複数の第１スロットが前記第１ロータ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おり、
   前記第１ステータのステータコイルは、前記第１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のステータコイルであり、
   前記第１ロータの前記ロータコアは、複数の第２スロットが前記第１ロータ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おり、
   前記第１ロータの前記複数のロータコイルは、少なくとも一部が前記第２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ていることを特徴とする回転電機制御システム。

Images