JP6286115B2 - 回転電気機械のステータの構成 - Google Patents

Description

本発明は、回転電気機械のステータの構成を定める方法、その方法によって構成されたステータを有する回転電気機械を備える電気自動車のバッテリを充電する方法、およびそのようなステータと、そのようなステータが接続されている電力供給装置とによって形成されているシステムを提供することを目的としている。

本発明は、任意のタイプの回転電気機械に適用可能であり、特に同期回転電気機械にしか、または非同期回転電気機械にしか適用できないということはない。

回転電気機械は、複数の導電体が巻かれている本体を有するステータを備えており、これらの導電体は、ステータのコイルを形成している。このような回転電気機械は、ハイブリッド自動車、または電気自動車の駆動手段として用いることができる。このような自動車は、モータを回転させるために、インバータを介して、モータに電力を供給するためのバッテリを備えている。

バッテリの充電中、バッテリは、配電網などの電力供給装置に接続されている。バッテリがモータに電力を供給するときと、バッテリが再充電されるときとで、同一の電気回路を使用できるように、自動車のバッテリの充電中、インバータおよびステータのコイルを用いることは、例えば特許文献１によって公知である。

このステータの軸のまわりをまわって、ステータの本体上に連続的に配置されているコイルの順序は、各コイルを流れる電流の時間的順序と一致しない場合がある。電流のこの時間的順序は、基準コイルを流れる電流（位相シフトが０であるとする）と、ステータの他のコイルの各々を流れる電流との間の位相シフトの値によって与えられる。電流のこの時間的順序を、以下、「電流の順序」と呼ぶ。一例として、規則的に位相シフトした４つの電流が存在する場合には、これらの一連の電流の順序は、次のようになり、各電流は、ステータの周のまわりのいずれかのコイルに流される。
− 位相シフトが０である電流、
− 位相シフトが０である電流に対して９０°だけ位相シフトした電流、
− 位相シフトが０である電流に対して１８０°だけ位相シフトした電流、および
− 位相シフトが０である電流に対して２７０°だけ位相シフトした電流。

ステータの本体上に配置されているコイルを、どのように電力供給装置に接続するかによって、回転電気機械の挙動、特に回転電気機械の制御は影響を受ける。

国際公開第ＷＯ１０／０５７８９２号公報 国際公開第ＷＯ１０／０５７８９３号公報

電力供給装置に接続される回転電気機械のステータを、回転電気機械の動作性能を高めるように、特に、この回転電気機械のステータのコイルを流れる電流の制御を容易にするような構成に定める必要がある。このことは、回転電気機械がバッテリから電力を供給されるときにも、バッテリを再充電しようとするときにも有用である。

本発明は、この必要性を満たすために、回転電気機械のステータの構成を定めるための、次のステップを含む方法を提供するものである。
− Ｎを４以上の数であるとしたときに、導電体が、Ｎ個のコイルを形成するように巻かれている本体を有するステータを用意するステップと、
− 各コイルに流す特定の電流を送出するための電力供給装置に、各コイルを電気的に接続するステップ。
電力供給装置へのステータの接続は、ステータ軸のまわりに、基準コイルから遠ざかるようにまわるときに、基準コイルを流れる電流と、基準コイル以外の各コイルに流れる特定の電流との間の位相シフトが、基準コイルから遠ざかるようにまわるにつれて、正確に単調に変化するように遂行される。

このようなステータにおいては、ステータ軸のまわりをまわるときのコイルの順序は、各コイルに特定の、各コイルを流れる電流の順序と同じであるか、またはそれらの電流の順序とは逆である。

本発明の範囲内で、「コイルに特定の」電流とは、ステータにおける該当するコイルに対して指定され、そのコイルのみに流され、他のコイルには流されない電流である。

３つのコイルを有し、三相モードで電力を供給される回転電気機械を用いる場合には、この問題は知覚されなかった。実際、このときには、位相シフトが０である電流を流される基準コイルを始点として、次の２つの順序のいずれかで、２つのコイルが順次に見出されるから、ステータ軸のまわりのコイルの順序は、必然的に、電流の順序と一致するか、または電流の順序とは逆になる。
− ２π／３だけ位相の遅れた電流が流れるコイルと、次に、４π／３だけ位相の遅れた電流が流れるコイル（この場合には、コイルの順序は電流の順序と同じである）、または、
− ２π／３だけ位相の進んだ電流が流れるコイルと、次に、４π／３だけ位相の進んだ電流が流れるコイル（この場合には、コイルの順序は電流の順序と逆である）。

したがって、本発明は、４つ以上のコイルがステータの本体上に配置されている場合でも、コイルと電流とを、ステータ軸のまわりに順に並べることを可能にする。

ステータ軸のまわりに、基準コイルから遠ざかるようにまわるときに、位相シフトは、正確に単調に変化する。すなわち、基準コイルを流れる電流と、基準コイル以外のコイルを流れる。そのコイルに特定の電流との間の位相シフトは、正確に単調に増加するか、または減少する。以下において、電気角および機械角の値は、２π以内に限定されることに留意されたい。

コイルを、ステータ軸のまわりに一様に分散させることができ、基準コイルを流れる電流と、基準コイル以外のコイルの各々に流れる特定の電流との間の位相シフトを、ステータ軸のまわりに、１つのコイルから次のコイルに進むにつれて規則的に増加または減少させることができる。「一様に分散したコイル」という表現は、回転電気機械が規則的に構成されていることを表している。このような場合には、角度シフトは、ステータの全周にわたって、連続する２つのコイル間で実質的に一定である。

本発明の範囲内で、ステータの、連続する２つのコイル間の角度シフトは、ステータ軸に直交する平面内において、それらのコイルの中央面間の角度として定めることができる。ステータのコイルが歯上に巻かれている場合には、連続する２つのコイル間の角度シフトは、一方のコイルが巻かれている歯の中央面と、他方のコイルが巻かれている歯の中央面との間の角度として定めることができる。

連続する２つのコイルは、実質的に２ｋπ／Ｎに等しい機械角だけ互いに角度シフトしており、かつ実質的に２ｋπ／Ｎに等しい電気角だけ、互いに位相シフトした電流を供給される場合がある。ｋは整数であり、例えば１に等しい。

コイルのこのような角度配置、およびそれらのコイルに流す電流のこのような配分によって、回転電気機械の性能の効果的な制御を行なうことができる。

電力供給装置から送出される電流は全て、同じ振幅を有する場合がある。

コイルの巻き取り工程は、この方法の実行に先立って行なわれている場合もあれば、この方法の一部である場合もある。

電力供給装置は、多相電流を送出する場合がある。

回転電気機械は、同期回転電気機械、特に、永久磁石を有する同期回転電気機械である場合がある。

ステータのコイルは、電圧コンバータ、特に整流器の介在なしに、例えば配電網である電力供給装置に接続される場合がある。配電網は、電力供給業者によって管理される産業配電網である場合もあれば、例えば風力タービンまたは発電システムなどの、より局所的な配電網である場合もある。

本発明の例示的な一実施例によれば、電力供給装置は三相電流を送出する装置であり、かつ各コイルは、そのコイルに対する相補コイルを形成しているコイルと共通の、電力供給装置からの電流に対する電流入力を有するように、各コイルに接続されている。以下において、各コイルに対する相補コイルは、このコイルに対して「第２コイル」とも呼ばれる。

第２コイルを用いることによって、「コイル／第２コイル」対を流れる電流は釣り合い、エアギャップ中の起磁力波が静的になり、いかなる回転磁界も発生しなくなる。これは、以下において言及する応用に役立つ。

各コイルとその相補コイルとを、ステータ軸に関して直径方向に対向させ、かつそれらのコイルに、πに等しい電気角だけ位相シフトし合った電流を流すように、コイルの巻き付けおよび接続を行うことができる。したがって、各コイルに対して、直径方向に対向しており、互いに逆位相の電流が流れる２つのコイルから成る「コイル／相補コイル」対すなわち「コイル／第２コイル」対を得ることができる。このようなステータを、直径方向に対向し合う２つの磁極が同じ極性を有している（例えば２つのＮ極または２つのＳ極である）ロータと組み合わせると、与えられた「コイル／第２コイル」対の各コイルは、同特性のロータ磁界の作用を受け、互いに逆の磁界を発生させる。したがって、１つのコイルがロータの磁界内にあり、かつ電力供給装置から送出された電流を流されているときには、そのコイルによって生み出された力が、同特性のロータ磁界内にあり、かつ逆相の電流が流れている、そのコイルに対する第２コイルによって生み出された力によって相殺される。その結果、ロータは、ほんのわずか動くか、または全く静止している。

一変形例として、ステータは、直径方向に対向し合っている２つの磁極が互いに逆極性を有しているロータと組み合わされている場合がある。この場合には、「コイル／第２コイル」対の両コイルは、互いに逆極性のロータ磁界内にあり、かつ互いに逆相の電流を流されているから、それらのコイルは、互いに強め合う力を発生させ、ロータを回転させることができる。一方のコイルは、ステータの１つの相の巻線の第１の部分を形成しており、このコイルに対する相補コイル、すなわち第２コイルは、この相の巻線の、第１の部分と異なる第２の部分を形成している。したがって、ステータの各相の巻線は、「コイル／第２コイル」対で構成されている場合がある。

「コイル／第２コイル」対の共通の電流入力を構成している、ステータの各相の巻線の電流入力は、例えば実質的に、その巻線の中間点に配置されている。その結果、一方のコイルを流れる電流は、そのコイルに対する相補コイルすなわち第２コイルを流れる電流の振幅と実質的に同じ振幅を有する。

ステータの巻線は、集中巻線である場合もあるし、分配巻線である場合もある。

ロータは、平坦な磁極を有している場合もあるし、突き出た磁極を有している場合もある。

ステータとロータとは、互いに同数の磁極を有している場合もあるし、そうでない場合もある。

電力供給装置は、交流電流を送出することができる。この交流電流の周波数は、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである場合がある。

ロータの磁極数は、例えば２〜２０個の範囲にある。

本発明は、さらに、別の一態様として、回転電気機械を用いて、電力供給装置からバッテリを充電するための、次のステップを含んでいる充電方法を提供するものである。
− 上述の方法を適用することによって、回転電気機械のステータの構成を定めるステップと、
− ステータのコイルを用いて、バッテリを充電するステップであって、コイルを流れた電流は、バッテリに入る前に整流されるステップ。

このような充電方法は、特に、電気自動車の一部、詳細には、モータが回転しているときに、バッテリから、インバータを介して、モータに電力を供給することができ、モータが停止しているときに、バッテリを再充電することができる電気自動車に応用しうる。それだけにとどまらず、この充電方法は、さらに、水力エネルギーまたは風力エネルギーの生産などに応用することも可能である。

本発明の範囲内において、「バッテリ」は、１つ以上の任意の数のセルを有するバッテリを意味している。このバッテリは、例えばスーパーキャパシタなどの再充電可能な、または不可能な、商業的に製造されているバッテリまたは他の蓄電ユニットである。この充電方法には、１つ以上のリチウムイオン電池、または例えば鉛蓄電池またはＮｉ／Ｃｄタイプの蓄電池などの蓄電池が関係する場合がある。

例えば特許文献２に開示されている充電方法によれば、モータのステータのコイルおよびインバータのスイッチなどの、モータおよびインバータの構成要素を用いて、自動車のバッテリを充電することができる。

回転電気機械は、特に、三相電流を送出する電力供給装置から電力を供給されるステータを有している場合がある。この電力供給装置は、ステータのコイルの各々が、そのコイルに対する相補コイルを形成しているコイルと共通の、電力供給装置からの電流の入力を有するように、ステータのコイルに接続されている。コイルの各々とそのコイルに対する相補コイルとは、ステータ軸に関して直径方向に互いに対向しており、かつπと等しい電気角だけ、位相シフトし合った電流を流される。「コイル／第２コイル」対を成す２つのコイルは、ステータの１つの相の巻線を構成しており、各巻線の電流入力は、実質的に、その巻線の中間点に配置されている場合がある。

いくつかのスイッチを有するインバータが、ステータとバッテリとの間に配置されている場合がある。このインバータは、例えば複数のＨブリッジを有しており、ステータの各コイルは、その出力を、１つのＨブリッジの１つのアーム中の２つの遮断スイッチの間に接続されている場合がある。

回転電気機械は、バッテリの再充電のために、ステータのコイルに電流が供給されたときに、静止しているように構成されたロータを備えている場合がある。直径方向に対向し合う２つの磁極が同じ極性を有しているロータを選ぶことによって、互いに逆位相の電流を流されている、各「コイル／第２コイル」対を成す２つのコイルに、全く同一の特性のロータ磁界の作用を与えて、２つのコイルに発生する力を相殺させることによって、この静止を得ることができる。このような回転電気機械においては、バッテリの充電中、可能な限りロータの動きを少なくしながら、ステータの巻線を用いて、静止した充電器を得ることができる。

本発明による充電方法のこのような適用により、バッテリの充電中、回転電気機械のロータとシャフトとを分離しておかなければならなくなること、および／またはバッテリの充電中、モータに制動をかけていなければならなくなることを避けることができる。

一変形例として、回転電気機械は、充電中、ステータのコイルに電流が供給されているときに回転するように構成されたロータを有している場合がある。

本発明は、さらに別の一態様として、次のものを備えているシステムを提供する。
− 本体と、Ｎを４以上の数であるとしたときに、Ｎ個のコイルを形成するように、本体に巻かれている導電体とを備えている、回転電気機械のステータと、
− ステータのコイルの各々に特定の電流を送出するための電力供給装置。
電力供給装置へのステータの接続は、ステータ軸のまわりに、基準コイルから遠ざかるようにまわるときに、基準コイルに流れる電流と、基準コイル以外のコイルの各々に流れる特定の電流との間の位相シフトが、基準コイルから遠ざかるようにまわるにつれて、正確に単調に変化するように遂行されている。

ｋを整数（例えば１である）であるとしたときに、ステータ軸のまわりの、連続する２つのコイルは、実質的に２ｋπ／Ｎに等しい機械角だけ互いに角度シフトしている場合があり、かつ実質的に２ｋπ／Ｎに等しい電気角だけ互いに位相シフトした電流をそれぞれに供給されるように、配電網に接続されている場合がある。

このようなシステムを用いることによって、上述の利点を得ることができ、また、このようなシステムを、上述の方法および充電方法に関して述べた特性の全て、またはいくつかと関連付けることができる。

本発明による方法にしたがって構成を定められたステータを備えている回転電気機械の断面概要図である。 本発明による方法にしたがって構成を定められたステータを用いる、バッテリの充電方法を実行することができる、電気自動車の部分組立品の電気回路図である。 本発明による方法にしたがって構成を定められたステータを用いる、バッテリの充電方法を実行することができる、電気自動車の別の部分組立品の電気回路図である。 図２および図３のモータのステータのコイルを、電力供給装置に接続することが可能な種々の例を示す図表である。

添付図面を参照して、本発明の非限定的で、かつ例示的ないくつかの実施形態を読むことによって、本発明をよりよく理解することができると思う。

本発明による方法にしたがって、ステータの構成が定められている回転電気機械１が、図１に示されている。この回転電気機械１は、例えば同期回転電気機械または非同期回転電気機械であり、１０Ｗ〜１０ＭＷの範囲、特に１００Ｗ〜２００ｋＷの範囲の公称動作電力を有している場合がある。

回転電気機械１は、この例においては、４つの磁極を備えたロータ３を有している。同期回転電気機械のロータの場合には、ロータ３は、永久磁石を備えている場合がある。

ステータ２は、Ｎ個のコイル６_i（添え字ｉは、１〜Ｎの整数である）が配置された本体５を備えている。Ｎは、４以上の数である。この例においては、Ｎは６である。本体５は、軸（以下において、「ステータ軸」と呼ばれる）Ｘを囲んで延在している。後述の例において、ステータ２は、電力供給装置７から電流を供給される。電力供給装置７は、いかなる配電網であってもよい。この例においては、電力供給装置７は、ステータ２に三相電流を送出する。

この例においては、ステータ２のコイル６_iは歯に巻かれているが、本発明は、分布巻線を有するステータにも適用しうる。

後述の例は、磁束が半径方向を向いており、かつ内部ロータを備えている回転電気機械に関するものであるが、本発明は、磁束が軸方向を向いており、および／または外部ロータを備えている回転電気機械にも適用しうる。

図１に示すように、コイル６_iは、ステータ軸Ｘの周囲に一様に分散している場合がある。すなわち、コイル６_iと６_i+1との間の角距離θ_ii+1が、ステータの全周にわたって実質的に一定である場合がある。ここで、コイル６_iと６_i+1とは、ステータ軸のまわりの、連続する２つのコイルを意味している。コイル６_iが一様に分散している場合には、角距離θ_ii+1は、単にθと表記する。

図１の例においては、角距離θは、２π／６に等しい。コイル６₁を基準コイルとする。その場合には、コイル６₁を流れる、コイル６₁に特定の電流ｉ₁の位相シフトを、随意に０に固定することができる。コイル６₁から出発して、ステータ軸のまわりを回るときに、次のことが連続して見出されるように、回転電気機械１のステータ２は電力供給装置７に接続されている。
− コイル６₁に対して２π／６だけ角度シフトしているコイル６₂には、電流ｉ₁に対して＋２π／６または−２π／６だけ位相シフトしている電流ｉ₂が流れており、
− コイル６₂に対して２π／６だけ角度シフトしているコイル６₃には、電流ｉ₁に対して＋４π／６または−４π／６だけ位相シフトしている電流ｉ₃が流れており、
− コイル６₃に対して２π／６だけ、すなわちコイル６₁に対してπだけ角度シフトしているコイル６₄には、電流ｉ₁に対してπだけ位相シフトしている電流ｉ₄が流れており、
− コイル６₄に対して２π／６だけ角度シフトしているコイル６₅には、電流ｉ₁に対して＋８π／６または−８π／６だけ位相シフトしている電流ｉ₅が流れており、
− コイル６₅に対して２π／６だけ角度シフトしているコイル６₆には、電流ｉ₁に対して＋１０π／６または−１０π／６だけ位相シフトしている電流ｉ₆が流れている。
このとき、位相シフトは、正の値だけ、または負の値だけが連続し、正の値と負の値が混在することはない。

したがって、図１の例において、コイルの順序ｉが１から６まで変化したときに、電流ｉ₁と電流ｉ_iとの間の位相シフトは、正確に単調に変化する（２πを法として）ことに注意されたい。ステータ軸に関して直径方向に対向し合う２つのコイルには、この例においては、互いに逆位相の電流が流れる。この例においては、さらに、電流ｉ₁〜ｉ₆は、同一の振幅を有する。これらの直径方向に対向している２つのコイルは、図１の例においては、ロータ３の同極性の磁極に面するように配置されている。

次に、本発明にしたがって、構成を定められたステータを用いた例を、図２〜図４を参照して説明する。

回転電気機械１は、電気自動車の部分組立品２０に一体化されている場合がある。この部分組立品２０は、図２および図３の例においては、電力供給装置７に結合されるように構成されたコネクタ２１、およびバッテリ（図示せず）の両端子に並列に取り付けられるコンバータ２２およびキャパシタ２３を備えている。必要に応じて、コンバータ２２とバッテリとの間に、直流／直流コンバータが配置されることがある。

コンバータ２２は、複数のスイッチ（遮断スイッチ）を備えており、これらのスイッチの各々は、両端子の間に、並列にダイオードを取り付けられたパワートランジスタを有している場合がある。これらのスイッチは、例えばＨブリッジを構成するように配置されている。三相の電力供給装置７が、三相のステータ２に接続されている場合には、コンバータ２２は、例えば３つのＨブリッジを有している。この場合には、各Ｈブリッジは、上述のような２つの遮断スイッチをそれぞれに有する２つのアームを備えており、ステータの各相を形成している巻線の各端子は、Ｈブリッジの各アームの２つの遮断スイッチの間に接続されていることがある。

コンバータ２２は、次のように構成されている。
− 回転電気機械１が自動車を駆動するときには、コンバータは、バッテリから回転電気機械１に電力を供給するためのインバータとして働き、
− 例えば電力供給装置７から、バッテリを充電するときには、コンバータ２２は、直流電流でバッテリを充電するための整流器として働く。

コンバータ２２のこのような２つの動作モードにおいて、コンバータ２２は、あらかじめ定められたストラテジーにしたがって、電流ｉ_iの形状を定める。

コンバータ２２がＨブリッジを備えている場合には、前述の特許文献１に開示されているとおりに、Ｈブリッジを制御することができる。

図２および図３の部分組立品２０において、バッテリの充電中、ステータ２の巻線およびコンバータ２２のスイッチが用いられるが、別の例においては、特定のチャージャを設けることも可能である。

図２および図３に示すように、６つのコイル６_iが、ステータの本体５上に配置されている。各コイルは、電力供給装置７からの電力供給を受けるための、他の１つのコイルと共通の電流入力を有している。これらの例においては、共通の電流入力を有する、このような２つのコイルは、ステータ２の１つの相に対応する巻線を構成している。図２の例においては、ステータの各相の巻線は、その中間点に電流を供給される。すなわち電流入力を共通にしている２つのコイルのターン数は同じであり、電力供給装置７の相Ｕ、Ｖ、Ｗに連結されている、ステータの各相にそれぞれ供給される電流ｉ_Gd-U、ｉ_Gd-V、ｉ_Gd-W（以下においては、単にｉ_U、ｉ_V、ｉ_Wと記す）は、ステータ２に入力すると、２分割される。すなわち、各相の一方のコイルには、それぞれ、電流ｉ_U、ｉ_V、ｉ_Wの半分である電流ｉ_Ul、ｉ_Vl、ｉ_Wlが流れ、各相の他方のコイルには、それぞれ、やはり電流ｉ_U、ｉ_V、ｉ_Wの半分である電流ｉ_Ur、ｉ_Vr、ｉ_Wrが流れる。以下において、電流入力を共通にする２つのコイルは、それぞれ「コイル」、および「相補コイル」または「第２コイル」と呼ばれ、これらの２つのコイルは、「コイル／第２コイル」対を形成している。

この例においては、ステータの各相を形成している巻線の各端子は、それぞれ１つのＨブリッジの１つのアーム内の２つのスイッチの間に配置されており、各巻線の中間点は、電力供給装置７に接続されている。電気自動車の部分組立品２０の電気回路図は、参照によって本発明に組み込まれる例えば特許文献２の図５の電気回路図と同じである。

図３に示すように、対をなす２つのコイルに、同強度であるが互いに逆位相である電流を流す場合がある。

ここで、ステータ２のコイルを、電力供給装置７に接続する要領を、図４を参照して説明する。

互いに逆位相の電流が流れる「コイル／第２コイル」対を形成している２つのコイルは、ステータ軸に関して直径方向に対向し合っていることを条件とすると、図４に示すように、ステータの本体上に配置されている６つのコイル６_iを、電力供給装置７に接続するのには、８つの仕方が存在する。

上の条件が課せられないと、コイルのうちの１つを電力供給装置７に接続した後、他のコイル６_iを電力供給装置７に接続するには、相異なる１２０通りの仕方が存在する。本発明によれば、コイル６_iを流れる電流ｉ_iは、順番に、ステータ軸Ｘに沿って正確に単調に変化しなければならないということが求められる。

電流ｉ_Ul、ｉ_Vl、ｉ_Wlは、２π／３だけ互いに位相シフトし、同様に、電流ｉ_Ur、ｉ_Vr、ｉ_Wrも、同じ角度値だけ互いに位相シフトすることは、理解されるであろう。さらに、電流ｉ_Ulとｉ_Urとの間、電流ｉ_Vlとｉ_Vrとの間、および電流ｉ_Wlとｉ_Wrとの間の位相シフトは、それぞれπに等しい。

ステータのコイル６_iが、図４の「Ｃ」構成にしたがって電力供給装置７に連結されている場合には、電流ｉ_Ulを供給されるように連結されているコイル６₁が、電流の位相シフトのための基準コイルであるとすると、それに続くコイルおよび電流は、基準コイルであるコイル６₁を始点として、ステータ軸Ｘのまわりに、次のように順次に見出される。
− 電流ｉ_Ulに対して２π／６だけ位相シフトした電流ｉ_Vrを供給されるコイル６₂、
− 電流ｉ_Ulに対して４π／６だけ位相シフトした電流ｉ_Wlを供給されるコイル６₃、
− 電流ｉ_Ulに対してπだけ位相シフトした電流ｉ_Urを供給されるコイル６₄、
− 電流ｉ_Ulに対して８π／６だけ位相シフトした電流ｉ_Vlを供給されるコイル６₅、
− 電流ｉ_Ulに対して１０π／６だけ位相シフトした電流ｉ_Wrを供給されるコイル６₆。

したがって、この例においては、基準コイルを流れる電流と他のコイルの各々を流れる、それらに特定の電流との間の位相シフトが、ステータ軸Ｘの周囲をまわって、正確に単調に、かつ規則的に変化するように、２π／６だけ角度シフトした一連のコイル６_iが得られる。

図４において、「Ｇ」構成でも、コイルの配置と、それらのコイルを流れる電流の位相シフトの変化との間に、望ましい関係を得ることができることに注意されたい。

「Ｃ」構成または「Ｇ」構成のステータが、直径方向に対向し合う２つの磁極が同極性である、回転電気機械のロータ３と組み合っている場合には、このような構成においては、ステータ軸に関して直径方向に対向しており、互いに逆位相の電流が流れるコイル対に発生する力は互いに相殺し合い、したがって、ステータに電力が供給されても、ロータは回転しない。したがって、ロータが動くことを防止する手段の設置を要することなく、部分組立品２０の構成部品を用いて、バッテリを充電することができる。

このような回転電気機械のステータの巻線を流れる電流の制御は容易である。このようなステータにおいては、各コイルを流れる、各コイルに特定の電流と、各コイルの端子間電圧とをリンクさせる行列方程式を解く際に、例えばパーク変換、コンコルディア変換、または一般化されたパーク変換などの数学的手法を用いることが可能である。

具体的には、このような行列方程式を用いて得られるインダクタンスの行列は、これらの数学的な変換の使用に好都合な、高度な循環性を示す場合がある。電力供給装置が三相である場合には、このような数学的手法を用いることによって、インバータの入力および部分組立品２０のモータの出力における３つの正弦波電流が、電力供給装置７から伝達される電圧と同相になるように、直流電流によるバッテリの充電を容易に制御することができる（この制御は「力率補正器による操作」とも呼ばれる）。

一変形例として、「Ｃ」構成または「Ｇ」構成によるステータを、直径方向に対向し合っている２つの磁極が互いに逆極性である、回転電気機械のロータ３と組み合わせることができる。この場合には、このような「Ｃ」構成または「Ｇ」構成によって、ステータ軸に関して直径方向に対向し合っており、互いに逆位相の電流が流れる「コイル／第２コイル」対の２つのコイルに発生する力は互いに強め合い、その結果、ロータ３は回転する。

本発明は、上述の実施例に限定されない。本発明は、例えば任意の相数を有する電力供給装置７、および任意の相数を有する回転電気機械に適用することができる。表現「有する」とは、特にことわらない限り、「少なくとも１つを有する」を意味するものである。

１ 回転電気機械
２ ステータ
３ ロータ
５ 本体
６₁〜６₆、６_i コイル
７ 電力供給装置
２０ 部分組立品
２１ コネクタ
２２ コンバータ
２３ キャパシタ

Claims (7)

1. 回転電気機械（１）を用いて、三相交流の電力供給装置（７）からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電力を供給してバッテリを充電する充電方法であって、
   前記回転電気機械（１）は、ステータ（２）とロータ（３）とを備えており、
   Ｎを４以上の偶数であるとしたときに、Ｎ個のステータコイル（６_ｉ）が巻かれる複数の鉄心を有するステータ本体（５）を有している前記ステータ（２）を用意し、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ ）は、前記各ステータコイル（６ _ｉ ）が前記電力供給装置（７）から供給される特定の電流（ｉ _ｉ ）が流れ、それにより、前記Ｎ個のステータコイルが、第１のコイルと第２のコイルからなるＮ／２のペアを有し、かつ、前記第１のコイルと第２のコイルの各ペアは、前記電力供給装置（７）からの共通の電流入力を有し、
   前記各ペアのコイルの前記第１のコイルと前記第２のコイルは、前記ステータの軸（Ｘ）に関して直径方向に互いに対向しており、前記ステータの軸（Ｘ）は、前記ロータの回転の中心軸と同じであり、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、電気角πだけ位相シフトした電流が流れ、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ は、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれかに対応するように、前記Ｎ個のステータコイル（６_ｉ）の巻き付け及び前記電力供給装置（７）への接続が行われ、
   前記電力供給装置（７）への前記ステータ（２）の前記各ステータコイル（６_ｉ）の接続は、前記ステータ（２）の軸（Ｘ）のまわりに、基準コイル（６_１）から遠ざかるようにまわるときに、該基準コイルを流れる電流（ｉ_１）と、該基準コイル以外のコイル（６_ｉ）の各々に流れる前記特定の電流（ｉ_ｉ）との間の位相シフトが、該基準コイル（６_１）から遠ざかるようにまわるにつれて、正確に単調に変化するように遂行され、
   前記直径方向に対向する前記各相のステータコイルの前記第１のコイルと前記第２のコイルに、互いに逆位相の電流が流れ、かつ、前記軸（Ｘ）のまわりに、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に交互に対応するように、前記第１のコイルと前記第２のコイルに交互に電流が流れ、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ ）を用いて前記バッテリを充電し、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の前記Ｎ個のステータコイルを流れる電流（ｉ _ｉ ）は、前記バッテリに供給される前に、夫々、Ｈブリッジ回路により、整流される充電方法。
2. 前記Ｎ個のステータコイル（６_ｉ）は、前記軸（Ｘ）のまわりに一様に分散しており、前記基準コイルを流れる電流（ｉ_１）と、前記基準コイル以外の前記コイル（６_ｉ）の各々に流れる前記特定の電流（ｉ_ｉ）との間の前記位相シフトは、前記軸（Ｘ）のまわりに、１つの前記ステータコイルから次の前記ステータコイルに進むにつれて規則的に変化するようになっている、請求項１に記載の充電方法。
3. 前記電力供給装置（７）から送出される電流（ｉ_ｉ）は全て、同じ振幅を有する、請求項１又は２に記載の充電方法。
4. 前記回転電気機械は同期回転電気機械である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電方法。
5. 前記電力供給装置は、電圧コンバータの介在なしに、前記ステータのステータコイル（６_ｉ）に接続される配電網である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の充電方法。
6. 前記回転電気機械（１）の前記ロータ（３）は、前記バッテリの再充電のために、前記ステータ（２）の前記ステータコイル（６_ｉ）に電流が供給されたときに静止するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の充電方法。
7. 回転電気機械（１）を用いて、三相交流の電力供給装置（７）からＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電力を供給してバッテリを充電する充電システムであって、
   前記回転電気機械（１）は、ステータ（２）とロータ（３）とを備えており、
   前記ステータ（２）は、Ｎを４以上の偶数であるとしたときに、Ｎ個のステータコイル（６_ｉ）が巻かれる複数の鉄心を有するステータ本体（５）を有しており、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ ）は、前記各ステータコイル（６ _ｉ ）が前記電力供給装置（７）から供給される特定の電流（ｉ _ｉ ）が流れ、それにより、前記Ｎ個のステータコイルが、第１のコイルと第２のコイルからなるＮ／２のペアを有し、かつ、前記第１のコイルと第２のコイルの各ペアは、前記電力供給装置（７）からの共通の電流入力を有し、
   前記各ペアのコイルの前記第１のコイルと前記第２のコイルは、前記ステータの軸（Ｘ）に関して直径方向に互いに対向しており、前記ステータの軸（Ｘ）は、前記ロータの回転の中心軸と同じであり、前記第１のコイルと前記第２のコイルは、電気角πだけ位相シフトした電流が流れるように構成されておれ、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ は、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のいずれかに対応するように、前記Ｎ個のステータコイル（６_ｉ）の巻き付け及び前記電力供給装置（７）への接続が行われ、
   前記電力供給装置（７）への前記ステータ（２）の前記各ステータコイル（６ _ｉ ）の接続は、前記ステータ（２）の軸（Ｘ）のまわりに、基準コイル（６_１）から遠ざかるようにまわるときに、該基準コイルを流れる電流（ｉ_１）と、該基準コイル以外のコイル（６_ｉ）の各々に流れる前記特定の電流（ｉ_ｉ）との間の位相シフトが、該基準コイル（６_１）から遠ざかるようにまわるにつれて、正確に単調に変化するように遂行されるように構成され、
   前記直径方向に対向する前記各相のステータコイルの前記第１のコイルと前記第２のコイルに、互いに逆位相の電流が流れ、かつ、前記軸（Ｘ）のまわりに、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に交互に対応するように、前記第１のコイルと前記第２のコイルに交互に電流が流れるように構成され、
   前記Ｎ個のステータコイル（６ _ｉ ）を用いて前記バッテリを充電し、前記Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の前記Ｎ個のステータコイルを流れる電流（ｉ _ｉ ）は、前記バッテリに供給される前に、夫々、Ｈブリッジ回路により、整流されるように構成されている充電システム。

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