JP6776841B2 - 回転電機制御システム及びその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機制御システム及びその調整方法に関する。

ステータとロータとが対向することにより構成され、電動機または発電機として機能させることが可能な回転電機において、ロータによって形成する界磁磁束を制御できるようにする構成が知られている。

例えば、特許文献１には、ステータが環状のコア部と、２つの界磁巻線と３相の電機子巻線とを含む回転電機が記載されている。２つの界磁巻線は、コア部の軸方向両端に固定される。３相の電機子巻線は、コア部の半径方向内側に突出する複数のラジアルティース間のスロット、及びコア部の軸方向両端において、軸方向外側に突出する複数のアキシャルティース間のスロットを通って、コア部にトロイダル巻きされる。ロータは、半径方向においてステータと対向配置されるラジアルロータ部と、回転軸と平行方向にステータと対向配置されるアキシャルロータ部とを含む。

界磁巻線に直流電流が流れることで、ロータのラジアルロータ部及びアキシャルロータ部と、ステータのコア部とを通る界磁磁束を発生させる。電機子巻線に交流電流が流れることで界磁磁束と相互作用する磁界を発生させる。ラジアルロータ部は、界磁巻線に直流電流が流れることで磁化するラジアル磁極部を含む。アキシャルロータ部は、ロータの回転軸周りの周方向に関してラジアル磁極部に対してずらして配置され、界磁巻線に直流電流が流れることでラジアル磁極部とは逆の極性に磁化するアキシャル磁極部を含む。

また、特許文献２には、界磁磁束の制御を行うために、ステータコアを軸方向に二分割してＮ極側コア及びＳ極側コアを構成し、その外周側が環状のヨークによって磁気的かつ機械的に連結される回転電機が記載されている。Ｎ極側コア及びＳ極側コアの間には環状の界磁巻線が挟まれて軸方向に沿って設けられる。電機子巻線は、Ｎ極側コア及びＳ極側コアを跨ぐようにステータコアに設けられる。ロータコアには、Ｎ極側コアに対向して、Ｎ極磁石とＮ極突極部とが周方向に交互に配置される。また、ロータコアには、Ｓ極側コアに対向して、Ｓ極磁石とＳ極突極部とが周方向に交互に配置される。

また、特許文献３には、界磁磁束の制御を行うために、シャフトの軸方向に離れた位置に上側ロータ及び下側ロータが配置され、上側ロータ及び下側ロータの間に環状磁石が配置された回転電機が記載されている。上側ロータのロータティース間にはＳ極磁石が配置され、下側ロータのロータティース間にはＮ極磁石が配置される。また、ステータの外周側に設けられた界磁ヨークには、上側ロータ及び下側ロータに向けて突出した２つの突部が設けられ、各突出部に界磁巻線が巻回される。

特許文献１から特許文献３に記載された回転電機では、界磁巻線に直流電流を流し、かつ、その直流電流の向きを変えることで、強め界磁制御と弱め界磁制御とを切り替えることができるとされている。

特開２０１０−２２６８０８号公報 特開平６−３５１２０６号公報 特開２００８−１８７８２６号公報 特開２００８−３０１５５１号公報 特開２０１０−１７８５８０号公報 特開平６−１９７５９３号公報

特許文献１から特許文献３のいずれに記載された回転電機でも、インバータ等のスイッチング素子を含む駆動回路を用いたＰＷＭ制御で３相交流電流を電機子巻線に流して駆動する場合がある。この場合に、駆動回路のスイッチングによって、３相交流電流に高調波電流が生じて、回転電機の鉄損が増加する可能性がある。また、界磁巻線に流れる直流電流（界磁電流）を制御するためにスイッチング素子を含む別の駆動回路を用いた場合に、そのスイッチングによって界磁電流に高調波電流が生じて、回転電機の鉄損が増加する可能性もある。一方、インバータのスイッチングによる回転電機での鉄損増加を抑制する方法として、（１）から（３）でそれぞれ説明する特許文献４−６に記載された方法を用いることが考えられる。

（１）ヨーク部に磁束フィルタ用巻線を配置し、ヨーク部を通過する磁束の高調波成分を減衰させて、鉄損を低減する（特許文献４）。
（２）９相インバータでＰＷＭ制御回路を駆動し、ＰＷＭ制御回路の各相キャリアの位相を１２０度ずつずらせることで、鉄損を低減する（特許文献５）。
（３）回転電機の複数系統の３相電機子巻線に交流電流を流すために２台のインバータを用いて、互いに三角波信号の位相をずらすことで、鉄損を低減する（特許文献６）。

しかしながら、（１）から（３）の方法では、磁束フィルタ用巻線が必要になったり、または駆動回路についての部品数が増大する。例えば（１）の方法では、磁束フィルタ用巻線を回転電機に配置する必要があり、回転電機の体格の増大を招く。また、（２）の方法では９相インバータが必要であり、（３）の方法では、３相交流電流発生用として、２台のインバータが必要であるので駆動回路についての部品数が増大する。

本発明の回転電機制御システム及びその調整方法の目的は、回転電機制御システムにおいて、磁束フィルタ用巻線を設けず、かつ、駆動回路についての部品数の増大を抑制し、かつ、駆動回路の駆動時に生じる高調波電流による鉄損を低減することである。

本発明の１つの態様は、ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整された、回転電機制御システムである。

本発明の１つの態様は、ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、前記制御装置は、所定条件に応じて、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つを調整する調整部を有する、回転電機制御システムである。

本発明の１つの態様は、上記の本発明の１つの態様である回転電機制御システムの調整方法において、前記制御装置において、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つを調整する、回転電機制御システムの調整方法である。

本発明によれば、回転電機制御システムにおいて、磁束フィルタ用巻線を設けず、かつ、駆動回路についての部品数の増大を抑制し、かつ、駆動回路の駆動時に生じる高調波電流による鉄損を低減できる。

本発明の実施形態における回転電機制御システムの回路図である。 本発明の実施形態における回転電機を示す図である。 図２に示す回転電機を構成するロータの斜視図である。 図２に示す回転電機を構成するステータの斜視図である。 図２に示す回転電機において、強め界磁制御を行う場合を説明するための図３のＡ−Ａ断面相当図である。 図２に示す回転電機において、強め界磁制御を行う場合を説明するための図３のＢ−Ｂ断面相当図である。 図１に示す回転電機制御システムを構成する制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の別例における回転電機制御システムの回路図である。 本発明の実施形態の別例における回転電機制御システムの回路図である。 第１駆動回路の制御に用いる第１キャリア信号の位相変更前において、３相交流電流におけるＵ相電流、その生成のための制御信号及び第２キャリア信号（ａ）と、界磁電流、その生成のための制御信号及び第１キャリア信号（ｂ）とを示す図である。 第１キャリア信号の位相変更前において、Ｕ相電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ａ）と、界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ｂ）とを示す図である。 第１キャリア信号の位相変更前において、Ｕ相電流及び界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化を示す図である。 第１駆動回路の制御に用いる第１キャリア信号の位相変更後において、３相交流電流におけるＵ相電流、その生成のための制御信号及び第２キャリア信号（ａ）と、界磁電流、その生成のための制御信号及び第１キャリア信号（ｂ）とを示す図である。 第１キャリア信号の位相変更後において、Ｕ相電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ａ）と、界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ｂ）とを示す図である。 第１キャリア信号の位相変更後において、Ｕ相電流及び界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化を示す図である。 本発明の実施形態の別例において、第１駆動回路の制御に用いる第１キャリア信号と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化（ａ）と、第１キャリア信号と制御信号との比較後にパルス電圧の追加によって生成される高調波電流の時間的変化（ｂ）とを示す図である。 本発明の実施形態の別例において、第１駆動回路の制御に用いる第１キャリア信号と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化（ａ）と、第１キャリア信号及び制御信号の関係を調整することで第１駆動回路の入力側の電圧を調整したときの第１キャリア信号と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化（ｂ）とを示す図である。 本発明の実施形態の別例における回転電機制御システムの回路図である。 本発明の実施形態の別例において、モータ動作点の２例を示す図である。 本発明の実施形態の別例において、図１９のＣ点におけるＵ相電流及び界磁電流の電流波形（ａ）と、Ｄ点におけるＵ相電流及び界磁電流の電流波形（ｂ）とを示す図である。 本発明の実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示す図であり、（ａ）は３相交流電流の電流波形を示す図であり、（ｂ）は界磁電流の電流波形を示す図である。 本発明の実施形態の効果を確認するために行った実験結果を示す図であり、界磁電流の高調波電流の位相のみを変化させたときの鉄損のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態の別例における回転電機の断面図である。 図２３に示す回転電機を構成するロータの斜視図である。 本発明の実施形態の別例における回転電機において、強め界磁制御を行う状態を示す断面図である。 図２５に示す回転電機を構成するロータの斜視図である。 図２５に示す回転電機において、弱め界磁制御を行う状態を示す断面図である。

図１は、実施形態における回転電機制御システム１０の回路図である。回転電機制御システム１０は、直流電源１２、回転電機１４、第１駆動回路４０、第２駆動回路４２及び制御装置４４を含んで構成される。回転電機１４は、電動機または発電機として機能するものであり、ロータ１６（図２、図３）に作る界磁磁束を制御可能に構成される。

図２は、回転電機１４を示す図である。図３は、回転電機１４を構成するロータ１６の斜視図である。図４は、回転電機１４を構成するステータ３０の斜視図である。図５は、回転電機１４において、強め界磁制御を行う場合を説明するための図３のＡ−Ａ断面相当図である。図６は、回転電機１４において、強め界磁制御を行う場合を説明するための図３のＢ−Ｂ断面相当図である。なお、回転電機の構成は、図２から図６の構成に限定するものではなく、後述のように、図２３、図２４、または図２５から図２７に示す構成であってもよい。

図２から図６に示す回転電機１４は、特許文献１に記載された構成と同様の構成を有する。具体的には、回転電機１４は、非磁性のシャフト１５に固定されたロータ１６と、ロータ１６の外径側に配置されたステータ３０とを含む。シャフト１５は、ケーシング１４ａに対し軸受により回転可能に支持される。

ロータ１６は、ラジアルロータ１７と、２つのアキシャルロータ２１，２２とを有する。ラジアルロータ１７は、ロータ１６の軸方向中間部に形成され、ステータ３０と空隙（エアギャップ）を介して半径方向に対向する。２つのアキシャルロータ２１，２２は、ロータ１６の軸方向両端部に形成され、ステータ３０の軸方向両端とロータ回転軸線と平行方向（回転軸方向）に対向する。ラジアルロータ１７及びアキシャルロータ２１，２２は、機械的かつ磁気的に連結される。

ラジアルロータ１７は、円筒状のラジアルコア部１８の外周部において周方向等間隔の複数位置に配置された複数のラジアル磁石１９（図３）を含む。ラジアル磁石１９は、半径方向に互いに同方向に着磁され、各ラジアル磁石１９の表面は、同じ極性（例えばＮ極）に着磁される。また、ラジアルコア部１８の外周部において、隣り合うラジアル磁石１９の間には、半径方向外側に突出するラジアル突極部２０が形成される。

アキシャルロータ２１，２２は、円板状のアキシャルコア部２３において、ステータ３０と回転軸方向に対向する内側面に配置された複数のアキシャル磁石２４を含む。複数のアキシャル磁石２４は、アキシャルコア部２３の内側面において、周方向等間隔の複数位置に配置される。アキシャル磁石２４は、回転軸方向に互いに同方向に着磁され、各アキシャル磁石２４の表面は、同じ極性（例えばＳ極）に着磁される。また、アキシャルコア部２３の外周部において、隣り合うアキシャル磁石２４の間には、回転軸方向において、ステータ３０側に突出するアキシャル突極部２５（図３）が形成される。

さらに、ラジアル磁石１９は、各アキシャルロータ２１，２２のアキシャル磁石２４と同数が設けられ、ラジアル突極部２０も、各アキシャルロータ２１，２２のアキシャル突極部２５と同数が設けられる。アキシャル磁石２４は、ラジアル磁石１９に対して周方向に関する位置をずらして配置され、アキシャル突極部２５も、ラジアル突極部２０に対して周方向に関する位置をずらして配置される。そして、アキシャル磁石２４とラジアル突極部２０とが、周方向に関して同じ位置に配置される。また、アキシャル突極部２５とラジアル磁石１９とが、周方向に関して同じ位置に配置される。また、各アキシャル磁石２４の表面（ステータ３０と対向する磁極面）は、各ラジアル磁石１９の表面（ステータ３０と対向する磁極面）と逆の極性に着磁される。例えば、各ラジアル磁石１９の表面がＮ極に着磁されるときに、各アキシャル磁石２４の表面はＳ極に着磁される。なお、各ラジアル磁石１９の表面がＳ極に着磁され、各アキシャル磁石２４の表面がＮ極に着磁されてもよい。

一方、ステータ３０は、環状のコア部３１と、２つの界磁巻線３２，３３と、３相の電機子巻線３４とを含んで構成される。コア部３１は、内周面の周方向等間隔の複数位置において、半径方向内側に突出するように複数のラジアルティース３１ａが形成される。また、コア部３１の軸方向両端部において、周方向に関してラジアルティース３１ａと同位置には、複数のアキシャルティース３１ｂが回転軸方向外側に突出するように形成される。３相の電機子巻線３４は、ラジアルティース３１ａ間のスロット及びアキシャルティース３１ｂ間のスロットを通って（例えば分布巻等で）トロイダル巻きされる。環状のコア部３１、ラジアルティース３１ａ、及びアキシャルティース３１ｂを含むステータ３０の鉄心部分は、磁性材製の粉末が樹脂等のバインダで一体化されたものでもよい。電機子巻線３４は、第２ステータ巻線に相当する。

また、ステータ３０のコア部３１において、複数のラジアルティース３１ａの軸方向両端部であって、複数のアキシャルティース３１ｂの半径方向内端部に位置する部分には、段部が形成される。また、コア部３１の軸方向両端部には、複数の段部の内側に位置するように、円環状の界磁巻線３２，３３が配置される。これにより、界磁巻線３２，３３は、半径方向に関して各アキシャルティース３１ｂよりもラジアルロータ１７側（内側）であって、回転軸方向に関して各ラジアルティース３１ａよりもアキシャルロータ２１，２２側（外側）に配置される。また、界磁巻線３２，３３は、各ラジアルティース３１ａ、各アキシャルティース３１ｂ、及び各電機子巻線３４と近接して配置される。界磁巻線３２，３３は、絶縁体により電機子巻線３４と電気的に絶縁される。また、界磁巻線３２，３３は、ステータ３０に対し、例えば、図４に示すように、電機子巻線３４の上から繊維３５等で縛ることで固定してもよいし、ステータ全体を樹脂でモールドすることにより固定してもよい。界磁巻線３２，３３は、第１ステータ巻線に相当する。

界磁巻線３２，３３に直流電流が流れることで、ロータ１６に界磁を作り、ロータ１６のラジアルロータ１７及びアキシャルロータ２１，２２と、ステータ３０のコア部３１とを通る界磁磁束を発生させる。電機子巻線３４に交流電流が流れることでロータ１６の界磁との相互作用によりトルクを発生させる磁界を形成する。ラジアルロータ１７では、界磁巻線３２，３３に直流電流が流れることでラジアル突極部２０が磁化される。アキシャルロータ２１，２２では、界磁巻線３２，３３に直流電流が流れることで、アキシャル突極部２５がラジアル突極部２０とは逆の極性に磁化される。

例えば、図３に示す例では、ラジアル磁石１９及びアキシャル磁石２４による界磁磁束は、ラジアル磁石１９→エアギャップ→ラジアルティース３１ａ→コア部３１の環状部分→アキシャルティース３１ｂ→エアギャップ→アキシャル磁石２４に達する。そして、ラジアル磁石１９及びアキシャル磁石２４による界磁磁束は、アキシャル磁石２４→アキシャルコア部２３→ラジアルコア部１８→ラジアル磁石１９に達するように閉磁路を通る。さらに、界磁巻線３２，３３に直流電流を流すことで界磁磁束が発生する。この直流電流による界磁磁束は、ラジアル突極部２０、ラジアルコア部１８、アキシャルコア部２３、アキシャル突極部２５、エアギャップ、アキシャルティース３１ｂ、コア部３１、ラジアルティース３１ａ、エアギャップ、及びラジアル突極部２０を順に通る。そして、この界磁磁束は、電機子巻線３４に交流電流を流すことでステータ３０に発生する回転磁界と相互作用する。その際に、各ラジアル突極部２０の表面は互いに同じ極性に磁化し、各アキシャル突極部２５の表面は互いに同じ極性に磁化する。また、各アキシャル突極部２５の表面は、各ラジアル突極部２０の表面と逆の極性に磁化する。界磁巻線３２，３３による界磁磁束の方向は、界磁巻線３２，３３に流す直流電流の向きにより制御できる。

強め界磁制御を行う場合は、図５、図６に示すように、各界磁巻線３２，３３に直流電流（界磁電流）を流す。図５、図６において、白丸の内側に黒丸を付した部分は図面の手前方向に電流が流れる場合を表し、白丸の内側に×を付した部分は図面の奥側に電流が流れる場合を表す。このとき、各ラジアル突極部２０の表面が各ラジアル磁石１９の表面とは逆の極性（例えばＳ極）に磁化し、各アキシャル突極部２５の表面が各アキシャル磁石２４の表面とは逆の極性（例えばＮ極）に磁化する。これによって、界磁巻線３２，３３による界磁磁束は、アキシャル突極部２５→エアギャップ→アキシャルティース３１ｂ→コア部３１の環状部分→ラジアルティース３１ａ→エアギャップ→ラジアル突極部２０に達する。そして、この界磁磁束は、ラジアル突極部２０→ラジアルコア部１８→アキシャルコア部２３→アキシャル突極部２５に流れるように、閉磁路を通る。図５、図６において、白丸内に「→Ａ」を示す部分は断面Ａ−Ａ（図５）へ磁束が流れる場合を表し、白丸内に「Ａ→」を示す部分は断面Ａ−Ａ（図５）から磁束が流れ込む場合を表す。白丸内に「→Ｂ」を示す部分は断面Ｂ−Ｂ（図６）へ磁束が流れる場合を表し、白丸内に「Ｂ→」を示す部分は断面Ｂ−Ｂ（図６）から磁束が流れ込む場合を表す。この場合には、界磁巻線３２，３３による界磁磁束とラジアル磁石１９及びアキシャル磁石２４による界磁磁束とが、コア部３１の環状部分を周方向に通るときに互いに同方向となる。そのため、界磁巻線３２，３３に直流電流を流さない場合よりも電機子巻線３４に鎖交する界磁磁束が増加する。したがって、強め界磁制御を行うことが可能である。

一方、弱め界磁制御を行う場合には、図５、図６に示す場合とは、界磁巻線３２，３３に逆方向の直流電流を流す。この場合には、界磁巻線３２，３３による界磁磁束とラジアル磁石１９及びアキシャル磁石２４による界磁磁束とが、コア部３１の環状部分を周方向に通るときに互いに逆方向となる。そのため、界磁巻線３２，３３に直流電流を流さない場合よりも電機子巻線３４に鎖交する界磁磁束が減少する。このように回転電機１４を用いて界磁磁束を制御することが可能である。

図１に戻って、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２は、直流電源１２に対し並列に接続される。第１駆動回路４０は、フルブリッジ回路で構成される。具体的には、第１駆動回路４０は、並列接続された第１アームＡ１及び第２アームＡ２を含む。また、各アームＡ１，Ａ２には２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２（またはＳ３，Ｓ４）が直列に接続され、各スイッチング素子の両端には、各スイッチング素子の電流方向とは逆方向の電流が流れるようにダイオードが並列接続される。界磁巻線３２，３３の一端は、第１アームＡ１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２間の中点に接続され、界磁巻線３２，３３の他端は、第２アームＡ２のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４間の中点に接続される。図１では、図面の簡略化のために、２つの界磁巻線３２，３３の一方の界磁巻線のみを示しているが、他方の界磁巻線も第１駆動回路４０に一方の界磁巻線と同様に接続される。また、２つの界磁巻線３２，３３は、直列接続されてもよい。また、第１アームＡ１の正側のスイッチング素子Ｓ１及び第２アームＡ２の負側のスイッチング素子Ｓ４のスイッチング制御により、正の界磁電流の大きさを制御できる。一方、第１アームＡ１の負側のスイッチング素子Ｓ２及び第２アームＡ２の正側のスイッチング素子Ｓ３のスイッチング制御により、負の界磁電流の大きさを制御できる。これにより、第１駆動回路４０は、界磁巻線３２，３３の電流をスイッチングによって制御する。なお、界磁制御では、強め界磁制御及び弱め界磁制御の一方のみの制御を行う構成としてもよい。

一方、第２駆動回路４２は、３相インバータである。具体的には、第２駆動回路４２は、並列接続されたＵ相アームＢ１、Ｖ相アームＢ２及びＷ相アームＢ３を含む。また、各アームＢ１，Ｂ２，Ｂ３には２つのスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂが直列に接続され、各スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂの両端には、各スイッチング素子の電流方向とは逆方向の電流が流れるようにダイオードが並列接続される。３相の電機子巻線３４は、Ｕ相電流が流れるＵ相巻線、Ｖ相電流が流れるＶ相巻線、及びＷ相電流が流れるＷ相巻線を含む。図１では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線にそれぞれｕ、ｖ、ｗの符号を付している。第２駆動回路４２は、３相の電機子巻線３４の電流をスイッチングによって制御する。図１では、各相の電機子巻線３４を簡略化して示して、各相で１つのみとしているが、実際には、各相で複数の巻線が直列に接続される。

Ｕ相巻線の一端は、Ｕ相アームＢ１のスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂ間の中点に接続される。Ｖ相巻線の一端は、Ｖ相アームＢ２のスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂ間の中点に接続される。Ｗ相巻線の一端は、Ｗ相アームＢ３のスイッチング素子Ｓａ、Ｓｂ間の中点に接続される。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線の他端は、中性点Ｇで共通に接続される。

また、制御装置４４は、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２のスイッチングを制御する。制御装置４４は、発生または入力されたトルク指令に基づいて、スイッチングの指令信号を生成し、その指令信号によって、第２駆動回路４２のスイッチングを制御する。また、制御装置４４は、予め設定された強め界磁制御条件及び弱め界磁制御条件の一方の成立に基づいて、対応する界磁制御を行うように第１駆動回路４０のスイッチング制御を行う。なお、図１では、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２に共通の直流電源１２を接続する場合を示しているが、互いに異なる直流電源が接続されてもよい。

上記の回転電機制御システム１０のように、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２のスイッチングを制御する構成では、それぞれのスイッチングで、電機子巻線を流れる交流電流と界磁巻線を流れる直流電流（界磁電流）とに高調波電流が発生する可能性がある。そして、その高調波電流によって、回転電機１４のステータ３０及びロータ１６のコア部に高調波磁束変動が生じて、その磁束変動により鉄損が増大する可能性がある。このとき、３相交流電流の高調波電流により、ステータ３０及びロータ１６のコア部に高調波の磁束変動が生じるとともに、直流電流の高調波電流によっても、ステータ３０及びロータ１６のコア部に高調波の磁束変動が生じる。

このような不都合を解消するために、実施形態では、制御装置４４は、回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２の少なくとも一方の駆動回路についての高調波電流が調整されている。具体的には、制御装置４４は、一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整されている。より具体的には、図２から図６に示した回転電機１４では、３相の電機子巻線３４に流れる３相交流電流で作られる磁束の磁気回路と、界磁巻線３２，３３に流れる直流電流で作られる磁束の磁気回路とで、共通して磁束が流れる部分がある。これにより、上記のように、回転電機１４で３相交流電流に基づいて生じる高調波磁束変動と、直流電流に基づいて生じる高調波磁束変動とを減衰させるように、高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整された構成を採用する。このとき、実施形態の回転電機制御システムの調整方法は、制御装置４４において、回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つを調整する。そして、これにより、ステータ及びロータのコア部に生じる高調波磁束変動を相殺または抑制することができるので、回転電機１４における鉄損の低減を図れる。

図７は、図１に示す回転電機制御システム１０を構成する制御装置４４の機能構成を示すブロック図である。制御装置４４は、制御信号生成部４５と、キャリア信号発生回路４６と、第１スイッチング信号生成部４７と、第２スイッチング信号生成部４８とを有する。制御信号生成部４５は、外部制御部または制御装置４４で作成されたトルク指令信号が入力され、そのトルク指令信号に基づいて、変調度を表す電圧指令信号としての制御信号が生成される。その制御信号は、界磁電流制御用の界磁制御信号Ｊ１と、３相交流電流制御用の駆動制御信号Ｊ２とを有する。

界磁制御信号Ｊ１は、第１スイッチング信号生成部４７に入力される。また、駆動制御信号Ｊ２は、第２スイッチング信号生成部４８に入力される。キャリア信号発生回路４６は、界磁電流制御用の第１キャリア信号Ｋ１と、３相交流電流制御用の第２キャリア信号Ｋ２とを生成する。第１キャリア信号Ｋ１は、第１スイッチング信号生成部４７に入力される。また、第２キャリア信号Ｋ２は、第２スイッチング信号生成部４８に入力される。

第１スイッチング信号生成部４７は、界磁制御信号Ｊ１と第１キャリア信号Ｋ１とを比較し、ＰＷＭ信号としての第１スイッチング信号を生成する。この第１スイッチング信号により第１駆動回路４０のスイッチングが制御される。第２スイッチング信号生成部４８は、駆動制御信号Ｊ２と第２キャリア信号Ｋ２とを比較し、ＰＷＭ信号としての第２スイッチング信号を生成する。この第２スイッチング信号により第２駆動回路４２のスイッチングが制御される。

このとき、制御装置４４は、高調波電流の周波数の調整として、第１駆動回路４０の制御で用いる第１キャリア信号Ｋ１の周波数ｆ１と、第２駆動回路４２の制御で用いる第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２との少なくとも一方が調整されている。具体的には、第１キャリア信号Ｋ１の周波数ｆ１と第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２とが一致するように周波数ｆ１、ｆ２の少なくとも一方が調整されている。これにより、制御装置４４は、回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数が調整されている。

回転電機１４において、第２駆動回路４２のスイッチングで生じる磁束変動は、第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２の２次の高調波成分が大きいことが分かっている。上記のように、周波数ｆ１，ｆ２の少なくとも一方を調整することにより、ステータ及びロータのコア部に生じる高調波磁束変動のうち、特に２次の高調波成分を相殺または抑制することができる。このとき、第１駆動回路４０のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき回転電機１４に生じる高調波磁束変動を「第１の高調波磁束変動」と定義する。また、第２駆動回路４２のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき回転電機１４に生じる高調波磁束変動を「第２の高調波磁束変動」と定義する。この場合に、第１の高調波磁束変動と第２の高調波磁束変動とは、ステータ及びロータの少なくとも一方のコア部において磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される。このために、例えば、後述のようにキャリア信号の位相を調整したり、界磁巻線３２，３３の巻き方向を調整する。これにより、コア部での高調波磁束変動を減衰できることにより、回転電機１４における鉄損の低減を図れる。また、この鉄損の低減を図るために、特許文献４−６に記載された構成のように、磁束フィルタ用巻線を設けたり、駆動回路についての部品数が過度に増大することがない。この結果、回転電機制御システムにおいて、磁束フィルタ用巻線を設けず、かつ、駆動回路についての部品数の増大を抑制し、かつ、駆動回路の駆動時に生じる高調波電流による鉄損を低減できる。

図８は、実施形態の別例における回転電機制御システム１０の回路図である。図８に示す別例では、図１から図７の構成において、第１駆動回路４０は、ハーフブリッジ回路により構成される。具体的には、図８の構成は、図１の構成において、第１駆動回路４０は、第２アームＡ２を省略し、かつ、界磁巻線３２，３３の一端が第１アームＡ１の中点に接続され、他端が第１アームＡ１の負極側端に接続される。このような別例の構成では、界磁巻線３２，３３に一方向にしか電流を流すことができない。これにより、強め界磁制御及び弱め界磁制御の一方のみが可能である。また、上記のように第２駆動回路４２のスイッチングで生じる磁束変動は、第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２の２次の高調波成分が大きい。このため、制御装置４４（図１参照）において、この２次の高調波成分に基づいてコア部に生じる高調波磁束変動を減衰させるように、第１キャリア信号Ｋ１の周波数ｆ１が、第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２の２倍にされている。このとき、第１の高調波磁束変動と第２の高調波磁束変動の２次の高調波成分とは、ステータ及びロータの少なくとも一方のコア部において磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される。その他の構成及び作用は、図１から図７の構成と同様である。

図９は、実施形態の別例における回転電機制御システム１０の回路図である。図９に示す別例では、図１から図７の構成において、第１駆動回路４０は、チョッパ回路により構成される。具体的には、第１駆動回路４０は、第１アームＡ１において、スイッチング素子Ｓ１と、ダイオードＤ１とが直列に接続される。このとき、ダイオードＤ１のカソードとスイッチング素子Ｓ１のエミッタとが第１アームＡ１の中点で接続される。そして、第１アームＡ１の中点に界磁巻線３２，３３の一端が接続され、界磁巻線３２，３３の他端は、第１アームＡ１の負極側端に接続される。図９の構成の場合においても、図８の構成と同様に、界磁巻線３２，３３に一方向にしか電流を流すことができない。このため、制御装置４４（図１参照）において、第２駆動回路４２のスイッチングで生じる磁束変動のうち、第２キャリア信号Ｋ２の周波数の２次の高調波成分に基づいてコア部に生じる高調波磁束変動を減衰させる。このために、制御装置において、この高調波磁束変動を減衰させるように、第１キャリア信号Ｋ１の周波数ｆ１が、第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２の２倍にされている。その他の構成及び作用は、図１から図７の構成、または図８の構成と同様である。

次に、高調波電流の位相の調整について説明する。図１から図７の構成において、高調波電流の位相を調整する場合には、制御装置４４において、第１駆動回路４０の制御で用いる第１キャリア信号Ｋ１の位相、及び第２駆動回路４２の制御で用いる第２キャリア信号Ｋ２の位相の少なくとも一方が調整される。そして、これにより、制御装置４４において、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の位相が調整される。このとき、第１の高調波磁束変動と第２の高調波磁束変動とは、ステータ及びロータの少なくとも一方のコア部において磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される。

図１０は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更前において、３相交流電流におけるＵ相電流、その生成のための制御信号及び第２キャリア信号Ｋ２（ａ）と、界磁電流、その生成のための制御信号及び第１キャリア信号Ｋ１（ｂ）とを示す図である。図１１は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更前において、Ｕ相電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ａ）と、界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ｂ）とを示す図である。図１２は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更前において、Ｕ相電流及び界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化を示す図である。

図１０に示すように、電機子巻線３４に流れるＵ相電流（ａ）と界磁巻線３２，３３に流れる界磁電流（ｂ）とでは、スイッチングによって高調波電流が重畳されている。なお、図１０（ａ）では、３相交流電流のうち、Ｕ相電流のみを示しているが、Ｖ相電流、Ｗ相電流も位相が１２０度ずつ異なるだけで同様の傾向を有する。これにより、３相交流電流と界磁電流との高調波電流で生じる高調波磁束変動が、回転電機１４の磁性体部分、例えばステータのコア部の環状部分で生じる。そして、第２の高調波磁束変動の磁束密度は、図１１（ａ）で示され、第１の高調波磁束変動の磁束密度は、図１１（ｂ）で示される。また、３相交流電流と界磁電流とを電機子巻線３４及び界磁巻線３２，３３にそれぞれ同時に流したときには、図１１の例ではＵ相電流に基づく高調波の磁束密度変動と、界磁電流に基づく高調波の磁束密度変動との位相が同じである。これにより、図１２のように、Ｕ相電流に基づく高調波磁束密度変動と界磁電流に基づく高調波磁束密度変動とが合成されたときに、高調波磁束密度変動は増加し、回転電機１４における鉄損が増大する。

このような不都合を解消するために、本例の構成では、第１駆動回路４０の制御に用いる第１キャリア信号Ｋ１の位相を調整する。図１３は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更後において、Ｕ相電流、その生成のための制御信号及び第２キャリア信号Ｋ２（ａ）と、界磁電流、その生成のための制御信号及び第１キャリア信号Ｋ１（ｂ）とを示す図である。図１４は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更後において、Ｕ相電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ａ）と、界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化（ｂ）とを示す図である。図１５は、第１キャリア信号Ｋ１の位相変更後において、Ｕ相電流及び界磁電流によってステータのコア部に形成される磁束密度の時間的変化を示す図である。

図１３（ｂ）に示すように、制御装置４４（図１参照）は、第１キャリア信号Ｋ１を図１０に示した場合の位相と異ならせるように位相を変更する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、図１０（ｂ）に示した場合の位相と異なるように、界磁電流の位相が変化する。このため、図１４（ｂ）に示すように、図１１（ｂ）に示した場合の位相と異なるように、界磁電流に基づいてステータのコア部に生じる磁束密度の変動の位相が変化する。したがって、図１５に示すように、Ｕ相電流に基づく高調波磁束密度変動と、界磁電流に基づく高調波磁束密度変動とが相殺される。

上記では、第１キャリア信号Ｋ１の位相が調整された場合を説明したが、第２キャリア信号Ｋ２の位相を調整することにより、第１キャリア信号Ｋ１の位相が調整された場合の構成と同様の効果を得ることもできる。

次に、高調波電流の振幅の調整について説明する。図１から図７の構成において、高調波電流の振幅を調整する場合には、制御装置４４において、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の振幅が調整される。このとき、第１、第２駆動回路４０、４２のスイッチングに基づく第１の高調波磁束変動及び第２の高調波磁束変動は、ステータ及びロータの少なくとも一方のコア部において磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される。

図１６（ａ）は、実施形態の別例において、第１キャリア信号Ｋ１と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化を示す図である。図１６（ｂ）は、第１キャリア信号Ｋ１と制御信号との比較後にパルス電圧の追加によって生成される高調波電流の時間的変化を示す図である。

本例の構成では、制御装置４４は、第１駆動回路４０のスイッチングについての高調波電流の振幅を小さくする。具体的には、制御装置４４は、図１６（ｂ）に示すように、第１駆動回路４０についての制御信号と第１キャリア信号Ｋ１との比較の後、その比較によって生成された第１スイッチング信号にパルス電圧を加える。より具体的には、第１スイッチング信号において、オンからオフへの切換時期、及びオフからオンへの切換時期にパルス電圧を加える。これにより、第１駆動回路４０のスイッチングによって生じる高調波電流は、山部の頂部と谷部の底部とで電流が逆方向に微小変化する。このため、高調波電流の振幅が、図１６（ａ）のようにパルス電圧を追加しない場合に比べて小さくなるように調整される。上記では、第１駆動回路４０のスイッチングについての高調波電流の振幅を小さくする場合を説明したが、第２スイッチング信号にパルス電圧を加えることで第２駆動回路４２のスイッチングについての高調波電流の振幅を小さくすることもできる。

図１７（ａ）は、実施形態の別例において、第１キャリア信号Ｋ１と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化を示す図である。図１７（ｂ）は、第１キャリア信号Ｋ１及び制御信号の関係を調整することで第１駆動回路４０の入力側の電圧を調整したときの第１キャリア信号Ｋ１と制御信号との比較によって生成される電圧及び高調波電流の時間的変化を示す図である。

本例の構成では、制御装置４４は、第１駆動回路４０のスイッチングについての高調波電流の振幅を大きくする。具体的には、制御装置４４は、図１７（ｂ）に示すように、図１７（ａ）に示す場合に対して、第１駆動回路４０についての制御信号と第１キャリア信号Ｋ１との関係を調整することで第１駆動回路４０の入力側の電圧を増加させる。このとき、図１７（ｂ）に示す例では、図１７（ａ）に示す場合に対して第１キャリア信号Ｋ１に対して制御信号を低くする。これにより、第１キャリア信号Ｋ１と制御信号との比較によって生成される電圧は振幅が大きくなり、オン時間が短くなる。このため、第１駆動回路４０のスイッチングによって生じる高調波電流は、電圧のオフ時間が長くなることに伴い電流低下が緩やかになり、電圧のオン時間が短くなることで電流増加が急激になる。これにより、高調波電流の振幅が調整される。上記では、第１駆動回路４０のスイッチングについての高調波電流の振幅を大きくする場合を説明したが、第２駆動回路４２についての制御信号と第２キャリア信号Ｋ２との関係を調整することで第２駆動回路４２の入力側の電圧を増加させることもできる。

上記では、制御装置４４が、第１駆動回路４０または第２駆動回路４２におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相及び振幅のいずれか１つが調整される場合を説明した。一方、上記の図１に示したように、第２駆動回路４２が３相インバータであり、第１駆動回路４０がフルブリッジ回路で構成される場合において、制御装置４４において、第１キャリア信号Ｋ１と第２キャリア信号Ｋ２とが一致されるように構成することもできる。そして、制御装置４４は、これにより回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させる。この場合には、第１キャリア信号Ｋ１及び第２キャリア信号Ｋ２の周波数、位相及び振幅のすべてが一致するように調整される。このときも、上記の構成と同様に、第１、第２駆動回路４０、４２のスイッチングに基づく第１、第２の高調波磁束変動は、ステータ及びロータの少なくとも一方のコア部において磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される。その他の構成及び作用は、図１から図７の構成と同様である。

図１８は、実施形態の別例における回転電機制御システム１０の回路図である。本例の構成では、上記の図１から図７に示した構成において、制御装置４４は、高調波電流調整部４９を有する。高調波電流調整部４９は、所定条件に応じて、回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、第１駆動回路４０におけるスイッチングによって生じる高調波電流の振幅を調整する。また、高調波電流調整部４９は、第２駆動回路４２におけるスイッチングによって生じる高調波電流の振幅も調整する。

具体的には、例えば、図１８に示すように、回転電機制御システム１０において、第１駆動回路４０の入力側の電圧の振幅を調整するために、直流電源１２と第１駆動回路４０との間に電圧変換装置５０が接続される。例えば電圧変換装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、制御装置４４の高調波電流調整部４９によって制御される。

例えば、高調波電流の振幅を調整するための「所定条件」として、図１９に示すように、回転電機１４の回転数が一致した状態でトルクが増大する、すなわち動作点がＣ点からＤ点に変化したこととする。制御装置４４は、この所定条件が成立したときに、回転電機１４のステータのコア部の磁束変動密度を調整する。具体的には、Ｄ点はＣ点に対してトルクが高いので、高調波電流調整部４９は、回転電機１４の界磁巻線３２，３３に流れる界磁電流を一定にしたままで、回転電機１４の３相の電機子巻線を流れる３相電流及び３相電圧を増加させる。このとき、３相電圧の増加に伴って、第２駆動回路４２の変調度が増加する。これにより、第２キャリア信号Ｋ２の周波数ｆ２の２次高調波が減少するので、図２０（ｂ）のＵ相電流で示すように、図２０（ａ）のＵ相電流に対して高調波電流の振幅が小さくなる。なお、図２０では、回転電機１４の３相電流のうち、Ｕ相電流のみを示しているが、Ｖ相、Ｗ相電流についてもＵ相電流と傾向は同様である。

一方、上記のように界磁電流は一定であるので、第１駆動回路４０についてスイッチングに依存した高調波電流は変化しない。このとき、図１９のＤ点では、３相電流の高調波電流（第２キャリア信号の周波数ｆ２の２次高調波）による磁束密度変動が、界磁電流の高調波電流による磁束密度変動よりも小さくなり、互いの磁束変動を相殺できないので、回転電機１４の鉄損が増加する。そこで、本例の構成では、このときに、高調波電流調整部４９が電圧変換装置５０を制御することにより、第１駆動回路４０に入力される直流電圧を低下させる。これにより、高調波電流調整部４９は、界磁電流の高調波電流の振幅を小さくすることにより、界磁電流による磁束密度変動を小さくする。このため、第１駆動回路４０についての第１の高調波磁束変動と、第２駆動回路４２についての第２の高調波磁束変動とを相殺することにより、回転電機１４の鉄損を減少させることができる。その他の構成及び作用は、図１から図７の構成と同様である。

なお、図１８の構成において、第１駆動回路４０及び第２駆動回路４２の一方の駆動回路のみについて、高調波電流の振幅を調整する構成としてもよい。また、高調波電流調整部４９は、所定条件に応じて、回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、第１、第２駆動回路４０、４２の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数または位相を調整してもよい。

次に、実施形態の効果を確認するために行った実験及びシミュレーションの結果を説明する。実験は、図１から図７の構成を用いて駆動実験を行って、そのときの３相電流及び界磁電流の電流波形を求めた。図２１（ａ）は３相交流電流の電流波形を示す図であり、図２１（ｂ）は界磁電流の電流波形を示す図である。

そして、界磁電流の高調波電流の位相のみを変化させたときの回転電機１４の鉄損の変化をシミュレーションで求めた。図２２は、そのときの鉄損のシミュレーション結果を示す図である。図２２に示すように、高調波電流の位相に依存して鉄損が変化し、高調波電流の位相が１８０度のときに、鉄損が最小になった。このときは、第２駆動回路４２と第１駆動回路４０とについてのキャリア信号Ｋ１，Ｋ２が一致した場合に相当する。これにより、両者のキャリア信号Ｋ１，Ｋ２が一致したときに鉄損を最小にできることを確認できた。

上記の各例の構成では、図２から図６に示した回転電機１４で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流を調整する場合を説明した。一方、実施形態の回転電機制御システムは、図２から図６に示した回転電機１４以外の回転電機でも適用できる。要するに、実施形態は、ステータが、ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機であれば適用できる。

例えば、特許文献２または特許文献３に記載された回転電機にも実施形態は適用できる。図２３は、実施形態の別例における回転電機１４の断面図である。図２４は、図２３に示す回転電機１４を構成するロータの斜視図である。図２３、図２４に示す回転電機１４は、特許文献２に記載された構成と同様である。

図２３、図２４に示す回転電機では、界磁磁束の制御を行うために、ステータ１０１のコア部１０２を軸方向に二分割してＮ極側コア１０２ｎ及びＳ極側コア１０２ｓを構成し、その外周側が環状のヨーク１０４によって磁気的かつ機械的に連結される。Ｎ極側コア１０２ｎ及びＳ極側コア１０２ｓの間には環状の界磁巻線１０５が挟まれて軸方向に沿って設けられる。また、３相の電機子巻線１０３は、Ｎ極側コア１０２ｎ及びＳ極側コア１０２ｓを跨ぐようにコア部１０２に巻回される。

一方、ロータ１１１のロータコア１１２には、Ｎ極側コア１０２ｎに対向して、Ｎ極突極部１１２ｎとＮ極磁石１１３ｎとが周方向に交互に配置される。また、ロータコア１１２には、Ｓ極側コア１０２ｓに対向して、Ｓ極突極部１１２ｓとＳ極磁石１１３ｓとが周方向に交互に配置される。また、Ｎ極突極部１１２ｎ及びＳ極突極部１１２ｓは、ロータ１１１の内周側で環状のロータヨーク１１４に磁気的かつ機械的に結合される。

図２３、図２４に示す回転電機では、界磁巻線１０５に流す直流電流の向きで強め界磁制御及び弱め界磁制御を切り替えることができる。具体的には、界磁磁束は、Ｎ極磁石１１３ｎ→Ｎ極側コア１０２ｎ→ヨーク１０４→Ｓ極側コア１０２ｓ→Ｓ極磁石１１３ｓ→ロータヨーク１１４→Ｎ極磁石１１３ｎを通る。界磁巻線１０５に流れる直流電流による界磁磁束が磁石による界磁磁束と同一方向である場合には、界磁巻線に直流電流を流さない場合よりも電機子巻線１０３に鎖交する界磁磁束が減少する。これにより、弱め界磁制御を行うことが可能である。一方、界磁巻線１０５に流れる直流電流による界磁磁束が磁石による界磁磁束と反対方向である場合には、界磁巻線に直流電流を流さない場合よりも電機子巻線１０３に鎖交する界磁磁束が増加するので、強め界磁制御を行うことが可能である。

図２５は、実施形態の別例における回転電機において、強め界磁制御を行う状態を示す断面図である。図２６は、図２５に示す回転電機を構成するロータの斜視図である。図２７は、図２５に示す回転電機において、弱め界磁制御を行う状態を示す断面図である。図２５から図２７に示す回転電機は、特許文献３に記載された構成と同様である。

図２５から図２７に示す回転電機では、界磁磁束の制御を行うために、シャフト１５の軸方向に離れた位置にロータ２４０を構成する上側ロータ２４３及び下側ロータ２４４が配置され、上側ロータ２４３及び下側ロータ２４４の間に環状磁石２６０が配置される。上側ロータ２４３は、環状のロータコア２４３ａと、ロータコア２４３ａの周方向複数位置に形成されたロータティース２４３ｂとを含み、ロータティース２４３ｂ間にＳ極磁石２４３ｓが配置される。下側ロータ２４４は、環状のロータコア２４４ａと、ロータコア２４４ａの周方向複数位置に形成されたロータティース２４４ｂとを含み、ロータティース２４４ｂ間にＮ極磁石２４４ｎが配置される。

また、ステータ２２２の外周側に設けられた界磁ヨーク２２１には、上側ロータ２４３及び下側ロータ２４４に向けて突出した２つの突出部２５１が設けられ、各突出部２５１には界磁巻線２５０ａ、２５０ｂが巻回される。ステータ２２２のステータコア２３０には、３相の電機子巻線２２４が巻回される。

図２５から図２７に示す回転電機１４でも界磁巻線２５０ａ、２５０ｂに流す直流電流の向きで強め界磁制御及び弱め界磁制御を切り替えることができる。具体的には、強め界磁制御を行う場合には、図２５に示すように、上側の界磁巻線２５０ａにより上側の界磁磁束ｍｆ２５０Ａが発生し、下側の界磁巻線２５０ｂにより下側の界磁磁束ｍｆ２５０Ｂが発生するように界磁巻線２５０ａ、２５０ｂに直流電流を流す。上側の界磁磁束ｍｆ２５０Ａは、界磁ヨーク２２１の突出部２５１からロータコア２４３ａに入り、ロータティース２４３ｂからエアギャップ及びステータコア２３０を介して界磁ヨーク２２１に達する。このとき、下側の界磁磁束ｍｆ２５０Ｂは、界磁ヨーク２２１の周壁部からステータコア２３０に入り、エアギャップ及びロータコア２４４ａを介して界磁ヨーク２２１の突出部２５１に達する。

一方、弱め界磁制御を行う場合には、図２７に示すように、界磁巻線２５０ａ，２５０ｂに、図２５に示す場合とは反対方向に直流電流を流す。このとき、界磁磁束ｍｆ２５０Ｃは、界磁ヨーク２２１の上側ロータ２４３側の突出部２５１→界磁ヨーク２２１→界磁ヨーク２２１の下側ロータ２４４側の突出部２５１→ロータコア２４４ａ→環状磁石２６０に達する。そして、界磁磁束ｍｆ２５０Ｃは、環状磁石２６０→ロータコア２４３ａ→界磁ヨーク２２１の上側ロータ２４３側の突出部２５１による磁路を通る。これにより、弱め界磁制御を行うことが可能となる。

１０ 回転電機制御システム、１２ 直流電源、１４ 回転電機、１５ シャフト、１６ ロータ、１７ ラジアルロータ、１８ ラジアルコア部、１９ ラジアル磁石、２０ ラジアル突極部、２１，２２ アキシャルロータ、２３ アキシャルコア部、２４ アキシャル磁石、２５ アキシャル突極部、３０ ステータ、３１ コア部、３１ａ ラジアルティース、３１ｂ アキシャルティース、３２，３３ 界磁巻線、３４ 電機子巻線、３５ 繊維、４０ 第１駆動回路、４２ 第２駆動回路、４４ 制御装置、４５ 制御信号生成部、４６ キャリア信号発生回路、４７ 第１スイッチング信号生成部、４８ 第２スイッチング信号生成部、４９ 高調波電流調整部、５０ 電圧変換装置、１０１ ステータ、１０２ コア部、１０２ｎ Ｎ極側コア、１０２ｓ Ｓ極側コア、１０３ 電機子巻線、１０４ ヨーク、１０５ 界磁巻線、１１１ ロータ、１１２ ロータコア、１１２ｎ Ｎ極突極部、１１２ｓ Ｓ極突極部、１１３ｎ Ｎ極磁石、１１３ｓ Ｓ極磁石、１１４ ロータヨーク、２２１ 界磁ヨーク、２２２ ステータ、２２４ 電機子巻線、２３０ ステータコア、２４０ ロータ、２４３ 上側ロータ、２４３ａ ロータコア、２４３ｂ ロータティース、２４３ｓ Ｓ極磁石、２４４ 下側ロータ、２４４ａ ロータコア、２４４ｂ ロータティース、２４４ｎ Ｎ極磁石、２５０ａ、２５０ｂ 界磁巻線、２５１ 突部、２６０ 環状磁石。

Claims (8)

1. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記第２駆動回路が３相インバータであり、
   前記第１駆動回路がフルブリッジ回路で構成され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路の制御で用いる第１キャリア信号の周波数と、前記第２駆動回路の制御で用いる第２キャリア信号の周波数とが一致され、
   前記第１駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動と、前記第２駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動とは、磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される、回転電機制御システム。
2. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記第２駆動回路が３相インバータであり、
   前記第１駆動回路がハーフブリッジ回路またはチョッパ回路で構成され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路の制御で用いる第１キャリア信号の周波数が、前記第２駆動回路の制御で用いる第２キャリア信号の周波数の２倍にされている、回転電機制御システム。
3. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路の制御で用いる第１キャリア信号の位相、及び前記第２駆動回路の制御で用いる第２キャリア信号の位相の少なくとも一方の位相が調整されることにより、前記一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の位相が調整され、
   前記第１駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動と、前記第２駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動とは、磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される、回転電機制御システム。
4. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の一方の駆動回路の制御で用いる制御信号及びキャリア信号の比較によって生成されるスイッチング信号にパルス電圧を加えることで前記一方の駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流の振幅が調整されている、回転電機制御システム。
5. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の一方の駆動回路の入力側の電圧を調整することで前記一方の駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流の振幅が調整されている、回転電機制御システム。
6. ステータ及びロータを含み、前記ステータが、前記ロータに界磁を作る直流電流を流す第１ステータ巻線と、前記界磁との相互作用によりトルクを発生する交流電流を流す第２ステータ巻線とを有する回転電機と、
   前記第１ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第１駆動回路と、
   前記第２ステータ巻線の電流をスイッチングによって制御する第２駆動回路と、
   前記第１駆動回路のスイッチング及び前記第２駆動回路のスイッチングを制御する制御装置とを備える回転電機制御システムであって、
   前記制御装置は、前記回転電機で生じる高調波磁束変動を減衰させるように、前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路の少なくとも一方の駆動回路におけるスイッチングによって生じる高調波電流の周波数、位相、及び振幅の少なくとも１つが調整され、
   前記第２駆動回路が３相インバータであり、
   前記第１駆動回路がフルブリッジ回路で構成され、
   前記制御装置において、前記第１駆動回路の制御で用いる第１キャリア信号と、前記第２駆動回路の制御で用いる第２キャリア信号とが一致されている、回転電機制御システム。
7. 請求項４から請求項６のいずれか１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   前記第１駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動と、前記第２駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動とは、磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される、回転電機制御システム。
8. 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駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動と、前記第２駆動回路のスイッチングによって生じる高調波電流に基づき前記回転電機に生じる高調波磁束変動の２次の高調波成分とは、磁束が共通して通過する部分で位相が１８０度ずれるように構成される、回転電機制御システム。
   

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