WO2017051758A1 - 回転電機装置 - Google Patents

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WO2017051758A1
WO2017051758A1 PCT/JP2016/077168 JP2016077168W WO2017051758A1 WO 2017051758 A1 WO2017051758 A1 WO 2017051758A1 JP 2016077168 W JP2016077168 W JP 2016077168W WO 2017051758 A1 WO2017051758 A1 WO 2017051758A1
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WO
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inverter
electrical machine
rotating electrical
switching elements
field winding
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PCT/JP2016/077168
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English (en)
French (fr)
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政道 名和
渉 牧志
大輔 松岡
徹 井手
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine apparatus, and more particularly, to a rotating electrical machine apparatus including a rotating electrical machine and an inverter that controls the rotating electrical machine.
  • Boost converter 85 includes a reactor L1, a switching element Q1, and a switching element Q2.
  • the control device 86 calculates a target value of the input current to the power supply line 84 based on the deviation between the voltage command value and the detected voltage from the voltage sensor 87, and the current command value and the detected current from the current sensor 88.
  • the target value of the field increasing current flowing in the field winding 83 is calculated in accordance with the deviation.
  • the control device 86 generates a current command value by adding the motor output current as the feedforward compensation term to the total value of the target values of the input current and the field current, the detected current from the current sensor 88 becomes the current command value.
  • the switching elements Q1, Q2, and Q3 are controlled to be matched with each other.
  • Patent Document 1 requires a dedicated circuit for controlling the current flowing in the field winding, which increases the manufacturing cost.
  • An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine apparatus capable of flowing a necessary current to a field winding without providing a dedicated circuit.
  • a rotating electrical machine that achieves the above object has a field winding, a star-connected multi-phase motor winding of three or more phases, a plurality of switching elements, and converts power from a DC power source.
  • An inverter supplied to the motor winding, and a control unit configured to control the inverter.
  • the field winding has a first end connected to a neutral point of the star connection and a second end connected to the inverter.
  • the inverter has a plurality of sets of switching elements each including two switching elements connected in series, and the number of sets of the switching elements corresponds to the number of phases of the motor winding.
  • the control unit uses the plurality of switching elements while all the switching elements in the upper phase of the inverter perform the same operation and all the switching elements in the lower phase of the inverter perform the same operation.
  • the inverter is controlled to supply a direct current to the field winding.
  • the circuit diagram of the rotary electric machine apparatus of 1st Embodiment. An equivalent circuit of a rotating electrical machine apparatus in a state where electric power is supplied without applying torque to the motor.
  • the circuit diagram of the rotary electric machine apparatus of 2nd Embodiment. (A) is a graph which shows the strength of the magnetic field by the electric current which flows into each motor winding, (b) is a schematic diagram which shows the relationship between the electric current and magnetic flux which flow through each motor winding. (A) is a graph which shows the intensity
  • FIG. 6 is a partially omitted circuit diagram of a rotating electrical machine apparatus according to another embodiment. Moreover, the partial abbreviation circuit diagram of the rotary electric machine apparatus of another embodiment. The circuit diagram of the rotary electric machine apparatus of another embodiment. The schematic block diagram of a prior art.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a motor (rotating electrical machine) 11, a field winding 12, an inverter 13, and a control unit 14 configured to control the inverter 13.
  • a motor rotating electrical machine
  • the motor 11 a three-phase AC motor having three-phase motor windings 15U, 15V, and 15W is used.
  • the inverter 13 is connected to a battery 16 as a DC power source, converts DC power (DC current) supplied from the battery 16 into three-phase AC power (three-phase AC current), and supplies it to the motor 11.
  • the inverter 13 includes an inverter circuit 17 including six switching elements S1 to S6, and a capacitor 18 connected in parallel to the inverter circuit 17 on the input side of the inverter circuit 17.
  • the inverter 13 is configured to be connectable to the battery 16.
  • the inverter circuit 17 includes two switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 connected in series as a set, and the number of switching elements S1 corresponding to the number of phases of the motor windings 15U, 15V, and 15W. , S2, S3, S4, S5, S6. That is, the number of sets of the switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 corresponds to the number of phases of the motor windings 15U, 15V, and 15W. Specifically, the inverter circuit 17 includes three sets of switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6.
  • the three switching elements S1, S3, and S5 of the six switching elements S1 to S6 constitute an upper phase (upper arm), and the three switching elements S2, S4, S6 constitutes the lower phase (lower arm).
  • a diode D is connected between the collector and emitter of each of the switching elements S1 to S6.
  • the anode of each diode D is connected to the emitters of the corresponding switching elements S1 to S6.
  • the cathode of each diode D is connected to the collectors of the corresponding switching elements S1 to S6.
  • the motor windings 15U, 15V, 15W are connected by a star connection.
  • Field winding 12 has a first end connected to neutral point N of the star connection.
  • Field winding 12 has a second end connected to lower phase switching elements S2, S4, S6 of inverter 13.
  • the field winding 12 is provided on a rotor (not shown) of the motor 11.
  • a current is supplied to the field winding 12 through, for example, a brush and a slip ring.
  • the control unit 14 is configured so that all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of the inverter 13 perform the same operation, and all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase of the inverter 13 perform the same operation.
  • the inverter 13 is controlled to supply a direct current to the magnetic winding 12.
  • the control unit 14 includes a drive circuit (not shown), and the drive circuit is connected to the gates of the switching elements S1 to S6 via wiring (not shown).
  • the control unit 14 can be realized by, for example, one or more dedicated hardware circuits and / or one or more processors (control circuits) that operate according to a computer program (software). That is, the control unit 14 can be realized by an electronic control device having an electric circuit programmed to execute a desired process.
  • the processor includes a CPU and memories such as a RAM and a ROM.
  • the memory stores program code or instructions configured to cause the processor to perform processing.
  • Memory or computer readable media includes any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer.
  • the control unit 14 controls the inverter 13 so that all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase perform the same operation and all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase perform the same operation.
  • the inverter 13 is controlled so that electric power is supplied from the battery 16 to the motor 11 via the inverter 13 in order to power the motor 11.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 is a circuit that performs the same operation as the circuit shown in FIG. However, illustration of the control unit 14 is omitted in FIG.
  • one of the upper-phase switching elements S1, S3, and S5 and the lower-phase switching elements S2, S4, and S6 is on during one cycle of sequentially supplying current to the motor windings 15U, 15V, and 15W.
  • the power (current) supplied to the field winding 12 can be adjusted by adjusting the duty while the other is off or vice versa. That is, a necessary current can be passed through the field winding 12 without providing a dedicated circuit.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a field winding 12, star-connected three-phase motor windings 15U, 15V, and 15W, a plurality of switching elements S1 to S6, and a battery (DC power supply).
  • 16 includes an inverter 13 that converts electric power from 16 to supply power to the motor windings 15U, 15V, and 15W, and a control unit 14 that is configured to control the inverter 13.
  • Field winding 12 has a first end connected to neutral point N of the star connection and a second end connected to inverter 13.
  • the inverter 13 includes two switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 connected in series as a set, and the number of switching elements S1 and S1 corresponding to the number of phases of the motor windings 15U, 15V, and 15W. S2, S3, S4, S5 and S6 are provided. Then, the control unit 14 performs the same operation for all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of the inverter 13 and performs the same operation for all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase of the inverter 13.
  • the inverter 13 is controlled to supply a direct current to the field winding 12 using a plurality of switching elements.
  • the rotating electrical machine apparatus according to the second embodiment is greatly different from the first embodiment in that the inverter, the motor winding, and the field winding are doubled.
  • the rotating electrical machine apparatus 20 includes a first rotating electrical machine unit M ⁇ b> 1 configured by a combination of a field winding 12, motor windings 15 ⁇ / b> U, 15 ⁇ / b> V, 15 ⁇ / b> W, and an inverter 13.
  • the rotating electrical machine apparatus 20 further includes a second rotating electrical machine portion M2 configured by a combination of a field winding 22, motor windings 25U, 25V, and 25W and an inverter 23.
  • the first rotating electrical machine part M1 and the second rotating electrical machine part M2 are connected in parallel to the battery 16, respectively.
  • the first rotating electrical machine part M1 has basically the same configuration as the motor 11 of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
  • the inverter 23 of the second rotating electrical machine part M2 includes an inverter circuit 27 composed of six switching elements S1 to S6 and a capacitor connected in parallel to the inverter circuit 27 on the input side of the inverter circuit 27. 18.
  • the capacitor 18 is shared with the inverter 13 of the first rotating electrical machine part M1.
  • the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 has a first end connected to the neutral point N of the star connection, and a second end connected to the lower phase (lower arm) of the inverter 13. have.
  • the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2 includes a first end connected to the neutral point N of the star connection, and a second end connected to the upper phase (upper arm) of the inverter 23. have. That is, of the field winding 12 and the field winding 22, the first end of one of the field windings 22 is connected to the neutral point N of the star connection, and the second end is the top of the inverter 23.
  • the other end of the field winding 12 is connected to the neutral point N of the star connection and the second end is connected to the lower phase of the inverter 13.
  • the U-phase motor windings 15U and 25U, the V-phase motor windings 15V and 25V, and the W-phase motor windings 15W and 25W of the first rotating electrical machine part M1 and the second rotating electrical machine part M2 are the same as the motor 21, respectively.
  • the teeth (not shown) are wound double (in parallel).
  • the winding direction of the motor windings 15U, 15V, 15W of the first rotating electrical machine part M1 is the same as the winding direction of the motor windings 25U, 25V, 25W of the second rotating electrical machine part M2. It is.
  • the winding direction of the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 is opposite to the winding direction of the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2.
  • the control unit 30 is configured to control the first rotating electrical machine unit M1 and the second rotating electrical machine unit M2.
  • all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of the inverters 13, 23 and all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase of the inverters 13, 23 perform the same operation in synchronization.
  • the inverters 13 and 23 are controlled.
  • the control unit 30 controls the inverters 13 and 23 so as to perform the same operation in synchronization.
  • All the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of the inverter 13 in the first rotating electrical machine part M1 and the inverter 23 in the second rotating electrical machine part M2 are off, and all the switching elements S2, in the lower phase of the inverters 13, 23 are turned off.
  • S4 and S6 are on, no current flows from the inverters 13 and 23 to the motor windings 15U, 15V, 15W, 25U, 25V, and 25W.
  • the duty is adjusted.
  • the power (current) supplied to the field windings 12 and 22 can be adjusted. That is, a necessary current can be passed through the field windings 12 and 22 without providing a dedicated circuit.
  • the winding direction of the motor windings 15U, 15V, 15W of the first rotating electrical machine part M1 is the same as the winding direction of the motor windings 25U, 25V, 25W of the second rotating electrical machine part M2. It is. Therefore, when current is supplied to the motor windings 15U, 15V, 15W, 25U, 25V, and 25W in order to drive the motor 21, the motor windings 15U, 15V, 15W, 25U, 25V, and 25W are supplied to the motor windings 15U, 15V, 15W, 25U, 25V, and 25W.
  • the magnetic field generated by the flowing current is twice the magnetic field generated by only one of the motor windings 15U, 15V, 15W or the motor windings 25U, 25V, 25W. That is, as shown by the thick solid line in FIG. 4A, the magnetic field generated by the motor current is 2 of the magnetic field generated by only one of the motor windings 15U, 15V, 15W or the motor windings 25U, 25V, 25W indicated by the thin lines. Double.
  • the horizontal axis indicates time.
  • the solid arrow indicates the direction of current.
  • the winding direction of the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 is opposite to the winding direction of the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2. Since the current is supplied to the field winding 12 and the field winding 22 in opposite directions, when the current is supplied to the field winding 12 and the field winding 22, FIG. ), The magnetic field is doubled.
  • the solid arrow indicates the direction of current.
  • the second end of the field winding 12 is the lower phase of the inverter 13.
  • the second end of the field winding 22 is connected to the upper phase (upper arm) of the inverter 23 in this embodiment. Therefore, when all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of both inverters 13, 23 and all the switching elements S1, S3, S5 in the lower phase are operated synchronously, the field winding 12 Performs a step-down action, and the field winding 22 performs a step-up action.
  • the rotating electrical machine apparatus 20 includes a first rotating electrical machine part M1 and a second rotating electrical machine part M2 connected in parallel.
  • the first rotating electrical machine part M ⁇ b> 1 is configured by a combination of a field winding 12, motor windings 15 ⁇ / b> U, 15 ⁇ / b> V, 15 ⁇ / b> W, and an inverter 13.
  • the second rotating electrical machine part M ⁇ b> 2 is configured by a combination of a field winding 22, motor windings 25 ⁇ / b> U, 25 ⁇ / b> V, 25 ⁇ / b> W, and an inverter 23.
  • the winding direction of the motor windings 15U, 15V, 15W of the first rotating electrical machine part M1 is the same as the winding direction of the motor windings 25U, 25V, 25W of the second rotating electrical machine part M2.
  • the winding direction of the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 is opposite to the winding direction of the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2.
  • the control unit 30 is configured to control the first rotating electrical machine unit M1 and the second rotating electrical machine unit M2.
  • all the switching elements S1, S3, S5 in the upper phase of the inverters 13, 23 perform the same operation
  • all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase of the inverters 13, 23 perform the same operation.
  • the inverters 13 and 23 are controlled so as to supply a direct current to the field windings 12 and 22 using a plurality of switching elements.
  • the target power can be supplied to the two field windings 12 and 22.
  • the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 has a first end connected to the neutral point N of the star connection and a second end connected to the upper phase (upper arm) of the inverter 13.
  • the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2 has a first end connected to the neutral point N of the star connection and a second end connected to the lower phase (lower arm) of the inverter 23. . According to this configuration, noise is less likely to occur compared to a configuration in which the second end portions of both field windings 12 and 22 are connected to the same phase (upper phase or lower phase) of inverters 13 and 23.
  • This embodiment calculates a command value Iq for the q-axis current and a command value Id for the d-axis current, and discharges the capacitor 18 by consuming electric charges in the motor windings.
  • a different method is adopted.
  • the purpose of the present embodiment is to enable discharging of a capacitor without generating torque in the motor 11 even when rotation angle sensorless control is performed.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a capacitor (smoothing capacitor) 18 connected in parallel to a battery 16 serving as a DC power source and an inverter 13.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a relay connected between the battery 16 and the capacitor 18 and configured to connect or disconnect the battery 16 and the capacitor (smoothing capacitor) 18 according to the first embodiment. Is different.
  • the relay includes a relay 31 and a precharge relay 31a connected in parallel. That is, the rotating electrical machine apparatus 10 of the present embodiment is different from the first embodiment in that a relay 31 and a precharge relay 31a are provided between the battery 16 and the capacitor 18.
  • Each of the relay 31 and the precharge relay 31a is turned on / off by a command from the control unit 14.
  • the control unit 14 turns off all the switching elements S1 and S3 in the upper phase of the inverter 13 so that the electric charge of the capacitor (smoothing capacitor) 18 is consumed by the field winding 12 with the relay 31 and the precharge relay 31a turned off.
  • S5 are turned on, and all the switching elements S2, S4, S6 in the lower phase of the inverter 13 are turned off.
  • the rotation angle of the motor 11 is not known, and therefore torque may be generated in the motor 11.
  • the rotating electrical machine device 10 is mounted on a vehicle, if torque is generated in the motor 11 and the motor 11 rotates, there is a possibility that a person on the vehicle may feel uncomfortable.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a motor 11 having a plurality of phases of motor windings 15U, 15V, and 15W as a stator, and an inverter 13 that can supply power to the motor 11.
  • the inverter 13 is a combination of switching elements composed of upper-phase switching elements S1, S3, S5 and lower-phase switching elements S2, S4, S6 connected in series with each other. , Every 15W.
  • the rotating electrical machine apparatus 10 includes a battery 16 serving as a DC power source and a capacitor (smoothing capacitor) 18 connected in parallel between the inverter 13.
  • the control unit 14 turns on at least one of the switching elements in the lower phase of the inverter 13 and activates the corresponding inverter 13 when starting the inverter 13 before the predetermined time has elapsed after the operation of the inverter 13 is stopped.
  • the phase switching element is turned off. “Before the predetermined time has elapsed” means within a time (for example, several tens of milliseconds) that the field winding 12 has sufficiently accumulated energy after the operation of the inverter 13 is stopped. If so, the energy reuse control is performed according to the flowchart of FIG.
  • step S12 the control unit 14 determines whether or not the operation signal (INV operation signal) of the inverter 13 has been received. If it is determined that the INV operation signal has been received, the control unit 14 proceeds to step S13. The controller 14 determines whether or not a stop signal (INV stop signal) for the inverter 13 has been received in step S13. If the control unit 14 determines that the signal has been received, the process proceeds to step S14 where the stop flag is set to 1 and the stop timer adds (+) the count value.
  • step S15 determines whether or not the start signal (INV start signal) of the inverter 13 has been received in step S15.
  • the control unit 14 proceeds to step S16.
  • step S15.1 the stop timer adds (+) the count value, and returns to step S15.
  • step S16 the control unit 14 determines whether or not the count value of the stop timer is equal to or less than the upper limit value (for example, several tens of milliseconds) for performing the reuse control and the stop flag is 1. If the count value of the stop timer is less than or equal to the upper limit value and the stop flag is 1 in step S16, the control unit 14 proceeds to step S17. In step S17, the control unit 14 performs reuse control, sets the pause flag to 0, and sets the pause timer to 0. Thereafter, the control unit 14 proceeds to step S18 and determines whether or not an operation end signal has been received.
  • the upper limit value for example, several tens of milliseconds
  • step S18 If the operation end signal is not received in step S18, the control unit 14 returns to step S13 and repeats the operations after step S13.
  • the control part 14 will complete
  • step S16 If the count value of the stop timer is not less than or equal to the upper limit value in step S16, the control unit 14 proceeds to step S19, sets the pause flag to 0, sets the pause timer to 0, and then proceeds to step S18.
  • the upper-phase switching elements S1, S3, and S5 of the inverter 13 are all turned off, and at least one of the lower-phase switching elements S2, S4, and S6 is turned on.
  • the energy accumulated in the field winding 12 is applied to the switching elements S2, S4, and S6 as shown by arrows in FIG. Then, it flows to the motor windings 15U, 15V, 15W, and energy is reused.
  • FIG. 9 shows a state in which the upper phase switching elements S1, S3, and S5 are all turned off and the lower phase switching elements S2, S4, and S6 are all turned on.
  • S5 may be turned off, and one or two of the lower phase switching elements S2, S4, S6 may be controlled to be turned on.
  • it is mainly to control one or two of the lower-phase switching elements S2, S4, S6 to be on.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and may be embodied as follows, for example.
  • the second end of the field winding 12 may be connected to the upper phase of the inverter 13 in the first embodiment.
  • illustration of the control part 14 is abbreviate
  • the second end of the field winding 12 of the first rotating electrical machine part M1 is connected to the upper phase (upper arm) of the inverter 13, and the field winding of the second rotating electrical machine part M2
  • the second end portion of 22 may be connected to the lower phase (lower arm) of the inverter 23.
  • one of the field winding 12 and the field winding 22 performs a step-up action, and the other performs a step-down action. Therefore, compared to a configuration in which the second ends of both field windings 12 and 22 are connected to the same phase (upper phase or lower phase) of inverters 13 and 23, noise is less likely to occur.
  • the first end of the field winding 22 of the second rotating electrical machine part M2 is connected to the neutral point N of the star connection, and the field winding 22 May be connected to the lower phase (lower arm) of the inverter 23. That is, the second ends of the field winding 12 and the field winding 22 may be connected to the lower phase (lower arm) of the inverters 13 and 23. However, illustration of the control unit 30 is omitted in FIG. Also, contrary to FIG. 12, the second ends of the field winding 12 and the field winding 22 may be connected to the upper phase (upper arm) of the inverters 13 and 23. However, in any case, the winding direction of the field winding 12 and the field winding 22 is reversed.
  • the capacitor 18 constituting the inverter 13 may be connected not in parallel to the inverter circuit 17 but in series and in series with the battery 16. Further, the second end of the field winding 12 having the first end connected to the neutral point N may be connected between the battery 16 and the capacitor 18.
  • motor windings 15U, 25U, 15V, 25V, 15W, 25W may be wound around teeth that are shifted by 30 degrees.
  • the field windings 12 and 22 are not limited to the configuration provided in the rotor (not shown) of the motor 11, and field windings may be provided in the stator. In addition to the field winding, a permanent magnet may be provided on the stator.
  • the star winding motor winding is not limited to three phases, but may be three or more phases, for example, four phases or five phases.
  • the rotating electrical machine device has two rotating electrical machine units connected in parallel.
  • the rotating electrical machine apparatus may include an even number of four or more rotating electrical machines connected in parallel.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

回転電機装置は、界磁巻線と、星形結線された３相のモータ巻線と、複数のスイッチング素子を有するとともに、バッテリからの電力を電力変換してモータ巻線に供給するインバータと、インバータを制御するように構成された制御部とを備える。制御部は、インバータの上相の全てのスイッチング素子が同じ動作をし、下相の全てのスイッチング素子が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線に直流電流を供給するようにインバータを制御する。

Description

回転電機装置
　本発明は、回転電機装置に係り、詳しくは回転電機と回転電機を制御するインバータを備えた回転電機装置に関する。
　従来、電機子巻線形モータ（界磁巻線形モータ）にはＤＣ電流を流す必要がある。その際にはＤＣ電流を流す専用回路（スイッチ等）が必要である。
　例えば、特許文献１に開示された電動機駆動装置では、図１４に示すように、電動機８１のＵ相コイルＵ、Ｖ相コイルＶ、Ｗ相コイルＷにインバータ８２を介して電流が供給される。また、電動機８１の界磁巻線（コイル）８３は、バッテリＢおよび電源ライン８４間の電流経路上に電気的に接続され、昇圧コンバータ８５のリアクトルＬ１として機能する。昇圧コンバータ８５は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２とを含む。
　制御装置８６は、電圧指令値と電圧センサ８７からの検出電圧との偏差に基づいて電源ライン８４への入力電流の目標値を算出し、かつ、電流指令値と電流センサ８８からの検出電流との偏差に応じて界磁巻線８３に流れる界磁増磁電流の目標値を算出する。制御装置８６は、入力電流および界磁電流の目標値の合計値に、フィードフォワード補償項としてのモータ出力電流を加算して電流指令値を生成すると、電流センサ８８からの検出電流が電流指令値に一致するようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３をスイッチング制御する。
特開２０１０－６８５９８号公報
　界磁巻線はモータ磁界を操作してモータの小型化と高出力化に寄与する。しかし、特許文献１の構成では、界磁巻線に流れる電流を制御する専用回路が必要になり、その分、製造コストが増大する。
　本発明の目的は、専用回路を設けることなく界磁巻線に必要な電流を流すことができる回転電機装置を提供することにある。
　上記目的を達成する回転電機装置は、界磁巻線と、星形結線された３相以上の多相のモータ巻線と、複数のスイッチング素子を有するとともに、直流電源からの電力を変換して前記モータ巻線に供給するインバータと、前記インバータを制御するように構成された制御部とを備える。前記界磁巻線は、前記星形結線の中性点に接続された第１端部と、前記インバータに接続された第２端部とを有する。前記インバータは、直列接続された２個のスイッチング素子を一組とする複数組のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の組の数は前記モータ巻線の相数に対応している。前記制御部は、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御するように構成されている。
第１の実施形態の回転電機装置の回路図。 モータにトルクが掛からずに電力が供給される状態の回転電機装置の等価回路。 第２の実施形態の回転電機装置の回路図。 （ａ）は各モータ巻線に流れる電流による磁界の強さを示すグラフ、（ｂ）は各モータ巻線に流れる電流と磁束との関係を示す模式図。 （ａ）は各界磁巻線に流れる電流による磁界の強さを示すグラフ、（ｂ）は界磁巻線を流れる電流と磁束との関係を示す模式図。 第３の実施形態の回転電機装置の回路図。 第４の実施形態の回転電機装置の回路図。 第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明するフローチャート。 第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明する回路図。 第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明する回路図。 別の実施形態の回転電機装置の一部省略回路図。 また別の実施形態の回転電機装置の一部省略回路図。 更に別の実施形態の回転電機装置の回路図。 従来技術の概略ブロック図。
　（第１の実施形態）
　以下、本発明を具体化した回転電機装置の第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
　図１に示すように、回転電機装置１０は、モータ（回転電機）１１と、界磁巻線１２と、インバータ１３と、インバータ１３を制御するように構成された制御部１４とを有する。モータ１１には、３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを有する３相交流モータが用いられている。
　インバータ１３は、直流電源としてのバッテリ１６に接続され、バッテリ１６から供給される直流電力（直流電流）を３相交流電力（３相交流電流）に変換してモータ１１に供給する。インバータ１３は、６個のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６よりなるインバータ回路１７と、インバータ回路１７の入力側においてインバータ回路１７に並列に接続されたコンデンサ１８とを備えている。インバータ１３は、バッテリ１６に接続可能に構成されている。
　各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６として、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が使用されている。インバータ回路１７は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６を一組として、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの相数に対応した組数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６を備えている。即ち、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６の組数は、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの相数に対応している。具体的には、インバータ回路１７は、３組のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６を備えている。
　詳述すると、インバータ回路１７は、６個のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のうち、３個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が上相（上アーム）を構成し、３個のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が下相（下アーム）を構成する。各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤがそれぞれ接続されている。各ダイオードＤのアノードが、対応するスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のエミッタに接続されている。各ダイオードＤのカソードが、対応するスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のコレクタに接続されている。
　モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは星形結線で接続されている。界磁巻線１２は、星形結線の中性点Ｎに接続された第１端部を有する。界磁巻線１２は、インバータ１３の下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に接続された第２端部を有する。界磁巻線１２は、モータ１１のロータ（図示せず）に設けられている。界磁巻線１２には、例えばブラシ及びスリップリングを介して電流が供給されるようになっている。
　制御部１４は、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、界磁巻線１２に直流電流を供給するようにインバータ１３を制御するように構成されている。制御部１４は、図示しない駆動回路を備え、駆動回路は配線（図示せず）を介して各スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のゲートに接続されている。
　制御部１４は、例えば、１つ以上の専用のハードウェア回路、及び／又は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ（制御回路）によって実現することができる。即ち、制御部１４は、所望の処理を実行するようにプログラムされた電気回路（circuitry）を有する電子制御装置によって実現することができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを有する。メモリは、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
　制御部１４は、上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をするようにインバータ１３を制御するとき以外のときに、モータ１１を力行させるため、バッテリ１６からインバータ１３を介してモータ１１に電力を供給するようにインバータ１３を制御するように構成されている。
　次に前記のように構成された回転電機装置１０の作用を説明する。
　インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態では、インバータ１３からモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには電流が流れない。
　インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオンで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフの状態では、インバータ１３を介してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに電流が流れるが、全てのモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに同じ状態で電流が流れるため、モータ（回転電機）１１にはトルクが生じない。この状態では、回転電機装置１０は、図２に示す回路と同じ動作を行う回路となる。但し、図２では制御部１４の図示を省略している。
　図２に示す回路において、スイッチング素子Ｓ２４６がオフの状態で、スイッチング素子Ｓ１３５をオンにすると、バッテリ１６の電圧がコイル１９及び界磁巻線１２に印加される。その状態から、スイッチング素子Ｓ１３５をオフにすると、スイッチング素子Ｓ２４６と接続されているダイオードを介して電流がコイル１９及び界磁巻線１２を流れる。そのため、回転電機装置１０は、降圧コンバータとして動作する。これに対して、図２に示す回路において、スイッチング素子Ｓ１３５がオンの状態で、スイッチング素子Ｓ２４６のスイッチングを行うと、回転電機装置１０は、昇圧コンバータとして動作する。
　したがって、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに順次電流を供給する１周期の間のうち、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６との一方がオンで他方がオフあるいはその逆の状態で、そのデューティを調整することにより、界磁巻線１２に供給される電力（電流）を調整することができる。すなわち、専用回路を設けることなく界磁巻線１２に必要な電流を流すことができる。
　この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
　（１）回転電機装置１０は、界磁巻線１２と、星形結線された３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、複数のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６を有するとともに、バッテリ（直流電源）１６からの電力を電力変換してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに電力供給するインバータ１３と、インバータ１３を制御するように構成された制御部１４とを有する。界磁巻線１２は、星形結線の中性点Ｎに接続された第１端部と、インバータ１３に接続された第２端部とを有する。インバータ１３は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６を一組として、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの相数に対応した組数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６を備えている。そして、制御部１４は、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線１２に直流電流を供給するようにインバータ１３を制御するように構成されている。
　この構成によれば、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態あるいは、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子がオンで、下相の全てのスイッチング素子がオフの状態で、そのデューティを制御することにより昇圧コンバータあるいは降圧コンバータとして動作する。したがって、専用回路を設けることなく界磁巻線１２に必要な電流を流すことができる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態を図３～図５にしたがって説明する。
　第２の実施形態の回転電機装置は、インバータ、モータ巻線、及び界磁巻線を二重にした点が第１の実施形態と大きく異なっている。
　図３に示すように、回転電機装置２０は、界磁巻線１２と、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、インバータ１３との組みによって構成される第１回転電機部Ｍ１を備える。回転電機装置２０は、界磁巻線２２と、モータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗと、インバータ２３との組みによって構成される第２回転電機部Ｍ２を更に備える。第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２が、それぞれバッテリ１６に並列に接続されている。第１回転電機部Ｍ１は、第１の実施形態のモータ１１と基本的に同じ構成であり、同様な部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　図３に示すように、第２回転電機部Ｍ２のインバータ２３は、６個のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６よりなるインバータ回路２７と、インバータ回路２７の入力側においてインバータ回路２７に並列に接続されたコンデンサ１８とを備えている。コンデンサ１８は第１回転電機部Ｍ１のインバータ１３と共用されている。
　第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２は、星形結線の中性点Ｎに接続された第１端部と、インバータ１３の下相（下アーム）に接続された第２端部とを有している。第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、星形結線の中性点Ｎに接続された第１端部と、インバータ２３の上相（上アーム）に接続された第２端部とを有している。即ち、界磁巻線１２及び界磁巻線２２のうち、一方の界磁巻線２２の第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の上相に接続され、他方の界磁巻線１２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３の下相に接続されている。
　第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２のＵ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、Ｖ相のモータ巻線１５Ｖ，２５Ｖ、Ｗ相のモータ巻線１５Ｗ，２５Ｗは、それぞれモータ２１の同じティース（図示せず）に二重（並列）に巻かれている。
　図４（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの巻き方向は、第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの巻き方向と同じである。
　図５（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２の巻き方向は、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の巻き方向と逆である。
　制御部３０は、第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２を制御するように構成されている。制御部３０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とが同期して同じ動作をするようにインバータ１３，２３を制御する。回転電機装置２０、即ち制御部３０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５及びスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を用いて界磁巻線１２，２２に直流電流を供給するようにインバータ１３，２３を制御する。
　次に前記のように構成された回転電機装置２０の作用を説明する。
　第１回転電機部Ｍ１の上アームと第２回転電機部Ｍ２の上アームとが同期して同じ動作を行い、第１回転電機部Ｍ１の下アームと第２回転電機部Ｍ２の下アームとが同期して同じ動作を行うように、制御部３０がインバータ１３，２３を制御する。
　第１回転電機部Ｍ１のインバータ１３及び第２回転電機部Ｍ２のインバータ２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態では、インバータ１３，２３からモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗには電流が流れない。
　インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオンで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフの状態では、インバータ１３，２３を介してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに電流が流れるが、全てのモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに同じ状態で電流が流れるため、モータ（回転電機）２１にはトルクが生じない。
　したがって、インバータ１３，２３の上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の一方がオンで他方がオフあるいはその逆の状態のときに、そのデューティを調整することにより、界磁巻線１２，２２に供給される電力（電流）を調整することができる。すなわち、専用回路を設けることなく界磁巻線１２，２２に必要な電流を流すことができる。
　図４（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの巻き方向は、第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの巻き方向と同じである。そのため、モータ２１を駆動するためにモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに、同じ位相で電流が供給されると、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに流れる電流により発生する磁界は、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗあるいはモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの一方だけによる磁界の２倍になる。即ち、図４（ａ）に太い実線で示すように、モータ電流により発生する磁界は、細線で示すモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗあるいはモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの一方だけによる磁界の２倍になる。なお、図４（ａ）において横軸は時間を示す。また、図４（ｂ）において実線の矢印は、電流の向きを示す。
　図５（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２の巻き方向、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の巻き方向と逆である。そして、界磁巻線１２及び界磁巻線２２に対して電流が互いに逆方向に供給されるため、界磁巻線１２及び界磁巻線２２に電流が供給されると、図５（ａ）に示すように、磁界は２倍になる。なお、図５（ｂ）において実線の矢印は、電流の向きを示す。
　第１端部が星形結線の中性点Ｎにそれぞれ接続された界磁巻線１２，２２のうちの一方、この実施形態では界磁巻線１２の第２端部はインバータ１３の下相（下アーム）に接続され、他方、この実施形態では界磁巻線２２の第２端部はインバータ２３の上相（上アーム）に接続されている。そのため、両インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、下相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５とが同期して同じ動作をした場合、界磁巻線１２は降圧作用を行い、界磁巻線２２は昇圧作用を行う。
　この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
　（２）回転電機装置２０は、並列に接続された第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２を備える。第１回転電機部Ｍ１は、界磁巻線１２と、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、インバータ１３との組みによって構成されている。第２回転電機部Ｍ２は、界磁巻線２２と、モータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗと、インバータ２３との組みによって構成されている。
　第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの巻き方向は、第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの巻き方向と同じである。第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２の巻き方向は、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の巻き方向と逆である。
　制御部３０は、第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２を制御するように構成されている。制御部３０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線１２，２２に直流電流を供給するようにインバータ１３，２３を制御するように構成されている。
　したがって、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗ、界磁巻線１２，２２及びインバータ１３，２３を二重にした場合、界磁巻線用のスイッチを二重にしなくても２つの界磁巻線１２，２２に目的の電力（電流）を供給することができる。
　（３）相電流が３相から６相になることにより、モータ２１に同じ電流（電力）を供給した場合、インバータ１３，２３における発熱を分散でき、冷却を簡素化できる。
　（４）第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３の上相（上アーム）に接続されている。第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の下相（下アーム）に接続されている。この構成によれば、両界磁巻線１２，２２の第２端部がインバータ１３，２３の同じ相（上相あるいは下相）に接続された構成に比べて、ノイズが発生し難い。
　（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態を図６にしたがって説明する。なお、モータ１１及びインバータ１３は、第１の実施形態と基本的に同じ構成であり、同様な部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　この実施形態は、ｑ軸電流の指令値Ｉｑ及びｄ軸電流の指令値Ｉｄを計算して、モータ巻線で電荷消費を行うことにより、コンデンサ１８の放電を行う従来から提案されている方式と異なる方式を採用している。本実施形態では、回転角センサレス制御が行われる場合であっても、モータ１１にトルクを発生させることなくコンデンサの放電を可能にすることを目的としている。
　具体的には、回転電機装置１０は、図６に示すように、直流電源としてのバッテリ１６とインバータ１３とに対して並列接続されたコンデンサ（平滑コンデンサ）１８を備える。回転電機装置１０は、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に接続され、バッテリ１６とコンデンサ（平滑コンデンサ）１８とを接続又は切断するように構成されたリレーを備えている点が第１の実施形態と異なっている。リレーは、並列に接続されたリレー３１及びプリチャージリレー３１ａを有する。即ち、本実施形態の回転電機装置１０は、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に、リレー３１及びプリチャージリレー３１ａを備えている点が第１の実施形態と異なっている。
　リレー３１及びプリチャージリレー３１ａの各々は、制御部１４からの指令によりオン、オフされる。制御部１４は、リレー３１及びプリチャージリレー３１ａをオフした状態で、コンデンサ（平滑コンデンサ）１８の電荷を界磁巻線１２で消費させるようにインバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５をオンしかつインバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオフとする。
　センサレス制御を仮定した場合、一般的な放電制御であるｄ軸に電流を流す方法では、モータ１１の回転角がわからないため、モータ１１にトルクが発生する可能性がある。回転電機装置１０が車両に搭載された場合、モータ１１にトルクが発生して回転すると、車両に乗っている人に不快感を与える虞がある。
　しかし、この実施形態では、放電制御を行う場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに同じ大きさの電流が流れる。その電流が合流して界磁巻線１２を流れるため、モータ１１にトルクは発生しない。したがって、回転角センサレス制御、かつ中性点Ｎに界磁巻線１２が接続されている場合、モータ１１にトルクが発生することなくコンデンサ１８の放電を行うことができる。なお、放電制御は、例えば、モータ１１の運転を終了（キーオフ）した場合に、全てのスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６をオフとした後、上アームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を全てオンすることにより、実施される。
　（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態を図７～図１０にしたがって説明する。
　この実施形態においては、インバータ１３の動作停止後、界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用することを可能にすることを目的としている。回転電機装置１０の構成は第１の実施形態と同じであるが、インバータ１３の動作停止後に、インバータ１３が再始動した場合、界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用するように下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を制御する方法が異なっている。
　図７に示すように、回転電機装置１０は、複数相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗをステータに有するモータ１１と、モータ１１に電力を供給可能なインバータ１３とを有する。インバータ１３は、互いに直列に接続された上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とから構成されるスイッチング素子の組みを３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ毎に有する。
　回転電機装置１０は、直流電源としてのバッテリ１６と、インバータ１３との間に並列接続されたコンデンサ（平滑コンデンサ）１８とを有する。
　制御部１４は、インバータ１３の動作停止後、所定時間経過する前にインバータ１３を起動する場合に、インバータ１３の下相のスイッチング素子のうちの少なくとも１つをオンするとともに対応するインバータ１３の上相のスイッチング素子をオフする。所定時間経過する前とは、インバータ１３の動作停止後、界磁巻線１２にエネルギーが十分に溜まっている時間以内（例えば、数１０ｍｓ）を意味し、所定時間経過前の起動（再始動）であれば、図８のフローチャートにしたがってエネルギー再利用制御を行う。
　制御が開始されると、制御部１４は、ステップＳ１１で停止フラグ＝０、停止タイマ＝０とする。制御部１４は、次にステップＳ１２でインバータ１３の動作信号（ＩＮＶ動作信号）を受信したか否かの判断を行い、ＩＮＶ動作信号を受信したと判断するとステップＳ１３に進む。制御部１４は、ステップＳ１３でインバータ１３の停止信号（ＩＮＶ停止信号）を受信したか否かの判断を行う。制御部１４は、受信したと判断するとステップＳ１４に進み、停止フラグを１にするとともに停止タイマはカウント値を加算（＋）する。制御部１４は、次にステップＳ１５に進み、ステップＳ１５ではインバータ１３の始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信したか否かの判断を行う。制御部１４は、始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信したと判断した場合、ステップＳ１６に進む。制御部１４は、始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信していないと判断した場合、ステップＳ１５．１に進み、停止タイマはカウント値を加算（＋）し、ステップＳ１５に戻る。
　制御部１４は、ステップＳ１６では停止タイマのカウント値が、再利用制御を行う上限値（例えば、数１０ｍｓ）以下で、かつ停止フラグが１であるか否かを判断する。制御部１４は、ステップＳ１６で停止タイマのカウント値が上限値以下で、かつ停止フラグが１であればステップＳ１７に進む。制御部１４は、ステップＳ１７において再利用制御を行うとともに一時停止フラグを０、一時停止タイマを０にする。その後、制御部１４は、ステップＳ１８に進み、運転終了信号を受信したか否かを判断する。
　制御部１４は、ステップＳ１８で運転終了信号を受信していなければステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３以降の動作を繰り返す。制御部１４は、運転終了信号を受信していれば運転を終了する。
　制御部１４は、ステップＳ１６で停止タイマのカウント値が上限値以下でなければステップＳ１９に進み、一時停止フラグを０、一時停止タイマを０にした後、ステップＳ１８に進む。
　ステップＳ１７で再利用制御が行われると、インバータ１３の上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフに、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の少なくとも１つがオンに制御される。例えば、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンに制御されると、図９に矢印で示すように、界磁巻線１２に溜まっていたエネルギーがスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を経てモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに流れ、エネルギーの再利用が行われる。
　これに対し、一般的なインバータの駆動制御が行われる場合、例えば、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の１つ、例えばスイッチング素子Ｓ１がオン、かつ下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の２つ、例えば、スイッチング素子Ｓ４，Ｓ６がオンに制御されると、図１０に示すように、界磁巻線１２のエネルギーは利用されない。すなわち、この実施形態では、一般的なインバータの駆動制御と異なり、インバータの停止直後に界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用することができる。
　図９には上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフに、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が全てオンに制御される状態を示したが、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフの状態で、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のうちの１つ又は２つがオンに制御されてもよい。下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の全てをオンに制御する場合より、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のうちの１つ又は２つをオンに制御される方が主になる。
　本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
　○　図１１に示すように、第１の実施形態において、界磁巻線１２の第２端部がインバータ１３の上相に接続されてもよい。但し、図１１では制御部１４の図示を省略している。
　○　第２の実施形態において、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２の第２端部がインバータ１３の上相（上アーム）に接続され、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の第２端部がインバータ２３の下相（下アーム）に接続されてもよい。この場合も、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の一方が昇圧作用を行い、他方が降圧作用を行う。したがって、両界磁巻線１２，２２の第２端部がインバータ１３，２３の同じ相（上相あるいは下相）に接続された構成に比べて、ノイズが発生し難い。
　○　図１２に示すように、第２の実施形態において、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、界磁巻線２２の第２端部がインバータ２３の下相（下アーム）に接続されてもよい。即ち、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の第２端部が共に、インバータ１３，２３の下相（下アーム）に接続されてもよい。但し、図１２では制御部３０の図示を省略している。また、図１２とは反対に、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の第２端部が共に、インバータ１３，２３の上相（上アーム）に接続されてもよい。但し、いずれの場合も、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の巻き方向は逆である。
　○　図１３に示すように、回転電機装置１０において、インバータ１３を構成するコンデンサ１８が、インバータ回路１７に並列ではなく直列に、かつバッテリ１６と直列に接続されてもよい。また、中性点Ｎに接続された第１端部を有する界磁巻線１２の第２端部が、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に接続されてもよい。
　○　インバータ、モータ巻線、界磁巻線を二重にした回転電機装置２０において、同じ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、１５Ｖ，２５Ｖ、１５Ｗ，２５Ｗを同じティースに巻き付ける代わりに、同じ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、１５Ｖ，２５Ｖ、１５Ｗ，２５Ｗが３０度ずれたティースに巻き付けられてもよい。
　○　界磁巻線１２，２２は、モータ１１のロータ（図示せず）に設けられる構成に限らず、ステータに界磁巻線が設けられてもよい。
　○　ステータに、界磁巻線に加えて永久磁石が設けられてもよい。
　○　星形結線されたモータ巻線は、３相に限らず３相以上、例えば、４相や５相であってもよい。
　○　第２の実施形態では、回転電機装置は、並列に接続された２つの回転電機部を有している。これに代えて、回転電機装置は、並列に接続された４以上の偶数個の回転電機部を備えてもよい。

Claims (5)

  1. 　界磁巻線と、
    　星形結線された３相以上の多相のモータ巻線と、
    　複数のスイッチング素子を有するとともに、直流電源からの電力を変換して前記モータ巻線に供給するインバータと、
    　前記インバータを制御するように構成された制御部とを備え、
    　前記界磁巻線は、前記星形結線の中性点に接続された第１端部と、前記インバータに接続された第２端部とを有し、
    　前記インバータは、直列接続された２個のスイッチング素子を一組とする複数組のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の組の数は前記モータ巻線の相数に対応しており、
    　前記制御部は、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御するように構成されている、回転電機装置。
  2. 　前記界磁巻線と、前記モータ巻線と、前記インバータとは第１回転電機部を構成し、
    　前記回転電機装置は、前記第１回転電機部と並列に接続された第２回転電機部を更に備え、
    　前記第２回転電機部は、
    　界磁巻線と、
    　星形結線された３相以上の多相のモータ巻線と、
    　複数のスイッチング素子を有するとともに、直流電源からの電力を変換して前記モータ巻線に供給するインバータとを備え、
    　前記第２回転電機部の前記界磁巻線は、前記星形結線の中性点に接続された第１端部と、前記インバータに接続された第２端部とを有し、
    　前記第２回転電機部の前記インバータは、直列接続された２個のスイッチング素子を一組とする複数組のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の組の数は前記モータ巻線の相数に対応しており、
    　前記第１回転電機部の前記モータ巻線の巻き方向は、前記第２回転電機部の前記モータ巻線の巻き方向と同じであり、前記第１回転電機部の前記界磁巻線の巻き方向は、前記第２回転電機部の前記界磁巻線の巻き方向と逆であり、
    　前記制御部は、前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部を制御するように構成され、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御するように構成されている、請求項１に記載の回転電機装置。
  3. 　前記第１回転電機部の前記界磁巻線及び前記第２回転電機部の前記界磁巻線のうち、一方の界磁巻線の第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの上相に接続され、他方の界磁巻線の第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの下相に接続されている請求項２に記載の回転電機装置。
  4. 　前記直流電源と前記インバータとに対して並列に接続された平滑コンデンサと、
    　前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に接続され、前記直流電源と前記平滑コンデンサとを接続又は切断するように構成されたリレーとを備え、
    　前記制御部は、前記リレーをオフした状態で、前記平滑コンデンサの電荷を前記界磁巻線で消費させるように前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子をオンかつ前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子をオフとするように構成されている、請求項１～３のうちいずれか一項に記載の回転電機装置。
  5. 　前記制御部は、前記インバータの動作停止後、所定時間経過する前に前記インバータを起動する場合に、前記インバータの下相の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つをオン制御するとともに対応する前記インバータの上相の前記スイッチング素子をオフ制御するように構成されている、請求項１～４のうちいずれか一項に記載の回転電機装置。
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