(57)【要約】【課題】変調率が一定値以上となる矩形波モードや過変調モードでパルス電圧を印加しても、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行う。【解決手段】同期機Ｍは、ステータコイル１１（電機子巻線）が巻かれたステータ１０と、ロータコイル２２（界磁巻線）が巻かれたロータコア２３を備え、ステータ１０に対面して回転するロータ２０と、ロータコイル２２と直列接続されステータコイル１１に流れる電機子電流によってロータコイル２２に誘導される誘導交流電流を一方向に規制するダイオードＤ１（整流素子）と、スイッチング素子を備え二相以上の電力をステータコイル１１に出力する駆動部６０と、制御信号を駆動部６０に出力する制御部７０を有する。制御部７０は、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均電圧がゼロになるように制御信号を出力する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線が巻かれたステータと、
界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、
前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、
スイッチング素子を備え、二相以上の電力を前記電機子巻線に出力する駆動部と、
正弦波モード，矩形波モードおよび過変調モードのうちでいずれか一のモードに基づいて、制御信号を前記駆動部に出力する制御部と、
を有する同期機において、
前記制御部は、前記矩形波モードまたは前記過変調モードのうちでいずれか一のモードであるとき、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする同期機。
【請求項２】
前記制御部は、前記矩形波モードであるとき、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載の同期機。
【請求項３】
前記制御部は、前記過変調モードであるとき、印加しようとする前記パルス電圧のパルス幅よりも広い変調幅の期間中に、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする請求項１に記載の同期機。
【請求項４】
前記制御部は、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加するパターンにおいて、複数のパターンでパルス電圧を印加することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の同期機。
【請求項５】
前記制御部は、過変調モードにおいて前記ロータを励磁するためのパルス電圧を印加するとき、印加しようとする前記パルス電圧と逆状態のパルス電圧を、印加した前記パルス電圧のパルス幅と、前記基本波電圧のパルス電圧を印加される時期のパルス電圧と逆状態のパルス幅の和だけ別個に印加して各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期機。
【請求項６】
前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧のパルス幅と同じだけ伸縮させ、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期機。
【請求項７】
前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間を伸縮することを特徴とする請求項６に記載の同期機。
【請求項８】
前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後の期間を伸縮することを特徴とする請求項６に記載の同期機。
【請求項９】
前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、パルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧と逆の状態のパルス電圧を、印加したパルス電圧と同じパルス幅だけ印加し、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期機。
【請求項１０】
前記制御部は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を基本波電圧に印加し、各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載の同期機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステータ，ロータ，整流素子，駆動部，制御部等を有する同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の同期機としては、ロータコイル（界磁巻線）に整流素子を直列接続し、ステータコイル（電機子巻線）に通電する電機子電流によってロータを励磁する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この技術では、電機子電流の１周期よりも短い所定期間の間だけ、電機子電流の基本波に対してパルス電圧を印加（重畳することを意味し、以下同様とする）して通電することによってロータコイルに界磁電流を通電し、ロータを励磁する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８５０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、変調率が一定値以上となるモード（例えば矩形波モードや過変調モード）で制御を行う場合がある。一定値は、特定の制御（例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）制御で３次高調波重畳方式や２相変調方式を用いる場合の過変調モード）では「１．１５」が該当し、これ以外では「１」が該当する。このモードで制御を行う場合、特許文献１の技術に従って電機子電流の基本波にパルス電圧を印加すると、出力電圧が大きいために相電圧のアンバランスが顕著に生じる。例えば、図１５に示すように基本波電圧Ｗａに対して電気角θ６０，θ６１，θ６２，…でパルス電圧Ｗｂを印加する場合を仮定する。この場合における相電流とｄｑ軸電流の変化は図１６に示すようになる。図１６に示すシミュレーション波形から明らかなように、相電流およびｄｑ軸電流の双方が大きく変化してアンバランスが生じている。例えば各相電流の平均値は、相電流Ｉｕが−６５[Ａ]、相電流Ｉｖが−３．８[Ａ]，相電流Ｉｗが６８．８[Ａ]である。このようなアンバランスが生じるのに伴って相電流が安定しなくなり、安定してロータの励磁が行えないという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、変調率が一定値以上となるモードでパルス電圧を印加しても、相電圧の平均電圧がゼロとなるように制御を行って各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える同期機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、電機子巻線が巻かれたステータと、界磁巻線が巻かれたロータコアを備え、前記ステータに対面して回転するロータと、前記界磁巻線と直列接続され、前記電機子巻線に流れる電機子電流によって前記界磁巻線に誘導される誘導交流電流を一方向に規制する整流素子と、スイッチング素子を備え、二相以上の電力を前記電機子巻線に出力する駆動部と、正弦波モード，矩形波モードおよび過変調モードのうちでいずれか一のモードに基づいて、制御信号を前記駆動部に出力する制御部と、を有する同期機において、前記制御部は、前記矩形波モードまたは前記過変調モードのうちでいずれか一のモードであるとき、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる場合において、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。
【０００７】
「平均電圧がゼロ」には、０[Ｖ]になる形態に限らず、当該平均電圧が小さくなって０[Ｖ]に近づく（すなわちほぼ０[Ｖ]になる）形態を含むものとする。「パルス電圧を印加する」は、電機子電流の基本波（正弦波またはパルス波）電圧に対してロータ（具体的には界磁巻線）を励磁するためのパルス電圧を重畳することを意味する。
【０００８】
この構成によれば、矩形波モードまたは過変調モードのうちでいずれか一のモード、すなわち変調率が一定値以上となるモードでは、制御部は各相の相電圧の平均電圧がゼロになるように電機子電流の基本波に対してパルス電圧を重畳して印加する。例えば、ＯＮとなるパルス電圧を印加するときは、逆状態のＯＦＦとなるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。逆に、ＯＦＦとなるパルス電圧を印加するときは、逆状態のＯＮとなるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。このように、基本波電圧に印加するパルス電圧の逆状態となるパルス電圧を印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。こうして各相の相電圧の平均電圧がゼロとなるので、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであるとき、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、矩形波モードであるとき、制御部は出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように電気角で１２０°または１８０°の間隔でパルス電圧を印加する。１２０°や１８０°の電気角では電圧の補正等を行わなくとも各相の平均電圧をゼロにできるので、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記制御部は、前記過変調モードであるとき、印加しようとする前記パルス電圧のパルス幅よりも広い変調幅の期間中に、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加して各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、過変調モードであるとき、制御部はパルス電圧のパルス幅よりも広い変調幅の期間中にパルス電圧を印加する。この印加は電気角で１２０°または１８０°の間隔で行い、基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように行う。基本波電圧と重畳後の電圧とがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるので、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記制御部は、電気角で１２０°または１８０°の間隔で前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を印加するパターンにおいて、複数のパターンでパルス電圧を印加することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、ロータの励磁量を多くする等の目的によって複数のパルス電圧を印加せざるを得ないような制御を行うときでも、複数のパターンで印加を行う。一のパターンは、特定の相で電気角で１２０°または１８０°の間隔となるようにパルス電圧を印加する。二以上となる複数のパターンは、それぞれのパターンが電気角で１２０°または１８０°の間隔を維持しながら印加し、かつ、パルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように印加する。こうすれば、基本波電圧の１周期に複数のパルス電圧を印加できるので、各相の相電流をより安定させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記制御部は、過変調モードにおいて前記ロータを励磁するためのパルス電圧を印加するとき、印加しようとする前記パルス電圧と逆状態のパルス電圧を、印加した前記パルス電圧のパルス幅と、前記基本波電圧のパルス電圧を印加される時期のパルス電圧と逆状態のパルス幅の和だけ別個に印加して各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、過変調モードであるとき、制御部は印加しようとするパルス電圧の全パルス幅と、別個に印加する逆状態のパルス電圧の全パルス幅とが同一となるように制御する。言い換えれば、正状態のパルス電圧は二以上のパルス電圧を組み合わせてもよく、逆状態のパルス電圧も二以上のパルス電圧を組み合わせてよい。この制御により、パルス電圧が正状態と逆状態とで相殺されるので、相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流を安定させ、安定してロータの励磁を行える。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧のパルス幅と同じだけ伸縮させ、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、制御部は基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧のパルス幅と同じだけ伸縮させる。すなわち、印加しようとするパルス電圧のパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間を伸縮することを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記制御部は、前記基本波電圧のＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を伸縮するにあたって、前記ロータを励磁するためのパルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後の期間を伸縮することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間のうち一方または双方についてパルス幅の分だけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記制御部は、前記矩形波モードであり、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させる制御を行うとき、パルス電圧が印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧と逆の状態のパルス電圧を、印加したパルス電圧と同じパルス幅だけ印加し、各相の相電圧の平均値がゼロになるように前記制御信号を出力することを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、矩形波モードのとき、制御部は印加される基本波電圧の状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧と逆の状態のパルス電圧を、印加したパルス電圧と同じパルス幅だけ印加する。所定時間の長さは、任意に設定可能である。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流を安定させることができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記制御部は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、前記ロータを励磁するためのパルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように前記パルス電圧を基本波電圧に印加し、各相の相電圧の平均値をゼロにすることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加することができるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態１にて同期機の構成例を示す模式図である。
【図２】ステータ及びロータの径方向断面を示す模式図である。
【図３】電気的な接続例を示す模式図である。
【図４】パルス電圧を印加する例を示す図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す図である。
【図６】相電流とｄｑ軸電流の変化を示す図である。
【図７】実施の形態２にてパルス電圧を１２０°間隔で印加する例を示す図である。
【図８】パルス電圧を１８０°間隔で印加する例を示す図である。
【図９】実施の形態３にてパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１０】実施の形態４にてパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１１】所定時間だけ離れた時期にパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１２】実施の形態５にてパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１３】図１２とは別のタイミングでパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１４】実施の形態６にてパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１５】従来技術にてパルス電圧を印加する例を示す図である。
【図１６】従来技術にて相電流とｄｑ軸電流の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【００２９】
なお、特に明示しない限り、次のように用語の意義を定める。「接続する」という場合には、電気的な接続を意味する。「ＯＮ」の表記はパルス電圧がハイレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「１」や「Ｈ（ハイ）」等と同義である。「ＯＦＦ」の表記はパルス電圧がローレベルの状態を意味し、正論理に従って表記する「０」や「Ｌ（ロー）」等と同義である。図面では、電気角の角度を「deg」と記載する。
【００３０】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は、矩形波モード（すなわち変調率が１．２７またはその近傍）において、基本波電圧のＯＮ期間およびＯＦＦ期間を伸縮する例であって、図１〜図６を参照しながら説明する。図１には、同期機の構成例を模式図で示す。図２には、ステータ及びロータの径方向断面を模式図で示す。図３には、電気的な接続例を模式図で示す。図４には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。図５には、図４の一部を拡大して示す。図６には、相電流とｄｑ軸電流の変化をシミュレーション波形で示す。
【００３１】
図１に示す同期機Ｍは電動機として適用し、ステータ１０（固定子），ロータ２０（回転子），フレーム３０（ハウジング），直流電源５０，駆動部６０，制御部７０などを有する。この同期機Ｍは、制御部７０から伝達される制御信号に従って駆動部６０から出力される電機子電流（図１の例では相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）によって回転駆動が制御される。なお、直流電源５０、駆動部６０および制御部７０の構成例や機能等は後述する。
【００３２】
ステータ１０は、ステータコイル１１（電機子巻線），ステータコア１２などで構成される。ステータコイル１１は、ステータコア１２に巻かれた多相（例えば三相）の相巻線である。ステータコア１２は電磁石（あるいは永久磁石等）が用いられ、例えば相巻線が分布巻きされている。相巻線を巻く順番は任意である。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相を例にすると、Ｕ相導体，−Ｖ相導体，Ｗ相導体，−Ｕ相導体，Ｖ相導体，−Ｗ相導体の順序で周方向に順番に巻く形態が該当する。
【００３３】
ロータ２０はステータ１０に対面して回転し、ロータシャフト２１，ロータコイル２２（界磁巻線），ロータコア２３などで構成される。ロータシャフト２１は、同期機Ｍの主軸（あるいは回転軸）として用いられ、外周面の一部に被検出部２４を備える。本形態では、被検出部２４としてロータシャフト２１の外周面に磁気突極を一定間隔で設ける。ロータコア２３は電磁石（あるいは永久磁石等）が用いられ、図２に示すように一対の界磁極（磁気突極）をなすコアティース部２３ａを有する。ロータコイル２２は、効率よく界磁束を形成し易くするためにコアティース部２３ａの回りに巻かれている。
【００３４】
フレーム３０は、ステータ１０を固定し、ロータ２０をベアリング等を介して回転可能に支持し、被検出部２４を検出する位置センサ４０や、各相の電流値を検出する電流センサ８０（図３を参照）などを備える。
【００３５】
位置センサ４０はロータ２０の位置が検出できれば任意であるが、本例ではレゾルバを用いる。レゾルバは、被検出部２４を検出するごとに信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部７０に伝達する。
【００３６】
電流センサ８０は、電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が検出できれば任意である。例えば、被検出電流としての電機子電流によって発生した磁界をホール素子により検出する磁気比例型センサを用いる。
【００３７】
図３には同期機Ｍを駆動制御するための接続例（回路図）を示す。直流電源５０は、平滑用のコンデンサＣ２を介して、駆動部６０に電力を供給する。駆動部６０はインバータとして機能し、トランジスタＱとダイオードＤ２とを一組とし、三相に対応するために全部で六組を有する。この駆動部６０は、制御部７０から伝達される制御信号に従ってスイッチングを行い、所要の電力および周波数で同期機Ｍに出力する。トランジスタＱには、例えばＩＧＢＴを用いる。ダイオードＤ２は、フリーホイールダイオードとしての役割を果たすため、トランジスタＱに流れる電流とは逆方向に電流が流れるようにトランジスタＱのコレクタ端子とエミッタ端子との間に接続する。
【００３８】
制御部７０は、位置センサ４０および電流センサ８０から出力される信号を受けて、駆動部６０（具体的には各トランジスタＱのゲート端子）に対して制御信号を出力する。この制御部７０は、同期機Ｍを駆動制御する通常の機能のほか、本発明を実現するためのパルス電圧印加手段７１等を有する。制御部７０の構成は任意であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えてプログラム実行によって作動する構成としてもよく、回路素子で形成されたハードウェアロジックによって作動する構成としてもよい。
【００３９】
パルス電圧印加手段７１は、矩形波モードにおいて、ステータコイル１１に通電する電機子電流の基本波に対して、ロータ励磁用電流を重畳した制御信号を駆動部６０に出力する機能を有する。電機子電流の基本波は、ロータ２０の回転数と一致する電気角回転数に従って回転する回転磁界を形成する同期電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの基本波成分）に相当する。ロータ励磁用電流は、所要の時期で印加するパルス電圧に従った電流であって、ロータコイル２２に誘導交流電流を発生させるための電機子電流の成分となる。当該ロータ励磁用電流は、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）について各相の電圧制御によるパルス電圧（例えば後述する図４を参照）に基づいて形成される。
【００４０】
なお、ロータ励磁用電流は、ロータ２０の作動（すなわち回転や静止等）の如何にかかわらず、ロータコイル２２に対して相対的に磁束変化を生じさせるように設定する必要がある。具体的な設定例としては、ロータ２０に対して相対的に回転する回転磁界をロータ励磁用電流により形成したり、ステータコイル１１にロータ同期周波数と異なる周波数の交流電流を通電したりする等が該当する。ただし、前者の回転磁界を形成する場合は、回転磁界の回転角速度とロータ角速度とが一致しないように設定する。
【００４１】
同期機Ｍ側では、ロータコイル２２とダイオードＤ１とが直列接続されている。ダイオードＤ１は整流素子に相当し、ロータコイル２２に誘導された交流電圧を半波整流する。このダイオードＤ１を接続することで、一対のコアティース部２３ａのうち、一方側をＮ極に励磁し、他方側をＳ極に励磁することができる。また、ロータコイル２２に整流されたロータ巻線電流Ｉｆ（界磁電流に相当する）を通電すると、短絡磁路の飽和磁束方向と逆向きに界磁束が流れる。この界磁束はステータ１０側にも流れるため、ステータコイル１１と鎖交する界磁束量が増加する。
【００４２】
なお、二点鎖線で図示するように、ダイオードＤ１に並列接続するコンデンサＣ１を備えてもよい。コンデンサＣ１の平滑化作用によって、ロータコイル２２に流れる励磁電流と発生電圧との安定化を図ることができる。
【００４３】
上述のように構成された同期機Ｍにおいて、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例について図４を参照しながら説明する。図４では、Ｕ相電圧の波形を図４（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図４（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図４（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００４４】
図４に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１，θ２，θ３で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１と電気角θ２との間隔および電気角θ２と電気角θ３との間隔は、いずれも４８０°である。具体的には、電気角θ１にＵ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ２にＵ相とＶ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ３にＶ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１のＵ相、電気角θ２のＶ相および電気角θ３のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ２のＵ相、電気角θ３のＶ相および電気角θ１のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。
【００４５】
上述したようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、パルス電圧Ｗｐを印加する間隔（図４の例では９６０°であり、以下では単に「印加間隔」と呼ぶ。）における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。ただし、基本波電圧Ｗｓの１周期（図４の例では３６０°）でみると各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとならない場合がある。そこで、パルス電圧Ｗｐを印加する場合において、基本波電圧Ｗｓの立ち下げ時（または立ち上げ時）のタイミングを当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷの分だけ伸縮するように調整する。
【００４６】
例えば図５（Ａ）に示すように、基本波電圧ＷｓがＯＮの期間中である電気角θ１に印加するときは、本来なら二点鎖線で示す電気角θ４ａで立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけ伸ばして電気角θ４ｂで立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を伸ばし、ＯＦＦ期間を縮める。また図５（Ｂ）に示すように、基本波電圧ＷｓがＯＦＦの期間中である電気角θ２に印加するときは、本来なら二点鎖線で示す電気角θ５ｂで立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけ縮めて電気角θ５ａで立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を縮め、ＯＦＦ期間を伸ばす。
【００４７】
上述したように基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮することにより、パルス電圧Ｗｐの印加間隔だけでなく基本波電圧Ｗｓの１周期についても、各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロにすることができる。図５（Ａ）および図５（Ｂ）では立ち下げ時のタイミングを変化させたが、立ち上げ時のタイミングを変化させても効果は同様である。立ち下げ時および立ち上げ時の一方または双方のいずれを選択して、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するかは任意である。立ち下げ時および立ち上げ時の双方を選択する場合には、例えばパルス幅ＰＷを２分割（均一であると不均一であるとを問わない）して割り当てて伸縮する。短時間における各相の相電圧の平均電圧をよりゼロに近づけるには、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角に近い時期の立ち下げ時または立ち上げ時および立ち上げ時のうち一方または双方を伸縮したり、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角の前後にある立ち下げ時および立ち上げ時のうち一方または双方を伸縮したりするのが望ましい。
【００４８】
なお、上述した形態ではパルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔を電気角で４８０°となるように設定したが、当該印加間隔を電気角で４８０°を除く３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のうちで一以上の間隔となるように設定してもよい。
【００４９】
図４および図５に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化を図６にシミュレーション波形で示す。具体的には、三相の電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の変化を図６（Ａ）に示し、ｄｑ軸電流（すなわちｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ）の変化を図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）に示す電機子電流は、従来技術における図１５と比べると明らかに変動幅が縮小している。例えば各相電流の平均値は、相電流Ｉｕが０[Ａ]、相電流Ｉｖが２０[Ａ]，相電流Ｉｗが２０[Ａ]である。同様に図６（Ｂ）に示すｄｑ軸電流もまた、従来技術における図１６と比べると明らかに変動幅が縮小している。したがって、電流の変化が少なくなる分については、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００５０】
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
【００５１】
請求項１に対応して、同期機Ｍは、ステータ１０，ロータ２０，ダイオードＤ１，駆動部６０および制御部７０とともに（図１および図３を参照）、制御部７０は変調率が一定値以上となる矩形波モードであるとき、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させる場合において、各相の相電圧の平均電圧がゼロになるように制御信号を出力するように構成した（図４および図５を参照）。この構成によれば、各相の相電圧の平均電圧がゼロになる。すなわち基本波電圧Ｗｓに印加するパルス電圧Ｗｐの対となる逆状態のパルス電圧Ｗｐを印加することで相電圧の平均電圧をゼロにする。こうして各相の相電圧の平均電圧がゼロとなるので、相電流やｄｑ軸電流の変動幅が抑えられ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定させ、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００５２】
請求項６に対応して、制御部７０は、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間もしくはＯＦＦ期間を印加したパルス電圧の幅と同じだけ伸縮させる構成とした（図４および図５を参照）。この構成によれば、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間やＯＦＦ期間について、印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷと同じだけ伸縮する。したがって、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。なお、本形態では電気角で４８０°の間隔でパルス電圧Ｗｐを印加したが、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔でパルス電圧Ｗｐを印加する場合でも同様の作用効果が得られる。
【００５３】
請求項７に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅の分だけ伸縮する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００５４】
請求項８に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間についてパルス幅の分だけ伸縮する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００５５】
請求項１０に対応して、制御部７０は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるようにパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加する構成とした（図５を参照）。この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加できるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００５６】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、矩形波モードにおいて、基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であって、図７および図８を参照しながら説明する。図７および図８には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図７および図８に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であり、出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように制御して印加する。図７にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１２０°とした例を示し、図８にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１８０°とした例を示す。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図７（Ａ）および図８（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図７（Ｂ）および図８（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図７（Ｃ）および図８（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００５８】
まず図７に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１０，θ１１，θ１２，θ１３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１０と電気角θ１１との間隔、電気角θ１１と電気角θ１２との間隔および電気角θ１２と電気角θ１３との間隔は、いずれも１２０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。
【００５９】
具体的には、電気角θ１０にＵ相とＶ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ１１にＶ相とＷ相でパルス電圧Ｗｐを印加し、電気角θ１２にＷ相とＵ相でパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１０のＵ相、電気角θ１１のＶ相および電気角θ１２のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ１０のＶ相、電気角θ１１のＷ相および電気角θ１２のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。電気角θ１３以降は、電気角θ１０から電気角θ１３までの１周期を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００６０】
次に図８に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１４，θ１５，θ１６，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ１４と電気角θ１５との間隔および電気角θ１５と電気角θ１６との間隔は、いずれも１８０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。
【００６１】
特定の二相はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の中から任意に選択してよく、図８はＵ相とＶ相を選択した例を示す。具体的には、基本波電圧Ｗｓの１周期における電気角θ１４と電気角θ１５とでそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ１４のＵ相および電気角θ１５のＶ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ１４のＶ相および電気角θ１５のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。電気角θ１６以降は、電気角θ１４や電気角θ１５と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００６２】
図７および図８に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００６３】
上述した実施の形態２によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
【００６４】
請求項２に対応して、制御部７０は出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように電気角で１２０°または１８０°の間隔でパルス電圧を印加する構成とした（図７および図８を参照）。この構成によれば、１２０°や１８０°の電気角では電圧の補正等を行わなくとも各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００６５】
なお、特定の二相に対して、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔（例えば実施の形態１のような電気角で４８０°の間隔や、それ以外の印加間隔）で基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加するように構成してもよい。この場合でも、結果として基本波電圧Ｗｓの所定周期（例えば２周期や３周期以上）における各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロとすることができるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００６６】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、矩形波モードにおいて、基本波電圧の１周期に対して複数のパルス電圧を印加する例であって、図９を参照しながら説明する。図９には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態３では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
図９に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例である。例えばロータ２０の励磁量を多くする等の目的で行い、パルス電圧を基本波電圧に重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように制御する。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図９（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図９（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図９（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００６８】
図９に示す例では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ２０，θ２１，θ２２，θ２３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ２０と電気角θ２２との間隔、電気角θ２１と電気角θ２３との間隔は、いずれも１８０°である。一方、電気角θ２０と電気角θ２１との間隔や、電気角θ２２と電気角θ２３との間隔は任意である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。
【００６９】
具体的には、二つのパターン（第１パターンと第２パターン）に従って基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加する。Ｕ相とＶ相を対象とする第１パターンでは、電気角θ２０と電気角θ２２でそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ２２以降は、電気角θ２０から電気角θ２２までの１周期を繰り返す。Ｖ相とＷ相を対象とする第２パターンでは、電気角θ２１と電気角θ２３でそれぞれパルス電圧Ｗｐを印加する。電気角θ２３以降は、電気角θ２１から電気角θ２３までの１周期を繰り返す。
【００７０】
電気角θ２０のＵ相、電気角θ２１，θ２２のＶ相および電気角θ２３のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。一方、電気角θ２０，θ２３のＶ相、電気角θ２１のＷ相および電気角θ２２のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００７１】
図９に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００７２】
上述した実施の形態３によれば、請求項４に対応して、制御部７０は電気角で１２０°または１８０°の間隔を維持しながら印加し、かつ、第１パターンおよび第２パターン（複数のパターン）でパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるように印加する構成とした（図９を参照）。この構成によれば、複数のパルス電圧Ｗｐを印加せざるを得ないような制御を行うときでも、基本波電圧Ｗｓの１周期に複数のパルス電圧Ｗｐを印加できるだけでなく、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００７３】
なお本形態では、第１パターンではＵ相とＶ相を対象とし、第２パターンではＶ相とＷ相を対象とした（図９を参照）。各パターンについてどの相を対象とするかは任意に設定できるが、全パターンを通じて全相を網羅するのが望ましい。また、対象となる相数は二相に限らず、三相以上（ただし全相数よりも少ない相数）であってもよい。このように複数のパターンに従って基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加した場合でも、上述した形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７４】
また、電気角で１２０°および１８０°の間隔以外の間隔（例えば実施の形態１のような電気角で４８０°の間隔や、それ以外の印加間隔）で基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加するパターンについて、複数のパターンで基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加する構成としてもよい。この場合でも、基本波電圧Ｗｓの所定周期（例えば２周期や３周期以上）における各相の相電圧の平均電圧を理論的にゼロとすることができる。したがって、複数のパルス電圧Ｗｐを印加できるだけでなく、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００７５】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は、矩形波モードにおいて、パルス電圧の印加とともに電圧補償を行う例であって、図１０を参照しながら説明する。図１０には、パルス電圧の印加および補償の例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態４では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７６】
図１０に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加するとともに、電圧補償のために基本波電圧を変化させる例である。具体的には、パルス電圧を印加する前の基本波電圧のみの波形を図１０（Ａ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した波形を図１０（Ｂ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した上に電圧補償を行ったときの波形を図１０（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００７７】
図１０（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは電気角で３６０°を１周期とする。本形態では、Ｕ相にかかる波形を示すが、他の二相（Ｖ相およびＷ相）のいずれでも同様である。パルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔は、１２０°，１８０°，３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）などが該当する。この基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加すると図１０（Ｂ）のようになる。パルス電圧Ｗｐを印加する電気角θ３０は基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このように単にパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加しただけでは、基本波電圧Ｗｓの１周期における相電圧の平均電圧は理論的にはゼロにならない。この平均電圧が理論的にゼロとなるようにするため、電圧補償を行って基本波電圧Ｗｓの波形を変化させる。
【００７８】
具体的には、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間について、印加するパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷだけ当該期間（ＯＮ期間またはＯＦＦ期間）を伸縮する。すなわち、基本波電圧Ｗｓの立ち下げ時（または立ち上げ時）のタイミングを当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷの分だけ伸縮するように調整する。図１０（Ｃ）に示す例では、電気角θ３０に近いタイミングの立ち下がり時を変化させており、本来なら二点鎖線で示す電気角θ３１で立ち下げるところ、パルス幅ＰＷの分だけずらして電気角θ３２で立ち下げる。こうして基本波電圧ＷｓのＯＮ期間を伸ばし、ＯＦＦ期間を縮める。
【００７９】
図１０（Ｃ）の例では、基本波電圧Ｗｓの状態が切り替わる時期として立ち下げ時を適用したが、立ち上げ時を適用しても効果は同様である。立ち下げ時および立ち上げ時の一方または双方のいずれを選択して、基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するかは任意である。立ち下げ時および立ち上げ時の双方を選択する場合には、例えばパルス幅ＰＷを２分割（均一であると不均一であるとを問わない）して割り当てて伸縮する。短時間における相電圧の平均電圧をよりゼロに近づけるには、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角に近い時期の立ち下げ時または立ち上げ時を伸縮したり、印加しようとするパルス電圧Ｗｐの電気角の前後にある立ち下げ時または立ち上げ時を伸縮するのが望ましい。
【００８０】
図１０に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００８１】
電圧補償を行うため、上述した図１０の例は基本波電圧ＷｓのＯＮ期間またはＯＦＦ期間を伸縮するように変化させた。これに対して、電圧補償を行う点では同じであるが、基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期にパルス電圧Ｗｐを印加してもよい。この印加例について、図１１を参照しながら説明する。なお説明を簡単するため、基本波電圧Ｗｓの周期や電圧値等は図１０と同じ条件とする。すなわち、図１１（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは図１０（Ａ）と同じと仮定し、図１１（Ｂ）に示すパルス電圧Ｗｐの印加タイミングも図１０（Ｂ）と同じと仮定する。
【００８２】
図１１（Ｃ）において、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐに対して、基本波電圧Ｗｓが立ち下がる電気角θ３１から所定時間（本例では電気角で５０°）だけ離れた電気角θ３３に、逆の状態のパルス電圧Ｗｐを印加する制御を行う。この電気角θ３３というタイミングは、逆の見方をすれば、基本波電圧Ｗｓが立ち上がる電気角θ３４から所定時間（本例では電気角で１３０°）だけ離れた時期とも言える。所定時間の長さは任意に設定することができ、一定値（不変）でもよく、変化条件や関数式等によって適宜に変化させてもよい。いずれにせよ、電気角θ３３に印加するパルス電圧Ｗｐは、電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐと同じパルス幅ＰＷとする。こうすれば電気角θ３０に印加するパルス電圧Ｗｐは、電気角θ３３に印加する逆の状態のパルス電圧Ｗｐと相殺される。したがって、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００８３】
図示しないが、基本波電圧Ｗｓに対して印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷとは異なるパルス幅で逆の状態のパルス電圧Ｗｐを印加してもよい。例えばパルス幅を電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐの半分とする場合は、電気角θ３３と他の電気角（例えば電気角で４００°等）との２回に分けて印加する。３回以上に分ける場合も同様である。２回以上の複数回に分けて印加する場合のパルス幅は、均一でもよく、不均一でもよい。いずれの場合にせよ、複数回に分けて印加する逆の状態のパルス電圧Ｗｐを全て合わせた全パルス幅と、電気角θ３０に印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷとが同じ幅になればよい。このような制御を行う場合でも、結果的には基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００８４】
上述した実施の形態４によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
【００８５】
請求項７に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の近い方の期間についてパルス幅ＰＷの分だけ伸縮する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００８６】
請求項８に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期の前後にあるＯＮ期間やＯＦＦ期間についてパルス幅ＰＷの分だけ伸縮する構成とした。この構成によれば、短時間における各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００８７】
請求項９に対応して、制御部７０は印加される基本波電圧Ｗｓの状態（ＯＮもしくはＯＦＦ）が切り替わる時期から所定時間だけ離れた時期に、印加したパルス電圧Ｗｐと逆の状態のパルス電圧Ｗｐを、印加したパルス電圧Ｗｐと同じパルス幅ＰＷだけ印加する構成とした（図１１を参照）。この構成によれば、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロに近づけられるので、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００８８】
請求項１０に対応して、制御部７０は、電気角で３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）のいずれかの間隔で、ロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じベクトルとなるようにパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加する構成とした（図１０，図１１を参照）。この構成によれば、三相均等にパルス電圧を印加できるので、各相の平均電圧をゼロにでき、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを安定にすることができる。
【００８９】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は、過変調モード（すなわち１≦変調率＜１．２７または特定の制御における１．１５≦変調率＜１．２７）において、基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例であって、図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２および図１３には、パルス電圧を印加する例を模式的に示す。図１２と図１３との相違は、パルス電圧を印加するタイミングである。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態５では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９０】
まず図１２に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加する例である。図１２にはパルス電圧の印加間隔を電気角で１８０°とした例を示す。具体的には、Ｕ相電圧の波形を図１２（Ａ）および図１３（Ａ）に示し、Ｖ相電圧の波形を図１２（Ｂ）および図１３（Ｂ）に示し、Ｗ相電圧の波形を図１２（Ｃ）および図１３（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００９１】
図１２では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ４０，θ４１，θ４２，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ４０と電気角θ４１との間隔および電気角θ４１と電気角θ４２との間隔は、いずれも１８０°である。また図１３では、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ４３，θ４４，θ４５，…で特定の二相についてパルス電圧Ｗｐを印加している。電気角θ４３と電気角θ４４との間隔および電気角θ４４と電気角θ４５との間隔は、いずれも１８０°である。各パルス電圧Ｗｐはパルス幅ＰＷで同一とする。
【００９２】
特定の二相はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の中から選択するが、パルス電圧Ｗｐを印加する時期において当該パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い（長い）変調幅Ｍｗであることを条件とする。図１２に示す例では、パルス電圧Ｗｐを印加しようとする電気角θ４０，θ４１，θ４２，…の時期において、Ｕ相およびＶ相がパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅ＭｗでＯＮまたはＯＦＦになっている。したがって、Ｕ相およびＶ相を選択する。また図１３に示す例では、パルス電圧Ｗｐを印加しようとする電気角θ４３，θ４４，θ４５，…の時期において、Ｕ相およびＷ相がパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅ＭｗでＯＮまたはＯＦＦになっている。したがって、Ｕ相およびＷ相を選択する。
【００９３】
図１２では、選択したＵ相およびＶ相についてパルス電圧Ｗｐを電気角θ４０，θ４１，θ４２，…で印加する。電気角θ４０のＵ相および電気角θ４１のＶ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ４０のＶ相および電気角θ４１のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。電気角θ４２以降は、電気角θ４０や電気角θ４１と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００９４】
図１３では、選択したＵ相およびＷ相についてパルス電圧Ｗｐを電気角θ４３，θ４４，θ４５，…で印加する。電気角θ４３のＵ相および電気角θ４４のＷ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。一方、電気角θ４３のＷ相および電気角θ４４のＵ相は、いずれも基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＮになる。電気角θ４５以降は、電気角θ４３や電気角θ４４と同様に印加する態様を繰り返す。このようなパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加すると、基本波電圧Ｗｓの１周期における各相の相電圧の平均電圧が理論的にゼロとなる。
【００９５】
図１２および図１３に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、いずれも図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。なお、図１２および図１３ではパルス電圧Ｗｐの印加間隔を電気角で１８０°に設定したが、電気角で１２０°に設定した場合も同様である。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００９６】
上述した実施の形態５によれば、請求項３に対応して、制御部７０はパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも広い変調幅Ｍｗの期間中に、電気角で１２０°または１８０°の間隔でロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに重畳させたときの出力電圧ベクトルがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるようにパルス電圧Ｗｐを印加する構成とした（図１２および図１３を参照）。この構成によれば、パルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷよりも狭い（短い）変調幅Ｍｗで変調しているときに、パルス電圧Ｗｐを印加することはない。よって基本波電圧Ｗｓと重畳後の電圧とがｄｑ座標上で同じ電圧ベクトルとなるので、各相の相電圧の平均電圧をより確実にゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【００９７】
〔実施の形態６〕
実施の形態６は、過変調モード（すなわち１≦変調率＜１．２７または特定の制御における１．１５≦変調率＜１．２７）において、パルス電圧の印加とともに電圧補償を行う例であって、図１４を参照しながら説明する。図１４には、パルス電圧の印加および補償の例を模式的に示す。なお、同期機Ｍの構成等は実施の形態１と同様であるので、実施の形態６では実施の形態１と異なる点について説明する。よって、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
図１４に示す波形は、制御部７０から駆動部６０に伝達する制御信号を形成するにあたり、パルス電圧印加手段７１によって基本波電圧に対してパルス電圧を印加するとともに、電圧補償のために基本波電圧を変化させる例である。具体的には、パルス電圧を印加する前の基本波電圧のみの波形を図１４（Ａ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した波形を図１４（Ｂ）に示し、基本波電圧にパルス電圧を印加した上に電圧補償を行ったときの波形を図１４（Ｃ）に示す。なお、各図に示す電圧値や電気角は一例であって、図示された数値には限られない。
【００９９】
図１４（Ａ）に示す基本波電圧Ｗｓは電気角で３６０°を１周期とする。本形態では、Ｕ相にかかる波形を示すが、他の二相（Ｖ相およびＷ相）のいずれでも同様である。パルス電圧Ｗｐを印加する印加間隔は任意であって、例えば１２０°，１８０°，３６０°×ｎ±１２０°（ｎは０を除く整数）などが該当する。この基本波電圧Ｗｓに対してパルス電圧Ｗｐを印加すると図１４（Ｂ）に示すような波形になる。パルス電圧Ｗｐを印加する電気角θ５２は基本波電圧ＷｓがＯＮ期間であるので、パルス幅ＰＷだけＯＦＦになる。このように単にパルス電圧Ｗｐを基本波電圧Ｗｓに印加しただけでは、基本波電圧Ｗｓの１周期における相電圧の平均電圧は理論的にはゼロにならない。この平均電圧が理論的にゼロとなるようにするため、電圧補償を行って基本波電圧Ｗｓの波形を変化させる。
【０１００】
具体的には、基本波電圧ＷｓのＯＮとＯＦＦを小刻みに切り換えながら変調幅を変化させる幅変化期間Ｃｐ１を対象として電圧補償を行う。図１４（Ｃ）に示す例では、電気角θ５２からパルス幅ＰＷの分だけＯＦＦになるので、これを補償するために基本波電圧ＷｓがＯＦＦ期間からＯＮ期間に移行する幅変化期間Ｃｐ１内にパルス幅ＰＷの分だけＯＮにする。図示しないが、基本波電圧ＷｓがＯＮ期間からＯＦＦ期間に移行する幅変化期間Ｃｐ２内にパルス幅ＰＷの分だけＯＮにしてもよい。一般化すると、基本波電圧Ｗｓにパルス電圧Ｗｐを印加して得られる波形（すなわち電気角θ５２の波形）とは逆状態のパルス電圧を、幅変化期間Ｃｐ１，Ｃｐ２内に別個に印加したと同じことになる。
【０１０１】
図１４に示す各波形を指令値として制御部７０が制御信号を駆動部６０に出力し、駆動部６０が同期機Ｍを駆動するときの電流変化は、図６に示すシミュレーション波形とほぼ同傾向の波形になる。したがって、電流の変化が少なくなる分について、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【０１０２】
上述した実施の形態６によれば、請求項５に対応して、制御部７０はロータ２０を励磁するためのパルス電圧Ｗｐを印加するとき、印加しようとするパルス電圧Ｗｐと逆状態のパルス電圧Ｗｐを、印加したパルス電圧Ｗｐのパルス幅ＰＷと、基本波電圧Ｗｓのパルス電圧Ｗｐを印加される時期のパルス電圧Ｗｐと逆状態のパルス幅ＰＷの和だけ別個に印加する構成とした（図１４を参照）。この構成によれば、印加するパルス電圧Ｗｐが正状態と逆状態とで相殺されるので、全体の相電圧の平均電圧をゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【０１０３】
なお、上述した形態では正状態および逆状態の双方とも一のパルス電圧Ｗｐを印加したが、パルス幅ＰＷが全体で同一幅になることを条件として正状態および逆状態のうち一方または双方を二以上のパルス電圧Ｗｐで構成してもよい。この場合でも、結果的には正状態と逆状態とで相殺されるので、上述した作用効果を得ることができる。
【０１０４】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜６に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、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することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【０１０５】
上述した実施の形態１〜４は矩形波モードにおいて適用し、実施の形態５，６は過変調モードにおいて適用した。この形態に代えて逆の対応関係、すなわち実施の形態１〜４を過変調モードにおいて適用し、実施の形態５，６を矩形波モードにおいて適用してもよい。逆の対応関係であっても、結果として相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【０１０６】
上述した実施の形態１〜６では、いずれも三相の同期機Ｍに適用した（図１を参照）。この形態に代えて、二相または四相以上の多相の同期機Ｍに適用してもよい。例えば、二相における過変調モードは、１≦変調率＜１．１５４の範囲となる。他の相数の同期機Ｍであっても、各相の相電圧の平均電圧をゼロにすることができる。したがって、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。
【０１０７】
上述した実施の形態１〜６で示したパルス電圧Ｗｐの印加タイミングは、二以上の形態を組み合わせて行ってもよい。例えば、実施の形態１と実施の形態２との組み合わせでは、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１，θ２，θ３で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加するタイミング（図４を参照）と、基本波電圧Ｗｓに対して電気角θ１０，θ１１，θ１２，θ１３，…で各々二相ずつパルス電圧Ｗｐを印加タイミング（図７を参照）とを重畳して行う。このように二以上の形態を組み合わせて行う場合でも、結果として各相の相電圧の平均電圧をゼロにすることができ、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが安定になり、安定してロータ２０の励磁を行える。したがって、組み合わせた形態にかかる作用効果を得ることができる。
【０１０８】
上述した実施の形態１〜６では、スイッチング素子のトランジスタＱとしてＩＧＢＴを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、スイッチング素子としての機能を奏する他のトランジスタを用いてもよい。他のトランジスタとしては、例えばＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＧＴＯ、パワートランジスタ等が該当する。他のトランジスタを用いた場合でも直流入力電力を交流電力に変換して出力するので、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを指令値とした電機子巻線電流（相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を駆動部６０から同期機Ｍに出力することができる。いずれのスイッチング素子（トランジスタ）にせよ、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０９】
上述した実施の形態１〜６では、位置センサ４０としてレゾルバを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、他の位置センサを用いてもよい。他の位置センサとしては、例えば一定間隔にスリットを設けた円板、発光体および受光体等を有する光電検出器が該当する。すなわち、発光体が発した光を受光体で受光するか否かに基づいて信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部７０に伝達する。他の位置センサでも、ロータシャフト２１の回転位置を検出して制御部７０から制御信号を出力できるので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１０】
上述した実施の形態１〜６では、電流センサ８０として磁気比例型センサを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、各相の相電流が検出可能な他の電流センサを用いてもよい。他の電流センサとしては、例えば，電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサなどが該当する。電磁誘導型センサは、電流母線の周囲に環状のコアやコイルを配置し、相電流の通電で生じる誘導起電力により検出する。ファラデー効果型センサは、磁界方向に沿って配置された光ファイバに対して直線偏光が入射したとき、偏波の方位が磁界の強度に比例して回転する回転角を計測することで磁界強度（すなわち電流）を検出する。いずれの電流センサにせよ、電機子電流（すなわち相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を正確に検出して制御部７０に伝達するので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１１】
上述した実施の形態１〜６では、同期機Ｍを電動機として適用した（図１を参照）。この形態に代えて、他の機器に適用してもよい。他の機器としては、例えば車両用交流発電機や、エンジン始動と発電との双方が行える車両用発電電動機等が該当する。いずれの機器にせよ、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。なお、発電機として使用する場合には、駆動部６０は単なる整流回路として作動するに過ぎないものの、発電電力を利用してロータ励磁用電流を形成することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  ステータ（固定子）
１１  ステータコイル（電機子巻線）
１２  ステータコア
２０  ロータ（回転子）
２１  ロータシャフト
２２  ロータコイル（界磁巻線）
２３  ロータコア
２３ａ  コアティース部
３０  フレーム（ハウジング）
４０  位置センサ
５０  直流電源
６０  駆動部
７０  制御部
７１  パルス電圧印加手段
８０  電流センサ
Ｄ１  ダイオード（整流素子）
Ｄ２  ダイオード
Ｉｆ  ロータ巻線電流（界磁電流）
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ  相電流（電機子電流）
Ｍ  同期機（界磁巻線型同期機）
Ｑ  トランジスタ（スイッチング素子）
Ｗｓ  基本波電圧
Ｗｐ  パルス電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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