(57)【要約】  巻線切替機構を用いることなく、多極駆動時および少極駆動時ともに優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機を得る。固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを有し、固定子スロット当たりの各起磁力は等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機であって、制御部は、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数を切り替えるとともに、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相を制御する。
2018008057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、前記固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、
前記固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、前記固定子スロット当たりの前記起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機であって、
前記制御部は、
前記多極駆動時の極数と前記少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように前記極数を切り替えるとともに、
１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、前記多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、前記少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように前記電流位相を制御する
極数切替型回転電機。
【請求項２】
前記制御部は、
前記多極駆動時または前記少極駆動時において、隣り合う前記固定子スロットの前記固定子コイルに流れる電流の電流位相同士の間隔が、それぞれ電気角で等しくなるように前記固定子コイルに流れる電流の電流位相を制御する
請求項１に記載の極数切替型回転電機。
【請求項３】
前記固定子スロットの数をｎsとするとき、ｎs／ｍが自然数である
請求項１または請求項２に記載の極数切替型回転電機。
【請求項４】
ｍ＝６であり、ｎ＝１である
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項５】
ｍ＝９であり、ｎ＝１である
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項６】
ｍ＝１２であり、ｎ＝１である
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項７】
前記制御部は、
前記回転電機の前記回転子の回転速度に応じて前記極数が切替わるように前記電流位相を制御する
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項８】
前記回転電機は、誘導機である
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項９】
固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、前記固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、
前記固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、前記固定子スロット当たりの前記起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機の駆動方法であって、
前記制御部は、前記インバータによりｍ相電流を前記固定子コイルに供給する電流供給ステップを有し、
前記電流供給ステップは、
前記多極駆動時の極数と前記少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように前記極数を切り替えるとともに、
前記多極駆動時において、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度がｍ／（２ｎ＋１）となるように前記電流位相を制御し、
前記少極駆動時において、前記電流位相自由度がｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように前記電流位相を制御する
極数切替型回転電機の駆動方法。
【請求項１０】
前記電流供給ステップは、前記回転電機の前記回転子の回転速度に応じて前記極数を切り替える
請求項９に記載の極数切替型回転電機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、広い回転域に渡って高トルク性、高出力性を確保するために、極数を切り替えて駆動する極数切替型回転電機および極数切替型回転電機の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド車等に使用される回転電機として、広い回転域に渡って高トルク性、高出力性を確保するために極数を切り替えて駆動する極数切替型回転電機が知られている。【０００３】
このような従来の極数切替型回転電機として、６個のコイルを６０°毎に配設するとともに、６相インバータで各コイルに電流を供給するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、６相インバータを用いてコイルの電流位相を切り替えることで、極数切替を行っている。【０００４】
また、別の従来の極数切替型回転電機として、３相駆動用に分布巻にて巻回された固定子コイルが、２台の３相インバータに１極対おきに交互に接続され、多極駆動時の毎極毎相あたりのスロット数をｑとしたときの分布巻係数ｋwdが、ｋwd＝ｓｉｎ（π／６）／（ｑ×ｓｉｎ（π／６ｑ））となるように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、２台の３相インバータ間の群間位相差を０°〜１８０°の範囲で、０°のときに少極、１８０°のときに多極となるように制御することで、極数切替を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０１８３８２号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１の極数切替型回転電機では、極数切替用の巻線切替機構が必要になるが、巻線切替機構で極数を切り替える際に過渡的なトルク脈動が発生するので、トルク脈動の発生を抑制するための機構がさらに必要になるという問題がある。【０００７】
また、特許文献２では、少極駆動時において、分布巻係数が低下するので、トルク対電流特性が低下するという問題がある。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、巻線切替機構を用いることなく、多極駆動時および少極駆動時ともに優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機および極数切替型回転電機の駆動方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る極数切替型回転電機は、固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、インバータを制御する制御部と、を有し、固定子スロット当たりの起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機であって、制御部は、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数を切り替えるとともに、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相を制御するものである。【００１０】
また、この発明に係る極数切替型回転電機の駆動方法によれば、固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、インバータを制御する制御部と、を有し、固定子スロット当たりの起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機の駆動方法であって、制御部は、インバータによりｍ相電流を固定子コイルに供給する電流供給ステップを有し、電流供給ステップは、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数を切り替えるとともに、多極駆動時において、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度がｍ／（２ｎ＋１）となるように電流位相を制御し、少極駆動時において、電流位相自由度がｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相を制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る極数切替型回転電機によれば、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数が切り替えられるとともに、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相が制御される。
そのため、巻線切替機構を用いることなく、多極駆動時および少極駆動時ともに優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機および極数切替型回転電機の駆動方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における１２極と４極との極数切替を実現する回転電機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における２４スロット分の固定子コイルの電流位相配置を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における多極駆動時の２４スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における少極駆動時の２４スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における１８スロット分の固定子コイルの電流位相配置を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における多極駆動時の１８スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における少極駆動時の１８スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における１２スロット分の固定子コイルの電流位相配置を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における多極駆動時の１２スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における少極駆動時の１２スロット分の起磁力波形を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明に係る極数切替型回転電機および極数切替型回転電機の駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１４】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１における極数切替型回転電機の構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における１２極と４極との極数切替を実現する回転電機の断面図である。
【００１５】
回転電機１は、固定子３および回転子７から構成される。なお、図１は、回転電機１が誘導機である例を示しているが、回転電機１は誘導機に限定されるものではない。例えば、回転電機１は、永久磁石型同期回転機または界磁巻線型同期回転機であってもよい。
【００１６】
図１に示す回転電機１の固定子３は円筒形をしており、固定子３の内周には、スロット番号＃１〜＃４８で識別される４８の固定子スロット５が機械角方向に等間隔に配置されている。また、固定子スロット５には、固定子コイル６が格納されている。隣り合う固定子スロット５間には、固定子ティース４が形成されている。
【００１７】
図１に示す回転電機１の回転子７は円柱形をしており、回転子鉄心８を備えている。回転子７は、固定子３の内側において、シャフト穴１２を通るシャフトを回転軸として、固定子コイル６に流れる電流が発生する起磁力により回転する。
【００１８】
回転子７の外周には、回転子スロット１０が機械角方向に等間隔に配置されるとともに、回転子スロット１０には、二次導体１１が格納される。固定子３と回転子７の間には、回転空隙１３が存在する。回転電機１は、図示しない１２相インバータにより駆動される。
【００１９】
図２は、この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。図２において、この極数切替型回転電機は、回転電機１および１２相インバータ２を備えている。１２相インバータ２は、回転電機１の対応する固定子コイル６に対して電流を供給する。
【００２０】
この発明の実施の形態１の回転電機１の固定子コイル６は、図２に示すように１２個の引出口を有しており、１２相インバータ２から、それぞれ対応するＡ〜Ｌ相の電流が供給される。以下、Ａ〜Ｌ相を電流位相と称する。また、１２相インバータ２は、制御部１６により制御される。
【００２１】
制御部１６は、ハードウェアとして、プログラムが保存された記憶装置１７と、記憶装置１７に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ１８とを備えている。制御部１６は、例えば、システムＬＳＩ等の処理回路として実現される。
【００２２】
記憶装置１７は、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリまたはハードディスク等の不揮発性の補助記憶装置とを備えている。プロセッサ１８は、記憶装置１７に保存されたプログラムを実行する。記憶装置１７が揮発性記憶装置と補助記憶装置とを備えるため、プロセッサ１８は、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムを入力する。
【００２３】
なお、プロセッサ１８は、演算結果等のデータを記憶装置１７の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。また、制御部１６は、複数のプロセッサ１８および複数の記憶装置１７が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ１８および複数の記憶装置１７と、複数の処理回路との組み合わせにより連携して上記機能を実行してもよい。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機における２４スロット分の固定子コイルの電流位相配置を示す模式図である。固定子３には、固定子スロット数＝４８の固定子スロット５が機械角方向に等間隔に配置され、固定子スロット５には、固定子コイル６が格納されている。また、隣り合う固定子スロット５間には、固定子ティース４が形成されている。
【００２５】
なお、図３は、固定子スロット５の＃１〜＃４８のうち、＃１〜＃２４の電流位相配置を示している。また、図３において下線が記された電流位相は、下線が記されていない電流位相に対して固定子コイル６の巻線方向が反転していることを意味している。Ａ〜Ｌの各相に対応した固定子コイル６は、Ｙ結線、Δ結線等で接続される。また、１２相全てを独立させて、単相×１２のコイルを設けてもよい。
【００２６】
ここで、固定子スロット５は、実際には、固定子３の外径側と内径側とに分割されて、固定子３の外径側と内径側とには、互いに異なる電流位相を持つ固定子コイル６が格納されることが多いが、図３では、外径側の固定子コイル６の電流位相のみを示している。また、１２相インバータ２は、多極駆動／少極駆動の切替時に、電流位相を適切な値に切替制御する。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態１における極数切替型回転電機の動作について説明する。表１は、この発明の実施の形態１に係る極数切替型回転電機において、１２相インバータ２が回転電機１に供給する電流の電流位相順を示す表である。
【００２８】
【表１】
2018008057.tif 000003
【００２９】
表１に従って、電流位相を制御した場合に得られる起磁力波形を図４、５に示す。スロット半周期分（＃１−＃２４）の空間次数をｋ（ｋは自然数）とした場合、図４に示す多極駆動時における起磁力波形は、主に３ｋの空間次数を含む波形となっているのに対し、図５に示す少極駆動時における起磁力波形は、主にｋの空間次数を含む波形となっていることが分かる。これにより、多極駆動時：少極駆動時＝３：１となる関係での極数切替が可能である。
【００３０】
なお、図４、５に示す起磁力波形は、固定子スロット５内の固定子コイル６のコイル巻き数が全て等しく、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相、Ｉ相、Ｊ相、Ｋ相、Ｌ相にそれぞれ、Ｉ×ｃｏｓ（−６０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１０５°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１５０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１９５°）、Ｉ×ｃｏｓ（−２４０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−２８５°）、Ｉ×ｃｏｓ（−３３０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−３７５°）、Ｉ×ｃｏｓ（−４２０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−４６５°）、Ｉ×ｃｏｓ（−５１０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−５５５°）の電流が流れている状態のものである。すなわち、固定子コイル６が発生する固定子スロット５当たりの起磁力の絶対値がいずれも等しくなっている。
【００３１】
また、この発明の実施の形態１では、多極駆動時：少極駆動時＝３：１となる極数比での切替方法を示しているが、極数比は３：１に限られるものではなく、例えばＡ〜Ｌ相の多極駆動時の電流位相を、少極駆動時に対して（２ｎ＋１）倍（ｎは自然数）の値とすることで、多極駆動時：少極駆動時＝（２ｎ＋１）：１となる関係での極数切替が実現できる。
【００３２】
また、この発明の実施の形態１では、固定子スロット数＝４８であるため、多極：少極＝１２極：４極である。１２相インバータ２が、表１に示す電流位相順となるようにＡ〜Ｌ相の電流の電流位相を切替制御することで、図４、５に示す起磁力を形成することができる。
【００３３】
次に、この発明の実施の形態１における極数切替型回転電機の効果について説明する。図３に示すこの発明の実施の形態１の回転電機１は、毎極毎相当たりの固定子スロット数が１である。すなわち、１スロット毎に１電流位相分の固定子コイル６が格納されている。
【００３４】
また、多極／少極駆動時ともに隣り合うスロット間の電気角を等間隔に配置することができることから、この発明の実施の形態１における多極／少極駆動時の分布巻係数ｋwdは次式（１）で表わされる。
【００３５】
ｋwd＝ｓｉｎ（π／６）／（ｑ×ｓｉｎ（π／６ｑ））      （１）
【００３６】
式（１）において、この発明の実施の形態１では、多極／少極駆動時ともにｑ＝１であるため、分布巻係数は、多極／少極駆動時ともに１．０となる。
【００３７】
このように、この発明の実施の形態１では、巻線切替機構を用いることなく、多極駆動時：少極駆動時＝３：１となる関係での極数切替が実現できることに加えて、隣り合うスロット間の電流位相が電気角で均等に配置されることから、分布巻係数が向上し、トルク対電流特性を向上できる。
【００３８】
特に、モータによってエンジンの駆動力をアシストすることで車両を推進させるハイブリッド車等においては、車両の推進力が一定である場合には、モータによるアシスト量の多い方が、より少ないエンジン駆動力で済むため燃費性能を向上できる。
【００３９】
例えば、車両が、停止状態または低速走行状態から一定の推進力で加速する際には、エンジン回転速度が低い低速走行時だけでなく、加速後のエンジン回転速度が高い高速走行時においても、電流位相を多極駆動に切り替えることにより、優れたトルク対電流特性を得ることができるので、燃費性能を向上できる。
【００４０】
また、制御部１６は、車両の低速走行時には、車両の加速に必要なトルクを出力するため、多極駆動に切り替えて回転電機１を駆動し、一定速度の低トルクで車両を運転する高速走行時には、少極駆動に切り替えて回転電機１を駆動してもよい。この制御によって、回転電機１に１２相インバータ２から印加される電圧の制限内で可能となる、回転速度とトルクとで表される回転電機１の運転範囲を広げることができる。
【００４１】
すなわち、制御部１６は、回転電機１の回転子７の回転速度に応じて極数が切替わるように電流位相を制御することによって、車両の燃費性能を向上したり、回転電機１の運転範囲を広げたりすることができる。
【００４２】
また、制御部１６が、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１＝３：１となるように極数を切り替え、かつ１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）＝１２／（２×１＋１）＝４、少極駆動時にｍ＝１２、ただしｍ＝１２は３の倍数となる６以上の自然数、ｎ＝１は自然数、ｍ／（２ｎ＋１）＝４は２以上、となるように電流位相を制御することによって、巻線切替機構を用いることなく、優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機を得ることができる。
【００４３】
つまり、実施の形態１によれば、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数が切り替えられるとともに、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相が制御される。
そのため、巻線切替機構を用いることなく、多極駆動時および少極駆動時ともに優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機および極数切替型回転電機の駆動方法を得ることができる。
【００４４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。図６において、この極数切替型回転電機は、図２に示した上記実施の形態１に係る極数切替型回転電機と比較して、９相インバータ１４が、１２相電流の代わりに９相電流を供給する点、および固定子スロット数＝３６である点が主に異なっている。
【００４５】
まず、この発明の実施の形態２における極数切替型回転電機の構成について説明する。この発明の実施の形態２の回転電機１の固定子コイル６は、図６に示すように９個の引出口を有しており、９相インバータ１４から、それぞれ対応する電流位相を有する電流が供給される。
【００４６】
図７は、この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機における１８スロット分の固定子コイル６の電流位相配置を示す模式図である。固定子３には、固定子スロット数＝３６の固定子スロット５が機械角方向に等間隔に配置され、固定子スロット５には、固定子コイル６が格納されている。
【００４７】
次に、この発明の実施の形態２における極数切替型回転電機の動作について説明する。表２は、この発明の実施の形態２に係る極数切替型回転電機において、９相インバータ１４が回転電機１に供給する電流の電流位相順を示す表である。
【００４８】
【表２】
2018008057.tif 000004
【００４９】
表２に従って、電流位相を制御した場合に得られる起磁力波形を図８、９に示す。スロット半周期分（＃１−＃１８）の空間次数をｋ（ｋは自然数）とした場合、図８に示す多極駆動時における起磁力波形は、主に３ｋの空間次数を含む波形となっているのに対し、図９に示す少極駆動時における起磁力波形は、主にｋの空間次数を含む波形となっていることが分かる。これにより、多極駆動時：少極駆動時＝３：１となる関係での極数切替が可能である。
【００５０】
なお、図８、９に示す起磁力波形は、固定子スロット５内の固定子コイル６のコイル巻き数が全て等しく、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｇ相、Ｈ相、Ｉ相にそれぞれ、Ｉ×ｃｏｓ（−６０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１２０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１８０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−２４０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−３００°）、Ｉ×ｃｏｓ（−３６０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−４２０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−４８０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−５４０°）の電流が流れている状態のものである。すなわち、固定子コイル６が発生する固定子スロット５当たりの起磁力の絶対値がいずれも等しくなっている。
【００５１】
また、この発明の実施の形態２では、固定子スロット数＝３６であるため、多極：少極＝９極：３極である。９相インバータ１４が、表２に示す電流位相順となるようにＡ〜Ｉ相の電流の電流位相を切替制御することで、図８、９に示す起磁力を形成することができる。
【００５２】
次に、この発明の実施の形態２における極数切替型回転電機の効果について説明する。図７に示すこの発明の実施の形態２の回転電機１は、毎極毎相当たりの固定子スロット数が１である。すなわち、１スロット毎に１電流位相分の固定子コイル６が格納されている。
【００５３】
また、多極／少極駆動時ともに隣り合うスロット間の電気角を等間隔に配置することができることから、この発明の実施の形態２における多極／少極駆動時の分布巻係数ｋwdは、実施の形態１と同様に式（１）で表わされる。式（１）において、この発明の実施の形態２では、多極／少極駆動時ともにｑ＝１であるため、分布巻係数は、多極／少極駆動時ともに１．０となる。
【００５４】
このように、この発明の実施の形態２では、制御部が、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１＝３：１となるように極数を切り替え、かつ１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）＝９／（２×１＋１）＝３、少極駆動時にｍ＝９、ただしｍ＝９は３の倍数となる６以上の自然数、ｎ＝１は自然数、ｍ／（２ｎ＋１）＝３は２以上、となるように電流位相を制御することによって、巻線切替機構を用いることなく、優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機を得ることができる。
【００５５】
さらに、隣り合うスロット間の電流位相が電気角で均等に配置されることから、分布巻係数が向上し、トルク対電流特性を向上できる。
【００５６】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における回転電機とインバータとの配線接続方法を示す概要図である。図１０において、この極数切替型回転電機は、図２に示した上記実施の形態１に係る極数切替型回転電機と比較して、６相インバータ１５が、１２相電流の代わりに６相電流を供給する点、および固定子スロット数＝２４である点が主に異なっている。
【００５７】
まず、この発明の実施の形態３における極数切替型回転電機の構成について説明する。この発明の実施の形態３の回転電機１の固定子コイル６は、図１１に示すように６個の引出口を有しており、６相インバータ１５から、それぞれ対応する電流位相を有する電流が供給される。
【００５８】
図１１は、この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機における１２スロット分の固定子コイル６の電流位相配置を示す模式図である。固定子３には、固定子スロット数＝２４の固定子スロット５が機械角方向に等間隔に配置され、固定子スロット５には、固定子コイル６が格納されている。
【００５９】
次に、この発明の実施の形態３における極数切替型回転電機の動作について説明する。表３は、この発明の実施の形態３に係る極数切替型回転電機において、６相インバータ１５が回転電機１に供給する電流の電流位相順を示す表である。
【００６０】
【表３】
2018008057.tif 000005
【００６１】
表３に従って、電流位相を制御した場合に得られる起磁力波形を図１２、１３に示す。スロット半周期分（＃１−＃１２）の空間次数をｋ（ｋは自然数）とした場合、図１２に示す多極駆動時における起磁力波形は、主に３ｋの空間次数を含む波形となっているのに対し、図１３に示す少極駆動時における起磁力波形は、主にｋの空間次数を含む波形となっていることが分かる。これにより、多極駆動時：少極駆動時＝３：１となる関係での極数切替が可能である。
【００６２】
なお、図１２、１３に示す起磁力波形は、固定子スロット５内の固定子コイル６のコイル巻き数が全て等しく、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｆ相にそれぞれ、Ｉ×ｃｏｓ（−６０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−１５０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−２４０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−３３０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−４２０°）、Ｉ×ｃｏｓ（−５１０°）の電流が流れている状態のものである。すなわち、固定子コイル６が発生する固定子スロット５当たりの起磁力の絶対値がいずれも等しくなっている。
【００６３】
また、この発明の実施の形態３では、固定子スロット数＝２４であるため、多極：少極＝６極：２極である。６相インバータ１５は、表３に示す電流位相順となるようにＡ〜Ｆ相の電流の電流位相を切替制御することで、図１２、１３に示す起磁力を形成できる。
【００６４】
次に、この発明の実施の形態３における極数切替型回転電機の効果について説明する。図１１に示すこの発明の実施の形態３の回転電機１は、毎極毎相当たりの固定子スロット数が１である。すなわち、１スロット毎に１電流位相分の固定子コイル６が格納されている。
【００６５】
また、多極／少極駆動時ともに隣り合うスロット間の電気角を等間隔に配置することができることから、この発明の実施の形態３における多極／少極駆動時の分布巻係数ｋwdは、実施の形態１と同様に式（１）で表わされる。式（１）において、この発明の実施の形態３では、多極／少極駆動時ともにｑ＝１であるため、分布巻係数は、多極／少極駆動時ともに１．０となる。
【００６６】
このように、この発明の実施の形態３では、制御部が、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１＝３：１となるように極数を切り替え、かつ１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）＝６／（２×１＋１）＝２、少極駆動時にｍ＝６、ただしｍ＝６は３の倍数となる６以上の自然数、ｎ＝１は自然数、ｍ／（２ｎ＋１）＝２は２以上、となるように電流位相を制御することによって、巻線切替機構を用いることなく、優れたトルク対電流特性を有する極数切替型回転電機を得ることができる。
【００６７】
さらに、隣り合うスロット間の電流位相が電気角で均等に配置されることから、分布巻係数が向上しトルク対電流特性を向上できる。
【００６８】
なお、上記実施の形態１〜３において、固定子スロット５の数をｎsとして、ｎs／ｍが自然数となるように固定子スロット５を構成することにより、毎極毎相当たりの固定子スロット数を自然数とすることができるので、スロット内における異なる電流位相間の干渉を抑制することができる。
【００６９】
また、上記実施の形態１では、固定子スロット数が４８で、多極駆動時の毎極毎相当たりの固定子スロット数が１であるとしたが、必ずしもこの限りではなく、多極駆動時の分布巻係数が上記式（１）で表されるものであればよい。
【００７０】
例えば、固定子スロット数が４８で、多極駆動時の毎極毎相当たりの固定子スロット数を２とし、各極対毎に配線先の１２相インバータ２を切り替えて結線し、２極および６極の極数切替を実現してもよい。また、このことは、上記実施の形態２、３についても同様に当てはまる。
【００７１】
また、上記実施の形態１〜３において、回転子７の回転子スロット数および二次導体１１の数に制限はなく、図１に示す数に制限されるものではない。また、回転子７は、図１に示すかご型回転子に制限されるものではない。回転電機１が誘導機の場合は、回転子７がそれ自体で磁極を持つことはないが、この発明においては、回転子内部に永久磁石等を持ち、それ自体で磁極を持つものに対しても適用可能である。
【図１】
2018008057.tif 000006
【図２】
2018008057.tif 000007
【図３】
2018008057.tif 000008
【図４】
2018008057.tif 000009
【図５】
2018008057.tif 000010
【図６】
2018008057.tif 000011
【図７】
2018008057.tif 000012
【図８】
2018008057.tif 000013
【図９】
2018008057.tif 000014
【図１０】
2018008057.tif 000015
【図１１】
2018008057.tif 000016
【図１２】
2018008057.tif 000017
【図１３】
2018008057.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月29日(2017.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る極数切替型回転電機は、固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、インバータを制御する制御部と、を有し、固定子スロット当たりの起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機であって、制御部は、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数を切り替えるとともに、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相を制御し、多極駆動時または少極駆動時において、隣り合う固定子スロットの固定子コイルに流れる電流の電流位相同士の間隔が、それぞれ電気角で等しくなるように固定子コイルに流れる電流の電流位相を制御して、多極駆動時の分布巻係数および少極駆動時の分布巻係数を１にするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、この発明に係る極数切替型回転電機の駆動方法によれば、固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、インバータを制御する制御部と、を有し、固定子スロット当たりの起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機の駆動方法であって、制御部は、インバータによりｍ相電流を固定子コイルに供給する電流供給ステップを有し、電流供給ステップは、多極駆動時の極数と少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように極数を切り替えるとともに、多極駆動時において、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度がｍ／（２ｎ＋１）となるように電流位相を制御し、少極駆動時において、電流位相自由度がｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように電流位相を制御し、多極駆動時または少極駆動時において、隣り合う固定子スロットの固定子コイルに流れる電流の電流位相同士の間隔が、それぞれ電気角で等しくなるように固定子コイルに流れる電流の電流位相を制御して、多極駆動時の分布巻係数および少極駆動時の分布巻係数を１にするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、前記固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、
前記固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、前記固定子スロット当たりの前記起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機であって、
前記制御部は、
前記多極駆動時の極数と前記少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように前記極数を切り替えるとともに、
１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度が、前記多極駆動時にｍ／（２ｎ＋１）、前記少極駆動時にｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように前記電流位相を制御し、
前記多極駆動時または前記少極駆動時において、隣り合う前記固定子スロットの前記固定子コイルに流れる電流の電流位相同士の間隔が、それぞれ電気角で等しくなるように前記固定子コイルに流れる電流の電流位相を制御して、前記多極駆動時の分布巻係数および前記少極駆動時の分布巻係数を１にする
極数切替型回転電機。
【請求項２】
前記固定子スロットの数をｎｓとするとき、ｎｓ／ｍが自然数である
請求項１に記載の極数切替型回転電機。
【請求項３】
ｍ＝６であり、ｎ＝１である
請求項１または請求項２に記載の極数切替型回転電機。
【請求項４】
ｍ＝９であり、ｎ＝１である
請求項１または請求項２に記載の極数切替型回転電機。
【請求項５】
ｍ＝１２であり、ｎ＝１である
請求項１または請求項２に記載の極数切替型回転電機。
【請求項６】
前記制御部は、
前記回転電機の前記回転子の回転速度に応じて前記極数が切替わるように前記電流位相を制御する
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項７】
前記回転電機は、誘導機である
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の極数切替型回転電機。
【請求項８】
固定子スロットが機械角方向に配置された固定子と、前記固定子スロットに格納された固定子コイルに流れる電流が発生する起磁力により回転する回転子とからなる回転電機と、
前記固定子コイルにｍ相電流を供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部と、
を有し、前記固定子スロット当たりの前記起磁力のそれぞれは等間隔に配置され、多極駆動時と少極駆動時とで極数を切り替える極数切替型回転電機の駆動方法であって、
前記制御部は、前記インバータによりｍ相電流を前記固定子コイルに供給する電流供給ステップを有し、
前記電流供給ステップは、
前記多極駆動時の極数と前記少極駆動時の極数との比が（２ｎ＋１）：１となるように前記極数を切り替えるとともに、
前記多極駆動時において、１極当たりの異なる電流位相の数である電流位相自由度がｍ／（２ｎ＋１）となるように前記電流位相を制御し、
前記少極駆動時において、前記電流位相自由度がｍ、ただしｍは３の倍数となる６以上の自然数、ｎは自然数、ｍ／（２ｎ＋１）は２以上、となるように前記電流位相を制御し、
前記多極駆動時または前記少極駆動時において、隣り合う前記固定子スロットの前記固定子コイルに流れる電流の電流位相同士の間隔が、それぞれ電気角で等しくなるように前記固定子コイルに流れる電流の電流位相を制御して、前記多極駆動時の分布巻係数および前記少極駆動時の分布巻係数を１にする
極数切替型回転電機の駆動方法。
【請求項９】
前記電流供給ステップは、前記回転電機の前記回転子の回転速度に応じて前記極数を切り替える
請求項８に記載の極数切替型回転電機の駆動方法。
【国際調査報告】
2018008057.tif 000019
2018008057.tif 000020