(57)【要約】【課題】半波駆動処理時のトルクリップルを簡素な構成で低減できる回転電機装置を提供する。【解決手段】回転電機装置は、星形結線された３相分の第１，第２コイル１３，１４と、第１インバータ３０と、第２インバータ４０と、第１中性点スイッチＳ１Ｍｎと、第２中性点スイッチＳ２Ｍｐとを備えている。第１中性点スイッチＳ１Ｍｎは、第１インバータ３０を構成するローサイドスイッチの一端と、第１コイル１３の中性点Ｎ１とを接続している。第２中性点スイッチＳ２Ｍｐは、第２インバータ４０を構成するハイサイドスイッチの一端と、第２コイル１４の中性点Ｎ２とを接続している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機（１０）、及び該回転電機との間で電力伝達を行うフルブリッジインバータ（３０，４０）を備える回転電機装置であって、
前記回転電機は、
Ｎを２以上の整数とし、ステータコア（１２ａ）に巻回されて、かつ、星形結線されたＮ相分の第１コイル（１３）と、
前記第１コイルと電気的に絶縁されつつ前記ステータコアに巻回されて、かつ、星形結線されたＮ相分の第２コイル（１４）と、を有し、
前記フルブリッジインバータは、
第１ハイサイドスイッチ（ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ）及び第１ローサイドスイッチ（ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ）の直列接続体をＮ相分有し、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第１ローサイドスイッチの接続点が、前記第１コイルの両端のうち該第１コイルの中性点（Ｎ１）側とは反対側に接続された第１インバータ（３０）と、
第２ハイサイドスイッチ（ＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐ）及び第２ローサイドスイッチ（ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎ）の直列接続体をＮ相分有し、前記第２ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチの接続点が、前記第２コイルの両端のうち該第２コイルの中性点（Ｎ２）側とは反対側に接続された第２インバータ（４０）と、であり、
前記第１ローサイドスイッチの両端のうち前記第１ハイサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第１コイルの中性点を接続する第１中性点スイッチ（Ｓ１Ｍｎ）と、
前記第２ハイサイドスイッチの両端のうち前記第２ローサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第２コイルの中性点を接続する第２中性点スイッチ（Ｓ２Ｍｐ）と、
前記第１中性点スイッチ及び前記第２中性点スイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ、前記各第１ローサイドスイッチ、前記各第２ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する全波駆動処理を行う全波駆動部（８０）と、
前記第１中性点スイッチ及び前記第２中性点スイッチをオンして、かつ、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する半波駆動処理を行う半波駆動部（８０）と、
前記全波駆動処理及び前記半波駆動処理のうち、いずれかを選択して実行する実行部（８０）と、を備える回転電機装置。
【請求項２】
前記半波駆動部は、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれでずらしつつ、Ｎ相それぞれにおいて、電気角半周期以下の第１所定期間に渡って電気角１周期毎に前記第１ハイサイドスイッチを通電制御し、また、前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれでずらしつつ、Ｎ相それぞれにおいて、電気角半周期以下の第２所定期間に渡って電気角１周期毎に前記第２ローサイドスイッチを通電制御する請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項３】
前記半波駆動部は、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれで「３６０°／Ｎ」ずらしつつ、前記第１ハイサイドスイッチを通電制御し、また、前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれで「３６０°／Ｎ」ずらしつつ、前記第２ローサイドスイッチを通電制御する請求項２に記載の回転電機装置。
【請求項４】
前記第１所定期間及び前記第２所定期間のそれぞれが、「９０°＋１８０°／Ｎ」以上であって、かつ、電気角半周期以下の期間に設定されている請求項２又は３に記載の回転電機装置。
【請求項５】
前記第１コイルと前記第２コイルとの間の空間位相差が電気角で０となるように前記第１コイル及び前記第２コイルが前記ステータコアに巻回されており、
前記半波駆動部は、空間位相が一致する相のそれぞれにおいて、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングと前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングとを電気角半周期だけずらしつつ、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチを通電制御する請求項３又は４に記載の回転電機装置。
【請求項６】
前記ステータコアは、その周方向に所定間隔を隔てて形成された複数のティース部（１２ｂ）を有し、
前記第１コイル及び前記第２コイルは、Ｎ相それぞれについて同一の前記ティース部に巻回されており、
前記空間位相が一致する相とは、Ｎ相のうち、同一の前記ティース部に巻回されている前記第１コイル及び前記第２コイルの相のことである請求項５に記載の回転電機装置。
【請求項７】
前記半波駆動部は、Ｎ相のうち少なくとも２相分の前記第１コイルに同時に通電されるように前記第１ハイサイドスイッチを通電制御し、また、Ｎ相のうち少なくとも２相分の前記第２コイルに同時に通電されるように前記第２ローサイドスイッチを通電制御する請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項８】
前記第１コイル及び前記第２コイルに流す電流のピーク値が、前記全波駆動処理が行われる場合よりも前記半波駆動処理が行われる場合の方が大きくされている請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項９】
前記第１中性点スイッチを第１ローサイド中性点スイッチとし、
前記第２中性点スイッチを第２ハイサイド中性点スイッチとし、
前記第１ハイサイドスイッチの両端のうち前記第１ローサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第１コイルの中性点を接続する第１ハイサイド中性点スイッチ（Ｓ１Ｍｐ）と、
前記第２ローサイドスイッチの両端のうち前記第２ハイサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第２コイルの中性点を接続する第２ローサイド中性点スイッチ（Ｓ２Ｍｎ）と、を備え、
前記第１ローサイド中性点スイッチ及び前記第２ハイサイド中性点スイッチをオンして、かつ、前記第１ハイサイド中性点スイッチ、前記第２ローサイド中性点スイッチ、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する処理を第１モードとし、
前記第１ハイサイド中性点スイッチ及び前記第２ローサイド中性点スイッチをオンして、かつ、前記第１ローサイド中性点スイッチ、前記第２ハイサイド中性点スイッチ、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをスイッチング制御する処理を第２モードとし、
前記半波駆動部は、前記半波駆動処理として、前記第１モードと前記第２モードとを交互に実施する処理を行う請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１０】
前記第１中性点スイッチは、その定格電流が、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第１ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きいものであり、
前記第２中性点スイッチは、その定格電流が、前記第２ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きいものである請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１１】
前記実行部は、前記回転電機のロータ（１１）の回転速度が第１所定値以下であると判定した場合、前記全波駆動処理を行い、前記ロータの回転速度が前記第１所定値を超えていると判定した場合、前記半波駆動処理を行い、前記ロータの回転速度が前記第１所定値を一旦超えたと判定した後、前記ロータの回転速度が前記第１所定値よりも小さい第２所定値を下回ったと判定した場合、前記半波駆動処理から前記全波駆動処理に切り替える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【請求項１２】
前記回転電機は、発電機としても機能する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車又は商用車等の車両に搭載され、回転電機、及び回転電機との間で電力伝達を行うフルブリッジインバータを備える回転電機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置を構成する回転電機において、回転電機が電動機として使用される回転速度範囲が広い場合、低速域及び高速域のそれぞれで回転電機の要求性能を実現する必要がある。例えば、車載システムにＤＣＤＣコンバータを備え、回転電機への印加電圧をＤＣＤＣコンバータによって可変させながら回転電機を駆動する構成を採用することにより、要求性能を実現することが考えられる。ただし、この構成は高価であるため、経済的ではないといった課題がある。
【０００３】
また例えば、回転電機の運転中において、そのステータ巻線特性を、Δ結線等の高速型の特性又は星形結線等の高トルク型の特性に切り替える構成を採用することにより、要求性能を実現することも考えられる。ただし、この構成では、ステータ巻線特性を切り替える構成が複雑であり、また、ステータ巻線特性の切り替え時に回転電機の動作を一旦停止させなければならないといった課題がある。
【０００４】
そこで、低速域及び高速域のそれぞれで回転電機の要求性能を簡素な構成で実現する手法として、下記特許文献１，２に見られるように、低速域で全波駆動処理を行い、高速域で半波駆動処理を行うものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３２２８８号公報
【特許文献２】特開平１１−３５６０８２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、半波駆動処理で回転電機を駆動させると、回転電機のトルクリップルが増加する。
【０００７】
本発明は、半波駆動処理時のトルクリップルを簡素な構成で低減できる回転電機装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００９】
第１の発明は、回転電機（１０）、及び該回転電機との間で電力伝達を行うフルブリッジインバータ（３０，４０）を備える回転電機装置である。前記回転電機は、Ｎを２以上の整数とし、ステータコア（１２ａ）に巻回されて、かつ、星形結線されたＮ相分の第１コイル（１３）と、前記第１コイルと電気的に絶縁されつつ前記ステータコアに巻回されて、かつ、星形結線されたＮ相分の第２コイル（１４）と、を有している。前記フルブリッジインバータは、第１ハイサイドスイッチ（ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ）及び第１ローサイドスイッチ（ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ）の直列接続体をＮ相分有し、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第１ローサイドスイッチの接続点が、前記第１コイルの両端のうち該第１コイルの中性点（Ｎ１）側とは反対側に接続された第１インバータ（３０）と、第２ハイサイドスイッチ（ＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐ）及び第２ローサイドスイッチ（ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎ）の直列接続体をＮ相分有し、前記第２ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチの接続点が、前記第２コイルの両端のうち該第２コイルの中性点（Ｎ２）側とは反対側に接続された第２インバータ（４０）と、である。
【００１０】
また第１の発明は、前記第１ローサイドスイッチの両端のうち前記第１ハイサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第１コイルの中性点を接続する第１中性点スイッチ（Ｓ１Ｍｎ）と、前記第２ハイサイドスイッチの両端のうち前記第２ローサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第２コイルの中性点を接続する第２中性点スイッチ（Ｓ２Ｍｐ）と、前記第１中性点スイッチ及び前記第２中性点スイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ、前記各第１ローサイドスイッチ、前記各第２ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する全波駆動処理を行う全波駆動部（８０）と、前記第１中性点スイッチ及び前記第２中性点スイッチをオンして、かつ、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する半波駆動処理を行う半波駆動部（８０）と、前記全波駆動処理及び前記半波駆動処理のうち、いずれかを選択して実行する実行部（８０）と、を備える。
【００１１】
第１の発明の回転電機は、Ｎ相分の第１，第２コイルを有する２重巻線回転電機である。第１コイルと第２コイルとは電気的に絶縁されている。
【００１２】
また第１の発明は、第１中性点スイッチと、第２中性点スイッチとを備えている。第１中性点スイッチは、第１ローサイドスイッチの両端のうち第１ハイサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び第１コイルの中性点を接続している。第２中性点スイッチは、第２ハイサイドスイッチの両端のうち第２ローサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び第２コイルの中性点を接続している。
【００１３】
さらに、第１の発明は、全波駆動処理を行う全波駆動部と、半波駆動処理を行う半波駆動部とを備えている。全波駆動処理及び半波駆動処理のうち、いずれかが実行部により選択されて実行される。全波駆動処理は、第１中性点スイッチ及び第２中性点スイッチをオフした状態で、第１インバータを構成する各第１ハイサイドスイッチ及び各第１ローサイドスイッチと、第２インバータを構成する各第２ハイサイドスイッチ及び各第２ローサイドスイッチとをスイッチング制御する処理である。
【００１４】
一方、半波駆動処理は、第１中性点スイッチをオンして、かつ、各第１ローサイドスイッチをオフした状態で、各第１ハイサイドスイッチをスイッチング制御する処理を含む。この処理により、各相の第１コイルには、第１ハイサイドスイッチ側から中性点側へと向かう方向に電流が流れる。
【００１５】
また、半波駆動処理は、第２中性点スイッチをオンして、かつ、各第２ハイサイドスイッチをオフした状態で、各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する処理を含む。この処理により、各相の第２コイルには、その中性点側から第２ローサイドスイッチ側へと向かう方向に電流が流れる。
【００１６】
半波駆動処理によれば、第１コイルの電流流通方向と第２コイルの電流流通方向とが、中性点を基準とした場合に逆となる。これにより、回転電機のトルクリップルが低減されるようにトルクを発生させることができる。したがって、第１の発明によれば、２重巻線回転電機を有効活用しつつ、各中性点スイッチを設けるといった簡素な構成で、半波駆動処理が行われる場合における回転電機のトルクリップルを低減できる。
【００１７】
ここで半波駆動部は、具体的には第２の発明のように、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれでずらしつつ、Ｎ相それぞれにおいて、電気角半周期以下の第１所定期間に渡って電気角１周期毎に前記第１ハイサイドスイッチを通電制御することができる。また半波駆動部は、前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれでずらしつつ、Ｎ相それぞれにおいて、電気角半周期以下の第２所定期間に渡って電気角１周期毎に前記第２ローサイドスイッチを通電制御することができる。
【００１８】
また半波駆動部は、より具体的には第３の発明のように、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれで「３６０°／Ｎ」ずらしつつ、前記第１ハイサイドスイッチを通電制御し、また、前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＮ相それぞれで「３６０°／Ｎ」ずらしつつ、前記第２ローサイドスイッチを通電制御することができる。
【００１９】
第４の発明では、前記第１所定期間及び前記第２所定期間のそれぞれが、「９０°＋１８０°／Ｎ」以上であって、かつ、電気角半周期以下の期間に設定されている。
【００２０】
第１，第２コイルへの通電期間が短くなると、回転電機のトルクリップルが増加してしまう。ここで、第４の発明における第１所定期間及び第２所定期間の設定によれば、相数に応じた第１，第２コイルの通電期間を確保できる。例えば、Ｎ＝３の場合、各所定期間は１５０°以上であってかつ電気角半周期以下の期間に設定される。これにより、回転電機のトルクリップルの低減効果を高めることができる。
【００２１】
第５の発明では、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の空間位相差が電気角で０となるように前記第１コイル及び前記第２コイルが前記ステータコアに巻回されており、前記半波駆動部は、空間位相が一致する相のそれぞれにおいて、前記第１ハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングと前記第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングとを電気角半周期だけずらしつつ、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチを通電制御する。
【００２２】
第５の発明によれば、空間位相が一致する相のそれぞれにおいて、第１コイルに通電されていない期間に第２コイルに通電することができる。また、空間位相が一致する相のそれぞれにおいて、第２コイルに通電されていない期間に第１コイルに通電することができる。このため、周期的に変動する回転電機のトルクの最小値を底上げすることができ、ひいては回転電機の平均トルクを増大することができる。
【００２３】
なお第５の発明において、第１，第２所定期間が１８０°に設定される場合、空間位相が一致する相のそれぞれにおいて、第１ハイサイドスイッチの通電制御の終了タイミングと、第２ローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングとが一致する。
【００２４】
ちなみに、第６の発明のように、前記ステータコアは、その周方向に所定間隔を隔てて形成された複数のティース部（１２ｂ）を有している。前記第１コイル及び前記第２コイルは、Ｎ相それぞれについて同一の前記ティース部に巻回されている。この場合、前記空間位相が一致する相とは、Ｎ相のうち、同一の前記ティース部に巻回されている前記第１コイル及び前記第２コイルの相のことである。
【００２５】
第７の発明では、前記半波駆動部は、Ｎ相のうち少なくとも２相分の前記第１コイルに同時に通電されるように前記第１ハイサイドスイッチを通電制御し、また、Ｎ相のうち少なくとも２相分の前記第２コイルに同時に通電されるように前記第２ローサイドスイッチを通電制御する。
【００２６】
第７の発明では、少なくとも２相分のコイルに同時に通電することにより、回転電機のトルクリップルをより低減することができる。
【００２７】
第８の発明は、前記第１コイル及び前記第２コイルに流す電流のピーク値が、前記全波駆動処理が行われる場合よりも前記半波駆動処理が行われる場合の方が大きくされている。
【００２８】
半波駆動処理が行われる場合における第１，第２コイルの通電期間は、全波駆動処理が行われる場合における第１，第２コイルの通電期間よりも短い。このため、半波駆動処理が行われる場合に電流が流れる各コイルの発熱量は、全波駆動処理が行われる場合に電流が流れる各コイルの発熱量よりも小さい。ここで、車載システムの各構成部品の熱設計は、通電期間の長い全波駆動処理が行われる場合に信頼性が低下しないようになされている。このため、半波駆動処理が行われる場合における各コイルの発熱量は、その許容上限値に対して余裕がある。
【００２９】
そこで第８の発明では、第１コイル及び第２コイルに流す電流のピーク値が、全波駆動処理が行われる場合よりも前記半波駆動処理が行われる場合の方が大きくされている。このため、半波駆動処理が行われる場合における回転電機のトルクを増大できる。
【００３０】
第９の発明では、前記第１中性点スイッチが第１ローサイド中性点スイッチとされ、前記第２中性点スイッチが第２ハイサイド中性点スイッチとされる。第９の発明は、前記第１ハイサイドスイッチの両端のうち前記第１ローサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第１コイルの中性点を接続する第１ハイサイド中性点スイッチ（Ｓ１Ｍｐ）と、前記第２ローサイドスイッチの両端のうち前記第２ハイサイドスイッチとの接続点とは反対側、及び前記第２コイルの中性点を接続する第２ローサイド中性点スイッチ（Ｓ２Ｍｎ）と、を備える。第９の発明では、前記第１ローサイド中性点スイッチ及び前記第２ハイサイド中性点スイッチをオンして、かつ、前記第１ハイサイド中性点スイッチ、前記第２ローサイド中性点スイッチ、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをスイッチング制御する処理が第１モードとされ、前記第１ハイサイド中性点スイッチ及び前記第２ローサイド中性点スイッチをオンして、かつ、前記第１ローサイド中性点スイッチ、前記第２ハイサイド中性点スイッチ、前記各第１ハイサイドスイッチ及び前記各第２ローサイドスイッチをオフした状態で、前記各第１ローサイドスイッチ及び前記各第２ハイサイドスイッチをスイッチング制御する処理が第２モードとされ、前記半波駆動部は、前記半波駆動処理として、前記第１モードと前記第２モードとを交互に実施する処理を行う。
【００３１】
第９の発明では、上記第１モードと上記第２モードとが交互に実施される。このため、半波駆動処理が行われる場合において、第１ローサイド中性点スイッチ、各第１ハイサイドスイッチ、第２ハイサイド中性点スイッチ、及び各第２ローサイドスイッチに電流が流れ続けることを防止できる。これにより、半波駆動処理が行われる場合における第１ローサイド中性点スイッチ、各第１ハイサイドスイッチ、第２ハイサイド中性点スイッチ、及び各第２ローサイドスイッチの過熱を防止することができる。
【００３２】
第１０の発明では、前記第１中性点スイッチは、その定格電流が、前記第１ハイサイドスイッチ及び前記第１ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きいものであり、前記第２中性点スイッチは、その定格電流が、前記第２ハイサイドスイッチ及び前記第２ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きいものである。
【００３３】
第１インバータを構成するＮ相分の第１ハイサイドスイッチそれぞれに流れる電流が第１コイルの中性点にて合流し得る。このため第１０の発明では、第１中性点スイッチの定格電流が、第１インバータを構成する第１ハイサイドスイッチ及び第１ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きくされている。これにより、第１中性点スイッチの信頼性を高めることができる。
【００３４】
また、第２中性点スイッチに流れる電流は、第２インバータを構成するＮ相分の第２ローサイドスイッチそれぞれに流れる電流の合計値となり得る。このため第１０の発明では、第２中性点スイッチの定格電流が、第２インバータを構成する第２ハイサイドスイッチ及び第２ローサイドスイッチそれぞれの定格電流よりも大きくされている。これにより、第２中性点スイッチの信頼性を高めることができる。
【００３５】
第１１の発明では、前記実行部は、前記回転電機のロータ（１１）の回転速度が第１所定値以下であると判定した場合、前記全波駆動処理を行い、前記ロータの回転速度が前記第１所定値を超えていると判定した場合、前記半波駆動処理を行い、前記ロータの回転速度が前記第１所定値を一旦超えたと判定した後、前記ロータの回転速度が前記第１所定値よりも小さい第２所定値を下回ったと判定した場合、前記半波駆動処理から前記全波駆動処理に切り替える。
【００３６】
第１１の発明によれば、半波駆動処理及び全波駆動処理のうち一方から他方への頻繁な切替の発生を防止できる。
【００３７】
ちなみに、前記回転電機としては、第１２の発明のように、発電機としても機能するものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る車載回転電機装置の全体構成図。
【図２】回転電機の断面図。
【図３】全波駆動処理と半波駆動処理との切替態様を示す図。
【図４】第１，第１インバータを構成するスイッチ、及び各中性点スイッチの駆動態様を示す図。
【図５】半波駆動処理時における電流流通経路を示す図。
【図６】各相に流れる正弦波状の電流を示す図。
【図７】ある相に流れる正弦波状の電流を示す図。
【図８】半波駆動処理時におけるトルクリップルの低減効果及び平均トルクの増大効果を示す図。
【図９】半波駆動処理時におけるトルク増大効果を示す特性図。
【図１０】第２実施形態に係る車載回転電機装置の全体構成図。
【図１１】回転電機の断面図。
【図１２】半波駆動処理時におけるトルクリップルの低減効果を示す図。
【図１３】第３実施形態に係る各相に流れる正弦波状の電流を示す図。
【図１４】半波駆動処理時におけるトルク増大効果を示す特性図。
【図１５】第４実施形態に係るモード切替処理の手順を示すフローチャート。
【図１６】第１，第１インバータを構成するスイッチ、及び各中性点スイッチの駆動態様を示す図。
【図１７】半波駆動処理時における電流流通経路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る回転電機装置を車載主機としてエンジンを搭載した車両に搭載した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４０】
回転電機装置は、図１に示すように、回転電機１０を備えている。回転電機１０は、３相２重巻線を有する回転電機である。本実施形態では、回転電機１０として、永久磁石界磁型の同期機を用いている。また本実施形態では、回転電機１０として、電動機及び発電機の機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を用いている。
【００４１】
回転電機１０を構成するロータ１１は、永久磁石を有し、エンジン２０の出力軸と動力伝達可能とされている。具体的には、ロータ１１は、ベルトを介して出力軸に接続されている。エンジン２０の出力軸には、変速装置及び車軸を含む動力伝達経路を介して、駆動輪２１が接続されている。
【００４２】
回転電機１０を構成するステータ１２には、互いに電気的に絶縁された第１コイル１３及び第２コイル１４が配置されている。第１，第２コイル１３，１４に対して、ロータ１１が共通化されている。第１コイル１３は、ステータコア１２ａに巻回されたＵ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗを有している。Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、星形結線されており、電気角で互いに１２０°ずれた状態でステータコア１２ａに巻回されている。
【００４３】
第２コイル１４は、第１コイル１３が巻回されたステータコア１２ａに巻回され、Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚを有している。Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚは、星形結線されており、電気角で互いに１２０°ずれた状態でステータコア１２ａに巻回されている。なお本実施形態において、各コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚの巻数は互いに同一に設定されている。
【００４４】
図２を用いて、回転電機１０の構成について詳述する。なお、図２は、ロータ１１の回転中心軸線Ｏの方向と直交する面で回転電機１０を切断した断面図を示している。
【００４５】
図示されるように、ステータコア１２ａは、円環状をなしている。ステータコア１２ａの中心軸線と、ロータ１１の回転中心軸線Ｏとは、同軸上に配置されている。本実施形態において、ロータ１１は、ステータコア１２ａの内周側に、ステータコア１２ａに対して回転自在に配置されている。
【００４６】
ステータコア１２ａは、その周方向に等ピッチで形成された複数のティース部１２ｂを有している。本実施形態において、ステータコア１２ａは、４８個のティース部１２ｂを有している。このため、ステータコア１２ａには、周方向に隣り合うティース部１２ｂによって４８個のスロットが形成されている。
【００４７】
ロータ１１は、回転軸が設けられたロータコア１１ａと、ロータコア１１ａに設けられた永久磁石１１ｂとを備えている。本実施形態では、８極分の永久磁石１１ｂが設けられている。
【００４８】
各ティース部１２ｂには、コイルが巻回されている。詳しくは、ステータコア１２ａの周方向に並ぶティース部１２ｂのそれぞれには、Ｕ相コイル１３Ｕ＋、Ｗ相コイル１３Ｗ−、Ｖ相コイル１３Ｖ＋、Ｕ相コイル１３Ｕ−、Ｗ相コイル１３Ｗ＋、及びＶ相コイル１３Ｖ−の順で各コイルが巻回されている。このため、各コイル１３Ｕ＋，１３Ｗ−，１３Ｖ＋，１３Ｕ−，１３Ｗ＋，１３Ｖ−は、隣り合う２個のスロットに配置されている。ここで、各コイルの「＋」「−」は、極性が逆であることを示している。
【００４９】
ステータコア１２ａの周方向に並ぶティース部１２ｂのそれぞれには、Ｘ相コイル１４Ｘ＋、Ｚ相コイル１４Ｚ−、Ｙ相コイル１４Ｙ＋、Ｘ相コイル１４Ｘ−、Ｚ相コイル１４Ｚ＋、及びＹ相コイル１４Ｙ−の順で各コイルが巻回されている。このため、各コイル１４Ｘ＋，１４Ｚ−，１４Ｙ＋，１４Ｘ−，１４Ｚ＋，１４Ｙ−は隣り合う２個のスロットに配置されている。
【００５０】
本実施形態では、ステータコア１２ａの径方向外側をＵ相コイル１３Ｕ＋、径方向内側をＸ相コイル１４Ｘ＋として、互いに電気的に絶縁された状態で各コイル１３Ｕ＋，１４Ｘ＋が同一のティース部１２ｂに巻回されている。Ｗ相コイル１３Ｗ−，Ｚ相コイル１４Ｚ−の組、Ｖ相コイル１３Ｖ＋，Ｙ相コイル１４Ｙ＋の組、Ｕ相コイル１３Ｕ−，Ｘ相コイル１４Ｘ−の組、Ｗ相コイル１３Ｗ＋，Ｚ相コイル１４Ｚ＋の組、及びＶ相コイル１３Ｖ−，Ｙ相コイル１４Ｙ−の組についても同様である。このため本実施形態では、第１コイル１３と第２コイル１４とのなす空間位相差が電気角で０°とされている。なお図２では、各コイルの断面のハッチングを省略している。
【００５１】
先の図１に戻り、回転電機装置は、フルブリッジインバータである第１インバータ３０及び第２インバータ４０を備えている。第１インバータ３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの高電位側端子には、直流電源５０の正極端子が接続されている。直流電源５０の負極端子には、グランドが接続されている。なお本実施形態では、直流電源５０として蓄電池を用いている。また本実施形態では、直流電源５０として、定格電圧が１２Ｖのものを用いている。
【００５２】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの低電位側端子には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの高電位側端子が接続されている。Ｗ相ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの低電位側端子には、グランドが接続されている。本実施形態では、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとして、電圧制御型の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。このため、各スイッチにおいて、高電位側端子はドレインであり、低電位側端子はソースである。なお、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎには、ボディダイオードが逆並列に接続されている。
【００５３】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐのソースと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎのドレインとの接続点には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの第２端は、第１中性点Ｎ１で接続されている。
【００５４】
第２インバータ４０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐと、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎとの直列接続体を備えている。本実施形態では、各スイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎとして、電圧制御型の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。Ｘ，Ｙ，Ｚ相ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐのドレインには、直流電源５０の正極端子が接続されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎのソースには、グランドが接続されている。
【００５５】
Ｘ，Ｙ，Ｚ相ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐのソースと、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎのドレインとの接続点には、Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚの第１端が接続されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚの第２端は、第２中性点Ｎ２で接続されている。
【００５６】
回転電機装置は、第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐ及び第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎの直列接続体を有する第１ハーフブリッジ回路６０を備えている。本実施形態では、各中性点スイッチＳ１Ｍｐ，Ｓ１Ｍｎとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐのドレインには、直流電源５０の正極端子が接続されている。第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎのソースには、グランドが接続されている。第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐのソースと第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎのドレインとの接続点には、第１中性点Ｎ１が接続されている。
【００５７】
回転電機装置は、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐ及び第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎの直列接続体を有する第２ハーフブリッジ回路７０を備えている。本実施形態では、各中性点スイッチＳ２Ｍｐ，Ｓ２Ｍｎとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐのドレインには、直流電源５０の正極端子が接続されている。第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎのソースには、グランドが接続されている。第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐのソースと第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎのドレインとの接続点には、第２中性点Ｎ２が接続されている。
【００５８】
回転電機装置は、制御装置８０を備えている。制御装置８０は、第１インバータ３０、第２インバータ４０、第１ハーフブリッジ回路６０及び第２ハーフブリッジ回路７０それぞれを構成する各スイッチを、ロータ１１の磁極位置情報Ｓｉｇに基づいてスイッチング制御する。
【００５９】
なお、磁極位置情報Ｓｉｇとしては、例えば、ロータ１１の電気角を検出する角度検出器により検出された電気角情報を用いることができる。この場合、角度検出器としては、例えば、レゾルバ、ホールＩＣ、ＭＲ式のセンサ、光学式のセンサ等を用いることができる。また、磁極位置情報Ｓｉｇとしては、例えば、角度検出器の検出情報を用いない位置センサレス制御で得られた電気角情報を用いることができる。
【００６０】
ちなみに、回転電機装置としては、例えば、回転電機１０、各インバータ３０，４０、各ハーフブリッジ回路６０，７０及び制御装置８０が一体化されて構成されたものであってもよいし、これら機器それぞれが別々に配置されて構成されたものであってもよい。
【００６１】
続いて、制御装置８０の処理について説明する。本実施形態において、制御装置８０が、半波駆動部、全波駆動部及び実行部に相当する。
【００６２】
制御装置８０は、磁極位置情報Ｓｉｇに基づいて各インバータ３０，４０を制御することにより、回転電機１０を電動機として駆動させる。詳しくは、制御装置８０は、磁極位置情報Ｓｉｇに基づいて、ロータ１１の回転速度Ｎｍを算出する。制御装置８０は、算出した回転速度Ｎｍが第１所定値Ｎｔｈ１以下であると判定している場合、図３に示すように、全波駆動処理を行う。この処理は、各中性点スイッチＳ１Ｍｐ，Ｓ１Ｍｎ，Ｓ２Ｍｐ，Ｓ２Ｍｎをオフした状態で、第１インバータ３０を構成する各スイッチと、第２インバータ４０を構成する各スイッチとをスイッチング制御する処理である。ここで、各インバータ３０，４０を構成する各スイッチのスイッチング制御により、各インバータ３０，４０から各コイル１３，１４へと３相対称交流電流が流れる。なお、３相対称交流電流を流す手法は、例えばベクトル制御等の周知の手法を用いればよい。
【００６３】
一方、制御装置８０は、ロータ１１の回転速度Ｎｍが第１所定値Ｎｔｈ１を超えていると判定している場合、図３に示すように、半波駆動処理を行う。この処理は、第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎ及び第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐをオンして、かつ、第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐ、第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ及びＸ，Ｙ，Ｚ相ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐをオフする処理を含む。また半波駆動処理は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ及びＸ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎを図４に示す通電パターンでスイッチング制御する処理を含む。なお図４において、横軸の１目盛は電気角６０°を表している。
【００６４】
詳しくは、制御装置８０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの通電制御の開始タイミングを、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれで１２０°ずらしている。また、制御装置８０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれにおいて、電気角半周期（１８０°）に渡って電気角１周期毎にＵ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐを通電制御する。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐについて、電気角１８０°の無通電期間が存在することとなる。
【００６５】
一方、制御装置８０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御の開始タイミングを、Ｘ，Ｙ，Ｚ相それぞれで１２０°ずらしている。また、制御装置８０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相それぞれにおいて、電気角半周期（１８０°）に渡って電気角１周期毎にＸ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎを通電制御する。このため、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎについて、電気角１８０°の無通電期間が存在することとなる。
【００６６】
ここで、Ｕ相とＸ相とは、空間位相が一致している。制御装置８０は、Ｕ相ハイサイドスイッチＳＵｐの通電制御の開始タイミングと、Ｘ相ローサイドスイッチＳＸｎの通電制御の開始タイミングとを電気角１８０°だけずらしている。
【００６７】
また、Ｖ相とＹ相とは、空間位相が一致している。制御装置８０は、Ｖ相ハイサイドスイッチＳＶｐの通電制御の開始タイミングと、Ｙ相ローサイドスイッチＳＹｎの通電制御の開始タイミングとを電気角１８０°だけずらしている。
【００６８】
さらに、Ｗ相とＺ相とは、空間位相が一致している。制御装置８０は、Ｗ相ハイサイドスイッチＳＷｐの通電制御の開始タイミングと、Ｚ相ローサイドスイッチＳＺｎの通電制御の開始タイミングとを電気角１８０°だけずらしている。
【００６９】
図４に示す通電パターンで第１，第２インバータ３０，４０の各スイッチを駆動する場合における電流流通経路を図５に示す。なお図５では、半波駆動処理時において常時オフされているスイッチの図示を省略している。
【００７０】
まず、第１コイル１３について説明すると、破線の矢印に示すように、直流電源５０の正極端子、第１インバータ３０を構成するオン状態のハイサイドスイッチ、第１中性点Ｎ１、第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎ、グランド、及び直流電源５０の負極端子を有するループ経路に電流が流れる。すなわち、各ハイサイドスイッチから各相コイルへと電流を流し込み、第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎからグランドを介して直流電源５０へと電流を還流させる。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗに流れる電流をＩＵ，ＩＶ，ＩＷにて示した。
【００７１】
続いて、第２コイル１４について説明すると、破線の矢印に示すように、直流電源５０の正極端子、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐ、第２中性点Ｎ２、第２インバータ４０を構成するオン状態のローサイドスイッチ、グランド、及び直流電源５０の負極端子を有するループ経路に電流が流れる。すなわち、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐから各相コイルへと電流を流し込み、各ローサイドスイッチからグランドを介して直流電源５０へと電流を還流させる。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚに流れる電流をＩＸ，ＩＹ，ＩＺにて示した。
【００７２】
ここで本実施形態では、図４に示すように、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御を、正弦波ＰＷＭ制御によって行う。この場合、各相コイルに流れる電流波形は、図６に示すように、正弦波の半波分の波形となる。詳しくは、Ｕ相コイル１３Ｕに着目すると、図７に示すように、電気角１８０°の期間のみ正弦波状の電流が流れ、残りの１８０°の期間において電流が流れない。また図６に示すように、第１コイル１３及び第２コイル１４のそれぞれにおいて、電気角６０°に渡ってオーバーラップして通電される期間が存在する。図６では、各相コイルの第２端から中性点へと向かう方向が正として定義され、中性点から各相コイルの第２端へと向かう方向が負として定義されている。
【００７３】
なお図６では、各相コイル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｘ〜１４Ｚに流れる電流のピーク値をＶａにて示した。また本実施形態では、各相コイル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｘ〜１４Ｚに流す電流のピーク値を、全波駆動処理が行われる場合と半波駆動処理が行われる場合とで等しくなるようにしている。
【００７４】
続いて、図８及び図９を用いて、本実施形態に係る半波駆動処理の効果について説明する。ここで、図８及び図９に示す従来技術とは、先の図１に示す構成において、第２インバータ４０を構成する各スイッチを、第１インバータ３０を構成する各スイッチと同じ態様で制御して、かつ、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐ及び第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎを、第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐ及び第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎと同じ態様で制御する技術のことをいう。
【００７５】
本実施形態に係る半波駆動処理によれば、図８に示すように、従来技術と比較して、回転電機１０のトルクリップルＴｒｑｒｉｐを低減することができる。本実施形態では、トルクリップルＴｒｑｒｉｐを９０％から２０％に低減することができる。なお、トルクリップルＴｒｑｒｉｐが９０％であるとは、回転電機１０の平均トルクＴｒｑａｖｅに対するトルク脈動の割合が９０％を占めることを意味する。
【００７６】
トルクリップルＴｒｑｒｉｐを低減できるのは、第１中性点Ｎ１を基準とした場合のＵ，Ｖ，Ｗ相コイル１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの電流流通方向と、第２中性点Ｎ２を基準とした場合のＸ，Ｙ，Ｚ相コイル１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚの電流流通方向とが逆になり、回転電機１０の瞬間最大トルクを小さくしてかつ瞬間最小トルクを大きくできるためである。
【００７７】
特に本実施形態では、以下（Ａ）〜（Ｃ）の構成としたことにより、例えばＵ，Ｖ，Ｗ，Ｚ相について説明すると、Ｕ相コイル１３Ｕの通電制御の開始タイミングからＶ相コイル１３Ｖの通電制御の終了タイミングまでの期間の中央のタイミングにおいて、Ｗ相と空間位相が一致するＺ相コイル１４Ｚに流れる電流を最大にできる。その結果、トルクリップルの低減効果を大きくできる。
【００７８】
（Ａ）Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの通電制御の開始タイミングを１２０°（＝３６０°／３）ずつずらし、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御の開始タイミングを１２０°ずつずらしたこと。
【００７９】
（Ｂ）Ｕ相ハイサイドスイッチＳＵｐの通電制御の開始タイミングと、Ｕ相と空間位相が一致するＸ相ローサイドスイッチＳＸｎの通電制御の開始タイミングとを１８０°ずらし、Ｖ相ハイサイドスイッチＳＶｐの通電制御の開始タイミングと、Ｖ相と空間位相が一致するＹ相ローサイドスイッチＳＹｎの通電制御の開始タイミングとを１８０°ずらし、Ｗ相ハイサイドスイッチＳＷｐの通電制御の開始タイミングと、Ｗ相と空間位相が一致するＺ相ローサイドスイッチＳＺｎの通電制御の開始タイミングとを１８０°ずらしたこと。
【００８０】
（Ｃ）各相コイル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｘ〜１４Ｚの通電制御期間を１８０°に設定したこと。
【００８１】
また本実施形態に係る半波駆動処理によれば、従来技術と比較して、回転電機１０の瞬間最大トルクは低下するものの、回転電機１０の平均トルクＴｒｑａｖｅを増大できる。平均トルクＴｒｑａｖｅは、最大トルクと最小トルクとの平均値に略等しくなる。本実施形態では、平均トルクＴｒｑａｖｅを３２Ｎｍから３５Ｎｍに増大できる。
【００８２】
平均トルクＴｒｑａｖｅが増大できるのは、以下に説明する理由のためである。例えばＵ，Ｘ相について説明すると、Ｕ相コイル１３Ｕに通電されていない期間に、Ｕ相コイルと空間位相が一致するＸ相コイル１４Ｘに、Ｕ相コイル１３Ｕに流れる電流方向とは逆向きの電流が流れる。これにより、周期的に変動する回転電機１０のトルクの最小値を底上げすることができ、平均トルクＴｒｑａｖｅを増大できる。そして平均トルクＴｒｑａｖｅの増大により、図９の回転速度Ｎｍ及びトルク特性に示すように、第１所定値Ｎｔｈ１以上の高回転速度領域におけるトルクを従来技術よりも高めることができる。
【００８３】
本実施形態において、制御装置８０は、図３に示すように、ロータ１１の回転速度Ｎｍが第１所定値Ｎｔｈ１を一旦超えたと判定した後、回転速度Ｎｍが第１所定値Ｎｔｈ１よりも小さい第２所定値Ｎｔｈ２を下回ったと判定した場合、半波駆動処理から全波駆動処理に切り替える。これにより、半波駆動処理及び全波駆動処理のうち一方から他方への頻繁な切替の発生を防止できる。
【００８４】
本実施形態では、図５に示すように、第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐ及び第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎの定格電流が、第１インバータ３０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎの定格電流よりも大きく設定されており、具体的には、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎの定格電流の１．５〜２倍に設定されている。また、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐ及び第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎの定格電流が、第２インバータ４０を構成する各スイッチＳＸｐ〜ＳＺｎの定格電流よりも大きく設定されており、具体的には、各スイッチＳＸｐ〜ＳＺｎの定格電流の１．５〜２倍に設定されている。これにより、半波駆動処理が行われる場合における各中性点スイッチＳ１Ｍｎ，Ｓ２Ｍｐの信頼性を高めることができる。
【００８５】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１０に示すように、第１コイル１３と第２コイル１４とに空間位相差をもたせるように第１コイル１３と第２コイル１４とをステータコア１２ａに巻回する。本実施形態では、上記空間位相差が電気角３０°に設定されている。なお図１０において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８６】
図１１を用いて、本実施形態に係る回転電機１０の構成について詳述する。なお、図１１において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８７】
図示されるように、ステータコア１２ａの周方向に並ぶ各スロットのそれぞれには、Ｕ相コイル１３Ｕ＋、Ｘ相コイル１４Ｘ＋、Ｗ相コイル１３Ｗ−、Ｚ相コイル１４Ｚ−、Ｖ相コイル１３Ｖ＋、Ｙ相コイル１４Ｙ＋、Ｕ相コイル１３Ｕ−、Ｘ相コイル１４Ｘ−、Ｗ相コイル１３Ｗ＋、Ｚ相コイル１４Ｚ＋、Ｖ相コイル１３Ｖ−、及びＹ相コイル１４Ｙ−の順で各コイルが収容されている。図１１において、周方向に並ぶ６スロットで電気角１８０°となるため、互いに隣接するスロットは、電気角で３０°（＝１８０°／６）離間している。
【００８８】
図１２に、本実施形態に係るトルクリップルの低減効果を示す。図１２に示すように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の図８に示した効果に準じたトルクリップルの低減効果を得ることができる。
【００８９】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１３に示すように、第１，第２コイル１３，１４を構成する各相コイル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｘ〜１４Ｚに流す電流のピーク値が、全波駆動処理が行われる場合よりも半波駆動処理が行われる場合の方が大きくされている。
【００９０】
半波駆動処理が行われる場合における第１，第２コイル１３，１４の通電期間は、全波駆動処理が行われる場合における第１，第２コイル１３，１４の略半分である。このため、半波駆動処理が行われる場合に電流が流れる各コイル１３，１４の発熱量は、全波駆動処理が行われる場合に電流が流れる各コイル１３，１４の発熱量の略半分となる。ここで、回転電機装置の各構成部品の熱設計は、通電期間の長い全波駆動処理が行われる場合に信頼性が低下しないようになされている。このため、半波駆動処理が行われる場合における各コイル１３，１４の発熱量は、信頼性の低下を招かない許容上限値に対して余裕がある。したがって、半波駆動処理が行われる場合の各コイル１３，１４の発熱量を、全波駆動処理が行われる場合の発熱量程度に増加させても、回転電機装置の各構成部品の信頼性は低下しない。
【００９１】
したがって本実施形態では、各相コイル１３Ｕ〜１３Ｗ，１４Ｘ〜１４Ｚに流す電流のピーク値が、全波駆動処理が行われる場合よりも半波駆動処理が行われる場合の方が大きくされている。具体的には、半波駆動処理が行われる場合の電流のピーク値は、全波駆動処理が行われる場合の電流のピーク値の√２倍を超えない範囲で大きくできる。なお、√２倍というのは、発熱量が電流の２乗に比例するため、発熱量が２倍を超えない範囲が電流値で√２倍を超えない範囲として定められることから導かれる。
【００９２】
以上説明した本実施形態によれば、図１４の実線にて示すように、半波駆動処理時において回転電機１０の高速域のトルクを、図中一点鎖線にて示す上記第１実施形態のトルクよりも増大できる。
【００９３】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、半波駆動処理時にモード切替処理を行う。
【００９４】
図１５に、モード切替処理の手順を示す。この処理は、半波駆動処理が実行されていることを条件として、制御装置８０によって例えば所定周期毎に繰り返し実行される。
【００９５】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、各インバータ３０，４０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎ，ＳＸｐ〜ＳＺｎ、及び各ハーフブリッジ回路６０，７０を構成する各スイッチＳ１Ｍｐ，Ｓ１Ｍｎ，Ｓ２Ｍｐ，Ｓ２Ｍｎのそれぞれの温度を個別に取得する。ここで各温度は、例えば、各スイッチの温度を検出する温度検出部の検出値とすればよい。
【００９６】
続くステップＳ１１では、ステップＳ１０で取得した各温度のうち、いずれかの温度が閾値温度Ｔｔｈに到達しているか否かを判定する。ここで閾値温度Ｔｔｈは、例えば、各スイッチのジャンクション温度に設定されればよい。
【００９７】
ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ１２に進み、現在のモードが第１モードであるか否かを判定する。第１モードとは、先の図４に示した通電パターンで各スイッチを制御するモードのことである。
【００９８】
ステップＳ１２において第１モードであると判定した場合には、ステップＳ１３に進み、第２モードに切り替える。第２モードとは、図１６に示す通電パターンで各スイッチを制御するモードのことである。第２モードでは、第１インバータ３０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎのうち通電制御対象となるスイッチが、ハイサイドスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐからローサイドスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎに変更されている。また、通電制御対象が、第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎから第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐに変更されている。なお、第２モードにおける各ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの通電制御期間は、第１モードにおける各ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの通電制御期間と１８０°ずらされている。すなわち、図１６に示す第２モードにおける各ローサイドスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの通電制御期間は、先の図４に示した第１モードにおいて各ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐが通電制御されていない期間となる。
【００９９】
さらに、第２モードでは、第２インバータ４０を構成する各スイッチＳＸｐ〜ＳＺｎのうち通電制御対象となるスイッチが、ローサイドスイッチＳＸｎ〜ＳＺｎからハイサイドスイッチＳＸｐ〜ＳＺｐに変更されている。また、通電制御対象が、第２ハイサイド中性点スイッチＳ２Ｍｐから第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎに変更されている。なお、第２モードにおける各ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐの通電制御期間は、第１モードにおける各ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御期間と１８０°ずらされている。すなわち、図１６に示す第２モードにおける各ハイサイドスイッチＳＸｐ，ＳＹｐ，ＳＺｐの通電制御期間は、先の図４に示した第１モードにおいて各ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎが通電制御されていない期間となる。
【０１００】
ここで、図１７に、第２モードが実行されている場合における電流流通経路を示す。なお、図１７では、第２モードの実行時において常時オフされているスイッチの図示を省略している。
【０１０１】
先の図１５の説明に戻り、ステップＳ１２において現在のモードが第２モードであると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、第１モードに切り替える。
【０１０２】
以上説明したモード切替処理は、回転電機装置の信頼性の低下を防止するために行われる。つまり、半波駆動処理時において第１モードのみが実施され続けると、第１インバータ３０を構成するハイサイドスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐ及び第１ローサイド中性点スイッチＳ１Ｍｎに負荷が集中し、半田づけ部等、各スイッチの基板との接合部が疲労してくる懸念がある。この場合、各スイッチの放熱性が悪化して各スイッチの温度が上昇しやすくなり、各スイッチが過熱状態となる懸念がある。
【０１０３】
そこで本実施形態では、モード切替処理が行われる。この処理によれば、各インバータ３０，４０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎ，ＳＸｐ〜ＳＺｎ、及び各ハーフブリッジ回路６０，７０を構成する各スイッチＳ１Ｍｐ，Ｓ１Ｍｎ，Ｓ２Ｍｐ，Ｓ２Ｍｎのいずれかの温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したことをトリガとして、第１モードと第２モードとが交互に実施されることとなる。このため、半波駆動処理が行われる場合において、各インバータ３０，４０を構成する各スイッチ及び各ハーフブリッジ回路６０，７０を構成する各スイッチのうち、特定のスイッチに電流が流れ続けることを防止できる。これにより、特定のスイッチの接合部が疲労することを防止し、ひいては回転電機装置の信頼性の低下を防止できる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１０５】
・上記第１実施形態では、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御を、正弦波ＰＷＭ制御によって行ったがこれに限らない。例えば、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御期間である電気角半周期に渡って、各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎをオンし続ける制御を行ってもよい。また例えば、通電制御期間において、所定の時比率にて各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎをオンオフ制御してもよい。ここで時比率とは、規定時間Ｔｓｗに対するスイッチのオン時間Ｔｏｎの比率「Ｔｏｎ／Ｔｓｗ」のことである。
【０１０６】
・上記第４実施形態では、各インバータ３０，４０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎ，ＳＸｐ〜ＳＺｎ、及び各ハーフブリッジ回路６０，７０を構成する各スイッチＳ１Ｍｐ，Ｓ１Ｍｎ，Ｓ２Ｍｐ，Ｓ２Ｍｎのいずれかの温度が閾値温度Ｔｔｈに到達したことをトリガとして、第１モード及び第２モードのうちいずれか一方のモードから他方のモードに切り替えたがこれに限らない。例えば、各スイッチの温度を取得することなく、一定時間毎に、第１モード及び第２モードのうちいずれか一方のモードから他方のモードに切り替えてもよい。
【０１０７】
・上記第４実施形態のモード切替処理が行われない場合、第１ハイサイド中性点スイッチＳ１Ｍｐ及び第２ローサイド中性点スイッチＳ２Ｍｎを回転電機装置から除去してもよい。
【０１０８】
・上記第１実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎとの通電制御期間を電気角半周期（１８０°）としたがこれに限らない。例えば、通電制御期間を、１２０°以上であってかつ１８０°未満の期間としてもよく、望ましくは、１５０°以上であってかつ１８０°未満の期間としてもよい。なお、通電制御期間が１２０°とされる場合、各インバータ３０，４０において、３相のうち少なくとも２相分のコイルに同時に通電されなくなる。
【０１０９】
・上記第１実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ハイサイドスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの通電制御期間である第１所定期間と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相ローサイドスイッチＳＸｎ，ＳＹｎ，ＳＺｎの通電制御期間である第２所定期間とを等しくしたがこれに限らない。例えば、従来技術に対するトルクリップルの低減効果が過度に低下しないことを条件として、第１所定期間と第２所定期間とを異なる期間に設定してもよい。
【０１１０】
・上記第１実施形態では、各インバータ３０，４０を３相のものとしたがこれに限らず、２相、又は４相以上のものであってもよい。この場合、２、又は４以上の整数をＭと定義すると、半波駆動処理は以下に説明する処理とすればよい。
【０１１１】
制御装置８０は、第１インバータ３０を構成するハイサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＭ相それぞれで「３６０°／Ｍ」ずらしつつ上記ハイサイドスイッチを通電制御し、また、第２インバータ４０を構成するローサイドスイッチの通電制御の開始タイミングをＭ相それぞれで「３６０°／Ｍ」ずらしつつ上記ローサイドスイッチを通電制御する。ここでは、各スイッチの通電制御期間が「９０°＋１８０°／Ｍ」以上であって、かつ、電気角半周期以下の期間に設定される。
【０１１２】
・インバータを構成する各スイッチ、及び中性点スイッチとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。ＩＧＢＴは、例えばＳｉにて構成されるものであってもよい。ＩＧＢＴの場合、スイッチの高電位側端子はコレクタとなり、低電位側端子はエミッタとなる。
【０１１３】
なお、各スイッチの材質は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ又はＧａＮであってもよい。
【０１１４】
・回転電機としては、永久磁石界磁型の回転電機に限らない。例えば、巻線界磁型の回転電機、又は永久磁石界磁及び巻線界磁の双方を有する回転電機であってもよい。
【０１１５】
・直流電源５０としては、定格電圧が１２Ｖの低圧蓄電池に限らず、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車用の高圧蓄電池であってもよい。
【０１１６】
・回転電機１０としては、エンジン２０の出力軸にベルトを介して接続されるものに限らない。例えば、出力軸と駆動輪２１とを接続する動力伝達経路において、変速装置よりも駆動輪２１側に回転電機１０が直接接続される構成であってもよい。また例えば、上記動力伝達経路において、エンジン２０と変速装置との間に挟み込まれる形で回転電機１０が搭載される構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…回転電機、１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル、１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ…Ｘ，Ｙ，Ｚ相コイル、３０…第１インバータ、４０…第２インバータ、Ｓ１Ｍｐ…第１ハイサイド中性点スイッチ、Ｓ１Ｍｎ…第１ローサイド中性点スイッチ、Ｓ２Ｍｐ…第２ハイサイド中性点スイッチ、Ｓ２Ｍｎ…第２ローサイド中性点スイッチ、８０…制御装置。
【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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【図１７】
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