(57)【要約】【課題】ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスを低減することで、高調波成分に起因するトルクリップルを低減することが可能な界磁巻線型回転機を提供する。【解決手段】界磁巻線型回転機は、ステータコアに巻装されるステータ固定巻線と、ロータコアに巻装されるロータ界磁巻線と、ロータ界磁巻線の両端間に接続される整流素子と、一端が整流素子の一端に接続され、他端がロータ界磁巻線の途中に接続されるコンデンサと、ステータ固定巻線に回転トルクを発生させるための基本波成分と基本波成分に比して周期が短い高調波成分とを重畳した電流を流すことにより、ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起する制御回路と、を備える。ロータ界磁巻線のインダクタンス及びコンデンサの容量は、高調波成分の周波数に対して共振関係にある。【選択図】図８
2018102111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコア（３２）に巻装されるステータ固定巻線（３４）と、
ロータコア（４２）に巻装されるロータ界磁巻線（４４，４４−１，４４−２，４４−３）と、
前記ロータ界磁巻線の両端間に接続される整流素子（５２）と、
一端が前記整流素子の一端に接続され、他端が前記ロータ界磁巻線の途中に接続されるコンデンサ（５４，５４−１，５４−２）と、
前記ステータ固定巻線に回転トルクを発生させるための基本波成分と前記基本波成分に比して周期が短い高調波成分とを重畳した電流を流すことにより、前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起する制御回路（７２）と、
を備え、
前記ロータ界磁巻線のインダクタンス及び前記コンデンサの容量は、前記高調波成分の周波数に対して共振関係にある、界磁巻線型回転機。
【請求項２】
前記高調波成分は、前記基本波成分に対して１／２周期を有する定在波であって、振幅調整されている、請求項１記載の界磁巻線型回転機。
【請求項３】
前記ロータ界磁巻線は、前記コンデンサの他端と前記整流素子の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部（４４−１）と、前記コンデンサに並列に接続されている第２部分界磁巻線部（４４−２）と、を有し、
前記第１部分界磁巻線部のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく第１共振周波数、及び、前記第２部分界磁巻線部のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく第２共振周波数の少なくとも一方は、前記高調波成分の周波数を含む、又は、前記高調波成分の周波数は、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間にある、請求項１又は２記載の界磁巻線型回転機。
【請求項４】
前記ロータ界磁巻線は、直列接続された複数の部分界磁巻線部（４４−１，４４−２，４４−３）を有し、
前記コンデンサは、それぞれ一端が前記整流素子の一端に接続され、前記部分界磁巻線部同士の接続点ごとに他端が接続される複数の部分コンデンサ（５４−１，５４−２）を有し、
複数の前記部分界磁巻線部と複数の前記部分コンデンサとにより複数の共振回路（１０２，１０４，１０６，１０８）が設けられており、
前記共振回路の共振周波数の少なくとも何れか一つは、前記高調波成分の周波数を含む、又は、前記高調波成分の周波数は、何れか２つの前記共振回路の共振周波数の間にある、請求項１又は２記載の界磁巻線型回転機。
【請求項５】
前記共振回路ごとの共振周波数は、互いに異なる、請求項４記載の界磁巻線型回転機。
【請求項６】
前記基本波成分に重畳される前記高調波成分の周波数は、低回転から高回転まで、前記ロータ界磁巻線のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく共振周波数を含む所定周波数範囲内である、請求項１乃至５の何れか一項記載の界磁巻線型回転機。
【請求項７】
前記所定周波数範囲は、前記ロータ界磁巻線に誘起される励磁電流又はトルクが所定値以上となる範囲である、請求項６記載の界磁巻線型回転機。
【請求項８】
前記ステータ固定巻線は、三相の相巻線からなり、
前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の中心から電気角３０°〜６０°遅れた位置で、他の二相のうち一方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に所定期間だけオフするための第１負電圧パルスを付加すると共に、他の二相のうち他方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に前記第１負電圧パルスと対をなす所定期間だけオンするための第１正電圧パルスを付加し、又は、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間の中心から電気角３０°〜６０°遅れた位置で、他の二相のうち一方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に所定期間だけオンするための第２正電圧パルスを付加すると共に、他の二相のうち他方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に前記第２正電圧パルスと対をなす所定期間だけオフするための第２負電圧パルスを付加する、請求項６又は７記載の界磁巻線型回転機。
【請求項９】
前記制御回路は、一の相巻線を基準とした前記第１負電圧パルス及び前記第１正電圧パルスの付加並びに前記第２正電圧パルス及び前記第２負電圧パルスの付加の双方を他の二相の相巻線を基準とした場合にも行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回行い、又は、一の相巻線を基準とした前記第１負電圧パルス及び前記第１正電圧パルスの付加並びに前記第２正電圧パルス及び前記第２負電圧パルスの付加の何れか一方を他の二相の相巻線を基準とした場合にも行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で３回行う、請求項８記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１０】
前記ステータ固定巻線は、三相の相巻線からなり、
前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に所定期間だけオフするための第１負電圧パルスを付加すると共に、他の何れか一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に前記第１負電圧パルスと対をなす所定期間だけオンするための第１正電圧パルスを付加し、又は、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に所定期間だけオン期間を継ぎ足すための第２正電圧パルスを付加すると共に、他の何れか一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に前記第２正電圧パルスと対をなす所定期間だけオフするための第２負電圧パルスを付加する、第１生成処理を実行する、請求項６又は７記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記第１生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の双方のタイミングで行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回行う、請求項１０記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記第１生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の何れか一方のタイミングで行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で３回行う、請求項１０記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１３】
前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、互いに周方向に隣接する二つの相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形への正負電圧パルス対の付加を一制御周期当たり等間隔で４回行い、一相一制御周期当たりの印加電圧の平均値をゼロとする、請求項８又は１０記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記第１生成処理を所定の相巻線で矩形波電圧波形の始端及び終端の双方のタイミングで行うと共に、前記所定の相巻線における矩形波電圧波形の始端及び終端それぞれのタイミングから電気角９０°だけ離間したタイミングで、互いに周方向に隣接する二つの相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形に正負電圧パルス対を付加することにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で４回行う、請求項１０記載の界磁巻線型回転機。
【請求項１５】
前記制御回路による電圧パルスの付加周波数は、前記所定周波数範囲内である、請求項８乃至１４の何れか一項記載の界磁巻線型回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁巻線型回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステータ固定巻線への通電により界磁を発生させる界磁巻線型回転機が知られている（例えば、特許文献１及び２など）。界磁巻線型回転機は、ステータと、ロータと、を備えている。ステータは、ステータコア及びそのステータコアに巻装されるステータ固定巻線を有している。ロータは、ロータコア及びそのロータコアに巻装されるロータ界磁巻線を有している。ロータ界磁巻線は、整流素子であるダイオードを介して短絡されている。すなわち、ロータ界磁巻線の両端間には、ダイオードが接続されている。
【０００３】
また、上記の界磁巻線型回転機は、ステータ固定巻線に接続されるインバータ回路と、ロータの回転位置に対応した電流がステータ固定巻線に流れるようにインバータ回路を制御する制御回路と、を備えている。ステータ固定巻線に流れる電流は、回転トルク発生用の電流成分である基本波電流（すなわち、同期電流）と、ロータ励磁用の電流成分である励磁電流と、の和である。ロータ励磁用の励磁電流は、基本波電流に比して短い周期（すなわち、高い周波数）の高調波電流であり、パルス状の波形に成形されている。このロータ励磁用の励磁電流がステータ固定巻線に流れると、励磁磁束がロータコアの主磁極に鎖交し、ロータ界磁巻線に電圧が発生して励磁電流が誘起される。
【０００４】
上記の如く、ロータ界磁巻線の両端間にはダイオードが接続されている。このため、励磁磁束が変動してロータ界磁巻線に交流電圧が発生しても、ロータ界磁巻線には電流が一方向にのみ流れることで、ロータコアが所定方向へ励磁されて一対の界磁極（具体的には、Ｎ極及びＳ極）が形成される。この一対の界磁極を形成するための界磁束は、ステータ固定巻線へのロータ励磁用の励磁電流の通電とロータ界磁巻線での電流の整流とにより形成される。
【０００５】
このように、ステータからの励磁磁束をロータ界磁巻線で受けると共にダイオードを介して一方向電流に変換することで界磁極を構成する回転機においては、回転トルクを発生させるために、ロータコアの主磁極に励磁磁束を鎖交させてロータコアの励磁を行う。このロータコアの励磁は、基本波電流にパルス状の励磁電流を重畳してロータ界磁巻線に励磁電流を誘起することにより実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７８２１１号公報
【特許文献２】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】
【０００７】
ロータ界磁巻線は、インダクタンスを有しており、各極のロータ界磁巻線は各々の部分で部分インダクタンスを構成する。界磁極に流れる磁束には漏れ磁束や高調波磁束などがある。ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスが高いと、そのロータ界磁巻線に電流が流れ難くなる。電流が流れ難い場合において、ロータ界磁巻線に励磁電流を適切に誘起するためには、その電流の流れ難い分だけロータ励磁用の高調波成分の振幅を高くすることが必要である。このため、高調波成分に起因してトルクリップルが大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスを低減することで、高調波成分に起因するトルクリップルを低減することが可能な界磁巻線型回転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】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明は、ステータコアに巻装されるステータ固定巻線と、ロータコアに巻装されるロータ界磁巻線と、前記ロータ界磁巻線の両端間に接続される整流素子と、一端が前記整流素子の一端に接続され、他端が前記ロータ界磁巻線の途中に接続されるコンデンサと、前記ステータ固定巻線に回転トルクを発生させるための基本波成分と前記基本波成分に比して周期が短い高調波成分とを重畳した電流を流すことにより、前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起する制御回路と、を備え、前記ロータ界磁巻線のインダクタンス及び前記コンデンサの容量は、前記高調波成分の周波数に対して共振関係にある、界磁巻線型回転機である。
【００１０】
この構成によれば、ステータ固定巻線に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、ロータ界磁巻線に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスを低減することができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００１１】
界磁巻線型回転機において、前記高調波成分は、前記基本波成分に対して１／２周期を有する定在波であって、振幅調整されている。この構成によれば、基本波成分に重畳する定在波である高調波成分の振幅調整により、ロータ界磁巻線を励磁する励磁電流量を制御することができるので、その励磁電流量のコントロールを行い易くなっている。
【００１２】
界磁巻線型回転機において、前記ロータ界磁巻線は、前記コンデンサの他端と前記整流素子の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部と、前記コンデンサに並列に接続されている第２部分界磁巻線部と、を有し、前記第１部分界磁巻線部のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく第１共振周波数、及び、前記第２部分界磁巻線部のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく第２共振周波数の少なくとも一方は、前記高調波成分の周波数を含む、又は、前記高調波成分の周波数は、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との間にある。
【００１３】
この構成によれば、ステータ固定巻線に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、ロータ界磁巻線の第１部分界磁巻線部又は第２部分界磁巻線部に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線の励磁性を向上させることができる。
【００１４】
界磁巻線型回転機において、前記ロータ界磁巻線は、直列接続された複数の部分界磁巻線部を有し、前記コンデンサは、それぞれ一端が前記整流素子の一端に接続され、前記部分界磁巻線部同士の接続点ごとに他端が接続される複数の部分コンデンサを有し、複数の前記部分界磁巻線部と複数の前記部分コンデンサとにより複数の共振回路が設けられており、前記共振回路の共振周波数の少なくとも何れか一つは、前記高調波成分の周波数を含む、又は、前記高調波成分の周波数は、何れか２つの前記共振回路の共振周波数の間にある。この構成によれば、共振周波数を複数設けることができるので、高調波成分を共振回路の共振周波数に合わせ易くすることができ、又は、高調波成分を何れか２つの共振周波数の間に合わせ易くすることができるので、ロータ界磁巻線の部分界磁巻線部に誘起される界磁電流を流し易くすることができる。
【００１５】
界磁巻線型回転機において、前記共振回路ごとの共振周波数は、互いに異なる。この構成によれば、共振回路ごとの共振周波数を、幅を有する帯域に亘って広げることができるので、高調波成分を共振回路の共振周波数に又は何れか２つの共振周波数の間に合わせ易くすることができ、これにより、ロータ界磁巻線の部分界磁巻線部に誘起される界磁電流を流し易くすることができる。
【００１６】
界磁巻線型回転機において、前記基本波成分に重畳される前記高調波成分の周波数は、低回転から高回転まで、前記ロータ界磁巻線のインダクタンス及び前記コンデンサの容量に基づく共振周波数を含む所定周波数範囲内である。この構成によれば、界磁巻線型回転機の低回転から高回転まで、基本波成分の周波数に関係なく共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができるので、ロータ界磁巻線の励磁時におけるインピーダンスを低減して、そのロータ界磁巻線の励磁性を向上させることができる。また、界磁巻線型回転機の低回転から高回転まで、高調波成分の振幅を抑えることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００１７】
界磁巻線型回転機において、前記所定周波数範囲は、前記ロータ界磁巻線に誘起される励磁電流又はトルクが所定値以上となる範囲である。この構成によれば、高調波成分の生成によりロータ界磁巻線の励磁性を高めつつ、ロータ界磁巻線に誘起される励磁電流又はトルクを大きなものとすることができる。
【００１８】
界磁巻線型回転機において、前記ステータ固定巻線は、三相の相巻線からなり、前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の中心から電気角３０°〜６０°遅れた位置で、他の二相のうち一方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に所定期間だけオフするための第１負電圧パルスを付加すると共に、他の二相のうち他方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に前記第１負電圧パルスと対をなす所定期間だけオンするための第１正電圧パルスを付加し、又は、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間の中心から電気角３０°〜６０°遅れた位置で、他の二相のうち一方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に所定期間だけオンするための第２正電圧パルスを付加すると共に、他の二相のうち他方の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に前記第２正電圧パルスと対をなす所定期間だけオフするための第２負電圧パルスを付加する。この構成によれば、隣接する二相の相巻線に一組の正負電圧パルス対を印加することができ、一制御周期中に高調波成分を一つ生成することができる。
【００１９】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路は、一の相巻線を基準とした前記第１負電圧パルス及び前記第１正電圧パルスの付加並びに前記第２正電圧パルス及び前記第２負電圧パルスの付加の双方を他の二相の相巻線を基準とした場合にも行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回行い、又は、一の相巻線を基準とした前記第１負電圧パルス及び前記第１正電圧パルスの付加並びに前記第２正電圧パルス及び前記第２負電圧パルスの付加の何れか一方を他の二相の相巻線を基準とした場合にも行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で３回行う。この構成によれば、一制御周期中に６個又は３個の高調波成分を等間隔で生成することができるので、所定回転域で、共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができる。
【００２０】
界磁巻線型回転機において、前記ステータ固定巻線は、三相の相巻線からなり、前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に所定期間だけオフするための第１負電圧パルスを付加すると共に、他の何れか一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に前記第１負電圧パルスと対をなす所定期間だけオンするための第１正電圧パルスを付加し、又は、一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に所定期間だけオン期間を継ぎ足すための第２正電圧パルスを付加すると共に、他の何れか一の相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に前記第２正電圧パルスと対をなす所定期間だけオフするための第２負電圧パルスを付加する、第１生成処理を実行する。この構成によれば、隣接する二相の相巻線に一組の正負電圧パルス対を印加することができ、一制御周期中に高調波成分を一つ生成することができる。
【００２１】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路は、前記第１生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の双方のタイミングで行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回行う。この構成によれば、一制御周期中に６個の高調波成分を等間隔で生成することができるので、所定回転域で、共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができる。
【００２２】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路は、前記第１生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の何れか一方のタイミングで行うことにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で３回行う。この構成によれば、一制御周期中に３個の高調波成分を等間隔で生成することができるので、共振周波数に近い周波数の高調波成分を生成可能な一制御周期当たりの高調波成分の数が６個である場合の回転域よりも高い回転域で、共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができる。
【００２３】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路は、矩形波制御領域で前記ロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえで、互いに周方向に隣接する二つの相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形への正負電圧パルス対の付加を一制御周期当たり等間隔で４回行い、一相一制御周期当たりの印加電圧の平均値をゼロとする。この構成によれば、一制御周期中に４個の高調波成分を等間隔で生成することができるので、共振周波数に近い周波数の高調波成分を生成可能な一制御周期当たりの高調波成分の数が６個である場合の回転域と３個である場合の回転域との間の回転域で、より共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができる。
【００２４】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路は、前記第１生成処理を所定の相巻線で矩形波電圧波形の始端及び終端の双方のタイミングで行うと共に、前記所定の相巻線における矩形波電圧波形の始端及び終端それぞれのタイミングから電気角９０°だけ離間したタイミングで、互いに周方向に隣接する二つの相巻線に印加する前記基本波成分生成のための矩形波電圧波形に正負電圧パルス対を付加することにより、前記ロータ界磁巻線による励磁を一制御周期当たり等間隔で４回行う。この構成によれば、一制御周期中に４個の高調波成分を等間隔で生成することができる。
【００２５】
界磁巻線型回転機において、前記制御回路による電圧パルスの付加周波数は、前記所定周波数範囲内である。この構成によれば、電圧パルスの付加により、界磁巻線型回転機の低回転から高回転まで、基本波成分の周波数に関係なく共振周波数に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る界磁巻線型回転機を含むシステムの回路図である。
【図２】第１実施形態の界磁巻線型回転機の構成図である。
【図３】第１実施形態の界磁巻線型回転機を回転軸に対して垂直方向に広がる面で切断した際の断面図である。
【図４】第１実施形態の界磁巻線型回転機におけるステータ固定巻線の各相に流す相電流、ロータ励磁用の励磁電流、及び発生トルクそれぞれの一例の時間変化を表した波形図である。
【図５】第１実施形態の界磁巻線型回転機におけるステータ固定巻線の一相の相電流、その相電流を構成する基本波成分、及びその相電流を構成するロータ励磁用の高調波成分それぞれの一態様の時間変化を表した波形図である。
【図６】第１実施形態の界磁巻線型回転機におけるステータ固定巻線の一相の相電流、その相電流を構成する基本波成分、及びその相電流を構成するロータ励磁用の高調波成分それぞれの別態様の時間変化を表した波形図である。
【図７】第１実施形態の界磁巻線型回転機におけるロータ界磁巻線の電圧方向とトータル電圧と発生電流と電流変換効率との関係を表す図である。
【図８】第１実施形態の界磁巻線型回転機のロータ界磁巻線を含む要部回路図である。
【図９】第１実施形態の界磁巻線型回転機においてロータ界磁巻線の各部分界磁巻線部に発生する電圧が相互に打ち消し合う方向でコンデンサが充電されることを説明するための図である。
【図１０】第１実施形態の界磁巻線型回転機においてロータ界磁巻線の各部分界磁巻線部に発生する電圧が相互に打ち消し合う方向でコンデンサが放電されることを説明するための図である。
【図１１】第１実施形態の界磁巻線型回転機においてＶ相の相巻線に流れる電流が最大であるときにステータとロータとの間に生じる磁界の発生を表した図である。
【図１２】第１実施形態の界磁巻線型回転機において、ロータが４極対である場合における、回転数ごとの、ステータ固定巻線に流す基本波成分の周期と、高調波成分の目標パルス数と、実パルス数と、高調波成分の実周波数が共振周波数に対してずれるズレ率と、を表した図である。
【図１３】図１２における回転数とズレ率との関係を表した図である。
【図１４】界磁巻線型回転機の共振周波数近傍での高調波成分の周波数と、得られる励磁電流及びトルクと、の関係を表した図である。
【図１５】第１実施形態の界磁巻線型回転機において高調波成分を生成するために正負電圧パルス対を印加する隣接二相の組み合わせとその印加タイミング（ロータ位置）とを表した図である。
【図１６】第１実施形態の界磁巻線型回転機において一制御周期（電気角３６０°）当たり高調波成分を６回生成する場合の各相電圧波形を表した図である。
【図１７】第１実施形態の変形形態である界磁巻線型回転機において、ロータが４極対である場合における、回転数ごとの、ステータ固定巻線に流す基本波成分の周期と、高調波成分の目標パルス数と、実パルス数と、高調波成分の実周波数が共振周波数に対してずれるズレ率と、を表した図である。
【図１８】図１７における回転数とズレ率との関係を表した図である。
【図１９】第１実施形態の上記した変形形態の界磁巻線型回転機において一制御周期当たり高調波成分を４回生成する場合の各相電圧波形を表した図である。
【図２０】本発明の第２実施形態に係る界磁巻線型回転機のロータ界磁巻線を含む要部回路図である。
【図２１】第２実施形態の界磁巻線型回転機を回転軸に対して垂直方向に広がる面で切断した際の断面図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に係る界磁巻線型回転機のロータ界磁巻線を含む要部回路図である。
【図２３】本発明の第１変形形態に係る界磁巻線型回転機を回転軸に対して垂直方向に広がる面で切断した際の断面図である。
【図２４】本発明の第２変形形態に係る界磁巻線型回転機を回転軸に対して垂直方向に広がる面で切断した際の断面図である。
【図２５】本発明の第３変形形態に係る界磁巻線型回転機を回転軸に対して垂直方向に広がる面で切断した際の断面図である。
【図２６】本発明の第４変形形態に係る界磁巻線型回転機のロータ界磁巻線を含む要部回路図である。
【図２７】本発明の第５変形形態に係る界磁巻線型回転機のロータ界磁巻線を含む要部回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る界磁巻線型回転機の具体的な実施形態について、図１〜図２７を参照しつつ説明する。
【００２８】
［実施形態１］
本発明の第１実施形態において、界磁巻線型回転機２０は、例えば車両などに搭載される同期型の発電電動機である。以下、界磁巻線型回転機２０を単に回転機２０と称す。回転機２０は、図１に示す如くバッテリなどの電源２２から電力が供給されることで車両を駆動するための駆動力を発生すると共に、また、車両のエンジンから駆動力が供給されることでバッテリを充電するための電力を発生する装置である。回転機２０は、図２に示す如く、ステータ２４と、ロータ２６と、ハウジング２８と、軸受３０と、を備えている。
【００２９】
ステータ２４は、ハウジング２８により囲まれた空間に収容されていると共に、そのハウジング２８に固定されている。ステータ２４は、ステータコア３２と、ステータ固定巻線３４と、を有している。ステータコア３２は、磁束が流れる磁路の一部を構成する。ステータコア３２は、軸中心に孔３６が空いた中空円筒状に形成されている。ステータコア３２は、図３に示す如く、スロット３８と、ティース４０と、を有している。スロット３８は、コア本体に対して径方向内側に開口しており、軸方向に沿って延びている。スロット３８は、周方向において複数設けられており、所定角度ごとに並ぶように配置されている。スロット３８には、ステータ固定巻線３４の直線部が収容される。ステータ固定巻線３４は、ステータコア３２のティース４０に巻装されている。ステータ固定巻線３４は、三相Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの相巻線を有している。
【００３０】
ロータ２６は、ステータコア３２の孔３６に回転可能に収容されている。ロータ２６は、ステータ２４に対して径方向内側に所定のエアギャップを空けて対向して配置されている。ロータ２６は、ハウジング２８に軸受３０を介して回転可能に支持されている。ロータ２６は、ロータコア４２と、ロータ界磁巻線４４と、を有している。ロータコア４２は、磁束が流れる磁路の一部を構成する。
【００３１】
ロータコア４２は、ボス部４６と、突極部４８と、を有している。ボス部４６は、円筒状に形成されており、その中空孔にロータシャフト５０が嵌挿された部位である。突極部４８は、ボス部４６から径方向外側へ向けて突出する部位である。突極部４８は、周方向において複数設けられており、所定間隔をおいて並ぶように配置されている。突極部４８は、一対の界磁極（具体的には、Ｎ極及びＳ極）をなす主磁極である。ロータ界磁巻線４４は、ロータコア４２の突極部４８にその回りを囲むように巻装されている。ロータ界磁巻線４４は、突極部４８ごとに集中的に巻かれている。
【００３２】
回転機２０は、整流素子５２を備えている。整流素子５２は、ロータ界磁巻線４４の両端間に接続されるダイオードである。整流素子５２のアノード端子はロータ界磁巻線４４の一端に接続されていると共に、整流素子５２のカソード端子はロータ界磁巻線４４の他端に接続されている。整流素子５２は、ロータ界磁巻線４４に誘起された交流電圧を半波整流して、ロータ界磁巻線４４に流れる電流の方向を一方向に限定する機能を有している。この整流素子５２の機能により、突極部４８は、Ｎ極及びＳ極のうち何れか一方に励磁される。各突極部４８はそれぞれ、周方向においてＮ極の突極部４８とＳ極の突極部４８とが交互に並ぶよう励磁される。
【００３３】
回転機２０は、コンデンサ５４を備えている。コンデンサ５４は、一端が整流素子５２のアノード端子及びロータ界磁巻線４４の一端に接続されていると共に、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されているコンデンサであって、電荷を蓄えることが可能な受動素子である。コンデンサ５４は、容量Ｃを有している。尚、コンデンサ５４の他端とロータ界磁巻線４４との接続位置は、ロータ界磁巻線４４を界磁極に流れる磁束の漏れ磁束や高調波磁束などの影響を受け易い部分と受け難い部分とに分ける境界位置であることが望ましい。ロータ界磁巻線４４と整流素子５２とコンデンサ５４とは、極ごと或いは極対ごとに回路配置されてもよいし、全体で一セットでもよい。
【００３４】
ロータ界磁巻線４４は、直列接続された複数個ｎの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，・・・，４４−ｎを有している。以下、本実施形態において、ロータ界磁巻線４４は、２つの部分界磁巻線部を有するものとし、それぞれ第１部分界磁巻線部４４−１及び第２部分界磁巻線部４４−２と称す。第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２との接続点は、コンデンサ５４の他端に接続されている。
【００３５】
第１部分界磁巻線部４４−１は、整流素子５２のカソード端子とコンデンサ５４の他端との間に接続されている部位である。また、第２部分界磁巻線部４４−２は、コンデンサ５４に並列に接続され、コンデンサ５４の一端（すなわち、整流素子５２のアノード端子）とコンデンサ５４の他端との間に両端が接続されている部位である。コンデンサ５４は、第１部分界磁巻線部４４−１の両端に発生する電圧ｅ１の方向と第２部分界磁巻線部４４−２の両端に発生する電圧ｅ２の方向とが互いに逆方向となって両電圧ｅ１，ｅ２が相互に打ち消し合うときに、その打ち消し合う電圧分の励磁エネルギを蓄える機能を有している。
【００３６】
第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２との接続点は、ロータ界磁巻線４４を漏れ磁束や高調波磁束などの影響を受け易い部分と受け難い部分とに分ける箇所に設定されていればよい。第１部分界磁巻線部４４−１は、インダクタンスＬ１を有している。第２部分界磁巻線部４４−２は、インダクタンスＬ２を有している。第１部分界磁巻線部４４−１は、突極部４８の径方向においてステータコア３２に近い側に配置されている。第２部分界磁巻線部４４−２は、突極部４８の径方向においてステータコア３２から遠い側に配置されている。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１は、第２部分界磁巻線部４４−２に比してステータコア３２に近い側（すなわち、径方向外側）に配置されている。
【００３７】
尚、第１部分界磁巻線部４４−１及び第２部分界磁巻線部４４−２の配置は、例えば、ロータコア４２の突極部４８に第２部分界磁巻線部４４−２を巻装した後にその第２部分界磁巻線部４４−２の径方向外側に第１部分界磁巻線部４４−１を巻装することにより実現されるものであってよい。
【００３８】
図１に示す如く、回転機２０には、電源２２に並列に接続されるインバータ回路６０が接続されている。インバータ回路６０は、ステータ固定巻線３４に接続されており、ステータ固定巻線３４の各相Ｕ，Ｖ，Ｗの相巻線に電圧印加を行う回路である。インバータ回路６０は、電源２２の両端間に直列接続される上アーム素子６２及び下アーム素子６４を有している。上アーム素子６２及び下アーム素子６４は、各相Ｕ，Ｖ，Ｗの相巻線に対応して３組設けられている。
【００３９】
各アーム素子６２，６４はそれぞれ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（すなわちＩＧＢＴ）やＭＯＳ電界効果トランジスタなどのスイッチング素子６６と、フライホイルダイオード６８と、により構成されている。各相Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの上アーム素子６２のスイッチング素子６６と下アーム素子６４のスイッチング素子６６とは、互いに逆相でオン／オフされる。各相Ｕ，Ｖ，Ｗの上アーム素子６２のスイッチング素子６６は、所定位相差を伴って所定期間だけオンされる。
【００４０】
インバータ回路６０の両端間には、平滑コンデンサ７０が接続されている。平滑コンデンサ７０は、電源２２の両端間に接続されており、電源２２に並列に接続されている。平滑コンデンサ７０は、インバータ回路６０の両端間に生じる電圧を平滑化するためのものである。
【００４１】
インバータ回路６０には、制御回路７２が接続されている。制御回路７２は、インバータ回路６０の各アーム素子６２，６４のスイッチング素子６６に接続されており、そのインバータ回路６０を制御する回路である。制御回路７２には、ロータ２６の回転位置を検出するための位置センサ７４が接続されている。制御回路７２は、位置センサ７４から得られたロータ２６の回転位置に基づいて、ステータ固定巻線３４に所望の電流が流れるようにインバータ回路６０を駆動する。インバータ回路６０は、制御回路７２からの駆動指令に従ってスイッチング素子６６が駆動されることにより、ステータ固定巻線３４から所望の回転磁界が発生するように各相Ｕ，Ｖ，Ｗの相巻線に電圧印加を行う。
【００４２】
次に、本実施形態の回転機２０の動作について説明する。
【００４３】
制御回路７２は、ロータ界磁巻線４４に界磁電流を誘起するために、回転機２０に回転トルクを発生させるための電流である基本波成分（すなわち同期電流）とは別に、ロータコア４２を励磁させるための電流である励磁成分をステータ固定巻線３４に通電させる。すなわち、制御回路７２は、回転トルク発生用の基本波成分とその基本波成分に比して周期が短いロータ励磁用の励磁成分とを重畳した電流がステータ固定巻線３４に流れるように、インバータ回路６０を制御する。制御回路７２は、基本波成分及び励磁成分それぞれの振幅及び周期をそれぞれ独立して制御する。
【００４４】
ステータ固定巻線３４に流す電流は、図４に示す如く、上記の基本波成分と上記の励磁成分とを重畳した、電流の和である。図５及び図６に示す如く、基本波成分は、時間経過に伴って正弦波状に変化する電流である。ロータ励磁用の励磁成分は、基本波成分に比して短い周期（すなわち、高い周波数）の電流であると共に、基本波成分に比して小さい振幅の電流である。この励磁成分は、基本波成分に対して脈動する電流であって、時間経過に伴って連続的に変化する高調波成分である。
【００４５】
ロータ励磁用の高調波成分は、基本波成分に対して１／２周期を有する定在波である。ロータ励磁用の高調波成分の、基本波成分に対する位相は、高調波成分の最大振幅が基本波成分の必要なタイミングを避けて生じるように設定されている。例えば、高調波成分は、図５に示す如く、その最大振幅が基本波成分の最大振幅時を避けたタイミングで生じるように位相調整されていてよい。また、高調波成分は、図６に示す如く、その最大振幅が基本波成分の最大振幅時に生じるように位相調整されていてよい。ロータ励磁用の高調波成分は、基本波成分の振幅に比して小さくなるように振幅調整されている。
【００４６】
制御回路７２の駆動指令に従ってインバータ回路６０からステータ固定巻線３４の各相巻線に基本波電流が流れると、ロータ２６を回転させる回転磁界が発生する。また、そのステータ固定巻線３４の各相巻線に高調波電流が流れると、その高調波電流に応じた交流磁界が発生して励磁磁束が発生する。この場合、励磁磁束がロータコア４２の突極部４８に鎖交し、ロータ界磁巻線４４に交流電圧が発生して界磁電流が誘起される。ステータ固定巻線３４の基本波電流とロータ界磁巻線４４の界磁電流とにより、回転機２０を回転させる回転トルクが発生する。
【００４７】
ロータ界磁巻線４４の両端間には整流素子５２が接続されており、ロータ界磁巻線４４は整流素子５２を介して短絡されている。このため、上記の如くロータ界磁巻線４４に交流電圧が発生しても、そのロータ界磁巻線４４には電流が一方向にのみ流れることで、ロータコア４２が所定方向へ励磁されてロータコア４２に一対の界磁極が形成される。この一対の界磁極を形成するための界磁束は、ステータ固定巻線３４へのロータ励磁用の励磁電流の通電とロータ界磁巻線４４での電流の整流とにより形成される。
【００４８】
ところで、ロータ界磁巻線４４は、インダクタンスを有しており、各極のロータ界磁巻線４４は各々の部分で部分インダクタンスを構成する。界磁極に流れる磁束には漏れ磁束や高調波磁束などがあるので、ロータ界磁巻線４４の位置によって貫く磁束量やその向きは互いに異なるものとなり、ロータ界磁巻線４４の各部分インダクタンスに発生する電圧の方向は一様でなく時間やロータ回転位置によって変化する。
【００４９】
具体的には、２つの部分界磁巻線部４４−１，４４−２からなるロータ界磁巻線４４に発生する電圧の方向としては、図７に示す如く４つのパターンがある。この４つのパターンは、第１部分界磁巻線部４４−１に発生する電圧ｅ１の方向と第２部分界磁巻線部４４−２に発生する電圧ｅ２の方向とが同方向である場合（パターン１及びパターン４）と、逆方向である場合（パターン２及びパターン３）と、である。パターン２及びパターン３に示す如くロータ界磁巻線４４の各部分インダクタンスに相互に打ち消し合う電圧が発生すると、そのロータ界磁巻線４４の全体電圧が下がって励磁電流が減少し、励磁エネルギの損失が発生するおそれがある。
【００５０】
これに対して、本実施形態の回転機２０においては、図８に示す如く、ロータ界磁巻線４４の両端間に整流素子５２が接続されていると共に、整流素子５２のアノード端子とロータ界磁巻線４４の途中との間にコンデンサ５４が接続されている。すなわち、一端が整流素子５２のアノード端子に接続され、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されるコンデンサ５４が設けられている。
【００５１】
かかる回転機２０の構造においては、図９に示す如く、ロータ界磁巻線４４におけるコンデンサ５４との接続点で分かれた第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２とで、印加電圧方向が互いに逆方向となって両電圧ｅ１，ｅ２が相互に打ち消し合うと共に、それらの電圧ｅ１，ｅ２が、各部分界磁巻線部４４−１，４４−２を整流素子５２との接続部側からコンデンサ５４の他端との接続部側へ電流が流れるように印加される場合（パターン２）、それらの各部分界磁巻線部４４−１，４４−２を流れた電流がコンデンサ５４に向けて流れる。この場合は、第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２とで相互に打ち消し合う電圧分の励磁エネルギがコンデンサ５４に蓄えられて、コンデンサ５４が充電される。
【００５２】
上記したコンデンサ５４の充電後、図１０に示す如く、第１部分界磁巻線部４４−１の電圧方向と第２部分界磁巻線部４４−２の電圧方向とが切り替わって、それらの電圧ｅ１，ｅ２が、相互に打ち消し合う方向で、各部分界磁巻線部４４−１，４４−２をコンデンサ５４の他端との接続部側から整流素子５２との接続部側へ電流が流れるように印加される場合（パターン３）、コンデンサ５４側から各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に電流が流れる。この場合は、コンデンサ５４に蓄えられていたエネルギが各部分界磁巻線部４４−１，４４−２へ放出されて、コンデンサ５４が放電される。そして、コンデンサ５４の充電と放電とが繰り返される。
【００５３】
このように、漏れ磁束や高調波磁束などに起因して第１部分界磁巻線部４４−１に発生する電圧ｅ１と第２部分界磁巻線部４４−２に発生する電圧ｅ２とが相互に打ち消し合うときに、ロータ界磁巻線４４の全体に作用する電圧は下がるが、その相互に打ち消し合う電圧分の励磁エネルギはコンデンサ５４に蓄えられる。そして、そのコンデンサ５４の充電後に上記の電圧方向が切り替わったときに、そのコンデンサ５４に蓄えられていたエネルギがロータ界磁巻線４４へ放出されて、ロータコア４２を励磁する励磁電流に変換される。
【００５４】
従って、本実施形態の回転機２０によれば、ロータ界磁巻線４４の各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に相互に打ち消し合う方向の電圧が発生するとき、ロータ界磁巻線４４で発生した励磁エネルギを効率良く励磁電流に変換することで、界磁電流を確保することができる。このため、ロータ界磁巻線４４の各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に相互に打ち消し合う方向の電圧が発生するときの励磁電流の減少に伴う励磁エネルギ損失の発生を防止することができ、それらの電圧が相互に打ち消し合う事態が生じても、ロータコア４２を効率良く励磁することができる。
【００５５】
また、上記の如く界磁電流が確保されるので、ロータコア４２に界磁極を形成するうえで必要な、ステータ固定巻線３４に流すステータ電流として基本波成分に重畳させる高調波成分を小さい振幅に抑えることができる。このため、回転機２０の構造によれば、高調波成分の振幅が比較的大きいときに比べて、トルクリップルを低減することができる（図４参照）。
【００５６】
また、回転機２０においては、ロータ界磁巻線４４の第１部分界磁巻線部４４−１が突極部４８の径方向においてステータコア３２に近い側に配置されていると共に、第２部分界磁巻線部４４−２が突極部４８の径方向においてステータコア３２から遠い側に配置されている。ロータコア４２の突極部４８を貫く磁束には漏れ磁束などがあるので、ロータ界磁巻線４４の位置によって貫く磁束量やその向きは互いに異なるものとなり得る。この現象は特に高調波磁束において顕著であり、ロータ界磁巻線４４のステータコア３２に近い側と遠い側（すなわちロータコア４２のボス部４６側）とで磁束量の差が大きい。このため、上記した回転機２０の構造によれば、その差の分だけコンデンサ５４に蓄えるエネルギを大きくすることができ、効果的に界磁電流を得ることができる。
【００５７】
また、回転機２０において、ロータ界磁巻線４４の第１部分界磁巻線部４４−１とコンデンサ５４とは、共振回路を構成する。以下、この第１部分界磁巻線部４４−１とコンデンサ５４とからなる共振回路を第１共振回路８０と称す。第１共振回路８０は、第１共振周波数ｆ１を有している。第１共振周波数ｆ１は、第１部分界磁巻線部４４−１のインダクタンスＬ１とコンデンサ５４の容量Ｃとに基づいて次式（１）に従って算出される。
【００５８】
また、ロータ界磁巻線４４の第２部分界磁巻線部４４−２とコンデンサ５４とは、共振回路を構成する。以下、この第２部分界磁巻線部４４−２とコンデンサ５４とからなる共振回路を第２共振回路８２と称す。第２共振回路８２は、第２共振周波数ｆ２を有している。第２共振周波数ｆ２は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２とコンデンサ５４の容量Ｃとに基づいて次式（２）に従って算出される。
【００５９】
ｆ１＝１／（２×π×（Ｌ１×Ｃ）１／２）                          ・・・（１）
ｆ２＝１／（２×π×（Ｌ２×Ｃ）１／２）                          ・・・（２）
【００６０】
第１部分界磁巻線部４４−１のインダクタンスＬ１及びコンデンサ５４の容量Ｃは、ステータ固定巻線３４に流す電流としての基本波成分に対して重畳される、ロータ励磁用の連続的に時間変化する高調波成分の周波数に対して共振関係にある。又は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２及びコンデンサ５４の容量Ｃは、その高調波成分の周波数に対して共振関係にある。すなわち、第１共振周波数ｆ１及び第２共振周波数ｆ２の少なくとも一方は、高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にある。尚、第１共振周波数ｆ１及び第２共振周波数ｆ２の双方が、高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にあることとしてもよい。
【００６１】
また、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２とを互いに異なるように設定することで共振周波数帯を広げることとしてもよい。この構成によれば、高調波成分を共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２に合わせ易くすることができる。また、この場合において、両共振周波数ｆ１，ｆ２が互いに近似することでそれら２つの共振周波数ｆ１，ｆ２の間の周波数でも共振が生じるときは、高調波成分の周波数は、それらの第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間にあってもよく、この構成によれば、高調波成分を両共振周波数ｆ１，ｆ２の間に合わせ易くすることができる。
【００６２】
このように第１共振周波数ｆ１及び第２共振周波数ｆ２の少なくとも何れか一つと高調波成分の周波数とが共振関係にある構成においては、共振関係にない構成に比べて、ステータ固定巻線３４に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、各極のロータ界磁巻線４４に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、回転機２０によれば、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。
【００６３】
ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスが低いときは、ロータ励磁用の高調波成分の振幅が小さくても、ロータ界磁巻線４４の励磁が適切に行われる。すなわち、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を適切に誘起するうえで、ロータ励磁用の高調波成分の振幅が小さくても十分である。このため、本実施形態の回転機２０によれば、ステータ固定巻線３４に流す電流として基本波成分に重畳する高調波成分の振幅を抑えることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００６４】
また、回転機２０において、ロータ励磁用の高調波成分は、基本波成分とは独立して制御される。この高調波成分は、基本波成分に対して１／２周期を有する定在波である。ロータ励磁用の高調波成分の、基本波成分に対する位相は、高調波成分の最大振幅が基本波成分の必要なタイミングを避けて生じるように設定されている。このため、基本波成分による回転トルクの発生を適切に行いつつ、高調波成分によるロータ界磁巻線４４の励磁を適切に行うことができる。更に、上記の高調波成分は、基本波成分の振幅に比して小さくなるように振幅調整されている。このため、基本波成分に重畳する定在波である高調波成分の振幅調整により、ロータ界磁巻線４４を励磁する励磁電流量を制御することができるので、その励磁電流量のコントロールを行い易くなっている。
【００６５】
次に、制御回路７２における高調波成分の生成手法について説明する。
制御回路７２は、回転機２０の低回転（例えば０［ｒｐｍ］）から高回転（例えば１５０００［ｒｐｍ］などのＭＡＸ［ｒｐｍ］）まで上記の高調波成分が基本波成分に重畳されるようにインバータ回路６０を制御する。この制御回路７２によるインバータ回路６０の制御は、高調波成分が回転機２０の低回転から高回転まで共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２の少なくとも何れかを含む所定周波数範囲内で基本波成分に重畳されるように行われる。この所定周波数範囲は、重畳高調波成分によってロータ界磁巻線４４に流れる励磁電流又はその励磁電流により得られるトルクが所定値以上となる範囲であって、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して例えば±４０％の範囲内である。尚、所定周波数範囲は、好ましくは、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して例えば±２５％の範囲内である。
【００６６】
かかる制御処理によれば、低回転から高回転まで、基本波成分の周波数に関係なく上記の共振周波数ｆ１，ｆ２に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができるので、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減して、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。そして、低回転から高回転まで、ステータ固定巻線３４に流す電流である基本波成分に重畳する高調波成分の振幅を抑えることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００６７】
具体的には、制御回路７２は、ステータ固定巻線３４の三相の相巻線に電圧印加を行うインバータ回路６０の制御を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式と矩形波制御方式とを切り替えながら行う。尚、ＰＷＭ制御方式は、電流フィードバックを行う制御方式であって、トルク指令に従って生成される電圧指令と搬送波（例えば三角波）との比較によりパルス幅変調された多数のパルス電圧をインバータ回路６０に向けて出力するものである。ＰＷＭ制御方式は、制御応答性に優れた制御方式であり、回転機２０の低回転域から中回転域にかけて行われる。また、矩形波制御方式は、矩形波電圧の位相制御を行うことでトルクフィードバックを行う制御方式であって、一制御周期（すなわち、電気角３６０°）内で振幅が電気角１８０°ごとに最大値又は最小値に固定された一つの矩形波状の電圧をインバータ回路６０に向けて出力するものである。矩形波制御方式は、回転機２０の中回転域から高回転域にかけて行われる。
【００６８】
制御回路７２は、ＰＷＭ制御方式が実施されるＰＷＭ制御領域（低回転〜中回転）では、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起する高調波成分を生成するために、基本波成分と高調波成分とが重畳した電流が流れるようにインバータ回路６０をＰＷＭ駆動する。また、矩形波制御方式が実施される矩形波制御領域（中回転〜高回転）では、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起する高調波成分を生成するために、後に詳述する高調波生成処理を実行する。
【００６９】
矩形波制御方式においてロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起する磁束を発生させるうえでは、ステータ固定巻線３４に基本波成分に対して電気角９０°遅れた位置で、その基本波成分のときと同じ方向の磁界を発生させるパルス状の電流を流すことが有効である。ある相（以下、基準相と称す。例えばＶ相）を基準とすると、上記のパルス状の電流を流すことが可能な相は、その基準相とは異なる互いに周方向に隣接する隣接二相（例えばＵ相及びＷ相）である。従って、基本波成分のときと同じ方向の磁界を発生させるパルス状の電流を流すうえでは、基準相の基本波成分に対して電気角９０°遅れた位置で隣接二相にパルス電流を流すこととすればよい。
【００７０】
例えば、図１１に示す如く、基準相であるＶ相の相巻線に流れる基本波成分のＶ相電流が最大であるときは、ステータ２４とロータ２６との間でそのＶ相電流に基づいて、右回りの磁束φ１が発生すると共に、周方向に隣接して左回りの磁束φ２が発生する。すなわち、周方向に隣り合う磁束φ１，φ２が互いに反対方向に向く。この場合、ロータコア４２の一方側（図１１において左側）の突極部４８は、矢印方向Ａ１に磁化されてＮ極になり、他方側（図１１において右側）の突極部４８は、矢印方向Ａ２に磁化されてＳ極になる。
【００７１】
尚、図１１などにおいて、「Ｕ」，「Ｖ」，「Ｗ」は、ステータ固定巻線３４の各相を示し、また、それら各相に添えられた「＋」，「−」は、ステータ固定巻線３４に流れる電流の方向を示す。例えば、Ｖ相に正電流が流れたとき、「Ｖ＋」は、Ｖ相の相巻線に紙面手前方向に電流が流れることを示し、「Ｖ−」は、Ｖ相の相巻線に紙面奥側方向に電流が流れることを示す。尚、Ｖ相に負電流が流れたときは、この逆になる。
【００７２】
また、上記の磁束φ１，φ２が発生しているときでも、ステータ２４とロータ２６との間に、磁束φ１，φ２の双方に周方向に隣接してすなわち磁束φ１，φ２の周方向中央に磁束φ１の方向と同様の右回りの磁束φｐを生じさせて、ロータ界磁巻線４４を励磁することが可能である。この右回りの磁束φｐは、基準相であるＶ相とは異なる、「Ｕ−」で示す相巻線に流れるパルス電流と、その「Ｕ−」の相巻線に周方向で隣接する「Ｗ＋」で示す相巻線に流れるパルス電流と、により発生される。従って、磁束φ１，φ２と共に磁束φｐを発生させることによりロータ界磁巻線４４を励磁することができる。
【００７３】
また、基本波成分の電流は、電圧に対して力率分（例えば、０．７〜０．９）だけ遅れ、所定電気角分（例えば、２０°〜４５°）だけ遅れる。更に、パルス電流は、パルス電圧に対してほとんど遅れない。従って、隣接二相に流すパルス電流に相当する正負の電圧パルス対をそれらの隣接二相の基本波成分に付加する最適位置は、基準相の基本波成分の正電流中心に対応する矩形波電圧波形のオン期間の中心（正電圧中心）から上記した力率分の所定電気角分だけ遅れた位置である。
【００７４】
しかし、隣接二相の相巻線に正負電圧パルス対を印加するうえでは、それらの隣接二相の基本波成分に対応する矩形波電圧が互いに異なる状態（すなわち、Ｈｉ状態とＬｏ状態）にあることが必要である。基準相の正電圧中心から隣接二相の矩形波電圧が互いに異なる状態になるまでの電気角は、その基準相の正電圧中心からその隣接二相のうちの一相の基本波成分に対応する矩形波電圧波形のオン期間の始端までの３０°である。従って、基準相の正電圧中心から電気角３０°遅れた位置以降で正負電圧パルス対を隣接二相の相巻線に印加すれば、基本波成分に高調波成分を重畳することができ、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起する磁束を発生させることが可能となる。すなわち、矩形波制御領域で、基準相の基本波成分の電流流通により生じる磁界と同じ方向の磁界を隣接二相で発生させることができ、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起することができる。
【００７５】
上記した共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２は、一定である。一方、ステータ固定巻線３４に流す基本波成分の周波数（或いは周期）は、回転機２０の回転数ｒｐｍに応じて変化する。具体的には、回転機２０の回転数ｒｐｍが多くなるほど、基本波成分の周期が小さくなる。また、高調波成分の、ロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させるために最適な一制御周期（すなわち電気角３６０°）当たりの目標パルス数は、回転機２０の回転数ｒｐｍが多くなるほど少なくなる。回転機２０のロータ２６が例えば４極対である場合における上記の目標パルス数は、図１２に示す如く、回転数ｒｐｍが多くなるほど少なくなり、例えば、回転数ｒｐｍが中回転（具体的には、“４０００”）より多くなった場合は上記の目標パルス数が“９”個より少なくなる。
【００７６】
一制御周期中に基準相（例えばＶ相）の基本波成分に重畳する高調波成分を一つ生成するうえでは、互いに隣接する隣接二相（例えばＵ相及びＷ相）の相巻線に正負電圧パルス対を一組、印加すればよい。隣接二相に正負電圧パルス対を一組印加する手法としては、隣接二相のうちの一相（第１相）の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に、そのオン期間を所定期間ａだけ切り欠いてオフするための負電圧パルス（図１６に網掛けで示すもの）を付加すると共に、その隣接二相のうちの他の一相（第２相）の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に、その負電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオンするための正電圧パルス（図１６に斜線で示すもの）を付加する手法がある。これらの第１相の矩形波電圧波形のオン期間の始端への負電圧パルスの印加と、第２相の矩形波電圧波形のオフ期間への正電圧パルスの印加と、は同タイミングで行われる（例えば図１６における電気角ω５〜ω６）。尚、上記の所定期間ａは、ロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させるための高調波成分を生成するうえで必要な電気角である。
【００７７】
この基準相に対する隣接二組への一組の正負電圧パルス対の印加処理によれば、高調波成分を一つ生成することができる。この基準相に対する隣接二相の相巻線への一組の正負電圧パルス対の印加を、三相すべてを基準相とした場合それぞれで行うことで（図１５におけるロータ位置“１”、“３”、及び“５”、並びに、図１６における電気角ω１〜ω２、ω５〜ω６、及びω９〜ω１０）、一制御周期当たり三個の高調波成分を等間隔で生成することができる。
【００７８】
また、隣接二相に正負電圧パルス対を一組印加する手法としては、隣接二相のうちの第１相の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に、所定期間ａだけオン期間を継ぎ足してオンするための正電圧パルスを付加すると共に、その隣接二相のうちの第２相の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に、その正電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオフするための負電圧パルスを付加する手法がある。これらの第１相の矩形波電圧波形のオン期間の終端への正電圧パルスの印加と、第２相の矩形波電圧波形のオン期間への負電圧パルスの印加と、は同タイミングで行われる（例えば電気角ω１１〜ω１２）。
【００７９】
この基準相に対する隣接二組への一組の正負電圧パルス対の印加処理によっても同様に、高調波成分を一つ生成することができる。この基準相に対する隣接二相の相巻線への一組の正負電圧パルス対の印加を、三相すべてを基準相とした場合それぞれで行うことで（図１５におけるロータ位置“２”、“４”、及び“６”、並びに、図１６における電気角ω３〜ω４、ω７〜ω８、及びω１１〜ω１２）、一制御周期中に三個の高調波成分を等間隔で生成することができる。
【００８０】
従って、三相Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの基本波成分生成のための矩形波電圧波形を所定期間ａだけ遅らせ、その所定期間ａに対応する期間に他の何れかの相で逆のパルス電圧を印加すれば、一制御周期中に６個の高調波成分を等間隔で生成することができ、ロータ界磁巻線４４を一制御周期当たり等間隔で６回励磁することができる。
【００８１】
回転機２０のロータ２６が例えば４極対である場合における高調波成分の一制御周期当たりの目標パルス数は、図１２に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“５０００”、“６０００”、“７０００”、及び“８０００”であるとき、それぞれ“７．２”、“６”、“５．１”、及び“４．５”である。この場合は、回転機２０の回転数ｒｐｍが“５０００”以上かつ“８０００”以下の中回転域であるときに一制御周期当たりにステータ固定巻線３４に正負電圧パルス対を等間隔で６回印加してロータ界磁巻線４４を等間隔で６回励磁すれば、回転機２０の共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２に対する高調波成分の実周波数のズレ率（＝（高調波成分の実周波数）／ｆ１）又は（高調波成分の実周波数）／ｆ２））が所定範囲内に限定される。具体的には、そのズレ率は、図１２に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“５０００”、“６０００”、“７０００”、及び“８０００”であるとき、それぞれ“０．８３”、“１．００”、“１．１７”、及び“１．３３”となる。
【００８２】
このため、回転機２０の回転数ｒｐｍが“５０００”以上かつ“８０００”以下の範囲内にあるとき、一制御周期当たりロータ界磁巻線４４を等間隔で６回励磁すれば、高調波成分の実周波数は、図１２及び図１３に示す如く、共振周波数ｆ１，ｆ２を含むその共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±４０％の範囲内に抑えられる。高調波成分の実周波数がこの範囲内に抑えられれば、図１４に示す如く、ロータ界磁巻線４４に得られる励磁電流が、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となり、回転機２０で得られる回転トルクが、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となる。
【００８３】
そこで、制御回路７２は、回転数ｒｐｍが“５０００”以上かつ“８０００”以下の中回転域である矩形波制御領域で実行する高調波生成処理として、上記した手法に基づいて、三相Ｕ，Ｖ，Ｗの相巻線ごとにそれぞれの基本波成分生成のための矩形波電圧波形を所定期間ａだけ遅らせ、その所定期間ａに対応する期間に他の何れかの相で逆のパルス電圧を付加する。この高調波生成処理においては、中回転域で一制御周期（すなわち電気角３６０°）当たり６個の高調波成分を等間隔で生成することができ、ロータ界磁巻線４４を一制御周期当たり等間隔で６回励磁することができる。
【００８４】
この高調波生成処理によれば、回転数ｒｐｍが“５０００”以上かつ“８０００”以下である中回転域で、矩形波状の基本波成分の周波数に関係なく、その基本波成分に共振周波数ｆ１，ｆ２に近い周波数（具体的には、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±４０％の範囲内）の高調波成分を重畳することができる。
【００８５】
また、回転機２０のロータ２６が例えば４極対である場合における高調波成分の一制御周期当たりの目標パルス数は、図１２に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”、“９０００”、“１００００”、“１２０００”、及び“１５０００”であるとき、それぞれ“４．５”、“４”、“３．６”、“３”、及び“２．４”である。この場合は、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下の高回転域であるときに一制御周期当たりにステータ固定巻線３４に正負電圧パルス対を等間隔で６回印加してロータ界磁巻線４４を等間隔で６回励磁するものとすると、共振周波数ｆ１，ｆ２に対する高調波成分の実周波数のズレ率が所定範囲（±４０％）を超えてしまう。
【００８６】
一方、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下の高回転域であるときに一制御周期当たりにステータ固定巻線３４に正負電圧パルス対を等間隔で３回印加してロータ界磁巻線４４を等間隔で３回励磁すれば、共振周波数ｆ１，ｆ２に対する高調波成分の実周波数のズレ率が所定範囲内に限定される。具体的には、そのズレ率は、図１２に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“９０００”、“１００００”、“１２０００”、及び“１５０００”であるとき、それぞれ“０．７５”、“０．８３”、“１．００”、及び“１．２５”となる。尚、回転数ｒｐｍが“８０００”であるときは、３回励磁時のズレ率が、６回励磁時のズレ率“１．３３”に比してズレ率“１．００”との差が同じ“０．６７”となる。
【００８７】
このため、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下の範囲内にあるとき、一制御周期当たりロータ界磁巻線４４を等間隔で３回励磁すれば、高調波成分の実周波数は、図１２及び図１３に示す如く、共振周波数ｆ１，ｆ２を含むその共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±４０％の範囲内に抑えられる。高調波成分の実周波数がこの範囲内に抑えられれば、図１４に示す如く、ロータ界磁巻線４４に得られる励磁電流が、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となり、回転機２０で得られる回転トルクが、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となる。
【００８８】
そこで、制御回路７２は、回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下の高回転域である矩形波制御領域で実行する高調波生成処理として、上記した手法に基づいて、三相Ｕ，Ｖ，Ｗの相巻線ごとにそれぞれの基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に、そのオン期間を所定期間ａだけ切り欠いてオフするための負電圧パルスを付加すると共に、同時に、他の何れかの隣接する相で基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に、その負電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオンするための正電圧パルスを付加する。又は、その矩形波電圧波形のオン期間の始端タイミングへの正負電圧パルス対の付加に代えて、三相Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に、そのオン期間を所定期間ａだけ継ぎ足してオンするための正電圧パルスを付加すると共に、同時に、他の何れかの隣接する相で基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に、その正電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオフするための負電圧パルスを付加する。この高調波生成処理においては、高回転域で一制御周期（すなわち電気角３６０°）当たり３個の高調波成分を等間隔で生成することができ、ロータ界磁巻線４４を一制御周期当たり等間隔で３回励磁することができる。
【００８９】
この高調波生成処理によれば、回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下である高回転域で、矩形波状の基本波成分の周波数に関係なく、その基本波成分に共振周波数ｆ１，ｆ２に近い周波数（具体的には、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±４０％の範囲内）の高調波成分を重畳することができる。
【００９０】
このように、回転機２０の回転数ｒｐｍが中回転より高いとき、一制御周期当たり基本波成分に最大６個の高調波成分を等間隔で重畳し、更に回転数ｒｐｍが高回転に達したときは、一制御周期当たり基本波成分に等間隔で重畳する高調波成分の個数を３個に切り替えることで、ロータ界磁巻線４４の励磁を行うことができる。このため、回転機２０の中回転から高回転まで、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減して、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。また、ステータ固定巻線３４に流す電流である基本波成分に重畳する高調波成分の振幅を抑えることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００９１】
以上、説明したことから明らかなように、回転機２０は、ステータコア３２に巻装されるステータ固定巻線３４と、ロータコア４２に巻装されるロータ界磁巻線４４と、ロータ界磁巻線４４の両端間に接続される整流素子５２と、一端が整流素子５２の一端に接続され、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されるコンデンサ５４と、ステータ固定巻線３４に回転トルクを発生させるための基本波成分と基本波成分に比して周期が短い高調波成分とを重畳した電流を流すことにより、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起する制御回路７２と、を備える。ロータ界磁巻線４４のインダクタンスＬ１，Ｌ２及びコンデンサ５４の容量Ｃは、ロータ励磁用の高調波成分の周波数に対して共振関係にある。
【００９２】
この構成によれば、ステータ固定巻線３４に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、ロータ界磁巻線４４に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【００９３】
回転機２０において、ロータ励磁用の高調波成分は、基本波成分に対して１／２周期を有する定在波であって、振幅調整されている。この構成によれば、ロータ界磁巻線４４を励磁する励磁電流量を容易にコントロールすることができる。
【００９４】
また、回転機２０において、ロータ界磁巻線４４は、コンデンサ５４の他端と整流素子５２の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部４４−１と、コンデンサ５４に並列に接続されている第２部分界磁巻線部４４−２と、を有し、第１部分界磁巻線部４４−１のインダクタンスＬ１及びコンデンサ５４の容量Ｃに基づく第１共振周波数ｆ１、及び、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２及びコンデンサ５４の容量Ｃに基づく第２共振周波数ｆ２の少なくとも一方は、ロータ励磁用の高調波成分の周波数を含む、又は、ロータ励磁用の高調波成分の周波数は、第１共振周波ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間にある。
【００９５】
この構成によれば、ステータ固定巻線３４に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、ロータ界磁巻線４４の第１部分界磁巻線部４４−１又は第２部分界磁巻線部４４−２に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。
【００９６】
回転機２０において、基本波成分に重畳される高調波成分の周波数すなわち正負電圧パルス対を付加する周波数は、低回転から高回転まで、ロータ界磁巻線４４のインダクタンスＬ１，Ｌ２及びコンデンサ５４の容量Ｃに基づく共振周波数ｆ１，ｆ２を含む、得られる励磁電流又は回転トルクが必要以上（閾値以上）となる所定周波数範囲（具体的には、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して例えば±４０％の範囲）内である。この構成によれば、低回転から高回転まで、基本波成分の周波数に関係なく上記の共振周波数ｆ１，ｆ２に近い周波数の高調波成分を基本波成分に重畳することができ、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減して、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。
【００９７】
回転機２０において、制御回路７２は、矩形波制御領域でロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起するうえで、三相の相巻線のうちの一の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に所定期間ａだけ切り欠いてオフするための負電圧パルスを付加すると共に、他の何れかの相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に、その負電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオンするための正電圧パルスを付加する、高調波生成処理を実行する。又は、三相の相巻線のうちの一の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に所定期間ａだけ継ぎ足してオンするための正電圧パルスを付加すると共に、他の何れかの相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に、その正電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオフするための負電圧パルスを付加する、高調波生成処理を実行する。
【００９８】
この構成によれば、隣接二相に正負電圧パルス対を印加する高調波生成処理により、基本波成分の電流流通により生じる磁界と同じ方向の磁界を発生させることができ、ロータ界磁巻線４４に励磁電流を誘起することができる。
【００９９】
回転機２０において、制御回路７２は、回転機２０の中回転から高回転までの所定回転域（具体的には、回転数ｒｐｍが“５０００”以上かつ“８０００”以下である回転域）で、上記の高調波生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の双方のタイミングで行うことにより、ロータ界磁巻線４４による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回行う。この構成によれば、回転機２０の中回転から高回転までの所定回転域で、生成される高調波成分の周波数を共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２に対して所定範囲内に抑えることができ、ロータ界磁巻線４４に得られる励磁電流や回転機２０で得られる回転トルクを許容できる閾値以上とすることができる。
【０１００】
回転機２０において、制御回路７２は、回転機２０の高回転域（具体的には、回転数ｒｐｍが“８０００”を超えかつ“１５０００”以下である回転域）で、上記の高調波生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の何れか一方のタイミングで行うことにより、ロータ界磁巻線４４による励磁を一制御周期当たり等間隔で３回行う。この構成によれば、回転機２０の高回転域で、生成される高調波成分の周波数を共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２に対して所定範囲内に抑えることができ、ロータ界磁巻線４４に得られる励磁電流や回転機２０で得られる回転トルクを許容できる閾値以上とすることができる。
【０１０１】
ところで、上記の第１実施形態においては、回転機２０の中回転以上の回転域で、上記の高調波生成処理を三相の相巻線ごとに矩形波電圧波形のオン期間の始端及び／又は終端のタイミングで行うことにより、ロータ界磁巻線４４による励磁を一制御周期当たり等間隔で６回又は３回行うこととしている。そして、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”近傍にあるときに、ロータ界磁巻線４４による励磁の一制御周期当たりの回数を６回と３回とで切り替えることとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。この一制御周期当たりの励磁回数を切り替える回転数“８０００”ｒｐｍ近傍において、その励磁回数を６回と３回との間の回数に設定できれば、生成される高調波成分の周波数を共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２により近づけることが可能となる。
【０１０２】
回転機２０のロータ２６が例えば４極対である場合における高調波成分の一制御周期当たりの目標パルス数は、図１７に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“７０００”、“８０００”、“９０００”、及び“１００００”であるとき、それぞれ“５．１”、“４．５”、“４”、及び“３．６”である。この場合は、回転機２０の回転数ｒｐｍが“７０００”を超えかつ“１００００”以下の回転域であるときに一制御周期当たりにステータ固定巻線３４に正負電圧パルス対を等間隔で４回印加してロータ界磁巻線４４を等間隔で４回励磁すれば、回転機２０の共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２に対する高調波成分の実周波数のズレ率が所定範囲内に限定される。具体的には、そのズレ率は、図１７に示す如く、回転機２０の回転数ｒｐｍが“８０００”、“９０００”、及び“１００００”であるとき、それぞれ“０．８９”、“１．００”、及び“１．１１”となる。尚、回転数ｒｐｍが“７０００”であるときは、４回励磁時のズレ率が、６回励磁時のズレ率“１．１７”に比してズレ率“１．００”との差が大きい“０．７８”となる。
【０１０３】
このため、回転機２０の回転数ｒｐｍが“７０００”を超えかつ“１００００”以下の範囲内にあるとき、一制御周期当たりロータ界磁巻線４４を等間隔で４回励磁すれば、高調波成分の実周波数は、図１８に示す如く、共振周波数ｆ１，ｆ２を含むその共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±２５％の範囲内に抑えられ、上記した６回励磁や３回励磁の場合と比較して狭い範囲に抑えられる。従って、高調波成分の実周波数がこの範囲内に抑えられれば、ロータ界磁巻線４４に得られる励磁電流が、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となり、上記した６回励磁や３回励磁の場合と比較して大きくなる。また、回転機２０で得られる回転トルクが、高調波成分の実周波数が共振周波数ｆ１，ｆ２であるときに最大値をとりつつ、許容できる閾値以上となり、上記した６回励磁や３回励磁の場合と比較して大きくなる。
【０１０４】
そこで、制御回路７２は、回転数ｒｐｍが“７０００”を超えかつ“１００００”以下の回転域である矩形波制御領域で実行する高調波生成処理として、互いに周方向に隣接する隣接二相の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形への正負電圧パルス対の付加を一制御周期当たり等間隔で４回行い、一相一制御周期当たりの印加電圧の平均値をゼロとする。
【０１０５】
具体的には、上記の高調波生成処理として、三相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの特定の一相（図１９に示す例ではＷ相）の相巻線の基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端に、そのオン期間を所定期間ａだけ切り欠いてオフするための負電圧パルスを付加すると共に、その所定期間ａに対応して、他の何れかの隣接する相（図１９に示す例ではＵ相）で基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオフ期間に、その負電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオンするための正電圧パルスを付加する。更に、上記特定の一相の相巻線の基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の終端に、オン期間を所定期間ａだけ継ぎ足してオンするための正電圧パルスを付加すると共に、その所定期間ａに対応して、他の何れかの隣接する相（図１９に示す例ではＵ相）で基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間に、その正電圧パルスと対をなす所定期間ａだけオフするための負電圧パルスを付加する。
【０１０６】
この高調波生成処理においては、特定の一相（例えばＷ相）の相巻線の矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端の双方のタイミング（図１９における電気角ω２４〜ω２５及びω２９〜ω３０）でその相を含む隣接二相の相巻線の矩形波電圧波形に正負電圧パルス対が付加されるので、所定の回転域で一制御周期（すなわち電気角３６０°）当たり２個の高調波成分が等間隔（すなわち電気角１８０°）で生成される。
【０１０７】
制御回路７２は、上記の高調波生成処理に加えて更に、上記の特定の一相の相巻線の矩形波電圧波形のオン期間の始端及び終端それぞれのタイミング（すなわち、特定の一相を含む隣接二相の相巻線の矩形波電圧波形への正負電圧パルス対の付加）から電気角９０°だけ離間したタイミングで、正負電圧パルス対を付加可能な隣接二相（図１９に示す例ではＶ相及びＷ相）の相巻線の矩形波電圧波形に正負電圧パルス対を付加する。ここで、特定の一相をＷ相とした場合、電気角９０°だけ離間したタイミングにおいて隣接二相で所定期間ａの正負電圧パルス対を印加可能な相の組み合わせは、Ｗ相及びＶ相である（図１５参照）。
【０１０８】
この正負電圧パルス対の付加によれば、一制御周期当たり２個の高調波成分が等間隔で生成されるタイミングから電気角９０だけずれたタイミング（図１９における電気角ω２２〜ω２３及びω２７〜ω２８）で、一制御周期（すなわち電気角３６０°）当たり２個の高調波成分が等間隔（すなわち電気角１８０°）で生成される。
【０１０９】
従って、三相Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの特定の一相の基本波成分生成のための矩形波電圧波形を所定期間ａだけ遅らせ、その所定期間ａに対応する期間に他の何れかの相で逆のパルス電圧を印加すると共に、その特定の一相の基本波成分生成のための矩形波電圧波形の始端及び終端それぞれのタイミングから電気角９０°だけ離間したタイミングにおいて隣接二相で所定期間ａの正負電圧パルス対を印加すれば、一制御周期中に４個の高調波成分を等間隔で生成することができ、ロータ界磁巻線４４を一制御周期当たり等間隔で４回励磁することができる。
【０１１０】
この高調波生成処理によれば、回転数ｒｐｍが“７０００”を超えかつ“１００００”以下である回転域で、矩形波状の基本波成分の周波数に関係なく、その基本波成分に共振周波数ｆ１，ｆ２に近い周波数（具体的には、共振周波数ｆ１，ｆ２に対して概ね±２５％の範囲内）の高調波成分を重畳することができる。この場合は、回転数ｒｐｍが“７０００”を超えかつ“１００００”以下である回転域で、一制御周期中に６個又は３個の高調波成分を等間隔で生成する上記第１実施形態の構成に比べて、生成される高調波成分の周波数を共振周波数ｆ１，ｆ２に近づけることができる。
【０１１１】
この変形形態においては、回転機２０の回転数ｒｐｍが中回転より高いとき、一制御周期当たり基本波成分に最大６個の高調波成分を等間隔で重畳し、回転数ｒｐｍが所定の高回転に達したときは、一制御周期当たり基本波成分に等間隔で重畳する高調波成分の個数を４個に切り替え、更に回転数ｒｐｍがより高い所定の高回転に達したときは、一制御周期当たり基本波成分に等間隔で重畳する高調波成分の個数を３個に切り替えることで、ロータ界磁巻線４４の励磁を行うことができる。
【０１１２】
このため、この変形形態によれば、上記の第１実施形態に比べて更に、回転機２０の中回転から高回転まで、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減して、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができる。また、ステータ固定巻線３４に流す電流である基本波成分に重畳する高調波成分の振幅を更に抑えることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを更に低減することができる。
【０１１３】
尚、上記の第１実施形態やその変形形態においては、回転機２０のロータ２６が４極対である場合の例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、極対数が他の数であるロータ２６に適用することとしてもよい。
【０１１４】
また、上記の第１実施形態においては、基準相で電流として流す基本波成分に高調波成分を重畳させるための正負電圧パルス対を印加するタイミングとして、その基準相の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の中心（正電圧中心）又はオフ期間の中心（負電圧中心）から電気角３０°遅れた位置とし、その基準相とは異なる一相の相巻線に印加する基本波成分生成のための矩形波電圧波形のオン期間の始端又は終端としている。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。上記の正負電圧パルス対を印加するタイミングとしては、基準相の正電圧中心又は負電圧中心から遅れて電気角３０°〜６０°の位置であってよい。回転機２０における力率が概ね０．５以上であり、その力率角が概ね電気角６０°以下であるので、この電気角範囲の上限値は電気角６０°に設定されるのが好ましい。
【０１１５】
また、上記の第１実施形態においては、ロータ界磁巻線４４とコンデンサ５４とからなる共振回路８０，８２の共振周波数ｆ１，ｆ２を共振周波数と定義しているが、界磁巻線型回転機２０の共振周波数としては、基本波成分に高調波成分を重畳させた電流をステータ固定巻線３４に流しながらその高調波成分の周波数を変化させた場合に、ロータ界磁巻線４４に流れる励磁電流又はその励磁電流により発生するトルクがピークを示す周波数を用いることとしてもよい（図１４参照）。
【０１１６】
［実施形態２］
上記の第１実施形態の回転機２０においては、ロータ界磁巻線４４が直列接続された２つの部分界磁巻線部４４−１，４４−２を有しており、それらの部分界磁巻線部４４−１，４４−２同士の接続点に他端が接続される唯一つのコンデンサ５４が設けられている。これに対して、本発明の第２実施形態に係る回転機１００においては、図２０に示す如く、ロータ界磁巻線４４が直列接続された３つの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３を有しており、それらの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３同士の接続点ごとに他端が接続される２つのコンデンサ５４−１，５４−２が設けられている。
【０１１７】
以下適宜、部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３を第１部分界磁巻線部４４−１、第２部分界磁巻線部４４−２、及び第３部分界磁巻線部４４−３と称し、コンデンサ５４−１，５４−２を第１部分コンデンサ５４−１及び第２部分コンデンサ５４−２と称す。尚、図２０及び図２１において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【０１１８】
コンデンサ５４−１，５４−２はそれぞれ、一端が整流素子５２のアノード端子及び第３部分界磁巻線部４４−３の一端に接続されていると共に、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されているコンデンサである。第１部分コンデンサ５４−１の他端は、第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２との接続点に接続されている。第２部分コンデンサ５４−２の他端は、第２部分界磁巻線部４４−２と第３部分界磁巻線部４−３との接続点に接続されている。第１部分コンデンサ５４−１は、容量Ｃ１を有している。第２部分コンデンサ５４−２は、容量Ｃ２を有している。
【０１１９】
第１部分界磁巻線部４４−１は、整流素子５２のカソード端子と第１部分コンデンサ５４−１の他端との間に接続されている。第２部分界磁巻線部４４−２は、第１部分コンデンサ５４−１の他端と第２部分コンデンサ５４−２の他端との間に接続されている。第３部分界磁巻線部４４−３は、第２部分コンデンサ５４−２に並列に接続されている。第１部分コンデンサ５４−１は、第１部分界磁巻線部４４−１の両端に発生する電圧の方向と第２部分界磁巻線部４４−２側に発生する電圧の方向とが互いに逆方向となって両電圧が相互に打ち消し合うときに、その打ち消し合う電圧分の励磁エネルギを蓄える機能を有している。第２部分コンデンサ５４−２は、第２部分界磁巻線部４４−２側に発生する電圧の方向と第３部分界磁巻線部４４−３側に発生する電圧の方向とが互いに逆方向となって両電圧が相互に打ち消し合うときに、その打ち消し合う電圧分の励磁エネルギを蓄える機能を有している。
【０１２０】
第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２との接続点、及び、第２部分界磁巻線部４４−２と第３部分界磁巻線部４４−３との接続点は、ロータ界磁巻線４４を漏れ磁束や高調波磁束などの影響を受け易い部分と受け難い部分とに段階的に分ける箇所に設定されていればよい。第１部分界磁巻線部４４−１は、インダクタンスＬ１を有している。第２部分界磁巻線部４４−２は、インダクタンスＬ２を有している。第３部分界磁巻線部４４−３は、インダクタンスＬ３を有している。
【０１２１】
第１部分界磁巻線部４４−１、第２部分界磁巻線部４４−２、及び第３部分界磁巻線部４４−３は、図２１に示す如く、突極部４８の径方向においてステータコア３２に近い側から順に配置されている。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１は、第２部分界磁巻線部４４−２に比してステータコア３２に近い側（すなわち、径方向外側）に配置されている。第２部分界磁巻線部４４−２は、第３部分界磁巻線部４４−３に比してステータコア３２に近い側（すなわち、径方向外側）に配置されている。
【０１２２】
回転機１００においては、ロータ界磁巻線４４の３つの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３と２つのコンデンサ５４−１，５４−２とにより４つの共振回路が設けられている。すなわち、ロータ界磁巻線４４の第１部分界磁巻線部４４−１と第１部分コンデンサ５４−１とは、第１共振回路１０２を構成する。第１共振回路１０２は、第１共振周波数ｆ１１を有している。第１共振周波数ｆ１１は、第１部分界磁巻線部４４−１のインダクタンスＬ１と第１部分コンデンサ５４−１の容量Ｃ１とに基づいて次式（３）に従って算出される。
【０１２３】
ロータ界磁巻線４４の第２部分界磁巻線部４４−２と第１部分コンデンサ５４−１とは、第２共振回路１０４を構成する。第２共振回路１０４は、第２共振周波数ｆ１２を有している。第２共振周波数ｆ１２は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２と第１部分コンデンサ５４−１の容量Ｃ１とに基づいて次式（４）に従って算出される。
【０１２４】
ロータ界磁巻線４４の第２部分界磁巻線部４４−２と第２部分コンデンサ５４−２とは、第３共振回路１０６を構成する。第３共振回路１０６は、第３共振周波数ｆ１３を有している。第３共振周波数ｆ１３は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２と第２部分コンデンサ５４−２の容量Ｃ２とに基づいて次式（５）に従って算出される。
【０１２５】
ロータ界磁巻線４４の第３部分界磁巻線部４４−３と第２部分コンデンサ５４−２とは、第４共振回路１０８を構成する。第４共振回路１０８は、第４共振周波数ｆ１４を有している。第４共振周波数ｆ１４は、第３部分界磁巻線部４４−３のインダクタンスＬ３と第２部分コンデンサ５４−２の容量Ｃ２とに基づいて次式（６）に従って算出される。
【０１２６】
ｆ１１＝１／（２×π×（Ｌ１×Ｃ１）１／２）                      ・・・（３）
ｆ１２＝１／（２×π×（Ｌ２×Ｃ１）１／２）                      ・・・（４）
ｆ１３＝１／（２×π×（Ｌ２×Ｃ２）１／２）                      ・・・（５）
ｆ１４＝１／（２×π×（Ｌ３×Ｃ２）１／２）                      ・・・（６）
【０１２７】
第１部分界磁巻線部４４−１のインダクタンスＬ１及び第１部分コンデンサ５４−１の容量Ｃ１は、ロータ励磁用の高調波成分の周波数に対して共振関係にある。又は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２及び第１部分コンデンサ５４−１の容量Ｃ１は、その高調波成分の周波数に対して共振関係にある。又は、第２部分界磁巻線部４４−２のインダクタンスＬ２及び第２部分コンデンサ５４−２の容量Ｃ２は、ロータ励磁用の高調波成分の周波数に対して共振関係にある。又は、第３部分界磁巻線部４４−３のインダクタンスＬ３及び第２部分コンデンサ５４−２の容量Ｃ２は、その高調波成分の周波数に対して共振関係にある。
【０１２８】
すなわち、共振周波数は、４つの共振回路１０２〜１０８に対応して４つ設けられている。第１共振周波数ｆ１１、第２共振周波数ｆ１２、第３共振周波数ｆ１３、及び第４共振周波数ｆ１４の少なくとも何れか一つは、高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にある。尚、第１共振周波数ｆ１１、第２共振周波数ｆ１２、第３共振周波数ｆ１３、及び第４共振周波数ｆ１４のすべてが、高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にあることとしてもよい。
【０１２９】
また、共振回路１０２〜１０８ごとの第１共振周波数ｆ１１〜第４共振周波数ｆ１４を互いに異なるものに設定することで共振周波数帯を広げることとしてもよい。この構成によれば、高調波成分を共振回路１０２〜１０８の共振周波数ｆ１１〜ｆ１４に合わせ易くすることができる。また、この場合において、４つの共振周波数ｆ１１〜ｆ１４のうち何れか２つの共振周波数が互いに近似することでそれら２つの共振周波数の間の周波数でも共振が生じるときは、高調波成分の周波数は、それら２つの共振周波数の間にあってもよく、この構成によれば、高調波成分を２つの共振周波数の間に合わせ易くすることができる。
【０１３０】
このように第１共振周波数ｆ１１、第２共振周波数ｆ１２、第３共振周波数ｆ１３、及び第４共振周波数ｆ１４の少なくとも何れか一つと高調波成分の周波数とが共振関係にある構成においては、共振関係にない構成に比べて、ステータ固定巻線３４に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、各極のロータ界磁巻線４４に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、回転機１００によれば、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【０１３１】
［実施形態３］
上記の第２実施形態の回転機１００においては、ロータ界磁巻線４４が直列接続された３つの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３を有しており、それらの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，４４−３同士の接続点ごとに他端が接続される２つのコンデンサ５４−１，５４−２が設けられている。これに対して、本発明の第３実施形態に係る回転機２００においては、図２２に示す如く、ロータ界磁巻線４４が直列接続された（ｎ＋１）個の部分界磁巻線部４４−１，４４−２，・・・，４４−（ｎ＋１）を有しており、それらの部分界磁巻線部４４−１，４４−２，・・・，４４−（ｎ＋１）同士の接続点ごとに他端が接続されるｎ個の部分コンデンサ５４−１，５４−２，・・・，５４−ｎが設けられている。尚、ｎは、３以上の整数であればよいが、第１実施形態及び第２実施形態を含めるときは１以上の整数であってよい。また、図２２において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【０１３２】
回転機２００においては、ロータ界磁巻線４４の（ｎ＋１）個の部分界磁巻線部４４−１〜４４−（ｎ＋１）とｎ個のコンデンサ５４−１〜５４−ｎとにより（２×ｎ）個の共振回路が設けられている。すなわち、ロータ界磁巻線４４の（ｎ＋１）個の部分界磁巻線部４４−１〜４４−（ｎ＋１）とｎ個の部分コンデンサ５４−１〜５４−ｎとは、（２×ｎ）個の共振回路を構成する。（ｎ＋１）個の部分界磁巻線部４４−１〜４４−（ｎ＋１）は、インダクタンスＬ１〜Ｌ（ｎ＋１）を有する。ｎ個の部分コンデンサ５４−１〜５４−ｎは、容量Ｃ１〜Ｃｎを有する。これら（２×ｎ）個の共振回路の共振周波数の少なくとも何れか一つは、ロータ励磁用の高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にある。尚、（２×ｎ）個の共振周波数のすべてが、高調波成分の周波数を含む或いはその高調波成分の周波数付近にあることとしてもよい。
【０１３３】
また、（２×ｎ）個の共振回路ごとの共振周波数を互いに異なるものに設定することで、共振周波数帯を所定幅を有する帯域に亘って広げることとしてもよい。この構成によれば、高調波成分を何れかの共振回路の共振周波数に合わせ易くすることができる。また、この場合において、（２×ｎ）個の共振周波数のうち何れか２つの共振周波数が互いに近似することでそれら２つの共振周波数の間の周波数でも共振が生じるときは、高調波成分の周波数は、それら２つの共振周波数の間にあってもよく、この構成によれば、高調波成分を２つの共振周波数の間に合わせ易くすることができる。
【０１３４】
このように共振回路の共振周波数と高調波成分の周波数とが共振関係にある構成においては、共振関係にない構成に比べて、ステータ固定巻線３４に基本波成分と高調波成分とを重畳した電流が流れたときに、各極のロータ界磁巻線４４に誘起される界磁電流が流れ易くなる。従って、回転機２００においても、ロータ界磁巻線４４の励磁時におけるインピーダンスを低減することができ、そのロータ界磁巻線４４の励磁性を向上させることができるので、ロータ励磁用の高調波成分に起因するトルクリップルを低減することができる。
【０１３５】
［その他］
ところで、上記の第１実施形態においては、整流素子５２のカソード端子とコンデンサ５４の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部４４−１が、突極部４８の径方向においてステータコア３２に近い側に配置されると共に、コンデンサ５４に並列に接続されている第２部分界磁巻線部４４−２が、突極部４８の径方向においてステータコア３２から遠い側に配置される。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１が第２部分界磁巻線部４４−２に比してステータコア３２に近い側（すなわち、径方向外側）に配置される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に、第１部分界磁巻線部４４−１が突極部４８の径方向においてステータコア３２から遠い側に配置されると共に、第２部分界磁巻線部４４−２が突極部４８の径方向においてステータコア３２に近い側に配置されるものであってもよい。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１が第２部分界磁巻線部４４−２に比してステータコア３２から遠い側（すなわち、径方向内側）に配置されていてもよい。尚、第２実施形態や第３実施形態においても、これと同様の構成を適用することが可能である。
【０１３６】
［変形形態１］
ところで、界磁極に流れる磁束には漏れ磁束があるが、この漏れ磁束には主磁極である突極部４８間においてステータ２４側とロータ２６側とを跨いで漏れる磁束があるので、効率良い磁束形成が阻害されるおそれがある。
【０１３７】
そこで、第１変形形態に係る回転機３００においては、図２３に示す如く、ロータコア４２が、ボス部４６及び複数の突極部４８を有していると共に、更に補助極部３０２を有している。突極部４８は、一対の界磁極をなす主磁極である。補助極部３０２は、突極部４８間に配置されており、突極部４８間ごとに設けられている。補助極部３０２は、周方向において複数設けられており、突極部４８と交互に所定角度をおいて並ぶように配置されている。補助極部３０２は、周方向に隣り合う突極部４８の間に境界を設けるために設置された補助極であって、ボス部４６から径方向外側へ向けて突出する部位である。尚、図２３において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【０１３８】
尚、補助極部３０２は、突極部４８に比して周方向幅の小さいものであってよく、また、その補助極部３０２の先端とステータコア３２のティース４０の先端との間の隙間が、突極部４８の先端とそのティース４０との間のエアギャップに比して大きいものであってよい。
【０１３９】
回転機３００は、補助極部３０２に設けられる磁石３０４を備えている。磁石３０４は、突極部４８間においてステータ２４側とロータ２６側とを跨いで漏れる漏れ磁束を打ち消す方向に着磁されており、その着磁がなされるように配置されている。磁石３０４は、例えば、補助極部３０２の径方向内側にＮ極が配置されかつその径方向外側にＳ極が配置されるように補助極部３０２に埋設されている。磁石３０４は、突極部４８間においてステータ２４側とロータ２６側とを跨いで磁束が漏れるのを抑える機能を有している。
【０１４０】
かかる回転機３００の構造においては、補助極部３０２に設けられた磁石３０４により、突極部４８間においてステータ２４側とロータ２６側とを跨いで磁束が素通りして漏れるのを抑えことができる。従って、回転機３００によれば、界磁極に流れる磁束を主磁極に効率良く通すことができ、効果的に界磁電流を得ることができる。
【０１４１】
尚、磁石３０４は、永久磁石でもよいが、電磁石により構成されてもよい。この場合、補助極部３０２に、ステータ２４からロータ２６への漏れ磁束を打ち消す方向の磁束を発生する巻線が設けられている。
【０１４２】
［変形形態２］
上記の実施形態や変形形態においては、ロータ界磁巻線４４の直列接続される複数の部分界磁巻線部が突極部４８の径方向に並んで配置される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータ界磁巻線４４の直列接続される複数の部分界磁巻線部が突極部４８の周方向に並んで配置されてもよい。すなわち、この第２変形形態に係る回転機４００においては、図２４に示す如く、整流素子５２のカソード端子とコンデンサ５４の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部４４−１が、周方向においてロータコア４２の突極部４８に近い側に配置されると共に、コンデンサ５４に並列に接続されている第２部分界磁巻線部４４−２が、周方向においてロータコア４２の突極部４８から遠い側に配置されてもよい。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１が、第２部分界磁巻線部４４−２に比してロータコア４２の突極部４８に近い側に配置されてもよい。尚、図２４において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【０１４３】
これらの第１部分界磁巻線部４４−１及び第２部分界磁巻線部４４−２の配置は、例えば、ロータコア４２の突極部４８に第１部分界磁巻線部４４−１を巻装した後にその第１部分界磁巻線部４４−１の周方向外側に第２部分界磁巻線部４４−２を巻装することにより実現されるものであってよい。また、第１部分界磁巻線部４４−１及び第２部分界磁巻線部４４−２は、一本の巻線をコンデンサ５４の他端との接続位置を境界にして分けたものであってもよく、また、二本の別々の巻線をコンデンサ５４の他端との接続位置で繋げたものであってもよい。
【０１４４】
このため、回転機４００の構造においては、ロータ界磁巻線４４の突極部４８に近い側（すなわち主磁極側）と遠い側（すなわち主磁極間側）とで生じる磁束量の差その差の分だけコンデンサ５４に蓄えるエネルギを大きくすることができ、効果的に界磁電流を得ることができる。
【０１４５】
尚、この第２変形形態においては、第１部分界磁巻線部４４−１が、第２部分界磁巻線部４４−２に比してロータコア４２の突極部４８に近い側に配置される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に、第１部分界磁巻線部４４−１が周方向においてロータコア４２の突極部４８から遠い側に配置されると共に、第２部分界磁巻線部４４−２が周方向においてロータコア４２の突極部４８に近い側に配置されるものであってもよい。すなわち、第１部分界磁巻線部４４−１が第２部分界磁巻線部４４−２に比してロータコア４２の突極部４８から遠い側に配置されていてもよい。
【０１４６】
［変形形態３］
また、上記の第２変形形態においては、上記第１変形形態で示した補助極部及びその補助極部に設けられた磁石が設けられていない。これに対して、第３変形形態に係る回転機５００においては、ロータコア４２が、図２５に示す如く、上記第１変形形態の補助極部３０２と同様の補助極部５０２、及び、上記第１変形形態の磁石３０４と同様の磁石５０４を有するものとしてもよい。尚、図２５において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。この構造においては、補助極部５０２に設けられた磁石５０４により、突極部４８間においてステータ２４側とロータ２６側とを跨いで磁束が素通りして漏れるのを抑えことができるので、界磁極に流れる磁束を主磁極に効率良く通すことができ、効果的に界磁電流を得ることができる。
【０１４７】
尚、磁石５０４は、永久磁石でもよいが、電磁石により構成されてもよい。この場合、補助極部５０２に、ステータ２４からロータ２６への漏れ磁束を打ち消す方向の磁束を発生する巻線が設けられている。
【０１４８】
［変形形態４］
上記の実施形態や変形形態においては、回転機２０が備える整流素子５２に並列に何らコンデンサが接続されていない。これに対して、第４変形形態に係る回転機６００においては、図２６に示す如く、整流素子５２に並列にコンデンサ６０２が接続されている。尚、図２６において、上記第１実施形態において用いた構成部分と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。コンデンサ６０２は、ロータ界磁巻線４４に誘起されかつ整流素子５２により半波整流された交流電圧を平滑化して、脈動を低減する機能を有する。かかるコンデンサ６０２が設けられた回転機６００によれば、整流素子５２により半波整流された交流電圧を平滑化することができ、その脈動を低減することができる。
【０１４９】
［変形形態５］
上記の実施形態や変形形態においては、一端が整流素子５２のアノード端子に接続されていると共に、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されているコンデンサ５４が設けられている。これに対して、第５変形形態に係る回転機７００は、第１実施形態におけるコンデンサ５４に代えて、コンデンサ７０２を備えている。図２７に示す如く、コンデンサ７０２は、一端が整流素子５２のカソード端子に接続されていると共に、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されているものである。
【０１５０】
ロータ界磁巻線４４は、整流素子５２のアノード端子とコンデンサ７０２の他端との間に接続されている第１部分界磁巻線部４４−１と、コンデンサ７０２に並列に接続されている第２部分界磁巻線部４４−２と、を有している。コンデンサ７０２は、第１部分界磁巻線部４４−１の両端に発生する電圧の方向と第２部分界磁巻線部４４−２の両端に発生する電圧の方向とが互いに逆方向となって両電圧が相互に打ち消し合う方向であるときに、その打ち消し合う電圧分のエネルギを蓄える機能を有している。
【０１５１】
かかる回転機７００においては、第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２とで電圧方向が互いに逆方向となって両電圧が相互に打ち消し合う方向になると共に、それらの電圧が、各部分界磁巻線部４４−１，４４−２を整流素子５２との接続部側からコンデンサ７０２の他端との接続部側へ電流が流れるように印加されている場合（パターン２）、それらの各部分界磁巻線部４４−１，４４−２を流れた電流がコンデンサ７０２に向けて流れる。この場合は、第１部分界磁巻線部４４−１と第２部分界磁巻線部４４−２とで相互に打ち消し合う電圧分の励磁エネルギがコンデンサ７０２に蓄えられて、コンデンサ７０２が充電される。
【０１５２】
上記したコンデンサ７０２の充電後、第１部分界磁巻線部４４−１の電圧方向と第２部分界磁巻線部４４−２の電圧方向とが切り替わって、それらの電圧が、相互に打ち消し合う方向で、各部分界磁巻線部４４−１，４４−２をコンデンサ７０２の他端との接続部側から整流素子５２との接続部側へ電流が流れるように印加される場合（パターン３）、コンデンサ７０２側から各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に電流が流れる。この場合は、コンデンサ７０２に蓄えられていたエネルギが各部分界磁巻線部４４−１，４４−２へ放出されて、コンデンサ７０２が放電される。そして、コンデンサ７０２の充電と放電とが繰り返される。
【０１５３】
従って、回転機７００においても、ロータ界磁巻線４４の各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に相互に打ち消し合う方向の電圧が発生するとき、ロータ界磁巻線４４で発生した励磁エネルギを効率良く励磁電流に変換することで、界磁電流を確保することができる。このため、ロータ界磁巻線４４の各部分界磁巻線部４４−１，４４−２に相互に打ち消し合う方向の電圧が発生するときの励磁電流の減少に伴う励磁エネルギ損失の発生を防止することができ、それらの電圧が相互に打ち消し合う事態が生じても、ロータコア４２を効率良く励磁することができるので、上記の実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
また、この第５変形形態の構成は、第２実施形態の図２０に示す回転機１００や第３実施形態の図２２に示す回転機２００にも適用できる。すなわち、回転機１００，２００の各部分コンデンサは、一端が整流素子５２のカソード端子に接続されていると共に、他端がロータ界磁巻線４４の途中に接続されていてもよい。
【０１５５】
尚、上記の第２及び第３実施形態や各変形形態においても、上記の第１実施形態と同様に、基本波成分に重畳される高調波成分の周波数を、回転機の低回転から高回転まで、共振周波数を含む所定周波数範囲内であることが、ロータ界磁巻線に得られる励磁電流や回転機のトルクを所定値以上とするうえで望ましい。また、この場合において、矩形波制御領域で高調波成分を生成してロータ界磁巻線に励磁電流を誘起するうえでは、上記の第１実施形と同様に、隣接二相で正負電圧パルス対を印加する高調波生成処理を実行すればよい。
【０１５６】
更に、上記の実施形態や変形形態においては、ロータ界磁巻線４４が突極部４８ごとに集中的に巻かれている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータ界磁巻線４４が幾つかの突極部４８に分布して巻かれたものに適用することとしてもよい。
【０１５７】
また、上記の実施形態や変形形態において、コンデンサは、複数のコンデンサを直列、並列、又は直列及び並列の双方に接続させたものを用いたものであってよい。
【０１５８】
尚、本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【０１５９】
２０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００：界磁巻線型回転機、２４：ステータ、２６：ロータ、３２：ステータコア、３４：ステータ固定巻線、４２：ロータコア、４４：ロータ界磁巻線、４４−１：第１部分界磁巻線部、４４−２：第２部分界磁巻線部、４４−３：第３部分界磁巻線部、５２：整流素子、５４：コンデンサ、５４−１：第１部分コンデンサ、５４−２：第２部分コンデンサ、６０：インバータ回路、７２：制御回路、８０，８２，１０２，１０４，１０６，１０８：共振回路、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：インダクタンス、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２：容量。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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