(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の集中巻き及び分布巻きと比べて優れたトルク-電流特性をもつ回転電機を提供する。【解決手段】タンデム式回転電機は軸方向に隣接する前モータ及び後モータをもつ。前モータ及び後モータは、ステータポールに集中巻きされた３相コイルをもつ。２つの３相コイルの一方は、他方に対して相対的に位相変更可能である。一例において、前モータ及び後モータは、共通の籠形ロータ二次コイルをもつ。他例において、前モータは前界磁コイルが巻かれた前クローポール型ロータコアをもち、後モータは後界磁コイルが巻かれた後クローポール型ロータコアをもつ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のステータポールをもつ前ステータコアと、
複数のステータポールをもつ後ステータコアと、
前記前ステータコアに径方向に対面する前ロータコアと、
前記後ステータコアに径方向に対面する後ロータコアと、
前ロータコア及び後ロータコアが固定される回転軸と、
前記前ステータコア及び後ステータコアが固定されるハウジングと、
前記前ステータコアの前記ステータポールに集中巻きされた前３相コイルと、
前記後ステータコアの前記ステータポールに集中巻きされた後３相コイルと、
前記２つの３相コイルの電流を制御する電流制御部と、
を有することを特徴とするタンデム式回転電機。
【請求項２】
前記電流制御部は、前記２つの３相コイルの少なくとも一方に誘導される逆起電力の位相を変更することによりトルク-速度特性を切り替える運転モード切替手段を有する請求項１記載のタンデム式回転電機。
【請求項３】
前記前ステータコアの前記ステータポールは、前記後ステータコアの前記ステータポールと比べて半ステータポールピッチだけ周方向にシフトされている請求項１記載のタンデム式回転電機。
【請求項４】
前記前３相コイルの各相コイルは、前記後３相コイルの同一相の各相コイルと比べてステータポールピッチの１.５倍だけ周方向にシフトされている請求項３記載のタンデム式回転電機。
【請求項５】
前記前ロータコア及び前記後ロータコアは共通の籠形コイルをもつ請求項３記載のタンデム式回転電機。
【請求項６】
前記電流制御部は、倍極モード及び倍相モードをもち、
電気角３６０度は、前記倍極モードにおいてステータポールピッチの１．５倍に相当し、かつ、前記倍相モードにおいてステータポールピッチの３倍に相当する請求項５記載のタンデム式回転電機。
【請求項７】
前記前ロータコア及び前記後ロータコアはそれぞれ、永久磁石を有する請求項１記載のタンデム式回転電機。
【請求項８】
前記電流制御部は、星形接続タイプの前記２つの３相コイルに別々に接続される２つの３相インバータを有し、
前記２つの３相インバータは、互いに逆位相の２つの２相変調電圧を出力する請求項３記載のタンデム式回転電機。
【請求項９】
前記前ロータコアは、前記前ステータコアに径方向に対面する前界磁コイル付きのクローポール形ロータコアからなり、
前記後ロータコアは、前記後ステータコアに径方向に対面する後界磁コイル付きのクローポール形ロータコアからなり、
前記電流制御部は、前記２つの界磁コイルの一方に供給する界磁電流の方向を反転することにより、前記２つの３相コイルの一方の３相逆起電力の位相を反転する請求項１記載のタンデム式回転電機。
【請求項１０】
前記２つの３相コイルの一方は、星形接続３相コイルからなり、
前記２つの３相コイルの他方は、ダブルエンデッド３相コイルからなり、
前記電流制御部は、前記２つの３相コイルの両方に接続される３相整流器と、前記ダブルエンデッド３相コイルだけに接続される３相インバータとの両方を有する請求項９記載のタンデム式回転電機。
【請求項１１】
前記電流制御部は、相毎に直列接続された前記２つの３相コイルへ前記３相インバータから３相電流を供給するモータモードを有し、前記電流制御部はさらに、相毎に並列接続された前記２つの３相コイルの発電電圧を前記３相整流器により整流する発電機モードを有する請求項１０記載のタンデム式回転電機。
【請求項１２】
前記３相インバータは、高電圧バッテリに接続され、
前記３相整流器は、低電圧バッテリに接続され、
前記電流制御部は、前記発電機モードにおいて、前記３相インバータの上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの一方をオンし、他方をオフする請求項１１記載のタンデム式回転電機。
【請求項１３】
前記３相インバータ及び前記３相整流器は、共通のバッテリに接続され、
前記電流制御部は、前記発電機モードにおいて、前記３相インバータを３相整流器として運転する請求項１１記載のタンデム式回転電機。
【請求項１４】
前記ハウジングは、前記前ステータコア及び前記後ステータコアにより挟まれる環状突起を有する請求項１記載のタンデム式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタンデム式回転電機に関し、特に車両用タンデム式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆起電力と回転速度との関係を切り替え可能な特性切替式回転電機は、スタータジエネレータなどの可変速回転電機用途において有益である。ステータコイルの逆起電力は極数又は巻数の切替により変更される。トルク-電流特性は逆起電力の変更により変更される。極数切替及び巻数切替は代表的な特性切替法である。
【０００３】
一般に、スタータジエネレータは、強力な始動トルク故にその重量を増加する必要をもつ。スタータジエネレータの重量は特性切替式回転電機の採用により低減される。しかし、従来の特性切替モータは複雑な機械構造及び複雑な回路構造を必要とする。
【０００４】
特許文献１は、２つの３相インバータ、３相整流器、及び短絡トランジスタをもつ巻数切替式回転電機を提案する。３つの相コイルの各第１端子は第１の３相インバータに接続され、３つの相コイルの各第２端子は第２の３相インバータ及び３相全波整流器に並列に接続される。短絡トランジスタは３相整流器の一対の直流端子を短絡する。
【０００５】
この巻数切替式回転電機は、スターモード及びHブリッジモードをもつ。スターモードにおいて、第２の３相インバータはオフされ、短絡トランジスタがオンされる。これにより、３つの相コイルの各第２端子は、星形接続３相コイルの中性点をなす。Hブリッジモードにおいて、短絡トランジスタはオフされ、２つの３相インバータは２つの３相電圧を出力する。
【０００６】
しかし、特許文献１の巻数切替式回転電機は、３相整流器、短絡トランジスタ、及び２つの３相インバータを必要とする。したがって、この巻数切替式回転電機は、１つの３相インバータだけをもつ標準の３相モータ装置と比べて製造コスト及び電力損失の増加を招く。
【０００７】
特許文献２は、第２の３相コイルがさらに追加されたダブルインバータ式極数倍増モータ装置を提案する。このモータ装置によれば、第１の３相コイルの各第１端子は第１の３相インバータに接続され、第１の３相コイルの各第２端子は第２の３相インバータに接続される。さらに、第２の３相コイルは、第２の３相インバータに接続される。
【０００８】
この極数倍増モータ装置は、極数が倍増される倍極モードと、それらが倍増されない標準モードをもつ。第１の３相コイルは倍極モードにおいて標準モードと比べて反対の起電力を発生する。このモータ装置によれば、２つの３相コイルは倍極モードにおいて直列接続され、標準モードにおいて並列接続される。このモータ装置は倍極モードにおいて極数及び巻数の両方を倍増することができる。
【０００９】
しかし、この極数倍増モータ装置は、ステータ極数の切替に応じてロータ極数の切替を必要とする。ロータ極数の切替は、複雑なロータ構造を必要とする。さらに、高価なパワートランジスタにより形成される第２の３相インバータの追加は、ダイオードにより形成される３相整流器と比べて、製造コストを増加させる。
【００１０】
特許文献３及び４は、２つのモータが軸方向に配置されるタンデムモータを開示する。従来のタンデムモータにおいて、異なるステータコアに別々に巻かれた２つのステータコイルは互いに異なる電圧をもつ直流電源に接続される。言い換えれば、従来のタンデムモータは、共通の回転軸をもつ本質的に２つの独立モータと考えることができる。さらに、従来のモータ技術において、集中巻きは分布巻きと比べて銅損を低減できるという利点をもつ。しかし、集中巻きの欠点は、等しいステータポール数をもつ分布巻きと比べて円滑な回転磁界の形成が難しいことである。このため、円滑な回転磁界を形成可能な集中巻き技術が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１４-５４０９４号公報
【特許文献２】特開２０１８-２６９９５号公報
【特許文献３】U.S.Patent No.５,５９２,０３９
【特許文献４】U.S.Patent No.７,３９７,１５７
【発明の概要】
【００１２】
本発明の一つの目的は、従来の集中巻き及び分布巻きと比べて優れたトルク-電流特性をもつ回転電機を提供することである。
【００１３】
本発明の回転電機は、タンデム配置された２つのモータ部をもつ。各モータ部のロータコアは共通の回転軸に固定される。各モータ部はそれぞれ、ステータポールに巻かれた集中巻き３相コイルをもつ。回転電機の軸方向長の増加を抑制しつつ、タンデム式回転電機の種々の利点を実現することができる。好適には、２つの３相コイルの少なくとも一方に誘導される逆起電力の位相が変更される。回転電機のトルク-速度特性を簡単に切り替えることができる。
【００１４】
本発明の第１の様相によれば、２つのステータコアは、互いに半ステータポールピッチだけ周方向にシフトされたステータポールをもつ。これにより、トルクリップルが低減される。さらに、このタンデムモータは、ステータポールの合計数が等しい従来の集中巻きモータと比べて、ステータポールの周方向幅を拡大することができる。その結果、磁束量を減らすこと無しにステータコイルの銅損を低減することができる。
【００１５】
好適には、２つの３相コイルの一方は他方に対して実質的にステータポールピッチの１.５倍だけ周方向にシフトされている。これにより、集中巻きにもかかわらず円滑な回転磁界を形成することができる。好適には、このタンデム式回転電機は共通の籠形コイルをもつ誘導モータである。好適には、このタンデム誘導モータは、２つの３相コイルに個別に供給される２つの３相電流の位相制御により、簡単に極数切替を実現することができる。
【００１６】
好適には、このタンデム式回転電機の各モータ部は永久磁石ロータをもつ同期モータからなる。２つのモータ部の一方のステータポールとロータのN極との間の周方向距離は、２つのモータ部の他方のステータポールとロータのN極との間の周方向距離と比べてステータポールピッチの１.５倍だけ周方向にシフトされている。これにより、トルクリップルが低減される。
【００１７】
好適には、星形接続された２つの３相コイルは２つの３相インバータに接続される。２つの３相インバータはそれぞれ、位相が互いに反対である２相変調を実行する。これにより、漏れ電流を低減することができる。この変調法は、４相変調法と呼ばれる。
【００１８】
本発明の第２の様相によれば、２つのモータ部はそれぞれ、界磁コイルがまかれたランデルタイプのロータコアをもつ。２つの界磁コイルの一方に供給する界磁電流の方向は反転可能である。これにより、ロータの界磁束分布を容易に変更することができる。
【００１９】
好適には、１つのモータ部は星形接続３相コイルをもち、もう１つのモータ部はダブルエンデッド３相コイルをもつ。これら２つの３相コイルは３相整流器に並列に接続される。ダブルエンデッド３相コイルの残る端部は３相インバータに接続される。モータモードにおいて、３相インバータは、相毎に直列接続された２つの３相コイルに３相電流を供給する。発電機モードにおいて、相毎に並列接続された２つの３相コイルの発電電圧は３相整流器により整流される。これにより、ステータコイルの巻数は、モータモードにおいて発電機モードと比べて増加される。さらに、ステータコイルの電気抵抗値は、発電機モードにおいてモータモードに比べて１/４となる。
【００２０】
好適には、３相インバータは高電圧バッテリに接続され、３相整流器は低電圧バッテリに接続される。３相インバータの上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの一方が発電機モードにおいてオンされる。これにより、３相インバータは、発電機モードにおいて中性点となることができる。
【００２１】
好適には、３相インバータ及び３相整流器は共通のバッテリに接続される。３相インバータは発電機モードにおいて３相整流器として運転される。要するに、ダブルエンデッド３相コイルの各相電圧は、発電機モードにおいて３相フルブリッジ（Hブリッジ）整流器により整流される。
【００２２】
上記説明された４相変調法は、２つの星形接続３相コイルが１つの共通のステータコアに巻かれた従来のモータ装置に適用されることができる。２つの星形接続３相コイルは２つの３相インバータに個別に接続される。２つの３相インバータは互いに電気角１８０度離れた２つの２相変調法で別々に制御される。これにより、２つの３相コイルの電位ジャンプが互いにキャンセルされるため、従来の２相変調法の欠点であった漏れ電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は第１実施例のタンデム集中巻き誘導モータを示す軸方向断面図である。
【図２】図２はタンデムモータ駆動のためのダブルインバータ回路を示すブロック回路図である。
【図３】図３は倍極モードにおける前側ステータを示す側面図である。
【図４】図４は倍極モードにおける後側ステータを示す側面図である。
【図５】図５は倍極モードにおける相電流分布を示す展開図である。
【図６】図６は倍極モードにおける相磁界ベクトルを示すベクトル図である。
【図７】図７は倍相モードにおける前側ステータを示す側面図である。
【図８】図８は倍相モードにおける後側ステータを示す側面図である。
【図９】図９は倍相モードにおける相電流分布を示す展開図である。
【図１０】図１０は倍相モードにおける相磁界ベクトルを示すベクトル図である。
【図１１】図１１はタンデム集中巻きモータのステータポール配置例を示す模式展開図である。
【図１２】図１２は従来の集中巻きモータのステータポール配置例を示す模式展開図である。
【図１３】図１３は４相変調法を実行するダブルインバータ回路を示す配線図である。
【図１４】図１４は６相電圧の基本波形を示す波形図である。
【図１５】図１５は１２０度切替式の４相変調法を示す状態図である。
【図１６】図１６は１サイクル期間内における各トランジスタの出力状態を示すタイミングチャートである。
【図１７】図１７は６０度切替式の４相変調法を示す状態図である。
【図１８】図１８は第２実施例のタンデムスタータジエネレータの直列モードを示す配線図である。
【図１９】図１９はこのタンデムスタータジエネレータの並列モードを示す配線図である。
【図２０】図２０はタンデムスタータジエネレータの模式軸方向断面図である。
【図２１】図２１はタンデムスタータジエネレータのロータ磁極配置を示す展開図である。
【図２２】図２２はロータ回路を示す配線図である。
【図２３】図２３はダイオードリングを示す側面図である。
【図２４】図２４は直列モードにおける各相コイルの逆起電力を示す展開図である。
【図２５】図２５は並列モードにおける各相コイルの逆起電力を示す展開図である。
【図２６】図２６は直列モードにおける各相コイルの逆起電力ベクトルを示すベクトル図である。
【図２７】図２７は並列モードにおける各相コイルの逆起電力ベクトルを示すベクトル図である。
【図２８】図２８はタンデムスタータジエネレータの変形態様を示す配線図である。
【図２９】図２９は並列モード（発電機モード）における各相コイルの逆起電力ベクトルを示すベクトル図である。
【図３０】図３０は直列モード（モータモード）における各相コイルの逆起電力ベクトルを示すベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明のタンデム式回転電機の好適な実施例が図面を参照して説明される。このタンデム式回転電機は、軸方向に隣接配置された前モータ及び後モータをもつタンデムモータ構造を採用する。前モータ及び後モータはそれぞれ、集中巻きタイプのステータコイルをもつ。このため、この実施例のタンデムモータは、タンデム集中巻きモータと呼ばれることができる。第１実施例は２つの３相インバータを使用する交流モータを開示し、第２実施例は、１つの３相インバータ及び１つの３相整流器を使用するスタータジエネレータを開示する。各実施例のタンデム集中巻きモータは、運転環境に応じてトルク特性を切替えることができる。
【００２５】
第１実施例
図１は、第１実施例のタンデム集中巻き誘導モータを示す軸方向断面図である。このモータは、ハウジング５に収容された前モータ７及び後モータ８をもつ。ハウジング５は、円筒部５１及び２つのディスク部５２及び５３からなる。円筒部５１の中央部は、冷却用の孔５４が形成された円筒状突起５５をもつ。前モータ７及び後モータ８は回転軸１２に沿ってタンデム配置されている。前モータ７は前ステータコア７１、３相コイル１、前ロータコア７３、及び共通籠形コイル９を有する。前ステータコア７１は円筒部５１に固定されている。３相コイル１は前ステータコア７１に巻かれている。前ロータコア７３は回転軸１２に固定されている。同様に、後モータ８は後ステータコア８１、３相コイル２、後ロータコア８３、及び共通籠形コイル９を有する。後ステータコア８１は円筒部５１に固定されている。３相コイル２が後ステータコア８１に巻かれている。後ロータコア８３は回転軸１２に固定されている。
【００２６】
ステータコア７１及び８１は、円筒部５１の円筒状突起５５を挟んでいる。ロータコア７３及び８３は、回転軸１２に固定された非磁性のスペーサ１６を挟んでいる。３相コイル１は前ステータコア７１に集中巻きされ、３相コイル２は後ステータコア８１に集中巻きされている。３相コイル１及び２の各一つのコイルエンドは、スペーサ１６により形成されたアイドルスペースに収容されている。
【００２７】
図２はこのタンデム集中巻きモータの駆動回路を示す。３相インバータ３及び４からなるこの駆動回路はダブルインバータ回路又は６相インバータと呼ばれる。３相コイル１は３相インバータ３に接続されている。３相コイル２は３相インバータ４に接続されている。インバータ３はレグ３U、３V、及び３Wからなる。インバータ４はレグ４U、４V、及び４Wからなる。コントローラ１００はインバータ３及び４を制御する。３相コイル１は星形（Wye）接続された相コイル１U、１V、及び１Wからなる。３相コイル２は星形（Wye）接続された相コイル２U、２V、及び２Wからなる。
【００２８】
レグ３Uは相コイル１Uに相電圧V１を印加し、相電流I１を供給する。レグ３Vは相コイル１Vに相電圧V２を印加し、相電流I２を供給する。レグ３Wは相コイル１Wに相電圧V３を印加し、相電流I３を供給する。同様に、レグ４Uは相コイル２Uに相電圧V４を印加し、相電流I４を供給する。レグ４Vは相コイル２Vに相電圧V５を印加し、相電流I５を供給する。レグ４Wは相コイル２Wに相電圧V６を印加し、相電流I６を供給する。３つの相電流I１-I３のうちの任意の２つの間の電気角は１２０度である。３つの相電流I４-I６のうちの任意の２つの間の電気角は１２０度である。
【００２９】
共通籠形コイル９は、多数の導体バー及び２個のエンドリングからなる。ほぼ軸方向に延在する各導体バーはロータコア７３及び８３の各スロットに順番に収容されている。各導体バーはそれぞれ、ロータコア７３及び８３の各一つのスロットを順番に貫通している。環状のエンドリングの一方は各導体バーの前端に接続され、他方は各導体バーの後端に接続されている。
【００３０】
コントローラ１００は、ステータ極数を倍増する倍極モードと、ステータ相数を倍増する倍相モードとをもつ。倍極モードが図３-図６を参照して説明される。
【００３１】
図３は前ステータコア７１を示す側面図である。前ステータコア７１は環状のバックコア７５から径方向内側へ突出する６個のステータポール７２をもつ。ステータポール７２はそれぞれ、前ロータコア７３に対面する磁極面７４をもつ。３つの相コイル１U、１V、及び１Wが６個のステータポール７２に順番に集中巻きされている。互いに隣接する２つのステータポール７２の間の機械角は６０度である。
【００３２】
図４は後ステータコア８１を示す側面図である。後ステータコア８１は環状のバックコア８５から径方向内側へ突出する６個のステータポール８２をもつ。各ステータポール８２はそれぞれ、後ロータコア８３に対面する磁極面８４をもつ。３つの相コイル２U、２V、及び２Wが６個のステータポール８２に順番に集中巻きされている。互いに隣接する２つのステータポール８２の間の機械角は６０度である。
【００３３】
ステータポール８２はステータポール７２に対して半ポールピッチに相当する機械角３０度だけ周方向へシフトされている。各導体バーのスキュー角はゼロである。導体バーが所定のスキュー角をもつ時、ステータポール７２はステータポール８２と比べて周方向へシフトされることができる。
【００３４】
図５は倍極モードにおける磁極面７４及び８４の配置を示す周方向展開図である。この配置は倍極配列と呼ばれる。磁極面７４及び８４内に図示される破線はステータポール７２及び８２の最小の周方向幅を示す。相コイル２Vは周方向において相コイル１U及び１Wの中間位置に配置されている。相コイル２Uは周方向において相コイル１W及び１Vの中間位置に配置されている。相コイル２Wは周方向において相コイル１V及び１Uの中間位置に配置されている。言い換えれば、３相コイル１及び２の互いに同相の２つの相コイルの間の周方向距離はステータポールピッチの１．５倍に等しい。
【００３５】
３相コイル１及び２により磁極面７４及び８４に形成された相磁界U、V、Wは回転磁界を形成する。この回転磁界の電気角３６０度はステータポールピッチの１．５倍に相当する。磁極面７４及び８４はそれぞれ、電気角１８０度にほぼ相当する周方向幅をもつ。互いに隣接する２つの磁極面７４の間のスロットはほぼ電気角６０度に相当する周方向幅をもつ。
【００３６】
相コイル１Uを流れる電流IUは磁極面７４に相磁界Uを形成する。相コイル１Wを流れる相電流IWは磁極面７４に相磁界Wを形成する。相コイル１Vを流れる相電流IVは磁極面７４に相磁界Vを形成する。同様に、相コイル２Uを流れる相電流IUは磁極面８４に相磁界Uを形成する。相コイル２Wを流れる相電流IWは磁極面８４に相磁界Wを形成する。相コイル２Vを流れる相電流IVは磁極面８４に相磁界Vを形成する。
【００３７】
磁極面７４及び８４は角度位置P１-P６をもつ。互いに隣接する２つの角度位置の間の電気角は６０度である。相磁界-Vが第１領域（P１-P２)に合成され、相磁界Uが第２領域（P２-P３)に形成され、相磁界-Wが第３領域（P３-P４)に合成される。相磁界Vが第４領域（P４-P５)に形成され、相磁界-Wが第５領域（P５-P６)に合成され、相磁界Wが第６領域（P６-P１)に形成される。図６は６つの相磁界-V、U、-W、V、-U、及びWを示すベクトル図である。互いに電気角６０度だけ離れた６個の相磁界ベクトルが電気角３６０度の範囲内に形成される。
【００３８】
倍相モードが図７-図１０を参照して説明される。図７は前ステータコア７１を示す側面図である。図８は後ステータコア８１を示す側面図である。図７は図３と本質的に同じであり、図８は図４と本質的に同じである。しかし、各相コイル１U-２Wに供給される各相電流の位相が変更される。-U相電流-IUはU相電流IUと反対位相をもち、-V相電流-IVはV相電流IVと反対位相をもち、-W相電流-IWはW相電流IWと反対位相をもつ。
【００３９】
図９は倍相モードにおける磁極面７４及び８４の配置を示す周方向展開図である。この配置は倍相配列と呼ばれる。相電流IUが相コイル１Uに供給され、相電流IVが相コイル１Wに供給され、相電流IWが相コイル１Vに供給される。さらに、相電流-IUが相コイル２Uに供給され、-相電流-IWが相コイル２Vに供給され、相電流-IVが相コイル２Wに供給される。その結果、３つの磁極面７４は相磁界U、V、及びWを順番に形成し、３つの磁極面８４は相磁界-U、ーV、及び-Wを順番に形成する。
【００４０】
磁極面７４及び８４は角度位置P１-P１２をもつ。角度位置P１-P１２のうち互いに隣接する２つの間の電気角は３０度である。相磁界（U-V）が第１領域（P１-P２)に合成される。相磁界Uが第２領域（P２-P３)に形成される。相磁界（U-W）が第３領域（P３-P４)に合成される。相磁界-Wが第４領域（P４-P５)に形成される。相磁界（V-W）が第５領域（P５-P６)に合成される。相磁界Vが第６領域（P６-P７)に形成される。
【００４１】
同様に、相磁界（V-U）が第７領域（P７-P８)に合成される。相磁界-Uが第８領域（P８-P９)に形成される。相磁界（W-U）が第９領域（P９-P１０)に合成される。相磁界Wが第１０領域（P１０-P１１)に形成される。相磁界（W-V）が第１１領域（P１１-P１２)に合成される。相磁界-Vが第１２領域（P１２-P１)に形成される。結局、この倍相モードによれば、１２個の相磁界ベクトルが電気角３６０度内に形成される。図１０はこれらの相磁界ベクトルを示すベクトル図である。
【００４２】
コントローラ１００は、６個の相コイル（１U-２W）に供給される６個の相電流の位相を調節することにより、倍極モードと倍相モードの切替を実行する。倍極配列が低速領域で選択され、倍相配列が高速領域で選択される。
【００４３】
第１変形態様
一つの変形態様が説明される。倍極モード及び倍相モードのどちらかだけを使用する時、３相コイル１及び２は１個の３相インバータに接続されることができる。一つの３相インバータをもつこの駆動回路はシングルインバータ回路と呼ばれる。３相インバータの代わりに３つのHブリッジを採用することも可能である。
【００４４】
第２変形態様
もう一つの変形態様が説明される。直列又は並列に接続された３相コイル１及び２は商用３相交流電源に直接に接続されることができる。３相コイル１及び２は倍極配列又は倍相配列をもつことができる。商用３相交流電源と３相コイル１及び２との間に倍極配列と倍相配列とを切り替えるためのリレーを配置することも可能である。
【００４５】
第３変形態様
もう１つの変形態様が説明される。前モータ７及び後モータ８はそれぞれ、３相誘導モータの代わりに３相永久磁石同期モータ（PMSM）を採用することができる。この３相永久磁石同期モータは、図１に示される断面図において、ロータコア７３及び８３がそれぞれ、共通籠形コイル９の代わりに永久磁石を内蔵する。好適には、このPMSMは倍極配列を採用する。一般に、シングルインバータ回路が採用される。
【００４６】
この実施例のタンデム集中巻きモータの利点が説明される。第１に、タンデム配置された前モータ及び後モータが集中巻きコイルをもつので、前モータと後モータとの間のアイドルスペースは短い軸方向長をもつことができる。
【００４７】
第２に、ステータポール７２がステータポール８２と比べて周方向に半ポールピッチだけシフトし、かつ、さらに軸方向に隣接するステータポール７２及び８２が周方向においてオーバーラップしている。このため、３相コイル１及び２が集中巻きを採用するにもかかわらず、分布巻き３相コイルの回転磁界に似た円滑な合成回転磁界を実現することができる。この円滑な回転磁界はトルクリップル及び共通籠形コイル９に誘導される二次電圧の高調波成分を低減する。
【００４８】
第３に、このタンデム集中巻き方式は、従来の集中巻き方式と比べてステータコイルの銅損を低減する。この利点がステータコイルの展開図を示す図１１及び図１２を参照して説明される。図９と本質的に同じである図１１は、倍相配列における６つの相コイル（１U-２W）の配置を示す。図１２は、従来の６相集中巻きステータコイルの一例における６つの相コイル（１U-２W）の配置を示す。したがって、これら図１１及び図１２のステータコイルは、電気角３６０度の範囲に６個の磁界ベクトル（U、-V、W、-U、V、-W）を形成することができる。
【００４９】
図１１及び図１２において、６つの相コイル（１U-２W）は電気角３６０度に相当する周方向距離PEと軸方向長Lとにより区画される展開領域内に配置されている。相コイル１U及び２Uは直列接続され、相コイル１V及び２Vは直列接続され、相コイル１W及び２Wは直列接続されている。相コイル１U及び２Uは互いに逆向きに巻かれ、相コイル１V及び２Vは互いに逆向きに巻かれ、相コイル１W及び２Wは互いに逆向きに巻かれている。
【００５０】
図１１に示されるこの実施例の相コイル（１U-２W）は、図１２に示される従来の相コイル（１U-２W）と比べて、７５％の１ターン長をもつ。さらに、図１１に示されるこの実施例のステータポール７２及び８２は、図１２に示される従来のステータポール７０と比べて、１３０％の磁極面積をもつ。結局、タンデム集中巻き方式は、等しいステータポール数をもつ従来の６相型の集中巻き方式と比べて、増加されたトルクと、低減された銅損とをもつ。
【００５１】
第４変形態様
もう１つの変形態様が説明される。この変形態様において、２つの３相インバータ３及び４は４相変調法で駆動される。この４相変調において、インバータ３が出力する第１の３相電圧は、インバータ４が出力する第２の３相電圧と反対の位相をもつ。さらに、インバータ３及び４はそれぞれ、公知の２相変調法により駆動される。
【００５２】
この４相変調の詳細が、図１３-図１７を参照して説明される。図１３は、図２に示されるダブルインバータ回路と同じである。インバータ３はレグ３U、３V、及び３Wからなる。レグ３Uは上アームトランジスタ３UU及び下アームトランジスタ３ULからなる。レグ３Vは上アームトランジスタ３VU及び下アームトランジスタ３VLからなる。レグ３Wは上アームトランジスタ３WU及び下アームトランジスタ３WLからなる。インバータ４はレグ４U、４V、及び４Wからなる。レグ４Uは上アームトランジスタ４UU及び下アームトランジスタ４ULからなる。レグ４Vは上アームトランジスタ４VU及び下アームトランジスタ４VLからなる。レグ４Wは上アームトランジスタ４WU及び下アームトランジスタ４WLからなる。
【００５３】
コントローラ１００は、ゲート信号S１-S６を１２個のトランジスタ３UU-４WLに印加する。ゲート信号S１はトランジスタ３UU及び４ULに印加される。ゲート信号S２はトランジスタ３UL及び４UUに印加される。ゲート信号S３はトランジスタ３VU及び４VLに印加される。ゲート信号S４はトランジスタ３VL及び４VUに印加される。ゲート信号S５はトランジスタ３WU及び４WLに印加される。ゲート信号S６はトランジスタ３WL及び４WUに印加される。言い換えれば、３相インバータ３及び４は共通のゲート信号S１-S６により制御される。４相変調される３相インバータ３及び４は対称６相電圧（V１-V６）を出力する。
【００５４】
図１４は、６相電圧（V１-V６）の基本波波形を示すタイミングチャートである。U相電圧V１は-U相電圧V４と反対波形となり、V相電圧V２は-V相電圧V５と反対波形となり、W相電圧V３は-W相電圧V６と反対波形となる。この４相変調法において、２つの３相インバータ３及び４はそれぞれ２相変調法によりPWM制御される。このため、この４相変調法はダブル２相変調法と呼ばれることができる。２相変調法によれば、３相インバータの１つのレグからなる電位固定レグがハイレベル電位H又はローレベル電位Lを出力する。PWMレグと呼ばれる他の２つのレグは、電位固定レグの出力電位から所定電圧だけ離れた低周波電圧を出力するためにPWM法で制御される。
【００５５】
図１５は、この４相変調法の一例を示す状態図である。電位固定レグは、電気角１２０度毎に変更される。第１期間T１Aにおいて、トランジスタ３UU及び４ULがオンされる。第２期間T２Aにおいて、トランジスタ３VU及び４VLがオンされる。第３期間T３Aにおいて、トランジスタ３WU及び４WLがオンされる。他の４つのPWMレグはPWM制御される。図１６は、第２期間T２AにおけるPWMキャリヤ信号の１サイクル期間TCを示すタイミングチャートである。図１６は１２個のトランジスタ（３UU-４WL)の電位を示す。
【００５６】
図１７は、この４相変調法のもう１つの例を示す状態図である。この例によれば、各レグの出力電位は電気角６０度だけ固定される。第１期間T１において、トランジスタ３UU及び４ULがオンされる。第２期間T２において、トランジスタ３WL及び４WUがオンされる。第３期間T３において、トランジスタ３VU及び４VLがオンされる。第４期間T４において、トランジスタ３UL及び４UUがオンされる。第５期間T５において、トランジスタ３WU及び４WLがオンされる。第６期間T６において、トランジスタ３VL及び４VUがオンされる。PWMレグと呼ばれる他の４つのレグは、電位固定レグの出力電位から所定電圧だけ離れた低周波電圧を出力するためにPWM制御される。
【００５７】
この４相変調法の利点が説明される。インバータ３の一つレグの出力電圧が最高電位に固定される時、このレグと反対位相をもつインバータ４の一つのレグの出力電圧は最低電位に固定される。これにより、インバータ３の及び４の高調波電圧により形成される２つの漏れ電流は互いにキャンセルされる。従来の２相変調法と同様に、３相インバータ３及び４のスイッチング損失が２/３となる。４相変調モードは、倍極モード及び倍相モードのどちらかで採用することができる。
【００５８】
この４相変調法は、１つの６相インバータ及び１つのロータをもつ従来の６相モータにより採用されることができる。電位固定レグが切り替えられる時点において発生する３相コイル１及び２の電位ジャンプは互いに反対方向となり、その振幅が等しくなる。その結果、ステータコイルからハウジングへの漏れ電流が等価的に低減される。
【００５９】
第２実施例
第２実施例のタンデムスタータジエネレータが図１８-図３２を参照して説明される。図１８は直列モードを示し、図１９は並列モードを示す。このスタータジエネレータは、星形接続３相コイル１及びダブルエンデッド３相コイル２からなるステータコイルを有している。３相コイル２は３相整流器３及び３相インバータ４の両方に接続されている。３相コイル１は３相整流器３に接続されている。３相コイル１はU相コイル１U、V相コイル１V、及びW相コイル１Wからなり、３相コイル２はU相コイル２U、V相コイル２V、及びW相コイル２Wからなる。６個の相コイル（１U-２W）は等しい巻数値をもつ。
【００６０】
インバータ４は高電圧バッテリ３００に接続され、整流器３は動作モード切替用のリレー６を通じて低電圧バッテリ３０１に接続されている。リチウムバッテリであるバッテリ３００の定格電圧は４８Vであり、鉛酸バッテリであるバッテリ３０１の定格電圧は１２Vである。高電圧バッテリ３００は高容量キャパシタを含む技術用語として理解されるべきである。車両用電気負荷に接続されるバッテリ３０１の負極は車体に接続されているが、バッテリ３００の負極は接続されていない。
【００６１】
インバータ４はU相レグ４U、V相レグ４V、W相レグ４Wからなる。レグ４Uは直列接続された上アームトランジスタ４１及び下アームトランジスタ４４からなる。レグ４Vは直列接続された上アームトランジスタ４２及び下アームトランジスタ４５からなる。レグ４Wは直列接続された上アームトランジスタ４３及び下アームトランジスタ４６からなる。トランジスタ４１-４６はそれぞれ、逆並列ダイオードをもつMOSトランジスタからなる。レグ４UはU相コイル２Uの一端に接続され、レグ４VはV相コイル２Vの一端に接続され、レグ４WはW相コイル２Wの一端に接続されている。
【００６２】
整流器３はU相レグ３U、V相レグ３V、W相レグ３Wからなる。レグ３Uは直列接続された上アームダイオード３１及び下アームダイオード３４からなる。レグ３Vは直列接続された上アームダイオード３２及び下アームダイオード３５からなる。レグ３Wは直列接続された上アームダイオード３３及び下アームダイオード３６からなる。レグ３UはU相コイル２Uの他端に接続され、レグ３VはV相コイル２Vの他端に接続され、レグ３WはW相コイル２Wの他端に接続されている。
【００６３】
さらに、レグ３UはU相コイル１Uの一端に接続され、レグ３VはV相コイル１Vの一端に接続され、レグ３WはW相コイル１Wの一端に接続されている。上アームダイオード３１-３３はリレー６を通じてバッテリ３０１の正極に接続されている。下アームダイオード３４-３６はバッテリ３０１の負極に接続されている。
【００６４】
コントローラ１００はバッテリ３００及び３０１の状態並びに外部指令に応じて直列モード及び並列モードの一方を選択する。ステータコイルがインバータ４を通じてバッテリ３００に接続される直列モードは高電圧モータモード及び高電圧発電機モードからなる。高電圧モータモードはエンジン始動モード及びトルクアシストモードを含む。高電圧発電機モードは回生制動モードを含む。ステータコイルが３相整流器３を通じてバッテリ３０１に接続される並列モードは低電圧発電機モードに相当する。電流制御部としてのコントローラ１００は、ランデル式ロータコアをもつ同期機であるスタータジエネレータの界磁電流を制御する。
【００６５】
高電圧モータモードが図１８を参照して説明される。リレー６がオフされた後、インバータ４は相毎に直列接続された３相コイル１及び２に３相電流を供給し、スタータジエネレータが回転する。３相コイル１及び２は１つの合成星形接続３相コイルと見做される。３相コイル１及び２の各相コイル１U-２Wは逆起電力（VU１、VV１、VW１、VU２、VV２、及びVW２）を発生する。
【００６６】
U相コイル１Uの逆起電力VU１はU相コイル２Uの逆起電力VU２と同じ方向をもつ。同様に、V相コイル１Vの逆起電力VV１はV相コイル２Vの逆起電力VV２と同じ方向をもつ。W相コイル１Wの逆起電力VW１はW相コイル２Wの逆起電力VW２とほぼ同じ方向をもつ。
【００６７】
高電圧バッテリ３００はインバータ４にモータ電流IMを供給し、インバータ４は、モータトルクを発生するために３相矩形波電圧を３相コイル１及び２に印加する。結局、直列モードにおいて、インバータ４は３相コイル２と比べて倍増された巻数値をもつ合成星形接続３相コイルに３相電流を供給する。その結果、高電圧モータモードは電流増加無しにモータトルクを増加する。
【００６８】
次に、高電圧発電機モードが説明される。この高電圧発電機モードは高電圧モータモードと本質的に同じである。界磁電流の増加により、６つの相コイル（１U-２W）の逆起電力（VU１-VW２）は、リレー６がオフされた後、高くなる。言い換えれば、相毎に直列接続された２つの３相コイル１及び２からなるステータコイルはバッテリ３００の電圧値（４８V)よりも高い３相発電電圧を発生する。これにより、３相整流器として動作するインバータ４はバッテリ３００を充電する。回生制動又はエンジン始動後のバッテリ３００の回復充電はこの高電圧発電機モードにより実行される。さらに、この高電圧発電機モードは発電電圧（逆起電力）が低い低速領域において有益である。
【００６９】
低電圧発電機モードが図１９を参照して説明される。車両の大部分の運転時間において、この低電圧発電機モードが実行される。まず、６つの相コイル（１U-２W）の各発電電圧（逆起電力）が適切な値に調節され、リレー６がオンされる。これにより、バッテリ３０１が充電される。充電電流IGは界磁電流を制御することにより調節される。
【００７０】
この低電圧発電機モードにおいて、ダブルエンデッド３相コイル２の発電電圧（VU２-VW２）の方向が反転される。言い換えれば、U相コイル２Uの逆起電力VU２は、U相コイル１Uの逆起電力VU１と反対方向となる。同様に、V相コイル２Vの逆起電力VV２はV相コイル１Vの逆起電力VV１と反対方向となる。W相コイル２Wの逆起電力VW２はW相コイル１Wの逆起電力VW１と反対方向となる。
【００７１】
３相整流器３は、星形接続３相コイル１の３相発電電圧を整流し、リレー６を通じて低電圧バッテリ３０１を充電する。さらに、インバータ４は低電圧発電機モードにおいて中性点モードを実行する。この中性点モードにおいて、上アームトランジスタ（４１-４３）はオフされ、下アームトランジスタ（４４-４６）はオンされる。その結果、３相コイル２はそれぞれオンしている下アームトランジスタ（４４-４６）により星形接続３相コイルとなる。言い換えれば、高電圧バッテリ３００の負極は実質的に星形接続３相コイル２の中性点となる。上アームトランジスタ（４１-４３）をオンし、下アームトランジスタ（４４-４６）をオフすることも可能である。結局、３相整流器３は、並列接続された２つの星形接続３相コイル１及び２の発電電圧を整流する。
【００７２】
その結果、ステータコイルの銅損は、低電圧発電機モードにおいて高電圧発電機モードと比べて１/４となる。たとえば高電圧発電機モードにおけるこの銅損が入力電力の２０％である時、低電圧発電機モードにおけるこの銅損は約５％となる。さらに、ステータコイルの冷却損失が低減される。
【００７３】
次に、高電圧バッテリ３００から低電圧バッテリ３０１への送電モードが説明される。この送電モードは、低電圧バッテリ３０１の電圧が所定値未満となる特殊なケースにおいて実行される。リレー６及び上アームトランジスタ４１がオンされ、下アームトランジスタ４５及び４６が所定周波数でスイッチングされる。これにより、高電圧バッテリ３００から低電圧バッテリ３０１への送電が実行される。言い換えれば、インバータ４は降圧チョッパとして運転される。
【００７４】
スタータジエネレータはタンデム式ランデル同期モータからなる。このタンデム式ランデル同期モータが図２０-２３を参照して説明される。図２０はこのランデル同期モータの模式軸方向断面図である。このランデル同期モータは軸方向Aにおいて隣接配置された前モータ７及び後モータ８からなる。３相コイル１は前モータ７のステータコア７１に集中巻きされ、３相コイル２は後モータ８のステータコア８１に集中巻きされている。ステータコア７１及び８１はハウジング５０に固定されている。前モータ７は、界磁コイル７３０が巻かれたランデル型ロータコア７３をもつ。後モータ８は、界磁コイル８３０が巻かれたランデル型ロータコア８３をもつ。ロータコア７３及び８３はそれぞれ、従来のランデル型ロータコアと本質的に同じである。
【００７５】
ロータコア７３は互いに軸方向に隣接するコア７３１及びコア７３２からなる。コア７３１及び７３２はそれぞれ、ボス部から延在するL字状のロータポール７３３をもつ。ロータコア８３は互いに軸方向に隣接するコア８３１及びコア８３２からなる。コア８３１及び８３２はそれぞれ、ボス部から延在するL字状のロータポール８３３をもつ。これらのボス部は回転軸１２に固定されている。界磁コイル７３０はロータポール７３３を磁化する。界磁コイル８３０はロータポール８３３を磁化する。
【００７６】
図２１はロータポール７３３及び８３３の配置例を示す展開図である。コア７３１のロータポール７３３及びコア８３２のロータポール８３３は、周方向Pにおいて奇数番目の位置に配置される。コア７３２のロータポール７３３及びコア８３１のロータポール８３３は周方向Pにおいて偶数番目の位置に配置される。ロータポールピッチは電気角１８０度に相当する。コア７３１のロータポール７３３はN極をもち、コア７３２のロータポール７３３はS極をもつ。コア８３２のロータポール８３３は、直列モードにおいてN極をもち、並列モードにおいてS極をもつ。コア８３１のロータポール８３３は、直列モードにおいてS極をもち、並列モードにおいてN極をもつ。
【００７７】
言い換えれば、直列モードと並列モードとの間の切替が指令される時、ロータポール８３３の極性は、界磁コイル８３０に供給する界磁電流の反転により反転される。界磁コイル８３０の代わりに界磁コイル７３０に供給する界磁電流を反転することも可能である。
【００７８】
図２２は２つの界磁コイル７３０及び８３０に界磁電流を供給するロータ回路を示す配線図である。ロータ回路は単相フルブリッジ（Hブリッジ）１１およびダイオード回路１３からなる。Hブリッジ１１は２つのハーフブリッジ１１１および１１２からなる。ダイオード回路１３は、電圧降下用のダイオードペア１３０、２つの並列ダイオード１３１および１３２、及び直列ダイオード１３３からなる。逆並列接続された２個のダイオードからなるダイオードペア１３０は省略されることができる。
【００７９】
界磁コイル８３０の一端はダイオードペア１３０およびスリップリング１７を通じてハーフブリッジ１１１の出力端子に接続されている。スリップリング１７は並列ダイオード１３１のアノード電極に接続されている。界磁コイル８３０の他端は並列ダイオード１３２のアノード電極及び界磁コイル７３０の一端に接続されている。界磁コイル７３０の他端は、並列ダイオード１３１のカソード電極及び直列ダイオード１３３のカソード電極に接続されている。直列ダイオード１３３のアノード電極及び並列ダイオード１３２のカソード電極はスリップリング１８を通じてハーフブリッジ１１２の出力端子に接続されている。
【００８０】
図２３はダイオード回路１３を内蔵する端子リング１９を示す側面図である。回転軸１２に固定された端子リング１９は、界磁コイル７３０及び８３０の各一端が別々に接続される２つの端子１３４をもつ。さらに、端子リング１９は、スリップリング１７及び１８に別々に接続される他の複数の端子（図示せず）をもつ。Hブリッジ１１はハウジング５０に固定されている。
【００８１】
ロータ回路の動作が説明される。界磁電流は直列モードにおいてハーフブリッジ１１１からハーフブリッジ１１２へ流れる。これにより、界磁コイル８３０及び７３０は並列接続される。このため、界磁電流はエンジン始動の初期において急速に立ち上がることができる。界磁電流は並列モードにおいてハーフブリッジ１１２からハーフブリッジ１１１へ流れる。これにより、２つの界磁コイル８３０及び７３０は直列接続され、界磁電流が低減される。直列モード及び並列モードの両方において、界磁コイル７３０を流れる界磁電流の方向は不変である。しかし、界磁コイル８３０を流れる界磁電流の方向は、直列モードと比べて並列モードにおいて反対となる。その結果、ロータポール８３３の極性は直列モードと比べて並列モードにおいて反対となる。
【００８２】
図２４及び図２５は３相コイル１及び２の配置を示す展開図である。３相コイル１は互いに電気角１２０度離れた相コイル１U、１V、及び１Wからなる。３相コイル２は互いに電気角１２０度離れた相コイル２U、２V、及び２Wからなる。相コイル１U-１Wはステータポール７４に順番に巻かれている。相コイル２U-２Wはステータポール８４に順番に巻かれている。相コイル１U及び２Uは同じ周方向位置をもち、相コイル１V及び２Vは同じ周方向位置をもち、相コイル１W及び２Wは同じ周方向位置をもつ。ステータポール７４及び８４はそれぞれ、電気角１２０度を占めている。一例において、前モータ及び後モータはそれぞれ、１２個のロータポールと１８個のステータポールをもつ。
【００８３】
図２４はエンジン始動モードにおける相コイル（１U-２W）の逆起電力（VU１-VW２）を示す。コア７３１のロータポール７３３及びコア８３２のロータポール８３３はN極をもち、コア７３２のロータポール７３３及びコア８３１のロータポール８３３はS極をもつ。これにより、逆起電力VU１及びVU２は互いに同相となり、逆起電力VV１及びVV２は互いに同相となり、逆起電力VW１及びVW２は互いに同相となる。結局、３相コイル１及び２が互いに同相の３相逆起電力を発生するこのエンジン始動モードは、従来の３相集中巻きモータと同じ３相逆起電力を発生する。
【００８４】
図２５は発電機モードにおける相コイル（１U-２W）の逆起電力（VU１-VW２）を示す。発電機モードにおいて、これらの逆起電力（VU１-VW２）は相コイル（１U-２W）の発電電圧を意味する。コア７３１のロータポール７３３及びコア８３１のロータポール８３３はN極をもち、コア７３２のロータポール７３３及びコア８３２のロータポール８３３はS極をもつ。これにより、逆起電力VU１及びVU２は互いに反対相となり、逆起電力VV１及びVV２は互いに反対相となり、VW１及びVW２は互いに反対相となる。
【００８５】
図２６は、直列モードにおける６つの相コイル（１U-２W）の逆起電力（VU１-VW２）を示すベクトル図である。高電圧モータモードにおいて、インバータ４は合成逆起電力（VU１+VU２、VV１+VV２、及びVW１+VW２）とほぼ反対向きの３相電圧を出力する。図２７は、並列モードにおける相コイル（１U-２W）の逆起電力（VU１-VW２）を示すベクトル図である。
【００８６】
このスタータジエネレータの利点が説明される。第１に、このスタータジエネレータは従来の２バッテリ型スタータジエネレータと比べて簡単な回路構成をもつ。エンジン始動用の高電圧バッテリ３００に加えて車両電気負荷給電用の低電圧バッテリ３０１をもつ従来のスタータジエネレータにおいて、バッテリ３００からバッテリ３０１へ電力を輸送する高価なDCDCコンバータが一般に採用される。しかし、この実施例はこのDCDCコンバータを必要としない。
【００８７】
第２に、低電圧発電機モードの銅損は高電圧発電機モードの銅損と比べて１/４となる。スタータジエネレータはほとんどの運転期間において低電圧発電機モードを実行するので、この銅損低減により車両の燃費が改善される。第３に、このスタータジエネレータは、複雑な極数切替無しに巻数切替だけを実現することができる。このため、ロータ極数の切替構造を省略することができる。
【００８８】
第１変形態様
１つの変形態様が図２８-図３０を参照して説明される。この変形態様によれば、１つのバッテリ３００だけが使用され、低電圧バッテリ３０１は省略される。図２８はもう一つのスタータジエネレータの配線図である。ダブルエンデッド３相コイル１及び星形接続３相コイル２からなるステータコイルは３相インバータ４及び３相整流器３に接続されている。星形接続３相コイル１は中性点Nをもつ。３相整流器３及び３相インバータ４はバッテリ３００に接続されている。
【００８９】
コントローラ１００は、発電機モード及びモータモードをもつ。発電機モードは回生制動を含み、モータモードはエンジン始動及びトルクアシストを含む。このモータモードは既述された高電圧モータモードと同じであるため、その詳しい説明は省略される。このスタータジエネレータは図２０-図２３に説明されたタンデムランデル構造を採用している。
【００９０】
モータモードにおいて、相コイル（１U-２W）は逆起電力（VU１-VW２）を発生する。逆起電力VU１及びVU２の位相はモータモードにおいて互いに同じとなり、発電機モードにおいて互いに反対となる。逆起電力VV１及びVV２の位相はモータモードにおいて互いに同じとなり、発電機モードにおいて互いに反対となる。逆起電力VW１及びVW２の位相はモータモードにおいて互いに同じとなり、発電機モードにおいて互いに反対となる。
【００９１】
発電機モードにおいて、整流器３は、星形接続３相コイル１から出力される３相電圧を整流する。整流器３は、３つの相間電圧Ve、Vf、及びVgのうちの最高電圧値の端子電圧を整流する。端子電圧Veは相間電圧（VU１-VV１）及び相間電圧（VU１-VW１）のうちの高い方からなる。端子電圧Vfは相間電圧（VV１-VU１）及び相間電圧（VV１-VW１）のうちの高い方からなる。端子電圧Vgは相間電圧（VW１-VU１）及び相間電圧（VW１-VV１）のうちの高い方からなる。
【００９２】
さらに、発電機モードにおいて、整流器３及びインバータ４は３相コイル２の発電電圧を整流する３つの単相整流器となる。レグ３U及び４Uは相電圧VU２を整流し、レグ３V及び４Vは相電圧VV２を整流し、レグ３W及び４Wは相電圧VW２を整流する。
【００９３】
したがって、発電機モードによれば、６つの逆起電力ベクトルが電気角３６０度の範囲内に形成される。図２９は、発電機モードにおける３相コイル１及び２の発電電圧を示すベクトル図である。整流器３及びインバータ４は実質的に６相電圧を整流する。このため、発電電流のリップルは大幅に低減される。
【００９４】
発電機モードの１つの問題が図２８を参照して説明される。整流器３は、３つの相間電圧（VU１-VV１、VV１-VW１、及びVW１-VU１）を整流する。さらに、整流器３及びインバータ４は３つの相電圧（VU２、VV２、及びVW２）を整流する。しかし、６つの相コイル（１U-２W）が互いに等しい巻数値をもつ時、相間電圧（VU１-VV１、VV１-VW１、及びVW１-VU１）の振幅は相電圧（VU２、VV２、及びVW２）の振幅の１７３％となる。したがって、この振幅差をできるだけ低減する必要がある。
【００９５】
この振幅差の低減するための複数の方法がある。第１の方法は、相コイル（２U、２V、及び２W）の巻数を相コイル（１U、１V、及び１W）の巻数と比べて増加することである。第２の方法は、ステータコア８１の軸方向長をステータコア７１の軸方向長と比べて増加することである。第３の方法は、界磁コイル８３０の巻数を界磁コイル７３０の巻数と比べて増加することである。これらの組み合わせにより、上記振幅差が低減されることができる。
【００９６】
モータモードの一部であるエンジン始動モードにおいて、インバータ４は３相コイル１及び２に３相電流を供給する。インバータ４は３相矩形波電圧を出力することが好適である。３相コイル１及び２は実質的に一つの合成星形コイルを構成する。合成星形コイルのU相コイルは、直列接続された相コイル１U及び２Uからなる。相コイル１U及び２Uの逆起電力は互いに同相となる。合成星形コイルのV相コイルは、直列接続された相コイル１V及び２Vからなる。相コイル１V及び２Vの逆起電力は互いに同相となる。合成星形コイルのW相コイルは、直列接続された相コイル１W及び２Wからなる。相コイル１W及び２Wの逆起電力は互いに同相となる。図３０はエンジン始動モードにおいてレグ４U-４Wに印加される３つの合成逆起電力Va、Vb、及びVcを示すベクトル図である。インバータ４が３相整流器に置換される時、このモータ装置はオルタネータとして使用されることができる。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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