(57)【要約】【課題】全波駆動と半波駆動とを好適に行い、かつ半波駆動時におけるトルク脈動を低減する。【解決手段】回転電機の駆動装置は、第１巻線３３ａの通電を行わせる第１インバータ４０と、第２巻線３３ｂの通電を行わせる第２インバータ５０と、第１巻線３３ａの中性点と電源低電位側との間に設けられた切替スイッチ４８と、第２巻線３３ｂの中性点と電源高電位側との間に設けられた切替スイッチ５８と、各切替スイッチ４８，５８を開放した状態で、第１インバータ４０及び第２インバータ５０の各スイッチを同じ通電期間で相補的に開閉させて、各巻線３３ａ，３３ｂの通電を制御する第１通電制御部と、各切替スイッチ４８，５８を閉鎖した状態で、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１と第２インバータ５０の下アームスイッチ５２とを、交互に定められた通電期間で開閉させて、各巻線３３ａ，３３ｂの通電を制御する第２通電制御部と、を備える。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コア（３１）と、その固定子コアに巻装され、少なくとも３相の巻線部からなり各相の巻線部の一端が中性点（Ｎ１，Ｎ２）にて接続されている第１巻線（３３ａ）及び第２巻線（３３ｂ）と、を有する回転電機（１０）に適用され、その回転電機を駆動する駆動装置であって、
直流電源（６０）に接続され、前記第１巻線の相ごとに設けられた上アームスイッチ（４１）及び下アームスイッチ（４２）を開閉させることにより前記第１巻線の各相の通電を行わせる第１インバータ（４０）と、
前記直流電源に接続され、前記第２巻線の相ごとに設けられた上アームスイッチ（５１）及び下アームスイッチ（５２）を開閉させることにより前記第２巻線の各相の通電を行わせる第２インバータ（５０）と、
前記第１巻線の中性点と前記直流電源の低電位側とを接続する電流経路（４７）に設けられた第１切替スイッチ（４８）と、
前記第２巻線の中性点と前記直流電源の高電位側とを接続する電流経路（５７）に設けられた第２切替スイッチ（５８）と、
前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開放した状態で、前記第１インバータ及び前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチを同じ通電期間でそれぞれ相補的に開閉させて、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電を制御する第１通電制御部（６５）と、
前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖した状態で、前記第１インバータにおける上下アームの各スイッチのうち前記上アームスイッチと、前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチのうち前記下アームスイッチとを、交互に定められた通電期間でそれぞれ開閉させて、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電を制御する第２通電制御部（６５）と、
を備える回転電機の駆動装置。
【請求項２】
前記第１通電制御部は、前記回転電機の低回転側の動作域で、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開放した状態での前記各巻線の通電制御を実施し、
前記第２通電制御部は、前記回転電機の高回転側の動作域で、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖した状態での前記各巻線の通電制御を実施する請求項１に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項３】
前記第１インバータにおける前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチと、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチとは、逆並列となる向きで接続された還流ダイオード（４３，４４，５３，５４）を有する半導体スイッチング素子（４１，４２，５１，５２）であり、
前記第１インバータは、前記第２通電制御部により前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態から、前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第１インバータにおける前記下アームスイッチの前記還流ダイオードと前記第１巻線とを含む経路である還流経路（Ｒ１）を遮断する第１遮断部（４５，４２ａ，４２ｂ）を有し、
前記第２インバータは、前記第２通電制御部により前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態から、前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチの前記還流ダイオードと前記第２巻線とを含む経路である還流経路（Ｒ２）を遮断する第２遮断部（５５，５１ａ，５１ｂ）を有する請求項１又は２に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項４】
前記第１遮断部として、前記第１インバータにおける上下アームの各スイッチの中間点と前記第１巻線の相ごとの前記巻線部とを接続する交流線に、該交流線を開閉する第１付加スイッチ（４５）を有し、
前記第２遮断部として、前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチの中間点と前記第２巻線の相ごとの前記巻線部とを接続する交流線に、該交流線を開閉する第２付加スイッチ（５５）を有し、
前記第１通電制御部は、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開状態にするとともに、前記第１付加スイッチ及び前記第２付加スイッチを閉状態とし、
前記第２通電制御部は、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖した状態下で、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチを開閉させる通電期間では、前記第１付加スイッチを閉状態、前記第２付加スイッチを開状態とし、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチを開閉させる通電期間では、前記第１付加スイッチを開状態、前記第２付加スイッチを閉状態とする請求項３に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項５】
前記第１インバータは、各相の前記下アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオード（４４ａ，４４ｂ）を有する一対の半導体スイッチング素子（４２ａ，４２ｂ）を有し、
前記第２インバータは、各相の前記上アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオード（５３ａ，５３ｂ）を有する一対の半導体スイッチング素子（５１ａ，５１ｂ）を有し、
前記第１インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子により前記第１遮断部が構成され、前記第２インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子により前記第２遮断部が構成されている請求項３に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項６】
前記第１通電制御部は、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電制御に際し、
前記第１インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子のうち一方の半導体スイッチング素子を、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子を閉状態で保持するとともに、
前記第２インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子のうち一方の半導体スイッチング素子を、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子を閉状態で保持する請求項５に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項７】
前記第１インバータは、当該第１インバータの前記上アームスイッチとして、逆並列となる向きで接続された還流ダイオード（４３）を有する半導体スイッチング素子（４１）を有するとともに、前記下アームスイッチとして、互いに逆向きで並列接続された一対のＩＧＢＴ（４２ｃ，４２ｄ）を有し、
前記第２インバータは、当該第２インバータの前記下アームスイッチとして、逆並列となる向きで接続された還流ダイオード（５４）を有する半導体スイッチング素子（５２）を有するとともに、前記上アームスイッチとして、互いに逆向きに並列接続された一対のＩＧＢＴ（５１ｃ，５１ｄ）を有し、
前記第２通電制御部により前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態から、前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第１インバータにおける前記下アームスイッチと前記第１巻線とを含む経路である還流経路を、当該下アームスイッチとして設けられた前記一対のＩＧＢＴにより遮断し、
前記第２通電制御部により前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態から、前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチと前記第２巻線とを含む経路である還流経路を、当該上アームスイッチとして設けられた前記一対のＩＧＢＴにより遮断する請求項１又は２に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項８】
前記第１通電制御部は、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電制御に際し、
前記第１インバータにおける前記一対のＩＧＢＴのうち一方のＩＧＢＴを、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴを閉状態で保持するとともに、
前記第２インバータにおける前記一対のＩＧＢＴのうち一方のＩＧＢＴを、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴを閉状態で保持する請求項７に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項９】
前記第１巻線及び前記第２巻線は、ターン数が同じであり、かつ同相の導体が固定子コアの同一のスロット（３２）に収容されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項１０】
前記第１巻線及び前記第２巻線は、平角断面形状の導体により構成されている請求項９に記載の回転電機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機の駆動装置において、回転電機の制御モードを、高速回転と低速回転との２つの回転モードで適宜切り替えるようにした技術が提案されている。例えば特許文献１に記載の技術では、Ｙ結線された３相巻線の相ごとに上アームスイッチ及び下アームスイッチからなる直列接続体を設けるとともに、３相巻線の中性点に、速度切替スイッチが接続している。そして、低速回転モードでは速度切替スイッチをオフにして全波駆動を行い、高速回転モードでは速度切替スイッチをオンにして半波駆動を行うことで、２つのトルク特性を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３５１２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、速度切替スイッチのオンオフにより全波駆動と半波駆動との切り替えが可能になるものの、速度切替スイッチをオンにして半波駆動を行う場合において、トルク脈動が大きくなるという不都合が懸念される。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、全波駆動と半波駆動とを好適に行い、かつ半波駆動時におけるトルク脈動を低減することができる回転電機の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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説明する。
【０００７】
第１の手段は、
固定子コアと、その固定子コアに巻装され、少なくとも３相の巻線部からなり各相の巻線部の一端が中性点にて接続されている第１巻線及び第２巻線と、を有する回転電機に適用され、その回転電機を駆動する駆動装置であって、
直流電源に接続され、前記第１巻線の相ごとに設けられた上アームスイッチ及び下アームスイッチを開閉させることにより前記第１巻線の各相の通電を行わせる第１インバータと、
前記直流電源に接続され、前記第２巻線の相ごとに設けられた上アームスイッチ及び下アームスイッチを開閉させることにより前記第２巻線の各相の通電を行わせる第２インバータと、
前記第１巻線の中性点と前記直流電源の低電位側とを接続する電流経路に設けられた第１切替スイッチと、
前記第２巻線の中性点と前記直流電源の高電位側とを接続する電流経路に設けられた第２切替スイッチと、
前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開放した状態で、前記第１インバータ及び前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチを同じ通電期間でそれぞれ相補的に開閉させて、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電を制御する第１通電制御部と、
前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖した状態で、前記第１インバータにおける上下アームの各スイッチのうち前記上アームスイッチと、前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチのうち前記下アームスイッチとを、交互に定められた通電期間でそれぞれ開閉させて、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電を制御する第２通電制御部と、
を備える。
【０００８】
上記の回転電機は、少なくとも３相の第１巻線及び第２巻線を有しており、それら各巻線の通電が第１インバータ、第２インバータによりそれぞれ制御される。また特に、第１巻線の中性点と直流電源の低電位側とを接続する経路には第１切替スイッチが設けられるとともに、第２巻線の中性点と直流電源の高電位側とを接続する経路には第２切替スイッチが設けられており、それら各切替スイッチの開閉状態が適宜切り替えられる。かかる構成によれば、各切替スイッチが開状態と閉状態とで切り替えられることにより、回転電機の駆動モードとして、全波駆動モードと半波駆動モードとの切り替えが可能となっている。
【０００９】
すなわち、第１切替スイッチ及び第２切替スイッチが開放された状態では、第１インバータ及び第２インバータにおける上下アームの各スイッチが同じ通電期間でそれぞれ相補的に開閉されることにより、第１巻線及び第２巻線の通電が制御される。つまり、各インバータでは、回転電機の全波駆動が行われる。この場合、第１巻線及び第２巻線では同相の巻線部について同じ通電期間での通電制御が行われることにより、高トルクの出力が可能となる。
【００１０】
また、第１切替スイッチ及び第２切替スイッチが閉鎖された状態では、第１インバータにおける上下アームの各スイッチのうち上アームスイッチと、第２インバータにおける上下アームの各スイッチのうち下アームスイッチとが、交互に定められた通電期間でそれぞれ開閉されることにより、第１巻線及び第２巻線の通電が制御される。つまり、各インバータでは、回転電機の半波駆動が交互に行われる。この場合、第１巻線及び第２巻線が固定子コアに巻装されて互いに磁気結合された状態となっている一方で、第１巻線の側では、第１切替スイッチにより中性点と直流電源の低電位側とが短絡されるとともに、第２巻線の側では、第２切替スイッチにより中性点と直流電源の高電位側とが短絡されている。そのため、第１巻線の通電期間及び第２巻線の通電期間では、それぞれ相電流の向きが互いに逆となって正負で変化する。そして、第１巻線の通電期間と第２巻線の通電期間とが互い違いに設定されていることにより、全波状の合成起磁力が得られるようになっている。つまり、半波駆動でありながら、全波駆動時と同様の正弦波回転磁界を得ることが可能となっている。以上により、全波駆動と半波駆動とを好適に行い、かつ半波駆動時におけるトルク脈動を低減することができる。
【００１１】
第２の手段では、前記第１通電制御部は、前記回転電機の低回転側の動作域で、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開放して前記各巻線の通電制御を実施し、前記第２通電制御部は、前記回転電機の高回転側の動作域で、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖して前記各巻線の通電制御を実施する。
【００１２】
上記構成によれば、回転電機の動作域に応じて各切替スイッチを開閉することにより、異なる出力特性を好適に得ることができ、回転電機の高効率動作領域を拡大できる。また、上記のとおり第１切替スイッチにより第１巻線の中性点と直流電源の低電位側とを短絡させ、第２切替スイッチにより第２巻線の中性点と直流電源の高電位側とを短絡させる構成では、各切替スイッチが閉鎖されている状態下で、各相の巻線部に全波駆動時と比べて単位巻線あたりの印加電圧を高めることが可能となる。そのため、回転電機の動作域を高回転域側に拡張する上で有利な構成を実現できる。
【００１３】
第３の手段では、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチと、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチとは、逆並列となる向きで接続された還流ダイオードを有する半導体スイッチング素子であり、前記第１インバータは、前記第２通電制御部により前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態から、前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第１インバータにおける前記下アームスイッチの前記還流ダイオードと前記第１巻線とを含む経路である還流経路を遮断する第１遮断部を有し、前記第２インバータは、前記第２通電制御部により前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態から、前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチの前記還流ダイオードと前記第２巻線とを含む経路である還流経路を遮断する第２遮断部を有する。
【００１４】
半波駆動時において、第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態から、第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際には、第１巻線及び第２巻線が磁気結合していることから、第１巻線側から第２巻線側への転流が行われる。ただし、その切り替えに際して、第１インバータの側で還流経路が形成されると、転流が適正に実施されなくなることが懸念される。つまり、第１インバータでは、上アームスイッチ及び下アームスイッチに還流ダイオードが設けられていることから、その還流ダイオードと巻線とを介して、第１インバータ内に還流経路が形成される。その逆に、第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態から、第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる場合も同様である。
【００１５】
この点、上記手段によれば、第１インバータでは、第２通電制御部により第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態から、第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、第１インバータにおける下アームスイッチの還流ダイオードと第１巻線とを含む経路である還流経路が、第１遮断部により遮断される。また、第２インバータでは、第２通電制御部により第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態から、第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、第２インバータにおける上アームスイッチの還流ダイオードと第２巻線とを含む経路である還流経路が、第２遮断部により遮断される。これにより、第１巻線側と第２巻線側との間の転流を好適に実施させることができ、各巻線での相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【００１６】
第４の手段では、前記第１遮断部として、前記第１インバータにおける上下アームの各スイッチの中間点と前記第１巻線の相ごとの前記巻線部とを接続する交流線に、該交流線を開閉する第１付加スイッチを有し、前記第２遮断部として、前記第２インバータにおける上下アームの各スイッチの中間点と前記第２巻線の相ごとの前記巻線部とを接続する交流線に、該交流線を開閉する第２付加スイッチを有し、前記第１通電制御部は、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを開状態にするとともに、前記第１付加スイッチ及び前記第２付加スイッチを閉状態とし、前記第２通電制御部は、前記第１切替スイッチ及び前記第２切替スイッチを閉鎖した状態下で、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチを開閉させる通電期間では、前記第１付加スイッチを閉状態、前記第２付加スイッチを開状態とし、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチを開閉させる通電期間では、前記第１付加スイッチを開状態、前記第２付加スイッチを閉状態とする。
【００１７】
上記手段によれば、第１遮断部として、第１インバータにおける上下アームの中間点と各相の巻線部とを接続する交流線に第１付加スイッチを設けたため、この第１付加スイッチにより、第２通電制御部により第２インバータにおける下アームスイッチが開閉される場合に、第１インバータにおける下アームスイッチを含んで形成される還流経路を好適に遮断することができる。
【００１８】
また、第２遮断部として、第２インバータにおける上下アームの中間点と各相の巻線部とを接続する交流線に第２付加スイッチを設けたため、この第２付加スイッチにより、第２通電制御部により第１インバータにおける上アームスイッチが開閉される場合に、第２インバータにおける上アームスイッチを含んで形成される還流経路を好適に遮断することができる。これにより、やはり通電側となる巻線での相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【００１９】
第５の手段では、前記第１インバータは、各相の前記下アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオードを有する一対の半導体スイッチング素子を有し、前記第２インバータは、各相の前記上アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオードを有する一対の半導体スイッチング素子を有し、前記第１インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子により前記第１遮断部が構成され、前記第２インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子により前記第２遮断部が構成されている。
【００２０】
上記手段によれば、第１インバータにおける各相の下アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオードを有する一対の半導体スイッチング素子（すなわち、逆直列の半導体スイッチング素子）を設け、その一対の半導体スイッチング素子を第１遮断部としており、その一対の半導体スイッチング素子は、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。これにより、第１インバータにおける下アームスイッチを含んで形成される還流経路を好適に遮断することができる。
【００２１】
また、第２インバータにおいても同様に、各相の上アームスイッチとして、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオードを有する一対の半導体スイッチング素子（すなわち、逆直列の半導体スイッチング素子）を設け、その一対の半導体スイッチング素子を第２遮断部としており、その一対の半導体スイッチング素子は、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。これにより、やはり第２インバータにおける上アームスイッチを含んで形成される還流経路を好適に遮断することができる。
【００２２】
第６の手段では、前記第１通電制御部は、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電制御に際し、前記第１インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子のうち一方の半導体スイッチング素子を、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子を閉状態で保持するとともに、前記第２インバータにおける前記一対の半導体スイッチング素子のうち一方の半導体スイッチング素子を、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子を閉状態で保持する。
【００２３】
上記手段によれば、第１インバータの下アームスイッチとして逆直列の一対の半導体スイッチング素子を有するとともに、第２インバータの上アームスイッチとして逆直列の一対の半導体スイッチング素子を有する構成において、全波駆動時に、各インバータにおける一対の半導体スイッチング素子のうち一方を開閉させ、かつ他方を閉状態で保持することにより通電電流が制御される。この場合、力率が１でない場合の還流動作や、あるいは回生動作も行うことができ、適正な全波駆動を実現できる。
【００２４】
第７の手段では、前記第１インバータは、当該第１インバータの前記上アームスイッチとして、逆並列となる向きで接続された還流ダイオードを有する半導体スイッチング素子を有するとともに、前記下アームスイッチとして、互いに逆向きに並列接続された一対のＩＧＢＴを有し、前記第２インバータは、当該第２インバータの前記下アームスイッチとして、逆並列となる向きで接続された還流ダイオードを有する半導体スイッチング素子を有するとともに、前記上アームスイッチとして、互いに逆向きに並列接続された一対のＩＧＢＴを有し、前記第２通電制御部により前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態から、前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第１インバータにおける前記下アームスイッチと前記第１巻線とを含む経路である還流経路を、当該下アームスイッチとして設けられた前記一対のＩＧＢＴにより遮断し、前記第２通電制御部により前記第２インバータの前記下アームスイッチが開閉される状態から、前記第１インバータの前記上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、前記第２インバータにおける前記上アームスイッチと前記第２巻線とを含む経路である還流経路を、当該上アームスイッチとして設けられた前記一対のＩＧＢＴにより遮断する。
【００２５】
上記手段によれば、第１インバータでは、第２通電制御部により第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態から、第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、当該下アームスイッチとして設けられた一対のＩＧＢＴにより、第１巻線を含む還流経路が遮断される。また、第２インバータでは、第２通電制御部により第２インバータの下アームスイッチが開閉される状態から、第１インバータの上アームスイッチが開閉される状態に切り替えられる際に、当該上アームスイッチとして設けられた一対のＩＧＢＴにより、第２巻線を含む還流経路が遮断される。これにより、第１巻線側と第２巻線側との間の転流を好適に実施させることができ、各巻線での相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【００２６】
なお、第１インバータの下アームスイッチ、及び第２インバータの上アームスイッチを、互いに並列に接続された一対のＩＧＢＴにより構成しても、半波駆動時に導通されるスイッチング素子数（すなわち、導通経路上の直列素子数）が増えることはない。したがって、半波駆動時における導通損失の低減を図ることができる。
【００２７】
第８の手段では、前記第１通電制御部は、前記第１巻線及び前記第２巻線の通電制御に際し、前記第１インバータにおける前記一対のＩＧＢＴのうち一方のＩＧＢＴを、前記第１インバータにおける前記上アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴを閉状態で保持するとともに、前記第２インバータにおける前記一対のＩＧＢＴのうち一方のＩＧＢＴを、前記第２インバータにおける前記下アームスイッチに対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴを閉状態で保持する。
【００２８】
上記手段によれば、第１インバータの下アームスイッチとして逆並列の一対のＩＧＢＴを有するとともに、第２インバータの上アームスイッチとして逆並列の一対のＩＧＢＴを有する構成において、全波駆動時に、各インバータにおける一対のＩＧＢＴのうち一方を開閉させ、かつ他方を閉状態で保持することにより通電電流が制御される。この場合、力率が１でない場合の還流動作や、あるいは回生動作も行うことができ、適正な全波駆動を実現できる。
【００２９】
なお、一対のＩＧＢＴを逆並列に接続する構成（例えば図１３の構成）では、還流ダイオード付きの一対のＩＧＢＴを逆直列に接続する構成（例えば図１２の構成）に比べて、全波駆動時において導通経路上における直列素子数を減らすことができ、導通損失の低減を図ることができる。
【００３０】
第９の手段では、前記第１巻線及び前記第２巻線は、ターン数が同じであり、かつ同相の導体が固定子コアの同一のスロットに収容されている。
【００３１】
上記手段によれば、第１巻線と第２巻線との磁気結合度を高くすることができる。これにより、半波駆動時における巻線間の転流ロス、すなわち第１インバータの上アームスイッチと第２インバータの下アームスイッチとを通電期間ごとに交互にそれぞれ開閉させる場合における巻線間の転流ロスを低減でき、駆動の効率を高めることができる。
【００３２】
第１０の手段では、前記第１巻線及び前記第２巻線は、平角断面形状の導体により構成されている。
【００３３】
第１巻線及び第２巻線を、平角断面形状の導体により構成したため、これら各巻線の導体を、スロット内に整然と配列できる。そのため、第１巻線と第２巻線との個体ごとの磁気結合度のばらつきを抑えることができる。これにより、巻線間の転流ロスを一層適正に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】回転電機の縦断面図。
【図２】回転子と固定子とを示す横断面図。
【図３】固定子における導体収容状態を示す図。
【図４】回転電機の制御システムを示す電気回路図。
【図５】全波駆動モードでの動作を説明するためのタイムチャート。
【図６】半波駆動モードでの動作を説明するためのタイムチャート。
【図７】回転電機のトルクの時系列変化を示すタイムチャート。
【図８】各インバータで形成される還流経路を示す図。
【図９】全波駆動の実施時における回転電機出力と半波駆動の実施時における回転電機出力とを示す図。
【図１０】全波駆動を行う第１動作域と半波駆動を行う第２動作域とを示す図。
【図１１】モード切替処理を示すフローチャート。
【図１２】第２実施形態における回転電機の制御システムを示す電気回路図。
【図１３】第３実施形態における回転電機の制御システムを示す電気回路図。
【図１４】第４実施形態における回転電機の制御システムを示す電気回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、船舶用、航空機用、家電用、ＯＡ機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００３６】
（第１実施形態）
本実施形態に係る回転電機１０は、インナロータ式（内転式）の多相交流モータであり、その概要を図１及び図２に示す。図１は、回転電機１０の回転軸１１に沿う方向での縦断面図であり、図２は、回転軸１１に直交する方向での回転子１２及び固定子１３の横断面を示す断面図である。以下の記載では、回転軸１１が延びる方向を軸方向とし、回転軸１１を中心として放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸１１を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。
【００３７】
回転電機１０は、回転軸１１に固定された回転子１２と、回転子１２を包囲する位置に設けられる固定子１３と、これら回転子１２及び固定子１３を収容するハウジング１４とを備えている。回転子１２及び固定子１３は同軸に配置されている。ハウジング１４は、筒状をなす一対のハウジング部材１４ａ，１４ｂを有し、ハウジング部材１４ａ，１４ｂが開口部同士で接合された状態でボルト１５の締結により一体化されている。ハウジング１４には軸受け１６，１７が設けられ、この軸受け１６，１７により回転軸１１及び回転子１２が回転自在に支持されている。
【００３８】
回転子１２は回転子コア２１を有し、その回転子コア２１の外周部（すなわち固定子１３の内周部に対して径方向に対向する側）には、周方向に複数の永久磁石２２が並べて設けられている。回転子コア２１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。
【００３９】
回転子コア２１の外周面には、周方向に磁極が交互となるようにして複数の永久磁石２２が設けられている。本実施形態では、回転子構造として、４極の表面磁石型構造が用いられている。ただし、回転子１２が埋め込み磁石型であってもよい。永久磁石は、希土類磁石でもフェライト磁石でもよい。
【００４０】
固定子１３は、円環状の固定子コア３１と、固定子コア３１の複数のスロット３２に巻装された３相２組、すなわち６相（Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相）の固定子巻線３３とを備えている。固定子巻線３３は、２組の３相対称巻線を有する。固定子コア３１は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により固定することで構成されている。固定子コア３１は、円環状のヨーク３４と、ヨーク３４から径方向内側に延び周方向に等間隔で配列された複数のティース３５とを有し、隣り合うティース３５の間にスロット３２が形成されている。
【００４１】
本実施形態では、回転電機１０を、４極２４スロットであって２組の３相巻線を有する６相構造としている。つまり、固定子巻線３３は、２組の３相巻線として、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の各相巻線を有する第１巻線３３ａと、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の各相巻線を有する第２巻線３３ｂとを備えて構成されている（図４参照）。
【００４２】
この場合、図３に示すように、固定子１３では、周方向に連続する２スロットで１相が構成されており、各スロット３２には、第１巻線３３ａと第２巻線３３ｂとが混合された状態で４本ずつの導体が挿入されている。つまり、各スロット３２には、径方向内外に４層の導体が収容されており、第１巻線３３ａ側の導体と第２巻線３３ｂ側の導体とが交互に配置されている。この場合、第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂは、同じターン数であって、かつ相ごとに同一のスロット３２に収容されている。また、各巻線３３ａ，３３ｂは平角線（すなわち平角断面形状の導体）により構成されており、各スロット３２内には、径方向内外に整列された状態で各巻線３３ａ，３３ｂが配置されている。
【００４３】
例えば、＃１，＃２のスロット３２には、径方向内側（すなわち回転子１２側）からＵ２→Ｕ１→Ｕ２→Ｕ１の順に各巻線３３ａ，３３ｂの導体が収容され、＃３，＃４のスロット３２には、径方向内側からＶ１→Ｖ２→Ｖ１→Ｖ２の順に各巻線３３ａ，３３ｂの導体が収容され、＃５，＃６のスロット３２には、径方向内側からＷ２→Ｗ１→Ｗ２→Ｗ１の順に各巻線３３ａ，３３ｂの導体が収容されている。かかる構成によれば、各スロット３２において、第１巻線３３ａ側の導体と第２巻線３３ｂ側の導体とは、相ごとに互いに磁気結合した状態となっている。
【００４４】
なお、極数や、相数、スロット数、導体の層数はこの限りではなく、要は、固定子コア３１に第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂが巻装され、この巻装状態で、各巻線３３ａ，３３ｂが相ごとに互いに磁気結合されていればよい。
【００４５】
次に、回転電機１０を制御する制御システムの構成を、図４を用いて説明する。図４では、固定子巻線３３として２組の３相巻線（すなわち第１巻線３３ａ、第２巻線３３ｂ）が示されており、これらの巻線３３ａ，３３ｂごとに、第１インバータ４０と第２インバータ５０とがそれぞれ設けられている。インバータ４０，５０は、各巻線３３ａ，３３ｂの相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、各アームに設けられたスイッチ（半導体スイッチング素子）のオンオフにより、各巻線３３ａ，３３ｂにおける通電電流が調整される。
【００４６】
具体的には、第１インバータ４０は、Ｕ１相、Ｖ１相及びＷ１相からなる３相において上アームスイッチ４１と下アームスイッチ４２との直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチ４１の高電位側端子は直流電源６０の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチ４２の低電位側端子は直流電源６０の負極端子（グランド）に接続されている。上アームスイッチ４１及び下アームスイッチ４２は、それぞれ半導体スイッチング素子であり、より具体的には、逆並列となる向きで接続された還流ダイオード４３，４４を有するＩＧＢＴである。つまり、還流ダイオード４３，４４は、それぞれカソードが高電位側、アノードが低電位側となる向きで設けられている。
【００４７】
各相の上アームスイッチ４１と下アームスイッチ４２との間の中間点には、それぞれ付加スイッチ４５を介して、Ｕ１相巻線、Ｖ１相巻線、Ｗ１相巻線の一端が接続されている。つまり、付加スイッチ４５が「第１付加スイッチ」に相当し、この付加スイッチ４５により、第１インバータ４０における上下アームの各スイッチ４１，４２の中間点と第１巻線３３ａの相ごとの巻線部とを接続する交流線が導通又は遮断される。付加スイッチ４５は、例えばＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子である。付加スイッチ４５には、上下アームの各スイッチ４１，４２の中間点側をカソード、相ごとの巻線部側をアノードとする向きで、還流ダイオード４６が設けられている。
【００４８】
第１巻線３３ａの各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は中性点Ｎ１にて互いに接続されている。中性点Ｎ１は、電流経路４７を介して直流電源６０の低電位側に接続されており、その電流経路４７には切替スイッチ４８が設けられている。切替スイッチ４８が「第１切替スイッチ」に相当し、この切替スイッチ４８により、中性点Ｎ１と直流電源６０の低電位側との間が導通又は遮断される。切替スイッチ４８は、例えばＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子である。切替スイッチ４８には、中性点Ｎ１側をカソード、直流電源６０の低電位側をアノードとする向きで、還流ダイオード４９が設けられている。
【００４９】
第２インバータ５０は、第１インバータ４０と同様の構成を有しており、Ｕ２相、Ｖ２相及びＷ２相からなる３相において上アームスイッチ５１と下アームスイッチ５２との直列接続体をそれぞれ備えている。各相の上アームスイッチ５１の高電位側端子は直流電源６０の正極端子に接続され、各相の下アームスイッチ５２の低電位側端子は直流電源６０の負極端子（グランド）に接続されている。上アームスイッチ５１及び下アームスイッチ５２は、それぞれ半導体スイッチング素子であり、より具体的には、逆並列となる向きで接続された還流ダイオード５３，５４を有するＩＧＢＴである。つまり、還流ダイオード５３，５４は、それぞれカソードが高電位側、アノードが低電位側となる向きで設けられている。
【００５０】
各相の上アームスイッチ５１と下アームスイッチ５２との間の中間点には、それぞれ付加スイッチ５５を介して、Ｕ２相巻線、Ｖ２相巻線、Ｗ２相巻線の一端が接続されている。つまり、付加スイッチ５５が「第２付加スイッチ」に相当し、この付加スイッチ５５により、第２インバータ５０における上下アームの各スイッチ５１，５２の中間点と第２巻線３３ｂの相ごとの巻線部とを接続する交流線が導通又は遮断される。付加スイッチ５５は、例えばＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子である。付加スイッチ５５には、上下アームの各スイッチ５１，５２の中間点側をアノード、相ごとの巻線部側をカソードとする向きで、還流ダイオード５６が設けられている。
【００５１】
第２巻線３３ｂの各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は中性点Ｎ２にて互いに接続されている。中性点Ｎ２は、電流経路５７を介して直流電源６０の高電位側に接続されており、その電流経路５７には切替スイッチ５８が設けられている。切替スイッチ５８が「第２切替スイッチ」に相当し、この切替スイッチ５８により、中性点Ｎ２と直流電源６０の高電位側との間が導通又は遮断される。切替スイッチ５８は、例えばＩＧＢＴよりなる半導体スイッチング素子である。切替スイッチ５８には、中性点Ｎ２側をアノード、直流電源６０の高電位側をカソードとする向きで、還流ダイオード５９が設けられている。
【００５２】
制御装置６５は、ＣＰＵや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機１０における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、インバータ４０，５０における各スイッチの開閉（オンオフ）により通電制御を実施する。回転電機１０の検出情報には、例えば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子１２の回転角度（電気角情報）や、電圧センサにより検出される電源電圧（インバータ入力電圧）、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。制御装置６５は、インバータ４０，５０の各スイッチを操作する操作信号を生成して出力する。
【００５３】
本実施形態では、回転電機１０における第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂの通電が第１インバータ４０、第２インバータ５０によりそれぞれ制御される。この場合特に、切替スイッチ４８，５８を開状態（オフ状態）にすることにより、全波駆動モードで回転電機１０の駆動が制御され、切替スイッチ４８，５８を閉状態（オン状態）にすることにより、半波駆動モードで回転電機１０の駆動が制御される。つまり、切替スイッチ４８，５８が開状態と閉状態とで切り替えられることにより、回転電機１０の駆動モードとして、全波駆動モードと半波駆動モードとの切り替えが行われる。本実施形態では、制御装置６５により、第１通電制御部と第２通電制御部とが構成されている。
【００５４】
図５には、全波駆動モードでの各スイッチの制御態様を示し、図６には、半波駆動モードでの各スイッチの制御態様を示す。なお、図５及び図６には、３相２組の固定子巻線３３のうちＷ１相及びＷ２相の動作のみを示すが、各巻線３３ａ，３３ｂの他相においても電気角で１２０度異なる位相で同様の動作が行われる。
【００５５】
図５に示すように、全波駆動モードでは、切替スイッチ４８，５８がオフされるとともに、各インバータ４０，５０の付加スイッチ４５，５５がオンされている。そして、第１インバータ４０において上アームスイッチ４１と下アームスイッチ４２とが相補的にオンオフされることにより、第１巻線３３ａの通電が制御される。また、第２インバータ５０において上アームスイッチ５１と下アームスイッチ５２とが相補的にオンオフされることにより、第２巻線３３ｂの通電が制御される。要するに、全波駆動モードでは、各インバータ４０，５０における上下アームの各スイッチが同じ通電期間でそれぞれ相補的に開閉されることにより、第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂの通電が制御される。
【００５６】
全波駆動モードでの通電制御によれば、同相であるＷ１相及びＷ２相の巻線部において、図示のように同位相でＷ１電流及びＷ２電流が流れ、その合成電流である「Ｗ１＋Ｗ２電流」により回転電機１０が駆動される。この場合、同相の２組の巻線部について同じ通電期間で通電制御が行われることにより、全波状の３相交流電流により固定子巻線３３が通電される。これにより、高トルクの出力が可能となっている。
【００５７】
一方で、図６に示すように、半波駆動モードでは、切替スイッチ４８，５８がオンされるとともに、第１インバータ４０の付加スイッチ４５と第２インバータ５０の付加スイッチ５５とが１８０度周期（電気半周期）で交互にオンされる。そして、付加スイッチ４５，５５のオン期間において、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１がオンオフされるとともに、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２がオンオフされる。
【００５８】
詳しくは、期間Ｔ１では、第１インバータ４０の付加スイッチ４５がオンされるとともに、第２インバータ５０の付加スイッチ５５がオフされる。そして、かかる状態において、第１インバータ４０では、上アームスイッチ４１がオンオフされ、かつ下アームスイッチ４２がオフのまま保持され、第２インバータ５０では、上アームスイッチ５１及び下アームスイッチ５２がいずれもオフのまま保持される。
【００５９】
また、期間Ｔ２では、第１インバータ４０の付加スイッチ４５がオフされるとともに、第２インバータ５０の付加スイッチ５５がオンされる。そして、かかる状態において、第１インバータ４０では、上アームスイッチ４１及び下アームスイッチ４２がいずれもオフのまま保持され、第２インバータ５０では、上アームスイッチ５１がオフのまま保持され、かつ下アームスイッチ４２がオンオフされる。
【００６０】
要するに、半波駆動モードでは、切替スイッチ４８，５８が閉鎖された状態で、第１インバータ４０における上下アームの各スイッチ４１，４２のうち上アームスイッチ４１と、第２インバータ５０における上下アームの各スイッチ５１，５２のうち下アームスイッチ５２とが、交互に定められた通電期間（Ｔ１，Ｔ２）でそれぞれ開閉される。そしてこれにより、第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂの通電が制御される。
【００６１】
半波駆動モードでの通電制御によれば、各インバータ４０，５０において、回転電機１０の半波駆動が交互に行われる。この場合、固定子１３において第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂが互いに磁気結合された状態となっている一方で、第１巻線３３ａの側では、切替スイッチ４８により中性点Ｎ１と直流電源６０の低電位側とが短絡されるとともに、第２巻線３３ｂの側では、切替スイッチ５８により中性点Ｎ２と直流電源６０の高電位側とが短絡されているため、第１巻線３３ａの通電期間及び第２巻線３３ｂの通電期間では、それぞれ相電流の向きが互いに逆となって正負で変化する。そして、第１巻線３３ａの通電期間と第２巻線３３ｂの通電期間とが互い違いに設定されていることにより、その合成起磁力が全波状となる。
【００６２】
つまり、図６に示すように、期間Ｔ１では、その当初においてＷ１電流として負の電流が流れるが、次第に正の電流にシフトし、逆に、期間Ｔ２では、その当初においてＷ１電流として正の電流が流れるが、次第に負の電流にシフトする。これにより、半波駆動でありながら、Ｗ１電流及びＷ２電流の合成電流（Ｗ１＋Ｗ２電流）は正弦波波形又はそれに近い波形となる。すなわち、全波駆動時と同様に正弦波状の回転磁界（起磁力）を得ることが可能となる。
【００６３】
図７は、回転電機１０のトルクの時系列変化を示すタイムチャートであり、実線は本実施形態でのトルク変化を示し、一点鎖線は従来例でのトルク変化を示す。図７によれば、トルク脈動が低減され、かつ平均トルクが上昇していることが分かる（ＡＶＥ１→ＡＶＥ２）。
【００６４】
第１インバータ４０での半波駆動と第２インバータ５０での半波駆動との切り替わり時には、互いに磁気結合されている巻線部同士で、磁気誘導による転流が行われるようになっており、その点について以下に補足する。
【００６５】
第１インバータ４０の上アームスイッチ４１がスイッチングされて第１巻線３３ａに半波電流が流れる場合には、上アームスイッチ４１から、付加スイッチ４５を介して第１巻線３３ａの中性点Ｎ１に向かう向きで正の電流が流れる。そして、その状況下において、例えば図６のタイミングｔａで、上アームスイッチ４１及び付加スイッチ４５がオフされて第１巻線３３ａの電流が遮断されると、その電流変化を妨げる向きに第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂに電圧が生じる。これにより、第２巻線３３ｂ側では、第２巻線３３ｂ〜切替スイッチ５８〜直流電源６０〜下アームスイッチ５２の還流ダイオード５４〜上アームスイッチ５１の還流ダイオード５３〜第２巻線３３ｂを介する電流経路が形成され、第１巻線３３ａに流れていた電流が第２巻線３３ｂに転流される。
【００６６】
そしてその後、付加スイッチ５５がオンされるとともに、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２のスイッチングが開始されることにより、第２巻線３３ｂに半波電流が流れる。さらにその後において、第２巻線３３ｂから第１巻線３３ａへの転流が行われる際も同様である。ただし相違点として、第２巻線３３ｂに半波電流が流れる場合には、第１巻線３３ａの通電時とは電流の向きが逆であり、第２巻線３３ｂの中性点Ｎ２から、付加スイッチ５５を介して下アームスイッチ５２に向かう向きで負の電流が流れるようになっている。
【００６７】
また、上記のとおり例えば第１インバータ４０の上アームスイッチ４１がスイッチングされて第１巻線３３ａに半波電流が流れている状況下において、第１巻線３３ａの電流が遮断されると、第２巻線３３ｂ側への転流が行われるが、その電流遮断直後には、第１インバータ４０内において還流経路が形成され、それに起因して転流に支障が及ぶことが懸念される。つまり、図８に示すように、第１インバータ４０側において、下アームスイッチ４２の還流ダイオード４４と第１巻線３３ａとを含む経路として還流経路Ｒ１が形成される。また、第２巻線３３ｂの電流が遮断される場合には、第２インバータ５０側において、上アームスイッチ５１の還流ダイオード５３と第２巻線３３ｂとを含む経路として還流経路Ｒ２が形成される。なお、図８には、Ｗ１相の巻線部を通る還流経路Ｒ１と、Ｗ２相の巻線部を通る還流経路Ｒ２とを示している。
【００６８】
この点、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１のスイッチングが停止されて、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２のスイッチングが開始される際には、上アームスイッチ４１のスイッチング停止に合わせて、付加スイッチ４５がオフされる。そのため、付加スイッチ４５により還流経路Ｒ１が遮断される。また、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２のスイッチングが停止されて、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１のスイッチングが開始される際には、下アームスイッチ５２のスイッチング停止に合わせて、付加スイッチ５５がオフされる。そのため、付加スイッチ５５により還流経路Ｒ２が遮断される。付加スイッチ４５が「第１遮断部」に相当し、付加スイッチ５５が「第２遮断部」に相当する。
【００６９】
なお、第１インバータ４０において、下アームスイッチ４２と付加スイッチ４５とは、還流ダイオード４４，４６が互いに逆となる向きで直列に接続されており、これら両スイッチ４２，４５により、双方向に通電及び遮断を可能にする双方向スイッチが構成されている。また、第２インバータ５０において、上アームスイッチ５１と付加スイッチ５５とは、還流ダイオード５３，５６が互いに逆となる向きで直列に接続されており、これら両スイッチ５１，５５により、双方向に通電及び遮断を可能にする双方向スイッチが構成されている。
【００７０】
制御装置６５は、回転電機１０の回転速度に基づいて、全波駆動モードと半波駆動モードとの切り替えを実施する。具体的には、制御装置６５は、回転電機１０の低回転側の動作域では、切替スイッチ４８，５８をオフ(開放)して、全波駆動モードで各巻線３３ａ，３３ｂの通電制御を実施する。また、回転電機１０の高回転側の動作域では、切替スイッチ４８，５８をオン(閉鎖)して、半波駆動モードで各巻線３３ａ，３３ｂの通電制御を実施する。
【００７１】
図９には、全波駆動の実施時における回転電機出力を実線で示すとともに、半波駆動の実施時における回転電機出力を破線で示す。全波駆動は、半波駆動と比べて起磁力が２倍となるため高トルク動作に適する。半波駆動は、全波駆動と比べて単位巻線あたりの印加電圧が２倍となるため、高回転動作に適する。この場合、全波駆動の実施時及び半波駆動の実施時で出力特性が一部重複している。そのため、本実施形態では、全波駆動を行う第１動作域と、半波駆動を行う第２動作域とを図１０のように定め、それら各動作域に応じてモード切替を実施することとしている。なお、図１０では、第１動作域にハッチングが付されている。
【００７２】
図１１は、制御装置６５により実施されるモード切替処理を示すフローチャートであり、本処理は所定周期で繰り返し実施される。
【００７３】
ステップＳ１１では、回転電機１０の運転状態が第１動作域に入っているか否かを判定し、ステップＳ１２では、回転電機１０の運転状態が第２動作域に入っているか否かを判定する。ステップＳ１１，Ｓ１２では、例えば、回転子１２の回転情報に基づいて算出される回転速度と、回転電機１０に対する要求トルクとに基づいて、動作域の判定が行われるとよい。
【００７４】
回転電機１０の運転状態が第１動作域に入っている場合、ステップＳ１３に進み、全波駆動モードで回転電機１０を駆動させる旨を決定する。この場合、切替スイッチ４８，５８をオフする。また、各インバータ４０，５０の付加スイッチ４５，５５をオン状態とした上で、各相の上下アームスイッチをスイッチングさせて全波駆動を実施する。
【００７５】
また、回転電機１０の運転状態が第２動作域に入っている場合、ステップＳ１４に進み、半波駆動モードで回転電機１０を駆動させる旨を決定する。この場合、切替スイッチ４８，５８をオンする。また、各相において、電気半周期ごとに各インバータ４０，５０の付加スイッチ４５，５５を交互にオン状態とするとともに、第１インバータ４０では上アームスイッチ４１をスイッチングさせ、第２インバータ５０では下アームスイッチ５２をスイッチングさせて半波駆動を実施する。
【００７６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００７７】
全波駆動モードでは、切替スイッチ４８，５８をオフ（開放）し、第１インバータ４０及び第２インバータ５０による第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂの全波通電を行わせるようにした。この場合、第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂでは同相の巻線部について同じ通電期間での通電制御が行われ、高トルク出力が実現される。
【００７８】
また、半波駆動モードでは、切替スイッチ４８，５８をオン（閉鎖）し、第１インバータ４０及び第２インバータ５０による第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂの半波通電を行わせるようにした。この場合、第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂが互いに磁気結合された状態であり、さらに、第１巻線３３ａの側では、切替スイッチ４８により中性点Ｎ１と直流電源６０の低電位側とが短絡されるとともに、第２巻線３３ｂの側では、切替スイッチ５８により中性点Ｎ２と直流電源６０の高電位側とが短絡されているため、各巻線３３ａ，３３ｂの通電期間において相電流の向きが互いに逆となり、その合成起磁力により全波状の起磁力が得られるようになっている。以上により、全波駆動と半波駆動とを好適に行い、かつ半波駆動時におけるトルク脈動を低減することができる。
【００７９】
回転電機１０の動作域に応じて各切替スイッチ４８，５８を開閉するようにしたため、異なる出力特性を好適に得ることができ、回転電機１０の高効率動作領域を拡大できる。また、各切替スイッチ４８，５８が閉鎖されている状態下では、各相の巻線部において全波駆動時と比べて単位巻線あたりの印加電圧が高められる。そのため、回転電機１０の動作域を高回転域側に拡張する上で有利な構成を実現できる。
【００８０】
半波駆動モードにおいて、第１インバータ４０による半波通電と第２インバータ５０による半波通電とを切り替える際に、各アームスイッチの還流ダイオードと各巻線３３ａ，３３ｂとを含んで形成される還流経路Ｒ１，Ｒ２を、付加スイッチ４５，５５により遮断するようにした。これにより、第１巻線３３ａ側と第２巻線３３ｂ側との間の転流を好適に実施させることができ、各巻線３３ａ，３３ｂでの相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【００８１】
具体的には、各インバータ４０，５０において、上下アームの中間点と各相の巻線部とを接続する交流線に付加スイッチ４５，５５を設けたため、この付加スイッチ４５，５５により、半波通電の切替時に形成される還流経路を好適に遮断することができる。これにより、やはり通電側となる巻線での相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【００８２】
第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂにおいて、ターン数を同じとし、かつ同相の導体を固定子コア３１の同一のスロット３２に収容するようにしたため、第１巻線３３ａと第２巻線３３ｂとの磁気結合度を高くすることができる。これにより、半波駆動時における巻線間の転流ロス、すなわち第１インバータ４０の上アームスイッチ４１と第２インバータ５０の下アームスイッチ５２とを通電期間ごとに交互にそれぞれ開閉させる場合における巻線間の転流ロスを低減でき、駆動の効率を高めることができる。
【００８３】
第１巻線３３ａ及び第２巻線３３ｂを平角断面形状の導体により構成したため、これら各巻線３３ａ，３３ｂの導体を、スロット３２内に整然と配列できる。そのため、第１巻線３３ａと第２巻線３３ｂとの個体ごとの磁気結合度のばらつきを抑えることができる。これにより、巻線間の転流ロスを一層適正に低減することができる。
【００８４】
回転電機１０の巻線とインバータとを２組ずつ備える構成にしたため、駆動系を冗長化でき、システムの信頼性を向上できる。
【００８５】
以下に、第１インバータ４０及び第２インバータ５０の構成の一部を変更した第２〜第４実施形態について説明する。なお、制御システムの構成として上記第１実施形態と同様のものは、同じ符号を付してその説明を省略する。制御装置６５の説明も便宜上省略する。
【００８６】
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態における回転電機の制御システムを示す電気回路図である。図１２において、第１インバータ４０には、各相の下アームスイッチ４２として、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオード４４ａ，４４ｂを有する一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂが設けられている。一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂは、逆直列に接続された逆導通型の半導体スイッチング素子であり、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。本実施形態では、一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂが「第１遮断部」に相当する。
【００８７】
また、第２インバータ５０には、各相の上アームスイッチ５１として、互いに直列に接続され、かつ互いに逆向きに設けられた還流ダイオード５３ａ，５３ｂを有する一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂが設けられている。一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂは、逆直列に接続された逆導通型の半導体スイッチング素子であり、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。本実施形態では、一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂが「第２遮断部」に相当する。
【００８８】
なお、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２の構成は、上述した図４と同じである。
【００８９】
上記構成では、各インバータ４０，５０で全波駆動を行う場合に、制御装置６５は、第１インバータ４０において、下アームスイッチ４２としての一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂのうち一方の半導体スイッチング素子４２ａ（すなわち、上アームスイッチ４１と還流ダイオードの向きが同じ半導体スイッチング素子）を、上アームスイッチ４１に対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子４２ｂをオン状態（閉状態）で保持する。また、第２インバータ５０において、上アームスイッチ５１としての一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂのうち一方の半導体スイッチング素子５１ａ（すなわち、下アームスイッチ５２と還流ダイオードの向きが同じ半導体スイッチング素子）を、下アームスイッチ５２に対して相補的に開閉させ、かつ他方の半導体スイッチング素子５１ｂをオン状態（閉状態）で保持する。
【００９０】
また、半波駆動モードにおいて第１インバータ４０にて半波駆動を行う場合に、制御装置６５は、上アームスイッチ４１をスイッチングする一方で、一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂのうち半導体スイッチング素子４２ａをオフ状態（開状態）で保持し、かつ半導体スイッチング素子４２ｂをオン状態（閉状態）で保持する。第２インバータ５０側の各スイッチ５１，５２はいずれもオフ状態（開状態）で保持する。
【００９１】
また、制御装置６５は、電気半周期が経過することに伴い、上アームスイッチ４１のスイッチングを停止するとともに、一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂをいずれもオフ状態（開状態）にする。そして、第２インバータ５０での下アームスイッチ５２のスイッチングを開始する。その下アームスイッチ５２のスイッチング時には、一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂのうち半導体スイッチング素子５１ａをオフ状態（開状態）で保持し、かつ半導体スイッチング素子５１ｂをオン状態（閉状態）で保持する。
【００９２】
なお、第１実施形態で説明した図６の動作と対比させると、半導体スイッチング素子４２ａが下アームスイッチ４２と同様に動作し、半導体スイッチング素子４２ｂが付加スイッチ４５と同様に動作する。また、半導体スイッチング素子５１ａが上アームスイッチ５１と同様に動作し、半導体スイッチング素子５１ｂが付加スイッチ５５と同様に動作する。
【００９３】
ここで、第１インバータ４０にて半波駆動が行われる状態から、第２インバータ５０にて半波駆動が行われる状態への切替時には、一対の半導体スイッチング素子４２ａ，４２ｂがオフされ、その状態において互いに逆向きの還流ダイオード４４ａ，４４ｂにより双方向での通電遮断がなされる。そのため、上アームスイッチ４１のスイッチング停止時において第１インバータ４０での還流経路Ｒ１（図８参照）が遮断されることになる。
【００９４】
また同様に、第２インバータ５０にて半波駆動が行われる状態から、第１インバータ４０にて半波駆動が行われる状態への切替時には、一対の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｂがオフされ、その状態において互いに逆向きの還流ダイオード５３ａ，５３ｂにより双方向での通電遮断がなされる。そのため、下アームスイッチ５２のスイッチング停止時において第２インバータ５０での還流経路Ｒ２（図８参照）が遮断されることになる。
【００９５】
本実施形態では、第１実施形態における図４の構成に比べて、全波駆動時において導通状態の直列素子数を減らすことができ、導通損失の低減を図ることができる。
【００９６】
また、全波駆動時には、各インバータ４０，５０において、逆直列に接続された一対の半導体スイッチング素子（すなわち、第１インバータ４０の下アームスイッチ４２、第２インバータ５０の上アームスイッチ５１）のうち一方を開閉させ、他方を閉状態で保持することにより通電電流が制御される。この場合、力率が１でない場合の還流動作や、あるいは回生動作も行うことができ、適正な全波駆動を実現できる。
【００９７】
（第３実施形態）
図１３は、第３実施形態における回転電機の制御システムを示す電気回路図である。図１３において、第１インバータ４０には、各相の下アームスイッチ４２として、互いに逆向きに並列接続された一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄが設けられている。一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄは、逆並列に接続された逆阻止型ＩＧＢＴであり、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。より具体的には、一方のＩＧＢＴ４２ｃではコレクタを高電位側、エミッタを低電位側とし、他方のＩＧＢＴ４２ｄではエミッタを高電位側、コレクタを低電位側として、これら一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄが互いに逆並列に接続されている。
【００９８】
また、第２インバータ５０には、各相の上アームスイッチ５１として、互いに逆向きに並列接続された一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５１ｄが設けられている。一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５１ｄは、逆並列に接続された逆阻止型ＩＧＢＴであり、双方向での通電及び遮断を可能にする双方向スイッチとして機能する。より具体的には、一方のＩＧＢＴ５１ｃではコレクタを高電位側、エミッタを低電位側とし、他方のＩＧＢＴ５１ｄではエミッタを高電位側、コレクタを低電位側として、これら一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５２ｄが互いに逆並列に接続されている。
【００９９】
なお、第１インバータ４０の上アームスイッチ４１、第２インバータ５０の下アームスイッチ５２の構成は、上述した図４と同じである。
【０１００】
上記構成では、各インバータ４０，５０で全波駆動を行う場合に、制御装置６５は、第１インバータ４０において、下アームスイッチ４２としての一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄのうち一方のＩＧＢＴ４２ｃ（すなわち、上アームスイッチ４１にコレクタが接続されたＩＧＢＴ）を、上アームスイッチ４１に対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴ４２ｄをオン状態（閉状態）で保持する。また、第２インバータ５０において、上アームスイッチ５１としての一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５１ｄのうち一方のＩＧＢＴ５１ｃ（すなわち、下アームスイッチ５２にエミッタが接続されたＩＧＢＴ）を、下アームスイッチ５２に対して相補的に開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴ５１ｄをオン状態（閉状態）で保持する。
【０１０１】
また、半波駆動モードにおいて第１インバータ４０にて半波駆動を行う場合に、制御装置６５は、上アームスイッチ４１をスイッチングする一方で、一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄのうちＩＧＢＴ４２ｃをオフ状態（開状態）で保持し、かつＩＧＢＴ４２ｄをオン状態（閉状態）で保持する。第２インバータ５０側の各スイッチ５１，５２はいずれもオフ状態（開状態）で保持する。
【０１０２】
また、制御装置６５は、電気半周期が経過することに伴い、上アームスイッチ４１のスイッチングを停止するとともに、一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄをいずれもオフ状態（開状態）にする。そして、第２インバータ５０での下アームスイッチ５２のスイッチングを開始する。その下アームスイッチ５２のスイッチング時には、一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５１ｄのうちＩＧＢＴ５１ｃをオフ状態（開状態）で保持し、かつＩＧＢＴ５１ｄオン状態（閉状態）で保持する。
【０１０３】
なお、第１実施形態で説明した図６の動作と対比させると、ＩＧＢＴ４２ｃが下アームスイッチ４２と同様に動作し、ＩＧＢＴ４２ｄが付加スイッチ４５と同様に動作する。また、ＩＧＢＴ５１ｃが上アームスイッチ５１と同様に動作し、ＩＧＢＴ５１ｄが付加スイッチ５５と同様に動作する。
【０１０４】
ここで、第１インバータ４０にて半波駆動が行われる状態から、第２インバータ５０にて半波駆動が行われる状態への切替時には、一対のＩＧＢＴ４２ｃ，４２ｄがオフされることにより双方向での通電遮断がなされる。そのため、上アームスイッチ４１のスイッチング停止時において第１インバータ４０での還流経路Ｒ１（図８参照）が遮断されることになる。
【０１０５】
また同様に、第２インバータ５０にて半波駆動が行われる状態から、第１インバータ４０にて半波駆動が行われる状態への切替時には、一対のＩＧＢＴ５１ｃ，５１ｄがオフされることにより双方向での通電遮断がなされる。そのため、下アームスイッチ５２のスイッチング停止時において第２インバータ５０での還流経路Ｒ２（図８参照）が遮断されることになる。
【０１０６】
以上により、半波駆動モードにおいて、第１巻線３３ａ側と第２巻線３３ｂ側との間の転流を好適に実施させることができ、各巻線３３ａ，３３ｂでの相補的な半波駆動を適正に実施できる。
【０１０７】
なお、第１インバータ４０の下アームスイッチ４２、及び第２インバータ５０の上アームスイッチ５１を、互いに並列に接続された一対のＩＧＢＴにより構成しても、半波駆動時に導通されるスイッチング素子数（すなわち、導通経路上の直列素子数）が増えることはない。したがって、半波駆動時における導通損失の低減を図ることができる。
【０１０８】
本実施形態では、全波駆動時には、各インバータ４０，５０において、逆並列に接続された一対のＩＧＢＴ（すなわち、第１インバータ４０の下アームスイッチ４２、第２インバータ５０の上アームスイッチ５１）のうち一方のＩＧＢＴを開閉させ、かつ他方のＩＧＢＴを閉状態で保持することにより通電電流が制御される。この場合、力率が１でない場合の還流動作や、あるいは回生動作も行うことができ、適正な全波駆動を実現できる。
【０１０９】
なお、一対のＩＧＢＴを逆並列に接続する構成（図１３の構成）では、還流ダイオード付きの一対のＩＧＢＴを逆直列に接続する構成（図１２の構成）に比べて、全波駆動時において導通状態の直列素子数を減らすことができ、導通損失の低減を図ることができる。
【０１１０】
（第４実施形態）
各インバータ４０，５０のスイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いる構成としてもよい。図１４は、第４実施形態における回転電機１０の制御システムを示す電気回路図である。図１４では、第１インバータ４０の下アームスイッチ４２として、ワイドギャップ半導体で構成されたＭＯＳＦＥＴ４２ｅ，４２ｆが逆向きに直列接続された状態で設けられている。また、第２インバータ５０の上アームスイッチ５１として、ワイドギャップ半導体で構成されたＭＯＳＦＥＴ５１ｅ，５１ｆが逆向きに直列接続された状態で設けられている。これにより、第１インバータ４０の下アームスイッチ４２及び第２インバータ５０の上アームスイッチ５１において、双方向での導通及び遮断の機能が付与されている。
【０１１１】
ワイドギャップ半導体で構成されたＭＯＳＦＥＴとして、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）系材料や、ＧａＮ（窒化ガリウム）系材料などによって構成されたワイドギャップ半導体素子を使用することが好ましい。ワイドギャップ半導体素子を用いることにより、オン抵抗の低減を図ることができる。図１４の構成によれば、全波駆動モードでの各スイッチのスイッチング時において導通損失を一層低減できる。
【０１１２】
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【０１１３】
・切替スイッチ４８，５８として、半導体スイッチング素子に代えて機械式接点スイッチを用いてもよい。例えば、低回転動作域と高回転動作域とを断続的に切り替えるような用途では、必ずしも半導体スイッチング素子を用いなくてもよい。
【０１１４】
・第１巻線３３ａのターン数と第２巻線３３ｂのターン数とが異なっていてもよい。この場合、第１巻線３３ａを流れる電流の大きさと第２巻線３３ｂを流れる電流の大きさとが相違することになるが、半波駆動の実施は可能である。
【０１１５】
・固定子巻線３３は３相巻線に限定されず、中性点を有する巻線であれば、例えば５相巻線であってもよい。
【０１１６】
・２つのインバータ４０，５０において、各々個別の直流電源が接続されている構成であってもよい。
【０１１７】
・回転電機１０は、磁石ロータ構造以外であってもよく、例えば誘導ロータ構造のものであってもよい。また、インナロータ構造に代えて、アウタロータ構造であってもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１０…回転電機、３３ａ…第１巻線、３３ｂ…第２巻線、４０…第１インバータ、４１…上アームスイッチ、４２…下アームスイッチ、４７…電流経路、４８…切替スイッチ（第１切替スイッチ）、５０…第２インバータ、５１…上アームスイッチ、５２…下アームスイッチ、５７…電流経路、５８…切替スイッチ（第２切替スイッチ）、６０…直流電源、６５…制御装置（第１通電制御部、第２通電制御部）。
【図１】
2019140806.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019140806.tif 000005
【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】
2019140806.tif 000013
【図１２】
2019140806.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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