(57)【要約】      （修正有）【課題】低速領域においてロータ損失の増加を回避可能なポールチエンジモータ装置を提供すること。【解決手段】ポールチエンジモータ１は低速高トルク領域において高極数をもち、高速領域において低極数をもつ。ロータは、３倍周波数のリラクタンストルクを発生するために所定数の磁気突極をもつ。ロータはさらに、基本周波数の誘導トルク及び同期トルクのどちらかを発生するための籠形導体及び永久磁石のどちらかをもつ。籠形導体及び永久磁石のどちらかは磁気突極間の溝に収容される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記モータのステータ極数を増加させる増極モードと、前記ステータ極数を減少させる減極モードとをもつポールチエンジモータ装置において、
前記モータは、所定数の磁気突極の間に配置されたフラックスバリアに収容される籠形導体及び永久磁石のどちらかを有するロータを有し、
前記コントローラは、前記増極モードにおいて前記モータをリラクタンスモータとして運転し、かつ、前記減極モードにおいて誘導モータ及び永久磁石同期モータのどちらかとして運転することを特徴とするポールチエンジモータ装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記モータの低速高トルク領域において前記増極モードを実行し、かつ、前記モータの少なくとも高速領域において前記減極モードを実行する請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項３】
前記フラックスバリアは、前記磁気突極の間に形成された溝からなる請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項４】
前記モータは、前記溝に収容される前記籠形導体を有し、
前記コントローラは、前記減極モードにおいて前記モータを誘導回転電機として運転する請求項３記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項５】
前記モータは、前記溝に収容される前記永久磁石を有し、
前記コントローラは、前記減極モードにおいて前記モータを永久磁石同期モータとして運転する請求項３記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記増極モード及び前記減極モードを同時に実行する混合モードをもつ請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項７】
前記インバータは、前記減極モードにおいて基本周波数の３相電圧を前記モータに印加し、前記増極モードにおいて前記基本周波数の３倍に等しい３倍周波数の単相電圧を前記モータに印加する請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項８】
前記モータは、直列に接続される３つの相コイルからなるステータコイルを有し、
前記インバータは、前記ステータコイルに３相電圧及び単相電圧を印加する４つのレグを有する請求項７記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項９】
前記インバータは、前記減極モードにおいて基本周波数の６相電圧を前記モータに印加し、前記増極モードにおいて前記基本周波数の２倍に等しい２倍周波数の３相電圧を前記モータに印加する請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項１０】
前記インバータは、２つの３相インバータをからなる請求項９記載のポールチエンジモータ装置。
【請求項１１】
前記インバータは、第１の平滑キャパシタと並列に接続され、かつ、さらに第２の平滑キャパシタと並列に接続され、
前記第１の平滑キャパシタは、前記インバータのPWMキャリヤ周波数を含む帯域にて前記第２の平滑キャパシタよりも低いインピーダンスをもつ高周波キャパシタからなり、
前記第２の平滑キャパシタは、前記第１の平滑キャパシタよりも高い静電容量をもつ請求項１記載のポールチエンジモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポールチエンジモータ装置に関し、特に車両用のポールチエンジモータ装置に関する。本発明の装置は負トルクを発生する発電機を含む。
【背景技術】
【０００２】
トラクションモータやスタータジエネレータのような車両用可変速モータは強力な低速トルク及び広い速度範囲を必要とする。モータトルクは極数に略比例する。しかし、ステータコイルの逆起電力は極数増加により増加するため、モータの速度範囲が低下する。
【０００３】
特許文献１は、極数倍増可能な誘導モータを提案する。２つの３相インバータにより駆動されるこの誘導モータは低速領域において倍増されたステータ極数をもつ。誘導モータのステータ極数が倍増される時、ロータ極数は自動的に倍増される。これにより、このポールチエンジモータは、速度範囲を縮小することなく低速トルクを増加することができる。
【０００４】
しかしながら、誘導モータのロータは二次導体の抵抗損失をもつ。一般に、ロータの冷却はステータの冷却と比べて難しいことが知られている。このため、誘導モータは、低速高トルク領域におけるロータ冷却能力によりトルク増加が制限されるという問題をもっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５-２２６４２５号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、低速領域においてロータ損失の増加を回避可能なポールチエンジモータ装置を提供することである。
【０００７】
本発明の１つの様相によれば、ポールチエンジモータは低速高トルク領域において高極数の増極モードで運転され、高速領域において低極数の減極モードで運転される。ポールチエンジモータは、増極モードにおいてリラクタンストルクを発生し、減極モードにおいて、誘導トルク又は永久磁石同期トルク（マグネットトルク）を発生する。ロータは、このリラクタンストルクを発生するための偶数個の磁気突極をもち、誘導トルク又はマグネットトルクを発生するために籠形導体又は永久磁石をさらにもつ。籠形導体又は永久磁石は、互いに隣接する磁気突極の間に形成された溝に配置される。
【０００８】
すなわち、このモータ装置は要求に応じて２種類のトルクの１つを選択することができる。リラクタンストルクとして、同期リラクタンストルクが好適である。同期リラクタンストルクは、磁気突極数の増加により改善される。さらに、従来の誘導モータが強力な誘導トルクを発生する時、ロータ温度の上昇が深刻となる。リラクタンスモータは、この問題を解決する。高極数のリラクタンスモータは高速領域において高い鉄損をもつ。この問題は、高速領域における極数低減により解決される。
【０００９】
好適な態様において、コントローラは増極モード及び減極モードが同時に実行される混合モードをもつ。これにより、円滑なモード切替が実現される。
【００１０】
好適な態様において、増極モードは減極モードの３倍の極数をもつ。モータは増極モードにおいて単相リラクタンスモータとして運転され、減極モードにおいて３相モータとして運転される。単相モータは３相モータと比べてトルクリップル及び振動が増加する。しかし、この欠点は、ステータの磁気突極数が増極モードにおいて３倍となるために軽減される。
【００１１】
好適な態様において、ステータコイルは直列に接続される３つの相コイルからなる直列３相巻線からなる。インバータは４レグインバータからなる。この４レグインバータは、減極モードにおいて３相電圧を出力し、増極モードにおいて単相電圧を出力する。したがって、増極モードにおいて、インバータの２つのレグを休止することができるため、インバータ損失が低減される。
【００１２】
好適な態様において、増極モードは減極モードの２倍の極数をもつ。モータは減極モードにおいて６相誘導モータ又は６相永久磁石モータとして運転され、増極モードにおいて３相リラクタンスモータとして運転される。
【００１３】
好適な態様において、インバータと並列に接続される平滑キャパシタ装置は、互いに並列接続された２つの平滑キャパシタからなる。第２平滑キャパシタよりも優れた高周波特性をもつ第１平滑キャパシタはPWMインバータが発生する高周波電流リップルを吸収する。第１平滑キャパシタよりも高い静電容量をもつ第２平滑キャパシタは減極モードにおける相電流のリップルを吸収する。
【００１４】
磁気突極数の増加が可能な本発明のモータは、高価なレアアース永久磁石を使用することなく、強力な低速トルクを発生する。しかし、磁気突極数の増加は、高速領域における鉄損の増加を招く。しかし、本発明のモータは、高速領域において極数を低減することにより、この鉄損増加問題を解決することができる。さらに、最高回転数の改善が可能な本発明のロータは、高減極比の減速装置を採用することができる。したがって、低速トルクをさらに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は第１実施例のポールチエンジモータ装置を示す配線図である。
【図２】図２は１２個の突極をもつロータを示す断面図である。
【図３】図３は増極モード（３倍極モード）のロータを示す断面図である。
【図４】図４は減極モードのロータを示す断面図である。
【図５】図５は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図６】図６は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図７】図７は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図８】図８は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図９】図９は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図１０】図１０は減極モードにおける電流を示す配線図である。
【図１１】図１１は減極モードにおける相電流を示すロータ断面図である。
【図１２】図１２は減極モードにおける相電流を示すロータ断面図である。
【図１３】図１３は増極モードにおける単相電流を示す配線図である。
【図１４】図１４は増極モードにおける単相電流を示す配線図である。
【図１５】図１５は増極モードにおける単相電流を示すロータ断面図である。
【図１６】図１６は増極モードにおける単相電流を示すロータ断面図である。
【図１７】図１７は分布巻ステータコイルの一例を示す展開図である。
【図１８】図１８は４レグインバータに接続された直列３相巻線を示す配線図である。
【図１９】図１９は第２実施例１のポールチエンジモータ装置を示す配線図である。
【図２０】図２０は減極モードにおける集中巻き巻線を示す展開図である。
【図２１】図２１は増極モードにおける集中巻き巻線を示す展開図である。
【図２２】図２２は減極モードにおける短節巻き例を示す展開図である。
【図２３】図２３は増極モードにおける短節巻き例を示す展開図である。
【図２４】図２４は減極モードにおけるもう１つの短節巻き例を示す展開図である。
【図２５】図２５は増極モードにおけるもう１つの短節巻き例を示す展開図である。
【図２６】図２６は第３実施例における増極モードのロータを示す断面図である。
【図２７】図２７は減極モードのロータを示す断面図である。
【図２８】図２８は混合モードを示す模式配線図である。
【図２９】混合モードの基本波電流成分及び第３高調波電流成分を示すスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のポールチエンジモータ装置の好適な実施形態が図面を参照して説明される。
【００１７】
第１実施例
第１実施例のポールチエンジモータ装置が図１-図１８を参照して説明される。図１は、このポールチエンジモータ装置の配線図を示す。ポールチエンジモータ１は、インバータ２に接続されたステータコイル３をもつ。ステータコイル３はコントローラ１００により制御される。ステータコイル３は直列に接続された３つの相コイル１U、１V、及び１Wからなる。このステータコイル３は直列３相巻線と呼ばれる。電圧形インバータであるインバータ２は、それぞれDCリンク電圧Vdcが印加される４つのレグ３A-３Dからなる。４つのレグ３A-３Dの各出力端はステータコイル３の４つの端子に個別に接続されている。ステータコイル３の両端に接続される２つのレグ２A及び２Dは端部レグと呼ばれ、他の２つのレグ２B及び２Cは中間レグと呼ばれる。
【００１８】
図２は、ポールチエンジモータ１のロータ５を示す模式断面図である。ハイブリッドロータと呼ばれるロータ５はロータコア５１と籠形導体５２とをもつ。積層電磁鋼板からなるロータコア５１は回転軸５３に固定されている。１２個の磁気突極５４がロータコア５１の外周面から径方向外側へ突出している。各磁気突極５４はロータコア５１の一部からなる。アルミニウム又は銅からなる籠形導体５２は磁気突極５１の間の溝５５にダイキャスト成形法で形成されている。各磁気突極５４及び各溝５５は略軸方向へ延在している。
【００１９】
６個の籠形導体５２はそれぞれ略軸方向へ延在している。籠形導体５２は溝５５と等しい周方向幅をもつ。籠形導体５２の周方向幅は磁気突極５４の周方向幅とほぼ等しい。軸方向に延在する各籠形導体５２の一端部は１つのエンドリングにより短絡され、各籠形導体５２の他端部はもう１つのエンドリングにより短絡されている。これら２つのエンドリング及び各籠形導体５２は誘導モータの周知の籠形コイルを形成している。
【００２０】
ロータ５は円筒状のステータコア４の内部に回転自在に収容されている。ステータコイル３がステータコア４に極数切替可能に巻かれている。この実施例によれば、ステータコイル３の極数は３倍に変更可能である。ステータコイル３の１磁極ピッチは３倍極モードにおいて電気角１８０度に相当する。
【００２１】
コントローラ１００は増極モード及び減極モードをもつ。増極モードにおいて、ステータコイル３は減極モードと比べて３倍の極数をもつ回転磁界を形成することができる。図３は増極モードを説明するためのロータ５の模式断面図であり、図４は減極モードを説明するためのロータ５の模式断面図である。図３及び図４において、ロータは６個の磁気突極５４をもつ。
【００２２】
図３に示される増極モードにおいて、ステータコイル３が形成する回転磁界は６個のステータ極をもつ。言い換えれば、ステータコアの機械角３６０度は電気角１０８０度に相当する。言い換えれば、１つの磁気突極ピッチに相当する機械角６０度は電気角１８０度に相当する。ステータコイル３が形成する回転磁界及びロータ５はそれぞれ同期角速度fsで回転している。したがって、モータ１は同期リラクタンスモータ（SynRM)となり、ロータ５は周知の同期リラクタンストルクを発生する。増極モードにおいて、いわゆるd軸を意味するd３軸は磁気突極５４の周方向中心点を通過する。同様に、いわゆるq軸を意味するq３軸は溝５５の周方向中心点を通過する。
【００２３】
図４に示される減極モードにおいて、ステータコイル３が形成する回転磁界は２個のステータ極をもつ。言い換えれば、ステータコアの機械角３６０度は電気角３６０度に相当する。ステータコイル３が形成する回転磁界は同期角速度fsで回転する。ロータ５は同期角速度fsと異なるロータ角速度frで回転する。モータ１が正トルクを発生する時、ロータ角速度frは同期角速度fsよりも低い。モータ１が負トルクを発生する時、ロータ角速度frは同期角速度fsよりも高い。したがって、モータ１は誘導モータ（IM)となり、ロータ５は誘導モータトルクを発生する。１つの磁気突極ピッチは電気角６０度に相当する。
【００２４】
結局、モータ１は増極モードにおいて単相同期リラクタンスモータとなり、減極モードにおいて誘導モータとなる。増極モードは低速高トルク領域において実行され、減極モードは少なくとも高速領域において実行される。図３に示される同期リラクタンスモータのトルクは、d３軸インダクタンスL3dとq３軸インダクタンスL３qとの差に比例する。
【００２５】
増極モードにおいて、モータ１は同期リラクタンスモータの代わりにスイッチドリラクタンスモータとして運転されることができる。このモードはSRMモードと呼ばれる。このSRMモードによれば、モータ１は単相スイッチドリラクタンスモータとなる。このSRMモードが図１を参照して説明される。このSRMモードにおいて、１磁気突極ピッチに相当する電気角３６０度は、電流供給期間と電流回生期間とに分割される。たとえば、電流供給期間及び電流回生期間はそれぞれ、電気角１８０度とされる。
【００２６】
電流供給期間において、レグ２Aの上アームトランジスタ及びレグ２Dの下アームトランジスタがオンされる。これにより、３つの相コイル１U、１V、及び１Wに共通の相電流が供給される。この相電流の振幅を抑制するために、レグ２Aの上アームトランジスタ及びレグ２Dの下アームトランジスタレグをPWM制御することも可能である。
【００２７】
次の電流回生期間において、レグ２Aの上アームトランジスタ及びレグ２Dの下アームトランジスタがオフされる。これにより、回生電流は、レグ２Aの下アームトランジスタ及びレグ２Dの上アームトランジスタに接続された２つの逆並列ダイオードを通じて流れる。その結果、相コイル１U、１V、及び１Wに蓄積された磁気エネルギーはバッテリに回生される。
【００２８】
この単相SRMモードによれば、ステータコア４の各磁気突極は、ほぼ径方向へ同時に吸引される。したがって、ステータコアが固定されるモータハウジングの歪みが低減される。特に、この騒音は磁気突極の数が増加される時に低減される。同様に、単相同期リラクタンスモータもこの騒音低減効果をもつ。
【００２９】
減極モードにおける電流I及び逆起電力Vu、Vv、及びVwの状態例が図５-図１０に示される。図５は電気角６０度の状態を示し、図６は電気角１２０度の状態を示す。図７は電気角１８０度の状態を示し、図８は電気角２４０度の状態を示す。図９は電気角３００度の状態を示し、図１０は電気角３６０度の状態を示す。インバータ２は３相正弦波電圧をステータコイル３に印加する。４レグインバータ２の端部レグ２A及び２Dは同じ正弦波相電圧を出力する。その結果、ステータコイル３は実質的にデルタ接続３相コイルとなる。ステータコイル３がステータコア４に集中巻き又は分布巻きされることができる。
【００３０】
図１１及び図１２は減極モードにおけるステータコイル３の全節巻例を示す。図１１は電気角０度における６個の磁化ステータポール４０を示し、図１２は電気角６０度における６個の磁化ステータポール４０を示す。
【００３１】
増極モードにおける電流I及び逆起電力Vu、Vv、及びVwの状態例が図１３及び図１４に示される。図１３は電気角０度の状態を示し、図１４は電気角１８０度の状態を示す。４レグインバータ２の端部レグ２Aは、端部レグ２Dと反対相の単相正弦波相電圧を出力する。中間レグ２B及び２Cは休止される。これにより、４レグインバータ２は単相インバータであるHブリッジとなる。その結果、ステータコイル３は減極モードと比べて３倍の巻数及び３倍の極数をもつ単相ステータコイルとなる。ステータコイル３はステータコア４に集中巻き又は分布巻きされることができる。
【００３２】
図１５及び図１６は増極モードにおけるステータコイル３の全節巻例を示す。図１５は電気角０度における６個のステータポール４０の磁化極性例を示し、図１６は電気角１８０度における６個のステータポール４０の磁化極性例を示す。
【００３３】
図１７はステータコイル３の全節巻き例を示す。図１８はステータコイル３と４レグインバータ２とを示す。U相コイル１Uは、直列接続された導体C１及びC４からなる。V相コイル１Vは、直列接続された導体C２及びC５からなる。W相コイル１Wは、直列接続された導体C３及びC６からなる。スロットS１及びS４はそれぞれ、導体C１及びC４を収容する。スロットS２及びS５はそれぞれ、導体C２及びC５を収容する。スロットS３及びS６はそれぞれ、導体C３及びC６を収容する。各スロットS１-S６のそれぞれに収容される２つの導体は同じ相電流を同じ方向へ流す。
【００３４】
増極モードにおいて、奇数番目のスロットは偶数番目のスロットと逆向きに単相電流を流す。したがって、奇数番目のティース４１Aは偶数番目のティース４１Bと逆向きに磁化される。減極モードにおいて、６個のスロットS１-S６内の相電流は互いに電気角６０度離れている。したがって、６個のスロットピッチが電気角３６０度に相当する。
【００３５】
この第１実施例によれば、増極モードは減極モードと比べて極数及びステータコイルの巻数を３倍化することができる。これにより、トルクが増加される。ただし、増極モードによれば、モータ１は単相同期リラクタンスモータとなるので、起動トルクがゼロとなる場合がある。モータ１はモータ始動初期において３相誘導モータとして起動トルクを発生することが好適である。
【００３６】
増極モードで採用される単相動作は、減極モードで採用される３相モータと比べて、高振幅の電流リップルをもつ。しかし、図１に示されるように、２種類の平滑キャパシタ６及び７が、インバータ２に直流電源電圧を印加するための一対のDCリンク線８及び９に接続される。平滑キャパシタ６はインバータ２のPWMキャリヤ周波数を含む周波数領域にて平滑キャパシタ７よりも低い高周波インピーダンスをもつ。平滑キャパシタ７は平滑キャパシタ６よりも高い静電容量をもつ。たとえば、平滑キャパシタ６はフィルムキャパシタからなり、平滑キャパシタ７はリチウムイオンキャパシタからなる。これにより、たとえばキャリヤ周波数が１５kHzであるPWMによりスイッチングされるインバータ２が発生する高周波電流成分は主として平滑キャパシタ６により平滑化される。他方、たとえば５００Hz未満の単相電流により発生する低周波の電流成分は主として平滑キャパシタ７により平滑化される。
【００３７】
第２実施例
第２実施例のポールチエンジモータ装置が図１９-図２５を参照して説明される。図１９は、このポールチエンジモータ装置の配線図を示す。モータ１は、コントローラ１００により制御される３相インバータ２A及び２Bに接続された６相ステータコイル３Aをもつ。インバータ２Aは３つの相コイル１U、１V、及び１Wに接続されている。インバータ２Bは３つの相コイル２U、２V、及び２Wに接続されている。
【００３８】
この実施例によれば、ステータ極数の変更は、２つの３相インバータ２A及び２Bにより発生される相電圧の位相制御により実行される。増極モードのステータ極数は、減極モードのステータ極数の２倍に等しい。モータ１は、減極モードにおいて３相誘導モータとなり、増極モードにおいて単相同期リラクタンスモータとなる。
【００３９】
図２０及び図２１は、６つの相コイル１U-２Wがステータコア４の各ティース４０に別々に集中巻きされた巻線例を示す模式展開図である。図２０は減極モードを示し、図２１は増極モードを示す。電気角３６０度は、図２０において６ティースピッチに等しく、図２１において３ティースピッチに等しい。インバータ２A及び２Bの相電流IU、IV、及びIWの位相が変更される時、減極モードと増極モードとの間のモード変更が実行される。
【００４０】
図２２及び図２３は、６つの相コイル１U-２Wがステータコア４の６つのスロットS１-S６に収容される短節巻き例を示す模式展開図である。図２２は減極モードを示し、図２３は増極モードを示す。電気角３６０度は、図２２において６スロットピッチに等しく、図２３において３スロットピッチに等しい。スロットS１-S６はティース４１により分離されている。インバータ２A及び２Bの相電流IU、IV、及びIWの位相が変更される時、減極モードと増極モードとの間のモード変更が実行される。
【００４１】
U相コイル１Uは、電流方向が互いに反対である第１導体U及び第２導体-Uをもつ。V相コイル１Vは、電流方向が互いに反対である第１導体V及び第２導体-Vをもつ。W相コイル１Wは、電流方向が互いに反対である第１導体W及び第２導体-Wをもつ。U相コイル２Uは、電流方向が互いに反対である第１導体U及び第２導体-Uをもつ。V相コイル２Vは、電流方向が互いに反対である第１導体V及び第２導体-Vをもつ。W相コイル２Wは、電流方向が互いに反対である第１導体W及び第２導体-Wをもつ。
【００４２】
図２４及び図２５は、６つの相コイル１U-２Wがステータコア４の１２個のスロットS１-S１２に収容されるもう１つの短節巻き例を示す模式展開図である。図２４は減極モードを示し、図２５は増極モードを示す。電気角３６０度は、図２４において１２スロットピッチに等しく、図２５において６スロットピッチに等しい。スロットS１-S１２はティース４１により分離されている。インバータ２A及び２Bの相電流IU、IV、及びIWの位相が変更される時、減極モードと増極モードとの間のモード変更が実行される。
【００４３】
U相コイル１Uは、電流方向が互いに反対である第１導体U及び第２導体-Uをもつ。V相コイル１Vは、電流方向が互いに反対である第１導体V及び第２導体-Vをもつ。W相コイル１Wは、電流方向が互いに反対である第１導体W及び第２導体-Wをもつ。U相コイル２Uは、電流方向が互いに反対である第１導体U及び第２導体-Uをもつ。V相コイル２Vは、電流方向が互いに反対である第１導体V及び第２導体-Vをもつ。W相コイル２Wは、電流方向が互いに反対である第１導体W及び第２導体-Wをもつ。
【００４４】
第１実施例及び第２実施例のポールチエンジモータ装置は、内燃機関始動用の発電電動機として使用されることができる。増極された同期リラクタンスモータはエンジン始動トルクを発生する。減極された誘導モータは３相電圧を発電する。整流された３相発電電圧はバッテリを充電する。このポールチエンジモータは回生制動動作及びトルクアシスト動作を実行できる。
【００４５】
第１実施例及び第２実施例のポールチエンジモータ装置は、電気自動車のトラクションモータとして使用されることができる。増極された同期リラクタンスモータは低速高トルク領域にて運転される。減極された誘導モータは少なくとも高速領域で運転される。トルクリップルを低減するために、運転位相が互いに異なる複数のステータ／ロータペアをタンデム駆動することも可能である。
【００４６】
増極モードにおいて採用される単相同期リラクタンスモータは、２つの端部レグ２A及び２BからなるHブリッジにより駆動される。このHブリッジにより駆動される単相同期リラクタンスモータは、３相インバータにより駆動される従来の３相同期リラクタンスモータと比べて２倍の電圧利用率をもつ。したがって、本発明の単相同期リラクタンスモータの運転速度範囲を拡大することができる。
【００４７】
第３実施例
第３実施例のポールチエンジモータ装置が図２６及び図２７を参照して説明される。図２６は増極モードにおけるロータ５を示し、図２７は減極モードにおけるロータ５を示す。ロータ５は、図３及び図４に示される６個の籠形導体５２の代わりに３個の永久磁石５６及び３個の永久磁石５７をもつ。フエライト磁石からなる永久磁石５６及び５７はそれぞれ、ロータコア５１の溝５５に固定されている。磁気突極５４を介して互いに隣接する３個の永久磁石５６はN極をもつ。磁気突極５４を介して互いに隣接する他の３個の永久磁石５７はS極をもつ。結局、ロータコア５１は６個の磁気突極及び６個の永久磁石をもつ。
【００４８】
図２６に示される増極モードは、図３に示される第１実施例の増極モードと本質的に同じである。モータ１は、従来のd軸に相当するd３軸のインダクタンス値Ldと、従来のq軸に相当するq３軸のインダクタンス値Lqとの差に基づいて、単相同期リラクタンストルクを発生する。
【００４９】
図２７に示される減極モードにおいて、モータ１は３相永久磁石同期モータ（PMSM）となる。d軸電流Idを制御することにより、３つのN極永久磁石５６の間の２つの磁気突極５４はN極に磁化される。３つのS極永久磁石５７の間の２つの磁気突極５４はS極に磁化される。これにより、ロータ５は２極の永久磁石ロータとなり、モータ１は３相磁石トルクを発生する。
【００５０】
図２８は、増極モード及び減極モードを同時に実行する混合モードを示す模式配線図である。モータ１は、増極モード及び減極モードの両方において同期モータとして運転される。この混合モードによれば、インバータ２は、モータ１に基本周波数f１の３相電流I１と３倍周波数f３の単相電流I3とを同時に供給する。この混合モードは、増極モードと減極モードとの切替時に採用されることが好適である。図２９は、３相電流I１及び単相電流I３を示すスペクトル図である。
【００５１】
３相電流I1はd軸電流成分Id及びq軸電流成分Iqからなる。単相電流I３はd３軸電流成分I３d及びq３軸電流成分I３qからなる。３相電流I1は図２７に示される減極モードにより３相同期トルクを発生し、単相電流I３は図２６に示される増極モードにより単相同期トルクを発生する。単相電流I３は３相電流I１の第３高調波成分からなることができる。合成電流（I１＋I３）は略台形波波形をもつ。
【００５２】
本発明のポールチエンジモータは、電気自動車のトラクションモータ及び内燃機関始動用の発電電動機に好適である。さらに、本発明は、洗濯機、ロボットモータ、及び工作機械用モータに好適である。
【００５３】
第４実施例
第４実施例のポールチエンジモータ装置が説明される。このモータ装置は、インバータ２の代わりに３相変圧器を使用する。この３相変圧器は、星形接続されたU相二次コイル、V相二次コイル、及びW相二次コイルをもつ。U相二次コイル、V相二次コイル、及びW相二次コイルの各一端は中性点に接続される。U相二次コイルはU相電圧Vuを発生し、V相二次コイルはV相電圧Vvを発生し、W相二次コイルはW相電圧Vwを発生する。この３相変圧器は、減極モードにおいて、直列３相巻線からなるステータコイル３に３相電圧を印加する。さらに、この３相変圧器は、増極モードにおいて直列３相巻線の両端にU相電圧Vuを印加する。
【００５４】
言い換えれば、中性点は、増極モードにおいて第１のマグネットコンタクタを通じて直列３相巻線の一端に接続される。変圧器のU相端子は第２のマグネットコンタクタを通じて直列３相巻線の他端に接続される。減極モードにおいて、変圧器のV相端子及びW相端子は、第３及び第４のマグネットコンタクタを個別に通じて直列３相巻線の２つの中間端子に接続される。したがって、増極モードにおいて、第１及び第２のマグネットコンタクタはオンされ、第３及び第４のマグネットコンタクタはオフされる。減極モードにおいて、第１のマグネットコンタクタはオフされ、第２、第３及び第４のマグネットコンタクタはオンされる。
【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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