(57)【要約】【課題】３次高調波磁界が生じる回転電機においてトルクの増強を可能とする。【解決手段】回転電機１０は、１磁極を複数の永久磁石で構成し、その１磁極内の複数の永久磁石の間となる極央部分に径方向に磁気的に凸となる突極部を有する回転子１２と、多相の固定子巻線３６が巻装された固定子１３とを備える。制御装置５０は、固定子巻線３６に電力を供給するインバータ４１，４２の通電電流を制御する。また、制御装置５０は、回転子１２の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、基本周波数の３倍調の高調波電流とを固定子巻線３６に流し、高調波電流の通電により回転子１２の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、固定子巻線３６の通電制御を実施する。【選択図】      図１
2019022299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１磁極を複数の永久磁石（２２）で構成し、その１磁極内の複数の永久磁石の間となる極央部分に径方向に磁気的に凸となる突極部（２３）を有する回転子（１２）と、多相の固定子巻線（３６）が巻装された固定子（１３）とを備える回転電機（１０）と、
前記固定子巻線に電力を供給するインバータ（４１，４２）と、
前記インバータの通電電流を制御する制御部（５０）と、
を備え、
前記制御部は、前記回転子の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、前記基本周波数の３倍調の高調波電流とを前記固定子巻線に流し、前記高調波電流の通電により前記回転子の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、前記固定子巻線の通電制御を実施する回転電機の駆動システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記回転電機を力行作動させる場合に、前記回転子の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相となる固定子磁界が生じるように、前記高調波電流による前記固定子巻線の通電を制御する請求項１に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記回転電機により発電を行わせる場合に、前記回転子の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、前記高調波電流による前記固定子巻線の通電を制御する請求項１又は２に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項４】
前記回転子は、複数の鋼板が積層されてなる回転子コア（２１）を有し、
前記鋼板には、凸状部分が形成されており、
前記複数の鋼板における各凸状部分の積層により、前記突極部が形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項５】
前記回転子は、前記突極部から電気角で９０度の位置に、径方向に磁気的に凸となる第２突極部（２４）を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項６】
前記１磁極において隣合う２つの前記永久磁石は、それら各永久磁石の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きで配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項７】
前記多相の固定子巻線は星形結線されており、
前記制御部により前記基本波電流と前記高調波電流との通電制御が実施される場合に、前記固定子巻線の中性点（Ｎ１，Ｎ２）に接続された中性線（４３，４４）を介して前記高調波電流が流れる構成となっている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項８】
前記中性線が、複数の電池が直列に接続された直流電源（６０）の中間点（Ｎ３）に接続されている請求項７に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項９】
前記直流電源において、前記中間点よりも正側及び負側の電圧及び容量が互いに均等になっている請求項８に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項１０】
前記制御部は、トルク指令値に基づき設定される電流指令値及び前記固定子巻線に流れる実電流の偏差に基づいて、前記固定子巻線の相ごとにフィードバック制御値を算出するフィードバック制御部と、そのフィードバック制御値に対して、前記基本周波数の３倍調の高調波成分を重畳する３次高調波重畳部とを備える請求項８又は９に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項１１】
直流電源（６０）の正極側及び負極側の間に、一対のスイッチング素子（Ｓｐ２，Ｓｎ２）からなる直接接続体が接続され、
前記中性線が、前記一対のスイッチング素子の間の中間点に接続されており、
前記制御部は、前記インバータによる相ごとの前記固定子巻線の通電制御に加えて、前記一対のスイッチング素子のオンオフによる前記高調波電流の制御を実施する請求項７に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項１２】
前記中性線に流れる高調波電流を検出する電流検出部（５３，５４）を備え、
前記制御部は、前記電流検出部により検出された前記高調波電流の検出値と、トルク指令値に基づき設定される高調波電流指令値との偏差に基づいて、前記高調波電流のフィードバック制御を実施する請求項１１に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項１３】
前記インバータに、前記固定子巻線の相ごとに前記基本波電流を制御する複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と、前記一対のスイッチング素子とが設けられている請求項１１又は１２に記載の回転電機の駆動システム。
【請求項１４】
前記固定子巻線として２組の３相巻線（３６ａ，３６ｂ）を有し、その３相巻線ごとに個別の通電制御が可能となっており、
前記２組の３相巻線は、前記固定子において互いに電気角で３０度異相して巻装されており、
前記制御部は、前記２組の３相巻線のうち一方の３相巻線に対して他方の３相巻線を電気角で３０度異相させて通電制御を実施する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の回転電機の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばＣＯ２排出規制の強化を目的として自動車での電動化の開発が益々加速しており、自動車用モータにおいて様々な提案がなされている。現在の主流の設計方法では、限られた搭載空間の中でエネルギ密度を高めるために、希土類磁石を多用した永久磁石モータ（ＰＭモータ）が採用されているが、この種のＰＭモータでは、回転速度の上昇に伴い固定子巻線での誘起電圧が上昇するため、その誘起電圧が電源電圧をひっ迫して電流が流し込めないという課題がある。そこで、この逆起電圧の元となる永久磁石の磁束を固定子巻線の磁界を調整することで弱める、いわゆる弱め界磁制御を効果的に作用させる研究が広く行われている。
【０００３】
例えば非特許文献１では、モータの磁極の中央、いわゆるｄ軸に磁気的な突極を設けることで、固定子からの反作用磁束が回転子磁極を貫通しやすくし、弱め界磁制御を効率的に成そうという試みが紹介されている。すなわち、ｄ軸表面に磁気抵抗の小さな突極が露出しているため、固定子からの反作用磁束を受けやすくなる。そのため、然るべき位相で固定子電流を流すと、固定子反作用磁束が永久磁石の発生磁束を打ち消すことになり、弱め界磁の効果が引き立てられるというのが、非特許文献１の主旨である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】青山真大、中島一清、野口李彦、「可変漏れ磁束特性を備えた順突極強め界磁ＰＭモータの基礎検討」、平成２９年電気学会全国大会、論文番号５−００１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１の筆者らは、回転子の磁極が当該特徴の形状を備えていると、永久磁石から発生する磁束の基本波成分が低下し、３次高調波成分が発生してしまい好ましくないとしている。そこで、当該非特許文献１の筆者らは、３次高調波を極力軽減する磁極形状の探求に当たっている。
【０００６】
一方で、本願発明者らは、３次高調波磁界のエネルギを軸トルクとして取り出すことに着目し、その検討を行った。
【０００７】
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、３次高調波磁界が生じる回転電機においてトルクの増強を可能とする回転電機の駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。
【０００９】
第１の手段では、
１磁極を複数の永久磁石（２２）で構成し、その１磁極内の複数の永久磁石の間となる極央部分に径方向に磁気的に凸となる突極部（２３）を有する回転子（１２）と、多相の固定子巻線（３６）が巻装された固定子（１３）とを備える回転電機（１０）と、
前記固定子巻線に電力を供給するインバータ（４１，４２）と、
前記インバータの通電電流を制御する制御部（５０）と、
を備え、
前記制御部は、前記回転子の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、前記基本周波数の３倍調の高調波電流とを前記固定子巻線に流し、前記高調波電流の通電により前記回転子の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、前記固定子巻線の通電制御を実施する。
【００１０】
上記構成の回転電機では、回転子において、１磁極内の複数の永久磁石の間となる極央部分に突極部が設けられているため、回転子の磁界として３次磁界が生じる。そして、回転子の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、基本周波数の３倍調の高調波電流とを固定子巻線に流し、高調波電流の通電により回転子の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界を生じさせるようにしている。これにより、３次高調波磁界のエネルギを軸トルクとして効果的に取り出すことができる。そのため、機器を大型化せずとも、時間高調波の追加だけでトルクを増強させることができる。
【００１１】
詳しい原理を説明する。上記構成の回転電機において、回転子では、ｄ軸中央の突極部の両脇の永久磁石の磁束が当該突極部を通じて自己短絡し、基本波磁界の中央部分の強度が極端に凹んだ形の磁界強度分布となる。これが３次高調波磁界の発生原因であると考えられる。この場合、回転子において永久磁石により発生する磁界は、回転子が回転することで連れまわり、固定子表面を機械的に回転する３次の回転磁界である。回転する磁界であるから、然るべき電流による誘導作用により力をトルクとして取り出すことができると考えられる。つまり、フレミングの左手の法則に従うように３次の回転磁界に同期するような３次変動電流を通電することで、トルクの抽出が可能であると考えられる。
【００１２】
一般的に、対称３相巻線での３次高調波電流による各相磁界の時間波形は、理想的には瞬時値まで完全に一致し、空間位相的には固定磁界、すなわち定在波となることが公知の事実である（式（１）参照）。
【００１３】
Φ３ｕ(t)＝COS３ωt
Φ３ｖ(t)＝COS３(ωt＋２／３π）＝COS３ωt
Φ３ｗ(t)＝COS３(ωt−２／３π)＝COS３ωt
Φ３ｕ(t)＝Ｖ３ｖ(t)＝Ｖ３ｗ(t)                          …（１）
また、固定子の３次磁界は、空間位相が固定され、かつ振幅が時間的に３倍速で変動する磁界である。そのため、回転子側の回転磁界に基本波成分しか存在しない場合には、発生する力は３次で変動し、その力の平均値がゼロになるのは周知の事実である（式（２）参照）。
【００１４】
COSωt・COS３ωt  ＝（COS２ωt＋COS４ωt）／２      …（２）
式（２）の右辺は、いずれもゼロを中心とする変動成分であり、その平均値はゼロである。つまり、推進力となるトルクとしては取り出すことができない。
【００１５】
ところが、回転子にある周期で回転する磁界が存在する場合に、その周期に同期した高調波電流を流すことで、発生する力の平均値がゼロではなくなると考えられる。３次の回転磁界であれば、３次の変動電流を通電すればよい。その力は、時間的には安定せず６倍周期で変動するが、通電する位相を適正にすれば平均値は正となる。
【００１６】
回転子の３次磁界を、振幅がΦで回転周期が３ωの回転磁界であるとし、「Φ・COS３ωt」とする。また、固定子電流の磁界を、振幅が３倍速で変動する固定磁界であるとし、「I・SIN３(ωt＋α)・１」とする。この場合、２つの磁界によるトルクは、次の式（３）となる。
【００１７】
Φ・Ｉ・COS３ωt・SIN３(ωt＋α)
＝Φ・Ｉ・｛（１＋COS６ωt）・SIN３α＋SIN６ωt・COS３α｝／２
…（３）
式（３）において、右辺の第１項及び第２項のうち第２項は、ゼロを中心とした変動成分になる。これに対し、第１項は、６倍周期のリップルを含み、かつ平均値が正又は負の変動成分となる。したがって、回転子の回転磁界に同期した高調波電流を流すことで、回転電機において３次高調波磁界のエネルギを軸トルクとして取り出すことが可能となる。
【００１８】
ここで、αが３０度の場合には、上記式（３）の右辺の第２項がゼロ、第１項が最大値となり、トルクの平均値は「０．５・Φ・I」となる。つまり、トルクが正の値となる。回転電機を力行作動させる場合を想定すると、回転子の３次磁界に対して電気角で３０度の進み位相となる固定子磁界が生じるように高調波電流の通電を行えば、最大の力行トルクを取り出すことが可能となる。この点を加味し、第２の手段として、制御部は、回転電機を力行作動させる場合に、回転子の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相となる固定子磁界が生じるように、高調波電流による固定子巻線の通電を制御するとよい。
【００１９】
また、回転電機により発電を行わせる場合において、回転子の３次磁界に対して電気角で３０度の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように高調波電流の通電を行えば、最大の発電トルクを取り出すことが可能となる。この点を加味し、第３の手段として、制御部は、回転電機により発電を行わせる場合に、回転子の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、高調波電流による固定子巻線の通電を制御するとよい。
【００２０】
第４の手段では、前記回転子は、複数の鋼板が積層されてなる回転子コア（２１）を有し、前記鋼板には、凸状部分が形成されており、前記複数の鋼板における各凸状部分の積層により、前記突極部が形成されている。
【００２１】
上記構成によれば、突極部が、複数の鋼板の積層構造として回転子コアに一体に形成されている。これにより、突極部付きの回転子コアを容易に製作可能となり、経済的な効果を得ることができる。また、任意の形状の突極部を容易に製作可能となる。
【００２２】
第５の手段では、前記回転子は、前記突極部から電気角で９０度の位置に、径方向に磁気的に凸となる第２突極部（２４）を有する。
【００２３】
上記構成によれば、ｄ軸側の突極部から入射する固定子磁界がｑ軸側の突極部（第２突極部）から出射するため、３次磁束を効率的に流すことができる。基本波電流による通電は、いわゆるリラクタンストルク成分の磁束を担うため、トルク増強の効果を一層高めることができる。
【００２４】
第６の手段では、前記１磁極において隣合う２つの前記永久磁石は、それら各永久磁石の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きで配置されている。
【００２５】
上記構成によれば、１磁極内の２つの永久磁石を、それら各永久磁石の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きで配置することで、ｄ軸両脇から発する磁束がｄ軸から離れていく方向に流れるようになる。これにより、回転子の極央部分に形成される磁界強度の凹みが際立つことになり、３次高調波磁界を増強することができる。
【００２６】
第７の手段では、前記多相の固定子巻線は星形結線されており、前記制御部により前記基本波電流と前記高調波電流との通電制御が実施される場合に、前記固定子巻線の中性点（Ｎ１，Ｎ２）に接続された中性線（４３，４４）を介して前記高調波電流が流れる構成となっている。
【００２７】
３次高調波電流は３相巻線である場合に各相で一致するため、各相の巻線から中性点に流入する３次高調波電流は中性線を介して流出する。又は、中性線を介して中性点に３次高調波電流が流入する。この場合、電源の正負間（例えばＵＶ巻線間）に３次高調波電流が流れる構成とは異なり、相間電圧に３次成分が現れる。したがって、３次成分によるトルクの取り出しが可能となっている。
【００２８】
第８の手段では、前記中性線が、複数の電池が直列に接続された直流電源（６０）の中間点（Ｎ３）に接続されている。
【００２９】
多相巻線の中性線を、複数の電池が直列に接続された直流電源の中間点に接続する構成にしたため、中性線に流れる高調波電流を制御するためのスイッチング素子を用いなくても、中性線に高調波電流を好適に流すことができる。つまり、コスト面で有利な構成を実現できる。
【００３０】
第９の手段では、前記直流電源において、前記中間点よりも正側及び負側の電圧及び容量が互いに均等になっている。
【００３１】
直流電源において電圧及び容量が均等に配分された中間点に、多相巻線の中性線が接続されることにより、中性線を介して高調波電流を流出又は流入させる上で、好適な構成を実現できる。
【００３２】
第１０の手段では、前記制御部は、トルク指令値に基づき設定される電流指令値及び前記固定子巻線に流れる実電流の偏差に基づいて、前記固定子巻線の相ごとにフィードバック制御値を算出するフィードバック制御部と、そのフィードバック制御値に対して、前記基本周波数の３倍調の高調波成分を重畳する３次高調波重畳部とを備える。
【００３３】
上記構成によれば、巻線電流の偏差に基づきフィードバック制御値が算出された後に、そのフィードバック制御値に対して３倍調の高調波成分が重畳される。これにより、３次高調波電流を所望のとおりに制御することが可能となる。
【００３４】
第１１の手段では、直流電源（６０）の正極側及び負極側の間に、一対のスイッチング素子（Ｓｐ２，Ｓｎ２）からなる直接接続体が接続され、前記中性線が、前記一対のスイッチング素子の間の中間点に接続されており、前記制御部は、前記インバータによる相ごとの前記固定子巻線の通電制御に加えて、前記一対のスイッチング素子のオンオフによる前記高調波電流の制御を実施する。
【００３５】
上記構成によれば、中性線に流れる高調波電流を一対のスイッチング素子により直接制御することができる。つまり、高調波電流を直接観測しつつ、高調波電流を緻密に制御することができる。また、一対のスイッチング素子が直流電源の正極側及び負極側の間に接続される構成となるため、直流電源の中間点に中性線が接続される構成とは異なり、直流電源の接続に対する制約を無くすことができる。
【００３６】
第１２の手段では、前記中性線に流れる高調波電流を検出する電流検出部（５３，５４）を備え、前記制御部は、前記電流検出部により検出された前記高調波電流の検出値と、トルク指令値に基づき設定される高調波電流指令値との偏差に基づいて、前記高調波電流のフィードバック制御を実施する。
【００３７】
上記構成によれば、実際に流れている高調波電流に基づいて、その高調波電流を制御することができ、制御精度を高めることができる。
【００３８】
第１３の手段では、前記インバータに、前記固定子巻線の相ごとに前記基本波電流を制御する複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と、前記一対のスイッチング素子とが設けられている。
【００３９】
上記構成によれば、基本波電流を制御する複数のスイッチング素子と、高調波電流を制御する一対のスイッチング素子とが共にインバータに設けられるため、駆動装置の小型化が可能になる。
【００４０】
第１４の手段では、前記固定子巻線として２組の３相巻線（３６ａ，３６ｂ）を有し、その３相巻線ごとに個別の通電制御が可能となっており、前記２組の３相巻線は、前記固定子において互いに電気角で３０度異相して巻装されており、前記制御部は、前記２組の３相巻線のうち一方の３相巻線に対して他方の３相巻線を電気角で３０度異相させて通電制御を実施する。
【００４１】
上記構成によれば、３次高調波電流により発生する６倍調のトルク変動をキャンセルすることができる。これにより、高調波電流の重畳によりトルクの取り出しを可能にしつつも、トルク変動を抑えて回転電機を駆動させることができる。
【００４２】
つまり、２組の３相巻線について電気角で３０度異相させた通電制御を実施することで、次の式（４）が成立する。
【００４３】
Φ・I・｛（１＋COS６ωt）＋（１＋COS６(ωt＋３０)）｝／２＝Φ・I
…（４）
式（４）によれば、互いに３０度位相のずれた６倍調波のトルクリップルが打ち消されている。これにより、３次高調波によるトルクリップル（６倍調変動成分）が理論上は完全にキャンセルされることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】回転電機の縦断面図。
【図２】回転子と固定子コアとを示す横断面図。
【図３】回転子における磁束を示す説明図。
【図４】回転子表面の磁界強度分布を示す図。
【図５】ＦＦＴ分析の結果を示す図。
【図６】回転電機システムの電気的構成を示す回路図。
【図７】制御装置による制御処理を示す機能ブロック図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は１磁極の２つの永久磁石の配置を示す図、（ｄ）は３次電流とトルクとの関係を示す図。
【図９】第２実施形態において回転電機システムの電気的構成を示す回路図。
【図１０】第２実施形態において制御装置による制御処理を示す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。
【００４６】
（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の横断面を半分示す断面図である。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。
【００４７】
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、有底筒状の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。
【００４８】
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。
【００４９】
回転子コア２１には、電気角で１８０度の１磁極当たりに９０度ずつ２つの永久磁石２２が埋め込まれており、１磁極内の２つの永久磁石２２の間となる極央部分には、径方向に磁気的に凸となる突極部２３が設けられている。図２において右側２つの永久磁石２２と左側２つの永久磁石２２とは互いに極性が反対になっており、それら各磁極に突極部２３が設けられている。この場合、例えば右側２つの永久磁石２２の間にｄ軸突極が設けられ、左側２つの永久磁石２２の間に反ｄ軸突極が設けられている。
【００５０】
また、極性が切り替わる極間には、第２突極部としての突極部２４が設けられ、それがｑ軸突極となっている。永久磁石２２と各突極部２３，２４との間は周方向に互いに離間されており、その離間部分が空間部２５となっている。回転子コア２１においては、電磁鋼板に凸状部分が形成されており、複数の電磁鋼板における各凸状部分の積層により、突極部２３，２４が形成されている。
【００５１】
なお、本実施形態では、回転子構造として埋め込み磁石型を代表例で示すが、極央部分や極間部分に磁気的に凸となる突極部が存在するものであれば、表面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。
【００５２】
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（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相）の固定子巻線３６とを備えている。この場合、固定子巻線３６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３３と、ヨーク３３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３４とを有し、隣り合うティース３４の間にスロット３２が形成されている。各ティース３４は、周方向に等間隔でそれぞれ設けられている。
【００５３】
本実施形態では、回転電機１０を、４極７２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。この場合、固定子巻線３６は、１極１相当たり３スロット直列で全節巻により巻装されている。各スロット３２には４本ずつの導体が挿入され、１極１相当たり１２本の導体が直列に接続されている。固定子コア３１には電気角３６０度（機械角１８０度）中に３６個のスロット３２が設けられているため、１スロットあたり電気角で１０度となっている。連続する３スロットで１相が構成されているため、対称な３相巻線を構成するには６スロット置きにＵ相＋、Ｗ相−、Ｖ相＋の順で結線が行われている。また、Ｕ相＋とＷ相−との間に存在する３スロットは、別の一組の対称３相巻線を構成するＸ相＋であり、同様に６スロット置きにＸ相＋、Ｚ相−、Ｙ相＋の順で結線が行われている。要するに、固定子１３には、固定子巻線３６の２組の３相巻線が互いに電気角で３０度異相させて巻装されている。なお、極数、相数、スロット数はこの限りではなく、対称な多相巻線が構成できる条件であれば集中巻でもよい。
【００５４】
上記構成の回転電機１０では、図３に示すように、回転子１２において、同磁極の永久磁石２２にて生じる磁束が放射状に分布するが、磁石端部近傍の一部の磁束が突極部２３に吸収されるように回り込んで自己短絡するため、極中央部分の磁界強度が低下する。つまり、回転子表面の磁界強度分布は図４の如くとなり、回転子１２の磁界として３次の成分が存在していることが分かる。実際にＦＦＴ分析すると、図５に示すように、３次高調波成分が相当量存在していることが確認できる。回転子１２が回転すると、この３次磁界も連れて回転する。この場合、回転速度自体は基本波に同期するものの、空間磁束分布が３次であるため磁界の変動速度は３倍速となる。
【００５５】
図１に戻り、本システムでは、２組の３相巻線ごとに設けられる第１インバータ４１及び第２インバータ４２と、制御装置５０とを備えており、各インバータ４１，４２によって、各相の固定子巻線３６において相ごとに通電電流が調整される。インバータ４１，４２は、相巻線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、各アームにはスイッチ（半導体スイッチング素子）がそれぞれ設けられている。
【００５６】
制御装置５０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やインバータ４１，４２に関する検出情報や、都度の力行駆動要求や発電要求に基づいて、インバータ４１，４２における各スイッチのオンオフにより通電制御を実施する。回転電機１０やインバータ４１，４２に関する検出情報には、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５０は、インバータ４１，４２の各スイッチを操作する操作信号を生成して出力する。
【００５７】
制御装置５０は特に、回転子１２の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、基本周波数の３倍調の高調波電流とを固定子巻線３６に流し、高調波電流の通電により回転子１２の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、固定子巻線３６の通電制御を実施する。そしてこれにより、３次高調波磁界のエネルギを軸トルクとして取り出すことを可能にしている。
【００５８】
図６は、回転電機システムの電気的構成を示す回路図である。図６では、固定子巻線３６として、２組の３相巻線３６ａ，３６ｂを示しており、３相巻線３６ａはＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線よりなり、３相巻線３６ｂはＸ相巻線、Ｙ相巻線及びＺ相巻線よりなる。
【００５９】
図６に示すように、第１インバータ４１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相において上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎ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Ｓｐ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Ｓｎ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。直流電源６０は、例えば定格電圧１２Ｖの蓄電池である。また、直流電源６０は、例えば複数の単電池が直列接続された組電池である。各スイッチＳｐ，Ｓｎは、電圧制御型の半導体スイッチング素子であり、より具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。各スイッチＳｐ，Ｓｎには、ボディダイオードが逆並列に接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴに代えて、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることも可能である。
【００６０】
各相の上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの間の中間接続点には、それぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は第１中性点Ｎ１にて互いに接続されている。
【００６１】
第２インバータ４２は、第１インバータ４１と同様の構成を有しており、Ｘ相、Ｙ相及びＺ相からなる３相において上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎ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Ｓｐ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Ｓｎ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。各相の上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの間の中間接続点には、それぞれＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線（Ｙ結線）されており、各相巻線の他端は第２中性点Ｎ２で互いに接続されている。
【００６２】
第１中性点Ｎ１は、中性線４３を介して直流電源６０の中間点Ｎ３に接続されている。また、第２中性点Ｎ２は、中性線４４を介して直流電源６０の中間点Ｎ３に接続されている。中間点Ｎ３は、直流電源６０の中間電位となる位置であり、特に電圧や容量が中央値となる位置であるとよい。
【００６３】
図７は、制御装置５０による回転電機１０の制御処理を示す機能ブロック図である。図７には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相電流を制御する制御処理と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の各相電流を制御する制御処理とを示している。ここではまず、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側の制御処理について説明する。
【００６４】
図７において、電流指令値設定部７１は、トルク−ｄｑマップを用い、回転電機１０に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値や、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωに基づいて、ｄ軸の電流指令値とｑ軸の電流指令値とを設定する。なお、電流指令値設定部７１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側及びＸ，Ｙ，Ｚ相側において共通に設けられている。
【００６５】
ｄｑ変換部７２は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値（各相電流）を、界磁方向をｄ軸とする直交２次元回転座標系の成分であるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する。
【００６６】
ｄ軸電流フィードバック制御部７３は、ｄ軸電流をｄ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸の指令電圧を算出する。また、ｑ軸電流フィードバック制御部７４は、ｑ軸電流をｑ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸の指令電圧を算出する。これら各フィードバック制御部７３，７４では、ｄ軸電流及びｑ軸電流の電流指令値に対する偏差に基づき、ＰＩフィードバック手法を用いて指令電圧が算出される。
【００６７】
３相変換部７５は、ｄ軸及びｑ軸の指令電圧を、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の指令電圧に変換する。なお、上記の各部７１〜７５が、ｄｑ変換理論による基本波電流のフィードバック制御を実施するフィードバック制御部であり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の指令電圧がフィードバック制御値である。
【００６８】
３次高調波設定部７６は、３次高調波マップを用い、力行時又は発電時のトルク指令値や電気角速度ωに基づいて、３相変換部７５により３相変換された指令電圧に重畳させる３次高調波成分を設定する。ここでは、３次高調波成分として、３次高調波電流の位相及び振幅が設定される。その位相は、３次高調波電流による磁界が、回転子１２の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相角側となるように定められている。
【００６９】
具体的には、３次高調波設定部７６では、回転電機１０を力行作動させる場合において、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電圧（結果的には３次高調波電流）の位相が定められる。より望ましくは、進み位相が電気角で３０度であるとよい。なお、通電電流に対する磁界の遅れ分が加味されるとよい。
【００７０】
また、３次高調波設定部７６では、回転電機１０により発電を行わせる場合において、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電圧（結果的には３次高調波電流）の位相が定められる。より望ましくは、遅れ位相が電気角で３０度であるとよい。なお、通電電流に対する磁界の遅れ分が加味されるとよい。
【００７１】
そして、この３次高調波成分が、３相変換部７５により３相変換された指令電圧に重畳される（３次高調波重畳部に相当）。これにより、基本波電流と３次高調波電流との合成信号波が生成される。なお、３次高調波設定部７６は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側及びＸ，Ｙ，Ｚ相側において共通に設けられている。
【００７２】
そして、操作信号生成部７７は、周知の三角波キャリア比較方式を用い、３次高調波が重畳された３相の指令電圧に基づいて、第１インバータ４１の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部７７は、３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号（デューティ信号）を生成する。
【００７３】
また、Ｘ，Ｙ，Ｚ相側においても同様の構成を有しており、ｄｑ変換部８２は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値（各相電流）を、界磁方向をｄ軸とする直交２次元回転座標系の成分であるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する。
【００７４】
ｄ軸電流フィードバック制御部８３はｄ軸の指令電圧を算出し、ｑ軸電流フィードバック制御部８４はｑ軸の指令電圧を算出する。３相変換部８５は、ｄ軸及びｑ軸の指令電圧を、Ｘ相、Ｙ相及びＺ相の指令電圧に変換する。そして、操作信号生成部８７は、３次高調波が重畳された３相の指令電圧に基づいて、第２インバータ４２の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部８７は、３相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号（デューティ信号）を生成する。
【００７５】
ドライバ７８は、操作信号生成部７７，８７にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ４１，４２における各３相のスイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフさせる。
【００７６】
また、回転電機１０では、上記のとおり固定子１３において２組の３相巻線３６ａ，３６ｂが互いに電気角で３０度異相させて巻装されており、それら３相巻線３６ａ，３６ｂが各インバータ４１，４２により個別に通電制御される。この場合、制御装置５０は、各インバータ４１，４２により電流を互いに電気角で３０度異相させて通電制御を実施するとよい。具体的には、３次高調波設定部７６において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側の３相巻線３６ａに流す３次高調波電流と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相側の３相巻線３６ｂに流す３次高調波電流とで、電流位相を電気角で３０度異相させるとよい。こうした制御により、上記式（４）で示したとおり、３次高調波によるトルクリップル（６倍調変動成分）が理論上は完全にキャンセルされる。
【００７７】
各３相巻線３６ａ，３６ｂにおいて３次高調波電流の位相を相違させる場合、例えば、一方の３相巻線３６ａにおいて回転子１２の３次磁界に対して３次高調波磁界が３０度進角（又は３０度遅角）するようにし、かつ他方の３相巻線３６ｂにおいて回転子１２の３次磁界に対して３次高調波磁界が６０度進角（又は６０度遅角）するように、３次高調波電流の通電を制御するとよい。又は、一方の３相巻線３６ａにおいて回転子１２の３次磁界に対して３次高調波磁界が３０度進角（又は３０度遅角）するようにし、かつ他方の３相巻線３６ｂにおいて回転子１２の３次磁界に３次高調波磁界が位相一致するように、３次高調波電流の通電を制御してもよい。
【００７８】
要するに、２つの３相巻線３６ａ，３６ｂのうち一方について、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相（又は遅れ位相）となる３次高調波磁界を生じさせ、かつ他方について回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲外の所定の進み位相（又は遅れ位相）となる３次高調波磁界を生じさせるようにするとよい。なお、１５度〜４５度の範囲内において３０度以外の角度と、当該角度±３０度との組み合わせであってもよい。
【００７９】
上記以外に、一方の３相巻線３６ａにおいて回転子１２の３次磁界に対して３次高調波磁界が１５度進角（又は１５度遅角）するようにし、かつ他方の３相巻線３６ｂにおいて回転子１２の３次磁界に対して３次高調波磁界が４５度進角（又は４５度遅角）するように、３次高調波電流の通電を制御してもよい。
【００８０】
上記構成の回転電機システムでは、上記のとおり回転子１２の回転速度は基本波に同期するものの、空間磁束分布が３次であるため磁界の変動速度が３倍速となる。また、３次高調波電流は、先に述べたように各３相巻線３６ａ，３６ｂの各相で瞬時値が一致する。そのため、各相の巻線から中性点Ｎ１，Ｎ２に３次高調波電流が流入すると、その３次高調波電流は中性線４３，４４から流出して直流電源６０に帰還する。又は、中性線４３，４４を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に３次高調波電流が流入する。かかる場合に基本波電流の成す３相の合成磁界は、周知の如く各相磁界の１．５倍の強度で相順に従って回転する。この回転方向と回転速度を回転子１２の回転に合わせることで基本波のトルクが発生する。
【００８１】
本実施形態では３次高調波電流を重畳させているが、３次高調波電流による合成磁界は先に述べたように空間的には定在波となり、振幅が時間的に３倍速で変動する変動磁界である。例えば、回転電機１０の力行作動時には、固定子磁界が回転子磁界に対して進み位相で発生し、好適には３次の座標軸で９０度、すなわち基本波の座標軸で３０度の位相差（上記式（３）のα＝３０度）となるときに最大電流となるような変動電流が流し込まれる。このとき、固定子１３の３次変動磁界に引っ張られるようにして回転子１２の３次磁界が追従する。これにより、上記数（３）で説明した６倍調波のリップルを含む平均値が正のトルクが得られることになる。
【００８２】
固定子巻線３６を基本波電流と３次高調波電流とにより通電する場合、それら基本波電流及び３次高調波電流の割合には適正値が存在し、概ね５０：５０の割合とすることが望ましい。ただし、基本波電流よりも３次高調波電流の割合を大きくすること、又は小さくすることも可能である。
【００８３】
また、１磁極の隣合う２つの永久磁石２２の配置としては、
・図８（ａ）に示すように、各永久磁石２２の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きとなる配置、
・図８（ｂ）に示すように、各永久磁石２２が直線状に並ぶ配置、
・図８（ｃ）に示すように、各永久磁石２２の互いに近接する部分が内周側に突き出る向きとなる配置、が考えられる。
【００８４】
これら（ａ）〜（ｃ）を比較すると、図８（ｄ）に示すようにトルクに差が出ることが確認されており、例えば３次高調波電流の比率が５０％である場合には、図８（ａ）の構成が最良であることが分かる。図８（ａ）のように、各永久磁石２２の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きとなるように各永久磁石２２を配置する場合、ｄ軸両脇から発する磁束がｄ軸から離れていく方向に流れるようになる。したがって、回転子１２の極央部分に形成される磁界強度の凹みが際立つことになり、３次高調波磁界が増強される。
【００８５】
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。
【００８６】
上記構成の回転電機１０では、回転子１２において、１磁極内の２つの永久磁石２２の間となる極央部分に突極部２３が設けられているため、回転子１２の磁界として３次磁界が生じる。そして、回転子１２の回転速度に同期した基本周波数の基本波電流と、基本周波数の３倍調の高調波電流とを固定子巻線３６に流し、高調波電流の通電により回転子１２の３次磁界に対して所定の進み位相又は遅れ位相となる固定子磁界を生じさせるようにした。これにより、３次高調波磁界のエネルギを軸トルクとして効果的に取り出すことができる。そのため、機器を大型化せずとも、時間高調波の追加だけでトルクを増強させることができる。
【００８７】
回転電機１０を力行作動させる場合に、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電流による固定子巻線３６の通電を制御するようにした。この場合、３次高調波電流の位相制御によって、回転電機１０を適正に力行作動させることができる。
【００８８】
また、回転電機１０により発電を行わせる場合に、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電流による固定子巻線３６の通電を制御するようにした。この場合、高調波電流の位相制御によって、回転電機１０の発電を適正に行わせることができる。
【００８９】
回転子コア２１を構成する複数の電磁鋼板に凸状部分を形成しておき、複数の電磁鋼板における各凸状部分の積層により、突極部２３を形成する構成とした。つまり、突極部２３を、複数の鋼板の積層構造として回転子コア２１に一体に形成する構成とした。これにより、突極部付きの回転子コア２１を容易に製作可能となり、経済的な効果を得ることができる。また、任意の形状の突極部２３を容易に製作可能となる。
【００９０】
回転子１２において、極央部分（ｄ軸）の突極部２３に加えて、突極部２３から電気角で９０度の位置、すなわちｑ軸となる位置に、径方向に磁気的に凸となる突極部２４を設ける構成とした。この場合、ｄ軸側の突極部２３から入射する固定子磁界がｑ軸側の突極部２４から出射するため、３次磁束を効率的に流すことができる。基本波電流による通電は、いわゆるリラクタンストルク成分の磁束を担うため、トルク増強の効果を一層高めることができる。
【００９１】
１磁極において隣合う２つの永久磁石２２を、それら各永久磁石２２の互いに近接する部分が外周側に突き出る向きで配置する構成とした。これにより、回転子１２の極央部分に形成される磁界強度の凹みが際立つことになり、３次高調波磁界を増強することができる。
【００９２】
固定子巻線３６に基本波電流と３次高調波電流とを流す場合において、各３相巻線３６ａ，３６ｂの中性点Ｎ１，Ｎ２に接続された中性線４３，４４を介して３次高調波電流が流れる構成とした。この場合、電源の正負間（例えばＵＶ巻線間）に３次高調波電流が流れる構成とは異なり、相間電圧に３次成分が現れる。したがって、３次成分によるトルクの取り出しが可能となっている。
【００９３】
ちなみに、固定子巻線がΔ結線されている場合には高調波電流が循環電流になるため、観測はおろか所望値に制御することはできない。
【００９４】
３相巻線３６ａ，３６ｂごとの中性線４３，４４を、複数の電池が直列に接続された直流電源６０の中間点Ｎ３に接続する構成とした。この場合、中性線４３，４４に流れる３次高調波電流を制御するためのスイッチング素子を用いなくても、中性線４３，４４に３次高調波電流を好適に流すことができる。つまり、コスト面で有利な構成を実現できる。
【００９５】
直流電源６０において、中間点Ｎ３よりも正側及び負側の電圧及び容量を互いに均等にした。この場合、直流電源６０において電圧及び容量が均等に配分された中間点Ｎ３に、各３相巻線３６ａ，３６ｂの中性線４３，４４が接続されることにより、中性線４３，４４を介して３次高調波電流を流出又は流入させる上で、好適な構成を実現できる。
【００９６】
制御装置５０において、ｄｑ変換理論に基づき算出される相ごとのフィードバック制御値（図７の３相変換部７５，８５から出力される各相の指令電圧）に対して、３次高調波成分を重畳する構成とした。これにより、３次高調波電流を所望のとおりに制御することが可能となる。
【００９７】
固定子１３において、２組の３相巻線３６ａ，３６ｂを互いに電気角で３０度異相して巻装し、２組の３相巻線３６ａ，３６ｂのうち一方の３相巻線に対して他方の３相巻線を電気角で３０度異相させて通電制御を実施する構成とした。これにより、３次高調波電流により発生する６倍調のトルク変動をキャンセルすることができる。したがって、３次高調波電流の重畳によりトルクの取り出しを可能にしつつも、トルク変動を抑えつつ回転電機１０を駆動させることができる。
【００９８】
（第２実施形態）
以下には、第２実施形態を第１実施形態との相違点を中心に説明する。図９は、本実施形態における回転電機システムの電気的構成を示す回路図である。
【００９９】
図９では、上述した図６の構成との相違点として、各３相巻線３６ａ，３６ｂの中性点Ｎ１，Ｎ２に、一対のスイッチング素子としての上アームスイッチＳｐ２及び下アームスイッチＳｎ２の直列接続体からなる単相ブリッジ回路５１，５２がそれぞれ接続されている。単相ブリッジ回路５１，５２は、それぞれ直流電源６０の正極側及び負極側の間に設けられており、各スイッチＳｐ２，Ｓｎ２の間の中間点に中性線４３，４４が接続されている。各スイッチＳｐ２，Ｓｎ２は、インバータ４１，４２の各スイッチＳｐ，Ｓｎと同様の半導体スイッチング素子であればよく、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。中性線４３，４４には、電流検出部としての電流センサ５３，５４がそれぞれ設けられている。
【０１００】
制御装置５０は、インバータ４１，４２による各３相巻線３６ａ，３６ｂの通電制御に加えて、単相ブリッジ回路５１，５２の各スイッチＳｐ２，Ｓｎ２のオンオフによる３次高調波電流の制御を実施する。この場合、インバータ４１，４２の通電制御により２組の３相巻線３６ａ，３６ｂに基本波電流が流れるとともに、単相ブリッジ回路５１，５２の制御により中性線４３，４４を介して３次高調波電流が流れることとなる。
【０１０１】
なお、インバータ４１，４２に一体に単相ブリッジ回路５１，５２を設けることも可能である。この場合、各インバータ４１，４２では、８アーム式インバータとして構成される。
【０１０２】
図１０は、本実施形態における制御装置５０の制御処理を示す機能ブロック図である。図１０には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相における基本波電流を制御する制御処理と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相における基本波電流を制御する制御処理と、高調波電流を制御する制御処理とを示している。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗ相、及びＸ，Ｙ，Ｚ相における基本波電流を制御する制御処理は、既述の図７の構成と共通部分が多いため、同じ構成については同じ符号を付して説明を簡略にする。
【０１０３】
図１０において、制御装置５０は、トルク−ｄｑマップを用いてｄ軸の電流指令値とｑ軸の電流指令値とを設定する電流指令値設定部７１を備えている。また、制御装置５０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相側の制御処理に関する構成として、ｄｑ変換部７２と、ｄ軸電流フィードバック制御部７３と、ｑ軸電流フィードバック制御部７４と、３相変換部７５と、操作信号生成部７７とを備えている。操作信号生成部７７は、周知の三角波キャリア比較方式を用いることは図７と同じであるが、相違点として、３相変換部７５から出力される３相の指令電圧（３次高調波が重畳されていない指令電圧）に基づいて、第１インバータ４１の操作信号を生成する。
【０１０４】
また、制御装置５０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相側の制御処理に関する構成として、ｄｑ変換部８２と、ｄ軸電流フィードバック制御部８３と、ｑ軸電流フィードバック制御部８４と、３相変換部８５と、操作信号生成部８７とを備えている。操作信号生成部８７は、操作信号生成部７７と同様に、３相変換部８５から出力される３相の指令電圧に基づいて、第２インバータ４２の操作信号を生成する。
【０１０５】
ドライバ７８は、操作信号生成部７７，８７にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各インバータ４１，４２における各３相のスイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフさせる。これにより、各３相巻線３６ａ，３６ｂにおいて基本波電流が制御される。
【０１０６】
また、制御装置５０は、高調波電流の制御処理に関する構成として、３次高調波設定部９１と、フィードバック制御部９２，９３と、操作信号生成部９４とを備えている。３次高調波設定部９１は、３次高調波マップを用い、力行時又は発電時のトルク指令値や電気角速度ωに基づいて、中性線４３，４４に流す３次高調波電流の指令値を設定する。このとき、３次高調波電流の振幅及び位相が設定される。
【０１０７】
具体的には、３次高調波設定部９１では、回転電機１０を力行作動させる場合において、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の進み位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電流の位相が定められる。より望ましくは、進み位相が電気角で３０度であるとよい。なお、通電電流に対する磁界の遅れ分が加味されるとよい。
【０１０８】
また、３次高調波設定部９１では、回転電機１０により発電を行わせる場合において、回転子１２の３次磁界に対して電気角で１５度〜４５度の範囲内の所定の遅れ位相となる固定子磁界が生じるように、３次高調波電流の位相が定められる。より望ましくは、遅れ位相が電気角で３０度であるとよい。なお、通電電流に対する磁界の遅れ分が加味されるとよい。
【０１０９】
そして、フィードバック制御部９２，９３は、３次高調波設定部９１により設定された３次高調波電流の指令値と、電流センサ５３，５４により検出された電流検出値（中性線電流）との偏差に基づいて、３相巻線３６ａ，３６ｂごとにフィードバック指令値を算出する。
【０１１０】
操作信号生成部９４は、そのフィードバック指令値に基づいて、各単相ブリッジ回路５１，５２におけるスイッチ操作信号を生成する。このとき、各相の基本波電流制御と同様に、三角波キャリア比較方式を用いてスイッチ操作信号を生成するとよい。三角波キャリア信号としては、各相の基本波電流制御に使用する三角波キャリアと同じものが共通で使用されるとよい。
【０１１１】
ドライバ９５は、操作信号生成部９４にて生成されたスイッチ操作信号に基づいて、各単相ブリッジ回路５１，５２における上下アームのスイッチＳｐ２，Ｓｎ２をオンオフさせる。
【０１１２】
ここで、中性点Ｎ１，Ｎ２は３次高調波電流の出入口であり、単相ブリッジ回路５１，５２のスイッチＳｐ２，Ｓｎ２を３倍周期の正弦波ＰＷＭで制御することにより、３次高調波電流が電源側に帰還するようにして通電制御が実施される。
【０１１３】
各３相巻線３６ａ，３６ｂでは、相ごとに３次高調波電流が同時に同位相で流れるため、中性点Ｎ１，Ｎ２の導通タイミング（３次高調波電流）は各相共通となる。したがって、３相巻線３６ａ，３６ｂごとに一対の上下アームだけで３次高調波電流の制御が可能になっている。なお、中性点Ｎ１，Ｎ２にて出入りする３次高調波電流は、各相の３次高調波電流を足し合わせたものになるため、単相ブリッジ回路５１，５２ではそれに見合う定格のスイッチング素子が選定されるとよい。
【０１１４】
本実施形態では、中性線４３，４４に流れる電流を制御するための単相ブリッジ回路５１，５２を設け、インバータ４１，４２による相ごとの各３相巻線３６ａ，３６ｂの通電制御に加えて、単相ブリッジ回路５１，５２の各スイッチＳｐ２，Ｓｎ２のオンオフによる３次高調波電流の制御を実施する構成とした。この場合、３次高調波電流を直接観測しつつ、３次高調波電流を緻密に制御することができる。また、直流電源６０の中間点に中性線４３，４４が接続される構成（図６の構成）とは異なり、直流電源６０の接続に対する制約を無くすことができる。
【０１１５】
中性線４３，４４に流れる３次高調波電流を検出し、その電流検出値と、トルク指令値に基づき設定される高調波電流指令値との偏差に基づいて、３次高調波電流のフィードバック制御を実施する構成とした。これにより、実際に流れている３次高調波電流に基づいて、その３次高調波電流を制御することができ、制御精度を高めることができる。
【０１１６】
なお、インバータ４１，４２に、単相ブリッジ回路５１，５２を一体に設ける構成にすれば、基本波電流を制御する複数のスイッチＳｐ，Ｓｎと、３次高調波電流を制御する一対のスイッチＳｐ２，Ｓｎ２とを具備する構成を簡易に実現できる。そのため、駆動装置の小型化が可能になる。
【０１１７】
（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。
【０１１８】
・上記実施形態では、回転子１２において、１磁極内に２つの永久磁石２２を設ける構成としたが、これを変更してもよい。例えば１磁極内に４つの永久磁石２２を設ける構成であってもよい。
【０１１９】
・上記実施形態では、永久磁石２２として横断面が直線状をなす平板状の磁石を用いたが、これを変更し、横断面が円弧状をなす湾曲状の磁石を用いてもよい。
【０１２０】
・上記実施形態では、回転電機１０において固定子巻線３６として２つの３相巻線３６ａ，３６ｂを有するものを用いたが、これに限られず、固定子巻線３６として１つの３相巻線を有するものであってもよい。
【０１２１】
・上記実施形態では、回転電機を、インナロータ式（内転式）の多相交流モータとして具体化した構成を説明したが、これに限定されない。例えば、回転電機を、アウタロータ式（外転式）の多相交流モータとして具体化してもよい。また、回転電機として、力行機能と発電機能とのうち力行機能のみを有する電動機、又は発電機能のみを有する発電機を用いる構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…回転電機、１２…回転子、１３…固定子、２２…永久磁石、２３…突極部、４１，４２…インバータ、５０…制御装置。
【図１】
2019022299.tif 000003
【図２】
2019022299.tif 000004
【図３】
2019022299.tif 000005
【図４】
2019022299.tif 000006
【図５】
2019022299.tif 000007
【図６】
2019022299.tif 000008
【図７】
2019022299.tif 000009
【図８】
2019022299.tif 000010
【図９】
2019022299.tif 000011
【図１０】
2019022299.tif 000012