(57)【要約】【課題】専用回路を設けることなく界磁巻線に必要な電流を流す。【解決手段】回転電機装置１０は、界磁巻線１２と、星形結線された３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有するとともに、バッテリ１６からの電力を電力変換してモータ巻線に供給するインバータ１３とを有する。界磁巻線１２は第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３に接続されており、インバータ１３は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６の組みを、モータ巻線の相数に対応した数備えている。制御部１４は、インバータ１３の上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線１２に直流電流を供給するようにインバータ１３を制御する。【選択図】図１
2017063593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線と、星形結線された３相以上の多相のモータ巻線と、複数のスイッチング素子を有するとともに、直流電源からの電力を電力変換して前記モータ巻線に供給するインバータとを有する回転電機装置において、
前記界磁巻線は第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータに接続されており、
前記インバータは、直列接続された２個のスイッチング素子の組みを、前記モータ巻線の相数に対応した数備え、
前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御する制御部を有することを特徴とする回転電機装置。
【請求項２】
前記界磁巻線と、前記モータ巻線と、前記インバータとの組みを備えた第１回転電機部及び第２回転電機部が並列に接続され、
前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部の前記モータ巻線は、巻き方向が同じに形成され、前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部の前記界磁巻線は、巻き方向が逆に形成され、
前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部を制御する制御部は、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御する請求項１に記載の回転電機装置。
【請求項３】
前記第１回転電機部の前記界磁巻線及び前記第２回転電機部の前記界磁巻線のうち、一方の界磁巻線は第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの上相に接続され、他方の界磁巻線は、第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの下相に接続されている請求項２に記載の回転電機装置。
【請求項４】
前記直流電源と前記インバータとの間に並列接続された平滑コンデンサと、
前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に接続され、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間を接離可能なリレーとを備え、
前記制御部は、前記リレーをオフした状態で、前記平滑コンデンサの電荷を前記界磁巻線で消費させるように前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子をオンかつ前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子をオフとすることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の回転電機装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記インバータの動作停止後、所定時間経過する前に前記インバータを起動する場合に、前記インバータの下相の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つをオン制御するとともに対応する前記インバータの上相の前記スイッチング素子をオフ制御することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機装置に係り、詳しくは回転電機と回転電機を制御するインバータを備えた回転電機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電機子巻線（界磁巻線）形モータにはＤＣ電流を流す必要があり、その際にはＤＣ電流を流す専用回路（スイッチ等）が必要であった。例えば、特許文献１に開示された電動機駆動装置では、図１４に示すように、電動機８１のＵ相コイルＵ、Ｖ相コイルＶ、Ｗ相コイルＷにインバータ８２を介して電流が供給される。また、電動機８１の界磁巻線（コイル）８３は、バッテリＢおよび電源ライン８４間の電流経路上に電気的に接続され、昇圧コンバータ８５のリアクトルＬ１として機能する。昇圧コンバータ８５は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２とを含む。制御装置８６は、電圧指令値と電圧センサ８７からの検出電圧との偏差に基づいて電源ライン８４への入力電流の目標値を算出し、かつ、電流指令値と電流センサ８８からの検出電流との偏差に応じて界磁巻線８３に流れる界磁増磁電流の目標値を算出する。制御装置８６は、入力電流および界磁電流の目標値の合計値に、フィードフォワード補償項としてのモータ出力電流を加算して電流指令値を生成すると、電流センサ８８からの検出電流が電流指令値に一致するようにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３をスイッチング制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６８５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
界磁巻線はモータ磁界を操作してモータの小型化と高出力化に寄与する。しかし、特許文献１の構成では、界磁巻線に流れる電流を制御する専用回路が必要になり、その分、高価となってしまう。
【０００５】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、専用回路を設けることなく界磁巻線に必要な電流を流すことができる回転電機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】
上記課題を解決する回転電機装置は、界磁巻線と、星形結線された３相以上の多相のモータ巻線と、複数のスイッチング素子を有するとともに、直流電源からの電力を電力変換して前記モータ巻線に供給するインバータとを有する回転電機装置である。前記界磁巻線は第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータに接続されており、前記インバータは、直列接続された２個のスイッチング素子の組みを、前記モータ巻線の相数に対応した数備えている。そして、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御する制御部を有する。
【０００７】
この構成によれば、界磁巻線には、直流電源からの電流がインバータ及びモータ巻線を介して流れる。インバータの上相（上アーム）の全てのスイッチング素子がオフで、インバータの下相（下アーム）の全てのスイッチング素子がオンの状態では、インバータからモータ巻線には電流が流れない。インバータの上相の全てのスイッチング素子がオンで、インバータの下相の全てのスイッチング素子がオフの状態では、インバータを介してモータ巻線に電流が流れるが、全てのモータ巻線に同じ状態で電流が流れるため、モータ（回転電機）にはトルクが掛からない。その状態では、回転電機装置は、上相及び下相のスイッチング素子のデューティを制御することにより昇圧コンバータあるいは降圧コンバータとして動作するため、界磁巻線に供給される電力（電流）を調整することができる。したがって、専用回路を設けることなく界磁巻線に必要な電流を流すことができる。
【０００８】
前記界磁巻線と、前記モータ巻線と、前記インバータとの組みを備えた第１回転電機部及び第２回転電機部が並列に接続され、前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部の前記モータ巻線は、巻き方向が同じに形成され、前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部の前記界磁巻線は、巻き方向が逆に形成されている。そして、前記第１回転電機部及び前記第２回転電機部を制御する制御部は、前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をし、前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子が同じ動作をする間に、前記複数のスイッチング素子を用いて前記界磁巻線に直流電流を供給するように前記インバータを制御するようにしてもよい。この構成によれば、モータ巻線、界磁巻線及びインバータを二重系にした場合、界磁巻線用のスイッチを二重系にしなくても２つの界磁巻線に目的の電力（電流）を供給することができる。
【０００９】
前記第１回転電機部の前記界磁巻線及び前記第２回転電機部の前記界磁巻線のうち、一方の界磁巻線は第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの上相に接続され、他方の界磁巻線は、第１端部が前記星形結線の中性点に接続され、第２端部が前記インバータの下相に接続されていることが好ましい。この構成によれば、第１回転電機部及び第２回転電機部が同じ動作をした場合、下相に接続された界磁巻線は降圧作用を行い、上相に接続された界磁巻線は昇圧作用を行う。そのため、２つの界磁巻線が昇圧作用あるいは降圧作用のみ発揮する構成に比べて、ノイズが大きくなり難い。
【００１０】
回転電機装置は、前記直流電源と前記インバータとの間に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に接続され、前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間を接離可能なリレーとを備え、前記制御部は、前記リレーをオフした状態で、前記平滑コンデンサの電荷を前記界磁巻線で消費させるように前記インバータの上相の全ての前記スイッチング素子をオンかつ前記インバータの下相の全ての前記スイッチング素子をオフとしてもよい。この構成によれば、モータ（回転電機）がトルクを発生することなくコンデンサの放電を行うことができる。
【００１１】
前記制御部は、前記インバータの動作停止後、所定時間経過する前に前記インバータを起動する場合に、前記インバータの下相の前記スイッチング素子のうちの少なくとも１つをオン制御するとともに対応する前記インバータの上相の前記スイッチング素子をオフ制御するようにしてもよい。ここで、「所定時間」とはモータの定格や種類などによって異なるが、数１０ｍｓ（ミリ秒）程度のオーダである。この構成によれば、インバータの停止直後に界磁巻線に溜まっているエネルギーを再利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、専用回路を設けることなく界磁巻線に必要な電流を流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の回転電機装置の回路図。
【図２】モータにトルクが掛からずに電力が供給される状態の回転電機装置の等価回路。
【図３】第２の実施形態の回転電機装置の回路図。
【図４】（ａ）は各モータ巻線に流れる電流による磁界の強さを示すグラフ、（ｂ）は各モータ巻線に流れる電流と磁束との関係を示す模式図。
【図５】（ａ）は各界磁巻線に流れる電流による磁界の強さを示すグラフ、（ｂ）は界磁巻線を流れる電流と磁束との関係を示す模式図。
【図６】第３の実施形態の回転電機装置の回路図。
【図７】第４の実施形態の回転電機装置の回路図。
【図８】第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明するフローチャート。
【図９】第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明する回路図。
【図１０】第４の実施形態の回転電機装置の作用を説明する回路図。
【図１１】別の実施形態の回転電機装置の一部省略回路図。
【図１２】別の実施形態の回転電機装置の一部省略回路図。
【図１３】別の実施形態の回転電機装置の回路図。
【図１４】従来技術の概略ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した回転電機装置の第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
【００１５】
図１に示すように、回転電機装置１０は、モータ（回転電機）１１と、界磁巻線１２と、インバータ１３と、インバータ１３を制御する制御部１４とを有する。モータ１１には、３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを有する３相交流モータが用いられている。
【００１６】
インバータ１３は、直流電源としてのバッテリ１６に接続され、バッテリ１６から供給される直流電力（直流電流）を３相交流電力（３相交流電流）に変換してモータ１１に供給する。インバータ１３は、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６よりなるインバータ回路１７と、インバータ回路１７の入力側においてインバータ回路１７に並列に接続されたコンデンサ１８とを備えている。インバータ１３は、バッテリ１６に接続可能に構成されている。
【００１７】
各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が使用されている。インバータ回路１７は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６の組みを、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの相数に対応した数、即ち３組備えている。詳述すると、インバータ回路１７は、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のうち、３個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が上相（上アーム）を構成し、３個のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が下相（下アーム）を構成する。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤが、アノードが各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のエミッタ側となり、カソードがコレクタ側となる状態でそれぞれ接続されている。
【００１８】
モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは星形結線となるように設けられ、その中性点Ｎに界磁巻線１２の第１端部が接続されている。界磁巻線１２の第２端部はインバータ１３の下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に接続されている。界磁巻線１２は、モータ１１のロータ（図示せず）に設けられている。界磁巻線１２には、例えばブラシ及びスリップリングを介して電流が供給されるようになっている。
【００１９】
制御部１４は、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、界磁巻線１２に直流電流を供給するようにインバータ１３を制御する。制御部１４は、図示しない駆動回路を備え、駆動回路は配線（図示せず）を介して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートに接続されている。
【００２０】
制御部１４は、上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をするようにインバータ１３を制御するとき以外のときに、モータ１１を力行させるため、バッテリ１６からインバータ１３を介してモータ１１に電力を供給するようにインバータ１３を制御する。
【００２１】
次に前記のように構成された回転電機装置１０の作用を説明する。
インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態では、インバータ１３からモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗには電流が流れない。
【００２２】
インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオンで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフの状態では、インバータ１３を介してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに電流が流れるが、全てのモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに同じ状態で電流が流れるため、モータ（回転電機）１１にはトルクが掛からない。この状態では、回転電機装置１０は、図２に示す回路と同じ動作を行う回路となる。但し、図２では制御部１４の図示を省略している。
【００２３】
図２に示す回路において、スイッチング素子Ｓ２４６がオフの状態で、スイッチング素子Ｓ１３５をオンにすると、バッテリ１６の電圧がコイル１９及び界磁巻線１２に印加される。その状態から、スイッチング素子Ｓ１３５をオフにすると、スイッチング素子Ｓ２４６と接続されているダイオードを介して電流がコイル１９及び界磁巻線１２を流れる。そのため、回転電機装置１０は、降圧コンバータとして動作する。一方、図２に示す回路において、スイッチング素子Ｓ１３５がオンの状態で、スイッチング素子Ｓ２４６のスイッチングを行うと、回転電機装置１０は、昇圧コンバータとして動作する。
【００２４】
したがって、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに順次電流を供給する１周期の間のうち、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６との一方がオンで他方がオフあるいはその逆の状態で、そのデューティを調整することにより、界磁巻線１２に供給される電力（電流）を調整することができる。すなわち、専用回路を設けることなく界磁巻線１２に必要な電流を流すことができる。
【００２５】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）回転電機装置１０は、界磁巻線１２と、星形結線された３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有するとともに、バッテリ（直流電源）１６からの電力を電力変換してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに電力供給するインバータ１３とを有する。界磁巻線１２は第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３に接続されており、インバータ１３は、直列接続された２個のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４、Ｓ５，Ｓ６の組みを、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの相数に対応した数備えている。そして、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線１２に直流電流を供給するようにインバータ１３を制御する制御部１４を有する。
【００２６】
この構成によれば、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態あるいは、インバータ１３の上相の全てのスイッチング素子がオンで、下相の全てのスイッチング素子がオフの状態で、そのデューティを制御することにより昇圧コンバータあるいは降圧コンバータとして動作する。したがって、専用回路を設けることなく界磁巻線１２に必要な電流を流すことができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図３〜図５にしたがって説明する。
この実施形態の回転電機装置は、インバータ、モータ巻線、界磁巻線を二重系にした点が第１の実施形態と大きく異なっている。
【００２８】
図３に示すように、回転電機装置２０は、界磁巻線１２と、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、インバータ１３との組みを備えた第１回転電機部Ｍ１と、界磁巻線２２と、モータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗと、インバータ２３との組みを備えた第２回転電機部Ｍ２が、それぞれバッテリ１６に並列に接続されている。第１回転電機部Ｍ１は、第１の実施形態のモータ１１と基本的に同じ構成であり、同様な部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２９】
図３に示すように、第２回転電機部Ｍ２のインバータ２３は、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６よりなるインバータ回路２７と、インバータ回路２７の入力側においてインバータ回路２７に並列に接続されたコンデンサ１８とを備えている。コンデンサ１８は第１回転電機部Ｍ１のインバータ１３と共用されている。
【００３０】
第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３の下相（下アーム）に接続されている。第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の上相（上アーム）に接続されている。即ち、界磁巻線１２及び界磁巻線２２のうち、一方の界磁巻線２２は第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の上相に接続され、他方の界磁巻線１２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３の下相に接続されている。
【００３１】
第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２のＵ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、Ｖ相のモータ巻線１５Ｖ，２５Ｖ、Ｗ相のモータ巻線１５Ｗ，２５Ｗは、それぞれモータ２１の同じティース（図示せず）に二重（並列）に巻かれている。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ及び第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗは、巻き方向が同じに形成されている。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２及び第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、巻き方向が逆に形成されている。
第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２を制御する制御部３０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とが同期して同じ動作をするようにインバータ１３，２３を制御する。回転電機装置２０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５及びスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を用いて界磁巻線１２，２２に直流電流を供給するようにインバータ１３，２３を制御する。
【００３４】
次に前記のように構成された回転電機装置２０の作用を説明する。
第１回転電機部Ｍ１の上アームと第２回転電機部Ｍ２の上アームとが同期して同じ動作を行い、第１回転電機部Ｍ１の下アームと第２回転電機部Ｍ２の下アームとが同期して同じ動作を行うように制御部３０によって制御される。
【００３５】
第１回転電機部Ｍ１のインバータ１３及び第２回転電機部Ｍ２のインバータ２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオフで、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンの状態では、インバータ１３，２３からモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗには電流が流れない。
【００３６】
インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオンで、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオフの状態では、インバータ１３，２３を介してモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに電流が流れるが、全てのモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに同じ状態で電流が流れるため、モータ（回転電機）２１にはトルクが掛からない。
【００３７】
したがって、インバータ１３，２３の上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の一方がオンで他方がオフあるいはその逆の状態のときに、そのデューティを調整することにより、界磁巻線１２，２２に供給される電力（電流）を調整することができる。すなわち、専用回路を設けることなく界磁巻線１２，２２に必要な電流を流すことができる。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ及び第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗは、巻き方向が同じに形成されている。そのため、モータ２１を駆動するためにモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに、同じ位相で電流が供給されると、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに流れる電流により発生する磁界は、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗあるいはモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの一方だけによる磁界の２倍になる。即ち、図４（ａ）に太い実線で示すように、モータ電流により発生する磁界は、細線で示すモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗあるいはモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの一方だけによる磁界の２倍になる。なお、図４（ａ）において横軸は時間を示す。また、図４（ｂ）において実線の矢印は、電流の向きを示す。
【００３９】
図５（ｂ）に示すように、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２と、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２とは巻き方向が逆に形成されている。そして、界磁巻線１２及び界磁巻線２２に対して電流が逆方向に供給されるため、界磁巻線１２及び界磁巻線２２に電流が供給されると、図５（ａ）に示すように、磁界は２倍になる。なお、図５（ｂ）において実線の矢印は、電流の向きを示す。
【００４０】
第１端部が星形結線の中性点Ｎにそれぞれ接続された界磁巻線１２，２２のうちの一方、この実施形態では界磁巻線１２の第２端部はインバータ１３の下相（下アーム）に接続され、他方、この実施形態では界磁巻線２２の第２端部はインバータ２３の上相（上アーム）に接続されている。そのため、両インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と、下相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５とが同期して同じ動作をした場合、界磁巻線１２は降圧作用を行い、界磁巻線２２は昇圧作用を行う。
【００４１】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）に記載の効果と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（２）回転電機装置２０は、界磁巻線１２と、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、インバータ１３との組みを備えた第１回転電機部Ｍ１及び界磁巻線２２と、モータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗと、インバータ２３との組みを備えた第２回転電機部Ｍ２が並列に接続されている。第１回転電機部Ｍ１のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、第２回転電機部Ｍ２のモータ巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗは、巻き方向が同じに形成され、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２及び第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、巻き方向が逆に形成されている。第１回転電機部Ｍ１及び第２回転電機部Ｍ２を制御する制御部３０は、インバータ１３，２３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が同じ動作をし、インバータ１３，２３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が同じ動作をする間に、複数のスイッチング素子を用いて界磁巻線１２，２２に直流電流を供給するようにインバータ１３，２３を制御する。したがって、モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗ、界磁巻線１２，２２及びインバータ１３，２３を二重系にした場合、界磁巻線用のスイッチを二重系にしなくても２つの界磁巻線１２，２２に目的の電力（電流）を供給することができる。
【００４２】
（３）相電流が３相から６相になることにより、モータ２１に同じ電流（電力）を供給した場合、インバータ１３，２３における発熱を分散でき、冷却を簡素化できる。
（４）第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ１３の上相（上アーム）に接続されている。第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２は、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の下相（下アーム）に接続されている。この構成によれば、両界磁巻線１２，２２の第２端部がインバータ１３，２３の同じ相（上相あるいは下相）に接続された構成に比べて、ノイズが発生し難い。
【００４３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図６にしたがって説明する。なお、モータ１１及びインバータ１３は、第１の実施形態と基本的に同じ構成であり、同様な部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４４】
この実施形態においては、従来提案されているように、ｑ軸電流の指令値Ｉｑ及びｄ軸電流の指令値Ｉｄを計算して、モータ巻線で電荷消費を行うことにより、コンデンサ１８の放電を行う場合と異なり、回転角センサレス制御が行われる場合であっても、モータ１１にトルクを発生させることなくコンデンサの放電を可能にすることを目的としている。
【００４５】
具体的には、回転電機装置１０は、図６に示すように、直流電源としてのバッテリ１６と、インバータ１３との間に並列接続されたコンデンサ（平滑コンデンサ）１８と、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に接続され、バッテリ１６とコンデンサ（平滑コンデンサ）１８との間を接離可能なリレーとを備えている点が第１の実施形態と異なっている。リレーは、リレー３１及びプリチャージリレー３１ａが並列に接続されている。即ち、回転電機装置は、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に、リレー３１及びプリチャージリレー３１ａが設けられている点が第１の実施形態と異なっている。
【００４６】
リレー３１及びプリチャージリレー３１ａは、制御部１４からの指令によりオン、オフが制御される。制御部１４は、リレー３１及びプリチャージリレー３１ａをオフした状態で、コンデンサ（平滑コンデンサ）１８の電荷を界磁巻線１２で消費させるようにインバータ１３の上相の全てのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５をオンかつインバータ１３の下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６をオフとする。
【００４７】
センサレス制御を仮定した場合、一般的な放電制御であるｄ軸に電流を流す方法では、モータ１１の回転角がわからないため、モータ１１にトルクが発生する可能性がある。モータ１１にトルクが発生して回転すると、乗車している人にとって不快感を与える虞がある。
【００４８】
しかし、この実施形態では、放電制御を行う場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各モータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに同じ大きさの電流が流れ、その電流が合流して界磁巻線１２を流れるため、モータ１１にトルクは発生しない。したがって、回転角センサレス制御、かつ中性点Ｎに界磁巻線１２が接続されている場合、モータ１１にトルクが発生することなくコンデンサ１８の放電を行うことができる。なお、放電制御は、例えば、モータ１１の運転を終了（キーオフ）した場合に、全てのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオフとした後、上アーム側のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を全てオンすることにより、実施される。
【００４９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態を図７〜図１０にしたがって説明する。
この実施形態においては、インバータ１３の動作停止後、界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用することを可能にすることを目的としている。回転電機装置１０の構成は第１の実施形態と同じであるが、インバータ１３の動作停止後に、インバータ１３が再始動した場合、界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用するように下アーム側のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を駆動制御する制御方法が異なっている。
【００５０】
図７に示すように、回転電機装置１０は、複数相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗをステータに有するモータ１１と、モータ１１に電力を供給可能なインバータ１３とを有する。インバータ１３は、互いに直列に接続された上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５と下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６とから構成されるスイッチング素子の組みを３相のモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ毎に有する。
【００５１】
回転電機装置１０は、直流電源としてのバッテリ１６と、インバータ１３との間に並列接続されたコンデンサ（平滑コンデンサ）１８とを有する。
制御部１４は、インバータ１３の動作停止後、所定時間経過する前にインバータ１３を起動する場合に、インバータ１３の下相のスイッチング素子のうちの少なくとも１つをオン制御するとともに対応するインバータ１３の上相のスイッチング素子をオフ制御する。所定時間経過する前とは、インバータ１３の動作停止後、界磁巻線１２にエネルギーが十分に溜まっている時間以内（例えば、数１０ｍｓ）を意味し、所定時間経過前の起動（再始動）であれば、図８のフローチャートにしたがってエネルギー再利用制御を行う。
【００５２】
制御が開始されると、ステップＳ１１で停止フラグ＝０、停止タイマ０とする。次にステップＳ１２でインバータ１３の動作信号（ＩＮＶ動作信号）を受信したか否かの判断が行われ、ＩＮＶ動作信号を受信するとステップＳ１３に進む。ステップＳ１３でインバータ１３の停止信号（ＩＮＶ停止信号）を受信したか否かの判断が行われ、受信するとステップＳ１４に進み、停止フラグを１にするとともに停止タイマはカウント値を加算（＋）する。次にステップＳ１５に進み、ステップＳ１５ではインバータ１３の始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信したか否かの判断が行われる。始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信した場合、ステップＳ１６に進む。始動信号（ＩＮＶ始動信号）を受信しない場合、ステップＳ１５．１に進み、停止タイマはカウント値を加算（＋）し、ステップＳ１５に戻る。
【００５３】
ステップＳ１６では停止タイマのカウント値が、再利用制御を行う上限値（例えば、数１０ｍｓ）以下で、かつ停止フラグが１であるか否かが判断される。ステップＳ１６で停止タイマのカウント値が上限値以下で、かつ停止フラグが１であればステップＳ１７に進み、再利用制御を行うとともに一時停止フラグを０、一時停止タイマを０にした後、ステップＳ１８に進み、運転終了信号を受信したか否かが判断される。
【００５４】
ステップＳ１８で運転終了信号がなければステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３以降の動作を繰り返し、運転終了信号があれば運転を終了する。
ステップＳ１６で停止タイマのカウント値が上限値以下でなければステップＳ１９に進み、一時停止フラグを０、一時停止タイマを０にした後、ステップＳ１８に進む。
【００５５】
ステップＳ１７で再利用制御が行われると、インバータ１３の上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフに、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の少なくとも１つがオンに制御される。例えば、下相の全てのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオンに制御されると、図９に矢印で示すように、界磁巻線１２に溜まっていたエネルギーがスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を経てモータ巻線１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに流れ、エネルギーの再利用が行われる。
【００５６】
一方、一般的なインバータの駆動制御が行われる場合、例えば、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５の１つ、例えばスイッチング素子Ｓ１がオン、かつ下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の２つ、例えば、スイッチング素子Ｓ４，Ｓ６がオンに制御されると、図１０に示すように、界磁巻線１２のエネルギーは利用されない。すなわち、この実施形態では、一般的なインバータの駆動制御と異なり、インバータの停止直後に界磁巻線１２に溜まっているエネルギーを再利用することができる。
【００５７】
図９には上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフに、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が全てオンに制御される状態を示したが、上相のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５が全てオフの状態で、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のうちの１つ又は２つがオンに制御されてもよい。下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の全てをオンに制御する場合より、下相のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のうちの１つ又は２つをオンに制御される方が主になる。
【００５８】
実施形態は前記両実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図１１に示すように、第１の実施形態において、界磁巻線１２の第２端部をインバータ１３の上相に接続してもよい。但し、図１１では制御部１４の図示を省略している。
【００５９】
○  第２の実施形態において、第１回転電機部Ｍ１の界磁巻線１２の第２端部をインバータ１３の上相（上アーム）に接続し、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２の第２端部をインバータ２３の下相（下アーム）に接続してもよい。この場合も、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の一方が昇圧作用を行い、他方が降圧作用を行う。したがって、両界磁巻線１２，２２の第２端部がインバータ１３，２３の同じ相（上相あるいは下相）に接続された構成に比べて、ノイズが発生し難い。
【００６０】
○  図１２に示すように、第２の実施形態において、第２回転電機部Ｍ２の界磁巻線２２を、第１端部が星形結線の中性点Ｎに接続され、第２端部がインバータ２３の下相（下アーム）に接続された構成としてもよい。即ち、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の第２端部が共に、インバータ１３，２３の下相（下アーム）に接続されている構成としてもよい。但し、図１２では制御部３０の図示を省略している。また、図１２とは反対に、界磁巻線１２及び界磁巻線２２の第２端部が共に、インバータ１３，２３の上相（上アーム）に接続された構成としてもよい。但し、いずれの場合も、界磁巻線１２及び界磁巻線２２は巻き方向が逆に形成される。
【００６１】
○  図１３に示すように、回転電機装置１０は、インバータ１３を構成するコンデンサ１８が、インバータ回路１７に並列ではなく直列に、かつバッテリ１６と直列に接続され、第１端部が中性点Ｎに接続された界磁巻線１２の第２端部が、バッテリ１６とコンデンサ１８との間に接続された構成としてもよい。
【００６２】
○  インバータ、モータ巻線、界磁巻線を二重系にした回転電機装置２０において、同じ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、１５Ｖ，２５Ｖ、１５Ｗ，２５Ｗを同じティースに巻き付ける代わりに、同じ相のモータ巻線１５Ｕ，２５Ｕ、１５Ｖ，２５Ｖ、１５Ｗ，２５Ｗを３０度ずれた状態に形成されたティースに巻き付ける構成としてもよい。
【００６３】
○  界磁巻線１２，２２は、モータ１１のロータ（図示せず）に設けられる構成に限らず、ステータに界磁巻線が設けられた構成であってもよい。
○  ステータに、界磁巻線に加えて永久磁石が設けられた構成であってもよい。
【００６４】
○  星形結線されたモータ巻線は、３相に限らず３相以上、例えば、４相や５相であってもよい。
○  第２の実施形態のように、界磁巻線と、モータ巻線と、インバータとの組みを備えた複数の回転電機部が並列に接続された回転電機装置は、複数の回転電機部が２個に限らず、４以上の偶数個の回転電機部が並列に接続された構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
Ｎ…中性点、Ｍ１…第１回転電機部、Ｍ２…第２回転電機部、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６…スイッチング素子、１０，２０…回転電機装置、１２，２２…界磁巻線、１３，２３…インバータ、１４，３０…制御部、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗ…モータ巻線、１６…直流電源としてのバッテリ。
【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】
2017063593.tif 000010
【図９】
2017063593.tif 000011
【図１０】
2017063593.tif 000012
【図１１】
2017063593.tif 000013
【図１３】
2017063593.tif 000014
【図１４】
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【図１２】
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