JP2014023350A - 回転電機のインバータ装置、及び、回転電機の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失の低減と、キャリア周波数に起因する雑音が発生しても近くにいる人が気にならないようにすることとの両立を可能とする回転電機のインバータ装置を提供する。
【解決手段】回転電機のインバータ装置１は、所定の電気角ごとに、回転電機の各相の電流位相に応じて、スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角においてキャリア信号のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換え可能な周波数設定手段１０５と、設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いて、スイッチング素子の駆動信号を生成する信号生成手段１０４，１０５とを具備し、周波数設定手段１０５は、回転電機の回転速度が所定の回転速度以上であるときにキャリア周波数可変制御にて各相のキャリア周波数を設定し、回転電機の回転速度が所定の回転速度未満であるときにキャリア周波数固定制御にて各相のキャリア周波数を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、相別に電流を供給して回転電機を駆動するための技術に関する。

３相モータのような回転電機の駆動には普通インバータ装置が用いられる。そのインバータ装置は通常、相別に２個のスイッチング素子（合計６個）を備えている。それにより、６個のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動して、３相の駆動電圧を制御し、回転電機に回転磁界を生成するようになっている。回転電機のインバータ装置は、そのようにスイッチング素子を用いて回転電機を駆動するものである。

回転電機に印加する電圧の大きさと周波数を制御する方法として、相ごとに、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動し、任意のパルス幅の電圧を印加するＰＷＭ制御がある。そのＰＷＭ制御としては、キャリア信号を予め定めた指令電圧値と比較し、その比較結果に応じて駆動電圧のレベルをＨ（High）或いはＬ（Low）にする方法（キャリア同期方法）が用いられるのが普通である。

このＰＷＭ制御では、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回数はキャリア周波数に応じて変化する。スイッチング損失を考慮した場合、スイッチング回数は少ないほうが望ましい。スイッチング回数は、キャリア周波数を低くすることにより、より少なくすることができる。このことから、従来の回転電機のインバータ装置のなかには、指令電圧値の提供に用いる基準正弦波信号の傾きに応じてキャリア周波数を変更するようにしたものがある（特許文献１）。

特許文献１に記載されたような従来のインバータ装置では、基準正弦波信号の傾きに応じてキャリア周波数を変更している。このため、制御が複雑になる。また、出力波形の周波数の固定が前提であるため、周波数が可変の場合に同期ＰＷＭ制御を実施することができない。それにより、スイッチング損失は、制御が複雑化することを抑えつつ、制御方法の選択肢の幅を狭めることなく実現することも重要と云える。

特開２０１０−３５２６０号公報

ところで、スイッチング損失を考慮してキャリア周波数を低くすると、キャリア周波数が可聴域に達し、このキャリア周波数に起因する雑音（発振音）が回転電機及びインバータ装置の近くにいる人にとって耳障りとなることがある。

そこで、本発明は、スイッチング損失の低減と、キャリア周波数に起因する雑音が発生しても近くにいる人が気にならないようにすることとの両立を可能とする回転電機のインバータ装置、及び、回転電機の駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機のインバータ装置は、相別に備えたスイッチング素子を用いて、回転速度が変化する多相の回転電機を駆動するインバータ装置において、電気角一周を等分した所定の電気角ごとに、回転電機の各相の電流の位相に応じて、相ごとにスイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を決定して設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角において前記各相の前記スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換え可能な周波数設定手段と、周波数設定手段が設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いて、スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する信号生成手段とを具備し、周波数設定手段は、回転電機の回転速度が所定の回転速度以上であるときにキャリア周波数可変制御にて各相のキャリア周波数を設定し、回転電機の回転速度が所定の回転速度未満であるときにキャリア周波数固定制御にて各相のキャリア周波数を設定することを特徴とする。

また、本発明の回転電機の駆動方法は、相別に備えたスイッチング素子を用いて回転電機を駆動する方法において、電気角一周を等分した所定の電気角ごとに、回転電機の各相の電流の位相に応じて、相ごとにスイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を決定して設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角において各相のスイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換え可能であり、回転電機の回転速度が所定の回転速度以上であるときにキャリア周波数可変制御にて各相のキャリア周波数を設定し、回転電機の回転速度が所定の回転速度未満であるときにキャリア周波数固定制御にて各相のキャリア周波数を設定し、設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いて、スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成することを特徴とする。

この回転電機のインバータ装置、及び、回転電機の駆動方法によれば、回転電機の回転速度が所定の回転速度以上である高速回転時にのみ周波数設定手段によって各相のキャリア周波数を電流位相に基づいて可変にしている（例えば、電流指令値が高くなる領域でキャリア周波数を低く変更する）ので、全ての制御周期間においてキャリア周波数が一定の時に比較してスイッチング損失を低減することができるとともにキャリア周波数を低くしたことに起因する雑音が気にならないようにすることができる。つまり、回転電機の高速回転時には、回転電機の回転音や、回転電機に接続される装置、例えば、タイヤの音等、周囲環境音が比較的に大きくなるため、キャリア周波数を低くしても、それに起因する雑音（発振音）が気にならない。

また、上記した周波数設定手段におけるキャリア周波数可変制御は、各相の電流値の絶対値が所定値以上となる電気角ではキャリア周波数を低く設定し、各相の電流値の絶対値が所定値未満となる電気角ではキャリア周波数を高く設定してもよい。

また、上記した回転電機は３相であり、上記した回転電機のインバータ装置は２相変調制御してもよい。

本発明によれば、スイッチング損失の低減と、キャリア周波数に起因する雑音が発生しても近くにいる人が気にならないようにすることとの両立を可能とする。

本実施形態による回転電機のインバータ装置の構成を説明する図である。 本実施形態による回転電機のインバータ装置が備えたＣＰＵの機能構成を説明する図である。 本実施形態による回転電機のインバータ装置が行うキャリア周波数可変制御（ａ）、及び、キャリア周波数固定制御（ｂ）を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態による回転電機のインバータ装置の構成を説明する図である。この回転電機のインバータ装置（以降「インバータ装置」と略記）１は、直流電源２から印加される電圧を用いて、回転電機であるモータ３を駆動するものである。図１に表すように、このインバータ装置１は、直流電源２と並列に接続された形のキャパシタ１０１と、このキャパシタ１０１の両端の電圧を検出する電圧検出部１０２と、相ごとに２つのスイッチング素子である例えばｎチャネルのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用意されたインバータ回路１０３と、インバータ回路１０３の各ＩＧＢＴの駆動信号を生成・出力するドライブ回路１０４と、ドライブ回路１０４による駆動信号の生成を制御するＣＰＵ１０５と、２つの電流センサ１０６、及び１０７と、を備えている。

モータ３は、３相の電流の供給によって駆動される回転電機である。このモータ３には、不図示の回転子の位置を電気角で特定可能な回転センサ３１が搭載されている。その回転センサ３１によって検出された値（以降「回転センサ値」）はＣＰＵ１０５に入力される。なお、回転電機は、複数の相に電流を供給することで駆動されるものであれば良い。

インバータ回路１０３には、相ごとに、２つのＩＧＢＴが直列にキャパシタ１０１と並列な形に接続されている。それにより、例えばＵ相用では、ＩＧＢＴ１１１のコレクタはキャパシタ１０１の一方の端子に接続され、ＩＧＢＴ１１１のエミッタはＩＧＢＴ１１２のコレクタと接続され、ＩＧＢＴ１１２のエミッタはキャパシタ１０１の他方の端子に接続された形となっている。Ｖ相用ではＩＧＢＴ１２１及び１１２が、Ｗ相用ではＩＧＢＴ１３１及び１３２がそれぞれ同様に接続されている。

上記インバータ回路１０３では、ＩＧＢＴ１１１とＩＧＢＴ１１２とを接続する配線の電圧が、モータ３にＵ相電圧として印加される。同様にＩＧＢＴ１２１とＩＧＢＴ１２２を接続する配線の電圧が、モータ３のＶ相電圧として印加される。ＩＧＢＴ１３１とＩＧＢＴ１３２を接続する配線の電圧が、モータ３にＷ相電圧として印加される。このことから、電流センサ１０６はＵ相電流を表す値を、電流センサ１０７はＷ相電流を表す値をそれぞれＣＰＵ１０５に出力する。以降、ＩＧＢＴ１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、及び１３２のゲートに入力される駆動信号はそれぞれ「ＵＰ信号」「ＵＮ信号」「ＶＰ信号」「ＶＮ信号」「ＷＰ信号」「ＷＮ信号」と呼ぶことにする。「ＵＰ信号」「ＶＰ信号」「ＷＰ信号」は「Ｐ信号」と総称し、「ＵＮ信号」「ＶＮ信号」「ＷＮ信号」は「Ｎ信号」と総称する。

ＣＰＵ１０５は、例えば不図示の搭載されたメモリ、或いは接続されたメモリに格納されているプログラムを実行することで、インバータ装置１全体の制御を行うものである。本実施形態では、ＣＰＵ１０５は、回転センサ３１から得られた回転センサ値を監視することにより、予め定めた電気角ごとに、各相の状態に応じて、各相のキャリア周波数を決定して設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角において各相のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換える。それにより、ＣＰＵ１０５は周波数設定手段として機能する。

ＣＰＵ１０５は、相ごとに設定したキャリア周波数を用いて、各相の駆動信号をＩＧＢＴごとに生成し、ドライブ回路１０４に出力する。ドライブ回路１０４は、ＣＰＵ１０５から入力した駆動信号をそれぞれ増幅して、対応するＩＧＢＴのゲートに出力する。このことから、ＣＰＵ１０５及びドライブ回路１０４は、スイッチング素子である各ＩＧＢＴに出力される駆動信号を生成する新合成性手段として機能する。

本実施形態のキャリア周波数可変制御では、各相の状態として、電流位相に着目する。それにより、電流値の絶対値の比較的に大きい相ではキャリア周波数を低く設定し、電流値の絶対値の比較的に小さい相ではキャリア周波数を高く設定する。そのようにキャリア周波数を設定することにより、電流値の絶対値が大きくなる領域ではスイッチング回数がより少なくなるようにして、スイッチング損失を効率的に低減させる。このため、スイッチング損失をより抑えることができる。また、電流値の絶対値の比較的に大きい相では電流変化が小さく、電流値の絶対値の比較的に小さい相では電流変化が大きくなっている。そのため、電流変化の大きい相でキャリア周波数が高くなり、制御性を確保することができる。

また、本実施形態では、スイッチング損失のモータ（回転電機）の回転速度依存性、及び、キャリア周波数に起因する雑音（発振音）の耳障り度合のモータの回転速度依存性に着目する。すなわち、モータの高速回転時には、モータ自身の回転音や、モータに接続される装置（例えば、タイヤ）の音等、周囲環境音が比較的に大きくなるため、キャリア周波数を低くしても、これに起因する雑音（発振音）がさほど気にならないが、低速回転時には、周囲環境音が比較的に小さくなるため、キャリア周波数を低くした場合の雑音（発振音）が耳障りとなってしまう。このため、制御装置がモータの回転速度を取り込んで、その回転速度が所定の回転速度以上である高速回転であると判断した時には上記キャリア周波数可変制御にて電気角ごとに各相の電流位相に応じてキャリア周波数を設定し、回転速度が所定の回転速度未満である低速回転であると判断した時にはキャリア周波数固定制御にて全電気角において各相のキャリア周波数を一定値として設定する。このように高速回転時にのみキャリア周波数を各相の電流位相に合わせて変更することにより、全制御周期間でキャリア周波数を一定値とする場合と比較してスイッチング損失を低減することができるとともにキャリア周波数を低くしたことに起因する雑音（発振音）が気にならないようにすることができる。

図２は、上記ＣＰＵ１０５の機能構成を説明する図である。また、図３（ａ）は、キャリア周波数可変制御を説明する図であり、図３（ｂ）は、キャリア周波数固定制御を説明する図である。図２の説明を行う前に、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態におけるキャリア周波数可変制御及びキャリア周波数固定制御について具体的に説明する。

まず、図３（ａ）を参照してキャリア周波数可変制御について説明する。図３において、３１１はＵ相電圧波形、３１２はＵ相電流波形、３２１はＶ相電圧波形、３２２はＶ相電流波形、３３１はＷ相電圧波形、３３２はＷ相電流波形をそれぞれ表している。図３では、横軸は電気角（度）を表し、縦軸は電流値及び電圧値を表している。

矢印３０１は、キャリア周波数の算出を行うタイミングを表している。３０２を付したのこぎり波形は、その上側の頂点がモータ３の制御のための割り込み信号（図３中「モータ制御割込み」と表記）の発生タイミングを表している。キャリア周波数の決定は、その割り込み信号の発生により、のこぎり波形３０２の各頂点で行うようになっている。

図３では矢印３０１は計１３表している。矢印３０１及びのこぎり波形３０２によれば、キャリア周波数の算出はモータ３の回転子の１回転を１２分割して得られる各領域で行われ、算出したキャリア周波数の設定（モータ制御割込み）は各領域で２回、行えるようになっている。

期間Ｔ１〜Ｔ１２は、本実施例のように回転子の１回転を１２等分して得られたものであった場合、３０度（ｄｅｇ）の電気角の変化分に相当する。それにより、キャリア周波数の算出は、電気角が３０度変化するごとに行われることとなる。キャリア周波数の設定は、電気角が１５度変化するごとに行うことができる。このことから、図３では、のこぎり波形３０２の下側に、電圧位相エリア、つまりのこぎり波形３０２の１周期を表す破線を描いている。

３４１を付した三角波波形は、Ｕ相に設定・適用されたキャリア信号である。図３（ａ）では、傾きが同じで振幅（高さ）の異なる２種類のキャリア信号３４１を表している。これは、キャリア信号３４１の傾きは固定としているためである。それにより、キャリア信号３４１の振幅（高さ）はその周波数（キャリア周波数）から決まる。つまり、キャリア信号３４１において、振幅が１：２の２つの部分の周波数比は２：１であることを表している。図３（ａ）では、振幅の大きい部分は４ｋＨｚ、振幅の小さい部分は８ｋＨｚとなっている。

キャリア周波数の算出及び設定は相ごとに行われる。各相のキャリア周波数は、次にキャリア周波数を算出するまでの期間に、整数分の周期が存在できる周波数としている。このことから、例えば電気角が０度のときの各相では、モータ電圧波形である相電圧（例えばＵ相電圧波形３１１）の周波数をｆｍ（相電圧周波数）とし、ｆｍの１周期あたりのキャリア周波数の算出回数をＫ（予め決まった１以上の整数）とすると、期間Ｔ１は次の式を満たす。
Ｔ１＝（１／ｆｍ）／Ｋ
図３の場合Ｋは「１２」である。（Ｋは小さすぎるとキャリア周波数が適切な値に変更しにくくなる。例えば４だと電気角で９０度になるが、さらに大きい値のほうが好ましい。１２以上でもよい。）

Ｔ１の期間、つまり電気角が０〜３０度の期間でのＵ相のキャリア周波数をｆｃ１とすると、このキャリア周波数ｆｃ１は次式により算出することができる。
ｆｃ１＝（１／Ｔ１）×ｎ＝ｆｍ×Ｋ×ｎ
ここでｎはＴ１の期間内にキャリア周波数ｆｃがいくつ入るかという値で、決め方は後述する。この式からわかるとおり、キャリア周波数はキャリア周波数の算出タイミング（所定の電気角：矢印３０１のタイミング）での相電圧周波数ｆｍの整数倍である。なお、のこぎり波形３０２の周波数はモータ電圧波形の周波数ｆｍに対応して変化する。

上記の演算が相ごとに行われ、キャリア周波数の演算タイミングで繰り返す。従って、モータ３の回転速度の変化（指令電圧値の設定に用いる正弦波波形の周波数：相電圧周波数ｆｍの変更）にも対応することができる。このため、高い汎用性が得られる。

次にｎの決め方について説明する。ｎは、各相の電流波形の電気角（位相）から特定すべき整数である。電流波形の波形（例えばｓｉｎ波）が予めわかるので、あとはその位相から電流波形の絶対値（電流量）がわかる。そして、たとえば電流量が大きいところでスイッチング回数を低減するためにキャリア周波数ｆｃを小さくする、つまりｎを小さくするように決める。つまり、電流波形の位相を予め設定した位相範囲と比較し、その比較結果に応じて、ｎとする値を選択することで実現させることができる。ｎを１以上の整数とすることでキャリア周波数を変更しても、常に同期ＰＷＭ制御が可能となる。電流波形の位相の代わりとして、電流値の絶対値そのものからｎを決定しても良い。

図３（ａ）に示す例では電流量が小さいところ（最大振幅の絶対値が１としたときの所定値０．５未満の位相）ときにはｎ＝２、電流量が大きいところ（所定値０．５以上の位相）のときにはｎ＝１としている。本実施例では、Ｎ＝１または２の２段階にキャリア周波数を変更したが、３段階以上に変更してもよい。

次に、算出されたキャリア周波数ｆｃからＯＮ／ＯＦＦ信号を生成する方法について説明する。本実施の形態では、いわゆる２相変調制御を採用している。図３（ａ）のＵ相において、キャリア信号３４１と合わせて表記の直線３４２は、Ｕ相の指令電圧値を表している。直線３４２は対応する期間においてＵ相電圧波形３１１を代表する値であり、例えば平均値やキャリア周波数の算出タイミングの値である。なお、図３（ａ）に表す例では、指令電圧値３４２の大小が電圧指令値３１１から反転して示している。ＵＰ信号、及びＵＮ信号は、指令電圧値（直線３４２）とキャリア信号３４１の比較によって生成される。図３（ａ）に表す例では、キャリア信号３４１が指令電圧値３４２以上となっている部分でのみＵＰ信号がＯＮ（アクティブ。ここではＨレベル）と、キャリア信号３４１が指令電圧値３４２未満となっている部分ではＵＮ信号がＯＮとされる。

電気角９０〜１５０度の期間では、Ｕ相電流の絶対値が大きいため、キャリア信号３４１に対して常に指令電圧値３４２以上となるように指令電圧値３４２が調整される。同時に、Ｖ相、Ｗ相の指令電圧値である３５２，３６２は指令電圧３４２との相間電圧を保つように調整される。それにより、この電気角９０〜１５０度の期間、ＵＰ信号は常にＯＮ、つまりＩＧＢＴ１１１は常にＯＮとなる。一方、電気角２７０〜３３０度の期間では、Ｕ相電流の絶対値が大きいため、キャリア信号３４１に対して常に指令電圧値３４２未満となるように指令電圧値３４２が調整される。同時に、Ｖ相、Ｗ相の指令電圧値である３５２，３６２は指令電圧３４２との相間電圧を保つように調整される。従って、ＵＮ信号は常にＯＮ、つまりＩＧＢＴ１１２は常にＯＮとなる。

ここで「ベタ」とは、このように同一の相の２つのＩＧＢＴのうち、ＵＮ信号に対応する下アームがＯＮ、ＵＰ信号に対応する上アームがＯＦＦを維持し続けるか、或いは上アームがＯＮ、下アームがＯＦＦを維持し続ける状態を示す用語である。なお、短絡を防ぐため２つのＩＧＢＴが共にＯＮにはならない、図３中の「ベタ相」として表記の「ＵＰベタ」及び「ＵＮベタ」は、それぞれ、ＵＰ信号のＯＮによってＵ相のＩＧＢＴ１１１がベタになっている状況、ＵＮ信号のＯＮによってＵ相のＩＧＢＴ１１２がベタになっている状況、を表している。同様に「ＶＰベタ」及び「ＶＮベタ」は、それぞれ、ＵＰ信号のＯＮによってＶ相のＩＧＢＴ１２１がベタになっている状況、ＵＮ信号のＯＮによってＶ相のＩＧＢＴ１２２がベタになっている状況、を表している。「ＷＰベタ」及び「ＷＮベタ」は、それぞれ、ＵＰ信号のＯＮによってＷ相のＩＧＢＴ１３１がベタになっている状況、ＵＮ信号のＯＮによってＷ相のＩＧＢＴ１３２がベタになっている状況、を表している。

ＵＰベタ、及びＵＮベタではそれぞれＩＧＢＴ１１１、ＩＧＢＴ１１２のスイッチング、つまりＯＮ→ＯＦＦ、或いはＯＦＦ→ＯＮは発生しない。ＵＰベタとなるのはＵ相電流波形３１２の電流値が大きい状況であり、ＵＮベタとなるのはＵ相電流波形３１２の電流値が小さい状況である。何れの状況でも電流値の絶対値は大きい。そのような状況時にスイッチングを行わないようにしているため、効率的にスイッチング損失の発生を抑えることができる。

３５１はＶ相に設定・適用されたキャリア信号、３６１はＷ相に設定・適用されたキャリア信号である。３５２はＶ相の指令電圧値、３６２はＷ相の指令電圧値である。Ｖ相、及びＷ相でもＵ相と同様に、ベタが発生する。このため、Ｖ相、及びＷ相でもＵ相と同様に、効率的にスイッチング損失の発生を抑えることができる。

キャリア周波数可変制御では、上記のようにして、予め定めた電気角ごと（キャリア周波数の算出タイミングごと）に、各相のキャリア周波数を算出し、次に定めた電気角となるまでの間、相ごとに、算出したキャリア周波数を適用してモータ３を駆動する。それにより、スイッチング損失が比較的に最大となる期間のスイッチングを回避して、スイッチング損失を効率的に低減させている。

本実施形態では、２相変調を採用し、キャリア周波数の算出はモータ３の回転子の１回転を１２（＝２×３×Ｍ（整数））分割して得られる各領域で行うようにしているが、２相変調の採用に限定されるものではなく、例えば３相変調を採用しても、スイッチング損失の発生を抑えることができる。

次に、図３（ｂ）を参照してキャリア周波数固定制御について説明する。図３（ｂ）には、図３（ａ）に対応して、各相のキャリア信号３４１，３５１，３６１、及び、各相の指令電圧値３４２，３５２，３６２のみが示されている。図３（ｂ）に示すように、キャリア周波数固定制御では、例えばｎ＝２に固定して１種類のキャリア信号３４１，３５１，３６１を生成する点でキャリア周波数可変制御と異なる。すなわち、キャリア周波数固定制御では、全電気角においてキャリア信号のキャリア周波数を一定値（例えば、８ｋＨｚ）として設定する。設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いてスイッチング信号の駆動信号を生成する方法は、上記と同一である。

上述したキャリア周波数可変制御とキャリア周波数固定制御とは、モータの回転速度に応じて切り換えられる。具体的には、モータの回転速度を検出し、その回転速度が所定の回転速度以上であるか否かを判定する。モータの回転速度が所定の回転速度以上となる高速回転時にはキャリア周波数可変制御が適用され、回転速度が所定の回転速度未満である低速回転時にはキャリア周波数固定制御が適用される。このように高速回転時にのみキャリア周波数を電流位相に基づいて可変とする制御（電流値が高い領域でキャリア周波数を低く変更する）ことにより、全ての制御周期間においてキャリア周波数が一定の時と比較してスイッチング損失を低減することができるとともにキャリア周波数を低くしたことに起因する雑音（発振音）が気にならないようにすることができる。

なお、本実施形態では、所定の回転速度は、モータ回転音や、モータに接続される装置（例えば、タイヤ）の音等、周囲環境音が比較的に大きく、ｎ＝１のときのキャリア周波数４ｋＨｚに起因する雑音（発振音）が気にならなくなる車両速度５ｋｍ／ｈ相当に設定している。

次に、図２を参照して、上記のようなモータ３の駆動制御を実現させるＣＰＵ１０５の機能構成について詳細に説明する。その機能構成は、上記のように、ＣＰＵ１０５が搭載、或いは接続された不図示のメモリに格納されているプログラムを実行することで実現される。

モータ３の回転センサ３１から得られた回転センサ値は、レジスタ２０１に格納され、電流センサ１０６及び１０７から得られたＵ相、及びＷ相の各電流値はレジスタ２０２に格納される。

制御周波数設定部２２０はレジスタ２０１の回転センサ値を随時、参照し、図３の矢印３０１で表すタイミングの到来（所定の電気角）を認識し、その時点でのｆｍを求めることで、制御する期間（たとえば電気角が０のときはＴ１）が特定される。

出力電流位相特定部２３０は、レジスタ２０１に格納された回転センサ値から図３の矢印３０１で表すタイミングの到来（所定の電気角）を認識し、レジスタ２０２に格納されたＵ相、及び／或いは、Ｗ相の電流値を参照して、各相の電流位相を特定する。特定した各相の電流位相は各相キャリア周波数設定部２５０に通知する。

各相キャリア周波数設定部２５０は、回転センサ値に基づく回転速度（回転数）に応じて、上記したキャリア周波数可変制御とキャリア周波数固定制御とを切り換える。具体的には、各相キャリア周波数設定部２５０は、回転速度が所定の回転速度未満である低速回転時には、キャリア周波数固定制御にて全電気角において各相のキャリア周波数を一定値（例えば８ｋＨｚ固定）として設定する。一方、回転速度が所定の回転速度以上である高速回転時には、各相キャリア周波数設定部２５０は、キャリア周波数可変制御にて電気角ごとに各相の電流位相に応じてキャリア周波数を設定する。このとき、各相キャリア周波数設定部２５０は、出力電流位相特定部２３０から通知された各相の電流位相からｎの値を定め、制御周波数設定部２２０からｆｍの値を得ることにより、各相の電流値の絶対値が所定値未満となる電気角ではキャリア周波数を高く設定し（例えば８ｋＨｚ）し、各相の電流値の絶対値が所定値以上となる電気角ではキャリア周波数を低く設定する（例えば４ｋＨｚ）。相ごとに決定したキャリア周波数をそれぞれＵ相キャリア周波数出力部２６１、Ｖ相キャリア周波数出力部２６２、及びＷ相キャリア周波数出力部２６３に設定する。各キャリア周波数設定部２６１〜２６３は、それぞれ、設定されたキャリア周波数のキャリア信号を出力する。

指令電圧設定部２４０は、相ごとに、指令電圧値をそれぞれ、Ｕ相コンペア値出力部２１１、Ｖ相コンペア値出力部２１２、及びＷ相コンペア値出力部２１３に出力する。各コンペア値出力部２１１〜２１３は、他に、各相キャリア周波数設定部２５０から対応する相のキャリア周波数を入力する。それにより、各コンペア値出力部２１１〜２１３は、対応する相で設定されたキャリア周波数に応じて、指令電圧設定部２４０から入力した指令電圧値を用いた乗算を行い、その乗算結果を出力する。この乗算結果は、キャリア信号と比較すべき指令電圧値として扱われる。

図３に表すように、キャリア信号３４１、３５１及び３６１は、キャリア周波数に応じて振幅が異なる。このため、例えば低いほうのキャリア周波数を想定した指令電圧値を指令電圧設定部２４０が出力する場合、低いキャリア周波数が設定された相のコンペア値出力部２１１、２１２或いは２１３は、低いキャリア周波数のキャリア信号に応じた値を出力する。同様に、高いキャリア周波数が設定された相のコンペア値出力部２１１、２１２或いは２１３は、高いキャリア周波数のキャリア信号に応じた値を出力する。そのようにして、各コンペア値出力部２１１、２１２及び２１３は、設定されたキャリア周波数に応じた指令電圧値を出力する。すなわち各相のキャリア信号の振幅にあわせて指令電圧値を調整する。また、２相変調するために、出力電流位相を基にベタ相を決め、各相間の相関電圧を保つように指令電圧値を調整する。

Ｕ相スイッチング波形生成部２７１は、Ｕ相キャリア周波数出力部２６１からキャリア信号、Ｕ相コンペア値出力部２１１から指令電圧値をそれぞれ入力し、それらを比較して、ＵＰ信号、及びＵＮ信号用の２つのスイッチング波形を生成し出力する。それらスイッチング波形がドライブ回路１０４に入力されることにより、ドライブ回路１０４はＵＰ信号、及びＵＮ信号を出力する。

Ｖ相スイッチング波形生成部２７２も同様に、Ｖ相キャリア周波数出力部２６２からキャリア信号、Ｖ相コンペア値出力部２１２から指令電圧値をそれぞれ入力し、それらを比較して、ＶＰ信号、及びＶＮ信号用の２つのスイッチング波形を生成し出力する。Ｗ相スイッチング波形生成部２７３は、Ｗ相キャリア周波数出力部２６３からキャリア信号、Ｗ相コンペア値出力部２１３から指令電圧値をそれぞれ入力し、それらを比較して、ＷＰ信号、及びＷＮ信号用の２つのスイッチング波形を生成し出力する。それらＶ相スイッチング波形生成部２７２、及びＷ相スイッチング波形生成部２７３がそれぞれ生成した２種類のスイッチング波形がドライブ回路１０４に入力されることにより、ドライブ回路１０４はＶＰ信号、ＶＮ信号、ＷＰ信号及びＷＮ信号を出力する。

指令電圧設定部２４０は、矢印３０１に示すキャリア周波数の算出タイミングで、各コンペア値出力部２１１〜２１３にそれぞれの相に対応する指令電圧値を出力し、各コンペア値出力部２１１〜２１３は、指令電圧値の入力によって、出力すべき指令電圧値を更新する。

なお、本実施形態のキャリア周波数可変制御では、電流位相に着目して、各相のキャリア周波数を決定しているが、電圧位相に着目して、各相のキャリア周波数を決定するようにしても良い。電流波形と電圧波形には力率から特定される位相差が存在する。このことから、電圧波形への対応は、例えば図２の出力電流位相特定部２３０に、特定した電流位相から力率を用いて電圧波形を特定させることで行わせることができる。

１…回転電機のインバータ装置、２…直流電源、３…モータ（回転電機）、３１…回転センサ、１０１…キャパシタ、１０２…電圧検出部、１０３…インバータ回路、１０４…ドライブ回路（信号生成手段）、１０５…ＣＰＵ（周波数設定手段、信号生成手段）、１０６，１０７…電流センサ、１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）。

Claims (4)

1. 相別に備えたスイッチング素子を用いて、回転速度が変化する多相の回転電機を駆動するインバータ装置において、
   電気角一周を等分した所定の電気角ごとに、前記回転電機の各相の電流の位相に応じて、相ごとに前記スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を決定して設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角において前記各相の前記スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換え可能な周波数設定手段と、
   前記周波数設定手段が設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いて、前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する信号生成手段と、
   を具備し、
   前記周波数設定手段は、前記回転電機の回転速度が所定の回転速度以上であるときに前記キャリア周波数可変制御にて前記各相のキャリア周波数を設定し、前記回転電機の回転速度が前記所定の回転速度未満であるときに前記キャリア周波数固定制御にて前記各相のキャリア周波数を設定することを特徴とする回転電機のインバータ装置。
2. 前記周波数設定手段における前記キャリア周波数可変制御は、前記各相の電流値の絶対値が所定値以上となる電気角では前記キャリア周波数を低く設定し、前記各相の電流値の絶対値が前記所定値未満となる電気角では前記キャリア周波数を高く設定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機のインバータ装置。
3. 前記回転電機は３相であり、２相変調制御する、請求項１または２に記載の回転電機のインバータ装置。
4. 相別に備えたスイッチング素子を用いて回転電機を駆動する方法において、
   電気角一周を等分した所定の電気角ごとに、前記回転電機の各相の電流の位相に応じて、相ごとに前記スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を決定して設定するキャリア周波数可変制御と、全電気角において前記各相の前記スイッチング素子の駆動に用いるキャリア信号のキャリア周波数を一定値として設定するキャリア周波数固定制御とを切り換え可能であり、前記回転電機の回転速度が所定の回転速度以上であるときに前記キャリア周波数可変制御にて前記各相のキャリア周波数を設定し、前記回転電機の回転速度が前記所定の回転速度未満であるときに前記キャリア周波数固定制御にて前記各相のキャリア周波数を設定し、
   前記設定したキャリア周波数のキャリア信号を用いて、前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する、
   ことを特徴とする回転電機の駆動方法。