JP2015027219A - Ｐｗｍインバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失の増加を抑制しつつ、インバータから出力される電流の波形を電流指令の波形に近づけることができる、ＰＷＭインバータ制御装置を提供する。
【解決手段】Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の時間変化率（波形の傾き）が相対的に大きいときには、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が相対的に低い周波数に設定され、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の時間変化率が小さいほど、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が高い周波数に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＰＷＭインバータ制御装置に関する。

たとえば、電気自動車やハイブリッドカーでは、駆動用バッテリの出力電圧（バッテリ電圧）がインバータに印加され、インバータから走行用駆動源であるモータに交流電流が供給される。

インバータの出力制御方式としては、ＰＷＭ（Pulse Width
Modulation）制御が広く採用されている。ＰＷＭ制御では、図５に示されるように、モータの各相に流れる電流の目標値に応じた電流指令に基づいて設定される電圧指令と三角波などの搬送波（キャリア信号）とが比較されて、ＰＷＭ信号が生成され、このＰＷＭ信号に基づいて、インバータを構成するスイッチング素子がオン／オフされる。これにより、インバータから交流電流が出力され、その交流電流がモータに供給される。

特開２００４−３５７３５８号公報

しかしながら、その交流電流は、擬似的に作られた正弦波交流電流であり、インバータから実際に出力される電流（モータに実際に流れる電流）は、ＰＷＭ信号のハイレベル／ローレベルに応じて増減を繰り返す。モータが発生するトルクは、モータに流れる電流の増減に応じて変動する。

キャリア周波数を高くすることにより、インバータから出力される実電流の波形を正弦波に近づけることができ（実電流を滑らかに変化させることができ）、モータが発生するトルクの変動を抑えることができる。ところが、キャリア周波数が高くなるにつれ、インバータのスイッチング損失が増加する。スイッチング損失の増加に伴い、スイッチング素子での発熱量が増加するので、その発熱を放散するための大型のヒートシンクが必要となる。

本発明の目的は、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、インバータから出力される電流の波形を電流指令の波形に近づけることができる、ＰＷＭインバータ制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るＰＷＭインバータ制御装置は、複数のスイッチング素子を備えるインバータをＰＷＭ制御するＰＷＭインバータ制御装置であって、インバータから目標電流を出力させるための電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令生成手段によって生成される電流指令に基づいて、スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、電流指令生成手段によって生成される電流指令の時間変化率が小さいほど、ＰＷＭ信号生成手段によるＰＷＭ信号の生成に用いられる搬送波のキャリア周波数を高い周波数に設定するキャリア周波数設定手段とを含む。

この構成によれば、電流指令の時間変化率が相対的に大きいときには、キャリア周波数が相対的に低い周波数に設定され、電流指令の時間変化率が小さいほど、キャリア周波数が高い周波数に設定される。

キャリア周波数が一定に設定されている場合、図５に示されるように、電流指令の時間変化率が小さくなるほど、つまり電流指令がその波形（正弦波）のピーク点に近づくほど、電流指令とインバータから出力される実電流との差が大きくなる。逆に、電流指令の時間変化率が大きくなるほど、つまり電流指令がその波形の変曲点に近づくほど、電流指令と実電流との差が小さくなる。

電流指令の時間変化率が小さいときに、キャリア周波数が高い周波数に設定されることにより、実電流の波形を電流指令の波形に近づけることができ、電流指令と実電流との差を小さく抑えることができる。その結果、モータの発生トルクの変動を抑えることができる。

一方、電流指令の時間変化率が大きいときには、キャリア周波数が低い周波数に設定されることにより、スイッチング損失を低減することができる。その結果、ＰＷＭインバータ制御装置が車両に搭載される場合に、その車両の燃費または電費（単位距離の走行で消費する電力量）を向上させることができる。また、スイッチング損失の増大による発熱量の増大を抑制できるので、インバータからの発熱を放散するためのヒートシンクの小型化など、インバータを冷却するための構造の簡素化および小型化を図ることができ、ひいては、その簡素化によるコストの低減ならびに簡素化および小型化による軽量化を図ることができる。さらに、スイッチングノイズ（騒音）を低減することができ、静粛性を向上させることができる。

インバータが複数相インバータである場合には、相ごとに、キャリア周波数が設定されることが好ましい。

これにより、電流指令の時間変化率が小さいときに、各相の実電流の波形を電流指令の波形に近づけることができるので、モータの発生トルクの変動およびスイッチング損失をより一層抑えることができる。

本発明の他の局面に係るＰＷＭインバータ制御装置は、複数のスイッチング素子を備えるインバータをＰＷＭ制御するＰＷＭインバータ制御装置であって、インバータから目標電流を出力させるための電流指令を生成する電流指令生成手段と、電流指令生成手段によって生成される電流指令に基づいて、スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、ＰＷＭ信号生成手段によるＰＷＭ信号の生成に用いられる搬送波のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段とを含み、インバータは、複数相インバータであり、電流指令生成手段は、相ごとに電流指令を生成し、ＰＷＭ信号生成手段は、すべての相または複数の相を１つのグループとして、グループごとに、同一のキャリア周波数の搬送波を用いて、各相のＰＷＭ信号を生成し、キャリア周波数設定手段は、グループごとに、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最小のときに、キャリア周波数が最高周波数となり、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最大のときに、キャリア周波数が最低周波数となるように、キャリア周波数を設定する。

この構成によれば、インバータのすべての相または複数の相を１つのグループとして、グループごとに、同一のキャリア周波数の搬送波を用いて、各相のＰＷＭ信号が生成される。そして、グループごとに、キャリア周波数は、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最小のときに最高周波数となり、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最大のときに最低周波数となるように設定される。

電流指令の時間変化率が小さいときに、キャリア周波数が高い周波数に設定されることにより、実電流の波形を電流指令の波形に近づけることができ、電流指令と実電流との差を小さく抑えることができる。その結果、モータの発生トルクの変動を抑えることができる。

一方、電流指令の時間変化率が大きいときには、キャリア周波数が低い周波数に設定されることにより、スイッチング損失を低減することができる。その結果、ＰＷＭインバータ制御装置が車両に搭載される場合に、その車両の燃費または電費を向上させることができる。また、スイッチング損失の増大による発熱量の増大を抑制できるので、インバータからの発熱を放散するためのヒートシンクの小型化など、インバータを冷却するための構造の簡素化および小型化を図ることができ、ひいては、その簡素化によるコストの低減を図ることができる。さらに、スイッチングノイズを低減することができ、静粛性を向上させることができる。

また、複数の相のＰＷＭ信号の生成に共通の搬送波を用いることができるので、相ごとにキャリア周波数が設定される構成と比較して、搬送波を生成する構成を簡素化することができる。その結果、コストを低減させることができる。

ＰＷＭインバータ制御装置は、インバータから出力される電流が供給されるモータの回転数を取得する回転数取得手段と、回転数取得手段によって取得された回転数が所定回転数以下であるときに、キャリア周波数設定手段によって設定されるキャリア周波数の下限値を設定する下限値設定手段とをさらに含むことが好ましい。

モータが低回転数で動作しているときには、モータの出力軸の回転による風きり音などが小さいので、キャリア周波数が低いと、モータから発生する電磁騒音（キャリア周波数に基づく騒音）が人間に聞こえやすい。そのため、キャリア周波数が低周波数で変化し、その変化に伴って電磁騒音が変化すると、その変化を人間が不快に感じるおそれがある。

モータの回転数が所定回転数以下であるときに、キャリア周波数の下限値が設定されることにより、キャリア周波数が低周波数で変化することを抑制でき、キャリア周波数の変化に伴う電磁騒音の変化を抑制できる。

本発明によれば、電流指令の時間変化率が小さいときには、実電流の波形を電流指令の波形に近づけることができ、モータの発生トルクの変動を抑えることができる。一方、電流指令の時間変化率が大きいときには、キャリア周波数が低い周波数に設定されることにより、スイッチング損失を低減することができ、車両の燃費または電費を向上させることができる。また、インバータを冷却するための構造の簡素化および小型化を図ることができ、その簡素化によるコストの低減を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るＰＷＭインバータ制御装置が備えられたモータシステムの構成を示す図である。 Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令、Ｗ相電流指令、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数の波形の一例を示す図である。 単一のキャリア周波数が設定される構成におけるＵ相電流指令、Ｖ相電流指令、Ｗ相電流指令およびキャリア周波数の波形の一例を示す図である。 下限値設定処理の流れを示すフローチャートである。 電圧指令、ＰＷＭ信号、電流指令およびインバータから出力される実電流の波形の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＰＷＭインバータ制御装置９が備えられたモータシステム１の構成を示す図である。

モータシステム１は、モータ２、直流電源回路３、コンデンサ４、インバータ５、駆動回路６、電流センサ７Ｕ，７Ｖ、モータ角度センサ８およびＰＷＭインバータ制御装置９を備えている。

モータシステム１は、たとえば、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両に搭載される。この場合、モータ２は、たとえば、走行用駆動力を発生するモータまたはモータジェネレータである。また、直流電源回路３は、たとえば、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用バッテリである。

直流電源回路３には、プラス配線１１およびマイナス配線１２が接続されている。

コンデンサ４は、プラス配線１１とマイナス配線１２とに接続されている。コンデンサ４により、直流電源回路３の出力電圧の変動を吸収することができる。

インバータ５は、３相インバータからなり、２個のスイッチング素子１３Ｕ，１４Ｕの直列回路と、２個のスイッチング素子１３Ｖ，１４Ｖの直列回路と、２個のスイッチング素子１３Ｗ，１４Ｗの直列回路とが互いに並列に接続され、その並列回路がプラス配線１１とマイナス配線１２との間に接続された構成を有している。スイッチング素子１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗには、たとえば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いることができる。また、各スイッチング素子１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗには、還流ダイオード１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗが並列に接続されている。

スイッチング素子１３Ｕ，１４Ｕの直列回路は、これら２個のスイッチング素子１３Ｕ，１４Ｕの接続点で、モータ２のＵ相巻線１７Ｕに接続されている。スイッチング素子１３Ｖ，１４Ｖの直列回路は、これら２個のスイッチング素子１３Ｖ，１４Ｖの接続点で、モータ２のＶ相巻線１７Ｖに接続されている。スイッチング素子１３Ｗ，１４Ｗの直列回路は、これら２個のスイッチング素子１３Ｗ，１４Ｗの接続点で、モータ２のＷ相巻線１７Ｗに接続されている。

駆動回路６は、各スイッチング素子１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗのゲートに接続されている。

電流センサ７Ｕ，７Ｖは、それぞれモータ２のＵ相巻線１７ＵおよびＶ相巻線１７Ｖに流れる電流を検出し、その電流に応じた検出信号を出力する。

モータ角度センサ８は、モータ２の回転角であるモータ角度を検出し、そのモータ角度に応じた検出信号を出力する。

電流センサ７Ｕ，７Ｖおよびモータ角度センサ８の各検出信号は、ＰＷＭインバータ制御装置９に入力されるようになっている。ＰＷＭインバータ制御装置９は、マイクロコンピュータを含む構成であり、プログラム処理によってソフトウエア的に実現される機能処理部として、電流指令生成部２１、キャリア周波数設定部２２およびＰＷＭ信号生成部２３を実質的に備えている。

電流指令生成部２１は、モータ２から出力されるべきトルク値およびモータ角度センサ８によって検出されるモータ角度などに基づいて、モータ２のＵ相巻線１７Ｕを流れるＵ相電流の目標値に対応したＵ相電流指令、Ｖ相巻線１７Ｖを流れるＶ相電流の目標値に対応したＶ相電流指令およびＷ相巻線１７Ｗを流れるＷ相電流の目標値に対応したＷ相電流指令を生成する。

キャリア周波数設定部２２は、電流指令生成部２１によって生成されるＵ相電流指令に基づいて、Ｕ相ＰＷＭ信号の生成に使用される搬送波の周波数であるＵ相キャリア周波数を設定する。また、キャリア周波数設定部２２は、電流指令生成部２１によって生成されるＶ相電流指令に基づいて、Ｖ相ＰＷＭ信号の生成に使用される搬送波の周波数であるＶ相キャリア周波数を設定する。さらに、キャリア周波数設定部２２は、電流指令生成部２１によって生成されるＷ相電流指令に基づいて、Ｗ相ＰＷＭ信号の生成に使用される搬送波の周波数であるＷ相キャリア周波数を設定する。

ＰＷＭ信号生成部２３は、電流センサ７Ｕ，７Ｖによって検出されるＵ相電流（以下、「Ｕ相実電流」という。）およびＶ相電流（以下、「Ｖ相実電流」という。）に基づいて、モータ２のＷ相巻線１７Ｗを流れるＷ相電流（以下、「Ｗ相実電流」という。）を算出する。そして、ＰＷＭ信号生成部２３は、電流指令生成部２１によって生成されるＵ相電流指令およびＵ相実電流に基づいて、Ｕ相についての目標電圧指令を設定し、その目標電圧指令とキャリア周波数設定部２２によって設定されたＵ相キャリア周波数の搬送波とを比較して、Ｕ相ＰＷＭ信号を生成する。また、ＰＷＭ信号生成部２３は、電流指令生成部２１によって生成されるＶ相電流指令およびＶ相実電流に基づいて、Ｖ相についての目標電圧指令を設定し、その目標電圧指令とキャリア周波数設定部２２によって設定されたＶ相キャリア周波数の搬送波とを比較して、Ｖ相ＰＷＭ信号を生成する。さらに、ＰＷＭ信号生成部２３は、電流指令生成部２１によって生成されるＷ相電流指令およびＷ相実電流に基づいて、Ｗ相についての目標電圧指令を設定し、その目標電圧指令とキャリア周波数設定部２２によって設定されたＷ相キャリア周波数の搬送波とを比較して、Ｗ相ＰＷＭ信号を生成する。

ＰＷＭ信号生成部２３によって生成されたＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号は、駆動回路６に与えられる。駆動回路６にＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が与えられると、駆動回路６からインバータ５のスイッチング素子１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗのゲートに駆動信号が送出されて、スイッチング素子１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ，１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗが選択的にオンされる。その結果、インバータ５から擬似的な正弦波交流電流が出力され、その正弦波交流電流がモータ２のＵ相巻線１７Ｕ、Ｖ相巻線１７ＶおよびＷ相巻線１７Ｗに流れる。

図２は、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令、Ｗ相電流指令、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数の波形の一例を示す図である。

Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の波形は、モータ２の１回転（３６０ｄｅｇ）を１周期とする正弦波である。

以下、Ｕ相電流指令が最大値（たとえば、１００Ａ）となるときのモータ角度を９０ｄｅｇとする。

Ｕ相電流指令は、モータ角度が０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇおよび３６０ｄｅｇであるときに０Ａとなり、モータ角度が９０ｄｅｇであるときに最大値となり、モータ角度が２７０ｄｅｇであるときに最小値となるように変化する。したがって、Ｕ相電流指令の時間変化率、つまりＵ相電流指令の波形の傾きは、モータ角度が０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇおよび３６０ｄｅｇであるときに最大となり、モータ角度が９０ｄｅｇおよび２７０ｄｅｇであるときに最小となる。

キャリア周波数設定部２２は、Ｕ相電流指令の波形の傾きが最大であるとき（モータ角度が０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇおよび３６０ｄｅｇであるとき）に、Ｕ相キャリア周波数を最低周波数に設定する。また、Ｕ相電流指令の波形の傾きが最小であるとき（モータ角度が９０ｄｅｇおよび２７０ｄｅｇであるとき）に、Ｕ相キャリア周波数を最高周波数に設定する。そして、キャリア周波数設定部２２は、Ｕ相電流指令の波形の傾きが小さいほど、Ｕ相キャリア周波数を高い周波数に設定する。

Ｖ相電流指令は、Ｕ相電流指令に対して、位相が１２０ｄｅｇ遅れている。Ｖ相電流指令は、モータ角度が１２０ｄｅｇおよび３００ｄｅｇであるときに０Ａとなり、モータ角度が２１０ｄｅｇであるときに最大値となり、モータ角度が３０ｄｅｇであるときに最小値となるように変化する。したがって、Ｖ相電流指令の時間変化率、つまりＶ相電流指令の波形の傾きは、モータ角度が１２０ｄｅｇおよび３００ｄｅｇであるときに最大となり、モータ角度が３０ｄｅｇおよび２１０ｄｅｇであるときに最小となる。

キャリア周波数設定部２２は、Ｖ相電流指令の波形の傾きが最大であるとき（モータ角度が１２０ｄｅｇおよび３００ｄｅｇであるとき）に、Ｖ相キャリア周波数を最低周波数に設定する。また、Ｖ相電流指令の波形の傾きが最小であるとき（モータ角度が３０ｄｅｇおよび２１０ｄｅｇであるとき）に、Ｖ相キャリア周波数を最高周波数に設定する。そして、キャリア周波数設定部２２は、Ｖ相電流指令の波形の傾きが小さいほど、Ｖ相キャリア周波数を高い周波数に設定する。

Ｗ相電流指令は、Ｕ相電流指令に対して、位相が１２０ｄｅｇ進んでいる。Ｗ相電流指令は、モータ角度が６０ｄｅｇおよび２４０ｄｅｇであるときに０Ａとなり、モータ角度が３３０ｄｅｇであるときに最大値となり、モータ角度が１５０ｄｅｇであるときに最小値となるように変化する。したがって、Ｗ相電流指令の時間変化率、つまりＷ相電流指令の波形の傾きは、モータ角度が６０ｄｅｇおよび２４０ｄｅｇであるときに最大となり、モータ角度が１５０ｄｅｇおよび３３０ｄｅｇであるときに最小となる。

キャリア周波数設定部２２は、Ｗ相電流指令の波形の傾きが最大であるとき（モータ角度が６０ｄｅｇおよび２４０ｄｅｇであるとき）に、Ｗ相キャリア周波数を最低周波数に設定する。また、Ｗ相電流指令の波形の傾きが最小であるとき（モータ角度が１５０ｄｅｇおよび３３０ｄｅｇであるとき）に、Ｗ相キャリア周波数を最高周波数に設定する。そして、キャリア周波数設定部２２は、Ｗ相電流指令の波形の傾きが小さいほど、Ｗ相キャリア周波数を高い周波数に設定する。

なお、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令を時間微分演算により、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各波形の傾きを求め、各波形の傾きが所定の演算式に代入されることにより、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が設定されてもよい。また、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各波形の傾きは、電流指令の大きさ（Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の波形の最大振幅）およびモータ２の回転数によって決まる。したがって、電流指令の大きさおよびモータ２の回転数とキャリア周波数との対応関係を定めたマップが予め作成されて、そのマップを参照して、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が設定されてもよい。

以上のように、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の時間変化率が相対的に大きいときには、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が相対的に低い周波数に設定され、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の時間変化率が小さいほど、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が高い周波数に設定される。

Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の時間変化率が小さいときに、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が高い周波数に設定されることにより、Ｕ相実電流、Ｖ相実電流およびＷ相実電流の波形をそれぞれＵ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の波形に近づけることができ、Ｕ相電流指令とＵ相実電流との差、Ｖ相電流指令とＶ相実電流との差およびＷ相電流指令とＷ相実電流との差をそれぞれ小さく抑えることができる。その結果、モータ２の発生トルクの変動およびスイッチング損失を抑えることができる。

一方、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令が大きいときには、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が低い周波数に設定されることにより、インバータ５でのスイッチング損失を低減することができる。その結果、モータシステム１が車両に搭載される場合、その車両の燃費または電費（単位距離の走行で消費する電力量）を向上させることができる。また、スイッチング損失の増大による発熱量の増大を抑制できるので、インバータ５からの発熱を放散するためのヒートシンクの小型化など、インバータ５を冷却するための構造の簡素化および小型化を図ることができ、ひいては、その簡素化によるコストの低減ならびに簡素化および小型化による軽量化を図ることができる。さらに、スイッチングノイズ（騒音）を低減することができ、静粛性を向上させることができる。

以上では、キャリア周波数設定部２２により、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて、それぞれＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数が個別に設定され、ＰＷＭ信号生成部２３により、Ｕ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数の搬送波を用いて、それぞれＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成される構成を取り上げた。しかしながら、キャリア周波数設定部２２により、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて、単一のキャリア周波数が設定され、ＰＷＭ信号生成部２３により、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、Ｕ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成されてもよい。

図３は、単一のキャリア周波数が設定される構成におけるＵ相電流指令、Ｖ相電流指令、Ｗ相電流指令およびキャリア周波数の波形の一例を示す図である。

キャリア周波数設定部２２は、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各波形の傾きが最大であるとき（モータ角度が０ｄｅｇ、６０ｄｅｇ、１２０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇ、２４０ｄｅｇ、３００ｄｅｇおよび３６０ｄｅｇであるとき）に、キャリア周波数を最低周波数に設定する。また、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各波形の傾きが最小であるとき（モータ角度が３０ｄｅｇ、９０ｄｅｇ、１５０ｄｅｇ、２１０ｄｅｇ、２７０ｄｅｇおよび３３０ｄｅｇであるとき）に、キャリア周波数を最高周波数に設定する。そして、キャリア周波数設定部２２は、モータ角度の変化に伴って、キャリア周波数が単調に増加または減少するように、キャリア周波数を設定する。

なお、キャリア周波数は、前述したように、演算によって設定されてもよいし、マップを参照して設定されてもよい。

このように、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各時間変化率が小さいときに、キャリア周波数が高い周波数に設定されるので、Ｕ相実電流、Ｖ相実電流およびＷ相実電流の波形をそれぞれＵ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の波形に近づけることができ、Ｕ相電流指令とＵ相実電流との差、Ｖ相電流指令とＶ相実電流との差およびＷ相電流指令とＷ相実電流との差をそれぞれ小さく抑えることができる。その結果、モータ２の発生トルクの変動を抑えることができる。

一方、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令の各時間変化率が大きいときには、キャリア周波数が低い周波数に設定されることにより、インバータ５でのスイッチング損失を低減することができる。その結果、モータシステム１が車両に搭載される場合に、その車両の燃費または電費を向上させることができる。また、スイッチング損失の増大による発熱量の増大を抑制できるので、インバータ５からの発熱を放散するためのヒートシンクの小型化など、インバータ５を冷却するための構造の簡素化および小型化を図ることができ、ひいては、その簡素化によるコストの低減を図ることができる。さらに、スイッチングノイズを低減することができ、静粛性を向上させることができる。

また、Ｕ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号の生成に共通の搬送波を用いることができるので、相ごとにキャリア周波数が設定される構成と比較して、搬送波を生成する構成を簡素化することができる。その結果、コストを低減させることができる。

図４は、下限値設定処理の流れを示すフローチャートである。

モータ２の回転数が所定回転数以下であるときに、前述の手法によって設定されるＵ相キャリア周波数、Ｖ相キャリア周波数およびＷ相キャリア周波数または各相に共通のキャリア周波数（以下、これらを総括して「キャリア周波数」という。）の下限値が設定されてもよい。

具体的には、モータ２の動作中、キャリア周波数設定部２２により、図４に示される下限値設定処理が繰り返し実行される。

下限値設定処理では、まず、モータ２の回転数が取得される（ステップＳ１）。モータ２の回転数は、モータ角度センサ８の検出信号に基づく演算によって求めることができる。

次に、モータ２の回転数が所定回転数以下であるか否かが判定される（ステップＳ２）。

モータ２の回転数が所定回転数を超えているときは（ステップＳ２のＮＯ）、下限値設定処理が終了され、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて設定されたキャリア周波数がＰＷＭ信号生成部２３に与えられる。

モータ２の回転数が所定回転数以下であるときには（ステップＳ２のＹＥＳ）、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて設定されるキャリア周波数が所定の下限値を下回っているか否かが判定される（ステップＳ３）。

キャリア周波数が下限値を下回っていない場合には（ステップＳ３のＮＯ）、下限値設定処理が終了され、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて設定されたキャリア周波数がＰＷＭ信号生成部２３に与えられる。

一方、キャリア周波数が下限値を下回っている場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、キャリア周波数が下限値に設定されて、その下限値であるキャリア周波数がＰＷＭ信号生成部２３に与えられて、下限値設定処理が終了される。

モータシステム１が車両に搭載される場合、車両の発進時など、モータ２が低回転数かつ高トルクで動作するときに、キャリア周波数が下限値に設定されることにより、キャリア周波数が低周波数で変化することを抑制でき、キャリア周波数の変化に伴う電磁騒音の変化を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、キャリア周波数の下限値は、一定値であってもよいし、可変値であってもよい。モータ２の回転数が低いほど、または、モータ２の発生トルクが高いほど、下限値が大きい値（高い周波数）に設定されてもよい。

また、図３を参照して、Ｕ相電流指令、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて、単一のキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、Ｕ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成される構成について説明したが、その場合と同様の手法により、Ｕ相電流指令およびＶ相電流指令に基づいて、１つのキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、Ｕ相ＰＷＭ信号およびＶ相ＰＷＭ信号が生成されるとともに、Ｗ相電流指令に基づいて、別のキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を用いて、Ｗ相ＰＷＭ信号が生成されてもよい。また、Ｖ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて、１つのキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成されるとともに、Ｕ相電流指令に基づいて、別のキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を用いて、Ｕ相ＰＷＭ信号が生成されてもよい。さらには、Ｕ相電流指令およびＷ相電流指令に基づいて、１つのキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、Ｕ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成されるとともに、Ｖ相電流指令に基づいて、別のキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を用いて、Ｖ相ＰＷＭ信号が生成されてもよい。

また、４相以上のインバータにおいても、複数の相を１つのグループとして、当該グループに対して１つのキャリア周波数が設定され、そのキャリア周波数の搬送波を共通に用いて、当該グループに含まれる各相のＰＷＭ信号が生成されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

５ インバータ
９ ＰＷＭインバータ制御装置（回転数取得手段）
１３Ｕ スイッチング素子
１３Ｖ スイッチング素子
１３Ｗ スイッチング素子
１４Ｕ スイッチング素子
１４Ｖ スイッチング素子
１４Ｗ スイッチング素子
２１ 電流指令生成部（電流指令生成手段）
２２ キャリア周波数設定部（キャリア周波数設定手段、下限値設定手段）
２３ ＰＷＭ信号生成部（ＰＷＭ信号生成手段）

Claims (4)

1. 複数のスイッチング素子を備えるインバータをＰＷＭ制御するＰＷＭインバータ制御装置であって、
   前記インバータから目標電流を出力させるための電流指令を生成する電流指令生成手段と、
   前記電流指令生成手段によって生成される電流指令に基づいて、前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
   前記電流指令生成手段によって生成される電流指令の時間変化率が小さいほど、前記ＰＷＭ信号生成手段によるＰＷＭ信号の生成に用いられる搬送波のキャリア周波数を高い周波数に設定するキャリア周波数設定手段とを含む、ＰＷＭインバータ制御装置。
2. 前記インバータは、複数相インバータであり、
   前記キャリア周波数設定手段は、相ごとにキャリア周波数を設定する、請求項１に記載のＰＷＭインバータ制御装置。
3. 複数のスイッチング素子を備えるインバータをＰＷＭ制御するＰＷＭインバータ制御装置であって、
   前記インバータから目標電流を出力させるための電流指令を生成する電流指令生成手段と、
   前記電流指令生成手段によって生成される電流指令に基づいて、前記スイッチング素子をスイッチングさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
   前記ＰＷＭ信号生成手段によるＰＷＭ信号の生成に用いられる搬送波のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段とを含み、
   前記インバータは、複数相インバータであり、
   前記電流指令生成手段は、相ごとに電流指令を生成し、
   前記ＰＷＭ信号生成手段は、すべての相または複数の相を１つのグループとして、前記グループごとに、同一のキャリア周波数の搬送波を用いて、各相のＰＷＭ信号を生成し、
   前記キャリア周波数設定手段は、前記グループごとに、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最小のときに、キャリア周波数が最高周波数となり、当該グループに含まれる各相の電流指令の時間変化率が最大のときに、キャリア周波数が最低周波数となるように、キャリア周波数を設定する、ＰＷＭインバータ制御装置。
4. 前記インバータから出力される電流が供給されるモータの回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記回転数取得手段によって取得された回転数が所定回転数以下であるときに、前記キャリア周波数設定手段によって設定されるキャリア周波数の下限値を設定する下限値設定手段とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＰＷＭインバータ制御装置。

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