JP2019165597A - モータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】モータの負荷変動によりモータシステムで発生する損失を低減する。【解決手段】電源装置からの直流電力を電力変換装置によって交流電力に変換してモータに供給することで前記モータを駆動するモータシステムであって、前記電力変換装置を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させながら、前記モータで発生する損失と前記電力変換装置で発生する損失とを含む合計損失が最小となるように前記スイッチング素子に対してスイッチング制御を行う制御部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータシステムに関する。

インバータ及びモータを備え、バッテリ等の直流電源からの直流電力をインバータで交流電力に変換してモータに供給することで当該モータを駆動するモータシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

国際公開第２０１７／１４５６４０号

ところで、モータの負荷が一定である場合には、当該モータでの損失やそのモータを駆動するインバータでの損失も同様に一定であるため、上記モータシステム全体で発生する損失も一定である。

しかしながら、モータの負荷が変動すると、モータでの損失やインバータでの損失も同様に変動するため、モータシステム全体で発生する損失も変動する。したがって、そのモータの負荷変動によってモータシステム全体で発生する損失が増加してしまう場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、モータの負荷変動によりモータシステムで発生する損失を低減することである。

本発明の一態様は、電源装置からの直流電力を電力変換装置によって交流電力に変換してモータに供給することで前記モータを駆動するモータシステムであって、前記電力変換装置を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させながら、前記モータで発生する損失と前記電力変換装置で発生する損失とを含む合計損失が最小となるように前記スイッチング素子に対してスイッチング制御を行う制御部を備えることを特徴とするモータシステムである。

本発明の一態様は、上述のモータシステムであって、前記制御部は、前記直流電力が最小となるように前記スイッチング素子をスイッチング制御する。

本発明の一態様は、上述のモータシステムであって、前記制御部は、前記モータの駆動電流が目標値に追従するように前記駆動電流をフィードバック制御し、前記スイッチング周波数の制御周波数は、負荷変動時における前記フィードバック制御の共振周波数よりも小さく、かつ、前記モータの負荷変動の周波数よりも大きい。

本発明の一態様は、上述のモータシステムであって、前記スイッチング素子の温度を測定する第１の温度センサを更に備え、前記制御部は、前記第１の温度センサにより測定された温度が第１の閾値以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させる。

本発明の一態様は、上述のモータシステムであって、前記モータの温度を測定する第２の温度センサを更に備え、前記制御部は、前記第２の温度センサにより測定された温度が第２の閾値以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させる。

以上説明したように、本発明によれば、モータの負荷変動によりモータシステムで発生する損失を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置を備えたモータシステムＡの概略構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るモータ損失Ｐ_Ｍ、インバータ損失Ｐ_ＩＶ、及び合計損失Ｐ_Ｓのスイッチング周波数ｆｓに対する傾向の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る応答角周波数ω_ＳＷを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る最小損失点追従制御のフロー図である。 本発明の一実施形態に係る最小損失点追従制御の変形例を示すフロー図である。

以下、本発明の一実施形態に係るモータシステムを、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータシステムＡの概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、モータシステムＡは、電源装置１、モータ２、及びモータ駆動装置３を備える。

電源装置１は、直流電源であって、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、電源装置１は、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。さらに、電源装置１は、交流電源からの出力を直流に整流する装置であってもよい。

モータ２は、モータ駆動装置３によって駆動が制御される電動モータである。本実施形態ではモータ２は、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のブラシレスモータである。具体的には、モータ２は、永久磁石を有するロータと、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）それぞれに対応するコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗがロータの回転方向に順に巻装されているステータとを備えている。そして、各相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗのそれぞれは、モータ駆動装置３に接続されている。

モータ駆動装置３は、電源装置１からの直流電力を交流電力に変換してモータ２に供給することでそのモータ２を駆動する。以下に、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置３の構成について、具体的に説明する。

モータ駆動装置３は、インバータ４及びインバータ制御部５を備える。なお、インバータ４は、本発明の「電力変換装置」の一例である。

インバータ４は、電源装置１からの直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ４は、変換した交流電力をモータ２に供給する。

具体的には、インバータ４は、入力端子Ｎ１、基準端子Ｎ２、及び出力端子Ｎ３〜Ｎ５を備える。

入力端子Ｎ１は、接続線Ｌ１を介して電源装置１の正極端子に接続されている。基準端子Ｎ２は、接続線Ｌ２を介して電源装置１の負極端子に接続されている。また、出力端子Ｎ３には、コイルＬｕが接続されている。出力端子Ｎ４には、コイルＬｖが接続されている。出力端子Ｎ５には、コイルＬｗが接続されている。
したがって、インバータ４は、電源装置１から入力端子Ｎ１に入力した直流電力を交流電力に変換して出力端子Ｎ３〜Ｎ５に出力する。

以下に、インバータ４の構成について、具体的に説明する。

インバータ４は、複数のスイッチング素子ＳＷを有し、このスイッチング素子のオン状態とオフ状態とがインバータ制御部５によりスイッチング制御されることで電源装置１からの直流電力を交流電力に変換してモータ２に出力する。これにより、モータ２が駆動する。なお、本実施形態では、６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６がＦＥＴ（Field Effective Transistor）である場合について説明するが、これに限定されず、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）、及びＢＪＴ（bipolar junction transistor）であってもよい。また、インバータ４は、スイッチング素子ＳＷの個数には特に限定されない。

具体的には、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４と、直列に接続されたスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６とは、入力端子Ｎ１と、基準端子Ｎ２との間に並列に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は、入力端子Ｎ１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子は、基準端子Ｎ２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン端子との接続点（出力端子Ｎ３）は、コイルＬｕの一端に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ３のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ４のソース端子は、基準端子Ｎ２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ４のドレイン端子との接続点（出力端子Ｎ４）は、コイルＬｖの一端に接続されている。

スイッチング素子ＳＷ５のドレイン端子は、スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ６のソース端子は、基準端子Ｎ２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のソース端子と、スイッチング素子ＳＷ６のドレイン端子との接続点（出力端子Ｎ５）は、コイルＬｗの一端に接続されている。

また、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子は、インバータ制御部５に接続されている。

インバータ制御部５は、インバータ４の駆動を制御する。具体的には、インバータ制御部５は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチング制御する。以下に、インバータ制御部５の構成について、具体的に説明する。

インバータ制御部５は、電流検出部６、電圧検出部７、及び制御部８を備える。

電流検出部６は、電源装置１からインバータ４の入力端子Ｎ１に入力する入力電流Ｉｉｎを検出する。例えば、電流検出部６は、接続線Ｌ１に設けられ、接続センサＬ１に流れる電流を検出することで、入力電流Ｉｉｎを検出する。そして、電流検出部６は、検出した入力電流Ｉｉｎを制御部８に出力する。

この電流検出部６は、入力電流Ｉｉｎを検出する構成であれば特に限定されないが、例えば、トランスを備えたカレントトランス（ＣＴ）やホール素子を備えた電流センサである。また、電流検出部６は、接続線Ｌ１に直列に接続されたシャント抵抗の両端の電圧から入力電流Ｉｉｎを検出してもよい。

電圧検出部７は、インバータ４に入力する入力電圧Ｖｉｎを検出する。例えば、電圧検出部７は、入力端子Ｎ１と基準端子Ｎ２との間の電位差を検出することで、入力電圧Ｖｉｎを検出する。なお、電圧検出部７は、インバータ４に入力する入力電圧Ｖｉｎをそのまま読み取るのではなく、例えば、抵抗分圧回路で入力電圧Ｖｉｎを抵抗分圧した電圧（以下、「分圧電圧」という。）を読み取ってもよい。この場合には、電圧検出部７は、読み取った分圧電圧から、抵抗分圧回路の分圧比に基づいて入力電圧Ｖｉｎを算出する。

電圧検出部７は、検出した入力電圧Ｖｉｎを制御部８に出力する。なお、上述したように、入力端子Ｎ１が電源装置１の正極端子に、基準端子Ｎ２が電源装置１の負極端子に接続されているため、入力電圧Ｖｉｎは電源装置１の出力電圧に相当する。

制御部８は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を任意のスイッチング周波数ｆｓｗでスイッチング制御する。例えば、制御部８は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のゲート端子に制御信号を出力することで、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオン状態又はオフ状態に制御するスイッチング制御を行う。この制御信号は、例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号である。

具体的には、制御部８は、モータ２に流れる相電流（駆動電流）が目標値に追従するようにＰＷＭ信号のデューティ比を設定することでモータ２の駆動電流をフィードバック制御する。例えば、制御部８は、モータ２の駆動電流と上記目標値との差分値に基づいてＰＩ制御を行うことによりフィードバック制御を行う。

また、制御部８は、インバータ４のスイッチング周波数ｆｓｗを上記フィードバック制御の制御系（以下、「第１の制御系」という。）とは異なる第２の制御系で設定する。なお、上記スイッチング周波数ｆｓｗは、制御信号の周波数に相当する。
ここで、本実施形態に係る特徴の一つは、インバータ４のスイッチング周波数ｆｓｗを固定せずに変化させながら、モータ２で発生する損失（以下、「モータ損失」という。）Ｐ_Ｍとインバータ４で発生する損失（以下、「インバータ損失」という。）Ｐ_ＩＶとを合計した損失（以下、「合計損失」という。）Ｐ_Ｓが最小となるスイッチング周波数ｆｓｗ（（以下、「ｆｓｗ_ｍｉｎ」という。）を常に探索する最小損失点追従制御を行うことである。

換言すれば、最小損失点追従制御とは、モータ２を駆動している状態において、合計損失Ｐ_Ｓが最小となるように、スイッチング周波数ｆｓｗ（例えば、制御信号の周波数）をパラメータとして変化させながら合計損失Ｐ_Ｓが最小となるようにインバータ４をスイッチング制御することである。

以下に、合計損失Ｐ_Ｓについて、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るモータ損失Ｐ_Ｍ、インバータ損失Ｐ_ＩＶ、及び合計損失Ｐ_Ｓのスイッチング周波数ｆｓに対する傾向の一例を示す図である。

本発明者らは、スイッチング周波数ｆｓｗが高くなるにつれて、モータ損失Ｐ_Ｍが減少する傾向にあるともにインバータ損失Ｐ_ＩＶが増加する傾向にあることを発見した。これは、図２に示すように、縦軸を損失、横軸をスイッチング周波数ｆｓｗとしたグラフにおいて、モータ損失Ｐ_Ｍ及びインバータ損失Ｐ_ＩＶをプロットした場合には、スイッチング周波数ｆｓｗの所定範囲内において、損失Ｐ_Ｓが最小となるポイント（以下、「最小損失点」という。）が存在する。すなわち、合計損失Ｐ_Ｓには、スイッチング周波数ｆｓｗの所定範囲内において、必ず最小損失点が存在することになる。したがって、制御部８は、スイッチング周波数ｆｓｗを変化させながら常に最小損失点のスイッチング周波数ｆｓｗ_ｍｉｎを探索してスイッチング制御することで、モータ２の負荷変動が発生した場合でも、合計損失Ｐ_Ｓを低減することができる。

ここで、モータ２の負荷が一定である場合には、スイッチング周波数ｆｓｗに対する合計損失Ｐ_Ｓの傾向と電源装置１からインバータ４に入力する直流電力（以下、「入力電力」という。）Ｐｉｎの傾向とは、同一の傾向を示す。すなわち、モータ２の負荷が一定である場合には、合計損失Ｐ_Ｓが最小となるスイッチング周波数ｆ_ＳＷと、入力電力Ｐｉｎが最小となるスイッチング周波数ｆ_ＳＷとは、同一の周波数となる。したがって、本実施形態に係る制御部８は、最小損失点追従制御において、モータ２の駆動時にインバータ４のスイッチング周波数ｆ_ＳＷを変化させながら、入力電力Ｐｉｎが最小となるようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のスイッチング制御を行う。

なお、モータ２が負荷変動すると最小損失点も変動するため、図３に示すように、最小損失点追従制御においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させる制御系（第２の制御系）の応答角周波数ω_ＳＷは、想定されるモータ２の負荷変動の周波数ω_Ｌよりも大きい値に設定される。この第２の制御系の応答角周波数ω_ＳＷとは、スイッチング周波数ｆｓｗを制御する周波数（スイッチング周波数ｆｓｗの制御周波数）である。なお、想定されるモータ２の負荷変動の周波数ω_Ｌは、想定されるモータ２の負荷変動の最大周波数であることが望ましい。
さらに、応答角周波数ω_ＳＷがモータ２の負荷変動時における上記第１の制御系の共振角周波数ωｒ（＞ω_Ｌ）より大きいと、スイッチング周波数ｆｓｗが共振などの過渡状態（不安定状態）に追従してしまう可能性がある。

したがって、応答角周波数ω_ＳＷは、上記共振角周波数ωｒよりも小さい値に設定される。例えば、応答角周波数ω_ＳＷは、以下の条件（１）になるように設定される。
ω_Ｌ＜＜ω_ＳＷ＜＜ωｒ …（１）

次に、本発明の一実施形態に係る最小損失点追従制御の動作の流れについて、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る最小損失点追従制御のフロー図である。

まず、制御部８は、スイッチング周波数ｆｓｗを予め設定された初期値ｆｓｗ０に設定した制御信号をスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に出力することで、インバータ４を駆動する。これにより、スイッチング周波数ｆｓｗ＝初期値ｆｓｗ０でスイッチング制御されたインバータ４は、電源装置１から入力した入力電力Ｐｉｎを交流電力に変換してモータ２に供給する。これにより、モータ２が駆動する（ステップＳ１０１）。なお、初期値ｆｓｗ０は、例えば、シミュレーションから得られた基準値や設計値、試験的に得られた基準値である。

次に、制御部８は、モータ２が駆動している状態において、現在のスイッチング周波数ｆｓｗに、微小周波数Δｆｓｗ×増減フラグＦを加える。ここで、微小周波数Δｆｓｗは、予め設定されており、最小損失点追従制御においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させる変化量である。増減フラグＦは、最小損失点追従制御においてスイッチング周波数ｆｓｗを変化させる場合に、当該スイッチング周波数ｆｓｗを増加させるのか、又は減少させるのかを決定するものである。例えば、増減フラグＦが「＋１」ならばスイッチング周波数ｆｓｗを増加させ、増減フラグＦが「−１」ならばスイッチング周波数ｆｓｗを減少させる。なお、増減フラグＦの初期値は、ステップＳ１０１において設定され、本実施形態では初期値として「＋１」に設定する。ただし、増減フラグＦの初期値は、「−１」でもよい。

電流検出部６は、電源装置１からインバータ４に入力する入力電流Ｉｉｎを検出し、その検出した入力電流Ｉｉｎを制御部８に出力する。また、電圧検出部７は、電源装置１からインバータ４に入力する入力電圧Ｖｉｎを検出し、その検出した入力電圧Ｖｉｎを制御部８に出力する（ステップＳ１０３）。

制御部８は、電流検出部６から取得した入力電流Ｉｉｎと、電圧検出部７から取得した入力電圧Ｖｉｎとを乗算することで、現在の入力電力Ｐｉｎ（＝Ｉｉｎ×Ｖｉｎ）を算出する（ステップＳ１０４）。

制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを算出すると、その算出した現在の入力電力Ｐｉｎと、前回算出した入力電力Ｐｉｎとを比較する（ステップＳ１０４）。なお、説明が煩雑になることを防ぐため、前回算出した入力電力Ｐｉｎを入力電力Ｐｒｅｆと表記する。なお、入力電力Ｐｒｅｆの初期値は、ステップＳ１０１において設定され、本実施形態では「０」に設定される。

制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎと前回の入力電力Ｐｒｅｆとを比較し、現在の入力電力Ｐｉｎが、前回の入力電力Ｐｒｅｆより小さい場合（Ｐｉｎ＜Ｐｒｅｆ）には、増減フラグＦの符号は変更しない。そして、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを前回の入力電力Ｐｒｅｆとして設定して（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０２の処理に戻る。

一方、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎと前回の入力電力Ｐｒｅｆとを比較し、現在の入力電力Ｐｉｎが、前回の入力電力Ｐｒｅｆ以上である場合（Ｐｉｎ≧Ｐｒｅｆ）には、増減フラグＦの符号を反転させる（ステップＳ１０７）。そして、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを前回の入力電力Ｐｒｅｆとして設定して（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０２の処理に戻る。

このように、制御部８は、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０７を繰り返すことで、スイッチング周波数ｆｓｗをパラメータとして、前回のスイッチング周波数ｆｓｗから微小周波数Δｆｓｗだけ増加又は減少させながら入力電力Ｐｉｎが前回の値よりも小さくなるようにインバータ４をスイッチング制御する。これにより、制御部８は、スイッチング周波数ｆｓｗを増加又は減少させながら最小損失点を探索することが可能となる。その結果、モータシステムＡは、モータ２の回転数、モータ２やスイッチング素子ＳＷ１〜６の温度、電源装置１の出力電圧、モータ２やスイッチング素子ＳＷ１〜６の個体ばらつき等によらず、最小損失でモータ２を運転継続することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

（変形例１）
上記実施形態において、最小損失点追従制御において、変更するスイッチング周波数ｆｓｗの範囲に制限を設けてもよい。例えば、制御部８は、最小損失点追従制御におけるスイッチング周波数ｆｓｗを、最小値ｆｓｗ_ＭＩＮ（最小限度値）と最大値ｆｓｗ_ＭＡＸ（最大限度値）との間の範囲（ｆｓｗ_ＭＩＮ≦ｆｓｗ≦ｆｓｗ_ＭＡＸ）内において変更してもよい。

（変形例２）
上記実施形態において、制御部８は、最小損失点追従制御の開始時において、ステップＳ１０１の処理で初期条件を設定した後に、スイッチング周波数ｆｓｗ（初期値ｆｓｗ０）に微小周波数Δｆｓｗ×増減フラグＦを足してから（ステップＳ１０２）、入力電流Ｉｉｎ及び入力電圧Ｖｉｎの取得（ステップＳ１０３）、入力電力Ｐｉｎの演算（ステップＳ１０４）を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御部８は、最小損失点追従制御の開始時においては、ステップＳ１０１の処理を行った後に、ステップＳ１０２の処理を行わずに、ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理を実行してもよい。この場合には、制御部８は、ステップＳ１０７の処理を行った後に、ステップＳ１０２の処理を行うことになる。

具体的には、図５に示すように、まず、制御部８は、初期条件を設定する。すなわち、制御部８は、スイッチ１０１の処理と同様に、スイッチング周波数ｆｓｗを予め設定された初期値ｆｓｗ０に設定した制御信号をスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に出力することで、インバータ４を駆動する。さらに、制御部８は、前回の入力電力Ｐｒｅｆを初期値「０」に、増減フラグＦを初期値「＋１」に設定する（ステップＳ２０１）。

初期条件が設定された後、電流検出部６は、電源装置１からインバータ４に入力する入力電流Ｉｉｎを検出し、その検出した入力電流Ｉｉｎを制御部８に出力する。また、電圧検出部７は、電源装置１からインバータ４に入力する入力電圧Ｖｉｎを検出し、その検出した入力電圧Ｖｉｎを制御部８に出力する（ステップＳ２０２）。

制御部８は、電流検出部６から取得した入力電流Ｉｉｎと、電圧検出部７から取得した入力電圧Ｖｉｎとを乗算することで、入力電力Ｐｉｎ（＝Ｉｉｎ×Ｖｉｎ）を算出する（ステップＳ２０３）。

制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを算出すると、その算出した現在の入力電力Ｐｉｎと、前回算出した入力電力Ｐｒｅｆとを比較し（ステップＳ２０４）、現在の入力電力Ｐｉｎが、前回の入力電力Ｐｒｅｆより小さい場合（Ｐｉｎ＜Ｐｒｅｆ）には、増減フラグＦの符号は変更しない。そして、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを前回の入力電力Ｐｒｅｆとして設定する（ステップＳ２０６）。一方、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎと前回の入力電力Ｐｒｅｆとを比較し、現在の入力電力Ｐｉｎが、前回の入力電力Ｐｒｅｆ以上である場合（Ｐｉｎ≧Ｐｒｅｆ）には、増減フラグＦの符号を反転させる（ステップＳ２０５）。そして、制御部８は、現在の入力電力Ｐｉｎを前回の入力電力Ｐｒｅｆとして設定する（ステップＳ２０６）。その後、制御部８は、現在のスイッチング周波数ｆｓｗに、微小周波数Δｆｓｗ×増減フラグＦを加えて（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０２の処理に戻る。

（変形例３）
上記実施形態において、モータシステムＡは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度Ｔｓｗを測定する第１の温度センサを備えてもよい。そして、制御部８は、最小損失点追従制御において、上記第１の温度センサで測定された温度Ｔｓｗが予め設定された第１の閾値Ｔｔｈ１以上になった場合には、当該温度Ｔｓｗが第１の閾値Ｔｔｈ１未満になるまで強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させてもよい。例えば、制御部８は、最小損失点追従制御を行っていても、温度Ｔｓｗが第１の閾値Ｔｔｈ１以上になった場合には、割り込み処理として強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させてもよい。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６による損失（インバータ損失）が低減され、制御部８は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が発熱により故障することを防止することができる。なお、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させる方法として、例えば、増減フラグＦの符号を強制的に反転させる方法がある。

（変形例４）
上記実施形態において、モータシステムＡは、モータ２の温度Ｔ_Ｍを測定する第２の温度センサを備えてもよい。このモータ２の温度Ｔ_Ｍとは、例えば、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの各温度である。そして、制御部８は、最小損失点追従制御において、上記第２の温度センサで測定された温度Ｔ_Ｍが予め設定された第２の閾値Ｔｔｈ２以上になった場合には、当該温度Ｔ_Ｍが第２の閾値Ｔｔｈ２未満になるまで強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させてもよい。例えば、制御部８は、最小損失点追従制御を行っていても、温度Ｔ_Ｍが第２の閾値Ｔｔｈ２以上になった場合には、割り込み処理として強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させてもよい。これにより、モータ損失が低減され、制御部８は、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの発熱によりモータ２が故障することを防止することができる。なお、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させる方法として、例えば、増減フラグＦの符号を強制的に反転させる方法がある。

（変形例５）
上記実施形態において、モータシステムＡは、上記第１の温度センサと上記第２の温度センサとの双方を備えてもよい。そして、制御部８は、温度Ｔｓｗが第１の閾値Ｔｔｈ１以上となり、かつ、温度Ｔ_Ｍが第２の閾値Ｔｔｈ２以上となった場合には、モータ２の駆動電流が低減するように制御する。具体的には、制御部８は、モータ２の駆動電流における目標値を下げる。これにより、インバータ損失とモータ損失との双方が低減され、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６とモータ２との発熱による故障を防止することができる。

（変形例６）
上記実施形態では、制御部８は、電流検出部６で検出された入力電流Ｉｉｎと電圧検出部７で検出された入力電圧Ｖｉｎとを乗算することで入力電力Ｐｉｎを取得したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、制御部８は、入力電力Ｐｉｎを取得できればよく、その取得方法には特に限定されない。例えば、制御部８は、接続線Ｌ１に設けられた電力センサにより入力電力Ｐｉｎを取得してもよい。また、制御部８は、モータ２の駆動電流やインバータ４の変換効率等から入力電力Ｐｉｎを算出することで、当該入力電力Ｐｉｎを取得してもよい。

上述したように、本発明者は、スイッチング周波数ｆｓｗが高くなるにつれて、モータ損失Ｐ_Ｍが減少する傾向にあるともにインバータ損失Ｐ_ＩＶが増加する傾向にあることを発見し、合計損失Ｐ_Ｓにはスイッチング周波数ｆｓｗをパラメータとする最小損失点が存在することを見出した。本実施形態に係るモータ駆動装置３は、このような知見に基づいてなされたものであって、インバータ４を構成するスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のスイッチング周波数を変化させながら、モータ損失Ｐ_Ｍとインバータ損失Ｐ_ＩＶとを含む合計損失Ｐ_Ｓが最小となるようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチング制御する制御部８を備える。

このような構成によれば、モータ２の負荷変動が発生した場合であっても、合計損失Ｐ_Ｓを常に最小損失となるように維持することができる。そのため、モータ２の負荷変動によりモータシステムＡで発生する損失を低減することができる。

より具体的には、制御部８は、電源装置１からインバータ４に入力する入力電力Ｐｉｎを合計損失Ｐ_Ｓとみなし、その入力電力Ｐｉｎが最小となるようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をスイッチング制御する。

また、制御部８は、モータ２の駆動電流が目標値に追従するようにその駆動電流をフィードバック制御する構成を備える。そして、制御部８は、スイッチング周波数ｆｓｗの制御周波数は、負荷変動時におけるフィードバック制御の共振周波数よりも小さく、かつ、モータ２の負荷変動の周波数よりも大きい値であってもよい。

このような構成によれば、最小損失点追従制御において設定されるスイッチング周波数ｆｓｗは、共振などの過渡状態には追従せずに、モータ２の負荷変動に十分に応答して追従できる。

また、モータシステムＡは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の温度Ｔｓｗを測定する第１の温度センサを更に備えてもよい。そして、制御部８は、第１の温度センサにより測定された温度Ｔｓｗが第１の閾値Ｔｔｈ１以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させてもよい。

このような構成によれば、インバータ損失が低減され、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６が発熱により故障することを防止することができる。

また、モータシステムＡは、モータ２の温度を測定する第２の温度センサを更に備えてもよい。そして、制御部８は、第２の温度センサにより測定された温度Ｔ_Ｍが第２の閾値Ｔｔｈ２以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させてもよい。

このような構成によれば、モータ損失が低減され、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの発熱によりモータ２が故障することを防止することができる。

Ａ モータシステム
１ 電源装置
２ モータ
３ モータ駆動装置
４ インバータ
５ インバータ制御部
６ 電流検出部
７ 電圧検出部
８ 制御部

Claims (5)

1. 電源装置からの直流電力を電力変換装置によって交流電力に変換してモータに供給することで前記モータを駆動するモータシステムであって、
   前記電力変換装置を構成するスイッチング素子のスイッチング周波数を変化させながら、前記モータで発生する損失と前記電力変換装置で発生する損失とを含む合計損失が最小となるように前記スイッチング素子に対してスイッチング制御を行う制御部を備えることを特徴とするモータシステム。
2. 前記制御部は、前記直流電力が最小となるように前記スイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
3. 前記制御部は、前記モータの駆動電流が目標値に追従するように前記駆動電流をフィードバック制御し、
   前記スイッチング周波数の制御周波数は、負荷変動における前記フィードバック制御の共振周波数よりも小さく、かつ、前記モータの負荷変動の周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータシステム。
4. 前記スイッチング素子の温度を測定する第１の温度センサを更に備え、
   前記制御部は、前記第１の温度センサにより測定された温度が第１の閾値以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを低減させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータシステム。
5. 前記モータの温度を測定する第２の温度センサを更に備え、
   前記制御部は、前記第２の温度センサにより測定された温度が第２の閾値以上になった場合には、強制的にスイッチング周波数ｆｓｗを増加させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータシステム。

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