JP2019170042A - モータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電流のリプルをより低減できるスイッチング信号を生成できるモータシステムを提供する。【解決手段】一つのモータに対して２つのインバータを有するモータシステムは、第１インバータのスイッチング信号生成に使用する第１キャリア波の周波数（第１キャリア周波数）をモータの動作点に応じて変更する第１インバータ制御部と、第２インバータのスイッチング信号生成に使用する第２キャリア波の周波数（第２キャリア周波数）をモータの動作点に応じて変更する第２インバータ制御部と、備えており、同一動作点における第１キャリア周波数および第２キャリア周波数が互いに異なるように、第１インバータ制御部による第１キャリア周波数の変更特性と、第２インバータ制御部による第２キャリア周波数の変更特性と、が互いに異なっている。【選択図】図１０

Description

本明細書では、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムを開示する。

特許文献１には、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムが開示されている。このシステムでは、スター結線のモータの各相について、直列接続した２つの巻線で構成し、一方のインバータを各相の巻線端に接続し、他方のインバータを巻線同士の中間点に接続する。従って、一方のインバータからの出力で、直列接続した２つの巻線（第１の駆動巻線）を使用してモータを駆動し、他方のインバータからの出力で中間点から内側の巻線（第２駆動巻線）を使用してモータを駆動することができる。

また、特許文献２には、電池と燃料電池の２つの電源と、これら電源にそれぞれ接続される２つのインバータを有し、１つのモータの３相のコイルの両端に２つのインバータの出力をそれぞれ接続するシステムが示されている。このシステムでは、電池と燃料電池の中点電圧を同一にしつつ、２つのインバータを独立して制御することで、電池の出力を変更して燃料電池の出力を変更することなくモータの出力を要求に見合ったものにしている。

特開２０００−３２４８７１号公報 特開２０００−１２５４１１号公報

特許文献１，２に記載のシステムでは、１つのインバータに対応するＰＷＭ制御部と、他のインバータに対応するＰＷＭ制御部と、が設けられており、各ＰＷＭ制御部は、対応するインバータのスイッチング信号を生成する。

ここで、ＰＷＭ制御では、所定の周波数のキャリア波と電圧指令波形との比較に基づいて、インバータのスイッチング信号を生成する。特許文献１，２には、このキャリア波の周波数を、どのように決定するかについて記載がない。その結果、特許文献１，２のシステムでは、キャリア周波数が適切に設定されず、モータ電流のリプル等が生じるおそれがあった。

そこで、本明細書では、モータ電流のリプルをより低減できるスイッチング信号を生成できるモータシステムを開示する。

本明細書で開示するモータシステムは、第１電源からの直流電力を交流電力に変換する第１インバータと、第２電源からの直流電力を交流電力に変換する第２インバータと、前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、前記モータの出力要求に対応するモータ電圧ベクトルを算出し、得られたモータ電圧ベクトルを、前記第１インバータおよび前記第２インバータに分配し、前記分配結果に応じた第１電圧指令および第２電圧指令を出力するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記第１電圧指令を示す変調波と、第１キャリア波との比較に基づいて前記第１インバータを駆動するためのスイッチング信号を生成する第１インバータ制御部であって、前記第１キャリア波の周波数である第１キャリア周波数を、少なくとも前記モータの動作点に応じて変更する第１インバータ制御部と、前記モータ制御部からの前記第２電圧指令を示す変調波と、第２キャリア波との比較に基づいて前記第２インバータを駆動するスイッチング信号を生成する第２インバータ制御部であって、前記第２キャリア波の周波数である第２キャリア周波数を、少なくとも前記モータの動作点に応じて変更する第２インバータ制御部と、を備え、同一動作点における前記第１キャリア周波数および前記第２キャリア周波数が互いに異なるように、前記第１インバータ制御部による前記第１キャリア周波数の変更特性と、前記第２インバータ制御部による前記第２キャリア周波数の変更特性と、が互いに異なっている、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、第１キャリア周波数と第２キャリア周波数とが常に異なる。その結果、モータ電流のリプルを低減できる。

なお、前記第１インバータ制御部は、前記第１キャリア周波数を、さらに、前記第１インバータの温度によっても変更し、前記第２インバータ制御部は、前記第２キャリア周波数を、さらに、前記第２インバータの温度によっても変更してもよい。

かかる構成とすることで、対応するインバータの温度に適したキャリア周波数を設定することができ、各インバータが適切に保護される。

また、前記第１インバータ制御部は、前記動作点と前記第１キャリア周波数との相関関係を記録した周波数マップとして、前記第１インバータが第１温度以上の場合に参照される高温用周波数マップと、前記第１インバータが第１温度未満の場合に参照される通常用周波数マップと、を記憶しており、前記第２インバータ制御部は、前記動作点と前記第２キャリア周波数との相関関係を記録した周波数マップとして、前記第２インバータが第２温度以上の場合に参照される高温用周波数マップと、前記第２インバータが第２温度未満の場合に参照される通常用周波数マップと、を記憶しており、前記第１温度と前記第２温度が、互いに異なってもよい。

かかる構成とすることで、各インバータの熱特性に応じた周波数マップを参照でき、各インバータが、より適切に保護される一方で、過度に、キャリア周波数が低減されることが防止される。

また、前記第１インバータおよび前記第２インバータは、互いに同種のインバータであってもよい。

同種のインバータでありながら、第１キャリア周波数および第２キャリア周波数を異ならせることで、モータシステムの構成を単純化しつつも、電流リプルおよび騒音を低減できる。

本明細書に開示のモータシステムによれば、第１キャリア周波数と第２キャリア周波数とが常に異なる。その結果、モータ電流のリプルを低減できる。

実施形態に係るモータシステムの全体構成を示す図である。 制御部２４の構成を示す図である。 第１インバータの上スイッチング素子のインバータのスイッチング波形（分配比５０：５０）を示す図である。 第２インバータの下スイッチング素子のインバータのスイッチング波形（分配比５０：５０）を示す図である。 モータの１相の印加電圧と対応する電流の波形を示す図である。 １インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶを説明する図である。 ２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの分配例を示す図である。 ２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの他の分配例を示す図である。 ２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの他の分配例を示す図である。 ２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの他の分配例を示す図である。 ２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの他の分配例を示す図である。 第１インバータ制御部に記憶されている周波数マップの一例を示す図である。 各領域に対応する第１キャリア周波数および第２キャリア周波数の値を示す表である。 第１キャリア周波数および変調波と、第１インバータのスイッチング信号の図である。 第２キャリア周波数および変調波と、第２インバータのスイッチング信号の図である。 モータの１相に対する印加電圧を示す図である。 モータの１相の電流を示す図である。 モータ電流の周波数解析結果を示す図である。

以下、モータシステムの構成について図面を参照して説明する。なお、本発明は、ここに記載される例に限定されるものではない。

「システム構成」
図１は、モータシステムの構成を示す図である。モータ１０は、動力を生成する電動機として機能するだけでなく、電力を生成する発電機としても機能する。モータ１０は３相のモータであり、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを有している。各コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、リアクトル成分、抵抗成分、誘起電力（逆起電力）成分からなるため、図においてはこれらを直列接続したものとして示している。なお、モータ１０は車両に搭載され、モータ１０は車両走行の駆動力を発生するモータ、あるいは、エンジン動力または制動トルクにより発電するジェネレータ、あるいは、モータおよびジェネレータの機能を有したモータジェネレータと想定している。

３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの一端には、直流電力を交流電力に変換する第１インバータ１２が接続され、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの他端には、第２インバータ１４が接続されている。また、第１インバータ１２には、第１コンデンサ１６および第１電池１８が並列接続され、第２インバータ１４には、第２コンデンサ２０および第２電池２２が並列接続されている。この例では、第１および第２電源として、第１および第２電池１８，２２を採用しているが、コンデンサなどの蓄電手段を採用してもよい。

第１インバータ１２、第２インバータ１４は、同一種のインバータである。「同種」とは、設計上の構成および特性（例えば熱的特性や、応答特性等）が同じであることを意味する。したがって、第１インバータ１２および第２インバータ１４の構成は同一であり、２つのスイッチング素子が直列接続された３つ（３相）のアームを有し、各相のアームの中点が対応する相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにそれぞれ接続されている。そのため、力行の際には、第１電池１８からの電力が第１インバータ１２を介しモータ１０に供給され、回生（発電）の際にはモータ１０からの電力が第１インバータ１２を介し第１電池１８に供給される。また、第２インバータ１４、第２電池２２もモータ１０と同様の電力のやり取りを行う。

スイッチング素子は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、逆流ダイオードが並列接続されたものであり、上側トランジスタをオンすることで対応するコイルに向けて電流が流れ、下側トランジスタをオンすることで対応相のコイルから電流が引き抜かれる。

そして、制御部２４が電池情報、モータ情報、車両情報などに基づき、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング信号を作成し、これらのスイッチングを制御する。なお、各インバータ１２，１４には、当該インバータ１２，１４の温度を検知する温度センサ（図示せず）が設けられており、その検知結果は、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１、第２インバータ温度Ｔｉｎｖ２として制御部２４に送られる。

「制御部の構成」
図２には、制御部２４の構成が示されている。車両制御部３０には、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量、車速など車両走行についての情報、第１電池１８および第２電池２２の充電状態（ＳＯＣ１，ＳＯＣ２）、温度（Ｔ１，Ｔ２）などの電池情報が供給される。なお、道路状況や、目的地などのナビゲーション情報なども車両制御部３０に供給されるとよい。

そして、車両制御部３０は、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量などから、モータ１０の出力要求（目標出力トルク）についてのトルク指令を算出する。

算出されたトルク指令は、モータ制御部３２の電流指令生成部３４に供給される。電流指令生成部３４は、トルク指令に基づいて、モータ１０のベクトル制御における目標となる電流指令であるｄ軸、ｑ軸電流ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍを算出する。３相／２相変換部３６には、第１電池１８、第２電池２２の電池電圧ＶＢ１，ＶＢ２、モータ１０のロータ回転角θ、現在の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。３相／２相変換部３６は、検出された各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑに変換する。電流指令生成部３４からの目標となる電流指令（ｄ軸、ｑ軸電流）ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍと、３相／２相変換部３６からの現在のｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑは、ＰＩ制御部３８に供給され、電圧ベクトルＶ（ｄ軸励磁電圧指令ｖｄ、ｑ軸トルク電圧指令ｖｑ）が算出される。ＰＩ制御部３８は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御などのフィードバック制御により電圧指令（モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ、ｖｑ））を算出する。なお、予測制御などのフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。

算出されたモータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）は、分配部４０に供給される。分配部４０は、モータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）を、第１インバータ１２用の第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１）と、第２インバータ１４用の第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２）に分配する。なお、分配部４０の分配については後述する。

分配部４０からの電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１は２相／３相変換部４２に供給され、ここで第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に変換されて出力され、電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２は、２相／３相変換部４４に供給され、ここで第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換されて出力される。なお、電流指令生成部３４、３相／２相変換部３６、ＰＩ制御部３８、分配部４０、２相／３相変換部４２，４４がモータ制御部３２に含まれる。

２相／３相変換部４２からの第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、第１インバータ制御部４６に供給され、第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は、第２インバータ制御部４８に供給される。第１インバータ制御部４６は、各種演算を行なうＣＰＵと、各種データおよびプログラムを記憶するメモリ（いずれも図示せず）を有している。メモリには、後述する周波数マップおよび第１切替温度Ｔｃ１が記憶されている。第１インバータ制御部４６には、ロータ回転角θ、第１インバータ入力電圧ＶＨ１、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１が供給されている。第１インバータ制御部４６は、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を示す変調波と、第１キャリア波と、の比較によって第１インバータ１２におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第１インバータ１２に供給する。このスイッチング信号の生成の際に参照される第１キャリア波は、例えば、三角波であり、その周波数（第１キャリア周波数）は、第１インバータ制御部４６により決定される。この第１キャリア周波数決定については、後述する。

第２インバータ制御部４８も同様にして、各種演算を行なうＣＰＵと、各種データおよびプログラムを記憶するメモリ（いずれも図示せず）を有している。メモリには、後述する周波数マップおよび第２切替温度Ｔｃ２が記憶されている。そして、第２インバータ制御部４８は、電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を示す変調波と、第２キャリア波と、の比較によって第２インバータ１４におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第２インバータ１４に供給する。このスイッチング信号の生成の際に参照される第２キャリア波も、例えば、三角波であり、その周波数（第２キャリア周波数）は、第２インバータ制御部４８により決定されるが、これについては、後述する。

このようにして、制御部２４からの信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御され、結果として、モータ１０へ印加される電圧は、合計され、電流がモータ１０に流れる。

「スイッチング波形」
図３Ａ、図３Ｂには、第１インバータ制御部４６、第２インバータ制御部４８におけるスイッチング信号の生成について示してある。この例は、図３Ａは、上側が第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子のための電圧指令Ｖｕ１を示す変調波（破線）と三角波である第１キャリア波（実線）と、の比較を示し、下側が比較結果によるスイッチング波形を示している。図３Ｂは、図３Ａと同様に、上側が第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子のための電圧指令Ｖｕ２を示す変調波（破線）と第２キャリア波（実線）と、の比較を示し、下側が比較結果によるスイッチング波形を示している。本例では、第１キャリア波と第２キャリア波の周波数を互いに異ならせているため、得られるスイッチング波形も僅かに異なる。

いずれにしても、このようなスイッチングによって第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子から、モータ１０のｕ相コイル１０ｕを介し、第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子に電流が流れる。モータ１０のｕ相コイル１０ｕ、ｖ相コイル１０ｖ、ｗ相コイル１０ｗに互いに１２０°位相が異なる電流が流れるように、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御される。なお、この例は、電圧指令値を示す変調波が継続して三角波を上回る期間が存在しており、過変調ＰＷＭ制御になっている。

「モータ電圧、電流」
図４の上段には、モータ１０の１相に対する印加電圧、下段には、モータ電流（相電流）を示してある。モータ１０の各相に印加される電圧は、モータ１０の作り出す誘起電圧（逆起電圧）、第１および第２インバータ１２，１４の出力電圧（スイッチング素子のオンオフにより出力される電圧）から形成される。すなわち、図３Ａおよび図３Ｂに示すようなスイッチング信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング素子がオンオフされ、第１インバータ１２から第２インバータ１４に流れる電流のための一方向の電圧がモータ１０の１相に印加されるとともに、位相が反対の信号によって第２インバータ１４から第１インバータ１２に流れる電流のための他方向の電圧がモータ１０の１相に印加される。そして、相電流は、印加される電圧に依存するため、図４の上段に示すような電圧印加によって、モータ１０の１相において、図４の下段に示すような相電流が流れる。

「２つのインバータにおける出力の分配」
図２における分配部４０は、上位の制御部である車両制御部３０から供給される各種情報（分配用情報）や、第１および第２インバータ１２，１４の動作状態を示すインバータ情報などに基づいて、モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ，ｖｑ）を、第１および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）に分配する。この分配は、モータ電圧ベクトルを維持しつつ、２つのインバータ電圧ベクトルに分配することで、大きさの変更、位相の変更、正負の変更を含む。

「出力の分配比率の変更」
このモータ電圧ベクトルＶの分配について図５〜図８を参照して説明する。図５は、１インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶを説明する図であり、図６〜図８は、２インバータの場合におけるモータ電圧ベクトルＶの分配例を示す図である。図６〜図８において、太実線は、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を、太破線は、第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を示している。また、図５〜図８では、ベクトルが重なる場合には、適宜ずらして、見やすくしている。

図５には、１つのインバータによる通常のモータ駆動の際の電圧、電流のベクトル制御について示してある。モータの出力要求に応じて、モータ電圧ベクトルＶ（ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ）、モータ電流ベクトルＩ（ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ）が決定される。そして、モータ電圧×モータ電流が出力（電力）になる。

ここで、本例のシステムでは、第１インバータ１２、第２インバータ１４の２つのインバータを有している。従って、２つのインバータからの出力を均等にしないこともできる。図６では、第１インバータ１２の出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（第１インバータ電圧ベクトル）と、第２インバータの出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（第２インバータ電圧ベクトル）について、その位相は変更せず、大きさを異ならせている。この場合、モータ１０の出力（電力）に変化はないが、第１インバータ１２と、第２インバータ１４におけるスイッチング信号の形状（波形）が変化する。なお、第１および第２インバータ１２，１４の出力のｄ軸成分をｖｄ（ＩＮＶ１），ｖｄ（ＩＮＶ２）とすると、ｄ軸成分ｖｄ＝ｖｄ（ＩＮＶ１）＋ｖｄ（ＩＮＶ２）であり、ｑ軸成分ｖｑ＝ｖｑ（ＩＮＶ１）＋ｖｑ（ＩＮＶ２）である。

図６に示すように、２つのインバータ出力である、電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつ、分配の比率を変更することで、スイッチング信号の波形が変化する。従って、モータ１０への相電圧の形状が変化し、またスイッチング回数が増減しパルス幅も変化する。

また、第１および第２インバータ１２，１４における出力や、損失も変化し、第１および第２インバータ１２，１４において発生する熱も変化する。さらに、相電圧の形状が変化すると、相電流の形状も変化することになり、発生する音、電池電流も変化する。

このように、モータ電圧ベクトルについて、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルに任意の比率で分配することで、システムに対する要求に応えることが可能となる。

ここで、モータ電圧ベクトルＶの分配態様は、必要に応じて、適宜、変更してもよい。例えば、力行状態（エネルギー消費状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつその大きさを変更してもよい。この場合、図７Ａに示すように、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさを同一とし、等分に分配してもよい。この形態は、第１インバータ１２および第２インバータ１４の負担がほぼ等しくなる。したがって、これは、二つの電池１８，２２および二つのインバータ１２，１４の状態（ＳＯＣ，温度等）がほぼ同じ場合に適している。

また、一方の電圧ベクトルＶを、他方の電圧ベクトルＶよりも大きくしてもよい。例えば、図６に示すように、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を大きく、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を小さくしてもよい。図６の例によれば、第１インバータ１２の負担が大きく、第２インバータ１４の負担が小さくなる。したがってこの形態は、二つの電池１８，２２およびインバータ１２，１４の状態（ＳＯＣ，温度差）に差があり、かつ、この差を解消したい場合に適している。

また、力行状態に限らず、回生状態（エネルギー回収状態）でも、同様に、モータ電圧ベクトルＶを分配する。図７Ｂには、回生状態（エネルギー回収状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつ、その大きさを変更した場合が示してある。

また、モータ電圧ベクトルＶは変更せずに、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）のいずれかの正負を変更することも可能である。例えば、図８Ａに示すように、電圧ベクトルＶに対し、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を所定量大きくし、その分第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を回生側にしてもよい。これによって、２つのインバータの一方では、エネルギー消費状態、他方ではエネルギーの流入状態となる。かかる形態とすることで、電圧ベクトルＶ（力行状態）は変更することなく、一方の電池の電力で、他方の電池を充電することができる。

また、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の位相を互いに異ならせてもよい。例えば、図８Ｂに示すように、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）をｑ軸電圧のみ、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）をｄ軸電圧のみとしてもよい。また、この例に限らず、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の加算ベクトルが、モータ電圧ベクトルＶと一致するのであれば、両インバータ電圧ベクトルの位相は、自由に変更されてもよい。両インバータ電圧ベクトルの位相を異ならせることで、２つのインバータからの出力における力率が変更される。

「キャリア周波数の決定」
ところで、上述したとおり、本例において、スイッチング信号は、電圧指令を示す変調波とキャリア波との比較結果に基づいて生成される。このキャリア波の周波数（キャリア周波数）は、高いほど、モータ１０の制御性が向上し、モータ１０の発熱量および騒音が低下する。一方で、キャリア周波数が高いと、電力消費が増加して電費が悪化し、また、インバータの温度が上昇する。また、モータ１０を静止ロックさせた場合、モータ１０の１相に電流が集中するため、スイッチ損によりインバータの発熱が大きくなるので、キャリア周波数を高くするメリットはない。

したがって、インバータ発熱よりもモータ発熱が問題となる場合、あるいは、モータ１０の高い制御性が求められる場合、あるいは、モータ１０の騒音が問題となる場合には、キャリア周波数は、高いことが望ましい。一方で、モータ発熱よりもインバータ発熱が問題となる場合、あるいは、モータ１０を静止ロックさせた場合には、キャリア周波数は、低いことが望ましい。

そこで、第１、第２インバータ制御部４６，４８は、モータ１０の駆動状況、および、インバータ１２，１４の駆動状況に応じて、キャリア周波数を変更している。このキャリア周波数変更のために、インバータ制御部４６，４８は、モータ１０の動作点と、キャリア周波数との相関を記録した周波数マップと、当該周波数マップの切替温度Ｔｃ１，Ｔｃ２を記憶している。

図９は、第１インバータ制御部４６に記憶されている周波数マップの一例を示す図である。図９において、上段は、通常周波数マップ６０であり、下段は、高温用周波数マップ６２である。いずれのマップ６０，６２においても、横軸は、モータ１０の回転数を示し、縦軸は、トルクを示している。なお、ここでは、車両の走行動力源として、エンジン（図示せず）とモータ１０とを搭載したハイブリッド車両において用いられる周波数マップを例示している。

高温用周波数マップ６２は、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１が、規定の第１切替温度Ｔｃ１以上の場合に参照されるマップである。また、通常周波数マップ６０は、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１が、規定の第１切替温度Ｔｃ１未満の場合に参照されるマップである。この通常周波数マップ６０および高温用周波数マップ６２は、第１キャリア周波数とモータ１０の動作点（トルクおよび回転数）との相関関係を記録したものである。そして、この通常周波数マップ６０および高温用周波数マップ６２と、第１切替温度Ｔｃ１は、第１キャリア周波数の変更特性を表すものといえる。

具体的に説明すると、通常周波数マップ６０では、図９に示すように、モータ１０の動作範囲が、低回転数・高トルク領域であるＡ領域と、Ａ領域よりも低トルクの領域およびＡ領域よりも高回転数の領域を含むＢ領域と、Ｂ領域よりも低トルクの領域およびＢ領域よりも高回転数の領域を含むＣ領域と、Ｃ領域の一部に設けられたＤ領域と、に分割されている。そして、各領域ごとに、対応する第１キャリア周波数の値ｆａ〜ｆｄが設定されている。なお、ｆａ＜ｆｂ＜ｆｃ＜ｆｄである。すなわち、Ａ領域のように低回転数・高トルク領域では、モータの発熱よりもインバータの発熱が問題となりやすいため、Ａ領域においては、第１キャリア周波数を低めの値ｆａに設定している。一方、Ｃ領域のように高回転数あるいは高トルクの領域では、モータの発熱よりもインバータの発熱が問題となりやすく、また、高い制御性が求められるため、Ｃ領域では、第１キャリア周波数を高めの値ｆｃに設定している。そして、Ｂ領域のように、中回転数あるいは中トルクの領域では、第１キャリア周波数を値ｆａと値ｆｃの中間の値ｆｂに設定している。さらに、Ｄ領域は、エンジンがほぼ確実に駆動されない領域である。かかるＤ領域では、モータ１０の騒音低下が強く求められるため、Ｄ領域では、第１キャリア周波数を、ｆｃよりも高い値ｆｄに設定している。

また、第１インバータ１２の温度Ｔｉｎｖ１が、規定の第１切替温度Ｔｃ１以上になった場合、インバータ制御部４６は、通常周波数マップ６０に替えて、高温用周波数マップ６２を参照して、第１キャリア周波数を決定する。高温用周波数マップ６２では、モータ１０の動作範囲を、モータ１０の回転数に応じて、三つの領域、すなわちＥ領域（周波数ｆａ）、Ｆ領域（周波数ｆｂ）、Ｇ領域（周波数ｆｃ）に分割している。高温用周波数マップ６２は、通常周波数マップ６０と比較すると、低めの周波数ｆａが設定される領域（領域Ｅ）が、大幅に増えている。これは、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１を低下させやすくするためである。

第１インバータ制御部４６は、第１インバータ温度Ｔｉｎｖ１に基づいて、参照すべき周波数マップを選択し、さらに、モータ１０のトルクおよび回転数で定まる動作点を、選択した周波数マップに照らし合わせて、第１キャリア周波数を決定する。そして、決定された第１キャリア周波数のキャリア波と、電圧指令を示す変調波との比較に基づいて、スイッチング信号を生成する。

第２インバータ制御部４８も、同様に、第２キャリア周波数の変更特性を示す情報として、通常周波数マップと、高温用周波数マップと、第２切替温度Ｔｃ２と、を記憶している。そして、第２インバータ制御部４８は、第２インバータ温度Ｔｉｎｖ２が、第２切替温度Ｔｃ２以上であれば、高温用周波数マップを、Ｔｉｎｖ２＜Ｔｃ２であれば、通常周波数マップを選択し、選択した周波数マップに、モータ１０の動作点を照らし合わせて、第２キャリア周波数を決定する。第２インバータ制御部４８において記憶されている周波数マップの領域の分割態様は、図９に示すものとほぼ同じである。ただし、第２インバータ制御部４８に記憶されている周波数マップは、各領域に対応する周波数の値が、第１インバータ制御部４６に記憶されている周波数マップと異なる。

図１０は、各領域に対応する周波数の値を示す表である。図１０に示す通り、第２インバータ１４に対応する周波数（第２キャリア周波数）は、いずれの領域においても、第１インバータ１２に対応する周波数（第１キャリア周波数）よりも、周波数ズレ量αだけ小さい。例えば、Ａ領域において第１キャリア周波数は、［ｆａ］であるのに対し、第２キャリア周波数は、［ｆａ−α］である。また、領域Ｃにおいて、第１キャリア周波数は［ｆｃ］であるのに対し、第２キャリア周波数は［ｆｃ−α］である。つまり、本例では、第１キャリア周波数および第２キャリア周波数が、同一の動作点において、互いに異なるように、それぞれの周波数マップを規定している。なお、周波数ズレ量αは、後述する電流リプルを低減できる程度の値であり、例えば、第１キャリア周波数の値（ｆａ〜ｆｄ）の０．１％〜１０％程度の値でもよい。

なお、本例では、いずれの領域においても、第１キャリア周波数の値（ｆａ〜ｆｄ）に付加される周波数ズレ量の値をαで固定しているが、周波数ズレ量の値は、領域ごとに異なってもよい。例えば、Ａ領域における周波数ズレ量をαとし、Ｂ領域における周波数ズレ量をβ（β≠α）、Ｃ領域における周波数ズレ量をγ（γ≠β≠α）としてもよい。また、本例では、第１インバータ１２および第２インバータ１４で、周波数マップの領域の分割態様を同じにしているが、両者の領域の分割態様は、互いに異なっていてもよい。例えば、第１インバータ１２の通常周波数マップ６０は、Ａ〜Ｄ領域に分割されているが、第２インバータ１４の通常周波数マップは、より少数、または、より多数の領域に分割されてもよい。さらに、本例では、一つのインバータ制御部４６，４８が、二種類の周波数マップ（通常周波数マップおよび高温用周波数マップ）を記憶しているが、記憶する周波数マップの種類数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。例えば、一つのインバータ制御部４６，４８が、低温用周波数マップ、中温用周波数マップ、高温用周波数マップを記憶していてもよい。

また、本例では、周波数マップ切り替えの閾値である第１切替温度Ｔｃ１および第２切替温度Ｔｃ２を、互いに同じ値にしている（Ｔｃ１＝Ｔｃ２）。これは、本例において、第１インバータ１２と第２インバータ１４が同一機種であり、温度特性等が同じであるためである。一方で、第１インバータ１２と第２インバータ１４の特性（特に温度特性）が異なる場合には、第１切替温度Ｔｃ１と第２切替温度Ｔｃ２も異ならせることが望ましい。例えば、第１インバータ１２の耐熱温度よりも、第２インバータ１４の耐熱温度が低い場合には、第２切替温度Ｔｃ２は、第１切替温度Ｔｃ１よりも低くすることが望ましい。

また、これまでの説明では、周波数マップを参照して第１、第２キャリア周波数を決定している。しかし、二つのインバータ制御部４６，４８において、キャリア周波数の変更特性が異なっているのであれば、キャリア周波数は、他の形態で決定されてもよい。例えば、モータ１０のトルクと回転数、インバータの温度等を変数とする数式を構築し、当該数式に基づいて、各インバータのキャリア周波数を決定するようにしてもよい。この場合でも、第１インバータ制御部４６で参照する数式と、第２インバータ制御部４８で参照する数式とで、数式内の定数の値を異ならせる等して、両インバータ制御部４６，４８における変更特性を異ならせる。

いずれにしても、第２インバータ制御部４８および第１インバータ制御部４６は、互いに独自のキャリア周波数の変更特性（周波数マップおよび切替温度）を記憶しており、互いに独立してキャリア周波数を決定する。そして、二つのインバータ１２，１４で、キャリア周波数を互いに独立して決定することで、二つのインバータ１２，１４でキャリア周波数を共通にする場合に比べて、各インバータ１２，１４に適したキャリア周波数を設定できる。

すなわち、上述した通り、本例では、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の大きさおよび位相を、合計ベクトルを一定に保てる範囲内で、自由に変更できる。その結果、一方のインバータの負担が、他方のインバータよりも大きくなり、一方のインバータの温度が、他方のインバータの温度に比べて高くなる場合がある。この場合、二つのインバータでキャリア周波数を共通にすると、機器保護のために、高温となったインバータに合わせてキャリア周波数を低下させなければならないが、こうした低いキャリア周波数は、低温のインバータにとって適しているとは限らなかった。

一方、本例のように、二つのインバータ制御部４６，４８が、互いに独立してキャリア周波数を決定することで、対応するインバータ１２，１４の状態に適したキャリア周波数を用いることができ、インバータ１２，１４を適切に保護しつつ、各インバータ１２，１４に適したキャリア周波数を設定できる。

また、上述したように、本例では、同一動作点における第１キャリア周波数と、第２キャリア周波数と、が互いに異なるように、それぞれの周波数マップ（キャリア周波数の変更特性）を設定している。かかる構成とすることで、電流リプルを低減でき、モータ１０の発熱量の低下、騒音の低減も可能となる。

これについて図１１〜図１４を参照して説明する。図１１Ａは、第１キャリア周波数および変調波（上段）と、第１インバータ１２のスイッチング信号（下段）の図である。また、図１１Ｂは，第２キャリア周波数および変調波（上段）と第２インバータ１４のスイッチング信号（下段）の図である。図１１において、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）は、位相および大きさが同じである。したがって、図１１Ａおよび図１１Ｂにおける変調波は、同じである。一方、図１１では、第２キャリア周波数を、第１キャリア周波数の２倍としている。その結果、第２インバータ１４では、スイッチングのタイミングが、第１インバータ１２のそれとずれ、さらに、スイッチング回数も、第１インバータ１２のそれと比べて増加する。

図１２は、モータ１０の１相に対する印加電圧を示す図であり、上段は、第２キャリア周波数を、第１キャリア周波数の２倍にした場合の、下段は、第１、第２キャリア周波数を同じにした場合の印加電圧を示している。また、図１３は、モータ１０の１相の電流を示す図であり、上段は、第２キャリア周波数を、第１キャリア周波数の２倍にした場合の、下段は、第１、第２キャリア周波数を同じにした場合のモータ電流を示している

図１２の上段（周波数２倍）と下段（周波数同一）を比較すると明らかなとおり、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせると、互いに同一の場合に比べて、スイッチング回数が増加し、印加電圧がより細かく変化する。その結果、図１３の上段（周波数２倍）と下段（周波数同一）を比較すると明らかなとおり、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせると、互いに同一の場合に比べて、モータ電流の変化が滑らかになる。

図１４は、モータ電流の周波数解析結果（高速フーリエ変換結果）であり、上段は、第２キャリア周波数を、第１キャリア周波数の２倍にした場合の、下段は、第１、第２キャリア周波数を同じにした場合の周波数解析結果を示している。図１４の上段（周波数２倍）と下段（周波数同一）との比較から明らかな通り、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせると、互いに同一の場合に比べて、モータ電流においてピークを持つ周波数が少なくなり、また、各ピークのパワーも小さくなる。そして、この図１４を見れば、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせた場合（上段の場合）、第１、第２キャリア周波数を互いに同じにする場合（下段の場合）に比べて、電流リプルが低減されることが分かる。

なお、電流リプルは、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせた場合に限らず、二つのインバータ１２，１４に適用されるインバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさまたは位相を、互いに異ならせた場合でも低減できる。しかし、通常、二つのインバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさおよび位相は、二つの電池１８，２２のＳＯＣや温度、二つのインバータ１２，１４の温度、モータ１０の効率などに基づいて決定されるものである。そのため、二つのインバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさまたは位相を、常に、異ならせることができるとは限らない。特に、二つのインバータ１２，１４が同一機種であり、さらに、二つの電池１８，２２も同一機種である場合、ＳＯＣの差や温度の差が生じにくくなり、二つのインバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさおよび位相を同じにする場面が増えることが予想される。また、リプル低減を目的として、二つのインバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさまたは位相を異ならせた場合、ベクトル演算が必要となり、分配部４０における演算が複雑化する。

一方、キャリア周波数は、インバータ電流ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさおよび位相とは無関係に自由に変更できる。その結果、第１、第２キャリア周波数を互いに異ならせることで、常に、電流リプルを低減でき、また、分配部４０における複雑なベクトル演算を低減できる。

以上の説明から明らかなとおり、本例では、第１キャリア周波数の変更特性（周波数マップまたは第１切替温度Ｔｃ１）と、第２キャリア周波数の変更特性（周波数マップまたは第２切替温度Ｔｃ２）と、が互いに異なる。その結果、対応するインバータ１２，１４の状況に適したキャリア周波数を設定することができる。また、本例では、同一のモータ動作点（トルクおよび回転数）における、第１キャリア周波数と第２キャリア周波数とが異なる。かかる構成とすることで、電流リプルを低減できる。

なお、ここで説明した構成は、一例であり、少なくとも、第１キャリア周波数の変更特性と、第２キャリア周波数の変更特性と、が互いに異なるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、第１インバータ１２および第２インバータ１４を同種としているが、これら二つのインバータ１２，１４は、互いに異なる種類のインバータでもよい。また、上述の説明では、モータ電圧ベクトルＶを、任意の比率で、第１インバータ１２および第２インバータ１４に分配しているが、この分配比率は、固定でもよい。例えば、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を、常に、同じ大きさ、かつ、同一位相としてもよい。

１０ モータ、１２ 第１インバータ、１４ 第２インバータ、１６，２０ コンデンサ、１８ 第１電池、２２ 第２電池、２４ 制御部、３０ 車両制御部、３２ モータ制御部、３４ 電流指令生成部、３６ ３相／２相変換部、３８ ＰＩ制御部、４０ 分配部、４２，４４ ２相／３相変換部、４６ 第１インバータ制御部、４８ 第２インバータ制御部。

Claims (4)

1. 第１電源からの直流電力を交流電力に変換する第１インバータと、
   第２電源からの直流電力を交流電力に変換する第２インバータと、
   前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、
   前記モータの出力要求に対応するモータ電圧ベクトルを算出し、得られたモータ電圧ベクトルを、前記第１インバータおよび前記第２インバータに分配し、前記分配結果に応じた第１電圧指令および第２電圧指令を出力するモータ制御部と、
   前記モータ制御部からの前記第１電圧指令を示す変調波と、第１キャリア波との比較に基づいて前記第１インバータを駆動するためのスイッチング信号を生成する第１インバータ制御部であって、前記第１キャリア波の周波数である第１キャリア周波数を、少なくとも前記モータの動作点に応じて変更する第１インバータ制御部と、
   前記モータ制御部からの前記第２電圧指令を示す変調波と、第２キャリア波との比較に基づいて前記第２インバータを駆動するスイッチング信号を生成する第２インバータ制御部であって、前記第２キャリア波の周波数である第２キャリア周波数を、少なくとも前記モータの動作点に応じて変更する第２インバータ制御部と、
   を備え、
   同一動作点における前記第１キャリア周波数および前記第２キャリア周波数が互いに異なるように、前記第１インバータ制御部による前記第１キャリア周波数の変更特性と、前記第２インバータ制御部による前記第２キャリア周波数の変更特性と、が互いに異なっている、
   ことを特徴とするモータシステム。
2. 請求項１に記載のモータシステムであって、
   前記第１インバータ制御部は、前記第１キャリア周波数を、さらに、前記第１インバータの温度によっても変更し、
   前記第２インバータ制御部は、前記第２キャリア周波数を、さらに、前記第２インバータの温度によっても変更する、
   ことを特徴とするモータシステム。
3. 請求項２に記載のモータシステムであって、
   前記第１インバータ制御部は、前記動作点と前記第１キャリア周波数との相関関係を記録した周波数マップとして、前記第１インバータが第１温度以上の場合に参照される高温用周波数マップと、前記第１インバータが第１温度未満の場合に参照される通常用周波数マップと、を記憶しており、
   前記第２インバータ制御部は、前記動作点と前記第２キャリア周波数との相関関係を記録した周波数マップとして、前記第２インバータが第２温度以上の場合に参照される高温用周波数マップと、前記第２インバータが第２温度未満の場合に参照される通常用周波数マップと、を記憶しており、
   前記第１温度と前記第２温度が、互いに異なる、
   ことを特徴とするモータシステム。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のモータシステムであって、
   前記第１インバータおよび前記第２インバータは、互いに同種のインバータである、ことを特徴とするモータシステム。