JP2019187067A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機を駆動する場合に発生しうる電磁騒音を抑制する制御装置を提供すること。【解決手段】回転電機（４０）の制御装置（１０）は、回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてＰＷＭパルスを生成し、インバータ（３０）に対して当該ＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御によって、電機子巻線（４５）の電機子電流を制御する電機子制御部（１１）と、界磁巻線（４２）への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部（１２）と、搬送波のキャリア周波数及びデューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部（１３）と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の制御装置に関するものである。

従来、ＰＷＭインバータの駆動を制御することにより、回転電機の電磁騒音の低減を図った制御装置が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の制御装置では、キャリア周波数をランダムに変化させることにより、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを変化させ、スイッチング周波数の成分を拡散させて、高調波成分を抑制し、回転電機の電磁騒音を低減している。

特開２０１７−８５８４７号公報

ところで、車両で利用される回転電機として、界磁巻線型の同期式モータが採用される場合がある。そして、界磁巻線型の同期式モータでは、回転速度等を制御する際、界磁巻線への入力電圧をデューティ制御する場合がある。

しかしながら、界磁巻線への入力電圧をデューティ制御する場合、所定のスイッチング周波数で入力電圧をオンオフすることとなる。このため、スイッチング周波数によっては、高調波成分が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性もある。また、ＰＷＭパルスが入力される電機子巻線と界磁巻線とが、磁気共振する可能性があり、磁気共振により高調波成分が大きくなり、電磁騒音が大きくなる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、回転電機を駆動する場合に発生しうる電磁騒音を抑制する制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１の手段は、界磁巻線及び電機子巻線を有する回転電機と、前記回転電機を駆動させるインバータと、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置において、前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてＰＷＭパルスを生成し、前記インバータに対して当該ＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部と、前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部と、前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部と、を備える。

これにより、電機子巻線と界磁巻線とが、磁気共振することを抑制し、電磁騒音を抑制することができる。

制御システムを示す図。 ＰＷＭパルスのパターンを示す図。 ＰＷＭパルスのパターンを示す図。 ＰＷＭパルスのパターンを示す図。 ＰＷＭパルスのパターンを示す図。 スイッチのオンオフパターンを示す図。 スイッチのオンオフパターンを示す図。 拡散処理を示すフローチャート。 第２実施形態のＰＷＭパルスのパターンを示す図。 第２実施形態のＰＷＭパルスのパターンを示す図。 第２実施形態の制御システムを示す図。 第３実施形態の拡散処理を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。本実施形態にかかる制御システム１００について説明する。回転電機の制御装置は、この制御システム１００に適用される。図１に示すように、制御システム１００は、制御装置１０、界磁制御回路２０、及びインバータ３０を備え、モータ４０の駆動を制御する。

モータ４０は、交流駆動される回転電機であり、本実施形態では、巻線界磁型の同期機が用いられている。モータ４０は、制御システム１００を介して、直流電源としての電力供給を行うバッテリ５０と接続されている。バッテリ５０は、例えば、定格電圧が１２Ｖの鉛蓄電池である。また、本実施形態では、モータ４０として、電動機の機能が付加された発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）が用いられている。

モータ４０は、回転子としてのロータ４１を備えている。ロータ４１は、界磁巻線４２を備えている。ロータ４１の回転軸は、図示しないプーリ等を介してエンジン６０のクランク軸と動力伝達が可能とされている。モータ４０が発電機として駆動される場合、クランク軸から供給される回転動力によってロータ４１が回転し、モータ４０が発電する。モータ４０の発電電力により、バッテリ５０が充電される。一方、モータ４０が電動機として駆動される場合、ロータ４１の回転に伴ってクランク軸が回転し、クランク軸に回転力が付与される。これにより、例えば車両の走行をアシストすることができる。なお、クランク軸には、変速装置等を介して車両の駆動輪が接続されている。また、モータ４０は、電機子としてのステータ４４を備えている。ステータ４４は、電機子巻線４５を備えている。電機子巻線４５は、電気角で互いに１２０°ずれた状態で配置されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗを含む。

インバータ３０は、スイッチＳｗ３１，Ｓｗ３２の直列体、スイッチＳｗ３３，Ｓｗ３４の直列体、及びスイッチＳｗ３５，Ｓｗ３６の直列体を備えた三相のインバータである。インバータ３０の入力端子は、バッテリ５０の出力端子に接続されており、インバータ３０の各直列体の接続点は、それぞれモータ４０のＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗに接続されている。また、各スイッチＳｗ３１〜Ｓｗ３６には、それぞれ並列にボディダイオードＤ３１〜Ｄ３６が接続されている。本実施形態において、スイッチＳｗ３１〜Ｓｗ３６は、ＩＧＢＴを採用しているが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子を採用してもよい。

インバータ３０は、スイッチＳｗ３１〜Ｓｗ３６が、それぞれＰＷＭパルスにより制御され、入力されたシステム電圧に基づき、三相の交流電流をモータ４０のＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗに流し、モータ４０を駆動する。詳しくは、制御装置１０から送信された操作信号ｇ３１〜ｇ３６により、スイッチＳｗ３１〜Ｓｗ３６の駆動が制御されることにより、モータ４０のＵ，Ｖ，Ｗ相巻線４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗに、モータ４０に対する指令電圧を印加する。ＰＷＭパルスは、制御装置１０により、モータ４０に対する指令電圧に応じて生成されるパルスであり、スイッチＳｗ３１〜３６のオンオフを表すパルスである。操作信号ｇ３１〜ｇ３６は、制御装置１０により、Ｓｗ３１〜Ｓｗ３６のオンオフパターンが、ＰＷＭパルスのパターンとなるように生成されるゲート駆動信号である。

界磁制御回路２０は、スイッチ２１から構成される回路であり、一端がバッテリ５０の出力端子（正極側）に接続され、他端が界磁巻線４２の一端に接続されている。なお、界磁巻線４２の他端は、バッテリ５０の出力端子（負極側）に接続されている。これにより、スイッチ２１をオンオフすることにより、界磁巻線４２に界磁電流が流れることとなる。スイッチ２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子を採用している。このスイッチ２１は、制御装置１０から送信された操作信号ｇ２１により、オンオフ駆動が制御される。

制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。例えば、制御装置１０は、電機子制御部１１としての機能と、界磁制御部１２としての機能と、を備える。なお、各種機能は、ハードウェアである電子回路によって実現されてもよく、あるいは、少なくとも一部をソフトウェア、すなわちコンピュータ上で実行される処理によって実現されてもよい。

電機子制御部１１は、図２〜図５に示すように、指令電圧（本実施形態では、正弦波の電圧波形）と搬送波（キャリア）との比較に基づいて、インバータ３０を制御するＰＷＭパルスを生成する。詳しくは、指令電圧と搬送波との比較に基づいて、インバータ３０を制御するＰＷＭパルスを生成する。そして、電機子制御部１１は、生成したＰＷＭパルスに基づいて、操作信号ｇ３１〜ｇ３６を生成し、生成した操作信号ｇ３１〜ｇ３６を、それぞれスイッチＳｗ３１〜Ｓｗ３６のゲート端子へ送信する。なお、モータ４０に対する指令電圧は、上位の制御装置（例えば、エンジンＥＣＵ）から送信されたモータ４０の制御量に対する指令値に基づいて算出される。モータ４０の制御量は、例えばトルクや回転速度である。

界磁制御部１２は、図６、図７に示すように、界磁巻線４２への入力電圧（電源電圧）のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御を実行し、界磁巻線４２に流れる界磁電流を制御する。詳しくは、界磁制御部１２は、オンオフ時間比率、すなわち、デューティ比に基づき、界磁巻線４２に電源電圧を印加するタイミング及び印加を停止するタイミングを特定し、当該タイミングに基づき、スイッチ２１のオンオフを制御する操作信号ｇ２１を送信する。

本実施形態において電源電圧（バッテリ電圧）を印加する時間（オン時間）を一定としており、電源電圧を印加しない時間（オフ時間）を調整することにより、デューティ制御における入力電圧のオンオフ時間比率を調整している。つまり、オフ時間を短くすることにより、デューティ比を大きくする一方、オフ時間を長くすることにより、デューティ比を小さくする。なお、オンオフ時間比率、すなわち、デューティ比は、上位の制御装置から送信されたモータ４０の制御量に対する指令値に基づいて算出される。

ところで、デューティ制御により、界磁巻線４２への励磁電流を制御する場合、モータ制御量が一定の場合には、所定のスイッチング周波数で（つまり、所定周期で）界磁巻線４２への入力電圧をオンオフすることとなる。このため、スイッチング周波数によっては、高調波成分（高周波成分）が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性がある。また、ＰＷＭ制御により、電機子巻線４５への電機子電流を制御する場合も同様に、所定のキャリア周波数でＰＷＭパルスを生成すると、高調波成分（高周波成分）が大きくなり、電磁騒音が発生する可能性がある。さらには、スイッチング周波数とキャリア周波数によっては、モータ４０の固有共振点において（又は電機子巻線４５と界磁巻線４２との相互インダクタンスによって）、磁気共振する可能性がある。磁気共振すると、高周波成分が大きくなり、電磁騒音が大きくなる可能性がある。

そこで、本実施形態の制御装置１０は、搬送波のキャリア周波数及びデューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部１３としての機能を備えることとした。以下、周波数拡散部１３としての制御装置１０が実行する拡散処理について図８に基づき説明する。拡散処理は、モータ４０の駆動中、つまり、モータ４０に電流を流す場合、所定周期ごとに実行される。

制御装置１０は、電機子制御部１１により実行されるＰＷＭ制御が、正弦波ＰＷＭ制御であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。正弦波ＰＷＭ制御は、変調率が第１変調率範囲内である場合に実行されるＰＷＭ制御のことである。変調率とは、モータ４０に対する指令電圧（波形である場合には、振幅）を、インバータ３０に入力されるシステム電圧（又は搬送波の振幅）で除算した値が変調率となる。第１変調率範囲とは、例えば、変調率が７５％〜１００％の範囲内のことである。

ステップＳ１０１の判定結果が肯定の場合、制御装置１０は、ＰＷＭパルスを生成する場合に利用する搬送波の周波数（以下、キャリア周波数）を拡散させる（ステップＳ１０２）。具体的には、キャリア周波数の基本周波数を基準として、一定の拡散範囲内で不規則、かつ不連続で、基本周波数を拡散（変動）させる。拡散範囲は、例えば、基本周波数を数パーセント程度増減させる範囲である。また、拡散（変動）させる場合、拡散後のキャリア周波数の平均値は、拡散前におけるキャリア周波数の基本周波数とほぼ一致することが望ましい。そして、拡散処理を終了する。

このように、キャリア周波数を拡散させることにより、図２、図３に示すように、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを変化させることができ、高調波成分（高周波成分）が抑制される。なお、図２に、拡散前のＰＷＭパルスのオンオフパターンを示し、図３に、拡散後のＰＷＭパルスのオンオフパターンを示す。図２、図３では、キャリア周波数以外の条件は同じである。

一方、ステップＳ１０１の判定結果が否定の場合、制御装置１０は、電機子制御部１１により実行されるＰＷＭ制御が、過変調ＰＷＭ制御であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。過変調ＰＷＭ制御は、変調率が第２変調率範囲内である場合に実行されるＰＷＭ制御のことである。第２変調率範囲は、第１変調率範囲よりも変調率が高い範囲とされており、例えば、１０１％〜１２５％の範囲である。ステップＳ１０３の判定結果が否定の場合、拡散処理を終了する。

一方、ステップＳ１０３の判定結果が肯定の場合、制御装置１０は、前述同様にキャリア周波数を拡散させるとともに、ディーティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させる（ステップＳ１０４）。本実施形態では、スイッチ２１のオフ時間を所定の時間範囲内で変動させることにより、ディーティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させる。具体的には、拡散前のオフ時間を基準として、一定の時間範囲内で不規則、かつ不連続で、オフ時間を変動させる。時間範囲は、例えば、オフ時間を数パーセント程度増減させる範囲である。また、拡散（変動）させる場合、拡散後のオフ時間の平均値は、拡散前におけるオフ時間とほぼ一致することが望ましい。つまり、拡散後の周波数の平均値は、拡散前におけるスイッチング周波数とほぼ一致することが望ましい。そして、拡散処理を終了する。

これにより、図６、図７に示すように、スイッチ２１のオンオフパターンを変化させることができ、高調波成分（高周波成分）が抑制される。なお、図６に、拡散前のスイッチ２１のオンオフパターンを示し、図７に、拡散後のスイッチ２１のオンオフパターンを示す。図６、図７では、オフ時間以外の条件は同じである。図６に示すように、拡散前のオンオフパターンでは、オン時間及びオフ時間がそれぞれ一定である。一方、図７に示すように、拡散前のオンオフパターンでは、オン時間は一定であるが、オフ時間は、変動している（一定でない）。

ところで、過変調ＰＷＭ制御が実行されるような場合、すなわち、変調率が１００パーセントを越える高変調率の時には、図４、図５に示すように、指令電圧の振幅が搬送波の振幅を越える。このため、ＰＷＭパルスがオンオフになる回数が減少する。その結果、キャリア周波数をランダムに変化させても、ＰＷＭパルスのオンオフパターンが変化しにくくなる。なお、図４に、拡散前のＰＷＭパルスのオンオフパターンを示し、図５に、拡散後のＰＷＭパルスのオンオフパターンを示す。図４、図５では、キャリア周波数以外の条件は同じである。しかしながら、本実施形態では、高変調率の時には、ディーティ制御におけるスイッチング周波数も拡散させているため、ＰＷＭパルスのオンオフパターンの変化が抑制された場合であっても、磁気共振を抑制し、電磁騒音が抑制される。

以上詳述した上記実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

搬送波のキャリア周波数及びデューティ制御におけるスイッチ２１のスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部１３を備えた。これにより、電機子巻線４５と界磁巻線４２とが、磁気共振することを抑制し、電磁騒音を抑制することができる。

指令電圧の振幅がインバータ３０へ入力されるシステム電圧に対して大きい高変調率時には、指令電圧が搬送波の振幅を超えるため、ＰＷＭパルスがオンオフになる回数が減少する。その結果、搬送波のキャリア周波数をランダムに変化させても、ＰＷＭパルスのオンオフパターンの変化が少なくなる。そこで、過変調ＰＷＭ制御が実行される場合に、少なくとも界磁巻線４２のデューティ制御におけるスイッチング周波数を拡散させることとした。これにより、キャリア周波数によって、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを十分に変化させることが難しい場合であっても、スイッチング周波数を拡散させることにより、電磁騒音を抑制することができる。また、インバータ３０へ入力されるシステム電圧を高くする必要がなくなるため、インバータ３０の耐圧の面からも好ましい。

また、過変調ＰＷＭ制御が実行される場合には、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させた。これにより、いずれか一方の周波数を拡散させる場合と比較して、電磁騒音を低減することが可能となる。

キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させると、モータ４０の電力効率が低下する場合がある。その一方、正弦波ＰＷＭ制御が実行される場合には、過変調ＰＷＭ制御が行われる場合と比較して、モータ４０への出力電圧における高調波成分が少なく、電磁騒音が小さい。そこで、正弦波ＰＷＭ制御が実行される場合には、キャリア周波数だけを拡散させた。これにより、電磁騒音を抑制しつつ、モータ４０の電力効率の低下を抑制できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図に基づいて説明する。第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、以下の構成を加えている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、第１実施形態において既に説明した構成については、第２実施形態において説明を省略する。

図４、図５に示すように、変調率が１００パーセントを越える高変調率の時には、キャリア周波数をランダムに変化させても、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを変化させにくい。そこで、第２実施形態では、高変調率の時には、キャリア周波数を拡散させることをやめて、変調率を変動させることにより、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを変化させることとした。これについて詳しく説明する。

図９は、指令電圧の振幅を大きくする場合（つまり、変調率を大きくする場合）におけるＰＷＭパルスを示す。指令電圧の振幅を大きくすると、変動後の指令電圧の同じ位相においてオンオフパルスが抜け、ＰＷＭパルスのオンオフパターンが変化している。すなわち、異なるパルスパターンが生成されている。

図１０は、指令電圧の振幅を小さくする場合（つまり、変調率を小さくする場合）におけるＰＷＭパルスを示す。指令電圧の振幅を小さくすると、変動後の指令電圧の同じ位相においてオンオフパルスが増加し、ＰＷＭパルスのオンオフパターンが変化している。すなわち、異なるパルスパターンが生成されている。

ところで、指令電圧の振幅だけを変動させると、電機子巻線４５に印加される電圧の振幅も変動してしまい、モータ４０の制御量を一定とすることができない。そこで、第２実施形態では、モータ４０の制御量を一定とするため、システム電圧の変動に伴って、指令電圧の振幅を変動させている。すなわち、指令電圧の振幅を大きくする場合、指令電圧の振幅変動に応じて、インバータ３０に入力されるシステム電圧を低下させて、インバータ３０からの出力を一定としている。また、指令電圧の振幅を小さく場合、指令電圧の振幅変動に応じて、システム電圧を増加させて、インバータ３０からの出力を一定としている。

次に、システム電圧を変動させるために、第１実施形態の構成に加えて、必要な構成について説明する。図１１に示すように、第２実施形態の制御システム１００は、第１実施形態の構成に加えて、コンバータ７０を備える。コンバータ７０は、入力端子間に接続された入力コンデンサＣｉ、入力コンデンサＣｉに直列に接続されたリアクトルＬｔ、スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２の直列体、及び出力端子間に接続された出力コンデンサＣоを備える。スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２の直列体は、出力コンデンサＣоに並列に接続されており、スイッチＳｗ７１とスイッチＳｗ７２との接続点にはリアクトルＬｔが接続されている。スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２には、それぞれ並列にボディダイオードＤ７１，Ｄ７２が接続されている。本実施形態において、スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を採用しているが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子を採用してもよい。

コンバータ７０は、入力端子に接続された直流電源であるバッテリ５０の直流電圧、すなわち電源電圧を、要求電圧値に基づいて昇圧する昇圧コンバータである。コンバータ７０は、昇圧した電圧をインバータ３０へ出力する。よって、コンバータ７０からインバータ３０に入力される電圧が、システム電圧となる。詳しくは、制御装置１０から送信された操作信号ｇ７１，ｇ７２により、スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２の駆動が制御されることにより、コンバータ７０は、電源電圧を要求電圧値となるように昇圧する。操作信号ｇ７１，ｇ７２は、制御装置１０により、要求電圧値に応じて生成される信号であって、スイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２のオンオフを制御するゲート駆動信号である。

そして、第２実施形態の制御装置１０は、第１実施形態の構成に加えて、コンバータ制御部１４を備える。コンバータ制御部１４は、コンバータ７０に対する要求電圧値を生成する。そして、要求電圧値に基づき、操作信号ｇ７１，ｇ７２を生成し、生成した操作信号ｇ７１，ｇ７２をスイッチＳｗ７１，Ｓｗ７２のゲート端子へ送信する。これにより、コンバータ制御部１４は、電源電圧をコンバータ７０に昇圧させ、昇圧後の電圧をインバータ３０にシステム電圧として出力させる。

そして、制御装置１０は、拡散処理のステップＳ１０４において、変調率を所定の変動範囲で変動させるように、指令電圧及びシステム電圧を制御する。所定の変動範囲とは、変調率が１００パーセントを越える範囲であり、具体的には、過変調ＰＷＭ制御が行われる第２変調率範囲（例えば、１０１％〜１２５％の範囲）である。その変動範囲内で、変調率を数パーセント程度増減させる。以上により、制御装置１０は、変動部１５としての機能を備える。

変調率を変動させる方法についてより詳しく説明する。制御装置１０は、変調率を変動させる場合、指令値に基づき算出された指令電圧の振幅を変動させる。指令値に基づき算出された指令電圧の振幅を、初期振幅と示す。制御装置１０は、初期振幅を基準として、所定の振幅範囲内で不規則、かつ不連続で、振幅を変動させる。振幅範囲は、例えば、初期振幅を数パーセント程度増減させる範囲である。また、変動させる場合、変動後の振幅の平均値は、初期振幅とほぼ一致することが望ましい。なお、指令電圧の振幅を変動させる周期は、周波数を拡散（変動）させる周期と異ならせてもよい。また、第２実施形態の拡散処理のステップＳ１０４では、周波数拡散部１３としての制御装置１０は、キャリア周波数を一定としてもよい。

そして、コンバータ制御部１４としての制御装置１０は、拡散処理のステップＳ１０４において、指令電圧の振幅変動に応じて、モータ４０の制御量が一定となるように、システム電圧を変動させる。すなわち、制御装置１０は、変動部１５により指令電圧の振幅が小さくなった場合、モータ４０の制御量が一定となるように、システム電圧を上昇させる要求電圧値を生成する。一方、制御装置１０は、変動部１５により指令電圧の振幅が大きくなった場合、モータ４０の制御量が一定となるように、システム電圧を低下させる要求電圧値を生成する。なお、コンバータ７０は、昇圧コンバータであるため、システム電圧を電源電圧よりも低下させることはできないが、システム電圧の初期値を電流電圧よりも予め高く設定しておけば、システム電圧を低下させることは可能である。

以上説明した第２実施形態によれば、以下の効果を奏する。

高変調率時（過変調ＰＷＭ制御時）には、指令電圧が搬送波の振幅よりも大きくなるため、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを変化させにくい。そこで、高変調率時（過変調ＰＷＭ制御時）では、指令電圧の振幅を変動させ、変調率を変動させた。これにより、ＰＷＭパルスのオンオフパターンを適切に変化させ、電磁騒音を抑制できる。

指令電圧の振幅変動に応じて、モータ４０の制御量を一定とするように、コンバータ７０に対する要求電圧値、すなわち、システム電圧を変動させた。これにより、指令電圧の振幅を変動させても、出力波形を一定とし、指令値に応じたモータ４０の制御量とすることができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図に基づいて説明する。第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態の構成に加えて、以下の構成を加えている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、各実施形態において既に説明した構成については、第３実施形態において説明を省略する。

図１２に示すように、周波数拡散部１３としての制御装置１０は、第３実施形態の拡散処理において、まず、界磁巻線４２に流れる界磁電流の電流量が第１閾値以上であり、かつ、電機子巻線４５に流れる電機子電流の電流量が第２閾値以上であるか否かについて判定する（ステップＳ３０１）。一方、ステップＳ３０１の判定結果が肯定の場合、周波数拡散部１３は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる（ステップＳ３０２）。

ステップＳ３０１の判定結果が否定の場合、周波数拡散部１３としての制御装置１０は、モータ４０への要求に基づき、拡散前のキャリア周波数及び拡散前のスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替えられるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。モータ４０への要求とは、モータ４０の制御量に対する指令値のことである。すなわち、モータ４０への要求に基づき、モータ４０のトルクや回転速度などの制御量が変更される場合、要求された出力を実現するため、もしくは電力効率を向上させるため等の理由により、キャリア周波数やスイッチング周波数が切り替えられる場合がある。ステップＳ３０３では、モータ４０への要求に基づき、当該切り替えを判定する。

ステップＳ３０３の判定結果が肯定の場合、制御装置１０は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる（ステップＳ３０２）。なお、ステップＳ３０３の判定結果が肯定となって、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる場合、切り替え開始時から予め決められた時間が経過するまで周波数を拡散させる。また、切り替えられるタイミングが事前に判定可能であるならば、切り替えられる前から周波数を拡散させることが望ましい。

一方、ステップＳ３０３の判定結果が否定の場合、制御装置１０は、過変調ＰＷＭ制御と正弦波ＰＷＭ制御との間で切り替えが行われるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。すなわち、変調率が１００パーセント以下から１００パーセントよりも大きくなったか否か、あるいは、１００パーセントよりも大きいときから１００以下となったか否かを判定する。ステップＳ３０４の判定結果が肯定の場合、制御装置１０は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる（ステップＳ３０２）。なお、ステップＳ３０４の判定結果が肯定となって、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させる場合、切り替え開始時から予め決められた時間が経過するまで周波数を拡散させる。また、切り替えられるタイミングが事前に判定可能であるならば、切り替えられる前から周波数を拡散させることが望ましい。

そして、ステップＳ３０４の判定結果が否定の場合、制御装置１０は、ステップＳ１０１以降の処理を実施する。なお、第３実施形態において、ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０４の処理順序は、任意に変更してもよい。また、ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０４のうち、いずれか１又は２つの処理を実施し、それ以外の処理は実施しなくてもよい。また、ステップＳ３０１，Ｓ３０３，Ｓ３０４の処理は、正弦波ＰＷＭ制御が実施されている場合に限り、実施されてもよい。

以上説明した第３実施形態によれば、以下の効果を奏する。

界磁電流の電流量と、電機子電流の電流量と、がそれぞれ大きい場合、小さい場合と比較して、電磁騒音が大きくなる可能性がある。周波数拡散部１３としての制御装置１０は、界磁電流の電流量が第１閾値以上である場合であって、電機子電流の電流量が第２閾値以上である場合、すなわち、ステップＳ３０１の判定結果が肯定の場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数を拡散させて、電磁騒音をより抑制することとした。

モータ４０への要求に基づき、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替える場合（すなわち、拡散前の周波数そのものを変更する場合）、切り替え時に音色が変化し、ユーザに不快感を与える可能性がある。また、切り替え時に電磁騒音が大きくなる可能性がある。そこで、ステップＳ３０３の判定結果が肯定の場合、すなわち、周波数が切り替えられる場合、周波数拡散部１３としての制御装置１０は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させることとし、電磁騒音をより抑制することとした。

過変調ＰＷＭ制御と正弦波ＰＷＭ制御との間で切り替えを行う場合、切り替え時に応答の乱れが発生し、電磁騒音が大きくなる可能性がある。そこで、ステップＳ３０４の判定結果が肯定の場合、すなわち、ＰＷＭ制御が切り替えられる場合、周波数拡散部１３としての制御装置１０は、キャリア周波数及びスイッチング周波数を共に拡散させることとし、電磁騒音をより抑制することとした。

（他の実施形態）
上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

・上記実施形態において、変調率に関わらず、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。つまり、正弦波ＰＷＭ制御が実行されている場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。同様に、過変調ＰＷＭ制御が実行されている場合、キャリア周波数及びスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が拡散されればよい。

・上記第２実施形態において、コンバータ７０を備えなくてもよい。この場合、指令電圧値の振幅のみを変動させて、変調率を変動させればよい。

・上記実施形態において、過変調ＰＷＭ制御が行われる場合（すなわち、変調率が第２変調率範囲である場合）、変調率を所定の変動範囲内で変動させたが、正弦波ＰＷＭ制御中に、変調率を変動させてもよい。この場合、第１変調率範囲内で変調率を変動させることが望ましい。

・上記第２実施形態において、変調率を変動させる場合、指令電圧の振幅を変動させることなく、変調率を所定の範囲内で変動させるように、システム電圧を変動させるだけでもよい。具体的には、要求電圧値を変動させるようにしてもよい。また、搬送波の振幅を変動させるようにしてもよい。

・上記第２実施形態のコンバータ７０として、昇圧コンバータを採用したが、電源電圧を降圧するコンバータや、昇圧及び降圧を行うことができるコンバータを採用してもよい。

・上記第３実施形態において、界磁巻線４２に流れる界磁電流の電流量が第１閾値未満である場合、又は電機子巻線４５に流れる電機子電流の電流量が第２閾値未満である場合、周波数の拡散を行わなくてもよい。

１０…制御装置、１１…電機子制御部、１２…界磁制御部、１３…周波数拡散部、３０…インバータ、４０…モータ、４２…界磁巻線、４５…電機子巻線、１００…制御システム。

Claims (9)

1. 界磁巻線（４２）及び電機子巻線（４５）を有する回転電機（４０）と、前記回転電機を駆動させるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１００）に適用される回転電機の制御装置（１０）において、
   前記回転電機に対する指令電圧及び搬送波に基づいてＰＷＭパルスを生成し、前記インバータに対して当該ＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御によって、前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子制御部（１１）と、
   前記界磁巻線への入力電圧のオンオフ時間比率を変更するデューティ制御によって、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部（１２）と、
   前記搬送波のキャリア周波数及び前記デューティ制御におけるスイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる周波数拡散部（１３）と、を備える回転電機の制御装置。
2. 前記電機子制御部は、前記回転電機に対する指令電圧が、前記インバータへ入力されるシステム電圧に対して大きい変調率範囲でＰＷＭパルスを生成する過変調ＰＷＭ制御を実行可能に構成されており、
   前記周波数拡散部は、前記過変調ＰＷＭ制御が実行される場合に、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方の周波数を拡散させる請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記周波数拡散部は、前記過変調ＰＷＭ制御が実行される場合に、少なくとも前記スイッチング周波数を拡散させる請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記過変調ＰＷＭ制御が実行される場合、前記指令電圧が前記システム電圧で除算されることにより得られる変調率を、所定の変動範囲内で変動させる変動部（１５）を備える請求項２又は３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記制御システムは、要求電圧値に基づいて前記インバータへの電力供給を行う電源の電圧を昇圧又は降圧して、前記インバータへ入力されるシステム電圧を生成し、当該システム電圧を前記インバータへ出力するコンバータ（７０）を備え、
   前記要求電圧値を出力して、前記コンバータを制御するコンバータ制御部（１４）を備え、
   前記変動部は、前記回転電機に対する指令電圧及び前記要求電圧値のうち少なくともいずれか一方を変動させることにより、前記変調率を変動させる請求項４に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記周波数拡散部は、前記界磁電流の電流量が第１閾値以上である場合であって、前記電機子電流の電流量が第２閾値以上である場合、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記電機子制御部は、前記電機子巻線に対する指令電圧が、前記インバータへ入力されるシステム電圧以下である変調率範囲でＰＷＭパルスを生成する正弦波ＰＷＭ制御を実行可能に構成されており、
   前記周波数拡散部は、前記正弦波ＰＷＭ制御が実行される場合、前記キャリア周波数又は前記スイッチング周波数を拡散させる請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記周波数拡散部は、前記回転電機への要求に基づき、拡散前の前記キャリア周波数及び拡散前の前記スイッチング周波数のうち少なくともいずれか一方が切り替えられる場合に、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記電機子制御部は、前記電機子巻線に対する指令電圧が、前記インバータへ入力されるシステム電圧以下である変調率範囲でＰＷＭパルスを生成する正弦波ＰＷＭ制御と、前記回転電機に対する指令電圧が、前記システム電圧に対して大きい変調率範囲でＰＷＭパルスを生成する過変調ＰＷＭ制御と、を実行可能に構成されており、
   前記周波数拡散部は、前記過変調ＰＷＭ制御と前記正弦波ＰＷＭ制御との間で切り替えを行う場合、前記キャリア周波数及び前記スイッチング周波数を拡散させる請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。

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