JP2022034137A - 交流回転機の制御装置及び電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの熱対策と、音又は電気的共振の発生の抑制とを同時に解決できる交流回転機の制御装置及び電動車両を提供する。
【解決手段】ｎ相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ周波数でインバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフし、インバータの温度Ｔｉｎｖを検出し、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させ、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを回避周波数帯の範囲外に変化させる交流回転機の制御装置１。
【選択図】図２

Description

本願は、交流回転機の制御装置及び電動車両に関するものである。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の電動化が進んでいる。インバータにより直流電源と交流回転機との間で電力変換が行われる。電動車両を駆動する交流回転機は、大きな電力を消費するため、インバータの発熱量が大きくなり、インバータの熱対策が重要な課題となっている。

このような課題を解決するために、例えば特許文献１には、ＰＷＭ周波数を低下させることで、インバータの温度上昇を抑制する交流回転機の制御装置が開示されている。単位時間当たりにインバータのスイッチング素子がスイッチングする回数はＰＷＭ周波数に比例する。従って、ＰＷＭ周波数を低下させると、インバータのスイッチング素子のスイッチングに伴う単位時間当たりの発熱量（スイッチング損失）が低下する。特許文献１の技術では、ＰＷＭ周波数を低下させ、スイッチングの発熱量（スイッチング損失）を低下させることにより、インバータの温度上昇を抑制している。

特開２０１３－１３３０６２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、インバータの温度に応じてＰＷＭ周波数を低下させたときに、ＰＷＭ周波数を変更したことに起因する不快な音及び騒音が発生することがあった。

また、インバータの温度に応じてＰＷＭ周波数を低下させた結果、インバータと直流電源から成る電気回路の電気回路定数で決まる共振周波数に、ＰＷＭ周波数が近づき、電気的な共振が発生し、機器の保護動作を発生させてしまうといった課題があった。

そこで、本願は、インバータの熱対策と、音又は電気的共振の発生の抑制とを同時に解決できる交流回転機の制御装置及び電動車両を提供することを目的とする。

本願に係る交流回転機の制御装置は、ｎ相（ｎは、２以上の自然数）の巻線を有する交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
前記ｎ相の巻線に印加するｎ相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、
前記ｎ相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ周波数で前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
前記インバータの温度を検出するインバータ温度検出部と、
検出した前記インバータの温度に基づいて、前記ＰＷＭ周波数を変化させ、
変化後の前記ＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を回避周波数帯の範囲外に変化させるＰＷＭ周波数変化部と、を備えたものである。

本願に係る交流回転機の電動車両は、
上記の交流回転機の制御装置と、
車両の車輪の駆動力源に用いられる交流回転機と、
を備えたものである。

本願の交流回転機の制御装置及び電動車両によれば、インバータの温度に基づいて、ＰＷＭ周波数を変化させることにより、インバータの温度を変化させることできる。また、変化後のＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲外にされるので、回避周波数帯を避けることができる。よって、回避周波数帯を避けつつ、インバータの温度に基づいて、ＰＷＭ周波数を変化させることができ、インバータの熱対策と、音又は電気的共振の発生の抑制とを同時に解決できる。

実施の形態１に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る温度周波数変化部の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る周波数回避部の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る制御挙動を説明するタイムチャートである。 実施の形態２に係る各周波数を説明する図である。 実施の形態２に係る各回避周波数を説明する図である。 実施の形態２に係る周波数回避部の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態３に係る温度周波数変化部のブロック図である。 実施の形態４に係る周波数回避部の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態５に係る電動車両の概略構成図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１（以下、単に、制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機５及び制御装置１の概略構成図である。

１－１．交流回転機
交流回転機５は、ｎ相（ｎは、２以上の自然数）の巻線を有するステータと、ロータと、を有している。本実施の形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。交流回転機５は、ロータに永久磁石が設けられた、永久磁石式の同期回転電機とされている。なお、交流回転機５は、ロータに界磁巻線が設けられた、界磁巻線式の同期回転機とされてもよい。或いは、交流回転機５は、ロータにかご型の電気導電体が設けられた、誘導回転機とされてもよい。

交流回転機５は、ロータの回転角度に応じた電気信号を出力する回転センサ６を備えている。回転センサ６は、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等とされる。回転センサ６の出力信号は、制御装置１に入力される。

１－２．インバータ
インバータ２０は、直流電源１０と３相巻線との間で電力変換を行う電力変換器であり、複数のスイッチング素子を有している。インバータ２０は、直流電源１０の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源１０の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。インバータ２０は、３つの正極側のスイッチング素子２３Ｈと、３つの負極側のスイッチング素子２３Ｌとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

具体的には、各相の直列回路において、正極側のスイッチング素子２３Ｈのコレクタ端子は、正極側電線２４に接続され、正極側のスイッチング素子２３Ｈのエミッタ端子は、負極側のスイッチング素子２３Ｌのコレクタ端子に接続され、負極側のスイッチング素子２３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線２５に接続されている。正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続されている。

スイッチング素子には、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置１に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置１から出力される制御信号によりオン又はオフされる。

平滑コンデンサ２６が、正極側電線２４と負極側電線２５との間に接続される。直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ２７が備えられている。電圧センサ２７は、正極側電線２４と負極側電線２５との間に接続されている。電圧センサ２７の出力信号は、制御装置１に入力される。

電流センサ２８は、各相の巻線に流れる電流に応じた電気信号を出力する。電流センサ２８は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ２８の出力信号は、制御装置１に入力される。なお、電流センサ２８は、各相の直列回路に備えられてもよい。

インバータ２０の温度を検出する温度センサ２９が備えられている。例えば、温度センサ２９は、スイッチング素子の温度を検出する。或いは、温度センサ２９は、熱対策を施す必要のあるインバータの部分（例えば、冷却機構、平滑コンデンサ２６）の温度を検出してもよい。また、交流回転機５の巻線、磁石等の温度が温度センサ２９により検出されてもよい。複数の温度センサ２９が備えられてもよい。

直流電源１０には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源１０には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ－ＤＣコンバータが設けられてもよい。

１－３．制御装置
制御装置１は、インバータ２０を介して交流回転機５を制御する。図２に示すように、制御装置１は、回転検出部３１、電圧指令算出部３２、ＰＷＭ制御部３３、インバータ温度検出部３４、及びＰＷＭ周波数変化部３５等を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電圧センサ２７、電流センサ２８、温度センサ２９、回転センサ６等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１が備える図２の各制御部３１～３５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３５等が用いる回避周波数帯、温度閾値Ｔｉｎｖ０等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。

＜回転検出部３１＞
回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）、回転角速度ω、及び回転周波数Ｆｍを検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ６の出力信号に基づいて、ロータの磁極位置θ（回転角度θ）、回転角速度ω、及び回転周波数Ｆｍを検出する。本実施の形態では、磁極位置は、ロータのＮ極の向きに設定される。なお、回転検出部３１は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

＜電圧指令算出部３２＞
電圧指令算出部３２は、３相の巻線に印加する３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出する。３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、電気角でのロータの回転周波数Ｆｍで振動する。電圧指令算出部３２は、公知のベクトル制御又はＶ／ｆ制御を用いて、３相の電圧指令値を算出する。

ベクトル制御を用いる場合は、電圧指令算出部３２は、トルク指令値、回転角速度ω、及び電圧センサ２７により検出した電源電圧Ｖｄｃ等に基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値を算出する。電圧指令算出部３２は、電流センサ２８により検出した３相巻線の電流検出値を、磁極位置θに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値に変換する。そして、電圧指令算出部３２は、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値がｄ軸及びｑ軸の電流指令値に近づくように、ＰＩ制御等により、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を変化させる。電圧指令算出部３２は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を、磁極位置θに基づいて、３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

Ｖ／ｆ制御を用いる場合は、電圧指令算出部３２は、交流回転機の回転周波数指令値ｆに基づいて、電圧指令値の振幅Ｖを決定する。そして、電圧指令算出部３２は、電圧指令値の振幅Ｖ、及び回転周波数指令値ｆを積分した位相に基づいて、３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出する。

ＰＷＭ制御部３３は、３相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃでインバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。本実施の形態では、ＰＷＭ制御部３３は、３相の電圧指令値のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、電源電圧Ｖｄｃの振幅を有し、ＰＷＭ周波数Ｆｃで振動する三角波とされている。電圧指令算出部３２は、電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。正極側のスイッチング素子には、スイッチング信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。各スイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、インバータ２０の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。なお、ＰＷＭ制御部３３は、３相の電圧指令値に基づいて、公知の空間ベクトルＰＷＭ制御により、ＰＷＭ周波数Ｆｃで各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成してもよい。

＜インバータ温度検出部３４＞
インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖを検出する。インバータ温度検出部３４は、温度センサ２９の出力信号に基づいて、インバータの温度Ｔｉｎｖを検出する。インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖとして、スイッチング素子の温度を検出する。或いは、インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖとして、熱対策を施す必要のあるインバータの部分（例えば、冷却機構、平滑コンデンサ２６）の温度を検出してもよい。また、インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖとして、交流回転機５の巻線、磁石等の温度を検出してもよい。インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖとして、複数の箇所の温度検出値の内、最も温度状態が悪い温度を検出してもよい。インバータ温度検出部３４は、インバータの温度Ｔｉｎｖとして、温度の推定値を用いてよい。

＜ＰＷＭ周波数変化部３５＞
ＰＷＭ周波数変化部３５は、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させる。ＰＷＭ周波数変化部３５は、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを回避周波数帯の範囲外に変化させる。

ＰＷＭ周波数Ｆｃを減少させれば、スイッチング素子のスイッチング周波数が減少し、スイッチング損失が減少し、インバータの発熱量が低下する。上記の構成によれば、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることにより、インバータの温度を変化させることできる。

一方、電流にはＰＷＭ周波数Ｆｃのノイズ成分が重畳する。変化されたＰＷＭ周波数Ｆｃが、交流回転機の機械的な共振周波数、又はインバータの電気的な共振周波数に近くなると、交流回転機の騒音が増大したり、電流のＰＷＭ周波数Ｆｃの成分が増大したりする。よって、ＰＷＭ周波数Ｆｃが、機械的又は電気的な共振周波数に重なることを避けることが望ましい。上記の構成によれば、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数帯の範囲外にされるので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、避ける必要のある回避周波数帯を避けることができる。よって、回避周波数帯を避けつつ、インバータの温度に基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることができ、インバータの熱対策と聴感又は電気的共振といった課題を同時に解決できる。

本実施の形態では、ＰＷＭ周波数変化部３５は、温度周波数変化部３５１、及び周波数回避部３５２を備えている。

温度周波数変化部３５１は、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを変化させる。温度周波数変化部３５１は、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回っている場合は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを次第に減少させ、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を下回っている場合は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを次第に増加させる。

この構成によれば、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回っている場合は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを次第に減少させることにより、スイッチング損失を低下させ、インバータの温度を低下させることができる。

温度閾値Ｔｉｎｖ０は、インバータの温度上昇による機器に対する影響を軽減するために予め設定される。例えば、温度閾値Ｔｉｎｖ０は、ＣＡＥ解析、又は実機を用いた試験結果等により設定される。

温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、上限周波数Ｆｃｍａｘにより上限制限すると共に、下限周波数Ｆｃｍｉｎにより下限制限する。この構成によれば、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、適切な範囲に上下限制限することができる。

周波数回避部３５２は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを回避周波数帯の範囲外に設定し、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、回避周波数帯の範囲外になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。

この構成によれば、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいた温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐの変化の処理を、回避周波数帯の回避処理から独立して動作させることができ、回避周波数帯の回避中も、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを変化させることができ、インバータの温度管理を継続することができる。

周波数回避部３５２は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、回避周波数帯の範囲内になる場合は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを回避周波数帯よりも低い側に変化させる。

この構成によれば、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、インバータの温度が低下する側に変化させるので、回避周波数帯を避けるために、インバータの温度が上昇することを防止できる。

＜フローチャート＞
例えば、図４のフローチャートの処理により、温度周波数変化部３５１の処理が実現され、図５のフローチャートの処理により、周波数回避部３５２の処理が実現される。図４及び図５の処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。

まず、図４の処理について説明する。ステップＳ０１で、温度周波数変化部３５１は、インバータの温度Ｔｉｎｖが、温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回っているか否かを判定し、上回っている場合は、ステップＳ０２に進み、上回っていない場合は、ステップＳ０５に進む。

ステップＳ０２で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、予め設定された周波数変化幅ΔＦｃだけ減少させる。そして、ステップＳ０３で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが下限周波数Ｆｃｍｉｎを下回っているか否かを判定し、下回っている場合はステップＳ０４に進み、下回っていない場合は処理を終了する。ステップＳ０４で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを下限周波数Ｆｃｍｉｎに設定し、下限制限した後、処理を終了する。

一方、ステップＳ０５で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、周波数変化幅ΔＦｃだけ増加させる。そして、ステップＳ０６で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが上限周波数Ｆｃｍａｘを上回っているか否かを判定し、上回っている場合はステップＳ０７に進み、上回っていない場合は処理を終了する。ステップＳ０７で、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを上限周波数Ｆｃｍａｘに設定し、上限制限した後、処理を終了する。

次に、図５の処理について説明する。ステップＳ１１で、周波数回避部３５２は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にある場合は、ステップＳ１２に進み、範囲外にある場合は、ステップＳ１３に進む。

回避周波数帯（下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１まで）は、予めＣＡＥ解析又は実機評価によって予め設定される。具体的には、ＰＷＭ周波数に起因する不快な音又は騒音が発生する周波数、又はインバータと直流電源から成る電気回路定数で決まる共振周波数をＣＡＥ解析又は実機評価を用いて特定し、ＰＷＭ周波数の設定値に起因する音又は電気的共振を回避するための帯域を定め、その帯域の下端周波数をＦｃ０に、上端周波数をＦｃ１に設定する。

ステップＳ１２で、周波数回避部３５２は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０に設定し、処理を終了する。一方、ステップＳ１３で、周波数回避部３５２は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定し、処理を終了する。

＜制御挙動＞
図６のタイムチャートに、制御挙動の例を示す。時刻ｔ０では、インバータの温度Ｔｉｎｖは温度閾値Ｔｉｎｖ０下回っており、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐ及びＰＷＭ周波数Ｆｃは、上限周波数Ｆｃｍａｘに設定されている。

インバータ２０の電流が大きくなるとインバータの温度Ｔｉｎｖは上昇し、時刻ｔ１で、インバータの温度Ｔｉｎｖは温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回る。時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回っているので、温度周波数変化部３５１は、演算周期Δｔ毎に、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを周波数変化幅ΔＦｃずつ減少させる。しかし、時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、減少後の温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下限周波数Ｆｃｍｉｎを下回るので、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを下限周波数Ｆｃｍｉｎに設定し、下限制限している。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、周波数回避部３５２は、温度周波数変化部３５１により算出された温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯よりも高い側にあるので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。しかし、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、周波数回避部３５２は、減少している温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯の範囲内になったので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０に設定する。

このように、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを回避周波数帯よりも低い側、すなわち、インバータの温度が低下する側に変化させるので、回避周波数帯を避けるために、インバータの温度が上昇することを防止できる。この時刻ｔ２から時刻ｔ３までの回避中も、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが変化されており、回避処理から独立して動作させることができている。ＰＷＭ周波数Ｆｃが次第に減少されることにより、スイッチング損失が減少し、インバータの温度Ｔｉｎｖの温度上昇が抑制され、次第に減少している。

時刻ｔ３から時刻ｔ６までは、周波数回避部３５２は、減少している温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯よりも低い側になったので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。

インバータ２０の電流の減少等により、時刻ｔ５以降は、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を下回ったので、温度周波数変化部３５１は、演算周期Δｔ毎に、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを周波数変化幅ΔＦｃずつ増加させる。時刻ｔ８以降は、増加後の温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、上限周波数Ｆｃｍａｘを上回るので、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを上限周波数Ｆｃｍａｘに設定し、上限制限している。

時刻ｔ６から時刻ｔ７までは、周波数回避部３５２は、増加している温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯の範囲内になったので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０に設定する。時刻ｔ７以降では、周波数回避部３５２は、増加している温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯よりも高い側になったので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。

このように、回避周波数帯を避けつつ、インバータの温度に基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることができ、インバータの熱対策と聴感又は電気的共振といった課題を同時に解決できている。

なお、温度周波数変化部３５１と周波数回避部３５２とが１つにまとめられ、ＰＷＭ周波数変化部３５は、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させ、ＰＷＭ周波数Ｆｃを減少させる場合に、ＰＷＭ周波数Ｆｃが回避周波数帯の範囲内になる場合は、回避周波数帯を飛び越して、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯よりも下側に変化させ、ＰＷＭ周波数Ｆｃを増加させる場合に、ＰＷＭ周波数Ｆｃが回避周波数帯の範囲内になる場合は、回避周波数帯を飛び越して、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯よりも上側に変化させてもよい。

２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る交流回転機５及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機５及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、回避周波数帯の設定及び回避処理が実施の形態１と異なる。

実施の形態１と同様に、温度周波数変化部３５１は、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを変化させる。

＜複数の回避周波数帯の導出＞
図７に、交流回転機の回転周波数Ｆｍと、各周波数との関係を示す。図７において、実施の形態１と同様の、機械的又は電気的な共振周波数Ｆｅを、破線で示している。共振周波数Ｆｅは、交流回転機の回転周波数Ｆｍに応じて変化しない。なお、複数の共振周波数Ｆｅが考慮されてもよい。

図７には、交流回転機の回転周波数Ｆｍを破線で示している。なお、交流回転機の回転周波数Ｆｍは、電気角での回転周波数である。破線で示しているｍ×Ｆｍは、交流回転機の回転周波数Ｆｍのｍ倍（本例では、ｍ＝６）の高調波周波数である。交流回転機５の内部には空間高調波と呼ばれる空間的に分布する高調波が存在する。この空間高調波は、基本波の周期に比例して高次の周期を有するものであり、比例係数ｍは、交流回転機５の磁極数及びスロット数に応じて定まる。電流に高調波周波数の成分が含まれると、交流回転機の音の発生が増加する。図７では、ｍ＝６の場合を示しているが、ｍの値は、交流回転機５の構造及び特性に応じて、６以外の値であってもよく、複数のｍの値について、複数の高調波周波数ｍ×Ｆｍが考慮されてもよい。

図７には、ＰＷＭ周波数Ｆｃを実線で示している。実線で示している、Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）は、ＰＷＭ周波数の上側の側波帯であり、Ｆｃ－（ｎ×Ｆｍ）は、ＰＷＭ周波数の下側の側波帯である。これらの側波帯は、３相の電圧指令値を、ＰＷＭ周波数ＦｃでＰＷＭ制御を行ったときに電流に生じる、ＰＷＭ周波数Ｆｃ以外の高調波成分である。３相の電圧指令値は、回転周波数Ｆｍで振動するので、上側及び下側の側波帯は、Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）及びＦｃ－（ｎ×Ｆｍ）となって表れることが知られている。図７では、ｎ＝１の場合を示しているが、ｎの値は、１以外の値であってもよく、複数のｎの値について、ＰＷＭ周波数の上側及び下側の側波帯が考慮されてもよい。

図７において、実線で示した、ＰＷＭ周波数Ｆｃ、及びＰＷＭ周波数の上側及び下側の側波帯Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）、Ｆｃ－（ｎ×Ｆｍ）のいずれかが、破線で示した共振周波数Ｆｅ及び高調波周波数ｍ×Ｆｍのいずれかに重なると、音又は電気的共振が発生する。

これらの組み合わせを表した、式（１）から式（６）のいずれかが成立すると、音又は電気的共振が発生する。
Ｆｃ＝Ｆｅ ・・・（１）
Ｆｃ＝ｍ×Ｆｍ ・・・（２）
Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）＝Ｆｅ ・・・（３）
Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）＝ｍ×Ｆｍ ・・・（４）
Ｆｃ－（ｎ×Ｆｍ）＝Ｆｅ ・・・（５）
Ｆｃ－（ｎ×Ｆｍ）＝ｍ×Ｆｍ ・・・（６）

式（１）から式（６）を、左辺がＦｃになるように整理し、ＦｃをＦｃａｖに置き換えると、式（７）から式（１２）を得る。
Ｆｃａｖ＝Ｆｅ ・・・（７）
Ｆｃａｖ＝ｍ×Ｆｍ ・・・（８）
Ｆｃａｖ＝Ｆｅ－（ｎ×Ｆｍ） ・・・（９）
Ｆｃａｖ＝（ｍ－ｎ）×Ｆｍ ・・・（１０）
Ｆｃａｖ＝Ｆｅ＋（ｎ×Ｆｍ） ・・・（１１）
Ｆｃａｖ＝（ｍ＋ｎ）×Ｆｍ ・・・（１２）

ここで、Ｆｃａｖは、回避が必要なＰＷＭ周波数（以下、回避周波数と称す）を表し、式（７）から式（１２）のそれぞれにより算出される回避周波数Ｆｃａｖが、実際のＰＷＭ周波数Ｆｃに一致すると、音又は電気的共振が発生するので、最終的なＰＷＭ周波数Ｆｃは、各回避周波数Ｆｃａｖを回避して設定される必要がある。

図８は、横軸を、回転周波数Ｆｍに設定し、縦軸に、式（７）から式（１２）のそれぞれにより算出される回避周波数Ｆｃａｖをプロットしたものである。図８に示すように、現在の回転周波数Ｆｍにおける各回避周波数Ｆｃａｖの周波数帯に重ならないように、ＰＷＭ周波数Ｆｃが変化される。

＜複数の回避周波数帯の設定及び回避処理＞
周波数回避部３５２は、回避周波数帯として、式（７）に示すように一定周波数Ｆｅを基準にした一定回避周波数帯、式（８）に示すように回転周波数Ｆｍに比例した高調波周波数ｍ×Ｆｍを基準にした高調波回避周波数帯、式（９）に示すように一定周波数Ｆｅから回転周波数Ｆｍに比例した側波周波数ｎ×Ｆｍを減算した周波数Ｆｅ－（ｎ×Ｆｍ）を基準にした減算側波回避周波数帯、及び式（１１）に示すように一定周波数Ｆｅに側波周波数ｎ×Ｆｍを加算した周波数Ｆｅ＋（ｎ×Ｆｍ）を基準にした加算側波回避周波数帯を用いる。

また、高調波回避周波数帯として、式（１０）に示すように、回転周波数Ｆｍに比例した高調波周波数（ｍ－ｎ）×Ｆｍを基準にした周波数帯と、式（１２）に示すように、回転周波数Ｆｍに比例した高調波周波数（ｍ＋ｎ）×Ｆｍを基準にした周波数帯と、が用いられている。

この構成によれば、ＰＷＭ周波数Ｆｃ、及びＰＷＭ周波数の上側及び下側の側波帯Ｆｃ＋（ｎ×Ｆｍ）、Ｆｃ－（ｎ×Ｆｍ）が、共振周波数Ｆｅ及び高調波周波数ｍ×Ｆｍに重ならないように、ＰＷＭ周波数Ｆｃを設定でき、音又は電気的共振の発生を抑制できる。

本実施の形態では、周波数回避部３５２は、式（８）から式（１２）に示すように、交流回転機の回転周波数Ｆｍに基づいて、回避周波数帯を設定する。この構成によれば、回転周波数Ｆｍに応じて変化する側波帯ｎ×Ｆｍ又は高調波周波数ｍ×Ｆｍに対応して、適切に回避周波数帯を設定できる。

回避周波数帯として、一定回避周波数帯、高調波回避周波数帯、減算側波回避周波数帯、及び加算側波回避周波数帯の全てが用いられなくてもよい。音又は電気的共振の発生の程度が小さい回避周波数帯は、回避周波数帯として用いられなくてもよく、一定回避周波数帯、高調波回避周波数帯、減算側波回避周波数帯、及び加算側波回避周波数帯のいずれか１つ以上が用いられてもよい。

周波数回避部３５２は、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、複数の回避周波数帯のいずれかの範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、範囲内になった回避周波数帯よりも低い側に変化させる。

この構成によれば、複数の回避周波数帯が設けられる場合でも、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、インバータの温度が低下する側に変化させるので、複数の回避周波数帯を避けるために、インバータの温度が上昇することを防止できる。

周波数回避部３５２は、複数の回避周波数帯について、周波数が高い回避周波数帯から順番に、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数帯の範囲内になるか否かを判定し、範囲内になった場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、範囲内になった回避周波数帯よりも低い側に変化させる。

本実施の形態では、周波数回避部３５２は、式（７）から式（１２）を用い、現在の回転周波数Ｆｍに基づいて、６つの回避周波数Ｆｃａｖを算出し、６つの回避周波数Ｆｃａｖについて、周波数が高い順番を判定する。そして、周波数回避部３５２は、６つの回避周波数Ｆｃａｖについて、周波数の高い順に、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、回避周波数Ｆｃａｖを基準にした周波数帯の範囲内になるか否かを判定し、範囲内になった場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、範囲内になった周波数帯よりも低い側に変化させる。

この構成によれば、周波数の高い順に回避処理が行われるので、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、回避周波数帯よりも低い側に変化させることにより、変化後のＰＷＭ周波数Ｆｃが、より低い回避周波数帯の範囲内になった場合でも、次に、より低い回避周波数帯について回避処理が行われる。よって、確実に、複数の回避周波数帯を回避して、低い側にＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることができる。

＜フローチャート＞
例えば、図９のフローチャートの処理により、周波数回避部３５２の処理が実現される。図９の処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。

ステップＳ２１で、周波数回避部３５２は、式（７）から式（１２）を用い、現在の回転周波数Ｆｍに基づいて、６つの回避周波数Ｆｃａｖを算出し、６つの回避周波数Ｆｃａｖについて、周波数が高い順番Ｘを判定する。Ｘ＝１が、最も周波数が高い順番であることを示し、Ｘが１つ増加するごとに、次に周波数が高い順番（１つ周波数が低い順番）であることを示す。

図８に示す、現在の回転周波数Ｆｍでは、以下に示すように、判定される。
Ｘ＝１に、式（１２）のＦｃａｖ＝（ｍ＋ｎ）×Ｆｍの算出値が判定される。
Ｘ＝２に、式（８）のＦｃａｖ＝ｍ×Ｆｍの算出値が判定される。
Ｘ＝３に、式（１０）のＦｃａｖ＝（ｍ－ｎ）×Ｆｍの算出値が判定される。
Ｘ＝４に、式（１１）のＦｃａｖ＝Ｆｅ＋（ｎ×Ｆｍ）の算出値が判定される。
Ｘ＝５に、式（７）のＦｃａｖ＝Ｆｅの算出値が判定される。
Ｘ＝６に、式（９）のＦｃａｖ＝Ｆｅ－（ｎ×Ｆｍ）の算出値が判定される。

次に、ステップＳ２２で、周波数回避部３５２は、初期値として、Ｘ＝１に設定する。また、ステップＳ２３で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇに、初期値として温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを設定する。

ステップＳ２４で、周波数回避部３５２は、現在設定されている順番Ｘに対応する回避周波数Ｆｃａｖの算出値を、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄに設定する。そして、ステップＳ２５で、周波数回避部３５２は、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄから周波数帯幅ＦｃΔを減算した値を、下端周波数Ｆｃ０に設定し、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄに周波数帯幅ＦｃΔを加算した値を、上端周波数Ｆｃ１に設定する。

ステップＳ２６で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にある場合は、ステップＳ２７に進み、範囲外にある場合は、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２７で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇを、回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０に設定する。

ステップＳ２８で、周波数回避部３５２は、順番Ｘが、周波数が最も低い最終の順番（本例では、６）であるか否かを判定し、最終の順番である場合は、ステップＳ３０に進み、最終の順番でない場合は、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９で、周波数回避部３５２は、順番Ｘを１つ増加させた後、ステップＳ２４に戻り、次の順番Ｘの回避周波数Ｆｃａｖを用いて回避処理を行う。一方、ステップＳ３０で、周波数回避部３５２は、最終的なＰＷＭ周波数Ｆｃに、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇを設定し、処理を終了する。

３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る交流回転機５及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機５及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、インバータの温度に基づいたＰＷＭ周波数の変化処理が実施の形態１と異なる。

温度周波数変化部３５１は、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、調整係数Ｋ１１を変化させ、交流回転機の回転周波数Ｆｍに、調整係数Ｋ１１を乗算した値を、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。

この構成によれば、インバータの温度に基づいて、調整係数Ｋ１１を変化させることにより、ＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることができると共に、回転周波数Ｆｍの変化に同期してＰＷＭ周波数Ｆｃを変化させることができる。よって、３相の電圧指令値の交流周期中のＰＷＭ制御のオンオフのパルス数を一定に保つ同期パルス幅変調が可能になる。

本実施の形態では、図１０に示すように、温度周波数変化部３５１は、係数初期値設定部３５１１、調整係数変化部３５１２、回転周波数乗算部３５１３、低回転周波数設定部３５１４、及び周波数切換部３５１５を備えている。

係数初期値設定部３５１１は、交流回転機の回転周波数Ｆｍに基づいて、調整係数の初期値Ｋ１０を設定する。係数初期値設定部３５１１は、回転周波数Ｆｍと初期値Ｋ１０との関係が予め設定された初期値設定マップを参照し、現在の回転周波数Ｆｍに対応する調整係数の初期値Ｋ１０を設定する。回転周波数Ｆｍが増加するに従って、ＰＷＭ周波数Ｆｃが高くなり過ぎないように、初期値Ｋ１０が減少される。

調整係数変化部３５１２は、インバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、調整係数の初期値Ｋ１０から変化させて、調整係数Ｋ１１を設定する。例えば、調整係数変化部３５１２は、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を上回っている場合は、係数変化量ΔＫを次第に減少させ、インバータの温度Ｔｉｎｖが温度閾値Ｔｉｎｖ０を下回っている場合は、係数変化量ΔＫを次第に増加させる。そして、調整係数変化部３５１２は、調整係数の初期値Ｋ１０に係数変化量ΔＫを加算した値を、調整係数Ｋ１１に設定する（Ｋ１１＝Ｋ１０＋ΔＫ）。この処理は、例えば、実施の形態１の図４のフローチャートにおいて、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、係数変化量ΔＫに置き換え、上限周波数Ｆｃｍａｘ及び下限周波数Ｆｃｍｉｎを、上限係数変化量及び下限係数変化量に置き換えることにより実行することができる。

回転周波数乗算部３５１３は、通常の温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐ０を、交流回転機の回転周波数Ｆｍに調整係数Ｋ１１を乗算した値に設定する。低回転周波数設定部３５１４は、予め設定された低回転周波数時のＰＷＭ周波数Ｆｃ１０を設定する。周波数切換部３５１５は、交流回転機の回転周波数Ｆｍが、判定周波数Ｆｍ０よりも低い場合は、最終的な温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを低回転周波数時のＰＷＭ周波数Ｆｃ１０に設定し、交流回転機の回転周波数Ｆｍが、判定周波数Ｆｍ０よりも高い場合は、最終的な温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを、通常の温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐ０に設定する。

この構成によれば、交流回転機の回転周波数Ｆｍが判定周波数Ｆｍ０よりも高い場合は、上述した同期パルス幅変調が実行される。一方、交流回転機の回転周波数Ｆｍが判定周波数Ｆｍ０よりも低い場合は、回転周波数Ｆｍの変化に関わらず、ＰＷＭ周波数Ｆｃを、固定値に設定することができ、ＰＷＭ周波数Ｆｃが低くなり過ぎることを防止できる。ＰＷＭ周波数Ｆｃが固定値に設定される場合は、３相の電圧指令値の交流周期中のＰＷＭ制御のオンオフのパルス数が回転周波数Ｆｍに応じて変化する非同期パルス幅変調が実行される。

４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る交流回転機５及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機５及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、温度周波数変化部３５１の処理が実施の形態３と同様に構成され、周波数回避部３５２において調整係数Ｋ１１が用いられる点が実施の形態１と異なる。

実施の形態３と同様に、温度周波数変化部３５１は、検出したインバータの温度Ｔｉｎｖに基づいて、調整係数Ｋ１１を変化させ、交流回転機の回転周波数Ｆｍに、調整係数Ｋ１１を乗算した値を、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに設定する。

本実施の形態では、温度周波数変化部３５１は、温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐに加えて、調整係数Ｋ１１、同期パルス幅変調又は非同期パルス幅変調の実行情報を、周波数回避部３５２に出力する。

本実施の形態では、周波数回避部３５２は、調整係数Ｋ１１により温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが設定されている場合（同期パルス幅変調が実行されている場合）であって、変化後のＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃが回避周波数帯の範囲外になるように、調整係数Ｋ１１を変化させ、交流回転機の回転周波数Ｆｍに、変化後の調整係数Ｋ１１を乗算した値を、ＰＷＭ周波数Ｆｃに設定する。

この構成よれば、調整係数Ｋ１１を変化させることにより、回避周波数帯を回避するので、回避時も、同期パルス幅変調を実行できる。

一方、周波数回避部３５２は、固定値により温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐが設定されている場合（非同期パルス幅変調が実行されている場合）は、実施の形態１又は２と同様に、変化後のＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、ＰＷＭ周波数Ｆｃを回避周波数帯の範囲外に変化させる。

＜フローチャート＞
実施の形態２と同様に、複数の回避周波数帯について回避処理が行われる場合を説明する。例えば、図１１のフローチャートの処理により、周波数回避部３５２の処理が実現される。図１１の処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。

ステップＳ４１で、実施の形態２と同様に、周波数回避部３５２は、式（７）から式（１２）を用い、現在の回転周波数Ｆｍに基づいて、６つの回避周波数Ｆｃａｖを算出し、６つの回避周波数Ｆｃａｖについて、周波数が高い順番Ｘを判定する。Ｘ＝１が、最も周波数が高い順番であることを示し、Ｘが１つ増加するごとに、次に周波数が高い順番（１つ周波数が低い順番）であることを示す。

次に、ステップＳ４２で、周波数回避部３５２は、初期値として、Ｘ＝１に設定する。また、ステップＳ４３で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇに、初期値として温度設定のＰＷＭ周波数Ｆｃｔｍｐを設定する。

ステップＳ４４で、周波数回避部３５２は、現在設定されている順番Ｘに対応する回避周波数Ｆｃａｖの算出値を、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄに設定する。そして、ステップＳ４５で、周波数回避部３５２は、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄから周波数帯幅ＦｃΔを減算した値を、下端周波数Ｆｃ０に設定し、判定回避周波数Ｆｃａｖｊｄに周波数帯幅ＦｃΔを加算した値を、上端周波数Ｆｃ１に設定する。

ステップＳ４６で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇが、下端周波数Ｆｃ０から上端周波数Ｆｃ１までの回避周波数帯の範囲内にあるか否かを判定し、範囲内にある場合は、ステップＳ４７に進み、範囲外にある場合は、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ４７で、周波数回避部３５２は、温度周波数変化部３５１において、同期パルス幅変調が実行されているか否かを判定し、非同期パルス幅変調が実行されている場合は、ステップＳ４８に進み、同期パルス幅変調が実行されている場合は、ステップＳ４９に進む。

ステップＳ４８で、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇを、回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０に設定する。一方、ステップＳ４９で、周波数回避部３５２は、ＰＷＭ周波数Ｆｃが回避周波数帯の下端周波数Ｆｃ０よりも小さくなるように、調整係数Ｋ１１を係数変化幅ＫΔだけ減少させる（Ｋ１１＝Ｋ１１－ＫΔ）。係数変化幅ＫΔは、交流回転機の回転周波数Ｆｍに応じて設定される。そして、周波数回避部３５２は、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇを、変化後の調整係数Ｋ１１に交流回転機の回転周波数Ｆｍを乗算した値に設定する（Ｆｃｃｈｇ＝Ｋ１１×Ｆｍ）。

ステップＳ５０で、周波数回避部３５２は、順番Ｘが、周波数が最も低い最終の順番（本例では、６）であるか否かを判定し、最終の順番である場合は、ステップＳ５２に進み、最終の順番でない場合は、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５１で、周波数回避部３５２は、順番Ｘを１つ増加させた後、ステップＳ４４に戻り、次の順番Ｘの回避周波数Ｆｃａｖを用いて回避処理を行う。一方、ステップＳ５２で、周波数回避部３５２は、最終的なＰＷＭ周波数Ｆｃに、仮ＰＷＭ周波数Ｆｃｃｈｇを設定し、処理を終了する。

５．実施の形態５
次に、実施の形態５に係る交流回転機５及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機５及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、交流回転機５の用途を特定した点が実施の形態１と異なる。

図１２に概略構成図を示すように、本実施の形態では、交流回転機５は、電動車両の車輪１６の駆動力源に用いられる。交流回転機５のロータは、変速機１５を介して車輪１６に機械的に接続されている。電動車両は、制御装置１と交流回転機５とを備えている。なお、電動車両は、車輪の駆動力源として、交流回転機５に加えて内燃機関を備えられたハイブリッド式の電動車両であってもよい。

電動車両とは異なり、一定の供給電力で連続運転される交流回転機では、その連続運転の条件で熱的な課題を解決できるようにインバータを設計すれば良い。一方、本実施の形態のような電動車両用の交流回転機では、電動車両の加減速、定速走行、停止状態で、交流回転機の供給電力が大きく異なる。そのため、最大供給電力で連続運転する条件で熱的な課題を解決するようにインバータを設計すると、寸法、重量、及びコストが増加する。

実施の形態１から４のように、制御装置１は、インバータの温度が上昇するとＰＷＭ周波数を低下させることにより、インバータの温度上昇を抑制することができる。よって、耐熱性を確保しつつ、寸法、重量、及びコストを低減することができる。

また、無人の環境で用いられる交流回転機とは異なり、電動車両用の交流回転機では、有人の環境が前提になっており、不快な音の抑制が必要とされる。電動車両においては、前述した交流回転機の構造に起因する騒音に加え、交流回転機の駆動力を車輪に伝達する動力伝達経路の機械的な共振周波数が存在する。また、変速機１５においては歯車の歯面形状の微小な誤差及び歯の剛性が主な原因であるうなり音と呼ばれる騒音が存在する。このうなり音は変速機１５の歯数と回転周波数Ｆｍとの関数であり、高いうなり音は数ｋＨｚの高周波数になる。これらの電動車両特有の周波数も、回避周波数に含めて回避処理が行われる。

本実施の形態の制御装置１では、回転周波数の関数となっている交流回転機の騒音の抑制に加え、回転周波数の関数となっている電動車両の騒音の発生を抑制できる。

また、電動車両では、インバータ２０と直流電源１０とを接続する直流配線は、車両レイアウトの制約を受けるため、直流配線を短く保てない場合がある。この場合、インバータ２０及び直流電源１０からなる回路インピーダンスに起因する電気的共振周波数も、車両レイアウトの制約を受けることになるが、本実施の形態の制御装置１では、この電気的共振の発生を抑制できる。

このように本実施の形態の電動車両では、交流回転機に電力を供給するインバータ２０の熱対策と、聴感及び電気的共振といった電動車両で問題となる課題を同時に解決することが可能である。

なお、交流回転機は、車両の車両以外の各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 交流回転機の制御装置、５ 交流回転機、２０ インバータ、３１ 回転検出部、３２ 電圧指令算出部、３３ ＰＷＭ制御部、３４ インバータ温度検出部、３５ ＰＷＭ周波数変化部、３５１ 温度周波数変化部、３５２ 周波数回避部、Ｆｃ ＰＷＭ周波数、Ｆｃａｖ 回避周波数、Ｆｃｔｍｐ 温度設定のＰＷＭ周波数、Ｆｍ 交流回転機の回転周波数、Ｋ１１ 調整係数、Ｔｉｎｖ インバータの温度

Claims (11)

1. ｎ相（ｎは、２以上の自然数）の巻線を有する交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
   前記ｎ相の巻線に印加するｎ相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、
   前記ｎ相の電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ周波数で前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
   前記インバータの温度を検出するインバータ温度検出部と、
   検出した前記インバータの温度に基づいて、前記ＰＷＭ周波数を変化させ、
   変化後の前記ＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を回避周波数帯の範囲外に変化させるＰＷＭ周波数変化部と、を備えた交流回転機の制御装置。
2. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記交流回転機の回転周波数に基づいて、前記回避周波数帯を設定する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記回避周波数帯として、一定周波数を基準にした一定回避周波数帯、前記交流回転機の回転周波数に比例した高調波周波数を基準にした高調波回避周波数帯、前記一定周波数から前記交流回転機の回転周波数に比例した側波周波数を減算した周波数を基準にした減算側波回避周波数帯、及び前記一定周波数に前記側波周波数を加算した周波数を基準にした加算側波回避周波数帯のいずれか１つ以上を用いる請求項１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記回避周波数帯として、一定周波数を基準にした一定回避周波数帯、前記交流回転機の回転周波数に比例した高調波周波数を基準にした高調波回避周波数帯、前記一定周波数から前記交流回転機の回転周波数に比例した側波周波数を減算した周波数を基準にした減算側波回避周波数帯、及び前記一定周波数に前記側波周波数を加算した周波数を基準にした加算側波回避周波数帯を用いる請求項１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記変化後の前記ＰＷＭ周波数が、前記回避周波数帯の範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を前記回避周波数帯よりも低い側に変化させる請求項１から４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
6. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記回避周波数帯として、複数の回避周波数帯を用いる場合は、前記変化後のＰＷＭ周波数が、前記複数の回避周波数帯のいずれかの範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を、範囲内になった回避周波数帯よりも低い側に変化させる請求項１から５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
7. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記回避周波数帯として、複数の回避周波数帯を用いる場合は、周波数が高い回避周波数帯から順番に、前記変化後のＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になるか否かを判定し、範囲内になった場合は、前記ＰＷＭ周波数を、範囲内になった回避周波数帯よりも低い側に変化させる請求項１から６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
8. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、検出した前記インバータの温度に基づいて、温度設定のＰＷＭ周波数を変化させ、
   前記温度設定のＰＷＭ周波数が、前記回避周波数帯の範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を前記回避周波数帯の範囲外に設定し、前記温度設定のＰＷＭ周波数が、前記回避周波数帯の範囲外になる場合は、前記ＰＷＭ周波数を前記温度設定のＰＷＭ周波数に設定する請求項１から７のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
9. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、前記インバータの温度に基づいて、調整係数を変化させ、前記交流回転機の回転周波数に前記調整係数を乗算した値を、前記回避周波数帯の回避処理前の前記ＰＷＭ周波数に設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
10. 前記ＰＷＭ周波数変化部は、変化後の前記ＰＷＭ周波数が、回避周波数帯の範囲内になる場合は、前記ＰＷＭ周波数が回避周波数帯の範囲外になるように、前記調整係数を変化させ、前記交流回転機の回転周波数に前記調整係数を乗算した値を、前記ＰＷＭ周波数に設定する請求項９に記載の交流回転機の制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置と、
    車両の車輪の駆動力源に用いられる交流回転機と、
    を備えた電動車両。

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