JP2023104788A

JP2023104788A - 電動機の制御方法、及び電動機の制御装置

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Publication number: JP2023104788A
Application number: JP2022005986A
Authority: JP
Inventors: 圭一渋谷; Keichi Shibuya; 翔大野; Sho Ono
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-07-28

Abstract

【課題】高い周波数領域における電圧脈動の低減が可能な電動機の制御方法、及び出動機の制御装置を提供する。【解決手段】固定子巻線を含む電動機をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機の制御方法であって、トルク指令値に基づいて前記固定子巻線に対する相電圧指令値を算出し、相電圧指令値を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値を算出し、高調波電圧指令値に所定のゲインを乗算した値と相電圧指令値とを加算して得られる最終電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号に関連する変調率、ＰＷＭ信号のキャリア周波数、トルク指令値の少なくともいずれか１つに基づいてゲインを設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の制御方法、及び電動機の制御装置に関する。

特許文献１は、電動機の制御に関し、直流電源から供給される直流電力の電圧を変換する電力変換装置がスイッチング動作を行うことにより発生する電圧脈動を抑制する内容を開示している。

特開２０１８－０５７２０７号公報

しかし、特許文献１に係る電動機の制御は、発生する電圧脈動を検出し、検出した電圧脈動に基づいて電力変換装置のスイッチング動作を補正する構成であるため、高い周波数領域（例えばキャリア周波数よりも高い周波数領域）における電圧脈動の低減が困難であった。

本発明は、高い周波数領域における電圧脈動の低減が可能な電動機の制御方法、及び電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明による電動機の制御方法は、固定子巻線を含む電動機をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機の制御方法である。この制御方法では、トルク指令値に基づいて固定子巻線に対する相電圧指令値を算出し、相電圧指令値を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値を算出し、高調波電圧指令値に所定のゲインを乗算した値と相電圧指令値とを加算して得られる最終電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号に関連する変調率、ＰＷＭ信号のキャリア周波数、トルク指令値の少なくともいずれか１つに基づいてゲインを設定する。

本発明によれば、ＰＷＭ制御により直流電圧を交流電圧に変換して電動機に電力を供給する場合、ＰＷＭ信号において、高調波、特に特定の変調率で顕著に表れるキャリア周波数の２倍の周波数の脈動成分を低減できるので、直流電圧に重畳される脈動成分を検出することなく当該脈動成分の振幅を抑制できる。よって、高い周波数領域における電圧脈動の低減が可能となる。

図１は、本実施形態の電動機の制御装置の基本構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態のゲイン算出部のブロック図である。図３は、縦軸をゲインとし、横軸を変調率とした座標空間において、最終三相電圧指令値がバッテリ電圧と一致するときのゲインと変調率との関係を示す第１特性曲線を境界とし最終三相電圧指令値がバッテリ電圧以下となるゲインの領域を示す図である。図４は、縦軸をゲインとし、横軸を変調率とした座標空間において、最終三相電圧指令値がバッテリ電圧と一致するときのゲインと変調率の関係を表した第１特性曲線を境界とし最終三相電圧指令値がバッテリ電圧以下となるゲインの領域と、所定のキャリア周波数において直流電圧リプルが許容最大振幅と一致するときのゲインと変調率との関係を示す第２特性曲線を境界とし当該直流電圧リプルが許容最大振幅以下となるゲインの領域と、が互いに重なる領域を示す図である。図５は、キャリア周波数の２倍の周波数で脈動する直流電圧リプルの振幅と変調率との関係を示す図である。図６は、図４においてトルク指令値が最大トルクに設定され且つキャリア周波数が低キャリア周波数に設定された場合であって直流電圧リプルが許容最大振幅に一致するときのゲインと変調率との関係を表す第３特性曲線を追加した図である。図７は、図６において、トルク指令値を最大トルクから当該最大トルクよりも低いトルクに切り替えたことに対応して、第３特性曲線が、ゲインが増加する方向にシフトすることを示す図である。図８は、図６において、キャリア周波数を低キャリア周波数から高キャリア周波数に切り替えたことに対応して、第３特性曲線が極小値を中心とする曲線形状の先鋭度が低くなるように変形することを示す図である。図９は、本実施形態の電動機の制御装置の制御フローを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［制御装置の基本構成］
図１は、本実施形態の電動機の制御装置の基本構成の一例を示す図である。

本実施形態における電動機（モータ１０９）の制御装置（制御方法）は、電動車両のモータ１０９を制御対象とする。電動車両は、モータ１０９を駆動力とする電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車も含まれる。

図１に例示するモータ１０９は、固定子と回転子を有する。ここで、モータ１０９の回転子に関しては、その種類を制限するものではなく、例えば、永久磁石型回転子、巻線型回転子、籠型回転子などの回転子に適用可能である。図１では固定子巻線の相数を代表的に３相で表現するが、本実施形態では、３相以上の多相固定子巻線を備える電動機に適用可能である。

本実施形態の制御装置は、トルク制御部１０１、座標変換器１０２（ｄｑ軸→ＵＶＷ相変換器）、３次高調波電圧算出部１０３、ゲイン算出部１０４、加算器１１３、ＰＷＭ変換器１０５、インバータ１０６、電圧検出器１０７、電流検出器１０８、回転子位置センサ１１０、回転数算出部１１１、座標変換器１１２（ＵＶＷ相→ｄｑ軸変換器）等を備える。

トルク制御部１０１（相電圧算出手段）には、トルク指令値Ｔ^＊、回転数検出値Ｎ、バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑが入力される。ここで、トルク指令値Ｔ^＊は、アクセル開度等により算出される。

トルク制御部１０１は、入力された上記情報に基づいてｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を算出し、さらにｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を入力値とする電流ベクトル制御演算を行ってｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を算出し、出力する。

キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒは、後述の最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）からＰＷＭ信号を生成する際に最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）とコンペアマッチするキャリア波の周波数である。キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒは、動作条件、例えば回転数検出値Ｎ、及び／又は、トルク指令値Ｔ^＊（又はモータ１０９で発生するトルクに対応するｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ）に基づいて算出する。例えばモータ１０９を高速回転させる程１回転あたりの制御回数が減少するため、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒを高くする必要がある。

変調率ｍは、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、ｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊、バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃを用いて以下の（１）式により算出する。

座標変換器１０２（相電圧算出手段）は、ｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊、及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊をモータ１０９の電気角検出値θに基づき、（２）式に従って三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）（相電圧指令値）に変換して出力する。なお、変調率ｍを、バッテリ電圧検出値Ｖｄｃに対する三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊）の最大値の割合により算出してもよい。さらに変調率ｍを、ＰＷＭ信号を生成するためのキャリア波の最大値に対する最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）の最大値の割合により算出してもよい。

３次高調波電圧算出部１０３（高調波算出手段）は、三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）及びモータ１０９の電気角検出値θに基づき電圧利用率向上を目的とした高調波電圧指令値ｖ_０を出力する。三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）に高調波電圧指令値ｖ_０を加算することで、正弦波である三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）と比較して電圧利用率を向上させることができる。

ここで、高調波電圧指令値ｖ_０は、中性点を有する（２ｎ＋１）相固定子巻線を備える回転機における電圧利用率向上を目的としたものであり、少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含むものである。そして、高調波電圧指令値ｖ_０は、例えば以下の（３）式、（４）式のように表すことができるが、これらの式に示すものに限定されない。

ここで、Ｖｎは、三相電圧指令値（ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊）の最大振幅である。

ここで、ｍａｘ（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）は三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）の瞬時値のうち最大となる値であり、ｍｉｎ（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）は三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）の瞬時値のうち最小となる値である。

ゲイン算出部１０４（ゲイン出力手段）は、高調波電圧指令値ｖ_０に変調率ｍ、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊（又はモータ１０９で発生するトルクに対応するｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ）に応じて設定されるゲインｋを乗算した補正値ｖ_０ ^＊（＝ｋ・ｖ_０）を出力する。ゲイン算出部１０４によるゲインｋの設定については後述する。

加算器１１３（最終電圧算出部）は、三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）のそれぞれに値ｖ_０ ^＊を加算して最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）（最終電圧指令値）を生成して出力する。

ＰＷＭ変換器１０５（ＰＷＭ信号変換手段）は、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃに基づき、インバータ１０６のパワー素子を駆動するパルス信号となるＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ、Ｄ_ｕｌ、Ｄ_ｖｕ、Ｄ_ｖｌ、Ｄ_ｗｕ、Ｄ_ｗｌ）を出力する。

インバータ１０６は、ＰＷＭ信号によってパワー素子を駆動し、バッテリ１１４から出力されるバッテリ電圧（直流電圧）を三相ＰＷＭ電圧（ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗ）に変換してモータ１０９（固定子巻線）に印加する。

なお、インバータ１０６とバッテリ１１４との間には平滑コンデンサ１１５が配置され、インバータ１０６で発生する脈動成分であって直流電圧に重畳される脈動成分を平滑化（低減）する。

電圧検出器１０７は、バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ（平滑コンデンサ１１５の両端に印加される電圧）を検出する。

電流検出器１０８は、回転子に流れる三相の電流のうち少なくとも２相の電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖを検出する。

座標変換器１１２は、電流検出器１０８が検出した電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖと、電気角検出値θを用いて、以下の（５）式によりｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑを算出する。

回転子位置センサ１１０は、電気角検出値θを検出する。

回転数算出部１１１は、電気角検出値θの所定時間の変化量から回転数検出値Ｎを算出して出力する。

［ゲイン算出部１０４］
図２は、本実施形態のゲイン算出部１０４のブロック図である。ゲイン算出部１０４は、高調波電圧指令値ｖ_０（振幅）を補正するゲインｋを設定するゲイン設定部１０４ａ（ゲイン設定手段）を含む。

三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）に高調波電圧指令値ｖ_０の補正値ｖ_０ ^＊を加算して電圧利用率を向上させる手法は公知技術であるが、モータ１０９の出力向上に有用な技術である。

しかし、変調率ｍが特定の値近傍において平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧においてキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数における脈動成分（以下、平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧における脈動成分を「直流電圧リプル」という。）が増大するという課題がある。

例えば、変調率ｍが５０％近傍である場合、Ｕ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ、Ｄ_ｕｌ）、Ｖ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｖｕ、Ｄ_ｖｌ）、Ｗ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｗｕ、Ｄ_ｗｌ）は、それぞれＤｕｔｙ比が２５％付近で脈動する状態と、Ｄｕｔｙ比が２５％から７５％まで直線的に変化する状態と、Ｄｕｔｙ比が７５％付近で脈動する状態と、Ｄｕｔｙ比が７５％から２５％まで直線的に変化する状態と、を１周期として変化する。

例えばＵ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ、Ｄ_ｕｌ）が、そのＤｕｔｙ比が７５％付近で脈動する状態であるときは、Ｖ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｖｕ、Ｄ_ｖｌ）が、そのＤｕｔｙ比が２５％から７５％まで直線的に変化する状態となり、Ｗ相のＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ、Ｄ_ｕｌ）が、そのＤｕｔｙ比が２５％付近で脈動する状態となっている。

このとき、ＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ）の立ち上がるタイミング、ＰＷＭ信号（Ｄ_ｗｌ）が立ち下がるタイミング、ＰＷＭ信号（Ｄ_ｗｌ）が立ち上がるタイミング、ＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ）の立ち上がるタイミングが、等間隔の時間で発生する。よって、これに起因して平滑コンデンサ１１５側では、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の直流電圧リプル（三角波）が強く発生する。

ところで、モータ１０９等の電動機（回転機）を駆動する場合、インバータ１０６等の電力変換器の入力である直流母線に平滑コンデンサ１１５等の静電容量手段を並列に接続することが一般的である。このように構成することで、例えば直流母線に接続された他の機器の負荷変動や電力変換器のスイッチングに起因して発生する直流電圧の脈動が抑制されるため、良好なトルク又は電流制御が可能となる他、静電容量手段やバッテリ等の電源装置の発熱が抑制される。

ところが、静電容量手段の大型化は装置の大型化を招くため、直流電圧の脈動を抑制できる電力装置が望まれている。

従来技術（特許文献１等）では静電容量手段に印加される直流電圧に重畳される脈動成分を検出し、その脈動成分の瞬時値の増大に応じて電動機の負荷角を増大させることでその脈動の抑制を行っていた。

しかし、従来技術では、静電容量手段に印加される直流電圧に重畳される脈動成分を検出する構成であるため、検出速度以上の周波数において、静電容量手段に印加される直流電圧に重畳される脈動成分を抑制できないという問題がある。

また、従来技術では、ＰＷＭ制御で電動機を駆動し、検出した静電容量手段に印加される直流電圧に重畳される脈動成分に対して電動機の負荷角を増大させる構成であるため、ＰＷＭ信号のキャリア周波数以上の周波数において、静電容量手段に印加される直流電圧に重畳される脈動成分を抑制できないという問題がある。

一方、本実施形態では、ＰＷＭ信号が前記の特定のＤｕｔｙ比付近で脈動するときの脈動幅を高調波電圧指令値ｖ_０に乗算するゲインｋにより変化させることができる。そして、当該脈動幅を大きくすることで、ＰＷＭ信号が前記の特定のＤｕｔｙ比付近に滞在する時間の割合を減らすことで、電圧利用率の低下を抑制しつつキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の直流電圧リプルの振幅を小さくすることが可能である。

そこで、本実施形態では、変調率ｍ、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊の少なくともいずれか一つに応じてゲインｋを設定することでキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数における直流電圧リプルを低減することができ、平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧に重畳される脈動成分（直流電圧リプル）を低減することができる。

［ゲインｋの設定可能な範囲］
図３は、縦軸をゲインｋとし、横軸を変調率ｍとした座標空間において、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）と一致するときのゲインｋと変調率ｍとの関係を示す第１特性曲線２０１を境界とし最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）以下となるゲインｋの領域を示す図である。

次に最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）を超えないゲインｋの範囲について説明する。

ゲインｋの絶対値を増加させるとゲイン算出部１０４の出力である補正値ｖ_０ ^＊が増加する。下記ではゲインｋを負に増加させる場合を示すが、正に増加させる場合も同様である。補正値ｖ_０ ^＊が増加することで最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）が増加し、バッテリ電圧で出力可能な範囲を超過する。

最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧で出力可能な範囲を超過すると三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）通りの電圧をモータ１０９へ印加できずトルクが不足する。また、指令値通りの電圧がモータ１０９へ印加できないと、平滑コンデンサ１１５の直流電圧における脈動成分の低減を意図通りに実現できない。そこで、ゲインｋは最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）の最大値がバッテリ電圧で出力可能な範囲を超えない値に制限する。

図３に示す第１特性曲線２０１は、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）の最大値がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）に一致するときのゲインｋと変調率ｍの関係を示しており、変調率ｍの増加とともにゲインｋが単調に増加する（絶対値が小さくなる）曲線を描いている。

図３において、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）生成するときのゲインｋと変調率ｍを示す特性点（ｋ，ｍ）は、第１特性曲線２０１上と第１特性曲線２０１よりも左側の領域（ハッチングにより示される領域）の任意の位置に配置可能である。図３に示すように、ゲインｋの設定可能な範囲は変調率ｍが増加する程制限される。

図４は、縦軸をゲインｋとし、横軸を変調率ｍとした座標空間において、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）と一致するときのゲインｋと変調率ｍの関係を表した第１特性曲線２０１を境界とし最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）以下となるゲインｋの領域と、所定のキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒにおいて直流電圧リプルが許容最大振幅と一致するときのゲインｋと変調率ｍとの関係を示す第２特性曲線２０２Ａ（第２特性曲線２０２Ｂ）を境界とし当該直流電圧リプルが許容最大振幅以下となるゲインｋの領域と、が互いに重なる領域を示す図である。

ここでは、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに応じたゲインｋの範囲について説明する。一般的に平滑コンデンサ１１５の等価直列抵抗は本実施形態で想定されるキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの領域では低周波程大きくなる特性を持つ。従って、同じエネルギー量の直流電圧リプルが発生した場合、低周波側の損失が大きくなるため、周波数毎に定格電圧が異なる。

また例えば、本実施形態とバッテリ電源を共通にする機器の誤動作又は故障等を防ぐ目的で周波数毎の直流電圧リプルの閾値を予め設定される場合、周波数毎に直流電圧リプルの閾値が異なる。つまり、直流電圧リプルの超えてはならない閾値（許容最大振幅）が周波数毎に異なる。

また、設定するキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに応じて直流電圧リプルの周波数分布が変化するため、キャリア周波数毎にゲインｋの制限範囲が異なる。よって、直流電圧リプルの超えてはならない閾値（許容最大振幅）が周波数毎に異なる。従って、本実施形態では予め設定された周波数毎の直流電圧リプルの閾値を超えないように、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに応じてゲインｋを制限する。

図４に示す第２特性曲線２０２Ａ（第２特性曲線２０２Ｂ）は、設定されたキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒにおいて直流電圧リプルの許容最大振幅と一致するときのゲインｋと当該ゲインｋに対応する変調率ｍとの関係を表すものである。第２特性曲線２０２Ａ（第２特性曲線２０２Ｂ）は変調率ｍの増加とともにゲインｋが単調に増加する曲線を描く。

図４において、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）生成するときのゲインｋと変調率ｍを示す特性点（ｋ，ｍ）は、第２特性曲線２０２Ａ（第２特性曲線２０２Ｂ）よりも左側の領域となる。そして設定可能なゲインｋは、第１特性曲線２０１よりも左側の領域且つ第２特性曲線２０２Ａ（第２特性曲線２０２Ｂ）よりも左側の領域（ハッチングにより示される）領域に設定可能となる。

例えば、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒとして高キャリア周波数（例えば１０［ｋＨｚ］）が設定された場合、第２特性曲線２０２Ｂが第１特性曲線２０１よりも右側に配置されるので、高キャリア周波数が設定された場合は実質的に第１特性曲線２０１を境界として特性点（ｋ，ｍ）の設定可能な領域が制限される。

一方、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒとして低キャリア周波数（例えば５［ｋＨｚ］）が設定された場合、第２特性曲線２０２Ａが第１特性曲線２０１よりも左側に配置される部分（ゲインｋが－６．３から－３．７までの部分）と右側に配置され部分（ゲインｋが－６．３よりも低い部分と、ゲインｋが－３．７より高い部分）が存在する。よって、低キャリア周波数が設定された場合、ゲインｋが－６．３よりも低く、－３．７より高い領域では、第２特性曲線２０２Ａを境界として特性点（ｋ，ｍ）を設定可能な領域が制限され、ゲインｋが－６．３以上で－３．７以下の場合は第１特性曲線２０１を境界として特性点（ｋ，ｍ）を設定可能な領域が制限される。

図５は、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数で脈動する直流電圧リプルの振幅と変調率ｍとの関係を示す図である。

図６は、図４においてトルク指令値Ｔ^＊が最大トルクに設定され且つキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが低キャリア周波数に設定された場合であって直流電圧リプルが許容最大振幅に一致するときのゲインｋと変調率ｍとの関係を表す第３特性曲線２０３Ａを追加した図である。

図７は、図６において、トルク指令値Ｔ^＊を最大トルクから当該最大トルクよりも低いトルクに切り替えたことに対応して、第３特性曲線２０３Ｂが、ゲインｋが増加する方向にシフトすることを示す図である。

図５に示すように、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒを低キャリア周波数（例えば５［ｋＨｚ］）に設定した場合、低キャリア周波数の２倍の周波数（１０［ｋＨｚ］）で脈動する直流電圧リプルが発生するが当該直流電流リプルは変調率ｍにより増減する。特に変調率ｍが０．５付近（特性点２０４）で直流電圧リプルが最大となる。またトルク指令値Ｔ^＊が増加しても直流電圧リプルが増加する。よって、モータ１０９に所定のトルク指令値Ｔ^＊が設定される場合、特性点（ｋ，ｍ）の設定可能な範囲は、図６の第３特性曲線２０３Ａ（トルク指令値Ｔ^＊が最大トルク以下のトルクである場合も含む）上に制限される。

図６において、第３特性曲線２０３Ａは、トルク指令値Ｔ^＊が最大トルクに設定され且つキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが低キャリア周波数に設定された場合であって直流電圧リプルが許容最大振幅に一致するときのゲインｋと変調率ｍとの関係を示すものである。第３特性曲線２０３Ａ（図７の第３特性曲線２０３Ｂ、図８の第３特性曲線２０３Ｃ）は、図５に示す曲線を逆さまにしたものに対応し、直流電圧リプルが最大となるときの変調率ｍであって最もゲインｋが低くなる位置を極小値とし、ゲインｋが低くなる方向を凸とする曲線形状を有する。

ここで、第３特性曲線２０３Ａ（図７の第３特性曲線２０３Ｂ）は、第１特性曲線２０１及び第２特性曲線２０２Ａ（キャリア周波数ｆｃａｒｒが第３特性曲線２０３Ａと同じ）に交差することなく、第１特性曲線２０１及び第２特性曲線２０２Ａよりも左側、即ちゲインｋが設定可能な領域内に配置されている。よって、トルク指令値Ｔ^＊が最大トルクとなる場合の特性点（ｋ，ｍ）を第３特性曲線２０３Ａ上に設定することができる。

なお、図６に示すように、第３特性曲線２０３Ａ上の極小値（変調率ｍは約０．５）に特性点（ｋ，ｍ）（特性点２０４）を設定すると、従来技術（特許文献１等）のようにゲインｋを１に設定した場合と比較して、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数で脈動する直流電圧リプルが約２３．６％低減することが本願発明者により確認された。

トルク指令値Ｔ^＊（モータ１０９で発生するトルク）が小さくなると直流電圧リプルも小さくなる。よって、その分ゲインｋを大きな値に設定可能である。

図７に示すように、第３特性曲線２０３Ｂは、第３特性曲線２０３Ａと比較してトルク指令値Ｔ^＊の減少とともにゲインｋが高くなる方向にシフトする。これにより、トルク指令値Ｔ^＊に応じて直流電圧リプルが許容最大振幅（平滑コンデンサ１１５の閾値電圧）を超えないゲインｋであって最も高いゲインｋを設定することができる。

図８は、図６において、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒを低キャリア周波数から高キャリア周波数に切り替えたことに対応して、第３特性曲線２０３Ｃが極小値を中心とする曲線形状の先鋭度が低くなるように変形することを示す図である。

キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが変化すると予め設定されたキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒごとの直流電圧リプルの閾値（許容最大振幅）も異なる。キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒを高キャリア周波数（例えば１０［ｋＨｚ］）に設定した場合、当該高キャリア周波数の整数倍の周波数で脈動する直流電圧リプルが発生し得るが、変調率ｍの変化に伴う直流電圧リプルの振幅の変化が小さくなる傾向がある。

よって、図８に示すように、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが高キャリア周波数に設定されたときの第３特性曲線２０３Ｃは、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが低キャリア周波数（例えば５［ｋＨｚ］）に設定されたときの第３特性曲線２０３Ａと比較して、極小値の位置の変化はほとんどないが、極小値を中心とする曲線形状の先鋭度が低下している。すなわち変調率ｍの変化に伴うゲインｋの変化が小さくなるように変形している。

なお、第３特性曲線２０３Ｃは、第１特性曲線２０１及び第２特性曲線２０２Ｂ（キャリア周波数ｆｃａｒｒが第３特性曲線２０３Ｃと同じ）に交差することなく、第１特性曲線２０１及び第２特性曲線２０２Ｂよりも左側、即ちゲインｋが設定可能な領域内に配置されている。

図６に示す第３特性曲線２０３Ａ、図７に示す第３特性曲線２０３Ｂ、図８に示す第３特性曲線２０３Ｃはそれぞれマップとして記憶しておくことが可能であり、変調率ｍ、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊（又はモータ１０９で発生するトルクに対応するｄ軸電流ｉ_ｄ，ｑ軸電流ｉ_ｑ）を入力値とし、マップを参照してゲインｋを設定することが可能となる。もちろん第３特性曲線２０３Ａ等を多項式等の式に置き換えることも可能である。

過変調領域（変調率ｍが１より高い領域）では既に最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）で出力可能な範囲を超えており、本実施形態を適用することができない。しかし本実施形態は従来の高調波電圧指令値ｖ_０にゲインｋを乗算する構成のため、過変調領域においてゲインｋを１倍に設定することで従来の構成が実現される。従って、最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）がバッテリ電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）の範囲を超える範囲においてゲインｋを１倍に設定することで本実施形態と従来技術の構成のロジックの切り替えが不要となる。

［制御フロー］
図９は、本実施形態の電動機の制御装置の制御フローを示す図である。本実施形態の電動機の制御装置（制御方法）のフローについて説明する。なお、本実施形態の制御装置（制御方法）は、以下のステップＳ３０１乃至ステップＳ３１１の処理を実行するためのプログラムを備えている。

ステップＳ３０１において、電流検出器１０８が回転子に流れる三相の電流のうち電流ｉ_ｕ、電流ｉ_ｖを検知し、回転子位置センサ１１０が、回転子の電気角検出値θを検知する。

ステップＳ３０２において、座標変換器１１２が電流ｉ_ｕ、電流ｉ_ｖ、電流ｉ_ｗ（ｉ_ｗ＝－ｉ_ｕ－ｉ_ｖ）を、上記の（５）式に基づいて、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑに変換する。また、回転数算出部１１１は、電気角検出値θに基づいて回転数検出値Ｎを算出する。

ステップＳ３０３において、トルク制御部１０１は、トルク指令値Ｔ^＊、ｄ軸電流ｉ_ｄ、ｑ軸電流ｉ_ｑ、回転数検出値Ｎ、バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃに基づき、電流ベクトル制御を介してｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊を算出する。またトルク制御部１０１は、車両の動作条件に基づいてキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒを設定し、上記の（１）式等に基づいて変調率ｍを算出する。

ステップＳ３０４において、座標変換器１０２は、上記の（２）式に基づいてｄ軸電圧指令値ｖ_ｄ ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖ_ｑ ^＊に座標変換を行うことで三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）を生成する。

ステップＳ３０５において、３次高調波電圧算出部１０３は、三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）、モータ１０９の電気角検出値θに基づき、例えば上記の（３）式、（４）式に基づいて高調波電圧指令値ｖ_０を生成する。

ステップＳ３０６において、ゲイン算出部１０４は、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊、変調率ｍを入力する。

ステップＳ３０７において、ゲイン算出部１０４（ゲイン設定部１０４ａ）は、過変調であるか否か、すなわち変調率ｍが１より高いか否かを判断し、ＹＥＳであればステップＳ３０８に移行し、ＮＯであればステップＳ３０９に移行する。

ステップＳ３０８において、ゲイン算出部１０４（ゲイン設定部１０４ａ）は、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ及びトルク指令値Ｔ^＊に関わらずゲインｋを１倍に設定し、高調波電圧指令値ｖ_０にゲインｋを乗じて補正値ｖ_０ ^＊を算出する。

ステップＳ３０９において、ゲイン算出部１０４（ゲイン設定部１０４ａ）は、マップを参照して、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊、変調率ｍに対応するゲインｋの値を設定する。

ステップＳ３１１において、ゲイン算出部１０４（ゲイン設定部１０４ａ）は、高調波電圧指令値ｖ_０にゲインｋを乗じて補正値ｖ_０ ^＊を算出する。

ステップＳ３１２において、加算器１１３は、三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊）と補正値ｖ_０ ^＊とを加算して最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）を算出し、ＰＷＭ変換器１０５は最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊）に基づいてＰＷＭ信号（Ｄ_ｕｕ、Ｄ_ｕｌ、Ｄ_ｖｕ、Ｄ_ｖｌ、Ｄ_ｗｕ、Ｄ_ｗｌ）を算出する。

［本実施形態の効果］
本実施形態の電動機（モータ１０９）の制御方法によれば、固定子巻線を含む電動機（モータ１０９）をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機（モータ１０９）の制御方法であって、トルク指令値Ｔ^＊に基づいて固定子巻線に対する相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊））を算出し、相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊））を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値ｖ_０を算出し、高調波電圧指令値ｖ_０に所定のゲインｋを乗算した値（補正値ｖ_０＊）と相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊，ｖ_ｖ ^＊，ｖ_ｗ ^＊））とを加算して得られる最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号に関連する変調率ｍ、ＰＷＭ信号のキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊の少なくともいずれか１つに基づいてゲインｋを設定する。

上記方法により、ＰＷＭ制御により直流電圧を交流電圧に変換して電動機に電力を供給する場合、ＰＷＭ信号において、高調波、特に特定の変調率ｍで顕著に表れるキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の脈動成分を低減できるので、直流電圧に重畳される脈動成分を検出することなく当該脈動成分の振幅を抑制できる。よって、高い周波数領域における電圧脈動の低減が可能となる。

本実施形態において、駆動制御において直流電源（バッテリ１１４）から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機（モータ１０９）に印加するものとし、ゲインｋを、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））の最大値が直流電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）を超えない値に設定する。

これにより、直流電源（バッテリ１１４）が供給する直流電圧の範囲内で最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））を生成することで所望の電圧指令値を実現できるため、平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧における脈動成分を意図通りに低減できる。

本実施形態において、駆動制御において直流電源（バッテリ１１４）から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機（モータ１０９）に印加するとともに、直流電圧を交流電圧に変換する際に直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサ１１５により平滑化する場合において、ゲインｋを、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））の最大値が直流電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）を超えない値であって、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに対応して設定された脈動成分の許容最大振幅を超えないように当該キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに応じて設定する。

上記方法により、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒごとに平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧に重畳される脈動成分の低減量を調整することができる。

本実施形態において、駆動制御において直流電源（バッテリ１１４）から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機（モータ１０９）に印加するとともに、直流電圧を交流電圧に変換する際に直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサ１１５により平滑化する場合であって、トルク指令値Ｔ^＊が電動機（モータ１０９）で印加可能な最大トルクに設定され、且つ脈動成分がキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数であって、脈動成分の振幅が特定の変調率ｍにおいて極大値を有する場合において、ゲインｋを、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））の最大値が直流電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）を超えない値であって、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに対応して設定された平滑コンデンサ１１５の閾値電圧（許容最大振幅）を超えないように、且つ特定の変調率ｍにおいて設定される脈動成分の許容最大振幅を超えないように設定する。

上記方法により、平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧においてキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の脈動成分の振幅が最大となる動作点で、その脈動成分を最も低減することができる。

本実施形態において、変調率ｍが所定値（例えば１）を超えた場合にゲインｋを１に設定する。

上記方法により、過変調領域においてゲインｋを１倍に設定することで、本発明内容を適用することができない過変調領域と本発明内容を適用することができる通常領域とでロジック切り替えが不要となる。

本実施形態において、駆動制御により直流電源（バッテリ１１４）から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機（モータ９）に印加し、ゲインｋを第１軸とし変調率ｍを第２軸とする座標空間において、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））の最大値と直流電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）が一致するときのゲインｋと、変調率ｍと、の関係を示す第１特性曲線２０１を表し、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））を算出する際のゲインｋ及び変調率ｍを座標空間上の特性点として表す場合において、特性点に係るゲインｋが、特性点と同じ変調率ｍとなる第１特性曲線２０１上の点以上の値となる位置に配置され、特性点に係る変調率ｍが、特性点と同じゲインｋとなる第１特性曲線２０１上の点以下の値となる位置に配置されるようにゲインｋを設定する。

本実施形態において、駆動制御において直流電源（バッテリ１１４）から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機（モータ１０９）に印加するとともに、直流電圧を交流電圧に変換する際に直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサ１１５により平滑化する場合であって、ゲインｋを第１軸とし変調率ｍを第２軸とする座標空間において、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））の最大値と直流電圧（バッテリ電圧検出値Ｖ_ｄｃ）が一致するときのゲインｋと、変調率ｍと、の関係を示す第１特性曲線２０１と、脈動成分（直流電圧リプル）の振幅がキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒに対応して設定された脈動成分の許容最大振幅と一致するときのゲインｋと、変調率ｍと、の関係を示す第２特性曲線２０２Ａ（２０２Ｂ）と、を表し、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））を算出する際のゲインｋ及び変調率ｍを座標空間上の特性点として表す場合において、特性点に係るゲインｋが、特性点と同じ変調率ｍとなる第１特性曲線２０１上の点及び第２特性曲線２０２Ａ（２０２Ｂ）上の点以上となる位置に配置され、特性点に係る変調率ｍが、特性点と同じゲインｋとなる第１特性曲線２０１上の点及び第２特性曲線２０２Ａ（２０２Ｂ）上の点以下となる位置に配置されるようにゲインｋを設定する。

本実施形態において、座標空間において、脈動成分（直流電圧リプル）の振幅がトルク指令値Ｔ^＊に基づいて設定される脈動成分（直流電圧リプル）の許容最大振幅に一致するときのゲインｋと、変調率ｍと、の関係を示す第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）を表すとともに、第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）上のゲインｋが、当該ゲインｋに係る第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）上の変調率ｍと同じ変調率ｍとなる第１特性曲線２０１上の点及び第２特性曲線２０２Ａ（２０２Ｂ）上の点以上となる位置に配置され、第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）上の変調率ｍが、当該変調率ｍに係る第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）上のゲインｋと同じゲインｋとなる第１特性曲線２０１上の点及び第２特性曲線２０２Ａ（２０２Ｂ）上の点以下となる位置に配置されるように第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）が表される場合において、特性点が第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）上に配置されるように、ゲインｋを設定する。

上記方法により、トルク指令値Ｔ^＊が高い値に設定されていたとしても、脈動成分を低減することができる。

本実施形態において、脈動成分がキャリア周波数ｆｃａｒｒの２倍の周波数を含み、当該脈動成分の振幅が特定の変調率ｍにおいて極大値を有することで第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）が特定の変調率ｍにおいて極小値を有する場合において、トルク指令値Ｔ^＊を電動機（モータ９）で印加可能な最大トルクに設定する。

上記方法により、平滑コンデンサ１１５に印加される直流電圧においてキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の脈動成分の振幅が最大となる動作点（座標空間上の特性点）で、その脈動成分を最も低減することができる。

本実施形態において、トルク指令値Ｔ^＊が小さくなるほど第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）が座標空間の第１軸の方向であってゲインｋが高くなる方向にシフトするようにゲインｋを設定する。これにより、トルク指令値Ｔ^＊の変化に基づいて適正なゲインｋを設定できる。

本実施形態において、脈動成分がキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数を含み、当該脈動成分の振幅が特定の変調率ｍにおいて極大値を有することで第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）が特定の変調率ｍにおいて極小値を有する場合において、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒが高くなるほど第３特性曲線２０３Ａ（２０３Ｂ，２０３Ｃ）の極小値を中心とする曲線形状の先鋭度が低くなるようにゲインｋを設定する。これにより、キャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの変化に基づいて適正なゲインｋを設定できる。

本実施形態の電動機の制御装置によれば、固定子巻線を含む電動機（モータ１０９）をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機（モータ１０９）の制御装置であって、トルク指令値Ｔ^＊に基づいて固定子巻線に対する相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊））を算出する相電圧算出手段（トルク制御部１０１、座標変換器１０２）と、相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊））を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値ｖ_０を算出する高調波算出手段（３次高調波電圧算出部１０３）と、高調波電圧指令値ｖ_０に所定のゲインｋを乗算した値（補正値ｖ_０ ^＊）を出力する高調波出力手段（ゲイン算出部１０４）と、相電圧指令値（三相電圧指令値（ｖ_ｕ ^＊、ｖ_ｖ ^＊、ｖ_ｗ ^＊））と高調波出力手段（ゲイン算出部１０４）の出力（補正値ｖ_０ ^＊）とを加算して最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））を生成する最終電圧算出部（加算器１１３）と、最終電圧指令値（最終三相電圧指令値（ｖ_ｕ０ ^＊，ｖ_ｖ０ ^＊，ｖ_ｗ０ ^＊））をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ信号変換手段（ＰＷＭ変換器１０５）と、を含み、高調波出力手段（ゲイン算出部１０４）は、ＰＷＭ信号に関連する変調率ｍ、ＰＷＭ信号のキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒ、トルク指令値Ｔ^＊の少なくともいずれか１つに基づいてゲインｋを設定するゲイン設定手段（ゲイン設定部１０４ａ）を含む。

上記構成により、ＰＷＭ制御により直流電圧を交流電圧に変換して電動機に電力を供給する場合、ＰＷＭ信号において、高調波、特に特定の変調率ｍで顕著に表れるキャリア周波数ｆ_ｃａｒｒの２倍の周波数の脈動成分を低減できるので、直流電圧に重畳される脈動成分を検出することなく当該脈動成分の振幅を抑制できる。よって、高い周波数領域における電圧脈動の低減が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１０１トルク制御部，１０２座標変換器，１０３３次高調波電圧算出部，ゲイン算出部１０４，１０４ａゲイン設定部，１０５ＰＷＭ変換器，１０９モータ，１１３加算器

Claims

固定子巻線を含む電動機をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機の制御方法であって、
トルク指令値に基づいて前記固定子巻線に対する相電圧指令値を算出し、
前記相電圧指令値を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値を算出し、
前記高調波電圧指令値に所定のゲインを乗算した値と前記相電圧指令値とを加算して得られる最終電圧指令値に基づいて前記ＰＷＭ信号を生成し、
前記ＰＷＭ信号に関連する変調率、前記ＰＷＭ信号のキャリア周波数、前記トルク指令値の少なくともいずれか１つに基づいて前記ゲインを設定する電動機の制御方法。
前記駆動制御において直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するものとし、
前記ゲインを、前記最終電圧指令値の最大値が前記直流電圧を超えない値に設定する請求項１に記載の電動機の制御方法。
前記駆動制御において直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するとともに、前記直流電圧を前記交流電圧に変換する際に前記直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサにより平滑化する場合において、
前記ゲインを、前記最終電圧指令値の最大値が前記直流電圧を超えない値であって、前記キャリア周波数に対応して設定された前記脈動成分の許容最大振幅を超えないように当該キャリア周波数に応じて設定する請求項１に記載の電動機の制御方法。
前記駆動制御において直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するとともに、前記直流電圧を前記交流電圧に変換する際に前記直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサにより平滑化する場合であって、
前記トルク指令値が前記電動機で印加可能な最大トルクに設定され、且つ前記脈動成分が前記キャリア周波数の２倍の周波数を含み、前記脈動成分の振幅が特定の前記変調率において極大値を有する場合において、
前記ゲインを、前記最終電圧指令値の最大値が前記直流電圧を超えない値であって、前記キャリア周波数に対応して設定された前記平滑コンデンサの閾値電圧を超えないように、且つ前記特定の前記変調率において設定される前記脈動成分の許容最大振幅を超えないように設定する請求項１に記載の電動機の制御方法。
前記変調率が所定値を超えた場合に前記ゲインを１に設定する請求項１又は請求項２に記載の電動機の制御方法。
前記駆動制御により直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加し、前記ゲインを第１軸とし前記変調率を第２軸とする座標空間において、前記最終電圧指令値の最大値と前記直流電圧が一致するときの前記ゲインと、前記変調率と、の関係を示す第１特性曲線を表し、前記最終電圧指令値を算出する際の前記ゲイン及び前記変調率を前記座標空間上の特性点として表す場合において、
前記特性点に係る前記ゲインが、前記特性点と同じ前記変調率となる前記第１特性曲線上の点以上の値となる位置に配置され、前記特性点に係る前記変調率が、前記特性点と同じ前記ゲインとなる前記第１特性曲線上の点以下の値となる位置に配置されるように前記ゲインを設定する請求項１に記載の電動機の制御方法。
前記駆動制御において直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に印加するとともに、前記直流電圧を前記交流電圧に変換する際に前記直流電圧に重畳される脈動成分を平滑コンデンサにより平滑化する場合であって、前記ゲインを第１軸とし前記変調率を第２軸とする座標空間において、前記最終電圧指令値の最大値と前記直流電圧が一致するときの前記ゲインと、前記変調率と、の関係を示す第１特性曲線と、前記脈動成分の振幅が前記キャリア周波数に対応して設定された前記脈動成分の許容最大振幅と一致するときの前記ゲインと、前記変調率と、の関係を示す第２特性曲線と、を表し、前記最終電圧指令値を算出する際の前記ゲイン及び前記変調率を前記座標空間上の特性点として表す場合において、
前記特性点に係る前記ゲインが、前記特性点と同じ前記変調率となる前記第１特性曲線上の点及び前記第２特性曲線上の点以上となる位置に配置され、前記特性点に係る前記変調率が、前記特性点と同じ前記ゲインとなる前記第１特性曲線上の点及び前記第２特性曲線上の点以下となる位置に配置されるように前記ゲインを設定する請求項１に記載の電動機の制御方法。
前記座標空間において、前記脈動成分の振幅が前記トルク指令値に基づいて設定される前記脈動成分の許容最大振幅に一致するときの前記ゲインと、前記変調率と、の関係を示す第３特性曲線を表すとともに、前記第３特性曲線上の前記ゲインが、前記ゲインに係る前記第３特性曲線上の前記変調率と同じ前記変調率となる前記第１特性曲線上の点及び前記第２特性曲線上の点以上となる位置に配置され、前記第３特性曲線上の前記変調率が、前記変調率に係る前記第３特性曲線上の前記ゲインと同じ前記ゲインとなる前記第１特性曲線上の点及び前記第２特性曲線上の点以下となる位置に配置されるように前記第３特性曲線が表される場合において、
前記特性点が前記第３特性曲線上に配置されるように、前記ゲインを設定する請求項７に記載の電動機の制御方法。
前記脈動成分が前記キャリア周波数の２倍の周波数を含み、当該脈動成分の振幅が特定の前記変調率において極大値を有することで前記第３特性曲線が前記特定の前記変調率において極小値を有する場合において、前記トルク指令値を前記電動機で印加可能な最大トルクに設定する請求項８に記載の電動機の制御方法。
前記トルク指令値が小さくなるほど前記第３特性曲線が前記座標空間の前記第１軸の方向であって前記ゲインが高くなる方向にシフトするように前記ゲインを設定する請求項８又は請求項９に記載の電動機の制御方法。
前記脈動成分が前記キャリア周波数の２倍の周波数を含み、当該脈動成分の振幅が特定の前記変調率において極大値を有することで前記第３特性曲線が前記特定の前記変調率において極小値を有する場合において、前記キャリア周波数が高くなるほど前記第３特性曲線の前記極小値を中心とする曲線形状の先鋭度が低くなるように前記ゲインを設定する請求項８に記載の電動機の制御方法。
固定子巻線を含む電動機をＰＷＭ信号により駆動制御する電動機の制御装置であって、
トルク指令値に基づいて前記固定子巻線に対する相電圧指令値を算出する相電圧算出手段と、
前記相電圧指令値を基本波としたときに当該基本波の周波数に対して少なくとも（２ｎ＋１）次の高調波を含む高調波電圧指令値を算出する高調波算出手段と、
前記高調波電圧指令値に所定のゲインを乗算した値を出力する高調波出力手段と、
前記相電圧指令値と前記高調波出力手段の出力とを加算して最終電圧指令値を生成する最終電圧算出部と、
前記最終電圧指令値を前記ＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ信号変換手段と、を含み、
前記高調波出力手段は、
前記ＰＷＭ信号に関連する変調率、前記ＰＷＭ信号のキャリア周波数、前記トルク指令値の少なくともいずれか１つに基づいて前記ゲインを設定するゲイン設定手段を含む電動機の制御装置。