JP2024024880A

JP2024024880A - 電動機

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Publication number: JP2024024880A
Application number: JP2022127831A
Authority: JP
Inventors: 拓也成瀬; Takuya Naruse; 俊輔安保; Shunsuke Ampo; 崇大神; Takashi Ogami
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-26
Also published as: US20240056016A1; CN117595752A; KR20240021703A; DE102023120891A1

Abstract

【課題】コモンモード電流を低減できる電動機を提供する。【解決手段】電動機は、電動モータと、電動モータを駆動するインバータ部と、コモンモードノイズを低減させるノイズ低減部と、制御部と、金属製の筐体とを備える。電動モータは、３相コイルを有する。インバータ部は、スイッチング素子を有する。ノイズ低減部は、インバータ部よりも入力側に設けられている。制御部は、電圧指令値とキャリア周波数とに基づいて生成されるＰＷＭ信号を用いてスイッチング素子を制御する。筐体は、電動モータ、インバータ部、ノイズ低減部、及び制御部を収容している。筐体は、車両のボディに接地されている。制御部は、電圧指令値の変調率を演算する演算部と、演算部によって演算された変調率に応じてキャリア周波数を設定する設定部とを有している。設定部は、変調率が所定の変調率よりも低い場合、変調率が所定の変調率以上の場合よりも高いキャリア周波数に設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、電動モータと、インバータ部と、ノイズ低減部と、制御部と、金属製の筐体とを備える空調装置が開示されている。電動モータは、３相コイルを有している。インバータ部は、スイッチング素子を有している。インバータ部は、電動モータを駆動する。ノイズ低減部は、インバータ部よりも入力側に設けられている。ノイズ低減部は、コモンモードノイズを低減する。制御部は、電圧指令値とキャリア周波数とに基づいて生成されるＰＷＭ信号を用いてスイッチング素子を制御する。筐体は、電動モータ、インバータ部、ノイズ低減部、及び制御部を収容している。筐体は、車両のボディに接地されている。

特開２０１７－０２２９６１号公報

コモンモードノイズの１つとして、電動モータの中性点電圧に起因するコモンモード電流が挙げられる。このコモンモード電流の低減が望まれている。

上記問題点を解決するための電動機は、３相コイルを有する電動モータと、スイッチング素子を有し、前記電動モータを駆動するインバータ部と、前記インバータ部よりも入力側に設けられ、コモンモードノイズを低減させるノイズ低減部と、電圧指令値とキャリア周波数とに基づいて生成されるＰＷＭ信号を用いて前記スイッチング素子を制御する制御部と、前記電動モータ、前記インバータ部、前記ノイズ低減部、及び前記制御部を収容し、車両のボディに接地された金属製の筐体と、を備える電動機であって、前記制御部は、前記電圧指令値の変調率を演算する演算部と、前記演算部によって演算された前記変調率に応じて、前記キャリア周波数を設定する設定部と、を有し、前記設定部は、前記変調率が所定の変調率よりも低い場合、前記変調率が前記所定の変調率以上の場合よりも高い前記キャリア周波数に設定することを要旨とする。

上記構成では、設定部は、変調率が所定の変調率よりも低い場合、変調率が所定の変調率以上の場合よりも高いキャリア周波数に設定する。これにより、変調率が所定の変調率よりも低い場合のキャリア周波数が、変調率が所定の変調率以上の場合のキャリア周波数と同じであるときと比較して、中性点電圧のパルス幅が短くなるため、コモンモード電流の振幅が小さくなる。よって、コモンモード電流を低減できる。

上記電動機において、前記ノイズ低減部は、コンデンサとチョークコイルとを有し、前記設定部は、前記変調率が前記所定の変調率よりも低い場合、前記キャリア周波数を、前記ノイズ低減部の共振周波数帯域よりも高い周波数に設定してもよい。

上記構成では、変調率が所定の変調率よりも低い場合におけるキャリア周波数は、ノイズ低減部の共振周波数帯域内に含まれないため、共振現象によるノイズの発生を抑制できる。

本発明によれば、コモンモード電流を低減できる。

実施形態における車両の構成を示すブロック図である。実施形態におけるインバータ部、ノイズ低減部、及びインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。チョークコイルのコイルに流れる電流とチョークコイルのインダクタンスとの関係を示す図である。キャリア周波数と共振周波数帯域との関係を示す図である。実施形態における制御部の動作を示すフローチャートである。（ａ）は３相電圧指令値及びキャリア信号を示す図、（ｂ）は各相のＰＷＭ信号を示す図、（ｃ）は中性点電圧及びコモンモード電流を示す図である。（ａ）は３相電圧指令値及びキャリア信号を示す図、（ｂ）は各相のＰＷＭ信号を示す図、（ｃ）は中性点電圧及びコモンモード電流を示す図である。（ａ）は３相電圧指令値及びキャリア信号を示す図、（ｂ）は各相のＰＷＭ信号を示す図、（ｃ）は中性点電圧及びコモンモード電流を示す図である。

以下、電動機を具体化した一実施形態を図１～図８にしたがって説明する。本実施形態の電動機は、車両に搭載されている。本実施形態の電動機は、空調装置の電動圧縮機に用いられている。

図１に示すように、車両１００は、空調装置１１０と、蓄電装置１２０とを備えている。
空調装置１１０は、電動圧縮機１１１と、外部冷媒回路１１２と、空調ＥＣＵ１１３とを有している。電動圧縮機１１１は、冷媒を圧縮する。外部冷媒回路１１２は、例えば、熱交換器及び膨張弁等を有している。空調装置１１０は、電動圧縮機１１１によって冷媒が圧縮され、かつ外部冷媒回路１１２によって冷媒の熱交換及び膨張が行われることによって、車内の冷暖房を行う。空調ＥＣＵ１１３は、空調装置１１０の全体を制御する。空調ＥＣＵ１１３は、車内温度やカーエアコンの設定温度等のパラメータを把握可能に構成されている。空調ＥＣＵ１１３は、把握したパラメータに基づいて、電動圧縮機１１１に対して指令回転速度Ｎｃなどの各種指令を送信する。

蓄電装置１２０は、直流電力の充放電が可能なものであれば任意である。蓄電装置１２０は、例えば、二次電池や電気二重層キャパシタ等である。蓄電装置１２０は、車両１００のボディに搭載されている。蓄電装置１２０は、電動圧縮機１１１の直流電源として用いられる。蓄電装置１２０の負極は、車両１００のボディに接地されている。

電動圧縮機１１１は、電動機１０と圧縮部１１とを備えている。電動機１０は、電動モータ１２と、インバータ部１３と、ノイズ低減部１４と、インバータ制御装置１５とを有している。電動モータ１２は、圧縮部１１を駆動する。インバータ部１３は、電動モータ１２を駆動する。ノイズ低減部１４は、コモンモードノイズを低減させる。インバータ制御装置１５は、インバータ部１３の制御に用いられる。

図２に示すように、電動機１０は、筐体１６を有している。筐体１６は、電動モータ１２、インバータ部１３、ノイズ低減部１４、及びインバータ制御装置１５を収容している。筐体１６は、金属製である。したがって、筐体１６は、導電性を有している。筐体１６は、車両１００のボディに接地されている。

＜電動モータ＞
図１に示すように、電動モータ１２は、回転軸２１と、ロータ２２と、ステータ２３とを有している。電動モータ１２は、３相モータである。ロータ２２は、回転軸２１に固定されている。ロータ２２は、永久磁石２２ａを含んでいる。ステータ２３は、ロータ２２に対して対向配置されている。ステータ２３は、図示しないステータコアと、３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗとを有している。３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗとは、ｕ相コイル２４ｕ、ｖ相コイル２４ｖ、及びｗ相コイル２４ｗである。３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗは、ステータコアに巻回されている。ロータ２２は、３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗが所定のパターンで通電されることにより回転する。回転軸２１は、ロータ２２と一体的に回転する。

図２に示すように、３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗは、Ｙ結線されている。３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗの第１端は、互いに電気的に接続されることによって、中性点２４ｎを構成している。３相コイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗの第１端とは反対側の端である第２端は、インバータ部１３に接続されている。

＜圧縮部＞
圧縮部１１は、電動モータ１２が駆動することによって冷媒を圧縮する。詳細には、圧縮部１１は、回転軸２１が回転することによって、外部冷媒回路１１２から供給された冷媒を圧縮する。圧縮部１１によって圧縮された冷媒は、外部冷媒回路１１２に吐出される。圧縮部１１は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等、任意である。

＜インバータ部＞
インバータ部１３は、蓄電装置１２０が出力する直流電力を交流電力に変換する。電動モータ１２は、インバータ部１３から出力される交流電力によって駆動する。

図２に示すように、インバータ部１３は、スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２を有している。以下、スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２を「スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２」と記載する。

本実施形態のスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２は、例えば、ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子である。スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２はそれぞれ、還流ダイオードを有している。詳しくは、ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１は、還流ダイオードＤｕ１を有している。ｕ相スイッチング素子Ｑｕ２は、還流ダイオードＤｕ２を有している。ｖ相スイッチング素子Ｑｖ１は、還流ダイオードＤｖ１を有している。ｖ相スイッチング素子Ｑｖ２は、還流ダイオードＤｖ２を有している。ｗ相スイッチング素子Ｑｗ１は、還流ダイオードＤｗ１を有している。ｗ相スイッチング素子Ｑｗ２は、還流ダイオードＤｗ２を有している。以下、還流ダイオードＤｕ１，Ｄｕ２，Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｗ１，Ｄｗ２を「還流ダイオードＤｕ１～Ｄｗ２」と記載する。還流ダイオードＤｕ１～Ｄｗ２のカソードは、対応するスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２のコレクタに接続されている。還流ダイオードＤｕ１～Ｄｗ２のアノードは、対応するスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２のエミッタに接続されている。

ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２は、ｕ相接続線を介して互いに直列に接続されている。ｕ相接続線は、途中で分岐してｕ相コイル２４ｕの第２端に接続されている。ｕ相スイッチング素子Ｑｕ１のコレクタは、正極母線Ｌ１に接続されている。ｕ相スイッチング素子Ｑｕ２のエミッタは、負極母線Ｌ２に接続されている。ｖ相スイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２は、ｖ相接続線を介して互いに直列に接続されている。ｖ相接続線は、途中で分岐してｖ相コイル２４ｖの第２端に接続されている。ｖ相スイッチング素子Ｑｖ１のコレクタは、正極母線Ｌ１に接続されている。ｖ相スイッチング素子Ｑｖ２のエミッタは、負極母線Ｌ２に接続されている。ｗ相スイッチング素子Ｑｗ１，Ｑｗ２は、ｗ相接続線を介して互いに直列に接続されている。ｗ相接続線は、途中で分岐してｗ相コイル２４ｗの第２端に接続されている。ｗ相スイッチング素子Ｑｗ１のコレクタは、正極母線Ｌ１に接続されている。ｗ相スイッチング素子Ｑｗ２のエミッタは、負極母線Ｌ２に接続されている。

＜ノイズ低減部＞
ノイズ低減部１４は、蓄電装置１２０とインバータ部１３との間に設けられている。ノイズ低減部１４は、インバータ部１３よりも入力側に設けられている。ノイズ低減部１４は、蓄電装置１２０からインバータ部１３に入力される前の直流電力に含まれるコモンモードノイズを低減させる。ノイズ低減部１４が低減させるコモンモードノイズには、電動モータ１２の中性点２４ｎの電圧である中性点電圧Ｖｎに起因するコモンモード電流Ｉｃが含まれている。このコモンモード電流Ｉｃは、浮遊容量Ｃｓを介して車両１００のボディに流出した後、ボディを経由して正極母線Ｌ１及び負極母線Ｌ２に戻る。

ノイズ低減部１４は、チョークコイル４１を有している。本実施形態のチョークコイル４１は、コモンモードチョークコイルである。チョークコイル４１は、コア４１ａと、コア４１ａに巻回されたコイル４１ｂとを有している。チョークコイル４１は、正極母線Ｌ１及び負極母線Ｌ２上に設けられている。また、ノイズ低減部１４は、２つのコンデンサ４２を有している。コンデンサ４２は、Ｙコンデンサである。２つのコンデンサ４２は、直列接続されている。２つのコンデンサ４２を接続する接続線は、途中で分岐して筐体１６に接続されることにより、車両１００のボディに接地されている。２つのコンデンサ４２は、チョークコイル４１に対して並列接続されている。２つのコンデンサ４２は、チョークコイル４１に対してインバータ部１３側に設けられている。ノイズ低減部１４は、チョークコイル４１及びコンデンサ４２によって構成されたＬＣフィルタである。

図３は、チョークコイル４１のコイル４１ｂに流れる電流Ｉとチョークコイル４１のインダクタンスＬとの関係を示す。チョークコイル４１のコイル４１ｂに流れる電流Ｉが増加すると、コア４１ａが磁気飽和することによって、インダクタンスＬが低下する。

図４に示すように、ノイズ低減部１４は、共振周波数帯域Ａを有している。チョークコイル４１のコイル４１ｂに流れる電流Ｉが増大することによってインダクタンスＬが低下した場合、共振周波数帯域Ａは高周波数側に移動する。

＜インバータ制御装置＞
図２に示すように、インバータ制御装置１５は、電圧センサ５１と、電流センサ５２と、制御部５３とを有している。

電圧センサ５１は、蓄電装置１２０の電圧である直流電圧Ｖｄｃを検出する。
電流センサ５２は、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとは、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ、及びｗ相電流Ｉｗである。ｕ相電流Ｉｕは、ｕ相コイル２４ｕに流れる電流である。ｖ相電流Ｉｖは、ｖ相コイル２４ｖに流れる電流である。ｗ相電流Ｉｗは、ｗ相コイル２４ｗに流れる電流である。

制御部５３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めインバータ制御装置１５が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの非一過性の記憶媒体を備える記憶装置（不図示）に格納されていてもよい。記憶装置は、例えば、上記の各種記憶媒体、或いはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現されてもよい。

制御部５３は、インバータ部１３、詳細にはスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２を制御することにより、電動モータ１２を駆動する。制御部５３は、３相／２相変換部５３ａと、位置推定部５３ｂと、３相電圧指令値導出部５３ｃと、演算部５３ｄと、設定部５３ｅと、生成部５３ｆと、回転制御部５３ｇとを有している。制御部５３は、空調ＥＣＵ１１３と接続されている。

３相／２相変換部５３ａは、電流センサ５２によって検出された３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを２相電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する。２相電流Ｉｄ，Ｉｑとは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑである。ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑは、互いに直交している。ｄ軸電流Ｉｄは、ロータ２２の磁束軸方向成分の電流、すなわち励磁成分電流である。ｑ軸電流Ｉｑは、電動モータ１２のトルクに寄与するトルク成分電流である。

位置推定部５３ｂは、ロータ２２の回転位置及び回転速度を推定する。位置推定部５３ｂは、例えば、２相電流Ｉｄ，Ｉｑと後述する２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒとのうち、少なくとも１つに基づいて、ロータ２２の回転位置、及び実際の回転速度である実回転速度Ｎｒを推定する。実回転速度Ｎｒの単位は、例えば、ｒｐｍ等である。

３相電圧指令値導出部５３ｃは、空調ＥＣＵ１１３から外部指令値を取得する。外部指令値とは、例えば、指令回転速度Ｎｃである。指令回転速度Ｎｃの単位は、例えば、ｒｐｍ等である。空調ＥＣＵ１１３は、空調装置１１０の運転状況などから、必要な冷媒の流量を算出する。空調ＥＣＵ１１３は、必要な冷媒の流量を実現できる指令回転速度Ｎｃを算出する。

３相電圧指令値導出部５３ｃは、空調ＥＣＵ１１３から取得した指令回転速度Ｎｃと、位置推定部５３ｂによって推定された実回転速度Ｎｒとに基づいて、３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを導出する。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒとは、ｕ相電圧指令値Ｖｕｒ、ｖ相電圧指令値Ｖｖｒ、及びｗ相電圧指令値Ｖｗｒである。ｕ相電圧指令値Ｖｕｒは、ｕ相コイル２４ｕに印加する電圧の目標値である。ｖ相電圧指令値Ｖｖｒは、ｖ相コイル２４ｖに印加する電圧の目標値である。ｗ相電圧指令値Ｖｗｒは、ｗ相コイル２４ｗに印加する電圧の目標値である。

詳しくは、３相電圧指令値導出部５３ｃは、空調ＥＣＵ１１３から取得した指令回転速度Ｎｃと、位置推定部５３ｂによって推定された実回転速度Ｎｒとに基づいて、２相電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒを導出する。２相電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒとは、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒである。ｄ軸電流指令値Ｉｄｒは、ｄ軸電流Ｉｄの目標値である。ｑ軸電流指令値Ｉｑｒは、ｑ軸電流Ｉｑの目標値である。

３相電圧指令値導出部５３ｃは、導出した２相電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒと、３相／２相変換部５３ａが変換した２相電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて、２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒを導出する。２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒとは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒである。ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒは、電動モータ１２のｄ軸に印加する電圧の目標値である。ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒは、電動モータ１２のｑ軸に印加する電圧の目標値である。

３相電圧指令値導出部５３ｃは、２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒに基づいて、３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを導出する。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒは、電気角に応じて変化するものである。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒは、例えば、電気角の０［°］～３６０［°］を１周期とした基準振幅を有する波形となっている。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒの位相は互いに異なっている。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒの位相は、例えば、互いに１２０［°］ずれている。３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒの波形は、正弦波、三角波、矩形波、又は、それらの波形の変形したものなど、任意である。

演算部５３ｄは、電圧センサ５１によって検出された直流電圧Ｖｄｃと、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出された２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒとに基づいて、変調率Ｍを演算する。変調率Ｍは、直流電圧Ｖｄｃに対するモータ電圧Ｖｍの比である。モータ電圧Ｖｍは、√（Ｖｄｒ＾２＋Ｖｑｒ＾２）で求められる。したがって、変調率Ｍは、Ｍ＝（√（Ｖｄｒ＾２＋Ｖｑｒ＾２））／Ｖｄｃで求められる。変調率Ｍは、電動モータ１２の起動時や低速回転時には低くなり、高速回転時には高くなる。この場合、変調率Ｍは、直流電圧Ｖｄｃの変動にも依存する。

設定部５３ｅは、演算部５３ｄによって演算された変調率Ｍに応じて、キャリア信号Ｐｃの周波数であるキャリア周波数ｆを設定する。設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、キャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１に設定する。設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合、キャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１よりも低い第２周波数ｆ２に設定する。つまり、設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合よりも高いキャリア周波数ｆに設定する。

例えば、コモンモード電流Ｉｃが所定の電流値Ｉｃｔｈよりも大きい場合、チョークコイル４１のコア４１ａが磁気飽和することによって、インダクタンスＬが低下するとする。本実施形態では、所定の変調率Ｍｔｈ及びキャリア周波数ｆは、コモンモード電流Ｉｃが所定の電流値Ｉｃｔｈ以下になるように設定される。

コモンモード電流Ｉｃは、変調率Ｍが高いほど小さくなる。キャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２の場合に、コモンモード電流Ｉｃが所定の電流値Ｉｃｔｈよりも大きくなるときの変調率Ｍを変調率Ｍ０とする。キャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２の場合、変調率Ｍが変調率Ｍ０以下のとき、コモンモード電流Ｉｃは所定の電流値Ｉｃｔｈよりも大きくなる。変調率Ｍが変調率Ｍ０よりも高いとき、コモンモード電流Ｉｃは所定の電流値Ｉｃｔｈ以下になる。この場合、所定の変調率Ｍｔｈは、変調率Ｍ０以下に設定される。

コモンモード電流Ｉｃは、キャリア周波数ｆが高いほど小さくなる。第１周波数ｆ１は、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合であっても、コモンモード電流Ｉｃが所定の電流値Ｉｃｔｈ以下になるように設定される。

図４に示すように、本実施形態では、設定部５３ｅは、第１周波数ｆ１を、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定する。つまり、設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、キャリア周波数ｆをノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定する。また、設定部５３ｅは、第２周波数ｆ２を、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定する。つまり、設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合、キャリア周波数ｆをノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定する。

生成部５３ｆは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出された３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒと、設定部５３ｅによって設定されたキャリア周波数ｆのキャリア信号Ｐｃとに基づいて、ＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを生成する。ＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとは、ｕ相ＰＷＭ信号Ｐｕ、ｖ相ＰＷＭ信号Ｐｖ、及びｗ相ＰＷＭ信号Ｐｗである。ｕ相ＰＷＭ信号Ｐｕは、ｕ相コイル２４ｕに印加する電圧である。ｖ相ＰＷＭ信号Ｐｖは、ｖ相コイル２４ｖに印加する電圧である。ｗ相ＰＷＭ信号Ｐｗは、ｗ相コイル２４ｗに印加する電圧である。ＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗは、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２のスイッチングパターン、詳細にはデューティ比を設定する。

詳細には、生成部５３ｆは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出されたｕ相電圧指令値Ｖｕｒと、設定部５３ｅによって設定されたキャリア周波数ｆのキャリア信号Ｐｃとに基づいて、ｕ相ＰＷＭ信号Ｐｕを生成する。生成部５３ｆは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出されたｖ相電圧指令値Ｖｖｒと、設定部５３ｅによって設定されたキャリア周波数ｆのキャリア信号Ｐｃとに基づいて、ｖ相ＰＷＭ信号Ｐｖを生成する。生成部５３ｆは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出されたｗ相電圧指令値Ｖｗｒと、設定部５３ｅによって設定されたキャリア周波数ｆのキャリア信号Ｐｃとに基づいて、ｗ相ＰＷＭ信号Ｐｗを生成する。

回転制御部５３ｇは、生成部５３ｆによって生成されたＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗをスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２に出力することによって、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２のスイッチング制御を行う。つまり、制御部５３は、３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒとキャリア周波数ｆとに基づいて生成されるＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを用いて、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２を制御する。

＜動作フロー＞
制御部５３の動作の一例について説明する。
図５に示すように、ステップＳ１１において、３相電圧指令値導出部５３ｃは、空調ＥＣＵ１１３から取得した指令回転速度Ｎｃと、位置推定部５３ｂによって推定された実回転速度Ｎｒとに基づいて、２相電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒを導出する。

次に、ステップＳ１２において、３相電圧指令値導出部５３ｃは、導出した２相電流指令値Ｉｄｒ，Ｉｑｒと、３相／２相変換部５３ａが変換した２相電流Ｉｄ，Ｉｑとに基づいて、２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒを導出する。

次に、ステップＳ１３において、３相電圧指令値導出部５３ｃは、２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒに基づいて、３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを導出する。
次に、ステップＳ１４において、演算部５３ｄは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出された２相電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒと、電圧センサ５１によって検出された直流電圧Ｖｄｃとに基づいて、変調率Ｍを演算する。

変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、設定部５３ｅは、キャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１に設定する。変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合（ステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、設定部５３ｅは、キャリア周波数ｆを第２周波数ｆ２に設定する。

次に、ステップＳ１８において、生成部５３ｆは、３相電圧指令値導出部５３ｃによって導出された３相電圧指令値Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒと、設定部５３ｅによってキャリア周波数ｆが設定されたキャリア信号Ｐｃとに基づいて、ＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを生成する。

そして、ステップＳ１９において、回転制御部５３ｇは、生成部５３ｆによって生成されたＰＷＭ信号Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを用いてスイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２を制御する。
［本実施形態の作用］
本実施形態の作用について、比較例を用いて説明する。

本実施形態では、設定部５３ｅは、演算部５３ｄによって演算された変調率Ｍに応じてキャリア周波数ｆを設定する。設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、キャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１に設定する。設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合、キャリア周波数ｆを第２周波数ｆ２に設定する。これに対し、比較例では、キャリア周波数ｆは、変調率Ｍに関わらず、一定値に設定されている。キャリア周波数ｆは、第２周波数ｆ２に設定されている。

まず、実施形態及び比較例において変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合について、図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）を用いて説明する。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）は、実施形態及び比較例で共通である。

図６（ａ）は、３相電圧指令値Ｖｕｒ１，Ｖｖｒ１，Ｖｗｒ１と、キャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２であるキャリア信号Ｐｃ１とを示している。図６（ｂ）は、ＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１を示している。ＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１は、３相電圧指令値Ｖｕｒ１，Ｖｖｒ１，Ｖｗｒ１とキャリア信号Ｐｃ１とに基づいて生成されている。図６（ｃ）は、中性点電圧Ｖｎ１とコモンモード電流Ｉｃ１とを示している。中性点電圧Ｖｎは、ｕ相ＰＷＭ信号Ｐｕ、ｖ相ＰＷＭ信号Ｐｖ、及びｗ相ＰＷＭ信号Ｐｗの総和を３で除した値である。したがって、中性点電圧Ｖｎは、（Ｐｕ＋Ｐｖ＋Ｐｗ）／３で求められる。中性点電圧Ｖｎ１は、（Ｐｕ１＋Ｐｖ１＋Ｐｗ１）／３で求められる。

変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上であり、かつキャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２である場合、ＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１のパルス幅は変動している。また、ＰＷＭ信号Ｐｕ１，Ｐｖ１，Ｐｗ１のパルスの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、相毎に異なっている。このため、中性点電圧Ｖｎ１のパルス波形は台形波形になっている。このときのコモンモード電流Ｉｃ１は、所定の電流値Ｉｃｔｈ以下である。

続いて、比較例において変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合について、図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図７（ｃ）を用いて説明する。
図７（ａ）は、３相電圧指令値Ｖｕｒ２，Ｖｖｒ２，Ｖｗｒ２と、比較例におけるキャリア信号Ｐｃ１とを示している。３相電圧指令値Ｖｕｒ２，Ｖｖｒ２，Ｖｗｒ２の振幅は、３相電圧指令値Ｖｕｒ１，Ｖｖｒ１，Ｖｗｒ１の振幅よりも小さい。比較例におけるキャリア信号Ｐｃ１のキャリア周波数ｆは、第２周波数ｆ２である。図７（ｂ）は、比較例におけるＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２を示している。ＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２は、３相電圧指令値Ｖｕｒ２，Ｖｖｒ２，Ｖｗｒ２とキャリア信号Ｐｃ１とに基づいて生成されている。図７（ｃ）は、比較例における中性点電圧Ｖｎ２とコモンモード電流Ｉｃ２を示している。中性点電圧Ｖｎ２は、（Ｐｕ２＋Ｐｖ２＋Ｐｗ２）／３で求められる。

変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低く、かつキャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２である場合、ＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２のパルス幅はほぼ一定である。また、ＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２のパルスの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、各相でほぼ同じである。このため、中性点電圧Ｖｎ１の波形は方形波になっている。キャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２である場合、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低いときのコモンモード電流Ｉｃ２の振幅は、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上であるときのコモンモード電流Ｉｃ１の振幅よりも大きい。つまり、キャリア周波数ｆが一定値である場合、変調率Ｍが低下すると、コモンモード電流Ｉｃは増大する。

コモンモード電流Ｉｃが所定の電流値Ｉｃｔｈよりも大きい場合には、チョークコイル４１のコア４１ａの磁気飽和が発生することによって、チョークコイル４１のインダクタンスＬが低下する。チョークコイル４１のインダクタンスＬが低下すると、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａが高周波数側に移動するため、キャリア周波数ｆがノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａに含まれた場合には、共振現象によるノイズが発生する。

続いて、実施形態において変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合について、図８（ａ）、図８（ｂ）、及び図８（ｃ）を用いて説明する。
図８（ａ）は、３相電圧指令値Ｖｕｒ２，Ｖｖｒ２，Ｖｗｒ２と、実施形態におけるキャリア信号Ｐｃ２とを示している。実施形態におけるキャリア信号Ｐｃ２のキャリア周波数ｆは、第２周波数ｆ２よりも高い第１周波数ｆ１である。図８（ｂ）は、実施形態におけるＰＷＭ信号Ｐｕ３，Ｐｖ３，Ｐｗ３を示している。ＰＷＭ信号Ｐｕ３，Ｐｖ３，Ｐｗ３は、３相電圧指令値Ｖｕｒ２，Ｖｖｒ２，Ｖｗｒ２とキャリア信号Ｐｃ２とに基づいて生成されている。図８（ｃ）は、実施形態における中性点電圧Ｖｎ３とコモンモード電流Ｉｃ３とを示している。中性点電圧Ｖｎ３は、（Ｐｕ３＋Ｐｖ３＋Ｐｗ３）／３で求められる。

変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低く、かつキャリア周波数ｆが第１周波数ｆ１である場合、ＰＷＭ信号Ｐｕ３，Ｐｖ３，Ｐｗ３のパルス幅はほぼ一定である。また、ＰＷＭ信号Ｐｕ３，Ｐｖ３，Ｐｗ３のパルスの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングは、各相でほぼ同じである。このため、中性点電圧Ｖｎ３の波形は、比較例と同様、方形波になっている。その一方で、実施形態におけるキャリア信号Ｐｃ２のキャリア周波数ｆは、比較例におけるキャリア信号Ｐｃ１のキャリア周波数ｆよりも高い。言い換えると、実施形態におけるキャリア信号Ｐｃ２の周期は、比較例におけるキャリア信号Ｐｃ１の周期よりも短い。このため、実施形態におけるＰＷＭ信号Ｐｕ３，Ｐｖ３，Ｐｗ３のパルス幅は、比較例におけるＰＷＭ信号Ｐｕ２，Ｐｖ２，Ｐｗ２のパルス幅よりも小さくなっている。したがって、実施形態における中性点電圧Ｖｎ３のパルス幅は、比較例における中性点電圧Ｖｎ２のパルス幅よりも小さくなっている。その結果、実施形態におけるコモンモード電流Ｉｃ３の振幅は、比較例におけるコモンモード電流Ｉｃ２の振幅よりも小さくなっている。つまり、実施形態では、比較例と比較して、コモンモード電流Ｉｃが低減されている。実施形態におけるコモンモード電流Ｉｃ３は、所定の電流値Ｉｃｔｈ以下である。

このように、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合には、キャリア周波数ｆが第２周波数ｆ２よりも高い第１周波数ｆ１に設定されることによって、コモンモード電流Ｉｃが低減される。この場合、チョークコイル４１のコア４１ａの磁気飽和が発生しにくくなることによってインダクタンスＬの低下が抑制されるため、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａは高周波数側に移動しにくくなる。また、本実施形態では、キャリア周波数ｆである第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２は、共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定されている。よって、キャリア周波数ｆが共振周波数帯域Ａ内に含まれることにより生じる共振現象によるノイズの発生が抑制される。

［本実施形態の効果］
本実施形態の効果を説明する。
（１）設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合よりも高いキャリア周波数ｆに設定する。これにより、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合のキャリア周波数ｆが、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合のキャリア周波数ｆと同じである場合と比較して、中性点電圧Ｖｎのパルス幅が短くなるため、コモンモード電流Ｉｃの振幅が小さくなる。よって、コモンモード電流Ｉｃを低減できる。

なお、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合より、コモンモード電流Ｉｃは小さい。したがって、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合には、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合より、キャリア周波数ｆが低く設定されることによって、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２のスイッチング動作回数を減少させることができる。よって、スイッチング損失を低減できる。また、スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２の発熱による部品の故障を抑制できる。

（２）ノイズ低減部１４は、チョークコイル４１とコンデンサ４２とを有している。設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、キャリア周波数ｆを、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａよりも高い周波数に設定する。これにより、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合におけるキャリア周波数ｆである第２周波数ｆ２は、ノイズ低減部１４の共振周波数帯域Ａ内に含まれない。よって、共振現象によるノイズの発生を抑制できる。

（３）コモンモード電流Ｉｃが低減されることによって、チョークコイル４１のコア４１ａの磁気飽和が発生しにくくなるため、チョークコイル４１のインダクタンスＬの低下が抑制される。これにより、共振周波数帯域Ａが高周波数側に移動しにくくなるため、キャリア周波数ｆが共振周波数帯域Ａに含まれることによって生じる共振減少によるノイズの発生を抑制できる。

（４）例えば、コア４１ａの材質の変更やコイル４１ｂの巻き数の増加といった部品構成の変更を行わなくても、コモンモード電流Ｉｃを低減できる。
［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

○ スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２は、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子Ｑｕ１～Ｑｗ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴでもよい。
○ ノイズ低減部１４の構成は、コモンモードノイズを低減可能であれば、適宜変更されてもよい。

○ チョークコイル４１は、コモンモードノイズを低減することに加えて、コア４１ａの漏れ磁束によってノーマルモードノイズも低減させる構造であってもよい。
○ 電流センサ５２は、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ全てを検出しなくてもよい。電流センサ５２は、３相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２つの電流を検出するとともに、残りの１つの電流は、計算で求められてもよい。

○ 変調率Ｍと時間情報とが紐付けられている場合、設定部５３ｅは、時間情報に基づいてキャリア周波数ｆを設定してもよい。
例えば、空調ＥＣＵ１１３がインバータ制御装置１５に対して電動モータ１２の起動指令を送信した時刻ｔ０から所定の時刻ｔ１までは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低いとする。また、所定の時刻ｔ１に、変調率Ｍが所定の時刻Ｍｔｈ以上になるとする。この場合、設定部５３ｅは、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間は、キャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１に設定する。設定部５３ｅは、時刻ｔ１においてキャリア周波数ｆを第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り替える。つまり、設定部５３ｅは、変調率Ｍと所定の変調率Ｍｔｈとを比較することなくキャリア周波数ｆを設定する。この場合であっても、設定部５３ｅは、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈよりも低い場合、変調率Ｍが所定の変調率Ｍｔｈ以上の場合よりも高いキャリア周波数ｆに設定することになる。

○ 電動機１０は、電動圧縮機１１１に用いられるものに限定されない。例えば、電動機１０は、車両１００を走行させる走行用モータとして用いられてもよい。
○ ２つのコンデンサ４２を接続する接続線は、途中で分岐して筐体１６に接続されるのではなく、途中で分岐して車両１００のボディに接地されていてもよい。

○ ２つのコンデンサ４２を接続する接続線の途中で分岐して筐体１６に接続される配線はなくてもよい。
○ コモンモード電流Ｉｃは、浮遊容量Ｃｓを介して筐体１６に流出した後、筐体１６を経由して、筐体１６と正極母線Ｌ１との浮遊容量及び筐体１６と負極母線Ｌ２との浮遊容量を介して正極母線Ｌ１及び負極母線Ｌ２に戻ってもよい。

１０…電動機、１２…電動モータ、１３…インバータ部、１４…ノイズ低減部、１６…筐体、５３…制御部、５３ｄ…演算部、５３ｅ…設定部、２４ｕ，２４ｖ，２４ｗ…３相コイル、４１…チョークコイル、４２…コンデンサ、１００…車両、Ｑｕ１～Ｑｗ２…スイッチング素子。

Claims

３相コイルを有する電動モータと、
スイッチング素子を有し、前記電動モータを駆動するインバータ部と、
前記インバータ部よりも入力側に設けられ、コモンモードノイズを低減させるノイズ低減部と、
電圧指令値とキャリア周波数とに基づいて生成されるＰＷＭ信号を用いて前記スイッチング素子を制御する制御部と、
前記電動モータ、前記インバータ部、前記ノイズ低減部、及び前記制御部を収容し、車両のボディに接地された金属製の筐体と、
を備える電動機であって、
前記制御部は、
前記電圧指令値の変調率を演算する演算部と、
前記演算部によって演算された前記変調率に応じて、前記キャリア周波数を設定する設定部と、
を有し、
前記設定部は、前記変調率が所定の変調率よりも低い場合、前記変調率が前記所定の変調率以上の場合よりも高い前記キャリア周波数に設定することを特徴とする電動機。
前記ノイズ低減部は、コンデンサとチョークコイルとを有し、
前記設定部は、前記変調率が前記所定の変調率よりも低い場合、前記キャリア周波数を、前記ノイズ低減部の共振周波数帯域よりも高い周波数に設定する請求項１に記載の電動機。