JP5412750B2

JP5412750B2 - 動力装置

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Publication number: JP5412750B2
Application number: JP2008136412A
Authority: JP
Inventors: 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-05-26
Also published as: JP2009284719A

Description

本発明は、インバータの制御装置を含む動力装置に関し、詳細には、パルス幅変調の結果としてインバータ出力に重畳するキャリア側帯波成分による、モータの騒音を抑制するための技術に関する。

インバータによるモータ駆動では、パワースイッチング素子のオン・オフ動作に起因する電流変動分がモータのコイルに供給されることで、モータ内の磁場に変動を生じさせる。ここで、インバータの一般的な制御方式としてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）が知られており、このパルス幅変調制御では、インバータのキャリア周波数（基本波成分）がモータの構造共振周波数に合致することで、ステータに共振を生じさせ、モータから発せられる騒音を著しく増大させることが問題となる。モータの構造共振周波数は、モータの構造上特定される固有振動数であり、主にステータコアの外径寸法に基づいて定められる。

ここで、インバータのキャリア周波数に起因するモータ騒音の増大を抑制するための技術として、特許文献１には、ステータの共振を回避し得るようにインバータのキャリア周波数を設定する、という技術が記載されている。具体的には、ステータの固有振動数が主にステータコアの外径寸法により決定されることから、ステータコアの外径寸法に応じた複数のキャリア周波数を予め設定しておき、実際に使用するモータにおけるステータコア外径に応じてキャリア周波数を切り換えるのである。
特開昭６３−１９０５９４号公報（第２頁右下欄第１５行〜次頁左上欄第９行）

特許文献１に記載の技術によれば、インバータのキャリア周波数自体によるモータ騒音の増大を抑制し得るものの、依然として次のような問題が存在する。

インバータ出力であるモータの駆動電圧には、キャリア周波数の側帯波成分（以下「キャリア側帯波成分」という。）が重畳する。このキャリア側帯波成分は、インバータにおけるパルス幅変調の結果として生じる高周波成分であり、モータ回転数に応じて変化し、モータ回転数の増大に対してキャリア周波数からのずれが大きくなる。ここで、インバータのキャリア周波数とモータの構造共振周波数とが合致することによりモータ騒音が増大することは、既に述べたところであるが、キャリア側帯波成分もモータ騒音を増大させる原因となり、キャリア側帯波成分がモータの構造共振周波数と合致することによってもステータに共振が生じ、モータ騒音が増大することとなる。上記文献記載の技術では、キャリア側帯波成分がモータ騒音に及ぼす影響については何ら考慮されておらず、キャリア側帯波成分によるステータの共振を回避することはできない。

本発明は、以上の問題を考慮したインバータの制御装置を提供するものであり、キャリア側帯波成分によるステータの共振を回避し、モータ騒音の増大を抑制することを目的とする。

本発明に係る動力装置は、交流モータと、前記モータの電源であるバッテリと、前記バッテリ及びモータに対し、前記バッテリにより印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給可能に接続されたインバータと、
直流電圧を交流モータの駆動電圧に変換するインバータの制御装置であって、実際のモータ回転数を検出するモータ回転数検出手段と、インバータのキャリア周波数として、予め定められた第１のキャリア周波数、または前記第１のキャリア周波数よりも大きな値の前記第２のキャリア周波数に設定するキャリア周波数設定手段と、前記モータの増速運転の場合には、前記モータ回転数検出手段によって検出された実際のモータ回転数が、前記モータの構造共振周波数に合致する際のモータ回転数である共振モータ回転数よりも低い所定の回転数に達したか否かを判定し、前記モータの減速運転の場合には、前記実際のモータ回転数が、前記共振モータ回転数よりも高い所定の回転数に達したか否かを判定することで、実際のモータ回転数が変化してインバータ出力における前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数の側帯波成分が前記共振モータ回転数に対して所定の範囲内にまで近付いたか否かを判定するモータ回転数到達判定手段と、前記増速運転の場合に、前記測帯波成分が前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数に対して高周波数側で前記構造共振周波数に合致することで、前記モータ回転数到達判定手段により実際のモータ回転数が前記所定の範囲内にまで近付いたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を前記第１のキャリア周波数から前記第２のキャリア周波数に変更し、前記減速運転の場合に、前記測帯波成分が前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数に対して高周波数側で前記構造共振周波数に合致することで、前記モータ回転数到達判定手段により実施のモータ回転数が前記所定の範囲内にまで近づいたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を前記第２のキャリア周波数から前記第１のキャリア周波数に変更するように、前記キャリア周波数設定手段によって設定されるキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段と、を含んで構成されるインバータの制御装置と、を備えている。

具体的には、モータの増速運転時において、実際のモータ回転数が上昇して共振モータ回転数よりも低い所定の回転数に達したか否かを判定し、実際のモータ回転数がこの所定の回転数に達したと判定したときに、インバータのキャリア周波数を変更する。また、モータの減速運転時において、実際のモータ回転数が下降して共振モータ回転数よりも高い所定の回転数に達したか否かを判定し、実際のモータ回転数がこの所定の回転数に達したと判定したときに、インバータのキャリア周波数を変更する。

本発明によれば、モータ回転数が共振モータ回転数に対して所定の範囲内にまで近付いたときに、インバータのキャリア周波数を第１のキャリア周波数から第２のキャリア周波数に変更することとした。これにより、モータ回転数が変化して共振モータ回転数に合致する前にキャリア周波数を変更して、キャリア側帯波成分がモータの構造共振周波数に合致するのを回避し、キャリア側帯波成分によりステータに共振が生じるのを回避することができる。したがって、モータ騒音の増大を抑制し、広い回転数領域に亘って静粛性の高いモータ作動を実現することが可能となる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ１を備える動力装置の概略的な構成を示している。本実施形態に係る動力装置は、内燃機関と組み合わせてハイブリッド車の駆動源を構成することが可能であり、また、電源として燃料電池を採用することにより燃料電池車の駆動源を構成することも可能である。

インバータ１は、直流電源であるバッテリ２により印加される直流電圧をモータジェネレータ３の駆動電圧に変換するものである。本実施形態において、モータジェネレータ（「交流モータ」に相当する。）３は、三相誘導型の回転電機であり、インバータ１により変換されたｕ〜ｗ相の交流電圧により発動機として作動する。他方、モータジェネレータ３は、図示しない回転軸を駆動することにより発電機として作動させることも可能である。モータジェネレータ３により発生させた交流電力をインバータ１により直流電力に変換し、バッテリ２を充電することができる。バッテリ２には、正極端子に対して電源ライン４が、負極端子に対して接地ライン５が接続されており、これらのライン４，５の間に、インバータ１の各相アーム１１ｕ〜１１ｗが互いに並列に接続されている。コンデンサ６は、モータジェネレータ１の作動時に平滑コンデンサとして機能するものであり、電源ライン４及び接地ライン５の間でインバータ１に対して並列に、かつインバータ１よりも電源側に接続されている。

ここで、インバータ１について更に説明する。

インバータ１は、互いに並列に配設されたｕ相アーム１１ｕ、ｖ相アーム１１ｖ及びｗ相アーム１１ｗを備え、各相アーム１１ｕ〜１１ｗは、一対の電力用半導体素子（以下「スイッチング素子」という。）を備えている。スイッチング素子は、直流及び交流の間での電圧変換に際してオン・オフ動作を行うものであり、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）により具現可能である。ｕ相アーム１１ｕは、スイッチング素子１２ａ及び１２ｂを電源ライン４及び接地ライン５の間で互いに直列に接続して構成される。また、ｖ相アーム１１ｖは、スイッチング素子１２ｃ，１２ｄを、ｗ相アーム１１ｗは、スイッチング素子１２ｅ，１２ｆを、夫々互いに直列に接続して構成される。各相アームのスイッチング素子（本実施形態では、ＩＧＢＴ）１２ａ〜１２ｆは、後述する制御ユニット８により出力されるスイッチング制御信号に基づいて、そのオン・オフ動作が制御される。更に、各スイッチング素子１２ａ〜１２ｆのコレクタ及びエミッタの間には、エミッタ側からコレクタ側へ通電可能に接続されたダイオードが設けられている。各相アーム１１ｕ〜１１ｗの中間点がモータジェネレータ３の対応するコイルに接続されており、スイッチング素子１２ａ〜１２ｆのオン・オフ動作により変換された交流電圧が駆動電圧としてモータジェネレータ３に印加される。

制御ユニット８は、本実施形態に係るインバータ１の「制御装置」としての機能を有するものであり、制御回路として構成される。制御ユニット８は、モータジェネレータ３の各相コイルに供給される電流（以下「モータ電流」という。）を検出し、これに基づいてスイッチング素子１２ａ〜１２ｆのオン・オフ動作を制御するためのスイッチング制御信号を設定し、出力する。具体的には、本実施形態に係る動力装置は、モータジェネレータ３のｕ相コイルに供給されるモータ電流（ｕ相モータ電流）を検出するｕ相電流センサ８１、及びｖ相コイルに供給されるモータ電流（ｖ相モータ電流）を検出するｖ相電流センサ８２を備えるとともに、モータジェネレータ３を構成するロータの回転角を検出する回転角センサ８３を備えている。制御ユニット８は、これらの電流センサ８１，８２により検出されたｕ相モータ電流及びｖ相モータ電流、ならびにモータジェネレータ３のトルク指令値に基づいてスイッチング制御信号を設定し、駆動ユニット７に出力する。モータジェネレータ３がハイブリッド車等の電動車両の駆動源を構成する場合に、モータジェネレータ３のトルク指令値は、運転者のアクセル操作量等に基づいて算出することができる。なお、モータジェネレータ３の各相モータ電流の瞬時値の和が０であることから、ｗ相モータ電流は、ｕ及びｖ相のモータ電流に基づいて算出可能である。制御ユニット８は、回転角センサ８３により検出されたロータの回転角（以下「ロータ回転角」という。）に基づいてモータジェネレータ３の回転数（以下「モータ回転数」という。）を算出する。

駆動ユニット７は、駆動回路として構成され、制御ユニット８により出力されたスイッチング制御信号を電圧信号に変換し、対応するスイッチング素子（ここでは、ＩＧＢＴ）１２ａ〜１２ｆのゲートに印加する。

以下、本実施形態に係る制御ユニット８が電圧変換に際して行う動作について、フローチャートにより説明する。なお、制御ユニット８による電圧変換は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により行われる。

図２に示すインバータ制御ルーチンのフローチャートにおいて、Ｓ１０１では、モータ回転数Ｎｍを読み込む。モータ回転数Ｎｍは、モータジェネレータ３の実際の回転数であり、回転角センサ８３により検出されたロータ回転角に基づいて算出される。

Ｓ１０２では、読み込んだモータ回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎ１以下であるか否かを判定する。モータ回転数ＮｍがＮ１以下であるときは、Ｓ１０３へ進み、Ｎ１よりも大きいときは、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０３では、インバータ１のキャリア周波数ｆｃを比較的に小さな値の低速時周波数ｆｃ１に設定する。

Ｓ１０４では、インバータ１のキャリア周波数ｆｃを低速時周波数ｆｃ１よりも大きな値の高速時周波数ｆｃ２に設定する。

Ｓ１０５では、Ｓ１０３又は１０４により設定されたキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２によりパルス幅変調制御を行い、バッテリ２の直流電圧を交流電圧に変換し、モータジェネレータ３に印加する。具体的には、キャリア波の電圧信号Ｖｃと制御指令値の電圧信号Ｖａとを比較し、制御指令値の電圧信号ＶａがＶｃ以上である期間において、スイッチング制御信号Ｓａとして理論値１を出力する一方、ＶａがＶｃよりも小さい期間において、理論値０を出力する。図４は、キャリア波として一般的な三角波を採用した場合の例を示している。制御ユニット８は、モータジェネレータ３のトルク指令値に応じた制御指令値を設定し、キャリア波の電圧信号Ｖｃと制御指令値の電圧信号Ｖａとを比較して、その比較結果に応じたスイッチング制御信号Ｓａを出力する。スイッチング制御信号Ｓａは、駆動ユニット７により電圧信号に変換され、インバータ１のスイッチング素子１２ａ〜１２ｆに印加される。スイッチング素子１２ａ〜１２ｆは、理論値１であるスイッチング制御信号Ｓａに対してオン動作し、理論値０であるスイッチング制御信号Ｓａに対してオフ動作する。このようなオン・オフ動作の結果、直流電圧がインバータ出力Ｖｏｕｔである交流電圧に変換される。

ここで、キャリア周波数ｆｃを切り換える際の所定の回転数Ｎ１、ならびに低速時周波数ｆｃ１及び高速時周波数ｆｃ２について説明する。

インバータ１からの出力である駆動電圧Ｖｏｕｔには、キャリア周波数（基本波成分）ｆｃ以外に、パルス幅変調の結果として生じる側帯波成分ｆｓが重畳する。インバータ出力におけるキャリア側帯波成分ｆｓは、キャリア周波数ｆｃに対して次式（１）により表される。なお、キャリア波の波形等、パルス幅変調方式に応じて定められる係数をｋとし、モータ回転数Ｎｍに応じたモータ作動周波数をｆ０とする。同式から明らかなように、キャリア側帯波成分ｆｓは、モータ回転数Ｎｍに応じて変化し、モータ回転数Ｎｍの増大に対してキャリア周波数ｆｃからのずれが大きくなる。

ｆｓ＝ｆｃ±ｋ×ｆ０・・・（１）
ここで、キャリア側帯波成分ｆｓがキャリア周波数ｆｃとともにモータジェネレータ３の騒音を増大させる原因となることは、既に述べたところである。具体的には、キャリア周波数ｆｃがモータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒに合致することで、モータジェネレータ３のステータに共振を生じさせるとともに、キャリア側帯波成分ｆｓが構造共振周波数ｆｒに合致することによってもステータに共振を生じさせ、モータ騒音を増大させる。本実施形態では、モータ回転数Ｎｍに応じてキャリア周波数ｆｃを切り換えて設定することにより、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとが合致することを回避する。なお、モータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒは、ステータコアの外形寸法に応じて定められる。

図３は、モータ回転数Ｎｍとキャリア周波数ｆｃとの関係を示している。本実施形態において、キャリア側帯波成分ｆｓは、キャリア周波数ｆｃに対して高周波数側で構造共振周波数ｆｒに合致する。しかしながら、キャリア周波数ｆｃの設定条件によっては低周波数側で合致する場合もある。

本実施形態では、低速時のキャリア周波数（低速時周波数）ｆｃ１に関してその側帯波成分ｆｓ１がモータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒに合致する共振モータ回転数Ｎｒ１が定められるとともに、高速時のキャリア周波数（高速時周波数）ｆｃ２に関してその側帯波成分ｆｓ２が構造共振周波数ｆｒに合致する共振モータ回転数Ｎｒ２が定められる。共振モータ周波数Ｎｒ１，Ｎｒ２は、上式（１）により予め明らかにすることが可能である。キャリア周波数ｆｃを切り換える際の所定の回転数Ｎ１は、これらの共振モータ回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２の間の回転数に設定され、本実施形態では、Ｎｒ１及びＮｒ２の中間回転数（＝（Ｎｒ１＋Ｎｒ２）／２）に設定されている。

したがって、本実施形態では、モータジェネレータ３が所定の回転数Ｎ１以下の低回転数で運転している場合に、キャリア周波数ｆｃとして低速時周波数ｆｃ１（「第１のキャリア周波数」に相当する。）が設定される。そして、このような低速運転からの増速時において、モータ回転数Ｎｍが上昇して所定の回転数Ｎ１に達したときに、キャリア周波数ｆｃが高速時周波数ｆｃ２（「第２のキャリア周波数」に相当する。）に切り換えられる。これにより、低速時周波数ｆｃ１の側帯波成分ｆｓ１が構造共振周波数ｆｒに合致する前にキャリア周波数ｆｃが高速時周波数ｆｃ２に切り換えられて、キャリア側帯波成分ｆｓ（高速時周波数ｆｃ２の側帯波成分ｆｓ２）が構造共振周波数ｆｒを上回ることとなり、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとが合致することが回避される。同様に、高速運転（Ｎ１＜Ｎｍ）からの減速時において、モータ回転数Ｎｍが下降して所定の回転数Ｎ１に達したときに、キャリア周波数ｆｃが高速時周波数ｆｃ２（「第１のキャリア周波数」に相当する。）から低速時周波数ｆｃ１（「第２のキャリア周波数」に相当する。）に切り換えられる。これにより、キャリア側帯波成分ｆｓ（ｆｓ２）が構造共振周波数ｆｒに合致する前にキャリア周波数ｆｃが切り換えられて、キャリア側帯波成分ｆｓ（ｆｓ１）が構造共振周波数ｆｒを下回り、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとの合致が回避される。

本実施形態では、モータジェネレータ３の増速運転時について、図２に示すフローチャートのＳ１０３の処理により「キャリア周波数設定手段」としての機能が、Ｓ１０２の処理により「モータ回転数到達判定手段」としての機能が、Ｓ１０４の処理により「キャリア周波数変更手段」としての機能が、Ｓ１０１の処理により「モータ回転数検出手段」としての機能が実現される。また、減速運転時について、同図のフローチャートのＳ１０４の処理により「キャリア周波数設定手段」としての機能が、Ｓ１０２の処理により「モータ回転数到達判定手段」としての機能が、Ｓ１０３の処理により「キャリア周波数変更手段」としての機能が、Ｓ１０１の処理により「モータ回転数検出手段」としての機能が実現される。

本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。

本実施形態では、インバータ１のキャリア周波数ｆｃをモータ回転数Ｎｍに応じて切り換え、所定の回転数Ｎ１以下の低回転数側の領域では、低速時周波数ｆｃ１を、Ｎ１よりも高い高回転数側の領域では、低速時周波数ｆｃ１よりも大きな値の高速時周波数ｆｃ２を設定することとした。これにより、モータジェネレータ３の増速運転時では、モータ回転数Ｎｍが低速時周波数ｆｃ１に関する共振モータ回転数Ｎｒ１に達する前にキャリア周波数ｆｃをｆｃ２に切り換える一方、減速運転時では、モータ回転数Ｎｍが高速時周波数ｆｃ２に関する共振モータ回転数Ｎｒ２に達する前にキャリア周波数ｆｃをｆｃ１に切り換え、キャリア側帯波成分ｆｓが構造共振周波数ｆｒに合致するのを回避することができる。したがって、キャリア側帯波成分ｆｓによりステータに共振が生じるのを回避して、モータ騒音の増大を抑制することができ、広い回転数領域に亘って静粛性の高いモータ作動を実現することが可能となる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態に係る動力装置とは、インバータ制御の内容のみで相違し、各実施形態に係る動力装置の構成は、第１の実施形態のもの（図１）と同様である。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る制御ユニット８が電圧変換に際して行う動作を示すフローチャートである。本実施形態では、増速運転時と減速運転時との間で、キャリア周波数ｆｃを切り換える際の所定の回転数Ｎ１（Ｎ１ｕ，Ｎ１ｄ）を異ならせ、ヒステリシスを持たせる。

Ｓ２０１では、モータ回転数Ｎｍを読み込む。

Ｓ２０２では、モータジェネレータ３が増速運転時にあるか否かを判定する。この判定及び後述する減速運転時にあるか否かの判定は、モータ回転数Ｎｍの変化率に基づいて行うことが可能である。増速運転時にあるときは、Ｓ２０３へ進み、それ以外のときは、Ｓ２０４へ進む。

Ｓ２０３では、モータ回転数Ｎｍが増速運転時について設定された所定の回転数Ｎ１ｕ以下であるか否かを判定する。モータ回転数ＮｍがＮ１ｕ以下であるときは、Ｓ２０６へ進み、Ｎ１ｕよりも大きいときは、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０４では、モータジェネレータ３が減速運転時にあるか否かを判定する。減速運転時にあるときは、Ｓ２０５へ進み、それ以外の定常運転時にあるときは、Ｓ２０８へ進み、現時点で設定されているキャリア周波数ｆｃによりパルス幅変調制御を行う。

Ｓ２０５では、モータ回転数Ｎｍが減速運転時について設定された所定の回転数Ｎ１ｄ以上であるか否かを判定する。モータ回転数ＮｍがＮ１ｄ以上であるときは、Ｓ２０７へ進み、Ｎ１ｄよりも小さいときは、Ｓ２０６へ進む。なお、増速運転時と減速運転時との間でキャリア周波数ｆｃの切換えにヒステリシスを持たせるため、所定の回転数Ｎ１ｄは、Ｎ１ｕよりも小さな値に設定されている。

Ｓ２０６では、インバータ１のキャリア周波数ｆｃを低速時周波数ｆｃ１に設定する。

Ｓ２０７では、インバータ１のキャリア周波数ｆｃを高速時周波数ｆｃ２に設定する。高速時周波数ｆｃ２が低速時周波数ｆｃ１よりも大きな値であるのは、第１の実施形態におけると同様である。

Ｓ２０８では、Ｓ２０６又は２０７により設定されたキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２によりパルス幅変調制御を行い、変換後の交流電圧Ｖｏｕｔをインバータ出力としてモータジェネレータ３に印加する。

本実施形態では、キャリア周波数ｆｃを切り換える際の所定の回転数Ｎ１ｕ，Ｎ１ｄが、共振モータ回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２の間で、かつ所定の回転数Ｎ１ｄがＮ１ｕよりも小さな値に設定されている。したがって、本実施形態では、図６に示すように、モータジェネレータ３の増速運転時において、モータ回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎ１ｕ以下の低回転数で運転している場合は、キャリア周波数ｆｃとして低速時周波数ｆｃ１（「第１のキャリア周波数」に相当する。）が設定される。そして、モータ回転数Ｎｍが上昇して所定の回転数Ｎ１ｕに達したときに、キャリア周波数ｆｃが高速時周波数ｆｃ２（「第２のキャリア周波数」に相当する。）に切り換えられる。これにより、低速時周波数ｆｃ１の側帯波成分ｆｓ１が構造共振周波数ｆｒに合致する前にキャリア周波数ｆｃが切り換えられて、キャリア側帯波成分ｆｓ（高速時周波数ｆｃ２の側帯波成分ｆｓ２）が構造共振周波数ｆｒを上回ることとなり、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとが合致することが回避される。同様に、モータジェネレータ３の減速運転時において、モータ回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎ１ｄ（＜Ｎ１ｕ）以上の高回転数で運転している場合は、キャリア周波数ｆｃとして高速時周波数ｆｃ２（「第１のキャリア周波数」に相当する。）が設定される。そして、モータ回転数Ｎｍが下降して所定の回転数Ｎ１ｄに達したときに、キャリア周波数ｆｃが低速時周波数ｆｃ１（「第２のキャリア周波数」に相当する。）に切り換えられる。これにより、キャリア側帯波成分ｆｓ（ｆｓ２）が構造共振周波数ｆｒに合致する前にキャリア周波数ｆｃが切り換えられて、キャリア側帯波成分ｆｓ（ｆｓ１）が構造共振周波数ｆｒを下回り、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとの合致が回避される。

本実施形態では、モータジェネレータ３の増速運転時について、図５に示すフローチャートのＳ２０６の処理により「キャリア周波数設定手段」としての機能が、Ｓ２０３の処理により「モータ回転数到達判定手段」としての機能が、Ｓ２０７の処理により「キャリア周波数変更手段」としての機能が、Ｓ２０１の処理により「モータ回転数検出手段」としての機能が実現される。また、減速運転時について、同図のフローチャートのＳ２０７の処理により「キャリア周波数設定手段」としての機能が、Ｓ２０５の処理により「モータ回転数到達判定手段」としての機能が、Ｓ２０６の処理により「キャリア周波数変更手段」としての機能が、Ｓ２０１の処理により「モータ回転数検出手段」としての機能が実現される。

本実施形態では、特に、キャリア周波数ｆｃを切り換える際の所定の回転数Ｎ１ｕ，Ｎ１ｄをモータジェネレータ３が増速運転時にある場合と減速運転時にある場合とで異ならせ、増速運転時及び減速運転時の間でキャリア周波数ｆｃの切換えにヒステリシスを持たせることとした。これにより、所定の回転数Ｎ１ｕ，Ｎ１ｄ付近でのモータ回転数Ｎｍの増減によりキャリア周波数ｆｃが頻繁に切り換えられるのを防止し、インバータ１を安定して作動させることができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る制御ユニット８における、モータ回転数Ｎｍとキャリア周波数ｆｃとの関係を示している。

本実施形態では、モータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒ（ｆｒ１，ｆｒ２）がステータの振動モード毎に設定されており、これに対応して、キャリア周波数ｆｃを切り換える際の複数の所定の回転数Ｎ１，Ｎ２が設定されている。比較的に低い回転数Ｎ１は、キャリア側帯波成分ｆｓ（増速運転時についてｆｓ１、減速運転時についてｆｓ２）と低周波数側の構造共振周波数ｆｒ１との合致を回避するためのものである。他方、これよりも高い回転数Ｎ２は、キャリア側帯波成分ｆｓ（ｆｓ２，ｆｓ３）と高周波数側の構造共振周波数ｆｒ２との合致を回避するためのものである。このように、所定の回転数としての複数の回転数Ｎ１，Ｎ２によりキャリア周波数ｆｃ（ｆｃ１，ｆｃ２，ｆｃ３）を切り換えることにより、ステータの複数の振動モードに対応することができ、モータ騒音の増大を抑制しつつ、より広い回転数領域に亘ってモータジェネレータ３を作動させることが可能となる。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る制御ユニット８における、モータ回転数Ｎｍとキャリア周波数ｆｃとの関係を示している。

本実施形態では、キャリア側帯波成分ｆｓがキャリア周波数ｆｃに対して低周波数側でモータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒに合致する。キャリア周波数（低速時周波数ｆｃ１、高速時周波数ｆｃ２）のそれぞれに関する共振モータ回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２の間の回転数Ｎ１が設定され、モータ回転数Ｎｍとこの所定の回転数Ｎ１との比較結果に応じてキャリア周波数ｆｃ１，ｆｃ２切り換えられることは、第１の実施形態におけると同様である。本実施形態では、所定の回転数Ｎ１以下である低回転数側の領域において、低速時周波数ｆｃ１が設定され、これよりも高回転数側の領域において、ｆｃ１よりも小さな値の高速時周波数ｆｃ２が設定される。これにより、キャリア周波数ｆｃを構造共振周波数ｆｒよりも大きな値とする設定を採用した場合に、キャリア側帯波成分ｆｓと構造共振周波数ｆｒとの合致を回避し、キャリア側帯波成分ｆｓによるモータ騒音の増大を抑制することができる。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る制御ユニット８における、モータ回転数Ｎｍとキャリア周波数ｆｃとの関係を示している。

本実施形態では、本発明の第４の実施形態に対し、モータジェネレータ３の増速運転時と減速運転時とでキャリア周波数ｆｃの切換えにヒステリシスを持たせたことを特徴とする。各共振モータ回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２の間の回転数Ｎ１ｕ，Ｎ１ｄを設定し、増速運転時では、大きな値の回転数Ｎ１ｕによりキャリア周波数ｆｃを切り換える一方、減速運転時では、小さな値の回転数Ｎ１ｄによりキャリア周波数ｆｃを切り換える。これにより、キャリア周波数ｆｃを増大させた場合に、キャリア側帯波成分ｆｓによるモータ騒音の増大を抑制するとともに、キャリア周波数ｆｃの切換えが頻発するのを防止することができる。

なお、以上の説明では、モータジェネレータ３の構造共振周波数ｆｒを含む周波数領域をキャリア側帯波成分ｆｓが過ぎるように、キャリア周波数ｆｃを切り換えることとした。具体的には、モータジェネレータ３の増速運転時において、キャリア周波数ｆｃを低速時周波数ｆｃ１から、これよりも大きな値の高速時周波数ｆｃ２に切り換えている（図３）。これにより、キャリア周波数自体によるモータ騒音の増大を回避することが可能である。しかしながら、本発明は、これに限らず、キャリア側帯波成分ｆｓが構造共振周波数ｆｒから離れるように、キャリア周波数ｆｃを切り換えることとしてもよい。具体的には、増速運転時において、キャリア周波数ｆｃを第１のキャリア周波数（ｆｃ１）から、これよりも小さな値の第２のキャリア周波数に切り換えるのである。これにより、キャリア周波数ｆｃの切換えに伴うインバータ損失の増大を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係る動力装置の概略図同上実施形態に係るインバータ制御ルーチンのフローチャート同上実施形態に係る制御ユニットの動作説明図同上実施形態に係る制御ユニットによるパルス幅変調の説明図本発明の第２の実施形態に係るインバータ制御ルーチンのフローチャート同上実施形態に係る制御ユニットの動作説明図本発明の第３の実施形態に係る制御ユニットの動作説明図本発明の第４の実施形態に係る制御ユニットの動作説明図本発明の第５の実施形態に係る制御ユニットの動作説明図

符号の説明

１…インバータ、２…バッテリ、３…「交流モータ」としてのモータジェネレータ、４…電源ライン、５…接地ライン、６…コンデンサ、７…駆動ユニット（回路）、８…「制御装置」としての制御ユニット（回路）、１１ｕ…ｕ相アーム、１１ｖ…ｖ相アーム、１１ｗ…ｗ相アーム、１２ａ〜１２ｆ…電力用半導体素子、８１ｕ…ｕ相電流センサ、８１ｖ…ｖ相電流センサ、８３…回転角センサ。

Claims

交流モータと、
前記モータの電源であるバッテリと、
前記バッテリ及びモータに対し、前記バッテリにより印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに供給可能に接続されたインバータと、

直流電圧を交流モータの駆動電圧に変換するインバータの制御装置であって、
実際のモータ回転数を検出するモータ回転数検出手段と、
インバータのキャリア周波数として、予め定められた第１のキャリア周波数、または前記第１のキャリア周波数よりも大きな値の前記第２のキャリア周波数に設定するキャリア周波数設定手段と、
前記モータの増速運転の場合には、前記モータ回転数検出手段によって検出された実際のモータ回転数が、前記モータの構造共振周波数に合致する際のモータ回転数である共振モータ回転数よりも低い所定の回転数に達したか否かを判定し、前記モータの減速運転の場合には、前記実際のモータ回転数が、前記共振モータ回転数よりも高い所定の回転数に達したか否かを判定することで、実際のモータ回転数が変化してインバータ出力における前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数の側帯波成分が前記共振モータ回転数に対して所定の範囲内にまで近付いたか否かを判定するモータ回転数到達判定手段と、
前記増速運転の場合に、前記測帯波成分が前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数に対して高周波数側で前記構造共振周波数に合致することで、前記モータ回転数到達判定手段により実際のモータ回転数が前記所定の範囲内にまで近付いたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を前記第１のキャリア周波数から前記第２のキャリア周波数に変更し、前記減速運転の場合に、前記測帯波成分が前記キャリア周波数設定手段によって設定されたキャリア周波数に対して高周波数側で前記構造共振周波数に合致することで、前記モータ回転数到達判定手段により実施のモータ回転数が前記所定の範囲内にまで近づいたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を前記第２のキャリア周波数から前記第１のキャリア周波数に変更するように、前記キャリア周波数設定手段によって設定されるキャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段と、
を含んで構成されるインバータの制御装置と、

を備えた動力装置。