JP5984991B1

JP5984991B1 - モータ制御装置及びモータ制御方法

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Publication number: JP5984991B1
Application number: JP2015075757A
Authority: JP
Inventors: 篤湯山; 拓人矢野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2035-04-02
Also published as: JP2016197933A

Abstract

【課題】モータ損失を小さくして、モータを低コスト化できるモータ制御装置及びモータ制御方法を実現すること。【解決手段】複数の電力用半導体素子（１２０）が搭載されＰＷＭ制御によりモータ（２００）を駆動するインバータ（１００）のＰＷＭ制御の変調率（Ｍ）の構成要素を検出し、この構成要素（Ｖ１，Ｖ２，Ｎ１，Ｔ１，Ｉ１）に基づき変調率を決定し、モータ損失を低減させるために、変調率が高いほどＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータを備えたモータの制御装置及びモータ制御方法に関するものである。

昨今、ハイブリッド自動車（以下、ＨＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（以下、ＰＨＥＶ）といった電動パワートレインを搭載した自動車が普及している。これらの自動車には、従来のガソリンエンジン車の構成に、車両を推進するためのモータとそれを駆動するためのインバータが追加で搭載され、燃費と電費を改善する技術開発が進んでいる。例えば、モータ損失を低減する手段として、モータ損失とインバータ損失を加算した合計損失が最小となるようにインバータのキャリア周波数を可変にする技術がある（例えば特許文献１参照）。

これとは別に、モータとインバータに対する低コスト化・小型化の要求が厳しい。低コスト化に関して、近年はＨＥＶやＰＨＥＶの普及で、従来のＳｉ半導体材料から成るインバータの低コスト化が進んでいる。また、低損失な非Ｓｉ半導体材料（ＳｉＣ、ＧａＮ等）から成るインバータによってインバータ損失をより小さくできる状況にある。
これに対して、モータについては、主な材料は、鉄、銅、及びレアアースであり、低コスト化が顕著に進んでいない。

モータを低コスト化するには、モータを小型化することが必須である。例えば、モータ損失を低減することができれば、モータの冷却構造を小型化・簡素化して、低コスト化が進むことになる。

特許第４６０５２７４号公報

上記の特許文献１に記載の技術では、モータ損失とインバータ損失を加算した合計損失が最小となるようにインバータのキャリア周波数を設定しているため、モータ損失の低減効果は十分ではなく、モータ損失低減によるモータの冷却装置の小型化・簡素化での低コスト化も十分でないという課題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ損失を小さくして、モータを低コスト化できるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明に係るモータ制御装置は、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部と、前記モータを冷媒によって冷却する冷却装置と、前記冷却装置に取り付けられて前記冷媒の温度を検出する温度センサとを備え、前記キャリア周波数設定部は、前記温度センサの検出値を受けて、前記冷媒の温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正するものである。
また、上記の目的を達成するため、本発明では、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部と、前記モータの巻線温度を検出する温度センサとを備え、前記キャリア周波数設定部は、前記温度センサの検出値を受けて、前記巻線温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正するモータ制御装置が提供される。
さらに、上記の目的を達成するため、本発明では、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部とを備え、前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータの線間電圧を検出する第１の電圧センサと、前記変調率の構成要素である前記インバータの入力電圧を検出する第２の電圧センサとで構成され、前記変調率決定部は、前記第１及び第２の電圧センサの検出値に基づいて前記変調率を演算するモータ制御装置が提供される。

また上記の目的を達成するため、本発明では、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、前記構成要素に基づき変調率を決定し、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、前記モータを冷媒によって冷却する冷却装置に取り付けられて前記冷媒の温度を検出する温度センサの検出値を受けて、前記冷媒の温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正するモータ制御方法が提供される。
さらに上記の目的を達成するため、本発明では、複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、前記構成要素に基づき変調率を決定し、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、前記モータの巻線温度を検出する温度センサの検出値を受けて、前記巻線温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正するモータ制御方法が提供される。
さらに上記の目的を達成するため、本発明では、複複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、前記構成要素に基づき変調率を決定し、モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、前記変調率の構成要素である前記モータの線間電圧を検出する第１の電圧センサ、及び前記変調率の構成要素である前記インバータの入力電圧を検出する第２の電圧センサの検出値に基づいて前記変調率を演算するモータ制御方法が提供される。

本発明によれば、ＰＷＭ制御によりモータを駆動する際の変調率に応じて、変調率が高い場合にはキャリア周波数を高く変更するので、モータ損失を低減でき、これによりモータの冷却装置の小型化・簡素化が可能となり、モータを低コスト化できる。

本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。本発明の各実施の形態に係るモータ制御装置におけるモータ損失及びインバータ損失のキャリア周波数との関係を示したグラフ図である。本発明の各実施の形態に係るモータ制御装置におけるモータを駆動する際の変調率とキャリア周波数に依存するモータ損失との関係を示したグラフ図である。本発明の各実施の形態に係るモータ制御装置におけるモータを駆動する際の変調率とキャリア周波数の設定値との関係を示したグラフ図である。本発明の各実施の形態に係るモータ制御装置におけるモータを駆動する際の変調率とキャリア周波数の設定値との関係において下限値と上限値を設けた状態を示したグラフ図である。本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置におけるインバータのキャリア周波数の設定方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置におけるインバータのキャリア周波数の設定方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置における冷却水温度（又は実施の形態４におけるモータ巻線温度）と補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置における冷却水温度（又は実施の形態４におけるモータ巻線温度）と、別の補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置における冷却水温度（又は実施の形態４におけるモータ巻線温度）と、さらに別の補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置におけるインバータのキャリア周波数の設定方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置におけるインバータ入力電圧と補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置におけるインバータ入力電圧と、別の補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置におけるインバータ入力電圧と、さらに別の補正係数との関係を示したグラフ図である。本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置におけるインバータのキャリア周波数の設定方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置におけるモータのトルク指令値及びモータ回転数に応じた変調率を示すマップデータ図である。本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置におけるモータの相電流とモータ回転数に応じた変調率を示すマップデータ図である。

以下に添付図面を参照し、本発明に係るモータ制御装置の各実施の形態について説明する。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を、図１に基づいて説明する。２００は、例えば、永久磁石式交流同期モータ等の力行／回生用のモータ、３００は、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等の充放電可能な蓄電装置、１００は力行時には電動機へ供給電力を直流から交流に変換し、回生時には電動機の回生電力を交流から直流に変換するインバータ、１２０は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧駆動型の電力用半導体素子、１３０は電力用半導体素子に逆並列接続されるダイオード、１４０は電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路、そして１５０は母線のリプルを除去するための平滑コンデンサである。

また、４００はモータ２００の線間電圧を検出する電圧センサ、４０１はインバータ１００の蓄電装置３００側の端子電圧を検出する電圧センサである。５００は電圧センサ４００及び４０１で検出した電圧に基づいて変調率を演算する変調率演算部、そして、６００は変調率演算部５００により演算された変調率に基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定部である。

次に、モータ２００で発生するモータ損失とインバータ１００で発生するインバータ損失を加算した合計損失とインバータ１００のキャリア周波数との関係について説明する。
ＰＷＭ制御によりインバータ１００でモータ２００を駆動する場合、モータ２００の巻線に流れる、図示しない電流波形は理想的な正弦波にはならず、インバータ１００のスイッチング動作により生じる高調波成分が重畳する。

高調波成分はインバータ１００のキャリア周波数やモータ２００の巻線におけるインダクタンス、変調率等に依存する。図２に示すように、インバータ損失については、インバータ１００のキャリア周波数を高くすると、スイッチング損失が増加するためインバータ損失は増加する。また、モータ損失については、インバータ１００のキャリア周波数を高くすると、前記の高調波成分が小さくなり、波形全体における実効値が小さくなるためモータ損失は低減する。

モータ損失とインバータ損失を加算した合計損失については、インバータ１００のキャリア周波数がｆｃ＿ａ未満ではキャリア周波数の増加とともに合計損失は低減し、インバータ１００のキャリア周波数がｆｃ＿ａ以上ではキャリア周波数の増加とともに合計損失が増加する傾向となる。すなわち、インバータ１００のキャリア周波数をｆｃ＿ａとすれば、合計損失を低減できる。

上記の特許文献１等の従来の方法では、モータの回転数やトルクごとに合計損失が最小となるキャリア周波数を実験や演算によって導出し、モータの回転数やトルクに対する最適なキャリア周波数のマップデータを設定して、図示しないコントローラに予め記憶していた。

しかしながら、この方法を取ると、モータの回転数やトルクごとに実験や演算を行う必要があり、工数が膨大となる。
本実施の形態では、図３に示すモータを駆動する際の変調率とキャリア周波数に依存するモータ損失の関係を用いて、合計損失を低減するものであり、これを以下に説明する。

図３はモータを駆動する際の変調率とキャリア周波数に依存するモータ損失との関係の一例を示している。図示のように、モータを駆動する際の変調率が大きいほど高調波成分が大きくなりモータ損失は増加する。キャリア周波数が低い場合はキャリア周波数が高い場合と比較してモータ損失が大きくなる傾向にある。
このことから、モータを駆動する際の変調率が高い場合には、例えば図４に示すように変調率に応じてキャリア周波数を高めてモータ損失を低減することが有効である。

但し、図２に示したように、キャリア周波数を高くするとインバータ損失は増加するため、合計損失が増加しないよう、例えば図５に示すようにキャリア周波数に上限ｆｃ＿ｍａｘを設けておくことが好ましい。キャリア周波数の上限ｆｃ＿ｍａｘを設定する方法としては、例えば、モータの回転数やトルク、各種センサ（電流センサ、電圧センサ、温度センサ）等からの検出値に基づいてキャリア周波数ごとのインバータ損失を推定し、インバータ損失が所定値以下となるキャリア周波数をキャリア周波数の上限ｆｃ＿ｍａｘとする方法等がある。

加えて、キャリア周波数が低くし過ぎるとモータの動作が不安定になる上、騒音も問題となるため、例えば図５に示すようにキャリア周波数の下限ｆｃ＿ｍｉｎを設けておくことが好ましい。
なお、上述した図２〜５は、本発明の各実施の形態に共通の概念である。

次に、本発明の実施の形態１に係るモータを駆動する際の変調率に応じたキャリア周波数の可変処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ６０１では、電圧センサ４０１によって検出されたインバータ１００の蓄電装置３００側の端子電圧Ｖ１を取得する。
ステップＳ６０２では、電圧センサ４００によって検出されたモータ２００の線間電圧Ｖ２を取得する。
なお、これらの電圧Ｖ１及びＶ２は、本発明における変調率の構成要素である。

ステップＳ６０３では、ステップＳ６０１及びステップＳ６０２でそれぞれ取得したＶ１及びＶ２を用いて、例えば次式（１）に示すように変調率Ｍを演算する。
Ｍ＝Ｖ２／（Ｖ１×０．６１２）・・・・・・・式（１）

ステップＳ６０４では、ステップＳ６０３で導出された変調率Ｍを変調率演算部５００から受けたキャリア周波数設定部６０２が、図４又は図５に示す関係に従って、キャリア周波数を設定するための信号を制御回路１４０に送る。図４及び図５の詳細については上述しているため、ここでは説明を割愛する。
ステップＳ６０５では、ステップＳ６０４で設定されたキャリア周波数の駆動信号を受けた制御回路１４０が、電力用半導体素子１２０をスイッチング制御する。
以上説明した本実施の形態１によれば、変調率に応じてキャリア周波数の可変処理を行うことで、モータ損失とインバータ損失の合計損失を低減することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２によるモータ制御装置を図７について説明する。２００は、例えば永久磁石式交流同期モータ等の力行／回生用のモータ、３００は、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等の充放電可能な蓄電装置、１００は力行時には電動機へ供給電力を直流から交流に変換し、回生時には電動機の回生電力を交流から直流に変換するインバータ、１２０は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧駆動型の電力用半導体素子、１３０は電力用半導体素子に逆並列接続されるダイオード、１４０は電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路、そして、１５０は母線のリプルを除去するための平滑コンデンサである。

また、７００は、例えば水冷冷却装置、油冷冷却装置等のモータの冷却装置、４００はモータ２００の線間電圧を検出する電圧センサ、４０１はインバータ１００の蓄電装置側の端子電圧を検出する電圧センサ、４０５はモータ２００の冷却装置７００に搭載され、冷却水や冷却油等の冷媒の温度を検出する温度センサ、５００は電圧センサ４００及び４０１で検出した電圧に基づいて変調率を演算する変調率演算部、６０２は変調率演算部５００により演算された変調率に基づいてＰＷＭ制御のキャリア周波数を設定し、かつ温度センサ４０５で検出したモータ２００の巻線温度に基づいてキャリア周波数を補正するキャリア周波数設定部である。
なお、温度センサ４０５は、冷却装置７００の出口側に設けられているが、入口側に設けてもよい。

次に、本発明の実施の形態２に係るモータを駆動する際の変調率に応じたキャリア周波数の可変処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、ステップＳ１５０１〜ステップＳ１５０３は、ぞれぞれ、上述した図６のステップＳ６０１〜ステップＳ６０３と同様の処理のため説明を省略する。
ステップＳ１５０４では、温度センサ４０５によって検出された冷却装置７００の冷却水流路出口側の冷却水温度Ｆ１を取得する。
なお、温度センサを冷却装置７００の出口側と入口側の双方に設けた場合には、両センサの温度差を冷却水温度Ｆ１とすればよい。

ステップＳ１５０５では、ステップＳ１５０４で取得した冷却水温度Ｆ１から、補正係数Ｋを導出する。補正係数Ｋは、例えば図９に示すように、冷却水温度Ｆ１が高いほど、補正係数Ｋも大きくなるように設定する。その理由は、冷却水温度Ｆ１が高いとモータ損失が高くなっていると想定されるため、ステップＳ１５０３で導出された変調率Ｍに基づいて設定されるキャリア周波数に補正係数Ｋを乗算または加算して、更に高いキャリア周波数に設定することで、モータの高調波成分による損失を低減するためである。
ここで、補正係数Ｋの決め方は、図１０及び図１１に示すように、冷却水温度Ｆ１が所定値より大きい場合に補正係数Ｋを大きくしても構わない。

ステップＳ１５０６では、キャリア周波数設定部６０２が、ステップＳ１５０５で設定されたキャリア周波数の駆動信号を、電力用半導体素子１２０をスイッチング制御する制御回路１４０へ出力する。

なお、上記の説明ではモータの冷却装置７００を水冷冷却装置としたが、冷媒として油を使用して、これを油冷冷却装置としても良い。
以上説明した本実施の形態２によれば、変調率に応じてキャリア周波数の可変処理を行うことで、モータ損失とインバータ損失の合計損失を低減することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３によるモータ制御装置を図１２について説明する。２００は、例えば永久磁石式交流同期モータ等力行／回生用のモータ、３００は、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等の充放電可能な蓄電装置、１００は力行時には電動機へ供給電力を直流から交流に変換し、回生時には電動機の回生電力を交流から直流に変換するインバータ、１２０は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧駆動型の電力用半導体素子、１３０は電力用半導体素子に逆並列接続されるダイオード、１４０は電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路、１５０は母線のリプルを除去するための平滑コンデンサである。

また、４００はモータ２００の線間電圧を検出する電圧センサ、４０１はインバータ１００の蓄電装置側の端子電圧を検出する電圧センサである。５００は電圧センサ４００、４０１で検出した電圧に基づいて変調率を演算する変調率演算部、６０３は変調率演算部５００により演算された変調率に基づいてＰＷＭ制御のキャリア周波数を設定し、かつ、電圧センサ４０１で検出した電圧に基づいてキャリア周波数を補正するキャリア周波数設定部である。

次に、この実施の形態３に係るモータを駆動する際の変調率に応じたキャリア周波数の可変処理について、図１３のフローチャートを用いて説明する。なお、ステップＳ１７０１〜ステップＳ１７０３は、ぞれぞれ、ステップＳ６０１〜ステップＳ６０３と同様の処理のため説明を省略する。

ステップＳ１７０４では、ステップＳ１７０２で取得した電圧Ｖ１から、補正係数Ｋを導出する。補正係数Ｋは、例えば図１４に示すように、インバータ入力電圧Ｖ１が低いほど、補正係数Ｋが大きくなるように設定する。その理由は、同動作点（モータトルク、回転数）、同相電流の場合、インバータ入力電圧Ｖ１が低いとモータ線間電圧が高くなるため変調率は大きくなり、モータ損失が高くなっていると想定されるためである。ステップＳ１７０３で導出された変調率Ｍに基づいて設定されるキャリア周波数に補正係数Ｋを乗算または加算して、更に高いキャリア周波数に設定することで、モータの高調波成分による損失を低減するためである。

ここで、補正係数Ｋの決め方は、図１５及び図１６に示すようにインバータ入力電圧Ｖ１が所定値より小さい場合に補正係数Ｋを大きくするようにしても構わない。
ステップＳ１７０５では、ステップＳ１７０４で設定されたキャリア周波数の駆動信号を、電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路１４０へ出力する。

インバータ入力電圧Ｖ１は、蓄電装置３００の充電状態や内部抵抗による電圧降下等で変動する。また、蓄電装置３００とインバータ１００の間に、蓄電装置３００の電圧を昇降圧するコンバータが接続された場合にも、インバータ入力電圧Ｖ１は変動するため、本実施の形態３で示した発明は有効である。
以上説明した本実施の形態３によれば、変調率に応じてキャリア周波数の可変処理を行うことで、モータ損失とインバータ損失の合計損失を低減することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４によるモータ制御装置を図１７について説明する。２００は、例えば永久磁石式交流同期モータ、界磁巻線式同期モータ等の力行／回生用のモータ、３００は、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等の充放電可能な蓄電装置、１００は力行時には電動機へ供給電力を直流から交流に変換し、回生時には電動機の回生電力を交流から直流に変換するインバータ、１２０は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の電圧駆動型の電力用半導体素子、１３０は電力用半導体素子に逆並列接続されるダイオード、１４０は電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路、そして、１５０は母線のリプルを除去するための平滑コンデンサである。

また、４０２はモータの回転数を検出する回転数センサ、４０３は、例えばステータ巻線、モータが界磁巻線式同期モータの場合は界磁巻線やロータ巻線等のモータ２００の巻線の温度を検出する温度センサ、４０４はモータ２００の相電流を検出する電流センサである。５０１は少なくとも回転数センサ４０２で検出した回転数、又は図示しない上位コントローラからのトルク指令値、又は電流センサ４０４で検出した相電流に基づいて変調率を推定する変調率推定部、そして、６００は変調率推定部５０１により推定された変調率に基づいてＰＷＭ制御のキャリア周波数を設定し、かつ温度センサ４０３で検出したモータ２００の巻線温度に基づいてキャリア周波数を補正するキャリア周波数設定部である。

次に、本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置におけるモータを駆動する際の変調率に応じたキャリア周波数の可変処理について、図１８のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ８０１では、回転数センサ４０２によって検出されたモータ２００の回転数Ｎ１を取得する。
ステップＳ８０２では、上位コントローラ（図示なし）からのトルク指令値Ｔ１を取得する。
ステップＳ８０３では、電流センサ４０４によって検出されたモータ２００の相電流Ｉ１を取得する。
なお、これらＮ１，Ｔ１，Ｉ１は、本発明における変調率の構成要素である。

ステップＳ８０４では、ステップＳ８０１及びステップＳ８０２でそれぞれ取得したモータ回転数Ｎ１及びトルク指令値Ｔ１を用いて、例えば図１９に示すようなモータのトルクと回転数に応じたマップデータを用いて変調率Ｍを推定する。図１９の変調率Ｍ１１〜Ｍ３３は、モータの特性から、各動作点（モータトルク、回転数）での変調率を予め演算して設定しているものである。また、モータトルクと相電流には相関関係があるため、ステップＳ８０１及びステップＳ８０３でそれぞれ取得したモータ回転数Ｎ１及びモータ相電流Ｉ１を用いて、例えば図２０のようなモータ相電流と回転数に応じたマップデータを用いて変調率Ｍを推定しても良い。

また、図１９及び図２０ではマップデータを用いて変調率を離散的に設定するようにしているが、連続的に設定するようにしても構わない。その場合、マップデータを用いるのは困難なので、例えばステップＳ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３でそれぞれ取得したＮ１、Ｔ１、Ｉ１に基づいて変調率を演算して求める等の手段が考えられる。

ステップＳ８０５では、温度センサ４０３によって検出されたモータ巻線温度Ｆ１を取得する。
ステップＳ８０６では、ステップＳ８０５で取得したモータ巻線温度Ｆ１から、補正係数Ｋを導出する。補正係数Ｋは、例えば上述した図９に示すように、モータ巻線温度Ｆ２が高いほど、補正係数Ｋも大きくなるように設定する。その理由は、モータ巻線温度が高いとモータ損失が高くなっていると想定されるため、ステップＳ８０４で導出された変調率Ｍに基づいて設定されるキャリア周波数に補正係数Ｋを乗算して、更に高いキャリア周波数に設定することで、モータの高調波成分による損失を低減するためである。

ここで、補正係数Ｋの決め方は、図１０及び図１１に示すようにモータ巻線温度Ｆ２が所定値より大きい場合に補正係数Ｋを大きくしても構わない。
ステップＳ８０７では、ステップＳ８０６で設定されたキャリア周波数の駆動信号を、電力用半導体素子をスイッチング制御する制御回路１４０へ出力する。

ここで、上記ステップＳ８０４の説明では、ステップＳ８０１及びステップＳ８０２でそれぞれ取得したモータ回転数Ｎ１及びトルク指令値Ｔ１を用いて、例えば図１９に示すようなモータのトルクと回転数に応じたマップデータを用いて変調率Ｍを推定するようにしたが、これをモータ回転数Ｎ１のみ、またはモータトルク指令値Ｔ１のみ、またはモータ相電流Ｉ１のみから変調率Ｍを推定しても構わない。また、図示していないが、モータ相電流からモータトルクを推定して、推定したモータトルクから変調率Ｍを推定しても差し支えない。
以上説明した本実施の形態１によれば、変調率に応じてキャリア周波数の可変処理を行うことで、モータ損失とインバータ損失の合計損失を低減することができる。

なお、上記の実施の形態１〜４では、Ｓｉ半導体材料から成るインバータを用いて説明したが、シリコンよりもバンドギャップが広い非Ｓｉ半導体材料から成るものでよく、前記非Ｓｉ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのいずれかでよい。非Ｓｉ半導体材料を用いることで、キャリア周波数を高めることができ、モータ損失とインバータ損失を加算した合計損失を更に低減することができる。

１００インバータ、１２０電力用半導体素子、１３０ダイオード、１４０制御回路、１５０平滑コンデンサ、２００モータ、３００蓄電装置、４００〜４０１電圧センサ、４０２回転数センサ、４０３，４０５温度センサ、４０４電流センサ、５００変調率演算部、５０１変調率推定部、６００〜６０３キャリア周波数設定部、７００冷却装置。

Claims

複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、
前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、
前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部と、
前記モータを冷媒によって冷却する冷却装置と、
前記冷却装置に取り付けられて前記冷媒の温度を検出する温度センサとを備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記温度センサの検出値を受けて、前記冷媒の温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
モータ制御装置。
前記温度センサは、前記冷却装置の冷却流路出口側に取り付けられている
請求項１に記載のモータ制御装置。
前記温度センサは、前記冷却装置の流路出口側及び流路入口側にそれぞれ取り付けられた第１及び第２の温度センサで構成され、
前記冷媒の温度が、前記第１及び第２の温度センサで検出された温度の差分である
請求項１に記載のモータ制御装置。
前記冷媒は水である
請求項１に記載のモータ制御装置。
前記冷媒は油である
請求項１に記載のモータ制御装置。
複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、
前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、
前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部と、
前記モータの巻線温度を検出する温度センサとを備え、
前記キャリア周波数設定部は、前記温度センサの検出値を受けて、前記巻線温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
モータ制御装置。
前記温度センサは、前記モータのステータ巻線に取り付けられている
請求項６に記載のモータ制御装置。
前記モータは界磁巻線式同期モータであり、
前記温度センサは、前記モータの界磁巻線に取り付けられている
請求項６に記載のモータ制御装置。
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記インバータの入力電圧を検出する電圧センサであり、
前記変調率決定部が、前記入力電圧に基づいて前記変調率を演算する
請求項１に記載のモータ制御装置。
複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータと、
前記ＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出する検出部と、
前記構成要素に基づき変調率を決定する変調率決定部と、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数設定部とを備え、
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータの線間電圧を検出する第１の電圧センサと、前記変調率の構成要素である前記インバータの入力電圧を検出する第２の電圧センサとで構成され、
前記変調率決定部は、前記第１及び第２の電圧センサの検出値に基づいて前記変調率を演算する
モータ制御装置。
前記変調率決定部は、前記第２の電圧センサの検出値に基づき、前記第２の電圧センサで検出された前記インバータの入力電圧が高いほど、前記キャリア周波数が低く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
請求項１０に記載のモータ制御装置。
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータの回転数を検出する回転数センサであり、
前記変調率決定部は、前記モータの回転数ごとに変調率を設定したマップデータを有し、前記マップデータを参照して、前記モータの回転数に応じた変調率を推定する
請求項１又は６に記載のモータ制御装置。
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータのトルク指令値を決定する車両制御装置であり、
前記変調率決定部は、前記モータのトルク指令値ごとに変調率を設定したマップデータを有し、前記マップデータを参照して、前記モータのトルク指令値に応じた変調率を推定する
請求項１又は６に記載のモータ制御装置。
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータの相電流を検出する電流センサであり、
前記変調率決定部は、前記相電流ごとに変調率を設定したマップデータを有し、前記マップデータを参照して、前記相電流に応じた前記変調率を推定する
請求項１又は６に記載のモータ制御装置。
前記検出部が、前記変調率の構成要素である前記モータの回転数を検出する回転数センサと、前記変調率の構成要素である前記モータのトルク指令値を決定する車両制御装置とで構成され、
前記変調率決定部は、前記回転数及び前記トルク指令値ごとに変調率を設定したマップデータを有し、前記マップデータを参照して、前記モータの回転数及びトルク指令値に応じた変調率を推定する
請求項１又は６に記載のモータ制御装置。
前記電力用半導体素子は、シリコンよりもバンドギャップが広い非Ｓｉ半導体材料で構成される
請求項１又は６に記載のモータ制御装置。
前記非Ｓｉ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、及びダイヤモンドのいずれか一つである
請求項１６に記載のモータ制御装置。
複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、
前記構成要素に基づき変調率を決定し、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、
前記モータを冷媒によって冷却する冷却装置に取り付けられて前記冷媒の温度を検出する温度センサの検出値を受けて、前記冷媒の温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
モータ制御方法。
複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、
前記構成要素に基づき変調率を決定し、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、
前記モータの巻線温度を検出する温度センサの検出値を受けて、前記巻線温度が高いほど、前記キャリア周波数が高く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
モータ制御方法。
複数の電力用半導体素子が搭載されＰＷＭ制御によりモータを駆動するインバータのＰＷＭ制御の変調率の構成要素を検出し、
前記構成要素に基づき変調率を決定し、
モータ損失を低減させるために、前記変調率が高いほど前記ＰＷＭ制御のキャリア周波数を高く設定し、
前記変調率の構成要素である前記モータの線間電圧を検出する第１の電圧センサ、及び前記変調率の構成要素である前記インバータの入力電圧を検出する第２の電圧センサの検出値に基づいて前記変調率を演算する
モータ制御方法。
前記第２の電圧センサの検出値に基づき、前記第２の電圧センサで検出された前記インバータの入力電圧が高いほど、前記キャリア周波数が低く設定されるように前記キャリア周波数を補正する
請求項２０に記載のモータ制御方法。