JP6551981B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばモータ、ジェネレータ等の回転電機の駆動電力を生成するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータを備えた回転電機制御装置についての技術分野に関する。

特開２００７−０２０３２０号公報 特開２０１１−１７２３０６号公報

モータやジェネレータ等の回転電機の駆動電力を生成する手段としてＰＷＭインバータが知られている（例えば上記特許文献１、２を参照）。
ＰＷＭインバータが生成した電力により回転電機を駆動するシステムにおいては、ＰＷＭインバータにおけるキャリア周波数に基づく電磁騒音が回転電機において発生する。具体的には、回転電機の固定子巻線にキャリア周波数やその整数倍の周波数による高周波成分（リップル電流）が発生し、これが回転電機の振動成分となり騒音を発生させるものである。

ここで、ＰＷＭインバータとしては、回転電機における回転子の回転数や回転電機の駆動電流値（回転電機のトルク）に応じてキャリア周波数を切り替えるものがある。例えば、回転子の回転数が或る閾値未満である場合にはキャリア周波数を第１の周波数とし、回転子の回転数が該閾値以上である場合にはキャリア周波数を第１の周波数よりも高い第２の周波数に切り替えるものである。
このような回転数や駆動電流値に応じたキャリア周波数の切り替えを行うことで、回転電機とＰＷＭインバータとで成る回転電機システムの電力効率向上を図ることができる。

但し、上記のようなキャリア周波数の切り替えを行う場合には、周波数の切り替えタイミングにおいて電磁騒音の音色が変化し、ユーザに不快感を与える虞がある。
このような電磁騒音の変化に伴うユーザの不快感を低減するにあたっては、電磁騒音の音圧を低減するということが考えられる。電磁騒音の音圧を低減するための手法として、上記特許文献１、２には、キャリア周波数を所要の周波数範囲内で拡散（変動）させる手法が開示されている。

しかしながら、キャリア周波数を拡散させることは、キャリア周波数を本来設定されるべき周波数から変化させているということになるので、回転電機システムの電力効率低下を招いてしまう。

そこで、本発明では上記した問題点を克服し、回転電機における回転子の回転数や回転電機の駆動電流値に応じてキャリア周波数を切り替える回転電機制御装置において、キャリア周波数切り替えに伴う電磁騒音変化に起因したユーザの不快感の緩和を図りつつ、回転電機システムの電力効率低下の抑制を図ることを目的とする。

本発明に係る回転電機制御装置は、直流電圧をＰＷＭ信号に基づきスイッチングして回転電機の駆動電力を生成するＰＷＭインバータと、前記ＰＷＭインバータにおけるキャリア周波数を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記回転電機における回転子の回転数又は前記回転電機の駆動電流値が所定の閾値未満である場合と前記閾値以上である場合とで前記キャリア周波数の基本周波数として異なる周波数を選択し、選択した前記基本周波数を中心とする周波数拡散範囲において前記キャリア周波数を拡散させる周波数拡散制御を行うと共に、前記周波数拡散制御において、前記周波数拡散範囲の幅を、前記回転数又は前記駆動電流値が前記閾値に近いほど拡大するものである。

これにより、回転電機における回転子の回転数や回転電機の駆動電流値に応じてキャリア周波数を切り替える回転電機制御装置において、電磁騒音の音圧抑制効果を確保しつつ、回転電機システムの電力損失を抑えることが可能とされる。

上記した本発明に係る回転電機制御装置においては、前記制御部は、前記周波数拡散制御において、前記選択した基本周波数よりも低い周波数領域における前記キャリア周波数の発生頻度と前記選択した基本周波数よりも高い周波数領域における前記キャリア周波数の発生頻度とを、前記ＰＷＭインバータにおける損失と前記回転電機における損失との関係に基づいて異ならせることが可能である。
これにより、回転電機システムの電力損失の低減を図ることが可能とされる。

上記した本発明に係る回転電機制御装置においては、前記制御部は、前記周波数拡散制御において、前記回転数又は前記駆動電流値の変化に対して前記周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、前記回転数又は前記駆動電流値と前記閾値との差に応じて変化させることが可能である。

上記した本発明に係る回転電機制御装置においては、前記制御部は、前記周波数拡散制御において、前記回転数又は前記駆動電流値の変化に対して前記周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、前記回転数又は前記駆動電流値と前記閾値との差に応じて変化させることが可能である。
これにより、回転電機システムの電力損失を調整することが可能とされる。

上記した本発明に係る回転電機制御装置においては、前記制御部は、前記キャリア周波数の拡散周期を、前記回転数又は前記駆動電流値と前記閾値との差が大きいほど短くすることが可能である。
本発明においては、周波数拡散範囲の幅は、回転数又は駆動電流値が閾値から遠いほど狭まる傾向とされる。これは、回転数又は駆動電流値と閾値との差が大きい領域ほど周波数拡散による音圧低減効果が弱まる傾向となることを意味する。この点に対応して、上記のように回転数又は駆動電流値と閾値との差が大きいほどキャリア周波数の拡散周期を短くすることで、周波数拡散範囲の幅の減少により音圧低減効果が弱まる領域での音圧低減効果の向上を図るものである。

本発明によれば、回転電機における回転子の回転数や回転電機の駆動電流値に応じてキャリア周波数を切り替える回転電機制御装置において、キャリア周波数切り替えに伴う電磁騒音変化に起因したユーザの不快感の緩和を図りつつ、回転電機システムの電力効率低下の抑制を図ることができる。

実施の形態の回転電機制御装置を備えた車両制御システムの構成概要を示した図である。 第１マップの内容を模式的に表した図である。 回転電機における回転子の回転数変化に対して電磁騒音成分が変化する様子を模式的に表した図である。 キャリア周波数の拡散のイメージ図である。 キャリア周波数の拡散により電磁騒音の音圧低減が図られることについて説明するためのイメージ図である。 第２マップの内容を模式的に表した図である。 実施の形態における周波数拡散の様子を模式的に表した図である。 実施の形態としてのキャリア周波数の制御手法を実現するために実行されるべき処理の手順を示したフローチャートである。 キャリア周波数と回転電機システムの電力損失との関係について説明するための図である。 回転電機の損失が支配的である場合における周波数拡散の様子を模式的に表した図である。 第二変形例における周波数拡散の様子の例を模式的に表した図である。 同じく、第二変形例における周波数拡散の様子の例を模式的に表した図である。 第二変形例で用いるべき第２マップの例を示した図である。 第三変形例における周波数拡散の様子の例を模式的に表した図である。

＜１．車両制御システムの概要構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態としての回転電機制御装置を備えた車両制御システム１の構成概要を示した図である。なお、図１では、車両制御システム１の構成のうち主に本発明に係る要部の構成のみを抽出して示している。
本実施の形態の車両制御システム１は、エンジンと電動機（モータ）の双方により車輪を駆動可能に構成されたいわゆるハイブリッド車としての車両に設けられている。
なお、以下の説明では、回転電機がモータとしての機能とジェネレータ（発電機）としての機能とを有するモータジェネレータ（後述するモータジェネレータ８）とされる場合を例示するが、回転電機としてはモータ又はジェネレータの何れかであってもよい。

図１において、車両制御システム１は、ハイブリッドコントローラ２、エンジンコントローラ３、エンジン関連アクチュエータ４、インバータコントローラ５、メモリ６、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ７、モータジェネレータ８、アクセル開度センサ９、及びバス１０を備えている。

ハイブリッドコントローラ２、エンジンコントローラ３、及びインバータコントローラ５は、車両における駆動系を制御するためのコントローラとして設けられている。これらのコントローラは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータを備えて構成され、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の所定の車載ネットワーク通信規格に対応したバス１０を介して相互にデータ通信可能に接続されている。
ハイブリッドコントローラ２には、車両に設けられた不図示のアクセルペダルの踏込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ９が設けられている。

エンジンコントローラ３は、車両に設けられたエンジンについての燃料噴射制御、点火制御、吸入空気量調節制御などの各種運転制御を行う。エンジンコントローラ３は、エンジン関連アクチュエータ４として設けられた各種アクチュエータを制御することでエンジンについての各種運転制御を行う。エンジン関連アクチュエータ４としては、例えばスロットル弁を駆動するスロットルアクチュエータや燃料噴射を行うインジェクタ等のエンジン駆動に係る各種のアクチュエータが設けられている。
エンジンコントローラ３はハイブリッドコントローラ２と通信を行っており、ハイブリッドコントローラ２からの各種信号に基づいてエンジンを運転制御すると共に必要に応じてエンジンの運転状態に関するデータをハイブリッドコントローラに出力する。

モータジェネレータ８は、発電機として駆動できると共に電動機としても駆動できる周知の同期発電電動機により構成されている。本例の場合、モータジェネレータ８は励磁相を複数有する。具体的には、３相交流式のモータジェネレータが採用されている。
図示は省略しているが、モータジェネレータ８で発生した動力は、遊星歯車機構を介して車輪（駆動輪）に伝達可能とされている。

モータジェネレータ８には、該モータジェネレータ８における回転子の回転数（以下「回転数Ｄｒ」と表記する）、及びＰＷＭインバータ７より供給される駆動信号（駆動電流）の電流値（以下「電流値Ｄｉ」と表記する）をそれぞれ検出する不図示の検出部が設けられており、該検出部が検出した回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの情報はインバータコントローラ５に入力される。
なお、電流値Ｄｉは、モータジェネレータ８のトルク、或いはＰＷＭインバータ７の負荷電流値とも換言できる）。

ＰＷＭインバータ７は、車両に設けられた不図示のバッテリーからの直流電圧ＤＣを入力し、該直流電圧ＤＣをＰＷＭ信号に基づきスイッチングしてモータジェネレータ８の各励磁相に対応する駆動信号を生成する。
ＰＷＭインバータ７は、直流電圧ＤＣをスイッチングするスイッチング素子をモータジェネレータ８の各励磁相ごとに備えており、ＰＷＭ信号に基づきそれらスイッチング素子をオン／オフ制御することでモータジェネレータ８の各励磁相ごとの駆動信号を生成する。
このとき、ＰＷＭ信号のデューティ（オンデューティ又はオフデューティ）の調整により、モータジェネレータ７の出力調整が実現される。

インバータコントローラ５は、ハイブリッドコントローラ２からの指示に基づきＰＷＭインバータ７の動作制御を行う。具体的には、ハイブリッドコントローラ２からの指示に基づき、少なくともＰＷＭインバータ７におけるＰＷＭ信号の周波数（キャリア周波数）、及びＰＷＭ信号のデューティを制御する。

ハイブリッドコントローラ２は、車両に設けられた不図示の操作子を介した操作入力や各種センサの検出信号に基づきエンジンコントローラ３、インバータコントローラ５に対する指示を行って、車両における駆動系の動作をコントロールする。
例えばハイブリッドコントローラ２は、アクセル開度センサ９の検出信号に基づき求まるアクセル開度値等に基づき、運転者によるアクセル操作量に応じた要求トルクＴ（駆動輪に出力すべきトルク）を計算し、要求トルクＴに対応する要求駆動力により車両を走行させるためのエンジン、モータジェネレータ８の運転制御をエンジンコントローラ３、インバータコントローラ５に実行させる。
例えば、車両の発進時や低速走行時等であって仮にエンジンを駆動した際にその運転効率が低いと判定された場合には、モータジェネレータ８の発生動力のみによる走行（「ＥＶ走行」）が行われるように制御を行う。また、所定の操作入力により運転者よりＥＶモードが選択された場合にもＥＶ走行が行われるように制御を行う。
ＥＶ走行時においてハイブリッドコントローラ２は、アクセル操作量に基づき計算した要求トルクＴに基づきモータジェネレータ８のトルク（以下「要求トルクＴｂ」と表記）を計算し、該要求トルクＴｂをインバータコントローラ５に指示してモータジェネレータ８を駆動させる。

また、ハイブリッドコントローラ２は、エンジンとモータジェネレータ８の双方の出力を利用した走行（「ハイブリッド走行」）が行われるように制御を行う。このときハイブリッドコントローラ２は、要求トルクＴに基づきエンジンの要求トルク（以下「要求トルクＴａ」と表記）とモータジェネレータ８の要求トルクＴｂとを算出し、エンジンコントローラ３に要求トルクＴａを、インバータコントローラ５に要求トルクＴｂをそれぞれ指示してエンジン、モータジェネレータ８を駆動させる。

また、ハイブリッドコントローラ２は、モータジェネレータ８による発電を行わせる場合には、モータジェネレータ８に対する要求トルクＴｅを算出し、インバータコントローラ５に指示する。

インバータコントローラ５は、上記のようにハイブリッドコントローラ２から指示される要求トルクＴｂや要求トルクＴｅに応じて、ＰＷＭインバータ７におけるＰＷＭ信号のデューティを調整してモータジェネレータ８の出力制御を実現する。

また、本例の場合、インバータコントローラ５は、モータジェネレータ８から入力される回転数Ｄｒ、及び電流値Ｄｉに基づいて、ＰＷＭインバータ７におけるキャリア周波数を制御する。
インバータコントローラ５は、例えば不揮発性メモリ等によるメモリ６に対する読み出しが可能とされ、該メモリ６に格納された第１マップ６ａ、第２マップ６ｂに基づいて上記のキャリア周波数の制御を行う。なお、第１マップ６ａ、第２マップ６ｂの詳細については以下で改めて説明する。

＜２．実施の形態としてのキャリア周波数の制御手法＞
以下、インバータコントローラ５により実現する実施の形態としてのキャリア周波数の制御手法について説明する。
先ず、インバータコントローラ５は、図２に示すような第１マップ６ａに基づき、回転数Ｄｒと電流値Ｄｉとに基づくキャリア周波数の切り替え制御を行う。図示するように第１マップ６ａでは、電流値Ｄｉ（図中「ＭＧトルク」と表記）、回転数Ｄｒ（図中「ＭＧ回転数」と表記）をそれぞれ縦軸、横軸にとった座標空間を回転数Ｄｒに対する閾値ＴＨｒ、電流値Ｄｉに対する閾値ＴＨｉでそれぞれ区切ることで形成された４つの各領域（図中、領域Ａ１１、領域Ａ１２、領域Ａ２１、領域Ａ２２）ごとに、それぞれ対応する周波数が定められている。
具体的に、図示のように領域Ａ１１は回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ未満で且つ電流値Ｄｉが閾値ＴＨｉ未満である領域、領域Ａ１２は回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ未満で且つ電流値Ｄｉが閾値ＴＨｉ以上である領域、領域Ａ２１は回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ以上で且つ電流値Ｄｉが閾値ＴＨｉ未満である領域、領域Ａ２２は回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ以上で且つ電流値Ｄｉも閾値ＴＨｉ以上である領域とされている。そして、領域Ａ１１には、所定の第１の周波数（図中「○Ｈｚ」）が、領域Ａ１２には第１の周波数よりも高い第２の周波数（図中「×Ｈｚ」）が、領域Ａ２１には少なくとも第１の周波数よりも高く且つ第２の周波数とは異なる第３の周波数（図中「△Ｈｚ」）が、領域Ａ２２には第２及び第３の周波数よりも高い第４の周波数（図中「□Ｈｚ」）がそれぞれ定められている。

インバータコントローラ５は、第１マップ６ａを参照し、回転数Ｄｒと電流値Ｄｉの組合せが領域Ａ１１に該当すればＰＷＭインバータ７におけるキャリア周波数（本例の場合は後述する「基本周波数」となる）を第１の周波数に設定する。また、回転数Ｄｒと電流値Ｄｉの組合せが領域Ａ１２に該当すれば第２の周波数を、領域Ａ２１に該当すれば第３の周波数を、領域Ａ２２に該当すれば第４の周波数をそれぞれＰＷＭインバータ７におけるキャリア周波数として設定する。
これにより、キャリア周波数が回転数Ｄｒと電流値Ｄｉの大きさに応じて適切とされる周波数に切り替えられる。

ＰＷＭインバータ７とモータジェネレータ８とで成る回転電機システムの電力効率は、回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉ、及びＰＷＭインバータ７のキャリア周波数の関係により変化するものであり、回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの大きさに対しキャリア周波数が適切でないと、モータシステムの電力効率低下を招く。このため、上記のように回転数Ｄｒや電流値Ｄｉの大きさに応じてキャリア周波数の切り替えを行うことは、回転電機システムの電力効率の向上に資するものである。

ここで、上記のようなキャリア周波数の切り替えを行うと、キャリア周波数の切り替わりタイミングにおいてモータジェネレータ８で発生する電磁騒音の音色が変化し、該変化が車両の乗員に知覚されて不快感を与える虞がある。
図３は、図２における矢印Ｘで表すように電流値Ｄｉが一定の下で回転数Ｄｒのみが変化した場合における電磁騒音成分の変化の様子を模式的に表している。
矢印Ｘで表す回転数Ｄｒの変化に応じては、キャリア周波数は、回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ以上となったタイミングに応じて「×Ｈｚ」から「□Ｈｚ」へと切り替えられる。これに伴い、電磁騒音の音色がこれら「×Ｈｚ」と「□Ｈｚ」との差分に応じて変化し、該変化が乗員（ユーザ）に不快感を与えてしまう虞がある。

このような乗員の不快感を低減するための手法としては、前述のように、キャリア周波数を所定の周波数範囲で拡散させる手法を挙げることができる。
図４は、このようなキャリア周波数の拡散のイメージ図である。例えば、図２に示したような第１マップ６ａを用いて選択した周波数をキャリア周波数の基本周波数として、該基本周波数を中心とする所定の周波数拡散範囲においてキャリア周波数を拡散させる。このとき、キャリア周波数の拡散は、例えば所定の拡散周期で、順次、周波数拡散範囲内の周波数をランダムに選択することで行う。

上記のようにキャリア周波数を拡散させることで、図５のイメージ図が示すように電磁騒音の音圧レベルを低減させることができる。つまり、電磁騒音の音圧レベル自体を低減することでキャリア周波数の切り替えに伴う電磁騒音の変化が乗員に知覚され難くできるため、該電磁騒音の変化に起因した乗員の不快感の低減を図ることができるものである。

しかしながら、キャリア周波数を拡散させることは、キャリア周波数を本来設定されるべき周波数から変化させているということになるので、回転電機システムの電力効率低下を招いてしまう。

そこで、本実施の形態では、周波数拡散制御において、周波数拡散範囲の幅を回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉがそれぞれ閾値ＴＨｒ、閾値ＴＨｉに近いほど拡大する。

図６は、このような周波数拡散範囲の幅の制御に用いる第２マップ６ｂの内容を模式的に表している。
図示のように第２マップ６ｂにおいては、先の第１マップ６ａと同様の閾値ＴＨｒと閾値ＴＨｔとで区切られた４つの各領域（Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２）が、それぞれ複数の副領域に分割されている。図６の例では、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２はそれぞれ４つの副領域（それぞれ末尾にａ〜ｄの符号を付している）に分割されている。具体的に、これら領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２における各副領域としては、末尾の符号ａ、ｂ、ｃ、ｄの順で、閾値ＴＨｒと閾値ＴＨｉとで形成される十字のラインに近い領域とされている。
なお、図６の例では、各副領域における回転数Ｄｒ方向の幅、電流値Ｄｉ方向の幅はそれぞれ均等とされている。

第２マップ６ｂにおいては、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２それぞれの各副領域ごとに、周波数拡散範囲の幅の情報が対応づけられている。具体的には、末尾の符号ｄ、ｃ、ｂ、ａの順で徐々に周波数拡散範囲の幅が大きくなるように各副領域に対する周波数拡散範囲の幅の対応づけが為されている。

図７は、上記の第２マップ６ｂを用いて実現される実施の形態における周波数拡散の様子を模式的に表している。なお、図７では、図６に矢印Ｘで表すように電流値Ｄｉが一定の下で回転数Ｄｒのみが変化した場合を例に、実施の形態における周波数拡散の様子を表している。
図中の時点ｔ１は、矢印Ｘで表す挙動において回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒ以上となったタイミングを表す。なおこの場合、横軸の「時間」は「回転数Ｄｒ」と読み替えることができる。また図７では、比較として図４で説明した単純な拡散制御（拡散範囲幅一定の拡散制御）を行った場合の周波数拡散範囲を細実線により表し、実施の形態の拡散制御による周波数拡散範囲を太実線により表している。

先ず前提として、本実施の形態では、図２に示した第１マップ６ａに従ったキャリア周波数切り替えを行うため、周波数拡散の範囲を定める上で基準とするキャリア周波数、すなわち基本周波数は、時点ｔ１を境に切り替えられる（本例では×Ｈｚ→□Ｈｚ）。
上記した第２マップ６ｂに従って周波数拡散制御における周波数拡散範囲の幅を回転数Ｄｒ（及び電流値Ｄｉ）に応じて変化させることで、図示のように、時点ｔ１までの期間では時間経過と共に（回転数Ｄｒの上昇と共に）周波数拡散範囲の幅は徐々に拡大していき、時点ｔ１を過ぎると（回転数Ｄｒ≧閾値ＴＨｒとなると）、時間経過と共に周波数拡散範囲の幅は徐々に縮小していく。
なお、図６に示す第２マップ６ｂに従うと、周波数拡散範囲の幅は時間経過と共に階段状に変化することになるが、図７では図示の都合から周波数拡散範囲の幅が時間経過と共にリニアに変化するものとして表している。
本例では、上述した副領域の分割態様により、周波数拡散範囲の幅は４段階に制御されるが、該段階の数については「４」に限定されるものでなく「２」以上の任意の数とできることは言うまでもない。

上記のような拡散範囲幅の可変制御により、拡散幅一定とする手法（図４）との比較で、図７中の梨地で表す部分において回転電機システムの電力効率の向上が図られる。
また、上記のような拡散範囲幅の可変制御によると、回転数Ｄｒ（電流値Ｄｉ）が閾値ＴＨｒ（閾値ＴＨｉ）に近いほど拡散範囲の幅が拡大される傾向となる、換言すれば、基本周波数の切り替えタイミングに近づくほど拡散範囲の幅が拡大される傾向となるが、このことで、電磁騒音の音圧抑制効果が確保され、乗員等のユーザの不快感緩和が図られる。

＜３．処理手順＞
図８のフローチャートを参照して、上記した実施の形態としてのキャリア周波数制御手法を実現するために実行されるべき具体的な処理の手順を説明する。
なお、図８に示す処理は、図１に示したインバータコントローラ５が例えばメモリ６等の所定の記憶装置に格納されたプログラムに従って実行するものである。インバータコントローラ５は、図８に示す処理を所定の周期で繰り返し実行する。

図８において、インバータコントローラ５はステップＳ１０１で、モータジェネレータ８からの回転数Ｄｒ及び電流値Ｄｉを取得し、続くステップＳ１０２で第１マップ６ａから回転数Ｄｒ及び電流値Ｄｉに応じたキャリア周波数（基本周波数）を取得する。
さらに、続くステップＳ１０３でインバータコントローラ５は、第２マップ６ｂから回転数Ｄｒ及び電流値Ｄｉに応じた拡散範囲（周波数拡散範囲）を取得する。

その上でインバータコントローラ５は、ステップＳ１０４で基本周波数を中心とした拡散範囲内における周波数をランダム選択する。
さらに、インバータコントローラ５は次のステップＳ１０５で、選択した周波数をＰＷＭインバータ７のキャリア周波数として設定し、図８に示す処理を終える。

＜４．第一変形例＞
ここで、キャリア周波数の拡散制御を行う場合には、キャリア周波数と回転電機システムの電力損失との関係が考慮されるべきである。
回転電機システムの電力損失は、ＰＷＭインバータ７の損失とモータジェネレータ８の損失とで決定づけられる。
キャリア周波数がＰＷＭインバータ７の損失、モータジェネレータ８の損失に与える影響はそれぞれ異なるもので、この点に起因して、キャリア周波数と回転電機システムの電力損失との関係は、ＰＷＭインバータ７における損失が支配的な場合とモータジェネレータ８における損失が支配的である場合とで図９Ａ、図９Ｂに示す通り異なるものとなる。
キャリア周波数に対する回転電機システムの電力損失は二次曲線により表されるものとなるが、図９Ａに示すＰＷＭインバータ７の損失が支配的な場合、回転電機システムの電力損失はキャリア周波数の上昇に応じて増大する傾向となる。一方、図９Ｂに示すモータジェネレータ８の損失が支配的な場合、回転電機システムの電力損失はキャリア周波数の上昇に応じて減少する傾向となる。

図９Ａのケースにおいて、キャリア周波数＝基本周波数に設定された場合のシステム電力損失を基準とすると、基本周波数を中心とした拡散範囲α内での周波数拡散制御において、基本周波数より低いキャリア周波数が設定される場合にはシステム電力損失の低減が図られることが分かる（図中の梨地部分）。
一方、図９Ｂのケースにおいては、基本周波数を中心とした拡散範囲α内での周波数拡散制御において、システム電力損失の低減が図られるのは、逆に基本周波数より高いキャリア周波数が設定される場合となる。

これら図９Ａと図９Ｂの対比より、システム電力損失の低減を考慮すると、キャリア周波数の拡散は、基本周波数よりも低い周波数領域のキャリア周波数がより多く選択されるか、或いは基本周波数よりも高い周波数領域のキャリア周波数がより多く選択されるかを、ＰＷＭインバータ７又はモータジェネレータ８の何れの損失が支配的であるかに応じて定めるべきであることが分かる。

そこで、第一変形例では、キャリア周波数の拡散制御において、選択した基本周波数よりも高い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度と、選択した基本周波数よりも低い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度とを、ＰＷＭインバータ７における損失とモータジェネレータ８における損失との関係に基づいて異ならせる。
具体的に、ＰＷＭインバータ７の損失が支配的である場合には、選択した基本周波数よりも低い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度を高くし、モータジェネレータ８の損失が支配的である場合には選択した基本周波数よりも高い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度を高くする。
図１０では、選択した基本周波数よりも高い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度を高くした場合、すなわちモータジェネレータ８の損失が支配的である場合における周波数拡散の様子を模式的に表している。

上記のような頻度調整により、キャリア周波数の拡散を基本周波数を中心とした周波数範囲内でランダムに行う場合と比較して、回転電機システムの電力損失の低減を図ることができる。

なお、回転電機システムの電力損失としてＰＷＭインバータ７の損失、モータジェネレータ８の損失の何れが支配的であるかは、モータジェネレータ８の回転数Ｄｒにより知ることができる。具体的に、回転数Ｄｒが所定値未満である場合はＰＷＭインバータ７の損失が支配的となり、回転数Ｄｒが所定値以上である場合はモータジェネレータ８の損失が支配的となる。

上記のような頻度調整を実現するにあたっては、インバータコントローラ５は、回転数Ｄｒが上記の所定値未満であるか否かの判定（損失判定）を行い、回転数Ｄｒが所定値未満であれば、ステップＳ１０４のキャリア周波数のランダム選択として、第２マップ６ｂから取得した周波数拡散範囲内における基本周波数未満のキャリア周波数の選択頻度が基本周波数以上のキャリア周波数の選択頻度よりも高くなるような選択を行う。一方、回転数Ｄｒが所定値未満でなければ、同キャリア周波数のランダム選択として、第２マップ６ｂから取得した周波数拡散範囲内における基本周波数以上のキャリア周波数の選択頻度が基本周波数未満のキャリア周波数の選択頻度よりも高くなるような選択を行う。
具体的な頻度調整の手法としては、例えば、基本周波数未満の周波数領域を対象としたキャリア周波数のランダム選択（第一ランダム選択）と基本周波数以上の周波数領域を対象としたキャリア周波数のランダム選択（第二ランダム選択）とを実行可能としておき、上記の損失判定の結果に応じて、第一ランダム選択を第二ランダム選択よりも多く行うか、或いは第二ランダム選択を第一ランダム選択よりも多く行うかを定める等の手法を挙げることができる。

＜５．第二変形例＞
上記では、第２マップ６ｂにおける領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２内の各副領域を等間隔に区切った場合、すなわち回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度が一定とされた場合を例示したが、回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度は、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差に応じて変化させてもよい。

図１１は、回転数Ｄｒに対する領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２内の各領域の幅を、閾値ＴＨｒに近い領域ほど狭めるようにした場合の周波数拡散の様子を模式的に表している。なお、図１１においても、前述した矢印Ｘで表す回転数Ｄｒの変化を前提とした周波数拡散の様子を例示している。図中の「Ｌｓ」と示した直線は、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２内の各副領域を等間隔に区切った場合（回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を一定とした場合）の周波数拡散範囲を模式的に表している。なお、「Ｌｓ」は実際には階段状となるが、ここでは便宜的に直線により表現している。
図１１の場合、回転数Ｄｒの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度は、回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒに近いほど（閾値ＴＨｒとの差が小さいほど）高くなる。

一方、図１２は、回転数Ｄｒに対する領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２内の各領域の幅を、閾値ＴＨｒから遠い領域ほど狭めるようにした場合の周波数拡散の様子を模式的に表している（図１２においても前述した矢印Ｘで表す回転数Ｄｒの変化を前提とした周波数拡散の様子を例示している）。
図１２の場合、回転数Ｄｒの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度は、回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒから遠いほど（閾値ＴＨｒとの差が大きいほど）高くなる。

図示は省略したが、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度についても、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差に応じて同様に変化させることもできる。

ここで、上記のように回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差に応じて変化させることにより、回転電機システムにおける電力損失（発熱量）の調整を行うことが可能となる。
例えば、車両が氷点下等の低温環境下に置かれる等、直流電圧ＤＣの安定供給のため車載バッテリーを暖めたい場合には、図１２で例示したように、回転数Ｄｒ（又は電流値Ｄｉ）の変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差（又は電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差）が小さいほど高くなるようにする。換言すれば、回転数Ｄｒの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差が大きいほど低くなるようにする。これによると、図中の直線Ｌｓとの比較、換言すれば回転数Ｄｒ（電流値Ｄｉ）の変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を一定とした場合との比較で、図中の梨地で表した分の電力損失が生じる。すなわち、回転電機システムの電力損失が増大する傾向となるようにできる。このため、ＰＷＭインバータ７の発熱量を増大させて車載バッテリーを暖気することが可能となる。
一方で、回転数Ｄｒ（電流値Ｄｉ）の変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差（電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差）が大きいほど高くなるようにすると、図１１に梨地で表した分の損失低減効果が得られ、システム電力効率を高めることが可能となる。

図１３は、上記のような回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度についての調整を実現する場合に用いるべき第２マップ６ｂの例を示している。
なお、図１３では回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、それぞれ回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差が小さいほど高くする場合の第２マップ６ｂの例を示している。

図１３の例では、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２をそれぞれ８つの副領域に分割した例を示している（それぞれ末尾にａ〜ｈの符号を付している）。なお、ここでの副領域の分割数はあくまで一例であり、図１１の場合に対応した分割数を述べている訳ではない。
これら８つの各副領域は、閾値ＴＨｒと閾値ＴＨｉとで形成される十字ラインに近い副領域ほど回転数Ｄｒ方向の幅、電流値Ｄｉ方向の幅が狭くなるようにされている。この場合も、各副領域には、上記の十字ラインに近い領域ほどより大きな周波数拡散範囲の値が対応づけられている。

なお、図１２の例、すなわち回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差が大きいほど高くする場合、副領域の回転数Ｄｒ方向の幅、電流値Ｄｉ方向の幅は、上記の十字ラインに近い副領域ほどが広くなるようにすればよい。

＜６．第三変形例＞
上記では、キャリア周波数の拡散周期は一定の周期とすることを前提としたが、キャリア周波数の拡散周期は、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差や、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差に応じて変化させることができる。

図１４は、キャリア周波数の拡散周期を、回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差が大きいほど短くした場合における周波数拡散の様子を模式的に示している。なお、図１４においても前述した矢印Ｘによる回転数Ｄｒの変化を前提としている。
この場合、キャリア周波数の拡散周期は、回転数Ｄｒが閾値ＴＨｒに遠いほど短くされる傾向となる。

図示は省略したが、キャリア周波数の拡散周期は、電流値Ｄｉ側についても同様の設定を行うことができる。すなわち、電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉの差が大きいほど拡散周期を短くするものである。

ここで、実施の形態の周波数拡散制御によっては、周波数拡散範囲の幅は、回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉが閾値ＴＨｒ、閾値ＴＨｉから遠いほど狭まる傾向とされる。これは、閾値ＴＨとの差が大きい領域ほど周波数拡散による音圧低減効果が弱まる傾向となることを意味する。
上記のようにキャリア周波数の拡散周期を回転数Ｄｒと閾値ＴＨｒとの差や電流値Ｄｉと閾値ＴＨｉとの差が大きい領域ほど短くなるようにすると、該領域においては回転数Ｄｒ、電流値Ｄｉの変化に対してキャリア周波数が拡散する頻度が高まるため（図１４中「Ｙ」で表す部分を参照）、電磁騒音の音圧低減効果が高まる。すなわち、周波数拡散範囲の幅の減少により音圧低減効果が低下する領域において、音圧低減効果を高めることができるものであり、この結果、回転数Ｄｒや電流値Ｄｉに依らず電磁騒音が知覚され難くなるように図ることができる。

上記のようなキャリア周波数の拡散周期の調整を実現するにあたっては、第３マップを用いる。第３マップとしては、例えば、図６に示した第２マップ６ｂと同様に領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２内をそれぞれ複数の副領域に分割し、それら副領域ごとに、対応する拡散周期の値を対応づけたマップとする。具体的には、上述した十字ラインから遠い副領域ほど短い拡散周期の値を対応づけたマップとする。

第三変形例において、インバータコントローラ５は、このような第３マップに従って、回転数Ｄｒや電流値Ｄｉに応じたキャリア周波数の拡散周期の調整を行う。

＜７．実施の形態のまとめ＞
上記のように実施の形態の回転電機制御装置は、直流電圧をＰＷＭ信号に基づきスイッチングして回転電機の駆動電力を生成するＰＷＭインバータ（同７）と、ＰＷＭインバータにおけるキャリア周波数を制御する制御部（インバータコントローラ５）と、を備えるものであり、制御部は、回転電機における回転子の回転数又は回転電機の駆動電流値が所定の閾値未満である場合と閾値以上である場合とでキャリア周波数の基本周波数として異なる周波数を選択し、選択した基本周波数を中心とする周波数拡散範囲においてキャリア周波数を拡散させる周波数拡散制御を行うと共に、周波数拡散制御において、周波数拡散範囲の幅を、回転数又は駆動電流値が閾値に近いほど拡大するようにしている。

これにより、回転電機における回転子の回転数や回転電機の駆動電流値に応じてキャリア周波数を切り替える回転電機制御装置において、電磁騒音の音圧抑制効果を確保しつつ、回転電機システムの電力損失を抑えることが可能とされる。
従って、キャリア周波数切り替えに伴う電磁騒音変化に起因したユーザの不快感の緩和を図りつつ、回転電機システムの電力効率低下の抑制を図ることができる。

また、実施の形態の回転電機制御装置においては、制御部は、周波数拡散制御において、選択した基本周波数よりも低い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度と選択した基本周波数よりも高い周波数領域におけるキャリア周波数の発生頻度とを、ＰＷＭインバータにおける損失と回転電機における損失との関係に基づいて異ならせている。
これにより、回転電機システムの電力損失の低減を図ることができる。

さらに、実施の形態の回転電機制御装置においては、制御部は、周波数拡散制御において、回転数又は駆動電流値の変化に対して周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、回転数又は駆動電流値と閾値との差に応じて変化させている。
これにより、回転電機システムの電力損失を調整することが可能とされ、例えば車両の走行環境等に応じて直流電圧の供給源としてのバッテリーを暖気したり、或いは暖気はせずに回転電機システムの電力効率の高めるといった調整を実現することができる。

さらにまた、実施の形態の回転電機制御装置においては、制御部は、キャリア周波数の拡散周期を、回転数又は駆動電流値と閾値との差大きいほど短くしている。
実施の形態の周波数拡散制御によると、周波数拡散範囲の幅は、回転数又は駆動電流値が閾値から遠いほど狭まる傾向とされる。これは、回転数又は駆動電流値と閾値との差が大きい領域ほど周波数拡散による音圧低減効果が弱まる傾向となることを意味する。この点に対応して、上記のように回転数又は駆動電流値と閾値との差が大きいほどキャリア周波数の拡散周期を短くすることで、周波数拡散範囲の幅の減少により音圧低減効果が弱まる領域での音圧低減効果の向上を図ることが可能となる。
従って、回転数や駆動電流値に依らず電磁騒音が知覚され難くすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記で説明した具体例に限定されず、多様な変形例が考えられる。
例えば、上記では、本発明がハイブリッド車両に適用される場合を例示したが、本発明は、ＥＶ（電気自動車）車両等、車輪の駆動力の少なくとも一部を電動機により賄う電動車両に対して好適に適用できる。
また、上記では車輪の駆動力を賄うモータが一つのみとされた１モータの電動車両を例示したが、本発明は複数のモータを具備する車両にも好適に適用できる。

さらに、本発明は、車両のみでなく、回転電機を用いる装置一般に広く好適に適用できるものである。

１…車両制御システム、２…ハイブリッドコントローラ、３…エンジンコントローラ３、４…エンジン関連アクチュエータ、５…インバータコントローラ、６…メモリ、６ａ…第１マップ、６ｂ…第２マップ、７…ＰＷＭインバータ、８…モータジェネレータ、９…アクセル開度センサ、１０…バス

Claims (4)

1. 直流電圧をＰＷＭ信号に基づきスイッチングして回転電機の駆動電力を生成するＰＷＭインバータと、
   前記ＰＷＭインバータにおけるキャリア周波数を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記回転電機における回転子の回転数又は前記回転電機の駆動電流値が所定の閾値未満である場合と前記閾値以上である場合とで前記キャリア周波数の基本周波数として異なる周波数を選択し、選択した前記基本周波数を中心とする周波数拡散範囲において前記キャリア周波数を拡散させる周波数拡散制御を行うと共に、前記周波数拡散制御において、前記周波数拡散範囲の幅を、前記回転数又は前記駆動電流値が前記閾値に近いほど拡大する
   回転電機制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記周波数拡散制御において、前記選択した基本周波数よりも低い周波数領域における前記キャリア周波数の発生頻度と前記選択した基本周波数よりも高い周波数領域における前記キャリア周波数の発生頻度とを、前記ＰＷＭインバータにおける損失と前記回転電機における損失との関係に基づいて異ならせる
   請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記周波数拡散制御において、前記回転数又は前記駆動電流値の変化に対して前記周波数拡散範囲の幅を切り替える頻度を、前記回転数又は前記駆動電流値と前記閾値との差に応じて変化させる
   請求項１又は請求項２に記載の回転電機制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記キャリア周波数の拡散周期を、前記回転数又は前記駆動電流値と前記閾値との差が大きいほど短くする
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載の回転電機制御装置。

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