JP7415651B2 - スイッチング装置制御方法、及びスイッチング装置制御システム - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング装置制御方法、及びスイッチング装置制御システムに関する。

特許文献１には、負荷（３相交流モータ）に供給する電力を調節するスイッチング装置としてのインバータにおいて、当該インバータのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行する制御方法が開示されている。

特に、特許文献１の制御方法では、インバータのリプル電流が増大するモータの高トルク領域又は高回転数領域において、搬送波の周波数（キャリア周波数）を変化（拡散）させる拡散モードを実行してリプル電流の増大に起因するノイズ（音振）を抑制している。

特開２０１５－１０６９７９号公報

しかしながら、インバータのリプル電流の増大は必ずしもモータの高トルク領域又は高回転数領域に限って発生するものではない。そのため、上述した従来の制御方法では、適切なシーンで拡散モードを実行することができない恐れがある。特に、モータの力行状態と回生状態では、拡散モードを実行する観点から好ましいモータの運転点が異なる。このため、拡散モードを実行すべきシーンにおいてこれが適切に実行されないことによるノイズの発生が懸念される。

したがって、本発明は、より適切な回転電機の運転点範囲において拡散モードを実行することのできるスイッチング装置制御方法、及びスイッチング装置制御システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ＰＷＭ制御により直流電源からの電力を変換して回転電機に供給するスイッチング装置を制御し、回転電機の運転点に応じて搬送波のキャリア周波数を所定の切り替え周期で変化させる拡散モードを実行するスイッチング装置制御方法が提供される。

このスイッチング装置制御方法では、回転電機の力行時において、回転電機の運転点が力行時用に設定される力行時拡散領域に含まれる場合に拡散モードを実行し、回転電機の回生時において、回転電機の運転点が回生時用に設定される回生時拡散領域に含まれる場合に拡散モードを実行する。

上記態様によれば、より適切な回転電機の運転点範囲において拡散モードを実行することができる。

図１は、本発明の各実施形態に共通するスイッチング装置制御システムの構成を説明する図である。 図２は、拡散モードにおけるキャリア周波数の設定態様の一例を説明する図である。 図３は、第１実施形態におけるスイッチング装置制御方法を説明するフローチャートである。 図４は、力行時拡散領域判定の詳細を説明するフローチャートである。 図５は、回生時拡散領域判定の詳細を説明するフローチャートである。 図６は、拡散モード設定処理の詳細を説明するフローチャートである。 図７は、力行時拡散領域及び力行時通常領域を規定する運転点範囲を示すマップである。 図８は、回生時における拡散モードと通常モードを設定するための運転点範囲の一例を示すマップである。 図９は、第２実施形態による、力行時のモータの運転点に応じて力行時第２切り替え時間を変化させる処理を説明するフローチャートである。 図１０は、第２実施形態による、回生時のモータの運転点に応じて回生時第２切り替え時間を変化させる処理を説明するフローチャートである。 図１１は、力行時拡散領域において力行時第２切り替え時間を変化させるための分割領域に対応する運転点範囲を説明するマップである。 図１２は、回生時拡散領域において回生時第２切り替え時間を変化させるための分割領域に対応する運転点範囲を説明するマップである。 図１３は、第３実施形態による外部回路を取り付けた電力供給系統の構成を説明する図である。 図１４は、電力供給系統の等価回路を示す図である。 図１５は、力行時拡散領域を規定する運転点範囲の一例を示すマップである。 図１６は、外部回路を取り付けた場合のリプル電流の周波数スペクトルを示す。 図１７は、第４実施形態におけるスイッチング装置制御方法を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。

［各実施形態に共通する前提構成］
図１は、各実施形態に共通するスイッチング装置制御システム２００の構成を説明する図である。

図示のように、スイッチング装置制御システム２００は、スイッチング装置としてのインバータ１０と、インバータ１０を制御する制御装置１００と、を有する。

インバータ１０は、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスにより構成される直流電源としてのバッテリ１と、例えば３相交流モータ（特に車載用の３相交流モータ）である回転電機としてのモータ２と、の間に配置される。

インバータ１０は、複数の半導体素子から成るスイッチング回路１１と、平滑コンデンサ１５と、を備えている。

スイッチング回路１１は、３相６アーム、すなわち、ＵＶＷの３相のそれぞれにおいて上アームと下アームとにより構成されており、半導体素子として構成される６つのスイッチング素子１２を備える。

そして、モータ２の力行時には、制御装置１００から入力されるＰＷＭ信号に応じてスイッチング回路１１におけるスイッチング動作（スイッチング素子１２の開閉）が実行されることで、バッテリ１からの直流電力が所望の交流電力に変換されてモータ２に供給される。一方、モータ２の回生時には、スイッチング回路１１におけるスイッチング動作が実行されることで、モータ２の回転エネルギーが直流電力に変換されてバッテリ１に供給される。

また、平滑コンデンサ１５は、バッテリ１の正極ラインと負極ラインとの間において、スイッチング回路１１と並列且つスイッチング回路１１に対してバッテリ１側に設けられている。平滑コンデンサ１５は、インバータ１０内で生じるリプル電流を平滑化する。

さらに、スイッチング装置制御システム２００は、スイッチング素子１２からモータ２に供給される電流を検出する電流センサ４と、モータ２の回転子の磁気位置を検出する磁気位置センサとしてのレゾルバ５と、バッテリ１の端子電圧を検出する電圧センサ１６と、を備える。各センサの検出信号は制御装置１００に出力される。なお、以下では、電流センサ４の検出値を単に「三相電流検出値（ｉ_ur ^*，ｉ_vr ^*，ｉ_wr ^*）」とも称する。また、電圧センサ１６の検出値を単に「直流電圧Ｖ_dc」とも称する。

次に、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備え、後述する各処理を実行可能となるようにプログラムされたコンピュータにより構成される。なお、制御装置１００を、各処理を分散して実行する複数のコンピュータハードウェアにより構成することも可能である。

特に、制御装置１００は、外部からの要求負荷（車両の場合にはアクセルペダルに対する操作量など）に基づいて定まるモータ２の要求トルク（トルク指令値Ｔ^*）、三相電流検出値（ｉ_ur，ｉ_vr，ｉ_wr）、レゾルバ５の検出値、及び直流電圧Ｖ_dcを入力として取得し、これら各検出値に基づいてＰＷＭ信号を生成し、インバータ１０に出力する。

具体的、制御装置１００は、電流指令値演算部１０１、電流制御部１０２、ｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３、信号変換部１０４、ｕｖｗ／ｄｑ変換部１０５、モータ位置演算部１０６を備える。

電流指令値演算部１０１は、トルク指令値Ｔ^*、直流電圧Ｖ_dc、及び、モータ位置演算部１０６からの電気角速度ωの入力を受け付ける。電流指令値演算部１０１は、これらの入力に基づいて、予め定められたマップを用いてｄｑ軸電流指令値（ｉ_d ^*，ｉ_q ^*）を算出する。そして、電流指令値演算部１０１は、算出したｄｑ軸電流指令値（ｉ_d ^*，ｉ_q ^*）を電流制御部１０２に出力する。

電流制御部１０２は、電流指令値演算部１０１からのｄｑ軸電流指令値（ｉ_d ^*，ｉ_q ^*）、及び、ｕｖｗ／ｄｑ変換部１０５からのｄｑ軸電流検出値（ｉ_dr，ｉ_qr）の入力を受け付ける。電流制御部１０２は、ＰＩ制御等のフィードバック制御により、ｄｑ軸電流指令値（ｉ_d ^*，ｉ_q ^*）とｄｑ軸電流検出値（ｉ_dr，ｉ_qr）との偏差がゼロとなるように、ｄｑ電圧指令値（ｖ_d ^*，ｖ_q ^*）を演算する。電流制御部１０２は、ｄｑ電圧指令値（ｖ_d ^*，ｖ_q ^*）をｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３に出力する。

ｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３は、電流制御部１０２からのｄｑ電圧指令値（ｖ_d ^*，ｖ_q ^*）を、モータ位置演算部１０６からの磁極位置θｅを用いて三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）に変換する。ｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３は、得られた三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）を信号変換部１０４に出力する。

信号変換部１０４は、三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）及び図示しない搬送波生成部で生成された搬送波（一般に数ｋＨｚ～１０数ｋＨｚ程度のキャリア周波数を持つ三角波）とを比較して、インバータ１０のスイッチング制御に用いるＰＷＭ信号を生成する。そして、信号変換部１０４は、生成したＰＷＭ信号をインバータ１０に出力する。そして、インバータ１０は、このＰＷＭ信号に応じたスイッチングパターンでスイッチング回路１１のスイッチング素子１２を操作する。

これにより、力行時には、バッテリ１から供給される直流電力を三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）に応じた３相の交流電力がモータ２に供給される。また、回生時には、モータ２の回転エネルギーが三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）に応じた直流電力に変換されてバッテリ１に供給される。

ｕｖｗ／ｄｑ変換部１０５は、電流センサ４で検出される三相電流検出値（ｉ_ur，ｉ_vr，ｉ_wr）を、モータ位置演算部１０６からの磁極位置θｅを用いてｄｑ軸電流検出値（ｉ_dr，ｉ_qr）に変換する。そして、ｕｖｗ／ｄｑ変換部１０５は、ｄｑ軸電流検出値（ｉ_dr，ｉ_qr）を電流制御部１０２に出力する。

モータ位置演算部１０６は、レゾルバ５の検出値から磁極位置θｅ及び電気角速度ωを演算する。モータ位置演算部１０６は、演算した磁極位置θｅ及び電気角速度ωをそれぞれ、ｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３及びｕｖｗ／ｄｑ変換部１０５に出力する。

以上説明した構成を有する制御装置１００（特に信号変換部１０４）は、モータ２が力行状態である場合及び回生状態である場合のそれぞれにおいて、モータ２の運転点に応じてキャリア周波数を一定にする通常モードとこれを変化させる拡散モードを設定する。

ここで、通常モードでは、キャリア周波数を、電圧指令値の制御周期ｔの２倍に相当する基本周波数Ｆ０に設定する。一方で、単一のキャリア周波数を設定する通常モードの場合、モータ２の運転点によっては、所定の周波数にリプル電流が集中して、当該周波数のリプル電圧レベルが大きくなる。このため、リプル電流を抑制すべきシーンにおいては、拡散モードを設定する。拡散モードでは、キャリア周波数として、基本周波数Ｆ０（第１周波数）と当該基本周波数Ｆ０の整数倍の拡散周波数Ｆ１（第２周波数）と、を交互に設定する。以下、拡散モードの詳細について説明する。

図２は、拡散モードにおけるキャリア周波数の設定態様の一例を説明する図である。図２で示す例では、拡散周波数Ｆ１が基本周波数Ｆ０の２倍に設定されている。また、拡散モードにおいて、基本周波数Ｆ０を設定する時間（以下、「第１切り替え時間ｔ₂₁」とも称する）は制御周期ｔの２倍に設定されている。さらに、拡散周波数Ｆ１を設定する時間（以下、「第２切り替え時間ｔ₂₂」とも称する）も制御周期ｔの２倍に設定されている。

したがって、図２に示す例では、拡散モードにおいては、キャリア周波数が制御周期ｔの２倍の時間ごとに基本周波数Ｆ０と拡散周波数Ｆ１の間で交互に繰り返すように設定されている。

なお、拡散周波数Ｆ１は基本周波数Ｆ０の２倍に限られない。すなわち、拡散周波数Ｆ１は基本周波数Ｆ０と異なる値（特に基本周波数Ｆ０よりも大きい値）であれば適宜任意の値に設定することができる。しかしながら、後述する理由により、拡散周波数Ｆ１は基本周波数Ｆ０の２倍、３倍、又は４倍等の整数倍に設定されることが好ましい。また、第１切り替え時間ｔ₂₁及び第２切り替え時間ｔ₂₂は図２に示したもの以外にも適宜設定することができる。特に、第１切り替え時間ｔ₂₁及び第２切り替え時間ｔ₂₂を相互に異なる値に設定しても良い。

上述の拡散モードを実行することで、キャリア周波数が特定の周波数に集中することに起因するリプル電圧の増加が抑制される。これにより、リプル電圧を平滑化させる観点から平滑コンデンサ１５に要求される容量を低減させることができ、平滑コンデンサ１５の小型化を図ることができる。

また、制御装置１００は、電圧指令値と搬送波との大小関係を比較し、搬送波の瞬間値が電圧指令値以上であるときにオフ信号（またはオン信号）を送信し、当該瞬間値が電圧指令値よりも低くなるとオン信号（またはオフ信号）を送信することを繰り返すことによりＰＷＭ信号を生成する。特に、制御装置１００は、オン信号（またはオフ信号）が継続している時間をパルス幅とし、当該パルス幅を周期的に変化させる。

また、搬送波の周期（基本周波数Ｆ０及び拡散周波数Ｆ１のそれぞれの逆数）が制御周期ｔの整数倍に設定される。これにより、キャリア周波数の切り替えのタイミングと電圧指令値の更新のタイミングの差（位相差）の変化を抑制し、搬送波と電圧指令値とを好適に同期させることができる。したがって、インバータ１０において、キャリア周波数切り替え時のトルク精度の低下やトルクリプルの発生を抑制することができる。特に、搬送波と電圧指令値とを同期させることにより、両者の位相差をゼロにすることが好適である。

なお、キャリア周波数の切り替えは、搬送波の瞬間値が搬送波の振幅の中間（ゼロ点）となる位置に来たときに行うことができるが、当該瞬間値が搬送波の振幅のピーク（最大値、又は最小値）となる位置に来たときに切り替えることも可能である。

以下で説明する各実施形態において、制御装置１００は、モータ２が力行及び回生のそれぞれの場合において、モータ２の運転点に基づき、リプル電流の抑制、スイッチング回路１１の熱上昇の抑制、ノイズの抑制、及びモータ２のエネルギー効率（電費）の間のバランスの観点から好ましい態様で通常モードと拡散モードの切り替えを行う。

［第１実施形態］
以下、第１実施形態について説明する。

図３は、第１実施形態におけるスイッチング装置制御方法を説明するフローチャートである。なお、制御装置１００（特に信号変換部１０４）は、図３に示すルーチンを所定制御周期ごとに繰り返し実行する。

先ず、ステップＳ１１０において、制御装置１００は、モータ２が力行状態であるか否かを判定する。具体的に、制御装置１００は、モータ回転数Ｎ及びｑ軸電流指令値ｉ_q ^*の少なくとも何れかが正の値である場合にモータ２が力行状態であると判断し、そうでない場合にはモータ２が力行状態ではない（すなわち、回生状態）であると判断する。なお、モータ２が力行状態であるか否かを、モータ回転数Ｎ又はｑ軸電流指令値ｉ_q ^*に代えて、トルク指令値Ｔ_m ^*が正であるか否かにより判定しても良い。

そして、制御装置１００はモータ２が力行状態であると判断すると、ステップＳ１２０に進み力行時拡散領域判定を実行する。一方、制御装置１００はモータ２が回生状態であると判断すると、ステップＳ１３０に進み回生時拡散領域判定を実行する。

図４は、力行時拡散領域判定の詳細を説明するフローチャートである。

図示のように、力行時拡散領域判定においては、制御装置１００は、現在のモータトルクＴに相当するｑ軸電流検出値ｉ_qrが力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}以上であって、モータ回転数Ｎが力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}以上且つ力行時基本上限回転数Ｎ__{d0_up}以下である場合（ステップＳ１２１及びステップＳ１２２の判定結果が何れもＹｅｓの場合）に、モータ２の運転点が拡散領域（以下、「力行時拡散領域Ａ_dp」とも称する）に含まれると判断する（ステップＳ１２３）。

一方、それ以外の場合（ステップＳ１２１及びステップＳ１２２の判定結果の少なくとも一方がＮｏの場合）に、モータ２の運転点が通常領域（以下、「力行時通常領域Ａ_db」とも称する）に含まれると判断する（ステップＳ１２４）。

また、図５は、回生時拡散領域判定の詳細を説明するフローチャートである。図示のように、制御装置１００は、ｑ軸電流検出値ｉ_qrが回生時基本電流閾値ｉ_{q_r0}以上であって、モータ回転数Ｎが回生時基本下限回転数Ｎ__{r0_inf}以上且つ回生時基本上限回転数Ｎ__{r0_up}以下である場合（ステップＳ１３１及びステップＳ１３２の判定結果が何れもＹｅｓの場合）に、モータ２の運転点が拡散領域（以下、「回生時拡散領域Ａ_rp」とも称する）に含まれると判断する（ステップＳ１３３）。

一方、それ以外の場合（ステップＳ１３１及びステップＳ１３２の判定結果の少なくとも一方がＮｏの場合）に、モータ２の運転点が通常領域（以下、「回生時通常領域Ａ_rb」とも称する）に含まれると判断する（ステップＳ１３４）。

図３に戻り、制御装置１００は、ステップＳ１２０の力行時拡散領域判定又はステップＳ１３０の回生時拡散領域判定の後に、ステップＳ１４０の処理に移行する。

ステップＳ１４０において、制御装置１００は、モータ２の運転点が力行時拡散領域Ａ_dp又は回生時拡散領域Ａ_rpに含まれると判断した場合にステップＳ１５０の拡散モード設定処理に移行する。一方で、制御装置１００は、そうでない場合（モータ２の運転点が力行時通常領域Ａ_db又は回生時通常領域Ａ_rbに含まれると判断した場合）にステップＳ１６０の通常モード設定処理に移行する。

ここで、通常モード設定処理では、制御装置１００はキャリア周波数を一定とする。一方、拡散モード設定処理では、制御装置１００は力行状態及び回生状態ごとに定められた態様でキャリア周波数を変化させる。以下、拡散モード設定処理の詳細を説明する。

図６は、拡散モード設定処理の詳細を説明するフローチャートである。

図示のように、制御装置１００は、モータ２の運転点が力行時拡散領域Ａ_dpに含まれる場合には、力行時用に定められた拡散モード（以下、「力行時拡散モード」）を実行する（ステップＳ１５１のＹｅｓ及びステップＳ１５２）。

具体的に、力行時拡散モードにおいて、制御装置１００は、キャリア周波数を、第１周波数としての基本周波数Ｆ０と力行時用の拡散周波数Ｆ１として予め定められる力行時拡散周波数Ｆ１__dとの間で交互に切り替える。

また、制御装置１００は、キャリア周波数として第１周波数を設定する時間である上述の第１切り替え時間ｔ₂₁として、力行時用に定められた力行時第１切り替え時間ｔ₂₁__dを設定する。さらに、制御装置１００は、キャリア周波数として第２周波数を設定する時間である上述の第２切り替え時間ｔ₂₂として、力行時用に定められた力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを設定する。

なお、本実施形態では、力行時拡散周波数Ｆ１__dを基本周波数Ｆ０の２倍に設定する。しかしながら、これに限られず、力行時拡散周波数Ｆ１__dを基本周波数Ｆ０の３倍以上の整数倍の値に設定しても良い。また、本実施形態では、力行時第１切り替え時間ｔ₂₁__d及び力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dは相互に同一であって、制御周期ｔの整数倍（例えば２倍）に設定する。

一方、制御装置１００は、モータ２の運転点が回生時拡散領域Ａ_rpに含まれる場合には、回生時用に定められた拡散モード（以下、「回生時拡散モード」）を実行する（ステップＳ１５１のＮｏ及びステップＳ１５３）。

具体的に、回生時拡散モードにおいて、制御装置１００は、キャリア周波数を、第１周波数としての基本周波数Ｆ０と回生時用の拡散周波数Ｆ１として予め定められる回生時拡散周波数Ｆ１__rとの間で交互に切り替える。

また、制御装置１００は、第１切り替え時間ｔ₂₁として、回生時用に定められた回生時第１切り替え時間ｔ₂₁__rを設定する。さらに、制御装置１００は、第２切り替え時間ｔ₂₂として、回生時用に定められた回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを設定する。

なお、本実施形態では、回生時拡散周波数Ｆ１__rを力行時拡散周波数Ｆ１__dと同様に、基本周波数Ｆ０の２倍に設定する。しかしながら、これに限られず、回生時拡散周波数Ｆ１__rを基本周波数Ｆ０の３倍以上の整数倍の値に設定しても良いし、力行時拡散周波数Ｆ１__dと異なる値に設定しても良い。

以上説明したように、本実施形態におけるスイッチング装置制御方法では、モータ２が力行状態である場合には、運転点が力行時拡散領域Ａ_dpに含まれる場合に拡散モードを実行し、力行時通常領域Ａ_dbに含まれる場合に通常モードを実行する。一方、モータ２が回生状態である場合には、運転点が回生時拡散領域Ａ_rpに含まれる場合に拡散モードを実行し、回生時通常領域Ａ_rbに含まれる場合に通常モードを実行する。すなわち、力行時及び回生時のそれぞれに応じて個別に規定した拡散領域と通常領域に基づいて、拡散モードと通常モードの切り替えを行う。

次に、本実施形態の力行時及び回生時における拡散モードと通常モードの切り替えによる技術的意義について説明する。

図７は、力行時拡散領域Ａ_dp及び力行時通常領域Ａ_dbを規定する運転点範囲を示すマップである。図８は、回生時拡散領域Ａ_rp及び回生時通常領域Ａ_rbを規定する運転点範囲を示すマップである。なお、図８において、回生時のモータトルクＴ（＜０）及びモータ回転数Ｎ（＜０）を表す観点からの便宜上、縦軸及び横軸の正負は反転させている。

また、図７及び図８に示されるマップは予め実験等により定められ、制御装置１００内の図示しないメモリ又は該制御装置１００が当該マップを取得するために通信可能な任意の装置の記憶領域に保存される。

先ず、図７に示すように、力行時拡散領域Ａ_dpは、モータトルクＴが力行時基本トルク閾値Ｔ_{q_d0}（力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}に相当）以上であって、モータ回転数Ｎが力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}以上且つ力行時基本上限回転数Ｎ__{d0_up}以下の運転点範囲として設定される。

ここで、本実施形態の力行時の拡散モードでは、キャリア周波数として、制御周期ｔの２倍相当の基本周波数Ｆ０と、基本周波数Ｆ０の２倍相当の力行時拡散周波数Ｆ１__dを交互に設定する。このため、上述のように、リプル電流の増大を抑制しつつ、キャリア周波数切り替え時のトルク精度の低下やトルクリプルの発生を抑制することができる。一方で、このような切り替えを行うことで時間当たりのキャリア周波数の平均値が増大するため、キャリア周波数を基本周波数Ｆ０に固定する場合と比べてスイッチングによるエネルギー損失が大きくなりモータ２のエネルギー効率が低下することも想定される。したがって、拡散モードを実行する運転点の範囲は必要最低限にとどめることが望ましい。

このような状況に対して、本実施形態では、特にリプル電流（ノイズ）の増大を抑制するためにキャリア周波数を変化させる要求よりも、エネルギー効率の低下抑制の要求を優先すべき運転点範囲であるエネルギー抑制領域Ｃ１（図７において破線で示す）を設定し、少なくとも当該エネルギー抑制領域Ｃ１を避けるように力行時拡散領域Ａ_dpを設定する。

特に、エネルギー抑制領域Ｃ１を避ける観点から、力行時拡散領域Ａ_dpを規定するモータトルクＴの下限値としての力行時基本トルク閾値Ｔ_{q_d0}（力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}）と定める。したがって、図４のステップＳ１２１の判定で用いる力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}は、エネルギー抑制領域Ｃ１内のモータトルクＴの最大値相当のｑ軸電流ｉ_qの値を超えるように設定される。

さらに、モータ回転数Ｎが比較的低く且つモータトルクＴが一定値以上となる運転点範囲である発熱領域Ｃ２（特に、低回転高トルク運転時及びモータロック時などに取り得る運転点範囲）においては、特定のスイッチング素子１２に電流が集中して流れることにより、当該スイッチング素子１２に熱が集中する。

したがって、本実施形態では、スイッチング動作の頻度が増えることに起因してインバータ１０の設計上の耐熱容量を超えるような発熱を生じることを抑制する観点から、当該発熱領域Ｃ２においては拡散モードを実行しないように力行時拡散領域Ａ_dpを設定する。具体的に、発熱領域Ｃ２は、拡散モードを実行した場合にインバータ１０の発熱量が許容値を超えるようなモータ回転数Ｎの運転点範囲として規定される。このため、図４のステップＳ１２２の判定で用いる力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}は、発熱領域Ｃ２における回転数上限以上の値となるように設定される。

なお、本実施形態において、力行時拡散領域Ａ_dpにおけるモータトルクＴの上限はモータ２の特性に応じた上限トルクと略一致するように設定される。これにより、モータ２の仕様に応じた最大トルクの範囲までを力行時拡散領域Ａ_dpに設定することができるので、リプル電流がより増大しやすい高トルク領域においてより確実に拡散モードを実行することができる。

また、力行時拡散領域Ａ_dpにおけるモータ回転数Ｎの上限（力行時基本上限回転数Ｎ__{d0_up}）は、モータ２の特性が定トルク領域から定出力領域に遷移する回転数未満に設定される。

次に、図８に示すように、回生時拡散領域Ａ_rpは、モータトルクＴが回生時基本トルク閾値Ｔ_{q_r0}（回生時基本電流閾値ｉ_{q_r0}に相当）以上であって、モータ回転数Ｎが回生時基本下限回転数Ｎ__{r0_inf}以上且つ回生時基本上限回転数Ｎ__{r0_up}以下の運転点範囲として設定される。

ここで、車両に搭載されるモータ２の場合、モータ２が回生状態となるシーンとしては主に当該車両の減速時（特に、停車間際）が想定される。したがって、回生時は、力行時と比べて車両の走行音などの乗員が聴くノイズが比較的小さい。このため、回生時において、乗員はリプル電流の増大に起因するノイズをより知覚しやすいことが想定される。この点を考慮して、本実施形態では、回生時において、力行時よりも低いモータトルクＴの範囲において拡散モードを実行する。したがって、回生時拡散領域Ａ_rpにおけるモータトルクＴの下限（回生時基本トルク閾値Ｔ_{q_r0}）は、力行時拡散領域Ａ_dpにおけるモータトルクＴの下限（力行時基本トルク閾値Ｔ_{q_d0}）に比べて低い値に設定される。

すなわち、図５のステップＳ１３２の判定で用いる回生時基本電流閾値ｉ_{q_r0}は、力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}よりも低い値に設定される。特に、上述のように、モータ２が車両に搭載される場合においては、回生時（停車間際）は力行時（走行時）に比べて、インバータ１０のスイッチング素子１２に流れる電流が小さいため、スイッチングによるエネルギー損失が少ない。このため回生時拡散領域Ａ_rpにおけるモータトルクＴの下限を、力行時拡散領域Ａ_dpの場合よりも低くして力行時よりも拡散モードを実行するモータトルクＴの範囲を広げたとしても、モータ２のエネルギー効率の低下を比較的抑えることができる。すなわち、回生時拡散領域Ａ_rpは、上述のエネルギー抑制領域Ｃ１の少なくとも一部を含む運転点範囲（特にモータトルクＴの範囲）として規定される。

一方で、エネルギー効率の低下をさらに抑制するために、回生時拡散領域Ａ_rpのモータトルクＴの下限は、少なくとも車両の乗員が知覚するレベルのノイズをもたらすリプル電流の増大が実質的に生じない低トルク領域を超えるように設定することが好ましい。

さらに、本実施形態において、回生時拡散領域Ａ_rpにおけるモータ回転数Ｎの下限及び上限をそれぞれ規定する回生時基本下限回転数Ｎ__{r0_inf}及び回生時基本上限回転数Ｎ__{r0_up}は、それぞれ力行時拡散領域Ａ_dpにおける力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}及び力行時基本上限回転数Ｎ__{d0_up}と略同一の値に設定する。しかしながら、本実施形態のスイッチング装置制御システム２００が適用される用途に応じて、リプル電流の抑制及びエネルギー効率低下の抑制のバランスを考慮し、力行時拡散領域Ａ_dpを規定するモータ回転数Ｎの範囲と回生時拡散領域Ａ_rpを規定するモータ回転数Ｎの範囲を相互に異なる範囲に設定しても良い。

以上説明した本実施形態のスイッチング装置制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態によれば、ＰＷＭ制御により直流電源としてのバッテリ１からの電力を変換して回転電機としてもモータ２に供給するスイッチング装置としてのインバータ１０を制御し、モータ２の運転点に応じて搬送波のキャリア周波数を所定の切り替え周期で変化させる拡散モード（図２参照）を実行するスイッチング装置制御方法が提供される。

このスイッチング装置制御方法では、モータ２の力行時において（図３のステップＳ１１０のＹｅｓの場合）、モータ２の運転点が力行時用に設定される力行時拡散領域Ａ_dpに含まれる場合に拡散モードを実行する（ステップＳ１２０、ステップＳ１４０、ステップＳ１５０、及びステップＳ１６０）。

一方、モータ２の回生時において（図３のステップＳ１１０のＮｏの場合）、モータ２の運転点が回生時用に設定される回生時拡散領域Ａ_rpに含まれる場合に拡散モードを実行する（ステップＳ１３０、ステップＳ１４０、ステップＳ１５０、及びステップＳ１６０）。

これにより、少なくとも力行時及び回生時のそれぞれにおいてより適切なモータ２の運転点範囲で拡散モードを実行することができる。特に、力行時及び回生時のそれぞれのシーンの違いを考慮して、リプル電流の増大の抑制（ノイズの抑制）とモータ２のエネルギー効率の低下の抑制との間のバランスを取って好適に拡散モードを実行することができる。

また、本実施形態によれば、拡散モードを実行した場合にインバータ１０の発熱量が許容値を超えるようなモータ２の運転点範囲（力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}又は回生時基本下限回転数Ｎ__{r0_inf}未満の回転数領域）である発熱領域Ｃ２を設定する。そして、力行時拡散領域Ａ_dp及び回生時拡散領域Ａ_rpの少なくとも何れか一方を、発熱領域Ｃ２を避けて設定する（図７及び図８）。

これにより、上述のようにリプル電流の増大の抑制及びエネルギー効率の低下の抑制のバランスを取った上で、インバータ１０の耐熱制限をより確実に守りつつ拡散モードを実行することができる。

さらに、本実施形態によれば、力行時においてスイッチング装置の動作で生じるノイズの抑制よりもモータ２のエネルギー効率低下の抑制を優先させる運転点範囲としてのエネルギー抑制領域Ｃ１を設定する。そして、力行時拡散領域Ａ_dpを、エネルギー抑制領域Ｃ１を避けて設定する（図７参照）。

これにより、力行時において、より好適にノイズの抑制とエネルギー効率低下の抑制との間のバランスをとりつつ拡散モードを実行することができる。

そして、回生時拡散領域Ａ_rpを、エネルギー抑制領域Ｃ１（図７の破線で囲まれる範囲）の少なくとも一部を含むように設定する。

本実施形態のスイッチング装置制御方法を車両などの走行体に適用する場合において、既に説明したように、力行時においては乗員に知覚できない或いは気にならないレベルのノイズであったとしても、回生時においては乗員に不快感を与えることが想定される。また、回生時は力行時に比べてスイッチング素子１２のスイッチングによる損失が小さい。

この点を考慮して、回生時拡散領域Ａ_rpを、力行時に拡散モードを実行しないエネルギー抑制領域Ｃ１の一部を含むように設定する。より具体的には、回生時拡散領域Ａ_rpの下限トルク（回生時基本トルク閾値Ｔ_{q_r0}）を、力行時拡散領域Ａ_dpの下限トルク（力行時基本トルク閾値Ｔ_{q_d0}）よりも小さく設定する（図７及び図８）。

これにより、力行時及び回生時のそれぞれのシーンに応じて、ノイズの抑制とモータ２のエネルギー効率の低下の抑制との間のバランスがより好適に維持されるように、拡散モードを実行することができる。

さらに、本実施形態における拡散モード（力行拡散モード及び回生時拡散モードの双方）では、モータ２に印加すべき電圧の値として演算する電圧指令値（ｄｑ電圧指令値（ｖ_d ^*，ｖ_q ^*））の制御周期ｔの２倍と略一致する第１周波数としての基本周波数Ｆ０と、第１周波数の整数倍の第２周波数である拡散周波数Ｆ１（力行時拡散周波数Ｆ１__d及び回生時拡散周波数Ｆ１__r）と、を交互に設定する。

これにより、キャリア周波数の切り替えのタイミングと電圧指令値の更新のタイミングの差（位相差）の変化を抑制し、搬送波と電圧指令値とを好適に同期させることができる。したがって、インバータ１０において、キャリア周波数切り替え時のトルク精度の低下やトルクリプルの発生を抑制することができる

さらに、本実施形態では、上記スイッチング装置制御方法が実行されるスイッチング装置制御システム２００が提供される。特に、スイッチング装置制御システム２００は、ＰＷＭ制御により直流電源（バッテリ１）からの電力を変換して回転電機（モータ２）に供給するスイッチング装置（インバータ１０）と、インバータ１０のＰＷＭ制御を行う制御装置１００と、を備える（図１）。制御装置１００（特に、信号変換部１０４）は、モータ２の運転点に応じて搬送波のキャリア周波数を所定の切り替え周期で変化させる拡散モード（図２参照）を実行する。

そして、制御装置１００は、モータ２の力行時において（図３のステップＳ１１０のＹｅｓの場合）、モータ２の運転点が力行時用に設定される力行時拡散領域Ａ_dpに含まれる場合に拡散モードを実行する力行時拡散モード実行部（ステップＳ１２０、ステップＳ１４０、ステップＳ１５０、及びステップＳ１６０）として機能する。

さらに、制御装置１００は、モータ２の回生時において（図３のステップＳ１１０のＮｏの場合）、モータ２の運転点が回生時用に設定される回生時拡散領域Ａ_rpに含まれる場合に拡散モードを実行する回生時拡散モード実行部（ステップＳ１３０、ステップＳ１４０、ステップＳ１５０、及びステップＳ１６０）として機能する。

特に、このスイッチング装置制御システム２００において、インバータ１０は、バッテリ１側に配置された平滑コンデンサ１５と、モータ２側に配置されたスイッチング素子１２と、を備える。さらに、スイッチング装置制御システム２００は、インバータ１０からモータ２に入力される電流（三相電流検出値（ｉ_ur，ｉ_vr，ｉ_wr））を検出する電流センサ４と、バッテリ１の電圧（直流電圧Ｖ_dc）を検出する電圧センサ１６と、をさらに含む。そして、制御装置１００は、電流センサ４の検出値及び電圧センサ１６の検出値に基づいて電圧指令値としての三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）を演算する電圧指令値演算部（電流制御部１０２及びｄｑ／ｕｖｗ変換部１０３）と、三相電圧指令値（ｖ_u ^*，ｖ_v ^*，ｖ_w ^*）と搬送波に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部（信号変換部１０４）と、を備える（図１参照）。

これにより、本実施形態のスイッチング装置制御方法を実行するための好適なシステム構成が実現されることとなる。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、力行時拡散モードを設定する場合におけるキャリア周波数の切り替え周期（力行時第１切り替え時間ｔ₂₁__d又は力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d）と、回生時拡散モードを設定する場合におけるキャリア周波数の切り替え周期（回生時第１切り替え時間ｔ₂₁__r又は回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__r）と、をモータ２の運転点に応じて変化させる。

より詳細には、制御装置１００は、相対的に高いキャリア周波数を維持する時間である力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d及び回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rをモータ２の運転点に応じて段階的に変化させる。

特に、本実施形態では、力行時拡散領域Ａ_dp及び回生時拡散領域Ａ_rpにおいてリプル電流（ノイズ）の大きさに応じた複数の分割領域を予め設定する。そして、モータ２の運転点がこの複数の分割領域に含まれるかに応じて、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d及び回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを変化させる。

より具体的に、本実施形態では、ｑ軸電流検出値ｉ_qr及びモータ回転数Ｎが力行時拡散領域Ａ_dpにおけるどの分割領域に含まれるかに応じて、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを、基本時間ｔ０、第１時間ｔ１、及び第２時間ｔ２の間で切り替える。また、ｑ軸電流検出値ｉ_qr及びモータ回転数Ｎが回生時拡散領域Ａ_rpにおけるどの分割領域に含まれるかに応じて、回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを、第１時間ｔ１、及び第２時間ｔ２の間で切り替える。基本時間ｔ０、第１時間ｔ１、及び第２時間ｔ２の間には、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２の関係が成り立つ。

図９は、力行時にモータ２の運転点に応じて力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを変化させる処理を説明するフローチャートである。

図示のように、制御装置１００は、ステップＳ２１０～ステップＳ２４０の各判定結果に応じて、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを変化させる。

より詳細には、制御装置１００は、ｑ軸電流検出値ｉ_qrが力行時第１電流閾値ｉ_{q_d1}未満、又はモータ回転数Ｎが力行時第１下限回転数Ｎ__{d1_inf}未満若しくは力行時第１上限回転数Ｎ__{d1_up}を超えると判断した場合（ステップＳ２１０又はステップＳ２２０がＮｏ判定の場合）に、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを基本時間ｔ０に設定する（ステップＳ２７０）。

また、制御装置１００は、上記ステップＳ２１０及びステップＳ２２０の判定結果がいずれも肯定的である場合であって、ｑ軸電流検出値ｉ_qrが力行時第２電流閾値ｉ_{q_d2}以上又はモータ回転数Ｎが力行時第２下限回転数Ｎ__{d2_inf}未満若しくは力行時第２上限回転数Ｎ__{d2_up}を超えると判断した場合（ステップＳ２３０又はステップＳ２４０がＮｏ判定の場合）に、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを第１時間ｔ１に設定する（ステップＳ２６０）。

さらに、制御装置１００は、ステップＳ２１０～ステップＳ２４０の各判定結果が全て肯定的である場合に、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを第２時間ｔ２に設定する（ステップＳ２５０）。

図１０は、回生時にモータ２の運転点に応じて回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを変化させる処理を説明するフローチャートである。

図示のように、制御装置１００は、ステップＳ３１０及びステップＳ３２０の各判定結果に応じて、回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを変化させる。

より詳細には、制御装置１００は、ｑ軸電流検出値ｉ_qrが回生時第１電流閾値ｉ_{q_r1}未満、又はモータ回転数Ｎが回生時第１下限回転数Ｎ__{r1_inf}未満若しくは力回生時第１上限回転数Ｎ__{r1_up}を超えると判断した場合（ステップＳ３１０又はステップＳ３２０がＮｏ判定の場合）に、回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを第１時間ｔ１に設定する（ステップＳ３４０）。

一方、制御装置１００は、ステップＳ３１０及びステップＳ３２０の判定結果が何れも肯定的である場合に、回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを第２時間ｔ２に設定する（ステップＳ３３０）。

次に、モータ２の運転点に応じて、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d及び回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを変化させることによる技術的意義について説明する。

図１１は、力行時拡散領域Ａ_dpにおいて力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを変化させるための分割領域に対応する運転点範囲を説明するマップである。また、図１２は、回生時拡散領域Ａ_rpにおいて回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを変化させるための分割領域に対応する運転点範囲を説明するマップである。なお、図１２においては、回生時のモータトルクＴ（＜０）及びモータ回転数Ｎ（＜０）を表す観点からの便宜上、縦軸及び横軸の正負は反転させている。

なお、図１１及び図１２に示されるマップは予め実験等により定められ、制御装置１００内の図示しないメモリ又は該制御装置１００が当該マップを取得するために通信可能な任意の装置の記憶領域に保存される。

先ず、図１１に示すように、力行時拡散領域Ａ_dpには、ノイズの大きさに応じたモータ２の運転点を規定する複数の分割領域として、基本力行時拡散領域Ａ_dp0、第１力行時拡散領域Ａ_dp1、及び第２力行時拡散領域Ａ_dp2が設定される。

ここで、基本力行時拡散領域Ａ_dp0は、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを基本時間ｔ０に設定すべきモータ２の動作点範囲である。第１力行時拡散領域Ａ_dp1は、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを第１時間ｔ１に設定すべきモータ２の動作点範囲である。第２力行時拡散領域Ａ_dp2は、力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dを第２時間ｔ２に設定すべきモータ２の動作点範囲である。

したがって、本実施形態では、力行時拡散領域Ａ_dpはノイズが段階的に大きくなる３つの運転点範囲を規定する基本力行時拡散領域Ａ_dp0、第１力行時拡散領域Ａ_dp1、及び第２力行時拡散領域Ａ_dp2に分けられ、力行時拡散周波数Ｆ１__dが維持される力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__dはこの順番で段階的に長くするように設定されることとなる。

一方、図１２に示すように、回生時拡散領域Ａ_rpにおいては、ノイズの大きさに応じたモータ２の運転点を規定する複数の分割領域として、第１力行時拡散領域Ａ_dp1、及び第２力行時拡散領域Ａ_dp2が設定される。したがって、回生時拡散領域Ａ_rpは、ノイズが段階的に大きくなる２つの運転点範囲に分けられ、回生時拡散周波数Ｆ１__rが維持される回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rはこの順番で段階的に長くするように設定されることとなる。

以上説明した本実施形態のスイッチング装置制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態のスイッチング装置制御方法によれば、力行時拡散領域Ａ_dp及び回生時拡散領域Ａ_rpに、インバータ１０におけるスイッチング動作に起因して生じるノイズの強さに応じた複数の分割領域を設定する（図１１及び図１２）。そして、モータ２の運転点が複数の分割領域の内のいずれに含まれるかに応じて、キャリア周波数の切り替え時間（力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d及び回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__r）を変化させる（図９及び図１０）。

これにより、力行時及び回生時の双方において拡散モードの実行時には、運転点の変化に応じたノイズの強さ（ノイズ音の振幅又は振動数など）の変化に応じて力行時第２切り替え時間ｔ₂₂__d又は回生時第２切り替え時間ｔ₂₂__rを調節することができる。すなわち、ノイズの強さに応じて当該ノイズを抑制する観点からより適切なスイッチングの頻度を実現することができる。

なお、本実施形態では、ノイズの強さに応じて、力行時拡散領域Ａ_dpを３つの分割領域、及び回生時拡散領域Ａ_rpを２つの分割領域に分ける例を説明した。しかしながら、これに限られず、力行時拡散領域Ａ_dp及び回生時拡散領域Ａ_rpをそれぞれ、適宜、任意の数の分割領域に分けても良い。

特に、発生するノイズを特徴付ける振動数などの物理量に応じて、当該ノイズを聴く人間の違和感を緩和させる観点からキャリア周波数の切り替え周期を段階的に変化させることができるように、上記分割領域の数及び運転点範囲を設定することが好ましい。これにより、例えば、本実施形態のスイッチング装置制御方法を車両に適用する場合において、ノイズにより乗員に与える不快感をより低減することのできる拡散モードの実行態様が実現される。

［第３実施形態］
以下、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態又は第２実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、特に、スイッチング装置制御システム２００における電力供給系統（バッテリ１、インバータ１０、及びモータ２）に外部回路３０が取り付けられる場合における力行時拡散領域Ａ_dpの設定について説明する。

図１３は、外部回路３０を取り付けた電力供給系統の構成を説明する図である。また、図１４は、電力供給系統の等価回路４０を示す図である。

図示のように、外部回路３０は、バッテリ１とインバータ１０の間に並列に接続されている。特に、本実施形態では、外部回路３０は、車両の補機や他のインバータ等の車両付属回路３０ａと、車両付属回路３０ａを保護するフィルタ回路３０ｂにより構成される。なお、このような外部回路３０は、電力供給系統に後付けされる場合がある。

図１４の等価回路４０では、中央にバッテリ１、抵抗４２、インダクタ４３による直列回路４１が配置され、当該直列回路４１に右側回路４４と左側回路４９が並列に接続されている。

右側回路４４は、例えばインバータ１０側の回路であって、抵抗４５及びインダクタ４６の直列回路にキャパシタ４７（平滑コンデンサ１５）及び電流源４８の並列回路が直列に接続されたものである。

左側回路４９は、例えば外部回路３０側の回路であって、抵抗５０及びインダクタ５１の直列回路にキャパシタ５２（フィルタ回路３０ｂ）及び電流源５３の並列回路が直列に接続されたものである。

上述のように、インバータ１０ではリプル電圧が発生する。このため、図１４において右側回路４４及び直列回路４１においてリプル電流がループするが、キャパシタ４７（平滑コンデンサ１５）がリプル電圧を平滑化することでリプル電圧が低減される。

等価回路４０は、直列回路４１、右側回路４４、及び左側回路４９との結合回路になっている。ここで、搬送波（基本周波数Ｆ０）の側帯波のリプル電流成分の周波数が上記結合回路の共振周波数（ＬＣＲ回路における共振の共振周波数）に近い値である場合には、当該リプル電流が等価回路４０全体で増幅されることが想定される。

これに対して、本実施形態では、力行時において、結合回路の共振周波数に近い周波数の側帯波のリプル電流成分を生じさせる運転点範囲を予め設定し、これを力行時拡散領域Ａ_dpとして設定する。

図１５は、本実施形態において、力行時拡散領域Ａ_dpを規定する運転点範囲を示すマップである。

図示のように、本実施形態の力行時拡散領域Ａ_dpは、図７又は図１１で示した領域に加え、さらに、第３力行時拡散領域Ａ_dp3を含むように設定される。特に、第３力行時拡散領域Ａ_dp3は、エネルギー抑制領域Ｃ１よりも高い回転数領域に設定される。

したがって、本実施形態において、制御装置１００は、モータ２の運転点が図７又は図１１で示した領域に含まれる場合に加えて、第３力行時拡散領域Ａ_dp3に含まれる場合に拡散モードを実行する。

以下、運転点が第３力行時拡散領域Ａ_dp3に含まれる場合に拡散モードを設定することによる作用効果を説明する。

図１６は、外部回路３０を取り付けた場合のリプル電流の周波数スペクトルを示す。特に、図１６（ａ）は第３力行時拡散領域Ａ_dp3を設定した場合におけるリプル電流の周波数スペクトルを示す。また、図１６（ｂ）は第３力行時拡散領域Ａ_dp3を設定しない場合におけるリプル電流の周波数スペクトルを示す。

図１６（ｂ）に示すように、インバータ１０に外部回路３０が取り付けられたことで側帯波のリプル電流成分の周波数が結合回路の共振周波数（特にＦ０）に近い値であると、当該リプル電流成分が増幅される。

これに対して、本実施形態では、第３力行時拡散領域Ａ_dp3を設定することによって、結合回路の共振周波数に近い周波数の側帯波のリプル電流成分を生じさせる運転点範囲では拡散モードを実行するようにしている。このため、図１６（ａ）に示すように、結合回路の共振周波数に近い周波数のリプル電流成分がより低減される。

以上説明した本実施形態のスイッチング装置制御方法によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態では、力行時拡散領域Ａ_dpを、インバータ１０及び該インバータ１０に接続される外部回路３０により構成される結合回路（等価回路４０）の共振周波数に対して差が所定値以下となる周波数のリプル電流成分を発生させる運転点範囲としての第３力行時拡散領域Ａ_dp3を含む。

これにより、インバータ１０にフィルタ回路３０ｂなどの外部回路３０が接続された場合において、インバータ１０及び外部回路３０からなる結合回路の電気的共振によるリプル電流の増幅をより確実に抑制するように拡散モードを実行することができる。

なお、本実施形態では、力行時に、インバータ１０に外部回路３０が接続された場合の共振を考慮して拡散モードを実行すべき運転点範囲として第３力行時拡散領域Ａ_dp3を設定する例を説明した。一方で、回生時においても同様にインバータ１０に外部回路３０が接続された場合の共振を考慮して、拡散モードを実行すべき運転点範囲を設定しても良い。

［第４実施形態］
以下、第４実施形態について説明する。なお、第１～第３実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。第４実施形態では、第１～第３実施形態の何れかのスイッチング装置制御方法において、拡散モードを実行している状態から通常モードへの切り替えにあたり、ヒステリシス判定を実行する。

図１７は、第４実施形態におけるスイッチング装置制御方法を説明するフローチャートである。なお、ステップＳ１１０～ステップＳ１４０、及びステップＳ１５０の処理については第１実施形態と同様である。

一方、本実施形態において制御装置１００は、モータ２の運転点が力行時拡散領域Ａ_dp及び回生時拡散領域Ａ_rpの何れにも含まれないと判断すると（ステップＳ１４０のＮｏの場合）、ステップＳ１４１のヒステリシス判定を実行する。

具体的に、制御装置１００は、力行時拡散領域Ａ_dp（又は回生時拡散領域Ａ_rp）と力行時通常領域Ａ_db（又は回生時通常領域Ａ_rb）の境界を規定するモータトルクＴ及びモータ回転数Ｎの値（例えば、力行時基本電流閾値ｉ_{q_d0}及び力行時基本下限回転数Ｎ__{d0_inf}）にヒステリシス幅を持たせた閾値と、現在のモータ２の運転点と、の比較に基づいて、拡散モードから通常モードへの切り替えを行うか否かを判定する（ステップＳ１４２）。

そして、制御装置１００は、運転点がヒステリシス幅を持たせた閾値を超えて通常モード側の領域に含まれると判断すると、ステップＳ１６０に移行し、拡散モードから通常モードへの切り替えを行う。なお、既に通常モードが設定されている場合にはこれをそのまま維持する。一方、ステップＳ１４２の判定結果が否定的である場合、制御装置１００は、処理をステップＳ１４０に戻す。

以上のように、拡散モードから通常モードへの切り替えの判断時にヒステリシス判定を実行することで、当該切り替え時に生じるチャタリングを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記各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。

例えば、上記各実施形態では、モータ２の運転点としてモータトルクＴ（ｑ軸電流検出値ｉ_qr）及びモータ回転数Ｎが所定範囲（力行時拡散領域Ａ_dp又は回生時拡散領域Ａ_rp）に含まれる場合に拡散モードを実行する例について説明した。しかしながら、これに限られず、モータトルクＴ及びモータ回転数Ｎ以外の運転点を規定し得る任意のパラメータについて拡散モードを実行すべき範囲を設定し、当該範囲を拡散モードの実行基準として設定しても良い。

このようなパラメータとしては、例えば電流指令値、ｄ軸電流、及び変調率Ｍｆなどが挙げられる。特に、上記各実施形態で説明した拡散領域（力行時拡散領域Ａ_dp又は回生時拡散領域Ａ_rp）を画定するためのパラメータとして、さらに変調率Ｍｆを用いても良い。特に、変調率Ｍｆは低～中負荷領域においてモータ回転数Ｎと相関するため、モータ回転数Ｎに代えて又はこれとともに拡散領域を規定するパラメータとして用いることが可能である。

また、上記各実施形態は矛盾しない範囲で任意に組み合わせることができる。

１ バッテリ
４ 電流センサ
５ レゾルバ
１０ インバータ
１１ スイッチング回路
１２ スイッチング素子
１５ 平滑コンデンサ
１６ 電圧センサ
３０ 外部回路
１００ 制御装置
１０１ 電流指令値演算部
１０２ 電流制御部
１０３ ｄｑ／ｕｖｗ変換部
１０４ 信号変換部
１０５ ｕｖｗ／ｄｑ変換部
１０６ モータ位置演算部
２００ スイッチング装置制御システム

Claims (9)

1. ＰＷＭ制御により直流電源からの電力を変換して回転電機に供給するスイッチング装置を制御し、前記回転電機の運転点に応じて搬送波のキャリア周波数を所定の切り替え周期で変化させる拡散モードと前記キャリア周波数を単一にする通常モードとを切り替えて実行するスイッチング装置制御方法であって、
   前記回転電機の力行時において、前記回転電機の運転点が力行時用に設定される力行時拡散領域に含まれる場合に前記拡散モードを実行し、
   前記回転電機の回生時において、前記回転電機の運転点が回生時用に設定される回生時拡散領域に含まれる場合に前記拡散モードを実行する、
   スイッチング装置制御方法。
2. 請求項１に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   前記拡散モードを実行した場合に前記スイッチング装置の発熱量が許容値を超えるような運転点範囲である発熱領域を設定し、
   前記力行時拡散領域及び前記回生時拡散領域の少なくとも何れか一方を、前記発熱領域を避けて設定する、
   スイッチング装置制御方法。
3. 請求項１又は２に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   力行時において前記スイッチング装置の動作で生じるノイズの抑制よりも前記回転電機のエネルギー効率低下の抑制を優先させる運転点範囲としてのエネルギー抑制領域を設定し、
   前記力行時拡散領域を、前記エネルギー抑制領域を避けて設定する、
   スイッチング装置制御方法。
4. 請求項３に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   前記回生時拡散領域を、前記エネルギー抑制領域の少なくとも一部を含むように設定する、
   スイッチング装置制御方法。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   前記力行時拡散領域及び前記回生時拡散領域の少なくとも一方に、前記スイッチング装置の動作で生じるノイズの大きさに応じた複数の分割領域を設定し、
   前記回転電機の運転点が前記複数の分割領域の内のいずれに含まれるかに応じて、前記キャリア周波数の切り替え時間を変化させる、
   スイッチング装置制御方法。
6. 請求項１～５の何れか１項に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   前記力行時拡散領域は、
   前記スイッチング装置及び該スイッチング装置に接続される外部回路により構成される結合回路の共振周波数に対して差が所定値以下となる周波数のリプル電流成分を発生させる運転点範囲を含む、
   スイッチング装置制御方法。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載のスイッチング装置制御方法であって、
   前記拡散モードでは、
   前記回転電機に印加すべき電圧の値として演算する電圧指令値の制御周期の２倍の周期の逆数に相当する第１周波数と、前記第１周波数の整数倍の第２周波数と、を交互に設定する、
   スイッチング装置制御方法。
8. 直流電源からの電力を変換して回転電機に供給するスイッチング装置と、前記スイッチング装置に対してＰＷＭ制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置が前記回転電機の運転点に応じて搬送波のキャリア周波数を所定の切り替え周期で変化させる拡散モードと前記キャリア周波数を単一にする通常モードとを切り替えて実行するスイッチング装置制御システムであって、
   前記制御装置は、
   前記回転電機の力行時において、前記回転電機の運転点が力行時用に設定される力行時拡散領域に含まれる場合に前記拡散モードを実行する力行時拡散モード実行部と、
   前記回転電機の回生時において、前記回転電機の運転点が回生時用に設定される回生時拡散領域に含まれる場合に前記拡散モードを実行する回生時拡散モード実行部と、を含む、
   スイッチング装置制御システム。
9. 請求項８に記載のスイッチング装置制御システムであって、
   前記スイッチング装置は、前記直流電源側に配置された平滑コンデンサと、前記回転電機側に配置されたスイッチング素子と、を備え、
   前記スイッチング装置から前記回転電機に入力される電流を検出する電流センサと、前記直流電源の電圧を検出する電圧センサと、をさらに含み、
   前記制御装置は、
   前記電流センサの検出値及び前記電圧センサの検出値に基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
   前記電圧指令値と前記搬送波に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を備える、
   スイッチング装置制御システム。

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