JP7465153B2

JP7465153B2 - 制御装置

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Description

本発明は、制御装置に関する。

従来、モータと接続されるインバータの制御方式として、パルス幅変調（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が利用されている。ＰＷＭ制御では、キャリア信号と電圧指令とを比較することによってＰＷＭ信号が生成され、当該ＰＷＭ信号を用いてインバータ装置の動作が制御される（例えば、特許文献１を参照）。

特開平１０－２７１８３５号公報

ＰＷＭ信号の電圧波形は、モータに印加される電圧波形に相当する。ゆえに、ＰＷＭ信号によっては、インバータを含む回路の共振周波数と一致する周波数成分がモータに印加される電圧に生じ、当該回路で共振が生じる場合がある。そして、このような共振は、振動や騒音が発生する要因となる。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、インバータを含む回路における共振を抑制することが可能な制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、モータと接続されるインバータの動作を、キャリア信号と電圧指令との比較により生成されるＰＷＭ信号を用いた同期ＰＷＭ制御により制御可能な制御部を備え、制御部は、同期ＰＷＭ制御において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分のうち特定の高調波成分によってインバータを含む回路で共振が生じる場合に、電圧指令の１周期中におけるキャリア信号のパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させ、メインパルス数は、奇数に設定され、サブパルス数は、メインパルス数よりも低い奇数のパルス数のうちメインパルス数に最も近いパルス数に設定される。

制御部は、キャリア信号のパルス数がメインパルス数となっている状況において共振が生じる回転数でモータが駆動される場合に、キャリア信号のパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させてもよい。

本発明によれば、インバータを含む回路における共振を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係るインバータの一例を示す回路図である。本発明の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が６パルスである場合の相間電圧を規定するＰＷＭ信号を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が６パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が７パルスである場合の相間電圧を規定するＰＷＭ信号を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が７パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が８パルスである場合の相間電圧を規定するＰＷＭ信号を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が８パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が９パルスである場合の相間電圧を規定するＰＷＭ信号を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が９パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が９パルスである場合のモータ回転数と各高調波成分の周波数との関係を示す図である。図１２の部分拡大図である。本発明の実施形態に係るインバータのキャリア信号のパルス数が７パルスである場合のモータ回転数と各高調波成分の周波数との関係を示す図である。図１４の部分拡大図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<車両の構成>
図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係る車両１の構成について説明する。

なお、車両１は、本発明の実施形態に係る制御装置８０が搭載される装置の一例に過ぎず、制御装置８０は、例えば、後述するように、車両１以外の車両に搭載されてもよく、車両以外の装置（例えば、船舶等の移動体または発電設備）に搭載されてもよい。

図１は、車両１の概略構成を示す模式図である。図１に示されるように、車両１は、駆動源としてエンジン１０およびモータ２０を備えるハイブリッド車両である。車両１の走行モードは、例えば、エンジン１０およびモータ２０の双方から出力される動力を用いて車両１を走行させるＨＶ走行モードと、エンジン１０を停止させモータ２０から出力される動力を用いて車両１を走行させるＥＶ走行モードとの間で切り替えられるようになっている。

車両１は、エンジン１０と、モータ２０と、インバータ３０と、バッテリ４０と、動力伝達系５０と、駆動輪６０と、モータ回転数センサ７０と、制御装置８０とを備える。

なお、車両１には、図１に示される構成要素以外の他の構成要素が適宜設けられ得る（例えば、エンジン１０と動力伝達系５０との間には、発電用モータと接続される動力分割機構、前後進切替機構、または、クラッチ等が設けられ得る）が、理解を容易にするために、これらの図示は省略している。

エンジン１０は、ガソリン等を燃料として動力を生成する内燃機関である。エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトは動力伝達系５０の入力側と接続されており、エンジン１０から出力される動力は動力伝達系５０を介して駆動輪６０へ伝達される。

モータ２０は、例えば、三相交流モータであり、インバータ３０を介してバッテリ４０と接続されている。モータ２０は、バッテリ４０の電力を用いて駆動されて動力を出力する。モータ２０の出力軸は動力伝達系５０の入力側と接続されており、モータ２０から出力される動力は動力伝達系５０を介して駆動輪６０へ伝達される。

なお、モータ２０は、車両１の減速時に回生駆動されて駆動輪６０の運動エネルギを用いて発電可能なモータジェネレータであってもよい。この場合、モータ２０により発電される電力は、インバータ３０を介してバッテリ４０へ供給される。それにより、バッテリ４０がモータ２０により発電される電力によって充電される。

インバータ３０は、双方向の電力変換を行う電力変換装置である。図２は、インバータ３０の一例を示す回路図である。図２に示されるように、インバータ３０は、例えば、三相ブリッジ回路３１と、平滑コンデンサ３２とを含む。インバータ３０は、バッテリ４０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ２０に供給可能である。また、インバータ３０は、モータ２０により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ４０に供給可能である。

インバータ３０による電力の変換は、具体的には、三相ブリッジ回路３１に設けられているスイッチング素子３１１Ｕ、３１２Ｕ、３１１Ｖ、３１２Ｖ、３１１Ｗ、３１２Ｗの動作が制御されることによって行われる。スイッチング素子３１１Ｕ、３１２Ｕは、三相ブリッジ回路３１のうちモータ２０のＵ相のコイルと接続されるアーム回路における正極側、負極側にそれぞれ設けられる。スイッチング素子３１１Ｖ、３１２Ｖは、三相ブリッジ回路３１のうちモータ２０のＶ相のコイルと接続されるアーム回路における正極側、負極側にそれぞれ設けられる。スイッチング素子３１１Ｗ、３１２Ｗは、三相ブリッジ回路３１のうちモータ２０のＷ相のコイルと接続されるアーム回路における正極側、負極側にそれぞれ設けられる。ここで、インバータ３０は、モータ２０に供給される電力をＰＷＭ制御（つまり、パルス幅変調制御）により制御可能である。なお、ＰＷＭ制御での電力供給の制御の詳細については、後述する。

バッテリ４０は、電力を充放電可能な電池である。バッテリ４０として、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池または鉛蓄電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。バッテリ４０は、モータ２０に供給される電力を蓄電する。

図１に示されるように、動力伝達系５０の出力側は駆動輪６０の車軸と接続されており、エンジン１０またはモータ２０から出力される動力は動力伝達系５０および車軸を介して駆動輪６０へ伝達される。例えば、動力伝達系５０はＣＶＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）等の変速機を含み、エンジン１０またはモータ２０から出力される動力は動力伝達系５０で変速されて駆動輪６０へ伝達される。

なお、車両１において、駆動源（つまり、エンジン１０またはモータ２０）から出力される動力が伝達される駆動輪６０は、前輪であってもよく、後輪であってもよい。また、動力伝達系５０の出力側から出力される動力は、図示しないプロペラシャフトを介して前輪および後輪の双方へ伝達されてもよい。

モータ回転数センサ７０は、モータ回転数（つまり、モータ２０の回転数）を検出し、制御装置８０に出力する。

制御装置８０は、演算処理装置であるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、および、ＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を含む。

図３は、制御装置８０の機能構成の一例を示すブロック図である。図３に示されるように、制御装置８０は、例えば、取得部８１と、制御部８２とを有する。

取得部８１は、制御部８２が行う処理において用いられる各種情報を取得する。また、取得部８１は、取得した情報を制御部８２へ出力する。例えば、取得部８１は、モータ回転数センサ７０から出力される情報を取得する。

制御部８２は、車両１内の各装置の動作を制御する。例えば、制御部８２は、エンジン制御部８２１と、モータ制御部８２２とを含む。

エンジン制御部８２１は、エンジン１０の動作を制御する。具体的には、エンジン制御部８２１は、エンジン１０における各装置の動作を制御することによって、スロットル開度、点火時期および燃料噴射量等を制御する。それにより、エンジン制御部８２１は、エンジン１０の出力を制御することができる。

モータ制御部８２２は、モータ２０の動作を制御する。具体的には、モータ制御部８２２は、インバータ３０のスイッチング素子３１１Ｕ、３１２Ｕ、３１１Ｖ、３１２Ｖ、３１１Ｗ、３１２Ｗの動作を制御することによって、バッテリ４０とモータ２０との間の電力の供給を制御する。それにより、モータ制御部８２２は、モータ２０による動力の生成および発電を制御することができる。

ここで、モータ制御部８２２は、インバータ３０の動作をＰＷＭ制御により制御する。具体的には、ＰＷＭ制御では、モータ制御部８２２は、キャリア信号および電圧指令をそれぞれ生成し、キャリア信号と電圧指令とを比較することによって、ＰＷＭ信号を生成する。そして、モータ制御部８２２は、ＰＷＭ信号を用いてインバータ３０の動作を制御する。

制御装置８０は、上述したように、車両１に搭載される各装置と通信を行う。制御装置８０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。

なお、本実施形態に係る制御装置８０が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、複数の機能が１つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置８０が有する機能が複数の制御装置により分割される場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

上記のように、制御装置８０の制御部８２（具体的には、モータ制御部８２２）は、ＰＷＭ信号を用いたＰＷＭ制御によりインバータ３０の動作を制御する。特に、制御部８２は、インバータ３０の動作を同期ＰＷＭ制御により制御可能である。同期ＰＷＭ制御は、キャリア信号の周波数が電圧指令の周波数の整数倍となるＰＷＭ制御である。なお、キャリア信号の周波数が電圧指令の周波数の整数倍とならないＰＷＭ制御は、非同期ＰＷＭ制御と呼ばれる。制御部８２は、例えば、モータ回転数が所定回転数以下の場合に非同期ＰＷＭ制御を行い、モータ回転数が所定回転数より高い場合に同期ＰＷＭ制御を行う。

本実施形態では、同期ＰＷＭ制御において、電圧指令の１周期中におけるキャリア信号のパルス数の制御を工夫することによって、インバータ３０を含む回路における共振を抑制することが可能となる。このような、制御装置８０の制御部８２により行われるキャリア信号のパルス数の制御に関する処理の詳細については、後述する。

<制御装置の動作>
図４～図１５を参照して、本発明の実施形態に係る制御装置８０の動作について説明する。

上述したように、制御部８２は、インバータ３０の動作を同期ＰＷＭ制御により制御可能である。同期ＰＷＭ制御では、キャリア信号の周波数が電圧指令の周波数の整数倍となる。ここで、同期ＰＷＭ制御では、ＰＷＭ信号に応じて高調波成分が生じる。高調波成分は、モータ２０に印加される電圧波形の基本波（つまり、電圧指令の周波数と一致する周波数成分）に対して整数倍の周波数を有する周波数成分である。なお、基本波に対してＮ倍の周波数を有する高調波成分をＮ次高調波成分と呼ぶ。ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分は、電圧指令の１周期中におけるキャリア信号のパルス数（以下、単にキャリア信号のパルス数とも呼ぶ）によって異なる。

本件発明者は、生じる高調波成分がキャリア信号のパルス数によって異なる点に着目して、インバータ３０を含む回路における共振が抑制されるように、キャリア信号のパルス数の制御に工夫を施した。以下、制御部８２により行われるキャリア信号のパルス数の制御に関する処理の詳細の説明に先立って、図４～図１１を参照して、キャリア信号のパルス数による高調波成分の相違について説明する。

図４は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が６パルスである場合の相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号を示す図である。図４に示されるように、制御部８２は、三角波であるキャリア信号Ｃと正弦波である電圧指令ＶＣ_Ｕ、ＶＣ_Ｖ、ＶＣ_Ｗとを比較することによって、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号を生成する。

電圧指令ＶＣ_Ｕ、ＶＣ_Ｖ、ＶＣ_Ｗの位相は、１２０°ずつずれている。以下では、電圧指令ＶＣ_Ｕ、ＶＣ_Ｖ、ＶＣ_Ｗの各電圧指令の周波数を、単に電圧指令の周波数とも呼ぶ。なお、図４では、電圧指令ＶＣ_Ｕが上昇中に０となるタイミングでキャリア信号Ｃが０となり、そのタイミングにおいて、キャリア信号Ｃが下降している。ただし、キャリア信号Ｃと各電圧指令の間での位相のずれ方は、図４の例に特に限定されない。

相間電圧Ｖ_ＵＶは、モータ２０のＵ相の電圧とＶ相の電圧との差（具体的には、Ｖ相の電圧を基準としたＵ相の相対的な電圧）である。相間電圧Ｖ_ＵＶは、例えば、以下のように決定される。例えば、電圧指令ＶＣ_Ｕがキャリア信号Ｃより高い場合にＵ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｕがキャリア信号Ｃより低い場合にＵ相の電圧を０とする。電圧指令ＶＣ_Ｖがキャリア信号Ｃより高い場合にＶ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｖがキャリア信号Ｃより低い場合にＶ相の電圧を０とする。そして、各時点において、このように決定されるＵ相の電圧からＶ相の電圧を減算することにより得られる値を相間電圧Ｖ_ＵＶとして決定する。

相間電圧Ｖ_ＶＷは、モータ２０のＶ相の電圧とＷ相の電圧との差（具体的には、Ｗ相の電圧を基準としたＶ相の相対的な電圧）である。相間電圧Ｖ_ＶＷは、例えば、以下のように決定される。例えば、電圧指令ＶＣ_Ｖがキャリア信号Ｃより高い場合にＶ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｖがキャリア信号Ｃより低い場合にＶ相の電圧を０とする。電圧指令ＶＣ_Ｗがキャリア信号Ｃより高い場合にＷ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｗがキャリア信号Ｃより低い場合にＷ相の電圧を０とする。そして、各時点において、このように決定されるＶ相の電圧からＷ相の電圧を減算することにより得られる値を相間電圧Ｖ_ＶＷとして決定する。

相間電圧Ｖ_ＷＵは、モータ２０のＷ相の電圧とＵ相の電圧との差（具体的には、Ｕ相の電圧を基準としたＷ相の相対的な電圧）である。相間電圧Ｖ_ＷＵは、例えば、以下のように決定される。例えば、電圧指令ＶＣ_Ｗがキャリア信号Ｃより高い場合にＷ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｗがキャリア信号Ｃより低い場合にＷ相の電圧を０とする。電圧指令ＶＣ_Ｕがキャリア信号Ｃより高い場合にＵ相の電圧を１とし、電圧指令ＶＣ_Ｕがキャリア信号Ｃより低い場合にＵ相の電圧を０とする。そして、各時点において、このように決定されるＷ相の電圧からＵ相の電圧を減算することにより得られる値を相間電圧Ｖ_ＷＵとして決定する。

図５は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が６パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。具体的には、図５では、図４に示されるＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分が示されている。図５に示されるように、キャリア信号Ｃのパルス数が６パルスである場合、モータ２０に印加される電圧には、基本波（図５中のｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）の他に、４次高調波成分、７次高調波成分、８次高調波成分、１１次高調波成分、１３次高調波成分、１４次高調波成分、１６次高調波成分、１９次高調波成分および２０次高調波成分が生じる。

図６は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が７パルスである場合の相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号を示す図である。図６に示される例は、図４に示される例に対して、キャリア信号Ｃのパルス数を６パルスから７パルスに変更した例に相当する。これにより、図６に示されるように、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号が図４に示される例とは異なる。なお、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵの決定方法は、図４に示される例と同様である。

図７は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が７パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。具体的には、図７では、図６に示されるＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分が示されている。図７に示されるように、キャリア信号のパルス数が７パルスである場合、モータ２０に印加される電圧には、基本波（図７中のｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）の他に、５次高調波成分、９次高調波成分、１３次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分および１９次高調波成分が生じる。

図８は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が８パルスである場合の相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号を示す図である。図８に示される例は、図４に示される例に対して、キャリア信号Ｃのパルス数を６パルスから８パルスに変更した例に相当する。これにより、図８に示されるように、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号が図４に示される例とは異なる。なお、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵの決定方法は、図４に示される例と同様である。

図９は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が８パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。具体的には、図９では、図８に示されるＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分が示されている。図９に示されるように、キャリア信号のパルス数が８パルスである場合、モータ２０に印加される電圧には、基本波（図９中のｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）の他に、６次高調波成分、１０次高調波成分、１１次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分および２０次高調波成分が生じる。

図１０は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が９パルスである場合の相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号を示す図である。図１０に示される例は、図４に示される例に対して、キャリア信号Ｃのパルス数を６パルスから９パルスに変更した例に相当する。これにより、図１０に示されるように、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵを規定するＰＷＭ信号が図４に示される例とは異なる。なお、相間電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷ、Ｖ_ＷＵの決定方法は、図４に示される例と同様である。

図１１は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が９パルスである場合に生じる高調波成分を示す図である。具体的には、図１１では、図１０に示されるＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分が示されている。図１１に示されるように、キャリア信号のパルス数が９パルスである場合、モータ２０に印加される電圧には、基本波（図１１中のｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ）の他に、７次高調波成分、１１次高調波成分、１７次高調波成分および１９次高調波成分が生じる。

上記のように、キャリア信号Ｃのパルス数が偶数である場合には偶数次高調波成分（つまり、次数が偶数である高調波成分）が発生し得る一方で、キャリア信号Ｃのパルス数が奇数である場合には偶数次高調波成分が発生しない。上記の性質は、キャリア信号Ｃのパルス数が奇数である場合には、各相間電圧の波形が半波対称となる（つまり、正の部分と負の部分とが上下対称となる）ことによるものである（図６、図１０を参照）。

例えば、キャリア信号Ｃのパルス数が７パルスまたは９パルスである場合、図７および図１１に示されるように、偶数次高調波成分は発生しない。一方、キャリア信号Ｃのパルス数が６パルスである場合、図５に示されるように、偶数次高調波成分として、４次高調波成分、８次高調波成分、１４次高調波成分、１６次高調波成分および２０次高調波成分が生じる。また、キャリア信号Ｃのパルス数が８パルスである場合、図９に示されるように、偶数次高調波成分として、６次高調波成分、１０次高調波成分および２０次高調波成分が生じる。

また、上記のように、キャリア信号Ｃのパルス数が３の倍数である場合、次数が３の倍数である高調波成分が発生しない。上記の性質は、モータ２０が三相交流モータであり、キャリア信号Ｃのパルス数が３の倍数である場合には、各相間電圧の間で、波形が同一形状になることによるものである（図１０を参照）。

例えば、キャリア信号Ｃのパルス数が９パルスである場合、図１１に示されるように、次数が３の倍数である高調波成分は発生しない。一方、キャリア信号Ｃのパルス数が７パルスである場合、図７に示されるように、次数が３の倍数である高調波成分として、９次高調波成分および１５次高調波成分が生じる。また、キャリア信号Ｃのパルス数が８パルスである場合、図９に示されるように、次数が３の倍数である高調波成分として、６次高調波成分および１５次高調波成分が生じる。

以下、制御部８２により行われるキャリア信号Ｃのパルス数の制御に関する処理の詳細について説明する。

制御部８２は、同期ＰＷＭ制御において、通常時にはキャリア信号Ｃのパルス数としてメインパルス数を使用し、特定の場合にキャリア信号Ｃのパルス数としてメインパルス数とは異なるサブパルス数を使用する。具体的には、制御部８２は、同期ＰＷＭ制御において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分のうち特定の高調波成分（例えば、低次側の高調波成分）によってインバータ３０を含む回路で共振が生じる場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させる。例えば、制御部８２は、特定の回転数でモータ２０が駆動される場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させる。上記特定の回転数は、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況においてインバータ３０を含む回路で共振が生じる回転数である。

ところで、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分の数が少ないほど、高調波成分の発生に起因する損失（具体的には、信号伝送における損失）が低減される。ゆえに、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分の数を少なくすることによって、高調波成分の発生に起因する信号伝送の損失を低減する観点では、メインパルス数は、奇数に設定されることが好ましい。また、同様の観点では、メインパルス数は、３の倍数に設定されることが好ましい。例えば、メインパルス数は、上記で図４～図１１を参照して説明した６パルス、７パルス、８パルス、９パルスの中では、奇数である７パルスまたは９パルスに設定されることが好ましく、奇数かつ３の倍数である９パルスに設定されることがより好ましい。

ここで、図１２～図１５を参照して、メインパルス数が９パルスに設定され、サブパルス数が７パルスに設定される場合における処理例を一例として説明する。なお、後述するように、メインパルス数およびサブパルス数の設定は、この例に特に限定されない。図１２～図１５に示される例では、モータ２０の極対数は４である。つまり、電圧指令の周波数をｆ［Ｈｚ］とし、モータ回転数をＳ［ｒｐｍ］とすると、ｆ＝Ｓ／６０×４の関係が満たされる。ただし、モータ２０の極対数は４以外であってもよい。

図１２は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が９パルスである場合のモータ回転数と各高調波成分の周波数との関係を示す図である。図１３は、図１２の部分拡大図である。図１２に示されるように、キャリア信号Ｃのパルス数が９パルス（つまり、メインパルス数）である場合、高調波成分として、７次高調波成分、１１次高調波成分、１７次高調波成分および１９次高調波成分が生じる。また、モータ回転数に比例して電圧指令の周波数が変化するので、各高調波成分もモータ回転数に比例して変化する。

例えば、モータ回転数が３０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は２００［Ｈｚ］となり、７次高調波成分、１１次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ１４００［Ｈｚ］、２２００［Ｈｚ］、３４００［Ｈｚ］、３８００［Ｈｚ］となる。モータ回転数が６０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は４００［Ｈｚ］となり、７次高調波成分、１１次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ２８００［Ｈｚ］、４４００［Ｈｚ］、６８００［Ｈｚ］、７６００［Ｈｚ］となる。モータ回転数が９０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は６００［Ｈｚ］となり、７次高調波成分、１１次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ４２００［Ｈｚ］、６６００［Ｈｚ］、１０２００［Ｈｚ］、１１４００［Ｈｚ］となる。

ここで、インバータ３０を含む回路の共振周波数帯（つまり、共振周波数が存在し得る周波数帯）が１３５０～１４５０［Ｈｚ］であると仮定する。この場合、図１３に示されるように、モータ回転数が１８４１～１９７７［ｒｐｍ］のとき、１１次高調波成分の周波数が共振周波数帯の周波数となり、インバータ３０を含む回路で共振が生じる。また、モータ回転数が２８９３～３１０７［ｒｐｍ］のとき、７次高調波成分の周波数が共振周波数帯の周波数となり、インバータ３０を含む回路で共振が生じる。

図１４は、インバータ３０のキャリア信号Ｃのパルス数が７パルスである場合のモータ回転数と各高調波成分の周波数との関係を示す図である。図１５は、図１４の部分拡大図である。図１４に示されるように、キャリア信号Ｃのパルス数が７パルス（つまり、サブパルス数）である場合、高調波成分として、５次高調波成分、９次高調波成分、１３次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分および１９次高調波成分が生じる。また、図１２の例と同様に、モータ回転数に比例して電圧指令の周波数が変化するので、各高調波成分もモータ回転数に比例して変化する。

例えば、モータ回転数が３０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は２００［Ｈｚ］となり、５次高調波成分、９次高調波成分、１３次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ１０００［Ｈｚ］、１８００［Ｈｚ］、２６００［Ｈｚ］、３０００［Ｈｚ］、３４００［Ｈｚ］、３８００［Ｈｚ］となる。モータ回転数が６０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は４００［Ｈｚ］となり、５次高調波成分、９次高調波成分、１３次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ２０００［Ｈｚ］、３６００［Ｈｚ］、５２００［Ｈｚ］、６０００［Ｈｚ］、６８００［Ｈｚ］、７６００［Ｈｚ］となる。モータ回転数が９０００［ｒｐｍ］のとき、電圧指令の周波数は６００［Ｈｚ］となり、５次高調波成分、９次高調波成分、１３次高調波成分、１５次高調波成分、１７次高調波成分、１９次高調波成分の周波数は、それぞれ３０００［Ｈｚ］、５４００［Ｈｚ］、７８００［Ｈｚ］、９０００［Ｈｚ］、１０２０００［Ｈｚ］、１１４００［Ｈｚ］となる。

ここで、図１５に示されるように、キャリア信号Ｃのパルス数が７パルスである場合には、キャリア信号Ｃのパルス数が９パルスである場合（図１３を参照）と異なり、モータ回転数が１８４１～１９７７［ｒｐｍ］のとき、および、モータ回転数が２８９３～３１０７［ｒｐｍ］のときに、共振周波数帯（つまり、１３５０～１４５０［Ｈｚ］）の周波数を有する高調波成分は存在しない。

上記で図１３を参照して説明したように、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数（つまり、９パルス）である場合、モータ回転数が１８４１～１９７７［ｒｐｍ］または２８９３～３１０７［ｒｐｍ］のとき、特定の高調波成分（具体的には、７次高調波成分または１１次高調波成分）によってインバータ３０を含む回路で共振が生じる。つまり、１８４１～１９７７［ｒｐｍ］または２８９３～３１０７［ｒｐｍ］が、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況においてインバータ３０を含む回路で共振が生じる特定の回転数である。そこで、制御部８２は、モータ回転数が１８４１～１９７７［ｒｐｍ］または２８９３～３１０７［ｒｐｍ］となる場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に（つまり、９パルスから７パルスに）変化させる。それにより、共振周波数帯の周波数を有する高調波成分が発生することが抑制され、インバータ３０を含む回路における共振を抑制することができる。ゆえに、共振に起因して振動や騒音が発生することを抑制することができる。

上記の例では、制御部８２は、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数（つまり、９パルス）となっている状況において低次側の高調波成分（具体的には、７次高調波成分または１１次高調波成分）により共振が生じる場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をサブパルス数（つまり、７パルス）に変化させる。

ただし、制御部８２は、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数（つまり、９パルス）となっている状況において高次側の高調波成分（具体的には、１７次高調波成分または１９次高調波成分）により共振が生じる場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をサブパルス数（つまり、７パルス）に変化させてもよい。例えば、制御部８２は、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数（つまり、９パルス）となっている状況において１７次高調波成分または１９次高調波成分による共振が生じる回転数でモータ２０が駆動される場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をサブパルス数（つまり、７パルス）に変化させてもよい。

しかしながら、同期ＰＷＭ制御はモータ回転数が所定回転数より高い場合に行われるので、高次側の高調波成分による共振は、低次側の高調波成分による共振と比べて発生しにくい。ゆえに、高次側の高調波成分による共振よりも、低次側の高調波成分による共振を抑制することがより重要となる。

上記では、メインパルス数が９パルスに設定され、サブパルス数が７パルスに設定される場合における処理例を説明したが、メインパルス数およびサブパルス数の設定は、この例に特に限定されない。例えば、メインパルス数は、モータ回転数等に応じて切り替えられてもよい。また、例えば、メインパルス数が９パルスに設定される場合において、サブパルス数は７パルス以外のパルス数に設定されてもよい。ただし、上述した特定の場合にキャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させたときに、周波数が共振周波数帯の周波数となる高調波成分が存在しないようにサブパルス数が設定される必要がある。

ここで、キャリア信号Ｃのパルス数の変化に伴ってインバータ３０のスイッチング音が過度に大きく変化することや過渡的な電流乱れを抑制する観点では、サブパルス数は、メインパルス数に対して遠いパルス数よりも、メインパルス数に対して近いパルス数に優先的に設定されることが好ましい。

また、上述したように、キャリア信号Ｃのパルス数が偶数である場合には偶数次高調波成分が発生し得る。ゆえに、キャリア信号Ｃのパルス数がサブパルス数となっている状況において、高調波成分の発生に起因する信号伝送の損失を低減する観点では、サブパルス数は、偶数よりも奇数に優先的に設定されることが好ましい。

また、キャリア信号Ｃのパルス数が高いほど、インバータ３０のスイッチング素子が駆動される頻度が高くなりスイッチング損失が増大する。ゆえに、キャリア信号Ｃのパルス数がサブパルス数となっている状況において、スイッチング損失を低減する観点では、サブパルス数は、メインパルス数より高いパルス数よりも、メインパルス数より低いパルス数に優先的に設定されることが好ましい。

サブパルス数として設定されるパルス数の優先順位は、上記の各観点を複合的に加味して設定されてもよい。例えば、メインパルス数よりも低い奇数のパルス数のうちメインパルス数に最も近いパルス数（以下、第１パルス数）、メインパルス数よりも高い奇数のパルス数のうちメインパルス数に最も近いパルス数（以下、第２パルス数）、メインパルス数よりも低い偶数のパルス数のうちメインパルス数に最も近いパルス数（以下、第３パルス数）、メインパルス数よりも高い偶数のパルス数のうちメインパルス数に最も近いパルス数（以下、第４パルス数）の順に優先順位が設定されてもよい。メインパルス数が９パルスに設定される場合において、第１パルス数は７パルスとなり、第２パルス数は１１パルスとなり、第３パルス数は８パルスとなり、第４パルス数は１０パルスとなる。

なお、キャリア信号Ｃのパルス数（つまり、メインパルス数およびサブパルス数）は、実際には、上記で説明した観点以外の各種観点を加味して設定される。例えば、インバータ３０が駆動される際には、キャリア周波数（つまり、キャリア信号Ｃの周波数）を主成分とするインバータ音がインバータ３０から生じる。ゆえに、実際には、キャリア信号Ｃのパルス数は、インバータ音が人に聞き取られやすい周波数（つまり、騒音として感じられやすい周波数）を避けた音となるように、設定される。より詳細には、キャリア信号Ｃのパルス数は、この観点では、インバータ３０やモータ２０等の部品の搭載位置と乗員（例えば、ドライバ）との位置関係を加味して設定される。また、例えば、キャリア信号Ｃのパルス数は、インバータ３０のスイッチング動作が安定的に実現され得るように設定される。それにより、電流波形に歪みが生じ、回路の動作が不安定になったり、電流脈動による損失が発生することを抑制することができる。

<制御装置の効果>
続いて、本発明の実施形態に係る制御装置８０の効果について説明する。

本実施形態に係る制御装置８０では、制御部８２は、同期ＰＷＭ制御において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分のうち特定の高調波成分によってインバータ３０を含む回路で共振が生じる場合に、電圧指令の１周期中におけるキャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させる。それにより、インバータ３０を含む回路の共振周波数帯の周波数を有する高調波成分が発生することが抑制され、インバータ３０を含む回路における共振を抑制することができる。ゆえに、共振に起因して振動や騒音が発生することを抑制することができる。

また、本実施形態に係る制御装置８０では、制御部８２は、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況において共振が生じる回転数でモータ２０が駆動される場合に、キャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させることが好ましい。上述したように、モータ回転数の変化に伴って、高調波成分の周波数が変化する。ゆえに、キャリア信号Ｃのパルス数を上記のようにモータ回転数に応じて変化させることによって、インバータ３０を含む回路の共振周波数帯の周波数を有する高調波成分の発生を抑制することが適切に実現される。ゆえに、インバータ３０を含む回路における共振の抑制を適切に実現することができる。

また、本実施形態に係る制御装置８０では、サブパルス数は、メインパルス数に対して遠いパルス数よりも、メインパルス数に対して近いパルス数に優先的に設定されることが好ましい。それにより、キャリア信号Ｃのパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させる際におけるキャリア信号Ｃのパルス数の変化度合いを小さくすることができる。ゆえに、キャリア信号Ｃのパルス数の変化に伴ってインバータ３０のスイッチング音が過度に大きく変化することや過渡的な電流乱れを抑制することができる。よって、ドライバに違和感が与えられることを抑制することができる。

また、本実施形態に係る制御装置８０では、サブパルス数は、偶数よりも奇数に優先的に設定されることが好ましい。上述したように、キャリア信号Ｃのパルス数が偶数である場合には偶数次高調波成分が発生し得る一方で、キャリア信号Ｃのパルス数が奇数である場合には偶数次高調波成分が発生しない。ゆえに、サブパルス数を奇数に優先して設定することによって、キャリア信号Ｃのパルス数がサブパルス数となっている状況において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分の数を少なくすることができる。よって、キャリア信号Ｃのパルス数がサブパルス数となっている状況において、高調波成分の発生に起因する信号伝送の損失を低減することができる。

また、本実施形態に係る制御装置８０では、メインパルス数は、奇数に設定されることが好ましい。それにより、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況において、偶数次高調波成分の発生を抑制することができる。よって、キャリア信号Ｃのパルス数がメインパルス数となっている状況において、ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分の数を少なくすることができるので、高調波成分の発生に起因する信号伝送の損失を低減することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上記では、図１を参照して、車両１の構成について説明したが、制御装置８０が搭載される車両の構成は、このような例に限定されない。制御装置８０が搭載される車両は、例えば、図１に示される車両１に対して一部の構成要素の削除、追加または変更を加えたものであってもよい。例えば、制御装置８０が搭載される車両は、モータ２０が動力伝達系５０の出力側と接続されるように、図１に示される車両１に対してモータ２０の位置を変更した車両であってもよい。また、制御装置８０が搭載される車両は、図１に示される車両１の構成からエンジン１０が省略された電気車両であってもよい。また、制御装置８０が搭載される車両は、例えば、各車輪に対してそれぞれモータが設けられる（つまり、４つのモータが設けられる）車両であってもよい。また、上述したように、制御装置８０が搭載される装置は、車両以外の装置（例えば、船舶等の移動体または発電設備）であってもよい。

また、上記では、駆動輪６０を駆動する動力を出力する駆動用モータであるモータ２０に供給される電力を制御するインバータ３０の動作が制御装置８０により制御される例を説明した。ただし、制御装置８０の制御対象となるインバータは、駆動用モータ以外の他の用途のモータ（例えば、発電用モータ等）に供給される電力を制御するインバータであってもよい。

本発明は、制御装置に利用できる。

１車両
１０エンジン
２０モータ
３０インバータ
４０バッテリ
５０動力伝達系
６０駆動輪
７０モータ回転数センサ
８０制御装置
８１取得部
８２制御部
８２１エンジン制御部
８２２モータ制御部

Claims

モータと接続されるインバータの動作を、キャリア信号と電圧指令との比較により生成されるＰＷＭ信号を用いた同期ＰＷＭ制御により制御可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記同期ＰＷＭ制御において、前記ＰＷＭ信号に応じて生じる高調波成分のうち特定の高調波成分によって前記インバータを含む回路で共振が生じる場合に、前記電圧指令の１周期中における前記キャリア信号のパルス数をメインパルス数からサブパルス数に変化させ、
前記メインパルス数は、奇数に設定され、
前記サブパルス数は、前記メインパルス数よりも低い奇数のパルス数のうち前記メインパルス数に最も近いパルス数に設定される、
制御装置。
前記制御部は、前記キャリア信号のパルス数が前記メインパルス数となっている状況において前記共振が生じる回転数で前記モータが駆動される場合に、前記キャリア信号のパルス数を前記メインパルス数から前記サブパルス数に変化させる、
請求項１に記載の制御装置。