JP7574657B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、交流電動機の制御装置に関する。

特開２０２０－１０４７４号公報（特許文献１）には、トルクリプルに起因するモータノイズを低減するため、モータ駆動電流が、基本波電流に高調波電流を重畳した電流となるようインバータを制御する、モータ駆動システムが開示されている。このモータ駆動システムでは、高調波電流として、モータ（ロータ）の回転数に応じて、ステータの半径方向に作用する強制力およびステータの円周方向に作用する強制力について、これら強制力を低減するための位相の高調波電流がそれぞれ設定されており、モータの回転数に基づき、設定された高調波電流の中から基本波電流に重畳する高調波電流を選択し、モータの駆動電流を求めている。

特開２０２０－１０４７４号公報

特許文献１のモータ駆動システムでは、モータの回転数に基づき、基本波電流に重畳する新た高調波電流が選択され、高調波電流が切り替えられる際、基本波電流に重畳される高調波電流が大きく変化するので、モータの駆動電流の変化が激しくなる。このため、高調波電流の切替時に、モータの出力トルクが乱れトルク抜けが発生したり、ノイズ（聴感の急変）が発生したりする可能性がある。

本開示は、基本波電流に重畳する高調波電流の切替時に、トルクの乱れやノイズが発生することを抑制可能な、交流電動機の制御装置を提供することを目的とする。

本開示の交流電動機の制御装置は、交流電動機と、交流電動機を駆動するインバータと、インバータを制御する制御装置と、を備えた交流電動機の制御装置である。制御装置は、交流電動機の駆動電流が、基本波電流に交流電動機の回転数に応じて設定された高調波電流を重畳した電流となるようインバータを制御する。制御装置は、交流電動機の回転数に基づいて、設定された高調波電流の中から基本波電流に重畳する高調波電流を選択し、交流電動機の回転数に応じて基本波電流に重畳する高調波電流を切り替える際、一旦、交流電動機の駆動電流を基本波電流とし、その後、交流電動機の駆動電流が、基本波電流に、選択された高調波電流を重畳した電流となるようインバータを制御する。

この構成によれば、交流電動機の制御装置は、基本波電流に重畳する高調波電流を切り替える際、一旦、駆動電流を基本波電流とし、その後、駆動電流が、基本波電流に高調波電流を重畳した電流となるようインバータを制御する。したがって、高調波電流の切替時に、一旦、駆動電流が基本波電流になったあと、新たな高調波電流が重畳された駆動電流に切り替わるので、駆動電流の変化が穏やかになり、トルク抜けやノイズの発生を抑制することができる。

本開示によれば、基本波電流に重畳する高調波電流の切替時に、トルクの乱れやノイズが発生することを抑制することが可能になる。

本実施の形態に係る交流電動機の制御装置の全体構成図である。 ＥＣＵに構成された機能ブロックを示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、モータジェネレータＭＧの回転数に応じて設定された高調波電流を説明する図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行されるノイズ対策処理の概略フローチャートである。 変形例１において、モータジェネレータＭＧの回転数に応じて設定される高調波電流を説明する図である。 変形例２において、ＥＣＵで実行されるノイズ対策処理の概略フローチャートである。 係数Ｋ１を説明する図である。 係数Ｋ２を説明する図である。 モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲをパラメータとして高調波電流が記憶されたマップＡ＊～Ｅ＊を変形例１に適用した図である。 高調波電流を出力する高調波演算部３３ａを用いた機能ブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る交流電動機の制御装置１００の全体構成図である。本実施の形態１に係る交流電動機の制御装置１００は、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車または燃料電池自動車（以下、総称して「車両」とも称する）等に適用することができる。図１を参照して、交流電動機の制御装置１００は、バッテリＢＴと、交流電動機としてのモータジェネレータＭＧと、電力変換装置（ＰＣＵ（Power Control Unit））２３と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０とを含む。

交流電動機の制御装置１００は、さらに、電源ラインＰＬ１、ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、バッテリＢＴの端子間の電圧ＶＢを検出する電圧センサ１０と、バッテリＢＴに流れる電流ＩＢを検出する電流センサ１１とを含む。バッテリＢＴとしては、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池であり、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置であってもよい。

コンデンサＣ１は、図示しないシステムメインリレーが導通しているときにバッテリＢＴに接続され、バッテリＢＴの端子間電圧を平滑化する。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される。電圧センサ２１は、コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知してＥＣＵ３０に対して出力する。

電力変換装置２３は、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を含む。昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する。コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知してＥＣＵ３０に出力する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧに出力する。なお、モータジェネレータＭＧの回転軸を、減速ギヤ、差動ギヤおよびドライブシャフトを介して駆動輪（いずれも図示せず）に結合することにより、交流電動機の制御装置１００を、車両に適用することができる。

電力変換装置２３の昇圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１、Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１、Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電力変換装置２３のインバータ１４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬに接続されている。インバータ１４は、モータジェネレータＭＧに対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４は、回生に伴い、モータジェネレータＭＧにおいて発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子（スイッチング素子ともいう）Ｑ３、Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３、Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３、Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５、Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５、Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５、Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７、Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７、Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７、Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

なお、本実施の形態では、ＩＧＢＴ素子Ｑ３～Ｑ８およびダイオードＤ３～Ｄ８として、ＩＧＢＴ素子（スイッチング素子）とダイオードを１チップ化したＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT（逆導通ＩＧＢＴ））を用いている。

各相のアームの中間点は、モータジェネレータＭＧの各相のコイルの一端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧは、三相の永久磁石同期電動機であり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイルＵＬ、ＶＬ、ＷＬは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルＵＬの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３、Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルＶＬの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５、Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルＷＬの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７、Ｑ８の接続ノードに接続される。なお、モータジェネレータＭＧは、たとえば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期電動機であってよい。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧに流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴとして検出し、モータ電流値ＭＣＲＴをＥＣＵ３０へ出力する。電流センサ２４は、Ｕ相コイルＵＬに流れる電流を検出する電流センサ２４Ｕと、Ｖ相コイルＶＬに流れる電流を検出する電流センサ２４Ｖとを含む。Ｗ相コイルＷＬに流れる電流は電流センサ２４Ｕ、２４Ｖの出力から計算により求めることができる。このため、Ｗ相コイルＷＬには電流センサは設けられていない。

モータジェネレータＭＧの回転数（回転速度（ｒｐｍ））であるモータ回転数ＭＲＮは、回転センサ４４で検出される。回転センサ４４としては、ロータの回転速度と回転角θが検出可能なレゾルバを用いることができる。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、バッファ（いずれも図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ３０は、各センサからの信号の入力ならびにメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて制御信号を出力し、電力変換装置２３を制御する。たとえば、ＥＣＵ３０は、モータ回転数ＭＲＮ、モータ回転角θ、電圧ＶＢ、ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴを受信する。また、要求駆動トルクに基づいて算出された、モータジェネレータＭＧへのトルク指令値ＴＲが入力される。そして、ＥＣＵ３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示ＰＷＵ、降圧指示ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。ＥＣＵ３０は、インバータ１４に対して、駆動指示ＰＷＭＩを出力する。

図２は、ＥＣＵ３０に構成された機能ブロックを示す図である。各機能ブロックは、ＥＣＵ３０のハードウェアあるいはソフトウェアの処理によって実現される。電流指令部３１は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮから、予め作成されたマップ（テーブル）等に従って電流指令値（ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値）を求める。なお、モータ回転数ＭＲＮを用いない回転数センサレス制御によって、トルク指令値ＴＲから電流指令値を求めてもよい。

電流電圧変換部３２では、電流指令部３１で求めた電流指令値とモータ電流値ＭＣＲＴの偏差に基づき、所定ゲインによるＰＩ（比例積分）演算を行い制御偏差を求め、制御偏差に応じた指令電圧値（ｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値）を算出する。そして、モータ角θを用いて座標変換（２相→３相）を行い、指令電圧値（ｄ軸電圧指令値、ｑ軸電圧指令値）をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値に変換して出力する。電流電圧変換部３２から出力された各相電圧指令値は、ＰＷＭ変調部３５で処理され、インバータ１４の各相のＩＧＢＴ素子Ｑ３～Ｑ８の駆動信号ＰＭＷＩとして出力される。これにより、モータジェネレータＭＧは、トルク指令値ＴＲに応じたトルクを出力するための基本波電流によって駆動される。

高調波演算部３３は、基本波電流に重畳するための高調波電流を演算する。本実施の形態において、高調波電流は、モータジェネレータＭＧのトルクリプルに起因するモータノイズを低減するために、基本波電流に重畳する高調波電流であってよい。たとえば、特許文献１と同様に、高調波電流として、モータジェネレータＭＧの回転数に応じて、ステータの半径方向に作用する強制力およびステータの円周方向に作用する強制力について、これら強制力を低減するための位相の高調波電流をそれぞれ設定し、モータジェネレータＭＧの回転数に基づき、設定された高調波電流の中から基本波電流に重畳する高調波電流を選択する。

図３は、モータジェネレータＭＧの回転数（モータ回転数ＭＲＮ）に応じて設定された高調波電流を説明する図である。本実施の形態のモータジェネレータＭＧでは、モータ回転数（基本波電流）の６ｎ次、１２ｎ次の高調波によるノイズが大きく、６ｎ次ノイズおよび１２ｎ次ノイズに対して高調波波形を重畳している。なお、ｎはモータジェネレータＭＧの対極数であり、本実施の形態のモータジェネレータＭＧはｎ＝４であり、２４次ノイズ、４８次ノイズに対して高調波波形を重畳している。

図３（Ａ）は、モータ回転数ＭＲＮに応じて重畳する高調波波形を示しており、図３（Ｂ）には、波形ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２を示している。図３（Ａ）に示すように、最もモータ回転数ＭＲＮが低い範囲アにおいては波形ａ１のマップＡ、次に回転数が低い範囲イにおいては波形ａ１＋ｂ１のマップＢ、範囲イより回転数が高い範囲ウにおいては波形ａ２＋ｂ１のマップＣ、その上の範囲エにおいては波形ｂ１のマップＤ、それより回転数が高い範囲オでは波形ｂ２のマップＥを選択して、基本波電流に重畳する高調波電流を算出する。なお、図３（Ｂ）に示すように、方向が異なる強制力によるノイズを相殺するために基本波電流に重畳する高調波波形は１８０度程度異なったものになり、波形ａ１と波形ａ２は位相が１８０度程度異なっており、波形ｂ１と波形ｂ２も位相が１８０度程度異なっている。なお、マップＡ～Ｅの高調波波形の設定方法等については、特許文献１と同様であるので、詳細な説明は省略する。マップＡ～Ｅは、モータ回転数ＭＲＮに応じてＥＣＵ３０のメモリに記憶される。

図２を参照して、高調波演算部３３は、モータ回転数ＭＲＮに基づいて、マップＡ～Ｅの何れかを選択し、選択した高調波波形の振幅をトルク指令値ＴＲによって決定する。なお、トルク指令値ＴＲが大きいほど、高調波波形の振幅が大きくなる。高調波演算部３３は、モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲにより求めた高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。

高調波演算部３３から出力された各相高調波電圧指令値は、加算器３４において、電流電圧変換部３２から出力された各相電圧指令値に重畳され、ＰＷＭ変調部３５で処理され、インバータ１４の各相の駆動信号ＰＭＷＩとして出力される。これにより、モータジェネレータＭＧは、基本波電流に高調波電流が重畳された電流によって駆動される。

ところで、モータ回転数ＭＲＮに基づいて選択されるマップＡ～Ｅが切り替わると、基本波電流に重畳される高調波電流が大きく変化するので、モータジェネレータＭＧの駆動電流の変化が激しくなる。このため、高調波電流の切替時に、モータジェネレータＭＧの出力トルクが乱れトルク抜けが発生したり、ノイズ（聴感の急変）が発生したりする可能性がある。また、マップ切り替え時時に駆動電流の指令値と実際値の差が大きくなり、制御性が悪化する可能性がある。本実施形態では、高調波電流の切替時に発生する、トルク抜けやノイズの発生を抑制するため、高調波電流の切替時に、一旦、高調波電流の重畳を禁止する。

図４は、本実施の形態において、ＥＣＵ３０で実行されるノイズ対策処理の概略フローチャートである。このフローチャートは、モータジェネレータＭＧの駆動中（交流電動機の制御装置１００の作動中）に、所定期間毎に繰り返し実行される。ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、トルク指令値ＴＲが所定値α以上か否かを判定する。モータジェネレータＭＧの出力トルクが小さいとき、トルクリプルに起因するモータノイズは小さいので、ノイズ対策は不要である。そこで、トルク指令値ＴＲが所定値αより小さく、Ｓ１０で否定判定される場合は、高調波電流を重畳することなく、今回のルーチンを終了する。トルク指令値ＴＲが所定値α以上であり、ノイズ対策が必要な場合は、肯定判定されＳ１１へ進む。

Ｓ１１では、高調波演算部３３において、モータ回転数ＭＲＮに基づいてマップＡ～Ｅの何れかを選択し、選択した高周波波形の振幅をトルク指令値ＴＲによって決定し、Ｓ１２へ進む。

Ｓ１２では、今回のルーチンにおいて、高調波波形のマップ（Ａ～Ｄ）が切り替わったか否かを判定する。今回選択されたマップが前回のルーチンで選択されたマップと同じ場合は、否定判定されＳ１３へ進む。

Ｓ１３で、高調波演算部３３は、Ｓ１１においてモータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲにより求めた高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。これにより、モータジェネレータＭＧは、基本波電流に高調波電流が重畳された電流によって駆動される。

今回選択されたマップが前回のルーチンで選択されたマップと異なり、マップが切り替えられた場合は、Ｓ１２で肯定判定されＳ１４へ進む。Ｓ１４では、高調波電流の重畳を禁止する。たとえば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を０として出力する。これにより、基本波電流に高調波電流が重畳されず、モータジェネレータＭＧは、基本波電流よって駆動される。

続くＳ１５では、所定時間が経過したか否かを判定する。マップが切り替わってから所定時間経過するまでは、Ｓ１５で否定判定されＳ１４が繰り返し処理されることにより、高調波電流の重畳が禁止される。マップが切り替わってから所定時間が経過すると、Ｓ１５で肯定判定され、Ｓ１３へ進む。

Ｓ１５に続くＳ１３において、高調波演算部３３は、新たに選択された（切り替え後の）高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。これにより、モータジェネレータＭＧは、基本波電流に高調波電流が重畳された電流によって駆動される。

本実施の形態では、高調波電流の切替時には、Ｓ１４およびＳ１５が処理されることにより、所定時間の間、一旦、高調波電流の重畳が禁止され、モータジェネレータＭＧは基本波電流よって駆動される。これにより、モータ回転数ＭＲＮに基づいて選択されるマップＡ～Ｅの切替時に、モータジェネレータＭＧの駆動電流が、一旦、基本波電流になり、その後、基本波電流に高周波電流が重畳される。特に、マップＡ～Ｅの切替時に、切替前後の高調波電流の周波数が異なる場合や位相が異なる場合には、駆動電流の変化が大きくなる。本実施の形態では、マップＡ～Ｅの切替時に、モータジェネレータＭＧの駆動電流が、一旦、基本波電流になり、その後、基本波電流に高周波電流が重畳されるので、マップの切替時における駆動電流の変化が穏やかになり、トルク抜けやノイズの発生を抑制することができる。

（変形例１）
上記本実施の形態では、高調波電流の切替時に、所定時間の間、一旦、高調波電流の重畳を禁止していた。変形例１では、モータ回転数ＭＲＮに応じて設定されるマップに、高調波電流を重畳しないＯＦＦ領域を設定することにより、高調波電流の切替時に、一旦、モータジェネレータＭＧの駆動電流を基本波電流とする。

図５は、変形例１において、モータジェネレータＭＧの回転数（モータ回転数ＭＲＮ）に応じて設定される高調波電流を説明する図である。図５に示すように、変形例１では、マップＡ（波形ａ１）とマップＢ（波形ａ１＋ｂ１）の間に、ＯＦＦ領域が設定されている。ＯＦＦ領域は、高調波電流が重畳されない領域であり、たとえば高調波電流が０とされる。ＯＦＦ領域は、マップＢとマップＣの間、マップＣとマップＤの間、および、マップＤとマップＥの間にも設定されており、モータ回転数ＭＲＮに応じて高調波電流が切り替えられる際には、ＯＦＦ領域が一旦選択されることになる。

変形例１では、図４に示すフローチャートのＳ１２、Ｓ１４およびＳ１５の処理が廃止され、Ｓ１１が処理されるとＳ１３へ進む。Ｓ１１で、高調波演算部３３において、モータ回転数ＭＲＮに基づいてマップＡ～Ｅの何れかを選択する際に、マップが切り替わるときには、ＯＦＦ領域が、一旦選択される。ＯＦＦ領域が選択されているときには、Ｓ１３において高調波電流が０とされ、高調波演算部３３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を０として出力する。これにより、基本波電流に高調波電流が重畳されず、モータジェネレータＭＧは、基本波電流よって駆動される。

この変形例１においても、高調波電流の切替時には、ＯＦＦ領域が選択されることにより、一旦、高調波電流の重畳が禁止され、モータジェネレータＭＧは基本波電流よって駆動される。これにより、モータ回転数ＭＲＮに基づいて選択されるマップＡ～Ｅの切替時に、モータジェネレータＭＧの駆動電流が、一旦、基本波電流になり、その後、基本波電流に高周波電流が重畳される。したがって、マップの切替時における駆動電流の変化が穏やかになり、トルク抜けやノイズの発生を抑制することができる。

（変形例２）
上記実施の形態では、高調波演算部３３は、マップが切り替えられた場合、一旦（所定時間の間）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を０として出力し、高調波電流の重畳を禁止している。変形例２では、マップの切替時に高調波電流を徐々に変化させる。

図６は、変形例２において、ＥＣＵ３０で実行されるノイズ対策処理の概略フローチャートである。このフローチャートは、モータジェネレータＭＧの駆動中に、所定期間毎に繰り返し実行され、図４に示したフローチャートに、Ｓ２０～Ｓ２３を追加したものである。Ｓ１０～Ｓ１５は、図４のフローチャートと同様であるので、説明を省略する。

図６において、今回のルーチンでマップが切り替えられ、Ｓ１２で肯定判定されるとＳ２０へ進む。Ｓ２０では、前回のルーチンで選択されていたマップ（前回マップ）から求めた高調波波形の振幅に係数Ｋ１を乗算し、遷移高調波波形を算出する。そして、高調波演算部３３は、遷移高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。

続くＳ２１では、係数Ｋ１が０であるか否かを判定する。図７は、係数Ｋ１を説明する図である。係数Ｋ１は、図７に示すように、初期値が１．０とされており、その値が時間の経過と共に減少して、ｔ１時間経過後（たとえば１秒経過後）に０になる。係数Ｋ１は、最初にＳ２０が処理されたとき、初期値１．０が設定され、その後、時間の経過と共に減少するよう、図示しないサブルーチンで処理される。Ｓ２１において、係数Ｋ１が０になるまでは、否定判定され、Ｓ２０の処理が繰り返し実行され、係数Ｋ１が０になると、肯定判定されてＳ１４へ進む。

Ｓ２０およびＳ２１の処理によって、前回マップから求めた高調波波形の振幅に係数Ｋ１を乗算した遷移高調波波形は、その振幅が時間の経過とともに小さくなり、高調波電流の振幅も小さくなる。そして、係数Ｋ１が０になると、高調波電流の振幅が０になるので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値も０になる。したがって、マップの切替時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値が徐々に０になるので、基本波電流に重畳される高調波電流が徐々に０になる。

Ｓ１４およびＳ１５の処理により、所定時間の間、一旦、高調波電流の重畳が禁止されたあと、Ｓ２２に進むと、今回のルーチンで選択したマップ（今回マップ）から求めた高調波波形の振幅に係数Ｋ２を乗算し、遷移高調波波形を算出する。そして、高調波演算部３３は、遷移高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。

続くＳ２３では、係数Ｋ２が１であるか否かを判定する。図８は、係数Ｋ２を説明する図である。係数Ｋ２は、図８に示すように、初期値が０とされており、その値が時間の経過と共に増大して、ｔ２時間経過後（たとえば１秒経過後）に１．０になる。係数Ｋ２は、最初にＳ２２が処理されたとき、初期値０が設定され、その後、時間の経過と共に増大するよう、図示しないサブルーチンで処理される。Ｓ２３において、係数Ｋ２が１．０になるまでは、否定判定され、Ｓ２２の処理が繰り返し実行され、係数Ｋ２が１．０になると、肯定判定されてＳ１３へ進む。

Ｓ２２およびＳ２３の処理によって、今回マップから求めた高調波波形の振幅に係数Ｋ２を乗算した遷移高調波波形は、その振幅が時間の経過とともに大きくなり、高調波電流の振幅も大きくなる。そして、係数Ｋ２が１．０になると、高調波電流の振幅が今回マップから求めた高調波波形の振幅になるので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値も、今回マップから求めた高調波波形の高調波電流が得られるよう大きくなる。これにより、基本波電流に重畳される高調波電流が、徐々に大きくなる。

この変形例２によれば、マップの切替時に、基本波電流に重畳される高調波電流が徐々に変化するので、ノイズの発生（聴感の急変）をより抑制することが可能になる。

変形例１において、モータ回転数ＭＲＮに応じて、ＯＦＦ領域が選択された際、および、ＯＦＦ領域からマップＡ～Ｅが選択された際に、基本波電流に重畳される高周波電流が徐々に変化するよう制御してもよい。これにより、ノイズの発生（聴感の急変）をより抑制することが可能になる。

本実施の形態、および変形例では、マップＡ～Ｅには、基本波電流に重畳する高周波波形が記憶され、トルク指令値ＴＲにより高周波波形の振幅を決定していた。しかし、たとえば図９に示すように、モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲをパラメータとして高調波電流が記憶されたマップＡ＊～Ｅ＊を用いて、基本波電流に重畳する高調波電流を求めてもよい。

図９は、モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲをパラメータとして高調波電流が記憶されたマップＡ＊～Ｅ＊を変形例１に適用した図である。マップＡ＊～Ｅ＊には、トルク指令値ＴＲが大きいほど、高調波波形の振幅が大きくなる高調波電流が記憶されている。高調波演算部３３は、モータ回転数ＭＲＮおよびトルク指令値ＴＲに基づいて、マップＡ＊～Ｅ＊をマップ検索し高調波電流を求め、求めた高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力する。なお、マップＡ＊～Ｅ＊において、トルク指令値ＴＲに応じた高調波波形は、トルク指令値ＴＲの複数の領域に設定されており、その領域間の高調波波形を線形補間することにより、トルク指令値ＴＲに応じた高調波波形を算出するようにしてもよい。

本実施の形態、および変形例では、高調波演算部３３は、モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲにより求めた高調波波形の高調波電流が得られるよう、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相高調波電圧指令値を出力していた。しかし、高調波演算部は、高調波電流を出力する構成であってもよい。

図１０は、高調波電流を出力する高調波演算部３３ａを用いた機能ブロック図である。図１０において、高調波演算部３３ａは、モータ回転数ＭＲＮとトルク指令値ＴＲに基づいて、基本波電流に重畳する高調波電流を演算し出力する。高調波演算部３３ａから出力された高調波電流は、加算器３４ａにおいて、電流指令部３１から出力された電流指令値に加算され、電流電圧変換部３２に入力される。電流電圧変換部３２は、指令電流値に高調波電流が加算された電流値を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令値に変換して出力する。電流電圧変換部３２から出力された各相電圧指令値は、ＰＷＭ変調部３５で処理され、インバータ１４の各相のＩＧＢＴ素子Ｑ３～Ｑ８の駆動信号ＰＭＷＩとして出力される。これにより、モータジェネレータＭＧは、基本波電流に高調波電流が重畳された電流によって駆動される。

本実施の形態では、高調波電流として、ステータの半径方向に作用する強制力およびステータの円周方向に作用する強制力について、これら強制力を低減するための位相の高調波電流を用いていた。しかし、基本波電流に重畳される高調波電流は、異なる目的の高調波電流であってもよい。たとえば、特開２００４－６４９０９号公報に開示された、永久磁石による電機子鎖交磁束の高調波成分を打ち消す高調波電流等であってもよい。

本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。
１）交流電動機（ＭＧ）と、交流電動機（ＭＧ）を駆動するインバータ（１４）と、インバータ（１４）を制御する制御装置（３０）と、を備えた交流電動機（ＭＧ）の制御装置（１００）であって、制御装置（３０）は、交流電動機（ＭＧ）の駆動電流が、基本波電流に交流電動機（ＭＧ）の回転数（ＭＲＮ）に応じて設定された高調波電流を重畳した電流となるようインバータ（１４）を制御し、制御装置（３０）は、交流電動機（ＭＧ）の回転数（ＭＲＮ）に基づいて、設定された高調波電流の中から基本波電流に重畳する高調波電流を選択し、交流電動機（ＭＧ）の回転数（ＭＲＮ）に応じて基本波電流に重畳する高調波電流を切り替える際、一旦、交流電動機（ＭＧ）の駆動電流を基本波電流とし、その後、交流電動機（ＭＧ）の駆動電流が、基本波電流に、選択された高調波電流を重畳した電流となるようインバータ（１４）を制御する、交流電動機の制御装置。

２）１において、基本波電流は、トルク指令値（ＴＲ）に基づき算出される。
３）１または２において、高調波電流は、マップ（Ａ～Ｅ）として制御装置（３０）のメモリに記憶されている。

４）３において、メモリに記憶された高調波電流のマップ（Ａ～Ｅ）は、交流電動機（ＭＧ）の回転数（ＭＲＮ）に応じて設定されるとともに、高調波電流のマップ（Ａ～Ｅ）とマップ（Ａ～Ｅ）の間に、高調波電流を重畳しないＯＦＦ領域が設定されている。

この構成によれば、高調波電流のマップの切替時、ＯＦＦ領域を通過するので、交流電動機（ＭＧ）の駆動電流が、一旦、基本波電流になる。

５）１～４において、基本波電流に高調波電流を重畳した駆動電流から、駆動電流を基本波電流にする際、高調波電流の振幅を徐々に小さくするとともに、駆動電流を、基本波電流から、基本波電流に高調波電流を重畳した駆動電流にする際、高調波電流の振幅を徐々に大きくする。

この構成によれば、基本波電流に重畳される高調波電流が徐々に変化するので、ノイズの発生（聴感の急変）をより抑制することが可能になる。

６）１～５において、交流電動機（ＭＧ）は、永久磁石同期電動機である。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４Ｕ，２４Ｖ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２３ 電力変換装置、３０ ＥＣＵ、４４ 回転センサ、１００ 交流電動機の制御装置、ＢＴ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１～Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１～Ｑ８ スイッチング素子、ＳＬ 接地ライン、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ コイル。

Claims (1)

1. 交流電動機と、
   前記交流電動機を駆動するインバータと、
   前記インバータを制御する制御装置と、を備えた交流電動機の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記交流電動機の駆動電流が、基本波電流に前記交流電動機の回転数に応じて設定された高調波電流を重畳した電流となるよう前記インバータを制御し、
   前記高調波電流は、前記交流電動機の回転数に応じて設定されたマップに基づいて算出され、
   前記マップには、前記高調波電流を重畳しないＯＦＦ領域が設定されており、
   前記制御装置は、前記交流電動機の回転数に基づいて、前記設定された高調波電流の中から前記基本波電流に重畳する高調波電流を選択し、前記交流電動機の回転数に応じて前記基本波電流に重畳する高調波電流を切り替える際、前記交流電動機の回転数が前記ＯＦＦ領域を通過することにより、一旦、前記交流電動機の駆動電流を前記基本波電流とし、その後、前記交流電動機の駆動電流が、前記基本波電流に、選択された前記高調波電流を重畳した電流となるよう前記インバータを制御する、交流電動機の制御装置。

Images