WO2011096051A1

WO2011096051A1 - 回転電機の制御装置および回転電機の制御方法

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Publication number: WO2011096051A1
Application number: PCT/JP2010/051476
Authority: WO
Inventors: 亮祐大杉
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2533417A1; JPWO2011096051A1; US20120286716A1; EP2533417B1; EP2533417A4; JP5472327B2; US8912742B2

Abstract

　ＥＣＵは、モータの回転速度を検出するステップ（Ｓ１００）と、キャリア周波数の拡散幅を決定するステップ（Ｓ１０２）と、決定された拡散幅に基づいてキャリア周波数を決定するステップ（Ｓ１０４）と、決定されたキャリア周波数に基づいてキャリア信号を発生させるステップ（１０６）と、交流電圧指令とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行するステップ（Ｓ１０８）とを含む、プログラムを実行する。

Description

回転電機の制御装置および回転電機の制御方法

　本発明は、３相コイルを有する回転電機のＰＷＭ制御に関し、特に、回転電機の回転速度に応じてキャリア周波数の拡散幅を決定して、決定された拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてノイズの発生を回避する技術に関する。

　従来、３相コイルを有する回転電機の駆動に用いられる電力変換装置として、ＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）変調方式を使用した電力変換装置が公知である。このような電力変換装置においては、スイッチング素子のオン・オフに起因した高調波ノイズが発生する場合がある。そのため、キャリア周波数を拡散させることよって、高調波ノイズのエネルギを広周波数帯域に拡散して、高調波ノイズのピークレベルを低減する技術が公知である。

　このような技術として、たとえば、特開２００９－０８９５５０号公報（特許文献１）は、キャリア周波数の高調波ノイズをより均一化することができる電力変換装置および電力変換方法を開示する。この電力変換装置は、指令値を出力する指令値出力手段と、搬送波を出力する搬送波出力手段と、搬送波の周波数を変化させる搬送波周波数変化手段と、指令値と搬送波とを比較し、比較結果に基づいた制御信号を生成する制御信号生成手段と、制御信号に基づいた出力値を出力する出力手段とを備える。搬送波周波数変化手段は、周波数の複数の値のうちの一の値が大きくなる程、複数の値を昇順または降順に並べた場合における一の値と一の値に隣接する値との差を小さくすることを特徴とする。

　上述した公報に開示された電力変換装置によると、キャリア周波数の高調波ノイズをより均一化することができる。

特開２００９－０８９５５０号公報

　ところで、キャリア周波数を拡散させて高調波ノイズの均一化を図る場合、キャリア周波数の拡散幅が大きいほど均一化が図れ、高調波ノイズを低減することができる。しかしながら、キャリア周波数の拡散幅を大きくする場合には、回転電機の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分が重なり合って不快なビート音が発生するという問題がある。

　上述した公報においては、このような問題について何ら考慮されておらず解決することはできない。

　本発明の目的は、回転電機の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分の重複を抑制して騒音の発生を抑制する回転電機の制御装置および回転電機の制御方法を提供することである。

　この発明のある局面に係る回転電機の制御装置は、３相コイルを有する回転電機の制御装置である。この制御装置は、回転電機の回転速度を検出するための検出部と、検出部によって検出された回転電機の回転速度に基づいて、回転電機の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分が重複しないようにキャリア周波数の拡散幅を決定するための決定部と、決定部によって決定された拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるためのキャリア発生部と、指令電圧とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、回転電機を駆動させるためのパルス信号を発生させるためのパルス幅変調部とを含む。

　好ましくは、決定部は、回転電機の回転速度が第１回転速度である場合の拡散幅が第１回転速度よりも小さい第２回転速度である場合の拡散幅よりも大きくなるように拡散幅を決定する。

　さらに好ましくは、決定部は、第１回転速度と第２回転速度との間において、拡散幅が回転電機の回転速度に対して比例して変化するように拡散幅を決定する。

　さらに好ましくは、決定部は、第１回転速度と第２回転速度との間において、拡散幅が回転電機の回転速度に対してステップ的に変化するように拡散幅を決定する。

　さらに好ましくは、キャリア発生部は、決定部によって決定された拡散幅の範囲内でランダムにキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させる。

　さらに好ましくは、キャリア発生部は、決定部によって決定された拡散幅の範囲内で正弦波に沿ってキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させる。

　さらに好ましくは、キャリア発生部は、決定部によって決定された拡散幅の範囲内でステップ的に変化するようにキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させる。

　この発明の他の局面に係る回転電機の制御方法は、３相コイルを有する回転電機の制御方法である。この制御方法は、回転電機の回転速度を検出するステップと、回転電機の回転速度に基づいて、回転電機の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分が重複しないようにキャリア周波数の拡散幅を決定するステップと、拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるステップと、指令電圧とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、回転電機を駆動させるためのパルス信号を発生させるステップとを含む。

　本発明によると、回転電機の回転速度に比例して拡散幅を決定することによって、キャリア周波数を拡散幅の範囲内で変化させた場合に、キャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分の重複を抑制することができるため、ビート音の発生を抑制することができる。

本実施の形態に係る回転電機の制御装置を搭載した車両の概略構成図である。本実施の形態におけるインバータの構成を示す図である。モータ回転速度に依存しないキャリア周波数の拡散幅を示す図である。キャリア周波数の拡散幅を一定とした場合の側帯波成分の変化を示す図である。モータ回転速度に依存しない場合の側帯波成分の分布を示す図である。本実施の形態に係る回転電機の制御装置であるＥＣＵの機能ブロック図である。モータ回転速度とキャリア周波数の拡散幅との関係を示すマップである。本実施の形態に係る回転電機の制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。モータ回転速度に依存して拡散幅を決定する場合の側帯波成分の変化を示す図である。モータ回転速度に依存して拡散幅を決定する場合の側帯波成分の分布を示す図である。モータ回転速度に依存して決定されるキャリア周波数の拡散幅の変化を示す図（その２）である。モータ回転速度に依存して決定されるキャリア周波数の拡散幅の変化を示す図（その３）である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

　図１に示すように、車両１は、駆動輪１０と、モータ２０と、インバータ３０と、スイッチング回路３２と、昇圧コンバータ４０と、蓄電装置５０と、ＥＣＵ１００と、回転速度検出センサ１０２とを含む。本実施の形態に係る回転電機の制御装置は、ＥＣＵ１００によって実現される。

　モータ２０は、電動車両（ハイブリッド自動車、電動自動車や燃料電池車等の電気エネルギによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする）である車両１の駆動輪１０を駆動するためのトルクを発生するための３相コイルを有する回転電機である。

　また、モータ２０は、車両駆動力を発生させる電動機として機能に加えて、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよい。さらに、モータ２０は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

　本実施の形態において、モータ２０は、３相の同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの各々の一端が中性点に共通に接続されている。さらに、各相のコイルの他端は、インバータ３０に接続される。

　蓄電装置５０は、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の再充電可能な直流の電源である。

　昇圧コンバータ４０は、モータ２０の駆動制御時に、ＥＣＵ１００からのコンバータ制御信号に基づいて動作するスイッチング回路（図示せず）によって、昇圧コンバータ４０に含まれるスイッチング素子をオンまたはオフする動作（以下、スイッチング動作という）をして、蓄電装置５０からの直流電圧を昇圧してインバータ３０に供給したり、モータ２０の回生制御時に、インバータ３０からの直流電圧を降圧して蓄電装置５０に供給したりする。

　インバータ３０は、モータ２０の駆動制御時に、スイッチング回路３２によってスイッチング動作をして、昇圧コンバータ４０からの直流電力を交流電力に変換してモータ２０に供給したり、モータ２０の回生制御時に、モータ２０からの交流電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ４０に供給したりする。スイッチング回路３２は、ＥＣＵ１００からのインバータ制御信号に基づいてインバータ３０に含まれるスイッチング素子に対してスイッチング動作を行なう。

　回転速度検出センサ１０２は、モータ２０の回転速度を検出する。回転速度検出センサ１０２は、検出したモータ２０の回転速度を示す信号をＥＣＵ１００に送信する。

　回転速度検出センサ１０２としては、たとえば、モータ２０のロータ回転角（電気角）を検出する回転角センサ（レゾルバ）を用いるようにしてもよい。ＥＣＵ１００は、回転角センサから受信した回転角に基づいてモータ２０の回転速度を算出するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１００にてモータ電圧や電流から回転速度を直接演算することによって、回転速度検出センサ１０２を省略してもよい。

　ＥＣＵ１００は、内部に設けられたメモリ１０４に予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵ（Central　Processing　Unit）で実行することによるソフト処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理によって、モータ２０を動作させる。

　代表的な機能として、ＥＣＵ１００は、トルク指令値、蓄電装置５０の電圧、電流、昇圧コンバータ４０からインバータ３０に出力される電圧、モータ２０の電流、モータ２０の回転速度等に基づいて、モータ２０がトルク指令値に従ったトルクを出力するように、昇圧コンバータ４０およびインバータ３０の動作を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、昇圧コンバータ４０およびインバータ３０の動作を制御するためのコンバータ制御信号およびインバータ制御信号を生成して、昇圧コンバータ４０のスイッチング回路およびインバータ３０のスイッチング回路３２にそれぞれ送信する。

　図２に示すように、インバータ３０は、正極母線７および負極母線５の間に互いに並列に設けられる、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とを含む。

　各相上下アームは、正極母線７および負極母線５の間に直列接続されたスイッチング素子を含む。たとえば、Ｕ相上下アーム１５は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む。Ｖ相上下アーム１６は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を含む。Ｗ相上下アーム１７は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を含む。

　また、スイッチング素子Ｑ１－Ｑ６に対して、逆並列ダイオードＤ１－Ｄ６がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１－Ｑ６のオン・オフは、スイッチング回路３２からのスイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ６によって制御される。

　本実施の形態において、インバータ３０およびコンバータ４０に用いられるスイッチング素子として、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal　Oxide　Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。

　インバータ３０は、モータ２０のトルク指令値が正の場合には、スイッチング回路３２からのスイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ６に応答したスイッチング素子Ｑ１－Ｑ６のスイッチング動作によって、昇圧コンバータ４０からの直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータ２０を駆動させる。

　また、インバータ３０は、モータ２０のトルク指令値が零の場合には、スイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ６に応答したスイッチング動作によって、昇圧コンバータ４０からの直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータ２０を駆動させる。

　さらに、車両１の回生制御時には、モータ２０のトルク指令値は負に設定される。この場合には、インバータ３０は、スイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ６に応答したスイッチング動作によって、モータ２０が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータ４０へ供給する。なお、ここで言う回生制御は、車両を運転するドライバーによってフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動時のモータ２０の制御、および、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させて、蓄電装置５０を充電する場合のモータ２０の制御を含む。

　ＥＣＵ１００は、スイッチング回路３２にインバータ３０に供給するスイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ６を発生させるためにＰＷＭ制御を実行する。以下、ＰＷＭ制御の動作について簡単に説明する。ＰＷＭ制御では、搬送波（キャリア信号）と、トルク指令値に基づくＵ相、Ｖ相およびＷ相の交流電圧指令との電圧比較に基づき、インバータ３０の各相のスイッチング素子のオン・オフを制御する。これによって、モータ２０の各相に疑似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧が印加される。キャリア信号は、たとえば、三角波やのこぎり波によって構成することができる。

　このようなスイッチング動作時に生じる電流高調波成分がモータ駆動電流に重畳し、電磁力が変動することによって高調波ノイズが発生する。

　そのため、このキャリア信号の周波数（以下、キャリア周波数という）を、たとえば、基準周波数ｆ（０）を中心とした図３の破線に示される予め定められた拡散幅の範囲内でランダムに変化させることによって、キャリア周波数の高調波ノイズのエネルギを広周波数帯域で拡散させることができ、高調波ノイズのピークレベルを低減することができる。なお、図３の縦軸は、モータ２０の回転速度を示し、図３の横軸は、キャリア周波数を示す。

　しかしながら、キャリア周波数を拡散させて高調波ノイズの均一化を図る場合、キャリア周波数の拡散幅を大きくすることによって、キャリア周波数の複数の側帯波成分が重なり合って、不快なビート音がノイズとして発生する場合がある。

　たとえば、図３に示す拡散幅の範囲内でランダムにキャリア周波数を変化させた場合には、図４の斜線の領域に示すようにキャリア周波数の２つの側帯波成分が重複する場合がある。図４の縦軸は、モータ２０の回転速度を示し、図４の横軸は、周波数を示す。

　図４の実線に示すように、電流高調波成分は、モータ２０の回転速度が上昇するほどピークレベルの周波数が下降していく第１高調波成分と、モータ２０の回転速度が上昇するほどピークレベルの周波数が上昇していく第２高調波成分とを有する。

　また、図４の破線に示されるキャリア周波数の第１側帯波成分は、第１高調波成分の変化とともに、モータ２０の回転速度が上昇するほど所定レベル以上の側帯波成分の周波数帯が下降していく。

　また、図４の一点鎖線に示されるキャリア周波数の第２側帯波成分は、第２高調波成分の変化と同様に、モータ２０の回転速度が上昇するほど所定レベル以上の側帯波成分の周波数帯が上昇していく。

　その結果、第１側帯波成分と第２側帯波成分とは、図４の斜線の領域に示すように、モータ２０の回転速度がＮａよりも小さい場合に重複する部分が生じる。なお、所定レベルとは、２つの側帯波成分が重複した場合に、ビート音が発生し得るレベルをいう。

　たとえば、図５にモータ２０の回転速度がＮａよりも小さいＮｂである場合の第１側帯波成分および第２側帯波成分の周波数分布を図５に示す。図５の縦軸は、レベルを示し、図５の横軸は、周波数を示す。図５に示すように、キャリア周波数を図３の拡散幅の範囲内でランダムに変化させた場合には、図５の破線に示される第１側帯波成分と図５の一点鎖線に示される第２側帯波成分との重複によってビート音が発生することとなる。

　そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ１００が、回転速度検出センサ１０２によって検出されたモータ２０の回転速度に基づいてキャリア周波数の側帯波成分が重複しないようにキャリア周波数の拡散幅を決定して、決定された拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させ、交流電圧指令とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、モータ２０を駆動するパルス信号を発生させる点に特徴を有する。

　また、ＥＣＵ１００は、モータ２０の回転速度が第１回転速度である場合の拡散幅が第１回転速度よりも小さい第２回転速度である場合の拡散幅よりも大きくなるように拡散幅を決定する。

　本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、第１回転速度と第２回転速度との間において、拡散幅が回転速度に対して比例して変化するように拡散幅を決定する。また、ＥＣＵ１００は、決定された拡散幅の範囲内でランダムにキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させる。

　図６に、本実施の形態に係る回転電機の制御装置であるＥＣＵ１００の機能ブロック図を示す。ＥＣＵ１００は、拡散幅決定部１５２と、キャリア周波数決定部１５４と、ＰＷＭキャリア発生部１５６と、パルス幅変調部１５８とを含む。

　拡散幅決定部１５２は、キャリア周波数の拡散幅をモータ２０の回転速度に応じて決定する。たとえば、図７に示す回転速度と拡散幅との関係をマップとして予め記憶しておく。拡散幅決定部１５２は、モータ２０の回転速度と、記憶されたマップとに基づいて拡散幅を決定する。図７の横軸は、キャリア周波数を示し、図７の縦軸は、モータ２０の回転速度を示す。

　図７に示すように、モータ２０の回転速度がＮｍ（１）である場合の拡散幅Ａ（１）は、モータ２０の回転速度がＮｍ（１）よりも小さいＮｍ（２）である場合の拡散幅Ａ（２）よりも大きい。

　さらに、拡散幅決定部１５２は、少なくともＮｍ（１）とＮｍ（２）との間において、モータ２０の回転速度に対して比例して変化するように拡散幅を決定する。好ましくは、モータ２０の駆動が開始してから予め定められた回転速度になるまで、モータ２０の回転側に対して比例して変化するように拡散幅を決定することが望ましい。これは、複数の側帯波成分の重複が予め定められた回転速度以下の低回転領域で生じるからである。

　再び図６に戻って、キャリア周波数決定部１５４は、拡散幅決定部１５２によって決定された拡散幅内でキャリア周波数をランダムに変化させて最終的なキャリア周波数を決定する。

　キャリア周波数決定部１５４は、決定された拡散幅に基づいてランダムに変化させるキャリア周波数の範囲の上限値と下限値とを算出する。本実施の形態においては、キャリア周波数決定部１５４は、基準周波数ｆ（０）を中心として対称となるようにランダムに変化させるキャリア周波数の上限値と下限値とを算出する。

　具体的には、キャリア周波数決定部１５４は、基準周波数ｆ（０）に決定された拡散幅の半分の値を加算した値を上限値として算出し、基準周波数ｆ（０）から決定された拡散幅の半分の値を減算した値を下限値として算出する。

　なお、基準周波数ｆ（０）は、予め定められた周波数であってもよいし、車両の状態に応じて決定される周波数であってもよい。

　キャリア周波数決定部１５４は、算出された上限値と下限値との範囲内でキャリア周波数をランダムに変化させて最終的なキャリア周波数を決定する。なお、ランダムにキャリア周波数を変化させる方法としては、たとえば、ランダム関数を用いて算出された値をフィルタ等を用いて上限値と下限値との間の値を出力するようにしてもよいし、上限値と下限値とを指定することによって、上限値と下限値との間でランダムに値を出力する関数を用いてもよいし、その他の周知の方法を用いてランダムにキャリア周波数を変化させるようにしてもよい。

　ＰＷＭキャリア発生部１５６は、キャリア周波数決定部１５４によって決定された最終的なキャリア周波数に基づいてキャリア信号を発生させる。ＰＷＭキャリア発生部１５６は、発生させたキャリア信号をパルス幅変調部１５８に送信する。

　パルス幅変調部１５８は、各相の交流電圧指令とＰＷＭキャリア発生部１５６から受信したキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、モータ２０を駆動させるための各相についてのパルス信号を生成する。パルス幅変調部１５８は、生成したパルス信号をスイッチング回路３２に送信する。

　スイッチング回路３２は、受信したパルス信号に従って、インバータ３０の各相上下アームのスイッチング素子をオンまたはオフするためのスイッチング制御信号ＳＧ１－ＳＧ２を生成して、インバータ３０に送信する。これによって、モータ２０の各相に対してパルス幅変調電圧に相当する疑似正弦波電圧が印加される。

　本実施の形態において、拡散幅決定部１５２と、キャリア周波数決定部１５４と、ＰＷＭキャリア発生部１５６と、パルス幅変調部１５８とは、いずれもＥＣＵ１００のＣＰＵがメモリ１０４に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。

　図８を参照して、本実施の形態に係る回転電機の制御装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

　ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ１００は、モータ２０の回転速度を検出する。Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、検出されたモータ２０の回転速度と、図７に示すマップとから拡散幅を決定する。

　Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１００は、基準周波数ｆ（０）と決定された拡散幅とに基づいて最終的なキャリア周波数を決定する。キャリア周波数の決定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰返さない。

　Ｓ１０６にて、ＥＣＵ１００は、決定された最終的なキャリア周波数に基づいてキャリア信号を発生させる。Ｓ１０８にて、ＥＣＵ１００は、各相交流電圧指令とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、パルス信号を生成して、スイッチング回路３２に生成したパルス信号を送信する。

　以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る回転電機の制御装置であるＥＣＵ１００の動作について説明する。

　モータ２０の駆動制御時において、ＥＣＵ１００は、検出されたモータ２０の回転速度に応じて拡散幅を決定する（Ｓ１００，Ｓ１０２）。ＥＣＵ１００は、モータ２０の回転速度の上昇に比例して拡散幅が大きくなるように変化させて、拡散幅を決定する。

　ＥＣＵ１００は、決定された拡散幅の範囲内でランダムに変化させた最終的なキャリア周波数を決定する（Ｓ１０４）。ＥＣＵ１００は、決定された最終的なキャリア周波数に基づいてキャリア信号を発生させる（Ｓ１０６）。ＥＣＵ１００は、各相の交流電圧指令とキャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、パルス信号を発生させる（Ｓ１０６）。

　図９に、モータ２０の回転速度に基づいてキャリア周波数の拡散幅を決定した場合のモータ２０の回転速度に対する所定レベル以上の側帯波成分の周波数帯の変化を示す。図９の縦軸は、モータ２０の回転速度を示し、図９の横軸は、周波数を示す。

　図７に示すマップに従って、モータ２０の回転速度が低いほど拡散幅は小さい値に決定され、モータ２０の回転速度が高いほど拡散幅は大きい値に決定される。そのため、図９の破線に示される、キャリア周波数の所定レベル以上の第１側帯波成分の周波数帯は、モータ２０の回転速度が低いほど狭くなり、モータ２０の回転速度が高くなるにしたがって広がるように変化する。

　同様に、図９の一点鎖線に示される、キャリア周波数の所定レベル以上の第２側帯波成分の周波数帯も、モータ２０の回転速度が低いほど狭くなり、モータ２０の回転速度が高くなるにしたがって広がるように変化する。

　そのため、第１側帯波成分と第２側帯波成分とは、モータ２０の低回転領域での重複が抑制されるため、不快なビート音の発生が抑制される。

　図１０に、モータ２０の回転速度がＮｂである場合の第１側帯波成分および第２側帯波成分の周波数分布を示す。図１０の縦軸は、ノイズのレベルを示し、図１０の横軸は、周波数を示す。図１０に示すように、回転速度に基づいて決定された拡散幅の範囲内でキャリア周波数をランダムに変化させた場合には、図１０の破線に示される第１側帯波成分と、図１０の一点鎖線に示される第２側帯波成分の山の幅は、図５に示した第１側帯波成分および第２側帯波成分とそれぞれ比較して狭くなる。そのため、所定レベル以上の第１側帯波成分および第２側帯波成分同士の重複が回避されるため、ビート音の発生が抑制される。

　以上のようにして、本実施の形態に係る回転電機の制御装置によると、モータの回転速度に比例して拡散幅を決定することによって、キャリア周波数をランダムに変化させた場合に、キャリア周波数の側帯波成分の重複を回避することができる。そのため、側帯波成分の重複に起因したビート音の発生を抑制することができる。したがって、回転電機のＰＷＭ制御時にキャリア周波数の側帯波成分の重複を回避してノイズの発生を抑制する回転電機の制御装置および回転電機の制御方法を提供することができる。

　また、キャリア周波数の拡散幅をモータ２０の回転速度が高い場合よりも制限することによってモータ２０の回転速度が低い場合に生じる傾向にある第１側帯波成分と第２側帯波成分との重複を回避することができる。

　さらに、決定された拡散幅の範囲内でランダムにキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させることによって、高調波ノイズの広周波数帯への均一化が図れる。

　なお、本実施の形態においては、キャリア周波数の拡散幅は、モータの回転速度に比例して決定されるものとして説明したが、所定レベル以上の第１側帯波成分と第２側帯波成分との重複が回避できれば、特に比例に限定するものではない。たとえば、キャリア周波数の拡散幅は、図１１に示すように、モータ２０の回転速度に対してステップ的に変化するようにしてもよいし、図１２に示すように、モータ２０の回転速度が予め定められた回転速度以下である場合に、モータの回転速度に比例して拡散幅を決定し、予め定められた回転速度よりも大きい場合に、拡散幅を一定の値とするようにしてもよいし、あるいは、モータの回転速度に対して予め定められた非線形の関数に従って変化するようにしてもよい。

　さらに、本実施の形態においては、決定された拡散幅の範囲内でキャリア周波数をランダムに変化させてキャリア信号を発生させるものとして説明したが、キャリア周波数を拡散幅の範囲内で拡散できれば、特にランダムに変化させることに限定されるものではない。

　たとえば、決定された拡散幅の範囲内で正弦波に沿ってキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるようにしてもよいし、決定された拡散幅の範囲内でステップ的にキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるようにしてもよい。

　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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

　１　車両、５　負極母線、７　正極母線、１０　駆動輪、１５　Ｕ相上下アーム、１６　Ｖ相上下アーム、１７　Ｗ相上下アーム、２０　モータ、３０　インバータ、３２　スイッチング回路、４０　昇圧コンバータ、５０　蓄電装置、１０２　回転速度検出センサ、１５２　拡散幅決定部、１５４　キャリア周波数決定部、１５６　ＰＷＭキャリア発生部、１５８　パルス幅変調部。

Claims

　３相コイルを有する回転電機（２０）の制御装置であって、
　前記回転電機（２０）の回転速度を検出するための検出部（１０２）と、
　前記検出部（１０２）によって検出された前記回転電機（２０）の回転速度に基づいて、前記回転電機（２０）の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分が重複しないようにキャリア周波数の拡散幅を決定するための決定部（１５２）と、
　前記決定部（１５２）によって決定された前記拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるためのキャリア発生部（１５６）と、
　指令電圧と前記キャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、前記回転電機（２０）を駆動させるためのパルス信号を発生させるためのパルス幅変調部（１５８）とを含む、回転電機の制御装置。
　前記決定部（１５２）は、前記回転電機（２０）の回転速度が第１回転速度である場合の前記拡散幅が前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度である場合の前記拡散幅よりも大きくなるように前記拡散幅を決定する、請求の範囲第１項に記載の回転電機の制御装置。
　前記決定部（１５２）は、前記第１回転速度と前記第２回転速度との間において、前記拡散幅が前記回転電機の回転速度に対して比例して変化するように前記拡散幅を決定する、請求の範囲第２項に記載の回転電機の制御装置。
　前記決定部（１５２）は、前記第１回転速度と前記第２回転速度との間において、前記拡散幅が前記回転電機（２０）の回転速度に対してステップ的に変化するように前記拡散幅を決定する、請求の範囲第２項に記載の回転電機の制御装置。
　前記キャリア発生部（１５６）は、前記決定部（１５２）によって決定された前記拡散幅の範囲内でランダムにキャリア周波数を変化させて前記キャリア信号を発生させる、請求の範囲第１項に記載の回転電機の制御装置。
　前記キャリア発生部（１５６）は、前記決定部（１５２）によって決定された前記拡散幅の範囲内で正弦波に沿ってキャリア周波数を変化させて前記キャリア信号を発生させる、請求の範囲第１項に記載の回転電機の制御装置。
　前記キャリア発生部（１５６）は、前記決定部（１５２）によって決定された前記拡散幅の範囲内でステップ的に変化するようにキャリア周波数を変化させて前記キャリア信号を発生させる、請求の範囲第１項に記載の回転電機の制御装置。
　３相コイルを有する回転電機（２０）の制御方法であって、
　前記回転電機（２０）の回転速度を検出するステップと、
　前記回転電機（２０）の回転速度に基づいて、前記回転電機（２０）の駆動時にキャリア周波数を中心として発生する複数の側帯波成分が重複しないようにキャリア周波数の拡散幅を決定するステップと、
　前記拡散幅の範囲内でキャリア周波数を変化させてキャリア信号を発生させるステップと、
　指令電圧と前記キャリア信号とに基づいてパルス幅変調を実行して、前記回転電機（２０）を駆動させるためのパルス信号を発生させるステップとを含む、回転電機の制御方法。