WO2011135687A1 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

　第１インバータおよび第２インバータの各々は、キャリア信号を用いたパルス幅変調により制御される。第１インバータおよび第２インバータによる騒音を低下するために、第１インバータのキャリア信号の周波数(ｆ１)および第２インバータのキャリア信号の周波数(ｆ２)が制御される。第１インバータのキャリア信号の周波数(ｆ１)は、予め設定された第１周波数範囲(４２０)内で、時間経過に応じて周期的あるいはランダムに変更される。第２インバータのキャリア信号の周波数(ｆ２)は、第１周波数範囲(４２０)とは重ならないように予め設定された第２周波数範囲(４３０)内で、時間経過に応じて周期的あるいはランダムに変更される。

Description

電動機の制御装置

　この発明は、電動機の制御装置に関し、より特定的には、複数の電動機の並列制御に関する。

　従来より、交流電動機を駆動制御する電力変換器（インバータ）に、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を適用することが行なわれている。たとえば、特開２００７－２０３２０号公報（特許文献１）には、損失を増加させることなく聴感上の騒音を低減するＰＷＭインバータ装置が記載されている。具体的には、ＰＷＭパルスの周波数を決めるキャリア周波数を、任意のキャリア周波数を中心として所定周波数範囲だけ周期的もしくはランダムに変動させることが記載されている。さらに、特許文献１では、このキャリア周波数の変動幅を、電動機電流値もしくは周波数指令値により変更することが記載されている。

　同様に、ＰＷＭ制御における騒音を低減するための技術として、特開２００４－３１２９２２号公報（特許文献２）、特開２００８－９９４７５号公報（特許文献３）が存在する。特許文献２には、複数の電力変換器をＰＷＭ制御する制御装置において、電力変換器毎にキャリア信号周波数を時間変化させることによって、スイッチング素子のオンオフタイミングを複数のインバータ間でずらすことが記載されている。

　特許文献３には、電力変換装置の制御において、所望の周波数帯におけるノイズスペクトルを平坦化するために、キャリア周波数を離散的かつ周期的に時間変化させることが記載されている。そして、変化させるキャリア周波数の値について、高調波周波数同士が重畳しないように決定することが記載されている。

　特開２００８－５６２５号公報（特許文献４）には、並列接続された２つのコンバータからの電流リップルを低減するために、当該コンバータ間でＰＷＭ制御のキャリア信号の位相を非同期とすることが記載されている。

特開２００７－２０３２０号公報 特開２００４－３１２９２２号公報 特開２００８－９９４７５号公報 特開２００８－５６２５号公報

　特許文献１によれば、ＰＷＭインバータ装置のキャリア周波数を変動させることによって、キャリア周波数に起因する特定の周波数成分を分散化することで騒音を低減することができる。

　しかしながら、特許文献２でも指摘されるように、複数のインバータ（電力変換器）が並列に動作する構成では、複数のインバータ間でキャリア周波数が重なってしまうことにより、全体での騒音レベルが大きくなる虞がある。

　この点について、特許文献３には、複数のインバータを並列動作させるときの問題については何ら言及していない。また、特許文献４は、騒音の問題については何ら考慮していない。

　一方、特許文献２では、各インバータのスイッチング周波を周期的に変化させるとともに、インバータ間で変化の位相をずらすことによって、各タイミングにおける複数のインバータのスイッチング周波数が異なるように制御している（特許文献の図２参照）。しかしながら、特許文献２では、スイッチング周波数が変化する周波数範囲は各インバータで共通である。このため、人間の聴感を考慮すれば、瞬間的にはインバータ間でキャリア周波数が異なっていても、上記周波数範囲で感知される騒音レベルはインバータの数に応じて増大する虞がある。

　この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、複数の電動機を駆動する複数の電力変換器を同時に動作させる際において、電力変換器のスイッチングによって生じる騒音を抑制することである。

　この発明のある局面では、電動機の制御装置は、複数の電動機にそれぞれ対応して設けられた、複数の電力変換器、複数のモータ指令演算部、複数のキャリア発生部、および、複数のパルス幅変調部を備える。複数の電力変換器の各々は、少なくとも１つのスイッチング素子を含むように構成される。複数のモータ指令演算部の各々は、対応の電動機に供給される電圧または電流の制御指令を発生するように構成される。複数のキャリア発生部は、複数のキャリア信号をそれぞれ発生し、キャリア周波数制御部は、複数のキャリア信号の周波数を制御する。複数のパルス幅変調部の各々は、対応するモータ指令演算部からの制御指令と、対応するキャリア発生部からのキャリア信号との比較に基づいて、対応する電力変換器のスイッチング素子のオンオフを制御するように構成される。キャリア周波数制御部は、複数のキャリア信号の周波数を、複数のキャリア信号にそれぞれ対応した複数の所定周波数範囲内で変動させるように制御する。そして、複数の所定周波数範囲は、それぞれの周波数範囲が互いに重ならないように予め設定される。

　この発明の他の局面では、電動機の制御方法は、複数の電動機にそれぞれ対応して設けられた、少なくとも１つのスイッチング素子を含む複数の電力変換器の制御にそれぞれ用いられる複数のキャリア信号の周波数を制御するステップと、制御するステップにより決められた複数のキャリア周波数にそれぞれ従って、複数のキャリア信号を発生するステップと、複数の電動機にそれぞれ供給される電圧または電流の制御指令を発生するためのステップと、複数の電動機の各々について、制御指令と、対応するキャリア信号との比較に基づいてスイッチング素子のオンオフ制御信号を発生するステップとを備える。そして、制御するステップは、複数のキャリア周波数を、複数のキャリア信号にそれぞれ対応した複数の所定周波数範囲内で変動させるように制御する。複数の所定周波数範囲は、それぞれの周波数範囲が互いに重ならないように予め設定される。

　好ましくは、複数の所定周波数範囲は、複数の所定周波数範囲をそれぞれ整数倍した周波数範囲と、複数の所定周波数範囲との全てが互いに重ならないように設定される。

　また好ましくは、複数の電動機は、電動車両に搭載される。複数の電力変換器の各々は、インバータである。そして、制御指令は、インバータから各電動機の各相に印加される交流電圧を示す。

　この発明によれば、複数の電動機を駆動する複数の電力変換器を同時に動作させる際において、電力変換器のスイッチングによって生じる騒音を抑制することができる。

本発明の実施の形態による電動機の制御装置が適用される電動車両の一例であるハイブリッド車の全体構成を説明する概略ブロック図である。 図１のハイブリッド車におけるエンジンおよびモータジェネレータ間の回転速度の関係を示す共線図である。 図１に示したモータジェネレータを駆動するための電気システムの構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態による電動機の制御装置の機能ブロック図である。 図４に示したパルス幅変調部によるＰＷＭ制御を説明する波形図である。 各インバータでのキャリア周波数の制御を説明する概念図である。 図６に示したキャリア周波数制御における騒音の音圧レベル分布を示す概念図である。 本発明の実施の形態による電動機の制御装置による第１インバータおよび第２インバータのキャリア周波数を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による電動機の制御装置によるキャリア周波数制御における騒音の音圧レベル分布を示す概念図である。 本発明の実施の形態による電動機の制御装置によるキャリア周波数制御での周波数変化範囲の好ましい例を示す概念図である。 本発明の実施の形態による電動機の制御装置によるキャリア周波数制御の処理手順を説明するフローチャートである。

　以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

　以下本発明の実施の形態では、本発明による電動機の制御装置が適用される代表例として複数の電動機を搭載した電動車両を説明する。ただし以下の説明で明らかになるように、本発明は、電動車両への適用に限定されるものではなく、複数の電動機を同時に運転することが可能なシステムを採用していれば、如何なる負荷および機器に対しても適用可能である。

　図１は、本発明の実施の形態による電動機の制御装置が適用される電動車両の一例であるハイブリッド車の全体構成を説明する概略ブロック図である。なお、電動車両は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等の、電気エネルギによる車両駆動力発生源（代表的にはモータ）を備えた車両を総称するものとする。

　図１を参照して、ハイブリッド車は、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０（以下、単に「ＭＧ１」とも称する）と、第２モータジェネレータ１２０（以下、単に「ＭＧ２」とも称する）と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とを備える。

　図１に示すハイブリッド車は、エンジン１００およびＭＧ２のうちの少なくとも一方からの駆動力により走行する。エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１９０を駆動する経路である。もう一方は、ＭＧ１を駆動させて発電する経路である。

　ＭＧ１およびＭＧ２の各々は、代表的には三相の交流回転電機である。ＭＧ１は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。ＭＧ１により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State　Of　Charge）に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、ＭＧ１により発電された電力はそのままＭＧ２を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、ＭＧ１により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

　ＭＧ１が発電機として作用している場合、ＭＧ１は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。ＭＧ１が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、ＭＧ１は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、ＭＧ２についても同様である。

　ＭＧ２は、代表的には三相交流回転電機である。ＭＧ２は、バッテリ１５０に蓄えられた電力およびＭＧ１により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。

　ＭＧ２の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１９０に伝えられる。これにより、ＭＧ２はエンジン１００をアシストしたり、ＭＧ２からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１９０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

　ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１９０によりＭＧ２が駆動され、ＭＧ２が発電機として作動する。これによりＭＧ２は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。ＭＧ２により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

　動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤはＭＧ１の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤはＭＧ２の回転軸および減速機１４０に連結される。

　エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２の回転速度は、図２に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

　図１に戻って、バッテリ１５０は、複数の二次電池セルにより構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、ＭＧ１およびＭＧ２が発電した電力の他、車両の外部電源から供給される電力によって充電されてもよい。

　エンジン１００、ＭＧ１およびＭＧ２は、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

　ＥＣＵ１７０は、図示しないＣＰＵ（Central　Processing　Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該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、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。

　図３には、図１に示したＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための電気システムの構成が示される。

　図３を参照して、ハイブリッド車には、コンバータ２００と、ＭＧ１に対応する第１インバータ２１０と、ＭＧ２に対応する第２インバータ２２０と、ＳＭＲ（System　Main　Relay）２５０とが設けられる。

　コンバータ２００は、リアクトルと、直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）と、各スイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードと、リアクトルとを含む。電力用半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal　Oxide　Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのスイッチング素子の接続点に他端が接続される。各スイッチング素子のオンオフは、ＥＣＵ１７０により制御される。

　バッテリ１５０から放電された電力をＭＧ１もしくはＭＧ２に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、ＭＧ１もしくはＭＧ２により発電された電力をバッテリ１５０を充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

　コンバータ２００と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０との間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

　第１インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、並列接続されたＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、各々、直列に接続された２個のスイッチング素子（上アーム素子および下アーム素子）を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

　ＭＧ１は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１１２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第１インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

　第１インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従ってＭＧ１が動作するように、ＭＧ１の各相コイルの電流または電圧を制御する。第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換してＭＧ１に供給する電力変換動作と、ＭＧ１により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

　第２インバータ２２０は、第１インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。ＭＧ２は、ＭＧ１と同様に、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１２２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第２インバータ２２０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

　第２インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従ってＭＧ２が動作するように、ＭＧ２の各相コイルの電流または電圧を制御する。第２インバータ２２０についても、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換してＭＧ２に供給する電力変換動作と、ＭＧ２により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

　ＳＭＲ２５０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。ＳＭＲ２５０が開放されると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。一方、ＳＭＲ２５０が閉成されると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。ＳＭＲ２５０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ハイブリッド車のシステム起動を指示するパワーオンスイッチ（図示せず）のオン操作に応答して、ＳＭＲ２５０が閉成される一方で、パワーオンスイッチのオフ操作に応答して、ＳＭＲ２５０は開放される。

　このように、ハイブリッド車では、「複数の電動機」に対応するＭＧ１およびＭＧ２が同時に駆動される。したがって、ＭＧ１およびＭＧ２にそれぞれ対応して設けられた第１インバータ２１０および第２インバータ２２０による、スイッチング素子のオンオフ動作（ＰＷＭ動作）についても同時に実行される。

　図４は、本発明の実施の形態による電動機の制御装置の機能ブロック図である。図４に示した各機能ブロックについては、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）をＥＣＵ１７０に構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵ１７０がソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。

　図４を参照して、ＥＣＵ１７０は、モータ指令演算部３００，３０５と、パルス幅変調部３１０，３１５と、キャリア周波数制御部３５０と、キャリア発生部３６０，３６５とを含む。

　モータ指令演算部３００は、ＭＧ１のフィードバック制御により、第１インバータ２１０の制御指令を演算する。ここで、制御指令は、各インバータ２１０，２２０によって制御される、ＭＧ１，ＭＧ２へ供給される電圧または電流の指令値である。以下では、制御指令として、ＭＧ１，ＭＧ２の各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを例示する。たとえば、モータ指令演算部３００は、ＭＧ１の各相の電流Ｉｍｔ（１）のフィードバックにより、ＭＧ１の出力トルクを制御する。具体的には、モータ指令演算部３００は、ＭＧ１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（１）に対応した電流指令値を設定するとともに、当該電流指令値とモータ電流Ｉｍｔ（１）との偏差に応じて電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生する。この際に、ＭＧ１の回転角θ（１）を用いた座標変換（代表的には、ｄｑ軸変換）を伴う制御演算を用いることが一般的である。

　モータ指令演算部３０５は、モータ指令演算部３００と同様に、ＭＧ２のフィードバック制御によって、第２インバータ２２０の制御指令、具体的には、ＭＧ２の各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを発生する。すなわち、ＭＧ２のモータ電流Ｉｍｔ（２）、回転角θ（２）およびトルク指令値Ｔｑｃｏｍ（２）に基づいて、電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが生成される。

　パルス幅変調部３１０は、キャリア発生部３６０からのキャリア信号１６０（１）と、モータ指令演算部３００からの電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとに基づいて、第１インバータ２１０のスイッチング素子の制御信号Ｓ１１～Ｓ１６を発生する。制御信号Ｓ１１～Ｓ１６により、第１インバータ２１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上下アームを構成する６個のスイッチング素子のオンオフが制御される。

　同様に、パルス幅変調部３１５は、キャリア発生部３６５からのキャリア信号１６０（２）と、モータ指令演算部３０５からの電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとに基づいて、第２インバータ２２０のスイッチング素子の制御信号Ｓ２１～Ｓ２６を発生する。制御信号Ｓ２１～Ｓ２６により、第２インバータ２２０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上下アームを構成する６個のスイッチング素子のオンオフが制御される。

　パルス幅変調部３１０，３１５では、キャリア信号１６０（１６０（１）および１６０（２）を総称するもの）と、電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとを比較するＰＷＭ制御が実行される。

　図５は、パルス幅変調部３１０，３１５によるＰＷＭ制御を説明する波形図である。
　図５を参照して、ＰＷＭ制御では、キャリア信号１６０と、電圧指令２７０（電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを総称するもの）との電圧比較に基づき、インバータの各相のスイチング素子のオンオフが制御される。この結果、ＭＧ１，ＭＧ２の各相コイル巻線には、各相に疑似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧２８０が印加される。キャリア信号１６０は、周期的な三角波やのこぎり波によって構成することができる。

　再び図４を参照して、キャリア周波数制御部３５０は、第１インバータ２１０でのＰＷＭ制御に用いられるキャリア周波数ｆ１と、第２インバータ２２０のＰＷＭ制御に用いられるキャリア周波数ｆ２とを制御する。

　キャリア発生部３６０は、キャリア周波数制御部３５０によって設定されたキャリア周波数ｆ１に従ってキャリア信号１６０（１）を発生する。キャリア発生部３６０は、キャリア周波数制御部３５０によって設定されたキャリア周波数ｆ２に従ってキャリア信号１６０（２）を発生する。

　すなわち、キャリア信号１６０（１）および１６０（２）の周波数は、キャリア周波数制御部３５０によって設定されたキャリア周波数ｆ１およびｆ２に従って変化する。この結果、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０での、ＰＷＭ制御によるスイッチング周波数が、キャリア周波数制御部３５０によって制御される。

　図６には、各インバータ２１０，２２０でのキャリア周波数制御が示される。図６には、インバータ２１０のキャリア周波数ｆ１の制御が例示される。

　図６を参照して、キャリア周波数制御部３５０は、キャリア周波数ｆ１を、所定の周波数範囲４２０内で予め定められたパターンに従って、時間経過に応じて周期的あるいはランダムに変化させる。周波数範囲４２０の中心値はｆａであり、上限値（ｆ１ｍａｘ）はｆａ＋Δｆａであり、下限値（ｆ１ｍｉｎ）はｆａ－Δｆａである。

　図７を参照して、符号４００は、キャリア周波数ｆ１＝ｆａに固定した場合の音圧レベルの周波数分布が示される。この場合には、中心周波数ｆａに対応した固定周波数の音圧レベルが高くなるため、当該周波数の騒音がユーザに感知されやすくなる。

　一方で、符号４１０は、図６に示したようにキャリア周波数ｆ１を下限値ｆ１ｍｉｎから上限値ｆ１ｍａｘの周波数範囲で変動させた場合の音圧レベルの周波数分布である。キャリア周波数を変更する周期を短くすることにより（たとえば、２～１０［ｍｓ］程度）、人間の聴覚には、当該周波数範囲で一様な強度の音として認識される。この結果、符号４１０に示すように、当該周波数領域内で音圧レベルを分散することができるため、騒音の音圧レベルを低減することが可能となる。

　キャリア周波数制御部３５０は、第２インバータ２２０のキャリア周波数ｆ２についても、キャリア周波数ｆ１と同様に、予め定められたパターンに従って、時間経過に応じて周期的あるいはランダムに変化させる。

　しかしながら、複数のインバータが同時に動作している場合には、図６に示したキャリア周波数制御を、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の各々で同一の周波数範囲で実行すると、音圧レベルの分布は、図７の符号４１０の２倍となってしまう。このため、複数のインバータ全体による騒音がユーザに感知され易くなる虞がある。

　したがって、本発明の実施の形態による電動機の制御装置では、複数のインバータ２１０，２２０におけるキャリア周波数制御を図８に示すように実行する。

　図８を参照して、キャリア周波数制御部３５０（図５）は、キャリア周波数ｆ１を、所定の周波数範囲４３０内で変動させる。周波数範囲４３０の中心値はｆｂであり、上限値（ｆ２ｍａｘ）はｆｂ＋Δｆｂであり、下限値（ｆ２ｍｉｎ）はｆｂ－Δｆｂである。

　そして、キャリア周波数ｆ１の周波数範囲４２０およびキャリア周波数ｆ２の周波数範囲４３０は、互いに重ならないように予め設定される。すなわち、図８の例のように、ｆａ＞ｆｂであるときには、ｆａ－Δｆａ＞ｆｂ＋Δｆｂとなるように、ｆａ，ｆｂ，Δｆａ，Δｆｂが決定される。あるいは、ｆｂ＞ｆａであるときには、ｆｂ－Δｆｂ＞ｆａ＋Δｆａとなるように、ｆａ，ｆｂ，Δｆａ，Δｆｂが決定される。

　図９を参照して、図８のようなキャリア周波数制御により、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０から発生される騒音の音圧レベルは、周波数範囲４２０（ｆ１ｍｉｎ～ｆ１ｍａｘ）内および周波数範囲４３０（ｆ２ｍｉｎ～ｆ２ｍａｘ）内でそれぞれ平均化されて低減されている。そして、これらの周波数範囲が重ならないため、複数のインバータ全体による騒音の音圧レベルは、周波数領域４２０，４３０の各々において、図７の符号４１０と同様のレベルに低減される。

　この結果、複数の電動機を同時に運転するために複数のインバータ（電流変換器）を同時に動作させても、スイッチングに起因した騒音をユーザに検知される可能性が低くなる。

　図１０には、本実施の形態によるキャリア周波数制御でのさらに好ましい周波数範囲の設定例が示される。

　図１０を参照して、キャリア周波数ｆ１が変化する周波数範囲４２０と、キャリア周波数ｆ２が変化する周波数範囲４３０とは、図８に示したように、互いに重ならないように設定される。さらに、周波数範囲４２０を整数倍した周波数範囲４２０♯、周波数範囲４３０を整数倍した周波数範囲４３０♯、ならびに、周波数範囲４２０，４３０の全てが互いに重ならないように、周波数範囲４２０，４３０を決定することが好ましい。なお、周波数範囲４２０♯は、ｆ１ｍｉｎ×ｎ～ｆ１ｍａｘ×ｎ（ｎ：２以上の所定の整数）で示される。同様に、周波数範囲４３０♯は、ｆ２ｍｉｎ×ｍ～ｆ２ｍａｘ×ｍ（ｍ：２以上の所定の整数）で示される。

　このようにすると、高調波成分についても周波数範囲が重なることによって音圧レベルが大きくなるのを防止できるため、同時運転される複数のインバータ（電流変換器）から発生される騒音をさらに抑制できる。

　図１１は、本発明の実施の形態による電動機の制御装置によるキャリア周波数制御の処理手順を説明するフローチャートである。図１１に示すフローチャートに従う処理を実行するためのプログラムがＥＣＵ１７０に予め格納される。ＥＣＵ１７０は、ＭＧ１，ＭＧ２の運転時には、このプログラムを所定周期で実行する。

　図１１を参照して、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１０により、第１インバータ２１０のキャリア周波数ｆ１を決定する。さらに、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１１０により、第２インバータ２２０のキャリア周波数ｆ２決定する。キャリア周波数ｆ１，ｆ２は、図８または図１０に示したように設定される。すなわち、キャリア周波数ｆ１，ｆ２は、時間経過に応じて、周期的にまたはランダムにそれぞれ変更される。ステップＳ１００およびＳ１１０による処理は、図５のキャリア周波数制御部３５０の機能に対応する。

　ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１２０では、ステップＳ１００，Ｓ１１０で決定されたキャリア周波数ｆ１，ｆ２に従って、キャリア信号１６０（１），１６０（２）を発生する。すなわち、Ｓ１２０による処理は、図５のキャリア発生部３６０，３６５の機能に対応する。

　ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１３０では、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の制御指令を演算する。代表的には、制御指令として、インバータ各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが演算される。すなわち、ステップＳ１３０による演算は、図５のモータ指令演算部３００，３０５と同様に実行できる。

　ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１４０では、第１インバータ２１０の制御指令とキャリア信号１６０（１）とを比較するＰＷＭ制御によって、第１インバータ２１０のスイッチング素子のオンオフ制御信号を発生する。ステップＳ１４０では、さらに、第２インバータ２２０の制御指令とキャリア信号１６０（２）とを比較するＰＷＭ制御によって、第２インバータ２２０のスイッチング素子のオンオフ制御信号が発生される。

　ステップＳ１００～Ｓ１４０の処理を所定周期で繰返すことによって、図８，図１０のキャリア周波数制御に従ったキャリア信号を用いて、同時に運転されるＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ制御する第１インバータ２１０および第２インバータ２２０でのＰＷＭ制御を実行できる。

　これにより、同時に動作する複数のインバータ全体で発生される騒音を抑制することができるので、ユーザに騒音を感知され難くすることができる。

　エンジンを必要とせずに走行できる電動車両では、走行音が小さいため電動機を運転する際の騒音が感知され易くなる。図１のハイブリッド車のように複数の電動機（ＭＧ１，ＭＧ２）と搭載した電動車両においても、本実施の形態によるキャリア周波数制御の適用により、複数の電動機を同時に運転しても騒音をユーザに感知され難くすることができる。

　なお、本実施の形態では、ＰＷＭ制御される電力変換器としてインバータを例示したが、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、コンバータ等のインバータ以外の電力変換器をＰＷＭ制御する構成にも、本実施の形態によるスイッチング周波数制御を同様に適用することができる。

　また、制御対象となる「複数の電動機」についても、本実施の形態で例示した三相のモータジェネレータに限定されるものではなく、各種の直流モータおよび交流モータあるいはモータジェネレータを適用することができる。さらに、３個以上の電動機および電力変換器が同時に運転されるシステムに対しても、本実施の形態によるスイッチング周波数制御を適用することを確認的に記載する。

　また、本実施の形態によるスイッチング周波数制御が適用される電動車両は、同時運転される複数の電動機（モータジェネレータを含む）を搭載する限り、図１とは異なる動力伝達構成のハイブリッド車、エンジンを搭載しない電気自動車や燃料電池自動車等であってもよい。さらには、複数の電動機およびこれらの電動機を制御する複数の電力変換器が同時に動作し得るシステムであれば、電動車両への搭載に限らず、共通に本発明を適用することが可能である。

　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。

　この発明は、複数の電動機を複数の電力変換器のそれぞれによるＰＷＭ制御によって同時に運転するシステムに適用することができる。

　１００　エンジン、１１０　第１モータジェネレータ（ＭＧ１）、１１２，１２２　中性点、１２０　第２モータジェネレータ’ＭＧ２）、１３０　動力分割機構、１４０　減速機、１５０　バッテリ、１６０（１），１６０（２）　キャリア信号、１８０　電圧センサ、１９０　前輪、２００　コンバータ、２１０　第１インバータ（ＭＧ１）、２２０　第２インバータ（ＭＧ２）、２７０　電圧指令、２８０　パルス幅変調電圧、３００，３０５　モータ指令演算部、３１０，３１５　パルス幅変調部、３５０　キャリア周波数制御部、３６０，３６０　キャリア発生部、４００，４１０　音圧分布、４２０，４３０　周波数範囲、Ｉｍｔ（１），Ｉｍｔ（２）　モータ電流、Ｓ１１～Ｓ１６，Ｓ２１～Ｓ２６　制御信号（インバータ）、Ｔｑｃｏｍ　トルク指令値、ＶＨ　システム電圧、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ　電圧指令、ｆ１ｍｉｎ，ｆ２ｍｉｎ　下限値、ｆ１，ｆ２　キャリア周波数、ｆ１ｍａｘ，ｆ２ｍａｘ　上限値、ｆａ，ｆｂ　中心周波数。

Claims (6)

1. 　複数の電動機（ＭＧ１，ＭＧ２）にそれぞれ対応して設けられ、各々が少なくとも１つのスイッチング素子を含むように構成された複数の電力変換器（２１０，２２０）と、
   　前記複数の電動機にそれぞれ対応して設けられ、各々が対応の前記電動機に供給される電圧または電流の制御指令（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を発生するための複数のモータ指令演算部（３００，３０５）と、
   　前記複数の電動機にそれぞれ対応して設けられた複数のキャリア発生部（３６０，３６５）と、
   　前記複数のキャリア発生部のそれぞれが発生する複数のキャリア信号（１６０（１），１６０（２））の周波数を制御するキャリア周波数制御部（３５０）と、
   　前記複数の電動機にそれぞれ対応して設けられた複数のパルス幅変調部（３１０，３１５）とを備え、
   　前記複数のパルス幅変調部の各々は、対応する前記モータ指令演算部からの制御指令と、対応する前記キャリア発生部からのキャリア信号との比較に基づいて、対応する前記電力変換器の前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
   　前記キャリア周波数制御部は、前記複数のキャリア信号の周波数を、前記複数のキャリア信号にそれぞれ対応した複数の所定周波数範囲（４２０，４３０）内で変動させるように制御し、
   　前記複数の所定周波数範囲は、それぞれの周波数範囲が互いに重ならないように予め設定される、電動機の制御装置。
2. 　前記複数の所定周波数範囲（４２０，４３０）は、前記複数の所定周波数範囲をそれぞれ整数倍した周波数範囲（４２０♯，４３０♯）と、前記複数の所定周波数範囲との全てが互いに重ならないように設定される、請求の範囲第１項に記載の電動機の制御装置。
3. 　前記複数の電動機は、電動車両に搭載され、
   　前記複数の電力変換器の各々は、インバータ（２１０，２２０）であり、
   　前記制御指令は、前記インバータから各前記電動機の各相に印加される交流電圧を示す、請求の範囲第１項または第２項に記載の電動機の制御装置。
4. 　複数の電動機（ＭＧ１，ＭＧ２）にそれぞれ対応して設けられた、少なくとも１つのスイッチング素子を含む複数の電力変換器（２１０，２２０）の制御にそれぞれ用いられる複数のキャリア信号（１６０（１）、１６０（２））の周波数を制御するステップ（Ｓ１００，Ｓ１１０）と、
   　前記制御するステップにより決められた複数のキャリア周波数にそれぞれ従って、前記複数のキャリア信号を発生するステップ（Ｓ１２０）と、
   　前記複数の電動機にそれぞれ供給される電圧または電流の制御指令（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を発生するためのステップ（Ｓ１３０）と、
   　前記複数の電動機の各々について、前記制御指令と、対応する前記キャリア信号との比較に基づいて前記スイッチング素子のオンオフ制御信号を発生するステップ（Ｓ１４０）とを備え、
   　前記制御するステップ（Ｓ１００，Ｓ１１０）は、前記複数のキャリア周波数を、前記複数のキャリア信号にそれぞれ対応した複数の所定周波数範囲（４２０，４３０）内で変動させるように制御し、
   　前記複数の所定周波数範囲は、それぞれの周波数範囲が互いに重ならないように予め設定される、電動機の制御方法。
5. 　前記複数の所定周波数範囲（４２０，４３０）は、前記複数の所定周波数範囲をそれぞれ整数倍した周波数範囲（４２０♯，４３０♯）と、前記複数の所定周波数範囲との全てが互いに重ならないように設定される、請求の範囲第４項に記載の電動機の制御方法。
6. 　前記複数の電動機は、電動車両に搭載され、
   　前記複数の電力変換器の各々は、インバータ（２１０，２２０）であり、
   　前記制御指令は、前記インバータから各前記電動機に印加される交流電圧を示す、請求の範囲第４項または第５項に記載の電動機の制御方法。

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