(57)【要約】【課題】直流電力を出力する電源に起因する電気的な共振が発生する前に、電動機の駆動電流のリップルを低減して共振レベルを低減可能な電動機制御装置を提供する。【解決手段】電動機制御装置の制御装置は、キャリア周波数制御部を備える。キャリア周波数制御部は、電源の電気的な共振周波数と電動機５０の駆動電流の周波数とが一致して電気的な共振が発生する際の電動機５０の回転数である共振回転数を含む所定の回転数範囲Ｒｒに電動機５０の駆動回転数が含まれるときに、駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれないときと比べて、パルス幅変調制御のキャリア周波数Ｆｃを高く設定する。【選択図】図７
2019103325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を出力する電源と、
前記電源から出力された前記直流電力を交流電力に変換して電動機に出力する複数のスイッチング素子を備える電力変換器と、
前記電力変換器の前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御によって開閉制御する制御装置と、
を具備し、
前記制御装置は、前記電源の電気的な共振周波数と前記電動機の駆動電流の周波数とが一致して電気的な共振が発生する際の前記電動機の回転数である共振回転数を含む所定の回転数範囲に前記電動機の駆動回転数が含まれるときに、前記駆動回転数が前記回転数範囲に含まれないときと比べて、前記パルス幅変調制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数制御部を備える電動機制御装置。
【請求項２】
前記キャリア周波数制御部は、前記電動機の前記駆動回転数が前記回転数範囲に含まれるときに、前記駆動電流のリップルの必要な低減度および前記複数のスイッチング素子の許容されるスイッチング損失の両方を満たすように、前記キャリア周波数を設定する請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記電動機の前記共振回転数は、前記電源の前記共振周波数を、前記電動機の極対数で除して算出される第一共振回転数を含む請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記電動機の前記駆動電流に含まれる高調波成分の電気角次数のうち、前記共振の要因になる電気角次数を対象電気角次数とするとき、
前記電動機の前記共振回転数は、前記電源の前記共振周波数を、前記対象電気角次数および前記電動機の極対数の両方で除して算出される第二共振回転数を含む請求項３に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の電動圧縮機は、圧縮機構の駆動回転数に応じて搬送波周波数（キャリア周波数）を変更する。具体的には、特許文献１に記載の電動圧縮機は、圧縮機構の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数（キャリア周波数）が低くなるように、圧縮機構の駆動回転数もしくは駆動回転数の関連物理量に応じて搬送波周波数（キャリア周波数）を変更する。これにより、特許文献１に記載の電動圧縮機は、インバータのスイッチング損失を低減しようとしている。
【０００３】
特許文献２に記載のインバータの制御装置は、モータ回転数到達判定手段およびキャリア周波数変更手段を備えている。モータ回転数到達判定手段は、モータ回転数が変化して、インバータ出力における第１のキャリア周波数の側帯波成分が、モータの構造共振周波数に合致する際のモータ回転数である共振モータ回転数に対して、所定範囲内に近付いたか否かを判定する。キャリア周波数変更手段は、モータ回転数到達判定手段により実際のモータ回転数が所定範囲内にまで近付いたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を変更して、第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定する。これにより、特許文献２に記載のインバータの制御装置は、モータ回転数が共振モータ回転数に合致する前にキャリア周波数を変更して、キャリア側帯波成分がモータの構造共振周波数（ステータの共振周波数）に合致するのを回避しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０２０２６６号公報
【特許文献２】特開２００９−２８４７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電動圧縮機および特許文献２に記載のインバータの制御装置のいずれにおいても、直流電力を出力する電源に起因する電気的な共振については、考慮されていない。特に、特許文献１に記載の電動圧縮機のように、キャリア周波数を低く設定すると、電動機の駆動電流のリップルが大きくなる。電気的な共振が発生した際に電動機の駆動電流のリップルが大きい程、電源などが発熱し易くなる。また、電気的な共振が発生した際に電動機の駆動電流のリップルが大きい程、電源などに悪影響が生じ易くなる。さらに、電気的な共振が発生した際に電動機の駆動電流のリップルが大きい程、電動機の騒音（異音）が生じ易くなる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、直流電力を出力する電源に起因する電気的な共振が発生する前に、電動機の駆動電流のリップルを低減して共振レベルを低減可能な電動機制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電動機制御装置は、直流電力を出力する電源と、前記電源から出力された前記直流電力を交流電力に変換して電動機に出力する複数のスイッチング素子を備える電力変換器と、前記電力変換器の前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御によって開閉制御する制御装置と、を具備する。前記制御装置は、前記電源の電気的な共振周波数と前記電動機の駆動電流の周波数とが一致して電気的な共振が発生する際の前記電動機の回転数である共振回転数を含む所定の回転数範囲に前記電動機の駆動回転数が含まれるときに、前記駆動回転数が前記回転数範囲に含まれないときと比べて、前記パルス幅変調制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数制御部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記の電動機制御装置によれば、制御装置は、キャリア周波数制御部を備える。よって、上記の電動機制御装置は、直流電力を出力する電源に起因する電気的な共振が発生する前に、電動機の駆動電流のリップルを低減して共振レベルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電動機制御装置の一例を示す構成図である。
【図２】回転子の一例を示す構成図である。
【図３】制御装置の一例を示す構成図である。
【図４】制御装置の制御ブロックの一例を示す構成図である。
【図５】トルクと電機子電流との間の関係の一例を示す図である。
【図６】電源のインピーダンス（内部抵抗）を測定した測定結果の一例を示す図である。
【図７】キャリア周波数制御部による制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】電動機の駆動電流に含まれる基本波成分および高調波成分の振幅の一例を示す図である。
【図９】電動機の共振回転数（第二共振回転数）を算出する際の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】電源の共振周波数と電動機の回転数との関係の一例を示す図である。
【図１１Ａ】参考形態に係り、キャリア周波数を変更する前のキャリア周波数と電動機の回転数との関係の一例を示す図である。
【図１１Ｂ】参考形態に係り、キャリア周波数を変更した後のキャリア周波数と電動機の回転数との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、実施形態が図面に基づいて説明されている。図面は、共通する箇所には共通の符号が付されており、本明細書では、重複する説明が省略されている。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。
【００１１】
＜電動機制御装置１０の概略構成＞
図１に示すように、本実施形態の電動機制御装置１０は、電源２０と、平滑コンデンサ３０と、電力変換器４０と、制御装置６０とを備えている。また、電力変換器４０には、電動機５０が電気的に接続されている。
【００１２】
電源２０は、直流電力を出力する。電源２０は、直流電力を出力することができれば良く、種類は限定されない。電源２０は、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、発電装置（例えば、燃料電池）などを用いることができる。また、電源２０は、例えば、公知の昇圧コンバータなどを用いて、低電圧の直流電力を昇圧することもできる。この場合、電源２０は、例えば、公知の昇圧型チョッパコンバータなどを備えることができる。
【００１３】
平滑コンデンサ３０は、電源２０から出力された直流電力を平滑する。電源２０の正極側２０ｐは、平滑コンデンサ３０の正極側３０ｐと接続されている。電源２０の負極側２０ｎは、平滑コンデンサ３０の負極側３０ｎと接続されており、パワーグランド（電源２０を含む高電圧側の回路の基準電位）と接続されている。平滑コンデンサ３０は、例えば、電解コンデンサを用いることができる。電源２０から供給された直流電力は、平滑コンデンサ３０によって平滑されてリップルが低減される。
【００１４】
電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力（本実施形態では、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力）を交流電力に変換して、変換された交流電力を電動機５０に出力する。図１に示すように、電力変換器４０は、複数のスイッチング素子（本実施形態では、三組の一対のスイッチング素子４１）を備えており、これらは、フルブリッジ接続されている。三組の一対のスイッチング素子４１の各々は、電源２０の正極側２０ｐに接続される正極側スイッチング素子４ｘｐと、電源２０の負極側２０ｎに接続される負極側スイッチング素子４ｘｎとが直列接続されている。なお、本実施形態の電力変換器４０は、三相の電力変換器であり、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。例えば、正極側スイッチング素子４ｕｐは、Ｕ相の正極側スイッチング素子を示しており、負極側スイッチング素子４ｕｎは、Ｕ相の負極側スイッチング素子を示している。
【００１５】
正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、公知の電力用スイッチング素子を用いることができる。正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、例えば、公知の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。
【００１６】
図１に示すように、複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御端子４ｇと、入力端子４ｃと、出力端子４ｅと、還流ダイオード４ｄとを備えている。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、コレクタ端子に相当し、出力端子４ｅは、エミッタ端子に相当する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、ドレイン端子に相当し、出力端子４ｅは、ソース端子に相当する。制御端子４ｇは、駆動回路６１ｂを介して、制御装置６０と接続されている。複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御装置６０から出力される駆動信号に基づいて開閉制御される。
【００１７】
制御端子４ｇと出力端子４ｅとの間の電圧を制御電圧Ｖｇｅとする。例えば、制御電圧Ｖｇｅがローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に遮断された開状態に制御される。一方、制御電圧Ｖｇｅがハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に導通された閉状態に制御される。
【００１８】
還流ダイオード４ｄは、例えば、スイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）を用いることができる。また、ボディダイオードの代わりに、還流ダイオードを別途設けて、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間に並列接続することもできる。還流ダイオード４ｄは、スイッチング素子が開状態のときに、出力端子４ｅ側から入力端子４ｃ側に向かう電流経路を形成する。これにより、スイッチング素子の開閉に伴って生じる逆電流から当該スイッチング素子を保護することができる。
【００１９】
複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐについて上述したことは、複数（３つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎについても同様に言える。制御装置６０は、電力変換器４０の複数のスイッチング素子（三組の一対のスイッチング素子４１を構成する正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）を開閉制御して、電力変換器４０を制御する。
【００２０】
例えば、電力変換器４０は、制御装置６０の指令に基づいて、複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐのうちの一の正極側スイッチング素子４ｘｐと、複数（３つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎのうちの一の負極側スイッチング素子４ｘｎとが閉状態にされ、他のスイッチング素子が開状態にされる。閉状態にされる一の正極側スイッチング素子４ｘｐおよび一の負極側スイッチング素子４ｘｎの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）は、異なる。制御装置６０が閉状態にするスイッチング素子の組み合わせを順に変更することにより、電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力（平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力）を交流電力に変換することができる。
【００２１】
図１に示すように、正極側スイッチング素子４ｘｐと負極側スイッチング素子４ｘｎとの間には、出力端子４２ｘが設けられている。出力端子４２ｘと、電動機５０の相端子４３ｘとの間は、電力ケーブル４４ｘによって電気的に接続されている。電力ケーブル４４ｘは、電力変換器４０によって変換された交流電力を電動機５０に給電する。なお、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。
【００２２】
電動機５０は、固定子５１と回転子５２とを備えている。本実施形態の電動機５０は、固定子５１および回転子５２が同軸に配設されるラジアル空隙型の円筒状電動機である。なお、電動機５０は、アキシャル空隙型の円筒状電動機であっても良い。また、電動機５０は、回転子５２が固定子５１の内方（電動機５０の軸心側）に設けられるインナー型の円筒状電動機であっても良く、回転子５２が固定子５１の外方に設けられるアウター型の円筒状電動機であっても良い。
【００２３】
固定子５１は、複数のスロットが形成されている固定子鉄心（図示略）と、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）とを備えている。固定子鉄心は、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向に複数積層されて形成されている。複数のスロットには、電機子巻線が巻装されている。電機子巻線は、銅などの導体（コイル）が巻き回されて形成されており、導体表面がエナメルなどの絶縁層で被覆されている。電機子巻線の断面形状は、任意の断面形状とすることができる。例えば、電機子巻線は、断面円形状の丸線、断面多角形状の角線などの種々の断面形状の導体（コイル）を用いることができる。また、電機子巻線は、複数のより細いコイル素線を組み合わせた並列細線を用いることもできる。並列細線を用いる場合、単線の場合と比べて電機子巻線に発生する渦電流損が低減され、電動機５０の効率が向上する。また、コイル成形に要する力を低減することができるので、コイルの成形性が向上してコイル製作が容易になる。
【００２４】
電機子巻線は、分布巻（例えば、同心巻、波巻、重ね巻など）または集中巻などの公知の方法で巻装することができる。また、図１に示すように、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Ｙ結線で接続することができる。同図では、中性点を中性点５１ｎで示している。なお、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Δ結線で接続することもできる。
【００２５】
図２に示すように、回転子５２は、回転子鉄心５２ａと、所定磁極対分（本実施形態では四磁極対分であり、８つ）の永久磁石５２ｂと、シャフト５２ｃとを備えている。同図は、回転子５２の軸線方向（同図の紙面垂直方向）視の模式図であり、これらの配置が模式的に示されている。回転子鉄心５２ａは、薄板状の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）が軸線方向（同図の紙面垂直方向）に複数積層されて円柱状に形成されている。回転子鉄心５２ａには、シャフト５２ｃが設けられており、シャフト５２ｃは、回転子鉄心５２ａの軸心を軸線方向に沿って貫通している。シャフト５２ｃの軸線方向両端部は、ベアリングなどの軸受部材（図示略）によって、回転可能に支持されている。
【００２６】
回転子鉄心５２ａには、複数（８つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。具体的には、回転子鉄心５２ａには、周方向に等間隔で、複数の磁石収容部（図示略）が設けられている。複数の磁石収容部には、所定磁極対分（本実施形態では四磁極対分であり、８つ）の永久磁石５２ｂが埋設されている。永久磁石５２ｂは、例えば、公知のフェライト系磁石や希土類系磁石を用いることができる。永久磁石５２ｂの製法は、限定されない。永久磁石５２ｂは、例えば、樹脂ボンド磁石や焼結磁石を用いることができる。樹脂ボンド磁石は、例えば、フェライト系の原料磁石粉末と樹脂などを混合して、射出成形などによって回転子鉄心５２ａに鋳込み形成することができる。焼結磁石は、例えば、希土類系の原料磁石粉末を磁界中で加圧成形して、高温で焼き固めて形成することができる。なお、固定子５１のスロット数および回転子５２の磁極数は、限定されない。
【００２７】
制御装置６０は、電力変換器４０を含む電力変換システムを制御する。また、制御装置６０は、電力変換器４０の複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）をパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって開閉制御する。図３に示すように、制御装置６０は、公知の中央演算装置６０ａ、記憶装置６０ｂおよび入出力インターフェース６０ｃを備えており、これらは、バス６０ｄを介して接続されている。
【００２８】
中央演算装置６０ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置６０ｂは、第一記憶装置６０ｂ１および第二記憶装置６０ｂ２を備えている。第一記憶装置６０ｂ１は、揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置６０ｂ２は、不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
【００２９】
また、図１に示すように、制御装置６０は、直流電圧検出器６１ａと、駆動回路６１ｂと、電流検出器６１ｃと、位置検出器６１ｄとを備えている。直流電圧検出器６１ａは、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出器６１ａは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって当該直流電圧を分圧して、分圧された直流電圧を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧値を知得し、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧（電力変換器４０に入力される直流電圧）を知得することができる。
【００３０】
駆動回路６１ｂは、制御装置６０から出力される駆動信号を増幅する駆動回路であり、例えば、公知のドライバ回路を用いることができる。なお、図１では、電力変換器４０の各スイッチング素子の制御端子４ｇと、駆動回路６１ｂとの間の接続は、記載が省略されている。
【００３１】
電流検出器６１ｃは、電力変換器４０から出力される出力電流を検出する。本実施形態では、電流検出器６１ｃは、電力ケーブル４４ｕおよび電力ケーブル４４ｖに設けられており、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを検出する。本明細書では、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流ＩｕをＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂといい、電流検出器６１ｃによって検出されたＶ相電流ＩｖをＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂという。なお、Ｗ相電流Ｉｗは、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。電流検出器６１ｃは、公知の電流検出器（例えば、カレントトランスを使用した電流検出器、シャント抵抗器を使用した電流検出器など）を用いることができる。
【００３２】
位置検出器６１ｄは、固定子５１に対する回転子５２の位置を検出する。位置検出器６１ｄは、公知の位置検出器（例えば、レゾルバ、エンコーダ、ホールセンサなど）を用いることができる。なお、制御装置６０は、上述した検出器以外にも種々の検出器を設けることができる。
【００３３】
図３に示す中央演算装置６０ａは、第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている電力変換器４０の制御プログラムを第一記憶装置６０ｂ１に読み出して、制御プログラムを実行する。また、上述した検出値などは、絶縁部（図示略）および入出力インターフェース６０ｃを介して、制御装置６０に入力される。中央演算装置６０ａは、入出力インターフェース６０ｃ、絶縁部（図示略）および図１に示す駆動回路６１ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子に開閉信号を出力して、電力変換器４０を開閉制御する。なお、絶縁部は、制御装置６０を含む低電圧側の回路と、電源２０を含む高電圧側の回路とを電気的に絶縁する。絶縁部は、例えば、公知のフォトカプラなどを用いることができる。
【００３４】
＜制御装置６０による制御＞
図４に示すように、本実施形態の制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、三相／二相変換部７１と、回転数算出部７２と、電流指令値設定部７３と、電流制御部７４と、二相／三相変換部７５と、キャリア周波数制御部７６と、パルス幅変調信号生成部７７とを備えている。
【００３５】
図２に示すように、永久磁石５２ｂの主磁束方向をｄ軸方向とし、ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とする。電動機５０のｄｑ座標系における電圧方程式は、下記数１で表すことができる。
【００３６】
【数１】
2019103325.tif 000003
【００３７】
但し、ｄ軸方向の電圧をｄ軸電圧Ｖｄで表し、ｑ軸方向の電圧をｑ軸電圧Ｖｑで表す。また、電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各巻線抵抗を巻線抵抗Ｒで表す。さらに、ｄ軸方向のインダクタンスであるｄ軸インダクタンスをｄ軸インダクタンスＬｄで表し、ｑ軸方向のインダクタンスであるｑ軸インダクタンスをｑ軸インダクタンスＬｑで表す。また、ｄ軸方向の電流をｄ軸電流Ｉｄで表し、ｑ軸方向の電流をｑ軸電流Ｉｑで表す。さらに、回転子５２の角速度を角速度ωで表し、誘起電圧定数を誘起電圧定数Φで表す。また、微分演算子は、微分演算子ｐ（＝ｄ／ｄｔ）で表す。
【００３８】
制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆをそれぞれ設定して、電力変換器４０を制御する。具体的には、制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを設定して、電力変換器４０を制御する。但し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電流指令値をいい、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電流指令値をいう。また、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電圧指令値をいい、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電圧指令値をいう。
【００３９】
（三相／二相変換部７１）
三相／二相変換部７１は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂは、ｄ軸方向の電流算出値をいい、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂは、ｑ軸方向の電流算出値をいう。図４に示すように、三相／二相変換部７１には、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂが入力される。既述したように、Ｗ相電流Ｉｗは、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。Ｗ相電流Ｉｗの検出値（算出値）をＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂとする。また、三相／二相変換部７１には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。
【００４０】
三相／二相変換部７１は、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂ、並びに、回転位置θを用いて、下記数２に基づいてｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。なお、回転位置θは、例えば、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂの経時変化から推定することもできる。また、回転位置θは、例えば、各相の誘起電圧の経時変化から推定することもできる。
【００４１】
【数２】
2019103325.tif 000004
【００４２】
（回転数算出部７２）
回転数算出部７２は、回転子５２の回転数（電動機５０の駆動回転数）を算出する。図４に示すように、回転数算出部７２には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。回転数算出部７２は、例えば、回転位置θを時間微分して回転子５２の回転数を算出することができる。なお、制御装置６０は、公知の回転数検出器を用いて、回転子５２の回転数を測定することもできる。回転数算出部７２によって算出された回転子５２の回転数を回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂで表す。回転数算出部７２によって算出された回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂは、後述するキャリア周波数制御部７６に対して出力される。
【００４３】
（電流指令値設定部７３）
電流指令値設定部７３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの算出方法は、限定されない。電流指令値設定部７３は、所要トルクに対して電機子電流が最小になるように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定すると好適である。
【００４４】
図５は、トルクと電機子電流との間の関係の一例を示している。曲線Ｌ１１は、所要トルク（トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆ）が一定のときのｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆとの関係（電機子電流の電流ベクトルの関係）の一例を示している。電機子電流の電流ベクトルが曲線Ｌ１１上に設定されることにより、所要トルクが得られる。矢印Ｌ１２は、曲線Ｌ１１で示す所要トルクを得るときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。直線Ｌ１３は、曲線Ｌ１１の極値における接線を示している。つまり、電機子電流の電流ベクトルが直線Ｌ１３で示す接線と直交するときに、所要トルクを得る際の電機子電流が最小になる。
【００４５】
所要トルクが増加するとトルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが増大され、曲線Ｌ１１は、曲線Ｌ１１ａに移動する。矢印Ｌ１２ａは、このときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。一方、所要トルクが減少するとトルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが低減され、曲線Ｌ１１は、曲線Ｌ１１ｂに移動する。矢印Ｌ１２ｂは、このときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。なお、同図の横軸は、ｄ軸を示し、縦軸は、ｑ軸を示している。
【００４６】
制御装置６０は、所要トルクに応じて、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆを設定する。図４に示すように、電流指令値設定部７３には、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが入力される。電流指令値設定部７３は、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆに対して電機子電流が最小になるように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。所要トルク（トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆ）に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、予め算出され、例えば、マップ、テーブル、関係式（多項式）などに変換されて、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶される。電流指令値設定部７３は、電力変換器４０の制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１にマップ等を読み出す。これにより、電流指令値設定部７３は、所要トルク（トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆ）に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを容易に設定することができる。
【００４７】
（電流制御部７４）
電流制御部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。また、電流制御部７４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように算出される。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように算出される。電流制御部７４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、その構成は限定されない。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態では、電流制御部７４は、減算器７４ａと、ＰＩ制御部７４ｂと、減算器７４ｃと、ＰＩ制御部７４ｄとを備えている。減算器７４ａには、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂとが入力される。減算器７４ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆからｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｄを算出する。減算器７４ａによって算出された偏差ΔＩｄは、ＰＩ制御部７４ｂに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７４ｂは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。
【００４９】
ＰＩ制御部７４ｂは、比例演算器７４ｂ１と、積分演算器７４ｂ２と、加算器７４ｂ３とを備えている。比例演算器７４ｂ１は、偏差ΔＩｄに比例ゲインＫｐｄを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７４ｂ２は、偏差ΔＩｄを積分した積分値に積分ゲインＫｉｄを乗じた演算結果を出力する。加算器７４ｂ３は、比例演算器７４ｂ１の演算結果と、積分演算器７４ｂ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７４ｂは、加算器７４ｂ３の演算結果をｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７４ｂは、偏差ΔＩｄを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。つまり、ＰＩ制御部７４ｂは、比例制御、積分制御および微分制御を行うＰＩＤ制御部とすることができる。この場合、加算器７４ｂ３は、比例演算器７４ｂ１の演算結果と、積分演算器７４ｂ２の演算結果と、微分演算器の演算結果とを加算する。
【００５０】
一方、減算器７４ｃには、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂとが入力される。減算器７４ｃは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆからｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｑを算出する。減算器７４ｃによって算出された偏差ΔＩｑは、ＰＩ制御部７４ｄに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７４ｄは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。
【００５１】
ＰＩ制御部７４ｄは、比例演算器７４ｄ１と、積分演算器７４ｄ２と、加算器７４ｄ３とを備えている。比例演算器７４ｄ１は、偏差ΔＩｑに比例ゲインＫｐｑを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７４ｄ２は、偏差ΔＩｑを積分した積分値に積分ゲインＫｉｑを乗じた演算結果を出力する。加算器７４ｄ３は、比例演算器７４ｄ１の演算結果と、積分演算器７４ｄ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７４ｄは、加算器７４ｄ３の演算結果をｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７４ｄは、ＰＩ制御部７４ｂと同様に、偏差ΔＩｑを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。
【００５２】
このように、電流制御部７４は、例えば、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができる。なお、比例ゲインＫｐｄおよび積分ゲインＫｉｄ、並びに、比例ゲインＫｐｑおよび積分ゲインＫｉｑは、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶されている。これらの制御ゲインは、電力変換器４０の制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置６０ｂ２から第一記憶装置６０ｂ１に読み出される。
【００５３】
比例ゲインＫｐｄを大きくする程、偏差ΔＩｄを短時間に低減することができる。また、積分ゲインＫｉｄを大きくする程、偏差ΔＩｄによるオフセット（定常偏差）を短時間に解消することができる。さらに、微分ゲインを大きくする程、偏差ΔＩｄの振動を短時間に収束させることができる。これらの制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による検証などによって予め取得しておくと良い。以上のことは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する制御ゲイン（比例ゲインＫｐｑ、積分ゲインＫｉｑおよび微分ゲイン）についても同様に言える。
【００５４】
なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｄおよび積分ゲインＫｉｄを用いて、下記数３で表すことができる。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｑおよび積分ゲインＫｉｑを用いて、下記数４で表すことができる。いずれもラプラス演算子をラプラス演算子ｓで表す。
【００５５】
【数３】
2019103325.tif 000005
【００５６】
【数４】
2019103325.tif 000006
【００５７】
（二相／三相変換部７５）
二相／三相変換部７５は、二相の電圧指令値（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ）から三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）を算出する。図４に示すように、二相／三相変換部７５には、電流制御部７４によって算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆが入力される。また、二相／三相変換部７５には、位置検出器６１ｄによって検出された回転子５２の回転角（回転位置θ）が入力される。二相／三相変換部７５は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆ並びに回転位置θを用いて、ｄｑ座標軸の逆変換を行い、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆを算出する。
【００５８】
（キャリア周波数制御部７６）
図６は、電源２０のインピーダンス（内部抵抗）を測定した測定結果の一例を示している。同図は、電気化学インピーダンス法によって、電源２０の一形態であるリチウムイオン電池のインピーダンス（内部抵抗）を測定し、測定結果を複素平面上に図示したものである。電気化学インピーダンス法は、電源２０に対して、周波数を可変しながら一定振幅の交流電圧を印加し、応答電流からインピーダンス（内部抵抗）を測定する。同図の横軸は、実軸Ｒｅを示し、縦軸は、虚軸Ｉｍを示している。また、曲線Ｌ２１は、測定結果の一例を示している。なお、電源２０のインピーダンス（内部抵抗）の測定方法は、電気化学インピーダンス法に限定されず、公知の種々の方法で電源２０のインピーダンス（内部抵抗）を取得することができる。また、電源２０の出力電圧、出力電流などから、電源２０のインピーダンス（内部抵抗）を推定することもできる。
【００５９】
リチウムイオン電池の等価回路は、抵抗器およびコンデンサの直並列回路によって表すことができる。よって、印加する交流電圧の周波数が、等価回路によって決まる電気的な共振周波数Ｆｂ０に一致すると、電気的な共振が発生する可能性がある。図６に示す共振点Ｐ１０は、このときのインピーダンス（内部抵抗）を示しており、曲線Ｌ２１が極大になる点に相当する。なお、上述したことは、リチウムイオン電池に限定されない。上述したことは、電源２０が、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、発電装置（例えば、燃料電池）などの場合も、特性および等価回路が異なる点を除いて、同様に言える。
【００６０】
本実施形態の制御装置６０は、電力変換器４０の複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）を開閉制御することにより、電動機５０の駆動電流（既述した電機子巻線（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各電機子電流）を正弦波状に制御する。よって、上述した説明と同様に、電動機５０の駆動電流（電機子電流）の周波数Ｆｍ０が、電源２０の等価回路によって決まる電気的な共振周波数Ｆｂ０に一致すると、電気的な共振が発生する可能性がある。
【００６１】
電気的な共振が発生した際に電動機５０の駆動電流（電機子電流）のリップルが大きい程、電源２０が発熱し易くなる。また、電気的な共振が発生した際に電動機５０の駆動電流（電機子電流）のリップルが大きい程、電源２０に悪影響が生じ易くなる。さらに、電気的な共振が発生した際に電動機５０の駆動電流（電機子電流）のリップルが大きい程、電動機５０の騒音（異音）が生じ易くなる。
【００６２】
一方、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御のキャリア周波数Ｆｃを高く設定する程、電動機５０の駆動電流（電機子電流）のリップルを低減することができる。そこで、電気的な共振が発生する前に、電気的な共振が発生しないときと比べて、キャリア周波数Ｆｃを高く設定することにより、共振レベルを低減する。その結果、電源２０に起因する電気的な共振が発生しても、電源２０における発熱が抑制される。また、電源２０に起因する電気的な共振が発生しても、電源２０における悪影響が抑制される。さらに、電源２０に起因する電気的な共振が発生しても、電動機５０の騒音（異音）が抑制される。電源２０について上述したことは、平滑コンデンサ３０についても同様に言える。
【００６３】
本実施形態の制御装置６０は、キャリア周波数制御部７６を備える。キャリア周波数制御部７６は、所定の回転数範囲Ｒｒに電動機５０の駆動回転数が含まれるときに、駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれないときと比べて、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御のキャリア周波数Ｆｃを高く設定する。回転数範囲Ｒｒは、電源２０の電気的な共振周波数Ｆｂ０と電動機５０の駆動電流の周波数Ｆｍ０とが一致して電気的な共振が発生する際の電動機５０の回転数である共振回転数Ｒｓを含む。
【００６４】
具体的には、キャリア周波数制御部７６は、電動機５０の駆動回転数を取得する（図７に示すステップＳ１１）。既述したように、本実施形態の制御装置６０では、電動機５０の駆動回転数（回転子５２の回転数）は、図４に示す回転数算出部７２によって算出される。よって、キャリア周波数制御部７６は、回転数算出部７２から電動機５０の駆動回転数（回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂ）を取得する。
【００６５】
次に、キャリア周波数制御部７６は、電動機５０の駆動回転数（回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂ）が回転数範囲Ｒｒに含まれるか否かを判断する（図７に示すステップＳ１２）。電動機５０の駆動回転数（回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂ）が回転数範囲Ｒｒに含まれる場合（ステップＳ１２で「Ｙｅｓ」の場合）、キャリア周波数制御部７６は、キャリア周波数Ｆｃを第二キャリア周波数Ｆｃ２に設定する（ステップＳ１３）。そして、制御は、一旦、終了する。一方、電動機５０の駆動回転数（回転数算出値Ｎｍ＿ｆｂ）が回転数範囲Ｒｒに含まれない場合（ステップＳ１２で「Ｎｏ」の場合）、キャリア周波数制御部７６は、キャリア周波数Ｆｃを第一キャリア周波数Ｆｃ１に設定する（ステップＳ１４）。そして、制御は、一旦、終了する。なお、図７に示す制御は、所定時間が経過する毎に、繰り返し実行される。
【００６６】
第一キャリア周波数Ｆｃ１は、電動機５０の駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれないときのキャリア周波数Ｆｃであり、電気的な共振が発生しないときのキャリア周波数Ｆｃに相当する。第二キャリア周波数Ｆｃ２は、第一キャリア周波数Ｆｃ１と比べて高いものとする。第二キャリア周波数Ｆｃ２は、例えば、第一キャリア周波数Ｆｃ１の数倍（例えば、二倍）に設定することができる。例えば、第一キャリア周波数Ｆｃ１が５ｋＨｚのときに、第二キャリア周波数Ｆｃ２は、１０ｋＨｚに設定することができる。
【００６７】
また、キャリア周波数Ｆｃを高く設定する程、電動機５０の駆動電流（電機子電流）のリップルは低減する。そのため、駆動電流（電機子電流）のリップルを低減するという観点からは、第二キャリア周波数Ｆｃ２は、可能な限り高く設定すると良い。一方、キャリア周波数Ｆｃを高く設定する程、電力変換器４０の複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）におけるスイッチング損失は増大する。そのため、予め、シミュレーション、実機による検証などによって、駆動電流（電機子電流）のリップルの低減度と、スイッチング損失の増加量との関係を把握しておき、第二キャリア周波数Ｆｃ２を決定すると良い。
【００６８】
具体的には、キャリア周波数制御部７６は、電動機５０の駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれるときに、駆動電流（電機子電流）のリップルの必要な低減度および複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の許容されるスイッチング損失の両方を満たすように、キャリア周波数Ｆｃを設定すると好適である。これにより、電動機制御装置１０は、複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）におけるスイッチング損失の増大を抑制しつつ、共振レベルを低減することができる。
【００６９】
電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、電動機５０の極対数Ｐｐで除して算出される第一共振回転数Ｒｓ１を含むと好適である。この場合、第一共振回転数Ｒｓ１は、下記数５で表すことができる。これにより、電動機５０の駆動電流に含まれる基本波成分（後述する電気角次数ｎが１の場合）による共振の共振レベルが低減される。
【００７０】
【数５】
2019103325.tif 000007
【００７１】
既述したように、電源２０の共振周波数Ｆｂ０は、電源２０のインピーダンス（内部抵抗）を予め測定しておき、測定結果から導出することができる。具体的には、測定結果から図６に示す共振点Ｐ１０に相当する点を求める。このときに印加される交流電圧の周波数が電源２０の共振周波数Ｆｂ０に相当する。電源２０の共振周波数Ｆｂ０は、電気角であり、第一共振回転数Ｒｓ１は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、電動機５０の極対数Ｐｐで除して算出される。極対数Ｐｐは、電動機５０の仕様によって決まる。例えば、本実施形態の電動機５０は、回転子５２の磁極数が８である８極の電動機５０であり、本実施形態の極対数Ｐｐは、４になる。
【００７２】
なお、本明細書では、説明の簡略化のため、電源２０単体のインピーダンス（内部抵抗）を例に共振周波数Ｆｂ０が説明されているが、これに限定されない。例えば、電源２０と平滑コンデンサ３０とが並列接続された並列回路を電源２０とみなして、電源２０単体の場合と同様にして、インピーダンス（内部抵抗）を測定し、測定結果から共振周波数Ｆｂ０を導出することもできる。また、電源２０が昇圧コンバータを備える場合、昇圧コンバータを含む電源２０のインピーダンス（内部抵抗）を測定し、測定結果から共振周波数Ｆｂ０を導出することもできる。
【００７３】
図８は、電動機５０の駆動電流に含まれる基本波成分および高調波成分の振幅の一例を示している。同図は、電動機５０の駆動電流を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）して、駆動電流に含まれる基本波成分および高調波成分の各振幅を棒グラフで図示したものである。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、離散フーリエ変換を計算機上で高速に演算するアルゴリズムであり、駆動電流から基本波成分および高調波成分を抽出する演算処理を高速化することができる。同図の横軸は、次数（電気角次数ｎ）を示し、縦軸は、振幅を示している。駆動電流の基本波成分は、電気角次数ｎが１であり、駆動電流の高調波成分は、電気角次数ｎが２以上である。
【００７４】
電動機５０の駆動電流に含まれる高調波成分の電気角次数ｎのうち、電気的な共振の要因になる電気角次数を対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎとする。例えば、電動機５０の仕様から、図８に示す次数（電気角次数ｎ）が５の高調波成分（五次の高調波成分）の振幅が、比較対象の仕様が異なる電動機と比べて大きく、電源２０が発熱し易いと仮定する。この場合、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎを５とすることができる。
【００７５】
なお、電源２０における悪影響（例えば、劣化など）を考慮して、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎを選定することもできる。また、電動機５０の騒音（異音）を考慮して、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎを選定することもできる。つまり、共振による電源２０の発熱および劣化、並びに、共振による電動機５０の騒音（異音）のうちの少なくとも一つを考慮して、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎを選定することができる。また、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎの選定に際して、平滑コンデンサ３０を含めることもできる。さらに、図８に示すように、電動機５０の駆動電流に含まれる高調波成分は、電気角次数ｎが奇数の場合、電気角次数ｎが偶数の場合と比べて、振幅の大きさが顕著になる。そこで、奇数の電気角次数ｎのうち、振幅の大きさが顕著な電気角次数ｎを対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎとすることもできる。
【００７６】
対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎが存在する場合、電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎおよび電動機５０の極対数Ｐｐの両方で除して算出される第二共振回転数Ｒｓ２を含むと好適である。この場合、第二共振回転数Ｒｓ２は、下記数６で表すことができる。これにより、電動機５０の駆動電流に含まれる高調波成分（電気角次数ｎが２以上の場合）による共振の共振レベルが低減される。なお、第二共振回転数Ｒｓ２の数は、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎの数に対応し、一つであっても良く、複数であっても良い。
【００７７】
【数６】
2019103325.tif 000008
【００７８】
電源２０の共振周波数Ｆｂ０および電動機５０の極対数Ｐｐは、既述したとおりである。上述した例では、第二共振回転数Ｒｓ２は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎである５および電動機５０の極対数Ｐｐである４の両方で除して（つまり、共振周波数Ｆｂ０を２０で除して）算出する。これにより、電気角次数ｎが５の高調波成分（五次の高調波成分）による共振の共振レベルが低減される。
【００７９】
回転数範囲Ｒｒは、電動機５０の共振回転数Ｒｓを含む。回転数範囲Ｒｒは、第一共振回転数Ｒｓ１を含むと好適である。この場合、回転数範囲Ｒｒの上限回転数と下限回転数との中間の回転数が第一共振回転数Ｒｓ１になるように、回転数範囲Ｒｒを設定すると好適である。さらに、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎが存在する場合、回転数範囲Ｒｒは、第一共振回転数Ｒｓ１および第二共振回転数Ｒｓ２の両方を含むと好適である。また、回転数範囲Ｒｒは、共振による電源２０の発熱および劣化、並びに、共振による電動機５０の騒音（異音）のうちの少なくとも一つを抑制可能に設定されると好適である。なお、回転数範囲Ｒｒの設定に際して、平滑コンデンサ３０を含めることもできる。
【００８０】
回転数範囲Ｒｒは、予め、シミュレーション、実機による検証などによって、設定しておくことができる。また、回転数範囲Ｒｒが広範囲になる程、キャリア周波数Ｆｃが第二キャリア周波数Ｆｃ２に設定される駆動範囲が広くなり、スイッチング損失が増大する。そのため、予め、シミュレーション、実機による検証などによって、必要最小限の回転数範囲を把握しておき、回転数範囲Ｒｒを決定すると良い。
【００８１】
なお、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎの存否に関わらず、電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電動機５０が駆動する前に事前に算出しておくことができる。この場合、電動機５０の共振回転数Ｒｓに基づいて、事前に回転数範囲Ｒｒを設定しておくことができる。電動機５０の共振回転数Ｒｓおよび回転数範囲Ｒｒのうちの少なくとも一方は、図３に示す第二記憶装置６０ｂ２に記憶しておくと良い。
【００８２】
また、電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電動機５０の駆動中に逐次算出することもできる。例えば、図９に示すように、キャリア周波数制御部７６は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を取得する（ステップＳ２１）。また、キャリア周波数制御部７６は、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎを取得する（ステップＳ２２）。さらに、キャリア周波数制御部７６は、電動機５０の極対数Ｐｐを取得する（ステップＳ２３）。そして、キャリア周波数制御部７６は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎおよび電動機５０の極対数Ｐｐの両方で除して、電動機５０の第二共振回転数Ｒｓ２を算出する（ステップＳ２４）。
【００８３】
ステップＳ２１〜ステップＳ２３の順序は、限定されない。また、ステップＳ２１〜ステップＳ２３のうち、変更されないパラメータについては、省略することもできる。さらに、図９に示す制御は、所定時間（図８に示す制御の繰り返し時間と同じであっても、異なっていても良い）が経過する毎に、繰り返し実行することができる。また、キャリア周波数制御部７６は、同様にして、電動機５０の第一共振回転数Ｒｓ１を算出することもできる。
【００８４】
図１０は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０と電動機５０の回転数との関係の一例を示している。横軸は、周波数を示し、縦軸は、回転数（電動機５０の回転数）を示している。また、曲線Ｌ３１は、電動機５０の構造共振周波数の一例を示し、直線Ｌ３２は、電源２０の共振周波数Ｆｂ０の一例を示している。本実施形態の制御装置６０は、キャリア周波数制御部７６を備えるので、共振レベルを低減することができる。よって、同図に示すように、曲線Ｌ３１と直線Ｌ３２とが重なって共振が発生しても、電動機５０の騒音（異音）が抑制される。
【００８５】
図１１Ａは、参考形態に係り、キャリア周波数を変更する前のキャリア周波数と電動機５０の回転数との関係の一例を示している。図１１Ｂは、参考形態に係り、キャリア周波数を変更した後のキャリア周波数と電動機５０の回転数との関係の一例を示している。図１１Ａおよび図１１Ｂの横軸は、周波数を示し、縦軸は、回転数（電動機５０の回転数）を示している。また、直線Ｌ４１および直線Ｌ４４は、キャリア周波数の一例を示し、曲線Ｌ４２および曲線Ｌ４５は、キャリア周波数の側帯波（高調波成分）の一例を示している。曲線Ｌ４３および曲線Ｌ４６は、同一の曲線であり、電動機５０の構造共振周波数の一例を示している。
【００８６】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、特許文献２に記載の発明を説明するための参考形態に係る図である。図１１Ａに示すように、曲線Ｌ４２と曲線Ｌ４３とが重なる（側帯波（高調波成分）の周波数と電動機５０の構造共振周波数とが合致する）と、共振して電動機５０の騒音（異音）が発生する可能性がある。そこで、図１１Ｂに示すように、参考形態は、電動機５０の駆動回転数が側帯波（高調波成分）の周波数に近づくと、キャリア周波数を変更して、曲線Ｌ４５と曲線Ｌ４６とが重ならない（側帯波（高調波成分）の周波数と電動機５０の構造共振周波数とが合致しない）ようにする。このように、本実施形態および参考形態は、技術的思想が全く異なる。
【００８７】
（パルス幅変調信号生成部７７）
パルス幅変調信号生成部７７は、キャリア周波数制御部７６から出力されたキャリア周波数Ｆｃを用いて、電力変換器４０の複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の開閉信号を生成する。キャリア周波数制御部７６から出力されたキャリア周波数Ｆｃ（本実施形態では、第一キャリア周波数Ｆｃ１または第二キャリア周波数Ｆｃ２）を出力キャリア周波数Ｆｃ＿ｏｕｔとする。図４に示すように、パルス幅変調信号生成部７７には、二相／三相変換部７５によって算出された三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）と、直流電圧検出器６１ａによって検出された直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂと、キャリア周波数制御部７６から出力されたキャリア周波数Ｆｃ（出力キャリア周波数Ｆｃ＿ｏｕｔ）とが入力される。
【００８８】
パルス幅変調信号生成部７７は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御における搬送波（三角波）の周波数として、出力キャリア周波数Ｆｃ＿ｏｕｔを用いる。また、パルス幅変調信号生成部７７は、三相の電圧指令値を直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂで除して変調率を算出する。パルス幅変調信号生成部７７は、算出された変調率と、出力キャリア周波数Ｆｃ＿ｏｕｔの搬送波（三角波）とに基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御によるパルス信号（開閉信号）を生成する。具体的には、電圧指令値が搬送波と比べて大きいときに、スイッチング素子が閉状態に設定される信号（例えば、ハイレベル（所定電圧値を超えている状態）の信号）が生成される。また、電圧指令値が搬送波と比べて小さいときに、スイッチング素子が開状態に設定される信号（例えば、ローレベル（所定電圧値以下の状態）の信号）が生成される。生成されたパルス信号（開閉信号）は、図１に示す駆動回路６１ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子の制御端子４ｇに付与される。
【００８９】
＜効果の一例＞
様相１に係る電動機制御装置１０によれば、制御装置６０は、キャリア周波数制御部７６を備える。キャリア周波数制御部７６は、電源２０の電気的な共振周波数Ｆｂ０と電動機５０の駆動電流の周波数Ｆｍ０とが一致して電気的な共振が発生する際の電動機５０の回転数である共振回転数Ｒｓを含む所定の回転数範囲Ｒｒに電動機５０の駆動回転数が含まれるときに、駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれないときと比べて、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御のキャリア周波数Ｆｃを高く設定する。
これにより、様相１に係る電動機制御装置１０は、直流電力を出力する電源２０に起因する電気的な共振が発生する前に、電動機５０の駆動電流のリップルを低減して共振レベルを低減することができる。
【００９０】
様相２に係る電動機制御装置１０によれば、様相１に係る電動機制御装置１０において、キャリア周波数制御部７６は、電動機５０の駆動回転数が回転数範囲Ｒｒに含まれるときに、駆動電流のリップルの必要な低減度および複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の許容されるスイッチング損失の両方を満たすように、キャリア周波数Ｆｃを設定する。
これにより、様相２に係る電動機制御装置１０は、複数のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）におけるスイッチング損失の増大を抑制しつつ、共振レベルを低減することができる。
【００９１】
様相３に係る電動機制御装置１０によれば、様相１または様相２に係る電動機制御装置１０において、電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、電動機５０の極対数Ｐｐで除して算出される第一共振回転数Ｒｓ１を含む。
これにより、様相３に係る電動機制御装置１０は、電動機５０の駆動電流に含まれる基本波成分による共振の共振レベルを低減することができる。
【００９２】
様相４に係る電動機制御装置１０によれば、様相３に係る電動機制御装置１０において、電動機５０の共振回転数Ｒｓは、電源２０の共振周波数Ｆｂ０を、対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎおよび電動機５０の極対数Ｐｐの両方で除して算出される第二共振回転数Ｒｓ２を含む。対象電気角次数Ｔｇｔ＿ｎは、電動機５０の駆動電流に含まれる高調波成分の電気角次数ｎのうち、共振の要因になる電気角次数をいう。
これにより、様相４に係る電動機制御装置１０は、電動機５０の駆動電流に含まれる高調波成分による共振の共振レベルを低減することができる。
【００９３】
＜その他＞
実施形態は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更することができる。例えば、電動機５０の制御は、ベクトル制御に限定されない。制御装置６０は、公知の駆動制御（例えば、矩形波駆動など）を行うことができる。また、電動機制御装置１０は、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両の駆動用電動機を含む電力変換システムに用いると好適である。
【００９４】
＜付記項＞
本発明は、電動機制御装置１０の制御方法として、捉えることもできる。キャリア周波数制御工程は、既述したキャリア周波数制御部７６が行う制御に対応する。電動機制御装置１０の制御方法においても、電動機制御装置１０について既述した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００９５】
（付記項１）
直流電力を出力する電源と、
前記電源から出力された前記直流電力を交流電力に変換して電動機に出力する複数のスイッチング素子を備える電力変換器と、
前記電力変換器の前記複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御によって開閉制御する制御装置と、
を具備する電動機制御装置の制御方法であって、
前記電源の電気的な共振周波数と前記電動機の駆動電流の周波数とが一致して電気的な共振が発生する際の前記電動機の回転数である共振回転数を含む所定の回転数範囲に前記電動機の駆動回転数が含まれるときに、前記駆動回転数が前記回転数範囲に含まれないときと比べて、前記パルス幅変調制御のキャリア周波数を高く設定するキャリア周波数制御工程を備える電動機制御装置の制御方法。
【００９６】
（付記項２）
前記キャリア周波数制御工程は、前記電動機の前記駆動回転数が前記回転数範囲に含まれるときに、前記駆動電流のリップルの必要な低減度および前記複数のスイッチング素子の許容されるスイッチング損失の両方を満たすように、前記キャリア周波数を設定する付記項１に記載の電動機制御装置の制御方法。
【符号の説明】
【００９７】
１０：電動機制御装置、
２０：電源、
４０：電力変換器、
４ｘｐ：正極側スイッチング素子、４ｘｎ：負極側スイッチング素子、
５０：電動機、
６０：制御装置、７６：キャリア周波数制御部、
Ｆｂ０：共振周波数、Ｆｍ０：駆動電流の周波数、Ｆｃ：キャリア周波数、
Ｐｐ：極対数、Ｔｇｔ＿ｎ：対象電気角次数、
Ｒｓ：共振回転数、Ｒｓ１：第一共振回転数、Ｒｓ２：第二共振回転数。
但し、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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