(57)【要約】【課題】交流回転電機の磁気音を従来より格段に低減する方法を提供すること。【解決手段】多相の交流回転電機の電機子に通電される多相交流電流の基本周波数成分を基準として逆周りにｎ−１次の周波数の磁気音低減用高調波電流を多相交流電流に重畳することにより、交流回転電機の鉄心に径方向に発生する径方向磁気加振力のうちの基本周波数成分のｎ次の高調波成分を減衰させる。磁気音は、ロータの起磁力により生じる鉄心の周方向振動と径方向振動の合成振動により生じるが、径方向振動の低減が磁気音低減に特に有効であり、ロータの起磁力及びステータ電流に起因する径方向磁気加振力の高調波成分は基本周波数の６倍又は１２倍の周波数となるので、ステータ電流に基本周波数と逆相順で５、１１次の周波数の電流を重畳することによりキャンセルすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相の交流回転電機の電機子に通電される多相交流電流の基本周波数成分の次数を１とする場合に前記基本周波数成分に対して逆の相順をもつｎ−１次（ｎは自然数）の径方向振動制御用高調波電流を前記多相交流電流に加えることにより、前記交流回転電機が発生する又は外部から前記交流回転電機に入力される加振力により前記交流回転電機の回転軸の軸心を中心として放射状に発生する振動である径方向振動のうちのｎ次の高調波径方向振動成分を、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合に比べて変更することを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記多相交流電流の基本周波数成分に所定の振幅及び位相をもつ前記径方向振動制御用高調波電流を加えることにより、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合よりも前記高調波径方向振動成分を低減することを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記交流回転電機は、三相交流回転電機であり、
前記径方向振動制御用高調波電流の次数は、６ｋ−１次（ｋは自然数）であることを特徴とする磁気音低減方法。
【請求項４】
請求項３記載の交流回転電機の磁気音低減方法において、
前記径方向振動制御用高調波電流の次数は５、１１、１７、２３のうちのひとつ又は複数であることを特徴とする交流回転電機の磁気音低減方法。
【請求項５】
請求項１記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記高調波径方向振動成分と前記径方向振動制御用高調波電流との関係を示す所定のマップ又は計算式に基づいて前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加えることを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
【請求項６】
請求項１記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記電機子に通電された前記高調波電流成分を検出し、前記高調波電流成分の検出値と、前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の演算値との間の振幅及び位相の偏差が０となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
【請求項７】
請求項１記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータを検出し、前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの検出値と前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの目標値との偏差に相当する前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を前記マップ又は計算式に基づいて演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加えることを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流回転電機の磁気音制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などが実用レベル又は開発レベルとなっている。これらの自動車では大出力の交流回転電機が走行動力発生用の主要要素となっているが、このような大出力交流回転電機ではその磁気音が大きいという問題があった。この磁気音の低減方法として、下記の特許文献１は、磁気加振力の変動情報に基づいてそれを補正するための電流波形を発生させて磁気音を低減することを提案している。
【特許文献１】特開平１１−３４１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した特許文献１の電流重畳による磁気音低減技術は、原理としては容易に首肯できるものの、それでは交流回転電機で優勢な特有周波数の磁気音の低減のために実際にどのような波形の電流を重畳すればよいかという点が不明であり、電流重畳によりかえって磁気音を増大してしまったり、あるいはほとんど磁気音低減効果を奏することができないという可能性も生じてしまう可能性も有していた。
【０００４】
すなわち、なんらかの電流を重畳すれば、この電流により生じる電磁力に関連する磁気音を変化させることができるであろうことまでは、当業者であれば容易に推考できることであるが、磁気音低減のために与えるべき電流波形特にその周波数について認識されていないために、磁気音を実際に精度良く低減することが困難であった。この問題は、運転状態が絶えず変化するたとえば走行トルク発生用の交流回転電機の磁気音低減において一層困難となる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、たとえば磁気音低減を有効に実現する交流回転電機の磁気音制御方法の提供、ならびに磁気音を自在に制御可能な交流回転電機装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の交流回転電機の磁気音制御方法は、多相の交流回転電機の電機子に通電される多相交流電流の基本周波数成分の次数を１とする場合に前記基本周波数成分に対して逆の相順をもつｎ−１次（ｎは自然数）の径方向振動制御用高調波電流を前記多相交流電流に加えることにより、前記交流回転電機が発生する又は外部から前記交流回転電機に入力される加振力により前記交流回転電機の回転軸の軸心を中心として放射状に発生する振動である径方向振動のうちのｎ次の高調波径方向振動成分を、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合に比べて変更することを特徴としている。これにより、種々の大きさ、任意の出力状態の交流回転電機の磁気音を良好に制御することが初めて可能となった。
【０００７】
なお、逆の相順とは、径方向振動制御用高調波電流が形成する回転磁界の方向が反対である各相電流の通電順序を言うものとする。
【０００８】
径方向振動制御用高調波電流の位相や振幅として予め定めた値を採用してオープン制御を行ってもよく、あるいは検出した径方向振動制御用高調波電流の検出値と径方向振動制御用高調波電流の目標値との差分を０に収束させるフィードバック制御を行ってもよい。なお、上記予め定めた値は、予め記憶する基本波電流振幅や回転数と位相や振幅とのマップに基づいて運転状態に応じて変更することができる。すなわちこの発明によれば電動動作または発電動作している交流回転電機のステータ電流に基本周波数成分に対して逆の相順をもつｎ−１次（ｎは自然数）の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより、ｎ次の磁気音を増加または低減することができ、これにより、きわめて静粛な交流回転電機を実現したり、所望の磁気音を有する交流回転電機を実現することができる。例えば、ハイブリッド車において、エンジンを停止して交流回転電機で走行する場合に、エンジンと同様の加速感を出すための回転音を発生させたりすることができる。また車両や交流回転電機の異常発生時や運転条件の変化時にこれに応じて磁気音を変更してドライバ−に情報を与えることができる。また運転者は好みに合わせて、磁気音のレベルや周波数を運転状態により予め設定することも可能となる。
【０００９】
以下、更に詳しく説明する。磁気音は、交流回転電機の鉄心の磁気力（磁気加振力）により形成される振動（磁気振動ともいう）に起因し、この磁気振動は周方向振動と径方向振動の合成振動となる。鉄心の周方向振動はトルクリップルを生じさせるが、ステータ鉄心又はロータ鉄心はほぼ円筒形状又は円柱形状を有しているため、これら鉄心が周方向に周期的に振動したとしても、この振動による鉄心に接する空気の振動すなわち騒音は小さい。これに対して、鉄心の径方向の振動はステータ鉄心又はロータ鉄心の外周面又は内周面の径方向振動を生じさせるが、これら外周面又は内周面は空気に接しているため、ステータ鉄心又はロータ鉄心の径方向振動により、これら外周面又は内周面が径方向に振動し、大きな騒音を生じさせる。つまり、磁気加振力の周方向成分を低減することによりトルク脈動が低減され、磁気加振力の径方向成分を低減することにより磁気音が低減される。
【００１０】
本発明では、通常はロータ起磁力及びステータ電流（基本周波数成分）により形成される磁気加振力の径方向成分（径方向磁気的加振力ともいう）の所定次数の高調波成分を目的の値に変更したり低減したりするために、この高調波成分とのベクトル和の振幅が目的の値となる（好適には小さくなる）位相、振幅をもつこの所定次数の磁気加振力を追加するべく、この次数よりも１だけ小さい次数でかつ相順が基本周波数成分と逆の径方向振動制御用高調波電流を上記ステータ電流（多相交流電流）に加える。これにより、良好に磁気音の制御（低減または増大）を実現することができることがわかった。
【００１１】
すなわち、この発明によれば、基本周波数の次数を１とする時、ｎ−１次で逆相順の径方向振動制御用高調波電流を基本周波数成分の電流が流れる交流回転電機の電機子に加える。これにより、通電電流の基本周波数のｎ倍の周波数の径方向振動の高調波成分を制御することができることがわかった。この理由については、後述するものとする。なお、径方向振動制御用高調波電流の位相や振幅については、予め実験した好適値や後述する数式に基づいて計算した値やFEMなどの数値計算によって計算した値等を用いればよい。
【００１２】
好適な態様において、前記多相交流電流の基本周波数成分に所定の振幅及び位相をもつ前記径方向振動制御用高調波電流を加えることにより、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合よりも前記高調波径方向振動成分を制御（低減または増大）する。これにより、良好かつ確実に磁気音を制御（低減または増大）することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記交流回転電機は、三相交流回転電機であり、前記径方向振動制御用高調波電流の次数は、６ｋ−１次（ｋは自然数）とされる。これにより、三相交流回転電機において優勢である６ｋ次の高調波径方向振動成分を良好に低減することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記径方向振動制御用高調波電流の次数は５、１１、１７、２３のうちのひとつ又は複数とされる。これにより、三相交流回転電機において優勢である６次、１２次、１８次、２４次の高調波径方向振動成分の一つ又は複数を良好に低減することができる。
【００１５】
好適な態様において、前記高調波径方向振動成分と前記径方向振動制御用高調波電流との関係を示す所定のマップ又は計算式に基づいて前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加える。
【００１６】
すなわち、この態様では、予め装置に記憶させた高調波径方向振動成分と径方向振動制御用高調波電流との所定の関係（マップ又は計算式）を利用して、目的とする高調波径方向振動成分すなわち高調波径方向振動成分の目標値を発生させるための径方向振動制御用高調波電流を演算し、演算したこの径方向振動制御用高調波電流を通電することにより、この高調波径方向振動成分の目標値を発生させる。これにより、高調波径方向振動成分の目標値すなわち必要な高調波径方向振動成分を運転状況変化にもかかわらず任意に発生させることができる。
【００１７】
好適な態様において、前記電機子に通電された前記高調波電流成分を検出し、前記高調波電流成分の検出値と、前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の演算値との間の振幅及び位相の偏差が０となるようにフィードバック制御を行う。これにより、確実に目標とする高調波径方向振動成分を発生することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータを検出し、前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの検出値と前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの目標値との偏差に相当する前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を前記マップ又は計算式に基づいて演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加える。上記電気パラメータとしては、たとえば高調波径方向振動成分の原因となる径方向磁気加振力とすることができる。これにより、確実に目標とする高調波径方向振動成分を発生することができる。
（変形態様）
１．上記した径方向振動制御用高調波電流の逆相順の次数（すなわち、基本周波数成分の周波数に対する径方向振動制御用高調波電流の周波数の倍率）であるｎ−１は、高調波電流発生回路の製造上の公差を含むことができることは当然である。たとえば、ｎ−１は、（ｎ−１）−０．１〜（ｎ−１）＋０．１の範囲としてもよい。
２．交流回転電機としては、種々の形式の同期機を採用することが好適であり、動作モードは、電動モードおよび発電モードのどちらで利用しても良い。また、すべての回転域で径方向振動制御用高調波電流を重畳してもよく、特に磁気音が問題となる回転域でのみ径方向振動制御用高調波電流を重畳してもよい。
３．所定の一つの次数の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより所定の一つの次数の径方向振動を低減してもよく、複数の次数の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより複数の次数の径方向振動を低減してもよい。
４．上記した磁気音の変更特に低減は、車両用交流回転電機において静粛環境が要求される車両用エンジンの停止時やエンジン騒音が小さい減速時や回生制動時などの特定の期間にのみ選択的に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適態様を図面を用いて説明する。
（原理説明）
以下、本発明を３相交流回転電機に適用した場合の原理を以下に説明する。
【００２０】
図１は、３相交流回転電機の一相分の磁気回路を模式図示した図であり、図２は図１の等価磁気回路図である。同期機では磁束φはロータの磁極（コイル又は永久磁石により形成される）により形成され、ロータ起磁力Ｆｍａｇは磁気回路におけるロータの磁極の起磁力すなわち磁界強度であり、ステータ起磁力Fｃｏｉｌは、ステータ電流により磁気回路に形成される起磁力すなわち磁界強度である。Rｇはステータとロータとの間のギャップの磁気抵抗である。なお、上記図及び下記の数式において、Iｃｏｉｌはステータ電流（電機子の相電流）、ｘはギャップ幅、Sはギャップ部対向面積、μ０は空気の透磁率、Nは電機子の各相コイルのターン数である。
【００２１】
磁束を数１にて、磁気エネルギーを数２にて、磁気加振力を数３にて、Ｕ相のロータ起磁力及びステータ電流を数４にて、Ｖ相のロータ起磁力及びステータ電流を数５にて、Ｗ相のロータ起磁力及びステータ電流を数６にて規定する。
ここでは図１で模式化したロータは実際の回転電機では回転するため、ロータ起磁力を正弦波の関数として表現している。ロータ起磁力をすなわち、磁気加振力ｆは、ロータ起磁力の２乗と、ステータ起磁力の２乗と、ロータ起磁力とステータ起磁力との積との合計として定義される。ここでは、例としてロータ起磁力は、基本周波数成分（１次成分）にロータ形状などの影響により生じた３、５、７次の高調波成分を含んでいる。ここでは、ステータ電流は基本周波数成分のみからなると仮定する。もちろんロータ起磁力、ステータ電流共、これ以外の高調波成分を含んでいてもよい。
【００２２】
【数１】
2005304237.tif 000003
【００２３】
【数２】
2005304237.tif 000004
【００２４】
【数３】
2005304237.tif 000005
【００２５】
【数４】
2005304237.tif 000006
【００２６】
【数５】
2005304237.tif 000007
【００２７】
【数６】
2005304237.tif 000008
【００２８】
数４〜数６と数３とから、各相の磁気加振力（単に加振力とも言う）を計算すると、数７〜数９が得られる。
【００２９】
【数７】
2005304237.tif 000009
【００３０】
【数８】
2005304237.tif 000010
【００３１】
【数９】
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【００３２】
なお、Fｉ（ｉは下付き添え字である）はロータ起磁力のｉ次成分の振幅、Iｉはステータ電流のｉ次成分の振幅、θはロータの回転角、α、β、γ、δ、ｓ、ｔ、ｕは位相角である。数７〜数９において、実線で示した項は、各相で位相が同一となる項であり、破線で示した項は各相ごとに１２０度位相がずれた項である。磁気音はこれら各相の加振力を合成した加振力により形成されるので、数７〜数９を加算すると数１０となる。
【００３３】
【数１０】
2005304237.tif 000012
【００３４】
数１０において、数７〜数９の実線で示した項は同相であるため強め合い、数７〜数９の破線で示した項は３相ベクトル和が０となるためキャンセルされる。つまり、数１０における丸数字２、３、４、６、７で示される６次成分と、丸数字５で示される１２次成分が強め合う項であり、これらが３相交流回転電機の磁気音の原因となっている。更に細かい条件を入れて計算すると、３相交流回転電機の合成加振力は６の整数倍となり、磁気音の高調波成分は６ｋ（ｋは自然数）次の成分をもつことが理解される。
【００３５】
次に、ステータ電流の基本周波数成分（１次成分）に、この基本周波数成分と相順が逆であるｍ、ｎ次の二つの高調波電流成分を重畳した場合を以下に説明する。一般化のために、ロータ起磁力は１次、ｊ次、ｋ次、ｌ次となる。この場合の各相のロータ起磁力とステータ電流とは数１１〜数１３により示されるので、この数１１〜数１３をそれぞれ上記と同様に計算すると、数１４〜数１６が得られる。
【００３６】
【数１１】
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【００３７】
【数１２】
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【００３８】
【数１３】
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【００３９】
【数１４】
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【００４０】
【数１５】
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【００４１】
【数１６】
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【００４２】
数１４〜数１６において、実線で示した項は、各相で位相が同一となる項であり、破線で示した項は各相ごとに１２０度位相がずれた項である。磁気音はこれら各相の加振力を合成した加振力により形成される。すなわち、相順が逆のｍ次、ｎ次の高調波電流成分を加えると、ｍ＋１次と、ｎ＋１次、ｍ−ｎ次の加振力を発生できることがわかる。つまり、ｍ次、ｎ次の高調波電流成分により、ｍ＋１次、ｎ＋１次、ｍ−ｎ次の加振力を自在に発生でき、これにより磁気音を増大させたり、低減させたりできる。
【００４３】
次に、上記解析結果を利用して、３相交流回転電機で問題となる６次、１２次の磁気音低減のために、逆相順で５次、１１次の高調波電流成分を重畳する場合を分析する。
【００４４】
数１１〜数１３にて、ｊ＝３、ｋ＝５、ｌ＝７、ｍ＝５、ｎ＝１１とすることにより、１次、３次、５次、７次のロータ起磁力と、１次、５次、１１次のステータ電流を考えると、各相のロータ起磁力とステータ電流とは数１７、数１８、数１９で示される。
【００４５】
【数１７】
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【００４６】
【数１８】
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【００４７】
【数１９】
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【００４８】
これらの式から、上記と同様の演算により各相の加振力は数２０〜数２２にて示され、各相の加振力を合成した加振力は数２３で示されることがわかる。
【００４９】
【数２０】
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【００５０】
【数２１】
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【００５１】
【数２２】
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【００５２】
【数２３】
2005304237.tif 000025
【００５３】
したがって、高調波電流成分を重畳しない場合の合成加振力の式を示す数１０と、高調波電流成分を重畳した場合の合成加振力の式を示す数２３とを比較すると、数１０で生じていた６次、１２次の加振力とは別に、逆相順である５次、１１次の高調波電流成分の重畳により新たに６次、１２次の加振力が生じたことがわかる。つまり、５次、１１次の高調波電流成分の振幅及び位相を調整することにより、３相交流回転電機で問題となる６次、１２次の磁気音（径方向振動）の大きさを制御できることがわかる。たとえば、数２３において、６次の加振力の振幅と１２次の加振力の振幅とを最小とすることができる５次、１１次の高調波電流成分の振幅及び位相を決定すればよい。もしくは、どちらかの一方の加振力を優先して許容可能な範囲内にて、他方の加振力を最小化すればよい。
【００５４】
６次の加振力を０とする場合における５次、１１次の高調波電流成分の条件を数２４に示す。
【００５５】
【数２４】
2005304237.tif 000026
【００５６】
数２４において、磁気音項とキャンセル項の和を０とするように高調波電流成分の振幅、位相を定めればよい。１２次の加振力を０とする場合における５次、１１次の高調波電流成分の条件を数２５に示す。
【００５７】
【数２５】
2005304237.tif 000027
【００５８】
数２５において、磁気音項とキャンセル項の和を０とするように高調波電流成分の振幅、位相を定めればよい。
【００５９】
（変形態様）
上記した数式演算は、３相交流回転電機を例として行ったが、他の相数の交流回転電機においても同じ方法により同様の演算結果を得ることができる。
【００６０】
上記数式演算では、ロータ起磁力が１、３、５、７次で構成され、ステータ電流の基本周波数成分（１次）に５、１１次の高調波電流成分を重畳する場合を説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことはもちろんである。例えば、ロータ起磁力に９、１１次を追加してもよく、ロータ起磁力を１、３、５次で構成してもよく、１、３、７次で構成してもよい。ステータ電流に３ヶ以上の高調波電流を重畳してもよい。また、磁気音は６、１２次の低減又は変更を図ったが、同様に１８次、２４次等の変更を行うこともできる。
【００６１】
本発明において重要な点は、ステータ電流の基本周波数成分（１次）にそれと逆相順でｘ次の高調波電流成分を重畳すると、１−高調波電流成分の次数に等しい次数の加振力を発生できる点にある。すなわち、逆順であるｘ次の高調波電流成分の重畳により、（１−（−ｘ））＝１＋ｘ次の加振力を発生することができる。なお、逆相順であるｘ次の高調波電流成分は基本周波数成分の相順を基準とすれば−ｘ次の次数の高調波電流成分となる。つまり、加振力は、複数の周波数電流の次数差に等しい次数をもつため、ステータ電流の基本周波数成分に逆相順でｘ次の高調波電流成分を加えると、両者の次数差であるｘ＋１の次数の加振力が発生する。
【００６２】
交流回転電機のｎ次の磁気音を増加又は低減するために、ｎ−１次の高調波電流を逆相順で好適な位相、好適な振幅で重畳すればよいという知見は、従来まったく知られていなかったものであり、今後の低騒音モータの開発において非常に重要である。
【００６３】
また、基本周波数成分に対して逆相順でｍ、ｎ次の高調波電流成分により、（ｍ＋１）次、（ｎ＋１）次、（ｍ−ｎ）次の磁気加振力成分を同時に変更（増加又は低減）することもできることも従来知られていなかったことであり、これを利用して加えるｍ、ｎ次の高調波電流成分の振幅、位相の調整により複数の加振力を調整することが可能となる。
【００６４】
（回路構成例１）
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図３に示す。このモータ制御回路はモータ電流をフィードバック制御で行う実施例である。
【００６５】
１０は三相同期機１０７のモータ電流を制御するモータ電流制御手段であり、以下の構成をもつ。１００は、基本波に相当する電流指令値（三相交流座標系）の振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。１０１は、所定次数の高調波電流（三相交流座標系）の振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。
【００６６】
振幅・位相指令用の回路ブロック１００は、たとえば車両制御ECUなどの外部制御装置から受け取った電流指令（基本波）に基づいて上記振幅、位相を決定する。また、回路ブロック１００がこの車両制御ＥＣＵにより構成されてもよい。この外部制御装置は三相同期機１０７の回転角信号（回転位置信号）及びトルク指令に基づいてこの基本波としての電流指令値を演算する。
【００６７】
回路ブロック１０１は、上記した電流指令（基本波）電流の周波数、振幅、位相を上記した数式に入力して演算することにより、あらかじめ定められた所定次数の高調波電流の周波数、振幅、位相を決定し、それらを指示する振幅・位相指令を出力する。これら数式のうちの他の定数は目的に応じて予め設定されている。
【００６８】
たとえば、６次及び１２次の磁気音を低減又はキャンセルする場合には、数２４や数２５に示す式の計算値が所定値以下となるように、５次／又は１１次の高調波電流の振幅と位相とを決定すればよい。他の定数は交流回転電機に特有の数値として予め設定されている。いずれにせよ、重畳する逆相順の５次及び／又は１１次の高調波電流の位相及び／又は振幅を調整することにより、６次及び／又は１２次の磁気音すなわち磁気音の大部分を増幅したり、低減したり、キャンセルしたりすることができる。
【００６９】
なお、上記数式の計算の代わりに、予めこれらの数式に相当するマップ又はテーブルに上記基本周波数成分の周波数、位相、振幅を代入して、５次及び／又は１１次の高調波電流の位相、振幅の値をサーチしてもよい。これら基本波電流及び高調波電流に関する指令は、回路ブロック１０２に入力される。回路ブロック１０２は、入力された情報に基づいて決定される各相の基本波電流値及び高調波電流値を相ごとに加算して、定期的に合成三相交流電流値を算出する。
【００７０】
算出した合成三相交流電流値は座標軸変換用の回路ブロック１０３によりｄ−ｑ軸系に座標変換され、減算器１０４にてそれらの検出値（ｄ−ｑ軸）と比較され、それらの差が電流増幅器４００によりゲイン調節された後、座標軸変換用の回路ブロック１０４Aにて三相交流電流値に出力される。
【００７１】
回路ブロック１０４Aは、上記差を消去する各相のＰＷＭ制御電圧を回路ブロック１０５にて発生させ、この三相ＰＷＭ制御電圧により三相インバータ１０６のスイッチング素子を断続制御し、この三相インバータ１０６の出力電圧を発電電動機である三相同期機１０７のステータコイルに印加する制御を行い、三相同期機１０７に流れる三相交流電流を回路ブロック１００、１０１で指定される周波数、振幅、位相をもつ基本波電流と高調波電流との合計とする。この種のＰＷＭフィードバック制御自体はもはや周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００７２】
三相同期機１０７は回転角センサ１０８を内蔵しており、速度・位置信号処理用回路ブロック１０９は、回転角センサ１０８から出力される回転位置信号から速度信号と位置信号とを抽出し、それらを、回路ブロック１０４Aに入力する。また、三相同期機１０７のステータコイル電流は、電流センサ１１０にて検出され、座標軸変換用回路ブロック１１１にてｄ軸電流検出値とｑ軸電流検出値とに変換され、減算器１０４に入力される。
【００７３】
（回路構成例２）
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図４に示す。
【００７４】
１００は、基本波に相当する電流指令値（三相交流座表系）としての振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。回路ブロック１００から出力された指令値は回路構成例１と同様に三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック３００を介して減算器１０４ａに出力する。FFT１１１は、電流検出から出力された相電流からその基本波成分（三相交流座標系）の検出値を抽出する。この検出値は、三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック４０３により座標変換された後、減算器１０４ａにて上記電流指令値と比較され、それらの差をゲイン調整用の電流制御器４０１を通じて座標軸変換用の回路ブロック１０４Bに出力する。回路ブロック１０４Bは上記差を解消する三相交流電流指令値を加算器１１２に出力する。
【００７５】
１０１は、所定次数の高調波に相当する電流指令値（三相交流座標系）としての振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。回路ブロック１００から出力された指令値は回路構成例１と同様に三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック３００を介して減算器１０４ａに出力する。FFT１１１は、モータ電流から上記所定次数の高調波成分（三相交流座標系）の検出値を抽出する。この検出値は、三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック４０４により座標変換された後、減算器１０４ｂにて上記電流指令値と比較され、それらの差をゲイン調整用の電流制御器４０２を通じて座標軸変換用の回路ブロック１０４Cに出力する。回路ブロック１０４Bは上記差を解消する三相交流電流指令値を加算器１１２に出力する。
【００７６】
回路ブロック１０４Cは上記差を解消する三相交流電流指令値を加算器１１２に出力する。回路ブロック１０９が検出した回転位置信号から位置信号と速度信号とを抽出して上記座標変換をなすための回路ブロック１０４B、１０４C、３００、３０１に出力する。
【００７７】
加算器１１２にて加算された合成の三相交流電流指令値に対応する各相のＰＷＭ制御電圧を回路ブロック１０５にて発生させ、この三相ＰＷＭ制御電圧により三相インバータ１０６のスイッチング素子を断続制御し、この三相インバータ１０６の出力電圧を発電電動機である三相同期機１０７のステータコイルに印加する制御を行い、三相同期機１０７に流れる三相交流電流を回路ブロック１００、１０１で指定される周波数、振幅、位相をもつ基本波電流と高調波電流との合計とする。
【００７８】
（回路構成例３）
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図５に示す。この回路は、図４に示すFFT１１１に代えてローパスフィルタ１１３を採用し、基本波電流検出値と高調波電流検出値とを抽出するものである。
【００７９】
電流センサ１１０にて検出された相電流信号からその基本波成分（三相交流座標系）の検出値を抽出する。この検出値は、三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック４０３により座標変換された後、減算器１０４ａにて基本波用の電流指令値と比較され、それらの差をゲイン調整用の電流制御器４０１を通じて座標軸変換用の回路ブロック１０４Bに出力する。回路ブロック１０４Bは上記差を解消する三相交流電流指令値を加算器１１２に出力する。
【００８０】
減算器１１７は、電流センサ１１０にて検出された相電流信号（三相交流座標系）からその基本波成分（三相交流座標系）を減算し、その高調波成分を抽出する。検出された高調波成分は、三相交流座標系をｄ−ｑ軸系に変換する回路ブロック４０４により座標変換された後、減算器１０４ｂにて高調波用の電流指令値と比較され、それらの差をゲイン調整用の電流制御器４０２を通じて座標軸変換用の回路ブロック１０４Cに出力する。回路ブロック１０４Cは上記差を解消する三相交流電流指令値を加算器１１２に出力する。これにより回路構成例２と同様の動作を行うことができる。
【００８１】
（回路構成例４）
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図６に示す。このモータ制御回路は三相交流座標系のみにてモータ電流をフィードバック制御を行う実施例である。
【００８２】
１００は、基本波に相当する電流指令値（三相交流座標系）としての振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。１０１は、所定次数の高調波電流（三相交流座標系）としての振幅、位相を指示する振幅・位相指令用の回路ブロックである。これらの回路ブロックの機能は、図３の場合と同じであり、高調波回路ブロック１０１は、回路ブロックから出力される周波数、位相、振幅を上記数式に基づいて算出するか又は実質的に同じ演算処理をマップ又はテーブルを用いて行う。
【００８３】
回路ブロック１００、１０１から出力された振幅・位相指令は、回路ブロック１０２に入力される。回路ブロック１０２は、入力された基本波電流指令値の振幅・位相指令と高調波電流指令値の振幅・位相指令、並びに、検出された回転位置信号に基づいて基本波電流指令値（三相交流座標系）と高調波電流指令値（三相交流座標系）とをU相とV相とでそれぞれ加算してU相合成電流指令値（三相交流座標系）ｉｕ、V相合成電流指令値（三相交流座標系）ｉｖとして出力する。
【００８４】
減算器３００は、検出されたU相電流検出値ｉｕ’と上記U相合成電流指令値ｉｕとの差を求め、この差を電流制御器をなす回路ブロック３０２に出力する。減算器３０１は、検出されたV相電流検出値ｉｖ’と上記V相合成電流指令値ｉｖとの差を求め、この差を電流制御器をなす回路ブロック３０２に出力する。回路ブロック３０２は上記差を解消するU相電圧、V相電圧を形成し、回路ブロック１０５はこれらU相電圧、V相電圧に相当するU相、V相のＰＷＭ電圧を演算出力する。また、減算反転回路３０３は、上記U相電圧、V相電圧の差のアナログ反転信号をW相電圧として算出し、回路ブロック１０５はこのW相電圧のＰＷＭ電圧を演算出力する。これら三相のＰＷＭ電圧に相当するデユーティに応じて三相インバータ１０６が断続制御される。
【００８５】
（回路構成例５）
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図７に示す。この回路は、図３に示す回路をオープン制御に変更したものである。
【００８６】
基本波回路ブロック１００、高調波回路ブロック１０１から出力される基本波電流及び高調波電流に関する指令は、回路ブロック１０２に入力される。回路ブロック１０２は、入力された情報に基づいて決定される各相の基本波電流値及び高調波電流値を相ごとに加算して、定期的に合成三相交流電流値を算出する。算出した合成三相交流電流値は座標軸変換用の回路ブロック１０３によりｄーｑ軸系に座標変換され、電流増幅器４００によりゲイン調節された後、座標軸変換用の回路ブロック１０４Aにて三相交流電流値に出力される。
【００８７】
回路ブロック１０４Aは、各相のＰＷＭ制御電圧を回路ブロック１０５にて発生させ、この三相ＰＷＭ制御電圧により三相インバータ１０６のスイッチング素子を断続制御し、この三相インバータ１０６の出力電圧を発電電動機である三相同期機１０７のステータコイルに印加する制御を行い、三相同期機１０７に流れる三相交流電流を回路ブロック１００、１０１で指定される周波数、振幅、位相をもつ基本波電流と高調波電流との合計とする。
【００８８】
三相同期機１０７は回転角センサ１０８を内蔵しており、速度・位置信号処理用回路ブロック１０９は、回転角センサ１０８から出力される回転位置信号から速度信号と位置信号とを抽出し、座標変換のために回路ブロック１０３、１０４Aにそれらを入力する。
【００８９】
（実験例）
上記磁気音低減のためのFEM解析を図８に示す三相同期機（８極、２４スロット、IPM）を用いて行った。なお、ステータ電流の基本周波数成分を７０Aとし、ロータ位相角はトルクが最大となる状態にて、上記方式により演算した径方向振動制御用高調波電流として５次高調波電流３Aを重畳した場合と、重畳しなかった場合とにおいて得られた径方向磁気加振力の波形を図９に示す。
【００９０】
これは、３相分の合計となるとなり合う３つのティースに加わる加振力を合計したものである。径方向振動制御用高調波電流の重畳により磁気加振力を大幅に低減できることがわかった。なお本発明は、基本波と相順が逆のｎ−１次の径方向振動制御用高調波電流を重畳することで、ｎ次の磁気音を制御できることが特徴であり、この技術は回転電機の極数やスロット数に関係なく適用できる。本例は極毎、相毎のティースが１の場合（２４／８／３＝１）を示したため３ティース分を合計したが、それ以外の場合でもよい。例えば８極、４８スロットの場合には隣り合う６つのティースを合計すれば３相分の合計となるし、８極、９６スロットであれば隣り合う１２個のティースを合計すれば３相分の合計となる。また１２極、１８スロット等の集中巻の場合には、となり合う３つのティースで３相分となる。
（変形態様）
上記制御例では、目標電流値を用いたオープン制御やフィードバック電流制御を説明したが、たとえばマイクにより磁気音を直接検出し、その所定次数の高調波成分を抽出し、この高調波成分とその所定目標値との偏差を求め、この偏差を０とするべく、この偏差に相当する重畳径方向振動制御用高調波電流の振幅と位相とを計算又はマップから求め、この決定された重畳径方向振動制御用高調波電流をステータ電流に重畳するフィードバック制御を行ってもよい。
【００９１】
同じく、マイクにより磁気音を直接検出する代わりに、ステータコアに設けた振動センサや力検出センサ、その磁界を検出するサーチコイルやピックアップコイルなどの出力を用いて、それらが所定の目標値となるように上記と同様のフィードバック制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】３相交流回転電機の一相分の磁気回路を模式図示した図である。
【図２】図１の等価磁気回路図である。
【図３】本発明の磁気音変更方法を採用するモータ制御回路の例を示すブロック回路図である。
【図４】本発明の磁気音変更方法を採用するモータ制御回路の例を示すブロック回路図である。
【図５】本発明の磁気音変更方法を採用するモータ制御回路の例を示すブロック回路図である。
【図６】本発明の磁気音変更方法を採用するモータ制御回路の例を示すブロック回路図である。
【図７】本発明の磁気音変更方法を採用するモータ制御回路の例を示すブロック回路図である。
【図８】実験に用いた三相同期機の模式径方向断面である。
【図９】図８の三相同期機を用いた実験で得た径方向磁気加振力の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  モータ電流制御手段
１０６  インバータ
１０７  三相同期機（交流回転電機）
１０８  回転位置センサ
１００  基本ＰＷＭ信号発生手段
１０１  高調波ＰＷＭ信号発生手段
Fｃｏｉｌ      ステータ起磁力
Ｆｍａｇ      ロータ起磁力
１００      基本波回路ブロック
１０１      高調波回路ブロック
１０２      回路ブロック
１０３      回路ブロック
１０４A      回路ブロック
１０４B      回路ブロック
１０４C      回路ブロック
１０４      減算器
１０４ａ      減算器
１０４ｂ      減算器
１０５      回路ブロック
１０６      三相インバータ
１０７      三相同期機
１０８      回転角センサ
１０９      位置信号処理用回路ブロック
１１０      電流センサ
１１１      座標軸変換用回路ブロック
１１２      加算器
１１３      ローパスフィルタ
１１７      減算器
３００      回路ブロック
３００      減算器
３０１      減算器
３０２      回路ブロック
３０３      減算反転回路
４００      電流増幅器
４０１      電流制御器
４０２      電流制御器
４０３      回路ブロック
４０４      回路ブロック
【図１】
2005304237.tif 000028
【図２】
2005304237.tif 000029
【図３】
2005304237.tif 000030
【図４】
2005304237.tif 000031
【図５】
2005304237.tif 000032
【図６】
2005304237.tif 000033
【図７】
2005304237.tif 000034
【図８】
2005304237.tif 000035
【図９】
2005304237.tif 000036