(57)【要約】【課題】重希土類元素を低減して、あるいは含まずに構成された永久磁石を備える電動機の動作時に減磁の発生を抑制可能な制御装置を提供すること。【解決手段】電動機の制御装置は、電動機の動作状態及び電動機に対する要求出力に応じて、電動機に供給する電流の基本成分を決定する電流成分決定部と、電動機に供給する電流よりも周波数の高い高調波電流の成分を決定する高調波電流制御部と、電動機に供給する電流の基本成分に高調波電流制御部が決定した高調波電流の成分を重畳する重畳部とを備える。高調波電流制御部は、電動機の回転子の回転時の電気角度領域において、永久磁石の角部の回転磁界に対するパーミアンスが相対的に小さな電気角度の領域に高調波電流の振幅のボトム部分が一致するよう、高調波電流の成分を決定する。【選択図】図２
2013233055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に所定間隔で並んだ複数の永久磁石から構成された磁極列を有する回転子と、
前記円周方向に所定間隔で並んだ複数の電機子が前記磁極列に対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記円周方向に移動する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有する固定子と、を備えた電動機の制御装置であって、
前記電動機の動作状態及び前記電動機に対する要求出力に応じて、前記電動機に供給する電流の基本成分を決定する電流成分決定部と、
前記電動機に供給する電流よりも周波数の高い高調波電流の成分を決定する高調波電流制御部と、
前記電動機に供給する電流の基本成分に前記高調波電流制御部が決定した前記高調波電流の成分を重畳する重畳部と、を備え、
前記高調波電流制御部は、前記回転子の回転時の電気角度領域において、前記永久磁石の角部の前記回転磁界に対するパーミアンスが相対的に小さな電気角度の領域に前記高調波電流の振幅のボトム部分が一致するよう、前記高調波電流の成分を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
前記パーミアンスが相対的に小さな電気角度領域は、前記永久磁石の角部の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動機の制御装置であって、
前記高調波電流制御部は、前記回転子の回転時の電気角度領域において、前記永久磁石の角部の前記回転磁界に対するパーミアンスが相対的に大きな電気角度の領域に前記高調波電流の振幅のピーク部分が一致するよう、前記高調波電流の成分を決定することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機の制御装置であって、
前記パーミアンスが相対的に大きな電気角度領域は、前記永久磁石の角部の内、パーミアンスがしきい値以上である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１、３又は４に記載の電動機の制御装置であって、
前記複数の永久磁石を構成する隣接した２つの永久磁石は、前記電動機の回転軸方向から見たときに、前記回転子の外周面に向かって開くＶ字状に配置され、
前記反磁界の影響を受けやすい電気角度領域は、前記Ｖ字状に配置された２つの永久磁石の内径側の角部の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動機の制御装置であって、
前記電動機に供給する前記高調波電流の成分のｄｑ軸座標系における高調波次数は、前記電動機の極数と相数を乗算した値であることを特徴とする電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）又はＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両には、駆動源としての電動機が設けられている。図１２は、永久磁石界磁型の電動機の一部断面図である。図１２に示す電動機５０は、回転軸の周囲に同心円状に設けられた複数の永久磁石５１を含む回転子５３と、回転子５３の外径側に設けられた３相の電機子５５を含む固定子５７とを備える。複数の永久磁石５１の各々は板状に形成され、その側面は４つの角部を有する。また、電動機５０の回転軸方向から見たときに、隣接する一対の永久磁石が回転子５３の外周面に向かって開くＶ字状に配置されている。
【０００３】
回転子５３に含まれる永久磁石５１のパーミアンスは角部で低い。すなわち、永久磁石の角部は反磁界が作用しやすい。このため、永久磁石５１に逆向きの外部磁界が加わることにより磁束密度が変化すると、永久磁石５１においては角部から減磁が発生する。
【０００４】
例えば、２極３スロットの電動機であれば、パーミアンスが低くなる箇所が１周期に６箇所存在する。電動機の動作中に減磁が発生すると、当該電動機におけるトルクが減少し、トルクリプルの増加に伴う振動及びこの振動の発生に伴う騒音が生じる場合がある。このため、特許文献１では、永久磁石を、軽希土類元素を主たる構成物質とした希土類焼結磁石とし、かつ、重希土類元素が部分的に他の部分よりも相対的に高い濃度で拡散された高保磁力部が永久磁石の一部に設けている。電動機の動作時に最も強く減磁界が作用する部分に高保磁力部が形成されていれば、電動機が動作時に発生する減磁を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２３２５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１の永久磁石式電動機を構成する永久磁石は、重希土類元素が添加された高保磁力部を部分的に備える。しかし、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）等の重希土類元素は希少であるため、その使用量を抑えることが望ましい。しかし、角部に重希土類元素を含まない永久磁石を備えた電動機であると、その動作時にトルクが減少したり、トルクリプルの増加に伴う振動及び騒音が発生する。
【０００７】
本発明の目的は、重希土類元素を低減して、あるいは含まずに構成された永久磁石を備える電動機の動作時に減磁の発生を抑制可能な制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機の制御装置は、円周方向に所定間隔で並んだ複数の永久磁石（例えば、実施の形態での永久磁石５１）から構成された磁極列を有する回転子（例えば、実施の形態での回転子５３）と、前記円周方向に所定間隔で並んだ複数の電機子（例えば、実施の形態での電機子５５）が前記磁極列に対向して配置され、電力の供給に応じて前記複数の電機子に発生する電機子磁極により、前記円周方向に移動する回転磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有する固定子（例えば、実施の形態での固定子５７）と、を備えた電動機の制御装置（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１００）であって、前記電動機の動作状態及び前記電動機に対する要求出力に応じて、前記電動機に供給する電流の基本成分を決定する電流成分決定部（例えば、実施の形態での電流指令決定部１０７）と、前記電動機に供給する電流よりも周波数の高い高調波電流の成分を決定する高調波電流制御部（例えば、実施の形態での高調波電流制御部１１７）と、前記電動機に供給する電流の基本成分に前記高調波電流制御部が決定した前記高調波電流の成分を重畳する重畳部（例えば、実施の形態での重畳部１０９ｄ，１０９ｑ）と、を備え、前記高調波電流制御部は、前記回転子の回転時の電気角度領域において、前記永久磁石の角部の前記回転磁界に対するパーミアンスが相対的に小さな電気角度の領域に前記高調波電流の振幅のボトム部分が一致するよう、前記高調波電流の成分を決定することを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項２に記載の発明の電動機の制御装置では、前記パーミアンスが相対的に小さな電気角度領域は、前記永久磁石の角部の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明の電動機の制御装置では、前記高調波電流制御部は、前記回転子の回転時の電気角度領域において、前記永久磁石の角部の前記回転磁界に対するパーミアンスが相対的に大きな電気角度の領域に前記高調波電流の振幅のピーク部分が一致するよう、前記高調波電流の成分を決定することを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の発明の電動機の制御装置では、前記パーミアンスが相対的に大きな電気角度領域は、前記永久磁石の角部の内、パーミアンスがしきい値以上である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項５に記載の発明の電動機の制御装置では、前記複数の永久磁石を構成する隣接した２つの永久磁石は、前記電動機の回転軸（例えば、実施の形態での回転軸５９）方向から見たときに、前記回転子の外周面に向かって開くＶ字状に配置され、前記反磁界の影響を受けやすい電気角度領域は、前記Ｖ字状に配置された２つの永久磁石の内径側の角部の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲であることを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項６に記載の発明の電動機の制御装置では、前記電動機に供給する前記高調波電流の成分のｄｑ軸座標系における高調波次数は、前記電動機の極数と相数を乗算した値であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜６に記載の発明の電動機の制御装置によれば、重希土類元素を低減して、あるいは含まずに構成された永久磁石を備える電動機の動作時に減磁の発生を抑制できる。
請求項３及び４に記載の発明の電動機の制御装置によれば、永久磁石が反磁界の影響を受けにくい電気角度領域でのトルクが増大するため、電動機は所望のトルクを出力できる。
請求項５に記載の発明の電動機の制御装置によれば、永久磁石の外径側の角部よりも内径側の角部における減磁の方がその発生を抑制しやすく、外径側の角部における減磁の発生を抑制する場合と比較して高調波電流の振幅を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の電動機システムの構成を示す図
【図２】ＥＣＵ１００の内部構成、及び、電動機５０とＥＣＵ１００とＰＤＵ１１の関係を示すブロック図
【図３】３０度進角した正弦波の３相電流が固定子５７に供給されているとき、回転子５３の永久磁石に作用する磁力とパーミアンスが特に低下する箇所を３０度の電気角度毎に示す図
【図４】回転子５３が回転したときの、一対の永久磁石の各角部のパーミアンスの変化の一例を示すグラフ
【図５】永久磁石の一角部におけるＢ−Ｈ曲線（減磁曲線）の一例を示すグラフ
【図６】２極３相の電動機の固定子に供給する基本波としての３相電流にｄｑ軸上で６次の高調波電流を重畳する際の各電流の波形を示すグラフ
【図７】ｄｑ軸上の基本波と重畳波のベクトルを示す図
【図８】ｄ軸電流Id_c及びｑ軸電流Iq_cの関係を示す図
【図９】電動機５０の動作点領域を示す図
【図１０】永久磁石の角部の外径側と内径側におけるＢ−Ｈ曲線（減磁曲線）の一例を示すグラフ
【図１１】回転子５３が回転したときの、一対の永久磁石の内径側の角部のパーミアンスの変化の一例を示すグラフ
【図１２】永久磁石界磁型の電動機の一部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下説明する実施形態の電動機システムは、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）又はＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）等の車両に搭載される。
【００１７】
図１は、一実施形態の電動機システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の電動機システムは、電動機５０と、電動機５０の動作制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、インバータ回路を含む駆動回路であるＰＤＵ（Power Drive Unit）１１と、バッテリ１３とを備える。
【００１８】
電動機５０は、図１２に示した電動機５０と同様である。すなわち、図１に断面図で示される電動機５０は、回転軸５９の周囲に同心円状に設けられた複数の永久磁石を含む回転子５３と、回転子５３の外径側に設けられた３相の電機子を含む固定子５７とを備える。複数の永久磁石の各々は板状に形成され、その側面は４つの角部を有する。また、電動機５０の回転軸５９方向から見たときに、隣接する一対の永久磁石が回転子５３の外周面に向かって開くＶ字状に配置されている。
【００１９】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，インターフェース回路等を含む電子回路ユニットであり、予め実装された電動機５０の制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、電動機５０の動作制御を行う。なお、ＥＣＵ１００による電動機５０の動作制御は、ＥＣＵ１００がＰＤＵ１１を制御することによって行われる。すなわち、ＰＤＵ１１は、ＥＣＵ１００からの指令値に応じて、インバータ回路を構成するスイッチング素子をＰＷＭ制御によりスイッチングする。
【００２０】
図２は、ＥＣＵ１００の内部構成、及び、電動機５０とＥＣＵ１００とＰＤＵ１１の関係を示すブロック図である。図２に示すように、ＥＣＵ１００は、電気角度変換部１０１と、電気角速度算出部１０３と、３相／ｄｑ変換部１０５と、電流指令決定部１０７と、重畳部１０９ｄ，１０９ｑと、減算部１１１ｄ，１１１ｑと、電流制御部１１３と、ｄｑ／３相変換部１１５と、高調波電流制御部１１７とを有する。
【００２１】
ＥＣＵ１００には、アクセルペダル開度及び車速等に基づくトルク指令値Tr_cが入力される。さらに、ＥＣＵ１００には、レゾルバ等の回転位置センサ６１によって検出された、電動機５０の回転子５３の機械角度位置θと、相電流センサ６３ｕ，６３ｗによって検出された、ＰＤＵ１１から電動機５０の固定子５７に出力されたｕ相電流の検出値Iu_s及びｗ相電流の検出値Iw_sとが入力される。
【００２２】
電気角度変換部１０１は、回転子５３の機械角度位置θに基づいて、電動機５０における回転磁界の磁束ベクトル回転角度位置θｍｆを算出する。なお、回転磁界の磁束ベクトル回転角度位置θｍｆは電気角度を示す。
【００２３】
電気角速度算出部１０３は、電動機５０における回転磁界の磁束ベクトル回転角度位置θｍｆを時間微分することによって、磁束ベクトル回転角速度ωｍｆを算出する。電気角速度算出部１０３が算出した磁束ベクトル回転角速度ωｍｆは、電流制御部１１３及び高調波電流制御部１１７に入力される。
【００２４】
３相／ｄｑ変換部１０５は、相電流センサ６３ｕ，６３ｗから出力されたｕ相電流及びｗ相電流の各検出値Iu_s，Iw_sと、電気角度変換部１０１が算出した磁束ベクトル回転角度位置θｍｆとに基づいて３相／ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Id_s及びｑ軸電流の検出値Iq_sを算出する。
【００２５】
電流指令決定部１０７は、トルク指令値Tr_cに基づいて、電動機５０の固定子５７に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の各指令値Id_c,Iq_cを決定する。電流指令決定部１０７が決定したｄ軸電流の指令値Id_cは重畳部１０９ｄに入力される。また、電流指令決定部１０７が決定したｑ軸電流の指令値Iq_cは重畳部１０９ｑに入力される。
【００２６】
重畳部１０９ｄは、ｄ軸電流の指令値Id_cと、高調波電流制御部１１７から出力された高調波電流のｄ軸成分を示す値Id_hとを加算して、その加算値Id_mを出力する。重畳部１０９ｄから出力されたｄ軸成分の加算値Id_mは減算部１１１ｄに入力される。同様に、重畳部１０９ｑは、ｑ軸電流の指令値Iq_cと、高調波電流制御部１１７から出力された高調波電流のｑ軸成分を示す値Iq_hとを加算して、その加算値Iq_mを出力する。重畳部１０９ｑから出力されたｑ軸成分の加算値Iq_mは減算部１１１ｑに入力される。
【００２７】
減算部１１１ｄは、ｄ軸成分の加算値Id_mとｄ軸電流の検出値Id_sの偏差ΔIdを算出する。減算部１１１ｄが算出した偏差ΔIdは電流制御部１１３に入力される。同様に、減算部１１１ｑは、ｑ軸成分の加算値Iq_mとｑ軸電流の検出値Iq_sの偏差ΔIqを算出する。減算部１１１ｑが算出した偏差ΔIqは電流制御部１１３に入力される。
【００２８】
電流制御部１１３は、偏差ΔId及び偏差ΔIqが減少するよう、当該偏差ΔId,ΔIqと、電気角速度算出部１０３が算出した磁束ベクトル回転角速度ωｍｆとに基づいて、電動機５０の固定子５７に印加するｄ軸電圧の指令値Vd_c及びｑ軸電圧の指令値Vq_cを決定する。
【００２９】
ｄｑ／３相変換部１１５は、電流制御部１１３によって決定されたｄ軸電圧の指令値Vd_c及びｑ軸電圧の指令値Vq_cと、電気角度変換部１０１が算出した磁束ベクトル回転角度位置θｍｆとに基づいてｄｑ／３相変換を行って、電動機５０の固定子５７に印加する３相電圧Vu,Vv,Vwの各指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cを算出する。ｄｑ／３相変換部１１５が算出した３相電圧の各指令値Vu_c,Vv_c,Vw_cは、ＰＤＵ１１に入力される。
【００３０】
高調波電流制御部１１７は、電動機５０の固定子５７に出力される相電流に重畳する高調波電流の成分を決定する。図２に示すように、高調波電流制御部１１７は、高調波電流振幅決定部１２１と、振幅重み係数決定部１２３と、乗算部１２５と、高調波電流位相決定部１２７と、高調波電流決定部１２９と、ｄｑ変換部１３１とを有する。なお、高調波電流振幅決定部１２１、振幅重み係数決定部１２３及び高調波電流位相決定部１２７は、それぞれ異なるマップ（ルックアップテーブル）を用いて所望の値を決定する。
【００３１】
高調波電流振幅決定部１２１は、トルク指令値Tr_cに基づいて、高調波電流の振幅成分を決定する。振幅重み係数決定部１２３は、電気角速度算出部１０３が算出した磁束ベクトル回転角速度ωｍｆに基づいて、高調波電流における振幅重み係数を決定する。乗算部１２５は、高調波電流振幅決定部１２１が決定した高調波電流の振幅成分に、振幅重み係数決定部１２３が決定した振幅重み係数を乗算する。
【００３２】
高調波電流位相決定部１２７は、トルク指令値Tr_cに基づいて、高調波電流の位相成分を決定する。高調波電流決定部１２９は、乗算部１２５の乗算結果と、高調波電流位相決定部１２７が決定した高調波電流の位相成分とに基づいて、電動機５０における回転磁界の磁束ベクトル回転角度位置θｍｆに応じた高調波電流を決定する。ｄｑ変換部１３１は、高調波電流決定部１２９が決定した高調波電流をｄｑ軸上での各成分に変換する。ｄｑ変換部１３１によって変換された高調波電流のｄ軸成分を示す値Id_hは重畳部１０９ｄに入力され、ｑ軸成分を示す値Iq_hは重畳部１０９ｑに入力される。
【００３３】
次に、本実施形態の電動機システムにおける高調波電流の詳細について説明する。
【００３４】
上述したように、電動機５０の回転子５３には、同心円状に複数の永久磁石が配置されている。また、電動機５０の固定子５７には、ＰＤＵ１１を介して３相電流が供給され、回転磁界が発生する。回転子５３の永久磁石がこの回転磁界による吸引力及び反発力の作用を受けることにより、回転子５３が回転軸５９を中心に回転する。このとき、永久磁石の特に角部には減磁が発生する。但し、減磁の程度は、永久磁石の角部毎に異なり、固定子５７を構成する電機子と永久磁石の位置関係によっても異なる。このため、回転子５３の回転中に、永久磁石において減磁が強く発生する箇所、すなわちパーミアンスが低下する箇所は刻々と変化する。
【００３５】
図３は、３０度進角した正弦波の３相電流が固定子５７に供給されているとき、回転子５３の永久磁石に作用する磁力とパーミアンスが特に低下する箇所を３０度の電気角度毎に示す図である。図３に示すように、３相電流の電気角度が変化するに従い回転子５３が回転すると、電機子に対する回転子５３の位置に応じて、永久磁石のパーミアンスが低下する箇所は変化する。なお、図３に示した例では、パーミアンスの変化の周期は１２０度である。
【００３６】
図４は、回転子５３が回転したときの、一対の永久磁石の各角部のパーミアンスの変化の一例を示すグラフである。図４に示すように、一対の永久磁石の側面を構成する８つの角部１〜８の各パーミアンスは電気角度の変化に従って変化する。図４の例では、８つの角部１〜８の内、約４５度〜約７５度の領域及び約８５度〜約１３０度（約１０度）の領域で、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数（例えば４つ）以上となる。このように、電動機５０に３相電流を供給した際には、上記電気角度の領域毎に永久磁石が固定子５７の回転磁界による反磁界の影響を受けやすくなる。
【００３７】
なお、減磁の発生の抑制は、電動機の固定子５７に供給する電流のレベルを低減することで実現可能である。図５は、永久磁石の一角部におけるＢ−Ｈ曲線（減磁曲線）の一例を示すグラフである。回転子５３が回転して、回転子５３と固定子５７との位置関係（すなわち、回転子５３の電気角度）が変化することにより永久磁石の所定の箇所（例えば、角部）でパーミアンスが低下すると、該所定の箇所では図５に直線で示すパーミアンス直線が点線の矢印で示すように倒れ、実線の丸印で示される動作点Ａが点線の丸印で示される動作点Ｂに移る。減磁は図５に示すＢ−Ｈ曲線の屈曲点を越えた場合に発生するため、動作点Ｂでは減磁が発生する。しかし、実線の矢印で示すように、反磁界が低減されることにより動作点Ｂから動作点Ｃまで動作点が移動すれば、パーミアンスが低下した場合にも減磁の発生を抑制することができる。
【００３８】
本実施形態では、電動機５０の固定子５７に供給する３相電流をｄｑ軸座標系に変換した基本成分に対して、ｄｑ軸座標系において当該基本成分よりも高次の高調波電流成分を重畳することによって、減磁の発生を抑制する。この際、ｄｑ軸座標系における高調波電流成分の高調波次数ｎは、電気角度上での電動機５０の極数Ｐと相数Ｓを乗算した値（＝Ｐ×Ｓ）である。ここで、ｄｑ軸座標系において高調波次数がnの高調波電流成分とは、ｄｑ軸座標系において、３相座標系における３相電流の周波数のｎ倍の周波数で振動することを意味する。また、ｄｑ軸座標系における基本成分の次数は０（すなわち、ｄｑ軸座標系における基本成分は一定値）である。尚、ｄｑ軸座標系においてｎ次の電流は、３相座標系に逆変換した際にはｎ＋１次の電流波形となる。また、高調波電流の位相は、永久磁石が反磁界の影響を受けやすい電気角度領域に高調波電流の振幅のボトム部分が一致するよう設定される。例えば、図４に示した例では、電気角度で約４５度〜約７５度の範囲及び約８５度〜約１３０度（約１０度）の範囲で永久磁石が反磁界の影響を受けやすくなるため、一周期が６０度で、振幅のボトム部分が約６０度に合わせて位相をずらした高調波電流が３相電流に重畳される。
【００３９】
なお、永久磁石が反磁界の影響を受けやすい電気角度領域は、一対の永久磁石の８つの角部１〜８の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数（例えば４つ）以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲である。本実施形態の電動機システムでは、電動機５０に対してシミュレーションを行い、どの電気角度領域で永久磁石が反磁界の影響を受けやすいかが予め認識されている。
【００４０】
図６は、２極３相の電動機の固定子に供給する基本波としての３相電流にｄｑ軸上で６次の高調波電流を重畳する際の各電流の波形を示すグラフである。図７は、ｄｑ軸上の基本波と重畳波のベクトルを示す図である。図８は、基本波としてのｄ軸電流Id_c及びｑ軸電流Iq_cとそのベクトルIcとの関係を示す図である。以下、図６〜図８を参照して、ｄｑ軸上での高調波電流の重畳について説明する。
【００４１】
図８に示すように、基本波としてのｄ軸電流Id_c及びｑ軸電流Iq_cとそのベクトルIcは、下記式（１）によって表される。γは基本波の電流位相を示す。
【００４２】
【数１】
2013233055.tif 000003
【００４３】
図６の（Ｃ）に示す６次の高調波Id_h,Iq_hは、下記式（２）によって表される。なお、αは高調波電流の次数、βは高調波の電流位相、θは電気角度である。高調波電流の次数が６次の場合、α＝６である。図６の（Ｃ）に示すように、高調波は電動機の電気角度の変数となっているため、電動機の回転に応じて変動する。
【００４４】
【数２】
2013233055.tif 000004
【００４５】
式（２）の関係は図７に示される。当該高調波電流をｄｑ軸上の基本波に重畳すると、その重畳波Id_m,Iq_mは、下記式（３）によって表される。また、図７に示されるように、重畳波Id_m,Iq_mのベクトルImは、基本波のベクトルIcと高調波Ihのベクトルの合成である。
【００４６】
【数３】
2013233055.tif 000005
【００４７】
重畳波Id_m,Iq_mのベクトルの大きさImは、下記式（４）によって表される。
【００４８】
【数４】
2013233055.tif 000006
【００４９】
式（４）の右辺の下線で示した値が最小となるとき、式（４）に示したベクトルImの大きさも最小となる。したがって、下線で示した値のボトムがパーミアンスの低い領域（例えば５０度）に一致するよう、高調波電流位相決定部１２７は、高調波の位相βを決定する。
【００５０】
なお，上記説明した高周波の重畳は、図９に示す電動機５０の動作点領域の内、Ｉ及びＩＩで示す領域でのみ行っても良い。また、（領域ＩでのＩａ）＞（領域ＩＩでのＩａ）として、高調波の振幅を変えても良い。また、例えば、冷却用ＡＴＦの温度から測定される雰囲気温度Ｔがしきい値Ｔｈを超えた場合に高調波を重畳しても良い。
【００５１】
上記説明した高調波電流の周波数、位相及び振幅の決定は、ＥＣＵ１００の高調波電流制御部１１７が行う。すなわち、高調波電流制御部１１７の高調波電流振幅決定部１２１、振幅重み係数決定部１２３及び乗算部１２５によって高調波電流の振幅が決定され、高調波電流位相決定部１２７によって高調波電流の位相が決定される。なお、高調波電流の基本周波数は、レゾルバ等の回転位置センサ６１によって検出される基本波電流の周波数と同じである。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の電動機システムによれば、電動機５０の固定子５７に供給する３相電流に、当該３相電流よりも周波数の高い正弦波の高調波電流が重畳される。この高調波電流の位相は、電動機５０の回転子５３内の永久磁石が固定子５７の回転磁界による反磁界の影響を受けて減磁しやすい電気角度領域（すなわち、回転子の回転時の電気角度領域において、永久磁石の角部の回転磁界に対するパーミアンスが相対的に小さな電気角度領域）に同高調波電流の振幅のボトム部分が一致するよう決定される。その結果、永久磁石が反磁界の影響を受けて減磁しやすい電気角度領域では、固定子５７に供給される高調波電流が重畳された電流のレベルが上記３相電流よりも小さくなる。このため、当該電気角度領域での反磁界が低下して、減磁の発生を抑制できる。
【００５３】
本実施形態の電動機システムは、上記説明した高調波電流の振幅のボトム部を永久磁石が反磁界の影響を受けやすい電気角度領域に合わせる制御に加え、永久磁石が反磁界の影響を受けても減磁しにくい電気角度領域（すなわち、回転子の回転時の電気角度領域において、永久磁石の角部の回転磁界に対するパーミアンスが相対的に大きな電気角度領域）に高調波電流の振幅のピーク部分が一致するよう、高調波電流の周波数を調整しても良い。なお、永久磁石が反磁界の影響を受けても減磁しにくい電気角度領域は、図４に示したように、一対の永久磁石の８つの角部１〜８の内、パーミアンスがしきい値以上である角部の数が所定数（例えば４つ）以上であるとの条件を満たす電気角度の範囲である。永久磁石が反磁界の影響を受けにくい電気角度領域では、固定子５７に供給される高調波電流が重畳された電流のレベルが上記３相電流よりも大きくなる。このため、当該電気角度領域でのトルクが増大して、電動機５０は所望のトルクを出力できる。
【００５４】
なお、本実施形態の電動機システムでは、一対の永久磁石の８つの角部１〜８の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数以上であるとの条件に基づいて、永久磁石が反磁界の影響を受けやすい電気角度領域を決定する。このとき、一対の永久磁石の８つの角部１〜８を内径側の角部１，２，７，８と外径側の角部３，４，５，６とに分けて、同電気角度領域を決定しても良い。図１０は、永久磁石の角部の外径側と内径側におけるＢ−Ｈ曲線（減磁曲線）の一例を示すグラフである。図１０に示すように、永久磁石の外径側の角部は内径側と比較して大きな反磁界を受ける。すなわち、永久磁石の外径側の角部は、内径側の角部と比べ固定子５７に近接しているため反磁界の影響を受けやすく、減磁しやすい。一方、内径側の角部は、外径側の角部よりも反磁界の影響を受けにくい。このように、回転子５３の電気角度が変化することにより、外径側の角部では屈曲点を超えて減磁が発生しやすく、内径側の角部では減磁が発生しにくい。このため、内径側の角部における減磁の方がその発生を抑制しやすく、外径側の角部における減磁の発生を抑制する場合と比較して高調波電流の振幅を小さくできる。このため、他の実施形態の電動機システムでは、図１１に示すように、一対の永久磁石の内径側の角部１，２，７，８の内、パーミアンスがしきい値未満である角部の数が所定数（例えば３つ）以上であるとの条件に基づいて、永久磁石が反磁界の影響を受けやすい電気角度領域を決定しても良い。この実施形態では、高調波電流を重畳する際の電力消費量の増加を抑制できる。
【符号の説明】
【００５５】
５０  電動機
５１  永久磁石
５３  回転子
５５  電機子
５７  固定子
５９  回転軸
１００  ＥＣＵ
１１  ＰＤＵ
１３  バッテリ
１０１  電気角度変換部
１０３  電気角速度算出部
１０５  ３相／ｄｑ変換部
１０７  電流指令決定部
１０９ｄ，１０９ｑ  重畳部
１１１ｄ，１１１ｑ  減算部
１１３  電流制御部
１１５  ｄｑ／３相変換部
１１７  高調波電流制御部
６１  回転位置センサ
６３ｕ，６３ｗ  相電流センサ
１２１  高調波電流振幅決定部
１２３  振幅重み係数決定部
１２５  乗算部
１２７  高調波電流位相決定部
１２９  高調波電流決定部
１３１  ｄｑ変換部
【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１１】
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【図１２】
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