(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するためのインバータにおけるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定方法であって、
前記インバータを用いて前記モータを駆動させた場合の前記インバータの損失と前記モータの損失との和である総合損失を導出することを、前記モータに生じるトルクと前記モータの回転数と前記インバータにおけるキャリア周波数とのそれぞれを異ならせて行う損失導出工程と、
前記損失導出工程により導出された前記総合損失に基づいて、複数のトルクおよび複数の回転数の組み合わせのそれぞれにおいて、前記総合損失が最小になるときのキャリア周波数を最適キャリア周波数として導出するキャリア周波数導出工程と、
前記キャリア周波数導出工程により導出された前記最適キャリア周波数に基づいて、前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係を、前記モータの回転数毎に導出する関係導出工程と、
前記関係導出工程により前記モータの回転数毎に導出された関係を記憶する関係記憶工程と、
前記関係記憶工程により前記関係が記憶された後、前記モータを駆動する際に、前記モータのトルクの指令値および前記モータの回転数の指令値に応じたキャリア周波数を、当該関係に基づいて設定するキャリア周波数設定工程と、
を有し、
前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、
前記関係導出工程で前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが、前記キャリア周波数導出工程により導出された前記最適キャリア周波数のうち、最低のキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以上となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が高くなる第１部分を有することを特徴とするキャリア周波数設定方法。
【請求項２】
前記関係導出工程で前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが、前記キャリア周波数導出工程により導出された前記最適キャリア周波数のうち、最低のキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以下となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が低くなる第２部分を有することを特徴とする請求項１に記載のキャリア周波数設定方法。
【請求項３】
前記関係導出工程で、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが、前記キャリア周波数導出工程により導出された前記モータの最適キャリア周波数のうち、最低のキャリア周波数に対応する前記モータのトルクの範囲を、一つのみ有することを特徴とする請求項１または２に記載のキャリア周波数設定方法。
【請求項４】
モータを駆動するためのインバータにおけるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定方法であって、
前記インバータを用いて前記モータを駆動させた場合の前記インバータの損失と前記モータの損失との和である総合損失を導出することを、前記モータに生じるトルクと前記モータの回転数と前記インバータにおけるキャリア周波数とのそれぞれを異ならせて行う損失導出工程と、
前記損失導出工程により導出された前記総合損失に基づいて、複数のトルクおよび複数の回転数の組み合わせのそれぞれにおいて、前記総合損失が最小になるときのキャリア周波数を最適キャリア周波数として導出するキャリア周波数導出工程と、
前記キャリア周波数導出工程により導出された前記最適キャリア周波数に基づいて、前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係を、前記モータの回転数毎に導出する関係導出工程と、
前記関係導出工程により前記モータの回転数毎に導出された関係を記憶する関係記憶工程と、
前記関係記憶工程により前記関係が記憶された後、前記モータを駆動する際に、前記モータのトルクの指令値および前記モータの回転数の指令値に応じたキャリア周波数を、当該関係に基づいて設定するキャリア周波数設定工程と、
を有し、
前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、
前記関係導出工程で前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係は、前記モータのトルクに関わらず、前記最適キャリア周波数が略同等の値であることを特徴とするキャリア周波数設定方法。
【請求項５】
インバータと、前記インバータから交流電力の供給を受けて駆動されるモータと、前記インバータの動作を制御する制御装置とを有するモータ駆動システムであって、
前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記インバータにおけるキャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段を有し、
前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクとキャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが大きくなると、キャリア周波数が高くなる部分を有することを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項６】
前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクとキャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが、前記モータのトルクが大きくなるとキャリア周波数が高くなる部分の最低のキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以下となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、キャリア周波数が低くなる部分を有することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
インバータと、前記インバータから交流電力の供給を受けて駆動されるモータと、前記インバータの動作を制御する制御装置とを有するモータ駆動システムであって、
前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記インバータにおけるキャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段を有し、
前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクとキャリア周波数との関係は、前記モータのトルクに関わらず、キャリア周波数が略同等の値であることを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項８】
モータを駆動するためのインバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定装置であって、
前記キャリア周波数設定装置は、
前記モータのトルクと、前記インバータを用いて前記モータを駆動させた場合の前記インバータの損失と前記モータの損失との和である総合損失が最小になるときのキャリア周波数である最適キャリア周波数との関係として、
前記インバータが、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有する場合に、前記モータのトルクが、前記最適キャリア周波数が最低値となるキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以上となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が高くなる部分を有し、前記モータのトルクが、前記最適キャリア周波数が最低値となるキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以下となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が低くなる部分を更に有する関係を、前記モータの回転数毎に導出し、
前記インバータが、前記ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成された前記スイッチング素子を有する場合に、前記モータのトルクに関わらず、前記最適キャリア周波数が略一定値である関係を、前記モータの回転数毎に導出し、
前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定することを特徴とするキャリア周波数設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリア周波数設定方法、モータ駆動システムおよびキャリア周波数設定装置に関し、特に、インバータを用いてモータを駆動するために用いて好適なものである。
本願は、２０１８年７月２日に、日本に出願された特願２０１８−１２６０６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
電車、ハイブリッド自動車、家電製品等のモータを駆動する電源装置として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式のインバータが用いられている。かかるインバータは、キャリア波（例えば三角波）と電圧指令信号との比較によりパルス信号の幅（パルスをオンする時間）を決定し、生成されたパルス信号に応じてスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor））をオン・オフすることにより、入力した直流電力を、モータの駆動に必要な周波数を有する交流電力に変換してモータに供給する。モータを駆動する際には、モータの損失を低減すると共に、インバータ内の損失も低減し、モータ駆動システム全体として高効率化を実現する必要がある。【０００３】
特許文献１には、モータとインバータの合計損失が最小となるＰＷＭ制御のキャリア周波数（キャリア波の周波数）とモータの電気角周波数との関係を設定したテーブルデータを用意し、モータの電気角周波数の検出値に対応するＰＷＭ制御のキャリア周波数でインバータを運転してモータを駆動することが開示されている。【０００４】
特許文献２、３には、モータの回転数とトルクに応じてキャリア周波数を設定することが記載されている。
具体的に特許文献２では、モータの回転数が低く、且つ、モータのトルクが大きい第１の領域では、最も低い第１の周波数にキャリア周波数を設定する。また、モータの回転数が第１の領域で設定されている回転数よりも高く、且つ、モータのトルクが第１の領域で設定されているトルクと同程度である第２の領域では、第１の周波数よりも高い第２の周波数にキャリア周波数を設定する。また、モータの回転数が第１の領域および第２の領域で設定されている回転数よりも高く、且つ、モータのトルクが第１の領域および第２の領域で設定されているトルクよりも低い第２のトルクになる第３の領域では、最も高い第３の周波数にキャリア周波数を設定する。【０００５】
また、特許文献３では、モータの回転数が低く、且つ、モータのトルクが小さい領域では、低いキャリア周波数を設定し、モータの回転数が高くなるに従ってキャリア周波数を高く設定する。特許文献３では、低回転域における非小トルク領域のキャリア周波数を低くすることが有効であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８２２９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、モータのトルクが変動する場合のキャリア周波数についての言及がない。また、特許文献２、３に記載の技術では、モータのトルクが大きいときにキャリア周波数を低くするようにしている。特許文献２では、トルクが大きくなるほどモータの駆動電流が増加して電流損失が大きくなるため、キャリア周波数を低下させることによって電流損失を低減させるとしている。特許文献３では、トルクが大きいほど電流は大きいのでスイッチング素子のオン損失が大きくなり、大トルク領域ではインバータの損失が増大し、また、モータの回転数が低いほど各相アームに集中して流れる電流量が多くなることから、低回転且つ非小トルクの領域のキャリア周波数を低く設定するとしている。このような知見にとらわれずに本発明者が、モータのトルクと、モータの損失とインバータの損失との合計の損失との関係をモータの回転数毎に調査したところ、特許文献２、３に記載の手法でキャリア周波数を設定すると、モータの損失とインバータの損失との合計の損失から算出した総合効率の観点から、好ましくない場合があることが判明した。【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの損失とインバータの損失との合計の損失が小さくなるようにモータを駆動できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のキャリア周波数設定方法は、モータを駆動するためのインバータにおけるキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定方法であって、前記インバータを用いて前記モータを駆動させた場合の前記インバータの損失と前記モータの損失との和である総合損失を導出することを、前記モータに生じるトルクと前記モータの回転数と前記インバータにおけるキャリア周波数とのそれぞれを異ならせて行う損失導出工程と、前記損失導出工程により導出された前記総合損失に基づいて、複数のトルクおよび複数の回転数の組み合わせのそれぞれにおいて、前記総合損失が最小になるときのキャリア周波数を最適キャリア周波数として導出するキャリア周波数導出工程と、前記キャリア周波数導出工程により導出された前記最適キャリア周波数に基づいて、前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係を、前記モータの回転数毎に導出する関係導出工程と、前記関係導出工程により前記モータの回転数毎に導出された関係を記憶する関係記憶工程と、前記関係記憶工程により前記関係が記憶された後、前記モータを駆動する際に、前記モータのトルクの指令値および前記モータの回転数の指令値に応じたキャリア周波数を、当該関係に基づいて設定するキャリア周波数設定工程と、を有することを特徴とする。【００１０】
本発明のモータ駆動システムの第１の例は、インバータと、前記インバータから交流電力の供給を受けて駆動されるモータと、前記インバータの動作を制御する制御装置とを有するモータ駆動システムであって、前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、前記制御装置は、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記インバータにおけるキャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段を有し、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクとキャリア周波数との関係は、前記モータのトルクが大きくなると、キャリア周波数が高くなる部分を有することを特徴とする。
本発明のモータ駆動システムの第２の例は、インバータと、前記インバータから交流電力の供給を受けて駆動されるモータと、前記インバータの動作を制御する制御装置とを有するモータ駆動システムであって、前記インバータは、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有し、前記制御装置は、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクと前記インバータにおけるキャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段を有し、前記モータの回転数毎に導出される前記モータのトルクとキャリア周波数との関係は、前記モータのトルクに関わらず、キャリア周波数が略同等の値であることを特徴とする。【００１１】
本発明のキャリア周波数設定装置は、モータを駆動するためのインバータのキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定装置であって、前記キャリア周波数設定装置は、前記モータのトルクと、前記インバータの損失と前記モータの損失との和である総合損失が最小になるときのキャリア周波数である最適キャリア周波数との関係として、前記インバータが、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有する場合に、前記モータのトルクが、前記最適キャリア周波数が最低値となるキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以上となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が高くなる部分を有し、前記モータのトルクが、前記最適キャリア周波数が最低値となるキャリア周波数に対応する前記モータのトルク以下となる範囲において、前記モータのトルクが大きくなると、前記最適キャリア周波数が低くなる部分を更に有する関係を、前記モータの回転数毎に導出し、前記インバータが、前記ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成された前記スイッチング素子を有する場合に、前記モータのトルクに関わらず、前記最適キャリア周波数が略一定値である関係を、前記モータの回転数毎に導出し、前記モータのトルクと前記最適キャリア周波数との関係に基づいて、前記インバータのキャリア周波数を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータの損失とインバータの損失との合計の損失が小さくなるようにモータを駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モータ駆動システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図２−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図４−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図４−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図５−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図５−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図５−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図６】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図７−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図７−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図７−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【図８−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図８−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図８−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図９】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図１０−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図１０−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図１０−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【図１１−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図１１−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図１１−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図１２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図１３−１】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図１３−２】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図１３−３】第１の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【図１４】モータＭのトルクとキャリア周波数との関係をモータＭの回転数毎に導出する方法の一例を説明するフローチャートである。
【図１５−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図１５−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図１６】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図１７−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図１７−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が１．００のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図１８−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図１８−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図１８−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図１９】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図２０−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図２０−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図２０−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．７５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【図２１−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図２１−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図２１−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図２２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図２３−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図２３−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図２３−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．５０のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【図２４−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第１の図である。
【図２４−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第２の図である。
【図２４−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す第３の図である。
【図２５】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【図２６−１】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第１の図である。
【図２６−２】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第２の図である。
【図２６−３】第２の実施形態を示す図であり、モータの回転数比率が０．２５のときの総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す第３の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態を説明する。
図１は、モータ駆動システムの概略構成の一例を示す図である。
本実施形態では、モータＭが、回転子に永久磁石が内蔵されたＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor、永久磁石埋込型同期電動機）である場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１において、このようなモータＭを駆動するためのモータ駆動システムは、交流電源１０と、整流回路２０と、電解コンデンサ３０と、電圧センサ４０と、インバータ５０と、電流センサ６１〜６３と、インバータ５０の動作を制御する制御装置７０と、を有する。
【００１６】
交流電源１０は、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）の交流電力を供給するものである。
整流回路２０は、例えば４つのダイオードで構成された全波整流回路であり、交流電力を直流電力に変換するものである。
電解コンデンサ３０は、整流回路２０から出力された直流電力の脈流を除去するものである。
【００１７】
電圧センサ４０は、インバータ５０に入力される直流の入力電圧Ｖｉを測定するものである。
インバータ５０は、例えば、三相フルブリッジを構成する６つのスイッチング素子を備えた回路である。インバータ５０は、制御装置７０から出力され、スイッチング素子に入力されるＰＷＭ信号Ｓに基づいて、スイッチング素子をオン・オフすることにより、入力した直流電力を、モータＭを駆動するために必要な周波数を有する交流電力に変換し、モータＭに出力（供給）する。本実施形態では、スイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮ等）を用いて構成されるスイッチング素子である場合を例に挙げて説明する。
【００１８】
電流センサ６１〜６３は、例えばＣＴ（Current Transformer）であり、モータＭの各相ｕ、ｖ、ｗの巻線に流れる交流のモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを測定するものである。
【００１９】
制御装置７０は、印加電圧演算部７１と、キャリア波発生部７２と、比較部７３と、ＰＷＭ信号出力部７４と、キャリア周波数設定装置７Ａと、を有する。制御装置７０は、例えば、マイクロコンピュータや演算回路を用いることにより実現することができる。また、制御装置７０は、例えば、ベクトル制御によりモータＭの動作を制御することができる。キャリア周波数に関する構成以外については、公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
印加電圧演算部７１は、外部から入力する速度指令値（モータＭの回転数の指令値）と、同じく外部から入力するトルク指令値（モータＭのトルクの指令値）と、電圧センサ４０で測定された入力電圧Ｖｉと、電流センサ６１〜６３で測定されたモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとを入力し、これらに基づいて、モータＭの各相に印加する電圧を演算し、その電圧を示す電圧指令信号を生成する。キャリア周波数設定装置７Ａは、キャリア周波数設定部７５を有する。
【００２０】
キャリア波発生部７２は、ＰＷＭ制御におけるキャリア波（ＰＷＭ信号Ｓの生成に用いられるキャリア波）を発生する。本実施形態では、キャリア波が三角波である場合を例に挙げて説明する。
比較部７３は、印加電圧演算部７１で生成された電圧指令信号と、キャリア波発生部７２で発生した三角波（キャリア波）とを比較する。
ＰＷＭ信号出力部７４は、比較部７３における比較の結果に応じたパルス信号をＰＷＭ信号Ｓとしてインバータ５０に出力する。前述したように、インバータ５０は、このＰＷＭ信号Ｓに基づいてスイッチング素子をオン・オフして、入力した直流電力を交流電力に変換し、モータＭに出力する。
【００２１】
キャリア周波数設定部７５は、キャリア波の周波数であるキャリア周波数（インバータ５０のキャリア周波数）を設定する。キャリア波発生部７２は、キャリア周波数設定部７５により設定されたキャリア周波数の三角波を発生させる。本実施形態では、キャリア周波数設定部７５は、モータＭの回転数の指令値およびモータＭのトルクの指令値に応じたキャリア周波数を設定する。
【００２２】
発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、特許文献２、３では、モータのトルクが小さいときにキャリア周波数を高く（モータのトルクが大きいときにキャリア周波数を低く）するが、このようにすることが好ましくない場合もある。その実証のため、本発明者は、モータ駆動システムの総合効率として、モータの損失とインバータの損失との合計の損失から算出した総高効率の観点から、高効率のモータ駆動システムとするためのキャリア周波数を調査した。その結果について、以下に説明する。
【００２３】
ここで、モータ駆動システムの総合効率は、モータＭの出力（＝トルク×回転数）を、インバータ５０への入力電力で除算した値とする（総合効率＝出力÷入力電力）。
インバータ５０への入力電力からモータＭの出力を減算した値が、モータ駆動システムで失われるエネルギー（損失）である。ここでは、この損失が、モータＭの損失とインバータ５０の損失との和に等しいものとして、損失の内訳を検討した。モータＭの損失には鉄損および銅損の他に、機械損、風損、および軸受損等が含まれる。しかしながら、モータＭの形状が同一で、回転数が同一であれば、インバータ５０の動作が変更されても、これらの損失（機械損、風損、および軸受損等）は一定であると見なせる。従って、以下で示す鉄損は、これらの損失を含めたものとする。このようにしても、同一回転数であれば、モータＭの損失の中に、これらの損失（機械損、風損、および軸受損等）が一定量含まれるものの、モータＭのトルクの変化に対する、モータ駆動システムの損失の増減の傾向を検証するのに支障をきたさないと考えられる。そこで、ここでは、モータＭの損失が鉄損（ただし、機械損、風損、および軸受損等を含めた損失）および銅損からなるものとした。また、ここでは、キャリア周波数の範囲を５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚとした。
【００２４】
前述したように本実施形態では、評価対象のモータＭは、ＩＰＭＳＭである。モータＭの基本仕様は以下の通りである。また、インバータ５０のスイッチング素子を構成する半導体素子として、ワイドバンドギャップ半導体素子の一つであるＳｉＣ半導体素子を用いた。
・相数；３
・極数；１２
・固定子外径；１３５ｍｍ
・固定子内径；８７ｍｍ
・固定子スロット数；１８（集中巻）
・固定子（コア）材質；無方向性電磁鋼板（３５Ａ３００）
・回転子外径；８５ｍｍ
・回転子（コア）積厚；３０ｍｍ
・ロータ内の永久磁石の残留磁束密度１．１Ｔ
【００２５】
図２−１〜図２−２は、モータＭの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す図である。回転数比率は、モータＭの最大回転数に対する測定時の回転数の比率である。回転数比率が１．００であることは、最大回転数と同じ回転数で測定したことを示す。図２−１（ａ）、図２−１（ｂ）、図２−１（ｃ）、図２−２（ａ）、図２−２（ｂ）は、それぞれ、トルク比率が０．０５、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５のときの測定結果を示す。トルク比率は、モータＭの最大トルクに対する測定時のトルクの比である。トルク比率が０．５であることは、最大トルクの５０％のトルクで測定したことを示す。ここで、モータＭの最大回転数および最大トルクは、モータＭの用途に応じて適宜設計、決定するものである。
【００２６】
図２−１および図２−２において、ｆcは、キャリア周波数を示す。ここで、インバータ５０の入力電力に対するモータＭの出力電力の比を総合効率と称する。図２−１および図２−２において、総合効率が最も高かったのは、トルク比率が０．５、キャリア周波数ｆcが４０ｋＨｚのときである（図２−２（ｂ）のｆc＝４０ｋＨｚ）。図２−１および図２−２において、総合効率比率は、同一の回転数比率の中で最大の総合効率に対する、各キャリア周波数ｆcでの総合効率の比である。
【００２７】
また、モータＭの銅損および鉄損とインバータ５０の損失との和を総合損失と称する。図２−１および図２−２において、総合損失比率は、同一の回転数比率および同一のトルク比率の中でキャリア周波数ｆcが最低（ここでは５ｋＨｚ）のときの総合損失に対する、各キャリア周波数ｆcでの総合損失の比である。
また、図２−１および図２−２において、銅損比率は、同一の回転数比率および同一のトルク比率の中でキャリア周波数ｆcが最低（ここでは５ｋＨｚ）のときの総合損失に対する、各キャリア周波数ｆcでのモータＭの銅損の比である。鉄損比率は、同一の回転数比率および同一のトルク比率の中でキャリア周波数ｆcが最低（ここでは５ｋＨｚ）のときの総合損失に対する、各キャリア周波数ｆcでのモータＭの鉄損の比である。インバータ損比率は、同一の回転数比率および同一のトルク比率の中でキャリア周波数ｆcが最低（ここでは５ｋＨｚ）のときの総合損失に対する、各キャリア周波数ｆcでのインバータ５０の損失の比である。
図３は、図２−１および図２−２に示す総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
【００２８】
図２−１、図２−２、および図３に示すように、トルク比率が相対的に小さい条件（トルク比率が０．０５、０．１２５）では、キャリア周波数が４０ｋＨｚのときに総合効率比率が最も大きくなった。これに対し、トルク比率が０．２５の条件では、キャリア周波数が２０ｋＨｚのときに総合効率比率が最も大きくなった。トルク比率が更に大きい条件（トルク比率が０．３７５、０．５）では、それぞれ、キャリア周波数が３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚのときに総合効率比率が最も大きくなり、トルク比率が大きくなるほど、総合効率比率が最大になるキャリア周波数が高くなる。以下の説明では、同一のトルク比率の中で総合効率が最大（総合損失が最小）になるキャリア周波数を必要に応じて最適キャリア周波数と称する。尚、図２−２（ｂ）において、キャリア周波数が３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚのときの総合効率比率は共に１．０００であるが、小数点第４位以降まで計算すると、キャリア周波数が４０ｋＨｚのときの総合効率比率（１．００００）の方が、キャリア周波数が３０ｋＨｚのときの総合効率比率（０．９９９７）よりも大きくなった。
【００２９】
以上のように、モータＭの回転数比率が１．００のときには、最適キャリア周波数と、モータＭのトルクとの関係において、最適キャリア周波数には最低値が存在することが分かる。さらに、最低値のキャリア周波数に対応するトルクの範囲は一つのみ（トルク比率０．２５０のみ）であることが分かる。そして、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は、同じまたは高くなることが分かる。一方、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以下となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は、同じまたは低くなることが分かる。前述したように、特許文献２、３に記載の技術では、モータＭのトルクが大きくなるとキャリア周波数を低くしている。これに対し、本発明者は、モータの回転数毎に導出される最適キャリア周波数とモータＭのトルクとの関係において、最適キャリア周波数には最低値が存在し、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは高くなるようにする必要があること、さらに、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以下となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、キャリア周波数が、同じまたは低くなるようにすることで、モータ駆動システムの全体の効率を向上することができるという知見を初めて見出した。
【００３０】
そこで、本発明者は、モータＭのトルクが大きい条件においてキャリア周波数を高くする方が、モータ駆動システムの効率を向上することができる要因について検討した。
図４−１および図４−２は、図２−１および図２−２に示す総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。図４−１（ａ）、図４−１（ｂ）、図４−１（ｃ）、図４−２（ａ）、図４−２（ｂ）は、それぞれ、トルク比率が、０．０５、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５（図２−１（ａ）、図２−１（ｂ）、図２−１（ｃ）、図２−２（ａ）、図２−２（ｂ））のときの結果を示す。
【００３１】
図４−１（ａ）および図４−１（ｂ）に示すように、トルク比率が０．０５、０．１２５の条件（以下、低負荷条件と称する）では、総合損失に対するモータＭの鉄損の比率が大きい。このため、キャリア周波数を高くすることで、モータＭの鉄損を低減することができる。一方、キャリア周波数を高くするとインバータ５０の損失が大きくなる。また、鉄損比率と銅損比率の和は、キャリア周波数が高くなると、徐々に小さくなりながら一定の値に近づく。以上のようなモータＭの損失の低下と、インバータ５０の損失の増加との兼ね合いで、総合損失が最小となるキャリア周波数が定まる。このため、トルク比率が０．０５、０．１２５では、最適キャリア周波数が４０ｋＨｚになったと考えられる。
【００３２】
次に、図４−１（ｃ）に示すように、トルク比率が０．２５の条件（以下、中負荷条件と称する）では、図４−１（ａ）および図４−２（ｂ）に示す低負荷条件のときよりも、総合損失に対するモータＭの銅損の比率が大きくなる。また、低負荷条件のときと同様に、鉄損比率と銅損比率の和は、キャリア周波数が高くなると、徐々に小さくなりながら一定の値に近づくが、鉄損比率と銅損比率の和が略一定になるキャリア周波数は２０ｋＨｚであり、低負荷条件のときよりも低くなる。また、低負荷条件のときと同様に、キャリア周波数を高くすると、インバータ５０の損失が大きくなる。ただし、キャリア周波数が２０ｋＨｚ以上になると、低負荷条件（におけるキャリア周波数が４０ｋＨｚ以上のとき）よりも、キャリア周波数の増加に対するインバータ５０の損失の増加量が大きくなる（インバータ５０の損失の増え方が急になる）。以上のようなモータＭの損失の低下と、インバータ５０の損失の増加との兼ね合いで、総合損失が最小となるキャリア周波数が定まり、当該キャリア周波数は、低負荷条件のときよりも低くなる。このため、トルク比率が０．２５では、最適キャリア周波数が２０ｋＨｚになったと考えられる。
【００３３】
次に、図４−２（ａ）および図４−２（ｂ）に示すように、トルク比率が０．３７５、０．５の条件（以下、高負荷条件と称する）では、図４−１（ｃ）に示す中負荷条件のときよりも、総合損失に対するモータＭの銅損の比率が大きくなる。また、高負荷条件でも、低負荷条件および中負荷条件のときと同様に、キャリア周波数が高くなると、鉄損比率と銅損比率の和は、徐々に小さくなりながら一定の値に近づくのに対し、インバータ損比率は、増加する。また、モータＭのトルクが大きくほど、各キャリア周波数におけるインバータ損比率は大きくなる。
【００３４】
モータＭのトルクが大きくなると（すなわち、高負荷になると）当該トルクを発生させるために必要なモータ電流が大きくなる。したがって、ＰＷＭ制御により高精度に波形制御をするために、より高いキャリア周波数が必要になる。すなわち、高負荷条件では、モータ電流が大きくなることによりモータＭの銅損は中負荷条件に比べて大きくなり、また、キャリア周波数が低い条件では、磁束密度の波形が歪み、高調波成分が多く発生するため、モータＭの鉄損は中負荷条件に比べて増大する。
【００３５】
以上のようなモータＭの損失の低下と、インバータ５０の損失の増加との兼ね合いで、総合損失が最小となるキャリア周波数が定まり、当該キャリア周波数は、中負荷条件のときよりも高くなる。また、当該キャリア周波数は、モータＭのトルクが大きくなるにつれて高くなる。このため、トルク比率が０．３７５、０．５では、最適キャリア周波数が、それぞれ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚになったと考えられる。
【００３６】
以上のように、モータＭの回転数比率が１．００の場合においては、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以下となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは低くなるようにし、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは高くなるようにすることにより、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができる。
【００３７】
次に、本発明者は、モータＭの回転数に関わらず、最適キャリア周波数と、モータＭのトルクとの関係において、最適キャリア周波数には最低値が存在し、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは高くなるようにする必要があることを確認した。このことを図５−１〜図１３−３に示す。図５−１〜図５−３、図８−１〜図８−３、および図１１−１〜図１１−３の表の項目の内容は、図２−１および図２−２に示す表の項目の内容と同じである。
【００３８】
「図５−１〜図５−３」、「図８−１〜図８−３」、「図１１−１〜図１１−３」は、それぞれ、モータＭの回転数比率が０．７５、０．５０、０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す図である。「図５−１（ａ）・図８−１（ａ）・図１１−１（ａ）」、「図５−１（ｂ）・図８−１（ｂ）・図１１−１（ｂ）」、「図５−１（ｃ）・図８−１（ｃ）・図１１−１（ｃ）」、「図５−２（ａ）・図８−２（ａ）・図１１−２（ａ）」、「図５−２（ｂ）・図８−２（ｂ）・図１１−２（ｂ）」、「図５−２（ｃ）・図８−２（ｃ）・図１１−２（ｃ）」、「図５−３（ａ）・図８−３（ａ）・図１１−３（ａ）」、「図５−３（ｂ）・図８−３（ｂ）・図１１−３（ｂ）」、「図５−３（ｃ）・図８−３（ｃ）・図１１−３（ｃ）」は、それぞれ、トルク比率が０．０５、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５、０．６２５、０．７５、０．８７５、１．０のときの測定結果を示す。尚、モータＭの回転数比率が０．７５以下においては、モータＭのトルクを最大トルクまで与えることができた。
【００３９】
また、図６、図９、図１２は、それぞれ、図５−１〜図５−３、図８−１〜図８−３、図１１−１〜図１１−３に示す総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の総合効率比率が０．９８０〜１．００５の領域を拡大して示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の総合効率比率が０．９５〜１．０１の領域を拡大して示す図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の総合効率比率が０．９０〜１．００の領域を拡大して示す図である。
【００４０】
図７−１〜図７−３、図１０−１〜図１０−３、図１３−１〜図１３−３は、それぞれ、図５−１〜図５−３、図８−１〜図８−３、図１１−１〜図１１−３に示す総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。「図７−１（ａ）・図１０−１（ａ）、図１３−１（ａ）」、「図７−１（ｂ）・図１０−１（ｂ）、図１３−１（ｂ）」、「図７−１（ｃ）・図１０−１（ｃ）、図１３−１（ｃ）」、「図７−２（ａ）・図１０−２（ａ）、図１３−２（ａ）」、「図７−２（ｂ）・図１０−２（ｂ）、図１３−２（ｂ）」、「図７−２（ｃ）・図１０−２（ｃ）、図１３−２（ｃ）」、「図７−３（ａ）・図１０−３（ａ）、図１３−３（ａ）」、「図７−３（ｂ）・図１０−３（ｂ）、図１３−３（ｂ）」、「図７−３（ｃ）・図１０−３（ｃ）、図１３−３（ｃ）」は、それぞれ、トルク比率が、０．０５、０．１２５、０．２５、０．３７５、０．５、０．６２５、０．７５、０．８７５．１．０のときの結果を示す。
【００４１】
図５−１〜図１３−３に示すように、モータＭの回転数比率が０．２５、０．５０、および０．７５であるときにも、１．００のときと同様に、最適キャリア周波数と、モータＭのトルクとの関係において、最適キャリア周波数には最低値が存在し、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は、同じまたは高くなることが分かる。尚、図５−２（ｂ）において、キャリア周波数が１０ｋＨｚ、１５ｋＨｚのときの総合効率比率は共に０．９９９であるが、小数点第４位以降まで計算すると、キャリア周波数が１０ｋＨｚのときの総合効率比率の方が、キャリア周波数が１５ｋＨｚのときの総合効率比率よりも大きくなった。また、図５−３（ｂ）、（ｃ）において、キャリア周波数が１０ｋＨｚ、１５ｋＨｚのときの総合効率比率は、それぞれ、０．９９５、０．９９１であるが、小数点第４位以降まで計算すると、キャリア周波数が１５ｋＨｚのときの総合効率比率の方が、キャリア周波数が１０ｋＨｚのときの総合効率比率よりも大きくなった。また、図８−１（ｃ）、図１１−２（ｃ）において、キャリア周波数が５ｋＨｚ、１０ｋＨｚのときの総合効率比率は、それぞれ、０．９７７、０．９８３であるが、小数点第４位以降まで計算すると、キャリア周波数が１０ｋＨｚのときの総合効率比率の方が、キャリア周波数が５ｋＨｚのときの総合効率比率よりも大きくなった。
【００４２】
モータＭの回転数比率が０．２５、０．５０、および０．７５のときには、モータＭの回転数比率が１．００のときに比べて、励磁基本周波数が低いため、キャリア周波数を高くすることによる、銅損割合と鉄損割合との和の低減効果は小さくなる（一部、測定のバラツキ等の影響で、キャリア周波数が高くなるに従って銅損割合と鉄損割合との和は大きくなっている）。このため、モータＭの回転数比率が０．２５、０．５０、および０．７５のときには、モータＭの回転数比率が１．００のときのように、モータＭのトルクが、最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルクよりも小さい範囲がなく、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは高くなるようにすることにより、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができる。
【００４３】
【表１】
0006950827.tif 000002
【００４４】
以上の結果を表１に示す。表１は、図２−１〜図１３−２に示す結果から得られた、トルク比率およびモータＭの回転数比率毎の最適キャリア周波数を示す。尚、ここでは、トルク比率を変更する間隔を０．１２５（または０．０７５）とする場合を例に挙げて示した。トルク比率を変更する間隔を図２−１〜図２−２、図５−１〜図５−３、図８−１〜８−３、および図１１−１〜図１１−３に示す間隔よりも小さくすると、測定のバラツキ等によって、表１においては最適キャリア周波数が同一になるトルク比率の範囲であっても、最適キャリア周波数が（僅かに）増減することがあり得る。例えば、モータの回転数比率が０．２５においては、トルク比率が０．０５〜０．１２５の範囲では最適キャリア周波数は５ｋＨｚであるが、トルク比率が０．０５〜０．１２５の間で、最適キャリア周波数が５ｋＨｚに対して増減することがあり得る。従って、前述した説明において、モータ駆動システムの全体の効率を最大化するために、モータＭのトルクが変化しても最適キャリア周波数が同一の値であるとの関係を導出したトルク比率の範囲において、キャリア周波数を最適キャリア周波数と完全に同一となるように設定する必要はなく、略同等にしていればよい。
キャリア周波数の５％程度の差異は総合損失が最小となる最適キャリア周波数の値に与える影響は小さい。従って、本明細書における「略同等」は、「キャリア周波数の差異が５％以下であること」を意味する。
【００４５】
表１から明らかなように、モータＭの回転数比率が何れの場合であっても、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる部分を有する。例えば、モータＭの回転数比率が０．７５の場合には、トルク比率が０．１２５から０．２５０に変化してモータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は５ｋＨｚから１０ｋＨｚに変化するので高くなる。また、トルク比率が０．６２５から０．７５０に変化してモータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は１０ｋＨｚから１５ｋＨｚに変化するので高くなる。また、モータＭの回転数比率が１．００の場合には、トルク比率が０．２５０から０．３７５、０．３７５から０．５００に変化してモータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数はそれぞれ２０ｋＨｚから３０ｋＨｚ、３０ｋＨｚから４０ｋＨｚに変化するので高くなる。また、モータＭの回転数比率が１．００の場合には、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が低くなる部分を有する。具体的にトルク比率が０．１２５から０．２５０に変化してモータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数は４０ｋＨｚから２０ｋＨｚに変化するので低くなる。
さらに、モータＭの回転数比率が何れの場合であっても、最低値の最適キャリア周波数に対応するトルク比率の範囲は、一つの範囲のみ存在することが分かる。例えば、モータＭの回転数比率が０．７５の場合には、トルク比率が０．０５から０．１２５の範囲において、最適キャリア周波数が最低値の５ｋＨｚとなり、その他のトルク比率の範囲では、最適キャリア周波数の値は５ｋＨｚよりも高い。また、モータＭの回転数比率が１．００の場合には、トルク比率が０．２５０において、最適キャリア周波数が最低値の２０ｋＨｚとなり、その他のトルク比率の範囲では、最適キャリア周波数の値は２０ｋＨｚよりも高い。よって、モータＭのトルク比率が、最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率の範囲よりも小さい範囲では、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは低くなるようにすることにより、または、モータＭのトルク比率が、最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率の範囲よりも大きい範囲では、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が、同じまたは高くなるようにすることにより、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができる。
【００４６】
本発明者は、他のＩＰＭＳＭやインバータ５０においても、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、略同等となるまたは高くなるようにすることにより、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができるトルク範囲があることを確認した。
また、インバータ損比率と、鉄損比率および銅損比率の和の値そのものは、インバータやモータＭの種類によって異なるが、キャリア周波数の変化に対する、インバータ損比率と、鉄損比率および銅損比率の和との変化の挙動は、モータＭの種類によって大きく異なることはないと考えられる。従って、モータＭのトルクが大きくなると、キャリア周波数が、略同等となるまたは高くなるようにすることにより、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができることは、ＩＰＭＳＭに限らず、その他の種類のモータＭであっても同じであると考えられる。
【００４７】
前述したようにキャリア周波数設定部７５は、モータＭの回転数の指令値およびモータＭのトルクの指令値に応じたキャリア周波数を設定する。このため、モータＭの回転数およびトルクと、最適キャリア周波数との関係を予め記憶しておく。図１４のフローチャートを参照しながら、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係をモータＭの回転数毎に導出する方法の一例を説明する。図１４のフローチャートは、モータＭの実機（例えば、電車、ハイブリッド自動車、家電製品等）への使用の前に行われる準備工程の一例となる。
【００４８】
まず、ステップＳ１４０１において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているモータＭの回転数の複数の候補のうち、未選択の候補を１つ指定する。
次に、ステップＳ１４０２において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているモータＭのトルクの複数の候補のうち、未選択の候補を１つ指定する。
【００４９】
次に、ステップＳ１４０３において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているキャリア周波数の複数の候補のうち、未選択の候補を１つ指定する。
次に、ステップＳ１４０４において、制御装置７０は、ステップＳ１４０１〜Ｓ１４０３で指定された内容に基づいてＰＷＭ信号Ｓを生成し、インバータ５０に出力する。インバータ５０は、このＰＷＭ信号Ｓに基づいてモータＭを動作させる。このとき、印加電圧演算部７１は、ステップＳ１４０１で指定された回転数をモータＭの回転数の指令値とし、ステップＳ１４０２で指定されたトルクをモータＭのトルクの指令値として、モータＭの各相に印加する電圧を演算し、その電圧を示す電圧指令信号を生成する。また、キャリア波発生部７２は、ステップＳ１４０３で指定されたキャリア周波数の三角波を発生させる。
【００５０】
次に、ステップＳ１４０５において、ステップＳ１４０４でモータＭを動作させているときの総合損失（インバータ５０を用いてモータＭを駆動させた場合の総合損失）を測定する。前述したように、総合損失は、モータＭの銅損および鉄損とインバータ５０の損失との和である。総合損失は、インバータ５０への入力電力からモータＭの出力を減算した値として導出される。モータＭの銅損は、モータＭの各相ｕ、ｖ、ｗの巻線に流れる電流と巻線抵抗とからジュール損として導出される。モータＭの鉄損は、モータＭへの入力電力からモータＭの出力と銅損とを減算した値として導出される。インバータ５０の損失は、インバータ５０への入力電力からインバータの出力電力（モータＭへの入力電力）を減算した値として導出される。
次に、ステップＳ１４０６において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているキャリア周波数の複数の候補を全て指定したか否かを判定する。この判定の結果、キャリア周波数の複数の候補を全て指定していない場合、処理は、ステップＳ１４０３に戻る。そして、キャリア周波数の複数の候補の全てが指定されるまで、ステップＳ１４０３〜Ｓ１４０６の処理が繰り返し実行される。つまり、ステップＳ１４０５における総合損失の測定（導出）は、インバータ５０におけるキャリア周波数を異ならせて行われる。
【００５１】
ステップＳ１４０６においてキャリア周波数の複数の候補を全て指定したと判定される場合には、キャリア周波数の全ての候補のそれぞれの三角波を用いて、ステップＳ１４０１で指定された回転数、および、ステップＳ１４０２で指定されたトルクを指令値とするＰＷＭ信号Ｓを生成してモータＭを駆動したときの総合損失が、繰り返し実行されたステップＳ１４０５において得られている。そして、処理は、ステップＳ１４０７に進む。
ステップＳ１４０７において、制御装置７０は、ステップＳ１４０１で指定されたモータＭの回転数、および、ステップＳ１４０２で指定されたモータＭのトルクを指令値とするＰＷＭ信号Ｓを生成してモータＭを駆動した場合の総合損失のうち最小の総合損失となるキャリア周波数を最適キャリア周波数として特定する（つまり、ステップＳ１４０５において導出された総合損失に基づいて、総合損失が最小になるときのキャリア周波数を最適キャリア周波数として導出する）。
【００５２】
このとき、以下のようにして最適キャリア周波数を特定してもよい。ステップＳ１４０７に処理が進んだ段階では、ステップＳ１４０３で指定したキャリア周波数の候補と、当該キャリア周波数を指定した場合にステップＳ１４０５で測定された総合損失との組が、キャリア周波数の候補の数だけ得られている。制御装置７０は、これらキャリア周波数の候補と総合損失との組に基づいて、キャリア周波数と総合損失との関係を示す式を、最小二乗法等の公知の手法により導出する。制御装置７０は、この式において、総合損失が最小になるキャリア周波数を最適キャリア周波数として特定する。
【００５３】
次に、ステップＳ１４０８において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているモータＭのトルクの複数の候補を全て指定したか否かを判定する。この判定の結果、モータＭのトルクの複数の候補を全て指定していない場合、処理は、ステップＳ１４０２に戻る。そして、モータＭのトルクの複数の候補の全てが指定されるまで、ステップＳ１４０２〜Ｓ１４０８の処理が繰り返し実行される。つまり、ステップＳ１４０５における総合損失の測定（導出）は、モータＭに生じるトルクを異ならせて行われる。また、ステップＳ１４０７における最適キャリア周波数の導出は、複数のトルクのそれぞれについて行われる。
ステップＳ１４０８においてモータＭのトルクの複数の候補を全て指定したと判定される場合には、キャリア周波数の全ての候補のそれぞれの三角波を用いて、ステップＳ１４０１で指定されたモータＭの回転数と、モータＭのトルクの全ての候補のそれぞれとを指令値とするＰＷＭ信号Ｓを生成してモータＭを駆動したときの最適キャリア周波数が、繰り返し実行されたステップＳ１４０７において得られている。そして、処理は、ステップＳ１４０９に進む。
【００５４】
ステップＳ１４０９において、制御装置７０は、ステップＳ１４０１で指定されたモータＭの回転数についての、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を導出する。モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を導出する方法の具体例を説明する。まず、制御装置７０は、ステップＳ１４０２で指定したモータＭのトルクにおける最適キャリア周波数を抽出することを、繰り返し実行されるステップＳ１４０２で指定したモータＭのトルクのそれぞれについて行う。これにより、ステップＳ１４０１で指定されたモータＭの回転数について、モータＭのトルクと、当該モータＭのトルクにおける最適キャリア周波数との組が、モータＭのトルクの候補の数だけ得られる。制御装置７０は、以上のようにして得られたモータＭのトルクと、当該モータＭのトルクにおける最適キャリア周波数との組を、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係として導出する。
【００５５】
次に、ステップＳ１４１０において、制御装置７０は、制御装置７０に対して予め設定されているモータＭの回転数の複数の候補を全て指定したか否かを判定する。この判定の結果、モータＭの回転数の複数の候補を全て指定していない場合、処理は、ステップＳ１４０１に戻る。そして、モータＭの回転数の複数の候補の全てが指定されるまで、ステップＳ１４０１〜Ｓ１４１０の処理が繰り返し実行される。つまり、ステップＳ１４０５における総合損失の測定（導出）は、モータＭの回転数を異ならせて行われる。また、ステップＳ１４０７における最適キャリア周波数の導出は、複数の回転数のそれぞれについて行われる。
ステップＳ１４１０においてモータＭの回転数の複数の候補を全て指定したと判定される場合には、モータＭの回転数の全ての候補のそれぞれについて、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係が、繰り返し実行されたステップＳ１４０９において得られている。そして、処理は、ステップＳ１４１１に進む。
【００５６】
ステップＳ１４１１において、制御装置７０は、ステップＳ１４０７において導出された最適キャリア周波数に基づいて、モータＭのトルクと、最適キャリア周波数との関係をモータＭの回転数毎に導出して記憶する。この関係は、表１に示すような関係になる。
【００５７】
このとき、表１を参照しながら説明した知見に基づき、制御装置７０によりモータＭの回転数毎に導出されるモータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係（ステップＳ１４１１において導出される関係）は、モータＭのトルクが、ステップＳ１４０７において特定された複数の最適キャリア周波数（モータＭの回転数が共通の条件下であって、モータＭのトルクが互いに異なる条件下で特定された複数の最適キャリア周波数）のうちの最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以上となる範囲では、モータＭのトルクが大きくなるとキャリア周波数が高くなる部分（第１部分）を有することになる。
【００５８】
表１に示す例では、モータＭの回転数比率が、０．２５、０．５０、０．７５、１．００の場合、それぞれ、最低の最適キャリア周波数は５ｋＨｚ、５ｋＨｚ、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚであり、当該最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率は、それぞれ、０．０５０および０．１２５、０．０５０および０．１２５、０．０５０および０．１２５、０．２５０である。そして、モータＭの回転数比率が、０．２５、０．５０、０．７５、１．００の場合、最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率以上のトルク比率の範囲である、０．１２５〜０．２５０、０．１２５〜０．２５０、０．１２５〜０．２５０、０．２５０〜０．５００の範囲においては、トルク比率が、それぞれ、０．１２５から０．２５０、０．１２５から０．２５０、０．１２５から０．２５０、０．２５０から０．３７５および０．３７５から０．５００に変化して大きくなると、最適キャリア周波数は、それぞれ、５から１０、５から１０、５から１０、２０から３０および３０〜４０にそれぞれ変化し、高くなる。制御装置７０によりモータＭの回転数毎に導出されるモータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、このような関係になる。
【００５９】
表１のモータＭの回転数比率が「０．２５」の例では、ステップＳ１４１１において導出される関係は、モータＭのトルク比率が、ステップＳ１４０７において導出された、モータＭの複数の回転数比率（「０．２５」、「０．５０」、「０．７５」、「１．００」）のうちの一つの回転数比率「０．２５」に対応する最適キャリア周波数（「５」、「１０」）のうち、最低のキャリア周波数「５」に対応するモータＭのトルク比率（「０．０５０」、「０．１２５」）以上となる範囲において、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、１．０００以下の部分）を有する。
「モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる第１部分」には、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分」が含まれてもよい。
表１のモータＭの回転数比率が「０．２５」の例では、第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、１．０００以下の部分）に、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．１２５以下の部分、および、モータＭのトルク比率が０．２５０以上、１．０００以下の部分）」が含まれる。
【００６０】
表１のモータＭの回転数比率が「０．５０」の例では、ステップＳ１４１１において導出される関係は、モータＭのトルク比率が、ステップＳ１４０７において導出された最適キャリア周波数（「５」、「１０」）のうち、最低のキャリア周波数「５」に対応するモータＭのトルク比率（「０．０５０」、「０．１２５」）以上となる範囲において、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、１．０００以下の部分）を有する。
表１のモータＭの回転数比率が「０．５０」の例では、第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、１．０００以下の部分）に、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．１２５以下の部分、および、モータＭのトルク比率が０．２５０以上、１．０００以下の部分）」が含まれる。
【００６１】
表１のモータＭの回転数比率が「０．７５」の例では、ステップＳ１４１１において導出される関係は、モータＭのトルク比率が、ステップＳ１４０７において導出された最適キャリア周波数（「５」、「１０」、「１５」）のうち、最低のキャリア周波数「５」に対応するモータＭのトルク比率（「０．０５０」、「０．１２５」）以上となる範囲において、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．７５０以下の部分）を有する。
表１のモータＭの回転数比率が「０．７５」の例では、第１部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．７５０以下の部分）に、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．１２５以下の部分、および、モータＭのトルク比率が０．２５０以上、０．６２５以下の部分）」が含まれる。
【００６２】
表１のモータＭの回転数比率が「１．００」の例では、ステップＳ１４１１において導出される関係は、モータＭのトルク比率が、ステップＳ１４０７において導出された最適キャリア周波数（「２０」、「３０」、「４０」）のうち、最低のキャリア周波数「２０」に対応するモータＭのトルク比率（「０．２５０」）以上となる範囲において、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が高くなる第１部分（モータＭのトルク比率が０．２５０以上、０．５００以下の部分）を有する。
【００６３】
また、モータＭのトルクが、前述したようにして特定された複数の最適キャリア周波数のうちの最低の最適キャリア周波数に対応するモータＭのトルク以下となる範囲がある場合、当該範囲では、制御装置７０によりモータＭの回転数毎に導出されるモータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、モータＭのトルクが大きくなるとキャリア周波数が低くなる部分（第２部分）を有することになる。
【００６４】
表１に示す例では、モータＭの回転数比率が１．００の場合、最低の最適キャリア周波数は２０ｋＨｚであり、当該最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率は０．２５０であり、当該トルク比率（＝０．２５０）以下のトルク比率（＝０．２５０、０．１２５、０．０５０）がある。そして、当該最低の最適キャリア周波数に対応するトルク比率である０．２５０以下のトルク比率の範囲である０．１２５〜０．２５０の範囲においては、トルク比率０．１２５から０．２５０に変化して大きくなると、最適キャリア周波数は、４０から２０に変化し、低くなる。制御装置７０により導出されるモータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、このような関係になる。
【００６５】
表１のモータＭの回転数比率が「１．００」の例では、ステップＳ１４１１において導出される関係は、モータＭのトルク比率が、ステップＳ１４０７において導出された最適キャリア周波数（「２０」、「３０」、「４０」）のうち、最低のキャリア周波数「２０」に対応するモータＭのトルク比率（「０．２５０」）以下となる範囲において、モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が低くなる第２部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．２５０以下の部分）を有する。
「モータＭのトルク比率が大きくなると、最適キャリア周波数が低くなる第２部分」には、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分」が含まれてもよい。
表１のモータＭの回転数比率が「１．００」の例では、第２部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．２５０以下の部分）に、「モータＭのトルク比率が大きくなっても最適キャリア周波数が略同等である部分（モータＭのトルク比率が０．０５０以上、０．１２５以下の部分）」が含まれる。
【００６６】
例えば、制御装置７０は、モータＭの回転数の全ての候補のそれぞれについての、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係（モータＭのトルクと、当該モータＭの最適キャリア周波数との組）から、モータＭの回転数、モータＭのトルク、および最適キャリア周波数を相互に関連付けて記憶するテーブルを、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係としてモータＭの回転数毎に導出することができる。また、制御装置７０は、モータＭの回転数の全ての候補のそれぞれについての、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係（モータＭのトルクと、当該モータＭの最適キャリア周波数との組）から、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を示す式を、最小二乗法等の公知の手法によりモータＭの回転数毎に導出することもできる。そして、図１４のフローチャートによる処理が終了する。
【００６７】
図１４のフローチャートにより、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係がモータＭの回転数毎に記憶された後に（準備工程が終了した後に）、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係をモータＭの回転数毎に用いて実機におけるモータＭの駆動を行う実使用工程が実施される。実使用工程では、例えば、以下の処理が実行される。
モータＭを駆動する際に、キャリア周波数設定部７５は、モータＭのトルクと最適キャリア周波数とのモータＭの回転数毎の関係から、モータＭのトルクの指令値およびモータＭの回転数の指令値に対応する最適キャリア周波数を、インバータ５０におけるキャリア周波数として抽出する(つまり、上述した関係に基づいて、モータＭのトルクの指令値およびモータＭの回転数の指令値に応じたキャリア周波数を設定する)。
例えば表１に示すモータＭの回転数比率１．００におけるモータＭのトルク比率と最適キャリア周波数との関係から、インバータ５０におけるキャリア周波数が設定される場合、キャリア周波数設定部７５は、モータＭのトルクが最低の最適キャリア周波数（２０ｋＨｚ）に対応するモータＭのトルク以上となる範囲（モータＭのトルク比率が０．２５０〜０．５００の範囲）において、モータＭのトルクが大きくなると２０ｋＨｚから４０ｋＨｚに高くなる最適キャリア周波数を、インバータ５０におけるキャリア周波数として設定する。また、キャリア周波数設定部７５は、モータＭのトルクが最低の最適キャリア周波数（２０ｋＨｚ）に対応するモータＭのトルク以下となる範囲（モータＭのトルク比率が０．０５０〜０．２５０の範囲）において、モータＭのトルクが大きくなると４０ｋＨｚから２０ｋＨｚに低くなる最適キャリア周波数を、インバータ５０におけるキャリア周波数として設定する。
【００６８】
当該関係をテーブルとした場合、当該テーブルに、指令値（モータＭの回転数、トルク）と同じ値のものが存在していない場合がある。この場合、キャリア周波数設定部７５は、例えば、当該指令値に基づいて、当該テーブルに格納されている値に対して補間処理または補外処理を行うことにより、指令値と同じ値（モータＭの回転数、トルク）に対応する最適キャリア周波数を、インバータ５０におけるキャリア周波数として導出することができる。
キャリア波発生部７２は、このようにしてキャリア周波数設定部７５により設定されたキャリア周波数の三角波を発生させる。尚、以上のように、モータＭのトルクと最適キャリア周波数とのモータＭの回転数毎の関係における最適キャリア周波数の値は、インバータ５０に適用するキャリア周波数として使用されるものである。従って、モータＭのトルクと最適キャリア周波数とのモータＭの回転数毎の関係は、モータＭのトルクとインバータ５０に適用するキャリア周波数とのモータＭの回転数毎の関係と同義である。
【００６９】
以上のように本実施形態では、インバータ５０として、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有するインバータ５０を用いる場合、モータＭのトルクが、最適キャリア周波数が最低となるトルク以上となる領域では、モータＭのトルクが大きくなると、最適キャリア周波数が、略同等となるまたは高くなるように、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係をモータＭの回転数毎に定める。従って、モータＭの鉄損および銅損とインバータ５０内のスイッチング損失とを考慮してモータ駆動システム全体の効率が高められるように、キャリア周波数を設定することができる。よって、モータＭの損失とインバータ５０の損失との合計の損失が小さくなるようにモータＭを駆動することができる。
【００７０】
本実施形態では、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を、実際の測定を行うことによりモータＭの回転数毎に導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、モータのトルクと最適キャリア周波数との関係は、必ずしも、このようにしてモータＭの回転数毎に導出する必要はない。例えば、インバータ５０によりモータＭを励磁したときのモータ駆動システムの全体損失を、数値解析を用いて導出してもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を、制御装置７０でモータＭの回転数毎に導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、制御装置７０とは異なる情報処理装置でモータＭの回転数毎に導出してもよい。例えば、インバータ５０によりモータＭを励磁したときのモータ駆動システムの全体の損失を、数値解析を用いて導出する場合には、このようにするのが好ましい。また、このようにする場合、制御装置７０は、当該情報処理装置でモータＭの回転数毎に導出されたモータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係を取得する。このとき、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係は、制御装置７０の内部にモータＭの回転数毎に記憶されていてもよいし、制御装置７０の外部にモータＭの回転数毎に記憶されていてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、交流電源１０と整流回路２０とを用いて、インバータ５０への入力電力を生成する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、交流電源１０と整流回路２０の代替として、直流電源を用いることができる。さらには、前記直流電源は昇降圧機能を有するものとすることもできる。あるいは、直流電源は蓄電機能を有し、モータＭからの回生電力を蓄電する構成とすることもできる。
【００７３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、インバータ５０を構成するスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されるスイッチング素子である場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、インバータ５０を構成するスイッチング素子が、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体（一般的なバンドギャップを有する半導体）を用いて構成されるスイッチング素子である場合について説明する。このように、本実施形態と第１の実施形態とは、インバータ５０を構成するスイッチング素子が異なることによる構成が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１４に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【００７４】
本発明者は、インバータ５０のスイッチング素子を構成する半導体素子として、一般的なバンドギャップを有する半導体の一つであるＳｉ半導体素子を用いることと、キャリア周波数の範囲を５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚとしたことの他は、第１の実施形態で説明したのと同じ条件で、高効率のモータ駆動システムとするためのキャリア周波数を調査した。その結果について、以下に説明する。
図１５−１〜図１５−２は、モータＭの回転数比率が１．００のときの損失の測定結果を表形式で示す図である。図１５−１（ａ）、（ｂ）、図１５−２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図２−１（ａ）、（ｂ）、図２−２（ａ）、（ｂ）に対応する図である。図１６は、図１５−１および図１５−２に示す総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。図１６は、図３に対応する図である。図１７−１および図１７−２は、図１５−１および図１５−２に示す総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。図１７−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１７−２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図４−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図４−２（ａ）、（ｂ）に対応する図である。
【００７５】
図１８−１〜図１８−３、図２１−１〜図２１−３、図２４−１〜図２４−３は、それぞれ、モータＭの回転数比率が０．７５、０．５０、０．２５のときの損失の測定結果を表形式で示す図である。図１８−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図１８−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図２１−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図２１−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図２４−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図２４−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図５−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図５−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図８−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図８−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１１−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図１１−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図である。
【００７６】
図１９、図２２、図２５は、それぞれ、図１８−１〜図１８−３、図２１−１〜図２１−３、図２４−１〜図２４−３に示す総合効率比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。
図２０−１〜図２０−３、図２３−１〜図２３−３、図２６−１〜図２６−３は、それぞれ、図１８−１〜図１８−３、図２１−１〜図２１−３、図２４−１〜図２４−３に示す総合損失比率とキャリア周波数との関係をグラフ形式で示す図である。図２０−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図２０−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図２３−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図２３−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図２６−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図２６−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図７−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図７−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１０−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図１０−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１３−１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）〜図１３−３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図である。
【００７７】
図１７−１〜図１７−２、図２０−１〜図２０−３、図２３−１〜図２３−３、および図２６−１〜図２６−３に示すように、インバータ５０のスイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体を用いた場合（図４−１〜図４−２、図７−１〜図７−３、図１０−１〜図１０−３、および図１３−１〜図１３−３）よりも、インバータ損比率が大きくなる。ワイドバンドギャップ半導体以外の一般的な半導体をスイッチング素子として用いた場合よりも、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子として用いた方が、スイッチング素子のスイッチング損失が小さくなるためである。このスイッチング損失は、キャリア周波数が高くなるほど大きくなる傾向にある。
【００７８】
また、図１６、図１９、図２２、および図２５に示すように、モータＭの回転数比率およびトルク比率を変更しても最適キャリア周波数は５ｋＨｚになる。ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体をスイッチング素子として用いても、第１の実施形態で説明したように、キャリア周波数が低い領域では、キャリア周波数が高くなると、鉄損比率と銅損比率の和は徐々に大きくなり、その後、一定の値に近づく。一方、前述したように、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体をスイッチング素子として用いると、ワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子として用いる場合に比べて、インバータ５０の損失（およびインバータ損比率）は大きくなり、更に、キャリア周波数の増加に対するインバータ５０の損失（およびインバータ損比率）の増加量も大きくなる（インバータ５０の損失（およびインバータ損比率）の増え方が急になる）。
以上のことから、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体をスイッチング素子として用いると、モータＭの回転数およびトルクによらず、最適キャリア周波数は略同等になる。
【００７９】
尚、第１の実施形態で説明したように、トルク比率を変更する間隔を図１５−１〜図１５−２、図１８−１〜図１８−３、図２１−１〜図２１−３、図２４−１〜図２４−３に示す間隔よりも小さくすると、測定のバラツキ等によって、最適キャリア周波数が増減することがあり得る。従って、最適キャリア周波数を完全に同等にする必要はなく、略同等にしていればよい。
以上のように本発明者は、インバータ５０のスイッチング素子として、ワイドバンドギャップ半導体以外の一般的な半導体をスイッチング素子として用いる場合には、モータＭの回転数およびトルクによらず、最適キャリア周波数は、略同等になるという知見を初めて見出した。また、第１の実施形態で説明したように、他のモータＭおよびインバータ５０でも同様にすることで、モータ駆動システム全体の効率を最大化（損失を最小化）することができることを確認した。
【００８０】
また、以上の最適キャリア周波数は、例えば、図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ１４０１〜Ｓ１４０８、Ｓ１４１０の処理を行うことにより導出することができる。モータＭのトルクに応じて最適キャリア周波数が（僅かに）異なる場合には、それらの代表値（例えば、平均値、最頻値、中央値、最低値、または最高値）を最適キャリア周波数としてモータＭの回転数毎に１つ導出してもよいし、図１４のフローチャートで説明したようにして、モータＭのトルクと最適キャリア周波数との関係（モータＭのトルクおよび回転数に関わらず、最適キャリア周波数が略同等の値になる関係）をモータＭの回転数毎に導出してもよい。何れの導出方法においても、モータＭの回転数およびトルクによらず、キャリア周波数設定部７５によってモータＭの回転数毎に設定されるキャリア周波数は、略同等の値（例えば、最適キャリア周波数の最低値と略同等の値）になる。
つまり、本実施形態では、実使用工程において、キャリア周波数設定部７５は、モータＭのトルクおよび回転数に関わらず、最適キャリア周波数が略同等の値になる関係に基づいて、最適キャリア周波数をインバータ５０におけるキャリア周波数としてモータＭの回転数毎に設定する。
【００８１】
以上のように本実施形態では、インバータ５０として、ワイドバンドギャップ半導体以外の半導体を用いて構成されたスイッチング素子を有するインバータ５０を用いる場合、モータＭの回転数およびトルクに関わらずキャリア周波数を略同等にする。従って、ワイドバンドギャップ半導体以外の一般的な半導体を用いて構成されたスイッチング素子を用いても、第１の実施形態で説明したのと同様の効果が得られる。
本実施形態においても、第１の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
上述したモータＭの回転数比率の値は一例にすぎず、本発明は、上述したモータＭの回転数比率の値以外の値にも適用可能である。
【００８２】
尚、以上説明した本発明の実施形態のうち制御装置７０の構成は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０：交流電源、２０：整流回路、３０：電解コンデンサ、４０：電圧センサ、５０：インバータ、６１〜６３：電流センサ、７０：制御装置、７１：印加電圧演算部、７２：キャリア波発生部、７３：比較部、７４：ＰＷＭ信号出力部、７５：キャリア周波数設定部
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【図１８−３】
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【図１９】
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【図２０−１】
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【図２０−２】
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【図２０−３】
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【図２１−１】
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【図２１−２】
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【図２１−３】
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【図２２】
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【図２３−１】
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【図２３−２】
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【図２３−３】
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【図２４−１】
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【図２４−２】
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【図２４−３】
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【図２５】
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【図２６−１】
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【図２６−２】
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【図２６−３】
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