JP6835043B2

JP6835043B2 - モータ駆動システム

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Publication number: JP6835043B2
Application number: JP2018121294A
Authority: JP
Inventors: 亮祐大杉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: CN110641451A; EP3588771B1; JP2020005373A; EP3588771A1; CN110641451B; US20190393824A1; US10862419B2

Description

本明細書は、車両の動力源の一つであるモータを駆動するモータ駆動システムを開示する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両には、動力源の一つとしてモータが搭載されている。かかるモータは、インバータと制御装置とを含むモータ駆動システムにより駆動される。インバータは、複数のスイッチング素子のオン／オフを切り替えることで、直流電力を、交流電力に変換してモータに出力する。制御装置は、モータへの指令値を示す変調波とキャリア波とを比較することにより、インバータのスイッチング信号を生成する。

ここで、モータの回転が外力により阻害または妨害されたロック状態となると、モータに設けられている巻線のうち一相のみに電流が集中する。この場合、インバータに設けられている複数のスイッチング素子のうち、この相に対応するスイッチング素子が急激に発熱する。そこで、従来から、モータが、所定の回転数以下となれば、ロック状態と判断して、キャリア波の周波数（以下「キャリア周波数」という）を、特に低い保護周波数に切り替える技術が提案されている。

しかし、モータの回転数は、当該モータがロックした場合だけでなく、加減速の過程でも、一時的に、所定の回転数以下となる。このように、低回転数域を一時的に通過した場合にも、キャリア周波数を保護周波数に切り替えた場合、騒音の問題を招く。

そこで、特許文献１には、こうした騒音を防止しつつ、スイッチング素子を保護する技術が開示されている。具体的には、特許文献１では、スイッチング素子の温度（素子温度）を検出する温度センサを設けておき、この素子温度とトルク指令値の組み合わせがどのような場合に、保護周波数に切り替えるかの判定基準を示す判定ラインを予め求めておく。そして、モータ回転数が所定の閾値以下となれば、その時点の素子温度およびトルク指令値と判定ラインとを比較し、素子温度およびトルク指令値が判定ラインを上回れば、キャリア周波数を保護周波数に切り替える。

かかる特許文献１によれば、モータの回転数が、所定の閾値以下となっても、素子温度およびトルク指令値が、判定ラインを上回らない限り、保護周波数に切り替わらない。その結果、モータが、低回転数域を一時的に通過するだけなら、保護周波数に切り替わらないため、不必要な騒音発生を、効果的に防止できる。

特開２０００−１３４９９０号公報

しかし、特許文献１のように、素子温度を考慮してキャリア周波数を切り替える構成の場合、当然ながら、温度センサを別途設ける必要がある。かかる温度センサの追加は、コストの増加や、部品の保守工数の増加を招く。

そこで、本明細書では、温度センサを追加することなく、スイッチング素子の過熱防止と、不必要な騒音の発生防止と、を両立できるモータ駆動システムを開示する。

本明細書に開示するモータ駆動システムは、車両走行用のモータを駆動させるモータ駆動システムであって、複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記モータへの指令値を示す変調波をキャリア波に基づいてＰＷＭ変調することにより、前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成する制御部であって、前記モータの運転状態に応じて前記キャリア波の周波数であるキャリア周波数を変更する制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータの回転数が規定の基準回転数以下かつトルクが規定の基準トルク以上の領域であるロック領域内にあり、かつ、前記モータが加減速状態でない場合は、前記キャリア周波数を前記スイッチング素子を保護する保護周波数に設定し、前記モータの回転数およびトルクで定まる動作点が前記ロック領域内にあっても、前記モータが加減速状態の場合には、前記キャリア周波数を前記保護周波数よりも高い非保護周波数に設定し、前記制御部は、前記モータの加速度の絶対値が、０、または、０より大きく設定された閾値以下の場合に前記モータが加減速状態でないと判断する、ことを特徴とする。

かかる構成とすれば、モータ動作点がロック領域内にあっても、加減速状態の場合には、キャリア周波数が非保護周波数に設定される。このため、加減速の過程でモータ動作点が一時的にロック領域内に入り、キャリア周波数が切り替えられることで騒音が発生する問題を防止できる。また、上記構成には、温度センサが不要であるため、部品点数の増加も防止できる。

この場合、さらに、前記動作点と前記キャリア周波数との相関を示すマップであって、前記ロック領域における前記キャリア周波数が前記保護周波数に設定されたロック用マップと、全範囲にわたって前記キャリア周波数が前記保護周波数よりも高い周波数に設定された非ロック用マップと、を記憶するマップ記憶部を備え、前記制御部は、前記モータの回転数および加速度に基づいて、前記ロック用マップと非ロック用マップのうち参照するマップを特定し、特定されたマップに基づいて前記キャリア周波数を決定してもよい。

二つのマップを、回転数および加速度に応じて切り替えることで、キャリア周波数の決定処理を簡易化できる。

また、前記ロック用マップでは、前記ロック領域の周囲に、前記キャリア周波数として現在の周波数を使用することが規定されたヒステリシス領域が設定されており、前記制御部は、前記モータの加速度の絶対値が、０より大きく設定された閾値より大きい場合に前記モータが加減速状態であると判断してもよい。

加減速状態の判断閾値を０より大きく設定することで、ロック状態を非ロック状態と誤判定する検出スルーを低減できる。また、判断閾値を０より大きくした場合、ロック状態であってもモータの動作点が少しずつ移動する。この場合に、ロック用マップのロック領域の周囲にヒステリシス領域を設けておけば、キャリア周波数の切り替えの頻度を低減できる。

本明細書で開示するモータ駆動システムによれば、モータ動作点がロック領域内にあっても、加減速状態の場合には、キャリア周波数が非保護周波数に設定されるため、加減速の過程で一時的に騒音が発生する問題を防止できる。また、上記構成には、温度センサが不要であるため、部品点数の増加も防止できる。結果として、温度センサを追加することなく、スイッチング素子の過熱防止と、不必要な騒音の発生防止と、を両立できる。

モータ駆動システムの構成を示す図である。制御部の機能ブロック図である。非ロック用マップの一例を示す図である。ロック用マップの一例を示す図である。マップ選択処理の流れを示すフローチャートである。他のロック用マップの一例を示す図である。

以下、モータ駆動システム１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、モータ駆動システム１０の構成を示す図である。このモータ駆動システム１０は、電動車両（例えばハイブリッド自動車や電気自動車等）の動力源の一つであるモータ１００を、ＰＷＭ制御により駆動する。モータ１００は、走行動力を生成するもので、車両に搭載される。なお、モータ１００は３相のモータであり、３相のコイルを有している。また、モータ１００は、エンジン（図示せず）の余剰動力または車両の制動力により発電する発電機として機能してもよい。

３相コイルのうち、２相（図示例では、Ｕ相およびＶ相）のコイルには、電流センサ２４が取り付けられており、当該コイルに流れる電流が検出される。電流センサ２４で検出された電流検出値ｉｕ，ｉｖは、制御部１４に送られる。また、モータ１００には、当該モータ１００の回転子の位置を検出する位置センサ（例えばレゾルバなど、図示せず）が設けられており、当該位置センサで検出された位置（回転角θ）は、制御部１４に送られる。

３相のコイルの一端には、直流電力を交流電力に変換するインバータ１２が接続されている。また、インバータ１２には、平滑用コンデンサ１８および電源１６が並列接続されている。ここで、電源１６は、充放電可能な二次バッテリでもよいし、コンデンサなどの蓄電手段でもよい。

インバータ１２は、３つ（３相）のアーム２０を並列接続して構成される。各アーム２０には、２つのスイッチング素子２２が直列接続されている。スイッチング素子２２は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、逆流ダイオードが並列接続されたものであり、上側トランジスタをオンすることで対応するコイルに向けて電流が流れ、下側トランジスタをオンすることで対応相のコイルから電流が引き抜かれる。

制御部１４は、インバータ１２の駆動を制御する。この制御部１４には、上述したとおり、電流検出値ｉｕ，ｉｖおよび回転角θが入力される。また、制御部１４には、上位制御装置から、車両のアクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量、車両加速度なども入力される。なお、車両加速度は、車両に設けられた加速度センサで検出される。制御部１４は、これらの情報に基づいて、インバータ１２のスイッチング信号を生成し、複数のスイッチング素子２２のオン／オフを切り替える。

この制御部１４は、物理的には、各種演算を行なうＣＰＵと、各種情報およびプログラムを記憶するメモリと、を有しており、例えば、マイコンである。図２は、この制御部１４の機能ブロック図である。

トルク指令生成部３０は、上位制御装置から入力されるアクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量などの情報に基づいて、モータ１００の出力要求（目標出力トルク）、すなわち、トルク指令Ｔ^＊を算出する。算出されたトルク指令Ｔ^＊は、電流指令生成部３２および周波数決定部４４に供給される。電流指令生成部３２は、トルク指令Ｔ^＊に基づいて、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令ｉｑ^＊を算出する。算出されたｄ軸電流指令ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令ｉｑ^＊は、ＰＩ制御部３４に供給される。

一方、３相／２相変換部３６には、モータ１００のロータ回転角θ、現在の電流検出値ｉｕ，ｉｖが供給される。３相／２相変換部３６は、この電流検出値ｉｕ，ｉｖからＷ相の電流検出値ｉｗを算出したうえで、三相の電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、ｄ軸電流検出値ｉｄおよびｑ軸電流検出値ｉｑに変換する。変換されたｄ軸電流検出値ｉｄおよびｑ軸電流検出値ｉｑもＰＩ制御部３４に供給される。

ＰＩ制御部３４は、ｄ軸、ｑ軸電流指令ｉｄ^＊，ｉｑ^＊およびｄ軸、ｑ軸電流検出値ｉｄ，ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令ｖｑ^＊を算出する。ＰＩ制御部３４は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御などのフィードバック制御により電圧指令ｖｄ^＊，ｖｑ^＊を算出する。ただし、この算出方法は、一例であり、他の制御、例えば、Ｐ制御、ＰＩＤ制御等でｄ軸、ｑ軸電圧指令ｖｄ^＊，ｖｑ^＊を算出してもよい。また、フィードバック制御に予測制御などのフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。

算出されたｄ軸、ｑ軸電圧指令ｖｄ^＊，ｖｑ^＊は、２相／３相変換部３８に供給される。２相／３相変換部３８は、ｄ軸、ｑ軸電圧指令ｖｄ^＊，ｖｑ^＊を、３相の電圧指令ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊に変換する。この３相の電圧指令ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊は、ＰＷＭ変調部４０に供給される。

ＰＷＭ変調部４０は、電圧指令ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊を示す変調波と、キャリア波と、の比較によってインバータ１２におけるスイッチング素子２２のスイッチング信号Ｓｓを生成する。キャリア波は、例えば、三角波であり、キャリア波生成部４２により生成される。このスイッチング信号Ｓｓに基づいてインバータ１２をスイッチングすることで、モータ１００に所望の電流が流れる。

キャリア波の周波数（以下「キャリア周波数ｆｃ」という）は、周波数決定部４４により決定される。また、マップ記憶部４６には、このキャリア周波数ｆｃの決定に際して参照される２種類のマップ、すなわち、非ロック用マップ５０とロック用マップ５２とが記憶されている。

このキャリア周波数ｆｃの決定について説明する。図３、図４は、それぞれ、非ロック用マップ５０と、ロック用マップ５２の一例を示す図である。図３、図４において、横軸は、モータ１００の回転数Ｎｍを、縦軸は、モータ１００のトルクＴを、それぞれ示している。

ロック用マップ５２および非ロック用マップ５０は、いずれも、モータの回転数ＮｍおよびトルクＴで規定される動作点と、キャリア周波数ｆｃとの相関を示すマップである。図３、図４から明らかなとおり、本例では、キャリア周波数ｆｃの候補として、三種類の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３（Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３）がある。周波数Ｆ３は、スイッチング素子２２の過熱防止を考慮して規定された周波数であり、二つの周波数Ｆ１，Ｆ２よりも大幅に低い。以下では、この周波数Ｆ３を「保護周波数Ｆ３」と呼ぶ。保護周波数Ｆ３は、例えば、１．５ｋＨｚ以下である。周波数Ｆ１，Ｆ２は、保護周波数Ｆ３よりも高く、騒音防止を考慮して規定された周波数である。以下では、この周波数Ｆ１，Ｆ２を区別しない場合には、単に「非保護周波数」と呼ぶ。この非保護周波数は、例えば、２ｋＨｚ以上である。

非ロック用マップ５０は、全範囲にわたってキャリア周波数ｆｃが非保護周波数（Ｆ１またはＦ２）に設定されたマップである。この非ロック用マップ５０では、モータトルクＴが高いほど、キャリア周波数ｆｃが低くなるように設定されている。具体的には、図３の例では、モータトルクＴが規定値Ｔｃ以下の領域は、モータ回転数Ｎｍに関わらず、高周波数領域となっている。モータの動作点がこの高周波数領域にある場合、キャリア周波数ｆｃは、比較的、高い周波数であるＦ１に設定される。また、モータトルクＴｍが規定値Ｔｄ（Ｔｄ＞Ｔｃ）以上の領域は、モータ回転数Ｎｍに関わらず、低周波数領域となっている。モータの動作点がこの低周波数領域にある場合、キャリア周波数ｆｃは、Ｆ１よりも低い周波数であるＦ２に設定される。

モータトルクＴが規定値Ｔｃ超過かつＴｄ未満の領域は、ヒステリシス領域である。モータの動作点がこのヒステリシス領域にある場合は、現在のキャリア周波数ｆｃを維持する。例えば、図３において、モータ１００の動作点が、低周波数領域内の点Ｐ１からヒステリシス領域内の点Ｐ２に移動した場合、キャリア周波数ｆｃは、周波数Ｆ２となる。また、モータの動作点が、高周波数領域内のＰ３からヒステリシス領域内の点Ｐ２に移動した場合、キャリア周波数ｆｃは、周波数Ｆ１となる。

ロック用マップ５２は、モータ１００の回転が外力により阻害または妨害されたロック状態となった可能性が高い場合に参照されるマップである。このロック用マップ５２では、ロック領域におけるキャリア周波数ｆｃが保護周波数Ｆ３に設定されている。具体的には、図４の例では、モータ回転数Ｎｍが規定値Ｎｂ以下、かつ、モータトルクＴがＴｂ以上の領域がロック領域となっている。モータ動作点がロック領域内にある場合、キャリア周波数ｆｃは、十分に低い保護周波数Ｆ３に設定される。

このロック領域の周囲には、ヒステリシス領域が設定されている。具体的には、モータトルクＴがＴａ以上、かつ、モータ回転数ＮｍがＮａ以下の領域のうち、ロック領域以外の領域は、ヒステリシス領域となっている。モータ１００の動作点がこのヒステリシス領域にある場合は、現在のキャリア周波数ｆｃを維持する。

ここで、こうしたロック領域を設定する理由について説明する。ロック状態とは、モータ１００の回転が外力により阻害または妨害され、モータ１００が回転停止、または、極低速で回転する状態である。このロック状態になると、モータ１００に設けられている巻線のうち１相のみに電流が集中する。この場合、インバータ１２に設けられている複数のスイッチング素子２２のうち、この１相に対応するスイッチング素子２２が急激に発熱し、場合によっては、スイッチング素子２２の破損や劣化を招く。

かかるスイッチング素子２２の過熱を防止するために、モータ１００の動作点がロック領域内にある場合には、キャリア周波数ｆｃを、大幅に低い保護周波数Ｆ３に設定することが従来から提案されている。これにより、スイッチング周波数が低下し、スイッチング素子２２の損失が低下する。そして、結果として、スイッチング素子２２の発熱が低減される。なお、本例では、モータ１００がロックされて、回転停止または低速回転（Ｎｍ＜Ｎｂ）になったとしても、トルクＴがＴｂ未満の場合には、キャリア周波数ｆｃを、比較的高い周波数Ｆ１としている。これは、モータ１００がロックされた場合でも、モータトルクＴが小さい場合には、通電量、ひいては、発熱量が小さく、過熱のおそれが少ないためである。

周波数決定部４４は、現在のモータ１００の動作状況に基づいて、ロック用マップ５２および非ロック用マップ５０のいずれかを選択したうえで、現在のモータ１００の動作点を選択されたマップに照らし合わせて、キャリア周波数ｆｃを決定する。なお、モータ回転数Ｎｍは、ロータ回転角θから算出してもよいし、車速から算出してもよい。すなわち、ロータ回転角θを微分してモータ角速度を算出し、このモータ角速度を回転数Ｎｍに変換してもよい。また、モータ回転速度と車速は比例関係にあるため、車速からモータ回転数Ｎｍを算出してもよい。また、本例では、トルク指令生成部３０で生成されたトルク指令値Ｔ^＊を、モータトルクＴとみなしている。ただし、トルク指令値Ｔ^＊に替えて、電流検出値からモータトルクを算出してもよいし、モータ１００にトルクセンサを設けてもよい。

ここで、従来は、非ロック用マップ５０と、ロック用マップ５２とを切り替えず、ロック用マップ５２だけを参照して、キャリア周波数ｆｃを設定していた。そのため、モータ動作点が、ロック領域内に位置した場合には、常に、キャリア周波数ｆｃが、保護周波数Ｆ３となっていた。したがって、例えば、モータ１００を加速または減速する過程で、モータ動作点が、一時的にのみ、ロック領域を通過する場合には、キャリア周波数ｆｃも、一時的にのみ、保護周波数Ｆ３に切り替わっていた。

しかし、この場合、不要な騒音発生という問題が生じていた。すなわち、モータ１００がロックされていない場合に設定される非保護周波数Ｆ１，Ｆ２は、通常、モータ１００の電磁共鳴音が可聴領域内にならないよう高い周波数（例えば２ｋＨｚ以上）に設定されている。一方で、保護周波数Ｆ３は、騒音抑制よりも、スイッチング素子２２の発熱抑制を重視して、十分に低い値（例えば１．５ｋＨｚ以下）に設定されており、モータ１００の電磁共鳴音が可聴領域内となるおそれがあった。

そのため、上述したように、モータ１００の加減速の過程で、キャリア周波数ｆｃを一時的にのみ、保護周波数Ｆ３に切り替えると、モータ１００に特段の不具合がないにもかかわらず、モータ１００の電磁共鳴音等に起因する騒音が一時的に増加するため、車両の乗員に違和感を与える。

そこで、一部では、温度センサでスイッチング素子２２の温度（素子温度）を計測し、この素子温度も考慮して、保護周波数Ｆ３への切り替えの可否を決定する技術が提案されている。かかる技術によれば、モータ１００の動作点が、一時的にのみロック領域を通過する場合には、保護周波数Ｆ３への切り替えが発生しない。その結果、不必要な騒音の発生を防止できる。しかし、この技術では、スイッチング素子２２の温度を検出する温度センサを設ける必要があり、部品点数の増加を招く。こうした部品点数の増加は、部品コストの増加や、保守の工数増加も招く。

そこで、本例では、モータ１００の動作点がロック領域内にあっても、モータが加減速状態の場合には、モータロックは発生していないと判断して、キャリア周波数ｆｃを、保護周波数Ｆ３よりも高い周波数Ｆ１またはＦ２に設定する。具体的には、本例では、ロック領域が設定されたロック用マップ５２と、ロック領域が設定されていない非ロック用マップ５０とを用意しておき、モータの回転数Ｎｍおよび加速度Ａｍに応じて参照するマップを切り替えている。なお、ここで、モータ回転数Ｎｍおよび加速度Ａｍは、ロータ回転角θを微分または２回微分して求めてもよい。また、通常、車両には、当該車両の速度および加速度を検出する車速センサおよび加速度センサが設けられている。したがって、これら車速センサおよび加速度センサの検出値から、モータ回転数Ｎｍおよび加速度Ａｍを算出してもよい。

図５は、周波数決定部４４によるマップの選択処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、周波数決定部４４は、まず、モータ回転数Ｎｍが規定の閾値Ｎｄｅｆ以下か否かを判定する（Ｓ１０）。この閾値Ｎｄｅｆは、ロック領域の周囲に設定されたヒステリシス領域の最大回転数Ｎａ以上であれば特に限定されないが、処理を簡易化するためには、Ｎｄｅｆ＝Ｎａとすることが望ましい。

モータ回転数Ｎｍが、閾値Ｎｄｅｆより大きい場合には、ロック状態である可能性はないため、非ロック用マップ５０を参照して、キャリア周波数ｆｃを決定する（Ｓ１６）。一方、モータ回転数Ｎｍが閾値Ｎｄｅｆ以下の場合、周波数決定部４４は、続いて、モータが加減速状態か否かを判断する（Ｓ１２）。具体的には、モータ加速度Ａｍの絶対値が、規定の閾値Ａｄｅｆ以下か否かを判定する。この閾値Ａｄｅｆは、０以上であれば特に限定されないが、ロック状態を非ロック状態と誤判定する検出スルーを防止するためには、０より大きい、ある程度の大きさの値に設定されることが望ましい。

モータ加速度Ａｍが、閾値Ａｄｅｆより大きい場合には、ロック状態ではないと判断できるため、非ロック用マップ５０を参照して、キャリア周波数ｆｃを決定する（Ｓ１６）。したがって、この場合、モータ動作点が、ロック領域内に位置していても、キャリア周波数ｆｃは、保護周波数以外の周波数Ｆ１，Ｆ２に設定される。

モータ加速度Ａｍが、閾値Ａｄｅｆ以下の場合には、ロック状態である可能性があるため、周波数決定部４４は、ロック用マップ５２を参照してキャリア周波数ｆｃを設定する（Ｓ１４）。したがって、この場合、モータ動作点が、ロック領域内に位置していれば、キャリア周波数ｆｃとして、保護周波数Ｆ３が設定される。

ここで、いくつかの事例について検討する。いま、モータ１００が、閾値Ａｄｅｆ以上の加速度で、点Ｐ６から、点Ｐ５，Ｐ４，Ｐ３へと移動する場合を考える。この場合、モータ加速度Ａｍが閾値Ａｄｅｆ超過であるため、周波数決定部４４は、非ロック用マップ５０を参照して、キャリア周波数ｆｃ＝Ｆ１と決定する。

また、モータ１００が閾値Ａｄｅｆ超過の加速度で、点Ｐ６から点Ｐ５まで移動した後、閾値Ａｄｅｆ以下の加速度で、点Ｐ５から点Ｐ４に移動したとする。この場合、点Ｐ６から点Ｐ５に移動する期間中は、周波数決定部４４は、非ロック用マップ５０を参照して、キャリア周波数ｆｃ＝Ｆ１と決定する。一方、点Ｐ５から点Ｐ４に移動する期間中は、周波数決定部４４は、ロック用マップ５２を参照してキャリア周波数ｆｃ＝Ｆ３と決定する。

次に、｜Ａｍ｜＞Ａｄｅｆとなる加速度で、点Ｐ３から点Ｐ４まで移動した後、｜Ａｍ｜≦Ａｄｅｆとなる加速度で、点Ｐ４から点Ｐ５まで移動した場合を考える。この場合、点Ｐ３から点Ｐ４までの移動期間中、周波数決定部４４は、非ロック用マップ５０を参照して、キャリア周波数ｆｃ＝Ｆ１と決定する。また、点Ｐ４から点Ｐ５までの移動期間中、周波数決定部４４は、ロック用マップ５２を参照してキャリア周波数ｆｃを決定する。この場合、点Ｐ４からヒステリシス領域を抜けるまでは、現在の周波数を維持するため、ｆｃ＝Ｆ１となる。一方、ヒステリシス領域を抜けてから点Ｐ５に移動する期間中は、ｆｃ＝Ｆ３となる。

以上の説明から明らかなとおり、本例では、モータ１００が加減速状態の場合には、モータ動作点がロック領域内にあっても、キャリア周波数ｆｃとして、非保護周波数Ｆ１またはＦ２を設定する。その結果、不必要な騒音発生を防止できる。また、本例では、モータ加速度Ａｍ（あるいは、車両加速度）に基づいて、保護周波数Ｆ３の設定の要否を判断している。そのため、温度センサなどの新規部品の追加が不要であり、部品点数の増加を防止できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、動作点がロック領域内にあっても、モータ１００が加減速状態の場合には、モータ１００が加減速状態でない場合に比べて高いキャリア周波数ｆｃが設定されるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、加減速状態か否かの判断に、単一の閾値Ａｄｅｆを用いているが、この閾値に一定のヒステリシスを持たせてもよい。すなわち、加減速状態の判断のために、二つの閾値Ａｄｅｆ１，Ａｄｅｆ２（Ａｄｅｆ２＞Ａｄｅｆ１）を設定し、モータ加速度Ａｍが、Ａｄｅｆ１以下の場合にはロック用マップ５２を、Ａｄｅｆ２超過の場合には、非ロック用マップ５０を参照し、モータ加速度Ａｍが、Ａｄｅｆ１超過かつＡｄｅｆ２以下の場合には、現在参照しているマップを参照し続けるようにしてもよい。かかる構成とすることで、参照マップの切り替え頻度を低減でき、キャリア周波数ｆｃの変化を低減できる。

また、図４の例では、ロック用マップ５２において、ロック領域の周辺にヒステリシス領域を設けていた。しかし、加減速状態の判断基準である閾値Ａｄｅｆを十分に小さい値にした場合、図６に示すように、ロック用マップ５２においてヒステリシス領域をなくしてもよい。すなわち、閾値Ａｄｅｆを十分に小さい値にした場合、回転数が少しでも変化すれば、非ロック状態であると判断して、非ロック用マップ５０が参照される。この場合、ロック領域の周辺にヒステリシス領域を設ける必要性がないため、当該ヒステリシス領域はなくしてもよい。また、本例では、非ロック用マップにおいて、モータ１００の動作範囲を２つの領域に分けて、２種類の非保護周波数Ｆ１，Ｆ２を設定しているが、非ロック用マップは、より多数の領域に分けられてもよいし、単一の領域のみであってもよい。

また、本例では、２種類のマップ５０，５２を切り替える構成としたが、モータ動作点がロック領域内にあっても、モータ１００が加減速状態であれば、加減速状態でない場合よりも高いキャリア周波数ｆｃが選択されるのであれば、マップを用いない形態でもよい。

１０モータ駆動システム、１２インバータ、１４制御部、１６電源、１８平滑用コンデンサ、２０アーム、２２スイッチング素子、２４電流センサ、３０トルク指令生成部、３２電流指令生成部、３４ＰＩ制御部、４０ＰＷＭ変調部、４２キャリア波生成部、４４周波数決定部、４６マップ記憶部、５０非ロック用マップ、５２ロック用マップ、１００モータ。

Claims

車両走行用のモータを駆動させるモータ駆動システムであって、
複数のスイッチング素子を有し、直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記モータへの指令値を示す変調波をキャリア波に基づいてＰＷＭ変調することにより、前記スイッチング素子のスイッチング信号を生成する制御部であって、前記モータの運転状態に応じて前記キャリア波の周波数であるキャリア周波数を変更する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記モータの回転数が規定の基準回転数以下かつトルクが規定の基準トルク以上の領域であるロック領域内にあり、かつ、前記モータが加減速状態でない場合は、前記キャリア周波数を前記スイッチング素子を保護する保護周波数に設定し、前記モータの回転数およびトルクで定まる動作点が前記ロック領域内にあっても、前記モータが加減速状態の場合には、前記キャリア周波数を前記保護周波数よりも高い非保護周波数に設定し、
前記制御部は、前記モータの加速度の絶対値が、０、または、０より大きく設定された閾値以下の場合に前記モータが加減速状態でないと判断する、
ことを特徴とするモータ駆動システム。
請求項１に記載のモータ駆動システムであって、
前記動作点と前記キャリア周波数との相関を示すマップであって、前記ロック領域における前記キャリア周波数が前記保護周波数に設定されたロック用マップと、全範囲にわたって前記キャリア周波数が前記保護周波数よりも高い周波数に設定された非ロック用マップと、を記憶するマップ記憶部を備え、
前記制御部は、前記モータの回転数および加速度に基づいて、前記ロック用マップと非ロック用マップのうち参照するマップを特定し、特定されたマップに基づいて前記キャリア周波数を決定する、
ことを特徴とするモータ駆動システム。
請求項２に記載のモータ駆動システムであって、
前記ロック用マップでは、前記ロック領域の周囲に、前記キャリア周波数として現在の周波数を使用することが規定されたヒステリシス領域が設定されており、
前記制御部は、前記モータの加速度の絶対値が、０より大きく設定された閾値より大きい場合に前記モータが加減速状態であると判断する、
ことを特徴とするモータ駆動システム。