JP6950409B2

JP6950409B2 - 駆動装置

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Publication number: JP6950409B2
Application number: JP2017188325A
Authority: JP
Inventors: 直内堀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-10-13
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Also published as: JP2019068493A

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータとインバータとを備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングによって電動機を駆動するインバータ回路を有する電力変換装置と、を備える駆動装置において、電動機の電気１周期のパルス数と、電動機のトルク指令に基づく電圧の変調率および電圧位相と、に基づいて複数のスイッチング素子のパルス信号を生成して複数のスイッチング素子のスイッチングを行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、パルス数と変調率と電圧位相とに基づいて電力変換装置および電動機の合計電力損失が最小となるようにパルス信号を生成することにより、合計電力損失の低減を図っている。

特開２０１３−１６２６６０号公報

こうした駆動装置では、インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングに伴ってモータに供給される電流のリプルが生じ、モータのトルクリプルが生じる。このモータのトルクリプルの周波数がモータなどの共振領域内となると、モータのトルクリプルにより発生するモータの振動や騒音が増幅されてしまうことがある。

本発明の駆動装置は、インバータの複数のスイッチング素子のスイッチングに伴って生じるモータのトルクリプルによりモータの振動や騒音が増幅されるのを抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記モータのトルク指令に基づく電圧の変調率および電圧位相と、前記モータの電気角の単位周期当たりのパルス数と、に基づいて前記複数のスイッチング素子のＰＷＭ信号を生成して前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング素子のスイッチングに伴って生じる前記モータのトルクリプルの周波数が所定共振領域外となるように前記パルス数を設定する、
ことを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、複数のスイッチング素子のスイッチングに伴って生じるモータのトルクリプルの周波数が所定共振領域外となるようにパルス数を設定する。これにより、モータのトルクリプルにより発生するモータの振動や騒音が増幅されるのを抑制することができる。ここで、「所定共振領域」としては、モータの固定子の捩れ共振が生じる領域や、モータの固定子の径方向の伸縮の共振であるいわゆる円環０次共振が生じる領域を挙げることができる。「トルクリプルの周波数」は、トルクリプルの主成分の次数の周波数を意味する。

こうした本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記駆動装置の効率が最適となる効率パルス数を設定し、前記効率パルス数を前記パルス数に設定する場合の前記トルクリプルの周波数である効率リプル周波数が前記所定共振領域外となるときには、前記効率パルス数を前記パルス数に設定し、前記効率リプル周波数が前記所定共振領域内となるときには、前記トルクリプルの周波数が前記所定共振領域外となると共に前記効率パルス数を前記パルス数に設定する場合に対する前記駆動装置の効率の低下が最小となる共振回避パルス数を設定すると共に前記共振回避パルス数に設定するものとしてもよい。こうすれば、前者の場合には、駆動装置の効率を最適なものとすることができ、後者の場合には、駆動装置の効率をある程度良好なものとしつつ、モータのトルクリプルにより発生するモータの振動や騒音が増幅されるのを抑制することができる。

効率リプル周波数が所定共振領域内となるときに共振回避パルス数をパルス数に設定する態様の本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記効率リプル周波数が前記所定共振領域内となるときには、前記効率パルス数よりも小さい側で、前記トルクリプルの周波数が前記所定共振領域外となると共に前記効率パルス数を前記パルス数に設定する場合に対する前記駆動装置の効率の低下が最小となる、前記共振回避パルス数を設定するものとしてもよい。こうすれば、インバータの損失（スイッチング損失）の増加を更に抑制することができる。

また、効率リプル周波数が所定共振領域内となるときに共振回避パルス数をパルス数に設定する態様の本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記モータの回転数が閾値以下のときには、前記共振回避パルス数を前記パルス数に設定し、前記モータの回転数が前記閾値回転数よりも大きいときには、前記効率パルス数を前記パルス数に設定するものとしてもよい。こうすれば、モータの回転数が小さいときには、モータのトルクリプルにより発生するモータの振動や騒音が増幅されるのを抑制し、モータの回転数が大きいときには、駆動装置の効率を最適なものとすることができる。

本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記トルクリプルの周波数が前記所定共振領域外となるように前記モータの回転数およびトルク指令と前記パルス数との関係を予め定めたマップに前記モータの回転数およびトルク指令を適用して前記パルス数を設定するものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記トルクリプルの周波数が前記所定共振領域外となるように前記モータの回転数と前記パルス数との関係を予め定めたマップに前記モータの回転数を適用して前記パルス数を設定するものとしてもよい。これらの場合、マップを用いてパルス数を設定することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット５０により実行されるパルス数設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。モータ３２の回転数Ｎｍと効率リプル周波数ｆｅｆｒｉとの関係の一例を示す説明図である。モータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を示す説明図である。変形例のモータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を示す説明図である。変形例のパルス数設定ルーチンの一例を示す説明図である。変形例のモータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を示す説明図である。変形例のパルス数設定ルーチンの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット５０と、を備える。実施例の「駆動装置」としては、モータ３２とインバータ３４と電子制御ユニット５０とが相当する。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２は、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられ、電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されている。このインバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとには、コンデンサ３９が取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４や、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６、入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂ、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。加えて、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、図示しない制御ルーチンにより、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６の要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３４の制御について説明する。電子制御ユニット５０は、電圧の変調率Ｒｍおよび電圧位相θｐと単位周期（実施例では、モータ３２の電気角θｅの１周期）当たりのパルス数Ｎｐとに基づいてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成してトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。

具体的には、以下の通りである。電子制御ユニット５０は、まず、モータ３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和が値０であるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および電流Ｉｄ，Ｉｑを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定する。そして、設定したｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を用いて電圧の変調率Ｒｍおよび電圧位相θｐを設定する。ここで、変調率Ｒｍは、ｄ軸の電圧指令Ｖｄ＊の二乗とｑ軸の電圧指令Ｖｑ＊の二乗との和の平方根として計算される電圧指令絶対値Ｖｄｑをコンデンサの３９（電力ライン３８）の電圧ＶＨで除して得ることができる。電圧位相θｐは、ｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を成分とするベクトルのｑ軸に対する角度として得ることができる。次に、後述のパルス数設定ルーチンによりパルス数Ｎｐを設定し、電圧の変調率Ｒｍおよび電圧位相θｐとパルス数Ｎｐとに基づいてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、このトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。

実施例では、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号は、所望の次数の高調波成分が低減されてモータ３２の損失およびインバータ３４の損失の合計損失Ｌｓｕｍが低減されるように生成するものとした。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号の生成方法について説明する。この生成方法の説明では、モータ３２やインバータ３４、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６についての各符号を省略する。

モータの回転子の角速度を「ω」、時間を「ｔ」としたときに「ｆ（ωｔ）＝−ｆ（ωｔ＋π）」で表される半波対称性を有するようにＰＷＭ信号を生成するという制約条件を用いたときにおいて、モータの電気角を「θｅ」としたときのＰＷＭ信号ｆ（θｅ）は、フーリエ級数展開を用いると、式（１）により表わすことができる。この制約条件を用いることにより、偶数次数の高調波成分の消去や制御の簡素化を図ることができる。式（１）中、「ｎ」は高調波成分の次数で１，３，５，７，・・・（奇数の整数）であり、「Ｍ」はモータの電気角θｅの半周期当たりのトランジスタのスイッチング回数（基準電気角（例えば、０°や１８０°など）でのスイッチングを除く）である。このスイッチング回数Ｍは、モータの電気角θｅの１周期当たりのパルス数を「Ｎｐ」としたときに、「Ｍ＝Ｎｐ−１」となる。また、式（１）中、「θｅ，ｍ」はトランジスタのｍ回目のスイッチング電気角であり、「ａｎ」はフーリエ余弦係数であり、「ｂｎ」はフーリエ正弦係数であり、「ａ０」は直流成分である。この式（１）のフーリエ余弦係数ａｎおよびフーリエ正弦係数ｂｎから、各次数の高調波成分の振幅Ｃｎと各次数の高調波成分の位相αｎは、式（２）により表すことができる。

なお、半波対称性だけでなく「ｆ（ωｔ）＝ｆ（π−ωｔ）」で表される奇対称性も有するようにＰＷＭ信号を生成するという制約条件を用いるものとしてもよい。この制約条件を用いることにより、高調波の余弦波成分を消去することができる。この場合、「ｎ」は１，５，７，１１，・・・（３の倍数を除いた奇数の整数）となり、「Ｍ」は、モータの電気角θｅの１／４周期当たりのトランジスタのスイッチング回数（基準電気角でのスイッチングを除く）となり、「Ｍ＝（Ｎｐ−１）／２」となる。

実施例では、ＰＷＭ信号の生成方法として、各次数の高調波成分の総和を低減する方法を考えるものとした。モータの損失のうち、鉄損Ｗｉは、スタインメッツの実験式より、式（３）により表わすことができる。ここで、式（３）中、「Ｗｈ」はヒステリシス損であり、「Ｗｅ」は渦電流損であり、「Ｋｈ」はヒステリシス損失係数であり、「Ｂｍ」は磁束密度であり、「ｆｍ」はモータの回転磁束周波数であり、「Ｋｅ」は渦電流損失係数である。

モータの全鉄損において割合の大きい渦電流損Ｗｅに着目し、モータの相電位を「Ｖｍ」とすると、一般に、磁束密度Ｂｍとモータの相電位Ｖｍを回転磁束周波数ｆｍで除した値（Ｖｍ／ｆｍ）とが比例関係を有することから、式（４）を導出することができる。そして、式（４）において、ヒステリシス損失係数Ｋｅ（定数）を無視し、次数ｎの回転磁束周波数ｆｍを次数ｎに置き換え、次数ｎのモータの相電位を「Ｖｍｎ」とし、損失を低減するために考慮する最大次数を「Ｎ」（例えば１０７次）とすると、各次数の高調波成分の総和は、式（５）により表わすことができる。モータの損失を低減するには、この式（５）の値を低減すればよい。そして、次数ｎのモータ相電位Ｖｍｎは、次数ｎの高調波成分の振幅Ｃｎを意味するから、式（６）の値を低減すればよい。

式（６）の値が低減されるように、式（１）のＰＷＭ信号ｆ（θｅ）を設定すれば、各次数の高調波成分の総和が低減され、モータの損失が低減される。好適には、式（６）の値が最小となるように、式（１）のＰＷＭ信号ｆ（θｅ）を設定する。なお、実施例では、式（１）において、１次元の基本波位相を０°とするために、「ａ１」には値０を設定するものとした。このようにして、インバータの各トランジスタのＰＷＭ信号を生成することができる。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、パルス数Ｎｐを設定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行されるパルス数設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。

図２のパルス数設定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊を入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータ３２の回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて演算されたものを入力するものとした。モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊は、上述の制御ルーチンにより設定された値を入力するものとした。

続いて、入力したモータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊に基づいて、駆動装置の効率が良好となる（好ましくは最適となる）効率パルス数Ｎｐｅｆを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、効率パルス数Ｎｐｅｆは、実施例では、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊と効率パルス数Ｎｐｅｆとの関係を予め定めて効率パルス数設定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊が与えられると、このマップから対応する効率パルス数Ｎｐｅｆを導出して設定するものとした。

こうして効率パルス数Ｎｐｅｆを設定すると、設定した効率パルス数Ｎｐｅｆとモータ３２の回転数Ｎｍとに基づいて、効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合（このパルス数Ｎｐを用いてインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成してトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう場合）のインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングに伴って生じるモータ３２のトルクリプルの主成分の次数の周波数を推定する（ステップＳ１２０）。インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングすると、そのスイッチングに伴ってモータ３２に供給される電流のリプルが生じ、モータ３２のトルクリプルが生じる。そして、このトルクリプルの主成分の次数（以下、「リプル次数」という）は、パルス数Ｎｐに依存し、リプル次数の周波数（以下、「リプル周波数」という）は、モータ３２の回転数Ｎｍに依存する。以下、効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合のリプル周波数を「効率リプル周波数ｆｅｆｒｉ」という。

効率リプル周波数ｆｅｆｒｉは、実施例では、効率パルス数Ｎｐｅｆおよびモータ３２の回転数Ｎｍと効率リプル周波数ｆｅｆｒｉとの関係を予め定めて効率リプル周波数推定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、効率パルス数Ｎｐｅｆおよびモータ３２の回転数Ｎｍが与えられると、このマップから対応する効率リプル周波数ｆｅｆｒｉを導出して推定するものとした。

図３は、モータ３２の回転数Ｎｍと効率リプル周波数ｆｅｆｒｉとの関係の一例を示す説明図である。図中、太実線でこの関係を示した。また、図３には、参考のために、細実線で、モータ３２の回転数Ｎｍと、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングに伴って生じるモータ３２のトルクリプルの各次数の周波数と、の関係についても示した。図中、「６次（Ｎｐ１）」〜「５４次（Ｎｐ９）」は、それぞれ、パルス数Ｎｐとリプル次数（トルクリプルの主成分の次数）との関係を示したものであり、具体的には、値Ｎｐ１〜値Ｎｐ９をパルス数Ｎｐに設定する場合のリプル次数が電気６次〜電気５４次となることを示したものである。図３では、効率パルス数Ｎｐｅｆが、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍ１以下の領域では値Ｎｐ８であり、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍ１よりも大きく閾値Ｎｍ２以下の領域では値Ｎｐ６であり、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍ２よりも大きい領域では値Ｎｐ３である場合のモータ３２の回転数Ｎｍと効率リプル周波数ｆｅｆｒｉとの関係について示した。

こうして効率リプル周波数ｆｅｆｒｉを推定すると、推定した効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、「捩れ共振領域」は、モータ３２の固定子の捩れ共振が生じる領域（例えば、９００〜１１００Ｈｚ程度）であり、「円環０次共振領域」は、モータ３２の固定子の径方向の伸縮の共振であるいわゆる円環０次共振が生じる領域（例えば、４０００〜６０００Ｈｚ程度）である。

ステップＳ１３０で効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると判定したときには、効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。この場合、駆動装置の効率を良好（好ましくは最適）なものとすることができる。

ステップＳ１３０で効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となると判定したときには、モータ３２の回転数Ｎｍとトルク指令Ｔｍ＊とに基づいて、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると共に効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に対する駆動装置の効率の低下量が小さい（好ましくは最小となる）共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定し（ステップＳ１５０）、この共振回避パルス数Ｎｐｒｅをパルス数Ｎｐに設定して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、共振回避パルス数Ｎｐｒｅは、実施例では、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊と共振回避パルス数Ｎｐｒｅとの関係を予め定めて共振回避パルス数設定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、モータ３２の回転数Ｎｍが与えられると、このマップから対応する共振回避パルス数Ｎｐｒｅを導出して設定するものとした。このようにパルス数Ｎｐ（共振回避パルス数Ｎｐｒｅ）を設定することにより、駆動装置の効率を（効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に比して低下するものの）ある程度良好にしつつ、モータ３２のトルクリプルにより発生するモータ３２の振動や騒音が増幅されるのを抑制することができる。

図４は、モータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を示す説明図である。図中、太実線でこの関係を示した。また、図４には、参考のために、細実線で、モータ３２の回転数Ｎｍと、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングに伴って生じるモータ３２のトルクリプルの各次数の周波数と、の関係を示し、太点線で、モータ３２の回転数Ｎｍと効率リプル周波数ｆｅｆｒｉとの関係を示した。図４の場合、モータ３２の回転数Ｎｍが回転数領域Ｒ１１〜Ｒ１３（効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となるモータ３２の回転数領域）内のときには、効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する。これにより、駆動装置の効率を良好（好ましくは最適）なものとすることができる。また、モータ３２の回転数Ｎｍが回転数領域Ｒ２１〜Ｒ２４（効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるモータ３２の回転数領域）内のときには、共振回避パルス数Ｎｐｒｅをパルス数Ｎｐに設定する。具体的には、モータ３２の回転数Ｎｍが回転数領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２４内のときには、効率パルス数Ｎｐｅｆよりも小さい側でパルス数Ｎｐ（共振回避パルス数Ｎｐｒｅ）を設定し、モータ３２の回転数Ｎｍが回転数領域Ｒ２３内のときには、効率パルス数Ｎｐｅｆよりも大きい側でパルス数Ｎｐ（共振回避パルス数Ｎｐｒｅ）を設定する。これにより、駆動装置の効率をある程度良好にしつつ、モータ３２のトルクリプルにより発生するモータ３２の振動や騒音が増幅されるのを抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、駆動装置の効率が良好となる（好ましくは最適となる）効率パルス数Ｎｐｅｆを設定し、この効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合のリプル周波数（効率リプル周波数ｆｅｆｒｉ）が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となるときには、効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定してインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。これにより、駆動装置の効率を良好（好ましくは最適）なものとすることができる。一方、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるときには、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると共に効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に対する駆動装置の効率の低下量が小さい（好ましくは最小となる）共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定し、この共振回避パルス数Ｎｐｒｅをパルス数Ｎｐに設定してインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。これにより、駆動装置の効率を（効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に比して低下するものの）ある程度良好にしつつ、モータ３２のトルクリプルにより発生するモータ３２の振動や騒音が増幅されるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるときには、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると共に効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に対する駆動装置の効率の低下量が小さい（好ましくは最小となる）共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定し、この共振回避パルス数Ｎｐｒｅをパルス数Ｎｐに設定するものとした。しかし、効率パルス数Ｎｐｅｆよりも小さい側で、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると共に効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に対する駆動装置の効率の低下量が小さい共振回避パルス数Ｎｐｒｅ２を設定し、この共振回避パルス数Ｎｐｒｅ２をパルス数Ｎｐに設定するものとしてもよい。この場合のモータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を図５に示す。パルス数Ｎｐを大きくすると、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング回数が多くなり、インバータ３４の損失（スイッチング損失）が大きくなる。したがって、このようにパルス数Ｎｐを設定することにより、インバータ３４の損失の増加を抑制することができる。また、効率パルス数Ｎｐｅｆよりも大きい側で、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となると共に効率パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定する場合に対する駆動装置の効率の低下量が小さい共振回避パルス数Ｎｐｒｅ３を設定し、この共振回避パルス数Ｎｐｒｅ３をパルス数Ｎｐに設定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、電子制御ユニット５０は、図２のパルス数設定ルーチンを実行するものとした。しかし、電子制御ユニット５０は、図６のパルス数設定ルーチンを実行するものとしてもよい。この図６のパルス数設定ルーチンは、ステップＳ１３５の処理を追加した点を除いて、図２のパルス数設定ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。図６のパルス数設定ルーチンでは、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、ステップＳ１３０で効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるときには、モータ３２の回転数Ｎｍを閾値Ｎｍｒｅｆと比較する（ステップＳ１３５）。そして、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下のときには、共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定すると共にこの共振回避パルス数Ｎｐｒｅをパルス数Ｎｐに設定して（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）、本ルーチンを終了する。一方、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆよりも大きいときには、パルス数Ｎｐｅｆをパルス数Ｎｐに設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。この場合のモータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係の一例を図７に示す。モータ３２の回転数Ｎｍが小さい（車速Ｖが低い）ときには、ロードノイズなどの暗騒音が小さいなどの理由により、モータ３２の振動や騒音を運転者が感じやすく、モータ３２の回転数Ｎｍが大きい（車速Ｖが高い）ときには、暗騒音が大きいなどの理由により、モータ３２の振動や騒音を運転者が感じにくいと考えられる。したがって、このようにパルス数Ｎｐを設定することにより、モータ３２の回転数Ｎｍが小さいときには、モータ３２のトルクリプルにより発生するモータ３２の振動や騒音が増幅されるのを抑制し、モータ３２の回転数Ｎｍが大きいときには、駆動装置の効率を良好（好ましくは最適）なものとすることができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊に基づいて効率パルス数Ｎｐｅｆを設定し、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるときには、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊に基づいて共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定するものとした。しかし、モータ３２の回転数Ｎｍだけに基づいて効率パルス数Ｎｐｅｆを設定し、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となるときには、モータ３２の回転数Ｎｍだけに基づいて共振回避パルス数Ｎｐｒｅを設定するものとしてもよい。この場合、効率パルス数Ｎｐｅｆは、モータ３２の回転数Ｎｍと効率パルス数Ｎｐｅｆとの関係を予め定めて効率パルス数設定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、モータ３２の回転数Ｎｍが与えられると、このマップから対応する効率パルス数Ｎｐｅｆを導出して設定するものとしてもよい。また、共振回避パルス数Ｎｐｒｅは、モータ３２の回転数Ｎｍと共振回避パルス数Ｎｐｒｅとの関係を予め定めて共振回避パルス数設定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、モータ３２の回転数Ｎｍが与えられると、このマップから対応する共振回避パルス数Ｎｐｒｅを導出して設定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、電子制御ユニット５０は、図２のパルス数設定ルーチンを実行するものとした。しかし、電子制御ユニット５０は、図８のパルス数設定ルーチンを実行するものとしてもよい。図８のパルス数設定ルーチンでは、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊を入力し（ステップＳ２００）、入力したモータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊とパルス数設定用マップとを用いてパルス数Ｎｐを設定して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。ここで、パルス数設定用マップは、リプル周波数が捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となるようにモータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊とパルス数Ｎｐとの関係を予め定めたマップであり、トルク指令Ｔｍ＊の各値について、モータ３２の回転数Ｎｍとリプル周波数との関係が図４の太実線と同様になるように定められる。具体的には、パルス数設定用マップは、モータ３２の回転数Ｎｍが、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域外かつ円環０次共振領域外となる回転数領域（図４の場合、回転数領域Ｒ１１〜Ｒ１３）内のときには、効率パルス数Ｎｐｅｆがパルス数Ｎｐとして設定され、モータ３２の回転数Ｎｍが、効率リプル周波数ｆｅｆｒｉが捩れ共振領域内または円環０次共振領域内となる回転数領域（図４の場合、回転数領域Ｒ２１〜Ｒ２４）内のときには、共振回避パルス数Ｎｐｒｅがパルス数Ｎｐとして設定されるように定められる。この場合でも、実施例と同様の効果を奏することができる。なお、パルス数設定用マップとしては、モータ３２の回転数Ｎｍおよびトルク指令Ｔｍ＊とパルス数Ｎｐとの関係を定めたマップに代えて、モータ３２の回転数Ｎｍとパルス数Ｎｐとの関係を定めたマップを用いるものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、共振領域として、捩れ共振領域と円環０次共振領域とを用いるものとした。しかし、共振領域として、捩れ共振領域と円環０次共振領域とのうちの何れか一方だけを用いるものとしてもよいし、捩れ共振領域と円環０次共振領域とのうちの一方または両方に代えて、または、捩れ共振領域と円環０次共振領域との両方に加えて、駆動装置全体の共振領域や、電気自動車２０全体の共振領域などを用いるものとしてもよい。

実施例では、モータ３２を備える電気自動車２０に搭載される駆動装置の形態とした。しかし、モータ３２に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される駆動装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３８電力ライン、３９コンデンサ、３９ａ電圧センサ、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６トランジスタ。

Claims

モータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記モータのトルク指令に基づく電圧の変調率および電圧位相と、前記モータの電気角の単位周期当たりのパルス数と、に基づいて前記複数のスイッチング素子のＰＷＭ信号を生成して前記複数のスイッチング素子のスイッチングを行なう制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記駆動装置の効率が最適となる効率パルス数を設定し、
前記効率パルス数を前記パルス数に設定する場合の、前記複数のスイッチング素子のスイッチングに伴って生じる前記モータのトルクリプルの周波数である効率リプル周波数が前記所定共振領域外となるときには、前記効率パルス数を前記パルス数に設定し、
前記効率リプル周波数が前記所定共振領域内となるときには、前記トルクリプルの周波数が前記所定共振領域外となると共に前記効率パルス数を前記パルス数に設定する場合に対する前記駆動装置の効率の低下が最小となる共振回避パルス数を前記パルス数に設定する、
駆動装置。