特開 2024-14146 モータ駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024014146

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】モータ駆動システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 23/04 20060101AFI20240125BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

H02P23/04

H02P27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022116769

(22)【出願日】2022-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】592032636

【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園

(74)【代理人】

【識別番号】100104776

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100119194

【弁理士】

【氏名又は名称】石井 明夫

(72)【発明者】

【氏名】藤▲崎▼ 敬介

(72)【発明者】

【氏名】成瀬 賢哉

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505BB02

5H505BB04

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE49

5H505HA03

5H505HA05

5H505HA10

5H505HB02

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ29

5H505KK06

5H505LL05

5H505LL22

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】基本波となる正弦波を信号波とする場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システムを提供する。
【解決手段】このモータ駆動システム１は、永久磁石同期モータ５を駆動する三相のＰＷＭ駆動電圧を出力する三相インバータ部２と、この三相インバータ部２を制御するモータ制御部４とを備える。このモータ制御部４は、基本正弦波ｇ（ｔ）に５次高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ））と、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭドライブ信号を生成して、三相インバータ部２に供給しＰＷＭ駆動電圧を出力させる。このモータ駆動システム１は、信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの上限は、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１の低減し始めるｎ／ｍの値であり、重畳率ｎ／ｍの下限は、基本波電流I_ｆ１の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値で動作する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータでモータを駆動するモータ駆動システムであって、
基本正弦波ｇ（ｔ）に高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）とキャリア波の交点で前記インバータ内の半導体のスイッチング動作において、
前記基本正弦波ｇ（ｔ）がｇ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）であり、
前記信号波ｈ（ｔ）がｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）であり、
ｎ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値、
ｎ／ｍの下限が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値、
で動作することを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項2】

ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満で動作することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。

【請求項3】

前記基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの前記基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、前記信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる前記高調波の初期位相φで動作することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動システム。

【請求項4】

前記高調波の初期位相φの最大位相角が、前記磁気特性の変化で前記基本波電流の低減し始める前記初期位相φの値、
前記初期位相φの最小位相角が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる前記初期位相φの値、
で動作することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動システム。

【請求項5】

インバータでモータを駆動するモータ駆動システムであって、
基本正弦波ｇ（ｔ）に高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）とキャリア波の交点で前記インバータ内の半導体のスイッチング動作において、
前記基本正弦波ｇ（ｔ）がｇ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）であり、
前記信号波ｈ（ｔ）がｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・ａｆ_１ｔ＋φ）であり、
ａは、５以上の整数であり、
ｎ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値、
ｎ／ｍの下限が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値、
で動作することを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項6】

ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満で動作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】

前記基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの前記基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、前記信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ）の数値以上となる前記高調波の初期位相φで動作することを特徴とする請求項５または６に記載のモータ駆動システム。

【請求項8】

前記高調波の初期位相φの最大位相角が、前記磁気特性の変化で前記基本波電流の低減し始める前記初期位相φの値、
前記初期位相φの最小位相角が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる前記初期位相φの値、
で動作することを特徴とする請求項５または６に記載のモータ駆動システム。

【請求項9】

同期モータを駆動するパルス幅変調駆動電圧を出力するインバータ部と、前記パルス幅変調駆動電圧を形成するように前記インバータ部を制御するモータ制御部とを備えるモータ駆動システムであって、
モータ制御部は、
前記パルス幅変調駆動電圧の基本周波数を規定する基本正弦波に該基本正弦波の５次高調波を重畳した信号波と、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えて前記パルス幅変調駆動電圧を形成するＰＷＭドライブ信号を生成して、該ＰＷＭドライブ信号を前記インバータ部のスイッチング素子入力部に供給する構成になっており、
前記基本正弦波の周波数を基本正弦波周波数ｆ_１とするとき、前記信号波ｈ（ｔ）をｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）として、前記基本正弦波の変調率ｍに対する初期位相φの前記５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、前記同期モータの鉄心材料で形成されたリング試料に巻回された一次コイルに前記信号波ｈ（ｔ）を用いたパルス幅変調電圧を前記重畳率ｎ／ｍを変化させて印加して、前記一次コイルに流れる一次電流と前記リング試料に巻回された二次コイルに発生する二次電圧とを測定するリング試験により決定されるようになっており、
前記重畳率ｎ／ｍの上限値が、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記一次電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の成分である基本波電流が下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて、前記一次電流と前記二次電圧とに基づいて算出される所定の損失が下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定され、
前記重畳率ｎ／ｍの下限値が、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする、前記一次電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分である高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定されることを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項10】

前記５次高調波の前記初期位相φの最大位相角と最小位相角が、前記初期位相φを変化させて前記パルス幅変調電圧を前記一次コイルに印加する前記リング試験によって決定されるようになっており、
前記最大位相角は、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記基本波電流が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φとして決定され、
前記最小位相角は、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φとして決定されることを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動システム。

【請求項11】

同期モータを駆動するパルス幅変調駆動電圧を出力するインバータ部と、前記パルス幅変調駆動電圧を形成するように前記インバータ部を制御するモータ制御部とを備えるモータ駆動システムであって、
モータ制御部は、
前記パルス幅変調駆動電圧の基本周波数を規定する基本正弦波に該基本正弦波の５次高調波を重畳した信号波と、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えて前記パルス幅変調駆動電圧を形成するＰＷＭドライブ信号を生成して、該ＰＷＭドライブ信号を前記インバータ部のスイッチング素子入力部に供給する構成になっており、
前記基本正弦波の周波数を基本正弦波周波数ｆ_１とするとき、前記信号波ｈ（ｔ）をｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）として、前記基本正弦波の変調率ｍに対する初期位相φの前記５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、前記信号波ｈ（ｔ）を用いた前記パルス幅変調駆動電圧により前記重畳率ｎ／ｍを変化させて前記同期モータを回転駆動させ、前記インバータ部への入力電力、前記同期モータ各相の入力電力若しくは前記同期モータ各相の入力電流の内の少なくとも何れかを測定するモータ試験により決定されるようになっており、
前記重畳率ｎ／ｍの上限値は、
前記入力電流から算出される前記基本正弦波周波数ｆ_１の成分である基本波電流が、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記インバータ部への入力電力、前記同期モータ各相の入力電力若しくは前記同期モータ各相の入力電流の内の少なくとも何れかに基づいて算出される所定の損失が前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定され、
前記重畳率ｎ／ｍの下限値は、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする、前記入力電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分である高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定されることを特徴とするモータ駆動システム。

【請求項12】

前記５次高調波の前記初期位相φの最大位相角と最小位相角が、前記初期位相φを変化させて前記パルス幅変調駆動電圧により前記同期モータを回転駆動させる前記モータ試験により決定されるようになっており、
前記最大位相角は、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記基本波電流が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φとして決定され、
前記最小位相角は、
前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φとして決定されることを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、同期モータをパルス幅変調制御方式で駆動するモータ駆動システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

高効率を示す同期モータは、広く用いられており、特に、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ）は、電気自動車、エアコン、冷蔵庫などの省エネ・高性能モータとして実用化が進み、技術が進展している。同期モータの駆動には、インバータ回路から供給されるパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電圧が入力され制御されるＰＷＭ制御方式が採用されることが多い。ＰＷＭ電圧を出力するインバータ回路には、ＰＷＭ電圧を形成するためのＰＷＭドライブ信号が入力される。このＰＷＭドライブ信号は、信号波（変調波）を正弦波信号、キャリア波（搬送波）を三角波信号として、信号波とキャリア波との交点がエッジとなるようにパルス幅を決定することが行われる。このＰＷＭドライブ信号の生成の方法にも様々な提案がなされており、例えば、下記特許文献１には、基本波となる正弦波信号にその高調波成分を加算して重畳した波形を信号波として用い、その信号波とキャリア波との交点に基づいてパルス幅を決定する方法が開示されている。このＰＷＭ信号の生成方法によれば、モータ出力容量が大きく、かつ低振動、低騒音で同期モータを駆動できる旨の記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１３５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の方法のように、信号波に高調波成分を付加すると、その高調波成分による実効値の増加が起こり、一般的には損失の増加が想定される。線形特性の範囲内であればその想定通りであるが、モータコアに使用される磁性材料のように磁気的非線形性を持つ場合、高調波を重畳することによって損失が低減する可能性も期待される。

【0005】

そこで、本発明の課題は、基本波となる正弦波を信号波とする場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インバータでモータを駆動するモータ駆動システムであって、基本正弦波ｇ（ｔ）に高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）とキャリア波の交点で前記インバータ内の半導体のスイッチング動作において、前記基本正弦波ｇ（ｔ）がｇ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）であり、前記信号波ｈ（ｔ）がｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）であり、ｎ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値、ｎ／ｍの下限が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値、で動作することを特徴とする。

【0007】

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満で動作することを特徴とする。

【0008】

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの前記基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、前記信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる前記高調波の初期位相φで動作することを特徴とする。

【0009】

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記高調波の初期位相φの最大位相角が、前記磁気特性の変化で前記基本波電流の低減し始める前記初期位相φの値、前記初期位相φの最小位相角が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる前記初期位相φの値、で動作することを特徴とする。

【0010】

請求項５に記載の発明は、インバータでモータを駆動するモータ駆動システムであって、基本正弦波ｇ（ｔ）に高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）とキャリア波の交点で前記インバータ内の半導体のスイッチング動作において、前記基本正弦波ｇ（ｔ）がｇ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）であり、前記信号波ｈ（ｔ）がｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・ａｆ_１ｔ＋φ）であり、ａは、５以上の整数であり、ｎ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値、ｎ／ｍの下限が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値、で動作することを特徴とする。

【0011】

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の構成に加えて、ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満で動作することを特徴とする。

【0012】

請求項７に係る発明は、請求項５または６に記載の構成に加えて、前記基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの前記基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、前記信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ）の数値以上となる前記高調波の初期位相φで動作することを特徴とする。

【0013】

請求項８に係る発明は、請求項５または６に記載の構成に加えて、前記高調波の初期位相φの最大位相角が、前記磁気特性の変化で前記基本波電流の低減し始める前記初期位相φの値、前記初期位相φの最小位相角が、前記基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる前記初期位相φの値、で動作することを特徴とする。

【0014】

請求項９に記載の発明は、同期モータを駆動するパルス幅変調駆動電圧を出力するインバータ部と、前記パルス幅変調駆動電圧を形成するように前記インバータ部を制御するモータ制御部とを備えるモータ駆動システムであって、モータ制御部は、前記パルス幅変調駆動電圧の基本周波数を規定する基本正弦波に該基本正弦波の５次高調波を重畳した信号波と、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えて前記パルス幅変調駆動電圧を形成するＰＷＭドライブ信号を生成して、該ＰＷＭドライブ信号を前記インバータ部のスイッチング素子入力部に供給する構成になっており、前記基本正弦波の周波数を基本正弦波周波数ｆ_１とするとき、前記信号波ｈ（ｔ）をｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）として、前記基本正弦波の変調率ｍに対する初期位相φの前記５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、前記同期モータの鉄心材料で形成されたリング試料に巻回された一次コイルに前記信号波ｈ（ｔ）を用いたパルス幅変調電圧を前記重畳率ｎ／ｍを変化させて印加して、前記一次コイルに流れる一次電流と前記リング試料に巻回された二次コイルに発生する二次電圧とを測定するリング試験により決定されるようになっており、前記重畳率ｎ／ｍの上限値が、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記一次電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の成分である基本波電流が下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて、前記一次電流と前記二次電圧とに基づいて算出される所定の損失が下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定され、前記重畳率ｎ／ｍの下限値が、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする、前記一次電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分である高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定されることを特徴とする。

【0015】

請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の構成に加えて、前記５次高調波の前記初期位相φの最大位相角と最小位相角が、前記初期位相φを変化させて前記パルス幅変調電圧を前記一次コイルに印加する前記リング試験によって決定されるようになっており、前記最大位相角は、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記基本波電流が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φとして決定され、前記最小位相角は、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φとして決定されることを特徴とする。

【0016】

請求項１１に記載の発明は、同期モータを駆動するパルス幅変調駆動電圧を出力するインバータ部と、前記パルス幅変調駆動電圧を形成するように前記インバータ部を制御するモータ制御部とを備えるモータ駆動システムであって、モータ制御部は、前記パルス幅変調駆動電圧の基本周波数を規定する基本正弦波に該基本正弦波の５次高調波を重畳した信号波と、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えて前記パルス幅変調駆動電圧を形成するＰＷＭドライブ信号を生成して、該ＰＷＭドライブ信号を前記インバータ部のスイッチング素子入力部に供給する構成になっており、前記基本正弦波の周波数を基本正弦波周波数ｆ_１とするとき、前記信号波ｈ（ｔ）をｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（２πｆ_１ｔ）＋ｎ・ｓｉｎ（２π・５ｆ_１ｔ＋φ）として、前記基本正弦波の変調率ｍに対する初期位相φの前記５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、前記信号波ｈ（ｔ）を用いた前記パルス幅変調駆動電圧により前記重畳率ｎ／ｍを変化させて前記同期モータを回転駆動させ、前記インバータ部への入力電力、前記同期モータ各相の入力電力若しくは前記同期モータ各相の入力電流の内の少なくとも何れかを測定するモータ試験により決定されるようになっており、前記重畳率ｎ／ｍの上限値は、前記入力電流から算出される前記基本正弦波周波数ｆ_１の成分である基本波電流が、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記インバータ部への入力電力、前記同期モータ各相の入力電力若しくは前記同期モータ各相の入力電流の内の少なくとも何れかに基づいて算出される所定の損失が前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて下回る範囲の上限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定され、前記重畳率ｎ／ｍの下限値は、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする、前記入力電流の前記基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分である高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の下限となる前記重畳率ｎ／ｍとして決定されることを特徴とする。

【0017】

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の構成に加えて、前記５次高調波の前記初期位相φの最大位相角と最小位相角が、前記初期位相φを変化させて前記パルス幅変調駆動電圧により前記同期モータを回転駆動させる前記モータ試験により決定されるようになっており、前記最大位相角は、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記基本波電流が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最大値となる前記初期位相φとして決定され、前記最小位相角は、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記基本波電流の低減量に比べて、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする前記高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φ、または、前記５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも前記所定の損失が下回る範囲の最小値となる前記初期位相φとして決定されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

請求項１の発明によれば、信号波に５次高調波が重畳され、重畳率ｎ／ｍの上限が磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値であり、ｎ／ｍの下限が基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値であるように動作する。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、モータ駆動システムの損失を低減できる。

【0019】

請求項２の発明によれば、重畳率ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満の範囲で動作するため、安定してモータ駆動システムの損失を低減できる。

【0020】

請求項３の発明によれば、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアン（ｒａｄ）のときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる高調波の初期位相φで動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システムの損失を低減できる。

【0021】

請求項４の発明によれば、高調波の初期位相φの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始める初期位相φの値、初期位相φの最小位相角が、基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φの値、で動作する。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、モータ駆動システムの損失を低減できる。

【0022】

請求項５の発明によれば、信号波に５次以上のａ次高調波が重畳され、重畳率ｎ／ｍの上限が磁気特性の変化で基本波電流の低減し始めるｎ／ｍの値であり、ｎ／ｍの下限が基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値であるように動作する。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、モータ駆動システムの損失を低減できる。

【0023】

請求項６の発明によれば、重畳率ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満の範囲で動作するため、安定して損失を低減できる。

【0024】

請求項７の発明によれば、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ）の数値以上となる高調波の初期位相φで動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0025】

請求項８の発明によれば、高調波の初期位相φの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流の低減し始める初期位相φの値、初期位相φの最小位相角が、基本波電流の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φの値、で動作する。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0026】

請求項９の発明によれば、信号波を構成する基本正弦波の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値がリング試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ／ｍの上限値が、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて所定の損失が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして決定され、重畳率ｎ／ｍの下限値が、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0027】

請求項１０の発明によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うリング試験によって決定されるようになっており、最大位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の最大値となる初期位相φとして決定され、最小位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の最小値となる初期位相φとしてされる。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、損失が低減できる。

【0028】

請求項１１の発明によれば、信号波を構成する基本正弦波の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値がモータ試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ／ｍの上限値は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして決定され、重畳率ｎ／ｍの下限値は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0029】

請求項１２の発明によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うモータ試験により決定されるようになっており、最大位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の最大値となる初期位相φとして決定され、最小位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも所定の損失が下回る範囲の最小値となる初期位相φとしてされる。このようになっているため、基本正弦波を信号波として用いる場合に比べて、損失が低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】この発明の実施の形態に係るモータ駆動システムの概略構成図である。

【図2】同実施の形態に係るモータ駆動システムのモータ制御部の概略ブロック図である。

【図3】同実施の形態に係るモータ駆動システムのＰＷＭドライブ信号のパルス幅変調を説明する図であり、（ａ）は信号波とキャリア波を示す図、（ｂ）はＰＷＭドライブ信号を示す図、（ｃ）はＰＷＭ駆動電圧を示す図である。

【図4】同実施の形態に係るモータ駆動システムの三相の基本正弦波を示す図である。

【図5】同実施の形態に係るモータ駆動システムのモータ制御部の動作の流れを示す図である。

【図6】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験装置の概略構成図である。

【図7】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験の設定条件の例を示す図であり、（ａ）はリング試料の仕様を示す図、（ｂ）は測定条件（重畳率）を示す図である。

【図8】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による磁界の強さと磁束密度の時間波形の例を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０のときのメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときのメジャーループ成分を示す図である。

【図9】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による磁界の強さと磁束密度のＢＨカーブの例を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０と－０．２のメジャーループ成分を示す図である。

【図10】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による基本波電流と基本正弦波変調率の例を示す図である。

【図11】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による鉄損、メジャーループ鉄損、キャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）の例を示す図であり、（ａ）は鉄損を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０の場合を基準としたときの鉄損の変化率を示す図である。

【図12】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による鉄損と基本波電流の例を示す図である。

【図13】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験の測定条件（位相角）の例を示す図である。

【図14】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験による測定結果の例を示す図であり、（ａ）は基本波電流を示す図、（ｂ）は鉄損を示す図である。

【図15】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験で重畳率ｎ／ｍを設定する概略的な流れを示す図である。

【図16】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるリング試験で５次高調波の初期位相φを設定する概略的な流れを示す図である。

【図17】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験装置の概略構成図である。

【図18】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験の試験モータの例を示す図であり、（ａ）はモータの概略断面図、（ｂ）はモータの仕様を示す図である。

【図19】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験の測定条件（重畳率）の例を示す図である。

【図20】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験による基本波電流と基本正弦波変調率の例を示す図である。

【図21】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験による全体損失の例を示す図である。

【図22】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験の測定条件（位相角）の例を示す図である。

【図23】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験による基本正弦波変調率と基本波電流の例を示す図である。

【図24】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験による全体損失の例を示す図である。

【図25】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験で重畳率ｎ／ｍを設定する概略的な流れを示す図である。

【図26】同実施の形態に係るモータ駆動システムの設定、設計及び製造に用いるモータ試験で５次高調波の初期位相φを設定する概略的な流れを示す図である。

【図27】この発明の構成を決定するために行った特性評価試験１（リング試験）に係る試験装置の概略構成図である。

【図28】同特性評価試験１に係る試験装置のリング試料の仕様を示す図である。

【図29】同特性評価試験１に係る試験装置の測定条件（重畳率特性）を示す図である。

【図30】同特性評価試験１に係る試験装置の信号波の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波を示す図、（ｂ）は基本正弦波に５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。

【図31】同特性評価試験１に係る試験装置による磁界の強さと磁束密度の時間波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときのメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときのメジャーループ成分を示す図である。

【図32】同特性評価試験１に係る試験装置による磁界の強さと磁束密度の時間波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０のときのメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときのメジャーループ成分を示す図である。

【図33】同特性評価試験１に係る試験装置による磁界の強さと磁束密度のＢＨカーブの測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときの測定結果とメジャーループ成分を示す図である。

【図34】同特性評価試験１に係る試験装置による基本波電流と基本正弦波変調率の測定結果を示す図である。

【図35】同特性評価試験１に係る試験装置による鉄損、メジャーループ鉄損、キャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）の測定結果を示す図であり、（ａ）は鉄損を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０の場合を基準としたときの鉄損の変化率を示す図である。

【図36】同特性評価試験１に係る試験装置の測定条件（５次高調波の位相角特性）を示す図である。

【図37】同特性評価試験１に係る試験装置の信号波の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波を示す図、（ｂ）は基本正弦波に初期位相π／４［ｒａｄ］の５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。

【図38】同特性評価試験１に係る試験装置による５次高調波の初期位相を変化させたときの測定結果を示す図であり、（ａ）は基本波電流を示す図、（ｂ）は鉄損を示す図である。

【図39】同特性評価試験１に係る試験装置の測定条件（キャリア周波数特性）を示す図であり、（ａ）は基礎測定条件、（ｂ）は５次高調波の重畳条件を示す図である。

【図40】同特性評価試験１に係る試験装置によるキャリア周波数を変化させたときの測定結果を示す図であり、（ａ）は基本波電流を示す図、（ｂ）は鉄損を示す図である。

【図41】この発明の構成を決定するために行った特性評価試験２（モータ試験）に係る試験装置の概略構成図である。

【図42】同特性評価試験２に係る試験装置の試験モータを示す図であり、（ａ）はモータの概略断面図、（ｂ）はモータの仕様を示す図である。

【図43】同特性評価試験２に係る試験装置の測定条件（重畳率特性）を示す図である。

【図44】同特性評価試験２に係る試験装置の三相の信号波の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波を示す図、（ｂ）は基本正弦波に５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。

【図45】同特性評価試験２に係る試験装置による基本波電流と基本正弦波変調率の測定結果を示す図である。

【図46】同特性評価試験２に係る試験装置による全体損失の測定結果を示す図である。

【図47】同特性評価試験２に係る試験装置によるモータコア損・機械損の測定結果を示す図である。

【図48】同特性評価試験２に係る試験装置による銅損と基本波電流銅損の測定結果を示す図である。

【図49】同特性評価試験２に係る試験装置によるインバータ損の測定結果を示す図である。

【図50】同特性評価試験２に係る試験装置の測定条件（５次高調波の位相角特性）を示す図である。

【図51】同特性評価試験２に係る試験装置の三相の信号波の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波を示す図、（ｂ）は基本正弦波に初期位相π／４［ｒａｄ］の５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。

【図52】同特性評価試験２に係る試験装置による基本正弦波変調率と基本波電流の測定結果を示す図である。

【図53】同特性評価試験２に係る試験装置による全体損失の測定結果を示す図である。

【図54】同特性評価試験２に係る試験装置によるモータコア損・機械損の測定結果を示す図である。

【図55】同特性評価試験２に係る試験装置による銅損と基本波電流銅損の測定結果を示す図である。

【図56】同特性評価試験２に係る試験装置によるインバータ損の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

この発明の実施の形態に係るモータ駆動システム１について、図１～図２６を用いて説明する。また、この発明の構成を決定するために行った特性評価試験の結果について図２７～図５６を用いて説明する。

【0032】

図１は、この発明の実施の形態に係るモータ駆動システム１の概略構成図である。このモータ駆動システム１は、同期モータをパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ、以下、パルス幅変調をＰＷＭという）制御方式で駆動するシステムであり、三相インバータ部２（三相インバータ回路）、昇圧チョッパ部３（昇圧チョッパ回路）、モータ制御部４、永久磁石同期モータ５、電流センサ９、位置センサ１０を含むように構成されている。

【0033】

三相インバータ部２は、昇圧チョッパ部３から供給される直流電圧をスイッチングして、永久磁石同期モータ５の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータ駆動電圧となるパルス幅変調駆動電圧（以下、ＰＷＭ駆動電圧という）を出力する。三相インバータ部２から出力される三相のＰＷＭ駆動電圧がモータ５の三相のステータコイル６に供給され、永久磁石のロータ７が回転駆動される。

【0034】

この三相インバータ部２には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６と、還流ダイオードＤ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、Ｄ_４、Ｄ_５、Ｄ_６が、上側と下側にペアとして直列に接続した構成が、３組備えられており、それぞれの上下のスイッチング素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）と還流ダイオード（Ｄ_１とＤ_２、Ｄ_３とＤ_４、Ｄ_５とＤ_６）のペアの接続点からモータ５の１つの相の電源を出力する。上下のスイッチング素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）は、一方がオンであれば、他方がオフになるように駆動される。また、短絡防止のため、上下のスイッチング素子が同時にオンにならないように、オンとオフの切り替わりで上下が共にオフとなるデッドタイムを含むように駆動される。

【0035】

このスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６のオンオフ駆動は、スイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６のゲート端子であるスイッチング素子入力部８_１、８_２、８_３、８_４、８_５、８_６にモータ制御部４から供給されるＰＷＭドライブ信号が入力されることにより行われる。

【0036】

なお、スイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６には、ＩＧＢＴ以外にも、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やパワー・トランジスタ等を使用できる。

【0037】

昇圧チョッパ部３は、三相インバータ部２への直流電圧を供給する。この昇圧チョッパ部３は、バッテリ１１、インダクタ１２、コンデンサ１３、ＩＧＢＴからなるチョッパ部用スイッチング素子Ｓｃ、ダイオード１５などで構成される。モータ制御部４から供給される昇圧チョッパ制御信号が、チョッパ部用スイッチング素子Ｓｃのゲート端子に入力されて、このスイッチング素子Ｓｃがオンオフ駆動されると、インダクタ１２、コンデンサ１３、ダイオード１５の作用により、コンデンサ１３の両端子間にバッテリ１１の電圧よりも高い直流電圧が出力される。この出力電圧が、三相インバータ部２の上側スイッチング素子Ｓ_１、Ｓ_３、Ｓ_５のコレクタ端子に入力され、三相インバータ部２への入力直流電圧となる。昇圧チョッパ部３から出力される直流電圧の高低に応じて、三相インバータ部２への入力直流電圧が変化し、これにより永久磁石同期モータ５のステータコイル６に流れるモータ駆動電流の大きさも変化する。

【0038】

なお、昇圧チョッパ部３は必須でなく、この昇圧チョッパ部３を設けず、直流電源であるバッテリ１１の電圧を直接、三相インバータ部２への入力直流電圧として供給し、後述する基本正弦波の振幅である変調率ｍを変化させて、永久磁石同期モータ５へのモータ駆動電流を制御するようにしてもよい。

【0039】

電流センサ９は、永久磁石同期モータ５のステータコイル６に流れるモータ駆動電流を検出する。このセンサ９で検出された電流値は、モータ制御部４に出力されてモータ５の制御に利用される。電流センサ９としては、シャント抵抗とアンプ方式のセンサ、コア付き電流センサ、コアレス電流センサを使用できる。

【0040】

永久磁石同期モータ５には、埋込構造永久磁石同期電動機(ＩＰＭＳＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ)が用いられている。このモータ５は、磁性体で形成されるステータコアにステータコイル６が巻回されたステータと、このステータの内側に回転可能に支持される永久磁石からなるロータ７により構成される。ステータコイル６に三相のモータ駆動電流を流して、回転磁界を形成することによりロータ７が回転駆動される。三相インバータ部２から出力される三相のＰＷＭ駆動電圧が三相のステータコイル６に印加されると、ステータコイル６にはモータ駆動電流が流れロータ７が回転する。

【0041】

永久磁石同期モータ５としては、表面構造永久磁石同期電動機(ＳＰＭＳＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ)を用いることもできる。また、このモータ以外のその他の同期モータを用いることができる。

【0042】

位置センサ１０は、ロータ７を構成する永久磁石の磁極の位置を検出するものであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するセンサ検出信号がモータ制御部４に出力されモータ５の制御に利用される。位置センサ１０には、ホールＩＣやホール素子を用いることができる。

【0043】

モータ制御部４は、電流センサ９や位置センサ１０の検出信号を受け付けて永久磁石同期モータ５の駆動状態を取得し、モータ５の制御指令である回転速度指令やトルク指令などの指令値と比較して、モータ５が指令値に一致して動作するように三相インバータ部２と昇圧チョッパ部３を制御する。三相インバータ部２の制御は、スイッチング素子入力部８_１～８_６に三相のＰＷＭドライブ信号を出力することにより行われる。このＰＷＭドライブ信号は、信号波（変調波）とキャリア波（搬送波）とを比較して、信号波とキャリア波の交点でスイッチングして生成される。

【0044】

次に、モータ制御部４について詳細に説明する。

【0045】

図２は、モータ駆動システム１のモータ制御部４の概略ブロック図である。このモータ制御部４は、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、信号波生成部４３、キャリア波生成部４４、ＰＷＭドライブ信号生成部４５、ＰＷＭドライブ信号出力部４６、昇圧チョッパ制御信号出力部４７、ロータ検出位置受付部４８、モータ入力電流値受付部４９、指令値受付部５０を含む構成になっている。

【0046】

ＣＰＵ４０は、このモータ駆動システム１を制御するプログラムの実行や演算処理を行う。不揮発性メモリであるＲＯＭ４１には、ＣＰＵ４０が実行するプログラムやそのプログラムの処理に用いられるデータが記憶される。揮発性メモリであるＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４０によるプログラムの実行や演算処理のワークエリアとして動作する。

【0047】

指令値受付部５０は、永久磁石同期モータ５の制御指令である回転速度指令やトルク指令などの指令値を外部から受け付ける。モータ制御部４は、受け付けた指令値に一致するように三相インバータ部２と昇圧チョッパ部３を制御してモータ５を駆動させる。

【0048】

モータ入力電流値受付部４９は、電流センサ９から出力される三相のモータ駆動電流の検出値を受け付ける。また、ロータ検出位置受付部４８は、位置センサ１０から出力されるロータ７の磁極位置の検出値を受け付ける。ロータ７位置を時系列的に検出することでロータ７の回転速度や回転の位相などが算出される。モータ制御部４では、受け付けたモータ駆動電流とロータ７の磁極位置から永久磁石同期モータ５の駆動状態を取得する。

【0049】

昇圧チョッパ制御信号出力部４７は、三相インバータ部２への入力直流電圧を設定するため、昇圧チョッパ部３のチョッパ部用スイッチング素子Ｓｃに昇圧チョッパ制御信号を供給して、このスイッチング素子Ｓｃをオンオフ駆動させる。

【0050】

信号波生成部４３は、スイッチング素子入力部８_１～８_６に入力されるＰＷＭドライブ信号の形成に際し、その基の波形として用いられる信号波を生成する。電流センサ９や位置センサ１０の信号から取得した永久磁石同期モータ５の駆動状態と、指令値受付部５０で受け付けた指令値とを比較して、モータ５の動作が指令値に追従するようにＣＰＵ４０で演算を行い、信号波の振幅である変調率や位相が設定される。この信号波は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する三相の波形として生成される。信号波は、ＣＰＵ４０の演算により、数値データとして生成される。

【0051】

キャリア波生成部４４は、ＰＷＭドライブ信号の形成に際し、その基の波形として用いられるキャリア波を生成する。このキャリア波は、ＣＰＵ４０の演算により、数値データとして生成される。

【0052】

ＰＷＭドライブ信号生成部４５は、信号波生成部４３で生成された信号波と、キャリア波生成部４４で生成されたキャリア波との交点でエッジ位置が切り替わるようにＰＷＭドライブ信号を生成する。このＰＷＭドライブ信号は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する三相の信号として生成される。ＰＷＭドライブ信号は、ＣＰＵ４０の演算により生成される。

【0053】

ＰＷＭドライブ信号出力部４６は、ＰＷＭドライブ信号生成部４５で生成された三相のＰＷＭドライブ信号をスイッチング素子入力部８_１～８_６に供給する。このＰＷＭドライブ信号の入力により、三相インバータ部２から三相のＰＷＭ駆動電圧が永久磁石同期モータ５に出力される。

【0054】

上側と下側のスイッチング素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）に供給されるＰＷＭドライブ信号は、上下の素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）の一方がオンであれば、他方がオフになるように駆動されるため、上側と下側で反転したような波形となる。ただし、上下のスイッチング素子が同時にオンにならないように、デッドタイムが設けられる。

【0055】

信号波、キャリア波、ＰＷＭドライブ信号の生成は、ＲＯＭ４１に記憶されたプログラムに基づいてＣＰＵ４０で演算を行い数値的に算出するようになっている。このようにソフトウェアの構成とすることで、信号波やキャリア波を形成するパラメータ等の変更が柔軟かつ容易に行える。ただし、ソフトウェアの構成に限らず、信号波、キャリア波、ＰＷＭドライブ信号の生成をハードウェアの構成として電子回路で実現するようにしてもよい。

【0056】

図３は、モータ駆動システム１のＰＷＭドライブ信号のパルス幅変調を説明する図であり、（ａ）は信号波とキャリア波を示す図、（ｂ）はＰＷＭドライブ信号を示す図、（ｃ）はＰＷＭ駆動電圧を示す図である。

【0057】

図３（ａ）には、信号波生成部４３で生成される信号波ｈ（ｔ）とキャリア波生成部４４で生成されるキャリア波ｃ（ｔ）が示されている。

【0058】

信号波ｈ（ｔ）は、基本正弦波ｇ（ｔ）にその５次高調波を加算し重畳して生成される。この基本正弦波ｇ（ｔ）の周波数を基本正弦波周波数ｆ_１とすると、５次高調波の周波数は、５倍の５・ｆ_１である。また、基本正弦波ｇ（ｔ）の振幅として示される変調率をｍとし、５次高調波の振幅として示される変調率をｎとするとき、基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率を重畳率ｎ／ｍと定義する。

【0059】

キャリア波ｃ（ｔ）は、キャリア周波数ｆ_ｃの三角波であり、三角波の振幅は１である。基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍは、キャリア波ｃ（ｔ）の振幅よりも小さい数値をとる。

【0060】

この図の横軸は時間ｔから変換した位相、縦軸は信号の大きさを示す。

【0061】

ＰＷＭドライブ信号生成部４５では、信号波ｈ（ｔ）とキャリア波ｃ（ｔ）との交点でスイッチングを行い、パルス幅を変調してＰＷＭドライブ信号を生成する。すなわち、信号波ｈ（ｔ）と、キャリア波ｃ（ｔ）との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭドライブ信号を生成する。

【0062】

図３（ｂ）には、ＰＷＭドライブ信号生成部４５で生成されるＰＷＭドライブ信号が示されている。この図の横軸は時間ｔから変換した位相、縦軸はＰＷＭドライブ信号の大きさである。ＰＷＭドライブ信号は矩形波形により構成され、図３（ａ）での信号波ｈ（ｔ）とキャリア波ｃ（ｔ）との比較において、信号波ｈ（ｔ）の大きさがキャリア波ｃ（ｔ）よりも大きい場合、ハイレベルとなり、信号波ｈ（ｔ）の大きさがキャリア波ｃ（ｔ）よりも小さい場合、ローレベルとなる。そして、信号波ｈ（ｔ）とキャリア波ｃ（ｔ）との交点で立ち上がりエッジ、または、立ち下がりエッジが形成される。

【0063】

信号波ｈ（ｔ）の１周期の中で信号波ｈ（ｔ）の信号の大きさが大きくなるとハイレベル幅として示されるパルス幅が広くなり、信号波ｈ（ｔ）の信号の大きさが小さくなるとハイレベル幅であるパルス幅が狭くなる。このように信号波ｈ（ｔ）の１周期の中で、ＰＷＭドライブ信号のパルス幅のハイレベルの時間が周期的に変化する。

【0064】

ＰＷＭドライブ信号のパルス幅の周期的な変動について、信号波ｈ（ｔ）に含まれる基本正弦波周波数ｆ_１がＰＷＭドライブ信号のパルス幅の変動の基本周波数となり、これに信号波ｈ（ｔ）に含まれる５次高調波の周波数成分が付加されたものになる。

【0065】

図３（ｂ）に示すＰＷＭドライブ信号が、ＰＷＭドライブ信号出力部４６から出力されて、三相インバータ部２のスイッチング素子入力部８_１～８_６に供給されると、上側と下側のスイッチング素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）と還流ダイオード（Ｄ_１とＤ_２、Ｄ_３とＤ_４、Ｄ_５とＤ_６）のペアの接続点から永久磁石同期モータ５の駆動電圧としてＰＷＭ駆動電圧が出力される。

【0066】

このように、信号波ｈ（ｔ）とキャリア波ｃ（ｔ）の交点で三相インバータ部２内の半導体のスイッチング動作を行わせて、永久磁石同期モータ５の駆動電圧としてＰＷＭ駆動電圧を出力させる。

【0067】

図３（ｃ）には、三相インバータ部２から出力されるＰＷＭ駆動電圧が示されている。この図の横軸は時間ｔから変換した位相、縦軸はＰＷＭ駆動電圧の大きさである。ＰＷＭ駆動電圧の波形は、時間（位相）軸についてＰＷＭドライブ信号の波形と同様の形状を示す。

【0068】

このように、ＰＷＭ駆動電圧のハイレベル幅として示されるパルス幅も、ＰＷＭドライブ信号と同様に、周期的な変動を繰り返す。このＰＷＭ駆動電圧のパルス幅の周期的な変動について、信号波ｈ（ｔ）に含まれる基本正弦波周波数ｆ_１がＰＷＭ駆動電圧のパルス幅の変動の基本周波数となり、これに信号波ｈ（ｔ）に含まれる５次高調波の周波数成分が付加されたものになる。

【0069】

信号波ｈ（ｔ）に含まれる基本正弦波周波数ｆ_１がＰＷＭ駆動電圧のパルス幅の基本周波数を規定している。また、５次高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）を用いることで、５次高調波成分によってキャリア波ｃ（ｔ）との交点が変化し、三相インバータ部２から出力されるＰＷＭ駆動電圧に５次高調波が重畳される。

【0070】

ＰＷＭ駆動電圧は、永久磁石同期モータ５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する三相の波形として三相インバータ部２から出力されるが、この三相を構成するため、初期位相がそれぞれ２π／３［ｒａｄ］ずれた３個の信号波を用いて、三相のＰＷＭドライブ信号を生成する。

【0071】

図４に、三相の信号波に含まれるそれぞれの基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を示す。この図の横軸は時間ｔから変換した位相、縦軸は信号の大きさを示す。ＰＷＭドライブ信号の生成には、この三相の基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）のそれぞれに５次高調波を重畳した波形を信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）として用い、上述のようにこれらの信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）と三角波のキャリア波ｃ（ｔ）との交点でパルス幅を切り替えるように形成する。

【0072】

この三相の基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）と、三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）は、式（１）～式（６）のように示される。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【数5】

【数6】

ｇ_ｕ（ｔ）は、三相の基本正弦波の内のＵ相基本正弦波、ｇ_ｖ（ｔ）はＶ相基本正弦波、ｇ_ｗ（ｔ）はＷ相基本正弦波である。

【0073】

ｈ_ｕ（ｔ）は三相の信号波の内のＵ相信号波、ｈ_ｖ（ｔ）はＶ相信号波、ｈ_ｗ（ｔ）はＷ相信号波である。

【0074】

ここで、ｆ_１は、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の基本正弦波周波数であり、ｍは基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の振幅として示される変調率である。また、ｎは重畳される５次高調波の振幅として示される変調率であり、φはこの５次高調波の初期位相である。そして、ｔは時間である。

【0075】

後述するように重畳率ｎ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始めるｎ／ｍの値に設定され、また、重畳率ｎ／ｍの下限が、基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値に設定され、重畳率ｎ／ｍがこの下限と上限の範囲で動作する。

【0076】

重畳率ｎ／ｍは、－０．３以上かつ０未満の範囲に設定し動作することが好ましい。

【0077】

また、図３（ａ）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアン（ｒａｄ）のときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ（ｔ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φに設定され、動作することが好ましい。

【0078】

例えば、式（１）に示す基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）と式（２）に示す信号波ｈ_ｕ（ｔ）を用いて説明すると、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ_ｕ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる初期位相φに設定されて動作することになる。すなわち、ｇ_ｕ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）） ＞＝ ｈ_ｕ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ））となる条件を満たすように５次高調波の初期位相φを設定し、動作することになる。

【0079】

また、初期位相φの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める初期位相φの値に設定され、また、初期位相φの最小位相角が、基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φの値に設定され、この最小位相角と最大位相角の範囲で動作するようにしてもよい。

【0080】

後述する特性評価試験では、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波として用いた場合と、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に５次高調波を重畳した信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）を用いた場合の損失の比較を行っている。

【0081】

この特性評価試験の結果、重畳率ｎ／ｍが、－０．２５以上かつ－０．０５以下であり、５次高調波の初期位相φが、－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の条件のとき、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波に用いた場合に比べて、損失が低減し、この条件に設定し、動作させても好ましいことが示された。

【0082】

また、この条件から重畳率ｎ／ｍのとり得る範囲を、－０．１５以上かつ－０．１以下に設定したり、初期位相φのとり得る範囲を、π／８［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下に設定したりすると、さらに損失が低減しさらに好ましいことが示された。

【0083】

また、重畳率ｎ／ｍを、－０．１５以上かつ－０．１以下の範囲に設定し、５次高調波の初期位相φをπ／４［ｒａｄ］に設定とすると、損失低減の効果がさらに高く、さらに好ましいことが示された。

【0084】

また、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に重畳する高調波は、５次以上でも可能であり、基本正弦波周波数ｆ_１のａ倍のａ次高調波を重畳する場合の三相の信号波ｈ_ｕａ（ｔ）、ｈ_ｖａ（ｔ）、ｈ_ｗａ（ｔ）は、式（７）～式（９）のように示される。

【数7】

【数8】

【数9】

ここで、ｎ_ａは重畳される５次高調波の振幅として示される変調率であり、φ_ａはこのａ次高調波の初期位相である。

【0085】

重畳率ｎ_ａ／ｍの上限が、磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始めるｎ_ａ／ｍの値に設定され、また、重畳率ｎ_ａ／ｍの下限が、基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ_ａ／ｍの値に設定され、重畳率ｎ_ａ／ｍがこの下限と上限の範囲で動作する。

【0086】

重畳率ｎ_ａ／ｍは、－０．３以上かつ０未満の範囲に設定し動作することが好ましい。

【0087】

また、図３（ａ）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ_ａ（ｔ）の数値以上となるａ次高調波の初期位相φ_ａに設定され、動作することが好ましい。

【0088】

例えば、式（１）に示す基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）と式（７）に示す信号波ｈ_ｕａ（ｔ）を用いて説明すると、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ_ｕａ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ_ａ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ_ａ）の数値以上となる初期位相φ_ａに設定されて動作することになる。すなわち、ｇ_ｕ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）） ＞＝ ｈ_ｕａ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ））となる条件を満たすようにａ次高調波の初期位相φ_ａを設定し、動作することになる。

【0089】

また、ａ次高調波の初期位相φ_ａの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める初期位相φ_ａの値に設定され、また、初期位相φ_ａの最小位相角が、基本波電流Ｉ_ｆ１、Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φ_ａの値に設定され、この最小位相角と最大位相角の範囲で動作するようにしてもよい。

【0090】

５次高調波を重畳した信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）を用いた後述する特性評価試験の結果の類推から、重畳率ｎ_ａ／ｍが、－０．２５以上かつ－０．０５以下であり、ａ次高調波の初期位相φ_ａが、－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の条件のとき、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波に用いる場合に比べて、損失が低減することが推測されるため、この条件に設定、動作することが好ましい。

【0091】

また、この条件から重畳率ｎ_ａ／ｍのとり得る範囲を、－０．１５以上かつ－０．１以下に設定したり、初期位相φ_ａのとり得る範囲を、π／８［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下に設定したりすると、特性評価試験の結果の類推から、さらに損失が低減することが推測され好ましい。

【0092】

また、重畳率ｎ_ａ／ｍを、－０．１５以上かつ－０．１以下の範囲に設定し、ａ次高調波の初期位相φ_ａをπ／４［ｒａｄ］に設定して動作すると、特性評価試験の結果の類推から、損失低減の効果がさらに高くなることが推測され好ましい。

【0093】

なお、三相モータの場合には、重畳する５次以上のａ次高調波について、偶数次と３の倍数次を重畳しても効果が生じないと考えられるため、それ以外の例えば、７次、１１次、１３次などの高調波を重畳することが有効である。

【0094】

次に、この発明の実施の形態に係るモータ駆動システム１の動作について説明する。

【0095】

図５は、このモータ駆動システム１のモータ制御部４の動作の流れを示す図である。

【0096】

モータ制御部４は、指令値受付部５０で、永久磁石同期モータ５の制御指令である回転速度指令やトルク指令などの指令値を外部から受け付け（Ｓ１ステップ）、受け付けた指令値をＲＡＭ４２に記憶する（Ｓ２ステップ）。その後、外部からモータ回転開始指示が入力されると、モータ制御部４は、この回転開始指示を受け付けて（Ｓ３ステップ）、モータ５を回転駆動させる動作を開始する。

【0097】

モータ制御部４は、位置センサ１０から出力されるロータ７の磁極位置と、電流センサ９から出力される三相のモータ駆動電流の検出値とを受け付ける（Ｓ４ステップ）。このロータ７の磁極位置やモータ駆動電流の検出値に基づいて、永久磁石同期モータ５の駆動状態が取得される。モータ制御部４は、モータ５の駆動が指令値に一致するように制御を行う。

【0098】

まず、三相インバータ部２への入力直流電圧が適正値になるように、昇圧チョッパ制御信号を生成して（Ｓ５ステップ）、生成した昇圧チョッパ制御信号を、昇圧チョッパ部３のチョッパ部用スイッチング素子Ｓｃに出力する（Ｓ６ステップ）。

【0099】

次に、モータ５の駆動状態が指令値に追従するように、上記式（２）、式（４）、式（６）の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）を生成する（信号波生成処理）（Ｓ７ステップ）。具体的には、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の基本正弦波周波数ｆ_１、位相、変調率ｍを設定して、この基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に変調率ｎで初期位相φの５次高調波を重畳する。

【0100】

続いて、三角波として構成されるキャリア波を生成する（キャリア波生成処理）（Ｓ８ステップ）。

【0101】

その後、図３に示したように、信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）とキャリア波との交点でパルス幅が切り替わるようにＰＷＭドライブ信号を生成する（ＰＷＭドライブ信号処理）（Ｓ９ステップ）。

【0102】

そして、生成されたＰＷＭドライブ信号を、三相インバータ部２のスイッチング素子入力部８_１～８_６に出力する（ＰＷＭドライブ供給処理）（Ｓ１０ステップ）。これにより、三相インバータ部２の上側と下側のスイッチング素子（Ｓ_１とＳ_２、Ｓ_３とＳ_４、Ｓ_５とＳ_６）と還流ダイオード（Ｄ_１とＤ_２、Ｄ_３とＤ_４、Ｄ_５とＤ_６）のペアの接続点から永久磁石同期モータ５の駆動電圧としてＰＷＭ駆動電圧が出力される。

【0103】

モータ制御部４は、外部から新たな指令値の入力があり、前回記憶した指令値に対して、指令値の変更があるか判断する（Ｓ１１ステップ）。指令値の変更がある場合（Ｓ１１ステップのＹｅｓの場合）、変更された指令値をＲＡＭに記憶して更新する（Ｓ１２ステップ）。指令値の変更がない場合（Ｓ１１ステップのＮｏの場合）には、何もせずそのままの動作を継続する。

【0104】

以降、上記Ｓ４ステップからＳ１２ステップを繰り返し、指令値に一致するように永久磁石同期モータ５を駆動させる。

【0105】

次に、この発明の実施の形態に係るモータ駆動システム１の設定方法、設計方法及び製造方法について説明する。

【0106】

この設定方法、設計方法及び製造方法では、式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）にその５次高調波を重畳した式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）について、その重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値、重畳率ｎ／ｍの設定値、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角、初期位相φの設定値を決定する。

【数10】

【数11】

モータ駆動システム１の設定方法、設計方法及び製造方法について、はじめに、リング試験による方法を説明し、続いて、モータ試験による方法を説明する。リング試験による方法、モータ試験による方法ともに、重畳率ｎ／ｍを変化させて測定が行われる。

【0107】

＜リング試験による設定方法、設計方法及び製造方法＞
まず、リング試験によるモータ駆動システム１の設定方法、設計方法及び製造方法について説明する。

【0108】

図６は、このモータ駆動システム１の設定、設計及び製造に用いるリング試験装置１０９の概略構成図である。このリング試験装置１０９は、後述する特性評価試験１（リング試験）で用いたリング試験装置６９と同じ構成である（このため、詳細は後述する特性評価試験１（リング試験）を参照）。

【0109】

図７は、リング試験の設定条件の例を示す図であり、（ａ）はリング試料１０１の仕様を示す図、（ｂ）は測定条件（重畳率）を示す図である。このリング試験のリング試料１０１である鉄心材料（コア材料）には、モータ駆動システム１に用いられる永久磁石同期モータ５のロータとステータの鉄心材料（コア材料）と同一の材料が使用される。すなわち、リング試料１０１は、モータ駆動システム１に用いられる永久磁石同期モータ５の鉄心材料（コア材料）と同一の材料で形成される。

【0110】

図６に示すＩＧＢＴインバータ１０２は、単相Ｓｉ－ＩＧＢＴインバータである。このＩＧＢＴインバータ１０２は、スイッチング素子Ｓ_１０１、Ｓ_１０２、Ｓ_１０３、Ｓ_１０４としてＳｉ－ＩＧＢＴ、還流ダイオードＤ_１０１、Ｄ_１０２、Ｄ_１０３、Ｄ_１０４としてＳｉダイオードを搭載している。リング試験装置６９のＩＧＢＴインバータ１０２に用いられているスイッチング素子Ｓ_１０１～Ｓ_１０４と還流ダイオードＤ_１０１～Ｄ_１０４は、モータ駆動システム１の三相インバータ部２に用いられているスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６と還流ダイオードＤ_１～Ｄ_６と同じものである。

【0111】

測定条件は、例として、基本正弦波周波数ｆ_１を５０［Ｈｚ］、キャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］、直流電源１０３から供給されるＩＧＢＴインバータ１０２への入力電圧Ｖ_ｄｃを１５［Ｖ］とし、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍを調節する。リング試験における基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１一定は、モータ試験における平均トルク一定に相当すると考えられる。

【0112】

ＩＧＢＴインバータ１０２の制御には、５次調波重畳ＰＷＭ方式が採用される。すなわち、上記式（１１）に示す５次高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）と、三角波として構成されるキャリア波との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭ信号を生成して、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ１０２の上下のスイッチング素子のペア（Ｓ_１０１とＳ_１０２）のゲート端子であるスイッチング素子入力部１０８_１、１０８_２に入力する。また、上下反転した信号波ｈ（ｔ）とキャリア波との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭ信号を生成して、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ１０２の上下のスイッチング素子のペア（Ｓ_１０３とＳ_１０４）のゲート端子であるスイッチング素子入力部１０８_３、１０８_４に入力する。このとき、上下のスイッチング素子（上下のＳ_１０１とＳ_１０２、上下のＳ_１０３とＳ_１０４）は、一方がオンであれば、他方がオフになるように駆動される。また、短絡防止のため、上下のスイッチング素子（上下のＳ_１０１とＳ_１０２、上下のＳ_１０３とＳ_１０４）が同時にオンにならないように、オンとオフの切り替わりで上下が共にオフとなるデッドタイムを含むように駆動される。

【0113】

このようにすると、スイッチング素子入力部１０８_１、１０８_２、１０８_３、１０８_４に入力されたＰＷＭ信号に基づいて、上側と下側のスイッチング素子（Ｓ_１０１とＳ_１０２、Ｓ_１０３とＳ_１０４）と還流ダイオード（Ｄ_１０１とＤ_１０２、Ｄ_１０３とＤ_１０４）のペアの接続点から一次コイルに入力されるパルス幅変調電圧が出力される。このパルス幅変調電圧の印加によって一次コイルに一次電流Ｉ_１が流れる。

【0114】

そして、このリング試料１０１に巻回された一次コイルに流れる一次電流Ｉ_１と、リング試料１０１に巻回された二次コイルに発生する二次電圧Ｖ_２が測定される。

【0115】

次に、リング試験の鉄損算出方法について説明する。図６に示す一次電流Ｉ_１と二次電圧Ｖ_２を測定し、磁界の強さＨ、磁束密度Ｂを式（１２）、式（１３）のように求める。

【数12】

【数13】

この磁界の強さＨと磁束密度Ｂを用いて、式（１４）のように鉄損Ｐ_ｆｅを求める。

【数14】

ここで、上記式（１２）、式（１３）で求められる磁界の強さＨと磁束密度Ｂにはキャリア高調波成分を含むので、磁化現象が複雑化する。そこで５次高調波重畳の影響を明確にするため、低次の周波数成分（ｆ_１、ｆ_３、ｆ_５成分：ｆ_３は基本正弦波周波数ｆ_１の３次高調波の周波数、ｆ_５は基本正弦波周波数ｆ_１の５次高調波の周波数）を抽出することを考える。得られた磁界の強さＨと磁束密度Ｂに対し、数値計算ソフトウェアＭＡＴＬＡＢ（登録商標）Ｒ２０１９ｂ（Ｔｈｅ ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．）によるｃｆｔｏｏｌ（近似曲線ツール）を用いたフィッティングを行い、磁界の強さのメジャーループ成分Ｈ_{ｍａｊｏｒ}、磁束密度のメジャーループ成分Ｂ_{ｍａｊｏｒ}を算出する。これらより、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}を式（１５）のように算出する。また、式（１６）のように、鉄損Ｐ_ｆｅとメジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}の差をキャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}と定義する。

【数15】

【数16】

以下に、重畳率ｎ／ｍを変化させて測定したリング試験における測定結果の例を示す。

【0116】

図８は、リング試験による磁界の強さＨと磁束密度Ｂの時間波形の例を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０のときのメジャーループ成分（Ｈ_{ｍａｊｏｒ}、Ｂ_{ｍａｊｏｒ}）を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときのメジャーループ成分（Ｈ_{ｍａｊｏｒ}、Ｂ_{ｍａｊｏｒ}）を示す図である。

【0117】

重畳率ｎ／ｍが０の場合は、５次高調波を付加せず基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に該当する。重畳率ｎ／ｍが０と－０．２の場合を比べると、磁界の強さＨと磁束密度Ｂの時間波形の形状が異なっており、５次高調波重畳により、磁化現象に変化が現れることがわかる。

【0118】

図９は、リング試験による磁界の強さＨと磁束密度ＢのＢＨカーブの例を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０（破線）と－０．２（実線）のメジャーループ成分を示す図である。

【0119】

この図は、図８に示した測定データについて、横軸を磁界の強さＨ、縦軸を磁束密度Ｂとして表示したものである。図９（ｃ）に示すように、重畳率ｎ／ｍが０と－０．２の場合を比べると、磁界の強さのメジャーループ成分Ｈ_{ｍａｊｏｒ}と磁束密度のメジャーループ成分Ｂ_{ｍａｊｏｒ}のＢＨカーブの形状が異なっており、５次高調波重畳により、磁化現象に変化が現れることがわかる。言い換えると、５次高調波重畳により、「磁気特性の変化」が生じている。図９（ｃ）に示すメジャーループ成分のＢＨカーブには、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となった点を、重畳率ｎ／ｍが０と－０．２の場合のそれぞれについて×印、＊印でプロットしている。５次高調波の重畳によりメジャーループ成分が大きく変化し、それに伴い重畳率ｎ／ｍが－０．２の条件である＊印の位置は透磁率が大きくなる点に変化している。すなわち、５次高調波重畳により磁化現象が変化し、透磁率が大きくなる点で基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］に達することになる。

【0120】

図１０は、リング試験による基本波電流Ｉ_ｆ１と基本正弦波変調率ｍの例を示す図である。

【0121】

リング試験における基本波電流Ｉ_ｆ１は、一次コイルに流れる一次電流Ｉ_１の基本正弦波周波数ｆ_１の成分の実効値である。

【0122】

この基本波電流Ｉ_ｆ１は、基本波磁束密度Ｂ_ｆ１を得るための励磁電流成分であり、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき僅かに増加、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき大きく減少する傾向がある。

【0123】

重畳率ｎ／ｍが０より小さくなると、「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１の低減し始める」。この重畳率ｎ／ｍの値を上限に設定するようにしてもよい。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１以下の範囲では、急激に基本波電流Ｉ_ｆ１が減少しており、この重畳率ｎ／ｍが－０．１のときを、「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１の低減し始める」重畳率ｎ／ｍの値ということもできる。この重畳率ｎ／ｍの値を上限に設定するようにしてもよい。

【0124】

また、ＩＧＢＴインバータ１０２への直流電圧Ｖ_ｄｃ一定下で、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍが調節されており、重畳率ｎ／ｍが０より大きくなると基本正弦波変調率ｍが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さくなると基本正弦波変調率ｍが減少している。

【0125】

５次高調波の重畳により、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が一定の下で基本波電流Ｉ_ｆ１の減少が生じることがいえる。

【0126】

図１１は、リング試験による鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の例を示す図であり、（ａ）は鉄損を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０の場合を基準としたときの鉄損の変化率を示す図である。

【0127】

図１１（ａ）に示すように重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より大きい範囲では鉄損Ｐ_ｆｅが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲では鉄損Ｐ_ｆｅが減少している。また、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}は、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１、－０．０５のとき減少している。キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}は重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき減少している。

【0128】

図１１（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍが０の場合の鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}を基準として、重畳率ｎ／ｍを変化させたときの鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の変化率を示している。

【0129】

重畳率ｎ／ｍが０より大きい範囲では、鉄損Ｐ_ｆｅが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲では、鉄損Ｐ_ｆｅが減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．２のとき、鉄損Ｐ_ｆｅが最小値を示し、鉄損低減率は３．３％であった。また、重畳率ｎ／ｍが－０．２５のときの鉄損Ｐ_ｆｅは、重畳率ｎ／ｍが－０．２のときよりも僅かに増加している。

【0130】

メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}は、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１、－０．０５のとき減少している。重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}は最小をとり、低減率は２．３％である。キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}は重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき減少している。重畳率ｎ／ｍが－０．２５のとき最小を示し、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の鉄損低減率は１７．８％である。

【0131】

このように重畳率ｎ／ｍを大きい側（例えば重畳率ｎ／ｍ＝０．２５）から小さくしていくと鉄損Ｐ_ｆｅが減少し、重畳率ｎ／ｍが０より小さくなると、重畳率ｎ／ｍが０のときよりも鉄損Ｐ_ｆｅが低減する。そして、重畳率ｎ／ｍをさらに小さくしていくと、重畳率ｎ／ｍが－０．２のときに鉄損Ｐ_ｆｅが最小となり、その後、鉄損Ｐ_ｆｅが増加する傾向がある。図１１（ｂ）に示す鉄損Ｐ_ｆｅの変化率のグラフについて重畳率ｎ／ｍが－０．２５よりも小さい範囲に外挿すると、重畳率ｎ／ｍが－０．３以上の範囲で、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減しているといえる。そうすると、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する範囲は、重畳率ｎ／ｍが－０．３以上かつ０未満の範囲となる。重畳率ｎ／ｍが－０．３のとき、「基本波電流Ｉ_ｆ１の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」重畳率ｎ／ｍの値といえる。この値を重畳率ｎ／ｍの下限に設定するようにしてもよい。

【0132】

図１２は、リング試験による鉄損Ｐ_ｆｅと基本波電流Ｉ_ｆ１の例を示す図である。この図１２は、図１０と図１１とは異なる測定結果をまとめたものである。

【0133】

重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より大きい範囲では鉄損Ｐ_ｆｅが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲では鉄損Ｐ_ｆｅが減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１５のとき鉄損Ｐ_ｆｅが最小となっている。

【0134】

重畳率ｎ／ｍを大きい側から小さくしていくと鉄損Ｐ_ｆｅが減少し、重畳率ｎ／ｍが０より小さくなると、重畳率ｎ／ｍが０のときよりも鉄損Ｐ_ｆｅが低減する。そして、重畳率ｎ／ｍをさらに小さくしていくと、重畳率ｎ／ｍが－０．１５のときに鉄損Ｐ_ｆｅが最小となり、その後、鉄損Ｐ_ｆｅが増加する傾向がある。図１２に示す鉄損Ｐ_ｆｅのグラフについて重畳率ｎ／ｍが－０．２よりも小さい範囲に外挿すると、重畳率ｎ／ｍが－０．３以上の範囲で、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減しているといえる。そうすると、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する範囲は、重畳率ｎ／ｍが－０．３以上かつ０より小さい範囲となる。

【0135】

基本波電流Ｉ_ｆ１は、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき僅かに増加、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき大きく減少する傾向がある。

【0136】

以下に、５次高調波の初期位相φを変化させて測定したリング試験における測定結果の例を示す。

【0137】

図１３は、５次高調波の初期位相φを変化させて測定を行うリング試験の測定条件（位相角）の例を示す図である。

【0138】

図１４は、リング試験による測定結果の例を示す図であり、（ａ）は基本波電流Ｉ_ｆ１を示す図、（ｂ）は鉄損Ｐ_ｆｅを示す図である。図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合、すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合の基本波電流Ｉ_ｆ１、鉄損Ｐ_ｆｅの測定値を示している。

【0139】

基本波電流Ｉ_ｆ１は、水平の破線に比べて、初期位相φが０［ｒａｄ］以下で減少し、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］以上で増加している。

【0140】

初期位相φがπ／４［ｒａｄ］より小さくなると、「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１の低減し始める」といえる。この初期位相φの値（π／４）を最大位相角に設定するようにしてもよい。

【0141】

鉄損Ｐ_ｆｅは、水平の破線に比べて、初期位相φが－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の範囲で低減しており、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］で最小値となっている。

【0142】

このように５次高調波の初期位相φを大きい側（例えば初期位相φ＝３π／４［ｒａｄ］）から小さくしていくと鉄損Ｐ_ｆｅが減少し、初期位相φがπ／２［ｒａｄ］より小さくなると、重畳率ｎ／ｍが０のときよりも鉄損Ｐ_ｆｅが低減する。初期位相φをさらに小さくしていくと、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］のときに鉄損Ｐ_ｆｅが最小となり、その後、鉄損Ｐ_ｆｅが増加する。そして、初期位相φが－π／４［ｒａｄ］になると、重畳率ｎ／ｍが０のときの鉄損Ｐ_ｆｅとほぼ同じ値を示し、さらに初期位相φを小さくすると、重畳率ｎ／ｍが０のときよりも鉄損Ｐ_ｆｅが大きくなる。初期位相φが－π／４［ｒａｄ］のとき、「基本波電流Ｉ_ｆ１の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」初期位相φの値といえる。この値を初期位相φの最小位相角に設定するようにしてもよい。

【0143】

図１４（ａ）（ｂ）に基づいて検討すると、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアン（ｒａｄ）のときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ（ｔ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φに設定され、動作すると基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、基本波電流Ｉ_ｆ１が低減することが考えられる。また、鉄損Ｐ_ｆｅも低減することが考えられる。

【0144】

上記式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）と式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を用いて説明すると、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる初期位相φに設定されることになる。すなわち、ｇ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）） ＞＝ ｈ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ））となる条件を満たすように５次高調波の初期位相φが設定されることになる。

【0145】

図１５は、リング試験で重畳率ｎ／ｍを設定する概略的な流れを示す図である。

【0146】

このリング試験では、５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］として、重畳率ｎ／ｍを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う。

【0147】

まず、重畳率ｎ／ｍを最大値に設定する（Ｓ１００ステップ）。例えば、図７（ｂ）に示す測定条件であれば、重畳率ｎ／ｍを最大値となる０．２５に設定する。

【0148】

次に、リング試験装置１０９を測定条件に調整する（Ｓ１０１ステップ）。例えば、図７（ｂ）に示す測定条件であれば、リング試験装置１０９を、ＩＧＢＴインバータ６２への入力電圧Ｖ_ｄｃを１５［Ｖ］とし、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍを調整する。そして、設定された重畳率ｎ／ｍになるように上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を構成してＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ１０２に入力して動作させる。ＩＧＢＴインバータ１０２からは、ＰＷＭ信号に基づいてパルス幅変調電圧が出力され、このパルス幅変調電圧が一次コイルに印加される。これにより、一次コイルに一次電流Ｉ_１が流れる。

【0149】

次に、リング試験装置１０９のリング試料１０１に巻回された一次コイルに流れる一次電流Ｉ_１と、リング試料１０１に巻回された二次コイルに発生する二次電圧Ｖ_２を測定する（Ｓ１０２ステップ）。

【0150】

一次電流Ｉ_１と二次電圧Ｖ_２の測定後、重畳率ｎ／ｍを所定量低下させて設定する（Ｓ１０３ステップ）。例えば、図７（ｂ）に示す測定条件であれば、重畳率ｎ／ｍを０．０５低下させて設定する。

【0151】

このように設定された重畳率ｎ／ｍが最小値以上であるか検査され、最小値以上の場合（Ｓ１０４ステップのＹｅｓの場合）、Ｓ１０１ステップに戻って測定が繰り返される。ここで、検査に用いられる重畳率ｎ／ｍの最小値とは、例えば、図７（ｂ）に示す測定条件であれば、重畳率ｎ／ｍが－０．２５となる値である。

【0152】

設定された重畳率ｎ／ｍが最小値以上でない場合（Ｓ１０４ステップのＮｏの場合）、各重畳率ｎ／ｍの測定データについて、基本波電流Ｉ_ｆ１、鉄損Ｐ_ｆｅ、高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}を算出する（Ｓ１０５ステップ）。

【0153】

リング試験における高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}は、一次コイルに流れる一次電流Ｉ_１の基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分（一次電流Ｉ_１の高調波成分）の実効値である。

【0154】

次に、重畳率ｎ／ｍの上限値を決定する（上限値決定ステップ、上限値決定工程）（Ｓ１０６ステップ）。

【0155】

この上限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも基本波電流Ｉ_ｆ１が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを重畳率ｎ／ｍの上限値としてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流Ｉ_ｆ１に比べて、基本波電流Ｉ_ｆ１が減少する重畳率ｎ／ｍの範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを上限値に決定するようにしてもよい。例えば、図１０であれば、基本波電流Ｉ_ｆ１は、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲で減少しているため、この範囲の上限は重畳率ｎ／ｍが０未満となる。この場合には、重畳率ｎ／ｍの上限値を０未満と決定してもよい。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１以下の範囲では、基本波電流Ｉ_ｆ１が急激に減少しており、この範囲を用いれば上限が－０．１となる。この場合には、重畳率ｎ／ｍの上限値が－０．１に決定される。図１２であれば、基本波電流Ｉ_ｆ１は、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲で減少しており、重畳率ｎ／ｍの上限値が０未満に決定される。これは、重畳率ｎ／ｍの上限値を「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１の低減し始める」重畳率ｎ／ｍの値に決定することに相当する。

【0156】

また、重畳率ｎ／ｍの上限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合に比べて、「一次電流Ｉ_１と二次電圧Ｖ_２とに基づいて算出される所定の損失」としての鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値を決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０の場合の鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する重畳率ｎ／ｍの範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを上限値に決定してもよい。例えば、図１１や図１２では重畳率ｎ／ｍが０のときの鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する重畳率ｎ／ｍの範囲は－０．３以上かつ０未満の範囲であるので、この範囲の重畳率ｎ／ｍの上限が０未満となる。この場合、重畳率ｎ／ｍの上限値が０未満に決定される。なお、所定の損失として、鉄損Ｐ_ｆｅ以外の損失を用いてもよい。

【0157】

次に、重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する（下限値決定ステップ、下限値決定工程）（Ｓ１０７ステップ）。

【0158】

この下限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを下限値に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とするときの基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量と高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量との比較を用いて決定するようにしてもよい。まず、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流Ｉ_ｆ１を基準として、重畳率ｎ／ｍが変化したときのその基準からの基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量を算出する。また、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}を基準として、重畳率ｎ／ｍが変化したときのその基準からの高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量を算出する。そして、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量と、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量とを比較して、基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量よりも下回る重畳率ｎ／ｍの範囲を求め、この範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを重畳率ｎ／ｍの下限値に決定するようにしてもよい。基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量よりも下回る状態では、基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量の絶対値が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量の絶対値よりも大きくなる。

【0159】

また、重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも「所定の損失」としての鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを下限値に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する重畳率ｎ／ｍの範囲の下限として下限値を決定するようにしてもよい。例えば、図１１や図１２では重畳率ｎ／ｍが０のときの鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する重畳率ｎ／ｍの範囲は－０．３以上かつ０未満の範囲であるので、この範囲の重畳率ｎ／ｍの下限が－０．３となる。この場合、重畳率ｎ／ｍの下限値が－０．３に決定される。

【0160】

なお、測定データの存在する範囲で下限値を決定するようにしてもよい。この場合、図１１では下限値が－０．２５に決定され、図１２では下限値が－０．２に決定されることになる。

【0161】

以上の重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する２つの方法は、下限値を「基本波電流Ｉ_ｆ１の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」重畳率ｎ／ｍの値に決定することに相当する。

【0162】

次に、重畳率ｎ／ｍの設定値を設定する（重畳率設定ステップ、重畳率設定工程）（Ｓ１０８ステップ）。Ｓ１０６ステップで決定された重畳率ｎ／ｍの上限値とＳ１０７ステップで決定された重畳率ｎ／ｍの下限値との間の範囲で、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値を設定する。この重畳率ｎ／ｍの設定値として、モータ駆動システム１を設計したり、製造したりする。すなわち、この重畳率ｎ／ｍの設定値として、上記式（２）、式（４）、式（６）に示すモータ駆動システム１の三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）が設定される。

【0163】

なお、図１５では、重畳率ｎ／ｍを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う流れを示したが、重畳率ｎ／ｍを小さい側から大きい側に変化させるようにしてもよい。また、５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］として重畳率ｎ／ｍを変化させる流れを示したが、初期位相を０［ｒａｄ］以外に設定して行うようにしてもよい。

【0164】

５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］などとしてあらかじめ固定されている場合には、図１５に示した流れで重畳率ｎ／ｍを設定して上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を決定すればよい。５次高調波の初期位相φが固定されておらず変化させて設定する場合には、続けて、以下に示すように初期位相φの設定値を決定する。

【0165】

図１６は、リング試験で５次高調波の初期位相φを設定する概略的な流れを示す図である。

【0166】

このリング試験では、重畳率ｎ／ｍを一定として、５次高調波の初期位相φを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う。

【0167】

まず、重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値の範囲内で重畳率ｎ／ｍを設定する（Ｓ１１０ステップ）。例えば、図１５に示した重畳率ｎ／ｍを設定する流れにより設定された重畳率ｎ／ｍに設定する。図１３に示す測定条件であれば、重畳率ｎ／ｍを－０．２に設定する。設定したこの重畳率ｎ／ｍに固定した状態で５次高調波の初期位相φを変化させる。

【0168】

次に、５次高調波の初期位相φを最大値に設定する（Ｓ１１１ステップ）。例えば、図１３に示す測定条件であれば、初期位相φを最大値となる３π／４［ｒａｄ］（＝１３５°）に設定する。

【0169】

次に、リング試験装置１０９を測定条件に調整する（Ｓ１１２ステップ）。例えば、図１３に示す測定条件であれば、リング試験装置１０９を、ＩＧＢＴインバータ６２への入力電圧Ｖ_ｄｃを１５［Ｖ］とし、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍを調整する。そして、設定された重畳率ｎ／ｍと初期位相φになるように上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を構成してＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ１０２に入力して動作させる。ＩＧＢＴインバータ１０２からは、パルス幅変調電圧が出力され、このパルス幅変調電圧の印加により一次コイルに一次電流Ｉ_１が流れる。

【0170】

次に、リング試験装置１０９のリング試料１０１に巻回された一次コイルに流れる一次電流Ｉ_１と、リング試料１０１に巻回された二次コイルに発生する二次電圧Ｖ_２を測定する（Ｓ１１３ステップ）。

【0171】

一次電流Ｉ_１と二次電圧Ｖ_２の測定後、５次高調波の初期位相φを所定量低下させて設定する（Ｓ１１４ステップ）。例えば、図１３に示す測定条件であれば、初期位相φをπ／４［ｒａｄ］（＝４５°）低下させて設定する。

【0172】

このように設定された初期位相φが最小値以上であるか検査され、最小値以上の場合（Ｓ１１５ステップのＹｅｓの場合）、Ｓ１１２ステップに戻って測定が繰り返される。ここで、検査に用いられる５次高調波の初期位相φの最小値とは、例えば、図１３に示す測定条件であれば、初期位相φが－３π／４［ｒａｄ］（＝－１３５°）となる値である。

【0173】

設定された初期位相φが最小値以上でない場合（Ｓ１１５ステップのＮｏの場合）、各初期位相φの測定データについて、基本波電流Ｉ_ｆ１、鉄損Ｐ_ｆｅ、高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}を算出する（Ｓ１１６ステップ）。

【0174】

次に、５次高調波の初期位相φの最大位相角を決定する（最大位相角決定ステップ、最大位相角決定工程）（Ｓ１１７ステップ）。

【0175】

この初期位相φの最大位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも基本波電流Ｉ_ｆ１が下回る範囲の最大値となる初期位相φを初期位相φの最大位相角としてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流Ｉ_ｆ１に比べて、基本波電流Ｉ_ｆ１が減少する初期位相φの範囲の最大値となる初期位相φを最大位相角に決定するようにしてもよい。例えば、図１４（ａ）であれば、基本波電流Ｉ_ｆ１は、水平の破線として示される重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、初期位相φが０［ｒａｄ］以下の範囲で減少しているため、この範囲の最大値は初期位相φが０［ｒａｄ］のときとなる。この場合には、初期位相φの最大位相角が０［ｒａｄ］と決定される。また、基本波電流Ｉ_ｆ１を示すプロットが、水平の破線を上下に挟む初期位相φがπ／４［ｒａｄ］と０［ｒａｄ］のプロット間を内挿して、水平の破線の基本波電流Ｉ_ｆ１となる初期位相φを算出し、この算出された初期位相φを最大位相角に決定するようにしてもよい。これらは、５次高調波の初期位相φの最大位相角を「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_ｆ１の低減し始める」初期位相φの値に決定することに相当する。

【0176】

また、初期位相φの最大位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも、「所定の損失」としての鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最大値となる初期位相φとして最大位相角を決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する初期位相φの範囲の最大値となる初期位相φを最大位相角に決定してもよい。例えば、図１４（ｂ）では水平の破線として示される重畳率ｎ／ｍが０のときの鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する初期位相φの範囲は－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の範囲であるので、この範囲の初期位相φの最大値がπ／２［ｒａｄ］となる。この場合、初期位相φの最大位相角がπ／２［ｒａｄ］に決定される。

【0177】

次に、５次高調波の初期位相φの最小位相角を決定する（最小位相角決定ステップ、最小位相角決定工程）（Ｓ１１８ステップ）。

【0178】

この初期位相φの最小位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φを最小位相角に決定するようにしてもよい。まず、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流Ｉ_ｆ１を基準として、初期位相φが変化したときのその基準からの基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量を算出する。また、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}を基準として、初期位相φが変化したときのその基準からの高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量を算出する。そして、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量と、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量とを比較して、基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量よりも下回る初期位相φの範囲を求め、この範囲の最小値となる初期位相φを初期位相φの最小位相角に決定するようにしてもよい。基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量よりも下回る状態では、基本波電流Ｉ_ｆ１の低減量の絶対値の方が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量の絶対値に比べて大きくなる。

【0179】

また、初期位相φの最小位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも「所定の損失」としての鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最小値となる初期位相φを最小値に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する初期位相φの範囲の最小値として最小位相角を決定するようにしてもよい。例えば、図１４（ｂ）では水平の破線として示される重畳率ｎ／ｍが０のときの鉄損Ｐ_ｆｅに比べて、鉄損Ｐ_ｆｅが低減する初期位相φの範囲は－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の範囲であるので、この範囲の初期位相φの最小値が－π／４［ｒａｄ］となる。この場合、初期位相φの最小位相角が－π／４［ｒａｄ］に決定される。

【0180】

以上の初期位相φの最小位相角を決定する２つの方法は、最小位相角を「基本波電流Ｉ_ｆ１の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」初期位相φの値に決定することに相当する。

【0181】

次に、初期位相φの設定値を設定する（初期位相設定ステップ、初期位相設定工程）（Ｓ１１９ステップ）。Ｓ１１７ステップで決定された初期位相φの最大位相角とＳ１１８ステップで決定された初期位相φの最小位相角との間の範囲で、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の５次高調波の初期位相φの設定値を設定する。この初期位相φの設定値として、モータ駆動システム１を設計したり、製造したりする。すなわち、この初期位相φの設定値として、上記式（２）、式（４）、式（６）に示すモータ駆動システム１の三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）が設定される。

【0182】

なお、図１６では、初期位相φを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う流れを示したが、初期位相φを小さい側から大きい側に変化させるようにしてもよい。

【0183】

また、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の５次高調波の初期位相φの設定値として、上記式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ（ｔ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φに設定するようにしてもよい。すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる初期位相φに設定してもよい。

【0184】

＜モータ試験による設定方法、設計方法及び製造方法＞
次に、モータ試験によるモータ駆動システム１の設定方法、設計方法及び製造方法について説明する。

【0185】

図１７は、このモータ駆動システム１の設定、設計及び製造に用いるモータ試験装置２８９の概略構成図である。このモータ試験装置２８９は、後述する特性評価試験２（モータ試験）で用いたモータ試験装置８９と同じ構成である（このため、詳細は後述する特性評価試験２（モータ試験）を参照）。

【0186】

図１８は、モータ試験の試験モータ（埋込構造永久磁石同期電動機２７３）の例を示す図であり、（ａ）はモータの概略断面図、（ｂ）はモータの仕様を示す図である。このモータ試験の埋込構造永久磁石同期電動機２７３には、モータ駆動システム１に用いられる永久磁石同期モータ５と同一のモータが使用される。また、この試験モータ（埋込構造永久磁石同期電動機２７３）は、ロータとステータで構成され、ロータとステータの鉄心材料は上記のリング試験による方法に用いたリング試験装置１０９のリング試料１０１と同一の材料である。

【0187】

図１７に示すＩＧＢＴインバータ２７１は、スイッチング素子としてＳｉ－ＩＧＢＴ、還流ダイオードとしてＳｉダイオードを搭載した三相Ｓｉ－ＩＧＢＴインバータである。このＩＧＢＴインバータ２７１は、モータ駆動システム１の三相インバータ部２と同一の構成であり、このＩＧＢＴインバータ２７１に用いられているスイッチング素子と還流ダイオードは、モータ駆動システム１の三相インバータ部２に用いられているスイッチング素子Ｓ_１～Ｓ_６と還流ダイオードＤ_１～Ｄ_６と同じものである。

【0188】

このＩＧＢＴインバータ２７１の制御には、５次調波重畳ＰＷＭ方式が採用される。すなわち、上記式（１１）に示す５次高調波を重畳した信号波ｈ（ｔ）と、三角波として構成されるキャリア波との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号がＩＧＢＴインバータ２７１に入力される。ＰＷＭ信号が入力されたＩＧＢＴインバータ２７１からは、埋込構造永久磁石同期電動機２７３を回転駆動させるＰＷＭ駆動電圧が出力され、この同期電動機２７３が回転する。

【0189】

電力の測定と波形の観測は、電力計測器２７２を用いて行われる。

【0190】

図１９は、モータ試験の測定条件（重畳率）の例を示す図である。測定条件は、例として、回転速度ωを７５０［ｒｐｍ］、平均トルクＴを０．６１１［Ｎｍ］、キャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］、ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電圧Ｖ_ｄｃを５０［Ｖ］とし、回転速度ωおよびトルクＴが一定となるようにフィードバック制御することで、基本正弦波変調率ｍを調節する。また、図１９に示す測定条件の例では、重畳率ｎ／ｍを変化させて測定する範囲が、－０．２５以上０以下の範囲となっているが、重畳率ｎ／ｍがプラスになる範囲を含めて、プラス側とマイナス側にさらに広い重畳率ｎ／ｍの範囲で変化させて測定してもよい。なお、図１９では、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］となっている。

【0191】

次に、モータ試験装置２８９の損失算出方法について説明する。ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電力Ｐ_ｉｎとモータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを測定し、損失の算出に用いる。

【0192】

モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}は、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗの実効値として測定、算出される。

【0193】

このモータ試験装置２８９の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は式（１７）に示すように、インバータ損Ｐ_ｉｎｖ、銅損Ｐ_Ｃｕ、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}で構成される。インバータ損Ｐ_ｉｎｖは、ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電力Ｐ_ｉｎ、モータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、電力計測器２７２の損失Ｐ_ｗ．ｍにより式（１８）のように算出する。電力計測器２７２の損失Ｐ_ｗ．ｍは、シャント抵抗Ｒ_{ｓｈｕｎｔ}（＝０．１［Ω］）、接続ケーブルの抵抗Ｒ_{ｃａｂｌｅ}（＝０．０１２［Ω］）、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}により式（１９）のように算出する。銅損Ｐ_Ｃｕは巻線抵抗Ｒ（＝０．５［Ω］）、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}により式（２０）のように算出する。モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}は、モータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、銅損Ｐ_Ｃｕ、機械出力ωＴにより式（２１）のように算出する。なお、モータコア損Ｐ_ｃｏｒｅと機械損Ｐ_ｍｅｃｈは、いずれも直接測定することが困難であるため、機械損Ｐ_ｍｅｃｈとモータコア損Ｐ_ｃｏｒｅを分類せず、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}として損失を算出した。

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【数21】

以下に、重畳率ｎ／ｍを変化させて測定したモータ試験における測定結果の例を示す。

【0194】

図２０は、モータ試験による基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}と基本正弦波変調率ｍの例を示す図である。

【0195】

モータ試験における基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}は、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗから算出される基本正弦波周波数ｆ_１の成分の実効値の相平均である。

【0196】

この図は、回転速度ω（＝７５０［ｒｐｍ］）および平均トルクＴ（＝０．６１１［Ｎｍ］）が一定となるようにフィードバック制御することにより得られた基本正弦波変調率ｍの５次高調波の重畳率特性を示している。基本正弦波変調率ｍは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。また、基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}も、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。これは上記のリング試験の測定結果と同じ現象である（図１０参照）。重畳率ｎ／ｍが０未満のときが、「磁気特性の変化で基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める」重畳率ｎ／ｍの値になるといえる。この値を重畳率ｎ／ｍの上限に設定するようにしてもよい。

【0197】

図２１は、モータ試験による全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の例を示す図である。図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合、すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定値を示している。

【0198】

全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１５のとき最小値を示し、５次高調波を重畳しない場合との比較で、損失低減率は１．５％である。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１０のときも損失低減率が１．４％であり、損失が大きく低減されている。この図から、重畳率ｎ／ｍが－０．２５より小さくなると５次高調波を重畳しない場合に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が大きくなることが想定される。このように想定されるため、重畳率ｎ／ｍが－０．２５のとき、「基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」重畳率ｎ／ｍの値になるといえる。この値を重畳率ｎ／ｍの下限に設定するようにしてもよい。

【0199】

以下に、５次高調波の初期位相φを変化させて測定したモータ試験における測定結果の例を示す。

【0200】

図２２は、５次高調波の初期位相φを変化させて測定を行うモータ試験の測定条件（位相角）の例を示す図である。この測定条件の例では、初期位相φを変化させて測定する範囲が、０［ｒａｄ］とπ／４［ｒａｄ］だけになっているが、初期位相φがマイナスになる範囲を含めて、プラス側とマイナス側にさらに広い初期位相φの範囲で変化させて測定してもよい。なお、図２２では、重畳率ｎ／ｍが－０．１と０となっている。

【0201】

図２３は、モータ試験による基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の例を示す図である。横軸は左側が重畳率ｎ／ｍが０の場合、中央が重畳率ｎ／ｍが－０．１で５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］の場合、右側が重畳率ｎ／ｍが－０．１で初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の場合を示す。

【0202】

この図は、回転速度ω（＝７５０［ｒｐｍ］）および平均トルクＴ（＝０．６１１［Ｎｍ］）が一定となるようにフィードバック制御したときの基本正弦波変調率ｍである。基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}は共に、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］よりもπ／４［ｒａｄ］で基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が減少している。

【0203】

仮に初期位相φのデータが０［ｒａｄ］とπ／４［ｒａｄ］の２点だけであり、この範囲で考えれば、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］より小さくなると、「磁気特性の変化で基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める」といえる。この初期位相φの値（π／４）を最大位相角に設定するようにしてもよい。

【0204】

図２４は、モータ試験による全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の例を示す図である。図中の水平の破線は、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合（５次高調波の変調率ｎが０の場合）の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定値を示している。

【0205】

全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φがπ／４［ｒａｄ］よりも０［ｒａｄ］で全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減している。

【0206】

初期位相φをπ／４［ｒａｄ］から小さくしていくと、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は初期位相φが０のときに減少している。しかし、初期位相φをさらに小さくしていくと全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は増加していくことが予想される。そして、初期位相φをさらに小さくしていき、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が重畳率ｎ／ｍが０のときの全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}とほぼ同じ値を示す初期位相φのとき、「基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」初期位相φの値といえる。この値を初期位相φの最小位相角に設定するようにしてもよい。

【0207】

図２３と図２４に基づいて検討すると、図３（ａ）に示したように基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ（ｔ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φに設定され、動作すると、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が減少することが考えられる。また、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}も低減することが考えられる。

【0208】

例えば、上記式（１）に示す基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）と上記式（２）に示す信号波ｈ_ｕ（ｔ）を用いて説明すると、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ_ｕ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる初期位相φに設定されることになる。すなわち、ｇ_ｕ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）） ＞＝ ｈ_ｕ（ｔ）（＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ））となる条件を満たすように５次高調波の初期位相φが設定されることになる。

【0209】

図２５は、モータ試験で重畳率ｎ／ｍを設定する概略的な流れを示す図である。

【0210】

このモータ試験では、５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］として、重畳率ｎ／ｍを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う。

【0211】

まず、重畳率ｎ／ｍを最大値に設定する（Ｓ２００ステップ）。例えば、重畳率ｎ／ｍを－０．３以上かつ０．３以下の範囲で変化させる場合には、重畳率ｎ／ｍを最大値となる０．３に設定する。

【0212】

次に、モータ試験装置２８９を測定条件に調整する（Ｓ２０１ステップ）。例えば、図１９に示す測定条件であれば、モータ試験装置２８９を、回転速度ωを７５０［ｒｐｍ］、平均トルクＴを０．６１１［Ｎｍ］、キャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］、ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電圧Ｖ_ｄｃを５０［Ｖ］とし、回転速度ωおよびトルクＴが一定となるようにフィードバック制御することで、基本正弦波変調率ｍを調節する。そして、設定された重畳率ｎ／ｍになるように上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を構成してＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ２７１に入力する。ＩＧＢＴインバータ２７１からは、ＰＷＭ信号に基づいてＰＷＭ駆動電圧が出力され、埋込構造永久磁石同期電動機２７３が回転駆動する。

【0213】

次に、モータ試験装置２８９のＩＧＢＴインバータ２７１への入力電力Ｐ_ｉｎとモータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを測定する（Ｓ２０２ステップ）。

【0214】

入力電力Ｐ_ｉｎ等を測定後、重畳率ｎ／ｍを所定量低下させて設定する（Ｓ２０３ステップ）。例えば、所定量を０．０５とした場合、重畳率ｎ／ｍを０．０５低下させて設定する。

【0215】

このように設定された重畳率ｎ／ｍが最小値以上であるか検査され、最小値以上の場合（Ｓ２０４ステップのＹｅｓの場合）、Ｓ２０１ステップに戻って測定が繰り返される。ここで、検査に用いられる重畳率ｎ／ｍの最小値とは、例えば、重畳率ｎ／ｍを－０．３以上かつ０．３以下の範囲で変化させる場合には、重畳率ｎ／ｍが－０．３となる値である。

【0216】

設定された重畳率ｎ／ｍが最小値以上でない場合（Ｓ２０４ステップのＮｏの場合）、各重畳率ｎ／ｍの測定データについて、相平均の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}などの各損失Ｐ及び全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}、相平均の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}を算出する（Ｓ２０５ステップ）。

【0217】

モータ試験における高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}は、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗから算出される基本正弦波周波数ｆ_１の高調波成分（入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗの高調波成分）の実効値の相平均である。

【0218】

次に、重畳率ｎ／ｍの上限値を決定する（上限値決定ステップ、上限値決定工程）（Ｓ２０６ステップ）。

【0219】

この上限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを重畳率ｎ／ｍの上限値としてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}に比べて、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が減少する重畳率ｎ／ｍの範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを上限値に決定するようにしてもよい。例えば、図２０であれば、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}は、重畳率ｎ／ｍが０の場合に比べて、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲で減少しているため、この範囲の上限は重畳率ｎ／ｍが０未満となる。この場合には、重畳率ｎ／ｍの上限値を０未満と決定してもよい。これは、重畳率ｎ／ｍの上限値を「磁気特性の変化で基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める」重畳率ｎ／ｍの値に決定することに相当する。

【0220】

また、重畳率ｎ／ｍの上限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合に比べて、「ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電力Ｐ_ｉｎ、同期モータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、または、同期モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗの内の少なくとも何れかに基づいて算出される所定の損失」としての全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値を決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０の場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する重畳率ｎ／ｍの範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍを上限値に決定してもよい。例えば、図２１では重畳率ｎ／ｍが０のときの全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する重畳率ｎ／ｍの範囲は－０．２５以上かつ０未満の範囲であるので、この範囲の重畳率ｎ／ｍの上限が０未満となる。この場合、重畳率ｎ／ｍの上限値が０未満に決定される。なお、所定の損失として、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}以外のモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}、インバータ損Ｐ_ｉｎｖ、銅損Ｐ_Ｃｕなどその他の損失を用いてもよい。

【0221】

次に、重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する（下限値決定ステップ、下限値決定工程）（Ｓ２０７ステップ）。

【0222】

この下限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを下限値に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とするときの基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量と高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量との比較を用いて決定するようにしてもよい。まず、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}を基準として、重畳率ｎ／ｍが変化したときのその基準からの基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量を算出する。また、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}を基準として、重畳率ｎ／ｍが変化したときのその基準からの高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量を算出する。そして、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量と、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量とを比較して、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量よりも下回る重畳率ｎ／ｍの範囲を求め、この範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを重畳率ｎ／ｍの下限値に決定するようにしてもよい。基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量よりも下回る状態では、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量の絶対値が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量の絶対値より大きくなる。

【0223】

また、重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも「所定の損失」としての全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍを下限値に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する重畳率ｎ／ｍの範囲の下限として下限値を決定するようにしてもよい。例えば、図２１では重畳率ｎ／ｍが０のときの全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する重畳率ｎ／ｍの範囲は－０．２５以上かつ０未満の範囲であるので、この範囲の重畳率ｎ／ｍの下限が－０．２５となる。この場合、重畳率ｎ／ｍの下限値が－０．２５に決定される。

【0224】

以上の重畳率ｎ／ｍの下限値を決定する２つの方法は、下限値を「基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」重畳率ｎ／ｍの値に決定することに相当する。

【0225】

次に、重畳率ｎ／ｍの設定値を設定する（重畳率設定ステップ、重畳率設定工程）（Ｓ２０８ステップ）。Ｓ２０６ステップで決定された重畳率ｎ／ｍの上限値とＳ２０７ステップで決定された重畳率ｎ／ｍの下限値との間の範囲で、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値を設定する。この重畳率ｎ／ｍの設定値として、モータ駆動システム１を設計したり、製造したりする。すなわち、この重畳率ｎ／ｍの設定値として、上記式（２）、式（４）、式（６）に示すモータ駆動システム１の三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）が設定される。

【0226】

なお、図２５では、重畳率ｎ／ｍを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う流れを示したが、重畳率ｎ／ｍを小さい側から大きい側に変化させるようにしてもよい。また、５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］として重畳率ｎ／ｍを変化させる流れを示したが、初期位相を０［ｒａｄ］以外に設定して行うようにしてもよい。

【0227】

５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］などとしてあらかじめ固定されている場合には、図２５に示した流れで重畳率ｎ／ｍを設定して上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を決定すればよい。５次高調波の初期位相φが固定されておらず変化させて設定する場合には、続けて、以下に示すように初期位相φの設定値を決定する。

【0228】

図２６は、モータ試験で５次高調波の初期位相φを設定する概略的な流れを示す図である。

【0229】

このモータ試験では、重畳率ｎ／ｍを一定として、５次高調波の初期位相φを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う。

【0230】

まず、重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値の範囲内で重畳率ｎ／ｍを設定する（Ｓ２１０ステップ）。例えば、図２５に示した重畳率ｎ／ｍを設定する流れにより設定された重畳率ｎ／ｍに設定する。図２２に示す測定条件であれば、重畳率ｎ／ｍを－０．１に設定する。設定したこの重畳率ｎ／ｍに固定した状態で５次高調波の初期位相φを変化させる。

【0231】

次に、５次高調波の初期位相φを最大値に設定する（Ｓ２１１ステップ）。例えば、初期位相φを－３π／４［ｒａｄ］（＝－１３５°）以上かつ３π／４［ｒａｄ］（＝１３５°）以下の範囲で変化させる場合には、最大値となる３π／４［ｒａｄ］（＝１３５°）に設定する。

【0232】

次に、モータ試験装置２８９を測定条件に調整する（Ｓ２１２ステップ）。例えば、図２２に示す測定条件であれば、モータ試験装置２８９を、回転速度ωを７５０［ｒｐｍ］、平均トルクＴを０．６１１［Ｎｍ］、キャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］、ＩＧＢＴインバータ２７１への入力電圧Ｖ_ｄｃを５０［Ｖ］とし、回転速度ωおよびトルクＴが一定となるようにフィードバック制御することで、基本正弦波変調率ｍを調節する。そして、設定された重畳率ｎ／ｍになるように上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）を構成してＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をＩＧＢＴインバータ２７１に入力する。ＩＧＢＴインバータ２７１からは、ＰＷＭ信号に基づいてＰＷＭ駆動電圧が出力され、埋込構造永久磁石同期電動機２７３が回転駆動する。

【0233】

次に、モータ試験装置２８９のＩＧＢＴインバータ２７１への入力電力Ｐ_ｉｎとモータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを測定する（Ｓ２１３ステップ）。

【0234】

入力電力Ｐ_ｉｎ等を測定後、５次高調波の初期位相φを所定量低下させて設定する（Ｓ２１４ステップ）。例えば、所定量がπ／４［ｒａｄ］（＝４５°）であれば、初期位相φをπ／４［ｒａｄ］（＝４５°）低下させて設定する。

【0235】

このように設定された初期位相φが最小値以上であるか検査され、最小値以上の場合（Ｓ２１５ステップのＹｅｓの場合）、Ｓ２１２ステップに戻って測定が繰り返される。ここで、検査に用いられる５次高調波の初期位相φの最小値とは、例えば、初期位相φを－３π／４［ｒａｄ］（＝－１３５°）以上かつ３π／４［ｒａｄ］（＝１３５°）以下の範囲で変化させる場合には、初期位相φが－３π／４（＝－１３５°）となる値である。

【0236】

設定された初期位相φが最小値以上でない場合（Ｓ２１５ステップのＮｏの場合）、各初期位相φの測定データについて、相平均の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}などの各損失Ｐ及び全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}、相平均の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}を算出する（Ｓ２１６ステップ）。

【0237】

次に、５次高調波の初期位相φの最大位相角を決定する（最大位相角決定ステップ、最大位相角決定工程）（Ｓ２１７ステップ）。

【0238】

この初期位相φの最大位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φを初期位相φの最大位相角としてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}に比べて、基本波電流Ｉ_ｆ１が減少する初期位相φの範囲の最大値となる初期位相φを最大位相角に決定するようにしてもよい。これは、初期位相φの最大位相角を「磁気特性の変化で基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める」初期位相φの値に決定することに相当する。

【0239】

また、初期位相φの最大位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも、「所定の損失」としての全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φとして最大位相角を決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する初期位相φの範囲の最大値となる初期位相φを最大位相角に決定してもよい。

【0240】

次に、５次高調波の初期位相φの最小位相角を決定する（最小位相角決定ステップ、最小位相角決定工程）（Ｓ２１８ステップ）。

【0241】

この初期位相φの最小位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φを最小位相角に決定するようにしてもよい。まず、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}を基準として、初期位相φが変化したときのその基準からの基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量を算出する。また、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}を基準として、初期位相φが変化したときのその基準からの高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量を算出する。そして、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量と、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量とを比較して、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量よりも下回る初期位相φの範囲を求め、この範囲の最小値となる初期位相φを初期位相φの最小位相角に決定するようにしてもよい。基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量よりも下回る状態では、基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量の絶対値の方が高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量の絶対値に比べて大きくなる。

【0242】

また、初期位相φの最小位相角を決定する方法として、５次高調波の変調率ｎが０（ゼロ）の場合よりも「所定の損失」としての全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最小値となる初期位相φを最小位相角に決定するようにしてもよい。すなわち、重畳率ｎ／ｍが０（ゼロ）の場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に比べて、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減する初期位相φの範囲の最小値として最小位相角を決定するようにしてもよい。

【0243】

以上の初期位相φの最小位相角を決定する２つの方法は、最小位相角を「基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる」初期位相φの値に決定することに相当する。

【0244】

次に、初期位相φの設定値を設定する（初期位相設定ステップ、初期位相設定工程）（Ｓ２１９ステップ）。Ｓ２１７ステップで決定された初期位相φの最大位相角とＳ２１８ステップで決定された初期位相φの最小位相角との間の範囲で、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の５次高調波の初期位相φの設定値を設定する。この初期位相φの設定値として、モータ駆動システム１を設計したり、製造したりする。すなわち、この初期位相φの設定値として、上記式（２）、式（４）、式（６）に示すモータ駆動システム１の三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）が設定される。

【0245】

なお、図２６では、初期位相φを大きい側から小さい側に変化させて測定を行う流れを示したが、初期位相φを小さい側から大きい側に変化させるようにしてもよい。

【0246】

また、上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の５次高調波の初期位相φの設定値として、上記式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値が、そのときの信号波ｈ（ｔ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φに設定するようにしてもよい。

【0247】

以上は、このモータ駆動システム１の設定方法、設計方法及び製造方法として、上記式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）にその５次高調波を重畳した上記式（１１）に示す信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値、重畳率ｎ／ｍの設定値、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角、初期位相φの設定値を決定する方法について説明した。

【0248】

上記式（１０）に示す基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳する高調波は、５次高調波に限らず、５次以上の整数をａとして、ａ次高調波を重畳するようにしてもよい。この場合には、信号波ｈ_ａ（ｔ）は、式（２２）として示される。

【数22】

上記のリング試験による方法や、上記のモータ試験による方法により、ａ次高調波を重畳した上記式（２２）に示す信号波ｈ_ａ（ｔ）の重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値と下限値、重畳率ｎ_ａ／ｍの設定値、ａ次高調波の初期位相φ_ａの最大位相角と最小位相角、初期位相φ_ａの設定値を決定する。

【0249】

このように決定された信号波ｈ_ａ（ｔ）の重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値と下限値、重畳率ｎ_ａ／ｍの設定値、ａ次高調波の初期位相φ_ａの最大位相角と最小位相角、初期位相φ_ａの設定値により、モータ駆動システム１を設計したり、製造したりする。すなわち、上記式（７）～式（９）に示すモータ駆動システム１のａ次高調波を重畳する場合の三相の信号波ｈ_ｕａ（ｔ）、ｈ_ｖａ（ｔ）、ｈ_ｗａ（ｔ）が設定される。

【0250】

次に、この発明の実施の形態に係るモータ駆動システム１の効果について説明する。

【0251】

本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）に５次高調波が重畳され、重畳率ｎ／ｍの上限が磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始めるｎ／ｍの値であり、ｎ／ｍの下限が基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値であるように動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。

【0252】

また、本実施形態によれば、重畳率ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満の範囲で動作するため、安定してモータ駆動システム１の損失を低減できる。
また、本実施形態によれば、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ・ｓｉｎ（５・π／２＋φ）の数値以上となる５次高調波の初期位相φで動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。
また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める初期位相φの値、初期位相φの最小位相角が、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φの値、で動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。

【0253】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ_ａ（ｔ）に５次以上のａ次高調波が重畳され、重畳率ｎ_ａ／ｍの上限が磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始めるｎ_ａ／ｍの値であり、ｎ_ａ／ｍの下限が基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ_ａ／ｍの値であるように動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。

【0254】

また、本実施形態によれば、基本正弦波ｇ（ｔ）の位相角（２πｆ_１ｔ）がπ／２ラジアンのときの基本正弦波ｇ（ｔ）の数値ｍ・ｓｉｎ（π／２）が、信号波ｈ_ａ（ｔ）＝ｍ・ｓｉｎ（π／２）＋ｎ_ａ・ｓｉｎ（ａ・π／２＋φ_ａ）の数値以上となる５次以上のａ次高調波の初期位相φ_ａで動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。

【0255】

また、本実施形態によれば、５次以上のａ次高調波の初期位相φ_ａの最大位相角が、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める初期位相φ_ａの値、初期位相φ_ａの最小位相角が、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなる初期位相φ_ａの値、で動作する。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失を低減できる。

【0256】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）に５次高調波が重畳され、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める重畳率ｎ／ｍの値をｎ／ｍの上限とする上限値決定工程と、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値をｎ／ｍの下限とする下限値決定工程を有し、ｎ／ｍの下限以上かつｎ／ｍの上限以下の範囲に重畳率ｎ／ｍを設定するようにモータ駆動システム１が製造される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減するモータ駆動システム１が製造できる。

【0257】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ_ａ（ｔ）に５次以上のａ次高調波が重畳され、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める重畳率ｎ_ａ／ｍの値をｎ_ａ／ｍの上限とする上限値決定工程と、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ_ａ／ｍの値をｎ_ａ／ｍの下限とする下限値決定工程を有し、ｎ_ａ／ｍの下限以上かつｎ_ａ／ｍの上限以下の範囲に重畳率ｎ_ａ／ｍを設定するようにモータ駆動システム１が製造される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減するモータ駆動システム１が製造できる。

【0258】

また、本実施形態によれば、重畳率ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満の範囲に設定されてモータ駆動システム１が製造される。このようになっているため、安定して損失が低減するモータ駆動システム１を製造できる。

【0259】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）に５次高調波が重畳され、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める重畳率ｎ／ｍの値をｎ／ｍの上限とする上限値決定ステップと、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ／ｍの値をｎ／ｍの下限とする下限値決定ステップを有し、ｎ／ｍの下限以上かつｎ／ｍの上限以下の範囲に重畳率ｎ／ｍを設定するようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減するモータ駆動システム１が設計できる。

【0260】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ_ａ（ｔ）に５次以上のａ次高調波が重畳され、磁気特性の変化で基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減し始める重畳率ｎ_ａ／ｍの値をｎ_ａ／ｍの上限とする上限値決定ステップと、基本波電流I_ｆ１、I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減効果より高調波成分による増加のほうが大きくなるｎ_ａ／ｍの値をｎ_ａ／ｍの下限とする下限値決定ステップを有し、ｎ_ａ／ｍの下限以上かつｎ_ａ／ｍの上限以下の範囲に重畳率ｎ_ａ／ｍを設定するようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減するモータ駆動システム１が設計できる。

【0261】

また、本実施形態によれば、重畳率ｎ／ｍが－０．３より大きくかつ０未満の範囲に設定されてモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、安定して損失が低減するモータ駆動システム１を設計できる。

【0262】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値がリング試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ／ｍの上限値が、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして決定され、重畳率ｎ／ｍの下限値が、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0263】

また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うリング試験によって決定されるようになっており、最大位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最大値となる初期位相φとして決定され、最小位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最小値となる初期位相φとして最小位相角が決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失が低減できる。

【0264】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値がモータ試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ／ｍの上限値は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして決定され、重畳率ｎ／ｍの下限値は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0265】

また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うモータ試験により決定されるようになっており、最大位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φとして決定され、最小位相角は、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最小値となる初期位相φとして決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、モータ駆動システム１の損失が低減できる。

【0266】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ_ａ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次以上のａ次高調波の変調率ｎ_ａの比率である重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値と下限値がリング試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値が、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ_ａ／ｍ、または、ａ次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の上限となる重畳率ｎ_ａ／ｍとして決定され、重畳率ｎ_ａ／ｍの下限値が、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ_ａ／ｍ、または、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の下限となる重畳率ｎ_ａ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0267】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ_ａ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次以上のａ次高調波の変調率ｎ_ａの比率である重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値と下限値がモータ試験により決定されるようになっており、重畳率ｎ_ａ／ｍの上限値は、ａ次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ_ａ／ｍ、または、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ_ａ／ｍとして決定され、重畳率ｎ_ａ／ｍの下限値は、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ_ａ／ｍ、または、ａ次高調波の変調率ｎ_ａがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ_ａ／ｍとして決定される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ_ａ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0268】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、リング試験により決定されるようになっており、上限値決定工程では、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値が決定され、下限値決定工程では、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして下限値が決定され、重畳率設定工程では、下限値以上かつ上限値以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が製造される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システム１を製造できる。

【0269】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、モータ試験により決定されるようになっており、上限値決定工程では、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値が決定され、下限値決定工程では、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして下限値が決定され、重畳率設定工程では、下限値以上かつ上限値以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が製造される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システム１を製造できる。

【0270】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、リング試験により決定されるようになっており、上限値決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値が決定され、下限値決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして下限値が決定され、重畳率設定ステップでは、下限値以上かつ上限値以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システム１を設計できる。

【0271】

また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うリング試験によって決定されるようになっており、最大位相角決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_ｆ１が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最大値となる初期位相φとして最大位相角が決定され、最小位相角決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_ｆ１の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも鉄損Ｐ_ｆｅが下回る範囲の最小値となる初期位相φとして最小位相角が決定され、初期位相設定ステップでは、最小位相角以上かつ最大位相角以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の初期位相φの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システムを設定、設計できる。

【0272】

また、本実施形態によれば、信号波ｈ（ｔ）を構成する基本正弦波ｇ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍの上限値と下限値が、モータ試験により決定されるようになっており、上限値決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合に比べて全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の上限となる重畳率ｎ／ｍとして上限値が決定され、下限値決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の下限となる重畳率ｎ／ｍとして下限値が決定され、重畳率設定ステップでは、下限値以上かつ上限値以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の重畳率ｎ／ｍの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システム１を設計できる。

【0273】

また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φの最大位相角と最小位相角が、初期位相φを変化させて行うモータ試験により決定されるようになっており、最大位相角決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最大値となる初期位相φとして最大位相角が決定され、最小位相角決定ステップでは、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の低減量に比べて、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合を基準とする高調波電流Ｉ_{ｈａｒｍｏｎｉｃ＿ｒｍｓ}の増加量が下回る範囲の最小値となる初期位相φ、または、５次高調波の変調率ｎがゼロの場合よりも全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が下回る範囲の最小値となる初期位相φとして最小位相角が決定され、初期位相設定ステップでは、最小位相角以上かつ最大位相角以下の範囲内で、信号波ｈ（ｔ）の初期位相φの設定値が設定されるようにモータ駆動システム１が設計される。このようになっているため、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に比べて、損失が低減するモータ駆動システム１を設定、設計できる。

【0274】

また、本実施形態によれば、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）にその５次高調波を重畳した波形を信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）として用い、その信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）とキャリア波との交点でパルス幅を切り替えて三相のパルス幅変調駆動電圧を形成する三相のＰＷＭドライブ信号を生成し、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の変調率ｍに対する５次高調波の変調率ｎの比率である重畳率ｎ／ｍが－０．２５以上かつ－０．０５以下、そして、５次高調波の初期位相φが－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下になっている。このようになっているため、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波として用いる場合に比べて、損失を低減できる。

【0275】

また、本実施形態によれば、重畳率ｎ／ｍが、－０．１５以上かつ－０．１以下であるため、さらに損失が低減する。

【0276】

また、本実施形態によれば、５次高調波の初期位相φが、π／８［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下であるため、損失の低減の効果が向上する。また、初期位相φが０の場合に比べても、損失が低減する。

【0277】

また、本実施形態によれば、重畳率ｎ／ｍが、－０．１５以上かつ－０．１以下であり、５次高調波の初期位相φが、π／４［ｒａｄ］であるため、安定して損失の低減の効果を得られる。また、初期位相φが０［ｒａｄ］の場合に比べても、損失が低減する。

【0278】

また、本実施形態によれば、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）にその基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の５次以上の高調波を重畳した波形を信号波ｈ_ｕａ（ｔ）、ｈ_ｖａ（ｔ）、ｈ_ｗａ（ｔ）として用い、その信号波ｈ_ｕａ（ｔ）、ｈ_ｖａ（ｔ）、ｈ_ｗａ（ｔ）とキャリア波との交点でパルス幅を切り替えて三相のパルス幅変調駆動電圧を形成する三相のＰＷＭドライブ信号を生成し、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）の変調率ｍに対する５次以上の高調波の変調率ｎ_ａの比率である重畳率ｎ_ａ／ｍが－０．２５以上かつ－０．０５以下、そして、５次以上の高調波の初期位相φが－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下である。このようになっているため、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波として用いる場合に比べて、損失の低減が期待できる。

【0279】

また、本実施形態によれば、モータ制御部４のプログラムにより実現できるため、短期間での開発が可能となり、開発コストを低く抑えられ、また、柔軟な変更にも対応可能となる。

【0280】

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、発明概念に含まれる範囲で要素の付加、削除、変更を行える。

【0281】

また、本発明は、三相モータだけでなく、六相モータや十二相モータなどの多相モータにも適用できる。

【0282】

［特性評価試験］
次に、本発明の構成を決定するために行った特性評価試験の結果を示す。

【0283】

一般的に高調波が増加するとそれに伴い損失も増加すると考えられる。しかし、モータコア材である磁性体の材料特性は非線形性を持つため、高調波を利用した損失低減が不可能とは断定できない。そこで、特性評価試験として、リング試験とモータ駆動試験を行い、５次調波重畳ＰＷＭの損失低減性について評価した。

【0284】

この特性評価試験では、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を信号波として用いた場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）と、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に５次高調波を重畳した信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）を用いた場合について試験を行っている。

【0285】

［特性評価試験１（リング試験）］
モータでの損失評価では、回転体であり磁束密度も分布しているため、非線形といった基礎的な磁気特性の把握が難しい。そこで、モータと同材料の軟磁性体で構成されたリング試験を行い、基礎的な磁気特性を評価した。

【0286】

図２７は、特性評価試験１（リング試験）に係るリング試験装置６９の概略構成図である。また、図２８には、このリング試験に用いたリング試料６１の仕様を示す。

【0287】

リング試料６１である鉄心材料（コア材料）には、無方向性電磁鋼板３５Ｈ３００（日本製鉄（株）製）を使用した。ＩＧＢＴインバータ６２は、三菱電機（株）製のパワーモジュール（ＰＭ７５ＲＳＤ０６０）を用いた単相Ｓｉ－ＩＧＢＴインバータである。このＩＧＢＴインバータ６２は、スイッチング素子としてＳｉ－ＩＧＢＴ（三菱電機（株）製、ＰＭ７５ＲＳＤ０６０）、還流ダイオードとしてＳｉダイオード（三菱電機（株）製、ＲＭ３０ＴＢ－Ｈ）を搭載している。

【0288】

測定条件は、基本正弦波周波数ｆ_１を５０［Ｈｚ］、キャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］、直流電源６３から供給されるＩＧＢＴインバータ６２への入力電圧Ｖ_ｄｃを１５［Ｖ］とし、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍを調節した。リング試験における基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１一定は、モータ試験における平均トルク一定に相当すると考えられる。

【0289】

一次電流Ｉ_１・二次電圧Ｖ_２の測定には岩崎通信機（株）製の電流プローブ（ＳＳ－２５０）と電圧プローブ（ＳＳ－３２０）およびＮａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＡ／Ｄ変換器６４（ＮＩ ＰＸＩ－１０３１）を使用した。

【0290】

ＩＧＢＴインバータ６２の制御には、５次調波重畳ＰＷＭ方式を採用する。すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）にその５次高調波を重畳した波形を信号波ｈ（ｔ）として用い、キャリア波との交点でパルス幅を切り替えてＰＷＭ信号によってＩＧＢＴインバータ６２を制御する。

【0291】

次に、リング試験の鉄損算出方法について説明する。図２７に示す一次電流Ｉ_１と二次電圧Ｖ_２を測定し、磁界の強さＨ、磁束密度Ｂを上記式（１２）、式（１３）のように求める。また、この磁界の強さＨと磁束密度Ｂを用いて、上記式（１４）のように鉄損Ｐ_ｆｅを求める。ここで、上記式（１２）、式（１３）で求められる磁界の強さＨと磁束密度Ｂにはキャリア高調波成分を含むので、磁化現象が複雑化する。そこで５次高調波重畳の影響を明確にするため、低次の周波数成分（ｆ_１、ｆ_３、ｆ_５成分：ｆ_３は基本正弦波周波数ｆ_１の３次高調波の周波数、ｆ_５は基本正弦波周波数ｆ_１の５次高調波の周波数）を抽出することを考える。得られた磁界の強さＨと磁束密度Ｂに対し、数値計算ソフトウェアＭＡＴＬＡＢ（登録商標）Ｒ２０１９ｂ（Ｔｈｅ ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．）によるｃｆｔｏｏｌ（近似曲線ツール）を用いたフィッティングを行い、メジャーループ成分Ｈ_{ｍａｊｏｒ}、Ｂ_{ｍａｊｏｒ}を算出する。これらより、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}を上記式（１５）のように算出する。また、上記式（１６）のように、鉄損Ｐ_ｆｅとメジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}の差がキャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}である。

【0292】

＜リング試験（重畳率特性）＞
５次高調波重畳の特性を評価するため、リング試験にて重畳率ｎ／ｍを－０．２５～０．２５の範囲で変化させ、電磁気特性を測定した。

【0293】

図２９に、リング試験の測定条件（重畳率特性）を示す。なお、５次高調波の初期位相φは０とした。

【0294】

図３０は、信号波ｈ（ｔ）の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波ｇ（ｔ）を示す図、（ｂ）は基本正弦波ｇ（ｔ）に５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。横軸が時間、縦軸が信号の大きさを示す。図３０（ａ）は、基本正弦波ｇ（ｔ）に５次高調波が重畳されていない信号を信号波とする場合に該当する。すなわち、５次高調波の変調率ｎが０の場合である。図３０（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍを－０．２としたときの信号波ｈ（ｔ）の波形である。

【0295】

図３１は、リング試験による磁界の強さＨと磁束密度Ｂの時間波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときのメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときのメジャーループ成分を示す図である。また、図３２は、リング試験による磁界の強さＨと磁束密度Ｂの時間波形の測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定波形を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０のときのメジャーループ成分を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときの測定波形を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときのメジャーループ成分を示す図である。

【0296】

横軸が時間、右側の縦軸が磁界の強さＨ、左側の縦軸が磁束密度Ｂを示す。

【0297】

重畳率ｎ／ｍが０の場合は、５次高調波を付加せず基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いる場合に該当する。重畳率ｎ／ｍが－０．２、－０．１、０．２の場合と、重畳率ｎ／ｍが０の場合とを比べると、磁界の強さＨと磁束密度Ｂの時間波形の形状が異なっており、５次高調波重畳により、磁化現象に変化が現れることがわかる。

【0298】

図３３は、リング試験による磁界の強さＨと磁束密度ＢのＢＨカーブの測定結果を示す図であり、（ａ）は重畳率ｎ／ｍが－０．２のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが－０．１のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図、（ｃ）は重畳率ｎ／ｍが０のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図、（ｄ）は重畳率ｎ／ｍが０．２のときの測定結果（実線）とメジャーループ成分（破線）を示す図である。この図は、図３１と図３２に示した測定データについて、横軸を磁界の強さＨ、縦軸を磁束密度Ｂとして表示したものである。なお、破線で示すグラフは、上述の方法で算出したメジャーループ成分Ｈ_{ｍａｊｏｒ}、Ｂ_{ｍａｊｏｒ}を示す。

【0299】

図３４は、リング試験による基本波電流Ｉ_ｆ１と基本正弦波変調率ｍの測定結果を示す図である。横軸は重畳率ｎ／ｍ、左側の縦軸は基本波電流Ｉ_ｆ１、右側の縦軸は基本正弦波変調率ｍである。

【0300】

基本波電流Ｉ_ｆ１は、基本波磁束密度Ｂ_ｆ１を得るための励磁電流成分であり、重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき僅かに増加、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき大きく減少する傾向がみられた。ＩＧＢＴインバータ６２への直流電圧Ｖ_ｄｃ一定下で、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように基本正弦波変調率ｍが調節されており、重畳率ｎ／ｍが０より大きくなると基本正弦波変調率ｍが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さくなると基本正弦波変調率ｍが減少している。つまり５次高調波の重畳により、基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が一定の下で基本波電流Ｉ_ｆ１の減少が生じることがいえる。

【0301】

図３５は、リング試験による鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損（マイナーループ鉄損）Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の測定結果を示す図であり、（ａ）は鉄損を示す図、（ｂ）は重畳率ｎ／ｍが０の場合を基準としたときの鉄損の変化率を示す図である。

【0302】

図３５（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍが０の場合の鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}を基準として、重畳率ｎ／ｍを変化させたときの鉄損Ｐ_ｆｅ、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の変化率を示している。

【0303】

重畳率ｎ／ｍが０より大きい範囲では、鉄損Ｐ_ｆｅが増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さい範囲では、鉄損Ｐ_ｆｅが減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．２のとき、鉄損Ｐ_ｆｅが最小値を示し、鉄損低減率は３．３％であった。メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}は、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１、－０．０５のとき減少している。重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}は最小をとり、低減率は２．３％である。キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}は重畳率ｎ／ｍが０より大きいとき増加し、重畳率ｎ／ｍが０より小さいとき減少している。重畳率ｎ／ｍが－０．２５のとき最小を示し、キャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の鉄損低減率は１７．８％である。

【0304】

５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５以上かつ－０．０５以下の範囲で、鉄損Ｐ_ｆｅが低減している。

【0305】

図３５（ｂ）に示す鉄損Ｐ_ｆｅの変化率のグラフについて重畳率ｎ／ｍが－０．２５よりも小さい範囲に外挿すると、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．３以上の範囲でも、鉄損Ｐ_ｆｅが低減しているといえる。また、図３５（ｂ）に示す鉄損Ｐ_ｆｅの変化率のグラフでは、重畳率ｎ／ｍが０と－０．０５の範囲でも鉄損Ｐ_ｆｅが低減している。

【0306】

＜リング試験（５次高調波の位相角特性）＞
５次高調波の初期位相φの特性を評価するため、リング試験にて初期位相φを－３π／４［ｒａｄ］～３π／４［ｒａｄ］の範囲で変化させ、電磁気特性を測定した。

【0307】

図３６は、リング試験の測定条件（５次高調波の位相角特性）を示す図である。なお、重畳率ｎ／ｍは、－０．２で固定とした。また、この測定では、リング試料６１の基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように、ＩＧＢＴインバータ６２への直流電圧Ｖ_ｄｃを調節した。

【0308】

図３７は、信号波ｈ（ｔ）の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波ｇ（ｔ）を示す図、（ｂ）は基本正弦波ｇ（ｔ）に初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。横軸が時間、縦軸が信号の大きさを示す。図３７（ａ）は、５次高調波の変調率ｎが０であり、基本正弦波ｇ（ｔ）に５次高調波が重畳されていない信号を信号波とする場合に該当する。図３７（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍを－０．２としたときの信号波ｈ（ｔ）の波形である。

【0309】

図３８は、リング試験による５次高調波の初期位相φを変化させたときの測定結果を示す図であり、（ａ）は基本波電流Ｉ_ｆ１を示す図、（ｂ）は鉄損Ｐ_ｆｅを示す図である。横軸が初期位相φ、縦軸が図３８（ａ）では基本波電流Ｉ_ｆ１、図３８（ｂ）では鉄損Ｐ_ｆｅである。また、図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合、すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合の基本波電流Ｉ_ｆ１、鉄損Ｐ_ｆｅの測定値を示している。

【0310】

基本波電流Ｉ_ｆ１は、水平の破線に比べて、初期位相φが０［ｒａｄ］以下で減少し、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］以上で増加している。

【0311】

鉄損Ｐ_ｆｅは、水平の破線に比べて、初期位相φが－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の範囲で低減しており、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］で最小値となっている。また、この測定データを整理して、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］とπ／２［ｒａｄ］のプロットを直線で結び、初期位相φが０のプロットよりも鉄損Ｐ_ｆｅが小さくなる範囲は、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下の範囲であることが分かる。そして、この図から、初期位相φが３π／８［ｒａｄ］以上かつπ／４［ｒａｄ］以下の範囲でも、初期位相φが０のときより鉄損Ｐ_ｆｅが小さくなっていることが確認できる。すなわち、５次高調波の初期位相φを３π／８［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下の範囲に設定すると、初期位相φが０のときよりも鉄損Ｐ_ｆｅが小さくなっている。

【0312】

以上より、鉄損Ｐ_ｆｅの低減効果を活かしたい場合、初期位相φを、－π／４［ｒａｄ］以上かつπ／２［ｒａｄ］以下の範囲に設定したり、３π／８［ｒａｄ］以上かつ５π／１６［ｒａｄ］以下の範囲に設定したり、π／４［ｒａｄ］に設定したりすることが有効であることが確認されたといえる。

【0313】

＜リング試験（キャリア周波数特性）＞
５次高調波のキャリア周波数ｆ_ｃの特性を評価するため、リング試験にてキャリア周波数ｆ_ｃを１［ｋＨｚ］～２０［ｋＨｚ］の範囲で変化させ、電磁気特性を測定した。

【0314】

図３９は、リング試験の測定条件（キャリア周波数特性）を示す図であり、（ａ）は基礎測定条件、（ｂ）は５次高調波の重畳条件を示す図である。図３９（ｂ）に示すように重畳率ｎ／ｍは、－０．２で固定とし、ケースＸでは５次高調波の初期位相φを０、ケースＹでは初期位相φをπ／４［ｒａｄ］とした。また、この測定では、リング試料６１の基本正弦波磁束密度Ｂ_ｆ１が１［Ｔ］となるように、ＩＧＢＴインバータ６２への直流電圧Ｖ_ｄｃを調節した。

【0315】

図４０は、リング試験によるキャリア周波数ｆ_ｃを変化させたときの測定結果を示す図であり、（ａ）は基本波電流Ｉ_ｆ１を示す図、（ｂ）鉄損Ｐ_ｆｅを示す図である。横軸がキャリア周波数ｆ_ｃ、縦軸が図４０（ａ）では基本波電流Ｉ_ｆ１、図４０（ｂ）では鉄損Ｐ_ｆｅである。ひし形のプロットはケースＸの測定結果を示し、三角形のプロットはケースＹの測定結果を示す。また、丸プロットは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）の測定結果を示す。

【0316】

図４０（ａ）に示すように、ケースＸ（重畳率ｎ／ｍが－０．２、初期位相φが０［ｒａｄ］の設定）の基本波電流Ｉ_ｆ１は、全てのキャリア周波数ｆ_ｃの範囲で最も小さくなっている。ケースＹ（重畳率ｎ／ｍが－０．２、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の設定）の基本波電流Ｉ_ｆ１は、キャリア周波数ｆ_ｃが１０［ｋＨｚ］以上の範囲で、５次高調波を重畳しない場合よりも、小さくなっている。

【0317】

図４０（ｂ）に示すように、ケースＹ（重畳率ｎ／ｍが－０．２、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の設定）の鉄損Ｐ_ｆｅは、全てのキャリア周波数ｆ_ｃの範囲で最も小さくなっている。ケースＸ（重畳率ｎ／ｍが－０．２、初期位相φが０［ｒａｄ］の設定）の鉄損Ｐ_ｆｅは、キャリア周波数ｆ_ｃが１０［ｋＨｚ］以下の範囲で、５次高調波を重畳しない場合よりも、小さくなっている。

【0318】

［特性評価試験２（モータ試験）］
次に、モータ試験の測定結果を示す。重畳率ｎ／ｍが０以下の範囲の条件で、モータ駆動試験を行い、モータ駆動試験装置８９の損失特性を評価した。

【0319】

図４１は、特性評価試験２（モータ試験）に係るモータ試験装置８９の概略構成図である。このモータ試験では、ＩＧＢＴインバータ７１を用いて、埋込構造永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）７３を駆動する。

【0320】

図４２は、モータ試験の試験モータ（埋込構造永久磁石同期電動機７３）を示す図であり、（ａ）はモータの概略断面図、（ｂ）はモータの仕様を示す図である。

【0321】

この埋込構造永久磁石同期電動機７３は、ロータとステータで構成され、ロータとステータの鉄心材料はリング試験のリング試料６１と同様に、無方向性電磁鋼板３５Ｈ３００（日本製鉄（株）製）である。また、永久磁石はボンド磁石（愛知製鋼（株）製、Ｓ５Ｐ－１２ＭＥ）である。ＩＧＢＴインバータ７１は、スイッチング素子として三菱電機（株）製のパワーモジュール（ＰＭ７５ＲＳＤ０６０）を用いた三相Ｓｉ－ＩＧＢＴインバータ、還流ダイオードとしてＳｉダイオード（三菱電機（株）製、ＲＭ３０ＴＢ－Ｈ）を搭載している。ＹＯＫＯＧＡＷＡ製ＰＸ－８０００（電力計測器７２）を用いて、電力の測定と波形の観測を行う。

【0322】

測定条件は、回転速度ωが７５０［ｒｐｍ］、平均トルクＴが０．６１１［Ｎｍ］、キャリア周波数ｆ_ｃが１［ｋＨｚ］、ＩＧＢＴインバータ７１への入力電圧Ｖ_ｄｃが５０［Ｖ］とした。回転速度ωおよびトルクＴが一定となるようにフィードバック制御することで、基本正弦波変調率ｍを調節した。

【0323】

次に、モータ試験装置８９の損失算出方法について説明する。ＩＧＢＴインバータ７１への入力電力Ｐ_ｉｎとモータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}、モータ各相の入力電流Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗを測定し、損失の算出に用いる。試験装置８９の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は上記式（１７）に示すように、インバータ損Ｐ_ｉｎｖ、銅損Ｐ_Ｃｕ、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}で構成される。インバータ損Ｐ_ｉｎｖは、ＩＧＢＴインバータ７１への入力電力Ｐ_ｉｎ、モータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、電力計測器７２の損失Ｐ_ｗ．ｍにより上記式（１８）のように算出する。電力計測器７２の損失Ｐ_ｗ．ｍは、シャント抵抗Ｒ_{ｓｈｕｎｔ}（＝０．１［Ω］）、接続ケーブルの抵抗Ｒ_{ｃａｂｌｅ}（＝０．０１２［Ω］）、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}により上記式（１９）のように算出する。銅損Ｐ_Ｃｕは巻線抵抗Ｒ（＝０．５［Ω］）、モータ各相の入力電流実効値Ｉ_{ｕ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｖ_ｒｍｓ}、Ｉ_{ｗ_ｒｍｓ}により上記式（２０）のように算出する。モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}は、モータ各相の入力電力Ｐ_ｕ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｗ、銅損Ｐ_Ｃｕ、機械出力ωＴにより上記式（２１）のように算出する。結果は７回の測定による平均値とし、誤差を標準偏差で表す。なお、モータコア損Ｐ_ｃｏｒｅと機械損Ｐ_ｍｅｃｈは、いずれも直接測定することが困難であるため、本測定では、機械損Ｐ_ｍｅｃｈとモータコア損Ｐ_ｃｏｒｅを分類せず、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}として測定結果を得た。

【0324】

＜モータ試験（重畳率特性）＞
５次高調波重畳の特性を評価するため、モータ試験にて重畳率ｎ／ｍを－０．２５～０の範囲で変化させ損失特性を測定した。

【0325】

図４３に、モータ試験の測定条件（重畳率特性）を示す。なお、５次高調波の初期位相φは０とした。

【0326】

図４４は、三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を示す図、（ｂ）は基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。横軸が時間、縦軸が信号の大きさを示す。図４４（ａ）は、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に５次高調波が重畳されていない信号を信号波とする場合に該当する。すなわち、５次高調波の変調率ｎが０の場合である。図４４（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍを－０．１としたときの三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）の波形である。

【0327】

図４５は、モータ試験による基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}と基本正弦波変調率ｍの測定結果を示す図である。

【0328】

この図は、回転速度ω（＝７５０［ｒｐｍ］）および平均トルクＴ（＝０．６１１［Ｎｍ］）が一定となるようにフィードバック制御することにより得られた基本正弦波変調率ｍの５次高調波の重畳率特性を示している。基本正弦波変調率ｍは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。また、観測波形より得られた相平均の基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}も、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。これはリング試験の測定結果と同じ現象である（図３４参照）。

【0329】

図４６に、モータ試験による全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定結果を示す。横軸が重畳率ｎ／ｍ、縦軸が全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}である。また、図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合、すなわち、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定値を示している。

【0330】

全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１５のとき最小値を示し、５次高調波を重畳しない場合との比較で、損失低減率は１．５％である。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１０のときも損失低減率が１．４％であり、損失が大きく低減されている。

【0331】

このように、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１０のとき、損失低減の効果が高いことが確認された。また、この測定結果から、重畳率ｎ／ｍが０と－０．１０の中間の－０．０５でも、損失が低減することが容易に推測される。

【0332】

以上より、損失低減ため、重畳率ｎ／ｍを、－０．２５以上かつ－０．０５以下の範囲に設定したり、－０．１５以上かつ－０．１０以下の範囲に設定したりすることが有効である。

【0333】

また、以下に示すようにこのモータ試験（重畳率特性）において、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１０のとき、全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}を構成するインバータ損Ｐ_ｉｎｖ、銅損Ｐ_Ｃｕ、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}のすべての損失が、５次高調波を重畳しない場合に比べて低減した。すなわち「銅損Ｐ_Ｃｕ、インバータ損Ｐ_ｉｎｖが大きくなると想定される低速・高トルク条件」と「モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}が大きくなると想定される高速・低トルク条件」の両者において、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１０の５次高調波重畳が有効である可能性がある。

【0334】

図４７に、モータ試験によるモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}の測定結果を示す。図中の水平の破線は、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合（５次高調波の変調率ｎが０の場合）のモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}の測定値を示している。

【0335】

モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１のとき減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１０のとき最小値を示し、５次高調波を重畳しない場合との比較で、損失低減率は２．５％である。ここで、回転速度一定より、機械損Ｐ_ｍｅｃｈが一定であると仮定する。この場合、モータコア損Ｐ_ｃｏｒｅの減少理由は、メジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}とキャリア高調波鉄損Ｐ_{ｃａｒｒｉｅｒ}の減少にあると上記のリング試験より考察される。特に重畳率ｎ／ｍが－０．２５の場合を含め、リング試験におけるメジャーループ鉄損Ｐ_{ｍａｊｏｒ}の傾向と酷似している（図３５参照）。

【0336】

図４８に、モータ試験による銅損Ｐ_Ｃｕと基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}の測定結果を示す。図中の水平の破線は、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合（５次高調波の変調率ｎが０の場合）の測定値を示している。

【0337】

基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}は、図４５の基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}を用いて、上記式（２０）同様に算出する。銅損Ｐ_Ｃｕは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１５、－０．１のとき減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１０のとき最小値を示し、５次高調波を重畳しない場合との比較で、損失低減率は０．４％である。重畳率ｎ／ｍの絶対値が大きくなるにつれて、高調波銅損（＝Ｐ_Ｃｕ－Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}）が大きくなる一方、基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}は小さくなる。これより、銅損Ｐ_Ｃｕは、基本波電流Ｉ_{ｆ１＿ｒｍｓ}の減少によることがわかる。

【0338】

図４９に、モータ試験によるインバータ損Ｐ_ｉｎｖの測定結果を示す。

【0339】

インバータ損Ｐ_ｉｎｖは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．２５、－０．１５、－０．１で減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．２５のとき最小値を示し、５次高調波を重畳しない場合との比較で、損失低減率は５．１％である。

【0340】

＜モータ試験（５次高調波の位相角特性）＞
５次高調波の初期位相φの特性を評価するため、モータ試験にて初期位相φを０［ｒａｄ］とπ／４［ｒａｄ］に設定して損失特性を測定した。

【0341】

図５０に、モータ試験の測定条件（５次高調波の位相角特性）を示す。なお、重畳率ｎ／ｍは－０．１とした。

【0342】

図５１は、三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）の波形を示す図であり、（ａ）は基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）を示す図、（ｂ）は基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の５次高調波を重畳した５次調波重畳信号を示す図である。横軸が時間、縦軸が信号の大きさを示す。図５１（ａ）は、基本正弦波ｇ_ｕ（ｔ）、ｇ_ｖ（ｔ）、ｇ_ｗ（ｔ）に５次高調波が重畳されていない信号を信号波とする場合に該当する（５次高調波の変調率ｎが０の場合）。図５１（ｂ）は、重畳率ｎ／ｍが－０．１、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の５次高調波を重畳したときの三相の信号波ｈ_ｕ（ｔ）、ｈ_ｖ（ｔ）、ｈ_ｗ（ｔ）の波形である。

【0343】

図５２に、モータ試験による基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}の測定結果を示す。横軸は左側が重畳率ｎ／ｍが０の場合、中央が重畳率ｎ／ｍが－０．１で５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］の場合、右側が重畳率ｎ／ｍが－０．１で初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の場合を示す。

【0344】

この図は、回転速度ω（＝７５０［ｒｐｍ］）および平均トルクＴ（＝０．６１１［Ｎｍ］）が一定となるようにフィードバック制御したときの基本正弦波変調率ｍである。基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}は共に、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき減少している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］よりもπ／４［ｒａｄ］で基本正弦波変調率ｍと基本波電流I_{ｆ１＿ｒｍｓ}が減少している。

【0345】

図５３は、モータ試験による全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定結果を示す図である。横軸は左側が重畳率ｎ／ｍが０の場合、中央が重畳率ｎ／ｍが－０．１で５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］の場合、右側が重畳率ｎ／ｍが－０．１で初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の場合を示し、縦軸は全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}である。また、図中の水平の破線は、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合（５次高調波の変調率ｎが０の場合）の全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の測定値を示している。

【0346】

全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φがπ／４［ｒａｄ］よりも０［ｒａｄ］で全体損失Ｐ_{ｔｏｔａｌ}が低減している。

【0347】

後述するように、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件で、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］とπ／４［ｒａｄ］の場合の試験結果を比較すると、以下のようになった。

【0348】

５次高調波を重畳しない場合に対するモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}の低減率は、初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の方が、０［ｒａｄ］に比べて大きい数値を示した。銅損Ｐ_Ｃｕの低減率は、初期位相φが０［ｒａｄ］の方が、π／４［ｒａｄ］に比べて僅かに大きい数値を示した。インバータ損Ｐ_ｉｎｖの低減率は、初期位相φが０［ｒａｄ］の方が、π／４［ｒａｄ］に比べて大きい数値を示した。

【0349】

この結果に基づいて、次のような発明の構成も考えられる。低速・高トルク条件では、銅損Ｐ_Ｃｕ、インバータ損Ｐ_ｉｎｖが大きくなると想定され、高速・低トルク条件では、モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}が大きくなると想定される。

【0350】

そうすると、所定の回転速度閾値などの所定閾値をあらかじめ設定しておき、外部から入力されるモータの制御指令である回転速度指令などの指令値が、この所定閾値よりも小さい場合には５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］とし、指令値が所定閾値以上の場合には初期位相φをπ／４［ｒａｄ］に切り替えて基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳し信号波ｈ（ｔ）を生成するようにしてもよい。

【0351】

また、所定のトルク閾値などの所定閾値をあらかじめ設定しておき、外部から入力されるモータの制御指令であるトルク指令などの指令値が、この所定閾値以上の場合には５次高調波の初期位相φを０［ｒａｄ］とし、指令値が所定閾値より小さい場合には初期位相φをπ／４［ｒａｄ］に切り替えて基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳し信号波ｈ（ｔ）を生成するようにしてもよい。

【0352】

また、入力される指令値に代えて、作動中のモータの回転速度やトルクを検出し、この検出した回転速度やトルクが所定閾値に達したときに５次高調波の初期位相φを切り替えるようにしてもよい。

【0353】

また、所定閾値に達したときの初期位相φの切り替えは、不連続に切り替えるのでなく、直線的または曲線的に滑らかに切り替えるようにしてもよい。また、所定閾値として小さい側の所定閾値と大きい側の所定閾値の２個を用意しておき、検出された回転速度やトルクが小さい側の所定閾値に達し５次高調波の初期位相φが切り替わると、その後は大きい側の所定閾値に設定され、検出された回転速度やトルクが大きい側の所定閾値に達して初期位相φが切り替わると、その後は小さい側の所定閾値に設定されるように、所定閾値の設定にヒステリシスを持たせるようにしてもよい。

【0354】

このように、モータへの指令値や作動中のモータの検出値などの入力値に基づいて、基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳する５次高調波の初期位相φを切り替えるようにしてもよい。

【0355】

また、所定の回転速度閾値などの所定閾値をあらかじめ設定しておき、外部から入力される回転速度指令などの指令値が、この所定閾値よりも小さい場合には初期位相φを０［ｒａｄ］からπ／４［ｒａｄ］に向けて連続的に変化させ、指令値が所定閾値以上の場合には初期位相φがπ／４［ｒａｄ］となるように基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳し信号波ｈ（ｔ）を生成するようにしてもよい。この場合、π／４［ｒａｄ］が５次高調波に加えられる最大の初期位相φとなる。初期位相φを連続的に変化させる方法は、直線的に変化させてもよいし、曲線的に変化させるようにしてもよい。

【0356】

また、所定のトルク閾値などの所定閾値をあらかじめ設定しておき、外部から入力されるトルク指令などの指令値が、この所定閾値以上の場合には初期位相φをπ／４［ｒａｄ］から０［ｒａｄ］に向けて連続的に変化させ、指令値が所定閾値より小さい場合には初期位相φがπ／４［ｒａｄ］となるように基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳し信号波ｈ（ｔ）を生成するようにしてもよい。

【0357】

また、入力される指令値に代えて、作動中のモータの回転速度やトルクを検出し、この検出した回転速度やトルクに基づいて、５次高調波の初期位相φを変化させるようにしてもよい。

【0358】

このように、モータへの指令値や作動中のモータの検出値などの入力値に基づいて、基本正弦波ｇ（ｔ）に重畳する５次高調波の初期位相φを連続的に変化させるようにしてもよい。

【0359】

すなわち、重畳する５次高調波の初期位相φが固定値でなく、変化するようにしてもよい。また、５次高調波の初期位相φの変化の状態が、所定閾値に基づいて切り替わるようにしてもよい。

【0360】

図５４に、モータ試験によるモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}の測定結果を示す。図中の水平の破線は、基本正弦波ｇ（ｔ）を信号波ｈ（ｔ）として用いた場合（５次高調波の変調率ｎが０の場合）のモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}の測定値を示している。

【0361】

モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］よりもπ／４［ｒａｄ］でモータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}が低減している。初期位相φをπ／４［ｒａｄ］としたときの損失低減率は、５次高調波を重畳しない場合と比較して３．４％である。

【0362】

「モータコア損・機械損Ｐ_{ｃｏｒｅ＆ｍｅｃｈ}が大きくなると想定される高速・低トルク条件」では、５次高調波の初期位相φをπ／４［ｒａｄ］に設定する方が有効であると考えられる。

【0363】

図５５に、モータ試験による銅損Ｐ_Ｃｕと基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}の測定結果を示す。図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合の銅損Ｐ_Ｃｕの測定値を示している。

【0364】

銅損Ｐ_Ｃｕは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の場合に比べ、０［ｒａｄ］の銅損Ｐ_Ｃｕが低減している。初期位相φを０［ｒａｄ］としたときの損失低減率は、５次高調波を重畳しない場合と比較して０．４％である。

【0365】

基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}は、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φが０［ｒａｄ］の場合に比べ、π／４［ｒａｄ］の基本波電流銅損Ｐ_{Ｃｕ＿Ｉｆ１}が低減している。

【0366】

図５６に、モータ試験によるインバータ損Ｐ_ｉｎｖの測定結果を示す。図中の水平の破線は、５次高調波の変調率ｎが０の場合のインバータ損Ｐ_ｉｎｖの測定値を示している。

【0367】

インバータ損Ｐ_ｉｎｖは、５次高調波を重畳しない場合（重畳率ｎ／ｍが０の場合）に比べて、重畳率ｎ／ｍが－０．１のとき低減している。また、重畳率ｎ／ｍが－０．１の条件では、５次高調波の初期位相φがπ／４［ｒａｄ］の場合に比べ、０［ｒａｄ］のインバータ損Ｐ_ｉｎｖが低減している。初期位相φを０［ｒａｄ］としたときの損失低減率は、５次高調波を重畳しない場合と比較して２．２％である。

【符号の説明】

【0368】

１…モータ駆動システム、２…三相インバータ部、３…昇圧チョッパ部、４…モータ制御部、５…永久磁石同期モータ、６…ステータコイル、７…ロータ、Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４，Ｓ_５，Ｓ_６…スイッチング素子、Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３，Ｄ_４，Ｄ_５，Ｄ_６…還流ダイオード、８_１，８_２，８_３，８_４，８_５，８_６…スイッチング素子入力部、９…電流センサ、１０…位置センサ、１１…バッテリ、１２…インダクタ、１３…コンデンサ、Ｓｃ…チョッパ部用スイッチング素子、１５…ダイオード、４０…ＣＰＵ、４１…ＲＯＭ、４２…ＲＡＭ、４３…信号波生成部、４４…キャリア波生成部、４５…ＰＷＭドライブ信号生成部、４６…ＰＷＭドライブ信号出力部、４７…昇圧チョッパ制御信号出力部、４８…ロータ検出位置受付部、４９…モータ入力電流値受付部、５０…指令値受付部、６０…５次調波重畳ＰＷＭコントローラ、６１…リング試料、６２…ＩＧＢＴインバータ、６３…直流電源、６４…Ａ／Ｄ変換器、６９…リング試験装置、７０…５次調波重畳ＰＷＭコントローラ、７１…ＩＧＢＴインバータ、７２…電力計測器、７３…埋込構造永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）、７４…エンコーダ、７５，７６…トルク計、７７…パワーアナライザ、７８…負荷、７９…ＢＬＤＣモータ、８０…整流器、８１…ＭＣＵ＆ＭＯＳＦＥＴ、８９…モータ試験装置、１０９…リング試験装置、１００…５次調波重畳ＰＷＭコントローラ、１０１…リング試料、１０２…ＩＧＢＴインバータ、１０３…直流電源、１０４…Ａ／Ｄ変換器、１０８_１，１０８_２、１０８_３，１０８_４…スイッチング素子入力部、２８９…モータ試験装置、２７０…５次調波重畳ＰＷＭコントローラ、２７１…ＩＧＢＴインバータ、２７２…電力計測器、２７３…埋込構造永久磁石同期電動機、２７４…エンコーダ、２７５…トルク計、２７６…トルク計、２７７…パワーアナライザ、２７８…負荷、２７９…ＢＬＤＣモータ、２８０…整流器、２８１…ＭＣＵ＆ＭＯＳＦＥＴ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】