(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】P2024158085
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】ドライブシステム及び制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20241031BHJP
H02P 27/08 20060101ALI20241031BHJP
H02P 21/22 20160101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
H02P27/08
H02P21/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072949
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100135301
【弁理士】
【氏名又は名称】梶井 良訓
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100207192
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 健一
(72)【発明者】
【氏名】織田 健志
【テーマコード（参考）】
5H505
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H505BB04
5H505CC05
5H505DD03
5H505DD05
5H505EE30
5H505EE41
5H505EE49
5H505GG02
5H505GG04
5H505HA05
5H505HA09
5H505HA10
5H505HB01
5H505JJ03
5H505JJ04
5H505JJ17
5H505LL01
5H505LL22
5H505LL44
5H770BA01
5H770CA02
5H770DA03
5H770EA02
5H770GA19
5H770HA02Y
5H770HA06W
5H770HA07Z
5H770HA14W
5H770JA11W
(57)【要約】
【課題】電気回路の共振電流を低減させるように電動機を駆動する。
【解決手段】ドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。平滑コンデンサは、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。
【選択図】図１
【解決手段】ドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。平滑コンデンサは、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流母線に接続される平滑コンデンサであって、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部と、
を備え、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記制御部は、
前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる、
ドライブシステム。
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部と、
を備え、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記制御部は、
前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる、
ドライブシステム。
【請求項2】
前記制御部は、
前記電動機に対する弱め界磁制御の適否を分ける基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記互いに異なる複数の周波数のうち前記共振周波数との差がより小さな第２の周波数に代えて前記共振周波数との差がより大きな前記第１の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項１に記載のドライブシステム。
前記電動機に対する弱め界磁制御の適否を分ける基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記互いに異なる複数の周波数のうち前記共振周波数との差がより小さな第２の周波数に代えて前記共振周波数との差がより大きな前記第１の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項１に記載のドライブシステム。
【請求項3】
前記制御部は、
前記基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記第２の周波数よりも低い周波数になる前記第１の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項２に記載のドライブシステム。
前記基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、前記第２の周波数よりも低い周波数になる前記第１の周波数を前記スイッチング素子の駆動に用いる
請求項２に記載のドライブシステム。
【請求項4】
前記制御部は、
前記電動機に流れる電流の大きさと、前記平滑コンデンサの温度と、前記直流母線の温度との何れかと、前記電動機の回転速度とを用いて、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを切り替える、
請求項２に記載のドライブシステム。
前記電動機に流れる電流の大きさと、前記平滑コンデンサの温度と、前記直流母線の温度との何れかと、前記電動機の回転速度とを用いて、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを切り替える、
請求項２に記載のドライブシステム。
【請求項5】
前記制御部は、
前記電動機に流れる電流の大きさと前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記平滑コンデンサの温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記直流母線の温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと
のうちの何れかの組み合わせた判定処理の結果を用いて、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを切り替える、
請求項２に記載のドライブシステム。
前記電動機に流れる電流の大きさと前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記平滑コンデンサの温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと、
前記直流母線の温度と前記電動機の回転速度との組み合わせと
のうちの何れかの組み合わせた判定処理の結果を用いて、前記第１の周波数と前記第２の周波数とを切り替える、
請求項２に記載のドライブシステム。
【請求項6】
直流母線に接続される平滑コンデンサであって、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部とを備えるドライブシステムの制御方法であって、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる過程
を含む制御方法。
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給するインバータと、
互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる制御部とを備えるドライブシステムの制御方法であって、
前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されていて、
前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる過程
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、ドライブシステム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ドライブシステムは、電動機をパルス駆動制御により駆動する。電動機を駆動するパルス駆動制御（例えばＰＷＭ制御）のキャリア周波数により回路に共振が発生して過剰な共振電流が流れることがある。このような電気回路の共振は、実際の電気回路内に配置された回路要素の位置、同回路要素の特性、その特性のばらつき等により生じることがある。例えば、互いに並列接続されている平滑コンデンサの間に共振電流が流れることがあった。その共振周波数も同回路要素の位置、同回路要素の特性のばらつき等の影響を受けることがある。電動機を駆動する際に、電気回路の共振電流を低減させることが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－２３３１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、電気回路の共振電流を低減させるように電動機を駆動するドライブシステム及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態のドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。前記平滑コンデンサは、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。前記インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。前記制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号（ＰＷＭ信号）を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１の実施形態のドライブシステムの構成図。
【図2】第１の実施形態の界磁弱め制御部の構成図。
【図3】第１の実施形態の界磁弱め制御の詳細について説明するための図。
【図4】第１の実施形態の一例の電気回路の共振特性を説明するための図。
【図5】第１の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。
【図6A】第２の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。
【図6B】第２の実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。
【図7A】第３の実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。
【図7B】第３の実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、実施形態のドライブシステム及び制御方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。
【0008】
明細書で言う「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。明細書で言う「回転速度（rotational rate）」とは、電動機の回転子角速度（rotor angular velocity）に対応する物理量のことである。明細書で言う「回転速度基準（reference rotational rate）」とは、電動機の回転速度の制御目標値のことであり、回転子の角速度、回転子の回転数、又は回転子の回転数に対応する周波数などで表すことができる。以下の説明では、回転子の回転数で規定した回転速度基準を用いて、電動機の回転速度を制御する事例について説明する。例えば、電動機の回転速度及び回転速度基準の単位には、「rpm（Revolutions Per Minute）」などが使われる。
【0009】
【0010】
交流電源ＰＳは、商用電源系統や交流発電機などであり、例えば、３相交流電力を電力変換装置２に供給する。
【0011】
ドライブシステム１は、例えば、電力変換装置２と、電動機３とを備える。
【0012】
電動機３は、例えば、誘導電動機などの可変速の回転電動機（Ｍ）である。電動機３は、電力変換装置２から３相交流電力が供給されると、回転駆動力を出力軸に出力し、その回転駆動力により出力軸に連結される機械負荷４を駆動する。電動機３は、電動機３の軸の回転速度を検出する回転速度センサ３Ａを備えていてもよい。回転速度センサ３Ａは、例えば、検出した電動機３の軸の回転速度ωrを出力する。
【0013】
電力変換装置２は、３相交流電力を生成し、生成した３相交流電力を、電動機３に供給する。
ところで、電力変換装置２内の直流母線に複数の平滑コンデンサが接続されている場合などに共振が生じて、その共振電流が平滑コンデンサに流れることがあった。共振電流は、加振源となるスイッチング素子５０Ｓのスイッチング周波数（周期）、スイッチングにより変化する主電流の経時変化を示す波形の立上り時間や立下り時間、当該平滑コンデンサの容量、その平滑コンデンサが接続されている直流母線のインダクタンスなどに依存する。このため、その電気回路に固有の共振周波数が、電気回路の実装状況により決まる。類似の実装状況であれば、その共振周波数は互いに略等しくなる。その電気回路の共振周波数を、実験的又は解析的に予め定めるとよい。
ところで、電力変換装置２内の直流母線に複数の平滑コンデンサが接続されている場合などに共振が生じて、その共振電流が平滑コンデンサに流れることがあった。共振電流は、加振源となるスイッチング素子５０Ｓのスイッチング周波数（周期）、スイッチングにより変化する主電流の経時変化を示す波形の立上り時間や立下り時間、当該平滑コンデンサの容量、その平滑コンデンサが接続されている直流母線のインダクタンスなどに依存する。このため、その電気回路に固有の共振周波数が、電気回路の実装状況により決まる。類似の実装状況であれば、その共振周波数は互いに略等しくなる。その電気回路の共振周波数を、実験的又は解析的に予め定めるとよい。
【0014】
電力変換装置２は、順変換装置２０（整流器）、平滑コンデンサ３０、インバータ５０、制御部６０、電流検出器７０、及び温度検出部８０を備える。
【0015】
順変換装置２０の交流側には、交流電源ＰＳが接続され、順変換装置２０の直流側には、平滑コンデンサ３０とインバータ５０とが直流母線を介して接続されている。順変換装置２０は、交流電源ＰＳから供給される交流電力を直流電力に変換して、平滑コンデンサ３０によって直流電力の電圧（直流母線の極の電圧）を平滑化する。
【0016】
インバータ５０は、例えば、１又は複数のスイッチング素子５０Ｓを含む電力変換装置の一例である。スイッチング素子５０Ｓの種類は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどに制限されることなく、他の種類のものでもよい。例えばインバータ５０のスイッチング素子５０Ｓは、制御部６０によってＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のパルスによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。インバータ５０は、順変換装置２０等から直流母線を介して供給される直流電力を、スイッチング素子５０Ｓのスイッチングにより交流電力に変換する。インバータ５０は、変換した３相交流電力を、インバータ５０の出力に交流母線等を介して接続される電動機３に供給して、電動機を駆動させる。インバータ５０が出力する３相交流電力の各相を、Ｕ相Ｖ相Ｗ相と呼ぶ。
【0017】
電流検出器７０は、例えば、インバータ５０の出力と電動機３とを接続する交流母線のＶ相とＷ相に設けられ、電力変換装置２が電動機３の巻線に供給する負荷電流IvsとIwsとを検出する。
温度検出部８０は、例えば、平滑コンデンサ３０又は直流母線に設けられ、平滑コンデンサ３０又は直流母線の温度を検出する。
温度検出部８０は、例えば、平滑コンデンサ３０又は直流母線に設けられ、平滑コンデンサ３０又は直流母線の温度を検出する。
【0018】
制御部６０は、例えば、検出速度処理部６１と、界磁弱め制御部６２と、ＰＷＭキャリア生成部６３と、速度制御部６４と、検出電流処理部６５と、座標変換部６６と、電流制御部６７と、逆座標変換部６８と、ＰＷＭコントローラ６９とを備える。
【0019】
例えば、電動機３の回転速度を回転速度基準ω_refと規定する。本実施形態の回転速度基準ω_refは、上位コントローラなどからの要求トルク等に基づいて生成され、速度制御部６４に供給される。回転速度基準ω_refの単位に「rpm」を用いる。
【0020】
検出速度処理部６１は、回転速度センサ３Ａによって検出された電動機３の軸の回転速度ωrに基づいた回転速度ω_fbkと位相θ_fbkとを生成して出力する。回転速度ω_fbkは、電動機３の軸の回転速度を示し、その単位が「rpm」である。位相θ_fbkは、電動機３の軸の角度と電動機３の極数とに基づいて算出される電気角を示し、その単位が「ラジアン（rad）」である。
【0021】
速度制御部６４は、回転速度基準ω_refと、検出速度処理部６１から出力される回転速度ω_fbkとに基づいて、電流基準Idq_refを生成する。電流基準Idq_refは、直交するｄｑ軸を有する回転子座標系の電流基準Id_refと電流基準Iq_refとをベクトル値で示したものである。例えば、速度制御部６４は、補正回転速度基準ωcor_refと回転速度ω_fbkとの差が、ｄ軸とｑ軸の成分ごとにそれぞれ０になるように、電流基準Idq_refを生成する。
【0022】
検出電流処理部６５は、電流検出器７０によって検出された負荷電流に基づいた、電流値Iuvw_fbkと電流値I_fbkとを出力する。電流値Iuvw_fbkは、電動機３の相電流Iu_fbk、Iv_fbk、Iw_fbkを、Ｕ相Ｖ相Ｗ相に対応する３軸を有する３相座標空間のベクトル値で示したものである。電流値I_fbkは、電流値Iuvw_fbkの大きさを示すスカラー値である。
【0023】
座標変換部６６は、位相θ_fbkを用いて、３相座標系の電流値Iuvw_fbkを、ｄｑ軸を有する回転子座標系に変換して、電流値Idq_fbkを生成する。これをｄｑ変換と呼ぶ。ｄｑ軸を有する回転子座標系は、例えば、静止座標系である固定子座標系のＵ相方向の軸とｄ軸が成す角が位相θ_fbkに等しくなる位置に回転している回転座標系である。
【0024】
電流制御部６７は、速度制御部６４によって生成された電流基準Idq_refと、座標変換部６６から出力される電流値Idq_fbkとに基づいて、電圧基準Vdq_refを生成する。例えば、電流制御部６７は、電流基準Idq_refと電流値Idq_fbkの各軸の成分の差が０になるような電圧基準Vdq_refを生成する。
なお、実施形態の電流制御部６７は、界磁弱め制御による補償量を電流基準Idq_refに対して施して、その結果を上記の電流制御に利用する。例えば、電流制御部６７は、電流基準Idq_refのｄ軸成分に対して、界磁弱め制御部６２によって生成された電流補償Id_compを加算してその結果（補償電流基準Idq_ref_comp）を電流制御の演算に利用するとよい。例えば、補償電流基準Id_ref_compは、負の値で、Iq_ref_compは、０であってよい。この場合、電流制御部６７は、補償された電流基準Idq_ref_compと電流値Idq_fbkの各軸の成分の差が０になるような電圧基準Vdq_refを生成する。
なお、実施形態の電流制御部６７は、界磁弱め制御による補償量を電流基準Idq_refに対して施して、その結果を上記の電流制御に利用する。例えば、電流制御部６７は、電流基準Idq_refのｄ軸成分に対して、界磁弱め制御部６２によって生成された電流補償Id_compを加算してその結果（補償電流基準Idq_ref_comp）を電流制御の演算に利用するとよい。例えば、補償電流基準Id_ref_compは、負の値で、Iq_ref_compは、０であってよい。この場合、電流制御部６７は、補償された電流基準Idq_ref_compと電流値Idq_fbkの各軸の成分の差が０になるような電圧基準Vdq_refを生成する。
【0025】
逆座標変換部６８は、電流制御部６７が生成した電圧基準Vdq_refを、位相θ_fbkを用いて２相座標系から３相座標系に変換して、電圧基準Vuvw_refを生成する。換言すれば逆座標変換部６８は、電圧基準Vdq_refに対して前述のｄｑ変換の逆変換を行い、電圧基準Vuvw_refを生成する。この変換を、ｄｑ逆変換と呼ぶ。
【0026】
このように構成された制御部６０の界磁弱め制御部６２は、検出速度処理部６１によって生成された回転速度ω_fbkを用いて電動機３の界磁弱め制御のための補償量（電流補償Id_comp）を生成して、電流制御部６７に対して出力する。
界磁弱め制御部６２は、さらに回転速度ω_fbk等に基づいて、ＰＷＭ制御のキャリア周波数制御のための切替信号SFSを生成して、ＰＷＭキャリア生成部６３に対して出力する。
界磁弱め制御部６２は、さらに回転速度ω_fbk等に基づいて、ＰＷＭ制御のキャリア周波数制御のための切替信号SFSを生成して、ＰＷＭキャリア生成部６３に対して出力する。
【0027】
ＰＷＭキャリア生成部６３は、ＰＷＭ制御に利用するためのキャリア信号を生成して、ＰＷＭコントローラ６９に出力する。その際に、ＰＷＭキャリア生成部６３は、界磁弱め制御部６２によって生成された切替信号SFSを受けて、その切替信号SFSの論理状態、信号レベル等に基づいてキャリア信号の周波数（周期）を決定する。
【0028】
ＰＷＭコントローラ６９は、逆座標変換部６８によって生成された電圧基準Vuvw_refを、ＰＷＭキャリア生成部６３から供給される所定の周波数のキャリア信号の振幅値と比較して、Ｕ相Ｖ相Ｗ相ごとのＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭコントローラ６９は、Ｕ相Ｖ相Ｗ相ごとのＰＷＭ信号をインバータ５０に供給してスイッチング素子のスイッチングを制御する。例えば、６個のスイッチング素子をインバータ５０が備える場合、ＰＷＭコントローラ６９は、６個のスイッチング素子をスイッチングさせるための６つのゲート制御信号をインバータ５０に供給する。
【0029】
【0030】
界磁弱め制御部６２は、例えば、記憶部６２１と、電流値取得部６２２と、回転速度取得部６２３と、温度検出値取得部６２４と、判定部６２５と、キャリア周波数制御部６２６とを備える。
【0031】
記憶部６２１は、例えば、電流値取得部６２２によって検出された負荷電流に基づいた電流値I_fbkのデータ、回転速度取得部６２３によって生成された回転速度ω_fbkのデータ、温度検出値取得部６２４によって生成された検出温度T_fbkのデータ、界磁弱め制御と電流補正処理のためのプログラム、判定用の閾値（変数）などのデータを格納する。記憶部６２１は、上記の検出結果に基づいた各データを、時系列データとして格納する。上記の各情報の詳細は後述する。
【0032】
電流値取得部６２２、回転速度取得部６２３、判定部６２５、キャリア周波数制御部６２６、及びフラグデータ生成制御部６２７のそれぞれは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２０などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。記憶部６２１は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、又はＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。
【0033】
電流値取得部６２２は、検出電流処理部６５から電流値I_fbkを取得し、取得した電流値I_fbkのデータを記憶部６２１に時系列データとして追加する。
【0034】
回転速度取得部６２３は、検出速度処理部６１から回転速度ω_fbkを取得し、取得した回転速度ω_fbkのデータを記憶部６２１に時系列データとして追加する。
温度検出値取得部６２４は、温度検出部８０から検出温度T_fbkを取得し、取得した検出温度T_fbkのデータを記憶部６２１に時系列データとして追加する。
温度検出値取得部６２４は、温度検出部８０から検出温度T_fbkを取得し、取得した検出温度T_fbkのデータを記憶部６２１に時系列データとして追加する。
【0035】
判定部６２５は、回転速度取得部６２３によって取得された回転速度ω_fbkを、予め規定された閾値（回転速度閾値ωTH）に基づいて判定する。例えば、上記の回転速度閾値ωTHは、ベース速度に相当する大きさに設定されているとよい。ベース速度に相当する大きさとは、ベース速度を基準にして予め定められた速度範囲内にあることを言う。
なお、判定部６２５は、回転速度ω_fbkの他に、電流値I_fbkと検出温度T_fbkの何れかを組み合わせて判定してもよい。これについては後述する。
なお、判定部６２５は、回転速度ω_fbkの他に、電流値I_fbkと検出温度T_fbkの何れかを組み合わせて判定してもよい。これについては後述する。
【0036】
キャリア周波数制御部６２６は、判定部６２５による判定の結果を、ＰＷＭコントローラ６９に出力する。例えば、判定部６２５によって、回転速度ω_fbkが予め規定された閾値未満であることが検出されると、キャリア周波数制御部６２６は、これに応じてキャリア周波数を調整するための信号を生成する。
【0037】
このように構成された界磁弱め制御部６２は、その制御によって、本来の界磁弱め制御を実施するとともに、キャリア周波数を調整するようにした。
【0038】
【0039】
図３に示すグラフは、電動機３の回転速度ωに対する端子電圧Ｖと電流Ｉとの関係を示す。
電動機３の回転速度ωが、停止状態の０から、所謂ベース速度を過ぎて所謂トップ速度までの範囲の端子電圧Ｖと電流Ｉの関係の一例を示す。回転速度ωがベース速度以上の領域では、弱め界磁制御を実施する。回転速度ωが０からベース速度までの領域では、端子電圧Ｖを回転速度ωに対応させて単調に上昇させる。ベース速度を超えた範囲になる弱め界磁制御の領域（弱め界磁領域という。）では、端子電圧Ｖを一定にして、電動機３に流れる電流のうち主電流成分を低減させることで、電動機３の出力容量が一定になるように制御する。
電動機３の回転速度ωが、停止状態の０から、所謂ベース速度を過ぎて所謂トップ速度までの範囲の端子電圧Ｖと電流Ｉの関係の一例を示す。回転速度ωがベース速度以上の領域では、弱め界磁制御を実施する。回転速度ωが０からベース速度までの領域では、端子電圧Ｖを回転速度ωに対応させて単調に上昇させる。ベース速度を超えた範囲になる弱め界磁制御の領域（弱め界磁領域という。）では、端子電圧Ｖを一定にして、電動機３に流れる電流のうち主電流成分を低減させることで、電動機３の出力容量が一定になるように制御する。
【0040】
なお、この制御系の電気回路には、平滑コンデンサ３０などの容量成分と、電動機３の巻線、直流母線、交流母線などのインダクタンス成分とが含まれている。
スイッチング素子５０Ｓのスイッチング等により、この電気回路に共振が生じることがある。この場合に、電動機３を制御している状況で、この電気回路に共振が生じて、この共振による共振電流が加算された電流が流れる。
つまり、コンデンサに流れる電流（コンデンサ電流という。）は、本来の負荷電流に、共振電流分が重畳した大きさになる。
弱め界磁領域については、制御部６０によって、弱め界磁制御によって主電流が制限される。これによって、弱め界磁領域の主電流が、弱め界磁制御の非適用領域の主電流よりも小さくなることが見込まれる。弱め界磁領域における主電流が制限されている分、領域内のコンデンサ電流も低減することが見込まれる。その一方で、共振電流は、スイッチング素子５０Ｓのスイッチング周波数に応じて発生して、その大きさが電気回路の定数により決まるので、制御により設定する出力電流の大きさに応じて変化しない。
スイッチング素子５０Ｓのスイッチング等により、この電気回路に共振が生じることがある。この場合に、電動機３を制御している状況で、この電気回路に共振が生じて、この共振による共振電流が加算された電流が流れる。
つまり、コンデンサに流れる電流（コンデンサ電流という。）は、本来の負荷電流に、共振電流分が重畳した大きさになる。
弱め界磁領域については、制御部６０によって、弱め界磁制御によって主電流が制限される。これによって、弱め界磁領域の主電流が、弱め界磁制御の非適用領域の主電流よりも小さくなることが見込まれる。弱め界磁領域における主電流が制限されている分、領域内のコンデンサ電流も低減することが見込まれる。その一方で、共振電流は、スイッチング素子５０Ｓのスイッチング周波数に応じて発生して、その大きさが電気回路の定数により決まるので、制御により設定する出力電流の大きさに応じて変化しない。
【0041】
一般的に、電動機３の高速回転時の制御に応答性を高めるためには、ＰＷＭ制御のキャリア周波数をより高くする方が望ましく、そのキャリア周波数を高めるとスイッチング素子５０Ｓのスイッチング損失は大きくなる傾向にある。
【0042】
弱め界磁制御が有効化される速さで電動機３を駆動する場合には、制御部６０による弱め界磁制御によって電流が制限されて、スイッチング素子５０Ｓのスイッチング損失が制限されることが見込まれる。これに対し、弱め界磁制御が有効にならない速さで電動機３を駆動すると、これによる電流の制限が見込めない。
【0043】
そこで、本実施形態では、以下の観点に着目して、このような事象に対処する。
低速回転時における電動機３の応答性に対する要求は、高速回転時（弱め界磁領域内）に比べて高くない。そのため、低速回転時であれば、キャリア周波数を比較的低めの周波数に抑えて設定しても、電動機３の応答性に関する支障は生じない。
低速回転時における電動機３の応答性に対する要求は、高速回転時（弱め界磁領域内）に比べて高くない。そのため、低速回転時であれば、キャリア周波数を比較的低めの周波数に抑えて設定しても、電動機３の応答性に関する支障は生じない。
【0044】
なお、弱め界磁領域外である場合の電流（電流値Idq_fbk）は、弱め界磁領域内の場合に比べて大きくなる。そこで、弱め界磁領域外である場合の電流（電流値Idq_fbk）を、以下に示す方法によって低くするとよい。
【0045】
一例として示した、ドライブシステム１における電気回路が、図４に示すような共振特性を持っていたと仮定する。図４は、実施形態の一例の電気回路の共振特性を説明するための図。この図４に示すように、この電気回路は２つの共振点を持つ。各共振点に対応する周波数を共振周波数fr1、fr2と呼ぶ。共振周波数fr1は、共振周波数fr2よりも低い周波数である。
【0046】
制御部６０によるＰＷＭ制御のキャリア周波数として、キャリア周波数fc1を主たるキャリア周波数として利用すると仮定する。
この図に示すように、第１の共振点に係る共振周波数fr1とキャリア周波数fc1との関係は、互いの周波数が比較的近いと判断可能な範囲内である。
この図に示すように、第１の共振点に係る共振周波数fr1とキャリア周波数fc1との関係は、互いの周波数が比較的近いと判断可能な範囲内である。
【0047】
このように共振周波数fr1とキャリア周波数fc1とが上記の関係にある場合、キャリア周波数を低めの周波数のキャリア周波数fc2に設定しなおすことで、この電気回路のインピーダンスを高めて、電流を少なくするとよい。
【0048】
図５は、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
電動機３の回転速度ω_fbkを利用して説明する。
その回転速度ω_fbkを判定するための閾値を、回転速度閾値ω_thと定める。
図６Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の２つに分割される。
第１状態：回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：回転速度ω_fbkがベース速度以上
電動機３の回転速度ω_fbkを利用して説明する。
その回転速度ω_fbkを判定するための閾値を、回転速度閾値ω_thと定める。
図６Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の２つに分割される。
第１状態：回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：回転速度ω_fbkがベース速度以上
【0049】
各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機３に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図５に示す。
【0050】
例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第１状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にして、第２状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。
【0051】
上記のとおり、本実施形態のドライブシステム１の平滑コンデンサ３０は、直流母線に接続され、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。インバータ５０は、スイッチング素子５０Ｓを含み、スイッチング素子５０Ｓのスイッチングにより直流母線の直流電力を交流電力に変換して、交流母線を介して交流電力を電動機３に供給する。制御部６０は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いてスイッチング素子５０Ｓを駆動させる。互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、平滑コンデンサ３０と、インバータ５０と、交流母線を介して接続される電動機３とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。制御部６０は、第１の周波数に対応する周期で得られるパルス信号を用いる。これにより、電気回路の共振電流を低減させるように電動機３を駆動することができる。
【0052】
なお、制御部６０は、電動機３に対する弱め界磁制御の適否を分ける基準速度よりも低速で電動機３が駆動されている場合に、互いに異なる複数の周波数のうち共振周波数との差がより小さな第２の周波数に代えて共振周波数との差がより大きな前記第１の周波数をスイッチング素子５０Ｓの駆動に用いるとよい。
【0053】
また、制御部６０は、基準速度よりも低速で前記電動機が駆動されている場合に、第２の周波数よりも低い周波数になる第１の周波数をスイッチング素子５０Ｓの駆動に用いるとよい。
【0054】
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態の変形例について説明する。
第１の実施形態に示した事例は、回転速度ω_fbkがベース速度未満の場合に、キャリア周波数を下げて、電気回路の共振周波数fr1から遠ざける方法を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、キャリア周波数を上げて電気回路の共振周波数から遠ざける方法について説明する。
第１の実施形態の変形例について説明する。
第１の実施形態に示した事例は、回転速度ω_fbkがベース速度未満の場合に、キャリア周波数を下げて、電気回路の共振周波数fr1から遠ざける方法を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、キャリア周波数を上げて電気回路の共振周波数から遠ざける方法について説明する。
【0055】
上記のように、ベース速度以上で実施する界磁弱め制御の効果によって、電動機３に流れる電流を抑制しても、キャリア周波数が共振点に比較的近いとコンデンサ電流が過剰になることがある。このような場合には、ベース速度以上の場合のキャリア周波数をキャリア周波数fc2まで上げるとよい。
このようにキャリア周波数を調整することで、電動機３の回転速度ωの全範囲に渡って、キャリア周波数が共振周波数の帯域から外れて、平滑コンデンサ３０に流れる共振電流を減少させることができる。
このようにキャリア周波数を調整することで、電動機３の回転速度ωの全範囲に渡って、キャリア周波数が共振周波数の帯域から外れて、平滑コンデンサ３０に流れる共振電流を減少させることができる。
【0056】
なお、トップ速度では、界磁弱め制御により主電流が低減される分コンデンサ電流に裕度ができるため、特に支障が生じなければキャリア周波数fc1で運転してもよい。仮にキャリア周波数fc2まで移動させればコンデンサ電流を抑制することができる。
【0057】
（第２の実施形態）
図６Ａを参照して、第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、電動機３の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、さらに電動機３に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
図６Ａを参照して、第２の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、電動機３の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、さらに電動機３に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
【0058】
図６Ａは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
電動機３に流れる電流の検出値である電流値I_fbkを利用して説明する。
その電流の大きさを判定するための閾値を、電流閾値I_thと定める。
図６Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の４つに分割される。
第１状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第３状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第４状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
電動機３に流れる電流の検出値である電流値I_fbkを利用して説明する。
その電流の大きさを判定するための閾値を、電流閾値I_thと定める。
図６Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の４つに分割される。
第１状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第３状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第４状態：電流値I_fbkが電流閾値I_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
【0059】
各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機３に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図６Ａに示す。
【0060】
例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第１状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc2にして、第２状態、第３状態及び第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。
【0061】
このようにＰＷＭ制御のキャリア周波数を調整することで、電気回路の共振時の電流が過度に大きくなることを抑制することができる。
【0062】
（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の変形例について説明する。
第２の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、電流値I_fbkの大きさによらず、キャリア周波数fc1を利用する場合を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、電流値I_fbkの大きさによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
第２の実施形態の変形例について説明する。
第２の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、電流値I_fbkの大きさによらず、キャリア周波数fc1を利用する場合を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、電流値I_fbkの大きさによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
【0063】
図６Ｂは、実施形態の変形例のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
例えば、同様に平滑コンデンサ３０に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第１状態及び第３状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第２状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
例えば、同様に平滑コンデンサ３０に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第１状態及び第３状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第２状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
【0064】
このように、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、電流値I_fbkの大きさによって、キャリア周波数を決定することにより、電動機３の回転速度の全領域に渡って、電流値I_fbkの大きさを用いた制御が可能になる。
【0065】
（第３の実施形態）
図７Ａを参照して、第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、電動機３の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。第２の実施形態では、さらに電動機３に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、第１の実施形態の条件に、さらに温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
図７Ａを参照して、第３の実施形態について説明する。
第１の実施形態では、電動機３の回転速度に基づいてキャリア周波数を調整する事例について説明した。第２の実施形態では、さらに電動機３に流れる電流の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明した。本実施形態では、第１の実施形態の条件に、さらに温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
【0066】
図７Ａは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
温度の検出値である検出温度T_fbkを利用して説明する。ここで例示する温度は、例えば平滑コンデンサ３０又は直流母線の温度のことである。
その温度の高さを判定するための閾値を、温度閾値T_thと定める。
図７Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の４つに分割される。
第１状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第３状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第４状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
温度の検出値である検出温度T_fbkを利用して説明する。ここで例示する温度は、例えば平滑コンデンサ３０又は直流母線の温度のことである。
その温度の高さを判定するための閾値を、温度閾値T_thと定める。
図７Ａに示すように、電動機３の制御に係る状態が以下の４つに分割される。
第１状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第２状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度未満
第３状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th未満、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
第４状態：検出温度T_fbkが温度閾値T_th以上、かつ回転速度ω_fbkがベース速度以上
【0067】
各状態に基づいて夫々に適したキャリア周波数を選択することで、電動機３に流れる電流の大きさを調整するとよい。この一例を図７Ａに示す。
【0068】
例えば、コンデンサに流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第１状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc2にして、第２状態、第３状態及び第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にするとよい。
【0069】
このようにＰＷＭ制御のキャリア周波数を調整することで、電気回路の共振時の電流が過度に大きくなることを抑制することができる。
【0070】
（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態の変形例について説明する。
第３の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、検出温度T_fbkの高さによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
第３の実施形態の変形例について説明する。
第３の実施形態において、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合には、温度の検出値を用いて、キャリア周波数を調整する事例を例示した。本変形例では、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、検出温度T_fbkの高さによって、キャリア周波数を調整する事例について説明する。
【0071】
図７Ｂは、実施形態のキャリア周波数の切替制御を説明するための図である。
例えば、同様に平滑コンデンサ３０に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第１状態及び第３状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第２状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
例えば、同様に平滑コンデンサ３０に流れる電流を抑えることを目的にする場合には、第４状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にする。なお、第１状態及び第３状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc1にして、第２状態のキャリア周波数をキャリア周波数fc3にすることは、前述したとおりである。
【0072】
このように、回転速度ω_fbkがベース速度以上の場合に、検出温度T_fbkの高さによって、キャリア周波数を決定することにより、電動機３の回転速度の全領域に渡って、検出温度T_fbkの高さを用いた制御が可能になる。
【0073】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ドライブシステムは、平滑コンデンサと、インバータと、制御部とを備える。前記平滑コンデンサは、電力が供給される直流母線の極の電圧を平滑化する。前記インバータは、スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより前記直流母線の直流電力を交流電力に変換し、交流母線を介して前記交流電力を電動機に供給する。前記制御部は、互いに異なる複数の周波数のうちの所定の周期で制御量を変換して得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子を駆動させる。前記互いに異なる複数の周波数のうちの第１の周波数が、前記平滑コンデンサと、前記インバータと、前記交流母線を介して接続される電動機とを含む電気回路の共振周波数を避けるように決定されている。前記制御部は、前記第１の周波数に対応する周期で得られる前記パルス信号を用いる。これにより、電気回路の共振電流を低減させるように電動機３を駆動することができる。
【0074】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0075】
１…ドライブシステム
２…電力変換装置
３…電動機
３０…平滑コンデンサ
５０…インバータ
６０…制御部
６１…検出速度処理部
６２…界磁弱め制御部
６３…ＰＷＭキャリア生成部
６４…速度制御部
６５…検出電流処理部
６７…電流制御部
６８…逆座標変換部
６９…ＰＷＭコントローラ
７０…電流検出器
８０…温度検出部
６２１…記憶部
６２２…電流値取得部
６２３…回転速度取得部
６２４…温度検出値取得部
６２５…判定部
６２６…キャリア周波数制御部
２…電力変換装置
３…電動機
３０…平滑コンデンサ
５０…インバータ
６０…制御部
６１…検出速度処理部
６２…界磁弱め制御部
６３…ＰＷＭキャリア生成部
６４…速度制御部
６５…検出電流処理部
６７…電流制御部
６８…逆座標変換部
６９…ＰＷＭコントローラ
７０…電流検出器
８０…温度検出部
６２１…記憶部
６２２…電流値取得部
６２３…回転速度取得部
６２４…温度検出値取得部
６２５…判定部
６２６…キャリア周波数制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】