CN112840556B - 电动机控制装置及电动车辆系统 - Google Patents

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Abstract

随机值积算部(175)根据随机值生成部(174)的输出与扩散宽度生成部(173)的输出的积，在从扩散宽度生成部(173)输出的扩散宽度Rand内，输出从随机值生成部(174)输出的随机值。三角波信号生成部(176)生成与第2载波频率(fc2)对应的三角波信号，该第2载波频率(fc2)是在作为载波频率设定部(171)的输出的第1载波频率(fc1)上加上从随机值积算部(175)输出的随机值而得到的。即，扩大第1载波频率(fc1)的扩散宽度作为第2载波频率(fc2)，将其用作载波频率。

Description

电动机控制装置及电动车辆系统
技术领域
本发明涉及电动机控制装置及电动车辆系统。
背景技术
一般在驱动电动机时，使用具备将直流电压变换为任意的频率和电压的逆变器的电动机控制装置。电动机控制装置通过对构成逆变器的开关元件进行脉冲宽度调制控制(PWM控制)，来控制对电动机的施加电压和频率，从而对电动机进行可变速驱动。
近年来，由于SiC半导体、GaN半导体等高速开关元件的普及，逆变器的载波频率有增加的倾向。另一方面，在电动机的转速增加、载波频率与电动机的电角频率的比率变小时，产生低频的差拍电流。
在专利文献1中记载了通过PLL(PhaseLockedLoop：锁相环)处理来推定逆变器的输出电流中的电流差拍分量的频率、相位、振幅，并基于推定出的频率、相位、振幅来校正对逆变器的电压指令，由此降低电流差拍分量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-17817号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的技术中，无法抑制在载波频率与电动机的电角频率的比率变小时产生的差拍电流。
解决问题的技术手段
本发明的电动机控制装置具备：逆变器，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机；以及控制部，其根据载波频率向所述逆变器输出PWM信号,其中，在预先设定的第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率为第1规定值以下的情况下，所述控制部以所述第1载波频率为中心，随机地变更所述载波频率。
本发明的电动机控制装置具备：逆变器，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机；以及控制部，其根据载波频率向所述逆变器输出PWM信号,其中，在预先设定的第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率为第1规定值以下、所述直流电压与所述交流电压的比率为第2规定值以上的情况下，所述控制部以所述第1载波频率为中心，随机地变更所述载波频率。
本发明的电动车辆系统具备电动机控制装置和由所述电动机控制装置驱动控制的电动机。
发明的效果
根据本发明，能够抑制在载波频率与电动机的电角频率的比率变小时产生的差拍电流。
附图说明
图1是电动机控制装置的方框构成图。
图2是控制部的构成图。
图3是三角波生成部的构成图。
图4是表示随机值生成部的输出例的图。
图5的(A)是表示载波频率和电动机的电角频率的比率与差拍电流的关系的图，(B)是表示载波频率和电动机的电角频率的比率与扩散宽度的关系的图。
图6是扩散宽度生成部的构成图。
图7的(A)、(B)是说明载波频率的扩散的图。
图8是第2实施方式中的三角波生成部的构成图。
图9的(A)、(B)、(C)、(D)是表示载波三角波和电压指令、UV相间的线间电压的图。
图10是表示更新周期1/fc1时的电压指令的更新时刻的图。
图11是表示更新周期1/(2fc1)时的电压指令的更新时刻的图。
图12是表示在“波峰”的更新时刻更新了电压指令时的fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。
图13是表示在“波峰”的更新时刻更新了电压指令时的2fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。
图14是表示在“波峰波谷”的更新时刻更新了电压指令时的2fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。
图15是第2实施例中的扩散宽度生成部的构成图。
图16是表示应用了电动机控制装置的电动车辆系统的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，参照图1～图7对第1实施方式进行说明。
图1是本实施方式中的电动机控制装置100的方框构成图。电动机控制装置100具备控制部1、电动机2、以及逆变器3。
从外部的控制装置向控制部1输入转矩指令T*。另外，从电动机2的旋转位置传感器4经由旋转位置检测器41输入旋转位置θ。进而，从电流检测电路7输入作为三相交流电流的U相交流电流Iu、V相交流电流Iv和W相交流电流Iw。控制部1根据这些值生成PWM信号并输出。
电动机2是通过三相交流电压的供给而被旋转驱动的三相同步电动机。在电动机2上安装有旋转位置传感器4，用于与电动机2的感应电压的相位一致地控制三相交流的施加电压的相位。旋转位置传感器4的信号被输入到旋转位置检测器41，由旋转位置检测器41检测旋转位置θ，旋转位置θ被输入到控制部1。在此，旋转位置传感器4更优选由铁心和绕组构成的旋转变压器，但也可以是GMR传感器等磁阻元件或使用霍尔元件的传感器。另外，也可以使用电动机2的三相电流或三相电压来推定旋转位置θ。
逆变器3具备逆变电路31、PWM信号驱动电路32、以及平滑电容器33。逆变电路31使用开关元件相互变换直流电压和交流电压。PWM信号驱动电路32向逆变电路31输出PWM信号来驱动开关元件。平滑电容器33使直流电力平滑化。
高压电池5是电动机控制装置100的直流电压源。高压电池5的直流电压VB通过逆变器3被变换为可变电压以及可变频率的脉冲状的三相交流电压，并被施加给电动机2。
电流检测电路7检测对电动机2通电的三相交流电流即U相交流电流Iu、V相交流电流Iv和W相交流电流Iw。在此，示出了具备3个电流检测器的例子，但也可以将电流检测器设为两个，根据三相电流之和为零来计算剩余的一相。另外，也可以将流入逆变器3的脉冲状的直流母线电流作为插入平滑电容器33和逆变器3之间的分流电阻Rsh的两端的电压(电流检测值Idc)进行检测，根据施加电压将直流电流再现为三相电流。
图2是控制部1的构成图。
如图2所示，控制部1具备电流指令生成部11、三相/dq变换部12、电流控制部13、电压指令生成部14、门信号生成部15、速度计算部16、以及三角波生成部17。控制部1对应于检测出的U相交流电流Iu、V相交流电流Iv、W相交流电流Iw和输入的转矩指令T*，输出UVW变换后的三相电压指令值，驱动逆变器3的逆变电路31。
电流指令生成部11基于转矩指令T*和电源电压E，使用d轴电流值Id、q轴电流值Iq和电动机转矩的关系式或映射，决定d轴电流指令Id*和q轴电流指令Iq*。
三相/dq变换部12运算根据U相交流电流Iu、V相交流电流Iv、W相交流电流Iw和旋转位置θ进行dq变换而得到的d轴电流值Id和q轴电流值Iq。
在电流控制部13中，运算d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*，以使d轴电流值Id和q轴电流值Iq与根据目标转矩生成的d轴电流指令Id*和q轴电流指令Iq*分别一致。
电压指令生成部14运算根据d轴电压指令Vd*、q轴电压指令Vq*和旋转位置θ进行UVW变换而得到的三相电压指令值即U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*、W相电压指令值Vw*，输出对三相电压指令值进行脉冲宽度调制而得到的PWM信号。
速度计算部16根据旋转位置θ的时间变化来计算电动机旋转频率fr，并输出到三角波生成部17。三角波生成部17根据电动机旋转频率fr和电动机2的转矩指令T*，生成规定的载波频率的三角波信号(载波信号)Tr。
门信号生成部15比较作为电压指令生成部14的输出的U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*、W相电压指令值Vw*、和作为三角波生成部17的输出的规定的载波频率的三角波信号Tr，生成脉冲状的电压。即，生成逆变电路31的上侧臂的门信号Gup、Gvp、Gwp和逆变电路31的下侧臂门信号Gun、Gvn、Gwn。这些门信号作为PWM信号被输出到逆变器3。
图3是三角波生成部17的构成图。
三角波生成部17由载波频率设定部171、比率运算部172、扩散宽度生成部173、随机值生成部174、随机值积算部175、三角波信号生成部176进行构成。
载波频率设定部171根据作为速度计算部16的输出的电动机旋转频率fr和电动机2的转矩指令T*，生成第1载波频率fc1。第1载波频率被设定为避免逆变器的发热引起的破坏保护、避免由配线或电容器生成的电共振、避免电动机2或逆变器3等机构共振引起的振动/噪音的恶化。
比率运算部172根据式(1)所示的数式进行运算，求出比率。即，将速度计算部16的输出即电动机旋转频率fr除以电动机2的极对数p，求出电动机2的电角频率f1，将第1载波频率fc1除以电角频率f1。
比率＝(第1载波频率fc1)/(fr/p)
＝(第1载波频率fc1)/(f1) …(1)
随机值生成部174以规定的时间输出随机的值。图4是表示随机值生成部174的输出例的图。如图4所示，根据随机表，每规定的时间内在最大值1和最小值-1之间反复输出1000个随机值。另外，也可以使微型计算机的存储器内具有图4所示的随机表，并参照该表进行输出。另外，也可以根据特定的随机函数的计算式随机地输出。随机函数可以是常时计算也可以是映射计算。
在从比率运算部172输入的比率、即第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率越接近第1常数3、9、15时，扩散宽度生成部173如后所述那样扩大扩散宽度Rand。
随机值积算部175根据随机值生成部174的输出与扩散宽度生成部173的输出的积，输出在从扩散宽度生成部173输出的扩散宽度Rand内随机变化的值。
三角波信号生成部176生成与第2载波频率fc2对应的三角波信号，该第2载波频率fc2是在作为载波频率设定部171的输出的第1载波频率fc1上加上从随机值积算部175输出的随机值而得到的。在本实施方式中，叙述了使用三角波信号的例子，但在使用锯齿波的情况下也同样能够实施。
接着，对差拍电压、电流进行叙述。在本实施方式中，以电动机2的各相的线间电压的有效值除以直流电压而得到的直流电压利用率为0.707以下(调制率为1.15以下)的情况为对象。此时，如果第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率小于20，则容易产生差拍电压、差拍电流，在第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率接近3*(2*n-1)(n为自然数)时，差拍电压、电流急剧增大。
图5的(A)是表示第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率与差拍电流的关系的图，横轴表示比率，纵轴表示差拍电流。如图5的(A)的实线所示，以比率为3、9、15的情况为中心，差拍电流变大。另外，图5的(A)的虚线是应用了本实施方式的情况的例子，能够抑制差拍电流。
另外，图5的(B)是表示第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率与扩散宽度的关系的图，横轴表示比率，纵轴表示扩散宽度。图5的(B)所示的扩散宽度是从扩散宽度生成部173输出的扩散宽度的大小。如图5的(B)所示，在本实施方式中，通过以比率为3、9、15的情况为中心增大扩散宽度，如图5的(A)的虚线所示，能够抑制差拍电流。即，在本实施方式中，扩散宽度生成部173在第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率接近第1常数3、9、15时，如图5的(B)所示，与比率和第1常数之差的绝对值成反比例地扩大扩散宽度。
图6是扩散宽度生成部173的详细构成图。
如图6所示，3个第1常数存储部1731分别存储作为第1常数的3个常数3、9、15。3个加减运算部1732分别进行各常数与第1载波频率fc1和电动机2的电角频率f1的比率的加减运算。该加减运算结果分别经由绝对值输出部1733输入到最小值输出部1734。最小值输出部1734输出各常数与比率之差最小的值。然后，在比例部1735中对该值乘以增益，在乘除运算部1737中对作为固定值输出部1736的输出的1取倒数。由此，设定与第1常数与第1载波频率fc1和电动机2的电角频率f1的比率之差的绝对值成反比例的扩散宽度。比例部1735的增益能够以通过数值解析降低差拍电流的方式来确定，也能够以通过实验得到最大的效果的方式来确定。
图7是说明载波频率的扩散的图。图7的(C)是与图5的(B)同样的图。即，图7的(C)是表示第1载波频率fc1和电动机2的电角频率f1的比率与扩散宽度的关系的图，横轴表示比率，纵轴表示扩散宽度。图7的(A)表示图7的(C)的A点的载波频率和差拍电流的状态。图7的(B)表示图7的(C)的B点的载波频率和差拍电流的状态。
如图7的(C)所示，在A点，第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率接近作为第1常数之一的9。此时，如图7的(A)的下图的实线所示，差拍电流的频率为0Hz附近。因此，不能得到由电感引起的电流脉动的降低效果，所以差拍电流增大。在本实施方式中，如图7的(A)的上图所示，以第1载波频率fc1为中心扩大扩散宽度，使载波频率的值在第1载波频率fc1的前后大幅变化。由此，如图7的(A)的下图的虚线所示，能够扩散差拍电流的频率，降低差拍电流。即，扩大第1载波频率fc1的扩散宽度，作为第2载波频率fc2，将其作为逆变器3的载波频率使用。
另一方面，如图7的(C)所示，在B点，第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率偏离作为第1常数之一的9。此时，如图7的(B)的下图的实线所示，差拍电流的频率偏离0Hz。因此，能够得到由电感引起的电流脉动的降低效果，即使使扩散宽度比第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率接近第1常数时的扩散宽度小，差拍电流也降低。在本实施方式中，如图7的(B)的上图所示，将第1载波频率fc1的扩散宽度扩大一些。由此，如图7的(B)的下图的虚线所示，能够扩散由产生差拍的正弦波1周期的电压误差引起的差拍电流的频率。由此，在电动机2的全速区域中使差拍电流分散，谋求控制性的提高，并且能够降低低频的电磁噪声。
进而，根据第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率，在该比率为20以下的情况下，通过连续地变更扩散宽度，以第1载波频率fc1为中心，使第2载波频率fc2随机地变化。由此，在连续地变更电动机2的转速时，能够确保差拍电流的振幅的连续性。
另外，电动机控制装置100可以是电动机2和逆变器3一体化的电动机驱动系统，也可以是电动机2和逆变器3分离的系统。
[第2实施方式]
参照图8～图15说明第2实施方式。另外，本实施方式中的电动机控制装置100的方框构成图与第1实施方式所示的图1相同，因此省略图示和说明。进而，本实施方式中的控制部1的构成图除了三角波生成部17的构成之外，与第1实施方式所示的图2相同。在本实施方式中，主要说明该不同的部分。
图8是三角波生成部17’的构成图。三角波生成部17’由载波频率设定部171、比率运算部172、扩散宽度生成部177、随机值生成部174、随机值积算部175、三角波信号生成部176构成。三角波生成部17'与图3所示的第1实施方式中的三角波生成部17相比，扩散宽度生成部177的构成不同，但其他的构成相同，因此省略说明。稍后将参照图15描述扩散宽度生成部177的构成。
在第1实施方式中，叙述了将电动机2的各相的线间电压的有效值除以直流电压而得到的直流电压利用率、即直流电压与交流电压的比率为0.707以下(调制率为1.15以下)的情况。在本实施方式中，以直流电压利用率大于0.707(调制率大于1.15)的情况为对象。以下叙述此时的差拍电压/电流。在这种情况下，PWM信号比第1实施方式的情况进一步减少。
图9的(A)表示直流电压利用率为0.707时的规定载波频率的三角波信号(图中的虚线)和U相电压指令(图中的实线)，图9的(B)表示直流电压利用率为0.707时的UV相间的线间电压。图9的(C)表示直流电压利用率为0.748时的三角波信号(图中的虚线)和U相电压指令(图中的实线)，图9的(D)表示直流电压利用率为0.748时的UV相间的线间电压。
在直流电压利用率为0.707的情况下，如图9的(A)、(B)所示，即使在U相电压指令的峰值附近，UV相间的线间电压的脉冲也不会消失。但是，在直流电压利用率为0.748的情况下，如图9的(C)、(D)所示，在U相电压指令的峰值附近，UV相间的线间电压的脉冲消失。另外，作为使直流电压利用率提高而高输出化的控制，有矩形波控制，但存在因矩形波控制而微机的负荷增大的缺点。
另外，差拍电流根据电压指令的更新时刻而不同。以下，对电压指令的更新时刻进行说明。
图10是表示电压指令Vu的更新周期T1为1/fc1时的电压指令Vu和三角波信号Tr的图。在图10中，A部分的图是a部分的图的放大图。在图10中，电压指令Vu的更新时刻为三角波信号Tr的1周期(1/fc1)的1倍，三角波信号Tr的“波峰侧/波谷侧”以作为载波信号的三角波信号Tr的1周期连续出现。控制部1仅在载波信号的波峰侧或波谷侧更新对逆变器3的电压指令。以下将其简称为“波峰”的更新时刻。
图11是表示电压指令Vu的更新周期T1为1/(2fc1)时的电压指令Vu和三角波信号Tr的图。在图11中，B部分的图是b部分的图的放大图。在图11中，电压指令Vu的更新时刻为三角波信号Tr的1周期(1/fc1)的1/2倍，三角波信号Tr的“波峰侧”和“波谷侧”以作为载波信号的三角波信号Tr的1/2周期交替到来。控制部1在载波信号的波峰侧和波谷侧双方更新对逆变器3的电压指令。以下将其简称为“波峰波谷”的更新时刻。
图12的(A)～(D)是表示在“波峰”的更新时刻更新了电压指令时的fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。在各图中，横轴表示fc1/f1，纵轴表示差拍电流。图12的(A)是测量fc1-19f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。当fc1/f1增大时，差拍电流也增加，虽然省略了图示，但fc1/f1在18.5和19处增大。图12的(B)是测量fc1-17f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知在fc1/f1为17时差拍电流最大。图12的(C)是测量fc1-13f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知在fc1/f1为13时差拍电流最大。图12的(D)是测量fc1-11f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知在fc1/f1为11时差拍电流最大。
图13的(A)～(F)是表示在“波峰”的更新时刻更新了电压指令时的2fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。图13的(A)是测量2fc1-35f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知在fc1/f1为17.5时差拍电流最大。图13的(B)是测量2fc1-31f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为15.5时差拍电流最大。图13的(C)是测量2fc1-29f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为14.5时差拍电流最大。图13的(D)是测量2fc1-25f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为12.5时差拍电流最大。图13的(E)是测量2fc1-23f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为11.5时差拍电流最大。图13的(F)是测量2fc1-19f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为9.5时差拍电流最大。另外，虽然省略了图示，但2fc1-17f1的绝对值下的差拍电流在fc1/f1为8.5时差拍电流最大。
即，可知在“波峰”的更新时刻，当fc1/f1为8.5、9.5、11、11.5、12.5、13、14.5、15.5、17、17.5、18.5、19中的任一个时产生差拍电流。
图14是表示在“波峰波谷”的更新时刻更新电压指令时的2fc1周边的fc1/f1与差拍电流的关系的图。图14的(A)是测量2fc1-35f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为17.5时差拍电流最大。图14的(B)是测量2fc1-31f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为15.5时差拍电流最大。图14的(C)是测量2fc1-29f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为14.5时差拍电流最大。图14的(D)是测量2fc1-25f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为12.5时差拍电流最大。图14的(E)是测量2fc1-23f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为11.5时差拍电流最大。图14的(F)是测量2fc1-19f1的绝对值下的差拍电流的曲线图。可知fc1/f1为9.5时差拍电流最大。另外，虽然省略了图示，但2fc1-17f1的绝对值中的差拍电流在fc1/f1为8.5时差拍电流最大，2fc1-37f1的绝对值下的差拍电流在fc1/f1为18.5时差拍电流最大。
即，可知在“波峰波谷”的更新时刻，当fc1/f1为8.5、9.5、11.5、12.5、14.5、15.5、17.5、18.5中的任一个时产生差拍电流。
因此，在本实施方式中，根据电压指令的更新时刻，在载波频率fc1与电动机的电角频率f1的比率为预定的第1常数附近的情况下，使随机变更载波频率fc1的扩散宽度变化。
图15是本实施方式中的扩散宽度生成部177的详细的构成图。基于该扩散宽度生成部177，降低在“波峰波谷”的更新时刻更新电压指令时的差拍电流。
如图15所示，8个第1常数存储部1771分别存储作为第1常数的8个常数8.5、9.5、11.5、12.5、14.5、15.5、17.5、18.5。8个加减运算部1772分别进行各常数与第1载波频率fc1和电动机2的电角频率f1的比率的加减运算。该加减运算结果分别经由绝对值输出部1773输入到最小值输出部1774。另外，在图15中，分别图示了3个第1常数存储部1771、加减运算部1772、绝对值输出部1773，省略了其他5个。
最小值输出部1774输出各常数与比率之差最小的值。然后，在比例部1775中对该值乘以增益，在乘除运算部1777中对作为固定值输出部1776的输出的1取倒数。由此，设定与第1常数与第1载波频率fc1和电动机2的电角频率f1的比率之差的绝对值成反比例的扩散宽度。比例部1775的增益能够以通过数值解析降低差拍电流的方式来确定，也能够以通过实验得到最大的效果的方式来确定。
以下，参照图8进行说明，随机值生成部174根据随机函数或随机表输出随机的值。随机值积算部175根据随机值生成部174的输出与扩散宽度生成部177的输出的积，在从扩散宽度生成部177输出的扩散宽度Rand内，输出从随机值生成部174输出的随机值。三角波信号生成部176生成与第2载波频率fc2对应的三角波信号，该第2载波频率fc2是在作为载波频率设定部171的输出的第1载波频率fc1上加上从随机值积算部175输出的随机值而得到的。
另外，为了降低在“波峰”的更新时刻更新电压指令时的差拍电流，在图15中，在12个第1常数存储部1771中分别存储作为第1常数的12个常数8.5、9.5、11、11.5、12.5、13、14.5、15.5、17、17.5、18.5、19。基于该扩散宽度生成部177，能够降低在“波峰”的更新时刻更新电压指令时的差拍电流。
进而，在电动机2的转速接近差拍电流的频率和电动机、逆变器等机构的共振频率的情况下，也可以使载波频率的扩散宽度比本实施方式所示的扩散宽度增加，降低差拍电流。即，在由载波频率fc1与电动机的电角频率f1的比率决定的频率的绝对值处于电动机控制装置与机构的共振频率附近的情况下，控制部1扩大扩散宽度。由此，能够避免与机构的共振，能够提供在马达2的整个速度区域内低振动、低噪音的马达控制装置。
另外，电动机控制装置100可以是电动机2和逆变器3一体化的电动机驱动系统，也可以是电动机2和逆变器3分离的系统。
[第三实施方式]
图16是表示应用了第1或第2实施方式的电动机控制装置100的电动车辆系统的图。在图16中，以将电动机2用作电动机/发电机的混合动力汽车为例进行说明。
在图16所示的电动车辆系统中，在车体700内具备电动机控制装置100。在车身700的前部可旋转地轴支承有前轮车轴701，在前轮车轴701的两端设有前轮702、703。在车体700的后部可旋转地轴支承有后轮车轴704，在后轮车轴704的两端设有后轮705、706。
在前轮车轴701的中央部设有作为动力分配机构的差速齿轮711，将从发动机710经由变速器712传递的旋转驱动力分配给左右的前轮车轴701。
在发动机710和电动机2中，设置在发动机710的曲轴上的带轮710a和设置在电动机2的旋转轴上的带轮720a通过皮带730机械连接。
由此，电动机2的旋转驱动力被传递到发动机710，发动机710的旋转驱动力被传递到电动机2。电动机2通过向定子的定子线圈供给由控制部1和逆变器3控制的三相交流电，转子旋转而产生与三相交流电力对应的旋转驱动力。
即，电动机2由控制部1和逆变器3控制而作为电动机工作，另一方面，通过接受发动机710的旋转驱动力使转子旋转，在定子的定子线圈中感应电动势，作为产生三相交流电的发电机工作。
逆变器3是将从作为高电压(42V或300V)系电源的高压电池5供给的直流电力变换为三相交流电力的电力变换装置，按照运转指令值，控制与转子的磁极位置对应的、流过电动机2的定子线圈的三相交流电流。
由电动机2发电产生的三相交流电力由逆变器3转换成直流电力，对高压电池5进行充电。高压电池5经由DC-DC转换器724与低压电池723电连接。低压电池723构成汽车的低电压(14V)系电源，用于使发动机710初始起动(冷起动)的起动器725、收音机、灯等电源。
在车辆处于等待信号等停车时(怠速停止模式)时，使发动机710停止，在再发车时再起动(热起动)发动机710时，用逆变器3驱动电动机2，再起动发动机710。另外，在怠速停止模式中，在高压电池5的充电量不足的情况下、发动机710未充分升温的情况下等，不停止发动机710而继续驱动。另外，在怠速停止模式中，需要确保空调的压缩机等以发动机710为驱动源的辅机类的驱动源。此时，驱动电动机2来驱动辅机类。
在加速模式时或处于高负荷运转模式时，也使电动机2驱动而辅助发动机710的驱动。相反，当处于需要对高压电池5进行充电的充电模式时，通过发动机710使电动机2发电来对高压电池5进行充电。即，在车辆的制动时或减速时等成为再生模式。
在使用了第1或第2实施方式的电动机控制装置100的电动车辆系统中，能够减轻控制部(微机)的运算负荷，并且抑制差拍电流的产生。因此，电磁噪音被降低，所以能够削减粘贴在车身上的防振材料、防音材料、隔音材料等。另外，通过削减这些材料，能够谋求车辆的轻量化，提高燃料消耗率。
在本实施方式中，对将第1或第2电动机控制装置100应用于混合动力汽车的情况进行了说明，但在电动汽车中也能够得到同样的效果。
根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)电动机控制装置100具有：逆变器3，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机2；以及控制部1，其根据载波频率向逆变器3输出PWM信号，在预先设定的第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率为第1规定值以下的情况下，控制部1以第1载波频率fc1为中心，随机地变更载波频率。由此，能够抑制在载波频率与电动机的电角频率的比率变小时产生的差拍电流。
(2)电动机控制装置100具有：逆变器3，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机2；以及控制部1，其根据载波频率向逆变器3输出PWM信号，在预先设定的第1载波频率fc1与电动机2的电角频率f1的比率为第1规定值以下、直流电压与交流电压的比率为第2规定值以上的情况下，控制部1以第1载波频率为中心，随机变更所述载波频率。由此，能够抑制在载波频率与电动机的电角频率的比率变小时产生的差拍电流。
本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。
符号说明
1…控制部、2…电动机、3…逆变器、4…旋转位置传感器、5…高压电池、6…电动机驱动装置、7…电流检测电路、11…电流指令生成部、12…三相/dq变换部、13…电流控制部、14…电压指令生成部、15…门信号生成部、16…速度计算部、17…三角波生成部、31…逆变电路、32…PWM信号驱动电路、33…平滑电容器、41…旋转位置检测器、171…载波频率设定部、172…比率运算部、173、177…扩散宽度生成部、174…随机值生成部、175…随机值积算部、176…三角波信号生成部、700…车体、701…前轮车轴、702…前轮、703…前轮、704…后轮车轴、705…后轮、706…后轮、710…发动机、710a…带轮、711…差速齿轮、712…变速器、720a…带轮、723…低压电池、724…DC-DC转换器、725…起动器、730…皮带、fr…电动机旋转频率、f1…电角频率、fc1…第1载波频率、fc2…第2载波频率、Rand…扩散宽度、Gup…上侧臂的U相门信号、Gvp…上侧臂的V相门信号、Gwp…上侧臂的W相门信号、Gun…下侧臂的U相门信号、Gvn…下侧臂的V相门信号、Gwn…下侧臂的W相门信号、Id…d轴电流值、Idc…电流检测值、Id*…d轴电流指令、Iq…q轴电流值、Iq*…q轴电流指令、Iu…U相交流电流、Iv…V相交流电流、Iw…W相交流电流、Tr…三角波信号、Rsh…分流电阻、T*…转矩指令、VB…直流电压、Vd*…d轴电压指令、Vq*…q轴电压指令、Uu*…U相电压指令值、Vv*…V相电压指令值、Vw*…W相电压指令值、θ…旋转位置。

Claims (17)

1.一种电动机控制装置，具备：逆变器，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机；以及控制部，其根据载波频率向所述逆变器输出PWM信号,所述电动机控制装置的特征在于,
在预先设定的第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率为第1规定值以下的情况下，所述控制部以所述第1载波频率为中心，随机地变更所述载波频率，
在所述第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率在预定的第1常数附近的情况下，所述控制部使随机变更所述载波频率的扩散宽度变化。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部以与所述第1载波频率和所述电动机的电角频率的比率和所述第1常数之差的绝对值成反比例的方式设定所述扩散宽度。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述第1常数是3、9、15中的任一个。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述第1规定值为20。
5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部根据随机函数或随机表随机地变更所述载波频率。
6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于,
根据所述第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率连续地变更所述扩散宽度。
7.一种电动机控制装置，具备：逆变器，其将直流电压变换为三相交流电压来驱动电动机；以及控制部，其根据载波频率向所述逆变器输出PWM信号,所述电动机控制装置的特征在于,
在预先设定的第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率为第1规定值以下、所述直流电压与所述交流电压的比率为第2规定值以上的情况下，所述控制部以所述第1载波频率为中心，随机地变更所述载波频率，
在所述第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率在所述第1规定值以下的预先设定的第1常数附近的情况下，所述控制部使随机变更所述载波频率的扩散宽度变化。
8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部仅在具有所述载波频率的载波信号的波峰侧或波谷侧更新对所述逆变器的电压指令。
9.根据权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述预先设定的第1常数为8.5、9.5、11、11.5、12.5、13、14.5、15.5、17、17.5、18.5、19。
10.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部在具有所述载波频率的载波信号的波峰侧和波谷侧的双方更新对所述逆变器的电压指令。
11.根据权利要求10所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述预先设定的第1常数为8.5、9.5、11.5、12.5、14.5、15.5、17.5、18.5。
12.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部以与所述第1载波频率和所述电动机的电角频率的比率和所述第1常数之差的绝对值成反比例的方式设定所述扩散宽度。
13.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
在由所述第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率决定的频率的绝对值处于所述电动机控制装置与机构的共振频率附近的情况下，所述控制部扩大所述扩散宽度。
14.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述第1规定值为20，所述第2规定值为0.707。
15.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
所述控制部根据随机函数或随机表随机地变更所述载波频率。
16.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于,
根据所述第1载波频率与所述电动机的电角频率的比率连续地变更所述扩散宽度。
17.一种电动车辆系统，其特征在于，具备：
根据权利要求1～16中任一项所述的电动机控制装置；以及
由所述电动机控制装置驱动控制的所述电动机。
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