DE112019004389T5

DE112019004389T5 - Motorsteuervorrichtung und elektrofahrzeugsystem

Info

Publication number: DE112019004389T5
Application number: DE112019004389.7T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Hara; Midori Takaoka; Toshiyuki Ajima; Hirokazu Matsui; Akihiro Ashida
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-05-20
Also published as: CN112840556B; WO2020071081A1; US20210384859A1; CN112840556A; US11646690B2; JP7260275B2; JP2020058187A

Abstract

Eine Zufallswertintegrationseinheit 175 gibt einen Zufallswert, der von einer Zufallswerterzeugungseinheit 174 ausgegeben wird, in einer Streubreite Rand, die von einer Streubreitenerzeugungseinheit 173 ausgegeben wird, durch ein Produkt einer Ausgabe der Zufallswerterzeugungseinheit 174 und einer Ausgabe der Streubreitenerzeugungseinheit 173 aus. Eine Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit 176 erzeugt ein Dreiecksschwingungssignal, das einer zweiten Trägerfrequenz fc2 entspricht, die durch Addieren des Zufallswerts, der aus der Zufallswertintegrationseinheit 175 ausgegeben wird, zu einer ersten Trägerfrequenz fc1, die eine Ausgabe einer Trägerfrequenzeinstelleinheit 171 ist, erhalten wird. Das heißt, eine Frequenz, die durch Erhöhen der Streubreite der ersten Trägerfrequenz fc1 erhalten wird, wird als die zweite Trägerfrequenz fc2 verwendet und die zweite Trägerfrequenz wird als die Trägerfrequenz verwendet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung und ein Elektrofahrzeugsystem.
Technischer Hintergrund
Im Allgemeinen wird eine Motorsteuervorrichtung, die einen Wechselrichter enthält, der eine Gleichspannung in eine beliebige Frequenz und eine beliebige Spannung umwandelt, verwendet, um einen Motor anzutreiben. Die Motorsteuervorrichtung steuert die Spannung und die Frequenz, die an den Motor angelegt werden, durch Durchführen einer Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) eines Schaltelements, das den Wechselrichter bildet, wodurch der Motor mit einer veränderbaren Drehzahl angetrieben wird.
Da in den letzten Jahren Hochgeschwindigkeitsschaltelemente wie z. B. SiC-Halbleiter und GaN-Halbleiter eine große Verbreitung gefunden haben, tendiert eine Trägerfrequenz des Wechselrichters zu einer Zunahme. Andererseits wird ein tieffrequenter Schwebungsstrom erzeugt, wenn sich die Drehzahl des Motors erhöht und das Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors klein wird.
PTL 1 beschreibt, dass eine Stromschwebungskomponente durch Schätzen einer Frequenz, einer Phase und einer Amplitude der Stromschwebungskomponente in einem Ausgangsstrom eines Wechselrichters durch eine Phasenregelkreisverarbeitung (PLL-Verarbeitung) und ein Korrigieren einer Spannungsanweisung zum Wechselrichter auf der Grundlage der Schätzungen der Frequenz, der Phase und der Amplitude verringert wird.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2017-17817 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Technik, die in PTL 1 beschrieben wird, kann den Schwebungsstrom, der erzeugt wird, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors klein wird, nicht unterdrücken.
Lösung des Problems
Eine Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuervorrichtung, die einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt und einen Motor antreibt, und eine Steuereinheit, die ein PWM-Signal auf der Grundlage einer Trägerfrequenz zum Wechselrichter ausgibt, enthält. Wenn ein Verhältnis einer voreingestellten ersten Trägerfrequenz zu einer elektrischen Kreisfrequenz des Motors gleich oder kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist, ändert die Steuereinheit die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz zufällig.
Eine Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Motorsteuervorrichtung, die einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt und einen Motor antreibt, und eine Steuereinheit, die ein PWM-Signal auf der Grundlage einer Trägerfrequenz zum Wechselrichter ausgibt, enthält. Wenn ein Verhältnis eines voreingestellten ersten Trägers zu einer elektrischen Kreisfrequenz des Motors gleich oder kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist und ein Verhältnis der Wechselspannung zur Gleichspannung gleich oder größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist, ändert die Steuereinheit die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz zufällig.
Ein Elektrofahrzeugsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Motorsteuervorrichtung und einen Motor, der durch die Motorsteuervorrichtung derart gesteuert wird, dass er angetrieben wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Schwebungsstrom, der erzeugt wird, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors klein wird, zu unterdrücken.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Konfigurationsblockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung.
[2] 2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Steuereinheit.
[3] 3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Dreiecksschwingungserzeugungseinheit.
[4] 4 ist ein Diagramm, das ein Ausgabebeispiel einer Zufallswerterzeugungseinheit veranschaulicht.
[5] 5(A) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Trägerfrequenz zu einer elektrischen Kreisfrequenz eines Motors und einem Schwebungsstrom veranschaulicht.
[5] 5(B) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors und einer Streubreite veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Streubreitenerzeugungseinheit.
[7] 7(A) und 7(B) sind Diagramme, die eine Streuung einer Trägerfrequenz veranschaulichen.
[8] 8 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Dreiecksschwingungserzeugungseinheit in einer zweiten Ausführungsform.
[9] 9(A), 9(B), 9(C) und 9(D) sind Diagramme, die eine Trägerdreiecksschwingung, eine Spannungsanweisung und eine Leitungsspannung zwischen einer U-Phase und einer V-Phase veranschaulichen.
[10] 10 ist ein Diagramm, das einen Aktualisierungszeitpunkt einer Spannungsanweisung veranschaulicht, wenn ein Aktualisierungszyklus 1/fc1 ist.
[11] 11 ist ein Diagramm, das einen Aktualisierungszeitpunkt einer Spannungsanweisung veranschaulicht, wenn ein Aktualisierungszyklus 1/(2fc1) ist.
[12] 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen fc1/f1 und einem Schwebungsstrom in der Nähe von fc1 veranschaulicht, wenn eine Spannungsanweisung zu einem Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird.
[13] 13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen fc1/f1 und einem Schwebungsstrom in der Nähe von 2fc1 veranschaulicht, wenn eine Spannungsanweisung zu einem Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird.
[14] 14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen fc1/f1 und einem Schwebungsstrom in der Nähe von 2fc1 veranschaulicht, wenn eine Spannungsanweisung zu einem Aktualisierungszeitpunkt „Spitze und Tal“ aktualisiert wird.
[15] 15 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Streubreitenerzeugungseinheit in der zweiten Ausführungsform.
[16] 16 ist ein Diagramm, das ein Elektrofahrzeugsystem veranschaulicht, auf das die Motorsteuervorrichtung angewendet wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben.
1 ist ein Konfigurationsblockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Motorsteuervorrichtung 100 enthält eine Steuereinheit 1, einen Motor 2 und einen Wechselrichter 3.
Eine Drehmomentanweisung T* wird von einer externen Steuervorrichtung in die Steuereinheit 1 eingegeben. Eine Drehstellung θ wird von einem Drehstellungssensor 4 des Motors 2 über eine Drehstellungserkennungseinrichtung 41 eingegeben. Ein U-Phasenwechselstrom lu, ein V-Phasenwechselstrom Iv und ein W-Phasenwechselstrom Iw, die Dreiphasenwechselströme sind, werden von einer Stromerkennungsschaltung 7 eingegeben. Die Steuereinheit 1 erzeugt PWM-Signale auf der Grundlage dieser Werte und gibt sie aus.
Der Motor 2 ist ein Dreiphasensynchronmotor, der durch Liefern einer Dreiphasenwechselspannung drehend angetrieben wird. Der Drehstellungssensor 4 ist am Motor 2 angebracht, um eine Phase einer angelegten Dreiphasenwechselspannung gemäß einer Phase einer induzierten Spannung des Motors 2 zu steuern. Ein Signal des Drehstellungssensors 4 wird in die Drehstellungserkennungseinrichtung 41 eingegeben, die Drehstellung θ wird durch die Drehstellungserkennungseinrichtung 41 detektiert und die Drehstellung θ wird in die Steuereinheit 1 eingegeben. Hier ist ein Drehgeber, der einen Eisenkern und eine Wicklung enthält, für den Drehstellungssensor 4 besser geeignet, jedoch kann ein magnetoresistives Element wie z. B. ein GMR-Sensor oder ein Sensor unter Verwendung eines Hallelements verwendet werden. Die Drehstellung θ kann unter Verwendung eines Dreiphasenstroms oder einer Dreiphasenspannung des Motors 2 geschätzt werden.
Der Wechselrichter 3 enthält eine Wechselrichterschaltung 31, eine PWM-Signalansteuerschaltung 32 und einen Glättungskondensator 33. Die Wechselrichterschaltung 31 wandelt eine Gleichspannung und eine Wechselspannung unter Verwendung eines Schaltelements ineinander um. Die PWM-Signalansteuerschaltung 32 steuert das Schaltelement durch Ausgeben von PWM-Signalen zur Wechselrichterschaltung 31 an. Der Glättungskondensator 33 glättet eine Gleichstromleistung.
Eine Hochspannungsbatterie 5 ist eine Gleichspannungsquelle der Motorsteuervorrichtung 100. Eine Gleichspannung VB der Hochspannungsbatterie 5 wird durch den Wechselrichter 3 in eine veränderbare Spannung und eine gepulste Dreiphasenwechselspannung, die eine veränderbare Frequenz besitzt, umgewandelt und die umgesetzte Wechselspannung wird an den Motor 2 angelegt.
Die Stromerkennungsschaltung 7 detektiert den U-Phasenwechselstrom lu, den V-Phasenwechselstrom Iv und den W-Phasenwechselstrom Iw, die die Dreiphasenwechselströme sind, die den Motor 2 erregen. Hier können, obwohl ein Beispiel, in dem drei Stromerkennungseinrichtungen vorgesehen sind, veranschaulicht ist, die zwei Stromerkennungseinrichtungen verwendet werden und die verbleibende eine Phase kann aus der Tatsache berechnet werden, dass die Summe der Dreiphasenströme null ist. Ein gepulster Gleichstrombusstrom, der in den Wechselrichter 3 fließt, wird als eine Spannung an beiden Enden eines Nebenschlusswiderstands Rsh, der zwischen den Glättungskondensator 33 und den Wechselrichter 3 eingesetzt ist, detektiert (Stromerkennungswert Idc) und der Gleichstrom kann als Dreiphasenströme gemäß der angelegten Spannung nachgebildet werden.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm der Steuereinheit 1.
Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält die Steuereinheit 1 eine Stromanweisungserzeugungseinheit 11, eine Dreiphasen/dq-Umsetzeinheit 12, eine Stromsteuereinheit 13, eine Spannungsanweisungserzeugungseinheit 14, eine Gate-Signalerzeugungseinheit 15, eine Drehzahlberechnungseinheit 16 und eine Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17. Die Steuereinheit 1 gibt Dreiphasenspannungsanweisungswerte aus, die durch UVW-Umsetzung derart erhalten werden, dass sie dem detektierten U-Phasenwechselstrom lu, dem detektierten V-Phasenwechselstrom Iv und dem detektierten W-Phasenwechselstrom Iw und der eingegebenen Drehmomentanweisung T* entsprechen, und steuert die Wechselrichterschaltung 31 des Wechselrichters 3 an.
Die Stromanweisungserzeugungseinheit 11 legt eine d-Achsenstromanweisung Id* und eine q-Achsenstromanweisung Iq* unter Verwendung eines Vergleichsausdrucks oder eines Kennfelds eines Motordrehmoments zwischen einem d-Achsenstromwert Id und einem q-Achsenstromwert Iq auf der Grundlage der Drehmomentanweisung T* und einer Leistungsversorgungsspannung E fest.
Die Dreiphasen/dq-Umsetzeinheit 12 berechnet den d-Achsenstromwert Id und den q-Achsenstromwert Iq, die durch dq-Umsetzung aus dem U-Phasenwechselstrom lu, dem V-Phasenwechselstrom Iv, dem W-Phasenwechselstrom Iw und der Drehstellung θ erhalten werden.
Die Stromsteuereinheit 13 berechnet eine d-Achsenspannungsanweisung Vd* und eine q-Achsenspannungsanweisung Vq* derart, dass der d-Achsenstromwert Id und der q-Achsenstromwert Iq mit der d-Achsenstromanweisung Id* bzw. der q-Achsenstromanweisung Iq*, die gemäß einem Zieldrehmoment erstellt werden, übereinstimmen.
Die Spannungsanweisungserzeugungseinheit 14 berechnet einen U-Phasenspannungsanweisungswert Vu*, einen V-Phasenspannungsanweisungswert Vv und einen UW-Phasenspannungsanweisungswert Vw*, die Dreiphasenspannungsanweisungswerte sind, die durch UVW-Umsetzung aus der d-Achsenspannungsanweisung Vd*, der q-Achsenspannungsanweisung Vq* und der Drehstellung θ erhalten werden, und gibt PWM-Signale aus, die durch Pulsbreitenmodulation der Dreiphasenspannungsanweisungswerte erhalten werden.
Die Drehzahlberechnungseinheit 16 berechnet eine Motordrehfrequenz fr aus einer zeitlichen Änderung der Drehstellung θ und gibt die Motordrehfrequenz zur Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17 aus. Die Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17 erzeugt ein Dreiecksschwingungssignal (Trägersignal) Tr, das eine vorgegebene Trägerfrequenz besitzt, auf der Grundlage der Motordrehfrequenz fr und der Drehmomentanweisung T* des Motors 2.
Die Gate-Signalerzeugungseinheit 15 vergleicht den U-Phasenspannungsanweisungswert Vu*, den V-Phasenspannungsanweisungswert Vv* und den W-Phasenspannungsanweisungswert Vw*, die Ausgaben der Spannungsanweisungserzeugungseinheit 14 sind, mit dem Dreiecksschwingungssignal Tr, das die vorgegebene Trägerfrequenz, die eine Ausgabe der Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17 ist, besitzt und erzeugt eine gepulste Spannung. Das heißt, es werden Gate-Signale Gup, Gvp und Gwp eines oberen Zweigs der Wechselrichterschaltung 31 und Gate-Signale Gun, Gvn und Gwn eines unteren Zweigs der Wechselrichterschaltung 31 erzeugt. Diese Gate-Signale werden als die PWM-Signale zum Wechselrichter 3 ausgegeben.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm der Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17.
Die Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17 enthält eine Trägerfrequenzeinstelleinheit 171, eine Verhältnisberechnungseinheit 172, eine Streubreitenerzeugungseinheit 173, eine Zufallswerterzeugungseinheit 174, eine Zufallswertintegrationseinheit 175 und eine Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit 176.
Die Trägerfrequenzeinstelleinheit 171 erzeugt eine erste Trägerfrequenz fc1 auf der Grundlage der Motordrehfrequenz fr, die eine Ausgabe der Drehzahlberechnungseinheit 16 ist, und der Drehmomentanweisung T* des Motors 2. Die erste Trägerfrequenz wird eingestellt, um gegen eine Zerstörung aufgrund der Wärmeerzeugung des Wechselrichters zu schützen, eine elektrische Resonanz, die durch eine Verdrahtung und einen Kondensator erzeugt wird, zu vermeiden und eine Alterung durch Schwingungen und Rauschen aufgrund einer mechanischen Resonanz des Motors 2, des Wechselrichters 3 oder dergleichen zu vermeiden.
Die Verhältnisberechnungseinheit 172 erhält ein Verhältnis durch Durchführen einer Berechnung durch einen mathematischen Ausdruck, der in Gleichung (1) veranschaulicht ist. Das heißt, die elektrische Kreisfrequenz f1 des Motors 2 wird durch Teilen der Motordrehfrequenz fr, die die Ausgabe der Drehzahlberechnungseinheit 16 ist, durch die Anzahl von Polpaaren p des Motors 2 erhalten und die erste Trägerfrequenz fc1 wird durch die elektrische Kreisfrequenz f1 geteilt. $\begin{array}{l} Verhältnis = (erste Trägerfrequenz fc 1) / (fr / p) \\ = (erste Trägerfrequenz fc 1) / (f 1) \end{array}$
Die Zufallswerterzeugungseinheit 174 gibt einen Zufallswert für eine vorgegebene Zeit aus. 4 ist ein Diagramm, das ein Ausgabebeispiel der Zufallswerterzeugungseinheit 174 veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht ist, werden 1000 Zufallswerte für jede vorgegebene Zeit zwischen einem Höchstwert 1 und einem Mindestwert -1 auf der Grundlage einer Zufallstabelle wiederholt ausgegeben. Die Zufallstabelle, die in 4 veranschaulicht ist, kann in einem Speicher eines Mikrocomputers gespeichert sein und der Wert kann unter Bezugnahme auf die Zufallstabelle ausgegeben werden. Der Wert kann zufällig auf der Grundlage eines Berechnungsausdrucks einer bestimmten Zufallsfunktion ausgegeben werden. Die Zufallsfunktion kann eine konstante Berechnung oder eine Kennfeldberechnung sein.
Die Streubreitenerzeugungseinheit 173 erhöht eine Streubreite Rand, die unten als das Verhältnis, das von einer Verhältnisberechnungseinheit 172 beschrieben wird, d. h. ein Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 gelangt näher zu ersten Konstante 3, 9 und 15.
Die Zufallswertintegrationseinheit 175 gibt einen Wert, der sich in der Streubreite Rand, die von der Streubreitenerzeugungseinheit 173 ausgegeben wird, zufällig ändert durch das Produkt der Ausgabe der Zufallswerterzeugungseinheit 174 und der Ausgabe der Streubreitenerzeugungseinheit 173 aus.
Die Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit 176 erzeugt ein Dreiecksschwingungssignal, das einer zweiten Trägerfrequenz fc2, die durch Addieren des Zufallswerts, der aus der Zufallswertintegrationseinheit 175 ausgegeben wird, zur ersten Trägerfrequenz fc1, die die Ausgabe der Trägerfrequenzeinstelleinheit 171 ist, erhalten wird, entspricht. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben wird, in dem das Dreiecksschwingungssignal verwendet wird, kann dasselbe für einen Fall gelten, in dem eine Sägezahnschwingung verwendet wird.
Dann werden die Schwebungsspannung und der Schwebungsstrom beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall als ein Ziel verwendet, in dem ein Gleichspannungsnutzungsgrad, der durch Teilen eines Effektivwerts einer Leitungsspannung jeder Phase des Motors 2 durch eine Gleichspannung erhalten wird, 0,707 oder weniger ist (die Modulationsrate ist 1,15 oder weniger). Zum jetzigen Zeitpunkt ist es dann, wenn das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 kleiner als 20 ist, wahrscheinlich, dass die Schwebungsspannung und der Schwebungsstrom erzeugt werden, und die Schwebungsspannung und der Schwebungsstrom erhöhen sich stark, wenn das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 in die Nähe von 3 * (2 * n - 1) gelangt (n ist eine natürliche Zahl).
5(A) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 und der elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 und dem Schwebungsstrom veranschaulicht. Eine horizontale Achse repräsentiert das Verhältnis und eine vertikale Achse repräsentiert den Schwebungsstrom. Wie durch eine durchgezogene Linie in 5(A) veranschaulicht ist, wird der Schwebungsstrom groß, wenn das Verhältnis 3, 9 und 15 ist. Eine gepunktete Linie in 5(A) ist ein Beispiel eines Falls, in dem die vorliegende Ausführungsform angewendet wird und der Schwebungsstrom unterdrückt werden kann.
5(B) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 und der Streubreite veranschaulicht. Eine horizontale Achse repräsentiert das Verhältnis und eine vertikale Achse repräsentiert die Streubreite. Die Streubreite, die in 5(B) veranschaulicht ist, ist eine Magnitude der Streubreite, die von der Streubreitenerzeugungseinheit 173 ausgegeben wird. Wie in 5(B) veranschaulicht ist, kann in der vorliegenden Ausführungsform der Schwebungsstrom durch Erhöhen der Streubreite unterdrückt werden, wie durch die gepunktete Linie in 5(A) veranschaulicht ist, wenn das Verhältnis 3, 9 und 15 ist. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform erhöht die Streubreitenerzeugungseinheit 173 dann, wenn sich das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 den ersten Konstanten 3, 9 und 15 nähert, die Streubreite umgekehrt proportional zu einem Betrag einer Differenz zwischen dem Verhältnis und der ersten Konstante, wie in 5(B) veranschaulicht ist.
6 ist ein detailreiches Konfigurationsdiagramm der Streubreitenerzeugungseinheit 173.
Wie in 6 veranschaulicht ist, speichern drei erste Konstantenspeichereinheiten 1731 die drei Konstanten 3, 9 bzw. 15, die die ersten Konstanten sind. Jede von drei Addier- und Subtrahiereinheiten 1732 addiert jede Konstante zum Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 oder subtrahiert sie davon. Die Additions- bzw. Subtraktionsergebnisse werden über eine Betragsausgabeeinheit 1733 in eine Mindestwertausgabeeinheit 1734 eingegeben. Die Mindestwertausgabeeinheit 1734 gibt einen Wert mit der kleinsten Differenz zwischen jeder Konstante und dem Verhältnis aus. Dieser Wert wird in einer Proportionaleinheit 1735 mit einer Verstärkung multipliziert und ein Kehrwert von 1, der eine Ausgabe einer Konstantenwertausgabeeinheit 1736 ist, wird in einer Multiplikations- und Divisionseinheit 1737 verwendet. Entsprechend wird die Streubreite umgekehrt proportional zum Betrag der Differenz zwischen der ersten Konstante und dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 eingestellt. Die Verstärkung der Proportionaleinheit 1735 kann durch numerische Analyse derart festgelegt werden, dass der Schwebungsstrom verringert wird, oder kann experimentell derart festgelegt werden, dass eine maximale Wirkung erzielt werden kann.
7 ist ein Diagramm, das die Streuung der Trägerfrequenz veranschaulicht. 7(C) ist das gleiche Diagramm wie 5(B). Das heißt, 7(C) ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 und der Streubreite veranschaulicht. Eine horizontale Achse repräsentiert das Verhältnis und eine vertikale Achse repräsentiert die Streubreite. Ein Zustand der Trägerfrequenz und der Schwebungsstrom bei einem Punkt A in 7(C) sind in 7(A) veranschaulicht. Ein Zustand der Trägerfrequenz und der Schwebungsstrom bei einem Punkt B in 7(C) sind in 7(B) veranschaulicht.
Wie in 7(C) veranschaulicht ist, liegt beim Punkt A das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 in der Nähe von 9, was eine der ersten Konstanten ist. Zum jetzigen Zeitpunkt liegt, wie durch eine durchgezogene Linie in der unteren Figur von 7(A) veranschaulicht ist, die Frequenz des Schwebungsstroms in der Nähe von 0 Hz. Somit wird keine Wirkung des Verringerns einer Stromwelligkeit aufgrund einer Induktivität erhalten und der Schwebungsstrom nimmt zu. In der vorliegenden Ausführungsform nimmt, wie in der oberen Figur von 7(A) veranschaulicht ist, die Streubreite in der Nähe der ersten Trägerfrequenz fc1 zu und ein Wert der Trägerfrequenz wird vor und hinter der ersten Trägerfrequenz fc1 stark geändert. Entsprechend kann, wie durch eine gepunktete Linie in der Figur unter 7(A) veranschaulicht ist, die Frequenz des Schwebungsstroms gestreut werden und der Schwebungsstrom kann verringert werden. Das heißt, eine Frequenz, die durch Erhöhen der Streubreite der ersten Trägerfrequenz fc1 erhalten wird, wird als die zweite Trägerfrequenz fc2 verwendet und die zweite Trägerfrequenz wird als die Trägerfrequenz des Wechselrichters 3 verwendet.
Andererseits ist, wie in 7(C) veranschaulicht ist, beim Punkt B das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 weit von 9, was eine der ersten Konstanten ist, entfernt. Zum jetzigen Zeitpunkt ist, wie durch eine durchgezogene Linie in der unteren Figur von 7(B) veranschaulicht ist, die Frequenz des Schwebungsstroms weit von 0 Hz entfernt. Somit kann die Wirkung des Verringerns der Stromwelligkeit aufgrund der Induktivität erhalten werden und der Schwebungsstrom wird verringert, obwohl die Streubreite kleiner als die Streubreite ist, wenn das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 in der Nähe der ersten Konstante liegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in der oberen Figur von 7(B) veranschaulicht ist, die Streubreite der ersten Trägerfrequenz fc1 etwas erhöht. Entsprechend kann, wie durch eine gepunktete Linie in der Figur unten in 7(B) veranschaulicht ist, die Frequenz des Schwebungsstroms, der durch einen Spannungsfehler eines Arbeitszyklus einer Sinusschwingung, die eine Schwebung erzeugt, verursacht wird, gestreut sein. Entsprechend wird der Schwebungsstrom im gesamten Drehzahlbereich des Motors 2 gestreut und somit wird die Steuerbarkeit verbessert. Deshalb kann tieffrequentes elektromagnetisches Rauschen verringert werden.
Die Streubreite wird abhängig vom Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 kontinuierlich geändert, wenn das Verhältnis 20 oder weniger ist, und somit wird die zweite Trägerfrequenz fc2 in der Nähe der ersten Trägerfrequenz fc1 zufällig geändert. Entsprechend kann die Kontinuität einer Amplitude des Schwebungsstroms sichergestellt werden, wenn eine Drehzahl des Motors 2 kontinuierlich geändert wird.
Die Motorsteuervorrichtung 100 kann ein Motorantriebssystem sein, in das der Motor 2 und der Wechselrichter 3 integriert sind, oder kann ein System sein, in dem der Motor 2 und der Wechselrichter 3 getrennt sind.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8 bis 15 beschrieben. Da ein Konfigurationsblockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung 100 in der vorliegenden Ausführungsform das gleiche ist wie das von 1, die in der ersten Ausführungsform veranschaulicht ist, werden die Veranschaulichung und die Beschreibung unterlassen. Ein Konfigurationsdiagramm der Steuereinheit 1 in der vorliegenden Ausführungsform ist das gleiche wie das von 2, die in der ersten Ausführungsform veranschaulicht ist, außer der Konfiguration der Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17. In der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich dieser verschiedene Teil beschrieben.
8 ist ein Blockdiagramm einer Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17'. Die Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17' enthält eine Trägerfrequenzeinstelleinheit 171, eine Verhältnisberechnungseinheit 172, eine Streubreitenerzeugungseinheit 177, eine Zufallswerterzeugungseinheit 174, eine Zufallswertintegrationseinheit 175 und eine Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit 176. Die Streubreitenerzeugungseinheit 177 der Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17' besitzt eine Konfiguration, die von der der Dreiecksschwingungserzeugungseinheit 17 in der ersten Ausführungsform, die in 3 veranschaulicht ist, verschieden ist, jedoch sind weitere Konfigurationen gleich. Somit wird die Beschreibung davon unterlassen. Eine Konfiguration der Streubreitenerzeugungseinheit 177 wird unten unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Obwohl in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, dass der Gleichspannungsnutzungsgrad, der durch Teilen des Effektivwerts der Leitungsspannung jeder Phase des Motors 2 durch die Gleichspannung erhalten wird, d. h. ein Verhältnis der Wechselspannung zur Gleichspannung, gleich oder kleiner als 0,707 ist (die Modulationsrate gleich oder kleiner als 1,15 ist). In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall, in dem der Gleichspannungsnutzungsgrad größer als 0,707 ist (die Modulationsrate größer als 1,15 ist), als Ziel verwendet. Die Schwebungsspannung und der Schwebungsstrom in diesem Fall werden unten beschrieben. In diesem Fall wird das PWM-Signal weiter ferner verringert als in der ersten Ausführungsform.
9(A) veranschaulicht ein Dreiecksschwingungssignal (die gepunktete Linie in der Figur), das eine vorgegebene Trägerfrequenz besitzt, und eine U-Phasenspannungsanweisung (die durchgezogene Linie in der Figur), wenn der Gleichspannungsnutzungsgrad 0,707 ist, und 9(B) veranschaulicht eine Leitungsspannung zwischen der U-Phase und der V-Phase, wenn der Spannungsnutzungsgrad 0,707 ist. 9(C) veranschaulicht ein Dreiecksschwingungssignal (die gepunktete Linie in der Figur) und eine U-Phasenspannungsanweisung (die durchgezogene Linie in der Figur), wenn der Gleichspannungsnutzungsgrad 0,748 ist, und 9(D) veranschaulicht eine Leitungsspannung zwischen der U-Phase und der V-Phase, wenn der Gleichspannungsnutzungsgrad 0,748 ist.
Wenn der Gleichspannungsnutzungsgrad 0,707 ist, verschwindet ein Impuls der Leitungsspannung zwischen der U-Phase und der V-Phase selbst in der Nähe eines Spitzenwerts der U-Phasenspannungsanweisung nicht, wie in 9(A) und 9(B) veranschaulicht ist. Allerdings verschwindet dann, wenn der Gleichspannungsnutzungsgrad 0,748 ist, ein Impuls der Leitungsspannung zwischen der U-Phase und der V-Phase in der Nähe eines Spitzenwerts der U-Phasenspannungsanweisung, wie in 9(C) und 9(D) veranschaulicht ist. Es ist eine Rechteckschwingungssteuerung als Steuerung zum Erhöhen der Ausgabe durch Verbessern des Gleichspannungsnutzungsgrads vorhanden, jedoch ist der Nachteil vorhanden, dass sich eine Last des Mikrocomputers durch die Rechteckschwingungssteuerung erhöht.
Der Schwebungsstrom unterscheidet sich abhängig von einem Aktualisierungszeitpunkt der Spannungsanweisung. Im Folgenden wird der Aktualisierungszeitpunkt der Spannungsanweisung beschrieben.
10 ist ein Diagramm, das die Spannungsanweisung Vu und das Dreiecksschwingungssignal Tr veranschaulicht, wenn ein Aktualisierungszyklus T1 der Spannungsanweisung Vu 1/fc1 ist. In 10 ist die Figur eines Teils A eine vergrößerte Ansicht der Figur eines Teils a. In 10 ist der Aktualisierungszeitpunkt der Spannungsanweisung Vu einmal (1/fc1) eines Arbeitszyklus (1/fc1) des Dreiecksschwingungssignals Tr und die „Spitzenseite und Talseite“ des Dreiecksschwingungssignals Tr erscheinen kontinuierlich in einem Arbeitszyklus des Dreiecksschwingungssignals Tr, das das Trägersignal ist. Die Steuereinheit 1 aktualisiert die Spannungsanweisung zum Wechselrichter 3 lediglich auf der Spitzenseite oder der Talseite des Trägersignals. Im Folgenden wird dies als ein Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ abgekürzt.
11 ist ein Diagramm, das die Spannungsanweisung Vu und das Dreiecksschwingungssignal Tr veranschaulicht, wenn der Aktualisierungszyklus T1 der Spannungsanweisung Vu 1/(2fc1) ist. In 11 ist die Figur eines Teils B eine vergrößerte Ansicht der Figur eines Teils b. In 11 ist der Aktualisierungszeitpunkt der Spannungsanweisung Vu 1/2 eines Arbeitszyklus (1/fc1) des Dreiecksschwingungssignals Tr und erscheinen die „Spitzenseite“ und die „Talseite“ abwechselnd in 1/2 eines Arbeitszyklus des Dreiecksschwingungssignals Tr, das das Trägersignal ist. Die Steuereinheit 1 aktualisiert die Spannungsanweisung zum Wechselrichter 3 sowohl auf der Spitzenseite als auch der Talseite des Trägersignals. Im Folgenden wird dies als ein Aktualisierungszeitpunkt „Spitze und Tal“ abgekürzt.
12(A) bis 12(D) sind Diagramme, die eine Beziehung zwischen fc1/f1 und dem Schwebungsstrom in der Nähe von fc1 veranschaulichen, wenn die Spannungsanweisung beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird. In jeder Figur repräsentiert eine horizontale Achse fc1/f1 und repräsentiert eine vertikale Achse den Schwebungsstrom. 12(A) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von fc1 - 19f1 gemessen wird. Wenn fc1/f1 zunimmt, nimmt auch der Schwebungsstrom zu und fc1/f1 nimmt bei 18,5 und 19 zu, obwohl es nicht veranschaulicht ist. 12(B) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von fc1 - 17f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 17 ist. 12(C) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von fc1 - 13f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 13 ist. 12(D) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von fc1 - 11f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 11 ist.
13(A) bis 13(F) sind Diagramme, die eine Beziehung zwischen fc1/f1 und dem Schwebungsstrom in der Nähe von 2fc1 veranschaulichen, wenn die Spannungsanweisung beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird. 13(A) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1 - 35f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 17,5 ist. 13(B) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1 - 31f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 15,5 ist. 13(C) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1 - 29f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 14,5 ist. 13(D) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1 - 25f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 12,5 ist. 13(E) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1-23f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 11,5 ist. 13(F) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1 - 19f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 9,5 ist. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, wird der Schwebungsstrom bei einem Betrag von 2fc1- 17f1 maximiert, wenn fc1/f1 8,5 ist.
Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom erzeugt wird, wenn fc1/f1 einen Wert von 8,5, 9,5, 11, 11,5, 12,5, 13, 14,5, 15,5, 17, 17,5, 18,5 und 19 beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ erreicht.
14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen fc1/f1 und dem Schwebungsstrom in der Nähe von 2fc1 veranschaulicht, wenn die Spannungsanweisung beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze und Tal“ aktualisiert wird. 14(A) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1 - 35f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 17,5 ist. 14(B) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1- 31f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 15,5 ist. 14(C) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1 - 29f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 14,5 ist. 14(D) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1- 25f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 12,5 ist. 14(E) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1- 23f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 11,5 ist. 14(F) ist ein Graph, wobei der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1- 19f1 gemessen wird. Es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom maximiert wird, wenn fc1/f1 9,5 ist. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, wird der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1- 17f1 maximiert, wenn fc1/f1 8,5 ist, und wird der Schwebungsstrom beim Betrag von 2fc1-37f1 maximiert, wenn fc1/f1 18,5 ist.
Das heißt, es ist ersichtlich, dass der Schwebungsstrom erzeugt wird, wenn fc1/f1 einen Wert von 8,5, 9,5, 11,5, 12,5, 14,5, 15,5, 17,5 und 18,5 beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze und Tal“ erreicht.
Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Streubreite, die die Trägerfrequenz fc1 zufällig ändert, abhängig vom Aktualisierungszeitpunkt der Spannungsanweisung geändert, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz fc1 und der elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors in der Nähe der vorgegebenen ersten Konstante liegt.
15 ist ein detailreiches Konfigurationsdiagramm der Streubreitenerzeugungseinheit 177 in der vorliegenden Ausführungsform. Der Schwebungsstrom wird dann, wenn die Spannungsanweisung beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze und Tal“ aktualisiert wird, auf der Grundlage dieser Streubreitenerzeugungseinheit 177 verringert.
Wie in 15 veranschaulicht ist, speichern acht erste Konstantenspeichereinheiten 1771 acht Konstanten 8,5, 9,5, 11,5, 12,5, 14,5, 15,5, 17,5 bzw. 18,5, die die ersten Konstanten sind. Jede von acht Addier- und Subtrahiereinheiten 1772 addiert oder subtrahiert jede Konstante zu bzw. von dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2. Die Additions- und Subtraktionsergebnisse werden über eine Betragsausgabeeinheit 1773 in eine Mindestwertausgabeeinheit 1774 eingegeben. In 15 sind drei erste Konstantenspeichereinheiten 1771, drei Addier- und Subtrahiereinheiten 1772 und drei Betragsausgabeeinheiten 1773 veranschaulicht und die weiteren fünf Einheiten sind ausgelassen.
Die Mindestwertausgabeeinheit 1774 gibt einen Wert mit der kleinsten Differenz zwischen jeder Konstante und dem Verhältnis aus. Dieser Wert wird in einer Proportionaleinheit 1775 mit einer Verstärkung multipliziert und ein Kehrwert von 1, der eine Ausgabe einer Konstantenwertausgabeeinheit 1776 ist, wird in einer Multiplikations- und Divisionseinheit 1777 verwendet. Entsprechend wird die Streubreite umgekehrt proportional zum Betrag der Differenz zwischen der ersten Konstante und dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 eingestellt. Die Verstärkung der Proportionaleinheit 1775 kann durch numerische Analyse derart festgelegt werden, dass der Schwebungsstrom verringert wird, oder kann experimentell derart festgelegt werden, dass eine maximale Wirkung erhalten werden kann.
Im Folgenden gibt unter erneuter Bezugnahme auf 8 die Zufallswerterzeugungseinheit 174 den Zufallswert auf der Grundlage der Zufallsfunktion oder der Zufallstabelle aus. Die Zufallswertintegrationseinheit 175 gibt den Zufallswert aus, der von der Zufallswerterzeugungseinheit 174 in der Streubreite Rand, die aus der Streubreitenerzeugungseinheit 177 ausgegeben wird, durch das Produkt der Ausgabe der Zufallswerterzeugungseinheit 174 und der Ausgabe der Streubreitenerzeugungseinheit 177 ausgegeben wird. Die Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit 176 erzeugt ein Dreiecksschwingungssignal, das einer zweiten Trägerfrequenz fc2 entspricht, die durch Addieren des Zufallswerts, der aus der Zufallswertintegrationseinheit 175 ausgegeben wird, zur erste Trägerfrequenz fc1, die die Ausgabe der Trägerfrequenzeinstelleinheit 171 ist, erhalten wird.
Um den Schwebungsstrom zu verringern, wenn die Spannungsanweisung beim Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird, speichern 12 erste Konstantenspeichereinheiten 177112 Konstanten 8,5, 9,5, 11, 11,5, 12,5, 13, 14,5, 15,5, 17, 17,5, 18,5 bzw. 19, die die ersten Konstanten in 15 sind. Es ist möglich, den Schwebungsstrom auf der Grundlage dieser Streubreitenerzeugungseinheit 177 zu verringern, wenn die Spannungsanweisung zum Aktualisierungszeitpunkt „Spitze“ aktualisiert wird.
Wenn die Drehzahl des Motors 2 in der Nähe der Frequenz des Schwebungsstroms und einer Resonanzfrequenz mit dem Mechanismus wie z. B. dem Motor oder dem Wechselrichter liegt, wird die Streubreite der Trägerfrequenz weiter erhöht als die Streubreite, die in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht ist, und somit kann der Schwebungsstrom verringert werden. Das heißt, die Steuereinheit 1 erhöht die Streubreite, wenn der Betrag der Frequenz, die durch das Verhältnis der Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors festgelegt wird, in der Nähe der Resonanzfrequenz mit dem Mechanismus der Motorsteuervorrichtung liegt. Dadurch ist es möglich, eine Motorsteuervorrichtung zu schaffen, die geringe Schwingungen und geringes Rauschen im gesamten Drehzahlbereich des Motors 2 aufweist, während die Resonanz mit dem Mechanismus vermieden wird.
Die Motorsteuervorrichtung 100 kann ein Motorantriebssystem sein, in das der Motor 2 und der Wechselrichter 3 integriert sind, oder kann ein System sein, in dem der Motor 2 und der Wechselrichter 3 getrennt sind.
[Dritte Ausführungsform]
16 ist ein Diagramm, das ein Elektrofahrzeugsystem veranschaulicht, auf das die Motorsteuervorrichtung 100 gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform angewendet wird. In 16 wird ein Beispiel eines Hybridfahrzeugs beschrieben, in dem der Motor 2 als ein Motor oder ein Generator angewendet wird.
In dem Elektrofahrzeugsystem, das in 16 veranschaulicht ist, ist die Motorsteuervorrichtung 100 in einer Fahrzeugkarosserie 700 vorgesehen. Eine Vorderradachse 701 wird bei einem vorderen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie 700 drehbar getragen und Vorderräder 702 und 703 sind an beiden Enden der Vorderradachse 701 vorgesehen. Eine Hinterradachse 704 wird bei einem rückwärtigen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie 700 drehbar getragen und Hinterräder 705 und 706 sind an beiden Enden der Hinterradachse 704 vorgesehen.
Ein Differentialgetriebe 711, das ein Energieverteilungsmechanismus ist, ist bei einem Zentrum der Vorderradachse 701 vorgesehen und verteilt eine Drehantriebskraft, die von einer Kraftmaschine 710 übertragen wird, über ein Getriebe 712 zu einer linken und einer rechten Vorderradachse 701.
Die Kraftmaschine 710 und der Motor 2 sind an eine Umlenkrolle 710a, die bei einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 710 vorgesehen ist, und eine Umlenkrolle 720a, die bei einer Drehwelle des Motors 2 vorgesehen ist, über einen Riemen 730 mechanisch gekoppelt.
Entsprechend wird eine Drehantriebskraft des Motors 2 zur Kraftmaschine 710 übertragen und wird eine Drehantriebskraft der Kraftmaschine 710 zum Motor 2 übertragen. Im Motor 2 wird ein Rotor gedreht, indem eine Dreiphasenwechselstromleistung durch die Steuereinheit 1 und den Wechselrichter 3 gesteuert zu einer Statorspule eines Stators geliefert wird, und Drehantriebskräfte, die der Dreiphasenwechselstromleistung entsprechen, werden erzeugt.
Das heißt, der Motor 2 arbeitet als ein Elektromotor unter der Steuerung der Steuereinheit 1 und des Wechselrichters 3, während der Rotor sich in Reaktion auf die Drehantriebskraft der Kraftmaschine 710 dreht. Somit wird eine elektromotorische Kraft in die Statorspule des Stators induziert und der Motor arbeitet als ein Generator, der die Dreiphasenwechselstromleistung erzeugt.
Der Wechselrichter 3 ist eine Leistungsumsetzvorrichtung, die die Gleichstromleistung, die von der Hochspannungsbatterie 5, die eine Hochspannungsstromversorgung (42 V oder 300 V) ist, geliefert wird, in die Dreiphasenwechselstromleistung umsetzt und die Dreiphasenwechselströme, die entsprechend einer Magnetpolposition des Rotors durch die Statorspule des Motors 2 fließen, gemäß einem Betriebsanweisungswert steuert.
Die Dreiphasenwechselstromleistung, die durch den Motor 2 erzeugt wird, wird durch den Wechselrichter 3 in die Gleichstromleistung umgewandelt und lädt die Hochspannungsbatterie 5. Die Hochspannungsbatterie 5 ist über einen Gleichstromumsetzer 724 mit einer Niederspannungsbatterie 723 elektrisch verbunden. Die Niederspannungsbatterie 723 bildet eine Niederspannungsstromversorgung (14 V) für ein Fahrzeug und wird als eine Stromversorgung für einen Anlasser 725, ein Radio, ein Licht und dergleichen, der bzw. das die Kraftmaschine 710 anfänglich startet (kaltstartet), verwendet.
Die Kraftmaschine 710 wird gestoppt, wenn das Fahrzeug gestoppt wird (Leerlaufstoppmodus) wie z. B. an einer Ampel wartet, und der Wechselrichter 3 treibt den Motor 2 an und die Kraftmaschine 710 wird neugestartet, wenn die Kraftmaschine 710 zur Zeit der Abfahrt neugestartet (heißgestartet) wird. In einem Leerlaufstoppmodus wird die Kraftmaschine 710 dann, wenn die Lademenge der Hochspannungsbatterie 5 unzureichend ist oder die Kraftmaschine 710 nicht ausreichend aufgewärmt ist, weiterhin angetrieben, ohne gestoppt zu werden. Im Leerlaufstoppmodus ist es nötig, eine Antriebsquelle für Hilfsmaschinen wie z. B. einen Kompressor einer Klimaanlage, der die Kraftmaschine 710 als eine Antriebsquelle verwendet, sicherzustellen. In diesem Fall wird der Motor 2 angetrieben, um die Hilfsmaschinen anzutreiben.
Selbst in einem Beschleunigungsmodus oder einem Hochlastbetriebsmodus wird der Motor 2 angetrieben, um das Antreiben der Kraftmaschine 710 zu unterstützen. Hingegen erzeugt der Motor 2 in einem Lademodus, in dem das Laden der Hochspannungsbatterie 5 erforderlich ist, die Leistung durch die Kraftmaschine 710 und die Hochspannungsbatterie 5 wird geladen. Das heißt, während des Bremsens oder des Verzögerns des Fahrzeugs ist ein Regenerationsmodus eingestellt.
Im Elektrofahrzeugsystem unter Verwendung der Motorsteuervorrichtung 100 gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Erzeugung des Schwebungsstroms zu unterdrücken, während eine Berechnungslast der Steuereinheit (des Mikrocomputers) verringert wird. Somit ist es, da das elektromagnetische Rauschen verringert wird, möglich, die Menge von Schwingungsdämpfungsmaterial, Schalldämpfungsmaterial, Schallisolationsmaterial oder dergleichen, das an der Fahrzeugkarosserie angebracht wird, zu verringern. Die Menge eines derartigen Materials wird verringert und somit ist es möglich, ein Gewicht des Fahrzeugs zu verringern, und ist es möglich, die Brennstoffeffizienz zu verbessern.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, dass die erste oder die zweite Motorsteuervorrichtung 100 auf ein Hybridfahrzeug angewendet wird, wird die gleiche Wirkung in einem Elektrofahrzeug erhalten.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die folgenden vorteilhaften Wirkungen erhalten.
(1) Die Motorsteuervorrichtung 100 enthält den Wechselrichter 3, der die Gleichspannung in die Dreiphasenwechselspannung umwandelt und den Motor 2 antreibt, und die Steuereinheit 1, die das PWM-Signal auf der Grundlage der Trägerfrequenz zum Wechselrichter 3 ausgibt. Wenn das Verhältnis der voreingestellten ersten Trägerfrequenz fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 gleich oder kleiner als der erste vorgegebene Wert ist, ändert die Steuereinheit 1 die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz fc1 zufällig. Entsprechend kann der Schwebungsstrom, der erzeugt wird, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors klein ist, unterdrückt werden.
(2) Die Motorsteuervorrichtung 100 enthält den Wechselrichter 3, der die Gleichspannung in die Dreiphasenwechselspannung umwandelt und den Motor 2 antreibt, und die Steuereinheit 1, die das PWM-Signal auf der Grundlage der Trägerfrequenz zum Wechselrichter 3 ausgibt. Wenn das Verhältnis des voreingestellten ersten Trägers fc1 zur elektrischen Kreisfrequenz f1 des Motors 2 gleich oder kleiner als der erste vorgegebene Wert ist und das Verhältnis der Wechselspannung zur Gleichspannung gleich oder größer als der zweite vorgegebene Wert ist, ändert die Steuereinheit die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz zufällig. Entsprechend kann der Schwebungsstrom, der erzeugt wird, wenn das Verhältnis der Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors klein ist, unterdrückt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und weitere Formen, die im Umfang des technischen Gedankens der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind auch im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuereinheit
2: Motor
3: Wechselrichter
4: Drehstellungssensor
5: Hochspannungsbatterie
6: Motorantriebsvorrichtung
7: Stromerkennungsschaltung
11: Stromanweisungserzeugungseinheit
12: Dreiphasen/dq-Umsetzeinheit
13: Stromsteuereinheit
14: Spannungsanweisungserzeugungseinheit
15: Gate-Signalerzeugungseinheit
16: Drehzahlberechnungseinheit
17: Dreiecksschwingungserzeugungseinheit
31: Wechselrichterschaltung
32: PWM-Signalansteuerschaltung
33: Glättungskondensator
41: Drehstellungserkennungseinrichtung
171: Trägerfrequenzeinstelleinheit
172: Verhältnisberechnungseinheit
173, 177: Streubreitenerzeugungseinheit
174: Zufallswerterzeugungseinheit
175: Zufallswertintegrationseinheit
176: Dreieckschwingungssignalerzeugungseinheit
700: Fahrzeugkarosserie
701: Vorderradachse
702: Vorderrad
703: Vorderrad
704: Hinterradachse
705: Hinterrad
706: Hinterrad
710: Kraftmaschine
710a: Umlenkrolle
711: Differentialgetriebe
712: Getriebe
720a: Umlenkrolle
723: Niederspannungsbatterie
724: Gleichstromumsetzer
725: Anlasser
730: Riemen
fr: Motordrehfrequenz
f1: elektrische Kreisfrequenz
fc1: erste Trägerfrequenz
fc2: zweite Trägerfrequenz
Rand: Streubreite
Gup: U-Phasen-Gate-Signal des oberen Zweigs
Gvp: V-Phasen-Gate-Signal des oberen Zweigs
Gwp: W-Phasen-Gate-Signal des oberen Zweigs
Gun: U-Phasen-Gate-Signal des unteren Zweigs
Gvn: V-Phasen-Gate-Signal des unteren Zweigs
Gwn: W-Phasen-Gate-Signal des unteren Zweigs
Id: d-Achsenstromwert
Idc: Stromerkennungswert
Id*: d-Achsenstromanweisung
Iq: q-Achsenstromwert
Iq*: q-Achsenstromanweisung
lu: U-Phasenwechselstrom
Iv: V-Phasenwechselstrom
Iw: W-Phasenwechselstrom
Tr: Dreiecksschwingungssignal
Rsh: Nebenschlusswiderstand
T*: Drehmomentanweisung
VB: Gleichspannung
Vd*: d-Achsenspannungsanweisung
Vq*: q-Achsenspannungsanweisung
Vu*: U-Phasenspannungsanweisungswert
Vv*: V-Phasenspannungsanweisungswert
Vw*: W-Phasenspannungsanweisungswert
θ: Drehstellung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017017817 A [0005]

Claims

Motorsteuervorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt und einen Motor antreibt; und eine Steuereinheit, die ein PWM-Signal auf der Grundlage einer Trägerfrequenz zum Wechselrichter ausgibt, wobei die Steuereinheit die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz zufällig ändert, wenn ein Verhältnis einer voreingestellten ersten Trägerfrequenz zu einer elektrischen Kreisfrequenz des Motors gleich oder kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Streubreite, mit der die Trägerfrequenz zufällig geändert wird, ändert, wenn das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors in der Nähe einer vorgegebenen ersten Konstante liegt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit die Streubreite umgekehrt proportional zu einem Betrag einer Differenz zwischen dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors und der ersten Konstante einstellt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Konstante 3, 9 oder 15 ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste vorgegebene Wert 20 ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Trägerfrequenz auf der Grundlage einer Zufallsfunktion oder einer Zufallstabelle zufällig ändert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Streubreite gemäß dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors kontinuierlich geändert wird.
Motorsteuervorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandelt und einen Motor antreibt; und eine Steuereinheit, die ein PWM-Signal auf der Grundlage einer Trägerfrequenz zum Wechselrichter ausgibt, wobei die Steuereinheit die Trägerfrequenz in der Nähe der ersten Trägerfrequenz zufällig ändert, wenn ein Verhältnis einer voreingestellten ersten Trägerfrequenz zu einer elektrischen Kreisfrequenz des Motors gleich oder kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist und ein Verhältnis der Wechselspannung zur Gleichspannung gleich oder größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit eine Streubreite, mit der die Trägerfrequenz zufällig geändert wird, ändert, wenn das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors in der Nähe einer vorgegebenen ersten Konstante liegt, die gleich oder kleiner als der erste vorgegebene Wert ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit eine Spannungsanweisung zum Wechselrichter lediglich auf einer Spitzenseite oder einer Talseite eines Trägersignals, das die Trägerfrequenz besitzt, aktualisiert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die vorgegebene erste Konstante 8,5, 9,5, 11, 11,5, 12,5, 13, 14,5, 15,5, 17, 17,5, 18,5 und 19 ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit eine Spannungsanweisung zum Wechselrichter sowohl auf einer Spitzenseite als auch auf einer Talseite eines Trägersignals, das die Trägerfrequenz besitzt, aktualisiert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die vorgegebene erste Konstante 8,5, 9,5, 11,5, 12,5, 14,5, 15,5, 17,5 und 18,5 ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit die Streubreite umgekehrt proportional zu einem Betrag einer Differenz zwischen dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors und der ersten Konstante einstellt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit die Streubreite mit einem Mechanismus der Motorsteuervorrichtung erhöht, wenn ein Betrag einer Frequenz, die durch das Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors festgelegt wird, in der Nähe einer Resonanzfrequenz liegt.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste vorgegebene Wert 20 ist und der zweite vorgegebene Wert 0,707 ist.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit die Trägerfrequenz auf der Grundlage einer Zufallsfunktion oder einer Zufallstabelle zufällig ändert.
Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Streubreite gemäß dem Verhältnis der ersten Trägerfrequenz zur elektrischen Kreisfrequenz des Motors kontinuierlich geändert wird.
Elektrofahrzeugsystem, das Folgendes umfasst: die Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder einem der Ansprüche 5 bis 18 und den Motor, der durch die Motorsteuervorrichtung derart gesteuert wird, dass er angetrieben wird.