DE112020003588T5 - Wechselrichter-Steuervorrichtung - Google Patents

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Toshiyuki Ajima
Takafumi Hara
Akihiro Ashida
Hirokazu Matsui
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Abstract

Eine Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 umfasst eine Strom-Steuereinheit 210, die Spannungsbefehle (Vd*, Vq*) ausgibt, eine Modulationswellen-Steuereinheit 220, die eine Modulationswelle basierend auf den Spannungsbefehlen (Vd*, Vq*) erzeugt, eine Puls-Erzeugungseinheit 230, die einen PWM-Puls zum Steuern eines Wechselrichters 100 unter Verwendung einer Modulationswelle und einer Trägerwelle einer vorbestimmten Frequenz erzeugt, und eine Puls-Verschiebungseinheit 250, die die Phase des PWM-Pulses derart korrigiert, dass der PWM-Puls in einer Phase ausgegeben wird, die einer Harmonischen einer vorbestimmten Ordnung der Modulationswelle in dem Nah-Nulldurchgangsbereich entspricht, der den Nulldurchgangspunkt enthält, an dem die Modulationswelle durch 0 geht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichter-Steuervorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Eine Wechselrichter-Steuervorrichtung, die die Ansteuerung eines Wechselrichters durch Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM-Steuerung) steuert, um einen Motor rotatorisch anzutreiben, wird weithin verwendet. Bei einer solchen Wechselrichter-Steuervorrichtung ist eine Technik zum Betreiben in einer Übermodulations-Betriebsart bekannt, bei der ein Ausgangsspannungsbefehl des Wechselrichters einen maximalen Ausgangspegel (Sinuswelle) des Wechselrichters übersteigt, um die Drehzahl des Motors zu erhöhen.
  • Wenn die Wechselrichter-Steuervorrichtung in der Übermodulations-Betriebsart betrieben wird, werden am Ausgang des Wechselrichters Harmonische erzeugt und Stromwelligkeiten nehmen zu, so dass Geräusche und Vibrationen des Motors erzeugt werden. Daher besteht ein Bedarf an einer Technik zum Unterdrücken von Harmonischen und Reduzieren von Stromwelligkeiten sogar in der Übermodulations-Betriebsart.
  • Die Technik von PTL 1 zum Reduzieren von Stromwelligkeiten in der Übermodulations-Betriebsart ist bekannt. PTL 1 beschreibt eine Wechselrichtervorrichtung, die eine Pulsbreite eines PWM-Pulses zu einer vorbestimmten Zeitvorgabe auf einer oberen Seite einer Trapezwelle ändert, wenn eine Trapezwellenmodulation unter Verwendung einer Trapezwelle in einer Übermodulations-Betriebsart durchgeführt wird.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentdokument(e)
  • PTL 1: JP 2018-133935 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Bei der Technik von PTL 1 können Harmonische in einem Nah-Nulldurchgangsbereich, der einen Nulldurchgangspunkt enthält, an dem eine Trapezwelle durch Null geht, nicht angemessen unterdrückt werden, und es besteht die Möglichkeit, dass Stromwelligkeiten auftreten.
  • Lösung des Problems
  • Eine Wechselrichter-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Pulserzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen PWM-Puls zum Steuern eines Wechselrichters unter Verwendung eines Modulationsfaktors basierend auf einem Spannungsbefehl und einer Pulsperiode einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen; und eine Pulsverschiebungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Phase des PWM-Pulses derart zu korrigieren, dass der PWM-Puls bei einer Phase ausgegeben wird, die einer Harmonischen einer vorbestimmten Ordnung einer Modulationswelle in einem Nah-Nulldurchgangsbereich entspricht, der einen Nulldurchgangspunkt enthält, an dem die auf dem Spannungsbefehl basierende Modulationswelle durch 0 geht.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung ist es möglich, Stromwelligkeiten zu unterdrücken, die in einem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugt werden.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorvorrichtung zeigt, die eine Wechselrichter-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält.
    • [2] 2 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Modulationswelle in einer Ausführungsform zeigt.
    • [3] 3 ist eine erläuterndes Darstellung einer Pulskorrektur in einer Ausführungsform.
    • [4] 4 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Pulserzeugung und Pulskorrektur in einer Ausführungsform zeigt.
    • [5] 5 ist eine Darstellung zum Erläutern eines Effekts der Unterdrückung von Harmonischen durch Pulskorrektur in einer Ausführungsform.
    • [6] 6 ist eine Darstellung zum Erläutern einer Anpassung einer Trägerfrequenz in einer Ausführungsform.
    • [7] 7 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Modulationsfaktor und einem Wechselrichterverlust für jeweilige Trägerfrequenzen in einer Ausführungsform zeigt.
    • [8] 8 ist ein Konfigurationsdiagramm einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, auf die die Wechselrichter-Steuervorrichtung angewendet wird.
    • [9] 9 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Elektrofahrzeugs, auf das die Wechselrichter-Steuervorrichtung angewendet wird.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Wechselrichter-Steuervorrichtung, die einen Wechselrichter durch PWM-Steuerung steuert und beim Durchführen einer Trapezwellenmodulation unter Verwendung von beispielsweise einer durch Ändern einer Sinuswelle in eine Trapezform erhaltenen Trapezwelle als Modulationswelle in einem Übermodulationsbereich mit einem Modulationsfaktor von einem vorbestimmten Wert oder mehr einen PWM-Puls in einer Phase ausgibt, die einer Harmonischen einer vorbestimmten Ordnung entspricht, wodurch eine Ausgabe des Wechselrichters erhöht wird und gleichzeitig eine Stromwelligkeit aufgrund der Harmonischen reduziert wird. Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorvorrichtung 1 zeigt, die eine Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Motorvorrichtung 1 ist mit einer Batterie 2 verbunden und weist einen Wechselrichter 100, eine Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 und einen Motor 300 auf.
  • Die Batterie 2 ist eine Gleichspannungsquelle des Wechselrichters 100. Eine Gleichspannung DCV der Batterie 2 wird durch den Wechselrichter 100 in eine dreiphasige Wechselspannung mit variabler Spannung und variabler Frequenz umgesetzt und an den Motor 300 angelegt.
  • Der Motor 300 ist ein Synchronmotor, der durch Zufuhr einer dreiphasigen Wechselspannung rotatorisch angetrieben wird. Ein Drehstellungssensor 320 ist an dem Motor 300 angebracht, um die Phase der von dem Wechselrichter 100 an den Motor 300 angelegten dreiphasigen Wechselspannung gemäß der Phase der induzierten Spannung des Motors 300 zu steuern. Hier kann beispielsweise kann ein Drehmelder mit einem Eisenkern und einer Wicklung als Drehstellungssensor 320 verwendet werden. Alternativ kann der Drehstellungssensor 320 unter Verwendung eines GMR-Sensors oder eines Hall-Elements ausgebildet sein.
  • Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 umfasst eine Strom-Steuereinheit 210, eine Modulationswellen-Steuereinheit 220, eine Puls-Erzeugungseinheit 230, eine Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240, eine Puls-Verschiebungseinheit 250, eine Antriebssignal-Erzeugungseinheit 260, eine Drehstellungs-Detektionseinheit 270 und eine Strom-Detektionseinheit 280.
  • Die Drehstellungs-Detektionseinheit 270 detektiert eine Drehstellung θ eines Rotors in dem Motor 300 basierend auf dem Ausgangssignal des Drehstellungssensors 320.
  • Die Strom-Detektionseinheit 280 detektiert Dreiphasen-Stromdetektionswerte (lu, Iv, Iw), die durch den Motor 300 fließen, aus einem Stromsensor Ict und erhält dq-Achsen-Stromdetektionswerte (Id, Iq) durch Durchführen einer Dreiphasen/Zweiphasen-Umsetzung an diesen Stromdetektionswerten auf der Basis der Drehstellung Θ, die von der Drehstellungs-Detektionseinheit 270 detektiert wird.
  • Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 hat eine Stromsteuerfunktion zum Steuern der Ausgabe des Motors 300. Die Strom-Steuereinheit 210 gibt Spannungsbefehle (Vd*, Vq*) derart aus, dass die Stromdetektionswerte (Id, Iq), die durch die Stromdetektionseinheit 280 detektiert werden, Strombefehlswerten (Id*, Iq*) entsprechen, die aus einem Host-Controller (nicht dargestellt) eingegeben werden.
  • Die Modulationswellen-Steuereinheit 220 erzeugt Dreiphasen-Spannungsbefehle (Vu*, Vv*, Vw*) durch Durchführen einer Zweiphasen/Dreiphasen-Umsetzung an den Spannungsbefehlen (Vd*, Vq*), die durch die Strom-Steuereinheit 210 basierend auf dem Drehwinkel θ erhalten werden. Dann wird ein Modulationsfaktor basierend auf den Dreiphasen-Spannungsbefehlen (Vu*, Vv*, Vw*) und der Gleichspannung DCV der Batterie 2 festgelegt und eine dem festgelegten Modulationsfaktor entsprechende Modulationswelle erzeugt.
  • Die Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erzeugt eine Trägerwelle mit einer Pulsperiode einer vorbestimmten Frequenz. Es ist zu beachten, dass die Frequenz der von der Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erzeugten Trägerwelle gemäß dem von der Modulationswellen-Steuereinheit 220 festgelegten Modulationsfaktor angepasst wird, wie es später beschrieben wird.
  • Die Puls-Erzeugungseinheit 230 führt eine Pulsbreitenmodulation (PWM) unter Verwendung der von der Modulationswellen-Steuereinheit 220 erzeugten modulierten Welle und der von der Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erzeugten Trägerfrequenz durch und erzeugt einen PWM-Puls zum Steuern des Wechselrichters 100.
  • Die Puls-Verschiebungseinheit 250 korrigiert (verschiebt) die Phase des von der Puls-Erzeugungseinheit 230 erzeugten PWM-Pulses, um den PWM-Puls so anzupassen, dass Harmonische der Modulationswelle in einer vorbestimmten Ordnung in einem Nah-Nulldurchgangsbereich, der einen Nulldurchgangspunkt der Modulationswelle enthält, zu reduzieren. Der Nulldurchgangspunkt der Modulationswelle ist ein Punkt, an dem die Modulationswelle durch Null geht. Einzelheiten eines Anpassungsverfahrens des PWM-Pulses durch die Puls-Verschiebungseinheit 250 werden später beschrieben.
  • Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 260 setzt den durch die Puls-Verschiebungseinheit 250 phasenkorrigierten PWM-Puls in ein Ansteuersignal DR um und gibt das Ansteuersignal DR an den Wechselrichter 100 aus. Der Wechselrichter 100 weist mehrere Halbleiterschaltelemente auf, die jeder Phase der Dreiphasen-Wechselspannung entsprechen, und jedes Halbleiterschaltelement wird durch das Ansteuersignal DR gesteuert, um ein-/ausgeschaltet zu werden. Im Ergebnis wird die Ausgangsspannung des Wechselrichters 100 gemäß der Steuerung der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 angepasst.
  • In der vorstehenden Beschreibung wurde das Konfigurationsbeispiel der Motorvorrichtung 1 in einem Fall, in dem der Strom des Motors 300 gemäß dem Strombefehl aus dem Host-Controller gesteuert wird, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, aber die Konfiguration von 1 kann sogar in einem Fall angewendet werden, in dem ein anderes Steuerverfahren verwendet wird. Beispielsweise wird im Fall der Steuerung der Drehzahl des Motors 300 eine Motordrehzahl ωr durch die zeitliche Änderung der Drehstellung θ berechnet und ein Spannungsbefehl oder ein Strombefehl wird so erzeugt, dass er mit dem Drehzahlbefehl aus dem Host-Controller übereinstimmt. Im Fall der Steuerung des Ausgabedrehmoments des Motors 300 werden die Strombefehle (Id*, Iq*) unter Verwendung eines Vergleichsausdrucks oder eines Kennfelds der Motorströme (Id, Iq) und des Motordrehmoments erzeugt.
  • Als Nächstes wird das Wellenformdiagramm, das eine Modulationswelle in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, unter Verwendung von 2 beschrieben.
  • 2(a) zeigt ein Beispiel einer Modulationssignal-Wellenform und einer Trägersignal-Wellenform. Die Modulationssignal-Wellenform veranschaulicht Wellenformen eines Modulationssignals (einer Modulationswelle 1) mit einem relativ niedrigen Modulationsfaktor, einer maximalen Modulationswelle (Modulationswelle 2), die zur Sinuswellenmodulation geeignet ist, einer Trapez-Modulationswelle (Modulationswelle 3), die durch lineare Näherung einer Sinuswellenmodulation erhalten wird, und einer Modulationswelle (Modulationswelle 4) in einem Rechteckwellenzustand, in dem eine Wechselrichterausgabe maximiert ist. Die Trägersignal-Wellenform veranschaulicht eine Wellenform eines Dreieck-Trägersignals, das im Betrag mit dem Modulations-Wellensignal verglichen wird, um einen PWM-Puls zu erzeugen.
  • 2(b) zeigt das PWM-Pulssignal im Fall der Modulationswelle 2 und 2(c) zeigt das PWM-Pulssignal im Fall der Modulationswelle 3. In 2(c) sind nahezu 100 % der PWM-Pulse in dem Abschnitt des elektrischen Winkels von 30 bis 150 Grad fortlaufend eingeschaltet. 2(d) zeigt ein PWM-Pulssignal der Modulationswelle 4. Das PWM-Pulssignal ist in dem gesamten Abschnitt des elektrischen Winkels von 0 bis 180 Grad eingeschaltet.
  • Jede Modulationswelle entspricht der Modulationswelle H(θ) für eine Phase der Dreiphasen-Spannungsbefehle (Vuc, Vvc, Vwc) und ist im Wesentlichen gleich der U-Phasen-Modulationswelle Hu(θ) = Vuc/(DCV/2), wenn die Totzeit vernachlässigt wird. Unter der Annahme, dass der Effektivwert der Sinuswelle bei einem Modulationsfaktor = 1, bei dem die Wechselrichterausgabe nicht gesättigt ist, 1 ist, beträgt die in der Modulationswelle H(θ) enthaltene Grundwellenkomponente, der eine dritte Harmonische überlagert ist, das 1,15-fache (115 %) (Modulationswelle 2). Das heißt, die Wechselrichterausgabe ist bis zu dem Spannungsbefehl, bei dem der Modulationsfaktor 1,15 wird, nicht gesättigt.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, kann die Modulationswelle H(θ), der die dritte Harmonische überlagert ist, in der Nähe des Nulldurchgangs linear genähert werden. Wenn der Modulationsfaktor zunimmt, nähert sich die Modulationswelle H(θ) zusätzlich von einer Form wie der Modulationswelle 2 einer Trapezwelle wie der Modulationswelle 3 an. Daher ist es in einem Bereich, in dem der Modulationsfaktor einen vorbestimmten Wert oder mehr hat, z. B. 1,15 oder mehr, möglich, einen PWM-Puls durch Berechnung unter Verwendung einer Trapezwelle wie etwa der Modulationswelle 3 zu erzeugen. Im Ergebnis kann der PWM-Modulationsprozess unter Verwendung eines Mikrocomputers oder dergleichen vereinfacht werden und gleichzeitig ist es möglich, den Spannungsfehler des PWM-Pulses aufgrund der Asynchronität zwischen der Modulationswelle H(θ) und dem Trägersignal zu steuern.
  • Es ist zu beachten, dass unter Berücksichtigung der Modulationswelle 2 ein Winkelabschnitt von ±30 Grad bezüglich des elektrischen Winkels linear um den Nulldurchgang der Modulationswelle genähert werden kann, aber es unter Berücksichtigung eines Spannungsfehlers nahe der Sättigung vorzuziehen ist, den Winkelabschnitt auf ±35 Grad bezüglich des elektrischen Winkels festzulegen.
  • Bei der PWM-Pulsberechnung unter Verwendung der Trapezwellenmodulation ist die Steigung Ader Modulationswelle in dem Abschnitt, in dem eine lineare Näherung nahe dem Nulldurchgang durchgeführt werden kann, proportional zu dem Modulationsfaktor gemäß dem Spannungsbefehlswert und die Modulationswelle ist proportional zu der Winkelstellung θ.
  • Wenn beispielsweise der Winkel nahe dem Nulldurchgang θ' ist und θ' -30 ≤ θ' ≤ 30 ist, kann die Modulationswelle H(θ') nahe dem Nulldurchgang durch Ausdruck (1) ausgedrückt werden. H ( θ ' ) = A ⋅ θ '
    Figure DE112020003588T5_0001
  • Das heißt, da die Modulationswelle H(θ) nahe dem Nulldurchgang ausgedrückt werden kann, indem die Steigung A der Modulationswelle anstelle des Modulationsfaktors verwendet wird, kann der Wechselrichter-Ausgangspuls nahe dem Nulldurchgang, d. h. der PWM-Puls, aus der Steigung A der Modulationswelle bestimmt werden.
  • Unter der Bedingung | H(θ) | < |A•θ|, kann der Ausgangspuls des Wechselrichters als 100 % bestimmt werden, wenn 0 < θ < 180, und als 0 % bestimmt werden, wenn 180 < θ < 360.
  • Als Nächstes wird die Pulskorrektur in einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von 3 beschrieben.
  • 3(a) zeigt eine Ausgangsspannungs-Wellenform, die durch Normieren eines Teils der Modulationswelle einschließlich des Nulldurchgangspunkts erhalten wird. Die normierte Ausgangsspannung variiert von 0 bis 1.
  • 3(b) zeigt den Tastgrad des PWM-Pulses. Wenn die normierte Ausgangsspannung ansteigt, nimmt der Tastgrad des PWM-Pulses zu, der bei jedem vorbestimmten Pulsberechnungsintervall zu erzeugen ist.
  • 3(c) zeigt einen PWM-Puls, der von der Puls-Erzeugungseinheit 230 von 1 erzeugt wird. Der PWM-Puls wird mit einer Pulsbreite, die dem Tastgrad von 3(b) entspricht, basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen der Modulationswelle und der Trägerwelle erzeugt.
  • 3(d) zeigt den PWM-Puls, dessen Phase durch die Puls-Verschiebungseinheit 250 von 1 korrigiert worden ist, und 3(e) zeigt die fünfte Harmonische der Modulationswelle. Die Phase des PWM-Pulses, die der Spitze der fünften Harmonischen in 3(d) unter den PWM-Pulsen in 3(c) an nächsten ist, ist zu der Phase verschoben, die der Spitze der fünften Harmonischen entspricht. Im Ergebnis wird der PWM-Puls in einer Richtung entgegengesetzt zu der Spitze der fünften Harmonischen erzeugt, um die fünfte Harmonische zu unterdrücken.
  • Obwohl 3 ein Beispiel darstellt, in dem die Phase des PWM-Pulses zu der Phase verschoben ist, die der Spitze der fünften Harmonischen entspricht, kann die Phase des PWM-Pulses gemäß der Spitze der Harmonischen einer anderen Ordnung, beispielsweise einer siebten Harmonischen, korrigiert werden. Außerdem kann die Phase des PWM-Pulses gemäß Phasen verschoben sein, die mehreren Ordnungen entsprechen, beispielsweise sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen. Auf diese Weise können Harmonische mehrerer Ordnungen gleichzeitig unterdrückt werden.
  • Als Nächstes wird das Wellenformdiagramm, das die Pulserzeugung und Pulskorrektur in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, unter Verwendung von 4 beschrieben.
  • 4(a) zeigt eine Trapez-Modulationswelle (für die U-Phase), d. h. die Modulationswelle 3 in 2(a) und eine Trägerwelle mit einer vorbestimmten Frequenz. 4(b) zeigt den PWM-Puls (für die U-Phase), der von der Puls-Erzeugungseinheit 230 von 1 unter Verwendung der Trapez-Modulationswelle und der Trägerwelle von 4(a) erzeugt wird. 4(c) zeigt die dritte Harmonische (für die U-Phase) der Trapez-Modulationswelle in 4(a). 4(d) zeigt den PWM-Puls (für die U-Phase) nach der Phasenkorrektur, bei der die Phase des PWM-Pulses von 4(b) durch die Puls-Verschiebungseinheit 250 von 1 korrigiert wird. 4(e), 4(f) zeigen die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische (für die U-Phase) der Trapez-Modulationswelle in 4(a).
  • Der PWM-Puls vor der Phasenkorrektur in 4(b) wird in der Phase ausgegeben, die der Spitze der dritten Harmonischen entspricht, wird aber nicht in der Phase ausgegeben, die der fünften Harmonischen oder der siebten Harmonischen entspricht. Da hier der Motor 300 ein Dreiphasen-WechselstromMotor ist, wird die dritte Harmonische in dem gesamten Motor ausgelöscht und eine Stromwelligkeit aufgrund der dritten Harmonischen tritt nicht auf. Daher wird die Stromwelligkeit, die erzeugt wird, wenn der Motor 300 unter Verwendung des Wechselrichters 100 angetrieben wird, stark durch die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische beeinflusst.
  • Daher verschiebt die Puls-Verschiebungseinheit 250 in der vorliegenden Ausführungsform die Phase des PWM-Pulses, der durch die Puls-Erzeugungseinheit 230 erzeugt wird, zu der Phase, die der Spitze der fünften Harmonischen oder der siebten Harmonischen entspricht. Im Ergebnis ändert sich die Phase des PWM-Pulses, wie es in 4(b) bis 4(d) dargestellt ist, und der PWM-Puls wird an Positionen ausgegeben, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen entsprechen, so dass sowohl die fünfte Harmonische als auch die siebte Harmonische unterdrückt werden können, ohne die Ausgangsspannung des Wechselrichters 100 zu ändern, und die Stromwelligkeit reduziert werden kann.
  • Insbesondere erscheinen die Spitze der fünften Harmonischen und die Spitze der siebten Harmonischen an Positionen, die bezüglich des elektrischen Winkels in Bezug auf den Nulldurchgangspunkt um (180/10) Grad und (180/14) Grad phasenverschoben sind. Daher kann der Bereich eines Phasenverschiebungsbetrags θs, der sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen entspricht, durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt werden. ( 180 + α ) /14 ≦ θ s ≦ ( 180 + α ) /10
    Figure DE112020003588T5_0002
  • In der vorliegenden Ausführungsform legt die Puls-Verschiebungseinheit 250 den Phasenverschiebungsbetrag θs innerhalb eines Bereichs fest, der Ausdruck (2) erfüllt. Dann wird die Phase des von der Puls-Erzeugungseinheit 230 erzeugten PWM-Pulses derart verschoben, dass der PWM-Puls in einer um den festgelegten Phasenverschiebungsbetrag θs von dem Nulldurchgangspunkt verschobenen Phase ausgegeben wird. Im Ergebnis kann die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Ausführungsform den PWM-Puls mit der Phase ausgeben, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen entspricht, und die Stromwelligkeit reduzieren. In Ausdruck (2) kann α auf einen willkürlichen Wert gemäß dem Pulsberechnungsintervall gesetzt werden und wird vorzugsweise beispielsweise auf α = (45/2) Grad gesetzt.
  • Alternativ kann die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des von der Pulserzeugungseinheit 230 erzeugten PWM-Pulses derart korrigieren, dass der PWM-Puls in der Phase, die der fünften Harmonischen entspricht, und der Phase, die der siebten Harmonischen entspricht, ausgegeben wird. Um jedoch in diesem Fall die jeweiligen Phasen zu verschieben, indem einer der zwei PWM-Pulse entsprechend der fünften Harmonischen und der andere entsprechend der siebten Harmonischen gemacht wird, muss die Puls-Erzeugungseinheit 230 mindestens zwei PWM-Pulse in der Nähe des Nulldurchgangs erzeugen.
  • 5 ist eine Darstellung zum Erläutern eines Effekts des Unterdrückens von Harmonischen durch Pulskorrektur in einer Ausführungsform der Erfindung. In 5 gibt eine unterbrochene Linie eine Stromstärke der Harmonischen für jede Ordnung der Harmonischen durch den PWM-Puls vor einer Phasenkorrektur, die durch die Pulserzeugungseinheit 230 erzeugt wird, an und eine durchgezogene Linie gibt eine Stromstärke der Harmonischen für jede Ordnung der Harmonischen durch den PWM-Puls nach einer Phasenkorrektur durch die Puls-Verschiebungseinheit 250 an. Wie es in 5 gezeigt ist, kann durch Verwendung des PWM-Pulses nach der Phasenkorrektur im Vergleich zu dem PWM-Puls vor der Phasenkorrektur die Stromstärke der fünften Harmonischen auf 30 % reduziert werden, die Stromstärke der siebten Harmonischen auf 10 % reduziert werden und die Stromstärke der elften Harmonischen auf 8 % reduziert werden.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform, um eine Überkompensation zu unterdrücken, dann, wenn die Differenz zwischen der Phase des von der Puls-Erzeugungseinheit 230 erzeugten PWM-Pulses und der Phase, die der zu unterdrückenden Harmonischen entspricht, ein vorbestimmter Wert oder mehr ist, die Phasenkorrektur des PWM-Pulses in der Puls-Verschiebungseinheit 250 vorzugsweise nicht durchgeführt wird. Als Beispiel wird ein Fall, in dem die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische unterdrückt werden, indem die Phase so korrigiert wird, dass der PWM-Puls in den Phasen ausgegeben wird, die sowohl der fünften Harmonische als auch der siebten Harmonischen entsprechen, wie es oben beschrieben ist, beschrieben. Wenn in diesem Fall die Differenz zwischen der Phase des PWM-Pulses vor der Phasenkorrektur und der Phase, die den Spitzen der fünften Harmonischen und der siebten Harmonischen entspricht, größer oder gleich dem vorbestimmten Obergrenzen-Verschiebungsbetrag θmax ist, führt die Puls-Verschiebungseinheit 250 keine Phasenkorrektur des PWM-Pulses durch. Der Obergrenzen-Verschiebungsbetrag θmax zu diesem Zeitpunkt kann entsprechend der Breite der Spitze eingestellt sein, an der die fünfte harmonische Welle und die siebte harmonische Welle, die in 4(e) und 4(f) gezeigt sind, einander überlappen.
  • In der obigen Beschreibung wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Phasen des PWM-Pulses so korrigiert werden, dass der PWM-Puls in Phasen ausgegeben wird, die der fünften Harmonischen und der siebten Harmonischen entsprechen, um die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische zu unterdrücken. Es können jedoch Harmonische anderer Ordnungen unterdrückt werden. Beispielsweise korrigiert die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses derart, dass der PWM-Puls zusätzlich zu der Phase, die sowohl der fünften als auch der siebten Harmonischen entspricht, ferner in den Phasen ausgegeben wird, die sowohl der elften Harmonischen als auch der dreizehnten Harmonischen entsprechen. Auf diese Weise können neben der fünften Harmonischen und der siebten Harmonischen auch die elfte Harmonische und die dreizehnte Harmonische unterdrückt werden, so dass die Stromwelligkeit weiter reduziert werden kann.
  • Als Nächstes wird die Anpassung der Trägerfrequenz in einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von 6 beschrieben.
  • 6(a) zeigt einen Teil der Trapez-Modulationswelle, die von der Modulationswellen-Steuereinheit 220 erzeugt wird, und Trägerwellen Fc1 und Fc2, die jeweils von der Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erzeugt werden.
  • 6(b) zeigt den PWM-Puls, der unter Verwendung der Trapez-Modulationswelle und der Trägerwelle Fc1 von 6(a) erzeugt wird. 6(c) zeigt den PWM-Puls, der unter Verwendung der Trapez-Modulationswelle und der Trägerwelle Fc2 von 6(a) erzeugt wird.
  • Wenn der Modulationsfaktor groß wird und der Steigungsabschnitt der Trapez-Modulationswelle kurz wird, kann es einen Fall geben, in dem es keinen Schnittpunkt der Modulationswelle und der Trägerwelle in dem Steigungsabschnitt gibt, wie etwa bei der Trägerwelle Fc1 von 6(a). In diesem Fall verschwindet, wie es in 6(b) gezeigt ist, der PWM-Puls in dem Steigungsabschnitt und wird zu einem rechteckigen PWM-Puls. Als Ergebnis nimmt der Fehler der Wechselrichter-Ausgangsspannung in Bezug auf den Spannungsbefehl zu und die Stromwelligkeit nimmt ebenfalls zu.
  • Daher passt in der vorliegenden Ausführungsform die Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 die Trägerfrequenz, das heißt die Frequenz der Pulsperiode in der Trägerwelle, gemäß dem Modulationsfaktor an, so dass ein Schnittpunkt der Modulationswelle und der Trägerwelle in dem Steigungsbereich selbst bei hohem Modulationsfaktor auftritt. Insbesondere erzeugt die Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 beispielsweise die Trägerwelle Fc2 mit einer höheren Frequenz der Pulsperiode als die Trägerwelle Fc1. Im Ergebnis wird, wie es in 6(a) gezeigt ist, die Steigungsbreite der Trapez-Modulationswelle größer gemacht als die Periode der Trägerwelle Fc2 und ein Schnittpunkt der Trapez-Modulationswelle und der Trägerwelle Fc2 kann in dem Steigungsabschnitt erzeugt werden. Daher tritt, wie es in 6(c) gezeigt ist, der PWM-Puls in den Steigungsabschnitt ein. Im Ergebnis kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters gleichmäßig gesteuert werden, um Stromwelligkeiten zu reduzieren.
  • 7 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem Modulationsfaktor und dem Wechselrichterverlust für jeweilige Trägerfrequenzen in einer Ausführungsform der Erfindung. 7 zeigt, wie viel Schaltverlust in dem Wechselrichter 100 auftritt, wenn sich der Modulationsfaktor ändert, für jeweilige Fälle, in denen die Trägerfrequenz 6 kHz, 10 kHz und 14 kHz beträgt.
  • Wie es in 7 gezeigt ist, ist in einem normalen Modulationsbereich, in dem der Modulationsfaktor kleiner als 1,15 ist, der Wechselrichterverlust für jede Trägerfrequenz im Wesentlichen konstant und ändert sich auch dann nicht, wenn sich der Modulationsfaktor ändert. Da die Anzahl der Schaltvorgänge mit zunehmender Trägerfrequenz zunimmt, nimmt zudem der Wechselrichterverlust zu. Andererseits nähert sich in einem Übermodulationsbereich, in dem der Modulationsfaktor 1,15 oder mehr beträgt, d. h. in dem Trapez-Modulationsbereich, dann, wenn der Modulationsfaktor zunimmt, die Modulationswelle von der Trapezwelle der Rechteckwelle an, so dass die Anzahl der Schaltvorgänge sinkt und somit der Wechselrichterverlust sinkt. Der Grad der Abnahme des Wechselrichterverlusts zu diesem Zeitpunkt nimmt zu, wenn die Trägerfrequenz zunimmt. Wenn daher der Modulationsfaktor zunimmt, nimmt die Differenz der Wechselrichterverluste für jede Trägerfrequenz ab. Mit anderen Worten wird in dem Übermodulationsbereich der Einfluss des Anstiegs der Trägerfrequenz auf den Wechselrichterverlust reduziert.
  • Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die Frequenz der von der Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erzeugten Trägerwelle in dem Übermodulationsbereich erhöht. Im Ergebnis kann die Anzahl von PWM-Pulsen in dem Steigungsabschnitt der Trapez-Modulationswelle erhöht werden, ohne den Wechselrichterverlust zu erhöhen, und die Stromwelligkeit kann reduziert werden.
  • In der obigen Beschreibung wird die asynchrone PWM als Beispiel hergenommen, aber die PWM-Steuerung unter Verwendung der Trapez-Modulationswelle kann bei der synchronen PWM durch ein ähnliches Verfahren durchgeführt werden. Bei der synchronen PWM wird anders als bei der asynchronen PWM die Beziehung zwischen der Phase der Modulationswelle und der Phase des Trägersignals konstant gehalten und die Periode der Modulationswelle wird beispielsweise auf ein ganzzahliges Vielfaches der Periode des Trägersignals festgelegt. Mit Ausnahme dieses Punktes gilt sowohl für die synchrone PWM als auch für die asynchrone PWM das Gleiche.
  • Wie es oben beschrieben ist, korrigiert in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, unabhängig davon, ob das System der PWM-Steuerung die asynchrone PWM oder die synchrone PWM ist, die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses derart, dass der PWM-Puls in der Phase ausgegeben wird, die der Harmonischen der vorbestimmten Ordnung der Modulationswelle in dem Nah-Nulldurchgangsbereich, der den Nulldurchgangspunkt der Modulationswelle enthält, entspricht. Im Ergebnis können Harmonische beliebiger Ordnung reduziert werden und die Stromwelligkeit kann reduziert werden, ohne die Ausgangsspannung des Wechselrichters 100 zu ändern.
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung, auf die die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellte Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 angewendet wird, unter Verwendung von 8 beschrieben.
  • 8 ist ein Konfigurationsdiagramm der elektrischen Servolenkungsvorrichtung, auf die die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellte Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 angewendet wird.
  • Wie es in 8 gezeigt ist, umfasst der elektrische Aktor der elektrischen Servolenkung einen Drehmomentübertragungsmechanismus 902, den Motor 300, den Wechselrichter 100 und die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung umfasst einen elektrischen Aktor, ein Lenkrad (eine Lenkung) 900 , einen Lenkdetektor 901 und eine Betätigungsbetrag-Befehlseinheit 903 und die Betätigungskraft des Lenkrads 900, das von einem Fahrer gelenkt wird, ist konfiguriert, um eine Drehmomentunterstützung unter Verwendung des elektrischen Aktors durchzuführen.
  • Der Drehmomentbefehl τ* des elektrischen Aktors wird von der Betätigungsbetrag-Befehlseinheit 903 als ein Lenkunterstützungs-Drehmomentbefehl des Lenkrads 900 erzeugt. Die Lenkkraft des Fahrers wird unter Verwendung der Ausgabe des durch den Drehmomentbefehl τ*angesteuerten elektrischen Aktors verringert. Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 empfängt den Drehmomentbefehl τ* als einen Eingabebefehl und steuert den Betrieb des Wechselrichters 100, um den Strom zu steuern, der durch den Motor 300 fließt, um einem Drehmomentbefehlswert aus einer Drehmomentkonstante des Motors 300 und dem Drehmomentbefehl τ* zu folgen.
  • Eine Motorausgabe τm, die von der Ausgangswelle, die direkt mit dem Rotor des Motors 300 verbunden ist, ausgegeben wird, überträgt Drehmoment über den Drehmomentübertragungsmechanismus 902 unter Verwendung eines Geschwindigkeitsuntersetzungsmechanismus wie beispielsweise einer Schnecke, eines Rads oder eines Planetengetriebes oder einen hydraulischen Mechanismus auf eine Zahnstange 910 der Lenkvorrichtung. Das auf die Zahnstange 910 übertragene Drehmoment verringert (unterstützt) die Lenkkraft (Betätigungskraft) des Lenkrads 900 des Fahrers durch die elektrische Kraft und der Lenkwinkel der Räder 920 und 921 wird betätigt.
  • Der Unterstützungsbetrag wird wie folgt bestimmt. Der Lenkwinkel und das Lenkdrehmoment werden nämlich durch den in der Lenkwelle eingebauten Lenkdetektor 901 detektiert und der Drehmomentbefehl τ* wird durch die Betätigungsbetrag-Befehlseinheit 903 unter Berücksichtigung der Zustandsgröße wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Fahrbahnzustands berechnet.
  • Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass Schwingungen und Geräusche durch Mitteln der Ausgangsspannung des Wechselrichters 100 selbst dann verringert werden können, wenn sich der Motor 300 mit hoher Drehzahl dreht.
  • 9 ist eine Darstellung, die ein Elektrofahrzeug 600 zeigt, auf das die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 gemäß der Erfindung angewendet wird. Das Elektrofahrzeug 600 weist einen Antriebsstrang auf, in dem der Motor 300 als Motor/Generator eingesetzt wird.
  • Eine Vorderradachse 601 ist drehbar an einem vorderen Abschnitt des Elektrofahrzeugs 600 gelagert und Vorderräder 602 und 603 sind an beiden Enden der Vorderradachse 601 bereitgestellt. Eine Hinterradachse 604 ist drehbar an einem hinteren Abschnitt des Elektrofahrzeugs 600 gelagert und Hinterräder 605 und 606 sind an beiden Enden der Hinterradachse 604 bereitgestellt.
  • Ein Differentialgetriebe 611, das ein Leistungsverteilungsmechanismus ist, ist an einem mittleren Abschnitt der Vorderradachse 601 bereitgestellt und eine Drehantriebskraft, die von einer Kraftmaschine 610 über ein Getriebe 612 übertragen wird, wird auf die linke und rechte Vorderradachse 601 verteilt. Die Kraftmaschine 610 und der Motor 300 sind mechanisch über einen Riemen verbunden, der zwischen Riemenscheiben gespannt ist, die auf einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 610 und auf der Drehwelle des Motors 300 bereitgestellt sind.
  • Im Ergebnis kann die Drehantriebskraft des Motors 300 auf die Kraftmaschine 610 übertragen werden und die Drehantriebskraft der Kraftmaschine 610 kann auf den Motor 300 übertragen werden. In dem Motor 300 wird die aus dem Wechselrichter 100 gemäß der Steuerung der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 gelieferte Dreiphasen-Wechselstrom-Leistungsausgabe der Statorspule des Stators zugeführt, so dass sich der Rotor dreht und eine Drehantriebskraft gemäß der Dreiphasen-Wechselstrom-Leistung erzeugt.
  • Das heißt, obwohl der Motor 300 durch die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 gesteuert wird, um als ein Elektromotor zu arbeiten, arbeitet der Motor als ein Generator, der eine Dreiphasen-Wechselstrom-Leistung erzeugt, wenn sich der Rotor dreht, indem er die Drehantriebskraft der Kraftmaschine 610 aufnimmt.
  • Der Wechselrichter 100 ist eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die Gleichstrom, der von einer Hochspannungsbatterie 622, die eine Hochspannungs-Systemleistungsversorgung (42 V oder 300 V) ist, geliefert wird, in Dreiphasen-Wechselstrom umsetzt und den Dreiphasen-Wechselstrom, der durch die Statorspule des Motors 300 fließt, auf der Grundlage des Betriebsbefehlswerts und der Magnetpol position des Rotors steuert.
  • Die von dem Motor 300 erzeugte Dreiphasen-Wechselstrom-Leistung wird von dem Wechselrichter 100 in Gleichstrom-Leistung umgesetzt, um die Hochspannungsbatterie 622 zu laden. Die Hochspannungsbatterie 622 ist elektrisch mit einer Niederspannungsbatterie 623 über einen Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer 624 verbunden. Die Niederspannungsbatterie 623 bildet eine Niederspannungs-Systemleistungsversorgung (14 V) des Elektrofahrzeugs 600 und wird als Leistungsversorgung für einen Anlasser 625 zum anfänglichen Anlassen (Kaltstarten) des Motors 610, eines Radios, eines Lichts und dergleichen verwendet.
  • Wenn das Elektrofahrzeug 600 angehalten hat, wie etwa beim Warten auf eine Ampel (Leerlaufstopp-Betriebsart), wird der Kraftmaschine 610 gestoppt, und wenn die Kraftmaschine 610 zu dem Zeitpunkt der erneuten Abfahrt neu angelassen wird (Warmstart), wird der Motor 300 wird durch den Wechselrichter 100 angesteuert, um die Kraftmaschine 610 neu zu starten.
  • Wenn bei der Leerlaufstopp-Betriebsart die Ladungsmenge der Hochspannungsbatterie 622 unzureichend ist oder wenn die Kraftmaschine 610 nicht ausreichend aufgewärmt ist, wird die Kraftmaschine 610 weiter angetrieben, ohne anzuhalten. Ferner ist es während der Leerlaufstopp-Betriebsart notwendig, eine Antriebsquelle von Hilfsmaschinen sicherzustellen, die die Kraftmaschine 610 als eine Antriebsquelle verwenden, wie etwa ein Verdichter einer Klimaanlage. In diesem Fall wird der Motor 300 angetrieben, um die Hilfsmaschinen anzutreiben.
  • Selbst in einem Beschleunigungsmodus oder einer Hochlast-Betriebsart wird der Motor 300 angetrieben, um den Antrieb der Kraftmaschine 610 zu unterstützen. Wenn sich hingegen die Hochspannungsbatterie 622 in einer Ladebetriebsart befindet, die ein Laden erfordert, veranlasst die Kraftmaschine 610 den Motor 300 dazu, Leistung zum Laden der Hochspannungsbatterie 622 zu erzeugen. Das heißt, der Motor 300 führt einen regenerativen Betrieb zum Zeitpunkt des Bremsens, Verzögerns oder dergleichen des Elektrofahrzeugs 600 durch.
  • Das Elektrofahrzeug 600 umfasst die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200, die einen PWM-Puls zum Umsetzen einer Gleichspannung in eine Wechselspannung auf der Basis einer Motorausgabeanforderung erzeugt, den Wechselrichter 100, der eine Gleichspannung durch den erzeugten PWM-Puls in eine Wechselspannung umsetzt und den Motor 300 ansteuert, und den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 624, der eine Gleichspannung verstärkt. Wenn eine Trapezwellenmodulation unter Verwendung einer Trapezwelle in dem Übermodulationsbereich durch die Verarbeitung der Puls-Verschiebungseinheit 250 wie oben beschrieben durchgeführt wird, passt die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 den PWM-Puls an, um Harmonische einer Modulationswelle einer vorbestimmten Ordnung in dem Nah-Nulldurchgangsbereich, der den Nulldurchgangspunkt der Modulationswelle enthält, zu reduzieren. Im Ergebnis ist es möglich, eine Steuerung zum Reduzieren der in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugten Stromwelligkeiten und zum Erweitern des Ausgabebereichs des Wechselrichters 100 durch Anpassen der Ausgangsspannung des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 624 des Elektrofahrzeugs 600 stabil durchzuführen.
  • Die vorstehend beschriebene Wechselrichter-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Wirkungen.
  • (1) Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung umfasst die Puls-Erzeugungseinheit 230, die dazu ausgelegt ist, einen PWM-Puls zum Steuern des Wechselrichters 100 unter Verwendung eines Modulationsfaktors basierend auf einem Spannungsbefehl und einer Pulsperiode einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen; und die Puls-Verschiebungseinheit 250, die dazu ausgelegt ist, eine Phase des PWM-Pulses so zu korrigieren, dass der PWM-Puls in einer Phase ausgegeben wird, die einer Harmonischen einer vorbestimmten Ordnung einer Modulationswelle in einem Nah-Nulldurchgangsbereich entspricht, der einen Nulldurchgangspunkt enthält, an dem die auf dem Spannungsbefehl basierende Modulationswelle durch 0 geht. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, Stromwelligkeiten zu reduzieren, die in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugt werden. Im Ergebnis kann der Motor bis zu einer Hochgeschwindigkeitsdrehung stabil gesteuert werden.
  • (2) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung korrigiert die Puls-Verschiebungseinheit 250 vorzugsweise die Phase des PWM-Pulses nicht, wenn eine Differenz zwischen der Phase des von der Puls-Erzeugungseinheit 230 erzeugten PWM-Pulses und einer Phase, die der Harmonischen entspricht, größer oder gleich einem vorbestimmten Obergrenzen-Verschiebungsbetrag θmax ist. Auf diese Weise kann eine Überkompensation unterdrückt werden und ein Fehler der Wechselrichter-Ausgangsspannung in Bezug auf den Spannungsbefehl kann reduziert werden.
  • (3) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung wird der Obergrenzen-Verschiebungsbetrag θmax gemäß einer Breite einer Spitze, an der sich eine fünfte Harmonische und eine siebte Harmonische der Modulationswelle überlappen, festgelegt. Somit kann der Obergrenzen-Verschiebungsbetrag θmax geeignet festgelegt werden.
  • (4) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung kann die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses so korrigieren, dass der PWM-Puls bei Phasen ausgegeben wird, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen. Auf diese Weise können die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische, die einen großen Einfluss auf die Stromwelligkeit haben, wirksam unterdrückt werden.
  • (5) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung kann die Puls-Erzeugungseinheit 230 zwei oder mehr PWM-Pulse in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugen. In diesem Fall kann die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses so korrigieren, dass der PWM-Puls bei Phasen, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen, und bei Phasen, die sowohl einer elften Harmonischen als auch dreizehnten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen, ausgegeben wird. Auf diese Weise können neben der fünften Harmonischen und der siebten Harmonischen auch die elfte Harmonische und die dreizehnte Harmonische unterdrückt werden, so dass die Stromwelligkeit weiter reduziert werden kann.
  • (6) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung kann die Puls-Erzeugungseinheit 230 zwei oder mehr PWM-Pulse in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugen. In diesem Fall kann die Puls-Verschiebungseinheit 250 auch die Phase des PWM-Pulses korrigieren, so dass der PWM-Puls bei einer Phase, die der fünften Harmonischen der Modulationswelle entspricht, und bei einer Phase, die der siebten Harmonischen der Modulationswelle entspricht, ausgegeben wird. Auf diese Weise können die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische, die einen großen Einfluss auf die Stromwelligkeit haben, wirksamer unterdrückt werden, so dass die Stromwelligkeit weiter reduziert werden kann.
  • (7) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung korrigiert die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses in einem Übermodulationsbereich, in dem die Modulationswelle eine Trapezwelle ist. Bei dieser Konfiguration kann die Stromwelligkeit in dem Übermodulationsbereich, in dem die Harmonische erzeugt wird und die Stromwelligkeit zunimmt, wirksam reduziert werden.
  • (8) Die Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung umfasst ferner die Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240, die dazu ausgelegt ist, eine Trägerwelle mit der Pulsperiode der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Die Trägerwellen-Erzeugungseinheit 240 erhöht eine Frequenz der Trägerwelle in dem Übermodulationsbereich. Insbesondere wird die Frequenz der Trägerwelle so angepasst, dass die Steigungsbreite der Trapezwelle größer als die Periode der Trägerwelle ist. Bei dieser Konfiguration kann in dem Übermodulationsbereich, in dem der Fehler der Wechselrichter-Ausgangsspannung in Bezug auf den Spannungsbefehl ansteigt und die Stromwelligkeit ansteigt, die Wechselrichter-Ausgangsspannung gleichmäßig gesteuert und die Stromwelligkeit verringert werden.
  • (9) Bei der Wechselrichter-Steuervorrichtung 200 der vorliegenden Erfindung korrigiert die Puls-Verschiebungseinheit 250 die Phase des PWM-Pulses derart, dass der PWM-Puls bei einer Phase ausgegeben wird, die von dem Nulldurchgangspunkt um einen vorbestimmten Phasenverschiebungsbetrag θs verschoben ist. Der Phasenverschiebungsbetrag es zu diesem Zeitpunkt ist ausgedrückt als elektrischer Winkel ein Wert von ((180-α)/14) Grad oder mehr und ((180+α)/10) Grad oder weniger. Bei dieser Konfiguration kann der PWM-Puls gemäß der Spitze der fünften Harmonischen und der Spitze der siebten Harmonischen ausgegeben werden. Im Ergebnis können die fünfte Harmonische und die siebte Harmonische, die einen großen Einfluss auf die Stromwelligkeit haben, wirksam unterdrückt werden und die Stromwelligkeit kann reduziert werden.
  • Obwohl der Fall beschrieben wurde, in dem das Elektrofahrzeug 600 einer Ausführungsform ein Hybridauto ist, kann eine ähnliche Wirkung im Fall eines Einsteck-Hybridautos, eines Elektroautos oder dergleichen erzielt werden.
  • Ferner wurde in der oben beschriebenen Ausführungsform nur die Wechselrichter-Steuervorrichtung beschrieben, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Wechselrichtervorrichtung, in der die Wechselrichter-Steuervorrichtung und der Wechselrichter ineinander integriert sind, oder auf ein Motorantriebssystem, in dem der Wechselrichtervorrichtung und der Motor ineinander integriert sind, angewendet werden, solange die oben beschriebenen Funktionen enthalten sind.
  • Ferner ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb eines Umfangs geändert werden, in dem nicht von dem Gedanken der Erfindung abgewichen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motorvorrichtung
    2
    Batterie
    100
    Wechselrichter
    200
    Wechselrichter-Steuervorrichtung
    210
    Strom-Steuereinheit
    220
    Modulationswellen-Steuervorrichtung
    230
    Puls-Erzeugungseinheit
    240
    Trägerwellen-Erzeugungseinheit
    250
    Puls-Verschiebungseinheit
    260
    Antriebssignal-Erzeugungseinheit
    270
    Drehstellungs-Detektionseinheit
    280
    Strom-Detektionseinheit
    300
    Motor
    320
    Drehstellungssensor
    600
    Elektrofahrzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2018133935 A [0005]

Claims (10)

  1. Wechselrichter-Steuervorrichtung, die umfasst: eine Puls-Erzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen Pulsbreitenmodulations-Puls (PWM-Puls) zum Steuern eines Wechselrichters unter Verwendung eines Modulationsfaktors basierend auf einem Spannungsbefehl und einer Pulsperiode einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen; und eine Puls-Verschiebungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Phase des PWM-Pulses derart zu korrigieren, dass der PWM-Puls bei einer Phase ausgegeben wird, die einer Harmonischen einer vorbestimmten Ordnung einer Modulationswelle in einem Nah-Nulldurchgangsbereich entspricht, der einen Nulldurchgangspunkt enthält, in dem die auf dem Spannungsbefehl basierende Modulationswelle durch 0 geht.
  2. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses dann nicht korrigiert, wenn eine Differenz zwischen der Phase des von der Puls-Erzeugungseinheit erzeugten PWM-Pulses und einer Phase, die der Harmonischen entspricht, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
  3. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der vorbestimmte Wert gemäß einer Breite einer Spitze festgelegt ist, an der sich eine fünfte Harmonische und eine siebte Harmonische der Modulationswelle überlappen.
  4. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses derart korrigiert, dass der PWM-Puls bei Phasen ausgegeben wird, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen.
  5. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Puls-Erzeugungseinheit zwei oder mehr PWM-Pulse in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugt, und die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses derart korrigiert, dass der PWM-Puls bei Phasen, die sowohl der fünften Harmonischen als auch der siebten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen, und bei Phasen, die sowohl einer elften Harmonischen als auch einer dreizehnten Harmonischen der Modulationswelle entsprechen, ausgegeben wird.
  6. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Puls-Erzeugungseinheit zwei oder mehr PWM-Pulse in dem Nah-Nulldurchgangsbereich erzeugt, und die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses derart korrigiert, dass der PWM-Puls bei einer Phase, die der fünften Harmonischen der Modulationswelle entspricht, und bei einer Phase, die der siebten Harmonischen der Modulationswelle entspricht, ausgegeben wird.
  7. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses in einem Übermodulationsbereich korrigiert, in dem die Modulationswelle eine Trapezwelle ist.
  8. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 7, die ferner umfasst: eine Trägerwellen-Erzeugungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Trägerwelle mit der Pulsperiode zu erzeugen, wobei die Trägerwellen-Erzeugungseinheit eine Frequenz der Trägerwelle in dem Übermodulationsbereich erhöht.
  9. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Trägerwellen-Erzeugungseinheit die Frequenz der Trägerwelle derart anpasst, dass eine Steigungsbreite der Trapezwelle größer als eine Periode der Trägerwelle wird.
  10. Wechselrichter-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Puls-Verschiebungseinheit die Phase des PWM-Pulses derart korrigiert, dass der PWM-Puls bei einer Phase ausgegeben wird, die von dem Nulldurchgangspunkt um einen vorbestimmten Phasenverschiebungsbetrag verschoben ist, und der Phasenverschiebungsbetrag ausgedrückt als elektrischer Winkel ein Wert von ((180-α)/14) Grad oder mehr und ((180+α)/10) Grad oder weniger ist.
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