JP2014090584A - 車両用モータコントローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】モータをPWM制御する際に、自車両の受信機に対するノイズの混入を十分に抑制するとともに、他車両の受信機に対する影響をも低減すること。
【解決手段】高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属する第1の周波数も、拡散変調の対象となる複数のPWM周波数に含まれるように、各受信チャンネルに対する複数のPWM周波数を決定する。さらに、上記第1の周波数に相当するPWM周波数へ変調される割合が、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域に属さない第2の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合より小さくなるように、複数のPWM周波数へ拡散変調する際の、各PWM周波数へ変調する割合を決定する。
【選択図】図5

Description

本発明は、車両に搭載されたモータをPWM制御する車両用モータコントローラに関する。
例えば特許文献1には、車両に搭載されたラジオ受信機が受信する受信チャンネル情報に基づき、モータ駆動部のPWM制御における制御基本周波数を拡散することが記載されている。
特開2006−94650号公報
上述した特許文献1の装置では、制御基本周波数又はその高調波の周波数が、受信チャンネルの周波数帯域内に存在する場合に、ラジオ受信機が受信しているチャンネルの周波数帯域内での、制御基本周波数及びその高調波の周波数のレベルが低くなるように、あるいは、ラジオ受信機が受信しているチャンネルの周波数帯域内に、制御基本周波数及びその高調波の周波数が入らないように、制御基本周波数の拡散を行う。
しかしながら、単に、制御基本周波数及びその高調波の周波数のレベルが低くなるように拡散を行なっても、ラジオ受信機のノイズ障害を十分に低減できるとは限らない。つまり、特許文献2の図2(a)に示されるように、拡散後の高調波スペクトルが、受信チャンネルの周波数帯域内か外かに係わらず、一定のレベルに低減された場合、その低減の程度が不足して、ラジオ音声にノイズが混入する虞がある。
一方、ラジオ受信機が受信しているチャンネルの周波数帯域内に、制御基本周波数及びその高調波の周波数が入らないように拡散を行えば、原則として、自車両のラジオ受信機でのノイズの混入を防止することができる。ただし、この場合、受信チャンネルの周波数帯以外の周波数帯における制御基本周波数又は高調波周波数のスペクトルレベルが相対的に大きくなってしまう。そのため、他車両におけるラジオ受信機に対する影響が大きくなるという問題が生じる。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、モータをPWM制御する際に、自車両の受信機に対するノイズの混入を十分に抑制するとともに、他車両の受信機に対する影響をも低減することが可能なモータコントローラを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による車両用モータコントローラ(1)は、車両に搭載されたモータ(8)をPWM制御するものであって、
車両に搭載された受信機が受信している受信チャンネルを検出する受信チャンネル検出手段(9)と、
モータをPWM制御する際に、受信チャンネル検出手段によって検出された受信チャンネルに応じて選択された複数の周波数の間で、PWM制御の基本周波数(以下、PWM周波数)を変化させて、PWM周波数を拡散変調する拡散変調部(5)と、を備え
複数の周波数には、高調波成分が、受信チャンネル検出手段が検出した受信チャンネルの周波数帯域内に属する第1の周波数も含まれており、拡散変調部は、PWM周波数を第1の周波数に変調する割合を、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域に属さない第2の周波数に変調する割合より小さくすることを特徴とする。
このように、本発明による車両用モータコントローラによれば、PWM周波数を拡散変調する場合に、受信チャンネルの周波数帯域内に属する第1の周波数も対象として拡散を行う。このため、受信チャンネルの周波数帯域外における、高調波成分のレベルを抑えることが可能となり、他車両の受信機に対する影響を十分に低減することができる。さらに、本発明によるモータコントローラでは、PWM周波数を、受信チャンネル周波数帯域内の第1の周波数に変調する割合を、受信チャンネル周波数帯域外の第2の周波数に変調する割合より小さくする。このため、受信チャンネルの周波数帯域内の高調波成分のレベルを、受信チャンネルの周波数帯域外の高調波成分のレベルよりも大きく低減することが可能になる。従って、自車両の受信機に対するノイズの混入を十分に抑制することができる。
また、上述した車両用モータコントローラにおいて、拡散変調部は、受信チャンネル検出手段によって検出された受信チャンネルが属する周波数帯が低い場合には、それよりも周波数帯が高い場合に比較して、PWM周波数を第1の周波数に変調する割合を低下させることが好ましい。受信チャンネルが属する周波数帯が低くなるほど、高調波成分によるノイズの影響を受けやすくなる傾向、つまり、高調波成分のレベルが小さくても、ノイズとして聞こえやすくなる傾向があるためである。
なお、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
また、上述した特徴以外の本発明の特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。
実施形態による車両用モータコントローラの構成の一例を示す構成図である。 PWM周波数faにてPWM制御を行った場合に、PWM周波数fa及びその高調波の周波数2fa、3fa、4fa、5fa、…においてノイズが発生する様子を示した図である。 PWM周波数を拡散変調することにより、PWM周波数及びその高調波スペクトルが低下する様子を示した図である。 PWM周波数の拡散変調を行うための処理を示すフローチャートである。 図4のフローチャートの処理により、受信チャンネルの周波数帯域内に属する高調波スペクトルが、周波数帯域外の高調波スペクトルに比較して十分に小さいレベルまで低減される様子を概念的に示した図である。 受信チャネルの周波数帯が相対的に低いため、第1の周波数に相当するPWM周波数faへ変調される割合を比較的低い値に設定した例を示す図である。 受信チャネルの周波数帯が相対的に高いため、第1の周波数に相当するPWM周波数faへ変調される割合を比較的高い値に設定した例を示す図である。 第2実施形態において、受信チャンネルの周波数帯が低い場合に、それよりも周波数帯が高い場合に比較して、PWM周波数を第1の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合を低下させつつ、PWM周波数を拡散変調するための処理を示すフローチャートである。 図8のフローチャートの処理により、受信チャンネルの周波数帯が相対的に低い場合に、その周波数帯域内に含まれるPWM周波数の高調波スペクトルのレベルをより低いレベルまで低下させた様子を概念的に示す図である。 第3実施形態において、第1の周波数と第2の周波数とを区分けするための周波数範囲を説明するための説明図である。 第3実施形態において、第1の周波数と第2の周波数とを区分けするための周波数範囲の一例を示す図である。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態による車両用モータコントローラについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本実施形態による車両用モータコントローラ1の構成の一例を示している。図1において、モータコントローラ1により駆動制御されるモータ8は、例えば三相(U相、V相、W相)の固定子巻線、及び永久磁石からなる回転子を有するブラシレスモータである。このモータ8への通電電流の大きさが、モータコントローラ1によるPWM制御によってコントロールされる。ただし、本実施形態によるモータコントローラ1の制御対象となるモータ8は上述したモータに限られず、例えば、PWM制御により回転速度がコントロールされるブラシレスモータやステッピングモータであっても良い。要するに、本実施形態によるモータコントローラ1は、PWM制御されるすべてのモータを制御対象とすることができる。
車両には、ラジオ放送を受信するラジオ受信機10、及びラジオ受信機10にてラジオ放送が受信されているとき、その受信チャンネル情報を検出して、モータコントローラ1に出力する受信チャンネル情報検出部9が搭載されている。受信チャンネル情報検出部9は、例えば、車両に搭載されたラジオ受信機を含む各種のオーディオ機器を制御するECUからなる。
モータコントローラ1は、制御基本周波数選択部3,制御基本周波数発生部4,及び拡散制御部5を含む制御回路2と、モータドライバ6及びフィルタ7とで構成されている。
制御回路2は、図示しない位置検出センサからの信号や、外部から指示されたトルクや速度の指令値などに基づいて、モータ8を駆動するためのPWM信号のデューティ比を決定する。そして、制御回路2の制御基本周波数選択部3が、受信チャンネル情報検出部9から取得した受信チャンネル情報に基づいて、PWM制御を行う際における、拡散のための複数の基本周波数(以下、PWM周波数)を選択する。例えば、ラジオ受信機10が受信する各受信チャンネルに対応して、選択されるべき複数のPWM周波数が予め決定される。そして、制御基本周波数選択部3には、その決定された対応関係をリスト化したものを記憶させておく。制御基本周波数選択部3は、受信チャンネル情報を取得したとき、記憶した対応関係のリストを参照して、複数のPWM周波数を選択する。また、このリストには、各受信チャンネルに対応して選択されるべき複数のPWM周波数ばかりでなく、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属するPWM周波数であるか否かに関する情報が付加されている。
拡散制御部5は、制御基本周波数選択部3から、複数のPWM周波数及び高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属するPWM周波数であるか否かに関する情報を取得する。そして、拡散制御部5は、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属するか否かに関する情報を考慮しつつ、各PWM周波数に切り換える(変調する)割合を定める。さらに、拡散制御部5は、その定めた割合に従って、制御に使用するPWM周波数を周期的に変化させるよう制御基本周波数発生部4に指示する。これにより、複数のPWM周波数への拡散変調が行われる。制御基本周波数発生部4は、拡散制御部5から指示されたPWM周波数において、決定されたデューティ比にてオン、オフするPWM信号を発生する。
モータドライバ6は、インバータ回路を含み、制御基本周波数発生部4から出力されたPWM信号を用いて、モータ8の各相に対するパルス状の通電電流を発生する。この通電電流は、フィルタ回路7を介して、モータ8に与えられる。フィルタ回路7は、PWM信号により発生するノイズを低減すべく設けられている。しかしながら、後述するように、本実施形態においては、PWM信号の発生時点でノイズの低減が図られているので、フィルタ回路7として簡易かつ安価なフィルタ回路を設ければ実用上十分である。
ここで、PWM制御に起因してノイズが発生することが知られている。このノイズは、図2(a)、(b)に示すように、PWM周波数fa及びその高調波の周波数2fa、3fa、4fa、5fa、…において顕著に表れる。従って、ラジオ受信機などの受信機の使用周波数と、PWM制御により発生するノイズの周波数とが重なった場合、受信機における音声等の受信に悪影響が及ぶこととなる。
そこで、本実施形態では、モータをPWM制御する際に、一定のPWM周波数を使用するのではなく、上述したように、PWM周波数を複数のPWM周波数へ拡散変調する。例えば、図3(a)、(b)は、最もシンプルな例として、PWM周波数を2種類のPWM周波数fa、fbへ拡散変調した例を示している。この図3(a)、(b)から明らかなように、PWM周波数を複数のPWM周波数へ拡散変調することにより、ノイズ(PWM周波数スペクトル及び高調波スペクトル)のピークを下げて、受信機に対するノイズの影響を抑制することができる。
特に、本実施形態においては、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属する第1の周波数も、拡散変調の対象となる複数のPWM周波数に含まれるように、各受信チャンネルに対する複数のPWM周波数を決定するようにした。図3(a)、(b)に示す例では、PWM周波数faの第3高調波3faが、受信チャンネルの周波数帯域内に属するので、PWM周波数faが第1の周波数に該当する。本実施形態では、図3(a)、(b)に示すように、この第1の周波数も対象として、PWM周波数の拡散変調を行う。その結果、受信チャンネルの周波数帯域外の周波数だけを対象として拡散変調を行った場合に比較して、受信チャンネルの周波数帯域外における、高調波スペクトルのレベルを抑えることができる。そのため、自車両におけるモータ8のPWM制御により発生するノイズの、他車両の受信機に対する影響を十分に低減することができる。
ただし、拡散制御部5は、上記の第1の周波数に相当するPWM周波数へ変調される割合が、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域に属さない第2の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合より小さくなるように、複数のPWM周波数へ拡散変調する際の、各PWM周波数へ切り換える(変調する)割合を決定する。例えば、図3(a)、(b)は、第1の周波数に相当するPWM周波数faの割合が20%、第2の周波数に相当するPWM周波数に相当するPWM周波数fbの割合が80%となるように、PWM周波数を変化(拡散変調)させた例を示している。このようにすることにより、受信チャンネルの周波数帯域内の周波数も対象として拡散変調を行いながら、受信チャンネルの周波数帯域内の高調波スペクトルのレベルを、周波数帯域外の高調波スペクトルのレベルよりも大きく低減することができる。従って、自車両のラジオ受信機10に対するノイズの混入を十分に抑制することができる。
このようなPWM周波数の拡散変調を行うための制御回路2における処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS100において、ラジオ受信機10における受信チャンネルの情報を取得する。そして、ステップS110にて、取得した受信チャンネル情報に基づき、予め決定された対応関係を参照して、複数のPWM周波数を選択する。この複数のPWM周波数には、高調波成分が、受信チャンネルの周波数帯域内に属するPWM周波数及び周波数帯域内に属さないPWM周波数が含まれている。そして、複数のPWM周波数には、高調波成分が、受信チャンネルの周波数帯域内に属するか否かに関する情報が付加されている。
ステップS120では、ステップS110において選択された複数のPWM周波数を対象として、各PWM周波数へ切り換える(変調する)割合を決定する。この際、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域内に属するPWM周波数へ変調される割合が、高調波成分が受信チャンネルの周波数帯域に属さないPWM周波数に変調する割合より小さくなるように、その割合を定める。そして、その割合に従って、PWM周波数を周期的に変化させつつ、制御に使用するPWM周波数を選択する。ステップS130では、選択されたPWM周波数を持ち、図示しない別の処理にて決定されたデューティ比に応じてオン、オフするPWM信号が生成され、出力される。
ステップS140では、ラジオ受信機10において、受信チャンネルが変更されたか否かを判定する。受信チャンネルが変更された場合には、ステップS110からの処理を再度実行し、受信チャンネルが変更されていない場合には、PWM周波数の拡散変調のため、ステップS120からの処理を実行する。
このような処理を実行することにより、例えば図5に概念的に示すように、受信チャンネルの周波数帯域内に属する高調波スペクトルは、周波数帯域外の高調波スペクトルに比較して十分に小さいレベルまで低減される。このため、自車両のラジオ受信機10の受信への影響を良好に抑制することができる。さらに、受信チャンネルの周波数帯域内に高調波成分が含まれないように、PWM周波数の拡散変調を行った場合に比較して、受信チャンネルの周波数帯域外の高調波スペクトルのレベルを低減することができる。このため、他車両の受信機への影響も、従来に比較して低減することができる。
なお、図5は、第1の周波数及び第2の周波数に相当するPWM周波数として、それぞれ複数のPWM周波数への変調を行った場合の例を示している。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による車両用モータコントローラについて説明する。本実施形態の車両用モータコントローラの構成は、上述した第1実施形態の車両用モータコントローラと同様であるため説明を省略する。
本実施形態による車両用モータコントローラ1では、受信チャンネルの周波数の高低に応じて、第1の周波数に相当するPWM周波数へ変調する割合を変更する点に特徴がある。以下、本実施形態の車両用モータコントローラ1の特徴について詳しく説明する。
図6(b)及び図7(b)に概略的に示すように、受信チャンネルの周波数帯が低くなるほど、高調波成分によるノイズの影響を受けやすくなる。換言すると、受信チャンネルの周波数帯が低くなるほど、高調波成分のレベルが小さくても、ノイズとして聞こえやすくなる。
そのため、本実施形態による車両用モータコントローラ1では、受信チャンネル情報検出部9によって検出された受信チャンネルの周波数帯が低い場合には、それよりも周波数帯が高い場合に比較して、PWM周波数を第1の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合を低下させることとした。例えば、図6(a)、(b)に示す例では、受信チャネルの周波数帯が相対的に低いため、第1の周波数に相当するPWM周波数faへ変調される割合が20%と、比較的低い値に設定されている。一方、図7(a)、(b)に示す例では、受信チャネルの周波数帯が相対的に高いため、第1の周波数に相当するPWM周波数faへ変調される割合が25%と、図6(a)、(b)よりも高い値に設定されている。
このような処理を実行するため、図8に示すフローチャートでは、図4のフローチャートに対して、ステップS112及びS114の処理が追加されている。ステップS112では、受信チャンネルの周波数帯が、相対的に低いか高いかを、予め定めた基準周波数Xと比較することにより判定する。ステップS114では、ステップS112における判定結果に基づき、受信チャンネルの周波数帯が基準周波数Xよりも低い場合には、第1の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合を相対的に小さい割合となるように、各PWM周波数へ変調する割合を決定する。一方、受信チャンネルの周波数帯が基準周波数Xよりも高い場合には、第1の周波数に相当するPWM周波数に変調する割合を相対的に大きな割合となるように、各PWM周波数へ変調する割合を決定する。
図4のフローチャートに対して、このようなステップS112、S114の処理を追加したことにより、例えば図9に概念的に示すように、受信チャンネルの周波数帯が低い場合には、その周波数帯域内に含まれるPWM周波数の高調波スペクトルのレベルをより低いレベルまで低下させることができる。このため、PWM制御によるノイズの影響を効果的に抑制することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態による車両用モータコントローラについて説明する。本実施形態の車両用モータコントローラの構成は、上述した第1実施形態の車両用モータコントローラと同様であるため説明を省略する。
本実施形態による車両用コントローラ1においては、受信チャンネルの周波数帯域を、聴取者が実際にノイズとして聞こえる周波数を考慮して、より厳密に設定した点に特徴がある。
すなわち、図10に一例を示すように、通常、聴取者が、高調波によるノイズを聞き取れるのは、その高調波の周波数が受信チャンネルの周波数の±5kHz以内に属する場合である。換言すれば、高調波成分の周波数が、受信チャンネルの周波数から5kHz以上離れれば、聴取者は、その高調波によるノイズを聞き取る虞は非常に小さくなる。また、受信チャンネルの周波数に対して、高調波成分の周波数が±20Hzの範囲に属する場合も、聴取者は、その高調波によるノイズを聞きとる虞は小さくなる。
そこで、本実施形態による車両用モータコントローラ1では、まず、高調波成分が、受信チャンネルの周波数の±5kHz以下の範囲に属するPWM周波数を、第1の周波数に相当するPWM周波数とし、受信チャンネルの周波数の±5kHzを超える範囲に属するPWM周波数を、第2の周波数に相当するPWM周波数とした。さらに、受信チャンネルの周波数の±20Hz以下の範囲は、受信チャンネルの周波数帯域外とみなし、高調波成分が、受信チャンネルの周波数の±20Hz以下の範囲に属する周波数は、第2の周波数に相当するPWM周波数とすることとした。
従って、例えば図11に示すように、受信チャンネルの周波数が550kHzである場合、高調波成分の周波数が545kHzから555kHzの範囲に属し、かつ549.98kHzから550.02kHzまでの範囲に属さないPWM周波数が第1の周波数に相当するPWM周波数となる。高調波成分の周波数が、上記した周波数範囲に該当しないPWM周波数、すなわち、高調波成分の周波数が555kHzを超えるか、もしくは545kHzを下回るPWM周波数fxと、高調波成分の周波数が549.98kHzから550.02kHzまでの範囲に属するPWM周波数fvは、第2の周波数に相当するPWM周波数となる。なお、図11において、Nは整数を表している。また、例えば、PWM周波数として用いることができる周波数範囲は、20〜500kHzとする。
この第3実施形態によれば、第1の周波数に相当するPWM周波数と、第2の周波数に相当するPWM周波数とを、より精密に区分けすることが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
例えば、上述した各実施形態において、PWM周波数を複数の周波数に拡散変調する割合は、各PWM周波数によるパルス信号の出力時間に基づいて定めていた。しかしながら、その割合は、各PWM周波数によるパルス信号のパルス数に基づいて定めても良い。
1 車両用モータコントローラ
2 制御回路
3 制御基本周波数選択部
4 制御基本周波数発生部
5 拡散制御部
6 モータドライバ
7 フィルタ
8 モータ
9 受信チャンネル情報検出部
10 ラジオ受信機

Claims (5)

  1. 車両に搭載されたモータ(8)をPWM制御するモータコントローラ(1)であって、
    前記車両に搭載された受信機(10)が受信している受信チャンネルを検出する受信チャンネル検出手段(9)と、
    前記モータをPWM制御する際に、前記受信チャンネル検出手段によって検出された受信チャンネルに応じて選択された複数の周波数の間で、PWM制御の基本周波数(以下、PWM周波数)を変化させて、前記PWM周波数を拡散変調する拡散変調部(5)と、を備え
    前記複数の周波数には、高調波成分が、前記受信チャンネル検出手段が検出した受信チャンネルの周波数帯域内に属する第1の周波数も含まれており、前記拡散変調部は、前記PWM周波数を前記第1の周波数に変調する割合を、高調波成分が前記受信チャンネルの周波数帯域に属さない第2の周波数に変調する割合より小さくすることを特徴とするモータコントローラ。
  2. 前記拡散変調部は、前記受信チャンネル検出手段によって検出された受信チャンネルが属する周波数帯が低い場合には、それよりも周波数帯が高い場合に比較して、前記PWM周波数を前記第1の周波数に変調する割合を低下させることを特徴とする請求項1に記載のモータコントローラ。
  3. 高調波成分が、前記受信チャンネルの周波数の±5kHz以下の範囲に属する周波数が、前記第1の周波数とされ、前記受信チャンネルの周波数の±5kHzを超える範囲に属する周波数が、前記第2の周波数とされることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータコントローラ。
  4. 前記受信チャンネルの周波数の±20Hz以下の範囲は、前記受信チャンネルの周波数帯域外とみなし、高調波成分が、前記受信チャンネルの周波数の±20Hz以下の範囲に属する周波数は、前記第2の周波数とみなすことを特徴とする請求項3に記載のモータコントローラ。
  5. PWM制御のためのPWM信号に応じてオン、オフされるスイッチング素子からなるモータドライバ(6)と、
    前記モータドライバとモータとの間に設けられ、前記モータドライバを介して前記モータに通電される電流のノイズを減衰するフィルタ回路(7)と、を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のモータコントローラ。
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