JP2015033263A - インバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアノイズの増大を抑制する。
【解決手段】インバータをランダムに変更されるキャリア周波数ｆｃを用いたパルス幅変調制御によって制御する際、キャリア周波数ｆｃがモータのステータの共振周波数帯外にあるときにはキャリア周波数ｆｃを変更する時間としての変更周期Ｔｃを値Ｔ１に設定し（ステップＳ１００，Ｓ１１０）、キャリア周波数ｆｃがステータの共振周波数帯内にあるときには変更周期Ｔｃを値Ｔ１より短い値Ｔ２に設定する（ステップＳ１００，Ｓ１２０）。これにより、キャリア周波数ｆｃがステータの共振周波数帯内に停滞する時間を短くすることができ、キャリアノイズの増大を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータの制御装置に関し、詳しくは、モータを駆動するインバータを制御するためのインバータの制御装置に関する。

従来、この種のインバータの制御装置としては、動力源としてのモータジェネレータを駆動するインバータをパルス幅変調制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置では、インバータのパルス幅変調制御におけるキャリア周波数をモータジェネレータの固有振動数と一致させることにより、モータジェネレータの騒音を抑制している。

特開２０１１−１７２３０３号公報

ところで、上述のインバータの制御装置では、インバータのスイッチングによる電流変動により、ステータなどが収納されたケースから放射音（キャリアノイズ）が発生する場合がある。こうしたキャリアノイズを抑制するために、パルス幅変調制御におけるキャリア周波数をランダムに変更する制御が行なわれているが、キャリア周波数とモータのステータの共振周波数とが一致するとキャリアノイズが増大してしまう。

本発明の車両の制御装置は、キャリアノイズの増大を抑制することを主目的とする。

本発明のインバータの制御装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のインバータの制御装置は、
モータを駆動するインバータを制御するためのインバータの制御装置であって、
ランダムに変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御を実行する際、前記キャリア周波数が前記モータのステータの共振周波数帯内にあるときには、前記ステータの共振周波数帯外にあるときよりも短い周期で前記キャリア周波数を変更する
ことを特徴とする。

この本発明のインバータの制御装置では、ランダムに変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御を実行する際、キャリア周波数がモータのステータの共振周波数帯内となったときには、ステータの共振周波数帯の範囲外にあるときよりも短い周期でキャリア周波数を変更する。これにより、キャリア周波数がステータの共振周波数帯に停滞する時間を短くすることができ、キャリアノイズが増大することを抑制することができる。

本発明の一実施例としてのインバータの制御装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 変更周期設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 キャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。 キャリアノイズのレベルとキャリア周波数との関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのインバータの制御装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ３４を介してモータ３２と電力をやりとりするバッテリ３６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵなどを中心とするマイクロプロセッサとして構成されている。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置や、モータ３２の三相コイルの各相に流れる相電流，バッテリ３６の端子間電圧や充放電電流，バッテリ温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、バッテリ３６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔをモータ３２の回転数Ｎｍで除してモータ３２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを設定し、要求トルクＴｒ＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限してモータ３２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４のスイッチング素子をスイッチング制御する。インバータ３４の制御は、実施例では、変調波（搬送波）とモータ３２の電圧指令との比較によってインバータ３４のスイッチング素子のオン時間の割合を調節するパルス幅変調制御によって行なうものとした。

変調波の周波数としてのキャリア周波数ｆｃは、実施例では、後述する変更周期設定処理ルーチンで設定される変更周期Ｔｃが経過する度にランダムに変更されるものとした。図２は、変更周期設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、パルス幅変調制御によってインバータ３４を制御している最中に電子制御ユニット５０により実行される。

変更周期設定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、キャリア周波数ｆｃがモータ３２のステータに共振が生じるステータ共振周波数帯（ステータの固有振動数（例えば、４ｋＨｚなど）±２００Ｈｚの範囲）内にあるか否かを判定し（ステップＳ１００）、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯外であるときには、変更周期Ｔｃを値Ｔ１（例えば、５ｍｓｅｃなど）に設定して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。ここで、値Ｔ１は、モータ３２から所望のトルクを出力することができることなどのモータ３２の制御性を維持することができる制御周期として予め実験や解析などで定められた値であるものとした。このように変更周期Ｔｃを設定することにより、モータ３２の制御性を維持しながらキャリアノイズの増大を抑制することができる。

キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるときには（ステップＳ１１０）、変更周期Ｔｃを値Ｔ１より短い値Ｔ２（例えば、２．５ｍｓｅｃなど）に設定して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。ここで、値Ｔ２は、キャリア周波数ｆｃがステータの共振周波数帯に停滞しても、キャリアノイズがさほど増大しない程度の変更周期として予め実験や解析などで定められた値であるものとした。

図３は、キャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。キャリア周波数ｆｃは、図示するように、変更周期Ｔｃでランダムに変更される。変更周期Ｔｃは、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるときに、ステータ共振周波数帯外にあるときより短く設定すると、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるか否かに拘わらず変更周期Ｔｃが値Ｔ１であるものと比較して、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内に停滞する時間をより短くなる。

図４は、キャリアノイズのレベルとキャリア周波数との関係の一例を示す説明図である。図中、実線は、実施例のキャリアノイズのレベルとキャリア周波数ｆｃとの関係の一例であり、破線は、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるか否かに拘わらず変更周期Ｔｃを値Ｔ１としてインバータ３４を制御した比較例のキャリアノイズのレベルとキャリア周波数ｆｃとの関係の一例を示している。キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるとき、図示するように、比較例では、キャリアノイズが増大してピークが生じているが、実施例では、変更周期Ｔｃが短く設定されてキャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯域に停滞する時間が比較例より短くなっているから、キャリアノイズのピークが生じずに平坦化されている。このように、キャリア周波数ｆｃがステータ共振周波数帯内にあるときには、ステータ共振周波数帯外にあるときより変更周期Ｔｃを短く設定することにより、キャリアノイズの増大を抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０が備えるインバータ３４の制御装置によれば、ランダムに変更されるキャリア周波数ｆｃを用いたパルス幅変調制御によってインバータ３４を制御する際、キャリア周波数ｆｃがモータ３２のステータの共振周波数帯内にあるときにはステータの共振周波数帯外にあるときによりも短い変更周期Ｔｃでキャリア周波数ｆｃを変更することにより、キャリアノイズの増大を抑制することができる。

実施例では、変更周期Ｔｃが経過する度にランダムに変更されるキャリア周波数ｆｃを用いたパルス幅制御によってインバータ３４を制御するものに適用するものとしたが、常にキャリア周波数ｆｃがランダムに変更されるものに限定されるわけではなく、所定条件が成立したときのみキャリア周波数ｆｃがランダムに変更されるもの（所定条件が成立しないときにはキャリア周波数ｆｃがランダムに変更されない（例えば、キャリア周波数ｆｃが一定となるもの））に対して適用するものとしてもよい。

実施例では、駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２と電力をやりとりするバッテリ３６と、を備える電気自動車２０に適用するものとしたが、これに加えて、駆動軸２２に動力を出力可能なエンジンを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、電子制御ユニット５０が「インバータの制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、インバータの制御装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ａ、２６ｂ 駆動輪、３２ モータ、３４ インバータ、３６ バッテリ、５０ 電子制御ユニット、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ。

Claims (1)

1. モータを駆動するインバータを制御するためのインバータの制御装置であって、
   ランダムに変更されるキャリア周波数を用いたパルス幅変調制御を実行する際、前記キャリア周波数が前記モータのステータの共振周波数帯内にあるときには、前記ステータの共振周波数帯外にあるときよりも短い周期で前記キャリア周波数を変更する
   ことを特徴とするインバータの制御装置。

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