JP2015053788A

JP2015053788A - インバータの制御装置

Info

Publication number: JP2015053788A
Application number: JP2013184913A
Authority: JP
Inventors: 翼中満; Tsubasa Nakamitsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-19

Abstract

【課題】インバータのスイッチングによるノイズをより認識されにくくする。【解決手段】マスキング期間（マスキング領域）の間、キャリア周波数ｆｃを、キャリア周波数初期値（例えば、周波数ｆ１〜ｆ３など））から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行ない、マスキング期間をランダムな期間（例えば、時間Ｔ１〜Ｔ３など）に設定し、キャリア周波数初期値を設定したマスキング期間が短いほど高い値に設定する。この結果、インバータのスイッチングによるノイズをより認識されにくくすることができる。【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、モータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御し、パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を徐々に高くする期間であるマスキング期間とキャリア周波数初期値とを設定し、設定したマスキング期間の間、キャリア周波数を設定したキャリア周波数初期値から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なう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、パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を所定時間毎に切り替えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうしたキャリア周波数の切り替えにより、インバータのスイッチングによるノイズのピークレベルを低減できるとしている。

特開２００９−２３２６０６号公報

しかしながら、上述の制御装置では、インバータのスイッチングによるノイズが一定周期で発生するため、ノイズが認識されやすくなってしまう。したがって、ノイズをより認識されにくくする制御が望まれている。

本発明のインバータの制御装置は、インバータのスイッチングによるノイズをより認識されにくく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、
モータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御し、前記パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を徐々に高くする期間であるマスキング期間とキャリア周波数初期値とを設定し、前記設定したマスキング期間の間、前記キャリア周波数を前記設定したキャリア周波数初期値から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なうインバータの制御装置であって、
前記マスキング期間を、ランダムな期間に設定し、
前記キャリア周波数初期値を、前記設定したマスキング期間が短いほど高い値に設定する
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、モータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御し、パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を徐々に高くする期間であるマスキング期間とキャリア周波数初期値とを設定し、設定したマスキング期間の間、キャリア周波数を設定したキャリア周波数初期値から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なう。一般に、音のレベルは周波数が高いほど低くなる。また、ある音が鳴った後の一定時間はその音よりレベルの低い音は認識されにくくなる。したがって、パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を設定されたキャリア周波数初期値から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なうことにより、キャリア周波数を固定するものに比して、キャリア周波数初期値より高い周波数の音を認識されにくくすることができる。そして、マスキング期間を、ランダムな期間に設定する。これにより、周波数がキャリア周波数初期値の音の発生周期がランダムになり、音の発生周期が一定のものに比して、より認識されにくくなる。さらに、キャリア周波数初期値を、設定したマスキング期間が短いほど高い値に設定する。これにより、周波数がキャリア周波数初期値の音が発生する周期が短くなるほど音のレベルを低くすることができる。この結果、インバータのスイッチングによるノイズをより認識されにくくすることができる。

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。変調波の周波数としてのキャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。音圧のレベルの時間変化の一例を示す説明図である。変形例のキャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。変形例のキャリア周波数ｆｃの時間変化の様子の一例を示す説明図である。

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。なお、実施例では、電子制御ユニット５０が「インバータの制御装置」に該当する。

電子制御ユニット５０は、図示しないＣＰＵ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を検出する回転位置検出センサからのモータ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を検出する電流センサからの相電流，バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの端子間電圧，バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの充放電電流，バッテリ３６に取り付けられた温度センサからの電池温度，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。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサにより検出されたモータ３２のロータの回転位置θｍに基づいてモータ３２のロータの電気角θｅや回転角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算したり、電流センサにより検出されたバッテリ３６の充放電電流Ｉｂに基づいてそのときのバッテリ３６から放電可能な電力量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度とに基づいてバッテリ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を演算したりしている。

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の入出力制限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。

図２は、変調波の周波数としてのキャリア周波数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、キャリア周波数ｆｃを徐々に高くするマスキング期間Ｔｍａｓｋとキャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔとを設定した後、設定したマスキング期間Ｔｍａｓｋの間、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔから徐々に高くするものとした。

ここで、マスキング期間Ｔｍａｓｋは、後述する時間マスキングを考慮して、時間Ｔ１（例えば、１００ｍｓｅｃなど）、時間Ｔ２（時間Ｔ１より短い時間、例えば、８０ｍｓｅｃなど）、時間Ｔ３（時間Ｔ２より短い時間、例えば、６０ｍｓｅｃなど）などランダムに設定されるものとした。

また、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔは、設定されたマスキング期間Ｔｍａｓｋが短いほど高い値に設定されるものとした。キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔは、例えば、マスキング期間Ｔｍａｓｋが時間Ｔ１であるときには周波数ｆ１（例えば、１ｋＨｚなど）に設定され、マスキング期間Ｔｍａｓｋが時間Ｔ１より短い時間Ｔ２であるときには周波数ｆ１より高い周波数ｆ２（例えば、１．０１ｋＨｚなど）に設定され、マスキング期間Ｔｍａｓｋが時間Ｔ２より短い時間Ｔ３であるときには周波数ｆ２より高い周波数ｆ３（例えば、１．０３ｋＨｚなど）に設定するものとした。

このようにキャリア周波数ｆｃを変化させるのは以下の理由による。図３は、音圧のレベルの時間変化の一例を示す説明図である。一般に、音のレベルは周波数が高いほど低くなる。また、ある刺激音、すなわち、突然大きな音がしたときには、その刺激音がなくなっても、その直後に続く音圧レベルの低い短い音は前の音にかき消されて聞こえにくくなる。これは、時間マスキングと呼ばれるものであり、図３における「プリ」と「ポスト」の領域はマスキングされて聞こえにくくなる。実施例では、この「時間マスキング」を考慮して、マスキング期間Ｔｍａｓｋの間、キャリア周波数ｆｃを、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔから徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なう。これにより、マスキング期間Ｔｍａｓｋの間、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔより高い周波数の音を認識しにくくすることができる。

また、マスキング期間Ｔｍａｓｋを、ランダムな期間に設定するから、周波数がキャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔの音の発生周期がランダムになる。これにより、音の発生周期が一定のものに比して、周波数がキャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔの音をより認識されにくくすることができる。

さらに、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔを、設定したマスキング期間Ｍａｓｋが短いほど高い値に設定するから、周波数がキャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔの音の発生周期が短くなるほど音のレベルを低くすることができ、周波数がキャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔの音を認識されにくくすることができる。この結果、インバータ３４のスイッチングによるノイズをより認識されにくくすることができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、マスキング期間Ｔｍａｓｋの間、キャリア周波数ｆｃを、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔから徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行ない、マスキング期間Ｔｍａｓｋをランダムな期間に設定し、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔを設定したマスキング期間Ｍａｓｋが短いほど高い値に設定する。この結果、ノイズをより認識されにくくすることができる。

実施例の電気自動車２０では、マスキング期間Ｔｍａｓｋをランダムな期間に設定し、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔを設定したマスキング期間Ｍａｓｋが短いほど高い値に設定するものとしたが、図４に例示するように、マスキング期間Ｔｍａｓｋをランダムな期間に設定し、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔをマスキング期間Ｍａｓｋに拘わらず周波数ｆ１の一定値としてもよいし、図５に例示するように、マスキング期間Ｔｍａｓｋを時間Ｔ１に設定し、キャリア周波数初期値ｆｃｓｅｔを周波数ｆ１から周波数ｆ３の間でランダムに変更するものとしてもよい。

実施例では、本発明を電気自動車に搭載されるモータを駆動するためのインバータの制御を行なう装置に適用するものとしたが、車載されるものに限定されるものではなく、モータを駆動するためのインバータを制御するものであれば如何なるものに搭載するものに適用してもよい。

実施例では、本発明をモータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御する制御装置に適用するものとしたが、モータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御するものであれば如何な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

モータを駆動するためのインバータをパルス幅変調制御によって制御し、前記パルス幅変調制御に用いるキャリア周波数を徐々に高くする期間であるマスキング期間とキャリア周波数初期値とを設定し、前記設定したマスキング期間の間、前記キャリア周波数を前記設定したキャリア周波数初期値から徐々に高くするキャリア周波数変更を繰り返し行なうインバータの制御装置であって、
前記マスキング期間を、ランダムな期間に設定し、
前記キャリア周波数初期値を、前記設定したマスキング期間が短いほど高い値に設定する
ことを特徴とするインバータの制御装置。