JP5162950B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両のモータを制御するモータ制御装置に関する。

ハイブリッド電気自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの電動車両は、駆動源として駆動用モータ（電動機）を備える。駆動用モータは交流電流で駆動する交流モータであり、当該交流モータを直流電流で駆動する場合にはＰＷＭインバータなどの電力変換装置が必要である。駆動用モータは、ＰＷＭインバータなどの電力変換装置において、高周波でのスイッチングにより大電力を対象とする電力変換が行われるため、パワートランジスタが加熱するおそれがある。したがって、駆動用モータの制御を行う際には、パワートランジスタの加熱を防止する対策が必要である。

特許文献１には、インバータ電流が所定の下限電流値より小さい場合には、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号のキャリア周波数、すなわちパワートランジスタのスイッチング周波数を高く設定し、インバータ電流が所定の上限電流値より大きい場合には、キャリア周波数を低く設定し、インバータ電流が、下限電流値と上限電流値との中間にある場合には、周波数の急激な変化による異音の発生を避けるために、所定の一次関数を用いた制御を行う技術が開示されている。

特許文献２には、モータの回転数が低くトルクが高い場合はキャリア周波数を低く設定し、パワートランジスタやモータの発熱を抑制する技術が開示されている。また、特許文献２には、回転数が高い場合、キャリア周波数を高く設定することで制御を安定させるが、回転数が低くない場合でもトルクが高いときには、キャリア周波数を低く設定し、パワートランジスタの発熱を抑制する技術が開示されている。

特許文献３には、インバータが、エンジンの始動時に低いキャリア周波数でＰＷＭ制御され、車両空調用コンプレッサなどの所定の車載機器の駆動時には高いキャリア周波数でＰＷＭ制御する技術が開示されている。

特開平５−１１５１０６号公報 特開２００２−１０６６８号公報 特開２００２−１５３０９６号公報

上記の通り、モータの回転数が低い場合には、一般にインバータ電流によりパワートランジスタが加熱するおそれがあるため、低いキャリア周波数でインバータはＰＷＭ制御される。電動車両の始動時においても、始動直後はモータの回転数が低いため、インバータは低いキャリア周波数で制御される。

しかし、始動時に回転数が低い時間はごく短時間であり、始動直後に回転数は高くなり、キャリア周波数は始動直後に高い周波数に切り替えられ、インバータが制御されることになる。ところが、始動時の低いキャリア周波数でインバータが駆動される際に発生するリプル電流によってモータが異音を発生することがある。

本発明は、電動車両のモータを制御するモータ制御装置において、モータの駆動により発生する異音を抑制することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、電動車両の駆動源となるモータに電力を供給するＰＷＭインバータに対して所定のキャリア周波数のパルス変調信号を供給する信号供給部と、前記モータの回転数が所定の基準回転数より低く、かつ前記ＰＷＭインバータに入力されるインバータ電流が所定の第１基準電流値よりも大きいという条件を満たす場合、前記キャリア周波数を、前記条件を満たさない場合よりも低くなるように設定するキャリア周波数設定部と、前記インバータ電流が所定期間以上継続して所定の電流値範囲に含まれる場合、前記第１基準電流値を、前記第１基準電流値より低い第２基準電流値に変更する基準電流値変更部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置の１つの態様では、前記基準電流値変更部は、前記モータが始動してから所定期間経過後は、前記インバータ電流の大きさによらず、前記第１基準電流値を前記第２基準電流値に変更することを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置は、電動車両の駆動源となるモータに電力を供給するＰＷＭインバータに対して所定のキャリア周波数のパルス変調信号を供給する信号供給部と、前記モータの回転数が所定の基準回転数より低く、かつ前記ＰＷＭインバータに入力されるインバータ電流が所定の第１基準電流値よりも大きいという条件を満たす場合、前記キャリア周波数を、前記条件を満たさない場合よりも低くなるように設定するキャリア周波数設定部と、前記電動車両の車両加速度が所定の基準加速度より小さい場合、前記第１基準電流値を、前記第１基準電流値より低い第２基準電流値に変更する基準電流値変更部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置は、前記基準電流値変更部は、前記モータが始動してから所定期間経過後は、前記車両加速度の大きさによらず、前記第１基準電流値を前記第２基準電流値に変更することを特徴とする。

本発明によれば、例えばモータ始動時に、インバータ電流が所定期間以上継続して所定の電流値範囲に含まれるという条件、あるいは車両の加速度が所定の基準加速度により小さいという条件を満たすまでは、比較的高めのキャリア周波数によりＰＷＭインバータが制御される。よって、比較的低めのキャリア周波数でＰＷＭインバータが制御されるよりもモータの駆動により発生する異音を抑制することができる。

本発明を実施するための最良の形態を具体的に示す実施形態について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る電動車両の機能ブロックを示す図である。図１において、電動車両は、直流の電源４０の放電出力を三相交流に変換するＰＷＭインバータ２２と、ＰＷＭインバータ２２からの三相交流により駆動する駆動源のモータ３０と、を備える。ＰＷＭインバータ２２はパワートランジスタ２４を有しており、モータ電子制御ユニット（モータＥＣＵ）２０からスイッチング信号（パルス幅変調信号）を受けてモータ３０に駆動電流を送る。

モータＥＣＵ２０は、モータ３０の回転数を検出する回転数センサ３２からモータ３０の回転数、電流センサ２６からＰＷＭインバータ２２から出力されるインバータ電流Ｉ、モータ３０から出力させるべきトルクの値であるトルク指令値をハイブリッド電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）１０から入力し、キャリア周波数を演算し、ＰＷＭインバータ２２へスイッチング信号を出力する。

なお、トルク指令値が大きければ、モータ３０に送る駆動電流も大きくなる。ここで、トルク指令値は、ハイブリッドＥＣＵ１０が運転者によるアクセルペダルの踏込量を示すアクセル信号、運転者によるブレーキペダルの踏込量を示すブレーキ信号、運転者が投入したシフト位置を示すシフトポジション信号などを入力して演算する。

また、モータ３０の回転数が低く、インバータ電流（つまり、モータ３０のトルク）が大きい時にはキャリア周波数は低く、回転数が高くインバータ電流が小さい時にはキャリア周波数は高くなるように演算される。

一般に、モータ３０の回転数が所定の基準回転数より低くインバータ電流が所定の基準電流値より大きいという条件を満たす場合には、ＰＷＭインバータ２２において発生する熱量が大きい場合が多いため、キャリア周波数は通常時のキャリア周波数よりも低く設定される。モータ回転数が低いほどＰＷＭインバータ２２のパワートランジスタ２４には「直流」に近い電流が流れるため発熱が大きい。そのために低い回転数ほど低いキャリア周波数に切り替わるようにインバータ電流の基準電流値（モータ３０のトルク閾値）を低くしなくてはならない。電動車両の始動時においても、上記条件を満たす場合はあるが、モータ３０は始動直後にその条件を満たさなくなり、ＰＷＭインバータ２２が発熱する前に、低く設定されたキャリア周波数は、通常時のキャリア周波数に切り替わることが多い。始動直後に低いキャリア周波数に設定された領域を使いやすく、低いキャリア周波数を用いるとＰＷＭインバータ２２の出力電流においてリプル電流が発生しやすい。つまり、低いキャリア周波数によりＰＷＭインバータ２２の出力電流の波形が乱れやすい。このリプル電流の発生によりモータ３０から異音が発生することがある。一方、モータ３０の始動時に短期間のみ上記条件を満たしたとしても、ＰＷＭインバータ２２において発生する熱量はそれほど大きくない。

そこで、本実施形態では、ＰＷＭインバータ２２で発生する熱量を抑制しつつ、始動時におけるキャリア周波数の変動を抑制することで、モータ３０で発生する異音を抑制する。

モータＥＣＵ２０は、ＰＷＭインバータ２２やモータ３０で継続的に比較的大量に熱が発生しない場合には、モータ３０の始動時におけるキャリア周波数を高めに演算する。

より具体的には、モータＥＣＵ２０は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように２つのキャリア周波数マップをメモリに保持し、モータ３０の回転数およびインバータ電流をパラメータとして、メモリに保持したキャリア周波数マップを参照することで、適宜キャリア周波数を算出する。

図２Ａ、２Ｂにおいて、縦軸はインバータ電流Ｉを示し、横軸はモータ回転数Ｎを示す。キャリア周波数マップは、２つの領域から構成されており、各領域に対応してそれぞれ１つずつキャリア周波数が設定されている。

図２Ａにおいて、領域１００は、モータ回転数Ｎが基準回転数Ｎｔより低く、かつインバータ電流Ｉが第１基準電流値Ｉｔ１よりも大きいという条件（１）を満たす場合の領域であり、キャリア周波数として第１キャリア周波数ｆｃ１が割り当てられる。一方、領域１０２は、条件（１）を満たさない場合の領域であり、キャリア周波数として第１キャリア周波数より高い第２キャリア周波数ｆｃ２（ｆｃ１＜ｆｃ２）が割り当てられる。

また、図２Ｂにおいて、領域１００’は、モータ回転数Ｎが基準回転数Ｎｔより低く、かつインバータ電流Ｉが第２基準電流値Ｉｔ２よりも大きいという条件（２）を満たす場合の領域であり、キャリア周波数として第１キャリア周波数ｆｃ１が割り当てられる。

つまり、図２Ａに示すキャリア周波数マップよりも、図２Ｂに示すキャリア周波数マップのほうが、第１キャリア周波数ｆｃ１となるキャリア電流Ｉの条件が高く設定されている。よって、モータＥＣＵ２０が、インバータ電流Ｉとモータ回転数Ｎとをパラメータとして、キャリア周波数を決定する場合、図２Ｂに示すキャリア周波数マップを参照したほうが第２キャリア周波数ｆｃ２をキャリア周波数として決定する確率が高い。そのため、モータＥＣＵ２０は、図２Ｂに示すキャリア周波数マップを参照するほうが、比較的高めのキャリア周波数によりＰＷＭインバータ２２を制御することができる。したがって、モータ３０へ流れるインバータ出力電流に含まれるリプル電流が少なくなるため、異音の発生を抑制することができる。しかし、キャリア周波数を高めに設定すると、モータ３０の回転数やトルクの大きさによってはＰＷＭインバータ２２において発生する熱量が大きくなるため、モータ３０の回転数やトルク（インバータ電流）の大きさによっては、キャリア周波数を低めに設定するほうがよい場合もある。

そこで、本実施形態では、ＰＷＭインバータ２２において発生する熱量を考慮して、モータ３０の回転数やインバータ電流の大きさが同じでも、キャリア周波数の大きさを変更する。つまり、モータＥＣＵ２０が参照するキャリア周波数マップを変更する。

より具体的には、モータ３０が始動してから所定期間経過するまでの間であって、インバータ電流が所定期間継続して所定の電流値範囲に含まれない（つまり、図３Ａに示すようにインバータ電流がある程度の変動をもって推移する）場合には、ＰＷＭインバータ２２において比較的発生する熱量が少ないことが予測されるため、モータＥＣＵ２０は、図２Ｂに示すキャリア周波数マップを参照する。

一方、モータ３０が始動してから所定期間が経過する前であっても、インバータ電流が所定期間継続して所定の電流値範囲に含まれる（つまり、図３Ｂに示すようにインバータ電流が電流値範囲２００の付近において大きな変動なく推移する）場合は、ＰＷＭインバータ２２において比較的発生する熱量が多いことが予想される。よって、モータＥＣＵ２０は、第２キャリア周波数マップの代わりに図２Ａに示す第１キャリア周波数マップを参照する。

また、モータ３０が始動してから所定期間が経過後は、インバータ電流が所定期間継続して所定の電流値範囲に含まれない場合でも、短期間に発生した熱が徐々に蓄積されることで、ＰＷＭインバータ２２において発生する熱量が結果的に多くなることが予想される。よって、モータＥＣＵ２０は、モータ３０が始動してから所定期間が経過後は、インバータ電流の大きさによらず、図２Ａに示す第１キャリア周波数マップを参照する。

図４は、本実施形態において、モータ３０の始動時にモータＥＣＵ２０が参照するキャリア周波数マップを設定する際の手順を示すフローチャートである。

図４において、モータＥＣＵ２０は、ハイブリッドＥＣＵ１０からモータ始動指示を検知すると（Ｓ１００）、メモリからまず図２Ｂに示す第２キャリア周波数マップを読み出し、参照対象のマップとして設定する（Ｓ１０２）。つまり、モータＥＣＵ２０は、まず第２キャリア周波数マップを参照して、インバータ電流Ｉとモータ回転数Ｎとに基づいて、順次キャリア周波数を算出する。次いで、モータ始動後、所定の第１期間Ｔ１を経過していなければ（ステップＳ１０４の判定結果が、否定「Ｎ」）、モータＥＣＵ２０は、インバータ電流Ｉが、所定の第２期間Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）継続して所定の電流範囲に含まれるか否かを判定する（Ｓ１０６）。判定の結果、含まれない場合には（Ｓ１０６の判定結果が、否定「Ｎ」）の場合には、ステップＳ１０４に戻る。

一方、所定の第１期間Ｔ１を経過した後（ステップＳ１０４の判定結果が、肯定「Ｙ」）、もしくは、インバータ電流Ｉが、所定の第２期間Ｔ２継続して所定の電流範囲に含まれる場合（ステップＳ１０６の判定結果が、肯定「Ｙ」）、モータＥＣＵ２０は、メモリから図２Ａに示すような第１キャリア周波数マップを読み出し、参照対象のマップとして第２キャリア周波数マップの代わりに第１キャリア周波数マップを設定する（Ｓ１０８）。

以上の通り、本実施形態では、モータ始動時に、インバータ電流が所定期間以上継続して所定の電流値範囲に含まれるという条件を満たすまでは、比較的高めのキャリア周波数によりインバータを制御することが可能になる。よって、比較的低めのキャリア周波数でインバータが制御されるよりもリプル電流の発生が少ないため、モータの駆動により発生する異音を抑制することができる。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、モータ３０の始動直後における電動車両の加速度の大きさによって、参照するキャリア周波数マップを変更する点が、インバータ電流の大きさの変動によりマップを変更する上記の実施形態とは異なる。なお、本変形例における電動車両の機能ブロックは、実施形態における機能ブロックと同様でよいため、説明を省略する。また、本変形例では、モータＥＣＵ２０は、車両の加速度を取得する必要があるが、例えば、モータＥＣＵ２０は、回転数センサ３２で検知したモータ３０の回転数に基づいて、周知の方法により車両の加速度を算出すればよい。

図５は、本変形例において、モータ３０の始動時にモータＥＣＵ２０が参照するキャリア周波数マップを設定する際の手順を示すフローチャートである。

図５において、ステップＳ１０６がステップＳ１０７に変更されている点が、図４と異なる。

つまり、本変形例では、モータＥＣＵ２０は、モータ始動後、所定の第１期間Ｔ１を経過していなければ（ステップＳ１０４の判定結果が、否定「Ｎ」）、モータＥＣＵ２０は、車両加速度が所定の基準加速度より小さいか否かを判定する（Ｓ１０７）。判定の結果、含まれない場合には（Ｓ１０７の判定結果が、否定「Ｎ」）の場合には、ステップＳ１０４に戻る。

一方、所定の第１期間Ｔ１を経過した後（ステップＳ１０４の判定結果が、肯定「Ｙ」）、もしくは、車両加速度が所定の基準加速度以上の場合（ステップＳ１０７の判定結果が、肯定「Ｙ」）、モータＥＣＵ２０は、メモリから図２Ａに示すような第１キャリア周波数マップを読み出し、参照対象のマップとして第２キャリア周波数マップの代わりに第１キャリア周波数マップを設定する（Ｓ１０８）。

以上、本変形例では、モータ３０始動時の車両加速度が基準加速度より小さい場合には、ＰＷＭインバータ２２において比較的発生する熱量が多いことが予想されるため、モータＥＣＵ２０は、第２キャリア周波数マップの代わりに第１キャリア周波数マップを参照する。

以上、本変形例では、モータ始動時に、車両の加速度が基準加速度より小さいという条件を満たすまでは、比較的高めのキャリア周波数によりインバータを制御することが可能になる。よって、比較的低めのキャリア周波数でインバータが制御されるよりもリプル電流の発生が少ないためモータの駆動により発生する異音を抑制することができる。

本実施形態および変形例における電動車両の機能ブロックを示す図である。 モータＥＣＵがモータ回転数とインバータ電流とに基づいてキャリア周波数を演算する際に参照するキャリア周波数マップの一例を示す図である。 モータＥＣＵがモータ回転数とインバータ電流とに基づいてキャリア周波数を演算する際に参照するキャリア周波数マップの一例を示す図である。 モータ始動時におけるインバータ電流の時間的な変化について説明するための図である。 モータ始動時におけるインバータ電流の時間的な変化について説明するための図である。 本実施形態において、モータの始動時にモータＥＣＵが参照するキャリア周波数マップを設定する際の手順を示すフローチャートである。 本変形例において、モータの始動時にモータＥＣＵが参照するキャリア周波数マップを設定する際の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッドＥＣＵ、２０ モータＥＣＵ、２２ インバータ、２４ パワートランジスタ、２６ 電流センサ、３０ モータ、３２ 回転数センサ、４０ 電源。

Claims (4)

1. 電動車両の駆動源となるモータに電力を供給するＰＷＭインバータに対して所定のキャリア周波数のパルス変調信号を供給する信号供給部と、
   前記モータの回転数が所定の基準回転数より低く、かつ前記ＰＷＭインバータに入力されるインバータ電流が所定の第１基準電流値よりも大きいという条件を満たす場合、前記キャリア周波数を、前記条件を満たさない場合よりも低くなるように設定するキャリア周波数設定部と、
   前記インバータ電流が所定期間以上継続して所定の電流値範囲に含まれる場合、前記第１基準電流値を、前記第１基準電流値より低い第２基準電流値に変更する基準電流値変更部と、
   を備えるモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記基準電流値変更部は、前記モータが始動してから所定期間経過後は、前記インバータ電流の大きさによらず、前記第１基準電流値を前記第２基準電流値に変更する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 電動車両の駆動源となるモータに電力を供給するＰＷＭインバータに対して所定のキャリア周波数のパルス変調信号を供給する信号供給部と、
   前記モータの回転数が所定の基準回転数より低く、かつ前記ＰＷＭインバータに入力されるインバータ電流が所定の第１基準電流値よりも大きいという条件を満たす場合、前記キャリア周波数を、前記条件を満たさない場合よりも低くなるように設定するキャリア周波数設定部と、
   前記電動車両の車両加速度が所定の基準加速度より小さい場合、前記第１基準電流値を、前記第１基準電流値より低い第２基準電流値に変更する基準電流値変更部と、
   を備えるモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記基準電流値変更部は、前記モータが始動してから所定期間経過後は、前記車両加速度の大きさによらず、前記第１基準電流値を前記第２基準電流値に変更する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。

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