JP5440383B2 - Motor control device - Google Patents

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本発明は、モータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device.

従来から、燃料電池車やいわゆるハイブリッド車の動力源としてモータが使用されている。このモータから電磁騒音(または磁気騒音)と呼ばれる騒音が発生することが知られている。   Conventionally, a motor has been used as a power source for fuel cell vehicles and so-called hybrid vehicles. It is known that noise called electromagnetic noise (or magnetic noise) is generated from this motor.

モータには交流電流が供給され、これに伴いモータには交番磁界(交流磁界)が発生する。この交番磁界がモータを振動させる。このような電磁的な振動を電磁加振力と呼び、電磁加振力に起因する騒音を電磁騒音と呼んでいる。   An alternating current is supplied to the motor, and along with this, an alternating magnetic field (alternating magnetic field) is generated in the motor. This alternating magnetic field vibrates the motor. Such electromagnetic vibration is called electromagnetic excitation force, and noise resulting from the electromagnetic excitation force is called electromagnetic noise.

交番磁界の周波数はモータに印加される交流電圧の周波数によって変化する。交番磁界の周波数変化に伴って電磁騒音の周波数も変化する。電磁騒音の周波数が変化すると電磁騒音の音の大きさも変化する。図9に電磁騒音の周波数変化に伴う音圧レベル[dB]の変化を示す。なお、音圧レベルとは音の強さの物理量を指し、音波が通過するときの媒質(大気など)の圧力変化(音圧)を、基準の音圧(例えば2×10−5Pa)と比較した値である。図9に示されているように、電磁騒音の周波数がモータの共振周波数fに等しくなった時にモータが共振(共鳴)して電磁騒音の音圧レベル[dB]が局所的に増大する。 The frequency of the alternating magnetic field varies depending on the frequency of the AC voltage applied to the motor. The frequency of electromagnetic noise also changes with the change in frequency of the alternating magnetic field. When the frequency of the electromagnetic noise changes, the volume of the electromagnetic noise also changes. FIG. 9 shows a change in sound pressure level [dB] accompanying a change in frequency of electromagnetic noise. Note that the sound pressure level refers to a physical quantity of sound intensity, and a change in pressure (sound pressure) of a medium (such as the atmosphere) when sound waves pass is defined as a reference sound pressure (for example, 2 × 10 −5 Pa). It is a value compared. As shown in Figure 9, motor resonance when the frequency of the electromagnetic noise is equal to the resonant frequency f m of the motor (resonance) to electromagnetic noise sound pressure level [dB] is locally increased.

ここで、電磁騒音の周波数が共振周波数fであるときの音圧レベルとその他の車内騒音の音圧レベルとを比較する。以下では周波数が共振周波数fであるときの電磁騒音を「共振時の電磁騒音」と呼ぶことにする。図10には共振時の電磁騒音とその他の車内騒音の周波数スペクトルが示されている。なお、一般的に、着目している騒音以外の騒音は暗騒音と呼ばれることから、図10では共振時の電磁騒音以外の車内騒音をまとめて暗騒音として表わしている。図10に示すように、共振時の電磁騒音の音圧レベルはその周辺帯域の暗騒音の音圧レベルに比べて突出している。そのため、車両の運転者や同乗者には電磁騒音が目立って聴こえる。その結果、運転者等は電磁騒音が気になり、不快感を催すことになる。 Here, comparing the sound pressure level and other cabin noise sound pressure level when the frequency of the electromagnetic noise is resonance frequency f m. The following will be an electromagnetic noise when the frequency is the resonance frequency f m is referred to as "electromagnetic noise at resonance." FIG. 10 shows frequency spectra of electromagnetic noise at resonance and other in-vehicle noise. In general, noise other than the noise of interest is called background noise, and therefore, in-vehicle noise other than electromagnetic noise at resonance is collectively expressed as background noise in FIG. As shown in FIG. 10, the sound pressure level of the electromagnetic noise at the time of resonance is more prominent than the sound pressure level of the background noise in the surrounding band. Therefore, electromagnetic noise is noticeable to the driver and passengers of the vehicle. As a result, the driver or the like is worried about the electromagnetic noise and feels uncomfortable.

そこで、共振時における電磁騒音の音圧レベルの突出を軽減するための技術が従来から知られている。特許文献1においては、モータに対する指令信号の周波数の奇数倍の周波数の高調波成分を指令信号に重畳させた交流電流をモータに供給することによって、ロータの面モードの共振振動を抑制している。これにより、共振時の電磁騒音の音圧レベルが低減する。   Therefore, a technique for reducing the protrusion of the sound pressure level of electromagnetic noise during resonance has been conventionally known. In Patent Document 1, the surface mode resonance vibration of the rotor is suppressed by supplying the motor with an alternating current in which a harmonic component having an odd multiple of the frequency of the command signal for the motor is superimposed on the command signal. . Thereby, the sound pressure level of the electromagnetic noise at the time of resonance is reduced.

また、特許文献2においては、基本波成分に振動成分と逆相の正弦波を重畳させた交流電流をモータに供給することにより、モータの振動を抑制している。これにより、共振時の電磁騒音の音圧レベルが低減する。   In Patent Document 2, the vibration of the motor is suppressed by supplying an alternating current in which a sine wave having a phase opposite to that of the vibration component is superimposed on the fundamental wave component. Thereby, the sound pressure level of the electromagnetic noise at the time of resonance is reduced.

また、特許文献3においては、モータを振動させる交番磁界の周波数がモータの共振周波数に近づくと、交番磁界の周波数を共振周波数より大きな値にシフトさせ、交番磁界の周波数が共振周波数に一致することを回避している。   In Patent Document 3, when the frequency of the alternating magnetic field that vibrates the motor approaches the resonance frequency of the motor, the frequency of the alternating magnetic field is shifted to a value larger than the resonance frequency, and the frequency of the alternating magnetic field matches the resonance frequency. Is avoiding.

特開2009−5502号公報JP 2009-5502 A 特開2003−189692号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-189692 特開2009−284719号公報JP 2009-284719 A

ところで、特定周波数の騒音の音圧レベルの突出を軽減する処理として、当該周波数の騒音の音圧レベルを低減したり、当該周波数の騒音の発生を回避する他にも、マスキングと呼ばれる音響処理が知られている。マスキングとは、特定周波数の騒音の周辺帯域にマスキング音と呼ばれる音を加える処理であり、当該処理により騒音の音圧レベルの突出が軽減され、聴覚的に特定周波数の騒音の聴こえ方が小さくなる。   By the way, as a process for reducing the protrusion of the sound pressure level of the noise of the specific frequency, in addition to reducing the sound pressure level of the noise of the frequency or avoiding the generation of noise of the frequency, there is an acoustic process called masking. Are known. Masking is a process of adding a so-called masking sound to the peripheral band of noise of a specific frequency. This process reduces the protruding sound pressure level of the noise, and makes it easier to hear the noise of a specific frequency. .

本願発明は、電磁騒音の音圧レベルを低減させ、または電磁騒音の発生を回避することにより電磁騒音の音圧レベルの突出を軽減する従来の手段に代えて、マスキングによって電磁騒音の音圧レベルの突出を軽減する手段を提供することを目的とする。   The present invention provides a method for reducing the sound pressure level of electromagnetic noise by masking instead of the conventional means for reducing the sound pressure level of electromagnetic noise by reducing the sound pressure level of electromagnetic noise or avoiding the generation of electromagnetic noise. An object of the present invention is to provide a means for reducing the protrusion of the.

本願発明はモータの制御装置に関するものである。制御装置は、モータの共振周波数で定まる臨界帯域内であって共振周波数と一致しないマスキング周波数を有するマスキング音を発生させる。   The present invention relates to a motor control device. The control device generates a masking sound having a masking frequency that does not coincide with the resonance frequency within a critical band determined by the resonance frequency of the motor.

また、上記発明において、制御装置は、モータに供給される電流を制御するスイッチング素子を含むインバータ回路と、搬送波と、モータに対する指令信号とに基づいて生成され、スイッチング素子を制御するスイッチング信号を出力するスイッチング信号生成部と、スイッチング信号に含まれ、指令信号と搬送波との重畳によって生じる側帯波成分の周波数がマスキング周波数となるように搬送波の周波数を調整する騒音制御部と、を備えることが好適である。   In the above invention, the control device outputs a switching signal that is generated based on an inverter circuit including a switching element that controls a current supplied to the motor, a carrier wave, and a command signal for the motor, and controls the switching element. And a noise control unit that adjusts the frequency of the carrier wave so that the frequency of the sideband component that is included in the switching signal and is generated by superimposing the command signal and the carrier wave becomes the masking frequency. It is.

また、上記発明において、騒音制御部は、搬送波の周波数を予め定められた変調幅で変調させることが好適である。   In the above invention, the noise control unit preferably modulates the frequency of the carrier wave with a predetermined modulation width.

また、上記発明において、騒音制御部は、側帯波成分の周波数が共振周波数となる搬送波の周波数を求め、求められた周波数を含む周波数帯域において、変調幅で搬送波の周波数を変調させることが好適である。   In the above invention, it is preferable that the noise control unit obtains the frequency of the carrier wave having the resonance frequency of the sideband component and modulates the frequency of the carrier wave with the modulation width in the frequency band including the obtained frequency. is there.

本願発明により、マスキングによって電磁騒音の音圧レベルの突出を軽減できる。   According to the present invention, the protrusion of the sound pressure level of electromagnetic noise can be reduced by masking.

本実施形態に係るモータ制御装置とその周辺機器を例示する図である。It is a figure which illustrates the motor control device concerning this embodiment, and its peripheral equipment. 基本波成分と側帯波成分とを説明する図である。It is a figure explaining a fundamental wave component and a sideband component. 基本波成分と側帯波成分とを説明する図である。It is a figure explaining a fundamental wave component and a sideband component. 側帯波成分による基本波成分のマスキングを説明する図である。It is a figure explaining the masking of the fundamental wave component by a sideband component. マスキングを実施したときの車内騒音の周波数スペクトルの概念図である。It is a conceptual diagram of the frequency spectrum of the vehicle interior noise when masking is performed. 側帯波成分による基本波成分のマスキングを説明する図である。It is a figure explaining the masking of the fundamental wave component by a sideband component. 側帯波成分による基本波成分のマスキングを説明する図である。It is a figure explaining the masking of the fundamental wave component by a sideband component. マスキングを実施したときの車内騒音の周波数スペクトルの概念図である。It is a conceptual diagram of the frequency spectrum of the vehicle interior noise when masking is performed. 電磁騒音の周波数変化に対する音圧レベルの変化の概念図である。It is a conceptual diagram of the change of the sound pressure level with respect to the frequency change of electromagnetic noise. 電磁騒音とその他の車内騒音の周波数スペクトルの概念図である。It is a conceptual diagram of the frequency spectrum of electromagnetic noise and other vehicle interior noise.

本発明の実施形態に係るモータ制御装置とその周辺機器を図1に示す。モータ制御装置10は、インバータ12に接続されている。また、インバータ12は、直流電源14とモータ16との間に接続されている。これらの機器は、図示しない車両内に搭載されている。   FIG. 1 shows a motor control device and its peripheral devices according to an embodiment of the present invention. The motor control device 10 is connected to the inverter 12. The inverter 12 is connected between the DC power supply 14 and the motor 16. These devices are mounted in a vehicle (not shown).

モータ制御装置10は、PWM(Pulse Width Modulation、パルス幅変調)制御によりモータ16の駆動制御を行う。また、後述するようにモータ16に発生する電磁騒音の突出を軽減させるマスキング処理を行う。モータ制御装置10は、CPU等の演算回路、半導体メモリやハードディスク等の記憶手段、及び、入出力装置等を備えている。   The motor control device 10 performs drive control of the motor 16 by PWM (Pulse Width Modulation) control. Further, as will be described later, a masking process for reducing the protrusion of electromagnetic noise generated in the motor 16 is performed. The motor control device 10 includes an arithmetic circuit such as a CPU, storage means such as a semiconductor memory and a hard disk, an input / output device, and the like.

モータ制御装置10は、騒音制御部30と、記憶部32と、搬送波生成部34と、スイッチング信号生成部36を備えている。記憶部32にはモータ16の共振周波数やマスキングの臨界帯域等が記憶されている。騒音制御部30は記憶部32に記憶されたこれらの情報を参照することができる。また、搬送波生成部34には図示しない発振回路が設けられ、三角波またはのこぎり波の波形を備える搬送波を生成、出力可能となっている。後述するように騒音制御部30は搬送波生成部34に対して搬送波の周波数を調整する指令を送る。また、スイッチング信号生成部36は、図示しない電子制御装置から指令信号を受信するとともに、搬送波生成部34から搬送波を受信し、両者を比較することによりスイッチング信号を生成する。スイッチング信号は、指令信号の値が搬送波より高いときにはオンとなり、低いときにはオフとなる方形波(矩形波)として生成される。なお、指令信号(変調波とも呼ばれる)とは、モータ16に対する駆動指令であり、モータ16に印加すべき交流電圧の波形(正弦波)を有している。指令信号は、図示しない電流センサにより検出されたモータ電流、および図示しないアクセルの開度等に基づいたトルク指令値等をもとにして図示しない電子制御装置により定められる。また、指令信号はスイッチング信号生成部36に送信される他にも、騒音制御部30にも送信される。   The motor control device 10 includes a noise control unit 30, a storage unit 32, a carrier wave generation unit 34, and a switching signal generation unit 36. The storage unit 32 stores a resonance frequency of the motor 16, a critical band for masking, and the like. The noise control unit 30 can refer to these pieces of information stored in the storage unit 32. The carrier wave generation unit 34 is provided with an oscillation circuit (not shown), and can generate and output a carrier wave having a triangular wave or sawtooth waveform. As will be described later, the noise control unit 30 sends a command for adjusting the frequency of the carrier wave to the carrier wave generation unit 34. In addition, the switching signal generation unit 36 receives a command signal from an electronic control device (not shown), receives a carrier wave from the carrier wave generation unit 34, and generates a switching signal by comparing the two. The switching signal is generated as a square wave (rectangular wave) that is turned on when the value of the command signal is higher than the carrier wave and turned off when the value is lower. The command signal (also referred to as a modulated wave) is a drive command for the motor 16 and has an AC voltage waveform (sine wave) to be applied to the motor 16. The command signal is determined by an electronic control unit (not shown) based on a motor current detected by a current sensor (not shown) and a torque command value based on an accelerator opening degree (not shown). In addition to being transmitted to the switching signal generator 36, the command signal is also transmitted to the noise controller 30.

スイッチング信号はスイッチング信号生成部36からインバータ12に送信される。インバータ12は、U相アーム20と、V相アーム22と、W相アーム24とを含む。U相アーム20、V相アーム22およびW相アーム24は、直流電源14の出力ライン間に並列に接続されている。   The switching signal is transmitted from the switching signal generator 36 to the inverter 12. Inverter 12 includes a U-phase arm 20, a V-phase arm 22, and a W-phase arm 24. U-phase arm 20, V-phase arm 22, and W-phase arm 24 are connected in parallel between output lines of DC power supply 14.

U相アーム20は、直列接続されたIGBT素子Q1、Q2と、IGBT素子Q1、Q2とそれぞれ並列に接続されるダイオードD1、D2とを含む。ダイオードD1のカソードはIGBT素子Q1のコレクタと接続され、ダイオードD1のアノードはIGBT素子Q1のエミッタと接続されている。ダイオードD2のカソードはIGBT素子Q2のコレクタと接続され、ダイオードD2のアノードはIGBT素子Q2のエミッタと接続されている。   U-phase arm 20 includes IGBT elements Q1 and Q2 connected in series, and diodes D1 and D2 connected in parallel with IGBT elements Q1 and Q2, respectively. The cathode of diode D1 is connected to the collector of IGBT element Q1, and the anode of diode D1 is connected to the emitter of IGBT element Q1. The cathode of diode D2 is connected to the collector of IGBT element Q2, and the anode of diode D2 is connected to the emitter of IGBT element Q2.

V相アーム22は、直列接続されたIGBT素子Q3、Q4と、IGBT素子Q3、Q4とそれぞれ並列に接続されるダイオードD3、D4とを含む。ダイオードD3のカソードはIGBT素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはIGBT素子Q3のエミッタと接続されている。ダイオードD4のカソードはIGBT素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはIGBT素子Q4のエミッタと接続されている。   V-phase arm 22 includes IGBT elements Q3 and Q4 connected in series, and diodes D3 and D4 connected in parallel with IGBT elements Q3 and Q4, respectively. The cathode of diode D3 is connected to the collector of IGBT element Q3, and the anode of diode D3 is connected to the emitter of IGBT element Q3. The cathode of diode D4 is connected to the collector of IGBT element Q4, and the anode of diode D4 is connected to the emitter of IGBT element Q4.

W相アーム24は、直列接続されたIGBT素子Q5、Q6と、IGBT素子Q5、Q6とそれぞれ並列に接続されるダイオードD5、D6とを含む。ダイオードD5のカソードはIGBT素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードはIGBT素子Q5のエミッタと接続されている。ダイオードD6のカソードはIGBT素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードはIGBT素子Q6のエミッタと接続されている。   W-phase arm 24 includes IGBT elements Q5 and Q6 connected in series, and diodes D5 and D6 connected in parallel with IGBT elements Q5 and Q6, respectively. The cathode of diode D5 is connected to the collector of IGBT element Q5, and the anode of diode D5 is connected to the emitter of IGBT element Q5. The cathode of diode D6 is connected to the collector of IGBT element Q6, and the anode of diode D6 is connected to the emitter of IGBT element Q6.

また、U,V,W各相アームの中間点は、U,V,W各相の電力ケーブルを介してモータ16の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータ16は、3相の交流モータであり、U,V,W相の3つのコイルは各々の一方端が中性点に共に接続されている。そして、U相コイルの他方端が、U相電力ケーブルを介してIGBT素子Q1、Q2の接続ノードに接続される。またV相コイルの他方端が、V相電力ケーブルを介してIGBT素子Q3、Q4の接続ノードに接続される。またW相コイルの他方端が、W相電力ケーブルを介してIGBT素子Q5、Q6の接続ノードに接続されている。   Further, the intermediate point of each U, V, W phase arm is connected to each phase end of each phase coil of the motor 16 via a U, V, W phase power cable. That is, the motor 16 is a three-phase AC motor, and one end of each of the three coils of the U, V, and W phases is connected to the neutral point. The other end of the U-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q1 and Q2 via a U-phase power cable. The other end of the V-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q3 and Q4 via a V-phase power cable. The other end of the W-phase coil is connected to a connection node of IGBT elements Q5 and Q6 via a W-phase power cable.

インバータ12は、直流電源14からの直流電力を交流電力に電力変換を行う電力変換器として機能する。インバータ12は、例えばハイブリッド自動車、電気自動車等の車輪を駆動するモータ16に対して直流電源14からの直流電圧を交流電圧に変換して出力する。モータ16は、インバータ12から受ける3相交流電圧によって車両等の駆動トルクを発生する。また、モータ16は、車両等の回生制動時、3相交流電圧を発生してインバータ12へ出力し、インバータ12は、モータ16が発電した交流電圧を直流電圧に変換して直流電源14を充電してもよい。すなわち、インバータ12は、直流電源14によって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータによって発電される交流電力との間で電力変換を行なう電力変換器として設けられている。インバータ12は、回生制動に伴い、モータ16で発電された電力を昇圧コンバータ等に戻してもよい。このとき昇圧コンバータは降圧回路として動作するように制御装置等によって制御される。   The inverter 12 functions as a power converter that converts DC power from the DC power source 14 into AC power. The inverter 12 converts a DC voltage from the DC power source 14 into an AC voltage and outputs it to a motor 16 that drives wheels of, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. The motor 16 generates driving torque for the vehicle or the like by the three-phase AC voltage received from the inverter 12. The motor 16 generates a three-phase AC voltage and outputs it to the inverter 12 during regenerative braking of the vehicle or the like. The inverter 12 converts the AC voltage generated by the motor 16 into a DC voltage and charges the DC power supply 14. May be. That is, inverter 12 is provided as a power converter that performs power conversion between DC power supplied from DC power supply 14, AC power for driving and controlling the motor, and AC power generated by the generator. The inverter 12 may return the electric power generated by the motor 16 to the boost converter or the like with regenerative braking. At this time, the boost converter is controlled by a control device or the like so as to operate as a step-down circuit.

インバータ12には、モータ制御装置10のスイッチング信号生成部36からスイッチング信号が送られ、このスイッチング信号に基づいてインバータ12のIGBT素子Q1〜Q6等のスイッチング素子のオン・オフが実行される。スイッチング素子のオン・オフにより、直流電源14から供給される直流電圧をチョッピングし(切り刻み)、パルス幅の異なる方形波の交流電圧に変換する。この方形波はPWM波とも呼ばれ、PWM波の出力電圧を平均すると指令信号に比例した正弦波となる。また、後述するように、PWM波は、指令信号と周波数が等しい基本波成分と、基本波成分と搬送波とが合成された側帯波が重畳されている。   A switching signal is sent to the inverter 12 from the switching signal generation unit 36 of the motor control device 10, and switching elements such as the IGBT elements Q1 to Q6 of the inverter 12 are turned on / off based on the switching signal. When the switching element is turned on / off, the DC voltage supplied from the DC power supply 14 is chopped (chopped) and converted into a square wave AC voltage having a different pulse width. This square wave is also called a PWM wave. When the output voltage of the PWM wave is averaged, it becomes a sine wave proportional to the command signal. As will be described later, the PWM wave includes a fundamental wave component having the same frequency as the command signal and a sideband wave in which the fundamental wave component and the carrier wave are combined.

直流電源14は、例えば、バッテリ等であり、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池、燃料電池等が挙げられる。直流電源14は、直流電圧をインバータ12へ供給するとともに、インバータ12からの直流電圧によって充電されてもよい。   The DC power source 14 is, for example, a battery, and examples thereof include secondary batteries such as nickel metal hydride or lithium ion, and fuel cells. The DC power supply 14 may supply a DC voltage to the inverter 12 and be charged by the DC voltage from the inverter 12.

直流電源14とインバータ12との間には、直流電源14から供給された直流電圧を平滑化するコンデンサ18を設けてもよい。また、コンデンサ18と、インバータ12との間に、昇圧コンバータ等を設けてもよい。   A capacitor 18 for smoothing the DC voltage supplied from the DC power supply 14 may be provided between the DC power supply 14 and the inverter 12. Further, a boost converter or the like may be provided between the capacitor 18 and the inverter 12.

モータ16は、例えば、3相交流同期電動発電機からなる。モータ16は、例えば、エンジン等によって駆動される発電機として動作するものとしてハイブリッド自動車等に組み込まれるものであってもよいし、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車等に組み込まれるものであってもよい。モータ16は、ステータ(固定子)とロータ(回転子)とを備え、ステータとロータが電磁気的に相互作用することにより、ロータを回転させ、駆動力を発生させるものである。   The motor 16 is composed of, for example, a three-phase AC synchronous motor generator. For example, the motor 16 may be incorporated in a hybrid vehicle or the like so as to operate as a generator driven by an engine or the like, or may be incorporated in a hybrid vehicle or the like as an electric motor that drives the drive wheels of the hybrid vehicle. It may be. The motor 16 includes a stator (stator) and a rotor (rotor), and the stator and the rotor electromagnetically interact to rotate the rotor and generate a driving force.

次に、モータ16から発生する電磁騒音について説明する。モータ16に交流電流が流れることにより、モータ16に交番磁界が生じ、交番磁界に起因する加振力(電磁加振力)が発生する。この電磁加振力がモータ16に加わってモータ16に振動が発生する。この振動が周囲の空気に伝搬することにより騒音が発生する。この騒音が電磁騒音と呼ばれている。   Next, electromagnetic noise generated from the motor 16 will be described. When an alternating current flows through the motor 16, an alternating magnetic field is generated in the motor 16, and an excitation force (electromagnetic excitation force) caused by the alternating magnetic field is generated. This electromagnetic excitation force is applied to the motor 16 to generate vibration in the motor 16. Noise is generated by the propagation of this vibration to the surrounding air. This noise is called electromagnetic noise.

電磁騒音の周波数はモータ16に印加される交流電圧の周波数に応じて定まる。モータ16に印加される交流電圧は上述したスイッチング信号と同一の波形を有している。スイッチング信号は矩形波であり、正弦波である指令信号と同一周波数の基本波成分と、基本波の高調波成分が重畳されている。高調波成分は側帯波成分とも呼ばれ、指令信号と搬送波の合成により生成される。電磁騒音(及び、電磁騒音の原因となる交番磁界や電磁加振力)は基本波の周波数を持った成分と、側帯波成分の周波数を持った成分とに分けられる。   The frequency of electromagnetic noise is determined according to the frequency of the AC voltage applied to the motor 16. The AC voltage applied to the motor 16 has the same waveform as the switching signal described above. The switching signal is a rectangular wave, and a fundamental wave component having the same frequency as the command signal that is a sine wave and a harmonic component of the fundamental wave are superimposed. The harmonic component is also called a sideband component, and is generated by combining the command signal and the carrier wave. Electromagnetic noise (and alternating magnetic field and electromagnetic excitation force causing electromagnetic noise) can be divided into a component having a fundamental frequency and a component having a sideband frequency.

側帯波の周波数は下記数式1により表すことができる。   The frequency of the sideband can be expressed by the following formula 1.

Figure 0005440383
Figure 0005440383

ここで、fは側帯波の周波数、fは搬送波の周波数、fは基本波(および指令信号)の周波数を示している。また、nは1以上の整数、kはnによって決まる整数である。 Here, f s is the frequency of the sideband, f c is the frequency of the carrier wave, f 0 denotes the frequency of the fundamental wave (and the command signal). N is an integer of 1 or more, and k is an integer determined by n.

また、基本波の周波数fはモータ回転数と比例関係にあり、モータ回転数の増加に伴って基本波の周波数fも増加する。これに伴い、図2に示すように、nf−kfで表わされた側帯波の周波数fはモータ回転数の増加に伴って減少し、nf+kfで表わされた側帯波の周波数fはモータ回転数の増加に伴って増加する。 The frequency f 0 of the fundamental wave is proportional to the motor speed, the frequency f 0 of the fundamental wave with the increase of the motor speed also increases. Accordingly, as shown in FIG. 2, the frequency f s of the sideband wave represented by nf c −kf 0 decreases as the motor speed increases, and the sideband wave represented by nf c + kf 0. The frequency f s increases as the motor speed increases.

さらに、図3に示すように、基本波成分に由来する電磁騒音、または側帯波成分に由来する電磁騒音のいずれかの周波数がモータ16の共振周波数fに一致すると、モータ16が共振(共鳴)して電磁騒音が局所的に増大する。モータ16の共振周波数fはモータの構造上特定される周波数であるため、予め測定により求められ、モータ制御装置10の記憶部32に記憶される。 Furthermore, as shown in FIG. 3, if any of the frequency of the electromagnetic noise derived from the electromagnetic noise or sideband component, derived from the fundamental wave component matches the resonant frequency f m of the motor 16, the motor 16 is resonant (resonant ) Electromagnetic noise increases locally. Since the resonant frequency f m of the motor 16 is a frequency specified the structure of the motor, it is determined in advance by measurement and stored in the storage unit 32 of the motor controller 10.

次に、モータ制御装置10による電磁騒音のマスキング処理について説明する。騒音下での会話が聞き取り難いように、ある音を他の音の存在によって聞こえにくくする処理をマスキングという。マスキング対象となる音(以下、マスキーと呼ぶ)の周波数の周辺帯域にマスキング音を重ねることにより、マスキーの音圧レベル[dB]の突出が軽減される。これにより、聴覚的にはマスキーの聞こえが小さくなる。この現象を、聴覚的な音の大きさを表わすラウドネス[phon]を用いて言い換えると、マスキーにマスキング音を重ねると、マスキーの物理的な音圧レベル[dB]に変化がなくても聴覚的にはマスキーのラウドネスが低減する。本実施形態においては、モータ16から発生する電磁騒音のうち、モータ16の共振周波数成分をマスキーとし、当該マスキーに対するマスキング音を発生させる。具体的にはモータ16の共振周波数f前後の予め定めた帯域における周波数の振動をモータ16に生じさせ、当該振動による騒音を電磁騒音の共振周波数成分fに重ねることにより、共振周波数成分fの音圧レベルの突出を軽減させている。 Next, electromagnetic noise masking processing by the motor control device 10 will be described. Masking is the process of making certain sounds difficult to hear due to the presence of other sounds so that conversations under noisy are difficult to hear. By superimposing the masking sound on the peripheral band of the frequency of the sound to be masked (hereinafter referred to as a maskee), the protrusion of the sound pressure level [dB] of the maskee is reduced. As a result, the hearing of the musky is reduced audibly. In other words, this phenomenon can be expressed in terms of loudness [phon] representing the loudness of the auditory sound. When the masking sound is superimposed on the maskee, the physical sound pressure level [dB] of the maskee does not change. This reduces the loudness of Muskie. In the present embodiment, among the electromagnetic noise generated from the motor 16, the resonance frequency component of the motor 16 is a maskee, and a masking sound for the maskee is generated. Specifically cause oscillation frequencies in a predetermined band around the resonance frequency f m of the motor 16 to the motor 16, by superimposing the noise due to the vibration in the resonance frequency component f m of the electromagnetic noise, the resonance frequency component f m to mute the sound pressure level.

ここで、マスキング音として使用できる周波数(マスキング周波数)の帯域はマスキーの周波数に応じて変化する。マスキーに対するマスキング音として有効に機能する周波数の帯域を臨界帯域と呼ぶ。臨界帯域を越えた周波数の音をマスキーに重ねてもマスキングの効果を得られないことが実験等により分かっている。本実施形態においては、モータ16の共振周波数fを予め実測等により求めておき、さらに共振周波数fに対応する臨界帯域も予め求めておく。このように求めた共振周波数fおよび臨界帯域をモータ制御装置10の記憶部32に予め記憶しておく。 Here, the band of the frequency (masking frequency) that can be used as the masking sound changes according to the frequency of the maskee. A frequency band that functions effectively as a masking sound for a maskee is called a critical band. Experiments have shown that the masking effect cannot be obtained even if the sound with a frequency exceeding the critical band is superimposed on the maskee. In this embodiment, advance obtained in advance by actual measurement or the like the resonant frequency f m of the motor 16, previously obtained further critical band corresponding to the resonance frequency f m also advance. Thus the resonance frequency f m and the critical band was determined previously stored in the storage unit 32 of the motor controller 10.

さらに、本実施形態においては、上述した基本波成分に由来する電磁騒音を側帯波成分に由来する電磁騒音によってマスキングする。図4に示すように、騒音制御部30は、基本波の周波数fがモータの共振周波数fに一致するとき(f=f)に、図4に示すように、側帯波の周波数fが共振周波数fの臨界帯域にあるマスキング周波数f’(f−1/2Δf≦f’≦f+1/2Δf、ただしf’≠f)となるように搬送波の周波数fを調整する指令を搬送波生成部34に送る。 Further, in the present embodiment, the electromagnetic noise derived from the fundamental wave component described above is masked by the electromagnetic noise derived from the sideband wave component. As shown in FIG. 4, when the fundamental frequency f 0 matches the motor resonance frequency f m (f 0 = f m ), the noise control unit 30 performs the sideband frequency as shown in FIG. f s is the resonant frequency f m masking frequency f s in the critical band of '(f m -1 / 2Δf ≦ f s' ≦ f m + 1 / 2Δf, however f s'f m) and so as to frequency of the carrier It sends a command to adjust the f c the carrier wave generating unit 34.

側帯波の周波数をf’とするための搬送波f’は下記数式2に基づいて求められる。なお、図4においては基本波のマスキング音として、n×f−k×fで表わされる側帯波を用いている。 A carrier wave f c ′ for setting the sideband frequency to f s ′ is obtained based on Equation 2 below. As masking sound of the fundamental wave in Fig. 4, it is used sideband represented by n × f c -k × f 0 .

Figure 0005440383
Figure 0005440383

図4において、基本波の周波数fが共振周波数fと等しくなったとき、搬送波の周波数がf’に設定された側帯波の周波数はマスキングの臨界帯域内の周波数f’となる。基本波由来の電磁騒音がモータ16を共振させる一方で、側帯波由来の電磁騒音がマスキング音として作用して共振周波数fの電磁騒音に重なることにより、図5に示すように共振周波数fの電磁騒音の音圧レベルの突出が軽減される。音圧レベルの突出が軽減されることにより、聴覚的には共振周波数fの電磁騒音が小さく感じられるようになる。 In FIG. 4, when the frequency f 0 of the fundamental wave becomes equal to the resonance frequency f m , the frequency of the sideband whose carrier frequency is set to f c ′ becomes the frequency f s ′ within the masking critical band. While electromagnetic noise derived from the fundamental wave to resonate motor 16, by electromagnetic noise from sidebands overlap the electromagnetic noise of the resonance frequency f m acts as a masking sound, the resonant frequency as shown in FIG. 5 f m The projection of the sound pressure level of electromagnetic noise is reduced. By projecting the sound pressure level is reduced, the auditory so electromagnetic noise of the resonance frequency f m is felt less.

さらに、基本波および側帯波の周波数変化を示す傾き(図4)によっては、基本波が側帯波をマスキングすることも可能である。つまり、図4に示すように、モータ回転数が増加することによって基本波の周波数fがモータ16の共振周波数fを越えた後に側帯波の周波数fがモータ16の共振周波数fに到達したとき、基本波の周波数fが臨界帯域に存在していれば、基本波由来の騒音が側帯波由来の騒音に対するマスキング音となって機能する。 Furthermore, the fundamental wave can also mask the sideband wave depending on the slope (FIG. 4) indicating the frequency change of the fundamental wave and the sideband wave. That is, as shown in FIG. 4, the frequency f s of the sideband wave becomes the resonance frequency f m of the motor 16 after the fundamental frequency f 0 exceeds the resonance frequency f m of the motor 16 by increasing the motor rotation speed. If the fundamental wave frequency f 0 is present in the critical band when it reaches, the noise derived from the fundamental wave functions as a masking sound for the noise derived from the sideband wave.

なお、基本波および側帯波の周波数変化を示す傾きが図4と異なり、側帯波の周波数が共振周波数fに至ったときに、基本波の周波数は臨界帯域から抜けている場合がある。そうなると基本波による騒音は側帯波による騒音をマスクできない。一方、基本波成分が側帯波成分をマスクできるように基本波の周波数を変更してしまうと、基本波の周波数が指令信号の周波数と異なってしまい、指令通りのモータ16のトルクを得ることができなくなる。そこでこのような場合には、基本波の周波数は変更せず、側帯波自身によって側帯波による騒音をマスクする。具体的には、騒音制御部30は搬送波生成部34に対して、搬送波の周波数fを所定の帯域幅で変調させる指令を送る。これによって、図6に示すように、側帯波の周波数が共振周波数fと等しくなった時であっても、その前後で共振周波数f周辺の帯域幅で側帯波の周波数が変調されるので、当該周辺帯域の電磁騒音により、共振周波数fにおける電磁騒音の音圧レベルの突出が軽減される。なお、臨界帯域を越えるとマスキングの効果は得られないので、搬送波(および側帯波)の周波数の変調幅は臨界帯域内の幅であることが望ましい。 Note that unlike the slope indicating the frequency change of the fundamental and sidebands and 4, when the frequency of the sideband reaches the resonant frequency f m, the frequency of the fundamental wave is sometimes missing from the critical zone. Then, the noise due to the fundamental wave cannot mask the noise due to the sideband. On the other hand, if the frequency of the fundamental wave is changed so that the fundamental wave component can mask the sideband component, the frequency of the fundamental wave is different from the frequency of the command signal, and the torque of the motor 16 according to the command can be obtained. become unable. Therefore, in such a case, the frequency of the fundamental wave is not changed, and the noise caused by the sideband wave is masked by the sideband wave itself. Specifically, the noise control unit 30 for the carrier generating unit 34, and sends a command to the modulation frequency f c of the carrier wave with a predetermined bandwidth. Thus, as shown in FIG. 6, even when the frequency of the sideband is equal to the resonant frequency f m, the frequency of the sideband wave with a bandwidth of around resonant frequency f m at its front and rear is modulated , by the electromagnetic noise of the peripheral band, the protrusion of the sound pressure level of electromagnetic noise is reduced in the resonant frequency f m. Since the masking effect cannot be obtained beyond the critical band, it is desirable that the modulation width of the frequency of the carrier wave (and sideband) be within the critical band.

また、マスキング音は単一周波数(単音)であるよりも帯域幅を有している方がマスキングの効果が高くなることが知られている。そこで、所定の帯域幅で周波数変調する側帯波を基本波由来の電磁騒音のマスキング音として使用することで、変調しない場合(図4)と比較して高いマスキング効果を得ることができる。   It is also known that the masking sound has a higher masking effect when it has a bandwidth than a single frequency (single sound). Therefore, by using a sideband wave that is frequency-modulated with a predetermined bandwidth as a masking sound of electromagnetic noise derived from the fundamental wave, a higher masking effect can be obtained as compared with the case where modulation is not performed (FIG. 4).

また、図7に示すように、騒音制御部30が搬送波生成部34に対して、基本波の周波数fが共振周波数fとなるときに、側帯波の周波数fを共振周波数fを中心周波数として変調する旨の指令を送るようにしても良い。これにより、図8に示すように、基本波による電磁騒音の周波数fが共振周波数fと等しくなった時に、共振周波数前後の周辺帯域に変調された側帯波による電磁騒音がマスキング音として機能し、高いマスキング効果を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 7, when the noise control unit 30 sets the resonance frequency f m to the carrier wave generation unit 34, the frequency f s of the sideband is changed to the resonance frequency f m when the fundamental frequency f 0 becomes the resonance frequency f m . A command for modulation as the center frequency may be sent. Thus, as shown in FIG. 8, when the frequency f 0 of the electromagnetic noise due to the fundamental wave is equal to the resonant frequency f m, functional electromagnetic noise due sideband modulated around the band around the resonance frequency as a masking sound In addition, a high masking effect can be obtained.

なお、上述したモータ制御装置10において、マスキング音を側帯波成分により発生させる代わりに、モータ16の周辺にスピーカ等の音声出力手段を設け、共振周波数に対する臨界帯域内の周波数成分を含んだマスキング音を当該音声出力手段に発生させるようにしても良い。   In the motor control device 10 described above, instead of generating the masking sound by the sideband component, a sound output means such as a speaker is provided around the motor 16 so that the masking sound including the frequency component within the critical band with respect to the resonance frequency is provided. May be generated by the audio output means.

10 モータ制御装置、12 インバータ、14 直流電源、16 モータ、18 コンデンサ、30 騒音制御部、32 記憶部、34 搬送波生成部、36 スイッチング信号生成部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor control apparatus, 12 Inverter, 14 DC power supply, 16 Motor, 18 Capacitor, 30 Noise control part, 32 Storage part, 34 Carrier wave generation part, 36 Switching signal generation part

Claims (1)

モータの制御装置であって、
前記モータに供給される電流を制御するスイッチング素子を含むインバータ回路と、
搬送波と前記モータに対する指令信号とに基づいて生成され、前記スイッチング素子を制御するスイッチング信号を出力する、スイッチング信号生成部と、
前記スイッチング信号に含まれ、前記指令信号と前記搬送波との重畳によって生じる側帯波成分の周波数が、前記モータの共振周波数と一致するような前記搬送波の周波数を求めるとともに、求められた前記搬送波の周波数を含む周波数帯域において、所定の変調幅で前記搬送波の周波数を変調させる騒音制御部と、
を備え、
前記モータの共振周波数で定まる臨界帯域内であって前記共振周波数と一致しないマスキング周波数を有するマスキング音を発生させることを特徴とする制御装置。
A motor control device,
An inverter circuit including a switching element for controlling a current supplied to the motor;
A switching signal generator that is generated based on a carrier wave and a command signal for the motor and outputs a switching signal for controlling the switching element;
The frequency of the carrier wave that is included in the switching signal and is generated by superimposing the command signal and the carrier wave so that the frequency of the sideband component matches the resonance frequency of the motor is obtained. A noise control unit that modulates the frequency of the carrier wave with a predetermined modulation width in a frequency band including:
With
A control device that generates a masking sound having a masking frequency that is within a critical band determined by a resonance frequency of the motor and does not coincide with the resonance frequency.
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JP4492367B2 (en) * 2005-01-28 2010-06-30 株式会社デンソー Motor control device
JP2007020246A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Nissan Motor Co Ltd Controller and control method of rotary electric machine

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