KR102216811B1 - 전동 차량의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

전동 차량 (20) 의 제어 장치는, 전자 제어 유닛 (50) 을 포함한다. 전자 제어 유닛 (50) 은, 변조율에 따라 펄스 폭 변조 제어와 사각형파 제어를 전환하여 전동기 (32) 를 구동하는 인버터 (34) 의 스위칭 소자 (T11, T12, T13, T14, T15, T16) 를 스위칭 제어한다. 전자 제어 유닛 (50) 이 사각형파 제어에 의해 스위칭 제어할 때에는, 전동기 (32) 의 회전수가 제 1 공진 영역보다 작은 제 1 소정 회전수 이상일 때에는 제 1 공진 영역에 있어서의 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 1 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어를 실시하고, 전동기 (32) 의 회전수가 제 1 소정 회전수 미만일 때에는 제 1 소정 회전수보다 작은 제 2 공진 영역에 있어서의 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 2 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어를 실시한다.

Description

전동 차량의 제어 장치{CONTROLLER OF ELECTRICALLY POWERED VEHICLE}
본 발명은, 전동 차량의 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 이런 종류의 전동 차량의 제어 장치로는, 모터의 동작점이 승압 회로에서 공진이 발생하는 공진 영역에 해당하는 경우에는, 1 주기에서 3 개의 펄스에 의한 신 (新) 펄스 패턴에 의한 사각형파 제어 방식으로 인버터의 스위칭 소자를 스위칭 제어하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2017-131094 참조). 이 신펄스 패턴은, 스위칭 제어에 의해 모터의 구동 전력에 있어서의 전기 6 차 주파수를 고주파화함으로써, 전기 6 차 주파수로의 승압 회로에 있어서의 LC 공진의 발생을 억제하고 있다.
그러나, 상기 서술한 전동 차량의 제어 장치에서는, 모터의 구동 전력에 있어서의 전기 6 차 주파수를 고주파화함으로써, 전기 6 차 주파수에 의한 LC 공진은 억제할 수 있지만, 전기 6 차 주파수를 고주파화하기 때문에, 전기 12 차 등의 보다 고차의 주파수 성분이 커져, 이들의 고차의 주파수에 의해 LC 공진이 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치는, 전동기의 구동 전력에 있어서의 저차 주파수 성분에 의한 공진을 억제할 뿐만 아니라, 고차 주파수 성분에 의한 공진도 억제하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치는, 상기 서술한 주목적을 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치는, 주행용 전동기와, 상기 전동기를 구동하는 인버터와, 상기 전동기와 상기 인버터를 통하여 전력의 교환을 실시하는 축전 장치를 구비하는 전동 차량에 탑재되고, 제어 장치는, 전자 제어 장치를 포함한다. 전자 제어 장치는, 변조율에 따라 펄스 폭 변조 제어와 사각형파 제어를 전환하여 상기 인버터의 스위칭 소자를 스위칭 제어한다. 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어할 때에, 전자 제어 장치는, 상기 전동기의 회전수가 제 1 소정 회전수 이상일 때에는 제 1 스위칭 모드에서 상기 사각형파 제어에 의한 상기 스위칭 제어를 실시한다. 전자 제어 장치는, 상기 전동기의 회전수가 상기 제 1 소정 회전수 미만일 때에는 제 2 스위칭 모드에서 상기 사각형파 제어에 의한 상기 스위칭 제어를 실시한다. 제 1 소정 회전수는, 제 1 공진 영역보다 작은 회전수이다. 제 1 스위칭 모드는, 상기 제 1 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 모드이다. 제 2 스위칭 모드는, 상기 제 1 소정 회전수보다 작은 제 2 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 모드이다.
이 본 발명의 전동 차량의 제어 장치에서는, 전자 제어 장치는, 변조율에 따라 펄스 폭 변조 제어와 사각형파 제어를 전환하여 전동기를 구동하는 인버터의 스위칭 소자를 스위칭 제어한다. 사각형파 제어에 의해 스위칭 제어할 때에, 전동기의 회전수가 제 1 공진 영역보다 작은 제 1 소정 회전수 이상일 때에는 전자 제어 장치는, 제 1 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 1 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어를 실시한다. 한편, 전동기의 회전수가 제 1 소정 회전수 미만일 때에는, 전자 제어 장치는, 제 1 소정 회전수보다 작은 제 2 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 2 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어를 실시한다. 즉, 전동기의 구동 전력에 있어서의 저차 주파수 (예를 들어 전기 6 차 주파수) 가 차량의 전기계의 LC 공진을 발생시키는 제 1 공진 영역에서는, 이 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 1 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어한다. 이로써, 저차 주파수에 의한 LC 공진을 억제할 수 있다. 또, 전동기의 구동 전력에 있어서의 고차 주파수 (예를 들어 전기 12 차 주파수나 전기 24 차 주파수 등) 가 차량의 전기계의 LC 공진을 발생시키는 제 2 공진 영역에서는, 이 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴의 제 2 스위칭 모드를 사용하여 스위칭 제어한다. 이로써, 고차 주파수에 의한 LC 공진을 억제할 수 있다. 이 결과, 전동기의 구동 전력에 있어서의 저차 주파수 성분에 의한 LC 공진을 억제할 뿐만 아니라, 고차 주파수 성분에 의한 LC 공진도 억제할 수 있다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 제 1 스위칭 모드는 1 주기 중의 전반 주기와 후반 주기에 1 개 이상의 펄스를 가짐과 함께, 전반 주기와 후반 주기에 동수의 전압 극성이 일시적으로 반전되는 기간을 갖고, 1 주기에 3 이상의 펄스수를 갖는 스위칭 패턴의 모드이고, 상기 제 2 스위칭 모드는 상기 제 1 스위칭 모드보다 많은 펄스수를 갖는 스위칭 패턴의 모드인 것으로 해도 된다. 이 경우, 제 2 스위칭 모드는, 제 1 스위칭 모드와 마찬가지로 1 주기 중의 전반 주기와 후반 주기에 1 개 이상의 펄스를 가짐과 함께 동수의 전압 극성이 일시적으로 반전되는 기간을 갖는 것을 전제로 하고 있다.
또, 상기 제 2 스위칭 모드는, 상기 전동기의 운전 상태에 따라 소정 차수의 고주파 성분을 제거하는 소정 주기의 펄스수 및 스위칭 전기각이 설정됨과 함께 반파 대칭성과 기 (奇) 대칭성을 구비하는 스위칭 패턴인 것으로 해도 된다. 예를 들어, 제 1 스위칭 모드에서는, 전동기의 저차 주파수 (예를 들어 전기 6 차 주파수) 를 고주파화하는 스위칭 패턴을 사용할 수 있고, 제 2 스위칭 모드에서는, 전동기의 저차 주파수 (예를 들어 전기 6 차 주파수) 와 고차 주파수 (예를 들어 전기 12 차 주파수나 전기 24 차 주파수 등) 를 더욱 고주파화하는 스위칭 패턴을 사용할 수 있다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 전동기의 회전수가 상기 제 1 공진 영역의 상한 회전수 이상의 제 2 소정 회전수 이상일 때에는, 전자 제어 장치는, 1 주기에 1 개의 펄스수의 스위칭 패턴의 사각형파 모드에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하는 것으로 해도 된다. 이렇게 하면, 전동기의 회전수가 제 2 소정 회전수 이상에서는, 스위칭 횟수를 적게 하여 스위칭 로스를 작게 할 수 있어, 에너지 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 전동 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 전동기의 회전수가 상기 제 1 공진 영역 내일 때에 전자 제어 장치는, 상기 제 1 스위칭 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 전동기의 회전수가 상기 제 2 공진 영역 내일 때에 상기 제 2 스위칭 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 전동기의 회전수가 상기 제 1 공진 영역 외이고 또한 상기 제 2 공진 영역 외일 때에는 사각형파 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하는 것으로 해도 된다. 사각형파 모드는 1 주기에 1 개의 펄스수의 스위칭 패턴의 모드여도 된다. 이렇게 하면, 전동기의 회전수가 제 1 공진 영역 외이고 또한 제 2 공진 영역 외일 때에는, 스위칭 횟수를 적게 하여 스위칭 로스를 작게 할 수 있어, 에너지 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징, 이점 그리고 기술적 및 산업적 의의가 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명될 것이고, 여기서 같은 부호들은 같은 요소들을 나타내고, 여기서:
도 1 은 본 발명의 일 실시예로서의 전동 차량의 제어 장치를 탑재하는 전기 자동차 (20) 의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
도 2 는 전자 제어 유닛 (50) 에 의해 실행되는 사각형파 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 3 은 사각형파 모드와 제 1 스위칭 모드와 제 2 스위칭 모드에 있어서의 펄스 패턴의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4 는 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5 는 변형예의 사각형파 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 6 은 변형예에 있어서의 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 7 은 변형예의 사각형파 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 8 은 변형예에 있어서의 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 실시예를 사용하여 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시예로서의 전동 차량의 제어 장치를 탑재하는 전기 자동차 (20) 의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 전기 자동차 (20) 는, 도시하는 바와 같이, 모터 (32) 와, 인버터 (34) 와, 전원으로서의 배터리 (36) 와, 승압 컨버터 (40) 와, 전자 제어 유닛 (50) 을 구비한다.
모터 (32) 는, 동기 발전 전동기로서 구성되어 있고, 영구 자석이 매립된 회전자와, 삼상 코일이 권회된 고정자를 구비한다. 이 모터 (32) 의 회전자는, 구동륜 (22a, 22b) 에 디퍼렌셜 기어 (24) 를 통하여 연결된 구동축 (26) 에 접속되어 있다.
인버터 (34) 는, 모터 (32) 의 구동에 사용된다. 이 인버터 (34) 는, 고전압측 전력 라인 (42) 을 통하여 승압 컨버터 (40) 에 접속되어 있고, 6 개의 스위칭 소자로서의 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 와, 6 개의 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 각각에 병렬로 접속된 6 개의 다이오드 (D11 ∼ D16) 를 갖는다. 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 는, 소스측과 싱크측이 고전압측 전력 라인 (42) 의 정극측 라인과 부극측 라인에 각각 접속되도록 2 개씩 페어로 배치되어 있다. 또, 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 쌍이 되는 트랜지스터끼리의 접속점의 각각에는, 모터 (32) 의 삼상 코일 (U 상, V 상, W 상의 코일) 의 각각이 접속되어 있다. 따라서, 인버터 (34) 에 전압이 작용하고 있을 때에, 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 쌍이 되는 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 온 시간의 비율이 조절됨으로써, 삼상 코일에 회전 자계가 형성되고, 모터 (32) 가 회전 구동된다. 고전압측 전력 라인 (42) 의 정극측 라인과 부극측 라인에는, 평활용 콘덴서 (46) 가 장착되어 있다.
배터리 (36) 는, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 이차 전지로서 구성되어 있고, 저전압측 전력 라인 (44) 을 통하여 승압 컨버터 (40) 에 접속되어 있다. 저전압측 전력 라인 (44) 의 정극측 라인과 부극측 라인에는, 평활용 콘덴서 (48) 가 장착되어 있다.
승압 컨버터 (40) 는, 고전압측 전력 라인 (42) 과 저전압측 전력 라인 (44) 에 접속되어 있고, 2 개의 트랜지스터 (T31, T32) 와, 2 개의 트랜지스터 (T31, T32) 의 각각에 병렬로 접속된 2 개의 다이오드 (D31, D32) 와 리액터 (L) 를 갖는다. 트랜지스터 (T31) 는, 고전압측 전력 라인 (42) 의 정극측 라인에 접속되어 있다. 트랜지스터 (T32) 는, 트랜지스터 (T31) 와, 고전압측 전력 라인 (42) 및 저전압측 전력 라인 (44) 의 부극측 라인에 접속되어 있다. 리액터 (L) 는, 트랜지스터 (T31, T32) 끼리의 접속점과, 저전압측 전력 라인 (44) 의 정극측 라인에 접속되어 있다. 승압 컨버터 (40) 는, 전자 제어 유닛 (50) 에 의해, 트랜지스터 (T31, T32) 의 온 시간의 비율이 조절됨으로써, 저전압측 전력 라인 (44) 의 전력을 승압하여 고전압측 전력 라인 (42) 에 공급하거나, 고전압측 전력 라인 (42) 의 전력을 강압하여 저전압측 전력 라인 (44) 에 공급하거나 한다.
전자 제어 유닛 (50) 은, CPU (52) 를 중심으로 하는 마이크로 프로세서로서 구성되어 있고, CPU (52) 에 더하여, 처리 프로그램을 기억하는 ROM (54) 이나, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM (56), 입출력 포트를 구비한다. 전자 제어 유닛 (50) 에는, 각종 센서로부터의 신호가 입력 포트를 통하여 입력되고 있다. 전자 제어 유닛 (50) 에 입력되는 신호로는, 예를 들어, 모터 (32) 의 회전자의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출 센서 (예를 들어 리졸버) (32a) 로부터의 회전 위치 θm 나, 모터 (32) 의 각 상의 상전류를 검출하는 전류 센서 (32u, 32v) 로부터의 상전류 Iu, Iv 를 들 수 있다. 또, 배터리 (36) 의 단자 사이에 장착된 전압 센서 (36a) 로부터의 전압 Vb 이나, 배터리 (36) 의 출력 단자에 장착된 전류 센서 (36b) 로부터의 전류 Ib 도 들 수 있다. 또한 리액터 (L) 에 직렬로 장착된 전류 센서 (40a) 로부터의 전류 IL 나, 콘덴서 (46) 의 단자 사이에 장착된 전압 센서 (46a) 로부터의 콘덴서 (46) (고전압측 전력 라인 (42)) 의 전압 VH, 콘덴서 (48) 의 단자 사이에 장착된 전압 센서 (48a) 로부터의 콘덴서 (48) (저전압측 전력 라인 (44)) 의 전압 VL 도 들 수 있다. 추가로, 이그니션 스위치 (60) 로부터의 이그니션 신호나, 시프트 레버 (61) 의 조작 위치를 검출하는 시프트 포지션 센서 (62) 로부터의 시프트 포지션 SP 도 들 수 있다. 또, 액셀 페달 (63) 의 밟기량을 검출하는 액셀 페달 포지션 센서 (64) 로부터의 액셀 개도 Acc 나, 브레이크 페달 (65) 의 밟기량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서 (66) 로부터의 브레이크 페달 포지션 BP, 차속 센서 (68) 로부터의 차속 V 도 들 수 있다. 전자 제어 유닛 (50) 은, 회전 위치 검출 센서 (32a) 로부터의 회전 위치 θm 에 기초하여 모터 (32) 의 회전수 Nm 를 연산하거나, 전류 센서 (36b) 로부터의 배터리 (36) 의 전류 Ib 의 적산치에 기초하여 배터리 (36) 의 축전 비율 SOC 을 연산하거나 하고 있다. 여기서, 축전 비율 SOC 은, 배터리 (36) 의 전체 용량에 대한 배터리 (36) 의 축전량 (방전 가능한 전력량) 의 비율이다.
전자 제어 유닛 (50) 으로부터는, 각종 제어 신호가 출력 포트를 통하여 출력되고 있다. 전자 제어 유닛 (50) 으로부터 출력되는 신호로는, 예를 들어, 인버터 (34) 의 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 에 대한 스위칭 제어 신호나, 승압 컨버터 (40) 의 트랜지스터 (T31, T32) 에 대한 스위칭 제어 신호를 들 수 있다.
이렇게 하여 구성된 실시예의 전기 자동차 (20) 에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 이하의 주행 제어를 실시한다. 주행 제어에서는, 액셀 개도 Acc 와 차속 V 에 기초하여 구동축 (26) 에 요구되는 요구 토크 Td* 를 설정하고, 설정한 요구 토크 Td* 를 모터 (32) 의 토크 지령 Tm* 으로 설정하고, 모터 (32) 가 토크 지령 Tm* 으로 구동되도록 인버터 (34) 의 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 스위칭 제어를 실시한다. 또, 주행 제어에서는, 모터 (32) 를 토크 지령 Tm* 으로 구동할 수 있도록 고전압측 전력 라인 (42) 의 목표 전압 VH* 을 설정하고, 고전압측 전력 라인 (42) 의 전압 VH 이 목표 전압 VH* 이 되도록 승압 컨버터 (40) 의 트랜지스터 (T31, T32) 의 스위칭 제어를 실시한다.
주행 제어시, 전자 제어 유닛 (50) 은, 인버터 (34) 를 정현파 PWM (펄스 폭 변조) 제어 모드, 과변조 PWM 제어 모드, 사각형파 제어 모드 중 어느 것의 제어 모드에서 제어한다. 정현파 PWM 제어 모드는, 의사적인 삼상 교류 전압이 모터 (32) 에 인가 (공급) 되도록 인버터 (34) 를 제어하는 제어 모드이고, 과변조 PWM 제어 모드는, 과변조 전압이 모터 (32) 에 인가되도록 인버터 (34) 를 제어하는 제어 모드이고, 사각형파 제어 모드는, 사각형파 전압이 모터 (32) 에 인가되도록 인버터 (34) 를 제어하는 제어 모드이다. 제어 모드는 변조율에 따라 선택되고, 변조율이 작은 순으로, 정현파 PWM (펄스 폭 변조) 제어 모드, 과변조 PWM 제어 모드, 사각형파 제어 모드가 선택된다. 실시예에서는, 정현파 PWM (펄스 폭 변조) 제어 모드와 과변조 PWM 제어 모드는 모두 PWM 제어를 실시하는 점에서 일괄적으로 PWM 제어 모드로 하고 있고, 기본적으로는, PWM 제어 모드와 사각형파 제어 모드를 전환하여 제어하고 있다. 또, 실시예에서는, 인버터 (34) 의 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 스위칭 로스를 작게 하여 에너지 효율을 높이기 위하여, 가능한 범위에서 사각형파 제어 모드에 의해 인버터 (34) 를 제어하도록 하고 있다. 즉, 모터 (32) 를 토크 지령 Tm* 으로 구동할 수 있도록 고전압측 전력 라인 (42) 의 목표 전압 VH* 을 설정할 때에, 승차감 등에 영향을 주지 않는 범위에서 변조율이 사각형파 제어 모드가 되도록 목표 전압 VH* 을 하도록 하고 있다.
다음으로, 실시예의 전기 자동차 (20) 의 동작, 특히, 전자 제어 유닛 (50) 에 의해 모터 (32) 의 부하 변동 주파수 fm 에 기초하는 공진을 억제하는 제어에 대해 설명한다. 모터 (32) 의 부하 변동 주파수 fm 는, 모터에 의존한다. 공진은, 전기 6 차 변동 주파수나 전기 12 차 변동 주파수가 승압 컨버터 (40) 의 리액터 (L) 와 고전압측 전력 라인 (42) 의 콘덴서 (46) 에 의한 LC 회로의 공진 영역에 속할 때에 발생한다. 전기 6 차 변동 주파수나 전기 12 차 변동 주파수는 모터 (32) 의 회전수 Nm 에 대해 리니어로 변화한다. 실시예에서는, 전기 6 차 변동 주파수에 의해 LC 공진이 발생하는 영역을 모터 (32) 의 회전수로 변환한 것을 제 1 공진 영역으로 칭하고, 전기 12 차 변동 주파수에 의해 LC 공진이 발생하는 영역을 모터 (32) 의 회전수로 변환한 것을 제 2 공진 영역으로 칭한다.
도 2 는, 전자 제어 유닛 (50) 에 의해 실행되는 사각형파 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 이 루틴은, 반복 실행된다. 사각형파 제어 루틴이 실행되면, 전자 제어 유닛 (50) 은, 먼저, 모터 (32) 의 회전수 Nm 를 입력하는 처리를 실행한다 (스텝 S100). 모터 (32) 의 회전수 Nm 는, 회전 위치 검출 센서 (32a) 로부터의 회전 위치 θm 에 기초하여 연산한 것을 입력할 수 있다. 계속해서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 임계치 Nref 이상인지의 여부를 판정한다 (스텝 S110). 여기서, 임계치 Nref 는, 제 1 공진 영역보다 작고 제 2 공진 영역보다 큰 회전수로서 미리 정해지는 것이다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 임계치 Nref 이상일 때에는, 전기 6 차 변동 주파수 성분을 고주파화하는 스위칭 패턴 (펄스 패턴) 으로 한 제 1 스위칭 모드에 의한 스위칭 제어를 선택하고 (스텝 S130), 본 루틴을 종료한다. 한편, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 임계치 Nref 미만일 때에는, 전기 6 차 변동 주파수 성분에 더하여 전기 12 차 변동 주파수 성분을 고주파화하는 스위칭 패턴 (펄스 패턴) 으로 한 제 2 스위칭 모드에 의한 스위칭 제어를 선택하고 (스텝 S120), 본 루틴을 종료한다.
도 3 에 사각형파 모드와 제 1 스위칭 모드와 제 2 스위칭 모드에 있어서의 펄스 패턴의 일례를 모식적으로 나타낸다. 사각형파 모드는, 1 주기에 1 개의 펄스로 하는 모드이다. 제 1 스위칭 모드는, 1 주기 중의 전반 주기와 후반 주기에 1 개 이상의 펄스를 가짐과 함께 동수의 전압 극성이 일시적으로 반전되는 기간을 갖고, 전기 6 차 변동 주파수 성분을 고주파화하여 저감시키는 스위칭 패턴이다. 따라서, 제 1 스위칭 모드에서는, 사각형파 모드보다 펄스수가 많아져, 1 주기의 펄스수로서는 3 이상의 것이 된다. 또한, 제 1 스위칭 모드의 상세한 것에 대해서는 일본 공개특허공보 2017-131094 에 기재되어 있다. 또, 제 1 스위칭 모드에서는, 전기 6 차 변동 주파수 성분을 고주파화하여 저감시키는 스위칭 패턴을 실험에 의해 구하여 테이블로서 사용하거나, 스위칭 패턴을 연산에 의해 산출하여 사용하거나 할 수 있다. 도 3 에는, 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 스위칭 로스를 작게 하기 위하여, 최소 펄스수의 3 펄스의 패턴을 나타냈다. 제 2 스위칭 모드는, 모터 (32) 의 운전점에 따라 소정 차수의 고주파 성분을 제거하는 펄스수나 진폭, 스위칭 전기각이 설정된 스위칭 패턴이고, 실시예에서는, 전기 6 차 변동 주파수 성분이 고주파화하여 저감될 뿐만 아니라 전기 12 차 변동 주파수 성분도 고주파화하여 저감되는 스위칭 패턴을 사용하고 있다. 따라서, 제 2 스위칭 모드에서는, 제 1 스위칭 모드의 스위칭 패턴보다 펄스수가 많아져, 1 주기의 펄스수로서는 5 이상의 것이 된다. 또한, 제 2 스위칭 모드의 상세한 것에 대해서는 일본 공개특허공보 2013-162660 에 기재되어 있다. 또, 제 2 스위칭 모드에서도, 전기 6 차 변동 주파수 성분이 고주파화하여 저감될 뿐만 아니라 전기 12 차 변동 주파수 성분도 고주파화하여 저감되는 스위칭 패턴을 실험에 의해 구하여 테이블로서 사용하거나, 스위칭 패턴을 연산에 의해 산출하여 사용하거나 할 수 있다. 실시예에서는, 트랜지스터 (T11 ∼ T16) 의 스위칭 로스를 작게 하기 위하여, 최소 펄스수의 5 펄스의 패턴을 나타냈다. 제 1 스위칭 모드 및 제 2 스위칭 모드에서는, 도시하는 바와 같이, 모터 (32) 의 회전자의 각속도를「ω」, 시간을「t」로 했을 때에「f(ωt) ＝ －f(ωt ＋ π)」로 나타내는 반파 대칭성을 갖도록 또한「f(ωt) ＝ f(π － ωt)」로 나타내는 기대칭성도 갖도록 제조된다. 반파 대칭성의 제약 조건을 사용함으로써, 짝수 차수의 고조파 성분의 소거나 제어의 간소화를 도모할 수 있고, 기대칭성의 제약 조건을 사용함으로써, 고조파의 여현파 성분을 소거할 수 있다.
도 4 에 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타낸다. 도 4 에서는, 모터 (32) 의 회전수 Nm 에 의해 PWM 제어 모드와 사각형파 제어 모드가 전환되도록 나타내고 있지만, 상기 서술한 바와 같이, PWM 제어 모드와 사각형파 제어 모드의 전환은, 변조율에 따라 실시되고, 변조율은 고전압측 전력 라인 (42) 의 전압 VH 과 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 모터 (32) 로부터 출력하는 토크 Tm 에 의해 정하기 때문에, 도 4 는 고전압측 전력 라인 (42) 의 전압 VH 이 일정하고 모터 (32) 로부터 출력하는 토크 Tm 가 일정할 때를 상정하고 있는 것으로 해석할 수 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 사각형파 제어 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 이상의 범위에서는, 제 1 공진 영역에 있어서의 공진 (전기 6 차 변동 주파수에 의한 공진) 을 저감시키는 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실기하기 때문에, 제 1 공진 영역에 있어서의 공진을 억제할 수 있다. 또, 사각형파 제어 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 미만의 범위에서는, 제 2 공진 영역에 있어서의 공진 (전기 6 차 변동 주파수 및 전기 12 차 변동 주파수에 의한 공진) 을 저감시키는 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하기 때문에, 제 2 공진 영역에 있어서의 공진을 억제할 수 있다.
이상 설명한 실시예의 전기 자동차 (20) 가 탑재하는 제어 장치에서는, 사각형파 제어 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 이상의 범위에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 1 공진 영역에 있어서의 공진 (전기 6 차 변동 주파수에 의한 공진) 을 저감시키는 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하기 때문에, 제 1 공진 영역에 있어서의 공진을 억제할 수 있다. 또, 사각형파 제어 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 미만의 범위에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 2 공진 영역에 있어서의 공진 (전기 6 차 변동 주파수 및 전기 12 차 변동 주파수에 의한 공진) 을 저감시키는 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하기 때문에, 제 2 공진 영역에 있어서의 공진을 억제할 수 있다. 이들의 결과, 모터 (32) 의 구동 전력에 있어서의 저차 주파수 성분에 의한 공진을 억제할 뿐만 아니라, 고차 주파수 성분에 의한 공진도 억제할 수 있다.
실시예의 전기 자동차 (20) 가 탑재하는 제어 장치에서는, 사각형파 제어 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 이상의 범위에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 미만의 범위에서는 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하는 것으로 하였다. 그러나, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역보다 클 때에는, 사각형파 모드 (1 펄스 패턴) 에 의해 스위칭 제어를 실시하는 것으로 해도 된다. 이 경우 도 5 에 예시하는 사각형파 제어 루틴을 실행하면 된다. 도 5 의 사각형파 제어 루틴에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 모터 (32) 의 회전수 Nm 를 입력하고 (스텝 S200), 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref 미만의 영역인지, 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref1 이상이고 임계치 Nref2 미만의 영역인지, 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역보다 큰 임계치 Nref2 이상의 영역인지를 판정한다 (스텝 S210). 그리고, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref1 미만의 영역인 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S220), 본 루틴을 종료한다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역을 포함하는 임계치 Nref1 이상에서 임계치 Nref2 미만의 영역인 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S230), 본 루틴을 종료한다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역보다 큰 임계치 Nref2 이상의 영역인 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 사각형파 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S240), 본 루틴을 종료한다. 도 6 에 변형예에 있어서의 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타낸다. 이와 같이, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역보다 큰 임계치 Nref2 이상의 영역일 때에는, 사각형파 모드에 의해 스위칭 제어를 실시함으로써, 이 영역에서 제 1 스위칭 모드에서 스위칭 제어를 실시하는 것에 비하여, 스위칭 로스를 작게 하여, 에너지 효율을 높일 수 있다.
또, 사각형파 모드에 있어서, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에 속할 때에 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역에 속할 때에 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에도 제 2 공진 영역에도 속하지 않을 때에는 전자 제어 유닛 (50) 은, 사각형파 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 전자 제어 유닛 (50) 은, 도 7 의 사각형파 제어 루틴을 실행하면 된다. 도 7 의 사각형파 제어 루틴에서는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 모터 (32) 의 회전수 Nm 를 입력하고 (스텝 S300), 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에 속하는지 여부 (스텝 S310), 혹은 제 2 공진 영역에 속하는지 여부 (스텝 S320) 를 판정한다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에도 제 2 공진 영역에도 속하지 않는 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 사각형파 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S330), 본 루틴을 종료한다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 2 공진 영역에 속하는 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S340), 본 루틴을 종료한다. 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에 속하는 것으로 판정했을 때에는, 전자 제어 유닛 (50) 은, 제 1 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하고 (스텝 S350), 본 루틴을 종료한다. 도 8 에 변형예에 있어서의 모터 (32) 의 회전수 Nm 와 제어 모드와 공진 영역의 관계를 모식적으로 나타낸다. 이와 같이, 모터 (32) 의 회전수 Nm 가 제 1 공진 영역에도 제 2 공진 영역에도 속하지 않을 때에 사각형파 모드에 의해 스위칭 제어를 실시함으로써, 이들의 영역에서 제 1 스위칭 모드나 제 2 스위칭 모드에 의해 스위칭 제어를 실시하는 것에 비하여, 스위칭 로스를 작게 하여, 에너지 효율을 높일 수 있다.
실시예의 전기 자동차 (20) 에서는, 모터 (32) 와 인버터 (34) 와 배터리 (36) 와 승압 컨버터 (40) 를 구비하는 것으로 했지만, 승압 컨버터 (40) 를 구비하지 않은 것으로 해도 된다. 이 경우에도 배터리 (36) 와 인버터 (34) 사이에는 평활용 콘덴서를 갖기 때문에, 회로에 있어서의 리액터 성분 (예를 들어 배터리 (36) 의 리액터 성분) 과 콘덴서에 의해 LC 회로를 갖는 것이 된다. 이 때문에, 전기 6 차 변동 주파수나 전기 12 차 변동 주파수가 회로에 있어서의 리액터 성분과 콘덴서에 의한 LC 회로의 공진 영역에 속할 때에 공진이 발생한다. 따라서, 실시예나 그 변형예와 마찬가지로 제어함으로써, 모터 (32) 의 구동 전력에 있어서의 저차 주파수 성분에 의한 공진을 억제함과 함께 고차 주파수 성분에 의한 공진을 억제할 수 있다.
실시예의 전기 자동차 (20) 에서는, 단일의 모터 (32) 와 이 모터 (32) 를 구동하는 인버터 (34) 를 구비하는 것으로 했지만, 복수의 모터 (32) 와 이들의 모터를 각각 구동하는 복수의 인버터를 구비하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 각 모터의 전기 6 차 변동 주파수 성분에 의한 공진 영역을 제 1 공진 영역으로 함과 함께 전기 12 차 변동 주파수 성분에 의한 공진 영역을 제 2 공진 영역으로 하고, 각 모터마다 실시예나 변형예의 사각형파 제어 루틴을 실행하면 된다.
실시예의 전기 자동차 (20) 에서는, 축전 장치로서, 배터리 (36) 를 사용하는 것으로 했지만, 축전 가능한 장치이면 되고, 캐패시터 등을 사용하는 것으로 해도 된다.
실시예에서는, 모터 (32) 를 구비하는 전기 자동차 (20) 에 탑재되는 구동 장치의 형태로 하였다. 그러나, 모터 (32) 에 더하여 엔진도 구비하는 하이브리드 자동차에 탑재되는 제어 장치의 형태로 해도 된다.
실시예의 주요한 요소와 과제를 해결하기 위한 수단의 란에 기재한 발명의 주요한 요소와의 대응 관계에 대해 설명한다. 실시예에서는, 모터 (32) 가「전동기」의 일례이고, 인버터 (34) 가「인버터」의 일례이고, 배터리 (36) 가「축전 장치」의 일례이고, 전자 제어 유닛 (50) 이「전자 제어 제어 장치」의 일례이다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 실시예를 사용하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시예에 전혀 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 다양한 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명은, 전동 차량의 제어 장치의 제조 산업 등에 이용 가능하다.

Claims (5)

  1. 주행용 전동기 (32) 와, 상기 전동기 (32) 를 구동하는 인버터 (34) 와, 상기 전동기 (32) 와 상기 인버터 (34) 를 통하여 전력의 교환을 실시하는 축전 장치 (36) 를 구비하는 전동 차량 (20) 에 탑재되는 전동 차량 (20) 의 제어 장치로서,
    변조율에 따라 펄스 폭 변조 제어와 사각형파 제어를 전환하여 상기 인버터 (34) 의 스위칭 소자 (T11, T12, T13, T14, T15, T16) 를 스위칭 제어하는 전자 제어 유닛 (50) 을 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 제 1 소정 회전수 이상일 때에는 제 1 스위칭 모드를 사용하여 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 상기 제 1 소정 회전수 미만일 때에는 제 2 스위칭 모드를 사용하여 상기 사각형파 제어에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하고,
    제 1 소정 회전수는, 제 1 공진 영역보다 작은 회전수이고, 상기 제 1 스위칭 모드는, 상기 제 1 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴이고, 상기 제 2 스위칭 모드는, 상기 제 1 소정 회전수보다 작은 제 2 공진 영역에 있어서의 LC 공진을 억제하는 스위칭 패턴인, 전동 차량 (20) 의 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 모드는, 1 주기 중의 전반 주기와 후반 주기에 1 개 이상의 펄스를 가짐과 함께, 전반 주기와 후반 주기에 동수의 전압 극성이 일시적으로 반전되는 기간을 갖고, 1 주기에 3 이상의 펄스수를 갖는 스위칭 패턴의 모드이고, 상기 제 2 스위칭 모드는, 상기 제 1 스위칭 모드보다 많은 펄스수를 갖는 스위칭 패턴의 모드인, 전동 차량 (20) 의 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 모드는, 상기 전동기 (32) 의 운전 상태에 따라 소정 차수의 고주파 성분을 제거하는 소정 주기의 펄스수 및 스위칭 전기각이 설정됨과 함께 반파 대칭성과 기대칭성을 구비하는 스위칭 패턴인, 전동 차량 (20) 의 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 상기 제 1 공진 영역의 상한 회전수 이상의 제 2 소정 회전수 이상일 때에는, 1 주기에 1 개의 펄스수의 스위칭 패턴의 사각형파 모드에 의해 상기 스위칭 제어를 실시하는, 전동 차량 (20) 의 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛 (50) 은, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 상기 제 1 공진 영역 내일 때에 상기 제 1 스위칭 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의한 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 상기 제 2 공진 영역 내일 때에 상기 제 2 스위칭 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의한 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 전동기 (32) 의 회전수가 상기 제 1 공진 영역 외이고 또한 상기 제 2 공진 영역 외일 때에는 사각형파 모드에 의해 상기 사각형파 제어에 의한 상기 스위칭 제어를 실시하고, 상기 사각형파 모드는, 1 주기에 1 개의 펄스수의 스위칭 패턴의 모드인, 전동 차량 (20) 의 제어 장치.
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