(57)【要約】【課題】車両に搭載されたＰＷＭ制御の電力変換装置のノイズ音の低減と変換効率の向上との両立を図る。【解決手段】ＰＷＭ制御で駆動されるインバータ２ａと、車内騒音を検出する騒音レベルセンサ７と、このセンサ７の検出騒音の逆にＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御部８ａとを備え、風きり音やロードノイズ等に基く車内の騒音が大きくなる高速走行時等にはキャリア周波数を低くして電力変換効率を向上し、車内の騒音が小さくなる低速走行時等にはキャリア周波数を高くしてノイズ音を抑える。【選択図】図１
2006333572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部と、
車内騒音を検出する騒音レベルセンサと、
前記騒音レベルセンサの検出騒音の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御部とを備えたことを特徴とする車両の電力変換装置。
【請求項２】
ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部と、
車速センサの検出自車速の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御部とを備えたことを特徴とする車両の電力変換装置。
【請求項３】
キャリア周波数制御部が、２値切り換えを含むステップ切り換えでスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電力変換装置。
【請求項４】
キャリア周波数制御部が、検出騒音または検出自車速の逆に変化するスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数マップを記憶手段に保持し、前記検出騒音または前記検出車速に基づきスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を前記キャリア周波数マップから読み出した周波数に可変することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電力変換装置。
【請求項５】
ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部を備えた車両の電力変換装置のキャリア周波数制御方法であって、
車内騒音を検出して検出騒音の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴とする車両の電力変換装置のキャリア周波数制御方法。
【請求項６】
ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部を備えた車両の電力変換装置のキャリア周波数制御方法であって、
検出自車速の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴とする車両の電力変換装置のキャリア周波数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動モータの給電等に用いられるＰＷＭ制御の車両の電力変換装置及びそのキャリア周波数制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、電車等の電動タイプの車両はインバータやコンバータで構成された電力変換装置を備える。
【０００３】
そして、これらの車両の電力変換装置はいわゆるＰＷＭ制御で駆動されて駆動モータ等に交流あるいは直流の電力を給電する。
【０００４】
ところで、この種の電力変換装置においては、ＰＷＭ制御の三角波あるいは鋸歯のキャリア周波数が２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度の可聴周波数帯の周波数になることから、耳障りな特有のノイズ音を発生し、このノイズ音は高負荷状態になる程大きくなることが知られている。
【０００５】
一方、人は聴覚特性上１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの音に対して最も感度が高く、その周波数帯範囲から離れた音になる程感度が低くなる。
【０００６】
そして、前記のＰＷＭ制御のキャリア周波数に基くノイズ音が問題となる高負荷時等には、キャリア周波数を低くするとノイズ音が大きくなることから、従来、キャリア周波数を高くしてノイズ音を小さく（緩和）することが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１８４１８２号公報（段落［０００８］、［００１１］、［００２０］−［００２１］、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来提案（特許文献１記載）のように、電力変換装置のキャリア周波数によって発生するノイズ音にのみ着目し、このノイズ音が大きくなる加速時等の高負荷時に無条件にをキャリア周波数を高くしてノイズ音を小さく（緩和）すると、キャリア周波数を高くすることで電力変換効率が低下するため、高速走行中の加速時等に給電が不足気味になり十分な加速力が得られなくなる問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の車両の移動時（走行時）には風きり音やロードノイズ等のいわゆるバックグランドノイズとなる騒音が車内に発生し、しかも、この騒音が高速走行時程大きくなって前記のキャリア周波数に起因したノイズ音がその騒音にかき消されてしまうことに着目してなされたものであり、車両に搭載されたＰＷＭ制御の電力変換装置のノイズ音の低減と変換効率の向上との両立を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明の車両の電力変換装置は、ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部と、車内騒音を検出する騒音レベルセンサと、この騒音レベルセンサの検出騒音の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御部とを備えたことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
また、本発明の車両の電力変換装置は、ＰＷＭ制御で駆動されるインバータまたはコンバータのスイッチング部と、車速センサの検出自車速の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するキャリア周波数制御部とを備えたことを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
さらに、本発明の車両の電力変換装置は、キャリア周波数制御部が、２値切り換えを含むステップ切り換えでスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴とし（請求項３）、また、キャリア周波数制御部が、検出騒音または検出自車速の逆に変化するスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数マップを記憶手段に保持し、前記検出騒音または前記検出車速に基づきスイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を前記キャリア周波数マップから読み出した周波数に可変することを特徴としている（請求項４）。
【００１３】
つぎに、本発明の車両の電力変換装置のキャリア周波数制御方法は、車内騒音を検出して検出騒音の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴とし（請求項５）、また、検出自車速の逆に前記スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変することを特徴としている（請求項６）。
【発明の効果】
【００１４】
まず、請求項１、５の構成によれば、車両の移動に伴って発生する風きり音やロードノイズ等に基く車内の騒音を直接検出し、その検出騒音が大きくなってＰＷＭ制御のキャリア周波数に起因したノイズ音がその騒音にかき消されてしまうようになる高速走行時等には、前記キャリア周波数が低くなってスイッチング部の電力変換効率が向上し、車内の検出騒音が小さくなって前記キャリア周波数に起因したノイズ音が相対的に大きくなる低速走行時等には、スイッチング部のキャリア周波数が高くなってノイズ音が抑えられる。
【００１５】
そのため、車内の騒音を精度よく直接検出する構成により、電力変換装置が発生するノイズ音を車内のドライバ等が気にならないように車内騒音に応じて自動的に可変し、高速走行中の加速時等には電力変換効率を向上して十分な加速力等が得られるようにすることができ、ノイズ音の低減と変換効率の向上との両立を図ることができる。
【００１６】
また、請求項２、６の構成によれば、車両の走行速度が速くなる程車内の騒音が大きくなることから、車内の騒音を検出する代わりに、自車速を検出して請求項１、５の構成の場合と同様の効果を得ることができ、この場合、車内の騒音の検出が不要であり、しかも、自車速の検出が車両の既存の車速センサによって行なえることから、構成が簡単になる効果もある。
【００１７】
つぎに、請求項３の構成によれば、スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数の可変を、車内の検出騒音または検出自車速に基く前記キャリア周波数の２値（高、低）切り換えを含むステップ切り換えによって簡易に実現することができる。
【００１８】
また、請求項４の構成によれば、スイッチング部のＰＷＭ制御のキャリア周波数の可変を、車内の検出騒音または検出自車速に基いて記憶手段のキャリア周波数マップから前記キャリア周波数を読み出して実現することができ、この場合、ステップ切り換えより高精度に前記キャリア周波数を可変することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、その実施形態について、図１〜図４にしたがって詳述する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
まず、車内騒音を直接検出する第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
図１は電気自動車の電力変換装置に適用した場合の構成を示し、３相ブラシレスモータ等からなる駆動用のモータ１ａはスイッチング部としてのインバータ２ａからフィードバック制御された３相電源が給電されて回転駆動される。
【００２２】
そして、インバータ２ａは周知の電力用インバータと同様にＩＧＢＴ等の電力用のスイッチング半導体の３相フルブリッジ回路で構成され、ＰＷＭ発生器３のＰＷＭ制御の各相の駆動パルスにしたがってＰＷＭ制御で駆動され、電源部４ａの直流電源をオン／オフする。
【００２３】
さらに、ＰＷＭ発生器３の各相のＰＷＭ駆動パルスの信号は、モータ１ａの回転変動にしたがってレベル変動するモータ駆動司令部３のフィードバック制御の駆動指令信号Ｓ１と、キャリア周波数発生器４の三角波（鋸歯）の参照波信号Ｓ２とを比較して形成され、例えば図２に示すように、参照波信号Ｓ２の駆動指令信号Ｓ１以上のレベル部分が通電（オン）レベル幅のパルスＰの信号であり、その周波数（ＰＷＭ制御のキャリア周波数）が参照波信号Ｓ２の周波数によって定まる。
【００２４】
つぎに、電気自動車の車内に車内騒音を検出する騒音レベルセンサ７が設けられる。
【００２５】
このセンサ７は周知の騒音レベルセンサ（騒音センサ）と同様にマイクロホン等からなり、例えば、ダッシュボード等に設けられて主にドライバの周囲近傍の騒音を検出する。
【００２６】
さらに、車内騒音に比例して変化する騒音レベルセンサ７の検出騒音の信号がキャリア周波数制御部８ａに取り込まれる。
【００２７】
このキャリア周波数制御部８ａはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリが形成する記憶手段９ａを備え、この記憶手段９ａに車内騒音の逆に変化するＰＷＭ制御のキャリア周波数（参照波信号Ｓ２の周波数）のマップを保持する。
【００２８】
このマップの特性は、種々の走行環境下で発生する車内騒音をパラメータとしてドライバ等の乗員が気にならない程度のノイズ音になるキャリア周波数を予め測定等して設定されたものであり、例えば、インバータ２ａが発生するノイズ音の低減効果やモータ１ａの回転の安定性等を考慮しつつ、種々の走行環境下で発生する範囲の車内騒音に対してＰＷＭ制御のキャリア周波数を例えば２０ｋＨｚ（車内騒音が低いとき）〜１５ｋＨｚ（車内騒音が高いとき）の範囲で可変する特性であり、記憶手段９ａは具体的には前記特性で変化するキャリア周波数制御用のリセットレベルを保持する。
【００２９】
そして、騒音レベルセンサ７の検出騒音の信号に基き、時々刻々の検出騒音に応じて変化する図２のリセットレベルの信号Ｓ３ａがキャリア周波数制御部８ａからキャリア周波数発生器６に出力される。
【００３０】
このキャリア周波数発生器６は、自走発振等によって参照波信号Ｓ２の最低周波数以下に設定された基準周波数の三角波（鋸歯）の信号Ｓ２を形成し、この信号Ｓ２が信号Ｓ３ａのリセットレベルに達する毎に瞬時リセットされてその出力が立ち下がる。
【００３１】
そのため、図２からも明らかなように参照波信号Ｓ２はリセットレベルに比例して、換言すれば車内騒音の逆に、周波数が変化する。
【００３２】
そして、参照波信号Ｓ２の周波数の変化にしたがってＰＷＭ発生器３の各相のＰＷＭ駆動パルスの周波数が変化するため、インバータ２ａは、車内騒音が大きくなってインバータ２ａのノイズ音が車内騒音にかき消されるようになるときにはＰＷＭ制御のキャリア周波数が低くなって変換効率が向上し、車内騒音が小さくなってインバータ２ａのノイズ音が相対的に大きくなるときにはＰＷＭ制御のキャリア周波数が高くなってノイズ音が小さくなる。
【００３３】
したがって、前記実施形態の場合は、車両の走行（移動）に伴って発生する風きり音やロードノイズ等に基く車内騒音を騒音レベルセンサ７によって直接検出し、その検出騒音が大きくなってインバータ２ａのＰＷＭ制御のキャリア周波数に起因したノイズ音がその騒音にかき消されてしまうようになる高速走行時は、前記キャリア周波数を低くしてインバータ２ａの電力変換効率を向上し、加速に必要な十分な電力をモータ１ａに供給することができ、車内の検出騒音が小さくなって前記キャリア周波数に起因したノイズ音が相対的に大きくなる低速走行時等は、インバータ２ａのキャリア周波数を高くしてノイズ音を抑えることができる。
【００３４】
そのため、車内の騒音を精度よく直接検出する構成により、インバータ２ａが発生するノイズ音を車内のドライバ等が気にならないように、車内騒音に応じて自動的に可変し、高速走行中の加速時等には電力変換効率を向上して十分な加速力等が得られるようにすることができ、ノイズ音の低減と変換効率の向上との両立を図ることができる。
【００３５】
しかも、キャリア周波数制御部８ａの記憶手段９ａに車内騒音に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数の特性のマップを保持し、このマップに基いて、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を連続的に可変し、時々刻々の検出騒音に応じて極めて精度よく変更することができる。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
つぎに、車内騒音を車速から検出する第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３７】
図３は電気自動車の電力変換装置に適用した場合の構成を示し、同図において、図１と同一符号は同一のものを示し、図１と異なる点は、第１に、図１の騒音レベルセンサ７を省き、代わりに、車輪速センサ等からなる車両既存の車速センサ１０の検出自車速の信号を車内騒音の検出信号とした点であり、第２に、図１のキャリア周波数制御部８ａに代えて記憶手段９ｂを備えたキャリア周波数制御部８ｂを設けた点である。
【００３８】
そして、自車速が大きくなって速くなる程、風きり音やロードノイズ等に基く車内騒音が大きくなることから、この実施形態においては、車速センサ１０の検出自車速の信号から車内騒音を間接的に検出する。
【００３９】
さらに、不揮発性メモリからなる記憶手段９ｂには、図１の記憶手段９ａの車内騒音に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数のマップに代えて、車速センサ１０の検出自車速の逆に変化するＰＷＭ制御のキャリア周波数のマップを保持する。
【００４０】
このマップは記憶手段９ａのマップと同様にして形成され、検出自車速を介して検出された車内騒音に対するＰＷＭ制御のキャリア周波数の可変特性は、記憶手段９ａのマップの特性と同じである。
【００４１】
そして、車速センサ１０の検出自車速の信号に基き、この検出自車速を介して検出された車内騒音（検出騒音）に対して、キャリア周波数制御部８ｂから、図１の信号Ｓ３ａと同様のリセットレベルの信号Ｓ３ｂがキャリア周波数発生器６に与えられる。
【００４２】
したがって、この実施形態の場合は、騒音レベルセンサ７のようなセンサを新たに設けることなく、既存の車速センサ１０を利用して安価に前記第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
＜第３の実施形態＞
つぎに、第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００４４】
図４は第１、第２の実施形態と同様の電気自動車の電力変換装置に適用する場合の一部の構成を示し、同図において、１ｂ、２ｂ、４ｂは図１、図３のモータ１ａ、インバータ２ａ、電源部４ａと同様のモータ、インバータ、電源部である。１１、１２、１３は電源部４ｂの周知の第１の発電機（または蓄電手段）、コンバータ、第１の発電機（または蓄電手段）とは発生電圧の異なる第２の発電機（または蓄電手段）それぞれである。
【００４５】
そして、第１の発電機（または蓄電手段）１１と第２の発電機（または蓄電手段）１３の電圧差をコンバータ１２で調整して、相互間（あるいは一方向）で電力の供給を行なうと同時に第２の発電機（または蓄電手段）１３からインバータ２ｂに直流電力を給電する。
【００４６】
ところで、インバータ２ｂ、コンバータ１２がそれぞれＰＷＭ制御で駆動されるスイッチング部であり、いずれも図１、図３の信号Ｓ１、Ｓ２に相当する駆動指令信号、参照波信号に基き、図２のパスＰの信号と同様の駆動パルスの信号によりＰＷＭ制御で駆動され、ＰＷＭ制御のキャリア周波数のノイズ音を発生する。
【００４７】
そこで、この実施形態においては、図１の騒音レベルセンサ７、キャリア周波数制御部８ａまたは図２の車速センサ１０、キャリア周波数制御部８ｂを用いた構成により、インバータ２ｂ、コンバータ１２のいずれか一方または両方のキャリア周波数を、前記第１、第２の実施形態の場合と同様にして、車内騒音の逆に可変する。
【００４８】
したがって、この実施形態の場合は、インバータ２ｂ、コンバータ１２が形成するスイッチング部のノイズ音に対して、前記第１、第２の実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【００４９】
そして、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、例えば燃料電池車の燃料電池と蓄電手段間に設置されるコンバータへの適用など、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００５０】
例えば前記各実施形態においては、キャリア周波数制御部８ａ、８ｂの記憶手段９ａ、９ｂに車内騒音または自車速に対するキャリア周波数の特性マップを保持し、そのマップに基いて形成した信号Ｓ３ａ、Ｓ３ｂによってＰＷＭ制御のキャリア周波数を連続的に可変したが、キャリア周波数制御部により、検出騒音、検出自車速と１または複数個のしきい値とを比較し、ハイ／ローの２値変化を含むステップ状変化のリセットレベルの信号を形成し、２値切り換えを含むステップ切り換えでＰＷＭ制御のキャリア周波数を可変するようにしてもよい。
【００５１】
また、ＰＷＭ制御のキャリア周波数の可変範囲は実験等に基いて適当に設定してよいのは勿論であり、インバータ２ａ、２ｂ等のＰＷＭ制御の回路構成が図１、図３と異なっていてもよいのも勿論である。
【００５２】
さらに、例えば図１、図３のモータ１ａ、インバータ２ａおよびセンサ７、１０を除く各部は、いわゆるハードウエア回路によって形成することができるのは勿論、マイクロコンピュータのＥＣＵのソフトウエア処理によって形成することができるのも勿論である。
【００５３】
そして、本発明は、自動車、電車等の種々の車両のインバータまたはコンバータの電力変換装置に適用することができ、その際、電力変換装置の出力が前記各実施形態のようにモータに給電されるものでなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の第１の実施形態のブロック図である。
【図２】図１の動作説明用の波形図である。
【図３】この発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図４】この発明の第３の実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
２ａ、２ｂ    インバータ
７    騒音レベルセンサ
８ａ、８ｂ    キャリア周波数制御部
９ａ、９ｂ    記憶手段
１２    コンバータ
【図１】
2006333572.tif 000003
【図２】
2006333572.tif 000004
【図３】
2006333572.tif 000005
【図４】
2006333572.tif 000006