(57)【要約】【課題】違和感のない音色の変化で第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数の切替を行なうことが可能なインバータの制御装置を提供することである。【解決手段】第１のキャリア周波数Ｆｃ１を設定し、交流回転電機２６の回転数Ｎが切替回転数Ｎｔとなったときに、第１のキャリア周波数Ｆｃ１とは異なる値の第２のキャリア周波数Ｆｃ２に設定変更するキャリア周波数設定変更部４６を備えるインバータの制御装置４０において、キャリア周波数設定変更部４６は、交流回転電機２６の回転数Ｎが切替回転数Ｎｔとなったときの第１のキャリア側帯波Ｆｓ１が第２のキャリア側帯波Ｆｓ２と一致するようにキャリア周波数の切替を行う手段を有する。【選択図】図１
2011188543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流回転電機の駆動電圧に変換するインバータの制御方式であるＰＷＭ制御のキャリア周波数として所定の第１のキャリア周波数を設定し、交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を第１のキャリア周波数とは異なる値の第２のキャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更部を備えるインバータの制御装置において、
キャリア周波数設定変更部は、
交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、
第１のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したときに生じる第１のキャリア側帯波が、第２のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したとき生じる第２のキャリア側帯波と一致するように、キャリア周波数を切り替える手段を有することを特徴とするインバータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータの制御装置において、
第１のキャリア周波数をＦｃ１とし、第２のキャリア周波数をＦｃ２（Ｆｃ２＞Ｆｃ１）とし、ＰＷＭ制御に基づいて定められる係数をｋ（ｋは整数）とし、交流回転電機の回転数に基づいて定められる回転電機作動周波数をＦ０とした場合に、
第１のキャリア側帯波Ｆｓ１は、Ｆｃ１±ｋＦ０であり、
第２のキャリア側帯波Ｆｓ２は、Ｆｃ２±ｋＦ０であり、
キャリア周波数設定変更部は、
交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、
Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、キャリア周波数を切り替えることを特徴とするインバータの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータの制御装置において、
キャリア周波数設定変更部は、
キャリア周波数の切替を行うときに、
Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、切替回転数が予め設定されていることを特徴とするインバータの制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載のインバータの制御装置において、
キャリア周波数設定変更部は、
キャリア周波数の切替を行うときに、
Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、第１のキャリア周波数（Ｆｃ１）と第２のキャリア周波数（Ｆｃ２）の周波数が予め設定されていることを特徴とするインバータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの制御装置に係り、特に、２つのキャリア周波数を用いて交流回転電機における共振を回避するインバータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機制御システムにおいて、交流回転電機への駆動電圧を供給するために、インバータによって直流電圧が交流電圧（駆動電圧）に変換されている。このとき、インバータ内ではスイッチング素子がオンオフと切り替わっているため、そのオンオフ動作に起因する電流変動分が交流回転電機のコイルに伝わると、交流回転電機内の磁場に変動が生じる。ここで、インバータの制御方式の１つであるＰＷＭ制御方式でインバータの制御を行うと、キャリア周波数にインバータにおけるパルス幅変調の結果として生じる高周波成分等が重畳してキャリア側帯波となる。また、当該キャリア側帯波が交流回転電機の構造共振周波数に一致してしまうと、交流回転電機に共振が生じ、交流回転電機から発生する騒音を増大させてしまうことがある。ここで、交流回転電機の構造共振周波数は、交流回転電機の構造上特定される固有振動数である。
【０００３】
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、インバータの制御装置として、直流電圧を交流モータの駆動電圧に変換するインバータの制御装置であって、インバータのキャリア周波数として、予め定められた第１のキャリア周波数を設定するキャリア周波数設定手段と、実際のモータ回転数が変化して、インバータ出力における上記第１のキャリア周波数の側帯波成分が上記モータの構造共振周波数に合致する際のモータ回転数である共振モータ回転数に対して所定の範囲内にまで近付いたか否かを判定するモータ回転数到達判定手段を備える構成が開示されている。そして、上記モータ回転数到達判定手段により実際のモータ回転数が上記所定の範囲内にまで近付いたと判定されたときに、インバータのキャリア周波数を変更して、上記第１のキャリア周波数とは異なる値の第２のキャリア周波数を設定するキャリア周波数変更手段を備える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８４７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の構成を用い、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数を切り替えることで、キャリア側帯波が交流回転電機の構造共振周波数と合致してしまうことを回避できるため、交流回転電機の騒音が増大してしまうことを抑制することができる。しかし、キャリア側帯波は、交流回転電機の回転数に応じて変化し、交流回転電機の回転数の増大に対してキャリア周波数からのずれが大きくなる。したがって、実際の回転電機の回数が共振回転数に近づいて、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数を切り替える場合には、第１のキャリア周波数でＰＷＭ制御したときに生じる高周波成分が重畳した第１のキャリア側帯波が、第２のキャリア周波数でＰＷＭ制御したとき生じる高周波成分が重畳した第２のキャリア側帯波とが大きく異なることがある。この場合には、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数を切り替える際の周波数変化が大きくなり、音色が不連続に変化して違和感のある音感となることがある。
【０００６】
本発明の目的は、違和感のない音色の変化で第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数の切り替えを行なうことが可能なインバータの制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るインバータの制御装置は、直流電圧を交流回転電機の駆動電圧に変換するインバータの制御方式であるＰＷＭ制御のキャリア周波数として所定の第１のキャリア周波数を設定し、交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、ＰＷＭ制御のキャリア周波数を第１のキャリア周波数とは異なる値の第２のキャリア周波数に設定変更するキャリア周波数設定変更部を備えるインバータの制御装置において、キャリア周波数設定変更部は、交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、第１のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したときに生じる第１のキャリア側帯波が、第２のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したとき生じる第２のキャリア側帯波と一致するように、キャリア周波数を切り替える手段を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るインバータの制御装置において、第１のキャリア周波数をＦｃ１とし、第２のキャリア周波数をＦｃ２（Ｆｃ２＞Ｆｃ１）とし、ＰＷＭ制御に基づいて定められる係数をｋ（ｋは整数）とし、交流回転電機の回転数に基づいて定められる回転電機作動周波数をＦ０とした場合に、第１のキャリア側帯波Ｆｓ１は、Ｆｃ１±ｋＦ０であり、第２のキャリア側帯波Ｆｓ２は、Ｆｃ２±ｋＦ０であり、キャリア周波数設定変更部は、交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、キャリア周波数を切り替えることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るインバータの制御装置において、キャリア周波数設定変更部は、キャリア周波数の切替を行うときに、Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、切替回転数が予め設定されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るインバータの制御装置において、キャリア周波数設定変更部は、キャリア周波数の切替を行うときに、Ｆｃ１＋ｋＦ０＝Ｆｃ２−ｋＦ０となるように、第１のキャリア周波数（Ｆｃ１）と第２のキャリア周波数（Ｆｃ２）の周波数が予め設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成のインバータの制御装置によれば、キャリア周波数設定変更部は、交流回転電機の回転数が切替回転数となったときに、第１のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したときに生じる第１のキャリア側帯波が、第２のキャリア周波数でインバータをＰＷＭ制御したとき生じる第２のキャリア側帯波と一致するように、キャリア周波数を切り替える。これにより、第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数の切り替えを行なう際の音色の変化を連続させることができる。したがって、違和感のない音色の変化で第１のキャリア周波数と第２のキャリア周波数の切り替えを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態において、回転電機制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、交流回転電機の回転数を増加させたときに、キャリア側帯波が変化している様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１４】
図１は、回転電機制御システム１０の構成を示す図である。回転電機制御システム１０は、蓄電装置１２と、平滑コンデンサ１４，１８と、電圧変換器１６と、インバータ２２と、交流回転電機２６と、制御装置４０とを備えて構成される。
【００１５】
交流回転電機２６は、車両に搭載されるモータ／ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電力が供給されるときは電動機として機能し、制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。また、交流回転電機２６は、図示されていない車両の車軸に伝達されるエンジンの動力を補助して、駆動力を高める機能を有する。そして、交流回転電機２６は、約６００Ｖ程度の高電圧で作動するインバータ２２によって作動制御される。
【００１６】
ここで、蓄電装置１２と、蓄電装置１２側の平滑コンデンサ１４と、電圧変換器１６と、インバータ２２側の平滑コンデンサ１８と、インバータ２２とをあわせて電源回路と呼ぶ。
【００１７】
蓄電装置１２は、充放電可能な２次電池である。蓄電装置１２としては、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。
【００１８】
平滑コンデンサ１４は、蓄電装置１２と電圧変換器１６との間に設けられ、電圧変換器１６の低電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。
【００１９】
電圧変換器１６は、リアクトルと、スイッチング素子とを含んで構成される昇降圧回路である。そして、電圧変換器１６は、蓄電装置１２側の約２００Ｖから約３００Ｖ程度の低電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して、約６００Ｖの高電圧に昇圧する機能を有する回路で、昇圧コンバータとも呼ばれる。また、電圧変換器１６は双方向機能を有し、インバータ２２の側からの電力を蓄電装置１２側に充電電力として供給するときには、インバータ２２の側の高電圧を蓄電装置１２に適した低電圧に降圧する機能を有する。
【００２０】
平滑コンデンサ１８は、電圧変換器１６とインバータ２２の間に設けられ、電圧変換器１６の高電圧側の電圧変動を抑制する機能を有するコンデンサである。
【００２１】
インバータ２２は、高圧直流電圧を交流三相駆動電圧に変換し、交流回転電機２６に供給する機能と、逆に交流回転電機２６からの交流三相回生電圧を高圧直流充電電圧に変換する機能とを有する回路である。
【００２２】
インバータ２２は、図１に示されるように、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含んで構成される。インバータ２２は、三相同期型である交流回転電機２６の三相コイルにそれぞれ対応して、２つのスイッチング素子を直列に接続したものをＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用に３つ並列に配置して構成される。各スイッチング素子には並列にダイオードがそれぞれ接続配置される。そして、各接続点がそれぞれ、交流回転電機２６のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに接続される。
【００２３】
Ｕ相電流センサ２６１は、交流回転電機２６のＵ相コイルを流れる電流値ｉｕを計測するために取り付けられる電流センサである。Ｖ相電流センサ２６２は、交流回転電機２６のＶ相コイルを流れる電流値ｉｖを計測するために取り付けられる電流センサである。なお、交流回転電機２６のＷ相コイルに流れる電流は、キルヒホッフの法則を用い、Ｕ相電流センサ２６１での計測値とＶ相電流センサ２６２での計測値を用いて算出することができる。レゾルバ２６５は、交流回転電機２６の回転角θを検出するためのセンサである。
【００２４】
制御装置４０には、図示しない外部の電子制御ユニット（ＥＣＵ）から入力されたトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、Ｕ相コイルに流れる電流値ｉｕ、Ｖ相コイルに流れる電流値ｉｖ、レゾルバ２６５からの回転角θ等が入力されている。そして、制御装置４０はこれらの入力信号に基づいて、交流回転電機２６の回転数と交流回転電機２６の出力トルクを演算により求める。そして、交流回転電機２６がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように電圧変換器１６とインバータ２２とを制御する。
【００２５】
制御装置４０は、上記のように電圧変換器１６とインバータ２２とを制御するが、以下では、特に、インバータ２２の制御装置としての機能を中心に説明する。制御装置４０は、インバータ２２をＰＷＭ制御方式で制御する際に、２つのキャリア周波数を切り替えることによって、交流回転電機２６から発生する騒音を低減する機能を有する。制御装置４０は、キャリア周波数設定変更部４６と、スイッチング信号発生部４８とを含んで構成される。
【００２６】
キャリア周波数設定変更部４６は、所定の周波数を有する第１のキャリア周波数Ｆｃ１と、第１のキャリア周波数Ｆｃ１よりも大きな周波数である第２のキャリア周波数Ｆｃ２の２つのキャリア周波数をインバータ２２の作動中に切り替え、キャリア周波数に対応する三角波等のキャリア信号をスイッチング信号発生部４８に供給する。キャリア周波数設定変更部４６は、インバータ２２の作動開始に際し、まず第１のキャリア周波数Ｆｃ１を設定し、そして、演算により求められた交流回転電機２６の実際の回転数Ｎが、キャリア側帯波が交流回転電機２６の構造共振周波数に合致する際の回転数である共振回転数となることを防止するために設定された切替回転数Ｎｔになると、キャリア周波数を第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へと切り替える機能を有する。ここで、キャリア周波数設定変更部４６において、第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へ切り替える際に、交流回転電機２６から発生する騒音の音色の変化に違和感がないように、切替回転数Ｎｔを予め設定しているが、この点については後述する。
【００２７】
スイッチング信号発生部４８は、インバータ２２の駆動制御に用いられる出力周波数を有する正弦波等の出力信号と、キャリア周波数設定変更部４６から入力されたキャリア信号との間の信号の大小関係で信号を生成するＰＷＭ制御方式を用いて、インバータ２２の各スイッチング素子に対する駆動信号を生成する機能を有する。各スイッチング素子に対する駆動信号は、電圧振幅とオンオフ比であるデューティとで与えられる。スイッチング信号発生部４８からの信号は、インバータ２２の６つのスイッチング素子にそれぞれ供給される。
【００２８】
次に、図２を用いて、キャリア周波数設定変更部４６における切替回転数Ｎｔの設定について説明する。図２は、交流回転電機２６の回転数Ｎを増加させたときに、第１のキャリア側帯波Ｆｓ１と第２のキャリア側帯波Ｆｓ２が変化している様子を示す図である。キャリア周波数設定変更部４６が、キャリア周波数として第１のキャリア周波数Ｆｃ１を設定し、インバータ２２が作動して交流回転電機２６が回転する。そして、交流回転電機２６の回転数Ｎの増大に応じて、設定したキャリア周波数がキャリア周波数Ｆｃ１から大きくずれてしまう。これは、インバータ２２に関するＰＷＭ制御の結果として生じる高周波成分等が第１のキャリア周波数Ｆｃ１に重畳して第１のキャリア側帯波Ｆｓ１となるためである。ここで、第１のキャリア側帯波Ｆｓ１は、インバータ２２に関するＰＷＭ制御方式によって定められる係数をｋ（ｋは整数）とし、交流回転電機２６の回転数Ｎに応じた交流回転電機２６の作動周波数Ｆ０とすると、Ｆｓ１＝Ｆｃ１±ｋＦ０と表すことができる。
【００２９】
また、キャリア周波数設定変更部４６がキャリア周波数として第２のキャリア周波数Ｆｃ２を設定した場合にも、交流回転電機２６の回転数Ｎの増大に応じて、設定したキャリア周波数がキャリア周波数Ｆｃ２から大きくずれてしまう。これは、インバータ２２に関するＰＷＭ制御の結果として生じる高周波成分等が第２のキャリア周波数Ｆｃ２に重畳して第２のキャリア側帯波Ｆｓ２となるためである。ここで、第２のキャリア側帯波Ｆｓ２は、インバータ２２に関するＰＷＭ制御方式によって定められる係数をｋ（ｋは整数）とし、交流回転電機２６の回転数Ｎに応じた交流回転電機２６の作動周波数Ｆ０とすると、Ｆｓ２＝Ｆｃ２±ｋＦ０と表すことができる。
【００３０】
キャリア周波数設定変更部４６は、キャリア周波数として第１のキャリア周波数Ｆｃ１を設定し、その後、交流回転電機２６の回転数Ｎが切替回転数Ｎｔになったときに、第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へと設定変更し、キャリア周波数を切り替える。ここで、キャリア周波数設定変更部４６は、当該キャリア周波数の切り替えを行う際に、図２のＡ点に示されるように、Ｆｓ１＋ｋＦ０＝Ｆｓ２−ｋＦ０となる交流回転電機２６の回転数Ｎにおいて切り替えが行えるように、切替回転数Ｎｔの値を予め設定している。なお、切替回転数Ｎｔは、上述したように、交流回転電機２６の回転数Ｎが共振回転数となることを防止することも考慮して予め設定している。
【００３１】
かかる制御装置４０としては、車両の搭載に適したコンピュータで構成することができる。これを独立のコンピュータとしてもよく、車両に搭載される他の制御装置の機能の一部に制御装置４０の機能を含めるものとしてもよい。また、制御装置４０の上記の各構成要素の機能は、ハードウェアおよびソフトウェアによって実現することができる。
【００３２】
続いて、上記構成の回転電機制御システム１０の作用について図１，２を用いて説明する。回転電機制御システム１０において、交流回転電機２６を回転させるためにインバータ２２を作動させる。ここで、インバータ２２の作動開始に際し、制御装置４０のキャリア周波数設定変更部４６は、キャリア周波数として、第１のキャリア周波数Ｆｃ１を設定する。そして、スイッチング信号発生部４８は、第１のキャリア周波数Ｆｃ１に対応するキャリア信号等に基づいて、スイッチング素子の駆動信号をインバータ２２のスイッチング素子に対して供給し、インバータ２２のスイッチング素子がオンオフする。これにより、交流回転電機２６が回転する。
【００３３】
そして、交流回転電機２６の回転数Ｎが増加して、当該回転数Ｎが共振回転数となることを防止するために設定された切替回転数Ｎｔに一致すると、キャリア周波数を第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へと設定変更する。ここで、キャリア周波数として、第１のキャリア周波数Ｆｃ１または第２のキャリア周波数Ｆｃ２を設定したときには、それぞれ交流回転電機２６の回転数Ｎの大きさに応じて第１のキャリア側帯波Ｆｓ１または第２のキャリア側帯波Ｆｓ２が発生する。しかし、キャリア周波数設定変更部４６は、第１のキャリア側帯波Ｆｃ１から第２のキャリア側帯波Ｆｃ２へのキャリア周波数の切り替えの際に、Ｆｓ１＋ｋＦ０＝Ｆｓ２−ｋＦ０（図２のＡ点）となるように、切替回転数Ｎｔを予め設定している。
【００３４】
これにより、キャリア周波数を第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へ切替する際に、図２のＡ点において示されるように、第１のキャリア側帯波Ｆｓ１と第２のキャリア側帯波Ｆｓ２とが一致しているため、周波数の差がなく、交流回転電機２６の騒音の音色を連続して変化させることができる。したがって、回転電機制御システム１０の制御装置４０によれば、違和感のない音色の変化で第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へのキャリア周波数の切り替えを行なうことができる。
【００３５】
次に、回転電機制御システム１０の変形例について説明する。回転電機制御システム１０の変形例と回転電機制御システム１０の相違点は、キャリア周波数設定変更部４６のみであるため、その相違点を中心に説明する。
【００３６】
回転電機制御システム１０の変形例のキャリア周波数設定変更部４６は、第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へのキャリア周波数の切り替えを行う際に、図２のＡ点に示されるように、Ｆｓ１＋ｋＦ０＝Ｆｓ２−ｋＦ０となるように、第１のキャリア周波数Ｆｃ１と第２のキャリア周波数Ｆｃ２の周波数を予め設定している点で回転電機制御システム１０のキャリア周波数設定変更部４６と相違するが、その他は同じ構成を有している。
【００３７】
上記のように、回転電機制御システム１０の変形例は、第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へのキャリア周波数の切り替えを行う際に、図２のＡ点に示されるように、Ｆｓ１＋ｋＦ０＝Ｆｓ２−ｋＦ０となるように、第１のキャリア周波数Ｆｃ１と第２のキャリア周波数Ｆｃ２の周波数が予め設定されているため、周波数の差がなく、交流回転電機２６の騒音の音色を連続して変化させることができる。したがって、回転電機制御システム１０の変形例の制御装置４０によれば、違和感のない音色の変化で第１のキャリア周波数Ｆｃ１から第２のキャリア周波数Ｆｃ２へキャリア周波数の切り替えを行なうことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  回転電機制御システム、１２  蓄電装置、１４，１８  平滑コンデンサ、１６  電圧変換器、２２  インバータ、２６  交流回転電機、４０  制御装置、４６  キャリア周波数設定変更部、４８  スイッチング信号発生部、２６１  Ｕ相電流センサ、２６２  Ｖ相電流センサ、２６５  レゾルバ。
【図１】
2011188543.tif 000003
【図２】
2011188543.tif 000004