(57)【要約】【課題】インバータの発熱やキャリアノイズを低減して回転電機の駆動制御を行う。【解決手段】モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが高トルクである場合は、キャリア周波数ｆｃの低い同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くすることで、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの発熱を抑制する。一方、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが低トルクである場合は、キャリア周波数ｆｃを変化させる非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くすることで、キャリアノイズの周波数特性のピーク値を低減する。【選択図】図４
2016134950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令信号とキャリア信号との比較に基づいてインバータのＰＷＭ制御を行うことで回転電機の駆動制御を行う回転電機の制御装置であって、
ＰＷＭ制御モードとして、キャリア信号が電圧指令信号に同期する同期ＰＷＭ制御モードと、キャリア信号が電圧指令信号に対して非同期な非同期ＰＷＭ制御モードとを切り替えながら実行し、
非同期ＰＷＭ制御モードにおいては、キャリア信号の周波数を、同期ＰＷＭ制御モードより高くなる状態で変化させ、
回転電機のトルクが高トルクである場合は、回転電機のトルクが低トルクである場合と比較して、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分が大きい、回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の制御装置に関し、特に、電圧指令信号とキャリア信号との比較に基づいてインバータのＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うことで回転電機の駆動制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１では、インバータのＰＷＭ制御モードとして、回転電機の回転に同期してインバータのスイッチングを行う同期ＰＷＭ制御モードと、回転電機の回転に同期せず設定された制御周期に応じてインバータのスイッチングを行う非同期ＰＷＭ制御モードとを切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３２１３５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３００９９号公報
【特許文献３】特開平１０−２０１２４６号公報
【特許文献４】特開２０００−２２４８９０号公報
【特許文献５】特開２０１２−２４９３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、回転電機の運転条件とインバータのＰＷＭ制御モードとの組み合わせによっては、インバータの発熱やキャリアノイズが増大する問題点があるため、それらを考慮してＰＷＭ制御モードを決定する必要がある。
【０００５】
本発明は、インバータの発熱やキャリアノイズを低減して回転電機の駆動制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る回転電機の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る回転電機の制御装置は、電圧指令信号とキャリア信号との比較に基づいてインバータのＰＷＭ制御を行うことで回転電機の駆動制御を行う回転電機の制御装置であって、ＰＷＭ制御モードとして、キャリア信号が電圧指令信号に同期する同期ＰＷＭ制御モードと、キャリア信号が電圧指令信号に対して非同期な非同期ＰＷＭ制御モードとを切り替えながら実行し、非同期ＰＷＭ制御モードにおいては、キャリア信号の周波数を、同期ＰＷＭ制御モードより高くなる状態で変化させ、回転電機のトルクが高トルクである場合は、回転電機のトルクが低トルクである場合と比較して、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分が大きいことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転電機のトルクが高トルクである場合は、回転電機のトルクが低トルクである場合と比較して、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を大きくすることで、インバータの発熱やキャリアノイズを低減して回転電機の駆動制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置を備える回転電機駆動システムの構成例を示す図である。
【図２】モータジェネレータの回転速度Ｎｍｇ及びトルクＴｍｇの範囲の一例を示す図である。
【図３】インバータのＰＷＭ制御を行うための電子制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗと三角波キャリア信号Ｃとの比較の一例を示す図である。
【図５】モータジェネレータのトルクＴｍｇが高トルクである場合におけるキャリア周波数ｆｃの時間変化の一例を示す図である。
【図６】モータジェネレータのトルクＴｍｇが低トルクである場合におけるキャリア周波数ｆｃの時間変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を備える回転電機駆動システムの構成例を示す図である。本実施形態に係る回転電機駆動システムは、例えば車両の駆動システムに用いることができる。
【００１２】
二次電池１２は、充放電可能な直流電源として設けられている。コンデンサ１４は、インバータ１６の正側ライン（電源ライン）ＰＬと負側ライン（グランドライン）ＳＬ間に二次電池１２と並列に設けられている。インバータ１６は、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間で互いに並列接続された三相のアーム３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを備える。Ｕ相アーム３１Ｕは、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間で互いに直列接続されたＵ相上側及びＵ相下側スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕと、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕのそれぞれと逆並列接続されたダイオード３４Ｕ，３５Ｕとを含む。同様に、Ｖ相アーム３１Ｖは、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間で互いに直列接続されたＶ相上側及びＶ相下側スイッチング素子３２Ｖ，３３Ｖと、スイッチング素子３２Ｖ，３３Ｖのそれぞれと逆並列接続されたダイオード３４Ｖ，３５Ｖとを含み、Ｗ相アーム３１Ｗは、正側ラインＰＬと負側ラインＳＬ間で互いに直列接続されたＷ相上側及びＷ相下側スイッチング素子３２Ｗ，３３Ｗと、スイッチング素子３２Ｗ，３３Ｗのそれぞれと逆並列接続されたダイオード３４Ｗ，３５Ｗとを含む。モータジェネレータ（回転電機）１８の三相コイルは、各アーム３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの中点３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗとそれぞれ接続されている。インバータ１６は、三相のスイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗをオンオフするスイッチング駆動により、二次電池１２からの直流電圧を１２０°ずつ位相が異なる三相の交流電圧に変換してモータジェネレータ１８の三相コイルへ供給する。モータジェネレータ１８は、インバータ１６からの交流電力を受けて回転駆動可能である。モータジェネレータ１８が発生する動力は、車両の走行に用いられる。一方、インバータ１６でモータジェネレータ１８の三相コイルの交流電力を直流に変換して、二次電池１２に回収して充電を行うことも可能である。
【００１３】
電子制御装置（ＥＣＵ）５０は、インバータ１６のスイッチング駆動を制御することで、モータジェネレータ１８の駆動制御を行う。例えばモータジェネレータ１８の回転速度Ｎｍｇ及びトルクＴｍｇが図２の領域Ａ内にある場合は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号によりインバータ１６のスイッチング駆動を制御する。一方、モータジェネレータ１８の回転速度Ｎｍｇ及びトルクＴｍｇが図２の領域Ｂ内にある場合は、矩形波信号によりインバータ１６のスイッチング駆動を制御する。
【００１４】
インバータ１６のＰＷＭ制御を行うための電子制御装置５０の構成例を図３に示す。電圧指令信号生成部５２は、モータジェネレータ１８を所望のトルクＴｍｇ及び回転速度Ｎｍｇで駆動するための電流指令信号とインバータ電流の検出信号とモータジェネレータ１８の回転位置情報とに基づいて、三相の電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成する。電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの周波数ｆｓは、モータジェネレータ１８の回転速度Ｎｍｇに対応し、モータジェネレータ１８の回転速度Ｎｍｇの増加に対して高くなる。キャリア信号生成部５５は、ＰＷＭ制御を行うための三角波キャリア信号Ｃを生成する。
【００１５】
ＰＷＭ信号生成部５６は、三相の電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗと三角波キャリア信号Ｃとの比較に基づいて、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３ＷをＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを生成する。三相の電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗと三角波キャリア信号Ｃとの比較の一例を図４に示す。図４では、電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの振幅が三角波キャリア信号Ｃの振幅より小さい例を示しているが、電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの振幅が三角波キャリア信号Ｃの振幅より大きい過変調ＰＷＭ制御であってもよい。また、電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗについては、例えば高調波を重畳する等、必ずしも正弦波でなくてもよい。
【００１６】
図４において、Ｕ相電圧指令信号Ｕの値と三角波キャリア信号Ｃの値が一致するタイミングをＵ相スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕのオンオフを切り替えるスイッチングタイミングとする。例えば、Ｕ相電圧指令信号Ｕの値が三角波キャリア信号Ｃの値より大きい期間では、ＰＷＭ信号ＵＨをＨｉｇｈレベル（Ｕ相上側スイッチング素子３２Ｕをオン）、且つＰＷＭ信号ＵＬをＬｏｗレベル（Ｕ相下側スイッチング素子３３Ｕをオフ）とする。一方、Ｕ相電圧指令信号Ｕの値が三角波キャリア信号Ｃの値より小さい期間では、ＰＷＭ信号ＵＨをＬｏｗレベル（Ｕ相上側スイッチング素子３２Ｕをオフ）、且つＰＷＭ信号ＵＬをＨｉｇｈレベル（Ｕ相下側スイッチング素子３３Ｕをオン）とする。Ｖ相スイッチング素子３２Ｖ，３３ＶをＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号ＶＨ，ＶＬ、及びＷ相スイッチング素子３２Ｗ，３３ＷをＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ信号ＷＨ，ＷＬについても同様である。なお、電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの１周期τｓ内における三角波の数が少なすぎると、スイッチングパルス数が不足して相電流波形が正弦波から大きく乱れたものとなるため、三角波キャリア信号Ｃの周波数ｆｃと電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの周波数ｆｓとの比ｆｃ／ｆｓで表される同期数が小さくなりすぎないことが好ましい。
【００１７】
本実施形態では、電子制御装置５０は、インバータ１６のＰＷＭ制御モードとして同期ＰＷＭ制御モードと非同期ＰＷＭ制御モードとを切り替えながら実行する。同期ＰＷＭ制御モードにおいては、キャリア信号生成部５５が三角波キャリア信号（同期キャリア信号）Ｃ１の周波数ｆｃを電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの周波数ｆｓの整数倍になるように設定し、同期キャリア信号Ｃ１が電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗに同期する。一方、非同期ＰＷＭ制御モードにおいては、キャリア信号生成部５５が三角波キャリア信号（非同期キャリア信号）Ｃ２の周波数ｆｃを電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの周波数ｆｓに関係なく設定し、非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃが電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの周波数ｆｓの整数倍にならず、非同期キャリア信号Ｃ２が電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗに対して非同期となる。
【００１８】
ＰＷＭ制御モード（同期ＰＷＭ制御モードと非同期ＰＷＭ制御モード）の切り替えは、電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗの１周期（電気１周期）τｓ内で行われる。ただし、ＰＷＭ制御モードの切り替えタイミングを完全なランダム（不規則）にしてしまうと、同期ＰＷＭ制御モード時に印加電圧がオフセットして相電流にオフセットや低周波振動が発生することになる。そこで、同期ＰＷＭ制御モード時における印加電圧のオフセットを防止するために、ＰＷＭ制御モードの切り替えタイミングを、三相電圧指令信号Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１つの値が０になるゼロクロスタイミングとする。そして、電気１周期τｓをゼロクロスタイミングで６分割し、各周期τｓ／６毎に同期ＰＷＭ制御モードと非同期ＰＷＭ制御モードのいずれを実行するかを選択する。図４の例では、０〜τｓ／６、τｓ／２〜２τｓ／３、及び５τｓ／６〜τｓの期間で同期ＰＷＭ制御モードが選択され、τｓ／６〜τｓ／２、及び２τｓ／３〜５τｓ／６の期間で非同期ＰＷＭ制御モードが選択されている。
【００１９】
同期ＰＷＭ制御モードにおいては、同期数ｆｃ／ｆｓが所定値となるように同期キャリア信号Ｃ１の周波数ｆｃが設定される。ここでの所定値については、相電流波形が正弦波から大きく乱れない範囲で小さく設定することが好ましい。図４の例では、同期数ｆｃ／ｆｓが６となるように同期キャリア信号Ｃ１の周波数ｆｃが設定される。一方、非同期ＰＷＭ制御モードにおいては、非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃを同期ＰＷＭ制御モードより高く設定し、さらに、非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃを変化させる。図４の例では、同期数ｆｃ／ｆｓが６より大きい範囲で非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃを変化させる。非同期ＰＷＭ制御モードから同期ＰＷＭ制御モードへの切り替え時（図４の例では３τｓ／６、５τｓ／６）には、三角波キャリア信号Ｃ１，Ｃ２が不連続になるのを防止するために、切り替えタイミング直前（図４の例ではτｓ／２直前、５τｓ／６直前）での非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃを調整する。なお、非同期ＰＷＭ制御モード時における非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃは毎回変えてもよい。また、非同期ＰＷＭ制御モード中に非同期キャリア信号Ｃ２の周波数ｆｃをランダムに変えてもよい。
【００２０】
さらに、本実施形態では、電子制御装置５０は、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇに応じて同期ＰＷＭ制御モードと非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を変化させる。より具体的には、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇの増加に対して同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を増加させるとともに非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を減少させる。
【００２１】
モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが高トルクである場合は、インバータ１６及びモータジェネレータ１８の電流が増大することで、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの発熱量が増大しやすくなる。そこで、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが高トルク領域（例えば図２の領域ＡＨ）内である場合は、例えば図５に示すように、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分が非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分より大きくなるようにＰＷＭ制御モードを選択する。キャリア周波数ｆｃの低い同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くすることで、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗのスイッチング損失を低減して発熱を抑制することができる。
【００２２】
一方、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが低トルクである場合は、インバータ１６及びモータジェネレータ１８の電流が小さいため、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの熱条件に余裕がある。そこで、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが低トルク領域（例えば図２の領域ＡＬ）内である場合は、例えば図６に示すように、非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分が同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分より大きくなるようにＰＷＭ制御モードを選択する。インバータ１６のスイッチング駆動時には、スイッチング周波数に応じた周波数の電磁騒音（キャリアノイズ）が発生するが、キャリア周波数ｆｃを変化させる非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くすることで、キャリアノイズの周波数を分散させることができ、キャリアノイズの周波数特性のピーク値を低減することができる。
【００２３】
このように、本実施形態では、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが高トルクである場合は、モータジェネレータ１８のトルクＴｍｇが低トルクである場合と比較して、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を大きくするとともに非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を小さくする。これによって、インバータ１６の発熱やキャリアノイズを低減してモータジェネレータ１８の駆動制御を行うことができる。
【００２４】
本実施形態では、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの温度の増加に対して、同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を増加させるとともに非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を減少させることも可能である。スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの温度が高い場合は、キャリア周波数ｆｃの低い同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くする、あるいは非同期ＰＷＭ制御モードの実行を禁止して同期ＰＷＭ制御モードに固定することで、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの発熱を抑制することができる。一方、スイッチング素子３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗの温度が低い場合は、キャリア周波数ｆｃを変化させる非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くすることで、キャリアノイズの周波数特性のピーク値を低減することができる。
【００２５】
また、例えば車両のＥＶ（Electric Vehicle）走行時や緩加速時等、キャリアノイズが問題となりやすいモータジェネレータ１８の運転条件時には、非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を大きくするとともに同期ＰＷＭ制御モードの実行時間配分を小さくすることも可能である。キャリア周波数ｆｃを変化させる非同期ＰＷＭ制御モードの実行時間割合を高くする、あるいは同期ＰＷＭ制御モードの実行を禁止して非同期ＰＷＭ制御モードに固定することで、キャリアノイズの周波数特性のピーク値を低減することができる。
【００２６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００２７】
１２  二次電池、１４  コンデンサ、１６  インバータ、１８  モータジェネレータ、３２Ｕ，３３Ｕ，３２Ｖ，３３Ｖ，３２Ｗ，３３Ｗ  スイッチング素子、５０  電子制御装置、５２  電圧指令信号生成部、５５  キャリア信号生成部、５６  ＰＷＭ信号生成部。
【図１】
2016134950.tif 000003
【図２】
2016134950.tif 000004
【図３】
2016134950.tif 000005
【図４】
2016134950.tif 000006
【図５】
2016134950.tif 000007
【図６】
2016134950.tif 000008