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JP2011172306A - Pwm inverter device, and pwm inverter control method - Google Patents

Pwm inverter device, and pwm inverter control method Download PDF

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JP2011172306A
JP2011172306A JP2010031045A JP2010031045A JP2011172306A JP 2011172306 A JP2011172306 A JP 2011172306A JP 2010031045 A JP2010031045 A JP 2010031045A JP 2010031045 A JP2010031045 A JP 2010031045A JP 2011172306 A JP2011172306 A JP 2011172306A
Authority
JP
Japan
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carrier frequency
frequency
loss
motor system
occurrence
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010031045A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Miura
徹也 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010031045A priority Critical patent/JP2011172306A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PWM inverter device having low noise while suppressing an increase in a motor system loss, and to provide a method of controlling a PWM inverter. <P>SOLUTION: The PWM inverter device includes a carrier frequency calculator of randomly varying a carrier frequency used for drive control of an inverter for supplying power to a rotary electric machine. The carrier frequency calculator reduces the occurrence frequency of the carrier frequency, where a motor system loss becomes larger than a reference motor system loss in comparison with the occurrence frequency of a prescribed carrier frequency, and increases the occurrence frequency of a carrier frequency where the motor system loss becomes smaller than the reference motor system loss in comparison with the occurrence frequency of the prescribed carrier frequency within a frequency range to be varied on the basis of the motor system loss expressed as a sum of a loss of the rotary electric machine and a loss of the inverter at the prescribed carrier frequency within the frequency range to be varied. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、PWMインバータ装置及びPWMインバータ制御方法に関するものである。   The present invention relates to a PWM inverter device and a PWM inverter control method.

従来のPWMインバータ装置は、一定のキャリア周波数を用いることにより任意の電圧、周波数をモータへ出力している。また、一定のキャリア周波数とせず出力周波数に併せてキャリア周波数を変化させることで出力電圧精度を保つのが一般的である。   The conventional PWM inverter device outputs an arbitrary voltage and frequency to the motor by using a constant carrier frequency. In general, the output voltage accuracy is maintained by changing the carrier frequency according to the output frequency instead of the constant carrier frequency.

そして、PWMインバータ装置では、駆動するモータからキャリア周波数に基づく電磁騒音が発生する。具体的には、モータの固定子巻線にキャリア周波数あるいはその整数倍の周波数の高周波成分(リップル電流)が発生し、これがモータの振動成分となり騒音を発生する。   And in a PWM inverter apparatus, the electromagnetic noise based on a carrier frequency generate | occur | produces from the motor to drive. Specifically, a high frequency component (ripple current) having a carrier frequency or an integral multiple of the carrier frequency is generated in the stator winding of the motor, which becomes a vibration component of the motor and generates noise.

例えば、特許文献1には、低騒音のPWMインバータ装置が提案されている。具体的には、基本キャリア周波数を中心としてある変動幅でキャリア周波数を変動させる。そして、その際、変動させたキャリア周波数の平均値が基本キャリア周波数となるようにキャリア周波数を変動させる。これにより、キャリア周波数に起因する特定の周波数成分を分散化することができ、騒音の発生を抑制することができる。   For example, Patent Document 1 proposes a low-noise PWM inverter device. Specifically, the carrier frequency is varied within a certain fluctuation range around the basic carrier frequency. At that time, the carrier frequency is changed so that the average value of the changed carrier frequency becomes the basic carrier frequency. Thereby, the specific frequency component resulting from a carrier frequency can be disperse | distributed and generation | occurrence | production of noise can be suppressed.

特開2007−20320号公報JP 2007-20320 A 特開2009−11028号公報JP 2009-11028 A

高尾、「SiCハイブリッドペアによる低損失インバータ」、東芝レビュー、2009年、第64巻、第7号、p.44−47Takao, “Low Loss Inverter with SiC Hybrid Pair”, Toshiba Review, 2009, Vol. 64, No. 7, p. 44-47

しかし、特許文献1のように、変動させたキャリア周波数の平均値が基本キャリア周波数となるようにキャリア周波数を変動させると、変動させない場合と比べて、インバータ損失と回転電機損失(モータ損失)の和としてのモータシステム損失が増大するという問題がある。具体的には、キャリア周波数を増大させるとインバータ損失が増大し(例えば、非特許文献1参照)、キャリア周波数を低下させると回転電機損失が増大(例えば、特許文献2参照)してしまう。   However, as in Patent Document 1, when the carrier frequency is changed so that the average value of the changed carrier frequency becomes the basic carrier frequency, the inverter loss and the rotating electrical machine loss (motor loss) are compared with the case where the carrier frequency is not changed. There is a problem that the motor system loss as a sum increases. Specifically, when the carrier frequency is increased, the inverter loss is increased (see, for example, Non-Patent Document 1), and when the carrier frequency is decreased, the rotating electrical machine loss is increased (for example, see Patent Document 2).

そこで、本発明は、モータシステム損失の増大を抑制しながら、低騒音のPWMインバータ装置及びPWMインバータ制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a low-noise PWM inverter device and a PWM inverter control method while suppressing an increase in motor system loss.

本発明は、回転電機に電力を供給するインバータの駆動制御に用いるキャリア周波数をランダムに変動させるキャリア周波数演算手段を備えるPWMインバータ装置であって、前記キャリア周波数演算手段は、変動させる周波数範囲内における所定のキャリア周波数での前記回転電機の損失及び前記インバータの損失の和として表されるモータシステム損失を基準とし、前記変動させる周波数範囲内において、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より多くする。   The present invention is a PWM inverter device including carrier frequency calculation means for randomly changing a carrier frequency used for drive control of an inverter that supplies electric power to a rotating electrical machine, wherein the carrier frequency calculation means is within a frequency range to be changed. Based on the motor system loss expressed as the sum of the loss of the rotating electrical machine and the loss of the inverter at a predetermined carrier frequency, the motor system loss becomes larger than the reference motor system loss within the fluctuating frequency range. The occurrence frequency of the carrier frequency is less than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency, and the occurrence frequency of the carrier frequency in which the motor system loss is smaller than the reference motor system loss is increased more than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency. .

また、本発明は、回転電機に電力を供給するインバータの駆動制御に用いるキャリア周波数をランダムに変動させるキャリア周波数演算ステップを備えるPWMインバータ制御方法であって、前記キャリア周波数演算ステップでは、変動させる周波数範囲内における所定のキャリア周波数での前記回転電機の損失及び前記インバータの損失の和として表されるモータシステム損失を基準とし、前記変動させる周波数範囲内において、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より多くする。   Further, the present invention is a PWM inverter control method including a carrier frequency calculation step for randomly changing a carrier frequency used for drive control of an inverter that supplies electric power to a rotating electrical machine, wherein the carrier frequency calculation step includes a frequency to be changed. Based on the motor system loss expressed as the sum of the loss of the rotating electrical machine and the loss of the inverter at a predetermined carrier frequency within the range, the motor system loss is the reference motor system loss within the variable frequency range. The occurrence frequency of the carrier frequency that is larger than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency is reduced, and the occurrence frequency of the carrier frequency that is smaller than the reference motor system loss is reduced to the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency. Do more.

本発明によれば、モータシステム損失の増大を抑制しながら、低騒音のPWMインバータ装置及びPWMインバータ制御方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a low-noise PWM inverter device and a PWM inverter control method while suppressing an increase in motor system loss.

本実施形態に係るPWMインバータ装置を備えるモータシステムの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of a motor system provided with the PWM inverter apparatus which concerns on this embodiment. (A)インバータ損失が支配的な場合における変動キャリア周波数とモータシステム損失との関係を示す図であり、(B)回転電機損失が支配的な場合における変動キャリア周波数とモータシステム損失との関係を示す図である。(A) It is a figure which shows the relationship between the fluctuation | variation carrier frequency and motor system loss in case an inverter loss is dominant, (B) The relationship between the fluctuation | variation carrier frequency and motor system loss in the case where a rotary electric machine loss is dominant FIG. 従来の変動キャリア周波数と発生頻度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the conventional fluctuation | variation carrier frequency and generation frequency. インバータ損失が支配的である場合の変動キャリア周波数の発生頻度を表すマップである。It is a map showing the generation frequency of the fluctuation | variation carrier frequency in case an inverter loss is dominant. 回転電機損失が支配的である場合の変動キャリア周波数の発生頻度の一例を表すマップである。It is a map showing an example of the occurrence frequency of the variable carrier frequency when the rotating electrical machine loss is dominant. インバータ損失が支配的な場合における変動キャリア周波数とモータシステム損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fluctuation | variation carrier frequency and motor system loss in case an inverter loss is dominant.

本発明の実施の形態について以下説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は、本実施形態に係るPWMインバータ装置を備えるモータシステムの構成の一例を示す模式図である。図1に示すモータシステム10は、電源回路としての蓄電装置12、平滑コンデンサ14,18、電圧変換器16、インバータ20,22と、2つの回転電機24,26と、PWMインバータ装置40と、外部電源60と、を備えて構成される。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a motor system including a PWM inverter device according to the present embodiment. A motor system 10 shown in FIG. 1 includes a power storage device 12 as a power supply circuit, smoothing capacitors 14 and 18, a voltage converter 16, inverters 20 and 22, two rotating electrical machines 24 and 26, a PWM inverter device 40, an external device And a power supply 60.

本実施形態における回転電機(24,26)は、例えば、車両に搭載されるモータ・ジェネレータや車両に搭載されるもの以外、例えば据置型のモータ・ジェネレータ等である。また、回転電機として、単にモータとしての機能を有するものでもよく、あるいは単に発電機としての機能を有するものであってもよい。また、本実施形態に係る電源回路の構成としては、蓄電装置12、電圧変換器16、平滑コンデンサ14,18、インバータ20,22を有するものを例に説明するが、インバータを含む電源回路であれば、それ以外の要素を適宜省略してもよく、またその他の要素を適宜付加するものとしてもよい。   The rotating electrical machines (24, 26) in the present embodiment are, for example, a motor / generator mounted on a vehicle or a stationary motor / generator other than those mounted on the vehicle. In addition, the rotating electrical machine may simply have a function as a motor, or may simply have a function as a generator. In addition, the configuration of the power supply circuit according to the present embodiment will be described using an example having the power storage device 12, the voltage converter 16, the smoothing capacitors 14 and 18, and the inverters 20 and 22. For example, other elements may be omitted as appropriate, and other elements may be added as appropriate.

外部電源60は、商用交流電源であって、回転電機24,26をリアクトルとして用い、インバータ20,22の作動制御によって蓄電装置12に充電するためのものである。具体的には、2つの回転電機24,26のそれぞれの中性点から引き出された2本のケーブルに適当な接続端子を設け、その接続端子を例えば、充電スタンドの充電端子、あるいは一般家庭の電源コンセントに接続することで、外部電源60が回転電機24,26とインバータ20,22を含むモータシステム10に接続される。これによって、車両に搭載された蓄電装置12の充電状態が低くなった場合に、適当な外部電源60から充電を行うことができる。   The external power source 60 is a commercial AC power source, and is used to charge the power storage device 12 by controlling the operation of the inverters 20 and 22 using the rotating electrical machines 24 and 26 as reactors. Specifically, an appropriate connection terminal is provided on two cables drawn from the neutral point of each of the two rotating electric machines 24 and 26, and the connection terminal is, for example, a charging terminal of a charging stand or a general household. By connecting to the power outlet, the external power source 60 is connected to the motor system 10 including the rotating electrical machines 24 and 26 and the inverters 20 and 22. As a result, when the state of charge of the power storage device 12 mounted on the vehicle becomes low, charging can be performed from an appropriate external power source 60.

なお、ここでは、モータシステム10に外部電源60を接続して電源回路の蓄電装置12を充電するものとして説明するが、外部電源60に代えて、交流で作動する電気機器を負荷として、2つの回転電機24,26の中性点に接続するものとできる。この場合には、2つの回転電機24,26をリアクトルとして用い、インバータ20,22の作動制御によって、蓄電装置12の電力を負荷に供給するものとできる。これによって、車両に搭載された蓄電装置12を用いて、適当な電源装置がない状況で、負荷を駆動することができる。   Here, the external power supply 60 is connected to the motor system 10 to charge the power storage device 12 of the power supply circuit. However, instead of the external power supply 60, two electric appliances that operate with alternating current are used as loads. It can be connected to the neutral point of the rotating electrical machines 24 and 26. In this case, the two rotating electrical machines 24 and 26 are used as reactors, and the electric power of the power storage device 12 can be supplied to the load by the operation control of the inverters 20 and 22. Thus, the load can be driven using the power storage device 12 mounted on the vehicle in a situation where there is no appropriate power supply device.

2つの回転電機24,26のうち、第1の回転電機(MG1)24は、例えば、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)であって、その場合には、図示されていないエンジンに接続され、エンジンの駆動力によって発電する機能を有する三相同期型回転電機である。   Of the two rotating electrical machines 24 and 26, the first rotating electrical machine (MG1) 24 is, for example, a motor / generator (MG) mounted on a vehicle, and in this case, connected to an engine (not shown). And a three-phase synchronous rotating electric machine having a function of generating electric power by the driving force of the engine.

第2の回転電機(MG2)26は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ(MG)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。車両に搭載される第2の回転電機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。   The second rotating electrical machine (MG2) 26 is a motor / generator (MG) mounted on the vehicle, which functions as an electric motor when electric power is supplied and functions as a generator during braking. Electric. The second rotating electrical machine 26 mounted on the vehicle has a function of assisting engine power transmitted to a vehicle axle (not shown) to increase driving force.

電源回路は、上記のように、蓄電装置12、蓄電装置側の平滑コンデンサ14、電圧変換器16、インバータ側の平滑コンデンサ18、2つのインバータ20,22を含んで構成される。   As described above, the power supply circuit includes the power storage device 12, the smoothing capacitor 14 on the power storage device side, the voltage converter 16, the smoothing capacitor 18 on the inverter side, and the two inverters 20 and 22.

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、例えば、リチウムイオン組電、ニッケル水素組電池、キャパシタ等を用いることができる。   The power storage device 12 is a chargeable / dischargeable secondary battery. As the power storage device 12, for example, a lithium ion assembled battery, a nickel hydride assembled battery, a capacitor, or the like can be used.

蓄電装置12と電圧変換器16との間に設けられる蓄電装置側の平滑コンデンサ14は、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。   The smoothing capacitor 14 on the power storage device side provided between the power storage device 12 and the voltage converter 16 is a capacitor having a function of suppressing voltage fluctuation on the low voltage side of the voltage converter 16.

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。電圧変換器16は、蓄電装置12側の低電圧(例えば、約200Vから約300V程度)を、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して、高電圧(例えば、約600V)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、2つのインバータ20,22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、2つのインバータ20,22の側の高電圧を蓄電装置12に適した低電圧に降圧する作用を有する。   The voltage converter 16 is a step-up / step-down circuit that includes a reactor and a switching element. The voltage converter 16 is a circuit having a function of boosting a low voltage (for example, about 200 V to about 300 V) on the power storage device 12 side to a high voltage (for example, about 600 V) by using the energy storage action of the reactor. Therefore, it is also called a boost converter. In addition, the voltage converter 16 has a bidirectional function, and when the electric power from the two inverters 20 and 22 side is supplied as the charging power to the power storage device 12 side, the high voltage on the two inverters 20 and 22 side is supplied. It has the effect of stepping down to a low voltage suitable for the power storage device 12.

電圧変換器16とインバータ20,22の間に設けられるインバータ側の平滑コンデンサ18は、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。   The inverter-side smoothing capacitor 18 provided between the voltage converter 16 and the inverters 20 and 22 is a capacitor having a function of suppressing voltage fluctuation on the high voltage side of the voltage converter 16.

2つのインバータ20,22は、いずれも、高圧直流電力を交流三相駆動電力に変換し、それぞれに接続される回転電機24,26に供給する機能と、逆にそれぞれの回転電機24,26からの交流三相回生電力を高圧直流充電電力に変換する機能とを有する回路である。上記のように、2つのインバータ20,22のうち、第1の回転電機(MG1)24に接続される方を第1のインバータ(MG1インバータ)20、第2の回転電機(MG2)26に接続される方を第2のインバータ(MG2インバータ)22と呼ぶことができる。   The two inverters 20 and 22 both convert high-voltage direct current power into alternating current three-phase drive power and supply it to the rotating electrical machines 24 and 26 connected thereto, and conversely from the respective rotating electrical machines 24 and 26. This is a circuit having a function of converting the AC three-phase regenerative power into high-voltage DC charging power. As described above, of the two inverters 20 and 22, the one connected to the first rotating electrical machine (MG1) 24 is connected to the first rotating electrical machine (MG1 inverter) 20 and the second rotating electrical machine (MG2) 26. This can be referred to as a second inverter (MG2 inverter) 22.

インバータ20,22は、図1に示されるように、それぞれの基本構成は互いに同じで、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。それぞれのインバータ20,22は、三相同期型である回転電機24,26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、回転電機24,26のU相コイル、V相コイル、W相コイルに接続される。   As shown in FIG. 1, the inverters 20 and 22 have the same basic configuration, and include a plurality of switching elements and a plurality of diodes. The inverters 20 and 22 correspond to the three-phase coils of the rotating electrical machines 24 and 26 that are three-phase synchronous types, and two switching elements connected in series are for U-phase, V-phase, and W-phase. 3 are arranged in parallel. A diode is connected to each switching element in parallel. Each connection point is connected to a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil of the rotating electrical machines 24 and 26, respectively.

PWMインバータ装置40は、モータシステム10を構成する各要素の作動を全体として制御する機能を有するが、ここでは特に、インバータ(20,22)の駆動制御として作用するものである。PWMインバータ装置40は、キャリア周波数演算部42、PWM制御演算部44を備えている。   The PWM inverter device 40 has a function of controlling the operation of each element constituting the motor system 10 as a whole. In particular, the PWM inverter device 40 functions as drive control of the inverters (20, 22). The PWM inverter device 40 includes a carrier frequency calculation unit 42 and a PWM control calculation unit 44.

キャリア周波数演算部42は、後述のようにインバータ(20,22)の駆動制御に用いるキャリア周波数をある変動幅においてランダムに変動させる機能を有し、PWM制御演算部44は、上記変動させたキャリア周波数に基づいて、所定の電圧と周波数の交流電力を発生するためのPWM信号を生成する。これにより、インバータ(20,22)を介して回転電機(24,26)が駆動されることとなる。以下具体的に、本実施形態に用いられるキャリア周波数演算部42の機能及び動作について説明する。   The carrier frequency calculation unit 42 has a function of randomly changing the carrier frequency used for driving control of the inverters (20, 22) within a certain fluctuation range as will be described later. The PWM control calculation unit 44 has the above-described changed carrier. A PWM signal for generating AC power having a predetermined voltage and frequency is generated based on the frequency. As a result, the rotating electrical machines (24, 26) are driven via the inverters (20, 22). The function and operation of the carrier frequency calculation unit 42 used in the present embodiment will be specifically described below.

一般的に、インバータ(20,22)の駆動制御に用いるキャリア周波数を変動させた場合、キャリア周波数を増大させるとインバータ損失が増大し、キャリア周波数を低下させると回転電機損失が増大してしまう。そのため、キャリア周波数の変動によるモータシステム損失(インバータ損失と回転電機損失との和)の増減は、インバータ損失及び回転電機損失のいずれかの損失が支配的であるかによるが、図2(A),(B)で表されるように、キャリア周波数に対して下に凸の特性となる。そのため、下式で表されるキャリア周波数を変動させた場合のモータシステムの平均損失は、必ず中心キャリア周波数におけるモータシステム損失より大きくなる。

Figure 2011172306
L(F):モータシステム損失
:キャリア周波数
0:中心キャリア周波数((ΔF+ΔF)/2)
ΔF:キャリア周波数変動幅 Generally, when the carrier frequency used for drive control of the inverters (20, 22) is varied, the inverter loss increases when the carrier frequency is increased, and the rotating electrical machine loss increases when the carrier frequency is decreased. Therefore, the increase / decrease in motor system loss (sum of inverter loss and rotating electrical machine loss) due to carrier frequency fluctuation depends on whether the loss of inverter loss or rotating electrical machine loss is dominant, but FIG. , (B), the characteristic is downwardly convex with respect to the carrier frequency. Therefore, the average loss of the motor system when the carrier frequency represented by the following formula is changed is always larger than the motor system loss at the center carrier frequency.
Figure 2011172306
L (F): Motor system loss F c : Carrier frequency F c 0: Center carrier frequency ((ΔF c + ΔF c ) / 2)
ΔF c : Carrier frequency fluctuation range

したがって、図3に示すように、例えば、変動させる周波数に関係なく一定の発生頻度でキャリア周波数を変動(2500Hzを中心に±400)させた場合のモータシステムの平均損失は、2500Hzの一定キャリア周波数の場合のモータシステム損失と比較すると、増大してしまう(但し、PWMインバータ装置40の騒音は抑制される)。   Therefore, as shown in FIG. 3, for example, the average loss of the motor system when the carrier frequency is fluctuated (± 400 centered on 2500 Hz) with a constant occurrence frequency regardless of the fluctuating frequency is a constant carrier frequency of 2500 Hz. In this case, the motor system loss increases (however, the noise of the PWM inverter device 40 is suppressed).

そこで、本実施形態では、モータシステム損失の増大を抑え、PWMインバータ装置40の騒音を抑制するために、キャリア周波数演算部42により、変動させる周波数範囲内における所定のキャリア周波数でのモータシステム損失(回転電機損失及びインバータ損失の和)を基準とし、変動させる周波数範囲内において、モータシステム損失が基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、所定のキャリア周波数の発生頻度より多くする。ここで、所定のキャリア周波数は変動させる周波数範囲の中心のキャリア周波数(例えば、図6に示すように、2100Hz〜2900Hzの範囲でキャリア周波数を変動させた場合、中心キャリア周波数は2500Hzとなる)とすることが好ましいが、モータシステム損失を効率的に抑制するための基準となるキャリア周波数が設定されるのであれば、特に制限されるものではない。   Therefore, in this embodiment, in order to suppress an increase in motor system loss and suppress noise of the PWM inverter device 40, the carrier frequency calculation unit 42 performs motor system loss at a predetermined carrier frequency within a frequency range to be changed ( The frequency of occurrence of the carrier frequency in which the motor system loss is greater than the reference motor system loss within the frequency range to be fluctuated, based on the sum of the rotating electrical machine loss and inverter loss), is less than the frequency of the predetermined carrier frequency, The generation frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is smaller than the reference motor system loss is set to be higher than the generation frequency of the predetermined carrier frequency. Here, the predetermined carrier frequency is the center carrier frequency of the frequency range to be varied (for example, as shown in FIG. 6, when the carrier frequency is varied in the range of 2100 Hz to 2900 Hz, the center carrier frequency is 2500 Hz). However, there is no particular limitation as long as a carrier frequency serving as a reference for efficiently suppressing motor system loss is set.

図2(A)及び図6に示すように、モータシステム損失のうちインバータ損失が支配的である場合には、キャリア周波数が増大するとモータシステム損失も増大する。したがって、インバータ損失が支配的である場合には、例えば、中心キャリア周波数(図6では2500Hz)より大きい周波数の発生頻度を少なくし、中心キャリア周波数より小さい周波数の発生頻度を多くする。一方、図2(B)に示すように、モータシステム損失のうち回転電気損失が支配的である場合には、キャリア周波数が低下するとモータシステム損失が増大する。したがって、回転電気損失が支配的である場合には、例えば、中心キャリア周波数(2100Hz〜2900Hzの範囲でキャリア周波数を変動させた場合の中心キャリア周波数は2500Hz)より大きい周波数の発生頻度を多くし、中心キャリア周波数より小さい周波数の発生頻度を少なくする。   As shown in FIGS. 2A and 6, when the inverter loss is dominant among the motor system losses, the motor system loss increases as the carrier frequency increases. Therefore, when the inverter loss is dominant, for example, the frequency of occurrence of a frequency higher than the center carrier frequency (2500 Hz in FIG. 6) is reduced, and the frequency of occurrence of a frequency lower than the center carrier frequency is increased. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the rotating electrical loss is dominant among the motor system losses, the motor system loss increases as the carrier frequency decreases. Therefore, when the rotating electrical loss is dominant, for example, the frequency of occurrence of a frequency greater than the center carrier frequency (the center carrier frequency when the carrier frequency is varied in the range of 2100 Hz to 2900 Hz is 2500 Hz) is increased. Reduce the frequency of occurrence of frequencies lower than the center carrier frequency.

具体的には、図4に示すように、インバータ損失が支配的である場合の変動キャリア周波数の発生頻度を表すマップ、及び図5に示すように、回転電機損失が支配的である場合の変動キャリア周波数の発生頻度を表すマップを、予めキャリア周波数演算部42に記憶させておく。図4に示すマップ(モータシステム損失においてインバータ損失が支配的な場合)では、中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より大きい周波数領域では段階的に発生頻度を少なくし、中心キャリア周波数より小さい周波数領域では段階的に発生頻度を多くしている。また、図5に示すマップ(モータシステム損失において回転電機損失が支配的な場合)では、中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より大きい周波数領域では段階的に発生頻度を多くしていき、中心キャリア周波数より小さい周波数領域では段階的に発生頻度を少なくしている。   Specifically, as shown in FIG. 4, a map showing the frequency of occurrence of a variable carrier frequency when the inverter loss is dominant, and a fluctuation when the rotating electrical machine loss is dominant as shown in FIG. A map representing the occurrence frequency of the carrier frequency is stored in advance in the carrier frequency calculation unit 42. In the map shown in FIG. 4 (in the case where the inverter loss is dominant in the motor system loss), the frequency of occurrence is gradually reduced in the frequency region higher than the center carrier frequency with reference to the center carrier frequency, and the frequency region lower than the center carrier frequency. Then, the frequency of occurrence is increasing step by step. Further, in the map shown in FIG. 5 (when the rotating electrical machine loss is dominant in the motor system loss), the frequency of occurrence is increased stepwise in the frequency region higher than the center carrier frequency with reference to the center carrier frequency. In the frequency region smaller than the frequency, the frequency of occurrence is gradually reduced.

そして、インバータ損失が支配的である場合には、図4に示すマップに基づいてキャリア周波数を発生させ、回転電機損失が支配的である場合には、図5に示すマップに基づいてキャリア周波数を発生させる。   If the inverter loss is dominant, the carrier frequency is generated based on the map shown in FIG. 4, and if the rotating electrical machine loss is dominant, the carrier frequency is calculated based on the map shown in FIG. generate.

ここで、インバータ損失が支配的であるか、回転電機損失が支配的であるかの判断は、例えば、以下のようにして行うことが可能である。通常、回転電機(24,26)の回転数が大きい場合には回転電機損失が支配的となり、回転電機(24,26)の回転数が小さい場合にはインバータ損失が支配的となるため、例えば、回転電機(24,26)の回転数が所定値以上である場合には図5に示すマップを用い、回転電機(24,26)の回転数が所定値未満である場合には図4に示すマップを用いる。また、回転電機(24,26)の回転数を複数領域に区切り、領域毎の変動キャリア周波数の発生頻度を表すマップを設定する等でもよい。また、回転電機(24,26)の回転数を利用する場合を例に説明したが、これに制限されるものではなく、例えば、回転電機(24,26)の電流値や、アクセルペダルの踏み込み量等から、インバータ損失が支配的であるか、回転電機損失が支配的であるかを判断することも可能である。   Here, the determination of whether the inverter loss is dominant or the rotating electrical machine loss is dominant can be performed as follows, for example. Usually, when the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) is large, the rotating electrical machine loss is dominant, and when the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) is small, the inverter loss is dominant. The map shown in FIG. 5 is used when the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) is greater than or equal to a predetermined value, and FIG. 4 is used when the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) is less than the predetermined value. Use the map shown. Alternatively, the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) may be divided into a plurality of regions, and a map representing the frequency of occurrence of the variable carrier frequency for each region may be set. Further, the case where the rotational speed of the rotating electrical machine (24, 26) is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the current value of the rotating electrical machine (24, 26) or the depression of the accelerator pedal is used. It is also possible to determine whether the inverter loss is dominant or the rotating electrical machine loss is dominant from the quantity or the like.

本実施形態における、各キャリア周波数の発生頻度の設定は、上記説明したように、モータシステム損失が基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、所定のキャリア周波数の発生頻度より多くなるように行われれば、特に制限されるものではない。しかし、モータシステム損失の増大を効率的に抑えながら、PWMインバータ装置の騒音を抑制する点で、キャリア周波数を変動させた場合のモータシステムの平均損失が、中心キャリア周波数におけるモータシステム損失と一致するように、各キャリア周波数の発生頻度を設定することが好ましい。   In the present embodiment, as described above, the frequency of occurrence of each carrier frequency is set such that the frequency of occurrence of the carrier frequency at which the motor system loss is greater than the reference motor system loss is less than the frequency of occurrence of the predetermined carrier frequency. There is no particular limitation as long as the generation frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is smaller than the reference motor system loss is greater than the generation frequency of the predetermined carrier frequency. However, the average loss of the motor system when the carrier frequency is varied matches the motor system loss at the center carrier frequency in terms of suppressing the noise of the PWM inverter device while efficiently suppressing the increase of the motor system loss. Thus, it is preferable to set the frequency of occurrence of each carrier frequency.

本実施形態では、モータシステム損失においてインバータ損失が支配的な場合には、図4に示すように中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より大きい周波数領域では段階的に発生頻度を少なくしていき、中心キャリア周波数より小さい周波数領域では段階的に発生頻度を多くしていき、また、モータシステム損失において回転電機損失が支配的な場合には、図5に示すように中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より大きい周波数領域では段階的に発生頻度を多くしていき、中心キャリア周波数より小さい周波数領域では段階的に発生頻度を少なくしていくが、必ずしもこれに制限されるものではない。例えば、モータシステム損失においてインバータ損失が支配的な場合、中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より大きい周波数領域では、中心キャリア周波数より発生頻度を多くするが、その発生頻度を一定値とし、中心キャリア周波数を基準に中心キャリア周波数より小さい周波数領域では、中心キャリア周波数より発生頻度を少なくするが、その発生頻度を一定値等としてもよい。なお、モータシステム損失において回転電機損失が支配的な場合には、上記の逆の設定となる。   In the present embodiment, when the inverter loss is dominant in the motor system loss, as shown in FIG. 4, the frequency of occurrence is gradually reduced in the frequency region larger than the center carrier frequency with reference to the center carrier frequency. In the frequency region smaller than the center carrier frequency, the frequency of occurrence increases stepwise, and when the rotating electrical machine loss is dominant in the motor system loss, as shown in FIG. The frequency of occurrence is increased stepwise in a frequency region higher than the frequency, and the frequency of occurrence is decreased stepwise in a frequency region lower than the center carrier frequency, but is not necessarily limited to this. For example, when the inverter loss is dominant in the motor system loss, the frequency of occurrence is higher than the center carrier frequency in the frequency region larger than the center carrier frequency with reference to the center carrier frequency. In the frequency region smaller than the center carrier frequency with reference to the frequency, the frequency of occurrence is lower than that of the center carrier frequency, but the frequency of occurrence may be a constant value or the like. If the rotating electrical machine loss is dominant in the motor system loss, the above setting is reversed.

なお、図4及び5では、2500Hzを中心キャリア周波数として、そこから±400Hzで変動させた場合を例としたが、キャリア周波数の変動範囲は上記に制限されるものではなく、適宜設定されればよい。   4 and 5 exemplify a case where the center carrier frequency is 2500 Hz and the frequency fluctuates by ± 400 Hz. However, the variation range of the carrier frequency is not limited to the above, and can be set as appropriate. Good.

10 モータシステム、12 蓄電装置、14,18 平滑コンデンサ、16 電圧変換器、20,22 インバータ、24,26 回転電機、40 PWMインバータ装置、42 キャリア周波数演算部、44 PWM制御演算部、60 外部電源。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor system, 12 Power storage device, 14, 18 Smoothing capacitor, 16 Voltage converter, 20, 22 Inverter, 24, 26 Rotating electric machine, 40 PWM inverter device, 42 Carrier frequency calculation unit, 44 PWM control calculation unit, 60 External power supply .

Claims (2)

回転電機に電力を供給するインバータの駆動制御に用いるキャリア周波数をランダムに変動させるキャリア周波数演算手段を備えるPWMインバータ装置であって、
前記キャリア周波数演算手段は、変動させる周波数範囲内における所定のキャリア周波数での前記回転電機の損失及び前記インバータの損失の和として表されるモータシステム損失を基準とし、前記変動させる周波数範囲内において、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より多くすることを特徴とするPWMインバータ装置。
A PWM inverter device comprising carrier frequency calculation means for randomly changing a carrier frequency used for drive control of an inverter that supplies electric power to a rotating electrical machine,
The carrier frequency calculation means is based on the motor system loss expressed as the sum of the loss of the rotating electrical machine and the loss of the inverter at a predetermined carrier frequency within the frequency range to be varied, and within the frequency range to be varied, The occurrence frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is greater than the reference motor system loss is less than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency, and the occurrence frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is less than the reference motor system loss. More than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency.
回転電機に電力を供給するインバータの駆動制御に用いるキャリア周波数をランダムに変動させるキャリア周波数演算ステップを備えるPWMインバータ制御方法であって、
前記キャリア周波数演算ステップでは、変動させる周波数範囲内における所定のキャリア周波数での前記回転電機の損失及び前記インバータの損失の和として表されるモータシステム損失を基準とし、前記変動させる周波数範囲内において、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より大きくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より少なくし、モータシステム損失が前記基準のモータシステム損失より小さくなるキャリア周波数の発生頻度を、前記所定のキャリア周波数の発生頻度より多くすることを特徴とするPWMインバータ制御方法。
A PWM inverter control method comprising a carrier frequency calculation step for randomly changing a carrier frequency used for drive control of an inverter that supplies electric power to a rotating electrical machine,
In the carrier frequency calculation step, based on the motor system loss represented as the sum of the loss of the rotating electrical machine and the loss of the inverter at a predetermined carrier frequency within the frequency range to be varied, within the frequency range to be varied, The occurrence frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is greater than the reference motor system loss is less than the occurrence frequency of the predetermined carrier frequency, and the occurrence frequency of the carrier frequency at which the motor system loss is less than the reference motor system loss. More than the frequency of occurrence of the predetermined carrier frequency.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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