[发明专利]电动机控制装置、电动汽车以及混合电动汽车

说明书

技术领域

本发明涉及对从逆变器向电动机供电的电力进行PWM控制的电动 机控制装置，特别是涉及一种电压控制模式和PWM脉冲的载波频率的 控制技术。本发明的电动机控制装置例如能够应用到具备利用电动机驱 动车轮的电动汽车(EV)以及在该电动机之外还具备燃料发动机以及 由该发动机驱动转动的发电机(有时候也叫做电动机或者电动发电机) 的混合电动汽车(HEV)。

背景技术

专利文献1记载了一种对电动机施加的3相电压中将1相电压设为 高电平或者固定电平而对其余2相进行PWM控制的2相调制方式的电 动机驱动技术。在2相调制技术中电动机施加电压波形发生失真，从而 存在噪声、效率降低这样的问题，因此提出了一种用于改善上述问题的 减小该波形失真的控制方式。另外，如果制成2相调制的PWM波形的 过程中三角波的偏移量为零则无法改变为3相调制，因此通过指定移位 量为0来表示向3相调制方式切换的2相/3相间切换控制。在电动机转 速较低区域中，如果PWM脉冲的载波频率低则高频的刺耳的噪声增大， 如果提高载波频率则逆变器中的开关损失增大，因此为了改善上述问题 专利文献2提出了这样一种马达控制装置，其在电动机转速较低区域中 提高载波频率而在电动机转速较高区域中降低载波频率。另外，在电动 机转速较高区域中进行矩形波通电而在较低区域中进行正弦波通电、部 分正弦波通电或者叠加(overlap)通电。专利文献3记载了在高目标转 矩且高速转动下采用3相调制且载波频率为高值(7KHz)而在此之外 采用2相调制且载波频率为低值(5KHz)的逆变器控制，并且说明了2 相调制和3相调制的选择以及载波频率的切换，图4～图7中表示了2 相调制且载波频率5KHz的电动机施加电压波形以及3相调制且5KHz、 3相调制且7KHz及2相调制且7KHz的电动机施加电压波形。另外， 图8中表示了2相调制、5KHz和3相调制、7KHz之间的频率切换的 滞后作用(hysteresis)。

专利文献1：日本特开平07-303302号公报

专利文献2：日本专利第3837986号公报

专利文献3：日本特开2004-289985号公报

车速以20mph(miles per hour)到50mph左右(马达速度区域中 转动从2000rpm到8000rpm、转矩从-100Nm到+100Nm)的速度行驶 过程中的边带噪声为可听频率的噪声而成为问题。作为利用逆变器控制 来降低车辆的边带噪声的方法已知一种提高载波频率的方法。例如专利 文献2通过在低速区域中提高载波频率来降低噪声。一般在用于抑制边 带噪声的载波频率切换时无法改变调制方式(电压控制模式)。专利文 献3虽然进行了2相调制、5KHz和3相调制、7KHz之间的切换(图8、 图9、段落0059)，但是这被解释为抑制由于逆变器输入电压的巨大降 低所诱起的保护动作(停止运转)。

为了降低边带噪声，电压调制模式如果始终保持增大载波频率则逆 变器的开关损耗增加而可能会发生逆变器过热的问题。而且，电动机驱 动的电力损失增加。如专利文献3那样在进行2相调制、5KHz和3相 调制、7KHz之间的切换的逆变器控制中发现：在2相调制中作为3相 整体的开关次数减少且5KHz的载波频率中开关次数少，因此开关损耗 小但是边带噪声大，因此2相调制、5KHz的运转中电力损失少而噪声 多。并且发现：在3相调制中作为3相整体的开关次数多且7KHz的载 波频率中噪声小但是开关损耗大，因此3相调制、7KHz的运转中噪声 少而电力损失多。于是，希望能够同时降低噪声和电力损失。

发明内容

本发明目的在于降低边带噪声而且抑制电力损失。

为了实现上述目的，在本发明中，将逆变器(19m)插入电动机(10m) 和直流电源(18～23)之间，利用PWM脉冲对该逆变器进行开关控制来 控制电动机和直流电源之间的电力的交换中，当电动机的目标转矩 (TM^＊m)以及转速(ωm)处于为了抑制边带噪声而设定的规定区域(A、 B)内时，将PWM脉冲的载波频率设定为边带噪声较少的高频(7.5KHz)， 而处于上述规定区域之外时，设定为载波频率比上述高频(7.5KHz)低的 减低逆变器的开关损耗的低频(5KHz)，对电动机的绕组电压即相电压进 行PWM控制，以便将电动机的输出转矩设定为目标转矩。用于实施它的 本发明的第一实施方式的电动机控制装置是下述(1)项限定的装置。