旋转电动机的控制方法、控制装置和旋转电动机驱动系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供能够可靠地抑制旋转电动机的振动的旋转电动机的控制装置、控制方法和旋转电动机驱动系统。以规定的载波频率(fc)对旋转电动机进行PWM控制，在旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率(f0)与能够产生该固有模态的电磁激振力的频率成分的频率(fc‑3f1)重叠的情况下，将载波频率的值从第一值(fc_1)切换为与第一值不同的第二值(fc_2)。

Control Method, Control Device and Driving System of Rotating Motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转电动机的控制方法、控制装置和旋转电动机驱动系统
本专利技术涉及旋转电动机的控制装置、控制方法和旋转电动机驱动系统。
技术介绍
永磁式电机等旋转电动机的机械振动具有固有模态，该固有模态取决于转子、定子和机壳等的机械结构。而且，转子与定子之间的磁力会随着旋转电动机的旋转而发生变动，产生电磁激振力。当固有模态的频率与电磁激振力的频率重叠，引起共振时，旋转电动机将产生较大的振动。这种旋转电动机的振动是造成噪声的主要原因，并且是导致使用者舒适性降低的主要原因。作为能够抑制旋转电动机产生振动的现有技术，已知专利文献1记载的技术。在此技术中，根据逆变器(inverter)的开关频率和永磁式电机的旋转频率计算共振频率，判断计算出的共振频率与永磁式电机的固有振动频率是否一致。当判断为共振频率与固有振动频率一致时，使逆变器的开关频率错开以避免产生共振。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-20246号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题上述现有技术能够抑制因转子中的磁极、定子中设有绕组的齿部等的结构引起的电磁激振力所产生的振动。然而，上述现有技术并未考虑因旋转电动机中流动的电流的高次谐波成分引起的电磁激振力。因此，难以可靠地抑制旋转电动机的振动，存在产生较大振动的可能。为此，本专利技术提供一种能够可靠地抑制旋转电动机的振动的旋转电动机的控制方法、控制装置和旋转电动机驱动系统。解决问题的技术手段为解决上述技术问题，本专利技术的旋转电动机的控制方法以规定的载波频率对旋转电动机进行PWM控制，在旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生该固有模态的电磁激振力的频率成分的频率重叠的情况下，将载波频率的值从第一值切换为与第一值不同的第二值。并且，为了解决上述问题，本专利技术的旋转电动机的控制装置以规定的载波频率对旋转电动机进行PWM控制，包括：功率模块，其通过半导体开关元件的开/关来输出用于驱动旋转电动机的三相交流电力；驱动电路，其生成用于使半导体开关元件开/关的PWM选通脉冲；和运算控制装置，其利用规定的载波频率的PWM来生成选通驱动信号，该选通驱动信号用于指示驱动电路生成PWM选通脉冲，运算控制装置判断旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生该固有模态的电磁激振力的频率成分的频率是否重叠，在判断为重叠的情况下，将载波频率的值从第一值切换为与第一值不同的第二值。并且，为了解决上述问题，本专利技术的旋转电动机驱动系统包括旋转电动机和驱动旋转电动机的逆变器，逆变器由上述本专利技术的旋转电动机的控制装置构成。专利技术效果依照本专利技术，通过切换载波频率，能够防止旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生该固有模态的电磁激振力的频率成分的频率重叠。由此，能够可靠地抑制电机产生振动。上述以外的技术问题、技术特征和技术效果可通过以下实施方式的说明而明确。附图说明图1是表示本专利技术一实施方式的旋转电动机的控制装置和除控制装置外还包括了电机的驱动系统的框图。图2是表示电机驱动时振动的产生和传递路径的概略图。图3表示在电机振动时电机定子的变形的固有模态。图4是表示本实施方式中使用的电机的结构的截面图。图5a表示本实施方式中电机驱动时的三相电流的波形。图5b表示相电流的频谱。图6表示电机相电流的频率成分与电机转速的关系。图7表示电机结构固有的振动频率与由电流高次谐波和电机的旋转磁场产生的电磁激振力的频率重叠的情况。图8a表示用于降低本实施方式的电机的声音和振动的方法。图8b表示用于降低本实施方式的电机的声音和振动的方法。图8c表示用于降低本实施方式的电机的声音和振动的方法。图8d表示用于降低本实施方式的电机的声音和振动的方法。具体实施方式首先说明本专利技术实施方式的概要。根据专利技术人的研究，在旋转电动机(下文记作“电机”)的振动的固有模态之中，容易产生声音和振动的空间阶次(即周向阶次)为0的固有模态(圆环状模态)，是由载波引起的电磁激振力之中的、频率成分fc±3f1(fc：逆变器装置的载波频率，f1：电机的旋转频率)引起的电磁激振力所产生的。另外，根据专利技术者的研究，在产生了空间阶次为0的固有模态的振动频率与电磁激振力的频率fc±3f1重合的点的情况下，声音和振动会增大。此处，空间阶次为0的固有模态的频率能够根据电机的结构来预测或者计算。因此，在本实施方式中，在逆变器装置以载波频率fc_a对电机进行驱动控制，电机以旋转频率f1旋转时，在空间阶次为0的固有模态的振动频率与电磁激振力的频率fc_a±3f1重叠的情况下，将载波频率从fc_a切换为大小与fc_a不同的fc_b。由此，使空间阶次为0的固有模态的振动频率f0与电磁激振力的频率fc_a±3f1重合的区域，即声音和振动增大的区域，向电机转速较低的区域或者电机转速较高的区域移动。更具体而言，如下所述。在要使用的电机转速的区域为高速旋转区域的情况下，使空间阶次为0的固有模态的振动频率f0与由载波引起的电磁激振力的频率成分重合的区域移动到电机转速的低速旋转区域。而在要使用的电机转速的区域为低速旋转区域的情况下，使空间阶次为0的固有模态的振动频率f0与由载波引起的电磁激振力的频率成分重合的区域移动到电机转速的高速旋转区域。如此，通过使空间阶次为0的固有模态的振动频率与由载波引起的电磁激振力的频率成分重合的区域移动，能够降低电机产生的声音和振动。下面使用附图，对本专利技术实施方式进行详细说明。图1是表示本专利技术一实施方式的旋转电动机(下文记作“电机”)的控制装置和除控制装置外还包括了电机的驱动系统的框图。本实施方式的电机能够安装在电动汽车或者混合动力汽车上。电机MG100例如是图1所示的具有Y型接线的三相电机。电机MG100包括U相线圈绕组C110、V相线圈绕组C120和W相线圈绕组C130。各线圈绕组C110、C120和C130在共同的中性点N100处连接在一起。电机MG100设置有用于检测电机转子的旋转角的旋转角传感器R140。作为电机MG100可以使用永磁式同步电机等。作为旋转角传感器R140，可以使用编码器或者旋转变压器(resolver)等。电机MG100使用锂离子电池或者镍氢电池等二次电池构成的蓄电池(未图示)为电源，从逆变器INV100向各线圈绕组供给驱动电流来进行旋转驱动。逆变器INV100如后文说明的那样，具有运算控制装置INV200、驱动电路INV300和功率模块INV400。功率模块INV400包括分别构成U相臂、V相臂和W相臂的电力用半导体开关元件(下文记作“开关元件”)。功率模块INV400通过控制开关元件的ON/OFF的时刻，将蓄电池的直流电力转换为三相交流电力。功率模块INV400的开关动作，即开关元件的ON/OFF动作由来自驱动电路INV300的驱动信号控制。作为开关元件可以使用IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)或者MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)。运算控制装置INV200根据来自其他控制装置(上级控制器VCM100)或者传感器等的输入信息，通过脉宽调制(PulseWidthModulation：下文简称本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以规定的载波频率对旋转电动机进行PWM控制的旋转电动机的控制方法，其特征在于：在所述旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生所述固有模态的电磁激振力的频率成分的频率重叠的情况下，将所述载波频率的值从第一值切换为与所述第一值不同的第二值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.05 JP 2016-1724981.一种以规定的载波频率对旋转电动机进行PWM控制的旋转电动机的控制方法，其特征在于：在所述旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生所述固有模态的电磁激振力的频率成分的频率重叠的情况下，将所述载波频率的值从第一值切换为与所述第一值不同的第二值。2.如权利要求1所述的旋转电动机的控制方法，其特征在于：当令所述载波频率为fc，所述旋转电动机的旋转频率为f1时，所述电磁激振力的频率成分的频率为fc±3f1。3.如权利要求1所述的旋转电动机的控制方法，其特征在于：在所述旋转电动机的空间阶次为0的固有模态的振动频率与能够产生所述固有模态的电磁激振力的频率成分的频率重叠时，与所述第二值对应的旋转频率的值低于与所述第一值对应的旋转频率的值。4.如权利要求3所述的旋转电动机的控制方法，其特征在于：所述第一值高于所述固有模态的振动频率，所述第二值低于所述第一值且高于所述固有模态的振动频率。5.如权利要求3所述的旋转电动机的控制方法，其特征在于：所述第一值高于所述固有模态的振动频率，所述第二值低于所述第一值且低于所述固有模态的振动频率。6.如权利要求1所述的旋转电动机的控制方法，其特征在于：在所述旋转电动机的空间阶次为0的固有模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田毅，原崇文，星野胜洋，大山和人，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP