电动机控制装置、具备该电动机控制装置的电动机单元、具备电动机单元的汽车以及电动机控制方法

摘要

本发明的电动机控制装置(1)用于具备车轮驱动用电动机(4)、车轮驱动用逆变器(3)以及作为辅机的冷却风扇(8)的汽车。车轮驱动用逆变器(3)利用主载波频率来通过PWM控制对车轮驱动用电动机(4)进行驱动。冷却风扇(8)具有作为辅机驱动用电动机的风扇电动机(2)。电动机控制装置(1)具备辅机驱动用逆变器(20)和频率切换部(14)。辅机驱动用逆变器(20)利用副载波频率来通过PWM控制对风扇电动机(2)进行驱动。频率切换部(14)根据主载波频率来切换副载波频率的频率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车、混合动力车等汽车中使用的辅机所具有的辅机驱动用电动机的电动机控制装置及其控制方法、以及具备该电动机控制装置的电动机单元、汽车等。

背景技术

近年来，对电动汽车、混合动力车等汽车中使用的电动机单元所具有的电动机要求以下内容。即，为了确保汽车所具有的车室内的舒适性，对电动机要求静音性。另外，由于安装在汽车这样的有限的空间内，因此对电动机要求小型化和大输出化、高效率化。在下面的说明中，将电动汽车、混合动力车等称为EV(Electric Vehicle)。

另外，在下面的说明中，汽车中使用的电动机单元是指除对汽车进行驱动的车轮驱动用电动机以外的单元。作为具体例，汽车中使用的电动机单元存在对电池进行冷却的冷却风扇、控制液压的电动泵、变更空调的出风量的致动器(actuator)等。此外，有时也将这些电动机单元统称为辅机。

另外，作为对电动机进行驱动的方法，已知逆变器控制。作为逆变器控制之一，存在PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)控制。在采用PWM控制来对电动机进行驱动时，如果减小载波频率，则能够抑制电动机的由于开关损耗(switching loss)引起的发热量的増加。另外，如果减小载波频率，能够抑制电动机在驱动時的能量效率的下降。

另一方面，根据驾驶者的操作，对EV进行驱动的车轮驱动用电动机的输出等发生变化。对EV的乘坐者而言，车轮驱动用电动机的运转、即车轮驱动用电动机的动作状态是明显的。因此，EV的乘坐者能够某种程度地容许车轮驱动用电动机所发出的动作音。

另外，能够通过将载波频率设为可变更的PWM控制来驱动车轮驱动用电动机。在通过PWM控制来驱动车轮驱动用电动机的情况下，根据车轮驱动用电动机的动作条件，还能够将载波频率切换为可听范围的低频。在将载波频率切换为可听范围的低频的情况下，车轮驱动用电动机能够同时实现由于开关损耗的降低而带来的效率改善以及由于噪音的降低而带来的舒适性提高。

此外，作为与该领域相关的现有技术文献，例如有专利文献1。

专利文献1：日本专利第4263697号公报

发明内容

本发明作为对象的电动机控制装置能够用于具备车轮驱动用电动机、车轮驱动用逆变器以及辅机的汽车。

车轮驱动用逆变器利用主载波频率来通过PWM控制对车轮驱动用电动机进行驱动。辅机具有辅机驱动用电动机。

电动机控制装置具备辅机驱动用逆变器和频率切换部。辅机驱动用逆变器利用副载波频率来通过PWM控制对辅机驱动用电动机进行驱动。频率切换部根据主载波频率来切换副载波频率的频率。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的概要的框图。

图2是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的概要的说明图。

图3是表示具备本发明的实施方式1中的电动机控制装置的汽车的概要的框图。

图4是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的流程的流程图。

图5是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的概要的框图。

图6是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的概要的说明图。

图7是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的流程的流程图。

图8是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的概要的框图。

图9是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的概要的说明图。

图10是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的流程的流程图。

具体实施方式

作为本发明的实施方式的电动机控制装置通过后述的结构来使车轮驱动用逆变器中使用的主载波频率与辅机驱动用逆变器中使用的副载波频率同步。如果主载波频率与副载波频率同步，则能够减小副载波频率。由此，在对辅机所具有的辅机驱动用电动机进行驱动时，电动机控制装置能够降低开关损耗。因而，能够期待本实施方式中的电动机控制装置在对辅机进行驱动时实现小型化和高输出化、高效率化。

其结果，本实施方式中的电动机控制装置能够确保对EV的乘坐者而言的舒适性，并且能够降低电动机损耗。

也就是说，以往的电动机控制装置存在以下应改善的方面。即，辅机驱动用电动机与上述的车轮驱动用电动机不同，有时会与驾驶者的意图无关地进行动作。并且，EV的乘坐者难以认识到辅机驱动用电动机的运转。

例如，在安装于EV的电池发热的情况下，为了对电池进行冷却，作为辅机的冷却风扇被驱动。一般来说，对电池进行冷却的风扇是直接基于对电池的温度进行测定的结果、对电池的环境温度进行测定的结果而开始动作的。此时，乘坐者无法理解冷却风扇为何进行动作。因此，EV的乘坐者无法认识到冷却风扇进行动作的效果。

因而，EV的乘坐者只会认识到由于冷却风扇进行动作而引起的令人不快的噪音。其结果，对EV的技术者而言的舒适性下降。

作为其对策，以往的电动机控制装置有时将辅机驱动用逆变器中使用的副载波频率增大到非可听范围。如果将副载波频率增大到非可听范围，则能够确保对EV的乘坐者而言的静音性。

然而，如果将副载波频率增大到非可听范围，则在以往的电动机控制装置中，开关损耗增加，因此需要热对策等。在热对策中，存在安装散热板、扩大所使用的IC芯片的封装即IC芯片的大小等。因此，在将副载波频率增大到非可听范围的情况下，在以往的电动机控制装置中，难以达成辅机的小型化和高输出化、高效率化。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，下面的实施方式是实现本发明的一例，并不限制本发明的技术范围。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的概要的框图。图2是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的概要的说明图。图3是表示具备本发明的实施方式1中的电动机控制装置的汽车的概要的框图。图4是表示本发明的实施方式1中的电动机控制装置的流程的流程图。

如图1至图3所示，本发明的实施方式1中的电动机控制装置1用于具备车轮驱动用电动机4、车轮驱动用逆变器3以及作为辅机的冷却风扇8的汽车100。

车轮驱动用逆变器3利用主载波频率f1来通过PWM控制对车轮驱动用电动机4进行驱动。作为辅机的冷却风扇8具有作为辅机驱动用电动机的风扇电动机2。

电动机控制装置1具备辅机驱动用逆变器20和频率切换部14。辅机驱动用逆变器20利用副载波频率f2来通过PWM控制对作为辅机驱动用电动机的风扇电动机2进行驱动。频率切换部14根据主载波频率f1来切换副载波频率f2的频率。

特别是，有用的结构如下所述。即，电动机控制装置1还具备获得主载波频率f1的、作为频率获取部的接收电路15。

在电动机控制装置1中，频率切换部14将副载波频率f2切换为与主载波频率f1相同的频率。

在本实施方式1中，关于电动机控制装置1，例示冷却风扇8来作为辅机。除此以外，关于电动机控制装置1，能够使用电动泵、致动器等来作为辅机。

另外，本实施方式1中的电动机单元50具备电动机控制装置1、以及作为被电动机控制装置1驱动的辅机驱动用电动机的风扇电动机2。本实施方式1中的电动机单元50是以冷却风扇8来实现的。作为电动机单元50的冷却风扇8基于来自上级ECU 7的指令信号而被驱动。

另外，本实施方式1中的汽车100具备作为电动机单元50的冷却风扇8以及作为对冷却风扇8进行驱动的驱动部的上级ECU 7。

并且，本实施方式1中的电动机控制装置进行下面的控制方法。即，如图4所示，本实施方式1中的电动机控制方法具备获得车轮驱动用电动机进行动作的主载波频率f1的步骤(S1)、以及根据所获得的主载波频率f1来切换副载波频率f2的频率的步骤(S2)。

使用附图来更详细地进行说明。

如图1至图3所示，用于对EV进行驱动的主系统30具有使车轮104旋转的车轮驱动用电动机4、对车轮驱动用电动机4进行驱动的车轮驱动用逆变器3以及作为电子控制单元(Electronic Control Unit)的ECU 6。上级ECU 7按照乘坐者的指示来控制汽车100所具备的各部。ECU 6基于来自上级ECU 7的指令信号来向车轮驱动用逆变器3提供主载波频率f1。

车轮驱动用逆变器3具有PWM控制电路32以及包含开关元件的逆变器电路31。PWM控制电路32提供使逆变器电路31所包含的开关元件导通/截止的开关信号。由PWM控制电路32对逆变器电路31所包含的开关元件进行PWM控制。

ECU 6生成使逆变器电路31所包含的开关元件导通/截止的主载波频率f1。所生成的主载波频率f1从ECU 6被传送到PWM控制电路32。

在PWM控制电路32中，将传送来的主载波频率f1作为基本频率来进行脉宽调制，从而生成开关信号。由PWM控制电路32生成的开关信号作为栅极信号被传送到逆变器电路31。

从电池5向逆变器电路31供给电力。逆变器电路31基于传送来的栅极信号来将从电池5供给的电力变换为交流。被变换为交流的电力被供给到车轮驱动用电动机4，从而对车轮驱动用电动机4进行驱动。

另一方面，用于对安装于EV的冷却风扇8进行驱动的副系统40具有风扇电动机2、对风扇电动机2进行驱动的辅机驱动用逆变器20以及向辅机驱动用逆变器20提供控制信号的指令生成电路13。

辅机驱动用逆变器20具有包含开关元件的逆变器电路11、以及向开关元件提供开关信号的PWM控制电路12。由PWM控制电路12对逆变器电路11所包含的开关元件进行PWM控制。

指令生成电路13生成使逆变器电路11所包含的开关元件导通/截止的副载波频率f2。所生成的副载波频率f2从指令生成电路13被传送到PWM控制电路12。

在PWM控制电路12中，将传送来的副载波频率f2作为基本频率来进行脉宽调制，从而生成开关信号。由PWM控制电路12生成的开关信号作为栅极信号被传送到逆变器电路11。

从辅机用电池16向逆变器电路11供给电力。逆变器电路11基于传送来的栅极信号来将从辅机用电池16供给的电力变换为交流。变换为交流的电力被供给到风扇电动机2，从而对风扇电动机2进行驱动。

在上述结构中，如图1、图4所示，由主系统30所具有的ECU 6运算出的主载波频率f1作为主系统30中的载波频率信息还被传送到接收电路15(S1)。载波频率信息是表示进行逆变器驱动的主系统30的动作状态的信号。传送到接收电路15的主载波频率f1被传送到频率切换部14。

此时，在频率切换部14中，取代以往使用的副载波频率f2的频率，而将主载波频率f1的频率切换为风扇电动机2的载波频率(S2)。

在指令生成电路13中，为了实现从上级ECU 7指示的动作，取代基于副载波频率f2生成的开关信号，而运算基于主载波频率f1的频率生成的新的开关信号。

PWM控制电路12基于新的开关信号来对逆变器电路11所包含的开关元件进行驱动。

因此，从辅机用电池16供给的电力被变更为交流来供给到风扇电动机2。

如根据以上的说明所明确的那样，本实施方式1中的电动机控制装置经由接收电路来获得用于对车轮驱动用电动机进行PWM控制的主载波频率f1的频率。电动机控制装置通过频率切换部来将用于对辅机驱动用电动机进行PWM控制的副载波频率f2的频率切换为主载波频率f1的频率。因此，电动机控制装置能够利用与主载波频率f1相同的频率来对辅机驱动用电动机进行PWM控制。

因而，能够同步地控制车轮驱动用电动机和辅机驱动用电动机。

此外，在电动机控制装置1根据表示逆变器的动作状态的载波频率信息而判断为逆变器处于停止时，频率切换部14将副载波频率f2切换为规定的频率。规定的频率例如是作为非可听范围的14kHz以上的高频。若设为本控制，则在对风扇电动机2进行驱动时，能够抑制由逆变器所具有的固有频率引起的噪音的产生。

(实施方式2)

图5是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的概要的框图。图6是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的概要的说明图。图7是表示本发明的实施方式2中的电动机控制装置的流程的流程图。

此外，对与本实施方式1中的电动机控制装置相同的结构标注相同的标记并引用说明。

如图5所示，在本发明的实施方式2中的电动机控制装置1a中，频率切换部14a在车轮驱动用逆变器3进行动作时将副载波频率f2切换为与主载波频率f1相同的频率。另外，频率切换部14a在车轮驱动用逆变器3停止时将副载波频率f2切换为非可听范围的频率。

并且，本实施方式2中的电动机控制装置进行以下的控制方法。即，如图7所示，本实施方式2中的电动机控制方法具备判定车轮驱动用电动机是正在进行动作还是处于停止的判定步骤(S10)。

本实施方式2中的电动机控制方法具备在判定步骤(S10)中判定为车轮驱动用电动机正在进行动作时获得车轮驱动用电动机进行动作的主载波频率f1的步骤(S11)、以及根据所获得的主载波频率f1来切换副载波频率f2的频率的步骤(S12)。

另外，本实施方式2中的电动机控制方法具备在判定步骤(S10)中判定为车轮驱动用电动机处于停止时将副载波频率f2切换为非可听范围的频率的步骤(S13)。

使用附图来更加详细地进行说明。

如图5、图6所示，从电池5提供的电力经由车轮驱动用逆变器3而被供给到对EV进行驱动的车轮驱动用电动机4。车轮驱动用逆变器3进行基于PWM控制的开关动作，由此将从电池5提供的电力从直流变换为交流。变换为交流的电力对车轮驱动用电动机4进行驱动。

首先，如图5、图7所示，电动机控制装置1a根据来自上级ECU 7的信息，来判定车轮驱动用电动机4是正在进行动作还是处于停止(S10)。

在车轮驱动用电动机4正在进行动作的情况下，从EUC 6向接收电路15提供载波频率信息。电动机控制装置1a基于所提供的载波频率信息来获得主载波频率f1的频率(S11)。

另外，如果对EV进行驱动，则在电池5中发生充放电。发生充放电的电池5会发热。如果电池5变为高温，则电池5的产品寿命会变短。

因此，如图6所示，在本实施方式2中，上级ECU 7对电池5的温度进行监视。检测出的电池5的电池温度被传送到上级ECU 7。在传送来的电池温度比预先决定的设定温度高的情况下，上级ECU 7对冷却风扇8进行驱动。若对冷却风扇8进行驱动，则向电池5吹送冷却风，因此电池5被强制性地冷却。

此时，如在实施方式1中所说明过的那样，进行切换以使用于对冷却风扇8进行驱动的副载波频率f2的频率成为与对车轮驱动用逆变器3进行控制时的主载波频率f1相同的频率(S12)。也就是说，电动机控制装置1a使主载波频率f1与副载波频率f2同步，利用相同的频率来对冷却风扇8进行驱动。

另一方面，也存在电动机控制装置1a根据来自上级ECU 7的信息而判定为车轮驱动用电动机4处于停止的情况(S10)。

此时，副载波频率f2被设定为14kHz的载波频率以成为非可听范围的频率(S13)。

在该情况下，电池5中不发生充放电，因此冷却风扇8的负荷小。因此，由于冷却风扇8的负荷小，即使增大用于对风扇电动机2进行PWM控制的副载波频率f2的频率，作为辅机的冷却风扇8的整体性的损耗也不会增大。

(实施方式3)

图8是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的概要的框图。图9是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的概要的说明图。图10是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的流程的流程图。

此外，对与本实施方式1、2中的电动机控制装置相同的结构标注相同的标记并引用说明。

如图8、图9所示，本发明的实施方式3中的电动机控制装置1b用于汽车。

汽车具备第一车轮驱动用电动机4a、第一车轮驱动用逆变器3a、第二车轮驱动用电动机4b、第二车轮驱动用逆变器3b、以及具有作为辅机驱动用电动机的风扇电动机2的作为辅机的冷却风扇8。

第一车轮驱动用逆变器3a利用第一主载波频率f1a来通过PWM控制对第一车轮驱动用电动机4a进行驱动。

第二车轮驱动用逆变器3b利用第二主载波频率f1b来通过PWM控制对第二车轮驱动用电动机4b进行驱动。

辅机驱动用逆变器20利用副载波频率f2来通过PWM控制对作为辅机驱动用电动机的风扇电动机2进行驱动。

在第一车轮驱动用逆变器3a和第二车轮驱动用逆变器3b中的至少任一方进行动作时，频率切换部14b将副载波频率f2切换为与第一主载波频率f1a和第二主载波频率f1b中的任一方相同的频率。

另外，在第一车轮驱动用逆变器3a和第二车轮驱动用逆变器3b均停止时，频率切换部14b将副载波频率f2切换为非可听范围的频率。

并且，如图10所示，本实施方式3中的电动机控制装置进行以下的控制方法。即，本实施方式3中的电动机控制方法具备判定是第一车轮驱动用电动机和第二车轮驱动用电动机中的至少任一方正在进行动作、或者是第一车轮驱动用电动机和第二车轮驱动用电动机均处于停止的判定步骤(S20)。

本实施方式3中的电动机控制方法具备在判定步骤(S20)中判定为第一车轮驱动用电动机和第二车轮驱动用电动机中的至少任一方的车轮驱动用电动机正在进行动作时获得正在进行动作的车轮驱动用电动机所具有的主载波频率的步骤(S22)、以及根据所获得的主载波频率f1a、f1b来切换副载波频率f2的频率的步骤(S23)。

另外，本实施方式3中的电动机控制方法具备在判定步骤(S20)中判定为第一车轮驱动用电动机和第二车轮驱动用电动机均处于停止时将副载波频率f2切换为非可听范围的频率的步骤(S24)。

使用附图来更加详细地进行说明。

如图8、图9所示，从电池5提供的电力经由第一车轮驱动用逆变器3a而供给到对EV进行驱动的第一车轮驱动用电动机4a。同样地，从电池5提供的电力经由第二车轮驱动用逆变器3b而供给到对EV进行驱动的第二车轮驱动用电动机4b。

由各个车轮驱动用逆变器3a、3b进行基于PWM控制的开关动作，由此将从电池5提供的电力从直流变换为交流。变换为交流的电力对各个车轮驱动用电动机4a、4b进行驱动。

另外，如果对EV进行驱动，则在电池5中发生充放电。发生充放电的电池5会发热。如果电池5变为高温，则电池5的产品寿命会变短。

因此，如图9所示，本实施方式3中的上级ECU 7对电池5的温度进行监视。检测出的电池5的电池温度被传送到上级ECU 7。在传送来的电池温度比预先决定的设定温度高的情况下，上级ECU 7对冷却风扇8进行驱动。若对冷却风扇8进行驱动，则向电池5吹送冷却风，因此电池5被强制性地冷却。

首先，如图8、图10所示，电动机控制装置1b根据来自上级ECU 7的信息，来判定各个车轮驱动用电动机4a、4b是正在进行动作还是处于停止(S20)。

接着，在第一车轮驱动用逆变器3a和第二车轮驱动用逆变器3b双方均正在进行动作的情况下，电动机控制装置1b按照预先决定的基准来选择要与哪个车轮驱动用电动机4a、4b同步(S21)。作为预先决定的基准的例子，存在以下基准。即，关于所选择的车轮驱动用电动机，选择输出大的电动机。除此以外，预先对各车轮驱动用电动机赋予优先级来进行选择。

或者，在任一个车轮驱动用电动机4a、4b正在进行动作的情况下，从各个主系统30a、30b所包含的EUC 6a、6b向接收电路15提供各自的载波频率信息。因此，自然地选择要被选择的车轮驱动用电动机4a、4b(S21)。

之后，电动机控制装置1b基于所提供的载波频率信息来获得主载波频率f1a、f1b的频率(S22)。

此时，如在实施方式1中所说明过的那样，切换用于对冷却风扇8进行驱动的副载波频率f2的频率，以使该副载波频率f2成为与对车轮驱动用逆变器3a、3b进行控制时的某一方的主载波频率f1a、f1b相同的频率(S23)。

电动机控制装置1b使主载波频率f1a和主载波频率f1b中的任一方与副载波频率f2同步，利用相同的频率来对冷却风扇8进行驱动。

换言之，在第一车轮驱动用逆变器3a正在进行动作、而第二车轮驱动用逆变器3b处于停止的情况下，频率切换部14b选择主载波频率f1a。电动机控制装置1b使所选择的主载波频率f1a与副载波频率f2同步，利用相同的频率来对冷却风扇8进行驱动。

或者，在第二车轮驱动用逆变器3b正在进行动作、而第一车轮驱动用逆变器3a处于停止的情况下，频率切换部14b选择主载波频率f1b。电动机控制装置1b使所选择的主载波频率f1b与副载波频率f2同步，利用相同的频率来对冷却风扇8进行驱动。

另外，也存在电动机控制装置1b根据来自上级ECU 7的信息而判定为车轮驱动用电动机4a、4b均处于停止的情况(S20)。

此时，副载波频率f2被设定为14kHz的载波频率以成为非可听范围的频率(S24)。14kHz的载波频率是人类的非可听范围。

此外，如图8、图9所示，在本实施方式3中，例示了具有2台车轮驱动用电动机的情况。除此以外，本实施方式3的技术范围也包含具有3台以上的车轮驱动用电动机的情况。也就是说，在具有3台以上的车轮驱动用电动机的情况下，本实施方式3中的电动机控制装置也能够获得同样的效果。

另外，在上述的说明中，作为辅机，例示了冷却风扇来进行了说明。除此以外，对于辅机，只要是如电动油泵等那样由电动机进行驱动的电气设备，就能够起到同样的作用效果。

因此，只要使用本实施方式中的电动机控制装置，即使使用包含个别优化后的电动机的部件来组装EV，也能够获得以下的作用效果。即，本实施方式中的电动机控制装置能够使车轮驱动用逆变器的主载波频率与辅机驱动用逆变器的副载波频率同步。如果主载波频率与副载波频率同步，则即使辅机进行动作，也能够抑制被乘坐者认识到令人不快的噪音的情况。

另外，本实施方式中的电动机控制装置降低逆变器部中的开关损耗。其结果，能够使辅机驱动用电动机小型化、高输出化。

产业上的可利用性

本发明的电动机控制装置使车轮驱动用电动机的开关频率与辅机驱动用电动机的开关频率同步。因此，辅机驱动用电动机不用将开关频率提高到非可听范围，能够以低的开关频率来降低开关损耗。

本发明对于要求高效率、小型化、高输出的电动汽车、混合动力车等中使用的辅机驱动用电动机是有用的。

附图标记说明

1、1a、1b：电动机控制装置；2：风扇电动机(辅机驱动用电动机)；3：车轮驱动用逆变器；3a：第一车轮驱动用逆变器；3b：第二车轮驱动用逆变器；4：车轮驱动用电动机；4a：第一车轮驱动用电动机；4b：第二车轮驱动用电动机；5：电池；6、6a、6b：ECU；7：上级ECU(驱动部)；8：冷却风扇(辅机)；11、31：逆变器电路；12、32：PWM控制电路；13：指令生成电路；14、14a、14b：频率切换部；15：接收电路(频率获取部)；16：辅机用电池；20：辅机驱动用逆变器；30、30a、30b：主系统；40：副系统；50：电动机单元；100：汽车；104：车轮。