JP4239886B2 - 交流回転電機の磁気音制御方法 - Google Patents
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Description
すなわちこの発明によれば電動動作または発電動作している交流回転電機のステータ電流に基本周波数成分と同じ相順をもつn1次(nは自然数)の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより、n1−1次の磁気音を増加または低減することができ、またステータ電流に基本周波数成分に対して逆の相順をもつn2次(nは自然数)の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより、n2+1次の磁気音を増加または低減することができる。さらにn1次とn2次の径方向振動制御用高調波電流を重畳することによりn1+n2次の磁気音を増加または低減することができる。これにより、きわめて静粛な交流回転電機を実現したり、所望の磁気音を有する交流回転電機を実現することができる。例えば、ハイブリッド車において、エンジンを停止して交流回転電機で走行する場合に、エンジンと同様の加速感を出すための回転音を発生させたりすることができる。また車両や交流回転電機の異常発生時や運転条件の変化時にこれに応じて磁気音を変更してドライバ−に情報を与えることができる。また運転者は好みに合わせて、磁気音のレベルや周波数を運転状態により予め設定することも可能となる。
において実線で示された項を低減する振幅及び位相を有することを特徴としている。これにより、種々の大きさ、任意の出力状態の交流回転電機の磁気音を良好に低減することが初めて可能となった。
1.上記した径方向振動制御用高調波電流の逆相順、および同じ相順の次数(すなわち、基本周波数成分の周波数に対する径方向振動制御用高調波電流の周波数の各倍率)は、高調波電流発生回路の製造上の公差を含むことができることは当然である。
2.交流回転電機としては、種々の形式の同期機を採用することが好適であり、動作モードは、電動モードおよび発電モードのどちらで利用しても良い。また、すべての回転域で径方向振動制御用高調波電流を重畳してもよく、特に磁気音が問題となる回転域でのみ径方向振動制御用高調波電流を重畳してもよい。
3.所定の一つの次数の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより所定の一つの次数の径方向振動を低減してもよく、複数の次数の径方向振動制御用高調波電流を重畳することにより複数の次数の径方向振動を低減してもよい
4.上記した磁気音の変更特に低減は、車両用交流回転電機において静粛環境が要求される車両用エンジンの停止時やエンジン騒音が小さい減速時や回生制動時などの特定の期間にのみ選択的に実施することができる。
(原理説明)
以下、本発明を3相交流回転電機に適用した場合の原理を以下に説明する。
次に、上記解析結果を利用して、3相交流回転電機で問題となる6次、12次の磁気音低減のために、逆相順で5次、同相順で7次の高調波電流成分を重畳する場合を分析する。
上記した数式演算は、3相交流回転電機を例として行ったが、他の相数の交流回転電機においても同じ方法により同様の演算結果を得ることができる。上記数式演算では、ロータ起磁力が1、3、5、7次で構成され、ステータ電流の基本周波数成分(1次)に逆相順5次、同相順7次の高調波電流成分を重畳する場合を説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことはもちろんである。ロータ起磁力に9、11次を追加してもよく、ロータ起磁力を1、3、5次で構成してもよく、1、3、7次で構成してもよい。また、磁気音は6、12次の低減又は変更を図ったが、同様に18次、24次等の変更を行うこともできる。
上記説明は、一つの逆相順高調波電流成分と一つの同相順高調波電流成分とをステータ電流の基本周波数成分に重畳させた場合に2種類の高調波径方向振動成分を発生させる点に関してであったが、同様の技術思想により、少なくとも一つの逆相順高調波電流成分と少なくとも一つの同相順高調波電流成分とを含む合計3つの互いに異なる次数の高調波電流成分を加えることにより、それらの間の次数差に等しい次数の種々の加振力の高調波成分を発生させることもできる。
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図3に示す。このモータ制御回路はモータ電流をフィードバック制御を行う実施例である。
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図4に示す。
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図5に示す。この回路は、図4に示すFFT111に代えてローパスフィルタ113を採用し、基本波電流検出値と高調波電流検出値とを抽出するものである。
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図6に示す。このモータ制御回路は三相交流座標系のみにてモータ電流をフィードバック制御を行う実施例である。
上記した高調波電流の重畳を行う回路例を図7に示す。この回路は、図3に示す回路をオープン制御に変更したものである。
上記磁気音低減のためのFEM解析を図8に示す三相同期機(8極、24スロット、IPM)を用いて行った。なお、ステータ電流の基本周波数成分を70Aとし、ロータ位相角はトルクが最大となる状態にて、上記方式により演算した径方向振動制御用高調波電流、ここでは基本波と逆の相順をもつ5次高調波電流のみを振幅3Aで重畳したものと、さらにそれに加え基本波と同じ相順をもつ7次高調波電流を振幅1Aで重畳した場合と、径方向振動制御用高調波電流を重畳しなかった場合とにおいて得られた径方向磁気加振力の波形を図9に示し、そのスペクトルを図10に示す。5次高調波電流により6次加振力が低減でき、さらに7次高調波電流を重畳することにより、12次加振力を低減できることがわかった。なお振幅や位相は6次と12次の加振力がそれぞれ低減できるように調整したものである。
この加振力は3相分の合計となる隣り合う3つのティースに加わる加振力を合計たものである。
このように本発明は、基本波と相順が同じのn1次の径方向振動制御用高調波電流と基本波と相順が逆のn2次の径方向振動制御用高調波電流を重畳することで、n1−1次、n2+1次、n1+n2次の磁気音を制御できることが特徴であり、回転電機の極数やスロット数に関係なく適用できる。本例は極毎、相毎のティースが1の場合(24/8/3=1)を示したため3ティース分を合計したが、それ以外の場合でもよい。例えば8極、48スロットの場合には隣り合う6つのティースを合計すれば3相分の合計となるし、8極、96スロットであれば隣り合う12個のティースを合計すれば3相分の合計となる。また12極、18スロット等の集中巻の場合には、となり合う3つのティースで3相分となる。
上記制御例では、目標電流値を用いたオープン制御やフィードバック電流制御を説明したが、たとえばマイクにより磁気音を直接検出し、その所定次数の高調波成分を抽出し、この高調波成分とその所定目標値との偏差を求め、この偏差を0とするべく、この偏差に相当する重畳径方向振動制御用高調波電流の振幅と位相とを計算又はマップから求め、この決定された重畳径方向振動制御用高調波電流をステータ電流に重畳するフィードバック制御を行ってもよい。
106 インバータ
107 三相同期機(交流回転電機)
108 回転位置センサ
100 基本PWM信号発生手段
101 高調波PWM信号発生手段
Fcoil ステータ起磁力
Fmag ロータ起磁力
100 基本波回路ブロック
101 高調波回路ブロック
102 回路ブロック
103 回路ブロック
104A 回路ブロック
104B 回路ブロック
104C 回路ブロック
104 減算器
104a 減算器
104b 減算器
105 回路ブロック
106 三相インバータ
107 三相同期機
108 回転角センサ
109 位置信号処理用回路ブロック
110 電流センサ
111 座標軸変換用回路ブロック
112 加算器
113 ローパスフィルタ
117 減算器
300 回路ブロック
300 減算器
301 減算器
302 回路ブロック
303 減算反転回路
400 電流増幅器
401 電流制御器
402 電流制御器
403 回路ブロック
404 回路ブロック
Claims (12)
- 多相の交流回転電機の電機子に通電される多相交流電流の基本周波数成分の次数を1とする場合に、前記基本周波数成分に対して同じ相順をもつn1次(n1は自然数)の径方向振動制御用高調波電流と、前記基本周波数成分に対して逆の相順をもつn2次(n2は自然数)の径方向振動制御用高調波電流とを前記多相交流電流に加えることにより、前記交流回転電機が発生する又は外部から前記交流回転電機に入力される加振力により前記交流回転電機の回転軸の軸心を中心として放射状に発生する振動である径方向振動のうちの(n1+n2)次、(n1−1)次、(n2+1)次の高調波径方向振動成分を、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合に比べて低減し、
前記径方向振動制御用高調波電流は、下記の[数14]〜[数16]において実線で示
された項を低減する振幅及び位相を有することを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
- 請求項1記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記交流回転電機は、三相交流回転電機であり、
前記基本周波数成分に対して相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は6k1−1次(k1は自然数)であり、前記基本周波数成分に対して相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は6k2+1次(k2は自然数)であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項2記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は5次であり、相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は7次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項2記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は11次であり、相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は7次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項2記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は5次であり、相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は13次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項2記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は11次であり、相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は13次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項2記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は5次であり、相順が同じ前記径方向振動制御用高調波電流の次数は19次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 多相の交流回転電機の電機子に通電される多相交流電流の基本周波数成分の次数を1とする場合に、n1、n2、n3(n1、n2、n3は互いに異なる自然数)次数をもち、一つ又は二つは前記基本周波数成分に対して逆の相順をもつ径方向振動制御用高調波電流を前記多相交流電流に加えることにより、前記交流回転電機が発生する又は外部から前記交流回転電機に入力される加振力により前記交流回転電機の回転軸の軸心を中心として放射状に発生する振動である径方向振動のうち、前記各径方向振動制御用高調波電流間の次数差に相当する次数をもつ各高調波径方向振動成分と、前記各径方向振動制御用高調波電流の次数と1との間の次数差をもつ高調波径方向振動成分とを、前記径方向振動制御用高調波電流を加えない場合に比べて低減し、
前記径方向振動制御用高調波電流は、下記の[数14]〜[数16]において実線で示
された項を低減する振幅及び位相を有することを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
- 請求項8記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記交流回転電機は、三相交流回転電機であり、
前記基本周波数成分に対して相順が逆の前記径方向振動制御用高調波電流の次数は5次であり、前記基本周波数成分に対して相順が同じ2つの前記径方向振動制御用高調波電流の次数は11次と13次であることを特徴とする磁気音制御方法。 - 請求項1又は8記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記高調波径方向振動成分と前記径方向振動制御用高調波電流との関係を示す所定のマップ又は計算式に基づいて前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加えることを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。 - 請求項10記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記電機子に通電された前記高調波電流成分を検出し、前記高調波電流成分の検出値と、前記高調波径方向振動成分の目標値を得るために前記多相交流電流に加えるべき前記径方向振動制御用高調波電流の演算値との間の振幅及び位相の偏差が0となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。 - 請求項10記載の交流回転電機の磁気音制御方法において、
前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータを検出し、前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの検出値と前記高調波径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの目標値との偏差に相当する前記径方向振動成分又はそれに連動する電気パラメータの差分に相当する前記径方向振動制御用高調波電流の振幅及び位相を前記マップ又は計算式に基づいて演算し、前記径方向振動制御用高調波電流の演算値を前記多相交流電流に加えることを特徴とする交流回転電機の磁気音制御方法。
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