CN108156837B - 交流旋转电机的控制装置及电动助力转向装置 - Google Patents

交流旋转电机的控制装置及电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供能利用处理负荷较低的运算处理来将5次、7次谐波电压重叠到对交流旋转电机施加的交流电压上的交流旋转电机的控制装置及包括该控制装置的电动助力转向装置。交流旋转电机的控制装置执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在三相基本电压指令(Vub、Vvb、Vwb)中的中间电压指令大于振荡中心电压的情况下，对中间电压指令加上偏移值，在中间电压指令小于振荡中心电压的情况下，从中间电压指令减去偏移值。

Description

交流旋转电机的控制装置及电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及交流旋转电机的控制装置及包括该控制装置的电动助力转向装置。
背景技术
关于如上所述的交流旋转电机的控制装置，已知有下述专利文献1所记载的装置。在专利文献1的技术中，构成为检测交流旋转电机中包含的5次谐波的含有率，基于检测出的谐波含有率和输出电压，计算5次谐波电压指令，基于重叠了5次谐波电压指令后的输出电压指令，控制逆变器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012-135100号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，施加于交流旋转电机的交流电压具有与其旋转频率成比例的频率，因此，与交流电压重叠的5次、7次谐波电压分量在交流旋转电机高速旋转的情况下会成为非常高的频率。
在专利文献1的技术中，构成为利用该文献中的式(9)～(11)计算出5次谐波电压指令，利用该文献中的式(12)～(14)计算出7次谐波电压指令。然而，在交流旋转电机高速旋转的情况下，利用这些数学式计算出的高次电压指令的频率变高，因此，若使用运算处理速度较慢的廉价的运算处理装置(CPU、DPS等)，则由于长运算周期、长运算周期导致的较长浪费时间等，导致无法正确地将高次电压施加到交流旋转电机，或运算处理速度不足，无法计算出高次电压指令。因此，在专利文献1的技术中，需要使用运算处理速度较快的高价的运算处理装置，可能导致成本上升。
因而，期望能通过处理负荷较低的运算处理来将5次、7次谐波电压重叠到要施加于交流旋转电机的交流电压上的交流旋转电机的控制装置及包括该控制装置的电动助力转向装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的交流旋转电机的控制装置包括对交流旋转电机所具有的三相绕组施加电压的逆变器、及控制所述逆变器的控制器，其特征在于，对1台所述交流旋转电机设置有m(m为自然数)组所述三相绕组及所述逆变器，所述控制器包括：电压指令计算部，该电压指令计算部对于所述m组中的各组，计算对于所述三相绕组的各相的电压指令即三相电压指令；及逆变器控制部，该逆变器控制部对于各组，基于提供给所述逆变器的直流电压及所述三相电压指令，对所述逆变器所具有的多个开关元件进行开关控制，所述电压指令计算部对于各组，包括计算所述三相电压指令的基本值即三相基本电压指令的基本指令计算部、及对所述三相基本电压指令进行修正并计算最终的所述三相电压指令的电压指令修正部，所述电压指令修正部对于各组，将所述三相基本电压指令中成为中间电压的相的基本电压指令判定为中间电压指令，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在所述中间电压指令大于振荡中心电压的情况下，进行对所述中间电压指令加上设定为正值的偏移值的修正，在所述中间电压指令小于所述振荡中心电压的情况下，进行从所述中间电压指令减去所述偏移值的修正。
此外，本发明的电动助力转向装置包括：上述交流旋转电机的控制装置；所述交流旋转电机；及将所述交流旋转电机的驱动力传递给车辆的转向装置的驱动力传递机构。
发明效果
根据本发明的交流旋转电机的控制装置，根据三相基本电压指令中的中间电压指令是大于还是小于振荡中心电压，对中间电压指令进行加上或减去偏移值的修正，通过进行这样简单的运算处理，可使5次谐波电压及7次谐波电压重叠到要施加于交流旋转电机的交流电压上。因此，可降低运算处理负荷变高的交流旋转电机的高速旋转区域的运算处理负荷，能够使用运算处理速度较慢的廉价的运算处理装置，可力图降低控制装置的成本。
此外，根据本发明的电动助力转向装置，如上述那样，能够使用运算处理速度较慢的廉价的运算处理装置，因此，可力图降低电动助力转向装置的成本。
附图说明
图1是本发明的实施方式1至3所涉及的交流旋转电机的控制装置的简要结构图。
图2是对本发明的实施方式1所涉及的电压指令修正部的处理进行说明的流程图。
图3是用于对本发明的实施方式1所涉及的中间电压偏移处理进行说明的时序图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的图3的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的图3的中间电压偏移处理后的三相电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图6是本发明的实施方式1至5所涉及的交流旋转电机的控制装置的硬件结构图。
图7是对本发明的实施方式2所涉及的电压指令修正部的处理进行说明的流程图。
图8是本发明的实施方式2所涉及的振幅值为直流电压的80％时的三相基本电压指令的时序图。
图9是表示本发明的实施方式2所涉及的图8的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图10是本发明的实施方式2所涉及的振幅值为直流电压的100％时的三相基本电压指令的时序图。
图11是表示本发明的实施方式2所涉及的图10的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图12是用于对本发明的实施方式2所涉及的三相交流物理量中包含的11次谐波分量进行说明的时序图。
图13是表示本发明的实施方式2所涉及的图12的dq轴旋转坐标系的物理量的频率解析结果的图。
图14是用于对本发明的实施方式2所涉及的三相交流物理量中包含的13次谐波分量进行说明的时序图。
图15是表示本发明的实施方式2所涉及的图14的dq轴旋转坐标系的物理量的频率解析结果的图。
图16是本发明的实施方式2所涉及的图10的中间电压偏移处理后的三相电压指令的时序图。
图17是表示本发明的实施方式2所涉及的图16的三相电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图18是对本发明的实施方式3所涉及的振幅值为直流电压的100％时的3次谐波注入处理进行说明的时序图。
图19是表示本发明的实施方式3所涉及的图18的3次谐波注入处理后的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图20是对本发明的实施方式3所涉及的振幅值为直流电压的130％时的中间电压偏移处理进行说明的时序图。
图21是表示本发明的实施方式3所涉及的图20的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图22是表示本发明的实施方式3所涉及的图20的中间电压偏移处理后的三相电压指令的相间电压的频率解析结果的图。
图23是对本发明的实施方式3所涉及的基本指令计算部及电压指令修正部的处理进行说明的流程图。
图24是用于对本发明的实施方式3所涉及的第二方法的3次谐波注入处理进行说明的时序图。
图25是用于对本发明的实施方式3所涉及的第三方法的3次谐波注入处理进行说明的时序图。
图26是用于对本发明的实施方式3所涉及的第四方法的3次谐波注入处理进行说明的时序图。
图27是本发明的实施方式4所涉及的交流旋转电机的控制装置的简要结构图。
图28是表示本发明实施方式4所涉及的1台交流旋转电机所具有的2组三相绕组的图。
图29是对本发明的实施方式4所涉及的第1及第2三相基本电压指令中设定的相位差进行说明的时序图。
图30是对本发明的实施方式4所涉及的第1基本指令计算部及第1电压指令修正部的处理进行说明的流程图。
图31是对本发明的实施方式4所涉及的第2基本指令计算部及第2电压指令修正部的处理进行说明的流程图。
图32是本发明的实施方式5所涉及的电动助力转向装置的简要结构图。
具体实施方式
1.实施方式1
参照附图对实施方式1的交流旋转电机50的控制装置1(下面简称为控制装置1)进行说明。控制装置1包括对交流旋转电机50所具有的三相绕组Cu、Cv、Cw施加电压的逆变器10、及控制逆变器10的控制器20。本实施方式中，1台交流旋转电机50设置有1组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10。图1是表示本实施方式的逆变器10的电路结构图及控制器20的简要框图。
交流旋转电机50包括固定于非旋转构件的定子、及配置在该定子的径向内侧且以相对于非旋转构件能旋转的方式被支承的转子。本实施方式中，交流旋转电机50设为永磁体型同步旋转电机，将三相绕组Cu、Cv、Cw卷绕安装于定子，将永磁体设置于转子。交流旋转电机50经由进行直流交流转换的逆变器10与直流电源55进行电连接。交流旋转电机50具有接受来自直流电源55的供电并产生动力的电动机的功能。
逆变器10是在直流电源55与交流旋转电机50之间进行功率转换的直流交流转换装置。将从蓄电装置等直流电源55提供的直流电转换成三相交流电，并提供给交流旋转电机50的三相绕组Cu、Cv、Cw。直流电源55可以使用铅蓄电池或锂离子电池等蓄电装置、DC-DC转换器、二极管整流器、PWM整流器等。
逆变器10包括多个开关元件11。开关元件11可以使用反向并联连接有续流二极管12的双极晶体管或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等。逆变器10是正极侧电线13与负极侧电线14之间串联连接有2个开关元件11而构成的串联电路对应于三相各相(U相、V相、W相)的绕组Cu、Cv、Cw并联连接有3条线路的桥式电路。即，逆变器10为包括6个开关元件11的三相逆变器。将各串联电路中的2个开关元件11连接的中间连接线分别连接到对应的相的绕组。三相绕组Cu、Cv、Cw设为星形接线。另外，也可设为三角接线。
控制器20为通过控制逆变器10来进行交流旋转电机50的控制的控制器。控制器20包括电压指令计算部21及逆变器控制部22等。电压指令计算部21计算对三相绕组的各相(各相绕组)的电压指令即三相电压指令Vu、Vv、Vw。逆变器控制部22基于提供给逆变器10的直流电压Vdc、及三相电压指令Vu、Vv、Vw，对逆变器10所具有的多个开关元件11进行开关控制。另外，直流电压Vdc设为正极侧电线13与负极侧电线14之间的电压。
控制器20所具有的电压指令计算部21及逆变器控制部22等的各功能利用控制器20所具有的处理电路来实现。具体而言，控制装置20如图6所示，作为处理电路，具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等运算处理装置30(计算机)、与运算处理装置30进行数据交换的存储装置31、向运算处理装置30输入外部的信号的输入电路32、以及从运算处理装置30向外部输出信号的输出电路33等。
作为存储装置31，包括构成为能从运算处理装置30读取并写入数据的RAM(RandomAccess Memory：随机存储器)、构成为能从运算处理装置30读取数据的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等。输入电路32包括A/D转换器等，该A/D转换器连接有各种传感器、开关，并将这些传感器、开关的输出信号输入到运算处理装置30。输出电路33包括从运算处理装置30向开关元件11等电负载输出控制信号的驱动电路等。输入电路32连接有检测直流电压Vdc的电压传感器(未图示)、检测交流旋转电机50的实际电流的电流传感器(未图示)、及检测交流旋转电机50的转速的转速传感器(未图示)等。
然后，运算处理装置30执行存储在ROM等存储装置31中的软件(程序)，并与存储装置31、输入电路32、以及输出电路33等控制器20的其它硬件进行协作，由此来实现控制器20所具备的电压指令计算部21、及逆变器控制部22等的各功能。对控制器20的各功能进行详细说明。
电压指令计算部21包括：计算三相电压指令的基本值即三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的基本指令计算部23；对由基本指令计算部23计算出的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb进行修正以计算最终的三相电压指令Vu、Vv、Vw的电压指令修正部24。
基本指令计算部23中的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的运算方法使用V/f控制、电流反馈控制等公知技术。V/f控制设定交流旋转电机50的速度(频率)指令，以作为控制指令，根据速度(频率)指令来决定在速度(频率)指令的频率下进行振荡的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的振幅。电流反馈控制设定交流旋转电机50的电流指令，以作为控制指令，利用矢量控制法使三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb变化，以使交流旋转电机50的实际电流接近电流指令。详细而言，在与交流旋转电机50的永磁体的磁极位置的旋转同步地旋转的dq轴(2相)的旋转坐标系中，基于电流指令与实际电流的偏差，利用比例积分控制等计算dq轴的电压指令，对dq轴的电压指令进行固定坐标转换及2相3相转换，计算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb。另外，在dq轴的旋转坐标系中，d轴设定为永磁体的磁极方向(N极方向)，q轴设定为相对于d轴相位提前了90度电气角的方向。
如式(1)及图3的上部所示，基本的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb为以设定为0.5×直流电压Vdc的振荡中心电压为中心，具有振幅D，且在磁极位置的旋转频率下振荡的余弦波(或正弦波)，三相基本电压指令的各相的相位在磁极位置的旋转角度(电气角)上分别错开120度(deg)。
Figure GDA0002639625880000081
电压指令修正部24构成为将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中成为中间电压的相的基本电压指令判定为中间电压指令Vmid，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在中间电压指令Vmid大于振荡中心电压的情况下，进行对中间电压指令Vmid加上设定为正值的偏移值Voffset的修正，在中间电压指令Vmid小于振荡中心电压的情况下，进行从中间电压指令Vmid减去偏移值Voffset的修正。另外，电压指令修正部24对三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中成为最大电压的相的基本电压指令即最大电压指令、及成为最小电压的相的基本电压指令即最小电压指令不进行修正，直接设定为最终的电压指令。
此处，振荡中心电压为振荡中的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的中心电压，本实施方式中，设定为0.5×直流电压Vdc。另外，振荡中心电压也可设定为0。
逆变器控制部22通过由电压指令计算部21(电压指令修正部24)计算出的三相电压指令Vu、Vv、Vw的各相与载波的比较，执行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制，从而改变使各相的开关元件11导通或截止的矩形脉冲波信号的占空比。载波是以设定为0.5×直流电压Vdc的振荡中心电压为中心，具有0.5×直流电压Vdc的振幅，且以比磁极位置的旋转频率要高的频率进行振荡的三角波等。
本实施方式中，电压指令修正部24中的中间电压偏移处理如图2的流程图所示那样构成。电压指令修正部24在步骤S101中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中成为中间电压的相的基本电压指令设定为中间电压指令Vmid。具体而言，电压指令修正部24在U相的基本电压指令Vub为中间电压的情况下，将U相的基本电压指令Vub设定为中间电压指令Vmid，在V相的基本电压指令Vvb为中间电压的情况下，将V相的基本电压指令Vvb设定为中间电压指令Vmid，在W相的基本电压指令Vwb为中间电压的情况下，将W相的基本电压指令Vwb设定为中间电压指令Vmid。
电压指令修正部24在步骤S102中判定U相的基本电压指令Vub是否与中间电压指令Vmid一致，在判定为一致的情况下前进至步骤S113，在判定为不一致的情况下前进至步骤S103。电压指令修正部24在步骤S113中将U相以外的V相、W相的基本电压指令Vvb、Vwb分别直接设定为最终的V相、W相的电压指令Vv、Vw。电压指令修正部24在步骤S104中对被判定为中间电压指令Vmid的U相的基本电压指令Vub是否大于振荡中心电压(本例中为0.5×Vdc)进行判定，在判定为大于的情况下前进至步骤S107，在判定为不大于的情况下前进至步骤S108。电压指令修正部24在步骤S107中将对U相的基本电压指令Vub加上设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的U相的电压指令Vu。另一方面，电压指令修正部24在步骤S108中将从U相的基本电压指令Vub减去设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的U相的电压指令Vu，结束中间电压偏移处理。
另一方面，电压指令修正部24在步骤S103中判定V相的基本电压指令Vvb是否与中间电压指令Vmid一致，在判定为一致的情况下前进至步骤S114，在判定为不一致的情况下前进至步骤S115。电压指令修正部24在步骤S114中将V相以外的U相、W相的基本电压指令Vub、Vwb分别直接设定为最终的U相、W相的电压指令Vu、Vw。电压指令修正部24在步骤S105中对被判定为中间电压指令Vmid的V相的基本电压指令Vvb是否大于振荡中心电压(0.5×Vdc)进行判定，在判定为大于的情况下前进至步骤S109，在判定为不大于的情况下前进至步骤S110。电压指令修正部24在步骤S109中将对V相的基本电压指令Vvb加上设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的V相的电压指令Vv。另一方面，电压指令修正部24在步骤S110中将从V相的基本电压指令Vvb减去设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的V相的电压指令Vv，结束中间电压偏移处理。
另一方面，电压指令修正部24在步骤S102及步骤S103中判定为中间电压指令Vmid与U相的基本电压指令Vub及V相的基本电压指令Vvb中的任一项均不一致的情况下，将W相的基本电压指令Vwb设为与中间电压指令Vmid一致，前进至步骤S115。电压指令修正部24在步骤S115中将W相以外的U相、V相的基本电压指令Vub、Vvb分别直接设定为最终的U相、V相的电压指令Vu、Vv。电压指令修正部24在步骤S106中对被判定为中间电压指令Vmid的W相的基本电压指令Vwb是否大于振荡中心电压(0.5×Vdc)进行判定，在判定为大于的情况下前进至步骤S111，在判定为不大于的情况下前进至步骤S112。电压指令修正部24在步骤S111中将对W相的基本电压指令Vwb加上设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的W相的电压指令Vw。另一方面，电压指令修正部24在步骤S112中将从W相的基本电压指令Vwb减去设定为正值的偏移值Voffset后得到的值设定为最终的W相的电压指令Vw，结束中间电压偏移处理。
接着，利用图3的时序图来对中间电压偏移处理的动作进行说明。图3的上部的时序图示出三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的波形，下部的时序图示出中间电压偏移处理后的三相电压指令Vu、Vv、Vw的波形。纵轴利用相对于直流电压Vdc的倍率来表示。逆变器10能对交流旋转电机50的三相绕组Cu、Cv、Cw施加的电压的下限电压为0，上限电压为Vdc。若三相电压指令Vu、Vv、Vw脱离0至Vdc的范围，则施加于三相绕组Cu、Cv、Cw的电压被下限限制为0，或被上限限制为Vd，产生电压饱和。横轴表示磁极位置的旋转角度(电气角)。
区间A及区间B中，U相的基本电压指令Vub成为中间电压指令Vmid。在区间A，U相的基本电压指令Vub大于振荡中心电压(0.5×Vdc)，因此，将对U相的基本电压指令Vub加上偏移值Voffset后得到的值设定为最终的U相的电压指令Vu。在区间B，U相的基本电压指令Vub小于振荡中心电压(0.5×Vdc)，因此，将从U相的基本电压指令Vub减去偏移值Voffset后得到的值设定为最终的U相的电压指令Vu。偏移值Voffset设定为直流电压Vdc的10％的值。另一方面，在区间A及B，U相以外的V相、W相的基本电压指令Vvb、Vwb分别直接设定为最终的V相、W相的电压指令Vv、Vw。
图4中示出图3的上部的时序图所示的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的相间电压的频率解析结果。三相基本电压指令的各相间电压(线间电压)为Vuvb＝Vub-Vvb、Vvwb＝Vvb-Vwb、Vwub＝Vwb-Vub。三相基本电压指令的各相间电压Vuvb、Vvwb、Vwub具有相位不同的相同波形，因此，示出任一个相间电压的频率解析结果(以下的频率解析结果也同样)。图4的纵轴利用相对于直流电压Vdc的百分率来表示相间电压的频率解析结果(频率解析结果/Vdc×100％)。可知三相基本电压指令的相间电压的基波(磁极位置的旋转频率的1次)分量为80％，其他次数分量小于0.1％。
图5中示出图3的下部的时序图所示的中间电压偏移处理后的三相电压指令Vu、Vv、Vw的相间电压的频率解析结果。三相电压指令的各相间电压为Vuv＝Vu-Vv、Vvw＝Vv-Vw、Vwu＝Vw-Vu。三相电压指令的各相间电压Vuv、Vvw、Vwu具有相位不同的相同波形，因此，示出任一个相间电压的频率解析结果(以下的频率解析结果也同样)。图5的纵轴与图4同样，利用相对于直流电压Vdc的百分率来表示相间电压的频率解析结果。三相电压指令的相间电压的基波(磁极位置的旋转频率的1次)分量为81.5％，5次谐波分量为4.1％，7次谐波分量为2.9％，其他次数的谐波分量中，11次谐波分量最大，为0.14％。与图4的情况相比，利用中间电压偏移处理，产生5次谐波分量及7次谐波分量，且基本不产生其他次数的谐波分量，可增大基波分量。
本实施方式中，电压指令修正部24构成为根据三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb来使偏移值Voffset变化。例如，电压指令修正部24随着三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb变大，增大偏移值Voffset。电压指令修正部24利用预先设定有三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb与偏移值Voffset的关系的数据表，计算与计算出的三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb对应的偏移值Voffset。如式(2)所示，电压指令修正部24将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的各相的平方值累加后的值乘以2得到的值的平方根值计算为三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb。另外，在平方根值的运算中，也可利用预先设定有输入值与输入值的平方根值的关系的数据表。
Figure GDA0002639625880000121
以上，根据实施方式1的结构，根据三相基本电压指令中的中间电压指令是大于还是小于振荡中心电压，对中间电压指令进行加上或减去偏移值Voffset的修正，利用上述简单的运算处理，产生5次谐波电压及7次谐波电压，可增加基波电压。因此，无需像专利文献1那样计算5次谐波电压、7次谐波电压的复杂的运算处理，因此，可降低运算处理负荷变高的交流旋转电机的高速旋转区域的运算处理负荷，可利用运算处理速度较慢的廉价运算处理装置。
2.实施方式2
接着，对实施方式2所涉及的控制装置1进行说明。省略与上述实施方式1相同的结构部分的说明。本实施方式中，与实施方式1同样，1台交流旋转电机50设置有1组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10。本实施方式的逆变器10的电路结构图及控制器20的简要框图与图1所示的实施方式1相同。
本实施方式中，与实施方式1不同，电压指令修正部24构成为在三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb如式(3)所示那样大于对直流电压
Figure GDA0002639625880000131
后得到的判定振幅值Jamp的情况下，执行中间电压偏移处理。
Jamp＝0.866×Vdc···(3)
若三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于0.866×Vdc，则三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb脱离0至Vdc的范围而振荡，产生电压饱和。
另一方面，电压指令修正部24在三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb为判定振幅值Jamp以下的情况下，不执行中间电压偏移处理，而将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb直接设定为最终的三相电压指令Vu、Vv、Vw。
本实施方式中，电压指令修正部24的处理如图7的流程图所示那样构成。电压指令修正部24在步骤S201中计算三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb。电压指令修正部24与实施方式1同样，如式(2)所示，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的各相的平方值累加后的值乘以2得到的值的平方根值计算为三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb。
接着，电压指令修正部24在步骤S202中判定三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb是否大于判定振幅值Jamp(0.866×Vdc)，在判定为大于的情况下前进至步骤S203，在判定为不大于的情况下前进至步骤S204。对于直流电压Vdc，可以使用电压传感器的检测值，在直流电压Vdc为固定值的情况下，也可以利用预先设定的值。
电压指令修正部24在步骤S203中执行中间电压偏移处理，然后结束处理。由于中间电压偏移处理与实施方式1中的图2的流程图的步骤S101至步骤S112相同，因此省略说明。
另一方面，电压指令修正部24在步骤S204中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别直接设定为最终的三相电压指令Vu、Vv、Vw，结束处理。
说明本实施方式的电压指令修正部24的处理的效果。图8是三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb为直流电压Vdc的80％的情况下的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的波形。在此情况下，三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb在从0到Vdc的范围内振荡，不产生电压饱和。因此，如图9中示出图8的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果那样，不产生基波(1次)分量以外的次数分量。
图10是三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况下的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的波形。在此情况下，三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb脱离从0到Vdc的范围进行振荡，在脱离的区间中产生电压饱和。因此，对于三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb，利用0来进行下限限制，利用直流电压Vdc来进行上限限制，限制后得到的三相基本电压指令成为对逆变器10的控制有效的电压指令。如图11中示出利用0及直流电压Vdc进行上下限限制后的图10的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果那样，产生基波(1次)分量以外的次数分量(5次谐波电压、7次谐波电压、11次谐波电压、13次谐波电压)。
此处，对三相电压指令中包含的谐波分量和dq轴的旋转坐标系的电压指令中包含的谐波分量的关系进行说明。在图12的上部示出对基波(1次，周期360deg)加上振幅为该基波的振幅的10％的11次谐波分量后的对称三相交流的物理量Xu、Xv、Xw(电压或电流等)，在图12的下部示出将该对称三相交流的物理量转换成dq轴的旋转坐标系后的物理量Xd、Xq。如图12的下部所示可知，通过在对称三相交流的物理量Xu、Xv、Xw中包含11次谐波分量，在转换成dq轴的旋转坐标系后的物理量Xd、Xq中产生在基波的周期(360deg)内具有12次波峰的12次谐波分量。此外，根据图13所示的物理量Xq的频率解析结果也可知，在直流分量(0次)以外产生12次谐波分量，而不产生其他次数的谐波分量。
同样地，在图14的上部示出对基波(1次，周期360deg)加上振幅为该基波的振幅的10％的13次谐波分量后的对称三相交流的物理量Xu、Xv、Xw(电压或电流等)，在图14的下部示出将该对称三相交流的物理量转换成dq轴的旋转坐标系后的物理量Xd、Xq。如图14的下部所示可知，通过在对称三相交流的物理量Xu、Xv、Xw中包含13次谐波分量，在转换成dq轴的旋转坐标系后的物理量Xd、Xq中产生在基波的周期(360deg)内具有12次波峰的12次谐波分量。此外，根据图15所示的物理量Xq的频率解析结果也可知，在直流分量(0次)以外产生12次谐波分量，而不产生其他次数的谐波分量。
因此，若在对称三相交流的物理量中相对于基波产生11次或13次谐波分量，则可知在转换成dq轴的旋转坐标系后的物理量中产生12次谐波分量。图11所示的产生了电压饱和的三相基本电压指令的相间电压中产生的11次及13次谐波分量在dq轴的旋转坐标系中成为12次的谐波分量。因此，有时会在交流旋转电机50中产生12次的转矩脉动、振动、噪声，从而产生问题。在图11所示的产生了电压饱和的三相基本电压指令(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)的相间电压的频率解析结果的示例中，11次产生0.63％，13次产生0.48％，若将该三相基本电压指令直接设定作为三相电压指令Vu、Vv、Vw，则交流旋转电机50的12次的转矩脉动有可能会变大。
因而，本实施方式中，构成为在三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中产生电压饱和的情况即三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于0.866×Vdc的情况下，进行中间电压偏移处理。图16中示出对于图10所示的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)进行中间电压偏移处理后的三相电压指令Vu、Vv、Vw。因而，偏移值Voffset设定为直流电压Vdc的8.5％。
图17中示出图16所示的三相电压指令Vu、Vv、Vw的相间电压的相间电压的频率解析结果。如图17所示，11次为0.08％，13次为0.2％。因此，与中间电压偏移处理前的图11中11次为0.63％、13次为0.48％的情况相比，可大幅降低11次及13次分量。因此，可降低因11次、13次分量引起的交流旋转电机50的12次转矩脉动、振动、噪声。
3.实施方式3
接着，对实施方式3所涉及的控制装置1进行说明。省略与上述实施方式1相同的结构部分的说明。本实施方式中，与实施方式1同样，1台交流旋转电机50设置有1组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10。本实施方式的逆变器10的电路结构图及控制器20的简要框图与图1所示的实施方式1相同。
基本指令计算部23构成为执行将具有三相基本电压指令的基波分量的3倍频率的3次谐波V3f与三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的各相相加的3次谐波注入处理。如式(4)所示，基本指令计算部23将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的各相与3次谐波V3f相加后得到的值设定为最终的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。
Figure GDA0002639625880000171
另外，3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊的相间电压的3次谐波V3f彼此抵消，因此，成为与3次谐波注入处理前的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的相间电压相同的值。因此，这些相间电压的振幅值Vampb也为相同的值。
在不进行3次谐波注入处理的情况下，如实施方式2中说明的那样，三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于0.866×Vdc时，产生电压饱和，但通过执行3次谐波注入处理，能够使得在三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于1.0×Vdc之前，不产生电压饱和。
本实施方式中，基本指令计算部23构成为基于三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中成为最大电压的相的基本电压指令即最大电压指令Vmax、及三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中成为最小电压的相的基本电压指令即最小电压指令Vmin中的至少一方，计算3次谐波V3f。
如式(5)所示，基本指令计算部23构成为将最大电压指令Vmax和最小电压指令Vmin的累计值乘以-0.5后得到的值计算作为3次谐波V3f。
V3f＝(Vmax+Vmin)×(-0.5)···(5)
以下，对3次谐波注入处理所得到的电压饱和的抑制效果进行详细说明。图18的上部示出与3次谐波V3f相加前的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)，中部示出3次谐波V3f，下部示出与3次谐波V3f相加后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。上部的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中，振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％，因此产生电压饱和。
3次谐波V3f成为三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的基波分量的频率(1次)的3倍频率(在基波的周期(360deg)内具有3次波峰)的三角波。下部的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中，通过与3次谐波V3f相加，不会产生电压饱和。因此，如图19中示出图18的下部的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊的相间电压的频率解析结果那样，不产生基波(1次)分量以外的谐波分量。
另一方面，在三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于1.0×Vdc的情况下，即使进行3次谐波注入处理，也无法将电压饱和降低至零。因而，本实施方式中，与实施方式1不同，电压指令修正部24构成为在三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于对直流电压Vdc乘以1.0后得到的判定振幅值Jamp的情况下，对3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊执行中间电压偏移处理。
具体而言，电压指令修正部24构成为将3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中成为中间电压的相的基本电压指令判定为中间电压指令Vmid，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在中间电压指令Vmid大于振荡中心电压(本例中为0.5×Vdc)的情况下，进行对中间电压指令Vmid加上设定为正值的偏移值Voffset的修正，在中间电压指令Vmid小于振荡中心电压(0.5×Vdc)的情况下，进行从中间电压指令Vmid减去偏移值Voffset的修正。另外，电压指令修正部24对3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中成为最大电压的相的基本电压指令即最大电压指令、及成为最小电压的相的基本电压指令即最小电压指令不进行修正，直接设定为最终的电压指令。
图20的上部示出三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb为直流电压Vdc的130％的情况下的3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊，下部示出进行中间电压偏移处理后的三相电压指令Vu、Vv、Vw。中间电压偏移处理的偏移值Voffset设定为直流电压Vdc的8％。如图20的上部所示，振幅值Vampb为比直流电压Vdc的100％要大的130％，因此即使进行3次谐波注入处理，也会产生电压饱和。图21为利用0及直流电压Vdc进行上下限限制后的图20的上部的三相基本电压指令的相间电压的频率解析结果。根据该图，11次分量产生1.8％，13次分量产生0.4％。
图22为利用0及直流电压Vdc进行上下限限制后的图20的下部的三相电压指令的相间电压的频率解析结果。根据该图，通过中间电压偏移处理，11次分量及13次分量减低到小于0.1％。因此，利用中间电压偏移处理，可降低因11次、13次分量引起的交流旋转电机50的12次转矩脉动、振动、噪声。
本实施方式中，基本指令计算部23及电压指令修正部24的处理如图23的流程图所示那样构成。基本指令计算部23在步骤S301中计算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb。然后，基本指令计算部23在步骤S302中，对三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb进行3次谐波注入处理，计算3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。电压指令修正部24在步骤S303中计算三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb。电压指令修正部24与实施方式1同样，如式(2)所示，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb或3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊的各相的平方值累加后的值乘以2得到的值的平方根值计算为三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb。
接着，电压指令修正部24在步骤S304中判定三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb是否大于判定振幅值Jamp(1.0×Vdc)，在判定为大于的情况下前进至步骤S305，在判定为不大于的情况下前进至步骤S306。
电压指令修正部24在步骤S305中对3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊执行中间电压偏移处理，然后结束处理。由于中间电压偏移处理与在实施方式1中的图2的流程图的步骤S101至步骤S112中将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb置换为3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊的处理相同，因此省略说明。
另一方面，电压指令修正部24在步骤S306中，将3次谐波注入处理后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊分别直接设定为最终的三相电压指令Vu、Vv、Vw，结束处理。
另外，作为3次谐波V3f的运算方法，除了利用式(4)进行说明的方法以外，还可利用以下说明的方法。具体而言，电压指令修正部24也可构成为如式(6)所示，将最小电压指令Vmin乘以-1.0后得到的值计算作为3次谐波V3f。
V3f＝Vmin×(-1.0)···(6)
图24中示出此情况下的示例。即，图24的上部示出与3次谐波V3f相加前的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)，中部示出利用式(6)计算出的3次谐波V3f，下部示出与3次谐波V3f相加后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。下部的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中，通过与3次谐波V3f相加，不会产生电压饱和。
或者，电压指令修正部24也可构成为如式(7)所示，将从直流电压Vdc减去最大电压指令Vmax后得到的值计算作为3次谐波V3f。
V3f＝Vdc-Vmax···(7)
图25中示出此情况下的示例。即，图25的上部示出与3次谐波V3f相加前的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)，中部示出利用式(7)计算出的3次谐波V3f，下部示出与3次谐波V3f相加后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。下部的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中，通过与3次谐波V3f相加，不会产生电压饱和。
或者，电压指令修正部24也可构成为如式(8)所示，在由式(6)或式(7)计算出的3次谐波V3f为正值的情况下，利用式(6)计算3次谐波V3f，在3次谐波V3f为负值的情况下，利用式(7)计算3次谐波V3f。
1)V3f≧0的情况下
V3f＝Vmin×(-1.0)
2)V3f＜0的情况下···(8)
V3f＝Vdc-Vmax
图26中示出此情况下的示例。即，图26的上部示出与3次谐波V3f进行相加修正前的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb(振幅值Vampb为直流电压Vdc的100％的情况)，中部示出利用式(8)计算出的3次谐波V3f，下部示出与3次谐波V3f进行相加修正后的三相电压指令Vu、Vv、Vw。下部示出与3次谐波V3f相加后的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊。下部的三相基本电压指令Vub＊、Vvb＊、Vwb＊中，通过与3次谐波V3f相加，不会产生电压饱和。
4.实施方式4
接着，对实施方式4所涉及的控制装置1进行说明。省略与上述实施方式1相同的结构部分的说明。本实施方式中，与实施方式1不同，1台交流旋转电机50设置有2组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10。图27是表示本实施方式的逆变器10的电路结构图及控制器20的简要框图。如图28所示，交流旋转电机50具有星形接线的第1三相绕组Cu1、Cv1、Cw1、和星形接线的第2三相绕组Cu2、Cv2、Cw2。第1三相绕组Cu1、Cv1、Cw1的中性点N1、第2三相绕组Cu2、Cv2、Cw2的中性点N2并未进行电连接。另外，第1及第2三相绕组也可进行三角接线。
控制装置1包括对第1三相绕组Cu1、Cv1、Cw1施加电压的第1逆变器10a、和对第2三相绕组Cu2、Cv2、Cw2施加电压的第2逆变器10b。第1逆变器10a及第2逆变器10b分别设为与实施方式1同样的包括6个开关元件11的三相逆变器。对于第1及第2逆变器10a、10b，从公共的直流电源55提供公共的直流电压Vdc。另外，对于第1及第2逆变器10a、10b，也可从不同的直流电源提供不同的直流电压。
控制器20所具备的电压指令计算部(基本指令计算部及电压指令修正部)及逆变器控制部构成为对各组并行地进行与上述实施方式1至3的情况相同的处理。具体而言，控制器20对于第1组，包括：计算对于第1三相绕组Cu1、Cv1、Cw1的各相的电压指令即第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1的第1电压指令计算部21a；基于提供给第1逆变器10a的直流电压Vdc及第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1，对第1逆变器10a所具有的多个开关元件11进行开关控制的第1逆变器控制部22a。
此外，控制器20对于第2组，包括：计算对于第2三相绕组Cu2、Cv2、Cw2的各相的电压指令即第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2的第2电压指令计算部21b；基于提供给第2逆变器10b的直流电压Vdc及第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2，对第2逆变器10b所具有的多个开关元件11进行开关控制的第2逆变器控制部22b。
第1电压指令计算部21a对于第1组，包括：计算第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1的基本值即第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1的第1基本指令计算部23a；对第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1进行修正来计算最终的第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1的第1电压指令修正部24a。此外，第2电压指令计算部21b对于第2组，包括：计算第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2的基本值即第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2的第2基本指令计算部23b；对第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2进行修正来计算最终的第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2的第2电压指令修正部24b。
第1基本指令计算部23a通过V/f控制、第1三相绕组Cu1、Cv1、Cw1的电流反馈控制等，计算式(1)所示的第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1。第2基本指令计算部23b通过V/f控制、第2三相绕组Cu2、Cv2、Cw2的电流反馈控制等，计算式(1)所示的第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2。
本实施方式中，第1及第2电压指令计算部21a、21b构成为分别进行与实施方式3的电压指令计算部21相同的处理。具体而言，第1基本指令计算部23a构成为执行3次谐波注入处理，该3次谐波注入处理将具有第1三相基本电压指令的基波分量的3倍频率的第1三次谐波V3f1与第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1的各相相加，计算相加后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊。
然后，第1电压指令修正部24a构成为在第1三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb1大于对直流电压Vdc乘以1.0后得到的判定振幅值Jamp的情况下，对3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊执行中间电压偏移处理。具体而言，第1电压指令修正部24a构成为将3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊中成为中间电压的相的基本电压指令判定为第1中间电压指令Vmid1，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在第1中间电压指令Vmid1大于振荡中心电压(0.5×Vdc)的情况下，进行对第1中间电压指令Vmid1加上设定为正值的第1偏移值Voffset1的修正，在第1中间电压指令Vmid1小于振荡中心电压(0.5×Vdc)的情况下，进行从第1中间电压指令Vmid1减去第1偏移值Voffset1的修正。
第2基本指令计算部23b构成为执行3次谐波注入处理，该3次谐波注入处理将具有第2三相基本电压指令的基波分量的3倍频率的第2三次谐波V3f2与第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2的各相相加，计算相加后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊。
然后，第2电压指令修正部24b构成为在第2三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb2大于对直流电压Vdc乘以1.0后得到的判定振幅值Jamp的情况下，对3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊执行中间电压偏移处理。具体而言，第2电压指令修正部24b构成为将3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊中成为中间电压的相的基本电压指令判定为第2中间电压指令Vmid2，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在第2中间电压指令Vmid2大于振荡中心电压(0.5×Vdc)的情况下，进行对第2中间电压指令Vmid2加上设定为正值的第2偏移值Voffset2的修正，在第2中间电压指令Vmid2小于振荡中心电压(0.5×Vdc)的情况下，进行从第2中间电压指令Vmid2减去第2偏移值Voffset2的修正。
本实施方式中，与上述实施方式3不同，第1及第2基本指令计算部23a、23b构成为将三相基本电压指令的各相的基波分量的相位在第1组和第2组之间错开30度(deg)。在图29中示出示例。图29的上部示出3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊，下部示出3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊。如该图所示，在第1U相基本电压指令Vub1＊与第2U相基本电压指令Vub2＊之间，电气角上具有30度(deg)的相位差，对于V相及W相也同样。
本实施方式中，第1基本指令计算部23a及第1电压指令修正部24a的处理如图30的流程图所示那样构成。第1基本指令计算部23a在步骤S401中计算第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1。此时，第1基本指令计算部23a计算第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1，使得与第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2之间产生30deg的相位差。
然后，第1基本指令计算部23a在步骤S402中，对第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1进行3次谐波注入处理，计算3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊。第1电压指令修正部24a在步骤S403中计算第1三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb1。第1电压指令修正部24a与实施方式1同样，如式(2)所示，将第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1或3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊的各相的平方值累加后的值乘以2得到的值的平方根值计算为第1三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb1。
接着，第1电压指令修正部24a在步骤S404中判定第1三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb1是否大于判定振幅值Jamp(1.0×Vdc)，在判定为大于的情况下前进至步骤S405，在判定为不大于的情况下前进至步骤S406。第1电压指令修正部24a在步骤S405中对3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊执行中间电压偏移处理，结束处理。由于中间电压偏移处理与在实施方式1中的图2的流程图的步骤S101至步骤S112中将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb置换为3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊，且将三相电压指令Vu、Vv、Vw置换为第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1的处理相同，因此省略说明。另一方面，第1电压指令修正部24a在步骤S406中将3次谐波注入处理后的第1三相基本电压指令Vub1＊、Vvb1＊、Vwb1＊分别直接设定为最终的第1三相电压指令Vu1、Vv1、Vw1，结束处理。
第2基本指令计算部23b及第2电压指令修正部24b的处理如图31的流程图所示那样构成。第2基本指令计算部23b在步骤S411中计算第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2。此时，第2基本指令计算部23b计算第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2，以使得与第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1之间产生30deg的相位差。
然后，第2基本指令计算部23b在步骤S412中，对第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2进行3次谐波注入处理，计算3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊。第2电压指令修正部24b在步骤S413中计算第2三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb2。第2电压指令修正部24b与实施方式1同样，如式(2)所示，将第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2或3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊的各相的平方值累加后的值乘以2得到的值的平方根值计算为第2三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb2。
接着，第2电压指令修正部24b在步骤S414中判定第2三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb2是否大于判定振幅值Jamp(1.0×Vdc)，在判定为大于的情况下前进至步骤S415，在判定为不大于的情况下前进至步骤S416。第2电压指令修正部24b在步骤S415中对3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊执行中间电压偏移处理，结束处理。由于中间电压偏移处理与在实施方式1中的图2的流程图的步骤S101至步骤S112中将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb置换为3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊，且将三相电压指令Vu、Vv、Vw置换为第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2的处理相同，因此省略说明。另一方面，第2电压指令修正部24b在步骤S416中将3次谐波注入处理后的第2三相基本电压指令Vub2＊、Vvb2＊、Vwb2＊分别直接设定为最终的第2三相电压指令Vu2、Vv2、Vw2，结束处理。
接下来，说明实施方式4的效果。如实施方式3中说明的那样，三相基本电压指令的相间电压的振幅值Vampb大于直流电压Vdc的100％的情况下，在3次谐波注入处理后的三相基本电压指令的相间电压中产生5次、7次、11次及13次的谐波分量，但通过进行中间电压偏移处理，可降低11次及13次的谐波分量。此处，5次及7次的谐波分量在转换成dq轴的旋转坐标系时变成6次的谐波分量，11次及13次的谐波分量在转换成dq轴的旋转坐标系时变成12次的谐波分量。由此，利用中间电压偏移处理，可降低dq轴的旋转坐标系中的12次谐波分量。
另一方面，通过在第1三相基本电压指令Vub1、Vvb1、Vwb1与第2三相基本电压指令Vub2、Vvb2、Vwb2之间设定30deg的相位差，可降低dq轴的旋转坐标系中的6次谐波分量。具体而言，1次的基波分量的相位(电气角)下的30deg的相位差相当于A次分量的相位下的30×Adeg的相位差，6次分量的相位下，相当于30×6＝180deg的相位差。由此，可使第1三相基本电压指令的相间电压的6次分量和第2三相基本电压指令的相间电压的6次分量彼此抵消。
另外，3相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10设置有m组(m为自然数)的情况下，各组的三相基本电压指令的相位分别错开60/m deg，从而6次分量的相位分别错开360/m deg。若对m组的6次分量进行总计，则在360deg下彼此平衡，可使其抵消。
根据以上内容，通过中间电压偏移处理及三相基本电压指令的各组间的相位差设定，可将在三相基本电压指令的相间电压的振幅值大于直流电压Vdc的100％时产生的dq轴旋转坐标系中的6次及12次谐波分量大幅降低。一般情况，dq轴的旋转坐标系上的电流为对转矩有贡献的电流，因此，dq轴的旋转坐标系中的6次及12次的谐波电压分量成为这些次数的转矩脉动，成为产生振动、噪声的主要原因。根据本实施方式，即使在三相基本电压指令的相间电压的振幅值大于直流电压Vdc的100％的情况下，也可降低交流旋转电机50的转矩脉动、振动、噪声。
5.实施方式5
接下来，对实施方式5所涉及的电动助力转向装置60进行说明。电动助力转向装置60包括实施方式1至4中说明的交流旋转电机50的控制装置1、交流旋转电机50、将交流旋转电机50的驱动力传递给车辆的转向装置(steeringdevice)的驱动力传递机构61。
图32是本实施方式所涉及的电动助力转向装置60的结构图。电动助力转向装置60包括：驾驶员左右旋转的方向盘63；与方向盘63连接，且将方向盘63产生的转向转矩传递给前轮62的转向机构的轴64；安装于轴64，且检测方向盘63产生的转向转矩的转矩传感器65；及将交流旋转电机50的驱动转矩传递给轴64的涡轮机构等驱动力传递机构61。
控制装置1构成为将与由转矩传感器65检测出的方向盘63的转向转矩对应的转矩输出到交流旋转电机50，使得对方向盘63产生的转向转矩进行辅助的转矩输出到交流旋转电机50。具体而言，控制器20的基本指令计算部23构成为根据由转矩传感器65检测出的方向盘63的转向转矩，设定dq轴的旋转坐标系中的d轴的电流指令及q轴的电流指令，通过实施方式1中说明的利用了矢量控制法的电流反馈控制，计算三相基本电压指令。
交流旋转电机50及控制装置1在如实施方式4那样构成的情况下，即使在三相基本电压指令的相间电压的振幅值超过直流电压Vdc的高电压运转区域，通过中间电压偏移处理及三相基本电压指令的各组间的相位差设定，可降低6次及12次分量的转矩脉动、振动、噪声。因此，可降低电动助力转向装置60产生的噪声、振荡，在降低驾驶员、同乘者的不快感的基础上实现高输出化。
中间电压偏移处理可通过对中间电压指令进行加上或减去偏移值Voffset的修正这样的简单运算处理来实现，因此，可利用运算处理速度较慢的廉价运算处理装置，可力图降低电动助力转向装置60的成本。
[其它实施方式]
最后，对本发明的其它实施方式进行说明。此外，以下说明的各实施方式的结构并不限于分别单独应用，只要不产生矛盾，也能与其它实施方式的结构组合起来应用。
(1)上述实施方式1至3中，1台交流旋转电机50设置有1组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10，实施方式4、5中，1台交流旋转电机50设置有2组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10，以此情况为例进行了说明。然而，1台交流旋转电机50可设置有m(m为自然数)组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10，m可设定为3以上的自然数。而且，电压指令计算部21也可构成为对于m组中的各组，利用与实施方式1至4同样的方法来计算三相电压指令Vu、Vv、Vw。逆变器控制部22也可构成为对于m组中的各组，基于直流电压Vdc及三相电压指令Vu、Vv、Vw，对逆变器10所具有的多个开关元件11进行开关控制。此外，基本指令计算部23也可构成为对于m组中的各组，利用与实施方式1至4同样的方法来计算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb。基本指令计算部23也可构成为对于m组中的各组，利用与实施方式3、4同样的方法来执行3次谐波注入处理。此外，电压指令修正部24也可构成为对于m组中的各组，利用与实施方式1至4同样的方法，通过中间电压偏移处理对三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb进行修正，计算最终的三相电压指令Vu、Vv、Vw。
(2)在上述各实施方式中，以三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb设为余弦波(或正弦波)的波形的情况为例进行了说明。然而，三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb也可设为在余弦波(或正弦波)上重叠了用于推定磁极位置的谐波分量等后的波形。
(3)上述实施方式4中，1台交流旋转电机50设置有2组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10，第1及第2基本指令计算部23a、23b构成为将三相基本电压指令的各相的基波分量的相位在第1组和第2组之间错开30度(deg)，以此情况为例进行了说明。然而，1台交流旋转电机50可设置有m(m为自然数)组三相绕组Cu、Cv、Cw及逆变器10，m为2组以上，基本指令计算部构成为使三相基本电压指令的各相的基波分量的相位在各组之间分别错开60/m度。即使采用这种结构，如实施方式4最后说明的那样，也可使各组的6次谐波分量彼此抵消。
(4)上述实施方式5中，以控制装置1用于电动助力转向装置60的情况为例进行了说明。然而，控制装置1也可用于电动助力转向装置60以外的装置。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
工业上的实用性
本发明可适合用于交流旋转电机的控制装置及包括该控制装置的电动助力转向装置。
标号说明
1：交流旋转电机的控制装置，10：逆变器，11：开关元件，20：控制器，21：电压指令计算部，22：逆变器控制部，23：基本指令计算部，24：电压指令修正部，50：交流旋转电机，55：直流电源，60：电动助力转向装置，61：驱动力传递机构，Cu、Cv、Cw：三相绕组，V3f：3次谐波，Vampb：三相基本电压指令的相间电压的振幅值，Vdc：直流电压，Vmid：中间电压指令，Voffset：偏移值，Vu、Vv、Vw：三相电压指令，Vub、Vvb、Vwb：三相基本电压指令。

Claims (8)

1.一种交流旋转电机的控制装置，该交流旋转电机的控制装置包括对交流旋转电机所具有的三相绕组施加电压的逆变器、及控制所述逆变器的控制器，其特征在于，
1台所述交流旋转电机设置有m组所述三相绕组及所述逆变器，且m为自然数，
所述控制器包括：
电压指令计算部，该电压指令计算部对于所述m组中的各组，计算对于所述三相绕组的各相的电压指令即三相电压指令；及
逆变器控制部，该逆变器控制部对于各组，基于提供给所述逆变器的直流电压及所述三相电压指令，对所述逆变器所具有的多个开关元件进行开关控制，
所述电压指令计算部对于各组，包括计算所述三相电压指令的基本值即三相基本电压指令的基本指令计算部、及对所述三相基本电压指令进行修正并计算最终的所述三相电压指令的电压指令修正部，
所述电压指令修正部对于各组，将所述三相基本电压指令中成为中间电压的相的基本电压指令判定为中间电压指令，并执行中间电压偏移处理，该中间电压偏移处理在所述中间电压指令大于振荡中心电压的情况下，进行对所述中间电压指令加上设定为正值的偏移值的修正，在所述中间电压指令小于所述振荡中心电压的情况下，进行从所述中间电压指令减去所述偏移值的修正。
2.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电压指令修正部对于各组，在所述三相基本电压指令的相间电压的振幅值大于对所述直流电压乘以0.866后得到的判定振幅值的情况下，执行所述中间电压偏移处理。
3.如权利要求1所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述基本指令计算部对于各组，执行将具有所述三相基本电压指令的基波分量的3倍频率的3次谐波与所述三相基本电压指令的各相相加的3次谐波注入处理，
所述电压指令修正部对于各组，在所述三相基本电压指令的相间电压的振幅值大于对所述直流电压乘以1.0后得到的判定振幅值的情况下，对所述3次谐波注入处理后的所述三相基本电压指令执行所述中间电压偏移处理。
4.如权利要求3所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述基本指令计算部构成为基于所述三相基本电压指令中成为最大电压的相的所述基本电压指令即最大电压指令、及所述三相基本电压指令中成为最小电压的相的所述基本电压指令即最小电压指令中的至少一方，计算所述3次谐波。
5.如权利要求1至4中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述电压指令修正部根据所述三相基本电压指令的相间电压的振幅值来改变所述偏移值。
6.如权利要求1至4中任一项所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述m组为2组以上，
所述基本指令计算部使所述三相基本电压指令的各相的基波分量的相位在各组之间分别错开60/m度。
7.如权利要求5所述的交流旋转电机的控制装置，其特征在于，
所述m组为2组以上，
所述基本指令计算部使所述三相基本电压指令的各相的基波分量的相位在各组之间分别错开60/m度。
8.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
权利要求1至7中任一项所述的交流旋转电机的控制装置；
所述交流旋转电机；及
将所述交流旋转电机的驱动力传递给车辆的转向装置的驱动力传递机构。
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