JP2016189648A - インバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失の増加を抑制しつつ、モータジェネレータに流れる電流の高調波成分の抑制効果を高めることができるインバータの制御装置を提供する。
【解決手段】インバータの３相のうち相電圧が最大となる最大相に対応するスイッチの操作状態を固定するとの第１条件と、３相のうち相電圧が最小となる最小相に対応するスイッチのスイッチング回数を、３相のうち最大相及び最小相以外の相である中間相に対応するスイッチのスイッチング回数よりも増加させるとの第２条件とを満たすように、各スイッチのＰＷＭ操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、各相のそれぞれに対応して設けられたスイッチの直列接続体を有する３相インバータと、前記インバータに電気的に接続された３相回転電機と、を備えるシステムに適用されるインバータの制御装置に関する。

３相インバータと回転電機との間に流れる交流電流には、インバータを構成するスイッチのスイッチングに伴って生じる高調波成分が重畳されている。高調波成分は、インバータが搭載されるシステムの部材を振動させて騒音を生じさせたり、鉄損を増大させたりする要因となり得るため、高調波成分を抑制することが望まれる。

ここで、高調波成分を抑制するための１つの手法として、人間の可聴域（例えば２０ｋＨｚ）以上の高周波数までスイッチング周波数を高めるものがある。スイッチング周波数を高めるために、例えば３相変調を用いることも考えられる。ただし、３相変調を用いると、スイッチング損失が増加するといった問題が生じる。

そこで、スイッチング損失を低減するための技術として、下記特許文献１に見られるように、２相変調がある。２相変調は、インバータの３相のうち、１相におけるスイッチの操作状態を固定し、残り２相におけるスイッチのスイッチングにより、インバータから回転電機へと交流電圧を印加する技術である。

特許第３４９０６００号公報

ここで２相変調によれば、スイッチング損失を低減できるものの、３相変調と比較するとスイッチング回数が減少する。このため、２相変調による高調波成分の抑制効果は、３相変調による抑制効果よりも小さくなり得る。このように、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、高調波成分の抑制効果を高める技術に関しては、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、回転電機に流れる電流に重畳される高調波成分の抑制効果を高めることができるインバータの制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、各相のそれぞれに対応して設けられたスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ）の直列接続体を有する３相インバータ（２０）と、前記インバータに電気的に接続された３相回転電機（１０）と、を備えるシステムに適用され、前記インバータの３相のうち相電圧が最大となる最大相に対応する前記スイッチの操作状態を固定するとの第１条件と、前記３相のうち相電圧が最小となる最小相に対応する前記スイッチのスイッチング回数を、前記３相のうち前記最大相及び前記最小相以外の相である中間相に対応する前記スイッチのスイッチング回数よりも増加させるとの第２条件とを満たすように、前記回転電機に交流電流を流すための前記スイッチのＰＷＭ操作信号を生成する信号生成手段（３０ｊ，３０ｋ）と、前記回転電機に交流電流を流すべく、前記信号生成手段によって生成された前記ＰＷＭ操作信号に基づいて前記スイッチを操作する操作手段と、を備えることを特徴とする。

本発明では、回転電機に交流電流を流すためのスイッチのＰＷＭ操作信号の生成条件として、インバータの３相のうち相電圧が最大となる最大相に対応するスイッチの操作状態を固定するとの第１条件を課している。第１条件は、スイッチング回数を減少させ、スイッチング損失を低減させるための条件である。

また本発明では、ＰＷＭ操作信号の生成条件として、３相のうち相電圧が最小となる最小相に対応するスイッチのスイッチング回数を、３相のうち上記最大相及び最小相以外の相である中間相に対応するスイッチのスイッチング回数よりも増加させるとの第２条件を課している。第２条件は、スイッチング損失の増加を極力抑制しつつ、第１条件を課すことによるスイッチング回数の減少を抑制し、高調波成分の抑制効果を高めるための条件である。第２条件を課すことにより、スイッチング損失の増加を抑制できるのは、スイッチングする相の相電流が小さいほどスイッチング損失が小さくなることから、スイッチング回数を増加させる相として上記最小相を選択しているためである。

以上説明した本発明によれば、スイッチング損失を３相変調よりも小さくしつつ、スイッチング回数を２相変調よりも増加させることができる。このため本発明によれば、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、回転電機に流れる電流に重畳される高調波成分の抑制効果を高めることができる。

第１実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。 モータ制御のブロック図。 ｄｑ座標系における電圧ベクトルを示す図。 電圧ベクトルとスイッチングモードとの関係を示す図。 ０°≦θｖ＜６０°の場合の変調態様を示す図。 ６０°≦θｖ＜１２０°の場合の変調態様を示す図。 １２０°≦θｖ＜１８０°の場合の変調態様を示す図。 １８０°≦θｖ＜２４０°の場合の変調態様を示す図。 ２４０°≦θｖ＜３００°の場合の変調態様を示す図。 ３００°≦θｖ＜３６０°の場合の変調態様を示す図。 本実施形態、２相変調及び３相変調のそれぞれの操作信号を比較した図。 本実施形態、２相変調及び３相変調のそれぞれのスイッチング損失及びスイッチング回数の比較結果。 第２実施形態にかかるモータ制御のブロック図。 ｄｑ座標系における電圧ベクトルと電流ベクトルとの位相差を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかるインバータの制御装置を車載主機として３相回転電機を備える車両（例えば、電気自動車やハイブリッド車）に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ１０、インバータ２０、及びモータジェネレータ１０を制御対象とする制御装置３０を備えている。本実施形態において、モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に連結されている。本実施形態では、モータジェネレータ１０として、突極機であるＩＰＭＳＭを用いている。

モータジェネレータ１０は、インバータ２０を介して、直流電源としてのバッテリ２２に接続されている。バッテリ２２の出力電圧は、例えば百Ｖ以上である。バッテリ２２及びインバータ２０の間には、インバータ２０の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４が設けられている。なお、バッテリ２２とインバータ２０との間に昇圧コンバータが介在してもよい。この場合、昇圧コンバータが直流電源となる。

インバータ２０は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＵ相が接続され、Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＶ相が接続され、Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＷ相が接続されている。ちなみに、本実施形態では、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用い、より具体的には、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

モータ制御システムは、さらに、相電流検出手段、電圧検出手段、及び回転角検出手段を備えている。詳しくは、相電流検出手段は、３相のうち少なくとも２相の電流を検出する。本実施形態において、相電流検出手段は、モータジェネレータ１０のＶ相に流れる電流を検出するＶ相電流センサ４２Ｖと、Ｗ相に流れる電流を検出するＷ相電流センサ４２Ｗとを含む。電圧検出手段は、インバータ２０の入力電圧（平滑コンデンサ２４の端子間電圧）を検出する電圧センサ４４を含む。回転角検出手段は、モータジェネレータ１０の回転角（電気角θｅ）を検出する回転角センサ４６（例えばレゾルバ）を含む。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ１０の制御量（本実施形態ではトルク）をその目標値（以下、目標トルクＴｒｑ＊）に制御すべく、インバータ２０を操作する。制御装置３０は、インバータ２０を構成するスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づいて、Ｕ相の各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎに対応するＵ相操作信号Ｓｕ、Ｖ相の各スイッチＳｖｐ，Ｓｖｎに対応するＶ相操作信号Ｓｖ、及びＷ相の各スイッチＳｗｐ，Ｓｗｎに対応するＷ相操作信号Ｓｗを生成する。制御装置３０は、生成した各操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを対応する各スイッチに対して出力する。ここで、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、交互にオン操作される。インバータ２０が操作されることにより、モータジェネレータ１０の各相には、電気角で位相が互いに１２０°ずつずれた正弦波状の相電流が流れる。

なお、目標トルクＴｒｑ＊は、例えば、制御装置３０の外部に設けられた制御装置であって、制御装置３０よりも上位の制御装置から出力される。

続いて、図２を用いて、制御装置３０によって実行されるモータジェネレータ１０のトルク制御について説明する。本実施形態では、電流フィードバック制御を例にして説明する。

２相変換部３０ａは、Ｖ相電流センサ４２Ｖによって検出されたＶ相電流ＩＶ、Ｗ相電流センサ４２Ｗによって検出されたＷ相電流ＩＷ、及び回転角センサ４６によって検出された電気角θｅに基づいて、３相固定座標系におけるＵ相電流ＩＵ，Ｖ相電流ＩＶ，Ｗ相電流ＩＷを２相回転座標系（ｄ−ｑ座標系）におけるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに変換する。なお、Ｕ相電流ＩＵは、キルヒホッフの法則に基づいて、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷから算出すればよい。

指令電流設定部３０ｂは、目標トルクＴｒｑ＊に基づいて、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。ｄ軸偏差算出部３０ｃは、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算した値として、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部３０ｄは、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値として、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。

ｄ軸指令電圧算出部３０ｅは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸指令電流Ｉｄ＊にフィードバック制御（本実施形態では、ＰＩ制御）するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄを算出する。ｑ軸指令電圧算出部３０ｆは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸指令電流Ｉｑ＊にフィードバック制御（本実施形態では、ＰＩ制御）するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑを算出する。

電圧振幅算出部３０ｇは、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて、回転座標系におけるインバータ２０の電圧ベクトルＶｄｑの振幅（以下、電圧振幅Ｖｒ）を算出する。電圧振幅Ｖｒは、図３に示すように、ｄ軸指令電圧Ｖｄの２乗値及びｑ軸指令電圧Ｖｑの２乗値の和の平方根として定義される。

電圧位相算出部３０ｈは、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑに基づいて、電圧ベクトルＶｄｑの位相（以下、電圧位相δ）を算出する。本実施形態において、電圧位相δは、図３に示すように、ｄ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向（ｄ軸の正方向からｑ軸の正方向へと回転する方向）が正方向として定義されている。電圧振幅算出部３０ｇによって算出された電圧振幅Ｖｒと、電圧位相算出部３０ｈによって算出された電圧位相δとで表される電圧ベクトルＶｄｑが、現在の処理周期における指令電圧ベクトルとなる。ちなみに本実施形態において、電圧振幅算出部３０ｇ及び電圧位相算出部３０ｈが「指令ベクトル算出手段」に相当する。

角度算出部３０ｉは、電圧位相δに電気角θｅを加算した値として、固定座標系を基準（例えば、固定座標系のＵ相を基準）とした電圧ベクトルＶｄｑの位相である実位相θｖを算出する。

続いて、本実施形態にかかる特徴的構成である保持時間算出部３０ｊ及び操作信号生成部３０ｋの処理について説明する。ここで上記処理の説明に先立ち、図４を用いて電圧ベクトルの定義について説明する。図４に示すように、インバータ２０の電圧ベクトルは、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎの操作状態に対応した８種類の基本ベクトルである第０〜第７ベクトルＶ０［０，０，０］，Ｖ１［１，０，０］，Ｖ２［１，１，０］，Ｖ３［０，１，０］，Ｖ４［０，１，１］，Ｖ５［０，０，１］，Ｖ６［１，０，１］，Ｖ７［１，１，１］に分けられる。ここで、「１」は上アームスイッチがオン操作されることを示し、「０」は下アームスイッチがオン操作されることを示している。第１〜第６ベクトルＶ１〜Ｖ６は、位相が６０°ずつ異なる。ここで、第１〜第６ベクトルは、その振幅が０よりも大きい有効ベクトルであり、第０，第７ベクトルは、その振幅が０であるゼロベクトルである。

保持時間算出部３０ｊ及び操作信号生成部３０ｋ（「信号生成手段」に相当）は、基本的には、空間ベクトル変調処理によって各操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成する。空間ベクトル変調処理は、処理周期Ｔｓ（搬送波周期）におけるインバータ２０の平均的な電圧ベクトルの電圧振幅，電圧位相を指令電圧ベクトルの電圧振幅，電圧位相とすべく、処理周期Ｔｓ毎に、電圧ベクトルの並び順と保持時間とのそれぞれを設定する処理である。処理周期Ｔｓ毎に設定される電圧ベクトルは、６つの有効ベクトルのうち、処理周期Ｔｓ毎に算出される指令電圧ベクトルに隣接する２つの有効ベクトルを含む。

ここで本実施形態では、処理周期Ｔｓ毎に設定される電圧ベクトルの並び順と保持時間とが、第１条件及び第２条件のそれぞれを満たす。ここで第１条件は、インバータ２０の３相のうち相電圧が最大となる最大相に対応するスイッチの操作状態を固定する（換言すれば、スイッチングを禁止する）との条件である。第１条件は、スイッチング回数を減少させ、スイッチング損失を低減させるための条件である。

第２条件は、３相のうち相電圧が最小となる最小相に対応するスイッチのスイッチング回数を、３相のうち最大相及び最小相以外の相である中間相に対応するスイッチのスイッチング回数よりも１回増加させるとの条件である。第２条件は、スイッチング損失の増加を極力抑制しつつ、第１条件を課すことによるスイッチング回数の減少を抑制するための条件である。

第１条件及び第２条件を課すことにより、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、モータジェネレータ１０に流れる電流に重畳される高調波成分の抑制効果を高めることができる。以下、本実施形態にかかる電圧ベクトルの並び順及び保持時間を第１〜第６期間で場合分けして説明する。本実施形態では、第１〜第６期間のそれぞれを、さらに期間Ａ〜Ｄに分けた。各期間Ａ〜Ｄのそれぞれは、処理周期Ｔｓの１／２の時間である。本実施形態では、各期間Ａ〜Ｄのそれぞれを、便宜上、電気角１５°と関係付けた。また、本実施形態では、相電流と相電圧との位相差が０（力率が１）の場合を想定している。

＜第１期間：０°≦θｖ＜６０°＞
まず、図５を用いて、実位相θｖが０°〜６０°の範囲となる第１期間について説明する。ここで、図５（ａ）は各相電流の推移を示し、図５（ｂ）は各相の操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの推移を示し、図５（ｃ）は操作状態が固定される相の推移を示す。また、図５（ｄ）は実位相θｖに対応して選択される有効ベクトルの推移を示し、図５（ｅ）は実位相θｖに対応して選択されるゼロベクトルの推移を示す。

第１期間の期間Ａ，Ｂ（０°≦θｖ＜３０°）においては、有効ベクトルとして、第１，第２ベクトルＶ１，Ｖ２が選択される。また、第１期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＵ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｕ相上アームスイッチＳｕｐがオン操作に固定されてかつＵ相下アームスイッチＳｕｎがオフ操作に固定される。さらに、第１期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＶ相となるため、第２条件における中間相はＷ相となる。

第１期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第１ベクトルＶ１、第２ベクトルＶ２及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。続く第１期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第２ベクトルＶ２、第１ベクトルＶ１及び第２ベクトルＶ２の順に設定される。本実施形態では、第１ベクトルＶ１の後にさらに第２ベクトルＶ２を設定することにより、中間相であるＷ相よりも最小相であるＶ相のスイッチング回数を増加させている。これにより、第２条件を満たしている。

第１期間の期間Ａ，Ｂ（処理周期Ｔｓ）における各電圧ベクトルに対応した操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、具体的には例えば、以下のように生成される。

制御装置３０は、各電圧ベクトルに対応した操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ（パルスパターン）を記憶する図示しない記憶手段（メモリ）を備えている。制御装置３０は、各電流値ＩＶ，ＩＷ，電圧値Ｖｄｃ等を処理周期Ｔｓ毎にサンプリングする。そして、角度算出部３０ｉは、処理周期Ｔｓ毎に実位相θｖを算出する。操作信号生成部３０ｋは、算出された実位相θｖに対応する電圧ベクトルの並び順を選択し、保持時間算出部３０ｊは、算出された実位相θｖに対応する電圧ベクトルのそれぞれの保持時間を算出する。詳しくは、保持時間算出部３０ｊは、３相のうちオン操作対象となる上アームスイッチが１相のみの有効ベクトル（以下、１相オンベクトル）の保持時間ｔａを下式（ｅｑ１）によって算出する。

上式（ｅｑ１）において、Ｖｄｃは電圧センサ４４によって検出された入力電圧を示す。保持時間ｔａは、電圧振幅Ｖｒが大きくなったり、入力電圧Ｖｄｃが低くなったりするほど長く設定される。また、保持時間算出部３０ｊは、３相のうちオン操作対象となる上アームスイッチが２相の有効ベクトル（以下、２相オンベクトル）の保持時間ｔｂを下式（ｅｑ２）によって算出する。

また、保持時間算出部３０ｊは、ゼロベクトルの保持時間ｔｚを下式（ｅｑ３）によって算出する。

ここで第１期間の期間Ａ，Ｂにおいて、１相オンベクトルが第１ベクトルＶ１となり、２相オンベクトルが第２ベクトルＶ２となり、ゼロベクトルが第７ベクトルとなる。このため、保持時間算出部３０ｊは、電圧振幅Ｖｒ、入力電圧Ｖｄｃ及び実位相θｖを入力とし、上式（ｅｑ１）に基づいて、第１期間の期間Ａ，Ｂのそれぞれにおける第１ベクトルＶ１の保持時間ｔ１を算出する。また、保持時間算出部３０ｊは、電圧振幅Ｖｒ、入力電圧Ｖｄｃ及び実位相θｖを入力とし、上式（ｅｑ２）に基づいて、期間Ａにおける第２ベクトルＶ２の保持時間ｔ２を算出する。さらに、保持時間算出部３０ｊは、第１ベクトルＶ１の保持時間ｔ１及び第２ベクトルＶ２の保持時間ｔ２の加算値を、処理周期Ｔｓの１／２から減算することにより、期間Ａ，Ｂのそれぞれにおける第７ベクトルＶ７の保持時間ｔ７を算出する（上式（ｅｑ３）参照）。

加えて、保持時間算出部３０ｊは、上式（ｅｑ２）に基づいて算出した第２ベクトルＶ２の保持時間ｔ２を２分（具体的には、２等分）し、２等分した時間「ｔ２／２」を、期間Ｂにおける各第２ベクトルＶ２の保持時間に設定する。

操作信号生成部３０ｋは、例えばタイマ機能を用い、保持時間算出部３０ｊによって算出された各保持時間、期間Ａの開始タイミングからの経過時間、及び記憶された操作信号に基づいて、処理周期Ｔｓにおける操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを設定する。なお、保持時間の算出手法及び操作信号の設定手法は、以降の期間においても同様であるため、詳細な説明を省略する。

第１期間の期間Ｃ，Ｄ（３０°≦θｖ＜６０°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第１，第２ベクトルＶ１，Ｖ２が選択される。また、第１期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＷ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｗ相上アームスイッチＳｗｐがオフ操作に固定されてかつＷ相下アームスイッチＳｗｎがオン操作に固定される。さらに、第１期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＶ相となるため、第２条件における中間相はＵ相となる。

第１期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第１ベクトルＶ１、第２ベクトルＶ２、第１ベクトルＶ１及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。本実施形態では、第２ベクトルＶ２の前にさらに第１ベクトルＶ１を設定することにより、中間相であるＵ相よりも最小相であるＶ相のスイッチング回数を増加させている。

続いて、第１期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第１ベクトルＶ１及び第２ベクトルＶ２の順に設定される。

＜第２期間：６０°≦θｖ＜１２０°＞
続いて、図６を用いて、実位相θｖが６０°〜１２０°の範囲となる第２期間について説明する。

第２期間の期間Ａ，Ｂ（６０°≦θｖ＜９０°）においては、有効ベクトルとして、第２，第３ベクトルＶ２，Ｖ３が選択される。また、第２期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＷ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｗ相上アームスイッチＳｗｐがオフ操作に固定されてかつＷ相下アームスイッチＳｗｎがオン操作に固定される。さらに、第２期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＵ相となるため、第２条件における中間相はＶ相となる。

第２期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第２ベクトルＶ２、第３ベクトルＶ３及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。続く第２期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第３ベクトルＶ３、第２ベクトルＶ２及び第３ベクトルＶ３の順に設定される。本実施形態では、第２ベクトルＶ２の後にさらに第３ベクトルＶ３を設定することにより、中間相であるＶ相よりも最小相であるＵ相のスイッチング回数を増加させている。

第２期間の期間Ｃ，Ｄ（９０°≦θｖ＜１２０°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第２，第３ベクトルＶ２，Ｖ３が選択される。また、第２期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＶ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｖ相上アームスイッチＳｖｐがオン操作に固定されてかつＶ相下アームスイッチＳｖｎがオフ操作に固定される。さらに、第２期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＵ相となるため、第２条件における中間相はＷ相となる。

第２期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第２ベクトルＶ２、第３ベクトルＶ３、第２ベクトルＶ２及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。本実施形態では、第３ベクトルＶ３の前にさらに第２ベクトルＶ２を設定することにより、中間相であるＷ相よりも最小相であるＵ相のスイッチング回数を増加させている。続く第２期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第２ベクトルＶ２及び第３ベクトルＶ３の順に設定される。

＜第３期間：１２０°≦θｖ＜１８０°＞
続いて、図７を用いて、実位相θｖが１２０°〜１８０°の範囲となる第３期間について説明する。

第３期間の期間Ａ，Ｂ（１２０°≦θｖ＜１５０°）においては、有効ベクトルとして、第３，第４ベクトルＶ３，Ｖ４が選択される。また、第３期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＶ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｖ相上アームスイッチＳｖｐがオン操作に固定されてかつＶ相下アームスイッチＳｖｎがオフ操作に固定される。さらに、第３期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＷ相となるため、第２条件における中間相はＵ相となる。

第３期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第３ベクトルＶ３、第４ベクトルＶ４及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。続く第３期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第４ベクトルＶ４、第３ベクトルＶ３及び第４ベクトルＶ４の順に設定される。本実施形態では、第３ベクトルＶ３の後にさらに第４ベクトルＶ４を設定することにより、中間相であるＵ相よりも最小相であるＷ相のスイッチング回数を増加させている。

第３期間の期間Ｃ，Ｄ（１５０°≦θｖ＜１８０°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第３，第４ベクトルＶ３，Ｖ４が選択される。また、第３期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＵ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｕ相上アームスイッチＳｕｐがオフ操作に固定されてかつＵ相下アームスイッチＳｕｎがオン操作に固定される。さらに、第３期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＷ相となるため、第２条件における中間相はＶ相となる。

第３期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第３ベクトルＶ３、第４ベクトルＶ４、第３ベクトルＶ３及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。本実施形態では、第４ベクトルＶ４の前にさらに第３ベクトルＶ３を設定することにより、中間相であるＶ相よりも最小相であるＷ相のスイッチング回数を増加させている。続く第３期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第３ベクトルＶ３及び第４ベクトルＶ４の順に設定される。

＜第４期間：１８０°≦θｖ＜２４０°＞
続いて、図８を用いて、実位相θｖが１８０°〜２４０°の範囲となる第４期間について説明する。

第４期間の期間Ａ，Ｂ（１８０°≦θｖ＜２１０°）においては、有効ベクトルとして、第４，第５ベクトルＶ４，Ｖ５が選択される。また、第４期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＷ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｗ相上アームスイッチＳｗｐがオン操作に固定されてかつＷ相下アームスイッチＳｗｎがオフ操作に固定される。さらに、第４期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＶ相となるため、第２条件における中間相はＵ相となる。

第４期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第４ベクトルＶ４及び第５ベクトルＶ５の順に設定される。続く第４期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第４ベクトルＶ４、第５ベクトルＶ５、第４ベクトルＶ４及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。本実施形態では、第５ベクトルＶ５の前にさらに第４ベクトルＶ４を設定することにより、中間相であるＵ相よりも最小相であるＶ相のスイッチング回数を増加させている。

第４期間の期間Ｃ，Ｄ（２１０°≦θｖ＜２４０°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第４，第５ベクトルＶ４，Ｖ５が選択される。また、第４期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＵ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｕ相上アームスイッチＳｕｐがオフ操作に固定されてかつＵ相下アームスイッチＳｕｎがオン操作に固定される。さらに、第４期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＶ相となるため、第２条件における中間相はＷ相となる。

第４期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第５ベクトルＶ５、第４ベクトルＶ４及び第５ベクトルＶ５の順に設定される。本実施形態では、第４ベクトルＶ４の後にさらに第５ベクトルＶ５を設定することにより、中間相であるＷ相よりも最小相であるＶ相のスイッチング回数を増加させている。続く第４期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第４ベクトルＶ４、第５ベクトルＶ５及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。

＜第５期間：２４０°≦θｖ＜３００°＞
続いて、図９を用いて、実位相θｖが２４０°〜３００°の範囲となる第５期間について説明する。

第５期間の期間Ａ，Ｂ（２４０°≦θｖ＜２７０°）においては、有効ベクトルとして、第５，第６ベクトルＶ５，Ｖ６が選択される。また、第５期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＷ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｗ相上アームスイッチＳｗｐがオン操作に固定されてかつＷ相下アームスイッチＳｗｎがオフ操作に固定される。さらに、第５期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＵ相となるため、第２条件における中間相はＶ相となる。

第５期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第５ベクトルＶ５、第６ベクトルＶ６及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。続く第５期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第６ベクトルＶ６、第５ベクトルＶ５及び第６ベクトルＶ６の順に設定される。本実施形態では、第５ベクトルＶ５の後にさらに第６ベクトルＶ６を設定することにより、中間相であるＶ相よりも最小相であるＵ相のスイッチング回数を増加させている。

第５期間の期間Ｃ，Ｄ（２７０°≦θｖ＜３００°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第５，第６ベクトルＶ５，Ｖ６が選択される。また、第５期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＶ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｖ相上アームスイッチＳｖｐがオフ操作に固定されてかつＶ相下アームスイッチＳｖｎがオン操作に固定される。さらに、第５期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＵ相となるため、第２条件における中間相はＷ相となる。

第５期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第５ベクトルＶ５、第６ベクトルＶ６、第５ベクトルＶ５及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。本実施形態では、第６ベクトルＶ６の前にさらに第５ベクトルＶ５を設定することにより、中間相であるＷ相よりも最小相であるＵ相のスイッチング回数を増加させている。続く第５期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第５ベクトルＶ５及び第６ベクトルＶ６の順に設定される。

＜第６期間：３００°≦θｖ＜３６０°＞
続いて、図１０を用いて、実位相θｖが３００°〜３６０°の範囲となる第６期間について説明する。

第６期間の期間Ａ，Ｂ（３００°≦θｖ＜３３０°）においては、有効ベクトルとして、第１，第６ベクトルＶ１，Ｖ６が選択される。また、第６期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最大相がＵ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｕ相上アームスイッチＳｕｐがオン操作に固定されてかつＵ相下アームスイッチＳｕｎがオフ操作に固定される。さらに、第６期間の期間Ａ，Ｂにおいては、最小相がＷ相となるため、第２条件における中間相はＶ相となる。

第６期間の期間Ａにおいては、電圧ベクトルが、第７ベクトルＶ７、第６ベクトルＶ６及び第１ベクトルＶ１の順に設定される。続く第６期間の期間Ｂにおいては、電圧ベクトルが、第６ベクトルＶ６、第１ベクトルＶ１、第６ベクトルＶ６及び第７ベクトルＶ７の順に設定される。本実施形態では、第１ベクトルＶ１の前にさらに第６ベクトルＶ６を設定することにより、中間相であるＶ相よりも最小相であるＷ相のスイッチング回数を増加させている。

第６期間の期間Ｃ，Ｄ（３３０°≦θｖ＜３６０°）においては、有効ベクトルとして、引き続き第１，第６ベクトルＶ１，Ｖ６が選択される。また、第６期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最大相がＶ相となる。このため、第１条件と課すと、Ｖ相上アームスイッチＳｖｐがオフ操作に固定されてかつＶ相下アームスイッチＳｖｎがオン操作に固定される。さらに、第６期間の期間Ｃ，Ｄにおいては、最小相が引き続きＷ相となるため、第２条件における中間相はＵ相となる。

第６期間の期間Ｃにおいては、電圧ベクトルが、第０ベクトルＶ０、第１ベクトルＶ１、第６ベクトルＶ６及び第１ベクトルＶ１の順に設定される。本実施形態では、第６ベクトルＶ６の後にさらに第１ベクトルＶ１を設定することにより、中間相であるＵ相よりも最小相であるＷ相のスイッチング回数を増加させている。続く第６期間の期間Ｄにおいては、電圧ベクトルが、第６ベクトルＶ６、第１ベクトルＶ１及び第０ベクトルＶ０の順に設定される。

続いて、図１１及び図１２を用いて、本実施形態の効果について説明する。まず、図１１（ａ），（ｂ）に、本実施形態及び２相変調のそれぞれの場合における操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの推移の比較結果を示す。図示されるように、本実施形態によれば、２相変調よりもスイッチング回数が増加している。なお図１１（ｃ）には、３相変調の場合における操作信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの推移を示した。

続いて図１２に、本実施形態、２相変調、及び３相変調のそれぞれの場合におけるスイッチング回数及び損失の比較結果を示す。

同一の処理周期Ｔｓ（搬送波周期）で比較した場合、本実施形態によれば、２相変調よりも１電気角周期あたりのスイッチング回数を増加させることができる。このため、本実施形態によれば、より長い搬送波周期（より低い搬送波周波数）でスイッチングに伴う騒音の周波数を可聴域以上の高周波数まで高めることができる。また、本実施形態によれば、３相変調と比較して、スイッチング損失を低減しつつ、同等のスイッチング回数を確保することができる。

このように、本実施形態によれば、スイッチング損失の増加を抑制しつつ、モータジェネレータ１０に流れる電流に重畳される高調波成分の抑制効果を高めることができる。これにより、騒音及び鉄損の低減効果を得ることができる。また本実施形態によれば、搬送波周波数を低くできるため、電流フィードバック制御の処理周期Ｔｓの短縮を抑制でき、制御装置３０の処理負荷の増加を回避することもできる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１３に示すように、制御装置３０は、電流位相算出部３０ｌと、位相差算出部３０ｍとをさらに備えている。この構成は、スイッチング損失の増加を的確に抑制するためのものである。

つまり、スイッチング損失は相電流に略比例する。このため、スイッチング損失を最小化するには、相電流の絶対値が最大となる相を最大相とし、最大相に対応するスイッチの操作状態を固定するように電圧ベクトルを選択することが要求される。ここで、例えばモータジェネレータ１０の運転状態によっては、相電流と相電圧とに位相差Δφが生じ得る。この場合、最大相として、相電圧が最大となる相を選択したとしても、その相の相電流が最大とならず、スイッチング損失が増加する懸念がある。そこで本実施形態では、上記位相差Δφを把握することにより、スイッチング損失の増加を的確に抑制する。

詳しくは、電流位相算出部３０ｌは、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに基づいて、電流ベクトルＩｄｑの位相（以下、電流位相β）を算出する。本実施形態において、電流位相βは、図１４に示すように、ｄ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向として定義されている。

位相差算出部３０ｍは、電圧位相δから電流位相βを減算することにより、電圧ベクトルＶｄｑと電流ベクトルＩｄｑとの位相差Δφを算出する。

操作信号生成部３０ｋ及び保持時間算出部３０ｊは、実位相θｖから位相差Δφを減算した値「θｖ−Δφ」に基づいて、第１〜第６期間を把握する。具体的には例えば、０°≦「θｖ−Δφ」＜６０°を第１期間として把握する。

以上説明した本実施形態によれば、最大相として相電流の絶対値が最大となる相を選択できるため、スイッチング損失の増加を的確に抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・モータジェネレータとしては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば、ＳＰＭＳＭや巻線界磁型同期機であってもよい。また、モータジェネレータの制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。

・本発明の適用対象としては、車両に搭載されたモータ制御システムに限らない。

１０…モータジェネレータ、２０…インバータ、３０…制御装置。

Claims (4)

1. 各相のそれぞれに対応して設けられたスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ）の直列接続体を有する３相インバータ（２０）と、前記インバータに電気的に接続された３相回転電機（１０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記インバータの３相のうち相電圧が最大となる最大相に対応する前記スイッチの操作状態を固定するとの第１条件と、前記３相のうち相電圧が最小となる最小相に対応する前記スイッチのスイッチング回数を、前記３相のうち前記最大相及び前記最小相以外の相である中間相に対応する前記スイッチのスイッチング回数よりも増加させるとの第２条件とを満たすように、前記回転電機に交流電流を流すための前記スイッチのＰＷＭ操作信号を生成する信号生成手段（３０ｊ，３０ｋ）と、
   前記回転電機に交流電流を流すべく、前記信号生成手段によって生成された前記ＰＷＭ操作信号に基づいて前記スイッチを操作する操作手段と、を備えることを特徴とするインバータの制御装置。
2. 所定の処理周期毎に前記インバータの指令電圧ベクトルを算出する指令ベクトル算出手段（３０ｇ，３０ｈ）をさらに備え、
   前記信号生成手段は、前記処理周期における前記インバータの平均的な電圧ベクトルを空間ベクトル変調によって前記指令電圧ベクトルとすべく、前記指令電圧ベクトルに隣接する一対の有効ベクトルとゼロベクトルとのそれぞれの前記処理周期における並び順が前記第１条件及び前記第２条件のそれぞれを満たすように定められた前記ＰＷＭ操作信号を生成する請求項１に記載のインバータの制御装置。
3. 前記第２条件は、前記最小相に対応する前記スイッチのスイッチング回数を、前記中間相に対応する前記スイッチのスイッチング回数よりも１回増加させるとの条件である請求項１又は２に記載のインバータの制御装置。
4. 前記回転電機に流れる相電流と前記回転電機に印加される相電圧との位相差を算出する位相差算出手段（３０ｍ）をさらに備え、
   前記信号生成手段は、前記位相差算出手段によって算出された前記位相差に基づいて、前記３相のうち相電流が最大となる相を前記最大相として把握し、また、前記位相差に基づいて、前記３相のうち相電流が最小となる相を前記最小相として把握する請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

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