JP2017060367A - インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御及びワンパルス制御を切り替えてモータを駆動させる際に、より効率を高めることのできるインバータ制御装置を提供することである。【解決手段】インバータ制御装置１０は、交流モータ１を駆動させるための三相交流２００を生成するインバータ２を制御する。ＰＷＭ制御部１２は、交流モータ１のトルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御を実行してインバータ２に三相交流２００を生成させる。ワンパルス制御部１３は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて、ワンパルス制御を実行してインバータ２に三相交流２００を生成させる。切替制御部１４は、インバータ２の制御をＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替えるための切替期間においてＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替え、切替期間の経過後にワンパルス制御が実行されるように、ＰＷＭ制御部１２とワンパルス制御部１３とを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ制御装置に関する。

直流電源を用いて交流モータを駆動させる場合、インバータが用いられる。インバータは、トランジスタなどの複数のスイッチング素子を備えており、直流電流を交流電流に変換する。インバータが備える複数のスイッチング素子の動作を制御するために、インバータ制御装置が用いられる。

インバータの制御には、一般的に、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御が用いられる。ＰＷＭ制御では、交流モータに供給される交流電流が正弦波となるため、低速回転時において交流モータを滑らかに回転させることが可能である。

しかし、ＰＷＭ制御の変調率は、約０．６であり、後述するワンパルス制御の変調率よりも低い。ＰＷＭ制御を用いた場合、直流電源の電圧から得られる交流電圧の上限が低くなり、交流モータの出力が抑えられるという問題がある。すなわち、ＰＷＭ制御を用いた場合、交流モータを高速に回転させることが難しい。

インバータの制御には、ＰＷＭ制御の他に、ワンパルス制御が用いられる。ワンパルス制御は、ＰＷＭ制御に比べて変調率が高いため、交流モータを高速に回転させることができる。ワンパルス制御におけるインバータのスイッチング回数は、ＰＷＭ制御におけるスイッチング回数よりも少ない。これにより、ワンパルス制御は、スイッチング損失を抑制することができる。しかし、ワンパルス制御は、矩形波を用いてインバータを駆動させるため、矩形波に含まれる高調波成分による損失が増加するという問題がある。

交流モータの回転速度及びトルクに応じて、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを切り替えて使用することにより、交流モータの効率を向上させることが従来から行われている。

例えば、特許文献１には、ＰＷＭ制御からワンパルス制御へ切り替える際に、ＰＷＭ電圧位相制御を実行する交流モータの駆動制御装置が開示されている。具体的には、この駆動制御装置は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御へ切り替える際に、ワンパルス制御からＰＷＭ電圧位相制御に切り替え、その後、ＰＷＭ電圧位相制御からワンパルス制御に切り替える。ＰＷＭ電圧位相制御は、交流電圧の振幅と周波数を変化させることにより交流電流を制御する。これにより、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替える際に生じるトルクショックが低減される。なお、ワンパルス制御からＰＷＭ制御に切り替える場合においても、ＰＷＭ電圧位相制御が実行される。

特開２０００−５０６８６号公報

特許文献１に係る駆動制御装置を実行する場合、ＰＷＭ制御、ＰＷＭ電圧位相制御、及びワンパルス制御の各々を実行する駆動領域が予め設定されている。図８は、特許文献１に係る駆動制御装置において、ＰＷＭ制御、ＰＷＭ電圧位相制御、及び、ワンパルス制御の各々が適用される駆動領域を模式的に示すマップである。

図８を参照して、領域９１が、ＰＷＭ制御が適用される駆動領域である。領域９２が、ＰＷＭ電圧位相制御が適用される駆動領域である。領域９３が、ワンパルス制御が適用される駆動領域である。上記３種類の制御方式が適用される駆動領域が固定されているため、例えば、領域９１においてワンパルス制御を実行することができない。

実際には、ＰＷＭ制御を適用可能な駆動領域と、ワンパルス制御を適用可能な駆動領域とは、重複する。図９は、ＰＷＭ制御を適用可能な駆動領域と、ワンパルス制御を適用可能な駆動領域とを模式的に示すマップである。図９に示すマップ６０において、領域９６は、ＰＷＭ制御の適用が一般的な駆動領域であり、領域９９は、ワンパルス制御のみを適用可能な駆動領域である。領域９６において、ワンパルス制御を適用することは可能であるが、ワンパルス制御を適用することは想定されてない。領域９７及び９８は、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の両者の適用が想定される駆動領域である。ただし、領域９７は、ＰＷＭ制御がワンパルス制御よりも高効率な領域であり、領域９８は、ワンパルス制御がＰＷＭ制御よりも高効率な領域である。従って、図９に示す点Ｐ１００で交流モータを駆動させる場合、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の両者を適用可能であるが、ワンパルス制御を適用することにより交流モータを高効率で駆動させることができる。なお、図９に示す破線は、図８に示す領域９１〜９３を区分する線である。

特許文献１に係る駆動制御装置の場合、上述のように、ＰＷＭ制御、ＰＷＭ電圧位相制御、及び、ワンパルス制御がそれぞれ適用される駆動領域が固定されている。点Ｐ１００の位置は、図８では、領域９１の中である。特許文献１に係る駆動制御装置は、点Ｐ１００で交流モータを駆動させる場合であっても、ＰＷＭ制御を利用しなければならない。このように、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の駆動領域を固定することにより、却って交流モータの効率が低下する場合があるという問題がある。

本発明の目的は、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御を切り替えてモータを駆動させる際に、より効率を高めることのできるインバータ制御装置を提供することである。

本発明は、モータを駆動させるための三相交流を生成するインバータを制御するインバータ制御装置であって、モータのトルク指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を実行してインバータに三相交流を生成させるＰＷＭ制御部と、トルク指令値に基づいて、ワンパルス制御を実行してインバータに三相交流を生成させるワンパルス制御部と、インバータの制御をＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替えるための切替期間においてＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替え、切替期間の経過後にワンパルス制御が実行されるように、ＰＷＭ制御部とワンパルス制御部とを制御する切替制御部とを備える。

切替制御部は、インバータの制御をＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替える場合、切替期間において、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。切り替えの際に、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御以外の制御を使用しない。モータのトルク及び回転速度の関係を示す駆動領域において、モータのトルク及び回転速度により定められる点が、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の両者を適用できる領域であれば、インバータ制御装置は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替えることができるため、モータを駆動させるための効率を高めることができる。

また、切替期間の経過後にワンパルス制御を実行するときに、インバータにおける三相交流の電流の不平衡を緩和することができ、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に移行する際に発生するトルクショックを低減することができる。

インバータ制御装置において、切替制御部による指示は、三相交流に含まれる相ごとに所定の順序で行われてもよい。

切替期間において、三相交流に含まれる全ての相が同一のタイミングでＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替えられることが防止される。これにより、インバータにおける三相交流の電流の不平衡をさらに緩和することができ、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に移行する際に発生するトルクショックをさらに低減することができる。

切替制御部は、切替期間におけるワンパルス制御への切り替えがＮ（Ｎは２以上の自然数）回目である場合、Ｎ回目の切り替え後におけるワンパルス制御の実行期間が、（Ｎ−１）回目の切り替え後におけるワンパルス制御の実行期間よりも長くなるように、ＰＷＭ制御部とワンパルス制御部とを制御してもよい。

切替期間においてワンパルス制御が実行される期間を徐々に長くすることにより、切替期間に生じるトルクショックをさらに低減することができる。

ＰＷＭ制御部は、トルク指令値に基づいて、ＰＷＭ制御に用いられる第１電圧目標値とワンパルス制御に用いられる第２電圧目標値とを生成し、切替期間において第１電圧目標値から第２電圧目標値まで徐々に変化させてもよい。

これにより、ＰＷＭ制御の実行により生成される三相交流の位相と、ワンパルス制御の実行により生成される三相交流の位相とのずれを縮小させることができるため、切替期間に生じるトルクショックをさらに低減することができる。

本発明に係るインバータ制御装置は、さらに、トルク指令値と、ワンパルス制御を開始する際における矩形波信号の初期位相値とを対応付けて記録する初期位相テーブルを備えてもよい。ワンパルス制御部は、切替期間を終了するタイミングにおいて、終了するタイミングにおけるトルク指令値に対応する初期位相値に基づいて矩形波信号の位相を決定し、切替期間の経過後において、トルク指令値と、モータのトルクの検出値と、トルク指令値に対応する初期位相値とに基づいて、矩形波信号の位相を決定してもよい。

これにより、切替期間の経過後にワンパルス制御が開始される際に、トルク指令値とモータのトルクとの誤差を縮小させることができるため、切替期間の経過後に生じるトルクショックを低減することができる。

本発明によれば、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御を切り替えてモータを駆動させる際に、より効率を高めることができる。

本発明の実施の形態に係るモータ制御システムの構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すインバータ制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示すインバータ制御装置で生成されるＰＷＭ信号、矩形波信号、及び、スイッチング信号の時間関係を示す図である。 ＰＷＭ制御の実行時に算出される電流ベクトルを、ｄｑ座標空間において示す図である。 ワンパルス制御の実行時に算出される電圧ベクトルを、ｄｑ座標空間において示す図である。 図１に示すインバータ制御装置が切替制御を実行するときにおける、電圧目標値のｑ軸成分の変化を示す図である。 図１に示すインバータ制御装置が切替制御を実行するときにおける、電圧目標値のｄ軸成分の変化を示す図である。 従来のインバータ制御装置におけるＰＷＭ制御、ＰＷＭ電圧位相制御、及び、ワンパルス制御の駆動領域を示すマップである。 ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の両者を適用可能な駆動領域を示すマップである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

｛１．モータ制御システム１００の構成｝
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ制御システム１００の構成を示す機能ブロック図である。図１を参照して、モータ制御システム１００は、交流モータ１と、インバータ２と、電流センサ３，４と、回転角センサ５と、インバータ制御装置１０とを備える。モータ制御システム１００では、インバータ制御装置１０が、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御のいずれか一方を実行することにより、インバータ２を制御する。

交流モータ１は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータであり、インバータ２から供給される三相交流２００により駆動される。三相交流２００は、Ｕ相５０Ｕと、Ｖ相５０Ｖと、Ｗ相５０Ｗとを有する。

インバータ２は、インバータ制御装置１０から入力されるスイッチング信号Ｓｗに基づいて、トランジスタ等のスイッチング素子（図示省略）のオンオフを切り替えることにより、三相交流２００に変換する。

電流センサ３は、Ｕ相５０Ｕをインバータ２から交流モータ１に供給するための配線上に設けられ、Ｕ相５０Ｕの電流を検出する。電流センサ３は、Ｕ相５０Ｕの電流の検出結果として、電流検出値Ｉｕをインバータ制御装置１０に出力する。

電流センサ４は、Ｗ相５０Ｗをインバータ２から交流モータ１に供給するための配線上に設けられ、Ｗ相５０Ｗの電流を検出する。電流センサ４は、Ｗ相５０Ｗの電流の検出結果として、電流検出値Ｉｗをインバータ制御装置１０に出力する。

回転角センサ５は、例えば、レゾルバやホール素子などであり、交流モータ１が備える回転子（図示省略）の回転位置θを検出する。また、回転子の回転速度ωが、検出した回転位置θに基づいて算出される。検出された回転位置θ及び算出された回転速度ωは、インバータ制御装置１０に入力される。

インバータ制御装置１０は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御のいずれかを実行して、インバータ２を制御する。インバータ制御装置１０は、インバータ２の制御のために、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに応じたスイッチング信号Ｓｗを生成して、インバータ２に出力する。

（インバータ制御装置１０の構成）
図２は、図１に示すインバータ制御装置１０の構成を示す機能ブロック図である。図２を参照して、インバータ制御装置１０は、電流指令生成部１１と、ＰＷＭ制御部１２と、ワンパルス制御部１３と、切替制御部１４と、出力切替部１５と、トルク推定部１６とを備える。

電流指令生成部１１は、インバータ制御装置１０に入力されるトルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて、電流目標値Ｉｄ＿ｒ及びＩｑ＿ｒを生成する。電流目標値Ｉｄ＿ｒは、ｄｑ座標空間における電流目標値のｄ軸成分である。電流目標値Ｉｑ＿ｒは、電流目標値のｑ軸成分である。

ＰＷＭ制御部１２は、電流目標値Ｉｄ＿ｒ，Ｉｑ＿ｒを用いて、ＰＷＭ制御によりインバータ２を駆動させるためのＰＷＭ信号３００を生成する。ＰＷＭ信号３００は、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１を有する。ＰＷＭ制御部１２の構成の詳細については、後述する。

ＰＷＭ信号ＵＰ１及びＵＮ１は、互いに反対の位相を有し、インバータ２においてＵ相５０Ｕの電流の生成に用いられる。ＰＷＭ信号ＶＰ１及びＶＮ１は、互いに反対の位相を有し、インバータ２においてＶ相５０Ｖの電流の生成に用いられる。ＰＷＭ信号ＷＰ１及びＷＮ１は、互いに反対の位相を有し、インバータ２においてＷ相５０Ｖの電流の生成に用いられる。

ワンパルス制御部１３は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて、ワンパルス制御によりインバータ２を駆動させるための矩形波信号４００を生成する。矩形波信号４００は、矩形波信号ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２を有する。ワンパルス制御部１３の構成の詳細については、後述する。

矩形波信号ＵＰ２及びＵＮ２は、互いに反対に位相を有し、インバータ２においてＵ相５０Ｕの電流の生成に用いられる。矩形波信号ＶＰ２及びＶＮ２は、互いに反対の位相を有し、インバータ２においてＶ相５０Ｖの電流の生成に用いられる。矩形波信号ＷＰ２及びＷＮ２は、互いに反対の位相を有し、インバータ２においてＷ相５０Ｖの電流の生成に用いられる。

切替制御部１４は、インバータ２の制御をＰＷＭ制御及びワンパルス制御のどちらで実行するかを決定し、その決定に応じた切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇを出力切替部１５に出力する。切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応し、各相に対応するＰＷＭ信号及び矩形波信号のいずれか一方の出力を指示する信号である。

また、切替制御部１４は、インバータ２の制御をＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替える場合、切替期間において、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替え、切替期間の経過後にワンパルス制御を実行するように、ＰＷＭ制御部１２及びワンパルス制御部１３を制御する。

出力切替部１５は、切替制御部１４から入力される切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇに基づいて、各相に対応するＰＷＭ信号３００及び矩形波信号４００のいずれか一方を、スイッチング信号Ｓｗとしてインバータ２に出力する。

トルク推定部１６は、後述するベクトル変換部１２４により電流検出値Ｉｕ，Ｉｗから生成される電流検出値Ｉｄ＿ｆ，Ｉｑ＿ｆに基づいて、交流モータ１で発生しているトルク推定値ＴｒｑＦＢを計算する。そして、トルク推定部１６は、その計算したトルク推定値ＴｒｑＦＢをワンパルス制御部１３に出力する。

（ＰＷＭ制御部１２の構成）
ＰＷＭ制御部１２は、減算器１２１Ａ，１２１Ｂと、ＰＩ制御部１２２Ａ，１２２Ｂと、ベクトル変換部１２３，１２４と、ＰＷＭ比較回路１２５とを備える。

減算器１２１Ａは、電流目標値Ｉｑ＿ｒから電流検出値Ｉｑ＿ｆを減算して、電流差分値Ｉｑ＿ｓを出力する。減算器１２１Ｂは、電流目標値Ｉｄ＿ｒから電流検出値Ｉｄ＿ｆを減算して、電流差分値Ｉｄ＿ｓを出力する。

ＰＩ制御部１２２Ａは、ＰＩ制御を実行して、電流差分値Ｉｑ＿ｓから電圧目標値Ｖｑを生成し、ＰＩ制御部１２２Ｂは、ＰＩ制御を実行して、電流差分値Ｉｄ＿ｓから電圧目標値Ｖｄを生成する。

ベクトル変換部１２３は、回転角センサ５により検出された回転位置θを参照して、二相の電圧目標値Ｖｄ，Ｖｑを三相の電圧目標値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。電圧目標値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、それぞれＵ相５０Ｕ，Ｖ相５０Ｖ，Ｗ相５０Ｗに対応する。電圧目標値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各々は、正弦波である。

ＰＷＭ比較回路１２５は、電圧目標値Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗからＰＷＭ信号３００を生成する。具体的には、ＰＷＭ比較回路１２５は、電圧目標値Ｖｕを図示しないキャリアと比較することにより、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１を生成する。ＰＷＭ比較回路１２５は、同様に、電圧目標値ＶｖからＰＷＭ信号ＶＰ１，ＶＮ１を生成し、電圧目標値ＶｗからＰＷＭ信号ＷＰ１，ＷＮ１を生成する。

ベクトル変換部１２４は、電流センサ３，４の各々から出力される電流検出値Ｉｕ，Ｉｗから、電流検出値Ｉｄ＿ｆ，Ｉｑ＿ｆを生成する。なお、電流検出値Ｉｄ＿ｆ，Ｉｑ＿ｆの生成の際に、回転角センサ５により検出された回転位置θが参照される。

（ワンパルス制御部１３の構成）
ワンパルス制御部１３は、減算器１３１と、ＰＩ制御部１３２と、初期位相テーブル１３３と、加算器１３４と、矩形波生成回路１３５とを備える。

減算器１３１は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆからトルク推定値ＴｒｑＦＢを減算して、トルク差分値Ｔｒｑ＿ｓを出力する。ＰＩ制御部１３２は、ＰＩ制御を実行して、トルク差分値Ｔｒｑ＿ｓから位相目標値γ１を算出する。

初期位相テーブル１３３は、切替期間の完了によりワンパルス制御を開始するときにおける、矩形波信号４００の初期位相値γ２を記憶している。初期位相値γ２は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに対応付けて記憶される。切替期間の終了によりワンパルス制御が開始されるとき、初期位相テーブル１３３は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに対応する初期位相値γ２を加算器１３４に出力する。

加算器１３４は、位相目標値γ１に初期位相値γ２を加算し、加算により得られた電圧位相値γ３を矩形波生成回路１３５に出力する。矩形波生成回路１３５は、電圧位相値γ３に基づいて位相を調整した矩形波信号４００を生成して、出力切替部１５に出力する。

｛２．インバータ制御装置１０の動作｝
以下、インバータ制御装置１０の動作として、交流モータ１の回転開始時、ＰＷＭ制御からワンパルス制御への切り替えについてそれぞれ説明する。

｛２．１．交流モータ１の回転開始｝
図２を参照して、交流モータ１が停止しているときに、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆが、インバータ制御装置１０に入力される。インバータ制御装置１０において、切替制御部１４は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆを入力する。

切替制御部１４は、回転子の回転速度ωを継続的に監視する。

切替制御部１４には、図９に示すような、ＰＷＭ制御の駆動領域及びワンパルス制御の駆動領域を示すマップ６０が予め設定されている。交流モータ１が停止しているため、回転速度ωはゼロである。切替制御部１４は、図９に示すマップ６０を参照して、回転速度ω及びトルク指令値ＴｒｑＲｅｆにより定まるマップ上の点が領域９６に位置すると判断する。このため、切替制御部１４は、ＰＷＭ制御を実行してインバータ２を制御することを決定する。

切替制御部１４は、上記の決定に応じた制御ステータス信号Ｓｔを生成し、ＰＷＭ制御部１２、ワンパルス制御部１３、及び、トルク推定部１６に出力する。制御ステータス信号Ｓｔは、インバータ２の制御を、ＰＷＭ制御、ワンパルス制御、及び、切替制御のいずれか１つで実行することを示す信号である。制御ステータス信号Ｓｔは、ＰＷＭ制御を示す場合には０、ワンパルス制御を示す場合には２、切替制御を示す場合には１である。切替制御は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御へ切り替えるための切替期間において実行される。切替制御の詳細については後述する。

上述のように、切替制御部１４がＰＷＭ制御の実行を決定したため、制御ステータス信号Ｓｔは、０である。ＰＷＭ制御部１２は、値が０に設定された制御ステータス信号Ｓｔが入力された場合、電流指令生成部１１により生成された電流目標値Ｉｑ＿ｒ，Ｉｄ＿ｒに基づいて、ＰＷＭ信号３００の生成を開始する。一方、ワンパルス制御部１３は、値が０に設定された制御ステータス信号Ｓｔが入力された場合、矩形波信号４００を生成せずに待機する。トルク推定部１６は、トルク推定値ＴｒｑＦＢがワンパルス制御部１３により使用されないため、トルク推定値ＴｒｑＦＢを計算せずに待機する。

また、切替制御部１４は、ＰＷＭ信号３００の出力を指示するために、値が１に設定された切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇを出力切替部１５に出力する。

切替信号Ｕｓｉｇは、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１の出力を指示する場合には１であり、矩形波信号ＵＰ２，ＵＮ２の出力を指示する場合には０である。同様に、切替信号Ｖｓｉｇは、ＰＷＭ信号ＶＰ１，ＶＮ１の出力を指示する場合には１であり、矩形波信号ＶＰ２，ＶＮ２の出力を指示する場合には０である。切替信号Ｗｓｉｇは、ＰＷＭ信号ＷＰ１，ＷＮ１の出力を指示する場合には１であり、矩形波信号ＷＰ２，ＷＮ２の出力を指示する場合には０である。

出力切替部１５は、切替制御部１４から入力される切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇに基づいて、ＰＷＭ制御部１２から入力されるＰＷＭ信号３００をスイッチング信号Ｓｗとしてインバータ２に出力する。

このように、インバータ制御装置１０は、交流モータ１の回転開始時などのように、ＰＷＭ制御を実行すると決定した場合、ＰＷＭ制御を実行してインバータ２に三相交流２００を生成させる。交流モータ１は、インバータ２から供給される三相交流２００により駆動を開始する。

｛２．２．ＰＷＭ制御からワンパルス制御への切り替え｝
｛２．２．１．切り替えの判断｝
交流モータ１の回転速度ωは、交流モータ１が回転を開始してから時間が経過するにつれて増加する。また、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆは、交流モータ１を搭載した機器の動作等に応じて変化する。切替制御部１４は、回転速度ωと、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆとに基づいて、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御のどちらを使用することが適切であるかを判断する。この判断には、図９に示すマップ６０が用いられる。

ＰＷＭ制御により交流モータ１が回転を開始した後のある時点において、回転速度ω及びトルク指令値ＴｒｑＲｅｆによって定まるマップ６０上の点が点Ｐ１００に移動した場合を想定する。点Ｐ１００は、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御の両者を使用可能であり、かつ、ワンパルス制御がＰＷＭ制御よりも高効率である領域９８内に位置する。このため、切替制御部１４は、交流モータ１の回転開始時から実行していたＰＷＭ制御ではなく、ワンパルス制御によりインバータ２を制御することを決定する。

この場合、切替制御部１４は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御へ即座に切り替えるのではなく、ＰＷＭ制御からワンパルス制御へ切り替えるための切替制御を実行する。切替制御では、予め設定された時間長の切替期間において、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御が交互に繰り返される。インバータ制御装置１０は、切替期間において、ＰＷＭ制御及びワンパルス制御以外の制御を実行しない。

切替制御部１４は、切替制御の実行を通知するために、制御ステータス信号Ｓｔの値を０から１に変更する。値が１に変更された制御ステータス信号Ｓｔが、ＰＷＭ制御部１２、ワンパルス制御部１３、及び、トルク推定部１６へ出力される。

ＰＷＭ制御部１２は、値が１に設定された制御ステータス信号Ｓｔを入力した場合、ＰＷＭ信号３００の生成を継続する。ワンパルス制御部１３は、値が１に設定された制御ステータス信号Ｓｔを入力した場合、矩形波信号４００の生成を開始する。

トルク推定部１６は、値が１に設定された制御ステータス信号Ｓｔを入力した場合、切替制御においてトルク推定値ＴｒｑＦＢを算出することなく待機する。この理由は、ワンパルス制御部１３が切替期間においてトルク推定値ＴｒｑＦＢを利用するクローズドループ制御ではなく、オープンループ制御を実行するためである。

｛２．２．２．切替期間における切替制御部１４の動作｝
図３は、インバータ制御装置１０が切替制御を実行するときにおけるＰＷＭ信号の一部と、矩形波信号４００の一部と、スイッチング信号Ｓｗの一部との対応関係を示す図である。

図３を参照して、時刻ｔ１よりも前の期間は、インバータ制御装置１０がＰＷＭ制御を実行しているＰＷＭ制御期間である。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間は、インバータ制御装置１０が切替制御を実行している切替期間である。時刻ｔ３より後の期間は、インバータ制御装置１０がワンパルス制御を実行しているワンパルス制御期間である。

図３において、矩形波信号４００の一部として、矩形波信号ＵＰ２，ＶＰ２，ＷＰ２のみを表示している。矩形波信号ＵＮ２，ＶＮ２，ＷＮ２は、矩形波信号ＵＰ２，ＶＰ２，ＷＰ２の位相と反対の位相を有している点のみが異なるため、図３においてその表示を省略している。また、図３において、矩形波信号４００がＰＷＭ制御期間において生成されている。これは、矩形波信号ＵＰ２，ＶＰ２，ＷＰ２の各々の位相の関係をわかりやすく示すためであり、ＰＷＭ制御期間において矩形波信号４００が生成されることを示しているのではない。

ＰＷＭ信号３００の一部として、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＶＰ１，ＷＰ１のみを表示している。ＰＷＭ信号ＵＮ１，ＶＮ１，ＷＮ１は、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＶＰ１，ＷＰ１の位相と反対の位相を有している点のみが異なるため、その表示を省略している。図３において、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＶＰ１，ＷＰ１を縦縞模様で示しているが、これらの縦線は、これらのＰＷＭ信号の立ち上がり、立ち下がりのタイミングを示すものではない。

スイッチング信号Ｓｗにおいて、スイッチング信号ＵＰは、ＰＷＭ信号ＵＰ１及び矩形波信号ＵＰ２のうち、出力切替部１５が切替信号Ｕｓｉｇに応じた信号を出力することにより生成される。スイッチング信号ＵＰにおいて、縦縞で示される信号は、ＰＷＭ信号ＵＰ１に相当する。無地（白色）で示される信号は、矩形波信号ＵＰ２に相当する。同様に、スイッチング信号ＶＰは、ＰＷＭ信号ＶＰ１及び矩形波信号ＶＰ２のうち、出力切替部１５が切替信号Ｖｓｉｇに応じた信号を出力することにより生成される。スイッチング信号ＷＰは、ＰＷＭ信号ＷＰ１及び矩形波信号ＷＰ２のうち、出力切替部１５が切替信号Ｗｓｉｇに応じた信号を出力することにより生成される。

以下、図３を参照しながら、切替制御を実行するインバータ制御装置１０の動作について説明する。

（１）時刻ｔ１よりも前の期間（ＰＷＭ制御期間）
時刻ｔ１より前において、切替制御部１４は、ＰＷＭ制御の実行を指示する値「０」が設定された制御ステータス信号ＳｔをＰＷＭ制御部１２、ワンパルス制御部１３、及び、トルク推定部１６に出力している。この制御ステータス信号Ｓｔに基づいて、ＰＷＭ制御部１２は、ＰＷＭ制御期間においてＰＷＭ信号３００を生成する。

ワンパルス制御部１３は、ＰＷＭ制御期間において矩形波信号４００を生成しない。また、ＰＷＭ制御部１２がＰＷＭ信号３００を生成するためにトルク推定値ＴｒｑＦＢを使用しないため、トルク推定部１６は、ＰＷＭ制御期間においてトルク推定値ＴｒｑＦＢを算出しない。

切替制御部１４は、ＰＭＷ制御期間において、切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇの値を、ＰＷＭ信号３００の出力を指示する１に設定して出力切替部１５に出力している。このため、出力切替部１５は、ＰＷＭ制御部１２から出力されるＰＷＭ信号３００をスイッチング信号Ｓｗとして、インバータ２に出力する。

（２）時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間（切替期間）
切替制御部１４は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御への切り替えを決定した場合、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間を切替期間として設定する。切替期間の長さは、矩形波信号４００の２周期分の時間である。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間と、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、それぞれ、矩形波信号４００の１周期分の時間に相当する。

切替期間が矩形波信号４００の２周期分であることから、切替期間は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆが変更される時間スケールに比べて非常に短い。従って、以下の説明では、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆの変更が切替期間内に生じないと仮定する。

切替制御部１４は、時刻ｔ１から、値が１に設定された制御ステータス信号ＳｔをＰＷＭ制御部１２、ワンパルス制御部１３、及びトルク推定部１６に出力して、切替制御の実行を通知する。これにより、ＰＷＭ制御部１２は、ＰＷＭ信号３００の生成をＰＷＭ制御期間から継続する。ワンパルス制御部１３は、時刻ｔ１から、矩形波信号４００の生成を開始する。上述のように、トルク推定部１６は、切替期間においても、トルク推定値ＴｒｑＦＢを算出しない。

・切替期間の前半
切替制御部１４は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間（切替期間の前半）において、ワンパルス制御を実行する期間が矩形波信号４００の位相の６０度分となるように、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。以下、特に説明のない限り、矩形波信号４００の位相を、単に「位相」と記載する。

ＰＷＭ制御とワンパルス制御とが切り替えられるタイミングは、時刻ｔａ〜ｔｅ，ｔ２である。時刻ｔ１，ｔａ〜ｔｅ，ｔ２において、隣り合う２つの時刻の間隔は、位相６０度分の時間である。切替制御部１４は、時刻ｔａ〜ｔｅ，ｔ２を特定するために、図示していない矩形波基準信号を利用する。矩形波基準信号は、クロック信号であるため、切替制御部１４は、矩形波基準信号をカウントすることにより、位相を特定し、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替えるタイミングを特定する。

以下、Ｕ相５０Ｕの生成に用いられるスイッチング信号ＵＰの出力を例にして、ＰＷＭ制御とワンパルス制御との切り替えについて説明する。

なお、出力切替部１５が、切替信号Ｕｓｉｇに基づいて、ＰＷＭ信号ＵＰ１をスイッチング信号ＵＰとして出力する場合、ＰＷＭ信号ＵＰ１とともにＰＷＭ信号ＵＮ１を出力する。同様に、ＰＷＭ信号ＶＰ１がスイッチング信号ＶＰとして出力される際に、ＰＷＭ信号ＶＮ１が、ＰＷＭ信号ＶＰ１とともに出力される。ＰＷＭ信号ＷＰ１がスイッチング信号ＷＰとして出力される際に、ＰＷＭ信号ＷＮ１が、ＰＷＭ信号ＷＰ１とともに出力される。

出力切替部１５は、切替信号Ｕｓｉｇに基づいて矩形波信号ＵＰ２をスイッチング信号ＵＰとして出力する場合、矩形波信号ＵＰ２とともに矩形波信号ＵＮ２を出力する。同様に、矩形波信号ＶＰ２がスイッチング信号ＶＰとして出力される場合、矩形波信号ＶＮ２が矩形波信号ＶＰ２をともに出力される。矩形波信号ＷＰ２がスイッチング信号ＷＰとして出力される場合、矩形波信号ＷＰ２が、矩形波信号ＷＮ２とともに出力される。

以下の説明では、ＰＷＭ信号ＵＮ１，ＶＮ１，ＷＮ１の出力と、矩形波信号ＵＮ２，ＶＮ２，ＷＮ２の出力とに関する説明を省略する。

時刻ｔ１から時刻ｔａにかけて、切替制御部１４は、ＰＷＭ信号ＵＰ１の出力を指示する切替信号Ｕｓｉｇ（Ｕｓｉｇ＝１）を出力切替部１５に出力する。この結果、時刻ｔ１から時刻ｔａにかけて、ＰＷＭ信号ＵＰ１が、スイッチング信号ＵＰとして出力切替部１５からインバータ２に出力される。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔａまでの期間において、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。

時刻ｔａにおいて、切替制御部１４は、切替信号Ｕｓｉｇの値を、矩形波信号ＵＰ２の出力を指示する０に変更する。出力切替部１５は、切替信号Ｕｓｉｇの変更に伴って、時刻ｔａから矩形波信号ＵＰ２をスイッチング信号ＵＰとしてインバータ２に出力する。値が０に設定された切替信号Ｕｓｉｇの出力は、時刻ｔｂまで継続される。従って、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間において、インバータ２は、ワンパルス制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間は、位相６０度分である。

その後、切替制御部１４は、時刻ｔｂから時刻ｔｄまでの期間において、値が１に設定された切替信号Ｕｓｉｇを出力切替部１５に出力する。時刻ｔｂから時刻ｔｄまでの期間において、ＰＷＭ信号ＵＰ１が、スイッチング信号ＵＰとしてインバータ２に出力され、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。

切替制御部１４は、時刻ｔｄから時刻ｔｅまでの期間において、値が０に設定された切替信号Ｕｓｉｇを出力切替部１５に出力する。時刻ｔｄから時刻ｔｅまでの期間において、矩形波信号ＵＰ２が、スイッチング信号ＵＰとしてインバータ２に出力され、インバータ２は、ワンパルス制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。時刻ｔｄから時刻ｔｅまでの期間は、位相６０度分である。

切替制御部１４は、時刻ｔｅから時刻ｔ２までの期間において、値が１に設定された切替信号Ｕｓｉｇを出力切替部１５に出力する。時刻ｔｅから時刻ｔ２までの期間において、ＰＷＭ信号ＵＰ１が、スイッチング信号ＵＰとしてインバータ２に出力され、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。

このように、インバータ制御装置１０は、切替期間の前半において、ワンパルス制御に基づいてＵ相５０Ｕを連続して生成する期間が６０度分の位相に相当するように、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。

次に、切替期間の前半におけるＶ相５０Ｖの生成について説明する。

切替期間の前半におけるＵ相５０Ｕの生成と同様に、切替制御部１４は、Ｖ相５０Ｖの電流を生成するために、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。具体的には、切替制御部１４は、時刻ｔｃから時刻ｔｄまでの期間において、矩形波信号ＶＰ２をスイッチング信号ＶＰとして出力切替部１５に出力させ、それ以外の期間において、ＰＷＭ信号ＶＰ１をスイッチング信号ＶＰとして出力切替部１５に出力させる。時刻ｔｃから時刻ｔｄまでの期間は、位相６０度分である。

矩形波信号ＶＰ２の出力が開始される時刻ｔｃは、矩形波信号ＵＰ２の出力が開始される時刻ｔａよりも位相１２０度分だけ遅れている。つまり、切替制御部１４は、切替信号Ｖｓｉｇを０に設定する期間を、切替信号Ｕｓｉｇが０に設定される期間よりも位相１２０度分の時間だけ遅らせて設定する。この理由は、Ｖ相５０Ｖの位相が、Ｕ相５０Ｕの位相よりも１２０度遅れているためである。

次に、切替期間の前半におけるＷ相５０Ｗの生成について説明する。

切替期間の前半におけるＵ相５０Ｕの電流の生成と同様に、切替制御部１４は、Ｗ相５０Ｗの電流を生成するために、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。具体的には、切替制御部１４は、時刻ｔｅから時刻ｔ２までの期間において、矩形波信号ＷＰ２をスイッチング信号ＶＰとして出力切替部１５に出力させ、それ以外の期間において、ＰＷＭ信号ＷＰ１をスイッチング信号ＷＰとして出力切替部１５に出力させる。時刻ｔｅから時刻ｔ２までの期間は、位相６０度分である。

矩形波信号ＷＰ２の出力が開始される時刻ｔｅは、矩形波信号ＶＰ２の出力が開始される時刻ｔｃよりも位相１２０度分だけ遅れている。つまり、切替制御部１４は、切替信号Ｗｓｉｇを０に設定する期間を、切替信号Ｖｓｉｇが０に設定される期間よりも、位相１２０度分の時間だけ遅らせて設定する。この理由は、Ｗ相５０Ｗの位相が、Ｖ相５０Ｖの位相よりも１２０度遅れているためである。

このように、切替制御部１４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順序で、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。なお、切り替えの順序は、上記の順序でなくてもよく、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相の順序であってもよく、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の順序であってもよい。

・切替期間の後半
切替期間の後半（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間）においても、切替制御部１４は、切替期間の前半と同様に、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。従って、矩形波信号ＶＰ２の出力が開始される期間は、矩形波信号ＵＰ２の出力が開始される期間よりも位相１２０度分の時間だけ遅れる。矩形波信号ＷＰ２の出力が開始される期間は、矩形波信号ＶＰ２の出力が開始される期間よりも位相１２０度分の時間だけ遅れる。

ただし、切替期間の後半において、ワンパルス制御が実行される期間は、各相において位相１２０度分の時間であり、切替期間の前半においてワンパルス制御が実行される期間よりも長く設定される。

切替期間の後半において、時刻ｔｆからｔｋまでの各時刻の間隔は、位相６０度分の時間である。時刻ｔ２から時刻ｔｆまでの期間、時刻ｔｋから時刻ｔ３までの期間は、位相３０度分の時間である。

最初に、切替期間の後半におけるＵ相５０Ｕの生成について説明する。

切替制御部１４は、ワンパルス制御を実行するために、時刻ｔｆから時刻ｔｈまでの期間、時刻ｔｉから時刻ｔｋまでの期間において、切替信号Ｕｓｉｇを０に設定して、矩形波信号ＵＰ２の出力を出力切替部１５に指示する。時刻ｔｆから時刻ｔｈまでの期間、及び時刻ｔｉから時刻ｔｋまでの期間は、それぞれ、位相１２０度分の時間に相当する。時刻ｔｆから時刻ｔｈまでの期間、時刻ｔｉから時刻ｔｋまでの期間において、インバータ２は、ワンパルス制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。

一方、切替制御部１４は、時刻ｔｆから時刻ｔｈまでの期間、時刻ｔｉから時刻ｔｋまでの期間以外の期間において、切替信号Ｕｓｉｇを、ＰＷＭ信号ＵＰ１の出力を指示する１に設定する。この結果、時刻ｔ２から時刻ｔｆの期間、時刻ｔｈから時刻ｔｉまでの期間、時刻ｔｋから時刻ｔ３までの期間において、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＵ相５０Ｕの電流を生成する。

次に、切替期間の後半におけるＶ相５０Ｖの生成について説明する。

切替制御部１４は、時刻ｔ２から時刻ｔｇまでの期間、時刻ｔｈから時刻ｔｊまでの期間、時刻ｔｋから時刻ｔ３までの期間において、切替信号Ｖｓｉｇを矩形波信号ＶＰ２の出力を指示する０に設定する。これらの期間において、インバータ２は、ワンパルス制御に基づくＶ相５０Ｖの電流を生成する。

時刻ｔｈから時刻ｔｊまでの期間は、位相１２０度分の時間である。時刻ｔ２から時刻ｔｇまでの期間と時刻ｔｋから時刻ｔ３までの期間とを合計した期間は、位相１２０度分の時間である。切替期間の後半において、矩形波信号ＶＰ２を出力する期間が分割されている。この理由は、矩形波信号ＶＰ２の出力期間が、矩形波信号ＵＰ２の出力期間よりも１２０度遅れて設定されるためである。

一方、切替制御部１４は、時刻ｔｇから時刻ｔｈまでの期間、時刻ｔｊから時刻ｔｋまでの期間において、切替信号ＶｓｉｇをＰＷＭ信号ＶＰ１の出力を指示する１に設定する。時刻ｔｇから時刻ｔｈの期間、時刻ｔｊから時刻ｔｋまでの期間において、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＶ相５０Ｖの電流を生成する。

次に、切替期間の後半におけるＷ相５０Ｗの生成について説明する。

切替制御部１４は、時刻ｔ２から時刻ｔｆまでの期間、時刻ｔｇから時刻ｔｉまでの期間、時刻ｔｊから時刻ｔ３までの期間において、切替信号Ｗｓｉｇを、矩形波信号ＷＰ２の出力を指示する０に設定する。これらの期間において、インバータ２は、ワンパルス制御に基づくＷ相５０Ｗの電流を生成する。

時刻ｔｇから時刻ｔｉまでの期間は、位相１２０度分の時間である。時刻ｔ２から時刻ｔｆまでの期間と時刻ｔｊから時刻ｔ３までの期間とを合計した期間は、位相１２０度分の時間である。このように、切替期間の後半において、矩形波信号ＷＰ２を出力する期間が分割されている。この理由は、矩形波信号ＷＰ２の出力期間が矩形波信号ＶＰ２の出力期間よりも１２０度遅れて設定されるためである。

一方、切替制御部１４は、時刻ｔｆから時刻ｔｇまでの期間、時刻ｔｉから時刻ｔｊまでの期間において、切替信号Ｗｓｉｇを、ＰＷＭ信号ＷＰ１の出力を指示する１に設定する。この結果、時刻ｔｆから時刻ｔｇの期間、時刻ｔｉから時刻ｔｊまでの期間において、インバータ２は、ＰＷＭ制御に基づくＷ相５０Ｗの電流を生成する。

（３）時刻ｔ３より後の期間（ワンパルス制御期間）
時刻ｔ３において、切替期間が終了する。切替制御部１４は、時刻ｔ３を経過した場合、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）をＰＷＭ制御部１２、ワンパルス制御部１３、及びトルク推定部１６に出力する。ＰＷＭ制御部１２は、値が２に設定された制御ステータス信号Ｓｔが入力された場合、ＰＷＭ信号３００の生成を停止する。トルク推定部１６は、トルク推定値ＴｒｑＦＢの算出を開始する。ワンパルス制御部１３は、トルク推定値ＴｒｑＦＢを用いたフィードバック制御を実行して、矩形波信号４００を生成する。

また、切替制御部１４は、時刻ｔ３を経過した場合、各々の値が０に設定された切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇを出力する。出力切替部１５は、各々の値が０に設定された切替信号Ｕｓｉｇ，Ｖｓｉｇ，Ｗｓｉｇに基づいて、ワンパルス制御部１３から入力される矩形波信号４００をスイッチング信号Ｓｗとしてインバータ２により出力する。つまり、時刻ｔ３よりも後の期間において、インバータ制御装置１０は、ワンパルス制御を実行してインバータ２を制御する。

以下、切替期間において、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える理由を説明する。

交流モータ１の駆動中に、インバータ制御装置１０が、ＰＷＭ制御の実行からワンパルス制御の実行に即座に切り替えた場合、トルクショックが発生する。

インバータ２がＰＷＭ制御により三相交流２００を生成している場合に、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ、及びＷ相５０Ｗの電流は、平衡を保っている。しかし、ＰＷＭ制御からワンパルス制御への切り替えが即座に行われた場合、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ、及びＷ相５０Ｗの電流が不平衡となる。

図３を参照して、時刻ｔ１において、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に即座に切り替えた場合を例にして考える。この場合、時刻ｔ１より前において、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ及びＷ相５０Ｗは、ＰＷＭ制御により生成される。この場合、インバータ２におけるスイッチング素子のオンオフは、ワンパルス制御に比べて非常に短い間隔で実行されている。このため、ＰＷＭ制御期間では、インバータ２において、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ及びＷ相５０Ｗの電流は、平衡を保つことができる。

しかし、時刻ｔ１においてＰＷＭ制御からワンパルス制御に即座に切り替えられた場合、矩形波信号４００が、時刻ｔ１からインバータ２に出力される。時刻ｔ１から時刻ｔａにかけて、矩形波信号４００のうち、矩形波信号ＵＰ２，ＷＰ２はオフであり、矩形波信号ＶＰ２がオンであるため、Ｖ相５０Ｖのみに電流が発生する。この結果、Ｖ相５０Ｖの電流が、時刻ｔ１から過大となるため、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ、及びＷ相５０Ｗの電流が不平衡となる。この結果、交流モータ１のトルクが急変し、トルクショックが発生する。

しかし、インバータ制御装置１０は、ＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替える場合、切替期間において、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える。その際に、ワンパルス制御に切り替えるタイミングを、矩形波信号４００の相ごとにずらして実行する。これにより、トルクショックを低減することができる。例えば、図３に示すように、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間において、スイッチング信号ＵＰとして、矩形波信号ＵＰ２がインバータ制御装置１０から出力され、スイッチング信号ＶＰ，ＷＰとして、ＰＷＭ信号ＶＰ１，ＷＰ１がインバータ制御装置１０から出力される。

この結果、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ、Ｗ相５０Ｗのうち２つの相が、ＰＷＭ制御により生成される。ＰＷＭ制御からワンパルス制御に即座に切り替える場合よりも、Ｕ相５０Ｕ、Ｖ相５０Ｖ、及びＷ相５０Ｗの電流の不平衡を緩和することができるため、トルクショックを低減することができる。

また、切替期間の後半では、矩形波信号４００を出力する期間の比率が、切替期間の前半に比べて増加する。インバータ制御装置１０では、ワンパルス制御の割合を段階的に増やしていくことにより、ＰＷＭ制御からワンパルス制御への切り替えの際に発生する三相交流の電流の不平衡を緩和しながら、ワンパルス制御へ移行させることが可能となる。これにより、トルクショックを更に低減することができる。

｛２．２．３．切替期間におけるＰＷＭ制御部１２の動作｝
ＰＷＭ制御部１２は、切替期間において、電圧目標値Ｖｄ，Ｖｑを、ＰＷＭ制御に対応する値からワンパルス制御に対応する値へと徐々に変化させる。以下、ＰＷＭ制御部１２が電圧目標値Ｖｄ，Ｖｑを徐々に変化させる理由を説明する。

図４は、ＰＷＭ制御を実行する際に、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて算出される電流ベクトルＩ＿ｐｗｍを、ｄｑ座標空間上に表した図である。図４を参照して、電流ベクトルＩ＿ｐｗｍのｄ軸成分を電流目標値Ｉｄ＿ｐｗｍとし、ｑ軸成分をＩｑ＿ｐｗｍとする。電流目標値Ｉｄ＿ｐｗｍ，Ｉｑ＿ｐｗｍは、電流指令生成部１１により生成される電流目標値Ｉｄ＿ｒ，Ｉｑ＿ｒにそれぞれに対応する。電流ベクトルＩ＿ｐｗｍは、ｑ軸を基準として反時計回り（ＣＣＷ）方向に位置する。電流ベクトルＩ＿ｐｗｍがｑ軸となす角度は、βである。

図５は、ワンパルス制御を実行する際に、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づいて算出される電圧ベクトルＶ＿ｏｎｅをｄｑ座標空間上に表した図である。図５を参照して、電圧ベクトルＶ＿ｏｎｅのｄ軸成分を電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅとし、ｑ軸成分をＶｑ＿ｏｎｅとする。電圧ベクトルＶ＿ｏｎｅは、ｑ軸を基準として反時計回り（ＣＣＷ）方向に位置する。電圧ベクトルＶ＿ｏｎｅがｑ軸となす角度は、γである。なお、電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅ，Ｖｑ＿ｏｎｅは、実際には、ワンパルス制御部１３では使用されない。

ＰＷＭ制御では、角度βが、交流モータ１における効率が最大となるように設定される。一方、ワンパルス制御は、矩形波の位相を調整することにより、交流モータ１のトルクを制御する。従って、角度γは、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに応じて変化するため、ＰＷＭ制御で用いられる角度βは、ワンパルス制御で用いられる角度γに一致しない。

この結果、ＰＷＭ制御をワンパルス制御に切り替える際に、ＰＷＭ制御によりインバータ２で生成される三相交流２００の位相は、ワンパルス制御によりインバータ２で生成される三相交流２００の位相と一致しない。この２つの位相のずれは、トルクショックの発生の原因の１つである。

インバータ制御装置１０が、切替期間においてＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替える場合においても、位相のずれによるトルクショックが発生する。そこで、インバータ制御装置１０は、切替期間において電圧目標値Ｖｄ，Ｖｑを、ワンパルス制御で用いられる電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅ，Ｖｑ＿ｏｎｅに徐々に近づける。これにより、２つの位相のずれが緩和されるため、切替期間に発生するトルクショックを低減することができる。

図２を参照して、ＰＩ制御部１２２Ａは、切替制御の実行を通知する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝１）が入力された場合、切替期間における電圧目標値Ｖｑを以下の処理によって決定する。

ＰＩ制御部１２２Ａは、電流差分値Ｉｑ＿ｓに基づいて、電圧目標値Ｖｑ＿ｐｗｍと、電圧目標値Ｖｑ＿ｏｎｅとを算出する。電圧目標値Ｖｑ＿ｐｗｍは、ＰＷＭ制御の実行時における電圧目標値Ｖｑに相当する。

図６は、切替期間における電圧目標値Ｖｑの変化を示す図である。図６を参照して、ＰＩ制御部１２２Ａは、切替制御が開始される時刻ｔ１において、電圧目標値Ｖｑを電圧目標値Ｖｑ＿ｐｗｍに設定する。そして、ＰＩ制御部１２２Ａは、切替期間の終了する時刻ｔ３において、電圧目標値Ｖｑが電圧目標値Ｖｑ＿ｏｎｅとなるように、電圧目標値Ｖｑを徐々に変化させる。切替期間が終了した後にＰＷＭ制御が実行されないため、ＰＩ制御部１２２Ａは、時刻ｔ３の経過後に電圧目標値Ｖｑを０に設定する。

ＰＩ制御部１２２Ｂは、ＰＩ制御部１２２Ａと同様の処理を実行して、電圧目標値Ｖｄを変化させる。ＰＩ制御部１２２Ｂは、電流差分値Ｉｄ＿ｓに基づいて、電圧目標値Ｖｄ＿ｐｗｍと、電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅを算出する。電圧目標値Ｖｄ＿ｐｗｍは、ＰＷＭ制御の実行時における電圧目標値Ｖｄに相当する。

図７は、切替期間における電圧目標値Ｖｄの変化を示す図である。図７を参照して、ＰＩ制御部１２２Ｂは、切替制御が開始される時刻ｔ１において電圧目標値Ｖｄを電圧目標値Ｖｄ＿ｐｗｍに設定する。そして、ＰＩ制御部１２２Ｂは、切替期間の終了する時刻ｔ３において、電圧目標値Ｖｄが電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅとなるように、電圧目標値Ｖｄを徐々に変化させる。切替期間が終了した後にＰＷＭ制御が実行されないため、ＰＩ制御部１２２Ｂは、時刻ｔ３の経過後に電圧目標値Ｖｄを０に設定する。

図６では、電圧目標値Ｖｑ＿ｐｗｍが電圧目標値Ｖｑ＿ｏｎｅよりも小さくなっているが、電圧目標値Ｖｑ＿ｐｗｍが電圧目標値Ｖｑ＿ｏｎｅよりも大きくてもよい。また、ＰＩ制御部１２２Ａは、線形的に電圧目標値Ｖｑを変化させるのではなく、２次関数あるいは指数関数的に変化させてもよい。図７に示す電圧目標値Ｖｄ＿ｐｗｍ及び電圧目標値Ｖｄ＿ｏｎｅについても同様である。

このように、切替期間において、ＰＩ制御部１２２Ａ，１２２Ｂが、電圧目標値Ｖｑ，Ｖｄを変化させることにより、切替期間内におけるＰＷＭ制御とワンパルス制御の切り替え時に発生するトルクショックを低減することができる。

｛２．２．４．切替期間におけるワンパルス制御部１３の動作｝
ワンパルス制御部１３は、切替期間において、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆ及びトルク推定値ＴｒｑＦＢを用いたフィードバック制御を行なわず、切替期間の終了するタイミングで、フィードバック制御を開始する。以下、詳しく説明する。

（切替期間における動作）
ワンパルス制御部１３は、切替期間においては、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに関係なく、位相がゼロに設定された矩形波信号４００を出力する。具体的には、トルク推定部１６は、切替制御の実行を示す制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝１）を切替制御部１４から受信した場合、トルク推定値ＴｒｑＦＢを算出しない。この結果、減算器１３１において減算処理が実行されない。減算器１３１は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆをトルク差分値Ｔｒｑ＿ｓとしてそのまま出力する。なお、後述するように、ＰＩ制御部１３２は、切替期間において、トルク差分値Ｔｒｑ＿ｓを使用して位相目標値γ１を計算しない。従って、ワンパルス制御部１３は、減算器１３１を停止させてもよい。

ＰＩ制御部１３２は、切替制御の実行を示す制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝１）を切替制御部１４から受信した場合、トルク差分値Ｔｒｑ＿ｓに関係なく、値がゼロに設定された位相目標値γ１を生成して出力する。

初期位相テーブル１３３は、切替制御を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝１）が入力されている間、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づく初期位相値γ２を出力する。加算器１３４には、値がゼロに設定された位相目標値γ１及びトルク指令値ＴｒｑＲｅｆに基づく初期位相値γ２が入力されるため、加算器１３４は、初期位相値γ２を電圧位相値γ３として出力する。矩形波生成回路１３５は、電圧位相値γ３に基づいて矩形波信号４００を生成する。つまり、切替期間において、電圧位相値γ３は、初期位相値γ２に固定される。

（切替期間の終了時における動作）
切替制御部１４は、切替期間が終了するタイミングで、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）をワンパルス制御部１３に出力する。初期位相テーブル１３３は、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）が入力された場合、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに対応する初期位相値γ２を加算器１３４に出力する。この時点で、加算器１３４には、値がゼロに設定された位相目標値γ１が入力されている。従って、加算器１３４は、切替期間が終了するタイミングで、初期位相値γ２をそのまま電圧位相値γ３として矩形波生成回路１３５に出力する。矩形波生成回路１３５は、初期位相値γ２に基づいて位相が調整された矩形波信号４００を出力する。

初期位相値γ２は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに対応するトルクを交流モータ１が出力できるように予め計算された値である。ワンパルス制御期間が開始される時刻ｔ３において、ワンパルス制御部１３は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに応じた矩形波信号４００を生成することができるため、トルクショックを低減することができる。

トルク推定部１６は、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）が入力された場合、トルク推定値ＴｒｑＦＢの出力を開始する。ＰＩ制御部１３２は、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）が入力された場合、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆからトルク推定値ＴｒｑＦＢを減算したトルク差分値Ｔｒｑ＿ｓを用いて、位相目標値γ１を計算する。これにより、ワンパルス制御部１３において、クローズドループ制御が開始される。具体的には、ＰＩ制御部１３２は、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆからトルク推定値ＴｒｑＦＢを減算したトルク差分値Ｔｒｑ＿ｓに基づいて、位相目標値γ１を計算する。

また、初期位相テーブル１３３は、ワンパルス制御の実行を指示する制御ステータス信号Ｓｔ（Ｓｔ＝２）が入力されている間、トルク指令値ＴｒｑＲｅｆに対応する初期位相値γ２を継続して出力する。加算器１３４は、位相目標値γ１に初期位相値γ２を加算することにより、電圧位相値γ３を出力する。矩形波生成回路１３５は、電圧位相値γ３に基づいて矩形波信号４００を生成する。これにより、ワンパルス制御の開始時に、初期位相値γ２のみが反映された矩形波信号４００が生成され、その後、フィードバック制御に基づいて位相が調整された矩形波信号４００が生成される。

｛変形例｝
上記実施の形態において、切替期間が矩形波信号４００の２周期分に設定される例を説明したが、これに限られない。切替期間は、矩形波信号４００の１周期分であってもよいし、３周期以上の長さであってもよい。

切替期間が３周期以上である場合、インバータ制御装置１０は、各周期において実行されるワンパルス制御の期間を徐々に長くしていけばよい。例えば、切替期間が４周期である場合、１周期目のワンパルス制御の実行期間を３０度、２周期目のワンパルス制御の実行期間を６０度、３周期目のワンパルス制御の実行期間を９０度、４周期目のワンパルス制御の実行期間を１２０度とすることができる。

また、切替期間は、矩形波信号４００の周期に依存して決定しなくてもよい。切替制御部１４は、切替期間を任意に設定してもよい。

また、上記実施の形態において、インバータ制御装置１０が、切替期間において、ワンパルス制御を実行する期間を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に対して２回以上設定する例を説明したが、これに限られない。インバータ制御装置１０は、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替えることにより、ワンパルス制御が少なくとも１回実行されるようにすればよい。この場合であっても、切替期間において、三相交流２００の不平衡が緩和されるため、トルクショックを低減することができる。なお、切替期間においてワンパルス制御が実行された場合、ワンパルス制御の後にＰＷＭ制御が少なくとも１回実行される。

また、上記実施の形態において、切替制御部１４が、切替期間の前半において、矩形波信号ＵＰ２を出力する期間を２回設定し、矩形波信号ＵＰ２を出力する期間がともに位相６０度分の時間とする例を説明したが、これに限られない。２回目の矩形波信号ＵＰ２を出力する期間を、１回目の矩形波信号ＵＰ２を出力する期間よりも長くしてもよい。矩形波信号ＶＰ２，ＷＰ２についても同様である。これにより、切替期間において、矩形波信号ＵＰ２が出力される期間の割合を徐々に増やしていくことができるため、トルクショックをさらに低減させることができる。つまり、切替制御部１４は、切替期間におけるワンパルス制御への切替がＮ（Ｎは２以上の自然数）回目である場合、Ｎ回目の切替後におけるワンパルス制御の実行期間が、（Ｎ−１）回目の切り替え後におけるワンパルス制御の実行期間よりも長くなるように、ＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替えればよい。

また、上記実施の形態において、交流モータ１がＩＰＭモータである場合を例に説明したが、これに限られない。交流モータ１は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータであってもよい。すなわち、永久磁石を用いたモータを駆動させる際に、インバータ制御装置１０を使用することが可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

１００ モータ制御システム
１ 交流モータ
２ インバータ
３，４ 電流センサ
５ 回転角センサ
１０ インバータ制御装置
１１ 電流指令生成部
１２ ＰＷＭ制御部
１３ ワンパルス制御部
１４ 切替制御部
１５ 出力切替部
１６ トルク推定部
１２１Ａ，１２１Ｂ，１３１ 減算器
１２２Ａ，１２２Ｂ，１３２ ＰＩ制御部
１２３，１２４ ベクトル変換部
１２５ ＰＷＭ比較回路
１３３ 初期位相テーブル
１３４ 加算器
１３５ 矩形波生成回路

Claims (5)

1. モータを駆動させるための三相交流を生成するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
   前記モータのトルク指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を実行して前記インバータに前記三相交流を生成させるＰＷＭ制御部と、
   前記トルク指令値に基づいて、ワンパルス制御を実行して前記インバータに前記三相交流を生成させるワンパルス制御部と、
   前記インバータの制御をＰＷＭ制御からワンパルス制御に切り替えるための切替期間においてＰＷＭ制御とワンパルス制御とを交互に切り替え、切替期間の経過後にワンパルス制御が実行されるように、前記ＰＷＭ制御部と前記ワンパルス制御部とを制御する切替制御部とを備えるインバータ制御装置。
2. 請求項１に記載のインバータ制御装置であって、
   前記切替制御部による指示は、前記三相交流に含まれる相ごとに所定の順序で行われるインバータ制御装置。
3. 請求項１に記載のインバータ制御装置において、
   前記切替制御部は、前記切替期間におけるワンパルス制御への切り替えがＮ（Ｎは２以上の自然数）回目である場合、Ｎ回目の切り替え後におけるワンパルス制御の実行期間が、（Ｎ−１）回目の切り替え後におけるワンパルス制御の実行期間よりも長くなるように、前記ＰＷＭ制御部と前記ワンパルス制御部とを制御するインバータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ制御装置であって、
   前記ＰＷＭ制御部は、前記トルク指令値に基づいて、ＰＷＭ制御に用いられる第１電圧目標値とワンパルス制御に用いられる第２電圧目標値とを生成し、前記切替期間において前記第１電圧目標値から前記第２電圧目標値まで徐々に変化させるインバータ制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータ制御装置であって、さらに、
   前記トルク指令値と、ワンパルス制御を開始する際における矩形波信号の初期位相値とを対応付けて記録する初期位相テーブルを備え、
   前記ワンパルス制御部は、前記切替期間を終了するタイミングにおいて、前記終了するタイミングにおけるトルク指令値に対応する初期位相値に基づいて前記矩形波信号の位相を決定し、前記切替期間の経過後において、前記トルク指令値と、前記モータのトルクの検出値と、前記トルク指令値に対応する初期位相値とに基づいて、前記矩形波信号の位相を決定するインバータ制御装置。

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