JP2018157651A - インバータ制御装置及びインバータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータがロック状態に発生するノイズを抑制できるインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供する。【解決手段】インバータ制御装置であって、直流電源の両端子にそれぞれ電気的に接続され、各相で上アーム及び下アームで構成される複数対のスイッチング素子を有し、直流電源の直流電圧を変換して多相の交流電圧をモータに出力するインバータと、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するコントローラと、を備え、モータがロック状態の際に、所定の相の上アーム側スイッチング素子と、当該所定の相とは異なる相の下アーム側スイッチング素子のいずれもがＯＮする状態の周期が、経時的に変化するように、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。【選択図】 図３

Description

本発明は、インバータ制御装置及びインバータ制御方法に関するものである。

モータに設けられた複数の巻線に対し目標とする電流が供給されるよう、各巻線に対応して設けられている複数のスイッチング素子を制御する通常制御手段と、上記複数のスイッチング素子又は上記複数の巻線における発熱が抑制されるよう当該複数のスイッチング素子を制御する保護制御手段と、を備える制御装置において、上記複数のスイッチング素子又は上記複数の巻線における急峻な発熱をモータの回転数に基づき予測する発熱予測手段と、上記急峻な発熱が予測されている期間は保護制御手段を、それ以外の期間は通常制御手段を、それぞれ動作させる制御モード切換手段と、を備える制御装置がある（特許文献１）。モータがロックした状態では、インバータの出力電圧は実質的に直流電圧となる。

特開平９−７０１９５号公報 特開２００９−１０６１０６号公報

しかしながら、従来技術では、モータがロックした状態において、複数のスイッチング素子は、搬送波の周波数を低下させる保護制御手段により制御されるため、スイッチング素子はほぼ経時的に固定されたデューティ比でＯＮ／ＯＦＦ動作し、インバータから高ノイズが発生するという問題があった。

本発明は、モータのロック状態で発生するノイズを抑制できるインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供することである。

本発明は、モータがロック状態の際に、所定の相の上アーム側スイッチング素子と、当該所定の相とは異なる相の下アーム側スイッチング素子のいずれもがＯＮする状態の周期が、経時的に変化するように、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することで上記課題を解決する。

本発明によれば、モータのロック状態で発生するノイズを抑制できる。

図１は、ハイブリッド車両の構成図である。 図２は、第１実施形態に係るインバータ制御装置のブロック図である。 図３は、第１実施形態に係るモータコントローラの要部を示すブロック図である。 図４は、比較例において、モータのロック状態でのゲート駆動信号のタイミングチャートである。 図５は、第１実施形態おいて、モータのロック状態でのゲート駆動信号のタイミングチャートである。 図６は、ゼロ相電圧加算処理を示すフローチャートである。 図７は、モータのロック状態における、インバータの出力電圧の周波数スペクトルの一例である。 図８は、第２実施形態に係るモータコントローラの要部を示すブロック図である。 図９は、モータのロック状態において、ゲート駆動信号のタイミングチャートの一例である。 図１０は、モータのロック状態において、ゲート駆動信号のタイミングチャートの他の例である。 図１１は、デッドタイム設定処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

≪第１実施形態≫
図１は、ハイブリッド車両の構成図である。本実施形態のインバータ制御装置はこのハイブリッド車両に搭載される。なお、本実施形態のインバータ制御装置は、ハイブリッド車両に限られず、モータを走行駆動源として走行する電気自動車に搭載してもよい。

図１に示すように、ハイブリッド車両は、モータ５とエンジン６を備えており、モータ５又はエンジン６の両方又はいずれか一方により車両を走行駆動する。モータ５は、エンジン６と連結されており、主としてエンジン６を始動するために用いられるが、必要に応じてエンジン始動時のトルク不足を補うために用いられる。モータ５には、誘導電動機又は同期電動機が用いられ、例えば、３相交流モータが挙げられる。エンジン６は、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）７を介して駆動輪を駆動する。

また、本実施例のハイブリッド車両は、上記モータ５及びエンジン６の他に、モータ５の電源である、二次電池等で構成されるバッテリ１（直流電源）と、バッテリ１の直流電力を交流電力に変換するインバータ３と、直流電力を平滑化するためのコンデンサ４とを備えている。バッテリ１は、リレー２を介してインバータ３に接続されている。

インバータ３は、複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に並列に接続され、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電流方向とは逆方向に電流が流れる整流素子Ｄ１〜Ｄ６を有する。インバータ３は、バッテリ１の直流電圧を三相の交流電圧に変換し、当該交流電圧をモータ５に出力する。本実施形態では、２つのスイッチング素子を直列接続した３対の回路がバッテリ１に並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ５の三相入力部とがそれぞれ接続されている。スイッチング素子には、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴが挙げられ、整流素子には、例えば、ダイオードが挙げられる。

図１に示す例では、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２、スイッチング素子Ｔｒ３とＴｒ４、スイッチング素子Ｔｒ５とＴｒ６がそれぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２の間とモータ５のＵ相、スイッチング素子Ｔｒ３とＴｒ４の間とモータ５のＶ相、スイッチング素子Ｔｒ５とＴｒ６の間とモータ５のＷ相がそれぞれ接続されている。また、以降の説明では、バッテリ１の正極とリレー２を介して電気的に接続可能なスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を上アームとし、バッテリ１の負極とリレー２を介して電気的に接続可能なスイッチング素子Ｔｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を下アームとする。なお、インバータ３の動作の詳細については後述する。

リレー２とインバータ３との間には、直流電圧を平滑化するためのコンデンサ４がバッテリ１と並列に接続されている。また、リレー２とコンデンサ４の間には、バッテリ１の直流電圧を検出する電圧センサ１３がバッテリ１と並列接続されている。電圧センサ１３は、検出したバッテリ１の直流電圧を後述するモータコントローラ１０（図２参照)に出力する。

車両コントローラ８は、中央演算装置ＣＰＵ、リードオンメモリＲＯＭ及びランダムアクセスメモリＲＡＭを備える。車両コントローラ８は、ハイブリッド車両のアクセル信号、ブレーキ信号、シフトポジション信号、キースイッチ信号等の運転者による操作情報９に基づいて、駆動トルク指令及びトルク指令値Ｔ^＊を算出する。車両コントローラ８は、駆動トルク指令を、エンジン６を制御するエンジンコントローラ（図示しない）に出力するとともに、トルク指令値Ｔ^＊を後述するモータコントローラ１０に出力する。

次に、図２を参照して、本実施形態に係るインバータ制御装置の概要について説明する。図２は、本実施形態に係るインバータ制御装置のブロック図である。本実施形態に係るインバータ制御装置は、インバータ３と、モータコントローラ１０を備えている。

図２では、図１と同じ構成には同一の記号を付し、繰り返しの説明は省略して、図１においてした説明を援用する。

回転子位置センサ１１は、モータ５に設けられており、モータ５の回転子位置を支援す位置センサ信号を検出する。回転子位置センサ１１は、検出した位置センサ信号をモータコントローラ１０に出力する。回転子位置センサ１１には、例えば、レゾルバ、エンコータ等が挙げられる。

電流センサ１２は、インバータ３からモータ５に供給される各相の電流iｕ、iｖ、iｗを検出する。電流センサ１２は、検出した各相の電流センサ信号をモータコントローラ１０に出力する。

モータコントローラ１０は、インバータ３の動作を制御する。モータコントローラ１０には、車両コントローラ８（図１参照）から、トルク指令値Ｔ^＊が入力される。また、モータコントローラ１０には、回転子位置センサ１１から、位置センサ信号が入力され、電流センサ１２から、各相の電流センサ信号が入力され、さらに、電圧センサ１３から、バッテリ１の検出電圧Ｖｂが入力される。モータコントローラ１０は、トルク指令値Ｔ^＊、位置センサ信号、各相の電流センサ信号、検出電圧Ｖｂに基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する。そして、モータコントローラ１０は、生成したＰＷＭ信号に基づいて、インバータ３を構成する各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６が所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするように制御する。モータコントローラ１０は、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子にそれぞれゲート駆動信号（Ｐｕ／Ｎｕ、Ｐｖ／Ｎｖ、Ｐｗ／Ｎｗ）を出力する。

図３は、本実施形態に係るモータコントローラ１０の要部を示すブロック図である。本実施形態のモータコントローラ１０は、電流指令演算部２１と、電流制御部２２と、２相３相変換部２３と、ＰＷＭ変換部２４と、３相２相変換部２５と、電気角速度／磁極位置検出部２６と、ゼロ相電圧加算部２７とを備える。

電流指令演算部２１には、車両コントローラ８により算出されたトルク指令値Ｔ^＊と、後述する電気角速度／磁極位置検出部２６により演算されたモータ５の電気角速度ωとが入力される。電流指令演算部２１は、トルク指令値Ｔ^＊とモータ５の電気角速度ωに基づいて、ｄ軸電流指令値iｄ^＊及びｑ軸電流指令値iｑ^＊を演算する。ここで、ｄ軸電流とは、モータ５に流れる３相電流（iｕ、iｖ、iｗ）の励磁電流成分であり、ｑ軸電流とはトルク電流成分である。例えば、電流指令演算部２１は、トルク指令値Ｔ^＊とモータ５の電気角速度ωに対する、ｄ軸電流指令値iｄ^＊及びｑ軸電流指令値iｑ^＊を予め演算してマップ化してもよい。電流指令演算部２１は、演算したｄ軸電流指令値iｄ^＊及びｑ軸電流指令値iｑ^＊を、電流制御部２２へ出力する。

電流制御部２２には、電流指令演算部２１により演算されたｄ軸電流指令値ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ^＊と、後述する３相２相変換部により演算されたｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑとが入力される。電流制御部２２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ^＊とｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑとに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を演算する。具体的には、電流指令値と実電流との変位差（ｉｄ^＊−ｉｄ）、（ｉｑ^＊−ｉｑ）をそれぞれ演算し、演算した変位差に対してＰＩ演算することにより、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を演算することができる。電流制御部２２は、演算したｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ^＊を、２相３相変換部２３へ出力する。なお、ＰＩ演算の例として、下記式（１）が挙げられる。

ただし、Ｋｐｄはｄ軸比例ゲイン、Ｋｐｑはｑ軸比例ゲイン、Ｋｉｄはｄ軸積分ゲイン、Ｋｉｑはｑ軸積分ゲイン、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、φ永久磁石鎖交磁束数を示す。

２相３相変換部２３には、電流制御部２２により演算されたｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊と、後述する電気角速度／磁極位置検出部２６により演算された磁極位置検出値θとが入力される。２相３相変換部２３は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊と磁極位置検出値θに基づいて、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に変換する。

また、２相３相変換部２３には、電圧センサ１３により検出されたバッテリ１の直流電圧Ｖｂと、後述するＰＷＭ変換部２４で使用する搬送波の周波数ｆｃ及びデッドタイムＴｄとが入力される。２相３相変換部２３は、直流電圧Ｖｂ、周波数ｆｃ、及びデッドタイムＴｄに基づいて、デッドタイム補償電圧ΔＶを演算する。デッドタイム補償電圧ΔＶは下記式（２）で表せる。

２相３相変換部２３は、変換した３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に、各相の電流の向きに応じてデッドタイム補償電圧ΔＶを加算する。これにより、後述するＰＷＭ変換部２４において、各相の電圧指令値と搬送波との比較に基づいて、ゲート駆動信号を生成すると、生成されたゲート駆動信号はデッドタイムＴｄが補償された信号となる。２相３相変換部２３は、上記デッドタイム補償電圧ΔＶを含む３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊をゼロ相電圧加算部に出力する。

ここで、デッドタイムとは、インバータ３の対をなすスイッチング素子のＯＮ期間が互いに重ならない期間である。このデッドタイムは、対をなすスイッチング素子がともにＯＮすることで、対をなすスイッチング素子にバッテリ１又はコンデンサ４から大電流が流れることを防ぐために設けられる。図１又は図２では、デッドタイムとは、例えば、上アームのスイッチング素子Ｔｒ１のＯＮ期間と下アームのスイッチング素子Ｔｒ２のＯＮ期間とが重ならない期間となる。言い換えると、デッドタイムとは、対をなすスイッチング素子のうち、一方側のスイッチング素子Ｔｒ１のＯＦＦ期間と、他方側のスイッチング素子Ｔｒ２のＯＦＦ期間とが重なる期間となる。

ＰＷＭ変換部２４には、後述するゼロ相電圧加算部２７で演算された最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊が入力される。また、ＰＷＭ変換部２４は、予め設定されたデッドタイムＴｄを有している。ＰＷＭ変換部２４は、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１と搬送波をそれぞれ比較することで、各交流電圧指令値に対応するＰＷＭ信号を生成する。搬送波には、例えば、周波数が数ｋＨｚ〜１０数ｋＨｚ程度の三角波が挙げられる。ＰＷＭ変換部２４は、搬送波の周波数ｆｃ及びデッドタイムＴｄを２相３相変換部及びゼロ相電圧加算部２７へ出力する。

そして、ＰＷＭ変換部２４は、各相のＰＷＭ信号の電圧をインバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲート端子が駆動する電圧までレベルシフトさせる。最後に、ＰＷＭ変換部２４は、レベルシフトされたＰＷＭ信号から各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に対応したゲート駆動信号（Ｐｕ／Ｎｕ、Ｐｖ／Ｎｖ、Ｐｗ／Ｎｗ）を生成する。ＰＷＭ変換部２４は、生成したゲート駆動信号をインバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６へ出力する。なお、ゲート駆動信号を生成する方法は、上記方法に限定されず、他の回路構成であってもよい。

３相２相変換部２５には、電流センサ１２から各相の電流iｕ、iｖ、iｗが入力される。３相２相変換部２５は、各相の電流iｕ、iｖ、iｗをｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに変換して、電流制御部２２へ出力する。

電気角速度／磁極位置検出部２６には、回転子位置センサ１１から、位置センサ信号が入力される。電気角速度／磁極位置検出部２６は、位置センサ信号に基づいて、磁極位置検出値θを演算する。また、電気角速度／磁極位置検出部２６は、演算した磁極位置検出値θを微分演算すること電気角速度ωを演算する。電気角速度／磁極位置検出部２６は、演算した磁極位置検出値θを、２相３相変換部２３と３相２相変換部２５それぞれに出力し、演算した電気角速度ωを、電流指令演算部２１へ出力する。

ゼロ相電圧加算部２７には、２相３相変換部２３で演算された、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗと、ＰＷＭ変換部２４が有する搬送波の周波数ｆｃ及びデッドタイムＴｄと、電気角速度／磁極位置検出部２６で演算された電気角速度ωとが入力される。また、ゼロ相電圧加算部２７には、電圧センサ１３で検出されたバッテリ１の直流電圧Ｖｂが入力される。

ゼロ相電圧加算部２７は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗを経時的に変化させるか否かを判定する。具体的には、ゼロ相電圧加算部２７は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃがともに予め定められた所定の閾値よりも小さい（遅い）場合には、後述するモータ５のロック状態と判定し、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗを経時的に変化させる。ゼロ相電圧加算部２７が設定する電圧指令値の具体例については後述する。

反対に、ゼロ相電圧加算部２７は、電気角速度ω又は搬送波の周波数ｆｃが所定の閾値以上の場合には、モータ５はロック状態でないと判定し、後述するゼロ相電圧Ｖｚをゼロ電圧に設定する。そして、ゼロ相電圧加算部２７は、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊を、入力される３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に置き換えるとともに、ＰＷＭ変換部２４へ出力する。

なお、モータ５のロック状態において、スイッチング素子の発熱を抑制するため、搬送波の周波数ｆｃを下げることが一般的である。この場合、周波数が下がることで可聴域に達する恐れがあり、運転者へのノイズの原因となる恐れがある。そのため、本実施形態では、搬送波の周波数ｆｃが所定の閾値以下となる場合に、モータ５のロック状態と判定する。

ここで、モータ５のロック状態について説明する。モータ５が多相交流モータの場合、モータ５の回転が外力によりロックされると、モータ５の各相の電流は固定される。この状態で、運転者がアクセルを踏むと、車両コントローラ８により高いトルク指令値Ｔ^＊が演算され、インバータ３は実質的に直流電圧をモータ５に出力する。つまり、モータ５のロック状態では、２相３相電圧が演算する３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊は、電圧値が小さく経時的に固定された指令値となり、ゼロ相電圧加算部２７には、当該電圧値が入力される。なお、以降では、ロック状態には、モータ５の回転が停止した状態だけでなく、モータ５の回転が極低回転の状態も含むものとする。

ゼロ相電圧加算部２７は、モータ５のロック状態を判定すると、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊を経時的に変化させる。本実施形態では、ゼロ相電圧加算部２７は、インバータ３の出力電圧である三相交流電圧において、各相の相間電圧が変化しないようにするため、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊を一律に変化させる。具体的には、ゼロ相電圧加算部２７は、各相の相電圧の直流成分（ゼロ相電圧Ｖｚ）を、各相の電圧指令値に一律に加算する。これにより、インバータ３が出力する各相の相間電圧に影響を与えることなく、各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を制御する。

ゼロ相電圧加算部２７は、まず、ゼロ相電圧Ｖｚの範囲を設定するため、ゼロ相電圧Ｖｚの絶対値Ｋｚを設定する。

ゼロ相電圧加算部２７は、バッテリ１の直流電圧Ｖｂに基づいて絶対値Ｋｚを設定する。具体的には、ゼロ相電圧加算部２７は、直流電圧Ｖｂの１／２（Ｖｂ／２）から、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊のうち最大の指令値を減算することで、絶対値Ｋｚを設定する。言い換えれば、絶対値Ｋｚは、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊のうち最大の指令値にゼロ相電圧Ｖｚを加算しても、Ｖｂ／２を超えないように設定され、下記式（３）で表せる。これにより、インバータ３の出力トルクに影響を与えることなく、各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を制御する。

ただし、Ｋｚはゼロ相電圧の絶対値、Ｖｂはバッテリ１の直流電圧、ｍａｘ（）は（）内の最大値、ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊は３相交流電圧指令値を示す。

なお、ゼロ相電圧Ｖｚの絶対値Ｋｚを設定する方法は特に限定されない。例えば、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊毎に絶対値Ｋｚを予め実験等で求めておき、マップ保存してもよい。ゼロ相電圧加算部２７は、保存したマップに基づいて、ゼロ相電圧Ｖｚの絶対値Ｋｚを設定してもよい。

ゼロ相電圧加算部２７は、次に、所定の波形を選択し、この波形の周波数でゼロ相電圧Ｖｚを変化させる。以降では、選択した波形として正弦波を用いて説明するが、これに限定されず、他の波形、例えば、余弦波、三角波であってもよい。

ゼロ相電圧加算部２７は、正弦波の周波数ｆｚとして、予め定めた基準周波数よりも高く、かつ、搬送波の周波数ｆｃよりも低い周波数を設定する。基準周波数とは、搬送波の周波数ｆｃに応じて異なる周波数であり、後述するインバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、周波数ｆｃの逓倍周波数で発生するピークを分散化（側帯波化）できる周波数である。例えば、周波数ｆｚ又は基準周波数を予め実験等で求めておき、上記ゼロ相電圧Ｖｚの絶対値Ｋｚと同様に、マップ処理にて、搬送波の周波数ｆｃに対応した周波数ｆｚを設定してもよい。なお、正弦波の周波数ｆｚとしては、搬送波の周波数ｆｃの数％〜数１０％の周波数が好ましい。例えば、搬送波の周波数ｆｃが１０ｋＨｚの場合には、正弦波の周波数ｆｚを１００Ｈｚ〜１ｋＨｚに設定するのが好ましい。

以上のような設定処理を経て、ゼロ相電圧Ｖｚは正弦波として設定される。当該正弦波は、振幅をゼロ相電圧の絶対値Ｋｚ、振幅の中心をゼロ電圧、周波数を周波数ｆｚの正弦波とする。ゼロ相電圧Ｖｚは、下記式（４）で表せる。

ゼロ相電圧加算部２７は、設定したゼロ相電圧Ｖｚを３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に一律に加算して、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊を演算する。そして、ゼロ相電圧加算部２７は、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊を、ＰＷＭ変換部２４へ出力する。

次に、図２、４、５を参照して、モータ５がロック状態におけるゲート駆動信号について説明する。図４は、比較例において、モータ５のロック状態でのゲート駆動信号のタイミングチャートである。図５は、本実施形態において、モータ５のロック状態でのゲート駆動信号のタイミングチャートである。なお、比較例とは、本実施形態に係るインバータ装置と比べて、モータ５がロックしてもゼロ相電圧加算処理を実行しない点以外は、同様の構成のものとする。

図４（ａ）は、ＰＷＭ変換部２４に入力される３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊と搬送波のタイミングチャートである。

図４（ａ）に示すように、モータ５のロック状態では、ＰＷＭ変換部２４には、電圧値が小さく経時的に固定された３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊が入力される。３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊の正負符号は、モータ５のロックした状態により変動するため、図４（ａ）及び後述する図５（ａ）は一例を示している。

比較例に係るＰＷＭ変換部は、この３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊と搬送波Ｃとをそれぞれ比較することで、各相に対応したＰＷＭ信号（図示なし）を生成する。３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊は経時的に固定された指令値であるため、生成した各相のＰＷＭ信号も経時的に固定されたパルス信号となる。なお、比較例に係るＰＷＭ変換部は、搬送波Ｃとして周波数ｆｃの三角波を用いる。

図４（ｂ）は、比較例に係るＰＷＭ変換部が出力するゲート駆動信号のタイミングチャートである。図４（ｂ）では、比較例に係るＰＷＭ変換部は、上記ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を駆動するゲート駆動信号（Ｐｕ／Ｎｕ、Ｐｖ／Ｎｖ）を出力している。なお、ゲート駆動信号Ｐｗ／Ｎｗは、ゲート駆動信号Ｐｖ／Ｎｖと同一信号となるため、省略している。

図４（ｂ）に示すように、比較例において、ゲート駆動信号はＯＮ及びＯＦＦの周期は同一となる。つまり、モータ５のロック状態では、各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦする周期は固定される。また、上アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間と、下アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間とが重なる期間は、それぞれデッドタイムＴｄとなる。

図４（ｂ）の点線で囲まれた期間Ｔｉ１〜Ｔｉ３は、Ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１がＯＮする期間と、Ｖ相（Ｗ相）の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４（Ｔｒ６）がＯＮする期間とが重なる期間を示している。これらの期間Ｔｉ１〜Ｔｉ３では、バッテリ１の電流はＵ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１、モータ５（Ｕ相、Ｖ相）、及びＶ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４を流れている。比較例では、これらの期間Ｔｉ〜Ｔｉ３は、一定周期毎に発生している。つまり、バッテリ１の電流は、経時的に固定された周期で、スイッチング素子Ｔｒ１、モータ５、及びスイッチング素子Ｔｒ４を流れる。なお、Ｗ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ６もＯＮしているため、上記期間Ｔｉ〜Ｔｉ３では、スイッチング素子Ｔｒ６にも電流が流れている。

一方、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、モータ５のロック状態では、ＰＷＭ変換部２４には、経時的に変化する最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊が入力される。図５（ａ）は、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊と搬送波のタイミングチャートである。図５（ａ）では、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊を、経時的に固定された３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に上記式（４）で表されるゼロ相電圧Ｖｚを加算したものとする。

ＰＷＭ変換部２４は、最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊と搬送波Ｃとをそれぞれ比較することで、各相に対応したＰＷＭ信号（図示なし）を生成する。最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊は、経時的に変化する指令値であるため、生成した各相のＰＷＭ信号のデューティ比は経時的に変化する。なお、ＰＷＭ変換部２４は、搬送波Ｃとして周波数ｆｃの三角波を用いるものとする。

図５（ｂ）は、ＰＷＭ変換部２４が出力するゲート駆動信号のタイミングチャートである。図５（ｂ）では、ＰＷＭ変換部２４は、上記ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ３の各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を駆動するゲート駆動信号（Ｐｕ／Ｎｕ、Ｐｖ／Ｎｖ）を出力している。

図５（ｂ）に示すように、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のゲート駆動信号は、ＯＮ期間とＯＦＦ期間のＯＮ／ＯＦＦデューティ比が経時的に変化し、ＯＦＦからＯＮへ切り替わるタイミングも経時的に変化する信号となる。そのため、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比は、経時的に変化している。

図５（ｂ）の点線で囲まれた期間Ｔｉ１^’〜Ｔｉ３^’は、図４（ｂ）に示すＴｉ１〜Ｔｉ３と対応する期間である。本実施形態では、これらの期間Ｔｉ１^’〜Ｔｉ３^’は、異なる周期毎に発生している。言い換えると、Ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１と、Ｕ相とは異なるＶ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４とがともにＯＮする状態の周期は、経時的に変化している。そのため、バッテリ１の電流は、経時的に変化する周期で、スイッチング素子Ｔｒ１、モータ５、及びスイッチング素子Ｔｒ４を流れる。

次に、図６を参照して、本実施形態における各相の電圧指令値の設定フローについて説明する。図６は、本実施形態のゼロ相電圧加算処理を示すフローチャートである。なお、以下に示すゼロ相電圧加算処理は、モータコントローラ１０により実行される。

ステップＳ１０１では、モータコントローラ１０には、各パラメータが入力される。具体的には、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊、搬送波の周波数ｆｃ、及びモータの電気角速度ωが入力される。

ステップＳ１０２では、モータコントローラ１０は、入力された３相交流電圧指令値に対して、ゼロ相電圧Ｖｚを加算するか否かを判定する。本実施形態では、ゼロ相電圧Ｖｚを経時的に変化させる電圧であるため、このステップでは、各相の電圧指令値を経時的に変化させるか否かを判定している。具体的には、モータコントローラ１０は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、モータ５がロック状態であるか否かを判定する。モータコントローラ１０は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃがともに予め定められた所定の閾値よりも小さい（遅い）場合には、モータ５がロック状態と判定する。反対に、モータコントローラ１０は、電気角速度ω又は搬送波の周波数ｆｃが所定の閾値以上の場合には、モータ５はロック状態でないと判定する。モータ５がロック状態でないと判定されると、ステップＳ１０３へ進み、モータ５がロック状態と判定されると、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０３では、モータコントローラ１０は、モータ５がロック状態でないと判断し、ゼロ相電圧Ｖｚをゼロ電圧に設定して固定する。ゼロ相電圧Ｖｚが設定されると、モータコントローラ１０は、ゼロ相電圧加算処理を終了する。

ステップＳ１０４では、モータコントローラ１０は、経時的に変化するゼロ相電圧Ｖｚを設定する。例えば、モータコントローラ１０は、ゼロ相電圧Ｖｚとして、振幅をゼロ相電圧の絶対値Ｋｚ、振幅の中心がゼロ電圧、周波数が周波数ｆｚの正弦波を設定する（上記式（３）、（４）参照）。

ステップＳ１０５では、モータコントローラ１０は、各相の電圧指令値を設定する。モータコントローラ１０は、入力された３相交流電圧指令値に、ステップＳ１０４で設定したゼロ相電圧Ｖｚを加算して、各相の電圧指令値を設定する。そして、モータコントローラ１０は、ゼロ相電圧加算処理を終了する。

次に、図７を参照して、本実施形態に係るインバータ制御装置の奏する効果について説明する。図７は、モータ５のロック状態における、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルの一例である。

図７（ａ）は、比較例に係るインバータ制御装置において、インバータの出力電圧の周波数スペクトルの一例であり、図７（ｂ）は、本実施形態に係るインバータ制御装置において、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルの一例である。なお、比較例に係るインバータ制御装置とは、本実施形態に係るインバータ制御装置と比べて、モータ５がロックした状態であっても、各相の電圧指令値に経時的に変化するゼロ相電圧を加算しない点以外は、同様の構成のものとする。

図７（ａ）、（ｂ）の横軸は周波数、縦軸は信号レベルを示し、信号レベルとは、出力電圧の周波数スペクトルの大きさを示しており、信号レベルが高くなるほど高ノイズの原因となる。

図７（ａ）では、搬送波の逓倍周波数毎に、信号レベルのピークが発生している。一般的に、搬送波により変調された信号を用いて交流電圧を発生させると、交流電圧の周波数成分には、搬送波の逓倍周波数毎に、信号レベルのピークが発生する。これらのピークは、ノイズとしてインバータ制御装置の周辺機器へ影響を与える恐れがある。また、これらのピークは、高周波騒音の原因となる恐れがある。

一方、図７（ｂ）では、上記逓倍周波数の周辺の周波数帯（側帯波帯）において、信号レベルが発生している。また、図７（ａ）と同様に、搬送波の逓倍周波数毎に、信号レベルが発生している。しかし、逓倍周波数毎のピークは、図７（ａ）に示す逓倍周波数毎のピークに比べていずれも抑制されている。つまり、図７（ｂ）では、ノイズの原因となるピークの分散化（側帯波化）により、ピークが抑制していることを示している。本実施形態では、各相の電圧指令値を経時的に変化させることで、ゲート駆動信号は、ＯＮ期間とＯＦＦ期間のＯＮ／ＯＦＦデューティ比が経時的に変化し、ＯＦＦからＯＮへ切り替わるタイミングも経時的に変化する信号となる。そのため、所定の相の上アームのスイッチング素子がＯＮするとともに、別の相の下アームのスイッチング素子がＯＮして、インバータ３に電流が流れる期間は、経時的に変化する。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数成分に含まれる、信号レベルのピークを分散化できる。

以上のように、本実施形態に係るインバータ制御装置は、バッテリ１の両端子にそれぞれ電気的に接続され、各相で上アーム及び下アームで構成される複数対のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を有するインバータ３と、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するモータコントローラ１０と、を備えている。インバータ３は、バッテリ１の直流電圧から変換して多相の交流電圧をモータ５に出力する。モータコントローラ１０は、モータ５がロック状態の際に、Ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１と、Ｖ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４（Ｗ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ６）のいずれもがＯＮする状態の周期が、経時的に変化するように、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。これにより、バッテリ１の電流が流れる周期は、経時的に変化する。その結果、モータ５のロック状態で発生する、ノイズを抑制することができる。

また、本実施形態では、モータコントローラ１０は、モータ５のロック状態において、各相の電圧指令値（最終３相交流電圧指令値Ｖｕ１^＊、Ｖｖ１^＊、Ｖｗ１^＊）を経時的に変化させる。そして、モータコントローラ１０は、一律に同一の電圧指令値を設定する。これにより、複雑な方法を要することなく、各相の電圧指令値を経時的に変化させれば、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を経時的に変化させることができる。その結果、モータ５のロック状態で発生する、ピークを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、モータコントローラ１０は、モータ５のロック状態において、搬送波の周波数ｆｃに基づいて各相の電圧指令値を変化させる。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、ピークを分散化（側帯波化）することができ、その結果、ピークを抑制することができる。

加えて、本実施形態では、モータコントローラ１０は、バッテリ１の直流電圧Ｖｂに基づいて各相の電圧指令値を変化させる。ゼロ相電圧Ｖｚの絶対値Ｋｚは、バッテリ１の直流電圧Ｖｂの高さに応じて適切に設定される。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおけるピークを分散化するように、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を経時的に変化させることができる。

また、本実施形態では、モータコントローラ１０は、少なくとも搬送波の周波数ｆｃよりも低い周波数ｆｚで各相の電圧指令値を変化させる。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、ピークの分散度を増加させることができ、その結果、ピークをより抑制することができる。

さらに、本実施形態では、モータコントローラ１０は、モータ５の電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、各相の電圧指令値を経時的に変化させるか否かを判定する。スイッチング素子のデューティ比が固定される条件は絞られ、これにより、各相の電圧指令値を経時的に変化させる処理を軽減することができる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係るインバータ制御装置について説明する。本実施形態に係るインバータ制御装置は、インバータ３と、モータコントローラ３０を備えている。モータコントローラ３０は、上述の実施形態に係るモータコントローラ１０と比べてブロックの構成が異なる以外は、同様の構成であるため、上述の実施形態で図２を用いた説明を援用する。

次に図８を参照して、モータコントローラ３０について説明をする。図８は、本実施形態に係るモータコントローラ３０の要部を示すブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成には同一の記号を付し、繰り返しの説明は省略して、上述の実施形態においてした説明を援用する。

本実施形態のモータコントローラ３０は、ゼロ相電圧加算部２７の代わりに、デッドタイム設定部４１を備えている点で、上述の実施形態に係るモータコントローラ１０と異なる。また、２相３相変換部２３は、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に負荷するデッドタイム補償電圧ΔＶが上述の実施形態に係る２相３相変換部２３と異なる。

デッドタイム設定部４１には、電圧センサ１３で検出されたバッテリ１の直流電圧Ｖｂ、ＰＷＭ変換部２４が有する搬送波の周波数ｆｃ、電気角速度／磁極位置検出部２６で演算された電気角速度ωが入力される。

デッドタイム設定部４１は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、デッドタイムＴｄを経時的に変化させるか否かを判定する。具体的には、デッドタイム設定部４１は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃがともに予め定められた所定の閾値よりも小さい（遅い）場合には、モータ５のロック状態と判定し、デッドタイムＴｄを経時的に変化させる。デッドタイム設定部４１が設定するデッドタイムＴｄの具体例については後述する。

反対に、デッドタイム設定部４１は、電気角速度ω又は搬送波の周波数ｆｃが所定の閾値以上の場合には、モータ５はロック状態でないと判定し、デッドタイムＴｄを、予め定められた所定の最小期間である最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎに設定する。

次に、モータ５がロック状態と判定された場合の、デッドタイムＴｄの設定方法について具体例を用いて説明する。

本実施形態では、インバータ３の出力電圧である交流電圧において、各相の相間電圧が変化しないようにするため、各相のデッドタイムＴｄを一律に変化させる。これにより、各相の相間電圧に影響を与えることなく、各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を制御する。

デッドタイム設定部４１は、まず、デッドタイムの範囲を設定するため、デッドタイムの最小値及び最大値を設定する。デッドタイム設定部４１は、最小値として上記最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎを設定する。

デッドタイム設定部４１は、バッテリ１の直流電圧Ｖｂに基づいて、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを設定する。具体的には、デッドタイム設定部４１は、２相３相変換部２３において、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊にデッドタイム補償電圧ΔＶを加算しても、直流電圧Ｖｂの１／２（Ｖｂ／２）を超えないように、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを設定する。言い換えれば、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘは、少なくとも直流電圧Ｖｂの１／２よりも低い値に設定される。これにより、インバータ３は、デッドタイム補償電圧ΔＶを加算する前の３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に基づく交流電圧を、モータ５に出力する。このように、デッドタイムの範囲を設定することで、モータ５の出力トルクに影響を与えることなく、上述した実施形態と同様に、各スイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を経時的に変化させることができる。

なお、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを設定する方法は特に限定されない。例えば、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを、搬送波の周波数ｆｃやバッテリ１の直流電圧Ｖｂ毎に予め実験等で求めておき、マップ保存してもよい。デッドタイム設定部４１は、保存したマップに基づいて、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを設定してもよい。

デッドタイム設定部４１は、次に、所定の波形を選択し、この波形の周波数でデッドタイムＴｄを変化させる。以降では、選択した波形として正弦波を用いて説明するが、これに限定されず、他の波形、例えば、余弦波、三角波であってもよい。

デッドタイム設定部４１は、正弦波の周波数ｆｄとして、予め定めた基準周波数よりも高く、かつ、搬送波の周波数ｆｃよりも低い周波数を設定する。例えば、周波数ｆｄ又は基準周波数を予め実験等で求めておき、上記最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘと同様に、マップ処理にて、搬送波の周波数ｆｃに対応する周波数ｆｄ又は基準周波数を設定してもよい。なお、正弦波の周波数ｆｄとしては、搬送波の周波数ｆｃの数％〜数１０％の周波数が好ましい。例えば、搬送波の周波数ｆｃが１０ｋＨｚの場合には、正弦波の周波数ｆｄを１００Ｈｚ〜１ｋＨｚに設定するのが好ましい。

以上のような設定処理を経て、デッドタイムＴｄは正弦波として設定される。当該正弦波は、最小値を最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大値を最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘ、周波数を周波数ｆｄの正弦波とする。デッドタイムＴｄは、下記式（５）、（６）で表わせる。デッドタイム設定部４１は、設定したデッドタイムＴｄを、２相３相変換部２３へ出力する。

２相３相変換部２３には、デッドタイム設定部４１で設定されたデッドタイムＴｄが入力される。デッドタイムＴｄ以外の２相３相変換部２３に入力されるパラメータは、上述した実施形態と同様であるため、説明は省略する。

２相３相変換部２３は、直流電圧Ｖｂ、周波数ｆｃ、及びデッドタイムＴｄに基づいて、デッドタイム補償電圧ΔＶを演算する（上記式（２）参照）。また、上述した実施形態と同様に、２相３相変換部２３は、軸電圧指令値ｖｄ^＊及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^＊と磁極位置検出値θに基づいて、３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に変換する。そして、２相３相変換部２３は、変換した３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊に、デッドタイム補償電圧ΔＶを加算する。２相３相変換部２３は、上記デッドタイム補償電圧ΔＶを含む３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊をＰＷＭ変換部２４に出力する。

本実施形態では、デッドタイムＴｄは経時的に変化するため、デッドタイム補償電圧ΔＶ及びデッドタイム補償電圧ΔＶを含む３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊も、経時的に変化する。そのため、ＰＷＭ変換部２４が生成するゲート駆動信号には、経時的に変化するデッドタイムＴｄが反映される。

次に、図２、９、１０を参照して、モータ５がロックした状態でのゲート駆動信号について説明する。図９は、モータ５がロックした状態におけるゲート駆動信号のタイミングチャートの一例であって、デッドタイムＴｄが最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎの場合を示している。図１０は、モータがロック状態におけるゲート駆動信号のタイミングチャートの他の例であって、デッドタイムＴｄが最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘの場合を示している。

図９（ａ）は、ＰＷＭ変換部２４に入力される３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊と搬送波のタイミングチャートである。図９（ａ）に示すように、モータ５のロック状態では、ＰＷＭ変換部２４には、電圧値が小さく経時的に固定された３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊が入力される。この３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊には、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ相当のデッドタイム補償電圧ΔＶが含まれている。

図９（ｂ）は、ＰＷＭ変換部２４が出力するゲート駆動信号のタイミングチャートである。図９（ｂ）に示すように、モータ５のロック状態でのゲート駆動信号は、ＯＮ及びＯＦＦの周期は同一となる。また、上アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間と、下アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間とが重なる期間は、それぞれデッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎとなる。

一方、図１０（ａ）は、図９（ａ）に対応するタイミングチャートであり、図１０（ａ）に示すように、ＰＷＭ変換部２４には、経時的に固定された３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊が入力される。この３相交流電圧指令値ｖｕ^＊、ｖｖ^＊、ｖｗ^＊には、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘ相当のデッドタイム補償電圧ΔＶが含まれている。そのため、図１０（ａ）に示す各相の電圧指令値は、図９（ａ）に示す各相の電圧指令値よりも正負方向に差分Δｖだけ大きくなる。

図１０（ｂ）は、図９（ｂ）に対応するタイミングチャートであり、図１０（ｂ）に示すように、モータ５のロック状態でのゲート駆動信号は、ＯＮ及びＯＦＦの周期は同一となる。また、上アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間と、下アームの各スイッチング素子のＯＦＦ期間とが重なる期間は、それぞれデッドタイムＴｄ_＿ｍａｘとなる。

本実施形態では、デッドタイム設定部４１は、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎから最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘの範囲内で、デッドタイムＴｄを経時的に変化させる。例えば、デッドタイム設定部４１は、正弦波を選択して、デッドタイムＴｄを正弦波の周波数で変化させる。デッドタイムＴｄは、最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎに設定された後（図９）、正弦波の周波数ｆｄで変化するように連続的に設定され、所定期間が経過すると、最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘに設定される（図１０）。つまり、ゲート駆動信号は、図９（ｂ）の状態から図１０（ｂ）の状態となり、その後、再び図９（ｂ）の状態となる。以降、ゲート駆動信号は、時間の経過に応じて、図９（ｂ）から図１０（ｂ）の状態へ又は図１０（ｂ）の状態から図９（ｂ）の状態へ連続的に変化する。なお、図１０（ｂ）に示すゲート駆動信号の点線部は、図９（ｂ）のゲート駆動信号からの変更の様子を示すものとして、図９（ｂ）のゲート駆動信号を示している。

図９（ｂ）の点線で囲まれた期間Ｔｉ４〜Ｔｉ６及び図１０（ｂ）の点線で囲まれた期間Ｔｉ４^’〜Ｔｉ６^’は、図４（ｂ）の点線で囲まれた期間Ｔｉ１〜Ｔｉ３に対応する期間である。これらの期間では、バッテリ１の電流は、Ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１、モータ５（Ｕ相、Ｖ相）、及びＶ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４を流れている。

図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示すように、期間Ｔｉ４〜Ｔｉ６が発生しているタイミングと、期間Ｔｉ４^’〜Ｔｉ６^’が発生するタイミングは異なるタイミングとなる。言い換えると、Ｕ相の上アームのスイッチング素子Ｔｒ１と、Ｕ相とは異なるＶ相の下アームのスイッチング素子Ｔｒ４のいずれもがＯＮする状態の周期は、経時的に変化している。そのため、バッテリ１の電流は、経時的に変化する周期で、スイッチング素子Ｔｒ１、モータ５、及びスイッチング素子Ｔｒ４（Ｔｒ６）を流れる。

このように、本実施形態では、デッドタイムＴｄを経時的に変化させることで、ゲート駆動信号は、ＯＮ期間とＯＦＦ期間のＯＮ／ＯＦＦデューティ比が経時的に変化し、ＯＦＦからＯＮへ切り替わるタイミングも経時的に変化する信号となる。そのため、所定の相の上アームのスイッチング素子がＯＮするとともに、別の相の下アームのスイッチング素子がＯＮして、インバータ３に電流が流れる状態の周期は、経時的に変化する。これにより、上述した実施形態と同様の効果、つまり、モータ５がロックした状態において、ノイズの原因となるピークを分散化（側帯波化）させ、ピークを抑制することができる。

次に、図１１を参照して、本実施形態におけるデッドタイムの設定フローについて説明する。図１１は、デッドタイム設定処理を示すフローチャートである。なお、以下に示すデッドタイム設定処理は、モータコントローラ３０により実行される。

ステップＳ２０１では、モータコントローラ３０には、各パラメータが入力される。具体的には、搬送波の周波数ｆｃ、及びモータの電気角速度ωが入力される。

ステップＳ２０２は、上述した実施形態のステップＳ１０２に対応するステップである。すなわち、モータコントローラ３０は、電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、モータ５がロック状態であるか否かを判定する。モータ５がロック状態でないと判定されると、ステップＳ２０３へ進み、モータ５がロック状態と判定されると、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０３では、モータコントローラ３０は、モータ５がロック状態でないと判断し、デッドタイムＴｄを最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎに設定して固定する。デッドタイムＴｄが設定されると、モータコントローラ３０は、デッドタイム設定処理を終了する。

ステップＳ２０４では、モータコントローラ３０は、経時的に変化するデッドタイムＴｄを設定する。例えば、モータコントローラ３０は、デッドタイムＴｄとして、最小値が最小デッドタイムＴｄ_＿ｍｉｎ、最大値が最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘ、周波数が周波数ｆｄの正弦波を設定する（上記式（５）、（６）参照）。そして、モータコントローラ３０は、デッドタイム設定処理を終了する。

以上のように、本実施形態では、モータコントローラ３０は、モータ５のロック状態において、デッドタイムＴｄを経時的に変化させる。そして、モータコントローラ３０は、交流電圧の各相のゲート駆動信号に対して一律に同一のデッドタイムＴｄを設定する。これにより、複雑な方法を要することなく、デッドタイムＴｄを経時的に変化させれば、一定周期内において各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を経時的に変化させることができる。その結果、モータ５のロック状態で発生するピークを抑制することができる。

また、本実施形態では、モータコントローラ３０は、モータ５のロック状態において、搬送波の周波数ｆｃに基づいてデッドタイムＴｄを変化させる。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、ピークを分散化（側帯波化）することができ、その結果、ピークを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、モータコントローラ３０は、モータ５のロック状態において、バッテリ１の直流電圧Ｖｂに基づいてデッドタイムＴｄを変化させる。最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘは、バッテリ１の直流電圧Ｖｂの高さに応じて適切に設定される。これにより、バッテリ１の直流電圧Ｖｂの高さに応じて適切に最大デッドタイムＴｄ_＿ｍａｘを設定することができる。その結果、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおけるピークを分散化するように、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比を経時的に変化させることができる。

加えて、本実施形態では、モータコントローラ３０は、少なくとも搬送波の周波数ｆｃよりも低い周波数ｆｄでデッドタイムＴｄを変化させる。これにより、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、ピークの分散度を増加させることができ、その結果、ピークをより抑制することができる。

また、本実施形態では、モータコントローラ１０は、モータ５の電気角速度ω及び搬送波の周波数ｆｃに基づいて、デッドタイムＴｄを経時的に変化させるか否かを判定する。スイッチング素子のデューティ比が固定される条件は絞られ、これにより、デッドタイムＴｄを変化させる処理を軽減することができる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述した第１実施形態では、各相の電圧指令値を経時的に変化させ、また、上述した第２実施形態では、デッドタイムＴｄを経時的に変化させる構成を例示したが、これに限定されない。モータ５のロック状態において、各相の電圧指令値及びデッドタイムＴｄを同時に経時的に変化させる構成であってもよい。また、各相の電圧指令値を経時的に変化させる期間とデッドタイムＴｄを経時的に変化する期間と、を切り替える構成でもよい。いずれの場合においても、モータ５のロック状態において、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６がＯＮ／ＯＦＦするデューティ比は経時的に変化する。そのため、インバータ３の出力電圧の周波数スペクトルにおいて、信号レベルのピークを、インバータ制御装置の周辺環境に応じた最小ピークまで抑制することができ、これにより、インバータ制御装置の周辺環境に柔軟に対応することができる。

また、例えば、上述した２つの実施形態では、ゼロ相電圧Ｖｚ又はデッドタイムＴｄを経時的に変化させるために、波形を選択する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、経時的に変化するランダム値や乱数を選択してもよい。

上記の直流電源は本発明のバッテリ１に相当し、上記のコンデンサ４は本発明の蓄電部に相当し、モータコントローラ１０、３０は本発明のコントローラに相当する。

１・・・バッテリ
２・・・リレー
３・・・インバータ
４・・・コンデンサ
５・・・モータ
１０・・・モータコントローラ
１１・・・回転子位置センサ
１２・・・電流センサ
１３・・・電圧センサ

Claims (13)

1. 直流電源の両端子にそれぞれ電気的に接続され、各相で上アーム及び下アームで構成される複数対のスイッチング素子を有するインバータと、
   前記各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するコントローラと、を備え、
   前記インバータは、前記直流電源の直流電圧を変換して多相の交流電圧をモータに出力し、
   前記コントローラは、前記モータがロック状態の際に、所定の相の上アーム側スイッチング素子と、当該所定の相とは異なる相の下アーム側スイッチング素子のいずれもがＯＮする状態の周期が、経時的に変化するように、前記各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御す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、
   前記コントローラは、各相の電圧指令値を経時的に変化させるインバータ制御装置。
3. 請求項２に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、搬送波の周波数に基づいて前記各相の電圧指令値を変化させるインバータ制御装置。
4. 請求項２又は３に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、前記直流電圧に基づいて前記各相の電圧指令値を変化させるインバータ制御装置。
5. 請求項３又は４に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、少なくとも搬送波の周波数よりも低い周波数で、前記各相の電圧指令値を変化させるインバータ制御装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、前記モータの角速度及び搬送波の周波数に基づいて、前記各相の電圧指令値を経時的に変化させるか否かを判定するインバータ制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、デッドタイムを経時的に変化させるインバータ制御装置。
8. 請求項７に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、搬送波の周波数に基づいて前記デッドタイムを変化させるインバータ制御装置。
9. 請求項７又は８に記載のインバータ制御装置であって、
   前記コントローラは、前記直流電圧に基づいて前記デッドタイムを変化させるインバータ制御装置。
10. 請求項８又は９に記載のインバータ制御装置であって、
    前記コントローラは、少なくとも搬送波の周波数よりも低い周波数で、前記デッドタイムを変化させるインバータ制御装置。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載のインバータ制御装置であって、
    前記コントローラは、前記モータの角速度及び搬送波の周波数に基づいて、前記デッドタイムを経時的に変化させるか否かを判定するインバータ制御装置。
12. 請求項１に記載のインバータ制御装置であって、
    前記コントローラは、デッドタイムを予め定められた所定値に固定するとともに、各相の電圧指令値を経時的に変化させる第１の期間と、前記デッドタイムを経時的に変化させるとともに、前記各相の電圧指令値を予め定められた所定値に固定する第２の期間と、とを切り替えるインバータ制御装置。
13. 直流電源の両端子にそれぞれ電気的に接続され、各相で上アーム及び下アームで構成される複数対のスイッチング素子を有するインバータ、を備えたインバータ制御装置のインバータ制御方法であって、
    前記インバータは、前記直流電源の直流電圧を変換して多相の交流電圧をモータに出力し、
    前記モータがロック状態の際に、所定の相の上アーム側スイッチング素子と、当該所定の相とは異なる相の下アーム側スイッチング素子のいずれもがＯＮする状態の周期が、経時的に変化するように、前記各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するインバータ制御方法。

Images