JP2020089203A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを駆動するモータ駆動装置において、三相電圧指令値に重畳させる三次高調波の大きさを適切に設定する。【解決手段】コントローラ５０は、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに、三相電圧指令値の三次高調波Ｖｈを加算して得られる変調三相電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈに基づいて、インバータ３０を制御する。コントローラ５０は、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅と直流電圧ＶＢとの差に基づいて重畳係数ｋを生成する。そして、コントローラ５０は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑに重畳係数ｋを乗算して得られる補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃を電気角３θで二相／三相変換することによって、三次高調波Ｖｈを生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、モータを駆動するインバータの制御技術に関する。

モータを駆動するインバータにおいて、インバータに供給される直流電圧を最大振幅とする正弦波の電圧指令値では、電圧利用率が制限されるため、電圧利用率を高めるために様々な変調方式が提案されている。たとえば、矩形波の電圧指令値を用いる矩形波電圧方式は、正弦波の電圧指令値を用いる正弦波ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御方式に比べて電圧利用率を高めることができる。しかしながら、矩形波電圧方式は、高調波（三次高調波以外）の影響が大きく、振動や騒音等が大きくなる可能性がある。

高調波の影響を抑えつつ電圧利用率を高めることができる一手法として、たとえば、特開平１０−２１０７５６号公報（特許文献１）には、正弦波の三相電圧指令値に三次高調波を重畳させ、その三次高調波を重畳させた変調三相電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御を行なう手法が記載されている。この手法によれば、矩形波電圧方式のような高調波の影響を抑えつつ電圧利用率を高めることができる（特許文献１参照）。

特開平１０−２１０７５６号公報

上記の特開平１０−２１０７５６号公報に記載の手法では、三次高調波となる正弦波を発生させるテーブルを予めメモリに書き込んでおき、基本波（三相電圧指令値）に同期して三次高調波を発生させている。しかしながら、上記公報では、三次高調波の大きさ（振幅）をどのように設定するかについて、具体的な検討はされていない。たとえば、三次高調波を重畳させている状態から重畳させない状態への切替時に、三次高調波の大きさが不連続に変化すると、大きな電圧変動が発生する可能性がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータを駆動するモータ駆動装置において、三相電圧指令値に重畳させる三次高調波の大きさを適切に設定することである。

本発明に従うモータ駆動装置は、インバータと、制御装置とを備える。インバータは、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータへ供給するように構成される。制御装置は、ｄｑ軸電圧指令値（Ｖｄ，Ｖｑ）を二相／三相変換して得られる三相電圧指令値（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）に、三相電圧指令値の三次高調波（Ｖｈ）を加算して得られる変調電圧指令値（Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈ）に基づいて、インバータを制御する。制御装置は、三相電圧指令値の振幅と直流電圧（ＶＢ）との差に基づいて、三次高調波の大きさを規定する重畳係数（ｋ）を生成する。そして、制御装置は、ｄｑ軸電圧指令値に重畳係数を乗算して得られる補正電圧指令値（Ｖｄ＃，Ｖｑ＃）を、モータの回転に対して三倍の電気角（３θ）で二相／三相変換することによって三次高調波を生成する。

このモータ駆動装置においては、三相電圧指令値に三次高調波を加算して得られる変調電圧指令値に基づいてインバータが制御されるので、矩形波電圧方式のような高調波の影響を抑えつつ電圧利用率を高めることができる。そして、このモータ駆動装置では、上記の重畳係数を用いることにより、三次高調波は、三相電圧指令値の振幅と直流電圧との差に応じた大きさを有する。これにより、三相電圧指令値の振幅が直流電圧を超える場合に、三相電圧指令値の振幅が直流電圧を超える分に応じて三次高調波を連続的に大きくすることができる。

したがって、このモータ駆動装置によれば、三相電圧指令値に重畳させる三次高調波の大きさを適切に設定することができる。たとえば、三相電圧指令値の振幅が大きい場合には、三次高調波も大きくなり、三相電圧指令値の大きさに応じて電圧利用率を適切に高めることができる。或いは、三相電圧指令値が小さくなるに従って三次高調波も小さくなるので、たとえば、三次高調波の入／切に伴なう電圧変動を抑制することができる。

好ましくは、制御装置は、三相電圧指令値の振幅と直流電圧との差が大きいほど重畳係数が大きくなるように、重畳係数を生成する。

好ましくは、制御装置は、三相電圧指令値の振幅が直流電圧よりも小さいときは重畳係数が０となるように、重畳係数を生成する。

好ましくは、制御装置は、ｄｑ軸電圧指令値の二乗和平方根に、三相電圧指令値の振幅が直流電圧に等しくなるときのｄｑ軸電圧指令値の二乗和平方根と直流電圧との比を示す係数を乗算した値から、直流電圧を減算して得られる値に基づいて、重畳係数を生成する。

本発明によれば、モータを駆動するモータ駆動装置において、三相電圧指令値に重畳させる三次高調波の大きさを適切に設定することができる。

本発明の実施の形態に従うモータ駆動装置の全体構成図である。 図１に示すコントローラの構成を示すブロック図である。 各相電圧指令値及び三次高調波の波形の一例を示す図である。 コントローラにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図４のステップＳ３０において実行される処理を詳細に説明するフローチャートである。 三次高調波及び三相電圧指令値の波形の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。

図１は、本発明の実施の形態に従うモータ駆動装置の全体構成図である。図１を参照して、モータ駆動装置１は、直流電源１０と、キャパシタ２０と、インバータ３０と、コントローラ５０と、電圧センサ６０と、電流センサ６２，６４と、回転角センサ６６とを備える。

直流電源１０は、インバータ３０へ直流電力を供給する。直流電源１０は、たとえば、電力を蓄える電力貯蔵要素であり、二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を含んで構成される。キャパシタ２０は、インバータ３０の直流側の電力線対間に接続され、インバータ３０の直流側（入力側）のノイズを低減する。電圧センサ６０は、キャパシタ２０の両端の電圧、すなわちインバータ３０に供給される直流電圧ＶＢを検出し、その検出値をコントローラ５０へ出力する。

インバータ３０は、スイッチング素子Ｓｗ１〜Ｓｗ６を含む。スイッチング素子Ｓｗ１〜Ｓｗ６の各々には、ダイオードが逆並列に接続されている。スイッチング素子Ｓｗ１，Ｓｗ２は、それぞれＵ相上アーム及びＵ相下アームを構成する。スイッチング素子Ｓｗ３，Ｓｗ４は、それぞれＶ相上アーム及びＶ相下アームを構成する。また、スイッチング素子Ｓｗ５，Ｓｗ６は、それぞれＷ相上アーム及びＷ相下アームを構成する。

スイッチング素子Ｓｗ１，Ｓｗ２の接続ノードは、モータ４０のＵ相コイルに接続される。また、スイッチング素子Ｓｗ３，Ｓｗ４の接続ノードは、モータ４０のＶ相コイルに接続され、スイッチング素子Ｓｗ５，Ｓｗ６の接続ノードは、モータ４０のＷ相コイルに接続される（各相コイルについては図示せず）。

インバータ３０は、直流電源１０から直流電力を受け、コントローラ５０から受けるゲート信号Ｇ１〜Ｇ６に基づいてモータ４０を駆動する。より詳しくは、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ６に従ってそれぞれスイッチング素子Ｓｗ１〜Ｓｗ６がオン／オフ駆動され、インバータ３０からモータ４０の各相コイルに電圧が印加されることによりモータ４０が駆動される。

モータ４０は、モータ駆動装置１によって駆動され、代表的にはブラシレスＤＣモータである。モータ４０のロータには、永久磁石が設けられており、ステータには、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルが設けられている（図示せず）。インバータ３０により各相コイルの通電が制御され、ロータが回転する。なお、永久磁石のロータへの装着は、埋込型であってもよいし、表面型であってもよい。

電流センサ６２，６４は、モータ４０に流れる電流を検出し、その検出値をコントローラ５０へ出力する。モータ４０に流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの瞬時値の和は０であると仮定して、二相分の電流を検出すれば、それらの検出値から残りの相の電流を算出することができる。この例では、電流センサ６２，６４によって、それぞれＶ相電流及びＷ相電流が検出され、Ｕ相電流は、Ｖ相電流及びＷ相電流の検出値から算出される。なお、以下では、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを纏めて「モータ電流Ｉ」と称する場合がある。

回転角センサ６６は、モータ４０のロータの回転角θ（電気角）を検出し、その検出値をコントローラ５０へ出力する。コントローラ５０は、回転角センサ６６により検出される回転角θに基づいて、モータ４０の回転数（回転速度）や角速度（ｒａｄ／ｓ）等を算出することができる。回転角センサ６６は、代表的にはレゾルバや光学式エンコーダであるが、ホールセンサ等も採用可能である。

コントローラ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、コントローラ５０の処理方法が記されたプログラムである。なお、コントローラ５０が実行する各種処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

＜コントローラ５０の構成＞
コントローラ５０は、トルク指令値、並びにモータ電流Ｉ、直流電圧ＶＢ、及びロータ回転角θの各検出値に基づいて、トルク指令値に従ったトルクをモータ４０が出力するようにインバータ３０を制御する。コントローラ５０は、インバータ３０を制御するためのゲート信号Ｇ１〜Ｇ６を生成してインバータ３０へ出力する。

モータの制御方式としては、インバータの電圧利用率を高めるために様々な変調方式が提案されている。矩形波の電圧指令値を用いる矩形波電圧方式により、正弦波の電圧指令値を用いる正弦波ＰＷＭ制御方式に比べて電圧利用率を高めることができる。しかしながら、矩形波電圧方式は、高調波（三次高調波以外）の影響が大きく、振動や騒音等が大きくなる可能性がある。

そこで、この実施の形態に従うモータ駆動装置１では、高調波の影響を抑えつつ電圧利用率を高めるために、コントローラ５０は、正弦波の三相電圧指令値に三次高調波を重畳させ、その三次高調波を重畳させた変調三相電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御を実行する。詳細は後述するが、概略的には、コントローラ５０は、ベクトル制御に従って正弦波の三相電圧指令値を生成するとともに三相電圧指令値の三次高調波を生成し、正弦波の三相電圧指令値の各々に三次高調波を重畳させた変調三相電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御を実行する。これにより、矩形波電圧方式を用いた場合のような高調波の影響を抑えつつ、電圧利用率を高めることができる。

三次高調波の生成について、コントローラ５０は、正弦波の三相電圧指令値（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）の振幅と直流電圧ＶＢとの差に基づいて、三次高調波の大きさを規定する重畳係数（ｋ）を生成する。そして、コントローラ５０は、ｄｑ軸電圧指令値（Ｖｄ，Ｖｑ）に重畳係数を乗算して得られる補正電圧指令値（Ｖｄ＃，Ｖｑ＃）を、モータ４０の回転に対して三倍の電気角（３θ）で二相／三相変換することによって三次高調波（Ｖｈ）を生成する。なお、コントローラ５０は、正弦波の三相電圧指令値の振幅が直流電圧ＶＢよりも低い場合には、重畳係数を０とする（これにより、三次高調波は０となる。）。

このようにして生成される三次高調波は、重畳係数に応じた大きさを有するものとなる。そして、正弦波の三相電圧指令値の振幅が直流電圧ＶＢを超える場合に、三相電圧指令値の振幅が直流電圧ＶＢを超える分に応じて、三次高調波を連続的に大きくすることができる。

このように、このモータ駆動装置１によれば、三次高調波の大きさを適切に設定することができる。たとえば、正弦波の三相電圧指令値の振幅が大きい場合には、重畳される三次高調波も大きくなり、三相電圧指令値の大きさに応じて電圧利用率を適切に高めることができる。

また、三次高調波の重畳／非重畳の切替時に、三次高調波の大きさが不連続に変化すると、大きな電圧変動が発生する可能性があるところ、このモータ駆動装置１によれば、三相電圧指令値の振幅の減少に従って三次高調波も小さくなり、三相電圧指令値の振幅が直流電圧ＶＢ以下になると三次高調波も０となる。これにより、三次高調波の入／切に伴なう電圧変動を抑制することができる。以下、これらの機能を実現するコントローラ５０の構成について詳しく説明する。

図２は、図１に示したコントローラ５０の構成を示すブロック図である。図２を参照して、コントローラ５０は、電流指令生成部１１０と、三相／二相変換部１２０と、電圧指令生成部１３０と、二相／三相変換部１４０と、重畳係数演算部１５０と、３θ生成部１６０と、三次高調波生成部１７０と、加算部１８０と、ＰＷＭ変調部１９０とを含む。

電流指令生成部１１０は、予め作成されたマップ等を用いて、モータ４０のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍからｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを生成する。三相／二相変換部１２０は、モータ４０の回転角θ（電気角）を用いた三相／二相座標変換（ｕｖｗ→ｄｑ）により、電流センサ６２，６４を用いて検出されるＶ相，Ｗ相電流Ｉｖ，Ｉｗ及びそれらから算出されるＵ相電流Ｉｕから成るモータ電流Ｉをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

電圧指令生成部１３０は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄｃｏｍ−Ｉｄ）及びｑ軸電流偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑｃｏｍ−Ｉｑ）の各々について、ＰＩ（比例積分）演算を行なうことにより制御偏差を算出し、その制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを生成する。

二相／三相変換部１４０は、モータ４０の回転角θ（電気角）を用いた二相／三相座標変換（ｄｑ→ｕｖｗ）により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値ＶｑをＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。

重畳係数演算部１５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑと、インバータ３０に供給される直流電圧ＶＢとから、三次高調波Ｖｈの大きさを規定する重畳係数ｋを算出する。重畳係数演算部１５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、及び直流電圧ＶＢを用いて、次式により重畳係数ｋを算出する。

ｋ＝Ｂ×（Ａ×√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）−ＶＢ），ｋ≧０のとき
ｋ＝０，ｋ＜０のとき …（１）
ここで、Ａは、変換係数であり、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢと等しくなるときのｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑの二乗和平均値√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）と直流電圧ＶＢとの比である。すなわち、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢと等しいとき、Ａ×√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）＝ＶＢとなり、重畳係数ｋの演算値は０となる。

三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢよりも大きい場合は、Ａ×√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）＞ＶＢとなり、重畳係数ｋは正値となる。三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が大きいほど、√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）の値も大きいので、重畳係数ｋは、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅と直流電圧ＶＢとの差に応じた正値となる。

一方、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢよりも小さい場合は、Ａ×√（Ｖｄ²＋Ｖｑ²）＜ＶＢとなり、重畳係数ｋの演算値は負値となる。したがって、式（１）に示されるように、重畳係数ｋは０とされる。

なお、係数Ａは、定数として予め算出することができる。Ｂは、０よりも大きく１以下の任意の調整係数である。係数Ａ，Ｂは、図示しないＲＯＭに予め記憶されている。

そして、重畳係数演算部１５０は、上記の式（１）によって算出された重畳係数ｋをｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑに乗算し、その演算結果を補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃として出力する。

３θ生成部１６０は、回転角センサ６６から回転角θ（電気角）の検出値を受け、回転角θの三倍の電気角３θを生成する。なお、電気角３θは、回転角θを３倍し、３６０°で割った余りから算出することができる。

三次高調波生成部１７０は、電気角３θを用いた二相／三相座標変換（ｄｑ→ｕｖｗ）により、補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃を三次高調波Ｖｈに変換する。三次高調波生成部１７０は、補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃から三相分の電圧指令値を生成し得るが、ここでは、三相分の電圧指令値のＵ相分のみを生成し、その生成された電圧指令値を三次高調波Ｖｈとして出力する。

このようにして生成される三次高調波Ｖｈについて、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢ以下の場合は、重畳係数ｋは０であるので、三次高調波Ｖｈは０となる。三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢを超える場合は、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が大きいほど重畳係数ｋが大きくなり、三次高調波Ｖｈは、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が大きくなるに従って連続的に大きくなる。

加算部１８０は、二相／三相変換部１４０から出力される正弦波の各相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに、三次高調波生成部１７０から出力される三次高調波Ｖｈを加算し、その演算結果を変調三相電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈとして出力する。

ＰＷＭ変調部１９０は、変調三相電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈと搬送波との比較に基づいて、インバータ３０を駆動するためのゲート信号Ｇ１〜Ｇ６（ＰＷＭ信号）を生成する。なお、搬送波には、所定周波数の三角波やのこぎり波が用いられる。

図３は、各相電圧指令値及び三次高調波の波形の一例を示す図である。なお、この図３では、Ｕ相及びＶ相の電圧指令値が示されており、Ｗ相の電圧指令値については図示されていない。

図３を参照して、点線で示されるＶｕ，Ｖｖは、それぞれ三次高調波Ｖｈが重畳される前の正弦波のＵ相，Ｖ相電圧指令値である。なお、Ｕ相電圧指令値ＶｕとＶ相電圧指令値Ｖｖとは、位相が１２０度ずれている。

実線で示されるＶｈは、三次高調波生成部１７０により生成される三次高調波Ｖｈであり、その周波数は、Ｕ相，Ｖ相電圧指令値（基本波）の周波数の三倍である。実線で示されるＶｕｈ，Ｖｖｈは、それぞれ正弦波のＵ相，Ｖ相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖに三次高調波Ｖｈが重畳された後のＵ相，Ｖ相変調電圧指令値である。

図から分かるように、三次高調波Ｖｈが重畳された変調電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈの最大値は、三次高調波Ｖｈが重畳される前の正弦波の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖの最大値（振幅）よりも小さい。したがって、正弦波の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖに三次高調波Ｖｈを重畳することによって、電圧指令値を高める余地ができ、その結果、電圧指令値を高めることで電圧利用率を高めることができる。

図４は、コントローラ５０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。図４を参照して、コントローラ５０は、モータ電流Ｉ、ロータの回転角θ、直流電圧ＶＢの各検出値を取得する（ステップＳ１０）。なお、モータ電流Ｉは、電流センサ６２，６４を用いて検出され、回転角θは、回転角センサ６６によって検出され、直流電圧ＶＢは、電圧センサ６０によって検出される。

次いで、コントローラ５０は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、並びにモータ電流Ｉ及び回転角θから、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する（ステップＳ２０）。具体的には、図２に示した電流指令生成部１１０、三相／二相変換部１２０、電圧指令生成部１３０、及び二相／三相変換部１４０によって、正弦波の三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが生成される。

続いて、コントローラ５０は、上記の式（１）を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ、並びにステップＳ１０において取得された直流電圧ＶＢから、重畳係数ｋを算出する（ステップＳ３０）。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑは、ステップＳ２０において三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが生成される際に、電圧指令生成部１３０（図２）において生成される。

そして、コントローラ５０は、ステップＳ３０において算出された重畳係数ｋ、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ、並びに３θ生成部１６０（図２）において生成される電気角３θから、三次高調波Ｖｈを生成する（ステップＳ４０）。具体的には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑに重畳係数ｋを乗算することによって補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃が生成され、三次高調波生成部１７０（図２）において、電気角３θを用いて三次高調波Ｖｈが生成される。

次いで、コントローラ５０は、ステップＳ２０において生成された三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに、ステップＳ４０において生成された三次高調波Ｖｈを加算することによって、変調三相電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを生成する（ステップＳ５０）。そして、コントローラ５０は、変調三相電圧指令Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈを搬送波と比較し、その比較結果に基づいて、インバータ３０を駆動するためのＰＷＭ信号（ゲート信号Ｇ１〜Ｇ６）を生成する（ステップＳ６０）。

図５は、図４のステップＳ３０において実行される処理を詳細に説明するフローチャートである。図５を参照して、コントローラ５０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、及び直流電圧ＶＢの検出値を取得する（ステップＳ１１０）。

次いで、コントローラ５０は、重畳係数ｋの算出に用いる係数Ａ，ＢをＲＯＭから読込む（ステップＳ１２０）。そして、コントローラ５０は、上記の式（１）を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ、及び直流電圧ＶＢから重畳係数ｋを算出する（ステップＳ１３０）。

続いて、コントローラ５０は、ステップＳ１３０において算出された重畳係数ｋが負値であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。そして、算出された重畳係数ｋが負値であるときは（ステップＳ１５０）、コントローラ５０は、重畳係数ｋを０とする（ステップＳ１５０）。なお、ステップＳ１３０において算出された重畳係数ｋが０以上であるときは（ステップＳ１４０においてＮＯ）、ステップＳ１５０の処理は実行されず、リターンへと処理が移行される。

図６は、三次高調波Ｖｈ及び変調電圧指令値の波形の一例を示す図である。なお、変調電圧指令値については、Ｕ相の変調電圧指令値Ｖｕｈが代表的に示されており、Ｖ相及びＷ相の変調電圧指令値Ｖｖｈ，Ｖｗｈについては図示されていない。

図６を参照して、横軸は時間であり、上段が三次高調波Ｖｈを示し、下段がＵ相変調電圧指令値Ｖｕｈを示す。時刻ｔ１以前は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕの振幅が直流電圧ＶＢよりも小さいために重畳係数ｋが０であり、三次高調波Ｖｈは０である。したがって、Ｕ相変調電圧指令値Ｖｕｈは、正弦波のＵ相電圧指令値Ｖｕと同じである。

この例では、時間の経過とともにＵ相電圧指令値Ｖｕが増大し、時刻ｔ１において、Ｕ相電圧指令値Ｖｕの振幅が直流電圧ＶＢに達するものとする。時刻ｔ１以降は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕの振幅が直流電圧ＶＢを超える分に応じた大きさを有する三次高調波Ｖｈが生成され、正弦波のＵ相電圧指令値Ｖｕに三次高調波Ｖｈが加算されたＵ相変調電圧指令値Ｖｕｈが生成される。

このように、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢを超える場合に、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに加算される三次高調波Ｖｈは、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが直流電圧ＶＢを超える分に応じて連続的に大きくなるので、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの大きさに応じて電圧利用率を適切に高めることができる。

また、三次高調波Ｖｈを重畳させる場合（時刻ｔ１以降）と、三次高調波Ｖｈを重畳させない場合（時刻ｔ１以前のＶｈ＝０）との切替時に、三次高調波Ｖｈの大きさ（Ｖｈの包絡線の大きさ）が連続的に変化するので、三次高調波Ｖｈの重畳／非重畳の切替に伴ない電圧変動が生じるのを抑制することができる。

以上のように、この実施の形態によれば、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに三次高調波Ｖｈを加算して得られる変調三相電圧指令値Ｖｕｈ，Ｖｖｈ，Ｖｗｈに基づいてインバータ３０が制御されるので、矩形波電圧方式のような高調波の影響を抑えつつ電圧利用率を高めることができる。

また、この実施の形態では、三次高調波Ｖｈは、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅と直流電圧ＶＢとの差に応じた大きさを有する。具体的には、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢを超える場合に、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅と直流電圧ＶＢとの差が大きいほど、重畳係数ｋが大きくなり、三次高調波Ｖｈは大きくなる。これにより、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢを超える分に応じて三次高調波Ｖｈを連続的に大きくすることができる。なお、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が直流電圧ＶＢよりも小さいときは、重畳係数ｋは０とされ、三次高調波Ｖｈも０となる。

したがって、この実施の形態によれば、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに重畳させる三次高調波Ｖｈの大きさを適切に設定することができる。たとえば、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの振幅が大きい場合には、三次高調波Ｖｈも大きくなり、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの大きさに応じて電圧利用率を適切に高めることができる。或いは、三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが小さくなるに従って三次高調波Ｖｈも小さくなるので、三次高調波Ｖｈの入／切に伴なう電圧変動を抑制することができる。

また、この実施の形態によれば、三次高調波Ｖｈは、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑに重畳係数ｋを乗算した補正電圧指令値Ｖｄ＃，Ｖｑ＃を電気角３θで二相／三相変換することで生成されるので、三相電圧指令値に対して三次高調波Ｖｈの位相ずれは生じない。

なお、上記の実施の形態では、回転角センサ６６を用いてモータ４０のロータの回転角θ（電気角）が検知されるものとしたが、回転角センサ６６を用いずに回転角θを推定してもよい（センサレス）。たとえば、公知のセンサレス通電制御のように、モータ４０の各相コイルに生じる誘起電圧を検出することによってロータの回転角θ（電気角）を推定してもよい。

本発明に従うモータ駆動装置は、たとえば、ブラシレスＤＣモータを使用する機器において、高回転、高トルク制御時に高調波による振動や騒音を軽減したい機器への適用に好適である。たとえば、車両に搭載される電動パワーステアリングや、アイドルストップ制御用の電動オイルポンプ等、振動や静音性能が重視されるアクチュエータに使用することができる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ モータ駆動装置、１０ 直流電源、２０ キャパシタ、３０ インバータ、４０ モータ、５０ コントローラ、６０ 電圧センサ、６２，６４ 電流センサ、６６ 回転角センサ、１１０ 電流指令生成部、１２０ 三相／二相変換部、１３０ 電圧指令生成部、１４０ 二相／三相変換部、１５０ 重畳係数演算部、１６０ ３θ生成部、１７０ 三次高調波生成部、１８０ 加算部、１９０ ＰＷＭ変調部。

Claims (4)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   直流電圧を三相交流電圧に変換して前記モータへ供給するように構成されたインバータと、
   ｄｑ軸電圧指令値を二相／三相変換して得られる三相電圧指令値に、前記三相電圧指令値の三次高調波を加算して得られる変調電圧指令値に基づいて、前記インバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記三相電圧指令値の振幅と前記直流電圧との差に基づいて、前記三次高調波の大きさを規定する重畳係数を生成し、
   前記ｄｑ軸電圧指令値に前記重畳係数を乗算して得られる補正電圧指令値を、前記モータの回転に対して三倍の電気角で二相／三相変換することによって前記三次高調波を生成する、モータ駆動装置。
2. 前記制御装置は、前記三相電圧指令値の振幅と前記直流電圧との差が大きいほど前記重畳係数が大きくなるように、前記重畳係数を生成する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記制御装置は、前記三相電圧指令値の振幅が前記直流電圧よりも小さいときは前記重畳係数が零となるように、前記重畳係数を生成する、請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記制御装置は、前記ｄｑ軸電圧指令値の二乗和平方根に、前記三相電圧指令値の振幅が前記直流電圧に等しくなるときの前記ｄｑ軸電圧指令値の二乗和平方根と前記直流電圧との比を示す係数を乗算した値から、前記直流電圧を減算して得られる値に基づいて、前記重畳係数を生成する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。