JP4692647B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、交流電動機の制御装置に関し、特に、矩形波電圧制御を行なう交流電動機の制御装置に関する。

交流電動機の制御において、交流電動機に印加される矩形波電圧の位相を制御することによってトルクを制御する矩形波電圧制御が知られている。

特開２００６−７４９５１号公報（特許文献１）は、このような矩形波電圧制御によってインバータを制御する交流電動機の制御装置を開示する。この制御装置においては、電流オフセットに対応した位相補正量によって、電気角目標値と次回の制御演算時における電気角予測値との位相誤差が補正される。この制御装置によれば、位相検出器の誤差による電圧ＳＷパターン切替タイミングのズレを減らし、電流のオフセットを抑制することができる（特許文献１参照）。

特開２００６−７４９５１号公報

上記公報に記載の技術は、位相検出器の検出誤差に起因する電圧ＳＷタイミングのズレを減らすことで電流オフセットを抑制するものであるが、トルク制御に伴ない矩形波電圧の位相を変更する際にも、位相の変更前後で電流オフセットが発生し得る。

それゆえに、この発明の目的は、矩形波電圧制御において矩形波電圧の位相変更の際にオフセット電流の発生を抑制可能な交流電動機の制御装置を提供することである。

この発明によれば、交流電動機の制御装置は、インバータによって駆動される交流電動機の制御装置であって、矩形波電圧制御部と、位相変更制御部とを備える。矩形波電圧制御部は、交流電動機をトルク指令値に従って動作させるように位相制御される矩形波電圧を交流電動機に印加するようにインバータの制御指令を生成する。位相変更制御部は、交流電動機の磁束鎖交数の変化を示す磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心を矩形波電圧の位相の変更前後において維持するように矩形波電圧の位相の変更を制御する。

好ましくは、位相変更制御部は、矩形波電圧の位相を変更するタイミングを変更可能に構成される。

この交流電動機の制御装置によれば、磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心を矩形波電圧の位相変更前後において維持するように矩形波電圧の位相の変更が制御されるので、矩形波電圧制御において矩形波電圧の位相変更の際にオフセット電流の発生を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。 電気角の１周期中のある１回のタイミングで電圧位相を更新した場合の位相更新前後の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。 インバータの電圧ベクトルを示した図である。 電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。 図１に示す制御装置による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。 電圧位相の時間的変化を示すタイミングチャートである。 インバータの電圧ベクトルを示した図である。 変形例１における電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。 変形例１における制御装置による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。 電圧位相の時間的変化を示すタイミングチャートである。 インバータの電圧ベクトルを示した図である。 変形例２における制御装置による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。 実施の形態２における電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。 実施の形態２における制御装置による位相変更処理の手順を示すフローチャートである。 インバータの電圧ベクトルを示した図である。 実施の形態３における制御装置による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。 インバータの電圧ベクトルを示した図である。 実施の形態４における制御装置による位相変更処理の手順を示すフローチャートである。

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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動制御システムの全体構成図である。図１を参照して、モータ駆動制御システム１００は、直流電圧発生部１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、インバータ１４と、交流電動機Ｍ１と、制御装置３０とを備える。

交流電動機Ｍ１は、たとえば、電動車両（ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車など、電気エネルギによって車両駆動力を発生可能な自動車をいう。）の駆動輪を駆動するためのトルクを発生する電動機である。あるいは、交流電動機Ｍ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機Ｍ１は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえばエンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。

直流電圧発生部１０♯は、蓄電装置Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、コンバータ１２とを含む。蓄電装置Ｂは、代表的には、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等により構成される。蓄電装置Ｂの電圧Ｖｂおよび蓄電装置Ｂに対して入出力される電流Ｉｂは、それぞれ電圧センサ１０および電流センサ１１によって検知される。システムリレーＳＲ１は、蓄電装置Ｂの正極端子と電力線６との間に接続され、システムリレーＳＲ２は、蓄電装置Ｂの負極端子と電力線５との間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電力線７と電力線５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２によって制御される。

なお、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する。）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードと電力線６との間に接続される。平滑コンデンサＣ０は、電力線７と電力線５との間に接続される。

インバータ１４は、電力線７と電力線５との間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。各相アームは、電力線７と電力線５との間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８には、それぞれダイオードＤ３〜Ｄ８が逆並列に接続される。そして、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン／オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。

交流電動機Ｍ１は、代表的には永久磁石型三相同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。そして、各相コイルの他端は、各相アーム１５〜１７のスイッチング素子の中間点に接続される。

コンバータ１２は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が相補的かつ交互にオン／オフするように制御される。コンバータ１２は、昇圧動作時には、蓄電装置Ｂから供給される電圧Ｖｂを電圧ＶＨへ昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積される電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１を介して電力線７へ供給することにより行なわれる。

また、コンバータ１２は、降圧動作時には、電圧ＶＨを電圧Ｖｂに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積される電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２を介して電力線６へ供給することにより行なわれる。これらの昇圧動作または降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶｂの比）は、上記スイッチング周期に対するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ比）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれオン，オフに固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。

平滑コンデンサＣ０は、コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧すなわち電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が正（Ｔｒｑｃｏｍ＞０）の場合には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換し、正のトルクを出力するように交流電動機Ｍ１を駆動する。また、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が零の場合（Ｔｒｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換し、トルクが零になるように交流電動機Ｍ１を駆動する。これにより、交流電動機Ｍ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、モータ駆動制御システム１００が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が負に設定される（Ｔｒｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流電動機Ｍ１に流れるモータ電流を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、電流センサ２４は、２相分のモータ電流（たとえばＶ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２５は、交流電動機Ｍ１のロータの回転角θを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。制御装置３０は、回転角θに基づいて交流電動機Ｍ１の回転数（回転速度）および角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２５については、回転角θを制御装置３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって配置を省略してもよい。

制御装置３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動制御システム１００の動作を制御する。代表的な機能として、制御装置３０は、交流電動機Ｍ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、制御装置３０は、コンバータ１２およびインバータ１４を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成してコンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

ここで、制御装置３０は、所定のスイッチング周期内でハイレベル期間およびローレベル期間の比が基本的に１：１の矩形波電圧を交流電動機に印加する矩形波電圧制御方式によりインバータ１４の動作を制御する。より詳しくは、制御装置３０は、モータ電流ｉｖ，ｉｗおよび回転角θの各検出値から交流電動機Ｍ１のトルクを推定し、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに対するトルク推定値の偏差を算出する。そして、制御装置３０は、そのトルク偏差に応じたフィードバック演算（たとえばＰＩ（比例積分）演算）を行なうことによって、トルク偏差に応じた矩形波電圧の位相を制御する。具体的には、正トルク発生（Ｔｒｑｃｏｍ＞０）時は、トルク不足時には電圧位相が進められ、トルク過剰時には電圧位相が遅らせられる。一方、負トルク発生（Ｔｒｑｃｏｍ＜０）時は、トルク不足時には電圧位相が遅らせられ、トルク過剰時には電圧位相が進められる。そして、制御装置３０は、上記のように位相制御された矩形波電圧指令を生成し、その生成された電圧指令に基づいて、インバータ１４を駆動するためのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成する。

このように、矩形波電圧制御では、ロータの回転角に対して矩形波電圧の位相を操作（変更）することによりトルク制御を実施している。たとえば、電圧位相を進める量に応じてトルクを増加させることができる。一般的に、三相モータでは、電気角の１周期中に各相電圧が１回ずつオン／オフされるので、電圧位相を操作することが可能なタイミングは、電気角の１周期中に６回存在する。

しかしながら、電気角の１周期中のある１回のタイミングで電圧位相を更新すると、各相の矩形波電圧のハイレベル期間およびローレベル期間の比にアンバランスが生じ、位相の更新前後で電流のオフセット（以下「オフセット電流」とも称する。）が発生する。そして、このオフセット電流は、過電流や車両振動の原因となり得る。

図２は、電気角の１周期中のある１回のタイミングで電圧位相を更新した場合の位相更新前後の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。図２を参照して、実線は、位相変更前の磁束鎖交数ベクトル軌跡を示し、点線は、位相更新後の磁束鎖交数ベクトル軌跡を示す。電圧位相の更新前後において磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心がずれているが、位相更新後の磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心が位相更新前に対してずれ続けることは、インバータ１４から交流電動機Ｍ１に加えているトータルの電圧に位相更新前後で偏差が発生し、オフセット電流が発生することを意味する。すなわち、電気角の１周期中のある１回のタイミングで電圧位相を更新すると、オフセット電流が発生してしまう。

そこで、この実施の形態１では、位相更新後に磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心が位相更新前に対してずれ続けることのないように矩形波電圧の位相を変更することとしたものである。

図３は、インバータ１４の電圧ベクトルを示した図である。図３を参照して、電圧ベクトルＶ１は、Ｕ相アーム１５については上アームがオンし、かつ、Ｖ，Ｗ相アーム１６，１７については下アームがオンしているときに相当する。なお、括弧内の３つの数字は、左から順にＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７のスイッチング状態を示し、「１」は上アームがオンであり、「０」は下アームがオンであること示す。したがって、たとえば、電圧ベクトルＶ２は、Ｕ，Ｖ相アーム１５，１６については上アームがオンし、かつ、Ｗ相アーム１７については下アームがオンしているときに相当する。

矩形波電圧制御では、電気角の１周期でこの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を順次切替える制御が行なわれる。なお、図３において、点線は、スイッチング状態が切替えられるタイミングである。そして、スイッチングエリアＡ１は、電圧ベクトルがＶ３（０，１，０）の状態にある領域であり、スイッチングエリアＡ２，Ａ３は、それぞれ電圧ベクトルがＶ４（０，１，１），Ｖ５（０，０，１）の状態にある領域である。

図４は、電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。図４とともに図３を参照して、磁束鎖交数ベクトルφ１〜φ６は、それぞれ電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６に対応し、実線は、位相更新前の磁束鎖交数ベクトル軌跡を示す。点線は、位相更新後の磁束鎖交数ベクトル軌跡を示し、この図４では、一例として、位相が進められるときの軌跡が示される。

この実施の形態１では、図３に示されるスイッチングエリアＡ１のときに位相の更新が開始される。まず、スイッチングエリアＡ１においてトルク偏差に応じた所望量の位相が進められる。位相変更前後における磁束鎖交数ベクトルφ３の変化は、スイッチングエリアＡ１において位相が進められたことを示す。次いで、この実施の形態１では、スイッチングエリアＡ１に続くスイッチングエリアＡ２において、スイッチングエリアＡ１にて進められた位相分だけ位相が遅らせられる。位相変更前後における磁束鎖交数ベクトルφ４の変化は、スイッチングエリアＡ２において位相が遅らせられたことを示す。そして、スイッチングエリアＡ２に続くスイッチングエリアＡ３において、スイッチングエリアＡ１にて進められた位相分だけ位相が進められる。位相変更前後における磁束鎖交数ベクトルφ５の変化は、スイッチングエリアＡ３において位相が進められたことを示す。これで位相の更新が完了する。

このような位相更新の方法により、トルク偏差に応じた所望量だけ電圧位相が進められる。ここで、図４に示されるように、位相変更中に磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心は位相更新前に対して一旦ずれるけれども、位相更新完了後、磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心は位相更新前の位置に元に戻る。すなわち、位相更新後の磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心が位相更新前に対してずれ続けることがない。これにより、オフセット電流の発生が抑制される。また、この位相更新手法は、電気角の半周期で位相の更新が完了するので、応答性が大きく阻害されることもない。

図５は、図１に示した制御装置３０による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図５を参照して、制御装置３０は、まずスイッチングエリアを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０においてスイッチングエリアがＡ１（図３）であると判定されると（ステップＳ１０において「Ａ１」）、制御装置３０は、トルク偏差に応じたフィードバック演算により算出される位相変更量αだけ位相を進める（ステップＳ２０）。そして、制御装置３０は、その位相変更量に基づいて電圧位相指令を算出する（ステップＳ５０）。

一方、ステップＳ１０においてスイッチングエリアがＡ２（図３）であると判定されると（ステップＳ１０において「Ａ２」）、制御装置３０は、ステップＳ２０において進められた位相変更量αだけ位相を遅らせる（ステップＳ３０）。そして、制御装置３０は、ステップＳ５０へ処理を移行し、電圧位相指令を算出する。

また、ステップＳ１０においてスイッチングエリアがＡ３（図３）であると判定されると（ステップＳ１０において「Ａ３」）、制御装置３０は、ステップＳ２０において進められた位相変更量αだけ位相を進める（ステップＳ４０）。そして、制御装置３０は、ステップＳ５０へ処理を移行し、電圧位相指令を算出する。

図６は、電圧位相の時間的変化を示すタイミングチャートである。図６を参照して、位相指令は、トルク偏差に応じて算出される指令値であり、出力位相は、実際の位相変化を示す。時刻ｔ１において、トルク偏差に基づき位相の変更（進角）が指令される。そうすると、時刻ｔ２において、位相指令に応じて位相が進められ、次のスイッチング切替タイミングで位相が一旦戻され、その次のスイッチング切替タイミングで再び位相が進められる。

以上のように、この実施の形態１においては、矩形波電圧の位相を更新するに際し、上記のように位相を変更することによって、位相更新後の磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心が位相更新前に対してずれ続けることがない。したがって、この実施の形態１によれば、矩形波電圧制御において矩形波電圧の位相更新の際にオフセット電流の発生を抑制することができる。

［変形例１］
この変形例１では、実施の形態１による位相変更処理を、１回の位相変更量を１／２にして２回繰返すことにより、オフセット電流のさらなる抑制が図られる。

図７は、インバータ１４の電圧ベクトルを示した図である。図７を参照して、スイッチングエリアＡ３に続くスイッチングエリアＡ４は、電圧ベクトルがＶ６（１，０，１）の状態にある領域であり、スイッチングエリアＡ５，Ａ６は、それぞれ電圧ベクトルがＶ１（１，０，０），Ｖ２（１，１，０）の状態にある領域である。

図８は、変形例１における電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。なお、この図８は、実施の形態１において説明した図４に対応する図であり、この図８でも、一例として、位相が進められるときの軌跡が示される。

図８とともに図７を参照して、この変形例１でも、図７に示されるスイッチングエリアＡ１のときに位相の更新が開始される。ここで、スイッチングエリアＡ１では、トルク偏差に応じて設定される位相変更量の１／２だけ位相が進められる。次いで、スイッチングエリアＡ２において、スイッチングエリアＡ１にて進められた位相分だけ位相が遅らせられ、スイッチングエリアＡ３において、スイッチングエリアＡ１にて進められた位相分だけ位相が進められる。

次いで、スイッチングエリアＡ３に続くスイッチングエリアＡ４において、残りの位相変更量（すなわちトルク偏差に応じて設定される位相変更量の１／２）だけ位相が進められる。そして、スイッチングエリアＡ５において、スイッチングエリアＡ４にて進められた位相分だけ位相が遅らせられ、スイッチングエリアＡ６において、スイッチングエリアＡ４にて進められた位相分だけ位相が進められる。

これにより、トルク偏差に応じた所望量だけ電圧位相を変更しつつ、実施の形態１における位相更新方法に比べて磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心のずれ量を小さくすることができる。

図９は、変形例１における制御装置３０による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図９を参照して、制御装置３０は、まずスイッチングエリアを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０においてスイッチングエリアがＡ１（図７）であると判定されると（ステップＳ１１０において「Ａ１」）、制御装置３０は、トルク偏差に応じたフィードバック演算により算出される位相変更量αの１／２だけ位相を進める（ステップＳ１２０）。そして、制御装置３０は、その位相変更量に基づいて電圧位相指令を算出する（ステップＳ１５０）。

一方、ステップＳ１１０においてスイッチングエリアがＡ２またはＡ５（図７）であると判定されると（ステップＳ１１０において「Ａ２，Ａ５」）、制御装置３０は、ステップＳ１２０において進められた位相変更量α／２だけ位相を遅らせる（ステップＳ１３０）。そして、制御装置３０は、ステップＳ１５０へ処理を移行し、電圧位相指令を算出する。

また、ステップＳ１１０においてスイッチングエリアがＡ３，Ａ４またはＡ６（図７）であると判定されると（ステップＳ１１０において「Ａ３，Ａ４，Ａ６」）、制御装置３０は、ステップＳ１２０において進められた位相変更量α／２だけ位相を進める（ステップＳ１４０）。そして、制御装置３０は、ステップＳ１５０へ処理を移行し、電圧位相指令を算出する。

図１０は、電圧位相の時間的変化を示すタイミングチャートである。図１０を参照して、時刻ｔ１において、トルク偏差に基づき位相の変更（進角）が指令される。そうすると、時刻ｔ２において、位相指令の１／２だけ位相がまず進められ、次のスイッチング切替タイミングで位相が一旦戻され、その次のスイッチング切替タイミングで再び位相が進められる。さらにその次のスイッチング切替タイミングで位相指令の１／２だけ位相が再び進められ、次のスイッチング切替タイミングで位相が戻され、その次のスイッチング切替タイミングで再び位相が進められる。

以上のように、この変形例１によれば、１回の位相変更量を１／２にして２回繰返すことにより、実施の形態１における位相更新方法に比べて磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心のずれ量が小さくなるので、オフセット電流のさらなる抑制を図ることができる。

［変形例２］
上記の実施の形態１およびその変形例１では、位相の更新を開始するスイッチングエリアが、電圧ベクトルがＶ３（０，１，０）の状態にあるときに固定されている。この変形例２では、位相の更新を開始するスイッチングエリアを可変とし、リアルタイムに位相を更新可能とする。

図１１は、インバータ１４の電圧ベクトルを示した図である。図１１を参照して、たとえば、電圧ベクトルがＶ４（０，１，１）の状態にあるとき（スイッチングエリアＡ１）、位相指令の変化に応じて位相更新が開始される。

図１２は、変形例２における制御装置３０による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１２を参照して、このフローチャートは、図９に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０５，Ｓ１６０をさらに含む。すなわち、制御装置３０は、まず、電圧位相の変更があるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。たとえば、トルク偏差が所定量よりも大きいときや、トルク偏差に応じて算出される位相変更量が所定量よりも大きいとき等に、位相変更があるものと判定される。

そして、ステップＳ１０５において位相変更があるものと判定されると（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御装置３０は、ステップＳ１１０へ処理を移行し、現在のスイッチングエリアが判定される。そして、そのスイッチングエリアをＡ１として、逐次位相の変更が行なわれる。一方、ステップＳ１０５において位相変更はないものと判定されると（ステップＳ１０５においてＮＯ）、制御装置３０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ１７０へ処理を移行する。

また、ステップＳ１５０において、位相変更量に基づいて電圧位相指令が算出されると、制御装置３０は、位相変更が６回（スイッチングエリアＡ１〜Ａ６の１セット６回分）行なわれたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。位相変更が６回行なわれたと判定されると（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、制御装置３０はステップＳ１７０へ処理を移行する。一方、ステップＳ１６０において位相変更はまだ６回済んでいないと判定されると（ステップＳ１６０においてＮＯ）、制御装置３０はステップＳ１１０へ処理を移行し、位相変更処理が継続される。

以上のように、この変形例２によれば、位相の更新を開始するスイッチングエリアが可変とされ、リアルタイムに位相を更新することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、電気角の１周期における６回の位相操作タイミングのうち、最初の４回は任意に位相を変更させ、最後の２回において、磁束鎖交数ベクトルが位相更新開始時の始点に戻るように、すなわち磁束鎖交数ベクトル軌跡において最後の２回の位相変更により元の六角形に戻るように、電圧位相の更新が行なわれる。これにより、より自由度の高い位相変更を実現できる。

図１３は、実施の形態２における電圧位相更新時の磁束鎖交数ベクトル軌跡の変化を示した図である。図１３とともに図７を参照して、スイッチングエリアＡ１（図７）のときに位相の更新が開始される。スイッチングエリアＡ１〜Ａ４では、任意に位相が変更される。そして、スイッチングエリアＡ５，Ａ６における位相変更において、磁束鎖交数ベクトル軌跡が位相更新前の六角形に戻るように位相が変更される。

図１４は、実施の形態２における制御装置３０による位相変更処理の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１４を参照して、このフローチャートは、図１２に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１４０に代えてそれぞれステップＳ１２５，Ｓ１３５，Ｓ１４５を含む。ステップＳ１１０においてスイッチングエリアがＡ１〜Ａ４（図７）であると判定されたとき（ステップＳ１１０において「Ａ１〜Ａ４」）、制御装置３０は、任意で位相を変更することができる（ステップＳ１２５）。そして、制御装置３０は、ステップＳ１５０へ処理を進め、電圧位相指令が算出される。

一方、ステップＳ１１０においてスイッチングエリアがＡ５またはＡ６（図７）であると判定されたときは（ステップＳ１１０において「Ａ５」または「Ａ６」）、制御装置３０は、磁束鎖交数ベクトル軌跡が元の六角形（位相更新前の六角形）に戻るように位相を変更する（ステップＳ１３５，Ｓ１４５）。そして、制御装置３０は、ステップＳ１５０へ処理を進め、電圧位相指令が算出される。

以上のように、この実施の形態２によれば、より自由度の高い位相変更を実現することができる。

［実施の形態３］
実施の形態１では、電気角の半周期で位相の更新が行なわれるところ、位相の変更量が大きすぎると適切なスイッチングを行なうことができない。

図１５は、インバータ１４の電圧ベクトルを示した図である。図１５を参照して、点線は、隣接する電圧ベクトルの中間を示し、この点線のタイミングでスイッチング状態が切替えられる。そして、スイッチング切替タイミングの中間で位相が変更される場合、位相変更量αの大きさが電気角で３０°を超えると、スイッチングの切替を適切に行なうことができなくなる。そこで、この実施の形態３では、位相更新量にリミットが設けられる。

図１６は、実施の形態３における制御装置３０による位相変更処理（進角時）の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１６を参照して、このフローチャートは、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０，Ｓ７０をさらに含む。すなわち、ステップＳ５０において電圧位相指令が算出されると、制御装置３０は、位相変更量αが電気角で３０°以上か否かを判定する（ステップＳ６０）。そして、位相変更量αが３０°以上であると判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、位相変更量を３０°に制限する（ステップＳ７０）。

以上のように、この実施の形態３によれば、位相更新量にリミットを設けたので、不適切なスイッチングが行なわれるのを防止することができる。

［実施の形態４］
実施の形態３では、電気角で３０°までしか位相を変更できない。そこで、この実施の形態４では、位相変更のタイミングを可変とすることによって、電気角で６０°まで位相を変更できるようにする。

図１７は、インバータ１４の電圧ベクトルを示した図である。図１７を参照して、一例として、電圧ベクトル指令Ｖが第１の切替ラインＳＬ１に達すると、電圧位相がβだけ進められる。そして、電圧ベクトル指令Ｖが第２の切替ラインＳＬ２に達する直前で、電圧位相がγだけ遅らせられる。このような位相操作によって、電気角で６０°未満まで位相を変更できる。

図１８は、実施の形態４における制御装置３０による位相変更処理の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理手順も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１８を参照して、制御装置３０は、電圧ベクトル指令が第１の切替ラインＳＬ１（図１７）を超えたか否かを判定する（ステップＳ２１０）。電圧ベクトル指令が第１の切替ラインＳＬ１を超えたと判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、直ちに電圧位相をβ進める（ステップＳ２２０）。なお、ステップＳ２１０において電圧ベクトル指令が第１の切替ラインＳＬ１を超えていないと判定されると（ステップＳ２１０においてＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ２２０を実行することなくステップＳ２３０へ処理を移行する。

次いで、制御装置３０は、電圧ベクトル指令が第２の切替ラインＳＬ２（図１７）の直前に達したか否かを判定する（ステップＳ２３０）。そして、電圧ベクトル指令が第２の切替ラインＳＬ２の直前に達したと判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、電圧位相をγ遅らせる（ステップＳ２４０）。なお、ステップＳ２３０において電圧ベクトル指令が第２の切替ラインＳＬ２の直前に達していないと判定されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ２４０を実行することなくステップＳ２５０へ処理を移行する。

以上のように、この実施の形態４によれば、位相変更のタイミングを可変とすることによって、電気角で６０°まで位相を変更することができる。

なお、上記の各実施の形態では、好ましい構成例として、インバータ１４への入力電圧を可変制御可能なように、モータ駆動制御システム１００の直流電圧発生部１０♯がコンバータ１２を含む構成を示したが、インバータ１４への入力電圧を可変制御可能であれば、直流電圧発生部１０♯は図１に示した構成には限定されない。また、インバータ入力電圧が可変であることは必須ではなく、蓄電装置Ｂの出力電圧がそのままインバータ１４へ入力される構成（たとえばコンバータ１２の配置を省略した構成）に対しても本発明を適用可能である。

さらに、モータ駆動制御システム１００の負荷となる交流電動機についても、上記の各実施の形態では、電動車両（ハイブリッド自動車や電気自動車等）に車両駆動用として搭載された永久磁石モータを想定したが、それ以外の機器に用いられる任意の交流電動機を負荷とする構成についても、本発明を適用可能である。

今回開示された実施の形態は、すべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

５〜７ 電力線、１０，１３ 電圧センサ、１０＃ 直流電圧発生部、１１，２４ 電流センサ、１２ コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２５ 回転角センサ、３０ 制御装置、１００ モータ駆動システム、Ｂ 蓄電装置、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流電動機。

Claims (2)

1. インバータによって駆動される交流電動機の制御装置であって、
   前記交流電動機をトルク指令値に従って動作させるように位相制御される矩形波電圧を前記交流電動機に印加するように前記インバータの制御指令を生成する矩形波電圧制御部と、
   前記交流電動機の磁束鎖交数の変化を示す磁束鎖交数ベクトル軌跡の中心を前記矩形波電圧の位相の変更前後において維持するように前記位相の変更を制御する位相変更制御部とを備える、交流電動機の制御装置。
2. 前記位相変更制御部は、前記位相を変更するタイミングを変更可能に構成される、請求項１に記載の交流電動機の制御装置。

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