JP6028868B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、三相交流電動機を備える電動機システムを制御する電動機制御装置の技術分野に関する。
三相交流電動機を駆動するための制御方法の一例として、PWM(Pulse Width Modulation)制御があげられる。PWM制御は、三相交流電動機に供給される相電流を所望値と一致させるという観点から設定された相電圧指令信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて、直流電圧(直流電力)を交流電圧(交流電力)に変換する電力変換器を制御する。尚、PWM制御は、交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器を制御するために用いられることもある(特許文献1参照)。
ところで、電力変換器に入力される又は電力変換器から出力される直流電圧の変動を抑制するための平滑コンデンサが、電力変換器に対して電気的に並列に接続されることが多い。近年では、平滑コンデンサの容量を小さくすることで、平滑コンデンサの小型化が図られることが多い。しかしながら、平滑コンデンサの容量が小さくなると、平滑コンデンサの端子間電圧のリプル(いわゆる、脈動成分)が相対的に大きくなってしまうおそれがある。そこで、このような平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制(低減)するために三次高調波信号を利用する技術が、特許文献1に開示されている。具体的には、特許文献1には、交流電源からの入力電流の電流波形が、交流電源と同一周波数の正弦波及び三次高調波の合成波と一致するように、電力変換器が備えるスイッチング素子を制御する技術が開示されている。
特開2010−263775号公報
しかしながら、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルの発生要因によっては、特許文献1に開示された技術のみでは、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを十分に抑制することができないおそれがあるという技術的問題点が生ずる。
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる電動機制御装置を提供することを課題とする。
<1>
本発明の電動機制御装置は、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器に対して電気的に並列に接続される平滑コンデンサと、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段と、前記三次高調波信号の振幅を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記三次高調波信号の振幅が調整される場合の前記平滑コンデンサの端子間電圧のピーク値が、前記三次高調波信号の振幅が調整されない場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
本発明の電動機制御装置によれば、電動機システムを制御することができる。電動機制御装置による制御対象となる電動機システムは、直流電源と、平滑コンデンサと、電力変換器と、三相交流電動機とを備えている。直流電源は、直流電力(言い換えれば、直流電圧や、直流電流)を出力する。平滑コンデンサは、電力変換器に対して電気的に並列に接続される。典型的には、平滑コンデンサは、直流電源に対して電気的に並列に接続される。従って、平滑コンデンサは、平滑コンデンサの端子間電圧(つまり、直流電源及び電力変換器の夫々の端子間電圧)の変動を抑制することができる。電力変換器は、直流電源から供給される直流電力を交流電力(典型的には、三相交流電力)に変換する。その結果、三相交流電動機は、電力変換器から当該三相交流電動機に供給される交流電力を用いて駆動する。
このような電動機システムを制御するために、電動機制御装置は、生成手段と、制御手段と、調整手段とを備えている。
生成手段は、相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで、変調信号を生成する。つまり、生成手段は、三相交流電動機の各相(つまり、U相、V相及びW相からなる三相の夫々)に対応する相電圧指令信号に対して、三次高調波信号を加算する。その結果、生成手段は、三相交流電動機の各相(つまり、U相、V相及びW相からなる三相の夫々)に対応する変調信号を生成する。
相電圧指令信号は、三相交流電動機の動作を規定する交流信号である。例えば、相電圧指令信号は、三相交流電動機が出力するトルクを所望値と一致させるという観点から適宜設定されてもよい。三次高調波信号は、相電圧指令信号の周波数の3倍の周波数を有する信号(典型的には、交流信号)である。
尚、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の全てで共用される共通の三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、当該共通の三次高調波信号が加算されてもよい。或いは、三次高調波信号として、三相交流電動機の三相の夫々に個別に用意される三次高調波信号が用いられてもよい。この場合、各相の相電圧指令信号に対して、各相に対応する三次高調波信号が加算されてもよい。
制御手段は、生成手段が生成した変調信号を用いて電力変換器の動作を制御する。例えば、制御手段は、変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて電力変換器の動作を制御してもよい。その結果、電力変換器は、相電圧指令信号に応じた交流電力を三相交流電動機に対して供給する。従って、三相交流電動機は、相電圧指令信号に応じた態様で駆動する。
調整手段は、三次高調波信号の振幅を調整する。具体的には、調整手段は、三次高調波信号の振幅が調整される場合の平滑コンデンサの端子間電圧のピーク値(好ましくは、端子間電圧のリプルのピーク値、以下同様)が、三次高調波信号の振幅が調整されない場合の端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、三次高調波信号の振幅を調整する。つまり、調整手段は、振幅が調整された三次高調波信号を加算することで生成される変調信号(後述する振幅調整済変調信号)を用いて電力変換器の動作が制御される場合の端子間電圧のピーク値が、振幅が調整されていない三次高調波信号を加算することで生成される変調信号(後述する振幅未調整変調信号)を用いて電力変換器の動作が制御される場合の端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、三次高調波信号の振幅を調整する。その結果、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルが相対的に小さくなるように三次高調波信号の振幅が調整される。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
尚、このような態様で三次高調波信号の振幅を調整するために、調整手段は、平滑コンデンサの端子間電圧(或いは、そのピーク値)を適宜監視すると共に、当該監視した端子間電圧を用いたフィードバック制御により三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
このように、本発明の電動機制御装置によれば、平滑コンデンサの端子間電圧のピーク値が相対的に小さくなるように三次高調波信号の振幅を調整することができる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
<2>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記三次高調波信号の振幅が第1所定値となる場合の前記端子間電圧のピーク値が、前記三次高調波信号の振幅が第2所定値となる場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなる場合には、前記三次高調波信号の振幅が前記第1所定値となるように前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、調整手段は、平滑コンデンサの端子間電圧のピーク値がより小さくなるように(好ましくは、できるだけ小さくなるように又は最小になるように)、三次高調波信号の振幅を調整することができる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる。
<3>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記端子間電圧のリプルの変動幅を維持しつつ、前記端子間電圧の目標値を基準とする前記端子間電圧の正極性側のリプルの変動幅が、前記端子間電圧の目標値を基準とする前記端子間電圧の負極性側のリプルの変動幅よりも小さくなるように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、調整手段は、端子間電圧の正極性側(つまり、目標値よりも正側)のリプルの変動幅が端子間電圧の負極性側(つまり、目標値よりも負側)のリプルの変動幅よりも小さくなるように、三次高調波信号の振幅を調整することができる。端子間電圧の正極性側のリプルの中心値が小さくなれば、端子間電圧のピーク値もまた小さくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる。
<4>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記端子間電圧の状態が、前記端子間電圧が増加する時間よりも前記端子間電圧が減少する時間が長くなる状態から、前記端子間電圧が減少する時間よりも前記端子間電圧が増加する時間が長くなる状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、後に図面を用いて詳細に説明するように、三次高調波信号の振幅が調整されない場合と比較して、平滑コンデンサの端子間電圧の波形は、下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
<5>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、振幅が調整された前記三次高調波信号を加算することで生成される前記変調信号である振幅調整済変調信号と振幅が調整されていない前記三次高調波信号を加算することで生成される前記変調信号である振幅未調整変調信号との間の大小関係が、前記振幅調整済変調信号の信号レベルが前記振幅未調整変調信号の信号レベルよりも大きくなる第1状態から、前記振幅調整済変調信号の信号レベルが前記振幅未調整変調信号の信号レベルよりも小さくなる第2状態へと、又は、前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、調整手段は、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が下記の条件を満たすように、三次高調波信号の振幅を調整する。尚、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係は、常に下記の条件を満たしていなくともよい。つまり、調整手段は、少なくとも一部の期間中に振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が下記の条件を満たすように、三次高調波信号の振幅を調整すればよい。
より具体的には、調整手段は、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第1状態から第2状態へと遷移するように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。つまり、調整手段は、当初は第1状態にある振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が、時間の経過と共に第2状態へと遷移するように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
或いは、調整手段は、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第2状態から第1状態へと遷移するように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。つまり、調整手段は、当初は第2状態にある振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が、時間の経過と共に第1状態へと遷移するように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
第1状態は、振幅調整済変調信号の信号レベルが振幅未調整変調信号の信号レベルよりも大きくなる状態である。例えば、振幅調整済変調信号の信号レベルが+A(但し、A>0)であり、振幅未調整変調信号の信号レベルが+B(但し、B>0)である場合には、第1状態は、A>Bとなる状態である。一方で、例えば、振幅調整済変調信号の信号レベルが−Aであり、振幅未調整変調信号の信号レベルが−Bである場合には、第1状態は、−A>−B(つまり、A<B)となる状態である。
第2状態は、振幅調整済変調信号の信号レベルが振幅未調整変調信号の信号レベルよりも小さくなる状態である。例えば、振幅調整済変調信号の信号レベルが+Aであり、振幅未調整変調信号の信号レベルが+Bである場合には、第状態は、A<Bとなる状態である。一方で、例えば、振幅調整済変調信号の信号レベルが−Aであり、振幅未調整変調信号の信号レベルが−Bである場合には、第状態は、−A<−B(つまり、A>B)となる状態である。
このような態様で三次高調波信号の振幅が調整されると、後に図面を用いて詳細に説明するように、三次高調波信号の振幅が調整されない場合と比較して、平滑コンデンサの端子間電圧の波形は、下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
<6>
上述したように振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、前記振幅調整済変調信号及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルがゼロになる点を境界として、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第1状態から前記第2状態へと又は前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移する時刻(つまり、振幅調整済変調信号及び振幅未調整変調信号の夫々の信号レベルがゼロになる点)の前後において端子間電圧が相対的に小さくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルをより好適に抑制することができる。
<7>
上述したように振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様、及び(ii)前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間を流れる第1電流と、前記三相交流電動機と前記平滑コンデンサとの間を流れる第2電流との大小関係に応じて定まる態様で、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、調整手段は、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様及び第1電流と第2電流との大小関係に応じて、平滑コンデンサの端子間電圧の波形が下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなるように、三次高調波信号の振幅を調整することができる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
尚、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する場合に限らず、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様、及び(ii)前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間を流れる第1電流と、前記三相交流電動機と前記平滑コンデンサとの間を流れる第2電流との大小関係に応じて定まる態様で、前記三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
<8>
上述の如く振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様及び第1電流と第2電流との大小関係に応じて定まる態様で三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様で調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様とは異なる第2の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を前記第1の調整態様とは異なる第2の調整態様で調整する。
この態様によれば、調整手段は、第1電流と第2電流との大小関係が変わらない状況下では、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様の違いに応じて三次高調波信号の振幅の調整態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する。その結果、後に図面を用いて詳細に説明するように、調整手段は、平滑コンデンサの端子間電圧の波形が下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなるように、三次高調波信号の振幅を調整することができる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
尚、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第1状態から前記第2状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様とは異なる第2の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整してもよい。つまり、調整手段は、第1電流と第2電流との大小関係が変わらない状況下では、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様の違いに応じて振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係の遷移の態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
また、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する場合に限らず、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様で調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様とは異なる第2の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様とは異なる第2の調整態様で調整してもよい。
<9>
上述の如く振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様の違いに応じて振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係の遷移の態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の態様では、前記第1の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか一方であり、前記第2の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか他方であり、前記第1の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか一方であり、前記第1の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか一方であり、前記第2の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか他方である。
この態様によれば、調整手段は、第1電流と第2電流との大小関係が変わらない状況下では、振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加するか否か(言い換えれば、減少するか否か)の違いに応じて三次高調波信号の振幅の調整態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する。
<10>
上述の如く振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様及び第1電流と第2電流との大小関係に応じて定まる態様で三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第1状態から前記第2状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係とは異なる第2の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、調整手段は、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様が変わらない状況下では、第1電流と第2電流との大小関係の違いに応じて三次高調波信号の振幅の調整態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する。その結果、後に図面を用いて詳細に説明するように、調整手段は、平滑コンデンサの端子間電圧の波形が下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなるように、三次高調波信号の振幅を調整することができる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
尚、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第1状態から前記第2状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係とは異なる第2の関係にある場合には、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整してもよい。つまり、調整手段は、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様が変わらない状況下では、第1電流と第2電流との大小関係の違いに応じて振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係の遷移の態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整してもよい。
また、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する場合に限らず、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様で調整し、前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係とは異なる第2の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を前記第1の調整態様とは異なる第2の調整態様で調整してもよい。
<11>
上述の如く第1電流と第2電流との大小関係の違いに応じて振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係の遷移の態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の態様では、前記第1の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか一方であり、前記第1の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか一方であり、前記第の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか他方であり、前記第1の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか一方であり、前記第2の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか他方である。
この態様によれば、調整手段は、振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様が変わらない状況下では、第1電流が第2電流よりも大きいか否か(言い換えれば、第1電流が第2電流よりも小さいか否か)の違いに応じて振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係の遷移の態様が変わるように、三次高調波信号の振幅を調整する。
<12>
上述したように振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、前記第1状態は、(i)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間よりも短くなる状態、又は、(ii)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間よりも長くなる状態であり、前記第2状態は、前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間よりも長くなる状態、又は、(ii)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間よりも短くなる状態である。
この態様によれば、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第1状態にある場合には、後に図面を用いて詳細に説明するように、振幅調整済変調信号がキャリア信号よりも小さくなる期間が、振幅未調整変調信号がキャリア信号よりも小さくなる期間よりも短くなる。つまり、振幅調整済変調信号がキャリア信号よりも大きくなる期間が、振幅未調整変調信号がキャリア信号よりも大きくなる期間よりも長くなる。一方で、振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号との間の大小関係が第2状態にある場合には、後に図面を用いて詳細に説明するように、振幅調整済変調信号がキャリア信号よりも小さくなる期間が、振幅未調整変調信号がキャリア信号よりも小さくなる期間よりも長くなる。つまり、振幅調整済変調信号がキャリア信号よりも大きくなる期間が、振幅未調整変調信号がキャリア信号よりも大きくなる期間よりも短くなる。
このような態様で三次高調波信号の振幅が調整されると、後に図面を用いて詳細に説明するように、三次高調波信号の振幅が調整されない場合と比較して、平滑コンデンサの端子間電圧の波形は、下に凸になる(つまり、端子間電圧が小さくなる側に向かって突き出る)波形となりやすくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。従って、電動制御装置は、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを好適に抑制することができる。
<13>
上述したように振幅調整済変調信号と振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が第1状態から第2状態へと又は第2状態から第1状態へと遷移するように三次高調波信号の振幅を調整する電動機制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、前記調整手段は、三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくなる期間中に、三相のうちの他の一相において前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号との間の大小関係が前記第1状態から前記第2状態へと又は前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する。
この態様によれば、三相交流を前提として考慮すれば、二相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号の信号レベルのピーク値(つまり、最大値又は最小値)の絶対値より大きくなる場合には、電力変換器の動作は、実質的には、他の一相の変調信号に基づいて制御される。この場合、当該他の一相の振幅調整済変調信号と当該他の一相の振幅未調整変調信号との間の大小関係が上述した条件を満たすように三次高調波信号の振幅が調整されても、三次高調波信号の振幅の調整に起因して他の二相の変調信号とキャリア信号との大小関係が変わることは殆ど又は全くない。従って、調整手段は、電力変換器の動作に影響を与えることなく、平滑コンデンサの端子間電圧のリプルを抑制するように三次高調波信号の振幅を調整することができる。
<14>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、前記調整手段は、(i)三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくなる場合には、前記三次高調波信号の振幅を調整し、(ii)三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくならない場合には、前記三次高調波信号の振幅を調整しない。
この態様によれば、調整手段は、少なくとも二相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値よりも大きくなるか否かに応じて、三次高調波信号の振幅を調整するか否かを決定することができる。
<15>
本発明の電動機制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、前記調整手段は、前記キャリア信号の振幅を調整し、前記調整手段は、前記キャリア信号の振幅が調整される場合の前記端子間電圧のピーク値が、前記キャリア信号の振幅が調整されない場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、前記キャリア信号の振幅を調整する。
上述した三次高調波信号の振幅の調整は、変調信号とキャリア信号との間の大小関係を変え得る。そうすると、調整手段は、三次高調波信号の振幅に加えて又は代えて、キャリア信号の振幅を調整することで、変調信号とキャリア信号との間の大小関係を変えることができる。つまり、三次高調波信号の振幅の調整のみならず、キャリア信号の振幅の調整によっても、上述した各種効果が好適に実現される。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
第1実施形態の車両の構成を示すブロック図である。 ECUの構成(特に、インバータの動作を制御するための構成)を示すブロック図である。 第1実施形態におけるインバータ制御動作の流れを示すフローチャートである。 三次高調波信号を、三相電圧指令信号及び三相電流と共に示すグラフである。 三次高調波の振幅の調整の態様を示すグラフである。 図3のステップS18における三次高調波の振幅を調整する動作の流れを示すフローチャートである。 三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで相対的に大きなリプルが発生する理由を説明するためのグラフ及びブロック図である。 三次高調波信号を三相電圧指令信号に加算した場合に発生するリプルを、三次高調波信号を三相電圧指令信号に加算しない場合に発生するリプルと比較しながら示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整が平滑コンデンサの端子間電圧に与える影響を示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整が平滑コンデンサの端子間電圧に与える影響を示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整が平滑コンデンサの端子間電圧に与える影響を示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整が平滑コンデンサの端子間電圧に与える影響を示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整が平滑コンデンサの端子間電圧に与える影響を示すグラフである。 三次高調波信号の振幅の調整量と平滑コンデンサの端子間電圧との関係を示すグラフである。 三次高調波信号の位相の調整量と平滑コンデンサの端子間電圧との関係を示すグラフである。 三次高調波信号の他の例を、三相電圧指令信号及び三相電流と共に示すグラフである。
以下、車両制御装置の実施形態について説明する。
(1)第1実施形態の車両の構成
まず、図1を参照しながら、本実施形態の車両1の構成について説明する。図1は、本実施形態の車両1の構成を示すブロック図である。
図1に示すように、車両1は、直流電源11と、平滑コンデンサ12と、「電力変換器」の一具体例であるインバータ13と、「三相交流電動機」の一具体例であるモータジェネレータ14と、「電動機制御装置」の一具体例であるECU(Electronic Control Unit)15とを備えている。
直流電源11は、充電可能な蓄電装置である。直流電源11の一例として、例えば、二次電池(例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等)や、キャパシタ(例えば、電気二重相キャパシタや大容量のコンデンサ等)が例示される。
平滑コンデンサ12は、直流電源11の正極線と直流電源11の負極線との間に接続された電圧平滑用のコンデンサである。つまり、平滑コンデンサ12は、正極線と負極線との間の端子間電圧VHの変動を平滑化するためのコンデンサである。
インバータ13は、直流電源11から供給される直流電力(直流電圧)を交流電力(三相交流電圧)に変換する。直流電力(直流電圧)を交流電力(三相交流電圧)に変換するために、インバータ13は、p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunを含むU相アーム、p側スイッチング素子Qvp及びn側スイッチング素子Qvnを含むV相アーム及びp側スイッチング素子Qwp及びn側スイッチング素子Qwnを含むW相アームを備えている。インバータ13が備える各アームは、正極線と負極線との間に並列に接続されている。p側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qunは、正極線と負極線との間に直列に接続される。p側スイッチング素子Qvp及びn側スイッチング素子Qvn並びにp側スイッチング素子Qwp及びn側スイッチング素子Qwnについても同様である。p側スイッチング素子Qupには、p側スイッチング素子Qupのエミッタ端子からp側スイッチング素子Qupのコレクタ端子へと電流を流す整流用ダイオードDupが接続されている。n側スイッチング素子Qunからn側スイッチング素子Qwnについても同様に、整流用ダイオードDunから整流用ダイオードDwnが夫々接続されている。インバータ13における各相アームの上側アーム(つまり、各p側スイッチング素子)と下側アーム(つまり、各n側スイッチング素子)との中間点は、夫々モータジェネレータ14の各相コイルに接続されている。その結果、インバータ13による変換動作の結果生成される交流電力(三相交流電圧)が、モータジェネレータ14に供給される。
モータジェネレータ14は、三相交流電動発電機である。モータジェネレータ14は、車両1が走行するために必要なトルクを発生するように駆動する。モータジェネレータ14が発生したトルクは、当該モータジェネレータ14の回転軸に機械的に連結された駆動軸を介して、駆動輪に伝達される。尚、モータジェネレータ14は、車両1の制動時に電力回生(発電)を行ってもよい。
ECU15は、車両1の動作を制御するための電子制御ユニットである。特に、第1実施形態では、ECU15は、インバータ13の動作を制御するためのインバータ制御動作を行う。尚、ECU15によるインバータ制御動作については、後に詳述する(図3から図4等参照)。
ここで、図2を参照しながら、ECU15の構成(特に、インバータ13の動作を制御するための構成)について説明する。図2は、ECU15の構成(特に、インバータ13の動作を制御するための構成)を示すブロック図である。
図2に示すように、ECU15は、電流指令変換部151と、三相/二相変換部152と、電流制御部153と、二相/三相変換部154と、「調整手段」の一具体例である高調波生成部155と、「生成手段」の一具体例である加算器156uと、「生成手段」の一具体例である加算器156vと、「生成手段」の一具体例である加算器156wと、「制御手段」の一具体例であるPWM(Pulse Width Modulation)変換部157とを備えている。
電流指令変換部151は、モータジェネレータ14のトルク指令値TRに基づいて、二相電流指令信号(つまり、d軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtg)を生成する。電流指令変換部151は、d軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtgを電流制御部153に出力する。
三相/二相変換部152は、インバータ13から、フィードバック情報としてのV相電流IvとW相電流Iwを取得する。三相/二相変換部152は、三相電流値に相当するV相電流Iv及びW相電流Iwを、二相電流値に相当するd軸電流Id及びq軸電流Iqに変換する。三相/二相変換部152は、d軸電流Id及びq軸電流Iqを電流制御部153に出力する。
電流制御部153は、電流指令変換部151から出力されるd軸電流指令信号Idtg及びq軸電流指令信号Iqtgと、三相/二相変換部152から出力されるd軸電流Id及びq軸電流Iqとの差分に基づいて、二相電圧指令信号に相当するd軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを生成する。電流制御部153は、d軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを、二相/三相変換部154に出力する。
二相/三相変換部154は、d軸電圧指令信号Vd及びq軸電圧指令信号Vqを、三相電圧指令信号であるU相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwに変換する。二相/三相変換部154は、U相電圧指令信号Vuを加算器156uに出力する。同様に、二相/三相変換部154は、V相電圧指令信号Vvを加算器156vに出力する。同様に、二相/三相変換部154は、W相電圧指令信号Vwを加算器156wに出力する。
高調波生成部155は、三相電圧指令信号(つまり、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vw)及び三相電流値(つまり、U相電流Iu、V相電流IvとW相電流Iw)の周波数の3倍の周波数を有する三次高調波信号を生成する。特に、本実施形態では、高調波生成部155は、2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を生成する。但し、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1及びVh2のうちの一方を生成する一方で、三次高調波信号Vh1及びVh2のうちの他方を生成しなくともよい。尚、2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2については、後に詳述する(図3及び図4参照)。
加えて、高調波生成部155は、生成した三次高調波信号Vh1及びVh2のうちの少なくとも一方の振幅を適宜調整する。以下の説明では、説明の簡略化のため、高調波生成部155は、生成した三次高調波信号Vh1の振幅を適宜調整するものとする。尚、三次高調波信号Vh1の振幅の調整動作については、後に詳述する(図9から図12参照)。
加算器156uは、二相/三相変換部154から出力されるU相電圧指令信号Vuに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156uは、U相変調信号VmuをPWM変換部157に出力する。
加算器156vは、二相/三相変換部154から出力されるV相電圧指令信号Vvに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156vは、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156vは、V相変調信号VmvをPWM変換部157に出力する。
加算器156wは、二相/三相変換部154から出力されるW相電圧指令信号Vwに対して、高調波生成部155が生成する2種類の三次高調波信号Vh1及びVh2を加算する。その結果、加算器156wは、W相変調信号Vmw(=Vw+Vh1+Vh2)を生成する。加算器156wは、W相変調信号VmwをPWM変換部157に出力する。
PWM変換部157は、所定のキャリア周波数fを有するキャリア信号CとU相変調信号Vmuとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qupを駆動するためのU相PWM信号Gup及びn側スイッチング素子Qunを駆動するためのU相PWM信号Gunを生成する。例えば、PWM変換部157は、キャリア信号Cよりも小さい状態にあるU相変調信号Vmuがキャリア信号Cに一致すると、p側スイッチング素子QupをオンするためのU相PWM信号Gup及びGunを生成してもよい。一方で、例えば、PWM変換部157は、キャリア信号Cよりも大きい状態にあるU相変調信号Vmuがキャリア信号Cに一致すると、n側スイッチング素子QunをオンするためのU相PWM信号Gup及びGunを生成する。PWM変換部157は、U相PWM信号Gup及びGunを、インバータ13に出力する。その結果、インバータ13(特に、インバータ13が備えるU相アームを構成するp側スイッチング素子Qup及びn側スイッチング素子Qun)は、U相PWM信号Gup及びGunに応じて動作する。
更に、PWM変換部157は、キャリア信号CとV相変調信号Vmvとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qvpを駆動するためのV相PWM信号Gvp及びn側スイッチング素子Qvnを駆動するためのV相PWM信号Gvnを生成する。加えて、PWM変換部157は、キャリア信号CとW相変調信号Vmwとの大小関係に基づいて、p側スイッチング素子Qwpを駆動するためのW相PWM信号Gwp及びn側スイッチング素子Qwnを駆動するためのW相PWM信号Gwnを生成する。V相PWM信号Gvp及びGvn並びにW相PWM信号Gwp及びGwnの生成の態様は、U相PWM信号Gup及びGunの生成の態様と同一である。
(2)本実施形態におけるインバータ制御動作の流れ
続いて、図3を参照しながら、本実施形態の車両1において行われるインバータ制御動作(つまり、ECU15が行うインバータ制御動作)の流れについて説明する。図3は、本実施形態におけるインバータ制御動作の流れを示すフローチャートである。
図3に示すように、二相/三相変換部154は、三相電圧指令信号(つまり、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vw)を生成する(ステップS11)。尚、三相電圧指令信号の生成方法は、図2を参照しながら上述したとおりである。
ステップS11の動作と並行して又は相前後して、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1を生成する(ステップS12)。ステップS11及びステップS12の動作と並行して又は相前後して、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh2を生成する(ステップS13)。
ここで、図4を参照しながら、三次高調波信号Vh1及びVh2について説明する。図4は、三次高調波信号Vh1及びVh2を、三相電圧指令信号及び三相電流と共に示すグラフである。
図4の3段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々(図4の1段目のグラフ参照)の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる三次高調波信号である。言い換えれば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる位相と、三次高調波信号Vh1の信号レベルの絶対値が最小になる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh1は、少なくとも一つの相電圧指令信号の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最小になる三次高調波信号である。
例えば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルがゼロになる三次高調波信号であってもよい。言い換えれば、三次高調波信号Vh1は、U相電圧指令信号Vu、V相電圧指令信号Vv及びW相電圧指令信号Vwの夫々の信号レベルがゼロになる位相と、三次高調波信号Vh1の信号レベルがゼロになる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号であってもよい。
図4の3段目のグラフに示す例では、例えば、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、U相電圧指令信号Vuの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い丸印参照)でゼロになる。同様に、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、V相電圧指令信号Vvの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い四角印参照)でゼロになる。同様に、三次高調波信号Vh1の信号レベルは、W相電圧指令信号Vwの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の白い三角印参照)でゼロになる。
高調波生成部155は、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号を参照することで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、メモリ等に格納されているパラメータによって規定されている三次高調波信号の基本信号の位相を、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。或いは、例えば、高調波生成部155は、三相電圧指令信号を分周することで三次高調波信号の基本信号を生成すると共に、当該基本信号の位相を、二相/三相変換部154が生成する三相電圧指令信号の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh1を生成してもよい。
一方で、図4の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々(図4の2段目のグラフ参照)の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号である。言い換えれば、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる位相と、三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値が最大になる位相とが一致するという条件を満たす三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh2は、少なくとも一つの相電流の信号レベルが最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号である。
例えば、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号であってもよい。
加えて、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iuの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、U相電圧指令信号Vuの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。更に、三次高調波信号Vh2は、V相電流Ivの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでV相電圧指令信号Vvの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。更に、三次高調波信号Vh2は、W相電流Iwの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングでW相電圧指令信号Vwの極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。つまり、三次高調波信号Vh2は、所望相の相電流の信号レベルが最小になるタイミングで、当該所望相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。
図4の4段目のグラフに示す例では、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い丸印参照)で最大となり、(ii)U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、U相電圧指令信号Vuの極性と一致する。同様に、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い四角印参照)で最大となり、(ii)V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、V相電圧指令信号Vvの極性と一致する。同様に、例えば、(i)三次高調波信号Vh2の信号レベルの絶対値は、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミング(図4中の黒い三角印参照)で最大となり、(ii)W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2の信号レベルの極性は、W相電圧指令信号Vwの極性と一致する。
高調波生成部155は、インバータ13からフィードバック情報として取得可能な三相電流値を参照することで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、メモリ等に格納されているパラメータによって規定されている三次高調波信号の基本信号の位相を、三相電流値の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、例えば、高調波生成部155は、三相電流値又は三相電圧指令信号を分周することで三次高調波信号の基本信号を生成すると共に、当該基本信号の位相を、三相電流値の位相に応じてシフトすることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。
或いは、二相/三相変換部154が三相電圧指令信号を生成した時点で、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の位相を基準とする三相電流値の位相のずれ量(例えば、所望相の三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相を基準とする、当該所望相の三相電流値の信号レベルがゼロになる位相のずれ量)δを算出することができる。この場合には、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、位相のずれ量δに応じて定まる量だけシフトさせることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、3×δ°−90°(但し、上述した位相のずれ量δの方向(つまり、所望相の三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相から所望相の三相電流値の信号レベルがゼロになる位相に向かう方向)を正の方向とする)だけシフトさせることで、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相から位相のずれ量δに応じて定まる量だけシフトした位相が、三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。例えば、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相からδ°−30°だけシフトした位相が三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号の基本信号等から三次高調波信号Vh2を生成してもよい。
尚、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号でなくともよい。具体的には、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号であってもよい。言い換えれば、三次高調波信号Vh2は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロにならない三次高調波信号であってもよい。但し、この場合であっても、三次高調波信号Vh2は、所望相の相電流の信号レベルが最小になるタイミングで、当該所望相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有する三次高調波信号である。三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号Vh2を生成するために、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相を、3×δ°−X°(但し、0<X<180)だけシフトさせてもよい。或いは、高調波生成部155は、三相電圧指令信号の信号レベルがゼロになる位相からδ°−X/3°だけシフトした位相が、三次高調波信号Vh2の信号レベルがゼロになる位相と一致するように、三次高調波信号Vh2を生成してもよい。或いは、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる三次高調波信号Vh2を生成するために、高調波生成部155は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2(図4の4段目のグラフ参照)の位相を、Y°(但し、−90<Y<90)だけシフトさせてもよい。尚、図4の5段目のグラフは、図4の4段目のグラフに示す三次高調波信号Vh2の位相をY1°(但し、0<Y1<90)だけシフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2の一例を示している。また、図4の6段目のグラフは、図4の4段目のグラフに示す三次高調波信号Vh2の位相をY2°(但し、−90<Y2<0)だけシフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2の一例を示している。
再び図3において、その後、PWM変換部157は、ステップS11で生成された三相電圧指令信号に対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1を加算することで、変調信号を生成する(ステップS14)。具体的には、PWM変換部157は、ステップS11で生成されたU相電圧指令信号Vuに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1を加算することで、U相変調信号Vmuを生成する(ステップS14)。同様に、PWM変換部157は、ステップS11で生成されたV相電圧指令信号Vvに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1を加算することで、V相変調信号Vmvを生成する(ステップS14)。同様に、PWM変換部157は、ステップS11で生成されたW相電圧指令信号Vwに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1を加算することで、W相変調信号Vmwを生成する(ステップS14)。
その後、PWM変換部157は、ステップS14で生成したU相変調信号Vmu、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwのうちの2つの信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在するか否かを判定する(ステップS15)。つまり、PWM変換部157は、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在するか否かを判定する。
尚、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在する場合には、ステップS14で生成された変調信号に基づく変調率(つまり、ステップS14で生成された変調信号を用いてインバータ13を駆動する際の変調率)が相対的に大きくなっていると推測される。というのも、変調率は、変調信号がキャリア信号Cより大きくなる期間の割合と相関関係を有しているからである。従って、PWM変換部157は、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在するか否かを判定することに加えて又は代えて、ステップS14で生成された変調信号に基づく変調率が所定値以上であるか否かを判定してもよい。
ステップS15の判定の結果、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在しないと判定される場合(ステップS15:No)、加算器156uは、ステップS11で生成されたU相電圧指令信号Vuに対して、ステップS12で生成された三次高調波信号Vh1及びステップS13で生成された三次高調波信号Vh2を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS16)。加算器156vもまた同様に、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS16)。加算器156wもまた同様に、W相変調信号Vmw(=V+Vh1+Vh2)を生成する(ステップS16)。
その後、PWM変換部157は、キャリア信号CとステップS16で生成した変調信号との大小関係に基づいて、PWM信号(つまり、U相PWM信号Gup及びGun、V相PWM信号Gvp及びGvn、並びにW相PWM信号Gwp及びGwn)を生成する(ステップS17)。具体的には、PWM変換部157は、キャリア信号CとU相変調信号Vmuとの大小関係に基づいて、U相PWM信号Gup及びGunを生成する(ステップS17)。同様に、PWM変換部157は、キャリア信号CとV相変調信号Vmvとの大小関係に基づいて、V相PWM信号Gvp及びGvnを生成する(ステップS17)。同様に、PWM変換部157は、キャリア信号CとW相変調信号Vmwとの大小関係に基づいて、W相PWM信号Gwp及びGwnを生成する(ステップS17)。その結果、インバータ13は、各PWM信号に基づいて駆動する。
他方で、ステップS15の判定の結果、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在すると判定される場合(ステップS15:Yes)、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する(ステップS18)。例えば、図5に示すように、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を、デフォールトの振幅値から所望の振幅値へと変更する。つまり、高調波生成部155は、デフォールトの振幅値とは異なる所望の振幅値を有する三次高調波信号Vh1(以降、振幅が調整された三次高調波信号Vh1を、“三次高調波信号Vh1*”と称する)を生成する。より具体的には、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を、デフォールトの振幅値よりも大きい所望の振幅値へと変更してもよい。或いは、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を、デフォールトの振幅値よりも小さい所望の振幅値へと変更してもよい。
ここで、図6を参照しながら、図3のステップS18における三次高調波信号Vh1の振幅を調整する動作についてより詳細に説明する。図6は、図3のステップS18における三次高調波信号Vh1の振幅を調整する動作の流れを示すフローチャートである。
図6に示すように、高調波生成部155は、電源電流Ip及びモータ電流Imの夫々を算出する(ステップS181)。
「電源電流Ip」とは、直流電源11と平滑コンデンサ12との間を流れる電流(より好ましくは、直流電源11から平滑コンデンサ12に流れ込む電流)を意味する。高調波生成部155は、例えば、電源電流Ip=(モータジェネレータ14の回転速度×モータジェネレータ14のトルク+インバータ13における損失)/端子間電圧VHという数式を用いて、電源電流Ipを算出してもよい。この場合、高調波生成部155は、モータジェネレータ14の回転速度、モータジェネレータ14のトルク、インバータ13における損失及び端子間電圧VHを直接的に又は間接的に示すパラメータを取得する又は算出することが好ましい。但し、高調波生成部155は、その他の方法を用いて、電源電流Ipを算出してもよい。
「モータ電流Im」とは、平滑コンデンサ12とモータジェネレータ14との間を流れる電流(より好ましくは、平滑コンデンサ12からモータジェネレータ14に流れ込む電流)を意味する。モータ電流Imは、3つの相のうち他の2つの相とはスイッチング状態が異なる1つの相の相電流と一致する。例えば、モータ電流Imは、U相、V相及びW相のうちp側スイッチング素子が単独でオンになっている相の相電流そのもの又は単独でオフになっている相の相電流の符号を反転させた電流値と一致する。具体的には、例えば、U相アームのp側スイッチング素子Qup及びW相アームのp側スイッチング素子Qwpがオフになっており且つV相アームのp側スイッチング素子Qvpがオンになっている場合には、V相電流Ivそのものがモータ電流Imとなる。例えば、U相アームのp側スイッチング素子Qup及びW相アームのp側スイッチング素子Qwpがオンになっており且つV相アームのp側スイッチング素子Qvpがオフになっている場合には、V相電流Ivの符号を反転させた値(つまり、−Iv)がモータ電流Imとなる。
その後、高調波生成部155は、モータ電流Imと電源電流Ipとの間の大小関係を判定する(ステップS182)。例えば、高調波生成部155は、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きいか否かを判定する。
ステップS182の判定に加えて、高調波生成部155は、3つの相のうち三次高調波信号Vh1の振幅を調整する際に着目するべき1つの相(以降、適宜“着目層”と称する)の変調信号の変化の態様を判定する(ステップS183及びステップS184)。例えば、高調波生成部155は、着目層の変調信号が増加しているか否かを判定する。
尚、「着目相」とは、図3のステップS14で生成した変調信号のうちキャリア信号Cのピーク値を超えていない変調信号が属する相を意味する。具体的には、三相交流での各変調信号の位相が120°ずれていることを考慮すれば、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている場合には(図3のステップS15:Yes)、他の1つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えていないはずである。この場合、当該他の1つの相が着目層となる。
ステップS182からステップS184の判定の結果、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きく且つ着目層の変調信号が増加していると判定される場合には(ステップS182:Yes且つステップS183:Yes)、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を第1の調整態様で調整する(ステップS185)。例えば、高調波生成部155は、振幅が減少するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい(後に詳述する図12参照)。
ステップS182からステップS184の判定の結果、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きく且つ着目層の変調信号が減少している(つまり、増加していない)と判定される場合には(ステップS182:Yes且つステップS183:No)、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を第2の調整態様で調整する(ステップS186)。例えば、高調波生成部155は、振幅が増加するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい(後に詳述する図9参照)。
ステップS182からステップS184の判定の結果、モータ電流Imが電源電流Ipよりも小さく(つまり、大きくなく)且つ着目層の変調信号が増加していると判定される場合には(ステップS182:No且つステップS184:Yes)、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を第2の調整態様で調整する(ステップS186)。例えば、高調波生成部155は、振幅が増加するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい(後に詳述する図10参照)。
ステップS182からステップS184の判定の結果、モータ電流Imが電源電流Ipよりも小さく且つ着目層の変調信号が減少していると判定される場合には(ステップS182:No且つステップS184:No)、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を第1の調整態様で調整する(ステップS185)。例えば、高調波生成部155は、振幅が減少するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい(後に詳述する図11参照)。
つまり、本実施形態では、高調波生成部155は、着目層(つまり、信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えていない他の1つの相)の変調信号の変化の態様及び電源電流Ipとモータ電流Imとの大小関係に応じて、三次高調波信号Vh1の調整態様を決定している。
再び図3において、その後、加算器156uは、ステップS11で生成されたU相電圧指令信号Vuに対して、ステップS18で振幅が調整された三次高調波信号Vh1*を加算する。その結果、加算器156uは、U相変調信号Vmu(=Vu+Vh1*)を生成する(ステップS19)。加算器156vもまた同様に、V相変調信号Vmv(=Vv+Vh1*)を生成する(ステップS19)。加算器156wもまた同様に、W相変調信号Vmw(=Vw+Vh1*)を生成する(ステップS19)。
その後、PWM変換部157は、キャリア信号CとステップS19で生成した変調信号との大小関係に基づいて、PWM信号(つまり、U相PWM信号Gup及びGun、V相PWM信号Gvp及びGvn、並びにW相PWM信号Gwp及びGwn)を生成する(ステップS17)。
以上説明したように、本実施形態では、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在しない場合には、三相電圧指令信号に対して、振幅が調整されていない三次高調波信号Vh1に加えて、三次高調波信号Vh2が加算される。その結果、上述した三次高調波信号Vh2を用いない比較例のインバータ制御動作と比較して、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。より具体的には、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングでの相対的に大きなリプルの発生が好適に抑制される。以下、図7及び図8を参照しながら、その理由について説明する。図7は、三相電流値の信号レベルの絶対値が最小になる(典型的には、ゼロになる)タイミングで相対的に大きなリプルが発生する理由を説明するためのグラフ及びブロック図である。図8は、三次高調波信号Vh2を三相電圧指令信号に加算した場合に発生するリプルを、三次高調波信号Vh2を三相電圧指令信号に加算しない場合に発生するリプルと比較しながら示すグラフである。
図7(a)に示すように、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルの絶対値が最小になる(図7に示す例では、ゼロになる)タイミングで、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが相対的に大きくなる。以下、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングに着目して説明を進める。但し、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミング及びW相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいても同様のことが言える。
図7(a)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミング又は当該タイミングの前後では、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの信号レベルの絶対値がW相電流Iwの信号レベルの絶対値と近似する又は概ね若しくは殆ど一致するという関係を有する。加えて、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングでは、V相電流Iv及びW相電流Iwは、V相電流Ivの極性がW相電流Iwの極性と逆になるという関係を有する。その結果、図7(b)に示すように、インバータ13内を流れる電流(例えば、モータジェネレータ14からインバータ13に向かって流れる電流や、インバータ13からモータジェネレータ14に向かって流れる電流)の大部分又は殆ど全ては、モータジェネレータ14からインバータ13のV相アーム及びW相アームを介してモータジェネレータ14へと還流する。つまり、インバータ13は、実質的には、モータジェネレータ14からインバータ13に流入してくる電流の大部分又は殆ど全てをそのままモータジェネレータ14へと流出させる還流モードで動作していると言える。このような還流モードでインバータ13が動作している間は、コンデンサ電流(つまり、平滑コンデンサ12を流れる電流)がゼロ又は概ねゼロに近似する値になる(図7(a)の3段目のグラフ参照)。還流モードでインバータ13が動作している間は、直流電源11から供給される直流電力の大部分又は殆ど全てが平滑コンデンサ12に対して供給される。その結果、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加しやすくなる。
従って、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルを抑制するためには、還流モードでインバータ13が動作している期間を短くすることが好ましいと想定される。そこで、本実施形態では、ECU15は、還流モードでインバータ13が動作している期間を短くするために、三次高調波信号Vh2を加算することで生成されるU相変調信号Vmu、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwを用いて、インバータ13を動作させる。
ここで、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる(或いは、ゼロより大きくなる)という特性を有している。更に、三次高調波信号Vh2は、所定相の相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで当該所定相の相電圧指令信号の極性と一致する極性を有するという特性を有している。
従って、図8(b)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がU相電圧指令信号Vuに加算されることで生成されるU相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値は、U相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。尚、図面の簡略化のために図示していないものの、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がV相電圧指令信号Vvに加算されることで生成されるV相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値は、V相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。同様に、図面の簡略化のために図示していないものの、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、三次高調波信号Vh2がW相電圧指令信号Vwに加算されることで生成されるW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値は、W相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくなる。
一方で、図8(a)の1段目のグラフに示すように、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、後述するように三次高調波信号Vh1の振幅が調整されないという前提の下では、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるU相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値は、U相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。尚、図面の簡略化のために図示していないものの、V相電流Ivの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、後述するように三次高調波信号Vh1の振幅が調整されないという前提の下では、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるV相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値は、V相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。同様に、図面の簡略化のために図示していないものの、W相電流Iwの信号レベルがゼロになるタイミングにおいて、後述するように三次高調波信号Vh1の振幅が調整されないという前提の下では、三次高調波信号Vh2が加算されることなく生成されるW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値は、W相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくならない。
その結果、図8(a)及び図8(b)の夫々の1段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを下回る期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが正極性である場合)。或いは、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングにおいてU相変調信号Vmuがキャリア信号Cを超える期間が短くなる(但し、U相変調信号Vmuが負極性である場合)。U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを回る又は超える期間が短くなると、インバータ13を還流モードで動作させる要因となった各スイッチング素子のスイッチング状態が変更される。つまり、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cを回る又は超える期間が短くなると、インバータ13が還流モードで動作する期間が短くなる(図8(a)及び図8(b)の夫々の4段目のグラフ参照)。従って、図8(a)及び図8(b)の夫々の3段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2が加算される場合には、三次高調波信号Vh2が加算されない場合と比較して、U相電流Iuの信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。尚、同様の理由から、V相電流Iv及びW相電流Iwの夫々の信号レベルがゼロになるタイミングで発生し得る端子間電圧VHのリプルもまた好適に抑制される。
尚、図8(b)は、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2を用いた場合の端子間電圧VH及びコンデンサ電流を示している。しかしながら、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値がゼロより大きくなる(但し、最大にはならない)三次高調波信号Vh2を用いる場合であっても、同様の技術的効果が相応に得られることは言うまでもない。つまり、三相電流値の信号レベルがゼロになるタイミングで信号レベルの絶対値が最大になる三次高調波信号Vh2(図8(b)の1段目のグラフ参照)の位相をY°(但し、−90<Y<90)シフトさせることで得られる三次高調波信号Vh2を用いる場合であっても、同様の技術的効果が相応に得られることは言うまでもない。例えば、図8(b)の1段目のグラフに示す高調波信号Vh2の位相をY1°(但し、0<Y1<90)だけシフトさせることで得られる三次高調波Vh2を用いる場合であっても、インバータ13が還流モードで動作する期間が相応に短くなり、結果として、端子間電圧VHのリプルが相応に抑制される。同様に、例えば、図8(b)の1段目のグラフに示す高調波信号Vh2の位相をY2°(但し、−90<Y2<0)だけシフトさせることで得られる三次高調波Vh2を用いる場合であっても、インバータ13が還流モードで動作する期間が相応に短くなり、結果として、端子間電圧VHのリプルが相応に抑制される。
また、三次高調波信号Vh2によって得られる技術的効果を考慮すれば、三次高調波信号Vh2は、所定相の相電流の信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、当該所定相の変調信号の信号レベルの絶対値を当該所定相の相電圧指令信号の信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。つまり、三次高調波信号Vh2は、U相電流Iuの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値をU相電圧指令信号Vuの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。同様に、三次高調波信号Vh2は、V相電流Ivの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、V相変調信号Vmvの信号レベルの絶対値をV相電圧指令信号Vvの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。同様に、三次高調波信号Vh2は、W相電流Iwの信号レベルの絶対値が最小になるタイミングで、W相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値をW相電圧指令信号Vwの信号レベルの絶対値よりも大きくするように作用するという特性を有している三次高調波信号であると言える。従って、三次高調波信号Vh2は、図4に例示した三次高調波信号のみならず、このような特性を有する三次高調波信号であればどのような信号であってもよい。
一方で、本実施形態では、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間が存在する場合には、三相電圧指令信号に対して、振幅が調整された三次高調波信号Vh1が加算される一方で、三次高調波信号Vh2が加算されなくともよい。その結果、インバータ13における変調率が相対的に大きくなってしまう場合であっても、三次高調波信号Vh1の振幅を調整せず且つ上述した三次高調波信号Vh2を用いない比較例のインバータ制御動作と比較して、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。以下、図9から図13を参照しながら、その理由について説明する。図9は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整が平滑コンデンサ12の端子間電圧VHに与える影響を示すグラフである。図10は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整が平滑コンデンサ12の端子間電圧VHに与える影響を示すグラフである。図11は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整が平滑コンデンサ12の端子間電圧VHに与える影響を示すグラフである。図12は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整が平滑コンデンサ12の端子間電圧VHに与える影響を示すグラフである。図13は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整が平滑コンデンサ12の端子間電圧VHに与える影響を示すグラフである。
まず、上述したように本実施形態では、インバータ13の動作を制御するために、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1及びVh2が加算されることで生成される変調信号が用いられる。このため、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1及びVh2の双方が加算されることで生成される変調信号は、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1のみが加算されることで生成される変調信号と比較して、キャリア信号Cのピーク値を超える(つまり、最大値を上回る又は最小値を下回る)可能性が相対的に高くなる。つまり、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1及びVh2の双方が加算されることで変調信号が生成される場合には、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1のみが加算されることで変調信号が生成される場合と比較して、変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなりやすくなる。
一方で、モータジェネレータ14を好適に制御するためには、インバータ13における変調率が、インバータ13やモータジェネレータ14や車両1の仕様に応じて定まる所定の制限値以下になることが好ましい。しかしながら、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1のみならず三次高調波信号Vh2が加算されることで変調信号が生成される場合には、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1のみが加算されることで変調信号が生成される場合と比較して、変調率が大きくなってしまいかねない。この場合、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1及びVh2が加算されると、変調率が所定の制限値より大きくなってしまうおそれがある。従って、変調率が相対的に大きくなる(例えば、所定値以上になる)場合には、変調率が所定の制限値以下になることが好ましいという制約により、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh2を加算することが困難になりかねない。従って、変調率が相対的に大きい場合には、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh2を加算する方法とは異なる方法を用いて、端子間電圧VHのリプルを抑制することが望まれる。
そこで検討するに、上述したように、変調率が相対的に大きい場合には、2つの相の変調信号(つまり、三相電圧指令信号+三次高調波信号Vh1)の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっていることが多い。ここで、三相交流での各変調信号の位相が120°ずれていることを考慮すれば、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている場合であっても、他の1つの相の変調信号の信号レベルの絶対値は、キャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えていないはずである。この場合、インバータ13の動作(つまり、モータジェネレータ14の動作)は、実質的には、信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えていない他の1つの相(つまり、上述した着目層)の変調信号によって規定される。従って、信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えていない他の1つの相(つまり、上述した着目層)の変調信号の特性を調整すれば、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルを制御することができるはずである。
そこで、本実施形態では、高調波生成部155は、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている状態で、他の1つの相である着目層の変調信号の特性を調整するために、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。三次高調波信号Vh1の振幅が調整されれば、着目相の変調信号の信号レベルが変動する。着目相の変調信号の信号レベルが変動すると、当該着目相の変調信号とキャリア信号Cとの大小関係が変わる。着目相の変調信号とキャリア信号Cとの大小関係が変わると、インバータ13の動作態様も変わる。インバータ13の動作態様が変わると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHの変化態様も変わる。このため、高調波生成部155が三次高調波信号Vh1の振幅を好適に調整することで、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルが制御される。
具体的には、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHのリプルを制御するために、高調波生成部155は、以下に説明する観点から、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することが好ましい。
まず、図9に示すように、期間T1に着目する。期間T1では、図9の1段目のグラフに示すように、V相変調信号Vmv(=V相電圧指令信号Vv+三次高調波信号Vh1)及びW相変調信号Vmw(=W相電圧指令信号Vw+三次高調波信号Vh1)の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている。更に、期間T1では、図9の1段目のグラフに示すように、U相変調信号Vmu(=U相電圧指令信号Vu+三次高調波信号Vh1)は、単調に減少している。更に、期間T1では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きいものとする。
このような状況にある期間T1では、V相アームのp側スイッチング素子Gvpがオンし且つW相アームのp側スイッチング素子Gwpがオフし続ける。このようなV相アーム及びW相アームのスイッチング状態を前提としてモータ電流Imが電源電流Ipよりも大きいことを考慮すれば、期間T1では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオフすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加する。言い換えれば、期間T1では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオンすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが減少する。
この場合、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する前のU相変調信号Vmu(以降、適宜“振幅調整前U相変調信号Vmu”と称する:図9の2段目のグラフの波線参照)と三次高調波信号Vh1の振幅を調整した後のU相変調信号Vmu(以降、適宜“振幅調整後U相変調信号Vmu”と称する:図9の2段目のグラフの実線参照)との間の大小関係が特定の状態となるように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。具体的には、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、例えば、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。
図9の2段目のグラフに示す例では、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態と、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態との間の境界点は、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点となっている。この場合、典型的には、高調波生成部155は、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が増加するように、三次高調波信号Vh1の振幅を増加させる。つまり、高調波生成部155は、振幅調整後U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が振幅調整前U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値よりも大きくなるように、三次高調波信号Vh1の振幅を増加させる。
尚、図9に示す期間T1では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きく且つ着目層の変調信号が減少していると判定される(図6のステップS182:Yes且つ図6のステップS183:No)。従って、期間T1において、高調波生成部155は、振幅が増加するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整する(図6のステップS186)。このため、期間T1において、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することができる。
その結果、図9の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも左側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも小さくなる期間が相対的に短くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がローレベルとなる期間(つまり、p側スイッチング素子Gupがオフする期間であり、端子間電圧VHが増加する期間)が相対的に短くなる。従って、図9の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは減少しやすくなる。
一方で、図9の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも右側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも小さくなる期間が長くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がローレベルとなる期間が長くなる。従って、図9の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは増加しやすくなる。
その結果、図9の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHの波形は、下に凸になる(つまり、端子間電圧VHが小さくなる側に向かって突き出る)形状になりやすくなる。具体的には、図9の4段目のグラフに示す例では、例えば、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点の前後において端子間電圧VHが相対的に小さくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。
その一方で、期間T1において三次高調波信号Vh1の振幅が増加したとしても、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わることは殆ど又は全くない。なぜならば、三次高調波信号Vh1の振幅の増加の有無によらずに、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々の信号レベルの絶対値が既にキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっているからである。従って、三次高調波信号Vh1の振幅の調整に起因して、V相変調信号Vmv又はW相変調信号Vmwとキャリア信号Cとの大小関係が端子間電圧VHを増加させてしまう状態に変わってしまう(つまり、目的に反する状態に変わってしまう)ことは殆ど又は全くない。例えば、三次高調波信号Vh1の振幅の調整に起因して、U相変調信号Vmuとキャリア信号Cとの大小関係が端子間電圧VHを減少させてしまう状態に変わる一方で、V相変調信号Vmvとキャリア信号Cとの大小関係が端子間電圧VHを増加させてしまう状態に変わってしまうことは殆ど又は全くない。この意味において、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている期間中に三次高調波信号Vh1の振幅を調整することは有益である。
続いて、図10に示すように、期間T2に着目する。期間T2では、図10の1段目のグラフに示すように、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている。更に、期間T2では、図10の1段目のグラフに示すように、U相変調信号Vmuは、単調に増加している。更に、期間T2では、電源電流Ipがモータ電流Imよりも大きいものとする。
このような状況にある期間T2では、図9に示す期間T1と比較して、V相アーム及びW相アームの夫々のスイッチング状態が反転しているという点において異なっている。このため、期間T2では、V相アームのp側スイッチング素子Gvpがオフし且つW相アームのp側スイッチング素子Gwpがオンし続ける。このようなV相アーム及びW相アームのスイッチング状態を前提として電源電流Ipがモータ電流Imよりも大きいことを考慮すれば、期間T2では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオンすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加する。言い換えれば、期間T2では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオフすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが減少する。
この場合、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmu(図10の2段目のグラフの波線参照)と振幅調整後U相変調信号Vmu(図10の2段目のグラフの実線参照)との間の大小関係が特定の状態となるように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。具体的には、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。
図10の2段目のグラフに示す例では、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態と、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態との間の境界点は、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点となっている。この場合、典型的には、高調波生成部155は、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が増加するように、三次高調波信号Vh1の振幅を増加させる。つまり、高調波生成部155は、振幅調整後U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が振幅調整前U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値よりも大きくなるように、三次高調波信号Vh1の振幅を増加させる。
尚、図10に示す期間T2では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも小さく且つ着目層の変調信号が増加していると判定される(図6のステップS182:No且つ図6のステップS184:Yes)。従って、期間T2において、高調波生成部155は、振幅が増加するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整する(図6のステップS186)。このため、期間T2において、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することができる。
その結果、図10の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも左側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも大きくなる期間が相対的に短くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がハイレベルとなる期間(つまり、p側スイッチング素子Gupがオンする期間であり、端子間電圧VHが増加する期間)が相対的に短くなる。従って、図10の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは減少しやすくなる。
一方で、図10の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも右側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも大きくなる期間が長くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がハイレベルとなる期間が長くなる。従って、図10の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは増加しやすくなる。
その結果、図10の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHの波形は、下に凸になる形状になりやすくなる。具体的には、図10の4段目のグラフに示す例では、例えば、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点の前後において端子間電圧VHが相対的に小さくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。
その一方で、期間T1と同様に、期間T2において三次高調波信号Vh1の振幅が増加したとしても、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わることは殆ど又は全くない。
続いて、図11に示すように、期間T3に着目する。期間T3では、図11の1段目のグラフに示すように、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている。更に、期間T3では、図11の1段目のグラフに示すように、U相変調信号Vmuは、単調に減少している。更に、期間T3では、電源電流Ipがモータ電流Imよりも大きいものとする。
このような状況にある期間T3では、図9に示す期間T1と比較して、電源電流Ipとモータ電流Imとの大小関係が反転しているという点において異なっている。このため、期間T3では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオンすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加する。言い換えれば、期間T3では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオフすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが減少する。
この場合、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmu(図11の2段目のグラフの波線参照)と振幅調整後U相変調信号Vmu(図11の2段目のグラフの実線参照)との間の大小関係が特定の状態となるように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。具体的には、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。
図11の2段目のグラフに示す例では、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態と、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態との間の境界点は、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点となっている。この場合、典型的には、高調波生成部155は、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が減少するように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させる。つまり、高調波生成部155は、振幅調整後U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が振幅調整前U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値よりも小さくなるように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させる。
尚、図11に示す期間T3では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも小さく且つ着目層の変調信号が減少していると判定される(図6のステップS182:No且つ図6のステップS184:No)。従って、期間T3において、高調波生成部155は、振幅が減少するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整する(図6のステップS185)。このため、期間T3において、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することができる。
その結果、図11の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも左側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも大きくなる期間が相対的に短くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がハイレベルとなる期間(つまり、p側スイッチング素子Gupがオンする期間であり、端子間電圧VHが増加する期間)が相対的に短くなる。従って、図11の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは減少しやすくなる。
一方で、図11の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも右側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも大きくなる期間が長くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がハイレベルとなる期間が長くなる。従って、図11の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは増加しやすくなる。
その結果、図11の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHの波形は、下に凸になる形状になりやすくなる。具体的には、図11の4段目のグラフに示す例では、例えば、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点の前後において端子間電圧VHが相対的に小さくなる。その結果、端子間電圧のピーク値が下がりやすくなる。
その一方で、高調波生成部155は、期間T3においてV相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わることは殆ど又は全くないように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させることが好ましい。というのも、三次高調波信号Vh1の振幅を過度に減少させてしまうと、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わってしまうおそれがある。その結果、V相変調信号Vmv又はW相変調信号Vmwとキャリア信号Cとの大小関係が端子間電圧VHを増加させてしまう状態に変わってしまうおそれがあるからである。
続いて、図12に示すように、期間T4に着目する。期間T4では、図12の1段目のグラフに示すように、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値よりも大きくなっている。更に、期間T4では、図12の1段目のグラフに示すように、U相変調信号Vmuは、単調に増加している。更に、期間T4では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きいものとする。
このような状況にある期間T4では、図9に示す期間T1と比較して、V相アーム及びW相アームの夫々のスイッチング状態が反転しており且つ電源電流Ipとモータ電流Imとの大小関係が反転しているという点において異なっている。このため、期間T4では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオフすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが増加する。言い換えれば、期間T4では、U相アームのp側スイッチング素子Gupがオンすると、平滑コンデンサ12の端子間電圧VHが減少する。
この場合、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmu(図12の2段目のグラフの波線参照)と振幅調整後U相変調信号Vmu(図12の2段目のグラフの実線参照)との間の大小関係が特定の状態となるように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。具体的には、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。
図12の2段目のグラフに示す例では、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態と、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態との間の境界点は、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点となっている。この場合、典型的には、高調波生成部155は、U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が減少するように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させる。つまり、高調波生成部155は、振幅調整後U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値が振幅調整前U相変調信号Vmuの信号レベルの絶対値よりも小さくなるように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させる。
尚、図12に示す期間T4では、モータ電流Imが電源電流Ipよりも大きく且つ着目層の変調信号が増加していると判定される(図6のステップS182:Yes且つ図6のステップS183:Yes)。従って、期間T4において、高調波生成部155は、振幅が減少するように三次高調波信号Vh1の振幅を調整する(図6のステップS185)。このため、期間T4において、高調波生成部155は、振幅調整前U相変調信号Vmuと振幅調整後U相変調信号Vmuとの間の大小関係が、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態から、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態へと遷移するように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することができる。
その結果、図12の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも大きい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも左側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも小さくなる期間が相対的に短くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がローレベルとなる期間(つまり、p側スイッチング素子Gupがオフする期間であり、端子間電圧VHが増加する期間)が相対的に短くなる。従って、図12の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは減少しやすくなる。
一方で、図12の3段目のグラフに示すように、振幅調整後U相変調信号Vmuが振幅調整前U相変調信号Vmuよりも小さい状態(つまり、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点よりも右側の領域)では、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、U相変調信号Vmuがキャリア信号Cよりも小さくなる期間が相対的に長くなる。つまり、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されることで、PWM信号がローレベルとなる期間が相対的に長くなる。従って、図12の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHは増加しやすくなる。
その結果、図12の4段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh1の振幅が調整される場合には、三次高調波信号Vh1の振幅が調整されない場合と比較して、端子間電圧VHの波形は、下に凸になる(つまり、端子間電圧VHが小さくなる側に向かって突き出る)形状になりやすくなる。具体的には、図12の4段目のグラフに示す例では、例えば、U相変調信号Vmuの信号レベルがゼロになる点の前後において端子間電圧VHが相対的に小さくなる。その結果、端子間電圧VHのピーク値が下がりやすくなる。
その一方で、高調波生成部155は、期間T2においてV相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わることは殆ど又は全くないように、三次高調波信号Vh1の振幅を減少させることが好ましい。というのも、三次高調波信号Vh1の振幅を過度に減少させてしまうと、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwの夫々とキャリア信号Cとの大小関係が変わってしまうおそれがある。その結果、V相変調信号Vmv又はW相変調信号Vmwとキャリア信号Cとの大小関係が端子間電圧VHを増加させてしまう状態に変わってしまうおそれがあるからである。
尚、図9から図12では、U相変調信号Vmuに着目して説明を進めている。しかしながら、V相変調信号Vmv及びW相変調信号Vmwについても同様のことが言える。
このような三次高調波Vh1の振幅の調整の結果、図13に示すように、端子間電圧VHのピーク値(特に、リプルのピーク値)が小さくなる。具体的には、端子間電圧VHの目標電圧Vcをゼロレベルとした場合の正極性側(つまり、目標電圧Vcよりも大きい側)のリプルが小さくなる。つまり、目標電圧Vcをゼロレベルとした場合の正極性側のリプルの変動幅が小さくなる。一方で、目標電圧Vcをゼロレベルとした場合の負極性側(つまり、目標電圧Vcよりも小さい側)のリプルは大きくなる。つまり、目標電圧Vcをゼロレベルとした場合の負極性側のリプルの変動幅が大きくなる。また、リプル全体の変動幅は実質的には維持される。但し、場合によっては、リプル全体の変動幅が大きく又は小さくなってもよい。いずれにせよ、本実施形態によれば、端子間電圧VHのリプルのピーク値が小さくなるように、端子間電圧VHのリプルが好適に抑制される。
尚、端子間電圧VHの減少の態様は、三次高調波信号Vh1の振幅の調整量によって変わり得る。例えば、図14(a)は、三次高調波信号Vh1の振幅の増加量がαである場合の端子間電圧VHを示している。図14(b)は、三次高調波信号Vh1の振幅の増加量がβ(但し、β>α)である場合の端子間電圧VHを示している。図14(c)は、三次高調波信号Vh1の振幅の増加量がγ(但し、γ>β)である場合の端子間電圧VHを示している。図14に示す例では、三次高調波信号Vh1の振幅の増加量がβである場合の端子間電圧VHのピーク値が最も小さくなる。従って、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅の増加量がβとなるように、三次高調波信号Vh1の振幅を調整することが好ましい。
このとき、高調波生成部155は、端子間電圧VHを測定する電圧検出器の検出結果をフィードバック情報として取得すると共に、当該取得した端子間電圧VHに基づくフィードバック制御を行うことで、三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい。或いは、高調波生成部155は、上述した観点から予め調整されている三次高調波信号Vh1の振幅を示すパラメータがメモリ等に格納されている場合には、当該メモリ等に格納されたパラメータを用いて、三次高調波信号Vh1の振幅を調整(或いは、決定)してもよい。いずれにせよ、上述した観点から動的に(言い換えれば、リアルタイムに)調整される又は予め調整されている三次高調波信号Vh1の振幅が用いられるインバータ制御動作は、本発明の技術的範囲に属する。
尚、上述の説明では、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を調整している。しかしながら、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅に加えて又は代えて、三次高調波信号Vh1の位相を調整してもよい。三次高調波信号Vh1の位相が調整される場合であっても、上述した各種効果が相応に享受される。
尚、三次高調波信号Vh1の位相が調整される場合には、端子間電圧VHの減少の態様は、三次高調波信号Vh1の位相の調整量によって変わり得る。例えば、図15(a)は、三次高調波信号Vh1の位相の調整量がd1である場合の端子間電圧VHを示している。図15(b)は、三次高調波信号Vh1の位相の調整量がd2(但し、d2>d1)である場合の端子間電圧VHを示している。図15(c)は、三次高調波信号Vh1の位相の調整量がd3(但し、d3>d2)である場合の端子間電圧VHを示している。図15に示す例では、三次高調波信号Vh1の位相の調整量がd2である場合の端子間電圧VHのピーク値が最も小さくなる。従って、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の位相の調整量がd2となるように、三次高調波信号Vh1の位相を調整することが好ましい。
また、三次高調波信号Vh1の振幅(或いは、位相)を調整する動作は、変調信号とキャリア信号Cとの大小関係を調整する動作に相当すると言える。このため、高調波生成部155が三次高調波信号Vh1の振幅(或いは、位相)を調整することに加えて又は代えて、PWM変換部157がキャリア信号Cの振幅を調整してもよい。つまり、PWM変換部157は、図9から図12に示す状態が実現されるように、キャリア信号Cの振幅を調整してもよい。PWM変換部157がキャリア信号Cの振幅を調整する場合であっても、上述した各種効果が相応に享受される。
また、上述の説明では、高調波生成部155は、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えている期間が存在する場合に、三次高調波信号Vh1の振幅を調整する。しかしながら、2つの相の変調信号の信号レベルの絶対値がキャリア信号Cのピーク値の絶対値を超えている期間が存在しない場合であっても、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を調整してもよい。例えば、高調波生成部155は、三次高調波信号Vh1の振幅を常に又は所望の期間中に調整してもよい。この場合であっても、上述した各種効果が相応に享受される。但し、この場合には、目標電圧Vcをゼロレベルとした場合の正極性側及び負極性側の双方のリプルが小さくなる可能性が高い。つまり、リプル全体の変動幅が小さくなる可能性が高い。但し、端子間電圧VHのリプルのピーク値が小さくなるように、端子間電圧VHのリプルが好適に抑制されることに変わりはない。
尚、高調波生成部155が三次高調波信号Vh1の振幅を常に又は所望の期間中に調整する場合、PWM変換部157がPWM信号を生成する際に用いる変調信号は、三相電圧指令信号に対して振幅が調整された三次高調波信号Vh1を加算することで生成される変調信号であってもよい。つまり、三相電圧指令信号に対して三次高調波信号Vh1及びVh2を加算することで生成される変調信号が用いられなくともよい。
尚、上述の説明では、三次高調波信号Vh2が正弦波である例(図4参照)を用いて説明を進めている。しかしながら、三次高調波信号Vh2は、三相電圧指令信号又は三相電流値の周波数の3倍の周波数を有する任意の交流信号であってもよい。例えば、図16の3段目及び5段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、方形波(いわゆる、パルス波)信号であってもよい。或いは、例えば、図16の4段目及び6段目のグラフに示すように、三次高調波信号Vh2は、三角波信号であってもよい。或いは、三次高調波信号Vh2は、鋸波等の他の形状を有する信号であってもよい。要は、三次高調波信号Vh2は、同一の波形パターン(好ましくは、信号レベルが変化する同一の波形パターン)が、三相電圧指令信号又は三相電流値の周波数の3倍の周波数に対応する周期で周期的に現れる信号であればよい。三次高調波信号Vh1についても同様である。
また、上述の説明では、車両1が単一のモータジェネレータ14を備える例を用いて説明を進めている。しかしながら、車両1は、複数のモータジェネレータ14を備えていてもよい。この場合。車両1は、モータジェネレータ14毎に対応するインバータ13を備えていることが好ましい。また、この場合、ECU15は、インバータ14毎に独立して上述したインバータ制御動作を行ってもよい。或いは、車両1は、モータジェネレータ14に加えてエンジンを更に備えていてもよい。つまり、車両1は、ハイブリッド車両であってもよい。
また、上述の説明では、インバータ13及びモータジェネレータ14が車両1に搭載される例を用いて説明を進めている。しかしながら、インバータ13及びモータジェネレータ14は、車両1以外の任意の機器(例えば、インバータ13及びモータジェネレータ14を用いて動作する機器であって、例えば、空調機器等)に搭載されてもよい。インバータ13及びモータジェネレータ14が車両1以外の任意の機器に搭載される場合であっても、上述した各種効果が享受されることは言うまでもない。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電動機制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1、2 車両制御装置
11 直流電源
12 平滑コンデンサ
13 インバータ
14 モータジェネレータ
15 ECU
151 電流指令変換部
152 三相/二相変換部
153 電流制御部
154 二相/三相変換部
155 高調波生成部
156u、156v、156w 加算器
157 PWM変換部
258 周波数調整部
Iu U相電流
Iv V相電流
Iw W相電流
Vu U相電圧指令信号
Vv V相電圧指令信号
Vw W相電圧指令信号
Vh1 三次高調波信号
Vh2 三次高調波信号
Vmu U相変調信号
Vmv V相変調信号
Vmw W相変調信号
VH 端子間電圧
Qup、Qvp、Qwp p側スイッチング素子
Qun Qvn、Qwn n側スイッチング素子
Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn 整流用ダイオード

Claims (15)

  1. 直流電源と、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器に対して電気的に並列に接続される平滑コンデンサと、前記電力変換器から出力される交流電力を用いて駆動する三相交流電動機とを備える電動機システムを制御する電動機制御装置であって、
    前記三相交流電動機の動作を規定する相電圧指令信号に対して三次高調波信号を加算することで変調信号を生成する生成手段と、
    前記変調信号を用いて前記電力変換器の動作を制御する制御手段と、
    前記三次高調波信号の振幅を調整する調整手段と
    を備え、
    前記調整手段は、前記三次高調波信号の振幅が調整される場合の前記平滑コンデンサの端子間電圧のピーク値が、前記三次高調波信号の振幅が調整されない場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする電動機制御装置。
  2. 前記調整手段は、前記三次高調波信号の振幅が第1所定値となる場合の前記端子間電圧のピーク値が、前記三次高調波信号の振幅が第2所定値となる場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなる場合には、前記三次高調波信号の振幅が前記第1所定値となるように前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。
  3. 前記調整手段は、前記端子間電圧のリプルの変動幅を維持しつつ、前記端子間電圧の目標値を基準とする前記端子間電圧の正極性側のリプルの変動幅が、前記端子間電圧の目標値を基準とする前記端子間電圧の負極性側のリプルの変動幅よりも小さくなるように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動機制御装置。
  4. 前記調整手段は、前記端子間電圧の状態が、前記端子間電圧が増加する時間よりも前記端子間電圧が減少する時間が長くなる状態から、前記端子間電圧が減少する時間よりも前記端子間電圧が増加する時間が長くなる状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  5. 前記調整手段は、振幅が調整された前記三次高調波信号を加算することで生成される前記変調信号である振幅調整済変調信号と振幅が調整されていない前記三次高調波信号を加算することで生成される前記変調信号である振幅未調整変調信号との間の大小関係が、前記振幅調整済変調信号の信号レベルが前記振幅未調整変調信号の信号レベルよりも大きくなる第1状態から、前記振幅調整済変調信号の信号レベルが前記振幅未調整変調信号の信号レベルよりも小さくなる第2状態へと、又は、前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  6. 前記調整手段は、前記振幅調整済変調信号及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルがゼロになる点を境界として、前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号のとの間の大小関係が、前記第1状態から前記第2状態へと又は前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項5に記載の電動機制御装置。
  7. 前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルの変化態様、及び(ii)前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間を流れる第1電流と、前記三相交流電動機と前記平滑コンデンサとの間を流れる第2電流との大小関係に応じて定まる態様で、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項5又は6に記載の電動機制御装置。
  8. 前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様で調整し、
    前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様とは異なる第2の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を前記第1の調整態様とは異なる第2の調整態様で調整する
    ことを特徴とする請求項7に記載の電動機制御装置。
  9. 前記第1の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか一方であり、
    前記第2の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか他方であり、
    前記第1の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか一方であり、
    前記第1の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか一方であり、
    前記第2の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか他方である
    ことを特徴とする請求項8に記載の電動機制御装置。
  10. 前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が第1の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を第1の調整態様で調整し、
    前記調整手段は、(i)前記振幅未調整変調信号の信号レベルが前記第1の変化態様で変化し且つ(ii)前記第1電流と前記第2電流との大小関係が前記第1の関係とは異なる第2の関係にある場合には、前記三次高調波信号の振幅を前記第1の調整態様とは異なる第2の調整態様で調整する
    ことを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  11. 前記第1の変化態様は、前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に増加する変化態様及び前記振幅未調整変調信号の信号レベルが時間の経過と共に減少する変化態様のうちのいずれか一方であり、
    前記第1の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか一方であり、
    前記第の関係は、前記第1電流が前記第2電流よりも大きくなる関係及び前記第1電流が前記第2電流よりも小さくなる関係のうちのいずれか他方であり、
    前記第1の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか一方であり、
    前記第2の調整態様は、前記三次高調波信号の振幅を増加させる調整態様及び前記三次高調波信号の振幅を減少させる調整態様のいずれか他方である
    ことを特徴とする請求項10に記載の電動機制御装置。
  12. 前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、
    前記第1状態は、(i)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間よりも短くなる状態、又は、(ii)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間よりも長くなる状態であり、
    前記第2状態は、(i)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも小さくなる期間よりも長くなる状態、又は、(ii)前記振幅調整済変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間が、前記振幅未調整変調信号が前記キャリア信号よりも大きくなる期間よりも短くなる状態である
    ことを特徴とする請求項5から11のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  13. 前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、
    前記調整手段は、三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくなる期間中に、三相のうちの他の一相において前記振幅調整済変調信号と前記振幅未調整変調信号との間の大小関係が前記第1状態から前記第2状態へと又は前記第2状態から前記第1状態へと遷移するように、前記三次高調波信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項5から12のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  14. 前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、
    前記調整手段は、(i)三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくなる場合には、前記三次高調波信号の振幅を調整し、(ii)三相のうちの二相の前記変調信号の信号レベルの絶対値が前記キャリア信号の信号レベルのピーク値の絶対値より大きくならない場合には、前記三次高調波信号の振幅を調整しない
    ことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
  15. 前記制御手段は、前記変調信号と所定周波数のキャリア信号との大小関係に応じて前記電力変換器の動作を制御し、
    前記調整手段は、前記キャリア信号の振幅を調整し、
    前記調整手段は、前記キャリア信号の振幅が調整される場合の前記端子間電圧のピーク値が、前記キャリア信号の振幅が調整されない場合の前記端子間電圧のピーク値よりも小さくなるように、前記キャリア信号の振幅を調整する
    ことを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
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