JP6236867B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、モータ制御装置に関する。

従来から、トルク指令値に対応する、ロータ角度に対する矩形波の位相である電圧位相を算出し、算出された電圧位相の前記矩形波電圧を印加して同期モータを回転駆動する駆動制御装置において、同期モータの出力トルク値を検出し、検出したトルク値と所与のトルク指令値との差を表すトルク偏差を生成し、該トルク偏差に基づいて、トルク偏差を無くすよう同期モータに印加する矩形波電圧の電圧位相を設定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来から、３相交流モータの制御において、コントローラ等で、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御と矩形波制御とを切り替える等の各種処理を行うことにより３相交流モータの出力を向上させる技術が知られている（例えば，特許文献２参照）。

特許第３７４６３７７号公報 特開昭５５−４９９９６号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、矩形波は、位相角０度を基準として１８０度ごとにゲート電圧の電圧極性が変化するため、位相角一周期（１８０度）内にゲート電圧の電圧位相を変化させることができない。すなわち、ゲート電圧における矩形波の立ち下がりのタイミングを変化させるような制御は可能であっても、矩形波の立ち上がりのタイミングは１８０度で固定であり変化させる制御を行うことは困難である。

しかしながら、位相が１８０度進む間にも、同期モータのトルクの変動要因である電力消費によるバッテリ電圧の変動、磁気飽和によるインダクタンスの変動、温度による磁束鎖交数の変動は、位相以外の要因でも変動する。すなわち、位相角一周期にゲート電圧の電圧位相が変化しない矩形波制御を行う場合には、位相角一周期内におけるトルクの変動を考慮したトルクフィードバック制御を行うことが困難である。

また、特許文献２の従来技術では、モータ制御を行うコントローラは、ＰＷＭ制御や矩形波制御の実行の際に種々の演算を行っており、このような演算処理等では大きな負荷がコントローラにかかっている。このため、モータ制御においては、このような負荷が少ない場合に、各種処理を行うことが望まれている。

実施形態のモータ制御装置は、３相モータの回転子が回転する位相角を検出する回転検出部と、指令トルクに基づいて、２相指令電圧を算出する２相指令電圧演算部と、前記位相角に基づいて、前記２相指令電圧を３相指令電圧に変換する３相指令電圧演算部と、前記３相指令電圧に基づいて、３相電圧を生成する駆動制御部と、前記駆動制御部における負荷の状態を判断する負荷状態判断部と、前記負荷が所定負荷より少ない場合に、所定の処理を実行する処理実行部と、前記３相電圧を前記３相モータに印加することにより、前記３相モータを駆動する駆動部と、を備え、前記駆動制御部は、矩形波制御を実行中に、前記３相指令電圧の各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングを、前記指令電圧のサンプリング値に基づいて算出するタイミング算出部と、前記ゼロクロス点のタイミングで前記３相電圧の電圧極性を切り替える制御部と、を備えた。当該構成により、一例として、３相モータの位相角一周期内におけるトルクの変動を考慮したトルクのフィードバック制御を行うことができる。また、当該構成により、一例として、モータ制御において負荷が少ない場合に各種処理を行ってモータ制御の切替え処理の実行を円滑に行うことができる。

また、実施形態のモータ制御装置において、前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合に、前記所定の処理として、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御と矩形波制御とを切り替える処理を実行する。当該構成により、一例として、モータ制御において負荷が少ない場合にモード切替え処理を行ってモード切替え処理の実行を円滑に行うことができる。

また、実施形態のモータ制御装置において、前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合に、所定の処理として、前記駆動制御部で生成される前記３相電圧の異常の有無を検出する処理を実行する。当該構成により、一例として、モータ制御において負荷が少ない場合にスイッチング異常判断処理を行ってスイッチング異常判断処理の実行を円滑に行うことができる。

また、実施形態のモータ制御装置において、前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合として、前記３相指令電圧の各相の指令電圧のゼロクロス点以外のタイミングで、前記所定の処理を実行する。当該構成により、一例として、モータ制御において負荷が少ない場合に各種処理を行って処理の実行を円滑に行うことができる。

また、実施形態のモータ制御装置において、前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合として、前記３相指令電圧の各相の指令電圧がピーク値となるタイミングで、前記所定の処理を実行する。当該構成により、一例として、モータ制御において負荷がより少ない場合に各種処理を行って処理の実行をより円滑に行うことができる。

図１は、実施形態１のモータ制御装置の全体構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態１の２相指令電圧演算部の機能的構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態１のインバータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。 図４は、実施形態１のモータ制御処理の手順を示すフローチャートである。 図５は、実施形態１の矩形波制御処理の手順を示すフローチャートである。 図６は、実施形態１における矩形波制御における３相指令電圧とゲート電圧との関係を示すグラフである。 図７は、実施形態２のインバータ制御部の機能的構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態２の矩形波制御処理の手順を示すフローチャートである。

（実施形態１）
実施形態１のモータ制御装置１００について説明する。図１は、実施形態のモータ制御装置１００の全体構成を示すブロック図である。モータ制御装置１００では、制御対象は３相同期モータ１１０の３相電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wであり、制御量は３相同期モータ１１０に印加する３相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wである。

３相同期モータ１１０は、回転子コア（不図示）に磁石を埋め込み、固定子コア（不図示）に電機子巻線を巻回して構成した埋込磁石同期モータである。ただし、３相モータであればよく、これに限定されるものではない。モータ制御装置１００は、トルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑに等しいトルクを３相同期モータ１１０から出力すべく、制御演算を行って３相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wを制御する。ここで、トルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑは、モータ制御装置１００の内部で演算されても良いし、モータ制御装置１００の外部からの指令であっても良い。

図１に示すように、モータ制御装置１００は、２個の電流検出部１０８ａ、１０８ｂと、回転検出部１０７と、２相実電流演算部１１５と、２相指令電圧演算部１２０と、３相指令電圧演算部１０４と、インバータ制御部１３０と、インバータ１０６とを主に備えている。ここで、２相実電流演算部１１５、２相指令電圧演算部１２０、３相指令電圧演算部１０４、インバータ制御部１３０が、ソフトウェアで動作するコンピュータを含むコントローラとして構成されている。ただし、当該部分をハードウェアで構成してもよい。

２個の電流検出部１０８ａ、１０８ｂは、３相同期モータ１１０の電機子巻線に接続された３相の入力線のうちのＶ相入力線およびＷ相入力線にそれぞれ設けられている。電流検出部１０８ａ、１０８ｂは、例えば周知の変流器や分路抵抗器などを用いて構成することができ、Ｖ相電流ｉ_vおよびＷ相電流ｉ_wを検出して、その検出信号を２相実電流演算部１１５に出力する。ここで、２相実電流演算部１１５は、３相電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wのベクトル和がゼロであることを利用して、３相目のＵ相電流ｉ_uを演算する。

回転検出部１０７は、３相同期モータ１１０の回転子が回転する位相角θを検出する角度センサである。本実施形態では、回転検出部１０７としてレゾルバを用いている。回転検出部１０７により検出された位相角θは、３相指令電圧演算部１０４に送出される。

２相実電流演算部１１５は、入力されたトルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑ、検出した３相電流ｉ_v、ｉ_wおよび導出した３相電流ｉ_uを用いて、公知の手法により、ｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qに変換して、２相指令電圧演算部１２０に送出する。

ここで、ｄ軸電流ｉ_dは、３相同期モータ１１０の電機子巻線に流れる電流（電機子電流）のｄ軸成分であり、ｑ軸電流ｉ_qは、上記電機子電流のｑ軸成分である。また、ｄ軸電圧ｖ_dは、３相同期モータ１１０の電機子巻線に印加する電圧（電機子電圧）のｄ軸成分であり、ｑ軸電圧ｖ_qは、上記電機子電圧のｑ軸成分である。ここで、ｄ軸電流ｉ_dとｑ軸電流ｉ_qとを２相実電流と呼ぶ。

２相指令電圧演算部１２０は、２相実電流演算部１１５から出力される２相実電流（ｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_q）と、電子制御装置（ＥＣＵ）等外部からのトルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑとを入力して、これらに基づいて指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを演算し、３相指令電圧演算部１０４に指令する。

図２は、２相指令電圧演算部１２０の機能的構成を示すブロック図である。２相指令電圧演算部１２０は、図２に示すように、ＰＷＭ制御演算部１２１と、矩形波制御演算部１２５とを備えている。ここで、本実施形態では、後述するように、ゲート電圧のインバータ１０６への出力において、制御モードがＰＷＭ制御と矩形波制御とが切り替えて実行される。ここで、実行中の制御モードについては不図示のメモリ等に設定される。

ＰＷＭ制御演算部１２１は、ＰＷＭ制御時に、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを演算する。ＰＷＭ制御演算部１２１は、図２に示すように、電流指令部１２２と、電流偏差演算部１２３と、電流制御部１２４とを備えている。

電流指令部１２２は、トルク指令Ｒｅｑ＿ｔｒｑを、ｄ軸、ｑ軸それぞれの電流指令に変換して、各軸の電流指令を電流偏差演算部１２３に受け渡す。この変換処理は、例えば、最大トルク／電流制御法を用いて行うことができるが、これに限定されない。

電流偏差演算部１２３は、電流指令と２相実電流との電流偏差を算出する。すなわち、電流偏差演算部１２３は、ｄ軸の電流指令からｄ軸電流ｉ_dを減算してｄ軸の電流偏差を算出し、ｑ軸の電流指令からｑ軸電流ｉ_qを減算してｑ軸の電流偏差を算出する。そして、電流偏差演算部１２３は、ｄ軸およびｑ軸の各電流偏差を電流制御部１２４に受け渡す。

電流制御部１２４は、ｄ軸およびｑ軸の電流偏差が０になるように、２相指令電圧を算出する。ここで、２相指令電圧とは、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dと指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qである。

すなわち、電流制御部１２４は、ｄ軸の電流偏差が０になるように指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dを算出し、q軸の電流偏差が０になるように指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを算出する。例えば、電流制御部１２４は、電流偏差が０になるように、比例積分制御により、各軸の電流偏差に対して所定の比例定数を乗算した値と電流偏差を時間積分した値を加算して２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を求めることができる。ただし、かかる手法は一例であり、２相指令電圧の算出手法は、これに限定されるものではない。

電流制御部１２４は、算出した２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を、３相指令電圧演算部１０４に出力する。

矩形波制御演算部１２５は、矩形波制御時に、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dおよび指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを演算する。矩形波制御演算部１２５は、図２に示すように、トルク推定部１２６と、トルク偏差演算部１２７と、トルク制御部１２８とを備えている。

トルク推定部１２６は、２相実電流（ｄ軸電流ｉ_d、ｑ軸電流ｉ_q）からトルク（推定トルク）を推定し、推定トルクをトルク偏差演算部１２７に出力する。トルク推定の手法としては、予め２相実電流とトルクとの関係を定めたマップを参照して決定する他、トルクを実測して推定するように構成してもよい。

トルク偏差演算部１２７は、トルク指令と、トルク推定部１２６で推定した推定トルクとの差分であるトルク偏差を算出し、トルク偏差をトルク制御部１２８に出力する。

トルク制御部１２８は、トルク偏差が０になるように、２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を算出する。例えば、トルク制御部１２８は、トルク偏差が０になるように、比例積分制御により、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dを算出し、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dとバッテリ電圧とから、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを算出することができる。

あるいは、トルク制御部１２８は、トルク偏差が０になるように、比例積分制御により、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qを算出し、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_qとバッテリ電圧とから、指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_dを算出してもよい。ただし、かかる手法は一例であり、２相指令電圧の算出手法は、これらに限定されるものではない。

トルク制御部１２８は、算出した２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を、３相指令電圧演算部１０４に出力する。

図１に戻り、３相指令電圧演算部１０４は、位相角θを用いた公知の変換式により、２相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、Ｒｅｑ＿ｖ_qを３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wに変換し、インバータ制御部１３０に指令する。

インバータ制御部１３０は、駆動制御部に相当し、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wからＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相用のスイッチ素子に印加するゲート電圧を求めて、インバータ１０６に逐次出力する。ここで、インバータ制御部１３０は、ゲート電圧のインバータ１０６への出力において、制御モードをＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替えて行う。

インバータ１０６は、駆動部に相当し、各相のゲート電圧に基づき、実際の３相電圧ｖ_u、ｖ_v、ｖ_wを生成して３相同期モータ１１０の電機子巻線に印加する。これにより、３相同期モータ１１０の電機子巻線には３相電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wが流れる。

次に、インバータ制御部１３０の詳細について説明する。図３は、インバータ制御部１３０の機能的構成を示すブロック図である。インバータ制御部１３０は、図３に示すように、制御部１３１と、タイミング算出部１３２と、負荷状態判断部１３３と、モード切替え部１３４とを主に備えている。

制御部１３１は、ＰＷＭ制御または矩形波制御を行って、３相指令電圧演算部１０４から出力される３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wからＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相用のスイッチ素子に印加するゲート電圧を求めてインバータ１０６へ出力する。

制御部１３１は、ＰＷＭ制御を実行する場合には、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wから各相のデューティ比を決定してインバータ１０６に逐次出力する。制御部１３１は、矩形波制御を実行する場合には、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wから矩形波電圧を発生させるためのゲート電圧をインバータ１０６に逐次出力する。

制御部１３１は、矩形波制御の実行中において、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングで、矩形波となる３相電圧の電圧極性を切り替える。ここで、ゼロクロス点のタイミングは、後述するタイミング算出部１３２により算出される。

タイミング算出部１３２は、制御部１３１において矩形波制御を実行中に、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧から、数点のサンプリングを行い、サンプリングされた時点の電圧値であるサンプリング値の変化から、各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングを予測して算出する。かかるタイミングが電圧極性の切替えタイミングとなる。例えば、タイミング算出部１３２は、ゼロクロス点のタイミングとして、現時点から次のゼロクロス点までの時間をサンプル値から算出する。

負荷状態判断部１３３は、インバータ制御部１３０による演算の負荷状態を判断する。例えば、負荷状態判断部１３３は、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧のゼロクロス点を負荷状態が大きい時点と判断し、当該ゼロクロス点以外のタイミングを、負荷状態が所定負荷より少ないタイミングと判断する。ここで、負荷状態判断部１３３は、各相の指令電圧の絶対値がピークになる時点を演算の負荷状態が最小であると判断する。３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧のゼロクロス点は、タイミング算出部１３２により算出する。

モード切替え部１３４は、処理実行部に相当し、負荷状態判断部１３３により判断された、負荷状態が所定負荷より少ないタイミングであるゼロクロス点以外のタイミングで、所定の処理としての制御モードを切り替える処理を実行する。モード切替え部１３４は、制御モードを、ＰＷＭ制御と矩形波制御との間で切替える。ここで、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧がピーク値となるタイミングが負荷が最小となることから、モード切替え部１３４は、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧がピーク値となるタイミングにモード切替え処理を実行することが好ましい。

次に、以上のように構成された実施形態１のモータ制御処理について説明する。図４は、実施形態１のモータ制御処理の手順を示すフローチャートである。

まず、２相指令電圧演算部１２０は、不図示のメモリ等に記憶されている前回の制御モードについて判断する（ステップＳ１１）。

そして、前回の制御モードがＰＷＭ制御である場合には（ステップＳ１１：ＰＷＭ制御）、ＰＷＭ制御演算部１２１の電流指令部１２２が、ｄ軸およびｑ軸の電流指令を算出する（ステップＳ１２ａ）。

次に、電流偏差演算部１２３は、ｄ軸およびｑ軸の電流指令と２相実電流（ｄ軸電流ｉ_d、ｑ軸電流ｉ_q）の差分により各軸の電流偏差を算出する（ステップＳ１３ａ）。そして、電流制御部１２４は、ｄ軸およびｑ軸の電流偏差が０になるように、２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を算出する（ステップＳ１４ａ）。

一方、ステップＳ１１において、前回の制御モードが矩形波制御である場合には（ステップＳ１１：矩形波制御）、矩形波制御演算部１２５のトルク推定部１２６が、２相実電流（ｄ軸電流ｉ_d、ｑ軸電流ｉ_q）からトルクを算出することにより推定する（ステップＳ１２ｂ）。

次に、トルク偏差演算部１２７は、トルク指令と、トルク推定部１２６で推定した推定トルクとの差分であるトルク偏差を算出する（ステップＳ１３ｂ）。そして、トルク制御部１２８は、トルク偏差が０になるように、２相指令電圧（指令ｄ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、指令ｑ軸電圧Ｒｅｑ＿ｖ_q）を算出する（ステップＳ１４ｂ）。

次に、３相指令電圧演算部１０４は、２相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_d、Ｒｅｑ＿ｖ_qから３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wを算出する（ステップＳ１５）。そして、３相指令電圧演算部１０４は、算出した３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wをインバータ制御部１３０に出力する。

インバータ制御部１３０のモード切替え部１３４は、制御モードの切替え条件が具備されたか否かを判断する（ステップＳ１６）。ここで、制御モードの切替え条件としては、例えば、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの電圧振幅がバッテリ電圧の所定割合（例えば、０．７〜０．８）に達した場合等があげられるが、これに限定されるものではない。

制御モードの切替え条件が具備された場合には（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、負荷状態判断部１３３は、インバータ制御部１３０における演算負荷の状態を判断する（ステップＳ１７）。具体的には、上述したとおり、負荷状態判断部１３３は、ゼロクロス点を負荷状態が大きい時点と判断し、ゼロクロス点以外のタイミングを、負荷状態が所定負荷より少ないタイミングと判断する。

そして、負荷状態判断部１３３が、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wがゼロクロス点以外のタイミングをあり、負荷状態が所定負荷より少ないと判断した場合には（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、モード切替え部１３４は、制御モードを切り替える（ステップＳ１９）。すなわち、現在の制御モードがＰＷＭ制御である場合には、矩形波制御に切替え、現在の制御モードが矩形波制御である場合には、ＰＷＭ制御に切替える。

そして、制御部１３１は、切替え後の制御モードを実行し、ＰＷＭ制御または矩形波制御を行う（ステップＳ２０ａ，Ｓ２０ｂ）。

ステップＳ１６において制御モード切替え条件を具備していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、およびステップＳ１８において演算の負荷状態が所定負荷以上の場合、言い換えれば現在、ゼロクロス点のタイミングの場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、モード切替え部１３４は、制御モードの切替え処理を行わず、制御部１３１は、現在の制御モードのまま、ＰＷＭ制御または矩形波制御を行う（ステップＳ２０ａ，Ｓ２０ｂ）。

次に、２相実電流演算部１１５は、３相同期モータ１１０からの３相電流ｉ_v、ｉ_w、ｉ_uをｄｑ座標軸上のｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_q（２相実電流）に変換して、当該２相実電流を、２相指令電圧演算部１２０にフィードバックする（ステップＳ２１）。

そして、インバータ制御部１３０の制御部１３１は終了指示の有無を判断し（ステップＳ２２）、終了指示がない場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ステップＳ１１からＳ２１までの処理を繰り返し実行する。一方、終了指示があった場合には（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

次に、ステップＳ２０ｂで行われる矩形波制御処理について説明する。図５は、実施形態１の矩形波制御処理の手順を示すフローチャートである。

まず、タイミング算出部１３２は、生成する矩形波のゲート電圧の電圧極性の切替えタイミングとして、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングを算出する（ステップＳ３１）。

次に、制御部１３１は、ステップＳ３１で算出された各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングでゲート電圧の電圧極性が切り替わる可変の矩形波を生成して、当該矩形波のゲート電圧をインバータ１０６に出力する（ステップＳ３２）。

ここで、各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングでゲート電圧の電圧極性が切り替わる可変の矩形波を生成しているのは以下の理由による。

インバータ制御部１３０は、トルク指令と実際のトルクの差であるトルク偏差を０とするように、３相同期モータ１１０の位相角０度を基準として、１８０度ごとに電圧極性が変化する電圧位相の矩形波のゲート電圧でインバータ１０６を印加させる。

しかしながら、矩形波は、位相角０度を基準として１８０度ごとにゲート電圧の電圧極性が変化するため、従来技術では、位相角一周期（１８０度）内にゲート電圧の電圧位相を変化させることができない。すなわち、ゲート電圧における矩形波の立ち下がりのタイミングを変化させるような制御は可能であっても、矩形波の立ち上がりのタイミングは１８０度で固定であり変化させる制御を行うことはできない。

しかしながら、位相が１８０度進む間にも、３相同期モータ１１０のトルクの変動要因である電力消費によるバッテリ電圧の変動、磁気飽和によるインダクタンスの変動、温度による磁束鎖交数の変動は、位相以外の要因でも変動する。すなわち、位相角一周期にゲート電圧の電圧位相が変化しない矩形波制御を行う場合には、位相角一周期内におけるトルクの変動を考慮したトルクフィードバック制御を行うことが困難である。

このため、本実施形態では、制御部１３１は、トルク偏差をなくすように、ゲート電圧の電圧極性を、位相角１８０度のタイミング（立ち下がりのタイミング）の他、上記ゼロクロス点のタイミングで切り替えることで、立ち上がりのタイミングをも制御している。

図６は、実施形態１における矩形波制御における３相指令電圧とゲート電圧との関係を示すグラフである。図６に示すように、各相の指令電圧のゼロクロス点で、矩形波のゲート電圧の電圧極性が切り替わっている。これにより、本実施形態では、３相同期モータ１１０の位相角一周期内におけるトルクの変動を考慮したトルクのフィードバック制御が可能となる。

このように本実施形態では、インバータ１０６へのゲート電圧の出力を矩形波制御で実行している場合において、ゲート電圧の電圧極性を、位相角１８０度のタイミング（立ち下がりのタイミング）の他、ゼロクロス点のタイミングで切り替えることで、立ち上がりのタイミングをも制御しているので、３相同期モータ１１０の位相角一周期内におけるトルクの変動を考慮したトルクのフィードバック制御を行うことができる。

また、本実施形態では、インバータ制御部１３０の演算の負荷状態が少ない、３相指令電圧のゼロクロス点以外のタイミングで制御モードの切替えを実行しているので、モード切替え処理を円滑に行うことができる。

すなわち、本実施形態では、インバータ制御部１３０の演算の負荷状態を考慮し、負荷が少ない状態でＰＷＭ制御と矩形波制御の切り替えタイミングを設定するので、制御切り替え時の初回のスイッチングを演算する時間が確保できる。このため、本実施形態では、制御モードの切り替え時のタスクオーバーランを防止し、スイッチング異常に起因するトルク抜けを回避することが可能となる。

（実施形態２）
実施形態１では、インバータ制御部１３０の演算の負荷状態が少なくなるタイミングで、制御モードの切替えを実行していたが、この実施形態２では、実施形態１の機能に加え、さらに、当該タイミングにおいて、スイッチング状態の異常の有無の判断処理を行っている。

実施形態２のモータ制御装置１００の全体構成は図１を用いて説明した実施形態１と同様である。本実施形態ではインバータ制御部の機能、構成が実施形態１と異なっている。

図７は、実施形態２のインバータ制御部６３０の機能的構成を示すブロック図である。本実施形態のインバータ制御部６３０は、図７に示すように、制御部１３１と、タイミング算出部１３２と、負荷状態判断部１３３と、モード切替え部１３４と、スイッチング異常判断部６３５と、復旧部６３６とを主に備えている。ここで、制御部１３１、タイミング算出部１３２、負荷状態判断部１３３、モード切替え部１３４の機能は実施形態１と同様である。

スイッチング異常判断部６３５は、処理実行部に相当し、矩形波制御の実行中に、負荷状態判断部１３３により判断された、負荷状態が所定負荷より少ないタイミングであるゼロクロス点以外のタイミングで、所定の処理として、スイッチング状態の異常を判断する処理を実行する。ここで、スイッチング状態の異常を判断する処理とは、インバータ制御部１３０の制御部１３１で生成されるゲート電圧の異常の有無を判断する処理である。

ここで、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧がピーク値となるタイミングが負荷が最小となることから、スイッチング異常判断部６３５は、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wの各相の指令電圧がピーク値となるタイミングに、スイッチングの異常判断処理を実行することが好ましい。

スイッチング異常判断部６３５は、一例として、インバータ１０６に出力した各相のゲート電圧の信号をバッファに保存しておき、３相のゲート電圧の波形からゲート電圧の異常を判断する。ただし、かかる判断手法は一例であり、これらに限定されるものではない。

復旧部６３６は、スイッチング異常判断部６３５により、出力したゲート電圧に異常があると判断された場合に、当該ゲート電圧の信号を、正しい３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wに基づいて復旧する。復旧の手法は、公知の手法が種々あるが、本実施形態では特に限定されるものではない。

次に、以上のように構成された実施形態１の矩形波制御処理について説明する。図８は、実施形態２の矩形波制御処理の手順を示すフローチャートである。

まず、制御部１３１は、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wからゲート電圧の矩形波を生成し、当該矩形波のゲート電圧をインバータ１０６に出力する（ステップＳ４１）。

次に、負荷状態判断部１３３は、インバータ制御部１３０における演算負荷の状態を判断する（ステップＳ４２）。具体的には、実施形態１と同様に、負荷状態判断部１３３は、ゼロクロス点を負荷状態が大きい時点と判断し、ゼロクロス点以外のタイミングを、負荷状態が所定負荷より少ないタイミングと判断する。

そして、負荷状態判断部１３３が、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wがゼロクロス点のタイミングであり、負荷状態が所定負荷より大きいと判断した場合には（ステップＳ４３：Ｎｏ）、処理を終了する。

一方、負荷状態判断部１３３が、３相指令電圧Ｒｅｑ＿ｖ_u、Ｒｅｑ＿ｖ_v、Ｒｅｑ＿ｖ_wがゼロクロス点以外のタイミングであり、負荷状態が所定負荷より少ないと判断した場合には（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、スイッチング異常判断部６３５は、ステップＳ４１で出力した各相のゲート電圧の信号の異常の有無を判断する（ステップＳ４４）。

そして、スイッチング異常判断部６３５がゲート電圧の信号に異常ありと判断した場合には（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、復旧部６３６は、ゲート電圧の信号の復旧処理を行う（ステップＳ４６）。一方、ステップＳ４５で、スイッチング異常判断部６３５がゲート電圧の信号に異常なしと判断した場合には（ステップＳ４５：Ｎｏ）、復旧処理は行われない。そして、処理を終了する。

このように本実施形態では、インバータ制御部１３０の演算の負荷状態が少なくなるタイミングにおいて、スイッチング状態の異常の有無の判断処理を行っているので、スイッチング異常判定処理を円滑に行うことができる。

すなわち、本実施形態では、スイッチング異常の状態監視を、すなわちゲート電圧の信号の異常の判断を、インバータ制御部１３０における演算の負荷の少ない状態で実施することにより、不要な演算負荷の増大を招くことなく、スイッチング異常に起因するトルク抜けを防止することができる。

上記実施形態では、タイミング算出部１３２、負荷状態判断部１３３、モード切替え部１３４、スイッチング異常判断部６３５、復旧部６３６をいずれもインバータ制御部１３０、６３０内部に設けた構成としているが、これに限定されるものではない。タイミング算出部１３２、負荷状態判断部１３３、モード切替え部１３４、スイッチング異常判断部６３５、復旧部６３６の一部若しくは全部を、インバータ制御部１３０、６３０の外部に設けた構成としてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００ モータ制御装置
１０１ 電流指令部
１０２ａ、１０２ｂ 偏差演算器
１０３ａ，１０３ｂ 比例積分制御器（ＰＩ）
１０４ ３相指令電圧演算部
１０６ インバータ（駆動部）
１０７ 回転検出部
１０８ａ、１０８ｂ 電流検出部
１１０ ３相同期モータ（３相モータ）
１１５ ２相実電流演算部
１２０ ２相指令電圧演算部
１３０，６３０ インバータ制御部（駆動制御部）
１３１ 制御部
１３２ タイミング算出部
１３３ 負荷状態判断部
１３４ モード切替え部
６３５ スイッチング異常判断部
６３６ 復旧部

Claims (5)

1. ３相モータの回転子が回転する位相角を検出する回転検出部と、
   指令トルクに基づいて、２相指令電圧を算出する２相指令電圧演算部と、
   前記位相角に基づいて、前記２相指令電圧を３相指令電圧に変換する３相指令電圧演算部と、
   前記３相指令電圧に基づいて、３相電圧を生成する駆動制御部と、
   前記駆動制御部における負荷の状態を判断する負荷状態判断部と、
   前記負荷が所定負荷より少ない場合に、所定の処理を実行する処理実行部と、
   前記３相電圧を前記３相モータに印加することにより、前記３相モータを駆動する駆動部と、を備え、
   前記駆動制御部は、
   矩形波制御を実行中に、前記３相指令電圧の各相の指令電圧のゼロクロス点のタイミングを、前記指令電圧のサンプリング値に基づいて算出するタイミング算出部と、
   前記ゼロクロス点のタイミングで前記３相電圧の電圧極性を切り替える制御部と、
   を備えたモータ制御装置。
2. 前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合に、前記所定の処理として、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御と矩形波制御とを切り替える処理を実行する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合に、前記所定の処理として、前記駆動制御部で生成される前記３相電圧の異常の有無を検出する処理を実行する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合として、前記３相指令電圧の各相の指令電圧のゼロクロス点以外のタイミングで、前記所定の処理を実行する、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
5. 前記処理実行部は、前記負荷が所定負荷より少ない場合として、前記３相指令電圧の各相の指令電圧がピーク値となるタイミングで、前記所定の処理を実行する、
   請求項４に記載のモータ制御装置。

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