JP6354773B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を備えるインバータに適用される制御装置に関する。

この種の制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、各アームスイッチのスイッチングパターンを定めるパルスパターンに基づいて、上アームスイッチ及び下アームスイッチを交互にオン操作するものが知られている。パルスパターンは、各アームスイッチのスイッチング回数の上限を定める各同期数において、変調率と関係付けられて制御装置のメモリに記憶されている。

特許第４８５８５９７号公報

各同期数において、複数の変調率のうち特定の変調率と関係付けられたパルスパターンと、特定の変調率に隣接する変調率と関係付けられたパルスパターンとが大きく異なる場合がある。これは、特定の変調率と関係付けられたパルスパターンの生成手法と、特定の変調率に隣接する変調率と関係付けられたパルスパターンの生成手法とが異なるためである。生成手法が異なる場合とは、具体的には例えば、３相変調に基づく生成手法と、２相変調に基づく生成手法とが採用される場合や、パルスパターンにより実現されるスイッチング回数が異なる場合である。

このため、現在設定されている同期数と次回設定される同期数とが同一の場合であっても、現在設定されているパルスパターンと次回設定されるパルスパターンとが大きく異なることがある。このとき、パルスパターンの切り替えに伴いインバータの出力電力が変動する懸念がある。なお、出力電力の変動を抑制すべく、パルスパターンの切り替えに待ち時間を設けることも考えられる。ただしこの場合、インバータの出力電力を所望に制御する上での応答性が低下する。

本発明は、インバータの出力電力の変動を抑制できるインバータ制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、上アームスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｐ）及び下アームスイッチ（Ｓｕｎ〜Ｓｗｎ）の直列接続体を備えるインバータ（２０）に適用され、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのそれぞれのスイッチングパターンを定める時系列パターンが操作パターンとして定義されており、前記各アームスイッチのスイッチング回数の上限を定める同期数、及び変調率のそれぞれと関係付けられた複数の前記操作パターンを記憶しているパターン記憶部（３０）と、前記パターン記憶部に記憶されている前記操作パターンの中から該当する操作パターンを選択するパターン選択部（３０）と、前記パターン選択部により選択された前記操作パターンに基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを操作する操作部（３０）と、を備え、前記パターン記憶部は、同一の前記同期数において、同一の前記変調率と関係付けられた複数の前記操作パターンを記憶しており、前記パターン選択部は、次回の前記変調率に対応する前記操作パターンである次回パターンが複数存在する場合、これら次回パターンの中から、現在設定されている前記操作パターンからの変化が最も大きい操作パターン以外の操作パターンを選択する。

上記発明において、パターン記憶部は、同一の同期数において、同一の変調率と関係付けられた複数の操作パターンを記憶している。また、パターン選択部は、次回の変調率に対応する操作パターンである次回パターンが複数存在する場合、これら次回パターンの中から、現在設定されている操作パターンからの変化が最も大きい操作パターン以外の操作パターンを選択する。このため、現在設定されている操作パターンと次回設定される操作パターンとが大きく異なることを回避できる。これにより、操作パターンの切り替えに伴うインバータの出力電力の変動を抑制することができる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 モータ制御処理を示すブロック図。 変調器の処理を示すブロック図。 パルスパターンの概要を示す図。 同期数、変調率及びモードと関係付けられたパルスパターンのマップ情報を示す図。 設計時におけるパルスパターンの生成手順を示すフローチャート。 同期数及び変調率と関係付けられたベースパターンのマップ情報を示す図。 パルス数が１１個のベースパターンの概要を示す図。 パルス数が５個のベースパターンの概要を示す図。 スイッチングタイミングが相違するベースパターンの概要を示す図。 所定値の設定手法を説明するための図。 同期数及び変調率と関係付けられたベースパターン及び追加パターンのマップ情報を示す図。 パルスパターン選択処理の手順を示すフローチャート。 パルスパターンの選択態様を示す図。 第２実施形態に係る変調器の処理を示すブロック図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る制御装置は、３相回転電機に接続された３相インバータに適用される。制御装置及び回転電機は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ１０、３相インバータ２０、及び制御装置３０を備えている。本実施形態において、モータジェネレータ１０は、車載主機であり、そのロータが図示しない駆動輪に機械的に接続されている。本実施形態では、モータジェネレータ１０として、同期機を用いており、より具体的には永久磁石埋込型のものを用いている。

モータジェネレータ１０は、インバータ２０を介して、直流電源としてのバッテリ２１に接続されている。バッテリ２１の出力電圧は、例えば百Ｖ以上である。なお、バッテリ２１及びインバータ２０の間には、インバータ２０の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ２２が設けられている。

ちなみに、バッテリ２１の出力電圧を昇圧してインバータ２０に出力する昇圧コンバータが制御システムに備えられる場合、昇圧コンバータが直流電源に相当する。

インバータ２０は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を相数分備えている。各直列接続体は、バッテリ２１に並列接続されている。Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＵ相が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＶ相が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＷ相が接続されている。ちなみに本実施形態では、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的には、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

モータ制御システムは、さらに、モータジェネレータ１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する相電流検出部を備えている。本実施形態において、相電流検出部は、モータジェネレータ１０のＶ相に流れる電流を検出するＶ相電流検出部２３Ｖと、Ｗ相に流れる電流を検出するＷ相電流検出部２３Ｗとを含む。また、モータ制御システムは、バッテリ２１の出力電圧をインバータ２０の電源電圧ＶＩＮＶとして検出する電圧検出部２４、及びモータジェネレータ１０の電気角θｅを検出する角度検出部２５を備えている。なお、角度検出部２５としては、例えばレゾルバを用いることができる。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ１０の制御量をその指令値にフィードバック制御すべく、インバータ２０を操作する。本実施形態において、制御量はトルクであり、その指令値は指令トルクＴｒｑ＊である。制御装置３０は、インバータ２０を構成する各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフ操作すべく、上記各種検出部の検出値に基づいて、各操作信号ｇＵｐ，ｇＵｎ，ｇＶｐ，ｇＶｎ，ｇＷｐ，ｇＷｎを生成し、生成した各操作信号ｇＵｐ，ｇＵｎ，ｇＶｐ，ｇＶｎ，ｇＷｐ，ｇＷｎを各スイッチに対応する各駆動回路Ｄｒに対して出力する。ここで、上アーム側の操作信号ｇＵｐ，ｇＶｐ，ｇＷｐと、対応する下アーム側の操作信号ｇＵｎ，ｇＶｎ，ｇＷｎとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオン状態とされる。なお、指令トルクＴｒｑ＊は、例えば、制御装置３０の外部に設けられた制御装置であって、制御装置３０よりも上位の制御装置から出力される。

続いて、図２を用いて、制御装置３０の行う上記操作信号の生成に関する処理について説明する。

２相変換部３１は、Ｖ相電流検出部２３Ｖにより検出されたＶ相電流ＩＶ、Ｗ相電流検出部２３Ｗにより検出されたＷ相電流ＩＷ、及び角度検出部２５により検出された電気角θｅに基づいて、モータジェネレータ１０の３相固定座標系におけるＵ相電流ＩＵ，Ｖ相電流ＩＶ，Ｗ相電流ＩＷを、２相回転座標系であるｄｑ座標系におけるｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに変換する。

トルク推定部３２は、２相変換部３１から出力されたｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに基づいて、モータジェネレータ１０の推定トルクＴｅを算出する。ここで、推定トルクＴｅは、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒと推定トルクＴｅとが関係付けられたマップを用いて算出してもよいし、モデル式を用いて算出してもよい。

トルク偏差算出部３３は、指令トルクＴｒｑ＊から推定トルクＴｅを減算することにより、トルク偏差ΔＴを算出する。

位相算出部３４は、トルク偏差算出部３３によって算出されたトルク偏差ΔＴに基づいて、推定トルクＴｅを指令トルクＴｒｑ＊にフィードバック制御するための操作量として、指令電圧位相δを算出する。指令電圧位相δは、インバータ２０の出力電圧ベクトルの電圧位相の指令値である。本実施形態では、トルク偏差ΔＴを入力とする比例積分制御によって指令電圧位相δを算出する。

なお、出力電圧ベクトルは、ｄｑ座標系における出力電圧ベクトルのｄ軸成分であるｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸成分であるｑ軸電圧Ｖｑとによって定義される。また本実施形態において、電圧位相は、ｄ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向として定義されている。

電流設定部３５は、指令トルクＴｒｑ＊に基づいて、指令トルクＴｒｑ＊を実現するためのｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を算出する。本実施形態では、最小電流最大トルク制御（Maximum torque per ampere control）を実現するための電流をｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として算出する。

電流偏差算出部３６は、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算することにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。また、電流偏差算出部３６は、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算することにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。

電圧設定部３７は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、出力電圧ベクトルの電圧振幅の指令値である指令電圧振幅Ｖｒを算出する。ここで電圧振幅は、ｄ軸電圧Ｖｄの２乗値とｑ軸電圧Ｖｑの２乗値との和の平方根として定義される。電圧設定部３７は、まず、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸指令電流Ｉｄ＊にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出し、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸指令電流Ｉｑ＊にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。本実施形態では、上記フィードバック制御として、比例積分制御を用いる。そして電圧設定部３７は、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊に基づいて、指令電圧振幅Ｖｒを算出する。

変調器３８は、指令電圧位相δ、指令電圧振幅Ｖｒ、電圧検出部２４により検出された電源電圧ＶＩＮＶ、及び電気角θｅに基づいて、上記操作信号ｇＵｐ，ｇＵｎ，ｇＶｐ，ｇＶｎ，ｇＷｐ，ｇＷｎの元になる信号であるＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成する。変調器３８の詳細については、後に詳述する。

信号生成部３９は、ＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷとその論理反転信号との論理反転タイミング同士をデッドタイムだけ離間させる処理を行うことで、上記操作信号ｇＵｐ，ｇＵｎ，ｇＶｐ，ｇＶｎ，ｇＷｐ，ｇＷｎを生成する。

続いて、図３を用いて変調器３８について説明する。本実施形態において、変調器３８は、パルスパターン制御によりＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成する。

速度算出部３８ａは、電気角θｅに基づいて、モータジェネレータ１０の電気角速度ωｅを算出する。

同期数設定部３８ｂは、電気角速度ωｅ及び同期数テーブルに基づいて、同期数Ｎを算出する。この算出処理は、キャリアＳｃの１周期の整数倍と１電気角周期とを一致させる同期式三角波比較ＰＷＭ制御の考え方を用いてパルスパターンを生成しているためになされるものである。同期数テーブルは、複数の電気角速度領域のそれぞれと同期数Ｎとが予め関係付けられた情報である。本実施形態において、各電気角速度領域と関係付けられた同期数Ｎとして、「３，６，９，１２，１５，…」というように３の倍数を例示した。各同期数３，６，９，１２，１５，…と関係付けられた電気角速度領域の上限閾値ω３，ω６，ω９，ω１２，ω１５…は、ω（Ｎ）＝２π×ｆｃｍａｘ／Ｎに設定されている。なお、ｆｃｍａｘは、キャリアＳｃの上限周波数を示す。

変調率算出部３８ｃは、指令電圧振幅Ｖｒ及び電源電圧ＶＩＮＶに基づいて、変調率Ｍｒを算出する。ここで変調率Ｍとは、指令電圧振幅Ｖｒを電源電圧ＶＩＮＶで規格化した値のことである。本実施形態では、下式（ｅｑ１）により変調率Ｍｒを算出する。変調率Ｍｒは、インバータ２０の出力電圧の基本波成分の振幅に相当する情報である。

パルスパターン選択部３８ｄは、同期数設定部３８ｂから出力された同期数Ｎ、変調率算出部３８ｃから出力された変調率Ｍｒ、及び後述するモードＴに基づいて、１電気角周期に渡るスイッチングパターンであるパルスパターンを選択する。本実施形態では、パルスパターンが操作パターンに相当する。パルスパターンは、同期数Ｎ、変調率Ｍｒ及びモードＴと関係付けられて予めパターン記憶部３８ｅに記憶されている。

パルスパターンは、図４に示すように、上アームスイッチをオン操作してかつ下アームスイッチをオフ操作することを指示するオン指示信号と、上アームスイッチをオフ操作してかつ下アームスイッチをオン操作することを指示するオフ指示信号とのそれぞれが電気角θｅと関係付けられた情報である。本実施形態では、オン，オフ指示信号として互いに論理値の異なる信号を用いており、具体的には、オン指示信号として論理Ｈの信号を用い、オフ指示信号として論理Ｌの信号を用いている。なお、パターン記憶部３８ｅに記憶されているパルスパターンの中には、１電気角周期の中央（１８０度）に対して対称性を有するものも含まれている。詳しくは、中央に対して電気角で等距離にある一対のタイミングの論理値が逆とされている。

本実施形態において、パターン記憶部３８ｅには、パルスパターンとして、オン指示信号及びオフ指示信号のうちいずれか一方から他方への切り替えを指示する電気角が記憶されている。図４には、オン指示信号及びオフ指示信号のうちいずれか一方から他方への切り替えを指示する電気角であるスイッチングタイミングとして、α０，α１，α２，α３，α４を例示した。ちなみに、パルスパターンは、変調率Ｍｒに代えて、指令電圧振幅Ｖｒと関係付けられていてもよい。

パルスパターン選択部３８ｄは、同期数Ｎ、変調率Ｍｒ及びモードＴに基づいて、該当する１つのパルスパターンを選択する。パルスパターン選択部３８ｄは、選択したパルスパターンのスイッチングタイミングαを角度比較部３８ｆに出力する。なお、パルスパターンの選択手法については、後に詳述する。

角度比較部３８ｆは、入力されたスイッチングタイミングαのうち、加算部３８ｇによって算出された電気角θｅ及び指令電圧位相δの加算値θｖに該当するものを選択する。角度比較部３８ｆは、選択したスイッチングタイミングαに基づいて、ＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成して出力する。

上記パターン記憶部３８ｅには、図５に示すように、同期数Ｎ、変調率Ｍｒ及びモードＴと関係付けられたパルスパターンのマップ情報が記憶されている。同期数Ｎ、変調率Ｍｒ及びモードＴにより特定されるハッチングが付された各領域に、１つのパルスパターンが記憶されている。なお、ハッチングが付与されていない各領域には、パルスパターンが記憶されていない。図５には、同期数Ｎが１２，１８，２４の場合について例示した。以下、同期数Ｎが１２の場合におけるパルスパターンの生成手法について説明する。

図６に、制御装置３０の設計時におけるパルスパターンの生成方法の手順を示す。

ステップＳ１０では、同期数Ｎに基づいて、パルスパターンに含まれる最大パルス数が設定される。パルス数は、１電気角周期中における論理Ｌから論理Ｈへの切り替え回数である。以下に説明するパルスパターンの生成において、パルスパターンに含まれるパルス数を最大パルス数以下とする制約が課される。

ステップＳ１２では、図７に示すように、下限変調率Ｍｍｉｎから上限変調率Ｍｍａｘまでの複数の変調率Ｍｒのそれぞれに対応するパルスパターンが生成される。本実施形態では、下限変調率Ｍｍｉｎから第ｉ変調率Ｍｉまでの各変調率Ｍｒにおいてパルス数Ｎｐが１１となるパルスパターンが生成され、第ｉ変調率Ｍｉに隣接する第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１から上限変調率Ｍｍａｘまでの各変調率Ｍｒにおいてパルス数Ｎｐが５となるパルスパターンが生成される。以降、ステップＳ１２で生成されたパルスパターンをベースパターンと称すこととする。また図７に示す例では、各ベースパターンが２相変調方式に基づいて生成されるものとする。

ステップＳ１４以降では、ステップＳ１２で生成された各ベースパターンのうち、隣接するベースパターンの変化が大きいか否かが判定される。詳しくは、ステップＳ１６では、下限変調率Ｍｍｉｎから上限変調率Ｍｍａｘまでの中から、隣接する変調率Ｍｊ，Ｍｊ＋１が小さい方から順次選択される。

ステップＳ１８では、選択された２つのベースパターンについて、パルス数Ｎｐが同一であるとの第１条件、及びスイッチングタイミングの変化が小さいとの第２条件の双方を満たすか否かが判定される。ステップＳ１８で２つの条件を満たすと判定された場合には、ステップＳ１６に戻って次に大きい変調率Ｍｊ＋１，Ｍｊ＋２が選択される。

一方、ステップＳ１８においていずれかの条件を満たさないと判定された場合には、ステップＳ２４の工程に移る。ここで図７〜図９を参照して、第１条件を満たさないと判定される場合の一例について説明する。図８には、第ｉ変調率Ｍｉに対応するパルス数Ｎｐが１１のベースパターンＰＰａを示し、図９には、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するパルス数Ｎｐが５のベースパターンＰＰｂを示した。ベースパターンＰＰａ，ＰＰｂは互いにパルス数が異なるため、第１条件を満たさない。

図１０に、第２条件を満たさないと判定される場合の一例を示す。図１０（ａ），（ｂ）には、パルス数Ｎｐがいずれも１１のベースパターンを示した。図１０（ａ）に示すベースパターンを第１パターンと称し、図１０（ｂ）に示すベースパターンを第２パターンと称すこととする。また、図１０（ａ）に示す第１パターンの各スイッチングタイミングをβ０，β１，β２…にて示し、図１０（ｂ）に示す第２パターンの各スイッチングタイミングをγ０，γ１，γ２…にて示す。

本実施形態において、スイッチングタイミングの変化が小さいとは、下式（ｅｑ２）に示すように、第１，第２パターンのそれぞれにおいて、電気角が小さい方から順に規定される各スイッチングタイミングの差の絶対値が所定値ΔＴｔｈとなることである。

本実施形態において、上記所定値ΔＴｔｈは下式（ｅｑ３）のように設定されている。

所定値ΔＴｔｈは、図１１に示すように、キャリアＳｃ及び基本波電圧成分Ｓａの大小比較に基づくＰＷＭ処理が行われると仮定した場合において、キャリア周期の１／２に相当する。上述した所定値ΔＴｔｈの設定は、変調率Ｍｒ以外のパルスパターン生成条件が同じ場合、「３６０°／（２×Ｎ）」の範囲内でパルスパターンの論理が切り替わることに基づくものである。

ここで、ステップＳ１８において否定判定される場合の２つのベースパターンのうち、一方から他方に切り替えられると、切り替え前後で同一の同期数Ｎであっても、パターンの変化が大きいため、例えばデッドタイムがインバータ２０の出力電圧に及ぼす影響が大きく変化する。その結果、インバータ２０の出力電力が変動し、ひいてはモータジェネレータ１０のトルクが変動するおそれがある。なお、トルク変動を抑制すべく、パルスパターンの切り替えに待ち時間を設けることも考えられる。ただしこの場合、モータジェネレータ１０のトルク応答性が低下する。

そこでステップＳ２４では、トルク変動を抑制できるパルスパターンが追加的に生成される。以降、追加的に生成されるパルスパターンを追加パターンと称すこととする。まず、図７に示した下限変調率Ｍｍｉｎから第ｉ変調率Ｍｉまでの各変調率Ｍｒに対応するベースパターンが、図１２に示すように、モード０に割り当てられる。モード０は、２相変調方式かつパルス数Ｎｐが１１個のモードである。本実施形態において、モード０に割り当てられたベースパターンが第１ベースパターンに相当する。また、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１から上限変調率Ｍｍａｘまでの各変調率Ｍｒに対応するベースパターンがモード１に割り当てられる。モード１は、２相変調方式かつパルス数Ｎｐが５個のモードである。本実施形態において、モード１に割り当てられたベースパターンが第２ベースパターンに相当する。

そして、モード０において、第ｉ変調率Ｍｉに対応するベースパターンＰＰａとパルス数Ｎｐ（Ｎｐ＝１１）が同一であるとの条件、及び第ｉ変調率Ｍｉとの関係において上式（ｅｑ２）を満たすとの条件を満たすように、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応する追加パターンＰＰｉ＋１が生成される。また、モード０において、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応する追加パターンＰＰｉ＋１とパルス数Ｎｐが同一であるとの条件、及び第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１との関係において上式（ｅｑ２）を満たすとの条件を満たすように、第ｉ＋２変調率Ｍｉ＋２に対応する追加パターンＰＰｉ＋２が生成される。これにより、第ｉ変調率Ｍｉに対応するベースパターンＰＰａから、モード１における各変調率Ｍｉ＋１，Ｍｉ＋２に対応するベースパターンへの変化よりも小さくなるように、追加パターンＰＰｉ＋１，ＰＰｉ＋２が生成される。本実施形態において、追加パターンＰＰｉ＋１，ＰＰｉ＋２が上側追加パターンに相当する。なお本実施形態では、モード０において、第ｉ＋３変調率Ｍｉ＋３から上限変調率Ｍｍａｘまでの各変調率Ｍｒに対応する追加パターンは生成されない。

一方、モード１において、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するベースパターンＰＰｂとパルス数Ｎｐ（Ｎｐ＝５）が同一であるとの条件、及び第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１との関係において上式（ｅｑ２）を満たすとの条件を満たすように、第ｉ変調率Ｍｉに対応する追加パターンＰＰｉが生成される。また、モード１において、第ｉ変調率Ｍｉに対応する追加パターンＰＰｉとパルス数Ｎｐが同一であるとの条件、及び第ｉ変調率Ｍｉとの関係において上式（ｅｑ２）を満たすとの条件を満たすように、第ｉ−１変調率Ｍｉ−１に対応する追加パターンＰＰｉ−１が生成される。これにより、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するベースパターンＰＰｂから、モード０における各変調率Ｍｉ−１，Ｍｉに対応するベースパターンへの変化よりも小さくなるように、追加パターンＰＰｉ−１，ＰＰｉが生成される。本実施形態において、追加パターンＰＰｉ−１，ＰＰｉが下側追加パターンに相当する。なお本実施形態では、モード１において、下限変調率Ｍｍｉｎから第ｉ−２変調率Ｍｉ−２までの各変調率Ｍｒに対応する追加パターンは生成されない。

以上説明した手法により、図５（ａ）に示すマップ情報が生成される。なお、図５（ｂ）には、３つのモードを有するマップ情報を示した。詳しくは、モード０では、パルス数が１７個であってかつ３相変調方式を用いてベースパターンが生成されている。モード１では、パルス数が例えば９個であってかつ３相変調方式を用いてベースパターンが生成されている。ここで、モード０，１において互いにパルス数が異なるのは、例えば、各アームスイッチを保護するとの条件や、トルク制御性の低下を抑制するとの条件を満たすために、パルス数を減らして論理Ｈの期間を規定幅以上にする必要があるからである。つまり、各アームスイッチは、そのゲートに微小幅のパルスが入力されると、過大なサージが発生して信頼性が低下し得る。また、論理Ｈの期間がデッドタイムよりも短いと、スイッチのオン操作指示が消失し、トルク制御性が低下し得る。

また、図５（ｂ）において、モード２では、パルス数が例えばモード１と同じであってかつ２相変調方式を用いてベースパターンが生成されている。２相変調方式は、インバータ２０の損失を減らすことを目的として採用される。２相変調は、上，下アームスイッチの操作状態を所定期間毎に相ごとに順次固定しつつ、固定された相以外の２相を構成する上，下アームスイッチを交互にオン操作するものである。具体的には例えば、電気角１２０°毎に相ごとに、上アームスイッチのオフ固定及び下アームスイッチのオン固定が順次行われる。

続いて図１３に、パルスパターンの選択処理の手順を示す。この処理は、パルスパターン選択部３８ｄにより、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、同期数設定部３８ｂにより設定された同期数Ｎと、変調率算出部３８ｃにより算出された変調率Ｍｒとを取得する。取得した同期数Ｎ及び変調率Ｍｒは、次回の処理周期において設定される値である。

続くステップＳ３２では、取得した同期数Ｎに対応するマップ情報において、変調率Ｍｒに対応するパルスパターンが複数あるか否かを判定する。ここでパルスパターンには、ベースパターン及び追加パターンのうち少なくとも一方が含まれる。

ステップＳ３２において否定判定した場合には、次回の変調率Ｍｒに対応するパルスパターンが１つしかないと判定し、ステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、その１つのパルスパターンを選択し、角度比較部３８ｆに出力する。

一方、ステップＳ３２において肯定判定した場合には、ステップＳ３６に進み、複数のパルスパターンの中から、現在設定されているパルスパターンからの変化が最も小さいパルスパターンを１つ選択する。詳しくは、現在設定されているパルスパターンのパルス数と同一のパルス数を有して、かつ、現在設定されているパルスパターンの各スイッチングタイミングとの差が最も小さいパルスパターンを選択する。そして、選択したパルスパターンを角度比較部３８ｆに出力する。

図１４を用いて、パルスパターンの選択手法についてさらに説明する。なお図１４（ａ），（ｂ）は、先の図５（ａ），（ｂ）に示したマップ情報である。

まず図１４（ａ）を用いて説明する。

変調率Ｍｒが第ｉ変調率Ｍｉから第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に増加する場合、モード０及び第ｉ変調率Ｍｉに対応するパルスパターンから、モード０及び第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するパルスパターンに切り替えられる。これは、第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１において、モード１に対応するパルスパターンよりもモード０に対応するパルスパターンの方が、モード０及び第ｉ変調率Ｍｉに対応するパルスパターンからの変化が小さいためである。

その後、変調率Ｍｒが第ｉ＋２変調率Ｍｉ＋２から第ｉ＋３変調率Ｍｉ＋３に増加する場合、モード０及び第ｉ＋２変調率Ｍｉ＋２に対応するパルスパターンから、モード１及び第ｉ＋３変調率Ｍｉ＋３に対応するパルスパターンに切り替えられる。これは、第ｉ＋３変調率Ｍｉ＋３に対応するパルスパターンが１つしかないためである。

その後、変調率Ｍｒが第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１から第ｉ変調率Ｍｉに減少する場合、モード１及び第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するパルスパターンから、モード１及び第ｉ変調率Ｍｉに対応するパルスパターンに切り替えられる。これは、第ｉ変調率Ｍｉにおいて、モード０に対応するパルスパターンよりもモード１に対応するパルスパターンの方が、モード１及び第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１に対応するパルスパターンからの変化が小さいためである。

その後、変調率Ｍｒが第ｉ−１変調率Ｍｉ−１から第ｉ−２変調率Ｍｉ−２に減少する場合、モード１及び第ｉ−１変調率Ｍｉ−１に対応するパルスパターンから、モード０及び第ｉ−２変調率Ｍｉ−２に対応するパルスパターンに切り替えられる。これは、第ｉ−２２変調率Ｍｉ−２に対応するパルスパターンが１つしかないためである。

なお、図１４（ｂ）に示すように、モードが３つある場合も、図１４（ａ）について説明した手法と同様の手法により、パルスパターンが選択される。

以上説明した構成によれば、所定のモードに対応するパルスパターンから別のモードに対応するパルスパターンへの切り替えにヒステリシスを設けることができる。これにより、変調率Ｍｒが第ｉ変調率ｉ＋１と第ｉ＋１変調率Ｍｉ＋１との間を跨いで変化する場合であっても、モード０に対応するパルスパターンとモード１に対応するパルスパターンとの間でパルスパターンが頻繁に切り替えられることを回避できる。したがって、パルスパターンの切り替えに伴うモータジェネレータ１０のトルク変動を好適に抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、パルスパターン制御に代えて、同期式ＰＷＭ制御によりＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成する。

図１５は、本実施形態に係る変調器３８の処理を示すブロック図である。なお図１５において、先の図３に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

時比率パターン選択部３８ｈは、同期数設定部３８ｂにより設定された同期数Ｎと、変調率算出部３８ｃにより算出された変調率Ｍｒとに基づいて、１電気角周期に渡る指令時比率である時比率パターンを選択する。時比率は、各アームスイッチの１スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン操作期間Ｔｏｎの比率「Ｔｏｎ／Ｔｓｗ」である。本実施形態では、時比率パターンが操作パターンに相当する。時比率パターンは、同期数Ｎ、変調率Ｍｒ及びモードＴと関係付けられて制御装置３０の記憶部に予め記憶されている。時比率パターンは、同期式三角波比較ＰＷＭ制御の考え方を用いて生成されている。つまり、時比率パターンは、キャリア半周期毎に変化し得るパターンである。時比率パターンは、上記第１実施形態で説明したパルスパターンと同様な手法により生成されている。つまり、同一の変調率Ｍｒにおいて、時比率パターンが複数記憶されている。

時比率パターン選択部３８ｈは、先の図１３に示した手法と同様な手法により、該当する１つの時比率パターンを選択する。時比率パターン選択部３８ｈは、選択した時比率パターンのキャリア半周期毎の値を再生部３８ｉに出力する。

再生部３８ｉは、入力された時比率パターンの値のうち、加算部３８ｇから出力された加算値θｖに該当するものを選択する。再生部３８ｉは、選択した値に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷを生成して比較部３８ｊに出力する。

比較部３８ｊは、再生部３８ｉから出力されたＵ，Ｖ，Ｗ相指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷと、周波数設定部３８ｋによって設定されたキャリア周波数ｆｃを有するキャリアＳｃとの大小比較に基づくＰＷＭ処理により、ＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成する。本実施形態に係るキャリアは、両縁変調方式の三角波信号であり、具体的には、増加速度と減少速度とが互いに等しい２等辺三角形状の信号である。上記増加速度，低下速度は、例えば、電気角の単位変化量あたりのキャリアの増加量，低下量によって定量化される。本実施形態に係るキャリアは、その最小値が０となり、その最大値が１となる信号である。なお、周波数設定部３８ｋは、同期数Ｎに基づいて、指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷとキャリアＳｃとが同期するようにキャリア周波数ｆｃを設定する。詳しくは、周波数設定部３８ｋは、キャリア周期が、１電気角周期を同期数Ｎで除算した値となるように、キャリア周波数ｆｃを設定する。

以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態において、変調率Ｍｒに対応するパルスパターンの候補が３つ以上ある場合、現在設定されているパルスパターンからの変化が最も大きいパルスパターン以外のパルスパターンを選択してもよい。この場合であっても、変化が最も大きいパルスパターンが選択される場合と比較して、トルク変動を抑制することはできる。

・上記所定値ΔＴｔｈが、１電気角周期を同期数で除算した値の１／２未満の値に設定されていてもよい。

・上記実施形態の図５（ａ）に示すマップ情報において、上側追加パターンＰＰｉ＋１，ＰＰｉ＋２、又は下側追加パターンＰＰｉ−１，ＰＰｉのいずれかを生成しなくてもよい。

・上記実施形態の図１３のステップＳ３６において、パルス数、及びスイッチングタイミングの差のうちいずれか一方のみに基づいて、変化が小さいパルスパターンを選択してもよい。

・インバータとしては、３相のものに限らず、単相、２相、又は４相以上のものであってもよい。

・インバータに電気的に接続される負荷であるモータジェネレータとしては、永久磁石埋込型のものに限らず、例えば巻線界磁型のものであってもよい。また、モータジェネレータとしては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、上記負荷としては、回転電機に限らない。

２０…インバータ、３０…制御装置、Ｓｕｐ〜Ｓｗｐ…上アームスイッチ、Ｓｕｎ〜Ｓｗｎ…下アームスイッチ。

Claims (7)

1. 上アームスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｐ）及び下アームスイッチ（Ｓｕｎ〜Ｓｗｎ）の直列接続体を備えるインバータ（２０）に適用され、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのそれぞれのスイッチングパターンを定める時系列パターンが操作パターンとして定義されており、
   前記各アームスイッチのスイッチング回数の上限を定める同期数、及び変調率のそれぞれと関係付けられた複数の前記操作パターンを記憶しているパターン記憶部（３０）と、
   前記パターン記憶部に記憶されている前記操作パターンの中から該当する操作パターンを選択するパターン選択部（３０）と、
   前記パターン選択部により選択された前記操作パターンに基づいて、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチを操作する操作部（３０）と、を備え、
   前記パターン記憶部は、同一の前記同期数において、同一の前記変調率と関係付けられた複数の前記操作パターンを記憶しており、
   前記パターン選択部は、次回の前記変調率に対応する前記操作パターンである次回パターンが複数存在する場合、これら次回パターンの中から、現在設定されている前記操作パターンからの変化が最も大きい操作パターン以外の操作パターンを選択するインバータ制御装置。
2. 前記パターン選択部は、前記これら次回パターンの中から、現在設定されている前記操作パターンのスイッチング回数からの変化が最も大きい操作パターン以外の操作パターンを選択する請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記パターン選択部は、前記これら次回パターンの中から、現在設定されている前記操作パターンのスイッチング回数からの変化が最も小さい操作パターンを選択する請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記パターン選択部は、現在設定されている前記操作パターンのスイッチング回数と次回設定される前記操作パターンのスイッチング回数とが等しい場合、前記これら次回パターンの中から、現在設定されている前記操作パターンの１電気角周期中の各スイッチングタイミングと、次回設定される前記操作パターンの１電気角周期中の各スイッチングタイミングとの差の絶対値が所定値以下となる操作パターンを選択する請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
5. 前記インバータから出力される基本波電圧成分の１電気角周期を前記各アームスイッチの１スイッチング周期の整数倍で除算した値として前記同期数が定義されており、
   前記所定値は、１電気角周期を前記同期数で除算した値の１／２以下の値に設定されている請求項４に記載のインバータ制御装置。
6. 第１の変調率（Ｍｍｉｎ）から該第１の変調率よりも大きい第２の変調率（Ｍｉ）までの各変調率と関係付けられた前記操作パターンが第１ベースパターンとして定義されており、
   前記第２の変調率に隣接する第３の変調率（Ｍｉ＋１）から該第３の変調率よりも大きい第４の変調率（Ｍｍａｘ）までの各変調率と関係付けられた前記操作パターンであって、かつ、変調方式及びスイッチング回数のうち少なくとも一方が前記第１ベースパターンとは異なる操作パターンが第２ベースパターンとして定義されており、
   変調方式及びスイッチング回数が前記第１ベースパターンと同じ前記操作パターンであって、かつ、前記第３の変調率以上の各変調率と関係付けられた操作パターンが上側追加パターンとして定義されており、
   前記第３の変調率以上の各変調率において、前記第２の変調率に対応する前記第１ベースパターンから前記第２ベースパターンへの変化よりも小さくなるように前記上側追加パターンが定められており、
   前記パターン記憶部は、前記第１ベースパターン、前記第２ベースパターン、及び前記上側追加パターンを記憶している請求項１〜５のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
7. 第１の変調率（Ｍｍｉｎ）から該第１の変調率よりも大きい第２の変調率（Ｍｉ）までの各変調率と関係付けられた前記操作パターンが第１ベースパターンとして定義されており、
   前記第２の変調率に隣接する第３の変調率（Ｍｉ＋１）から該第３の変調率よりも大きい第４の変調率（Ｍｍａｘ）までの各変調率と関係付けられた前記操作パターンであって、かつ、変調方式及びスイッチング回数のうち少なくとも一方が前記第１ベースパターンとは異なる操作パターンが第２ベースパターンとして定義されており、
   変調方式及びスイッチング回数が前記第２ベースパターンと同じ前記操作パターンであって、かつ、前記第２の変調率以下の各変調率と関係付けられた操作パターンが下側追加パターンとして定義されており、
   前記第２の変調率以下の各変調率において、前記第３の変調率に対応する前記第２ベースパターンから前記第１ベースパターンへの変化よりも小さくなるように前記下側追加パターンが定められており、
   前記パターン記憶部は、前記第１ベースパターン、前記第２ベースパターン、及び前記下側追加パターンを記憶している請求項１〜６のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。

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