JP6372497B2 - 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、インバータから正弦波状の電流を出力すべく、１電気角周期に渡って規定されたスイッチングパターンに基づいて、上，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。上記スイッチングパターンは、半周期あたりのパルス数を指示されたパルス数にするとの条件、及びインバータの出力電圧の低次高調波を低減するとの条件を満たすものである。上記制御装置は、指示されるパルス数が変化した場合、インバータから出力される線間電圧の変動を抑制する切替移行期間が経過した後、スイッチングパターンを切り替える。

特開２０１４−１４３８３１号公報

ここで、１電気角周期に渡って規定されたスイッチングパターンが、１電気角周期の途中で別のスイッチングパターンに切り替えられた場合、インバータの出力電流にオフセットが生じたり、インバータの出力電流に極低周期の変動成分が重畳されたりし得る。通常、出力電流に重畳される電流の周波数成分が低いほど、インバータの出力電力の変動が大きくなる。このため、スイッチングパターンの切り替えに起因したインバータの出力電流のオフセットや極低周期の変動成分の重畳を防止する必要がある。

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である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交互にオン操作するインバータ制御装置において、現在設定されている前記操作パターンである現在パターン、及び次回設定される前記操作パターンである次回パターンのそれぞれを特定する特定部（３０）と、１電気角周期に渡る前記現在パターンの途中に設定されて、かつ、前記現在パターンから前記次回パターンへの切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングの中から、指令切り替えタイミングを選択するタイミング選択部（３０）と、前記タイミング選択部により選択された前記指令切り替えタイミングで、前記現在パターンから前記次回パターンに切り替える切替部（３０）と、を備える。

１電気角周期のうち現在パターンから次回パターンへの切り替えタイミングに応じて、インバータの出力電流のオフセット量が変化する。このため、現在パターンから次回パターンへの切り替えを適正なタイミングに実施することにより、インバータの出力電力の変動を抑制できる。

この点に鑑み、上記発明では、１電気角周期に渡る現在パターンの途中に設定されて、かつ、現在パターンから次回パターンへの切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングの中から、切り替えタイミングが選択される。これにより、現在パターンから次回パターンへの切り替えを、出力電流のオフセット量を低減できる適正なタイミングで実施できる。したがって、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。 電流オフセットが残る場合の各波形の一例を示すタイムチャート。 電流オフセットが解消される場合の各波形の一例を示すタイムチャート。 切替角選択処理の手順を示すフローチャート。 各相電流オフセット量の合成手法の一例を示す図。 仮設定角に対応する合成オフセット量の演算結果の一例を示す図。 仮設定角に対応する合成オフセット量の演算結果の一例を示す図。 第２実施形態に係る切替角選択処理の手順を示すフローチャート。 現在，次回パターンに対応する切替角の候補の記憶態様を示す図。 現在，次回パターンに対応する切替角の候補の記憶態様を示す図。 第３実施形態に係る変調器の処理を示すブロック図。 第４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、キャリア信号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Ｍ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Ｍを算出する。

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と、変調率Ｍとに基づいて、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及び変調率Ｍ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。また本実施形態において、パルスパターンは、Ｕ〜Ｗ相のそれぞれにおいて、０度から３６０度までの１電気角周期の中央（１８０度）に対して対称性を有するものとされている。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位相として、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Ｍ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と変調率Ｍとに基づいて、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位相αをバッファ３８ｆに出力する。

本実施形態において、バッファ３８ｆは、現在出力中のパルスパターンである現在パターンに加えて、次回出力予定のパルスパターンである次回パターンのスイッチング位相を記憶する。バッファ３８ｆから出力されたスイッチング位相αは、角度比較部３８ｇに入力される。角度比較部３８ｇは、入力されたスイッチング位相αのうち、加算部３８ｈ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３８ｇは、選択したスイッチング位相αに基づいて、ＰＷＭ信号ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを生成して出力する。

第１データ保持部３８ｉは、前回の制御周期において同期数設定部３８ｂにより設定された同期数Ｎを保持する。第２データ保持部３８ｊは、前回の制御周期において変調率算出部３８ｃにより算出された変調率Ｍを保持する。

切替判定部３８ｋは、１電気角周期の途中のどの電気角において現在パターンから次回パターンに切り替えるかを指示する切替角（指令切り替えタイミングに相当）を選択し、選択した切替角の情報を切替許可信号Ｅｎとしてバッファ３８ｆに出力する切替角選択処理を行う。以下、この処理を行う理由について説明した後、この処理の詳細について説明する。

まず、図５及び図６を用いて、切替角選択処理を行う理由について説明する。

現在パターンから次回パターンへの切り替えタイミングによっては、各相電流の電気角０次成分である電流オフセットが生じ、モータジェネレータ１０のトルク変動が発生するおそれがある。上記トルク変動を抑制すべく、切替角選択処理を行う。

図５に、トルク変動が発生する場合の一例を示す。図５（ａ）は、現在，次回パターンの推移を示し、図５（ｂ）は、電圧オフセット量Ｖｏｆｓの推移を示す。図５（ｃ）は、電流オフセット量Ｉｏｆｓの推移を示し、図５（ｄ）は、モータジェネレータ１０の相電流の推移を示し、図５（ｅ）は、モータジェネレータ１０のトルクの推移を示す。

図５（ｂ）に示す電圧オフセット量Ｖｏｆｔは、１電気角周期に渡ってパルスパターンを積分した値である。本実施形態では、積分対象となるパルスパターンの論理Ｈの信号の値を「＋ＶＩＮＶ／２」とし、論理Ｌの信号の値を「−ＶＩＮＶ／２」とする。図５（ｂ）には、電気角θ２における電圧オフセット量Ｖｏｆｓを算出するための積分期間を例示した。

また、図５（ｃ）に示す電流オフセット量Ｉｏｆｓは、図５（ｂ）の電圧オフセット量Ｖｏｆｓの積分値を、モータジェネレータ１０の各相巻線のインダクタンスで除算することにより推定された値である。図５（ｃ），（ｄ）に示すように、電流オフセット量は、１電気角周期における相電流の移動平均値と等価である。

図５では、電気角θ１において現在パターンから次回パターンに切り替えられる。電気角θ１において切り替えられると、図５（ｂ）に示すように、その後電圧オフセット量Ｖｏｆｓが正の値となり続ける。これは、積分期間においてオフ操作期間よりもオン操作期間の方が長いためである。このため、電流オフセット量Ｉｏｆｓが０よりも大きい値として残ることとなる。その結果、図５（ｅ）に示すように、電気角θ１以降において電気角速度（電気角１次）で変動するトルク変動が発生する。なお、このトルク変動は、例えば、モータジェネレータ１０における負荷としての抵抗成分及びインダクタンス成分によって減衰するか、又は所定の制御により取り除かれるまで継続される。

図６に、トルク変動が一時的に発生するものの、その後変動が収束する場合を示す。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応している。

図６では、電気角θ３において現在パターンから次回パターンに切り替えられる。電気角θ３において切り替えられると、図６（ｂ）に示す電圧オフセット量Ｖｏｆｓは、一時的に負の値となるものの、その後ゼロクロスして正の値となる。このため、図６（ｃ）に示す電流オフセット量Ｉｏｆｔは、一時的に負の値となるものの、切り替えから１電気角周期以内に０に収束する。すなわち、電流オフセットが解消する。これは、パルスパターンの切り替えタイミングが適正なタイミングであったため、切り替え後に生じる負の電圧オフセット量Ｖｏｆｓと正の電圧オフセット量Ｖｏｆｓとが相殺されたためである。これにより、図６（ｅ）に示すように、モータジェネレータ１０のトルク変動が一時的に発生するものの、その変動は速やかに解消される。

図７に、本実施形態に係る切替角選択処理の手順を示す。この処理は、切替判定部３８ｋにより、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、同期数設定部３８ｂからパルスパターン選択部３８ｄへと現在出力中の同期数Ｎ、及び変調率算出部３８ｃからパルスパターン選択部３８ｄへと現在出力中の変調率Ｍに基づいて、パルスパターン選択部３８ｄからバッファ３８ｆに現在出力中の現在パターンを特定する。ここで、現在出力中の同期数Ｎは、第１データ保持部３８ｉにより保持されている同期数Ｎが用いられ、現在出力中の変調率Ｍは、第２データ保持部３８ｊにより保持されている変調率Ｍが用いられる。

続くステップＳ１２では、同期数設定部３８ｂにより設定された次回出力予定の同期数Ｎ、及び変調率算出部３８ｃにより算出された次回出力予定の変調率Ｍに基づいて、次回出力予定の次回パターンを特定する。なお本実施形態において、ステップＳ１０，Ｓ１２の処理が特定部に相当する。

続くステップＳ１４では、現在パターン及び次回パターンのそれぞれが含む論理Ｈの期間が電気角で１２０°未満であるか否かを判定する。

ステップＳ１４において肯定判定した場合には、ステップＳ１６に進み、仮設定角（仮切り替えタイミングに相当）を設定し、１電気角周期のうち仮設定角で現在パターンから次回パターンに切り替えたと仮定した場合のパルスパターンである合成パターンを生成する。つまり、合成パターンは、−３６０度から仮設定角までの現在パターンと、仮設定角から３６０度までの次回パターンとを合成した波形となる。なお、−３６０度から０度までのパルスパターンとは、先の図４に示すように、０度から３６０度までのパルスパターンのことである。

またステップＳ１６では、３相のそれぞれについて、合成パターンを生成する。なお、各相の１電気角周期に渡る合成パターンは、電気角で位相が１２０度ずつずれたものとなる。

続くステップＳ１８では、３相のそれぞれについて、設定された仮設定角に対応する合成パターンに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流オフセット量Ｉｕｏｆｓ，Ｉｖｏｆｓ，Ｉｗｏｆｓ（各相オフセット量に相当）を算出する。詳しくは、先の図５（ｂ）に示すように、１電気角周期に渡って合成パターンを積分することにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧オフセット量Ｖｕｏｆｓ，Ｖｖｏｆｓ，Ｖｗｏｆｓを算出する。そして、電圧オフセット量Ｖｕｏｆｓ，Ｖｖｏｆｓ，Ｖｗｏｆｓの積分値をインダクタンスＬで除算することにより電流オフセット量Ｉｕｏｆｓ，Ｉｖｏｆｓ，Ｉｗｏｆｓを算出する。

続くステップＳ２０では、３相分の電流オフセット量Ｉｕｏｆｓ，Ｉｖｏｆｓ，Ｉｗｏｆｓを合成した値である合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌを算出する。図８に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流オフセット量をベクトルＩｕｏｆｓ，Ｉｖｏｆｓ，Ｉｗｏｆｓで示し、各ベクトルＩｕｏｆｓ，Ｉｖｏｆｓ，Ｉｗｏｆｓを合成したベクトルの絶対値が合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌとなることを示す。

続くステップＳ２２では、全ての仮設定角についてステップＳ１６〜Ｓ２０の処理が終了したか否かを判定する。つまり、先のステップＳ１６では、１電気角周期中の互いに異なる複数の電気角が仮設定角として設定される。

ステップＳ２２において否定判定した場合には、ステップＳ１６に戻り、新たな仮設定角を設定する。一方、ステップＳ２２において肯定判定した場合には、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、各仮設定角のうち、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの絶対値が最小の仮設定角を、切替角として選択する。以下、図９を用いて、切替角の選択手法について詳しく説明する。図９に、合成パターンの生成に用いられる３相分の現在パターン及び次回パターンと、各仮設定角に対応する合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの演算結果とを示す。

本実施形態では、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌが判定値ＴＨ未満となる仮設定角を、切替角の選択候補とする。図９には、切替角の選択候補となる仮設定角の範囲を矢印にて示した。ここで判定値ＴＨは、例えば、各仮設定角に対応する合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの平均値として設定されればよい。

ここで本実施形態では、判定値ＴＨ未満となる仮設定角のうち、現在の電気角θｅよりも後であって、かつ、現在の電気角θｅから最も近い仮設定角を切替角として選択する。具体的には例えば、仮設定角が３０度×Ｎ（Ｎは正の整数）として設定される場合、現在の電気角をθａとすると、切替角として電気角θｂを選択する。上述した選択手法は、モータジェネレータ１０のトルク応答性の低下を防止するために採用される。つまり、現在の電気角θｅから遠い仮設定角が切替角として選択されると、実際の電気角が切替角になるまで次回パターンへの切り替えを待つこととなる。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。

先の図７の説明に戻り、続くステップＳ２６では、選択した切替角で現在パターンから次回パターンへと切り替える旨を指示する切替許可信号Ｅｎをバッファ３８ｆに出力する。バッファ３８ｆは、電気角θｅ及び指令電圧位相δの加算値θｖが、入力された切替角になったと判定した場合、現在パターンから次回パターンへと切り替える。特に本実施形態では、バッファ３８ｆは、現在パターンから次回パターンへの切り替えを３相同時に行う。これは、モータジェネレータ１０のトルク変動の発生を抑制するためである。

つまり、各相において１電気角周期に渡ってパルスパターンが切り替えられない場合、モータジェネレータ１０の各相電圧に含まれるオフセット量は理論的には等しい。このため、モータジェネレータ１０の相間電圧に含まれる上記オフセット量が相殺される。これに対し、一部の相において１電気角周期の途中でパルスパターンが切り替えられると、切り替えられた相の相電圧に含まれるオフセット量が、他の相電圧に含まれるオフセット量からずれる。このため、切り替えられた相と他の相とで、相間電圧に含まれるオフセット量が相殺されなくなる。その結果、モータジェネレータ１０のトルク変動が発生する。こうした事態を防止すべく、現在パターンから次回パターンへの切り替えを３相同時に行うこととする。

上記ステップＳ１４において１２０度以上であると判定した場合には、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、予め定められた複数の仮設定角の中から１つを切替角として選択する。本実施形態では、図１０に示すように、３０度＋６０度×Ｎを中心とした所定電気角範囲内のそれぞれにおいて仮設定角が予め設定されている。上述したステップＳ１６〜Ｓ２４の処理を行うことなく、仮設定角を予め設定できるのは、現在パターン及び次回パターンのそれぞれでオン操作期間が１２０度以上継続する場合、仮設定角に対する合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの演算結果が図１０に示すものとなるためである。

モータジェネレータが単相の場合、電流オフセット量が最小となる電気角範囲は、９０度，２７０度を中心に、現在,次回パターンともに論理Ｈが継続する範囲に定まる。このため、現在，次回パターンのそれぞれが含む論理Ｈの期間が電気角で１２０°以上継続し、かつ、モータジェネレータが３相の場合、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌが最小となる電気角範囲が互いに１２０度ずつずれることにより、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌが最小となる電気角範囲は、３０度，９０度，１５０度，２１０度，２７０度，３３０度を中心とした範囲に定まる。このようにして電気角範囲を予め定めることができるため、ステップＳ１６〜Ｓ２４の処理が不要になる。これにより、制御装置３０の演算負荷を低減することができる。なお、上述した予め定められた電気角は、制御装置３０の記憶部（具体的にはメモリ）に記憶されている。

またステップＳ２８では、複数の仮設定角のうち、現在の電気角θｅよりも後であって、かつ、現在の電気角θｅから最も近い仮設定角を、切替角として選択する。なおステップＳ２８の完了後、ステップＳ２６に進む。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

複数設定された仮設定角のうち、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの絶対値が最小の仮設定角を、切替角として選択した。このため、現在パターンから次回パターンへの切り替えを、電流オフセット量を低減できる適正なタイミングで実施でき、インバータ２０の出力電力の変動を抑制できる。これにより、モータジェネレータ１０のトルク変動を抑制でき、モータジェネレータ１０の制御性を向上させることができる。

現在パターンから次回パターンへの切り替えを３相同時に行った。これにより、モータジェネレータ１０のトルク変動を抑制することができる。

現在，次回パターンのそれぞれが含む論理Ｈの期間が電気角で１２０°以上ある場合、予め定められた電気角で現在パターンから次回パターンへと切り替えた。これにより、制御装置３０の演算負荷を低減できる。

合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの絶対値が最小の仮設定角のうち、現時点から最も近い仮設定角を切替角として選択した。これにより、モータジェネレータ１０のトルク応答性の低下を防止できる。

（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、切替角の選択手法を変更する。

図１１に、本実施形態に係る切替角選択処理の手順を示す。この処理は、切替判定部３８ｋにより、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお図１１において、先の図７に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１２の完了後、ステップＳ３０において切替角を選択する。本実施形態では、図１２に示すように、現在パターン及び次回パターンと関係付けられて複数の切替角がテーブルデータとして制御装置３０の記憶部に記憶されている。このテーブルデータは、例えば設計時において、先の図５のステップＳ１６〜Ｓ２４に示した手法で予め適合された情報である。また、テーブルデータは、現在パターン及び次回パターンにより規定された各パターン領域において、複数の切替角の候補を有している。これは、上記第１実施形態で説明したように、合成オフセット量Ｉｔｏｔａｌの絶対値が最小となる仮設定角が複数存在し得るためである。

ステップＳ３０では、まず、特定された現在パターン及び次回パターンに対応するパターン領域を選択する。そして、選択したパターン領域に格納される複数の切替角の中から、現在の電気角θｅよりも後であって、かつ、現在の電気角θｅから最も近い切替角を選択する。なおステップＳ３０の処理の完了後、ステップＳ２６に進む。

以上説明した本実施形態によれば、制御装置３０の演算負荷に制約がある場合であっても、パターンの切り替えに起因したトルク変動を抑制できる適正な切替角を選択することができる。

なお、図１２に示すテーブルデータにおいて、現在パターンと次回パターンとが入れ替わったとしても、切替角は変化しない。このため、テーブルデータの情報を圧縮すべく、テーブルデータを図１３に示すようにしてもよい。

また、テーブルデータに規定される各パターン領域のうち、現在，次回パターンのそれぞれが含む論理Ｈの期間が電気角で１２０°以上継続する領域に格納される切替角は、上記第１実施形態で説明したように、３０度，９０度，１５０度，２１０度，２７０度，３３０度を中心とした範囲内で定めることができる。

（第３実施形態）
以下、第３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１４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１４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。

指令値設定部３８ｍは、変調率Ｍと、加算部３８ｈから出力された加算値θｖとに基づいて、正弦波状のＵ，Ｖ，Ｗ相指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷを算出する。Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷは、位相が電気角で互いに１２０°ずつずれた波形となる。

周波数設定部３８ｎは、同期数Ｎに基づいて、指令時比率ＤＵ，ＤＶ，ＤＷとキャリア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３８ｎ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。

比較部３８ｐは、指令値設定部３８ｍ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３８ｎ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。

続いて、切替判定部３８ｑについて説明する。

切替判定部３８ｑは、同期数設定部３８ｂから周波数設定部３８ｎへと現在出力中の同期数Ｎ、及び変調率算出部３８ｃから指令値設定部３８ｍへと現在出力中の変調率Ｍに基づいて、現在パターンを特定する。また、同期数設定部３８ｂにより設定された次回出力予定の同期数Ｎ、及び変調率算出部３８ｃにより算出された次回出力予定の変調率Ｍに基づいて、次回パターンを特定する。

切替判定部３８ｑは、先の図７に示したステップＳ１６〜Ｓ２４の処理により、切替角を選択する。切替判定部３８ｑは、加算部３８ｈから出力された加算値θｖが、選択した切替角になったと判定した場合、キャリア周波数ｆｃを次回の同期数Ｎに対応した値に切り替える旨を指示する切替許可信号Ｅｎを周波数設定部３８ｎに出力する。

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。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第３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、変調器３８の処理を変更する。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１４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３８ｒは、同期数設定部３８ｂから出力された同期数Ｎと、変調率算出部３８ｃから出力された変調率Ｍ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。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及び変調率Ｍ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た時比率パターンである。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。

時比率パターン選択部３８ｒは、同期数Ｎと変調率Ｍとに基づいて、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３８ｒは、選択した時比率パターンのキャリア半周期毎の値をバッファ３８ｓに出力する。

バッファ３８ｓに入力された値は、その後再生部３８ｔに入力される。再生部３８ｔは、入力された時比率パターンの値のうち、加算部３８ｈ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３８ｔ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３８ｐに出力する。

なお、切替判定部３８ｕは、上記第１実施形態の図７に示した処理と同様の処理により、切替角を選択する。ここでは、現在出力中の時比率パターンが現在パターンとされ、次回出力予定の時比率パターンが次回パターンとされる。切替判定部３８ｕは、選択した切替角で現在パターンから次回パターンへと切り替える旨を指示する切替許可信号Ｅｎをバッファ３８ｓに出力する。バッファ３８ｓは、加算部３８ｈから出力された加算値θｖが、入力された切替角になったと判定した場合、現在パターンから次回パターンへと切り替える。

以上説明した本実施形態によっても、上記第３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。

・上記第１実施形態において、積分対象となるパルスパターンの論理Ｈの信号の値を「１００％」とし、論理Ｌの信号の値を「０％」として電圧オフセット量Ｖｏｆｓを算出してもよい。

・上記各実施形態では、現在パターンから次回パターンへの切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングの中から、出力電流のオフセット量の絶対値が最も小さいタイミングを選択したがこれに限らない。上記複数のタイミングの中から、オフセット量が最も小さいタイミング及びオフセット量が最も大きいタイミング以外のタイミングを１つ選択してもよい。この場合であっても、上記オフセット量が最も大きいタイミングを選択するときと比較して、出力電流のオフセット量を低減することはできる。

・上記第１実施形態の図７において、ステップＳ１４、Ｓ２８の処理を省略してもよい。

・上記第１実施形態では、電圧オフセット量の積分値をインダクタンス値で除算することで電流オフセット量を得ているが、この除算は省略してもよい。切替角の選択を各仮設定角における電流オフセット量の相対比較で決定する場合は、インダクタンス値が定数であれば電圧オフセットの積分値で比較しても同じ結果を得ることができる。

・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 (10)

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である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交互にオン操作するインバータ制御装置において、
   現在設定されている前記操作パターンである現在パターン、及び次回設定される前記操作パターンである次回パターンのそれぞれを特定する特定部（３０）と、
   １電気角周期に渡る前記現在パターンの途中に設定されて、かつ、前記現在パターンから前記次回パターンへの切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングの中から、指令切り替えタイミングを選択するタイミング選択部（３０）と、
   前記タイミング選択部により選択された前記指令切り替えタイミングで、前記現在パターンから前記次回パターンに切り替える切替部（３０）と、を備えるインバータ制御装置。
2. 前記タイミング選択部は、
   前記切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングとして、１電気角周期の途中の複数の仮切り替えタイミングのそれぞれを仮設定した場合において、前記現在パターンと前記次回パターンとを合成した前記操作パターンである合成パターンを生成するパターン生成部（３０）と、
   前記複数の仮切り替えタイミングのそれぞれを仮設定した場合において、生成された前記合成パターンに基づいて前記各アームスイッチが操作されたと仮定したときの前記インバータの出力電流に含まれる電流オフセット量を算出する電流オフセット算出部（３０）と、を含み、前記複数の仮切り替えタイミングの中から、該複数の仮切り替えタイミングのそれぞれに対応した前記電流オフセット量のうちその値が最大となる電流オフセット量以外の電流オフセット量に対応するタイミングを前記指令切り替えタイミングとして選択する請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記インバータは、多相回転電機（１０）に電気的に接続されて、かつ、該多相回転電機に交流電力を供給する多相インバータであり、
   前記パターン生成部は、各相のそれぞれについて前記合成パターンを生成し、
   前記電流オフセット算出部は、生成された前記合成パターンに基づいて前記各アームスイッチが操作されたと仮定したときの前記インバータの出力電流に含まれる各相オフセット量を各相のそれぞれについて算出し、各相のそれぞれについて算出した前記各相オフセット量の合成値として前記電流オフセット量を算出する請求項２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記切替部は、前記現在パターンから前記次回パターンへの切り替えを各相同時に行う請求項３に記載のインバータ制御装置。
5. 前記多相回転電機は、３相回転電機であり、
   前記インバータは、３相インバータであり、
   前記タイミング選択部は、前記現在パターン及び前記次回パターンのそれぞれにおいてオン操作指示期間が１２０度以上継続する場合、６０度及び正の整数の乗算値に３０度を加算した値を中心とした所定電気角範囲内に予め設定されたタイミングを前記指令切り替えタイミングとして選択する請求項３又は４に記載のインバータ制御装置。
6. 前記タイミング選択部は、前記複数の仮切り替えタイミングの中から、該複数の仮切り替えタイミングのそれぞれに対応した前記電流オフセット量のうちその値が最大となる電流オフセット量以外の電流オフセット量に対応するタイミングであって、かつ、現時点から最も近いタイミングを前記指令切り替えタイミングとして選択する請求項２〜５のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
7. 前記タイミング選択部は、前記複数の仮切り替えタイミングの中から、該複数の仮切り替えタイミングのそれぞれに対応した前記電流オフセット量のうちその値が最小となる電流オフセット量に対応するタイミングを前記指令切り替えタイミングとして選択する請求項２〜６のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
8. 前記操作パターンは、２値信号の時系列パターンであり、
   前記電流オフセット算出部は、生成された前記合成パターンの１電気角周期における平均値を算出し、算出した平均値の積分値に基づいて、前記電流オフセット量を算出する請求項２〜７のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
9. 前記現在パターンから前記次回パターンへの切り替えタイミングの候補となる複数のタイミングを記憶しているタイミング記憶部を備え、
   前記タイミング選択部は、前記タイミング記憶部に記憶されている複数のタイミングの中から前記指令切り替えタイミングを選択する請求項１に記載のインバータ制御装置。
10. 前記タイミング選択部は、前記タイミング記憶部に記憶されている複数のタイミングの中から、現時点から最も近いタイミングを前記指令切り替えタイミングとして選択する請求項９に記載のインバータ制御装置。