JP6492942B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ制御装置に関するものである。

複数の巻線組を有する多相回転機の電力変換装置において、多相回転機の巻線組ごとに設けられる複数のインバータ部と、複数のインバータ部に並列に接続されるコンデンサと、前記インバータ部のスイッチング素子のオン及びオフの切り替えを制御する制御部とを備え、制御部は複数のインバータ部の一方のゼロ電圧ベクトル発生区間の中心が、他方のインバータ部におけるゼロ電圧ベクトル発生区間の中心とずれるように、スイッチング基準信号の位相差に応じて中性点電圧を操作することで、コンデンサに流れ込む電流と流れ出す電流を相殺し、リップル電流を低減させている（特許文献１）。

特開２０１１−６１９５０号公報

しかしながら、上記の電力変換装置は複数のインバータを想定しており、電力変換装置の制御部における制御は、単体のインバータには適用できないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、単体のインバータにおいて、リップル電流を抑制できるインバータ制御装置を提供することである。

本発明は、インバータの高電位側に接続された複数のスイッチング素子のうち、２つのスイッチング素子がオン状態であり、かつ、１つのスイッチング素子がオフ状態である場合に変化するコンデンサの電圧変化を、第１電圧変化として、特定し、インバータの高電位側に接続された複数のスイッチング素子のうち、１つのスイッチング素子がオン状態であり、かつ、２つのスイッチング素子がオフ状態である場合に変化する前記コンデンサの電圧変化を、第２電圧変化として、特定し、第１電圧変化の傾きの符号が正である場合には、電圧指令値とキャリアとの比較により定まる複数のスイッチング素子の動作タイミングよりも、オン動作のタイミングを遅らせてオフ動作のタイミングを早め、第１電圧変化の傾きの符号が負であり、かつ、第２電圧変化の符号が正である場合には、電圧指令値とキャリアとの比較により定まる複数のスイッチング素子の動作タイミングよりも、オン動作のタイミングを早めてオフ動作のタイミングを遅らせることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、コンデンサ電圧の上昇期間と下降期間のバランスが保たれるように、スイッチング素子の動作タイミングが制御されるため、コンデンサの電圧の変動幅が小さくなり、リップル電流を抑制できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係るインバータ制御装置のブロック図である。 図２は、図１のコントローラのブロック図である。 図３は、変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性を示すグラフである。 図４は、変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性を示すグラフである。 図５は、図２のコントローラの制御フローを示すフローチャートである。 図６は、変調率及びキャリアの特性を示すグラフである。 図７は、変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性を示すグラフである。 図８は変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性をそれぞれ示すグラフであって、（ａ）はオフセット前の特性を示し、（ｂ）はオフセット後の特性を示す。 図９は、変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性を示すグラフである。 図１０は変調率、キャリア、及び、コンデンサの電圧の特性をそれぞれ示すグラフであって、（ａ）はオフセット前の特性を示し、（ｂ）はオフセット後の特性を示す。 図１１は、変調率、キャリア、スイッチング信号、及び、コンデンサの電圧の特性をそれぞれ示すグラフであって、（ａ）はオフセット前の特性を示し、（ｂ）はオフセット後の特性を示す。 図１２は、パルス分割の演算方法を説明するための図であって、キャリアと演算過程におけるパルスの特性を示すグラフである。 図１３は、変調率、キャリア、スイッチング信号、及び、コンデンサの電圧の特性をそれぞれ示すグラフであって、（ａ）はオフセット前の特性を示し、（ｂ）はオフセット後の特性を示す。 図１４は、パルス分割の演算方法を説明するための図であって、キャリアと演算過程におけるパルスの特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、発明の実施形態に係るインバータ制御装置のブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例のインバータ制御装置を電気自動車に設ける場合に、三相交流電力のモータ３は、走行駆動源として駆動し、電気自動車の車軸に結合されている。なお本実施形態に係るインバータ制御装置は、例えばハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の電気自動車以外の車両にも適用可能である。また、インバータ制御装置は、車両に限らず他の装置にも適用可能である。

本実施形態に係るインバータ制御装置は、インバータ１と、バッテリ２と、モータ３と、コンデンサ４と、電圧センサ５と、電流センサ６、７と、回転子位置センサ８と、コントローラ１０とを備えている。

インバータ１は、複数のスイッチング素子（絶縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ）Ｑ_１〜Ｑ_６と、整流素子（還流ダイオード）Ｄ_１〜Ｄ_６とを有し、バッテリ２の直流電力を交流電力に変換して、モータ３に供給する電力変換回路である。複数のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６は、整流素子（還流ダイオード）Ｄ_１〜Ｄ_６にそれぞれ並列接続されている。複数のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に流れる電流の導通方向は、整流素子Ｄ_１〜Ｄ_６の電流の導通方向とは逆向きになっている。２つのスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６を直列に接続した３対のアーム回路が並列に接続され、各対のスイッチング素子間とモータ３の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６には、同一のスイッチング素子が用いられ、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。

図１に示すように、スイッチング素子Ｑ_１とＱ_２、スイッチング素子Ｑ_３とＱ_４、スイッチング素子Ｑ_５とＱ_６がそれぞれ直列に接続され、スイッチング素子Ｑ_１とＱ_２の間とモータ３のＵ相、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の間とモータ３のＶ相、スイッチング素子Ｑ_５とＱ_６の間とモータ３のＷ相がそれぞれ接続されている。高電位側のスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５は、バッテリ２の正極側に電気的に接続されており、低電位側のスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６は、バッテリ２の負極側に電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン及びオフの切り換えは、図示しない駆動回路を介してコントローラ１０により制御される。

バッテリ２は、モータ３に電力を供給するための電源であって、インバータ１に接続されている。バッテリ２には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。

モータ３は、車両を駆動するための駆動源であって、インバータ１に接続されている。モータ３には、三相交流同期モータ等が用いられる。また、モータ３は発電機としても機能し、モータ３の回生動作により発電した電力は、インバータ１を介して、モータ３に出力され、バッテリ２が充電される。

コンデンサ４は、平滑用のコンデンサであって、インバータ１とバッテリ２とを接続する一対の電源ライン間に接続されている。コンデンサ４は、バッテリ２の正極及び負極間に接続され、インバータ１に対して並列に接続されている。

電圧センサ５は、バッテリ２の電圧を検出するためのセンサであって、一対の電源ライン間に接続されている。電流センサ６は、バッテリ２の正極側で、バッテリ２とコンデンサ４の間に接続されている。電流センサ６は、バッテリ２の入出力電流に相当する、ＤＣ成分の電流値を検出するためのセンサである。電流センサ７は、インバータ１とモータ３との間に接続されており、各相にそれぞれ接続されている。電流センサ７は、インバータ１とモータ３との間の各相の交流電流を検出する。なお、電流センサ７は、ＵＶＷの三相のうち、少なくとも二相に接続されていればよい。電圧センサ５、電流センサ６、７の検出値は、コントローラ１０に出力される。

回転子位置センサ８は、レゾルバやエンコーダなどのセンサであって、モータ３に設けられ、モータ３の回転子の位置（回転数の相当）を検出し、検出値をコントローラ１０に出力する。

次に、コントローラ１０の構成を説明する。図２は、コントローラ１０の構成を示すブロック図である。コントローラ１０は、ＣＰＵ又はＲＯＭ等により構成されており、ＣＰＵ等で実行される各種の機能ブロックとして、以下の構成を有している。コントローラ１０は、電流指令値演算部１１、電圧指令値演算部１２、変調率演算部１３、スイッチング信号生成部１４、判別部１５、及び、動作タイミング設定部１６を有している。なお、コントローラ１０は、インバータ１の制御のために、図２の構成に限らず、他の構成を有してもよい。

電流指令値演算部１１は、トルク指令値（Ｔ^＊）及びモータ３の回転数（Ｎ）に基づき電流指令値（Ｉ_ｄｑ ^＊）を演算する。トルク指令値（Ｔ^＊）は、運転手又はシステムが要求するトルクを、モータ３から出力するために必要な出力トルクの目標値であって、アクセル開度等に基づき演算される値である。トルク指令値（Ｔ^＊）は、図示しない車両コントローラにより演算される。なお、コントローラ１０がトルク指令値（Ｔ^＊）を演算してもよい。モータ３の回転数（Ｎ）は、回転子位置センサ８の出力値から演算により求められる値である。

電流指令値演算部１１には、トルク指令値（Ｔ^＊）、モータ回転数（Ｎ）及び電流指令値の対応関係を示すマップが予め保存されており、電流指令値演算部１１は当該マップを参照することで、電流指令値（Ｉ_ｄ ^＊、Ｉ_ｑ ^＊）を演算し、電圧指令値演算部１２に出力する。電流指令値（Ｉ_ｄ ^＊、Ｉ_ｑ ^＊）は、現在のモータ３の状態に対して、トルク指令値（Ｔ^＊）に応じたトルクをモータ３から出力するために必要なモータ３の交流電流の目標値である。

電圧指令値演算部１２は、モータ３のロータの位相（θ）、モータ３の相電流（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｗ、Ｉ_ｑ）及び電流指令値演算部１１の電流指令値（Ｉ_ｄ ^＊、Ｉ_ｑ ^＊）に基づいて、モータ３の交流電圧の指令値である交流電圧指令値（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を演算する。電圧指令値演算部１２は、モータ３の電流センサにより検出される検出電流（ｕ、ｖ、ｗ相の電流）を、ロータの位相で回転座標系に変換し、ｄｑ軸電流（Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑ）を演算する。そして、電圧指令値演算部１２は、ＰＩ制御により、ｄｑ軸電流（Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑ）を、電流指令値（Ｉ_ｄ ^＊、Ｉ_ｑ ^＊）に一致させる電圧指令値（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）を演算し、変調率演算部１３に出力する。

変調率演算部１３は、電圧指令値（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）及びバッテリ２の検出電圧（Ｖｄｃ）から変調率（ＭＩ）を演算し、変調率（ＭＩ）をスイッチング信号生成部１４に出力する。変調率は、電源電圧（バッテリ電圧：Ｖ_ｄｃ）に対するデューティ指令信号の振幅を表している。

スイッチング信号生成部１４は、変調率とキャリアとを比較することで、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフを切り替えるためのスイッチング信号（ＳＷ信号）を生成し、動作タイミング設定部１６に出力する。スイッチング信号は、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン期間及びオフ期間を定めた信号である。すなわち、スイッチング信号生成部１４は、スイッチング信号を生成することで、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフの切り替えタイイングを設定している。

判別部１５は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態に応じて、コンデンサ４の電圧変化の傾きの符号を判別し、判別結果を動作タイミング設定部１６に出力する。

動作タイミング設定部１６は、スイッチング信号（ＳＷ信号）により定まる各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフの切り替えタイミングに対して、判別部１５の判定結果に応じて、切り替えのタイミングを補正する。動作タイミング設定部１６は、判別部１５の判定結果に応じて、切り替えタイミングを補正するか否か判定している。動作タイミング設定部１６は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の切り替えのタイミングを補正する場合には、タイミングを補正した後のスイッチング信号を、駆動回路を介して、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する。また、動作タイミング設定部１６は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の切り替えのタイミングを補正しない場合には、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチング信号を、駆動回路を介して、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する。なお、判別部１５及び動作タイミング設定部１６の具体的な制御については、後述する。

ここで、本実施形態とは異なり、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチング信号に対して、動作タイミング設定部１６による切り替えタイミングの補正を行わずに、補正前のスイッチング信号のみで、インバータを制御した場合（一般のＰＷＭ制御）において、コンデンサ４の電圧変動について、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフである。図３のグラフａが変調率の特性を示し、グラフｂがキャリアを示し、グラフｃがコンデンサの電圧を示す。横軸は、時間である。

ＰＷＭ制御において、変調率がキャリアよりも大きいときに、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６がオンになり、変調率がキャリアよりも小さいときに、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６がオフになる。そして、グラフａで示される変調率と、グラフｂで示されるキャリアとの比較により、スイッチング信号が生成され、当該信号スイッチング信号に基づき、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフが切り替えられると、コンデンサ４の電圧は、グラフｃのような特性で変化する。

コンデンサ４の電圧特性のうち、ｔ_Ａで表される期間（グラフｃの谷の期間）、及び、ｔ_Ｂで表される期間（グラフｃの山の期間）では、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、２つのスイッチング素子がオン状態に、１つのスイッチング素子がオフ状態になっている場合に、充電電流がコンデンサ４に流れ、コンデンサ４の電圧が上昇する。期間ｔ_Ａの中で、後の方の期間ｔ_Ａ１が、コンデンサ４の電圧の上昇期間となる。また、期間ｔ_Ｂの中で、前の方の期間ｔ_Ｂ１が、コンデンサ４の電圧の上昇期間となる。

さらに、期間ｔ_Ａと期間ｔ_Ｂとの間の期間では、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、３つのスイッチング素子がオン状態になり、充電電流がコンデンサ４に流れ、コンデンサ４の電圧が上昇する。

コンデンサ４の電圧が上昇する区間と、コンデンサ４の電圧が下降する区間は、ＰＷＭ制御において、キャリアに対する変調率の大きさによって決まる。図３に示すように、期間ｔ_Ａと期間ｔ_Ｂとの間が離れている場合には、コンデンサ４の電圧が下降から上昇に転じた後、コンデンサ４の電圧の上昇区間が長くなるため、コンデンサ４の電圧の変動幅が大きくなる。言い替えると、コンデンサ４の電圧が下降から上昇に転じる際のコンデンサ電圧が、時間により、大きく異なる値になっている。例えば、期間ｔ_Ａ１の始点におけるコンデンサ電圧と、期間ｔ_Ｂの終点におけるコンデンサ電圧は、共に、コンデンサ電圧が下降から上昇に転じる際の電圧であるが、大きく異なっている。また、コンデンサ４の電圧が上昇から下降に転じる際のコンデンサ電圧も、時間により、大きく異なっている。すなわち、図３に示すＰＷＭ制御では、コンデンサ電圧の上昇する期間と、コンデンサ電圧の下降する期間との間でバランスがとれておらず、コンデンサ４の電圧変動が大きくなっている。

図３のグラフに対して、コンデンサの電圧特性を示すグラフの谷と山が、逆になった場合の特性について、図４を用いて説明する。図４は、変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフである。図４のグラフａが変調率の特性を示し、グラフｂがキャリアを示し、グラフｃがコンデンサの電圧を示す。横軸は、時間である。

図４に示す特性では、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、２つのスイッチング素子がオン状態に、１つのスイッチング素子がオフ状態になっている場合に、コンデンサ４は放電されており、コンデンサ４の電圧は下降する。コンデンサ４の電圧特性のうち、ｔ_Ｃで表される期間（グラフｃの山の期間）、及び、ｔ_Ｄで表される期間（グラフｃの谷の期間）では、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、２つのスイッチング素子がオン状態に、１つのスイッチング素子がオフ状態になっている場合に、コンデンサ４から放電電流が出力されて、コンデンサ４の電圧が下降する。期間ｔ_Ｃの中で、後の方の期間ｔ_Ｃ１が、コンデンサ４の電圧の下降期間となる。また、期間ｔ_Ｄの中で、前の方の期間ｔ_Ｄ１が、コンデンサ４の電圧の下降期間となる。期間ｔ_Ｃと期間ｔ_Ｄとの間の期間では、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、３つのスイッチング素子がオン状態になり、充電電流がコンデンサ４に流れ、コンデンサ４の電圧が上昇する。

図４に示すように、期間ｔ_Ｃと期間ｔ_Ｄとの間が近づき過ぎている場合には、コンデンサ４の電圧が下降から上昇に転じた後、コンデンサ４の電圧が十分に高くなる前に、コンデンサ４の電圧降下が開始する。そのため、コンデンサ４の電圧の変動幅が大きくなる。すなわち、図４に示すＰＷＭ制御では、コンデンサ電圧の上昇する期間と、コンデンサ電圧の下降する期間との間でバランスがとれていないため、コンデンサ４の電圧変動が大きくなっている。

上記のように、一般的なＰＷＭ制御では、コンデンサ４の電圧変動が大きいため、バッテリ２とコンデンサ４との間で、電流のリプルが発生する。本実施形態に係るインバータ制御装置は、コンデンサ４の電圧変動における山の期間と谷の期間のバランスをとることで、コンデンサ４の電圧変動を低減させている。以下、インバータ制御装置の判別部１５及び動作タイミング設定部１６の具体的な制御を説明する。

図５は、判別部１５及び動作タイミング設定部１６の制御フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、判別部１５は、変調率（ＭＩ）、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及びコンデンサ電圧（Ｃ）に基づき、コンデンサ４の電圧変動量（ΔＶ）を演算する。変調率（ＭＩ）は、変調率演算部１３で演算された変調率である。ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）は、電流センサ６の検出電流である。コンデンサ電圧（Ｃ）は、電圧センサ５の検出電圧である。

ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフにより発生する交流成分の電流であって、インバータ１からコンデンサ４への入出力電流である。例えば、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_４、Ｑ_６がオン状態で、スイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_５がオフ状態である場合に、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）は、Ｕ相の相電流（ｉ_ｕ）となる。また、例えば、上アームの全てのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５がオン状態で、下アームの全てのスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６がオフ状態である場合には、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）はゼロとなる。各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のオン、オフの状態は変調率により決まる。そのため、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）は、変調率（ＭＩ）と電流センサ７で検出された相電流（Ｉ_ｕ、Ｉ_ｖ、Ｉ_ｗ）から演算できる。

コンデンサ４の電圧変動量（ΔＶ）を演算するための演算式は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態より異なる。図６は、変調率及びキャリアの特性を示すグラフであって、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態とコンデンサ４の電圧変動量（ΔＶ）との関係を説明するための図である。図６のグラフａが変調率を示し、グラフｂがキャリアを示す。横軸は時間を示す。

図６に示すように、上アームの全てのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５がオン状態で、下アームの全てのスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６がオフ状態である場合の電圧変動量をΔＶ_０とする。上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、２つのスイッチング素子がオン状態で、１つのスイッチング素子がオフ状態の場合（下アームのスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６のうち、２つのスイッチング素子がオフ状態で、１つのスイッチング素子がオン状態の場合）の電圧変動量をΔＶ_１とする。上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、１つのスイッチング素子がオン状態で、２つのスイッチング素子がオフ状態の場合（下アームのスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６のうち、１つのスイッチング素子がオフ状態で、２つのスイッチング素子がオン状態の場合）の電圧変動量をΔＶ_２とする。また、上アームの全てのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５がオフ状態で、下アームの全てのスイッチング素子Ｑ_２、Ｑ_４、Ｑ_６がオン状態である場合の電圧変動量をΔＶ_３とする。

電圧変動量ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３は、下記式（１）〜（４）でそれぞれ表される。

ただし、ＭＩ_ｍｉｎは、各相の変調率のうち、最も低い変調率を示し、ＭＩ_ｍａｘは、各相の変調率のうち、最も高い変調率を示し、ＭＩ_ｍｉｄは、ＭＩ_ｍｉｎとＭＩ_ｍａｘとの間の変調率を示す。

判別部１５は、変調率（ＭＩ）とキャリアから、スイッチング素子のオン、オフ状態を特定し、上記の式（１）〜式（４）の中から電圧変動量を求める式を選択する。そして、判別部１５は、変調率（ＭＩ）、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及びコンデンサ電圧（Ｃ）を、選択した式に代入して、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態に応じた、コンデンサ４の電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）を演算する。これにより、判別部１５は、変調率（ＭＩ）等に対する上記式を用いた演算によって、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態に応じた、コンデンサ４の電圧変動量を特定する。

ステップＳ２にて、判別部１５は、電圧変動量（ΔＶ_１）がゼロ以上であるか否かを判別し、判別結果を動作タイミング設定部１６に出力する。電圧変動量ΔＶ_１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が所定の状態である場合の、コンデンサ４の電圧変化の傾きを表している。所定の状態とは、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、２つのスイッチング素子がオンで状態あり、１つのスイッチング素子がオフ状態である場合を示す。

電圧変動量（ΔＶ_１）がゼロ以上である場合、すなわちコンデンサ４の電圧変化の傾きの符号が正である場合には、ステップＳ３にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（α）を演算する。オフセット値（α）は、変調率（ＭＩ）のオフセット値である。

ステップＳ３の制御フローにおけるオフセット値の演算について、図７を用いて説明する。図７は、変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフであって、図３と同様の図である。変調率は、オフセット前の変調率である。図７の横軸は時間を示す。そして、横軸に表された電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、該当する期間において変動する、コンデンサ４の電圧変動量である。

オフセット前の変調率とキャリアとの比較により決まるスイッチング信号で、インバータ１が制御された場合に、コンデンサ４の電圧は、グラフｃのような特性となる。コンデンサ４の全体の電圧変動量（図７の矢印Ｐで示される幅の大きさ）を小さくするためには、各期間の電圧変動量の関係が下記式（５）を満たすとよい。

また、式（１）〜式（４）で示される電圧変動量の変調率を、オフセット後の変調率に置き換えると、各電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、下記式（６）〜（９）で表される。ただし、変調率のオフセットは、変調率を減算する方向の補正とする。αはオフセット値を示す。

上記の電圧変動の式を、式（５）に代入することで、式（５）は、下記式（１０）のように展開される。

コントローラ１０は、電圧の利用率を制御しているため、変量率は下記式（１１）を満たす。

式（１１）を式（１０）に代入することで、オフセット値（α）は下記式（１２）で表される。

ただし、ＤＣ電流がゼロの場合には、オフセット値（α）は下記式（１３）で表される。

動作タイミング設定部１６は、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及び変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）を、演算式（１２）に代入することで、オフセット値（α）を演算する。ただし、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）がゼロの場合には、動作タイミング設定部１６は、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及び変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）を、演算式（１３）に代入することで、オフセット値（α）を演算する。

ステップＳ４にて、動作タイミング設定部１６は、演算したオフセット値（α）が負の値であるか否かを判定する。オフセット値（α）を用いた補正では、変調率を減算することを前提としているため、オフセット値（α）が正になる場合には、変調率を補正することができない。そのため、オフセット値（α）がゼロ以上である場合（α≧０）には、動作タイミング設定部１６は、変調率をオフセットすることなく、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチング信号を、そのままスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する（ステップＳ４：「Ｎｏ」）。

一方、オフセット値（α）が負である場合（α＜０）には、ステップＳ５にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（α）が下記式（１４）の条件を満たすか否かを判定する。

オフセット値（α）が（−１−ＭＩ_ｍｉｎ）より小さい（負方向へのオフセットが大きい）場合には、オフセット後の変調率の最小値が、−１．０よりも小さくなる場合があり、過変調になってしまう。そのため、オフセット値が式（１４）の条件を満たさない場合には、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（α）を用いた変調率の補正を行わず、後述する制御モード３でスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６を制御する。

一方、オフセット値が式（１４）の条件を満たす場合には、ステップＳ６にて、動作タイミング設定部１６は、制御モード１を適用する。

制御モード１が適用された場合には、ステップＳ７にて、動作タイミング設定部１６は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）に対して、負のオフセット値（α）をそれぞれ加算することで、変調率をオフセットする。

ステップＳ８にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット後の変調率（ＭＩ^’ _ｍｉｎ、ＭＩ^’ _ｍｉｄ、ＭＩ^’ _ｍａｘ）とキャリアとを比較することで、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のスイッチング信号を生成し、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する。スイッチング信号の生成方法は、スイッチング信号生成部１４と同様であるが、変調率がオフセットされているため、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチングの動作タイミングと、動作タイミング設定部１６で生成されたスイッチングの動作タイミングは、以下で説明するように、異なったタイミングとなる。

図８は、オフセット前の変調率でインバータ１を制御した場合のコンデンサ４の電圧変動と、オフセット後の変調率でインバータ１を制御した場合のコンデンサ４の電圧変動とを説明するためのグラフである。図８（ａ）は、図３又は図７と同様のグラフである。図８（ｂ）は、オフセット後の変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフである。

図８（ｂ）に示す変調率（ＭＩ^’ _ｍｉｎ、ＭＩ^’ _ｍｉｄ、ＭＩ^’ _ｍａｘ）は、図８（ａ）と比較してオフセット値（α）分、低くなっている。そして、オフセット値（α）は、コンデンサ４の充電期間中の電圧変動が上記の式（５）を満たすような値になっているため、図８（ｂ）のグラフｃに示すように、コンデンサ４の充電による電圧は、放電期間を間に挟みつつ、一定の傾き、かつ、一定の期間で、周期的に上昇する。そのため、放電から充電に切り替わる時のコンデンサ電圧（コンデンサ電圧の最小値）は一定になり、充電から放電に切り替わる時のコンデンサ電圧（コンデンサ電圧の最大値）も一定になる。そのため、コンデンサ４の全体の電圧変動量（図８（ａ）の矢印Ｑで示される幅の大きさ）は、オフセット前の電圧変動量（図８（ｂ）の矢印Ｐで示される幅の大きさ）と比べて小さくなっている。

また、オフセット値（α）による変調率の補正は、図８（ａ）のコンデンサ電圧特性のグラフで示される期間ｔ_Ａ（グラフの谷の期間）を遅らせつつ、コンデンサ電圧特性のグラフで示される期間ｔ_Ｂ（グラフの山の期間）を早めていることになる。

ここで、期間ｔ_ＡにおけるスイッチングＱ_１〜Ｑ_６のスイッチング動作をオン動作と称し、期間ｔ_ＢにおけるスイッチングＱ_１〜Ｑ_６のスイッチング動作をオフ動作と称する。オン動作は、複数のスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５の全てがオフ状態である時点から、１つ目のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑ_１）がオン状態になり、２つ目のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑ_３）がオン状態になり、全てのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５がオン状態になる時点までのスイッチング動作を示す。また、オフ動作は、スイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５の全てがオン状態である時点から、１つ目のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑ_１）がオフ状態になり、２つ目のスイッチング素子（例えばスイッチング素子Ｑ_３）がオフ状態になり、全てのスイッチング素子がオフ状態になる時点までのスイッチング動作を示す。

図８に示すように、動作タイミング設定部１６は、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるオン動作のタイミング（期間：ｔ_Ａ）よりも、オフセット後のオン動作のタイミング（期間：ｔ^’ _Ａ）を遅らせて、かつ、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるオフ動作のタイミング（期間：ｔ_Ｂ）よりも、オフセット後のオフ動作のタイミング（期間：ｔ^’ _Ｂ）を早めるように、スイッチング動作のタイミングを設定している。これにより、本実施形態は、コンデンサ電圧の上昇する期間と、コンデンサ電圧の下降する期間との間でバランスをとり、コンデンサ４の電圧変動を低減させている。

また、変調率がオフセットされることで、オン動作のタイミングが遅れた場合には、オン動作を遅らせた期間の分だけ、オフ動作のタイミングが早まっている。そのため、キャリアの半周期でみたときに、スイッチング素子のＱ_１〜Ｑ_６のオン時間とオフ時間は、オフセットの前後で変わっていない。すなわち、動作タイミング設定部１６は、変調率をオフセットする際に、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のデューティ比を維持しつつ、オン動作のタイミング及びオフ動作のタイミングを設定している。

ステップＳ８の判定で、電圧変動量（ΔＶ_１）がゼロ未満である場合には、ステップＳ９にて、電圧変動量（ΔＶ_２）がゼロ以上であるか否かを判別し、判別結果を動作タイミング設定部１６に出力する。電圧変動量ΔＶ_２は、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６が所定の状態である場合の、コンデンサ４の電圧変化の傾きを表している。所定の状態とは、上アームのスイッチング素子Ｑ_１、Ｑ_３、Ｑ_５のうち、１つのスイッチング素子がオンで状態あり、２つのスイッチング素子がオフ状態である場合を示す。

電圧変動量（ΔＶ_２）がゼロ以上である場合には、ステップＳ９にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（β）を演算する。オフセット値（β）は、変調率（ＭＩ）のオフセット値である。

ステップＳ１０の制御フローにおけるオフセット値の演算について、図９を用いて説明する。図９は、変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフであって、図４と同様の図である。変調率は、オフセット前の変調率である。図９の横軸は時間を示す。そして、横軸に表された電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、該当する期間において変動する、コンデンサ４の電圧変動量である。

オフセット前の変調率とキャリアとの比較により決まるスイッチング信号で、インバータ１が制御された場合に、コンデンサ４の電圧は、グラフｃのような特性となる。コンデンサ４の全体の電圧変動量（図９の矢印Ｐで示される幅の大きさ）を小さくするためには、各期間の電圧変動量の関係が下記式（１５）を満たすとよい。

また、式（１６）〜式（１９）で示される電圧変動量の変調率を、オフセット後の変調率に置き換えると、各電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、下記式（１６）〜（１９）で表される。ただし、変調率のオフセットは、変調率を加算する方向の補正とする。βはオフセット値を示す。

上記の電圧変動の式を、式（１５）に代入することで、式（１５）は、下記式（２０）のように展開される。

コントローラ１０は、電圧の利用率を制御しているため、変調率は下記式（２１）を満たす。

式（２１）を式（１０）に代入することで、オフセット値（β）は下記式（２２）で表される。

ただし、ＤＣ電流がゼロの場合には、オフセット値（β）は下記式（２３）で表される。

動作タイミング設定部１６は、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及び変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）を、演算式（２２）に代入することで、オフセット値（β）を演算する。ただし、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）がゼロの場合には、動作タイミング設定部１６は、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）及び変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）を、演算式（２３）に代入することで、オフセット値（β）を演算する。

ステップＳ１１にて、動作タイミング設定部１６は、演算したオフセット値（β）が正の値であるか否かを判定する。オフセット値（β）を用いた補正では、変調率を加算することを前提としているため、オフセット値（α）が負になる場合には、変調率を補正することができない。そのため、オフセット値（β）がゼロ以下である場合（β≦０）には、動作タイミング設定部１６は、変調率をオフセットすることなく、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチング信号を、そのままスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する（ステップＳ１１：「Ｎｏ」）。

一方、オフセット値（β）が正である場合（β＞０）には、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（β）が下記式（２４）の条件を満たすか否かを判定する。

オフセット値（β）が（１−ＭＩ_ｍａｘ）より大きい場合には、オフセット後の変調率の最大値が、１．０よりも大きくなる場合があり、過変調になってしまう。そのため、オフセット値が式（２４）の条件を満たさない場合には、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（β）を用いた変調率の補正を行わず、後述する制御モード４でスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６を制御する。

一方、オフセット値が式（２４）の条件を満たす場合には、ステップＳ１３にて、動作タイミング設定部１６は、制御モード２を適用する。

制御モード２が適用された場合には、ステップ１３にて、動作タイミング設定部１６は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）に対して、正のオフセット値（β）をそれぞれ加算することで、変調率をオフセットする。

ステップＳ１５にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット後の変調率とキャリアとを比較することで、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のスイッチング信号を生成し、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する。スイッチング信号の生成方法は、スイッチング信号生成部１４と同様であるが、変調率がオフセットされているため、スイッチング信号生成部１４で生成されたスイッチングの動作タイミングと、動作タイミング設定部１６で生成されたスイッチングの動作タイミングは、以下で説明するように、異なったタイミングとなる。

図１０は、オフセット前の変調率でインバータ１を制御した場合のコンデンサ４の電圧変動と、オフセット後の変調率でインバータ１を制御した場合のコンデンサ４の電圧変動とを説明するためのグラフである。図１０（ａ）は、図４又は図９と同様のグラフである。図１０（ｂ）は、オフセット後の変調率の特性、キャリア、及び、コンデンサ４の電圧特性を示すグラフである。

図１０（ｂ）に示す変調率（ＭＩ^’ _ｍｉｎ、ＭＩ^’ _ｍｉｄ、ＭＩ^’ _ｍａｘ）は、図１０（ａ）と比較してオフセット値（β）分、高くなっている。そして、オフセット値（β）は、コンデンサ４の充電期間中の電圧変動が上記の式（１５）を満たすような値になっており、図１０（ｂ）のグラフｃに示すように、コンデンサ４の放電による電圧は、充電期間を間に挟みつつ、一定の傾き、かつ、一定の期間で、周期的に下降する。そのため、放電から充電に切り替わる時のコンデンサ電圧（コンデンサ電圧の最小値）は一定になり、充電から放電に切り替わる時のコンデンサ電圧（コンデンサ電圧の最大値）も一定になる。コンデンサ４の全体の電圧変動量（図８（ａ）の矢印Ｑで示される幅の大きさ）は、オフセット前の電圧変動量（図８（ｂ）の矢印Ｐで示される幅の大きさ）と比べて小さくなっている。

また、オフセット値（β）による変調率の補正は、図１０（ａ）のコンデンサ電圧特性のグラフで示される期間ｔ_Ｃ（グラフの山の期間）を早めつつ、コンデンサ電圧特性のグラフで示される期間ｔ_Ｂ（グラフの谷の期間）を遅らせていることになる。

ここで、期間ｔ_ＣにおけるスイッチングＱ_１〜Ｑ_６のスイッチング動作をオン動作と称し、期間ｔ_ＤにおけるスイッチングＱ_１〜Ｑ_６のスイッチング動作をオフ動作と称する。オン動作におけるスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の動作、及び、オフ動作におけるスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の動作は、上記と同様である。

図１０に示すように、動作タイミング設定部１６は、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるオン動作のタイミング（期間：ｔ_Ｃ）よりも、オフセット後のオン動作のタイミング（期間：ｔ^’ _Ｃ）を早めて、かつ、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるオフ動作のタイミング（期間：ｔ_Ｄ）よりも、オフセット後のオフ動作のタイミング（期間：ｔ^’ _Ｄ）を遅らせるように、スイッチング動作のタイミングを設定している。これにより、本実施形態では、コンデンサ電圧の上昇する期間と、コンデンサ電圧の下降する期間との間でバランスをとり、コンデンサ４の電圧変動を低減させている。

また、変調率がオフセットされることで、オン動作のタイミングが早まる場合には、オン動作を早めた期間の分だけ、オフ動作のタイミングが遅くなっている。そのため、キャリアの半周期でみたときに、スイッチング素子のＱ_１〜Ｑ_６のオン時間とオフ時間は、オフセットの前後で変わっていない。すなわち、動作タイミング設定部１６は、変調率をオフセットする際に、オフセット前の変調率とキャリアとの比較で定まるスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のデューティ比を維持しつつ、オン動作のタイミング及びオフ動作のタイミングを設定している。

ステップＳ５の判定で、オフセット値（α）が式（１４）の条件を満たさない場合には、ステップＳ１６にて、動作タイミング設定部１６は、制御モード３を適用する。

制御モード３が適用された場合には、ステップＳ１７にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（γ）を演算する。オフセット値（γ）は、変調率（ＭＩ）のオフセット値である。

制御モード３では、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）のうち、最も高い変調率（ＭＩ_ｍａｘ）を最大値（１）に固定し、残りの相の変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）を、変調率（ＭＩ_ｍａｘ）と最大値（１）との差分（１−ＭＩ_ｍａｘ）だけ、オフセットする。すなわち、動作タイミング設定部１６は、最大値（変調の上限値）から変調率（ＭＩ_ｍａｘ）を減算することで、オフセット値（γ）を演算する。

ステップＳ１８にて、動作タイミング設定部１６は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）に対して、正のオフセット値（γ）をそれぞれ加算することで、変調率をオフセットする。

ステップＳ１９にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット後の変調率とキャリアとを比較することで、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のスイッチング信号を生成する。動作タイミング設定部１６は、各相のスイッチング信号のうち、変調率（電圧指令値に相当）が最も高い相のスイッチング信号と、変調率が最も低い相のスイッチング信号を、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する実際のスイッチング信号として設定する。これにより、３相のうち、２相のスイッチング信号が設定される。

ステップＳ２０にて、動作タイミング設定部１６は、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を分割し、分割されたスイッチング信号を、残り１相のスイッチング信号に設定する。

ステップＳ１８からステップＳ２０までの制御フローについて、図１１及び図１２を用いて説明する。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、キャリア、変調率、各相のスイッチング信号、及び、コンデンサ４の電圧変動の特性を示したグラフである。図１１（ａ）はオフセット前の特性を示し、図１１（ｂ）はオフセット後の特性を示し、図１１（ｃ）はスイッチング信号の分割後の特性を示す。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、グラフａが変調率を示し、グラフｂがキャリアを示し、グラフｃがコンデンサの電圧を示す。また、パルスは、各相のスイッチング信号を示す。なお、図１１を用いた説明では、説明の便宜上、最も高い電圧指令値の相をｕ相とし、最も低い電圧指令値の相をｗ相としている。横軸は時間を示す。

ステップＳ１８の制御フローによって、オフセット後の変調率（ＭＩ_ｍａｘ ^’、ＭＩ_ｍｉｄ ^’、ＭＩ_ｍｉｎ ^’）は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ_ｍａｘ、ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）に、正のオフセット値（γ）を加えた値となる。オフセット後の変調率（ＭＩ_ｍａｘ ^’）は、インバータ制御における変調の上限値（１．０）となる。

ステップＳ１９の制御フローにより、オフセット後の変調率（ＭＩ_ｍａｘ ^’）とキャリアとの比較により演算されるスイッチング信号が、Ｕ相のスイッチング信号となる。また、オフセット後の変調率（ＭＩ_ｍｉｎ ^’）とキャリアとの比較により演算されるスイッチング信号が、Ｗ相のスイッチング信号となる。なお、Ｕ相のスイッチング素子は常にオン状態となる。

変調率をオフセットした後のコンデンサ４の電圧変動量を小さくするためには、キャリアの半周期内で、放電期間の前後に位置する充電期間におけるコンデンサ電圧の変動量が、同程度になればよい。

図１１（ｃ）に示すコンデンサ電圧の特性が、本実施形態において、コンデンサ４の電圧変動量を小さくしたときの特性である。オフセット後の変調率から得られる電圧変動量（ΔＶ_１）を、電圧変動量（ｘ・ΔＶ_１）と電圧変動量（（１−ｘ）・ΔＶ_１）に分割する。ｘは、オフセット後の変調率に対して、分割された電圧変動量の割合を表す係数であって、ｖ相のスイッチング信号で表されるオン期間の分配比を示す。分割された電圧変動量を用いて、オフセットした後のコンデンサ４の電圧変動量を表すと、キャリアの半周期内で前に位置する電圧変動量は、ΔＶ_０＋ｘΔＶ_１となり、後に位置する電圧変動量は、（１−ｘ）ΔＶ_１となる。

オフセット後の変調率とスイッチング信号との比較から得られる電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、下記式（２５）〜下記式（２８）で表される。

そして、コンデンサ４の全体の電圧変動量を抑制するためには、各充電期間の電圧変動量の関係が下記式（２９）を満たすとよい。

式（２９）を展開して、式（２５）及び式（２６）を代入することで、ｘは下記式（３０）で表される。

動作タイミング設定部１６は、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）、及び変調率を用いて、式（３０）より、分割係数（ｘ）を演算する。また、動作タイミング設定部１６は、分割係数（ｘ）を用いて、下記式（３１）及び（３２）より、分割パルスを生成するための変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）を演算する。

図１２は、変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）、キャリア及び分割されたスイッチング信号を示すグラフである。

変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）を演算した後、動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_０００）とキャリアとを比較することでパルスＰ_ａを生成する。動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_０００）がキャリアより高い期間を、パルスＰ_ａのハイレベルの期間とする。図１２（ａ）に示すパルスが、パルスＰ_ａを表している。

また、動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_１８０）とキャリアとを比較することでパルスＰ_ｂを生成する。変調率（ＭＩ_１８０）と比較されるキャリアは、変調率（ＭＩ_０００）と比較されたキャリアに対して、π／２分ずれている。動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_１８０）がキャリアより高い期間を、パルスＰ_ｂのハイレベルの期間とする。図１２（ｂ）に示すパルスが、パルスＰ_ｂを表している。

そして、動作タイミング設定部１６は、パルスＰ_ａとパルスＰ_ｂとの論理和をとることで、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を生成する。図１２（ｃ）に示すパルスが、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号である。これにより、動作タイミング設定部１６は、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を分割し、分割されたスイッチング信号を、残り１相（Ｖ相）のスイッチング信号に設定する。動作タイミング設定部１６は、ステップＳ１９の制御フロー及びステップＳ２０の制御フローで設定されたスイッチング信号を、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力して、インバータ１を制御する。

上記のように、ステップＳ２０の制御フローにおいて、動作タイミング設定部１６は、キャリアの半周期でみたときに、放電期間より前の充電期間における電圧変動量と、放電期間より後の充電期間における電圧変動量が同程度になるように、中間変調率の相のスイッチング信号が補正される。図１１に示すように、インバータ１が補正後のスイッチング信号で制御された場合に、コンデンサ４の電圧変動量（図１１（ｃ）の矢印Ｑで示される幅の大きさ）は、スイッチング信号を補正しないときの電圧変動量（図１１（ｂ）の矢印Ｐ_２で示される幅の大きさ）よりも小さく、かつ、変調率を補正しないときの電圧変動量（図１１（ａ）の矢印Ｐ_１で示される幅の大きさ）よりも小さくなる。

ステップＳ１２の判定で、オフセット値（β）が式（２４）の条件を満たさない場合には、ステップＳ２１にて、動作タイミング設定部１６は、制御モード４を適用する。

制御モード４が適用された場合には、ステップＳ２２にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット値（δ）を演算する。オフセット値（δ）は、変調率（ＭＩ）のオフセット値である。

制御モード３では、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）のうち、最も低い変調率（ＭＩ_ｍｉｎ）を最小値（−１．０）に固定し、残りの相の変調率（ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍａｘ）を、変調率（ＭＩ_ｍｉｎ）と最小値（−１．０）との差分（−１−ＭＩ_ｍｉｎ）だけ、オフセットする。すなわち、動作タイミング設定部１６は、最小値（変調の下限値）から変調率（ＭＩ_ｍｉｎ）を減算することで、オフセット値（δ）を演算する。オフセット値（δ）は、負の値となる。

ステップＳ２３にて、動作タイミング設定部１６は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ）に対して、負のオフセット値（δ）をそれぞれ加算することで、変調率をオフセットする。

ステップＳ２４にて、動作タイミング設定部１６は、オフセット後の変調率とキャリアとを比較することで、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のスイッチング信号を生成する。動作タイミング設定部１６は、各相のスイッチング信号のうち、変調率（電圧指令値に相当）が最も高い相のスイッチング信号と、変調率が最も低い相のスイッチング信号を、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力する実際のスイッチング信号として設定する。これにより、３相のうち、２相のスイッチング信号が設定される。

ステップＳ２５にて、動作タイミング設定部１６は、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を分割し、分割されたスイッチング信号を、残り１相のスイッチング信号に設定する。

ステップＳ２３からステップＳ２５までの制御フローについて、図１３及び図１４を用いて説明する。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、キャリア、変調率、各相のスイッチング信号、及び、コンデンサ４の電圧変動の特性を示したグラフである。図１３（ａ）はオフセット前の特性を示し、図１３（ｂ）はオフセット後の特性を示し、図１３（ｃ）はスイッチング信号の分割後の特性を示す。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、グラフａが変調率を示し、グラフｂがキャリアを示し、グラフｃがコンデンサの電圧を示す。また、パルスは、各相のスイッチング信号を示す。なお、図１３を用いた説明では、説明の便宜上、最も高い電圧指令値の相をＵ相とし、最も低い電圧指令値の相をＷ相としている。横軸は時間を示す。

ステップＳ２３の制御フローによって、オフセット後の変調率（ＭＩ^’ _ｍａｘ、ＭＩ^’ _ｍｉｄ、ＭＩ^’ _ｍｉｎ）は、変調率演算部１３で演算された各変調率（ＭＩ_ｍａｘ、ＭＩ_ｍｉｄ、ＭＩ_ｍｉｎ）に、負のオフセット値（δ）を加えた値となる。オフセット後の変調率（ＭＩ_ｍｉｎ ^’）は、インバータ制御における変調の下限値（−１．０）となる。

ステップＳ２４の制御フローにより、オフセット後の変調率（ＭＩ^’ _ｍａｘ）とキャリアとの比較により演算されるスイッチング信号が、Ｕ相のスイッチング信号となる。また、オフセット後の変調率（ＭＩ^’ _ｍｉｎ）とキャリアとの比較により演算されるスイッチング信号が、Ｗ相のスイッチング信号となる。なお、Ｗ相のスイッチング素子は常にオフ状態となる。

変調率をオフセットした後のコンデンサ４の電圧変動量を小さくするためには、キャリアの半周期内で、放電期間の前後に位置する充電期間におけるコンデンサ電圧の変動量が、同程度になればよい。

図１３（ｃ）に示すコンデンサ電圧の特性が、本実施形態において、コンデンサ４の電圧変動量を小さくしたときの特性である。オフセット後の変調率から得られる電圧変動量（ΔＶ_２）を、電圧変動量（ｘ・ΔＶ_２）と電圧変動量（（１−ｘ）・ΔＶ_２）に分割する。ｘは、オフセット前の変調率に対して、分割された電圧変動量の割合を表す係数である。分割された電圧変動量を用いて、スイッチング信号の分割後のコンデンサ４の電圧変動量を表すと、キャリアの半周期内で前に位置する電圧変動量は、（１−ｘ）ΔＶ_２となり、後に位置する電圧変動量は、ｘΔＶ_２＋ΔＶ_３となる。

オフセット後の変調率とスイッチング信号との比較から得られる電圧変動量（ΔＶ_０、ΔＶ_１、ΔＶ_２、ΔＶ_３）は、下記式（３３）〜下記式（３６）で表される。

そして、コンデンサ４の全体の電圧変動量を抑制するためには、各充電期間の電圧変動量の関係が下記式（３７）を満たすとよい。

式（３７）を展開して、式（３５）及び式（３６）を代入することで、ｘは下記式（３８）で表される。

動作タイミング設定部１６は、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）、ＡＣ電流（ｉ_ｂｂ）、及び変調率を用いて、式（３０）より、分割係数（ｘ）を演算する。また、動作タイミング設定部１６は、分割係数（ｘ）を用いて、下記式（３９）及び（４０）より、分割パルスを生成するための変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）を演算する。

図１４は、変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）、キャリア及び分割されたスイッチング信号を示すグラフである。

変調率（ＭＩ_０００、ＭＩ_１８０）を演算した後、動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_０００）とキャリアとを比較することでパルスＰ_ｃを生成する。動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_０００）がキャリアより高い期間を、パルスＰ_ｃのハイレベルの期間とする。図１４（ａ）に示すパルスが、パルスＰ_ｃを表している。

また、動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_１８０）とキャリアとを比較することでパルスＰ_ｄを生成する。変調率（ＭＩ_１８０）と比較されるキャリアは、変調率（ＭＩ_０００）と比較されたキャリアに対して、π／２分ずれている。動作タイミング設定部１６は、変調率（ＭＩ_１８０）がキャリアより高い期間を、パルスＰ_ｄのハイレベルの期間とする。図１４（ｂ）に示すパルスが、パルスＰ_ｄを表している。

そして、動作タイミング設定部１６は、パルスＰ_ｃとパルスＰ_ｄとの論理積をとることで、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を生成する。図１４（ｃ）に示すパルスが、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号である。これにより、動作タイミング設定部１６は、変調率の大きさが中間になる相のスイッチング信号を分割し、分割されたスイッチング信号を、残り１相（Ｖ相）のスイッチング信号に設定する。動作タイミング設定部１６は、ステップＳ２４の制御フロー及びステップＳ２５の制御フローで設定されたスイッチング信号を、各スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６に出力して、インバータ１を制御する。

上記のように、ステップＳ２５の制御フローにおいて、動作タイミング設定部１６は、キャリアの半周期でみたときに、放電期間より前の充電期間における電圧変動量と、放電期間より後の充電期間における電圧変動量が同程度になるように、中間変調率の相のスイッチング信号が補正される。図１３に示すように、インバータ１が補正後のスイッチング信号で制御された場合に、コンデンサ４の電圧変動量（図１３（ｂ）の矢印Ｑで示される幅の大きさ）は、スイッチング信号を補正しないときの電圧変動量（図１３（ａ）の矢印Ｐ_２で示される幅の大きさ）よりも小さく、かつ、変調率を補正しないときの電圧変動量（図１３（ａ）の矢印Ｐ_１で示される幅の大きさ）よりも小さくなる。

上記のように、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の状態に応じて、コンデンサ４の電圧変化（ΔＶ_１、ΔＶ_２）を特定し、電圧変化（ΔＶ_１、ΔＶ_２）の傾きの符号を判別する。そして、電圧変化（ΔＶ_１）の傾きの符号が正である場合には、電圧指令値とキャリアとの比較により定まるスイッチング動作のタイミングよりも、オン動作のタイミングを遅らせオフ動作のタイミングを早める。また、電圧変化（ΔＶ_１）の傾きの符号が負であり、かつ、電圧変化（ΔＶ_２）の傾きの符号が正である場合には、電圧指令値とキャリアとの比較により定まるスイッチング動作のタイミングよりも、オン動作のタイミングを早めてオフ動作のタイミングを遅らせる。これにより、本実施形態では、コンデンサ電圧の上昇期間と下降期間のバランスが保たれるように、スイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６の動作タイミングが制御されるため、コンデンサの電圧の変動を抑制できる。その結果として、リップル電流を抑制できる。

また本実施形態では、電圧指令値とキャリアとの比較により定まる複数のスイッチング素子Ｑ_１〜Ｑ_６のデューティ比を維持しつつ、オン動作のタイミングとオフ動作のタイミングをそれぞれ設定する。これにより、コンデンサの電圧の変動を抑制しつつ、モータ３の出力変動を抑制できる。

また本実施形態では、電圧変化（ΔＶ_１）の傾きの符号が正である場合に、各相の電圧指令値に対して負のオフセット値（α）を加えた指令値と、キャリアとを比較することで、オン動作のタイミングと、オフ動作のタイミングとをそれぞれ設定する。また、電圧変化（ΔＶ_１）の傾きの符号が負であり、かつ、電圧変化（ΔＶ_２）の傾きの符号が正である場合に、各相の電圧指令値に対して正のオフセット値（β）を加えた指令値と、キャリアとを比較することで、オン動作のタイミングと、オフ動作のタイミングとをそれぞれ設定する。これにより，既存のインバータの制御システムに、本実施形態に係るインバータ制御を適用できる。

また本実施形態では、式（５）を満たすように負のオフセット値（α）を演算し、式（１５）を満たすように正のオフセット値（β）を演算する。これにより、通常動作時（ｉ_ｄｃ≠０のとき）に、最適なオフセット値を演算できる。

また本実施形態では、ＤＣ電流（ｉ_ｄｃ）がゼロである場合には、式（１３）を満たすように負のオフセット値（α）を演算し、式（２３）を満たすように正のオフセット値（β）を演算する。これにより、特異動作時（ｉ_ｄｃ＝０のとき）に、最適なオフセット値を演算できる。

なお、本実施形態では、オフセット値（α）等の演算を説明するために、演算式を用いたが、オフセット値（α）等の演算は、例えば、変調率（ＭＩ）とオフセット値との対応関係を示すマップを予め記憶しておき、当該マップを参照することで、オフセット値を演算してもよい。また、本実施形態では、オフセットされる対象を、変調率（ＭＩ）として説明しているが、電圧指令値をオフセットすることで、上記の制御を行ってもよい。

上記スイッチング信号生成部１４及び動作タイミング設定部１６が本発明に係る「タイミング設定部」に相当する。なお、本実施形態では、電圧指令値を変調率に変換しているため、変調率をオフセットしたが、電圧指令値をオフセットしてもよい。

１…インバータ
２…バッテリ
３…モータ
４…コンデンサ
５…電圧センサ
６、７…電流センサ
８…回転子位置センサ
１０…コントローラ
１１…電流指令値演算部
１２…電圧指令値演算部
１３…変調率演算部
１４…スイッチング信号生成部
１５…判別部
１６…動作タイミング設定部
Ｄ_１〜Ｄ_６…整流素子（還流ダイオード）
Ｑ_１〜Ｑ_６…スイッチング素子

Claims (5)

1. 電源から供給される電力を多相交流電力に変換してモータに出力するインバータ制御装置であって、
   直列接続された複数のスイッチング素子を三相に接続したインバータと、
   前記インバータを制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記電源と前記インバータとの間に接続されたコンデンサの電圧変化の傾きの符号を、前記スイッチング素子のオン及びオフの状態に応じて判別する判別部と、
   前記モータの電圧指令値とキャリアとを比較して、前記複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り換えるタイミングを設定するタイミング設定部を有し、
   前記判別部は、
   前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子のうち、２つのスイッチング素子がオン状態であり、かつ、１つのスイッチング素子がオフ状態である場合に変化する前記コンデンサの電圧変化を、第１電圧変化として、特定し、
   前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子のうち、１つのスイッチング素子がオン状態であり、かつ、２つのスイッチング素子がオフ状態である場合に変化する前記コンデンサの電圧変化を、第２電圧変化として、特定し、
   前記タイミング設定部は、
   前記第１電圧変化の傾きの符号が正である場合には、前記電圧指令値とキャリアとの比較により定まる前記複数のスイッチング素子の動作タイミングよりも、オン動作のタイミングを遅らせオフ動作のタイミングを早め、
   前記第１電圧変化の傾きの符号が負であり、かつ、前記第２電圧変化の符号が正である場合には、前記電圧指令値と前記キャリアとの比較により定まる前記複数のスイッチング素子の動作タイミングよりも、オン動作のタイミングを早めてオフ動作のタイミングを遅らせ、
   前記オン動作は、前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子の全てがオフ状態である時点から、１つ目のスイッチング素子がオン状態になり、２つ目のスイッチング素子がオン状態になり、全てのスイッチング素子がオン状態になる時点までのスイッチング動作を示し、
   前記オフ動作は、前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子の全てがオン状態である時点から、１つ目のスイッチング素子がオフ状態になり、２つ目のスイッチング素子がオフ状態になり、全てのスイッチング素子がオフ状態になる時点までのスイッチング動作を示す
   インバータ制御装置。
2. 請求項１記載のインバータ制御装置において、
   前記インバータは、スイッチング信号に基づき前記複数のスイッチング素子のオン、オフを切り替え、
   前記タイミング設定部は、
   前記電圧指令値と前記キャリアとの比較により定まる前記スイッチング信号のデューティ比を維持しつつ、前記オン動作のタイミングと前記オフ動作のタイミングをそれぞれ設定する
   インバータ制御装置。
3. 請求項１又は２記載のインバータ制御装置において、
   前記タイミング設定部は、
   前記第１電圧変化の符号が正である場合には、各相の前記電圧指令値に対して負のオフセット値を加えた指令値と、前記キャリアとを比較することで、前記動作タイミングより遅らせる前記オン動作のタイミングと、前記動作タイミングより早める前記オフ動作のタイミングとをそれぞれ設定し、
   前記第１電圧変化の符号が負であり、かつ、前記第２電圧変化の符号が正である場合には、各相の前記電圧指令値に対して正のオフセット値を加えた指令値と、前記キャリアとを比較することで、前記動作タイミングより早める前記オン動作のタイミングと、前記動作タイミングより遅らせる前記オフ動作のタイミングとをそれぞれ設定する
   インバータ制御装置。
4. 請求項３に記載のインバータ制御装置において、
   前記タイミング設定部は、
   下記式（１）を満たすように、前記負のオフセット値を演算し、
   下記式（２）を満たすように、前記正のオフセット値を演算する
   インバータ制御装置。
   

   

   

   ただし、
   Δｖ_０は、前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子の全てがオン状態の場合に変化する前記コンデンサの電圧変化量を示し、
   Δｖ_１は、前記第１電圧変化で変化する前記コンデンサの電圧変化量を示し、
   Δｖ_２は、前記第２電圧変化で変化する前記コンデンサの電圧変化量を示し、
   Δｖ_３は、前記インバータの高電位側に接続された前記複数のスイッチング素子の全てがオフ状態の場合に変化する前記コンデンサの電圧変化量を示す。
5. 請求項３又は４記載のインバータ制御装置において、
   前記タイミング設定部は、
   前記電源から出力される電流がゼロである場合には、下記式（３）で表されるオフセット値を、前記負のオフセット値として設定し、下記式（４）で表されるオフセット値を、前記正のオフセット値として設定する
   インバータ制御装置。
   

   

   

   ただし、αは前記負のオフセット値を示し、βは前記正のオフセット値を示し、ＭＩ_ｍａｘは前記各相の電圧指令値のうち最も高い電圧指令値を示し、ＭＩ_ｍｉｎは、前記各相の電圧指令値のうち最も低い電圧指令値を示し、ＭＩ_ｍｉｄは前記各相の電圧指令値のうちＭＩ_ｍａｘとＭＩ _ｍｉｎ との間の電圧指令値を示す。

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