JP6638508B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機制御装置に係り、特に、デッドタイムが回転電機への出力電圧に及ぼす影響を加味して当該出力電圧を制御する回転電機制御装置に関する。

回転電機を制御する装置としては、三相のブラシレスモータのような多相の回転電機を制御するものが知られている。また、回転電機制御装置の中には、回転電機への出力電圧（印加電圧）を制御するものがある。このような装置では、インバータ等の制御回路が設けられており、当該制御回路中のスイッチング素子のオンオフを切り替えることで、回転電機への出力電圧をパルス幅変調方式にて制御することが可能である。特に、多相の回転電機を制御する場合、上記の制御回路中の高電位側及び低電位側の各々にスイッチング素子を配置し、各々のスイッチング素子にオンオフ動作を実施させる。これら２つのスイッチング素子は、通常、直列状態で接続されている。また、高電圧側スイッチング素子及び低電圧側スイッチング素子の組み合わせは、回転電機の相数と同じ数だけ備えられている。

また、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の双方を有する回路において、これら２つの素子が同時にオンすると短絡が生じてしまう。このような事態を防止するために、スイッチング素子がオンオフするタイミングに対してデッドタイムを設定することがある。このデッドタイムが設定されることにより、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のうちの一方がオンするタイミングを、他方がオフするタイミングよりも遅らせる結果、上記の短絡が回避されるようになる。

ただし、デッドタイムを設定すると、その影響が不可避的に回転電機への出力電圧に及んでしまい、具体的には、実際に出力される電圧がデッドタイム設定による影響に応じた分だけ低下する。このようなデッドタイム設定による影響を考慮し、回転電機への出力電圧を制御する際の制御対象値（例えば、指令電圧）を補正することがある（例えば、特許文献１参照）。

デッドタイム設定の影響に対する補正の従来例について説明すると、デッドタイムが設定された相の電圧（相電圧）を正弦波パルス幅変調方式にて制御する場合、デッドタイム設定の影響によって所定範囲のデューティ比（以下、ＤＴ％）を採用することができなくなるために、実際の出力電圧の波形が理想的な正弦波の波形（例えば変調率１００％の波形）となり得なくなる。そのため、従来では、相電圧を制御する際に、図８に図示したように相電圧の出力値（厳密には、出力値の絶対値）がＤＴ％に相当する値になるまでの間は正弦波パルス変調方式にて制御していた。その一方で、出力値がＤＴ％に相当する値に達すると、その時点から一定の期間（図８中の期間Ｘ）が経過するまで正弦波パルス変調方式による制御を中断し、デューティ比を１００％若しくは−１００％に補正して矩形波制御を行っていた。つまり、相電圧の出力値は、ＤＴ％に相当する値に達すると、直ちにデューティ比１００％に相当する値に達し、期間Ｘ中、当該値で保持されることになる。

なお、図８は、デッドタイム設定の影響に対する補正に関する従来例を説明するための図である。図中の縦軸は、相電圧の出力値をデューティ比換算で示しており、横軸は、モータの回転位置を電気角にて示している。また、図中のグラフ波形Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗは、従来例において三相のブラシレスモータを制御した際の各相の相電圧の変化を示すものである。

特開２０１２−２４４７３５号公報

しかしながら、上記の補正方法では、補正された相電圧の出力量（相電圧の出力値に回転角を乗じて得られる量）が、電圧波形が理想的な正弦波となるように制御された場合の出力量よりも大きくなる。具体的に説明すると、デッドタイム設定の影響に対する補正を行った場合には、期間Ｘにおける相電圧の出力量が図８中、ハッチングが施された部分の面積に相当する分だけ大きくなる。このように出力量が増加してしまうことで、補正がなされた相と他の相との間で相電圧の出力バランスが崩れてしまう。この結果、相間電圧に歪みが生じ、それに起因して回転電機に流れる電流が変動し、ひいては電流変動に伴って回転斑が生じるようになる。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、相間電圧の歪みの発生を抑えつつデッドタイム設定の影響に対する補正を行うことが可能な回転電機制御装置を提供することにある。

前記課題は、本発明の回転電機制御装置によれば、多相の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、高電位側に配置される高電位側スイッチング素子と、低電位側に配置される低電位側スイッチング素子と、の組み合わせを相毎に備えた回路部と、該回路部から前記回転電機への出力電圧を制御するために、前記回路部における前記相毎の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子にスイッチング動作を実施させる制御部と、を備え、同じ相の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のうちの一方は、他方がオフするタイミングよりもデッドタイムの分だけ遅れたタイミングにてオンし、前記制御部は、前記デッドタイムが設定された相の電圧を、該電圧の出力値に関する波形が前記デッドタイムの設定による影響を受けていない理想波形となるように正弦波パルス幅変調方式にて制御する第一制御処理と、前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が設定値に維持されるように制御する第二制御処理と、を交互に繰り返して実行し、前記設定値は、前記第二制御処理の実行期間中、前記理想波形におけるピーク値よりも前記影響に応じた分だけ低い値以上、かつ、前記ピーク値以下の範囲内で段階的に変化し、前記制御部は、前記第二制御処理において、前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が前記ピーク値よりも前記影響に応じた分だけ低い前記設定値に維持されるように制御する第一電圧維持処理と、前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が前記ピーク値に等しい前記設定値に維持されるように制御する第二電圧維持処理と、を実行し、一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、前記回転電機の回転速度の目標値に応じて決定されることにより解決される。

上記のように構成された本発明の回転電機制御装置によれば、第一制御処理と第二制御処理とを交互に繰り返して実行する。第一制御処理では、デッドタイムが設定された相の電圧を、その出力値に関する波形が理想的な正弦波となるように正弦波パルス幅変調方式にて制御する。他方、第二制御処理では、デッドタイムが設定された相の電圧を、その出力値の絶対値が設定値に維持されるように制御する。また、当該設定値については、理想波形におけるピーク値よりもデッドタイム設定の影響に応じた分だけ低い値以上、かつ、ピーク値以下の範囲内で段階的に変化する。これにより、デッドタイム設定の影響に対する補正を行ったときに、電圧波形が理想的な正弦波となるように制御された場合に比べて出力量が大きくなってしまうのを抑えることが可能となる。この結果、相間電圧の歪みの発生を効果的に抑制することが可能となる。

上記の構成では、第二制御処理において変化する設定値が二種類となる。かかる構成であれば、設定値の変化が二段階で行われるため、第二制御処理の内容がよりシンプルになる。

また、上記の回転電機制御装置において、一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、前記回転電機の回転速度の実測値に応じて決定されるとよい。
上記の構成では、一回の第二制御処理における第一電圧維持処理の実行期間、及び、第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さを適当な長さに決めることにより、デッドタイムが設定された相の電圧についての出力量を調整することが可能となる。この際、各処理の実行期間の長さを回転電機の回転速度の目標値や実測値に応じて決めれば、上記出力量を合理的に調整することが可能となる。

また、上記の回転電機制御装置において、一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、下記の第一算出方法によって算出された第一算出値と下記の第二算出方法によって算出された第二算出値とが等しくなるように決定されるとよい。
（第一算出方法）：前記第二制御処理にて前記デッドタイムが設定された相の電圧を制御したときの前記出力値の波形を、一回の前記第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間にて積分した際の積分値を前記第一算出値として算出する。
（第二算出方法）：前記理想波形を、一回の前記第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間にて積分した際の積分値を前記第二算出値として算出する。
上記の構成では、デッドタイムが設定された相電圧の出力量について、補正された場合の出力量（第一算出値に相当）が、電圧波形が理想的な正弦波となるように制御された場合の出力量（第二算出値に相当）と等しくなる。かかる構成であれば、補正がなされた相と残りの相との間で相電圧の出力がバランスするようになり、これにより、相間電圧の歪みの発生が適切に抑制されるようになる。

本発明の回転電機制御装置によれば、相間電圧の歪みの発生を抑えつつデッドタイム設定の影響に対する補正を適切に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転電機制御装置の構成を示すブロック図である。 制御部としてのインバータ部の構成を示す図である。 デッドタイム設定の影響についての説明図である（その１）。 デッドタイム設定の影響についての説明図である（その２）。 デッドタイムが設定された相の電圧を制御したときの波形と、残りの相の波形とを示す図である。 第一電圧維持処理及び第二電圧維持処理の各々の実行期間を決定する流れを示す図である。 デッドタイムが設定された相の電圧を制御する際に適用するデューティ比を設定する手順を示す図である。 デッドタイムが設定された相の電圧を制御する期間中の各時点を特定するための図である。 デッドタイム設定の影響に対する補正に関する従来例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態（本実施形態）について説明する。以下では、多相の回転電機として、三相のブラシレスモータ、より具体的には車載用（例えば、ラジエータファン用）の電動モータを例に挙げて説明することとする。ただし、本発明は、他の回転電機（例えば、オルタネータ）を制御する場合にも適用可能である。

なお、以下に説明する実施形態は、本発明の理解を容易にするための具体例の一つであり、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

ちなみに、以下の説明中の「期間」は、モータの回転周期において後述の各種処理が実行される期間や各種の事象が起こる期間を表す概念であり、モータの回転位置（より厳密には電気角）によって表現されるものである。

＜＜本実施形態に係る回転電機制御装置の構成＞＞
先ず、本実施形態に係る回転電機制御装置の構成について説明する。本実施形態に係る回転電機制御装置は、上述した三相のブラシレスモータ（以下、モータＭと呼ぶ）を制御するモータ制御装置１である。このモータ制御装置１は、図１に示すように、インバータ部２と、モータ駆動制御部３と、ＰＩ制御部４と、回転指令入力部５と、モータ状態入力部６と、異常検出部７とを有する。

以下、モータ制御装置１の各部について説明する。なお、本実施形態に係るモータＭの構成については、三相のブラシレスモータの構成として公知の構成を採用しているため、以下では説明を省略することとする。

インバータ部２は、本発明の『回路部』に相当し、本実施形態では、三相電圧形のＰＷＭインバータによって構成されている。インバータ部２は、図２に示すように、高電位側に配置される高電位側スイッチング素子２１、２３、２５と、低電位側に配置される低電位側スイッチング素子２２、２４、２６と、の組み合わせを相毎に備えている。なお、各スイッチング素子は、公知のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。

また、各高電位側スイッチング素子２１、２３、２５は、対応する低電位側スイッチング素子２２、２４、２６と直列状に接続されている。より詳しく説明すると、各高電位側スイッチング素子２１、２３、２５のドレイン端子は、電源Ｂの正極側に接続されている。また、各上側スイッチング素子２１、２３、２５のソース端子は、対応する低電位側スイッチング素子２２、２４、２６のドレイン端子に接続されている。また、各下側スイッチング素子２２、２４、２６のソース端子は、電源Ｂの負極側に接続されており、本実施形態では、グランドに接地されている。また、すべてのスイッチング素子のゲート端子は、モータ駆動制御部３に接続されている。

そして、各スイッチング素子は、モータＭの各相コイルＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗへの通電を切り替えるべくスイッチング動作を実施する。具体的に説明すると、上側スイッチング素子２１と下側スイッチング素子２２とは、Ｕ相コイルＣｕに接続されており、同コイルへの通電を切り替えるためにスイッチング動作（オンオフ動作）を実施する。同様に、高電位側スイッチング素子２３と低電位側スイッチング素子２４とは、Ｖ相コイルＣｖに接続されており、同コイルへの通電を切り替えるためにスイッチング動作を実施する。また、高電位側スイッチング素子２５と低電位側スイッチング素子２６とは、Ｗ相コイルＣｗに接続されており、同コイルへの通電を切り替えるためにスイッチング動作を実施する。

以上のように構成されたインバータ部２は、相補ＰＷＭ出力（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によってモータＭへの印加電圧を出力することになる。

モータ駆動制御部３及びＰＩ制御部４は、互いに協働することで本発明の『制御部』として機能している。具体的に説明すると、モータ駆動制御部３及びＰＩ制御部４は、インバータ部２における相毎の上側スイッチング素子２１、２３、２５及び下側スイッチング素子２２、２４、２６にスイッチング動作を実施させる。これにより、インバータ部２からモータＭへの出力電圧（印加電圧）が制御されるようになる。

具体的に説明すると、ＰＩ制御部４は、比例積分制御（ＰＩ制御）によってモータＭへの出力電圧を決定する。より詳しく説明すると、ＰＩ制御部４は、モータＭの回転速度の目標値及び実測値を取得すると、これらの偏差に基づくＰＩ制御によって出力電圧を決定する。なお、モータの回転速度の目標値と実測値との偏差から出力電圧を決める演算方法については、特に限定されるものではなく、公知の演算方法が利用可能である。

モータ駆動制御部３は、出力電圧の決定結果をＰＩ制御部４から受け取ると、当該出力電圧の決定値から変調率を算出する。その後、モータ駆動制御部３は、算出した変調率と現時点でのモータＭの回転位置とに基づいてデューティ比を算出する。ここで、回転位置とは、基準位置からの回転量（回転角）を電気角にて表したものである。

さらに、モータ駆動制御部３は、算出したデューティ比に基づいて相毎の指令電圧を決定し、その上で、指令電圧に応じたゲート信号を生成する。このゲート信号が入力されたスイッチング素子は、当該ゲート信号の波形に応じたオンオフのタイミングにてスイッチング動作を実施する。この結果、各相コイルＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗには、モータ駆動制御部３により決定された指令電圧が印加されるようになる。換言すると、各相の相電圧が、その相に対して決定された指令電圧となるように制御される。

なお、本実施形態において、モータ駆動制御部３は、各相の相電圧を正弦波パルス幅変調方式（以下、正弦波ＰＷＭ）にて制御する。そのために、モータ駆動制御部３は、ゲート信号としてのＰＷＭ制御信号を生成する。このＰＷＭ制御信号は、モータ駆動制御部３が決定した指令電圧の目標正弦波と、三角波（変調波）であるキャリア信号の波形とを比較することで生成される。そして、ＰＷＭ制御信号が入力されたスイッチング素子が当該信号の波形に応じたタイミングにてスイッチング動作を実施すると、当該スイッチング素子が属する相の相電圧は、その出力波形（相電圧の出力値に関する波形）が理想的な正弦波となるように制御される。

また、本実施形態において、モータ駆動制御部３は、デッドタイムを設定し、設定されたデッドタイムを反映した形でＰＷＭ制御信号を生成する。ここで、デッドタイムとは、直列状態で接続された２つのスイッチング素子が同時にオンすることで短絡が生じてしまうのを防止する目的で設定される期間のことである。そして、デッドタイムが設定されることで、同じ相に属する高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のうちの一方が、他方がオフするタイミングよりもデッドタイムの分だけ遅れたタイミングでオンするようになる。

しかしながら、デッドタイムを設定すると、その影響によって所定範囲のデューティ比（具体的にはＤＴ％）を採り得なくなってしまう。このため、デッドタイムが設定された相（以下、デッドタイム設定相）の相電圧を正弦波ＰＷＭ制御したときにＤＴ％に相当する出力値が得られず、結果的としてＤＴ％に相当する値を超えた出力値が得られなくなってしまう。

以上のようなデッドタイムによる影響を考慮し、本実施形態では、モータ駆動制御部３が算出したデューティ比を補正し、補正後のデューティ比に従ってデッドタイム設定相の相電圧を制御することになっている。かかるデューティ比補正については、後に詳述する。

回転指令入力部５は、車載用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔｅ）１０から回転を指示する信号（指示信号）を受け付けることをトリガーとして、ＰＩ制御部４に対して回転指令を入力する。ＰＩ制御部４は、回転指令入力部５からの回転指令の入力を受け付けると、インバータ部２からモータＭへの出力を開始するべく、ＰＩ制御を実行して出力電圧を決定するようになる。また、回転指令入力部５は、モータＭの回転速度の目標値を入力する。これにより、ＰＩ制御部４は、モータＭの回転速度の目標値を取得するようになる。

モータ状態入力部６は、モータ駆動制御部３及びＰＩ制御部４がモータＭへの出力電圧を制御する上で必要となるパラメータとしてモータ状態を入力する。具体的に説明すると、モータ状態入力部６は、モータＭの回転中、モータＭに取り付けられた相別のホール素子１４ａ、１４ｂ、１４ｃから周期的にパルス信号を受信する。モータ状態入力部６は、受信した各相別のパルス信号を解析することにより、モータＭの回転速度及びモータＭの回転位置（厳密には、回転角を示す電気角）を計測する。そして、モータ状態入力部６は、モータＭの回転速度の実測値をＰＩ制御部４に対して入力する。これにより、ＰＩ制御部４は、モータＭの回転速度の実測値を取得するようになる。

また、モータ状態入力部６は、モータＭの回転位置の実測値をモータ駆動制御部３に対して入力する。これにより、モータ駆動制御部３は、相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御する際に、その出力値がモータＭの回転位置（回転角）に応じて変化するように制御する。

異常検出部７は、モータＭの回転動作中における異常の有無を検出する。具体的に説明すると、異常検出部７は、電源電圧入力回路１３から供給される電源電圧によって起動し、サーミスタ抵抗器１１やシャント抵抗器１２が出力した信号（検出信号）を受信する。サーミスタ抵抗器１１は、ラジエータファン周りの温度を検知し、その検知結果に応じた信号を出力する。シャント抵抗器１２は、電源電圧入力回路１３内を流れる電流を検知し、その検知結果に応じた信号を出力する。異常検出部７は、これらの機器から出力された信号を受信すると、当該信号を解析して異常の有無を検出する。

そして、異常検出部７は、異常を検出すると、その時点での状態（異常状態）を特定し、特定した異常状態をＰＩ制御部４に対して入力する。ＰＩ制御部４は、ＰＩ制御の実行中に異常状態の入力を異常検出部７から受け付けると、その時点でＰＩ制御を一時的に中断する。また、異常検出部７は、異常状態を検出すると、図１に図示の異常時対応トランジスタ１５のゲート端子に電気信号（ゲート信号）を入力する。異常時対応トランジスタ１５は、ＥＣＵ１０と回転指令入力部５との間の信号伝送路に接続されており、そのソース端子は、グランドに接地されている。したがって、異常時対応トランジスタ１５のゲート端子に信号が入力されてオンすると、上記の信号伝送路における電位がグランド電位（０）となる。この結果、ＥＣＵ１０から回転指令入力部５への指示信号の送信（伝達）が遮断されるようになる。

＜＜デッドタイム設定の影響に対する補正について＞＞
次に、デッドタイム設定の影響に対する補正について、本実施形態で採用されている補正内容を説明する。本実施形態に係る補正内容について説明するにあたり、先ず、デッドタイム設定の影響について図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａの（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、デッドタイム設定相に属する高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のオンオフ動作を示すタイミングチャートである。なお、図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ではデューティ比が異なっており、具体的には（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に高くなっている。図３Ｂは、相電圧の出力値を示すグラフである。同図の縦軸は、相電圧の出力値をデューティ比換算で示しており、横軸は、モータＭの回転位置を電気角にて示している。

本実施形態において、各相の相電圧は、モータ駆動制御部３によって正弦波ＰＷＭにて制御されることになっている。一方、デッドタイム設定相については、当該デッドタイム設定相に属する高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の各々のオフ時間がデッドタイム設定分だけ長くなることになる。図３Ａを参照しながら説明すると、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の各々は、対をなすスイッチング素子がオフするタイミングよりもデッドタイム設定分（図中、ＤＴ領域と表記）だけ遅れたタイミングにてオンする。これにより、図３Ａに示すように、デューティ比（厳密には、デューティ比の絶対値であり、以下、同様）が高くなっていくに連れて、一方のスイッチング素子（図３Ａでは低電位側スイッチング素子）がオンする時間が短くなり、あるディーティ比を超えた場合（図３Ａの（ｃ）のケース）には当該スイッチング素子がオンしなくなってしまう。このように一方のスイッチング素子がオンしなくなるデューティ比がＤＴ％に相当する。

以上のようにデッドタイム設定相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御する場合、ＤＴ％を超えたデューティ比を採用することができないため、相電圧の出力波形が、本来であれば図３Ｂ中の理想波形Ｄｉとなるべきところ、同図中の誤差あり波形Ｄｒとなってしまう。誤差あり波形Ｄｒは、そのピーク値が理想波形Ｄｉのピーク値（デューティ比１００％の出力値）よりも低く、具体的にはＤＴ％に相当する値となった波形である。すなわち、デッドタイム設定相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御した際の出力については、誤差あり波形Ｄｒのピーク値と理想波形Ｄｉのピーク値との差分（図３Ｂ中、記号Δにて示す）だけ低くなる。このような相電圧の出力低下が、デッドタイム設定による影響（電圧誤差）に相当する。

以上のようにデッドタイム設定相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御しようとすると、デッドタイム設定の影響によって相電圧の出力値が上記Δの分だけ低下してしまう。このため、本実施形態では、相電圧の出力低下を解消すべく、デッドタイム設定相の相電圧を制御する際にデューティ比を必要に応じて補正する。

さらに、デューティ比を補正する際には、デッドタイム設定相と他の相との間で相電圧の出力バランスが崩れないように補正する。以下、デューティ比の補正を含め、本実施形態においてデッドタイム設定相の相電圧を制御する流れについて、図４を参照しながら説明することとする。図中の縦軸は、相電圧の出力値をデューティ比換算で示しており、横軸は、モータＭの回転位置を電気角にて示している。なお、本実施形態では三相のすべてがデッドタイム設定相に該当するが、以下では、Ｕ相のみに着目して説明することとする。

本実施形態において、モータ駆動制御部３は、Ｕ相の相電圧を制御する際に２つの制御処理を交互に繰り返して実行する。一方の処理は、Ｕ相の相電圧を、その出力値に関する波形（図４中のグラフ波形Ｄｕ）がデッドタイムの設定による影響を受けていない理想波形となるように正弦波ＰＷＭにて制御する処理であり、本発明の「第一制御処理」に相当する。もう一方の処理は、Ｕ相の相電圧を、その出力値の絶対値が設定値に維持されるように矩形波制御方式にて制御する処理であり、本発明の「第二制御処理」に相当する。

より詳しく説明すると、モータＭの単位回転周期中、第二制御処理が二回実行され、それ以外の期間には第一制御処理が実行される。ここで、「モータＭの単位回転周期」とは、モータＭの回転位置（電気角）が０度から３６０度に至るまでの期間を意味している。また、モータＭの単位回転周期中、各回の第二制御処理は、Ｕ相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御したときの出力値がＤＴ％に相当する値を超える期間（図４中、記号Ｘにて示す期間）に実行される。なお、以下では、ＤＴ％に相当する値を便宜的に「ＤＴ値」と呼ぶこととする。また、デッドタイム設定相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御したときの出力値がＤＴ値を超える期間Ｘを便宜的に「ＤＴ期間」と呼ぶこととする。

また、第二制御処理の実行期間中には、相電圧の出力値の絶対値に対する設定値をＤＴ値以上、かつ、理想波形のピーク値以下の範囲内で段階的に変化させることになっている。具体的に説明すると、本実施形態では、２種類の設定値が用意されており、一方の設定値は、ＤＴ値に相当する値である。かかる値は、理想波形におけるピーク値よりもデッドタイム設定による影響に応じた分だけ低い値に該当する。もう一方の設定値は、理想波形のピーク値に相当する値である。

すなわち、モータ駆動制御部３は、第二制御処理において、ＤＴ値を設定値とする処理としての第一電圧維持処理と、ピーク値を設定値とする処理としての第二電圧維持処理とを実行する。より具体的に説明すると、第一電圧維持処理において、モータ駆動制御部３は、Ｕ相の相電圧を、その出力値の絶対値がＤＴ値に維持されるように制御する。また、第二電圧維持処理において、モータ駆動制御部３は、Ｕ相の相電圧を、その出力値の絶対値が理想波形のピーク値に維持されるように制御する。

さらに、本実施形態において、モータ駆動制御部３は、各回の第二制御処理を実行するにあたり、第一電圧維持処理及び第二電圧維持処理の各々の実行期間を決定し、それぞれの処理を決められた期間だけ実行する。

より詳しく説明すると、本実施形態では、一回の第二制御処理における第一電圧維持処理の実行期間及び第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、モータＭの回転速度の目標値及び実測値に応じて決定される。具体的に説明すると、モータ駆動制御部３及びＰＩ制御部４が協働して各処理の実行期間を決定する。以下、図５を参照しながら、各処理の実行期間を決定する手順について説明する。

各処理の実行期間を決定するにあたり、ＰＩ制御部４がモータＭの回転速度の目標値及び実測値を取得する（Ｓ００１、Ｓ００２）。具体的には、ＰＩ制御部４が回転指令入力部５及びモータ状態入力部６からの入力を受け付けることで回転速度の目標値及び実測値を取得する。その後、ＰＩ制御部４が、取得済みの回転速度の目標値及び実測値に基づいてモータＭへの出力電圧を決定し、モータ駆動制御部３が、ＰＩ制御部４によって決定された出力電圧から変調率を算出する（Ｓ００３）。

次に、モータ駆動制御部３は、前ステップＳ００３にて算出した変調率に基づいて、一回の第二制御処理における第一電圧維持処理の実行期間及び第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さを決定する（Ｓ００４）。この際、モータ駆動制御部３は、２つの算出値を算出し、当該２つの算出値が互いに等しくなるように各処理の実行期間の長さを決定する。

２つの算出値について説明すると、一方の算出値は、本発明の「第一算出値」に相当し、下記の第一算出方法により算出される値である。
（第一算出方法）：一回の第二制御処理にてＵ相の相電圧を制御したときの当該相電圧の出力値の波形を、当該一回の第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間に亘って積分した際の積分値を第一算出値として算出する。

ここで、第一算出方法によって算出される第一算出値は、ＤＴ期間において第二制御処理を通じてＵ相の相電圧を制御したときの出力量を示し、図４中の実線波形ＤｕとＤＴ期間とによって規定される面積（図中、斜線状のハッチングが施された部分の面積）によって表される。

もう一方の算出値は、本発明の「第二算出値」に相当し、下記の第二算出方法により算出される値である。
（第二算出方法）：一回の第二制御処理において仮に正弦波ＰＷＭにて制御したＵ相の相電圧の波形が理想波形になると仮定し、当該理想波形を上記一回の第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間にて積分した際の積分値を第二算出値として算出する。

上記の第二算出方法によって算出される第二算出値は、ＤＴ期間においてＵ相の相電圧を理想的に正弦波ＰＷＭにて制御したときの出力量を示し、図４中の破線波形とＤＴ期間とによって規定される面積（図中、ドット状のハッチングが施された部分の面積）によって表される。

以上の手順により、一回の第二制御処理における第一電圧維持処理の実行期間及び第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが決定される。なお、各処理の実行期間の長さを決定する工程（つまり、図５に図示したフロー中の各ステップ）については、モータＭの単位回転周期毎、すなわち、モータＭの回転位置（電気角）が３６０度変わる度に繰り返し実施される。

第二制御処理における各処理の実行期間の長さを決定した後、モータ駆動制御部３は、決定内容に従ってＵ相の相電圧を制御すべく、インバータ部２中の各スイッチング素子にスイッチング動作を実施させる。具体的に説明すると、モータ駆動制御部３は、図６に図示された手順に沿って、制御期間中の各時点で適用するデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいてＵ相の指令電圧を決定する。その上で、モータ駆動制御部３は、決定した指令電圧に応じたゲート信号を、Ｕ相に属するスイッチング素子のゲート端子に向けて出力する。

以下、図６及び図７を参照しながら、制御期間中の各時点で適用するデューティ比を設定する手順について詳しく説明する。なお、図７は、図６に図示したフローの捕捉説明図であり、具体的には、制御期間中の各時点を特定するための図である。また、図７中の縦軸は、相電圧の出力値をデューティ比換算で示しており、横軸は、モータＭの回転位置を電気角にて示している。

ちなみに、図６に図示したフローは、モータＭの回転位置（電気角）が０度〜１８０度の範囲にあるときに適用されるものであるが、モータＭの回転位置（電気角）が１８０度〜３６０度の範囲にある場合には、電圧波形の位相や変位等を反転した上で図６と同様のフローを適用することが可能である。

制御期間中、モータ駆動制御部３は、定期的にモータＭの現在の回転位置（電気角）を特定する（Ｓ０１１）。また、モータ駆動制御部３は、特定した回転位置と、図５に図示のフロー（厳密には、当該フロー中のステップＳ００３）において算出した変調率とに基づいてデューティ比を算出する（Ｓ０１２）。本ステップＳ０１２において算出されるデューティ比は、Ｕ相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御する場合のデューティ比に該当する。

次に、モータ駆動制御部３は、前ステップＳ０１２にて算出したデューティ比がＤＴ％以下であるか否かを判定する（Ｓ０１３）。そして、算出したデューティ比がＤＴ％以下であると判定した場合、モータ駆動制御部３は、算出したデューティ比をそのまま採用する（Ｓ０１４）。本ステップＳ０１４にて当時点でのディーティ比が確定することになるが、このような手順で確定したデューティ比を適用した場合には、Ｕ相の相電圧を正弦波ＰＷＭにて制御することになる。

一方、算出したデューティ比がＤＴ％を超えていると判定した場合、モータ駆動制御部３は、ステップＳ０１１にて特定した現在の回転位置（電気角）が変更位置θ１以下であるか否かを判定する（Ｓ０１５）。ここで、変更位置θ１とは、デューティ比の設定値を切り替える時点に相当する電気角である。つまり、変更位置θ１は、図７に示すように、第二制御処理の実行期間（換言すると、ＤＴ期間）中、第二電圧維持処理の実行期間の開始時点に相当する。

そして、現在の回転位置（電気角）が変更位置θ１以下であると判定した場合、モータ駆動制御部３は、ステップＳ０１２にて算出したデューティ比を補正し、補正後のデューティ比をＤＴ％に設定する（Ｓ０１６）。本ステップＳ０１６にて当時点でのディーティ比が確定することになるが、このような手順で確定したデューティ比を適用した場合には、第一電圧維持処理を実行してＵ相の相電圧を制御することになる。

一方、現在の回転位置（電気角）が変更位置θ１を超えていると判定した場合、モータ駆動制御部３は、現在の回転位置（電気角）が復帰位置θ２を超えているか否かを更に判定する（Ｓ０１７）。ここで、復帰位置θ２とは、デューティ比の設定値を元の値に戻す時点に相当する電気角である。つまり、復帰位置θ２は、図７に示すように、第二制御処理の実行期間中、第二電圧維持処理の実行期間の終了時点と対応する。

そして、現在の回転位置（電気角）が復帰位置θ２を超えていると判定した場合、モータ駆動制御部３は、ステップＳ０１２にて算出したデューティ比を補正し、補正後のデューティ比をＤＴ％に設定する（Ｓ０１８）。本ステップＳ０１８にて当時点でのディーティ比が確定することになるが、このような手順で確定したデューティ比を適用した場合には、第一電圧維持処理を実行してＵ相の相電圧を制御することになる。

一方、現在の回転位置（電気角）が変更位置θ１以上、かつ、復帰位置θ以下であると判定した場合、モータ駆動制御部３は、ステップＳ０１２にて算出したデューティ比を補正し、具体的にはデューティ比を１００％に設定する（Ｓ０１９）。本ステップＳ０１９にて当時点でのディーティ比が確定することになるが、このような手順で確定したデューティ比を適用した場合には、第二電圧維持処理を実行してＵ相の相電圧を制御することになる。

上述の手順にて制御期間中の各時点で適用されるデューティ比が設定される。なお、制御期間中の各時点で適用されるデューティ比は、モータＭの単位回転周期毎に見直される。すなわち、モータＭの回転位置（電気角）が３６０度変わる都度、図６に図示の手順にてデューティ比を設定することになっている。また、デューティ比の設定は、デッドタイム設定相毎に（すなわち、三相のそれぞれに対して）行われる。

そして、上述の手順にて設定されたデューティ比を適用してＵ相の相電圧を制御することにより、デッドタイム設定による影響（具体的には、相電圧の出力低下）を補償することに加え、各相の相電圧の出力を良好にバランスさせることが可能となる。具体的に説明すると、上述の手順にて設定されたデューティ比を適用してデッドタイム設定相の相電圧を制御すると、ＤＴ期間以外の期間では第一制御処理を通じて制御するため、同期間におけるデッドタイム設定相の相電圧の波形が理想的な正弦波となる。

他方、ＤＴ期間中には第二制御処理を通じてデッドタイム設定相の相電圧を制御することになるが、同期間におけるデッドタイム設定相における相電圧の出力量は、当該相電圧を正弦波ＰＷＭにて理想的に（デッドタイム設定の影響を受けずに）制御したときの出力量と等しくなる。

以上の作用により、モータＭが回転している期間全般に亘って、デッドタイム設定相と他の相との間で相電圧の出力量が揃うようになる。これにより、相間電圧の歪みの発生が適切に抑制されるようになり、結果として、相間電圧の歪みに起因した電流変動や、当該電流変動に伴う回転斑の発生を未然に回避することが可能となる。

１ モータ制御装置
２ インバータ部
３ モータ駆動制御部
４ ＰＩ制御部
５ 回転指令入力部
６ モータ状態入力部
７ 異常検出部
１０ ＥＣＵ
１１ サーミスタ抵抗器
１２ シャント抵抗器
１３ 電源電圧入力回路
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ ホール素子
１５ 異常時対応トランジスタ
２１、２３、２５ 高電位側スイッチング素子
２２、２４、２６ 低電位側スイッチング素子
Ｂ 電源
Ｃｕ Ｕ相コイル
Ｃｖ Ｖ相コイル
Ｃｗ Ｗ相コイル
Ｍ モータ

Claims (3)

1. 多相の回転電機を制御する回転電機制御装置であって、
   高電位側に配置される高電位側スイッチング素子と、低電位側に配置される低電位側スイッチング素子と、の組み合わせを相毎に備えた回路部と、
   該回路部から前記回転電機への出力電圧を制御するために、前記回路部における前記相毎の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子にスイッチング動作を実施させる制御部と、を備え、
   同じ相の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のうちの一方は、他方がオフするタイミングよりもデッドタイムの分だけ遅れたタイミングにてオンし、
   前記制御部は、
   前記デッドタイムが設定された相の電圧を、該電圧の出力値に関する波形が前記デッドタイムの設定による影響を受けていない理想波形となるように正弦波パルス幅変調方式にて制御する第一制御処理と、
   前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が設定値に維持されるように制御する第二制御処理と、を交互に繰り返して実行し、
   前記設定値は、前記第二制御処理の実行期間中、前記理想波形におけるピーク値よりも前記影響に応じた分だけ低い値以上、かつ、前記ピーク値以下の範囲内で段階的に変化し、
   前記制御部は、前記第二制御処理において、
   前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が前記ピーク値よりも前記影響に応じた分だけ低い前記設定値に維持されるように制御する第一電圧維持処理と、
   前記デッドタイムが設定された相の電圧を、前記出力値の絶対値が前記ピーク値に等しい前記設定値に維持されるように制御する第二電圧維持処理と、を実行し、
   一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、前記回転電機の回転速度の目標値に応じて決定されることを特徴とする回転電機制御装置。
2. 一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、前記回転電機の回転速度の実測値に応じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 一回の前記第二制御処理における前記第一電圧維持処理の実行期間、及び、前記第二電圧維持処理の実行期間の各々の長さが、下記の第一算出方法によって算出された第一算出値と下記の第二算出方法によって算出された第二算出値とが等しくなるように決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。
   （第一算出方法）：前記第二制御処理にて前記デッドタイムが設定された相の電圧を制御したときの前記出力値の波形を、一回の前記第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間にて積分した際の積分値を前記第一算出値として算出する。
   （第二算出方法）：前記理想波形を、一回の前記第二制御処理の開始時点から終了時点までの区間にて積分した際の積分値を前記第二算出値として算出する。

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