JP6839896B2 - モータ制御装置および電動車両 - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置および電動車両に関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車は、駆動力向上の観点からモータ出力の向上が要求される。これらの要求に対し、三相の巻線を独立させたモータが考えられているが、中性点が接続されていないため、モータを駆動する駆動電流に零相電流が重畳し、銅損などの損失が増加する。
特許文献１には、零相電流の現在値を減少させるような第１および第２の電圧形インバータの通電モードを選択する誘導電動機の高速トルク制御装置が記載されている。この装置は零相電流を抑制し、損失を低減する。
特許文献１に記載の方法では、零相電流に脈流電流(リプル)が発生して、損失が増加する。
本発明によるモータ制御装置は、各相に独立して巻かれた巻線を有するモータを駆動するインバータと、トルク指令値と前記モータの回転子位置とに基づき、前記各相に対応する出力電圧パルスを生成して前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、前記出力電圧パルスの１パルス周期中に前記モータから正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧が複数回出力するように、前記出力電圧パルスの少なくとも一つの相の出力電圧パルスを前記１パルス周期中に複数に分割して生成する。
本発明による電動車両は、前記モータ制御装置と、前記モータ制御装置により駆動される前記モータとを備える。
本発明による電動車両は、前記モータ制御装置と、前記モータ制御装置により駆動される前記モータとを備える。
本発明によれば、零相電流に発生するリプルを抑えて損失を低減することができる。
−第１の実施形態−
以下、図１乃至図６を参照して第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るモータ制御装置１の構成を示す図である。
モータ制御装置１は、インバータ１００とインバータ制御部３００を含む。モータ制御装置１は、モータ２００の駆動を制御し、位置センサ２１０によりモータ２００の回転子の位置を検出し、電流センサ２２０によりモータ２００に流れる電流を検出する。
以下、図１乃至図６を参照して第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るモータ制御装置１の構成を示す図である。
モータ制御装置１は、インバータ１００とインバータ制御部３００を含む。モータ制御装置１は、モータ２００の駆動を制御し、位置センサ２１０によりモータ２００の回転子の位置を検出し、電流センサ２２０によりモータ２００に流れる電流を検出する。
インバータ１００は、Ｕ相フルブリッジインバータ１１０と、Ｖ相フルブリッジインバータ１１１と、Ｗ相フルブリッジインバータ１１２とにより構成される。Ｕ相フルブリッジインバータ１１０と、Ｖ相フルブリッジインバータ１１１と、Ｗ相フルブリッジインバータ１１２とは、図示省略した直流電源に並列接続される。
Ｕ相フルブリッジインバータ１１０は、スイッチング素子１１０ａ〜１１０ｄにより構成される。スイッチング素子１１０ａはＵ相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１０ｂはＵ相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子１１０ｃはＵ相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１０ｄはＵ相右レグ下アームに配置される。
Ｖ相フルブリッジインバータ１１１は、スイッチング素子１１１ａ〜１１１ｄにより構成される。スイッチング素子１１１ａはＶ相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１１ｂはＶ相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子１１１ｃはＶ相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１１ｄはＶ相右レグ下アームに配置される。
Ｗ相フルブリッジインバータ１１２は、スイッチング素子１１２ａ〜１１２ｄにより構成される。スイッチング素子１１２ａはＷ相左レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１２ｂはＷ相左レグ下アームに配置される。スイッチング素子１１２ｃはＷ相右レグ上アームに配置される。スイッチング素子１１２ｄはＷ相右レグ下アームに配置される。
スイッチング素子１１０ａ〜１１０ｄと、スイッチング素子１１１ａ〜１１１ｄと、スイッチング素子１１２ａ〜１１２ｄは、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などと、ダイオードを組み合わせて構成される。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴとダイオードを用いる構成で説明する。
インバータ制御部３００で生成された出力電圧パルスはインバータ１００へ出力される。出力電圧パルスに基づいて、スイッチング素子１１０ａ〜１１０ｄと、スイッチング素子１１１ａ〜１１１ｄと、スイッチング素子１１２ａ〜１１２ｄがオンもしくはオフ制御される。これにより、図示省略した直流電源より印加された直流電圧を交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、モータ２００の固定子に巻かれた３相巻線２０１〜２０３に印加され、３相交流電流を発生させる。この３相交流電流がモータ２００に回転磁界を発生させ、モータ２００の回転子が回転する。
モータ２００は中性点が接続されていない埋込磁石同期モータなどにより構成される。モータ２００の固定子に巻かれたＵ相巻線２０１は、Ｕ相フルブリッジインバータ１１０の出力端子に接続される。モータ２００の固定子に巻かれたＶ相巻線２０２は、Ｖ相フルブリッジインバータ１１１の出力端子に接続される。モータ２００の固定子に巻かれたＷ相巻線２０２は、Ｗ相フルブリッジインバータ１１２の出力端子に接続される。モータ２００は中性点が接続されていないことにより、Ｕ相巻線２０１と、Ｖ相巻線２０２と、Ｗ相巻線２０３に流れる電流をそれぞれ独立に制御することができる。
位置センサ２１０は、モータ２００の回転子の位置を検出し、検出した回転子位置θをインバータ制御部３００へ出力する。
電流センサ２２０は、モータ２００の固定子に巻かれた、Ｕ相巻線２０１と、Ｖ相巻線２０２と、Ｗ相巻線２０３に流れる電流を検出し、検出した三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをインバータ制御部３００へ出力する。
インバータ制御部３００は、図示省略した車両コントローラからのトルク指令値Ｔ*、電流センサ２２０で検出された三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、位置センサ２１０で検出された回転子位置θに基づいてインバータ１００へ出力電圧パルスを出力する。
図２は、第１の実施形態に係るインバータ制御部３００の構成を示す図である。
インバータ制御部３００は、ｄｑ変換部４０、零相電流算出部５０、速度変換部７０、電流指令演算部１０、ｄｑ軸電流制御部２０、零相電流制御部６０、ＵＶＷ変換部９０、スイッチング信号生成部３０を備える。
インバータ制御部３００は、ｄｑ変換部４０、零相電流算出部５０、速度変換部７０、電流指令演算部１０、ｄｑ軸電流制御部２０、零相電流制御部６０、ＵＶＷ変換部９０、スイッチング信号生成部３０を備える。
ｄｑ変換部４０は、電流センサ２２０で検出された三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと、位置センサ２１０で検出された回転子位置θが入力され、ｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑを出力する。
零相電流算出部５０は、三相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗが入力され、次式（１）に基づいて算出された零相電流検出値ｉｚを出力する。
速度変換部７０は、位置センサ２１０で検出された回転子位置θが入力され、角速度ωを出力する。
電流指令演算部１０は、車両コントローラから入力されたトルク指令値Ｔ*と、角速度ωとに基づき、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ *、ｉｑ *と、零相電流指令値ｉｚ *を算出する。
ｄｑ軸電流制御部２０には、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ *、ｉｑ *と、ｄｑ軸電流検出値ｉｄ、ｉｑが入力され、ｄｑ軸電流制御部２０は、比例制御や積分制御などを用いてｄｑ軸電圧指令値ｖｄ *、ｖｑ *を演算してこれを出力する。
零相電流制御部６０には、零相電流指令値ｉｚ *と、零相電流検出値ｉｚが入力され、零相電流制御部６０は、比例制御や積分制御などを用いて零相電圧指令値ｖｚ *を演算してこれを出力する。すなわち、零相電流指令値ｉｚ *と零相電流検出値ｉｚとの差分をとり、その差分が無くなる方向の零相電圧指令値ｖｚ *を出力する。
ＵＶＷ変換部９０には、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ *、ｖｑ *と、零相電圧指令値ｖｚ *と、回転子位置θとが入力され、ＵＶＷ変換部９０は、回転座標変換によりＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ *、ｖｖ *、ｖｗ *を演算してこれを出力する。ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ *、ｖｖ *、ｖｗ *は出力電圧パルス幅を示す値である。
スイッチング信号生成部３０は、ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ *、ｖｖ *、ｖｗ *に基づいて、インバータ１００をＰＷＭ制御する。具体的には、スイッチング素子１１０ａ〜１１０ｄと、スイッチング素子１１１ａ〜１１１ｄと、スイッチング素子１１２ａ〜１１２ｄとをオンもしくはオフ制御する出力電圧パルスを生成する。スイッチング信号生成部３０は、一般に、１パルス周期に１パルスの出力電圧パルスによりインバータ１００をＰＷＭ制御するが、本実施形態では、後述するように、１パルスの出力電圧パルスを複数に分割する。
インバータ１００は、出力電圧パルスに基づいてスイッチング素子を制御し、モータ２００を駆動する。
インバータ１００は、出力電圧パルスに基づいてスイッチング素子を制御し、モータ２００を駆動する。
次に、第１の実施形態におけるモータ制御装置１の動作を説明する。
図３は第１の実施形態におけるスイッチング信号生成部３０のフローチャートを示す図である。
図３は第１の実施形態におけるスイッチング信号生成部３０のフローチャートを示す図である。
ステップＳ１において、スイッチング信号生成部３０は、ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ *、ｖｖ *、ｖｗ *に基づいて、電圧指令値の出力パルス幅が最も長い最大相、電圧指令値の出力パルス幅が最も短い最小相、これらの中間の中間相を判定する。
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で判定した中間相の電圧指令値の極性と、最小相の電圧指令値の極性が同一であるかを判定する。中間相の電圧指令値の極性と最小相の電圧指令値が同一ではない場合、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３において、スイッチング信号生成部３０は、詳細は後述するＡ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ａ２モードでは、ＵＶＷ相電圧指令値ｖｕ *、ｖｖ *、ｖｗ *のうち、最大相の電圧指令値と極性が同一である中間相もしくは最小相の電圧指令値について、その出力電圧パルスを分割する。これにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力することができる。
なお１パルス周期とは、三角波キャリア比較法など従来のＰＷＭ制御による１パルス周期であり、例えば、本実施形態では出力電圧パルスが分割されない最大相の出力電圧パルスの周期に相当する。
一方、ステップＳ２において中間相の電圧指令値の極性と最小相の電圧指令値の極性が同一の場合、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４において中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一か判定する。中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一ではない場合、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５において、スイッチング信号生成部３０は、詳細は後述するＢ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ｂ２モードでは、中間相または最小相のいずれか一方の出力電圧パルスを分割する。これにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力する。
一方、ステップＳ４において中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一の場合、ステップＳ６へ進む。
ステップＳ６において、スイッチング信号生成部３０は、詳細は後述するＣ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ｃ２モードでは、全ての相の出力電圧パルスを分割することで１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力する。
ステップＳ６において、スイッチング信号生成部３０は、詳細は後述するＣ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ｃ２モードでは、全ての相の出力電圧パルスを分割することで１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力する。
図４（ａ）〜（ｃ）はステップＳ３において生成されるＡ２モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ａ２モードでは、最大相の電圧指令値と極性が同一である中間相もしくは最小相の電圧指令値について、その出力パルス幅を分割する。
例えば、図４（ｃ）に示す最小相であるＷ相の電圧指令値の極性が、図４（ａ）に示す最大相であるＵ相の電圧指令値の極性と同一である。この場合は、図４（ｃ）に示すＷ相の電圧指令値の出力電圧パルスを分割する。ここでは１パルス周期Ｔを前半Ｔ１と後半Ｔ２に分け、１パルス周期の前半Ｔ１では、分割する図４（ｃ）に示すＷ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングｔｗ1を図４（ａ）に示すＵ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングと一致させる。さらに、１パルス周期の後半Ｔ２では、図４（ｃ）に示すＷ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングｔｗ2を図４（ａ）に示すＵ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングと一致させる。分割しないＵ相の出力電圧パルスは、図４（ａ）に示すように、前半Ｔ１と後半Ｔ２で出力電圧パルスを結合する。さらに、分割しないＶ相の出力電圧パルスは、図４（ｂ）に示すように、前半Ｔ１と後半Ｔ２で出力電圧パルスを結合する。
そして、図４に示すように、インバータ制御部３００は、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和がゼロになる第１フェーズと、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和が正になる第２フェーズとを有するように出力電圧パルスを生成し、１パルス周期中に第２フェーズを第１フェーズで２つに区分する。すなわち、１パルス周期は、第２フェーズ、第１フェーズ、第２フェーズの順に構成される。換言すれば、インバータ制御部は、１パルス周期中の出力電圧パルスの幅が最も長い相を除くいずれかの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図４（ｄ）に示すように、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が２回出力される。なお、本実施形態では零相電圧を２回出力する例で説明したが、例えば、１パルス周期Ｔを複数に分けて出力電圧パルスを分割することにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力してもよい。
図５（ａ）〜（ｃ）はステップＳ５において生成されるＢ２モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ｂ２モードでは、中間相または最小相のいずれか一方の出力電圧パルスを分割することで、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力する。最小相の出力電圧パルスを分割するとインバータ１００が出力困難なほどにパルス幅が細くなる場合がある。これを防ぐために、ここでは、よりパルス幅が広い、図５（ｂ）に示す、中間相の出力電圧パルスを分割する。図５（ａ）〜（ｃ）においては、最大相がＵ相、中間相がＶ相、最小相がＷ相のため、ステップＳ３の処理と同様、１パルス周期Ｔの前半Ｔ１では分割するＶ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングをＵ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングと一致させ、後半ではＶ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングをＵ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングと一致させる。分割しないＵ相とＷ相は前半Ｔ１と後半Ｔ２で出力電圧パルスを結合する。
そして、図５に示すように、インバータ制御部３００は、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和がゼロになる第１フェーズと、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和が負になる第３フェーズとを有するように出力電圧パルスを生成し、１パルス周期中に第３フェーズを第１フェーズで３つに区分する。すなわち、１パルス周期は、第１フェーズ、第３フェーズ、第１フェーズ、第３フェーズ、第１フェーズの順に構成される。換言すれば、インバータ制御部は、１パルス周期中の出力電圧パルスの幅が最も長い相を除くいずれかの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図５（ｄ）に示すように、１パルス周期中に負の極性のみの零相電圧が２回出力される。
図６（ａ）〜（ｃ）はステップＳ６において生成されるＣ２モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ｃ２モードでは、全ての相の出力電圧パルスを分割することで１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧を複数回出力する。図６（ａ）〜（ｃ）においては、最大相がＵ相、中間相がＶ相、最小相がＷ相であるが、１パルス周期Ｔの前半Ｔ１では分割するＵＶＷ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングをＵ相の出力電圧パルスの出力開始タイミングと一致させ、後半ではＵＶＷ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングをＵ相の出力電圧パルスの出力停止タイミングと一致させる。
そして、図６に示すように、インバータ制御部３００は、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和がゼロになる第１フェーズと、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和が正になる第２フェーズとを有するように出力電圧パルスを生成し、１パルス周期中に第２フェーズを第１フェーズで２つに区分する。すなわち、１パルス周期は、第２フェーズ、第１フェーズ、第２フェーズの順に構成される。換言すれば、インバータ制御部は、１パルス周期中の出力電圧パルスの幅が最も長い相を除くいずれかの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図６（ｄ）に示すように、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が２回出力される。
本実施形態によれば、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるようにして零相電流の制御周期を短縮することにより零相電流のリプルを低減することができる。
本実施形態によれば、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるようにして零相電流の制御周期を短縮することにより零相電流のリプルを低減することができる。
−第２の実施形態−
図７は第２の実施形態に係るインバータ制御部３００の構成を示す図である。
モータ制御装置１の構成は、図１で示した第１の実施形態に係る構成と同様であるのでその説明を省略する。以下、図７乃至図１１を参照して第２の実施形態について説明する。
図７は第２の実施形態に係るインバータ制御部３００の構成を示す図である。
モータ制御装置１の構成は、図１で示した第１の実施形態に係る構成と同様であるのでその説明を省略する。以下、図７乃至図１１を参照して第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態において、インバータ制御部３００は、零相電圧出力回数算出部８０を新たに備え、その他の構成は図２で示した第１の実施形態に係る構成と同様であるのでその説明を省略する。
零相電圧出力回数算出部８０は、速度変換部７０より出力される角速度ωに基づき、１パルス周期に出力する零相電圧の回数を算出する。角速度ωが低い場合、モータに流れる駆動電流の周波数は低く、零相電流の周波数も低いため、１パルス周期に１回だけ零相電圧を出力すればよい。一方、角速度ωが高くなった場合、零相電流の周波数も高くなるため、零相電圧の出力回数を増加させる必要がある。零相電圧の出力回数はモータ毎に異なるため、モータ毎に予め設定したテーブルデータなどを参照して零相電圧の出力回数を算出する。スイッチング信号生成部３０では、算出された零相電圧の出力回数に基づいて出力電圧パルスを生成する。
図８は、第２の実施形態におけるスイッチング信号生成部３０のフローチャートを示す図である。第１の実施形態におけるスイッチング信号生成部３０のフローチャートと同一の処理には同一の符号を付してその説明を簡略にする。
スイッチング信号生成部３０は、まずステップＳ１において、電圧指令値の出力パルス幅が最も長い最大相、電圧指令値の出力パルス幅が最も短い最小相、これらの中間の中間相を判定する。
次に、ステップＳ２において、中間相の電圧指令値の極性と、最小相の電圧指令値の極性が同一かを判定する。中間相の電圧指令値の極性と最小相の電圧指令値が同一ではない場合、ステップＳ１１において零相電圧出力回数算出部８０からの零相電圧出力回数を判定する。
ステップＳ１１において、零相電圧出力回数が１回の場合、ステップＳ１２に進み、Ａ１モードの出力電圧パルスを生成する。Ａ１モードでは、１パルス周期に１回だけ零相電圧を出力する。
図９（ａ）〜（ｃ）は、スイッチング信号生成部３０において生成されるＡ１モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ａ１モードでは、零相電圧出力回数が１回のため電圧指令値は分割されない。その結果、Ａ１モードでは、図４で示したＡ２モードの前半Ｔ１に相当する出力電圧パルスを生成する。すなわち、図９に示す出力電圧パルスは、図９（ｃ）に示す最小相であるＷ相と図９（ａ）に示す最大相であるＵ相のパルス出力開始タイミングを一致させ、図９（ｂ）に示す中間相であるＶ相と図９（ａ）に示す最大相であるＵ相のパルス出力停止タイミングを一致させる。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図９（ｄ）に示すように、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が１回出力される。
ステップＳ１１において、零相電圧出力回数が２回の場合、ステップＳ４においてＡ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ａ２モードについては、第１の実施形態において図４を参照して説明したとおりであり、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が２回出力される。
ステップＳ１１において、零相電圧出力回数がｎ回（ｎ≧３）の場合、ステップＳ１３においてＡｎモードの出力電圧パルスを生成する。Ａｎモードでは、１パルス周期Ｔを複数に分けて出力電圧パルスを分割することにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧をｎ回出力するように、出力電圧パルスを生成する。具体的には、１パルス周期Ｔを複数の区分Ｔｎに分ける。そして、複数に分けた区分Ｔｎにおいて、Ａ２モードの前半Ｔ１もしくは後半Ｔ２と同様の手法で出力電圧パルスを生成する。結果として、複数に分割した出力電圧パルスが生成される。
一方、ステップＳ２において中間相の電圧指令値の極性と最小相の電圧指令値の極性が同一の場合、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一か判定する。中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一ではない場合、ステップＳ１４において零相電圧出力回数算出部８０からの零相電圧出力回数を判定する。
ステップＳ１４において、零相電圧出力回数が１回の場合、ステップＳ１５においてＢ１モードの出力電圧パルスを出力する。Ｂ１モードでは、１パルス周期に１回だけ零相電圧を出力する。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、スイッチング信号生成部３０において生成されるＢ１モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ｂ１モードでは、零相電圧出力回数が１回のため電圧指令値は分割されない。その結果、Ｂ１モードでは図５で示したＢ２モードの前半Ｔ１に相当する出力電圧パルスを生成する。すなわち、図１０に示す出力電圧パルスは、図１０（ｂ）に示す中間相であるＶ相と図１０（ａ）に示す最大相であるＵ相のパルス出力開始タイミングを一致させ、図１０（ｃ）に示す最小相であるＷ相と図１０（ａ）に示す最大相であるＵ相のパルス出力停止タイミングを一致させる。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図１０（ｄ）に示すように、１パルス周期中に負の極性のみの零相電圧が１回出力される。
ステップＳ１４において、零相電圧出力回数が２回の場合、ステップＳ５においてＢ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ｂ２モードについては、第１の実施形態において図５を参照して説明したとおりであり、１パルス周期中に負の極性のみの零相電圧が２回出力される。
ステップＳ１４において、零相電圧出力回数がｎ回（ｎ≧３）の場合、ステップＳ１６においてＢｎモードの出力電圧パルスを生成する。Ｂｎモードでは、１パルス周期Ｔを複数に分けて出力電圧パルスを分割することにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧をｎ回出力するように、出力電圧パルスを生成する。
ステップＳ４において中間相の電圧指令値の極性および最小相の電圧指令値の極性が最大相の電圧指令値の極性と同一の場合、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において零相電圧出力回数算出部８０からの零相電圧出力回数を判定する。
ステップＳ１７において、零相電圧出力回数が１回の場合、ステップＳ１８においてＣ１モードの出力電圧パルスを出力する。Ｃ１モードでは、１パルス周期に１回だけ零相電圧を出力する。
図１１（ａ）〜（ｃ）は、スイッチング信号生成部３０において生成されるＣ１モードの出力電圧パルスの例を示す図である。Ｃ１モードでは、零相電圧出力回数が１回のため電圧指令値は分割されない。その結果、Ｃ１モードでは、図６で示したＣ２モードの前半Ｔ１に相当する出力電圧パルスを生成する。
このようにして生成された出力電圧パルスをインバータ１００へ出力した結果、モータ２００には、図１１（ｄ）に示すように、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が１回出力される。
ステップＳ１７において、零相電圧出力回数が２回の場合、ステップＳ６においてＣ２モードの出力電圧パルスを生成する。Ｃ２モードについては、第１の実施形態において図６を参照して説明したとおりであり、１パルス周期中に正の極性のみの零相電圧が２回出力される。
ステップＳ１７において、零相電圧出力回数がｎ回（ｎ≧３）の場合、ステップＳ１９においてＣｎモードの出力電圧パルスを生成する。Ｃｎモードでは、１パルス周期Ｔを複数に分けて出力電圧パルスを分割することにより、１パルス周期中に正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧をｎ回出力するように、出力電圧パルスを生成する。
本実施形態によれば、検出した零相電圧の回数に応じて、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるようにして零相電流の制御周期を短縮することにより零相電流のリプルを低減することができる。
−第３の実施形態−
図１２は、電動車両の構成を示すブロック図である。この電動車両は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態で説明したモータ制御装置１を備える。インバータ１００には、直流電源４００から直流電圧がコンデンサ５００を介して供給される。インバータ制御部３００には、車両コントローラ６００よりトルク指令値が入力される。
図１２は、電動車両の構成を示すブロック図である。この電動車両は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態で説明したモータ制御装置１を備える。インバータ１００には、直流電源４００から直流電圧がコンデンサ５００を介して供給される。インバータ制御部３００には、車両コントローラ６００よりトルク指令値が入力される。
電動車両は電気自動車であり、モータ２００の軸出力トルクは、減速ギア７００、ディファレンシャルギア８００を介して左右の駆動輪９００Ａ、９００Ｂに伝達される。なお、電動車両はハイブリッド自動車であってもよい。
本実施形態によれば、モータ制御装置を備えた電動車両において、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるようにして零相電流の制御周期を短縮することにより零相電流のリプルを低減することができる。
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）モータ制御装置１は、各相に独立して巻かれた巻線を有するモータ２００を駆動するインバータ１００と、トルク指令値とモータ２００の回転子位置とに基づき、各相に対応する出力電圧パルスを生成してインバータ１００を制御するインバータ制御部３００とを備える。インバータ制御部３００は、出力電圧パルスの１パルス周期中にモータ２００から正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧が複数回出力するように、出力電圧パルスの少なくとも一つの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。これにより、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流に発生するリプルを抑えて損失を低減することができる。
（１）モータ制御装置１は、各相に独立して巻かれた巻線を有するモータ２００を駆動するインバータ１００と、トルク指令値とモータ２００の回転子位置とに基づき、各相に対応する出力電圧パルスを生成してインバータ１００を制御するインバータ制御部３００とを備える。インバータ制御部３００は、出力電圧パルスの１パルス周期中にモータ２００から正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧が複数回出力するように、出力電圧パルスの少なくとも一つの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。これにより、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流に発生するリプルを抑えて損失を低減することができる。
（２）モータ制御装置１において、インバータ制御部３００は、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和がゼロになる第１フェーズと、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和が正になる第２フェーズと、インバータ１００の各相に出力する出力電圧パルスの総和が負になる第３フェーズとを有するように出力電圧パルスを生成する。出力電圧パルスは１パルス周期中に第２フェーズまたは第３フェーズを第１フェーズで複数に区分する。これにより、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流に発生するリプルを抑えて損失を低減することができる。
（３）モータ制御装置１において、インバータ制御部３００は、１パルス周期中の出力電圧パルスの幅が最も長い相を除くいずれかの相の出力電圧パルスを１パルス周期中に複数に分割して生成する。これにより、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流に発生するリプルを抑えて損失を低減することができる。
（４）モータ制御装置１において、インバータ制御部３００は、モータ２００の角速度に基づいて、１パルス周期中に出力する零相電圧の回数が変化するように、出力電圧パルスを生成する。これにより、検出した零相電圧の回数に応じて、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流の制御周期が短縮され、零相電流のリプルを低減することができる。
（５）電動車両は、モータ制御装置１と、モータ制御装置１により駆動されるモータ２００とを備える。これにより、モータ制御装置を備えた電動車両において、１パルス周期中に零相電圧が複数回出力されるので、零相電流の制御周期を短縮され、零相電流のリプルを低減することができる。
（変形例）
本発明は、以上説明した第１乃至第３の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）第１乃至第３の実施形態では３相モータを駆動するモータ制御装置について説明したが、その他の複数相モータを駆動するモータ制御装置であってもよい。
本発明は、以上説明した第１乃至第３の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）第１乃至第３の実施形態では３相モータを駆動するモータ制御装置について説明したが、その他の複数相モータを駆動するモータ制御装置であってもよい。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。
１ ・・・モータ制御装置
１０・・・電流指令演算部
２０・・・ｄｑ軸電流制御部
３０・・・スイッチング信号生成部
４０・・・ｄｑ変換部
５０・・・零相電流算出部
６０・・・零相電流制御部
７０・・・速度変換部
８０・・・零相電圧出力回数算出部
９０・・・ＵＶＷ変換部
１００・・・インバータ
１１０・・・Ｕ相フルブリッジインバータ
１１０ａ・・・スイッチング素子
１１０ｂ・・・スイッチング素子
１１０ｃ・・・スイッチング素子
１１０ｄ・・・スイッチング素子
１１１・・・Ｖ相フルブリッジインバータ
１１０ａ・・・スイッチング素子
１１０ｂ・・・スイッチング素子
１１０ｃ・・・スイッチング素子
１１０ｄ・・・スイッチング素子
１１２・・・Ｗ相フルブリッジインバータ
１１２ａ・・・スイッチング素子
１１２ｂ・・・スイッチング素子
１１２ｃ・・・スイッチング素子
１１２ｄ・・・スイッチング素子
２００・・・モータ
２１０・・・位置センサ
２２０・・・電流センサ
３００・・・インバータ制御部
４００・・・直流電源
５００・・・コンデンサ
６００・・・車両コントローラ
１０・・・電流指令演算部
２０・・・ｄｑ軸電流制御部
３０・・・スイッチング信号生成部
４０・・・ｄｑ変換部
５０・・・零相電流算出部
６０・・・零相電流制御部
７０・・・速度変換部
８０・・・零相電圧出力回数算出部
９０・・・ＵＶＷ変換部
１００・・・インバータ
１１０・・・Ｕ相フルブリッジインバータ
１１０ａ・・・スイッチング素子
１１０ｂ・・・スイッチング素子
１１０ｃ・・・スイッチング素子
１１０ｄ・・・スイッチング素子
１１１・・・Ｖ相フルブリッジインバータ
１１０ａ・・・スイッチング素子
１１０ｂ・・・スイッチング素子
１１０ｃ・・・スイッチング素子
１１０ｄ・・・スイッチング素子
１１２・・・Ｗ相フルブリッジインバータ
１１２ａ・・・スイッチング素子
１１２ｂ・・・スイッチング素子
１１２ｃ・・・スイッチング素子
１１２ｄ・・・スイッチング素子
２００・・・モータ
２１０・・・位置センサ
２２０・・・電流センサ
３００・・・インバータ制御部
４００・・・直流電源
５００・・・コンデンサ
６００・・・車両コントローラ
Claims (5)
- 各相に独立して巻かれた巻線を有するモータを駆動するインバータと、
トルク指令値と前記モータの回転子位置とに基づき、前記各相に対応する出力電圧パルスを生成して前記インバータを制御するインバータ制御部とを備え、
前記インバータ制御部は、前記出力電圧パルスの１パルス周期中に前記モータから正負いずれかの極性の一方のみの零相電圧が複数回出力するように、前記出力電圧パルスの少なくとも一つの相の出力電圧パルスを前記１パルス周期中に複数に分割して生成するモータ制御装置。 - 請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記インバータの各相に出力する前記出力電圧パルスの総和がゼロになる第１フェーズと、前記インバータの各相に出力する前記出力電圧パルスの総和が正になる第２フェーズと、前記インバータの各相に出力する前記出力電圧パルスの総和が負になる第３フェーズとを有するように前記出力電圧パルスを生成し、前記出力電圧パルスは前記１パルス周期中に前記第２フェーズまたは前記第３フェーズを前記第１フェーズで複数に区分するモータ制御装置。 - 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記１パルス周期中の前記出力電圧パルスの幅が最も長い相を除くいずれかの相の前記出力電圧パルスを前記１パルス周期中に複数に分割して生成するモータ制御装置。 - 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記インバータ制御部は、前記モータの角速度に基づいて、前記１パルス周期中に出力する零相電圧の回数が変化するように、前記出力電圧パルスを生成するモータ制御装置。 - 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により駆動される前記モータとを備える電動車両。
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