JP6983330B2 - 電動機制御装置および電動機制御方法 - Google Patents

Description

本明細書は、電動機制御装置および電動機制御方法に関する技術を開示する。

特許文献１に記載のハイブリッド装置は、一次鎖交磁束の軌跡を円形にする円形モードと、一次鎖交磁束の軌跡を六角形にする六角形モードとをモード切り替え信号によって切り替える。これにより、特許文献１に記載のハイブリッド装置は、不足する力行トルクを補い、駆動領域を拡大しようとしている。

特開平８−３３３９９号公報

しかしながら、特許文献１は、円形モードと六角形モードとを切り替えるときの可動子の位置について開示するものではない。そのため、特許文献１に記載のハイブリッド装置は、可動子の位置によっては、モード切り替えによって生じるトルク変動が増大する可能性がある。

このような事情に鑑みて、本明細書は、パルス幅変調制御の切り替えによって生じるトルク変動を抑制可能な電動機制御装置および電動機制御方法を開示する。

本明細書は、第一制御部と、第二制御部と、制御変更部とを備える電動機制御装置を開示する。前記第一制御部は、電力変換器の出力範囲の外縁を示す正六角形と前記正六角形に内接する内接円との間の出力領域において第一パルス幅変調制御を行う。前記第二制御部は、前記内接円および前記内接円より内側の出力領域において第二パルス幅変調制御を行う。前記制御変更部は、電動機の可動子が前記正六角形および前記内接円によって形成される六つの接点のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、前記第一パルス幅変調制御および前記第二パルス幅変調制御のうちの一方から他方に切り替える。

また、本明細書は、第一制御工程と、第二制御工程と、制御変更工程とを備える電動機制御方法を開示する。前記第一制御工程は、電力変換器の出力範囲の外縁を示す正六角形と前記正六角形に内接する内接円との間の出力領域において第一パルス幅変調制御を行う。前記第二制御工程は、前記内接円および前記内接円より内側の出力領域において第二パルス幅変調制御を行う。前記制御変更工程は、電動機の可動子が前記正六角形および前記内接円によって形成される六つの接点のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、前記第一パルス幅変調制御および前記第二パルス幅変調制御のうちの一方から他方に切り替える。

上記の電動機制御装置によれば、制御変更部を備える。制御変更部は、電動機の可動子が正六角形および内接円によって形成される六つの接点のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、第一パルス幅変調制御および第二パルス幅変調制御のうちの一方から他方に切り替える。電動機の可動子が所定の接点によって特定される所定位置に位置するときには、第一パルス幅変調制御による出力指令と、第二パルス幅変調制御による出力指令とが一致する。よって、上記の電動機制御装置は、パルス幅変調制御の切り替えによって生じるトルク変動を抑制することができる。電動機制御装置について上述したことは、電動機制御方法についても同様に言える。

電動機制御装置１０の一例を示す構成図である。 制御装置６０の制御ブロックの一例を示すブロック図である。 トルクと電機子電流の関係の一例を示すベクトル図である。 パルス幅変調制御部７５の制御ブロックの一例を示すブロック図である。 電力変換器４０の出力範囲の一例を示す模式図である。 空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御の一例を示すベクトル図である。 空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御の一例を示すタイミングチャートである。 搬送波比較によるパルス幅変調制御の一例を示す模式図である。 制御変更部７５ｃによるパルス幅変調制御の切り替え方法の一例を示すタイミングチャートである。 制御変更部７５ｃによるパルス幅変調制御の切り替え方法の他の一例を示すタイミングチャートである。 制御変更部７５ｃによるパルス幅変調制御の切り替え方法の他の一例を示すタイミングチャートである。

１．実施形態
１−１．電動機制御装置１０の構成例
図１に示すように、本実施形態の電動機制御装置１０は、電源２０と、平滑コンデンサ３０と、電力変換器４０と、制御装置６０とを備えている。また、電力変換器４０には、電動機５０が電気的に接続されている。

電源２０は、直流電力を出力する。電源２０は、直流電力を出力することができれば良く、種々の形態をとり得る。電源２０は、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）、リチウムイオン電池、発電装置（例えば、燃料電池）などを用いることができる。また、電源２０は、例えば、公知の昇圧コンバータなどを用いて、低電圧の直流電力を昇圧することもできる。

平滑コンデンサ３０は、電源２０から出力された直流電力を平滑する。電源２０の正極側２０ｐは、平滑コンデンサ３０の正極側３０ｐと接続されている。電源２０の負極側２０ｎは、平滑コンデンサ３０の負極側３０ｎと接続されており、パワーグランド（電源２０を含む高電圧側の回路の基準電位）と接続されている。平滑コンデンサ３０は、例えば、電解コンデンサを用いることができる。電源２０から供給された直流電力は、平滑コンデンサ３０によって平滑されてリップルが低減される。

電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を電動機５０に出力する。図１に示すように、電力変換器４０は、複数（６つ）のスイッチング素子（本実施形態では、三組の一対のスイッチング素子４１）を備えており、これらは、フルブリッジ接続されている。三組の一対のスイッチング素子４１の各々は、電源２０の正極側２０ｐに接続される正極側スイッチング素子４ｘｐと、電源２０の負極側２０ｎに接続される負極側スイッチング素子４ｘｎとが直列接続されている。なお、本実施形態の電動機５０は三相機であり、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。例えば、正極側スイッチング素子４ｕｐは、Ｕ相の正極側スイッチング素子を示しており、負極側スイッチング素子４ｕｎは、Ｕ相の負極側スイッチング素子を示している。

正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、公知の電力用スイッチング素子を用いることができる。正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、例えば、公知の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができる。また、正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎは、例えば、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることもできる。

図１に示すように、複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御端子４ｇと、入力端子４ｃと、出力端子４ｅと、還流ダイオード４ｄとを備えている。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、コレクタ端子に相当し、出力端子４ｅは、エミッタ端子に相当する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）では、制御端子４ｇは、ゲート端子に相当し、入力端子４ｃは、ドレイン端子に相当し、出力端子４ｅは、ソース端子に相当する。制御端子４ｇは、駆動回路６１ｂを介して、制御装置６０と接続されている。複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐの各々は、制御装置６０から出力される駆動信号（パルス信号）に基づいて開閉制御される。

制御端子４ｇと出力端子４ｅとの間の電圧を制御電圧Ｖｇｅとする。例えば、制御電圧Ｖｇｅがローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に遮断された開状態に制御される。制御電圧Ｖｇｅがハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間が電気的に導通された閉状態に制御される。

還流ダイオード４ｄは、例えば、スイッチング素子のボディダイオード（寄生ダイオード）を用いることができる。また、ボディダイオードの代わりに、還流ダイオードを別途設けて、入力端子４ｃと出力端子４ｅとの間に並列接続することもできる。還流ダイオード４ｄは、スイッチング素子が開状態のときに、出力端子４ｅ側から入力端子４ｃ側に向かう電流経路を形成する。これにより、スイッチング素子の開閉に伴って生じる逆電流から当該スイッチング素子を保護することができる。

複数（３つ）の正極側スイッチング素子４ｘｐについて上述したことは、複数（３つ）の負極側スイッチング素子４ｘｎについても同様に言える。制御装置６０は、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（三組の一対のスイッチング素子４１を構成する正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）を開閉制御して、電力変換器４０を制御する。これにより、電力変換器４０は、電源２０から出力された直流電力を交流電力に変換する。

図１に示すように、正極側スイッチング素子４ｘｐと負極側スイッチング素子４ｘｎとの間には、出力端子４２ｘが設けられている。出力端子４２ｘと、電動機５０の相端子４３ｘとの間は、電力ケーブル４４ｘによって電気的に接続されている。電力ケーブル４４ｘは、電力変換器４０によって変換された交流電力を電動機５０に給電する。なお、ｘは、ｕ、ｖ、ｗのうちのいずれかである。

電動機５０は、固定子５１と可動子５２とを備えている。本実施形態の電動機５０は、固定子５１および可動子５２が同軸に配設されるラジアル空隙型の円筒状電動機である。なお、電動機５０は、アキシャル空隙型の円筒状電動機であっても良い。また、電動機５０は、可動子５２が固定子５１に対して直線状に移動するリニア電動機であっても良い。いずれの場合も、固定子５１および可動子５２のうちの一方は、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）を備え、固定子５１および可動子５２のうちの他方は、永久磁石（図示略）を備えていると良い。図１に示すように、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Ｙ結線で接続することができる。同図では、中性点が中性点５１ｎで示されている。なお、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）は、Δ結線で接続することもできる。

制御装置６０は、公知の中央演算装置および記憶装置を備えており、制御回路が構成されている（いずれも図示略）。中央演算装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置は、第一記憶装置および第二記憶装置を備えている。第一記憶装置は、揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置は、不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。制御装置６０は、電力変換器４０を含む電力変換システムを制御する。また、制御装置６０は、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）をパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって開閉制御する。

図１に示すように、制御装置６０は、直流電圧検出器６１ａと、駆動回路６１ｂと、電流検出器６１ｃと、位置検出器６１ｄとを備えている。直流電圧検出器６１ａは、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧Ｖｄｃを検出する。具体的には、直流電圧検出器６１ａは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって当該直流電圧Ｖｄｃを分圧して、分圧された直流電圧を制御装置６０に出力する。制御装置６０は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧を知得し、平滑コンデンサ３０によって平滑された直流電力の直流電圧Ｖｄｃ（電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃ）を知得することができる。本明細書では、直流電圧検出器６１ａによって検出された直流電圧Ｖｄｃを直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂという。

駆動回路６１ｂは、制御装置６０から出力される駆動信号を増幅する駆動回路であり、例えば、公知のドライバ回路を用いることができる。なお、図１では、電力変換器４０の各スイッチング素子の制御端子４ｇと、駆動回路６１ｂとの間の接続は、記載が省略されている。

電流検出器６１ｃは、電力変換器４０から出力される出力電流を検出する。本実施形態では、電流検出器６１ｃは、電力ケーブル４４ｕおよび電力ケーブル４４ｖに設けられており、Ｕ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを検出する。本明細書では、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流ＩｕをＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂといい、電流検出器６１ｃによって検出されたＶ相電流ＩｖをＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂという。なお、Ｗ相電流Ｉｗは、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。電流検出器６１ｃは、公知の電流検出器（例えば、カレントトランスを使用した電流検出器、シャント抵抗器を使用した電流検出器など）を用いることができる。

位置検出器６１ｄは、固定子５１に対する可動子５２の位置を検出する。位置検出器６１ｄは、公知の位置検出器（例えば、レゾルバ、エンコーダ、ホールセンサなど）を用いることができる。本明細書では、位置検出器６１ｄによって検出された可動子５２の位置（電動機５０が円筒状電動機の場合、回転角）を可動子位置θという。なお、制御装置６０は、上述した検出器以外にも種々の検出器を設けることができる。

制御装置６０の中央演算装置は、第二記憶装置に記憶されている電力変換器４０の制御プログラムを第一記憶装置に読み出して、制御プログラムを実行する。また、上述した検出値などは、絶縁部（図示略）を介して、制御装置６０に入力される。中央演算装置は、絶縁部および図１に示す駆動回路６１ｂを介して、電力変換器４０の各スイッチング素子に開閉信号を出力して、電力変換器４０を開閉制御する。なお、絶縁部は、制御装置６０を含む低電圧側の回路と、電源２０を含む高電圧側の回路とを電気的に絶縁する。絶縁部は、例えば、公知のフォトカプラなどを用いることができる。

１−２．制御装置６０による制御例
図２に示すように、本実施形態の制御装置６０は、制御ブロックとして捉えると、三相／二相変換部７１と、回転速度算出部７２と、電流指令値設定部７３と、電流制御部７４と、パルス幅変調制御部７５とを備えている。

電動機５０の可動子磁極（本実施形態では、永久磁石）の主磁束方向をｄ軸方向とし、ｄ軸方向と電気的に直交する方向をｑ軸方向とする。例えば、永久磁石が可動子５２に埋設されている埋込磁石型の同期電動機のｄ軸−ｑ軸座標系における電圧方程式は、式（１）で表すことができる。

但し、ｄ軸方向の電圧は、ｄ軸電圧Ｖｄで表し、ｑ軸方向の電圧は、ｑ軸電圧Ｖｑで表す。また、コイル（Ｕ相コイル５１ｕ、Ｖ相コイル５１ｖ、Ｗ相コイル５１ｗ）の各巻線抵抗は、巻線抵抗Ｒで表す。さらに、ｄ軸インダクタンスは、ｄ軸インダクタンスＬｄで表し、ｑ軸インダクタンスは、ｑ軸インダクタンスＬｑで表す。また、ｄ軸方向の電流は、ｄ軸電流Ｉｄで表し、ｑ軸方向の電流は、ｑ軸電流Ｉｑで表す。さらに、可動子５２の角速度は、角速度ωで表し、誘起電圧定数は、誘起電圧定数Φで表す。また、微分演算子は、微分演算子ｐ（＝ｄ／ｄｔ）で表す。

制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆをそれぞれ設定して、電力変換器４０を制御する。具体的には、制御装置６０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを設定して、電力変換器４０を制御する。但し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電流指令値をいい、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電流指令値をいう。また、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸方向の電圧指令値をいい、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸方向の電圧指令値をいう。

１−２−１．三相／二相変換部７１
三相／二相変換部７１は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂ、並びに、入力電流算出値Ｉｉｎ＿ｆｂを算出する。但し、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂは、ｄ軸方向の電流算出値をいい、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂは、ｑ軸方向の電流算出値をいう。入力電流算出値Ｉｉｎ＿ｆｂは、電動機５０に入力される入力電流Ｉｉｎの大きさ（絶対値）をいう。図２に示すように、三相／二相変換部７１には、電流検出器６１ｃによって検出されたＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂが入力される。既述したように、Ｗ相電流Ｉｗは、ゼロからＵ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂおよびＶ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂをそれぞれ減じて算出することができる。Ｗ相電流Ｉｗの検出値（算出値）は、Ｗ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂとする。また、三相／二相変換部７１には、位置検出器６１ｄによって検出された可動子位置θが入力される。

三相／二相変換部７１は、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂ、並びに、可動子位置θを用いて、式（２）に基づいてｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂおよびｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを算出する。また、三相／二相変換部７１は、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂの二乗と、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂの二乗とを加算した二乗和の平方根を算出して、入力電流算出値Ｉｉｎ＿ｆｂを算出する。なお、可動子位置θは、例えば、Ｕ相電流検出値Ｉｕ＿ｆｂ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ＿ｆｂおよびＷ相電流検出値Ｉｗ＿ｆｂの経時変化から推定することもできる。また、可動子位置θは、例えば、各相の誘起電圧の経時変化から推定することもできる。

１−２−２．回転速度算出部７２
回転速度算出部７２は、電動機５０（可動子５２）の回転速度Ｖｃを算出する。図２に示すように、回転速度算出部７２には、位置検出器６１ｄによって検出された可動子位置θが入力される。回転速度算出部７２は、例えば、可動子位置θを時間微分して回転速度Ｖｃを算出することができる。なお、制御装置６０は、公知の回転速度検出器を用いて、回転速度Ｖｃを測定することもできる。本明細書では、回転速度算出部７２によって算出された回転速度Ｖｃを回転速度算出値Ｖｃ＿ｆｂという。

１−２−３．電流指令値設定部７３
電流指令値設定部７３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの算出は、種々の方法をとり得る。電流指令値設定部７３は、例えば、所要トルクに対して電機子電流が最小になるように（損失が最小になるように）、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定することができる（最大効率制御）。

図３は、トルクと電機子電流の関係の一例を示している。曲線Ｌ１１は、所要トルク（トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆ）が一定のときのｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆとｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆの関係（電機子電流の電流ベクトルの関係）の一例を示している。電機子電流の電流ベクトルが曲線Ｌ１１上に設定されることにより、所要トルクが得られる。矢印Ｌ１２は、曲線Ｌ１１で示す所要トルクを得るときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。直線Ｌ１３は、曲線Ｌ１１の極値における接線を示している。つまり、電機子電流の電流ベクトルが直線Ｌ１３で示す接線と直交するときに、所要トルクを得る際の電機子電流が最小になる。

所要トルクが増加するとトルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが増大され、曲線Ｌ１１は、曲線Ｌ１１ａに移動する。矢印Ｌ１２ａは、このときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。逆に、所要トルクが減少するとトルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが低減され、曲線Ｌ１１は、曲線Ｌ１１ｂに移動する。矢印Ｌ１２ｂは、このときに電機子電流が最小になる電流ベクトルを示している。なお、同図の横軸は、ｄ軸を示し、縦軸は、ｑ軸を示している。

制御装置６０は、所要トルクに応じて、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆを設定する。図２に示すように、電流指令値設定部７３には、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆが入力される。電流指令値設定部７３は、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆに対して電機子電流が最小になるように、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆを設定する。所要トルク（トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆ）に対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆは、予め算出され、例えば、マップ、テーブル、関係式（多項式）などに変換されて、第二記憶装置に記憶されている。

１−２−４．電流制御部７４
電流制御部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆを算出する。また、電流制御部７４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出する。具体的には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように算出される。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように算出される。電流制御部７４は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができれば良く、種々の形態をとり得る。

図２に示すように、本実施形態の電流制御部７４は、減算器７４ａと、ＰＩ制御部７４ｂと、減算器７４ｃと、ＰＩ制御部７４ｄとを備えている。減算器７４ａには、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂとが入力される。減算器７４ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆからｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｄを算出する。減算器７４ａによって算出された偏差ΔＩｄは、ＰＩ制御部７４ｂに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７４ｂは、ｄ軸電流算出値Ｉｄ＿ｆｂがｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。

ＰＩ制御部７４ｂは、比例演算器７４ｂ１と、積分演算器７４ｂ２と、加算器７４ｂ３とを備えている。比例演算器７４ｂ１は、偏差ΔＩｄに比例ゲインＫｐｄを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７４ｂ２は、偏差ΔＩｄを積分した積分値に積分ゲインＫｉｄを乗じた演算結果を出力する。加算器７４ｂ３は、比例演算器７４ｂ１の演算結果と、積分演算器７４ｂ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７４ｂは、加算器７４ｂ３の演算結果をｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７４ｂは、偏差ΔＩｄを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。つまり、ＰＩ制御部７４ｂは、比例制御、積分制御および微分制御を行うＰＩＤ制御部とすることもできる。

減算器７４ｃには、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂとが入力される。減算器７４ｃは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆからｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂを減じて偏差ΔＩｑを算出する。減算器７４ｃによって算出された偏差ΔＩｑは、ＰＩ制御部７４ｄに対して出力される。本実施形態では、ＰＩ制御部７４ｄは、ｑ軸電流算出値Ｉｑ＿ｆｂがｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。

ＰＩ制御部７４ｄは、比例演算器７４ｄ１と、積分演算器７４ｄ２と、加算器７４ｄ３とを備えている。比例演算器７４ｄ１は、偏差ΔＩｑに比例ゲインＫｐｑを乗じた演算結果を出力する。積分演算器７４ｄ２は、偏差ΔＩｑを積分した積分値に積分ゲインＫｉｑを乗じた演算結果を出力する。加算器７４ｄ３は、比例演算器７４ｄ１の演算結果と、積分演算器７４ｄ２の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部７４ｄは、加算器７４ｄ３の演算結果をｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部７４ｄは、ＰＩ制御部７４ｂと同様に、偏差ΔＩｑを微分した微分値に微分ゲインを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。

このように、電流制御部７４は、例えば、比例制御、積分制御および微分制御のうちの少なくとも比例制御および積分制御によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆを算出することができる。なお、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｄおよび積分ゲインＫｉｄを用いて、式（３）で表すことができる。また、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆは、比例ゲインＫｐｑおよび積分ゲインＫｉｑを用いて、式（４）で表すことができる。いずれもラプラス演算子は、ラプラス演算子ｓで表す。

１−２−５．パルス幅変調制御部７５
パルス幅変調制御部７５は、電力変換器４０の複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の開閉信号（パルス信号）を生成する。図２に示すように、パルス幅変調制御部７５には、電流制御部７４によって算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆが入力される。また、パルス幅変調制御部７５には、位置検出器６１ｄによって検出された可動子位置θが入力される。

さらに、パルス幅変調制御部７５には、三相／二相変換部７１によって算出された電動機５０の入力電流算出値Ｉｉｎ＿ｆｂが入力される。また、パルス幅変調制御部７５には、回転速度算出部７２によって算出された回転速度算出値Ｖｃ＿ｆｂが入力される。さらに、パルス幅変調制御部７５には、直流電圧検出器６１ａによって検出された直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂが入力される。

１−３．パルス幅変調制御部７５の詳細
図４に示すように、パルス幅変調制御部７５は、第一制御部７５ａと、第二制御部７５ｂと、制御変更部７５ｃとを備えている。

１−３−１．第一制御部７５ａ
図５は、電力変換器４０の出力範囲の一例を示している。第一制御部７５ａは、電力変換器４０の出力範囲の外縁を示す正六角形ＲＨ１と、正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の出力領域（以下、「第一出力領域」という。）において、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１を行う。第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１は、複数（８つ）の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の中から所定の電圧ベクトルを選択することによりパルス信号を生成する空間ベクトル変調（ＳＶＭ：Ｓｐａｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によるパルス幅変調制御であると好適である。

第一制御部７５ａは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＿ｒｅｆ、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＿ｒｅｆおよび可動子位置θを用いて、ｄ軸−ｑ軸座標系（回転座標系）からα軸−β軸座標系（静止座標系）への座標変換を行い、空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御を行う。ｄ軸−ｑ軸座標系（回転座標系）と、α軸−β軸座標系（静止座標系）との関係は、図５に示される。よって、ｄ軸−ｑ軸座標系（回転座標系）からα軸−β軸座標系（静止座標系）への座標変換は、式（５）で表すことができる。但し、α軸方向の電圧指令値はα軸電圧指令値Ｖα＿ｒｅｆで表し、β軸方向の電圧指令値はβ軸電圧指令値Ｖβ＿ｒｅｆで表す。

空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御では、複数（８つ）の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の中から所定の電圧ベクトルを選択することにより、パルス信号を生成する。図５に示す電圧ベクトルＶ１（１，０，０）は、Ｕ相方向を示し、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。電圧ベクトルＶ３（０，１，０）は、Ｖ相方向を示し、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。電圧ベクトルＶ５（０，０，１）は、Ｗ相方向を示し、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。

また、電圧ベクトルＶ２（１，１，０）は、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。電圧ベクトルＶ４（０，１，１）は、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。電圧ベクトルＶ６（１，０，１）は、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。

なお、電圧ベクトルＶ０（０，０，０）は、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。電圧ベクトルＶ７（１，１，１）は、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の正極側スイッチング素子４ｗｐが閉状態に制御され、他のスイッチング素子が開状態に制御されることを示している。つまり、電圧ベクトルＶ０（０，０，０）および電圧ベクトルＶ７（１，１，１）は、ゼロ電圧を出力する。図５に示すように、空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御では、空間的に隣接する電圧ベクトルの位相差が６０°（電気角）の複数（６つ）の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６と、ゼロ電圧を出力する少なくとも一つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ７とを用いて、パルス信号を生成する。

具体的には、第一制御部７５ａは、α軸−β軸座標系（静止座標系）における可動子位置γ（電動機５０が円筒状電動機の場合、回転角）に基づいて、複数（８つ）の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の中から所定の電圧ベクトルを選択し、選択した電圧ベクトルの発生時間を制御する。図５に示すように、可動子位置γは、ｄ軸−ｑ軸座標系（回転座標系）における指令電圧Ｖ＿ｒｅｆの位置δ（電動機５０が円筒状電動機の場合、回転角）と、可動子位置θ（回転角）とを加算した位置（回転角）である。

図５および図６Ａに示すように、例えば、空間的に隣接する二つの電圧ベクトルＶ１，Ｖ２によって形成される領域において、指令電圧Ｖ＿ｒｅｆを発生させる場合を想定する。図６Ｂは、このときの複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）の開閉信号のタイミングチャートの一例を示している。具体的には、折線Ｌ２１は、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐおよび負極側スイッチング素子４ｕｎの開閉状態の経時変化を示している。折線Ｌ２２は、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよび負極側スイッチング素子４ｖｎの開閉状態の経時変化を示している。折線Ｌ２３は、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐおよび負極側スイッチング素子４ｗｎの開閉状態の経時変化を示している。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第一制御部７５ａは、所定の制御周期Ｔｓのうち、電圧ベクトルＶ１を発生させる時間Ｔ１と、電圧ベクトルＶ２を発生させる時間Ｔ２とを設定する。図６Ｂに示す時間Ｔ１における出力状態は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に、１，０，０であり、既述した電圧ベクトルＶ１の出力状態を示している。つまり、第一制御部７５ａは、時間Ｔ１の間、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎを閉状態に制御し、他のスイッチング素子を開状態に制御するパルス信号を生成する。

同様に、図６Ｂに示す時間Ｔ２における出力状態は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に、１，１，０であり、既述した電圧ベクトルＶ２の出力状態を示している。つまり、第一制御部７５ａは、時間Ｔ２の間、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎを閉状態に制御し、他のスイッチング素子を開状態に制御するパルス信号を生成する。

なお、第一制御部７５ａは、制御周期Ｔｓの残りの時間Ｔ０において、ゼロ電圧を選択する。例えば、第一制御部７５ａは、時間Ｔ０の半分の時間（時間Ｔ０／２）、電圧ベクトルＶ０を選択し、時間Ｔ０の半分の時間（時間Ｔ０／２）、電圧ベクトルＶ７を選択する。図６Ｂに示す最初の時間Ｔ０の半分の時間（時間Ｔ０／２）における出力状態は、０，０，０であり、既述した電圧ベクトルＶ０の出力状態を示している。つまり、第一制御部７５ａは、最初の時間Ｔ０／２の間、Ｕ相の負極側スイッチング素子４ｕｎ、Ｖ相の負極側スイッチング素子４ｖｎおよびＷ相の負極側スイッチング素子４ｗｎを閉状態に制御し、他のスイッチング素子を開状態に制御するパルス信号を生成する。

同様に、図６Ｂに示す最後の時間Ｔ０の半分の時間（時間Ｔ０／２）における出力状態は、１，１，１であり、既述した電圧ベクトルＶ７の出力状態を示している。つまり、第一制御部７５ａは、最後の時間Ｔ０／２の間、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐ、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐおよびＷ相の正極側スイッチング素子４ｗｐを閉状態に制御し、他のスイッチング素子を開状態に制御するパルス信号を生成する。

このように複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）が開閉制御されることにより、図６Ａに示す電圧ベクトルＶ１と電圧ベクトルＶ２とが合成された指令電圧Ｖ＿ｒｅｆが得られる。第一制御部７５ａは、他の領域に指令電圧Ｖ＿ｒｅｆを発生させる場合も同様にして、複数（８つ）の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の中から所定の電圧ベクトルを選択し、選択した電圧ベクトルの発生時間を制御することができる。

１−３−２．第二制御部７５ｂ
第二制御部７５ｂは、図５に示す内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域（以下、「第二出力領域」という。）において、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２を行う。第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２は、搬送波ＣＷ１と変調波ＭＷ１とを大小比較することによりパルス信号を生成する搬送波比較によるパルス幅変調制御であると好適である。

第二制御部７５ｂは、第一制御部７５ａと同様にして、ｄ軸−ｑ軸座標系（回転座標系）からα軸−β軸座標系（静止座標系）への座標変換を行う。また、第二制御部７５ｂは、二相／三相変換して、三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）を算出する。但し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆは、Ｕ相方向の電圧指令値をいう。Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆは、Ｖ相方向の電圧指令値をいう。Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆは、Ｗ相方向の電圧指令値をいう。

図７は、搬送波比較によるパルス幅変調制御の一例を示している。折線Ｌ３１は、搬送波ＣＷ１の経時変化の一例を示している。搬送波ＣＷ１は、例えば、三角波、のこぎり波などの直線状に経時変化する搬送信号を用いることができる。本実施形態の搬送波ＣＷ１は、三角波である。また、搬送波ＣＷ１の周波数は、電力変換器４０の出力周波数と比べて十分高く設定する。曲線Ｌ３２は、変調波ＭＷ１の経時変化の一例を示している。変調波ＭＷ１は、三相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＿ｒｅｆ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＿ｒｅｆおよびＷ相電圧指令値Ｖｗ＿ｒｅｆ）および直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂに基づいて生成され、本実施形態の変調波ＭＷ１は、正弦波状に経時変化する。折線Ｌ３３は、搬送波ＣＷ１および変調波ＭＷ１を用いて生成されるパルス信号の一例を示している。

第二制御部７５ｂは、例えば、公知の比較器（図示略）を備えており、搬送波ＣＷ１と変調波ＭＷ１とを大小比較することによりパルス信号を生成する。具体的には、曲線Ｌ３２で示す変調波ＭＷ１が折線Ｌ３１で示す搬送波ＣＷ１以下の場合、比較器の出力は、ローレベル（所定電圧値以下の電圧状態）になり、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐは、開状態に制御される（例えば、同図の時間Ｔ３１で示す区間）。逆に、曲線Ｌ３２で示す変調波ＭＷ１が折線Ｌ３１で示す搬送波ＣＷ１より大きい場合、比較器の出力は、ハイレベル（所定電圧値を超えた電圧状態）になり、Ｕ相の正極側スイッチング素子４ｕｐは、閉状態に制御される（例えば、同図の時間Ｔ３２で示す区間）。これを繰り返すことにより、折線Ｌ３３で示すパルス信号が生成される。

また、第二制御部７５ｂは、曲線Ｌ３２で示す変調波ＭＷ１に対して位相が１２０°（電気角）遅れる変調波（図示略）と、搬送波ＣＷ１とを大小比較することにより、Ｖ相の正極側スイッチング素子４ｖｐを開閉制御するパルス信号を生成する。同様に、第二制御部７５ｂは、曲線Ｌ３２で示す変調波ＭＷ１に対して位相が１２０°（電気角）進む変調波（図示略）と、搬送波ＣＷ１とを大小比較することにより、Ｗ相の正極側スイッチング素子４ｗｐを開閉制御するパルス信号を生成する。さらに、負極側スイッチング素子４ｘｎのパルス信号は、デッドタイムを無視すると、正極側スイッチング素子４ｘｐのパルス信号の開状態および閉状態を反転したパルス信号になる。このようにして、第二制御部７５ｂは、搬送波比較によるパルス幅変調制御を行い、パルス信号を生成することができる。

本実施形態の第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１は、複数（８つ）の電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の中から所定の電圧ベクトルを選択することによりパルス信号を生成する空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御である。また、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２は、搬送波ＣＷ１と変調波ＭＷ１とを大小比較することによりパルス信号を生成する搬送波比較によるパルス幅変調制御である。搬送波比較によるパルス幅変調制御は、空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御と比べて、複数（６つ）のスイッチング素子（正極側スイッチング素子４ｘｐおよび負極側スイッチング素子４ｘｎ）のスイッチング回数が増加する。そのため、搬送波比較によるパルス幅変調制御は、空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御と比べて、スイッチング損失は増大するが、電動機５０の電機子電流をより正弦波に近づけることができる。よって、本実施形態の電動機制御装置１０は、低出力時（図５に示す内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の第二出力領域）において、電力変換器４０の効率を向上させることができる。

また、第二制御部７５ｂは、図５に示す正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６が形成されるように、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を設定すると好適である。同図に示す破線の円ＩＣ０は、搬送波ＣＷ１の振幅と変調波ＭＷ１の振幅とが一致するとき（変調率が１のとき）の電力変換器４０の出力（指令電圧Ｖ＿ｒｅｆのベクトル軌跡）を示している。円ＩＣ０より外側の出力領域は、過変調の領域になる。過変調を行うと電動機５０の電機子電流が歪むので、第二制御部７５ｂは、過変調を行うことなく、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を改善すると良い。

第二制御部７５ｂは、例えば、三相の変調波ＭＷ１の各々に第三調波を重畳させることにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を改善することができる。また、第二制御部７５ｂは、三相の変調波ＭＷ１の各々に三の倍数調波を重畳させることにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を改善することもできる。さらに、三相の変調波ＭＷ１のうちの大きさが中間の変調波ＭＷ１を中間変調波とする。このとき、第二制御部７５ｂは、三相の変調波ＭＷ１の各々に中間変調波の大きさの半分（電圧利用率を約１．１５５（＝２／√３）にする場合）を重畳させることにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を改善することもできる。また、第二制御部７５ｂは、三相の変調波ＭＷ１の６０°（電気角）毎に一相の変調波ＭＷ１を固定し、他の二相の変調波ＭＷ１を変調させることにより、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を改善することもできる。

このようにして、第二制御部７５ｂは、図５に示す正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６が形成されるように、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を設定することができる。例えば、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２が搬送波比較によるパルス幅変調制御の場合、第二制御部７５ｂは、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を約１．１５５（＝２／√３）に設定する。

１−３−３．制御変更部７５ｃ
制御変更部７５ｃは、電動機５０の可動子５２が所定位置に位置するときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１および第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２のうちの一方から他方に切り替える。所定位置は、図５に示す正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって形成される六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６のうちの所定の接点によって特定される位置（電動機５０が円筒状電動機の場合、回転角）である。例えば、図５に示す所定位置γ１は、接点ＴＰ１と原点０とを結ぶ線分が、α軸−β軸座標系（静止座標系）の二つの座標軸（α軸およびβ軸）のうちの一の座標軸（α軸）となす角度によって表すことができ、接点ＴＰ１によって特定される。

制御変更部７５ｃは、後述する所定の切り替え条件が成立し、かつ、可動子５２の可動子位置γが所定位置（例えば、所定位置γ１）のときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１および第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２のうちの一方から他方に切り替える。なお、制御変更部７５ｃは、六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６のうちの任意の接点においてパルス幅変調制御を切り替えることができ、接点は限定されない。また、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えるときの接点と、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えるときの接点とは、同じであっても良く、異なっていても良い。

電動機５０の入力電流Ｉｉｎ（電力変換器４０の出力電流）が増加する程、電力変換器４０の出力範囲は、第一出力領域（図５に示す正六角形ＲＨ１と正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の出力領域）に近づく。逆に、電動機５０の入力電流Ｉｉｎが減少する程、電力変換器４０の出力範囲は、第二出力領域（内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域）に近づく。電動機５０の入力電流Ｉｉｎについて上述したことは、電動機５０の出力トルクＴｏｕｔについても同様に言える。

よって、図８Ａに示すように、制御変更部７５ｃは、電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔが所定閾値ＴＨ１以上になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えると好適である。また、制御変更部７５ｃは、電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔが所定閾値ＴＨ１未満になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えると好適である。これにより、電動機制御装置１０は、電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔに基づいて電動機５０の負荷状態に応じて、パルス幅変調制御の切り替えを行うことができる。

なお、本実施形態の制御変更部７５ｃは、電動機５０の入力電流Ｉｉｎとして、入力電流算出値Ｉｉｎ＿ｆｂを用いる。制御変更部７５ｃは、電動機５０の出力トルクＴｏｕｔとして、トルク指令値Ｔｒｑ＿ｒｅｆを用いる。また、所定閾値ＴＨ１は、例えば、電力変換器４０の出力（指令電圧Ｖ＿ｒｅｆのベクトル軌跡）が、図５に示す内接円ＩＣ１で表されるときの電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔに設定することができる。所定閾値ＴＨ１は、例えば、シミュレーション、実機による測定などによって、予め取得しておくことができる。

また、制御変更部７５ｃは、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１への切り替えと、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２への切り替えとにおいて、所定のヒステリシス幅ＨＹ０をもたせると好適である。これにより、電動機制御装置１０は、パルス幅変調制御の切り替えにおけるハンチングを抑制することができる。この場合、図８Ａに示すように、制御変更部７５ｃは、電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔが第一所定閾値ＴＨ１１以上になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替える（矢印Ｌ４１参照）。また、制御変更部７５ｃは、電動機５０の入力電流Ｉｉｎまたは出力トルクＴｏｕｔが第二所定閾値ＴＨ１２未満になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替える（矢印Ｌ４２参照）。

ヒステリシス幅ＨＹ０は、第一所定閾値ＴＨ１１から第二所定閾値ＴＨ１２を減じた減算値になる。なお、ヒステリシス幅ＨＹ０は、六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６のうちの所定の接点によって特定される所定位置においてパルス幅変調制御を切り替え可能に設定される。ヒステリシス幅ＨＹ０は、例えば、シミュレーション、実機による測定などによって、予め取得しておくことができる。

２．変形形態
２−１．第一変形形態
電動機５０の回転速度Ｖｃが増加する程、電動機５０の誘起電圧（逆起電圧）が増大して、電機子電流が流れ難くなる。その結果、電動機５０の出力トルクＴｏｕｔ（力行トルク）は、減少する。そこで、図８Ｂに示すように、制御変更部７５ｃは、電動機５０の回転速度Ｖｃが所定回転速度ＴＨ２以上になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えると好適である。また、制御変更部７５ｃは、電動機５０の回転速度Ｖｃが所定回転速度ＴＨ２未満になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えると好適である。

第一出力領域（図５に示す正六角形ＲＨ１と正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の出力領域）は、第二出力領域（内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域）と比べて、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率が高くなる。よって、電動機制御装置１０は、高出力時（図５に示す正六角形ＲＨ１と正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の第一出力領域）において、電機子電流を流れ易くすることができ、電動機５０の出力トルクＴｏｕｔ（力行トルク）を増大することができる。なお、本形態の制御変更部７５ｃは、電動機５０の回転速度Ｖｃとして、回転速度算出値Ｖｃ＿ｆｂを用いる。また、所定閾値ＴＨ１の設定方法について既述したことは、所定回転速度ＴＨ２についても同様に言える。

また、電動機５０は、回転速度Ｖｃの最大値が定格回転速度ＶＲ０より小さくなるように設計される。よって、所定回転速度ＴＨ２は、電動機５０の出力が定格出力ＰＲ０のときの定格回転速度ＶＲ０であると好適である。これにより、電動機制御装置１０は、第二出力領域（図５に示す内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域）を、定格出力ＰＲ０以下の出力領域に設定することができる。なお、定格出力ＰＲ０および定格回転速度ＶＲ０は、電動機５０によって定まる定数である。

さらに、図８Ｂに示すように、制御変更部７５ｃは、電動機５０の回転速度Ｖｃが第一所定回転速度ＴＨ２１以上になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えることもできる（矢印Ｌ４３参照）。また、制御変更部７５ｃは、電動機５０の回転速度Ｖｃが第二所定回転速度ＴＨ２２未満になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えることもできる（矢印Ｌ４４参照）。これにより、電動機制御装置１０は、パルス幅変調制御の切り替えにおけるハンチングを抑制することができる。この場合、ヒステリシス幅ＨＹ０は、第一所定回転速度ＴＨ２１から第二所定回転速度ＴＨ２２を減じた減算値になる。ヒステリシス幅ＨＹ０の設定方法について既述したことは、本形態においても同様に言える。

２−２．第二変形形態
例えば、図１に示す電源２０による直流電力の供給状態が不安定になり、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが低下したとする。このとき、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を高くして、可能な限り電動機５０の駆動を継続させたい場合がある。この場合、図８Ｃに示すように、制御変更部７５ｃは、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが所定電圧ＴＨ３未満になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えると好適である。また、制御変更部７５ｃは、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが所定電圧ＴＨ３以上になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えると好適である。

既述したように、第一出力領域（図５に示す正六角形ＲＨ１と正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の出力領域）は、第二出力領域（内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域）と比べて、直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率が高くなる。よって、電動機制御装置１０は、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが低下したときに、電動機５０の駆動を継続し易くなる。なお、本形態の制御変更部７５ｃは、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃとして、直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｆｂを用いる。また、所定閾値ＴＨ１の設定方法について既述したことは、直流電圧Ｖｄｃについても同様に言える。

さらに、図８Ｃに示すように、制御変更部７５ｃは、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが第一所定電圧ＴＨ３１未満になったときに、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２から第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１に切り替えることもできる（矢印Ｌ４５参照）。また、制御変更部７５ｃは、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃが第二所定電圧ＴＨ３２以上になったときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１から第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２に切り替えることもできる（矢印Ｌ４６参照）。これにより、電動機制御装置１０は、パルス幅変調制御の切り替えにおけるハンチングを抑制することができる。この場合、ヒステリシス幅ＨＹ０は、第二所定電圧ＴＨ３２から第一所定電圧ＴＨ３１を減じた減算値になる。ヒステリシス幅ＨＹ０の設定方法について既述したことは、本形態においても同様に言える。

２−３．第三変形形態
第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１および第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２は、搬送波ＣＷ１と変調波ＭＷ１とを大小比較することによりパルス信号を生成する搬送波比較によるパルス幅変調制御であっても良い。このとき、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１は、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２と比べて、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率が高く設定される。また、第二制御部７５ｂは、正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６が形成されるように、電力変換器４０に入力される直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率を設定すると好適である。直流電圧Ｖｄｃの電圧利用率の設定方法は、既述した方法を用いることができる。本形態の電動機制御装置１０は、搬送波ＣＷ１の周波数によってスイッチング周波数を固定することができ、スイッチング周波数を高くしたときの演算負荷を実施形態と比べて軽減することができる。

２−４．その他
第一制御部７５ａおよび第二制御部７５ｂは、種々のパルス幅変調制御を行うことができる。第一制御部７５ａおよび第二制御部７５ｂのうちの少なくとも一方は、例えば、瞬時値比較によるパルス幅変調制御を行うことができる。瞬時値比較によるパルス幅変調制御は、出力と指令値との誤差をヒステリシスコンパレータに入力し、誤差がヒステリシスコンパレータの閾値以内に収まるように追従制御する。

また、電動機制御装置１０は、種々のベクトル制御を行うことができる。電動機制御装置１０は、例えば、非干渉化制御部を備えることができる。非干渉化制御部は、ｄ軸電流Ｉｄによるｑ軸電圧Ｖｑへの干渉（式（１）に示すω×Ｌｄ×Ｉｄ）を打ち消し、ｑ軸電流Ｉｑによるｄ軸電圧Ｖｄへの干渉（式（１）に示す−ω×Ｌｑ×Ｉｑ）を打ち消す。また、電動機制御装置１０は、同一電流に対して出力トルクが最大になるように制御する最大トルク制御、力率を１に制御する力率１制御、ｄ軸電流Ｉｄをゼロに制御するｄ軸電流ゼロ制御などを行うこともできる。

３．電動機制御方法
電動機制御装置１０について既述したことは、電動機制御方法についても同様に言える。具体的には、電動機制御方法は、第一制御工程と、第二制御工程と、制御変更工程とを備える。第一制御工程は、電力変換器４０の出力範囲の外縁を示す正六角形ＲＨ１と正六角形ＲＨ１に内接する内接円ＩＣ１との間の出力領域において第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１を行う。第二制御工程は、内接円ＩＣ１および内接円ＩＣ１より内側の出力領域において第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２を行う。制御変更工程は、電動機５０の可動子５２が正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって形成される六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１および第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２のうちの一方から他方に切り替える。つまり、第一制御工程は、第一制御部７５ａが行う制御に相当する。第二制御工程は、第二制御部７５ｂが行う制御に相当する。制御変更工程は、制御変更部７５ｃが行う制御に相当する。

４．実施形態の効果の一例
電動機制御装置１０によれば、制御変更部７５ｃを備える。制御変更部７５ｃは、電動機５０の可動子５２が正六角形ＲＨ１および内接円ＩＣ１によって形成される六つの接点ＴＰ１〜ＴＰ６のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１および第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２のうちの一方から他方に切り替える。電動機５０の可動子５２が所定の接点によって特定される所定位置に位置するときには、第一パルス幅変調制御ＰＷＭ１による出力指令と、第二パルス幅変調制御ＰＷＭ２による出力指令とが一致する。よって、電動機制御装置１０は、パルス幅変調制御の切り替えによって生じるトルク変動を抑制することができる。電動機制御装置１０について上述したことは、電動機制御方法についても同様に言える。

１０：電動機制御装置、４０：電力変換器、５０：電動機、５２：可動子、
７５ａ：第一制御部、７５ｂ：第二制御部、７５ｃ：制御変更部、
ＲＨ１：正六角形、ＩＣ１：内接円、ＴＰ１〜ＴＰ６：接点、
γ１：所定位置、
ＰＷＭ１：第一パルス幅変調制御、ＰＷＭ２：第二パルス幅変調制御、
Ｖ０〜Ｖ７：電圧ベクトル、ＣＷ１：搬送波、ＭＷ１：変調波、
Ｉｉｎ：入力電流、Ｔｏｕｔ：出力トルク、ＴＨ１：所定閾値、
Ｖｃ：回転速度、ＴＨ２：所定回転速度、
ＰＲ０：定格出力、ＶＲ０：定格回転速度、
Ｖｄｃ：直流電圧、ＴＨ３：所定電圧、ＨＹ０：ヒステリシス幅。

Claims (10)

1. 電力変換器の出力範囲の外縁を示す正六角形と前記正六角形に内接する内接円との間の出力領域において第一パルス幅変調制御を行う第一制御部と、
   前記内接円および前記内接円より内側の出力領域において第二パルス幅変調制御を行う第二制御部と、
   電動機の可動子が前記正六角形および前記内接円によって形成される六つの接点のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、前記第一パルス幅変調制御および前記第二パルス幅変調制御のうちの一方から他方に切り替える制御変更部と、
   を備える電動機制御装置。
2. 前記第一パルス幅変調制御は、複数の電圧ベクトルの中から所定の電圧ベクトルを選択することによりパルス信号を生成する空間ベクトル変調によるパルス幅変調制御であり、
   前記第二パルス幅変調制御は、搬送波と変調波とを大小比較することによりパルス信号を生成する搬送波比較によるパルス幅変調制御である請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記第一パルス幅変調制御および前記第二パルス幅変調制御は、搬送波と変調波とを大小比較することによりパルス信号を生成する搬送波比較によるパルス幅変調制御であり、
   前記第一パルス幅変調制御は、前記第二パルス幅変調制御と比べて、前記電力変換器に入力される直流電圧の電圧利用率が高く設定されている請求項１に記載の電動機制御装置。
4. 前記第二制御部は、前記正六角形および前記内接円によって六つの接点が形成されるように、前記電力変換器に入力される直流電圧の電圧利用率を設定する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
5. 前記制御変更部は、前記電動機の入力電流または出力トルクが所定閾値以上になったときに、前記第二パルス幅変調制御から前記第一パルス幅変調制御に切り替え、前記電動機の前記入力電流または前記出力トルクが所定閾値未満になったときに、前記第一パルス幅変調制御から前記第二パルス幅変調制御に切り替える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
6. 前記制御変更部は、前記電動機の回転速度が所定回転速度以上になったときに、前記第二パルス幅変調制御から前記第一パルス幅変調制御に切り替え、前記電動機の前記回転速度が所定回転速度未満になったときに、前記第一パルス幅変調制御から前記第二パルス幅変調制御に切り替える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
7. 前記所定回転速度は、前記電動機の出力が定格出力のときの定格回転速度である請求項６に記載の電動機制御装置。
8. 前記制御変更部は、前記電力変換器に入力される直流電圧が所定電圧未満になったときに、前記第二パルス幅変調制御から前記第一パルス幅変調制御に切り替え、前記電力変換器に入力される前記直流電圧が所定電圧以上になったときに、前記第一パルス幅変調制御から前記第二パルス幅変調制御に切り替える請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
9. 前記制御変更部は、前記第二パルス幅変調制御から前記第一パルス幅変調制御への切り替えと、前記第一パルス幅変調制御から前記第二パルス幅変調制御への切り替えとにおいて、所定のヒステリシス幅をもたせる請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
10. 電力変換器の出力範囲の外縁を示す正六角形と前記正六角形に内接する内接円との間の出力領域において第一パルス幅変調制御を行う第一制御工程と、
    前記内接円および前記内接円より内側の出力領域において第二パルス幅変調制御を行う第二制御工程と、
    電動機の可動子が前記正六角形および前記内接円によって形成される六つの接点のうちの所定の接点によって特定される所定位置に位置するときに、前記第一パルス幅変調制御および前記第二パルス幅変調制御のうちの一方から他方に切り替える制御変更工程と、
    を備える電動機制御方法。

Images