JP7115348B2 - インバータ - Google Patents

Description

本発明は、インバータに関する。

直流電力を交流電力に変換して３相交流モータを駆動するインバータは、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のインバータは、３相のスイッチング素子を備えるインバータ回路と、スイッチング素子を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、２相変調によってスイッチング素子を制御する。２相変調とは、３相のうち１相のスイッチング素子をオン又はオフに固定し、残りの２相のスイッチング素子をスイッチング動作させる方式である。２相変調を行う場合、キャリアと比較される２相変調電圧指令値には、１周期に上アームスイッチング素子をオンに固定するための上アーム連続オン区間と、下アームスイッチング素子をオンに固定するための下アーム連続オン区間と、が含まれる。

特開平７－４６８５５号公報

ところで、２相変調では、上アームスイッチング素子の連続オン区間と下アームスイッチング素子の連続オン区間との差を原因として、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の温度差が大きくなるおそれがある。一般に、インバータでは、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との温度差が生じないことを前提とした設計を行っている。このため、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の温度差が大きくなると、温度の大きい方のスイッチング素子が冷却不足になるおそれがある。インバータでは、スイッチング素子の最高温度に応じてトルクに制限が課されるため、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の温度差を小さくすることで、スイッチング素子の最高温度を小さくすることが好ましい。

本発明の目的は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の温度差を小さくできるインバータを提供することにある。

上記課題を解決するインバータは、３相のスイッチング素子を備えるインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御装置と、を備え、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータを駆動させるインバータであって、前記制御装置は、キャリアを発生させるキャリア発生器と、３相のうち１相の上アームスイッチング素子をオンに固定する上アーム連続オン区間と、３相のうち１相の下アームスイッチング素子をオンに固定する下アーム連続オン区間とを１周期に含んでおり、前記上アーム連続オン区間によりオンに固定される前記上アームスイッチング素子と前記下アーム連続オン区間によりオンに固定される前記下アームスイッチング素子を順次切り替える２相変調電圧指令値を生成する２相変調制御部と、前記キャリアと前記２相変調電圧指令値とを比較することで前記スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成する比較器と、前記２相変調電圧指令値の１周期のうち前記下アーム連続オン区間に比べて、前記上アーム連続オン区間の方が短くなるように前記２相変調電圧指令値を補正する上アーム補正を行う上下アームアンバランス補正制御部と、を備える。

２相変調では、上アーム連続オン区間と下アーム連続オン区間とを同一の長さとした場合、下アームスイッチング素子が実際にオンされる連続オン区間に比べて、上アームスイッチング素子が実際にオンされる連続オン区間が長くなる。これを原因として、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子に温度差が生じることになる。

これに対し、上アーム連続オン区間が下アーム連続オン区間よりも短くなるように２相変調電圧指令値を補正することで、上アーム連続オン区間と下アーム連続オン区間とを同一の長さとした場合に比べて、上アームスイッチング素子が実際にオンされる連続オン区間が短くなる。これにより、上アーム連続オン区間と下アーム連続オン区間とを同一の長さにした場合に比べて、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子に温度差が生じることを抑制することができる。

上記インバータについて、前記上下アームアンバランス補正制御部は、前記上アーム連続オン区間の中央の位相及び前記下アーム連続オン区間の中央の位相が、相電流が最大となる位相と一致するように前記２相変調電圧指令値を補正してもよい。

これによれば、相電流が最も大きくなる区間を避けてスイッチング動作を行うことができるため、スイッチング損失を低減させることができる。
上記インバータについて、前記上下アームアンバランス補正制御部は、前記２相変調電圧指令値の１周期のうち前記上アーム連続オン区間に比べて、前記下アーム連続オン区間の方が短くなるように前記２相変調電圧指令値を補正する下アーム補正を行うことが可能であり、前記上アーム補正と前記下アーム補正とを切り替えながら前記２相変調電圧指令値の補正を行ってもよい。

これによれば、複数周期に亘ってスイッチング素子のスイッチング動作を行った際に、上アームスイッチング素子が実際にオンされる区間の長さと、下アームスイッチング素子が実際にオンされる区間の長さとを調整することができる。

上記インバータについて、３相変調電圧指令値を生成する３相変調制御部を備え、前記比較器は、前記キャリアと前記３相変調電圧指令値とを比較することで、前記スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、前記３相変調制御部は、スイッチング素子がオン又はオフに固定されない前記３相変調電圧指令値を生成してもよい。

本発明によれば、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の温度差を小さくできる。

インバータが搭載された車両を概略的に示すブロック図。 制御装置の一部を示す機能ブロック図。 制御装置の一部を示す機能ブロック図。 相電流、電圧指令値、２相変調電圧指令値及び３相変調電圧指令値の一例を示す図。 上アーム補正を行った２相変調電圧指令値とキャリアとを比較することで得られた上アーム信号と下アーム信号を示す図。 比較例の２相変調電圧指令値とキャリアとを比較することで得られた上アーム信号と下アーム信号を示す図。 スイッチング素子の制御態様と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の温度との関係を示す図。

以下、インバータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両１０は、バッテリＢと、コンデンサＣと、モータ１１と、インバータ２０と、上位制御装置１２と、トルク指令制御装置１３と、を備える。車両１０は、例えば、モータ１１によって走行する電気自動車や、ハイブリッド自動車である。モータ１１は、３つのコイルＵ，Ｖ，Ｗを備え、コイルＵ，Ｖ，Ｗをスター結線した３相交流モータである。なお、モータ１１としては、コイルＵ，Ｖ，Ｗをデルタ結線した３相交流モータを用いてもよい。インバータ２０は、バッテリＢから供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１１に供給することで、モータ１１を駆動させる。

インバータ２０は、インバータ回路２１と、制御装置３１と、を備える。インバータ回路２１は、６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６としては、例えば、ＩＧＢＴ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴが用いられる。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｕ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１と、ｕ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２とが直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｖ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３と、ｖ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４とが直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｗ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ５と、ｗ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ６とが直列接続されている。正極母線Ｌｐ、負極母線ＬｎにはコンデンサＣを介してバッテリＢが接続されている。

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間は、モータ１１のｕ相端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間は、モータ１１のｖ相端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との間は、モータ１１のｗ相端子に接続されている。上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を有するインバータ回路２１は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作に伴いバッテリＢの電圧である直流電圧を交流電圧に変換してモータ１１に供給する。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御装置３１によって制御されることでスイッチング動作を行う。

インバータ２０は、モータ１１の電気角θを検出する角度検出部２２と、相電流を検出する相電流検出部２３と、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度を検出する温度検出部２４と、速度ωを検出する速度検出部２５と、を備える。角度検出部２２としては、例えばレゾルバを用いることができる。相電流検出部２３は、少なくとも２相分の相電流を検出する。本実施形態において、相電流検出部２３は、ｕ相電流Ｉｕを検出する電流センサと、ｖ相電流Ｉｖを検出する電流センサとで構成される。温度検出部２４は、少なくとも、インバータ回路２１の駆動時に最も温度が高くなると想定されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の温度を検出する。速度検出部２５は、角度検出部２２により検出される電気角θから速度ωを演算する。速度ωは、モータ１１の回転速度である。

制御装置３１は、上位制御装置１２とトルク指令制御装置１３によって演算された目標トルクＴｒ＊に応じてスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御する。上位制御装置１２は、アクセル開度等から要求トルクＴｒｑ＊を演算する。トルク指令制御装置１３は、出力可能トルク演算部１４を備える。出力可能トルク演算部１４は、速度ω及び温度Ｔから出力可能トルクを演算する。トルク指令制御装置１３は、要求トルクＴｒｑ＊と出力可能トルクとを比較し、トルク指令である目標トルクＴｒ＊を演算する。

制御装置３１は、例えば、マイクロコンピュータを主体として構成される。制御装置３１が実行する処理は、記憶部に記憶された処理をＣＰＵが実行することにより行われてもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理によって行われてもよい。制御装置３１は、電流指令演算部３２と、電圧指令演算部３３と、２相変調制御部４０と、上下アームアンバランス補正制御部４１と、ＰＷＭ変調制御部５０と、３相変調制御部６０と、を備える。これらは、制御装置３１が所定の処理を実行することで機能する機能部である。

図２に示すように、電流指令演算部３２は、目標トルクＴｒ＊を実現するためのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。電流指令演算部３２は、例えば、目標トルクＴｒ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが対応付けられたテーブルを用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、回転２相座標系の指令電流である。

電圧指令演算部３３は、２相変換部３４と、減算部３５，３６と、制御部３７と、３相変換部３８と、を備える。２相変換部３４は、相電流検出部２３によって検出されたｕ相電流Ｉｕ及びｖ相電流Ｉｖからｗ相電流Ｉｗを求める。２相変換部３４は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電気角θに基づいてｄｑ変換することで、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを演算する。

減算部３５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差分であるｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。減算部３６は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差分であるｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。

制御部３７は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流偏差ΔＩｑが０に収束するように、ＰＩ演算等でｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、回転２相座標系の指令電圧である。

３相変換部３８は、電気角θに基づき、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を逆ｄｑ変換することで３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算する。
上下アームアンバランス補正制御部４１は、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、電気角θから連続オン相を求める。連続オン相とは、３相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のうちオンに固定される相を示す。

２相変調制御部４０は、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と上下アームアンバランス補正制御部４１により求められた連続オン相から２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊を演算する。２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊は、インバータ２０に２相変調を行わせる際の電圧の指令値である。２相変調とは、３相のうち１相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオン又はオフに固定し、残りの２相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させる方式である。即ち、３相のうちの２相をパルス幅変調することでモータ１１を駆動させる。本実施形態では、１周期の間に３相のうち１相の上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５がオンに固定される状態と、３相のうち１相の下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６がオンに固定される状態が順次切り替わる上下方式の２相変調が行われる。２相変調制御部４０は、連続オン相により指定された相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がオンに固定されるように、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊に変換するといえる。

図３に示すように、ＰＷＭ変調制御部５０は、キャリア発生器５１と、比較器５２と、信号生成部５３と、駆動回路５４と、を備える。キャリア発生器５１は、キャリアＣＷを発生させる。キャリアＣＷとしては、例えば、三角波が用いられる。比較器５２は、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊とキャリアＣＷとを比較することでＰＷＭ信号を生成する。

信号生成部５３は、ＰＷＭ信号を論理反転させた反転信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号にデッドタイムを設定することで上アーム信号とし、反転信号にデッドタイムを設定することで下アーム信号とする。駆動回路５４は、上アーム信号及び下アーム信号に従い、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオンとオフとを切り替えるスイッチング動作を行う。上アーム信号がハイレベルの場合、上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５がオンにされ、下アーム信号がハイレベルの場合、下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６がオンにされる。

３相変調制御部６０は、３相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊から３相変調電圧指令値を演算する。３相変調電圧指令値は、インバータ２０に３相変調を行わせる際の指令電圧である。３相変調とは、３相のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させる方式である。３相変調電圧指令値は、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊と同様に、比較器５２でキャリアＣＷと比較される。そして、比較結果から得られたＰＷＭ信号を用いて、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御が行われる。

本実施形態のインバータ２０では、２相変調及び３相変調の両方が用いられる。２相変調と３相変調とは、モータ１１の回転数に対するトルクの関係に基づき切り替えられる。例えば、モータ１１の回転数に対するトルクに閾値を設定し、閾値に応じて２相変調と３相変調とを切り替えればよい。

次に、２相変調制御部４０と、上下アームアンバランス補正制御部４１について詳細に説明する。
図４に示すように、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊は、１周期に上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとを含む信号である。上アーム連続オン区間ＵＳとは、位相に関わらずキャリアＣＷを上回る２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊を出力することで、固定対象となる上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５を確実にオンにする区間である。上アーム連続オン区間ＵＳは、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊が上限値に維持される区間である。上限値とは、位相に関わらずキャリアＣＷを上回る値である。上アーム連続オン区間ＵＳは、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうち最大となる電圧指令値に対して設定することができる。各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうち最大となる電圧指令値は１２０°毎に切り替わる。従って、上アーム連続オン区間ＵＳを設定できる区間Ｓ１は、各相１２０°の範囲といえる。

下アーム連続オン区間ＬＳとは、位相に関わらずキャリアＣＷを下回る２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊を出力することで、固定対象となる下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を確実にオンにする区間である。下アーム連続オン区間ＬＳは、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊が下限値に維持される区間である。下限値とは、位相に関わらずキャリアＣＷを下回る値である。下アーム連続オン区間ＬＳは、各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうち最小となる電圧指令値に対して設定することができる。各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうち最小となる電圧指令値は１２０°毎に切り替わる。従って、下アーム連続オン区間ＬＳを設定できる区間Ｓ２は、各相１２０°の範囲といえる。なお、図４にはｕ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊を示す。ｖ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｖ＊及びｗ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｗ＊は、ｕ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊に対しそれぞれ位相が１２０度、２４０度ずれた同一波形のため図示を省略する。

上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム補正と下アーム補正とを行うことができる。上アーム補正とは、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊の１周期のうち上アーム連続オン区間ＵＳが下アーム連続オン区間ＬＳに比べて短くなるように補正を行うことである。下アーム補正とは、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊の１周期のうち下アーム連続オン区間ＬＳが上アーム連続オン区間ＵＳに比べて短くなるように補正を行うことである。

上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム補正を行う際には、上アーム連続オン区間ＵＳが下アーム連続オン区間ＬＳよりも短くなるように連続オン相を設定する。上下アームアンバランス補正制御部４１は、例えば、上アーム連続オン区間ＵＳが４５°、下アーム連続オン区間ＬＳが７５°になるように連続オン相を設定する。上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとは、上アーム連続オン区間ＵＳが下アーム連続オン区間ＬＳよりも短くなり、かつ、上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとを合わせた区間が１２０°となる範囲で設定できる。また、上アーム連続オン区間ＵＳを設定できる１２０°の区間Ｓ１は、他の相の下アーム連続オン区間ＬＳを設定できる１２０°の区間Ｓ２と一部が重なり合う。従って、上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとが干渉しない範囲で上アーム連続オン区間ＵＳが設定される。

上下アームアンバランス補正制御部４１は、下アーム補正を行う際には、下アーム連続オン区間ＬＳが上アーム連続オン区間ＵＳよりも短くなるように連続オン相を設定する。上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとは、下アーム連続オン区間ＬＳが上アーム連続オン区間ＵＳよりも短くなり、かつ、上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとを合わせた区間が１２０°となる範囲で設定できる。なお、下アーム補正を行う際の下アーム連続オン区間ＬＳの長さは、上アーム補正を行う際の上アーム連続オン区間ＵＳの長さと同一としてもよいし、異なっていてもよい。仮に、上アーム補正を行う際の上アーム連続オン区間ＵＳが４５°の場合、下アーム補正を行う際の下アーム連続オン区間ＬＳは４５°であってもよいし、４５°以外であってもよい。

上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム連続オン区間ＵＳの中央ＣＨの位相及び下アーム連続オン区間ＬＳの中央ＣＬの位相が、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが最大値となる位相と一致するように連続オン相を設定する最適位相制御を行う。詳細にいえば、上下アームアンバランス補正制御部４１は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの正のピークＰＨと、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと同一相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊における上アーム連続オン区間ＵＳの中央ＣＨの位相とが一致するように上アーム連続オン区間ＵＳを設定する。上下アームアンバランス補正制御部４１は、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの負のピークＰＬと、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと同一相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊における下アーム連続オン区間ＬＳの中央ＣＬの位相とが一致するように下アーム連続オン区間ＬＳを設定する。例えば、図４に示すように、ｕ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊の上アーム連続オン区間ＵＳの中央ＣＨと、ｕ相電流Ｉｕの正のピークＰＨとは同一位相になり、ｕ相の２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊の下アーム連続オン区間ＬＳの中央ＣＬと、ｕ相電流Ｉｕの負のピークＰＬとは同一位相になる。最適位相制御は、上アーム補正時にも行われるし、下アーム補正時にも行われる。

上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム補正と下アーム補正とを切り替えながら２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊の補正を行う。
なお、図４には、ｕ相の３相変調電圧指令値ｔＶｕ＊を示す。図４から把握できるように、３相変調電圧指令値ｔＶｕ＊には、上アーム連続オン区間ＵＳ及び下アーム連続オン区間ＬＳが設けられない。従って、３相変調制御部６０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がオン又はオフに固定されない３相変調電圧指令値を生成するといえる。

図５には、上アーム補正を行った２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊とキャリアＣＷとを比較することで得られた上アーム信号、下アーム信号及び相電圧を示す。図５から把握できるように、上アーム連続オン区間ＵＳを含む区間では上アーム信号がハイレベルとなり、下アーム連続オン区間ＬＳを含む区間では下アーム信号がハイレベルとなることがわかる。即ち、上アーム連続オン区間ＵＳでは、上アームスイッチング素子Ｑ１がオンされ、下アーム連続オン区間ＬＳでは下アームスイッチング素子Ｑ２がオンされる。なお、図５では、デッドタイムを省略している。

本実施形態の作用について説明する。以下の説明において、ｕ相について説明を行うが、ｖ相、ｗ相についても同様である。なお、図６では、デッドタイムを省略している。
図６には、比較例の２相変調電圧指令値Ｖ’’ｕ＊を示す。比較例の２相変調電圧指令値Ｖ’’ｕ＊は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオンに固定する区間を同一の長さとした場合の２相変調電圧指令値である。即ち、２相変調電圧指令値Ｖ’’ｕ＊は、上アーム連続オン区間ＵＳ及び下アーム連続オン区間ＬＳが６０°に設定されている。

上アーム連続オン区間ＵＳ及び下アーム連続オン区間ＬＳが６０°に設定され、６０°毎にオンに固定されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が切り替わる場合、上アームスイッチング素子Ｑ１の連続オン区間が下アームスイッチング素子Ｑ２の連続オン区間よりも短くなりやすい。これは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が実際にオンに固定される区間は６０°であるものの、キャリアＣＷと２相変調電圧指令値Ｖ’’ｕ＊との比較によりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンになる区間がオンに固定される区間と重なり合うことが原因である。即ち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンに固定される区間と、オンに固定されてはいないもののキャリアＣＷとの比較でスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオンになる区間とが連続した１つの区間となる。上アーム連続オン区間ＵＳにより上アームスイッチング素子Ｑ１がオンになる区間と、この区間に連続して上アームスイッチング素子Ｑ１がオンになる区間とを合わせた区間を連続オン区間Ｔ１とする。下アーム連続オン区間ＬＳにより下アームスイッチング素子Ｑ２がオンになる区間と、この区間に連続して下アームスイッチング素子Ｑ２がオンになる区間とを合わせた区間を連続オン区間Ｔ２とする。連続オン区間Ｔ１は、連続オン区間Ｔ２に比べて長くなりやすく、上アームスイッチング素子Ｑ１が実際にオンに維持される連続オン区間Ｔ１が、下アームスイッチング素子Ｑ２が実際にオンに維持される連続オン区間Ｔ２に比べて長くなるといえる。

特に、１周期中のスイッチング回数を減らすためにキャリアＣＷの周波数を大きくした場合に、温度差は顕著に現れることになる。１周期中のスイッチング回数が少ない程、１回のスイッチング動作が占める割合が多くなり、温度差が大きくなりやすい。

これに対し、本実施形態では上アーム連続オン区間ＵＳを下アーム連続オン区間ＬＳよりも短くしている。図５に示すように、上アーム連続オン区間ＵＳと、キャリアＣＷとの比較により上アームスイッチング素子Ｑ１がオンになる区間とが分離されやすく、連続オン区間Ｔ１が短くなる。これにより、上アームスイッチング素子Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２とで、実際に出力される連続オン区間の差を低減することができる。

また、図から把握できるように、上アーム補正を行うと、実際に上アームスイッチング素子Ｑ１がオンに維持される連続オン区間Ｔ１が、実際に下アームスイッチング素子Ｑ２がオンに維持される連続オン区間Ｔ２よりも短くなる。一方で、下アーム補正を行う場合、実際に上アームスイッチング素子Ｑ１がオンに維持される連続オン区間Ｔ１が、実際に下アームスイッチング素子Ｑ２がオンに維持される連続オン区間Ｔ２よりも長くなる。上アーム補正と下アーム補正とを切り替えながらスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御することで、複数周期に亘ってスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング動作させた際に、上アームスイッチング素子Ｑ１が実際にオンされる区間の長さと、下アームスイッチング素子Ｑ２が実際にオンされる区間の長さとの差を短くすることが可能である。上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アームスイッチング素子Ｑ１が実際にオンされる区間の長さと、下アームスイッチング素子Ｑ２が実際にオンされる区間の長さとが同一になるように予め設定された所定周期で、上アーム補正と下アーム補正とを切り替えればよい。

図７には、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の制御態様と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度との関係を示す。図７に示す３相変調は、実施形態に記載した３相変調を行った場合である。図７に示す２相変調は、６０°毎にオンに固定されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を切り替え、かつ、最適位相制御を行わなかった場合である。図７に示す２相変調（最適位相基準）は、６０°毎にオンに固定されるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を切り替え、かつ、最適位相制御を行った場合である。２相変調（本実施形態）は、本実施形態の制御を行った場合である。

図７から把握できるように、本実施形態の制御を行うことで、上アームスイッチング素子Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２の温度差が小さくなることがわかる。そして、本実施形態の制御を行うことで、下アームスイッチング素子Ｑ２の温度は２相変調（最適位相基準）に比べて上昇するが、上アームスイッチング素子Ｑ１の温度は、最も低くなることがわかる。従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の最高温度が低くなる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の最高温度が高くなると、温度保護により、トルク指令制御装置１３にてトルクに制限が課される。トルクに制限が課された場合、車両１０動力性能を満足しなくなるため、本実施形態のように、上アームスイッチング素子Ｑ１と下アームスイッチング素子Ｑ２の温度を均衡化させ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の最高温度を下げることが好ましい。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム連続オン区間ＵＳが下アーム連続オン区間ＬＳよりも短くなるように２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊を補正する上アーム補正を行っている。上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５の実際の連続オン区間と、下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６の実際の連続オン区間の差が生じることを抑制できる。従って、上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとを同一の長さにした場合に比べて、上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に温度差が生じることを抑制することができる。

（２）最適位相制御を行っている。スイッチング損失は電圧×電流の関係にあるため、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが大きいときにスイッチング動作を行うと、スイッチング損失が大きくなる。最適位相制御を行うことで、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが最も大きくなる区間を避けてスイッチング動作を行うことができる。従って、最適位相制御を行わない場合に比べて、スイッチング損失を低減させることができる。

（３）上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム補正と下アーム補正を切り替えながらスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御している。複数周期に亘ってスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させた際に、上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が実際にオンされる区間の長さと、下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が実際にオンされる区間の長さとを調整することができる。

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○上下アームアンバランス補正制御部４１は、下アーム補正を行わず、上アーム補正のみを行ってもよい。この場合、１周期中に上アームスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が実際にオンされる連続オン区間Ｔ１と、下アームスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が実際にオンされる連続オン区間Ｔ２とが同一の長さとなるように２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊を補正してもよい。

○上下アームアンバランス補正制御部４１は、最適位相制御を行わなくてもよい。この場合、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の正のピークと、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊における上アーム連続オン区間ＵＳの中央ＣＨの位相とが一致するように上アーム連続オン区間ＵＳが設定される。電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の負のピークと、２相変調電圧指令値Ｖ’ｕ＊，Ｖ’ｖ＊，Ｖ’ｗ＊における下アーム連続オン区間ＬＳの中央ＣＬの位相とが一致するように下アーム連続オン区間ＬＳが設定される。

○制御装置３１は、３相変調を行わず、２相変調のみでスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させてもよい。
○最適位相制御は、上アーム補正時にのみ行われてもよいし、下アーム補正時にのみ行われてもよい。

○上下アームアンバランス補正制御部４１は、上アーム補正と、補正を行わずに上アーム連続オン区間ＵＳと下アーム連続オン区間ＬＳとをともに６０°とする制御と、を切り替えながらスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を制御してもよい。

○モータ１１は、車両１０を走行させるモータ１１に限られず、どのような装置に搭載されるモータであってもよい。

Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子、１１…モータ（３相交流モータ）、２０…インバータ、２１…インバータ回路、３１…制御装置、４０…２相変調制御部、４１…上下アームアンバランス制御部、５１…キャリア発生器、５２…比較器、６０…３相変調制御部。

Claims (4)

1. ３相のスイッチング素子を備えるインバータ回路と、
   前記インバータ回路を制御する制御装置と、を備え、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータを駆動させるインバータであって、
   前記制御装置は、
   キャリアを発生させるキャリア発生器と、
   ３相のうち１相の上アームスイッチング素子をオンに固定する上アーム連続オン区間と、３相のうち１相の下アームスイッチング素子をオンに固定する下アーム連続オン区間とを１周期に含んでおり、前記上アーム連続オン区間によりオンに固定される前記上アームスイッチング素子と前記下アーム連続オン区間によりオンに固定される前記下アームスイッチング素子を順次切り替える２相変調電圧指令値を生成する２相変調制御部と、
   前記キャリアと前記２相変調電圧指令値とを比較することで前記スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成する比較器と、
   前記２相変調電圧指令値の１周期のうち前記下アーム連続オン区間に比べて、前記上アーム連続オン区間の方が短くなるように前記２相変調電圧指令値を補正する上アーム補正を行う上下アームアンバランス補正制御部と、を備えるインバータ。
2. 前記上下アームアンバランス補正制御部は、前記上アーム連続オン区間の中央の位相及び前記下アーム連続オン区間の中央の位相が、相電流が最大となる位相と一致するように前記２相変調電圧指令値を補正する請求項１に記載のインバータ。
3. 前記上下アームアンバランス補正制御部は、前記２相変調電圧指令値の１周期のうち前記上アーム連続オン区間に比べて、前記下アーム連続オン区間の方が短くなるように前記２相変調電圧指令値を補正する下アーム補正を行うことが可能であり、前記上アーム補正と前記下アーム補正とを切り替えながら前記２相変調電圧指令値の補正を行う請求項１又は請求項２に記載のインバータ。
4. ３相変調電圧指令値を生成する３相変調制御部を備え、
   前記比較器は、前記キャリアと前記３相変調電圧指令値とを比較することで、前記スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、
   前記３相変調制御部は、スイッチング素子がオン又はオフに固定されない前記３相変調電圧指令値を生成する請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載のインバータ。

Images