(57)【要約】【課題】１パルス制御とＰＷＭ制御との間の切り換え時におけるトルク変動を抑制するとともに、制御の切り換えを瞬時に（又は短時間で）行うことを可能にする。【解決手段】本発明では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間で制御が切り換えることで実電圧の振幅が変化したときに、同時に、実電圧の振幅の変化を補償するような角度だけ電圧位相を調節する。制御の切り換え直前の電圧位相に応じて制御の切り換え時の電圧位相の調節量を決定することで、瞬時に制御の切り換えを完了するとともに、トルク変動を抑制することができる。【選択図】図４Ａ
2014082865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータと、
前記交流モータを駆動するインバータと、
複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成する制御装置
とを具備し、
前記複数の制御方法は、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含み、
前記制御装置は、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行い、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成し、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成し、
前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の前記電圧位相指令値を、切り換え直前の前記電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定し、
前記第１調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のモータシステムであって、
前記制御装置は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の前記電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の前記電圧位相指令値として決定し、
前記第２調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータシステムであって、
前記第１調節量は、前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値に示されている位相が進んでいるほど増大される
モータシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のモータシステムであって、
前記第２調節量は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値に示されている位相が進んでいるほど増大される
モータシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のモータシステムであって、
前記制御装置は、前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値と前記第１調節量の対応を示す第１テーブルを記憶する記憶手段を有しており、前記第１テーブルを用いて前記第１調節量を決定する
モータシステム。
【請求項６】
請求項２に記載のモータシステムであって、
前記制御装置は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭパルス制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値と前記第２調節量の対応を示す第２テーブルを記憶する記憶手段を有しており、前記第２テーブルを用いて前記第２調節量を決定する
モータシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のモータシステムであって、
前記制御装置は、前記第１調節量を、下記式：
【数１】
2014082865.tif 000013
で決定する
モータシステム。
ここで、Δδ１は、前記第１調節量であり、δＰＷＭ＊は、前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値であり、ＫＯＶ１は、前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられる前記電圧位相指令値の閾値に依存して決定される値である。
【請求項８】
請求項２に記載のモータシステムであって、
前記制御装置は、前記第２調節量を、下記式：
【数２】
2014082865.tif 000014
で決定する
モータシステム。
ここで、Δδ２は、前記第２調節量であり、δ１Ｐ＊は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられる直前の前記電圧位相指令値であり、ＫＯＶ２は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられる前記電圧位相指令値の閾値に依存して決定される値である。
【請求項９】
交流モータと、
前記交流モータを駆動するインバータと、
複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成する制御装置
とを具備し、
前記複数の制御方法は、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含み、
前記制御装置は、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行い、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成し、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成し、
前記制御装置は、前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の前記電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の前記電圧位相指令値として決定し、
前記第２調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータシステム。
【請求項１０】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するモータ制御装置であって、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行う手段と、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成する手段と、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成する手段と、
前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の前記電圧位相指令値を、切り換え直前の前記電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定する手段
とを具備し、
前記第１調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータ制御装置。
【請求項１１】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するモータ制御装置であって、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行う手段と、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成する手段と、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成する手段と、
前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の前記電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の前記電圧位相指令値として決定する手段
とを具備し、
前記第２調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータ制御装置。
【請求項１２】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するためのモータ制御方法であって、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の前記電圧位相指令値を、切り換え直前の前記電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定するステップ
とを具備し、
前記第１調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータ制御方法。
【請求項１３】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するためのモータ制御方法であって、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の前記電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の前記電圧位相指令値として決定するステップ
とを具備し、
前記第２調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
モータ制御方法。
【請求項１４】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するためのプログラムであって、制御装置に、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成する手段と、
前記インバータを制御する制御方法が前記ＰＷＭ制御から前記１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の前記電圧位相指令値を、切り換え直前の前記電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定するステップ
とを実行させ、
前記第１調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
プログラム。
【請求項１５】
交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によって前記インバータを制御する制御信号を生成するためのプログラムであって、制御装置に、
外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、
前記ＰＷＭ制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧振幅指令値及び前記電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記１パルス制御が前記インバータを制御する制御方法として選択された場合、前記電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって前記制御信号を生成するステップと、
前記インバータを制御する制御方法が前記１パルス制御から前記ＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の前記電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の前記電圧位相指令値として決定するステップ
とを実行させ、
前記第２調節量は、切り換え直前の前記電圧位相指令値に依存して決定される
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータシステム、モータ制御装置、プログラム、及び、モータ制御方法に関しており、特に、交流モータ（同期モータ）の駆動のために、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御（矩形波電圧位相駆動）とを必要に応じて切り換えて用いる構成のモータシステム、及び、それに用いられるモータ制御装置、モータ制御プログラム、及び、モータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御（矩形波電圧位相駆動）は、いずれも、インバータで交流モータ（例えば、同期モータ）を駆動する駆動方法として広く知られている技術である。ＰＷＭ制御とは、１周期あたりに複数のパルスが含まれる波形の電圧又は電流を生成し、該パルスのパルス幅の変調により、疑似正弦波を生成する技術である（図１の左図参照）。１周期あたりに含まれるパルスの数及びパルス幅は、生成されるべき疑似正弦波の振幅に依存して決定される。一方、１パルス制御とは、１周期あたりに半周期のパルス幅を有する単一のパルスを有する矩形波になるように、各相の駆動電圧又は駆動電流を生成する駆動方式である（図１の右図参照）。
【０００３】
制御性の向上と電圧利用率の向上の観点から、交流モータの駆動に求められる電圧又は電流が低い場合にはＰＷＭ制御を用い、ＰＷＭ制御において電圧飽和が発生する場合には１パルス制御を用いる技術が知られている。もっとも典型的には、電流制御によって得られた電圧振幅指令値が所定の閾値まで増大した場合に、モータ制御がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り替えられる。ここで、電圧振幅指令値の閾値は、一般に、実際にインバータの出力の各相で発生可能な電圧よりも高く設定される（このような技術は、過変調と呼ばれる）。このような技術では、正弦波に近い電流・電圧が発生可能である限りＰＷＭ制御を用いて交流モータを駆動することで制御性を向上できる。その一方で、ＰＷＭ制御では実現できないような大きなトルクが要求されている場合には、１パルス制御を用いて電圧利用率を高めることで大きなトルクを発生することができる。
【０００４】
上記の技術の一つの問題は、ＰＷＭ制御と１パルス制御との間で制御を切り換える際にトルク変動、及び、それによる衝撃（トルクショック）が発生し得ることである。もっとも簡便には、制御を切り換える際、一方の制御において切り換え直前に用いられていた制御状態変数を、切り換え直後の他方の制御の制御状態変数の初期値として使用することが考えられる（例えば、特許文献１、２）。より具体的には、切り換え前後で電圧ベクトルの指令値（振幅指令値、位相指令値）を同一にすることが考えられる（例えば、特許文献３）。しかしながら、電圧ベクトルの指令値を同一にしても、実際にはトルク変動は避けられない。以下、その理由について詳細に説明する。
【０００５】
図２Ａは、電圧振幅指令値が、制御をＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える閾値まで増大した時における、各相の相電圧指令を示す図である。図２Ａでは、実際にインバータの出力の各相で発生可能な最大電圧に一致する場合の電圧振幅指令値が１００％であり、かつ、閾値が１４８％である場合について、ＰＷＭ制御における各相の相電圧指令及び１パルス制御における各相の相電圧指令を示している。ここで、太線波線が、ＰＷＭ制御の相電圧指令を示しており、実線が１パルス制御の相電圧指令を示している。ＰＷＭ制御においては、パルスの立ち上がり、立ち下がりの近傍において相電圧指令は正弦波状に変化する一方でパルスの中間部分では１００％で飽和する。一方、１パルス制御では、相電圧指令が、パルスの各周期の前半において１００％に、後半において−１００％に設定される。
【０００６】
このような波形の相違に起因して、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える瞬間に、たとえ電圧ベクトルの指令値に変化がなくても、各相の実電圧の基本波成分は変化してしまう。図２Ｂは、電圧振幅指令値が制御の切り換えの閾値に一致する場合のＰＷＭ制御の実電圧の基本波成分と、１パルス制御の実電圧の基本波成分を示すグラフである。ここで、太線波線が、ＰＷＭ制御の実電圧の基本波成分の波形を示しており、実線が１パルス制御の実電圧の基本波成分の波形を示している。例えば、実際にインバータの出力の各相で発生可能な最大電圧を１００％、制御の切り換えの閾値を１４８％とした場合、１パルス制御での基本波成分の振幅が１２７％（＝４／π×１００％）になる一方で、ＰＷＭ制御での基本波成分は、計算によれば、１２３％になる。この例では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間で制御を切り替えた場合、４％の差分に相当する電圧変化が発生し、トルク変動又はトルクショックの原因になる。
【０００７】
より詳細には、図３Ａは、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える場合の実際の電圧ベクトルの変化を示している。記号ＶＰＷＭは、切り換え直前における電圧ベクトルを示しており、記号Ｖ１Ｐは、切り換え直後における電圧ベクトルを示している。理解を容易にするために、図３Ａでは、電機子巻線抵抗、及び、リラクタンストルクを無視している。この場合、電圧ベクトルのｑ軸成分は、ωφ＋ωＬｄＩｄになり、ｄ軸成分は、−ωＬｑＩｑになる。ここで、φは電機子巻線への鎖交磁束、ωはロータ速度、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流を示している。
【０００８】
上述のように、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われた瞬間、実電圧の基本波成分が増加し、これにより、電圧ベクトルの大きさも増大する。この電圧ベクトルの大きさの増大により、ｑ軸電流Ｉｑも増大する。当業者には周知であるように、ｑ軸電流ＩｑはトルクＴに対応しているので、結果として、トルクＴも増大することになる。
【０００９】
一方、図３Ｂは、１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換える場合の実際の電圧ベクトルの変化を示している。１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われた瞬間、実電圧の基本波成分が減少し、これにより、電圧ベクトルの大きさも減少する。この電圧ベクトルの大きさの減少により、ｑ軸電流Ｉｑが減少し、結果として、トルクＴも減少することになる。
【００１０】
なお、特許文献４は、１パルス制御がおこなわれる場合には、実際の電圧ベクトルが、出力されている出力トルクをＰＷＭ制御によって生成するための電圧ベクトルと相違する問題を指摘している。特に、特許文献４の図９は、ＰＷＭ制御と１パルス制御の切り替え時の電圧ベクトルの変化を詳細に示している。このような問題に対応して、特許文献４は、１パルス制御を行っている間にＰＷＭ制御を行っていると仮定して算出した電圧ベクトルが制限電圧以下である場合に１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換える技術を開示している。ここで、特許文献４では、電圧ベクトルをモデルによって推定しているため、電圧ベクトルに関するパラメータを全て推定する必要があり、そのモデル誤差はトルク変動増加につながる。また、モデル誤差に起因して、切り換え可能な電圧ベクトルの範囲も狭くなってしまう。
【００１１】
このような観点から、電圧ベクトルを徐々に変化させることで制御切り換え時におけるトルクショックを抑制する技術も提案されている。特許文献５は、電圧振幅を徐々に増加させることで、トルクショックを抑制する技術を開示している。また、特許文献６は、電圧振幅と電圧位相を徐々に変化させることで、トルク変動を抑制する技術を開示している。
【００１２】
しかしながら、発明者の検討によれば、上記の技術には、改良の余地がある。特に、電圧ベクトルを徐々に変化させる技術では、制御切り換え時におけるトルクショックを抑制できるかもしれないが、制御の切り換え中の制御性が悪化するという問題がある。電圧ベクトルを徐々に変化させる技術においては、制御の切り換えの電圧振幅指令値の閾値を増大させることで、トルクショックを低減するという目的を達成することができるかもしれない。しかしながら、電圧振幅指令値の閾値を増大させると、ＰＷＭ制御により発生される波形が疑似正弦波から大きく相違することになり、制御性が悪くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１４３２３５号公報
【特許文献２】特開２００４−２８２８０３号公報
【特許文献３】特開２００４−７９００号公報
【特許文献４】特開２００８−２０６３８３号公報
【特許文献５】特開平１１−２８５２８８号公報
【特許文献６】特開２０００−５０６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、１パルス制御とＰＷＭ制御との間の切り換え時におけるトルク変動を抑制するとともに、制御の切り換え中の制御性の悪化の問題を解消するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間で制御が切り換えることで実電圧の振幅が変化したときに、同時に、実電圧の振幅の変化を補償するような角度だけ電圧位相を調節することでトルク変動を抑制する。ここで、本願の発明者の一つの発見は、電圧位相を不連続的に変化させても、電圧位相の調節量を適切に決定することによりトルク変動を抑制できることである。電圧位相の適切な変化量は、切り換え直前の電圧位相に依存している。制御の切り換え直前の電圧位相に応じて制御の切り換え時の電圧位相の調節量を決定することで、瞬時に制御の切り換えを完了するとともに、トルク変動を抑制することができる。制御の切り換えを瞬時に行えば、制御の切り換え中の制御性の悪化の問題は、原理的に発生しえない。
【００１６】
より具体的には、本発明の一の観点では、モータシステムが、交流モータと、交流モータを駆動するインバータと、複数の制御方法のうちから選択された制御方法によってインバータを制御する制御信号を生成する制御装置とを具備する。該複数の制御方法は、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む。制御装置は、外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行う。また、該制御装置は、ＰＷＭ制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧振幅指令値及び電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって制御信号を生成し、１パルス制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって制御信号を生成する。ここで、該制御装置は、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の電圧位相指令値を、切り換え直前の電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定する。該第１調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。
【００１７】
また、該制御装置は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の電圧位相指令値として決定する。該第２調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。
【００１８】
第１調節量は、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値に示されている位相が進んでいるほど増大されることが好ましい。同様に、該第２調節量は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値に示されている位相が進んでいるほど増大されることが好ましい。
【００１９】
制御装置は、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値と第１調節量の対応を示す第１テーブルを記憶する記憶手段を有しており、第１テーブルを用いて第１調節量を決定してもよい。同様に、制御装置は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭパルス制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値と第２調節量の対応を示す第２テーブルを記憶する記憶手段を有しており、第２テーブルを用いて第２調節量を決定してもよい。
【００２０】
上記の第１調節量は、下記式：
【数１】
2014082865.tif 000003
を用いて決定してもよい。ここで、Δδ１は、第１調節量であり、δＰＷＭ＊は、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値であり、ＫＯＶ１は、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる電圧位相指令値の閾値に依存して決定される値である。
【００２１】
また、上記の第２調節量は、下記式：
【数２】
2014082865.tif 000004
を用いて決定してもよい。ここで、Δδ２は、第２調節量であり、δ１Ｐ＊は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる直前の電圧位相指令値であり、ＫＯＶ２は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる電圧位相指令値の閾値に依存して決定される値である。
【００２２】
本発明の他の観点では、交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によってインバータを制御する制御信号を生成するモータ制御装置が提供される。該モータ制御装置は、外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行う手段と、ＰＷＭ制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧振幅指令値及び電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって制御信号を生成する手段と、１パルス制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって制御信号を生成する手段と、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の電圧位相指令値を、切り換え直前の電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定する手段とを具備する。第１調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。このとき、当該モータ制御装置は、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の電圧位相指令値として決定する手段を具備していてもよい。この場合、第２調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。
【００２３】
本発明の更に他の観点では、交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width
modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によってインバータを制御する制御信号を生成するためのモータ制御方法が提供される。当該モータ制御方法は、外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、ＰＷＭ制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧振幅指令値及び電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって制御信号を生成するステップと、１パルス制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって制御信号を生成するステップと、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の電圧位相指令値を、切り換え直前の電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定するステップとを具備する。該第１調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。このとき、当該モータ制御方法は、更に、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の電圧位相指令値として決定するステップを具備していてもよい。この場合、該第２調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。
【００２４】
本発明の更に他の観点では、交流モータを駆動するインバータを、ＰＷＭ（pulse width
modulation）制御と１パルス制御とを含む複数の制御方法のうちから選択された制御方法によってインバータを制御する制御信号を生成するためのプログラムが提供される。当該プログラムは、制御装置に、外部から与えられるトルク指令に応じて電圧振幅指令値及び電圧位相指令値を生成するトルク制御を行うステップと、ＰＷＭ制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧振幅指令値及び電圧位相指令値に応じたＰＷＭ制御によって制御信号を生成するステップと、１パルス制御がインバータを制御する制御方法として選択された場合、電圧位相指令値に応じた１パルス制御によって制御信号を生成する手段と、インバータを制御する制御方法がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられたとき、切り換え直後の電圧位相指令値を、切り換え直前の電圧位相指令値を第１調節量だけ減じることで決定するステップとを実行させる。該第１調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。このとき、当該プログラムは、制御装置に、インバータを制御する制御方法が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられたとき、切り換え直前の電圧位相指令値に第２調節量を加算して得られる値を切り換え直後の電圧位相指令値として決定するステップを実行させてもよい。この場合、該第２調節量は、切り換え直前の電圧位相指令値に依存して決定される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、１パルス制御とＰＷＭ制御との間の切り換え時におけるトルク変動を抑制するとともに、制御の切り換えを瞬時に（又は短時間で）行うための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＰＷＭ制御によって生成される出力電圧の波形及びその基本波成分、並びに、１パルス制御によって生成される出力電圧の波形及びその基本波成分を示す図である。
【図２Ａ】ＰＷＭ制御時の相電圧指令と、１パルス制御時の相電圧指令の切り換え前後の変化を示すグラフである。
【図２Ｂ】ＰＷＭ制御時の実電圧の基本波成分と、１パルス制御時の実電圧の基本波成分の切り換え前後の変化を示すグラフである。
【図３Ａ】ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われた場合にトルク変動（トルクの増大）が発生する理由を示す電圧ベクトル図である。
【図３Ｂ】１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われた場合にトルク変動（トルクの減少）が発生する理由を示す電圧ベクトル図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態における、ＰＷＭ制御から１パルス制御への制御の切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態における、ＰＷＭ制御から１パルス制御への制御の切り換え前後の相電圧指令の変化を示すグラフである。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態における、１パルス制御からＰＷＭ制御への制御の切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。
【図５】ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換え直前の電圧位相指令値δ＊と、最適な調節量Δδ１、Δδ２の関係の例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるモータシステムの構成を示すブロック図である。
【図７Ａ】図６のインバータコントローラで行われる演算の例を示す機能ブロック図である。
【図７Ｂ】図６のインバータコントローラの電流ＰＩ制御で行われる演算の一例を示す機能ブロック図である。
【図８Ａ】電圧ベクトルの指令値を一定にしながらＰＷＭ制御と１パルス制御の間で制御を切り替えた場合のトルクと電圧位相の変化の例を示すグラフである。
【図８Ｂ】本実施形態のモータ制御方法において、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間で制御を切り替えた場合のトルクと電圧位相の変化の例を示すグラフである。
【図９Ａ】本発明の他の実施形態における、ＰＷＭ制御から１パルス制御への制御の切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施形態における、１パルス制御からＰＷＭ制御への制御の切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、まず、本発明の一実施形態におけるモータ制御方法、より具体的には、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間での制御の切り換え手順について説明する。
【００２８】
図４Ａは、本発明の一実施形態における、ＰＷＭ制御から１パルス制御への制御の切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。図４Ａにおいて、記号ＶＰＷＭは、切り換え直前における電圧ベクトルを示しており、記号Ｖ１Ｐは、切り換え直後における電圧ベクトルを示している。また、記号δＰＷＭは、切り換え直前における電圧位相（即ち、ＰＷＭ制御が終了する時点での電圧位相）を示しており、記号δ１Ｐは、切り換え直後における電圧位相（即ち、１パルス制御が開始される時点での電圧位相）を示している。理解を容易にするために、図３Ａ、図３Ｂと同様に、電機子巻線抵抗、及び、リラクタンストルクを無視している。ここで、φは電機子巻線への鎖交磁束、ωはロータ速度、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｉｄはｄ軸電流、Ｉｑはｑ軸電流を示している。図４Ａにおいては、電圧位相は進み位相である場合に正であると定義されており、電圧位相が正である方向は反時計回りである。
【００２９】
上述の議論から理解されるように、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われた瞬間、実電圧の基本波成分が増加し、これにより、電圧ベクトルの大きさも増大する。図４Ａにおいて、符号ＶＰＷＭ→１Ｐは、実電圧の基本波成分の増加により、大きさが増大した電圧ベクトルを示している。上述されているように、電圧ベクトルの大きさの増大は、トルクの増大を招く。
【００３０】
ここで、本実施形態のモータ制御方法では、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換え時に電圧位相を減少させることにより、トルクの増大が抑制される。電圧位相を減少させることはｑ軸電流Ｉｑを減少させる作用があるので、実電圧の基本波成分の増加によるｑ軸電流Ｉｑの増大を打ち消すことができる。図４Ａにおいて、電圧位相の調節量（減少量）は、記号Δδ１で図示されている。図４Ａのベクトル図から、原理的には、ｑ軸電流Ｉｑが変化しないように、即ち、トルク変動が発生しないように調節量Δδ１を決定可能できることは理解されよう。後述されるように、最適な調節量Δδ１は、ＰＷＭ制御が終了する時点における電圧位相（又は、電圧位相指令値δ＊）に依存している。
【００３１】
図４Ｂは、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる場合について、切り換えの直前の相電圧指令と、切り換えの直後の相電圧指令の変化を示すグラフである。ＰＷＭ制御においては、パルスの立ち上がり、立ち下がりの近傍において相電圧指令は正弦波状に変化する一方でパルスの中間部分では１００％で飽和する。一方、１パルス制御では、相電圧指令が、パルスの各周期の前半において１００％に、後半において−１００％に設定される。図４Ｂに図示されているように、ＰＷＭ制御から１パルス制御に制御が切り換えられると、位相がΔδ１だけ遅延される。
【００３２】
ここで、本実施形態では、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えの際に、電圧位相δの調整が、（徐々にではなく）瞬時に行われることに留意されたい。上記の特許文献５、６は、電圧振幅、電圧位相を徐々に変化させる技術を開示しているが、これは、制御の切り換えに時間がかかる原因となる上、それ自体がトルク変動の原因にすらなり得る。ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われると、実電圧の電圧振幅は短時間で増大する。したがって、電圧位相の調節を徐々に行うことは、かえってトルク変動の原因になり得る。本実施形態では、不連続的に電圧位相指令δ＊を制御することで、短時間で電圧位相を調節し、これにより、トルク変動が抑制される。詳細には、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われる場合、１パルス制御の開始後の最初の電圧位相指令値δ１Ｐ＊が、ＰＷＭ制御の終了前の最後の電圧位相指令値δ＊からΔδ１を減じることによって決定される。これにより、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを瞬時に行うことができる上、トルク変動も抑制することができる。更に、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを瞬時に行うことで、切り換え制御中の制御性の悪化の問題も回避することができる。
【００３３】
ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを行う際に最適な電圧位相の調節量Δδ１は、以下のように計算できる。ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われる直前における実電圧の電圧ベクトルの電圧振幅をＶＰＷＭ、電圧位相をδＰＷＭとする。また、制御が１パルス制御に切り換えられた直後の電圧ベクトルの大きさをＶ１Ｐとし、１パルス制御に切り換え直後において設定されるべき電圧位相指令値をδ１Ｐ＊とする。
【００３４】
図４Ａを参照して、リラクタンストルクの影響を無視すれば、トルクを不変にする（即ち、切り換え前後のトルクを同一にする）ためには、電圧ベクトルのｄ軸成分ωＬｑＩｑを不変にすればよい。この条件から次式（１）が得られる：
【数３】
2014082865.tif 000005
【００３５】
また、
Δδ１＝δＰＷＭ−δ１Ｐ＊        ・・・（２）
であるから、式（１）からδ１ｐ＊を消去すると次式（３）が得られる：
【数４】
2014082865.tif 000006
【００３６】
ここで、インバータの各相から出力可能な最大電圧をＶＭＡＸとすると、切り換え直前の電圧ベクトルの電圧振幅ＶＰＷＭと、切り換え直後の電圧ベクトルの電圧振幅Ｖ１Ｐは、次式で与えられる：
ＶＰＷＭ＝ＶＭＡＸ・ＫＯＶ１      ・・・（４ａ）
Ｖ１Ｐ＝ＶＭＡＸ・Ｋ１Ｐ          ・・・（４ｂ）
ここで、Ｋｏｖ１は、切り換え直前においてＰＷＭ制御で生成された電圧波形の基本波振幅の最大電圧ＶＭＡＸに対する比率であり、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換える電圧振幅指令値Ｖａ＊の閾値に応じて決まる一定値である。一般には、ＫＯＶ１は、１．２０〜１．２４の値になる。一方、Ｋ１Ｐは、切り換え直後において１パルス制御で生成される基本波振幅の最大電圧ＶＭＡＸに対する比率であり、４／π（≒１．２７）である。よって、最大電圧ＶＭＡＸ（これは、一般に、インバータに供給される直流電圧に依存する）に依存しない次式（５）が得られる：
【数５】
2014082865.tif 000007
【００３７】
ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われる直前における実電圧の電圧位相δＰＷＭが電圧位相指令値δＰＷＭ*と一致しているとすれば、
【数６】
2014082865.tif 000008
が得られる。定常状態では、実電圧の電圧位相と電圧位相指令値とは概ね一致していることに留意されたい。即ち、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを行う際に最適な電圧位相の調節量Δδ１は、切り換え直前における電圧位相指令値δＰＷＭ＊から式（６）を用いて算出することができる。言い換えれば、１パルス制御の開始後の最初の電圧位相指令値δ１Ｐ＊の最適値は、ＰＷＭ制御の完了前の最後の電圧位相指令値δＰＷＭ＊から、式（６）を用いて算出されたΔδ１を減じることで得られる。
【００３８】
一方、図４Ｃは、本実施形態における、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換え方法を示す電圧ベクトル図である。図４Ｃにおいて、記号Ｖ１Ｐは、切り換え直前における電圧ベクトルを示しており、記号ＶＰＷＭは、切り換え直後における電圧ベクトルを示している。また、記号δ１Ｐは、切り換え直前における電圧位相（即ち、１パルス制御が終了する時点での電圧位相）を示している。記号δＰＷＭは、切り換え直後における電圧位相（即ち、ＰＷＭ制御が開始される時点での電圧位相）を示している。
【００３９】
上述の議論から理解されるように、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われる場合、切り換えが行われた瞬間に実電圧の基本波成分が減少し、これにより、電圧ベクトルの大きさも減少する。図４Ｃにおいて、符号Ｖ１Ｐ→ＰＷＭは、実電圧の基本波成分の減少により、大きさが減少した電圧ベクトルを示している。上述されているように、電圧ベクトルの大きさの減少は、トルクの減少を招く。
【００４０】
ここで、本実施形態のモータ制御方法では、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換え時に電圧位相を増大させることにより、トルクの増大が抑制される。電圧位相を増大させることはｑ軸電流Ｉｑを増大させる作用があるので、実電圧の基本波成分の増加によるｑ軸電流Ｉｑの減少を打ち消すことができる。図４Ｃにおいて、電圧位相の調節量（増大量）は、記号Δδ２で図示されている。図４Ｃのベクトル図から、原理的には、ｑ軸電流Ｉｑが変化しないように、即ち、トルク変動が発生しないように調節量Δδ２を決定可能できることは理解されよう。後述されるように、最適な調節量Δδ２は、ＰＷＭ制御が終了する時点における電圧位相（又は、電圧位相指令値δ＊）に依存している。
【００４１】
ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えの際と同様に、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えにおいても、電圧位相δの調整が、（徐々にではなく）瞬時に行われることに留意されたい。本実施形態では、不連続的に電圧位相指令δ＊を制御することで、短時間で電圧位相を調節し、これにより、トルク変動が抑制される。詳細には、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われる場合、ＰＷＭ制御の開始後の最初の電圧位相指令値δＰＷＭ＊は、１パルス制御の終了前の最後の電圧位相指令値δ１Ｐ＊にΔδ２を加算することによって決定される。これにより、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えを瞬時に行うことができる上、トルク変動も抑制することができる。更に、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えを瞬時に行うことで、切り換え制御中の制御性の悪化の問題も回避することができる。
【００４２】
１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えを行う際に最適な電圧位相の調節量Δδ２は、以下のように計算できる。１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われる直前における実電圧の電圧ベクトルの電圧振幅をＶ１Ｐ、電圧位相をδ１Ｐとする。また、制御がＰＷＭ制御に切り換えられた直後の電圧ベクトルの大きさをＶＰＷＭとし、ＰＷＭ制御に切り換え直後において設定されるべき電圧位相指令値をδＰＷＭ＊とする。
【００４３】
リラクタンストルクの影響を無視すれば、トルクを不変にする（即ち、切り換え前後のトルクを同一にする）ためには、電圧ベクトルのｄ軸成分ωＬｑＩｑを不変にすればよいから上記式（１）と同様に式（７）が得られる：
【数７】
2014082865.tif 000009
【００４４】
また、
Δδ２＝δＰＷＭ＊−δ１Ｐ        ・・・（８）
であるから、式（７）、（８）からδＰＷＭ＊を消去すると次式が得られる：
【数８】
2014082865.tif 000010
【００４５】
ここで、インバータの各相から出力可能な最大電圧をＶＭＡＸを用いると、Ｖ１Ｐ、ＶＰＷＭは、次式（１０ａ）、（１０ｂ）で表わされる：
Ｖ１Ｐ＝ＶＭＡＸ・Ｋ１Ｐ          ・・・（１０ａ）
ＶＰＷＭ＝ＶＭＡＸ・ＫＯＶ２      ・・・（１０ｂ）
ここで、Ｋ１Ｐは、切り換え直後において１パルス制御で生成される基本波振幅の最大電圧ＶＭＡＸに対する比率であり、４／π（≒１．２７）である。Ｋｏｖ２は、切り換え直後においてＰＷＭ制御で生成された電圧波形の基本波振幅の最大電圧ＶＭＡＸに対する比率であり、１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換える電圧振幅指令値Ｖａ＊の閾値によって決まる一定値である。一般には、ＫＯＶ２は、１．２０〜１．２４の値になる。よって、最大電圧ＶＭＡＸに依存しない（即ち、インバータに供給されるＤＣ電圧に依存しない）次式（１１）が得られる：
【数９】
2014082865.tif 000011
【００４６】
１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われる直前における実電圧の電圧位相δ１Ｐが電圧位相指令値δ１Ｐ*と一致しているとすれば（定常状態では、通常、実電圧の電圧位相と電圧位相指令値とは概ね一致している）、
【数１０】
2014082865.tif 000012
が得られる。即ち、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えを行う際に最適な電圧位相の調節量Δδ２は、切り換え直前における電圧位相指令値δ１Ｐ＊から式（１２）を用いて算出することができる。
【００４７】
図５は、式（６）及び式（１２）を用いた電圧位相の調節量Δδ１、Δδ２の計算例を示している。横軸は、切り換え前の電圧位相指令値δ＊（即ち、電圧位相指令値δＰＷＭ＊又はδ１Ｐ＊）を示しており、縦軸は、電圧位相の調節量Δδ１、Δδ２を示している。Δδ１、Δδ２は、電圧位相指令値δ＊に対して単調に増加する関数である。
【００４８】
式（６）、式（１２）の演算は複雑なので、適宜の近似式を用いて電圧位相の調節量Δδ１、Δδ２を算出してもよい。例えば、図５に図示された調節量Δδ１、Δδ２のカーブを、折れ線近似によって近似してもよい。また、図５に図示された調節量Δδ１、Δδ２のカーブを、電圧位相指令値δ＊を変数とする適宜の次数の多項式（例えば、２次の多項式）を用いた多項式近似によって近似してもよい。近似式を用いる場合も、Δδ１、Δδ２が、電圧位相指令値δ＊に対して単調に増加する関数になるように近似式が決定される。
【００４９】
以下では、上述のような制御の切り換えに適した構成のモータシステムの構成の例について説明する。
【００５０】
図６は、本発明の一実施形態のモータシステム１の構成の例を示すブロック図である。モータシステム１は、モータ２と、インバータ３と、レゾルバ４と、Ｒ／Ｄ（レゾルバ−デジタル）変換器５と、インバータコントローラ６とを備えている。
【００５１】
モータ２は、ｕ相電源線７ｕ、ｖ相電源線７ｖ及びｗ相電源線７ｗによりインバータ３に接続されている。モータ２は、インバータ３からｕ相電源線７ｕ、ｖ相電源線７ｖ及びｗ相電源線７ｗを介して３相電力を供給されて動作する交流モータ（例えば、永久磁石モータや同期モータ）である。ｕ相電源線７ｕ、ｖ相電源線７ｖ及びｗ相電源線７ｗには、それぞれ、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗを計測するための電流センサ８ｕ、８ｖ、８ｗが設けられる。なお、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗの全てが検出される必要は必ずしもない。これらの３つの電流のうちの２つが測定され、残りの一つが演算によって算出されてもよい。
【００５２】
インバータ３は、パワートランジスタを備えており、該パワートランジスタを用いて、インバータ３に供給される直流電圧からモータ２に供給される３相電圧を発生する。インバータ３に含まれているパワートランジスタは、インバータコントローラ６から供給される制御信号ＳＣＴＲＬに応答してオンオフされる。
【００５３】
レゾルバ４及びＲ／Ｄ変換器５は、モータ２のロータ位置（即ち、ロータ角度）θを検出するために使用される装置群である。レゾルバ４は、ロータ位置θに応じて、ｓｉｎθ、ｃｏｓθに依存する２つの信号を出力する。Ｒ／Ｄ変換器５は、それら２つの信号からロータ位置θを算出し、ロータ位置θを示すデジタルデータを出力する。
【００５４】
インバータコントローラ６は、外部から与えられるトルク指令Ｔ＊に対応するトルクをモータ２が生成するようにインバータ３を制御する制御装置である。インバータコントローラ６は、外部から与えられるトルク指令Ｔ＊に加え、検出されたｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗ及びロータ位置θに応答して、インバータ３のパワートランジスタのオンオフを制御する制御信号ＳＣＴＲＬを生成する。制御信号ＳＣＴＲＬは、典型的には、ｕ相、ｖ相、及び、ｗ相それぞれの正側アーム及び負側アームのパワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動信号を含んでいる。
【００５５】
このような構成のモータシステム１は、例えば、電気自動車やハイブリッドカーの駆動輪を駆動する駆動系に用いられる。この場合、モータ２が発生する駆動力が駆動輪に伝達される。
【００５６】
図７Ａは、インバータコントローラ６における演算を示す機能ブロック図である。本実施形態のインバータコントローラ６は、ＰＷＭ制御と１パルス制御とを切り換えて行うように構成されている。詳細には、インバータコントローラ６では、次の演算：速度計算１１、電流指令計算１２、３相−２相変換１３、電流ＰＩ制御１４、Δδ１、Δδ２生成演算１５、１パルス制御出力演算１６、ＰＷＭ制御出力演算１７、及び、制御切換演算１８が行われる。これらの演算は、インバータコントローラ６にインストールされたソフトウェア（プログラム）によって実現されてもよい。この場合、インバータコントローラ６として演算装置、例えば、ＣＰＵ(central processing unit)が使用されてもよい。また、上記の演算は、ハードウェアとして実装されてもよく、また、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実装されても良い。
【００５７】
速度計算１１では、Ｒ／Ｄ変換器５によって算出されたロータ位置θから、ロータ速度ωが算出される。
【００５８】
電流指令計算１２、３相−２相変換１３、電流ＰＩ制御１４は、モータ２からトルク指令値Ｔ＊に指定されたトルクが出力されるようにｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗを制御するトルク制御のための一連の演算を構成している。電流指令計算１２では、トルク指令値Ｔ＊とロータ速度ωとに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が算出される。３相−２相変換１３では、Ｒ／Ｄ変換器５によって算出されたロータ位置θを用いてｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗに対して３相−２相変換が行われ、ｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑが算出される。電流ＰＩ制御１４では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差分、及び、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差分とに応答してＰＩ制御が行われ、電圧振幅指令値Ｖａ＊と電圧位相指令値δ＊とが算出される。
【００５９】
図７Ｂは、電流ＰＩ制御１４で行われる演算の一例を示す図である。電圧振幅指令値Ｖａ＊は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとに応じて算出される。詳細には、減算３１により、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄを減じた差分ΔＩｄが算出され、その差分ΔＩｄに比例ゲインＧＰ１を乗じる乗算３２が行われる。更に、乗算３２で得られた積ＧＰ１・ΔＩｄに、積分ゲインＧＩ１を乗じる乗算３３が行われ、得られた積ＧＰ１・ＧＩ１・ΔＩｄを積分する積分演算３４が行われる。電圧振幅指令値Ｖａ＊は、積ＧＰ１・ΔＩｄと積分演算３４によって得られた積分値の和を算出する加算３５によって得られる。
【００６０】
一方、電圧位相指令値δ＊は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとに応じて算出される。詳細には、減算３６により、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑを減じた差分ΔＩｑが算出され、その差分ΔＩｑに比例ゲインＧＰ２を乗じる乗算３７が行われる。更に、乗算３２で得られた積ＧＰ２・ΔＩｑに、積分ゲインＧＩ２を乗じる乗算３８が行われ、得られた積ＧＰ２・ＧＩ２・ΔＩｑを積分する積分演算３９が行われる。電圧位相指令値δ＊は、積ＧＰ２・ΔＩｑと積分演算３９によって得られた積分値の和を算出する加算４０によって得られる。
【００６１】
図７Ｂに図示されている電流ＰＩ制御１４が行われる場合、ＰＷＭ制御と１パルス制御との間での切り換えが行われた場合の電圧位相指令値δ＊の調節は、積分演算３９において保存される積分値から調節量Δδ１を減じ、又は、調節量Δδ２を加算することで行われる。なお、調節量Δδ１、Δδ２は、後述のように、Δδ１、Δδ２生成演算１５によって生成される。詳細には、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが行われる場合、積分演算３９において保存される積分値が調節量Δδ１だけ減じられる。このような演算により、電圧位相指令値δ＊を調節量Δδ１だけ減少させることができる。一方、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが行われる場合、積分演算３９において保存される積分値が調節量Δδ２だけ増加される。このような演算により、電圧位相指令値δ＊を調節量Δδ２だけ増加させることができる。
【００６２】
Δδ１、Δδ２生成演算１５では、ＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられた時に電圧位相指令値δ＊から減算されるべき調節量Δδ１、及び、１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられた時に電圧位相指令値δ＊に加算されるべき調節量Δδ２が算出される。
【００６３】
Δδ１、Δδ２生成演算１５において、調節量Δδ１は、上記の式（６）を直接用いて算出されてもよい。また、電圧位相指令値δ＊の各値に対応するΔδ１を記述したルックアップテーブル（ＬＵＴ）がインバータコントローラ６の記憶手段（例えば、メモリ）に記憶され、そのテーブルからテーブルルックアップによって調節量Δδ１が取得されてもよい。この場合、当該ルックアップテーブルには、式（６）を用いて事前に算出された電圧位相指令値δ＊の各値に対応する調節量Δδ１の値が格納される。更には、図５に図示されているような電圧位相指令値δ＊と調節量Δδ１の関係を示すグラフを近似する近似式（例えば、折れ線近似で近似する式）がインバータコントローラ６の記憶手段（例えば、メモリ）に記憶され、当該近似式を用いてΔδ１が算出されてもよい。
【００６４】
同様に、調節量Δδ２は、上記の式（１２）を直接用いて算出されてもよい。また、電圧位相指令値δ＊の各値に対応するΔδ２を記述したルックアップテーブル（ＬＵＴ）がインバータコントローラ６の記憶手段（例えば、メモリ）に記憶され、そのテーブルからテーブルルックアップによって調節量Δδ２を取得してもよい。この場合、当該ルックアップテーブルには、式（１２）を用いて事前に算出された電圧位相指令値δ＊の各値に対応する調節量Δδ２の値が格納される。更には、図５に図示されているような電圧位相指令値δ＊と調節量Δδ２の関係を示すグラフを近似する近似式（例えば、折れ線近似で近似する式）がインバータコントローラ６の記憶手段（例えば、メモリ）に記憶され、当該近似式を用いてΔδ２が算出されてもよい。
【００６５】
１パルス制御出力演算１６では、１パルス制御により、電圧位相指令値δ＊からインバータ３のパワートランジスタのオンオフを制御する制御データＳ１Ｐを生成する演算が行われる。
【００６６】
ＰＷＭ制御出力演算１７では、ＰＷＭ制御により、電圧振幅指令値Ｖａ＊と電圧位相指令値δ＊とからインバータ３のパワートランジスタのオンオフを制御する制御データＳＰＷＭを生成する演算が行われる。
【００６７】
制御切換演算１８では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換えの制御が行われる。本実施形態では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換えが、電流指令計算１２、３相−２相変換１３及び電流ＰＩ制御１４の結果として得られた電圧振幅指令値Ｖａ＊に応答して行われる。詳細には、ＰＷＭ制御でインバータ３が制御されている間に電圧振幅指令値Ｖａ＊が所定の閾値ＶＴＨ１まで増大すると、インバータ３の制御がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる。一方、１パルス制御でインバータ３が制御されている間に電圧振幅指令値Ｖａ＊が所定の閾値ＶＴＨ２まで減少すると、インバータ３の制御が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる。
【００６８】
図７Ａのような演算を行うインバータコントローラ６では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換えが以下の手順で行われる。制御切換演算１８により、ＰＷＭ制御から１パルス制御への切り換えが指示されると、Δδ１、Δδ２生成演算１５により、切り換え直前における電圧位相指令値δ＊の値に対応する調節量Δδ１が算出される。電流ＰＩ制御１４では、積分演算３９において蓄積されている積分値から調節量Δδ１が減じられる。これにより、切り換え直後に電圧位相指令値δ＊が調節量Δδ１だけ減じられることになる。加えて、１パルス制御出力演算１６で生成された制御データＳ１Ｐが制御切換演算２０によって選択され、選択された制御データに対応する制御信号ＳＣＴＲＬが、実際にインバータ３に供給される。
【００６９】
一方、制御切換演算１８により、１パルス制御からＰＷＭ制御への切り換えが指示されると、Δδ１、Δδ２生成演算１５により、切り換え直前における電圧位相指令値δ＊の値に対応する調節量Δδ２が算出される。電流ＰＩ制御１４では、積分演算３９において蓄積されている積分値に調節量Δδ２が加算される。これにより、切り換え直後に電圧位相指令値δ＊が調節量Δδ２だけ増加されることになる。加えて、ＰＷＭ制御出力演算１７で生成された制御データＳＰＷＭが制御切換演算１８によって選択され、選択された制御データに対応する制御信号ＳＣＴＲＬが、実際にインバータ３に供給される。
【００７０】
このような演算がインバータコントローラ６で行われることにより、図４Ａ〜図４Ｃに図示されているような、１パルス制御とＰＷＭ制御の間でインバータ３の制御が切り換えられる際に調節量Δδ１又はΔδ２だけ電圧位相指令値を調節してトルク変動を抑制する制御が実現される。
【００７１】
なお、図７Ａ、図７Ｂでは、インバータコントローラ６の動作が機能ブロックとして図示されているが、インバータコントローラ６は、同等の動作をするソフトウェア、ハードウェア、及びそれらの組み合わせによって実現可能であることに留意されたい。また、図７Ａ、図７Ｂは、インバータコントローラ６で行われる演算の一例を図示しているに過ぎず、演算の詳細部分は、様々に変更可能である。例えば、電圧振幅指令値Ｖａ＊及び電圧位相指令値δ＊の算出において、追加的に、上記の電流ＰＩ制御１４で得られる電圧振幅指令値Ｖａ＊及び電圧位相指令値δ＊に、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じた操作量を加算するフィードフォーワード制御を行っても良い。
【００７２】
図８Ａ、図８Ｂは、本実施形態によるＰＷＭ制御と１パルス制御の切り換え手順を採用することによるトルク変動の抑制の効果の例を示すグラフである。詳細には、図８Ａは、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換え時に、電圧ベクトルの指令値（電圧振幅指令値Ｖａ＊、電圧位相指令値δ＊）を不変に保った場合（従来技術に相当）における、出力トルク及び位相の変動を示すグラフである。一方、図８Ｂは、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換え時に、電圧位相指令値δ＊を調節した場合（本実施形態に相当）のトルク及び位相の変動を示すグラフである。ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換え時に電圧ベクトルの指令値を不変に保った場合、切り換えの瞬間に出力トルクが急変し、その後、位相制御により、出力トルクの変動が緩和される動作が行われる。一方、本実施形態では、ＰＷＭ制御と１パルス制御の切り換え時に、電圧位相が調節される。図８Ｂでは、電圧位相の調節量がΔδとして示されている。本実施形態では、電圧位相は急激に変化するが、その一方で、ＰＷＭ制御と１パルス制御の間の切り換え時のトルク変動が抑制される。
【００７３】
なお、上述の実施形態では、リラクタンストルクの影響を無視した場合の議論が提示されているが、リラクタンストルクの影響を考慮して電圧位相指令値の調節量Δδ１、Δδ２が算出されてもよい。この場合、調節量Δδ１、Δδ２は、１パルス制御とＰＷＭ制御との間の切り換え前後の電圧ベクトルが、いずれも等トルク線上にあるように、調節量Δδ１、Δδ２が算出される。図９Ａは、インバータ３の制御がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる場合に、切り換え前後の電圧ベクトルがいずれも等トルク線上にあるような電圧位相の調節量Δδ１を示す図であり、図９Ｂは、インバータ３の制御が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる場合に、切り換え前後の電圧ベクトルがいずれも等トルク線上にあるような電圧位相の調節量Δδ２を示す図である。
【００７４】
インバータ３の制御がＰＷＭ制御から１パルス制御に切り換えられる場合に、切り換え前後の電圧ベクトルがいずれも等トルク線上にあるような電圧位相の調節量Δδ１は、切り換え直前における電圧位相指令値δ＊と、ロータ速度ωと、インバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣとから生成可能である。この場合、Δδ１、Δδ２生成演算１５では、電圧位相の調節量Δδ１を、電圧位相指令値δ＊と、ロータ速度ωと、インバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣとに基づいて、モータ２のモデルを用いて算出してもよい。その代わりに、電圧位相指令値δ＊、ロータ速度ω、及び、直流電圧ＶＤＣの各値に対応する調節量Δδ１がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１、Δδ２生成演算１５においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ１を生成してもよい。
【００７５】
この場合、近似的に、ロータ速度ω及び直流電圧ＶＤＣの一方には依存しないとしてテーブルが用意されてもよい。即ち、電圧位相指令値δ＊とロータ速度ωの各値に対応する調節量Δδ１がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１生成演算１６においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ１を生成してもよい。また、電圧位相指令値δ＊と直流電圧ＶＤＣの各値に対応する調節量Δδ１がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１、Δδ２生成演算１５においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ１を生成してもよい。
【００７６】
同様に、インバータ３の制御が１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる場合に、切り換え前後の電圧ベクトルがいずれも等トルク線上にあるような電圧位相の調節量Δδ２は、切り換え直前における電圧位相指令値δ＊と、ロータ速度ωと、インバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣとから生成可能である。この場合、Δδ１、Δδ２生成演算１５では、電圧位相の調節量Δδ２を、電圧位相指令値δ＊と、ロータ速度ωと、インバータ３に供給される直流電圧ＶＤＣとに基づいて、モータ２のモデルを用いて算出してもよい。その代わりに、電圧位相指令値δ＊、ロータ速度ω、及び、直流電圧ＶＤＣの各値に対応する調節量Δδ２がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１、Δδ２生成演算１５においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ２を生成してもよい。
【００７７】
この場合、近似的に、ロータ速度ω及び直流電圧ＶＤＣの一方には依存しないとしてテーブルが用意されてもよい。即ち、電圧位相指令値δ＊とロータ速度ωの各値に対応する調節量Δδ２がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１、Δδ２生成演算１５においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ２を生成してもよい。また、電圧位相指令値δ＊と直流電圧ＶＤＣの各値に対応する調節量Δδ２がテーブルに記述されてインバータコントローラ６の記憶手段に格納され、Δδ１、Δδ２生成演算１５においては、当該テーブルを用いて調節量Δδ２を生成してもよい。
【００７８】
以上には、本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定して解釈してはならない。本発明が様々な変形と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
【００７９】
例えば、上述の実施形態では、ＰＷＭ制御から１パルス制御に制御を切り換える場合に調節量Δδ１だけ電圧位相指令値が減少する動作と、１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる場合に調節量Δδ２だけ電圧位相指令値を増加される動作との両方が行われているが、これら２つの動作の一方のみが行われてもよい。この場合でも、トルク変動の抑制の効果を達成することができる。ただし、トルク変動の抑制の観点からは、上述された実施形態のように、ＰＷＭ制御から１パルス制御に制御を切り換える場合に調節量Δδ１だけ電圧位相指令値が減少する動作と、１パルス制御からＰＷＭ制御に切り換えられる場合に調節量Δδ２だけ電圧位相指令値を増加される動作との両方が行われることが好ましい。
【００８０】
また、上述の実施形態では、モータシステム１が、ＰＷＭ制御と１パルス制御とに対応している構成が提示されているが、追加的に他の制御方法に対応していてもよい。この場合でも、ＰＷＭ制御と１パルス制御との間の制御の切り換えにおいて、上述された切り換え方法が適用される。
【符号の説明】
【００８１】
１        ：モータシステム
２        ：モータ
３        ：インバータ
４        ：レゾルバ
５        ：Ｒ／Ｄ変換器
６        ：インバータコントローラ
７ｕ      ：ｕ相電源線
７ｖ      ：ｖ相電源線
７ｗ      ：ｗ相電源線
８ｕ      ：電流センサ
８ｖ      ：電流センサ
８ｗ      ：電流センサ
１１      ：速度計算
１２      ：電流指令計算
１３      ：３相−２相変換
１４      ：電流ＰＩ制御
１５      ：Δδ１、Δδ２生成演算
１６      ：１パルス制御出力演算
１７      ：ＰＷＭ制御出力演算
１８      ：制御切換演算
Ｉｄ      ：ｄ軸電流
Ｉｑ      ：ｑ軸電流
Ｉｕ      ：ｕ相電流
Ｉｖ      ：ｖ相電流
Ｉｗ      ：ｗ相電流
Ｓ１Ｐ    ：制御データ
ＳＰＷＭ  ：制御データ
ＳＣＴＲＬ：制御信号
Ｖ１Ｐ    ：電圧振幅
ＶＤＣ    ：直流電圧
ＶＭＡＸ  ：最大電圧
ＶＰＷＭ  ：電圧振幅
ＶＴＨ１  ：閾値
ＶＴＨ２  ：閾値
Δδ１    ：調節量
Δδ２    ：調節量
δ＊        ：電圧位相指令値
δ１Ｐ＊    ：電圧位相指令値
δＰＷＭ＊  ：電圧位相指令値
θ        ：ロータ位置
ω        ：ロータ速度
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2014082865.tif 000027
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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