(57)【要約】【課題】本発明は、インバータ制御装置に係り、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ指令デューティ比の０％近傍又は１００％近傍で上下アームのオン／オフが元に戻らなくなるのを防止することにある。【解決手段】インバータ制御装置は、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生させるための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータと、交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、その相電流に基づくＰＷＭ指令信号と所定周期のキャリア信号との電圧比較結果に基づいて、一対のスイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチング制御手段と、交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、ＰＷＭ制御におけるゼロクロス近傍において、相電流に基づくＰＷＭ指令デューティ比が０％近傍又は１００％近傍であるときに、ＰＷＭ指令信号を通常よりも電圧上昇又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、を備える。【選択図】図１
2014068417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生させるための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータと、
前記交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づいて生成されるＰＷＭ指令信号と、所定周期のキャリア信号と、の電圧比較結果に基づいて、前記一対のスイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチング制御手段と、
前記交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、
ＰＷＭ制御における前記ゼロクロス近傍において、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づくＰＷＭ指令デューティ比が０％近傍又は１００％近傍であるときに、前記ＰＷＭ指令信号を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、
を備えることを特徴とするインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御装置に係り、特に、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータを制御するうえで好適なインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数相の交流電動機を駆動制御するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子（すなわち、上アーム及び下アーム）を有するインバータを制御する制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このインバータ制御装置は、インバータのパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）制御に従って各相それぞれについて一対のスイッチング素子をオン／オフすることによって、交流電動機に供給される交流電力を発生させる。
【０００３】
ＰＷＭ制御としては、少なくとも、正弦波モードと、その正弦波モードよりも交流電動機の高回転・高トルクを実現できる過変調モードと、がある。正弦波モードは、正弦波状の電圧指令値とキャリア（例えば、三角波）との電圧比較を行うことで所定期間内で入力電圧が正弦波状に変化するようにスイッチング素子のオン／オフを制御するものである。また、過変調モードは、ハイレベル値とローレベル値とが交互に生成される階段状の電圧指令値とキャリア（例えば、三角波）との電圧比較を行うことでＰＷＭ指令デューティ比が速やかに０％又は１００％に達するようにスイッチング素子のオン／オフを制御するものである。
【０００４】
ところで、インバータの上下アームによる短絡を防止するため、上下アームを共にオフとする短絡防止時間（デッドタイム）を設けるのが一般的である。また、各相の相電流は、ゼロクロス近傍でノイズや電流リプルの影響により変動する。相電流のゼロクロス近傍でデッドタイムにより上下アームが共にオフされると、出力電圧が上下動してその出力電圧の時間変化が通常よりも緩やかになる。この点、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に出力電圧変化の変動に起因して上下アームのスイッチングが適切に行われない事態が生じ得る。
【０００５】
そこで、出力電圧変化の変動に起因した上下アームの不正なスイッチングを回避するため、出力電圧の時間変化（ｄｖ／ｄｔ）を検出し、出力電圧が比較的速やかに変化してその時間変化ｄｖ／ｄｔが大きい期間中は上下アームのスイッチング指令をマスクせず、一方、出力電圧が比較的緩やかに変化してその時間変化ｄｖ／ｄｔが小さい期間中は上下アームのスイッチング指令をマスクすることが考えられる（例えば、特許文献２参照）。かかる構成によれば、出力電圧が上下動して比較的緩やかに変化する際に上下アームが不正にスイッチングされるのを回避することができ、その結果として、インバータ制御を適切に行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−０２３８８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、過変調モードでは、キャリア周期の数回分に亘ってオン（又はオフ）が継続するようなスイッチングが行われ得るが、ＰＷＭ指令デューティ比が１００％近傍又は０％近傍であるときにキャリアの山点又は谷点で上記の電圧指令値とキャリアとの電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、短時間でスイッチング指令が（ａ）オン→（ｂ）オフ→（ｃ）オン或いはその逆の順に切り替わる事態（すなわち、短パルスの発生）が起こり得る。また、正弦波モードでも、交流電動機の高回転・高トルクを実現させる場合には、ＰＷＭ指令デューティ比が１００％近傍又は０％近傍に至るので、キャリアの山点又は谷点で上記の電圧指令値とキャリアとの電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、上記の短パルスが発生し得る。
【０００８】
この点、ＰＷＭ制御の正弦波モード及び過変調モードにおける電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に、上記の如く上下アームのスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短い場合、２回目のスイッチング変更指令（例えば、上記（ｃ）のオン指令）がマスクされる事態が生じ得、以後、その２回目のスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない不都合が生ずるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ指令デューティ比の０％近傍又は１００％近傍で上下アームのオン／オフが元に戻らなくなるのを防止することが可能なインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的は、複数相の交流電動機に供給される交流電力を発生するための、各相それぞれに対応した一対のスイッチング素子を有するインバータと、前記交流電動機の各相それぞれの相電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づいて生成されるＰＷＭ指令信号と、所定周期のキャリア信号と、の電圧比較結果に基づいて、前記一対のスイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチング制御手段と、前記交流電動機の各相それぞれの相電流のゼロクロス近傍を判定する電流ゼロクロス判定手段と、ＰＷＭ制御における前記ゼロクロス近傍において、前記電流検出手段により検出される前記相電流に基づくＰＷＭ指令デューティ比が０％近傍又は１００％近傍であるときに、前記ＰＷＭ指令信号を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させる電圧指令補正手段と、を備えるインバータ制御装置により達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ指令デューティ比の０％近傍又は１００％近傍で上下アームのオン／オフが元に戻らなくなるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例であるインバータ制御装置を備えるシステムの全体構成図である。
【図２】本実施例のインバータ制御装置の要部のブロック構成図である。
【図３】電流ゼロクロス近傍で上下アームが共にオフする短絡防止時間（デッドタイム）中に上下アームの出力電圧が上下動する状況を表した図である。
【図４】本実施例のインバータ制御装置における電流センサを用いた相電流の検出タイミングと電流ゼロクロス近傍の判定タイミングとの関係を表した図である。
【図５】本実施例のインバータ制御装置においてインバータを制御する制御モードを表した図である。
【図６】過変調ＰＷＭ制御モードでの動作タイムチャートの一例である。
【図７】過変調モードにおけるゼロクロス近傍でのデッドタイム中にスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されることに伴う不都合を説明するための図である。
【図８】本実施例のインバータ制御装置における過変調ＰＷＭ制御モードでの動作タイムチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明に係るインバータ制御装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例であるインバータ制御装置１０を備えるシステムの全体構成図を示す。図２は、本実施例のインバータ制御装置１０の要部のブロック構成図を示す。本実施例のインバータ制御装置１０は、直流電源から交流電力を発生させるためのインバータ１２を制御する装置である。
【００１５】
インバータ１２は、例えば電気自動車又はハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生し或いは車両エンジンに対する電動機としてエンジン始動を行うモータ１４に供給される交流電力を、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのバッテリ１６の直流電力を用いて発生させるための機器である。また、モータ１４は、三相の同期型交流電動機であって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続された構成を有している。
【００１６】
インバータ１２は、バッテリ１６とモータ１４との間に介在されている。尚、インバータ１２とバッテリ１６との間に、リアクトルのエネルギ蓄積作用を利用してバッテリ１６の直流電圧を一対のスイッチング素子のオン／オフにより昇圧する昇圧コンバータを設けることとしてもよい。インバータ１２は、モータ１４の各相それぞれに対応した上下アーム２０，２２，２４を有している。Ｕ相の上下アーム２０とＶ相の上下アーム２２とＷ相の上下アーム２４とは、正極用電源と負極用電源との間に並列に接続されている。
【００１７】
Ｕ相の上下アーム２０は、上アーム素子であるスイッチング素子２０ａと下アーム素子であるスイッチング素子２０ｂとからなる。Ｖ相の上下アーム２２は、上アーム素子であるスイッチング素子２２ａと下アーム素子であるスイッチング素子２２ｂとからなる。また、Ｗ相の上下アーム２４は、上アーム素子であるスイッチング素子２４ａと下アーム素子であるスイッチング素子２４ｂとからなる。各相の上下アーム２０，２２，２４の上アーム素子と下アーム素子とは、正極用電源と負極用電源との間に直列に接続されている。各相の上下アーム２０，２２，２４の上アーム素子と下アーム素子との間の中間点は、モータ１４の当該相のコイルの他端に接続されている。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴなどのパワートランジスタである。
【００１８】
インバータ１２は、相ごとに、上下アーム２０，２２，２４の上アーム素子と下アーム素子とが交互にオン／オフされることにより、直流電圧を交流電圧に変換して出力する。上アーム素子及び下アーム素子である各スイッチング素子のオン／オフは、インバータ制御装置１０からの制御信号によって制御される。これらの各スイッチング素子には、逆並列ダイオードＤｕ，Ｄｄが並列に接続されている。
【００１９】
インバータ制御装置１０は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８を有し、予め格納されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理及び／又は電子回路によるハードウェア処理により、インバータ１２の動作を制御する。
【００２０】
インバータ制御装置１０のＥＣＵ１８は、電流センサ２６及びレゾルバ２８に接続されている。電流センサ２６は、モータ１４の各相それぞれの相電流に応じた信号を出力する。ＥＣＵ１８は、電流センサ２６から出力される信号に基づいて、モータ１４の各相それぞれに流れる相電流を検出する。尚、三相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和はゼロであるので、電流センサ２６が二相分の相電流に応じた信号を出力するものとし、残り一相の電流については演算により求めることとしてもよい（例えば、ｉｕ＝−（ｉｖ＋ｉｗ））。また、レゾルバ２８は、モータ１４のロータ回転角θに応じた信号を出力する。ＥＣＵ１８は、レゾルバ２８から出力される信号に基づいて、モータ１４のロータ回転角θを検出する。
【００２１】
ＥＣＵ１８は、電流センサ２６に接続するｄｑ軸電流変換部３０を備えている。電流センサ２６を用いて検出されるモータ各相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの情報は、ｄｑ軸電流変換部３０に供給される。ｄｑ軸電流変換部３０は、電流センサ２６から入力されるモータ１４の三相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを二相のｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑに座標変換することで、三相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいてｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを演算する。
【００２２】
ＥＣＵ１８には、予め定められたマップなどに従ってモータ１４のトルク指令値に応じたｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊が入力る。ＥＣＵ１８は、フィードバック演算部３２を備えている。フィードバック演算部３２には、ｄ軸電流の指令値ｉｄ＊と実値ｉｄとの偏差Δｉｄ（＝ｉｄ＊−ｉｄ）、及び、ｑ軸電流の指令値ｉｑ＊と実値ｉｑとの偏差Δｉｑ（＝ｉｑ＊−ｉｑ）が入力される。
【００２３】
ＥＣＵ１８は、レゾルバ２８に接続する回転数演算部３４を備えている。レゾルバ２８を用いて検出されるモータ１４のロータ回転角θの情報は、回転数演算部３４に供給される。回転数演算部３４は、モータ１４のロータ回転角θに基づいてモータ１４の回転数Ｎを演算する。
【００２４】
回転数演算部３４は、上記のフィードバック演算部３２に接続されている。回転数演算部３４で演算されたモータ１４の回転数Ｎの情報は、フィードバック演算部３２に供給される。フィードバック演算部３２は、モータ１４の回転数Ｎを用いて、入力されるｄ軸電流の偏差Δｉｄ及びｑ軸電流の偏差Δｉｑがゼロに収束されるようにｄ軸電圧の指令値ｖｄ及びｑ軸電圧の指令値ｖｑを演算する。
【００２５】
ＥＣＵ１８は、フィードバック演算部３２に接続するｄｑ軸電圧変換部３６を備えている。フィードバック演算部３２で演算されたｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ，ｖｑの情報は、ｄｑ軸電圧変換部３６に供給される。ｄｑ軸電圧変換部３６には、また、上記のレゾルバ２８が接続されている。レゾルバ２８を用いて検出されるモータ１４のロータ回転角θの情報は、ｄｑ軸電圧変換部３６に供給される。ｄｑ軸電圧変換部３６は、モータ１４のロータ回転角θを用いて、入力されるｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ，ｖｑを三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに座標変換することで、ｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ，ｖｑに基づいて三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算する。尚、この三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、互いに等振幅を有し、電気角１２０°ずつ位相がずれた信号である。
【００２６】
ＥＣＵ１８は、ｄｑ軸電圧変換部３６に接続するＰＷＭ指令補正部４０を備えている。ｄｑ軸電圧変換部３６で演算された三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの情報は、ＰＷＭ指令補正部４０に供給される。ＰＷＭ指令補正部４０は、入力される三相の基準電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを後に詳述する如く補正して、出力すべき三相の電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗを演算する。
【００２７】
ＥＣＵ１８は、また、ＰＷＭ指令補正部４０に接続するＰＷＭ出力部４２を備えている。ＰＷＭ指令補正部４０で演算された三相の電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗの情報は、ＰＷＭ出力部４２に供給される。ＰＷＭ出力部４２には、所定周期Ｔｃのキャリア信号が入力される。このキャリア信号は、例えば三角波状に形成された搬送波であって、三相の電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗの振幅と略同じ所定振幅を有している。ＰＷＭ出力部４２は、各相それぞれにおいて、入力される電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗとキャリア信号とを電圧比較し、インバータ１２の上下アーム２０，２２，２４のオン／オフを指令する制御信号を生成して、上下アーム２０，２２，２４に向けて出力する。
【００２８】
次に、図３乃至図７を参照して、本実施例のインバータ制御装置１０における動作について説明する。
【００２９】
図３は、電流ゼロクロス近傍で上下アーム２０，２２，２４の上アーム素子と下アーム素子とが共にオフする短絡防止時間（デッドタイム）中に上下アーム２０，２２，２４の出力電圧が上下動する状況を表した図を示す。尚、図３（Ａ）は回路図を、また、図３（Ｂ）は動作タイムチャートを、それぞれ示す。図４は、図５は、本実施例のインバータ制御装置１０においてインバータ１２を制御する制御モードを表した図を示す。図６は、本実施例のインバータ制御装置１０における過変調ＰＷＭ制御モードでの動作タイムチャートの一例を示す。また、図７は、過変調ＰＷＭ制御モードにおけるゼロクロス近傍でのデッドタイム中にスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されることに伴う不都合を説明するための図を示す。
【００３０】
本実施例において、インバータ１２の上下アーム２０，２２，２４はそれぞれ、正極用電源と負極用電源との間に直列に接続されかつ交互にオン／オフされる上アーム素子と下アーム素子とからなる。かかる構造においては、ＥＣＵ１８がインバータ１２の各スイッチング素子のオン／オフを制御するうえで、上アーム素子と下アーム素子とが短絡するのを防止するため、上アーム素子と下アーム素子とが共にオフする短絡防止時間（デッドタイム）が設けられる。また、モータ各相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、ゼロクロス近傍でノイズや電流リプルの影響により変動する。モータ１４の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗがゼロクロス近傍に至った際に上記のデッドタイムにより上下アームが共にオフにされると、上下アーム２０，２２，２４の出力電圧Ｖｃｅがその相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに応じて上下動し、その出力電圧Ｖｃｅの時間変化が通常よりも緩やかになる（図３参照）。この点、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に出力電圧変化の変動に起因して上下アーム２０，２２，２４のスイッチングが適切に行われない事態が生じ得る。
【００３１】
これに対して、本実施例のインバータ制御装置１０において、ＥＣＵ１８は、電流ゼロクロス判定部４４を備えている。電流ゼロクロス判定部４４には、電流センサ２６を用いて検出されるモータ各相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの情報が入力されると共に、回転数演算部３４で演算されたモータ１４の回転数Ｎの情報が入力される。電流ゼロクロス判定部４４は、モータ各相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗそれぞれについてゼロクロス近傍に至るか否かを判定する。
【００３２】
ＥＣＵ１８は、三相の電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗとキャリア信号とを電圧比較して、インバータ１２への制御信号を生成するうえでキャリア信号の頂点タイミング（例えば、三角波の山点及び谷点の双方）で、電流センサ２６からの相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをモニタする（図４参照）。そして、その頂点タイミングの次の頂点タイミングで（例えば、三角波の山点で相電流をモニタしたときは次の谷点で、また、三角波の谷点で相電流をモニタしたときは次の山点で）、インバータ１２へのＰＷＭ指令を行う。
【００３３】
電流ゼロクロス判定部４４は、上記した電流ゼロクロス近傍の判定を行ううえで、まず、キャリア信号の頂点タイミングｔ＿ｎでモニタした相電流ｉ＿ｎを基に、次式（１）に示す如く、その頂点タイミングｔ＿ｎの次の頂点タイミングｔ＿ｎ＋１で生ずる相電流ｉ＿ｎ＋１を推定する。但し、Ｔｃはキャリア信号の周期であり、また、αは相電流が時間変化するときの傾きであって、モータ１４の回転数に応じて変動する値である。
【００３４】
ｉ＿ｎ＋１＝ｉ＿ｎ＋α×Ｔｃ／２                          ・・・（１）
そして、電流ゼロクロス判定部４４は、上記の如く次の頂点タイミングｔ＿ｎ＋１で生ずる相電流ｉ＿ｎ＋１を推定すると、その相電流ｉ＿ｎ＋１がゼロクロス近傍となるか否かを判別する。尚、ゼロクロス近傍か否かの判別は、相電流ｉ＿ｎ＋１が電流ゼロを中心にした所定の上下範囲に属するか否かに基づいて行われるものとすればよい。
【００３５】
ＥＣＵ１８は、上記の如く電流ゼロクロス判定部４４にて次の頂点タイミングｔ＿ｎ＋１で相電流ｉ＿ｎ＋１がゼロクロス近傍になると判定すると、その頂点タイミングｔ＿ｎ＋１近傍で上アーム素子及び下アーム素子が共にオフするデッドタイムが生ずるか否か、すなわち、上下アームへのオン／オフの切り替えが行われるか否かを判別する。尚、この判別は、上下アームの出力電圧の時間変化を検出して、その時間変化が閾値に比べて大きいか否かに基づいて行うものとすればよい。
【００３６】
ＥＣＵ１８は、電流ゼロクロス近傍でデッドタイムを伴う上下アームへのオン／オフの切り替えが行われると判別した場合は、上記の頂点タイミングｔ＿ｎ＋１でのインバータ１２へのＰＷＭ指令がマスクされるようにＰＷＭ指令に対する所定期間のマスク処理を行う。尚、この所定期間は、少なくとも上下アーム２０，２２，２４の出力電圧Ｖｃｅの上下動が継続する時間に設定されていればよい。かかるマスク処理によれば、デッドタイム中の電流ゼロクロス近傍において、上下アーム２０，２２，２４の出力電圧Ｖｃｅの上下動がある程度長時間に亘って継続することに起因して上下アーム２０，２２，２４に対するオン指令及びオフ指令が不正に行われるのを回避することができ、そのスイッチングが適切に行われなくなるのを回避することができる。
【００３７】
また、本実施例のモータ制御装置１０において、ＥＣＵ１８は、図５に示す如く、インバータ１２を制御する制御モードとして正弦波ＰＷＭ（Pulse Width Modulation；パルス幅変調）制御と過変調ＰＷＭ制御と矩形波制御との３つの制御モードを有し、それら３つの制御モードのうちから何れか一つのモードを選択し、インバータ１２の制御実行を行う。
【００３８】
正弦波ＰＷＭ制御は、正弦波状の電圧指令値とキャリア信号との電圧比較を行うことでパルス幅が変調するＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によりモータ１４の各相の上下アーム２０，２２，２４におけるスイッチング素子のオン／オフを制御するものである。そして、上アームスイッチング素子をオンしかつ下アームスイッチング素子をオフする第１期間と、上アームスイッチング素子をオフしかつ下アームスイッチング素子をオンする第２期間と、を交互に繰り返すことにより、所定期間内でインバータ１２から出力されてモータ１４に入力される電圧が正弦波状に変化するように各スイッチング素子のデューティ比を制御するものである。インバータ１２が上記の正弦波ＰＷＭ制御によりＰＷＭ信号に従って電力変換を行うと、モータ１４に入力される電圧波形が実質的に正弦波状になる。かかる正弦波ＰＷＭ制御によれば、モータ１４が比較的低い回転域で回転駆動されても、トルク制御を容易に行うことができ、滑らかな回転を得ることが可能である。
【００３９】
また、過変調ＰＷＭ制御は、例えば図６に示す如く、ハイレベル値（例えば、正極用電源の電圧値近傍の値）、ローレベル値（例えば、負極用電源の電圧値近傍の値）、又はそれらの中間値が生成される階段状の電圧指令値とキャリア信号との電圧比較を行うことでパルス幅が変調するＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によりＰＷＭ指令デューティ比が速やかに０％又は１００％に達するようにモータ１４の各相の上下アーム２０，２２，２４におけるスイッチング素子のオン／オフを制御するものである。インバータ１２が上記の過変調ＰＷＭ制御によりＰＷＭ信号に従って電力変換を行うと、モータ１４に入力される電圧波形が直ちにハイレベル又はローレベルになる。かかる過変調ＰＷＭ制御によれば、モータ１４が比較的高い回転域で回転駆動されても、高いトルクを発生させることができる。
【００４０】
更に、矩形波制御は、モータ１４の回転位置に応じた矩形波信号を生成し、その矩形波信号によりモータ１４の各相の上下アーム２０，２２，４におけるスイッチング素子のオン／オフを制御するものである。そして、所定期間内でインバータ１２から出力されてモータ１４に入力される電圧が矩形波状になるようにすなわち矩形波１パルスがモータ１４に入力されるように各スイッチング素子のオン期間とオフ期間とを一対一に制御するものであり、モータ各相の半周期分（電気角１８０°）を１パルスとして出力するものである。尚、矩形波制御において、インバータ１２から出力される電圧の振幅は固定されており、モータ１４の出力制御はインバータ１２の出力電圧の位相を変化させることにより実現される。インバータ１２が上記の矩形波制御により矩形波信号に従って電力変換を行うと、モータ１４に入力される電圧波形がその回転位置に応じて矩形波状になる。かかる矩形波制御によれば、インバータ１２への入力電圧に対するモータ１４への入力電圧の振幅の比を、上記のＰＷＭ制御に比べて高めることができるので、モータ１４が比較的高い回転域かつ比較的高いトルク域で回転駆動されても、容易に制御を行うことができる。また、弱め界磁制御などを行うＰＷＭ制御に比べて、モータ１４での鉄損の発生を抑えてエネルギ効率を向上させることが可能であると共に、インバータ１２でのスイッチング回数を少なくすることができるため、スイッチング損失を抑えることが可能である。
【００４１】
本実施例において、ＥＣＵ１８は、アクセル操作量やモータ回転数などに基づいてモータ１４が出力すべきトルクを決定し、そのトルクに対応するトルク指令値を求め、そのトルク指令値に従ってインバータ１２のスイッチング素子へ供給すべき信号を生成する。ＥＣＵ１８は、モータ回転数Ｎ及びモータトルクＴなどに応じて、インバータ１２の制御モードを正弦波ＰＷＭ制御と過変調ＰＷＭ制御と矩形波制御とで切り替える。
【００４２】
ＥＣＵ１８は、上記の如く求めたトルク指令値からｄ−ｑ軸座標上のｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を求めると共に、モータ１４の各相に実際に流れるモータ電流からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを求める。そして、正弦波ＰＷＭ制御モードでは、これら電流の指令値と実値との偏差に基づいて正弦波状のｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ，ｖｑを求め、一方、過変調ＰＷＭ制御モードでは、これら電流の指令値と実値との偏差に基づいて矩形波状のｄｑ軸の電圧指令値ｖｄ，ｖｑを求める。次に、上記の如く求めた電圧指令値ｖｄ，ｖｑについて二相→三相の座標変換を行ったうえで、補正後の電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｑとキャリア信号とを比較して、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成する。
【００４３】
また、ＥＣＵ１８は、矩形波制御モードでは、モータ１４の各相に実際に流れるモータ電流からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを求め、その電流値からモータ１４に生じているトルクを求める。そして、このトルクと上記のトルク指令値とを比較して、矩形波の位相を決定し、その位相をロータ角に加算して矩形波信号を生成する。
【００４４】
ところで、上記の過変調ＰＷＭ制御モードでは、キャリア周期Ｔｃの数回分に亘ってオン（又はオフ）が継続するようなスイッチングが行われ得るが、ＰＷＭ指令デューティ比が１００％近傍又は０％近傍であるときには、キャリア信号の山点又は谷点で電圧指令値とキャリア信号との電圧大小関係が短時間のうちに変化することがあるので、短時間でスイッチング指令が（ａ）オン→（ｂ）オフ→（ｃ）オン或いはその逆の順に切り替わる事態（すなわち、短パルスの発生）が起こり得る。
【００４５】
この点、図７に示す如く、過変調ＰＷＭ制御モードでの電圧指令値がハイレベル値（ＰＷＭ指令デューティ比１００％）近傍又はローレベル値（ＰＷＭ指令デューティ比０％）近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でのデッドタイム中に上記の如く上下アームのスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短い場合、２回目のスイッチング変更指令（例えば、上記（ｃ）のオン指令）がマスクされる事態が生じ得、以後、その２回目のスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない不都合が生ずるおそれがある。
【００４６】
図８は、本実施例のインバータ制御装置１０における過変調ＰＷＭ制御モードでの動作タイムチャートの一例を示す。尚、図８において、本実施例における電圧指令値の波形を実線で、また、本実施例と対比される対比例における電圧指令値の波形を破線で、それぞれ示す。
【００４７】
そこで、本実施例のインバータ制御装置１０において、電流ゼロクロス判定部４４には、上記したＰＷＭ指令補正部４０が接続されている。電流ゼロクロス判定部４４における判定結果は、ＰＷＭ指令補正部４０に供給される。ＰＷＭ指令補正部４０は、制御モードが過変調ＰＷＭ制御モードであってその電圧指令値がハイレベル値（ＰＷＭ指令デューティ比１００％）近傍又はローレベル値（ＰＷＭ指令デューティ比０％）近傍である状況において、電流ゼロクロス判定部４４の判定結果に基づいて次の頂点タイミングｔ＿ｎ＋１で相電流ｉ＿ｎ＋１がゼロクロス近傍になると判定すると、電圧指令値を通常値に対して変更させる補正を行う。
【００４８】
具体的には、電圧指令値がハイレベル値近傍である状況では、その電圧指令値を、通常（＝対比例のもの）よりも電圧上昇させることで、キャリア信号の山点及び谷点の近傍で短パルスが生じないように変更させる（図８参照）。また、電圧指令値がローレベル値近傍である状況では、その電圧指令値を、通常（＝対比例のもの）よりも電圧下降させることで、キャリア信号の山点及び谷点の近傍で短パルスが生じないように変更させる。
【００４９】
かかる電圧指令値の変更が実施されると、短パルスでのスイッチング素子のオン又はオフが継続する時間がマスク時間よりも短くなることは無く、キャリア信号の山点及び谷点の近傍での短パルスの発生が抑止される。この場合は、過変調ＰＷＭ制御モードにおいて、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至っても、ＰＷＭ指令デューティ比が確実に１００％又は０％に維持されるので、上下アームが共にオフにされるデッドタイムが生ずることは無く、また、そのデッドタイムの存在に起因してスイッチング指令をマスクするマスク処理が実行されることは回避される。
【００５０】
従って、本実施例によれば、過変調ＰＷＭ制御モードで電圧指令値がハイレベル値近傍又はローレベル値近傍であってＰＷＭ指令ディーティ比が１００％近傍又は０％近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至るときにも、上記したマスク処理の実施によってスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない事態が生ずるのを解消させることができ、これにより、上下アームのオン／オフがマスク処理によって元に戻らなくなるのを防止することができる。
【００５１】
尚、上記の実施例においては、上下アーム２０，２２，２４が特許請求の範囲に記載した「一対のスイッチング素子」に相当している。また、ＥＣＵ１８が、電流センサ２６から出力される信号に基づいてモータ１４の各相それぞれに流れる相電流を検出することにより特許請求の範囲に記載した「電流検出手段」が、入力される電圧指令値Ｕ，Ｖ，Ｗと所定周期のキャリア信号とを電圧比較し、インバータ１２の上下アーム２０，２２，２４のオン／オフを指令する制御信号を生成することにより特許請求の範囲に記載した「スイッチング制御手段」が、電流ゼロクロス判定部４４にてモータ各相の相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗそれぞれについてゼロクロス近傍に至るか否かを判定することにより特許請求の範囲に記載した「電流ゼロクロス判定手段」が、ＰＷＭ指令補正部４０にて過変調ＰＷＭ制御モードでの電流ゼロクロス近傍において、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づくＰＷＭ指令デューティ比が０％近傍又は１００％近傍であるときに、各相への電圧指令値を通常よりも電圧上昇させ又は電圧下降させることにより特許請求の範囲に記載した「電圧指令補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
ところで、上記の実施例においては、電圧指令値がハイレベル値近傍又はローレベル値近傍であってＰＷＭ指令ディーティ比が１００％近傍又は０％近傍である状況で、電流ゼロクロス近傍でキャリア信号が山点及び谷点の近傍に至るときに、上記したマスク処理の実施によってスイッチング変更指令に基づく上下アームのスイッチングが実行されない事態が生ずるのを解消させるタイミングを、制御モードが過変調ＰＷＭ制御モードであるときに限定することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、制御モードが正弦波ＰＷＭ制御モードであるときにも上記の事態と同じことが起こり得るので、上記したタイミングを、制御モードが正弦波ＰＷＭ制御モードであるときに限定することとしてもよく、また、制御モードが過変調ＰＷＭ制御モード及び正弦波ＰＷＭ制御モードの何れかであるときに限定することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  インバータ制御装置
１２  インバータ
１４  モータ
１８  ＥＣＵ
２０，２２，２４  上下アーム
２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ  スイッチング素子
２６  電流センサ
２８  レゾルバ
４０  ＰＷＭ指令補正部
４２  ＰＷＭ出力部
４４  電流ゼロクロス判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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