(57)【要約】【課題】ＣＰＵの処理の負荷量を低減し、直流電流の推定値を精度よく算出する。【解決手段】交流回転電機の制御装置は、インバータ回路２０の上スイッチング素子４１と下側スイッチング素子４２との中点電位４３，４４，４５を各相ごとに検出する中点電位検出部１２と、交流回転電機３の各相の相電流を検出する相電流検出部２３と、検出された各相の中点電位と各相の相電流とに基づいて、インバータ回路２０に直流電源２から入力される直流電流の電流推定値Idcを算出するＣＰＵ１１とを備えている。【選択図】図１
2018164325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電機子巻線を備えた交流回転電機をインバータ回路を介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記インバータ回路は、前記交流回転電機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成され、直流電源から電力の供給を受けて前記交流回転電機を駆動するものであって、
前記インバータ回路の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との間の中点電位を各相ごとに検出する中点電位検出部と、
前記交流回転電機の各相の相電流を検出する相電流検出部と、
前記中点電位検出部により検出された各相の中点電位と前記相電流検出部により検出された各相の相電流とに基づいて、前記インバータ回路に前記直流電源から入力される直流電流の電流推定値を算出する制御部と
を備えた、交流回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記中点電位検出部により検出された各相の前記中点電位の立上がりから立下がりまでの時間を用いて、前記交流回転電機の各相に電圧が実際に印加されている実ＯＮ時間を算出する実ＯＮ時間算出部と、
前記実ＯＮ時間算出部により算出された各相ごとの前記実ＯＮ時間と、前記相電流検出部により検出された各相電流と、前記交流回転電機の各相に対する相電圧指令値を前記上側スイッチング素子及び前記下側スイッチング素子に対する駆動パルスに変調するときに用いるキャリア波の周期とに基づいて、前記電流推定値を算出するＤＣ電流推定部と
を備えた、
請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記ＤＣ電流推定部は、
キャリア波の前回の周期で前記相電流検出部が取得した相電流の前回値と、キャリア波の今回の周期で前記相電流検出部が取得した相電流の今回値と、重みづけ補正値とを用いて、前記相電流の前回値と前記相電流の今回値とのそれぞれを前記重みづけ補正値によって重みづけすることによって前記電流推定値を算出する、
請求項１または２に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記重みづけ補正値は、キャリア波の周波数と前記相電流の周波数とに基づいて算出される、
請求項３に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記重みづけ補正値は、前記交流回転電機の回転数または相電圧の実ＯＮ時間Ｄｕｔｙの少なくともいずれか１つに基づいて算出される、
請求項３に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記重みづけ補正値は、０から１までの範囲の値をとる、
請求項３から５までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流回転電機の制御装置に関し、特に、多相電機子巻線を備えた交流回転電機を制御する交流回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の交流回転電機の制御装置は、ブラシレスモータを構成する３相コイルを相補ＰＷＭ駆動するインバータ回路と、ブラシレスモータへの通電電流を制御する制御回路とを備えて、ブラシレスモータへの通電電流を電源電流に応じて制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１においては、制御回路が、相補ＰＷＭ駆動のデッドタイム期間と相電流とに応じて第１の補正値を設定して、相補ＰＷＭ駆動される３相コイルの各相のデューティ比から第１の補正値を減算することにより、各相のデューティ比に対してデッドタイム期間分の補正を行っている。
【０００４】
また、特許文献１においては、制御回路が、さらに、デッドタイム期間分が補正されたデューティ比と、電圧検出部により検出された電源電圧とを乗算して、３相コイルの各相の端子電圧を求め、各相の端子電圧と電流検出器により検出された相電流とを乗算して、３相の相電力を求める。そうして、制御回路は、３相の相電力を合計してブラシレスモータへの供給電力を求め、供給電力を電源電圧で除算して電源電流を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７９４６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の従来の制御装置の場合、交流回転電機の相電圧を相電圧指令値から推定するため、デッドタイム期間の補正を行う必要があり、制御回路を構成しているＣＰＵの処理の負荷量が高くなるという課題があった。
【０００７】
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ＣＰＵの処理の負荷量を低減させるとともに、精度よく直流電流の電流推定値を算出することが可能な交流回転電機の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、多相電機子巻線を備えた交流回転電機をインバータ回路を介して制御する交流回転電機の制御装置であって、前記インバータ回路は、前記交流回転電機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成され、直流電源から電力の供給を受けて前記交流回転電機を駆動するものであって、前記インバータ回路の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との間の中点電位を各相ごとに検出する中点電位検出部と、前記交流回転電機の各相の相電流を検出する相電流検出部と、前記中点電位検出部により検出された各相の中点電位と前記相電流検出部により検出された各相の相電流とに基づいて、前記インバータ回路に前記直流電源から入力される直流電流の電流推定値を算出する制御部とを備えた、交流回転電機の制御装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、直接計測した中点電位に基づいて相電圧を求めて、相電圧から直流電流の電流推定値を算出するようにしたので、精度よく直流電流の電流推定値を算出することができるとともに、デッドタイム等の補正および素子ばらつきの考慮が不要となるため、ＣＰＵの処理の負荷量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置が制御するインバータ回路の上下スイッチング素子ＯＮ／ＯＦＦ状態と電流方向の状態とから分類した６パターンの電流パターンを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置に設けられたＤＣ電流推定部の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置において、キャリア波の谷のタイミングおよび山のタイミングで相電流のサンプリングを行う場合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、添付図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１においては、交流回転電機３として、例えば、多相電機子巻線を備えた交流回転電機を例に挙げて説明する。特に、以下では、３相交流回転電機を例に挙げているが、相数は、これに限定されるものではない。
【００１３】
図１に示すように、実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）１内に設けられた制御回路１０から構成され、インバータ回路２０を介して交流回転電機３の動作を制御する。
【００１４】
ＥＣＵ１は、交流回転電機３の駆動電源として機能するインバータ回路２０と、インバータ回路２０を制御する制御回路１０とを備えている。
【００１５】
ＥＣＵ１の入力端子には、直流電源２の出力端子Ｐ，Ｎが接続され、直流電源２からＥＣＵ１に直流電力が供給される。直流電源２は、例えばバッテリなどから構成される。
【００１６】
また、ＥＣＵ１の３相の出力端子には、交流回転電機３の３相の入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗがそれぞれ接続されている。さらに、ＥＣＵ１には、交流回転電機３の回転角度θを検出する角度センサ４が接続されている。
【００１７】
インバータ回路２０は、交流回転電機３を駆動する交流動作部２２と、直流電源２からの給電により交流動作部２２に直流電力を供給する直流動作部２１と、交流回転電機３の各相の相電流を計測する相電流検出部２３とを備えている。こうして、インバータ回路２０は、直流電源２から電力の供給を受けて、交流回転電機３を駆動する。
【００１８】
交流動作部２２は、交流回転電機３の３相に対応して、上下で一対となっているスイッチング素子を３対有し、ＣＰＵ１１から出力される駆動パルスに従って、スイッチング動作を行う。具体的に説明すると、図１に示すように、上スイッチング素子１と下スイッチング素子２とが一対となっており、上スイッチング素子１と下スイッチング素子２とは直列に接続されている。以下では、当該接続点を中点４５と呼ぶこととする。中点４５は、交流回転電機３の入力端子Ｕに接続されている。同様に、上スイッチング素子３と下スイッチング素子４とが一対となっており、上スイッチング素子３と下スイッチング素子４とは直列に接続されている。当該接続点を中点４６と呼ぶこととする。中点４６は、交流回転電機３の入力端子Ｖに接続されている。同様に、上スイッチング素子５と下スイッチング素子６とが一対となっており、上スイッチング素子５と下スイッチング素子６とは直列に接続されている。当該接続点を中点４７と呼ぶこととする。中点４７は、交流回転電機３の入力端子Ｗに接続されている。また、以下では、上スイッチング素子１，３，５をまとめて上スイッチング素子４１と呼び、下スイッチング素子２，４，６をまとめて下スイッチング素子４２と呼ぶこととする。上スイッチング素子４１は直流電源２の出力端子Ｐに接続され、下スイッチング素子４２は直流電源２の出力端子Ｎに接続されている。
【００１９】
直流動作部２１は、平滑コンデンサ４３により構成されている。直流動作部２１は、直流電源２からの直流電力の電圧波形を平滑化して交流動作部２２に供給する。なお、図１の例では、直流動作部２１に直流電源２が接続されているが、その場合に限らず、直流電源２の代わりに、例えば、コンバータ等で昇圧された電源を直流動作部２１に接続して使用してもよい。
【００２０】
相電流検出部２３は、交流回転電機３の３相に対応して、３つの電流センサ４４を有している。３つの電流センサ４４は、交流回転電機３の各相にそれぞれ接続され、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを計測する。なお、図１の例では、各相ごとに電流センサ４４を取り付けているが、各相の電流値をＣＰＵ１１が取得できればよいので、各相電流の和が０となることを利用し、３相のうちの２相のみに電流センサ４４を取り付けて、残りの１相の電流値は、２相の電流値に基づいて算出しても構わない。
【００２１】
制御回路１０は、各種演算を行うＣＰＵ１１と、インバータ回路２０内の上下スイッチング素子４１，４２のＮ基準の中間電位を検出する中点電位検出部１２と、インバータ回路２０内の上下スイッチング素子４１，４２を駆動するゲートドライバ１３と、ＣＰＵ１１への各種入力信号の入力インターフェース回路１４とを備えている。こうして、制御回路１０は、外部から入力されるトルク指令値Trq_refを入力情報として、インバータ回路２０を制御する。これにより、インバータ回路２０は、交流回転電機３を駆動し、トルク指令値Trq_refに応じたトルクを発生させる。
【００２２】
中点電位検出部１２は、交流回転電機３の３相に対応して、３つのコンパレータ５１を有している。各コンパレータ５１の２つの入力端子のうちの一方の入力端子には、インバータ回路２０の交流動作部２２の各相の上下スイッチング素子４１，４２の中点４５，４６，４７の中点電位VPFB_u、VPFB_v、VPFB_wが入力される。また、各コンパレータ５１の他方の入力端子には、予め設定された閾値電圧が入力される。中点電位検出部１２は、各コンパレータ５１によって、各相の上下スイッチング素子４１，４２の中点電位VPFB_u、VPFB_v、VPFB_wが閾値電圧以上かどうか判断し、閾値電圧以上であればＣＰＵ１１に対してＨｉ信号を出力し、閾値電圧未満であればＣＰＵ１１に対してＬｏｗ信号を出力する。
【００２３】
ゲートドライバ１３は、ＣＰＵ１１の出力相電圧設定部３４から出力される駆動パルスを受けて、インバータ回路２０のスイッチング素子１〜６を駆動する。
【００２４】
また、ＣＰＵ１１は、Ａ／Ｄ変換部３１と、実ＯＮ時間算出部３２と、ＤＣ電流推定部３３と、出力相電圧設定部３４とを備えている。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換部３１には、入力インターフェース回路１４を介して、角度センサ４で検出された交流回転電機３の回転角度θと、相電流検出部２３の３つの電流センサ４４で計測された交流回転電機３の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが入力される。Ａ／Ｄ変換部３１は、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換してＤＣ電流推定部３３に入力する。
【００２６】
実ＯＮ時間算出部３２には、入力インターフェース回路１４を介して、中点電位検出部１２から、各相ごとに、Ｈｉ信号及びＬｏｗ信号が入力される。実ＯＮ時間算出部は、Ｈｉ信号及びＬｏｗ信号に基づいて、各相ごとに、Ｈｉ信号の立上りと立下りとを検出して、Ｈｉ信号の期間、すなわち、中点電位検出部１２からの信号がＯＮ状態の時間を測定し、実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wとして算出する。
【００２７】
ＤＣ電流推定部３３は、Ａ／Ｄ変換部３１からの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、実ＯＮ時間算出部３２からの実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wと、後述するキャリア波の周期とに基づいて、ＤＣ電流推定値Idcを算出する。
【００２８】
出力相電圧設定部３４は、外部のＥＣＵまたは他の制御部で設定されるトルク指令値Trq_refが入力される。出力相電圧設定部３４は、トルク指令値Trq_refに応じて、相電圧指令値を設定し、ゲートドライバ１３に対して駆動パルスを出力する。当該動作について、具体的に説明する。出力相電圧設定部３４は、まず、入力されたトルク指令値Trq_refに応じて、相電圧指令値を設定する。その後、出力相電圧設定部３４は、インバータ回路２０のスイッチング素子１〜６のＯＮ／ＯＦＦを制御するため、キャリア波を用いて相電圧指令値を駆動パルスへ変換する。なお、ここで、キャリア波は、図４の符号７１で示されるような、のこぎり波形状の三角波である。キャリア波については後述する。こうして、出力相電圧設定部３４は、トルク指令値Trq_refに応じた駆動パルスをゲートドライバ１３に対して出力する。なお、もし、このとき、上下スイッチング素子４１，４２のＯＮ／ＯＦＦを同時に切り換える駆動パルスを出力相電圧設定部３４が出力した場合、スイッチング素子の動作遅れ等によって、上スイッチング素子４１と下スイッチング素子４２とが同時にＯＮ状態となり、直流電源２とＧＮＤが短絡してスイッチング素子が破損する恐れがある。これを防ぐため、出力相電圧設定部３４は、各スイッチング素子のＯＮからＯＦＦ、または、ＯＦＦからＯＮへのスイッチング時に、上スイッチング素子４１と下スイッチング素子４２とが同時にＯＦＦとなる期間を設定する。当該期間を、以下では、デッドタイムと呼ぶこととする。
【００２９】
次に、図１を参照しながら、ＥＣＵ１の動作について説明する。
【００３０】
図１において、中点電位検出部１２は、コンパレータ５１によって、各相の上下スイッチング素子４１，４２の中点電位が閾値電圧以上かどうか判断し、閾値電圧以上ならばＨｉ信号、閾値電圧未満ならばＬｏｗ信号をＣＰＵ１１へ出力する。
【００３１】
実ＯＮ時間算出部３２は、中点電位検出部１２から入力インターフェース回路１４を介して入力される各相ごとのＨｉ信号の立上りと立下りとを検出して、Ｈｉ信号の期間、すなわち、中点電位検出部１２からの出力信号がＯＮの間の時間を測定し、実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wを算出する。
【００３２】
ＤＣ電流推定部３３は、相電流Iu、Iv、Iwと、実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wと、キャリア波の周期とを用いて、ＤＣ電流推定値Idcを算出する。
算出したＤＣ電流推定値Idcは、例えば外部のＥＣＵまたは他の制御部へ出力され、トルク指令値Trq_refの設定に用いられる。
【００３３】
出力相電圧設定部３４は、トルク指令値Trq_refに応じて、相電圧指令値を設定し、ゲートドライバ１３に対する駆動パルスに変換して出力する。
【００３４】
ゲートドライバ１３は、出力相電圧設定部３４から出力される駆動パルスを受けて、インバータ回路２０のスイッチング素子１〜６を駆動する。
【００３５】
これにより、インバータ回路２０は交流回転電機３を駆動し、トルク指令値Trq_refに応じたトルクを発生させる。
【００３６】
次に、図２を用いて、実ＯＮ時間算出部３２の動作について説明する。図２は、交流動作部２２の３相の上下スイッチング素子４１，４２のうち、１相に着目した電流パターンを記載する。図２におけるＰ，Ｎ端子は、図１に示した直流電源２の出力端子Ｐ，Ｎである。また、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、上段が、電流方向が正方向の場合を示し、下段が電流方向が負方向の場合を示す。また、図２（ａ）は、上スイッチング素子４１がＯＮで、下スイッチング素子４２がＯＦＦの状態を示す。図２（ｂ）は、上スイッチング素子４１がＯＦＦで、下スイッチング素子４２がＯＦＦの状態を示す。図２（ｃ）は、上スイッチング素子４１がＯＦＦで、下スイッチング素子４２がＯＮの状態を示す。このように、上下スイッチング素子４１，４２のＯＮ／ＯＦＦ状態と電流方向の状態とから、図２に示す計６パターンの電流パターンが考えられる。図２においては、それらの６パターンの上下スイッチング素子４１，４２の中点電位（Ｎ側基準）を高／低で示している。
【００３７】
図２に示すように、電流の方向と上下スイッチング素子４１，４２のＯＮ／ＯＦＦ状態とを考えた場合、自ずと、上下スイッチング素子の中点電位が高いか、あるいは、低いかを推定することが出来る。
【００３８】
また、上下スイッチング素子４１，４２の中点電位が高いということは、その相にＤＣ電圧が印加されている(実際は、ＤＣ電圧／２)ことを意味する。
【００３９】
つまり、各中点電位を測定すれば、その相にＤＣ電圧が実際に印加されているかを判定することができる。
【００４０】
実施の形態１では、このことを利用し、実ＯＮ時間算出部３２で、各相の上下スイッチング素子の中点電位がＨｉの期間、すなわち、ＯＮの期間を測定することで、交流回転電機３の各相に電圧が実際に印加されている実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wを算出する。
【００４１】
なお、図１の例では、コンパレータ５１による閾値電圧との比較によって得られるＨｉ／Ｌｏｗ信号に変換された中点電位を使用しているが、Ａ／Ｄ変換された中点電位をそのまま用いてＨｉ／Ｌｏｗ判定して、実ＯＮ時間を算出してもよい。すなわち、中点電位の立ち上がりから立下りまでの時間をＨｉ信号の期間として実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wを算出してもよい。
【００４２】
次に、図１及び図３を用いて、ＤＣ電流推定部３３の構成について説明する。
【００４３】
図３は、ＤＣ電流推定部３３の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＤＣ電流推定部３３は、相電流補正部６１と、重みづけ補正値算出部６２と、除算器６３、減算器６４と、乗算器６５と、加算器６６とが設けられている。なお、除算器６３、減算器６４、乗算器６５は、それぞれ、各相に対応させて、３個ずつ設けられている。
【００４４】
重みづけ補正値算出部６２は、角度センサ４で検出された回転角度θに基づいて、重みづけ補正値αを求める。重みづけ補正値αについては後述するが、例えば、回転角度θから算出される交流回転電機３の回転数と重みづけ補正値αとの対応関係を予め定めた２次元マップを用意しておき、重みづけ補正値算出部６２が、回転角度θから回転数を求めて、当該回転数に基づいて２次元マップを参照して、当該回転数に対応する重みづけ補正値αを求めるようにすればよい。
【００４５】
相電流補正部６１は、相電流検出部２３で検出された相電流Iu、Iv、Iwの前回値Ｉｘ（ｋ−１）と今回値Ｉｘ（ｋ）と重みづけ補正値αとを用いて、スイッチング素子がＯＮ状態の相電流値を推定する。ここで、ｘは、ｕ，ｖ，ｗとする。なお、相電流補正部６１では、今回値Ｉｘ（ｋ）に乗算する重みづけ補正値を（α−１）とし、前回値Ｉｘ（ｋ−１）に乗算する重みづけ補正値をαとして重みづけ補正し、重みづけ補正後の今回値と前回値とを加算することで、今回の相電流値の推定値を算出している。
【００４６】
各除算器６３は、実ＯＮ時間算出部３２で算出された実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wを、キャリア波の周期Tcarrierで除算する。
【００４７】
各減算器６４は、各除算器６３の演算結果から０．５を減算する。
【００４８】
各乗算器６５は、各相ごとに、相電流補正部６１から出力される各相ごとの今回の相電流値の推定値に対して、減算器６４の演算結果を乗算する。
【００４９】
加算器６６は、各相の乗算器６５の演算結果の和を求める。
【００５０】
次に、図１及び図３を用いて、ＤＣ電流推定部３３の動作について説明する。
【００５１】
まずはじめに、ＤＣ電流推定部３３で使用する相電流について説明する。相電流検出部２３で検出された各相の相電流は、Ａ／Ｄ変換部３１により、キャリア波の周期タイミングでサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換された相電流がＤＣ電流推定部３３に入力されて使用される。
【００５２】
図１において、交流動作部２２で消費される電力Ｐは、交流動作部２２に印加するＤＣ電圧Vdcと、交流動作部２２に流入するＤＣ電流推定値Idcとの積であるとともに、スイッチング素子の損失電力Pswと交流回転電機３への供給電力Pmとの和でもあることから、以下の式（１）が成り立つ。
【００５３】
【数１】
2018164325.tif 000003
【００５４】
式（１）より、ＤＣ電流推定値Idcは、交流動作部２２の電力ＰをＤＣ電圧で除算することで算出することが出来る。
【００５５】
スイッチング素子を理想のスイッチとみなした際、スイッチング素子の損失電力Pswは０[w]となり、以下の式（２）が成り立つ。
【００５６】
【数２】
2018164325.tif 000004
【００５７】
交流回転電機３への供給電力Pmは、各相の供給電力Pu、Pv、Pwの和であり、従って、相電流Iu、Iv、Iwと、相電圧Vu、Vv、Vwとの積であることから、以下の式（３）が成り立つ。
【００５８】
【数３】
2018164325.tif 000005
【００５９】
式(２)，（３）より、ＤＣ電流推定値Idcは、以下の式（４）となる。
【００６０】
【数４】
2018164325.tif 000006
【００６１】
式(４)を演算処理してＤＣ電流推定値Idcを算出するために、式(４)のＤＣ電圧に対する各相電圧の割合 Vu / Vdc、Vv / Vdc、Vw / Vdc を、以下の方法により、式(６)で求める。
【００６２】
相電圧を生成する駆動パルスはキャリア波によって生成するため、相電圧の実ＯＮ時間の周期とキャリア波の周期とは同期している。
【００６３】
キャリア波の周期における相電圧の実ＯＮ時間の割合と、相電圧との関係は、以下の通りとなる。
１００％ならば、相電圧 = Vdc/2[V]、
５０％ならば、相電圧 = 0[V]、
０％ならば、相電圧 = -Vdc/2[V]
【００６４】
そこで、実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wと、キャリア波の周期Tcarrierと、ＤＣ電圧Vdcとを用いて、Ｕ相〜Ｗ相電圧は以下の式（５）で表される。ここで、ｘは、ｕ，ｖ，ｗである。
【００６５】
【数５】
2018164325.tif 000007
【００６６】
式(５)を変形することで、ＤＣ電圧に対する各相電圧の割合Vu / Vdc、Vv / Vdc、Vw / Vdcは、以下の式（６）で算出される。ここで、ｘは、ｕ，ｖ，ｗである。
【００６７】
【数６】
2018164325.tif 000008
【００６８】
式(６)で算出したＤＣ電圧に対する各相電圧の割合Vu / Vdc、 Vv/Vdc、 Vw/Vdcと、キャリア波の周期のタイミングでサンプリングしてＡ／Ｄ変換された相電流Iu、 Iv、 Iwとを、式(４)に代入することで、ＤＣ電流推定部３３は、ＤＣ電流推定値Idcを以下の式（７）で算出することができる。そこで、除算器６３、減算器６４、乗算器６５、および、加算器６６により、以下の式（７）の演算を行う。
【００６９】
【数７】
2018164325.tif 000009
【００７０】
スイッチング素子１〜６ごとにＯＮ／ＯＦＦ動作のバラツキが存在する為、デッドタイムは一様にならない。そのため、相電圧指令値からＤＣ電流推定値Idcを算出するためには、デッドタイム補正を考慮しなければならない。しかしながら、実施の形態１においては、式(４)，(６)を用いて、相電圧の実ＯＮ時間からＤＣ電流推定値Idcを算出することで、上記のデッドタイム補正の処理が不要となり、ＣＰＵ１１の負荷を減らすことができるとともに、精度よくＤＣ電流推定値Idcを算出することが出来る。
【００７１】
相電流Iu、 Iv、 Iwは、Ａ／Ｄ変換部３１により、キャリア波の谷または山のタイミングでサンプリングを行うが、式（７）で使用する相電流は、相電圧印加時つまりスイッチング素子がＯＮ状態で取得した相電流値でなければならない。
【００７２】
図４を用いて、キャリア波の谷または山のタイミングでサンプリングを行う場合について説明する。図４（ａ）がキャリア波の谷のタイミングで相電流のサンプリングを行う場合を示し、図４（ｂ）がキャリア波の山のタイミングで相電流のサンプリングを行う場合を示す。
【００７３】
上述したように、出力相電圧設定部３４は、トルク指令値Trq_refに応じて、相電圧指令値７０を設定する。その後、出力相電圧設定部３４は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、キャリア波７１を用いて、相電圧指令値７０を駆動パルス７２に変換する。すなわち、キャリア波７１は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、のこぎり波形状の三角波である。キャリア波７１と相電圧指令値７０とを比較して、キャリア波７１が相電圧指令値７０よりも小さい場合に、駆動パルス７２をＯＦＦ状態とし、逆に、キャリア波７１が相電圧指令値７０以上の場合に、駆動パルス７２をＯＮ状態とする。こうして、駆動パルス７２が生成される。
【００７４】
このとき、図４（ａ）に示すように、キャリア波７１の谷のタイミングで、相電流のサンプリングを行う場合、スイッチング素子がＯＦＦの状態でサンプリングを行うため、スイッチング素子がＯＮ状態での相電流値を推定する必要がある。
【００７５】
そこで、相電流補正部６１は、キャリア波７１の谷のタイミングで取得する相電流値の前回値Ｉｘ（ｋ−１）と、今回値Ｉｘ（ｋ）と、重みづけ補正値αとを用いて、以下の式（８）から、スイッチング素子がＯＮ状態のときの相電流値Iu,Iv,Iwの推定値を求める。ここで、ｘは、ｕ，ｖ，ｗである。
【００７６】
【数８】
2018164325.tif 000010
【００７７】
式（８）では、重みづけ補正値αは、０から１までの範囲の値をとるようにしている。すなわち、前回値の重みづけ補正値をαとし、今回値の重みづけ補正値を（１−α）として、前回値と今回値それぞれの補正係数の合計を１とすることで、重みづけによって算出する相電流を前回値と今回値の間で設定し、予期しない相電流が算出されることを防いでいる。
【００７８】
なお、重みづけ補正値αは、スイッチング素子のＯＮ時間によって異なり、スイッチング素子のＯＮ時間は、キャリア波７１の周波数と相電流の周波数とによって決定するため、それらを入力とした２次元あるいは２次元マップで重みづけ補正値αを算出する。それらのマップは例えばあらかじめ実機でパラメータを振って適合したものとする。
【００７９】
また、キャリア波７１の周波数を固定とした場合、相電流の周波数のみによって重みづけ補正値αを算出することが出来る。そこで、相電流の周波数と交流回転電機３の回転数が同期していることを利用し、実施の形態１では、角度センサ４で取得した回転角度θから算出した回転数を軸とした２次元マップを予め用意しておき、当該２次元マップを用いて重みづけ補正値αを算出する。
【００８０】
但し、重みづけ補正値αを求めるための２次元マップの軸として用いるパラメータは、交流回転電機３の回転数に限定されることはない。例えば、回転角度θ、および、相電圧の実ＯＮ時間Ｄｕｔｙも、回転数と同様に、相電流の周波数と同期しているため、それらのうちの少なくともいずれか１つを軸とする２次元マップまたは３次元マップで重みづけ補正値αを算出するようにしてもよい。なお、ここで、実ＯＮ時間Ｄｕｔｙとは、キャリア波７１の周期に対する上スイッチング素子４１の実ＯＮ時間の期間の比率のことである。
【００８１】
また、図４（ｂ）に示すように、キャリア波７１の山のタイミングで相電流のサンプリングを行う場合、スイッチング素子がＯＮの状態でサンプリングを行うため、ＯＮ状態での相電流値を推定する必要はない。しかしながら、図４（ａ），（ｂ）に示すように、スイッチング素子がＯＮ変化時とＯＦＦ変化時とでは、相電流波形の傾きが異なるため、相電流を取得したいタイミングつまりスイッチング素子がＯＮとなりＯＦＦするまでの中間タイミングＴ１と、キャリア波７１の谷から谷までの中間タイミングＴ２とでズレが生じている。
【００８２】
そこで、キャリア波７１の谷でサンプリングする場合と同様に、相電流補正部６１は、重みづけ補正値αを用いて、上記の式（８）から相電流値を推定する。
【００８３】
以上のように、実施の形態１によれば、ＣＰＵ１１が、中点電位検出部１２により検出された中点電位の立上りから立下りまでの時間と、交流動作部２２に印加されるＤＣ電圧とを用いて、ＤＣ電圧に対する各相電圧の割合を算出し、算出した各相電圧の割合と、相電流検出部２３により検出される各相電流値Iu,Iv,Idとに基づいて、ＤＣ電流推定値Idcを求めている。この発明の実施の形態１のように、直接計測した中点電位情報を用いてＤＣ電流推定値Idcを算出する場合と、特許文献１に記載のように、相電圧指令値を用いてＤＣ電流推定値を算出する場合とを比較した場合、後者は、相電圧指令値を用いて実際の相電圧を推定するため、デッドタイム等の補正を行う必要があり、ＣＰＵの処理負荷が高くなる。また、素子バラツキによるデッドタイムのバラツキも考慮する必要があり、推定精度の向上が課題である。これに比べ、実施の形態１の制御方法である前者は、直接測定した中点電位情報を用いて相電圧を推定するため、精度よく推定値を算出することが出来る。また、デッドタイム等の補正や素子バラツキの考慮が不要となるため、ＣＰＵの処理負荷を下げることが出来る。
【００８４】
また、実施の形態１においては、さらに、ＣＰＵの負荷を減らすために、各相電圧の割合と各相電流値Iu,Iv,Idとに基づいてＤＣ電流推定値Idcを求める際に、ＤＣ電流推定部３３が、式（７）に示すように、式（４）と式（６）とを用いて、実ＯＮ時間算出部３２により算出された各相ごとの実ＯＮ時間Ton_u、Ton_v、Ton_wと、相電流検出部２３により検出された各相電流Iu、 Iv、 Iwと、キャリア波７１の周期Tcarrierとに基づいて、ＤＣ電流推定値Ｉdcを算出するようにしたので、簡単な演算処理でＤＣ電流推定値Idcを算出することができるので、演算処理にかかるＣＰＵ１１の負荷をさらに軽減することができる。
【００８５】
また、実施の形態１では、ＤＣ電流推定部３３が、前キャリア周期で相電流検出部２３が取得した相電流の前回値Ｉｘ（ｋ−１）と、今キャリア周期で相電流検出部２３が取得した相電流の今回値Ｉｘ（ｋ）と、重みづけ補正値αとを用いて、式（８）に示すように、相電流の前回値Ｉｘ（ｋ−１）と相電流の今回値Ｉｘ（ｋ−１）とのそれぞれを重みづけ補正値αによって重みづけすることによって、ＤＣ電流推定値Idcを算出するようにしている。一般に、キャリア周波数と相電流の周波数との関係によってキャリア周期のタイミングと、相電流を取得したいタイミングとでズレるが、実施の形態１においては、重みづけ補正値αで重みづけして相電流値を推定することで、より精度がよいＤＣ電流推定値Idcを算出することができる。
【００８６】
また、重みづけ補正値αは、例えば、キャリア波の周波数と相電流の周波数とに基づいて算出される。その場合、キャリア波の谷タイミングと、相電流を取得したいタイミングとのズレ量は、キャリア周波数、相電流の周波数によって異なるため、それらを入力とした２次元あるいは３次元マップから重みづけ補正値αを算出することで、より精度がよいＤＣ電流推定値Idcを算出することができる。
【００８７】
あるいは、重みづけ補正値αは、交流回転電機３の回転数または相電圧の実ＯＮ時間Ｄｕｔｙの少なくともいずれか1つに基づいて算出するようにしてもよい。キャリア周波数が固定の場合、キャリア波の谷タイミングと、相電流を取得したいタイミングとのズレ量は相電流の周波数によって決まるため、相電流の周波数と同期して変化する交流回転電機３、相電圧の実ＯＮ時間によっても、相電流の周波数を算出することなく、重みづけ補正値を算出することができる。
【００８８】
また、重みづけ補正値αは、０から１までの範囲の値をとる。前回値の重みづけ補正値をαとし、今回値の重みづけ補正値を（１−α）として、前回値と今回値それぞれの補正係数の合計を１とすることで、重みづけによって算出する相電流を前回値と今回値の間で設定し、予期しない相電流が算出されることを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  ＥＣＵ、２  直流電源、３  交流回転電機、４  角度センサ、１０  制御回路、１２  中点電位検出部、１３  ゲートドライバ、１４  入力インターフェース回路、２０  インバータ回路、２１  直流動作部、２２  交流動作部、２３  相電流検出部、３１  Ａ／Ｄ変換部、３２  実ＯＮ時間算出部、３３  ＤＣ電流推定部、３４  出力相電圧設定部、４１  上スイッチング素子、４２  下スイッチング素子、４３  平滑コンデンサ、４４  電流センサ、４５，４６，４７  中点、５１  コンパレータ、６１  相電流補正部、６２  重みづけ補正値算出部、６３  除算器、６４  減算器、６５  乗算器、６６  加算器、７０  相電圧指令値、７１  キャリア波、７２  駆動パルス。
【図１】
2018164325.tif 000011
【図２】
2018164325.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月5日(2018.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明は、多相電機子巻線を備えた交流回転電機をインバータ回路を介して制御する交流回転電機の制御装置であって、前記インバータ回路は、前記交流回転電機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成され、直流電源から電力の供給を受けて前記交流回転電機を駆動するものであって、前記インバータ回路の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との間の中点電位を各相ごとに検出する中点電位検出部と、前記交流回転電機の各相の相電流を検出する相電流検出部と、前記中点電位検出部により検出された各相の中点電位と前記相電流検出部により検出された各相の相電流とに基づいて、前記インバータ回路に前記直流電源から入力される直流電流の電流推定値を算出する制御部とを備え、前記制御部は、前記中点電位検出部により検出された各相の前記中点電位の立上がりから立下がりまでの時間を用いて、前記交流回転電機の各相に電圧が実際に印加されている実ＯＮ時間を算出する実ＯＮ時間算出部と、前記実ＯＮ時間算出部により算出された各相ごとの前記実ＯＮ時間と、前記相電流検出部により検出された各相電流と、前記交流回転電機の各相に対する相電圧指令値を前記上側スイッチング素子及び前記下側スイッチング素子に対する駆動パルスに変調するときに用いるキャリア波の周期とに基づいて、前記電流推定値を算出するＤＣ電流推定部とを備えた、交流回転電機の制御装置である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相電機子巻線を備えた交流回転電機をインバータ回路を介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記インバータ回路は、前記交流回転電機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成され、直流電源から電力の供給を受けて前記交流回転電機を駆動するものであって、
前記インバータ回路の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との間の中点電位を各相ごとに検出する中点電位検出部と、
前記交流回転電機の各相の相電流を検出する相電流検出部と、
前記中点電位検出部により検出された各相の中点電位と前記相電流検出部により検出された各相の相電流とに基づいて、前記インバータ回路に前記直流電源から入力される直流電流の電流推定値を算出する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記中点電位検出部により検出された各相の前記中点電位の立上がりから立下がりまでの時間を用いて、前記交流回転電機の各相に電圧が実際に印加されている実ＯＮ時間を算出する実ＯＮ時間算出部と、
前記実ＯＮ時間算出部により算出された各相ごとの前記実ＯＮ時間と、前記相電流検出部により検出された各相電流と、前記交流回転電機の各相に対する相電圧指令値を前記上側スイッチング素子及び前記下側スイッチング素子に対する駆動パルスに変調するときに用いるキャリア波の周期とに基づいて、前記電流推定値を算出するＤＣ電流推定部と
を備えた、
交流回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記ＤＣ電流推定部は、
キャリア波の前回の周期で前記相電流検出部が取得した相電流の前回値と、キャリア波の今回の周期で前記相電流検出部が取得した相電流の今回値と、重みづけ補正値とを用いて、前記相電流の前回値と前記相電流の今回値とのそれぞれを前記重みづけ補正値によって重みづけすることによって前記電流推定値を算出する、
請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記重みづけ補正値は、キャリア波の周波数と前記相電流の周波数とに基づいて算出される、
請求項２に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記重みづけ補正値は、前記交流回転電機の回転数または相電圧の実ＯＮ時間Ｄｕｔｙの少なくともいずれか１つに基づいて算出される、
請求項２に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記重みづけ補正値は、０から１までの範囲の値をとる、
請求項２から４までのいずれか１項に記載の交流回転電機の制御装置。