(57)【要約】  ０軸電流を所望値に制御することができるモータ駆動装置を提供する。  固定子巻線が３相の独立した独立巻線２１０，２２０，２３０で構成されたオープン巻線型モータ２００のモータ駆動装置（インバータ装置１００）であって、巻線２１０〜２３０毎に設けられ、対応する独立巻線に個別に電圧を印加する複数の単相インバータ１６０，１７０，１８０と、単相インバータ１６０〜１８０をそれぞれ制御する制御器１５０と、を備える。制御部１５０は、各独立巻線２１０〜２３０への印加電圧の総和をゼロ以外の値にして０軸電流をオフセットさせる第１の期間と、各独立巻線２１０〜２３０への印加電圧の総和がゼロとされる第２の期間とを交互に繰り返し生成することで、０軸電流を所定値に制御する。
2016125557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子巻線が３相の独立した巻線で構成されたオープン巻線型モータのモータ駆動装置であって、
前記巻線毎に設けられ、対応する巻線に個別に電圧を印加する複数の単相インバータと、
前記巻線毎に設けられた単相インバータをそれぞれ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
各巻線への印加電圧の総和をゼロ以外の値にして０軸電流をオフセットさせる第１の期間と、各巻線への印加電圧の総和がゼロとされる第２の期間とを交互に繰り返し生成することで、０軸電流を所定値に制御する、モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動装置において、
０軸電流の振幅が、前記総和をゼロとした場合の０軸電流定常波の振幅よりも小さくなるように、前記第１の期間におけるオフセット量を設定する、モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ駆動装置において、
前記第１の期間におけるオフセット量を、前記０軸電流定常波の振幅値にマイナス符号を付した値に設定する、モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記第１の期間の開始から次の前記第２の期間の終了までの０軸電流の振幅の変化が前記所定値の上下に按分されるように、前記第１の期間におけるオフセット量を設定する、モータ駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモータ駆動装置において、
前記制御部は、前記第２の期間においてd軸電流およびq軸電流を制御する、モータ駆動装置。
【請求項６】
請求項４に記載のモータ駆動装置において、
前記制御部は、前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す制御期間を所定周期で生成する、モータ駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置において、
前記各単相インバータに供給される直流電源の電圧をEdとした場合に、
前記制御部は、前記第１の期間におけるU相，V相およびW相の巻線の印加電圧が全て＋Edとなるように制御するか、または、全て−Edとなるように制御する、モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各相の固定子巻線が互いに独立した独立巻線となっているオープン巻線型モータのモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各相の固定子巻線が互いに独立した独立巻線となっているオープン巻線型モータが知られている。オープン巻線型モータの駆動装置は出力の大容量化が可能である一方、０軸電流のリプルが特有の課題である。このような課題に対して、非特許文献１においてZCMM（Zero Common Mode Modulation）と称する手法が提案されている。【０００３】
電源電圧をEdとすると、オープン巻線型モータの各巻線への印加電圧は｛＋Ed，0，−Ed｝の３レベルであって、モータの３相巻線への印加電圧のパターンは２７パターンある。上述したZCMMという手法は、この２７パターンをαβ０軸電圧に変換した空間ベクトルの内、モータ印加電圧に使う空間ベクトルとして、０軸のモータ印加電圧がゼロ値になる７つの空間ベクトルに制限するものである。【０００４】
ここで、dq０軸座標でのモータ電気特性は次式（１）のように表される。０軸インダクタンス（Lz）はdq軸電流の関数である。dq軸電流を定常値とするとLzが固定され、０軸の電気特性はdq軸電流の干渉を受けない。式（１）において、Vd,Vq,Vzはd軸、q軸、０軸のモータ印加電圧、Id,Iq,Izはd軸電流，q軸電流，０軸電流、Ld,Lq,Lzはd軸インダクタンス，q軸インダクタンス，０軸インダクタンス、ｒは巻線抵抗、Eaは基本波誘起電圧、Ezは誘起電圧３相不平衡分、Pは微分オペレータである。Lｚはインダクタンスの不平衡分であって、Ld,Lqに比して極めて小さい値となる。
【数１】
2016125557.tif 000003
【０００５】
非特許文献１に記載のZCMMでは、モータの誘起電圧を基本波のみの場合に限定している。すなわち、Ezが常にゼロであって、ZCMMの手法により０軸のモータ印加電圧（Vz）をゼロに保持すれば０軸電流もゼロになるというものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Markus Neubert, Stefan Koschik, and Rik W. De Doncker,”Performance Comparison of Inverter and Drive Configurations with Open-End and Star-Connected Windings”,The 2014 International Power Electronics Conference.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ZCMMによる制御を行っても、モータの誘起電圧３相不平衡分Ezがゼロでない場合には、ZCMMで制御できない顕著な０軸電流が流れてしまうという問題が発生する。特に永久磁石式同期モータではEzはほとんどの場合がゼロでない。モータが健状時は、顕著な０軸電流は損失を悪化させるためゼロに近い値に制御する必要がある。また、モータに軽度故障が起きている状況で、１相の巻線の通電を止め、残りの２相巻線で運転するいわゆる２相運転を行う場合がある。そのような場合、より平滑なトルクを作るために故意に０軸電流を特定の値に制御する必要があるが、０軸電流が流れてしまう状況ではこの運転ができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、固定子巻線が３相の独立した巻線で構成されたオープン巻線型モータのモータ駆動装置であって、前記巻線毎に設けられ、対応する巻線に個別に電圧を印加する複数の単相インバータと、前記巻線毎に設けられた単相インバータをそれぞれ制御する制御部と、を備え、前記制御部は、各巻線への印加電圧の総和をゼロ以外の値にして０軸電流をオフセットさせる第１の期間と、各巻線への印加電圧の総和がゼロとされる第２の期間とを交互に繰り返し生成することで、０軸電流を所定値に制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オープン巻線型モータのモータ駆動装置において、０軸電流を所望値に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る駆動装置を示す図である。
【図２】図２は、単相インバータおよび独立巻線の電気構成を示す図である。
【図３】図３は、ゲート信号と巻線電圧の関係を示す図である。
【図４】図４は、αβ軸上における空間ベクトルの分布を示す図である。
【図５】図５は、空間ベクトルと０軸電圧との関係を示す図である。
【図６】図６は、０軸の電気特性の回路イメージを示す図である。
【図７】図７は、０軸電流定常波の電気特性を示す図である。
【図８】図８は、０軸電流オフセット量の電気特性を示す図である。
【図９】図９は、１キャリア周期中の０軸オフセット量の推移を示す図である。
【図１０】図１０は、０軸電流定常波の抑制を説明する図である。
【図１１】図１１は、制御器の主要構成を示す図である。
【図１２】図１２は、d軸電流補償器ブロックの処理を説明する図である。
【図１３】図１３は、q軸電流補償器ブロックの処理を説明する図である。
【図１４】図１４は、０軸電流オフセット目標生成器の動作を説明する図である。
【図１５】図１５は、０軸電流オフセット目標生成器の動作を説明する図である。
【図１６】図１６は、０軸電流オフセット目標生成器の内部構成を示す図である。
【図１７】図１７は、０軸電流オフセット量のステップ入力応答を示す図である。
【図１８】図１８は、電圧時間積換算ブロックの内部構成を示す図である。
【図１９】図１９は、PWM信号発生器ブロックの内部構成を示す図である。
【図２０】図２０は、Carrier Generatorの出力仕様を示す図である。
【図２１】図２１は、比較値とゲート信号の対応関係を示す図である。
【図２２】図２２は、αβ軸での電圧の代表例を示す図である。
【図２３】図２３は、電圧ベクトルを空間ベクトルに展開する方法を説明する図である。
【図２４】図２４は、αβ軸の領域と回転角、対応空間ベクトルを示す図である。
【図２５】図２５は、１キャリア周期中でのZCMM用空間ベクトルの作用期間を説明する図である。
【図２６】図２６は、１キャリア周期中でのZCMM用空間ベクトルと非ZCMM用空間ベクトルの作用期間を説明する図である。
【図２７】図２７は、１キャリア周期中の空間ベクトルと、各モータ巻線の電圧の関係を説明する図である。
【図２８】図２８は、巻線電圧とゲート信号との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置を示す図である。図１において、交流モータ（以下、単にモータと称する）２００は各相の固定子巻線が互いに独立した独立巻線となっているオープン巻線型モータである。モータ２００は、インバータ装置１００によって駆動される。
【００１２】
インバータ装置１００は、Ｐ母線端子１を介して不図示のバッテリ（すなわち、直流電源）の正極側に接続されるＰ母線１０１と、Ｎ母線端子２を介してバッテリの負極側に接続されるＮ母線１０２とを有している。バッテリにより、Ｐ母線１０１とＮ母線１０２の間に直流電圧Edが供給される。また、インバータ装置１００とバッテリの間で直流電力が相互にやり取りされる。なお、インバータ装置１００とバッテリの間に、システムの動作状態に応じてオンオフを切り替えるための不図示のリレーを設けてもよい。
【００１３】
インバータ装置１００は、モータ２００と接続するためのＡＣ端子３，４，５，６，７および８を有している。ＡＣ端子３〜８を介して、インバータ装置１００とモータ２００との間で直流電力が相互にやり取りされる。モータ２００は機械出力軸３００を備えており、この機械出力軸３００に不図示の負荷が接続されることで、モータ２００と負荷の間で機械出力が相互にやり取りされる。
【００１４】
インバータ装置１００のＰ母線１０１とＮ母線１０２との間には、母線電流Idを平滑化するための平滑キャパシタ１１０が接続されている。平滑キャパシタ１１０の下流側には、３つの単相インバータ１６０，１７０および１８０がＰ母線１０１とＮ母線１０２の間に接続されている。Ｐ母線１０１およびＮ母線１０２において、平滑キャパシタ１１０から単相インバータ１６０に分岐されるまでの部分は、単相インバータ１６０，１７０および１８０に対して共通に用いられる。各単相インバータ１６０〜１８０とＰ母線１０１およびＮ母線１０２との間で、インバータ電流Idu，Idv，Idwがそれぞれやり取りされる。なお、インバータ電流Idu，Idv，Idwの極性は、図１に示したように、Ｐ母線１０１からＮ母線１０２に向かう方向を正極性とし、これと逆方向を負極性として定められている。
【００１５】
モータ２００の固定子には、３相の独立巻線２１０，２２０，２３０が設けられている。Ｕ相の独立巻線２１０は、ＡＣ端子３，４を介して単相インバータ１６０と接続される。Ｖ相の独立巻線２２０は、ＡＣ端子５，６を介して単相インバータ１７０と接続される。Ｗ相の独立巻線２３０は、ＡＣ端子７，８を介して単相インバータ１８０と接続される。なお、独立巻線２１０，２２０および２３０は、互いに電気的な接続がなく、相互に電流が流出入しない巻線である。すなわち、モータ２００内で各独立巻線を経由した電流は、他の独立巻線を経由することなく、モータ２００の外に流れ出る。
【００１６】
単相インバータ１６０とＡＣ端子４との間には、電流センサ１４１が設けられている。単相インバータ１７０とＡＣ端子６との間には、電流センサ１４２が設けられている。単相インバータ１８０とＡＣ端子８との間には、電流センサ１４３が設けられている。電流センサ１４１，１４２，１４３は、モータ２００の各独立巻線２１０，２２０，２３０に流れる巻線電流Iu，Iv，Iwをそれぞれ測定し、その電流測定値Iu^，Iv^，Iw^を制御器１５０にそれぞれ出力する。
【００１７】
制御器１５０は、図示しない上位の制御装置から入力されるモータ２００の運転指令τ*と、電流センサ１４１，１４２，１４３からの電流測定値Iu^，Iv^，Iw^と、図示しない回路から入力されるモータ位相θおよびモータ回転数ωとに基づいて、ゲート信号Gu，Gv，Gwを生成する。ゲート信号Gu，Gv，Gwは対応する単相インバータ１６０，１７０，１８０にそれぞれ出力される。なお、制御器１５０では、運転指令に応じたゲート信号Gu，Gv，Gwを生成する際に、後述するような０軸電流を制御するための処理が行われる。
【００１８】
（単相インバータの動作）
図２は、単相インバータ１６０および独立巻線２１０の電気構成を示す図である。なお、単相インバータ１７０と独立巻線２２０との関係、および単相インバータ１８０と独立巻線２３０との関係についても、単相インバータ１６０および独立巻線２１０の場合と同様の電気構成となっている。したがって以下では、図２に示した単相インバータ１６０および独立巻線２１０の電気構成を代表例に用いて、単相インバータ１６０，１７０，１８０の動作について説明する。
【００１９】
単相インバータ１６０は、スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4と、各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4にそれぞれ接続された帰還ダイオード１２１，１２２，１２３，１２４とを有している。これらにより、図２に示すようなブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路は、独立巻線２１０の両端子間に接続されており、各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4の状態に応じて、独立巻線２１０に電圧Vuが印加される。なお、電圧Vuの極性は、図に示すような向きとする。
【００２０】
制御器１５０から出力されたゲート信号Guは、単相インバータ１６０内の信号セパレータ１２６により、各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4に対するゲート信号G1u，G2u，G3u，G4uに分解される。各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4の状態は、ゲート信号G1u，G2u，G3u，G4uによってそれぞれ決定される。
【００２１】
図３に示す一覧表は、図２に示したブリッジ回路におけるスイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4の状態と、独立巻線２１０への印加電圧Vuの関係を示している。図３では、各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4の取り得る状態の組み合わせを、スイッチモード（ＳＷモード）M0，M1，M2，M3，M4として表している。また、各スイッチ素子Q1，Q2，Q3，Q4のオンオフ状態は、「０」でオフ状態が表され、「１」でオン状態が表される。スイッチモードM1またはM2が選択されている期間は、いわゆる非還流期間である。一方、スイッチモードM3またはM4が選択されている期間は、還流期間である。スイッチモードM3およびM4は、どちらか一方が選択される。
【００２２】
図２に示した仮想グランド電位１２５は、Ｐ母線１０１の電位が＋Ed/2、Ｎ母線１０２の電位が−Ed/2となるように仮想的に定められた基準電位である。この仮想グランド電位１２５を基準に、独立巻線２１０の図示左側、すなわちスイッチ素子Q1とスイッチ素子Q2との間の電位を電圧Vulとする。同様に、独立巻線２１０の図示右側、すなわちスイッチ素子Q3とスイッチ素子Q4との間の電位を電圧Vurとする。これらの電圧と独立巻線２１０の印加電圧Vuとの間には、次式（２）の関係が成立する。
Vu  ＝  Vul  −  Vuｒ    ・・・（２）
【００２３】
電源電圧をEdとした場合、ＰＷＭ制御では、図３に示すように、独立巻線２１０の電圧Vuを＋EdにするためにスイッチモードM1が使用される。また、電圧VuをゼロにするためにスイッチモードM3またはスイッチモードM4が使用される。さらに、電圧Vuを−EdとするためにスイッチモードM2が使用される。
【００２４】
このように、オープン巻線型のモータ２００の各独立巻線２１０，２２０，２３０への印加電圧は｛＋Ed，0，−Ed｝の3レベルであって、モータ２００の3相巻線への印加電圧のパターンは２７パターンある。この２７パターンを次式（３）にてαβ０軸電圧に変換し、空間ベクトルとしてαβ平面に丸印で表現したものが図４である。ここで、U相巻線への印加電圧をVu，同じくV相巻線とW相巻線への印加電圧をVv，Vwとした。
【数２】
2016125557.tif 000004
【００２５】
なお、図４において、空間ベクトルを表す丸印が複数接している場合には、それぞれの空間ベクトルのαβ平面上の座標が等しいものである。例えば、空間ベクトルP12およびMM2のαβ座標は互いに等しい。また、空間ベクトルZ0，PPP0，MMM0のαβ座標は互いに等しく、それらの丸印はαβ座標の原点に位置する。
【００２６】
各空間ベクトルを表す符号の最初の記号、例えば、PPP0のアルファベットの記号PPPは、その空間ベクトルの０軸方向の電圧の大きさを表している。各空間ベクトルの０軸電圧Vzは、図５に示す通りである。図４，５において、記号Pは０軸電圧がプラス電圧であることを意味しており、PPPが付く空間ベクトルの０軸電圧は（＋３／√３）・Ed、PPが付く空間ベクトル（例えば、PP1）の０軸電圧は（＋２／√３）・Ed、Pが付く空間ベクトル（例えば、P11）の０軸電圧は（＋１／√３）・Edである。一方、記号Mは０軸電圧がマイナス電圧であることを意味しており、MMMが付く空間ベクトルの０軸電圧は（−３／√３）・Ed、MMが付く空間ベクトル（例えば、MM1）の０軸電圧は（−２／√３）・Ed、Mが付く空間ベクトル（例えば、M11）の０軸電圧は（−１／√３）・Edである。また、記号Zは０軸電圧がゼロであることを意味しており、７つの空間ベクトルZ0〜Z6の０軸電圧（Vz）は全て０である。
【００２７】
ここで、０軸電流（Iz）とはAC電流の総和値に正比例する量と定義する。本発明では説明を統一する必要から、０軸電流（Iz）を次式（４）で定義する。式（４）における比例定数１／√３は、説明を統一するために導入したもので、‘１’など別の正の定数を使っても良い。非特許文献１に記載の制御方法では、モータ印加電圧に使う空間ベクトルを、この7つに制限することを提案し、この手法をZCMM（Zero Common Mode Modulation）と称している。
【数３】
2016125557.tif 000005
【００２８】
図６は、０軸の電気特性の回路イメージを示したものである。図６に記載の回路は、図７に記載の回路と図８に記載の回路の重ね合わせで表現できる。図６の回路の電流をIz、図７の回路の電流をIz_stable、図８の回路の電流をIz_offsetとすると、次式（５）が成り立つ。
【数４】
2016125557.tif 000006
【００２９】
Iz_stableはモータ固有の波形であり、Id,Iqとモータ位相で決まる。Iz_stableは０軸電流定常波を示している。一方、Iz_offsetは、制御で管理することができる０軸電流オフセット量を示す。図７における０軸電圧Vzを適切に定めることにより、Iz_offsetをIz_stableの凡そ反極性とすることで、即ち、次式（６）に示すIz_offset*のように設定することで、０軸電流Izをゼロに近い値に制御できる。また、０軸電流Izの目標値Iz*を明示し、０軸電流Izを任意の値に制御したい場合は、同様の考え方によりIz_offsetを次式（７）に示すIz_offset*とすることで０軸電流Izを任意値に制御できる。
【数５】
2016125557.tif 000007
【００３０】
次に０軸電圧Vzの定め方について説明する。０軸電圧Vzに正の電圧を与えたいときには、図５に示した空間ベクトルの内、以下に記載の空間ベクトルを所定時間だけ使用する。（０軸電圧Vzに正の電圧を与える空間ベクトル）
P11，P12，P13，P21，P22，P23
PP1，PP2，PP3
PPP0
【００３１】
また、Vzに負の電圧を与えたいときには、以下に記載の空間ベクトルを所定時間だけ使用する。
（０軸電圧Vzに負の電圧を与える空間ベクトル）
M11，M12，M13，M21，M22，M23
MM1，MM2，MM3
MMM0
【００３２】
（非ZCMM用空間ベクトル使用時の所定時間の説明）
次に、非ZCMM用空間ベクトルを使用する際の所定時間について説明する。次式（８）は、時刻t0に電圧ステップを与えた時の、Iz_offsetの時間応答を表す式である。この場合、Vzに正の電圧を与えるにしろ、負の電圧を与えるにしろ、形態としては電圧パルスとなる。従って、どの空間ベクトルを使えば何秒後にIz_offsetが望みの値に一致するか式（８）にて決定することができる。時刻t0からIz_offsetが望みの値に一致した時刻t1までの時間がパルス幅、つまり非ZCCM用空間ベクトルの所定時間である。Iz_offsetが所望値Iz_offset*に一致した後は、ZCMM用空間ベクトル、つまり、０軸電圧Vzがゼロの空間ベクトルに切り替えれば、Iz_offsetは次式（９）に従い自然減衰する。
【数６】
2016125557.tif 000008
【００３３】
図９は、上述のように制御した場合のIz_offsetの時間変化を示したものである。簡単のためt0とIz_offset(to)をゼロとすると、式（８）から定まるIz_offsetの概略波形は時刻0でゼロ、時刻τで最終値Vz／ｒ（A）に至る。EV・HEV用のモータを想定して1例を挙げると通常、ｄ軸ｑ軸の時定数は数１０ms、これに対し０軸インダクタンスがｄ軸ｑ軸に比して極めて小さいことに由来して０軸電流の時定数τzは１ms程度であり、巻線抵抗はmΩオーダーである。EV・HEV用モータの駆動装置として仮にVz＝400Vとすると、1ms当たり400,000（A）の傾きで０軸電流が立ち上がる。Iz_offsetの所望値Iz_offset*を100Aオーダーとすると上げ下げに要する時間は数μsオーダーである。
【００３４】
Iz_offsetが所望値Iz_offset*に至った後は、ZCMM用空間ベクトルに切り替え、Iz_offsetを自然減衰させる。このとき、自然減衰の時定数は1msオーダーである。キャリア周期をEV・HEV用モータの駆動装置のキャリア周期でよく使われる100μsとすると、次のキャリア周期が始まるまでIz_offsetの所望値Iz_offset*の約９０％（＝exp（−100μs／１ms）が保持される。そのため、Iz_offsetの波形を巨視的にみるならば、１キャリア周期ではごく短時間に所望値Iz_offset*に達し、以後そのレベルを維持する階段状とみなして良い。
【００３５】
上述した非ZCMM用空間ベクトルの内、空間ベクトルPPP0およびMMM0はα軸方向およびβ軸方向の大きさがゼロであって、残りの空間ベクトルはα軸方向およびβ軸方向の少なくとも一方の大きさがゼロでない。上述したように、非ZCMM用空間ベクトルを使用する時間は数μs程度であるので、d軸電流Idおよびq軸電流Iqの制御に多大な影響を与えるわけではないため、空間ベクトルPPP0およびMMM0以外の非ZCMM用空間ベクトルを使用することができる。しかしながら、α軸方向およびβ軸方向への影響を完全に排除できる点で、より望ましくは空間ベクトルPPP0，MMM0を優先して使う方が良い。
【００３６】
図１０は、０軸電流Izをゼロに制御する場合のIz_offsetを説明する図である。図９に示したようにIz_offsetが所望値Iz_offset*に達するまでに数μs要し、その後はIz_offsetが自然減衰するが、図１０ではそれらの詳細を省略してIz_offsetを階段状波形の連なりで示した。なお、Izの所望値がゼロでない場合というのは、単に所望値がオフセットしている状態ととらえることができ、以下の説明と同様の説明が成り立つ。
【００３７】
図１０では、時刻ｋ＝０以後で本発明の提案する制御を実施した場合を示している。時刻ｋの数値が一つ上がるまでの期間が１キャリア周期Tsである。太線は０軸電流Izを、一点鎖線はIz_stableを、破線はIz_offsetを示している。IzS[0]，IzS[1]，IzS[2]は、それぞれ時刻k＝0、ｋ＝１、ｋ＝２となった瞬間のIz_stableの値を示す。IzSの波形は予め求めておき、テーブルや関数等の形式で波形の状態を記憶しておく。IzO[0]、IzO[1]は、それぞれ時刻ｋ＝0、ｋ＝１となった瞬間のIz_offsetの値を示す。Iz[0]、Iz[1]は、それぞれ時刻ｋ＝0、ｋ＝１となった瞬間のIzの値を示す。
【００３８】
時刻ｋ＝０となったときのIz_offsetを、IzO[0]＝−（IzS[0]＋IzS[1]）／2と設定する。０軸電流IzはIz_stableとIz_offsetとの和であるので、時刻ｋ＝０における０軸電流Izは、Iz[0]＝IzS[0]＋IzO[0]＝−（IzS[1]−IzS[0]）／２となる。さらに、時刻ｋ＝１になるとIz_stableがIzS[0]からIzS[1]に変化するので、Iz[1]＝Iz[0]＋（IzS[1]−IzS[0]）＝＋（IzS[1]−IzS[0]）／２となる。時刻ｋ＝０と時刻ｋ＝１との中間時刻における０軸電流Izの値は、時間経過が非常に短いので、Iz[0]とIz[1]とのほぼ中間となる。すなわち、中間時刻における０軸電流Izはほぼゼロとなり、０軸電流Izの変化量（すなわち、Iz_stableの変化量）がX軸に対して按分される。よって、このキャリア周期中の０軸電流Izの平均値はほぼゼロにできる。
【００３９】
時刻ｋ＝１では、IzO[1]＝−（IzS[1]＋IzS[2]）／2と設定される。時刻ｋ＝１の０軸電流Izは、Iz[1]＝IzS[1]＋IzO[1]＝−（IzS[2]−IzS[1]）／2となる。さらに、時刻ｋ＝２になるとIz_stableがIzS[1]からIzS[2]に変化するので、Iz[2]＝Iz[1]＋（IzS[2]−IzS [1]）＝＋（IzS[2]−IzS[1]）／２となる。すなわち、このキャリア周期期間中のIz_stableの変化量がX軸に対して按分され、このキャリア周期中の０軸電流Izの平均値はほぼゼロにできる。
【００４０】
時刻ｋ＝１以降も同様にIz_offsetが設定される。すなわち、IzO[k]＝−（IzS[k]＋IzS [k＋1]）／2のように設定される。その結果、各々のキャリア周期でのIz_Stableの変化量がX軸に対して按分され、０軸電流Izがゼロに制御される。なお、Iz_Stableが単純な正弦波でない場合には、キャリア周期期間中の最大値IzS[max]と最小値IzS[min]とを使って、Iz_offset＝−（IzS[max]＋IzS[min]）／２のように定めるのが好ましい。
【００４１】
なお、インバータのスイッチ損を低減するために、スイッチング数は可能であれば減らした方が良い。図１０に示す例では、時刻ｋ＝２および３と時刻ｋ＝１１および１２においては、０軸電流Izは十分にゼロに近い。また、各々のキャリア周期中のIz_stableの変化量も極小である。従って、この区間では上述した非ZCMM用空間ベクトルを使う期間を省略しても、０軸電流Izはゼロから大きく離れることはない。すなわち、非ZCMM用空間ベクトルを使う期間は、全キャリア周期で行う必要はなく、インバータ損と０軸電流Izによる損失を評価してより有利になるように、非ZCMM用空間ベクトルを適宜間引いた方がより好適である。
【００４２】
上述した一連の手法を本実施形態ではスライス制御と呼ぶことにする。なお、１キャリア周期を幾つかに分割して、２つの期間（ZCMM用空間ベクトルを用いる期間と、非ZCMM用空間ベクトルを用いる期間）のセットを複数使っても良い。また、Iz_offsetが所望値に十分近い場合には、非ZCMM用空間ベクトルの期間を省略しても良い。
【００４３】
（制御器内の主要部）
以上の説明では本実施の形態におけるスライス制御の要点を説明したが、以下では、スライス制御が行われる制御器１５０の構成について、ｄ軸電流Idとｑ軸電流Iqを制御しつつ並行して０軸電流Izを制御可能であることを説明する。図１１は、制御器１５０の主要構成を示す図である。UVW／dq変換ブロック４０１には、U相，V相，W相の電流測定値Iu^，Iv^，Iw^およびモータ位相θが入力される。UVW／dq変換ブロック４０１は、次式（１０）に基づいて、電流測定値Iu^，Iv^，Iw^をdq軸電流に変換し、d軸電流検出値Id^，q軸電流検出値Iq^および０軸電流計測値Iz^を出力する。
【数７】
2016125557.tif 000009
【００４４】
d軸電流補償器ブロック４０２は、図示しないブロックで生成されたd軸電流指令Id*と、UVW／dq変換ブロック４０１から出力されたd軸電流検出値Id^及びq軸電流検出値Iq^と、図示しない回路を介して得られるモータ回転数ωとを受け取り、d軸電圧指令Vdを出力する。q軸電流補償器ブロック４０３は、図示しないブロックで生成されたq軸電流指令Iq*と、UVW／dq変換ブロック４０１から出力されたd軸電流検出値Id^及びq軸電流検出値Iq^と、モータ回転数ωとを受け取り、d軸電圧指令Vdを出力する。d軸電流補償器ブロック４０２およびq軸電流補償器ブロック４０３の処理の詳細は後述する。
【００４５】
dq／αβ変換ブロック４０４は、d軸電流補償器ブロック４０２からのd軸電流指令Vdと、q軸電流補償器ブロック４０３からのq軸電流指令Vqと、図示しない回路を介して得られるモータ位相θとを受け取り、次式（１１）に基づいてdq／αβ変換処理を行い、α軸電圧指令Vαとβ軸電圧指令Vβを出力する。
【数８】
2016125557.tif 000010
【００４６】
なお、UVW／dq変換ブロック４０１、d軸電流補償器ブロック４０２、q軸電流補償器ブロック４０３、dq／αβ変換ブロック４０４はプログラムであって、マイコン内において所定周期で実行される。本実施形態では、プログラムの実行周期はキャリア周期Tsと同一として説明する。
【００４７】
０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１は、モータ位相θ、モータ回転数ω、d軸電流検出値Id^およびq軸電流検出値Iq^を受け取ると共に、図示しないブロックから0軸電流目標値Iz*を受けとり、０軸電流オフセット目標値IzO*を出力する。０軸電流オフセット目標値IzO*の生成処理の詳細は後述する。
【００４８】
電圧時間積換算ブロック４１２は、０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１からの０軸電流オフセット目標値IzO*と、UVW／dq変換ブロック４０１からの０軸電流検出値Iz^とに基づいて、非ZCMM用空間ベクトルの作用時間（作用期間の時間幅）ztimeを出力する。なお、電圧時間積換算ブロック４１２における作用時間ztimeの算出処理の詳細は後述する。SV展開期ブロック４１３は、dq／αβ変換ブロック４０４からのα軸電圧指令Vαとβ軸電圧指令Vβと、電圧時間積換算ブロック４１２からの作用時間ztimeとに基づいて、Ｕ相カウンタ情報VALu，Ｖ相カウンタ情報VALvおよびＷ相カウンタ情報VALwを出力する。
【００４９】
なお、０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１、電圧時間積換算ブロック４１２、SV展開器ブロック４１３はプログラムであって、マイコン内において所定周期で実行される。本実施形態では、プログラムの実行周期はキャリア周期Tsと同一として説明する。
【００５０】
Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１は、SV展開期ブロック４１３からのＵ相カウンタ情報VALuに基づいてゲート信号Guを出力する。Ｖ相PWM信号生成器ブロック４２２は、SV展開期ブロック４１３からのＶ相カウンタ情報VALvに基づいて、ゲート信号Gvを出力する。Ｗ相PWM信号生成器ブロック４２３は、SV展開期ブロック４１３からのＷ相カウンタ情報VALwに基づいてゲート信号Gwを出力する。Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１、Ｖ相PWM信号生成器ブロック４２２およびＷ相PWM信号生成器ブロック４２３は、ハードウェアとして構成される。
【００５１】
以下では、図１１に示した各ブロックの詳細について説明する。
（電流補償器ブロック４０２，４０３の説明）
まず、d軸電流補償器ブロック４０２およびq軸電流補償器ブロック４０３の処理の詳細について説明する。図１２はd軸電流補償器ブロック４０２の処理を説明する図である。d軸PI補償器ブロック５０２には、d軸電流指令Id*からd軸電流検出値Id^を減算した信号がd軸偏差用加減器５０１から入力される。d軸PI補償器ブロック５０２は、d軸電流指令Id*からd軸電流検出値Id^を減算した信号にPI補償を行ってd軸PI補償値を出力する。d軸PI補償器ブロック５０２は、d軸電流指令Id*とd軸電流検出値Id^との間に差があると、この差を埋めるべくd軸PI補償値を生成する。そのため、時間の経過とともにd軸検出値Id^がd軸電流指令Id*に近づく。
【００５２】
d軸PI補償器ブロック５０２の処理と並行して、d軸速度起電力補償器ブロック５０３は、q軸電流検出値Iq^とモータ回転数ωとに基づいてd軸速度起電力補償値を算出する。d軸速度起電力補償器ブロック５０３は、q軸電流による干渉電圧を相殺するべくd軸速度起電力電圧値を生成するので、d軸電流の応答が改善される。そして、d軸電圧用加減器５０４によりd軸PI補償値とd軸速度起電力補償値とを合わせることで、d軸電圧指令Vdを得る。ここでは、d軸速度起電力補償値を求めるのにq軸電流検出値Iq^を使ったが、q軸電流目標値Iq*を使っても良い。
【００５３】
図１３はq軸電流補償器ブロック４０３の処理を説明する図である。q軸PI補償器ブロック５０６には、q軸電流指令Iq*からq軸電流検出値Iq^を減算した信号がq軸偏差用加減器５０５から入力される。q軸PI補償器ブロック５０６は、q軸電流指令Iq*からq軸電流検出値Iq^を減算した信号にPI補償を行ってq軸PI補償値を出力する。q軸PI補償器ブロック５０６は、q軸電流指令Iq*とq軸電流検出値Iq^との間に差があると、この差を埋めるべくq軸PI補償値を生成する。そのため、時間の経過とともにq軸検出値Iq^がq軸電流指令Id*に近づく。
【００５４】
q軸PI補償器ブロック５０６の処理と並行して、q軸速度起電力補償器ブロック５０７は、d軸電流検出値Id^とモータ回転数ωとに基づいてq軸速度起電力補償値を算出する。q軸速度起電力補償器ブロック５０７は、d軸電流による干渉電圧を相殺すると共に基本波誘起電圧を相殺するべくq軸速度起電力電圧値を生成するので、q軸電流のが改善される。そして、q軸電圧用加減器５０８によりq軸PI補償値とq軸速度起電力とを合わせることで、q軸電圧指令Vqを得る。ここでは、q軸速度起電力補償値を求めるのに、d軸電流検出値Id^を使ったが、d軸電流目標値Id*を使っても良い。
【００５５】
（０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１の説明）
図１４〜１６は、０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１における目標値生成処理を説明する図である。図１４は、横軸をモータ位相θとしたときの、０軸電流定常波Iz_stableの波形を示す図である。０軸電流定常波Iz_stableの波形はモータに固有のものであり、d軸電流およびq軸電流を定めると一意に定まる。モータ位相θ、及び、モータ回転数ωが分かると、キャリア周期Ts中においてモータ位相が現在のモータ位相θからどこまで進むか把握でき、キャリア周期Tsにおけるモータ位相の範囲は［θ〜θ＋ω・Ts］にて定まる。図１４では、縦の２つの破線がこれを示す。
【００５６】
０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１は、このモータ位相範囲［θ〜θ＋ω・Ts］での０軸電流定常波Iz_stableの最大値Iz_maxと最小値Iz_minとを検索し、それらの中央値Iz_equidを得る。そして、０軸電流目標値Iz*と中央値Iz_equidとの差を、０軸電流オフセット目標値IzO*とする。後述する手順よりIz_offsetを０軸電流オフセット目標値IzO*に一致させることで、図1５に示すように、０軸電流目標値Iz*に対して、０軸電流の変化分（０軸電流定常波Iz_stableの変化分）が目標値の上下に１／２ずつ按分される。
【００５７】
図１６は、以上の目標値生成処理の流れをまとめたものである。０軸電流定常波Iz_stableのパターンは、０軸電流定常波テーブルセット５１１としてテーブル化されて保持される。０軸電流定常波Iz_stableは上述のようにd軸電流およびq軸電流によって決まるため、必要な精度が出るようにdq軸電流毎にテーブルを複数枚用意する。０軸電流オフセット目標生成器ブロック４１１の最初の処理は、dq軸電流検出値Id^，Iq^に対応したテーブルを選択することである。選択されたテーブルから最大値Iz_maxおよび最小値Iz_minが検索され、それらが０軸電流定常波中央値算出ブロック５１２に入力される。０軸電流定常波中央値算出ブロック５１２は、最大値Iz_maxおよび最小値Iz_minから中央値Iz_equidを算出する。そして、０軸電流オフセット目標算出差分器５１３により、０軸電流目標値Iz*と中央値Iz_equidとの差分を算出することにより０軸電流オフセット目標値IzO*が得られる。なお、ここでは、０軸電流定常波Iz_stableのデータ保持をテーブル形式としたが関数化して保持しても良い。
【００５８】
（電圧時間積換算ブロック４１２の説明）
次いで、電圧時間積換算ブロック４１２における処理について詳しく説明する。電圧時間積換算ブロック４１２では、０軸電流オフセット量（Iz_offset）を０軸電流オフセット目標値IzO*に一致させるために、非ZCMM用空間ベクトルの作用時間がどれだけ必要か計算する。この場合、式（８）において、「Iz_offset」を「IzO*」で置き換え、「Iz_offset(t0)」を「Iz^」で置き換え、「t−t0」をztimeで置き換えて、その式を解いて得られるztimeを作用時間としても良い。このとき、作用時間ztimeは式（１２）のように表される。
【数９】
2016125557.tif 000011
【００５９】
しかしながら、「関数log」などをプログラムで実装するのは煩雑であるので、以下のように作用時間ztimeを定めても良い。図１７の一点鎖線で示す曲線L１は、式（８）において、「Iz_offset(t0)」を「Iz^」で置き換えて、t0＝0とした場合の応答波形を示す。ｔ＝0ではIz^となり、ｔ≫τzではほぼVz／rとなる。ここでは、応答波形L1を、直線L21およびL22で表される応答波形L2で近似する。0≦t≦τzにおける直線L21は座標（0，Iz^）と座標（τz，Vz／r）とを結ぶ線分であり、その傾きは（Vz／r−Iz^）／τzである。また、τz≦ｔにおける直線L22は、座標（0，Vz／r）通り横軸に平行な直線を表している。
【００６０】
ここで、Vz／r≫Iz^なので、直線L21の傾きをVz／（r・τz）と近似することができる。その場合、（IzO*−Iz^）／ztime＝Vz／（r・τz）が成り立つ。よって、IzO*とIz^の差を把握すれば、この式からztimeを定めることができる。なお、前述したように、０軸電流の時定数τzは１ms程度であり、Iz_offsetを０軸電流オフセット目標値IzO*に一致させるための作用時間ztimeは数μsのオーダーなので、波形L1と波形L2との乖離は非常に小さい。
【００６１】
図１８は上述の換算処理をまとめたものであり、電圧時間積換算ブロック４１２の内部構成を示す図である。非ZCMM作用時間算出ブロック５１５に示した波形L3は、図１７に示した波形L2に対応している。ただし、縦軸と横軸とを入れ替えており、また、縦軸をztime、横軸をdIzO（＝IzO*−Iz^）で置き換えている。そのため、−Vz／r≦dIzO≦＋Vz／rにおける直線は、ztime＝dIzO・τz／（Vz／r）のように表される。
【００６２】
０軸電流移動量算出用差分器５１４において、０軸電流オフセット目標IzO*から０軸電流検出値Iz^を減算して差dIzOを求める。そして、非ZCMM作用時間算出ブロック５１５において作用時間ztimeに換算する。作用時間ztimeが正の値となるときは、前述した０軸電圧Vzに正の電圧を与える非ZCMM用空間ベクトルのリスト内の空間ベクトルを用いることを示す。逆に作用時間ztimeが負の値となるときには、０軸電圧Vzに負の電圧を与える非ZCMM用空間ベクトルのリスト内の空間ベクトルを用いることを示す。
【００６３】
本実施形態では、非ZCMM用空間ベクトルを使用する際に、正の０軸電圧Vzを与える空間ベクトルとしてPPP0、また、負の０軸電圧Vzを与える空間ベクトルとしてMMM0を想定している。しかしながら、前述した２つのリストにまとめた他の空間ベクトルの使用を排除するものではない。他の空間ベクトルを使う際は０軸電圧Vzの大きさが変わることに注意するだけでよい。
【００６４】
（Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１の説明）
次に、図１９を用いて、Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１について説明する。信号の名称が異なるだけで、Ｖ相PWM信号生成器ブロック４２２とＷ相PWM信号生成器ブロック４２３も同一構造となる。なお、図１９に示すCarrier Generator４５１は、Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１とＶ相PWM信号生成器ブロック４２２とＷ相PWM信号生成器ブロック４２３とで同期させる必要がある。Ｕ相PWM信号生成器ブロック４２１は、図示しない信号セパレータによって、SV展開器ブロック４１３より得たＵ相カウンタ情報VALu信号を展開し、以下の比較値を得る。
VAL2Lu、VAL3Lu、VAL4Lu、VAL5Lu、
VAL2Ru、VAL3Ru、VAL4Ru、VAL5Ru、
【００６５】
図１９に示すように、比較器４５２は、Carrier Generator４５１からキャリア信号CARIを受け取り、比較値VAL2Luと比較して、（VAL2Lu−CARI）≧0の場合には１を、また（VAL2Lu−CARI）＜0の場合には０を出力する。比較器４５３〜４５９についても、入力される比較値が違うのみで動作は同じとなる。論理素子４６０，４６１，４６２および論理素子４７０，４７１，４７２は２つの入力に対し、排他的論理和を出力する。論理素子４６３、４７３は入力の否定を出力する。
【００６６】
以上の構成で、ゲート信号G1u，G2u，G3u，G4uを得る。実際には、G1u，G2uを生成する前には非オーバーラップ時間を設けるためのDead Time付与回路があるが、図１９ではこれを図示していない。同じく実際には、G3u，G4uを生成する前には非オーバーラップ時間を設けるためのDead Time付与回路があるが図１９ではこれを図示していない。また、図示しない回路でゲート信号G1u，G2u，G3u，G4uを統合し、信号Guを得る。
【００６７】
図２０にCarrier Generator４５１の出力するキャリア信号CARIの信号仕様を示す。キャリア信号CARIはキャリア周期Tｓで、０〜１００％を推移する三角波信号である。
【００６８】
図１９，２０の回路構成を踏まえ、各比較値と回路の出力について説明する。回路は図１９に示した２つの破線ブロック480，481が基本単位である。破線ブロック４８０と破線ブロック４８１とは、入出力の信号名称が異なるのみで入力の比較値に対する応答出力は同一となるため、以下では破線ブロック４８０について説明する。さらに、基本的にG1u信号の否定がG2u信号であることから、入力である各比較値に対するG1u信号に説明を限定する。
【００６９】
図２１の上側のグラフは、図２０に示したキャリア信号CARIに対する比較値を示したものである。図２１の下側のグラフは、比較値VAL2Lu、VAL3Lu、VAL4Lu、VAL5Luに対する信号G1uの出力を示す。各比較値VAL2Lu、VAL3Lu、VAL4Lu、VAL5Luがキャリア信号CARIに一致する時刻が下側のグラフの信号変化時刻に一致する。本実施形態では、図２１に示すように、１キャリア周期Tsの間で、2つのオン期間を設けることができる点が特徴である。
【００７０】
図２１を具体的に説明する。０＜ｔ≦ｔ１では、VAL2Lu，VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5Luは全てCARI以上なので、比較器４５２〜４５５の出力は全て１となる。そのため、論理素子４６０，４６１からはいずれも０が出力され、論理素子４６２からは０が出力される。よって、信号G1uは０となる。ｔ１＜ｔ≦ｔ２では、VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5LuはCARI以上となり、かつ、VAL2Lu＜CARIなので、比較器４５２の出力は０、比較器４５３〜４５５の出力は全て１となる。そのため、論理素子４６０からは１が、論理素子４６１からは０が出力され、論理素子４６２からは１が出力される。よって、信号G1uは１となる。
【００７１】
ｔ２＜ｔ≦ｔ３では、VAL3Lu，VAL5LuはCARI以上で、かつ、VAL2Lu，VAL4LuはCARI未満なので、比較器４５２，４５４の出力は０、比較器４５３，４５５の出力は１となる。そのため、論理素子４６０，４６１のいずれからも１が出力され、論理素子４６２からは０が出力される。よって、信号G1uは０となる。ｔ３＜ｔ≦ｔ４では、VAL3Lu≧CARI 、かつ、VAL2Lu，VAL4Lu，VAL5LuはCARI未満なので、比較器４５２，４５４，４５５の出力は０、比較器４５３の出力は１となる。そのため、論理素子４６０からは１が、論理素子４６１からは０が出力され、論理素子４６２からは１が出力される。ｔ４＜ｔ≦ｔ５では、VAL2Lu，VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5Luは全てCARI未満なので、比較器４５２〜４５５の出力は全て０となる。そのため、論理素子４６０，４６１からはいずれも０が出力され、論理素子４６２からは０が出力される。よって、信号G1uは０となる。
【００７２】
（SV展開器ブロック４１３の説明）
次に、SV展開器ブロック４１３について説明する。
（第１ステップ）
まず、α軸電圧指令Vαとβ軸電圧指令Vβを直近のZCMM用空間ベクトルに展開する第１のステップについて説明する。図２２に示すように領域１〜６を定めた場合、αβ軸電圧指令Vα、Vβが領域２にある場合を例に説明する。この場合、直近の空間ベクトルはZ2， Z3，Z0の３つである。領域１〜６はそれぞれが回転対称となっている。そのため、αβ軸電圧指令Vα、Vβが領域１〜６のどこにあった場合でも、回転処理によって領域１に重ねることで、処理を共通にできる。その場合、対応する空間ベクトルの番号が変わるだけなので、図２３に示すように、空間ベクトルをZ0，Zs，Zdと置き換えることで一般化できる。
【００７３】
図２４は、図２３の空間ベクトルZs，Zdと領域毎の空間ベクトルとの対応を表にまとめたものである。なお、各領域を一般化領域に重ねるための回転角度θpも併記した。この回転角度θpを使用し、次式（１３）で各領域のαβ軸電圧指令Vα，Vβに持ってくることができる。一般領域に移した後のαβ軸電圧指令を、Va，Vbとする。
【数１０】
2016125557.tif 000012
【００７４】
ここで、空間ベクトルへの展開とは、図２３に示すLenAとLenBを求め、図示のLenとの比を求めることである。それぞれの比は、幾何計算により式（１４）、（１５）で定まる。なお、式（１６）に示すように、１から比LenA／LenおよびLenB／Lenを除いた余りが空間ベクトルZ0の時間割合である。ここで、式（１４）〜（１６）の値をそれぞれ、Br[1]，Br[2] ，Br[3]と定義すると、Va，Vbの空間ベクトル展開式は式（１７）となる。式（１７）中の空間ベクトルZs，Zdを、図２４に示す表を使って読み換えれば、αβ軸電圧指令Vα、Vβの空間ベクトル展開式となる。また、Br[1]、Br[2]、Br[3]にキャリア周期Tsを掛けると各々の空間ベクトルを作用させる時間B[1]、B[2]、B[3]になる。これを式（１８）にまとめる。
【数１１】
2016125557.tif 000013
【００７５】
１キャリア周期中の空間ベクトルの作用時間のイメージを図２５に示す。図２５では、1キャリア周期中にZs，Zd，Z0の順番で空間ベクトルを記したが、順番は自由度であってどの順番としても良い。
【００７６】
（第２ステップ）
次に第２のステップとして、非ZCMM用空間ベクトルを、図２５に示した空間ベクトルのシーケンスに挿入する。図２６は、非ZCMM用空間ベクトルとして空間ベクトルMMM0を加えた時の例である。空間ベクトルPPP0を使った場合は、０軸電圧Vzに正の電圧が作用する。また、空間ベクトルMMM0を使った場合は、０軸電圧Vzに負の電圧が作用する。空間ベクトルPPP0を使うか、空間ベクトルMMM0を使うかは、非ZCMM用空間ベクトルの作用時間ztimeの符号で判別できる。図２５に示す例では、これらの空間ベクトルPPP0，MMM0をキャリア周期の開始時に挿入したので、非ZCMM用空間ベクトルの作用時間が尽きると０軸電流は自然に減衰し、意図した０軸電流波形を実現できる。
【００７７】
ここで、非ZCMM用空間ベクトルの作用時間ztimeを加えたので、空間ベクトルZs，Zd，Z0の作用時間を調整する必要がある。非ZCMM用空間ベクトルの作用時間ztimeは元々微小な時間であるので、空間ベクトルZs，Zd，Z0のどの作用時間を削っても大きな影響はない。しかしながら、より好適には空間ベクトルZ0の作用時間を時間調整するのが合理的である。なぜならば、空間ベクトルPPP0，MMM0はαβ軸方向の電圧成分がなく、空間ベクトルZ0もαβ軸方向の電圧成分がない。よって、空間ベクトルPPP0，MMM0の挿入による時間調整の影響がｄ軸電流Idとｑ軸電流Iqの制御に全くでないからである。
【００７８】
（第３ステップ）
次に第３のステップとして、モータ巻線の印加電圧の決定方法について、図２２に示したαβ軸電圧Vα、Vβの状態を例に説明する。ここまでは一般領域での空間ベクトル記号Zs，Zdを用いてきたが、ここでは、具体例を説明する必要から、図２２に示した空間ベクトルを用いて説明する。即ち、図２２の状態は、図２４に示す表に基づき、Zsの代わりにZ2を、また、Zdの代わりにZd3を用いる。αβ軸電圧Vα、Vβの空間ベクトル展開式は式
（１９）となる。
【数１２】
2016125557.tif 000014
【００７９】
図２７は、図２５，２６と同様の記載形式で、式（１９）の場合における1キャリア周期内の空間ベクトルの順番と作用時間を表記したものである。図２７では、合わせて、モータ巻線への印加電圧Vu、Vv、Vwを記載した。さらに、０軸電圧Vzの電圧も表記した。図２７に示すようにztimeの期間は空間ベクトルとしてMMM0を使う。MMM0は、モータ巻線に次式（２０）に示す電圧を与える空間ベクトルである。すなわち、印加電圧Vu，Vv，Vwの総和はゼロとならない。空間ベクトルMMM0の０軸電圧Vzは、図５に示したように、（−３／√３）・Edである。
（Vu，Vv，Vw）＝（−Ed，−Ed，−Ed）    ・・・（２０）
【００８０】
図２７のztime期間に続くB[1]の期間は、空間ベクトルとしてZ2を使う。空間ベクトルZ2はモータ巻線に式（２１）に示す電圧を与える空間ベクトルである。すなわち、印加電圧Vu，Vv，Vwの総和はゼロとなる。空間ベクトルZ2の０軸電圧Vzはゼロである。
（Vu，Vv，Vw）＝（＋Ed，０，−Ed）    ・・・（２１）
【００８１】
B[1]期間に続くB[2]期間は、空間ベクトルとしてZ3を使う。空間ベクトルZ3はモータ巻線に式（２２）に示す電圧を与える空間ベクトルである。すなわち、印加電圧Vu，Vv，Vwの総和はゼロとなる。空間ベクトルZ3の０軸電圧Vzはゼロである。
（Vu，Vv，Vw）＝（０，＋Ed，−Ed）    ・・・（２２）
【００８２】
B[2]期間に続く（B[3]−ztime）の期間は空間ベクトルとしてZ0を使う。空間ベクトルZ0は、モータ巻線に式（２３）に示す電圧を与える空間ベクトルである。この場合も印加電圧Vu，Vv，Vwの総和はゼロであり、空間ベクトルZ0の０軸電圧Vzはゼロである。
（Vu，Vv，Vw）＝（０，０，０）    ・・・（２３）
【００８３】
ゆえに、モータのＵ相巻線電圧Vuの時間推移は、１キャリア周期Tsの開始からztimeまでを−Ed、ztimeから（ztime＋B[1]）までを＋Ed、（ztime＋B[1]）から１キャリア周期Tsの終わりまでを０とする。また、モータのＶ相巻線電圧Vvの時間推移は、１キャリア周期Tsの開始からztimeまでを−Ed、ztimeから（ztime＋B[1]）までを０、（ztime＋B[1]）から（ztime＋B[1]＋B[2]）までを＋Ed、（ztime＋B[1]＋B[2]）から１キャリア周期Tsの終わりまでを０とする。また、モータのＷ相巻線電圧Vwの時間推移は、１キャリア周期Tsの開始から（ztime＋B[1]＋B[2]）までを−Ed、（ztime＋B[1]＋B[2]）から１キャリア周期Tsの終わりまでを０とする。ここで、０軸電圧Vzの波形を確認すると、所望の通り、１キャリア周期Tsの開始からztimeまでの期間だけ負の値となり、作用時間ztimeが経過した後は、１キャリア周期Tsの終わりまで０となっていることがわかる。
【００８４】
（第４ステップ）
次に、第４のステップでは、第３のステップで決めたモータ巻線の電圧通りの印加状態となるように、ＰＷＭゲート信号を生成するための比較値を決定する。図２７に示したVu、Vv、Vwの内、Vuを例に説明する。図２８の上段には、図２７のVuの波形を示した。ここでは、Vuの電圧波形を作るためのゲート信号について考える。図２８の中段および下段には、ゲート信号G1uおよびG3uの波形を示した。なお、ゲート信号G2uとG4uはそれぞれゲート信号G1uとG3uの否定であるので説明を省略する。
【００８５】
キャリア周期Tsの開始から作用時間ztimeの終了までは、Ｕ相電圧Vuとして−Edが要求される。図３の表に従うと、印加電圧が−Ｅdとなる組合せは、｛Q１、Q２、Q３、Q４｝＝｛０、１、１、０｝である。従って、この期間におけるゲート信号G1uは０、ゲート信号G3uは１としなければならない。
【００８６】
続いて、ztime期間の終了から（ztime＋B[1]）までの期間は、Ｕ相電圧Vuとして＋Edが要求される。図３の表より、｛Q１、Q２、Q３、Q４｝＝｛１、０、０、１｝であって、この期間におけるゲート信号G1uは１、ゲート信号G3uは０としなければならない。
【００８７】
次に、（ztime＋B[1]）期間の終了からキャリア周期Tsの終わりまでの期間は、Ｕ相電圧Vuとして０が要求される。図３の表より、この場合に選択できる組合せは、次の２通りである。
｛Q１、Q２、Q３、Q４｝＝｛１、０、１、０｝
｛Q１、Q２、Q３、Q４｝＝｛０、１、０、０｝
この２つはどちらを選択しても良い。図２８では、上記２通りの内、最初の組み合わせを選択した。従って、この期間におけるゲート信号G1uは１、ゲート信号G3uは１となる。
【００８８】
前述した図２１の説明、すなわち、VAL2Lu，VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5Luと生成信号の対応関係を参考にすると、図２８に示すゲート信号G1uを生成するには、次式（２４）のようにVAL2Lu，VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5Luを設定すれば良い。VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5LuにセットしたTs×２は、コンペアマッチを起こさないようキャリア周期Tsを振切るように設定した値であり、大きな値であれば他の値でも良い。
VAL2Lu＝ztime、VAL3Lu＝Ts×２、VAL4Lu＝Ts×２、VAL5Lu＝Ts×２
・・・（２４）
【００８９】
一方、ゲート信号G3uを生成するには、次式（２５）のようにVAL2Lu，VAL3Lu，VAL4Lu，VAL5Luを設定すれば良い。この場合、図２８の下段に示すGu3の波形のように、ゲート信号G3uは１キャリア周期Tsで２回オン信号を生成する必要がある。これを可能とするためには、図１９に示すPWM信号生成器の構成とする必要がある。
VAL2Lu＝0、VAL3Lu＝ztime、VAL4Lu＝ztime＋B[1]、VAL5Lu＝Ts×２
・・・（２５）
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態では、オープン巻線型モータ２００のＵ，Ｖ，Ｗ相の独立巻線２１０，２２０，２３０に個別に電圧を印加する単相インバータ１６０，１７０，１８０と、それらを制御する制御器１５０とを備える。そして、図２７に示したように非ZCMM用空間ベクトルを使用することで、各巻線２１０，２２０，２３０への印加電圧Vu，Vv，Vwの総和がゼロ以外の値となるように制御して、各巻線の電流の総和に正比例する量として定義される０軸電流Izをオフセットさせる第１の期間（ztime期間）と、ZCMM用空間ベクトルを使ってd軸電流Idおよびq軸電流Iqを制御する第２の期間（B[1]＋B[2]＋（B[3]−ztime）で表される期間）とでモータ制御が行われる。そして、第１の期間と第２の期間とを交互に繰り返し生成することで、dq軸電流を制御しつつ、０軸電流を所望値に制御することが可能となる。
【００９１】
例えば、図１０に示すように、０軸電流Izの振幅が、前記総和をゼロとした場合の０軸電流定常波Iz_stableの振幅よりも小さくなるように、第１の期間（ztime期間）におけるオフセット量（例えば、Iz[0]，Iz[1]等）を設定する。その結果、モータの誘起電圧３相不平衡分Ezがゼロでない場合であっても、０軸電流Izを抑制することができる。
【００９２】
また、上述した式（６）のように、第１の期間（ztime期間）におけるオフセット量を、０軸電流定常波Iz_stableの振幅値にマイナス符号を付した値（反極性）に設定するようにしても良い。その結果、０軸電流Izを、ほぼゼロに近い値に制御することができ、上述した従来のような問題の発生を防止することができる。
【００９３】
さらに、図１０や図１５に示すように、１キャリア周期Tsにおける０軸電流定常波Iz_stableの最大値および最小値の中央値にマイナス符号を付した値をオフセット量に設定することによって、１キャリア周期Ts（すなわち、第１の期間の開始から次の第２の期間の終了まで）における０軸電流Izの振幅変化が、所望値（例えば、図１５の０軸電流目標値Iz*）の上下に按分される。その結果、その期間の０軸電流Izはほぼゼロとなる。
【００９４】
また、図１０に示すように、０軸電流定常波Iz_stableの振幅が大きく変化する期間においては第１の期間と第２の期間とを繰り返す制御を行い、振幅変化が十分小さい期間（例えば、図１０の時刻ｋ＝１からｋ＝３までの期間）においては、第１の期間の制御を省略する。時刻ｋ＝１からｋ＝３までの期間では０軸電流定常波Iz_stableの振幅変化が十分小さいので、第１の期間の制御を省略しても、０軸電流Izはゼロから大きく離れることはない。
【００９５】
さらに、第１の期間におけるU相，V相およびW相の巻線の印加電圧が全て＋Edとなるように制御することにより、すなわち、０軸電流Izを制御する非ZCMM用空間ベクトルをPPP0に限定することで、α軸電圧およびβ軸電圧の発生を除去し、より効果的にdq軸電流の制御を行うことができる。また、０軸電流Izを制御する非ZCMM用空間ベクトルをMMM0に限定することで、第１の期間におけるU相，V相およびW相の巻線の印加電圧が全て−Edとなるように制御した場合も、同様の作用効果を奏する。
【００９６】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【符号の説明】
【００９７】
１００…インバータ装置、１５０…制御器、１６０，１７０，１８０…単相インバータ、２００…モータ、２１０，２２０，２３０…独立巻線、４０１…UVW／dq変換ブロック、４０２…d軸電流補償器ブロック、４０３…ｑ軸電流補償器ブロック、４０４…dq／αβ変換ブロック、４１１…０軸電流オフセット目標生成器ブロック、４１２…電圧時間積換算ブロック、４１３…SV展開器ブロック、４２１…U相PWM信号発生器ブロック、４２２…Ｖ相PWM信号発生器ブロック、４２３…Ｗ相PWM信号発生器ブロック、４５１…Carrier Generator、５０１…d軸偏差用加減器、５０２…d軸PI補償器ブロック、５０３…ｄ軸速度起電力補償器ブロック、５０４…d軸電圧用加減器、５０５…q軸偏差用加減器、５０６…q軸PI補償器ブロック、５０７…q軸速度起電力補償器ブロック、５０８…q軸電圧用加減器、５１１…０軸電流定常波テーブルセット、５１２…０軸電流定常波中央値算出ブロック、５１３…０軸電流オフセット目標算出差分器、５１４…０軸電流移動量算出用差分器。５１５…非ZCMM作用時間算出ブロック
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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