(57)【要約】【課題】３相回転機の回転速度が低い状況下、インバータの素子の電力損失が増大すること。【解決手段】極低速時、Ｄｕｔｙ最大で操作されるスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の電力損失を低減するためには、Ｄｕｔｙを減少補正することが有効である。しかし、この場合、同スイッチング素子と同一の相におけるフライホイールダイオードの電力損失が増大する。一方、１相のスイッチング素子のオン・オフ状態を固定する２相変調処理によれば、フライホイールダイオードの電力損失をゼロとすることができる。このため、図８（ｂ）、図（ｃ）に示すように、Ｄｕｔｙの変更処理（オフセット処理）と２相変調処理とを併用する。【選択図】      図８
2008104327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相回転機の各相に対する指令電圧に応じたデューティ制御によりインバータの各スイッチング素子を操作する３相回転機の制御装置において、
前記デューティ制御により３相の各スイッチング素子を操作する３相変調処理手段と、
いずれか１相のスイッチング素子のオン・オフ状態を固定する２相変調処理手段と、
前記３相回転機の回転速度が所定速度以下であるとき、前記スイッチング素子の操作に際して、前記３相変調処理手段による処理と前記２相変調処理手段による処理との切り替えを行なうことでこれら２つの処理を併用する切替手段とを備えることを特徴とする３相回転機の制御装置。
【請求項２】
前記３相変調処理手段は、前記スイッチング素子の電力損失を低減すべく、前記３相の各指令電圧に所定のオフセット電圧を加算するオフセット処理を行なうことを特徴とする請求項１記載の３相回転機の制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子であり、
前記インバータは、前記スイッチング素子と逆並列に接続された整流手段を更に備え、
前記２相変調処理手段は、前記いずれか１相を電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相として且つ、前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧を維持しつつ前記各指令電圧を補正することで、前記いずれか１相のオン・オフ状態を固定するものであることを特徴とする請求項２記載の３相回転機の制御装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記インバータの素子温度、前記デューティ、前記指令電圧、前記３相回転機の回転角度、前記３相回転機を流れる実電流、前記オフセット電圧の少なくとも１つに応じて、前記３相変調処理手段による処理と前記２相変調処理手段による処理との各処理時間を可変設定することを特徴とする請求項２又は３記載の３相回転機の制御装置。
【請求項５】
３相回転機の各相に対する指令電圧に応じたデューティ制御によりインバータの各スイッチング素子を操作する３相回転機の制御装置において、
前記スイッチング素子は、入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子であり、
前記インバータは、前記スイッチング素子と逆並列に接続された整流手段を更に備え、
前記指令電圧に応じたデューティ制御により前記各スイッチング素子を操作する通常処理手段と、
前記スイッチング素子の電力損失を低減すべく、前記３相の各指令電圧に所定のオフセット電圧を加算するオフセット処理を行なうオフセット処理手段と、
前記３相回転機の回転速度が所定速度以下であるとき、前記スイッチング素子の操作に際して、前記通常処理手段による処理と前記オフセット処理手段による処理との切り替えを行なうことでこれら２つの処理を併用する切替手段とを備えることを特徴とする３相回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータのスイッチング素子を操作することで３相電動機の出力を制御する３相回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相電動機の３相のそれぞれと電源電圧の正極側及び負極側とのいずれかとを導通させるスイッチング素子（ＩＧＢＴ）及びこれと逆並列に接続されるフライホイールダイオード（ＦＷＤ）を備えるインバータについて、ＩＧＢＴを操作することで、同電動機の出力トルクを制御する制御装置が周知である。また、この際には、３相電動機の各相に印加される実際の電圧を周期性を有する指令電圧とすべく、指令電圧に応じたデューティ（Ｄｕｔｙ）制御に基づき、インバータを操作するものが周知である。ただし、こうした制御装置にあっては、上記指令電圧の周波数が低いときには、高周波時においてＩＧＢＴに最大電流が流れるときの実効値よりも特定のアームの一方のＩＧＢＴの平均電流が大きくなる。これにより、そのＩＧＢＴによる電力損失が増大するおそれがある。そして電力損失の増大は発熱量の増大を招き、ひいてはＩＧＢＴを大型の素子とするなどの要求が生じることとなる。
【０００３】
そこで従来は、例えば特許文献１に見られるように、指令電圧の周波数が低いとき、３つの相の指令電圧を所定のオフセット電圧によって補正することも提案されている。これにより、電力損失が最大となるＩＧＢＴによる電力損失を低減することができる。
【特許文献１】特開２００２−２７２１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記オフセット電圧による指令電圧の補正によってＩＧＢＴの電力損失を低減する場合、ＩＧＢＴと逆並列に接続される上記ＦＷＤの電力損失が増大する。更には、オフセット電圧による指令電圧の補正により、インバータにおけるトータルの電力損失が増大するおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、３相回転機の回転速度が低い状況下、より適切にインバータを操作することのできる３相回転機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明は、前記デューティ制御により３相の各スイッチング素子を操作する３相変調処理手段と、いずれか１相のスイッチング素子のオン・オフ状態を固定する２相変調処理手段と、前記３相回転機の回転速度が所定速度以下であるとき、前記スイッチング素子の操作に際して、前記３相変調処理手段による処理と前記２相変調処理手段による処理との切り替えを行なうことでこれら２つの処理を併用する切替手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記２相変調処理は、通常、３相変調処理と比較してインバータのトータルの電力損失が小さい。ただし、２相変調処理によれば、オン状態に固定されたスイッチング素子の電力損失が、３相変調処理と比較して大きくなりやすい。この点、上記構成では、３相回転機の回転速度が所定速度以下のときにこれら２つの処理を併用することで、インバータの操作をより適切に行なうことができる。すなわち、例えば、３相変調処理のみの場合と比較して、インバータのトータルの電力損失を低減することができる。また、例えば、上記スイッチング素子が入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子であり、スイッチング素子と逆並列に整流手段が接続されている場合、２相変調処理のみによるよりも整流手段の電力損失を低減することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記３相変調処理手段は、前記スイッチング素子の電力損失を低減すべく、前記３相の各指令電圧に所定のオフセット電圧を加算するオフセット処理を行なうことを特徴とする。
【００１０】
３相回転機の回転速度が低いときには、指令電圧の変化が鈍いために、デューティ制御の周期程度では指令電圧はほとんど変化しないか全く変化しない現象が生じる。そしてこの場合、特定の相の特定のスイッチング素子を流れる平均電流値が過度に大きくなり、ひいては電力損失が過度に大きくなるおそれがある。この点、上記構成では、各指令電圧にオフセット電圧を加算することで、上記特定のスイッチング素子のオン時間を低減することができ、ひいては特定のスイッチング素子の電力損失を低減することができる。更に、各指令電圧にオフセット電圧を加算することで、オフセット電圧の加算前の指令電圧によって定まる相間電圧を維持することもできる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記スイッチング素子は、入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子であり、前記インバータは、前記スイッチング素子と逆並列に接続された整流手段を更に備え、前記２相変調処理手段は、前記いずれか１相を電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相として且つ、前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧を維持しつつ前記各指令電圧を補正することで、前記いずれか１相のオン・オフ状態を固定するものであることを特徴とする。
【００１２】
上記構成において、オフセット電圧による指令電圧の補正をしない場合と比較して補正を行なう場合には、上記いずれか１相であって且つ上記電力損失が最大となるスイッチング素子と異なる素子に逆並列に接続された整流手段の電力損失が増大する。この点、上記構成では、２相変調処理を併用することで、特定のスイッチング素子の電力損失を低減することができるとともに、上記整流手段の電力損失の増大を抑制することもできる。
【００１３】
なお、「電力損失が最大となるスイッチング素子」とは、補正前の指令電圧によって定まる電力損失が最大となるスイッチング素子とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記切替手段は、前記インバータの素子温度、前記デューティ、前記指令電圧、前記３相回転機の回転角度、前記３相回転機を流れる実電流、前記オフセット電圧の少なくとも１つに応じて、前記３相変調処理手段による処理と前記２相変調処理手段による処理との各処理時間を可変設定することを特徴とする。
【００１５】
オフセット処理や２相変調処理による各スイッチング素子や整流手段の電力損失は、インバータの素子温度、デューティ、指令電圧、回転角度、オフセット電圧に応じて変化する。更に、上記電力損失によって発熱が生じるため、電力損失は素子温度と相関を有するこの点、上記構成では、これらオフセット処理による電力損失を定めるパラメータに基づき各処理時間を可変設定することで、インバータをより適切に操作することが可能となる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記スイッチング素子は、入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子であり、前記インバータは、前記スイッチング素子と逆並列に接続された整流手段を更に備え、前記指令電圧に応じたデューティ制御により前記各スイッチング素子を操作する通常処理手段と、前記スイッチング素子の電力損失を低減すべく、前記３相の各指令電圧に所定のオフセット電圧を加算するオフセット処理を行なうオフセット処理手段と、前記３相回転機の回転速度が所定速度以下であるとき、前記スイッチング素子の操作に際して、前記通常処理手段による処理と前記オフセット処理手段による処理との切り替えを行なうことでこれら２つの処理を併用する切替手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記構成において、オフセット電圧による指令電圧の補正をしない場合と比較して補正を行なう場合には、補正前の指令電圧によって電力損失が最大となるスイッチング素子を含む相であって且つ同スイッチング素子とは異なる素子と逆並列に接続された整流手段の電力損失が増大する。この点、上記構成では、補正を行なわない通常処理を併用することで、上記整流手段の電力損失の増大を抑制しつつ特定のスイッチング素子の電力損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる３相回転機の制御装置をハイブリッド車に搭載される３相電動機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１に、上記ハイブリッド車の動力伝達システムの全体構成を示す。
【００２０】
図示されるように、内燃機関１の動力は、動力分割機構３を介して第１のモータジェネレータ（発電機４）と、第２のモータジェネレータ（電動機５）とに分配される。詳しくは、動力分割機構３は、遊星歯車機構を備えて構成されており、そのプラネタリギア３ｐが内燃機関１の出力軸と、サンギア３ｓが発電機４の回転軸と、リングギア３ｒが電動機５の回転軸とそれぞれ接続されている。なお、上記発電機４及び電動機５は、いずれもＤＣブラシレスモータにて構成されている。
【００２１】
発電機４の負荷トルクや電動機５の出力トルクは、パワーコントロールユニット６によって制御される。パワーコントロールユニット６には、バッテリ７が接続されている。そして、発電機４の発電エネルギがパワーコントロールユニット６を介してバッテリ７に充電され、また、バッテリ７の電力により、電動機５が稼動する。そして、電動機５の出力トルクは、車両の駆動輪８に伝えられる。
【００２２】
図２に、パワーコントロールユニット６のうち、特に電動機５の制御に関する部分を示す。
【００２３】
図示されるように、電動機５の３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、インバータ１０が接続されている。このインバータ１０は、３相インバータであり、３つの相のそれぞれとバッテリ７の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子１２，１４（Ｕ相アーム）とスイッチング素子１６，１８（Ｖ相アーム）とスイッチング素子２０，２２（Ｗ相アーム）との並列接続体を備えて構成されている。更に、インバータ１０は、各スイッチング素子１２〜２２に逆並列に接続されたフライホイールダイオード２４〜３４を備えている。そして、スイッチング素子１２及びスイッチング素子１４を直列接続する接続点が電動機５のＵ相と接続されている。また、スイッチング素子１６及びスイッチング素子１８を直列接続する接続点が電動機５のＶ相と接続されている。更に、スイッチング素子２０及びスイッチング素子２２を直列接続する接続点が電動機５のＷ相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子１２〜２２は、本実施形態では、入力端子及び出力端子間の電流の流通方向を一方向に規制する素子を用いている。具体的には、スイッチング素子１２〜２２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって構成されている。
【００２４】
インバータ１０の各１組のスイッチング素子１２，１４とスイッチング素子１６，１８とスイッチング素子２０，２２との両端には、平滑コンデンサ４０が接続されている。
【００２５】
一方、コントローラ５０は、電動機５の出力軸の回転角度を検出する位置センサ５２や、Ｕ相及びＶ相に流れる電流を検出する電流センサ５４，５６、バッテリ７の電圧を検出する電圧センサ５８の検出結果を取り込む。そして、コントローラ５０は、Ｗ相に流れる電流を、キルヒホッフの法則に基づき、Ｕ相を流れる電流とＶ相を流れる電流とから算出する。そして、コントローラ５０は、上記電動機５の出力軸の回転角度や３つの相を流れるそれぞれの電流等に基づき、ゲート駆動回路６０〜７０を介してスイッチング素子１２〜２２を操作する。
【００２６】
図３に、コントローラ５０の行なう処理についてのブロック線図を示す。本実施形態では、ＰＷＭ制御によって、電動機５の出力トルクを要求トルクに制御する。以下では、まず、図３に示す処理のうち、通常時のＰＷＭ制御に関する処理について説明する。
【００２７】
２相変換部８０は、上記電流センサ５４，５６によって検出されるＵ相を流れる実電流ｉｕ及びＶ相を流れる実電流ｉｖと、これらに基づき算出されるＷ相を流れる実電流ｉｗとを、ｄｑ軸に座標変換して実電流ｉｄ及び実電流ｉｑを生成する部分である。ちなみに、この座標変換に際しては、電動機５の回転角度θ（より正確には、θは電気角）が用いられるために、２相変換部８０には、位置センサ５２によって検出される回転角度θが入力される。一方、指令電流設定部８２は、要求トルク等に応じて指令電流ｉｑｃ，ｉｄｃを生成する部分である。この指令電流ｉｑｃ，ｉｄｃは、ｄｑ軸上での電流の指令値となっている。
【００２８】
指令電圧設定部８４では、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとに基づき指令電圧ｖｄｃを算出するとともに、指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとに基づき指令電圧ｖｑｃを算出する。詳しくは、例えば、指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとの差に基づく比例項及び積分項の和を指令電圧ｖｄｃとし、指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づく比例項及び積分項の和に基づき指令電圧ｖｑｃを算出すればよい。
【００２９】
３相変換部８６では、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃとｑ軸の指令電圧ｖｑｃとを、Ｕ相の指令電圧ｖｕｃ１と、Ｖ相の指令電圧ｖｖｃ１と、Ｗ相の指令電圧ｖｗｃ１とに変換する。これら指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１は、電動機５の各相に、指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃに応じた３相の指令電流を流すときに各相に印加すべき電圧となっている。これら指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１は、正弦波となって且つその電圧の中心がゼロとなっている。なお、電動機５の各相の上記指令電流とは、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃによって定まる３相のそれぞれにおける指令電流を意味する。
【００３０】
これら指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１は、切替部８８を介して、各々比較器９０，９２，９４の非反転入力端子に印加される。比較器９０，９２，９４では、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃと、キャリア生成部９６によって生成される三角形状のキャリアとの大小が比較される。そして、これら各比較器９０、９２、９４の出力信号ｇｕ、ｇｖ、ｇｗは、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号となっている。
【００３１】
出力信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗ及びインバータ９６，９８，１００によるそれらの反転信号が、Ｄｅａｄｔｉｍｅ生成部１０２に取り込まれる。Ｄｅａｄｔｉｍｅ生成部１０２では、上記出力される各信号とこれに対応する上記反転信号とを、これらのエッジ部分同士のタイミングの重なりを避けるように波形整形する。そして、波形整形された信号は、Ｕ相のスイッチング素子１２を操作する操作信号ｇｕｐ、Ｕ相のスイッチング素子１４を操作する操作信号ｇｕｎ、Ｖ相のスイッチング素子１６を操作する操作信号ｇｖｐ、Ｖ相のスイッチング素子１８を操作する操作信号ｇｖｎ、Ｗ相のスイッチング素子２０を操作する操作信号ｇｗｐ、Ｗ相のスイッチング素子２２を操作する操作信号ｇｗｎとなる。
【００３２】
図４に、上記ＰＷＭ制御による各スイッチング素子１２〜２２のオン・オフ周期に対するオン時間の比であるデューティ（Ｄｕｔｙ）の推移を示す。詳しくは、図４（ａ）は、各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１とキャリアｃｓとの関係を示し、図４（ｂ）は、出力信号ｇｕの推移を示し、図４（ｃ）は、出力信号ｇｖの推移を示し、図４（ｄ）は、出力信号ｇｗの推移を示す。図示されるように、各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の周期的な変化に伴い、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１をインバータ１０を介して電動機５に印加すべく、出力信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗが算出される。そしてこれにより、各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１に応じた電圧が、インバータ１０を介して電動機５に印加される。
【００３３】
ところで、上記電動機５の回転速度が低下するときには、キャリアｃｓの周期に対して電動機５の回転角度θの周期が極めて長くなったり、あるいは回転角度θの時間微分値（回転速度ω）がゼロとなったりする。この場合には、図５に示されるように、各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１が略一定（又は固定）となるために、出力信号ｇｕ、ｇｖ、ｇｗのＤｕｔｙが固定され、ひいては各スイッチング素子１２〜２２のスイッチングのＤｕｔｙが固定されるおそれがある。そして、このときには、特定のスイッチング素子を流れる平均電流値が過度に大きくなり、ひいてはこのスイッチング素子の電力損失が過度に大きくなるおそれがある。特に電動機５は、駆動輪８に連結されているため、例えば急勾配の登坂車線の走行時や、駆動輪８が路面の突起に乗り上げる際には、駆動輪８の回転速度が略ゼロとなって且つ、そのときの電動機５の出力トルクが最大の出力トルクとなるおそれがある。そしてこの際には、電動機５の特定の相に最大電流が流れる時間が増大するために、特定のスイッチング素子の電力損失の増大が特に顕著となる。
【００３４】
そこで本実施形態では、先の図２に示すように、オフセット処理部１１０及び２相変調部１１２を備え、電動機５の回転速度が所定速度以下のとき、インバータ１０の操作に際してこれらによる処理を採用する。
【００３５】
図６に、オフセット処理部１１０の処理を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３６】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値が最大となるものについて、その符号が正であるか否かを判断する。この処理は、インバータ１０の正極電位側及び電動機５を導通させるスイッチング素子（スイッチング素子１２，１６，２０）と負極電位側及び電動機５を導通させるスイッチング素子（スイッチング素子１４，１８，２２）とのうち、電力損失が最大となるものがある方を特定するためのものである。そして、ステップＳ１０において上記符号が正であると判断されるときには、ステップＳ１２に移行する。ここでは、電力損失が最大となるものは、インバータ１０の正極電位側と電動機５とを導通させるスイッチング素子であるとして、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１を減少補正する。これに対し、上記符号が負であると判断されるときには、ステップＳ１４に移行する。ここでは、電力損失が最大となるものは、インバータ１０の負極電位側と電動機５とを導通させるスイッチング素子であるとして、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１を増加補正する。なお、ステップＳ１２，Ｓ１４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００３７】
図７に、２相変調部１１２の処理を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３８】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値が最大となるものについて、それがＵ相の指令電圧ｖｕｃ１であるか否かを判断する。この処理は、電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相がＵ相であるか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ２０において、指令電圧ｖｕｃ１であると判断されるときには、２相変調処理において、Ｕ相アームのスイッチング操作を固定すべく、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２においては、指令電圧ｖｕｃ１が正であるか否かを判断する。この処理は、Ｕ相アームのスイッチング素子１２，１４のうち、オン状態に固定するもの及びオフ状態に固定するものをそれぞれ特定するためのものである。
【００３９】
そして、ステップＳ２２において指令電圧ｖｕｃ１が正であると判断されるときには、ステップＳ２４に移行する。ここでは、インバータ１０の正極側のスイッチング素子１２をオン状態に固定し、負極側のスイッチング素子１４をオフ状態に固定すべく、指令電圧ｖｕｃ１を、インバータ１０の入力電圧であるバッテリ７の電圧ＶＢの「１／２」とする。また、これと同時に、指令電圧ｖｖｃ、ｖｗｃを、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まる相間電圧を維持するように補正する。詳しくは、指令電圧ｖｖｃ、ｖｗｃを、指令電圧ｖｖｃ１，ｖｗｃ１に、指令電圧ｖｕｃ１に対する指令電圧ｖｕｃの差分を加えた値に補正する。一方、ステップＳ２２において指令電圧ｖｕｃ１が負であると判断されるときには、ステップＳ２６に移行する。ここでは、インバータ１０の正極側のスイッチング素子１２をオフ状態に固定し、負極側のスイッチング素子１４をオン状態に固定すべく、指令電圧ｖｕｃ１を、インバータ１０の入力電圧であるバッテリ７の電圧ＶＢの「−１／２」とする。また、これと同時に、指令電圧ｖｖｃ、ｖｗｃを、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まる相間電圧を維持するように補正する。
【００４０】
上記ステップＳ２０において否定判断されるときには、ステップＳ２８において、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値が最大となるものについて、それがＶ相の指令電圧ｖｖｃ１であるか否かを判断する。この処理は、電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相がＶ相であるか否かを判断するものである。そして、ステップＳ２８において、指令電圧ｖｖｃ１であると判断されるときには、ステップＳ３０〜Ｓ３４の処理を行なう。ステップＳ３０〜Ｓ３２の処理は、上記ステップＳ２２〜Ｓ２６において、Ｕ相とＶ相とを入れ替えた処理である。
【００４１】
上記ステップＳ２８において否定判断されるときには、２相変調処理において、スイッチング操作を固定する相がＷ相アームであると考えられる。このため、ステップＳ３６〜Ｓ４０を行なう。これらステップＳ３６〜Ｓ４０の処理は、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理において、Ｕ相とＷ相とを入れ替えた処理である。
【００４２】
なお、上記ステップＳ２４，Ｓ２６，Ｓ３２，Ｓ３４，Ｓ３８，Ｓ４０の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００４３】
図８（ａ）に、上記オフセット処理及び２相変調処理によるスイッチング素子１２〜２２及びフライホイールダイオード２４〜３４の電力損失を示す。図８は、スイッチング周波数を例えば「１．２５ｋＨｚ」としたときにおいて、スイッチング素子１２〜２２のうち電力損失が最大となるものについてのオン状態における電力損失（オン損失）及びオン・オフの切り替えにかかる電力損失（スイッチング損失）、並びにフライホイールダイオード２４〜３４の電力損失を示す。
【００４４】
図示されるように、２相変調をするときには、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１のうち絶対値が最大となる相においてオン状態となるスイッチング素子の電力損失は、「９００Ｗ」であるが、この場合にはこの相のフライホイールダイオードの電力損失はゼロである。これは、以下の理由による。
【００４５】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、ともにＵ相の正極側のスイッチング素子１２の電力損失が最大となる際、Ｕ相の指令電圧ｖｕｃをバッテリＢの正極電位側に固定した場合を例示している。図示されるように、Ｕ相アームの正極側のスイッチング素子１２がオン状態であるときには、Ｖ相及びＷ相のスイッチング素子１６〜２２の操作態様にかかわらず、Ｕ相においては、スイッチング素子１２を介して電流が流れ、他の素子には電流が流れない。このため、Ｕ相アームのフライホイールダイオード２４，２６の電力損失もゼロとなる。なお、図では、Ｖ相アームとＷ相アームの正極側のスイッチング素子１６，２０がオン状態のときと、負極側のスイッチング素子１８，２２がオン状態のときとを例示しているが、実際には、Ｖ相アーム及びＷ相アームのいずれか一方の正極側のスイッチング素子と他方の負極側のスイッチング素子とがオン状態となるケースも存在する。また、Ｕ相のスイッチング素子１４の電力損失が最大となる場合や、Ｖ相、Ｗ相において電力損失が最大となる場合であっても、基本的に同様に考えることができるため、ここではその説明を割愛する。
【００４６】
一方、先の図８（ａ）に示されるように、電力損失が最大となる相のＤｕｔｙが５２％であるときには、最も大きな電流が流れるスイッチング素子において、オン損失とスイッチング損失との和である電力損失は、「７７０Ｗ」となっている。これに対し、Ｄｕｔｙを「３０％」とするときには、同スイッチング素子の電力損失は、「５８０Ｗ」まで減少する。しかし、この場合、フライホイールダイオードの電力損失が「４６０Ｗ」から「６７０Ｗ」へと増大する。これは以下の理由による。
【００４７】
図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、ともにＵ相の正極側のスイッチング素子１２の電力損失が最大となる際、スイッチング素子１２の電力損失を低減すべく、オフセット電圧ΔにてＤｕｔｙを減少補正した場合を示している。この場合、オフセットによってＵ相アームの正極側のスイッチング素子１２のオン時間が減少し、これがオフ状態であるときには、Ｕ相アームの負極側のフライホイールダイオード２６を介して電流が流れる。このため、スイッチング素子１２の電力損失は低減できるものの、フライホイールダイオード２６の電力損失が増大する。
【００４８】
ここで、本実施形態では、回転速度ωが所定速度以下であるとき、先の図３に示した切替部８８を介して２相変調処理とオフセット処理とを切り替えつつこれら２つの処理を交互に行なう。詳しくは、これら２つの処理を周期的に切り替える処理を行なう。これにより、スイッチング素子１２〜２２のうち特定のものの電力損失の過度の増大を抑制しつつも、より適切な処理を行なうことが可能となる。例えば図８（ｂ）に例示するように、２相変調処理時間とオフセット処理時間とを同一の時間とすることで、電力損失が最大となるスイッチング素子の損失を「７４０Ｗ」まで低減し且つ、その相のフライホイールダイオードの損失を「３３５Ｗ」まで低減することができる。
【００４９】
これら２相変調処理及びオフセット処理の時間配分（割合）は、インバータ１０等の設計時の要求に応じて適宜定めることができる。例えば、極低速時の電力損失に耐え得る既存のインバータ１０において、スイッチング素子の小型化を優先した設計とする場合、フライホイールダイオードの電力損失については、従来どおりでよい。したがって、極低速時におけるフライホイールダイオードの電力損失の最大値を従来のフライホイールダイオードの電力損失の許容最大値以下とする条件下、スイッチング素子の電力損失を極力低減する設定とすればよい。
【００５０】
このため、図８（ｃ）に示されるように時間配分を定めればよい。すなわち、例えば極低速時の通常のＤｕｔｙ制御によるフライホイールダイオードの電力損失がＤｕｔｙ「５２％」において最大「４６０Ｗ」となるとすると、２相変調処理及びオフセット処理の併用によって生じるフライホイールダイオードの損失を、損失「４６０Ｗ」以下としつつ、スイッチング素子の電力損失を極力低減すればよい。ここで、Ｄｕｔｙが低下するほどフライホイールダイオードの損失は増大すること及び、Ｄｕｔｙが低下するほどスイッチング素子の電力損失は減少することから、フライホイールダイオードの損失を「４６０Ｗ」とすることができるように時間配分を設定するときに、スイッチング素子の損失を最も低減することができると考えられる。そこで、図８（ｃ）では、オフセット処理時間の割合αを、フライホイールダイオードの損失が通常のＤｕｔｙ制御の最大値となるように設定する。これにより、スイッチング素子の損失を、「６７９Ｗ」まで低減させることができる。
【００５１】
なお、実際には、時間配分のみならず、１周期の時間をも適宜設定する。ここでは、例えば２相変調処理時間が過度に長いと、スイッチング素子１２〜２２の温度上昇が顕著となることや、オフセット処理時間が過度に長いと、フライホイールダイオード２４〜３４の温度上昇が顕著になること等に鑑み、これらの事態を回避する設定とする。
【００５２】
図１０に、本実施形態にかかる極低速時の処理の手順を示す。この処理は、コントローラ５０において、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５３】
この一連の処理では、まずステップＳ５０において、回転速度ωが所定速度Ｎ以下であるか否かを判断する。ここで、所定速度Ｎは、Ｄｕｔｙが固定されることで特定のスイッチング素子の電力損失が過大となると想定される速度に応じて設定されている。そして、所定速度Ｎ以下であると判断されると、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２においては、２相変調処理の開始時からの時間を計時するカウンタＩをインクリメントする。続くステップＳ５４においては、カウンタＩが、２相変調処理時間Ｔ２Ｐより大きいか否かを判断する。そして、２相変調処理時間Ｔ２Ｐ以下であると判断されるときには、ステップＳ５６に移行する。ステップＳ５６においては、先の図７に示した２相変調処理を行なう。
【００５４】
一方、上記ステップＳ５４においてカウンタＩが２相変調処理時間Ｔ２Ｐより大きいと判断されるときには、ステップＳ５８に移行する。ステップＳ５８においては、カウンタＩがオフセット処理時間Ｔｃｙよりも長いか否かを判断する。オフセット処理時間Ｔｃｙは、実際には、２相変調処理時間Ｔ２Ｐとオフセット処理のための時間との和である。そして、オフセット処理時間Ｔｃｙ以下であると判断されるときには、ステップＳ６０に移行する。ステップＳ６０では、先の図６に示したオフセット処理を行なう。
【００５５】
これに対し、上記ステップＳ５０において回転速度ωが所定速度Ｎよりも大きいと判断されるときや、ステップＳ５８においてオフセット処理時間Ｔｃｙよりも長いと判断されるときには、ステップＳ６２に移行する。ステップＳ６２においては、カウンタＩをゼロにする。
【００５６】
なお、ステップＳ５６，Ｓ６０，Ｓ６２の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００５７】
図１１に、上記処理の態様を例示する。詳しくは、図１１（ａ）に、回転角度θの推移を示し、図１１（ｂ）に、オフセット電圧の推移を示し、図１１（ｃ）に、指令電圧の推移を示し、図１１（ｄ）に、スイッチング素子１２〜２２の操作態様の推移を示す。ここでは、Ｕ相アームの正極側のスイッチング素子１２の電力損失が最大となる場合を例示している。
【００５８】
この場合、２相変調処理においては、Ｕ相アームの指令電圧ｖｕｃを正極側に固定し、また、オフセット処理においては、Ｄｕｔｙが低減される。これにより、２相変調処理及びオフセット処理において、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１を補正するオフセット電圧が、互いに逆符号を有するものとなる。
【００５９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６０】
（１）回転速度ωが所定速度Ｎ以下のとき、スイッチング素子１２〜２２のうち指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まる電力損失が最大となるものの実際の電力損失を低減すべく、３相の各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１に所定のオフセット電圧Δを加算するオフセット処理を行なった。これにより、上記特定のスイッチング素子のオン時間を低減することができる。更に、各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１に共通のオフセット電圧Δを加算することで、オフセット電圧Δの加算前の指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まる相間電圧を維持することもできる。
【００６１】
（２）回転速度ωが所定速度Ｎ以下のとき、３相の指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まる相間電圧を維持しつつ各指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１を補正することで、電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相のスイッチング素子のオン・オフ状態を固定した。これにより、電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相のフライホイールダイオードの電力損失を低減することができる。しかも、この２相変調処理は、先の図８に示したように、通常の処理やオフセット処理と比較してインバータ１０のトータルの電力損失が小さくなる傾向にあるため、この処理を用いることで、インバータ１０の電力損失を低減することもできる。
【００６２】
（３）回転速度ωが所定速度Ｎ以下のとき、２相変調処理とオフセット処理との２つの処理を周期的に切り替えた。これにより、電力損失が最大となるスイッチング素子を有する相のフライホイールダイオードの電力損失の増大を抑制しつつも、スイッチング素子の電力損失を低減することができる。
【００６３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６４】
図１２に、本実施形態にかかるコントローラ５０の行なう処理についてのブロック線図を示す。なお、図１２において、先の図３に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
【００６５】
本実施形態では、２相変調処理及びオフセット処理の時間配分を以下の少なくとも１つのパラメータに応じて可変設定する。
【００６６】
素子温度…スイッチング素子１２〜２２やフライホイールダイオード２４〜３４の温度に応じて最適な時間配分が変化するとの観点から、時間配分を定める際に用いるパラメータである。ここでは例えば、フライホイールダイオード２４〜３４の温度が高いほど、好ましくはフライホイールダイオード２４〜３４の温度の最高値が高いほど２相変調処理時間の配分を大きくすればよい。また例えば、スイッチング素子１２〜２２の温度が高いほど、好ましくはスイッチング素子１２〜２２の温度の最高値が高いほど、オフセット処理時間の配分を大きくすればよい。
【００６７】
Ｄｕｔｙ…指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１によって定まるＤｕｔｙが「５０％」から大きく離間するほど、オフセット電圧Δによっても未だ電力損失の最大値が大きい傾向にある。このため、例えば、Ｄｕｔｙが大きいほどオフセット処理時間の配分を増大させればよい。また、オフセット電圧による補正後の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃについても、その絶対値によって、オフセット処理時の電力損失の大きさが異なり得る。このため、オフセット電圧による補正後の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃによって定まるＤｕｔｙに応じて、配分を可変設定してもよい。
【００６８】
指令電圧…指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値が最大となるものの値が大きいほど、これをオフセット電圧Δによって補正した後における電力損失の最大値が大きい傾向にある。このため、例えば、上記絶対値の最大値が大きいほどオフセット処理時間の配分を増大させればよい。また、オフセット電圧による補正後の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃについても、その絶対値によって、オフセット処理時の電力損失の大きさが異なり得る。このため、オフセット電圧による補正後の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの絶対値に応じて、配分を可変設定してもよい。
【００６９】
オフセット電圧Δ…オフセット処理時の電力損失の低減度合いは、オフセット電圧Δに依存する。このため、オフセット電圧Δに応じて配分を可変設定してもよい。
【００７０】
実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ…電力損失は実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの大小に依存する。このため、これらに応じて配分を可変設定してもよい。
【００７１】
回転角度θ…各相のｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１や実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、回転角度θに依存する。このため、回転角度に応じて配分を可変設定してもよい。
【００７２】
なお、これらいくつかのパラメータを併せ用いることで、より適切に配分を設定することができる。例えば上記特許文献１のように回転角度θ等に応じてオフセット電圧Δを可変設定する場合、指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値の最大値に応じて電力損失が異なり得ることが考慮されていない。このため、これらを考慮すべく、オフセット電圧Δ及び指令電圧ｖｕｃ１，ｖｖｃ１，ｖｗｃ１の絶対値の最大値に応じて、配分を可変設定することで、電力損失の低減に関してより適切な処理を行なうことができる。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態における上記（１）〜（３）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００７４】
（４）インバータ１０の素子温度、Ｄｕｔｙ、指令電圧、電動機５の回転角度θ、電動機５を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、オフセット電圧Δの少なくとも１つに応じて、２相変調処理とオフセット処理との時間配分を可変設定した。これにより、インバータ１０をより適切に操作することができる。
【００７５】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７６】
・先の第２の実施形態において、インバータ１０の素子温度、Ｄｕｔｙ、指令電圧、電動機５の回転角度θ、電動機５を流れる実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ、オフセット電圧Δの少なくとも１つに応じて、オフセット処理と２相変調処理との時間配分を可変設定したが、これに限らない。例えばこれらのパラメータに基づき、オフセット処理と２相変調処理とからなる１回の処理時間（１周期）を可変設定してもよい。
【００７７】
・２相変調処理とオフセット処理との処理時間の設定としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えばスイッチング素子１２〜２２を極力小型化したい場合には、フライホイールダイオード２４〜３４を大型化し、このときの許容最大電力損失に基づき、スイッチング素子１２〜２２の最大の電力損失を極力低減する設定とすればよい。更に例えば、上記２相変調処理とオフセット処理とを行なう極低速時以外におけるフライホイールダイオード２４〜３４の最大の電力損失以下に同フライホイールダイオード２４〜３４の最大の電力損失を制限するとの制約の下、スイッチング素子１２〜２２の最大の電力損失を極力低減する設定としてもよい。
【００７８】
・上記各実施形態では、２相変調処理とオフセット処理とを併用したがこれに限らない。ここで２相変調処理によれば、インバータ１０の電力損失を低減することができることやフライホイールダイオード２４〜３４の電力損失を低減することができるという利点がある反面、スイッチング素子１２〜２２の電力損失が増大するという欠点があることを考慮することが望ましい。例えば２相変調処理と通常の処理とを組み合わせることによっても、スイッチング素子１２〜２２の電力損失の増大を抑制しつつも、フライホイールダイオード２４〜３４の電力損失を低減することや、インバータ１０の電力損失を低減することができる。
【００７９】
・オフセット電圧Δによって補正を行なうオフセット処理と、同補正を行なわない処理とを併用することによっても、オフセット処理のみによる場合と比較して、処理の自由度を高めることができる。例えば先の図８（ａ）に示した特性に鑑みれば、上記処理の併用により、フライホイールダイオード２４〜３４の電力損失の増大を極力抑制しつつスイッチング素子１２〜２２の電力損失を低減する処理等ができる。
【００８０】
・スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳトランジスタ等であってもよい。また、ＩＧＢＴと逆並列に接続される整流手段としては、ダイオードに限らず、例えばサイリスタ等であってもよい。
【００８１】
・３相回転機としては、３相電動機に限らず、３相発電機であってもよい。
【００８２】
・上記各実施形態では、車載ハイブリッドシステムに本発明にかかる制御装置を搭載したが、これに限らず、例えば電気自動車に搭載してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の実施形態にかかる車載ハイブリッドシステムの全体構成を示す図。
【図２】同実施形態にかかる電動機の制御システムの全体構成を示す図。
【図３】同実施形態にかかるコントローラの処理を示すブロック図。
【図４】ＰＷＭ変調処理の態様を示すタイムチャート。
【図５】極低速時のＰＷＭ変調態様を示すタイムチャート。
【図６】上記実施形態にかかるオフセット処理の手順を示す流れ図。
【図７】同実施形態にかかる２相変調処理の手順を示す流れ図。
【図８】同実施形態にかかるオフセット処理と２相変調処理との併用を示す図。
【図９】同実施形態にかかるオフセット処理と２相変調処理とにおける電流の流動態様を示す図。
【図１０】同実施形態にかかるオフセット処理と２相変調処理との切替処理の手順を示す流れ図。
【図１１】上記切替処理の態様を示すタイムチャート。
【図１２】第２の実施形態にかかるコントローラの処理を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８４】
５…電動機、１２〜２２…スイッチング素子、２４〜３４…フライホイールダイオード（整流手段の一実施形態）、５０…コントローラ（３相回転機の制御装置）。
【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】
2008104327.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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