(57)【要約】【課題】パワートランジスタが不飽和領域で動作することを回避しながら、インバータの出力波形の歪みを低減させるためのモータ駆動技術を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１が、モータ２とインバータ３とインバータコントローラ６とを備えている。インバータコントローラ６は、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成し、電圧指令値からデューティを決定し、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータ３のパワートランジスタ群を制御する。インバータコントローラ６は、電圧指令値が所定の電圧値Ｖ３より大きく電圧値Ｖ４より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させ、電圧指令値が第２電圧値Ｖ４より大きく電圧値Ｖ５より小さい場合、デューティを第１固定値に設定し、電圧指令値が電圧値Ｖ５より大きく電圧値Ｖ６より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させる。【選択図】図１
2012034441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータに交流電力を供給するインバータと、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と低電位電源線との間に接続された下アームトランジスタを備え、
前記デューティ決定手段は、前記電圧指令値が所定の第１電圧値より大きく第２電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させ、前記電圧指令値が前記第２電圧値より大きく第３電圧値より小さい場合、前記デューティを第１固定値に設定し、前記電圧指令値が前記第３電圧値より大きく第４電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させる
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であって、
前記第１固定値は、１００％よりも小さく、且つ、前記下アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オンしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータ駆動装置であって、
前記パワートランジスタ群は、更に、前記出力端と高電位電源線との間に接続された上アームトランジスタを備え、
前記デューティ決定手段は、前記電圧指令値が前記第１電圧値より小さく第５電圧値より大きい場合、前記デューティを第２固定値に設定し、前記電圧指令値が前記第５電圧値より小さく第６電圧値より大きい場合、前記電圧指令値の減少と共に前記デューティを減少させる
モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ駆動装置であって、
前記第２固定値は、０％よりも大きく、且つ、前記上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オンしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のモータ駆動装置であって、
前記電圧指令値が前記第３電圧値から第４電圧値までの範囲では、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティが前記第１固定値から１００％でない所定の上限値まで増加され、
前記電圧指令値が前記第４電圧値より大きい場合の前記デューティは、１００％又は前記上限値で一定である
モータ駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ駆動装置であって、
前記上限値は、前記上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれかに記載のモータ駆動装置であって、
前記電圧指令値が前記第６電圧値から前記第５電圧値までの範囲では、前記電圧指令値の減少と共に前記デューティが前記第２固定値から０％でない所定の下限値まで減少され、
前記電圧指令値が前記第６電圧値より小さい場合の前記デューティは、０％又は前記下限値で一定である
モータ駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載のモータ駆動装置であって、
前記下限値は、前記上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項９】
モータと、
前記モータに交流電力を供給するインバータと、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と高電位電源線との間に接続された上アームトランジスタを備え、
前記デューティ決定手段は、前記電圧指令値が所定の第１電圧値より大きく第２電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させ、前記電圧指令値が前記第１電圧値より小さく第５電圧値より大きい場合、前記デューティを第２固定値に設定し、前記電圧指令値が前記第５電圧値より小さく第６電圧値より大きい場合、前記電圧指令値の減少と共に前記デューティを減少させる
モータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のモータ駆動装置であって、
前記第２固定値は、０％よりも大きく、且つ、前記上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オンしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項１１】
モータと、
前記モータに交流電力を供給するインバータと、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と低電位電源線との間に接続された下アームトランジスタと、
前記出力端と高電位電源線との間に接続された上アームトランジスタ
とを備え、
前記デューティは、前記電圧指令値が所定の第６電圧値より小さい場合に０％又は所定の下限値で一定であり、且つ、前記電圧指令値が第６電圧値から増大すると共に前記下限値から増大され、
前記下限値が、前記上アームトランジスタが常にオフになるような値に定められた
モータ駆動装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のモータ駆動装置であって、
前記下限値は、前記下アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項１３】
モータと、
前記モータに交流電力を供給するインバータと、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と低電位電源線との間に接続された下アームトランジスタと、
前記出力端と高電位電源線との間に接続された上アームトランジスタ
とを備え、
前記デューティは、前記電圧指令値が第４電圧値より大きい場合に１００％又は所定の上限値で一定であり、且つ、前記電圧指令値が第４電圧値から減少すると共に前記上限値から減少され、
前記上限値が、前記下アームトランジスタが常にオフになるような値に定められた
モータ駆動装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のモータ駆動装置であって、
前記上限値は、前記上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定された
モータ駆動装置。
【請求項１５】
モータに交流電力を供給するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と低電位電源線との間に接続された下アームトランジスタを備え、
前記デューティ決定手段は、前記電圧指令値が所定の第１電圧値より大きく第２電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させ、前記電圧指令値が前記第２電圧値より大きく第３電圧値より小さい場合、前記デューティを第１固定値に設定し、前記電圧指令値が前記第３電圧値より大きく第４電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させる
インバータ制御装置。
【請求項１６】
モータに交流電力を供給するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、
前記電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段と、
前記デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなって前記インバータのパワートランジスタ群を制御するＰＷＭ制御手段
とを具備し、
前記パワートランジスタ群は、前記インバータから前記モータに前記交流電力を供給する電力線が接続される出力端と高電位電源線との間に接続された上アームトランジスタを備え、
前記デューティ決定手段は、前記電圧指令値が所定の第１電圧値より大きく第２電圧値より小さい場合、前記電圧指令値の増加と共に前記デューティを増加させ、前記電圧指令値が前記第１電圧値より小さく第５電圧値より大きい場合、前記デューティを第２固定値に設定し、前記電圧指令値が前記第５電圧値より小さく第６電圧値より大きい場合、前記電圧指令値の減少と共に前記デューティを減少させる
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、モータ駆動装置及びインバータ制御装置に関し、特に、ＰＷＭ（pulse width
modulation）制御によってインバータのパワートランジスタを制御するモータ駆動装置及びインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータは、パワートランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar
transistor）等）を用いてスイッチングを行うことによって直流電力から交流電力を生成する装置である。パワーエレクトロニクスの発達に伴い、近年では、様々な３相モータ（例えば、永久磁石同期モータや誘導モータ）がインバータによって駆動されている。インバータにより３相モータを駆動する構成のモータ駆動装置は、柔軟に、そして、高い効率で３相モータを駆動できるという利点を有する。
【０００３】
インバータによって３相モータを駆動するモータ駆動装置において考慮すべきことは、パワートランジスタを不飽和領域で動作させるとスイッチング損失・発熱が大きくなることである。パワートランジスタのオン時間又はオフ時間が短くなると、パワートランジスタが完全にオン又はオフしなくなり、不飽和領域で動作するスイッチング損失の増大は３相モータの駆動効率を低減させるため、好ましくない。
【０００４】
このような問題に対処するために、特開２００３−３４８８７７号公報（特許文献１）は、アナログ信号の電圧値とＰＷＭデューティとの関係を、上限値と下限値の２箇所でステップ的に変化させることを開示している。即ち、アナログ信号の電圧値が所定の下限値以下である場合にはＰＷＭデューティが強制的に０％に設定され、所定の上限値以上である場合には強制的に１００％に設定される。上限値と下限値は、パワートランジスタが不飽和領域で動作しないように、即ち、パワートランジスタのオン時間又はオフ時間がある程度短くなると、ＰＷＭデューティが０％又は１００％に設定され、パワートランジスタが短時間だけオン又はオフする動作が回避される。これにより、パワートランジスタが不飽和領域で動作する（特許文献１では「可変抵抗状態」）ことが防止され、スイッチング損失が低減される。
【０００５】
しかしながら、発明者の検討によれば、上記の手法はスイッチング損失の抑制には効果があるが、インバータの出力波形が歪むという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４８８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、パワートランジスタが不飽和領域で動作することを回避しながら、インバータの出力波形の歪みを低減させるためのモータ駆動技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明では、下記の手段を採用する。以下における本発明が採用する手段の記述には、本発明と発明を実施するための形態との対応関係を理解しやすくするために、［発明を実施するための形態］で使用されている符号・記号が、括弧付きで付記されている。ただし、この付記は、発明を限定するものであると解釈してはならない。
【０００９】
本発明の一の観点では、モータ駆動装置が、モータ（２）と、モータ（２）に交流電力を供給するインバータ（３）と、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（１１−１５）と、電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段（１６、１７）と、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータのパワートランジスタ群（３３、３４）を制御するＰＷＭ制御手段（１８）とを具備している。パワートランジスタ群（３３、３４）は、インバータからモータに交流電力を供給する電力線が接続される出力端（３７）と低電位電源線（３６）との間に接続された下アームトランジスタ（３４）を備えている。デューティ決定手段（１６、１７）は、電圧指令値が所定の第１電圧値（Ｖ３）より大きく第２電圧値（Ｖ４）より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させ、電圧指令値が第２電圧値（Ｖ４）より大きく第３電圧値（Ｖ５）より小さい場合、デューティを第１固定値に設定し、電圧指令値が第３電圧値（Ｖ５）より大きく第４電圧値（Ｖ６）より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させる。一実施形態では、第１固定値が、１００％よりも小さく、且つ、下アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オンしないように決定される。
【００１０】
このようなモータ駆動装置では、第１固定値を適切に設定することにより（例えば、下アームトランジスタが許容最小パルス幅Ｔｍだけオンするように設定することにより）、下アームトランジスタが短時間だけオンして不飽和領域で動作することを回避することができる。その一方で、電圧指令値の増加と共にデューティが増加される電圧指令値の範囲が広くなるため、インバータの出力波形の歪みを低減させることができる。
【００１１】
パワートランジスタ群が、更に、出力端と高電位電源線（３５）との間に接続された上アームトランジスタを備えている場合、デューティ決定手段（１６、１７）は、電圧指令値が第１電圧値（Ｖ３）より小さく第５電圧値（Ｖ２）より大きい場合にデューティを第２固定値に設定し、電圧指令値が第５電圧値（Ｖ２）より小さく第６電圧値（Ｖ１）より大きい場合、電圧指令値の減少と共にデューティを減少させることが好ましい。この場合、一実施形態では、第２固定値は、０％よりも大きく、且つ、上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オンしないように決定される。
【００１２】
好適な実施形態では、電圧指令値が第３電圧値（Ｖ５）から第４電圧値（Ｖ６）までの範囲では、電圧指令値の増加と共にデューティが第１固定値から１００％でない所定の上限値まで増加され、電圧指令値が第４電圧値（Ｖ６）より大きい場合のデューティは、１００％又は上限値で一定である。この場合、上限値は、上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定されることが好ましい。
【００１３】
好適な実施形態では、電圧指令値が第６電圧値（Ｖ１）から第５電圧値（Ｖ２）までの範囲では、電圧指令値の減少と共にデューティが第２固定値から０％でない所定の下限値まで減少され、電圧指令値が第６電圧値（Ｖ１）より小さい場合のデューティは、０％又は下限値で一定である。この場合、下限値は、上アームトランジスタが所定の許容最小パルス幅より短い時間オフしないように決定されることが好ましい。
【００１４】
本発明の他の観点では、モータ駆動装置が、モータ（２）と、モータ（２）に交流電力を供給するインバータ（３）と、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（１１−１５）と、電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段（１６、１７）と、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータのパワートランジスタ群（３３、３４）を制御するＰＷＭ制御手段（１８）とを具備している。パワートランジスタ群（３３、３４）は、インバータ（３）からモータ（２）に交流電力を供給する電力線が接続される出力端（３７）と高電位電源線（３５）との間に接続された上アームトランジスタ（３３）を備えている。デューティ決定手段（１６、１７）は、電圧指令値が所定の第１電圧値（Ｖ３）より大きく第２電圧値（Ｖ４）より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させ、電圧指令値が第１電圧値（Ｖ３）より小さく第５電圧値（Ｖ２）より大きい場合、デューティを第２固定値に設定し、電圧指令値が第５電圧値（Ｖ２）より小さく第６電圧値（Ｖ１）より大きい場合、電圧指令値の減少と共にデューティを減少させる。
【００１５】
このようなモータ駆動装置では、第２固定値を適切に設定することにより（例えば、上アームトランジスタが許容最小パルス幅Ｔｍだけオンするように設定することにより）、上アームトランジスタが短時間だけオンして不飽和領域で動作することを回避することができる。その一方で、電圧指令値の増加と共にデューティが増加される電圧指令値の範囲が広くなるため、インバータの出力波形の歪みを低減させることができる。
【００１６】
本発明の更に他の観点では、モータ駆動装置が、モータ（２）と、モータ（２）に交流電力を供給するインバータ（３）と、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（１１−１５）と、電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段（１６、１７）と、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータのパワートランジスタ群（３３、３４）を制御するＰＷＭ制御手段（１８）とを具備している。パワートランジスタ群（３３、３４）は、インバータ（３）からモータ（２）に交流電力を供給する電力線が接続される出力端（３７）と低電位電源線（３６）との間に接続された下アームトランジスタ（３４）と、出力端（３７）と高電位電源線（３５）との間に接続された上アームトランジスタ（３３）とを備えている。デューティは、電圧指令値が所定の第６電圧値（Ｖ１）より小さい場合に０％又は所定の下限値で一定であり、且つ、電圧指令値が第６電圧値（Ｖ１）から増大すると共に該下限値から増大される。ここで、下限値は、上アームトランジスタ（３３）が常にオフになるような値に定められている。
【００１７】
このようなモータ駆動装置では、下限値を適切に設定することにより（例えば、下アームトランジスタが許容最小パルス幅Ｔｍだけオフするように設定することにより）、下アームトランジスタが短時間だけオフして不飽和領域で動作することを回避することができる。その一方で、（特に、特開２００３−３４８８７７号公報に記載の技術と比較して）電圧指令値の増加と共にデューティが増加される電圧指令値の範囲が広くなるため、インバータの出力波形の歪みを低減させることができる。
【００１８】
本発明の更に他の観点では、モータ駆動装置が、モータ（２）と、モータ（２）に交流電力を供給するインバータ（３）と、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（１１−１５）と、電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段（１６、１７）と、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータのパワートランジスタ群（３３、３４）を制御するＰＷＭ制御手段（１８）とを具備している。パワートランジスタ群（３３、３４）は、インバータ（３）からモータ（２）に交流電力を供給する電力線が接続される出力端（３７）と低電位電源線（３６）との間に接続された下アームトランジスタ（３４）と、出力端（３７）と高電位電源線（３５）との間に接続された上アームトランジスタ（３３）とを備えている。デューティは、電圧指令値が第４電圧値（Ｖ６）より大きい場合に１００％又は所定の上限値で一定であり、且つ、電圧指令値が第４電圧値（Ｖ６）から減少すると共に該上限値から減少される。ここで、該上限値は、前記下アームトランジスタが常にオフになるような値に定められている。
【００１９】
このようなモータ駆動装置では、該上限値を適切に設定することにより（例えば、上アームトランジスタが許容最小パルス幅Ｔｍだけオフするように設定することにより）、上アームトランジスタが短時間だけオフして不飽和領域で動作することを回避することができる。その一方で、（特に、特開２００３−３４８８７７号公報に記載の技術と比較して）電圧指令値の増加と共にデューティが増加される電圧指令値の範囲が広くなるため、インバータの出力波形の歪みを低減させることができる。
【００２０】
本発明の更に他の観点では、モータ（２）に交流電力を供給するインバータ（３）を制御するモータ制御装置が、外部から与えられる外部指令に応じて電圧指令値を生成する電圧指令値生成手段（１１−１５）と、電圧指令値からデューティを決定するデューティ決定手段（１６、１７）と、デューティに応答してＰＷＭ（pulse width modulation）制御をおこなってインバータ（３）のパワートランジスタ群（３３、３４）を制御するＰＷＭ制御手段（１８）とを具備している。ここで、パワートランジスタ群は、インバータ（３）からモータ（２）に交流電力を供給する電力線が接続される出力端（３７）と低電位電源線（３６）との間に接続された下アームトランジスタ（３４）を備えている。デューティ決定手段（１６、１７）は、電圧指令値が所定の第１電圧値（Ｖ３）より大きく第２電圧値（Ｖ４）より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させ、電圧指令値が第２電圧値（Ｖ４）より大きく第３電圧値（Ｖ５）より小さい場合、デューティを第１固定値に設定し、電圧指令値が第３電圧値（Ｖ５）より大きく第４電圧値（Ｖ６）より小さい場合、電圧指令値の増加と共にデューティを増加させる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、パワートランジスタが不飽和領域で動作することを回避しながら、インバータの出力波形の歪みを低減させるためのモータ駆動技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるインバータの構成を示す回路図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態における電圧指令値とデューティの対応関係を示すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態における修正前のデューティと修正後のデューティの対応関係を示すグラフである。
【図４Ａ】下アーム一瞬ＯＦＦ領域における上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの動作を示す概念図である。
【図４Ｂ】上アーム一瞬ＯＮ領域における上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの動作を示す概念図である。
【図４Ｃ】下アーム一瞬ＯＮ領域における上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの動作を示す概念図である。
【図４Ｄ】上アーム一瞬ＯＦＦ領域における上アームトランジスタ及び下アームトランジスタの動作を示す概念図である。
【図５】従来技術における電圧指令値とデューティの対応関係を示すグラフである。
【図６Ａ】従来技術におけるインバータの出力波形を示すグラフである。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態におけるインバータの出力波形を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態における修正前のデューティと修正後のデューティの対応関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態のモータ駆動装置１の構成を示すブロック図である。モータ駆動装置１は、３相モータ２と、インバータ３と、レゾルバ４と、電流センサ５と、インバータコントローラ６とを備えている。インバータ３は、３相交流電力を３相モータ２に供給する。レゾルバ４は、３相モータ２のロータ位置θを逐次に検出する。電流センサ５は、インバータ３から３相モータ２に供給される３相電流、即ち、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ、ｗ相電流Ｉｗを計測する。インバータコントローラ６は、検出されたロータ位置θと３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとに応答して、インバータ３を制御する。このような構成のモータ駆動装置は、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、３相モータ２が発生する駆動力が駆動輪に伝達される。
【００２４】
図２は、インバータ３の構成を示す回路図である。インバータ３は、ゲートドライバ３１と、上アームトランジスタ３３と、下アームトランジスタ３４と、高電位電源線３５と、低電位電源線３６と、平滑キャパシタ３８とを備えている。以下では、上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４としてＩＧＢＴが使用されているとして説明を行うが、他の種類のパワートランジスタを使用可能であることは当業者には自明的であろう。上アームトランジスタ３３は、ｕ相、ｖ相、ｗ相のそれぞれについて用意されており、以下において必要がある場合、ｕ相、ｖ相、ｗ相の上アームトランジスタ３３は、それぞれ、符号３３ｕ、３３ｖ、３３ｗとして参照される。同様に、下アームトランジスタ３４は、ｕ相、ｖ相、ｗ相のそれぞれについて用意されており、以下において必要がある場合、ｕ相、ｖ相、ｗ相の下アームトランジスタ３４は、それぞれ、符号３４ｕ、３４ｖ、３４ｗとして参照される。
【００２５】
ゲートドライバ３１は、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応答して上アームトランジスタ３３と、下アームトランジスタ３４のゲートを駆動する。ここで、ＰＷＭ信号ＳＰＷＭは、インバータ３の上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４のオンオフを制御する制御信号であり、インバータコントローラ６から供給される。
【００２６】
高電位電源線３５と低電位電源線３６との間には直流電源３２が接続されており、直流電源３２は、低電位電源線３６に対してＶＤＣの電圧を高電位電源線３５に供給する。ここで、以下では、ＶＤＣの電圧を、直流電源電圧ＶＤＣという。
【００２７】
上アームトランジスタ３３は、インバータ３から３相モータ２に３相電力を供給する電力線を高電位電源線３５の電位にプルアップするためのトランジスタである。ｕ相の上アームトランジスタ３３ｕは、高電位電源線３５とｕ相出力端３７ｕの間に接続され、ｖ相の上アームトランジスタ３３ｖは、高電位電源線３５とｖ相出力端３７ｖの間に接続され、ｗ相の上アームトランジスタ３３ｗは、高電位電源線３５とｗ相出力端３７ｗの間に接続される。
【００２８】
下アームトランジスタ３４は、インバータ３から３相モータ２に３相電力を供給する電力線を低電位電源線３６の電位にプルダウンするためのトランジスタである。ｕ相の下アームトランジスタ３４ｕは、低電位電源線３６とｕ相出力端３７ｕの間に接続され、ｖ相の下アームトランジスタ３４ｖは、低電位電源線３６とｖ相出力端３７ｖの間に接続され、ｗ相の下アームトランジスタ３４ｗは、低電位電源線３６とｗ相出力端３７ｗの間に接続される。
【００２９】
ｕ相出力端３７ｕ、ｖ相出力端３７ｖ及びｗ相出力端３７ｗは、それぞれ、各相の電力線を介して３相モータ２のｕ相電気子巻線、ｖ相電気子巻線及びｗ相電気子巻線に接続される。また、平滑キャパシタ３８は、高電位電源線３５の電圧（即ち、直流電源電圧ＶＤＣ）を平滑化する。
【００３０】
図１を再度に参照して、インバータコントローラ６は、電流指令計算部１１と、速度計算部１２と、３相２相変換部１３と、電流制御部１４と、２相３相変換部１５と、デューティ計算部１６と、不飽和回避演算部１７と、ＰＷＭ制御部１８とを備えている。電流指令計算部１１は、トルク指令Ｔ＊とロータ回転数ωとから、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とを算出する。速度計算部１２は、レゾルバ４によって逐次に検出される３相モータ２のロータ角度θからロータ回転数ωを計算する。３相２相変換部１３は、計測された３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して３相−２相変換を行い、インバータ３から３相モータ２に供給される３相電流のｄ軸電流成分（即ち、ｄ軸電流Ｉｄ）とｑ軸電流成分（即ち、ｑ軸電流Ｉｑ）を算出する。電流制御部１４は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差、及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差に基づいてＰＩ制御を行い、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。２相３相変換部１５は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に対して２相３相変換を行い、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ＊を生成する。
【００３１】
デューティ計算部１６は、それぞれ、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ＊から、それぞれ、ｕ相デューティＤｕ（即ち、ｕ相のＰＷＭ変調度）、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを算出する。上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４のオンオフのタイミングは、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗに応じて決定される。本実施形態では、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗは、それぞれ、０％〜１００％の値をとる。例えば、ｕ相デューティＤｕが１００％とは、ｕ相の上アームトランジスタ３３ｕが常時オンである一方で、ｕ相の下アームトランジスタ３４ｕが常時オフであることを意味している。一方、ｕ相デューティＤｕが０％とは、ｕ相の下アームトランジスタ３４ｕが常時オンであることを意味している。ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗについても同様である。
【００３２】
不飽和回避演算部１７は、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを必要に応じて修正する。それぞれ、修正された各相のデューティを、それぞれ、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾と記載することにする。後述のように、本実施形態のモータ駆動装置１では、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾が、上アームトランジスタ３３ｕ及び下アームトランジスタ３４ｕが不飽和領域で動作しないように決定される。即ち、オン時間又はオフ時間が短いと、上アームトランジスタ３３ｕ及び下アームトランジスタ３４ｕがオンとオフの中間的な状態、即ち、不飽和領域で動作する可能性がある。本実施形態では、上アームトランジスタ３３ｕ及び下アームトランジスタ３４ｕが不飽和領域で動作するような短いオン時間又はオフ時間を回避するように、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾が決定される。デューティ計算部１６と不飽和回避演算部１７における演算の詳細については後述する。
【００３３】
ＰＷＭ制御部１８は、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾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ＰＷＭ信号ＳＰＷＭをＰＷＭ制御によって生成する。インバータ３の上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４のオンオフは、生成されたＰＷＭ信号ＳＰＷＭに応じて制御され、これにより、３相モータ２に供給される３相交流電圧が生成される。なお、図２では、インバータコントローラ６の構成が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のいずれによっても実現可能であることに留意されたい。
【００３４】
続いて、デューティ計算部１６と不飽和回避演算部１７における演算について詳細に説明する。図３Ａは、デューティ計算部１６において算出されるｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗとｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ＊との対応関係を示すグラフである。ｕ相電圧指令Ｖｕ＊が＋ＶＭＡＸ（＞０）以上では、ｕ相デューティＤｕが１００％になり、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊が−ＶＭＡＸ以下ではｕ相デューティＤｕが０％になる。ｕ相電圧指令Ｖｕ＊が−ＶＭＡＸと＋ＶＭＡＸの間の範囲にある場合には、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊の増加と共にｕ相デューティＤｕが増加する。本実施形態では、ｕ相デューティＤｕは、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊の増加に対して線形に増大する。ｖ相デューティＤｖとｖ相電圧指令Ｖｕ＊の対応関係、及び、ｗ相デューティＤｗとｗ相電圧指令Ｖｗ＊の対応関係も同様である。
【００３５】
図３Ａの対応関係を用いて算出されたｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗをそのままＰＷＭ制御に使用すると、後述される特定のデューティの範囲において、上アームトランジスタ３３又は下アームトランジスタ３４が短時間だけオンまたはオフするような動作が行われる。短時間だけオンまたはオフすると、上アームトランジスタ３３又は下アームトランジスタ３４が不飽和領域で動作してしまう。不飽和領域での動作がスイッチング損失・発熱を増大させることになるため好ましくないことは上述の通りである。以下では、上アームトランジスタ３３又は下アームトランジスタ３４が不飽和領域で動作する可能性があるデューティの範囲について詳細に説明する。
【００３６】
以下の説明においては、許容最小パルス幅Ｔｍ、デッドタイムＴｄという用語が使用される。許容最小パルス幅Ｔｍは、上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４のスイッチング特性によって決まる値であり、許容最小パルス幅Ｔｍよりも長時間オン又はオフされる場合には、上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４が不飽和領域で動作しないように決定される値である。一方、デッドタイムＴｄは、上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４が同時にオンすることによる短絡破壊を防ぐために、両方のトランジスタともオフにされる時間（短絡防止時間）の長さである。即ち、デッドタイムＴｄは、上アームトランジスタ３３がオフした後、下アームトランジスタ３４がオンするまで、又は下アームトランジスタ３４がオフした後、上アームトランジスタ３３がオンするまでの最小の待ち時間のことである。
【００３７】
ここで、上記の許容最小パルス幅Ｔｍ、デッドタイムＴｄと、ＰＷＭ制御の１制御サイクルの長さＴと、ｕ相デューティＤｕを用いると、各制御サイクルでｕ相の上アームトランジスタ３３ｕがオンされる時間ＴＯＮＵは、下記式（１ａ）、（１ｂ）：
ＴＯＮＵ＝Ｔ×（Ｄｕ−Ｄ２Ｔｄ）／（１００−Ｄ２Ｔｄ），  （Ｄｕ＞Ｄ２Ｔｄ）
・・・（１ａ）
ＴＯＮＵ＝０，  （Ｄｕ≦Ｄ２Ｔｄ）        ・・・（１ｂ）
で表わされる。一方、下アームトランジスタ３４ｕがオンされる時間ＴＯＮＤは、下記式（１ｃ）（１ｄ）で表わされる：
ＴＯＮＤ＝Ｔ×（１００−Ｄｕ−Ｄ２Ｔｄ）／（１００−Ｄ２Ｔｄ），
（Ｄｕ＜１００−Ｄ２Ｔｄ）  ・・・（１ｃ）
ＴＯＮＤ＝０，  （Ｄｕ≧１００−Ｄ２Ｔｄ）        ・・・（１ｄ）
ここで、ＤＴｍは、許容最小パルス幅Ｔｍに対応するデューティ値であり、下記式：
ＤＴｍ＝Ｔｍ×｛１００／（Ｔ＋２×Ｔｄ）｝  （％），      ・・・（２）
で表わされる。一方、Ｄ２Ｔｄは、最小のデッドタイムＴｄの２倍の値に対応するデューティであり、
Ｄ２Ｔｄ＝（２×ＴＴｄ）×｛１００／（Ｔ＋２×Ｔｄ）｝×１００  （％），
・・・（３）
で表わされる。ｖ相、ｗ相の上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４についても同様である。以下、各動作領域における上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４の動作を説明する。
【００３８】
（ａ）下アーム一瞬ＯＦＦ領域
図４Ａの左図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが０％からＤＴｍ％の範囲にあると、下アームトランジスタ３４が短時間だけ、具体的には、許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフする動作を行うことになる。下アームトランジスタ３４が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフすると、下アームトランジスタ３４が不飽和領域で動作してしまう。
【００３９】
（ｂ）上アーム一瞬ＯＮ領域
図４Ｂの左図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが、Ｄ２Ｔｄ％からＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％の範囲にあると、上アームトランジスタ３３が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンする動作を行うことになる。上アームトランジスタ３３が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンすると、上アームトランジスタ３３が不飽和領域で動作してしまう。
【００４０】
（ｃ）下アーム一瞬ＯＮ領域
図４Ｃの左図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが、１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％から１００−Ｄ２Ｔｄ％の範囲にあると、下アームトランジスタ３４が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンする動作を行うことになる。下アームトランジスタ３４が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンすると、下アームトランジスタ３４が不飽和領域で動作してしまう。
【００４１】
（ｄ）上アーム一瞬ＯＦＦ領域
図４Ｄの左図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが１００−ＤＴｍ％から１００％の範囲にあると、上アームトランジスタ３３が短時間だけ、具体的には、許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフする動作を行うことになる。上アームトランジスタ３３が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフすると、上アームトランジスタ３３が不飽和領域で動作してしまう。
【００４２】
本実施形態のモータ駆動装置１では、不飽和領域の問題を回避するために、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが不飽和回避演算部１７によって修正され、最終的にＰＷＭ制御に使用されるｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾の値が上述の４つの範囲外になるように決定される。以下、不飽和回避演算部１７によるｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾の決定について詳細に説明する。
【００４３】
図３Ｂは、修正前のｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗと、修正後のｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾の対応関係を示すグラフである。以下、図３Ｂに図示されている対応関係及び上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４のスイッチング動作について詳細に説明する。以下では、ｕ相について、即ち、修正前のｕ相デューティＤｕと修正後のｕ相デューティＤｕ＾の対応関係、及び、上アームトランジスタ３３ｕ、下アームトランジスタ３４ｕの動作について説明するが、ｖ相、ｗ相についても同様である。
【００４４】
（Ａ）０≦Ｄｕ≦ＤＴｍ（％）の場合
修正前のｕ相デューティＤｕが０％からＤＴｍ％の範囲にある場合、修正後のｕ相デューティＤｕ＾は、ＤＴｍ％又は０％のいずれかに固定される。図４Ａの右図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ＾がＤＴｍ％に固定されると（図４Ａの（１）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは常時オフ状態になり、下アームトランジスタ３４ｕは許容最小パルス幅Ｔｍだけオフされることになる。一方、ｕ相デューティＤｕ＾が０％に固定されると（図４Ａの（２）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕが常時オフ状態になり、下アームトランジスタ３４ｕは、常時オン状態になる。いずれの場合でも、下アームトランジスタ３４ｕが短時間だけオフされること、即ち、下アームトランジスタ３４ｕが不飽和領域で動作することが防がれる。
【００４５】
（Ｂ）ＤＴｍ＜Ｄｕ≦Ｄ２Ｔｄ（％）の場合
ｕ相デューティＤｕがＤＴｍ％からＤ２Ｔｄ％の範囲にある場合、実際にＰＷＭ制御に使用されるｕ相デューティＤｕ＾は、ｕ相デューティＤｕと同一に決定される。この範囲では、上アームトランジスタ３３ｕ、下アームトランジスタ３４ｕが短時間だけオン又はオフされる動作は発生しない。
【００４６】
（Ｃ）Ｄ２Ｔｄ＜Ｄｕ≦Ｄ２Ｔｄ＋ＤＴｍ（％）の場合
修正前のｕ相デューティＤｕがＤ２Ｔｄ％からＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％の範囲にある場合、修正後のｕ相デューティＤｕ＾は、Ｄ２Ｔｄ％又はＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％のいずれかに固定される。図４Ｂの右図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ＾がＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％に固定された場合には（図４Ｂの（３）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは許容最小パルス幅だけオンされ、下アームトランジスタ３４ｕは、時間Ｔｍ＋２Ｔｄだけオフされることになる。より具体的には、下アームトランジスタ３４ｕがオフされた後、時間Ｔｄが経過した後で上アームトランジスタ３３ｕがオンされる。その後、上アームトランジスタ３３ｕがオフされた後、時間Ｔｄが経過した後で下アームトランジスタ３４ｕがオンされる。一方、ｕ相デューティＤｕ＾がＤ２Ｔｄ％に固定されると（図４Ｂの（４）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕが常時オフ状態になると共に、下アームトランジスタ３４ｕは、時間２Ｔｄだけオフされることになる。いずれの場合でも、上アームトランジスタ３３ｕが短時間だけオンされること、即ち、上アームトランジスタ３３ｕが不飽和領域で動作することが防がれる。
【００４７】
（Ｄ）Ｄ２Ｔｄ＋ＤＴｍ＜Ｄｕ＜１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ（％）の場合
ｕ相デューティＤｕがＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％から１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍｄ％の範囲にある場合、実際にＰＷＭ制御に使用されるｕ相デューティＤｕ＾は、ｕ相デューティＤｕと同一に決定される。この範囲では、上アームトランジスタ３３ｕ、下アームトランジスタ３４ｕが短時間だけオン又はオフされる動作は発生しない。
【００４８】
（Ｅ）１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ≦Ｄｕ＜１００−Ｄ２Ｔｄ（％）の場合
ｕ相デューティＤｕが１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％から１００−Ｄ２Ｔｄ％の範囲にある場合、修正後のｕ相デューティＤｕ＾は、１００−Ｄ２Ｔｄ％又は１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％のいずれかに固定される。図４Ｃに図示されているように、ｕ相デューティＤｕ＾が１００−Ｄ２Ｔｄ％に固定されると（図４Ｃの（５）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは、時間２Ｔｄだけオフ状態になり、下アームトランジスタ３４ｕは常時オフされることになる。一方、ｕ相デューティＤｕ＾が１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％に固定されると（図４Ｃの（６）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは、時間２Ｔｄ＋Ｔｍだけオフされ、下アームトランジスタ３４ｕは許容最小パルス幅Ｔｍだけオンされることになる。より具体的には、上アームトランジスタ３３ｕがオフされた後、時間Ｔｄが経過した後で下アームトランジスタ３４ｕがオンされる。その後、下アームトランジスタ３４ｕがオフされた後、時間Ｔｄが経過した後で上アームトランジスタ３３ｕがオンされる。いずれの場合でも、下アームトランジスタ３３ｕが短時間だけオンされること、即ち、下アームトランジスタ３３ｕが不飽和領域で動作することが防がれる。
【００４９】
（Ｆ）１００−Ｄ２Ｔｄ≦Ｄｕ＜１００−ＤＴｍ（％）の場合
ｕ相デューティＤｕが１００−Ｄ２Ｔｄ％から１００−ＤＴｍ％の範囲にある場合、実際にＰＷＭ制御に使用されるｕ相デューティＤｕ＾は、ｕ相デューティＤｕと同一に決定される。この範囲では、上アームトランジスタ３３ｕ、下アームトランジスタ３４ｕが短時間だけオン又はオフされる動作は発生しない。
【００５０】
（Ｇ）１００−ＤＴｍ≦Ｄｕ≦１００（％）の場合
修正前のｕ相デューティＤｕが１００−ＤＴｍ％から１００％の範囲にある場合、修正後のｕ相デューティＤｕ＾は、１００−ＤＴｍ％又は１００％のいずれかに固定される。図４Ｄの右図に図示されているように、ｕ相デューティＤｕ＾が１００％に固定されると（図４Ｄの（７）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは常時オン状態になり、下アームトランジスタ３４ｕは常時オフ状態になる。一方、ｕ相デューティＤｕ＾が１００−ＤＴｍ％に固定されると（図４Ｄの（８）の場合）、上アームトランジスタ３３ｕは許容最小パルス幅Ｔｍだけオフされ、下アームトランジスタ３４ｕは常時オフされることになる。いずれの場合でも、上アームトランジスタ３３ｕが短時間だけオフされること、即ち、上アームトランジスタ３３ｕが不飽和領域で動作することが防がれる。
【００５１】
ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾についても、同様の方法でｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを修正することによって決定される。この場合の上アームトランジスタ３３ｖ、３３ｗ、下アームトランジスタ３４ｖ、３４ｗの動作は、上述の上アームトランジスタ３３ｕ、下アームトランジスタ３４ｕの動作と同様である。
【００５２】
以上に説明した動作によれば、上アームトランジスタ３３、下アームトランジスタ３４が短時間だけオン又はオフすること、即ち、不飽和領域で動作することを回避することができる。
【００５３】
加えて、本実施形態のモータ駆動装置１の動作によれば、インバータ３の出力波形の歪みも抑制できる。即ち、ＰＷＭデューティが電圧指令値に対して不連続に変化すると、インバータから出力される正弦波に歪みが発生する。しかしながら、本実施形態のモータ駆動装置１の動作によれば、出力波形の歪みを、特開２００３−３４８８７７号公報（特許文献１）に開示された手法と比較して低減させることができる。
【００５４】
図５は、上述の特許文献１の手法に相当する電圧指令値とＰＷＭデューティの間の関係を示すグラフである。特許文献１には、電圧指令値が電圧Ｖ３（上アーム一瞬ＯＮ領域の上限の電圧）よりも低い場合にＰＷＭデューティを０％とし、電圧指令値が電圧Ｖ４（下アーム一瞬ＯＮ領域の下限の電圧）よりも低い場合にＰＷＭデューティを１００％とする技術を開示している。
【００５５】
図６Ａは、図５のような動作が行われる場合にインバータ３から出力される電圧の波形の例を示すグラフであり、図６Ｂは、本実施形態による動作が行われる場合にインバータ３から出力される電圧の波形の例を示すグラフである。ただし、図６Ａ、図６Ｂのグラフは、許容最小パルス幅Ｔｍ及びデッドタイムＴｄが両者の間で同一であるとして、作成されている。図６Ａに示されているように、特許文献１に開示されている手法では、電圧値が特定値に達するとステップ状に最大振幅値又は最小振幅値に変化するような波形の電圧が出力される。即ち、インバータ３から出力される電圧波形の歪みが大きくなる。一方、図６Ｂに示されているように、本実施形態による動作では、不連続に電圧が変化する位置があるものの、その電圧変化の大きさが抑制される。結果として、インバータ３から出力される電圧の波形の歪みを防ぐことができる。
【００５６】
上記の実施形態では、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾の算出において、一旦、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ＊に基づいてｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを生成した後に、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗを修正するという手順がとられているが、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びｗ相電圧指令Ｖｗ＊からｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾が直接に算出されることも可能である。この場合、下記のような演算が行われることになる。以下の説明において、Ｖ１はデューティＤＴｍに対応する電圧指令値であり、Ｖ２はデューティＤ２Ｔｄに対応する電圧指令値であり、Ｖ３はデューティＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍに対応する電圧指令値であり、Ｖ４はデューティ１００−Ｄ２Ｔｄ＋ＤＴｍに対応する電圧指令値であり、Ｖ５はデューティ１００−Ｄ２Ｔｄに対応する電圧指令値であり、Ｖ６はデューティ１００−ＤＴｍに対応する電圧指令値である（図３Ａ参照）。
【００５７】
（Ａ’）−ＶＭＡＸ＜Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊≦Ｖ１の場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊が−ＶＭＡＸからＶ１の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、０％又はＤＴｍ％に固定される。
【００５８】
（Ｂ’）Ｖ１＜Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊≦Ｖ２の場合、
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ１からＶ２の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊の増加と共にＤＴｍ％からＤ２Ｔｄまで増加される。
【００５９】
（Ｃ’）Ｖ２＜Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊≦Ｖ３の場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ２からＶ３の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、Ｄ２Ｔｄ％又はＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％に固定される。
【００６０】
（Ｄ’）Ｖ３＜Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊＜Ｖ４の場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ３からＶ４の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊の増加と共にＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％から１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％まで増加される。
【００６１】
（Ｅ’）Ｖ４≦Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊＜Ｖ５の場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ４からＶ５の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％又は１００−Ｄ２Ｔｄ％に固定される。
【００６２】
（Ｆ’）Ｖ５≦Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊＜Ｖ６の場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ５からＶ６の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊の増加と共に１００−Ｄ２Ｔｄ％から１００−ＤＴｍ％まで増加される。
【００６３】
（Ｇ’）Ｖ６≦Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊＜ＶＭＡＸの場合
ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、ｖ相電圧指令Ｖｖ＊又はｗ相電圧指令Ｖｗ＊がＶ６からＶＭＡＸの範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、１００−ＤＴｍ％又は１００％に固定される。
【００６４】
このような動作でも、図３Ｂに図示された対応関係を用いてｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗからｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾を算出する動作と実質的に等価な動作を実現できる。
【００６５】
以上には、下記の４つの動作：
（１）下アームトランジスタ３４が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフする動作（下アーム一瞬ＯＦＦ領域での動作）、
（２）上アームトランジスタ３３が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンする動作（上アーム一瞬ＯＮ領域での動作）、
（３）下アームトランジスタ３４が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオンする動作（下アーム一瞬ＯＮ領域での動作）、及び、
（４）上アームトランジスタ３３が許容最小パルス幅Ｔｍよりも短い時間だけオフする動作（上アーム一瞬ＯＦＦ領域での動作）
の全てを回避するようなモータ駆動装置１の動作が提示されているが、上記の４つのうちの少なくとも１つの動作を回避すれば、スイッチング損失を低減させる効果は得られる。
【００６６】
例えば、上記の（２）、（３）の動作のみを回避するようにモータ駆動装置１を動作させてもよい。この場合の修正前のｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗと修正後のｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾の対応関係が、図７に図示されている。修正前のｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗがＤ２Ｔｄ％からＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％の範囲にある場合、修正後のｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、Ｄ２Ｔｄ％又はＤ２Ｔｄ＋ＤＴｍ％のいずれかに固定される。また、修正前のｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗが１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％から１００−Ｄ２Ｔｄ％の範囲にある場合、修正後の修正後のｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、１００−Ｄ２Ｔｄ％又は１００−Ｄ２Ｔｄ−ＤＴｍ％のいずれかに固定される。その他の範囲にある場合には、ｕ相デューティＤｕ＾、ｖ相デューティＤｖ＾及びｗ相デューティＤｗ＾は、それぞれ、ｕ相デューティＤｕ、ｖ相デューティＤｖ及びｗ相デューティＤｗと一致される。
【００６７】
また、上記の（１）、（４）の動作のみを回避するようにモータ駆動装置１を動作させてもよい。このような動作は、上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４として、ＦＷＤ（flywheel diode）を内蔵したＩＧＢＴが使用される場合に特に有効である。ＦＷＤ（flywheel diode）を内蔵したＩＧＢＴが使用される場合、短時間オフする動作を回避することは、微小パルス逆回復現象による上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４の破壊を回避するために有効である。微小パルス逆回復現象とは、例えば上アームトランジスタ３３が短時間オフすると、下アームトランジスタ３４のＦＷＤに非常に過大な逆回復サージ電圧が発生する現象のことである。下アームトランジスタ３４が短時間オフした場合も同様に、上アームトランジスタ３３のＦＷＤに非常に過大な逆回復サージ電圧が発生する。これは、ＦＷＤがオンしてから非常に短い時間で逆回復に入るため、ＦＷＤに十分なキャリアが蓄積されていない状態で電圧が印加され、空乏層が急激なスピードで広がることに起因している。空乏層が急激なスピードで広がると、急峻な電流変化が発生し、したがって、急峻な電圧変化が発生する。上アームトランジスタ３３及び下アームトランジスタ３４が短時間オフする動作を回避することにより、微小パルス逆回復現象の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１：モータ駆動装置
２：３相モータ
３：インバータ
４：レゾルバ
５：電流センサ
６：インバータコントローラ
１１：電流指令計算部
１２：速度計算部
１３：３相２相変換部
１４：電流制御部
１５：２相３相変換部
１６：デューティ計算部
１７：不飽和回避演算部
１８：ＰＷＭ制御部
３１：ゲートドライバ
３２：直流電源
３３、３３ｕ、３３ｖ、３３ｗ：上アームトランジスタ
３４、３４ｕ、３４ｖ、３４ｗ：下アームトランジスタ
３５：高電位電源線
３６：低電位電源線
３７ｕ：ｕ相出力端
３７ｖ：ｖ相出力端
３７ｗ：ｗ相出力端
３８：平滑キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2012034441.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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