(57)【要約】【課題】デッドタイム付与後の実際のスイッチング状態の切替タイミングが複数のレッグ間で重なることで、サージ電圧が大きくなるおそれがあること。【解決手段】ノルム設定部３０では、要求トルクＴｒと電気角速度ωとに基づき、インバータＩＮＶの出力電圧ベクトルのノルムを設定する。位相設定部２６では、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として位相δを設定する。操作状態設定部３４では、ノルム設定部３０によって設定されたノルムＶｎと、位相設定部２６によって設定された位相δとに基づき操作信号を生成してインバータＩＮＶに出力する。操作状態設定部３４には、デッドタイム付与後における実際のスイッチング状態の切り替えが複数レッグで同時になされない波形が記憶されている。【選択図】      図１
2013034334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の複数の端子のそれぞれに直流電圧源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の操作によって、前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、
前記制御量を制御するための操作量としての前記電力変換回路の出力電圧のノルムを設定し、該設定される出力電圧のノルムとなるように前記電力変換回路を操作する操作手段を備え、
前記操作手段は、
前記電力変換回路の操作に際し、前記回転機の１つの端子と前記正極とを接続するスイッチング素子と、前記１つの端子と前記負極とを接続するスイッチング素子との双方が同時にオン状態とならないようにデッドタイムを付与するデッドタイム付与手段と、
前記デッドタイムの付与後において前記回転機の２以上の規定数以上の端子でスイッチング状態の切替が同時になされることを回避する回避手段と、
を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記回避手段は、前記スイッチング素子の温度が規定値以下の場合に前記回避する処理を行って且つ、前記規定値を超える場合には前記回避する処理を行わないことを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記回避手段は、前記電力変換回路の入力電圧が規定値以上の場合に前記回避する処理を行って且つ、前記規定値を下回る場合には前記回避する処理を行わないことを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を参照しつつ、前記電力変換回路を操作するものであり、
前記回避手段は、前記操作波形を記憶する手段であることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を参照しつつ、前記電力変換回路を操作するものであり、
前記操作波形は、前記デッドタイムの付与後において前記規定数以上の端子で前記スイッチング状態の切替が同時になされることがある同時スイッチング許容波形と、前記同時になされることを回避した同時スイッチング禁止波形とを有し、
前記回避手段は、前記同時スイッチング許容波形と、前記同時スイッチング禁止波形とを記憶する手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記操作波形は、前記回転機の電気角速度相当量毎に設定されることを特徴とする請求項４または５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記操作手段は、
前記回転機を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流のいずれか一方と前記回転機のトルクとの少なくとも一方をフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段と、
前記回転機のトルクに関するパラメータおよび前記回転機の回転速度を入力とし、前記電力変換回路の出力電圧ベクトルのノルムを設定するノルム設定手段とを備え、
前記位相設定手段によって設定される位相および前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに基づき、前記操作波形を参照しつつ前記電力変換回路を操作するものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を、前記電力変換回路の出力電圧のノルムを満たすように仮設定する仮設定手段をさらに備え、
前記回避手段は、前記回転機の電気角速度を入力として、前記仮設定された操作波形に前記デッドタイム付与手段によってデッドタイムが付与されることで前記規定数以上の端子で前記スイッチング状態の切替が同時になされるか否かを判断する判断手段と、同時になされると判断される場合、前記仮設定手段に仮設定のやり直しをさせて且つ、同時になされないと判断されることを条件に、前記仮設定された操作波形に基づき前記電力変換回路を操作するものであることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の複数の端子のそれぞれに直流電圧源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の操作によって、前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、スイッチング状態の切替に起因したサージ電圧を低減するものも提案されている。この技術は、インバータの１つのレッグで上側アームのスイッチング素子および下側アームのスイッチング素子の一方がオン且つ他方がオフの状態から一方がオフ且つ他方がオンの状態に切り替わるときに、他のレッグで一方がオフ且つ他方がオンの状態から一方がオン且つ他方がオフの状態に切り替わることを回避するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２００５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スイッチング状態の切り替えに際しては、通常、上側アームと下側アームとの双方が同時にオン状態となることのないようにデッドタイムが設けられる。ただし、このデッドタイム生成後のスイッチング状態の切替タイミングは、デッドタイム付与前のスイッチング状態の切り替えタイミングからずれを生じうる。このため、上記技術では、デッドタイム付与後の実際のスイッチング状態の切替タイミングが複数のレッグ間で重なりうるため、サージ電圧が大きくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、回転機の複数の端子のそれぞれに直流電圧源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の操作によって、前記回転機の制御量を制御する新たな回転機の制御装置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、およ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、回転機の複数の端子のそれぞれに直流電圧源の正極および負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備える電力変換回路の操作によって、前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記制御量を制御するための操作量としての前記電力変換回路の出力電圧のノルムを設定し、該設定される出力電圧のノルムとなるように前記電力変換回路を操作する操作手段を備え、前記操作手段は、前記電力変換回路の操作に際し、前記回転機の１つの端子と前記正極とを接続するスイッチング素子と、前記１つの端子と前記負極とを接続するスイッチング素子との双方が同時にオン状態とならないようにデッドタイムを付与するデッドタイム付与手段と、前記デッドタイムの付与後において前記回転機の２以上の規定数以上の端子でスイッチング状態の切替が同時になされることを回避する回避手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、回避手段を備えることで、デッドタイムの付与後の実際のスイッチング状態について、規定数以上の端子で同時にスイッチング状態の切替がなされることを回避することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回避手段は、前記スイッチング素子の温度が規定値以下の場合に前記回避する処理を行って且つ、前記規定値を超える場合には前記回避する処理を行わないことを特徴とする。
【００１０】
スイッチング素子の耐圧は、温度が低いほど低くなる傾向を有する。一方、同時スイッチングを禁止する場合、スイッチング状態の切替タイミングに対し他の要求要素による要求に適切に応じることができなくなるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、温度に応じて上記切替を行うことで、スイッチング素子に耐圧を超える電圧が印加されることを回避することと、サージ電圧以外の要求要素に応じることとの適切な両立を図ることができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回避手段は、前記電力変換回路の入力電圧が規定値以上の場合に前記回避する処理を行って且つ、前記規定値を下回る場合には前記回避する処理を行わないことを特徴とする。
【００１２】
スイッチング素子に印加される電圧は、電力変換回路の入力電圧にサージ電圧が重畳したものであるが故、この電圧は、電力変換回路の入力電圧が高いほど高くなる。一方、同時スイッチングを禁止する場合、スイッチング状態の切替タイミングに対し他の要求要素による要求に適切に応じることができなくなるおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、入力電圧に応じて上記切替を行うことで、スイッチング素子に耐圧を超える電圧が印加されることを回避することと、サージ電圧以外の要求要素に応じることとの適切な両立を図ることができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を参照しつつ、前記電力変換回路を操作するものであり、前記回避手段は、前記操作波形を記憶する手段であることを特徴とする。
【００１４】
上記発明では、操作波形を予め記憶しておくことで、制御装置の演算負荷を低減することができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を参照しつつ、前記電力変換回路を操作するものであり、前記操作波形は、前記デッドタイムの付与後において前記規定数以上の端子で前記スイッチング状態の切替が同時になされることがある同時スイッチング許容波形と、前記同時になされることを回避した同時スイッチング禁止波形とを有し、前記回避手段は、前記同時スイッチング許容波形と、前記同時スイッチング禁止波形とを記憶する手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
上記発明では、操作波形を予め記憶しておくことで、制御装置の演算負荷を低減することができる。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、前記操作波形は、前記回転機の電気角速度相当量毎に設定されることを特徴とする。
【００１８】
デッドタイムに対応する回転角度は、電気角速度に応じて変化する。このため、デッドタイムに対応する角度だけスイッチング状態の切替を互いに相違する端子間で離間させる場合において、この離間させるうえで必要な最小角度は、電気角速度に応じて変化する。この点、上記発明では、操作波形が電気角速度相当量毎に設定されるために、離間させるうえで必要な角度を極力小さくすることができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記操作手段は、前記回転機を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流のいずれか一方と前記回転機のトルクとの少なくとも一方をフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換回路の出力電圧ベクトルの位相を設定する位相設定手段と、前記回転機のトルクに関するパラメータおよび前記回転機の回転速度を入力とし、前記電力変換回路の出力電圧ベクトルのノルムを設定するノルム設定手段とを備え、前記位相設定手段によって設定される位相および前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに基づき、前記操作波形を参照しつつ前記電力変換回路を操作するものであることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記操作手段は、前記回転機の電気角と前記電力変換回路の操作状態との関係を定めた操作波形を、前記電力変換回路の出力電圧のノルムを満たすように仮設定する仮設定手段をさらに備え、前記回避手段は、前記回転機の電気角速度を入力として、前記仮設定された操作波形に前記デッドタイム付与手段によってデッドタイムが付与されることで前記規定数以上の端子で前記スイッチング状態の切替が同時になされるか否かを判断する判断手段と、同時になされると判断される場合、前記仮設定手段に仮設定のやり直しをさせて且つ、同時になされないと判断されることを条件に、前記仮設定された操作波形に基づき前記電力変換回路を操作するものであることを特徴とする。
【００２１】
デッドタイムに対応する回転角度は、電気角速度に応じて変化する。このため、デッドタイムに対応する角度だけスイッチング状態の切替を互いに相違する端子間で離間させる場合において、この離間させるうえで必要な最小角度は、電気角速度に応じて変化する。この点、上記発明では、電気角速度に応じてスイッチング状態の切り替えが規定数以上の端子で同時になされるか否かを判断するために、離間させるうえで必要な角度を極力小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる操作波形の展開手法を示すタイムチャート。
【図３】デッドタイム付与に伴う問題を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかる操作波形の生成処理を示す流れ図。
【図５】同実施形態にかかる操作波形の生成の初期値を示すタイムチャート。
【図６】同実施形態にかかる操作波形の選択処理を示す図。
【図７】第２の実施形態にかかるシステム構成図。
【図８】同実施形態にかかる操作波形の算出処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転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。
【００２４】
図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。車載主機としてのモータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００２５】
モータジェネレータ１０は、インバータＩNＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩNＶは、スイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｎ，ｐ）として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ＊＃が逆並列に接続されている。
【００２６】
本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩNＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の回転角度（電気角θ）を検出する回転角度センサ１４を備えている。また、モータジェネレータ１０のＶ相およびＷ相を流れる電流ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６を備えている。更に、インバータＩNＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ１８を備えている。
【００２７】
上記各種センサの検出値は、図示しないインターフェースを介して低電圧システムを構成する制御装置２０に取り込まれる。制御装置２０では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩNＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩNＶのスイッチング素子Ｓ＊＃を操作する信号が、操作信号ｇ＊＃である。
【００２８】
上記制御装置２０は、モータジェネレータ１０のトルクを要求トルクＴｒに制御すべく、インバータＩNＶを操作する。以下、これについて説明する。
【００２９】
振幅位相演算部２２は、電流センサ１６によって検出される電流ｉｖ，ｉｗを回転座標系の電流であるｄ軸の実電流ｉｄとｑ軸の実電流ｉｑとに変換し、電流ベクトルｉｄ，ｉｑのベクトルノルム（振幅）と位相とを算出する。トルク推定器２４は、振幅位相演算部２２において算出される振幅と位相とに基づき、モータジェネレータ１０の推定トルクＴｅを算出する。位相設定部２６は、要求トルクＴｒと推定トルクＴｅとの差に基づき、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として位相δを設定する。詳しくは、要求トルクＴｒと推定トルクＴｅとの差を入力とする比例要素および積分要素の出力同士の和として位相δを算出する。
【００３０】
一方、速度算出部２８は、回転角度センサ１４によって検出される電気角θに基づき電気角速度ωを算出する。ノルム設定部３０は、要求トルクＴｒと電気角速度ωとを入力として、インバータＩNＶの出力電圧ベクトルのノルムＶｎを設定する。詳しくは、ノルム設定部３０に、要求トルクＴｒおよび電気角速度ωとノルムＶｎとの関係を定めたマップを備えることで、ノルムＶｎを設定する。ＳＷ回数指定部３２では、電気角速度ωに応じて、操作信号ｇ＊＃のパルス数を指定するパラメータ（スイッチング回数ｎ）を設定する。
【００３１】
そして操作信号生成部３４では、上記位相設定部２６の設定する位相δと、ノルム設定部３０によって設定されるノルムＶｎと、ＳＷ回数指定部３２によって設定されるスイッチング回数ｎと、電源電圧ＶＤＣと、電気角θとに基づき、操作信号ｇ＊＃を生成して出力する。詳しくは、操作信号生成部３４は、スイッチング回数ｎおよび変調率毎に、電気角の１／４回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。操作信号生成部３４では、電源電圧ＶＤＣとノルムＶｎとに基づき、変調率を算出し、算出した変調率とスイッチング回数ｎとに応じて、該当する操作信号波形を選択する。こうして操作信号波形が選択されると、操作信号生成部３４では、この波形の出力タイミングを上記位相設定部２６の設定する位相δに基づき設定することで、操作信号ｇ＊＃を生成する。
【００３２】
ここで、１／４回転周期分のマップデータは、図２に示す態様にて、各相の１電気角周期分の操作信号波形に展開される。この展開は、正弦波と三角波との大小比較に基づくＰＷＭ処理のなされた信号のように、「π／４」内の波形の論理反転等によって１電気角周期内の波形が構成されていることを前提としたものである。
【００３３】
上記操作信号波形に基づき、上側アームの操作信号ｇ＊ｐと下側アームの操作信号ｇ＊ｎとの双方が生成される。すなわち、操作信号波形の論理値を反転させることで下側アームの操作信号波形が生成される。ただし、実際の操作信号ｇ＊＃は、操作信号波形に基づきデッドタイムを付与することで生成される。これは、オフ状態からオン状態への切替タイミングを、デッドタイムだけ遅延させることで実現することができる。この場合、操作信号波形自体は複数相で立ち上がりエッジや立ち下がりエッジが重ならない場合であっても、複数相でスイッチング状態の切替が同時になされることがないとは限らない。すなわち、図３に示すように、デッドタイムの付与後において、スイッチング状態の切替タイミングが複数レッグで重なることがある。そしてこの場合、サージ電圧が大きくなる。
【００３４】
そこで本実施形態では、操作信号波形として、デッドタイム付与後においてスイッチング状態の切替タイミングが複数レッグで重なることのないものを予め生成して記憶しておく。
【００３５】
図４に、本実施形態にかかる操作信号波形の生成処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０の製造完了に先立って、予め実行される。
【００３６】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、電気角周波数（電気角速度ω）を設定するとともに、上記スイッチング回数ｎを仮に設定する。続くステップＳ１２においては、変調率を指定し、これに応じた操作信号波形の各エッジを指定する位相α０，α１，…αｎ−１を仮設定する。これは、たとえば図５に示すように、スイッチング回数ｎに応じた同期数のキャリアと、変調率に応じた正弦波との大小比較に応じたＰＷＭ処理によって生成される操作信号波形の位相とすればよい。
【００３７】
続くステップＳ１４においては、電気角周波数（電気角速度ω）とデッドタイムＤＴとに基づき、デッドタイムＤＴに対応するデッドタイム角度量αＤＴを算出する。これは、「αＤＴ＝（電気角周波数ω／２π）×（角度分解能ＮＲ）×ＤＴ」によって算出すればよい。ここで、角度分解能は、たとえば回転角度センサ１４の検出結果が、１電気角周期辺りに等角度間隔で「ＮＲ」個のパルスとして表現される場合、「ＮＲ」とされる。
【００３８】
続くステップ１６においては、ステップＳ１２において仮設定された位相α０，α１，…αｎ−１を、デッドタイム角度量αＤＴによって補正する。ここでの補正は、操作信号波形（上側アームの操作信号ｇｕｐに対応）と、その論理反転信号（下側アームの操作信号ｇｕｎに対応）とのそれぞれについて、そのオン状態への切替タイミング（立ち上がりエッジ）に対して行われる。
【００３９】
続くステップＳ１８においては、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング状態の切替位相を算出する。ここでは、まずＵ相の操作信号波形に基づき、Ｖ相、Ｗ相の操作信号波形を算出し、次に、算出された操作信号波形およびその論理反転信号のそれぞれのスイッチング状態の切替位相を、デッドタイム角度量αＤＴによって補正する。
【００４０】
続くステップＳ２０においては、ステップＳ１６，Ｓ１８においてデッドタイム角度量αＤＴの補正後の操作信号波形について、互いに相違する相（レッグ）間でスイッチング状態の切り替えが同時になされることがあるか否かを判断する。ここでの操作信号波形は、「０〜９０°」の角度間隔における波形とする。これは、上述した設定によれば、この領域において互いに相違する相間でスイッチング状態の切り替えが同時になされないなら、全領域でスイッチング状態の切り替えが複数相で同時になされることがないためである。なお、ここで同時になされるとは、デッドタイム角度量αＤＴの付与後の操作信号波形のエッジ同士が複数相間で重複することとすればよい。もっとも、これに代えて、デッドタイム角度量αＤＴの付与後の操作信号波形のエッジについての互いに相違する相同士の間隔がデッドタイム角度量αＤＴ以内となるものがあることとしてもよい。
【００４１】
ステップＳ２０において否定判断される場合、ステップＳ２２において、仮設定された位相α０，α１，…αｎ−１を変更し、ステップＳ１６に戻る。ここでは、互いに相違する相間でスイッチング状態の切り替えが同時になされるものに対応する位相を変更する。
【００４２】
一方、ステップＳ２０において肯定判断される場合、ステップＳ２４において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上記デッドタイム付与後（デッドタイム角度量αＤＴの付与後）のスイッチング状態の切替タイミングのうち隣接する一対のタイミング間の間隔（パルス幅）が、デッドタイムＤＴよりも短いか否かを判断する。この処理は、操作信号波形によって規定される全てのパルスをインバータＩＮＶから実際に出力することができるか否かを判断するためのものである。すなわち、パルス幅がデッドタイムＤＴよりも短くなる場合、スイッチング素子Ｓ＊＃のスイッチング状態の切り替わりの間に再度スイッチング状態の切り替え指令が出されることとなるため、規定されたパルスが実際には出力されないおそれがある。
【００４３】
上記ステップＳ２４において否定判断される場合、すなわち、規定されるパルスの中に実際には出力されないものが生じる場合、ステップＳ２６において、スイッチング回数ｎを減少させ、ステップＳ２２に移行する。
【００４４】
一方、ステップＳ２４において肯定判断される場合、ステップＳ２８において、デッドタイム角度量αＤＴによる補正のなされた操作信号波形によって実現される変調率を算出し、これがステップＳ１２において指定された値となるか否かを判断する。そして、ステップＳ２８において否定判断される場合にはステップＳ２２に移行する一方、ステップＳ２８において肯定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００４５】
先の図１に示すように、上記処理によって、変調率およびスイッチング回数ｎ毎に設定される操作信号波形に加えて、本実施形態では、互いに相違する相間でスイッチング状態の切り替えが同時になされることを許容する操作信号波形をも記憶する。ここで、同時スイッチングの許容される操作信号波形は、高調波を極力抑制する波形となっている。これは、同時スイッチングを禁止する旨の要求を無視することで高調波の低減の要求に十分に応じることが可能となることに鑑みたものである。この波形については、たとえば特開２０１０−１５４７３５号公報に記載されている手法に基づき生成すればよい。なお、同時スイッチングを許容する操作信号波形については、２相同時のスイッチングを許容しつつも、３相の同時スイッチングについては許容しない操作信号波形としてもよい。
【００４６】
図６に、上記一対の操作信号波形のいずれを利用するかの切替条件を示す。図６（ａ）は、スイッチング素子Ｓ＊＃の温度と、インバータＩＮＶの入力電圧にサージ電圧が重畳した合計電圧の許容上限値との関係を示す。図示されるように、温度が低いほど許容上限値が低下する。このため、本実施形態では、閾値温度Ｔｔｈ以下である場合に、同時スイッチングを禁止する操作信号波形を選択して且つ、閾値温度Ｔｔｈを超える場合、同時スイッチングを許容する操作信号波形を選択する。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃に耐圧を超える電圧が印加される事態を回避しつつも、インバータＩＮＶの出力電圧に含まれる高調波を極力低減することができる。
【００４７】
一方、図６（ｂ）に、インバータＩＮＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）と、入力電圧にサージ電圧が重畳した合計電圧との関係を示す。図示されるように、電源電圧ＶＤＣが高いほど合計電圧が大きくなる。このため、本実施形態では、電源電圧ＶＤＣが閾値電圧Ｖｔｈ以上となる場合に、同時スイッチングを禁止する操作信号波形を選択して且つ、閾値電圧Ｖｔｈを下回る場合、同時スイッチングを許容する操作信号波形を選択する。
【００４８】
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。
【００４９】
（１）スイッチング素子Ｓ＊＃の温度が閾値温度Ｔｔｈ以下の場合に同時スイッチングを禁止する操作信号波形を選択して且つ、閾値温度Ｔｔｈを上回る場合に、同時スイッチングを許容する操作信号波形を選択した。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃に耐圧を超える電圧が印加されることを回避することと、高調波を抑制することとの適切な両立を図ることができる。
【００５０】
（２）インバータＩＮＶの入力電圧（電源電圧）が閾値電圧Ｖｔｈ以上の場合に同時スイッチングを禁止する操作信号波形を選択して且つ、閾値電圧Ｖｔｈを下回る場合に、同時スイッチングを許容する操作信号波形を選択した。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃に耐圧を超える電圧が印加されることを回避することと、高調波を抑制することとの適切な両立を図ることができる。
【００５１】
（３）操作信号波形を、モータジェネレータ１０の電気角速度ω毎に設定した。これにより、操作信号波形毎に、デッドタイムＤＴに対応するデッドタイム角度量αＤＴを正確に把握することができ、ひいては、同時スイッチングを禁止するために要求される角度間隔を極力小さくすることができる。
＜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。
【００５２】
図７に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図７において、先の図１に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。
【００５３】
図示されるように、本実施形態では、操作信号生成部３４において、操作信号波形を記憶する代わりに、都度、操作信号波形を算出する。
【００５４】
図８に、本実施形態にかかる操作信号波形の生成処理の手順を示す。この処理は、操作信号生成部３４において、たとえば所定周期でくり返し実行される。
【００５５】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、電気角速度ω、ノルムＶｎ，スイッチング回数ｎを取得する。続くステップＳ３２においては、スイッチング状態の切替タイミングを規定する「９０°」分の位相α０，α１，…αｎ−１を仮設定する。ここでは、以下の式（ｃ１）を満たすように仮設定を行う。
【００５６】
【数１】
2013034334.tif 000003
上記の式（ｃ１）は、次の理由で導出されたものである。すなわち、インバータＩＮＶの出力電圧の基本波振幅が指令振幅ＶＰに一致する条件は、インバータＩＮＶの出力電圧ｆ（θ）を用いると、以下の式（ｃ２）にて表現できる。
【００５７】
【数２】
2013034334.tif 000004
ここで、基本波がθ＝πで点対象且つ、「０≦θ≦π」、「π≦θ≦２π」のそれぞれにおいて、θ＝π／２、３π／２のそれぞれに対して線対称であることを利用すると、以下の式（ｃ３）が成立する。
【００５８】
【数３】
2013034334.tif 000005
この式（ｃ３）を変形すると、以下の式（ｃ４）を得る。
【００５９】
【数４】
2013034334.tif 000006
ここで、本実施形態では、実装の容易さ等の観点から、上記の式（ｃ４）のΣの内部の各項が互いに等しいとし、また、指令振幅ＶＰをノルムＶｎに変換することで、上記の式（ｃ１）を導出した。
【００６０】
続くステップＳ３４においては、デッドタイム角度量αＤＴを算出する。続くステップＳ３６においては、位相α０，α１，…αｎ−１を、デッドタイム角度量αＤＴで補正することで、デッドタイムを付与する。続くステップＳ３８では、ステップＳ３４において仮設定された操作信号波形を、Ｖ，Ｗ相に展開し、これらについてもデッドタイム角度量αＤＴを付与する。そしてステップＳ４０においては、同時スイッチングがないか否かを判断する。そして、ステップＳ４０において同時スイッチングが生じていると判断される場合、ステップＳ３２に戻り、位相α０，α１、…，αｎ−１を変更する。これに対し、ステップＳ４０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において仮設定された操作信号波形を採用する。
【００６１】
なお、ステップＳ３２における位相α０，α１，…の最初の仮設定については、たとえば上記第１の実施形態における同時スイッチングを許容する操作信号波形を記憶しておき、これを用いることも可能である。
＜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。
【００６２】
「回避手段について」
上記第１の実施形態では、スイッチング素子の温度および入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）の双方に基づき、同時スイッチングの禁止または許容を切り替えたがこれに限らず、たとえばこれらのうちのいずれか一方のみに基づき切り替えてもよい。
【００６３】
また、上記第１の実施形態において、スイッチング素子の温度や入力電圧に依存することなく、常時、同時スイッチングを禁止するようにしてもよい。
【００６４】
上記第２の実施形態においてはスイッチング素子の温度や入力電圧に依存することなく、常時、同時スイッチングを禁止したが、これに限らず、たとえばスイッチング素子の温度および入力電圧の少なくとも一方に基づき、同時スイッチングの禁止または許可を切り替えてもよい。
【００６５】
「位相設定手段について」
トルクフィードバック制御のための操作量として位相を設定するものに限らない。たとえば、ｑ軸電流のフィードバック制御のための操作量として位相を設定するものや、ｄ軸電流のフィードバック制御のための操作量として位相を設定するものであってもよい。
【００６６】
「操作手段について」
位相設定手段とノルム設定手段とを備えるものに限らない。たとえばｄ軸の電流とｑ軸の電流とのそれぞれを指令電流にフィードバック制御するための操作量として、指令電圧を設定するものであってもよい。この場合であっても、指令電圧によって、インバータの出力電圧のベクトルノルムおよび位相が指定される。
【００６７】
「電気角速度相当量について」
上記第１の実施形態では、操作波形を、スイッチング回数ｎと変調率とに応じて定めたが、これに限らず、たとえばスイッチング回数ｎに代えて、電気角速度を用いてもよい。
【００６８】
「操作波形の記憶について」
上記第１の実施形態では、スイッチング状態の切替タイミングが重なることを許容する操作波形（同時スイッチング許容波形）と、スイッチング状態の切替タイミングが重なることを許容しない操作波形（同時スイッチング禁止波形）との双方の操作波形を記憶したがこれに限らない。たとえば同時スイッチング禁止波形のみを記憶してもよい。またたとえば、同時スイッチング許容波形のみを記憶して且つ、スイッチング素子Ｓ＊＃の温度が低い場合や、入力電圧が高い場合には、上記第２の実施形態の要領で、デッドタイム付与後のスイッチング状態の切替タイミングが重なるか否かを判断し、重なると判断される場合には、操作波形を補正して利用してもよい。
【００６９】
「規定数について」
上記各実施形態では、スイッチング状態の切替が同時になされることを許容しない端子数の下限値（規定数）を「２」としたが、これに限らず、たとえば「３」としてもよい。もっとも、たとえば回転機として５相回転機等を用いる場合等にあっては、規定数を「４」以上とすることも可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…モータジェネレータ、２６…位相設定部、３０…ノルム設定部、３４…操作信号生成部。
【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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