(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記変調率の実値に基づいて、インバータに流れる電流に含まれるインバータ高調波電流成分の振幅を算出し、
前記電源接続経路の周波数特性を用いて、前記電源接続経路の増幅ゲインを算出し、
前記インバータ高調波電流成分の振幅に前記増幅ゲインを乗算して、前記電源電流の高調波成分の振幅を算出し、
前記電源電流の高調波成分の振幅に基づいて前記変調率の目標値を算出する交流回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記目標変調率設定部は、前記回転角速度及びトルク指令値と、前記変調率の目標値との関係が予め設定された目標値設定データを参照し、現在の前記回転角速度及び前記トルク指令値に対応する前記変調率の目標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】
前記電流指令値算出部は、前記変調率の実値が、前記変調率の目標値に近づくように、前記電流指令値を変化させる請求項１又は２に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項４】
複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記電流指令値算出部は、前記変調率の目標値が低下された場合は、トルク指令値のトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を行う前記電流指令値を算出する交流回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記電流指令値算出部は、前記変調率の実値が、前記変調率の目標値を上回った場合は、トルク指令値のトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を行う方向に前記電流指令値を変化させ、前記変調率の実値が、前記変調率の目標値を下回った場合は、トルク指令値のトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を弱める方向に前記電流指令値を変化させる請求項１から４のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項６】
複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記電流指令値算出部は、前記変調率の目標値に、前記電源電圧を乗算し、前記回転角速度で除算して、鎖交磁束指令値を算出し、前記鎖交磁束指令値及びトルク指令値に基づいて、電流指令値を算出する交流回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記電流指令値算出部は、前記変調率の実値が、前記変調率の目標値に近づくように、前記鎖交磁束指令値を補正する請求項６に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項８】
複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、
前記変調率の上限制限値を設定する上限変調率設定部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記電圧指令値算出部は、前記複数相の電圧指令値の前記変調率が、前記上限制限値以下になるように、前記複数相の電圧指令値を変化させ、
前記上限変調率設定部は、前記変調率の上限制限値を、前記変調率の目標値よりも大きい値に設定すると共に、前記特定過変調運転領域では、前記変調率の上限制限値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くする交流回転電機の制御装置。
【請求項９】
前記上限変調率設定部は、前記回転角速度及びトルク指令値と、前記変調率の上限制限値との関係が予め設定された上限値設定データを参照し、現在の前記回転角速度及び前記トルク指令値に対応する前記変調率の上限制限値を算出する請求項８に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項１０】
前記上限変調率設定部は、
前記変調率の実値に基づいて、インバータに流れる電流に含まれるインバータ高調波電流成分の振幅を算出し、
前記電源接続経路の周波数特性を用いて、前記電源接続経路の増幅ゲインを算出し、
前記インバータ高調波電流成分の振幅に前記増幅ゲインを乗算して、前記電源電流の高調波成分の振幅を算出し、
前記電源電流の高調波成分の振幅に基づいて前記変調率の上限制限値を算出する請求項８に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項１１】
前記上限変調率設定部は、前記特定過変調運転領域の前記変調率の上限制限値を、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値以下になる通常変調に対応する変調率に設定する請求項８から１０のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
【請求項１２】
複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記特定過変調運転領域の前記変調率の目標値を、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値以下になる通常変調に対応する変調率に設定する交流回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、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】
交流回転電機の制御装置は、効率改善・出力向上のために、３相の巻線への印加電圧の振幅が電源電圧の半分値を超える過変調状態に制御する場合がある。一方で、過変調状態に制御されると、巻線への印加電圧に高調波成分が含まれるようになり、電源電流にも高調波成分が含まれるようになる。さらに、インバータと直流電源と接続する電源接続経路には、インバータの平滑コンデンサによりＬＣ共振回路が形成され、電源電流の高調波成分の周波数が、電源接続経路の共振周波数と一致すると、電源電流の高調波成分が増幅され、直流電源及び直流電源に接続された他の装置に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
特許文献１の技術では、インバータに供給される電源電圧を昇圧する昇圧コンバータが設けられており、共振領域では、昇圧コンバータにより電源電圧を昇圧することで、３相の巻線への印加電圧の振幅に対して電源電圧を増加させて、過変調状態にならないように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７６０９３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術は、昇圧コンバータが備えられていない交流回転電機には適応できない。そのため、昇圧コンバータが備えられていない交流回転電機において、特許文献１の技術を適用すると、共振領域において、トルク出力ができなくなると考えられる。
【０００６】
そこで、電源電圧を昇圧させることなく、電源接続経路の共振回路により、過変調状態において生じる電源電流の高調波成分が増幅されることを抑制しつつ、トルクを出力させることができる交流回転電機の制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に係る交流回転電機の制御装置は、複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、平滑コンデンサを有するインバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記ロータの回転角速度を検出又は推定する回転検出部と、
直流電源から前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源電圧の半分値に対する前記複数相の巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の比率である変調率の目標値を設定する目標変調率設定部と、
前記変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
電流の検出値が、前記電流指令値に近づくように、前記複数相の巻線に印加する複数相の電圧指令値を変化させる電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御部と、を備え、
前記目標変調率設定部は、前記複数相の電圧指令値の振幅が前記電源電圧の半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、前記直流電源と前記インバータとを接続する電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、前記変調率の目標値の最大設定値を、前記特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くし、
前記変調率の実値に基づいて、インバータに流れる電流に含まれるインバータ高調波電流成分の振幅を算出し、
前記電源接続経路の周波数特性を用いて、前記電源接続経路の増幅ゲインを算出し、
前記インバータ高調波電流成分の振幅に前記増幅ゲインを乗算して、前記電源電流の高調波成分の振幅を算出し、
前記電源電流の高調波成分の振幅に基づいて前記変調率の目標値を算出するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に係る交流回転電機の制御装置によれば、電源接続経路の共振により電源電流の高調波成分が増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、それ以外の過変調の運転領域よりも、変調率の目標値を低下させ、変調率の目標値に基づいて、電流指令値を設定することができる。よって、電源電圧を昇圧させることなく、共振領域において、変調率を低下させて、電源電流の高調波成分が大きくなることを抑制しつつ、トルクを出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る交流回転電機及び交流回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の概略ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係る過変調状態を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る電源接続経路の共振回路を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る電源接続経路の周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る共振による電源電流の高調波成分の振幅の増加を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る変調率の目標値の設定を説明する図である。
【図９】実施の形態１に係る変調率の目標値の設定を説明する図である。
【図１０】実施の形態１に係る電流指令値算出部のブロック図である。
【図１１】実施の形態１に係る電流指令値算出部のフィードバック制御器のブロック図である。
【図１２】実施の形態１に係る変調率の上限制限値の設定を説明する図である。
【図１３】実施の形態１に係る変調率の上限制限値の設定を説明する図である。
【図１４】実施の形態１に係る変調率の上限制限を行わない場合の変調率の制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１５】実施の形態１に係る変調率の上限制限を行う場合の変調率の制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１６】実施の形態１に係る変調率の上限制限の処理を説明する図である。
【図１７】実施の形態２に係る目標変調率設定部及び上限変調率設定部のブロック図である。
【図１８】実施の形態２に係る変調率の目標値及び変調率の上限制限値を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の概略構成図である。
【００１１】
１−１．交流回転電機
交流回転電機２は、複数相の巻線を設けたステータとロータと、を有している。本実施の形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。交流回転電機２は、永久磁石式の同期回転電機とされており、ロータに永久磁石が設けられている。
【００１２】
交流回転電機２は、ロータの回転角度に応じた電気信号を出力する回転センサ１６を備えている。回転センサ１６は、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等とされる。回転センサ１６の出力信号は、制御装置１に入力される。
【００１３】
１−２．インバータ等
インバータ２０は、直流電源１０と３相巻線との間で電力変換を行う電力変換器であり、複数のスイッチング素子を有している。インバータ２０は、直流電源１０の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源１０の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。インバータ２０は、３つの正極側のスイッチング素子２３Ｈと、３つの負極側のスイッチング素子２３Ｌとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。
【００１４】
具体的には、各相の直列回路において、正極側のスイッチング素子２３Ｈのコレクタ端子は、正極側電線１４に接続され、正極側のスイッチング素子２３Ｈのエミッタ端子は、負極側のスイッチング素子２３Ｌのコレクタ端子に接続され、負極側のスイッチング素子２３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線１５に接続されている。正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続されている。スイッチング素子には、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置１に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置１から出力される制御信号によりオン又はオフされる。
【００１５】
平滑コンデンサ１２が、正極側電線１４と負極側電線１５との間に接続される。直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧を検出する電源電圧センサ１３が備えられている。電源電圧センサ１３は、正極側電線１４と負極側電線１５との間に接続されている。電源電圧センサ１３の出力信号は、制御装置１に入力される。
【００１６】
電流センサ１７は、各相の巻線に流れる電流に応じた電気信号を出力する。電流センサ１７は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。なお、電流センサ１７は、各相の直列回路に備えられてもよい。
【００１７】
直流電源１０には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源１０には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。
【００１８】
１−３．制御装置
制御装置１は、インバータ２０を介して交流回転電機２を制御する。図２に示すように、制御装置１は、後述する電流検出部３１、回転検出部３２、電圧検出部３３、目標変調率設定部３４、電流指令値算出部３５、電圧指令値算出部３６、スイッチング制御部３７、及び上限変調率設定部３８等を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００１９】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電源電圧センサ１３、電流センサ１７、回転センサ１６等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２０】
そして、制御装置１が備える図２の各制御部３１〜３８等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３８等が用いる変調率の目標値、変調率の上限制限値等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。
【００２１】
＜回転検出部３２＞
回転検出部３２は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３２は、回転センサ１６の出力信号に基づいて、ロータの磁極位置θ（回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、磁極位置は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向きに設定される。なお、回転検出部３２は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。
【００２２】
＜電圧検出部３３＞
電圧検出部３３は、直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧ＶＤＣを検出する。本実施の形態では、電圧検出部３３は、電源電圧センサ１３の出力信号に基づいて、電源電圧ＶＤＣを検出する。
【００２３】
＜電流検出部３１＞
電流検出部３１は、３相の巻線に流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。本実施の形態では、電流検出部３１は、電流センサ１７の出力信号に基づいて、インバータ２０から各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。ここで、Ｉｕｒが、Ｕ相の電流検出値であり、Ｉｖｒが、Ｖ相の電流検出値であり、Ｉｗｒが、Ｗ相の電流検出値である。なお、電流センサ１７が２相の巻線電流を検出するように構成され、残りの１相の巻線電流が、２相の巻線電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、電流センサ１７が、Ｖ相及びＷ相の巻線電流Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出し、Ｕ相の巻線電流Ｉｕｒが、Ｉｕｒ＝−Ｉｖｒ−Ｉｗｒにより算出されてもよい。
【００２４】
電流検出部３１は、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。ｄ軸及びｑ軸の回転座標系は、検出した磁極位置θの方向に定めたｄ軸及びｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなる２軸の回転座標であり、ロータの磁極位置の回転に同期して回転する。具体的には、電流検出部３１は、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、磁極位置θに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。
【００２５】
＜電流指令値算出部３５＞
電流指令値算出部３５は、電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部３５は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。電流指令値算出部３５の処理の詳細については、後述する。
【００２６】
＜電圧指令値算出部３６＞
電圧指令値算出部３６は、電流の検出値が、電流指令値に近づくように、３相の巻線に印加する３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを変化させる。本実施の形態では、電圧指令値算出部３６は、ｄｑ軸電圧指令値算出部３６１、変調率上限制限部３６２、電圧座標変換部３６３、及び変調部３６４を備えている。
【００２７】
ｄｑ軸電圧指令値算出部３６１は、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒがｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに近づき、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒがｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに近づくように、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏ及びｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。なお、ｄ軸電流とｑ軸電流の非干渉化のため等のフィードフォワード制御が行われてもよい。
【００２８】
変調率上限制限部３６２は、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに対して、後述する変調率の上限制限処理を行って、制限後のｄ軸の電圧指令値ＶｄｏＬＴ及び制限後のｑ軸の電圧指令値ＶｑｏＬＴを算出する。
【００２９】
電圧座標変換部３６３は、制限後のｄｑ軸の電圧指令値ＶｄｏＬＴ、ＶｑｏＬＴを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、座標変換後の３相の電圧指令値Ｖｕｏｃ、Ｖｖｏｃ、Ｖｗｏｃに変換する。この座標変換後の３相の電圧指令値Ｖｕｏｃ、Ｖｖｏｃ、Ｖｗｏｃは、正弦波になり、３相の電圧指令値又は３相の巻線の印加電圧の基本波成分に相当する。
【００３０】
変調部３６４は、正弦波の座標変換後の３相の電圧指令値Ｖｕｏｃ、Ｖｖｏｃ、Ｖｗｏｃに対して振幅低減変調を加えて、最終的な３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを算出する。変調部３６４は、少なくとも座標変換後の３相の電圧指令値の変調率Ｍが１より大きくなる場合に、座標変換後の３相の電圧指令値に対して、３相の電圧指令値の線間電圧を維持しつつ、３相の電圧指令値の振幅を低減する振幅低減変調を加える。
【００３１】
座標変換後の３相の電圧指令値の変調率Ｍは、次式に示すように、電源電圧ＶＤＣの半分値に対する、基本波成分である座標変換後の３相の電圧指令値の振幅ＶＡの比率である。なお、変調率Ｍは、電源電圧ＶＤＣの半分値に対する、３相の巻線の印加電圧又は変調後の３相の電圧指令値の基本波成分の振幅ＶＡの比率でもある。
Ｍ＝ＶＡ×２／ＶＤＣ        ・・・（１）
【００３２】
以下で説明するように、本実施の形態では、振幅低減変調が行われるので、変調率Ｍが１．１５以下である場合は、通常変調状態となり、インバータに流れるインバータ電流に６次の高調波成分が重畳せず、変調率Ｍが１．１５より大きい場合は、過変調状態にとなり、インバータ電流の６次の高調波成分が重畳し、変調率Ｍが増加するに従って、電源電流の６次の高調波成分が増加する。
１）Ｍ≦１．１５の場合
通常変調状態、インバータ電流の６次の高調波成分なし
２）Ｍ＞１．１５の場合
過変調状態、インバータ電流の６次の高調波成分あり
【００３３】
図４に、回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｏと制御領域との関係を示す。回転角速度ωが低い領域では、変調率Ｍが１以下であるので、通常変調状態になる。回転角速度ωが増加すると、変調率Ｍが１より大きく、１．１５以下になる。しかし、振幅低減変調ありの場合は通常変調状態のままである。更に、回転角速度ωが増加すると、変調率Ｍが１．１５より大きく、１．２７以下（本例では、１．２１以下）になる。この場合は、振幅低減変調ありでも過変調状態になる。なお、同じトルク指令値Ｔｏにおいて、基底回転数までは回転角速度ωが増加するに従って、変調率Ｍが増加する。後述する最大変調率低下設定が行われない場合は、基底回転数より高い回転角速度ωでは、変調率Ｍは一定値になる（図１０の電流設定データは、変調率Ｍが一定値になるように設定されている）。
【００３４】
＜通常変調状態（Ｍ≦１）＞
変調率Ｍが１以下である場合は、変調を加えなくても、座標変換後の３相の電圧指令値の振幅が、電源電圧ＶＤＣの半分値を超過する電圧飽和が生じず、通常変調状態となる。なお、変調率Ｍが１以下の場合であっても、スイッチング損失を低減する目的等のために後述する２相変調等の変調が加えられてもよい。
【００３５】
＜振幅低減変調による通常変調状態（１＜Ｍ≦１．１５）＞
変調を加えない場合は、変調率Ｍが１より大きくなると、座標変換後の３相の電圧指令値の振幅が、電源電圧ＶＤＣの半分値を超過する電圧飽和が生じ、過変調状態となる。過変調状態になると、印加電圧の線間電圧に高調波成分が重畳し、トルクリプル成分、インバータ電流の高調波成分が生じる。
【００３６】
一方、振幅低減変調を加えることにより、変調率Ｍが２／√３（≒１．１５）より大きくなるまで、振幅低減変調後の３相の電圧指令値の振幅が、電源電圧ＶＤＣの半分値を超過する電圧飽和が生じず、通常変調状態となる。振幅低減変調の方式には、３次高調波重畳、ｍｉｎ−ｍａｘ法（疑似３次高調波重畳）、２相変調、及び台形波変調等の公知の各種方式が用いられる。３次高調波重畳は、座標変換後の３相の電圧指令値に３次高調波を重畳させる方式である。ｍｉｎ−ｍａｘ法は、座標変換後の３相の電圧指令値の中間電圧の１／２を、座標変換後の３相の電圧指令値に重畳させる方式である。２相変調は、何れか１相の電圧指令値を０又は電源電圧ＶＤＣに固定し、他の２相を座標変換後の３相の電圧指令値の線間電圧が変化しないように変化させる方式である。
【００３７】
＜過変調状態（１．１５＜Ｍ≦１．２７）＞
一方、変調率Ｍが、２／√３（≒１．１５）より大きくなると、振幅低減変調を行っても、３相の電圧指令値の振幅が、電源電圧ＶＤＣの半分値を超過する電圧飽和が生じ、過変調状態となる。変調率Ｍは、電圧指令値が矩形波になる最大値４／π（≒１．２７）まで増加できる。
【００３８】
印加電圧の線間電圧に重畳する高調波成分は、基本波の周波数（電気角での回転周波数）の５次及び７次の成分が大きくなる。一方、インバータ電流の高調波成分は、印加電圧の５次及び７次の成分が６次の成分となって表れる。
【００３９】
変調率Ｍが増加するに従って、印加電圧の線間電圧に重畳する高調波成分が増加し、トルクリップル成分、インバータ電流の高調波成分が増加する。本実施の形態では、高調波成分の増加を抑制するため、変調率Ｍの最大設定値は、理論最大値１．２７より小さい値（例えば、１．２１）に設定される。
【００４０】
＜スイッチング制御部３７＞
スイッチング制御部３７は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により複数のスイッチング素子をオンオフする。スイッチング制御部３７は、３相の電圧指令値のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、キャリア周波数で０を中心に電源電圧ＶＤＣ／２の振幅で振動する三角波とされている。スイッチング制御部３７は、電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。正極側のスイッチング素子には、スイッチング信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。各スイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、インバータ２０の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。
【００４１】
＜電源接続経路の共振による、電源電流の高調波成分の増幅＞
過変調状態において生じるインバータ電流の６次の高調波成分の周波数が、電源接続経路の共振周波数と一致すると、電源電流の高調波成分が増幅され、直流電源１０及び直流電源１０に接続された他の装置に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００４２】
図５に示すように、電源接続経路の共振回路は、インバータ２０の平滑コンデンサ１２のキャパシタンスＣ、直流電源１０と平滑コンデンサ１２との間の接続経路のインダクタンスＬ及び抵抗Ｒによる、ＲＬＣ直列共振回路である。その周波数特性は、図６に示すようになり、共振周波数帯で、ゲインが増加している。
【００４３】
そのため、過変調状態において、回転角速度ωの６次（６ω）の周波数と、電源接続経路の共振周波数帯が重複すると、電源電流の６次の高調波成分が増幅される。また、過変調状態においても、変調率Ｍが増加するほど、増幅される前の６次の高調波成分の振幅が大きくなり、それに比例して、増幅後の６次の高調波成分の振幅も大きくなる。そのため、過変調状態において、増幅後の６次の高調波成分の振幅が大きくなり過ぎないように、変調率Ｍを低下させる必要がある。例えば、図７に、後述する最大変調率低下設定を行わない場合の例を示すように、過変調状態において、回転角速度ωの６次（６ω）が、電源接続経路の共振周波数帯と重複する領域において、変調率Ｍが高くなるに従って、増幅後の電源電流の６次の高調波成分の振幅が大きくなっている。図７には、等振幅線を示しており、右上に行くに従って、高調波成分の振幅が増加している。
【００４４】
＜目標変調率設定部３４＞
そこで、目標変調率設定部３４は、変調率Ｍの目標値を設定する。目標変調率設定部３４は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振幅が電源電圧ＶＤＣの半分値を超える過変調により生じる電源電流の高調波成分が、電源接続経路において発生する共振により増大する運転領域に対応して設定された特定過変調運転領域では、変調率の目標値Ｍｏの最大設定値を、特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域（以下、非特定過変調運転領域と称す）よりも低くする最大変調率低下設定を行う。
【００４５】
上述したように、過変調状態において、回転角速度ωが電源接続経路の共振周波数帯に対応する回転角速度範囲になる場合は、変調率Ｍが増加するに従って、増幅後の電源電流の高調波成分の振幅が増加する。上記の構成によれば、この共振により電源電流の高調波成分が増大する特定過変調運転領域において、変調率の目標値の最大設定値が、他の運転領域よりも低くされるので、変調率Ｍが低下され、増幅後の電源電流の高調波成分の振幅の増加が抑制される。よって、直流電源１０及び直流電源１０に接続された他の装置に悪影響を及ぶことを抑制できる。
【００４６】
例えば、図８に示すように、特定過変調運転領域は、図７において電源電流の高調波成分の振幅が大きくなっていた右上の運転領域に設定される。例えば、特定過変調運転領域において、変調率の目標値の最大設定値が１．１５に設定され、非特定過変調運転領域において、変調率の目標値の最大設定値が１．２１に設定される。
【００４７】
特定過変調運転領域では、変調率Ｍを低下させるため、後述する電流指令値算出部３５において、弱め磁束制御が行われる。弱め磁束制御の結果、変調率の実値Ｍｒが低下され、電源電流の高調波成分が低減される。
【００４８】
本実施の形態では、目標変調率設定部３４は、回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｏと、変調率の目標値Ｍｏとの関係が予め設定された目標値設定データを参照し、現在の回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｏに対応する変調率の目標値Ｍｏを算出する。例えば、目標値設定データは、図８に示すようなマップデータに設定される。特定過変調運転領域では、変調率の目標値Ｍｏは、最大設定値の１．１５に設定されており、通常変調状態に制御され、インバータ電流に高調波成分が生じないようにでき、電源電流の高調波成分が生じないようにできる。このように、本実施の形態では、目標変調率設定部３４は、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏを、通常変調状態に対応する変調率Ｍ（本例では、通常変調状態の変調率Ｍの最大値１．１５）に設定する。なお、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、１．１５より小さい変調率Ｍに設定されてもよい。或いは、電源電流の高調波成分を許容できる範囲で、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、１．１５より大きい値に設定されてもよい。
【００４９】
一方、非特定過変調運転領域では、変調率の目標値Ｍｏは、最大設定値の１．２１から１．１５に設定される。なお、トルク指令値Ｔｏは、制御装置１内で演算されてもよいし、外部の装置から伝達されてもよい。
【００５０】
本実施の形態では、後述する電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを上回る場合は、弱め磁束制御により、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを調整することで、変調率の実値Ｍｒを変調率の目標値Ｍｏに追従させることができる。一方、電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを下回る場合は、弱め磁束を弱める制御を行うことになるが、弱め磁束を弱める側への操作幅は制限されるため、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを下回ったままの状態になる。
【００５１】
すなわち、電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを上回らないように上限制限できるが、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを下回る場合は、下回ったままの状態になるように構成されている。よって、電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒを、変調率の目標値Ｍｏにより上限制限する機能が高くなっている。
【００５２】
そこで、目標値設定データは、図９に示すようなマップデータに設定されてもよい。すなわち、特定過変調運転領域では、変調率の目標値Ｍｏは、最大設定値の１．１５に設定されており、非特定過変調運転領域では、変調率の目標値Ｍｏは、最大設定値の１．２１に設定されている。このように設定しても、特定過変調運転領域では、変調率の実値Ｍｒは、１．１５に上限制限され、非特定過変調運転領域では、変調率の実値Ｍｒは、１．２１に上限制限されると共に、回転角速度ωが低下し、トルク指令値Ｔｏが低下するに従って、図８の設定と同様に、変調率の実値Ｍｒが１．２１から減少する。図９のように設定すると、図８の設定の場合よりも、データ設定の工数を低減できる。
【００５３】
＜電流指令値算出部３５＞
電流指令値算出部３５は、変調率の目標値Ｍｏに基づいて、電流指令値を設定する。本実施の形態では、電流指令値算出部３５は、変調率の目標値Ｍｏが低下された場合は、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を行う電流指令値を算出する。この構成によれば、弱め磁束制御が行われるので、変調率Ｍが低下すると共に、トルク指令値Ｔｏのトルク出力が維持される。
【００５４】
なお、電流指令値が、電圧制限楕円又は電流制限円により制限された場合は、トルク出力は、トルク指令値Ｔｏを下回るが、可能な限り、トルク指令値Ｔｏに近づけられる。
【００５５】
本実施の形態では、電流指令値算出部３５は、変調率の目標値Ｍｏに、電源電圧ＶＤＣを乗算し、回転角速度ωで除算して、鎖交磁束指令値の基本値Ψｏｂを算出する。
【００５６】
詳細には、図１０及び次式に示すように、電流指令値算出部３５は、変調率の目標値Ｍｏに１／２×√（３／２）及び電源電圧ＶＤＣを乗算し、回転角速度ωで除算して、鎖交磁束指令値の基本値Ψｏｂを算出する。
Ψｏｂ＝Ｍｏ×１／２×√（３／２）×ＶＤＣ／ω      ・・・（２）
【００５７】
そして、図１０及び次式に示すように、電流指令値算出部３５は、鎖交磁束指令値の基本値Ψｏｂに、後述する鎖交磁束補正値Ψｏｃを加算して、鎖交磁束指令値Ψｏを算出する。
Ψｏ＝Ψｏｂ＋Ψｏｃ                ・・・（３）
【００５８】
電流指令値算出部３５は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに基づいて、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。電流指令値算出部３５は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏとｄ軸の電流指令値Ｉｄｏとの関係が予め設定されたｄ軸電流設定データを参照し、算出された鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに対応するｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。電流指令値算出部３５は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏとｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとの関係が予め設定されたｑ軸電流設定データを参照し、算出された鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに対応するｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。
【００５９】
電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏに近づくように、電流指令値を変化させるフィードバック制御を行う。本実施の形態では、電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを上回った場合は、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を行う方向に電流指令値を変化させ、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏを下回った場合は、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を弱める方向に電流指令値を変化させる。フィードバック制御により、弱め磁束の程度を調整し、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、変調率の実値Ｍｒを変量率の目標値Ｍｏに近づけることができる。
【００６０】
本実施の形態では、電流指令値算出部３５は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏに近づくように、鎖交磁束指令値Ψｏを補正する鎖交磁束補正値Ψｏｃを変化させる。
【００６１】
図１１及び次式に示すように、電流指令値算出部３５は、変調率の目標値Ｍｏに対する変調率の実値Ｍｒの偏差ΔＭを算出し、偏差ΔＭに、１／２×√（３／２）及び電源電圧ＶＤＣを乗算し、回転角速度ωで除算して、制御値Ｕを算出する。そして、電流指令値算出部３５は、制御値Ｕに、制御ゲインＫｍを乗算した値を、条件付き積分器で積分し、積分値を、鎖交磁束補正値Ψｏｃとして算出する。条件付き積分器は、いわゆるアンチワインドアップの機能を有している。すなわち、積分器は、鎖交磁束指令値Ψｏが、ｄ軸電流設定データに設定されている鎖交磁束指令値Ψｏの上限値（操作可能幅の上限値）に到達した場合は、積分値を増加させずに、保持し、鎖交磁束指令値Ψｏが、ｄ軸電流設定データに設定されている鎖交磁束指令値Ψｏの下限値（操作可能幅の下限値）に到達した場合は、積分値を減少させずに、保持する。
ΔＭ＝Ｍｏ−Ｍｒ
Ｕ＝ΔＭ×１／２×√（３／２）×ＶＤＣ／ω      ・・・（４）
Ψｏｃ＝∫（Ｋｍ×Ｕ）
【００６２】
＜特定過変調運転領域における弱め磁束制御＞
特定過変調運転領域において、変調率の目標値Ｍｏが低下されると、鎖交磁束指令値の基本値Ψｏｂが低下する。また、特定過変調運転領域において、変調率の実値Ｍｒが変調率の目標値Ｍｏを上回ると、鎖交磁束補正値Ψｏｃが減少する。よって、特定過変調運転領域において、変調率の目標値Ｍｏが低下されることにより、鎖交磁束指令値Ψｏが低下する。鎖交磁束指令値Ψｏが低下すると、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、弱め磁束を行うことになるので、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが負方向に増加し、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが必要に応じて減少する。弱め磁束制御が行われることにより、変調率の実値Ｍｒを低下させることができる。なお、上述したように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの負方向への増加には、電圧制限楕円及び電流制限円等による上限があり、上限値（本例では、ｄ軸電流設定データに設定されている鎖交磁束指令値Ψｏの下限値）に到達するまで、変調率の実値Ｍｒを低下させることができる。
【００６３】
従って、特定過変調運転領域において、変調率の目標値Ｍｏが低下されることにより、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが負方向に増加され、弱め磁束制御が行われ、トルク指令値Ｔｏのトルク出力を維持しつつ、変調率の実値Ｍｒを低下させることができる。一方、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが負方向への増加の上限値に到達すると、変調率の実値Ｍｒを更に低下できなくなるが、この上限値は通常、鎖交磁束がゼロになる値に設定されるため到達時点ではすでに、変調率Ｍは、ゼロ近くまで低減されており十分な低減効果を得ることができる。
【００６４】
＜非特定過変調運転領域において、変調率の実値Ｍｒが変調率の目標値Ｍｏを下回る場合＞
一方、変調率の実値Ｍｒが変調率の目標値Ｍｏを下回ると、鎖交磁束補正値Ψｏｃが増加し、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを正方向に増加させ、弱め磁束を弱めることになる。しかし、弱め磁束を弱める方向への操作幅は大きくないため、鎖交磁束指令値Ψｏは、ｄ軸電流設定データに設定されている鎖交磁束指令値Ψｏの上限値に到達し、上述したように、変調率の実値Ｍｒは、変調率の目標値Ｍｏを下回ったままになる。
【００６５】
＜上限変調率設定部３８＞
上限変調率設定部３８は、変調率の上限制限値ＭＬＴを設定する。上限変調率設定部３８は、変調率の上限制限値ＭＬＴを、変調率の目標値Ｍｏよりも大きい値に設定すると共に、特定過変調運転領域では、変調率の上限制限値の最大設定値を、特定過変調運転領域以外の過変調の運転領域よりも低くする。
【００６６】
本実施の形態では、上限変調率設定部３８は、回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｏと、変調率の上限制限値ＭＬＴとの関係が予め設定された上限値設定データを参照し、現在の回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｏに対応する変調率の上限制限値ＭＬＴを算出する。例えば、上限値設定データは、図１２に示すようなマップデータに設定される。特定過変調運転領域では、変調率の上限制限値ＭＬＴは、図８の変調率の目標値Ｍｏの１．１５よりも大きい最大設定値の１．１７に設定されている。一方、非特定過変調運転領域では、変調率の上限制限値ＭＬＴは、図８の変調率の目標値Ｍｏよりも大きく設定されており、最大設定値の１．２３から１．１７に設定される。しかし、このような設定は、通常変調領域において、電流制御の応答性を悪化させるため行われなくてもよい。
【００６７】
目標値設定データが図９のように設定される場合は、上限値設定データは、図１３に示すようなマップデータに設定される。特定過変調運転領域では、変調率の上限制限値ＭＬＴは、図９の変調率の目標値Ｍｏの１．１５よりも大きい最大設定値の１．１７に設定されている。なお、目標変調率設定部３４は、特定過変調運転領域の変調率の上限制限値ＭＬＴを、通常変調状態に対応する変調率Ｍ（例えば、通常変調状態の変調率Ｍの最大値１．１５）に設定してもよい。この場合は、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、１．１５より小さい変調率Ｍ（例えば、１．１２）に設定される。
【００６８】
一方、非特定過変調運転領域では、変調率の上限制限値ＭＬＴは、図９の変調率の目標値Ｍｏの１．２１よりも大きい１．２３に設定される。
【００６９】
＜変調率上限制限部３６２＞
電圧指令値算出部３６は、３相の電圧指令値の変調率が、変調率の上限制限値ＭＬＴ以下になるように、３相の電圧指令値を変化させる。本実施の形態では、変調率上限制限部３６２は、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに対して、変調率の上限制限処理を行って、制限後のｄ軸の電圧指令値ＶｄｏＬＴ及び制限後のｑ軸の電圧指令値ＶｑｏＬＴを算出するように構成されている。
【００７０】
変調率の上限制限処理を行わない場合は、図１４に示すように、回転角速度ωの上昇時などの過渡時は、変調率の実値Ｍｒが、変調率の目標値Ｍｏをオーバーシュートする。そのため、電源電流の高調波成分が意図せず大きくなることがある。一方、変調率の上限制限処理を行う場合は、図１５に示すように、変調率の実値Ｍｒが、変調率の上限制限値ＭＬＴを超過しないように上限制限することができ、オーバーシュート量を管理できる。変調率の上限制限処理は、電圧指令値の変調率を直接制限するので、変調率の実値Ｍｒを確実に上限制限できる。
【００７１】
図１６に示すように、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏの変調率Ｍを、変調率の上限制限値ＭＬＴ以下に制限するためには、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、変調率Ｍが上限制限値ＭＬＴになる制限円の範囲内に制限する必要がある。次式に示すように、制限円の半径ＶＬＴは、変調率の上限制限値ＭＬＴに、１／２×√（３／２）及び電源電圧ＶＤＣを乗算した値になる。
ＶＬＴ＝ＭＬＴ×１／２×√（３／２）×ＶＤＣ      ・・・（５）
【００７２】
図１６に示すように、変調率上限制限部３６２は、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏの変調率Ｍｄｑｖが、変調率の上限制限値ＭＬＴを上回る場合は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏと原点を結ぶ線と制限円との交点に、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに変化させる。
【００７３】
この処理を数式で表すと次式のようになる。すなわち、変調率上限制限部３６２は、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏの変調率Ｍｄｑｖが、変調率の上限制限値ＭＬＴを上回る場合は、変調率の上限制限値ＭＬＴを変調率Ｍｄｑｖで除算した値を、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに乗算して、制限後のｄｑ軸の電圧指令値ＶｄｏＬＴ、ＶｑｏＬＴを算出し、変調率Ｍｄｑｖが、変調率の上限制限値ＭＬＴ以下になる場合は、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏをそのまま、制限後のｄｑ軸の電圧指令値ＶｄｏＬＴ、ＶｑｏＬＴに設定する。
Ｍｄｑｖ＝√（Ｖｄｏ２＋Ｖｄｏ２）／｛１／２×√（３／２）×ＶＤＣ｝
１）Ｍｄｑｖ＞ＭＬＴの場合
［ＶｄｏＬＴ，ＶｑｏＬＴ］＝ＭＬＴ／Ｍｄｑｖ×［Ｖｄｏ，Ｖｑｏ］
２）Ｍｄｑｖ≦ＭＬＴの場合                                        ・・・（６）
［ＶｄｏＬＴ，ＶｑｏＬＴ］＝［Ｖｄｏ，Ｖｑｏ］
【００７４】
２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、目標変調率設定部３４における変調率の目標値Ｍｏの算出方法、及び上限変調率設定部３８における変調率の上限制限値ＭＬＴの算出方法が実施の形態１と異なる。
【００７５】
＜目標変調率設定部３４＞
本実施の形態では、図１７に目標変調率設定部３４は、変調率の実値Ｍｒに基づいて、インバータに流れるインバータ電流に含まれるインバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨを算出し、電源接続経路の周波数特性を用いて、電源接続経路の増幅ゲインＫＨを算出し、インバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨに増幅ゲインＫＨを乗算して、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨを算出する。そして、目標変調率設定部３４は、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨに基づいて変調率の目標値Ｍｏを算出するように構成されている。
【００７６】
詳細には、図１７のブロック図に示すように構成されている。目標変調率設定部３４は、電圧指令値に基づいて変調率の実値Ｍｒを算出する。目標変調率設定部３４は、ｄｑ軸電流とｄｑ軸電圧との位相差に基づいて力率ＰＦを算出する。そして、目標変調率設定部３４は、変調率Ｍ及び力率ＰＦと、交流電力に対する６次の高調波成分の割合ＲａｃＨとの関係が予め設定された割合設定データを参照し、算出した変調率の実値Ｍｒ及び力率ＰＦに対応する６次の高調波成分の割合ＲａｃＨを算出する。
【００７７】
目標変調率設定部３４は、ｄｑ軸電流とｄｑ軸電圧とを乗算して、交流電力Ｐａｃを算出する。目標変調率設定部３４は、交流電力Ｐａｃに６次の高調波成分の割合ＲａｃＨを乗算して、交流電力Ｐａｃに含まれる６次の高調波成分の振幅ΔＰａｃＨを算出する。目標変調率設定部３４は、６次の高調波成分の振幅ΔＰａｃＨを電源電圧ＶＤＣで除算して、インバータ電流に含まれる６次のインバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨを算出する。
【００７８】
また、目標変調率設定部３４は、周波数と増幅ゲインＫＨとの関係が予め設定された電源接続経路の周波数特性を参照し、回転角速度ωの６倍の周波数に対応する増幅ゲインＫＨを算出する。目標変調率設定部３４は、６次のインバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨに増幅ゲインＫＨを乗算して、電源電流の６次の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨを算出する。
【００７９】
目標変調率設定部３４は、高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨと変調率の目標値Ｍｏとの関係が予め設定された目標値設定データを参照し、算出した電源電流の６次の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨに対応する変調率の目標値Ｍｏを算出する。この目標値設定データは、図１８に示すように設定されている。電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが小さい場合は、非特定過変調運転領域に対応するので、変調率の目標値Ｍｏは、高い値、例えば、１．２１に設定される。一方、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが大きい場合は、特定過変調運転領域に対応するので、変調率の目標値Ｍｏは、低い値、例えば、１．１５に設定される。このように、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが増加するに従って、変調率の目標値Ｍｏは低下される。本実施の形態の設定は、実施の形態１の図９の設定に近くなっている。このように、本実施の形態では、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、通常変調状態に対応する変調率Ｍ（本例では、通常変調状態の変調率Ｍの最大値１．１５）に設定されている。なお、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、１．１５より小さい変調率Ｍに設定されてもよい。
【００８０】
＜上限変調率設定部３８＞
目標変調率設定部３４と同様に、上限変調率設定部３８は、変調率の実値Ｍｒに基づいて、インバータに流れるインバータ電流に含まれるインバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨを算出し、電源接続経路の周波数特性を用いて、電源接続経路の増幅ゲインＫＨを算出し、インバータ高調波電流成分の振幅ΔＩｉｎＨに増幅ゲインＫＨを乗算して、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨを算出する。そして、上限変調率設定部３８は、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨに基づいて、変調率の上限制限値ＭＬＴを算出する。
【００８１】
図１７に示すように、目標変調率設定部３４と上限変調率設定部３８との間で、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨの算出部分は共通化されている。そして、上限変調率設定部３８は、高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨと変調率の上限制限値ＭＬＴとの関係が予め設定された上限制限値設定データを参照し、算出した電源電流の６次の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨに対応する変調率の上限制限値ＭＬＴを算出する。
【００８２】
この上限制限値設定データは、図１８に示すように設定されている。電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが小さい場合は、非特定過変調運転領域に対応し、変調率の上限制限値ＭＬＴは、変調率の目標値Ｍｏよりも大きい値、例えば、１．２３に設定される。一方、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが大きい場合は、特定過変調運転領域に対応し、変調率の上限制限値ＭＬＴは、変調率の目標値Ｍｏよりも大きい値、例えば、１．１７に設定される。このように、電源電流の高調波成分の振幅ΔＩｄｃＨが増加するに従って、変調率の上限制限値ＭＬＴは、変調率の目標値Ｍｏよりも大きい値の状態で、低下される。本実施の形態の設定は、実施の形態１の図１３の設定に近くなっている。なお、特定過変調運転領域の変調率の上限制限値ＭＬＴは、通常変調状態に対応する変調率Ｍ（例えば、通常変調状態の変調率Ｍの最大値１．１５）に設定されてもよい。この場合は、特定過変調運転領域の変調率の目標値Ｍｏは、１．１５より小さい変調率Ｍ（例えば、１．１２）に設定される。
【００８３】
＜転用例＞
上記の各実施の形態では、３相の巻線が設けられる場合を例として説明した。しかし、巻線の相数は、複数相であれば、２相、４相等の任意の数に設定されてもよい。
【００８４】
上記の各実施の形態では、１組の３相の巻線及びインバータが設けられる場合を例として説明した。しかし、２組以上の３相巻線及びインバータが設けられ、各組の３相巻線及びインバータに対して、各実施の形態と同様の制御が行われてもよい。
【００８５】
上記の各実施の形態では、１組の３相の巻線及びインバータが設けられる場合を例として説明した。しかし、２組以上の３相巻線及びインバータが設けられ、各組の３相巻線及びインバータに対して、各実施の形態と同様の制御が行われてもよい。
【００８６】
上記の各実施の形態では、電流指令値算出部３５は、中間パラメータとして鎖交磁束指令値を用い、変調率の目標値Ｍｏ等に基づいて鎖交磁束指令値を変化させ、鎖交磁束指令値に基づいて電流指令値を設定している場合を例として説明した。しかし、電流指令値算出部３５は、鎖交磁束指令値を用いずに、電流指令値を設定してもよい。例えば、電流指令値算出部３５は、特開２０１２−２０００７３号公報に開示されているように、中間パラメータとして、電圧不足割合を用い、変調率の目標値Ｍｏ等に基づいて電圧不足割合を変化させ、電圧不足割合に基づいて電流指令値を設定してもよい。
【００８７】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８８】
１  交流回転電機の制御装置、２  交流回転電機、１０  直流電源、１２  平滑コンデンサ、２０  インバータ、３１  電流検出部、３２  回転検出部、３３  電圧検出部、３４  目標変調率設定部、３５  電流指令値算出部、３６  電圧指令値算出部、３７  スイッチング制御部、３８  上限変調率設定部、Ｍ  変調率、ＭＬＴ  変調率の上限制限値、Ｍｏ  変調率の目標値、Ｍｒ  変調率の実値、Ｔｏ  トルク指令値、ＶＤＣ  電源電圧、ω  回転角速度
【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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