(57)【要約】      （修正有）【課題】平滑コンデンサを流れるリプル電流を十分に低減することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】インバータ回路２のスイッチング動作を制御する制御回路５に、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流が低減されるように多相モータ３の駆動相数や各相のキャリア位相差を選択的に変更する機能（可変手段）を設ける。また、可変手段は、リプル電流を最小とする駆動相数及び／又はキャリア位相差を状態量マップより求める。さらに、状態量マップは計算、実測等より求める。【選択図】図４
2009232546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム数をＮ（Ｎは任意の自然数）、モータの駆動相数をＮの約数としたモータ制御装置において、
前記モータの駆動相数と各相ごとのキャリア位相差との少なくとも一方を可変とする可変手段を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記可変手段は、前記モータの運転状態に基づいて、前記アームに並列に接続された平滑コンデンサを流れるリプル電流が最小となるように、前記モータの駆動相数と各相ごとのキャリア位相差との少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記可変手段は、前記リプル電流を最小とする駆動相数及び／又はキャリア位相差を随時計算によって求めることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記可変手段は、リプル電流の計算式を用いて、前記リプル電流を最小とする駆動相数及び／又はキャリア位相差を随時計算することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記可変手段は、行列計算により、前記リプル電流を最小とする駆動相数及び／又はキャリア位相差を随時計算することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記可変手段は、前記リプル電流を最小とする駆動相数及び／又はキャリア位相差を状態量マップを用いて求めることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記状態量マップは、リプル計算の計算式を用いて作成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記状態量マップは、行列計算によって作成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記状態量マップは、前記平滑コンデンサを流れるリプル電流を実際に測定することによって作成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ回路を用いて多相モータを駆動制御するモータ制御装置に関するものであり、特に電源の平滑化に用いる平滑コンデンサを流れるリプル電流を低減させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ回路を用いて多相モータを駆動制御するモータ制御装置が知られている。この種のモータ制御装置では、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング時における急激な電流の変化を和らげ、負荷に安定した交流電流を流すため、通常、直流電源とインバータ回路のスイッチング素子に対して並列に平滑コンデンサを設けている。
【０００３】
この平滑コンデンサにはリプル電流が流れ、平滑コンデンサの内部抵抗によって損失が発生することになる。そして、この損失により平滑コンデンサの温度が上昇すると、コンデンサの耐久性が低下して寿命の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、インバータ回路の運転状態に基づいて各相の三角波比較に用いる三角波に適当な位相差を設けることで、各相から平滑コンデンサに出入する電流の位相をずらし、互いに打ち消し合わせて平滑コンデンサを流れるリプル電流を抑えるようにすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−５４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、平滑コンデンサを流れるリプル電流は、インバータ回路の運転状態とキャリア位相のみならず、駆動相数やどの相のキャリア位相をどれだけずらすかにも依存する。特許文献１にて開示される従来の手法では、駆動相数や各相とキャリア位相との関係が考慮されていなかったため、平滑コンデンサを流れるリプル電流を十分に低減できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みて創案されたものであって、平滑コンデンサを流れるリプル電流を十分に低減することが可能なモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るモータ制御装置は、モータの駆動相数と各相のキャリア位相差との少なくとも一方を可変とする可変手段を備えることで、上述した課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リプル電流実行値を十分に低減できるので、平滑コンデンサでの損失を低減させて温度上昇を抑制することができ、平滑コンデンサの長寿命化を図ることができる。また、平滑コンデンサでの損失が低減できるので、平滑コンデンサの容量を小さく設定することが可能となり、装置全体の小型やコストダウンも図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
［装置構成］
図１は、本実施形態のモータ駆動装置の概要を示す図である。このモータ制御装置は、例えば車両に搭載されて車両の動力源として用いられるものであり、直流電源であるバッテリ１からの直流電流をインバータ回路２により多相交流電流に変換して多相モータ３に供給することで、多相モータ３を駆動制御するものである。バッテリ１とインバータ回路２との間には平滑コンデンサ４が設けられており、この平滑コンデンサ４によって、バッテリ１からの供給電流の平滑化と外来ノイズの除去等が行われている。
【００１１】
インバータ回路２は、多相モータ３のコイルＣ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・Ｃ２６，Ｃ２７）に対応した数のアームＡ（Ａ１，Ａ２，Ａ３・・・Ａ２６，Ａ２７）を有し、各アームＡ（Ａ１，Ａ２，Ａ３・・・Ａ２６，Ａ２７）を平滑コンデンサ３に対してそれぞれ並列に接続した構成である。各アームＡは、スイッチング素子である２個のバイポーラトランジスタを直列接続するとともに各トランジスタにそれぞれダイオードを並列接続してなるものであり、２個のトランジスタの間に、給電線Ｌ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・Ｌ２６，Ｌ２７）を介して多相モータ３の対応するコイルＣが接続されている。各アームＡのトランジスタは、バッテリ２の＋側にコレクタ、−側にエミッタが接続され、ダイオードはトランジスタのエミッタからコレクタに向かって順方向になるように接続されている。なお、ここではアーム数が２７のインバータ回路２を例示しているが、勿論、インバータ回路２のアーム数は、制御対象となる多相モータ３のコイル数に対応していればよい。
【００１２】
以上のようなインバータ回路２には、トルク指令に応じてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりインバータ回路２のスイッチング動作を制御する制御回路５が接続されている。そして、特に本実施形態のモータ駆動装置においては、この制御回路５に、リプル電流が低減されるように多相モータ３の駆動相数や各相のキャリア位相差を選択的に変更する機能（可変手段）が設けられている。なお、この制御回路５の具体的な構成については詳細を後述する。
【００１３】
［リプル電流の低減手法］
図２は、インバータ回路２のＰＷＭ制御に用いる三角波（キャリア）を示している。図２中、１番上の三角波に対し、２番目の三角波は１２０°位相が遅れ、３番目の三角波は２４０°位相が遅れている。
【００１４】
インバータ回路２の各アームＡに流す電流の位相、ＰＷＭ制御に用いる三角波の位相により、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流が変化する。
【００１５】
下記の表１〜表３は、インバータ回路２のアーム数が２７であることを前提に、電流位相、三角波の位相（キャリア位相）を変数とした場合のいくつかのパターンを示したものである。
【表１】
2009232546.tif 000003
【００１６】
表１では、相電流が２π／２７ずつずれている場合における三角波のずらし方を３パターン（パターン１〜パターン３）示している。ここで示したパターンは、同じ位相の三角波と比較された電流指令の和が０となるような場合を示している。例えば、パターン３では、アーム番号１，１０，１９で各アームの電流指令が同じ位相の三角波（０°）と比較されている。アーム番号１，１０，１９に流れる電流は１２０°ずつずれているため、各アームの相電流を足し合わせると常に０となる。このようにすることで、変調率が０のときに相電流が０となり、相電流を０とする制御が容易となる。また、通電時の相電流高調波を低く抑えることができる。勿論、ここで例示するパターン以外の三角波位相を設定することも可能である。
【表２】
2009232546.tif 000004
【００１７】
表２では、相電流が２π／９ずつずれている場合における三角波のずらし方を４パターン（パターン４〜パターン７）示している。
【表３】
2009232546.tif 000005
【００１８】
表３では、相電流が２π／３ずつずれている場合における三角波のずらし方を３パターン（パターン８〜パターン１０）示している。
【００１９】
以上の表１〜表３で示した１０パターンにおけるリプル電流をＮＴカーブ上の動作点において求めることにより、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流が最も小さくなる相数、キャリア位相が分かる。
【００２０】
図３は、アーム数が２７のインバータ回路２において以上の１０パターンで電流位相、三角波の位相をずらしてリプル電流を求めた結果を示しており、図３（ａ）がパターン７とした場合の結果、図３（ｂ）がパターン１０とした場合の結果をそれぞれ示している。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、横軸はモータ回転数、縦軸はトルクであり、リプル電流の大きさは濃淡で表現し、色が濃いほどリプル電流が大きいことを表している。これら図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す結果から、低回転領域においてはパターン７のときにリプル電流が小さく、高回転領域ではパターン１０のときにリプル電流が小さくなることが分かる。したがって、この例の場合、低回転領域では相電流とキャリア位相差をパターン７の条件とし、高回転領域では相電流とキャリア位相差をパターン１０の条件とするることにより、リプル電流をＮＴカーブ上の全領域で効果的に低減することができる。
【００２１】
［制御回路の構成］
図４は、本実施形態のモータ制御装置が備える制御回路５の具体的な構成を示すブロック図である。
【００２２】
この制御回路５は、図４に示すように、位置・回転速度計算手段１１と、駆動相数・三角波位相選択手段１２と、電流指令手段１３と、電流制御手段１４と、ｎ相／ｄｑ変換手段１５と、ｄｑ／ｎ相変換手段１６と、ＰＷＭ生成手段１７と、三角波発生手段１８とを備える。また、この図４に示す例では、多相モータ３のモータ回転角がレゾルバ２１によりモニタリングされて、制御回路５の位置・回転速度計算手段１１に入力される。また、バッテリ１からインバータ回路２に供給される直流電源電圧は、電圧センサ２２によりモニタリングされて、ｄｑ／ｎ相変換手段１６に入力される。また、トルク指令値は、駆動相数・三角波位相選択手段１２及び電流指令手段１３に入力される。
【００２３】
位置・回転速度計算手段１１は、レゾルバ２１から入力される多相モータ３のモータ回転角に基づいて多相モータ３の回転速度を計算し、回転速度信号を駆動相数・三角波位相選択手段１１、電流指令手段１３、ｎ相／ｄｑ変換手段１５、ｄｑ／ｎ相変換手段１６に対して出力する。
【００２４】
駆動相数・三角波位相選択手段１２は、位置・回転速度計算手段１１からの回転速度信号に基づいて、リプル電流が最小となる駆動相数及びキャリア位相差を求め、電流指令手段１３、ｎ相／ｄｑ変換手段１５、ｄｑ／ｎ相変換手段１６に対して相数指令を出力するとともに、三角波発生手段１８に対して三角波位相指令を出力する。
【００２５】
電流指令手段１３は、トルク指令と、駆動相数・三角波位相選択手段１２からの相数指令と、位置・回転速度計算手段１１からの回転速度信号とに基づいて、電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を算出する。この電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊は電流制御手段１４に送られる。また、電流制御手段１４には、ｎ相／ｄｑ変換手段１５から相電流のｄｑ変換値ｉｄ，ｉｑが送られる。
【００２６】
電流制御手段１４は、電流指令手段１３からの電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊と、ｎ相／ｄｑ変換手段１５からの相電流のｄｑ変換値ｉｄ，ｉｑとから、ＰＩ制御により電圧指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊を算出して、ｄｑ／ｎ相変換手段１６に出力する。
【００２７】
ｄｑ／ｎ相変換手段１６は、電流制御手段１４からの電圧指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊と、位置・回転速度計算手段１１からの回転速度信号と、駆動相数・三角波位相選択手段１２からの相数指令と、電圧センサ２２から入力される直流電源電圧ｖｄｃとに基づいて、変調率ｍ＊（ｍ１＊，ｍ２＊，ｍ３＊，ｍ４＊・・・ｍ２７＊）を算出して、ＰＷＭ生成手段１７に出力する。
【００２８】
一方、三角波生成手段１８では、駆動相数・三角波位相選択手段１２からの三角波位相指令に基づいて、指令された位相差を持つ三角波ｃ（ｃ１，ｃ２，ｃ３・・・ｃ２７）を生成し、ＰＷＭ生成手段１７に出力する。
【００２９】
ＰＷＭ生成手段１７は、ｄｑ／ｎ相変換手段１６からの変調率ｍ＊と、三角波生成手段１８で生成された三角波ｃとに基づいて、三角波比較によりゲート信号ｇ（ｇ１，ｇ２，ｇ３，ｇ４・・・ｇ２７）を生成する。このＰＷＭ生成手段１７で生成されたゲート信号ｇによりインバータ回路２のスイッチング動作が制御され、インバータ回路２から多相モータ３へ相電流Ｉ（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４・・・Ｉ２７）が供給される。
【００３０】
［駆動相数及びキャリア位相の選択方法］
次に、上述した制御回路３の駆動相数・三角波位相選択手段１２において、リプル電流が最小となる駆動相数及びキャリア位相を選択する具体的な手法について、さらに詳しく説明する。
【００３１】
制御回路３の駆動相数・三角波位相選択手段１２には、例えば、図３に示したリプル電流の結果をもとに作成された図５に示すような情報が入力される。この図５に示す情報は、多相モータ３の回転速度（モータ回転数）とトルク指令とに対応させて、選択すべき駆動相数とキャリア位相のパターンを示したものである。この図５の例では、領域Ｄ１においては上記のパターン７を選択し、領域Ｄ３においては上記のパターン１０を選択すべきことを示している。また、領域Ｄ１と領域Ｄ３との間の領域Ｄ２はハンチング防止領域であり、このハンチング防止領域Ｄ２においては、それまでの駆動相数とキャリア位相のパターンを保持することとしている。
【００３２】
この図５に示す情報を用いた場合、駆動相数・三角波位相選択手段１２は、図６のフローチャートに従って駆動相数及びキャリア位相を選択する。まず、ステップＳ１において、位置・回転速度計算手段からの回転速度信号と入力されたトルク指令とに基づいて、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）のどの領域であるかを判定する。そして、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）の領域Ｄ１であれば、ステップＳ２において、駆動相数及びキャリア位相のパターンとして上記のパターン７を選択する。また、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）の領域Ｄ２であれば、ステップＳ３において、それまでの駆動相数とキャリア位相のパターンを保持する。また、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）の領域Ｄ３であれば、駆動相数及びキャリア位相のパターンとして上記のパターン１０を選択する。
【００３３】
例えば、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）の領域Ｄ１にあってパターン７が選択されている状態からモータ回転数Ｎが上がり、図５（ａ）の領域Ｄ２に入ると、パターン７が保持される。その後、さらにモータ回転数Ｎが上がり、図５（ａ）の領域Ｄ３に入ると、駆動相数及びキャリア位相のパターンがパターン７からパターン１０に変更される。逆に、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとが図５（ａ）の領域Ｄ３にあってパターン１０が選択されている状態からモータ回転数Ｎが下がり、図５（ａ）の領域Ｄ２に入ると、パターン１０が保持される。その後、さらにモータ回転数Ｎが下がり、図５（ａ）の領域Ｄ１に入ると、駆動相数及びキャリア位相のパターンがパターン１０からパターン７に変更される。
【００３４】
以上のように、駆動相数及びキャリア位相のパターンの選択にハンチング防止領域Ｄ２を設けることで、各パターンに対応する領域の境界付近でモータ回転数Ｎが上下した場合でも、駆動相数及びキャリア位相のパターンの切り替えが頻繁に行われて不安定になる不都合を有効に防止できる。
【００３５】
［リプル電流計算の原理］
次に、リプル電流を計算する方法について説明する。なお、以下では簡単のために３相インバータ回路を用いて３相モータを駆動制御する場合を例に挙げて説明するが、相数が増加した場合も同様の原理でリプル電流の計算が可能である。
【００３６】
図７は、３相インバータ回路を用いて３相モータを駆動制御する場合の簡易回路図である。また、図８は、図７に示す例において、ｕ相Ｐ側スイッチング素子のゲート信号生成に用いられる三角波（ｆ）、変調率（ａ）、ゲート信号（ｅ）、ｕ相正弦波電流（ｂ）、ｕ相Ｐ側ＩＰＭ（Intelligent Power Module）に流れる電流（ｄ）を示している。この図８に示すように、三角波（ｆ）と変調率（ａ）を比較することで、ゲート信号（ｅ）が得られる。ゲート信号（ｅ）のオンを１、オフを０とし、ｕ相に正弦波電流（ｂ）が流れているとすると、ゲート信号（ｅ）と正弦波電流（ｂ）を掛けたものがｕ相Ｐ側ＩＰＭに流れる電流（ｄ）となる。また、ｕ相と同様に、ｖ相（ｗ相）Ｐ側ＩＰＭに流れる電流は、ｖ相（ｗ相）ゲート信号とｖ相（ｗ相）正弦波電流を掛け合わせたものとなる。このようにして、ｕ相、ｖ相、ｗ相のＰ側ＩＰＭに流れる電流波形が求まる。平滑コンデンサ４を流れるリプル電流は、ｕ相、ｖ相、ｗ相のＰ側ＩＰＭに流れる電流波形を足し合わせることで求められる。行列計算を行う際には、上記（ａ）から（ｅ）の波形を行列として数値化し、リプル電流の波形を求める。
【００３７】
［最小リプル電流の算出］
最小リプル電流を算出する場合、図４に示した制御回路５の駆動相数・三角波位相選択手段１２には、変調率と相電流が入力され、変調率と相電流の位相差から力率が計算される。そして、駆動相数・三角波位相選択手段１２は、変調率、相電流振幅、力率から、上述したリプル電流の計算方法により、一定時間間隔で平滑コンデンサ４を流れるリプル電流を計算する。
【００３８】
このように構成することで、ある一定時間間隔でいくつかの運転条件におけるリプル電流実効値を比較することができ、平滑コンデンサ４における損失の少ない、すなわち効率のよい運転方式（駆動相数やキャリア位相のパターン）を選択することが可能となる。
【００３９】
ここで、最小リプル電流値を算出する方法としては、以下の２種類の方法が考えられる。第１の方法は、インバータ回路２の運転中にいくつかの運転条件におけるリプル電流実効値を随時計算してリプル電流が最小となる運転条件を探す方法であり、第２の方法は、リプル電流が最小になるような運転条件を予め計算しておき、その結果を記憶した状態量マップを参照する方法である。
【００４０】
（随時計算によりリプル電流を算出する方法）
状態量マップを用いずに最小リプル電流値を随時計算により算出する第１の方法は２つあり、１つはリプル電流の計算式を用いる場合であり、他の１つは行列計算によって算出する場合である。
【００４１】
＜リプル電流の計算式を用いる場合＞
先ず、リプル電流の計算式を用いる場合について説明する。ここでは、給電線Ｌの数が９であり、下記の２つの条件でモータ運転条件を可変とする場合を例に挙げて説明する。 
運転条件Ａ：駆動相数９相、キャリア数３、キャリア位相差１２０°
運転条件Ｂ：駆動相数３相、キャリア数３、キャリア位相差１２０°
【００４２】
図９に運転条件Ａのときの電流ベクトル図、図１０に運転条件Ａのときの三角波の波形、下記式（１）及び式（２）に運転条件Ａのときの平滑コンデンサ４を流れるリプル電流実効値の論理式をそれぞれ示す。また、図１１に運転条件Ｂのときの電流ベクトル図、図１２に運転条件Ｂのときの三角波の波形、下記式（３）及び式（４）に運転条件Ｂのときの平滑コンデンサ４を流れるリプル電流実効値の論理式をそれぞれ示す。なお、図１０及び図１２の横軸は時間である。また、式（１）及び式（２）の２つの式は、上述したリプル電流を計算する原理に基づいて運転条件Ａにおけるリプル電流を計算する計算式であり、変調率、力率、相電流振幅を変数として、リプル電流を計算するものである。また、式（３）及び式（４）の２つの式は、上述したリプル電流を計算する原理に基づいて運転条件Ｂにおけるリプル電流を計算する計算式であり、変調率、力率、相電流振幅を変数として、リプル電流を計算するものである。
【数１】
2009232546.tif 000006
【００４３】
次に、３相で駆動される１２スロットのモータにおけるリプル電流の求め方を示す。図１３は、モータの各コイルに流れる電流をベクトルで表したものである。１つめのコイルに流れる電流をＵ１、２つめのコイルに流れる電流をＵ２、以下同様にしてｎ番目のコイルに流れる電流をＵｎとしている。図１４は、ＰＷＭ制御に用いる三角波を示したものである。Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の電流を流すための電圧指令は三角波Ａと比較され、Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６の電流を流すための電圧指令は三角波Ｂと比較され、Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９の電流を流すための電圧指令は三角波Ｃと比較され、Ｕ１０，Ｕ１１，Ｕ１２の電流を流すための電圧指令は三角波Ｄと比較される。三角波Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ９０°位相がずれている。このとき発生するリプル電流の計算式は、下記式（５）及び式（６）で表される。
【数２】
2009232546.tif 000007
【００４４】
＜行列計算によって算出する場合＞
次に、行列計算によって算出する場合について説明する。
【００４５】
この場合、図４に示した制御回路５の駆動相数・三角波位相選択手段１２には、行列計算プログラムが備えられている。行列計算プログラムは、上述したリプル電流を計算する原理に基づくアルゴリズムにより、各相Ｐ側ＩＰＭに流れる電流値を電気角１周期分計算する。なお、電気角１周期分に含まれる計算点数は任意に設定可能である。そして、Ｐ側ＩＰＭに流れる各相の電流値の和をとることにより、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流を計算する。この行列計算プログラムは一定時間間隔で実行され、変調率、力率、相電流振幅を取得して、リプル電流値を計算する。
【００４６】
このように構成することで、ある一定時間間隔でいくつかの運転条件におけるリプル電流実効値を比較することができるため、平滑コンデンサ４における損失の少ない、すなわち効率のよい運転方式（駆動相数やキャリア位相のパターン）を選択することが可能となる。さらに、行列計算プログラムは、任意の相電流波形、変調率、力率を変数として計算することが可能なため、歪んだ電流波形や変調率に容易に対応することが可能である。なお、こででは、制御回路５の駆動相数・三角波位相選択手段１２に実装する計算プログラムとして行列計算プログラムを例に挙げたが、駆動相数・三角波位相選択手段１２に実装する計算プログラムは、上述したリプル電流を計算する原理に基づくアルゴリズムであれば、行列計算プログラムに特に限定されるものではない。
【００４７】
（状態量マップを用いる方法）
次に、リプル電流が最小になるような運転条件を予め計算しておき、その結果を記憶した状態量マップを参照する方法について説明する。
【００４８】
状態量マップを用いて最小リプル電流を求める場合、図４に示した制御回路５の駆動相数・三角波位相選択手段１２に、図５に示したような情報をマップとして記憶させておく。つまり、この状態量マップでは、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとに対応させて、各動作点においてリプル電流が最小になる駆動相数及びキャリア位相が定められている。駆動相数・三角波位相選択手段１２は、随時入力されるモータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとから、この状態マップを参照して、リプル電流が最小となる駆動相数及びキャリア位相のパターンを選択する。
【００４９】
このように構成することで、モータ回転数Ｎとトルク指令Ｔとからリプル電流が最小となる運転条件を瞬時に求めることができるので、随時計算に比べて高速な演算が可能となる。また、状態量マップを参照して最適な運転状態を求めるため、演算そのものが極めて簡単になり、安価なＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることが可能となりコスト削減を図ることができる。
【００５０】
以上のような状態量マップは、例えば、上述した随時計算の説明において示したリプル電流の計算式を用いて作成することができる。このリプル電流の計算式は、フーリエ級数展開形になっており、平滑コンデンサ４の周波数特性を考慮して損失を計算することができるため、リプル電流を精度よく算出して高精度な状態量マップを作成することができる。また、モータ回転数やトルク指令を変更しながら実験により最適な運転状態を求める場合に比べて状態量マップの作成を簡単に行うことができる。
【００５１】
また、以上のような状態量マップは、上述した随時計算の説明において示した行列計算を用いた手法によっても作成することができる。行列計算プログラムは、任意の相電流波形、変調率、力率を変数として計算することが可能であるため、歪んだ電流波形や変調率に容易に対応することが可能である。また、リプル電流の計算式を用いる場合と同様、モータ回転数やトルク指令を変更しながら実験により最適な運転状態を求める場合に比べて状態量マップの作成を簡単に行うことができる。
【００５２】
また、以上のような状態量マップは、実験により作成することも可能である。平滑コンデンサ４を流れるリプル電流を計算によって正確に求めるには、バスバーインダクタンスや平滑コンデンサ４の周波数特性、温度特性等を考慮する必要があるが、実験により各運転条件ごとのリプル電流実効値を取得することにより、これらの要素も考慮したリプル電流実効値を得ることができ、高精度な状態マップの作成が可能となる。
【００５３】
［アーム数が異なる場合の適用例］
以上の説明では、アーム数が２７のインバータ回路２を用いることを前提としていたが、次に、インバータ回路２のアーム数が１５の場合におけるリプル電流の低減手法について説明する。
【００５４】
下記の表４〜表６は、インバータ回路２のアーム数が１５であることを前提に、電流位相、三角波の位相（キャリア位相）を変数とした場合のいくつかのパターンを示したものである。
【表４】
2009232546.tif 000008
【００５５】
表４では、相電流が２π／１５ずつずれている場合における三角波のずらし方を３パターン（パターン１〜パターン３）示している。ここで示したパターンは、同じ位相の三角波と比較された電流指令の和が０となるような場合を示している。
【表５】
2009232546.tif 000009
【００５６】
表５では、相電流が２π／５ずつずれている場合における三角波のずらし方を２パターン（パターン４，パターン５）示している。
【表６】
2009232546.tif 000010
【００５７】
表６では、相電流が２π／３ずつずれている場合における三角波のずらし方を２パターン（パターン６，パターン７）示している。
【００５８】
以上の表４〜表６で示した７パターンにおけるリプル電流をＮＴカーブ上の動作点において求めることにより、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流が最も小さくなる相数、キャリア位相が分かる。
【００５９】
ここで、５相で駆動される１５スロットのモータにおけるリプル電流の求め方の一例を説明する。図１５は、モータの各コイルに流れる電流をベクトルで表したものである。１つめのコイルに流れる電流をＵ１、２つめのコイルに流れる電流をＵ２、以下同様にしてｎ番目のコイルに流れる電流をＵｎとしている。図１６は、ＰＷＭ制御に用いる三角波を示したものである。Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５の電流を流すための電圧指令は三角波Ａと比較され、Ｕ６，Ｕ７，Ｕ８，Ｕ９，Ｕ１０の電流を流すための電圧指令は三角波Ｂと比較され、Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ１４，Ｕ１５の電流を流すための電圧指令は三角波Ｃと比較される。三角波Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ１２０°位相がずれている。このとき発生するリプル電流の計算式は、下記式（７）及び式（８）で表される。
【数３】
2009232546.tif 000011
【００６０】
以上のように、インバータ回路２のアーム数が１５の場合でも、上述したアーム数が２７の場合と同様に扱うことができ、図４に示した制御回路５の駆動相数・三角波位相選択手段１２においてリプル電流が最小となる駆動相数及びキャリア位相を選択することで、平滑コンデンサ４を流れるリプル電流を低減できることが分かる。
【００６１】
［リプル電流計算式の一般化］
次に、上述したリプル電流の計算式を一般化し、ｒ相で駆動されるｒ×ｕスロットのモータにおいて、キャリアの位相が３６０／ｓ°ずれている場合のリプル電流の計算方法について説明する。
【００６２】
図１７は、モータの各コイルに流れる電流をベクトルで表したものである。１つめのコイルに流れる電流をＵ１、２つめのコイルに流れる電流をＵ２、以下同様にしてｎ番目のコイルに流れる電流をＵｎとしている。図１８は、ＰＷＭ制御に用いる三角波を示したものである。Ｕ１，Ｕｒ＋１，Ｕ２ｒ＋１・・・Ｕ（ｕ−１）ｒ＋１の電流を流すための電圧指令は三角波Ａと比較され、Ｕ２，Ｕｒ＋２，Ｕ２ｒ＋２・・・Ｕ（ｕ−１）ｒ＋２のの電流を流すための電圧指令は三角波Ｂと比較され、Ｕ３，Ｕｒ＋３，Ｕ２ｒ＋３・・・Ｕ（ｕ−１）ｒ＋３の電流を流すための電圧指令は三角波Ｃと比較され、以下同様にして、Ｕｒ，Ｕ２ｒ，Ｕ３ｒ・・・Ｕｕｒの電流を流すための電圧指令は三角波Ｓと比較される。三角波Ａ，Ｂ，Ｃ・・・Ｓは、それぞれ３６０／ｓ°位相がずれている。このとき発生するリプル電流の計算式は、下記式（９）及び式（１０）で表される。
【数４】
2009232546.tif 000012
【００６３】
例えば、９相で駆動される２７スロットのモータにおいて、キャリアの位相が４０°ずれている場合（前記の表２におけるパターン７に対応）には、リプル電流を求める計算式は、下記式（１１）及び式（１２）で表される。
【数５】
2009232546.tif 000013
【００６４】
［キャリア位相のずらし方］
最後に、三角波の位相（キャリア位相）のずらし方について説明する。
【００６５】
図１９は、三角波の位相のずらし方を表す図である。ここでは、図１９における１番上の三角波に対し、上から２番目の三角波は１２０°だけ位相が遅れ、上から３番目の三角波は２４０°だけ位相が遅れるようにする場合を考える。上から２番目の三角波は、１周期を４／３倍に短縮した三角波を１周期だけ発生させるようにする。また、上から３番目の三角波は、１周期を４／３倍に短縮した三角波を２周期に亘って発生させるようにする。このようにすることで、上から順に１２０°ずつ位相がずれた三角波を得ることができる。
【００６６】
図２０は、三角波の位相のずらし方の他の例を表す図である。この図２０に示す例は、１２０°ずつ位相がずれた三角波をさらに短時間で発生させる例である。図２０における上から２番目の三角波は、１周期を２／３倍に短縮した三角波を２周期に亘って発生させるようにする。また、上から３番目の三角波は、１周期を２／３倍に短縮した三角波を１周期だけ発生させるようにする。このようにすることで、上から順に１２０°ずつ位相がずれた三角波を得ることができる。
【００６７】
以上の図１９及び図２０に示した例のように、三角波の周期を一時的に変化させることにより、三角波の位相に位相差をつけることができる。なお、ここでは指令電圧と比較するキャリアとして三角波を例に挙げて説明したが、キャリアは特に三角波に限定されるものではなく、様々な搬送波を利用することができる。
【００６８】
［実施形態の効果］
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態のモータ制御装置によれば、インバータ回路２のスイッチング動作を制御する制御回路５に、リプル電流が低減されるように多相モータ３の駆動相数や各相のキャリア位相差を選択的に変更する可変手段としての機能が設けられているので、リプル電流実行値を十分に低減させ、平滑コンデンサ４での損失を低減させて温度上昇を抑制することができ、平滑コンデンサ４の長寿命化を図ることができる。また、平滑コンデンサ４での損失が低減できるので、平滑コンデンサ４の容量を小さく設定することが可能となり、装置全体の小型やコストダウンも図ることができる。
【００６９】
また、制御回路５では、多相モータ３の運転状態に基づいて、リプル電流が最小となる駆動相数や各相のキャリア位相差を選択するようにしているので、多相モータ３の運転状態の変化にも追随しながら常にリプル電流を効果的に低減させることができる。
【００７０】
また、本実施形態のモータ制御装置では、リプル電流を最小とする駆動相数や各相のキャリア位相差を随時計算により求めるようにした場合には、平滑コンデンサ４の温度や電源電圧の低下といった変数の影響を組み込むことが容易となる。また、このときの随時計算を、周波数特性を考慮したリプル電流計算式を用いて行うようにすれば、リプル電流計算の過程において平滑コンデンサ４の周波数特性を考慮することができ、高精度の計算結果を得ることができる。また、随時計算を行列計算により行うようにした場合には、制御方法に変更があった場合にも、新たな制御方法に合わせて計算式を改めて導出する必要がなく、制御方法の複雑な変更に対しても容易に対応可能となる。
【００７１】
また、本実施形態のモータ制御装置では、リプル電流が最小になるような運転条件を予め計算しておき、その結果を記憶した状態量マップを参照して、リプル電流を最小とする駆動相数や各相のキャリア位相差を求めるようにした場合には、随時計算を行う場合と比較して演算時間の短縮や演算負荷の低減を図ることができるので、安価な演算装置での演算によりリプル電流低減効果を得ることができ、コスト削減を図ることが可能となる。また、このときの状態量マップを、周波数特性を考慮したリプル電流計算式を用いて作成するようにすれば、リプル電流計算の過程において平滑コンデンサ４の周波数特性を考慮することができ、高精度の計算結果を得ることができる。また、状態量マップの作成を行列計算により行うようにした場合には、制御方法に変更があった場合にも、新たな制御方法に合わせて計算式を改めて導出する必要がなく、制御方法の複雑な変更に対しても容易に対応可能となる。また、状態量マップを、実験により実際に平滑コンデンサ４を流れるリプル電流を測定することで作成するようにした場合には、バスバーインダクタンスや相電流高調波など、計算で考慮しにくい影響も加味した正確な状態量マップを作成することができ、制御の精度を高めることができる。
【００７２】
なお、以上説明したモータ制御装置は、本発明の一適用例を例示したものであり、本発明の技術的範囲が以上の実施形態で説明した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、以上の実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を適用したモータ駆動装置の概要を示す構成図である。
【図２】インバータ回路のＰＷＭ制御に用いる三角波（キャリア）を示す図である。
【図３】アーム数が２７のインバータ回路においいて電流位相、三角波の位相をずらしてリプル電流を求めた結果を示す図であり、図３（ａ）がパターン７とした場合の結果、図３（ｂ）がパターン１０とした場合の結果を示す図である。
【図４】本発明を適用したモータ制御装置が備える制御回路の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】多相モータの回転速度（モータ回転数）とトルク指令とに対応させて、選択すべき駆動相数とキャリア位相のパターンを示す図である。
【図６】制御回路の駆動相数・三角波位相選択手段において、図５に示す情報を用いて駆動相数及びキャリア位相を選択する手順を示すフローチャートである。
【図７】３相インバータ回路を用いて３相モータを駆動制御する場合の簡易回路図である。
【図８】図７に示す例において、ｕ相Ｐ側スイッチング素子のゲート信号生成に用いられる三角波（ｆ）、変調率（ａ）、ゲート信号（ｅ）、ｕ相正弦波電流（ｂ）、ｕ相Ｐ側ＩＰＭに流れる電流（ｄ）を示す図である。
【図９】駆動相数９相、キャリア数３、キャリア位相差１２０°のとき（運転条件Ａのとき）の電流ベクトル図である。
【図１０】運転条件Ａのときの三角波の波形を示す図である。
【図１１】駆動相数３相、キャリア数３、キャリア位相差１２０°のとき（運転条件Ｂのとき）の電流ベクトル図である。
【図１２】運転条件Ｂのときの三角波の波形を示す図である。
【図１３】３相で駆動される１２スロットのモータの各コイルに流れる電流を表す電流ベクトル図である。
【図１４】３相で駆動される１２スロットのモータを制御するインバータ回路のＰＷＭ制御に用いる三角波の波形を示す図である。
【図１５】５相で駆動される１５スロットのモータの各コイルに流れる電流を表す電流ベクトル図である。
【図１６】５相で駆動される１５スロットのモータを制御するインバータ回路のＰＷＭ制御に用いる三角波の波形を示す図である。
【図１７】ｒ相で駆動されるｒ×ｕスロットのモータの各コイルに流れる電流を表す電流ベクトル図である。
【図１８】ｒ相で駆動されるｒ×ｕスロットのモータを制御するインバータ回路のＰＷＭ制御に用いる三角波の波形を示す図である。
【図１９】三角波の位相のずらし方の一例を表す図である。
【図２０】三角波の位相のずらし方の他の例を表す図である。
【符号の説明】
【００７４】
２  インバータ回路
３  多相モータ
４  平滑コンデンサ
５  制御回路（可変手段）
１２  駆動相数・三角波位相選択手段
１７  ＰＷＭ生成手段
１８  三角波生成手段
【図１】
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【図２】
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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３】
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