特許 6015346 ３相交流モータの制御装置及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015346

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】３相交流モータの制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20161013BHJP

   H02P 6/10 20060101ALI20161013BHJP

   H02P 21/06 20160101ALI20161013BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/08

   H02P6/10

   H02P21/06

   H02M7/48 F

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-236524(P2012-236524)

(22)【出願日】2012年10月26日

(65)【公開番号】特開2014-87233(P2014-87233A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】早乙女 和輝

(72)【発明者】

【氏名】池田 成喜

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１０１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１７６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１００６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４８８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２４７８７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／００−２７／１８

Ｈ０２Ｐ ６／００− ６／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相インバータと、前記３相インバータの各相に対応する高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを備えた３相交流モータの制御装置であって、
前記制御手段は、前記３相インバータにおける所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、前記３相インバータの各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行い、
前記３相変調制御を行う３相変調制御区間は、前記２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定され、
前記３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように前記各相のスイッチング素子をオンオフ制御することを特徴とする３相交流モータの制御装置。

【請求項2】

前記制御手段は、前記３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に変化するようにステップ期間を演算し、前記各ステップ期間における各相の電圧指令値を設定する請求項１に記載の３相交流モータの制御装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記各相の電圧指令値を、前記各ステップ期間における電圧指令値が緩やかに変化するように設定する請求項２に記載の３相交流モータの制御装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記３相交流モータの運転条件に対応した前記２相変調制御と前記３相変調制御との切り替え時期や前記ステップ期間と、キャリア周波数及び電流リプルの許容量との関係を示すマップを備えており、３相交流モータの運転状態と前記マップとに基づいて前記切り替え時期や前記ステップ期間を演算する請求項２又は請求項３に記載の３相交流モータの制御装置。

【請求項5】

３相インバータと、前記３相インバータの各相に対応する高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子のオンオフを制御する３相交流モータの制御方法であって、
前記３相インバータにおける所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、前記３相インバータの各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行い、
前記３相変調制御を行う３相変調制御区間は、前記２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定され、
前記３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように前記各相のスイッチング素子をオンオフ制御することを特徴とする３相交流モータの制御方法。

【請求項6】

前記３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に変化するように各相の電圧指令値を設定する請求項５に記載の３相交流モータの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３相交流モータの制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な３相交流モータのＰＷＭ制御は３相変調であるが、３相インバータを使用したＰＷＭ制御においては、電圧利用率の向上やスイッチング損失低減のため、１相毎に出力電圧を高位電源レベル又は低位電源レベルに所定電気角ずつ、例えばπ／３（６０度）ずつ、あるいは２π／３（１２０度）ずつ順次固定する２相変調方式がある。また、２相変調方式のみでインバータを制御した場合、負荷の状態によってはスイッチング損失の低減が十分でない場合があることを考慮して、２相変調と３相変調とを切り替えて制御する方法も提案されており、２相変調と３相変調の切り替え条件に、相電圧の振幅と閾値とを比較する方法も提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２２９６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、２相変調方式では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相は、電圧を高電位レベルあるいは低電位レベルに保持する期間の始めと終わりの時点において、電圧値が急峻に変化するため電流リプルが増大する要因となり、電流リプルによりトルクリプルが発生するという問題がある。例えば、図５に示すように、１相毎に振幅最大の回転角度から±３０度の範囲をデューティ１００％とするように、出力電圧を高位電源レベル又は低位電源レベルにπ／３ずつ固定する２相変調方式では、６０度毎に各相の電圧値が急峻に変化する。

【0005】

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、３相インバータによる２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御における電圧固定相の切り替え時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる３相交流モータの制御装置及び制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、３相インバータと、前記３相インバータの各相に対応する高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを備えた３相交流モータの制御装置である。そして、前記制御手段は、前記３相インバータにおける所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、前記３相インバータの各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行い、前記３相変調制御を行う３相変調制御区間は、前記２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定され、前記３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように前記各相のスイッチング素子をオンオフ制御する。

【0007】

この発明では、制御手段は、３相インバータにおける所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、３相インバータの各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行う。そして、３相変調制御区間は、２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定される。３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように各相のスイッチング素子をオンオフ制御する。したがって、２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に変化するようにステップ期間を演算し、前記各ステップ期間における各相の電圧指令値を設定する。この発明では、電圧指令値が連続的に変化するように設定する場合に比べて制御が簡単になる。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記各相の電圧指令値を、前記各ステップ期間における電圧指令値が緩やかに変化するように設定する。したがって、この発明では、ステップ状に変化する各相の電圧指令値が各ステップにおいて一定に保持される場合に比べて、ステップ数が同じ場合に隣のステップに移行する際の電圧変化量が小さくなる。

【0010】

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記制御手段は、前記３相交流モータの運転条件に対応した前記２相変調制御と前記３相変調制御との切り替え時期や前記ステップ期間と、キャリア周波数及び電流リプルの許容量との関係を示すマップを備えており、３相交流モータの運転状態と前記マップとに基づいて前記切り替え時期や前記ステップ期間を演算する。したがって、この発明では、３相交流モータの運転条件に対応して、２相変調制御と３相変調制御との切り替え時期や３相変調制御の際に、３相インバータから３相交流モータへ出力される各相に対する電圧指令値の演算が簡単になる。

【0011】

請求項５に記載の発明は、３相インバータと、前記３相インバータの各相に対応する高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子のオンオフを制御する３相交流モータの制御方法である。そして、前記３相インバータにおける所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、前記３相インバータの各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行い、前記３相変調制御を行う３相変調制御区間は、前記２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定され、前記３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように前記各相のスイッチング素子をオンオフ制御する。

【0012】

この発明では、２相変調制御と３相変調制御とが交互に行われ、３相変調制御を行う３相変調制御区間は、２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定される。そして、３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように前記各相のスイッチング素子をオンオフ制御する。したがって、２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御における電圧固定相の切り替え時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる。

【0013】

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に変化するように各相の電圧指令値を設定する。したがって、この発明では電圧指令値が連続的に変化するように設定する場合に比べて制御が簡単になる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、３相インバータによる２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御における電圧固定相の切り替え時の時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態の制御装置でモータを駆動する場合の構成を示す回路図。

【図2】制御手段のブロック図。

【図3】インバータへの出力電圧指令値の設定手順を示すフローチャート。

【図4】各相の電圧と中性点電圧の変化を示す線図。

【図5】従来方式における各相の電圧と中性点電圧の変化を示す線図。

【図6】理想的な３相の電圧の変化を示す波形図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を車両の走行モータの制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、走行モータとしての３相交流モータ１０の制御装置１１は、３相インバータ１２及び制御手段としてのモータコントローラ１３を備えている。３相交流モータ１０には回転子に永久磁石を使用したＰＭモータが使用されている。

【0017】

３相インバータ１２は、車両駆動用電源としてのバッテリ１４に接続され、バッテリ１４から供給される直流電力（直流電流）を３相交流電力（３相交流電流）に変換して３相交流モータ１０に供給する。３相インバータ１２は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６よりなるインバータ回路１５を備えている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が使用されている。インバータ回路１５は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列接続されている。

【0018】

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、並列に接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５と、各第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５に接続されたダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５との組はそれぞれ上アームと呼ばれる。また、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６と、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に接続されたダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６の組とはそれぞれ下アームと呼ばれる。

【0019】

そして、第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が、バッテリ１４のプラス端子側に接続され、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が、バッテリ１４のマイナス端子側に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点は３相交流モータ１０のＵ相端子に、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点は３相交流モータ１０のＶ相端子に、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点は３相交流モータ１０のＷ相端子に、それぞれ接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５が、各相に対応する高電位側のスイッチング素子となり、第１のスイッチング素子Ｑ１がＵ相に対応する高電位側のスイッチング素子、第３のスイッチング素子Ｑ３がＶ相に対応する高電位側のスイッチング素子、第５のスイッチング素子Ｑ５がＷ相に対応する高電位側のスイッチング素子になる。そして、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６が各相に対応する低電位側のスイッチング素子となり、第２のスイッチング素子Ｑ２がＵ相に対応する低電位側のスイッチング素子、第４のスイッチング素子Ｑ４がＶ相に対応する低電位側のスイッチング素子、第６のスイッチング素子Ｑ６がＷ相に対応する低電位側のスイッチング素子になる。また、インバータ回路１５の入力側には、コンデンサ１６がバッテリ１４と並列に接続されている。コンデンサ１６として電解コンデンサが使用されている。

【0020】

３相インバータ１２と３相交流モータ１０との間には電流検出手段としての電流センサ１７ａ，１７ｂが設けられている。電流センサ１７ａ，１７ｂは３相交流モータ１０に供給される３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２相（この実施形態ではＵ相及びＷ相）の電流Ｉｕ，Ｉｗの電流値を検出する。また、３相交流モータ１０には回転軸（図示せず）の位置、即ち回転角度を検出する角度センサ１８が設けられている。

【0021】

モータコントローラ１３は、ＣＰＵ２０、メモリ２１、駆動回路２２を備えている。また、図２に示すように、モータコントローラ１３は２相変調電圧指令値演算手段２３と、中性点電圧演算手段２４と、３相電圧指令値演算手段２５と、ＰＷＭ信号生成手段２６とを備えている。２相変調電圧指令値演算手段２３、中性点電圧演算手段２４、３相電圧指令値演算手段２５、ＰＷＭ信号生成手段２６は、ハード的な構成ではなく、メモリ２１に記憶されているプログラムによるソフトウエアで構成されている。

【0022】

メモリ２１には３相交流モータ１０の運転条件に対応した２相変調制御と３相変調制御との切り替え時期（切り替え時の電気角）や３相変調制御時に出力電圧をステップ状に変化させる際のステップ期間Ｓと各ステップにおける出力電圧との関係を示すマップが、キャリア周波数や電流リプルの許容量に対応してそれぞれ記憶されている。図４にマップの一例を示す。なお、ステップ期間Ｓとは、図４に示すように、３相変調制御区間においてステップ状に変化する出力電圧の隣り合う立ち上がり部の間隔を意味する。

【0023】

モータコントローラ１３は、２相変調制御と３相変調制御との切り替え時期や３相変調制御時に出力電圧をステップ状に変化させる際のステップ期間Ｓを３相交流モータ１０の運転状態と、マップとに基づいて演算する。

【0024】

２相変調電圧指令値演算手段２３は、角度センサ１８により検出された３相交流モータ１０の回転角に基づいてモータ回転数を演算し、そのモータ回転数と入力されるトルク指令とから３相交流モータ１０に流れるべき電流としてのｄ軸電流Ｉｄ＊及びｑ軸電流Ｉｑ＊を演算する。また、２相変調電圧指令値演算手段２３は、電流センサ１７ａにより検出されたＵ相の電流Ｉｕの電流値、電流センサ１７ｂにより検出されたＷ相の電流Ｉｗの電流値からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを演算する。そして、電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを求め、求めた電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを０に収束させるべき３相電圧指令値Ｕ、Ｖ、ＷをＰＩ演算により求める。そして、その３相電圧指令値Ｕ、Ｖ、Ｗから２相変調電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊、Ｖ２ｗ＊を演算する。

【0025】

中性点電圧演算手段２４は、３相変調制御区間において中性点電圧がステップ状に変化するように、３相交流モータ１０の運転条件に対応したマップを使用して、キャリア周波数及び回転数より、ステップ状に変化させる中性点電圧のステップ幅（ステップ期間Ｓ）を演算し、各ステップにおいてシフトすべき中性点電圧Ｖｎを求める。

【0026】

３相電圧指令値演算手段２５は、上記で求めた中性点電圧を考慮後のＵ相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ＊を次式により演算する。
Ｖｕ＊＝Ｖ２ｕ＊＋Ｖｎ
Ｖｖ＊＝Ｖ２ｖ＊＋Ｖｎ
Ｖｗ＊＝Ｖ２ｗ＊＋Ｖｎ
ＰＷＭ信号生成手段２６は、３相電圧指令値演算手段２５で演算されたＵ相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ＊に対応する３相のＰＷＭ電圧信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを生成する。

【0027】

次に前記のように構成された制御装置１１の作用を説明する。
制御装置１１は車両に搭載され、３相インバータ１２の入力端子がバッテリ１４に接続され、出力端子が走行モータ、即ち３相交流モータ１０に接続された状態で使用される。モータコントローラ１３は、３相インバータ１２における所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、３相インバータ１２の各相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行う。３相変調制御を行う３相変調制御区間は、２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定する。３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように各相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンオフ制御する。

【0028】

次に制御装置１１による３相交流モータ１０の制御方法を説明する。３相交流モータ１０を理想的に駆動するためには、３相交流モータ１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に図６に示すように、位相が１２０度［ｄｅｇ］ずつ、ずれた状態で正弦波形となるように３相インバータ１２から電圧を出力する必要がある。しかし、各相の出力電圧がこのような正弦波形となるようにＰＷＭ制御を行うためには、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数を高周波にする必要があり、電圧利用率が低くなるとともに、スイッチング損失が大きくなる。そこで、電圧利用率の向上やスイッチング損失低減のため、２相変調制御が採用されている。しかしながら、２相変調制御では電圧固定相の切り替え時に中性点電圧値が急峻に変化するため、電流リプルが増大する要因となり、電流リプルによりトルクリプルが発生する。

【0029】

従来の２相変調制御における各相の出力電圧及び３相交流モータ１０の中性点電圧の変化は図５に示すようになる。即ち、電圧固定相の切り替え時に各相の電圧が急峻に変化する。このように各相の電圧が急峻に変化するのを防止して、電流リプルが許容範囲内になるようにするため、この発明の制御方法では、図４に示すように、２相変調制御を行う各相の電圧固定区間の間に３相変調制御区間を設けた。そして、３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に緩やかに変化するように、各相の電圧指令値を演算して、その電圧指令値に従って３相インバータ１２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンオフ制御する。

【0030】

次に図３のフローチャートを参照して、各相の出力電圧指令値を演算する手順を説明する。
モータコントローラ１３は、ステップＳ１で、２相変調電圧指令値演算手段２３によりＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の２相変調電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊、Ｖ２ｗ＊を演算する。詳述すると角度センサ１８により検出された３相交流モータ１０の回転角に基づいてモータ回転数を演算し、そのモータ回転数と入力されるトルク指令とから３相交流モータ１０に流れるべき電流としてのｄ軸電流Ｉｄ＊及びｑ軸電流Ｉｑ＊を演算する。また、２相変調電圧指令値演算手段２３は、電流センサ１７ａにより検出されたＵ相の電流Ｉｕの電流値、電流センサ１７ｂにより検出されたＷ相の電流Ｉｗの電流値からｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを算出する。そして、電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを求め、求めた電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを０に収束させるべき３相電圧指令値Ｕ、Ｖ、ＷをＰＩ演算により求める。そして、その３相電圧指令値Ｕ、Ｖ、Ｗから２相変調電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊、Ｖ２ｗ＊を演算する。

【0031】

モータコントローラ１３は、ステップＳ２で、中性点電圧演算手段２４により、３相交流モータ１０の運転条件に対応したマップを使用して、キャリア周波数及び回転数より、中性点電圧のステップ幅（ステップ期間Ｓ）を演算し、各ステップにおいてシフトすべき中性点電圧Ｖｎを求める。次にモータコントローラ１３は、ステップＳ３で、３相電圧指令値演算手段２５により、中性点電圧考慮後の各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を次式により演算する。

【0032】

Ｖｕ＊＝Ｖ２ｕ＊＋Ｖｎ
Ｖｖ＊＝Ｖ２ｖ＊＋Ｖｎ
Ｖｗ＊＝Ｖ２ｗ＊＋Ｖｎ
そして、モータコントローラ１３は、ステップＳ４で、中性点電圧演算手段２４により各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＰＷＭ信号生成手段２６に出力し、ＰＷＭ信号生成手段２６は各相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に対応する３相のＰＷＭ電圧信号Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを生成して、駆動回路２２に出力する。即ち、３相インバータ１２へ出力電圧指令値をセット（指令）する。

【0033】

３相インバータ１２により常時２相変調制御を行った場合には、図５に示すように、電圧固定相の切り替え時に急峻な電圧変化が生じる。その結果、中性点電圧Ｖｎも電圧固定相の切り替え時に急峻な電圧変化が生じる。

【0034】

一方、この実施形態では、２相変調制御と３相変調制御とが交互に行われ、２相変調制御を常時行った場合に電圧が急峻に変化する電圧固定相の切り替え時の所定区間において、３相変調制御が行われる。そして、３相変調制御区間では、中性点電圧がステップ状に変化するように各相の電圧指令値が設定され、図４に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相各相の電圧が、２相変調制御を常時行った場合の電圧固定相の切り替え時における電圧変化に比べて緩やかになる。３相変調制御区間における電圧指令値は、指令電圧値の変化による出力電圧の変化に伴う電流リプルが許容範囲内になるように設定される。

【0035】

また、各相の電圧指令値は、各ステップ期間Ｓにおける電圧指令値が緩やかに変化するように設定されるため、各ステップ期間Ｓにおいて電圧が一定ではなく、電圧が正弦波状に変化する場合の増加領域に対応する領域では緩やかに増加し、電圧が正弦波状に変化する場合の減少領域に対応する領域では緩やかに減少する。

【0036】

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）３相交流モータ１０の制御方法は、３相交流モータ１０を３相インバータ１２を介して駆動する際、３相インバータ１２における所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、３相インバータ１２の各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行う。３相変調制御を行う３相変調制御区間は、２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定する。そして、３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように各相のスイッチング素子をオンオフ制御する。したがって、３相インバータ１２による２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御における電圧固定相の切り替え時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる。その結果、３相交流モータ１０の駆動時における振動や騒音を抑制することができる。

【0037】

（２）３相変調制御区間における電圧指令値は、中性点電圧がステップ状に変化するように各相の電圧指令値を設定する。したがって、電圧指令値が連続的に変化するように設定する場合に比べて制御が簡単になる。

【0038】

（３）制御装置１１は、３相インバータ１２と、３相インバータ１２の各相に対応する高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のオンオフを制御する制御手段（モータコントローラ１３）とを備えている。モータコントローラ１３は、３相インバータ１２における所定の一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に所定期間固定する２相変調制御と、３相インバータ１２の各相のスイッチング素子をオンオフ制御する３相変調制御とを交互に行う。モータコントローラ１３は、３相変調制御を行う３相変調制御区間は、２相変調制御における電圧固定相が切り替えられる所定電気角の前後に設定する。３相変調制御区間では、中性点電圧が緩やかに変化するように各相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンオフ制御する。したがって、２相変調制御の利点を生かしつつ、２相変調制御時の急峻な電圧変化を抑制し、トルクリプルを抑制することができる。

【0039】

（４）モータコントローラ１３は、３相変調制御区間では、各相に対する電圧指令値がステップ状に変化するように各相の電圧指令値を設定する。したがって、電圧指令値が連続的に変化するように設定する場合に比べて制御が簡単になる。

【0040】

（５）モータコントローラ１３は、各相の電圧指令値を各ステップ期間Ｓにおける電圧指令値が緩やかに変化するように設定する。したがって、ステップ状に変化する各相の電圧指令値が各ステップ期間Ｓにおいて一定に保持される場合に比べて、ステップ数が同じ場合に隣のステップに移行する際の電圧変化量が小さくなる。そのため、３相変調制御区間の初めと終わりの間における電圧値の差が同じ場合、電流リプルを許容範囲内とするために必要なステップ幅（ステップ期間Ｓ）を大きくすることができ、スイッチング損失が低減する。

【0041】

（６）モータコントローラ１３は、３相交流モータ１０の運転条件に対応した２相変調制御と３相変調制御との切り替え時期やステップ期間Ｓと、キャリア周波数及び電流リプルの許容量との関係を示すマップを備えており、３相交流モータ１０の運転状態とマップとに基づいて切り替え時期やステップ期間Ｓを演算する。したがって、３相交流モータ１０の運転条件に対応して、２相変調制御と３相変調制御との切り替え時期や３相変調制御の際に、３相インバータ１２から３相交流モータ１０へ出力される各相に対する電圧指令値の演算が簡単になる。

【0042】

（７）制御装置１１は車両の走行モータとしての３相交流モータ１０の制御を行う装置に具体化されている。車両の走行モータの駆動には大電流の供給が必要で、走行状態によって走行モータの負荷の変動が大きいため、２相変調制御のみでは電流リプルが発生し易い。しかし、２相変調制御と３相変調制御とを交互に行い、３相変調制御区間の制御を（１）〜（６）の条件で行うことにより、走行モータの耐久性が向上する。

【0043】

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ３相変調制御区間においてステップ状に変化する電圧指令値は、各ステップ期間Ｓにおいて一定に保持されるようにしてもよい。この場合、電圧指令値が各ステップ期間Ｓにおいて緩やかに変化するように設定する場合に比べて、制御が簡単になる。

【0044】

○ ３相変調制御区間と２相変調制御区間との割合は、３相交流モータ１０の運転条件、電流リプルの許容範囲等に対応して設定すればよく、どちらが大きくても良いが、２相変調制御区間が大きい方が電圧波形が理想波形（正弦波形）に近くなる。

【0045】

○ ２相変調制御は、３相のうちの相毎に出力電圧を高位電源レベル又は低位電源レベルにπ／３（６０度）ずつ順次固定する２相変調制御に限らず、例えば２π／３（１２０度）ずつ高位電源レベルに順次固定したり、低位電源レベルに順次固定したりする２相変調制御にしてもよい。

【0046】

○ ３相インバータ１２が制御する３相交流モータ１０はＰＭモータに限らず、例えば、３相誘導モータであってもよい。
○ ３相交流モータ１０は車両の走行用モータに限らず、他の電気機器に使用される３相交流モータ１０の制御に適用してもよい。

【符号の説明】

【0047】

Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６…スイッチング素子、１０…３相交流モータ、１１…制御装置、１２…３相インバータ、１３…制御手段としてのモータコントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】