(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134616
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】交流回転機の制御装置
(51)【国際特許分類】
H02P 21/05 20060101AFI20240927BHJP
【ＦＩ】
H02P21/05
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044890
(22)【出願日】2023-03-22
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】古川 晃
(72)【発明者】
【氏名】大黒 嵩浩
(72)【発明者】
【氏名】久野 雄也
(72)【発明者】
【氏名】秋田 健一
【テーマコード（参考）】
5H505
【Ｆターム（参考）】
5H505AA16
5H505BB04
5H505CC04
5H505DD03
5H505EE30
5H505EE41
5H505EE49
5H505GG02
5H505GG04
5H505GG07
5H505HA09
5H505HA10
5H505HB01
5H505HB05
5H505JJ03
5H505JJ28
5H505KK05
5H505LL07
5H505LL22
5H505LL24
5H505LL41
5H505LL58
(57)【要約】
【課題】組間の相互インダクタンスを考慮して、力行運転時に母線電圧リプルを低減できると共に、回生運転時に発電効率を向上することができる交流回転機の制御装置を提供する。
【解決手段】回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ相電流の振幅が判定振幅以下である、又は出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、３次高調波重畳変調を行い、回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ相電流の振幅が判定振幅より大きい、又は出力トルクの絶対値が判定トルクより大きい場合に、２相変調を行う交流回転機の制御装置。
【選択図】図３
【解決手段】回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ相電流の振幅が判定振幅以下である、又は出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、３次高調波重畳変調を行い、回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ相電流の振幅が判定振幅より大きい、又は出力トルクの絶対値が判定トルクより大きい場合に、２相変調を行う交流回転機の制御装置。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線を有する交流回転機を、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を介して制御する交流回転機の制御装置であって、
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行う交流回転機の制御装置。
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行う交流回転機の制御装置。
【請求項2】
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルク以下である場合に、前記３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記２相変調を行う請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記２相変調を行う請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項3】
前記電圧指令値演算部は、回生運転時の前記相電流の振幅の最大値が、力行運転時の前記相電流の振幅の最大値よりも低くなる、又は回生運転時の前記出力トルクの絶対値の最大値が、前記力行運転時の出力トルクの絶対値の最大値よりも低くなるように、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値を演算する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項4】
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、前記３次高調波重畳変調を行う場合は、前記設定中心電圧を、前記搬送波信号の振動中心値に一致させる請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項5】
前記交流回転機は界磁巻線を有し、前記電力変換器は、界磁巻線用の前記スイッチング素子を有し、
前記交流回転機の制御装置は、界磁巻線用の前記スイッチング素子をオンオフして、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御部を更に備え、
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記界磁電流の最大値よりも小さくする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
前記交流回転機の制御装置は、界磁巻線用の前記スイッチング素子をオンオフして、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御部を更に備え、
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記界磁電流の最大値よりも小さくする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項6】
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値の変調率に基づいて設定する請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項7】
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記電力変換器に供給される直流電圧、及び前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項8】
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値よりも大きくする請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項9】
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の範囲以上の回転速度に設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の範囲以上の回転速度に設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項10】
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度の絶対値が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の絶対値の範囲以上の回転速度に設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の絶対値の範囲以上の回転速度に設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項11】
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度又は前記交流回転機の回転速度の絶対値が、判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記電圧指令値演算部は、前記判定速度を、前記電力変換器に供給される直流電圧に基づいて設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記判定速度を、前記電力変換器に供給される直流電圧に基づいて設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項12】
前記電圧指令値演算部は、前記直流電圧が大きくなるに従って、前記判定速度を小さくする請求項１１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項13】
前記判定振幅は、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に対応して設定され、又は
前記判定トルクは、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクに対応して設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定トルクは、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクに対応して設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項14】
前記判定振幅は、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる相電流の振幅の範囲内の電流に設定され、又は、
前記判定トルクは、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる出力トルクの範囲内の出力トルクに設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定トルクは、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる出力トルクの範囲内の出力トルクに設定される請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項15】
前記電圧指令値演算部は、前記判定振幅又は前記判定トルクを、前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項16】
前記交流回転機の出力軸が動力伝達機構を介して車輪に連結された請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項17】
前記交流回転機の出力軸が動力伝達機構を介して車輪に連結された請求項９に記載の交流回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載の電力変換器では、２組のインバータが同時に有効電圧ベクトルとなる状態を回避するため、３次高調波重畳による変調時には、第１組の搬送波信号と第２組の搬送波信号を９０度ずらして、母線電流リプル及び母線電圧リプルを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－９６４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の制御方法を用いて、第１組及び第２組の電機子巻線の組間の相互インダクタンスを考慮すると、第１組の有効電圧ベクトル出力時に第２組の電流変化を招き、第２組の有効電圧ベクトル出力時に第１組の電流変化を招く。つまり、見かけ上は有効電圧ベクトル区間が増加した状況となるため、相電流リプルが大きくなり、母線電圧リプルが大きくなる。力行運転において、母線電圧リプルを低減する要求がある。よって、特許文献１の技術では、組間の相互インダクタンスを考慮すると、力行運転時に母線電圧リプルを十分に低減できない。一方、回生運転時には、母線電圧リプルを抑制しつつ、発電効率を向上させたい。
【0005】
そこで、本願は、組間の相互インダクタンスを考慮して、力行運転時に母線電圧リプルを低減できると共に、回生運転時に発電効率を向上することができる交流回転機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に係る交流回転機の制御装置は、
２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線を有する交流回転機を、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を介して制御する交流回転機の制御装置であって、
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行うものである。
２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線を有する交流回転機を、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を介して制御する交流回転機の制御装置であって、
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行うものである。
【発明の効果】
【0007】
回転速度が比較的に低い状態では、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に大きくなるため相電流リプルが大きくなりやすい。組間の相互インダクタンスを考慮すると、２相変調時の相電流リプルは、３次高調波重畳変調時の相電流リプルより大きくなる。力行運転時は、エネルギー変換効率が低下しても、より大きな出力トルクを得たい。回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる比較的に低い状態において、３次高調波重畳変調が行われるので、相電流リプルを低減することができる。回転速度が比較的に低い場合は、出力トルク及び回転速度に応じて、変調率は比較的に低い範囲を変化するが、変調率が０．５に近づいたとき、相電流リプルを考慮しない母線電圧リプルが最大値になる。このとき、出力トルクが大きい場合は、相電流リプルも比較的に大きくなる。この場合でも、３次高調波重畳変調が行われるので、相電流リプルの増加を抑制することができ、母線電圧リプルが、規格値を超えることを抑制できる。よって、回転速度が比較的に低い状態において、力行運転時に３次高調波重畳変調を行うことにより、出力トルクが増加されても、相電流リプルの増加を抑制し、母線電圧リプルの増加を抑制することができる。また、力行運転時に、変調方式の切り替えが行われないので、切り換えにより、相電流の乱れが生じ、出力トルクが変動することを抑制できる。
【0008】
回転速度が比較的に低く、回生運転時において、相電流の振幅が低く、出力トルクの絶対値が低い場合に、３次高調波重畳変調を行うことで、エネルギー変換効率を、２相変調を行う場合よりも高くすることができる。回転速度が比較的に低く、回生運転時において、相電流の振幅が高く、出力トルクの絶対値が高い場合に、２相変調を行うことで、エネルギー変換効率を、３次高調波重畳変調を行う場合よりも高くすることができる。従って、回転速度が比較的に低い状態において、回生運転時に、相電流の振幅又は出力トルクに基づいて、３次高調波重畳変調及び２相変調を切り替えることにより、スイッチング損失を抑制してエネルギー変換効率（発電効率）を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る交流回転機、電力変換器、及び制御装置の概略構成図である。
【図2】実施の形態１に係る組間の電機子巻線の位相差を説明する図である。
【図3】実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。
【図4】実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。
【図5】実施の形態１に係る第１組のスイッチング制御を説明するタイムチャートである。
【図6】実施の形態１に係る第１組の８つの電圧ベクトルのオンオフパターンを説明する図である。
【図7】実施の形態１に係る第１組の８つの電圧ベクトルの位相を説明する図である。
【図8】実施の形態１に係る第２組のスイッチング制御を説明するタイムチャートである。
【図9】実施の形態１に係る第２組の８つの電圧ベクトルのオンオフパターンを説明する図である。
【図10】実施の形態１に係る第２組の８つの電圧ベクトルの位相を説明する図である。
【図11】実施の形態１に係る第１組及び第２組の８つの電圧ベクトルの位相を説明する図である。
【図12】実施の形態１に係る界磁巻線のスイッチング制御を説明するタイムチャートである。
【図13】実施の形態１に係る３次高調波重畳変調を説明するタイムチャートである。
【図14】実施の形態１に係る２相変調を説明するタイムチャートである。
【図15】実施の形態１に係る相互インダクタンスの増加による相電流リプルの変化を説明する図である。
【図16】実施の形態１に係る２相変調時の組間の電圧ベクトルの組合せ説明する図である。
【図17】実施の形態１に係る３次高調波重畳変調時の組間の電圧ベクトルの組合せ説明する図である。
【図18】実施の形態１に係る変調率と母線電流リプルとの関係とを説明する図である。
【図19】実施の形態１に係る回転速度に応じた変調率の変化を説明する図である。
【図20】実施の形態１に係る回生運転時の出力トルクと相電流の振幅との関係を説明する図である。
【図21】実施の形態１に係る回生運転時の出力トルクと力率との関係を説明する図である。
【図22】実施の形態１に係る回生運転時の出力トルクと発電電流との関係を説明する図である。
【図23】実施の形態１に係る回転速度及び出力トルクの運転領域における各変調方式の設定を説明する図である。
【図24】実施の形態１に係る直流電圧と相電流リプルとの関係を説明する図である。
【図25】実施の形態１に係る回転速度と各変調方式の相電流リプルとの関係を説明する図である。
【図26】実施の形態１に係る回転速度と各変調方式の母線電圧リプルとの関係と、低速度範囲の設定とを説明する図である。
【図27】実施の形態１に係る直流電圧と判定速度との関係を説明する図である。
【図28】実施の形態１に係るトルク又は相電流の振幅と、各変調方式のエネルギー変換効率との関係を説明する図である。
【図29】実施の形態１に係るトルク又は相電流の振幅と、各変調方式の発熱量との関係を説明する図である。
【図30】実施の形態１に係る回転速度と、判定電流又は判定トルクとの関係を説明する図である。
【図31】実施の形態１に係る車両用駆動装置を説明する図である。
【図32】実施の形態１に係る、交流回転機が双方向に回転する場合の、回転速度及び出力トルクの運転領域における各変調方式の設定を説明する図である。
【図33】実施の形態２に係る界磁電流とロータの磁束との関係を説明する図である。
【図34】実施の形態２に係る界磁電流と界磁巻線のインダクタンスとの関係を説明する図である。
【図35】実施の形態２に係る界磁電流と界磁巻線の局所インダクタンスとの関係を説明する図である。
【図36】実施の形態２に係る界磁電流と母線電流リプルとの関係を説明する図である。
【図37】実施の形態２に係る回転速度と界磁電流の最大値との関係を説明する図である。
【図38】実施の形態２に係る変調率と界磁電流の最大値との関係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に係る交流回転機の制御装置３０（以下、単に、制御装置３０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機１、電力変換器４、及び制御装置３０の概略構成図である。
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置３０（以下、単に、制御装置３０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機１、電力変換器４、及び制御装置３０の概略構成図である。
【0011】
１－１．交流回転機１
交流回転機１は、円筒状のステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。ステータ１８に、２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線が巻装されている。ロータ１４には、ロータ１４に磁束を発生させる界磁巻線５が設けられている。ロータ１４に、界磁巻線５と共に永久磁石が設けられてもよい。界磁巻線５は、ロータ１４の外部に設けられてもよい。交流回転機１は、界磁巻線式の同期回転機とされている。本実施の形態では、ｍ＝３に設定されている。ステータ１８には、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２とが設けられている。第１組の３相を、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相とし、第２組の３相を、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相とする。各組の３相の電機子巻線は、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。
交流回転機１は、円筒状のステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。ステータ１８に、２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線が巻装されている。ロータ１４には、ロータ１４に磁束を発生させる界磁巻線５が設けられている。ロータ１４に、界磁巻線５と共に永久磁石が設けられてもよい。界磁巻線５は、ロータ１４の外部に設けられてもよい。交流回転機１は、界磁巻線式の同期回転機とされている。本実施の形態では、ｍ＝３に設定されている。ステータ１８には、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２とが設けられている。第１組の３相を、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相とし、第２組の３相を、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相とする。各組の３相の電機子巻線は、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。
【0012】
本実施の形態では、図２に模式図を示すように、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の位置に対する第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ＝－π／６（－３０度）に設定されている。なお、電気角は、ロータ１４の機械角にロータ１４の極対数を乗算した角度になる。
【0013】
ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（回転角度）を検出する回転センサ１５が設けられている。回転センサ１５の出力信号は、制御装置３０に入力される。回転センサ１５には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ１５が設けられず、後述する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）。
【0014】
１－２．直流電源２
直流電源２は、電力変換器４に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源２には、平滑コンデンサ３が並列接続されている。
直流電源２は、電力変換器４に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源２には、平滑コンデンサ３が並列接続されている。
【0015】
平滑コンデンサ３が、電力変換器４を直流電源２に接続する高電位側の母線７Ｐと低電位側の母線７Ｎとの間に接続されている。平滑コンデンサ３は、電力変換器４に供給される直流電圧Ｖｄｃの変動を抑制し、安定させる。ここでは細かく図示しないが、平滑コンデンサ３のコンデンサ容量Ｃ以外に等価直列抵抗Ｒｃ、リードインダクタンスＬｃが存在する。
【0016】
直流電源２から電力変換器４に供給される直流電圧Ｖｄｃ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、高電位側の母線７Ｐと低電位側の母線７Ｎ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３０に入力される。
【0017】
１－３．電力変換器４
電力変換器４は、直流電源２と２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。また、電力変換器４は、直流電源２と界磁巻線５との間で電力変換を行う。電力変換器４は、直流電源２と第１組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う第１組用の電力変換器４ａ（第１組用のインバータ４ａとも称す）と、直流電源２と第２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う第２組用の電力変換器４ｂ（第２組用のインバータ４ｂとも称す）と、直流電源２と界磁巻線５との間で電力変換を行う界磁巻線用の電力変換器４ｃ（コンバータ４ｃとも称す）と、を有している。
電力変換器４は、直流電源２と２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。また、電力変換器４は、直流電源２と界磁巻線５との間で電力変換を行う。電力変換器４は、直流電源２と第１組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う第１組用の電力変換器４ａ（第１組用のインバータ４ａとも称す）と、直流電源２と第２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う第２組用の電力変換器４ｂ（第２組用のインバータ４ｂとも称す）と、直流電源２と界磁巻線５との間で電力変換を行う界磁巻線用の電力変換器４ｃ（コンバータ４ｃとも称す）と、を有している。
【0018】
直流電源２と電力変換器４とを接続する共通の母線７を流れる母線電流Ｉｄｃは、次式に示すように、直流電源２と第１組用のインバータ４ａとを接続する母線部分を流れる第１組の母線電流Ｉｉｎｖ１と、直流電源２と第２組用のインバータ４ｂとを接続する母線部分を流れる第２組の母線電流Ｉｉｎｖ２と、直流電源２とコンバータ４ｃとを接続する母線部分を流れるコンバータの母線電流Ｉｃｎｖと、の合計になる。
【数1】
【0019】
母線電流Ｉｄｃが負の場合は、電力変換器４から直流電源２に電流が供給され、回生運転状態になる。母線電流Ｉｄｃが正の場合は、直流電源２から電力変換器４に電流が供給され、力行運転状態になる。なお、出力トルクの方向が回転方向と同じ方向である場合を、力行運転状態とし、出力トルクの方向が回転方向と反対方向である場合を、回生運転状態としてもよい。
【0020】
第１組用のインバータ４ａは、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰと、直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮと、が直列接続された直列回路を、第１組の３相各相の電機子巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第１組の対応する相の電機子巻線に接続される。第２組用のインバータ４ｂは、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰと、直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮと、が直列接続された直列回路を、第２組の３相各相の電機子巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第２組の対応する相の電機子巻線に接続される。
【0021】
スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）、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）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置３０に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置３０から出力される制御信号によりオン又はオフされる。
【0022】
第１組用の電機子電流センサ８ａは、第１組の各相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１に流れる電流を検出する電流検出回路である。第２組用の電機子電流センサ８ｂは、第２組の各相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２に流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、各組の電機子電流センサ８ａ、８ｂは、各相のスイッチング素子の直列回路と電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各組用の各相の電機子電流センサ８ａ、８ｂの出力信号は、制御装置３０に入力される。電機子電流センサは、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。なお、電機子電流センサは、各組の各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されてもよい。或いは、各組の電機子電流センサ８ａ、８は、各組のインバータ４ａ、４ｂと直流電源２と接続する電線上に設けられ、各組について、公知の「母線１シャント方式」により、各相の電機子巻線の電流が検出されてもよい。
【0023】
コンバータ４ｃは、スイッチング素子を有し、直流電源２と界磁巻線５との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ４ｃは、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰと直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路を２組設けたＨブリッジ回路とされている。第１の直列回路における高電位側のスイッチング素子ＳＰ１と低電位側のスイッチング素子ＳＮ１との接続点が、界磁巻線５の一端に接続され、第２の直列回路における高電位側のスイッチング素子ＳＰ２と低電位側のスイッチング素子ＳＮ２との接続点が、界磁巻線５の他端に接続される。
【0024】
コンバータ４ｃのスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置３０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置３０から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。
【0025】
なお、第１の直列回路の低電位側のスイッチング素子ＳＮ１をダイオードに置き換えたり、第２の直列回路の高電位側のスイッチング素子ＳＰ２をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ４ｃを他の構成としてもよい。
【0026】
界磁電流センサ６は、界磁巻線５を流れる電流である界磁電流Ｉｆを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ６は、界磁巻線５とコンバータ４ｃとをつなぐ電線上に設けられている。界磁電流センサ６は、界磁電流Ｉｆを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ６の出力信号は、制御装置３０に入力される。界磁電流センサ６は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。
【0027】
１－４．制御装置３０
制御装置３０は、電力変換器４を介して、交流回転機１を制御する。制御装置３０は、図３に示すように、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、電圧指令値演算部３３、スイッチング制御部３４、界磁電流検出部３５、及び界磁電流制御部３６等の機能部を備えている。制御装置３０の各機能は、制御装置３０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３０は、図４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、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路９４等を備えている。
制御装置３０は、電力変換器４を介して、交流回転機１を制御する。制御装置３０は、図３に示すように、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、電圧指令値演算部３３、スイッチング制御部３４、界磁電流検出部３５、及び界磁電流制御部３６等の機能部を備えている。制御装置３０の各機能は、制御装置３０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３０は、図４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、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路９４等を備えている。
【0028】
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）、及び演算処理装置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、回転センサ１５、電源電圧センサ１３、各組用の電機子電流センサ８ａ、８ｂ、界磁電流センサ６等の各種のセンサが接続され、これらセンサ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、電力変換器４の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。通信回路９４は、外部装置と通信を行う。
【0029】
そして、制御装置３０が備える各制御部３１～３６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３０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３１～３６等が用いる判定速度ωｔｈ、判定振幅Ｉｔｈ、及び判定トルクＴｔｈなどの各種の設定データは、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３０の各機能について詳細に説明する。
【0030】
＜回転検出部３１＞
回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転速度ω（回転角速度）を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での磁極位置θ（回転角度θ）及び回転速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた磁石のＮ極の向きに設定される。本実施の形態では、磁極位置θ（回転角度θ）は、第１組のＵ１相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６（３０度）から、第２組のＵ２相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）は、θ－π／６になる。
回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転速度ω（回転角速度）を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での磁極位置θ（回転角度θ）及び回転速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた磁石のＮ極の向きに設定される。本実施の形態では、磁極位置θ（回転角度θ）は、第１組のＵ１相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６（３０度）から、第２組のＵ２相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）は、θ－π／６になる。
【0031】
なお、回転検出部３１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）。
【0032】
＜電機子電流検出部３２＞
電機子電流検出部３２は、第１組用の電機子電流センサ８ａの出力信号に基づいて、第１組の３相の電機子巻線に流れる相電流Ｉｕｓ１、Ｉｖｓ１、Ｉｗｓ１を検出する。また、電機子電流検出部３２は、第２組用の電機子電流センサ８ｂの出力信号に基づいて、第２組の３相の電機子巻線に流れる相電流Ｉｕｓ２、Ｉｖｓ２、Ｉｗｓ２を検出する。なお、各組について、電機子電流センサが２相の相電流を検出するように構成され、残りの１相の相電流が、２相の相電流の検出値に基づいて演算されてもよい。
電機子電流検出部３２は、第１組用の電機子電流センサ８ａの出力信号に基づいて、第１組の３相の電機子巻線に流れる相電流Ｉｕｓ１、Ｉｖｓ１、Ｉｗｓ１を検出する。また、電機子電流検出部３２は、第２組用の電機子電流センサ８ｂの出力信号に基づいて、第２組の３相の電機子巻線に流れる相電流Ｉｕｓ２、Ｉｖｓ２、Ｉｗｓ２を検出する。なお、各組について、電機子電流センサが２相の相電流を検出するように構成され、残りの１相の相電流が、２相の相電流の検出値に基づいて演算されてもよい。
【0033】
＜電圧指令値演算部３３＞
電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電機子巻線に印加する第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１と、第２組の３相の電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２と、を演算する。電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１に、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を重畳して、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１を演算し、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２に、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を重畳して、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２を演算する。オフセット電圧の重畳については後述する。
電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電機子巻線に印加する第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１と、第２組の３相の電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２と、を演算する。電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１に、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を重畳して、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１を演算し、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２に、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を重畳して、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２を演算する。オフセット電圧の重畳については後述する。
【0034】
各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの演算には、公知の各種の方法が用いられる。電圧指令値演算部３３は、外部の動作指令などに基づいて、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを演算する。外部の動作指令としては、トルク指令値又は回転速度指令値などが挙げられる。各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏは、互いに電気角で１２０度の位相差を有し、電気角での回転周期で振動する正弦波又は余弦波になる。本実施の形態では、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値は、０である。なお、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値は、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２であってもよい。
【0035】
例えば、各組について、電圧指令値演算部３３は、外部からの動作指令及び直流電圧Ｖｄｃ及び回転速度ωに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを演算し、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを演算し、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏ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、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。
【0036】
ここで、各組について、電圧指令値演算部３３は、３相の相電流の検出値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓ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軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｓ、Ｉｑｓに変換し、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｓ、Ｉｑｓがｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに近づくように、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを変化させるフィードバック制御を行ってもよい。或いは、電圧指令値演算部３３は、相電流の検出値を用いず、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏに基づいて、交流回転機の電気的定数（インダクタンス、磁石による鎖交磁束、巻線抵抗など）を用い、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを変化させるフィードフォワード制御を行ってもよい。
【0037】
＜スイッチング制御部３４＞
スイッチング制御部３４は、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１と搬送波信号ＣＡとを比較し、比較結果に基づいて、第１組用のインバータ４ａの複数のスイッチング素子をオンオフし、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２と搬送波信号ＣＡとを比較し、比較結果に基づいて、第２組用のインバータ４ｂの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３４は、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１と搬送波信号ＣＡとを比較し、比較結果に基づいて、第１組用のインバータ４ａの複数のスイッチング素子をオンオフし、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２と搬送波信号ＣＡとを比較し、比較結果に基づいて、第２組用のインバータ４ｂの複数のスイッチング素子をオンオフする。
【0038】
本実施の形態では、図５及び図８に示すように、搬送波信号ＣＡは、ＰＷＭ周期Ｔｃで０を中心に直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２の振幅で振動する三角波とされている。三角波以外に鋸波等の任意の波形が用いられてもよい。第１組用の搬送波信号ＣＡと、第２組用の搬送波信号ＣＡとは、同じものが用いられる。すなわち、第１組用の搬送波信号ＣＡの位相及び波形と、第２組用の搬送波信号ＣＡの位相及び波形とが、一致する。なお、演算遅れなどによる、ＰＷＭ周期Ｔｃよりも十分小さいズレがあってもよい。
【0039】
図５は、Ｖｕｏ＊１＞Ｖｖｏ＊１＞Ｖｗｏ＊１になる場合の第１組のオンオフ挙動を示す。スイッチング制御部３４は、各相について、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＰ１をオン（本例では、１）して、高電位側のスイッチング素子をオンし、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＰ１をオフ（本例では、０）して、高電位側のスイッチング素子をオフする。一方、スイッチング制御部３４は、各相について、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＮ１をオフ（本例では、０）して、低電位側のスイッチング素子をオフし、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＮ１をオン（本例では、１）して、低電位側のスイッチング素子をオンする。なお、各相について、高電位側のスイッチング素子のオン期間と低電位側のスイッチング素子のオン期間との間には、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間（デッドタイム）が設けられてもよい。
【0040】
図６に示すように、第１組の６つのスイッチング素子のオンオフパターンは８つある。図６において、「０」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「１」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。第１組の８つのオンオフパターンを、電圧ベクトルＶ０＿１～Ｖ７＿１と称す。
【0041】
電圧ベクトルＶ０＿１及び電圧ベクトルＶ７＿１では、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の端子が相互に接続され、電流が、第１組の３相の電機子巻線と第１組用のインバータ４ａの間で還流し、直流電源２と第１組用のインバータ４ａとの間を流れる第１組の母線電流Ｉｉｎｖ１が０になる零ベクトルの状態になる。
【0042】
他の電圧ベクトルＶ１＿１～Ｖ６＿１では、第１組の母線電流Ｉｉｎｖ１は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の電機子巻線を流れる相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のいずれかと等しくなる。これらの電圧ベクトルＶ１＿１～Ｖ６＿１では、直流電源２と第１組用のインバータ４ａとの間を流れる第１組の母線電流Ｉｉｎｖ１が０にならず、有効ベクトルの状態になる。
【0043】
第１組の８つの電圧ベクトルＶ０＿１～Ｖ７＿１の位相は、図７に示すようになる。
【0044】
図５の例では、時刻ｔ１～ｔ２及び時刻ｔ８～ｔ９においてＶ７＿１になり、時刻ｔ２～ｔ３及び時刻ｔ７からｔ８においてＶ２＿１になり、時刻ｔ３～ｔ４及びｔ６～ｔ７においてＶ１＿１になり、時刻ｔ４～ｔ６においてＶ０＿１になる。
【0045】
図８は、Ｖｕｏ＊２＞Ｖｖｏ＊２＞Ｖｗｏ＊２になる場合の第２組のオンオフ挙動を示す。第１組と同様に、スイッチング制御部３４は、各相について、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＰ２をオン（本例では、１）して、高電位側のスイッチング素子をオンし、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＰ２をオフ（本例では、０）して、高電位側のスイッチング素子をオフする。一方、スイッチング制御部３４は、各相について、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＮ２をオフ（本例では、０）して、低電位側のスイッチング素子をオフし、搬送波信号ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号ＱＮ２をオン（本例では、１）して、低電位側のスイッチング素子をオンする。
【0046】
図９に示すように、第２組の６つのスイッチング素子のオンオフパターンは８つある。図９において、「０」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「１」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。第２組の８つのオンオフパターンを、電圧ベクトルＶ０＿２～Ｖ７＿２と称す。
【0047】
電圧ベクトルＶ０＿２及び電圧ベクトルＶ７＿２では、第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の端子が相互に接続され、電流が、第２組の３相の電機子巻線と第２組用のインバータ４ｂの間で還流し、直流電源２と第２組用のインバータ４ｂとの間を流れる第２組の母線電流Ｉｉｎｖ２が０になる零ベクトルの状態になる。
【0048】
他の電圧ベクトルＶ１＿２～Ｖ６＿２では、第２組の母線電流Ｉｉｎｖ２は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の電機子巻線を流れる相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２のいずれかと等しくなる。これらの電圧ベクトルＶ１＿２～Ｖ６＿２では、直流電源２と第２組用のインバータ４ｂとの間を流れる第２組の母線電流Ｉｉｎｖ２が０にならず、有効ベクトルの状態になる。
【0049】
第２組の８つの電圧ベクトルＶ０＿２～Ｖ７＿２の位相は、図１０に示すようになる。
【0050】
図８の例では、時刻ｔ１～ｔ２及び時刻ｔ８～ｔ９においてＶ７＿２になり、時刻ｔ２～ｔ３及び時刻ｔ７からｔ８においてＶ２＿２になり、時刻ｔ３～ｔ４及びｔ６～ｔ７においてＶ１＿２になり、時刻ｔ４～ｔ６においてＶ０＿２になる。
【0051】
図１１に、第１組の８つの電圧ベクトルＶ０＿１～Ｖ７＿１の位相と第２組の８つの電圧ベクトルＶ０＿２～Ｖ７＿２の位相とを重ねて示す。本実施の形態では、Ｕ１相とＵ２相との位相差が、３０度（π／６）であるので、第１組の電圧ベクトルと第２組の電圧ベクトルとの位相差が３０度になっている。
【0052】
その結果、Ｖ１＿２は、Ｖ１＿１とＶ２＿１に隣接し、Ｖ２＿２は、Ｖ２＿１とＶ３＿１に隣接し、Ｖ３＿２は、Ｖ３＿１とＶ４＿１に隣接し、Ｖ４＿２は、Ｖ４＿１とＶ５＿１に隣接し、Ｖ５＿２は、Ｖ５＿１とＶ６＿１に隣接し、Ｖ６＿２は、Ｖ６＿１とＶ１＿１に隣接する。
【0053】
＜界磁電流検出部３５及び界磁電流制御部３６＞
界磁電流検出部３５は、界磁電流センサ６の出力信号に基づいて、界磁巻線５に流れる界磁電流Ｉｆｓを検出する。
界磁電流検出部３５は、界磁電流センサ６の出力信号に基づいて、界磁巻線５に流れる界磁電流Ｉｆｓを検出する。
【0054】
界磁電流制御部３６は、コンバータ４ｃのスイッチング素子をオンオフして、界磁巻線５に流れる界磁電流を制御する。
【0055】
本実施の形態では、界磁電流制御部３６は、外部からの動作指令及び直流電圧Ｖｄｃ及び回転速度ωに基づいて、界磁電流の指令値Ｉｆｏを演算し、界磁電流の指令値Ｉｆｏに基づいて界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏを演算する。本実施の形態では、界磁電流制御部３６は、界磁電流の検出値Ｉｆｓが、界磁電流の指令値Ｉｆｏに近づくように、界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏを変化させるフィードバック制御を行う。なお、電流センサは必須では無く、フィードフォワード制御を行ってもよい。
【0056】
界磁電流制御部３６は、界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏに基づいて、ＰＷＭ制御によりコンバータ４ｃの複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。
【0057】
例えば、図１２に示すように、界磁電流制御部３６は、界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏと、界磁巻線用のＰＷＭ周期Ｔｃｆで振動する界磁巻線用の搬送波信号Ｃｆとを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。界磁巻線用の搬送波信号Ｃｆは、界磁巻線用のＰＷＭ周期Ｔｃｆで０から直流電圧Ｖｄｃの間を振動する三角波とされている。
【0058】
界磁電流制御部３６は、界磁巻線用の搬送波信号Ｃｆが界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏを下回った場合は、第１組の高電位側のスイッチング素子ＳＰ１のスイッチング信号ＱＰ１をオン（本例では、１）し、第１組の低電位側のスイッチング素子ＳＮ１のスイッチング信号ＱＮ１をオフ（本例では、０）し、第２組の高電位側のスイッチング素子ＳＰ２のスイッチング信号ＱＰ２をオフ（０）し、第２組の低電位側のスイッチング素子ＳＮ２のスイッチング信号ＱＮ２をオン（１）する。
【0059】
一方、界磁電流制御部３６は、界磁巻線用の搬送波信号Ｃｆが界磁巻線の電圧指令値Ｖｆｏを上回った場合は、第１組の高電位側のスイッチング信号ＱＰ１をオフ（０）し、第１組の低電位側のスイッチング信号ＱＮ１をオン（１）し、第２組の高電位側のスイッチング信号ＱＰ２をオン（１）し、第２組の低電位側のスイッチング信号ＱＮ２をオフ（０）する。
【0060】
＜オフセット電圧の重畳＞
上述したように、電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１に、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を重畳して、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１を演算し、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２に、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を重畳して、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２を演算する。
上述したように、電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１に、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を重畳して、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１を演算し、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２に、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を重畳して、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２を演算する。
【0061】
本実施の形態では、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１から、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を減算して、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１を演算する。
【数2】
【0062】
また、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２から、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を減算して、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊２を演算する。
【数3】
【0063】
本実施の形態では、電圧指令値演算部３３は、３次高調波重畳変調又は２相変調により、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１及び第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を演算する。
【0064】
＜３次高調波重畳変調＞
３次高調波重畳変調を行う場合は、電圧指令値演算部３３は、設定中心電圧αを中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１の最大値及び最小値の平均値が設定中心電圧αに一致するような第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を演算する。また、電圧指令値演算部３３は、同じ設定中心電圧αを中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊１の最大値及び最小値の平均値が設定中心電圧αに一致するような第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を演算する。
３次高調波重畳変調を行う場合は、電圧指令値演算部３３は、設定中心電圧αを中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、重畳後の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊１、Ｖｖｏ＊１、Ｖｗｏ＊１の最大値及び最小値の平均値が設定中心電圧αに一致するような第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を演算する。また、電圧指令値演算部３３は、同じ設定中心電圧αを中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、重畳後の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ＊２、Ｖｖｏ＊２、Ｖｗｏ＊１の最大値及び最小値の平均値が設定中心電圧αに一致するような第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を演算する。
【0065】
本実施の形態では、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、重畳前の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１の最大値Ｖｍａｘ１と最小値Ｖｍｉｎ１との平均値から、設定中心電圧αを減算した値を、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１として演算する。ここで、ＭＡＸ（ａ，ｂ，ｃ）は、ａ，ｂ，ｃの内の最大値を出力する関数であり、ＭＩＮ（ａ，ｂ，ｃ）は、ａ，ｂ，ｃの内の最小値を出力する関数である。
【数4】
【0066】
【0067】
次式に示すように、重畳後の第１組の３相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値は、設定中心電圧αに一致する。
【数5】
【0068】
また、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、重畳前の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２の最大値Ｖｍａｘ２と最小値Ｖｍｉｎ２との平均値から、設定中心電圧αを減算した値を、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２として演算する。第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２の位相は、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１の位相に対して組間の電機子巻線の位相差Δθ（本例では、－π／６）だけずれる。
【数6】
【0069】
この３次高調波重畳変調の方式は、いわゆる、ｍｉｎ－ｍａｘ法（疑似３次高調波重畳変調）と呼ばれる方式に、設定中心電圧αの減算を追加した方式である。よって、３次高調波重畳変調により、重畳後の各組の３相の電圧指令値の振幅を低減できると共に、重畳後の各組の３相の電圧指令値の振動中心値を、設定中心電圧αだけシフトできる。
【0070】
＜２相変調＞
２相変調を行う場合は、電圧指令値演算部３３は、重畳後の第１組の１相の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに一致するような第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を演算すると共に、重畳後の第２組の１相の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに一致するような第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を演算する。本実施の形態では、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値は０であるため、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄは０であり、搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘは、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２であり、搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎは、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２×－1である。なお、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値が、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２である場合は、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄは直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２になり、搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘは、直流電圧Ｖｄｃになり、搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎは、０になる。
２相変調を行う場合は、電圧指令値演算部３３は、重畳後の第１組の１相の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに一致するような第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を演算すると共に、重畳後の第２組の１相の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに一致するような第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を演算する。本実施の形態では、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値は０であるため、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄは０であり、搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘは、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２であり、搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎは、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２×－1である。なお、各組の重畳前の３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏの振動中心値が、直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２である場合は、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄは直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２になり、搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘは、直流電圧Ｖｄｃになり、搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎは、０になる。
【0071】
本実施の形態では、第１組について、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、重畳前の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１の最大値Ｖｍａｘ１及び最小値Ｖｍｉｎ１の平均値が、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では０）より大きい場合は、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ１に対応する相の重畳後の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘに張り付くように、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ１から搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘを減算した値を、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１として演算し、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ１及び最小値Ｖｍｉｎ１の平均値が、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では０）より小さい場合は、電圧指令値の最小値Ｖｍｉｎ１に対応する相の重畳後の電圧指令値が搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎに張り付くように、電圧指令値の最小値Ｖｍｉｎ１から搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎを減算した値を、第１組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１として演算する。
【数7】
【0072】
この場合は、図１４に示すように、重畳前の第１組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ１、Ｖｖｏ１、Ｖｗｏ１内の最大値Ｖｍａｘ１又は最小値Ｖｍｉｎ１に対応する１相の電圧指令値が、搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘ（本例では、Ｖｄｃ／２）又は最小値ＣＡｍｉｎ（本例では、－Ｖｄｃ／２）に張り付いている。
【0073】
第２組について、次式に示すように、電圧指令値演算部３３は、重畳前の第２組の３相の電圧指令値Ｖｕｏ２、Ｖｖｏ２、Ｖｗｏ２の最大値Ｖｍａｘ２及び最小値Ｖｍｉｎ２の平均値が、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では０）より大きい場合は、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ２に対応する相の重畳後の電圧指令値が搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘに張り付くように、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ２から搬送波信号の最大値ＣＡｍａｘを減算した値を、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２として演算し、電圧指令値の最大値Ｖｍａｘ２及び最小値Ｖｍｉｎ２の平均値が、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では０）より小さい場合は、電圧指令値の最小値Ｖｍｉｎ２に対応する相の重畳後の電圧指令値が搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎに張り付くように、電圧指令値の最小値Ｖｍｉｎ２から搬送波信号の最小値ＣＡｍｉｎを減算した値を、第２組用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２として演算する。
【数8】
【0074】
＜相電流リプルを低減するための組間の電圧ベクトルの組み合わせの理論説明＞
以下で、変調方式の設定を検討するために、相電流リプルを低減するための組間の電圧ベクトルの組み合わせについて、理論的に説明する。
以下で、変調方式の設定を検討するために、相電流リプルを低減するための組間の電圧ベクトルの組み合わせについて、理論的に説明する。
【0075】
第１組のｄ軸電圧をＶｄ１とし、第１組のｑ軸電圧をＶｑ１とし、第２組のｄ軸電圧をＶｄ２とし、第２組のｑ軸電圧をＶｑ２とすると、式（９）が成り立つ。
【数9】
【0076】
ｄ軸の自己インダクタンスをＬｄとし、ｄ軸の相互インダクタンスをＭｄとし、ｑ軸の自己インダクタンスをＬｑとし、ｑ軸の相互インダクタンスをＭｑとし、ｐを微分演算子とすると、回転速度が低いときの６相の相電流の微分値は式（１０）で表すことができる。
【数10】
【0077】
自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの比を表す結合係数をｋとし、ｄ軸及びｑ軸の相互インダクタンスＭｄ、Ｍｑを式（１１）のように簡単化する。結合係数ｋが大きくなるに従って、組間の相互インダクタンスが大きくなり、相互インダクタンスを考慮した制御の必要性が高くなる。以下では、６相の相電流を、式（１２）に対する比で表現する。
【数11】
【数12】
【0078】
電圧ベクトルＶ１＿１とＶ０＿２を出力するとき、６相の相電流の微分値の直流成分は式（１３）で与えられる。このとき、第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する母線電流の和（Ｉｉｎｖ１＋Ｉｉｎｖ２）の微分値は、式（１４）となる。
【数13】
【数14】
【0079】
電圧ベクトルＶ１＿１とＶ１＿２を出力するとき、６相の相電流の微分値の直流成分は、式（１５）で与えられる。このとき、第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する母線電流の和の微分値は式（１６）となる。
【数15】
【数16】
【0080】
電圧ベクトルＶ１＿１とＶ２＿２を出力するとき、６相の相電流の微分値の直流成分は式（１７）で与えられる。このとき、第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する母線電流の和の微分値は式（１８）となる。
【数17】
【数18】
【0081】
電圧ベクトルＶ１＿１とＶ３＿２を出力するとき、６相の相電流の微分値の直流成分は式（１９）で与えられる。このとき、第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する母線電流の和の微分値は式（２０）となる。
【数19】
【数20】
【0082】
以上の導出式を用い、図１５に、第１組の電圧ベクトルＶ１＿１を出力する場合において、第２組の各電圧ベクトルＶ０＿２、Ｖ１＿２、Ｖ２＿２、Ｖ３＿２について、結合係数ｋと第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する母線電流の和の微分値との関係を示す。なお、結合係数ｋは、自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの比であり、結合係数ｋが大きくなるに従って、組間の相互インダクタンスが大きくなり、相互インダクタンスを考慮した制御の必要性が高くなる。
【0083】
結合係数ｋが大きい場合、すなわち、組間の相互インダクタンスが大きい場合には、零電圧ベクトルであるＶ０＿２を出力するよりも、Ｖ１＿１と隣接する３０度の位相差のＶ１＿２を出力することで、母線電流の変化（微分値）を小さくできる。Ｖ１＿１と６０度の位相差のＶ２＿２を出力すると、零電圧ベクトルであるＶ０＿２を出力するときの母線電流の変化（微分値）の２倍になる。一方、Ｖ１＿１と１２０度の位相差のＶ３＿２を出力すると、母線電流の変化（微分値）が大きくなる。母線電圧リプルは、母線電流の変化（微分値）と正の相関があるため、Ｖ１＿１を出力する場合には、零電圧ベクトルＶ０＿２又はＶ７＿２、又はＶ１＿１と隣接する電圧ベクトルＶ１＿２又はＶ６＿２を出力する方が、Ｖ１＿１と位相差の大きいＶ２＿２、Ｖ３＿２、Ｖ４＿２およびＶ５＿２を出力するより母線電圧リプルを抑制できる。ここでは、Ｖ１＿１との組み合わせについて示しているが、Ｖ２＿１～Ｖ６＿１についても同様の結果が得られる。
【0084】
以上より、本実施の形態のように組間の相互インダクタンスを無視できない交流回転機では、組間の位相差が小さい隣接した第１組の電圧ベクトルと第２組の電圧ベクトルを出力する、又は一方の組について零電圧ベクトルを出力することにより、第１組用のインバータ４ａ及び第２組用のインバータ４ｂに流入する相電流の変化による母線電流の変化を小さくし、母線電圧リプルを小さくできる。
【0085】
＜２相変調の傾向＞
上述したように、２相変調では、１相の電圧指令値が、搬送波信号のＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに設定され、１相のスイッチング素子のオンオフが停止される。よって、スイッチング損失を低減できる。
上述したように、２相変調では、１相の電圧指令値が、搬送波信号のＣＡｍａｘ又は最小値ＣＡｍｉｎに設定され、１相のスイッチング素子のオンオフが停止される。よって、スイッチング損失を低減できる。
【0086】
２相変調を実行し、各組の３相の電圧指令値の変調率が０．６である場合に、各組のＵ相の電機子巻線Ｃｕに対する各組の３相の電圧指令値の電圧ベクトルＶの位相θｖを、０度から６０度まで変化させたときの、ＰＷＭ周期Ｔｃにおける各組の電圧ベクトルの設定は、図１６のようになる。なお、図２に、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する第１組の３相の電圧指令値の電圧ベクトルＶ１の位相θｖを示している。交流回転機の特性変動がない場合は、基本的に、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に対する第１組の３相の電圧指令値の電圧ベクトルＶ１の位相θｖと、第２組のＵ２相の電機子巻線Ｃｕ２に対する第２組の３相の電圧指令値の電圧ベクトルＶ２の位相θｖと、は同じになる。
【0087】
例えば、電圧ベクトルの位相θｖが１０度である場合には、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、Ｖ７＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ７＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ２＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ１＿２の組合せが、順番に設定される。このうち、Ｖ２＿１とＶ６＿２の組合せでは、組間で９０度の位相差がある電圧ベクトルの組合せになっており、相電流リプル及び母線電圧リプルが大きくなる。また、電圧ベクトルの位相θｖが４０度である場合には、Ｖ２＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ２＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ１＿２の組合せ、Ｖ０＿１とＶ１＿２の組合せが、順番に設定される。このうち、Ｖ１＿１とＶ２＿２の組合せでは、組間で９０度の位相差がある電圧ベクトルの組合せになっており、相電流リプル及び母線電圧リプルが大きくなる。したがって、どの電圧ベクトルの位相θｖにおいても、組間で９０度の位相差がある電圧ベクトルの組合せが設定される区間が存在するため、相電流リプル及び母線電圧リプルが大きくなりやすい。
【0088】
＜３次高調波重畳変調の傾向＞
上述したように、３次高調波重畳変調では、第１組の３相の電圧指令値の振動中心値及び第２組の３相の電圧指令値の振動中心値が、同じ設定中心電圧αだけシフトされる。よって、有効電圧ベクトルの区間を短くすることができる。
上述したように、３次高調波重畳変調では、第１組の３相の電圧指令値の振動中心値及び第２組の３相の電圧指令値の振動中心値が、同じ設定中心電圧αだけシフトされる。よって、有効電圧ベクトルの区間を短くすることができる。
【0089】
３次高調波重畳変調を実行し、各組の３相の電圧指令値の変調率が０．６である場合に、各組のＵ相の電機子巻線Ｃｕに対する各組の３相の電圧指令値の電圧ベクトルＶの位相θｖを、０度から６０度まで変化させたときの、ＰＷＭ周期Ｔｃにおける各組の電圧ベクトルの設定は、図１７のようになる。
【0090】
なお、変調率は、√２×（Ｖｄｏ２＋Ｖｑｏ２）０．５／Ｖｄｃ、又は、√２×（Ｖｕｏ２＋Ｖｖｏ２＋Ｖｗｏ２）０．５／Ｖｄｃで演算される値である。変調率が１より大きくなると、変調後の３相の電圧指令値が、搬送波信号の最大値から最小値の範囲を超過し、電圧飽和が生じ、過変調状態になる。
【0091】
例えば、電圧ベクトルの位相θｖが１０度である場合には、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、Ｖ７＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ７＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ２＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ６＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ１＿２の組合せ、Ｖ０＿１とＶ１＿２の組合せ、Ｖ０＿１とＶ０＿２の組合せが、順番に設定される。このうち、Ｖ２＿１とＶ６＿２の組合せでは、組間で９０度の位相差がある電圧ベクトルの組合せになっており、相電流リプル及び母線電圧リプルが大きくなる。また、電圧ベクトルの位相θｖが４０度である場合には、Ｖ７＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ２＿１とＶ７＿２の組合せ、Ｖ２＿１とＶ２＿２の組合せ、Ｖ２＿１とＶ１＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ１＿２の組合せ、Ｖ１＿１とＶ０＿２の組合せ、Ｖ０＿１とＶ０＿２の組合せが、順番に設定される。この場合は、双方の組が零電圧ベクトルである組合せ、一方の組が零電圧ベクトルである組合せ、及び組間の位相差が３０度である組合せになっている。よって、組間で９０度の位相差がある電圧ベクトルの組合せが設定されないため、相電流リプル及び母線電圧リプルが小さくなる。
【0092】
従って、３次高調波重畳変調では、組間の位相差が９０度である組合せが設定されない電圧ベクトルの位相θｖが存在するため、２相変調に比べて相電流リプル及び母線電圧リプルを低減できる。
【0093】
また、３次高調波重畳変調では、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、３つの零ベクトルの区間が設定され、２相変調では、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、１つの零ベクトルの区間が設定される。よって、３次高調波重畳変調は、２相変調に比べて、相電流リプルを低減できる。
【0094】
また、３次高調波重畳変調において、設定中心電圧αを０に設定することで、重畳後の第１組及び第２組の第１組の３相の電圧指令値の振動中心値を、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では０）に一致させることができる。これにより、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、３つの零ベクトルの区間を、より均等に配置することができるため、相電流リプルの低減効果を向上することができる。
【0095】
ここで、相電流リプルを考慮しない状態での変調率と母線電流リプルとの関係は、図１８のようになる。母線電流の変化により母線電圧は変動することから、母線電流リプルが大きい場合には母線電圧リプルが大きくなる。変調率が０．５以下の領域では、母線電流リプルが単調増加しており、変調率が０．４～０．６の領域では、母線電流リプルが最大値付近になっており、相電流リプルによって母線電圧リプルが増加すると、母線電圧リプルが規格値の範囲を逸脱する可能性がある。
【0096】
図１９に複数の等変調率曲線を示すように、回転速度ωが低い領域では、変調率は比較的に低い範囲を変化する。また、回転速度ωが低い領域では、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が大きくなるため、相電流リプルも比較的に大きくなりやすい。
【0097】
＜回生運転時の相電流の振幅及び出力トルクの制限＞
図２０から図２２は、回生運転時における、出力トルクＴと相電流の振幅との関係、出力トルクＴと力率との関係、及び出力トルクＴと発電電流との関係を示したものである。発電電流は、第１組及び第２組の合計の母線電流の絶対値（｜Ｉｎｖ１＋Ｉｎｖ２｜）に相当する。横軸の出力トルクＴは、ある回転速度において出力可能な回生トルクの絶対値の最大値を１００％として表している。相電流の振幅及び力率は出力トルクＴの絶対値の増加に対して単調増加するが、発電電流は、出力トルクＴａにおいて極大値を持つ特性となる。出力トルクＴの絶対値＞Ｔａでは、出力トルクＴの絶対値は増加するものの、発電電流は増加しないため、力率の絶対値が０．５未満になる領域では回生のエネルギー変換効率が著しく低下する。よって、エネルギー変換効率が低下するまで、出力トルクＴの絶対値を増加させない方がよい。一方、力行運転時は、動力性能を向上するために、力行のエネルギー変換効率が悪化しても、出力トルクＴを増加させることが望まれる。回生運転時及び力行運転時の双方において、出力トルクＴの絶対値が増加するに従って、相電流の振幅が増加する。
図２０から図２２は、回生運転時における、出力トルクＴと相電流の振幅との関係、出力トルクＴと力率との関係、及び出力トルクＴと発電電流との関係を示したものである。発電電流は、第１組及び第２組の合計の母線電流の絶対値（｜Ｉｎｖ１＋Ｉｎｖ２｜）に相当する。横軸の出力トルクＴは、ある回転速度において出力可能な回生トルクの絶対値の最大値を１００％として表している。相電流の振幅及び力率は出力トルクＴの絶対値の増加に対して単調増加するが、発電電流は、出力トルクＴａにおいて極大値を持つ特性となる。出力トルクＴの絶対値＞Ｔａでは、出力トルクＴの絶対値は増加するものの、発電電流は増加しないため、力率の絶対値が０．５未満になる領域では回生のエネルギー変換効率が著しく低下する。よって、エネルギー変換効率が低下するまで、出力トルクＴの絶対値を増加させない方がよい。一方、力行運転時は、動力性能を向上するために、力行のエネルギー変換効率が悪化しても、出力トルクＴを増加させることが望まれる。回生運転時及び力行運転時の双方において、出力トルクＴの絶対値が増加するに従って、相電流の振幅が増加する。
【0098】
なお、本願において、エネルギー変換効率は、出力トルクと回転速度を乗算した機械パワー（仕事率）と、直流電源と電力変換器との間で授受される電力との間のエネルギー変換効率である。回生のエネルギー変換効率は、機械パワーから発電電力への変換効率であり、力行のエネルギー変換効率は、消費電力から機械パワーへの変換効率である。
【0099】
よって、回転速度が低い領域では、回生運転時の相電流の振幅の最大値は、力行運転時の相電流の振幅の最大値より低く設定されればよく、回生運転時の出力トルクの絶対値の最大値は、力行運転時の出力トルクの絶対値の最大値より低く設定されればよい。
【0100】
本実施の形態では、電圧指令値演算部３３は、回生運転時の相電流の振幅の最大値が、力行運転時の相電流の振幅の最大値よりも低くなる、又は回生運転時の出力トルクの絶対値の最大値が、力行運転時の出力トルクの絶対値の最大値よりも低くなるように、各組の３相の電圧指令値を演算する。回生運転時の出力トルクの絶対値の最大値は、図２２の、発電電流が最大値になる出力トルクＴａに対応して設定されればよい。回生運転時の相電流の振幅の最大値は、図２０の出力トルクＴａに対応する相電流の振幅に対応して設定されればよい。例えば、図２３にハッチングで示している領域で動作する。
【0101】
例えば、各組について、電圧指令値演算部３３は、回生運転時のトルク指令値の絶対値の最大値を、力行運転時のトルク指令値の絶対値の最大値よりも低くする。或いは、電圧指令値演算部３３は、回生運転時のｄ軸及びｑ軸の電流指令値のベクトルの最大値を、力行運転時のｄ軸及びｑ軸の電流指令値のベクトルの最大値よりも低くする。すなわち、電圧指令値演算部３３は、トルク指令値の絶対値の上限制限値、又はｄ軸及びｑ軸の電流指令値のベクトルの上限制限値を、回生運転時又は力行運転時に応じて変化させればよい。
【0102】
＜低速度範囲及び力行運転時の変調方式＞
回転速度が比較的に低い状態では、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に大きくなるため相電流リプルが大きくなりやすい。また、組間の相互インダクタンスを考慮すると、２相変調時の相電流リプルは、３次高調波重畳変調時の相電流リプルより大きくなる。力行運転時は、力行のエネルギー変換効率が低下しても、より大きな出力トルクを得たい。
回転速度が比較的に低い状態では、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に大きくなるため相電流リプルが大きくなりやすい。また、組間の相互インダクタンスを考慮すると、２相変調時の相電流リプルは、３次高調波重畳変調時の相電流リプルより大きくなる。力行運転時は、力行のエネルギー変換効率が低下しても、より大きな出力トルクを得たい。
【0103】
そこで、図２３に示すように、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、交流回転機が力行運転時である場合に、３次高調波重畳変調を行う。
【0104】
この構成によれば、回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる比較的に低い状態において、３次高調波重畳変調が行われるので、相電流リプルを低減することができる。図１９に示したように、回転速度が比較的に低い場合は、出力トルク及び回転速度に応じて、変調率は比較的に低い範囲を変化するが、変調率が０．５に近づいたとき、図１８に示したように、相電流リプルを考慮しない母線電圧リプルが最大値になる。このとき、出力トルクが大きい場合は、相電流リプルも比較的に大きくなる。この場合でも、３次高調波重畳変調が行われるので、相電流リプルの増加を抑制し、母線電圧リプルの増加を抑制することができ、母線電圧リプルが、規格値を超えることを抑制できる。よって、回転速度が比較的に低い状態において、力行運転時に３次高調波重畳変調を行うことにより、出力トルクが増加されても、相電流リプルの増加を抑制し、母線電圧リプルの増加を抑制することができる。また、力行運転時に、変調方式の切り替えが行われないので、切り換えにより、相電流の乱れが生じ、出力トルクが変動することを抑制できる。
【0105】
電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、３次高調波重畳変調を行う場合は、設定中心電圧αを、搬送波信号の振動中心値ＣＡｍｉｄ（本例では、０）に一致させてもよい。
【0106】
この構成によれば、上述したように、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、３つの零ベクトルの区間を、より均等に配置することができるため、相電流リプルの低減効果を向上することができる。
【0107】
＜低速度範囲の設定＞
図２４に示すように、ある回転速度において、直流電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って、相電流リプルの最大値は大きくなる。図２５に示すように、直流電圧Ｖｄｃの最大値において、回転速度ωが低い領域では、３次高調波重畳変調時の相電流リプルの最大値は、２相変調時の相電流リプルの最大値よりも小さくなるが、回転速度ωが大きくなるに従って、３次高調波重畳変調時の相電流リプルの最大値と２相変調時の相電流リプルの最大値と差が小さくなり、母線電圧リプルの最大値の差も小さくなる。よって、回転速度がある程度高くなると、３次高調波重畳変調及び２相変調のいずれを行っても、母線電圧リプルの最大値の差は有意でなくなり、２相変調を行うことにより、スイッチング損失の低減効果を得ることができる。
図２４に示すように、ある回転速度において、直流電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って、相電流リプルの最大値は大きくなる。図２５に示すように、直流電圧Ｖｄｃの最大値において、回転速度ωが低い領域では、３次高調波重畳変調時の相電流リプルの最大値は、２相変調時の相電流リプルの最大値よりも小さくなるが、回転速度ωが大きくなるに従って、３次高調波重畳変調時の相電流リプルの最大値と２相変調時の相電流リプルの最大値と差が小さくなり、母線電圧リプルの最大値の差も小さくなる。よって、回転速度がある程度高くなると、３次高調波重畳変調及び２相変調のいずれを行っても、母線電圧リプルの最大値の差は有意でなくなり、２相変調を行うことにより、スイッチング損失の低減効果を得ることができる。
【0108】
そこで、低速度範囲は、交流回転機の回転速度が判定速度ωｔｈ以下になる回転速度の範囲に設定される。図２６に示すように、判定速度ωｔｈは、３次高調波重畳変調を行う場合に母線に生じる母線電圧リプルが、２相変調を行う場合に母線に生じる母線電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の範囲以上の回転速度に設定される。ここで、母線電圧リプルは、各回転速度における母線電圧リプルの振幅の最大値であるとよい。
【0109】
この構成によれば、母線電圧リプルの差が許容差よりも大きくなる回転速度の領域では、３次高調波重畳変調を行って母線電圧リプルを低減することができ、母線電圧リプルの差が許容差よりも小さくなる回転速度の領域では、２相変調を行って、スイッチング損失を低減することができる。例えば、判定速度ωｔｈは、許容差以上小さくなる回転速度の範囲の最大値に設定されるとよい。
【0110】
直流電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って、母線電圧リプルの差が許容差になる回転速度は大きくなる。そこで、電圧指令値演算部３３は、判定速度ωｔｈを、直流電圧Ｖｄｃに基づいて設定してもよい。図２７に示すように、電圧指令値演算部３３は、直流電圧Ｖｄｃが大きくなるに従って、判定速度ωｔｈを小さくする。この構成によれば、直流電圧Ｖｄｃが変化しても、母線電圧リプル及びスイッチング損失をバランスして低減することができる。
【0111】
＜低速度範囲及び回生運転時の変調方式＞
一方、図２０から図２２を用いて説明したように、回転速度が低い状態では、回生運転時は、回生のエネルギー変換効率が低下するまで、出力トルクの絶対値を増加させない。そのため、回生運転時の相電流の振幅の最大値は、力行運転時の相電流の振幅の最大値よりも低くされ、回生運転時の出力トルクの絶対値は、力行運転時の出力トルクの絶対値よりも低くされる。よって、回転速度が比較的に低い場合において、力行運転時よりも、変調率が低くなり、母線電圧リプルの最大値が低くなる。また、力行運転時よりも、出力トルクの絶対値が低くなり、相電流リプルが小さくなる。よって、回生運転時は、力行運転時よりも母線電圧リプルに余裕がある。よって、回生運転時は、エネルギー変換効率、電力変換器の発熱量などの他の観点から、変調方式を変化させればよい。
一方、図２０から図２２を用いて説明したように、回転速度が低い状態では、回生運転時は、回生のエネルギー変換効率が低下するまで、出力トルクの絶対値を増加させない。そのため、回生運転時の相電流の振幅の最大値は、力行運転時の相電流の振幅の最大値よりも低くされ、回生運転時の出力トルクの絶対値は、力行運転時の出力トルクの絶対値よりも低くされる。よって、回転速度が比較的に低い場合において、力行運転時よりも、変調率が低くなり、母線電圧リプルの最大値が低くなる。また、力行運転時よりも、出力トルクの絶対値が低くなり、相電流リプルが小さくなる。よって、回生運転時は、力行運転時よりも母線電圧リプルに余裕がある。よって、回生運転時は、エネルギー変換効率、電力変換器の発熱量などの他の観点から、変調方式を変化させればよい。
【0112】
図２８に示すように、相電流の振幅及び出力トルクＴの絶対値が比較的に低い場合は、３次高調波重畳変調の実行時のエネルギー変換効率は、２相変調の実行時よりも高くなる。一方、相電流の振幅及び出力トルクＴの絶対値が比較的に高い場合は、２相変調の実行時のエネルギー変換効率は、３次高調波重畳変調の実行時よりも高くなる。また、図２９に示すように、相電流の振幅及び出力トルクＴの絶対値が比較的に低い場合は、３次高調波重畳変調の実行時の電力変換装置の発熱量は、２相変調の実行時よりも低くなる。一方、相電流の振幅及び出力トルクＴの絶対値が比較的に高い場合は、２相変調の実行時の発熱量は、３次高調波重畳変調の実行時よりも低くなる。
【0113】
そこで、図２３に示すように、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、交流回転機が回生運転時であり、且つ第１組及び第２組の３相の電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅Ｉｔｈ以下である、又は出力トルクの絶対値が判定トルクＴｔｈ以下である場合に、３次高調波重畳変調を行う。
【0114】
この構成によれば、回転速度が比較的に低く、回生運転時において、相電流の振幅が低く、出力トルクの絶対値が低い場合に、３次高調波重畳変調を行うことで、相電流リプルによる鉄損を抑制し、エネルギー変換効率を、２相変調を行う場合よりも高くすることができ、電力変換装置の発熱量を、２相変調を行う場合よりも低くすることができる。
【0115】
例えば、相電流の振幅として、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値又は電流検出値の電流ベクトルの大きさが用いられればよい。出力トルクは、トルク指令値、又はｄ軸及びｑ軸の電流検出値及び回転速度ωに基づいて演算されたトルク推定値が用いられればよい。
【0116】
一方、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域において、交流回転機が回生運転時であり、且つ第１組及び第２組の３相の電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅Ｉｔｈよりも大きい、又は出力トルクの絶対値が判定トルクＴｔｈよりも大きい場合に、２相変調を行う。
【0117】
この構成によれば、回転速度が比較的に低く、回生運転時において、相電流の振幅が高く、出力トルクの絶対値が高い場合に、２相変調を行うことで、スイッチング損失を抑制し、エネルギー変換効率を、３次高調波重畳変調を行う場合よりも高くすることができ、電力変換装置の発熱量を、３次高調波重畳変調を行う場合よりも低くすることができる。
【0118】
＜高速度範囲の変調方式＞
回転速度が比較的に高い状態では、誘起電圧が大きくなるため、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に小さくなるため、相電流リプルが小さくなる。図１９に示したように、回転速度ωが比較的に高い場合は、出力トルクＴ及び回転速度ωに応じて、変調率は比較的に高い範囲を変化するが、変調率が０．５に近づいたとき、図１８に示したように、相電流リプルを考慮しない母線電圧リプルが最大値になる。このとき、出力トルクＴの絶対値が大きい場合は、出力トルクの絶対値が小さい場合よりも相電流リプルが大きくなるが、回転速度が比較的に低い状態よりも小さくなる。よって、力行運転時においても、回転速度が比較的に高い状態では、回転速度が比較的に低い状態よりも母線電圧リプルに余裕がある。よって、回生運転時の回転速度が比較的に低い状態と同様に、回転速度が比較的に高い状態では、エネルギー変換効率、電力変換器の発熱量などの他の観点から、変調方式を変化させればよい。
回転速度が比較的に高い状態では、誘起電圧が大きくなるため、変調方式にかかわらず、印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に小さくなるため、相電流リプルが小さくなる。図１９に示したように、回転速度ωが比較的に高い場合は、出力トルクＴ及び回転速度ωに応じて、変調率は比較的に高い範囲を変化するが、変調率が０．５に近づいたとき、図１８に示したように、相電流リプルを考慮しない母線電圧リプルが最大値になる。このとき、出力トルクＴの絶対値が大きい場合は、出力トルクの絶対値が小さい場合よりも相電流リプルが大きくなるが、回転速度が比較的に低い状態よりも小さくなる。よって、力行運転時においても、回転速度が比較的に高い状態では、回転速度が比較的に低い状態よりも母線電圧リプルに余裕がある。よって、回生運転時の回転速度が比較的に低い状態と同様に、回転速度が比較的に高い状態では、エネルギー変換効率、電力変換器の発熱量などの他の観点から、変調方式を変化させればよい。
【0119】
そこで、図２３に示すように、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が低速度範囲外になる速度領域（高速度領域）において、第１組及び第２組の３相の電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅Ｉｔｈ以下である、又は出力トルクＴの絶対値が判定トルクＴｔｈ以下である場合に、３次高調波重畳変調を行う。
【0120】
この構成によれば、図２８及び図２９に示すように、力行運転時又は回生運転時に、回転速度が比較的に高い状態において、相電流の振幅が低く、出力トルクの絶対値が低い場合に、３次高調波重畳変調を行うことで、エネルギー変換効率を、２相変調を行う場合よりも高くすることができ、電力変換器の発熱量を、２相変調を行う場合よりも低くすることができる。
【0121】
一方、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が低速度範囲外になる速度領域（高速度領域）において、第１組及び第２組の３相の電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅Ｉｔｈよりも大きい、又は出力トルクＴの絶対値が判定トルクＴｔｈよりも大きい場合に、２相変調を行う。
【0122】
この構成によれば、力行運転時又は回生運転時に、回転速度が比較的に高い状態において、相電流の振幅が高く、出力トルクＴの絶対値が高い場合に、２相変調を行うことで、エネルギー変換効率を、３次高調波重畳変調を行う場合よりも高くすることができ、電力変換器の発熱量を、３次高調波重畳変調を行う場合よりも低くすることができる。
【0123】
＜判定振幅Ｉｔｈ及び判定トルクＴｔｈの設定＞
図２８に示すように、相電流の振幅及び判定振幅Ｉｔｈにより判定される場合は、判定振幅Ｉｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に対応して設定される。出力トルクＴ及び判定トルクＴｔｈにより判定される場合は、判定トルクＴｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクＴに対応して設定される。
図２８に示すように、相電流の振幅及び判定振幅Ｉｔｈにより判定される場合は、判定振幅Ｉｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に対応して設定される。出力トルクＴ及び判定トルクＴｔｈにより判定される場合は、判定トルクＴｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクＴに対応して設定される。
【0124】
この構成によれば、エネルギー変換効率が向上するように、３次高調波重畳変調と２相変調とを適切に切り替えることができる。例えば、判定振幅Ｉｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に設定されるとよい。判定トルクＴｔｈは、２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクＴに設定されるとよい。
【0125】
或いは、図２９に示すように、相電流の振幅及び判定振幅Ｉｔｈにより判定される場合は、判定振幅Ｉｔｈは、３次高調波重畳変調を行う場合の電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる相電流の振幅の範囲内の電流に設定されてもよい。出力トルクＴ及び判定トルクＴｔｈにより判定される場合は、判定トルクＴｔｈは、３次高調波重畳変調を行う場合の電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる出力トルクの範囲内の出力トルクＴに設定されてもよい。ここで、必要とされる連続運転は、例えば、仕様上、必要とされる期間の連続運転である。
【0126】
この構成によれば、必要とされる連続運転が可能なように、３次高調波重畳変調と２相変調とを適切に切り替えることができる。
【0127】
電圧指令値演算部３３は、判定振幅Ｉｔｈ又は判定トルクＴｔｈを、交流回転機の回転速度ωに基づいて設定してもよい。
【0128】
この構成によれば、交流回転機の回転速度ωに応じて変化する各変調時のエネルギー変換効率又は発熱量を考慮して、判定振幅Ｉｔｈ又は判定トルクＴｔｈを設定することができ、設定精度を向上することができる。図３０に示すように、発熱量により設定する場合は、回転速度に応じて冷却効果が異なることを考慮して、電圧指令値演算部３３は、回転速度が大きくなるに従って、判定振幅Ｉｔｈ又は判定トルクＴｔｈを大きくしてもよい。
【0129】
＜交流回転機の回転方向＞
本実施の形態では、基本的に、交流回転機は、一方向に回転する場合を想定している。交流回転機１の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、交流回転機１が、車両用の交流回転機として用いられる場合を説明する。図３１に示すように、車両用駆動装置１００は、交流回転機の制御装置３０と、交流回転機１と、電力変換器４と、交流回転機１の駆動力を車両の車輪１０３に伝達する動力伝達機構と、を備えている。車両用駆動装置１００は、内燃機関１０２を備えており、交流回転機１は、プーリ及びベルト機構１０５を介して、内燃機関１０２のクランク軸に連結されている。交流回転機１の回転軸は、内燃機関１０２及び変速装置１０４を介して車輪１０３に連結される。交流回転機１は、電動機として機能し、内燃機関１０２の補機として、車輪１０３の駆動力源になると共に、発電機として機能し、内燃機関１０２の回転を利用して発電を行う。交流回転機１は、内燃機関１０２と変速装置１０４との間に設けられてもよいし、変速装置１０４内に設けられてもよい。また、内燃機関１０２が設けられなくてもよい。本実施の形態に係る交流回転機１が車両用駆動装置１００に用いられることで、高頻度で実施される回生運転時のエネルギー変換効率を確保しつつ、力行運転時に、出力トルクを確保しつつ、母線電圧リプルが規格値を超えることを抑制すると共に、変調方式の切り替えにより生じた電流の乱れにより、出力トルクの変動が生じることを抑制でき、良好な車両の動力性能を得ることができる。
本実施の形態では、基本的に、交流回転機は、一方向に回転する場合を想定している。交流回転機１の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、交流回転機１が、車両用の交流回転機として用いられる場合を説明する。図３１に示すように、車両用駆動装置１００は、交流回転機の制御装置３０と、交流回転機１と、電力変換器４と、交流回転機１の駆動力を車両の車輪１０３に伝達する動力伝達機構と、を備えている。車両用駆動装置１００は、内燃機関１０２を備えており、交流回転機１は、プーリ及びベルト機構１０５を介して、内燃機関１０２のクランク軸に連結されている。交流回転機１の回転軸は、内燃機関１０２及び変速装置１０４を介して車輪１０３に連結される。交流回転機１は、電動機として機能し、内燃機関１０２の補機として、車輪１０３の駆動力源になると共に、発電機として機能し、内燃機関１０２の回転を利用して発電を行う。交流回転機１は、内燃機関１０２と変速装置１０４との間に設けられてもよいし、変速装置１０４内に設けられてもよい。また、内燃機関１０２が設けられなくてもよい。本実施の形態に係る交流回転機１が車両用駆動装置１００に用いられることで、高頻度で実施される回生運転時のエネルギー変換効率を確保しつつ、力行運転時に、出力トルクを確保しつつ、母線電圧リプルが規格値を超えることを抑制すると共に、変調方式の切り替えにより生じた電流の乱れにより、出力トルクの変動が生じることを抑制でき、良好な車両の動力性能を得ることができる。
【0130】
交流回転機が、双方向に回転する場合は、低速度範囲の設定が変更されるとよい。例えば、図３２に示すように、低速度範囲は、交流回転機の回転速度の絶対値が判定速度ωｔｈ以下になる回転速度の範囲に設定されるとよい。そして、判定速度ωｔｈは、３次高調波重畳変調を行う場合に母線に生じる母線電圧リプルが、２相変調を行う場合に母線に生じる母線電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の絶対値の範囲以上の回転速度に設定されればよい。この場合でも、上記の構成と同様の効果を得ることができる。
【0131】
２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置３０について図面を参照して説明する。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交流回転機１、電力変換器４、及び制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１では、第１組及び第２組用のインバータ４ａ、４ｂの母線電流を調整することで母線電圧リプルを低減したが、本実施の形態では、コンバータ４ｃも活用して母線電圧リプルを低減する。
実施の形態２に係る制御装置３０について図面を参照して説明する。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交流回転機１、電力変換器４、及び制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１では、第１組及び第２組用のインバータ４ａ、４ｂの母線電流を調整することで母線電圧リプルを低減したが、本実施の形態では、コンバータ４ｃも活用して母線電圧リプルを低減する。
【0132】
母線電流Ｉｄｃは、式（１）のように表されるため、コンバータの母線電流Ｉｃｎｖのリプルを低減することで、母線電流リプル及び母線電圧リプルを低減できる。
【0133】
図３３から図３５は、界磁電流Ｉｆとロータの磁束ψｆとの関係、界磁電流Ｉｆと界磁巻線のインダクタンスＬｆとの関係、及び界磁電流Ｉｆと界磁巻線の局所インダクタンスｄＬｆとの関係を示した図である。局所インダクタンスｄＬｆは、ロータの磁束ψｆを界磁電流Ｉｆについて微分したものである。
【0134】
界磁電流Ｉｆの増加に対して、磁束ψｆは単調増加し、インダクタンスＬｆは単調減少し、局所インダクタンスｄＬｆは単調減少している。出力トルクを大きくしたい場合には、磁束ψｆを大きくするために、必要に応じて界磁電流Ｉｆを大きくする。
【0135】
例えば、動作点Ａ、動作点Ｂ、及び動作点Ｃの場合について比較説明する。動作点Ｂでは、動作点Ａに対して磁束ψｆが１．９倍になる一方で、磁気飽和によってインダクタンスＬｆが０．４倍になり、局所インダクタンスｄＬｆが０．１倍になる。各動作点において、ｄ軸電流が零であり、ｑ軸電流が等しい場合には、動作点Ｂでは動作点Ａの１．９倍の出力トルクを得られる。一方、図３６に示すように、局所インダクタンスｄＬｆの低下により、スイッチング素子ＳＰ１又はＳＰ２がオンのときの電流変化、つまり界磁巻線用のＰＷＭ周期Ｔｃｆの母線電流リプルは、動作点Ｂでは動作点Ａの１０倍になる。
【0136】
動作点Ｃでは、動作点Ａに対して磁束ψｆが２倍になる一方で、磁気飽和によってインダクタンスＬｆが０．２倍になり、局所インダクタンスｄＬｆが０．０２倍になる。各動作点において、ｄ軸電流が零であり、ｑ軸電流が等しい場合には、動作点Ｂでは動作点Ａの２倍の出力トルクを得られる。一方、局所インダクタンスｄＬｆの低下により、ＰＷＭ周期Ｔｃｆの母線電流リプルは、動作点Ｂでは動作点Ａの５０倍になる。
【0137】
つまり、界磁電流Ｉｆが大きくなると、出力トルクＴを向上できる反面、磁気飽和による局所インダクタンスｄＬｆの低下により、スイッチング素子ＳＰ１がオンのときの正方向の電流変化、及びスイッチング素子ＳＰ２がオンのときの負方向の電流変化が増大する。動作点Ｂは、動作点Ｃに対して磁束ψｆが５％低下するが、ＰＷＭ周期Ｔｃｆの母線電流リプルを８０％低減できる。
【0138】
実施の形態１で説明したように、回転速度が比較的に低い状態では、変調方式にかかわらず、電機子巻線の印加電圧の変化による相電流の変化が比較的に大きくなるため相電流リプルが大きくなり、母線電圧リプルが大きくなりやすい。実施の形態１で説明したように、低速度範囲内における力行運転時に３次高調波重畳変調を行うことによる相電流リプル及び母線電圧リプルの低減だけでなく、界磁電流による母線電圧リプルの低減を行うことが望まれる。
【0139】
そこで、界磁電流制御部３６は、交流回転機の回転速度が、低速度範囲内になる速度領域における界磁電流の最大値を、交流回転機の回転速度が低速度範囲外になる速度領域における界磁巻線電流の最大値よりも小さくする。
【0140】
この構成によれば、電機子巻線の相電流による相電流リプルが大きくなり、母線電圧リプルが大きくなりやすい回転速度が比較的に低い状態において、界磁電流の最大値を比較的に小さくすることで、磁気飽和による局所インダクタンスｄＬｆの低下を抑制し、界磁電流による母線電圧リプルを低減することができる。これにより、母線電圧リプルが、規格値を超えることを抑制できたり、母線電圧リプルの低減のために力行運転時に３次高調波重畳変調を行う低速度範囲を狭めたりすることができる。
【0141】
例えば、図３７に示すように、界磁電流制御部３６は、低速度範囲内の界磁電流の最大値を、低速度範囲外の界磁電流の最大値よりも低く設定すればよい。界磁電流制御部３６は、界磁電流の最大値以下の範囲内で、界磁電流の指令値Ｉｆｏを演算する。なお、回転速度がωｔｈ以下の界磁電流の最大値は、回転速度に対して単調増加する形にしてもよい。
【0142】
また、界磁電流制御部３６は、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域における界磁電流の最大値を、第１組の３相の電圧指令値及び第２組の３相の電圧指令値の変調率に基づいて設定する。
【0143】
図１８に示したように、母線電圧リプルは、変調率に応じて変化する。よって、変調率に基づいて、適切に、出力トルクの低下を抑制しつつ、母線電圧リプルを低減することができる。
【0144】
例えば、図３８に示すように、界磁電流制御部３６は、第１組及び第２組の３相の電圧指令値の変調率が、中心値（本例では、０．５）から大きくなる又は小さくなるに従って、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域における界磁電流の最大値を、大きくすればよい。
【0145】
この構成によれば、母線電圧リプルが大きくなる変調率において界磁電流の最大値を減少させ、母線電圧リプルが小さくなる変調率において界磁電流の最大値を増加させることにより、出力トルクの低下を抑制しつつ、母線電圧リプルを低減することができる。すなわち、変調率に対する母線電圧リプルの特性の逆特性となるように、変調率に基づいて界磁電流の最大値が変化されればよい。
【0146】
変調率は、直流電圧に対する印加電圧の比であるから、変調率の代わりに直流電圧及び回転速度により表現することができる。よって、界磁電流制御部３６は、交流回転機の回転速度が低速度範囲内になる速度領域における界磁電流の最大値を、電力変換器４に供給される直流電圧Ｖｄｃ、及び交流回転機の回転速度ωに基づいて設定してもよい。
【0147】
出力トルクＴは、第１組のｄ軸電流をＩｄ１とし、第１組のｑ軸電流をＩｑ１とし、第２組のｄ軸電流をＩｄ２とし、第２組のｑ軸電流をＩｑ２とし、第１組のｄ軸磁束をφｄ１とし、第１組のｑ軸磁束をφｑ１とし、第２組のｄ軸磁束をφｄ２とし、第２組のｑ軸磁束をφｑ２とし、極対数をＰとすると、式（２１）のように与えられる。
【数21】
【0148】
ここで、第１組のｄ軸磁束φｄ１および第２組のｄ軸磁束φｄ２は、式（２２）に示すように、界磁巻線が生成するロータの磁束ψｆに対して比例関係にある。
【数22】
【0149】
従って、低速度範囲において界磁電流の最大値を小さくしても、その分だけ第１組のｑ軸電流Ｉｑ１及び第２組のｑ軸電流Ｉｑ２を大きくすることで出力トルクを確保できる。
【0150】
そこで、電圧指令値演算部３３は、交流回転機の回転速度が、低速度範囲内になる速度領域における相電流の振幅の最大値を、交流回転機の回転速度が低速度範囲外になる速度領域における相電流の振幅の最大値よりも大きくする。
【0151】
この構成によれば、低速度範囲において、相電流の振幅の最大値を大きくすることにより、界磁電流の最大値を小さくすることによる出力トルクの低下を補うことができる。
【0152】
＜その他の実施の形態＞
（１）上記の各実施の形態では、交流回転機は、動力伝達機構を介して車輪に連結された交流回転機である場合を例に説明した。しかし、交流回転機は、各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。
（１）上記の各実施の形態では、交流回転機は、動力伝達機構を介して車輪に連結された交流回転機である場合を例に説明した。しかし、交流回転機は、各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。
【0153】
（２）上記の実施の形態１では、界磁巻線式の交流回転機を例に説明した。しかし、交流回転機は、永久磁石式の交流回転機とされてもよい。この場合でも、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、電圧指令値演算部３３、及びスイッチング制御部３４の構成は、基本的に変化しないので、同様の効果を得ることができる。
【0154】
（３）上記の各実施の形態では、第１組の３相の電機子巻線と第２組の３相の電機子巻線との位相差が、電気角でπ／６（３０度）である場合を例に説明した。しかし、組間の位相差は、π／６（３０度）以外の位相差であってもよい。
【0155】
（４）上記の各実施の形態では、ｍ＝３である場合を例に説明した。しかし、ｍは、２以上の任意の自然数に設定されてもよい。
【0156】
＜本願の諸態様のまとめ＞
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線を有する交流回転機を、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を介して制御する交流回転機の制御装置であって、
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行う交流回転機の制御装置。
以下、本願の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
２組のｍ相（ｍは２以上の自然数）の電機子巻線を有する交流回転機を、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を介して制御する交流回転機の制御装置であって、
第１組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第１組のｍ相の電圧指令値と、第２組のｍ相の前記電機子巻線に印加する第２組のｍ相の電圧指令値と、を演算し、前記第１組のｍ相の電圧指令値に、第１組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値を演算し、前記第２組のｍ相の電圧指令値に、第２組用のオフセット電圧を重畳して、重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値と搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第１組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフし、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値と前記搬送波信号とを比較し、比較結果に基づいて、第２組用の複数の前記スイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、０を含むように設定された低速度範囲内になる速度領域において、力行運転時である場合、又は回生運転時であり、且つ前記電機子巻線を流れる相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記交流回転機の出力トルクの絶対値が判定トルク以下である場合に、設定中心電圧を中心に、電気角の回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第１組用のオフセット電圧、及び同じ前記設定中心電圧を中心に、前記回転周波数の３倍の周波数で振動し、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値及び最小値の平均値が前記設定中心電圧に一致するような前記第２組用のオフセット電圧を演算する３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、回生運転時であり、且つ前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第１組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第１組用のオフセット電圧を演算すると共に、前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最大値が前記搬送波信号の最大値に張り付く、又は前記重畳後の第２組のｍ相の電圧指令値の最小値が前記搬送波信号の最小値に張り付くような前記第２組用のオフセット電圧を演算する２相変調を行う交流回転機の制御装置。
【0157】
（付記２）
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルク以下である場合に、前記３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記２相変調を行う付記１に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が判定振幅以下である、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルク以下である場合に、前記３次高調波重畳変調を行い、
前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲外になる速度領域において、前記相電流の振幅が前記判定振幅より大きい、又は前記出力トルクの絶対値が前記判定トルクより大きい場合に、前記２相変調を行う付記１に記載の交流回転機の制御装置。
【0158】
（付記３）
前記電圧指令値演算部は、回生運転時の前記相電流の振幅の最大値が、力行運転時の前記相電流の振幅の最大値よりも低くなる、又は回生運転時の前記出力トルクの絶対値の最大値が、前記力行運転時の出力トルクの絶対値の最大値よりも低くなるように、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値を演算する付記１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、回生運転時の前記相電流の振幅の最大値が、力行運転時の前記相電流の振幅の最大値よりも低くなる、又は回生運転時の前記出力トルクの絶対値の最大値が、前記力行運転時の出力トルクの絶対値の最大値よりも低くなるように、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値を演算する付記１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
【0159】
（付記４）
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、前記３次高調波重畳変調を行う場合は、前記設定中心電圧を、前記搬送波信号の振動中心値に一致させる付記１から３のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域において、前記３次高調波重畳変調を行う場合は、前記設定中心電圧を、前記搬送波信号の振動中心値に一致させる付記１から３のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0160】
（付記５）
前記交流回転機は界磁巻線を有し、前記電力変換器は、界磁巻線用の前記スイッチング素子を有し、
前記交流回転機の制御装置は、界磁巻線用の前記スイッチング素子をオンオフして、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御部を更に備え、
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記界磁電流の最大値よりも小さくする付記１から５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記交流回転機は界磁巻線を有し、前記電力変換器は、界磁巻線用の前記スイッチング素子を有し、
前記交流回転機の制御装置は、界磁巻線用の前記スイッチング素子をオンオフして、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁電流制御部を更に備え、
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記界磁電流の最大値よりも小さくする付記１から５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0161】
（付記６）
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値の変調率に基づいて設定する付記５に記載の交流回転機の制御装置。
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記第１組のｍ相の電圧指令値及び前記第２組のｍ相の電圧指令値の変調率に基づいて設定する付記５に記載の交流回転機の制御装置。
【0162】
（付記７）
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記電力変換器に供給される直流電圧、及び前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する付記５に記載の交流回転機の制御装置。
前記界磁電流制御部は、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲内になる速度領域における前記界磁電流の最大値を、前記電力変換器に供給される直流電圧、及び前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する付記５に記載の交流回転機の制御装置。
【0163】
（付記８）
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲内になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値よりも大きくする付記５に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記交流回転機の回転速度が、前記低速度範囲内になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値を、前記交流回転機の回転速度が前記低速度範囲外になる速度領域における前記相電流の振幅の最大値よりも大きくする付記５に記載の交流回転機の制御装置。
【0164】
（付記９）
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の範囲以上の回転速度に設定される付記１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の範囲以上の回転速度に設定される付記１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0165】
（付記１０）
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度の絶対値が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の絶対値の範囲以上の回転速度に設定される付記１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度の絶対値が判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記判定速度は、前記３次高調波重畳変調を行う場合に、前記電力変換器を直流電源に接続する母線に生じる電圧リプルが、前記２相変調を行う場合に前記母線に生じる電圧リプルよりも許容差以上小さくなる回転速度の絶対値の範囲以上の回転速度に設定される付記１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0166】
（付記１１）
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度又は前記交流回転機の回転速度の絶対値が、判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記電圧指令値演算部は、前記判定速度を、前記電力変換器に供給される直流電圧に基づいて設定する付記１から１０のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記低速度範囲は、前記交流回転機の回転速度又は前記交流回転機の回転速度の絶対値が、判定速度以下になる回転速度の範囲であり、
前記電圧指令値演算部は、前記判定速度を、前記電力変換器に供給される直流電圧に基づいて設定する付記１から１０のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0167】
（付記１２）
前記電圧指令値演算部は、前記直流電圧が大きくなるに従って、前記判定速度を小さくする付記１１に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記直流電圧が大きくなるに従って、前記判定速度を小さくする付記１１に記載の交流回転機の制御装置。
【0168】
（付記１３）
前記判定振幅は、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に対応して設定され、又は
前記判定トルクは、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクに対応して設定される付記１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定振幅は、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する相電流の振幅に対応して設定され、又は
前記判定トルクは、前記２相変調を行う場合のエネルギー変換効率と、前記３次高調波重畳変調を行う場合のエネルギー変換効率とが一致する出力トルクに対応して設定される付記１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0169】
（付記１４）
前記判定振幅は、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる相電流の振幅の範囲内の電流に設定され、又は、
前記判定トルクは、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる出力トルクの範囲内の出力トルクに設定される付記１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記判定振幅は、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる相電流の振幅の範囲内の電流に設定され、又は、
前記判定トルクは、前記３次高調波重畳変調を行う場合の前記電力変換器の発熱量が、必要とされる連続運転が可能な発熱量になる出力トルクの範囲内の出力トルクに設定される付記１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0170】
（付記１５）
前記電圧指令値演算部は、前記判定振幅又は前記判定トルクを、前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する付記１から１４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記電圧指令値演算部は、前記判定振幅又は前記判定トルクを、前記交流回転機の回転速度に基づいて設定する付記１から１４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0171】
（付記１６）
前記交流回転機の出力軸が動力伝達機構を介して車輪に連結された付記１から１５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
前記交流回転機の出力軸が動力伝達機構を介して車輪に連結された付記１から１５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【0172】
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】
【0173】
１：交流回転機、２：直流電源、４：電力変換器、５：界磁巻線、６：界磁電流センサ、７：母線、１４：ロータ、１８：ステータ、３０：交流回転機の制御装置、３１：回転検出部、３２：電機子電流検出部、３３：電圧指令値演算部、３４：スイッチング制御部、３５：界磁電流検出部、３６：界磁電流制御部、ＣＡ：搬送波信号、ＣＡｍａｘ：搬送波信号の最大値、ＣＡｍｉｄ：搬送波信号の振動中心値、ＣＡｍｉｎ：搬送波信号の最小値、Ｉｔｈ：判定振幅、Ｔ：出力トルク、Ｔｔｈ：判定トルク、Ｖｄｃ：直流電圧、α：設定中心電圧、ω：回転速度、ωｔｈ：判定速度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】