特開 2024-6738 モータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラム

(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】P2024006738

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20240110BHJP

   H02P 23/04 20060101ALI20240110BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H02P27/08

H02P23/04

H02M7/48 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107913

(22)【出願日】2022-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100207859

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 尚人

(72)【発明者】

【氏名】柏▲崎▼ 貴司

(72)【発明者】

【氏名】青木 康明

【テーマコード（参考）】

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE50

5H505GG04

5H505HA10

5H505HB01

5H505HB05

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ29

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H505LL58

5H770AA07

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA05

5H770DA41

5H770EA01

5H770EA03

5H770EA04

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA07Z

(57)【要約】

【課題】トルクリプルなどを抑制しつつ、電圧利用率を向上させるモータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラムを提供すること。
【解決手段】５相のステータ巻線２１を有する多相交流式の回転電機２０と、インバータ３０と、を備える制御システム１０に適用される制御装置５０は、変調信号とキャリア信号との大小比較に基づくインバータ３０のスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形をステータ巻線２１に印加させるスイッチ制御部としての機能を有する。スイッチ制御部としての制御装置５０は、正弦波ＰＷＭ制御と、過変調ＰＷＭ制御とを実施可能に構成されており、過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、変調信号の基本波に対して３次高調波及び５次高調波を重畳する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）において、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御部を備え、
前記スイッチ制御部は、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とを実施可能に構成されており、
前記スイッチ制御部は、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御装置。

【請求項2】

前記スイッチ制御部は、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の振幅が前記キャリア信号の振幅以下となるように、前記変調信号の基本波に対して重畳するｍ次高調波の振幅及び位相を設定する請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記ｍ次高調波の次数ｍは、前記回転電機の相数であるｎ以下とされる請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記スイッチ制御部は、前記回転電機の回転数が、前記正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大回転数よりも大きい場合、前記過変調ＰＷＭ制御を実施して、前記回転電機の回転数を向上させる請求項１～３のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記スイッチ制御部は、前記回転電機の要求トルクが、前記正弦波ＰＷＭ制御によって出力可能な最大トルク以上である場合、前記過変調ＰＷＭ制御を実施して、前記回転電機のトルクを向上させる請求項１～３のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）によるモータ制御方法において、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御方法。

【請求項7】

電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）が実行するモータ制御プログラムにおいて、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＰＷＭ制御において、相電圧指令値に３次高調波を重畳することにより、電圧利用率を向上させるモータ制御装置について知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／００８３７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、３相モータにおいて相電圧指令値に３次高調波を重畳すると、電圧利用率が向上するものの、過変調領域では、トルクリプルや騒音、振動などが悪化するという課題がある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、トルクリプルなどを抑制しつつ、電圧利用率を向上させるモータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラムを提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するモータ制御装置は、電機子巻線を有する多相交流式の回転電機と、前記電機子巻線に接続されるインバータと、を備える制御システムに適用されるモータ制御装置であって、
変調信号とキャリア信号との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御部を備え、
前記スイッチ制御部は、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とを実施可能に構成されており、
前記スイッチ制御部は、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳する。

【0007】

これにより、変調信号を台形波形にして、トルクリプルが悪化することを抑制しつつ、電圧利用率を向上させることができる。

【0008】

上記課題を解決するモータ制御方法は、電機子巻線を有する多相交流式の回転電機と、前記電機子巻線に接続されるインバータと、を備える制御システムに適用されるモータ制御装置によるモータ制御方法であって、
変調信号とキャリア信号との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳する。

【0009】

これにより、変調信号を台形波形にして、トルクリプルが悪化することを抑制しつつ、電圧利用率を向上させることができる。

【0010】

上記課題を解決するモータ制御プログラムは、電機子巻線を有する多相交流式の回転電機と、前記電機子巻線に接続されるインバータと、を備える制御システムに適用されるモータ制御装置が実行するモータ制御プログラムであって、
変調信号とキャリア信号との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳する。

【0011】

これにより、変調信号を台形波形にして、トルクリプルが悪化することを抑制しつつ、電圧利用率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】制御システムの構成図。

【図2】電流フィードバック制御処理を示すブロック図。

【図3】スイッチ制御処理を示すフロチャート。

【図4】正弦波ＰＷＭ制御を示す図。

【図5】変調信号の生成方法を示す図。

【図6】過変調ＰＷＭ制御を示す図。

【図7】運転領域を示す図。

【図8】変形例の過変調ＰＷＭ制御を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係るモータ制御装置を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、モータ制御装置を備える制御システムは、電気自動車等の車両に搭載されている。

【0014】

図１に示すように、制御システム１０は、回転電機２０を備えている。回転電機２０は、５相の電機子巻線を有する多相交流式の同期モータであり、星形結線された各相の電機子巻線としてのステータ巻線２１を備えている。本実施形態では、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相とする。各相のステータ巻線２１は、電気角で７２°ずつずれて配置されている。本実施形態の回転電機２０は、回転子としてのロータ２２に界磁極としての永久磁石を備える永久磁石同期モータである。

【0015】

回転電機２０は、車載主機であり、ロータ２２が図示しない車両の駆動輪と動力伝達可能とされている。回転電機２０が電動機として機能することにより発生するトルクが、ロータ２２から駆動輪に伝達される。これにより、駆動輪が回転駆動させられる。なお、回転電機２０は、車両の車輪に一体に設けられるインホイールモータであってもよいし、車両の車体に備えられるいわゆるオンボードモータであってもよい。

【0016】

制御システム１０は、インバータ３０と、コンデンサ３１と、直流電源である蓄電池１２とを備えている。インバータ３０は、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの直列接続体を５相分備えている。本実施形態において、各スイッチＳｐ，Ｓｎは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、具体的にはＩＧＢＴである。このため、各スイッチＳｐ，Ｓｎの高電位側端子はコレクタであり、低電位側端子はエミッタである。各スイッチＳｐ，Ｓｎには、フリーホイールダイオードＤｐ，Ｄｎが逆並列に接続されている。

【0017】

各相において、上アームスイッチＳｐのエミッタと、下アームスイッチＳｎのコレクタとには、ステータ巻線２１の第１端が接続されている。各相のステータ巻線２１の第２端同士は、中性点で接続されている。なお、本実施形態において、各相のステータ巻線２１は、ターン数が同じに設定されている。

【0018】

各相の上アームスイッチＳｐのコレクタと、蓄電池１２の正極端子とは、正極側母線Ｌｐにより接続されている。各相の下アームスイッチＳｎのエミッタと、蓄電池１２の負極端子とは、負極側母線Ｌｎにより接続されている。正極側母線Ｌｐと負極側母線Ｌｎとは、コンデンサ３１により接続されている。なお、コンデンサ３１は、インバータ３０に内蔵されていてもよいし、インバータ３０の外部に設けられていてもよい。

【0019】

蓄電池１２は、例えば組電池であり、蓄電池１２の端子電圧は例えば数百Ｖである。蓄電池１２は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素蓄電池等の２次電池である。

【0020】

制御システム１０は、電流センサ３２、電圧センサ３３、回転角センサ３４、及びモータ制御装置としての制御装置５０等を備えている。電流センサ３２は、各相のステータ巻線２１に流れる電流を検出する。電圧センサ３３は、コンデンサ３１の端子電圧を電源電圧Ｖｄｃとして検出する。回転角センサ３４は、例えばレゾルバであり、ロータ２２の回転角（具体的には、電気角θ）を検出する。各センサ３２～３４の検出値は、制御装置５０に入力される。

【0021】

制御装置５０は、マイコン５０ａを主体として構成され、マイコン５０ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えている。マイコン５０ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン５０ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン５０ａは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えば、インターネット等のネットワークを介して更新可能である。

【0022】

制御装置５０は、図示しない上位制御装置（上位ＥＣＵ等）からトルク指令値（要求トルク）を受信する。制御装置５０は、回転電機２０のトルクを受信したトルク指令値に制御すべく、インバータ３０を構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎのスイッチング制御を行う。各相において、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとは、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。

【0023】

続いて、図２を用いて、制御装置５０により実行される回転電機２０のトルク制御について説明する。図２に示す例では、トルク制御として、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ相の各相電流を制御する電流フィードバック制御が行われる。図２は、電流フィードバック制御処理を示すブロック図である。なお、電流フィードバック制御に代えて、トルクフィードバック制御が行われてもよい。

【0024】

図２において、電流指令値設定部５１は、トルク－ｄｑマップを用い、回転電機２０に対するトルク指令値（力行トルク指令値又は発電トルク指令値）や、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωに基づいて、ｄ軸の電流指令値とｑ軸の電流指令値とを設定する。なお、発電トルク指令値は、例えば回転電機２０が車両用動力源として用いられる場合、回生トルク指令値である。

【0025】

ｄｑ変換部５２は、相ごとに設けられた電流センサ３２による電流検出値（５つの相電流）を、界磁方向をｄ軸とする直交２次元回転座標系の成分であるｄ軸電流とｑ軸電流とに変換する。

【0026】

ｄ軸電流フィードバック制御部５３は、ｄ軸電流をｄ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸の指令電圧を算出する。また、ｑ軸電流フィードバック制御部５４は、ｑ軸電流をｑ軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸の指令電圧を算出する。これら各フィードバック制御部５３，５４では、ｄ軸電流及びｑ軸電流の電流指令値に対する偏差に基づき、ＰＩフィードバック手法を用いて指令電圧が算出される。

【0027】

５相変換部５５は、ｄ軸及びｑ軸の指令電圧を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、及びＹ相の指令電圧に変換する。なお、上記の各部５１～５５が、ｄｑ変換理論による基本波電流のフィードバック制御を実施するフィードバック制御部であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、及びＹ相の指令電圧がフィードバック制御値である。本実施形態において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、及びＹ相の指令電圧は、電気角で位相が７２°ずつずれた正弦波状の波形となる。

【0028】

信号生成部５６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｘ相、及びＹ相の指令電圧及び電源電圧Ｖｄｃに基づく５相変調により、各相の上，下アームスイッチＳｐ，Ｓｎの駆動信号ＧＵを生成するためのスイッチ制御処理を実施する。ここで、図３を参照してスイッチ制御処理について詳しく説明する。以下では、Ｕ相を例にして説明するが、他相も同様である。スイッチ制御処理は、信号生成部５６としての制御装置５０により実施される。このスイッチ制御処理を実施することにより、制御装置５０は、スイッチ制御部として機能し、また、モータ制御方法及びスイッチ制御ステップを実施することとなる。

【0029】

制御装置５０は、Ｕ相の指令電圧と電源電圧Ｖｄｃに基づいて、Ｕ相の規格化指令電圧Ｖｕを算出する（ステップＳ１００）。そして、制御装置５０は、算出した規格化指令電圧に基づいて、過変調ＰＷＭ制御を実施するか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、制御装置５０は、算出した規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅よりも大きい場合、肯定判定し、過変調ＰＷＭ制御を実施することを決定する。一方、制御装置５０は、算出した規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅以下の場合、否定判定し、正弦波ＰＷＭ制御を実施することを決定する。

【0030】

算出した規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅以下になる場合（ステップＳ１０１の判定結果が否定の場合）、制御装置５０は、Ｕ相の規格化指令電圧Ｖｕを変調信号Ｓ１として生成する（ステップＳ１０２）。そして、制御装置５０は、変調信号Ｓ１と、キャリア信号Ｓｉｇに基づいて正弦波ＰＷＭ制御を実施する（ステップＳ１０３）。

【0031】

すなわち、制御装置５０は、図４に示すように、変調信号Ｓ１（＝Ｕ相の規格化指令電圧Ｖｕ）と、キャリア信号Ｓｉｇとの大小比較に基づいて、Ｕ相のＰＷＭ信号を算出する。制御装置５０は、Ｕ相のＰＷＭ信号と、Ｕ相のＰＷＭ信号の論理反転信号とに基づいて、Ｕ相の上，下アームスイッチＳｐ、Ｓｎの駆動信号ＧＵを生成する。つまり、制御装置５０は、Ｕ相の上アームスイッチＳｐの駆動信号ＧＵＨ及びＵ相の下アームスイッチＳｎの駆動信号ＧＵＬを生成する。なお、図４，５には、電気角で１８０度の期間にわたるキャリア信号Ｓｉｇ等の推移を示す。

【0032】

制御装置５０は、生成した各相の駆動信号ＧＵをそれぞれ各相の上，下アームスイッチＳｐ，Ｓｎのゲートに対してドライバを介して出力する。これにより、インバータ３０のスイッチング制御として、正弦波ＰＷＭ制御が実行され、ＰＷＭ電圧波形（出力波形）がステータ巻線２１に印加される。なお、制御装置５０の制御周期は、キャリア信号Ｓｉｇの周期よりも十分に短い。また、本実施形態のキャリア信号Ｓｉｇは、搬送波であり、上昇速度及び下降速度が等しい三角波信号である。

【0033】

上記正弦波ＰＷＭ制御は、規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅以下になる場合におけるインバータ３０のスイッチング制御である。正弦波ＰＷＭ制御の実行後、スイッチ制御処理を終了する。

【0034】

次に、規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅よりも大きい場合（ステップＳ１０１の判定結果が肯定の場合）におけるインバータ３０のスイッチング制御である過変調ＰＷＭ制御について説明する。

【0035】

ところで、規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅よりも大きい場合、規格化指令電圧をそのまま変調信号とすると、上，下アームスイッチＳｐ，Ｓｎがオン・オフ動作しない期間があるため、指令電圧通りの電圧が出力できず出力電圧の高調波成分が増加する問題がある。つまり、トルクリプルや、それに伴う振動や騒音が大きくなる問題がある。

【0036】

ここで、本願の発明者は、本実施形態の回転電機２０のような、ｎ相（ｎは、５以上の整数）以上の多相交流式の回転電機を採用する場合、基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳して変調信号を生成しても、トルクリプルがそれほど悪化しないことを見出した。より詳しくは、基本波に重畳するｍ次高調波の次数ｍを、回転電機の相数であるｎ以下とする場合、トルクリプルは悪化しないことを見出した。

【0037】

例えば、５相のステータ巻線２１を有する回転電機２０を採用する際に、基本波に３次高調波を重畳して変調信号を生成しても、変調信号に含まれる３次高調波は、回転電機２０においてトルクリプルに変換されず、トルク（直流トルク）に変換されることを見出した。また、５相のステータ巻線２１を有する回転電機２０を採用する際に、基本波に５次高調波を重畳して変調信号を生成しても、回転電機２０において、５次高調波に基づく高調波電流は、打ち消しあい、流れないことも見出した。つまり、トルクリプルに変換されないことを見出した。そこで、本実施形態では、以下のように構成している。

【0038】

規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅よりも大きい場合、（ステップＳ１０１の判定結果が肯定の場合）、制御装置５０は、規格化指令電圧を基本波として、基本波に３次高調波及び５次高調波を重畳して、変調信号Ｓ２を生成する（ステップＳ１０４）。その際、変調信号Ｓ２の振幅が、キャリア信号Ｓｉｇの振幅以下となるように、基本波に対して周波数が３倍となる３次高調波、及び周波数が５倍となる５次高調波の振幅及び位相が設定される。３次高調波及び５次高調波の振幅及び位相は、マップ演算により算出されてもよいし、所定の計算式により算出されてもよい。マップを作成する場合、基本波（規格化指令電圧）の振幅毎に、重畳させる３次高調波及び５次高調波の振幅等を特定するためのマップが作成され、記憶されることとなる。

【0039】

このように３次高調波Ｈ３及び５次高調波Ｈ５を基本波（規格化指令電圧）に対して重畳して、変調信号Ｓ２を生成することにより、図５に示すように変調信号Ｓ２が台形波形となり、変調信号Ｓ２の振幅が、キャリア信号Ｓｉｇの振幅以下となる。なお、本実施形態において、基本波は、規格化指令電圧に相当する。また、基本波は、変調信号を正弦波の合成（例えば、フーリエ級数）で表したときにおける最も低い周波数成分の周波数を有する正弦波であるともいえる。

【0040】

そして、制御装置５０は、変調信号Ｓ２と、キャリア信号Ｓｉｇに基づいて過変調ＰＷＭ制御を実施する（ステップＳ１０５）。すなわち、制御装置５０は、図６に示すように、変調信号Ｓ２と、キャリア信号Ｓｉｇとの大小比較に基づいて、各相のＰＷＭ信号を算出する。制御装置５０は、各相のＰＷＭ信号と、各相のＰＷＭ信号の論理反転信号とに基づいて、各相の上，下アームスイッチＳｐ、Ｓｎの駆動信号ＧＵを生成する。

【0041】

そして、制御装置５０は、生成した各相の駆動信号ＧＵをそれぞれ各相の上，下アームスイッチＳｐ，Ｓｎのゲートに対してドライバを介して出力する。これにより、インバータ３０のスイッチング制御として、過変調ＰＷＭ制御が実行され、ＰＷＭ電圧波形（出力波形）がステータ巻線２１に印加される。過変調ＰＷＭ制御の実行後、スイッチ制御処理を終了する。

【0042】

第１実施形態によれば、以下の効果を有する。

【0043】

（１）発明者は、５相以上の電機子巻線を有する回転電機に、３次以上の奇数となる高調波を重畳しても、トルクリプルが悪化しないこと、場合によってはトルクリプルに影響がないことを見出した。そこで、５相以上のステータ巻線２１を有する多相交流式の回転電機２０に対して、過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、変調信号Ｓ２の基本波に対してその周波数が３以上の奇数となるｍ次高調波を重畳するようにした。具体的には、基本波である規格化指令電圧に対して３次高調波及び５次高調波を重畳して変調信号Ｓ２を生成した。これにより、変調信号Ｓ２を台形波形にして、電圧利用率を向上させることができる。また、ｎより小さい次数のｍ次高調波を重畳させる場合、本実施形態では、３次高調波を重畳させる場合、回転電機２０において、トルクに変換させることができる。つまり、回転電機２０のトルクを向上させることが可能となる。

【0044】

（２）制御装置５０は、過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、変調信号Ｓ２の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅以下となるように、変調信号Ｓ２の基本波に対して重畳する３次高調波及び５次高調波の振幅等を算出し、設定している。これにより、トルクリプルが生じ、騒音や振動が発生することを抑制できる。

【0045】

（３）５相のステータ巻線２１を有する回転電機２０を採用して、過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、基本波に重畳する高調波の次数を、回転電機２０の相数以下にした。本実施形態では、３次高調波及び５次高調波を重畳して、変調信号Ｓ２を生成することとした。このように、７次以上の高調波を重畳しないため、トルクリプルが悪化することを抑制できる。

【0046】

（変形例）
以下、上記実施形態における制御システム１０の一部を変更した変形例について説明する。

【0047】

・上記実施形態において、制御装置５０は、規格化指令電圧の振幅がキャリア信号Ｓｉｇの振幅よりも大きい場合に、過変調ＰＷＭ制御を実施したが、回転電機２０の運転領域が正弦波ＰＷＭ制御領域から、過変調ＰＷＭ制御領域となったと判断した場合に、正弦波ＰＷＭ制御から過変調ＰＷＭ制御に切り替えてもよい。回転電機２０の運転領域は、回転電機２０のトルク及び回転数により定められる。

【0048】

ここで、正弦波ＰＷＭ制御領域Ｒ１とは、図７に示すように、回転電機２０の回転数が、正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大回転数以下の領域であって、トルク指令値が、正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大トルク以下の領域のことである。一方、過変調ＰＷＭ制御領域Ｒ２は、正弦波ＰＷＭ制御領域Ｒ１に比較して高トルク領域又は高回転領域となっている。具体的には、過変調ＰＷＭ制御領域Ｒ２は、回転電機２０の回転数が、正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大回転数よりも多い領域、又はトルク指令値が、正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大トルクよりも大きい領域のことである。

【0049】

これにより、回転電機２０の回転数が、正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大回転数以上である場合、制御装置５０は、過変調ＰＷＭ制御を実施する。このため、回転電機２０の回転数を向上させ、正弦波ＰＷＭ制御によって実現不可能な回転数で回転電機を駆動させることができる。

【0050】

また、回転電機２０のトルク指令値が、正弦波ＰＷＭ制御によって出力可能な最大トルク以上である場合、制御装置５０は、過変調ＰＷＭ制御を実施する。このため、回転電機２０のトルクを向上させ、正弦波ＰＷＭ制御によって実現不可能なトルクで回転電機を駆動させることができる。

【0051】

・上記実施形態において、過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、３次高調波及び５次高調波を基本波に重畳したが、これらに限らずｍ次高調波（ｍは、３以上の奇数）を重畳してもよい。図８に、基本波（規格化指令電圧Ｖｕ）に、３次高調波Ｈ３、５次高調波Ｈ５、及び７次高調波Ｈ７を重畳して変調信号Ｓ２を生成する例を示す。

【0052】

回転電機２０の相数以上の次数の高調波を重畳する場合、トルクリプルが悪化するが、高次であればあるほど、その影響は小さい。例えば、５相のステータ巻線２１を有する回転電機２０に対して７次高調波を重畳する場合、３相の電機子巻線を有する回転電機に対して５次高調波を重畳する場合に比較して、トルクリプルを抑制することができる。

【0053】

・上記実施形態では、５相のステータ巻線２１を有する回転電機２０を採用したが、５相以上のｎ相の電機子巻線を有する回転電機に変更してもよい。この場合、過変調ＰＷＭ制御を実施する際、重畳する高調波は、３次以上の奇数となるｍ次高調波である必要があり、次数ｍがｎ（回転電機２０の相数）以下であるｍ次高調波であることが望ましい。

【0054】

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【0055】

以下、上述した各実施形態から抽出される特徴的な構成を記載する。
［構成１］
電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）において、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御部を備え、
前記スイッチ制御部は、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とを実施可能に構成されており、
前記スイッチ制御部は、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御装置。
［構成２］
前記スイッチ制御部は、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の振幅が前記キャリア信号の振幅以下となるように、前記変調信号の基本波に対して重畳するｍ次高調波の振幅及び位相を設定する構成１に記載のモータ制御装置。
［構成３］
前記ｍ次高調波の次数ｍは、前記回転電機の相数であるｎ以下とされる構成１又は２に記載のモータ制御装置。
［構成４］
前記スイッチ制御部は、前記回転電機の回転数が、前記正弦波ＰＷＭ制御によって実現可能な最大回転数よりも大きい場合、前記過変調ＰＷＭ制御を実施して、前記回転電機の回転数を向上させる構成１～３のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。
［構成５］
前記スイッチ制御部は、前記回転電機の要求トルクが、前記正弦波ＰＷＭ制御によって出力可能な最大トルク以上である場合、前記過変調ＰＷＭ制御を実施して、前記回転電機のトルクを向上させる構成１～４のうちいずれか１項に記載のモータ制御装置。
［構成６］
電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）によるモータ制御方法において、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御方法。
［構成７］
電機子巻線（２１）を有する多相交流式の回転電機（２０）と、前記電機子巻線に接続されるインバータ（３０）と、を備える制御システム（１０）に適用されるモータ制御装置（５０）が実行するモータ制御プログラムにおいて、
変調信号（Ｓ１，Ｓ２）とキャリア信号（Ｓｉｇ）との大小比較に基づく前記インバータのスイッチング制御であるＰＷＭ制御を実施して、ＰＷＭ電圧波形を前記電機子巻線に印加させるスイッチ制御ステップを有し、
前記スイッチ制御ステップでは、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅以下となる正弦波ＰＷＭ制御と、前記変調信号の基本波の振幅が、前記キャリア信号の振幅よりも大きい過変調ＰＷＭ制御とが実施可能となっており、
前記スイッチ制御ステップにおいて、前記過変調ＰＷＭ制御を実施する場合、前記変調信号の基本波に対してその周波数がｍ倍（ｍは、３以上の奇数）となるｍ次高調波を重畳するモータ制御プログラム。

【符号の説明】

【0056】

２０…回転電機、２１…ステータ巻線、３０…インバータ、５０…制御装置、Ｓ１，Ｓ２…変調信号、Ｓｉｇ…キャリア信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】