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(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】
(24)【登録日】2022-04-18
(45)【発行日】2022-04-26
(54)【発明の名称】インバータ制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20220419BHJP
H02P 21/06 20160101ALI20220419BHJP
H02P 27/08 20060101ALI20220419BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 F
H02P21/06
H02P27/08
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2018245847
(22)【出願日】2018-12-27
(65)【公開番号】P2020108282
(43)【公開日】2020-07-09
【審査請求日】2021-03-19
(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】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】岡本 昌直
(72)【発明者】
【氏名】尾形 卓也
(72)【発明者】
【氏名】清水 勇気
【審査官】麻生 哲朗
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１９７９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１８６２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１３５６２１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｐ ２１／０６
Ｈ０２Ｐ ２７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＰＷＭ制御信号を出力することにより三相交流回転電機を駆動させるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、矩形波信号を出力することにより前記スイッチング素子を矩形波制御する矩形波制御部と、
前記ＰＷＭ制御信号と前記矩形波信号とを切り替えて出力することにより前記ＰＷＭ制御と前記矩形波制御とを切り替える制御切替部とを備えたインバータ制御装置であって、
前記三相交流回転電機の各相の電流値及び前記三相交流回転電機の回転速度に基づき前記三相交流回転電機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算部を備え、
前記制御切替部は、前記ＰＷＭ制御信号を出力している状態で前記誘起電圧が閾値を上回る場合、前記矩形波信号に切り替えて出力することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項2】
前記三相交流回転電機の前記各相の電流値をｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する第１座標変換部を備え、前記ＰＷＭ制御部は、
トルク指令値に基づき前記三相交流回転電機のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流値との差分及び前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流値との差分をフィードバック制御することにより前記三相交流回転電機のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を演算する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記三相交流回転電機の各相に発生させる電圧の目標値である三相電圧指令値に変換する第２座標変換部と、
前記三相電圧指令値に基づき前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、
前記ｄ軸電流指令値、前記ｑ軸電流指令値、及び前記回転速度に基づき前記三相交流回転電機に発生すると推定される推定誘起電圧を演算する推定誘起電圧演算部を更に備え、
前記制御切替部は、前記矩形波信号を出力している状態で前記推定誘起電圧が前記閾値を下回る場合、前記ＰＷＭ制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、三相交流回転電機に流れる各相の電流に基づきインバータ回路に設けられたスイッチング素子を動作させるインバータ制御装置が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示されるインバータ制御装置は、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、スイッチング素子を矩形波制御する矩形波制御部と、ＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替える制御切替部とを備えている。制御切替部は、三相交流回転電機のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に基づき変調率Ｖａを演算している。制御切替部は、三相交流回転電機がＰＷＭ制御されている状態で、変調率Ｖａが閾値を上回った場合に三相交流回転電機が矩形波制御される状態に切り替える。ここで、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、トルク指令値に基づき演算されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、三相交流回転電機に流れる各相の電流を変換したｄ軸電流値及びｑ軸電流値との差分をフィードバック制御することにより演算されている。なお、ＰＷＭ制御とは三相交流回転電機の低回転領域において実施される制御であり、矩形波制御とは三相交流回転電機の高回転領域において実施される制御である。
特許文献１に開示されるインバータ制御装置は、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、スイッチング素子を矩形波制御する矩形波制御部と、ＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替える制御切替部とを備えている。制御切替部は、三相交流回転電機のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値に基づき変調率Ｖａを演算している。制御切替部は、三相交流回転電機がＰＷＭ制御されている状態で、変調率Ｖａが閾値を上回った場合に三相交流回転電機が矩形波制御される状態に切り替える。ここで、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、トルク指令値に基づき演算されたｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、三相交流回転電機に流れる各相の電流を変換したｄ軸電流値及びｑ軸電流値との差分をフィードバック制御することにより演算されている。なお、ＰＷＭ制御とは三相交流回転電機の低回転領域において実施される制御であり、矩形波制御とは三相交流回転電機の高回転領域において実施される制御である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－２２６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値とｄ軸電流値及びｑ軸電流値との差分をフィードバック制御することにより演算されるため、例えば図５（ａ）に示すように変調率Ｖａが閾値の近傍で変動する可能性がある。そのため、変調率Ｖａが閾値を上回ってもすぐに閾値を下回るように変動する場合が考えられる。この場合、例えば図５（ｂ）に示すように変調率Ｖａが閾値を上回る状態が所定時間継続すると、図５（ｃ）に示すようにＰＷＭ制御から矩形制御に切り替えることが考えられるが、当該所定時間の分だけＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えることができない。すなわち、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えられない状態となるため三相交流回転電機のトルク応答性が低下してしまう。
【0005】
本発明の目的は、ＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替えに伴う三相交流回転電機のトルク応答性を向上させることができるインバータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するインバータ制御装置は、ＰＷＭ制御信号を出力することにより三相交流回転電機を駆動させるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、矩形波信号を出力することにより前記スイッチング素子を矩形波制御する矩形波制御部と、前記ＰＷＭ制御信号と前記矩形波信号とを切り替えて出力することにより前記ＰＷＭ制御と前記矩形波制御とを切り替える制御切替部とを備えたインバータ制御装置であって、前記三相交流回転電機の各相の電流値及び前記三相交流回転電機の回転速度に基づき前記三相交流回転電機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算部を備え、前記制御切替部は、前記ＰＷＭ制御信号を出力している状態で前記誘起電圧が閾値を上回る場合、前記矩形波信号に切り替えて出力する。
【0007】
これによれば、三相交流回転電機の各相の電流値及び三相交流回転電機の回転速度に基づいて三相交流回転電機の誘起電圧を演算している。そして、制御切替部は、スイッチング素子がＰＷＭ制御されている状態で誘起電圧が閾値を上回る場合、矩形波信号を出力する。すなわち、インバータ制御装置は、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えるときに誘起電圧を指標としている。従来の三相交流回転電機のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を用いて演算される変調率を指標として用いる場合と比較して、三相交流回転電機の誘起電圧は、三相交流回転電機の駆動状態が反映された電流値及び回転速度によって演算される。そのため、誘起電圧は、閾値近傍での変動が少ない。そして、インバータ制御装置は、三相交流回転電機の誘起電圧を指標として用いることにより三相交流回転電機の駆動状態によってＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えることになる。そのため、誘起電圧が閾値を上回る場合にＰＷＭ制御から矩形波制御に即座に切り替えることができる。したがって、ＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替えに伴うトルク応答性を向上させることができる。
【0008】
上記のインバータ制御装置において、前記三相交流回転電機の前記各相の電流値をｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換する第１座標変換部を備え、前記ＰＷＭ制御部は、トルク指令値に基づき前記三相交流回転電機のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流値との差分及び前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流値との差分をフィードバック制御することにより前記三相交流回転電機のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を演算する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値を前記三相交流回転電機の各相に発生させる電圧の目標値である三相電圧指令値に変換する第２座標変換部と、前記三相電圧指令値に基づき前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、前記ｄ軸電流指令値、前記ｑ軸電流指令値、及び前記回転速度に基づき前記三相交流回転電機に発生すると推定される推定誘起電圧を演算する推定誘起電圧演算部を更に備え、前記制御切替部は、前記矩形波信号を出力している状態で前記推定誘起電圧が前記閾値を下回る場合、前記ＰＷＭ制御信号を出力するとよい。
【0009】
矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替える際に、制御切替部による制御の切り替えが遅れてしまうと三相交流回転電機に過剰の電流が流れてしまうおそれがある。
その点、これによれば、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、及び回転速度に基づき三相交流回転電機に発生すると推定される推定誘起電圧を演算している。そして、制御切替部は、スイッチング素子が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧が閾値を下回る場合、ＰＷＭ制御信号を出力する。すなわち、インバータ制御装置は、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替えるときに推定誘起電圧を指標としている。三相交流回転電機の駆動状態を示す電流値及び回転速度に基づき演算される誘起電圧よりも早く演算されるため、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを早めに実施することができる。したがって、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えに伴い三相交流回転電機への過剰な電流の供給を抑制できる。
その点、これによれば、ｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値、及び回転速度に基づき三相交流回転電機に発生すると推定される推定誘起電圧を演算している。そして、制御切替部は、スイッチング素子が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧が閾値を下回る場合、ＰＷＭ制御信号を出力する。すなわち、インバータ制御装置は、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替えるときに推定誘起電圧を指標としている。三相交流回転電機の駆動状態を示す電流値及び回転速度に基づき演算される誘起電圧よりも早く演算されるため、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを早めに実施することができる。したがって、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えに伴い三相交流回転電機への過剰な電流の供給を抑制できる。
【発明の効果】
【0010】
この発明によれば、ＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替えに伴う三相交流回転電機のトルク応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】インバータ制御装置の構成を示すブロック図。
【図2】制御切替部の構成を示すブロック図。
【図3】（ａ）は誘起電圧の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は制御方式の切り替えを示すタイムチャート。
【図4】（ａ）は推定誘起電圧の変化を示すタイムチャート、（ｂ）は制御方式の切り替えを示すタイムチャート。
【図5】（ａ）は変調率の変化を示すタイムチャート、（ｂ）はタイマカウント値を示すタイムチャート、（ｃ）は制御方式の切り替えを示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、インバータ制御装置を具体化した実施形態を図１～図４にしたがって説明する。なお、本実施形態のインバータ制御装置は、三相交流回転電機の駆動を制御するインバータ装置に適用されていることを前提として説明する。
【0013】
図１に示すように、インバータ装置１は、インバータ回路１０と、インバータ制御装置２０とを備えている。インバータ回路１０は、６つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、６つのダイオードＤ１～Ｄ６を備えている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が採用されている。正極母線と負極母線との間に、三相交流回転電機としてのモータ６０のＵ相に接続される上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１と、当該Ｕ相に接続される下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２とが直列接続されている。また、正極母線と負極母線との間にモータ６０のＶ相に接続される上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３と、当該Ｖ相に接続される下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４とが直列接続されている。また、正極母線と負極母線との間にモータ６０のＷ相に接続される上アームを構成するスイッチング素子Ｑ５と、当該Ｗ相に接続される下アームを構成するスイッチング素子Ｑ６とが直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６には、ダイオードＤ１～Ｄ６のそれぞれが逆並列接続されている。正極母線及び負極母線には、コンデンサＣを介してバッテリＢが接続されている。このように構成されたインバータ回路１０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作に伴いバッテリＢの直流電圧を交流電圧に変換してモータ６０に供給することでモータ６０を駆動させる。なお、バッテリＢには、電圧センサ６５が設けられており、バッテリＢの直流電圧Ｖｄｃを監視している。
【0014】
インバータ制御装置２０は、第１座標変換部２１と、回転速度演算部２２と、ドライブ回路２５と、ＰＷＭ制御部３０と、矩形波制御部４０と、制御切替部５０とを備えている。
【0015】
第１座標変換部２１は、モータ６０の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをモータ６０の回転位置を示す電気角θｅを用いてｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに変換する。電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、接続配線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３上にそれぞれ設けられた電流センサ６１，６２，６３を介して検出される。電気角θｅは、モータ６０に設けられた位置検出部６４により検出される。
【0016】
回転速度演算部２２は、モータ６０の回転速度ωを演算する。回転速度演算部２２は、位置検出部６４により検出された電気角θｅを微分することで回転速度ωを演算している。
【0017】
ＰＷＭ制御部３０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力することによりモータ６０を駆動させるインバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御部３０は、電流指令値演算部３１と、減算部３２，３３と、電流制御部３４と、第２座標変換部３５と、ＰＷＭ信号生成部３６とを有している。
【0018】
電流指令値演算部３１は、外部から入力されるトルク指令値Ｔｒｅｆに基づきモータ６０のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。例えば、電流指令値演算部３１は、記憶部（図示略）に予め記憶されるトルク指令値Ｔｒｅｆとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが対向付けられたテーブルを用いてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。
【0019】
減算部３２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流値Ｉｄとの差分ΔＩｄを演算する。減算部３３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流値Ｉｑとの差分ΔＩｑを演算する。
電流制御部３４は、差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づきモータ６０のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。具体的には、電流制御部３４は、差分ΔＩｄ，ΔＩｑをなくすようにフィードバック制御することでｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。
電流制御部３４は、差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づきモータ６０のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。具体的には、電流制御部３４は、差分ΔＩｄ，ΔＩｑをなくすようにフィードバック制御することでｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。
【0020】
第２座標変換部３５は、位置検出部６４により検出される電気角θｅに基づきｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは、モータ６０の各相に発生させる電圧値の目標値である。
【0021】
ＰＷＭ信号生成部３６は、ＰＷＭ制御により基準となる三角波と三相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとの比較結果に基づきインバータ回路１０の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を開閉するためのＰＷＭ制御信号Ｓ１を生成する。
【0022】
矩形波制御部４０は、矩形波信号Ｓ２を出力することによりモータ６０を駆動させるインバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を矩形波制御する。矩形波制御部４０は、トルク演算部４１と、減算部４２と、電圧位相制御部４３と、矩形波信号生成部４４とを有している。トルク演算部４１には、位置検出部６４により検出された電気角θｅと、ｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑとが入力される。トルク演算部４１は、電気角θｅ、ｄ軸電流値Ｉｄ、及びｑ軸電流値Ｉｑに基づきモータ６０に発生しうるトルク推定値Ｔｄｅｔを演算する。トルク推定値Ｔｄｅｔは、例えば矩形波制御部４０に設けられた記憶部（図示略）に予め記憶されるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、電気角θｅ、及びトルク推定値Ｔｄｅｔが対向付けられたテーブルを用いて演算される。
【0023】
減算部４２は、外部から入力されるトルク指令値Ｔｒｅｆとトルク推定値Ｔｄｅｔとのトルク差分値ΔＴを演算する。
電圧位相制御部４３は、減算部４２により演算されるトルク指令値Ｔｒｅｆとトルク推定値Ｔｄｅｔとのトルク差分値ΔＴを小さくするように電圧位相角指令値φｉを調整する。電圧位相角指令値φｉの調整は、例えば、トルク差分値ΔＴが小さくなるようにフィードバック制御することで実施できる。そのため、トルク推定値Ｔｄｅｔをトルク指令値Ｔｒｅｆと一致させることが可能性である。
電圧位相制御部４３は、減算部４２により演算されるトルク指令値Ｔｒｅｆとトルク推定値Ｔｄｅｔとのトルク差分値ΔＴを小さくするように電圧位相角指令値φｉを調整する。電圧位相角指令値φｉの調整は、例えば、トルク差分値ΔＴが小さくなるようにフィードバック制御することで実施できる。そのため、トルク推定値Ｔｄｅｔをトルク指令値Ｔｒｅｆと一致させることが可能性である。
【0024】
矩形波信号生成部４４は、電圧位相制御部４３から出力される電圧位相角指令値φｉに対応するカウント値から目標カウント値後のタイミングにおいて、矩形波信号Ｓ２を立ち上げる、もしくは立ち下げる。具体的には、矩形波信号Ｓ２は、電圧位相角指令値φｉに対応するカウント値から目標カウント値後に同一周期で「Ｖｄｃ／２」と「－Ｖｄｃ／２」とを交互に変化する矩形波状の制御信号である。すなわち、矩形波制御部４０は、トルク指令値Ｔｒｅｆとモータ６０のトルク推定値Ｔｄｅｔとのトルク差分値ΔＴに基づきスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を矩形波制御するための矩形波信号Ｓ２を生成する。
【0025】
制御切替部５０は、ＰＷＭ制御部３０により生成されたＰＷＭ制御信号Ｓ１と、矩形波制御部４０により生成された矩形波信号Ｓ２とが入力される。
制御切替部５０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１と矩形波信号Ｓ２とを切り替えて出力することによりＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替える。具体的には、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作を制御するための制御信号ＳとしてＰＷＭ制御信号Ｓ１及び矩形波信号Ｓ２のいずれかを選択して出力することでＰＷＭ制御と矩形波制御を切り替える。なお、制御切替部５０は、モータ６０を動作させた当初は、モータ６０が低回転領域で駆動されるためＰＷＭ制御部３０から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１を制御信号Ｓとして出力している。
制御切替部５０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１と矩形波信号Ｓ２とを切り替えて出力することによりＰＷＭ制御と矩形波制御とを切り替える。具体的には、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング動作を制御するための制御信号ＳとしてＰＷＭ制御信号Ｓ１及び矩形波信号Ｓ２のいずれかを選択して出力することでＰＷＭ制御と矩形波制御を切り替える。なお、制御切替部５０は、モータ６０を動作させた当初は、モータ６０が低回転領域で駆動されるためＰＷＭ制御部３０から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１を制御信号Ｓとして出力している。
【0026】
ドライブ回路２５には、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のゲート端子が接続されている。また、ドライブ回路２５には、制御切替部５０が接続されている。ドライブ回路２５は、制御切替部５０により出力された制御信号Ｓに基づきインバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング動作させる。
【0027】
ここで、制御切替部５０についてより詳しく説明する。
図１及び図２に示すように、制御切替部５０には、ＰＷＭ制御信号Ｓ１及び矩形波信号Ｓ２だけでなく、第１座標変換部２１により出力されるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑ、回転速度演算部２２により出力される回転速度ω、及びＰＷＭ制御部３０の電流指令値演算部３１により演算されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が入力される。制御切替部５０は、これら入力された各種パラメータに基づきＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替え及び矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを制御している。
図１及び図２に示すように、制御切替部５０には、ＰＷＭ制御信号Ｓ１及び矩形波信号Ｓ２だけでなく、第１座標変換部２１により出力されるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑ、回転速度演算部２２により出力される回転速度ω、及びＰＷＭ制御部３０の電流指令値演算部３１により演算されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が入力される。制御切替部５０は、これら入力された各種パラメータに基づきＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替え及び矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを制御している。
【0028】
図２に示すように、制御切替部５０は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１及び矩形波信号Ｓ２を切り替える信号切替部５１と、信号切替部５１による信号Ｓ１，Ｓ２の切り替えの指令を出力する切替指令出力部５２とを備えている。なお、上述したがモータ６０を動作させた当初は、ＰＷＭ制御信号Ｓ１が制御信号Ｓとして採用されるため、切替指令出力部５２はＰＷＭ制御信号Ｓ１をドライブ回路２５に出力するための第１指令信号Ｓｃ１を信号切替部５１に出力している状態である。
【0029】
切替指令出力部５２は、モータ６０の誘起電圧Ｖｉを演算する誘起電圧演算部５２ａと、モータ６０に発生すると推定される誘起電圧である推定誘起電圧Ｖｉｅを演算する推定誘起電圧演算部５２ｂとを備えている。
【0030】
誘起電圧Ｖｉ及び推定誘起電圧Ｖｉｅの演算について説明する。
誘起電圧演算部５２ａは、モータ６０の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき演算されたｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑと、モータ６０の回転速度ωとに基づきモータ６０のｄ軸誘起電圧Ｖｏｄ及びｑ軸誘起電圧Ｖｏｑを演算する。そして、誘起電圧演算部５２ａは、ｄ軸誘起電圧Ｖｏｄ及びｑ軸誘起電圧Ｖｏｑに基づき誘起電圧Ｖｉを演算する。具体的には以下の式で演算される。
誘起電圧演算部５２ａは、モータ６０の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき演算されたｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑと、モータ６０の回転速度ωとに基づきモータ６０のｄ軸誘起電圧Ｖｏｄ及びｑ軸誘起電圧Ｖｏｑを演算する。そして、誘起電圧演算部５２ａは、ｄ軸誘起電圧Ｖｏｄ及びｑ軸誘起電圧Ｖｏｑに基づき誘起電圧Ｖｉを演算する。具体的には以下の式で演算される。
【0031】
Ｖｏｄ＝Ｒ×Ｉｄ－ω×Ｌｑ×Ｉｑ
Ｖｏｑ＝Ｒ×Ｉｑ＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋ω×Ｋｅ
Ｖｉ＝√（Ｖｏｄ＾２＋Ｖｏｑ＾２）
Ｒ…モータの抵抗値、Ｌｄ…モータのｄ軸におけるインダクタンス、Ｌｑ…モータのｑ軸におけるインダクタンス、Ｋｅ…永久磁石の磁束。
Ｖｏｑ＝Ｒ×Ｉｑ＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＋ω×Ｋｅ
Ｖｉ＝√（Ｖｏｄ＾２＋Ｖｏｑ＾２）
Ｒ…モータの抵抗値、Ｌｄ…モータのｄ軸におけるインダクタンス、Ｌｑ…モータのｑ軸におけるインダクタンス、Ｋｅ…永久磁石の磁束。
【0032】
推定誘起電圧演算部５２ｂは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転速度ωに基づきモータ６０に発生すると推定される誘起電圧のｄ軸推定誘起電圧Ｖｏｄ_ｅｓｔ及びｑ軸推定誘起電圧Ｖｏｑ_ｅｓｔを演算する。そして、推定誘起電圧演算部５２ｂは、ｄ軸推定誘起電圧Ｖｏｄ_ｅｓｔ及びｑ軸推定誘起電圧Ｖｏｑ_ｅｓｔに基づき推定誘起電圧Ｖｉｅを演算する。具体的には以下の式で演算される。
【0033】
Ｖｏｄ_ｅｓｔ＝Ｒ×Ｉｄ＊－ω×Ｌｑ×Ｉｑ＊
Ｖｏｑ_ｅｓｔ＝Ｒ×Ｉｑ＊＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＊＋ω×Ｋｅ
Ｖｉｅ＝√（Ｖｏｄ_ｅｓｔ＾２＋Ｖｏｑ_ｅｓｔ＾２）
なお、切替指令出力部５２は、図示しないメモリを有しており、当該メモリには、上記した式を実行するためのプログラムや、モータ６０の抵抗値及びインダクタンスＬｄ，Ｌｑ等のデータが記憶されている。
Ｖｏｑ_ｅｓｔ＝Ｒ×Ｉｑ＊＋ω×Ｌｄ×Ｉｄ＊＋ω×Ｋｅ
Ｖｉｅ＝√（Ｖｏｄ_ｅｓｔ＾２＋Ｖｏｑ_ｅｓｔ＾２）
なお、切替指令出力部５２は、図示しないメモリを有しており、当該メモリには、上記した式を実行するためのプログラムや、モータ６０の抵抗値及びインダクタンスＬｄ，Ｌｑ等のデータが記憶されている。
【0034】
図３（ａ）に示すように、誘起電圧Ｖｉは、モータ６０を動作させた当初からモータ６０の回転数が増加すると徐々にその大きさが増大していく。モータ６０の回転数が増大していくと、モータ６０の回転速度ω、モータ６０のｄ軸電流値Ｉｄ、及びモータ６０のｑ軸電流値Ｉｑが増大する。すなわち、誘起電圧Ｖｉは、回転速度ω、ｄ軸電流値Ｉｄ、及びｑ軸電流値Ｉｑが大きくなるほど増大する。
【0035】
図２及び図３（ａ）に示すように、切替指令出力部５２は、誘起電圧演算部５２ａにより演算されるモータ６０の誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、信号切替部５１に対して矩形波信号Ｓ２をドライブ回路２５に出力するための第２指令信号Ｓｃ２を出力する。すなわち、信号切替部５１において、ＰＷＭ制御信号Ｓ１から矩形波信号Ｓ２に切り替えさせ、矩形波信号Ｓ２を制御信号Ｓとして出力させる。よって、図３（ｂ）に示すように、インバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ＰＷＭ制御された状態から矩形波制御される状態に切り替わる。
【0036】
図４（ａ）に示すように、推定誘起電圧Ｖｉｅは、誘起電圧Ｖｉと同様の傾向を有しており、モータ６０を動作させた当初からモータ６０の回転数が増加すると徐々にその大きさが増大していく。モータ６０の回転数が増大していくと、モータ６０の回転速度ωだけでなく、外部から入力されるトルク指令値Ｔｒｅｆが増大する。すなわち、モータ６０のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びモータ６０のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が増大する。
【0037】
一方で、推定誘起電圧Ｖｉｅは、回転速度ω、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少すると徐々にその大きさが減少していく。なお、誘起電圧Ｖｉにも同様の傾向がある。
【0038】
図２及び図４（ａ）に示すように、切替指令出力部５２は、推定誘起電圧演算部５２ｂにより演算される推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、信号切替部５１に対してＰＷＭ制御信号Ｓ１をドライブ回路２５に出力するための第１指令信号Ｓｃ１を信号切替部５１に出力する。よって、図４（ｂ）に示すように、インバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、矩形波制御された状態からＰＷＭ制御される状態に切り替わる。
【0039】
このように構成された制御切替部５０は、信号切替部５１からＰＷＭ制御信号Ｓ１が出力されている状態（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されている状態）で誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、切替指令出力部５２から第２指令信号Ｓｃ２を信号切替部５１に出力することで矩形波信号Ｓ２に切り替えて出力する。すなわち、制御切替部５０は、誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、インバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＰＷＭ制御された状態から矩形波制御する状態に切り替える。
【0040】
また、制御切替部５０は、信号切替部５１から矩形波信号Ｓ２が出力されている状態（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が矩形波制御されている状態）で推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、切替指令出力部５２から第１指令信号Ｓｃ１を信号切替部５１に出力することでＰＷＭ制御信号Ｓ１に切り替えて出力する。すなわち、制御切替部５０は、推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、インバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を矩形波制御された状態からＰＷＭ制御される状態に切り替える。
【0041】
また、閾値Ｍｔｈについて説明する。
例えば、従来の技術で提案されている変調率Ｖａ（図５参照）を用いる場合、一般的にモータ６０の回転数が増加したとき変調率Ｖａが４／π（約１．２７）を超えるとＰＷＭ制御の制御性が極度に低下することが知られている。そのため、従来の技術では変調率Ｖａが４／πを上回るとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を矩形波制御し、変調率Ｖａが４／πを下回るとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＰＷＭ制御していた。すなわち、モータ６０が高回転領域で駆動していれば矩形波制御、モータ６０が低回転領域で駆動していればＰＷＭ制御を実施していた。
例えば、従来の技術で提案されている変調率Ｖａ（図５参照）を用いる場合、一般的にモータ６０の回転数が増加したとき変調率Ｖａが４／π（約１．２７）を超えるとＰＷＭ制御の制御性が極度に低下することが知られている。そのため、従来の技術では変調率Ｖａが４／πを上回るとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を矩形波制御し、変調率Ｖａが４／πを下回るとスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をＰＷＭ制御していた。すなわち、モータ６０が高回転領域で駆動していれば矩形波制御、モータ６０が低回転領域で駆動していればＰＷＭ制御を実施していた。
【0042】
本実施形態における閾値Ｍｔｈは、上記の変調率Ｖａと同様にモータ６０が低回転領域で駆動しているか、高回転領域で駆動しているかを区分する閾値である。そのため、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａが４／πとなる場合に一致するように設定されている。
【0043】
変調率Ｖａは、以下の式で求められる。
Ｖａ＝（√（Ｖｄ＊＾２＋Ｖｑ＊＾２））／Ｖｄｃ
すなわち、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａが４／πとなるときのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に対応するｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転速度ωに基づき演算された誘起電圧Ｖｉ及び推定誘起電圧Ｖｉｅに一致するように設定されている。
Ｖａ＝（√（Ｖｄ＊＾２＋Ｖｑ＊＾２））／Ｖｄｃ
すなわち、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａが４／πとなるときのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に対応するｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑ、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転速度ωに基づき演算された誘起電圧Ｖｉ及び推定誘起電圧Ｖｉｅに一致するように設定されている。
【0044】
本実施形態の作用について説明する。
上記のように構成されたインバータ制御装置２０は、制御切替部５０からＰＷＭ制御信号Ｓ１が出力されている状態で誘起電圧演算部５２ａにより演算されたモータ６０の誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、矩形波信号Ｓ２を出力する。また、インバータ制御装置２０は、制御切替部５０から矩形波信号Ｓ２が出力されている状態で推定誘起電圧演算部５２ｂにより演算されたモータ６０に発生すると推定される推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力する。よって、インバータ制御装置２０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されている状態で誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替え、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替わる。
上記のように構成されたインバータ制御装置２０は、制御切替部５０からＰＷＭ制御信号Ｓ１が出力されている状態で誘起電圧演算部５２ａにより演算されたモータ６０の誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、矩形波信号Ｓ２を出力する。また、インバータ制御装置２０は、制御切替部５０から矩形波信号Ｓ２が出力されている状態で推定誘起電圧演算部５２ｂにより演算されたモータ６０に発生すると推定される推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力する。よって、インバータ制御装置２０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されている状態で誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替え、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替わる。
【0045】
本実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、モータ６０の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及びモータ６０の回転速度ωに基づいてモータ６０の誘起電圧Ｖｉを演算している。そして、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されている状態で誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、矩形波信号Ｓ２を出力する。すなわち、インバータ制御装置２０は、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えるときに誘起電圧Ｖｉを指標としている。従来のモータ６０のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて演算される変調率Ｖａを指標として用いる場合と比較して、モータ６０の誘起電圧Ｖｉは、モータ６０の駆動状態が反映された電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び回転速度ωによって演算される。そのため、誘起電圧Ｖｉは、閾値Ｍｔｈ近傍での変動が少ない。そして、インバータ制御装置２０は、モータ６０の誘起電圧Ｖｉを指標として用いることによりモータ６０の駆動状態によってＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えることになる。そのため、誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合にＰＷＭ制御から矩形波制御に即座に切り替えることができる。したがって、ＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替えに伴うトルク応答性を向上させることができる。
（１）本実施形態では、モータ６０の各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及びモータ６０の回転速度ωに基づいてモータ６０の誘起電圧Ｖｉを演算している。そして、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６がＰＷＭ制御されている状態で誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合、矩形波信号Ｓ２を出力する。すなわち、インバータ制御装置２０は、ＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えるときに誘起電圧Ｖｉを指標としている。従来のモータ６０のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて演算される変調率Ｖａを指標として用いる場合と比較して、モータ６０の誘起電圧Ｖｉは、モータ６０の駆動状態が反映された電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び回転速度ωによって演算される。そのため、誘起電圧Ｖｉは、閾値Ｍｔｈ近傍での変動が少ない。そして、インバータ制御装置２０は、モータ６０の誘起電圧Ｖｉを指標として用いることによりモータ６０の駆動状態によってＰＷＭ制御から矩形波制御に切り替えることになる。そのため、誘起電圧Ｖｉが閾値Ｍｔｈを上回る場合にＰＷＭ制御から矩形波制御に即座に切り替えることができる。したがって、ＰＷＭ制御から矩形波制御への切り替えに伴うトルク応答性を向上させることができる。
【0046】
（２）矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替える際に、制御切替部５０による制御の切り替えが遅れてしまうとモータ６０に過剰の電流が流れてしまうおそれがある。
その点、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転速度ωに基づきモータ６０に発生すると推定される推定誘起電圧Ｖｉｅを演算している。そして、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力する。すなわち、インバータ制御装置２０は、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替えるときに推定誘起電圧Ｖｉｅを指標としている。モータ６０の駆動状態を示す電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び回転速度ωに基づき演算される誘起電圧Ｖｉよりも早く演算されるため、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを早めに実施することができる。したがって、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えに伴いモータ６０への過剰な電流の供給を抑制できる。
その点、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転速度ωに基づきモータ６０に発生すると推定される推定誘起電圧Ｖｉｅを演算している。そして、制御切替部５０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６が矩形波制御されている状態で推定誘起電圧Ｖｉｅが閾値Ｍｔｈを下回る場合、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を出力する。すなわち、インバータ制御装置２０は、矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替えるときに推定誘起電圧Ｖｉｅを指標としている。モータ６０の駆動状態を示す電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び回転速度ωに基づき演算される誘起電圧Ｖｉよりも早く演算されるため、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えを早めに実施することができる。したがって、矩形波制御からＰＷＭ制御への切り替えに伴いモータ６０への過剰な電流の供給を抑制できる。
【0047】
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
〇 本実施形態では、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａ（＝√（Ｖｄ＊＾２＋Ｖｑ＊＾２））に一致するようにしていたが、これに限らない。例えば、変調率Ｖａは、製品仕様によって適宜係数を乗算してもよい。そのため、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａが当該係数を乗算して演算される場合においては当該係数を考慮して設定することが好ましい。
〇 本実施形態では、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａ（＝√（Ｖｄ＊＾２＋Ｖｑ＊＾２））に一致するようにしていたが、これに限らない。例えば、変調率Ｖａは、製品仕様によって適宜係数を乗算してもよい。そのため、閾値Ｍｔｈは、変調率Ｖａが当該係数を乗算して演算される場合においては当該係数を考慮して設定することが好ましい。
【0048】
〇 本実施形態では、誘起電圧演算部５２ａ及び推定誘起電圧演算部５２ｂが切替指令出力部５２に設けられることにより切替指令出力部５２は、誘起電圧Ｖｉ及び推定誘起電圧Ｖｉｅを演算する機能と、第１指令信号Ｓｃ１及び第２指令信号Ｓｃ２を出力する機能を一括して有していたが、これに限らない。例えば、切替指令出力部５２から誘起電圧Ｖｉ及び推定誘起電圧Ｖｉｅを演算する機能を分けるように誘起電圧演算部５２ａ及び推定誘起電圧演算部５２ｂの配置を変更してもよい。
【0049】
〇 また、誘起電圧演算部５２ａ及び推定誘起電圧演算部５２ｂを制御切替部５０が有していなくてもよく、例えばインバータ制御装置２０における任意の箇所に設けるようにしてもよい。
【0050】
〇 インバータ制御装置２０は、誘起電圧演算部５２ａを備え、推定誘起電圧演算部５２ｂを備えない構成を採用してもよい。このように変更しても、本実施形態の（１）の効果を得ることができる。
【0051】
〇 第１座標変換部２１は、ＰＷＭ制御部３０又は矩形波制御部４０に含まれるように構成されていてもよい。
〇 第１座標変換部２１は、インバータ制御装置２０の外部で演算されてからインバータ制御装置２０のＰＷＭ制御部３０及び矩形波制御部４０に入力されるように変更してもよい。
〇 第１座標変換部２１は、インバータ制御装置２０の外部で演算されてからインバータ制御装置２０のＰＷＭ制御部３０及び矩形波制御部４０に入力されるように変更してもよい。
【0052】
〇 本実施形態では、モータ６０のＶ相の電流値Ｉｖを電流センサ６２により検出していたが、例えば第１座標変換部２１により電流値Ｉｕ，Ｉｗから電流値Ｉｖを演算するように変更してもよい。
【符号の説明】
【0053】
１０…インバータ回路、２０…インバータ制御装置、２１…第１座標変換部、３０…ＰＷＭ制御部、３１…電流指令値演算部、３４…電流制御部、３５…第２座標変換部、３６…ＰＷＭ信号生成部、４０…矩形波制御部、５０…制御切替部、５２ａ…誘起電圧演算部、５２ｂ…推定誘起電圧演算部、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ…電流値、Ｉｄ…ｄ軸電流値、Ｉｑ…ｑ軸電流値、Ｉｄ＊…ｄ軸電流指令値、Ｉｑ＊…ｑ軸電流指令値、ΔＩｄ，ΔＩｑ…差分、ω…回転速度、Ｖｄ＊…ｄ軸電圧指令値、Ｖｑ＊…ｑ軸電圧指令値、Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ…三相電圧指令値、Ｍｔｈ…閾値、Ｔｒｅｆ…トルク指令値、Ｓ１…ＰＷＭ制御信号、Ｓ２…矩形波信号、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
