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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】2024-06-06
(45)【発行日】2024-06-14
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240607BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 W
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022563819
(86)(22)【出願日】2021-11-18
(86)【国際出願番号】 JP2021042379
(87)【国際公開番号】W WO2022107838
(87)【国際公開日】2022-05-27
【審査請求日】2023-04-05
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/043320
(32)【優先日】2020-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/043321
(32)【優先日】2020-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】304021288
【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学
(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】樋渡 天次郎
(72)【発明者】
【氏名】佐野 壮太
(72)【発明者】
【氏名】佐竹 彰
(72)【発明者】
【氏名】大石 潔
(72)【発明者】
【氏名】横倉 勇希
(72)【発明者】
【氏名】小林 勇斗
【審査官】冨永 達朗
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－８９２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平９－１８２４３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子のスイッチング状態量に応じて、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換部、前記スイッチング状態量に基づいて、前記電力変換部から供給される多相交流の電圧出力値を計算する電圧出力計算部、
多相交流の電圧指令値と、前記電圧出力計算部で計算された多相交流の電圧出力値とをそれぞれ積分して、電圧指令積分値と電圧出力積分値とを計算して求める積分値計算部、
前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値とを用いて、前記電力変換部のスイッチング状態量を決定して出力するスイッチング決定部、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
前記スイッチング決定部は、前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値と、外部より入力される許容範囲とに基づいて、前記電力変換部のスイッチング状態量を決定するための設定信号を出力するスイッチング計算部と、
前記設定信号に基づいて、前記電力変換部のスイッチング状態量を決定するスイッチング出力部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記スイッチング計算部は、前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値と、前記許容範囲との関係によりスイッチング状態量を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記スイッチング計算部は、前記電力変換部のスイッチング状態量を前記設定信号として出力する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記スイッチング計算部は、前記電力変換部のスイッチング状態量と、前記スイッチング状態量の継続時間を前記設定信号として出力する、ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記スイッチング計算部は、現在のスイッチング状態量を使用し続けた時に、前記電圧出力積分値と、前記電圧指令積分値に設定した前記許容範囲の限界値とが交差するまでの継続時間を計算し、前記交差した相と、前記スイッチング状態量を決定するスイッチング決定テーブルと、前記交差の際の電圧指令積分値の位相もしくは電圧出力積分値の位相のどちらか一方とに基づき、前記スイッチング状態量を計算し、前記継続時間と、前記スイッチング状態量とを前記設定信号として出力する、ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記スイッチング計算部は、現在のスイッチング状態量を使用し続けた時に、前記電圧指令積分値に設定した前記許容範囲の限界値と、前記電圧出力積分値とが交差するまでの第一の継続時間を計算し、交差した地点から次に前記許容範囲の限界値と、前記電圧出力積分値とが交差するまでの第二の継続時間を複数のスイッチング状態量とに基づいて計算し、第二の継続時間が最も長くなる第一のスイッチング状態量を選択し、前記設定信号として、前記第一の継続時間と、前記第一のスイッチング状態量とを出力する、ことを特徴とする請求項２、３、５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記スイッチング計算部は、前記第二の継続時間が最も長くなる前記第一のスイッチング状態量を選択し、前記電圧出力積分値と、前記許容範囲の限界値とが交差した後に前記第一のスイッチング状態量を切り替えて、次に前記電圧出力積分値と、前記許容範囲の限界値とが交差するまでの第三の継続時間を複数のスイッチング状態量に基づいて計算し、前記第三の継続時間が最も長くなる第二のスイッチング状態量を選択し、前記設定信号として、第一および第二の継続時間とスイッチング状態量との組み合わせを出力する、ことを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記スイッチング計算部は、第Ｎ＋１の継続時間が最も長くなる第Ｎのスイッチング状態量までを計算し、Ｎ個の継続時間とスイッチング状態量との組み合わせを出力する、ことを特徴とする請求項７または８に記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記スイッチング計算部は、前記複数のスイッチング状態量からスイッチング状態量を選択する際に継続時間が最も長くなるスイッチング状態量を選択する、もしくは前記スイッチング状態量の各相のスイッチング切り替わり回数と、継続時間とに基づき、前記各相のスイッチング切り替わり回数の合計値／継続時間の合計値から求まる評価値に基づき、最も評価値が小さいスイッチング状態量を選択する、
ことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項11】
前記負荷は回転電機であり、当該回転電機に流れる電流を検出電流値として検出する電流検出部をさらに備え、前記電流検出部にて検出した前記検出電流値の高調波成分である電流高調波データを計算する高調波処理部と、
前記高調波処理部にて計算した電流高調波データと、高調波電流指令値とに基づき、前記許容範囲を計算する高調波電流制御器と、
前記電流検出部にて検出した前記検出電流値の低周波成分である電流低周波値を計算する低周波抽出部と、
前記低周波抽出部にて計算した電流低周波値と、電流指令値とに基づき、前記多相交流の電圧指令値を計算する電流制御器とを備えることを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項12】
前記低周波抽出部は、前記検出電流値を２点以上検出し、複数の検出電流値に基づき、前記電流低周波値を計算することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。【請求項13】
前記高調波処理部は、前記検出電流値を２点以上検出し、複数の検出電流値に基づき、前記電流高調波データを計算することを特徴とする請求項１１または１２に記載の電力変換装置。【請求項14】
前記スイッチング決定部は、オフセット調整された前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値とに基づいて計算することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。【請求項15】
前記電圧出力計算部は、直流電源の直流電源電圧と、前記スイッチング状態量とに基づいて、前記電力変換部から供給される多相交流の電圧出力値を計算することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を用いた電力変換装置では、一般的に、三角波キャリアと電圧指令値を比較してスイッチング素子のスイッチング状態を決定する三角波キャリア比較ＰＷＭ方式が用いられるが、出力電圧が正弦波を模擬した矩形パルスになるため、基本波である正弦波に加えて高調波が発生し、回転電機に流れる電流、あるいは発生するトルクに脈動（リプルとも呼ばれる）が生じることになる。
【0003】
そこで、この問題を解消するために電力変換部の複数スイッチング素子のスイッチング状態を直接決定する方式（直接スイッチング制御方式）が提案されている。直接スイッチング制御方式の１つに直接トルク制御が知られており、直接トルク制御は、回転電機のトルクと磁束の指令値に対して許容値を設定し、これらの値が許容値を超えた時にスイッチング状態を切り替える方式である。磁束とトルク脈動を抑えるようにスイッチング状態を決定するため、前記ＰＷＭ方式に対して、回転電機に流れる電流、あるいは発生するトルク脈動を低減できる。また、許容値を大きく設定することで、電力変換部の複数スイッチング素子のスイッチング状態が遷移する回数が少なくなるため、スイッチング状態の遷移時に発生するスイッチング損失も小さくできる。
【0004】
また、前記直接トルク制御を改良した直接スイッチング制御方式としてモデル予測制御が知られている。モデル予測制御は電力変換部の全候補のスイッチング状態による回転電機に流れる電流、発生するトルク、あるいは磁束を回転電機の状態方程式に基づいて計算し、計算したこれらの値に基づいてスイッチング状態を決定する方式である。このように回転電機の駆動状態の予測値に基づいて、スイッチング状態を制御することで、前記ＰＷＭ方式と前記直接トルク制御と比較して、過渡状態における電流、トルク、磁束の時定数の向上、定常状態における電流、あるいはトルク脈動を低減でき、スイッチング状態の遷移回数も少なくなり、スイッチング損失も小さくできる。
【0005】
しかしながら、全候補のスイッチング状態による回転電機の値を計算するために、回転電機の状態方程式を計算する必要があり、計算量が非常に多くなる。また、使用する回転電機のパラメータが多く、パラメータ誤差の影響を受けやすいという欠点がある。
【0006】
例えば、下記の特許文献１記載の従来技術においては、電圧値を積分した値に基づいた直接スイッチング制御方式が検討されている。この制御方式は、電圧指令値ベクトルと電圧出力ベクトルの誤差を積分し、この積分値が電圧指令値ベクトルに設定した境界円を超えた場合に、境界円の中心に最も近い方向の電圧出力ベクトルを出力するものである。このため、電圧指令ベクトルと電圧出力ベクトルの電圧積分誤差を長く境界円に留まるようにスイッチング状態を決定するため、電力変換部におけるスイッチング素子のスイッチング遷移回数を必要最低限に抑えながら、出力電圧を正弦波状に制御される。
【0007】
また、下記の特許文献２記載の従来技術においては、回転電機の磁束に基づいた直接スイッチング制御方式が検討されている。この制御方式は、回転電機の磁束の基準回転磁束をあらかじめ設定し、基準回転磁束に設定した許容範囲に計算した磁束の偏差が収まるように零電圧ベクトルと非零電圧ベクトルを適宜出力するものである。このため、回転電機の磁束を円周で設定された基準回転磁束に沿うように制御されるため、回転電機に流れる高調波電流に起因した鉄損と銅損、およびトルク脈動が抑制される。
【0008】
さらに、下記の特許文献３記載の従来技術においてはモデル予測制御に基づいた直接トルク制御により直接スイッチング制御方式が検討されている。この制御方式は、回転電機の状態方程式に基づいて回転電機のトルクと固定子磁束を定められた区間において予測演算し、予測した区間においてトルクと固定子磁束が所望の許容値を満たしつつ、各相スイッチング素子のスイッチング遷移回数が最小となるスイッチングパターン（複数スイッチング状態の組み合わせ）を探索する。このため、定常状態において所望のトルクと固定子磁束のリプルの条件下で、最小限のスイッチング遷移回数となる。また、トルクに関わるステップ指令などの過渡状態においては、回転電機のトルクと固定子磁束の予測値の中で、最もトルク指令に追従するスイッチング状態を選択するため、高速なトルク応答時間を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開平１１－８９２４４号公報
【文献】特開昭５９－０２５５９２号公報
【文献】特開２０１１－１５２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献１に記載されているような電圧値を積分した値に基づいた直接スイッチング制御方式は、電圧指令値ベクトルに設定した境界円を電圧指令ベクトルと電圧出力ベクトルの誤差の積分値が超えた場合に、スイッチング遷移回数が少なくなるようにスイッチング状態を切り替える。しかしながら、常に境界円の中心に最も近い方向の電圧出力ベクトルを選択するため、零電圧ベクトルを積極的に選択することができず、スイッチング状態が遷移する回数の低減効果には限界がある。
【0011】
また、特許文献２に記載されているような回転電機の磁束に基づいた直接スイッチング制御方式は、回転電機の磁束が基準回転磁束に設定した円状の許容範囲に収まるように零電圧ベクトルと非零電圧ベクトルを適宜選択する。そのため、特許文献１と比較して、零電圧ベクトルを選択することで、スイッチング遷移回数を低減しやすいが回転電機の磁束が含まれる領域毎に選択する電圧ベクトルを切り替える必要があるため、スイッチング状態を決定するテーブルが煩雑になる。また、基準回転磁束のベクトルに対して設定した円状の許容範囲に基づいて、電圧ベクトルを切り替えるか判定するため、切り替え判定時の計算量が多くなる。
【0012】
さらに、特許文献３に記載されているようなモデル予測制御に基づいた直接トルク制御は、特許文献１と特許文献２と比較して、制御対象である回転電機のトルクと固定子磁束の予測値を計算してスイッチング状態を決定するため、過渡状態の高速なトルク応答時間を維持しながら、定常状態のスイッチング損失を低減することができるが、回転電機の状態方程式に基づいてスイッチング状態を計算するため、回転電機のパラメータを多く使用することに加えて、回転電機の速度と回転電機に流れる電流値を使用するため、各パラメータにて誤差が生じた場合にスイッチング損失の低減効果が劣化することになる。
【0013】
本願は、前記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、
電力変換部のスイッチング状態量から求めた多相交流の各相の電圧値を積分した値と電圧指令値を積分した値とに基づき、スイッチング状態量を決定することにより、安価なマイコンにも実装可能な電力変換部のスイッチング損失を低減する電力変換装置を提供することを目的とする。
電力変換部のスイッチング状態量から求めた多相交流の各相の電圧値を積分した値と電圧指令値を積分した値とに基づき、スイッチング状態量を決定することにより、安価なマイコンにも実装可能な電力変換部のスイッチング損失を低減する電力変換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】
【0014】
本願に開示される電力変換装置は、
複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子のスイッチング状態量に応じて、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換部、
前記スイッチング状態量に基づいて、前記電力変換部から供給される多相交流の電圧出力値を計算する電圧出力計算部、
前記多相交流の電圧指令値と、前記電圧出力計算部で計算された前記多相交流の電圧出力値とを、それぞれ積分して、電圧指令積分値と電圧出力積分値とを計算して求める積分値計算部、
前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値とを用いて、前記電力変換部のスイッチング状態量を決定して出力するスイッチング決定部、
を備えるものである。
複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子のスイッチング状態量に応じて、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換部、
前記スイッチング状態量に基づいて、前記電力変換部から供給される多相交流の電圧出力値を計算する電圧出力計算部、
前記多相交流の電圧指令値と、前記電圧出力計算部で計算された前記多相交流の電圧出力値とを、それぞれ積分して、電圧指令積分値と電圧出力積分値とを計算して求める積分値計算部、
前記電圧指令積分値と、前記電圧出力積分値とを用いて、前記電力変換部のスイッチング状態量を決定して出力するスイッチング決定部、
を備えるものである。
【発明の効果】
【0015】
本願に開示される電力変換装置によれば、
電力変換部のスイッチング状態量から求めた多相交流の各相の電圧値を積分した値と電圧指令値を積分した値とに基づき、スイッチング状態量を決定することにより、安価なマイコンにも実装可能な電力変換部のスイッチング損失を低減する電力変換装置を提供することが可能となる。
電力変換部のスイッチング状態量から求めた多相交流の各相の電圧値を積分した値と電圧指令値を積分した値とに基づき、スイッチング状態量を決定することにより、安価なマイコンにも実装可能な電力変換部のスイッチング損失を低減する電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態１に係る電力変換装置のハードウェア構成図である。
【図3】実施の形態１に係る電力変換部の全候補のスイッチング状態を示す図である。
【図4】実施の形態１に係る電力変換部のスイッチング状態指標と多相電圧出力値Ｖｏｕｔとの関係を示す図である。
【図5】実施の形態１に係る電力変換部のスイッチング状態量の更新判定方法と決定方法について説明するための図である。
【図6】実施の形態１に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図7】実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図8】実施の形態２に係る電力変換部のスイッチング状態量の更新判定方法と決定方法について説明するための図である。
【図9】実施の形態２に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図10】実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図11】実施の形態３に係る電力変換装置のハードウェア構成図である。
【図12】実施の形態３に係る電力変換部のスイッチング状態量の更新判定方法と決定方法について説明するための図である。
【図13】実施の形態３に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図14】実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図15】実施の形態４に係る速度推定演算部の構成を示すブロック図である。
【図16】実施の形態４に係る電力変換装置のハードウェア構成図である。
【図17】実施の形態４に係る電力変換部のスイッチング状態量の更新判定方法と決定方法について説明するための図である。
【図18】実施の形態４に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図19】実施の形態５に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図20】実施の形態５に係る学習済みモデルおよび教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。
【図21】実施の形態５に係る学習済みモデルを生成するためのハードウェア構成図である。
【図22】実施の形態５に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図23】実施の形態６に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図24】実施の形態６に係る電力変換装置のスイッチング状態量とスイッチング状態量の継続時間の計算方法について説明するための図である。
【図25】実施の形態６に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図26】実施の形態７に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図27】実施の形態７に係る検出した電流値から電流高調波データを計算する方法について説明するための図である。
【図28】実施の形態７に係る検出した電流値から電流低周波データを計算する方法について説明するための図である。
【図29】実施の形態７に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図30】実施の形態８に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図31】実施の形態８に係る電力変換装置のハードウェア構成図である。
【図32】実施の形態８に係る電力変換部の全候補のスイッチング状態量を示す図である。
【図33】実施の形態８に係るスイッチングパターンを説明する図である。
【図34】実施の形態８に係る電圧出力積分値を初期値として全候補の電圧予測値の積分値を説明する図である。
【図35】実施の形態８に係る電圧指令値の位相６０度にわたる電圧指令積分値と電圧予測値の積分値の軌跡を説明する図である。
【図36】実施の形態８に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図37】実施の形態９に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図38】実施の形態９に係る電力変換装置の電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値に許容値を設定した値と電圧予測値の積分値の軌跡を説明する図である。
【図39】実施の形態９に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図40】実施の形態１０に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図41】実施の形態１０に係る電力変換装置のハードウェア構成図である。
【図42】実施の形態１０に係る電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値に許容値を設定した値と電圧予測値の積分値の軌跡を説明する図である。
【図43】実施の形態１０に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図44】実施の形態１１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図45】実施の形態１１に係る電力変換装置に用いられる学習済みモデルおよび教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。
【図46】実施の形態１１に係る電力変換装置に用いられる学習済みモデルを生成するためのハードウェア構成図である。
【図47】実施の形態１１に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【図48】実施の形態１２に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図49】実施の形態１２に係る電力変換装置の速度推定演算部の構成を示すブロック図である。
【図50】実施の形態１２に係る電力変換装置の動作例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
実施の形態１．
本願は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に、回転電機に電力を供給するための電力変換部の複数スイッチング素子のスイッチング状態の制御を行う電力変換装置に関するものである。以下、本願の実施の形態１に係る電力変換装置について、図を用いて説明する。
図１は実施の形態１による電力変換装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１００は、主回路である電力変換部１と、電力変換部１を出力制御する制御装置１０とを備え、直流電源２と負荷３との間に接続される。
本願は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に、回転電機に電力を供給するための電力変換部の複数スイッチング素子のスイッチング状態の制御を行う電力変換装置に関するものである。以下、本願の実施の形態１に係る電力変換装置について、図を用いて説明する。
図１は実施の形態１による電力変換装置１００の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１００は、主回路である電力変換部１と、電力変換部１を出力制御する制御装置１０とを備え、直流電源２と負荷３との間に接続される。
【0018】
電力変換部１は、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給して負荷３を駆動する。負荷３は、電力変換部１から供給された交流電力によって駆動される。なお、負荷３として、例えば変圧器またはリアクトル、誘導電動機または同期電動機等の各種の電動機を用いることができる。
【0019】
制御装置１０は、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、電力変換部１から負荷３に出力する多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔをそれぞれ積分して、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆ（ここで、許容範囲は１つの値だけから決定されるとは限らず、広がりを持った領域から決定されても良い。以下では、これら両方の意味を含めるため、許容範囲ΔＰｒｅｆと呼ぶ）とに基づき、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するか否かを判定する更新信号Ｓｎｅｗを算出するスイッチング更新判定部１３と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４とを備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング更新判定部１３とスイッチング決定テーブル１４によって決定するため、後述するスイッチング決定部３００に相当する。
【0020】
スイッチング更新判定部１３は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとに基づき、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定する。例えば、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力し、スイッチング状態量ＳＷＳを更新しない場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力する。更新信号Ｓｎｅｗの算出方法についての詳細は後述する。
【0021】
スイッチング決定テーブル１４は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。この決定されたスイッチング状態量を、以降、決定ＳＷＳと呼ぶ。例えば、更新信号Ｓｎｅｗが１の場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新し、更新信号Ｓｎｅｗが０の場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新しない、つまりスイッチング状態量ＳＷＳを維持する。スイッチング決定テーブル１４の詳細は後述する。
【0022】
図２は、電力変換装置１００を実現するハードウェア構成図である。
電力変換部１は、直流電源２の直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路により構成され、負荷３を駆動する。電力変換部１は、それぞれ、ダイオードＤが逆並列接続された複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。そして、各相の上アームと下アームとの接続点からバスバーによって負荷３の各相の入力端子に接続されている。この場合、ｕ相はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、ｖ相はスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備え、ｗ相はスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備える。
電力変換部１は、直流電源２の直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路により構成され、負荷３を駆動する。電力変換部１は、それぞれ、ダイオードＤが逆並列接続された複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。そして、各相の上アームと下アームとの接続点からバスバーによって負荷３の各相の入力端子に接続されている。この場合、ｕ相はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、ｖ相はスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備え、ｗ相はスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備える。
【0023】
制御装置１０は、プロセッサ４０および記憶装置４１で構成される。
記憶装置４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置（図示省略）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、等の不揮発性の補助記憶装置（図示省略）とを備えている。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにフラッシュメモリを使用してもよい。
プロセッサ４０は記憶装置４１から入力された制御プログラムを実行する。
記憶装置４１は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ４０には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラム４２が入力される。
記憶装置４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置（図示省略）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、等の不揮発性の補助記憶装置（図示省略）とを備えている。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにフラッシュメモリを使用してもよい。
プロセッサ４０は記憶装置４１から入力された制御プログラムを実行する。
記憶装置４１は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ４０には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラム４２が入力される。
【0024】
プロセッサ４０は、演算結果などの処理データ４３を記憶装置４１の揮発性記憶装置に出力し、これらの処理データを、必要に応じて揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存する。
上述したように、制御装置１０は、電力変換部１の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング状態量ＳＷＳを出力して電力変換部１を制御する。
上述したように、制御装置１０は、電力変換部１の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング状態量ＳＷＳを出力して電力変換部１を制御する。
【0025】
図３は、電力変換部１の２レベルを対象とした場合の複数のスイッチング素子のスイッチング状態量の一例を示す図である。スイッチング状態量ＳＷＳは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン（：１）とオフ（：０）の信号の組み合わせで決まる。この場合、この組み合わせは、オンに対応するスイッチング状態であるレベル１とオフに対応するスイッチング状態であるレベル０で示したスイッチングパラメータ（スイッチング状態のレベルを表す数値）により、一意に対応して定まるため、スイッチング状態を表す指標として定めることができる。
この図３では、ｕ相のスイッチング状態ＳＷｕ、ｖ相のスイッチング状態ＳＷｖ、ｗ相のスイッチング状態ＳＷｗをそれぞれ規定するスイッチング素子Ｑ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６のスイッチング状態レベルの数値の組み合わせが全部で９通りあるため、これらを９通りのスイッチング状態指標ＳＷ０～ＳＷ８で表わすことで区別するようにしている。
具体的には、上アームおよび下アームのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の内、一方がオンで他方がオフとなる８通りのスイッチング状態量ＳＷＳ（スイッチング状態指標ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７にそれぞれ対応するスイッチング状態量）と、電力変換部１の動作停止時に全てのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオフするスイッチング状態量ＳＷＳ（スイッチング状態指標ＳＷ８に対応するスイッチング状態量）の９通りのスイッチング状態量ＳＷＳがある。
この図３では、ｕ相のスイッチング状態ＳＷｕ、ｖ相のスイッチング状態ＳＷｖ、ｗ相のスイッチング状態ＳＷｗをそれぞれ規定するスイッチング素子Ｑ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６のスイッチング状態レベルの数値の組み合わせが全部で９通りあるため、これらを９通りのスイッチング状態指標ＳＷ０～ＳＷ８で表わすことで区別するようにしている。
具体的には、上アームおよび下アームのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の内、一方がオンで他方がオフとなる８通りのスイッチング状態量ＳＷＳ（スイッチング状態指標ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、ＳＷ７にそれぞれ対応するスイッチング状態量）と、電力変換部１の動作停止時に全てのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオフするスイッチング状態量ＳＷＳ（スイッチング状態指標ＳＷ８に対応するスイッチング状態量）の９通りのスイッチング状態量ＳＷＳがある。
【0026】
電圧出力計算部１１は、多相電圧が三相電圧の場合において、三相電圧出力値Ｖ３ｏｕｔの各相の電圧出力、すなわち、ｕ相電圧Ｖｕ、ｖ相電圧Ｖｖ、ｗ相電圧Ｖｗの値が、図３に示す電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、図４のように計算される。図４に示したように、スイッチング状態指標ＳＷ０～ＳＷ８に対応させて、ｕ相電圧Ｖｕ、ｖ相電圧Ｖｖ、ｗ相電圧Ｖｗの値が示されている。ここで、Ｖｄｃは直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを表している。
【0027】
図５は、スイッチング更新判定部１３とスイッチング決定テーブル１４による電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する方法について説明するための図である。なお、詳しく言うと、図５は、図５Ａと、この図５Ａの一部拡大図である図５Ｂの２つの図から構成されている。なお、図５Ａと図５Ｂでは、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを積分した電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを、三相の静止座標系であるｕｖｗ座標系において、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する場合を代表例として示している。
【0028】
ここでは、多相電圧指令値Ｖｒｅｆがｕｖｗ三相の静止座標系において定常状態であると仮定すると、ｕｖｗ三相の電圧指令値の周波数にしたがって変化する。そして、例えば周波数が正の場合は、反時計方向に、円状に変化する。そのため、三相電圧指令値Ｖ３ｒｅｆを積分した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆも、反時計方向に、円状に変化する。
【0029】
三相電圧出力値Ｖ３ｏｕｔは、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳにより、図４のようにして決定される値であり、スイッチング状態指標ＳＷ０～ＳＷ７に対応して、Ｖｄｃ／２と－Ｖｄｃ／２の２値にしたがって、ｕｖｗ座標上に描かれることになる。そして、ｕ相、ｖ相、ｗ相全ての電圧の合成ベクトルが実際に出力される電圧出力値になる。この時、スイッチング状態指標ＳＷ０、ＳＷ７、ＳＷ８に対応する各スイッチング状態量は、各相の上アームのスイッチング状態量ＳＷＳによる合成ベクトルが零となるため、零の電圧出力値が３通り、非零の電圧出力値が６通りということになる。
【0030】
図５Ａ、図５Ｂに示したように、三相電圧指令値Ｖ３ｒｅｆを積分した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆに対して設定した許容範囲ΔＰ３ｒｅｆによって、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆが描かれている。三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆに対して許容範囲ΔＰ３ｒｅｆを設定した三相電圧許容値Ｐ３ｄｅｌｔａは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの各相に対して許容範囲ΔＰ３ｒｅｆを設定するため（図中、Δｕがｕ相の許容範囲、Δｖがｖ相の許容範囲、Δｗがｗ相の許容範囲を示す）、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆとなる。この六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔとに基づいて、スイッチング更新判定部１３は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する必要があるかどうかを判定する。以下、この手法についてさらに詳しく説明する。
【0031】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、開始点として、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の下限値と交差する点（図５Ｂの点ＶＳ参照）としている。
まず、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の下限値と交差しているため（交差点は点ＶＳ）、スイッチング更新判定部１３は更新信号Ｓｎｅｗとして、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する１を出力する。スイッチング決定テーブル１４は、更新信号Ｓｎｅｗが１であるため、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
この時、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形（両者の交差点は図５Ｂの点Ｖ１ｉ）の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｄ）と隣り合う辺（これらの辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｃと辺Ｖ１e）を含めた３辺ではない辺（具体的には、この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ａ）であるｖ相の下限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
ここで、非零電圧ベクトルは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｄ）に変化するスイッチング状態量ＳＷＳを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１として、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔがｖ相の上限値（図５Ｂの辺Ｖ１ｄに対応）の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３が選択される。
まず、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の下限値と交差しているため（交差点は点ＶＳ）、スイッチング更新判定部１３は更新信号Ｓｎｅｗとして、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する１を出力する。スイッチング決定テーブル１４は、更新信号Ｓｎｅｗが１であるため、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
この時、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形（両者の交差点は図５Ｂの点Ｖ１ｉ）の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｄ）と隣り合う辺（これらの辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｃと辺Ｖ１e）を含めた３辺ではない辺（具体的には、この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ａ）であるｖ相の下限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
ここで、非零電圧ベクトルは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（この辺は図５Ｂの辺Ｖ１ｄ）に変化するスイッチング状態量ＳＷＳを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１として、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔがｖ相の上限値（図５Ｂの辺Ｖ１ｄに対応）の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３が選択される。
【0032】
次に、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形（両者の交差点は図５Ｂの点Ｖ２ｉ）の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（この辺は図５Ｂの辺Ｖ２ｃ）と隣り合う辺（これらの辺は図５Ｂの辺Ｖ２ｂと辺Ｖ２ｄ）を含めた３辺ではない辺（具体的には、この辺は図５Ｂの辺Ｖ２ｆ）であるのｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
ここで、非零電圧ベクトルは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（具体的には、この辺は図５Ｂの辺Ｖ２ｃ）に変化するスイッチング状態量ＳＷＳを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ２は、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔがｕ相の下限値（図５Ｂの辺Ｖ２ｃに対応）の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４が選択される。
ここで、非零電圧ベクトルは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺（具体的には、この辺は図５Ｂの辺Ｖ２ｃ）に変化するスイッチング状態量ＳＷＳを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ２は、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔがｕ相の下限値（図５Ｂの辺Ｖ２ｃに対応）の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４が選択される。
【0033】
その後、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形（両者の交差点は図５Ｂの点Ｖ３ｉ）の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺の内、ｕ相の下限値（図５Ｂの辺Ｖ３ｃに対応）に到達するため、スイッチング状態量ＳＷＳ３として零電圧ベクトルとなるスイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に基づくスイッチング状態量が出力される。
【0034】
以上をまとめると、図５Ａ、図５Ｂに示したように、開始時点である六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の下限値と交差した時は、スイッチング状態量ＳＷＳ１として三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の上限値の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３に応じたスイッチング状態量が出力される。
次にｕ相の上限値と交差した時は、スイッチング状態量ＳＷＳ２として三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
その後、ｕ相の下限値と交差した時は、スイッチング状態量ＳＷＳ３として零電圧ベクトルとなるスイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に対応したスイッチング状態量が出力される。すなわち、いずれの場合においても、スイッチング状態量は、前記電圧指令積分値の変化を表わすベクトルから定まると言える。
次にｕ相の上限値と交差した時は、スイッチング状態量ＳＷＳ２として三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値の方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
その後、ｕ相の下限値と交差した時は、スイッチング状態量ＳＷＳ３として零電圧ベクトルとなるスイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に対応したスイッチング状態量が出力される。すなわち、いずれの場合においても、スイッチング状態量は、前記電圧指令積分値の変化を表わすベクトルから定まると言える。
【0035】
このようにして、各相の電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、スイッチング状態量ＳＷＳを更新するか判定する更新信号Ｓｎｅｗをスイッチング更新判定部１３にて計算し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳをスイッチング決定テーブル１４のスイッチング状態指標に従って決定することで、少ない計算量にて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳの遷移時に生じるスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓが低減される。
【0036】
次に、この実施の形態１の電力変換装置１００における制御動作について、以下、図を用いて詳しく説明する。
【0037】
図６は、電力変換装置１００における制御動作を説明するフローチャートを示す図である。
まず、電圧出力計算部１１は、スイッチング決定テーブル１４が出力したスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ１）。
次に、積分値計算部１２は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する（ステップＳ２）。
スイッチング更新判定部１３は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づいて、図５のように電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを計算する（ステップＳ３）。
スイッチング決定テーブル１４は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づいて、図５に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ４）。
電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４にて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力する（ステップＳ５）。
負荷３は、電力変換部１から出力された交流電力によって駆動制御される（ステップＳ６）。
まず、電圧出力計算部１１は、スイッチング決定テーブル１４が出力したスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ１）。
次に、積分値計算部１２は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する（ステップＳ２）。
スイッチング更新判定部１３は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づいて、図５のように電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを計算する（ステップＳ３）。
スイッチング決定テーブル１４は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づいて、図５に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ４）。
電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４にて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力する（ステップＳ５）。
負荷３は、電力変換部１から出力された交流電力によって駆動制御される（ステップＳ６）。
【0038】
以上説明したように、この実施の形態１の電力変換装置１００は、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、スイッチング決定テーブル１４が出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆと、に基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するスイッチング更新判定部１３と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆから計算した電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４とを備え、スイッチング更新判定部１３は、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａにより構成される六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのいずれかの辺に三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔのいずれかの相が到達した場合に、更新信号Ｓｎｅｗとして１、それ以外の場合は更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力し、スイッチング決定テーブル１４は更新信号Ｓｎｅｗが１の場合に、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
スイッチング決定テーブル１４は、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向に変化する非零電圧ベクトルを出力する。
スイッチング決定テーブル１４は、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向に変化する非零電圧ベクトルを出力する。
【0039】
このため、実施の形態１の電力変換装置１００は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆに多相電圧出力値Ｖｏｕｔを積分した電圧出力積分値Ｐｏｕｔを追従させつつ、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳの更新判定を電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとの各相の値に基づいて算出し、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆから計算した電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗと、に基づいて決定するため、安価なマイコンにも実装可能な計算量にて、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを低減するように負荷３を駆動制御することができる。
【0040】
【0041】
図７に示したように、電力変換装置１００Ａのスイッチング決定テーブル１４Ａは、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルを出力する際の選択方法において、上述の実施の形態１に係る電力変換装置１００のスイッチング決定テーブル１４と異なる。以下においては、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【0042】
図７に示すように、実施の形態２による電力変換装置１００Ａは、実施の形態１による制御装置１０が有するスイッチング決定テーブル１４に代えて、制御装置１０Ａが有するスイッチング決定テーブル１４Ａを備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング更新判定部１３とスイッチング決定テーブル１４Ａによって決定するため、後述するスイッチング決定部３００に相当する。
【0043】
スイッチング決定テーブル１４Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。スイッチング状態量ＳＷＳの決定方法についての詳細は後述する。
【0044】
図８は、スイッチング更新判定部１３とスイッチング決定テーブル１４Ａによる電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する方法について説明している。図８では、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを三相の静止座標系であるｕｖｗ座標において電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する場合としている。スイッチング更新判定部１３における、スイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの判定方法は実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0045】
実施の形態２におけるスイッチング決定テーブル１４Ａと実施の形態１におけるスイッチング決定テーブル１４との違いは、スイッチング状態量ＳＷＳとして出力する非零電圧ベクトルの選択方法である。
【0046】
実施の形態１では、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺に到達した場合に、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルを出力し、非零電圧ベクトルは電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向に変化する非零電圧ベクトルを出力していた。
【0047】
これに対して、実施の形態２の非零電圧ベクトルは、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力する。図８は開始時点として、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の上限値と交差する時点としている。
【0048】
まず、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと交差しているため、スイッチング更新判定部１３は、更新信号Ｓｎｅｗとして１が出力する。スイッチング決定テーブル１４Ａは、更新信号Ｓｎｅｗが１であるため、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
【0049】
この時、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
【0050】
非零電圧ベクトルは、到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１は、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0051】
次に、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｖ相の下限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
【0052】
非零電圧ベクトルは、到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ２は、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の上限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３に応じたスイッチング状態量が出力される。
【0053】
次に、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
【0054】
非零電圧ベクトルは、到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ３は、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0055】
その後、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔは三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺の内、ｕ相の下限値に到達するため、スイッチング状態量ＳＷＳ４として零電圧ベクトルとなる、スイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に応じたスイッチング状態量が出力される。
【0056】
従って、実施の形態１のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態２では、図８のスイッチング状態量ＳＷＳ１からＳＷＳ２への遷移のように、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対して電圧出力積分値Ｐｏｕｔの誤差が小さくなるように非零電圧ベクトルを出力するため、計算コストを増やすことなく、高調波電圧Ｖｔｈｄ（電圧の高調波成分Ｖｔｈｄとも呼ぶ）および高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄが抑制される。
【0057】
【0058】
まず、実施の形態１と同様の手順で処理を実行し、スイッチング更新判定部１３は、許容範囲ΔＰｒｅｆと、電圧出力計算部１１と、積分値計算部１２とで計算された電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを出力する（ステップＳ１からステップＳ３）。
【0059】
次に、スイッチング決定テーブル１４Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、図８に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ７）。
そして、電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４Ａにて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力し、負荷３が駆動制御される（ステップＳ８とステップＳ９）。ここで、ステップＳ８の動作は、図６に示したステップＳ５の動作と同じであり、ステップＳ９の動作は図６に示したステップＳ６の動作と同じである。
そして、電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４Ａにて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力し、負荷３が駆動制御される（ステップＳ８とステップＳ９）。ここで、ステップＳ８の動作は、図６に示したステップＳ５の動作と同じであり、ステップＳ９の動作は図６に示したステップＳ６の動作と同じである。
【0060】
この実施の形態２の電力変換装置１００Ａは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、スイッチング決定テーブル１４Ａが出力したスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するスイッチング更新判定部１３と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆから計算した電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４Ａとを備え、スイッチング更新判定部１３は、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａにより構成される六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのいずれかの辺を三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔのいずれかの相が到達した場合に更新信号Ｓｎｅｗとして１、それ以外の場合は更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力し、スイッチング決定テーブル１４Ａは更新信号Ｓｎｅｗが１の場合に、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
スイッチング決定テーブル１４Ａは、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして電圧出力積分値Ｐｏｕｔが到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力する。
スイッチング決定テーブル１４Ａは、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして電圧出力積分値Ｐｏｕｔが到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力する。
【0061】
このため、実施の形態２の電力変換装置１００Ａは、実施の形態１よりも電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧出力積分値Ｐｏｕｔとの誤差を小さくできるため、計算コストを増やすことなく高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄを抑制できる。
【0062】
【0063】
図１０に示すように、電力変換装置１００Ｂは、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧出力積分値Ｐｏｕｔのオフセット値を調整するためのオフセット調整部１６とをさらに備え、電圧出力計算部１１Ａは母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する点と、スイッチング更新判定部１３Ａがオフセット調整部１６にて計算された補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、に基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定する点と、スイッチング決定テーブル１４Ｂが電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルを出力する際の選択方法で、実施の形態２による電力変換装置１００Ａと異なる。
以下において、実施の形態１、２と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２と異なる点を中心に説明する。
以下において、実施の形態１、２と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１、２と異なる点を中心に説明する。
【0064】
図１０に示すように、実施の形態３による電力変換装置１００Ｂは、実施の形態２による電力変換装置１００Ａと比較して、母線電圧検出部１５をさらに備え、実施の形態２による制御装置１０Ａが有する電圧出力計算部１１と、スイッチング更新判定部１３と、スイッチング決定テーブル１４Ａに代えて、制御装置１０Ｂが有する電圧出力計算部１１Ａと、スイッチング更新判定部１３Ａと、スイッチング決定テーブル１４Ｂを備え、さらに制御装置１０Ｂはオフセット調整部１６を備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング更新判定部１３Ａとスイッチング決定テーブル１４Ｂによって決定するため、後述するスイッチング決定部３００に相当する。
【0065】
まず、実施の形態２の電力変換装置１００Ａとの差異である実施の形態３の電力変換装置１００Ｂにおける電圧出力計算部１１Ａと、スイッチング更新判定部１３Ａと、スイッチング決定テーブル１４Ｂと、母線電圧検出部１５と、オフセット調整部１６との機能について説明する。
【0066】
母線電圧検出部１５は、電力変換部１における母線電圧Ｖｄｃを検出する。
電圧出力計算部１１Ａは、スイッチング決定テーブル１４Ｂの出力したスイッチング状態量ＳＷＳと、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する。
電圧出力計算部１１Ａは、スイッチング決定テーブル１４Ｂの出力したスイッチング状態量ＳＷＳと、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する。
【0067】
オフセット調整部１６は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとのそれぞれの値のオフセット値を０に調整し、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐを出力する。
スイッチング更新判定部１３Ａは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定する更新信号Ｓｎｅｗを出力する。例えば、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力し、スイッチング状態量ＳＷＳを更新しない場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力する。
スイッチング更新判定部１３Ａは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定する更新信号Ｓｎｅｗを出力する。例えば、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力し、スイッチング状態量ＳＷＳを更新しない場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力する。
【0068】
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。スイッチング状態量ＳＷＳの決定方法についての詳細は後述する。
【0069】
図１１は、電力変換装置１００Ｂを実現するハードウェア構成を示した図である。
実施の形態１の電力変換装置１００と比較して、実施の形態３の電力変換装置１００Ｂのハードウェア構成図は、母線電圧検出部１５をさらに備える点で異なる。ここで、母線電圧検出部１５は、直流電源２の正側（＋）と負側（―）の電圧差を測定して母線電圧Ｖｄｃを検出する機構である。
実施の形態１の電力変換装置１００と比較して、実施の形態３の電力変換装置１００Ｂのハードウェア構成図は、母線電圧検出部１５をさらに備える点で異なる。ここで、母線電圧検出部１５は、直流電源２の正側（＋）と負側（―）の電圧差を測定して母線電圧Ｖｄｃを検出する機構である。
【0070】
図１２は、スイッチング更新判定部１３Ａとスイッチング決定テーブル１４Ｂによる電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する方法について説明するための図である。この図１２では、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとを三相の静止座標系であるｕｖｗ座標系において電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する場合を示している。
【0071】
スイッチング更新判定部１３Ａにおける、スイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの判定方法は、入力値が補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに変更しているのみであり、方法自体は実施の形態１、２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0072】
次に、実施の形態３におけるスイッチング決定テーブル１４Ｂと実施の形態２におけるスイッチング決定テーブル１４Ａとの違いについて説明する。この違いは、スイッチング状態量ＳＷＳとして出力する非零電圧ベクトルの選択方法にある。
【0073】
実施の形態２では、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺に到達した場合に、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルを出力し、非零電圧ベクトルは、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが到達した相方向かつ六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆ内に変化する非零電圧ベクトルを出力していた。
【0074】
これに対して、実施の形態３の非零電圧ベクトルは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力する。
【0075】
図１２では、開始時点として、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の上限値と交差する時点としている。
まず、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと交差しているため、スイッチング更新判定部１３Ａは、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力する。スイッチング決定テーブル１４Ｂは、更新信号Ｓｎｅｗが１であるため、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
この時、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは、補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
非零電圧ベクトルは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
まず、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと交差しているため、スイッチング更新判定部１３Ａは、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力する。スイッチング決定テーブル１４Ｂは、更新信号Ｓｎｅｗが１であるため、スイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
この時、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは、補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
非零電圧ベクトルは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0076】
次に、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｗ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
【0077】
非零電圧ベクトルは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ２は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の上限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３に対応するスイッチング状態量が出力される。
【0078】
次に、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳとして非零電圧ベクトルが出力される。
【0079】
非零電圧ベクトルは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ３として、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0080】
その後、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺の内、ｕ相の下限値に到達するため、スイッチング状態量ＳＷＳ４として零電圧ベクトルとなるスイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0081】
従って、実施の形態１のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態３では、図１２のスイッチング状態量ＳＷＳ１の時に相方向（ここでは、ｕｖｗ座標軸のうちの特定の座標軸に平行な方向）に変化する非零電圧ベクトルを出力するため、実施の形態１と比較して、高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄが抑制される。
【0082】
そして、実施の形態２のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態３では、図１２のスイッチング状態量ＳＷＳ１からスイッチング状態量ＳＷＳ２への遷移のように、ｖ相の上限値方向に変化する非零電圧ベクトルを出力するため、実施の形態２の電圧出力積分値Ｐｏｕｔが到達した相の方向に変化する非零電圧ベクトルを出力する方法よりも、さらに高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄが抑制される。スイッチング決定方法における計算コストも実施の形態１、２と比較してほとんど同じである。
【0083】
次に、この実施の形態３の電力変換装置１００Ｂにおける制御動作について、以下、図１３を用いて詳しく説明する。図１３は、電力変換装置１００Ｂ（図１０参照）における制御動作を説明するフローチャート図である。
【0084】
図１３において、まず、母線電圧検出部１５は、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する（ステップＳ１０）。
次に、電圧出力計算部１１Ａは、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ１１）。
次に、電圧出力計算部１１Ａは、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ１１）。
【0085】
次に、実施の形態１、２と同様の手順で処理を実行し、積分値計算部１２は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する（ステップＳ１２）。
【0086】
オフセット調整部１６は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとのそれぞれのオフセット値を零（０）に調整した電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとをそれぞれ補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとして出力する（ステップＳ１３）。
【0087】
スイッチング更新判定部１３Ａは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを出力する（ステップＳ１４）。
【0088】
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、図１２に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ１５）。
【0089】
そして、電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４Ｂにて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力し、負荷３が駆動制御される（ステップＳ１６とステップＳ１７）。
【0090】
この実施の形態３の電力変換装置１００Ｂは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する母線電圧検出部１５と、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１Ａと、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとのオフセット値を０に調整して、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとして出力するオフセット調整部１６と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するスイッチング更新判定部１３Ａと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐから計算した補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４Ｂとを備え、スイッチング更新判定部１３Ａは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａにより構成される六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのいずれかの辺を三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔのいずれかの相が到達した場合に更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力し、それ以外の場合は更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力し、スイッチング決定テーブル１４Ｂは更新信号Ｓｎｅｗが１の場合に、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する。
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐが補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力する。
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐが補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして零電圧ベクトルを出力し、残りの３辺に到達した場合は、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとして、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力する。
【0091】
このため、実施の形態３の電力変換装置１００Ｂは、実施の形態１、２よりも電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧出力積分値Ｐｏｕｔとの誤差を小さくできるため、計算コストを増やすことなく高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄを抑制でき、オフセット調整部１６により、多相電圧値を積分した値が常に多相平衡になるため、スイッチング状態量ＳＷＳの更新判定とスイッチング状態量ＳＷＳの決定における性能が劣化しない。
【0092】
【0093】
図１４に示すように、電力変換装置１００Ｃは、負荷３を回転電機４に置き換え、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出する電流検出部１７を備える点と、回転電機４の角速度推定手段として適応磁束オブザーバである速度推定演算部２１を備える点と、回転電機４の角速度と電流を制御するための速度制御器１９、および電流制御器２０とを備える点と、スイッチング更新判定部１３Ｂにおいて使用する許容範囲ΔＰｒｅｆを補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに基づき、スイッチング状態量を計算する点で、実施の形態１から３の電力変換装置１００、１００Ａ、１００Ｂと異なる。
以下においては、実施の形態１から３と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から３と異なる点を中心に説明する。
以下においては、実施の形態１から３と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から３と異なる点を中心に説明する。
【0094】
図１４は実施の形態４による電力変換装置１００Ｃの構成を示すブロック図である。図１４に示すように、実施の形態４による電力変換装置１００Ｃは、実施の形態３と比較して、負荷３を回転電機４に代えて、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を備え、制御装置１０Ｃは、スイッチング更新判定部１３Ａに代えて、スイッチング更新判定部１３Ｂを備え、回転電機４の角速度と位相を推定するための速度推定演算部２１と、回転電機４の角速度ωｒｍを制御するための速度制御器１９と、回転電機４の電流Ｉｒを制御するための電流制御器２０と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとから新たに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算するための許容範囲計算部１８と、をさらに備える点が異なる。
【0095】
次に、実施の形態３との差異である実施の形態４のスイッチング更新判定部１３Ｂと、電流検出部１７と、許容範囲計算部１８と、速度制御器１９と、電流制御器２０と、速度推定演算部２１の機能について、以下に説明する。
【0096】
電流検出部１７は、電力変換部１と回転電機４との間に流れる電流を検出する。
許容範囲計算部１８は、オフセット調整部１６で計算された補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに基づき、新たに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。
許容範囲計算部１８は、オフセット調整部１６で計算された補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに基づき、新たに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。
【0097】
ここで、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する時に、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐから計算した位相情報を用いてもよい。また、許容範囲ΔＰｒｅｆは入力値の何れかの値に依存した関数として算出してもよい。
【0098】
スイッチング更新判定部１３Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、許容範囲計算部１８にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを出力する。例えば、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新する場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力し、スイッチング状態量ＳＷＳを更新しない場合は、更新信号Ｓｎｅｗとして０を出力する。
【0099】
速度制御器１９は、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、速度推定演算部２１にて計算した角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、回転電機の角速度ωｒｍを制御するための電流指令値Ｉｒｅｆを計算する。電流指令値Ｉｒｅｆを計算する方法として、角速度指令値ωｒｍｒｅｆに対する回転電機の角速度ωｒｍを一致させる方法であればよく、比例積分制御器（ＰＩ制御器）、あるいは比例積分微分制御器（ＰＩＤ制御器）を用いてもよい。
【0100】
電流制御器２０は、速度制御器１９にて計算した電流指令値Ｉｒｅｆと、電流検出部１７にて検出した検出電流値Ｉｕｖｗと、速度推定演算部２１にて計算した位相推定値ｈθとに基づき、回転電機に流れる電流Ｉｒを制御するための多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する。多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する方法として、回転座標系での電流指令値Ｉｒｅｆに対する回転電機に流れる電流Ｉｒを一致させる方法であればよく、回転電機に流れる電流Ｉｒを回転座標系での値に座標変換した後、ＰＩ制御器、あるいはＰＩＤ制御器を用いて回転座標系での電圧指令値を計算し、座標変換することによって多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算してもよい。
【0101】
速度推定演算部２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと電流検出部１７の検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機の角速度ωｒｍと位相θを推定演算する。
【0102】
図１５は、速度推定演算部２１の構成を示すブロック図である。速度推定演算部２１は適応オブザーバにより構成されており、回転電機４の位相θ、および角速度ωｒｍを推定演算する。適応オブザーバは、回転電機４の固定子磁束φｓおよび回転子磁束φｒを状態変数とする状態方程式で規定されているため、適応磁束オブザーバとも呼ばれる。なお、状態変数として拡張誘起電圧または電流などを採用して適応オブザーバを構成することもできる。
【0103】
図１５に示す速度推定演算部２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗを用いて、角速度推定値ｈωｒｍと位相推定値ｈθとを演算し、演算した角速度推定値ｈωｒｍと位相推定値ｈθとを出力する。多相電圧指令値Ｖｒｅｆは電流制御器２０で計算された値であり、検出電流値Ｉｕｖｗは電流検出部１７で検出された値である。ここで、速度推定演算部２１には多相電圧指令値Ｖｒｅｆを入力しているが、電力変換部１から出力される電圧値を検出して、この検出した電圧出力値を速度推定演算部２１の入力値としてもよい。
【0104】
速度推定演算部２１は、モデル偏差演算部２２と、角速度推定器２３と、一次角周波数演算器２４と、積分器２５とを備える。モデル偏差演算部２２は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、一次角周波数ω１と、角速度推定値ｈωｒｍとに基づきモデル偏差εを演算する。角速度推定器２３は、モデル偏差εに基づき角速度推定値ｈωｒｍを演算する。一次角周波数演算器２４は、磁束推定値ｈφと電流推定値ｈｉと、角速度推定値とに基づき、一次角周波数ω１を演算する。積分器２５は、一次角周波数ω１を積分して位相推定値ｈθを出力する。
【0105】
モデル偏差演算部２２は、電流推定器２２１と、減算器２２２と、偏差演算器２２３とを備える。電流推定器２２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、一次角周波数ω１と、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、磁束推定値ｈφと電流推定値ｈｉとを演算し、演算した磁束推定値ｈφと電流推定値ｈｉとを出力する。減算器２２２は、電流推定値ｈｉから検出電流値Ｉｕｖｗを減算することによって電流偏差Ｉｅｒｒを演算し、演算した電流偏差Ｉｅｒｒを出力する。
【0106】
偏差演算器２２３は、減算器２２２で演算した電流偏差Ｉｅｒｒと、磁束推定値ｈφとに基づき、モデル偏差εを演算する。ここで、電流偏差Ｉｅｒｒがベクトル量、磁束推定値ｈφがベクトル量の場合は、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルを入力とし、磁束推定値ｈφのベクトルの直交成分をスカラー量として抽出し、抽出したスカラー量をモデル偏差εとして出力する。磁束推定値ｈφのベクトルの直交成分をスカラー量として抽出する手法としては、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルを回転する直交座標系上に座標変換する手法と、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルと磁束推定値ｈφのベクトルとの外積値の大きさを演算する手法とが公知である。
【0107】
電流推定器２２１は、回転電機４の状態方程式から電流推定値ｈｉと磁束推定値ｈφを演算する。ここでは、回転電機４は一般的な永久磁石埋込型同期電動機であると仮定するが、誘導電動機、表面型永久磁石同期電動機、巻線界磁式同期電動機、またはリラクタンス式同期電動機などの状態方程式が立式できれば、どのような種類の電動機であってもよい。すなわち、電流推定器２２１は、永久磁石埋込型同期電動機以外の回転電機についても、同様の方法にて電流推定を行うことができる。
【0108】
回転電機４が永久磁石埋込型同期電動機の場合、状態方程式は、下記式（１）および式（２）のように表現される。ここで、「Ｌｄ」はｄ軸のインダクタンス、「Ｌｑ」はｑ軸のインダクタンス、「ｉｄ」はｄ軸電流、「ｉｑ」はｑ軸電流、「φｄｓ」はｄ軸固定子磁束、「φｑｓ」はｑ軸固定子磁束、「φｄｒ」はｄ軸回転子磁束、「＾」記号は（文字の上部に記号＾が付加されているもの）は推定値（例えば、φの推定値である「ｈφ」を意味する。他の推定値の場合でも同様）を表す。また、「Ｒａ」は電機子抵抗、「ω１」は一次角周波数、「ｖｄ」はｄ軸電圧、「ｖｑ」はｑ軸電圧、「ｈ１１」から「ｈ３２」はオブザーバゲインを表す。
また、一次角周波数ω１は下記式（３）のように与えられる。式（３）で「ｈ４１」、「ｈ４２」はオブザーバゲインを表す。
また、一次角周波数ω１は下記式（３）のように与えられる。式（３）で「ｈ４１」、「ｈ４２」はオブザーバゲインを表す。
【0109】
【数1】
【数2】
【数3】
【0110】
上記式（１）および式（２）は通常の誘起電圧に基づく式であるが、上記式（１）および式（２）に変形を加えて拡張誘起電圧の形式で表現しても同様の計算ができる。なお、上記式（１）および式（２）は回転座標系でのｄｑ座標における数式であるが、上記式（１）および式（２）を座標変換し、静止座標系の二相交流のαβ座標系、あるいは三相交流のｕｖｗ座標系といった他の座標系で表現しても同様の計算ができる。上記式（１）には角速度推定値ｈωｒｍが含まれるため、角速度推定値ｈωｒｍと実際の回転の角速度ωｒｍとが一致していない場合、電流推定値ｈｉに誤差が生じる。
【0111】
ここではモデル偏差εを下記式（４）のように定義し、速度推定演算部２１はモデル偏差εが零になるように、角速度推定器２３を用いて角速度推定値ｈωｒｍを調整する。角速度推定器２３は、例えば、ＰＩ制御器に積分器を直接接続して構成される。
また、一次角周波数演算器２４は、上記式（３）に基づき、磁束推定値ｈφと、電流推定値ｈｉと、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、一次角周波数ω１を演算する。積分器２５は、一次角周波数ω１を積分することにより位相推定値ｈθを演算する。適応オブザーバの利点は、磁束鎖交数の変動に対してロバストであり、定常状態における速度推定誤差が発生しない点である。そのため、適応オブザーバは高性能に回転電機４の角速度ωｒｍを推定できる。
【数4】
【0112】
図１６は、電力変換装置１００Ｃを実現するハードウェア構成図である。
この図１６において、電力変換装置１００Ｃのハードウェア構成図は、実施の形態３の電力変換装置１００Ｂと比較して、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を新たに追加している点で異なる。
この図１６において、電力変換装置１００Ｃのハードウェア構成図は、実施の形態３の電力変換装置１００Ｂと比較して、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を新たに追加している点で異なる。
【0113】
電流検出部１７は、電力変換部１が回転電機４に出力している三相分の電流値Ｉ３ｕｖｗを検出する。ここで、電流検出部１７には、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）検出器、シャント抵抗等、いずれの電流検出器を用いてもよい。三相の電流の内、ニ相分の電流を検出し、残りの一相の電流を算出したものを用いてもよい。また、一つの電流検出器で三相交流電流値を復元する１シャント電流検出方式を用いてもよい。
【0114】
図１７は、スイッチング更新判定部１３Ｂとスイッチング決定テーブル１４Ｂによる電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する方法について説明するための図である。図１７は、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとを三相の静止座標系であるｕｖｗ座標系において、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する場合を示している。
【0115】
実施の形態４におけるスイッチング更新判定部１３Ｂと実施の形態３におけるスイッチング更新判定部１３Ａとの違いは、スイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかの更新信号Ｓｎｅｗを計算する際に使用する許容範囲ΔＰｒｅｆとして、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐに基づいて計算する点である。
【0116】
実施の形態３では、補正した三相電圧指令値Ｖ３ｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定して描かれる六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの大きさは常に一定となっていたが、実施の形態４では、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの大きさが変化する。
図１７に示したように、開始点として、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の上限値と交差する点としている。
図１７に示したように、開始点として、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の上限値と交差する点としている。
【0117】
まず、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと交差しているため、スイッチング更新判定部１３Ｂは、更新信号Ｓｎｅｗとして１を出力する。スイッチング決定テーブル１４Ｂは、実施の形態３と同様の手順で処理を実行し、スイッチング状態量ＳＷＳ１は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0118】
ここで、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの大きさが補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐの位相に基づいて図１７のように変化すると、スイッチング状態量ＳＷＳ１を使用した後は、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは、補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｖ相の下限値に到達するため、スイッチング状態量ＳＷＳ２は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｖ相の上限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ３に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0119】
次に、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳ３は、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0120】
その後、補正した三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔｃｏｍｐは補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺の内、ｕ相の下限値に到達するため、スイッチング状態量ＳＷＳ４として、零電圧ベクトルとなるスイッチング状態指標ＳＷ０またはＳＷ７に対応したスイッチング状態量が出力される。
【0121】
従って、実施の形態３のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態４では、図１７のスイッチング状態量ＳＷＳ１からＳＷＳ２への遷移時のように、非零電圧ベクトルの変化する方向が補正した三相電圧指令積分値Ｐ
３
ｒｅｆｃｏｍのベクトルの進行方向と近くなる時に許容範囲ΔＰｒｅｆの大きさが小さくなることで、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆと、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔとの誤差を小さくできる。
【0122】
そのため、実施の形態４におけるスイッチング更新判定方法により、実施の形態３と比較して、高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄがさらに抑制される。
【0123】
次に、この実施の形態４の電力変換装置１００Ｃにおける制御動作について、以下、図１８を用いて詳しく説明する。ここで、図１８は、電力変換装置１００Ｃ（図１４参照）における制御動作を説明するフローチャート図である。
【0124】
まず、実施の形態３と同様の手順にて電圧出力計算部１１Ａは、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ２０、ステップＳ２１）。
【0125】
次に、電流検出部１７は、電力変換部１と回転電機４の間を流れる電流を検出する（ステップＳ２２）。
速度推定演算部２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、回転電機４の角速度ωｒｍの推定値と、位相θの推定値を演算する（ステップＳ２３）。
速度制御器１９と電流制御器２０により、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、速度推定演算部２１にて演算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算により求める（ステップＳ２４）。
速度推定演算部２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、回転電機４の角速度ωｒｍの推定値と、位相θの推定値を演算する（ステップＳ２３）。
速度制御器１９と電流制御器２０により、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、速度推定演算部２１にて演算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算により求める（ステップＳ２４）。
【0126】
実施の形態３と同様の手順にて、積分値計算部１２とオフセット調整部１６は処理を実行し、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐを計算する（ステップＳ２５、ステップＳ２６）。
【0127】
許容範囲計算部１８は、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ２７）。
スイッチング更新判定部１３Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、許容範囲計算部１８にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、更新信号Ｓｎｅｗを出力する（ステップＳ２８）。
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、図１７に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ２９）。
スイッチング更新判定部１３Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、許容範囲計算部１８にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、更新信号Ｓｎｅｗを出力する（ステップＳ２８）。
スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、図１７に示すようなスイッチング状態量の変化に従って、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ２９）。
【0128】
そして、電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４Ｂにて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、回転電機４に出力し、回転電機４が駆動制御される（ステップＳ３０、ステップＳ３１）。
【0129】
この実施の形態４の電力変換装置１００Ｃは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して回転電機４に供給する電力変換部１と、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する母線電圧検出部１５と、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１Ａと、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出する電流検出部１７と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、回転電機４の角速度と位相を推定演算する速度推定演算部２１と、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、電流指令値Ｉｒｅｆを計算する速度制御器１９と、電流指令値Ｉｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、位相推定値ｈθとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する電流制御器２０と、電流制御器２０が計算した多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、電圧出力計算部１１Ａが計算した多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとのオフセット値を０に調整して、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとして出力するオフセット調整部１６と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する許容範囲計算部１８と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、許容範囲計算部１８にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するスイッチング更新判定部１３Ｂと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐから計算した補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４Ｂとを備え、許容範囲計算部１８は補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、に基づき、補正した三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と非零電圧ベクトルの進行方向が近くなると許容範囲ΔＰｒｅｆを小さく計算し、スイッチング更新判定部１３Ｂは、許容範囲計算部１８で計算した許容範囲ΔＰｒｅｆに基づいて、スイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するため、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆと三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔとの誤差を小さくするようにスイッチング状態量ＳＷＳが更新される。
【0130】
このため、実施の形態４の電力変換装置１００Ｃは、実施の形態１から３よりも電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧出力積分値Ｐｏｕｔとの誤差を小さくするようにスイッチング状態量ＳＷＳの更新を判定するため、さらに高調波電圧Ｖｔｈｄおよび高調波電圧Ｖｔｈｄに起因した高調波電流Ｉｔｈｄを抑制できる。
【0131】
【0132】
図１９に示すように、許容範囲計算部１８を有する制御装置１０Ｃに代えて、学習済みモデル２６を有する制御装置１０Ｄを備え、許容範囲ΔＰｒｅｆの計算において、この学習済みモデル２６（機械学習を実行して取得したデータを出力する）を使用して計算する点で、実施の形態４による電力変換装置１００Ｃと異なる。以下においては、実施の形態１から４と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から４と異なる点を中心に説明する。
【0133】
図１９は実施の形態５による電力変換装置１００Ｄの構成を示すブロック図である。図１９に示すように、実施の形態５による電力変換装置１００Ｄは、実施の形態４と比較して、許容範囲計算部１８の代わりに学習済みモデル２６を備える。そこで、実施の形態４との差異である実施の形態５の学習済みモデル２６の機能について以下に説明する。
【0134】
学習済みモデル２６は、教師データに基づく機械学習で得た情報を基に、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値と、位相推定値とに基づいて推論を行い、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。
【0135】
図２０は、学習済みモデルの作成方法および教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。図２０に示すように、事前に用意した学習用データ５１から得る教師データ５７に基づいて、学習部５０が機械学習を行って学習済みモデルを生成する。
【0136】
学習用データ５１には、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθと、許容範囲ΔＰｒｅｆとが含まれる。学習用データ５１は、回転電機４を駆動する方式にて計算した値を保管しており、例えば、ＰＷＭ方式と比較して、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを小さくする制御方式である、モデル予測制御を用いた制御方式、選択的高調波消去、低次高調波消去、あるいは最適パルスパターンを用いた制御方式を用いて学習用データ５１を生成してもよい。
【0137】
図２０に示すように、学習用データ５１は、教師データ取得部５２に入力される。教師データ取得部５２は、入力データ取得部５３とラベルデータ取得部５４とを備える。
入力データ取得部５３は、学習用データ５１から、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθとを教師用入力データ５５として取得し、学習部５０に出力する。
ラベルデータ取得部５４は、学習用データ５１から、許容範囲ΔＰｒｅｆを教師用ラベルデータ５６として取得し、学習部５０に出力する。
教師データ５７は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６とから成り、学習部５０は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６との組み合わせである教師データ５７に基づいて、機械学習を実行する。
入力データ取得部５３は、学習用データ５１から、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθとを教師用入力データ５５として取得し、学習部５０に出力する。
ラベルデータ取得部５４は、学習用データ５１から、許容範囲ΔＰｒｅｆを教師用ラベルデータ５６として取得し、学習部５０に出力する。
教師データ５７は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６とから成り、学習部５０は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６との組み合わせである教師データ５７に基づいて、機械学習を実行する。
【0138】
この実施の形態５における機械学習の教師データ付き学習は、パーセプトロンを組み合わせて構成したニューラルネットワークにより行われる。そして、これらによる教師データ５７をニューラルネットワークに与えて、ニューラルネットワークの出力が教師用ラベルデータ５６と同じとなるように、各パーセプトロンについての重みづけを変更しながら学習を繰り返すものである。
【0139】
学習の過程では、誤差逆伝搬法による処理を繰り返し行うことにより各パーセプトロンの出力の誤差を小さくするように重みづけ値を調整する。すなわち、教師データ付き学習は、重みづけ値を調整しながら、教師用ラベルデータ５６とニューラルネットワークの出力データの誤差がなくなるようにするものである。
【0140】
このようにして、教師データ５７の特徴を学習し、入力に基づいて推論を行って結果を導出するための学習済みモデルを獲得する。
【0141】
このように機械学習により生成された学習済みモデルは、教師データ５７の特徴を有する。例えば、教師データ５７に変成される学習用データ５１が、モデル予測制御を利用したものであれば、学習済みモデルは許容範囲ΔＰｒｅｆをモデル予測制御にて回転電機４を制御している時と同等の値に計算するため、該許容範囲ΔＰｒｅｆを使用することで、ＰＷＭ方式と比較して、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを小さくすることができる。
なお、学習部５０が学習に用いるニューラルネットワークは三層であってもよいが、さらに多層であっても良く、ディープラーニングにより機械学習を実行するものでも良い。
なお、学習部５０が学習に用いるニューラルネットワークは三層であってもよいが、さらに多層であっても良く、ディープラーニングにより機械学習を実行するものでも良い。
【0142】
図２１は、学習済みモデルを生成するためのハードウェア構成図である。学習済みモデルを生成するための機械学習は、ニューラルネットワークとして機能する機械学習器６０で行い、機械学習器６０は、図２１に示すハードウェア構成により実現される。
【0143】
機械学習器６０は、プロセッサ６１および記憶装置６２で構成される。
記憶装置６２は、揮発性記憶装置である、例えばＲＡＭ６３と、不揮発性の補助記憶装置である、例えばＨＤＤ６４とを備える。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにＳＳＤあるいはフラッシュメモリを使用してもよい。
ＨＤＤ６４は、学習プログラム６５、教師データ６６を保持し、生成される学習結果６７も保持する。
記憶装置６２は、揮発性記憶装置である、例えばＲＡＭ６３と、不揮発性の補助記憶装置である、例えばＨＤＤ６４とを備える。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにＳＳＤあるいはフラッシュメモリを使用してもよい。
ＨＤＤ６４は、学習プログラム６５、教師データ６６を保持し、生成される学習結果６７も保持する。
【0144】
プロセッサ６１には、ＨＤＤ６４からＲＡＭ６３を介して各種の学習プログラム６５が入力され、入力された各種の学習プログラム６５を実行する。学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させる。即ち、教師データ６６も、ＨＤＤ６４からＲＡＭ６３を介してプロセッサ６１に入力され、学習プログラム６５に従って学習される。
また、プロセッサ６１は、学習結果６７のデータを、記憶装置６２のＲＡＭ６３に出力し、必要に応じてＲＡＭ６３を介してＨＤＤ６４に保存する。
学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させ、機械学習の結果（学習結果６７）のデータを生成させるための命令を含むプログラムである。
また、プロセッサ６１は、学習結果６７のデータを、記憶装置６２のＲＡＭ６３に出力し、必要に応じてＲＡＭ６３を介してＨＤＤ６４に保存する。
学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させ、機械学習の結果（学習結果６７）のデータを生成させるための命令を含むプログラムである。
【0145】
以上のような機械学習器６０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、サーバ装置等により実現できる。但し、演算量が多いため、例えば、ＰＣにＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）を搭載し、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）と呼ばれる技術により、ＧＰＵを教師データ付き学習の演算処理に利用して、高速に処理できるようにしてもよい。
【0146】
【0147】
まず、実施の形態４と同様の手順にて電圧出力計算部１１Ａは、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づき、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する（ステップＳ４０、ステップＳ４１）。
【0148】
次に、実施の形態４と同様の手順にて、速度推定演算部２１は、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、回転電機４の角速度ωｒｍと位相θの推定値を演算する（ステップＳ４２、ステップＳ４３）。
また、実施の形態４と同様の手順にて、速度制御器１９と電流制御器２０は、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、速度推定演算部２１にて演算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する（ステップＳ４４）。
また、実施の形態４と同様の手順にて、速度制御器１９と電流制御器２０は、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、速度推定演算部２１にて演算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する（ステップＳ４４）。
【0149】
実施の形態４と同様の手順にて積分値計算部１２とオフセット調整部１６は処理を実行し、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐを計算する（ステップＳ４５、ステップＳ４６）。
【0150】
学習済みモデル２６は、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ４７）。
【0151】
実施の形態４と同様の手順にてスイッチング更新判定部１３Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、学習済みモデル２６にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、更新信号Ｓｎｅｗを出力し、スイッチング決定テーブル１４Ｂは、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、図１７に示した方法により電力変換部のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ４８、ステップＳ４９）。
【0152】
そして、電力変換部１は、スイッチング決定テーブル１４Ｂにて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、回転電機４に出力し、回転電機４が駆動制御される（ステップＳ５０とステップＳ５１）。
【0153】
この実施の形態５の電力変換装置１００Ｄは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して回転電機４に供給する電力変換部１と、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する母線電圧検出部１５と、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと、スイッチング決定テーブル１４Ｂが出力したスイッチング状態量ＳＷＳとに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１Ａと、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出する電流検出部１７と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、回転電機４の角速度ωｒｍと位相θを推定演算する速度推定演算部２１と、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、電流指令値Ｉｒｅｆを計算する速度制御器１９と、電流指令値Ｉｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、位相推定値ｈθとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する電流制御器２０と、電流制御器２０が計算した多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、電圧出力計算部１１Ａが計算した多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとのオフセット値を０に調整して、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐとして出力するオフセット調整部１６と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθとに基づいて推論を行い、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する学習済みモデル２６と、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、学習済みモデル２６にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆと、に基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを更新するかどうかを判定するスイッチング更新判定部１３Ｂと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐから計算した補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐのベクトルの進行方向と、更新信号Ｓｎｅｗとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定テーブル１４Ｂとを備える。
【0154】
このため、実施の形態５の電力変換装置１００Ｄは、許容範囲ΔＰｒｅｆを補正した電圧指令積分値Ｐｒｅｆｃｏｍｐと、補正した電圧出力積分値Ｐｏｕｔｃｏｍｐと、角速度推定値と、位相推定値と、学習済みモデル２６に基づいて計算するため、実施の形態４と比較して、学習済みモデル２６を生成するために使用した学習用データ通りの性能が獲得できるように許容範囲ΔＰｒｅｆを変更できる。したがって、電力変換装置１００Ｄは、学習用データの作成に使用した回転電機４を制御する方式通りの性能が獲得できる。
【0155】
【0156】
図２３に示すように、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング決定部３００を備え、スイッチング決定部３００は、スイッチング計算部２７とスイッチング出力部２８で構成されており、スイッチング計算部２７は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを設定信号ＳｅｔＳＷとして計算し、スイッチング出力部２８は、スイッチング計算部２７で計算した設定信号ＳｅｔＳＷに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを出力する。
実施の形態６に係る電力変換装置は、実施の形態１から５に係る電力変換装置の構成と比較して、スイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する点で異なる。以下においては、実施の形態１から５と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から５と異なる点を中心に説明する。
実施の形態６に係る電力変換装置は、実施の形態１から５に係る電力変換装置の構成と比較して、スイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する点で異なる。以下においては、実施の形態１から５と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から５と異なる点を中心に説明する。
【0157】
まず、実施の形態１から５との差異であるスイッチング計算部２７と、スイッチング出力部２８の機能について、以下に説明する。
スイッチング計算部２７は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを設定信号ＳｅｔＳＷとして計算する。スイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗの計算方法についての詳細は後述する。
スイッチング出力部２８は、スイッチング計算部２７で計算した設定信号ＳｅｔＳＷに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
スイッチング計算部２７は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを設定信号ＳｅｔＳＷとして計算する。スイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗの計算方法についての詳細は後述する。
スイッチング出力部２８は、スイッチング計算部２７で計算した設定信号ＳｅｔＳＷに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0158】
図２４は、スイッチング計算部２７におけるスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する方法について説明するための図である。この図２４では、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを三相の静止座標系であるｕｖｗ座標系において電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する場合を示している。なお、スイッチング状態量ＳＷＳの決定は、実施の形態２と同様の方法としている。
【0159】
図２４では、開始時点として、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆのｕ相の上限値と交差する時点としている。まず、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔが六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆと交差しているため、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向が交差する六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺と隣り合う辺を含めた３辺ではない辺のｕ相の上限値に到達しているため、スイッチング状態量ＳＷＳ１として非零電圧ベクトルが出力される。非零電圧ベクトルは、三相電圧指令積分値Ｐ３ｒｅｆのベクトルの進行方向と交差する辺と近い辺を含めた２辺のどちらか一方に向かって変化する非零電圧ベクトルを出力するため、スイッチング状態量ＳＷＳ１は、六角形の許容範囲のｕ相の下限値方向に変化するスイッチング状態指標ＳＷ４に対応したスイッチング状態量ＳＷＳが選択される。
【0160】
次にスイッチング状態指標ＳＷ４を出力した際の、三相電圧出力積分値Ｐ３ｏｕｔと、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの上限または下限と交差するまでの継続時間Ｔ１ｓｗを計算する。ここで、六角形の許容範囲Δ６Ｐｒｅｆの辺の内、ｖ相の下限値に到達するまでの時間が継続時間Ｔ１ｓｗとなる。
【0161】
以降においても、実施の形態２と同様の手順でスイッチング状態量ＳＷＳが計算される。さらに、図２４では各スイッチング状態量ＳＷＳにおける継続時間Ｔｓｗも計算し、計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを設定信号ＳｅｔＳＷとして出力する。
従って、実施の形態２のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態６では、各スイッチング状態量ＳＷＳにおける継続時間Ｔｓｗも計算するため、実施の形態２と比較して、逐次的にスイッチング状態量ＳＷＳを更新する必要があるか否かを判定する必要がなく、演算周期を長く設定できるため、安価なマイコンに実装し易い形態である。
従って、実施の形態２のスイッチング決定方法と比較すると、実施の形態６では、各スイッチング状態量ＳＷＳにおける継続時間Ｔｓｗも計算するため、実施の形態２と比較して、逐次的にスイッチング状態量ＳＷＳを更新する必要があるか否かを判定する必要がなく、演算周期を長く設定できるため、安価なマイコンに実装し易い形態である。
【0162】
【0163】
まず、実施の形態２と同様の手順で処理を実行し、電圧出力計算部１１は多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算し、積分値計算部１２は多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する（ステップＳ５２とステップＳ５３）。
次に、スイッチング計算部２７は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、図２４に示すようにスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する（ステップＳ５４）。
そして、スイッチング出力部２８は、スイッチング計算部２７にて計算されたスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて、ＳＷＳ１からＳＷＳ３まで順にスイッチング状態量ＳＷＳを出力する（ステップＳ５５）。
次に、スイッチング計算部２７は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、図２４に示すようにスイッチング状態量ＳＷＳとスイッチング状態量ＳＷＳの継続時間Ｔｓｗを計算する（ステップＳ５４）。
そして、スイッチング出力部２８は、スイッチング計算部２７にて計算されたスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて、ＳＷＳ１からＳＷＳ３まで順にスイッチング状態量ＳＷＳを出力する（ステップＳ５５）。
【0164】
電力変換部１は、スイッチング出力部２８にて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力し、負荷３が駆動制御される（ステップＳ５６）。
【0165】
この実施の形態６の電力変換装置１００Ｅは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、スイッチング出力部２８が出力したスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆと、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを設定信号ＳｅｔＳＷとして計算するスイッチング計算部２７と、スイッチング計算部２７で計算した設定信号ＳｅｔＳＷに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを出力するスイッチング出力部２８とを備える。
【0166】
このため、実施の形態６の電力変換装置１００Ｅは、実施の形態２から５と比較して、逐次的にスイッチング状態量ＳＷＳを更新する必要があるか否かを判定する必要がなく、演算周期を長く設定できるため、安価なマイコンに実装しやすい形態である。
【0167】
【0168】
図２６に示すように、実施の形態７による電力変換装置１００Ｆは、実施の形態６と比較して、電力変換部１と負荷３の間に電流検出部１７を備え、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波電流Ｉｔｈｄを計算する高調波処理部２９と、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと高調波電流Ｉｔｈｄとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する高調波電流制御器３０と、検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する低周波抽出部３１と、電流指令値Ｉｒｅｆと電流低周波値Ｉｆｕｎｄとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する電流制御器２０と、をさらに備える点が異なる。
【0169】
次に、実施の形態６との差異である実施の形態７の電流検出部１７と、高調波処理部２９と、高調波電流制御器３０と、低周波抽出部３１と、電流制御器２０の機能について、以下に説明する。
【0170】
電流検出部１７は、電力変換部１と負荷３の間に流れる電流を検出する。
高調波処理部２９は、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波電流Ｉｔｈｄを計算する。ここで、高調波電流Ｉｔｈｄとは、例えば、電流に含まれる高調波成分を数値化したデータ、あるいは周波数軸上で表現された電流スペクトルデータを計算する。高調波電流制御器３０は、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと、高調波電流Ｉｔｈｄとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。高調波電流Ｉｔｈｄと許容範囲ΔＰｒｅｆの計算方法についての詳細は後述する。
高調波処理部２９は、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波電流Ｉｔｈｄを計算する。ここで、高調波電流Ｉｔｈｄとは、例えば、電流に含まれる高調波成分を数値化したデータ、あるいは周波数軸上で表現された電流スペクトルデータを計算する。高調波電流制御器３０は、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと、高調波電流Ｉｔｈｄとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。高調波電流Ｉｔｈｄと許容範囲ΔＰｒｅｆの計算方法についての詳細は後述する。
【0171】
低周波抽出部３１は、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する。ここで、電流低周波値Ｉｆｕｎｄは、電流の基本波である。電流制御器２０は、電流指令値Ｉｒｅｆと、電流低周波値Ｉｆｕｎｄとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する。電流低周波値Ｉｆｕｎｄの計算方法についての詳細は後述する。
【0172】
図２７は、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗから描かれる電流１周期分の電流波形に基づき、高調波処理部２９にて高調波電流Ｉｔｈｄを計算する場合を示している。図２７の時間軸の電流波形に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いると、周波数軸の電流スペクトルが計算される。周波数軸の電流スペクトルは、電流波形の基本波と高調波とから計算される。高調波電流Ｉｔｈｄは、図２７の高調波に該当する。
【0173】
この図２７の高調波を各次数の成分とするか、高調波の各次数の合計値とするか、高調波と基本波の比率で高調波を表現するかは、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆによって変更する。例えば、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆが高調波と基本波の比率として与える場合は、高調波電流Ｉｔｈｄも周波数軸の電流スペクトルの高調波と基本波の比率から計算する。
また、図２７で得られる周波数軸の基本波を電流低周波値Ｉｆｕｎｄとしてもよい。許容範囲ΔＰｒｅｆは、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと、高調波電流Ｉｔｈｄとの差分がなくなるように調整する。
また、図２７で得られる周波数軸の基本波を電流低周波値Ｉｆｕｎｄとしてもよい。許容範囲ΔＰｒｅｆは、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと、高調波電流Ｉｔｈｄとの差分がなくなるように調整する。
【0174】
図２８は、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、低周波抽出部３１にて電流オーバーサンプリングを活用して電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する場合を示している。ここで、電流オーバーサンプリングは、通常の演算周期よりも短い周期で電流を検出することである。
【0175】
図２８からわかるように、電流オーバーサンプリングなしの場合は、検出電流値Ｉｕｖｗから電流基本波を電流低周波値Ｉｆｕｎｄとして計算することは困難である。これに対して、図２８の電流オーバーサンプリングありの場合は、短い周期で電流を検出して、電流低周波値Ｉｆｕｎｄを一定時間毎に平均値処理で計算することで、検出電流値Ｉｕｖｗから電流基本波に近い値を電流低周波波として得られる。
【0176】
【0177】
まず、電流検出部１７にて負荷３に流れる電流を検出電流値Ｉｕｖｗとして測定する（ステップＳ５７）。この時、指定した回数だけ検出電流値Ｉｕｖｗを測定する（ステップＳ５８）。
次に、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波処理部２９と低周波抽出部３１は、それぞれ高調波電流Ｉｔｈｄと電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する（ステップＳ５９、図２７と図２８参照）。
次に、２点以上の検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波処理部２９と低周波抽出部３１は、それぞれ高調波電流Ｉｔｈｄと電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する（ステップＳ５９、図２７と図２８参照）。
【0178】
そして、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと、高調波電流Ｉｔｈｄとに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算し（ステップＳ６０）、電流指令値Ｉｒｅｆと電流低周波値Ｉｆｕｎｄとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する（ステップＳ６１）。
【0179】
以降は、実施の形態６と同様の手順で処理を実行し、電力変換部１は、スイッチング出力部２８にて決定されたスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して、負荷３に出力し、負荷３が駆動制御される（ステップＳ５２からステップＳ５６）。
【0180】
この実施の形態７の電力変換装置１００Ｆは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、電力変換部１と負荷３の間に電流検出部１７を備え、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、高調波電流Ｉｔｈｄを計算する高調波処理部２９と、高調波電流指令値Ｉｔｈｄｒｅｆと高調波電流Ｉｔｈｄに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する高調波電流制御器３０と、検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、電流低周波値Ｉｆｕｎｄを計算する低周波抽出部３１と、電流指令値Ｉｒｅｆと電流低周波値Ｉｆｕｎｄとに基づき、多相電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する電流制御器２０と、スイッチング出力部２８が出力したスイッチング状態量ＳＷＳに基づいて、多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算する電圧出力計算部１１と、多相電圧指令値Ｖｒｅｆ（以下では、単に、電圧指令値Ｖｒｅｆとも呼ぶ）と、多相電圧出力値Ｖｏｕｔとをそれぞれ積分し、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔとを計算する積分値計算部１２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと、電圧出力積分値Ｐｏｕｔと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆとに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを設定信号として計算するスイッチング計算部２７と、スイッチング計算部２７で計算した設定信号ＳｅｔＳＷに基づき、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを出力するスイッチング出力部２８とを備える。
【0181】
実施の形態７の電力変換装置１００Ｆは、実施の形態１から６と比較して、負荷３の高調波電流Ｉｔｈｄを指令値通りに制御することができるため、さまざまな運転条件において所望の高調波電流Ｉｔｈｄを得ることができる。
【0182】
実施の形態８．
実施の形態８に係る電力変換装置１００Ｇについて、以下図を用いて説明する。
図３０は実施の形態８による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図３０に示すように、実施の形態８の電力変換装置１００Ｇは、主回路である電力変換部１と、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する母線電圧検出部１５と、電力変換部１を出力制御する制御装置１０Ｅとを備え、直流電源２と負荷３との間に接続される。
実施の形態８に係る電力変換装置１００Ｇについて、以下図を用いて説明する。
図３０は実施の形態８による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
図３０に示すように、実施の形態８の電力変換装置１００Ｇは、主回路である電力変換部１と、電力変換部１の母線電圧Ｖｄｃを検出する母線電圧検出部１５と、電力変換部１を出力制御する制御装置１０Ｅとを備え、直流電源２と負荷３との間に接続される。
【0183】
電力変換部１は、直流電源２からの直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給し負荷３を駆動する。負荷３は、電力変換部１から供給された交流電力によって駆動する。なお、負荷３には、例えば変圧器、リアクトル、または誘導電動機、あるいは同期電動機等の各種の電動機を用いることができる。
【0184】
制御装置１０Ｅは、母線電圧検出部１５にて検出した母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続するスイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗ（以下では、略して継続時間Ｔｓｗと呼ぶ）を予測するスイッチング予測部３３と、スイッチング予測部３３で計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量を決定するための信号である「決定ＳＷＳ」を出力するスイッチング出力部２８を備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング予測部３３とスイッチング出力部２８によって決定するため、前述のスイッチング決定部３００に相当する。
【0185】
電圧予測部３２は、電力変換部１の複数スイッチング素子が取りうる全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌによる多相電圧出力値Ｖｏｕｔを電圧予測値Ｖｐｒｅｄとして計算する。電力変換部１の全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌについての詳細は後述する。
【0186】
スイッチング予測部３３は、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２で計算した電圧予測値Ｖｐｒｅｄをそれぞれ積分し、それぞれの積分した値である電圧指令積分値Ｐｒｅｆおよび電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄを、所望の区間まで拡張する。この時、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの初期値Ｃは、スイッチング予測部３３にて計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗ、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃから多相電圧出力値Ｖｏｕｔを計算し、この多相電圧出力値Ｖｏｕｔを積分して電圧出力積分値Ｐｏｕｔとする。所望の区間まで拡張した予測値から評価値Ｊを計算し、計算した評価値Ｊから電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳとその継続時間Ｔｓｗを計算する。予測値の拡張方法と評価値についての詳細は後述する。
【0187】
図３１は、電力変換装置１００Ｇを実現するハードウェア構成図である。
電力変換部１は、直流電源２の直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路により構成され、負荷３を駆動する。電力変換部１は、それぞれダイオードＤが逆並列接続された複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。そして、各相の上アームと下アームとの接続点からバスバーによって負荷３の各相の入力端子に接続されている。この場合、ｕ相はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、ｖ相はスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備え、ｗ相はスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備える。
電力変換部１は、直流電源２の直流電力を三相交流電力に変換する三相インバータ回路により構成され、負荷３を駆動する。電力変換部１は、それぞれダイオードＤが逆並列接続された複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６を備える。そして、各相の上アームと下アームとの接続点からバスバーによって負荷３の各相の入力端子に接続されている。この場合、ｕ相はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、ｖ相はスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備え、ｗ相はスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６を備える。
【0188】
母線電圧検出部１５は、直流電源２の正側（＋）と負側（―）の電圧差を測定して母線電圧Ｖｄｃを検出する機構である。
制御装置１０Ｅは、プロセッサ４０および記憶装置４１で構成されるハードウェアを備える。
制御装置１０Ｅは、プロセッサ４０および記憶装置４１で構成されるハードウェアを備える。
【0189】
記憶装置４１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置（図示省略）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、等の不揮発性の補助記憶装置（図示省略）とを備えている。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにフラッシュメモリを使用してもよい。
【0190】
プロセッサ４０は記憶装置４１から入力された制御プログラムを実行する。
記憶装置４１は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ４０には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラム４２が入力される。
プロセッサ４０は、演算結果等の処理データ４３を記憶装置４１の揮発性記憶装置に出力し、これらの処理データ４３を、必要に応じて揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存する。
記憶装置４１は補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備える。プロセッサ４０には補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して制御プログラム４２が入力される。
プロセッサ４０は、演算結果等の処理データ４３を記憶装置４１の揮発性記憶装置に出力し、これらの処理データ４３を、必要に応じて揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存する。
【0191】
上述したように、制御装置１０Ｅは、電力変換部１の複数のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のスイッチング状態量ＳＷＳを出力して電力変換部１を制御する。
【0192】
図３２は、電力変換部１の全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌとして２レベルを対象とした場合の一例を示す図である。スイッチング状態量ＳＷＳは、各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン（：１）とオフ（：０）の信号の組み合わせである。上アームおよび下アームのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の内、一方がオンで他方がオフとなる８通りのスイッチング状態指標ＳＷｎ（ｎは０～７の整数）と、電力変換部１の動作停止時に全スイッチング素子（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のすべて）をオフするスイッチング状態指標（スイッチング状態指標ＳＷ８）の９通りのスイッチング状態指標がある。
【0193】
図３３は、電力変換部１のスイッチングパターンＳＷＰについて説明する図である。図３３では、スイッチングパターンＳＷＰの一例として、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗのデータ組を３つ組み合わせたものを図示している。
【0194】
本願では、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗのデータ組を２つ以上組み合わせたものをスイッチングパターンＳＷＰとしている。図３３の場合、スイッチングパターンＳＷＰは、１番目のスイッチング状態量ＳＷＳ１（ここでは図３２のスイッチング状態指標ＳＷ１に該当）を継続時間Ｔ１ｓｗだけ継続、２番目のスイッチング状態量ＳＷＳ２（ここでは図３２のスイッチング状態指標ＳＷ２に該当）を継続時間Ｔ２ｓｗだけ継続、３番目のスイッチング状態量ＳＷＳ３（ここでは図３２のスイッチング状態指標ＳＷ７に該当）を継続時間Ｔ３ｓｗだけ継続するように設定された、組み合わせである。
【0195】
図３４は、スイッチング予測部３３における電圧出力積分値Ｐｏｕｔからの全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌについて説明する図である。スイッチング予測部３３にて計算した電圧出力積分値Ｐｏｕｔを初期値Ｃとして、その地点から図３２のスイッチング状態指標ＳＷｎ（ｎは０～８の整数）に基づいて、全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌの積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌ（以下、簡略化して、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌと呼ぶ）を描いている。
【0196】
図３４において、スイッチング状態指標ＳＷ０、ＳＷ７、ＳＷ８に対応するスイッチング状態量ＳＷＳは、多相電圧出力値Ｖｏｕｔ（以下では、単に、電圧出力値Ｖｏｕｔとも呼ぶ）が零になるため、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは電圧出力積分値Ｐｏｕｔと一致する。そのため、（スイッチング状態指標ＳＷ１からＳＷ６に相当する）点線で示した合計６本の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが描かれている。
【0197】
図３５は、スイッチング予測部３３における電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの予測区間の拡張方法について説明する図である。図３５では、２相の静止座標系であるαβ座標において、予測開始時点から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄについて電圧指令値Ｖｒｅｆの位相６０度分まで拡張した場合を一例として示している。ここで、図３５においては、電圧指令積分値Ｐｒｅｆは、実線の矢印で示され、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは、５個の点線の矢印（スイッチング状態量ＳＷＳ１～ＳＷＳ５）で示される。
【0198】
電圧指令値Ｖｒｅｆは静止座標上においては、定常状態を仮定すると電圧指令値Ｖｒｅｆの周波数にしたがって変化するため、例えば周波数が正の場合は反時計方向に円旋回する。そのため、電圧指令積分値Ｐｒｅｆも反時計方向に円旋回する。つまり、図３５で、予測開始時点から予測終了時点に６０度分、移動する。
【0199】
これに対して、電圧予測値Ｖｐｒｅｄは電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳによる電圧出力値Ｖｏｕｔとなっているので、スイッチング素子がオンとオフの状態である２値しか取らない。しかしながら、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄであれば、電圧予測値Ｖｐｒｅｄに到達するまでの軌跡を表現できるため、図３５のように電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは電圧指令値の位相６０度分の軌跡を計算できる。
【0200】
図３５の場合は、スイッチング状態量ＳＷＳ１からＳＷＳ５までのスイッチング状態量ＳＷＳの順番で電圧指令値Ｖｒｅｆの６０度分の軌跡を予測演算している。つまり、予測演算時に、各スイッチング状態量ＳＷＳによる電圧予測値Ｖｐｒｅｄを積分する時間を変更するのみで軌跡の長さが変わる。この軌跡を、例えば従来方式であるモデル予測制御にて固定子磁束φを計算しようとした場合、負荷３の状態方程式を逐次計算する必要がある。つまり、本願の方式は、従来方式と比較すると計算量が大幅に低減されている。
【0201】
図３５のように計算した電圧指令値の位相６０度分の電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄとの差である積分偏差Ｐｅｒｒの合計値Ｐｅｒｒｓｕｍ（以下、簡略化して、積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍと呼ぶ）を計算し、この積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍを評価値Ｊとして、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するために使用してもよいし、積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍとスイッチング状態量ＳＷＳの切り替わりにおけるスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔの合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ（以下、簡略化して、スイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍと呼ぶ）に基づき、ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ×Ｐｅｒｒｓｕｍにより評価値Ｊを計算し、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するために使用してもよい。なお、図３５においては、上記積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍは明示的には表されていない。
【0202】
次に、この実施の形態８の電力変換装置１００Ｇにおける制御動作について、以下に、図を用いて説明する。
図３６は、電力変換装置１００Ｇにおける制御動作を説明するフローチャートである。
図３６は、電力変換装置１００Ｇにおける制御動作を説明するフローチャートである。
【0203】
まず、母線電圧検出部１５は、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出する（ステップＳ６２）。
次に、電圧予測部３２は、ステップＳ６２で取得した母線電圧Ｖｄｃと、電力変換部１の全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを計算する（ステップＳ６３）。
次に、スイッチング予測部３３は、電圧指令値Ｖｒｅｆを取得する（ステップＳ６４）。
そして、スイッチング予測部３３は、ステップＳ６３で取得した全候補の電圧予測値ＶｐｒｅｄａｌｌとステップＳ６４で取得した電圧指令値Ｖｒｅｆをそれぞれ積分した、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆとに基づいて、図３５に示すように、電圧指令値の位相６０度分にわたる予測値に拡張する（ステップＳ６５）。
次に、ステップＳ６５で拡張した予測値に基づいて、スイッチング予測部３３は、全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌにおける評価値Ｊをそれぞれ計算する（ステップＳ６６）。ここで評価値Ｊとは、例えば、電圧指令値の位相６０度に拡張した電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍである。
次に、ステップＳ６６で計算した全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌにおける評価値Ｊに基づいて、スイッチング予測部３３は、評価値Ｊを最小とするスイッチング状態量ＳＷＳを探索する（ステップＳ６７）。例えば、評価値Ｊが積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍの場合は、積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍが最も小さいスイッチング状態量ＳＷＳが選択される。
次に、ステップＳ６７で探索して選択されたスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗに基づいて、スイッチング出力部２８は、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ６８）。
最後に、電力変換部１は、ステップＳ６８で決定したスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗに応じて、スイッチング状態量ＳＷＳを制御して負荷３を制御する（ステップＳ６９）。
次に、電圧予測部３２は、ステップＳ６２で取得した母線電圧Ｖｄｃと、電力変換部１の全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを計算する（ステップＳ６３）。
次に、スイッチング予測部３３は、電圧指令値Ｖｒｅｆを取得する（ステップＳ６４）。
そして、スイッチング予測部３３は、ステップＳ６３で取得した全候補の電圧予測値ＶｐｒｅｄａｌｌとステップＳ６４で取得した電圧指令値Ｖｒｅｆをそれぞれ積分した、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌと、電圧指令積分値Ｐｒｅｆとに基づいて、図３５に示すように、電圧指令値の位相６０度分にわたる予測値に拡張する（ステップＳ６５）。
次に、ステップＳ６５で拡張した予測値に基づいて、スイッチング予測部３３は、全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌにおける評価値Ｊをそれぞれ計算する（ステップＳ６６）。ここで評価値Ｊとは、例えば、電圧指令値の位相６０度に拡張した電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍである。
次に、ステップＳ６６で計算した全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌにおける評価値Ｊに基づいて、スイッチング予測部３３は、評価値Ｊを最小とするスイッチング状態量ＳＷＳを探索する（ステップＳ６７）。例えば、評価値Ｊが積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍの場合は、積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍが最も小さいスイッチング状態量ＳＷＳが選択される。
次に、ステップＳ６７で探索して選択されたスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗに基づいて、スイッチング出力部２８は、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ６８）。
最後に、電力変換部１は、ステップＳ６８で決定したスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗに応じて、スイッチング状態量ＳＷＳを制御して負荷３を制御する（ステップＳ６９）。
【0204】
この実施の形態８の電力変換装置１００Ｇは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算するスイッチング予測部３３と、スイッチング予測部３３で計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング出力部２８とを備え、スイッチング予測部３３は、電圧指令値の位相６０度にわたる電圧指令積分値Ｐｒｅｆと全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌから計算した積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍに基づいて、積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍを最小にするスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを出力し、これに応じてスイッチング出力部２８が電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0205】
このため、実施の形態８の電力変換装置１００Ｇは、実施の形態７と比較すると、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに電力変換部１の電圧出力積分値Ｐｏｕｔを追従させつつ、電圧指令値の位相６０度にわたる積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍを最小にするため、高調波電圧Ｖｔｈｄ、および高調波電流Ｉｔｈｄを小さくするように負荷３を駆動することができる。
【0206】
ここで、評価値Ｊを積分偏差の合計値Ｐｅｒｒｓｕｍと説明したが、評価値Ｊはスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍも考慮して、評価値Ｊを電圧指令値の位相６０度にわたるＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ×Ｐｅｒｒｓｕｍとすることで、電力変換部１のスイッチング切り替わり回数を少なくできる、つまりスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを小さくするように負荷３を駆動できる。
また、ここでは、位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
また、ここでは、位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
【0207】
実施の形態９．
実施の形態９に係る電力変換装置１００Ｈについて、以下図を用いて説明する。
図３７は実施の形態９による電力変換装置１００Ｈの構成を示すブロック図である。
図３７に示すように、実施の形態９による電力変換装置１００Ｈは、実施の形態８による制御装置１０Ｅが有するスイッチング予測部３３に代えて、電力変換装置１００Ｈの制御装置１０Ｆはスイッチング予測部３３Ａを備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング予測部３３Ａとスイッチング出力部２８によって決定するため、前述のスイッチング決定部３００に相当する。
実施の形態９に係る電力変換装置１００Ｈについて、以下図を用いて説明する。
図３７は実施の形態９による電力変換装置１００Ｈの構成を示すブロック図である。
図３７に示すように、実施の形態９による電力変換装置１００Ｈは、実施の形態８による制御装置１０Ｅが有するスイッチング予測部３３に代えて、電力変換装置１００Ｈの制御装置１０Ｆはスイッチング予測部３３Ａを備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング予測部３３Ａとスイッチング出力部２８によって決定するため、前述のスイッチング決定部３００に相当する。
【0208】
実施の形態９の電力変換装置１００Ｈのスイッチング予測部３３Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対する許容範囲ΔＰｒｅｆを用いて、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算する点で、実施の形態８による電力変換装置１００Ｇのスイッチング予測部３３と異なる。以下においては、実施の形態１から８と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から８と異なる点を中心に説明する。
【0209】
スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測部３２で計算した電圧予測値Ｖｐｒｅｄを積分した電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算する。この時、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの初期値Ｃは実施の形態８と同様に、スイッチング予測部３３Ａにて計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗ、母線電圧検出部１５で検出した母線電圧Ｖｄｃから電圧出力値Ｖｏｕｔを計算し、この電圧出力積分値Ｐｏｕｔを初期値Ｃとする。ＰｄｅｌｔａとＰｐｒｅｄの拡張方法と評価値についての詳細は後述する。
【0210】
スイッチング予測部３３Ａにおける電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆは、電圧出力積分値Ｐｏｕｔが電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対して許容される範囲を表している。そのため、許容範囲ΔＰｒｅｆの大きさは、値を大きく設定すると高調波電圧Ｖｔｈｄが大きくなるが電力変換部１における複数スイッチング素子のスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔが少なくなり、反対に許容範囲ΔＰｒｅｆを小さく設定すると高調波電圧Ｖｔｈｄが小さくなるが電力変換部１における複数スイッチング素子のスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔが多くなるという、高調波電圧Ｖｔｈｄとスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔのトレードオフを決定する値になっている。
【0211】
図３８は、スイッチング予測部３３Ａにおける電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの拡張方法の一例を説明した図である。
図３８では、２相の静止座標系であるαβ座標において、予測開始時点から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄについて、電圧指令値の位相６０度以上に拡張した場合を一例として示している。ここで、図３８において、電圧指令積分値Ｐｒｅｆは、実線の矢印で示され、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは、４個の点線の矢印（スイッチング状態量ＳＷＳ１～ＳＷＳ４）で示される。
図３８では、２相の静止座標系であるαβ座標において、予測開始時点から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄについて、電圧指令値の位相６０度以上に拡張した場合を一例として示している。ここで、図３８において、電圧指令積分値Ｐｒｅｆは、実線の矢印で示され、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは、４個の点線の矢印（スイッチング状態量ＳＷＳ１～ＳＷＳ４）で示される。
【0212】
電圧指令値Ｖｒｅｆは静止座標上においては、定常状態を仮定すると電圧指令値Ｖｒｅｆの周波数にしたがって変化するため、例えば周波数が正の場合は反時計方向に円旋回する。そのため、電圧指令積分値Ｐｒｅｆも反時計方向に円旋回する。
【0213】
電圧指令値Ｖｒｅｆに対して、電圧予測値Ｖｐｒｅｄは電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳによる電圧出力値Ｖｏｕｔであるため、図３４のようにスイッチング状態量ＳＷＳによって、Ｐｐｒｅｄの軌跡が描かれる。
【0214】
各相のスイッチング素子は図３２に示すＱ１～Ｑ６の上記２レベルに相当するオン・オフに対応する１あるいは０で示したスイッチングパラメータ（スイッチング状態のレベルを表す数値）により定まるスイッチング状態指標ＳＷ０～ＳＷ８を取りうるため、合計９通りの電圧出力値Ｖｏｕｔとなる。しかしながら、スイッチング状態指標ＳＷ０、ＳＷ７、ＳＷ８は各相の上アームのスイッチング状態量ＳＷＳによる合成ベクトルは零となるため、非零の電圧出力値Ｖｏｕｔが６通り、零の電圧出力値Ｖｏｕｔが３通りということになる。ここでは、上記の合計９通りの電圧出力値Ｖｏｕｔをそれぞれ積分した電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄを計算する。
【0215】
図３８では、αβ座標上での電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａが描かれている。すなわち、Ｐｄｅｌｔａは、αβ座標上に示された電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対して、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定するため、電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと電圧許容値の下限値Ｐｌｏｗｅｒが描かれている。そして、電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと電圧許容値の下限値Ｐｌｏｗｅｒは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと同様に、定常状態において時間的に円旋回する。
【0216】
電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄはスイッチング状態量ＳＷＳにより、時間的に図３４のように直線状に変化する。そのため、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄを時間関数で表現し、電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒまたは電圧許容値の下限値Ｐｌｏｗｅｒと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの交差到達時間Ｔｃｒｏｓｓを計算する。
【0217】
図３８では、スイッチング状態量ＳＷＳ１（スイッチング状態指標ＳＷ３相当）が継続時間Ｔ１ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと交差し、スイッチング状態量ＳＷＳ２（スイッチング状態指標ＳＷ４相当）が継続時間Ｔ２ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが電圧許容値の下限値Ｐｌｏｗｅｒと交差し、スイッチング状態量ＳＷＳ３（スイッチング状態指標ＳＷ３相当）が継続時間Ｔ３ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと交差し、スイッチング状態量ＳＷＳ４（スイッチング状態指標ＳＷ４相当）が継続時間Ｔ４ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと交差する。
【0218】
実施の形態８の許容範囲ΔＰｒｅｆを使用しない予測値の拡張方法と比較すると、実施の形態９では、許容範囲ΔＰｒｅｆを使用することで予測値を拡張する際に時間関数を解くのみでよいため、実施の形態８と比較して、さらに計算量が低減される。つまり、上述したように、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄがスイッチング状態量ＳＷＳの変化に対して時間的に直線状に変化することを利用することができるので、さらに計算量が低減される。
【0219】
ここで、図３８のようにして計算した予測値からＰｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの交差到達時間Ｔｃｒｏｓｓの合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、この交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを評価値Ｊとして、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するために使用してもよいし、交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍとスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍに基づき、ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍから評価値Ｊを計算し、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するために使用してもよい。
【0220】
次に、この実施の形態９の電力変換装置１００Ｈにおける制御動作について、以下、図を用いて説明する。
図３９は、電力変換装置１００Ｈにおける制御動作を説明するフローチャートである。
まず、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
図３９は、電力変換装置１００Ｈにおける制御動作を説明するフローチャートである。
まず、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
【0221】
次に、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定するための許容範囲ΔＰｒｅｆを取得する（ステップＳ７０）。
そして、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値に基づいて、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを電圧指令値の位相６０度以上に拡張した予測値から計算する（ステップＳ７１）。
そして、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値に基づいて、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを電圧指令値の位相６０度以上に拡張した予測値から計算する（ステップＳ７１）。
【0222】
スイッチング予測部３３Ａは、ステップＳ７１にて計算した交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍに基づき、全候補のスイッチング状態量における評価値Ｊをそれぞれ計算する（ステップＳ７２）。
【0223】
スイッチング予測部３３Ａは、ステップＳ７２にて計算した評価値Ｊに基づいて、実施の形態８と同様の手順にて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを探索し、探索したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１は、スイッチング状態量ＳＷＳを制御して負荷３を制御する（ステップＳ７３からステップＳ７５）。
【0224】
この実施の形態９の電力変換装置１００Ｈは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する電力変換部１と、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算するスイッチング予測部３３Ａと、スイッチング予測部３３Ａで計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング出力部２８とを備え、スイッチング予測部３３Ａは、電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを最小にするスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを出力し、これに応じてスイッチング出力部２８が電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0225】
このため、実施の形態９の電力変換装置１００Ｈは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄを時間関数で表現し、予測区間を電圧指令値の位相６０度以上に拡張するため、実施の形態８と比較して、予測演算するための計算量をより少なくでき、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧出力値Ｖｏｕｔの積分偏差Ｐｅｒｒも許容範囲ΔＰｒｅｆにて一定に制限して負荷３を駆動することができる。したがって、実施の形態９の電力変換装置１００Ｈは、実施の形態８よりも予測区間を長期に設定しやすいため、電圧高調波の抑制効果を向上させることができる。
【0226】
ここで、評価値Ｊを交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍと説明したが、評価値Ｊはスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍも考慮して、評価値Ｊを電圧指令値の位相６０度以上にわたるＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍとすることで、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓも小さくするように負荷３を駆動できる。また、ここでは位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
【0227】
実施の形態１０．
実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉについて、以下図を用いて説明する。
図４０は実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉの構成を示すブロック図である。図４０に示すように、実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉは、実施の形態９と比較して、負荷３を回転電機４に代え、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を備え、制御装置１０Ｇが有するスイッチング予測部３３Ａに代えて、電力変換装置１００Ｉの制御装置１０Ｇはスイッチング予測部３３Ｂを備える。そして、この制御装置１０Ｇは、上記電流検出部１７から検出した検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機４の駆動状態を表す駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する状態観測部３４を備えるとともに、状態観測部３４で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する許容範囲計算部１８を備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング予測部３３Ｂとスイッチング出力部２８によって決定するため、前述のスイッチング決定部３００に相当する。
実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉについて、以下図を用いて説明する。
図４０は実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉの構成を示すブロック図である。図４０に示すように、実施の形態１０に係る電力変換装置１００Ｉは、実施の形態９と比較して、負荷３を回転電機４に代え、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を備え、制御装置１０Ｇが有するスイッチング予測部３３Ａに代えて、電力変換装置１００Ｉの制御装置１０Ｇはスイッチング予測部３３Ｂを備える。そして、この制御装置１０Ｇは、上記電流検出部１７から検出した検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機４の駆動状態を表す駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する状態観測部３４を備えるとともに、状態観測部３４で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する許容範囲計算部１８を備える。電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳは、スイッチング予測部３３Ｂとスイッチング出力部２８によって決定するため、前述のスイッチング決定部３００に相当する。
【0228】
上述の電力変換装置１００Ｉのスイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに対する許容範囲ΔＰｒｅｆを回転電機４の駆動状態に合わせて変更する点で、実施の形態９による電力変換装置１００Ｈのスイッチング予測部３３Ａと異なる。以下においては、実施の形態１から９と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から９と異なる点を中心に説明する。
【0229】
上述のように、電力変換装置１００Ｉは、実施の形態８、９と比較し、電流検出部１７を備える点で異なる。
この電力変換装置１００Ｉは、図４０に示したように、電力変換部１、母線電圧検出部１５、電流検出部１７、及び制御装置１０Ｇの構成要素である、電圧予測部３２、スイッチング予測部３３Ｂ、スイッチング出力部２８、状態観測部３４、許容範囲計算部１８を、備える。以下では、実施の形態９とは異なる構成要素である、電流検出部１７、状態観測部３４、許容範囲計算部１８の機能について説明する。
この電力変換装置１００Ｉは、図４０に示したように、電力変換部１、母線電圧検出部１５、電流検出部１７、及び制御装置１０Ｇの構成要素である、電圧予測部３２、スイッチング予測部３３Ｂ、スイッチング出力部２８、状態観測部３４、許容範囲計算部１８を、備える。以下では、実施の形態９とは異なる構成要素である、電流検出部１７、状態観測部３４、許容範囲計算部１８の機能について説明する。
【0230】
電流検出部１７は、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出し、状態観測部３４に出力する。
【0231】
状態観測部３４は、電圧指令値Ｖｒｅｆと電流検出部１７により検出した検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機４の駆動状態を表した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算して、計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを出力する。ここで、駆動状態量Ｍｓｔａｔｅは、例えば、電圧指令値Ｖｒｅｆと電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗを二相の静止座標であるαβ座標上に変換し、電圧指令値Ｖｒｅｆと二相の電流Ｉαβに基づいて計算した二相の磁束φαβ、二相の磁束φαβに基づいて計算した回転電機４の磁束φ、あるいは一次角周波数ω１、角速度ωｒｍ、二相の磁束φαβと二相の電流Ｉαβに基づいて計算したトルクτ、検出電流値Ｉｕｖｗから計算した回転電機４の損失Ｍｌｏｓｓの少なくとも何れか１つを含む。
【0232】
許容範囲計算部１８は、状態観測部３４で計算した回転電機４の駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算して、スイッチング予測部３３Ｂに出力する。許容範囲ΔＰｒｅｆの大きさは、前述のとおり、高調波電圧Ｖｔｈｄとスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔのトレードオフを決定する値になっている。そのため、例えば、回転電機４のトルクリプルを低減する時は、許容範囲ΔＰｒｅｆを小さくして高調波電圧Ｖｔｈｄが小さくなるよう設定する。また、許容範囲ΔＰｒｅｆは回転電機４に関わる何れかの値に依存した関数として算出してもよい。
【0233】
図４１は、電力変換装置１００Ｉを実現するハードウェア構成図である。
図４１に示した電力変換装置１００Ｉのハードウェア構成図は、実施の形態８の電力変換装置１００Ｇと比較して、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を新たに追加している点で異なる。
図４１に示した電力変換装置１００Ｉのハードウェア構成図は、実施の形態８の電力変換装置１００Ｇと比較して、電力変換部１と回転電機４の間に電流検出部１７を新たに追加している点で異なる。
【0234】
電流検出部１７は、電力変換部１が回転電機４に出力している三相分の電流値を検出する。ここで、電流検出部１７には、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）検出器、シャント抵抗等、いずれの電流検出器を用いてもよい。三相の電流の内、ニ相分の電流を検出し、残りの一相の電流を算出したものを用いてもよい。また、一つの電流検出器で三相交流電流値を復元する１シャント電流検出方式を用いてもよい。
【0235】
図４２は、実施の形態１０によるスイッチング予測部３３Ｂにおける電圧指令値Ｖｒｅｆを積分した電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄの拡張方法について説明するための図である。
【0236】
図４２では、２相の静止座標系であるαβ座標において、予測開始時点から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄについて、電圧指令値の位相６０度以上に拡張した場合を一例として示している。ここで、図４２において、電圧指令積分値Ｐｒｅｆは、実線の矢印で示され、電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄは、２個の点線の矢印（スイッチング状態量ＳＷＳ１～ＳＷＳ２）で示される。
【0237】
そこで、次に、実施の形態９と同様にして、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄを時間関数で表現し、電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒまたは電圧許容値の下限値Ｐｌｏｗｅｒと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの交差到達時間Ｔｃｒｏｓｓを計算する。
【0238】
図４２では、許容範囲計算部１８にて計算した許容範囲ΔＰｒｅｆに基づいて許容範囲ΔＰｒｅｆの大きさが予測計算の途中で変化している。これは、例えば、許容範囲ΔＰｒｅｆが電圧出力積分値Ｐｏｕｔに依存した関数として計算された場合、電圧出力積分値Ｐｏｕｔに依存して許容範囲ΔＰｒｅｆの大きさが変化する場合を仮定したものである。
【0239】
また、図４２に示したように、スイッチング状態量ＳＷＳ１（スイッチング状態指標ＳＷ３相当）が継続時間Ｔ１ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと交差し、その後、スイッチング状態量ＳＷＳ２（スイッチング状態指標ＳＷ４相当）が継続時間Ｔ２ｓｗで電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値の上限値Ｐｕｐｐｅｒと交差する。
【0240】
実施の形態９の許容範囲ΔＰｒｅｆが一定値の方式と比較すると、実施の形態１０では、回転電機４の駆動状態に合わせて許容範囲ΔＰｒｅｆを変化させるため、高調波電圧Ｖｔｈｄと電力変換部１のスイッチング切り替わり回数ＳＷｃｏｕｎｔだけでなく、回転電機４のトルクτ、あるいは磁束φ、一次角周波数ω１、損失Ｍｌｏｓｓの性能を考慮しつつ、電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定することができる。
【0241】
次に、この実施の形態１０の電力変換装置１００Ｉにおける制御動作について、以下、図を用いて説明する。
【0242】
図４３は、電力変換装置１００Ｉにおける制御動作を説明するフローチャートである。
まず、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値Ｖｒｅｆと、電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
次に、電流検出部１７は、回転電機４に流れる電流を検出する（ステップＳ７６）。
次に、状態観測部３４は、ステップＳ７６で検出した検出電流値Ｉｕｖｗと電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいて、回転電機４の駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する（ステップＳ７７）。
許容範囲計算部１８は、ステップＳ７７で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ７８）。
そして、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、実施の形態９と同様の手順で処理を実行し、電圧指令値の位相６０度以上に拡張したＰｄｅｌｔａとＰｐｒｅｄａｌｌに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、計算した交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを評価値Ｊとする（ステップＳ７９からステップＳ８１）。
スイッチング予測部３３Ｂは、ステップＳ８１にて計算した評価値Ｊに基づいて、実施の形態８、９と同様の手順にて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを探索し、探索したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ８２、ステップＳ８３）。
電力変換部１は、ステップＳ８３で決定した電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳにより、直流電力を交流電力に変換し、回転電機４を制御する（ステップＳ８４）。
まず、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値Ｖｒｅｆと、電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
次に、電流検出部１７は、回転電機４に流れる電流を検出する（ステップＳ７６）。
次に、状態観測部３４は、ステップＳ７６で検出した検出電流値Ｉｕｖｗと電圧指令値Ｖｒｅｆに基づいて、回転電機４の駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する（ステップＳ７７）。
許容範囲計算部１８は、ステップＳ７７で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ７８）。
そして、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、実施の形態９と同様の手順で処理を実行し、電圧指令値の位相６０度以上に拡張したＰｄｅｌｔａとＰｐｒｅｄａｌｌに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、計算した交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを評価値Ｊとする（ステップＳ７９からステップＳ８１）。
スイッチング予測部３３Ｂは、ステップＳ８１にて計算した評価値Ｊに基づいて、実施の形態８、９と同様の手順にて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを探索し、探索したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ８２、ステップＳ８３）。
電力変換部１は、ステップＳ８３で決定した電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳにより、直流電力を交流電力に変換し、回転電機４を制御する（ステップＳ８４）。
【0243】
この実施の形態１０の電力変換装置１００Ｉは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して回転電機４に供給する電力変換部１と、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出電流値Ｉｕｖｗとして検出する電流検出部１７と、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて回転電機４の駆動状態を表す駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する状態観測部３４と、状態観測部３４で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する許容範囲計算部１８と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算するスイッチング予測部３３Ｂと、スイッチング予測部３３Ｂで計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング出力部２８とを備え、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを最小にするスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを出力し、これに応じてスイッチング出力部２８が電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0244】
このため、実施の形態１０の電力変換装置１００Ｉは、回転電機４の駆動状態に合わせて許容範囲ΔＰｒｅｆを変化させるため、実施の形態９と比較して、回転電機４のトルクリプル、あるいは磁束リプル、損失Ｍｌｏｓｓを考慮した電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳの制御ができる。
【0245】
ここで、評価値Ｊを交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍと説明したが、評価値Ｊはスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍも考慮して、評価値Ｊを電圧指令値の位相６０度以上にわたるＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍとすることで、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓも小さくするように回転電機４を駆動できる。また、ここでは位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
【0246】
実施の形態１１．
実施の形態１１に係る電力変換装置１００Ｊについて、以下、図を用いて説明する。
図４４は実施の形態１１による電力変換装置１００Ｊの構成を示すブロック図である。図４４に示すように、実施の形態１１による電力変換装置１００Ｊは、実施の形態１０と比較して、制御装置１０Ｇに代えて制御装置１０Ｈを備えるとともに、この制御装置１０Ｈは、制御装置１０Ｇが備えている許容範囲計算部１８の代わりに、学習済みモデル２６を備える。この学習済みモデル２６は、教師データに基づく機械学習で得た情報を基に、状態観測部３４から入力される駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて推論を行い、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。
実施の形態１１に係る電力変換装置１００Ｊについて、以下、図を用いて説明する。
図４４は実施の形態１１による電力変換装置１００Ｊの構成を示すブロック図である。図４４に示すように、実施の形態１１による電力変換装置１００Ｊは、実施の形態１０と比較して、制御装置１０Ｇに代えて制御装置１０Ｈを備えるとともに、この制御装置１０Ｈは、制御装置１０Ｇが備えている許容範囲計算部１８の代わりに、学習済みモデル２６を備える。この学習済みモデル２６は、教師データに基づく機械学習で得た情報を基に、状態観測部３４から入力される駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて推論を行い、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する。
【0247】
ここで、実施の形態１１による電力変換装置１００Ｊの許容範囲ΔＰｒｅｆの計算においては、許容範囲ΔＰｒｅｆは、機械学習を実行して取得した学習済みモデル２６を使用して計算する点で、実施の形態１０による電力変換装置１００Ｉの許容範囲計算部１８と異なる。以下においては、実施の形態１から１０と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から１０と異なる点を中心に説明する。
【0248】
図４５は、学習済みモデルの作成方法および教師データに基づく機械学習を説明するブロック図である。
図４５に示すように、事前に用意した学習用データ５１から得る教師データ５７に基づいて、学習部５０が機械学習を行って学習済みモデルを生成する。
図４５に示すように、事前に用意した学習用データ５１から得る教師データ５７に基づいて、学習部５０が機械学習を行って学習済みモデルを生成する。
【0249】
学習用データ５１には、回転電機４の磁束φ、トルクτ、損失Ｍｌｏｓｓ、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆが含まれる。学習用データ５１は、回転電機４を駆動する方式にて計算した値を保管しており、例えば、ＰＷＭ方式と比較して、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを小さくする制御方式である、モデル予測制御を用いた制御方式、選択的高調波消去、低次高調波消去、あるいは最適パルスパターンを用いた制御方式を用いて学習用データ５１を生成してもよい。
【0250】
学習用データ５１は、教師データ取得部５２に入力される。教師データ取得部５２は、入力データ取得部５３とラベルデータ取得部５４とを備える。
入力データ取得部５３は、学習用データ５１から、回転電機４の磁束φと、トルクτと、損失Ｍｌｏｓｓとを教師用入力データ５５として取得し、学習部５０に出力する。
ラベルデータ取得部５４は、学習用データ５１から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを教師用ラベルデータ５６として取得し、学習部５０に出力する。
入力データ取得部５３は、学習用データ５１から、回転電機４の磁束φと、トルクτと、損失Ｍｌｏｓｓとを教師用入力データ５５として取得し、学習部５０に出力する。
ラベルデータ取得部５４は、学習用データ５１から、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを教師用ラベルデータ５６として取得し、学習部５０に出力する。
【0251】
教師データ５７は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６とから成り、学習部５０は、教師用入力データ５５と教師用ラベルデータ５６との組み合わせである教師データ５７に基づいて、機械学習を実行する。
【0252】
この実施の形態１１における機械学習の教師データ付き学習は、パーセプトロンを組み合わせて構成したニューラルネットワークにより行われる。具体的には、回転電機４の磁束φと、トルクτと、損失Ｍｌｏｓｓとを教師用入力データ５５とし、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを教師用ラベルデータ５６とする。そして、これらによる教師データ５７をニューラルネットワークに与えて、ニューラルネットワークの出力が教師用ラベルデータ５６と同じとなるように、各パーセプトロンについての重みづけを変更しながら学習を繰り返すものである。
【0253】
学習の過程では、誤差逆伝搬法による処理を繰り返し行うことにより各パーセプトロンの出力の誤差を小さくするように重みづけ値を調整する。すなわち、教師データ付き学習は、重みづけ値を調整しながら、教師用ラベルデータ５６とニューラルネットワークの出力データの誤差がなくなるようにするものである。
【0254】
このようにして、教師データ５７の特徴を学習し、入力に基づいて推論を行って結果を導出するための学習済みモデルを獲得する。
【0255】
このように機械学習により生成された学習済みモデルは、教師データ５７の特徴を有する。例えば、教師データ５７に変成される学習用データ５１が、モデル予測制御を利用したものであれば、学習済みモデルは電圧指令積分値Ｐｒｅｆがモデル予測制御にて回転電機４を制御している時と同等の値に制御されるため、ＰＷＭ方式と比較して、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓを小さくすることができる。
なお、学習部５０が学習に用いるニューラルネットワークは三層であってもよいが、さらに多層であっても良く、ディープラーニングにより機械学習を実行するものでも良い。
なお、学習部５０が学習に用いるニューラルネットワークは三層であってもよいが、さらに多層であっても良く、ディープラーニングにより機械学習を実行するものでも良い。
【0256】
図４６は、学習済みモデルを生成するためのハードウェア構成図である。学習済みモデルを生成するための機械学習は、ニューラルネットワークとして機能する機械学習器６０で行い、機械学習器６０は、図４６に示すハードウェア構成により実現される。
【0257】
機械学習器６０は、プロセッサ６１および記憶装置６２で構成される。
記憶装置６２は、揮発性記憶装置である例えばＲＡＭ６３と、不揮発性の補助記憶装置である例えばＨＤＤ６４とを備える。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにＳＳＤあるいはフラッシュメモリを使用してもよい。
ＨＤＤ６４は、学習プログラム６５、教師データ６６を保持し、生成される学習結果６７も保持する。
記憶装置６２は、揮発性記憶装置である例えばＲＡＭ６３と、不揮発性の補助記憶装置である例えばＨＤＤ６４とを備える。なお、不揮発性の補助記憶装置としては、ＨＤＤの代わりにＳＳＤあるいはフラッシュメモリを使用してもよい。
ＨＤＤ６４は、学習プログラム６５、教師データ６６を保持し、生成される学習結果６７も保持する。
【0258】
プロセッサ６１には、ＨＤＤ６４からＲＡＭ６３を介して各種の学習プログラム６５が入力され、入力された各種の学習プログラム６５を実行する。学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させる。即ち、教師データ６６も、ＨＤＤ６４からＲＡＭ６３を介してプロセッサ６１に入力され、学習プログラム６５に従って学習される。
【0259】
また、プロセッサ６１は、学習結果６７のデータを、記憶装置６２のＲＡＭ６３に出力し、必要に応じてＲＡＭ６３を介してＨＤＤ６４に保存する。
学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させ、機械学習の結果（学習結果６７）のデータを生成させるための命令を含むプログラムである。
学習プログラム６５は、教師データ付き学習をプロセッサ６１に実行させ、機械学習の結果（学習結果６７）のデータを生成させるための命令を含むプログラムである。
【0260】
以上のような機械学習器６０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、サーバ装置等により実現できる。但し、演算量が多いため、例えば、ＰＣにＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）を搭載し、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）と呼ばれる技術により、ＧＰＵを教師データ付き学習の演算処理に利用して、高速に処理できるようにしてもよい。
【0261】
次に、この実施の形態１１の電力変換装置１００Ｊにおける制御動作について、以下に説明する。
【0262】
図４７は、電力変換装置１００Ｊにおける制御動作を説明するフローチャートである。
まず、実施の形態１０と同様の手順で処理を実行し、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
まず、実施の形態１０と同様の手順で処理を実行し、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値Ｖｒｅｆと電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２からステップＳ６４）。
【0263】
次に、状態観測部３４は、実施の形態１０と同様に、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて回転電機４の磁束φと、トルクτと、損失Ｍｌｏｓｓとを駆動状態量Ｍｓｔａｔｅとして計算する（ステップＳ７６、ステップＳ７７）。
次に、ステップＳ７７で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、学習済みモデル２６は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ８５）。
次に、ステップＳ７７で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて、学習済みモデル２６は、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ８５）。
【0264】
そして、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、実施の形態１０と同様の手順で処理を実行し、電圧指令値の位相６０度以上に拡張したＰｄｅｌｔａとＰｐｒｅｄａｌｌに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、計算した交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを評価値Ｊとする（ステップＳ８６からステップＳ８８）。
【0265】
スイッチング予測部３３Ｂは、ステップＳ８８にて計算した評価値Ｊに基づいて、実施の形態８と同様の手順にて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量の継続時間Ｔｓｗを探索し、探索したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ８９、ステップＳ９０）。
【0266】
電力変換部１は、実施の形態１０と同様にステップＳ９０で決定した電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳにより、直流電力を交流電力に変換し、回転電機４を制御する（ステップＳ９１）。
【0267】
この実施の形態１１の電力変換装置１００Ｊは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して回転電機４に供給する電力変換部１と、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出電流値Ｉｕｖｗとして検出する電流検出部１７と、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて回転電機４の駆動状態を表す駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する状態観測部３４と、教師データに基づく機械学習で得た情報を基に、状態観測部３４から入力される駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて推論を行い、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する学習済みモデル２６と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算するスイッチング予測部３３Ｂと、スイッチング予測部３３Ｂで計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング出力部２８とを備え、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを最小にするスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを出力し、これに応じてスイッチング出力部２８が電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0268】
このため、実施の形態１１の電力変換装置１００Ｊは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを回転電機４の駆動状態量Ｍｓｔａｔｅと学習済みモデル２６に基づいて生成するため、実施の形態１０と比較して、学習済みモデル２６を生成するために使用した学習用データ通りの性能が獲得できるように許容範囲ΔＰｒｅｆを変更できる。したがって、電力変換装置１００Ｊは、学習用データの作成に活用した回転電機４の制御方式通りの性能が獲得できる。
【0269】
ここで、評価値Ｊを交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍと説明したが、評価値Ｊはスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍも考慮して、評価値Ｊを電圧指令値の位相６０度以上にわたるＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍとすることで、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓも小さくするように回転電機４を駆動できる。また、ここでは位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
【0270】
実施の形態１２．
実施の形態１２に係る電力変換装置１００Ｋについて、以下図を用いて説明する。
図４８は実施の形態１２による電力変換装置１００Ｋの構成を示すブロック図である。図４８に示すように、実施の形態１２に係る電力変換装置１００Ｋは、この電力変換装置１００Ｋの制御装置１０Ｉが、実施の形態１０、１１と比較して、新たに速度制御器１９と、電流制御器２０と、速度推定演算部２１とを備え、速度推定演算部２１に回転電機４の角速度ωｒｍを推定する機構を備える。この速度推定演算部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと電流検出部１７の検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機４の角速度ωｒｍと位相θを推定演算する。
実施の形態１２に係る電力変換装置１００Ｋについて、以下図を用いて説明する。
図４８は実施の形態１２による電力変換装置１００Ｋの構成を示すブロック図である。図４８に示すように、実施の形態１２に係る電力変換装置１００Ｋは、この電力変換装置１００Ｋの制御装置１０Ｉが、実施の形態１０、１１と比較して、新たに速度制御器１９と、電流制御器２０と、速度推定演算部２１とを備え、速度推定演算部２１に回転電機４の角速度ωｒｍを推定する機構を備える。この速度推定演算部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと電流検出部１７の検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて、回転電機４の角速度ωｒｍと位相θを推定演算する。
【0271】
実施の形態１２による電力変換装置１００Ｋの回転電機４の速度計算は、状態観測部３４で計算するのではなく、新たに設けた速度推定演算部２１を用いて行う。この速度推定演算部２１を備える点で、言い換えると、適応磁束オブザーバを備える点で、実施の形態１０、１１による電力変換装置１００Ｉ、１００Ｊと異なる。以下においては、実施の形態１から１１と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、実施の形態１から１１と異なる点を中心に説明する。
【0272】
図４９は、速度推定演算部２１の構成を示すブロック図である。速度推定演算部２１は適応オブザーバにより構成されており、回転電機４の位相θ、および角速度ωｒｍを推定演算する。適応オブザーバは、回転電機４の固定子磁束φｓおよび回転子磁束φｒを状態変数とする状態方程式で規定されているため、適応磁束オブザーバとも呼ばれる。なお、状態変数として拡張誘起電圧または電流などを採用して適応オブザーバを構成することもできる。
【0273】
図４９に示す速度推定演算部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗを用いて、回転電機４の角速度ωｒｍの推定値（以下、角速度推定値ｈωｒｍと記載する）と回転電機４の位相θの推定値（以下、位相推定値ｈθと記載する）とを演算し、演算した角速度推定値ｈωｒｍと位相推定値ｈθとを出力する。電圧指令値Ｖｒｅｆは電流制御器２０（図示せず）で計算された値であり、検出電流値Ｉｕｖｗは電流検出部１７で検出された値である。ここで、速度推定演算部２１には電圧指令値Ｖｒｅｆを入力しているが、回転電機４に電力変換部１から出力される電圧出力値Ｖｏｕｔを検出して、この電圧出力値Ｖｏｕｔを速度推定演算部２１の入力値としてもよい。
【0274】
速度推定演算部２１は、モデル偏差演算部２２と、角速度推定器２３と、一次角周波数演算器２４と、積分器２５とを備える。モデル偏差演算部２２は、電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、一次角周波数ω１と、角速度推定値ｈωｒｍとに基づきモデル偏差εを演算する。角速度推定器２３は、モデル偏差εに基づき角速度推定値ｈωｒｍを演算する。一次角周波数演算器２４は、磁束φの推定値（以下、磁束推定値ｈφと記載する）と電流ｉの推定値（以下、電流推定値ｈｉと記載する）と、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、一次角周波数ω１を演算する。積分器２５は、一次角周波数ω１を積分して位相推定値ｈθを出力する。
【0275】
モデル偏差演算部２２は、電流推定器２２１と、減算器２２２と、偏差演算器２２３とを備える。電流推定器２２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、一次角周波数ω１と、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、磁束推定値ｈφと電流推定値ｈｉとを演算し、演算した磁束推定値ｈφと電流推定値ｈｉとを出力する。減算器２２２は、電流推定値ｈｉから検出電流値Ｉｕｖｗを減算することによって電流偏差Ｉｅｒｒを演算し、演算した電流偏差Ｉｅｒｒを出力する。
【0276】
偏差演算器２２３は、減算器２２２で演算した電流偏差Ｉｅｒｒと、磁束推定値ｈφとに基づき、モデル偏差εを演算する。ここで、電流偏差Ｉｅｒｒがベクトル量、磁束推定値ｈφがベクトル量の場合は、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルを入力とし、磁束推定値ｈφのベクトルの直交成分をスカラー量として抽出し、抽出したスカラー量をモデル偏差εとして出力する。磁束推定値ｈφのベクトルの直交成分をスカラー量として抽出する手法としては、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルを回転する直交座標系上に座標変換する手法と、電流偏差Ｉｅｒｒのベクトルと磁束推定値ｈφのベクトルとの外積値の大きさを演算する手法とが公知である。
【0277】
電流推定器２２１は、回転電機４の状態方程式から電流推定値ｈｉと磁束推定値ｈφを演算する。ここでは、回転電機４は一般的な埋込型永久磁石同期電動機であると仮定するが、誘導電動機、表面型永久磁石同期電動機、巻線界磁式同期電動機、またはリラクタンス式同期電動機などの状態方程式を立式すれば、どのような他種の電動機であってもよい。すなわち、電流推定器２２１は、他種の回転電機についても、同様の方法にて電流推定を行うことができる。
【0278】
回転電機４が永久磁石埋込型同期電動機の場合、状態方程式は上記式（１）および式（２）のように表現される。ここで、記号Ｌｄはｄ軸のインダクタンス、記号Ｌｑはｑ軸のインダクタンス、記号ｉｄはｄ軸電流、記号ｉｑはｑ軸電流、記号φｄｓはｄ軸固定子磁束、記号φｑｓはｑ軸固定子磁束、記号φｄｒはｄ軸回転子磁束、「＾」記号は（文字の上部に記号＾が付加されているもの）は推定値（例えば、φの推定値である「ｈφ」を意味する。他の推定値の場合でも同様）を表す。また、記号Ｒａは電機子抵抗、記号ｖｄはｄ軸電圧、記号ｖｑはｑ軸電圧、記号ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２、ｈ３１、ｈ３２はオブザーバゲインを表す。ここで、一次角周波数ω１は上記式（３）のように与えられる。なお、式（３）で記号ｈ４１、および記号ｈ４２はオブザーバゲインを表す。
【0279】
上記式（１）および式（２）は通常の誘起電圧に基づく式であるが、上記式（１）および式（２）に変形を加えて拡張誘起電圧の形式で表現しても同様の計算ができる。なお、上記式（１）および式（２）は回転座標上のｄｑ座標における数式であるが、上記式（１）および式（２）の座標変換し、静止座標上の二相交流のαβ座標、あるいは三相交流のｕｖｗ座標といった他の座標系で表現しても同様の計算ができる。
【0280】
上記式（１）には角速度推定値ｈωｒｍが含まれるため、角速度推定値ｈωｒｍと実際の角速度ωｒｍとが一致していない場合、電流推定値ｈｉに誤差が生じる。ここではモデル偏差εを上記式（４）のように定義し、速度推定演算部２１はモデル偏差εが零になるように、角速度推定器２３を用いて角速度推定値ｈωｒｍを調整する。角速度推定器２３は、例えば、比例積分制御器に積分器を直接接続して構成される。
【0281】
一次角周波数演算器２４は、上記式（３）に基づき、磁束推定値ｈφと、電流推定値ｈｉと、角速度推定値ｈωｒｍとに基づき、一次角周波数ω１を演算する。積分器２５は、一次角周波数ω１を積分することにより位相推定値ｈθを演算する。適応オブザーバの利点は、磁束鎖交数の変動に対してロバストであり、定常状態における速度推定誤差が発生しない点である。そのため、適応オブザーバは高性能に回転電機４の角速度ωｒｍを推定できる。
【0282】
次に、この実施の形態１２の電力変換装置１００Ｋにおける制御動作について、以下、図を用いて説明する。
【0283】
図５０は、電力変換装置１００Ｋにおける制御動作を説明するフローチャートである。
まず、実施の形態１と同様の手順で処理を実行し、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２、ステップＳ６３）。
電流検出部１７は、実施の形態１０と同様に回転電機４に流れる電流を検出する（ステップＳ９２）。
まず、実施の形態１と同様の手順で処理を実行し、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧予測部３２にて計算した全候補の電圧予測値Ｖｐｒｅｄａｌｌを取得する（ステップＳ６２、ステップＳ６３）。
電流検出部１７は、実施の形態１０と同様に回転電機４に流れる電流を検出する（ステップＳ９２）。
【0284】
図４９の手順により、速度推定演算部２１は、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗに基づき、回転電機４の角速度ωｒｍの推定値であるｈωｒｍと、回転電機４の位相θの推定値であるｈθとを演算する（ステップＳ９３）。
【0285】
次に、速度推定演算部２１で計算した角速度推定値ｈωｒｍと位相推定値ｈθと、検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、速度制御器１９と電流制御器２０は演算処理を実行し、スイッチング予測部３３Ｂは電圧指令値Ｖｒｅｆを取得する（ステップＳ９４）。
【0286】
次に、状態観測部３４は、電圧指令値Ｖｒｅｆと、検出電流値Ｉｕｖｗと、速度推定演算部２１で計算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθとに基づき、回転電機４の磁束φと、トルクτと、損失Ｍｌｏｓｓとを駆動状態量Ｍｓｔａｔｅとして計算する（ステップＳ９５）。
【0287】
次に、学習済みモデル２６は、実施の形態１１と同様にステップＳ９５で計算した駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づき、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する（ステップＳ９６）。
【0288】
そして、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、実施の形態１０と同様の手順で処理を実行し、電圧指令値の位相６０度以上に拡張したＰｄｅｌｔａとＰｐｒｅｄａｌｌに基づき、許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、計算した交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを評価値Ｊとする（ステップＳ９７からステップＳ９９）。
【0289】
次に、スイッチング予測部３３Ｂは、ステップＳ９９にて計算した評価値Ｊに基づいて、実施の形態８と同様の手順にて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを探索し、探索したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する（ステップＳ１００、ステップＳ１０１）。
【0290】
電力変換部１は、実施の形態１０と同様にステップＳ１０１で決定した電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳにより、直流電力を交流電力に変換し、回転電機４を制御する（ステップＳ１０２）。
【0291】
この実施の形態１２の電力変換装置１００Ｋは、直流電源２の直流電力を交流電力に変換して回転電機４に供給する電力変換部１と、直流電源２の母線電圧Ｖｄｃを検出するための母線電圧検出部１５と、母線電圧Ｖｄｃと電力変換部１における全候補のスイッチング状態量ＳＷＳａｌｌに基づいて、電圧予測値Ｖｐｒｅｄを計算する電圧予測部３２と、電力変換部１と回転電機４の間に流れる電流を検出電流値Ｉｕｖｗとして検出する電流検出部１７と、電圧指令値Ｖｒｅｆと検出電流値Ｉｕｖｗに基づいて回転電機４の角速度ωｒｍと位相θの推定値を演算する速度推定演算部２１と、角速度指令値ωｒｍｒｅｆと速度推定演算部２１で計算した角速度推定値ｈωｒｍに基づいて、電流指令値Ｉｒｅｆを計算する速度制御器１９と、速度制御器１９で計算した電流指令値Ｉｒｅｆと、速度推定演算部２１で計算した位相推定値ｈθと、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗとに基づき、電圧指令値Ｖｒｅｆを計算する電流制御器２０と、電流制御器２０で計算した電圧指令値Ｖｒｅｆと、電流検出部１７で検出した検出電流値Ｉｕｖｗと、速度推定演算部２１で計算した角速度推定値ｈωｒｍと、位相推定値ｈθとに基づいて、回転電機４の駆動状態を表す駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する状態観測部３４と、教師データに基づく機械学習で得た情報を基に、状態観測部３４から入力される駆動状態量Ｍｓｔａｔｅに基づいて推論を行い、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに設定する許容範囲ΔＰｒｅｆを計算する学習済みモデル２６と、電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと電圧予測部３２で計算した全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌに基づいて、電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳと該スイッチング状態量を継続する継続時間Ｔｓｗを計算するスイッチング予測部３３Ｂと、スイッチング予測部３３Ｂで計算したスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗに基づいて電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定するスイッチング出力部２８とを備え、スイッチング予測部３３Ｂは、電圧指令値の位相６０度以上にわたる電圧指令積分値Ｐｒｅｆに許容範囲ΔＰｒｅｆを設定した電圧許容値Ｐｄｅｌｔａと、全候補の電圧予測値の積分値Ｐｐｒｅｄａｌｌが交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを計算し、交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍを最小にするスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを出力し、これに応じてスイッチング出力部２８が電力変換部１の複数スイッチング素子のスイッチング状態量ＳＷＳを決定する。
【0292】
このため、実施の形態１２の電力変換装置１００Ｋは、速度推定演算部２１にて高精度に回転電機４の角速度ωｒｍを推定するため、実施の形態１１と比較して、回転電機４の速度制御を高性能化でき、学習済みモデル２６の入力である駆動状態量Ｍｓｔａｔｅを計算する際の角速度ωｒｍの精度も向上するため、学習済みモデル２６が回転電機４の駆動状態に合わせて、適切に許容範囲ΔＰｒｅｆを計算できる。
【0293】
ここで、評価値Ｊを交差するまでの時間の合計値Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍの逆数１／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍと説明したが、評価値Ｊはスイッチング状態量ＳＷＳのオンとオフのスイッチング切り替わり回数の合計値ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍも考慮して、評価値Ｊを電圧指令値の位相６０度以上にわたるＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ／Ｔｃｒｏｓｓｓｕｍとすることで、電力変換部１のスイッチング損失ＳＷｌｏｓｓも小さくするように回転電機４を駆動できる。また、ここでは位相６０度としたが、位相６０度ではなく、さらに短い区間、または長い区間に変更しても、同様の手順で電力変換部１のスイッチング状態量ＳＷＳと継続時間Ｔｓｗを計算することができる。
【0294】
以上の実施の形態に示した構成は、本願の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本願の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0295】
１ 電力変換部、２ 直流電源、３ 負荷、４ 回転電機、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、１０Ｉ 制御装置、１１、１１Ａ 電圧出力計算部、１２ 積分値計算部、１３、１３Ａ、１３Ｂ スイッチング更新判定部、１４、１４Ａ、１４Ｂ スイッチング決定テーブル、１５ 母線電圧検出部、１６ オフセット調整部、１７ 電流検出部、１８ 許容範囲計算部、１９ 速度制御器、２０ 電流制御器、２１ 速度推定演算部、２２ モデル偏差演算部、２３ 角速度推定器、２４ 一次角周波数演算器、２５ 積分器、２６ 学習済みモデル、２７ スイッチング計算部、２８ スイッチング出力部、２９ 高調波処理部、３０ 高調波電流制御器、３１ 低周波抽出部、３２ 電圧予測部、３３、３３Ａ、３３Ｂ スイッチング予測部、３４ 状態観測部、４０ プロセッサ、４１ 記憶装置、４２ 制御プログラム、４３ 処理データ、５０ 学習部、５１ 学習用データ、５２ 教師データ取得部、５３ 入力データ取得部、５４ ラベルデータ取得部、５５ 教師用入力データ、５６ 教師用ラベルデータ、５７ 教師データ、６０ 機械学習器、６１ プロセッサ、６２ 記憶装置、６３ ＲＡＭ、６４ ＨＤＤ、６５ 学習プログラム、６６ 教師データ、６７ 学習結果、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ、１００Ｉ、１００Ｊ、１００Ｋ 電力変換装置、２２１ 電流推定器、２２２ 減算器、２２３ 偏差演算器、３００ スイッチング決定部、
Ｃ 初期値、Ｄ ダイオード、Ｉｆｕｎｄ 電流低周波値、Ｉｒｅｆ 電流指令値、Ｉｔｈｄ 高調波電流、Ｉｔｈｄｒｅｆ 高調波電流指令値、Ｉｕｖｗ 検出電流値、Ｉαβ 二相の電流、Ｊ 評価値、Ｍｌｏｓｓ 損失、Ｍｓｔａｔｅ 駆動状態量、Ｐｄｅｌｔａ 電圧許容値、Ｐｅｒｒ 積分偏差（ＰｒｅｆとＰｐｒｅｄの差）、Ｐｅｒｒｓｕｍ 積分偏差の合計値、Ｐｌｏｗｅｒ 電圧許容値の下限値、Ｐｒｅｆ 電圧指令積分値、Ｐｏｕｔ 電圧出力積分値、Ｐｐｒｅｄ 電圧予測値の積分値、Ｐｐｒｅｄａｌｌ 全候補の電圧予測値の積分値、Ｐｕｐｐｅｒ 電圧許容値の上限値、Ｑ１～Ｑ６ スイッチング素子、ＳｅｔＳＷ 設定信号、ＳＷｃｏｕｎｔ スイッチング切り替わり回数、ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ スイッチング切り替わり回数の合計値、ＳＷｌｏｓｓ スイッチング損失、ＳＷＳ スイッチング状態量、ＳＷＳａｌｌ 全候補のスイッチング状態量、ＳＷＳｎ スイッチング状態量（ｎ番目のスイッチング状態量（ｎは正数））、ＳＷＰ スイッチングパターン、Ｔｃｒｏｓｓ 交差到達時間、Ｔｓｗ、Ｔ１ｓｗ、Ｔ２ｓｗ、Ｔ３ｓｗ 継続時間、Ｖｄｃ 母線電圧、Ｖｏｕｔ 電圧出力値（多相電圧出力値）、Ｖｐｒｅｄ 電圧予測値、Ｖｐｒｅｄａｌｌ 全候補の電圧予測値、Ｖｒｅｆ 電圧指令値（多相電圧指令値）、Ｖｔｈｄ 電圧の高調波成分、ｈｉ 電流推定値、ｈθ 位相推定値、ｈφ 磁束推定値、ｈωｒｍ 角速度推定値、ΔＰｒｅｆ 許容範囲、ε モデル偏差、θ 位相（回転電機の位相）、τ トルク、φ 磁束、φαβ 二相の磁束、ω１ 一次角周波数、ωｒｍ 角速度、ωｒｍｒｅｆ 角速度指令値
Ｃ 初期値、Ｄ ダイオード、Ｉｆｕｎｄ 電流低周波値、Ｉｒｅｆ 電流指令値、Ｉｔｈｄ 高調波電流、Ｉｔｈｄｒｅｆ 高調波電流指令値、Ｉｕｖｗ 検出電流値、Ｉαβ 二相の電流、Ｊ 評価値、Ｍｌｏｓｓ 損失、Ｍｓｔａｔｅ 駆動状態量、Ｐｄｅｌｔａ 電圧許容値、Ｐｅｒｒ 積分偏差（ＰｒｅｆとＰｐｒｅｄの差）、Ｐｅｒｒｓｕｍ 積分偏差の合計値、Ｐｌｏｗｅｒ 電圧許容値の下限値、Ｐｒｅｆ 電圧指令積分値、Ｐｏｕｔ 電圧出力積分値、Ｐｐｒｅｄ 電圧予測値の積分値、Ｐｐｒｅｄａｌｌ 全候補の電圧予測値の積分値、Ｐｕｐｐｅｒ 電圧許容値の上限値、Ｑ１～Ｑ６ スイッチング素子、ＳｅｔＳＷ 設定信号、ＳＷｃｏｕｎｔ スイッチング切り替わり回数、ＳＷｃｏｕｎｔｓｕｍ スイッチング切り替わり回数の合計値、ＳＷｌｏｓｓ スイッチング損失、ＳＷＳ スイッチング状態量、ＳＷＳａｌｌ 全候補のスイッチング状態量、ＳＷＳｎ スイッチング状態量（ｎ番目のスイッチング状態量（ｎは正数））、ＳＷＰ スイッチングパターン、Ｔｃｒｏｓｓ 交差到達時間、Ｔｓｗ、Ｔ１ｓｗ、Ｔ２ｓｗ、Ｔ３ｓｗ 継続時間、Ｖｄｃ 母線電圧、Ｖｏｕｔ 電圧出力値（多相電圧出力値）、Ｖｐｒｅｄ 電圧予測値、Ｖｐｒｅｄａｌｌ 全候補の電圧予測値、Ｖｒｅｆ 電圧指令値（多相電圧指令値）、Ｖｔｈｄ 電圧の高調波成分、ｈｉ 電流推定値、ｈθ 位相推定値、ｈφ 磁束推定値、ｈωｒｍ 角速度推定値、ΔＰｒｅｆ 許容範囲、ε モデル偏差、θ 位相（回転電機の位相）、τ トルク、φ 磁束、φαβ 二相の磁束、ω１ 一次角周波数、ωｒｍ 角速度、ωｒｍｒｅｆ 角速度指令値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
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【図32】
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【図40】
【図41】
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【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】