特許 7632939 電力変換装置、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置

(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】2025-02-10

(45)【発行日】2025-02-19

(54)【発明の名称】電力変換装置、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20250212BHJP

【ＦＩ】

H02P27/08

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024567607

(86)(22)【出願日】2024-01-12

(86)【国際出願番号】 JP2024000616

(87)【国際公開番号】W WO2024176645

(87)【国際公開日】2024-08-29

【審査請求日】2024-11-13

(31)【優先権主張番号】P 2023026192

(32)【優先日】2023-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2023099434

(32)【優先日】2023-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523207386

【氏名又は名称】ＮＳＫステアリング＆コントロール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】小林 敬幸

(72)【発明者】

【氏名】吉田 圭太

(72)【発明者】

【氏名】瓜生 恭正

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２２０４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０１７６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１３０４８０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／１０－２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子の直列接続を有する多相インバータと、
前記多相インバータを駆動するためのｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、
前記ｑ軸電圧指令値及び前記ｄ軸電圧指令値を制限する電圧指令値制限部と、
前記電圧指令値制限部により制限された前記ｑ軸電圧指令値及び前記ｄ軸電圧指令値を多相電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、
前記電圧指令値制限部により制限された前記ｑ軸電圧指令値及び前記ｄ軸電圧指令値に基づいて、前記上側アームスイッチング素子及び前記下側アームスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子である第１スイッチング素子と、前記上側アームスイッチング素子及び前記下側アームスイッチング素子のうち前記第１スイッチング素子以外の他方のスイッチング素子である第２スイッチング素子と、をＰＷＭ制御により駆動するスイッチング制御部と、
前記第２スイッチング素子に直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて、前記第２スイッチング素子に流れる電流を測定する電流測定部と、
を備え、
前記スイッチング制御部は、
前記第１スイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期に占めるデューティ比の目標値である目標デューティ比を、前記多相インバータの負荷に印加すべき目標電圧に応じて設定し、
前記多相インバータの複数の相のうち前記目標デューティ比が最も高い相である第１相の前記目標デューティ比が、１００％未満に設定された所定の第１閾値以下である場合に、前記第１相の前記第１スイッチング素子を前記目標デューティ比で駆動し、
前記第１相の前記目標デューティ比が前記第１閾値より大きい場合に、前記第１相の前記第１スイッチング素子を１００％の前記デューティ比で駆動するとともに、前記複数の相のうち前記第１相以外の第２相の前記目標デューティ比を増加補正して得られた補正後デューティ比で前記第２相の前記第１スイッチング素子を駆動し、
前記電圧指令値制限部は、
１００％未満に設定された所定の上限値からデッドタイム補償値を減算した差を、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさで除算して得られる比率に基づいて制限ゲインを設定し、
前記制限ゲインを前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値に乗算することにより、１００％未満に設定された所定の第２閾値を前記補正後デューティ比が超えないように前記ｑ軸電圧指令値及び前記ｄ軸電圧指令値を制限する、
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

前記多相電圧指令値に３次高調波成分を重畳する３次高調波補償部を備え、
前記電圧指令値制限部は、１００％未満に設定された所定の上限値からデッドタイム補償値を減算した差を、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさで除算して得られる前記比率に、前記３次高調波成分の重畳による前記多相電圧指令値の振幅の減少率に応じた係数を乗算した積に基づいて制限ゲインを設定する、
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9】

請求項１～４及び６～８の何れか一項に記載の電力変換装置と、
前記電流測定部の測定結果に基づいて、電動モータを駆動する前記多相インバータを制御するコントローラと、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項10】

請求項９に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置により制御される多相モータと、を備え、
前記多相モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に記載のモータ制御装置は、三相インバータのスイッチング素子に直列接続されるシャント抵抗の電圧降下に基づいて相電流を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５３９６９４８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

多相インバータのスイッチング素子に直列接続されるシャント抵抗の電圧降下に基づいて相電流を測定する場合、ＰＷＭ制御のデューティ比が最も高い相であるデューティ最大相のデューティ比が高くなるにつれて、デューティ最大相のスイッチング素子のオンオフの切り替えタイミングと、シャント抵抗の両端電圧のサンプリングタイミングとが接近する。このため、シャント抵抗の両端電圧の測定値にスイッチングノイズが重畳して相電流を正しく検出できなくなる虞があった。

【0005】

このため、上記特許文献１に記載のモータ制御装置では、低電位側のスイッチング素子の何れかのオン時間が電流値の検出時間よりも短くなる場合には、該スイッチング素子に対応する電流検出不能相の高電位側の前記スイッチング素子をオン、低電位側の前記スイッチング素子をオフとしたままにするとともに、電流検出不能相以外の相のデューティ指示値を高電位側にシフトしている。

【0006】

しかしながら、電流検出不能相以外の相のデューティ指示値を高電位側にシフトすることで低電位側のスイッチング素子のオン期間の長さが短くなると、シャント抵抗に流れる相電流を正確に検出できなくなる虞がある。
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、多相インバータのスイッチング素子に直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて相電流を測定する際に、ＰＷＭ制御のデューティ比が最も高い相であるデューティ最大相のデューティ比が高い場合の測定精度を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、複数の相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子の直列接続を有する多相インバータと、多相インバータを駆動するためのｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限する電圧指令値制限部と、電圧指令値制限部により制限されたｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を多相電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、電圧指令値制限部により制限されたｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値に基づいて、上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子である第１スイッチング素子と、上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子のうち第１スイッチング素子以外の他方のスイッチング素子である第２スイッチング素子と、をＰＷＭ制御により駆動するスイッチング制御部と、第２スイッチング素子に直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて、第２スイッチング素子に流れる電流を測定する電流測定部と、を備える。

【0008】

スイッチング制御部は、第１スイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期に占めるデューティ比の目標値である目標デューティ比を、多相インバータの負荷に印加すべき目標電圧に応じて設定し、多相インバータの複数の相のうち目標デューティ比が最も高い相である第１相の目標デューティ比が、１００％未満に設定された所定の第１閾値以下である場合に、第１相の第１スイッチング素子を目標デューティ比で駆動し、第１相の目標デューティ比が第１閾値より大きい場合に、第１相の第１スイッチング素子を１００％のデューティ比で駆動するとともに、複数の相のうち第１相以外の第２相の目標デューティ比を増加補正して得られた補正後デューティ比で第２相の第１スイッチング素子を駆動し、電圧指令値制限部は、１００％未満に設定された所定の第２閾値を補正後デューティ比が超えないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、多相インバータのスイッチング素子に直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて相電流を測定する際に、ＰＷＭ制御のデューティ比が最も高い相であるデューティ最大相のデューティ比が高い場合の測定精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。

【図2】電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の一例の概要を示す構成図である。

【図3】制御演算部の機能構成の一例のブロック図である。

【図4】（ａ）～（ｅ）は、スイッチング素子のスイッチングタイミングと電流測定タイミングを説明するための模式的なタイムチャートである。

【図5】（ａ）～（ｅ）は、スイッチング素子のスイッチングタイミングと電流測定タイミングを説明するための模式的なタイムチャートである。

【図6】デューティ比の設定方法を説明する模式図である。

【図7】（ａ）～（ｄ）は、各相のデューティ比と相間のデューティ比の差分の説明図である。

【図8】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態の効果の説明図である。

【図9】（ａ）及び（ｂ）は、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限しない場合の各相のデューティ比の説明図である。

【図10】（ａ）及び（ｂ）は、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限した場合の各相のデューティ比の説明図である。

【図11】実施形態の電流測定方法の一例のフローチャートである。

【図12】電動パワーステアリング装置の第１変形例の概要を示す構成図である。

【図13】電動パワーステアリング装置の第２変形例の概要を示す構成図である。

【図14】電動パワーステアリング装置の第３変形例の概要を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0012】

（構成）
図１は、実施形態の電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置の一例の概要を示す構成図である。ステアリングホイール（操向ハンドル）１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は、減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ、６ｂを経て、更にハブユニット７ａ、７ｂを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。

【0013】

ピニオンラック機構５は、ユニバーサルジョイント４ｂから操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン５ａと、このピニオン５ａに噛合するラック５ｂとを有し、ピニオン５ａに伝達された回転運動をラック５ｂで車幅方向の直進運動に変換する。
操舵軸２には操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられている。また、操舵軸２には、ステアリングホイール１の操舵角θｈを検出する操舵角センサ１４が設けられている。

【0014】

また、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０は、減速ギア３を介して操舵軸２に連結されている。本明細書では、モータ２０が３相モータである場合の例について説明するが、モータ２０の相数は３相でなくてもよい。
電動パワーステアリング装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０には、バッテリ１３から電力が供給されるとともに、イグニションスイッチ１１を経てイグニションキー信号が入力される。

【0015】

ＥＣＵ３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと、車速センサ１２で検出された車速Ｖｈと、操舵角センサ１４で検出された操舵角θｈに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧指令値によってモータ２０に供給する電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）を制御する。
なお、操舵角センサ１４は必須のものではなく、モータ２０の回転軸の回転角度を検出する回転角センサ２１から得られるモータ回転角θｍに、トルクセンサ１０のトーションバーの捩れ角を加えて操舵角θｈを算出してもよい。
また、操舵角θｈに代えて、操向車輪８Ｌ、８Ｒの転舵角を用いてもよい。例えばラック５ｂの変位量を検出することにより転舵角を検出してもよい。

【0016】

ＥＣＵ３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを含む。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
以下に説明するＥＣＵ３０の機能は、例えばＥＣＵ３０のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

【0017】

なお、ＥＣＵ３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、ＥＣＵ３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を含んでいてもよい。例えばＥＣＵ３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

【0018】

図２は、実施形態のＥＣＵ３０の一例の概要を示す構成図である。ＥＣＵ３０は、制御演算部３１と、ゲート駆動回路３２と、多相インバータ３３と、電流遮断回路３４と、遮断駆動回路３５と、電圧降下測定部３６と、モータ回転数演算部３７を備える。制御演算部３１とゲート駆動回路３２は、特許請求の範囲に記載の「スイッチング制御部」の一例である。
ＥＣＵ３０には、バッテリ１３からの電力を伝送する電力配線ＰＷがコネクタＣＮＴを介して接続される。また、制御演算部３１には、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと、車速センサ１２で検出された車速Ｖｈと、操舵角センサ１４で検出された操舵角θｈの信号が、コネクタＣＮＴを介して伝送される。

【0019】

制御演算部３１は、少なくとも操舵トルクＴｈに基づいて、モータ２０の駆動電流の制御目標値である電流指令値を演算する。制御演算部３１は、電流指令値に補償等を施して得られる電圧指令値を演算し、電圧指令値をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調することによりゲート制御信号Ｓｇｕ、Ｓｇｖ、Ｓｇｗを生成する。ゲート制御信号Ｓｇｕ、Ｓｇｖ、Ｓｇｗは、多相インバータ３３からモータ２０のＵ相コイル２０ｕ、Ｖ相コイル２０ｖ、Ｗ相コイル２０ｗに出力される駆動電圧を制御するＰＷＭ信号である。

【0020】

ゲート駆動回路３２は、ゲート制御信号Ｓｇｕ、Ｓｇｖ、Ｓｇｗに基づいて、後述する多相インバータ３３のスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１、Ｑｕ２、Ｑｖ２及びＱｗ２のオンオフ制御を実行する。例えば、スイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１、Ｑｕ２、Ｑｖ２及びＱｗ２が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）である場合、ゲート制御信号Ｓｇｕ、Ｓｇｖ、Ｓｇｗに基づいて電界効果トランジスタのゲート信号を生成する。

【0021】

多相インバータ３３は、直流電源Ｖｄｃに接続されて直流電力が供給される正極側ラインと接地線との間に接続される３相ブリッジを備える。
３相ブリッジは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上側アームのスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の下側アームのスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２と、がそれぞれ互いに直列接続されたスイッチング素子対を含む。

【0022】

モータ２０のＵ相コイル２０ｕに供給されるＵ相電流Ｉｕはスイッチング素子Ｑｕ１及びＱｕ２の接続点から供給され、Ｖ相コイル２０ｖに供給されるＶ相電流Ｉｖはスイッチング素子Ｑｖ１及びＱｖ２の接続点から供給され、Ｗ相コイル２０ｗに供給されるＷ相電流Ｉｗはスイッチング素子Ｑｗ１及びＱｗ２の接続点から供給される。
これらＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗは、電流遮断回路３４を介してモータ２０のＵ相コイル２０ｕ、Ｖ相コイル２０ｖ及びＷ相コイル２０ｗに通電される。

【0023】

電流遮断回路３４は、モータの相電流を遮断するための３つの相遮断ＦＥＴＱＡｕ、ＱＡｖ及びＱＡｗを有する。制御演算部３１は、電流遮断回路３４の通電と遮断とを制御する制御信号Ｓｍを遮断駆動回路３５に出力する。遮断駆動回路３５は、制御信号Ｓｍに応じて相遮断ＦＥＴＱＡｕ～ＱＡｗのゲート信号を出力して、多相インバータ３３からモータ２０へのＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを通電又は遮断する。

【0024】

多相インバータ３３には、平滑用コンデンサＣｓが並列に接続される。平滑用コンデンサＣｓは、例えば電解コンデンサであってよい。ＥＣＵ３０は、平滑用コンデンサＣｓとして、並列に接続された複数の平滑用コンデンサを備えてもよい。
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の下側アームのスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２と接地線との間にはシャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗが直列接続される。

【0025】

電圧降下測定部３６は、下側アームのスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２に流れる電流によりシャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗに生じる電圧降下を測定する。電圧降下測定部３６は、シャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗの両端電圧の測定値Ｖｕｄ、Ｖｖｄ及びＶｗｄを制御演算部３１へ出力する。
モータ回転数演算部３７は、回転角センサ２１の検出信号に基づいてモータ２０のモータ回転角θｍ（例えばモータ電気角）を演算し制御演算部３１に出力する。

【0026】

図３は、制御演算部３１の機能構成の一例のブロック図である。制御演算部３１は、電流指令値演算部４０と、減算器４１及び４２と、電流制限部４３と、比例積分（ＰＩ：Proportional-Integral）制御部４４と、電圧制限部４５と、２相／３相変換部４６と、デッドタイム補償部４７と、３次高調波補償部４８と、加算器４９～５１と、デューティシフト部５２と、ＰＷＭ制御部５３と、電流算出部５４と、３相／２相変換部５５と、角速度変換部５６を備えており、モータ２０をベクトル制御で駆動する。

【0027】

電流指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈと、車速Ｖｈと、モータ２０のモータ回転角θｍと、モータ２０の回転角速度ωと、に基づいてモータ２０に流すべきｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０を演算する。
一方、電流算出部５４は、図２の電圧降下測定部３６により測定されたシャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗの両端電圧の測定値Ｖｕｄ、Ｖｖｄ及びＶｗｄに基づいて、モータ２０のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流の測定値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄを算出する。電圧降下測定部３６と電流算出部５４は、特許請求の範囲に記載の「電流測定部」の一例である。

【0028】

なお、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちデューティ比が最も高い相では、下側アームのスイッチング素子がオンとなる期間が短いためにシャント抵抗の両端電圧を正確に検出できなくなる。このため電流算出部５４は、デューティ比が最も高い相以外の他の２相のシャント抵抗の両端電圧と、キルヒホフの法則（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの総和が０）に基づいて、デューティ比が最も高い相の相電流を測定してよい。

【0029】

例えば、デューティ比が最も高い相のデューティ比が所定値以下の場合に、デューティ比が最も高い相のシャント抵抗の両端電圧で基づいてデューティ比が最も高い相の相電流を測定し、デューティ比が最も高い相のデューティ比が所定値より大きい場合に、他の２相のシャント抵抗の両端電圧とキルヒホフの法則に基づいて、デューティ比が最も高い相の相電流を測定してもよい。

【0030】

３相／２相変換部５５は、Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流の測定値Ｉｕｄ、Ｉｖｄ、Ｉｗｄを、ｑ軸電流ｉｑ及びｄ軸電流ｉｄに変換する。
減算器４１及び４２は、フィードバックされたｑ軸電流ｉｑ及びｄ軸電流ｉｄをｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０からそれぞれ減じることにより、ｑ軸偏差電流Δｑ０及びｄ軸偏差電流Δｄ０を算出する。
電流制限部４３は、ｑ軸偏差電流Δｑ０及びｄ軸偏差電流Δｄ０の上限値を制限する。制限後のｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄは、ＰＩ制御部４４に入力される。

【0031】

ＰＩ制御部４４は、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを各々０とするような基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を算出する。
例えば基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０は、電源電圧に対する電圧指令値の比率であるデューティ比であってよい。たとえば、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０は、０％を中心値として－５０％から＋５０％までの範囲で変動するゼロ中点デューティ比であってよい。

【0032】

電圧制限部４５は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限することによりｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄを設定する。電圧制限部４５の機能の詳細については後述する。
２相／３相変換部４６は、ｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄを、第１Ｕ相電圧指令値ｖｕ１、第１Ｖ相電圧指令値ｖｖ１、第１Ｗ相電圧指令値ｖｗ１にそれぞれ変換する。

【0033】

デッドタイム補償部４７は、多相インバータ３３のデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を加算器４９～５１へ出力する。
３次高調波補償部４８は、電圧利用率改善のための３次高調波成分を生成して、加算器４９～５１へ出力する。３次高調波成分は、基本Ｕ相電圧指令値ｖｕ０、基本Ｖ相電圧指令値ｖｖ０、基本Ｗ相電圧指令値ｖｗ０の周波数である基本周波数の３倍の周波数を有する高調波成分である。

【0034】

加算器４９～５１は、それぞれ第１Ｕ相電圧指令値ｖｕ１、第１Ｖ相電圧指令値ｖｖ１、第１Ｗ相電圧指令値ｖｗ１に、デッドタイム補償値と３次高調波成分とを加算して、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２を算出する。
デューティシフト部５２は、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２のうち最大の電圧指令値が閾値以下の場合に、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２に基づいてＵ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗをそれぞれ設定して、ＰＷＭ制御部５３へ出力する。
一方で、電圧指令値ｖｕ２、ｖｖ２、ｖｗ２のうち最大の電圧指令値が閾値よりも大きい場合には、デューティシフト部５２は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗを増加補正してＰＷＭ制御部５３へ出力する。

【0035】

なお、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０、第１Ｕ相電圧指令値ｖｕ１、第１Ｖ相電圧指令値ｖｖ１及び第１Ｗ相電圧指令値ｖｗ１、並びに第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２及び第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２が、０％を中心値として－５０％から＋５０％までの範囲で変動するゼロ中点デューティ比として設定されている場合、デューティシフト部５２は、デューティ比の中点を補正することにより、Ｕ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗを、５０％を中心値として０％から１００％までの範囲で変動するデューティ比として出力する。デューティシフト部５２の機能の詳細については後述する。

【0036】

ＰＷＭ制御部５３は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗをＰＷＭ変調することによりゲート制御信号Ｓｇｕ、Ｓｇｖ、Ｓｇｗを生成し、図２のゲート駆動回路３２へ出力する。
角速度変換部５６は、モータ回転角θｍの時間的変化に基づいてモータ２０の回転角速度ωを算出する。これらモータ回転角θｍ及び回転角速度ωは、電流指令値演算部４０に入力されてベクトル制御に使用される。

【0037】

（デューティシフト部５２の詳細）
デューティシフト部５２の詳細について説明する。まず、多相インバータ３３のスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１、Ｑｕ２、Ｑｖ２及びＱｗ２のスイッチングタイミングと、電流測定タイミングとの関係について説明する。
以下の説明において、多相インバータ３３のＵ相、Ｖ相及びＷ相の上側アームのスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１及びＱｗ１がオンである期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占めるデューティ比を、それぞれ「Ｄｕ」、「Ｄｖ」及び「Ｄｗ」と表記する。

【0038】

また、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２及び第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２によって指定されたデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗの目標値を「目標デューティ比Ｄｕｔ、Ｄｖｔ、Ｄｗｔ」と表記する。
第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２及び第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２がゼロ中点デューティ比として設定される場合には、デューティ比の中点を５０％に補正することにより、上側アームのスイッチング素子のオン期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占めるデューティ比の値に変換される。

【0039】

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、目標デューティ比が最も高い相を「デューティ最大相」と表記し、目標デューティ比が最も小さい相を「デューティ最小相」と表記し、デューティ最大相及びデューティ最小相以外の相を「デューティ中間相」と表記することがある。デューティ最大相は特許請求の範囲に記載の「第１相」の一例であり、デューティ中間相及びデューティ最小相は特許請求の範囲に記載の「第２相」の一例である。

【0040】

図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれデューティ最大相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号の模式的なタイムチャートであり、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、それぞれデューティ中間相又はデューティ最小相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号の模式的なタイムチャートであり、図４（ｅ）は、デューティ中間相又はデューティ最小相のシャント抵抗の両端電圧をサンプリングするＡＤ変換器の出力電圧の模式的なタイムチャートである。

【0041】

符号Ｔ_ＰＷＭは、ＰＷＭ周期（すなわちＰＷＭ制御の制御周期の１周期）を示し、符号Ｔ_ＨＯＦＦは、上側アームスイッチング素子がオフ状態であるオフ期間を示し、符号Ｔ_ＬＯＮは下側アームスイッチング素子がオン状態であるオン期間を示す。下側アームスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２にシャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗを直列接続する場合（いわゆる「下流シャント方式」の場合）には、電圧降下測定部３６は、下側アームスイッチング素子のオン期間Ｔ_ＬＯＮの中央時点ｔｃ（又は上側アームスイッチング素子のオフ期間Ｔ_ＨＯＦＦの中央時点ｔｃ）で、シャント抵抗の両端電圧をサンプリングする。シャント抵抗の両端電圧をサンプリングするサンプリング周期は、例えばＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭの倍数（ｎ×Ｔ_ＰＷＭ）であってよい（ｎは自然数）。

【0042】

この結果、デューティ最大相のデューティ比が大きくなるにつれて、デューティ最大相のスイッチング素子のスイッチングタイミングｔｈｄ、ｔｈｒ、ｔｌｒ及びｔｌｄと、デューティ中間相とデューティ最小相のシャント抵抗の両端電圧のサンプリングタイミングｔｃとが接近するため、シャント抵抗の両端電圧の測定値にスイッチングノイズが重畳して相電流を正しく検出できなくなる虞がある。

【0043】

このため、デューティ最大相の目標デューティ比が、１００％未満に設定された所定の第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合に、デューティシフト部５２はデューティ最大相の目標デューティ比を１００％に設定（シフト）する。すなわち、デューティ最大相の目標デューティ比を１００％に増加補正する。
これにより、デューティ最大相のスイッチング素子は１００％のデューティ比で駆動される。すなわち、デューティ最大相の上側アームスイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占める比を１００％とし、デューティ最大相の下側アームスイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占める比を０％として、デューティ最大相の上側アームスイッチング素子と下側アームスイッチング素子を駆動する。

【0044】

図５（ａ）～図５（ｅ）は、デューティ最大相の目標デューティ比を１００％にシフトした場合の、スイッチング素子のスイッチングタイミングと電流測定タイミングを説明するための模式的なタイムチャートである。図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれデューティ最大相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号の模式的なタイムチャートであり、図５（ｃ）及び図５（ｄ）は、それぞれデューティ中間相又はデューティ最小相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子を駆動するＰＷＭ信号の模式的なタイムチャートであり、図５（ｅ）は、デューティ中間相又はデューティ最小相のシャント抵抗の両端電圧をサンプリングするＡＤ変換器の出力電圧の模式的なタイムチャートである。

【0045】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、デューティ最大相の目標デューティ比を１００％にシフトすることにより、デューティ最大相のスイッチング素子のスイッチングが発生しなくなるため、デューティ中間相とデューティ最小相のシャント抵抗の両端電圧の測定値にスイッチングノイズが重畳しなくなる。この結果、デューティ中間相とデューティ最小相の相電流を正しく検出できるようになる。

【0046】

図６は、デューティシフト部５２によるデューティ比の設定方法の説明図である。破線Ｄ１ｔは、デューティシフト部５２に入力される第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２及び第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２によって指定された目標デューティ比のうち、デューティ最大相の目標デューティ比を示す。また、一点鎖線Ｄ２ｔは、デューティ中間相又はデューティ最小相の目標デューティ比を示す。
図６の例では、説明の便宜のためデューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔを時間の経過とともに１００％まで徐々に増加させ、デューティ中間相又はデューティ最小相の目標デューティ比Ｄ２ｔを固定にした場合を示している。

【0047】

一方で、実線Ｄ１は、デューティシフト部５２が出力するＵ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗにより指定されるデューティ比のうち、デューティ最大相のデューティ比を示している。また、二点鎖線Ｄ２は、デューティ中間相又はデューティ最小相のデューティ比を示している。

【0048】

デューティシフト部５２は、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１以下であるか否かを判定する。デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１以下である場合に、デューティシフト部５２は、目標デューティ比Ｄ１ｔ及びＤ２ｔを増加補正しない。すなわち、目標デューティ比Ｄ１ｔ及びＤ２ｔがそのままデューティ比Ｄ１及びＤ２として設定される。
この結果、デューティ最大相のスイッチング素子は、目標デューティ比Ｄ１ｔで駆動される。また、デューティ中間相及びデューティ最小相のスイッチング素子は、目標デューティ比Ｄ２ｔで駆動される。

【0049】

一方で、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合には、デューティシフト部５２は、目標デューティ比Ｄ１ｔを１００％のデューティ比に増加補正する。言い換えれば、目標デューティ比Ｄ１ｔを１００％のデューティ比に補正し、補正後のデューティ比Ｄ１＝１００％をデューティ最大相の電圧指令値として出力する。この結果、補正後のデューティ比Ｄ１＝１００％でデューティ最大相のスイッチング素子が駆動される。

【0050】

さらに、デューティシフト部５２は、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合には、デューティ中間相及びデューティ最小相の目標デューティ比Ｄ２ｔを増加補正して得られる補正後のデューティ比Ｄ２を、デューティ中間相及びデューティ最小相の電圧指令値として出力する。この結果、補正後のデューティ比Ｄ２でデューティ中間相及びデューティ最小相のスイッチング素子が駆動される。

【0051】

例えばデューティシフト部５２は、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔを１００％から減じたデューティ差ΔＤ＝（１００％－Ｄ１ｔ）を算出し、デューティ中間相及びデューティ最小相の目標デューティ比Ｄ２ｔにデューティ差ΔＤを加えた和を補正後のデューティ比Ｄ２＝（Ｄ２ｔ＋ΔＤ）として設定し、補正後のデューティ比Ｄ２をデューティ中間相及びデューティ最小相の電圧指令値として出力する。

【0052】

これにより、目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合にデューティ中間相及びデューティ最小相のデューティ比を補正する補正量ΔＤは、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔを１００％から減じた差分が小さいほど（言い換えれば目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１を超える超過量が大きいほど）、より小さくなる補正量となる。
このように、デューティ最大相のデューティ比を１００％にシフトするのに伴って、デューティ中間相及びデューティ最小相のデューティ比をデューティ差ΔＤで増加補正することにより、デューティ比をシフトすることによるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの変動を抑制又は防止できる。以下にその理由を説明する。

【0053】

図７（ａ）の実線、破線及び一点鎖線は、デューティ比をシフトさせない場合のＵ相、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗの波形をそれぞれ示す。図７（ｂ）の実線、破線及び一点鎖線は、デューティ比をシフトさせない場合のＵ相とＶ相との間の相関デューティ（すなわちＵ相とＶ相のデューティ比の差分Ｄｕ－Ｄｖ）と、Ｖ相とＷ相との間の相関デューティ（Ｄｖ－Ｄｗ）と、Ｗ相とＵ相との間の相関デューティ（Ｄｗ－Ｄｕ）をそれぞれ示す。

【0054】

一方で、図７（ｃ）の実線、破線及び一点鎖線は、デューティ比をシフトさせた場合のＵ相、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗの波形をそれぞれ示す。図７（ｄ）の実線、破線及び一点鎖線は、デューティ比をシフトさせた場合のＵ相とＶ相との間の相関デューティ（Ｄｕ－Ｄｖ）と、Ｖ相とＷ相との間の相関デューティ（Ｄｖ－Ｄｗ）と、Ｗ相とＵ相との間の相関デューティ（Ｄｗ－Ｄｕ）をそれぞれ示す。説明の便宜のために、図７（ａ）及び図７（ｂ）ではデッドタイム補償値と３次高調波成分を省略した場合の波形を示しており、図７（ｃ）及び図７（ｄ）では３次高調波成分を省略した場合の波形を示している。

【0055】

図７（ａ）及び図７（ｃ）から分かるとおり、デューティ比をシフトさせることにより、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗの波形自体は変化する。しかしながら、デューティ最大相のデューティ比を１００％にシフトするのに伴ってデューティ中間相又はデューティ最小相のデューティ比をデューティ差ΔＤで増加補正することにより、図７（ｂ）及び図７（ｄ）に示すようにデューティ比をシフトさせても各相間のデューティ比の差分は変化しない。

【0056】

このように、デューティ最大相のデューティ比を１００％にシフトするのに伴って、デューティ中間相及びデューティ最小相のデューティ比を増加補正することにより、デューティ比をシフトさせてもモータ２０の端子間の電位差の変化が抑制又は防止されるので、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗの変動を抑制又は防止できる。

【0057】

次に、実施形態の効果を説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は、デューティ最大相であるＵ相のデューティ比Ｄｕが８０％から１００％へ徐々に増加したときの、Ｕ相電流の測定値Ｉｕｄ（実線）、Ｖ相電流の測定値Ｉｖｄ（破線）及びＷ相電流の測定値Ｉｗｄの測定値（一点鎖線）を示す。図８（ａ）はデューティ比をシフトさせない場合の測定値を示し、図８（ｂ）はデューティ比をシフトさせた場合の測定値を示している。説明の便宜のために、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｖ及びＤｗは８０％に固定されている。

【0058】

デューティ比をシフトさせない場合（図８（ａ））には、デューティ最大相であるＵ相のデューティ比Ｄｕが１００％に近づくにつれて、Ｕ相の上側アームスイッチング素子Ｑｕ１のスイッチングによるスイッチングノイズの影響により、楕円Ｐ１で表した部分に示すように、Ｖ相電流Ｉｖｄ及びＷ相電流Ｉｗｄを正しく検出できなくなる。Ｕ相電流Ｉｕｄは、キルヒホフの法則によりＶ相電流Ｉｖｄ及びＷ相電流Ｉｗｄから算出するため、Ｖ相電流Ｉｖｄ及びＷ相電流Ｉｗｄを正しく検出できなくなると、楕円Ｐ２で表した部分に示すようにＵ相電流Ｉｕｄを正しく検出できなくなる。
一方で、デューティ比をシフトさせると（図８（ｂ））、Ｕ相のデューティ比Ｄｕが１００％に近づいても、楕円Ｐ３で表した部分に示すようにＶ相電流Ｉｖｄ及びＷ相電流Ｉｗｄを正しく検出できる。この結果、Ｕ相電流Ｉｕｄも正しく検出できるようになる。

【0059】

（電圧制限部４５の詳細）
図３の電圧制限部４５の詳細について説明する。デューティ最大相の目標デューティ比が第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合にデューティシフト部５２がデューティ中間相の目標デューティ比Ｄ２ｔを増加補正することにより、補正後のデューティ比Ｄ２が大きくなると、デューティ中間相における下側アームのスイッチング素子がオンとなる期間が過小になることがある。この結果、デューティ中間相におけるシャント抵抗の両端電圧を正確に検出できなくなることがある。なお、デューティ中間相は特許請求の範囲に記載の「目標デューティ比が２番目に高い相」の一例である。

【0060】

図９（ａ）は、デューティ最大相の目標デューティ比が第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合のＵ相、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗ（すなわちＵ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗ）を示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）の矢視Ａ１の部分の拡大図を示す。
図９（ｂ）の第２閾値Ｄｔｈ２は、シャント抵抗の両端電圧を正確に検出できるデューティ比の所定閾値（電流検出限界閾値）である。第２閾値Ｄｔｈ２は１００％未満の値に設定される。デューティ比が第２閾値Ｄｔｈ２を超えると、下側アームのスイッチング素子がオンとなる期間が過小となって、シャント抵抗の両端電圧を正確に検出できなくなる虞がある。

【0061】

例えば第２閾値Ｄｔｈ２は、下側アームのスイッチング素子のスイッチング後に、電圧降下測定部３６によるシャント抵抗の両端電圧の測定値が安定するまでの整定時間に応じて設定してよい。
例えば第２閾値Ｄｔｈ２は、デューティ中間相の下側アームのスイッチング素子のオン期間の長さが、上記の整定時間未満にならないように設定してよい。
例えば第２閾値Ｄｔｈ２は、第１閾値Ｄｔｈ１よりも小さな値に設定してよい。

【0062】

図９（ｂ）を参照すると、矢視Ｂ１の部分において、デューティ中間相であるＷ相のデューティ比Ｄｗ（すなわちＷ相電圧指令値ｖｗ）が第２閾値Ｄｔｈ２を超えている。例えば、デッドタイム補償値が電圧指令値に加えられることにより、デューティ中間相のデューティ比が第２閾値Ｄｔｈ２を超え易くなる。
このため電圧制限部４５は、デューティ最大相の目標デューティ比が第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合にデューティ中間相のデューティ比Ｄ２が第２閾値Ｄｔｈ２を超えないように、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限して、ｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄを設定する。

【0063】

例えば、電圧制限部４５は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０の電圧ベクトルの大きさ

【0064】

【数1】

【0065】

に基づいて、次式（１）に示す制限ゲインＧ_ｄｕｔｙを算出してよい。

【0066】

【数2】

【0067】

上式（１）の定数Ｄ_Ｌｔｄは、１００％未満の値に設定されるデューティ制限値である。デューティ制限値Ｄ_Ｌｔｄは、デューティ最大相の目標デューティ比が第１閾値Ｄｔｈ１よりも大きい場合にデューティ中間相のデューティ比Ｄ２が第２閾値Ｄｔｈ２を超えないように適宜設定される。
また、定数Ｃ_DTはデッドタイム補償部４７により電圧指令値に加えられるデッドタイム補償値である。デッドタイム補償値Ｃ_DTとして、例えばＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭをデッドタイムで除算した除算結果（Ｃ_DT＝Ｔ_ＰＷＭ／デッドタイム）を用いてもよい。なお、デッドタイムは設計値と実際値との間に乖離があることが多いため、適宜設定した値をデッドタイム補償値Ｃ_DTとして用いてもよい。
また、定数（２／√３）は、３次高調波成分の重畳による３相電圧指令値の振幅の減少率の逆数（補償前の振幅／補償後の振幅）に応じた係数である。３次高調波成分を３相電圧指令値に重畳しない場合には係数（２／√３）を省略してもよい。

【0068】

電圧制限部４５は、制限ゲインＧ_ｄｕｔｙが「１」以上であるか否か（すなわち１００％以上であるか否か）を判定する。制限ゲインＧ_ｄｕｔｙが「１」以上である場合に電圧制限部４５は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限せずにそのままｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄとして出力する。
一方で制限ゲインＧ_ｄｕｔｙが「１」未満である場合に電圧制限部４５は、ゲイン（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）を基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０に乗算した積を、ｑ軸電圧指令値ｖｑ＝（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）×ｖｑ０及びｄ軸電圧指令値ｖｄ＝（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）×ｖｄ０として出力する。

【0069】

図１０（ａ）は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限した場合のＵ相、Ｖ相及びＷ相のデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ及びＤｗ（すなわちＵ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗ）を示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の矢視Ａ２の部分の拡大図を示す。
矢視Ｂ２の部分において、デューティ中間相であるＷ相のデューティ比Ｄｗ（すなわちＷ相電圧指令値ｖｗ）が第２閾値Ｄｔｈ２以下に制限されている。このため、デューティ中間相の下側アームのスイッチング素子がオンとなる期間が過小となってシャント抵抗ｒｗの両端電圧を正確に検出できなくなるのを防止できる。

【0070】

さらに図９（ａ）の矢視Ｃ１の部分に注目する。矢視Ｃ１の部分では、３次高調波成分が重畳されることによりデューティ最小相のＷ相のデューティ比Ｄｗ（すなわちＷ相電圧指令値ｖｗ）が「０」に接近している。デューティ比が「０」近傍の値になると上側アームのスイッチング素子のオンとなる期間が過小になり、デューティ比が「０」よりも僅かに大きくても上側アームのスイッチング素子に電流が流れなくなる問題が発生する虞がある。

【0071】

これに対して図１０（ａ）の矢視Ｃ２の部分を参照すると、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限することにより、デューティ最小相のデューティ比が「０」近傍の値に設定されるのを抑制できる。このため、デューティ比が「０」よりも僅かに大きくても上側アームのスイッチング素子に電流が流れなくなる問題が発生することを回避できる。

【0072】

（動作）
図１１は、実施形態の電流測定方法の一例のフローチャートである。
ステップＳ１においてトルクセンサ１０と車速センサ１２は、操舵軸２の操舵トルクＴｈと車速Ｖｈを検出する。
ステップＳ２において電流指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈと車速Ｖｈに基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０を演算する。ＰＩ制御部４４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０に対するｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電流ｉｄの電流偏差に基づいて、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を算出する。ＰＩ制御部４４は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０として、０％を中心値として－５０％から＋５０％までの範囲で変動するゼロ中点デューティ比を算出する。

【0073】

ステップＳ３において電圧制限部４５は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限することによりｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄを設定する。具体的には、電圧制限部４５は、上式（１）の制限ゲインＧ_ｄｕｔｙを算出し、制限ゲインＧ_ｄｕｔｙが「１」以上である場合に電圧制限部４５は、基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０を制限せずにそのままｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄとして出力する。

【0074】

一方で制限ゲインＧ_ｄｕｔｙが「１」未満である場合に電圧制限部４５は、ゲイン（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）を基本ｑ軸電圧指令値ｖｑ０及び基本ｄ軸電圧指令値ｖｄ０に乗算した積を、ｑ軸電圧指令値ｖｑ＝（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）×ｖｑ０及びｄ軸電圧指令値ｖｄ＝（Ｇ_ｄｕｔｙ／２）×ｖｄ０として出力する。

【0075】

ステップＳ４において２相／３相変換部４６は、ｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄを、第１Ｕ相電圧指令値ｖｕ１、第１Ｖ相電圧指令値ｖｖ１、第１Ｗ相電圧指令値ｖｗ１にそれぞれ変換する。
ステップＳ５において加算器４９～５１は、それぞれ第１Ｕ相電圧指令値ｖｕ１、第１Ｖ相電圧指令値ｖｖ１、第１Ｗ相電圧指令値ｖｗ１に、デッドタイム補償値と３次高調波成分を加算して、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２を算出する。

【0076】

ステップＳ６においてデューティシフト部５２は、第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２のデューティ比の中点を補正することにより、５０％を中心値として０％から１００％までの範囲で変動するデューティ比に変換する。
ステップＳ７においてデューティシフト部５２は、デューティ最大相を選択する。

【0077】

ステップＳ８においてデューティシフト部５２は、デューティ最大相の目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１以下であるか否かを判定する。目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１以下である場合（ステップＳ８：Ｙ）に処理はステップＳ９へ進む。目標デューティ比Ｄ１ｔが第１閾値Ｄｔｈ１以下でない場合（ステップＳ８：Ｎ）に処理はステップＳ１０へ進む。

【0078】

ステップＳ９においてデューティシフト部５２は、ステップＳ６において中点が補正された第２Ｕ相電圧指令値ｖｕ２、第２Ｖ相電圧指令値ｖｖ２、第２Ｗ相電圧指令値ｖｗ２をＵ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗとして出力する。これによりデューティ最大相のスイッチング素子は目標デューティ比Ｄ１ｔで駆動される。また、デューティ中間相及びデューティ最小相のスイッチング素子は目標デューティ比Ｄ２ｔで駆動される。その後に処理はステップＳ１２へ進む。

【0079】

ステップＳ１０においてデューティシフト部５２は、目標デューティ比Ｄ１ｔを１００％のデューティ比にシフトすることにより、デューティ最大相のデューティ比を１００％に補正する。また、デューティ中間相及びデューティ最小相のデューティ比を、目標デューティ比Ｄ２ｔにデューティ差ΔＤ＝（１００％－Ｄ１ｔ）を加えた和（Ｄ２ｔ＋ΔＤ）に補正する。

【0080】

ステップＳ１１においてデューティシフト部５２は、ステップＳ１０で補正した補正後のデューティ比を、Ｕ相電圧指令値ｖｕ、Ｖ相電圧指令値ｖｖ、Ｗ相電圧指令値ｖｗとして出力する。これにより、デューティ最大相、デューティ中間相及びデューティ最小相のスイッチング素子は、ステップＳ１０で補正した補正後のデューティ比で駆動される。その後に処理はステップＳ１２へ進む。

【0081】

ステップＳ１２において電圧降下測定部３６及び電流算出部５４は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗを測定する。例えば電流算出部５４は、デューティ中間相及びデューティ最小相のシャント抵抗の両端電圧に基づいて、デューティ中間相及びデューティ最小相の相電流を測定し、これらデューティ中間相及びデューティ最小相の相電流とキルヒホフの法則に基づいて、デューティ最大相の相電流を測定してよい。その後に処理は終了する。

【0082】

（変形例）
（１）上記の実施例は、下側アームスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２にシャント抵抗ｒｕ、ｒｖ、ｒｗを直列接続する場合（いわゆる「下流シャント方式」の場合）について説明した。この場合には、上側アームスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１が特許請求の範囲に記載の「第１スイッチング素子」の一例であり、下側アームスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２が特許請求の範囲に記載の「第２スイッチング素子」の一例である。

【0083】

しかしながら本発明は、下流シャント方式に限定されるものではなく、上側アームスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１にシャント抵抗を直列接続する構成（いわゆる「上流シャント方式」の構成）についても適用可能である。
この場合には、上側アームスイッチング素子Ｑｕ１、Ｑｖ１、Ｑｗ１が、特許請求の範囲に記載の「第２スイッチング素子」の一例であり、下側アームスイッチング素子Ｑｕ２、Ｑｖ２、Ｑｗ２が、特許請求の範囲に記載の「第１スイッチング素子」の一例である。

【0084】

この場合には、上述のデューティ最小相（すなわち目標デューティ比が最も小さい相）が、下側アームスイッチング素子（第１スイッチング素子）をオンとする期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占める比が最大となる相となる。以下、下側アームスイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭに占める比を「下側デューティ比」と表記することがある。

【0085】

デューティシフト部５２は、デューティ最小相の目標デューティ比が０％より大きな値に設定された所定閾値未満である場合に、デューティ最小相のデューティ比を０％にシフトする。これにより、デューティ最小相における下側デューティ比の目標値が、１００％未満に設定された第１閾値より大きい場合に、下側デューティ比の目標値を１００％にシフトする。またゲート駆動回路３２は、デューティ最小相のデューティ比を０％にシフトするのに伴い、デューティ中間相及びデューティ最大相のデューティ比を減少補正する。

【0086】

（２）以上の説明では、本発明の電力変換装置を、いわゆる上流アシスト方式と呼ばれるコラムアシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用する例について記載したが、本発明の電力変換装置は、いわゆる下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置に適用してもよい。以下、下流アシスト方式の電動パワーステアリング装置の例として、シングルピニオンアシスト方式、ラックアシスト方式、デュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の電力変換装置を適用する構成例を説明する。
なお、下流アシスト方式の場合には、防水対策のためモータ２０、回転角センサ２１、ＥＣＵ３０は別体ではなく、図１２～図１４の破線で示すように一体構造のＭＣＵ（Motor Control Unit）としてよい。

【0087】

図１２は、シングルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の電力変換装置を適用する構成例を示す。ステアリングホイール１は、操舵軸２を経て、インターミディエイトシャフトの一方のユニバーサルジョイント４ａと連結されている。また、他方のユニバーサルジョイント４ｂには、トーションバー（図示せず）の入力側シャフト４ｃが連結されている。
ピニオンラック機構５は、ピニオンギア（ピニオン）５ａ、ラックバー（ラック）５ｂ及びピニオン軸５ｃを備える。入力側シャフト４ｃとピニオンラック機構５とは、入力側シャフト４ｃとピニオンラック機構５との間の回転角のずれによってねじれるトーションバー（図示せず）によって連結されている。トルクセンサ１０は、トーションバーの捩れ角を、ステアリングホイール１の操舵トルクＴｈとして電磁気的に測定する。
ピニオン軸５ｃには、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して連結されており、回転角センサ２１は、モータ２０のモータ回転軸の回転角情報を算出する。

【0088】

（３）図１３は、ラックアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の電力変換装置を適用する構成例を示す。ラックバー５ｂの外周面には螺旋溝（図示せず）が形成され、これと同様のリードの螺旋溝（図示せず）がナット８１の内周面にも形成されている。これら螺旋溝によって形成される転動路に複数の転動体が配置されることによりボールネジが形成されている。
ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０の回転軸２０ａに連結する駆動プーリ８２と、ナット８１に連結する従動プーリ８３にはベルト８４が巻きかけられており、回転軸２０ａの回転運動がラックバー５ｂの直進運動に変換される。回転角センサ２１は、モータ２０のモータ回転軸の回転角情報を算出する。

【0089】

（４）図１４は、デュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置に、本発明の電力変換装置を適用する構成例を示す。デュアルピニオンアシスト方式の電動パワーステアリング装置は、ピニオン軸５ｃ、ピニオンギア５ａに加えて、第２ピニオン軸８５、第２ピニオンギア８６を有し、ラックバー５ｂは、ピニオンギア５ａと噛合する第１ラック歯（図示せず）と、第２ピニオンギア８６と噛合する第２ラック歯（図示せず）を有する。
第２ピニオン軸８５には、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して連結されており、回転角センサ２１は、同様にモータ２０のモータ回転軸の回転角情報を算出する。

【0090】

（実施形態の効果）
（１）実施形態の電力変換装置は、複数の相の上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子の直列接続を有する多相インバータと、多相インバータを駆動するためのｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限する電圧指令値制限部と、電圧指令値制限部により制限されたｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を多相電圧指令値に変換する電圧指令値変換部と、電圧指令値制限部により制限されたｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値に基づいて、上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子である第１スイッチング素子と、上側アームスイッチング素子及び下側アームスイッチング素子のうち第１スイッチング素子以外の他方のスイッチング素子である第２スイッチング素子と、をＰＷＭ制御により駆動するスイッチング制御部と、第２スイッチング素子に直列接続される抵抗素子の電圧降下に基づいて、第２スイッチング素子に流れる電流を測定する電流測定部と、備える。

【0091】

スイッチング制御部は、第１スイッチング素子をオンとする期間がＰＷＭ周期に占めるデューティ比の目標値である目標デューティ比を、多相インバータの負荷に印加すべき目標電圧に応じて設定し、多相インバータの複数の相のうち目標デューティ比が最も高い相である第１相の目標デューティ比が、１００％未満に設定された第１閾値以下である場合に、第１相の第１スイッチング素子を目標デューティ比で駆動し、第１相の目標デューティ比が第１閾値より大きい場合に、第１相の第１スイッチング素子を１００％のデューティ比で駆動するとともに、複数の相のうち第１相以外の第２相の目標デューティ比を増加補正して得られた補正後デューティ比で第２相の第１スイッチング素子を駆動する。

【0092】

電圧指令値制限部は、１００％未満に設定された所定の第２閾値を補正後デューティ比が超えないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限する。
これにより、目標デューティ比が最も高い第１相以外の第２相の相電流を測定する際に、第１相のスイッチング素子のスイッチングノイズが重畳するのを抑制できる。また、目標デューティ比が最も高い第１相のデューティ比を１００％にシフトさせることにより生じる相電流の変化を抑制できる。さらに、第２相の第２スイッチング素子がオンとなる期間が過小になることによって第２相の相電流を正確に検出できなくなるのを防止できる。この結果、ＰＷＭ制御のデューティ比が最も高い相である第１相のデューティ比が高い場合の相電流の測定精度を向上できる。

【0093】

（２）例えば第２閾値は、第１閾値よりも小さな値に設定してよい。また例えば第２閾値は、第２スイッチング素子のスイッチング後に、電流測定部に検出される抵抗素子の電圧降下の測定値が安定するまでの整定時間に応じて設定してよい。また例えば第２閾値は、第２相の第２スイッチング素子のオン期間の長さが、整定時間未満にならないように設定してよい。
これにより、第１相のデューティ比が高い場合に第２相の目標デューティ比を増加補正しても第２相の第２スイッチング素子のオン期間が過小にならないように第２閾値を設定できる。

【0094】

（３）電圧指令値制限部は、１００％未満に設定された所定の上限値からデッドタイム補償値を減算した差を、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさで除算して得られる比率に基づいて制限ゲインを設定し、制限ゲインをｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値に乗算することにより、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値を制限してよい。
これにより、第２相の補正後デューティ比が第２閾値を超えないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限できる。

【0095】

（４）電力変換装置は、多相電圧指令値に３次高調波成分を重畳する３次高調波補償部を備えてもよい。電圧指令値制限部は、１００％未満に設定された所定の上限値からデッドタイム補償値を減算した差を、ｑ軸電圧指令値とｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさで除算して得られる比率に、３次高調波成分の重畳による多相電圧指令値の振幅の減少率に応じた係数を乗算した積に基づいて制限ゲインを設定してもよい。
これにより、第２相の補正後デューティ比が第２閾値を超えないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限できる。
（５）電圧指令値制限部は、多相インバータの複数の相のうち目標デューティ比が２番目に高い相における補正後デューティ比が、第２閾値を超えないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限してよい。
これにより、目標デューティ比が２番目に高い相における第２スイッチング素子がオンとなる期間が過小にならないようにｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を制限できる。

【0096】

（６）スイッチング制御部は、第１相の目標デューティ比を１００％から減じた差分を第２相の目標デューティ比に加えて得られた和を、補正後デューティ比として設定してよい。
これにより、目標デューティ比が最も高い第１相のデューティ比を１００％にシフトさせることにより生じる相電流の変化を防止できる。

【符号の説明】

【0097】

１…ステアリングホイール、２…操舵軸、３…減速ギア、４ａ、４ｂ…ユニバーサルジョイント、４ｃ…入力側シャフト、５…ピニオンラック機構、５ａ…ピニオンギア（ピニオン）、５ｂ…ラックバー（ラック）、５ｃ…ピニオン軸、６ａ、６ｂ…タイロッド、７ａ、７ｂ…ハブユニット、８Ｌ、８Ｒ…操向車輪、１０…トルクセンサ、１１…イグニションスイッチ、１２…車速センサ、１３…バッテリ、１４…操舵角センサ、２０…モータ、２０ａ…回転軸、２０ｕ…Ｕ相コイル、２０ｖ…Ｖ相コイル、２０ｗ…Ｗ相コイル、２１…回転角センサ、３０…電子制御ユニット、３１…制御演算部、３２…ゲート駆動回路、３３…多相インバータ、３４…電流遮断回路、３５…遮断駆動回路、３６…電圧降下測定部、３７…モータ回転数演算部、４０…電流指令値演算部、４１、４２…減算器、４３…電流制限部、４４…比例積分制御部、４５…電圧制限部、４６…２相／３相変換部、４７…デッドタイム補償部、４８…３次高調波補償部、４９、５０、５１…加算器、５２…デューティシフト部、５３…ＰＷＭ制御部、５４…電流算出部、５５…３相／２相変換部、５６…角速度変換部、８１…ナット、８２…駆動プーリ、８３…従動プーリ、８４…ベルト、８５…第２ピニオン軸、８６…第２ピニオンギア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】