JP5805262B1 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の制御装置において、制御応答性を損なうことなく、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限を抑制することを目的とする。また、電動機の中性点電位の変動をできるだけ抑えた速度安定性の良い電動機の制御装置の提供を目的とする。【解決手段】ＰＷＭ制御信号に応じてインバータ２０のスイッチング動作を制御することによりインバータに入力される直流電源電圧を変換して電動機１０の出力トルクを制御する電動機の制御装置であって、最終指令値演算部は、デッドタイムとＰＷＭ制御信号のキャリア周波数に基づいて出力指令限界値を演算して、各相毎のデッドタイム補償指令値と出力指令限界値とを比較し、デッドタイム補償指令値が出力指令限界値を超えている相がある場合、当該超えている相のデッドタイム補償指令値と出力指令限界値との差に基づいて各相毎の最終指令値を補正することを特徴とする電動機の制御装置。【選択図】図１２

Description

本発明は、インバータ駆動される電動機の制御装置に関し、より特定的には、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限の抑制に関するものである。

従来より、３相モータの駆動装置として電圧形ＰＷＭインバータが用いられている。一般に、電圧形ＰＷＭインバータは、高電位側スイッチング素子（上側スイッチ、上ＳＷとも呼ぶ）と低電位側スイッチング素子（下側スイッチ、下ＳＷとも呼ぶ）とからなる逆変換回路を備える。

各相の上側スイッチと下側スイッチとは、同時にオンするとショートするため、原則として、一方がオンのとき他方がオフとなるようスイッチングする。しかし、オン／オフの切換に微小時間の遅れが生ずるため、上下スイッチが共にオフする時間を設けることで、瞬間的に同時にオンすることを防止している。この「上下スイッチの短絡を防止するための時間」をデッドタイムという。

このデッドタイムの期間は、各相の電流（相電流とも呼ぶ）の向きにより出力電圧が変わるため、デッドタイム期間の出力を考慮せずにスイッチング素子へのＰＷＭ制御信号を生成すると、相電流の向きによっては、所望の出力電圧から誤差が生じる。このため、デッドタイムによって生じる出力電圧誤差を補償する処理（デッドタイム補償処理と呼ぶ）が一般的に実行される。

具体的には、電流が電動機に流れ込む向きの場合（電流を正とする）、デッドタイムの間は出力電圧が低電位側の電圧となる、すなわち、上ＳＷがオフ、下ＳＷがオンと同等の出力となる。この場合、上ＳＷをオンしている期間分だけ出力がなされるため、上ＳＷ用デューティを補正する必要はない。
一方、電流が電動機から流れ出す向きの場合（電流を負とする）、デッドタイムの間は出力電圧が高電位側の電圧となる、すなわち、上ＳＷがオン、下ＳＷがオフと同等の出力となる。この場合、上ＳＷをオンしている期間だけでなくデッドタイムの期間も出力がなされるため、上ＳＷ用デューティを補正する必要がある。詳細には、上ＳＷのオン期間をデッドタイム分減少させるよう、上ＳＷ用デューティをデッドタイムに相当するデューティ分だけ減少させる。
なお、単にデューティと記した場合、上ＳＷ用デューティを意味するものとする。

上述のデッドタイム補償処理により、電源電圧と出力電圧指令値の関係から求まるデューティ指令値（基本デューティ指令値と称す）が補償されることにより、設定されるデューティ指令値範囲が変化する。例えば、出力電圧指令値の範囲と電源電圧が同じであるような場合、基本デューディ指令値の範囲は０％〜１００％である。ここで、デッドタイム補償処理により、設定されるデューティ指令値範囲は電流の向きに応じて以下のようになる。なお、ＤＴはデッドタイムを、ＣＴはキャリア周期である。
電流が正の場合：０〜１００％
電流が負の場合：（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）〜（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００％
すなわち、設定されうるデューティ指令値の全範囲は、
（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）〜１００％ となる。

上述のように、デッドタイム補償処理によりＰＷＭ制御信号は所望の出力電圧が得られるようデューティ指令値が変更される。一方、以下に示すように、デッドタイムを確保したＰＷＭ制御信号を生成するために、許容されるデューティ指令値範囲は制限される。この許容されるデューティ指令値範囲は、ＰＷＭ制御信号の生成方法によって異なる。

ここで、一般的に用いられる、上昇速度と下降速度とが互いに等しい２等辺三角形形状の三角波をＰＷＭ基準信号（キャリア、三角波指令値と呼ぶ）とする三角波比較方式を用いたＰＷＭ制御信号生成方法を、図１を用いて説明する。図１では、デューティと出力電圧が正の相関をとるよう、三角波指令値はキャリア周期において下向きの三角形状となるよう設定されている。さらに、デッドタイムを生成するため、デューティ０％〜１００％の振幅の三角波指令値Ｃ１と、三角波指令値Ｃ１を下方向に（２００×デッドタイムＤＴ÷キャリア周期ＣＴ）[％]だけシフトした三角波指令値Ｃ２を作成する。そして、三角波指令値Ｃ１に基づいて上ＳＷのオン／オフの切り替えを制御し、三角波指令値Ｃ２に基づいて下ＳＷのオン／オフを制御することにより、デッドタイムを設けている。具体的には、上ＳＷについては、デューティが三角波指令値Ｃ１を上回ったときオンし、デューティが三角波指令値Ｃ１を下回ったときオフする。一方、下ＳＷについては、デューティが三角波指令値Ｃ２を上回ったときオフし、デューティが三角波指令値Ｃ２を下回ったときオンする。これにより、キャリア周期の中心から対称にオンおよびオフ期間が設定されたセンターアライン型ＰＷＭと呼ばれるＰＷＭ制御信号が生成できる。

図１に示すＰＷＭ制御信号の生成方法では、キャリア更新タイミングの前後で上側スイッチ用制御信号にデッドタイムＤＴのオフ期間を確保する必要がある。そのため、この方式で出力可能な最大デューティのＰＷＭ制御信号は、図２（a）に示すＰＷＭ制御信号となる。すなわち、出力可能な最大デューティは図１、図２（a）を参照して、（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００[％]である。一方、この方式で出力可能な最小デューティのＰＷＭ制御信号は、図２（b）に示すＰＷＭ制御信号となる。すなわち、出力可能な最小デューティは図１、図２（b）を参照して、（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）[％]である。
従って、図１に示すＰＷＭ制御信号の生成方法では、設定できるデューティ指令値範囲は、（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）〜（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００[％]である。

さらに、図１とキャリア更新タイミングが異なるＰＷＭ制御信号生成方法について、図３を用いて説明する。図３では、デューティと出力電圧が正の相関をとるよう、三角波指令値はキャリア周期において上向きの三角形状となるよう設定されている。上下ＳＷのオン／オフの制御は図１と同じ方法で行われる。この方法においても、キャリア周期の中心から対象にオンおよびオフ期間が設定されたセンターアライン型ＰＷＭと呼ばれるＰＷＭ制御信号が生成できる。なお、図３で示されるＰＷＭ制御信号に関して、キャリア更新タイミング時における上下スイッチのオンオフ状態が、図１で示されるＰＷＭ制御信号と反転している。

図３に示すＰＷＭ制御信号の生成方法では、キャリア更新タイミングの前後で下側スイッチ用制御信号にデッドタイムＤＴのオフ期間を確保する必要がある。そのため、この方式で出力可能な最小デューティのＰＷＭ制御信号は、図４（a）に示すＰＷＭ制御信号となる。すなわち、出力可能な最小デューティは図３、図４（a）を参照して、０[％]である。一方、この方式で出力可能な最大デューティのＰＷＭ制御信号は、図４（b）に示すＰＷＭ制御信号となる。すなわち、出力可能な最大デューティは図３、図４（b）を参照して、１００[％]である。
従って、図３に示すＰＷＭ制御信号の生成方法では、設定できるデューティ指令値範囲は、０〜１００[％]である。

以上から、デッドタイム補償処理によって設定されうるデューティ指令値の範囲のうち、ＰＷＭ制御信号生成が不可能なデューティ範囲がある。この範囲においては、ＰＷＭ制御信号生成が可能なデューティにクリップされることが一般的な手法であり、このような場合、該当する相の出力電圧が所望の出力電圧通りとならない。その結果、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の線間電圧が歪み、それに伴い電動機に通電される電流にも歪みが生じ、トルクリップルが生じたり、振動や騒音が生じたりする。

以上のように、スイッチング素子のデッドタイムを確保するため、キャリア周期に占めるデッドタイムの割合に応じて、許容されるデューティ指令値範囲は制限される。特に、キャリア周波数が高周波化され、キャリア周期が短くなる場合、スイッチング素子の動作速度が同じであると、１回あたりのスイッチングにおけるデッドタイムは変わらないために、高周波化しない場合と比較してキャリア周期におけるデッドタイムの割合が増加することになる。その結果、出力できなくなるＰＷＭ制御信号のデューティ範囲が増え、インバータの出力可能な出力電圧範囲がより制限されてしまうという問題がある。

例えば、キャリア周波数をモータの回転速度と同期して変化させるようにスイッチング制御する同期ＰＷＭ方式では、モータ回転速度が高速となるとキャリア周期が短くなるため、出力可能な出力電圧範囲がより制限されることとなる。すなわち、モータの高速回転領域で出力可能な最大トルクが制限されることとなる。

そこで、特許第５３０３０３０号公報（特許文献１）には、電圧変換装置の制御装置について、デッドタイムによって発生する電圧変換装置の出力電圧制限により目標出力が出力できない場合に、出力可能電圧範囲を拡大するようスイッチング素子のキャリア周波数を低下させる技術が開示されている。

この技術によれば、デッドタイムによって発生する電圧変換装置の出力電圧制限により出力電圧が制限される場合においても、スイッチング素子のキャリア周波数を低下させることでキャリア周期におけるデッドタイムの割合を低下させ、出力可能電圧範囲を拡大し出力電圧が制限されないようにできる。

また、特許第５３３３４２２号公報（特許文献２）には、電力変換装置について、各スイッチング素子のオン時間がデッドタイムに基づいて決定される所定時間未満となる相がある場合に、各スイッチング素子のオン時間が所定時間以上となるように全相のスイッチングのオンおよびオフの切り替えを制御して、各相の出力電圧の平均値（以下、中性点電位と呼ぶ）を変更する技術が開示されている。より具体的には、各スイッチング素子のオン時間が前記所定時間未満となる場合には、各スイッチング素子のオン時間が所定時間以上となるように、２相変調から３相変調に切り替える技術が開示されている。

この技術によれば、各スイッチング素子のオン時間を所定時間以上とできるので、スイッチング素子をオンにする信号が出力されてからスイッチング素子がオンになるまでの立ち上がり時間の影響を受けることによる線間電圧の歪みを低減することができる。また、２相変調と３相変調を組み合わせることにより、電圧利用率を向上することができる。

特許第５３０３０３０号公報 特許第５３３３４２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、スイッチング素子のキャリア周波数を低下させるので、キャリア周波数と同期して制御演算を行う場合には、むだ時間に相当する制御演算周期が長くなることとなり、制御ゲインを高く設定できず制御応答性が悪化する。また、スイッチング素子のキャリア周期が長くなるため、スイッチング素子のオン継続時間またはオフ継続時間が長くなり、電流のリップルが増加して電動機のトルクリップルが増大する。

また、特許文献２に開示された手法によれば、スイッチング素子のオン時間が所定時間未満である場合に、各スイッチング素子のオン時間が所定時間以上となるように全相のスイッチングの制御を切り替えて中性点電位を変更するものであり、スイッチング素子のオン時間が所定時間未満であるかどうかに基づいているため、出力可能な出力電圧範囲であってもスイッチングの制御を切り替え中性点電位を変更する場合があり、モータの速度安定性を悪化させる場合がある。

また、モータのＵ相、Ｖ相を例にとって各相の関係に着目すると、出力電圧可能範囲である図５（a）に示すＰＷＭ制御信号であっても、特許文献２に開示される手法で各スイッチング素子のオン時間が所定時間以上になるように切り替えると、ＰＷＭ制御信号はデッドタイムを確保して生成されないといけないため、図５（b）に示すように、Ｕ相とＶ相の補正量に差異が発生し、その結果、線間電圧に歪みが生じる場合がある。言い換えると、歪みを生じずに出力できる出力電圧範囲が制限される。この問題は、特に、デッドタイムのキャリア周期に占める割合が大きくなるキャリア周波数の高い場合に発生しやすくなる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、電動機の制御装置において、制御応答性を損なうことなく、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限を抑制することを目的とする。また、電動機の中性点電位の変動をできるだけ抑えた速度安定性の良い電動機の制御装置の提供を目的とする。

本発明に係る電動機の制御装置は、高電位側に配置される複数の上側スイッチング素子と低電位側に配置される複数の下側スイッチング素子とを含むインバータと、前記インバータの同相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが同時にオンとならないようにデッドタイムを設けてスイッチング動作をさせるＰＷＭ制御信号を生成する制御指令演算部とを備え、
前記ＰＷＭ制御信号に応じて前記インバータのスイッチング動作を制御することにより前記インバータに入力される直流電源電圧を変換して電動機の出力トルクを制御する電動機の制御装置であって、
前記制御指令演算部は、前記電動機のトルク指令に基づいて各相毎の基本出力指令値を演算する基本出力指令値演算部と、前記デッドタイムの影響により変化する出力電圧を打ち消すようなデッドタイム補償値に基づいて各相毎の前記基本出力指令値を変更して各相毎のデッドタイム補償指令値を演算するデッドタイム補償部と、各相毎の前記デッドタイム補償指令値が前記ＰＷＭ制御信号として出力可能な指令値範囲内に入るように補正して各相毎の最終指令値として演算する最終指令値演算部と、前記最終指令値に基づいて前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、
前記最終指令値演算部は、前記デッドタイムと前記ＰＷＭ制御信号のキャリア周波数に基づいて出力指令上限値を演算し、各相毎の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令上限値とを比較し、前記デッドタイム補償指令値が前記出力指令上限値より大きい相がある場合、当該大きい相の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令上限値との差を出力指令補正値として演算し、全相の前記デッドタイム補償指令値から前記出力指令補正値を減算した値を各相毎の前記最終指令値とするものでる。

また、本発明に係る電動機の制御装置は、高電位側に配置される複数の上側スイッチング素子と低電位側に配置される複数の下側スイッチング素子とを含むインバータと、前記インバータの同相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが同時にオンとならないようにデッドタイムを設けてスイッチング動作をさせるＰＷＭ制御信号を生成する制御指令演算部とを備え、
前記ＰＷＭ制御信号に応じて前記インバータのスイッチング動作を制御することにより前記インバータに入力される直流電源電圧を変換して電動機の出力トルクを制御する電動機の制御装置であって、
前記制御指令演算部は、前記電動機のトルク指令に基づいて各相毎の基本出力指令値を演算する基本出力指令値演算部と、前記デッドタイムの影響により変化する出力電圧を打ち消すようなデッドタイム補償値に基づいて各相毎の前記基本出力指令値を変更して各相毎のデッドタイム補償指令値を演算するデッドタイム補償部と、各相毎の前記デッドタイム補償指令値が前記ＰＷＭ制御信号として出力可能な指令値範囲内に入るように補正して各相毎の最終指令値として演算する最終指令値演算部と、前記最終指令値に基づいて前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、
前記最終指令値演算部は、各相毎の前記デッドタイム補償指令値と予め設定された出力指令下限値とを比較し、前記デッドタイム補償指令値が前記出力指令下限値より小さい相がある場合、当該小さい相の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令下限値との差を出力指令補正値として演算し、全相の前記デッドタイム補償指令値から前記出力指令補正値を減算した値を各相毎の前記最終指令値とするものである。

本発明によれば、制御応答性を損なうことなく、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限が抑制された電動機の制御装置を提供することができる。また、本発明によれば、電動機の中性点電位の変動をできるだけ抑えた速度安定性の良い電動機の制御装置を提供することができる。

実施の形態１に係るＰＷＭ制御信号生成方法を例示する図。 実施の形態１に係る最大および最小デューティのＰＷＭ制御信号を例示する図。 実施の形態２に係るＰＷＭ制御信号生成方法を例示する図。 実施の形態２に係る最大および最小デューティのＰＷＭ制御信号を例示する図。 特許文献２に開示された手法による課題を説明する図。 実施の形態１、実施の形態２に係わる電動機の制御装置を例示する構成図。 実施の形態１、実施の形態２に係わる制御部６０の処理ブロックを例示する図。 実施の形態１、実施の形態２に係わるデューティ変換部７０の処理ブロックを例示する図。 インバータにおける一般的なデューティ指令信号を説明する図。 実施の形態１に係るデューティ変換部７０の処理の一例をフローチャートで説明する図。 実施の形態１に係るデューティ変換部７０の処理の一例をフローチャートで説明する図。 実施の形態１に係るデューティ変換部７０の処理による効果を例示する図。 実施の形態２に係るデューティ変換部７０の処理の一例をフローチャートで説明する図。 実施の形態２に係るデューティ変換部７０の処理による効果を例示する図。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態では、インバータ駆動される電動機の制御装置について説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図６に示すように、実施の形態１に係わる電動機の制御装置は、パルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」という。）により、電動機としてのモータ１０を駆動制御するものである。モータ１０は、例えば車載用の電動モータであって、電動ファン、オイルポンプ、ウォーターポンプ、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置等に適用される。もちろん、車載用以外に電動モータに用いてもよい。

モータ１０は、三相ブラシレスモータであり、いずれも図示しないロータおよびステータを有している。ロータは、円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、内部にロータを相対回転可能に収容している。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図６に示すＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、およびＷ相コイル１３が巻回されている。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、およびＷ相コイル１３が「巻線」に対応している。
実施の形態１は、インバータ部２０、回転角センサ３０、電流検出部４０、コンデンサ５０、チョークコイル５１、制御部６０、バッテリ９０等を備えている。インバータ部２０は、３相電圧形ＰＷＭインバータであり、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、およびＷ相コイル１３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子２１〜２６がブリッジ接続されている。スイッチング素子２１〜２６は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴであるが、その他のトランジスタ、ＩＧＢＴ等を用いてもよい。以下、スイッチング素子２１〜２６をＳＷ２１〜２６という。

３つのＳＷ２１〜２３は、ドレインがバッテリ９０の正極側に接続されている。また、ＳＷ２１〜２３のソースがそれぞれＳＷ２４〜２６のドレインに接続されている。ＳＷ２４〜２６のソースは、バッテリ９０の負極側に接続されている。
対になっているＳＷ２１とＳＷ２４との接続点は、Ｕ相コイル１１の一端に接続している。対になっているＳＷ２２とＳＷ２５との接続点は、Ｖ相コイル１２の一端に接続している。対になっているＳＷ２２３とＳＷ２５との接続点は、Ｗ相コイル１３の一端に接続している。
以下、高電位側に配置されるスイッチング素子であるＳＷ２１〜２３を「上ＳＷ」、低電位側に配置されているスイッチング素子であるＳＷ２４〜２６を「下ＳＷ」という。なお、本稿の実施の形態では、分かりやすさのため低電位側の電位を０Ｖとする。

電流検出部４０は、Ｕ相電流検出部４１、Ｖ相電流検出部４２、およびＷ相電流検出部４３から構成される。本実施形態では、Ｕ相電流検出部４１、Ｖ相電流検出部４２、およびＷ相電流検出部４３は、シャント抵抗により構成される。以下、Ｕ相電流検出部４１、Ｖ相電流検出部４２、およびＷ相電流検出部４３を、適宜電流検出部４１〜４３ともいう。Ｕ相電流検出部４１は、Ｕ相コイル１１に流れる電流を検出する。Ｖ相電流検出部４２は、Ｖ相コイル１２に流れる電流を検出する。Ｗ相電流検出部４３はＷ相コイル１３に流れる電流を検出する。電流検出部４１〜４３により検出された検出値（以下、「ＡＤ値」という。）は、増幅回路４４を経由して制御部６０を構成するレジスタに記憶される。なお、レジスタによるＡＤ値の取得は、電流検出部４１〜４３について同時に行われる。

回転角センサ３０（例えば、レゾルバ）は、モータ１０に取り付けられており、モータ１０のロータ位置を表す位置情報、具体的には、ロータの回転角を検出する。回転角センサ３０によって検出されたロータの回転角は、電気角θに換算され、制御部６０を構成するレジスタに記憶される。

コンデンサ５０およびチョークコイル５１は、バッテリ９０とインバータ部２０との間に配置され、パワーフィルタを構成している。これにより、バッテリ９０を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、インバータ部２０側からバッテリ９０を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減している。コンデンサ５０は、電荷を蓄えることで、ＳＷ２１〜２６への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。コンデンサ５０の電圧Ｖｃｏｎは、制御部６０により取得される。

制御部６０は、電力変換装置１全体の制御を司るものであって、マイコン６７、図示しないレジスタ、駆動回路６８等で構成される。図７に示すように、制御部６０は、三相二相変換部６２、制御器６３、二相三相変換部６４、デューティ変換部７０、ＰＷＭ信号生成部８０等を有している。

三相二相変換部６２は、電流検出部４１〜４３により検出されレジスタに記憶されたＡＤ値を読み込み、読み込まれたＡＤ値に基づいてＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、およびＷ相電流Ｉｗを算出する。算出された三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗおよび回転角センサ３０から入力された電気角θに基づき、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。

制御器６３では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*およびｑ軸電流指令値Ｉｑ*と、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑとから、電流フィードバック演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を算出する。より詳細には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸電流検出値Ｉｄとの電流偏差ΔＩｄ、および、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸電流検出値Ｉｑとの電流偏差ΔＩｑを算出し、電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*に追従させるべく、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが０に収束するように電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*を算出する。

二相三相変換部６４では、制御器６３で算出された電圧指令値Ｖｄ*、Ｖｑ*および電気角θに基づき、三相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を算出する。なお、三相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１はインバータに入力される直流電源電圧、すなわち、コンデンサ５０の電圧Ｖｃｏｎ以下となるように設定されることが好ましい。

デューティ変換部７０では、二相三相変換部６４で算出された三相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に基づき、デューティ指令値を算出する。デューティ変換部７０は図８に示すように、デューティ換算部７１、デッドタイム補償部７２、最終指令デューティ演算部７３で構成される。

まず、デューティ換算部７１では、コンデンサ５０の電圧Ｖｃｏｎを参照しつつ、三相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１をデューティ換算値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２に換算する。

デッドタイム補償部７２では、デッドタイムの影響により、コイル１１〜１３に印加される電圧が変化する変化量を打ち消すように、デッドタイムに基づく値であるデッドタイム補償量に基づいてデューティ換算値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を変更し、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３を算出する。

最終指令デューティ演算部７３では、デッドタイムを設けることにより制限されるデューティ上限値Ｖｍａｘを演算し、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３がデューティ上限値Ｖｍａｘより大きくなる場合には、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３をデューティ上限値Ｖｍａｘ以下となるよう補正し、調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４を算出する。さらに、ＰＷＭ信号生成部８０で生成できる下限値であるデューティ下限値Ｖｍｉｎより小さい調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４については、デューティ下限値Ｖｍｉｎに置き換えて、最終デューティ指令値Ｖｕ５、Ｖｖ５、Ｖｗ５を算出する。

デューティ変換部７０における処理の詳細については後述する。なお、 三相二相変換部６２、制御器６３、二相三相変換部６４、デューティ間残部７１が請求項に記載される基本出力指令値演算部に該当し、デッドタイム補償部７２が請求項に記載されるデッドタイム補償部に該当し、最終指令デューティ演算部７３が請求項に記載される最終指令値演算部に該当する。

ＰＷＭ信号処理部８０は、デューティ変換部７０から出力された最終デューティ指令値Ｖｕ５、Ｖｖ５、Ｖｗ５とＰＷＭ信号のキャリア信号であるＰＷＭ基準信号とを比較し、ＳＷ２１〜２６のオン／オフを制御している。図７では、Ｕ相上ＳＷ用信号をＵＨ＿ＳＷ、Ｕ相下ＳＷ用信号をＵＬ＿ＳＷ、Ｖ相上ＳＷ用信号をＶＨ＿ＳＷ、Ｖ相下ＳＷ用信号をＶＬ＿ＳＷ、Ｗ相上ＳＷ用信号をＷＨ＿ＳＷ、Ｗ相下ＳＷ用信号をＷＬ＿ＳＷと表記している。なお、本実施形態では、上昇速度と下降速度とが互いに等しい２等辺三角形形状の三角波をＰＷＭ基準信号（三角波指令値と呼ぶ）とする三角波比較方式を用いる。

ここで、三角波比較方式によるＰＷＭ制御信号生成方法は図１に示した方法である。具体的には、デューティと出力電圧が正の相関をとるよう、三角波指令値はキャリア周期において下向きの三角形状となるよう設定されている。さらに、デッドタイムを生成するため、デューティ０％〜１００％の振幅の三角波指令値Ｃ１と、三角波指令値Ｃ１を下方向に（２００×デッドタイムＤＴ÷キャリア周期ＣＴ）[％]だけシフトした三角波指令値Ｃ２を作成する。上ＳＷ２１、２２、２３については、デューティが三角波指令値Ｃ１を上回ったときオンし、デューティが三角波指令値Ｃ１を下回ったときオフする。一方、下ＳＷ２４、２５、２６については、デューティが三角波指令値Ｃ２を上回ったときオフし、デューティが三角波指令値Ｃ２を下回ったときオンする。これにより、キャリア周期の中心から対称にオンおよびオフ期間が設定されたセンターアライン型のＰＷＭ制御信号を生成する。なお、本実施の形態１におけるＰＷＭ制御信号は、キャリア更新タイミング前後において、上ＳＷ用制御信号にデッドタイム用のオフが確保される。

続いて、一般的なデューティ指令について、図９を参照して説明する。
図９（a）に示すように、デューティ指令信号は、振幅が略同一で、位相が互いに１２０°ずれた正弦波信号であるＵ相デューティＤｕ指令信号、Ｖ相デューティＤｖ指令信号およびＷ相デューティＤｗ指令信号の３つの信号から構成される。デューティ指令信号の最大値と最小値との平均値はデューティ約５０％に相当する。

ＰＷＭ基準信号Ｐは、三角波信号であり、デューティ指令信号の正弦波の周期に比べ極めて短い。なお、図９（a）では、デューティ指令信号の１周期におけるＰＷＭ基準信号Ｐの数は模式的に図示してあり、実際にはＰＷＭ基準信号Ｐの周波数はもっと頻繁である。図９（b）は、図９（a）の領域Ｋを拡大し、ＰＷＭ基準信号Ｐとデューティ指令信号との大小関係を模式的に示した説明図である。図９（b）を参照して、Ｕ相デューティＤｕ指令信号、Ｖ相デューティＤｖ指令信号およびＷ相デューティＤｗ指令信号の位相が互いに１２０°ずれていることにより、キャリアの１周期でみるとデューティ指令値がＵ相Ｖ相Ｗ相で異なることが示される。なお、上述のデューティ指令信号は、本実施の形態では、デッドタイム補償部７２で算出された補償デューティ指令値に相当する。

ところで、本実施の形態１におけるＰＷＭ信号生成方法では、図１、図２を参照して前述したように、（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００〜１００[％]のデューティ範囲がデッドタイムにより所望の出力が得られず、出力が歪む領域である。

そこで、本実施の形態では、補償デューティ指令値が上述の範囲であった場合でも出力の歪みを防止するよう、制御部６０のデューティ変換部７０において補償デューティ指令値を補正する最終指令デューティ演算部７３を設けている。そこで、制御部６０におけるデューティ変換部７０の処理について、図１０、図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。

デューティ換算部７１の処理：
最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、三相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１およびコンデンサ５０の電圧Ｖｃｏｎから、デューティ換算値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を算出する。デューティ換算値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２は、以下の式（１）〜（３）により算出される。
Ｖｕ２＝Ｖｕ１÷Ｖｃｏｎ×１００ …（１）
Ｖｖ２＝Ｖｖ１÷Ｖｃｏｎ×１００ …（２）
Ｖｗ２＝Ｖｗ１÷Ｖｃｏｎ×１００ …（３）

デッドタイム補償部７２の処理：
Ｓ１０２では、Ｕ相電流検出部４１により検出されるＡＤ値に基づき、Ｕ相電流Ｉｕが０未満か否かを判断する。なお、Ｕ相電流Ｉｕが負である場合、コイル１１から電流が流れ出し、Ｕ相電流Ｉｕが正である場合、コイル１１に電流が流れ込む。他の相電流についても同様である。
Ｕ相電流Ｉｕが０未満である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわちＵ相電流Ｉｕが負である場合、Ｓ１０３へ移行する。Ｕ相電流Ｉｕが０以上である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、すなわちＵ相電流Ｉｕが正である場合、Ｓ１０４へ移行する。
Ｕ相電流Ｉｕが負である場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）に移行するＳ１０３では、相電流が負のときデッドタイムの間は出力電圧がコンデンサ５０の電圧Ｖｃｏｎとなる、すなわち上ＳＷがオン、下ＳＷがオフと同等の出力となるため、これを補償すべくデッドタイム補償を行い、補償デューティ指令値Ｖｕ３を算出する。補償デューティ指令値Ｖｕ３は、以下の式（４）により算出される。
Ｖｕ３＝Ｖｕ２-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００ …（４）
Ｕ相電流Ｉｕが正である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に移行するＳ１０４では、相電流が正のときデッドタイムの間は出力電圧が低電位側すなわち０Ｖとなる、すなわち上ＳＷがオフ、下ＳＷがオンと同等の出力となるため、デューティ換算値Ｖｕ２ を補償する必要はない。従い、補償デューティ指令値Ｖｕ３は、以下の式（５）により算出される。
Ｖｕ３＝Ｖｕ２ …（５）

Ｓ１０５では、Ｖ相電流検出部４２により検出されるＡＤ値に基づき、Ｖ相電流Ｉｖが０未満か否かを判断する。
Ｖ相電流Ｉｖが０未満である場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、すなわちＶ相電流Ｉｖが負である場合、Ｓ１０６へ移行する。Ｖ相電流Ｉｖが０以上である場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわちＶ相電流Ｉｖが正である場合、Ｓ１０７へ移行する。
Ｖ相電流Ｉｖが負である場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）に移行するＳ１０６では、Ｕ相と同様の方法で、補償デューティ指令値Ｖｖ３は、以下の式（６）により算出される。
Ｖｖ３＝Ｖｖ２-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００ …（６）
Ｖ相電流Ｉｖが正である場合（Ｓ１０５：ＮＯ）に移行するＳ１０７では、Ｕ相と同様の方法で、補償デューティ指令値Ｖｖ３は、以下の式（７）により算出される。
Ｖｖ３＝Ｖｖ２ …（７）

Ｓ１０８では、Ｗ相電流検出部４３により検出されるＡＤ値に基づき、Ｗ相電流Ｉｗが０未満か否かを判断する。
Ｗ相電流Ｉｗが０未満である場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、すなわちＷ相電流Ｉｗが負である場合、Ｓ１０９へ移行する。Ｗ相電流Ｉｗが０以上である場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、すなわちＷ相電流Ｉｗが正である場合、Ｓ１１０へ移行する。
Ｗ相電流Ｉｗが負である場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）に移行するＳ１０９では、Ｕ相と同様の方法で、補償デューティ指令値Ｖｗ３は、以下の式（８）により算出される。
Ｖｗ３＝Ｖｗ２-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００ …（８）
Ｗ相電流Ｉｗが正である場合（Ｓ１０８：ＮＯ）に移行するＳ１１０では、Ｕ相と同様の方法で、補償デューティ指令値Ｖｗ３は、以下の式（９）により算出される。
Ｖｗ３＝Ｖｗ２ …（９）
なお、本実施の形態において、請求項に記載のデッドタイム補償量は、相電流が負の場合は（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）であり、相電流が正の場合は０である。

最終指令デューティ演算部７３の処理：
Ｓ１１１では、ＰＷＭ信号生成部で生成可能なデューティの上限値Ｖｍａｘを求める。本実施の形態では、デューティ上限値Ｖｍａｘは、以下の式（１０）により算出される。
Ｖｍａｘ＝（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００ …（１０）

Ｓ１１２では、Ｕ相の補償デューティ指令値Ｖｕ３とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｕ３＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｕ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、Ｓ１１３へ移行する。Ｖｕ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、Ｓ１１４へ移行する。
Ｖｕ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）に移行するＳ１１３では、補償デューティ指令値Ｖｕ３がデューティ上限値Ｖｍａｘ以下となるように補正する必要がある場合であり、補正量Ｖｕｄｆを算出する。補正量Ｖｕｄｆは、以下の式（１１）により算出される。
Ｖｕｄｆ＝Ｖｕ３−Ｖｍａｘ …（１１）
Ｖｕ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１２：ＮＯ）に移行するＳ１１４では、補償デューティ指令値Ｖｕ３がデューティ上限値Ｖｍａｘ以下であり、ＰＷＭ制御信号として生成可能なデューティであるため、補正する必要がない。従い、補正量Ｖｕｄｆは、以下の式（１２）により算出される。
Ｖｕｄｆ＝０ …（１２）

Ｓ１１５では、Ｖ相の補償デューティ指令値Ｖｖ３とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｖ３＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｖ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、Ｓ１１６へ移行する。Ｖｖ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１５：ＮＯ）、Ｓ１１７へ移行する。
Ｖｖ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１５：ＹＥＳ）に移行するＳ１１６では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｖｄｆは、以下の式（１３）により算出される。
Ｖｖｄｆ＝Ｖｖ３−Ｖｍａｘ …（１３）
Ｖｖ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１５：ＮＯ）に移行するＳ１１７では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｖｄｆは、以下の式（１４）により算出される。
Ｖｖｄｆ＝０ …（１４）

Ｓ１１８では、Ｗ相の補償デューティ指令値Ｖｗ３とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｗ３＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｗ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、Ｓ１１９へ移行する。Ｖｗ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、Ｓ１２０へ移行する。
Ｖｗ３＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１８：ＹＥＳ）に移行するＳ１１９では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｗｄｆは、以下の式（１５）により算出される。
Ｖｗｄｆ＝Ｖｗ３−Ｖｍａｘ …（１５）
Ｖｗ３≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）に移行するＳ１２０では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｗｄｆは、以下の式（１６）により算出される。
Ｖｗｄｆ＝０ …（１６）

Ｓ１２１では、各相の補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３を補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆで補正し、デューティ上限値Ｖｍａｘ以下となる調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４を算出する。調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４は、以下の式（１７）〜（１９）により算出される。
Ｖｕ４＝Ｖｕ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（１７）
Ｖｖ４＝Ｖｖ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（１８）
Ｖｗ４＝Ｖｗ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（１９）
式（１７）〜（１９）に示すように、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３から補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆを等しく減算するので、線間電圧は変化しない。従って、この調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４が出力可能な範囲であれば、所望の出力を得られる。
なお、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３が全てデューティ上限値Ｖｍａｘ以下であった場合には、補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆは全て０であり、実質補正が行われていないのと同等である。

Ｓ１２２では、ＰＷＭ信号生成部で生成可能なデューティの下限値Ｖｍｉｎを求める。本実施の形態では、デューティ下限値Ｖｍｉｎは、以下の式（１０）により算出される。
Ｖｍｉｎ＝-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００ …（２０）

Ｓ１２３では、Ｕ相の調整デューティ指令値Ｖｕ４とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｕ４＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｕ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、Ｓ１２４へ移行する。Ｖｕ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）、Ｓ１２５へ移行する。
Ｖｕ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２３：ＹＥＳ）に移行するＳ１２４では、調整デューティ指令値Ｖｕ４がＰＷＭ制御信号として生成不可能なデューティであるため、以下の式（２１）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｕ５はデューティ下限値Ｖｍｉｎに設定される。
Ｖｕ５＝Ｖｍｉｎ …（２１）
Ｖｕ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２３：ＮＯ）に移行するＳ１２５では、調整デューティ指令値Ｖｕ４がＰＷＭ制御信号として生成可能なデューティであるため、変更する必要がない。従い、最終デューティ指令値Ｖｕ５は、以下の式（２２）により算出される。
Ｖｕ５＝Ｖｕ４ …（２２）

Ｓ１２６では、Ｖ相の調整デューティ指令値Ｖｖ４とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｖ４＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｖ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２６：ＹＥＳ）、Ｓ１２７へ移行する。Ｖｖ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２６：ＮＯ）、Ｓ１２８へ移行する。
Ｖｖ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２６：ＹＥＳ）に移行するＳ１２７では、Ｕ相と同様の方法で、以下の式（２３）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｖ５はデューティ下限値Ｖｍｉｎに設定される。
Ｖｖ５＝Ｖｍｉｎ …（２３）
Ｖｖ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２６：ＮＯ）に移行するＳ１２８では、Ｕ相と同様の方法で、最終デューティ指令値Ｖｖ５は、以下の式（２４）により算出される。
Ｖｖ５＝Ｖｖ４ …（２４）

Ｓ１２９では、Ｗ相の調整デューティ指令値Ｖｗ４とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｗ４＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｗ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２９：ＹＥＳ）、Ｓ１３０へ移行する。Ｖｗ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２９：ＮＯ）、Ｓ１３１へ移行する。
Ｖｗ４＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２９：ＹＥＳ）に移行するＳ１３０では、Ｕ相と同様の方法で、以下の式（２５）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｗ５はデューティ下限値Ｖｍｉｎに設定される。
Ｖｗ５＝Ｖｍｉｎ …（２５）
Ｖｗ４≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ１２９：ＮＯ）に移行するＳ１３１では、Ｕ相と同様の方法で、最終デューティ指令値Ｖｗ５は、以下の式（２６）により算出される。
Ｖｗ５＝Ｖｗ４ …（２６）

図１０、図１１のフローチャートに示す処理による各相デューティの変化を図１２に模式的に示す。図１２でＡと示された期間は、デューティが１００％近傍、正確には、（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００％〜１００％の期間であって、デッドタイムの制約によりＰＷＭ制御信号を生成不可能な場合である。このような場合に各相のデューティ指令値を等しく低下させることで、ＰＷＭ制御信号を生成可能なデューティに変更する。各相のデューティ指令値を等しく低下させているので、線間電圧は各相のデューティ指令値を低下させる前と変わらない。また、本実施例ではデューティが０％近傍、正確には、（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）％〜０％の範囲では補正が行われない。これは、本実施の形態のＰＷＭ信号生成方法では（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）％〜０％の範囲もＰＷＭ制御信号を生成可能であるからである。すなわち、本実施の形態で示す技術では、デッドタイムによる出力制限がかかる場合、正確には、デューティ指令値が（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００％〜１００％である場合のみ補正を行うロジックとなる。なお、各相のデューティ指令値を低下させるよう補正することによって、ＰＷＭ制御信号が生成不可能となるデューティ下限値、具体的には（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）％を下回る場合には、該当する相のデューティ指令値をデューティ下限値にクリップする。また、図１２に示すデューディ指令値は模式的に正弦波としているが、実際には正弦波にデッドタイム補償分のデューティ調整が加えられた波形となる。

以上のフローチャートに示す処理により、デッドタイム期間の出力を補償して算出された補償デューティ指令値がＰＷＭ制御信号として生成不可能な場合に限り、全相の補償デューディ指令値から等しく補正することができる。また、この補正によってデューティ指令値がＰＷＭ制御信号として生成不可能となる場合でも、できるかぎり所望の出力が得られるように制御できる。

以上の実施の形態１によれば、キャリア周期を変更することなく、デューティ指令値がデッドタイムによる出力不可となるデューティ上限値を超える場合に全相のデューティ指令値を等しく補正するので、制御応答性を損なうことなく、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限を抑制することができる。また、デューティ指令値がＰＷＭ制御信号を生成不可能となる値である場合のみ補正を行うので、電動機の中性点電位の変動をできるだけ抑えた速度安定性の良い電動機の制御装置を提供することができる。

なお、本実施の形態１では、出力指令値としてＰＷＭ制御信号のデューティを用いたが、ＰＷＭ制御信号のデューティと相関のある値であればこれに限定されるものではない。例えば、各相の出力電圧指令値を出力指令値として用いても良い。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による電動機の制御装置は、実施の形態１の変形例であり、上下スイッチ用のＰＷＭ制御信号の生成方法が異なるものである。ＰＷＭ制御信号の生成方法が異なることにより、ＰＷＭ信号生成部で生成可能なデューティ範囲が異なり、デッドタイムによって出力制限されるデューティが変わる。従い、本実施の形態２では、係るＰＷＭ制御信号の生成方法を用いた場合において、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限を抑制する方法について説明する。

本実施の形態２の電動機の制御装置において、実施の形態１と異なる点は、ＰＷＭ制御信号の生成方法および制御部６０の処理、より具体的にはデューティ変換部７０の処理であり、それ以外の処理および構成は実施の形態１と同じであるため説明を省略する。

本実施の形態２におけるＰＷＭ制御信号生成方法は、図３に示した方法である。具体的には、デューティと出力電圧が正の相関をとるよう、三角波指令値はキャリア周期において上向きの三角形状となるよう設定されている。さらに、デッドタイムを生成するため、デューティ０％〜１００％の振幅の三角波指令値Ｃ１と、三角波指令値Ｃ１を下方向に（２００×デッドタイムＤＴ÷キャリア周期ＣＴ）[％]だけシフトした三角波指令値Ｃ２を作成する。上ＳＷ２１、２２、２３については、デューティが三角波指令値Ｃ１を上回ったときオンし、デューティが三角波指令値Ｃ１を下回ったときオフする。一方、下ＳＷ２４、２５、２６については、デューティが三角波指令値Ｃ２を上回ったときオフし、デューティが三角波指令値Ｃ２を下回ったときオンする。これにより、キャリア周期の中心から対称にオンおよびオフ期間が設定されたセンターアライン型のＰＷＭ制御信号を生成する。なお、本実施の形態２におけるＰＷＭ制御信号は、キャリア更新タイミング前後において、下ＳＷ用制御信号にデッドタイム用のオフが確保される。

ところで、本実施の形態２におけるＰＷＭ信号生成方法では、図３、図４を参照して前述したように、（-２００×ＤＴ÷ＣＴ）〜０[％]のデューティ範囲がデッドタイムにより所望の出力が得られず、出力が歪む領域である。

そこで、本実施の形態２では、補償デューティ指令値が上述の範囲であった場合でも出力の歪みを防止するよう、制御部６０のデューティ変換部７０において補償デューティ指令値を補正する最終指令デューティ演算部７３を設けている。そこで、制御部６０におけるデューティ変換部の処理７０について、以下に説明する。なお、デューティ換算部７１およびデッドタイム補償部７２は実施の形態１と同じであるため、説明を省略し、デューティ変換部７０の最終指令デューティ演算部７３について、図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。

最終指令デューティ演算部７３の処理：
デューティ換算部７１およびデッドタイム補償部７２にて、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３が得られている。
Ｓ２１１では、ＰＷＭ信号生成部で生成可能なデューティの下限値Ｖｍｉｎを求める。本実施の形態２では、デューティ下限値Ｖｍｉｎは、以下の式（３０）により算出される。
Ｖｍｉｎ＝０ …（３０）

Ｓ２１２では、Ｕ相の補償デューティ指令値Ｖｕ３とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｕ３＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｕ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、Ｓ２１３へ移行する。Ｖｕ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１２：ＮＯ）、Ｓ２１４へ移行する。
Ｖｕ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）に移行するＳ２１３では、補償デューティ指令値Ｖｕ３がデューティ下限値Ｖｍｉｎ以上となるように補正する必要がある場合であり、補正量Ｖｕｄｆを算出する。補正量Ｖｕｄｆは、以下の式（１１）により算出される。
Ｖｕｄｆ＝Ｖｕ３−Ｖｍｉｎ …（３１）
Ｖｕ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１２：ＮＯ）に移行するＳ２１４では、補償デューティ指令値Ｖｕ３がデューティ下限値Ｖｍｉｎ以上であり、ＰＷＭ制御信号として生成可能なデューティであるため、補正する必要がない。従い、補正量Ｖｕｄｆは、以下の式（１２）により算出される。
Ｖｕｄｆ＝０ …（３２）

Ｓ２１５では、Ｖ相の補償デューティ指令値Ｖｖ３とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｖ３＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｖ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１５：ＹＥＳ）、Ｓ２１６へ移行する。Ｖｖ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１５：ＮＯ）、Ｓ２１７へ移行する。
Ｖｖ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１５：ＹＥＳ）に移行するＳ２１６では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｖｄｆは、以下の式（３３）により算出される。
Ｖｖｄｆ＝Ｖｖ３−Ｖｍｉｎ …（３３）
Ｖｖ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１５：ＮＯ）に移行するＳ２１７では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｖｄｆは、以下の式（３４）により算出される。
Ｖｖｄｆ＝０ …（３４）

Ｓ２１８では、Ｗ相の補償デューティ指令値Ｖｗ３とデューティ下限値Ｖｍｉｎを比較し、Ｖｗ３＜Ｖｍｉｎか否かを判断する。
Ｖｗ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１８：ＹＥＳ）、Ｓ２１９へ移行する。Ｖｗ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１８：ＮＯ）、Ｓ２２０へ移行する。
Ｖｗ３＜Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１８：ＹＥＳ）に移行するＳ２１９では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｗｄｆは、以下の式（３５）により算出される。
Ｖｗｄｆ＝Ｖｗ３−Ｖｍｉｎ …（３５）
Ｖｗ３≧Ｖｍｉｎであると判断された場合（Ｓ２１８：ＮＯ）に移行するＳ２２０では、Ｕ相と同様の方法で、補正量Ｖｗｄｆは、以下の式（３６）により算出される。
Ｖｗｄｆ＝０ …（３６）

Ｓ２２１では、各相の補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３を補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆで補正し、デューティ下限値Ｖｍｉｎ以上となる調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４を算出する。調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４は、以下の式（３７）〜（３９）により算出される。
Ｖｕ４＝Ｖｕ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（３７）
Ｖｖ４＝Ｖｖ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（３８）
Ｖｗ４＝Ｖｗ３−Ｖｕｄｆ−Ｖｖｄｆ−Ｖｗｄｆ …（３９）
式（３７）〜（３９）に示すように、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３から補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆを等しく減算するので、線間電圧は変化しない。従って、この調整デューティ指令値Ｖｕ４、Ｖｖ４、Ｖｗ４が出力可能な範囲であれば、所望の出力を得られる。
なお、補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆは０以下であるため、ここではデューティを大きくするよう補正している。また、補償デューティ指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３が全てデューティ下限値Ｖｍｉｎ以上であった場合には、補正量 Ｖｕｄｆ 、Ｖｖｄｆ、 Ｖｗｄｆは全て０であり、実質補正が行われていないのと同等である。

Ｓ２２２では、ＰＷＭ信号生成部で生成可能なデューティの上限値Ｖｍａｘを求める。本実施の形態では、デューティ上限値Ｖｍａｘは、以下の式（４０）により算出される。
Ｖｍａｘ＝１００ …（４０）

Ｓ２２３では、Ｕ相の調整デューティ指令値Ｖｕ４とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｕ４＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｕ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２３：ＹＥＳ）、Ｓ２２４へ移行する。Ｖｕ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２３：ＮＯ）、Ｓ２２５へ移行する。
Ｖｕ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２３：ＹＥＳ）に移行するＳ２２４では、調整デューティ指令値Ｖｕ４がＰＷＭ制御信号として生成不可能なデューティであるため、以下の式（４１）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｕ５はデューティ上限値Ｖｍａｘに設定される。
Ｖｕ５＝Ｖｍａｘ …（４１）
Ｖｕ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２３：ＮＯ）に移行するＳ２２５では
、調整デューティ指令値Ｖｕ４がＰＷＭ制御信号として生成可能なデューティであるため、変更する必要がない。従い、最終デューティ指令値Ｖｕ５は、以下の式（４２）により算出される。
Ｖｕ５＝Ｖｕ４ …（４２）

Ｓ２２６では、Ｖ相の調整デューティ指令値Ｖｖ４とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｖ４＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｖ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２６：ＹＥＳ）、Ｓ２２７へ移行する。Ｖｖ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２６：ＮＯ）、Ｓ２２８へ移行する。
Ｖｖ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２６：ＹＥＳ）に移行するＳ２２７では、Ｕ相と同様の方法で、以下の式（４３）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｖ５はデューティ上限値Ｖｍａｘに設定される。
Ｖｖ５＝Ｖｍａｘ …（４３）
Ｖｖ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２６：ＮＯ）に移行するＳ２２８では、Ｕ相と同様の方法で、最終デューティ指令値Ｖｖ５は、以下の式（４４）により算出される。
Ｖｖ５＝Ｖｖ４ …（４４）

Ｓ２２９では、Ｗ相の調整デューティ指令値Ｖｗ４とデューティ上限値Ｖｍａｘを比較し、Ｖｗ４＞Ｖｍａｘか否かを判断する。
Ｖｗ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２９：ＹＥＳ）、Ｓ２３０へ移行する。Ｖｗ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２９：ＮＯ）、Ｓ２３１へ移行する。
Ｖｗ４＞Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２９：ＹＥＳ）に移行するＳ２３０では、Ｕ相と同様の方法で、以下の式（４５）に示すように、最終デューティ指令値Ｖｗ５はデューティ上限値Ｖｍａｘに設定される。
Ｖｗ５＝Ｖｍａｘ …（４５）
Ｖｗ４≦Ｖｍａｘであると判断された場合（Ｓ２２９：ＮＯ）に移行するＳ２３１では、Ｕ相と同様の方法で、最終デューティ指令値Ｖｗ５は、以下の式（４６）により算出される。
Ｖｗ５＝Ｖｗ４ …（４６）

図１３のフローチャートに示す処理による各相デューティの変化を図１４に模式的に示す。図１４でＢと示された期間は、デューティが０％近傍、正確には、（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）％〜０％の期間であって、デッドタイムの制約によりＰＷＭ制御信号を生成不可能な場合である。このような場合に各相のデューティ指令値を等しく増加させることで、ＰＷＭ制御信号を生成可能なデューティに変更する。各相のデューティ指令値を等しく増加させているので、線間電圧は各相のデューティ指令値を増加させる前と変わらない。また、本実施例ではデューティが１００％近傍、正確には、（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００％〜１００％の範囲では補正が行われない。これは、本実施の形態のＰＷＭ信号生成方法では（１-２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００％〜１００％の範囲もＰＷＭ制御信号を生成可能であるからである。すなわち、本実施の形態で示す技術では、デッドタイムによる出力制限がかかる場合、正確には、デューティ指令値が（-２×ＤＴ÷ＣＴ×１００）％〜０％である場合のみ補正を行うロジックとなる。なお、各相のデューティ指令値を増加させるよう補正することによって、ＰＷＭ制御信号が生成不可能となるデューティ上限値、具体的には１００％を上回る場合には、該当する相のデューティ指令値をデューティ上限値にクリップする。また、図１４に示すデューディ指令値は模式的に正弦波としているが、実際には正弦波にデッドタイム補償分のデューティ調整が加えられた波形となる。

以上のフローチャートに示す処理により、デッドタイム期間の出力を補償して算出された補償デューティ指令値がＰＷＭ制御信号として生成不可能な場合に限り、全相の補償デューディ指令値から等しく補正することができる。また、この補正によってデューティ指令値がＰＷＭ制御信号として生成不可能となる場合においても、できるかぎり所望の出力が得られるように制御できる。

以上の実施の形態２によれば、キャリア周期を変更することなく、デューティ指令値がデッドタイムによる出力不可となるデューティ下限値を下回る場合に全相のデューティ指令値を等しく補正するので、制御応答性を損なうことなく、デッドタイムによって発生する電動機の出力電圧制限を抑制することができる。また、デューティ指令値がＰＷＭ制御信号を生成不可能となる値である場合のみ補正を行うので、電動機の中性点電位の変動をできるだけ抑えた速度安定性の良い電動機の制御装置を提供することができる。

なお、本実施の形態２では、出力指令値としてＰＷＭ制御信号のデューティを用いたが、ＰＷＭ制御信号のデューティと相関のある値であればこれに限定されるものではない。例えば、各相の出力電圧指令値を出力指令値として用いても良い。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１ 電力変換装置、 １０ モータ（回転電機）、
１１から１３ コイル（巻線）、 ２０ インバータ部、
２１から２３ 上ＳＷ（高電位側スイッチング素子）、
２４から２６ 下ＳＷ（低電位側スイッチング素子）、
３０ 回転角センサ、 ４０ 電流検出部、
５０ コンデンサ、 ５１ チョークコイル、
６０ 制御部、 ９０ バッテリ、
ＤＴ デッドタイム、 ＣＴ キャリア周期。

Claims (14)

1. 高電位側に配置される複数の上側スイッチング素子と低電位側に配置される複数の下側スイッチング素子とを含むインバータと、前記インバータの同相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが同時にオンとならないようにデッドタイムを設けてスイッチング動作をさせるＰＷＭ制御信号を生成する制御指令演算部とを備え、
   前記ＰＷＭ制御信号に応じて前記インバータのスイッチング動作を制御することにより前記インバータに入力される直流電源電圧を変換して電動機の出力トルクを制御する電動機の制御装置であって、
   前記制御指令演算部は、前記電動機のトルク指令に基づいて各相毎の基本出力指令値を演算する基本出力指令値演算部と、前記デッドタイムの影響により変化する出力電圧を打ち消すようなデッドタイム補償値に基づいて各相毎の前記基本出力指令値を変更して各相毎のデッドタイム補償指令値を演算するデッドタイム補償部と、各相毎の前記デッドタイム補償指令値が前記ＰＷＭ制御信号として出力可能な指令値範囲内に入るように補正して各相毎の最終指令値として演算する最終指令値演算部と、前記最終指令値に基づいて前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、
   前記最終指令値演算部は、前記デッドタイムと前記ＰＷＭ制御信号のキャリア周波数に基づいて出力指令上限値を演算し、各相毎の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令上限値とを比較し、前記デッドタイム補償指令値が前記出力指令上限値より大きい相がある場合、当該大きい相の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令上限値との差を出力指令補正値として演算し、全相の前記デッドタイム補償指令値から前記出力指令補正値を減算した値を各相毎の前記最終指令値とする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   前記ＰＷＭ信号生成部は、前記上側スイッチング素子に対する前記ＰＷＭ制御信号を、ＰＷＭキャリアが更新されるタイミングの前後の期間において、前記デッドタイムに応じた所定期間は少なくともオフ信号となるように生成する
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機の制御装置において、 出力指令上限値は、
   上側スイッチング素子用のＰＷＭ制御信号のオンデューティ換算で、（１−２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００（％）［但し、ＤＴ：デッドタイム、ＣＴ：キャリア周期］
   となる出力指令値である
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
   前記最終指令値が、前記ＰＷＭ信号生成部で生成可能な最小値である出力指令下限値より小さくなる相がある場合、当該小さくなる相の前記最終指令値を出力指令下限値とすることを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機の制御装置において、
   前記出力指令下限値は、
   上側スイッチング素子用のＰＷＭ制御信号のオンデューティ換算で、（−２×ＤＴ÷ＣＴ）×１００（％）［但し、ＤＴ：デッドタイム、ＣＴ：キャリア周期］
   となる出力指令値である
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
   前記各相毎の前記基本出力指令値は、前記直流電源電圧によって出力可能な最大値以下である
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
7. 高電位側に配置される複数の上側スイッチング素子と低電位側に配置される複数の下側スイッチング素子とを含むインバータと、前記インバータの同相の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とが同時にオンとならないようにデッドタイムを設けてスイッチング動作をさせるＰＷＭ制御信号を生成する制御指令演算部とを備え、
   前記ＰＷＭ制御信号に応じて前記インバータのスイッチング動作を制御することにより前記インバータに入力される直流電源電圧を変換して電動機の出力トルクを制御する電動機の制御装置であって、
   前記制御指令演算部は、前記電動機のトルク指令に基づいて各相毎の基本出力指令値を演算する基本出力指令値演算部と、前記デッドタイムの影響により変化する出力電圧を打ち消すようなデッドタイム補償値に基づいて各相毎の前記基本出力指令値を変更して各相毎のデッドタイム補償指令値を演算するデッドタイム補償部と、各相毎の前記デッドタイム補償指令値が前記ＰＷＭ制御信号として出力可能な指令値範囲内に入るように補正して各相毎の最終指令値として演算する最終指令値演算部と、前記最終指令値に基づいて前記ＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、を有し、
   前記最終指令値演算部は、各相毎の前記デッドタイム補償指令値と予め設定された出力指令下限値とを比較し、前記デッドタイム補償指令値が前記出力指令下限値より小さい相がある場合、当該小さい相の前記デッドタイム補償指令値と前記出力指令下限値との差を出力指令補正値として演算し、全相の前記デッドタイム補償指令値から前記出力指令補正値を減算した値を各相毎の前記最終指令値とする
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
8. 請求項７に記載の電動機の制御装置において、
   前記ＰＷＭ信号生成部は、前記下側スイッチング素子に対する前記ＰＷＭ制御信号を、ＰＷＭキャリアが更新されるタイミングの前後の期間において、前記デッドタイムに応じた所定期間は少なくともオフ信号となるように生成する
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
9. 請求項７または８に記載の電動機の制御装置において、
   前記出力指令下限値は、上側スイッチング素子用のＰＷＭ制御信号のオンデューティ換算で０[%]となる出力指令値である
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
10. 請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
    前記最終指令値が、前記ＰＷＭ信号生成部で生成可能な最大値である出力指令上限値より大きくなる相がある場合、当該大きくなる相の前記最終指令値を前記出力指令上限値とする
    ことを特徴とする電動機の制御装置。
11. 請求項１０に記載の電動機の制御装置において、
    前記出力指令上限値は、上側スイッチング素子用の前記ＰＷＭ制御信号のオンデューティ換算で１００[％]となる出力指令値である
    ことを特徴とする電動機の制御装置。
12. 請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
    前記各相毎の基本出力指令値は、前記直流電源電圧によって出力可能な最小値以上である
    ことを特徴とする電動機の制御装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
    前記基本出力指令値は、正弦波であり、各相毎の基本出力指令値の位相が互いに１２０°ずれている
    ことを特徴とする電動機の制御装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置において、
    前記デッドタイム補償値は、前記デッドタイムと相電流の極性と前記ＰＷＭ制御信号のキャリア周波数によって演算されることを特徴とする電動機の制御装置。