WO2024034113A1

WO2024034113A1 - インバータ制御装置

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Publication number: WO2024034113A1
Application number: PCT/JP2022/030712
Authority: WO
Inventors: 飛路人中野; 嵩大田中; 峻谷口; 信也山下; 永呉岸本
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2024-02-15

Abstract

デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することを目的とする。インバータ制御装置１００は、インバータ１０の出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する変調波生成部１２０と、インバータ１０のスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号を変調波信号に基づいて生成するＰＷＭパルス生成部１５０と、を備える。変調波生成部１２０は、電圧指令値を出力電圧の変調率として表した変調率指令値を演算する変調率指令演算部１２１と、インバータ１０のデッドタイムを考慮した変調率である実変調率を推定する実変調率推定部１２４と、変調率指令値及び実変調率に基づいて電圧指令値の補正係数を演算する補正係数演算部１２５と、を有する。変調波生成部１２０は、補正係数により補正された電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する。

Description

インバータ制御装置

　本発明は、インバータ制御装置に関する。

　モータの出力を高めるためには、モータに電力を供給するインバータの出力電圧を高くする必要がある。一方、インバータの出力電圧を高くすると、スイッチング回数が減少することがある。このため、インバータ制御装置は、インバータを過変調領域において動作させる際、矩形波等のスイッチング回数の少ない変調波を用いる。過変調領域とは、インバータの出力電圧における電圧指令値が、正弦波での最大出力レベルを上回るようなインバータの動作領域のことである。

　インバータには、上下アームのスイッチングの際に、短絡防止のために上下アームの両方をオフにする区間であるデッドタイムが設けられている。これにより、インバータの出力電圧とその電圧指令値との間に誤差（以下「電圧誤差」とも称する）が発生するので、インバータ制御装置には、一般的にデッドタイムの補償機能が備わっている。

　デッドタイムにより発生する電圧誤差は、スイッチング回数の減少に伴って変動する。特許文献１には、当該電圧誤差の変動を電圧指令値に加味してデッドタイム補償を行うことにより、過変調領域において電圧指令値に応じた出力電圧を得る技術が開示されている。

特開２０１２－１０５３９３号公報

　特許文献１に開示された技術では、ＰＷＭ波形の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジ（以下「パルスエッジ」とも称する）にデッドタイムが付与される。しかしながら、例えば、過変調領域において電圧指令値にデッドタイム補償値を予め加算すると、変調波信号のデューティ比が１００％を超えるので、スイッチングが行われないことがある。変調波信号のデューティ比が１００％を超える場合、デッドタイムを付与するパルスエッジが存在しないので、デッドタイムが発生せず、予め加算されたデッドタイム補償値が過補償となる。その結果、意図したインバータの出力電圧が得られないことがある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに印加するインバータを制御するインバータ制御装置であって、前記インバータの出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する変調波生成部と、前記インバータのスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号を前記変調波信号に基づいて生成するＰＷＭパルス生成部と、を備え、前記変調波生成部は、前記電圧指令値を前記出力電圧の変調率として表した変調率指令値を演算する変調率指令演算部と、前記インバータのデッドタイムを考慮した前記変調率である実変調率を推定する実変調率推定部と、前記変調率指令値及び前記実変調率に基づいて前記電圧指令値の補正係数を演算する補正係数演算部と、を有し、前記補正係数により補正された前記電圧指令値に基づいて前記変調波信号を生成することを特徴とする。

　本発明によれば、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することができる。
　上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施形態１のインバータ制御装置を備えるモータ駆動システムの構成図。図１に示す変調波生成部の構成図。図２に示す変調波生成部によって行われる処理のフローチャート。変調波信号に応じたＰＷＭパルス信号の波形を示す図。実施形態２のインバータ制御装置が備える変調波生成部の構成図。実施形態３のインバータ制御装置が備える変調波生成部の構成図。図６に示す変調波生成部によって行われる処理のフローチャート。

　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。

［実施形態１］
　図１～図４を用いて、実施形態１のインバータ制御装置１００について説明する。図１は、実施形態１のインバータ制御装置１００を備えるモータ駆動システム１の構成図である。

　モータ駆動システム１は、バッテリ２と接続されており、インバータ１０と、インバータ制御装置１００と、交流モータ３（以下「モータ３」とも称する）と、を備える。

　バッテリ２は、インバータ１０の直流電圧源である。バッテリ２の直流電圧Ｖｄｃ（以下「電源電圧Ｖｄｃ」とも称する）は、インバータ１０によって、可変電圧及び可変周波数の３相交流電圧に変換され、モータ３に印加される。モータ３は、３相交流電圧が印加されることによって回転駆動される同期モータである。モータ３には、インバータ１０から印加される３相交流電圧の位相をモータ３の誘起電圧の位相に合わせて制御するために、回転位置センサ４が取り付けられている。回転位置センサ４は、例えば鉄心と巻線とから構成されるレゾルバ等によって構成される。或いは、回転位置センサ４は、ＧＭＲセンサ又はホール素子を用いた回転位置センサによって構成されてもよい。

　インバータ制御装置１００は、インバータ１０を制御する装置である。インバータ制御装置１００は、例えば、マイクロコンピュータにより構成される。インバータ制御装置１００は、マイクロコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することにより、インバータ制御装置１００の各種機能を実現することができる。或いは、インバータ制御装置１００は、インバータ制御装置１００の各種機能の一部又は全部を、ロジックＩＣ又はＦＰＧＡ等のハードウェア回路を用いて実現してもよい。

　インバータ制御装置１００は、各種機能として、電流制御部１１０と、変調波生成部１２０と、電流検出部１３０と、回転位置検出部１４０と、ＰＷＭパルス生成部１５０と、ドライブ信号生成部１６０と、を備える。

　回転位置検出部１４０は、回転位置センサ４の出力信号に基づいて、モータ３における回転子の回転位置θｐを検出する。

　電流検出部１３０は、モータ３に流れる３相電流検出値Ｉｕｖｗ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を電流センサＩｃｔから取得する。電流検出部１３０は、回転位置検出部１４０により検出された回転位置θｐに基づいて、これらの電流検出値を３相２相変換することによって、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑ（Ｉｄ，Ｉｑ）を検出する。

　インバータ制御装置１００は、モータ３の出力を制御するための電流制御機能を有している。電流制御部１１０は、電流検出部１３０により検出されたｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑと、不図示の上位制御装置から出力されたｄｑ軸電流指令値Ｉｄｑ^＊（Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊）とが一致するように、インバータ１０の出力電圧の電圧指令値としてｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊（Ｖｄ^＊，Ｖｑ^＊）を演算する。電流制御部１１０は、演算されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を変調波生成部１２０に出力する。

　変調波生成部１２０は、インバータ１０の出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波を演算し、演算された変調波を示す変調波信号を生成する。具体的には、変調波生成部１２０は、回転位置θｐを用いて、電流制御部１１０から出力されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を２相３相変換することにより、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊（Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊）を演算する。３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊のうち、Ｖｕ^＊はＵ相電圧指令値であり、Ｖｖ^＊はＶ相電圧指令値であり、Ｖｗ^＊はＷ相電圧指令値である。そして、変調波生成部１２０は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊によって表される変調波を示す変調波信号Ｄｖを生成し、ＰＷＭパルス生成部１５０に出力する。なお、このとき、変調波生成部１２０は、正弦波変調以外の変調方式を選択することにより、例えば台形波や、正弦波に所定次数の高調波を重畳させた波形等、正弦波以外の波形によって３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を表現してもよい。

　また、変調波生成部１２０は、電源電圧Ｖｄｃと、電流制御部１１０から出力されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊とに基づいて、インバータ１０の出力電圧の変調率ＭＦを演算し、変調波信号Ｄｖに替えて変調率ＭＦをＰＷＭパルス生成部１５０に出力してもよい。更に、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖと変調率ＭＦとの両方を演算し、ＰＷＭパルス生成部１５０に出力してもよい。すなわち、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖ及び変調率ＭＦの少なくとも一方を演算し、ＰＷＭパルス生成部１５０に出力することができる。

　ＰＷＭパルス生成部１５０は、変調波生成部１２０から出力された変調波信号Ｄｖ又は変調率ＭＦに基づいて、３相のパルス幅変調（ＰＷＭ）を実施し、インバータ１０のスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号Ｐを生成する。例えば、ＰＷＭパルス生成部１５０は、キャリア周波数ｆｃによって周期的に変化するキャリア波と変調波信号Ｄｖとを比較する。そして、ＰＷＭパルス生成部１５０は、この比較結果に基づいて周知の手法により各パルスエッジの位置（位相）を決定することによって、ＰＷＭパルス信号Ｐを生成することができる。この場合、ＰＷＭパルス生成部１５０は、キャリア周波数ｆｃを一定としてもよいし、モータ３の回転速度に応じてキャリア周波数ｆｃを変化させてもよい。或いは、ＰＷＭパルス生成部１５０は、キャリア波及び変調波信号Ｄｖを用いずに、変調率ＭＦに基づいて各パルスエッジの位置を演算により直接求めることによって、ＰＷＭパルス信号Ｐを生成してもよい。或いは、ＰＷＭパルス生成部１５０は、更に別の方法によりＰＷＭパルス信号Ｐを生成してもよい。何れにしても、ＰＷＭパルス生成部１５０は、インバータ１０を制御するＰＷＭパルス信号Ｐを、インバータ１０の出力電圧における電圧指令値に応じて所定の制御周期毎に生成できればよく、任意の方法を採用することができる。

　ドライブ信号生成部１６０は、ドライブ信号ＤＲをインバータ１０に出力する。インバータ１０は、３相交流電圧の各相に対応して複数の半導体スイッチ素子を有しており、各半導体スイッチ素子は、ドライブ信号ＤＲによりオン／オフ制御される。これにより、インバータ制御装置１００の制御に応じてインバータ１０の出力電圧が調整される。

　なお、上記では、上位制御装置からのｄｑ軸電流指令値Ｉｄｑ^＊に応じてモータ３の電流を制御する場合のモータ駆動システム１の構成例を図１により説明したが、他の制御方法を採用する場合でも、図１の構成を適用可能である。例えば、モータ３の回転速度を制御する場合、インバータ制御装置１００は、モータ回転速度ωｒを回転位置θｐの時間変化により演算し、上位制御装置からの速度指令値と一致するように、電圧指令値又は電流指令値を作成することができる。また、モータ３の出力トルクを制御する場合、インバータ制御装置１００は、モータ電流（Ｉｄｑ）とモータトルクの関係式又はマップを用いて、電流指令値（Ｉｄｑ^＊）を作成することができる。

　図２は、図１に示す変調波生成部１２０の構成図である。

　変調波生成部１２０は、変調率指令演算部１２１と、変調波演算部１２２と、デッドタイム補償部１２３と、実変調率推定部１２４と、補正係数演算部１２５と、を有する。

　変調率指令演算部１２１は、インバータ１０の出力電圧における電圧指令値を、当該出力電圧の変調率として表した変調率指令値ＭＦ^＊を演算する。具体的には、変調波生成部１２０は、上記のように演算された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を、電源電圧Ｖｄｃで除算することによって正規化する。変調率指令演算部１２１は、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’から、変調率指令値ＭＦ^＊を演算する。例えば、変調率指令演算部１２１は、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’をαβ座標に変換し、二乗和平方根を用いてベクトル長を演算する。そして、変調率指令演算部１２１は、演算されたベクトル長を変調率指令値ＭＦ^＊とする。

　変調波演算部１２２は、正規化された電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’から、デッドタイム補償前の変調波Ｄｖ_ｐｒｅを演算する。当該変調波は、３次高調波又は２相変調波であってもよい。デッドタイム補償部１２３は、インバータ１０に設けられたデッドタイムにより発生する電圧誤差を補償するデッドタイム補償値を示すデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを出力する。変調波生成部１２０は、デッドタイム補償部１２３から出力されたデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを、変調波演算部１２２により演算された変調波Ｄｖ_ｐｒｅに加算して、変調波信号Ｄｖを生成する。

　実変調率推定部１２４は、デッドタイムを考慮した変調率である実変調率ＭＦを推定する。具体的には、実変調率推定部１２４は、デッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔと変調波信号Ｄｖとに基づいて、実変調率ＭＦを推定する。実変調率ＭＦの推定方法の詳細については、図３を用いて後述する。

　補正係数演算部１２５は、変調率指令値ＭＦ^＊及び実変調率ＭＦに基づいて電圧指令値の補正係数を演算する。具体的には、補正係数演算部１２５は、変調率指令値ＭＦ^＊と実変調率ＭＦとの差分値を、積分、比例積分（ＰＩ制御）又は移動平均することによって、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊の補正係数を演算する。当該差分の移動平均を計算する際、補正係数演算部１２５は、モータ３の電気角１周期間のサンプルを必要とする。

　補正係数演算部１２５が上記の差分値を積分又は比例積分することによって補正係数を演算した場合、変調波生成部１２０は、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’に当該補正係数を乗算する。補正係数演算部１２５が上記の差分値を移動平均することによって補正係数を演算した場合、変調波生成部１２０は、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’から当該補正係数を減算する。このようにして、変調波生成部１２０は、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’を補正することができる。

　そして、変調波生成部１２０は、補正係数により補正された電圧指令値に基づいて変調波信号Ｄｖを生成する。具体的には、変調波生成部１２０は、補正係数により補正された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’’から演算されたデッドタイム補償前の変調波Ｄｖ_ｐｒｅに、デッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを加算することによって、変調波信号Ｄｖを生成する。その後、変調波生成部１２０は、生成された変調波信号ＤｖをＰＷＭパルス生成部１５０に出力する。

　図３は、図２に示す変調波生成部１２０によって行われる処理のフローチャートである。図４は、変調波信号に応じたＰＷＭパルス信号の波形を示す図である。

　ステップＳ１において、変調波生成部１２０は、電流制御部１１０から出力されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を２相３相変換することにより、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を演算する。そして、変調波生成部１２０は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を電源電圧Ｖｄｃで除算することによって正規化する。正規化された３相電圧指令値をＶｕｖｗ^＊’とする。

　ステップＳ２において、変調波生成部１２０は、正規化された３相電圧指令値をＶｕｖｗ^＊’をαβ座標に変換し、二乗和平方根を用いてベクトル長を演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算されたベクトル長を変調率指令値ＭＦ^＊とする。

　ステップＳ３において、変調波生成部１２０は、正規化された３相電圧指令値をＶｕｖｗ^＊’に前回演算された補正係数を乗算（又は減算）することによって、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’を補正する。補正係数により補正された３相電圧指令値をＶｕｖｗ^＊’’とする。

　ステップＳ４において、変調波生成部１２０は、補正された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’’から、３次高調波又は２相変調波の変調波Ｄｖ_ｐｒｅを演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算された変調波Ｄｖ_ｐｒｅにデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを加算して、変調波信号Ｄｖを生成する。

　ステップＳ５において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上であるか否かを判定する。図４に示すように、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、変調波信号Ｄｖに応じたＰＷＭパルス信号の波形（「ＰＷＭ波形」とも称する）には、パルスエッジが存在するので、デッドタイムを付与することができる。一方、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、変調波信号Ｄｖに応じたＰＷＭ波形には、パルスエッジが存在しないので、デッドタイムを付与することができない。したがって、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上であるか否かに応じて、実変調率ＭＦの推定方法を変更する。変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、変調波生成部１２０は、ステップＳ６に移行する。変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、変調波生成部１２０は、ステップＳ７に移行する。

　ステップＳ６において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖを実変調率ＭＦに変換する。具体的には、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖをαβ座標に変換し、二乗和平方根を用いてベクトル長を演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算されたベクトル長を実変調率ＭＦとする。すなわち、変調波生成部１２０の実変調率推定部１２４は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、デッドタイム補償値が減算されていない変調波信号Ｄｖを用いて実変調率ＭＦを推定する。ステップＳ６の後、変調波生成部１２０は、ステップＳ８に移行する。

　ステップＳ７において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖからデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを減算し、減算された変調波信号Ｄｖを実変調率ＭＦに変換する。具体的には、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖからデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを減算する。そして、変調波生成部１２０は、補正された変調波信号Ｄｖをαβ座標に変換し、二乗和平方根を用いてベクトル長を演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算されたベクトル長を実変調率ＭＦとする。すなわち、変調波生成部１２０の実変調率推定部１２４は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、デッドタイム補償値が減算された変調波信号Ｄｖを用いて実変調率ＭＦを推定する。

　ステップＳ８において、変調波生成部１２０は、変調率指令値ＭＦ^＊と実変調率ＭＦとの差分値を積分（又は比例積分若しくは移動平均）することによって、補正係数を演算する。ここで使用する実変調率ＭＦがステップＳ７において推定された値である場合、変調率指令値ＭＦ^＊と実変調率ＭＦとの差分値はゼロになる。これは、ステップＳ７において推定される場合、デッドタイムが付与可能であることから、デッドタイムの過補償にならないので、電圧指令値の補正が実質的に行われないことを意味する。変調波生成部１２０は、演算された補正係数を所定の記憶領域に記憶する。ステップＳ８において演算された補正係数は、図３に示す処理が次回行われる際に使用される。ステップＳ８の後、変調波生成部１２０は、図３に示す処理を終了する。

　以上のように、実施形態１のインバータ制御装置１００は、直流電圧を交流電圧に変換してモータ３に印加するインバータ１０を制御する装置である。実施形態１のインバータ制御装置１００は、インバータ１０の出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する変調波生成部１２０と、インバータ１０のスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号を変調波信号に基づいて生成するＰＷＭパルス生成部１５０と、を備える。変調波生成部１２０は、電圧指令値を出力電圧の変調率として表した変調率指令値を演算する変調率指令演算部１２１と、インバータ１０のデッドタイムを考慮した変調率である実変調率を推定する実変調率推定部１２４と、変調率指令値及び実変調率に基づいて電圧指令値の補正係数を演算する補正係数演算部１２５と、を有する。変調波生成部１２０は、補正係数により補正された電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する。

　これにより、実施形態１のインバータ制御装置１００は、実変調率と変調率指令値との間に誤差が発生する場合には、デッドタイムの過補償を防止するよう電圧指令値を補正することができる。加えて、実施形態１のインバータ制御装置１００は、実変調率と変調率指令値との間に誤差が発生しない場合には、デッドタイムが適切に補償されることから電圧指令値を実質的に補正しなくすることができる。すなわち、実施形態１のインバータ制御装置１００は、デッドタイム補償値を加算するべき場合にだけデッドタイム補償値が加算されるよう電圧指令値の補正を適時に行うことができる。よって、実施形態１のインバータ制御装置１００は、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することができる。

　実変調率と変調率指令値との間に誤差が発生する場合、変調率を用いて変調波を切り替えた時に、モータ３に流れる電流の応答より早くモータ３のトルクが変動し、トルク制御の精度が悪化する。実施形態１のインバータ制御装置１００は、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することができるので、実変調率と変調率指令値との誤差が低減され、変調率を用いた変調波の切り替え時に発生するトルク変動を抑制することができる。

　デッドタイムにより発生する電圧誤差が存在する場合、特許第３４１１８７８号公報に示すような、ｄｑ軸電圧指令値から算出された誘起電圧の位相に応じて回転子の位置を推定する回転子位置推定方法において、次のように問題となる。すなわち、この回転子位置推定方法において、デッドタイムにより発生する電圧誤差が誘起電圧の位相に誤差として重畳してしまい、回転子の位置の推定精度が悪化してしまう。実施形態１のインバータ制御装置１００は、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することができるので、この回転子位置推定方法において、回転子の位置の推定精度を向上させることができる。このことは、ｄｑ軸電圧指令値を用いたモータ３の磁束推定及びトルク推定においても同様であり、実施形態１のインバータ制御装置１００は、ｄｑ軸電圧指令値を用いたモータ３の磁束推定及びトルク推定における各推定精度を向上させることができる。

　更に、実施形態１のインバータ制御装置１００において、実変調率推定部１２４は、変調波信号のデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、デッドタイム補償値が減算された変調波信号を用いて実変調率を推定する。実変調率推定部１２４は、変調波信号のデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、デッドタイム補償値が減算されていない変調波信号を用いて実変調率を推定する。

　これにより、実施形態１のインバータ制御装置１００は、過変調領域のようにデッドタイム補償値を加算するべきでない場合にはデッドタイム補償値が加算されないよう電圧指令値の補正を適時に行うことができる。よって、実施形態１のインバータ制御装置１００は、過変調領域においてデッドタイムにより発生する電圧誤差を確実に低減することができる。

　更に、実施形態１のインバータ制御装置１００において、補正係数演算部１２５は、変調率指令値と実変調率との差分値を、積分、比例積分又は移動平均することによって、補正係数を演算する。

　これにより、実施形態１のインバータ制御装置１００は、比較的簡易な手法によって補正係数を演算することができる。よって、実施形態１のインバータ制御装置１００は、デッドタイムにより発生する電圧誤差を容易に低減することができる。

［実施形態２］
　図５を用いて、実施形態２のインバータ制御装置１００について説明する。実施形態２のインバータ制御装置１００において、実施形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。図５は、実施形態２のインバータ制御装置１００が備える変調波生成部１２０の構成図である。

　実施形態１の実変調率推定部１２４は、デッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔと変調波信号Ｄｖとを用いて、実変調率ＭＦを推定していた。実施形態２の実変調率推定部１２４は、モータ３に印加された電圧を検出するセンサの検出値に基づいて、実変調率ＭＦを推定する。

　具体的には、実施形態２の実変調率推定部１２４は、モータ３の相電圧Ｖｕｖｗ（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）と電源電圧Ｖｄｃとを用いて実変調率ＭＦを推定する。相電圧Ｖｕｖｗは、モータ３に印加された線間電圧から演算される値である。線間電圧は、公知のセンサによって検出可能である。より具体的には、実施形態２の実変調率推定部１２４は、相電圧Ｖｕｖｗの電圧振幅Ｖａｍｐを演算し、演算された電圧振幅Ｖａｍｐを（Ｖｄｃ／２）で除算した値を実変調率ＭＦとする。

　以上のように、実施形態２の実変調率推定部１２４は、モータ３に印加された電圧を検出するセンサの検出値に基づいて、実変調率ＭＦを推定する。

　これより、実施形態２のインバータ制御装置１００は、図３のステップＳ５に示す判定を行わずに、実変調率ＭＦを推定することができるので、実施形態１よりも制御ロジックを簡素化することができる。更に、実施形態２のインバータ制御装置１００は、センサの検出値に基づいて実変調率ＭＦを推定することができるので、実施形態１よりも実変調率ＭＦをより正確に推定することができる。よって、実施形態２のインバータ制御装置１００は、デッドタイムにより発生する電圧誤差を容易且つ確実に低減することができる。

［実施形態３］
　図６及び図７を用いて、実施形態３のインバータ制御装置１００について説明する。実施形態３のインバータ制御装置１００において、実施形態１及び２と同様の構成及び動作については、説明を省略する。図６は、実施形態３のインバータ制御装置１００が備える変調波生成部１２０の構成図である。

　実施形態１の変調波生成部１２０は、変調率指令演算部１２１及び実変調率推定部１２４を備え、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊の補正係数を演算していた。実施形態３の変調波生成部１２０は、２相３相変換部１２６及び電圧推定値演算部１２７を備え、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の補正係数を演算する。

　電圧推定値演算部１２７は、インバータ１０のデッドタイム補償値に基づいて、出力電圧の推定値である電圧推定値を演算する。具体的には、電圧推定値演算部１２７は、デッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔと変調波信号Ｄｖとを用いて、ｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑ（Ｖｄ，Ｖｑ）を演算する。ｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑの演算方法の詳細については、図７を用いて後述する。

　実施形態３の補正係数演算部１２５は、電圧指令値及び電圧推定値に基づいて電圧指令値の補正係数を演算する。具体的には、実施形態３の補正係数演算部１２５は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊とｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑとの差分値を、積分又は比例積分（ＰＩ制御）することによって、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の補正係数Ｋｄｑ（Ｋｄ，Ｋｑ）を演算する。

　なお、実施形態３の補正係数演算部１２５は、次のようにしてｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の補正係数Ｋｄｑを演算することもできる。すなわち、実施形態３の補正係数演算部１２５は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊及びｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑのそれぞれを振幅及び位相に変換する。実施形態３の補正係数演算部１２５は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の振幅とｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑの振幅との差分値、及び、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の位相とｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑの位相との差分値を演算する。そして、実施形態３の補正係数演算部１２５は、振幅の差分値及び位相の差分値のそれぞれを、積分又は比例積分（ＰＩ制御）することによって、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の補正係数Ｋｄｑを演算することもできる。

　実施形態３の変調波生成部１２０は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊から補正係数Ｋｄｑを減算することによって、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を補正する。

　２相３相変換部１２６は、補正されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊に変換する。実施形態３の変調波生成部１２０は、変換された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を電源電圧Ｖｄｃで除算することによって正規化する。実施形態３の変調波生成部１２０は、実施形態１と同様に、正規化された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’から変調波Ｄｖ_ｐｒｅを演算し、デッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを加算することによって、変調波信号Ｄｖを生成する。

　図７は、図６に示す変調波生成部１２０によって行われる処理のフローチャートである。

　ステップＳ１１において、変調波生成部１２０は、電流制御部１１０から出力されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊から、前回演算された補正係数Ｋｄｑを減算することによって、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を補正する。

　ステップＳ１２において、変調波生成部１２０は、補正係数Ｋｄｑにより補正されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を２相３相変換して、補正後の３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を演算する。

　ステップＳ１３において、変調波生成部１２０は、補正後の３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊を、電源電圧Ｖｄｃで除算することによって正規化する。

　ステップＳ１４において、変調波生成部１２０は、補正された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ^＊’’から、３次高調波又は２相変調波の変調波Ｄｖ_ｐｒｅを演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算された変調波Ｄｖ_ｐｒｅにデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを加算して、変調波信号Ｄｖを生成する。

　ステップＳ１５において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上であるか否かを判定する。変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、変調波生成部１２０は、ステップＳ１６に移行する。変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、変調波生成部１２０は、ステップＳ１７に移行する。

　ステップＳ１６において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖをｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑに変換する。具体的には、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖに電源電圧Ｖｄｃを乗算して、３相電圧推定値Ｖｕｖｗを演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算された３相電圧推定値Ｖｕｖｗを３相２相変換して、ｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑを演算する。すなわち、変調波生成部１２０の電圧推定値演算部１２７は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、デッドタイム補償値が減算されていない変調波信号Ｄｖを用いてｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑを演算する。ステップＳ１６の後、変調波生成部１２０は、ステップＳ１８に移行する。

　ステップＳ１７において、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖからデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを減算し、減算された変調波信号Ｄｖをｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑに変換する。具体的には、変調波生成部１２０は、変調波信号Ｄｖからデッドタイム補償変調波Ｄｖ_ｄｔを減算し、減算された変調波信号Ｄｖに電源電圧Ｖｄｃを乗算して、３相電圧推定値Ｖｕｖｗを演算する。そして、変調波生成部１２０は、演算された３相電圧推定値Ｖｕｖｗを３相２相変換して、ｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑを演算する。すなわち、変調波生成部１２０の電圧推定値演算部１２７は、変調波信号Ｄｖのデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、デッドタイム補償値が減算された変調波信号Ｄｖを用いてｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑを演算する。

　ステップＳ１８において、変調波生成部１２０は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊とｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑとの差分値を積分（又は比例積分）することによって、補正係数Ｋｄｑを演算する。変調波生成部１２０は、演算された補正係数Ｋｄｑを所定の記憶領域に記憶する。ステップＳ１８において演算された補正係数は、図７に示す処理が次回行われる際に使用される。ステップＳ１８の後、変調波生成部１２０は、図７に示す処理を終了する。

　以上のように、実施形態３の変調波生成部１２０は、インバータ１０のデッドタイム補償値に基づいて、出力電圧の推定値であるｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑを演算する電圧推定値演算部１２７と、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊及びｄｑ軸電圧推定値Ｖｄｑに基づいてｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊の補正係数Ｋｄｑを演算する補正係数演算部１２５と、を有する。実施形態３の変調波生成部１２０は、補正係数Ｋｄｑにより補正されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊に基づいて変調波信号Ｄｖを生成する。

　これにより、実施形態３のインバータ制御装置１００は、実施形態１と同様に、デッドタイム補償値を加算するべき場合にだけデッドタイム補償値が加算されるよう電圧指令値の補正を適時に行うことができる。よって、実施形態３のインバータ制御装置１００は、実施形態１と同様に、デッドタイムにより発生する電圧誤差を低減することができる。

　更に、実施形態３のインバータ制御装置１００は、補正係数Ｋｄｑにより補正されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を、モータ３の回転子位置推定、磁束推定及びトルク推定等のようなインバータ制御装置１００の他の機能にて使用したい場合には、補正されたｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｑ^＊を簡易に使用することができる。

［その他］
　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　３…モータ（交流モータ）、１０…インバータ、１００…インバータ制御装置、１２０…変調波生成部、１２１…変調率指令演算部、１２４…実変調率推定部、１２５…補正係数演算部、１２７…電圧推定値演算部、１５０…ＰＷＭパルス生成部

Claims

　直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに印加するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
　前記インバータの出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する変調波生成部と、
　前記インバータのスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号を前記変調波信号に基づいて生成するＰＷＭパルス生成部と、を備え、
　前記変調波生成部は、
　　前記電圧指令値を前記出力電圧の変調率として表した変調率指令値を演算する変調率指令演算部と、
　　前記インバータのデッドタイムを考慮した前記変調率である実変調率を推定する実変調率推定部と、
　　前記変調率指令値及び前記実変調率に基づいて前記電圧指令値の補正係数を演算する補正係数演算部と、を有し、
　　前記補正係数により補正された前記電圧指令値に基づいて前記変調波信号を生成する
　ことを特徴とするインバータ制御装置。
　前記実変調率推定部は、
　　前記変調波信号のデューティ比が０％より大きく且つ１００％未満である場合、デッドタイム補償値が減算された前記変調波信号を用いて前記実変調率を推定し、
　　前記デューティ比が０％以下又は１００％以上である場合、前記デッドタイム補償値が減算されていない前記変調波信号を用いて前記実変調率を推定する
　ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
　前記補正係数演算部は、前記変調率指令値と前記実変調率との差分値を、積分、比例積分又は移動平均することによって、前記補正係数を演算する
　ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
　前記実変調率推定部は、前記交流モータに印加された電圧を検出するセンサの検出値に基づいて、前記実変調率を推定する
　ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
　直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに印加するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
　前記インバータの出力電圧における電圧指令値に基づいて変調波信号を生成する変調波生成部と、
　前記インバータのスイッチング動作を制御するＰＷＭパルス信号を前記変調波信号に基づいて生成するＰＷＭパルス生成部と、を備え、
　前記変調波生成部は、
　　前記インバータのデッドタイム補償値に基づいて、前記出力電圧の推定値である電圧推定値を演算する電圧推定値演算部と、
　　前記電圧指令値及び前記電圧推定値に基づいて前記電圧指令値の補正係数を演算する補正係数演算部と、を有し、
　　前記補正係数により補正された前記電圧指令値に基づいて前記変調波信号を生成する
　ことを特徴とするインバータ制御装置。