JP2003309993A

JP2003309993A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2003309993A
Application number: JP2002112023A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kitajima; 康彦北島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP4135134B2

Abstract

(57)【要約】【課題】正弦波駆動方式と矩形波駆動方式とを切り替
えることなくシームレスに制御し、何れの駆動方式にお
いても所望の電圧を出力する。【解決手段】ＰＷＭ制御を行い直流電圧を交流電圧に
変換することで３相交流モータ１に印加する電圧を制御
するに際して、バッテリ電圧で出力可能な正弦波状電圧
の大きさに対する電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ
＊）の大きさの割合を示す変調率ｍを変調率計算部２１
にて演算し、変調率補正係数演算部２２により変調率ｍ
に応じた電圧指令値の補正係数ｍ＿ｃｍｐを算出し、基
本波電圧成分線形化部９により電圧指令値の補正をして
電圧指令値（ｖｕ＿ｃｍｐ＊、ｖｖ＿ｃｍｐ＊、ｖｗ＿
ｃｍｐ＊）を生成する。そして、ＰＷＭ生成部１３は、
この電圧指令値に応じてキャリア周波数を変更してＰＷ
Ｍ制御をしてバッテリ電圧を交流電圧に変換しして３相
交流モータ１に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正弦波ＰＷＭ（Pu
lse Width Modulation）駆動と矩形波駆動を行って、モ
ータに印加する電圧を制御してモータトルクを制御する
モータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、さまざまな分野において、モータ
の小型化、高効率化の要求が大きくなっている。

【０００３】モータの高効率化を達成するためには、磁
石を使用したモータを使用することが不可欠であり、近
年は、磁石によるトルクと、リラクタンスによるトルク
とを併用するＩＰＭモータが広く使用されている。ま
た、小型化を達成するために、モータの高回転化が行わ
れている。

【０００４】モータ自体の進歩と歩調をあわせて、制御
面でも小型・高効率化を支える技術が使われている。モ
ータを高効率に駆動するには、通常、モータを正弦波Ｐ
ＷＭ制御により駆動する。一方、高回転域で大きな出力
を発生させるには、大きな電圧が必要になるため、正弦
波ＰＷＭ駆動で出力可能な最大電圧以上の電圧を出力で
きる矩形波駆動が用いられる。このように小型・高効率
モータを高効率で大きな出力にて駆動するには、動作領
域に応じて正弦波駆動方式と矩形波駆動方式とのうち、
望ましい駆動方式を行うことができるモータ制御装置が
必要となる。

【０００５】このモータ制御装置としては、正弦波駆動
方式と矩形波駆動方式とを切り替える必要が生じる。し
かし、この駆動方式切り替え時に電圧変化及び電流変化
が発生して、モータのトルク変化が発生してしまうとい
う問題点が発生する。この問題を低減する方法として、
例えば、特開平１１−２８５２８８号公報に開示された
技術が知られている。

【０００６】この従来例では、正弦波駆動方式と矩形波
駆動方式とを切り替える際に、モータ回転速度及びモー
タトルクの少なくとも一方に応じて駆動方式を切り替え
る。そして、駆動方式切り替えの際に、正弦波電圧波形
の位相と電圧を連続的に変化させることで切り替え前の
電圧波形から切り替え後の電圧波形に近づけるようにし
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな駆動方式の切替方法では、正弦波駆動方式と矩形波
駆動方式との駆動方式を滑らかに繋ぐことを目的とし
て、両駆動方式の切り替え移行時の中間状態において、
切り替え前後の両駆動方式の電圧の振幅及び位相を滑ら
かに接続する方法であるが、ｄｑ軸電圧成分の変化に伴
ってｄｑ軸電流の変化が発生し、滑らかに移行すること
はできてもトルクが変化してしまうことは免れない。

【０００８】また、従来において、正弦波の振幅を無限
大にするだけでは、矩形波駆動にはならず、インバータ
で出力可能な最大電圧まで出力することが不可能であ
り、所望の出力電圧と異なる電圧を出力してしまう。

【０００９】更に、正弦波駆動と矩形波駆動の中間状態
時や、矩形波駆動時では、電流の振動が発生してしまう
ことがある。

【００１０】以上のように、従来では、正弦波駆動と矩
形波駆動を滑らかに移行させて、完全な矩形波駆動を実
現することはできないという問題点があり、正弦波駆動
から矩形波駆動に切り替える場合にトルクショックが発
生してしまう。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、正弦波駆動方式と矩形波駆動
方式とを切り替えることなくシームレスに制御し、何れ
の駆動方式においても所望の電圧を出力できるモータ制
御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るモータ制
御装置では、ＰＷＭ制御を行い直流電圧を交流電圧に変
換することでモータに印加する電圧を制御するモータ制
御装置において、モータに印加する正弦波状電圧の指令
値である第１の電圧指令値を生成する電圧指令値生成手
段と、上記直流電圧で出力可能な正弦波状電圧の大きさ
に対する、上記電圧指令値生成手段にて生成した第１の
電圧指令値の大きさの割合を示す変調率を演算する変調
率演算手段と、上記変調率演算手段により演算された変
調率に応じて、上記電圧指令値生成手段により生成され
た第１の電圧指令値の補正をして第２の電圧指令値を生
成する電圧指令値補正手段と、上記第１の電圧指令値も
しくは上記第２の電圧指令値の基本周波数に応じてＰＷ
Ｍ制御をするときに使用するキャリア周波数を変更する
キャリア周波数変更手段と、上記キャリア周波数変更手
段により周波数変更されたキャリア及び上記第２の電圧
指令値に基づいてＰＷＭ制御をして上記直流電圧を交流
電圧に変換したＰＷＭ電圧を生成するＰＷＭ電圧生成手
段とを備えることで、上述の課題を解決する。

【００１３】請求項２に係るモータ制御装置では、請求
項１記載のモータ制御装置であって、上記電圧指令値補
正手段は、第１の電圧指令値の大きさと上記ＰＷＭ電圧
生成手段の出力電圧の基本波成分の大きさの関係を線形
化する補正を行うことを特徴とする。

【００１４】請求項３に係るモータ制御装置では、請求
項２に記載のモータ制御装置であって、上記電圧指令値
補正手段は、出力電圧の上下限値が制限されることによ
る出力電圧変化の影響を補正して線形化する処理、又
は、デジタル制御の離散化による出力電圧変化の影響を
補正して線形化する処理のいずれか、もしくは両方を行
うことを特徴とする。

【００１５】請求項４に係るモータ制御装置では、請求
項１乃至請求項３の何れかに記載のモータ制御装置であ
って、上記キャリア周波数変更手段は、少なくとも上記
変調率が１を超える場合に、キャリア周波数を第１の電
圧指令値もしくは第２の電圧指令値の基本周波数の略６
ｎ倍（ｎ：自然数）の周波数にすることを特徴とする。

【００１６】請求項５に係るモータ制御装置では、請求
項１乃至請求項３の何れかに記載のモータ制御装置であ
って、上記ＰＷＭ電圧生成手段は、少なくとも上記変調
率が１を超える場合に、上記第１の電圧指令値の電圧ベ
クトルと基本電圧ベクトルとの電圧位相が略２π／６の
整数倍である時の第２の電圧指令値の値に基づいて、Ｐ
ＷＭ電圧を生成することを特徴とする。

【００１７】請求項６に係るモータ制御装置では、請求
項１乃至請求項３の何れかに記載のモータ制御装置であ
って、上記ＰＷＭ電圧生成手段は、少なくとも前記変調
率が１を超える場合に、ｄ軸の電圧ベクトルと基本電圧
ベクトルとの電圧位相が略２π／６の整数倍近傍の所定
値である時の第２の電圧指令値の値に基づいてＰＷＭ電
圧を生成することを特徴とする。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に係るモータ制御装置では、変
調率演算手段により演算された変調率に応じて、電圧指
令値生成手段により生成された第１の電圧指令値の補正
をして第２の電圧指令値を生成すると共に第１の電圧指
令値もしくは第２の電圧指令値の基本周波数に応じてＰ
ＷＭ制御をするときに使用するキャリア周波数を変更し
て、第２の電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御をしてＰＷ
Ｍ電圧をモータに供給することができるので、正弦波駆
動時のみならず、矩形波駆動時、及び駆動方法の移行時
においても、第１の電圧指令値に応じた電圧をモータに
印加できる。

【００１９】請求項２に係るモータ制御装置によれば、
第１の電圧指令値の大きさと出力電圧の基本波成分の大
きさの関係を線形化する補正を行うので、正弦波駆動時
のみならず、矩形波駆動じ及び駆動方法の移行時におい
ても、電圧指令値と出力電圧の基本波成分とを線形な関
係とすることができ、いずれの駆動状態であっても電圧
指令値に応じた基本波電圧をモータに印加することがで
きる。

【００２０】請求項３に係るモータ制御装置によれば、
出力電圧の上下限値が制限されることによる出力電圧変
化の影響を補正して線形化する処理、又は、デジタル制
御の離散化による出力電圧変化の影響を補正して線形化
する処理のいずれか、もしくは両方を行うので、直流電
圧の最大値で決まる出力電圧の上下限値の範囲に制限さ
れることで発生する電圧歪みの影響と、高回転域でその
影響が大きくなる離散化による出力電圧誤差の影響を補
正することができ、第１の電圧指令とその基本波が同じ
電圧が出力できる。

【００２１】請求項４に係るモータ制御装置によれば、
少なくとも変調率が１を超える場合に、キャリア周波数
を第１の電圧指令値もしくは第２の電圧指令値の基本周
波数の略６ｎ倍（ｎ：自然数）の周波数にするので、矩
形波駆動時及び駆動方法の移行時において、出力電圧の
基本波成分の振幅を振動させることなく第１の電圧指令
値の振幅に一致させることができる。

【００２２】請求項５に係るモータ制御装置によれば、
少なくとも変調率が１を超える場合に、第１の電圧指令
値の電圧ベクトルと基本電圧ベクトルとの電圧位相が略
２π／６の整数倍である時の第２の電圧指令値の値に基
づいてＰＷＭ電圧を生成するので、ＰＷＭ生成時の基準
とする第２の電圧指令値を、常に基本電圧ベクトル上の
電圧位相とすることができ、確実に最大電圧を出力する
ことができる。

【００２３】請求項６に係るモータ制御装置では、少な
くとも変調率が１を超える場合に、ｄ軸の電圧ベクトル
と基本電圧ベクトルとの電圧位相が略２π／６の整数倍
近傍の所定値である時の第２の電圧指令値の値に基づい
てＰＷＭ電圧を生成するので、ＰＷＭ生成時の基準とす
る第２の電圧指令値を、常に基本電圧ベクトル上の電圧
位相とすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２５】本発明は、例えば図１に示すように構成さ
れたモータ制御装置に適用される。このモータ制御装置
は、制御対象である３相交流モータ１をベクトル制御す
るものである。この３相交流モータ１は、Ｕ相、Ｖ相及
びＷ相に供給される各電流値が制御されることで、内部
コイルに流れる各電流が制御されてトルクが制御され
る。

【００２６】先ず、このモータ制御装置における基本的
な駆動方法について説明する。

【００２７】このモータ制御装置の３相交流モータ１の
駆動方式としては、正弦波駆動方式と矩形波駆動方式と
がある。このモータ制御装置は、正弦波駆動方式の最大
電圧出力時から矩形波駆動方式に移行するときにシーム
レスな同一制御を行うことで、３相交流モータ１に所望
とするトルクを発生させる。

【００２８】このモータ制御装置において、３相交流モ
ータ１に供給する電圧状態は８状態あり、各状態をベク
トル表記すると図２に示すようになる。例えば基本電圧
ベクトルＶ１（１，０，０）で表現される電圧状態は、
Ｕ相に電源電圧（バッテリ電圧）を印加し、Ｖ相及びＷ
相には電圧印加をしないことを示す。モータ制御装置で
は、各基本電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７のうち、とびとびの
基本電圧ベクトルしか出力できないが、等価的には、図
２の６角形内の全領域の電圧ベクトルを出力する。

【００２９】例えば、図３に示すように基本電圧ベクト
ルＶ１と基本電圧ベクトルＶ６とで挟まれた領域の電圧
ベクトルＶｏを等価的に出力する場合には、ある時間範
囲Ｔにおける等価出力電圧Ｖｏを、下記式１及び式２の
ように、Ｖｏ＝（ｔ１Ｖ１＋ｔ２Ｖ６＋ｔ３Ｖ０＋ｔ４Ｖ７）／Ｔ（式１）Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４（式２）にて表現される演算をして実現する。すなわち、上記式
１、式２により、等価出力電圧Ｖｏは、実現したい電圧
ベクトルＶｏを挟む２つの基本電圧ベクトルＶ１，Ｖ６
と、２つの零の基本電圧ベクトルである電圧ベクトルＶ
０，Ｖ７の出力時間の割合を変えることにより出力可能
とされる。これにより、２つの基本電圧ベクトルで挟ま
れる全領域の電圧を等価的に出力できる。他の基本電圧
ベクトルで挟まれる領域も全く同じ演算をする。このよ
うに、モータ制御装置では、原理的には、図２の６角形
に囲まれる領域内の全ての電圧ベクトルを出力すること
ができる。

【００３０】上記の正弦波駆動方式は、図４に示すよう
に、各相に印加する電圧ベクトルを調整することで、線
間電圧が正弦波となるように３相交流モータ１を駆動す
る方式である。この正弦波駆動方式では、電源電圧（バ
ッテリ電圧）の中間電位を基準とした仮想相電圧（以
降、単に相電圧と呼ぶ）が正弦波の場合と、そうでない
場合がある。ここで、モータ制御装置により３相交流モ
ータを駆動するときには、一般的に、キャリアの三角波
と正弦波とを比較したＰＷＭ変調により疑似的に正弦波
を生成する場合が多く、その出力電圧範囲は、図２に示
す６角形の内接円で囲まれる範囲である。図４では、位
相軸上で正弦波駆動で出力可能な最大の相電圧及び線間
電圧を表記している。

【００３１】一方、矩形波駆動方式は、相電圧が矩形波
となるように駆動する方式である。その出力電圧は、各
電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６のとびとびの電圧のみである。
すなわち、この矩形波駆動方式では、図５に示すような
位相軸上での相電圧及び線間電圧となる。

【００３２】このように、正弦波駆動方式では図２に示
す六角形の内接円範囲外の電圧は出力することができな
いが、矩形波駆動方式では内接円範囲外の基本電圧ベク
トルＶ１〜Ｖ６を出力することができ、矩形波駆動方式
のほうが、大きい電圧を出力することができる。すなわ
ち、正弦波駆動方式では、図４に示す相電圧の最大値を
１に規格化すると線間電圧の振幅は２に規格化される
が、矩形波駆動方式では、図５に示す線間電圧波形とな
り、その基本波成分の振幅が４ｓｑｒｔ（３）／π＝
２．２０５３…となる。

【００３３】従って、矩形波駆動方式では、正弦波駆動
方式での最大出力電圧の約１．１倍の基本波成分電圧を
出力でき、矩形波駆動方式を用いることにより正弦波駆
動方式より大きなトルクを得られる。矩形波駆動方式で
は、通常、高回転領域、つまり周波数が高い領域で使用
されるので、矩形波に含まれる高次成分は減衰し、３相
交流モータ１にほぼ基本波成分の電流を供給する。

【００３４】［モータ制御装置の構成］このモータ制御
装置は、図１に示すように、外部から３相交流モータ１
のトルクを制御するトルク指令Ｔｅ＊が供給されて、こ
のトルク指令Ｔｅ＊のトルクを発生させるための各種演
算を行って、３相交流モータ１に供給する電流を制御す
る。

【００３５】トルク指令Ｔｅ＊に従って３相交流モータ
１を駆動制御する場合には、３相交流モータ１に供給し
ているＵ相モータ電流ｉｕ及びＶ相モータ電流ｉｖを電
流センサ２Ｕ及び電流センサ２Ｖにより検出して、３相
／ｄｑ変換部３に送る。また、回転角センサ（ＰＳ）４
により３相交流モータ１の回転角を入力することにより
３相交流モータ１の回転角θｍを検出し、位相・速度計
算部５に送る。

【００３６】位相・速度計算部５は、回転角θｍに基づ
いて３相交流モータ１の回転速度ωｅ及び電圧位相θｅ
を計算して３相／ｄｑ変換部３に送る。ここで、電圧位
相θｅとは、図６において、例えば電圧ベクトルＶｏを
出力するときのＵ相軸とｄ軸電圧ベクトルＶｄ＿ｏとの
なす角度である。

【００３７】３相／ｄｑ変換部３は電圧位相θｅを入力
すると、Ｕ相モータ電流ｉｕ及びＶ相モータ電流ｉｖ
を、回転直交座標系であるｄｑ座標系のｄ軸電流値ｉｄ
及びｑ軸電流値ｉｑに変換して電流制御部６に送る。

【００３８】一方、トルク制御部７は、外部からトルク
指令Ｔｅ＊及び３相交流モータ１の回転速度（電気）ω
ｅが与えられると、目標とするｄ軸電流値のｄ軸電流指
令ｉｄ＊及び目標とするｑ軸電流値ｉｑのｑ軸電流指令
ｉｑ＊を求めて、電流制御部６に送る。電流制御部６
は、トルク制御部７からｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電
流指令ｉｑ＊が供給され、３相／ｄｑ変換部３からｄ軸
電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑが供給されると、ｄ軸電
流値ｉｄをｄ軸電流値ｉｄ＊にするためのｄ軸電圧指令
値ｖｄ＊、ｑ軸電流値ｉｑをｑ軸電流指令ｉｑ＊にする
ためのｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を計算してｄｑ／３相変換
部８に送る。

【００３９】ｄｑ／３相変換部８は、電流制御部６から
ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値ｖｑ＊が供給
され、位相・速度計算部５から電圧位相θｅが供給され
ると、電圧位相θｅに基づいた３相座標系のＵ相電圧指
令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値ｖ
ｗ＊に変換して基本波電圧成分線形化部９に送る。この
とき、ｄｑ／３相変換部８は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊及
びｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を図６におけるｄ軸電圧ベクト
ルＶｄ及びｑ軸電圧ベクトルＶｑとし、ｄ軸電圧ベクト
ルＶｄとの電圧位相γを有する３相の電圧ベクトルを求
めてＵ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ
相電圧指令値ｖｗ＊に変換する。ここで、電圧位相γは
ｔａｎ^−１（Ｖｑ／Ｖｄ）であり、この演算をｄｑ／３
相変換部８により行う。

【００４０】このモータ制御装置では、基本波電圧成分
線形化部９によってＵ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指
令値ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値ｖｗ＊の補正をして出力
電圧の線形化を行うための変調率の補正係数ｍ＿ｃｍｐ
を演算する変調率補正部１０を備える。この変調率補正
部１０は、変調率計算部２１によりバッテリ１１のバッ
テリ電圧及び２軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）から、
変調率ｍを求める。この変調率ｍは、バッテリ電圧で出
力可能な正弦波状電圧の大きさに対する、３相電圧指令
値（ｖｄ＊，ｖｑ＊）の大きさの割合を示す値であり、
正弦波駆動方式にて正弦波状電圧が飽和するときに、そ
の値が１となる。

【００４１】そして、変調率補正係数演算部２２は、変
調率ｍを基に、３相交流モータ１に供給する出力電圧の
基本波成分を３相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ
＊）に一致させるための変調率の補正係数ｍ＿ｃｍｐを
求めて、基本波電圧成分線形化部９に送る。

【００４２】基本波電圧成分線形化部９は、ｄｑ／３相
変換部８から出力された３相の電圧指令値ｖｕ＊，ｖｖ
＊，ｖｗ＊を、実際に３相交流モータ１に印加する出力
電圧の基本波成分に一致させる。基本波電圧成分線形化
部９は、変調率補正係数演算部２２からの補正係数ｍ＿
ｃｍｐを３相電圧指令値（ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊）に
乗じて補正後のＵ相電圧指令値ｖｕ＿ｃｍｐ＊，Ｖ相電
圧指令値ｖｖ＿ｃｍｐ＊，Ｗ相電圧指令値ｖｗ＿ｃｍｐ
＊を求めて、電圧リミッター部１２に送る。

【００４３】電圧リミッター部１２は、補正後の３相電
圧指令値（ｖｕ＿ｃｍｐ＊，ｖｖ＿ｃｍｐ＊，ｖｗ＿ｃ
ｍｐ＊）の上下限値を設定して電流制御部６に送ること
で、電流制御部６に２軸電圧指令値（ｖｄ＊，ｖｑ＊）
の上下限値を制限させる。電圧リミッター部１２は、入
力した３相電圧指令値（ｖｕ＿ｃｍｐ＊，ｖｖ＿ｃｍｐ
＊，ｖｗ＿ｃｍｐ＊）をＰＷＭ生成部１３に送る。

【００４４】ＰＷＭ生成部１３は、電圧リミッター部１
２からの３相電圧指令値をもとにＰＷＭ駆動用パルスを
生成する。このＰＷＭ駆動用パルスは、変調率ｍが１以
下である場合には通常の正弦波状の波形となり、変調率
ｍが１を超える場合には正弦波の上部及び下部が制限さ
れた歪んだ波形となり、その値が大きくなると矩形波に
なる。

【００４５】キャリア周波数決定部１４は、変調率ｍが
１を超える場合に、キャリア電圧の周波数を３相交流モ
ータ１の回転速度ωｅの６倍とするように演算して、Ｐ
ＷＭ生成部１３に送る。

【００４６】電圧位相計算部１５は、実際の３相交流モ
ータ１の電圧位相θｅを基に、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊と
ｑ軸電圧指令値ｖｑ＊との電圧位相を計算してＰＷＭ生
成部１３に送る。

【００４７】ＰＷＭ生成部１３は、キャリア周波数決定
部１４で決定したキャリア周波数、電圧位相計算部１５
で計算された電圧位相に基づいて、ＰＷＭ駆動用パルス
の周波数を可変させ、３相電圧指令値（ｖｕ＿ｃｍｐ
＊、ｖｖ＿ｃｍｐ＊、ｖｗ＿ｃｍｐ＊）とキャリアとの
比較結果に基づくバッテリ電圧のＰＷＭ変調をする。そ
して、ＰＷＭインバータ１６内のスイッチ回路は、ＰＷ
Ｍ生成部１３によりＰＷＭ変調されたバッテリ１１から
の直流電圧を交流電圧に変換して３相交流モータ１に印
加する。

【００４８】「出力電圧の線形化処理」つぎに、上述し
たようなモータ制御装置における出力電圧の線形化につ
いて説明する。

【００４９】先ず、出力電圧の上下限値が制限されるこ
とによる出力電圧変化の影響を補正して線形化する処理
について説明する。

【００５０】変調率ｍが１を超える高回転数領域では、
３相電圧指令値と３相交流モータ１に印加される電圧が
異なるようになる。すなわち、正弦波状電圧のピーク部
分が欠けた電圧が３相交流モータ１に印加されることに
なる。そのため、このような高回転数領域では、３相電
圧指令値の振幅と３相交流モータ１に印加する電圧の基
本波成分が異なることになる。この関係を図７，図８に
示す。

【００５１】図７は、変調率ｍを１〜１０まで変化させ
た場合の線間電圧波形を示している。一方、図８は、変
調率ｍと線間電圧波形の基本波成分の関係を示してい
る。図示していないが、正弦波駆動を行なう変調率１以
下の領域では、３相電圧指令値に従った電圧を出力でき
るので、３相電圧指令値と出力電圧との基本波成分は同
一である。

【００５２】これに対し、図７及び図８に示したように
変調率ｍが１を超える領域では、線間電圧が非線形とな
っているので、変調率補正部１０及び基本波電圧成分線
形化部９により、３相電圧指令値と出力電圧との基本波
成分が同じとなるように、３相電圧指令値を補正を行な
い、３相電圧指令値と出力電圧が一致するようにする。
これにより、変調率ｍが１以下の場合のみならず、変調
率ｍが約１．１となる場合であっても３相電圧指令と同
一な基本波成分の出力電圧を得ることができる。

【００５３】変調率ｍが１より大きい場合であって出力
電圧の補正を行わない場合、ディジタル処理による離散
化の影響を無視できるシステムでは、演算した変調率ｍ
と実際の出力電圧の変調率は、図８のような関係があ
る。したがって、演算上の変調率ｍと最終的に出力され
る電圧の変調率が同じとなるように補正を行なう。これ
により、全電圧範囲において、３相交流モータ１に印加
する電圧の基本波と３相電圧指令値（ｖｕ＊，ｖｖ＊，
ｖｗ＊）とを一致させる。

【００５４】このように制御する場合、変調率ｍに対す
る補正係数ｍ＿ｃｍｐは、図９に示すような関係にすれ
ば良い。すなわち、変調率補正係数演算部２２では、変
調率ｍが「１」よりも大きい場合には、予め保持してお
いた図９に示すようなテーブルを参照して補正係数ｍ＿
ｃｍｐを決定する。

【００５５】次に、ディジタル制御の離散化による出力
電圧変化の影響を補正して線形化する処理について説明
する。

【００５６】図１０に、連続系の電圧指令値と離散系の
電圧指令値の関係を示す。ディジタル離散系の電圧指令
値は、この図において２ｎπ／６の位相毎に演算を行な
った場合について示している。

【００５７】このように、２ｎπ／６のタイミングで出
力電圧を印加するようにした場合、電圧指令値と出力電
圧の関係は、図１１示すように、３相電圧指令値の補正
をしない場合には３相電圧指令値と出力電圧とは一致し
ない。これに対し、この線形化処理では、変調率補正係
数演算部２２により、図１２に示すように、変調率ｍに
かかわらず変調率ｍの補正係数ｍ＿ｃｍｐを約１．０４
７倍とすることで３相電圧指令値を出力電圧と一致させ
ることができる。

【００５８】このような補正をすることにより、モータ
制御装置によれば、離散化システムであっても正弦波駆
動領域から矩形波駆動領域まで、常に所望の電圧がモー
タに印加することになる。

【００５９】なお、上述の説明では、出力電圧の上下限
値が制限されることによる出力電圧変化の影響を補正し
て線形化する処理と、ディジタル制御の離散化による出
力電圧変化の影響を補正して線形化する処理を別々に説
明したが、少なくとも変調率ｍが１を超える場合に、変
調率補正係数演算部２２により何れかの処理をするよう
に補正係数ｍ＿ｃｍｐを決定しても良く、双方の線形化
処理を行うように補正係数ｍ＿ｃｍｐを決定しても良
い。

【００６０】「演算タイミング制御処理」上述のモータ
制御装置は、変調率ｍが１を超える内接円の外の領域の
出力電圧を３相交流モータ１に供給する場合、図２から
わかるように電圧位相θｅによって出力できる最大電圧
Ｖｏが異なり、ディジタル離散系ではＰＷＭ生成部１３
において出力電圧演算を実行するタイミングが重要であ
る。

【００６１】図１３に（２ｎ−０．５）π／６のタイミ
ングで出力電圧の演算を行なう場合、図１４に２ｎπ／
６のタイミングで出力電圧の演算を行なう場合の、相電
圧と線間電圧の最大値を示す。

【００６２】図１３に示す場合の線間電圧の基本波成分
の最大値は、６／π＝１．９１…となり、図１４に示す
場合の線間電圧の基本波成分の最大値は、４・ｓｑｒｔ
（３）／π＝２．２０…となる。したがって、位相が２
ｎπ／６のタイミングで演算を行なう場合にのみモータ
制御装置から最大電圧の出力電圧を印加することが原理
的には可能となる。これは、変調率が１を超えるような
高回転高出力領域では補正後の３相電圧指令値の電圧位
相が概略ｄ軸電圧ベクトルから１８０°回転した位置と
なるため、電圧ベクトルの位相の計算を省略してｄ軸の
位相の近傍の値としても、ほぼ同じ効果を得ることがで
きるからである。

【００６３】したがって、このモータ制御装置によれ
ば、演算を行なうタイミング、すなわち出力電圧を印加
するタイミングを、電圧ベクトルが２ｎπ／６の位相で
行なうことが望ましく、このために、ＰＷＭ生成部１３
によりキャリア電圧の周期を、基本周波数の概略６ｎ倍
とする。

【００６４】［モータ制御装置の他の構成］図１５に、
他のモータ制御装置の構成を示す。このモータ制御装置
は、電圧位相計算部３１により、変調率ｍが１を超える
ような高回転高出力領域では、電圧ベクトルの電圧位相
を、ほぼ基本電圧ベクトル上の位相とする。これによ
り、ｄ軸位相が２ｎπ／６となるタイミングで出力電圧
を３相交流モータ１に印加することができ、上述した効
果と同じ効果を得ることができる。

【００６５】［実施の形態の効果］以上詳細に説明した
ように、モータ制御装置によれば、変調率ｍに応じて３
相電圧指令値を補正するようにしたので、変調率ｍが１
以上であって３相電圧指令値の出力電圧の基本は成分と
を一致させることができ、正弦波駆動をしていて変調率
ｍが１以上となって矩形波駆動に切り替えるときであっ
ても、シームレスな同一な制御を行なって所望とするモ
ータトルクを発生させることができる。また、このモー
タ制御装置によれば、正弦波駆動方式と矩形波駆動方式
を切り替えることにより電圧の振幅が急に変化して、電
流変動が発生しトルク変動が発生することを防止するこ
とができる。

【００６６】また、このモータ制御装置によれば、変調
率が１を超える高回転数領域であっても、キャリア周波
数を最適な値に設定してＰＷＭ生成部１３にＰＷＭ変調
を行わせることができるので、３相交流モータ１の回転
周波数とキャリア周波数が近接して出力電圧の振動を発
生させることなく、最大電圧まで安定した出力電圧を出
力することができる。すなわち、変調率ｍが１を超える
場合には、電圧位相θｅによって出力できる最大電圧が
異なるため、ある決まった位相タイミングで電圧を出力
しない限りは電圧の振動が発生する。これに対し、モー
タ制御装置では、キャリア周波数決定部１４により、キ
ャリア周波数を３相交流モータ１の回転速度ωｅの６倍
とすることにより、２π／６周期毎に出力電圧を出力す
るので、出力タイミング毎に電圧が変化することがな
い。さらに、その出力するタイミングを電圧位相が２ｎ
π／６となるようにすることで、出力可能な最大電圧ま
で出力できる。

【００６７】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したモータ制御装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】電圧ベクトルと出力電圧範囲の関係を示す図で
ある。

【図３】基本電圧ベクトルに挟まれた電圧ベクトルを等
価的に出力する処理を説明するための図である。

【図４】正弦波駆動方式で出力可能な最大の相電圧と線
間電圧とを示す図である。

【図５】矩形波駆動の相電圧と線間電圧とを示す図であ
る。

【図６】ｄ軸電圧ベクトル、ｑ軸電圧ベクトルから電圧
ベクトルＶｏを決定することを説明するための図であ
る。

【図７】変調率を変化させたときのと出力電圧波形の変
化を示す図である。

【図８】変調率と出力電圧の基本波成分との関係を示す
図である。

【図９】変調率と補正係数との関係を示す図である。

【図１０】規格化した電圧指令値と出力電圧との関係を
示す図である。

【図１１】変調率と補正係数との他の関係を示す図であ
る。

【図１２】離散系システムでの出力電圧及び相電圧の変
化を示す図である。

【図１３】（２ｎ−０．５）π／６のタイミングにて演
算を行なう場合の相電圧と線間電圧の関係を示す図であ
る。

【図１４】θ＝２ｎπ／６のタイミングにて演算を行な
う場合の相電圧と線間電圧の最大値を示す図である。

【図１５】本発明を適用した他のモータ制御装置の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１３相交流モータ２電流センサ３３相／ｄｑ変換部４回転角センサ５位相・速度計算部６電流制御部７トルク制御部８ｄｑ／３相変換部９基本波電圧成分線形化部１０変調率補正部１１バッテリ１２電圧リミッター部１３ＰＷＭ生成部１４キャリア周波数決定部１５，３１電圧位相計算部１６ＰＷＭインバータ２１変調率計算部２２変調率補正係数演算部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御
を行い直流電圧を交流電圧に変換することでモータに印
加する電圧を制御するモータ制御装置において、モータに印加する正弦波状電圧の指令値である第１の電
圧指令値を生成する電圧指令値生成手段と、上記直流電圧で出力可能な正弦波状電圧の大きさに対す
る、上記電圧指令値生成手段にて生成した第１の電圧指
令値の大きさの割合を示す変調率を演算する変調率演算
手段と、上記変調率演算手段により演算された変調率に応じて、
上記電圧指令値生成手段により生成された第１の電圧指
令値の補正をして第２の電圧指令値を生成する電圧指令
値補正手段と、上記第１の電圧指令値もしくは上記第２の電圧指令値の
基本周波数に応じてＰＷＭ制御をするときに使用するキ
ャリア周波数を変更するキャリア周波数変更手段と、上記キャリア周波数変更手段により周波数変更されたキ
ャリア及び上記第２の電圧指令値に基づいてＰＷＭ制御
をして、上記直流電圧を交流電圧に変換したＰＷＭ電圧
を生成するＰＷＭ電圧生成手段とを備えることを特徴と
するモータ制御装置。
【請求項２】上記電圧指令値補正手段は、第１の電圧
指令値の大きさと上記ＰＷＭ電圧生成手段の出力電圧の
基本波成分の大きさの関係を線形化する補正を行うこと
を特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】上記電圧指令値補正手段は、出力電圧の
上下限値が制限されることによる出力電圧変化の影響を
補正して線形化する処理、又は、デジタル制御の離散化
による出力電圧変化の影響を補正して線形化する処理の
いずれか、もしくは両方を行うことを特徴とする請求項
２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】上記キャリア周波数変更手段は、少なく
とも上記変調率が１を超える場合に、キャリア周波数を
第１の電圧指令値もしくは第２の電圧指令値の基本周波
数の略６ｎ倍（ｎ：自然数）の周波数にすることを特徴
とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のモータ制
御装置。
【請求項５】上記ＰＷＭ電圧生成手段は、少なくとも
上記変調率が１を超える場合に、上記第１の電圧指令値
の電圧ベクトルと基本電圧ベクトルとの電圧位相が略２
π／６の整数倍である時の第２の電圧指令値の値に基づ
いて、ＰＷＭ電圧を生成することを特徴とする請求項１
乃至請求項３の何れかに記載のモータ制御装置。
【請求項６】上記ＰＷＭ電圧生成手段は、少なくとも
前記変調率が１を超える場合に、ｄ軸の電圧ベクトルと
基本電圧ベクトルとの電圧位相が略２π／６の整数倍近
傍の所定値である時の第２の電圧指令値の値に基づいて
ＰＷＭ電圧を生成することを特徴とする請求項１乃至請
求項３の何れかに記載のモータ制御装置。