JP2012235659A - 回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半波整流を行なう際に中性点の電位を操作したのでは、各相の巻線が有効利用されているとはいい難いこと。
【解決手段】スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｎがオンとなる場合、スイッチング素子Ｓｎｎがオン且つスイッチング素子Ｓｎｐがオフとされる。ここで、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎの操作がなされないなら、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｎがオンとなることで、固定子巻線の接続点の電位（中性点電位）は、「ＶＤＣ／２」よりも高くなる。これに対し、スイッチング素子Ｓｎｎをオンとすると、中性点電位は、「０」となる。このため、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐに流れる電流が増大し、ひいてはモータジェネレータ１０に流れる電流が増大することで、スイッチング素子Ｓｎｎによって中性点電位を操作しない場合と比較して、モータジェネレータのトルクが大きくなる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転機の各巻線および直流電圧源の正極間を開閉する高電位側のスイッチング素子と、前記各巻線および前記直流電圧源の負極間を開閉する低電位側のスイッチング素子と、を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御するに際し、前記回転機の各巻線同士の接続点を前記直流電圧源の正極側に接続する高電位側のスイッチング素子および負極側に接続する低電位側のスイッチング素子をオン・オフ操作する回転機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、回転機の回転速度が高い領域において、回転機の１の巻線（相）のみを直流電圧源の正極側に接続して且つ残りの巻線に接続されるスイッチング素子をオフ状態とする状況下、中性点の電位を直流電圧源の負極電位とするものも提案されている。

特開２００９−６０７１３号公報

ただし、上記のものは、直流交流変換回路の出力電圧が１度に１つの相にのみ印加される制御（半波整流）を行なうため、各相の巻線が有効利用されているとはいい難い。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、回転機の各巻線および直流電圧源の正極間を開閉する高電位側のスイッチング素子と、前記各巻線および前記直流電圧源の負極間を開閉する低電位側のスイッチング素子と、を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御するに際し、前記回転機の各巻線同士の接続点を前記直流電圧源の正極側に接続する高電位側のスイッチング素子および負極側に接続する低電位側のスイッチング素子をオン・オフ操作する新たな回転機の制御装置の提供にある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、回転機の各巻線および直流電圧源の正極間を開閉する高電位側のスイッチング素子と前記各巻線および前記直流電圧源の負極間を開閉する低電位側のスイッチング素子とを備える直流交流変換回路と、前記回転機の各巻線同士の接続点を前記直流電圧源の正極側に接続する高電位側のスイッチング素子および負極側に接続する低電位側のスイッチング素子と、をオン・オフ操作することで、前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記回転機の制御量を制御すべく前記回転機の各巻線に接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子を相補的にオン操作する基本操作手段と、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間において、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオン状態である時間を前記高電位側のスイッチング素子がオン状態である時間よりも長くする中性点電位低下処理と、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記低電位側のスイッチング素子の数の方が前記高電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間において、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオン状態である時間を前記低電位側のスイッチング素子がオン状態である時間よりも長くする中性点電位上昇処理との少なくとも一方を行なう中性点電位操作手段と、を備えることを特徴とする。

上記基本操作手段によってオン状態とされる高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間においては、中性点電位は、直流電圧源の正極側の電位に近づく。ここで、中性点電位低下処理を行なう場合、中性点電位は、直流電圧源の負極の電位に近づく。このため、直流交流変換回路を構成する高電位側のスイッチング素子については、これを流れる電流を増大させることができる。しかも、オン状態とされる高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多いことから、回転機に流れる電流を増大させることができ、ひいてはトルクを増大させることができる。

同様に、基本操作手段によってオン状態とされる低電位側のスイッチング素子の数の方が高電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間においては、中性点電位は、直流電圧源の負極側の電位に近づく。ここで、中性点電位上昇処理を行なう場合、中性点電位は、直流電圧源の正極の電位に近づく。このため、直流交流変換回路を構成する低電位側のスイッチング素子については、これを流れる電流を増大させることができる。しかも、オン状態とされる低電位側のスイッチング素子の数の方が高電位側のスイッチング素子の数よりも多いことから、回転機に流れる電流を増大させることができ、ひいてはトルクを増大させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記中性点電位低下処理は、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであり、前記中性点電位上昇処理は、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであり、前記中性点電位操作手段は、前記中性点電位低下処理および前記中性点電位上昇処理の少なくとも一方の開始タイミングを規定する前記回転機の回転角度を、前記回転機の運転状態を規定するパラメータに基づき可変設定する可変手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、可変手段を備えることで、回転機に流れる電流を増大させることのできる量を最適化したり、回転機のトルクリプルを低減したりすることができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記運転状態を規定するパラメータは、前記回転機の回転速度を含むことを特徴とする。

回転機の回転速度に応じて、同一の電気角度領域の回転に要する時間が変化する。また、誘起電圧等、回転速度に応じて電流の増加を妨げようとする力の大きさも変化する。このため、電流が所定量上昇するうえで要する回転角度間隔は、回転速度に応じて変化する。上記発明では、この点に鑑み回転速度に応じて上記開始タイミングを規定する回転角度を可変設定することで、開始タイミングを適切に設定することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記可変手段は、前記回転機の回転速度が大きいほど、前記開始タイミングを規定する前記回転機の回転角度を進角させることを特徴とする。

回転速度が大きい場合、開始タイミングを進角させることでトルクが大きくなることが発明者らによって見出されている。上記発明では、この点に鑑み、可変手段を構成した。

請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記運転状態を規定するパラメータは、前記回転機のトルクと相関を有するパラメータを含むことを特徴とする。

上記発明では、トルクと相関を有するパラメータを用いることで、開始タイミングをより適切な値に調節することが可能となる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記中性点電位低下処理は、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであって且つ、該開始のタイミングを、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間の始点に対して先行させるものであり、前記中性点電位上昇処理は、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであって且つ、該開始のタイミングを、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記低電位側のスイッチング素子の数の方が高電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間の始点に対して先行させるものであることを特徴とする。

上記開始タイミングを上記始点に対して敢えて進角させることで、トルクを大きくしたり、トルクリップルを低減したりすることが可能となることが発明者らによって見出されている。上記発明では、この点に鑑み、開始タイミングを設定した。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記中性点電位操作手段は、前記中性点電位低下処理としての、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下において前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子を複数回オン・オフ操作する処理と、前記中性点電位上昇処理としての、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下において前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子を複数回オン・オフ操作する処理との少なくとも一方を行なう電位変化量調節手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、中性点の電位を調節することができるため、回転機を流れる電流や回転機のトルクの調節の自由度を向上させることができ、ひいては最適な制御を実現しやすい。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記基本操作手段は、前記直流交流変換回路の出力線間電圧を前記回転機の各巻線の端部に印加される電圧が基本波電圧である場合のものとすべく、ＰＷＭ処理によって前記スイッチング素子の操作信号を生成するものであることを特徴とする。

上記基本操作手段によれば、中性点電位操作手段による中性点電位の操作がなされない場合には、回転機に流れる電流が基本波に良好に近似したものとなる。このため、回転機を流れる電流の基本波からのずれは、概ね中性点電位操作手段による中性点電位の操作に起因したものとなるため、トルクリプルを低減することが容易となる。

請求項９記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記基本操作手段は、矩形波制御を行なうものであることを特徴とする。

矩形波制御は、変調率最大の制御であるため、通常、矩形波制御によって電流を流すことのできる回転速度の最大値が回転機の回転速度の最大値となる。ここで、中性点電位操作手段による電位の操作がなされる場合、なされない場合と比較して回転機に電流を流すことのできる領域が拡大し、ひいては回転機の回転速度の最大値を拡大することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記中性点電位操作手段は、前記回転機の回転速度が規定速度以上であることを条件に、前記中性点電位低下処理および前記中性点電位上昇処理の少なくとも一方を行なうことを特徴とする。

回転速度が小さい場合、直流交流変換回路の出力線間電圧を、回転機の端子電圧が基本波である場合の線間電圧とすることが容易であり、この場合、高調波成分を低減することができることから、効率を高くしたり、騒音を抑制したりすることができる。このため、こうした領域においては、中性点電位操作手段によって敢えて上記状況を乱すことを回避する。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるスイッチング操作態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるスイッチング操作態様を示す回路図。 同実施形態にかかる位相の変化に対するトルクの変化を示す図。 同実施形態の効果を示す図。 第２の実施形態にかかるスイッチング操作態様を示すタイムチャート。 同実施形態の効果を示す図。 第３の実施形態にかかるＮ相のスイッチング操作パターンを示す図。 同実施形態にかかるスイッチング操作態様を示すタイムチャート。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

モータジェネレータ１０は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３つの固定子巻線１２，１４，１６と、図示しない駆動輪に機械的に連結される回転子１８とを備えている。ここで、固定子巻線１２，１４，１６は、互いに中性点で接続されている。また、回転子１８は、永久磁石を備えてもよい。この場合、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期機（ＩＰＭＳＭ）や表面磁石同期機（ＳＰＭＳＭ）等となる。もっとも、永久磁石を備えるものに限らず、たとえば同期リラクタンスモータや、巻線界磁型同期機等であってもよい。

モータジェネレータ１０は、インバータＩＮＶを介して高電圧バッテリ２０に接続されている。ここで、インバータＩＮＶは、スイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。一方、高電圧バッテリ２０は、その端子電圧がたとえば百Ｖ以上となる２次電池である。

また、モータジェネレータ１０の中性点は、スイッチング素子Ｓｎｐを介して高電圧バッテリ２０の正極に接続され、スイッチング素子Ｓｎｎを介して高電圧バッテリ２０の負極に接続されている。

上記スイッチング素子Ｓ＄＃（＄＝ｕ，ｖ，ｗ，ｎ；＃＝ｐ，ｎ）として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ＄＃が逆並列に接続されている。

本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＮＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ２４を備えている。また、インバータＩＮＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ２６を備えている。さらに、モータジェネレータ１０の電気角（回転角度θ）を検出する回転角度センサ２８を備えている。

上記各種センサの検出値は、インターフェース２２を介して低圧システムを構成する制御装置３０に取り込まれる。制御装置３０は、インバータ操作部３２と中性点電位操作部３４とを備えている。そして、インバータ操作部３２では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＮＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ、ｎ）を操作する信号が、操作信号ｇ＊＃である。詳しくは、インバータＩＮＶの出力線間電圧の基本波成分の振幅が電源電圧ＶＤＣの「√３／２」の領域等においては、周知の三角波ＰＷＭ処理等によって操作信号ｇ＊＃を生成する。これに対し、出力線間電圧の基本波振幅が電源電圧ＶＤＣの「√３／２」を上回る場合、周知の過変調制御を行ない、最終的に矩形波制御を行なう。ちなみに、インバータ操作部３２によって生成される高電位側の操作信号ｇ＊ｐと対応する低電位側の操作信号ｇ＊ｎとは相補的な信号となっている。すなわち、デッドタイム期間を除き、いずれか一方がオン操作指令であって且つ他方がオフ操作指令となる。

一方、上記中性点電位操作部３４は、インバータ操作部３２によって矩形波制御がなされている場合に、モータジェネレータ１０の最大出力を増大させるべく、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎを操作する。ここで、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎを操作する信号が操作信号ｇｎｐ，ｇｎｎである。なお、操作信号ｇｎｐおよび操作信号ｇｎｎも相補的な信号となっている。ただし、本実施形態では、矩形波制御がなされる領域以外では、中性点電位操作部３４によるスイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎの操作はなされない。

以下、図２および図３を用いて、本実施形態にかかる中性点電位操作部３４による操作について説明する。
「モード１：図３（ａ）」
スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｎがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｎがオン且つスイッチング素子Ｓｎｐがオフとされる。ここで、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎの操作がなされないなら、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｎがオンとなることで、固定子巻線１２，１４，１６の接続点の電位（中性点電位）は、「ＶＤＣ／２」よりも高くなる。これに対し、スイッチング素子Ｓｎｎをオンとすると、中性点電位は、「０」となる。このため、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐに流れる電流が増大し、ひいてはモータジェネレータ１０に流れる電流が増大することで、スイッチング素子Ｓｎｎによって中性点電位を操作しない場合と比較して、モータジェネレータ１０のトルクが大きくなる。
「モード２：図３（ｂ）」
スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｐがオン且つスイッチング素子Ｓｎｎがオフとされる。ここで、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎの操作がなされないなら、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオンとなることで、固定子巻線１２，１４，１６の接続点の電位（中性点電位）は、「ＶＤＣ／２」よりも低くなる。これに対し、スイッチング素子Ｓｎｐをオンとすると、中性点電位は、「ＶＤＣ」となる。このため、スイッチング素子Ｓｖｎ，Ｓｗｎに流れる電流が増大し、ひいてはモータジェネレータ１０に流れる電流が増大することで、スイッチング素子Ｓｎｐによって中性点電位を操作しない場合と比較して、モータジェネレータ１０のトルクが大きくなる。
「モード３：図３（ｃ）」
スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｖｎ，Ｓｗｐがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｎがオン且つスイッチング素子Ｓｎｐがオフとされる。その技術的意義については、モード１と同様である。
「モード４：図３（ｄ）」
スイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｐがオン且つスイッチング素子Ｓｎｎがオフとされる。その技術的意義については、モード２と同様である。
「モード５：図３（ｅ）」
スイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｎがオン且つスイッチング素子Ｓｎｐがオフとされる。その技術的意義については、モード１と同様である。
「モード６：図３（ｆ）」
スイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｗｎがオンとなる状態である。この場合、基本的には、スイッチング素子Ｓｎｐがオン且つスイッチング素子Ｓｎｎがオフとされる。その技術的意義については、モード２と同様である。

上記のように、中性点電位操作部３４の処理は、基本的には、中性点電位の操作を行なわない場合の中性点電位が「ＶＤＣ／２」よりも高い場合、スイッチング素子Ｓｎｎをオン操作して中性点電位を低下させ、「ＶＤＣ／２」よりも低い場合、スイッチング素子Ｓｎｐをオン操作して中性点電位を上昇させるものである。ただし、図２に示されるように、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎのオン状態への切り替えタイミングを、上記各モードの開始タイミングに対して進角操作する。これは、先の図１に示すように、インバータ操作部３２の出力する操作信号ｇ＊＃と回転角度θとに基づき行なわれる。ここでの進角量Δは、モータジェネレータ１０の平均トルクの増大と、トルクリップルの抑制との観点から適合されたものである。図４（ａ）に、進角量Δと平均トルクとの関係を示し、図４（ｂ）に、進角量Δとトルクリップルの大きさとの関係を示す。図示されるように、平均トルクやトルクリップルは、進角量Δに応じて変化する。このため、進角量Δは、平均トルクを極力大きくして且つ、トルクリップルを極力低減することのできる値に適合される。

詳しくは、この際の進角量Δを、モータジェネレータ１０を流れる電流Ｉａと、電気角速度ωとによって可変設定する。ここで、電流Ｉａは、相電流の振幅や１電気角周期当たりの平均電流等によって定量化される。電流Ｉａは、トルクと相関を有するパラメータである。このため、電流Ｉａに応じて進角量Δを可変設定することで、トルクを最適な値に適合することが容易となる。また、電気角速度ωは、同一の回転角度の回転に要する時間を変化させるパラメータであるとともに、誘起電圧等、電流の流れを妨げる力と相関を有するパラメータである。このため、電気角速度ωに応じて進角量Δを可変設定することで、トルクを最適な値に適合することが容易となる。なお、基本的には、電気角速度ωが大きいほど進角量Δを大きくすることが望ましい。この際、電気角速度ωが小さい場合、進角量Δをゼロとすることも可能である。

図５に、本実施形態の効果を示す。図示されるように、矩形波制御領域において中性点電位を操作する処理を行なうことで、モータジェネレータ１０の電気角速度ωの最大値を増大させることができる。これは、同一の電気角速度ωにおいてモータジェネレータ１０に流すことのできる電流を増大させた結果である。このため、モータジェネレータ１０の最大出力を増大させることができ、ひいてはモータジェネレータ１０に要求される出力の割りに小型の同期機を用いることが可能となる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）矩形波制御領域において、矩形波制御によって想定される中性点電位が「ＶＤＣ／２」よりも高い場合には中性点電位を低下操作し、「ＶＤＣ／２」よりも低い場合には中性点電位を上昇操作した。これにより、モータジェネレータ１０に流れる電流を増大させることができ、ひいてはトルクを増大させることができる。

（２）スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎのオン状態への切り替えタイミングを、各モードの開始タイミングに対して進角させた。これにより、トルクを大きくしたり、トルクリップルを低減したりすることが可能となる。

（３）モータジェネレータ１０の回転速度（電気角速度ω）に応じて進角量Δを可変設定した。これにより、進角量Δをより適切に設定することができる。

（４）モータジェネレータ１０を流れる電流Ｉａに応じて進角量Δを可変設定した。これにより、進角量Δをより適切に設定することができる。

（５）モータジェネレータ１０の電気角速度ωが規定速度以上であることを条件に、中性点電位を操作した。これにより、インバータＩＮＶの出力線間電圧の基本波成分の振幅が「ＶＤＣ（√３）／２」以下である状況下、インバータＩＮＶの出力線間電圧を、三角波ＰＷＭ処理等によって基本波とすることができ、高調波成分を容易に低減することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図６に、本実施形態にかかる中性点電位の操作手法を示す。図示されるように、本実施形態では、中性点電位を低下させる処理として、スイッチング素子ＳｎｎをＰＷＭ処理することで、中性点の平均電位を「０」よりも上昇させる。また、中性点電位を上昇させる処理として、スイッチング素子ＳｎｐをＰＷＭ処理することで、中性点の平均電位を「ＶＤＣ」よりも低下させる。詳しくは、スイッチング素子Ｓｎ＃（＃＝ｐ，ｎ）を操作する各「６０°」の期間において、中性点電位が所定の振幅Ａを有する正弦波の半周期を模擬したものとなるように、正弦関数と三角波等のキャリアとの大小比較に基づくＰＷＭ処理を行なう。これにより、スイッチング素子Ｓｎ＃は、「６０°」の期間において、オン時間が漸増した後漸減するものとなる。

図７に、スイッチング素子Ｓｎ＃のオン期間のＰＷＭ処理の効果を示す。図７（ａ）に示されるように、ＰＷＭ処理を行なうことでトルクリプルを低減することができる。図７（ｂ）に、トルクの推移の一例を示す。ここで、実線が本実施形態であり、破線が上記第１の実施形態である。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（６）スイッチング素子Ｓｎ＃のオン期間をＰＷＭ処理することで、中性点の平均電位を調節した。これにより、モータジェネレータ１０を流れる電流やトルクの調節の自由度を向上させることができ、ひいてはより適切な制御を行なうことができる。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、三角波ＰＷＭ処理のなされるときにおいて、中性点電位を操作する。これは、高調波成分の少ない運転領域の拡大を狙ったものである。すなわち、三角波ＰＷＭ処理では、インバータＩＮＶの出力線間電圧を各相電圧が基本波である場合のものを模擬したものとするために、高調波成分を抑制することができる。一方、矩形波制御では、インバータＩＮＶの出力線間電圧に高調波成分が多く含まれる。このため、三角波ＰＷＭ処理のなされる領域において中性点電位を操作することで、モータジェネレータ１０に印加される線間電圧が上記基本波からずれたりモータジェネレータ１０に流れる電流が基本波からずれたりするものの、矩形波制御において中性点電位を操作する場合と比較して高調波成分を低減することができる可能性がある。そして、中性点電位を操作することで、三角波ＰＷＭ処理をすることのできる領域を拡大することが可能であることから、効率の高い運転領域、騒音の小さい運転領域を拡大することができる。

本実施形態では、インバータ操作部３２によるインバータＩＮＶの操作に応じて、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎを操作する。ここで、インバータＩＮＶの操作状態を表現する電圧ベクトルは、図８に示す８つの電圧ベクトルとなる。例えば、低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオン状態となる操作状態（図中、「下」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ０であり、高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオン状態となる操作状態（図中、「上」と表記）を表現する電圧ベクトルが電圧ベクトルＶ７である。図８に示すＮ相は、中性点を示し、スイッチング素子Ｓｎｐ，Ｓｎｎの操作規則を示したものとなっている。すなわち、本実施形態でも、１の電圧ベクトルによって表現されるインバータＩＮＶの操作状態に応じた中性点電位が「ＶＤＣ／２」よりも低い場合には、スイッチング素子Ｓｎｐをオン操作して中性点電位を「ＶＤＣ」に上昇させ、上記操作状態に応じた中性点電位が「ＶＤＣ／２」よりも高い場合には、スイッチング素子Ｓｎｎをオン操作して中性点電位を「０」に低下させる。

図９に、本実施形態にかかる中性点の操作態様を例示する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に準じた効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（７）インバータ操作部３２によって、インバータＩＮＶの出力線間電圧をモータジェネレータ１０の各巻線の端部（各相）に印加される電圧が基本波電圧である場合のものとすべく、インバータＩＮＶが操作される状況下、中性点の電位を操作した。これにより、高調波成分を抑制することが可能となり、ひいては中性点電位の操作時におけるモータジェネレータ１０の効率を向上させることができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「可変手段について」
電気角速度ωと電流Ｉａとに基づき、位相Δｔを可変設定するものに限らず、電気角速度ωと電流Ｉａとのいずれか一方に基づき位相Δｔを可変設定するものであってもよい。

位相Δｔとしては、進角量に限らない。たとえば遅角させることでトルクリップルを低減できる等の事情が生じる場合には、遅角させることも有効である。

トルクと相関を有するパラメータとしては、電流Ｉａに限らず、たとえば要求トルクＴｒであってもよい。

「電位変化量調節手段について」
１度の中性点電位上昇処理期間において中性点電位を漸増させた後漸減させたり、１度の中性点電位低下処理期間において中性点電位を漸減させた後漸増させたりするものに限らない。たとえば、１度の中性点電位上昇処理期間において中性点電位を単調増加させるものであったり、１度の中性点電位低下処理期間において中性点電位を単調減少させるものであったりしてもよい。これは、中性点電位を規定するための信号波が表現される正弦関数の角速度の変更によって実現可能である。

また、中性点電位を規定するための信号波が表現される正弦関数の振幅値を、電気角速度ωや電流Ｉａに応じて可変設定してもよい。

さらに、中性点電位を正弦波状に変化させるものに限らない。１度の中性点電位上昇処理期間における中性点の平均電位を高電圧バッテリ２０の正極電位よりも低くすべく、高電位側のスイッチング素子Ｓｎｐをオン・オフ操作するものであるなら、オン・オフの一周期に対するオン期間の時比率は、固定値等、適宜設定してよい。同様に、１度の中性点電位低下処理期間における中性点の平均電位を高電圧バッテリ２０の負極電位よりも高くすべく、低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎをオン・オフ操作するものであるなら、オン・オフの一周期に対するオン期間の時比率は、固定値等、適宜設定してよい。

「基本操作手段について」
上記第３の実施形態において、各相の指令電圧ｖ＊ｒ（＊＝ｕ，ｖ，ｒ）を基本波とすべくＰＷＭ処理することで操作信号ｇ＊＃を生成する代わりに、基本波としての指令電圧ｖ＊ｒを２相変調処理したものや、基本波としての指令電圧ｖ＊ｒに３次高調波を重畳したものを、ＰＷＭ処理することで操作信号ｇ＊＃を生成してもよい。

「中性点電位操作手段について」
中性点電位低下処理として、高電位側のスイッチング素子Ｓｎｐをオフ状態に固定して且つ、低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎをオン・オフ操作するものに限らない。たとえば、低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎのオン・オフ操作に伴って低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎがオフとなる期間において高電位側のスイッチング素子Ｓｎｐをオン操作することがあってもよい。この場合であっても、低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎがオン状態である時間を高電位側のスイッチング素子Ｓｎｐがオン状態である時間よりも長くすることで、中性点の平均電位を低下させることはできる。

同様に、中性点電位上昇処理として、低電位側のスイッチング素子Ｓｎｎをオフ状態に固定して且つ、高電位側のスイッチング素子Ｓｎｐをオン・オフ操作するものに限らない。

上記第３の実施形態において、可変手段を備えてもよい。これは、たとえば操作信号ｇ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）の生成するキャリアよりも位相を進角させたキャリアと指令電圧ｖ＊ｒとの大小比較に基づき電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７の切り替わりタイミングを予測することで実現することができる。

なお、たとえば中性点電位上昇処理と中性点電位低下処理とのいずれか一方を行なうものでもよい。この場合、１電気角周期における中性点の平均電位は「ＶＤＣ／２」からずれると考えられるが、この場合であっても中性点の操作を行なわない場合と比較してトルクを増大させることができる。

「回転機について」
３相回転機に限らず、たとえば５相等、４相以上の固定子巻線が互いに接続されるものであってもよい。ただし、固定子の数としては、奇数が望ましい。

「そのほか」
たとえば低変調率において上記中性点電位低下処理や中性点電位上昇処理を行なってもよい。

１０…モータジェネレータ、３０…制御装置、３２…インバータ操作部（基本操作手段の一実施形態）、３４…中性点電位操作部（中性点電位操作手段の一実施形態）、Ｓｎｐ，Ｓｎｎ…スイッチング素子。

Claims (10)

1. 回転機の各巻線および直流電圧源の正極間を開閉する高電位側のスイッチング素子と、前記各巻線および前記直流電圧源の負極間を開閉する低電位側のスイッチング素子と、を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御するに際し、前記回転機の各巻線同士の接続点を前記直流電圧源の正極側に接続する高電位側のスイッチング素子および負極側に接続する低電位側のスイッチング素子をオン・オフ操作する回転機の制御装置において、
   前記回転機の制御量を制御すべく前記回転機の各巻線に接続される前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子を相補的にオン操作する基本操作手段と、
   前記基本操作手段よってオン状態とされる前記高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間において、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオン状態である時間を前記高電位側のスイッチング素子がオン状態である時間よりも長くする中性点電位低下処理と、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記低電位側のスイッチング素子の数の方が前記高電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間において、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオン状態である時間を前記低電位側のスイッチング素子がオン状態である時間よりも長くする中性点電位上昇処理との少なくとも一方を行なう中性点電位操作手段と、
   を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記中性点電位低下処理は、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであり、
   前記中性点電位上昇処理は、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであり、
   前記中性点電位操作手段は、前記中性点電位低下処理および前記中性点電位上昇処理の少なくとも一方の開始タイミングを規定する前記回転機の回転角度を、前記回転機の運転状態を規定するパラメータに基づき可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
3. 前記運転状態を規定するパラメータは、前記回転機の回転速度を含むことを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
4. 前記可変手段は、前記回転機の回転速度が大きいほど、前記開始タイミングを規定する前記回転機の回転角度を進角させることを特徴とする請求項３記載の回転機の制御装置。
5. 前記運転状態を規定するパラメータは、前記回転機のトルクと相関を有するパラメータを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
6. 前記中性点電位低下処理は、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであって且つ、該開始のタイミングを、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記高電位側のスイッチング素子の数の方が低電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間の始点に対して先行させるものであり、
   前記中性点電位上昇処理は、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子のオン操作を行なうことで開始されるものであって且つ、該開始のタイミングを、前記基本操作手段よってオン状態とされる前記低電位側のスイッチング素子の数の方が高電位側のスイッチング素子の数よりも多い期間の始点に対して先行させるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
7. 前記中性点電位操作手段は、前記中性点電位低下処理としての、前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下において前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子を複数回オン・オフ操作する処理と、前記中性点電位上昇処理としての、前記接続点に接続される前記低電位側のスイッチング素子がオフ状態である状況下において前記接続点に接続される前記高電位側のスイッチング素子を複数回オン・オフ操作する処理との少なくとも一方を行なう電位変化量調節手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
8. 前記基本操作手段は、前記直流交流変換回路の出力線間電圧を前記回転機の各巻線の端部に印加される電圧が基本波電圧である場合のものとすべく、ＰＷＭ処理によって前記スイッチング素子の操作信号を生成するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
9. 前記基本操作手段は、矩形波制御を行なうものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
10. 前記中性点電位操作手段は、前記回転機の回転速度が規定速度以上であることを条件に、前記中性点電位低下処理および前記中性点電位上昇処理の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。