電力変換装置
【課題】コンデンサのリップル電流を低減しつつ、スイッチング素子間の熱損失の偏りを低減する電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と、コンデンサ５０と、マイコン５１と、を備える。マイコン５１は、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態と、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態と、をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替える。これにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減しつつ、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６間の熱損失の偏りを低減することができる。
【解決手段】電力変換装置１は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と、コンデンサ５０と、マイコン５１と、を備える。マイコン５１は、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態と、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態と、をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替える。これにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減しつつ、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６間の熱損失の偏りを低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置に用いられる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多相回転電機の駆動に係る電流をパルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」という。）によって制御する技術が公知である。例えば、多相回転電機が三相モータである場合、３相の巻線のそれぞれに印加される電圧に係る電圧基準信号と三角波等のキャリア波であるＰＷＭ基準信号を比較し、インバータを構成するスイッチング素子のオンおよびオフの切り替えを行うことにより、三相モータに流れる電流を制御している。
【０００３】
ところで、インバータとコンデンサとが接続されている場合、インバータ側に電流が流れていないとき、コンデンサには電源から電流が流れ込むことにより充電される。一方、インバータ側に電流が流れているとき、コンデンサはインバータ側へ電流が流れ出すことにより放電する。ＰＷＭ制御を行う場合、ＰＷＭ１周期の間にコンデンサでは充電と放電とが繰り返されるため、コンデンサ電流が脈動する。コンデンサ電流が脈動すると、ノイズが発生したり、コンデンサが発熱したりする。また、インバータの印加電圧の変動に伴うインバータ電流制御性が悪化するという問題点があった。なお、以下、コンデンサに流れる電流の脈動を、適宜「リップル電流」という。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、２組のブリッジ回路の間で予め記憶されたマップデータに基づいてスイッチング素子のスイッチングタイミングに位相差をつけることにより、合計したコンデンサ電流の波形を平滑波形に近づけることで、リップル電流を低減している。また、特許文献２では、ＰＷＭアンプにおいて、接続される軸数が２軸の場合、一方の電圧指令値をＶｃｃ／４（Ｖｃｃは電源電圧）バイアスし、他方の電圧指令値を−Ｖｃｃ／４バイアスすることにより、リップル電流を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９７７７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０６７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１では、変調率と力率とに応じてスイッチングタイミングに位相差をつけて出力するための遅延回路が必要であった。また、短い間隔で複数の系統の電流を検出する必要があり、演算負荷が大きいという問題点があった。
また、特許文献２では、例えばインバータが２系統の場合、一方の系統では電圧指令値を電源電圧の１／４分上側にバイアスしている。電圧指令値を上側にバイアスすると、低電位側に設けられる低電位側スイッチング素子よりも高電位側に設けられる高電位側スイッチング素子がオンされている時間が長くなる。また、他方の系統では電圧指令値を電源電圧の１／４分下側にバイアスしている。電圧指令値を下側にバイアスすると、高電位側スイッチング素子よりも低電位側スイッチング素子がオンされている時間が長くなる。高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とでオンされている時間が異なると、通電量が異なることに伴い、熱損失に偏りが生じる。スイッチング素子間で熱損失に偏りが生じると、余裕をもった熱設計や非対称な放熱設計が必要となる。或いは、スイッチング素子ごとに異なる素子を用いる必要がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサのリップル電流を低減しつつ、スイッチング素子間の熱損失の偏りを低減する電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置の回転電機の各相に対応する巻線から構成される２つの巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置である。電力変換装置は、インバータ部と、コンデンサと、制御部と、を備える。巻線組ごとに設けられるインバータ部は、巻線の各相に対応するスイッチング素子を有する。コンデンサは、インバータ部に接続される。制御部は、一方の巻線組に印加される電圧に係る第１の電圧指令信号および他方の巻線組に印加される電圧に係る第２の電圧指令信号に基づいてスイッチング素子のオンおよびオフを制御する。これにより、回転電機の巻線組に供給される電力が制御されることにより、回転電機の駆動が制御される。
また、制御部は、第１の電圧指令信号の中心値が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値よりも下側にシフトされ、第２の電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも上側にシフトされる第１状態と、第１の電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも上側にシフトされ、第２電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも下側にシフトされる第２状態と、を操舵部材の操舵状態に応じて切り替える。
【０００８】
本発明では、一方の電圧指令信号を下側にシフトし、他方の電圧指令信号を上側にシフトしている。これにより、一方のインバータ部によるコンデンサの充電および放電のタイミングと、他方のインバータ部によるコンデンサの充電および放電のタイミングとをずらすことができるので、コンデンサのリップル電流を低減することができる。
また、それぞれのインバータ部の駆動に係る電圧指令信号のシフト方向を操舵部材の操舵状態に応じて切り替えているので、スイッチング素子ごとのオン時間の差を小さくすることができ、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【０００９】
特に、本発明では、電力変換装置を電動パワーステアリング装置に適用している。操舵部材は、左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものは右に戻す操作が行われる。特に、通電量が多くなる車庫入れ等の据え切り作動時においては、操舵部材が右に操舵される時間と左に操舵される時間とが略等しくなる。本発明では、このような電動パワーステアリング装置の使われ方を考慮し、操舵部材の操舵状態に応じて電圧指令信号のシフト方向を切り替えている。これにより、電圧指令信号が上側にシフトされる時間と下側にシフトされる時間との差を小さくすることができるので、スイッチング素子ごとのオン時間の差が小さくなり、熱損失の偏りを低減することができる。なお、操舵部材の操舵状態を示すパラメータとしては、操舵トルク、操舵方向、操舵部材の転舵位置、等が挙げられる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出する。また、制御部は、電流指令値に基づいて巻線組に通電された実電流値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。スイッチング素子での発熱量は、通電量に応じて変化するので、操舵トルクに基づく値である実電流値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えることにより、スイッチング素子における熱損失の偏りを適切に低減することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出する。また、制御部は、電流指令値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。また、実電流に替えて、電流指令値を用いることにより、検出ノイズ等の影響を受けることなく、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づいて駆動される回転電機の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。回転電機の回転方向は、操舵部材の操舵トルクの方向と略一致するので、回転電機の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。なお、回転電機の回転方向は、レゾルバ等の回転角センサのセンサ値に基づいて検出してもよいし、回転角センサを設けず推定回転数演算の演算結果に基づいて検出してもよい。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出する。また、制御部は、操舵角度に基づき、操舵部材が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出する。また、制御部は、操舵角度に基づき、操舵部材の転舵位置が中心から右側にある場合と左側にある場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１６】
操舵部材の操舵角度は、以下のように算出することができる。
請求項８に記載の発明では、制御部は、回転電機の回転角度を取得し、取得された回転角度に基づいて前記操舵角度を算出する。これにより、操舵角度を検出するためのセンサ等を省略することができるので、部品点数を低減することができる。
請求項９に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵角度に応じた操舵角信号を検出する操舵角センサにより検出される操舵角信号に基づいて操舵角度を算出する。これにより、操舵角度を直接的に算出することができる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、制御部は、第１状態または第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合、第１状態または第２状態の他方から一方への切り替えを行わない。これにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、第２状態から第１状態への切り替えに係る第１の閾値と、第１状態から第２状態への切り替えに係る第２の閾値とは、異なる値である。第１状態と第２状態との切り替えに係り、第１の閾値と第２の閾値とを異なる値とすることにより、所謂ヒステリシスを設けているので、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、第１の電圧指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量は、第１の電圧指令信号の振幅に応じて可変であり、第２の電圧指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量は、第２の電圧指令信号の振幅に応じて可変である。これにより、スイッチング素子ごとのオン時間の差を小さくし、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態によるステアリングシステムの全体構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置を説明するブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電力変換装置の回路構成を説明する回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態のマイコンの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるデューティ算出部を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるデューティ指令信号シフト処理を説明する説明図である。
【図７】デューティ指令信号をシフトした場合のコンデンサ電流を説明する説明図である。
【図８】デューティ指令信号をシフトした場合のスイッチング素子のオン／オフ時間を説明する説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態によるシフト方向特定処理を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態によるシフト方向特定処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態によるシフト方向特定処理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるシフト方向特定処理を説明する説明図である。
【図１３】本発明の電流検出部の設置箇所の変形例を説明する説明図である。
【図１４】本発明の変形例における回転電機が複数ある場合を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。
なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力変換装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。電動パワーステアリング装置を図１〜図３に示す。
【００２２】
図１〜図３に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシステム９０に用いられる。ステアリングシステム９０は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラックギア９７、およびタイヤ（ホイール）９８等から構成される。ステアリングホイール９１は、運転者によって操舵される。ステアリングシャフト９２は、ステアリングホイール９１に連結され、ステアリングホイール９１の操舵に伴って回転する。ステアリングシャフト９２のステアリングホイール９１と反対側の先端には、ラックギア９７と噛み合うピニオンギア９６が設けられる。ラックギア９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ９８がそれぞれ連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６およびラックギア９７によって直線運動に変換され、ラックギア９７の直線運動変位に応じて左右のタイヤ９８が転舵される。
【００２３】
電動パワーステアリング装置１００は、電力変換装置１、モータ１０、減速機８９等を備える。
モータ１０は、減速機８９を正逆回転させるモータであって、本実施形態では三相ブラシレスモータであるが、どのようなモータを用いてもよい。減速機８９は、モータ１０の回転を減速してモータ１０の回転により生じるトルクをステアリングシャフト９２に伝達する。すなわち、モータ１０は、運転者によるステアリングホイール９１を操舵するための操舵トルクを軽減するための補助トルクを発生し、補助トルクをステアリングホイール９１に付与するものである。
【００２４】
モータ１０は、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、ロータを内部に収容するとともに、回転可能に支持している。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３に示すＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、Ｗ１コイル１３、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、および、Ｗ２コイル１６が巻回されている。Ｕ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、および、Ｗ１コイル１３は、第１巻線組１８を構成している。また、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、および、Ｗ２コイル１３は、第２巻線組１９を構成している。第１巻線組１８および第２巻線組１９が、「２つの巻線組」に対応している。
また、モータ１０には、モータ１０の回転角度θｅを検出するためのレゾルバ５５が設けられる。制御部としてのマイコン（ＣＰＵ）５１は、レゾルバ５５により検出された回転角信号を取得し、モータ１０の回転角度θｅを算出する。
【００２５】
図１および図２に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ９４および操舵角センサ９５を備える。トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２に設けられ、運転者がステアリングホイール９１を操舵することにより生じる操舵トルクに応じたトルク信号を検出し、マイコン５１に出力する。マイコン５１では、トルク信号に基づいて操舵トルクを算出する。
また、操舵角センサ９５は、ステアリングシャフト９２に設けられ、ステアリングホイール９１の操舵角度に応じた操舵角信号を検出し、マイコン５１に出力する。マイコン５１では、操舵角センサ９５により検出された操舵角信号に基づき、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓを算出する。なお、操舵角度θｓは、ステアリングホイール９１が中心にあるときを０度とし、中心から右方向に操舵された場合を正の値、中心から左方向に操舵された場合を負の値とする。
【００２６】
電力変換装置１は、第１インバータ部２０、第２インバータ部３０、電流検出部４０、コンデンサ５０、マイコン５１、電流検出回路５２、および、駆動回路５４等を備えている。本実施形態では、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０が「インバータ部」に対応している。
【００２７】
図３に示すように、第１インバータ部２０は、３相インバータであり、第１巻線組１８のＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、Ｗ１コイル１３のそれぞれへの通電を切り換えるべく、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（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるが、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子を用いてもよい。以下、スイッチング素子２１〜２６をＭＯＳ２１〜２６という。
【００２８】
３つのＭＯＳ２１〜２３は、ドレインがバッテリ７０の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ２１〜２３のソースが、それぞれＭＯＳ２４〜２６のドレインに接続されている。ＭＯＳ２４〜２６のソースは、バッテリ７０の負極側に接続されている。
対になっているＭＯＳ２１とＭＯＳ２４との接続点は、Ｕ１コイル１１の一端に接続している。また、対になっているＭＯＳ２２ＭＯＳ２５との接続点は、Ｖ１コイル１２の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ２３とＭＯＳ２６との接続点は、Ｗ１コイル１３の一端に接続している。
【００２９】
第２インバータ部３０は、第１インバータ部２０と同様、３相インバータであり、第２巻線組１９のＵ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、Ｗ２コイル１６のそれぞれへの通電を切り換えるべく、６つのスイッチング素子３１〜３６がブリッジ接続されている。スイッチング素子３１〜３６は、スイッチング素子２１〜２６と同様、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子を用いてもよい。以下、スイッチング素子３１〜３６を、ＭＯＳ３１〜３６という。
【００３０】
３つのＭＯＳ３１〜３３は、ドレインがバッテリ７０の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ３１〜３３のソースが、それぞれＭＯＳ３４〜３６のドレインに接続されている。ＭＯＳ３４〜３６のソースは、バッテリ７０の負極側に接続されている。
対になっているＭＯＳ３１とＭＯＳ３４との接続点は、Ｕ２コイル１４の一端に接続している。また、対になっているＭＯＳ３２とＭＯＳ３５との接続点は、Ｖ２コイル１５の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ３３とＭＯＳ３６との接続点は、Ｗ２コイル１６の一端に接続している。
【００３１】
以下、適宜、高電位側スイッチング素子であるＭＯＳ２１〜２３およびＭＯＳ３１〜３３を「上ＭＯＳ」、低電位側スイッチング素子であるＭＯＳ２４〜２６およびＭＯＳ３４〜３６を「下ＭＯＳ」という。また、必要に応じて「Ｕ１上ＭＯＳ２１」といった具合に、対応する相およびインバータ部を併せて記載する。
【００３２】
電流検出部４０は、Ｕ１電流検出部４１、Ｖ１電流検出部４２、Ｗ１電流検出部４３、Ｕ２電流検出部４４、Ｖ２電流検出部４５、および、Ｗ２電流検出部４６から構成されている。Ｕ１電流検出部４１は、Ｕ１下ＭＯＳ２４とグランドとの間に設けられ、Ｕ１コイル１１に流れる電流を検出する。Ｖ１電流検出部４２は、Ｖ１下ＭＯＳ２５とグランドとの間に設けられ、Ｖ１コイル１２に流れる電流を検出する。Ｗ１電流検出部４３は、Ｗ１下ＭＯＳ２６とグランドとの間に設けられ、Ｗ１コイル１３に流れる電流を検出する。また、Ｕ２電流検出部４４は、Ｕ２下ＭＯＳ３４とグランドとの間に設けられ、Ｕ２コイル１４に流れる電流を検出する。Ｖ２電流検出部４５は、Ｖ２下ＭＯＳ３５とグランドとの間に設けられ、Ｖ２コイル１５に流れる電流を検出する。Ｗ２電流検出部４６は、Ｗ２下ＭＯＳ３６とグランドとの間に設けられ、Ｗ２コイル１６に流れる電流を検出する。
【００３３】
本実施形態では、電流検出部４１〜４６は、シャント抵抗により構成される。電流検出部４１〜４６によって検出された検出値（以下、「ＡＤ値」という。）は、図示しない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４１〜４６について同時に行われる。このとき同時に、レゾルバ５５により検出されるモータ１０の回転角信号も取得される。なお、図３において、電流検出部４０からの制御線は、煩雑になることを避けるため省略した。
【００３４】
コンデンサ５０は、バッテリ７０、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と接続され、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６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。
【００３５】
マイコン５１では、各種演算処理が行われる。電流検出回路５２（図２参照）では、電流検出部４０からセンサ値を取得し、電流検出値を算出する。具体的には、Ｕ１電流検出部４１のＡＤ値に基づいてＵ１コイル１１に通電される電流値である電流検出値Ｉｕ１を算出し、Ｖ１電流検出部４２のＡＤ値に基づいてＶ１コイル１２に通電される電流値である電流検出値Ｉｖ１を算出し、Ｗ１電流検出部４３のＡＤ値に基づいてＷ１コイル１３に通電される電流値である電流検出値Ｉｗ１を算出する。また、Ｕ２電流検出部４４のＡＤ値に基づいてＵ２コイル１４に通電される電流値である電流検出値Ｉｕ２を算出し、Ｖ２電流検出部４５のＡＤ値に基づいてＶ２コイル１５に通電される電流値である電流検出値Ｉｖ２を算出し、Ｗ２電流検出部４６のＡＤ値に基づいてＷ２コイル１６に通電される電流値である電流検出値Ｉｗ２を算出する。
【００３６】
マイコン５１では、電流検出回路５２により算出される電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、およびＩｗ２、レゾルバ５５により検出された回転角信号に基づいて算出されるモータ１０の回転角度θｅ等に基づいてフィードバック演算を行い、モータ１０の駆動に係る電流指令値を算出する。そして、算出された電流指令値に基づき、駆動回路５４を介して第１インバータ部２０のＭＯＳ２１〜２６および第２インバータ部３０のＭＯＳ３１〜３６のオンおよびオフの切り替えを制御する。これにより、コイル１１〜１６への通電が制御されることにより、モータ１０の駆動が制御される。
【００３７】
マイコン５１の機能ブロック図を図４および図５に示す。図４に示すように、マイコン５１は、三相二相変換部６２、制御器６３、二相三相変換部６４、デューティ算出部６５、三角波比較部６６、および、シフト方向特定部６７等を有している。
【００３８】
図４および図５に基づき、マイコン５１における制御処理を説明する。
三相二相変換部６２は、電流検出回路５２にて算出された電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ１０の回転角度θｅを読み込み、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。
【００３９】
制御器６３では、操舵トルクに基づいて算出される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制御演算を行い、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*および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、モータ１０の回転角度θｅに基づき、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を算出する。
【００４０】
デューティ算出部６５では、図５に示すように、振幅算出部６５１にて、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*の振幅が算出される。シフト量算出部６５２では、振幅算出部６５１にて算出された三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*の振幅に基づいて、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*のシフト量が算出される。そして、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*、シフト量算出部６５２にて算出されたシフト量、シフト方向特定部６７にてセットされる切替フラグ、および、コンデンサ電圧Ｖｃに基づき、第１インバータ部２０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ相デューティＤｖ１、Ｗ相デューティＤｗ１、および、第２インバータ部３０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ相デューティＤｖ２、Ｗ相デューティＤｗ２を算出し、各相デューティＤｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１、Ｄｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２をレジスタに書き込む。なお、各相デューティＤｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１、Ｄｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２の算出については、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*をデューティに変換した後にシフト量の算出を行ってもよい。
シフト方向特定部６７におけるシフト方向特定処理については後述する。
【００４１】
そして三角波比較部６６では、算出された第１インバータ部２０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ相デューティＤｖ１、Ｗ相デューティＤｗ１と、ＰＷＭ基準信号Ｐとを比較することにより、ＭＯＳ２１〜２６のオン／オフ信号を算出する。
詳細には、Ｕ相デューティＤｕ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｕ相デューティＤｕ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｕ１上ＭＯＳ２１がオンされ、Ｕ１下ＭＯＳ２４がオフされる。Ｕ相デューティＤｕ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｕ１上ＭＯＳ２１がオフされ、Ｕ１下ＭＯＳ２４がオンされる。また、Ｖ相デューティＤｖ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｖ相デューティＤｖ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｖ１上ＭＯＳ２２がオンされ、Ｖ１下ＭＯＳ２５がオフされる。Ｕ相デューティＤｖ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｖ１上ＭＯＳ２２がオフされ、Ｖ１下ＭＯＳ２５がオンされる。さらにまた、Ｗ相デューティＤｗ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｗ相デューティＤｗ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｗ１上ＭＯＳ２３がオンされ、Ｗ１下ＭＯＳ２６がオフされる。Ｗ相デューティＤｗ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｗ１上ＭＯＳ２３がオフされ、Ｗ１下ＭＯＳ２６がオンされる。
【００４２】
また、算出された第２インバータ部３０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ相デューティＤｖ２、Ｗ相デューティＤｗ２と、ＰＷＭ基準信号Ｐとを比較することにより、ＭＯＳ３１〜３６のオン／オフ信号を算出する。
詳細には、Ｕ相デューティＤｕ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｕ相デューティＤｕ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｕ２上ＭＯＳ３１がオンされ、Ｕ２下ＭＯＳ３４がオフされる。Ｕ相デューティＤｕ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｕ２上ＭＯＳ３１がオフされ、Ｕ２下ＭＯＳ３４がオンされる。また、Ｖ相デューティＤｖ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｖ相デューティＤｖ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｖ２上ＭＯＳ３２がオンされ、Ｖ２下ＭＯＳ３５がオフされる。Ｖ相デューティＤｖ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｖ２上ＭＯＳ３２がオフされ、Ｖ２下ＭＯＳ３５がオンされる。さらにまた、Ｗ相デューティＤｗ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｗ相デューティＤｗ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｗ２上ＭＯＳ３３がオンされ、Ｗ２下ＭＯＳ３６がオフされる。Ｗ相デューティＤｗ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｗ２上ＭＯＳ３３がオフされ、Ｗ２下ＭＯＳ３６がオンされる。
【００４３】
なお、本実施形態では、三角波比較部６６の処理はマイコン５１内の電気回路で処理されている。この処理は、ソフトウェアによる処理であっても、ハードウェアによる処理であってもどちらでもよい。
【００４４】
第１インバータ部２０の駆動に係る第１の電圧指令信号としての第１デューティ指令信号Ｄ１は、Ｕ１コイル１１に印加される電圧に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ１コイル１２に印加される電圧に係るＶ相デューティＤｖ１、およびＷ１コイル１３に印加される電圧に係るＷ相デューティＤｗ１の３つの正弦波信号から構成される。第２インバータ部３０の駆動に係る第２の電圧指令信号としての第２デューティ指令信号Ｄ２は、Ｕ２コイル１４に印加される電圧に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ１コイル１５に印加される電圧に係るＶ相デューティＤｖ２、およびＷ２コイル１６に印加される電圧に係るＷ相デューティＤｗ２の３つの正弦波信号から構成される（図６参照）。
【００４５】
本実施形態では、第１デューティ指令信号Ｄ１の中心値Ｄｃ１（以下、適宜「第１デューティ中心値Ｄｃ１」という。）および第２デューティ指令信号Ｄ２の中心値Ｄｃ２（以下、適宜「第２デューティ中心値Ｄｃ２」という。）の一方を出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトし、他方を出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトすることにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減している。また、本実施形態では、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅に応じて、出力中心値Ｒｃからのシフト量を可変としている。
【００４６】
ここで、第１デューティ中心値Ｄｃ１を出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトし、第２デューティ中心値Ｄｃ２を出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトする場合を図６に基づいて説明する。
本実施形態では、出力可能なデューティ範囲は、電源電圧の０％〜１００％であり、出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃは、５０％である。なお、本実施形態では、バッテリ７０の電圧は１２Ｖであり、出力可能なデューティ範囲を電圧に換算すると、０Ｖ〜１２Ｖまで出力可能であり、出力中心値Ｒｃは６Ｖに対応している。また、ＰＷＭ基準信号Ｐの周波数は２０ｋＨｚである。なお、第１インバータ部２０の駆動に係るＰＷＭ基準信号Ｐと第２インバータ部３０の駆動に係るＰＷＭ基準信号Ｐは、同一のまたは位相の等しい三角波信号を用いる。また、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅と第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅とは等しい。なお、ここでは第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２は、いずれも正弦波信号（すなわちＡｓｉｎδ＋Ｂで表される。）であるので、振幅は各指令信号の最大値から最小値を減じた値を２で除した値（すなわちＡ）が振幅である。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下である場合、すなわち第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトしたときの第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎ以上である場合、第１デューティ指令信号Ｄ１は、最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように、第１デューティ中心値Ｄｃ１を出力中心値Ｒｃから下側にシフトする。
【００４８】
一方、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下である場合、すなわち第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトしたときの第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘ以下である場合、第２デューティ指令信号Ｄ２は、最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように、第２デューティ中心値Ｄｃ２を出力中心値Ｒｃから上側にシフトする。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％である場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトすると、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１は、出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎと一致する。このとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、出力中心値Ｒｃを基準として、出力可能なデューティ範囲の２５％分下側にシフトしている。すなわち、このときの第１デューティ中心値Ｄｃ１は、Ｒｃ−２５＝２５％である。
【００５０】
また、第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトすると、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２は、出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘと一致する。このとき、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、出力中心値Ｒｃを基準として、出力可能なデューティ範囲の２５％分上側にシフトしている。このとき、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、Ｒｃ＋２５＝７５％である。
【００５１】
図６（ｃ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトすると、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎより小さくなる。第１デューティ指令信号Ｄ１が出力可能なデューティ範囲を超えると、出力電圧に歪みが発生する。そこで、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、すなわち第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１をシフトしたときの第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎより小さくなる場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎと一致するように、第１デューティ中心値Ｄｃ１をシフトする。
【００５２】
また、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトすると、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２は、出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘより大きくなる。デューティ指令信号Ｄ２が出力可能なデューティ範囲を超えると、出力電圧に歪みが発生する。そこで、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、すなわち第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２をシフトしたときの第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘより大きくなる場合、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘと一致するように、第２デューティ中心値Ｄｃ２をシフトする。
【００５３】
第１デューティ指令信号Ｄ１では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下の場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、振幅が大きくなるに従って出力中心値Ｒｃから下方向に離れるようにシフトされる。また第１デューティ指令信号Ｄ１では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、振幅が大きくなるに従って、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％のときの第１デューティ中心値Ｄｃ１から出力中心値Ｒｃに近づく方向にシフトされる。
【００５４】
第２デューティ指令信号Ｄ２では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下の場合、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、振幅が大きくなるに従って出力中心値Ｒｃから上方向に離れるようにシフトされる。また第２デューティ指令信号Ｄ２では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、振幅が大きくなるに従って、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％のときの第２デューティ中心値Ｄｃ２から出力中心値Ｒｃに近づく方向にシフトされる。
【００５５】
すなわち本実施形態では、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅に応じて、第１デューティ中心値Ｄｃ１のシフト量（図１０中に記号「Ｍ１」で示した。）および第２デューティ中心値Ｄｃ２のシフト量（図１０中に記号「Ｍ２」で示した。）を可変にしている。このような構成は、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下のときに特に有効である。
【００５６】
ここで、第１デューティ指令信号Ｄ１を出力中心値Ｒｃから下側にシフトし、第２デューティ指令信号Ｄ２を出力中心値Ｒｃから上側にシフトした場合のコンデンサ電流を図７に基づいて説明する。なお、図７（ａ）は第１インバータ部２０とコンデンサ５０との関係を示し、図７（ｂ）は第２インバータ部３０とコンデンサ５０との関係を示している。また、図７中においては、出力中心値Ｒｃの記載は省略した。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、ＰＷＭ基準信号Ｐが全ての相の第１デューティ指令信号Ｄ１を上回っている期間または下回っている期間において、コンデンサ５０は充電される。一方、ＰＷＭ基準信号Ｐが第１デューティ指令信号Ｄ１の間に位置する期間において、コンデンサ５０は放電する。
また、第１デューティ指令信号Ｄ１を下側にシフトした場合、ＰＷＭ基準信号Ｐの山側におけるコンデンサ５０の充電期間が比較的長く、コンデンサ５０の放電期間はＰＷＭ１周期の谷側に寄っている。
【００５８】
図７（ｂ）に示すように、ＰＷＭ基準信号Ｐが全ての相の第２デューティ指令信号Ｄ２を上回っている期間または下回っている期間において、コンデンサ５０は充電される。一方、ＰＷＭ基準信号Ｐが第２デューティ指令信号Ｄ２の間に位置する期間において、コンデンサ５０は放電する。
また、第２デューティ指令信号Ｄ２を上側にシフトした場合、ＰＷＭ基準信号Ｐの山側におけるコンデンサ５０の充電期間が比較的短く、コンデンサ５０の放電期間が比較的中央に寄っている。また、ＰＷＭ基準信号の谷側における充電期間が比較的長い。
【００５９】
すなわち、デューティ指令信号を下側にシフトした場合と上側にシフトした場合とでは、有効電圧ベクトルおよびゼロ電圧ベクトルの発生タイミングが異なっているため、コンデンサ５０が充電される期間と放電する期間とにずれが生じる。そのため、ＰＷＭ基準信号Ｐに位相差がない場合、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下側にシフトし、他方を上側にシフトすることにより、コンデンサ５０の充電タイミングと放電タイミングとにずれが生じるので、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。なお、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅が小さいとき、第１デューティ指令信号Ｄ１と第２デューティ指令信号Ｄ２とが重ならないようにシフトすれば、コンデンサ５０は、一方のインバータ部により放電されているとき、他方のインバータ部により充電される。
なお、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２を上側または下側にシフトしたとしても、線間電圧が変わらなければ、巻線組１８、１９に印加される電圧は変わらない。
【００６０】
ところで、第１デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の中心値を出力中心値Ｒｃから上側または下側にシフトした場合、上ＭＯＳがオンされる時間と下ＭＯＳがオンされる時間とが異なる。
図８（ａ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１を下側にシフトすると、例えばＷ１下ＭＯＳ２６は、Ｗ１上ＭＯＳ２３と比較して、オンされている時間が長くなる。Ｕ１下ＭＯＳ２４とＵ１上ＭＯＳ２１、Ｖ１下ＭＯＳ２５とＶ１上ＭＯＳ２２についても同様である。
一方、図８（ｂ）に示すように、第２デューティ指令信号Ｄ２を上側にシフトすると、例えばＵ２上ＭＯＳ３１は、Ｕ２下ＭＯＳ３４と比較してオンされている時間が長くなる。Ｖ２上ＭＯＳ３２とＶ２下ＭＯＳ３５、Ｗ２上ＭＯＳ３３とＷ２下ＭＯＳ３６についても同様である。
【００６１】
出力可能なデューティ範囲の中心からのデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト量が大きくなるにしたがって、上ＭＯＳがオンされている時間と下ＭＯＳがオンされている時間との差は大きくなる。対になる上ＭＯＳと下ＭＯＳとでオンされている時間が異なると、電流積算値が変わるため、上ＭＯＳと下ＭＯＳとで熱損失に偏りが生じる。
そこで、上ＭＯＳと下ＭＯＳとの電流積算値が同じになるように、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向を適宜入れ替えることが好ましい。
【００６２】
本実施形態では、電力変換装置１を電動パワーステアリング装置１００に適用している。ステアリングホイール９１は左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものは右に戻す操作が行われる。なお、車両直進中には、巻線組１８、１９への通電はほとんど行われないが、車庫入れ等の据え切り作動時においては通電量が多くなる。また、据え切り作動時においては、ステアリングホイール９１を右に操舵する時間と左に操舵する時間とが略等しくなる。
そこで本実施形態では、通電量が多くなる据え切り作動時においてステアリングホイール９１を右に操舵する時間と左に操舵する時間とが略同じになる特性を利用し、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じて第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向を切り替え、上ＭＯＳと下ＭＯＳとの通電量を略同じにすることによりＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとの熱損失の偏りを低減している。
【００６３】
本実施形態によるシフト方向特定処理を図９に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図９に示すシフト方向特定処理は、図４および図５中のシフト方向特定部６７にて実行される処理である。
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、デフォルトとして切替フラグ＝１をセットする。切替フラグ＝１であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態であるものとする。なお、切替フラグ＝０であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態であるものとする。
また、切替カウンタをリセットする。なお、切替カウンタは、ｑ軸電流Ｉｑの正負が入れ替わってからの時間を計時するためのものである。本実施形態ではカウンタを用いているが、タイマ等によって計時してもよい。
【００６４】
Ｓ１０２では、Ｕ１コイル１１の電流検出値Ｉｕ１、Ｖ１コイル１２の電流検出値Ｉｖ１、およびＷ１コイル１３の電流検出値Ｉｗ１を読み込む。また、Ｕ２コイル１４の電流検出値Ｉｕ２、Ｖ２コイル１５の電流検出値Ｉｖ２、およびＷ２コイル１６の電流検出値Ｉｗ２を読み込む。さらにまた、モータ１０の回転角度θｅを読み込む。
【００６５】
Ｓ１０３では、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づき、実電流値としてのｑ軸電流Ｉｑを算出する。ｑ軸電流Ｉｑは、以下の式（１）にて算出される。
Ｉｕ＝Ｉｕ１＋Ｉｕ２
Ｉｖ＝Ｉｖ１＋Ｉｖ２
Ｉｗ＝Ｉｗ１＋Ｉｗ２
【数１】
【００６６】
Ｓ１０４では、ｑ軸電流Ｉｑが０以上か否かを判断する。ｑ軸電流Ｉｑが０未満であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負である場合、Ｓ１０９へ移行する。ｑ軸電流Ｉｑが０以上であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流が正である場合、Ｓ１０５へ移行する。
【００６７】
Ｓ１０５では、切替フラグ＝１か否かを判断する。切替フラグ＝１であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。切替フラグ＝１でないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわち切替フラグ＝０である場合、Ｓ１０６へ移行する。
Ｓ１０６では、切替カウンタをインクリメントする。
【００６８】
Ｓ１０７では、切替カウンタのカウント値が所定値以上か否かを判断する。本実施形態では、所定値は１０とする。ここでの判断処理は、ｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過したか否かを判断している。切替カウンタのカウント値が所定値未満であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過していない場合、Ｓ１０２へ戻る。切替カウンタのカウント値が所定値以上であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過した場合、Ｓ１０８へ移行する。
【００６９】
Ｓ１０８では、切替フラグ＝１とする。また、切替カウンタをリセットし、Ｓ１０２へ戻る。なお、ｑ軸電流Ｉｑが正、かつ、切替フラグ＝１（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）の後に移行した場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態が継続される。また、ｑ軸電流が正、切替フラグ＝０、かつ、切替カウンタのカウント値が所定値以上（Ｓ１０４：ＹＥＳ、Ｓ１０５：ＮＯ、かつ、Ｓ１０７：ＹＥＳ）の後に移行した場合、ｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過しているので、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝１とする。
【００７０】
ｑ軸電流Ｉｑが０未満であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）に移行するＳ１０９では、切替フラグ＝０か否かを判断する。切替フラグ＝０であると判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行する。切替フラグ＝０でないと判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、すなわち切替フラグ＝１である場合、Ｓ１１０へ移行する。
Ｓ１１０では、切替カウンタをインクリメントする。
【００７１】
Ｓ１１１では、切替カウンタのカウント値が所定値以上か否かを判断する。本実施形態では、所定値は１０とする。ここでの判断処理は、ｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過したか否かを判断している。切替カウンタのカウント値が所定値未満であると判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過していない場合、Ｓ１０２へ戻る。切替カウンタのカウント値が所定値以上であると判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過した場合、Ｓ１１２へ移行する。
【００７２】
Ｓ１１２では、切替フラグ＝０とする。また、切替カウンタをリセットし、Ｓ１０２へ戻る。なお、ｑ軸電流Ｉｑが負、かつ、切替フラグ＝０（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０９：ＹＥＳ）の後に以降した場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態が継続される。また、ｑ軸電流が負、切替フラグ＝１、かつ、切替カウンタのカウント値が所定値以上（Ｓ１０４：ＮＯ、Ｓ１０９：ＮＯ、Ｓ１１１：ＹＥＳ）の後に以降した場合、ｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過しているので、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝０とする。
【００７３】
すなわち、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第１状態、ｑ軸電流Ｉｑが負のとき第２状態としている。なお、ｑ軸電流Ｉｑは、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づいて算出されているため、各センサの検出ノイズ等の影響を受ける。本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが０付近であるときに検出ノイズ等の影響を受けてｑ軸電流Ｉｑの正負が頻繁に入れ替わることにより、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向の切り替えが頻繁に起こるのを避けるため、ｑ軸電流Ｉｑが正から負、または、負から正に切り替わってから所定時間経過後に、シフト方向を切り替えている。これにより、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【００７４】
ここで、車庫入れ動作を模擬し、ハンドルエンド位置である右端または左端に当てた状態、すなわち巻線組１８、１９に最大電流が通電された状態でモータ１０の回転を停止させた状態と、ステアリングホイール９１を右端から左端へ操舵する据え切り作動とを繰り返す試験（以下、「発熱試験」という。）について述べる。約１５０秒の発熱試験では、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下方向にシフトし、他方を上方向にシフトした状態を継続した場合、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の最高温度と最低温度との差が２０〜３０℃程度であった。一方、本実施形態のように、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行った場合、上ＭＯＳ２１〜２３、３１〜３３と、下ＭＯＳ２４〜２６、３４〜３６との温度差がほとんどなかった。また、本実施形態のように、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行った場合、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下方向にシフトし、他方を上方向にシフトした状態を継続した場合と比較して、最も温度の高かったＭＯＳの温度が約１０℃低くなった。
【００７５】
これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の発熱を放熱するための放熱部材（例えばヒートシンク等）を小型化することができ、装置全体を軽量化することができる。また、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６での発熱量は、抵抗値に比例する。また、抵抗値はチップ面積に反比例する。本実施形態のように第１状態と第２状態との切り替えを行い、第１状態と第２状態との切り替えを行わない場合と同等の温度上昇を許容するとすれば、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６のチップ面積を小さくすることが可能であり、コストを低減することができる。
【００７６】
以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置１は、ステアリングホイール９１に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置１００のモータ１０の各相に対応するコイル１１〜１３から構成される第１巻線組１８およびコイル１４〜１６から構成される第２巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置である。電力変換装置１は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と、コンデンサ５０と、マイコン５１と、を備える。第１巻線組１８に対応して設けられる第１インバータ部２０は、コイル１１〜１３の各相に対応するＭＯＳ２１〜２６を有する。また、第２巻線組１９に対応して設けられる第２インバータ部３０は、コイル１４〜１６の各相に対応するＭＯＳ３１〜３６を有する。コンデンサ５０は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０に接続される。マイコン５１は、第１巻線組１８に印加される電圧に係る第１デューティ指令信号Ｄ１および第２巻線組１９に印加される電圧に係る第２デューティ指令信号Ｄ２に基づいてＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６のオンおよびオフを制御する。これにより、モータ１０の巻線組１８、１９に供給される電力が制御されることにより、モータ１０の駆動が制御される。
【００７７】
また、マイコン５１は、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態と、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態と、をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替える。
【００７８】
本実施形態では、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の一方を出力中心値Ｒｃの下側にシフトし、他方を出力中心値Ｒｃの上側にシフトしている。これにより、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０の一方によるコンデンサ５０の充電および放電のタイミングと、他方によるコンデンサ５０の充電および放電のタイミングとをずらすことができるので、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。
また、それぞれのインバータ部２０、３０の駆動に係るデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替えているので、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとのオン時間の差を小さくすることでき、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００７９】
特に、本実施形態では、電力変換装置１を、電動パワーステアリング装置１００に適用している。ステアリングホイール９１は、左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものを右に戻す操作が行われる。特に、通電量が多くなる車庫入れ等の据え切り作動時においては、ステアリングホイール９１が右方向に操舵される時間と左方向に操舵される時間とが略等しくなる。本実施形態では、このような電動パワーステアリング装置１００の使われ方を考慮し、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じてデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向を切り替えている。これにより、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２が上側にシフトされる時間と下側にシフトされる時間との差を小さくすることができるので、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６におけるオン時間の差が小さくなり、熱損失の偏りを低減することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組１８、１９に通電される電流に係る電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を算出する。また、マイコン５１では、電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*に基づいて巻線組１８、１９に通電された実電流値であるｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。すなわち、第１状態と第２状態とは、操舵トルクに基づく値であるｑ軸電流に基づいて切り替えられている、といえる。ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６での発熱量は、通電量に応じて変化するので、操舵トルクに基づく値であるｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替えることにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを適切に低減することができる。また、本実施形態では、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６に実際に通電された電流積算値を算出することなく、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における発熱を略均等にすることができるので、演算負荷を低減することができる。また、高価なマイコン等を用いる必要がないので、コストを低減することができる。
【００８１】
また、マイコン５１では、第１状態または第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（図９中のＳ１０７：ＮＯ、または、Ｓ１１１：ＮＯ）、第１状態または第２状態の他方から一方への切り替えを行わない。すなわち、第１状態から第２状態への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、第２状態から第１状態への切り替えを行わない。また、第２状態から第１状態への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、第１状態から第２状態への切り替えを行わない。すなわち、本実施形態では、第１状態および第２実施形態の一方から他方への切り替えに係る時間的な不感帯を有している、といえる。これにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００８２】
さらにまた、本実施形態では、第１デューティ中心値Ｄｃ１の出力中心値Ｒｃからのシフト量Ｍ１は、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅に応じて可変であり、第２デューティ中心値Ｄｃ２の出力中心値Ｒｃからのシフト量Ｍ２は、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅に応じて可変である。これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとのオン時間の差を小さくし、適切に熱損失の偏りを低減することができる。
なお、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第１状態、負のとき第２状態としたが、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第２状態、負のとき第１状態としてもよい。
【００８３】
（第２実施形態）
第２実施形態による電力変換装置は、シフト方向特定処理が第１実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。
本実施形態によるシフト方向特定処理を図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ２０１では、デフォルトとして切替フラグ＝１をセットする。第１実施形態と同様、切替フラグ＝１であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態であり、切替フラグ＝０であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態であるものとする。
【００８４】
Ｓ２０２では、図９中のＳ１０２と同様、Ｕ１コイル１１の電流検出値Ｉｕ１、Ｖ１コイル１２の電流検出値Ｉｖ１、およびＷ１コイル１３の電流検出値Ｉｗ１を読み込む。また、Ｕ２コイル１４の電流検出値Ｉｕ２、Ｖ２コイル１５の電流検出値Ｉｖ２、およびＷ２コイル１６の電流検出値Ｉｗ２を読み込む。さらにまた、モータ１０の回転角度θｅを読み込む。
【００８５】
Ｓ２０３では、図９中のＳ１０３と同様、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づき、実電流値としてのｑ軸電流Ｉｑを算出する。ｑ軸電流Ｉｑは、上記の式（１）にて算出される。
【００８６】
Ｓ２０４では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上か否かを判断する。本実施形態では、第１の閾値は１［Ａ］とする。ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満であると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０６へ移行する。ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上であると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。
【００８７】
Ｓ２０５では、切替フラグ＝１とし、Ｓ２０２へ戻る。すなわち、切替フラグ＝１が既にセットされている場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態を継続する。また、切替フラグ＝０であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝１とする。
【００８８】
ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満であると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）に移行するＳ２０６では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満である第２の閾値以下か否かを判断する。本実施形態では、第２の閾値は−１［Ａ］とする。ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値より大きいと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０２へ戻る。ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値以下であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行する。
【００８９】
Ｓ２０７では、切替フラグ＝０とし、Ｓ２０２へ戻る。すなわち、切替フラグ＝０であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態が継続される。また、切替フラグ＝１であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝０とする。
【００９０】
本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値である１Ａ以上のとき第１状態、ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値である−１Ａ以下のとき第２状態としている。また、ｑ軸電流Ｉｑが−１Ａより大きく１Ａ未満である場合、直前の第１状態または第２状態を継続し、第１状態および第２状態の一方から他方への切り替えを行わない。これにより、各センサの検出ノイズ等の影響を受けてｑ軸電流Ｉｑがばたついたとしても、第１の閾値と第２の閾値とを異なる値として所謂ヒステリシスを設けることにより、実質的に不感帯を有しているのと同じ効果が得られ、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。これにより、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上のとき第１状態、第２の閾値以下のとき第２状態としたが、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上のとき第２状態、第２の閾値以下のとき第１状態としてもよい。
【００９１】
（第３実施形態）
第３実施形態による電力変換装置では、シフト方向特定処理が上記実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに替えて、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されているとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態とし、ステアリングホイール９１が左方向に操舵されているとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態とする。
【００９２】
ステアリングホイール９１の操舵方向に基づくデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向の切り替えについて、図１１に基づいて説明する。なお、図１１（ｃ）中においては、第１状態を「＋１」、第２状態を「−１」として示した。
ここでは、運転者によりステアリングホイール９１が操舵され、操舵角度θｓが図１１（ａ）の如く推移したものとする。
【００９３】
期間Ａ１、Ａ２、Ａ３において、図１１（ａ）に示すように、操舵角度θｓが増加しているとき、図１１（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１は、運転者により右方向に操舵されることにより、右方向に回転している。このとき、図１１（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態としている。
【００９４】
一方、期間Ｂ１、Ｂ２において、図１１（ａ）に示すように、操舵角度θｓが減少しているとき、図１１（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１は、運転者により左方向に操舵されることにより、左方向に回転している。このとき、図１１（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態としている。
【００９５】
本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵角度θｓを算出している。また、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えている。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを適切に低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されているときに第１状態とし、左方向に操舵されているときに第２状態としたが、左方向に操舵されているときに第２状態とし、右方向に操舵されているときに第１状態としてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに応じた操舵角信号を取得する操舵角センサ９５により検出される操舵角信号に基づいて操舵角度θｓを算出している。これにより、操舵角度θｓを直接的に算出することができる。
【００９７】
（第４実施形態）
第４実施形態による電力変換装置では、シフト方向特定処理が上記実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。
本実施形態では、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側である場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態とし、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より左側である場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ指令信号Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態とする。
【００９８】
ステアリングホイール９１の転舵位置に基づくデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向の切り替えについて、図１２に基づいて説明する。なお、図１２（ｃ）中においては、第１状態を「＋１」、第２状態を「−１」として示した。
ここでは、運転者によりステアリングホイール９１が操舵され、操舵角度θｓが図１２（ａ）の如く推移したものとする。
【００９９】
期間Ａ１１において、図１２（ａ）に示すように、操舵角度θｓが０以上であるとき、図１２（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１の転舵位置は中心より右側である。このとき、図１２（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態としている。
【０１００】
一方、期間Ｂ１１において、図１２（ａ）に示すように、操舵角度θｓが０未満であるとき、図１２（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１の転舵位置は中心より左側である。このとき、図１２（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ指令信号Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態としている。
【０１０１】
本実施形態では、マイコン５１は、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵角度θｓを算出する。また、マイコン５１では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心から右側にある場合と左側にある状態とで第１状態と第２状態とを切り替える。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側であるときに第１状態とし、左側であるときに第２状態としたが、右側であるときに第２状態とし、左側であるときに第１状態としてもよい。
【０１０２】
（他の実施形態）
（ア）電流指令値に基づくシフト方向の切り替え
上記第１実施形態および第２実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替えたが、他の実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに替えて、巻線組１８、１９に通電される電流に係る電流指令値、例えばｑ軸電流指令値Ｉｑ*に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えてもよい。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。また、電流指令値は、一般的に操舵トルク０Ｎｍ付近に対してアシスト電流の不感帯を有しているので、各センサの検出ノイズ等の影響を受けることなく、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【０１０３】
（イ）操舵トルクの方向に基づくシフト方向の切り替え
また、他の実施形態では、操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えるようにしてもよい。例えば、右方向の操舵トルクが検出された場合に第１状態とし、左方向の操舵トルクが検出された場合に第２状態とする。また、右方向の操舵トルクが検出された場合に第２状態とし、左方向の操舵トルクが検出された場合に第１状態としてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。
【０１０４】
（ウ）回転電機の回転方向に基づくシフト方向の切り替え
また、他の実施形態では、操舵トルクに基づいて駆動されるモータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えてもよい。モータ１０の回転方向は、操舵トルクの方向と略一致するので、モータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行っても、上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。
なお、モータ１０の回転方向は、上記実施形態のようにレゾルバ５５のセンサ値により検出することができる。レゾルバ以外の回転角センサを用いてもよい。また、回転角センサを設けず、所謂センサレスの構成とし、マイコン５１における推定回転数演算により検出してもよい。
【０１０５】
なお、モータ１０の回転方向は、操舵トルクの方向と一致しない場合がある。例えば走行中の左折時に左方向にステアリングホイール９１を切って旋回し、左折が終了してステアリングホイール９１を中央に戻す場合、車両の旋回軌道を調整するべく、運転者がステアリングホイール９１をゆっくり戻すことがあり、このような場合にはモータ１０の回転方向と操舵トルクの方向とが一致しない。ただし、このような動作は、時間的に数秒程度と短いこと、走行中の上記のような動作時のアシスト電流は、停止時のアシスト電流の約１／３と小さいことから、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜２６の発熱量に及ぼす影響は僅かであるので、問題視する必要がない。
【０１０６】
（エ）シフト方向特定処理
上記第３実施形態では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されている場合と左方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えていた。他の実施形態では、第１実施形態のように、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよい。また例えば操舵方向を操舵角速度に基づいて判断するように構成し、第２実施形態のように、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
【０１０７】
また、上記第４実施形態では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側である場合と左側である場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えていた。他の実施形態では、第１実施形態のように、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよい。また、第２実施形態のように、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
【０１０８】
さらにまた、電流指令値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合、操舵トルクに基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合、または、モータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合についても同様に、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよいし、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このように構成することにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【０１０９】
なお、図９中のＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を省略し、Ｓ１０４にて肯定判断された場合、Ｓ１０８へ移行するようにしてもよい。また、Ｓ１０９〜Ｓ１１１の処理を省略し、Ｓ１０４にて否定判断された場合、Ｓ１１２へ移行するようにしてもよい。
また、図１０中のＳ２０６の処理を省略し、Ｓ２０４にて否定判断された場合、Ｓ２０７へ移行するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態では、デューティ指令信号の振幅に応じてシフト量を可変としたが、他の実施形態では、デューティ指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量を可変とせず、所定量（例えば出力可能なデューティ範囲の２５％）としてもよい。
【０１１０】
（オ）回転角センサ
上記実施形態では、回転角センサとしてレゾルバを用いていたが、他の実施形態ではレゾルバ以外の回転角センサとしてもよい。また、回転角センサを設けず、所謂センサレスの構成とし、マイコン５１にて推定回転数演算を行ってもよい。
（カ）操舵角センサ
上記実施形態では、操舵角センサのセンサ値に基づいて操舵角度θｓを算出した。他の実施形態では、操舵角センサを設けず、マイコンにてモータの回転角度を取得し、取得されたモータの回転角度に基づいて操舵角度を算出するようにしてもよい。これにより、操舵角度を検出するためのセンサ等を省略することができるので、部品点数を低減することができる。
【０１１１】
（キ）変調処理
上記実施形態では、デューティ指令信号は、正弦波信号であったが、電圧利用率を向上すべく、２相変調処理または３相変調処理を行うことにより、中性点電圧操作を行ってもよい。例えば、以下のような変調処理を行ってもよい。
（ｉ）最も小さい相のデューティが所定の下限値となるように、最も小さい相のデューティから所定の下限値を差し引いた値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｉｉ）最も大きい相のデューティが所定の上限値となるように、最も大きい相のデューティから所定の上限値を差し引いた値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｉｉｉ）全ての相のデューティに３次高調波を加算してもよい。
（ｉｖ）最も大きい相のデューティと最も小さい相のデューティとの平均値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｖ）所定の下限値を下回るデューティを所定の下限値から差し引いた値、または、所定の上限値を上回るデューティから所定の上限値を差し引いた値を、全ての相のデューティから減算してもよい。
【０１１２】
このような変調処理を行うことにより、電圧利用率を向上することができる。また、一方のインバータ部において上記（ｉ）の変調処理を行い、他方のインバータ部において上記（ｉｉ）の変調処理を行う、といった具合に、それぞれのインバータ部において異なる変調処理を行ってもよい。特に、一方のインバータ部において上記（ｉ）の変調処理を行い、他方のインバータ部において上記（ｉｉ）の変調処理を行うことにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。
また、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*において変調処理を行った後にデューティに変換してもよいし、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*をデューティに変換した後に変調処理を行ってもよい。
【０１１３】
（ク）電流検出部の位置
電流検出部の位置の例を図１３に示す。なお、図１３中においては、第１インバータ部２０のＭＯＳ２１〜２６および第１巻線組１８のみを示し、第２インバータ部および第２巻線組等の構成は省略している。また、図１３（ａ）は、図３と対応している。
【０１１４】
図１３（ａ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、下ＭＯＳ２４〜２６のグランド側に設けることができる。また、図１３（ｂ）に示すように、Ｗ下ＭＯＳ２６とグランドとの間の電流検出部４３を省略してもよい。この例のように、ｎ相のうちの１相の電流検出部を省いても電源電流との差分により全ての相の電流を検出することができる。すなわち、３相であれば２ヶ所、５相であれば４ヶ所、といった具合である。また、電流検出部を省く相は、いずれの相であってもよい。
また、図１３（ｃ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、上ＭＯＳ２１〜２３の電源側に設けることができる。また、図１３（ｄ）に示すように、Ｗ上ＭＯＳ２３と電源との間の電流検出部４３を省略してもよい。ｎ相のうちの１相の電流検出部を省く点については、図１３（ｂ）にて説明したのと同様である。
【０１１５】
図１３（ｅ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６のそれぞれの接続点と、対応するコイル１１〜１３との間に設けることができる。また、図１３（ｆ）に示すように、Ｗ上ＭＯＳ２３とコイル１３との間の電流検出部４３を省略してもよい。ｎ相のうちの１相の電流検出部を省く点については、図１３（ｂ）にて説明したのと同様である。
また、図１３（ｇ）に示すように、第１インバータ部２０のバッテリ７０の正極側のブリッジ回路分岐点とバッテリ７０の正極との間に１つの電流検出部４７を設けてもよい。この場合、電流検出部４７では、図１３（ｃ）のように上ＭＯＳ側に設けられた電流検出部４１〜４３による電流検出値の合計値を検出する。
さらにまた、図１３（ｈ）に示すように、第１インバータ部２０のグランド側のブリッジ回路分岐点とグランドとの間に１つの電流検出部４８を設けてもよい。この場合、電流検出部４８では、図１３（ａ）の電流検出部４１〜４３による電流検出値の合計値を検出する。
【０１１６】
（ケ）電流検出部の種類
上記実施形態では、電流検出部としてシャント抵抗を用いたが、他の実施形態では、ホール素子等を用いてもよい。特に、図１３（ｅ）、（ｆ）に示す位置に電流検出部を設ける場合、シャント抵抗に替えてホール素子を用いることが好ましい。
【０１１７】
ところで、図１３（ａ）、（ｂ）の位置に電流検出部としてシャント抵抗を設ける場合、ＰＷＭ基準信号の山側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオンとなっているときに電流検出部４１〜４３に通電される電流（以下、「山側電流」という。）は、第１巻線組１８に通電される電流と一致するので、この山側電流を巻線電流として検出する。一方、ＰＷＭ基準信号の谷側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオフになったときに電流検出部４１〜４３に通電される電流（以下、「谷側電流」という。）は、シャント抵抗やアンプ回路の温度変化による巻線電流の補正に用いられる。
【０１１８】
すなわち、電流検出部としてシャント抵抗を用いる場合、ＰＷＭ基準信号の山側または谷側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオンになる期間または全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオフになる期間を確保する必要がある。また、シャント抵抗によって電流を検出する場合、リギングが収束する時間（例えば、４．５μ秒）、ＭＯＳ２１〜２６のオン／オフの切り替えを行わないホールド時間を確保する必要がある。そこで、電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づき、出力可能なデューティ範囲を決定してもよい。すなわち、上記実施形態では、０％〜１００％を出力可能なデューティ範囲としていたが、他の実施形態では、例えば７％〜９３％を出力可能なデューティ範囲としてもよい。また、例えば０％〜９３％を出力可能なデューティ範囲とするといった具合に、巻線電流の補正が不要である場合には、出力可能なデューティ範囲の上限値のみを電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づいて決定してもよい。
【０１１９】
また、図１３（ｃ）、（ｄ）の位置に電流検出部としてシャント抵抗を設ける場合、ＰＷＭ基準信号の谷側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオンとなっているときに電流検出部４１〜４３に流れる谷側電流が第１巻線組１８に流れる電流と一致するので、谷側電流を巻線電流として検出する。一方、ＰＷＭ基準信号の山側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオフとなっているときに電流検出部４１〜４３を流れる山側電流は、シャント抵抗やアンプ回路の温度変化による巻線電流の補正に用いられる。
【０１２０】
そこで、ＰＷＭ基準信号の山側または谷側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオンになる期間または全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオフになる期間を確保すべく、電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づき、出力可能なデューティ範囲を決定してもよい。例えば、７％〜９３％を出力可能なデューティ範囲としてもよい。また例えば、７％〜１００％を出力可能なデューティ範囲とするといった具合に、巻線電流の補正が不要である場合には、出力可能なデューティ範囲の下限値のみを電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づいて決定してもよい。
これにより、電流検出部により巻線組に通電される電流を適切に検出することができる。
【０１２１】
さらに、ブートストラップ方式のゲート駆動回路では、所定周期毎に全ての下ＭＯＳ２４〜２６をオンする必要がある。そのため、出力可能なデューティ範囲の上限値を１００％にすることができない。そこで、ゲート駆動回路構成に基づいて出力可能なデューティ範囲の上限値を決定してもよい。
なお、第１インバータ部２０および第１巻線組１８の電流検出について説明したが、第２インバータ部３０および第２巻線組１９の電流検出についても同様である。
【０１２２】
（ク）モータの構成
上記実施形態では、図１４（ａ）に模式的に示すように、２系統のインバータ部が１つのモータ１０を駆動していた。他の実施形態では、図１４（ｂ）に模式的に示すように、２系統のインバータ部がそれぞれ別のモータを駆動するように構成してもよい。すなわち、電力変換装置３では、第１インバータ部１２０が第１モータ１１０を駆動し、第２インバータ部１３０が第２モータ１１１を駆動する、といった具合である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・電力変換装置
１０・・・モータ（回転電機）
１１〜１６・・・コイル（巻線）
１８・・・第１巻線組（巻線組）
１９・・・第２巻線組（巻線組）
２０・・・第１インバータ部（インバータ部）
２１〜２６・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
３０・・・第２インバータ部（インバータ部）
３１〜３６・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
４０・・・電流検出部
５０・・・コンデンサ
５１・・・マイコン（制御部）
５５・・・レゾルバ
７０・・・バッテリ
９０・・・ステアリングシステム
９１・・・ステアリングホイール（操舵部材）
９２・・・ステアリングシャフト
９４・・・トルクセンサ
９５・・・操舵角センサ
９６・・・ピニオンギア
９７・・・ラックギア
９８・・・タイヤ
１００・・・電動パワーステアリング装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置に用いられる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多相回転電機の駆動に係る電流をパルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」という。）によって制御する技術が公知である。例えば、多相回転電機が三相モータである場合、３相の巻線のそれぞれに印加される電圧に係る電圧基準信号と三角波等のキャリア波であるＰＷＭ基準信号を比較し、インバータを構成するスイッチング素子のオンおよびオフの切り替えを行うことにより、三相モータに流れる電流を制御している。
【０００３】
ところで、インバータとコンデンサとが接続されている場合、インバータ側に電流が流れていないとき、コンデンサには電源から電流が流れ込むことにより充電される。一方、インバータ側に電流が流れているとき、コンデンサはインバータ側へ電流が流れ出すことにより放電する。ＰＷＭ制御を行う場合、ＰＷＭ１周期の間にコンデンサでは充電と放電とが繰り返されるため、コンデンサ電流が脈動する。コンデンサ電流が脈動すると、ノイズが発生したり、コンデンサが発熱したりする。また、インバータの印加電圧の変動に伴うインバータ電流制御性が悪化するという問題点があった。なお、以下、コンデンサに流れる電流の脈動を、適宜「リップル電流」という。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、２組のブリッジ回路の間で予め記憶されたマップデータに基づいてスイッチング素子のスイッチングタイミングに位相差をつけることにより、合計したコンデンサ電流の波形を平滑波形に近づけることで、リップル電流を低減している。また、特許文献２では、ＰＷＭアンプにおいて、接続される軸数が２軸の場合、一方の電圧指令値をＶｃｃ／４（Ｖｃｃは電源電圧）バイアスし、他方の電圧指令値を−Ｖｃｃ／４バイアスすることにより、リップル電流を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１９７７７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０６７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１では、変調率と力率とに応じてスイッチングタイミングに位相差をつけて出力するための遅延回路が必要であった。また、短い間隔で複数の系統の電流を検出する必要があり、演算負荷が大きいという問題点があった。
また、特許文献２では、例えばインバータが２系統の場合、一方の系統では電圧指令値を電源電圧の１／４分上側にバイアスしている。電圧指令値を上側にバイアスすると、低電位側に設けられる低電位側スイッチング素子よりも高電位側に設けられる高電位側スイッチング素子がオンされている時間が長くなる。また、他方の系統では電圧指令値を電源電圧の１／４分下側にバイアスしている。電圧指令値を下側にバイアスすると、高電位側スイッチング素子よりも低電位側スイッチング素子がオンされている時間が長くなる。高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とでオンされている時間が異なると、通電量が異なることに伴い、熱損失に偏りが生じる。スイッチング素子間で熱損失に偏りが生じると、余裕をもった熱設計や非対称な放熱設計が必要となる。或いは、スイッチング素子ごとに異なる素子を用いる必要がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンデンサのリップル電流を低減しつつ、スイッチング素子間の熱損失の偏りを低減する電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置の回転電機の各相に対応する巻線から構成される２つの巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置である。電力変換装置は、インバータ部と、コンデンサと、制御部と、を備える。巻線組ごとに設けられるインバータ部は、巻線の各相に対応するスイッチング素子を有する。コンデンサは、インバータ部に接続される。制御部は、一方の巻線組に印加される電圧に係る第１の電圧指令信号および他方の巻線組に印加される電圧に係る第２の電圧指令信号に基づいてスイッチング素子のオンおよびオフを制御する。これにより、回転電機の巻線組に供給される電力が制御されることにより、回転電機の駆動が制御される。
また、制御部は、第１の電圧指令信号の中心値が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値よりも下側にシフトされ、第２の電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも上側にシフトされる第１状態と、第１の電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも上側にシフトされ、第２電圧指令信号の中心値が出力中心値よりも下側にシフトされる第２状態と、を操舵部材の操舵状態に応じて切り替える。
【０００８】
本発明では、一方の電圧指令信号を下側にシフトし、他方の電圧指令信号を上側にシフトしている。これにより、一方のインバータ部によるコンデンサの充電および放電のタイミングと、他方のインバータ部によるコンデンサの充電および放電のタイミングとをずらすことができるので、コンデンサのリップル電流を低減することができる。
また、それぞれのインバータ部の駆動に係る電圧指令信号のシフト方向を操舵部材の操舵状態に応じて切り替えているので、スイッチング素子ごとのオン時間の差を小さくすることができ、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【０００９】
特に、本発明では、電力変換装置を電動パワーステアリング装置に適用している。操舵部材は、左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものは右に戻す操作が行われる。特に、通電量が多くなる車庫入れ等の据え切り作動時においては、操舵部材が右に操舵される時間と左に操舵される時間とが略等しくなる。本発明では、このような電動パワーステアリング装置の使われ方を考慮し、操舵部材の操舵状態に応じて電圧指令信号のシフト方向を切り替えている。これにより、電圧指令信号が上側にシフトされる時間と下側にシフトされる時間との差を小さくすることができるので、スイッチング素子ごとのオン時間の差が小さくなり、熱損失の偏りを低減することができる。なお、操舵部材の操舵状態を示すパラメータとしては、操舵トルク、操舵方向、操舵部材の転舵位置、等が挙げられる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出する。また、制御部は、電流指令値に基づいて巻線組に通電された実電流値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。スイッチング素子での発熱量は、通電量に応じて変化するので、操舵トルクに基づく値である実電流値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えることにより、スイッチング素子における熱損失の偏りを適切に低減することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出する。また、制御部は、電流指令値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。また、実電流に替えて、電流指令値を用いることにより、検出ノイズ等の影響を受けることなく、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づいて駆動される回転電機の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。回転電機の回転方向は、操舵部材の操舵トルクの方向と略一致するので、回転電機の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。なお、回転電機の回転方向は、レゾルバ等の回転角センサのセンサ値に基づいて検出してもよいし、回転角センサを設けず推定回転数演算の演算結果に基づいて検出してもよい。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出する。また、制御部は、操舵角度に基づき、操舵部材が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出する。また、制御部は、操舵角度に基づき、操舵部材の転舵位置が中心から右側にある場合と左側にある場合とで、第１状態と第２状態とを切り替える。このように構成しても、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００１６】
操舵部材の操舵角度は、以下のように算出することができる。
請求項８に記載の発明では、制御部は、回転電機の回転角度を取得し、取得された回転角度に基づいて前記操舵角度を算出する。これにより、操舵角度を検出するためのセンサ等を省略することができるので、部品点数を低減することができる。
請求項９に記載の発明では、制御部は、操舵部材の操舵角度に応じた操舵角信号を検出する操舵角センサにより検出される操舵角信号に基づいて操舵角度を算出する。これにより、操舵角度を直接的に算出することができる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、制御部は、第１状態または第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合、第１状態または第２状態の他方から一方への切り替えを行わない。これにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００１８】
請求項１１に記載の発明では、第２状態から第１状態への切り替えに係る第１の閾値と、第１状態から第２状態への切り替えに係る第２の閾値とは、異なる値である。第１状態と第２状態との切り替えに係り、第１の閾値と第２の閾値とを異なる値とすることにより、所謂ヒステリシスを設けているので、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００１９】
請求項１２に記載の発明では、第１の電圧指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量は、第１の電圧指令信号の振幅に応じて可変であり、第２の電圧指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量は、第２の電圧指令信号の振幅に応じて可変である。これにより、スイッチング素子ごとのオン時間の差を小さくし、スイッチング素子ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態によるステアリングシステムの全体構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置を説明するブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電力変換装置の回路構成を説明する回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態のマイコンの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるデューティ算出部を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態によるデューティ指令信号シフト処理を説明する説明図である。
【図７】デューティ指令信号をシフトした場合のコンデンサ電流を説明する説明図である。
【図８】デューティ指令信号をシフトした場合のスイッチング素子のオン／オフ時間を説明する説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態によるシフト方向特定処理を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態によるシフト方向特定処理を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態によるシフト方向特定処理を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第４実施形態によるシフト方向特定処理を説明する説明図である。
【図１３】本発明の電流検出部の設置箇所の変形例を説明する説明図である。
【図１４】本発明の変形例における回転電機が複数ある場合を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。
なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力変換装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。電動パワーステアリング装置を図１〜図３に示す。
【００２２】
図１〜図３に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングシステム９０に用いられる。ステアリングシステム９０は、ステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラックギア９７、およびタイヤ（ホイール）９８等から構成される。ステアリングホイール９１は、運転者によって操舵される。ステアリングシャフト９２は、ステアリングホイール９１に連結され、ステアリングホイール９１の操舵に伴って回転する。ステアリングシャフト９２のステアリングホイール９１と反対側の先端には、ラックギア９７と噛み合うピニオンギア９６が設けられる。ラックギア９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ９８がそれぞれ連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６およびラックギア９７によって直線運動に変換され、ラックギア９７の直線運動変位に応じて左右のタイヤ９８が転舵される。
【００２３】
電動パワーステアリング装置１００は、電力変換装置１、モータ１０、減速機８９等を備える。
モータ１０は、減速機８９を正逆回転させるモータであって、本実施形態では三相ブラシレスモータであるが、どのようなモータを用いてもよい。減速機８９は、モータ１０の回転を減速してモータ１０の回転により生じるトルクをステアリングシャフト９２に伝達する。すなわち、モータ１０は、運転者によるステアリングホイール９１を操舵するための操舵トルクを軽減するための補助トルクを発生し、補助トルクをステアリングホイール９１に付与するものである。
【００２４】
モータ１０は、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、ロータを内部に収容するとともに、回転可能に支持している。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３に示すＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、Ｗ１コイル１３、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、および、Ｗ２コイル１６が巻回されている。Ｕ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、および、Ｗ１コイル１３は、第１巻線組１８を構成している。また、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、および、Ｗ２コイル１３は、第２巻線組１９を構成している。第１巻線組１８および第２巻線組１９が、「２つの巻線組」に対応している。
また、モータ１０には、モータ１０の回転角度θｅを検出するためのレゾルバ５５が設けられる。制御部としてのマイコン（ＣＰＵ）５１は、レゾルバ５５により検出された回転角信号を取得し、モータ１０の回転角度θｅを算出する。
【００２５】
図１および図２に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ９４および操舵角センサ９５を備える。トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２に設けられ、運転者がステアリングホイール９１を操舵することにより生じる操舵トルクに応じたトルク信号を検出し、マイコン５１に出力する。マイコン５１では、トルク信号に基づいて操舵トルクを算出する。
また、操舵角センサ９５は、ステアリングシャフト９２に設けられ、ステアリングホイール９１の操舵角度に応じた操舵角信号を検出し、マイコン５１に出力する。マイコン５１では、操舵角センサ９５により検出された操舵角信号に基づき、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓを算出する。なお、操舵角度θｓは、ステアリングホイール９１が中心にあるときを０度とし、中心から右方向に操舵された場合を正の値、中心から左方向に操舵された場合を負の値とする。
【００２６】
電力変換装置１は、第１インバータ部２０、第２インバータ部３０、電流検出部４０、コンデンサ５０、マイコン５１、電流検出回路５２、および、駆動回路５４等を備えている。本実施形態では、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０が「インバータ部」に対応している。
【００２７】
図３に示すように、第１インバータ部２０は、３相インバータであり、第１巻線組１８のＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、Ｗ１コイル１３のそれぞれへの通電を切り換えるべく、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（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）であるが、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子を用いてもよい。以下、スイッチング素子２１〜２６をＭＯＳ２１〜２６という。
【００２８】
３つのＭＯＳ２１〜２３は、ドレインがバッテリ７０の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ２１〜２３のソースが、それぞれＭＯＳ２４〜２６のドレインに接続されている。ＭＯＳ２４〜２６のソースは、バッテリ７０の負極側に接続されている。
対になっているＭＯＳ２１とＭＯＳ２４との接続点は、Ｕ１コイル１１の一端に接続している。また、対になっているＭＯＳ２２ＭＯＳ２５との接続点は、Ｖ１コイル１２の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ２３とＭＯＳ２６との接続点は、Ｗ１コイル１３の一端に接続している。
【００２９】
第２インバータ部３０は、第１インバータ部２０と同様、３相インバータであり、第２巻線組１９のＵ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、Ｗ２コイル１６のそれぞれへの通電を切り換えるべく、６つのスイッチング素子３１〜３６がブリッジ接続されている。スイッチング素子３１〜３６は、スイッチング素子２１〜２６と同様、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子を用いてもよい。以下、スイッチング素子３１〜３６を、ＭＯＳ３１〜３６という。
【００３０】
３つのＭＯＳ３１〜３３は、ドレインがバッテリ７０の正極側に接続されている。また、ＭＯＳ３１〜３３のソースが、それぞれＭＯＳ３４〜３６のドレインに接続されている。ＭＯＳ３４〜３６のソースは、バッテリ７０の負極側に接続されている。
対になっているＭＯＳ３１とＭＯＳ３４との接続点は、Ｕ２コイル１４の一端に接続している。また、対になっているＭＯＳ３２とＭＯＳ３５との接続点は、Ｖ２コイル１５の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ３３とＭＯＳ３６との接続点は、Ｗ２コイル１６の一端に接続している。
【００３１】
以下、適宜、高電位側スイッチング素子であるＭＯＳ２１〜２３およびＭＯＳ３１〜３３を「上ＭＯＳ」、低電位側スイッチング素子であるＭＯＳ２４〜２６およびＭＯＳ３４〜３６を「下ＭＯＳ」という。また、必要に応じて「Ｕ１上ＭＯＳ２１」といった具合に、対応する相およびインバータ部を併せて記載する。
【００３２】
電流検出部４０は、Ｕ１電流検出部４１、Ｖ１電流検出部４２、Ｗ１電流検出部４３、Ｕ２電流検出部４４、Ｖ２電流検出部４５、および、Ｗ２電流検出部４６から構成されている。Ｕ１電流検出部４１は、Ｕ１下ＭＯＳ２４とグランドとの間に設けられ、Ｕ１コイル１１に流れる電流を検出する。Ｖ１電流検出部４２は、Ｖ１下ＭＯＳ２５とグランドとの間に設けられ、Ｖ１コイル１２に流れる電流を検出する。Ｗ１電流検出部４３は、Ｗ１下ＭＯＳ２６とグランドとの間に設けられ、Ｗ１コイル１３に流れる電流を検出する。また、Ｕ２電流検出部４４は、Ｕ２下ＭＯＳ３４とグランドとの間に設けられ、Ｕ２コイル１４に流れる電流を検出する。Ｖ２電流検出部４５は、Ｖ２下ＭＯＳ３５とグランドとの間に設けられ、Ｖ２コイル１５に流れる電流を検出する。Ｗ２電流検出部４６は、Ｗ２下ＭＯＳ３６とグランドとの間に設けられ、Ｗ２コイル１６に流れる電流を検出する。
【００３３】
本実施形態では、電流検出部４１〜４６は、シャント抵抗により構成される。電流検出部４１〜４６によって検出された検出値（以下、「ＡＤ値」という。）は、図示しない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４１〜４６について同時に行われる。このとき同時に、レゾルバ５５により検出されるモータ１０の回転角信号も取得される。なお、図３において、電流検出部４０からの制御線は、煩雑になることを避けるため省略した。
【００３４】
コンデンサ５０は、バッテリ７０、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と接続され、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６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。
【００３５】
マイコン５１では、各種演算処理が行われる。電流検出回路５２（図２参照）では、電流検出部４０からセンサ値を取得し、電流検出値を算出する。具体的には、Ｕ１電流検出部４１のＡＤ値に基づいてＵ１コイル１１に通電される電流値である電流検出値Ｉｕ１を算出し、Ｖ１電流検出部４２のＡＤ値に基づいてＶ１コイル１２に通電される電流値である電流検出値Ｉｖ１を算出し、Ｗ１電流検出部４３のＡＤ値に基づいてＷ１コイル１３に通電される電流値である電流検出値Ｉｗ１を算出する。また、Ｕ２電流検出部４４のＡＤ値に基づいてＵ２コイル１４に通電される電流値である電流検出値Ｉｕ２を算出し、Ｖ２電流検出部４５のＡＤ値に基づいてＶ２コイル１５に通電される電流値である電流検出値Ｉｖ２を算出し、Ｗ２電流検出部４６のＡＤ値に基づいてＷ２コイル１６に通電される電流値である電流検出値Ｉｗ２を算出する。
【００３６】
マイコン５１では、電流検出回路５２により算出される電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、およびＩｗ２、レゾルバ５５により検出された回転角信号に基づいて算出されるモータ１０の回転角度θｅ等に基づいてフィードバック演算を行い、モータ１０の駆動に係る電流指令値を算出する。そして、算出された電流指令値に基づき、駆動回路５４を介して第１インバータ部２０のＭＯＳ２１〜２６および第２インバータ部３０のＭＯＳ３１〜３６のオンおよびオフの切り替えを制御する。これにより、コイル１１〜１６への通電が制御されることにより、モータ１０の駆動が制御される。
【００３７】
マイコン５１の機能ブロック図を図４および図５に示す。図４に示すように、マイコン５１は、三相二相変換部６２、制御器６３、二相三相変換部６４、デューティ算出部６５、三角波比較部６６、および、シフト方向特定部６７等を有している。
【００３８】
図４および図５に基づき、マイコン５１における制御処理を説明する。
三相二相変換部６２は、電流検出回路５２にて算出された電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ１０の回転角度θｅを読み込み、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。
【００３９】
制御器６３では、操舵トルクに基づいて算出される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制御演算を行い、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*および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、モータ１０の回転角度θｅに基づき、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を算出する。
【００４０】
デューティ算出部６５では、図５に示すように、振幅算出部６５１にて、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*の振幅が算出される。シフト量算出部６５２では、振幅算出部６５１にて算出された三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*の振幅に基づいて、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*のシフト量が算出される。そして、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*、シフト量算出部６５２にて算出されたシフト量、シフト方向特定部６７にてセットされる切替フラグ、および、コンデンサ電圧Ｖｃに基づき、第１インバータ部２０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ相デューティＤｖ１、Ｗ相デューティＤｗ１、および、第２インバータ部３０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ相デューティＤｖ２、Ｗ相デューティＤｗ２を算出し、各相デューティＤｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１、Ｄｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２をレジスタに書き込む。なお、各相デューティＤｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１、Ｄｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２の算出については、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*をデューティに変換した後にシフト量の算出を行ってもよい。
シフト方向特定部６７におけるシフト方向特定処理については後述する。
【００４１】
そして三角波比較部６６では、算出された第１インバータ部２０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ相デューティＤｖ１、Ｗ相デューティＤｗ１と、ＰＷＭ基準信号Ｐとを比較することにより、ＭＯＳ２１〜２６のオン／オフ信号を算出する。
詳細には、Ｕ相デューティＤｕ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｕ相デューティＤｕ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｕ１上ＭＯＳ２１がオンされ、Ｕ１下ＭＯＳ２４がオフされる。Ｕ相デューティＤｕ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｕ１上ＭＯＳ２１がオフされ、Ｕ１下ＭＯＳ２４がオンされる。また、Ｖ相デューティＤｖ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｖ相デューティＤｖ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｖ１上ＭＯＳ２２がオンされ、Ｖ１下ＭＯＳ２５がオフされる。Ｕ相デューティＤｖ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｖ１上ＭＯＳ２２がオフされ、Ｖ１下ＭＯＳ２５がオンされる。さらにまた、Ｗ相デューティＤｗ１とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｗ相デューティＤｗ１がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｗ１上ＭＯＳ２３がオンされ、Ｗ１下ＭＯＳ２６がオフされる。Ｗ相デューティＤｗ１がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｗ１上ＭＯＳ２３がオフされ、Ｗ１下ＭＯＳ２６がオンされる。
【００４２】
また、算出された第２インバータ部３０の駆動に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ相デューティＤｖ２、Ｗ相デューティＤｗ２と、ＰＷＭ基準信号Ｐとを比較することにより、ＭＯＳ３１〜３６のオン／オフ信号を算出する。
詳細には、Ｕ相デューティＤｕ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｕ相デューティＤｕ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｕ２上ＭＯＳ３１がオンされ、Ｕ２下ＭＯＳ３４がオフされる。Ｕ相デューティＤｕ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｕ２上ＭＯＳ３１がオフされ、Ｕ２下ＭＯＳ３４がオンされる。また、Ｖ相デューティＤｖ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｖ相デューティＤｖ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｖ２上ＭＯＳ３２がオンされ、Ｖ２下ＭＯＳ３５がオフされる。Ｖ相デューティＤｖ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｖ２上ＭＯＳ３２がオフされ、Ｖ２下ＭＯＳ３５がオンされる。さらにまた、Ｗ相デューティＤｗ２とＰＷＭ基準信号Ｐとを比較し、Ｗ相デューティＤｗ２がＰＷＭ基準信号Ｐ以上のとき、Ｗ２上ＭＯＳ３３がオンされ、Ｗ２下ＭＯＳ３６がオフされる。Ｗ相デューティＤｗ２がＰＷＭ基準信号Ｐ未満のとき、Ｗ２上ＭＯＳ３３がオフされ、Ｗ２下ＭＯＳ３６がオンされる。
【００４３】
なお、本実施形態では、三角波比較部６６の処理はマイコン５１内の電気回路で処理されている。この処理は、ソフトウェアによる処理であっても、ハードウェアによる処理であってもどちらでもよい。
【００４４】
第１インバータ部２０の駆動に係る第１の電圧指令信号としての第１デューティ指令信号Ｄ１は、Ｕ１コイル１１に印加される電圧に係るＵ相デューティＤｕ１、Ｖ１コイル１２に印加される電圧に係るＶ相デューティＤｖ１、およびＷ１コイル１３に印加される電圧に係るＷ相デューティＤｗ１の３つの正弦波信号から構成される。第２インバータ部３０の駆動に係る第２の電圧指令信号としての第２デューティ指令信号Ｄ２は、Ｕ２コイル１４に印加される電圧に係るＵ相デューティＤｕ２、Ｖ１コイル１５に印加される電圧に係るＶ相デューティＤｖ２、およびＷ２コイル１６に印加される電圧に係るＷ相デューティＤｗ２の３つの正弦波信号から構成される（図６参照）。
【００４５】
本実施形態では、第１デューティ指令信号Ｄ１の中心値Ｄｃ１（以下、適宜「第１デューティ中心値Ｄｃ１」という。）および第２デューティ指令信号Ｄ２の中心値Ｄｃ２（以下、適宜「第２デューティ中心値Ｄｃ２」という。）の一方を出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトし、他方を出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトすることにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減している。また、本実施形態では、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅に応じて、出力中心値Ｒｃからのシフト量を可変としている。
【００４６】
ここで、第１デューティ中心値Ｄｃ１を出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトし、第２デューティ中心値Ｄｃ２を出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトする場合を図６に基づいて説明する。
本実施形態では、出力可能なデューティ範囲は、電源電圧の０％〜１００％であり、出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃは、５０％である。なお、本実施形態では、バッテリ７０の電圧は１２Ｖであり、出力可能なデューティ範囲を電圧に換算すると、０Ｖ〜１２Ｖまで出力可能であり、出力中心値Ｒｃは６Ｖに対応している。また、ＰＷＭ基準信号Ｐの周波数は２０ｋＨｚである。なお、第１インバータ部２０の駆動に係るＰＷＭ基準信号Ｐと第２インバータ部３０の駆動に係るＰＷＭ基準信号Ｐは、同一のまたは位相の等しい三角波信号を用いる。また、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅と第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅とは等しい。なお、ここでは第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２は、いずれも正弦波信号（すなわちＡｓｉｎδ＋Ｂで表される。）であるので、振幅は各指令信号の最大値から最小値を減じた値を２で除した値（すなわちＡ）が振幅である。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下である場合、すなわち第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトしたときの第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎ以上である場合、第１デューティ指令信号Ｄ１は、最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように、第１デューティ中心値Ｄｃ１を出力中心値Ｒｃから下側にシフトする。
【００４８】
一方、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下である場合、すなわち第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトしたときの第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘ以下である場合、第２デューティ指令信号Ｄ２は、最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように、第２デューティ中心値Ｄｃ２を出力中心値Ｒｃから上側にシフトする。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％である場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトすると、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１は、出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎと一致する。このとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、出力中心値Ｒｃを基準として、出力可能なデューティ範囲の２５％分下側にシフトしている。すなわち、このときの第１デューティ中心値Ｄｃ１は、Ｒｃ−２５＝２５％である。
【００５０】
また、第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトすると、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２は、出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘと一致する。このとき、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、出力中心値Ｒｃを基準として、出力可能なデューティ範囲の２５％分上側にシフトしている。このとき、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、Ｒｃ＋２５＝７５％である。
【００５１】
図６（ｃ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１を下側にシフトすると、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎより小さくなる。第１デューティ指令信号Ｄ１が出力可能なデューティ範囲を超えると、出力電圧に歪みが発生する。そこで、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、すなわち第１デューティ指令信号Ｄ１の最大値Ｄｍａｘ１が出力中心値Ｒｃとなるように第１デューティ中心値Ｄｃ１をシフトしたときの第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎより小さくなる場合、第１デューティ指令信号Ｄ１の最小値Ｄｍｉｎ１が出力可能なデューティ範囲の下限値Ｒｍｉｎと一致するように、第１デューティ中心値Ｄｃ１をシフトする。
【００５２】
また、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２を上側にシフトすると、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２は、出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘより大きくなる。デューティ指令信号Ｄ２が出力可能なデューティ範囲を超えると、出力電圧に歪みが発生する。そこで、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、すなわち第２デューティ指令信号Ｄ２の最小値Ｄｍｉｎ２が出力中心値Ｒｃとなるように第２デューティ中心値Ｄｃ２をシフトしたときの第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘより大きくなる場合、第２デューティ指令信号Ｄ２の最大値Ｄｍａｘ２が出力可能なデューティ範囲の上限値Ｒｍａｘと一致するように、第２デューティ中心値Ｄｃ２をシフトする。
【００５３】
第１デューティ指令信号Ｄ１では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下の場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、振幅が大きくなるに従って出力中心値Ｒｃから下方向に離れるようにシフトされる。また第１デューティ指令信号Ｄ１では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１は、振幅が大きくなるに従って、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％のときの第１デューティ中心値Ｄｃ１から出力中心値Ｒｃに近づく方向にシフトされる。
【００５４】
第２デューティ指令信号Ｄ２では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下の場合、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、振幅が大きくなるに従って出力中心値Ｒｃから上方向に離れるようにシフトされる。また第２デューティ指令信号Ｄ２では、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％より大きい場合、第２デューティ中心値Ｄｃ２は、振幅が大きくなるに従って、振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％のときの第２デューティ中心値Ｄｃ２から出力中心値Ｒｃに近づく方向にシフトされる。
【００５５】
すなわち本実施形態では、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅に応じて、第１デューティ中心値Ｄｃ１のシフト量（図１０中に記号「Ｍ１」で示した。）および第２デューティ中心値Ｄｃ２のシフト量（図１０中に記号「Ｍ２」で示した。）を可変にしている。このような構成は、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅が出力可能なデューティ範囲の２５％以下のときに特に有効である。
【００５６】
ここで、第１デューティ指令信号Ｄ１を出力中心値Ｒｃから下側にシフトし、第２デューティ指令信号Ｄ２を出力中心値Ｒｃから上側にシフトした場合のコンデンサ電流を図７に基づいて説明する。なお、図７（ａ）は第１インバータ部２０とコンデンサ５０との関係を示し、図７（ｂ）は第２インバータ部３０とコンデンサ５０との関係を示している。また、図７中においては、出力中心値Ｒｃの記載は省略した。
【００５７】
図７（ａ）に示すように、ＰＷＭ基準信号Ｐが全ての相の第１デューティ指令信号Ｄ１を上回っている期間または下回っている期間において、コンデンサ５０は充電される。一方、ＰＷＭ基準信号Ｐが第１デューティ指令信号Ｄ１の間に位置する期間において、コンデンサ５０は放電する。
また、第１デューティ指令信号Ｄ１を下側にシフトした場合、ＰＷＭ基準信号Ｐの山側におけるコンデンサ５０の充電期間が比較的長く、コンデンサ５０の放電期間はＰＷＭ１周期の谷側に寄っている。
【００５８】
図７（ｂ）に示すように、ＰＷＭ基準信号Ｐが全ての相の第２デューティ指令信号Ｄ２を上回っている期間または下回っている期間において、コンデンサ５０は充電される。一方、ＰＷＭ基準信号Ｐが第２デューティ指令信号Ｄ２の間に位置する期間において、コンデンサ５０は放電する。
また、第２デューティ指令信号Ｄ２を上側にシフトした場合、ＰＷＭ基準信号Ｐの山側におけるコンデンサ５０の充電期間が比較的短く、コンデンサ５０の放電期間が比較的中央に寄っている。また、ＰＷＭ基準信号の谷側における充電期間が比較的長い。
【００５９】
すなわち、デューティ指令信号を下側にシフトした場合と上側にシフトした場合とでは、有効電圧ベクトルおよびゼロ電圧ベクトルの発生タイミングが異なっているため、コンデンサ５０が充電される期間と放電する期間とにずれが生じる。そのため、ＰＷＭ基準信号Ｐに位相差がない場合、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下側にシフトし、他方を上側にシフトすることにより、コンデンサ５０の充電タイミングと放電タイミングとにずれが生じるので、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。なお、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の振幅が小さいとき、第１デューティ指令信号Ｄ１と第２デューティ指令信号Ｄ２とが重ならないようにシフトすれば、コンデンサ５０は、一方のインバータ部により放電されているとき、他方のインバータ部により充電される。
なお、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２を上側または下側にシフトしたとしても、線間電圧が変わらなければ、巻線組１８、１９に印加される電圧は変わらない。
【００６０】
ところで、第１デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の中心値を出力中心値Ｒｃから上側または下側にシフトした場合、上ＭＯＳがオンされる時間と下ＭＯＳがオンされる時間とが異なる。
図８（ａ）に示すように、第１デューティ指令信号Ｄ１を下側にシフトすると、例えばＷ１下ＭＯＳ２６は、Ｗ１上ＭＯＳ２３と比較して、オンされている時間が長くなる。Ｕ１下ＭＯＳ２４とＵ１上ＭＯＳ２１、Ｖ１下ＭＯＳ２５とＶ１上ＭＯＳ２２についても同様である。
一方、図８（ｂ）に示すように、第２デューティ指令信号Ｄ２を上側にシフトすると、例えばＵ２上ＭＯＳ３１は、Ｕ２下ＭＯＳ３４と比較してオンされている時間が長くなる。Ｖ２上ＭＯＳ３２とＶ２下ＭＯＳ３５、Ｗ２上ＭＯＳ３３とＷ２下ＭＯＳ３６についても同様である。
【００６１】
出力可能なデューティ範囲の中心からのデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト量が大きくなるにしたがって、上ＭＯＳがオンされている時間と下ＭＯＳがオンされている時間との差は大きくなる。対になる上ＭＯＳと下ＭＯＳとでオンされている時間が異なると、電流積算値が変わるため、上ＭＯＳと下ＭＯＳとで熱損失に偏りが生じる。
そこで、上ＭＯＳと下ＭＯＳとの電流積算値が同じになるように、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向を適宜入れ替えることが好ましい。
【００６２】
本実施形態では、電力変換装置１を電動パワーステアリング装置１００に適用している。ステアリングホイール９１は左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものは右に戻す操作が行われる。なお、車両直進中には、巻線組１８、１９への通電はほとんど行われないが、車庫入れ等の据え切り作動時においては通電量が多くなる。また、据え切り作動時においては、ステアリングホイール９１を右に操舵する時間と左に操舵する時間とが略等しくなる。
そこで本実施形態では、通電量が多くなる据え切り作動時においてステアリングホイール９１を右に操舵する時間と左に操舵する時間とが略同じになる特性を利用し、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じて第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向を切り替え、上ＭＯＳと下ＭＯＳとの通電量を略同じにすることによりＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとの熱損失の偏りを低減している。
【００６３】
本実施形態によるシフト方向特定処理を図９に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、図９に示すシフト方向特定処理は、図４および図５中のシフト方向特定部６７にて実行される処理である。
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、デフォルトとして切替フラグ＝１をセットする。切替フラグ＝１であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態であるものとする。なお、切替フラグ＝０であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態であるものとする。
また、切替カウンタをリセットする。なお、切替カウンタは、ｑ軸電流Ｉｑの正負が入れ替わってからの時間を計時するためのものである。本実施形態ではカウンタを用いているが、タイマ等によって計時してもよい。
【００６４】
Ｓ１０２では、Ｕ１コイル１１の電流検出値Ｉｕ１、Ｖ１コイル１２の電流検出値Ｉｖ１、およびＷ１コイル１３の電流検出値Ｉｗ１を読み込む。また、Ｕ２コイル１４の電流検出値Ｉｕ２、Ｖ２コイル１５の電流検出値Ｉｖ２、およびＷ２コイル１６の電流検出値Ｉｗ２を読み込む。さらにまた、モータ１０の回転角度θｅを読み込む。
【００６５】
Ｓ１０３では、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づき、実電流値としてのｑ軸電流Ｉｑを算出する。ｑ軸電流Ｉｑは、以下の式（１）にて算出される。
Ｉｕ＝Ｉｕ１＋Ｉｕ２
Ｉｖ＝Ｉｖ１＋Ｉｖ２
Ｉｗ＝Ｉｗ１＋Ｉｗ２
【数１】
【００６６】
Ｓ１０４では、ｑ軸電流Ｉｑが０以上か否かを判断する。ｑ軸電流Ｉｑが０未満であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負である場合、Ｓ１０９へ移行する。ｑ軸電流Ｉｑが０以上であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流が正である場合、Ｓ１０５へ移行する。
【００６７】
Ｓ１０５では、切替フラグ＝１か否かを判断する。切替フラグ＝１であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。切替フラグ＝１でないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、すなわち切替フラグ＝０である場合、Ｓ１０６へ移行する。
Ｓ１０６では、切替カウンタをインクリメントする。
【００６８】
Ｓ１０７では、切替カウンタのカウント値が所定値以上か否かを判断する。本実施形態では、所定値は１０とする。ここでの判断処理は、ｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過したか否かを判断している。切替カウンタのカウント値が所定値未満であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過していない場合、Ｓ１０２へ戻る。切替カウンタのカウント値が所定値以上であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過した場合、Ｓ１０８へ移行する。
【００６９】
Ｓ１０８では、切替フラグ＝１とする。また、切替カウンタをリセットし、Ｓ１０２へ戻る。なお、ｑ軸電流Ｉｑが正、かつ、切替フラグ＝１（Ｓ１０４：ＹＥＳ、かつ、Ｓ１０５：ＹＥＳ）の後に移行した場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態が継続される。また、ｑ軸電流が正、切替フラグ＝０、かつ、切替カウンタのカウント値が所定値以上（Ｓ１０４：ＹＥＳ、Ｓ１０５：ＮＯ、かつ、Ｓ１０７：ＹＥＳ）の後に移行した場合、ｑ軸電流Ｉｑが負から正となってから所定時間が経過しているので、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝１とする。
【００７０】
ｑ軸電流Ｉｑが０未満であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）に移行するＳ１０９では、切替フラグ＝０か否かを判断する。切替フラグ＝０であると判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行する。切替フラグ＝０でないと判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、すなわち切替フラグ＝１である場合、Ｓ１１０へ移行する。
Ｓ１１０では、切替カウンタをインクリメントする。
【００７１】
Ｓ１１１では、切替カウンタのカウント値が所定値以上か否かを判断する。本実施形態では、所定値は１０とする。ここでの判断処理は、ｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過したか否かを判断している。切替カウンタのカウント値が所定値未満であると判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過していない場合、Ｓ１０２へ戻る。切替カウンタのカウント値が所定値以上であると判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、すなわちｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過した場合、Ｓ１１２へ移行する。
【００７２】
Ｓ１１２では、切替フラグ＝０とする。また、切替カウンタをリセットし、Ｓ１０２へ戻る。なお、ｑ軸電流Ｉｑが負、かつ、切替フラグ＝０（Ｓ１０４：ＮＯ、かつ、Ｓ１０９：ＹＥＳ）の後に以降した場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態が継続される。また、ｑ軸電流が負、切替フラグ＝１、かつ、切替カウンタのカウント値が所定値以上（Ｓ１０４：ＮＯ、Ｓ１０９：ＮＯ、Ｓ１１１：ＹＥＳ）の後に以降した場合、ｑ軸電流Ｉｑが正から負となってから所定時間が経過しているので、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝０とする。
【００７３】
すなわち、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第１状態、ｑ軸電流Ｉｑが負のとき第２状態としている。なお、ｑ軸電流Ｉｑは、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づいて算出されているため、各センサの検出ノイズ等の影響を受ける。本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが０付近であるときに検出ノイズ等の影響を受けてｑ軸電流Ｉｑの正負が頻繁に入れ替わることにより、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２のシフト方向の切り替えが頻繁に起こるのを避けるため、ｑ軸電流Ｉｑが正から負、または、負から正に切り替わってから所定時間経過後に、シフト方向を切り替えている。これにより、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【００７４】
ここで、車庫入れ動作を模擬し、ハンドルエンド位置である右端または左端に当てた状態、すなわち巻線組１８、１９に最大電流が通電された状態でモータ１０の回転を停止させた状態と、ステアリングホイール９１を右端から左端へ操舵する据え切り作動とを繰り返す試験（以下、「発熱試験」という。）について述べる。約１５０秒の発熱試験では、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下方向にシフトし、他方を上方向にシフトした状態を継続した場合、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の最高温度と最低温度との差が２０〜３０℃程度であった。一方、本実施形態のように、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行った場合、上ＭＯＳ２１〜２３、３１〜３３と、下ＭＯＳ２４〜２６、３４〜３６との温度差がほとんどなかった。また、本実施形態のように、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行った場合、第１デューティ指令信号Ｄ１および第２デューティ指令信号Ｄ２の一方を下方向にシフトし、他方を上方向にシフトした状態を継続した場合と比較して、最も温度の高かったＭＯＳの温度が約１０℃低くなった。
【００７５】
これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の発熱を放熱するための放熱部材（例えばヒートシンク等）を小型化することができ、装置全体を軽量化することができる。また、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６での発熱量は、抵抗値に比例する。また、抵抗値はチップ面積に反比例する。本実施形態のように第１状態と第２状態との切り替えを行い、第１状態と第２状態との切り替えを行わない場合と同等の温度上昇を許容するとすれば、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６のチップ面積を小さくすることが可能であり、コストを低減することができる。
【００７６】
以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置１は、ステアリングホイール９１に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置１００のモータ１０の各相に対応するコイル１１〜１３から構成される第１巻線組１８およびコイル１４〜１６から構成される第２巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置である。電力変換装置１は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０と、コンデンサ５０と、マイコン５１と、を備える。第１巻線組１８に対応して設けられる第１インバータ部２０は、コイル１１〜１３の各相に対応するＭＯＳ２１〜２６を有する。また、第２巻線組１９に対応して設けられる第２インバータ部３０は、コイル１４〜１６の各相に対応するＭＯＳ３１〜３６を有する。コンデンサ５０は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０に接続される。マイコン５１は、第１巻線組１８に印加される電圧に係る第１デューティ指令信号Ｄ１および第２巻線組１９に印加される電圧に係る第２デューティ指令信号Ｄ２に基づいてＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６のオンおよびオフを制御する。これにより、モータ１０の巻線組１８、１９に供給される電力が制御されることにより、モータ１０の駆動が制御される。
【００７７】
また、マイコン５１は、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態と、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態と、をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替える。
【００７８】
本実施形態では、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２の一方を出力中心値Ｒｃの下側にシフトし、他方を出力中心値Ｒｃの上側にシフトしている。これにより、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０の一方によるコンデンサ５０の充電および放電のタイミングと、他方によるコンデンサ５０の充電および放電のタイミングとをずらすことができるので、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。
また、それぞれのインバータ部２０、３０の駆動に係るデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向をステアリングホイール９１の操舵状態に応じて切り替えているので、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとのオン時間の差を小さくすることでき、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとの熱損失の偏りを低減することができる。
【００７９】
特に、本実施形態では、電力変換装置１を、電動パワーステアリング装置１００に適用している。ステアリングホイール９１は、左右に操舵されるが、車両の走行を考えれば、必ず直進状態が存在する。すなわち、右に操舵されたものは左に戻す操作が行われ、左に操舵されたものを右に戻す操作が行われる。特に、通電量が多くなる車庫入れ等の据え切り作動時においては、ステアリングホイール９１が右方向に操舵される時間と左方向に操舵される時間とが略等しくなる。本実施形態では、このような電動パワーステアリング装置１００の使われ方を考慮し、ステアリングホイール９１の操舵状態に応じてデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向を切り替えている。これにより、デューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２が上側にシフトされる時間と下側にシフトされる時間との差を小さくすることができるので、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６におけるオン時間の差が小さくなり、熱損失の偏りを低減することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵トルクに基づき、巻線組１８、１９に通電される電流に係る電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を算出する。また、マイコン５１では、電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*に基づいて巻線組１８、１９に通電された実電流値であるｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替える。すなわち、第１状態と第２状態とは、操舵トルクに基づく値であるｑ軸電流に基づいて切り替えられている、といえる。ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６での発熱量は、通電量に応じて変化するので、操舵トルクに基づく値であるｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替えることにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを適切に低減することができる。また、本実施形態では、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６に実際に通電された電流積算値を算出することなく、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における発熱を略均等にすることができるので、演算負荷を低減することができる。また、高価なマイコン等を用いる必要がないので、コストを低減することができる。
【００８１】
また、マイコン５１では、第１状態または第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（図９中のＳ１０７：ＮＯ、または、Ｓ１１１：ＮＯ）、第１状態または第２状態の他方から一方への切り替えを行わない。すなわち、第１状態から第２状態への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、第２状態から第１状態への切り替えを行わない。また、第２状態から第１状態への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、第１状態から第２状態への切り替えを行わない。すなわち、本実施形態では、第１状態および第２実施形態の一方から他方への切り替えに係る時間的な不感帯を有している、といえる。これにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【００８２】
さらにまた、本実施形態では、第１デューティ中心値Ｄｃ１の出力中心値Ｒｃからのシフト量Ｍ１は、第１デューティ指令信号Ｄ１の振幅に応じて可変であり、第２デューティ中心値Ｄｃ２の出力中心値Ｒｃからのシフト量Ｍ２は、第２デューティ指令信号Ｄ２の振幅に応じて可変である。これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６ごとのオン時間の差を小さくし、適切に熱損失の偏りを低減することができる。
なお、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第１状態、負のとき第２状態としたが、ｑ軸電流Ｉｑが正のとき第２状態、負のとき第１状態としてもよい。
【００８３】
（第２実施形態）
第２実施形態による電力変換装置は、シフト方向特定処理が第１実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。
本実施形態によるシフト方向特定処理を図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ２０１では、デフォルトとして切替フラグ＝１をセットする。第１実施形態と同様、切替フラグ＝１であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態であり、切替フラグ＝０であるとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態であるものとする。
【００８４】
Ｓ２０２では、図９中のＳ１０２と同様、Ｕ１コイル１１の電流検出値Ｉｕ１、Ｖ１コイル１２の電流検出値Ｉｖ１、およびＷ１コイル１３の電流検出値Ｉｗ１を読み込む。また、Ｕ２コイル１４の電流検出値Ｉｕ２、Ｖ２コイル１５の電流検出値Ｉｖ２、およびＷ２コイル１６の電流検出値Ｉｗ２を読み込む。さらにまた、モータ１０の回転角度θｅを読み込む。
【００８５】
Ｓ２０３では、図９中のＳ１０３と同様、電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、および、モータ回転角度θｅに基づき、実電流値としてのｑ軸電流Ｉｑを算出する。ｑ軸電流Ｉｑは、上記の式（１）にて算出される。
【００８６】
Ｓ２０４では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上か否かを判断する。本実施形態では、第１の閾値は１［Ａ］とする。ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満であると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、Ｓ２０６へ移行する。ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上であると判断された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。
【００８７】
Ｓ２０５では、切替フラグ＝１とし、Ｓ２０２へ戻る。すなわち、切替フラグ＝１が既にセットされている場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態を継続する。また、切替フラグ＝０であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝１とする。
【００８８】
ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満であると判断された場合（Ｓ２０４：ＮＯ）に移行するＳ２０６では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値未満である第２の閾値以下か否かを判断する。本実施形態では、第２の閾値は−１［Ａ］とする。ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値より大きいと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０２へ戻る。ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値以下であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行する。
【００８９】
Ｓ２０７では、切替フラグ＝０とし、Ｓ２０２へ戻る。すなわち、切替フラグ＝０であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態が継続される。また、切替フラグ＝１であった場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態から、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態へ切り替えるべく、切替フラグ＝０とする。
【００９０】
本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値である１Ａ以上のとき第１状態、ｑ軸電流Ｉｑが第２の閾値である−１Ａ以下のとき第２状態としている。また、ｑ軸電流Ｉｑが−１Ａより大きく１Ａ未満である場合、直前の第１状態または第２状態を継続し、第１状態および第２状態の一方から他方への切り替えを行わない。これにより、各センサの検出ノイズ等の影響を受けてｑ軸電流Ｉｑがばたついたとしても、第１の閾値と第２の閾値とを異なる値として所謂ヒステリシスを設けることにより、実質的に不感帯を有しているのと同じ効果が得られ、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。これにより、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上のとき第１状態、第２の閾値以下のとき第２状態としたが、ｑ軸電流Ｉｑが第１の閾値以上のとき第２状態、第２の閾値以下のとき第１状態としてもよい。
【００９１】
（第３実施形態）
第３実施形態による電力変換装置では、シフト方向特定処理が上記実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。本実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに替えて、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されているとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態とし、ステアリングホイール９１が左方向に操舵されているとき、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態とする。
【００９２】
ステアリングホイール９１の操舵方向に基づくデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向の切り替えについて、図１１に基づいて説明する。なお、図１１（ｃ）中においては、第１状態を「＋１」、第２状態を「−１」として示した。
ここでは、運転者によりステアリングホイール９１が操舵され、操舵角度θｓが図１１（ａ）の如く推移したものとする。
【００９３】
期間Ａ１、Ａ２、Ａ３において、図１１（ａ）に示すように、操舵角度θｓが増加しているとき、図１１（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１は、運転者により右方向に操舵されることにより、右方向に回転している。このとき、図１１（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態としている。
【００９４】
一方、期間Ｂ１、Ｂ２において、図１１（ａ）に示すように、操舵角度θｓが減少しているとき、図１１（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１は、運転者により左方向に操舵されることにより、左方向に回転している。このとき、図１１（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態としている。
【００９５】
本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵角度θｓを算出している。また、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えている。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを適切に低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されているときに第１状態とし、左方向に操舵されているときに第２状態としたが、左方向に操舵されているときに第２状態とし、右方向に操舵されているときに第１状態としてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、マイコン５１では、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに応じた操舵角信号を取得する操舵角センサ９５により検出される操舵角信号に基づいて操舵角度θｓを算出している。これにより、操舵角度θｓを直接的に算出することができる。
【００９７】
（第４実施形態）
第４実施形態による電力変換装置では、シフト方向特定処理が上記実施形態と異なっているので、シフト方向特定処理を中心に説明し、他の構成等については説明を省略する。
本実施形態では、ステアリングホイール９１の操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側である場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態とし、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より左側である場合、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ指令信号Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態とする。
【００９８】
ステアリングホイール９１の転舵位置に基づくデューティ指令信号Ｄ１、Ｄ２のシフト方向の切り替えについて、図１２に基づいて説明する。なお、図１２（ｃ）中においては、第１状態を「＋１」、第２状態を「−１」として示した。
ここでは、運転者によりステアリングホイール９１が操舵され、操舵角度θｓが図１２（ａ）の如く推移したものとする。
【００９９】
期間Ａ１１において、図１２（ａ）に示すように、操舵角度θｓが０以上であるとき、図１２（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１の転舵位置は中心より右側である。このとき、図１２（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされ、第２デューティ中心値Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされる第１状態としている。
【０１００】
一方、期間Ｂ１１において、図１２（ａ）に示すように、操舵角度θｓが０未満であるとき、図１２（ｂ）に示すように、ステアリングホイール９１の転舵位置は中心より左側である。このとき、図１２（ｃ）に示すように、第１デューティ中心値Ｄｃ１が出力中心値Ｒｃよりも上側にシフトされ、第２デューティ指令信号Ｄｃ２が出力中心値Ｒｃよりも下側にシフトされる第２状態としている。
【０１０１】
本実施形態では、マイコン５１は、ステアリングホイール９１の操舵状態である操舵角度θｓを算出する。また、マイコン５１では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心から右側にある場合と左側にある状態とで第１状態と第２状態とを切り替える。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６における熱損失の偏りを低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、本実施形態では、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側であるときに第１状態とし、左側であるときに第２状態としたが、右側であるときに第２状態とし、左側であるときに第１状態としてもよい。
【０１０２】
（他の実施形態）
（ア）電流指令値に基づくシフト方向の切り替え
上記第１実施形態および第２実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに基づいて第１状態と第２状態とを切り替えたが、他の実施形態では、ｑ軸電流Ｉｑに替えて、巻線組１８、１９に通電される電流に係る電流指令値、例えばｑ軸電流指令値Ｉｑ*に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えてもよい。このようにしても上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。また、電流指令値は、一般的に操舵トルク０Ｎｍ付近に対してアシスト電流の不感帯を有しているので、各センサの検出ノイズ等の影響を受けることなく、安定して第１状態と第２状態との切り替えを行うことができる。
【０１０３】
（イ）操舵トルクの方向に基づくシフト方向の切り替え
また、他の実施形態では、操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えるようにしてもよい。例えば、右方向の操舵トルクが検出された場合に第１状態とし、左方向の操舵トルクが検出された場合に第２状態とする。また、右方向の操舵トルクが検出された場合に第２状態とし、左方向の操舵トルクが検出された場合に第１状態としてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。
【０１０４】
（ウ）回転電機の回転方向に基づくシフト方向の切り替え
また、他の実施形態では、操舵トルクに基づいて駆動されるモータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替えてもよい。モータ１０の回転方向は、操舵トルクの方向と略一致するので、モータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態との切り替えを行っても、上記実施形態と同様、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６の熱損失の偏りを適切に低減することができる。
なお、モータ１０の回転方向は、上記実施形態のようにレゾルバ５５のセンサ値により検出することができる。レゾルバ以外の回転角センサを用いてもよい。また、回転角センサを設けず、所謂センサレスの構成とし、マイコン５１における推定回転数演算により検出してもよい。
【０１０５】
なお、モータ１０の回転方向は、操舵トルクの方向と一致しない場合がある。例えば走行中の左折時に左方向にステアリングホイール９１を切って旋回し、左折が終了してステアリングホイール９１を中央に戻す場合、車両の旋回軌道を調整するべく、運転者がステアリングホイール９１をゆっくり戻すことがあり、このような場合にはモータ１０の回転方向と操舵トルクの方向とが一致しない。ただし、このような動作は、時間的に数秒程度と短いこと、走行中の上記のような動作時のアシスト電流は、停止時のアシスト電流の約１／３と小さいことから、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜２６の発熱量に及ぼす影響は僅かであるので、問題視する必要がない。
【０１０６】
（エ）シフト方向特定処理
上記第３実施形態では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１が右方向に操舵されている場合と左方向に操舵されている場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えていた。他の実施形態では、第１実施形態のように、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよい。また例えば操舵方向を操舵角速度に基づいて判断するように構成し、第２実施形態のように、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
【０１０７】
また、上記第４実施形態では、操舵角度θｓに基づき、ステアリングホイール９１の転舵位置が中心より右側である場合と左側である場合とで、第１状態と第２状態とを切り替えていた。他の実施形態では、第１実施形態のように、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよい。また、第２実施形態のように、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
【０１０８】
さらにまた、電流指令値に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合、操舵トルクに基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合、または、モータ１０の回転方向に基づいて第１状態と第２状態とを切り替える場合についても同様に、所定時間が経過したと判断された後に第１状態と第２状態との切り替えを行うようにしてもよいし、第１状態と第２状態との切り替えに係る第１の閾値と第２の閾値とを異なる値としてヒステリシスを設けるようにしてもよい。
このように構成することにより、第１状態と第２状態との切り替えが頻繁に行われるのを避けることができる。
【０１０９】
なお、図９中のＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を省略し、Ｓ１０４にて肯定判断された場合、Ｓ１０８へ移行するようにしてもよい。また、Ｓ１０９〜Ｓ１１１の処理を省略し、Ｓ１０４にて否定判断された場合、Ｓ１１２へ移行するようにしてもよい。
また、図１０中のＳ２０６の処理を省略し、Ｓ２０４にて否定判断された場合、Ｓ２０７へ移行するようにしてもよい。
さらにまた、上記実施形態では、デューティ指令信号の振幅に応じてシフト量を可変としたが、他の実施形態では、デューティ指令信号の中心値の出力中心値からのシフト量を可変とせず、所定量（例えば出力可能なデューティ範囲の２５％）としてもよい。
【０１１０】
（オ）回転角センサ
上記実施形態では、回転角センサとしてレゾルバを用いていたが、他の実施形態ではレゾルバ以外の回転角センサとしてもよい。また、回転角センサを設けず、所謂センサレスの構成とし、マイコン５１にて推定回転数演算を行ってもよい。
（カ）操舵角センサ
上記実施形態では、操舵角センサのセンサ値に基づいて操舵角度θｓを算出した。他の実施形態では、操舵角センサを設けず、マイコンにてモータの回転角度を取得し、取得されたモータの回転角度に基づいて操舵角度を算出するようにしてもよい。これにより、操舵角度を検出するためのセンサ等を省略することができるので、部品点数を低減することができる。
【０１１１】
（キ）変調処理
上記実施形態では、デューティ指令信号は、正弦波信号であったが、電圧利用率を向上すべく、２相変調処理または３相変調処理を行うことにより、中性点電圧操作を行ってもよい。例えば、以下のような変調処理を行ってもよい。
（ｉ）最も小さい相のデューティが所定の下限値となるように、最も小さい相のデューティから所定の下限値を差し引いた値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｉｉ）最も大きい相のデューティが所定の上限値となるように、最も大きい相のデューティから所定の上限値を差し引いた値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｉｉｉ）全ての相のデューティに３次高調波を加算してもよい。
（ｉｖ）最も大きい相のデューティと最も小さい相のデューティとの平均値を全ての相のデューティから減算してもよい。
（ｖ）所定の下限値を下回るデューティを所定の下限値から差し引いた値、または、所定の上限値を上回るデューティから所定の上限値を差し引いた値を、全ての相のデューティから減算してもよい。
【０１１２】
このような変調処理を行うことにより、電圧利用率を向上することができる。また、一方のインバータ部において上記（ｉ）の変調処理を行い、他方のインバータ部において上記（ｉｉ）の変調処理を行う、といった具合に、それぞれのインバータ部において異なる変調処理を行ってもよい。特に、一方のインバータ部において上記（ｉ）の変調処理を行い、他方のインバータ部において上記（ｉｉ）の変調処理を行うことにより、コンデンサ５０のリップル電流を低減することができる。
また、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*において変調処理を行った後にデューティに変換してもよいし、三相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*をデューティに変換した後に変調処理を行ってもよい。
【０１１３】
（ク）電流検出部の位置
電流検出部の位置の例を図１３に示す。なお、図１３中においては、第１インバータ部２０のＭＯＳ２１〜２６および第１巻線組１８のみを示し、第２インバータ部および第２巻線組等の構成は省略している。また、図１３（ａ）は、図３と対応している。
【０１１４】
図１３（ａ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、下ＭＯＳ２４〜２６のグランド側に設けることができる。また、図１３（ｂ）に示すように、Ｗ下ＭＯＳ２６とグランドとの間の電流検出部４３を省略してもよい。この例のように、ｎ相のうちの１相の電流検出部を省いても電源電流との差分により全ての相の電流を検出することができる。すなわち、３相であれば２ヶ所、５相であれば４ヶ所、といった具合である。また、電流検出部を省く相は、いずれの相であってもよい。
また、図１３（ｃ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、上ＭＯＳ２１〜２３の電源側に設けることができる。また、図１３（ｄ）に示すように、Ｗ上ＭＯＳ２３と電源との間の電流検出部４３を省略してもよい。ｎ相のうちの１相の電流検出部を省く点については、図１３（ｂ）にて説明したのと同様である。
【０１１５】
図１３（ｅ）に示すように、電流検出部４１〜４３は、上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６のそれぞれの接続点と、対応するコイル１１〜１３との間に設けることができる。また、図１３（ｆ）に示すように、Ｗ上ＭＯＳ２３とコイル１３との間の電流検出部４３を省略してもよい。ｎ相のうちの１相の電流検出部を省く点については、図１３（ｂ）にて説明したのと同様である。
また、図１３（ｇ）に示すように、第１インバータ部２０のバッテリ７０の正極側のブリッジ回路分岐点とバッテリ７０の正極との間に１つの電流検出部４７を設けてもよい。この場合、電流検出部４７では、図１３（ｃ）のように上ＭＯＳ側に設けられた電流検出部４１〜４３による電流検出値の合計値を検出する。
さらにまた、図１３（ｈ）に示すように、第１インバータ部２０のグランド側のブリッジ回路分岐点とグランドとの間に１つの電流検出部４８を設けてもよい。この場合、電流検出部４８では、図１３（ａ）の電流検出部４１〜４３による電流検出値の合計値を検出する。
【０１１６】
（ケ）電流検出部の種類
上記実施形態では、電流検出部としてシャント抵抗を用いたが、他の実施形態では、ホール素子等を用いてもよい。特に、図１３（ｅ）、（ｆ）に示す位置に電流検出部を設ける場合、シャント抵抗に替えてホール素子を用いることが好ましい。
【０１１７】
ところで、図１３（ａ）、（ｂ）の位置に電流検出部としてシャント抵抗を設ける場合、ＰＷＭ基準信号の山側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオンとなっているときに電流検出部４１〜４３に通電される電流（以下、「山側電流」という。）は、第１巻線組１８に通電される電流と一致するので、この山側電流を巻線電流として検出する。一方、ＰＷＭ基準信号の谷側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオフになったときに電流検出部４１〜４３に通電される電流（以下、「谷側電流」という。）は、シャント抵抗やアンプ回路の温度変化による巻線電流の補正に用いられる。
【０１１８】
すなわち、電流検出部としてシャント抵抗を用いる場合、ＰＷＭ基準信号の山側または谷側において、全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオンになる期間または全ての下ＭＯＳ２４〜２６がオフになる期間を確保する必要がある。また、シャント抵抗によって電流を検出する場合、リギングが収束する時間（例えば、４．５μ秒）、ＭＯＳ２１〜２６のオン／オフの切り替えを行わないホールド時間を確保する必要がある。そこで、電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づき、出力可能なデューティ範囲を決定してもよい。すなわち、上記実施形態では、０％〜１００％を出力可能なデューティ範囲としていたが、他の実施形態では、例えば７％〜９３％を出力可能なデューティ範囲としてもよい。また、例えば０％〜９３％を出力可能なデューティ範囲とするといった具合に、巻線電流の補正が不要である場合には、出力可能なデューティ範囲の上限値のみを電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づいて決定してもよい。
【０１１９】
また、図１３（ｃ）、（ｄ）の位置に電流検出部としてシャント抵抗を設ける場合、ＰＷＭ基準信号の谷側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオンとなっているときに電流検出部４１〜４３に流れる谷側電流が第１巻線組１８に流れる電流と一致するので、谷側電流を巻線電流として検出する。一方、ＰＷＭ基準信号の山側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオフとなっているときに電流検出部４１〜４３を流れる山側電流は、シャント抵抗やアンプ回路の温度変化による巻線電流の補正に用いられる。
【０１２０】
そこで、ＰＷＭ基準信号の山側または谷側において、全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオンになる期間または全ての上ＭＯＳ２１〜２３がオフになる期間を確保すべく、電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づき、出力可能なデューティ範囲を決定してもよい。例えば、７％〜９３％を出力可能なデューティ範囲としてもよい。また例えば、７％〜１００％を出力可能なデューティ範囲とするといった具合に、巻線電流の補正が不要である場合には、出力可能なデューティ範囲の下限値のみを電流検出部において電流を検出するのに要する時間に基づいて決定してもよい。
これにより、電流検出部により巻線組に通電される電流を適切に検出することができる。
【０１２１】
さらに、ブートストラップ方式のゲート駆動回路では、所定周期毎に全ての下ＭＯＳ２４〜２６をオンする必要がある。そのため、出力可能なデューティ範囲の上限値を１００％にすることができない。そこで、ゲート駆動回路構成に基づいて出力可能なデューティ範囲の上限値を決定してもよい。
なお、第１インバータ部２０および第１巻線組１８の電流検出について説明したが、第２インバータ部３０および第２巻線組１９の電流検出についても同様である。
【０１２２】
（ク）モータの構成
上記実施形態では、図１４（ａ）に模式的に示すように、２系統のインバータ部が１つのモータ１０を駆動していた。他の実施形態では、図１４（ｂ）に模式的に示すように、２系統のインバータ部がそれぞれ別のモータを駆動するように構成してもよい。すなわち、電力変換装置３では、第１インバータ部１２０が第１モータ１１０を駆動し、第２インバータ部１３０が第２モータ１１１を駆動する、といった具合である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・電力変換装置
１０・・・モータ（回転電機）
１１〜１６・・・コイル（巻線）
１８・・・第１巻線組（巻線組）
１９・・・第２巻線組（巻線組）
２０・・・第１インバータ部（インバータ部）
２１〜２６・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
３０・・・第２インバータ部（インバータ部）
３１〜３６・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
４０・・・電流検出部
５０・・・コンデンサ
５１・・・マイコン（制御部）
５５・・・レゾルバ
７０・・・バッテリ
９０・・・ステアリングシステム
９１・・・ステアリングホイール（操舵部材）
９２・・・ステアリングシャフト
９４・・・トルクセンサ
９５・・・操舵角センサ
９６・・・ピニオンギア
９７・・・ラックギア
９８・・・タイヤ
１００・・・電動パワーステアリング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置の回転電機の各相に対応する巻線から構成される２つの巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置であって、
前記巻線の各相に対応するスイッチング素子を有し、前記巻線組ごとに設けられるインバータ部と、
前記インバータ部に接続されるコンデンサと、
一方の前記巻線組に印加される電圧に係る第１の電圧指令信号および他方の前記巻線組に印加される電圧に係る第２の電圧指令信号に基づいて前記スイッチング素子のオンおよびオフを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の電圧指令信号の中心値が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値よりも下側にシフトされ、前記第２の電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも上側にシフトされる第１状態と、前記第１の電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも上側にシフトされ、前記第２電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも下側にシフトされる第２状態と、を前記操舵部材の操舵状態に応じて切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、前記巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出し、
前記電流指令値に基づいて前記巻線組に通電された実電流値に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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３】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、前記巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出し、
前記電流指令値に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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４】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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５】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づいて駆動される前記回転電気の回転方向に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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６】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出し、
前記操舵角度に基づき、前記操舵部材が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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７】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出し、
前記操舵角度に基づき、前記操舵部材の転舵位置が中心から右側である場合と左側である場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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８】
前記制御部は、前記回転電機の回転角度を取得し、取得された前記回転角度に基づいて前記操舵角度を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵角度に応じた操舵角信号を検出する操舵角センサにより検出される前記操舵角信号に基づいて前記操舵角度を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１状態または前記第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合、前記第１状態または前記第２状態の他方から一方への切り替えを行わないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第２状態から前記第１状態への切り替えに係る第１の閾値と、前記第１状態から前記第２状態への切り替えに係る第２の閾値とは、異なる値であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第１電圧指令信号の中心値の前記出力中心値からのシフト量は、前記第１電圧指令信号の振幅に応じて可変であり、
前記第２電圧指令信号の中心値の前記出力中心値からのシフト量は、前記第２電圧指令信号の振幅に応じて可変であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
操舵部材に補助トルクを付与する電動パワーステアリング装置の回転電機の各相に対応する巻線から構成される２つの巻線組を有する多相回転電機の電力変換装置であって、
前記巻線の各相に対応するスイッチング素子を有し、前記巻線組ごとに設けられるインバータ部と、
前記インバータ部に接続されるコンデンサと、
一方の前記巻線組に印加される電圧に係る第１の電圧指令信号および他方の前記巻線組に印加される電圧に係る第２の電圧指令信号に基づいて前記スイッチング素子のオンおよびオフを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の電圧指令信号の中心値が出力可能なデューティ範囲の中心値である出力中心値よりも下側にシフトされ、前記第２の電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも上側にシフトされる第１状態と、前記第１の電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも上側にシフトされ、前記第２電圧指令信号の中心値が前記出力中心値よりも下側にシフトされる第２状態と、を前記操舵部材の操舵状態に応じて切り替えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、前記巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出し、
前記電流指令値に基づいて前記巻線組に通電された実電流値に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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３】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、前記巻線組に通電される電流に係る電流指令値を算出し、
前記電流指令値に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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４】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づき、左方向の操舵トルクが検出された場合と右方向への操舵トルクが検出された場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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５】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵状態である操舵トルクに基づいて駆動される前記回転電気の回転方向に基づいて前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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６】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出し、
前記操舵角度に基づき、前記操舵部材が左方向に操舵されている場合と右方向に操舵されている場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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７】
前記制御部は、
前記操舵部材の操舵状態である操舵角度を算出し、
前記操舵角度に基づき、前記操舵部材の転舵位置が中心から右側である場合と左側である場合とで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替え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８】
前記制御部は、前記回転電機の回転角度を取得し、取得された前記回転角度に基づいて前記操舵角度を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記操舵部材の操舵角度に応じた操舵角信号を検出する操舵角センサにより検出される前記操舵角信号に基づいて前記操舵角度を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１状態または前記第２状態の一方から他方への切り替えが行われてから所定時間が経過していない場合、前記第１状態または前記第２状態の他方から一方への切り替えを行わないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第２状態から前記第１状態への切り替えに係る第１の閾値と、前記第１状態から前記第２状態への切り替えに係る第２の閾値とは、異なる値であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第１電圧指令信号の中心値の前記出力中心値からのシフト量は、前記第１電圧指令信号の振幅に応じて可変であり、
前記第２電圧指令信号の中心値の前記出力中心値からのシフト量は、前記第２電圧指令信号の振幅に応じて可変であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【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】
【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】
【公開番号】特開２０１２−１６１１５４（Ｐ２０１２−１６１１５４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４９０（Ｐ２０１１−１８４９０）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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