JP2006197707A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２つの三角基準波を使用する場合であっても、全体の制御を複雑にすることなく、三角基準波の切替えタイミングに応じてリップル電流が大きくなることを防止することが可能なインバータ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ３相モータ４２の各相の電流を読み込み、各相の電流に基づいて、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンを推定し、各相の出力電圧パターンを同一位相軸上において３０度毎に分割し１２個のエリアに等分し、エリア毎に３相モータ４２の各相の出力電圧パターンを求めると共に、エリア毎に切替信号を求め、エリア毎の各相の出力電圧パターン及び切替信号に基づいて、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとを比較することによりドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３相モータの各相のうち２相に設けられるスイッチング素子をオン、オフさせることにより３相モータを駆動させる２相変調方式のインバータ装置に関する。

図４（ａ）は、既存のインバータ装置を示す図である。
図４（ａ）に示すインバータ装置４０は、直流電源４１の直流電力を交流に変換して３相モータ４２を駆動させる。なお、インバータ装置４０と直流電源４１との間に平滑コンデンサ４３を設けることにより、インバータ装置４０の入力電圧の変動を緩和させている。

また、インバータ装置４０は、例えば、互いに直列に接続された２つのスイッチング素子が３組、それぞれ直流電源４１に並列に接続されて構成され、３組のスイッチング素子のそれぞれの中点と３相モータ４２のＵ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれの入力とが接続される。そして、インバータ装置４０の各相に設けられるスイッチング素子を順次オン、オフさせることにより３相モータ４２の各相に互いに位相が１２０度づつ異なる交流電力を供給し３相モータ４２を駆動させる。なお、各スイッチング素子は、３相モータ４２の各相に流れる電流に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されるものとし、各相の電流は、各スイッチング素子と直流電源４１との間に設けられるシャント抵抗に印加される電圧に基づいて求められるものとする（例えば、特許文献１参照）。

ところで、３相モータ４２の各相のうち２相に設けられる各スイッチング素子をそれぞれオン、オフさせることにより３相モータ４２を駆動させる２相変調方式と呼ばれる３相モータ４２の駆動方式がある。

図４（ｂ）は、３相モータ４２の２相変調方式の各相の出力電圧パターン（３相モータ４２の各相の目標出力電圧を示す指令値）を示す図である。なお、図４（ｂ）に示すグラフの縦軸は３相モータ４２の各相の目標出力電圧を示す指令値であり、横軸は位相である。また、図４（ｂ）において、実線はＵ相の出力電圧パターンを示し、破線はＶ相の出力電圧パターンを示し、一点鎖線はＷ相の出力電圧パターンを示している。

図４（ｂ）に示すような出力電圧パターンを使用して、変調率１（各指令値の波形の振幅値＝三角基準波の振幅値）で各相のスイッチング素子のオン、オフをＰＷＭ制御することにより、３相のうち２相のスイッチング素子がオン、オフしている期間、残りの１相のスイッチング素子をオンまたはオフに保つ。位相が進むに従ってオンまたはオフに保つ１相は順次Ｕ相→Ｗ相→Ｖ相と移り変わる。

このように、３相のうち２相に設けられるスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせる２相変調方式は、常に１相分のスイッチング素子がスイッチングされないので、３相に設けられるスイッチング素子をそれぞれオン、オフさせる３相変調方式に比べ、スイッチング損失を低減させることができる。

また、各相の出力電圧パターンと２つの三角基準波とを比較することにより３相モータ４２を駆動させる駆動方式がある。
図４（ｃ）は、２相変調方式において、２つの三角基準波を使用して生成した各相の下側のスイッチング素子へのドライブ信号を示す図である。なお、図４（ｃ）の上側は、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとが比較されている様子を示し、図４（ｃ）の下側は、各相の下側に設けられるスイッチング素子のそれぞれのオン、オフを制御するためのドライブ信号を示している。また、図４（ｃ）において、実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示し、破線はＶ相の出力電圧パターン及びＶ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示し、一点鎖線はＷ相の出力電圧パターン及びＷ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示している。また、三角基準波Ａ及びＢのそれぞれの振幅及び周波数は互いに同じものとする。

図４（ｃ）に示すように、三角基準波Ａ及びＢは互いに位相が１８０度異なっており、Ｕ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとが比較されることにより、Ｕ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号が生成されている。また、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂとが比較されることにより、Ｖ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号が生成されている。また、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとが比較されることにより、Ｗ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号が生成されている。なお、各ドライブ信号は、出力電圧パターンが三角基準波Ａ及びＢよりも小さいときハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波Ａ及びＢよりも大きいときローレベルとなるように設定されている。

例えば、Ｕ相のスイッチング素子及びＶ相のスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するためにＵ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較させ、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂとを比較させるように設定した場合、Ｖ相のスイッチング素子及びＷ相のスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するためには、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較させる。また、Ｕ相のスイッチング素子及びＷ相のスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するためには、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂとを比較させる。

このように、互いに位相が１８０度異なる三角基準波Ａ及びＢを使用して３相モータ４２を駆動させることにより、３相のうちの２相に対応するドライブ信号のオン期間をそれぞれ３相モータ４２の制御周期（例えば、三角基準波Ａ及びＢの１周期）内において時間的に分散させることができるので、その分スイッチング素子のオン期間が重なる期間短くなりインバータ回路４０に流れるリップル電流を低減させることができる。
特開２００２−２９１２８４号 （第２〜６頁、第１〜７図）

しかしながら、上述のように、２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２つの三角基準波Ａ及びＢを使用して３相モータ４２を駆動させるとき、以下に示すような問題が発生する場合がある。

図５は、２相変調方式において三角基準波Ａ及びＢを使用して３相モータ４２を駆動させる場合に発生する問題を説明するための図である。なお、図５の上側は、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとが比較されている様子を示し、図５の下側は、各相の下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示している。また、図５において、実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示し、破線はＶ相の出力電圧パターン及びＶ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示し、一点鎖線はＷ相の出力電圧パターン及びＷ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号を示している。また、三角基準波Ａ及びＢのそれぞれの振幅及び周波数は互いに同じものとする。また、図５に示す切替えタイミングＴ１は、Ｕ相の出力電圧パターンと比較されていた三角基準波Ａが三角基準波Ｂに切り替わり、Ｖ相の出力電圧パターンと比較されていた三角基準波Ｂが三角基準波Ａに切り替わったときのタイミングを示している。また、各ドライブ信号は、出力電圧パターンが三角基準波Ａ及びＢよりも小さいときハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波Ａ及びＢよりも大きいときローレベルとなるように設定されている。

上述したように、２相変調方式において三角基準波Ａ及びＢを使用して３相モータ４２を駆動させるためには、スイッチング素子のオン、オフをＰＷＭ制御する２相を順次切り替えていく必要があり、そのためには、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとの組合わせを順次切り替えていく必要がある。

ここで、例えば、図５に示すように、切替えタイミングＴ１において、Ｕ相の出力電圧パターンと比較する三角基準波を三角基準波Ａから三角基準波Ｂに切り替える場合を考える。このような場合、Ｕ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号は少なくとも１／２周期抜ける。すなわち、図５に示すように、三角基準波Ａ及びＢが切り替った直後のＵ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号のオフ期間が少なくとも１／２周期延長する。

このように、Ｕ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号のオフ期間が少なくとも１／２周期延長されると、Ｕ相上側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号のオン期間も少なくとも１／２周期延長するので、その分インバータ装置４０に流れるリップル電流が大きくなるという問題がある。

同様に、切替えタイミングＴ１において、Ｖ相の出力電圧パターンと比較する三角基準波を三角基準波Ｂから三角基準波Ａに切り替えると、Ｖ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号が少なくとも１／２周期追加される。すなわち、図５に示すように、三角基準波Ａ及びＢが切り替った直後のＶ相下側のドライブ信号に入力されるドライブ信号のオン期間が少なくとも１／２周期延長する。

このように、Ｖ相下側のスイッチング素子に入力されるドライブ信号のオン期間が少なくとも１／２周期延長すると、その分インバータ回路４０に流れるリップル電流が大きくなるという問題がある。

そこで、例えば、図５に示す切替えタイミングＴ２において、Ｕ相の出力電圧パターンと比較する三角基準波を三角基準波Ａから三角基準波Ｂに切り替え、Ｖ相の出力電圧パターンと比較する三角基準波を三角基準波Ｂから三角基準波Ａに切り替えることにより、三角基準波Ａ及びＢが切り替った直後に、Ｕ相のスイッチング素子及びＶ相のスイッチング素子のそれぞれのオン、オフのＰＷＭ制御を始めることができる。これにより、ドライブ信号が１／２周期抜けたり、追加したりすることがなくなるので、リップル電流が大きくなるという問題を解消することができる。

しかしながら、このように、切替えタイミングＴ２において、三角基準波Ａ及びＢを切り替える場合、その切替えタイミングＴ２を三角基準波の周期に同期させる必要があるため、切替えタイミングＴ２を三角基準波の周期に同期させるための制御がドライブ信号を出力するための制御の他にも必要になり全体の制御が複雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２つの三角基準波を使用する場合であっても、全体の制御を複雑にすることなく、三角基準波の切替えタイミングに応じてリップル電流が大きくなることを防止することが可能なインバータ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明のインバータ装置は、３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、前記各相の電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段とを備えるインバータ装置であって、前記制御手段は、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とする。

本発明では、３相の指令値のうちの残りの１つの指令値と２つの三角基準波のうちの一方の三角基準波とを比較している期間において、その残りの１つの指令値と比較している三角基準波を他方の三角基準波に切り替えているので、スイッチング素子のオン、オフをＰＷＭ制御している２相の指令値に対して、三角基準波の切替えを行う必要がなくなる。ＰＷＭ制御していない１相の指令値に対して、三角基準波の切替えが行われても、その１相に設けられるスイッチング素子のドライブ信号が１／２周期抜けたり、追加したりすることがないので、三角基準波の切替えタイミングに応じてＰＷＭ制御されるスイッチング素子のオン期間が延びることがなくなる。

また、上記インバータ装置の制御手段は、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記各相にそれぞれ対応する３つの電気角を求め、該３つの電気角を同一位相軸上において所定角度毎に分割し、前記所定角度毎に前記３つの指令値と前記２つの三角基準波との組合せを決めるように構成してもよい。

また、上記所定角度は、３０度に設定されていることが望ましい。
また、上記インバータ装置の制御手段は、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値が互いに一致するタイミングにおいて、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えるように構成してもよい。

また、本発明の制御装置は、３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と前記各相の電流を検出する検出手段とを備えるインバータ装置に設けられる制御装置であって、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とする。

また、本発明の切替え方法は、３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、前記各相の電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段とを備えるインバータ装置における前記２つの三角基準波の切替え方法であって、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とする。

また、本発明のプログラムは、３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、前記各相の電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段とを備えるインバータ装置において、前記２つの三角基準波を切り替えるために、コンピュータを、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替える手段として機能させる。

本発明によれば、三角基準波の切替えタイミングに応じてリップル電流が大きくなることを防止することができる。
また、切替えタイミングと三角基準波の周期とを同期させる必要がないので、全体の制御が複雑になることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施形態のインバータ装置を示す図である。なお、図４（ａ）に示すインバータ装置４０と同じ構成には同じ符号を付している。

図１（ａ）に示すように、インバータ装置１は、入力されるドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６に基づいてオン、オフすることにより直流電源４１の直流電力を交流に変換し、３相モータ４２を駆動させる複数のスイッチング素子２〜７と、シャント抵抗８（検出手段）と、シャント抵抗８に印加される電圧に基づいてドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する制御装置９（制御手段）とを備えて構成されている。

上記スイッチング素子２〜７は、例えば、図１（ａ）に示すようなＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが考えられ、スイッチング素子２〜７の構成は特に限定されない。また、スイッチング素子２及び３、スイッチング素子４及び５、並びに、スイッチング素子６及び７は、それぞれ互いに直列に接続され、直流電源４１に並列に接続されている。また、スイッチング素子２及び３の中点は３相モータ４２のＵ相の入力と接続され、スイッチング素子４及び５の中点は３相モータ４２のＶ相の入力と接続され、スイッチング素子６及び７の中点は３相モータ４２のＷ相の入力に接続されている。

上記シャント抵抗８は、一方端がスイッチング素子３、５、及び７の共通の接続点に接続され、他方端が直流電源４１のマイナス電極に接続されている。
上記制御装置９は、シャント抵抗８に印加される電圧に基づいて３相モータ４２の各相の電流を求め、その各相の電流に基づいてドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する。そして、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６は、例えば、スイッチング素子２〜７のそれぞれのゲートに入力される。

図１（ｂ）は、本発明の実施形態の制御装置９を示す図である。
図１（ｂ）に示すように、制御装置９は、ドライブ信号出力回路１０と、切替えタイミング制御回路１１とを備えて構成されている。

上記ドライブ信号出力回路１０は、例えば、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などで構成され、シャント抵抗８に印加される電圧とドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６のそれぞれのオンタイミングとに基づいて、３相モータ４２の各相の電流値を出力する。また、ドライブ信号出力回路１０は、切替えタイミング制御回路１１から出力される出力電圧パターン（３相モータ４２の各相の目標出力電圧を示す指令値）及び切替信号に基づいて、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する。そして、スイッチング素子２〜７は、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６に基づいてオン、オフすることにより、３相モータ４２の各相に互いに位相が１２０度づつ異なる交流電力を供給し３相モータ４２を駆動させる。

上記切替えタイミング制御回路１１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などで構成され、ドライブ信号出力回路１０から出力される各相の電流値に基づいて、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンを推定する。また、切替えタイミング制御回路１１は、ドライブ信号出力回路１０から出力される各相の電流値に基づいて、各相の出力電圧パターンに対応する切替信号を出力する。

上記切替信号には、各相の出力電圧パターンと比較される三角基準波が示される。例えば、切替信号には、Ｕ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較し、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂとを比較し、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較する旨が示される。

次に、ドライブ信号出力回路１０の動作を説明する。なお、ドライブ信号出力回路１０は、互いに位相が１８０度異なる２つの三角基準波Ａ及びＢを使用して２相変調方式を行うことにより、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力するものとする。また、三角基準波Ａ及びＢは、互いに振幅と周波数が同じものとする。

まず、ドライブ信号出力回路１０は、シャント抵抗８に印加された電圧に基づいて、３相モータ４２の各相に流れる電流値を出力する。例えば、ドライブ信号出力回路１０は、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６のそれぞれのオンタイミングに基づいてＵ相に電流が流れるタイミングを求め、そのタイミングにおいて、シャント抵抗８に印加される電圧を検出し、その電圧に対応するＵ相電流をデータテーブルから取り出すと共に、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６のそれぞれのオンタイミングに基づいてＶ相に電流が流れるタイミングを求め、そのタイミングにおいて、シャント抵抗３に印加される電圧を検出し、その電圧に対応するＶ相電流をデータテーブルから取り出し、残りのＷ相電流をＵ相電流及びＶ相電流の合計電流から求めるように構成してもよい。

また、ドライブ信号出力回路１０は、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとをそれぞれ比較し、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する。例えば、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとを比較することにより、ドライブ信号Ｄ１、Ｄ３、及びＤ５を生成し、デッドタイムを設けてドライブ信号Ｄ１、Ｄ３、及びＤ５を反転させることによりドライブ信号Ｄ２、Ｄ４、及びＤ６を生成してもよい。

次に、切替えタイミング制御回路１１により制御される三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングについて説明する。
図２（ａ）は、切替えタイミング制御回路１１において推定された３相モータ４２の各相の出力電圧パターン（電気角位相）を示す図である。なお、図２（ａ）に示すグラフの縦軸は３相モータ４２の各相の目標出力電圧を示す指令値であり、横軸は位相である。また、図２（ａ）において、実線はＵ相の出力電圧パターンを示し、破線はＶ相の出力電圧パターンを示し、一点鎖線はＷ相の出力電圧パターンを示している。また、図２（ａ）に示すグラフは同一位相軸（０〜３６０度）上において３０度毎に分割され１２個のエリアに等分されているものとする。また、図２（ａ）において、各相の出力電圧パターンの指令値が１となる期間（以下、べたＯＮ期間という）または各相の出力電圧パターンの指令値が−１となる期間（以下、べたＯＦＦ期間という）は、切替えタイミング制御回路１１の処理能力上、三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングの制御に問題ないような十分に長い期間に設定されているものとする。例えば、図２（ａ）に示すべたＯＮ期間（べたＯＦＦ期間）は、べたＯＮ期間（べたＯＦＦ期間）＝（１／３相モータ４２の１秒毎の回転数）×（１／３）×（１／６）となるように設定されている。

上記切替えタイミング制御回路１１は、例えば、図２（ａ）に示すグラフにおいて、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンがエリア７からエリア８に切り替ると、「Ｕ相：三角基準波Ｂ、Ｖ相：三角基準波Ａ、Ｗ相：三角基準波Ｂ」を示す切替信号から「Ｕ相：三角基準波Ｂ、Ｖ相：三角基準波Ａ、Ｗ相：三角基準波Ａ」を示す切替信号に切り替える。すると、上記ドライブ信号出力回路１０は、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンが図２（ａ）に示すグラフのエリア７に対応する期間、Ｕ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂとを比較し、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較し、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂと比較して、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を生成する。また、ドライブ信号出力回路１０は、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンが図２（ａ）に示すグラフのエリア８に対応する期間、Ｕ相の出力電圧パターンと三角基準波Ｂを比較し、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較し、Ｗ相の出力電圧パターンと三角基準波Ａとを比較して、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を生成する。

本実施形態のインバータ装置１の特徴とする点は、切替えタイミング制御回路１１が３相モータ４２の各相の電流値に基づいて、図２（ａ）に示すような各相の出力電圧パターンを推定し、各相の出力電圧パターンのうち指令値が１（べたＯＮ）または−１（べたＯＦＦ）の出力電圧パターンと比較している三角基準波を、その出力電圧パターンのべたＯＮ期間またはべたＯＦＦ期間において、他方の三角基準波に切り替させている点である。

図２（ｂ）は、切替えタイミング制御回路１１に備えられるデータテーブルの一例を示す図である。
図２（ｂ）に示すデータテーブル２０は、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとの組合わせが記録されるレコード２１（２１−１〜２１−１２）が１２個格納されている。また、各レコード２１には、エリア名が記録されるエリア領域２２と、各相の出力電圧パターンと三角基準波Ａ及びＢとの組合わせが記録される組合わせ領域２３とから構成されている。図２（ｂ）に示す例では、レコード２１−８のエリア領域２２に「エリア７」が記録され、レコード２１−８の組合わせ領域２３に「Ｕ相：三角基準波Ｂ、Ｖ相：三角基準波Ａ、Ｗ相：三角基準波Ｂ」が記録されている。

例えば、切替えタイミング制御回路１１は、ドライブ信号出力回路１０から出力される各相の電流値に基づいて、図２（ａ）に示すグラフの１２個のエリアのうち対応するエリアを探し、そのエリアと一致するエリア名を図２（ｂ）に示すデータテーブル２０から探し、そのエリア名に対応する組合わせを図２（ｂ）に示すデータテーブル２０から取り出し、その組合わせを示す切替信号をドライブ信号出力回路１０に出力する。

このように、図２（ａ）に示すグラフにおいて、出力電圧パターンがべたＯＮまたはべたＯＦＦとなる期間、そのべたＯＮまたはべたＯＦＦとなる出力電圧パターンと比較する三角基準波を他方の三角基準波に切り替えることにより、残りの２つの出力電圧パターンと比較する三角基準波Ａ及びＢを互いに切り替える必要がなくなるので、残りの２つの出力電圧パターンに対応する２相のドライブ信号が１／２周期抜けたり、追加されたりすることがなくなる。

これにより、三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングに応じてＰＷＭ制御される各スイッチング素子のそれぞれのオン期間が延びることがなくなるので、三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングに応じてリップル電流が大きくなることを防止することができる。

また、三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングと三角基準波Ａ及びＢの周期とを同期させる必要がないので、全体の制御が複雑になることを防止することができる。
図３は、切替えタイミング制御回路１１の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、切替えタイミング制御回路１１は、ドライブ信号出力回路１０から出力される３相モータ４２の各相の電流値を読み込む。
次に、ステップＳ２において、切替えタイミング制御回路１１は、各相の電流値に基づいて、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンを推定する。例えば、切替えタイミング制御回路１１は、各相の電流値に基づいて、図２（ａ）に示すような各相の出力電圧パターンを推定する。

次に、ステップＳ３において、切替えタイミング制御回路１１は、各相の出力電圧パターンを同一位相軸上において３０度毎に分割し１２個のエリアに等分する。例えば、図２（ｂ）に示すグラフを横軸において３０度毎に分割し１２個のエリアに等分する。

次に、ステップＳ４において、切替えタイミング制御回路１１は、１２個のエリアの評価を行う。例えば、ステップＳ１で読み込んだときの各相の電流値に対応するそれぞれの出力電圧パターンが１２個のエリアのうちのどのエリアに対応するかを判断する。

次に、ステップＳ５において、切替えタイミング制御回路１１は、評価結果が示すエリアにおいて、そのエリアに対応する各相の出力電圧パターン（ＰＷＭ出力値）を計算すると共に、そのエリアに対応する切替信号を生成する。例えば、評価結果が図２（ａ）に示すグラフの「エリア７」となった場合、切替えタイミング制御回路１１は、「エリア７」に対応する各相の出力電圧パターンを計算すると共に、図２（ｂ）のデータテーブル２０から「エリア７」に対応する「Ｕ相：三角基準波Ｂ、Ｖ相：三角基準波Ａ、Ｗ相：三角基準波Ｂ」を取り出し、その旨を示す切替信号を生成する。

そして、ステップＳ６において、切替えタイミング制御回路１１は、エリア毎の各相の出力電圧パターン及び切替信号を出力し、ステップＳ１に戻る。
なお、図３に示すフローチャートは、例えば、図３のフローチャートに対応するプログラムが予めＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などに記録され、ＣＰＵなどによりそのプログラムがＲＯＭやＲＡＭなどから取り出されて実行されることにより実現されてもよい。

このように、切替えタイミング制御回路１１は、各相の出力電圧パターンを求め、その各相の出力電圧パターンを同一位相軸上において３０度毎に分割して１２個のエリアに等分し、エリア毎に各相の出力電圧パターンと切替信号を出力しているので、図２（ａ）に示すように、べたＯＮ期間またはべたＯＦＦ期間において、べたＯＮまたはべたＯＦＦとなる出力電圧パターンと比較する三角基準波を他方の三角基準波に切り替えることができる。

これにより、ＰＷＭ制御される２相の各スイッチング素子のそれぞれのドライブ信号を３相モータ４２の制御周期において互いの位相を必ず１８０度シフトさせることができる。

なお、上記実施形態では、各相の出力電圧パターンを複数のエリアにより分割し、エリア毎に三角基準波Ａ及びＢを各相に割り付ける構成であるが、各相の出力電圧パターンの推定後、２つの出力電圧パターンが互いに交差する点のタイミング、すなわち、べたＯＮまたはべたＯＦＦの出力電圧パターン以外の２つの出力電圧パターンのそれぞれの電圧が互いに一致するタイミングにおいて、べたＯＮまたはべたＯＦＦの出力電圧パターンと比較する三角基準波を他方の三角基準波に切り替えるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、３相モータ４２の各相の出力電圧パターンを同一位相軸上において３０度毎に分割する構成であるが、各相の出力電圧パターンを分割する際の所定角度は特に限定されない。例えば、各相の出力電圧パターンを同一位相軸上において１５度毎に分割した場合は、図２（ａ）に示すグラフは２４個のエリアに分割される。

また、上記実施形態では、シャント抵抗８に印加される電圧とドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６のそれぞれのオンタイミングとにより３相モータ４２の各相の電流を求める構成であるが、３相モータ４２の各相のうち少なくとも２相にＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）やホール素子などを設けることにより、３相モータ４２の各相の電流を求めるように構成してもよい。

（ａ）は、本発明の実施形態のインバータ装置を示す図である。（ｂ）は、本発明の実施形態の制御装置を示す図である。 （ａ）は、三角基準波Ａ及びＢの切替えタイミングを示す図である。（ｂ）は、切替えタイミング制御回路に備えられるデータテーブルの一例を示す図である。 切替えタイミング制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。 （ａ）は、既存のインバータ装置を示す図である。（ｂ）は、各相の出力電圧パターンを示す図である。（ｃ）は、各相の下側のスイッチング素子へのドライブ信号を示す図である。 ２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２つの三角基準波が使用された場合に発生する問題を説明するための図である。

符号の説明

１ インバータ装置
２〜７ スイッチング素子
８ シャント抵抗
９ 制御装置
１０ ドライブ信号出力回路
１１ 切替えタイミング制御回路
４０ インバータ装置
４１ 直流電源
４２ ３相モータ
４３ 平滑コンデンサ

Claims (7)

1. ３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、
   前記各相の電流を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段と、
   を備えるインバータ装置であって、
   前記制御手段は、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とするインバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置であって、
   前記制御手段は、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記各相にそれぞれ対応する３つの電気角を求め、該３つの電気角を同一位相軸上において所定角度毎に分割し、前記所定角度毎に前記３つの指令値と前記２つの三角基準波との組合せを決めることを特徴とするインバータ装置。
3. 請求項２に記載のインバータ装置であって、
   前記所定角度は、３０度であることを特徴とするインバータ装置。
4. 請求項１に記載のインバータ装置であって、
   前記制御手段は、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値が互いに一致するタイミングにおいて、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とするインバータ装置。
5. ３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と前記各相の電流を検出する検出手段とを備えるインバータ装置に設けられる制御装置であって、
   前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とする制御装置。
6. ３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、前記各相の電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段とを備えるインバータ装置における前記２つの三角基準波の切替え方法であって、
   前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替えることを特徴とする切替え方法。
7. ３相モータの各相にそれぞれ設けられ、オン、オフすることにより直流電力を交流に変換し前記３相モータを駆動させる複数のスイッチング素子と、前記各相の電流を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された各電流に基づいて前記３相のうち１相に対応するスイッチング素子が順次オン又はオフに保たれる２相変調方式の前記各相の目標出力電圧を示す３つの指令値を求め、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値を互いに１８０度位相が異なり振幅及び周波数の等しい２つの三角基準波とそれぞれ比較し、前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値を前記２つの三角基準波のいずれか一方と比較し、各相に対応するスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御する制御手段とを備えるインバータ装置において、前記２つの三角基準波を切り替えるために、コンピュータを、
   前記３相のうちオン又はオフに保たれる１相の指令値と比較している前記三角基準波の一方を前記三角基準波の他方に切り替える手段、
   として機能させるためのプログラム。