JP2006197760A

JP2006197760A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2006197760A
Application number: JP2005008435A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Ikeda; 成喜池田; Tsugunori Sakata; 世紀坂田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27

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相のドライブ信号を出力し３相モータを駆動させる場合であっても、３相モータに流れるリップル電流を抑え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】べたオンとなるスイッチング素子が下側のスイッチング素子から上側のスイッチング素子に切り替ると判断すると、その出力電圧パターンの変更タイミングを、三角基準波が最小になるタイミングにする。べたオンとなるスイッチング素子が上側のスイッチング素子から下側のスイッチング素子に切り替ると判断すると、その出力電圧パターンの変更タイミングを、三角基準波が最大になるタイミングにする。
【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７（ａ）は、既存のインバータ装置を示す図である。
図７（ａ）に示すインバータ装置７０は、直流電源７１の直流電力を交流に変換して３相モータ７２を駆動させる。なお、インバータ装置７０と直流電源７１との間に平滑コンデンサ７３を設けることにより、インバータ装置７０の入力電圧の変動を緩和させている。

例えば、インバータ装置７０は、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７１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７２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７０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７２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７２を駆動させる。

また、例えば、各スイッチング素子は、３相モータ７２の各相に流れる電流に基づいてＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御され、各相の電流は、各スイッチング素子と直流電源７１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（例えば、特許文献１参照）。

ところで、３相モータ７２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７２を駆動させる２相変調方式と呼ばれる３相モータ７２の駆動方式がある。

図７（ｂ）は、２相変調方式により３相モータ７２を駆動させる際の３相モータ７２の各相の出力電圧パターン（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７（ｂ）に示すグラフの縦軸は３相モータ７２の目標出力電圧の指令値であり、横軸は位相である。また、図７（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７（ｂ）に示すような各相の出力電圧パターンを使用して、変調率１（各相の出力電圧パターンの波形の振幅値＝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をオン、オフさせている期間、残りの１相のスイッチング素子をオン（べたオン）またはオフ（べたオフ）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相のうちの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をスイッチングさせないようにすることができるので、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、３相のうち少なくとも２相のスイッチング素子に入力されるドライブ信号の互いの位相を異ならせる駆動方式がある。
図７（ｃ）は、２相変調方式において、２相のスイッチング素子に入力されるドライブ信号の互いの位相を１８０度異ならせた場合の各相の上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７（ｃ）の上側は、各相の出力電圧パターンと三角基準波とが比較されている様子を示し、図７（ｃ）の下側は、各相の上側のスイッチング素子のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御するためのドライブ信号を示している。また、図７（ｃ）において、実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、各相の下側のスイッチング素子には、図７（ｃ）に示す各相の上側のドライブ信号のデッドタイムを設けた反転信号がそれぞれ入力されるものとする。

図７（ｃ）に示す例は、図７（ｂ）に示す破線枠Ａにおける出力電圧パターンと三角基準波との比較結果を示しており、各相のドライブ信号は、それぞれ、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとローレベルとなるように生成されている。また、Ｖ相上側のスイッチング素子のドライブ信号は、Ｖ相の出力電圧パターンと三角基準波との比較結果に基づいて生成された後、スイッチング素子に入力される前に位相が１８０度シフトされる。

これにより、Ｕ相のスイッチング素子及びＶ相のスイッチング素子にそれぞれ入力されるドライブ信号を互いに１８０度異ならせることができる。
このように、ＰＷＭ制御される２相のスイッチング素子に入力されるドライブ信号の位相を互いに１８０度異ならせることにより、その２相のドライブ信号のオン期間を３相モータ７２の制御周期（例えば、三角基準波の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、スイッチング素子のオン期間が重なる期間が短くなりインバータ回路７０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相のドライブ信号を生成して３相モータ７２を駆動させるとき、以下に示すような問題が発生する。

図８は、２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２相のドライブ信号を生成して３相モータ７２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８の上側は、各相の出力電圧パターンと三角基準波とが比較されている様子を示し、図８の下側は、各相の上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、図８において、実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、図８において、各ドライブ信号は、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとローレベルとなるように設定されている。また、各相の下側のスイッチング素子には、図８に示す各相の上側のドライブ信号のデッドタイムを設けた反転信号がそれぞれ入力されるものとする。また、図８において、Ｕ相上側のスイッチング素子のドライブ信号及びＷ相上側のスイッチング素子のドライブ信号は、それぞれ、スイッチング素子に入力される前に位相が１８０度シフトされている。また、図８において、黒点は、インバータ装置７０の入力電流がピークとなるタイミングを示している。また、図８に示す例では、Ｗ相上側のスイッチング素子からＵ相下側のスイッチング素子に向かって多くの電流が流れ、Ｗ相上側のスイッチング素子がオンで、かつ、Ｕ相下側のスイッチング素子がオンの期間（ピーク期間）の終わりのタイミングで、インバータ装置７０に流れるリップル電流が最大になる。

図８に示す例は、図７（ｂ）に示す破線枠Ｂにおける出力電圧パターンと三角基準波との比較結果を示しており、べたオン又はべたオフとなるスイッチング素子の相がＵ相からＷ相に変更されたときの各相上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。そして、図８に示す例では、べたオン又はべたオフとなるスイッチング素子の相をＵ相からＷ相に変更する際、各相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最大となるタイミング（三角基準波の山）に合わせている。

このように、べたオン又はべたオフとなるスイッチング素子の相をＵ相からＷ相に変更する際、各相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最大になるタイミングに合わせる場合では、図８に示すように、各相の出力電圧パターンの変更後、Ｕ相の出力電圧パターンと三角基準波とが比較されるタイミングが三角基準波の１／２周期分遅れる。そのため、各相の出力電圧パターンの変更直後の３相モータ７２の入力電流のピーク期間Ｔ１は、それ以外の３相モータ７２の入力電流のピーク期間Ｔ２に比べて１．５倍長くなり、ピーク期間Ｔ１における入力電流がピーク期間Ｔ２における入力電流よりも増大し、ピーク期間Ｔ１の終わりのタイミングにおけるリップル電流も増大してしまうという問題がある。

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相のドライブ信号を出力し３相モータを駆動させる場合であっても、３相モータに流れるリップル電流を抑え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、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続け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、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせることを特徴とする。

また、上記インバータ装置の制御手段は、オン又はオフに保たれる１相の指令値が増加すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が増加することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最大となるタイミングに合わせ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、前記各相のドライブ信号に基づいて、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、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御装置であって、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせることを特徴とする。

また、本発明の変更方法は、３相モータの各相にそれぞれ設けられ、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御手段とを備えるインバータ装置において、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせ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、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御手段とを備えるインバータ装置において、コンピュータを、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせる手段として機能させる。

本発明では、２相変調方式において互いに位相が１８０度異なる２相のドライブ信号を出力し３相モータを駆動させる場合であっても、３相モータに流れるリップル電流を抑えることができる。

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７（ａ）に示すインバータ装置７０と同じ構成には同じ符号を付している。

図１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７１の直流電力を交流に変換し、３相モータ７２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、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に示すようなＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ以外にもＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが考えられる。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７１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７２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７２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７２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７１のマイナス側の電極に接続されている。
上記制御装置９は、例えば、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）やＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などで構成され、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７２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、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７２を駆動させる。

本実施形態のインバータ装置１の特徴とする点は、制御装置９が各相の出力電圧パターン（各相の目標出力電圧を示す指令値）と三角基準波とを比較し、その比較結果に基づいてドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を出力する場合において、スイッチング素子がべたオンとなる相が変更されるタイミングをリップル電流を抑制することができるように三角基準波が最大となるタイミングと最小となるタイミングとのいずれか適したタイミングに合わせる点である。

図２は、制御装置９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、制御装置９は、３相モータ７２の各相の電流を読み込む。

例えば、制御装置９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相の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８に印加される電圧を検出し、その電圧に対応するＶ相の電流をデータテーブルから取り出し、残りのＷ相の電流をＵ相の電流及びＶ相の電流の合計電流から求めるように構成してもよい。

次に、ステップＳ２において、制御装置９は、各相の電流に基づいて、３相モータ７２の各相の出力電圧パターン（３相モータ７２の各相の電気角位相）を推定する。
ここで、図３は、３相モータ７２の各相の出力電圧パターンの一例を示す図である。なお、図３に示すグラフの縦軸は３相モータ７２の目標出力電圧の指令値であり、横軸は位相である。また、図３に示すグラフの実線は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、一点差線はＷ相の出力電圧パターンを示している。

例えば、図２に示すステップＳ２において、制御装置９は、各相の電流に基づいて、図３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、制御装置９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、制御装置９は、図３に示す各相の出力電圧パターンをグラフの横軸において３０度毎に分割し１２個のエリア（エリア０〜エリア１１）に等分する。
次に、図２に示すステップＳ４において、制御装置９は、１２個のエリアの評価を行う。

例えば、制御装置９は、ステップＳ１で読み込んだときの各相の電流が１２個のエリアのうちのどのエリアの出力電圧パターンに対応するかを判断する。
次に、ステップＳ５において、制御装置９は、評価結果が示すエリアにおいて、各相の電流に基づいて各相の出力電圧パターン（各相のＰＷＭ出力値）を設定する。

例えば、評価結果が図３に示すグラフの「エリア７」となった場合、制御装置９は、「エリア７」において、各相の電流に基づく各相の出力電圧パターンを設定する。
図４は、ステップＳ５における各相の出力電圧パターンの設定動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１において、制御装置９は、前回の評価結果が示すエリアの出力電圧パターンによりスイッチング素子がべたオン又はべたオフとなる相（以下、「前回べたエリア」という）と、今回の評価結果が示すエリアの出力電圧パターンによりスイッチング素子がべたオン又はべたオフとなる相（以下、「今回べたエリア」という）とが同じであるか否かを判断する。

例えば、前回の評価結果が示すエリアが図３に示すグラフの「エリア６」、今回の評価結果が示すエリアが「エリア７」となる場合、制御装置９は、「エリア６」においてスイッチング素子がべたオンとなる相（Ｕ相）と「エリア７」においてスイッチング素子がべたオンとなる相（Ｗ相）とが異なるため、「前回べたエリア」と「今回べたエリア」とが同じでないと判断する。

また、例えば、前回の評価結果が示すエリアが図３に示すグラフの「エリア７」、今回の評価結果が示すエリアが「エリア８」となる場合、制御装置９は、「エリア７」においてスイッチング素子がべたオンとなる相（Ｗ相）と「エリア８」においてスイッチング素子がべたオンとなる相（Ｗ相）とが同じため、「前回べたエリア」と「今回べたエリア」とが同じであると判断する。

そして、「前回べたエリア」と「今回べたエリア」とが同じでないと判断した場合（ステップＳＴ１がＹｅｓ）、ステップＳＴ２において、制御装置９は、べたオンとなるスイッチング素子が上側のスイッチング素子から下側のスイッチング素子に切り替るか、または、べたオンとなるスイッチング素子が下側のスイッチング素子から上側のスイッチング素子に切り替るかのどちらかに応じて、出力電圧パターンを変更するタイミングを、三角基準波が最大となるタイミング（三角基準波の山）または三角基準波が最小となるタイミング（三角基準波の谷）のどちらか一方のタイミングに合わせ、各相の電流に基づいて三角基準波と比較させる各相の出力電圧パターンを設定する。

例えば、前回の評価結果が示すエリアが図３に示すグラフの「エリア６」、今回の評価結果が示すエリアが「エリア７」となる場合で、かつ、各ドライブ信号が、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとローレベルとなるように設定されている場合、ステップＳＴ２において、制御装置９は、べたオンとなるスイッチング素子がＵ相下側のスイッチング素子３からＷ相上側のスイッチング素子６に変更されると判断し、「エリア６」の出力電圧パターンから「エリア７」の出力電圧パターンに変更するタイミングを、三角基準波が最小になるタイミングに合わせ、各相の電流に基づいて各相の出力電圧パターンを設定する。

図５は、出力電圧パターンを変更するタイミングを三角基準波が最小になるタイミングに合わせた場合の各相の上側のドライブ信号を示す図である。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とが比較されている様子を示し、図５の下側は、各相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、図５に示す実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示し、一点差線はＷ相の出力電圧パターン及びＷ相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、Ｕ相上側のスイッチング素子及びＷ相上側のスイッチング素子の各ドライブ信号は、それぞれ、位相が１８０度シフトされて各スイッチング素子に入力されている。また、図５において、黒点は、インバータ装置１の入力電流がピークとなるタイミングを示している。また、図５に示す例では、Ｗ相上側のスイッチング素子６からＵ相下側のスイッチング素子３に向かって多くの電流が流れ、Ｗ相上側のスイッチング素子６がオンで、かつ、Ｕ相下側のスイッチング素子３がオンの期間の終わりのタイミングで、インバータ装置１に流れるリップル電流が最大になる。

図５に示す例は、図３に示す破線枠Ｃにおける出力電圧パターンと三角基準波との比較結果を示しており、べたオンとなるスイッチング素子がＵ相下側のスイッチング素子３からＷ相上側のスイッチング素子６に変更される際、そのときの各相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最小となるタイミングに合わせている。

すなわち、Ｕ相下側のスイッチング素子３をべたオンにさせていたＵ相の出力電圧パターンがオン、オフをＰＷＭ制御させる出力電圧パターンに変更される際、そのＵ相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最小となるタイミングに合わせている。

このように、Ｕ相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最小となるタイミングに合わせることにより、Ｕ相の出力電圧パターンの変更後、すぐに変更後のＵ相の出力電圧パターンと三角基準波とを比較し、その比較結果に基づいてＵ相の上下のスイッチング素子２及び３のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御することができる。

これにより、図５において、出力電圧パターンの変更後におけるインバータ装置１の入力電流が増加していくピーク期間Ｔ１をそれ以外のピーク期間Ｔ２と比べて０．５倍短くすることができるので、ピーク期間Ｔ１における入力電流の増加を抑えることができ、ピーク期間Ｔ１におけるリップル電流を抑えることができる。

また、例えば、前回の評価結果が示すエリアが図３に示すグラフの「エリア８」、今回の評価結果が示すエリアが「エリア９」となる場合で、かつ、各ドライブ信号が、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとローレベルとなるように設定されている場合、ステップＳＴ２において、制御装置９は、べたオンとなるスイッチング素子がＷ相上側のスイッチング素子６からＶ相下側のスイッチング素子５に変更されると判断し、「エリア８」の出力電圧パターンから「エリア９」の出力電圧パターンに変更するタイミングを三角基準波が最大になるタイミングに合わせ、各相の電流に基づいて各相の出力電圧パターンを設定する。

図６は、出力電圧パターンを変更するタイミングを三角基準波が最大になるタイミングに合わせた場合の各相の上側のドライブ信号を示す図である。なお、図６の上側は、各相の出力電圧パターンと三角基準波とが比較されている様子を示し、図６の下側は、各相の上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、図６に示す実線はＵ相の出力電圧パターン及びＵ相上側のスイッチング素子の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相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示し、一点差線はＷ相の出力電圧パターン及びＷ相上側のスイッチング素子のドライブ信号を示している。また、Ｕ相上側のスイッチング素子のドライブ信号は、位相が１８０度シフトされてU相上側のスイッチング素子に入力されている。また、図６において、黒点は、インバータ装置１の入力電流がピークとなるタイミングを示している。また、図６に示す例では、Ｗ相上側のスイッチング素子６からＶ相下側のスイッチング素子５に向かって多くの電流が流れ、Ｗ相上側のスイッチング素子６がオンで、かつ、Ｖ相下側のスイッチング素子５がオンの期間の終わりのタイミング、インバータ装置１に流れるリップル電流が最大になる。

図６示す例は、図３に示す破線枠Ｄにおける出力電圧パターンと三角基準波との比較結果を示しており、べたオンとなるスイッチング素子がＷ相上側のスイッチング素子６からＶ相下側のスイッチング素子５に変更される際、そのときの各相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最大となるタイミングに合わせている。

すなわち、Ｗ相上側のスイッチング素子６をべたオンにさせていたＷ相の出力電圧パターンがオン、オフをＰＷＭ制御させる出力電圧パターンに変更される際、そのＷ相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最大となるタイミングに合わせている。

このように、Ｗ相の出力電圧パターンの変更タイミングを三角基準波が最大となるタイミングに合わせることにより、Ｗ相の出力電圧パターンの変更後、すぐに変更後のＷ相の出力電圧パターンと三角基準波とを比較し、その比較結果に基づいてＷ相の上下のスイッチング素子６及び７のそれぞれのオン、オフをＰＷＭ制御することができる。

これにより、図６において、出力電圧パターンの変更後におけるインバータ装置１の入力電流が増加していくピーク期間Ｔ１をそれ以外のピーク期間Ｔ２と比べて０．５倍短くすることができるので、ピーク期間Ｔ１における入力電流の増加を抑えることができ、ピーク期間Ｔ１におけるリップル電流を抑えることができる。

また、図４において、「前回べたエリア」と「今回べたエリア」とが同一になると判断した場合（ステップＳＴ１がＮｏ）、ステップＳＴ３において、制御装置９は、各相の電流に基づいて各相の出力電圧パターンを設定する。

そして、図２に示すステップＳ６において、制御装置９は、ステップＳ５で設定された各相の出力電圧パターンと三角基準波とを比較し、その比較結果に基づいてドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６を生成し、ドライブ信号Ｄ１〜Ｄ６のうち所定のドライブ信号の位相を１８０度シフトした後、スイッチング素子２〜７に出力し、ステップＳ１に戻る。

なお、図２及び図４に示す各フローチャートは、例えば、それぞれのフローチャートに対応するプログラムが予めＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）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、本実施形態の制御装置９は、べたオンとなるスイッチング素子の相が変更されるタイミングを、リップル電流を抑制することができるように三角基準波が最大となるタイミングか最小になるタイミングかどちらが適しているかを判断して、そのタイミングに合わせているので、出力電圧パターンの変更後、すぐにその出力電圧パターンに対応する相のスイッチング素子のオン、オフをＰＷＭ制御することができる。

これにより、出力電圧パターンが変更された後のインバータ装置１の入力電流が増加していく期間を短くすることができるので、出力電圧パターンの変更直後のインバータ装置１の入力電流の増加を抑えることができ、リップル電流を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、出力電圧パターンの変更タイミングを、三角基準波が最小となるタイミングまたは三角基準波が最大となるタイミングのどちらか一方のタイミングに合わせる構成であるが、出力電圧パターンの変更タイミングを、三角基準波の最小となるタイミングと三角基準波の最大となるタイミングとの間のタイミングに合わせるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、図４に示すステップＳＴ２において、出力電圧パターンの変更タイミングを変更する構成であるが、図２に示すステップＳ４において、評価結果が示すエリアに応じて、出力電圧パターンの変更タイミングを、三角基準波の山または谷に変更するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、各相のドライブ信号を生成した後、スイッチング素子に入力する前にべたオン又はべたオフする１相以外の２相のドライブ信号の位相が１８０度異なるようにドライブ信号をシフトさせる構成であるが、互いに位相が１８０度異なる三角基準波とそれぞれ比較することにより、べたオン又はべたオフする１相以外の２相のドライブ信号生成するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとローレベルになるようにドライブ信号を生成する構成であるが、出力電圧パターンが三角基準波よりも大きくなるとハイレベル、出力電圧パターンが三角基準波よりも小さくなるとローレベルとなるようにドライブ信号を生成するように構成してもよい。

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７２の各相の電流を求める構成であるが、３相モータ７２の各相のうち少なくとも２相にＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）やホール素子などを設けることにより、３相モータ７２の各相の電流を求めるように構成してもよい。

本発明の実施形態のインバータ装置を示す図である。制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。各相の出力電圧パターンの一例を示す図である。各相の出力電圧パターンの設定動作を示すフローチャートである。三角基準波の谷で出力電圧パターンを変更した場合の各相のドライブ信号を示す図である。三角基準波の山で出力電圧パターンを変更した場合の各相のドライブ信号を示す図である。（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の一例を示す図である。（ｃ）は、各相の上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相のドライブ信号を生成し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
７０インバータ装置
７１直流電源
７２３相モータ
７３平滑コンデンサ

Claims

３相モータの各相にそれぞれ設けられ、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御手段と、
を備えるインバータ装置であって、
前記制御手段は、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせることを特徴とするインバータ装置。
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、オン又はオフに保たれる１相の指令値が増加すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が増加することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最大となるタイミングに合わせることを特徴とするインバータ装置。
３相モータの各相にそれぞれ設けられ、前記各相のドライブ信号に基づいて、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、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御装置であって、
オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせることを特徴とする制御装置。
３相モータの各相にそれぞれ設けられ、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御手段とを備えるインバータ装置において、オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせることを特徴とする変更方法。
３相モータの各相にそれぞれ設けられ、前記各相のドライブ信号に基づいて、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つの指令値と三角基準波との比較結果に基づいて、ドライブ信号を生成し、オン又はオフに保たれる１相以外の２相のドライブ信号が互いに位相が１８０度異なるようにしてそれぞれのスイッチング素子をオン、オフさせ、オン又はオフに保たれる１相のドライブ信号が入力されるスイッチング素子をオンまたはオフさせ続ける制御手段とを備えるインバータ装置において、コンピュータを、
オン又はオフに保たれる１相の指令値が減少すると共に、オン又はオフに保たれる１相以外の２相の指令値のうち一方の指令値が減少することで、オン又はオフに保たれる相が変更されるタイミングを、前記三角基準波が最小となるタイミングに合わせる手段、
として機能させるためのプログラム。