JP2008220117A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流で動作する３相ＰＷＭインバータにより交流電動機を駆動し、交流電動機に流れる電流を単一の電流センサで測定する場合、電圧指令値の中間相が最大相あるいは最小相に近接して測定困難な場合でも、高精度に電流を検出すると共に、交流電動機の駆動制御装置に対する要望に対応できるようにした、汎用的な交流電動機の制御装置を提供すること。
【解決手段】直流電流測定手段からの測定結果で交流電動機における３相電流の各々を算出する交流電動機電流検出部と、３相電流から交流電動機に与える３相電圧指令を演算する３相電圧指令演算部と、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を生成する搬送波生成部とを有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、前記搬送波生成部が生成した搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成する３相ＰＷＭ波形作成部とで交流電動機の制御装置を構成した。
【選択図】図６

Description

本発明は交流電動機の制御方法及び制御装置に係り、特に、直流電流により３相ＰＷＭインバータを介して交流電動機を駆動するに際し、３相ＰＷＭインバータへの直流入力電流測定手段のみで３相の交流電動機電流を高精度に検出すると共に、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、用途に合致して交流電動機を駆動できるようにした交流電動機の制御装置に関するものである。

図８に例示したように、直流電源８２により３相ＰＷＭインバータ主回路８１を介して交流電動機８０を駆動する際の制御装置としては、図９に示すように、各相正弦波信号Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃと、三角波からなる搬送波信号Ｃとのレベル比較でＰＷＭ波形Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃを生成し、例えば電圧形３相インバータ８１にこのＰＷＭ波形により、主回路の各スイッチ素子をスイッチング制御することで正弦波出力を得るようにしている。なお、図９においてＶａｂは線間電圧、Ｖａｎは相電圧を示す。

そしてこの３相ＰＷＭインバータ主回路８１から、誘導電動機ＩＭ（交流電動機）８０又は図８に示してないが永久磁石電動機（交流電動機）などの負荷に供給する出力電流と位相を制御するため、正弦波レベル及び位相を制御するが、その制御に用いる電流を検出するため、ベクトル制御では、主回路と負荷とをつなぐ点Ｐ１〜Ｐ３の３カ所での出力電流を、ホールＣＴ等を使った電流センサで３相分（又は２相分）検出することが行われていた。

しかしながら、汎用インバータのように低コストを目的とするものは、電流センサ個数を減らすことが要求される。そのため、ＰＷＭインバータの直流側（図８の点Ｐ４）に１つだけ電流センサを設け、この直流電流から出力電流を求める方式がある。しかしこの方式では、ＰＷＭインバータの直流電源８２の電圧Ｅがほぼ一定であるから、検出直流電流の平均値はほぼインバータ出力周波数に比例して変化する。そのため、低周波での直流電流平均値が小さくなり、電流検出精度が悪化して高性能化が難しくなる。

このような問題に対処するため例えば特許文献１には、ＰＷＭインバータの直流入力電流ＩＤＣに、ＰＷＭ搬送波周期内に電圧指令値の最小相（Ｖｗ＊）と最大相（Ｖｕ＊）の二相の電流情報（−Ｉｗ、Ｉｕ）が２回現れることを利用し、このＩＤＣの電流情報から、ＰＷＭパルス信号（Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗ）を基に直流入力電流ＩＤＣをサンプリングし、各相別に分配して３相の電流検出値（Ｉｕｃ、Ｉｖｃ、Ｉｗｃ）を検出するようにした、ＰＷＭインバータの出力電流検出装置が示されている。

しかしながら、この特許文献１に示された電流検出方法では、例えば図７に示したように、３相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ（図９におけるＶａ、Ｖｂ、Ｖｃに相当）における中間相Ｖｖが最大相Ｖｕあるいは最小相Ｖｗに近い場合や、出力電圧レベルが低い場合、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接してパルス幅が狭くなり、電流検出が不可能となる現象があるため、特許文献２では、そういった場合にインバータの搬送波周波数を自動的に低減させてこのパルス幅を広げ、電流検出を容易にした、交流電動機の制御装置、交流電動機の制御方法及びモジュールが示されている。

特開平８−１９２６３号公報 特開２００５−４５８４８号公報

この特許文献２に示された方法では、搬送波周波数全体を低減した場合に生じる騒音発生や効率悪化の問題は回避できるが、電圧指令値の中間相が最大相あるいは最小相に近い場合や、出力電圧レベルが低い場合のみ搬送波周波数を低減するため、この搬送波周波数低減をソフト的に行うことになるが、これはかなり困難である。

また、このように直流電源８２により３相ＰＷＭインバータ主回路８１を介し、交流電動機８０を駆動する制御装置には、例えば住宅地近傍で使う場合は騒音レベルを逓減してほしいとか、海上などのように騒音が問題にならない場所ではとにかく高速駆動したいとか、それ以外にも効率を重視したい、騒音を逓減すると共に効率よく駆動したいなど、種々の要求があり、従来はそれぞれに応じて制御装置を設計していたが、そのようにすると汎用的な制御装置が得られない。

そのため本発明においては、直流電流により３相ＰＷＭインバータを介して交流電動機を駆動する際、３相の交流電動機電流検出を単一の電流センサでおこない、かつ、従来は困難であった、電圧指令値の中間相が最大相あるいは最小相に近い場合や、出力電圧レベルが低い場合でも、容易で簡単な構成で高精度に電流を検出すると共に、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できるようにした、交流電動機の制御装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる交流電動機の制御装置は、
直流を入力として交流電動機を駆動する３相ＰＷＭインバータへの直流入力電流測定手段を有し、該直流入力電流測定手段の測定結果から前記交流電動機電流を推定して前記交流電動機を制御する交流電動機の制御装置において、
該直流電流測定手段に接続され、前記交流電動機における３相電流の各々を算出する交流電動機電流検出部と、該交流電動機電流検出部が算出した３相電流から前記交流電動機に与える３相電圧指令を演算する３相電圧指令演算部と、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を生成する搬送波生成部を有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、前記搬送波生成部が生成した搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成する３相ＰＷＭ波形作成部と、で構成され、
前記３相電圧基準信号と搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする。

このように、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を搬送波生成部で生成し、３相電圧指令演算部が算出したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、この搬送波生成部で生成した搬送波とを比較することで、例えば電圧指令値の中間相が最大相あるいは最小相に近い場合や出力電圧レベルが低い場合でも、搬送波を２または３とすれば、これら複数の搬送波は一定間隔を有しているから、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接してパルス幅が狭くなることがなく、電流検出が不可能となることがなくなって、容易で簡単な構成で精度良く高精度に電流を検出することができる交流電動機の制御装置を提供することができる。

また同様に、本発明になる交流電動機の制御装置は、
直流を入力として交流電動機を駆動する３相ＰＷＭインバータへの直流入力電流測定手段を有し、該直流入力電流測定手段の測定結果から前記交流電動機電流を推定して前記交流電動機を制御する交流電動機の制御装置において、
該直流電流測定手段に接続され、前記交流電動機における３相電流の各々を算出する交流電動機電流検出部と、該交流電動機電流検出部が算出した３相電流から前記交流電動機に与える３相電圧指令を演算する３相電圧指令演算部と、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を生成する搬送波生成部を有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、前記搬送波生成部が生成した搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成する３相ＰＷＭ波形作成部と、で構成され、
前記３相電圧指令演算部が算出したＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電圧基準信号として、正弦波からなる第１の波形と、正弦波に３次高調波を重畳させた波形からなる第２の波形と、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な波形からなる第３の波形とを生成する３相電圧基準信号生成部を備え、前記第１乃至第３の波形のうちから選択される一の波形を用い、
該３相電圧基準信号と搬送波とのレベル比較により前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする。

このように、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を搬送波生成部で生成することに加え、３相電圧指令演算部が算出したＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電圧基準信号として、正弦波からなる第１の波形と、正弦波に３次高調波を重畳させた波形からなる第２の波形と、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な波形からなる第３の波形とのうちから選択される一の波形を用いることで、騒音レベルを逓減してほしい場合や高速駆動したい場合、また効率を重視したい場合など、種々の要求への対応が可能となり、従来のようにそれぞれに応じて制御装置を設計する必要が無く、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できる交流電動機の制御装置を提供することができる。

そして、前記３相電圧基準信号は、前記交流電動機起動時に前記第１の波形を、前記交流電動機の高速駆動に前記第２の波形または前記第３の波形を、３相ＰＷＭインバータの効率を重視する場合は前記第３の波形を用いることで、前記したようにそれぞれの要求に対応した交流電動機の制御装置とすることができる。

さらに、前記搬送波生成部は、３つの搬送波生成部と、２つの搬送波生成部と、該３つの搬送波生成部と２つの搬送波生成部とを切り換える搬送波個数切換部とを有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で３つの搬送波生成部を選択し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で２つの搬送波生成部を選択して、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成し、
また、前記搬送波生成部は、３つの搬送波生成部と、２つの搬送波生成部と、１つの搬送波生成部と、該３つの搬送波生成部と２つの搬送波生成部と１つの搬送波生成部とを切り換える搬送波個数切換部とを有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で３つの搬送波生成部を選択し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で２つの搬送波生成部を選択し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令がいずれも接近していない場合は前記搬送波個数切換部で１つの搬送波生成部を選択して、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することで、３相の接近状態に応じて最適な搬送生成部を選択できるから、効率的な交流電動機の制御装置とすることができる。

そして、前記交流電動機電流検出部は直流電流測定手段により、前記３相電圧指令を構成する３相電圧基準信号の最小相と最大相との２相が前記搬送波と交わる２カ所で、前記３相ＰＷＭインバータの直流入力電流を測定することで、一般に使われている制御部品を使うことができ、コストの安い入手容易な部品を使うことができる。

本発明によれば、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を搬送波生成部で生成することで、簡単な構成で、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接する場合でも容易に、精度良く、交流電動機に流れる３相の電流を検出することができる。

また、３相電圧基準信号生成部で、正弦波、正弦波に３次高調波を重畳させた波形、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な波形、の３種の波形を生成する機能を持たせたから、これらの波形のうちから、種々の要求に対応させることのできる一の波形を用いることで、従来のようにそれぞれに応じて制御装置を設計する必要が無く、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できる交流電動機の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

最初に図６、図５を用い、本発明の概略を説明する。図６は、本発明になる交流電動機の制御装置における、搬送波を３つ用いて３相ＰＷＭ信号を生成することを説明するためのタイミングチャートであり、図５は、本発明になる交流電動機の制御装置に用いる３相基準信号の波形例で、（Ａ）は正弦波の場合、（Ｂ）は矩形波に近いパルス波の場合、（Ｃ）は正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な、略台形波状の場合である。

前記図７で説明したように特許文献１に示された技術では、３相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗにおける中間相Ｖｖが最大相Ｖｕあるいは最小相Ｖｗに近い場合や、出力電圧レベルが低い場合、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接してパルス幅が狭くなり、電流検出が不可能となる現象があるため、前記特許文献２では、インバータの搬送波周波数を自動的に低減させてこのパルス幅を広げ、電流検出を容易にしているが、このようにした場合、搬送波周波数低減をソフト的に行うことになるが、これはかなり困難である。

そのため本発明における実施例１においては、図６に示したように、３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成する、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＶｖ、Ｕｖ、Ｗｖからなる３相電圧基準信号のそれぞれに対応した、一定間隔を有する例えば３つの搬送波（図に示した３つの三角波）を生成し、これら３つの搬送波と３相電圧基準信号Ｖｖ、Ｕｖ、Ｗｖとを比較することで、３つの搬送波は一定間隔を有しているから、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接してパルス幅が狭くなるということがなく、容易に電流検出を行えるようにしたものである。

また、前記したように、交流電動機を例えば住宅地近傍で使う場合は騒音レベルを逓減してほしい、海上などのように騒音が問題にならない場所は高速駆動してほしい、単純に効率を重視してほしい、騒音を逓減すると共に効率よく駆動してほしいなど、種々の要求があり、これらに単一の制御装置で対応できるよう本発明の実施例２においては、図５に示したように、３相基準信号として（Ａ）に示したような正弦波からなる第１の波形、（Ｂ）に示したような正弦波に３次高調波を重畳させた波形からなる第２の波形、（Ｃ）に示したような正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な台形波状の第３の波形などからなる、３種の波形を生成する３相電圧基準信号生成部を設け、交流電動機起動時には第１の波形を、交流電動機の高速駆動には第２の波形または前記第３の波形を、３相ＰＷＭインバータの効率を重視する場合は第３の波形を、と、それぞれの要求に応じた波形を用いるようにし、従来のようにそれぞれの要求に応じて制御装置を設計する必要が無く、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できるようにしたものである。

まず図１を用い、本発明になる実施例１の交流電動機の制御装置について説明する。図中、１０は交流電動機（モータ）、１１は３相ＰＷＭインバータ主回路１２と直流電源１３から３相ＰＷＭインバータ主回路１２に流れる電流を測定する電流センサ１４、該電流センサ１４の測定結果から交流電動機１０のＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流の３相電流を算出する交流電動機電流検出部１５、該交流電動機電流検出部１５の算出結果に基づき、３相電圧指令を算出する３相電圧指令演算部１６、該３相電圧指令演算部１６からの３相電圧指令により３相ＰＷＭインバータ主回路１２に与える３相ＰＷＭ波形を作成する３相ＰＷＭ波形作成部１７とを有する３相ＰＷＭインバータ装置である。

このうち、３相ＰＷＭ波形作成部１７は図２にその構成を示したように、前記図６で説明した一定間隔を有する３つの搬送波を生成する３つの搬送波生成部２０、図９にはＶａ、Ｖｂ、Ｖｃで示し、図６ではＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗで示した３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧基準信号を生成する３相電圧基準信号生成部２１、また、搬送波生成部２０が生成した３つの搬送波と３相電圧基準信号生成部２１が生成した３相の電圧基準信号とを比較し、３相ＰＷＭ信号を生成するレベル比較部２２とからなっている。

再度図１に戻ってこの交流電動機の制御装置の動作について説明すると、電流センサ１４は、３相ＰＷＭインバータ主回路１２に直流電源１３から流れる電流を測定し、交流電動機電流検出部１５に送る。交流電動機電流検出部１５は、この送られてきた３相ＰＷＭインバータ主回路１２に流れる電流（例えばＩＤＣ）と、３相ＰＷＭ波形作成部１７から３相ＰＷＭインバータ主回路１２に送られる、前記図６にＴｕ、Ｔｖ、Ｔｗとして示した３相ＰＷＭ信号とから、Ｗ相電流ｉｗ、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ（ｉｕ−ｉｗ）の３相電流を生成して３相電圧指令演算部１６に送る。

すると３相電圧指令演算部１６は、送られてきた３相電流から、３相電圧指令Ｖｗ＊、Ｖｕ＊、Ｖｖ＊を生成し、３相ＰＷＭ波形作成部１７に送る。この３相ＰＷＭ波形作成部１７は、前記図２で説明したように、一定間隔を有する３つの搬送波を生成する３つの搬送波生成部２０、３相電圧指令Ｖｗ＊、Ｖｕ＊、Ｖｖ＊から図９にＶａ、Ｖｂ、Ｖｃで、図６ではＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗで示した３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧基準信号を生成する３相電圧基準信号生成部２１、また、搬送波生成部２０が生成した３つの搬送波と３相電圧基準信号生成部２１が生成した３相の電圧基準信号とを比較し、３相ＰＷＭ信号を生成するレベル比較部２２とからなっている。

そのため、この３相ＰＷＭ波形作成部１７に送られた３相電圧指令Ｖｗ＊、Ｖｕ＊、Ｖｖ＊により、３相電圧基準信号生成部２１が図９にＶａ、Ｖｂ、Ｖｃで、図６ではＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗで示した３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧基準信号を生成し、それが搬送波生成部２０が生成した３つの搬送波とレベル比較部２２で比較されて３相ＰＷＭ信号が生成され、３相ＰＷＭインバータ主回路１２に送られる。そのため３相ＰＷＭインバータ主回路１２は、送られてきた３相ＰＷＭ信号により３相のＰＷＭ信号を生成し、それによって交流電動機（モータ）１０を駆動する。

以上が本発明になる実施例１の交流電動機の制御装置であるが、次に前記図５で説明した実施例２について説明する。前記したように、交流電動機を例えば住宅地近傍で使う場合は騒音レベルを逓減してほしい、海上などのように騒音が問題にならない場所は高速駆動してほしい、それ以外にも、単純に効率を重視して駆動してほしい、騒音を逓減すると共に効率よく駆動してほしいなど、種々の要求があり、これらに単一の制御装置で対応できるようにしたのが本発明の実施例２である。

本発明の実施例２では、図２に２１で示した３相電圧基準信号生成部に、図５（Ａ）に示したような正弦波からなる第１の波形、（Ｂ）に示したような正弦波に３次高調波を重畳させた波形からなる第２の波形、（Ｃ）に示したような正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な台形波状の第３の波形を生成できるように構成し、表１に記載したように、種々の要求のそれぞれに対応する波形を３相電圧基準信号とするようにしたものである。

この表１において、上段の「運転領域」として示したのは、交流電動機の起動から高速域までの回転速度を表し、左列は交流電動機の制御装置に対する要求を表している。すなわち、「騒音制御」は市街地などでなるべく騒音を起こさないよう駆動したい場合であり、「高速制御」は、騒音などが問題とならない海上などでなるべく高速で駆動したい場合、「効率制御」は３相ＰＷＭインバータ主回路１２をなるべく効率よく駆動したい場合、「（騒音＋高速）制御」は騒音低減と高速化の両方を満足させて駆動したい場合、「（騒音＋効率）制御」は騒音低減と効率化の両方を満足させて駆動したい場合であり、表中の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、前記図５における（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に対応している。

すなわち、交流電動機の起動時は、いずれの場合においても滑らかな正弦波（図５（Ａ）の第１の波形）で徐々にトルクを生じさせることが得策であり、また、正弦波により駆動すると、低速域、中速域においては騒音が発せず、静かに駆動できる。但し、高速域では、機械的な騒音が大きくなるため、例え正弦波で駆動しても騒音を低減することはできない。

それに対し、騒音は高くても高速駆動したい場合は、正弦波に３次高調波を重畳させた波形（図５（Ｂ）の第２の波形）、または、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な台形波状の波形（図５（Ｃ）の第３の波形）を用いることで、トルクが増大して高速駆動が可能となる。

また、３相ＰＷＭインバータ主回路１２をなるべく効率よく駆動したい場合は、図５（Ｃ）の第３の波形を用いることで、角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な台形部分は３相ＰＷＭインバータ主回路１２は一定電圧となるから、３相ＰＷＭインバータ主回路１２を効率的に稼動させることができる。そして、（騒音＋高速）制御と（騒音＋効率）制御の場合は、これら図５（Ａ）の第１の波形、（Ｂ）の第２の波形、（Ｃ）の第３の波形を組み合わせることで可能となる。

以上が本発明になる実施例２の交流電動機の制御装置であるが、本発明になる交流電動機の制御装置は、さらにいくつかのバリエーションが可能であり、以下、図３、図４を用い、本発明のバリエーションについて説明する。

図３は、本発明になる実施例３の交流電動機の制御装置を構成する、３相ＰＷＭ波形作成部１７の他の構成例である。前記図２に示した３相ＰＷＭ波形作成部１７では、搬送波生成部は３つの搬送波を生成する３つの搬送波生成部２０の１つだけであったが、この実施例３の３相ＰＷＭ波形作成部１７は、搬送波を３つ生成する３つの搬送波生成部３０と、搬送波を２つ生成する２つの搬送波生成部３１と、これら３つの搬送波生成部３０と２つの搬送波生成部３１とを選択するための搬送波個数切換部３２とを有して構成されている。

すなわちこの図３に示した３相ＰＷＭ波形作成部１７では、例えば前記した図１に１６で示した３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が一定値以下に接近した場合は３つの搬送波生成部３０を搬送波個数切換部３２で選択し、同じく、３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は２つの搬送波生成部３１を搬送波個数切換部３２で選択し、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の接近状態に応じて搬送波生成部を切り換えられるようにしたものである。

それ以外の３相電圧基準信号生成部２１、レベル比較部３３は、前記図２に示した３相電圧基準信号生成部２１、レベル比較部２２と全く同様であり、動作も同一であるので説明は省略する。

また図４は、全く同様に、前記図２に示した３相ＰＷＭ波形作成部１７として、搬送波を３つ生成する３つの搬送波生成部４０と、搬送波を２つ生成する２つの搬送波生成部４１と、搬送波を１つだけ生成する１つの搬送波生成部４２と、これら３つの搬送波生成部４０と２つの搬送波生成部４１と１つの搬送波生成部４２とを選択するための搬送波個数切換部４３とを有して構成されている。

この図４に示した３相ＰＷＭ波形作成部１７では、前記図３の実施例３の３相ＰＷＭ波形作成部１７と同様、前記した図１に１６で示した３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が一定値以下に接近した場合は３つの搬送波生成部４０を搬送波個数切換部４３で選択し、同じく、３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は２つの搬送波生成部４１を搬送波個数切換部４３で選択し、いずれの相も接近していない場合は１つの搬送波生成部４２を搬送波個数切換部４３で選択し、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の接近状態に応じて搬送波生成部を切り換えられるようにしたものである。

それ以外の３相電圧基準信号生成部２１、レベル比較部４４は、前記図２、図３に示した３相電圧基準信号生成部２１、レベル比較部２２、３３と全く同様であり、動作も同一であるので説明は省略する。

以上、種々述べてきたように本発明によれば、一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を搬送波生成部２０、３０、４０、３１、４１で生成することで、簡単な構成で、３相ＰＷＭ信号の立ち上がりが近接する場合でも容易に、精度良く、交流電動機１０に流れる３相の電流を検出することができる。

また、３相電圧基準信号生成部２１に、正弦波、正弦波に３次高調波を重畳させた波形、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な波形、の３種の波形を生成する機能を持たせたから、これらの波形のうちから、種々の要求に対応させることのできる一の波形を用いることで、従来のようにそれぞれに応じて制御装置を設計する必要が無く、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できる交流電動機の制御装置を提供することができる。

本発明によれば交流電動機に流れる電流を、単一の電流センサで容易に、簡単に、高精度に検出することができ、交流電動機に連結する負荷側に制限を加えることなく、交流電動機の駆動制御装置に対する用途・要望に対応できる、汎用型の交流電動機の制御装置を提供することができる。

本発明になる交流電動機の制御方法を実施する、３相ＰＷＭインバータを用いた交流電動機の制御装置のブロック図である。 本発明になる交流電動機の制御装置における３相ＰＷＭ波形生成部の実施例１、２のブロック図である。 本発明になる交流電動機の制御装置における３相ＰＷＭ波形生成部の実施例３のブロック図である。 本発明になる交流電動機の制御装置における３相ＰＷＭ波形生成部の実施例４のブロック図である。 本発明になる交流電動機の制御装置における、実施例２に用いる３相基準信号の波形例で、（Ａ）は正弦波の場合、（Ｂ）は矩形波に近いパルス波の場合、（Ｃ）は台形波の場合である。 本発明になる交流電動機の制御装置における、搬送波を３つ用いて３相ＰＷＭ信号を生成することを説明するためのタイミングチャートである。 従来の交流電動機制御装置における搬送波１つの場合、電圧指令値の中間相が最大相あるいは最小相に近い場合や出力電圧レベルが低いと、電流検出が不可能となる現象を説明するためのタイミングチャートである。 従来の３相ＰＷＭインバータを用いた交流電動機の制御装置の概略ブロック図である。 従来の３相ＰＷＭインバータを用いた交流電動機の制御装置における、駆動用波形を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 交流電動機（モータ）
１１ ３相ＰＷＭインバータ装置
１２ ３相ＰＷＭインバータ主回路
１３ 直流電源
１４ 電流センサ
１５ 交流電動機電流検出部
１６ ３相電圧指令演算部
１７ ３相ＰＷＭ波形作成部
２０ ３つの搬送波生成部
２１ ３相電圧基準信号生成部（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）
２２ レベル比較部

Claims (6)

1. 直流を入力として交流電動機を駆動する３相ＰＷＭインバータへの直流入力電流測定手段を有し、該直流入力電流測定手段の測定結果から前記交流電動機電流を推定して前記交流電動機を制御する交流電動機の制御装置において、
   該直流電流測定手段に接続され、前記交流電動機における３相電流の各々を算出する交流電動機電流検出部と、
   該交流電動機電流検出部が算出した３相電流から前記交流電動機に与える３相電圧指令を演算する３相電圧指令演算部と、
   一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を生成する搬送波生成部を有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、前記搬送波生成部が生成した搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成する３相ＰＷＭ波形作成部と、で構成され、
   前記３相電圧基準信号と搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする交流電動機の制御装置。
2. 直流を入力として交流電動機を駆動する３相ＰＷＭインバータへの直流入力電流測定手段を有し、該直流入力電流測定手段の測定結果から前記交流電動機電流を推定して前記交流電動機を制御する交流電動機の制御装置において、
   該直流電流測定手段に接続され、前記交流電動機における３相電流の各々を算出する交流電動機電流検出部と、
   該交流電動機電流検出部が算出した３相電流から前記交流電動機に与える３相電圧指令を演算する３相電圧指令演算部と、
   一定間隔を有する１乃至３のいずれかの数の搬送波を生成する搬送波生成部を有し、前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧基準信号と、前記搬送波生成部が生成した搬送波とのレベル比較により、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成する３相ＰＷＭ波形作成部と、で構成され、
   前記３相電圧指令演算部が算出したＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相電圧基準信号として、正弦波からなる第１の波形と、正弦波に３次高調波を重畳させた波形からなる第２の波形と、正弦波状で角度６０度から１２０度、２４０度から３００度までが一定な波形からなる第３の波形とを生成する３相電圧基準信号生成部を備え、前記第１乃至第３の波形のうちから選択される一の波形を用い、
   該３相電圧基準信号と搬送波とのレベル比較により前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする交流電動機の制御装置。
3. 前記３相電圧基準信号は、前記交流電動機起動時に前記第１の波形を、前記交流電動機の高速駆動に前記第２の波形または前記第３の波形を、３相ＰＷＭインバータの効率を重視する場合は前記第３の波形を用いることを特徴とする請求項２に記載した交流電動機の制御装置。
4. 前記搬送波生成部は、３つの搬送波生成部と、２つの搬送波生成部と、該３つの搬送波生成部と２つの搬送波生成部とを切り換える搬送波個数切換部とを有し、
   前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で３つの搬送波生成部を選択し、
   前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で２つの搬送波生成部を選択して、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した交流電動機の制御装置。
5. 前記搬送波生成部は、３つの搬送波生成部と、２つの搬送波生成部と、１つの搬送波生成部と、
   該３つの搬送波生成部と２つの搬送波生成部と１つの搬送波生成部とを切り換える搬送波個数切換部とを有し、
   前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、３相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で３つの搬送波生成部を選択し、
   前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令のうち、２相が一定値以下に接近した場合は前記搬送波個数切換部で２つの搬送波生成部を選択し、
   前記３相電圧指令演算部が算出した３相電圧指令がいずれも接近していない場合は前記搬送波個数切換部で１つの搬送波生成部を選択して、前記３相ＰＷＭインバータ制御信号を生成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した交流電動機の制御装置。
6. 前記交流電動機電流検出部は直流電流測定手段により、前記３相電圧指令を構成する３相電圧基準信号の最小相と最大相との２相が前記搬送波と交わる２カ所で、前記３相ＰＷＭインバータの直流入力電流を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載した交流電動機の制御装置。

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