JP2012029377A - 負荷制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リプル電流を低減可能な簡単な構成の負荷制御装置を提供すること。
【解決手段】負荷制御装置は、直流電圧を出力する電力供給部と、直流電圧を３相の交流電圧に変換して複数の電機子を有する回転型誘導性負荷に交流電圧を印加する複数の電力変換部と、電力供給部と複数の電力変換部の間に並列に設けられ、直流電圧を平滑化する平滑部と、複数の電力変換部の各々を、周期が同じ個別のキャリア信号に基づいて、２相変調方式でＰＷＭ制御する制御部とを備える。制御部は、回転型誘導性負荷の回転子の電気角度を検出する回転子角度検出部と、複数の電力変換部が出力するｄｑ軸上の各電圧に基づいて、当該各出力電圧のｄｑ軸上の位相を算出する出力電圧位相算出部と、複数の電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相及び回転型誘導性負荷の回転子の電気角度に応じて、キャリア信号の位相差を設定する位相設定部とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インバータを２相変調方式でＰＷＭ制御する負荷制御装置に関する。

電動機等の複数の負荷を駆動するための駆動負荷システムは、直流電源と、直流電力を交流電力に変換する、負荷と同数のインバータと、直流電源とインバータの間に設けられた直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記複数の負荷とを備える。当該駆動負荷システムの内、平滑コンデンサ及びインバータをモジュール化すると、各々のインバータから平滑コンデンサへの電流が影響し合って、平滑コンデンサを流れるリプル電流が増大する。しかし、平滑コンデンサの寿命や平滑コンデンサで発生する損失、モジュールのサイズ等を鑑みると、リップル電流は低い方が望ましい。

特許文献１には、直流電源に接続される平滑コンデンサのリプル電流を減らすことができるインバータ装置が開示されている。当該インバータ装置は、第１のモータの１つの相の指令値とキャリア信号である三角波を比較し、同時に別の相の指令値と前記三角波の反転信号である別のキャリア信号としての三角波を比較してＰＷＭ信号を算出する。同様に、インバータ装置は、第２のモータの１つの相の指令値とキャリア信号である三角波を比較し、同時に別の相の指令値と前記三角波の反転信号である別のキャリア信号としての三角波を比較してＰＷＭ信号を計算する。インバータ装置は、これらのＰＷＭ信号により第１のモータ及び第２のモータのそれぞれに対応する２つのインバータブリッジのスイッチングタイミングを２相変調方式でＰＷＭ制御することで平滑コンデンサのリプル電流を減少させる。

特開２００８−１４８３９５号公報 特開２００２−３００８００号公報 特開２００６−３５２９５１号公報

上記説明したインバータ装置は、モータ毎に２種類のキャリア信号（三角波）を利用する。なお、複数の電機子を有するモータの場合、当該インバータ装置は、電機子毎に２種類のキャリア信号を利用する。このため、当該２種類のキャリア信号を生成する回路が複雑化する。しかし、簡便なシステムの点では回路の複雑化は好ましくない。すなわち、リプル電流を低減可能な簡単な構成の装置が望ましい。

本発明の目的は、リプル電流を低減可能な簡単な構成の負荷制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の負荷制御装置は、直流電圧を出力する電力供給部（例えば、実施の形態でのコンバータ１０１）と、前記直流電圧を３相の交流電圧に変換して複数の電機子（例えば、実施の形態での電機子Ａ１，Ａ２）を有する回転型誘導性負荷（例えば、実施の形態での電動機１０）に前記交流電圧を印加する複数の電力変換部（例えば、実施の形態でのインバータ１０３ａ，１０３ｂ）と、前記電力供給部と前記複数の電力変換部の間に並列に設けられ、前記直流電圧を平滑化する平滑部（例えば、実施の形態での平滑コンデンサＣ）と、前記複数の電力変換部の各々を、周期が同じ個別のキャリア信号に基づいて、２相変調方式でＰＷＭ制御する制御部（例えば、実施の形態でのＥＣＵ１０５）と、を備えた負荷制御装置であって、前記制御部は、前記回転型誘導性負荷の回転子（例えば、実施の形態での回転子Ｒ）の電気角度を検出する回転子角度検出部（例えば、実施の形態でのレゾルバ１１３）と、前記複数の電力変換部が出力するｄｑ軸上の各電圧に基づいて、当該各出力電圧のｄｑ軸上の位相を算出する出力電圧位相算出部（例えば、実施の形態での出力電圧位相算出部１２１）と、前記複数の電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相及び前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度に応じて、前記キャリア信号の位相差を設定する位相設定部（例えば、実施の形態でのキャリア位相オフセット指令生成部１２３）と、を有することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の負荷制御装置では、前記位相設定部は、前記複数の電力変換部の内、任意の１つの電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相及び前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度に基づいて、前記出力電圧位相を基準とした前記回転子の電気角度である出力電圧基準電気角度を導出する出力電圧基準電気角度導出部（例えば、実施の形態でのリプル切替判定処理部１４５）と、前記複数の電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相の差である出力電圧位相差を算出する出力電圧位相差算出部（例えば、実施の形態での出力電圧位相差算出部１４７）と、前記出力電圧基準電気角度に基づいて、前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度を前記キャリア信号と同周期のカウント値に変換するカウント値生成部（例えば、実施の形態でのリプル切替判定処理部１４５）と、を有し、前記任意の１つの電力変換部に対するキャリア信号の位相と前記他の電力変換部に対するキャリア信号の位相の差を、前記出力電圧位相差及び前記カウント値に基づいて変更することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の負荷制御装置では、前記位相設定部は、前記キャリア信号の位相差を変更する場合、前記回転型誘導性負荷が有する電機子の数で前記出力電圧基準電気角度の周期を割った角度の整数倍の位相をオフセットすることを特徴としている。

請求項１〜３に記載の発明の負荷制御装置によれば、簡単な構成でリプル電流を低減できる。

電動機１０の構成を示す図 一実施形態の負荷制御装置を含むシステムを示す図 （ａ）インバータ１０３ａ，１０３ｂを３相変調方式でＰＷＭ制御を行った際の各相電圧及び各相間電圧を示すグラフ、及び（ｂ）インバータ１０３ａ，１０３ｂを２相変調方式でＰＷＭ制御を行った際の各相電圧及び各相間電圧を示すグラフ インバータ１０３ａ，１０３ｂが２相変調方式でＰＷＭ制御を行う際の、インバータキャリア信号に対する各相指令電圧から得られる各相のＰＷＭ信号及び平滑コンデンサＣを流れるリプル電流、並びに、いずれかの相のデューティ信号を示すグラフ インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相が一致する場合に発生するリプル電流のタイミングとその対応策を示す図 インバータ制御部１０５Ｉの内部構成を示すブロック図 制御部１２５の内部構成を示すブロック図 出力電圧位相算出部１２１の内部構成を示すブロック図 ｄ軸基準の出力電圧位相と出力電圧位相算出部１２１が出力するｑ軸基準の出力電圧位相との関係を示す図 インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相が電気角度で３０度ずれている場合に発生するリプル電流のタイミングを示す図 キャリア位相オフセット指令生成部１２３の内部構成を示すブロック図 出力電圧基準電気角θｖｓａ、出力電圧基準電気角θｖｓｂ及び出力電圧位相差θｃの関係、並びに、リプル位相切替りカウント値ＣＡ，ＣＢの関係の一例を示す図 出力電圧位相差θｃが０度、３０度、６０度、９０度及び１２０度のときのリプル位相切替りカウント値ＣＡ，ＣＢの各位相関係を示す図 キャリア位相差選択処理部１４９の動作を示すフローチャート θｃ＝４０度の場合のリプル位相切替りカウント値ＣＡと出力電圧位相θｖａ，θｖｂの位相関係を示す図 θｃ＝８０度の場合のリプル位相切替りカウント値ＣＡと出力電圧位相θｖａ，θｖｂの位相関係を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図２は、一実施形態の負荷制御装置を含むシステムを示す図である。図２に示す負荷制御装置は、力行駆動時には電動機として動作し、回生動作時には発電機として動作する永久磁石同期モータ等の回転型誘導性負荷（以下「電動機」という）１０の運転を制御する装置である。なお、電動機１０は、１つの回転子Ｒと、当該回転子Ｒに対応した２つの電機子Ａ１，Ａ２とを有する。図１は、電動機１０の構成を示す図である。図１に示すように、電機子Ａ１，Ａ２は、回転子Ｒの回転軸上に、回転子Ｒを挟んで設けられている。本実施形態では、当該２つの電機子Ａ１，Ａ２を有する電動機１０を例に説明するが、１つの電機子に２本の巻線Ｗ１，Ｗ２が並列に設けられた電動機であっても良い。この場合、電機子Ａ１を巻線Ｗ１、電機子Ａ２を巻線Ｗ２と読み替える。

図２に示すように、負荷制御装置は、コンバータ１０１と、平滑コンデンサＣと、電動機１０の電機子Ａ１に対応するインバータ１０３ａと、電動機１０の電機子Ａ２に対応するインバータ１０３ｂと、ＥＣＵ１０５と、電圧センサ１０９と、電機子Ａ１に対応する相電流センサ１１１ｕａ，１１１ｗａと、電機子Ａ２に対応する相電流センサ１１１ｕｂ，１１１ｗｂと、レゾルバ１１３とを備える。コンバータ１０１、平滑コンデンサＣ及びインバータ１０３ａ，１０３ｂは、蓄電器等の直流電源Ｂと電動機１０の間に設けられている。インバータ１０３ａ，１０３ｂは、コンバータ１０１と並列に設けられている。平滑コンデンサＣは、コンバータ１０１とインバータ１０３ａ，１０３ｂの間にコンバータ１０１と並列に設けられている。

コンバータ１０１は、直流電源Ｂの出力電圧Ｖ１を昇圧又は降圧する。平滑コンデンサＣは、直流電圧を平滑化する。インバータ１０３ａ，１０３ｂは、上下２段に直列接続された各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するトランジスタと、各トランジスタと並列に接続された還流ダイオードとを有する。インバータ１０３ａ，１０３ｂは、それぞれ設定された周波数のキャリア信号に応じたＰＷＭ信号によるトランジスタのスイッチング動作によって、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２を３相交流に変換する。なお、インバータ１０３ａ，１０３ｂは、２相変調方式でＰＷＭ制御される。また、電動機１０が回生した際、インバータ１０３ａ，１０３ｂは、トランジスタのスイッチング動作によって、電動機１０が発生した３相の交流電圧を直流に変換する。

以下、インバータ１０３ａ，１０３ｂに対して行われる２相変調について簡単に説明する。図３（ａ）は、インバータ１０３ａ，１０３ｂを３相変調方式でＰＷＭ制御を行った際の各相電圧及び各相間電圧を示すグラフであり、図３（ｂ）は、インバータ１０３ａ，１０３ｂを２相変調方式でＰＷＭ制御を行った際の各相電圧及び各相間電圧を示すグラフである。図３に示すように、各相間電圧は３相変調時と２相変調時とで変わらないため、インバータ１０３ａ，１０３ｂの負荷（電動機１０）に対する出力は変わらない。しかし、２相変調時には、図３（ｂ）に示すように、３相の内のいずれか１相のデューティが０％又は１００％のままであり、かつ、このような状態を各相で交互に繰り返す。図３（ｂ）に示した例では、出力電圧位相基準で電気角６０度毎に、Ｖ相のデューティ１００％→Ｕ相のデューティ０％→Ｗ相のデューティ１００％→Ｖ相のデューティ０％→Ｕ相のデューティ１００％→Ｗ相のデューティ０％と変化している。デューティが変わらない相に対してはスイッチングが行われない。

図４は、インバータ１０３ａ，１０３ｂが２相変調方式でＰＷＭ制御を行う際の、インバータキャリア信号に対する各相指令電圧から得られる各相のＰＷＭ信号及び平滑コンデンサＣを流れるリプル電流、並びに、いずれかの相のデューティ信号を示すグラフである。図４に示すように、いずれかの相のデューティ信号は電気角６０度毎に周期性を有し、平滑コンデンサＣには、インバータキャリア信号（以下、単に「キャリア信号」という）の山と谷で入れ替わり発生する。すなわち、図４に示した例では、位相Ａの期間は、キャリア信号が谷となるときにリプル電流が発生し、位相Ｂの期間は、キャリア信号が山となるときにリプル電流が発生する。

図５は、インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相が一致する場合に発生するリプル電流のタイミングとその対応策を示す図である。図５に示した例では、インバータ１０３ａに対するキャリア信号の位相とインバータ１０３ｂに対するキャリア信号の位相とが一致するため、同じタイミングで発生したリプル電流が重畳されてしまう。しかし、いずれか一方のキャリア信号の位相を１８０度オフセットすることにより、インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対応するリプル電流が互いに干渉しない状態となる。

図２に示した負荷制御装置が備える電圧センサ１０９は、コンバータ１０１の出力電圧Ｖ２を検出する。相電流センサ１１１ｕａ，１１１ｗａは、インバータ１０３ａから出力されるｕ相電流Ｉｕａ及びｗ相電流Ｉｗｂをそれぞれ検出する。同様に、相電流センサ１１１ｕｂ，１１１ｗｂは、インバータ１０３ｂから出力されるｕ相電流Ｉｕａ及びｗ相電流Ｉｗｂをそれぞれ検出する。レゾルバ１１３は、電動機１０の回転子Ｒの電気角度を検出する。電圧センサ１０９、相電流センサ１１１ｕａ，１１１ｗａ，１１１ｕｂ，１１１ｗｂ及びレゾルバ１１３によって検出された値を示す信号はＥＣＵ１０５に送られる。また、電動機１０の電機子Ａ１側に対するトルク指令値Ｔａ及び電動機１０の電機子Ａ２側に対するトルク指令値Ｔｂも、外部からＥＣＵ１０５に入力される。

ＥＣＵ１０５は、例えばＣＰＵであり、コンバータ１０１及びインバータ１０３ａ，１０３ｂを構成する各トランジスタのスイッチングを２相変調方式でＰＷＭ制御する。ＥＣＵ１０５は、コンバータ制御部１０５Ｃ及びインバータ制御部１０５Ｉを有する。コンバータ制御部１０５Ｃは、コンバータ１０１を構成する各トランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。また、インバータ制御部１０５Ｉは、インバータ１０３ａ，１０３ｂを構成する各トランジスタのスイッチングを２相変調方式でＰＷＭ制御する。

図６は、インバータ制御部１０５Ｉの内部構成を示すブロック図である。図６に示すように、インバータ制御部１０５Ｉは、出力電圧位相算出部１２１と、キャリア位相オフセット指令生成部１２３と、制御部１２５とを有する。以下、各構成要素について詳細に説明する。

図７は、制御部１２５の内部構成を示すブロック図である。図７に示すように、制御部１２５は、第１制御部１２５ａと、第２制御部１２５ｂとを有する。第１制御部１２５ａ及び第２制御部１２５ｂは、角速度算出部１５１と、電流指令算出部１５３と、３相−ｄｑ変換部１５５と、電流ＦＢ制御部１５７と、ｄｑ−３相変換部１５９と、ＰＷＭ制御部１６１とをそれぞれ含む。

なお、第１制御部１２５ａには、トルク指令値Ｔａ、レゾルバ１１３が検出した電動機１０の回転子Ｒの電気角度θの検出値、相電流センサ１１１ｕａ，１１１ｗａが検出したｕ相電流Ｉｕａ及びｗ相電流Ｉｗａの各値、電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値、及びキャリア位相オフセット指令生成部１２３が生成したキャリア位相オフセット指令が入力される。同様に、第２制御部１２５ｂには、トルク指令値Ｔｂ、電動機１０の回転子Ｒの電気角度θの検出値、相電流センサ１１１ｕｂ，１１１ｗｂが検出したｕ相電流Ｉｕｂ及びｗ相電流Ｉｗｂの各値、電圧センサ１０９が検出したコンバータ１０１の出力電圧Ｖ２の値、及びキャリア位相オフセット指令生成部１２３が生成したキャリア位相オフセット指令が入力される。

以下、第１制御部１２５ａ及び第２制御部１２５ｂがそれぞれ備える各構成要素について説明する。なお、図７中の符号に付された「ａ」は第１制御部１２５ａに対応し、「ｂ」は第２制御部１２５ｂに対応するが、第１制御部１２５ａ及び第２制御部１２５ｂの動作は共通するため、以下の説明では「ａ」及び「ｂ」を省略する。

角速度算出部１５１は、電動機１０の回転子Ｒの電気角度θの検出値を時間微分することによって、電動機１０の回転子Ｒの角速度ωを算出する。角速度算出部１５１によって算出された角速度ωは、電流指令算出部１５３に入力される。電流指令算出部１５３は、トルク指令値Ｔと、電動機１０の回転子Ｒの角速度ωとに基づいて、ｄ軸側の電機子（以下「ｄ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｄ軸電流」という。）の指令値Ｉｄ＿ｃ及びｑ軸側の電機子（以下「ｑ軸電機子」という。）に流す電流（以下「ｑ軸電流」という。）の指令値Ｉｑ＿ｃを算出する。

３相−ｄｑ変換部１５５は、相電流センサ１１１ｕ，１１１ｗが検出したｕ相電流Ｉｕ及びｗ相電流Ｉｗの各値と、電動機１０の回転子Ｒの電気角度θの検出値とに基づいて３相−ｄｑ変換を行って、ｄ軸電流の検出値Ｉｄ＿ｓ及びｑ軸電流の検出値Ｉｑ＿ｓを算出する。電流ＦＢ制御部１５７は、ｄ軸電流の指令値Ｉｄ＿ｃと検出値Ｉｄ＿ｓの偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流の指令値Ｉｑ＿ｃと検出値Ｉｑ＿ｓの偏差ΔＩｑが減少するよう、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下「ｄ軸電圧」という。）の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電機子の端子間電圧（以下「ｑ軸電圧」という。）の指令値Ｖｑ＿ｃを決定する。

ｄｑ−３相変換部１５９は、電流ＦＢ制御部１５７によって決定されたｄ軸電圧の指令値Ｖｄ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑ＿ｃと、電動機１０の回転子Ｒの電気角度θの検出値とに基づいてｄｑ−３相変換を行って、３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値を導出する。ＰＷＭ制御部１６１は、ｄｑ−３相変換部１５９が導出した３相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各指令値及びキャリア位相オフセット指令に基づいて、インバータ１０３ａ，１０３ｂを構成する各トランジスタのスイッチングをＰＷＭ制御する。

インバータ制御部１０５Ｉが有する出力電圧位相算出部１２１は、電動機１０の電機子Ａ１に対するｄ軸電圧の指令値Ｖｄａ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑａ＿ｃに基づいて、出力電圧位相θｖａを算出する。また、同様に、出力電圧位相算出部１２１は、電動機１０の電機子Ａ２に対するｄ軸電圧の指令値Ｖｄｂ＿ｃ及びｑ軸電圧の指令値Ｖｑｂ＿ｃに基づいて、出力電圧位相θｖｂを算出する。図８は、出力電圧位相算出部１２１の内部構成を示すブロック図である。図８に示すように、出力電圧位相算出部１２１は、ｄ軸基準の出力電圧位相θｖａを算出する手段１３１と、ｄ軸基準の出力電圧位相θｖｂを算出する手段１３３と、９０度シフター１３５とを含む。９０度シフター１３５は、ｄ軸基準の出力電圧位相θｖａ及びｄ軸基準の出力電圧位相θｖｂの位相をそれぞれ９０度遅らせる。したがって、図９に示すように、出力電圧位相算出部１２１が出力する出力電圧位相θｖａ，θｖｂは、ｑ軸を基準とした出力電圧の位相である。

インバータ制御部１０５Ｉが有するキャリア位相オフセット指令生成部１２３は、制御部１２５に入力するキャリア位相オフセット指令を導出する。図１０は、インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相が電気角度で３０度ずれている場合に発生するリプル電流のタイミングを示す図である。図１０に示した例では、リプル信号の発生タイミングの組み合わせが（１）〜（４）の４通りあり、各組み合わせは電気角３０度の周期で訪れる。位相（１）及び位相（３）では、一方のキャリア信号が山となるときにリプル電流が発生し、他方のキャリア信号が谷となるときにリプル電流が発生するが、各キャリア信号におけるリプル電流の発生タイミングは重複しない。一方、位相（２）では、一方のキャリア信号が山となるときにリプル電流が発生し、他方のキャリア信号も山となるときにリプル電流が発生するため、リプル電流の発生タイミングが一致する。また、位相（４）では、一方のキャリア信号が谷となるときにリプル電流が発生し、他方のキャリア信号も谷となるときにリプル電流が発生するため、リプル電流の発生タイミングが一致する。

図１０に示した例では、電気角３０度毎に、位相（２）及び位相（４）の期間で、いずれか一方のキャリア信号の位相を１８０度オフセットすることによりリプル電流の重複を防ぐことができる。なお、オフセットする際のオフセット位相角は、電動機１０が有する電機子の数で３６０度を割った数である。本実施形態では、電動機１０が２つの電機子Ａ１，Ａ２を有するため、３６０／２＝１８０度がオフセット位相角である。

キャリア位相オフセット指令生成部１２３は、インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相と電気角の関係に応じて、どの位相の期間にオフセットするかを決定する。すなわち、当該決定に応じて、キャリア位相オフセット指令生成部１２３は、キャリア位相オフセット指令を出力する。図１１は、キャリア位相オフセット指令生成部１２３の内部構成を示すブロック図である。図１１に示すように、キャリア位相オフセット指令生成部１２３は、出力電圧基準電気角導出部１４１と、リプル切替判定処理部１４５と、出力電圧位相差算出部１４７と、キャリア位相差選択処理部１４９とを含む。以下、図１１〜図１２を参照して、各構成要素について詳細に説明する。なお、図１２は、出力電圧基準電気角θｖｓａとリプル位相切替りカウント値ＣＡの関係の一例を示す図である。

出力電圧基準電気角導出部１４１は、出力電圧位相θｖａに電動機１０の回転子Ｒの電気角度θを加算して出力電圧基準電気角度θｖｓａを導出する。出力電圧基準電気角度θｖｓａは、出力電圧位相θｖａを基準とした電動機１０の回転子Ｒの電気角度θである。なお、出力電圧基準電気角度θｖｓａの周期は３６０度である。

リプル切替判定処理部１４５は、出力電圧基準電気角度θｖｓａに基づいて、電動機１０の回転子Ｒの電気角度θを６０度周期のカウント値（リプル位相切替りカウント値ＣＡ）に変換する。リプル位相切替りカウント値ＣＡの範囲は、０度〜６０度である。出力電圧位相差算出部１４７は、出力電圧位相θｖａと出力電圧位相θｖｂの差（以下「出力電圧位相差」という）θｃを算出する。

なお、図４に示したように、キャリア信号に対するリプル電流の発生タイミングは、電気角６０度毎に異なる。したがって、出力電圧位相θｖａ，θｖｂ上でもリプル電流の発生タイミングは６０度毎に異なり、その周期は電気角１２０度である。このため、出力電圧位相差θｃの範囲は０度〜１２０度である。図１３に、出力電圧位相差θｃが０度、３０度、６０度、９０度及び１２０度のときの出力電圧位相θｖａ，θｖｂの各位相関係を示す。

キャリア位相差選択処理部１４９は、リプル切替判定処理部１４５が導出したリプル位相切替りカウント値ＣＡ及び出力電圧位相差θｃに応じて、インバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相のオフセットに関する指令（キャリア位相オフセット指令）を生成する。図１４は、キャリア位相差選択処理部１４９の動作を示すフローチャートである。

図１４に示すように、キャリア位相差選択処理部１４９は、出力電圧位相差θｃが６０度（θｃ＝６０度）か否かを判断し（ステップＳ１０３）、θｃ＝６０度であればステップＳ１０５に進み、θｃ＝６０度でなければ（θｃ≠６０度）ステップＳ１０７に進む。θｃ＝６０度のときは、図１０の位相（１）又は位相（３）に示すように、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングがキャリア位相上で１８０度ずれている。したがって、ステップＳ１０５では、キャリア位相差選択処理部１４９は、２つのキャリア信号の位相差を０度とするキャリア位相オフセット指令（キャリアオフセット０）を生成する。

ステップＳ１０７では、キャリア位相差選択処理部１４９は、出力電圧位相差θｃが６０度未満（θｃ＜６０度）か否かを判断し、θｃ＜６０度であればステップＳ１０９に進み、θｃ＞６０度であればステップＳ１１５に進む。ステップＳ１０９では、キャリア位相差選択処理部１４９は、リプル位相切替りカウント値ＣＡが出力電圧位相差θｃ未満（ＣＡ＜θｃ）か否かを判断し、ＣＡ＜θｃであればステップＳ１１１に進み、ＣＡ＞θｃであればステップＳ１１３に進む。図１５は、θｃ＝４０度の場合のリプル位相切替りカウント値ＣＡと出力電圧位相θｖａ，θｖｂの位相関係を示す図である。図１５に示す位相（１）ではＣＡ＜θｃであり、位相（２）ではＣＡ＞θｃである。

θｃ＜６０度であってＣＡ＜θｃのときは、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングがキャリア位相上で１８０度ずれている。したがって、ステップＳ１１１では、キャリア位相差選択処理部１４９は、２つのキャリア信号の位相差を０度とするキャリア位相オフセット指令（キャリアオフセット０）を生成する。一方、θｃ＜６０度であってＣＡ＞θｃのときは、図１０の位相（２）又は位相（４）に示すように、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングが同じである。したがって、ステップＳ１１３では、キャリア位相差選択処理部１４９は、いずれか一方のキャリア信号の位相を１８０度オフセットしてリプル電流の重複を防止するキャリア位相オフセット指令（キャリアオフセット１８０）を生成する。

ステップＳ１１５では、キャリア位相差選択処理部１４９は、リプル位相切替りカウント値ＣＡが「出力電圧位相差θｃ−６０」未満（ＣＡ＜θｃ−６０）か否かを判断し、ＣＡ＜θｃ−６０であればステップＳ１１７に進み、ＣＡ＞θｃ−６０であればステップＳ１１９に進む。図１６は、θｃ＝８０度の場合のリプル位相切替りカウント値ＣＡと出力電圧位相θｖａ，θｖｂの位相関係を示す図である。図１６に示す位相（３）ではＣＡ＜θｃ−６０であり、位相（４）ではＣＡ＞θｃ−６０である。

θｃ＞６０度であってＣＡ＜θｃ−６０のときは、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングが同じである。したがって、ステップＳ１１７では、キャリア位相差選択処理部１４９は、いずれか一方のキャリア信号の位相を１８０度オフセットしてリプル電流の重複を防止するキャリア位相オフセット指令（キャリアオフセット１８０）を生成する。一方、θｃ＞６０度であってＣＡ＞θｃ−６０のときは、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングがキャリア位相上で１８０度ずれている。したがって、ステップＳ１１９では、キャリア位相差選択処理部１４９は、２つのキャリア信号の位相差を０度とするキャリア位相オフセット指令（キャリアオフセット０）を生成する。

キャリア位相差選択処理部１４９が生成したキャリア位相オフセット指令は、キャリア位相オフセット指令生成部１２３から出力され、インバータ制御部１０５Ｉの制御部１２５に入力される。

以上説明したように、２相変調方式でＰＷＭ制御されるインバータ１０３ａ，１０３ｂの各々に対するキャリア信号の位相上で、電気角６０度毎にリプル電流の発生タイミングが切り替わる。本実施形態では、こうした特性を鑑みて、出力電圧位相差θｃ及びリプル位相切替りカウント値ＣＡに応じて、２つのキャリア信号の位相におけるリプル電流の発生タイミングが重複しているか否かが判断される。当該判断の結果、リプル電流の発生タイミングが重複していれば、いずれか一方のキャリア信号の位相をオフセットすることによってリプル電流の重複を防止する。このように、リプル電流の重複を防止することによって、キャリア信号の種類を増やすことなくリプル電流を低減できる。

なお、本実施形態では、インバータ１０３ａ，１０３ｂに対するデューティの切替期間（デューティが０％又は１００％の期間）が電気角６０度であるため、リプル電流の発生タイミングが切り替わる周期が電気角度で６０であるが、デューティの切替期間は０〜１２０度の任意の値であっても良い。

なお、本実施形態では、電動機１０に設けられた電機子の数が２つであった。しかし、電機子の数は２つに限られず、３つ以上であっても良い。

１０ 回転型誘導性負荷（電動機）
Ａ１，Ａ２ 電機子
Ｒ 回転子
Ｂ 直流電源
１０１ コンバータ
Ｃ 平滑コンデンサ
１０３ａ，１０３ｂ インバータ
１０５ ＥＣＵ
１０９ 電圧センサ
１１１ｕａ，１１１ｗａ，１１１ｕｂ，１１１ｗｂ 相電流センサ
１１３ レゾルバ
１０５Ｃ コンバータ制御部
１０５Ｉ インバータ制御部
１２１ 出力電圧位相算出部
１２３ キャリア位相オフセット指令生成部
１２５ 制御部
１２５ａ 第１制御部
１２５ｂ 第２制御部
１５１ 角速度算出部
１５３ 電流指令算出部
１５５ ３相−ｄｑ変換部
１５７ 電流ＦＢ制御部
１５９ ｄｑ−３相変換部
１６１ ＰＷＭ制御部
１３１ ｄ軸基準の出力電圧位相θｖａを算出する手段
１３３ ｄ軸基準の出力電圧位相θｖｂを算出する手段
１３５ ９０度シフター
１４１ 出力電圧基準電気角導出部
１４５ リプル切替判定処理部
１４７ 出力電圧位相差算出部
１４９ キャリア位相差選択処理部

Claims (3)

1. 直流電圧を出力する電力供給部と、
   前記直流電圧を３相の交流電圧に変換して複数の電機子を有する回転型誘導性負荷に前記交流電圧を印加する複数の電力変換部と、
   前記電力供給部と前記複数の電力変換部の間に並列に設けられ、前記直流電圧を平滑化する平滑部と、
   前記複数の電力変換部の各々を、周期が同じ個別のキャリア信号に基づいて、２相変調方式でＰＷＭ制御する制御部と、を備えた負荷制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度を検出する回転子角度検出部と、
   前記複数の電力変換部が出力するｄｑ軸上の各電圧に基づいて、当該各出力電圧のｄｑ軸上の位相を算出する出力電圧位相算出部と、
   前記複数の電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相及び前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度に応じて、前記キャリア信号の位相差を設定する位相設定部と、
   を有することを特徴とする負荷制御装置。
2. 請求項１に記載の負荷制御装置であって、
   前記位相設定部は、
   前記複数の電力変換部の内、任意の１つの電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相及び前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度に基づいて、前記出力電圧位相を基準とした前記回転子の電気角度である出力電圧基準電気角度を導出する出力電圧基準電気角度導出部と、
   前記複数の電力変換部のｄｑ軸上の出力電圧位相の差である出力電圧位相差を算出する出力電圧位相差算出部と、
   前記出力電圧基準電気角度に基づいて、前記回転型誘導性負荷の回転子の電気角度を前記キャリア信号と同周期のカウント値に変換するカウント値生成部と、を有し、
   前記任意の１つの電力変換部に対するキャリア信号の位相と前記他の電力変換部に対するキャリア信号の位相の差を、前記出力電圧位相差及び前記カウント値に基づいて変更することを特徴とする負荷制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の負荷制御装置であって、
   前記位相設定部は、前記キャリア信号の位相差を変更する場合、前記回転型誘導性負荷が有する電機子の数で前記出力電圧基準電気角度の周期を割った角度の整数倍の位相をオフセットすることを特徴とする負荷制御装置。

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