JP2015188271A - パルス幅変調波形生成装置 - Google Patents

パルス幅変調波形生成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構成、制御でリップル電流値を低減することができるパルス幅変調波形生成装置の提供。【解決手段】パルス幅変調波形生成装置１１は、スイッチング素子１３のオンオフを制御するパルス幅変調波形を記憶する記憶部１５と、記憶部１５と電気的に接続される制御部１７と、を備える。記憶部１５には、予め、１）前記スイッチング素子への入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける平均値、２）前記スイッチング素子への前記入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける標準偏差、３）前記スイッチング素子に電気的に接続される平滑コンデンサにおけるリップル電流値Ｉｃａｐのいずれかを最小にするように求めた、１周期における前半周期と後半周期とが相補でないパルス幅変調波形のデータが記憶される。制御部１７は、スイッチング素子１３へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング素子を駆動するためのパルス幅変調波形生成装置に関するものである。
従来、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御に従って、電力変換器のスイッチング素子におけるオンオフ制御を行なうことにより、交流電動機（モータ）への電力供給を制御するモータ駆動システムが、例えば特許文献１に提案されている。
このモータ駆動システムの全体構成図を図６に示す。図６において、モータ駆動システム１００は、直流電源１１０と、直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ１１３と、平滑コンデンサ１１５と、インバータ１２０と、制御装置１３０と、負荷である交流電動機１４０とを備える。インバータ１２０は、６個の半導体スイッチング素子１５１、１５３、１５５、１５７、１５９、１６１を有する。そして、インバータ１２０は、平滑コンデンサ１１５からの直流電圧を、制御装置１３０からのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６に応答した半導体スイッチング素子１５１、１５３、１５５、１５７、１５９、１６１のスイッチング動作により、交流電圧に変換する。この交流電圧により交流電動機１４０が駆動される。この際、制御装置１３０は、電圧センサ１１３の出力と、交流電動機１４０へのモータ電流ｉｖ、ｉｗを検出する電流センサ１７１、１７３の出力と、交流電動機１４０に設けられ、その回転角θを検出する回転角センサ１７５の出力と、に基づいて、トルク指令値に従ったトルクを交流電動機１４０が出力するようにスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し、インバータ１２０へ出力する。
このスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ６を生成するための、ＰＷＭ制御動作について、図７の波形図を用いて説明する。
図７において、制御装置１３０内のＰＷＭ信号生成部（図示せず）は、インバータ１２０のｕ相電圧指令値Ｖｕに従う信号波（図７の正弦波）と、所定周波数の搬送波Ｖｃｒとを比較する。そして、搬送波Ｖｃｒの電圧値が電圧指令値Ｖｕよりも高い区間と、電圧指令値Ｖｕが搬送波Ｖｃｒの電圧値よりも高い区間との間で、ｕ相での上アーム素子および下アーム素子のオンオフを切り替える。その結果、図７の下側のグラフに示すように、ｕ相のインバータ出力電圧として、方形波電圧の集合としての交流電圧が、交流電動機１４０へ供給される。ｖ相、ｗ相についても同様にして、それぞれの上アーム素子および下アーム素子のオンオフを切り替える。こうして、インバータ１２０は、交流電圧を交流電動機１４０へ供給することができる。なお、この交流電圧の基本波成分は、図７中に点線で示される。
このことから、例えばｕ相での上アームの半導体スイッチング素子１５１に対するスイッチング制御信号Ｓ１は、図７の下側のグラフに示した方形波と同じ波形となる。
このようなモータ駆動システムにおいては、ＰＷＭ制御により、インバータ１２０から交流電動機１４０へ流れる電流に高調波成分（リップル電流）が発生する。このリップル電流は、交流電動機１４０の発熱量を増加させる要因となる。
そこで、図６に示すモータ駆動システムは、制御装置１３０内に、図示しないリップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段を備える。そして、制御装置１３０は、前記リップル検出手段の検出値に基づくリップル電流幅と、基準設定手段で設定されるリップル電流幅の基準値とを比較し、それに基づいてＰＷＭ制御に用いる搬送波の周波数を制御する。これにより、リップル電流幅を適正レベルに維持でき、交流電動機１４０の発熱量の増加を防ぐことができる。
特開２００９−１１０２８号公報
上記したモータ駆動システムによると、リップル電流幅を適正レベルに維持できると記載されているのであるが、そのために、リップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段を備える必要がある。これらについては、特許文献１では、制御装置１３０によるハードウェアあるいはソフトウェア処理により実現されるものであると記載されている。ここで、前記リップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段がハードウェアで実現されるものであれば、リップル電流幅を適正レベルとするために、ハードウェアの構成が複雑になるという課題がある。
一方、前記リップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段がソフトウェア処理で実現されるものであれば、駆動中の交流電動機１４０に対して、即時的に搬送波の周波数を求めて、調整、制御するという複雑な動作を行う必要があるため、高速処理が可能な制御装置１３０が必要になるという課題がある。
なお、上記したモータ駆動システムでは、インバータ１２０の出力側（交流電動機１４０側）におけるリップル電流幅を適正レベルに維持するために、リップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段を備えているが、これは、インバータ１２０の入力側（平滑コンデンサ１１５側）におけるリップル電流幅を適正レベルに維持するためにも、同様にリップル検出手段、周波数調整手段、基準設定手段を備える必要があり、構成、制御が複雑になるという課題がある。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成、制御でリップル電流値を低減することができるパルス幅変調波形生成装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明のパルス幅変調波形生成装置は、スイッチング素子のオンオフを制御するパルス幅変調波形を記憶する記憶部と、前記記憶部と電気的に接続される制御部と、を備え、前記記憶部には、予め、１）前記スイッチング素子への入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける平均値Ｉｍ、２）前記スイッチング素子への前記入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける標準偏差Ｉｓｄ、３）前記スイッチング素子に電気的に接続される平滑コンデンサにおけるリップル電流値Ｉｃａｐのいずれかを最小にするように求めた、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない前記パルス幅変調波形のデータが記憶され、前記制御部は、前記スイッチング素子へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力するようにしたものである。
本発明のパルス幅変調波形生成装置によれば、予め記憶部に、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない（以下、非相補という）パルス幅変調波形のデータが記憶されている。この非相補なパルス幅変調波形は、従来の相補なパルス幅変調波形、すなわち、図７の下側の図に示すように、点線で示された交流電圧の基本波成分におけるインバータ出力電圧が０となる点に対して対称な方形波の波形に基づくパルス幅変調波形に比べ、有効にリップル電流値Ｉｃａｐを低減できる。従って、従来のように、交流電動機１４０の駆動中に、即時的に搬送波周波数を調整するという複雑な動作を行う必要がなくなり、制御部は、単に記憶部に記憶したパルス幅変調波形のデータに従ってパルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子のオンオフ信号として出力する動作のみで、リップル電流値Ｉｃａｐを低減することができる。ゆえに、簡単な構成、制御でリップル電流値を低減することが可能なパルス幅変調波形生成装置が得られるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図 本発明の実施の形態１におけるパルス幅変調波形生成装置のパルス幅変調波形図 本発明の実施の形態２におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図 本発明の実施の形態３におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図 本発明の実施の形態４におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図 従来のモータ駆動システムの全体構成図 従来のモータ駆動システムのＰＷＭ制御動作を説明する波形図
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるパルス幅変調波形生成装置のパルス幅変調波形図である。
図１において、パルス幅変調波形生成装置１１は、スイッチング素子１３のオンオフを制御するパルス幅変調波形を記憶する記憶部１５と、記憶部１５と電気的に接続される制御部１７と、を備える。
記憶部１５には、予め、１）スイッチング素子１３への入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける平均値Ｉｍ、２）スイッチング素子１３への前記入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける標準偏差Ｉｓｄ、３）スイッチング素子１３に電気的に接続される平滑コンデンサ１９におけるリップル電流値Ｉｃａｐのいずれかを最小にするように求めた、１周期における前半周期と後半周期とが相補でないパルス幅変調波形のデータが記憶される。
制御部１７は、スイッチング素子１３へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力する。
これにより、パルス幅変調波形生成装置１１は、次のような効果を得ることができる。記憶部１５には、予め、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない、非相補なパルス幅変調波形のデータが記憶されている。この非相補なパルス幅変調波形は、相補なパルス幅変調波形に比べ、有効にリップル電流値Ｉｃａｐを低減できるので、従来のように、即時的な搬送波周波数を調整するという複雑な動作を行う必要がなくなる。従って、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶したパルス幅変調波形のデータに従ってパルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみで、リップル電流値Ｉｃａｐを低減することができる。ゆえに、簡単な構成、制御でリップル電流値を低減することが可能なパルス幅変調波形生成装置１１が得られる。
以下、より具体的に本実施の形態１の構成、動作について説明する。なお、本実施の形態１では、パルス幅変調波形生成装置１１をモータ駆動システムに適用した例について述べる。また、以下の説明で、リップル電流値はリップル電流波形の実効値を示すものと定義する。但し、前記リップル電流値は、その波形の実効値に限定されるものではなく、両振幅値として定義してもよい。
モータ駆動システム２１は、バッテリからなる直流電源２３と、直流電源２３と電気的に接続されるインバータ２５と、インバータ２５の出力に電気的に接続されるモータ２７と、からなる。そして、インバータ２５を構成する６個のスイッチング素子１３は、パルス幅変調波形生成装置１１によって生成される６種のオンオフ信号ＳＷに基づいて、オンオフ制御される。なお、インバータ２５の入力側、すなわち直流電源２３と接続される側には、直流電源２３と並列に平滑コンデンサ１９が電気的に接続される。従って、スイッチング素子１３と平滑コンデンサ１９は電気的に接続される。
次に、モータ駆動システム２１の動作について説明する。直流電源２３から出力される直流電流Ｉｂは、インバータ２５により、３相の交流の出力電流Ｉｏｕｔに変換されてモータ２７に供給される。これにより、モータ２７は回転駆動することができる。なお、本実施の形態１におけるモータ駆動システム２１は、所定の駆動力、力率、および回転数で、比較的安定した温度環境（室温である２５℃）の中で使われるものとする。
次に、パルス幅変調波形生成装置１１の詳細な構成について説明する。
パルス幅変調波形生成装置１１は、記憶部１５と制御部１７から構成される。記憶部１５は、後述するパルス幅変調波形のデータを記憶しており、メモリで構成される。制御部１７は、記憶部１５と電気的に接続されており、マイクロコンピュータと周辺回路で構成される。さらに、制御部１７は、インバータ２５内の６個のスイッチング素子１３とも電気的に接続される。従って、制御部１７は６個のスイッチング素子１３のオンオフ制御を行なう。
次に、パルス幅変調波形生成装置１１の動作について説明する。
まず、記憶部１５に予め記憶されるパルス幅変調波形のデータについて説明する。
一般に、パルス幅変調波形を用いてインバータ２５を制御し、モータ２７を回転駆動させる際に、パルス幅変調波形の１周期におけるパルス数が多いほど、全高調波歪率が少なく、高精度なモータ２７の回転制御が可能となる。例えば、本実施の形態１におけるモータ駆動システム２１において、前記パルス数を１４０とすることにより、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率が１％となり、極めて高精度なモータ２７の回転制御が可能となる。なお、パルス数とは、１周期の間にスイッチング素子１３をオフからオンにする回数と定義する。
しかし、前記パルス数を増やすと、平滑コンデンサ１９に流れるリップル電流値Ｉｃａｐが増大する。従って、リップル電流値Ｉｃａｐを低減するために、平滑コンデンサ１９を大容量化する必要がある。その結果、平滑コンデンサ１９が大型化してしまう。
そこで、リップル電流値Ｉｃａｐを低減するために、前記パルス数を減らしたパルス幅変調波形とする制御が考えられる。すなわち、例えば従来の図７の下側の図に示すように、前記パルス数を１０とすると、本実施の形態１のモータ駆動システム２１においては、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率が１７％となり、モータ２７の回転精度が若干低下するものの、リップル電流値Ｉｃａｐを１２％低減することができる。
しかし、リップル電流値Ｉｃａｐを１２％低減するのみでは、平滑コンデンサ１９を十分に小容量化できない場合がある。そこで、さらにリップル電流値Ｉｃａｐを低減するために、本実施の形態１では、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない、すなわち、非相補なパルス幅変調波形を用いた。
ここで、非相補なパルス幅変調波形を以下のように定義する。上記した図７の下側の図に示すように、点線で示された交流電圧の基本波成分におけるインバータ出力電圧が０となる点に対して対称な方形波の波形に基づくパルス幅変調波形を相補なパルス幅変調波形という。従って、１周期における前半周期と後半周期とで、非対称な方形波の波形を非相補なパルス幅変調波形と定義する。
非相補なパルス幅変調波形の検討にあたり、様々な非相補なパルス幅変調波形に対するリップル電流値Ｉｃａｐ、交流電流の全高調波歪率、出力電流Ｉｏｕｔ、インバータ２５への入力電流Ｉｄｃ（＝Ｉｂ±Ｉｃａｐ）の高調波スペクトルをシミュレーションにより求めた。
ここで、前記シミュレーションの方法について述べる。リップル電流値Ｉｃａｐを低減する非相補なパルス幅変調波形を生成するためには、一般に、多数のパルス幅を変数とした多変数最適化を行うことになる。この場合、手動でパルス幅を振りながらリップル電流値Ｉｃａｐを求める方法が最も容易に想定されるが、多種の非相補なパルス幅変調波形の検討に対しては、莫大な手間がかかる。また、前記多変数最適化の解法として多元連立方程式を解く解析的な方法も考えられるが、計算の手間に加え、解析的に解くことができるのは、相補なパルス幅変調波形までが限界である。
そこで、本実施の形態１では、前記多変数最適化を行うために、前記パルス幅を変数とする最適化アルゴリズムを用いた。これにより、非相補なパルス幅変調波形におけるリップル電流値Ｉｃａｐ、交流電流の全高調波歪率、出力電流Ｉｏｕｔ、インバータ２５への入力電流Ｉｄｃ（＝Ｉｂ±Ｉｃａｐ）の高調波スペクトルのシミュレーションが実用的な手間で行える。なお、前記最適化アルゴリズムは多種類、存在するが、ここでは、遺伝的アルゴリズムを使用した。これにより、高効率なシミュレーションが可能となる。従って、本実施の形態１では、前記パルス幅を変数とし、前記最適化アルゴリズム（遺伝的アルゴリズム）を用いて、リップル電流Ｉｃａｐを低減することができる非相補なパルス幅変調波形のデータを求めている。
なお、以下の説明では、高調波スペクトルを比較する指数として、高調波成分全体の平均値Ｉｍと標準偏差Ｉｓｄを用いた。さらに、比較しやすいように、前記パルス数が１４０のパルス幅変調波形を基準（基本波）とした。なお、非相補なパルス幅変調波形の前記パルス数は、図７と対比するために、１０とした。
様々な非相補なパルス幅変調波形に対し、上記したパラメータを比較することで、リップル電流値Ｉｃａｐを最小とできるパルス幅変調波形を求めた結果を図２に示す。なお、図２において、横軸は位相（単位はラジアン）、縦軸はオンオフ信号値をそれぞれ示す。オンオフ信号値は、記憶部１５に図２の波形を記憶することを考慮して、スイッチング素子１３がオンの場合は１、オフの場合は０の値をそれぞれ持つように定義している。
図２において、位相が０の時、オンオフ信号値が１になるので、それも含め、図２の１周期の間にオフ（オンオフ信号値が０）からオン（オンオフ信号値が１）になる回数が１０回であることがわかる。従って、図２の前記パルス数は１０となる。
図２より、位相がπの時が半周期に相当するが、その前半周期と後半周期とを比較すると、明らかに非対称であることがわかる。従って、図２のパルス幅変調波形は非相補である。
このパルス幅変調波形に対する上記した各種パラメータの比較を行った結果を（表１）に示す。
Figure 2015188271
（表１）より、リップル電流値Ｉｃａｐは、基本波に比べ、非相補パルス幅変調波形は３０％低減されることがわかる。これは、リップル電流値Ｉｃａｐが、従来のパルス数１０の相補パルス幅変調波形において１２％の低減に留まることに比べ、２．５倍もリップル電流値Ｉｃａｐの低減幅が大きいことがわかる。
また、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率は相補パルス幅変調波形でも非相補パルス幅変調波形でも変わらない。
さらに、高調波スペクトルの平均値Ｉｍは相補パルス幅変調波形でも非相補パルス幅変調波形でも変わらないが、標準偏差Ｉｓｄが相補パルス幅変調波形に対し非相補パルス幅変調波形では半分以下である。従って、相補パルス幅変調波形では特定の高調波成分が大きく出現するスペクトルであるのに対し、非相補パルス幅変調波形は複数の高調波成分が出現するものの、標準偏差Ｉｓｄが小さいので、各高調波のばらつきが小さいことがわかる。これは、前記パルス数が１４０の相補パルス変調波形における高調波スペクトルに近い特性であるといえる。
これらのことから、本実施の形態１における非相補パルス幅変調波形は、リップル電流値Ｉｃａｐを最小にするように選択すれば、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率を増大させることなく、相補パルス幅変調波形よりも小さなリップル電流値Ｉｃａｐとすることができる。
この結果から、記憶部１５には、予め上記のようにして求めた、図２に示す非相補なパルス幅変調波形のデータが記憶される。なお、前記データは、所定の位相間隔（例えば０．０２πごと）のオンオフ信号値（０か１）として作成される。なお、上記した所定の位相間隔は一例に過ぎず、必要なオンオフ信号値の精度に応じて適宜決定すればよい。
モータ２７を駆動する際には、制御部１７は、記憶部１５から、パルス幅変調波形のデータを読み出す。そして、制御部１７は、前記データに基づいて、パルス幅変調波形を生成する。これにより、制御部１７は、オンオフ信号ＳＷとして、スイッチング素子１３へ出力する。この際、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶したパルス幅変調波形のデータに従ってパルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみとなるので、従来のように、即時的な搬送波周波数の調整を行うという複雑な動作の必要がなく、制御が簡単になる。さらに、制御部１７の演算の負担も軽減される。
また、このような動作により、リップル電流値Ｉｃａｐが小さくなるため、平滑コンデンサ１９の大容量化を抑制することができる。
次に、前記パルス数の影響を検討するために、さらに前記パルス数を低減し、前記パルス数を５としてシミュレーションを行った。その結果を（表２）に示す。
Figure 2015188271
前記パルス数が５の様々な非相補パルス幅変調波形に対し、リップル電流値Ｉｃａｐを最小にする非相補パルス幅変調波形を求めた結果、（表２）に示すように、リップル電流値Ｉｃａｐを基本波に比べ３０％低減することが可能であることがわかった。一方、従来の相補パルス幅変調波形の前記パルス数を５とした場合は、基本波に対しリップル電流値Ｉｃａｐが３５％も増加した。ゆえに、前記パルス数が少ない場合でも、非相補パルス幅変調波形はリップル電流値Ｉｃａｐの低減に有効であることがわかる。
また、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率は前記パルス数が５のため、前記パルス数が１０の場合と比べると、相補パルス幅変調波形、非相補パルス幅変調波形ともに大きくなる。しかし、前記パルス数が５の相補パルス幅変調波形と非相補パルス幅変調波形とを比較すると、非相補パルス幅変調波形の方が全高調波歪率を小さくすることができる。
入力電流Ｉｄｃの高調波スペクトルにおける平均値Ｉｍ、および標準偏差Ｉｓｄについても、非相補パルス幅変調波形の方が相補パルス幅変調波形より小さいことがわかる。従って、非相補パルス幅変調波形による入力電流Ｉｄｃの高調波は、相補パルス幅変調波形による入力電流Ｉｄｃの高調波に比べ、その大きさが小さく、また、特定高調波成分に偏ることもなく、ばらつきが少ないことがわかる。
これらのことから、前記パルス数を５とすると、相補パルス幅変調波形によるリップル電流値Ｉｃａｐは、基本波に対し大きくなるので、リップル電流値Ｉｃａｐを低減する本発明の目的を達せられないが、非相補パルス幅変調波形とすることで、前記パルス数が５であってもリップル電流値Ｉｃａｐを低減することができる。
なお、（表１）、（表２）において、様々な非相補パルス幅変調波形に対し、リップル電流値Ｉｃａｐを最小にする波形をシミュレーションにより求めているが、これはリップル電流値Ｉｃａｐを最小にするように求める点に限定されるものではない。すなわち、リップル電流値Ｉｃａｐを最小にした場合、入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける平均値Ｉｍと標準偏差Ｉｓｄは、シミュレーションの結果、いずれもリップル電流値Ｉｃａｐと同様に低減された。従って、これら三者間には相関があることがわかる。ゆえに、非相補パルス幅変調波形を求める際に、リップル電流値Ｉｃａｐを最小にするように求める代わりに、高調波の大きさの平均値Ｉｍ、または標準偏差Ｉｓｄを最小にするように求めてもよい。
これらのことから、非相補なパルス幅変調波形を求める場合は、次の１）から３）のいずれかを最小にするように求めればよい。
１）スイッチング素子１３への入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける平均値Ｉｍ
２）スイッチング素子１３への入力電流Ｉｄｃの高調波の大きさにおける標準偏差Ｉｓｄ
３）スイッチング素子１３に電気的に接続される平滑コンデンサ１９におけるリップル電流値Ｉｃａｐ
以上の構成、動作により、記憶部１５には、予め、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない、非相補なパルス幅変調波形のデータが記憶されているので、リップル電流値Ｉｃａｐを低減できるとともに、従来のように、即時的な搬送波周波数を調整するという複雑な動作を行う必要がなくなる。従って、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶したパルス幅変調波形のデータに従ってパルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみで、リップル電流値Ｉｃａｐを低減することができる。ゆえに、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減することが可能なパルス幅変調波形生成装置１１が得られる。
なお、本実施の形態１では、環境温度が室温（２５℃）の場合で、モータ２７に必要とされる所定の駆動力、力率、および回転数に基づいて、図２に示す非相補なパルス幅変調波形を求めているが、これは一例であり、図２のパルス幅変調波形に限定されるものではない。すなわち、モータ駆動システム２１を使用する環境温度、駆動力、力率、および回転数に基づいて、適宜最適なパルス幅変調波形を予め求めて、記憶部１５に記憶するようにすればよい。
また、本実施の形態１では、前記パルス幅を１０、または５とした場合について説明したが、前記パルス数はこれらの値に限定されるものではない。すなわち、（表１）、（表２）より、前記パルス数が少なくなると、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率が大きくなるので、高精度なモータ２７の駆動が必要な場合は、前記パルス数を増やした非相補なパルス幅変調波形を求めればよい。このように、モータ駆動システム２１に必要な精度とリップル電流値Ｉｃａｐに応じて、前記パルス数を適宜設定すればよい。
また、本実施の形態１では、パルス幅変調波形生成装置１１をモータ駆動システム２１に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、モータ２７以外の負荷に電力を供給するインバータ２５に適用してもよいし、コンバータの制御に適用してもよい。但し、本実施の形態１では、リップル電流値Ｉｃａｐを低減することができるが、（表１）、（表２）に示したように、出力電流Ｉｏｕｔの全高調波歪率が基本波に比べて大きくなるので、全高調波歪率が基本波より大きくなっても影響のない負荷に適用する必要がある。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図である。なお、図３において、図１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図３において、パルス幅変調波形生成装置１１は、図１の構成に対して、スイッチング素子１３と電気的に接続されるモータ２７に設けた回転数検出器３１と、スイッチング素子１３とモータ２７との間に流れる出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流検出器３３と、スイッチング素子１３からモータ２７へ電力を供給する複数の配線に接続され、前記複数の配線における線間電圧Ｖを検出する線間電圧検出器３４と、をさらに備える。回転数検出器３１、電流検出器３３、および線間電圧検出器３４は、制御部１７と電気的に接続される構成を有する。
記憶部１５には、予め、モータ２７の回転数Ｒ、変調度Ｍａ、および力率Ｐｆに応じて、複数の非相補なパルス幅変調波形のデータが記憶される。
制御部１７は、回転数検出器３１から出力されるモータ２７の回転数Ｒと、出力電流Ｉｏｕｔとから、変調度Ｍａを求める。そして、制御部１７は、線間電圧Ｖと出力電流Ｉｏｕｔとから、力率Ｐｆを求める。そして、制御部１７は、複数の前記パルス幅変調波形の前記データより、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、スイッチング素子１３へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力する。
これにより、モータ２７に必要とされる駆動力や、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化しても、それに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御されるので、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減しつつ、駆動力や力率Ｐｆ、回転数を変化させることができる。
以下、より具体的に本実施の形態２の構成、動作について説明する。なお、本実施の形態２においても、パルス幅変調波形生成装置１１をモータ駆動システム２１に適用した例について述べる。
図３において、モータ２７には、回転数検出器３１がパルス幅変調波形生成装置１１の制御部１７と電気的に接続される。従って、制御部１７は回転数検出器３１の出力からモータ２７の回転数Ｒを検出することができる。
また、スイッチング素子１３とモータ２７との間の配線には、電流検出器３３が設けられる。電流検出器３３は、３相それぞれの前記配線に設けられる。また、電流検出器３３は例えばシャント抵抗器やホール素子を用いたものが適用できる。これらの電流検出器３３は制御部１７と電気的に接続される。従って、制御部１７は、各相に流れる出力電流Ｉｏｕｔを検出することができる。
さらに、スイッチング素子１３からモータ２７へ電力を供給する複数の配線には、線間電圧検出器３４が接続される。線間電圧検出器３４は、前記複数の配線における線間電圧Ｖを検出するものである。ここで、本実施の形態２において、モータ２７が３相交流モータであるので、図３に示すスイッチング素子１３とモータ２７との間の３本の配線において、一番上と中央の配線間、および中央と一番下の配線間の線間電圧Ｖを、２つの線間電圧検出器３４により検出する構成としている。なお、２つの線間電圧検出器３４が検出する線間電圧Ｖは、上記配線間に限定されるものではなく、一方の線間電圧検出器３４が、一番上と一番下の配線間の線間電圧Ｖを検出するようにしてもよい。これらの線間電圧検出器３４は制御部１７と電気的に接続される。従って、制御部１７は、各線間電圧Ｖを検出することができる。
次に、パルス幅変調波形生成装置１１の動作について説明する。
まず、予め記憶部１５に記憶されるパルス幅変調波形のデータについて述べる。実施の形態１では、モータ駆動システム２１は、所定の駆動力、力率、および回転数で、比較的安定した温度環境（室温である２５℃）の中で使われるものとしているので、記憶部１５に予め記憶される前記パルス幅変調波形のデータは１種類のみである。それに対し、本実施の形態２では、モータ駆動システム２１は、室温で使われる点が実施の形態１と同様であるが、モータ２７に対する負荷変動が大きい用途で用いられる。従って、モータ２７に必要とされる駆動力や、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒは状況に応じて変化する。
このことから、前記パルス幅変調波形のデータは、モータ２７の駆動力、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じて複数必要となる。なお、モータ２７に必要とされる駆動力は、本実施の形態２では変調度Ｍａによって表す。この変調度Ｍａは、出力電流Ｉｏｕｔと回転数Ｒに基づいて、モータ２７のベクトル制御により求められる。変調度Ｍａは、０から１までの数値範囲となる。
また、モータ２７の特性に基づいて力率Ｐｆが変わる。この力率Ｐｆは、線間電圧Ｖと出力電流Ｉｏｕｔにより求めることができる。さらに、モータ２７の回転数Ｒが変わると、それに応じて前記パルス幅変調波形の周期が変わる。
これらのことから、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じて、リップル電流値Ｉｃａｐを低減する最適な前記パルス幅変調波形が変わる。ゆえに、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じた、複数の最適な前記パルス幅変調波形を予めシミュレーションにより求めて、それぞれのデータを記憶部１５に記憶しておく。なお、複数の最適な前記パルス幅変調波形は、いずれも実施の形態１で述べたように、非相補なパルス幅変調波形である。
こうして作成し、記憶部１５に記憶された、前記データの一例を図３の吹き出しの中の表に示す。前記データは、変調度Ｍａと回転数Ｒの２変数によるテーブルを、力率Ｐｆ毎に複数個、作成することにより構成される。本実施の形態２では、前記各テーブルは、変調度Ｍａを０．１刻みとし、回転数Ｒを１００回転（ｒｐｍ）刻みとして、それぞれの変調度Ｍａと回転数Ｒに応じた前記データから構成される。このテーブルが、モータ２７の力率Ｐｆの範囲である０から１までで、０．１刻みで作成されている。なお、回転数Ｒの上限は、モータ２７の使用可能上限回転数としている。本実施の形態２では５０００回転とした。ゆえに、前記パルス幅変調波形のデータは６０５０種類となる。
なお、前記テーブルでは、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒとの組み合わせで、シミュレーションにより最適な前記パルス幅変調波形を求めているが、この際、前記パルス数もパラメータの１つとして検討している。すなわち、前記パルス数は、例えば１０であれば、必ずリップル電流値Ｉｃａｐの低減に最適であるとは限らず、変調度Ｍａや力率Ｐｆ、回転数Ｒによっては、異なる前記パルス数が最適になる場合がある。従って、前記テーブルに記憶される前記パルス幅変調波形の前記パルス数は互いに異なるものもある。
また、前記データは、実施の形態１と同様に、所定の位相間隔（例えば０．０２πごと）のオンオフ信号値（０か１）として作成される。
次に、モータ２７を駆動する際の制御部１７の動作について説明する。
まず、制御部１７は、上記した方法で、変調度Ｍａと力率Ｐｆを求める。この際、制御部１７は、回転数検出器３１の出力から回転数Ｒを、電流検出器３３の出力から出力電流Ｉｏｕｔを、線間電圧検出器３４の出力から線間電圧Ｖを、それぞれ検出する。
次に、制御部１７は、図３に示す前記テーブルから、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを読み込む。そして、制御部１７は、前記データに基づいて、前記パルス幅変調波形を生成する。これにより、実施の形態１と同様に、制御部１７は、オンオフ信号ＳＷとして、スイッチング素子１３へ出力する。この際、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみとなるので、従来のように、即時的な搬送波周波数の調整を行うという複雑な動作の必要がなく、制御が簡単になる。さらに、制御部１７の演算の負担も軽減される。
また、このような動作により、リップル電流値Ｉｃａｐが小さくなるため、平滑コンデンサ１９の大容量化を抑制することができる。
次に、モータ２７の駆動中に、必要とされる駆動力や、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化した場合は、制御部１７は、その時点で、再度、変調度Ｍａと力率Ｐｆを求め、力率Ｐｆに対応したテーブルの回転数Ｒと変調度Ｍａから前記パルス幅変調波形の前記データを選択する。そして、制御部１７は新たに選択された前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する。このような動作を繰り返すことにより、必要な駆動力や力率Ｐｆ、回転数Ｒの変化にも対応したモータ２７の制御が可能となる。
以上の構成、動作により、モータ２７に必要とされる駆動力や、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化しても、それに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御されるので、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減しつつ、駆動力や回転数Ｒを変化させることができる。
なお、本実施の形態２では、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じた前記パルス幅変調波形の前記データを、前記テーブルとして記憶部１５に記憶しているが、これは、例えば力率Ｐｆ毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒをパラメータとし、前記データとの間の相関式を予め求め、前記相関式から前記データを求めて前記パルス幅変調波形を生成するようにしてもよい。この場合、前記所定の位相間隔（０．０２π）毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒがどの値ならば、オンオフ信号値が０か１か、の対応を求めて前記相関式として作成し、力率Ｐｆ毎に、記憶部１５に記憶しておく。これにより、制御部１７は、力率Ｐｆに対応した前記相関式を計算することで前記パルス幅変調波形を生成できるので、前記テーブルを用いる場合に比べ、記憶部１５の容量を小さくすることができる。但し、前記パルス数が多いと、前記相関式を正しく作成できず、誤差が大きくなる可能性があるので、前記パルス数が少ない場合に有効である。前記相関式は、変調度Ｍａと回転数Ｒの相関に限定されるものではなく、変調度Ｍａ毎に、力率Ｐｆと回転数Ｒとの相関式を求めてもよいし、回転数Ｒ毎に、変調度Ｍａと力率Ｐｆとの相関式を求めてもよい。
また、本実施の形態２における前記テーブルの前記データは６０５０種類としているが、これに限定されるものではなく、使用する回転数Ｒの上限値によって前記データを増減してもよい。また、モータ２７に必要とされる駆動力や、力率Ｐｆ、回転数Ｒの精度によっては、前記データの数を増やしてもよい。
また、本実施の形態２の前記テーブルは、力率Ｐｆ毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒに応じた前記データを配列する構成としているが、このような前記テーブルに限定されるものではなく、変調度Ｍａ毎に、力率Ｐｆと回転数Ｒに応じた前記データを配列する構成や、回転数Ｒ毎に、変調度Ｍａと力率Ｐｆに応じた前記データを配列する構成としてもよい。
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図である。なお、図４において、図１と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図４において、パルス幅変調波形生成装置１１は、図１の構成に対して、スイッチング素子１３と電気的に接続されるモータ２７に設けた温度検出器３５をさらに備える。温度検出器３５は、制御部１７と電気的に接続される構成を有する。
記憶部１５には、予め、温度検出器３５で検出される温度Ｔに応じて、複数のパルス幅変調波形のデータが記憶される。
制御部１７は、複数の前記パルス幅変調波形より、温度Ｔに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、スイッチング素子１３へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力する。
これにより、温度Ｔに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御されるので、周囲の温度Ｔが変化しても、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減することが可能となる。
以下、より具体的に本実施の形態３の構成、動作について説明する。なお、本実施の形態３においても、パルス幅変調波形生成装置１１をモータ駆動システム２１に適用した例について述べる。
図４において、モータ２７には、温度検出器３５がパルス幅変調波形生成装置１１の制御部１７と電気的に接続される。従って、制御部１７は温度検出器３５の出力からモータ２７の周囲の温度Ｔを検出することができる。温度検出器３５は、例えばサーミスタが適用できる。但し、温度検出器３５は前記サーミスタに限定されるものではなく、熱電対など、温度Ｔを検出して電気的に出力できる構成のものであればよい。
次に、パルス幅変調波形生成装置１１の動作について説明する。
まず、予め記憶部１５に記憶されるパルス幅変調波形のデータについて述べる。
上記したように、実施の形態１では、モータ駆動システム２１は、所定の駆動力、力率Ｐｆ、および回転数で、比較的安定した温度環境（室温である２５℃）の中で使われるものとしているので、記憶部１５に予め記憶される前記パルス幅変調波形のデータは１種類のみである。それに対し、本実施の形態３では、モータ駆動システム２１は、所定の駆動力、力率Ｐｆ、および回転数で使われる点が実施の形態１と同様であるが、周囲の温度Ｔが変化する環境下で用いられる。
このことから、前記パルス幅変調波形のデータは、モータ２７の周囲における温度Ｔに応じて複数必要となる。これは、温度Ｔに応じて、リップル電流値Ｉｃａｐを低減する最適な前記パルス幅変調波形が変化するためである。
ゆえに、温度Ｔに応じた、複数の最適な前記パルス幅変調波形を予めシミュレーションにより求めて、それぞれのデータを記憶部１５に記憶しておく。なお、複数の最適な前記パルス幅変調波形は、いずれも実施の形態１で述べたように、非相補なパルス幅変調波形である。
こうして作成し、記憶部１５に記憶された、前記データの一例を図４の吹き出しの中の表に示す。前記データは、温度Ｔの１変数によるテーブルで構成される。本実施の形態３では、温度Ｔの範囲をモータ駆動システム２１の使用環境温度範囲である−４０℃から１５０℃とし、前記データを１０℃刻みで作成している。従って、前記パルス幅変調波形のデータは２０種類となる。これらのデータは、実施の形態２と同様に、前記パルス数もパラメータの１つとしてシミュレーションを行い、最適な前記パルス幅変調波形の前記データを決定している。
また、前記データは、実施の形態１と同様に、所定の位相間隔（例えば０．０２πごと）のオンオフ信号値（０か１）として作成される。
次に、モータ２７を駆動する際の制御部１７の動作について説明する。
まず、制御部１７は、温度検出器３５から、モータ２７の周囲における温度Ｔを検出する。
次に、制御部１７は、図４に示す前記テーブルから、温度Ｔに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを読み込む。そして、制御部１７は、前記データに基づいて、前記パルス幅変調波形を生成する。これにより、実施の形態１と同様に、制御部１７は、オンオフ信号ＳＷとして、スイッチング素子１３へ出力する。この際、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみとなるので、従来のように、即時的な搬送波周波数の調整を行うという複雑な動作の必要がなく、制御が簡単になる。さらに、制御部１７の演算の負担も軽減される。
また、このような動作により、リップル電流値Ｉｃａｐが小さくなるため、平滑コンデンサ１９の大容量化を抑制することができる。
次に、モータ２７の駆動中に、温度Ｔが変化した場合は、制御部１７は、その時点で、再度、前記テーブルより温度Ｔに応じた前記パルス幅変調波形の前記データを選択する。そして、制御部１７は新たに選択された前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する。このような動作を繰り返すことにより、温度Ｔの変化にも対応したモータ２７の制御が可能となる。
以上の構成、動作により、温度Ｔに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御されるので、周囲の温度Ｔが変化しても、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減することが可能となる。
なお、本実施の形態３においても、実施の形態２で述べたように、前記テーブルに替わって、温度Ｔをパラメータとした、前記データとの間の相関式を用いてもよい。この場合、前記所定の位相間隔（０．０２π）毎に、温度Ｔがどの値ならば、オンオフ信号値が０か１か、の対応を求めて前記相関式として作成し、記憶部１５に記憶しておく。これにより、記憶部１５のメモリ容量を小さくできる。また、実施の形態２で述べたように、前記相関式の精度の関係から前記パルス数は少ない方が望ましい。
また、本実施の形態３における前記テーブルの前記データは２０種類としているが、これに限定されるものではなく、モータ駆動システム２１の使用温度範囲によって前記データを増減してもよい。また、モータ２７の駆動に必要な精度によっては、前記データの数を増やしてもよい。
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４におけるパルス幅変調波形生成装置を用いたモータ駆動システムのブロック回路図である。なお、図５において、図１、図３、および図４と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図５において、パルス幅変調波形生成装置１１は、図１の構成に対して、スイッチング素子１３と電気的に接続されるモータ２７に設けた回転数検出器３１、および温度検出器３５と、スイッチング素子１３とモータ２７との間に流れる出力電流Ｉｏｕｔを検出する電流検出器３３と、スイッチング素子１３からモータ２７へ電力を供給する複数の配線に接続され、前記複数の配線における線間電圧Ｖを検出する線間電圧検出器３４と、をさらに備える。回転数検出器３１、温度検出器３５、電流検出器３３、および線間電圧検出器３４は、制御部１７と電気的に接続される構成を有する。
記憶部１５には、予め、モータ２７の回転数Ｒ、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および温度検出器３５で検出される温度Ｔに応じて、複数の非相補なパルス幅変調波形のデータが記憶される。
制御部１７は、回転数検出器３１から出力されるモータ２７の回転数Ｒと、出力電流Ｉｏｕｔとから、変調度Ｍａを求める。そして、制御部１７は、線間電圧Ｖと出力電流Ｉｏｕｔとから、力率Ｐｆを求める。そして、制御部１７は、複数の前記パルス幅変調波形の前記データより、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、回転数Ｒ、および温度Ｔに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、スイッチング素子１３へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力する。
これにより、温度Ｔや、モータ２７に必要とされる駆動力、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化しても、それらに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御される。従って、周囲の温度Ｔが変化しても、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減しつつ、駆動力や力率Ｐｆ、回転数を変化させることができる。
以下、より具体的に本実施の形態４の構成、動作について説明する。なお、本実施の形態４においても、パルス幅変調波形生成装置１１をモータ駆動システム２１に適用した例について述べる。
図５において、モータ２７には、回転数検出器３１と温度検出器３５がパルス幅変調波形生成装置１１の制御部１７と電気的に接続される。従って、制御部１７は回転数検出器３１の出力からモータ２７の回転数Ｒを、温度検出器３５の出力からモータ２７の周囲の温度Ｔを、それぞれ検出することができる。
上記以外の構成は、実施の形態２と同じである。
次に、パルス幅変調波形生成装置１１の動作について説明する。
まず、予め記憶部１５に記憶されるパルス幅変調波形のデータについて述べる。本実施の形態４では、モータ駆動システム２１は、周囲の温度Ｔが変化する環境下で、かつ、モータ２７に対する負荷変動が大きい用途で用いられる。従って、モータ２７に必要とされる駆動力や、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒは状況に応じて変化する。
このことから、前記パルス幅変調波形のデータは、モータ２７の周囲における温度Ｔ、モータ２７の駆動力、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じて複数必要となる。なお、本実施の形態４においても、モータ２７に必要とされる駆動力は、変調度Ｍａによって表す。
実施の形態２で述べたように、リップル電流値Ｉｃａｐを低減する最適な前記パルス幅変調波形は、変調度Ｍａ、力率Ｐｆ、および回転数Ｒに応じて変わる。さらに、実施の形態３で述べたように、リップル電流値Ｉｃａｐを低減する最適な前記パルス幅変調波形は、温度Ｔによっても変わる。
ゆえに、温度Ｔ毎に、かつ、力率Ｐｆ毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒに応じた、複数の最適な前記パルス幅変調波形を予めシミュレーションにより求めて、それぞれのデータを記憶部１５に記憶しておく。なお、複数の最適な前記パルス幅変調波形は、いずれも実施の形態１で述べたように、非相補なパルス幅変調波形である。
こうして作成し、記憶部１５に記憶された、前記データの一例を図５の吹き出しの中の表に示す。前記データは、変調度Ｍａと回転数Ｒの２変数によるテーブルを、温度Ｔ毎に、および力率Ｐｆ毎に、それぞれ複数個、作成することにより構成される。本実施の形態４では、前記各テーブルは、変調度Ｍａを０．１刻みとし、回転数Ｒを１００回転（ｒｐｍ）刻みとして、それぞれの変調度Ｍａと回転数Ｒに応じた前記データから構成される。このテーブルが、モータ２７の力率Ｐｆの範囲である０から１までで、０．１刻みで、かつ、モータ駆動システム２１の使用環境温度範囲である−４０℃から１５０℃までで、１０℃毎に作成されている。従って、前記テーブルは２２０個存在する。なお、前記各テーブルの前記データは５５０種類であるので、前記パルス幅変調波形の全データは１２１０００種類となる。また、これらのデータは、実施の形態２と同様に、前記パルス数もパラメータの１つとしてシミュレーションを行い、最適な前記パルス幅変調波形の前記データを決定している。
また、前記データは、実施の形態１と同様に、所定の位相間隔（例えば０．０２πごと）のオンオフ信号値（０か１）として作成される。
次に、モータ２７を駆動する際の制御部１７の動作について説明する。
まず、制御部１７は、実施の形態２で述べた方法で、変調度Ｍａと力率Ｐｆを求める。この際、制御部１７は、回転数検出器３１の出力から回転数Ｒを、電流検出器３３の出力から出力電流Ｉｏｕｔを、線間電圧検出器３４の出力から線間電圧Ｖを、それぞれ検出する。
さらに、制御部１７は、温度検出器３５から、モータ２７の周囲における温度Ｔを検出する。
次に、制御部１７は、図５に示す前記テーブルの内、温度Ｔ、および力率Ｐｆに応じた前記テーブルにおける、変調度Ｍａと回転数Ｒに対応した前記パルス幅変調波形の前記データを読み込む。そして、制御部１７は、前記データに基づいて、前記パルス幅変調波形を生成する。これにより、実施の形態１と同様に、制御部１７は、オンオフ信号ＳＷとして、スイッチング素子１３へ出力する。この際、制御部１７は、単に記憶部１５に記憶した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する動作のみとなるので、従来のように、即時的な搬送波周波数の調整を行うという複雑な動作の必要がなく、制御が簡単になる。さらに、制御部１７の演算の負担も軽減される。
また、このような動作により、リップル電流値Ｉｃａｐが小さくなるため、平滑コンデンサ１９の大容量化を抑制することができる。
次に、モータ２７の駆動中に、温度Ｔが変化した場合や、必要とされる駆動力、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化した場合は、実施の形態２、３と同様に、制御部１７は、その時点で、再度、変調度Ｍａと力率Ｐｆを求め、温度Ｔ、力率Ｐｆ、回転数Ｒ、および変調度Ｍａから前記テーブルより前記パルス幅変調波形の前記データを選択する。そして、制御部１７は新たに選択された前記データに従って前記パルス幅変調波形を生成し、スイッチング素子１３のオンオフ信号として出力する。このような動作を繰り返すことにより、温度Ｔの変化や、必要な駆動力、力率Ｐｆ、回転数Ｒの変化にも対応したモータ２７の制御が可能となる。
以上の構成、動作により、モータ２７の周囲における温度Ｔや、モータ２７に必要とされる駆動力、モータ２７の力率Ｐｆ、回転数Ｒが変化しても、それに対応した非相補な前記パルス幅変調波形でスイッチング素子１３がオンオフ制御されるので、簡単な構成、制御でリップル電流値Ｉｃａｐを低減しつつ、駆動力や回転数Ｒを変化させることができる。
なお、本実施の形態４においても、実施の形態２、３で述べたように、前記テーブルに替わって、温度Ｔ、変調度Ｍａ、力率Ｐｆおよび回転数Ｒをパラメータとした、前記データとの間の相関式を用いてもよい。この場合、３つ以上のパラメータから相関式が求められない場合は、例えば温度Ｔ毎に、かつ、力率Ｐｆ毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒをパラメータとした、前記データとの間の相関式を複数求めておけばよい。これにより、記憶部１５のメモリ容量を小さくできる。また、実施の形態２で述べたように、前記相関式の精度の関係から前記パルス数は少ない方が望ましい。
また、本実施の形態４における前記テーブルの前記データは全部で１２１０００種類としているが、これに限定されるものではなく、モータ駆動システム２１の使用温度範囲や、使用する回転数Ｒの上限値によって前記データを増減してもよい。また、モータ２７の駆動に必要な精度によっては、前記データの数を増やしてもよい。
また、本実施の形態４の前記テーブルは、温度Ｔ毎に、かつ、力率Ｐｆ毎に、変調度Ｍａと回転数Ｒに応じた前記データを配列する構成としているが、このような前記テーブルに限定されるものではなく、任意の２種類のパラメータで前記データを配列したテーブルを、残りの２種類のパラメータ毎に、作成するようにしてもよい。
本発明にかかるパルス幅変調波形生成装置は、簡単な構成、制御でリップル電流値を低減することができるので、特にパルス幅変調制御を行なうインバータやコンバータ用のパルス幅変調波形生成装置等として有用である。
１１ パルス幅変調波形生成装置
１３ スイッチング素子
１５ 記憶部
１７ 制御部
２７ モータ
３１ 回転数検出器
３３ 電流検出器
３４ 線間電圧検出器
３５ 温度検出器

Claims (5)

  1. スイッチング素子のオンオフを制御するパルス幅変調波形を記憶する記憶部と、
    前記記憶部と電気的に接続される制御部と、を備え、
    前記記憶部には、予め、
    １）前記スイッチング素子への入力電流（Ｉｄｃ）の高調波の大きさにおける平均値（Ｉｍ）、
    ２）前記スイッチング素子への前記入力電流（Ｉｄｃ）の高調波の大きさにおける標準偏差（Ｉｓｄ）、
    ３）前記スイッチング素子に電気的に接続される平滑コンデンサにおけるリップル電流値（Ｉｃａｐ）、
    のいずれかを最小にするように求めた、１周期における前半周期と後半周期とが相補でない前記パルス幅変調波形のデータが記憶され、
    前記制御部は、前記スイッチング素子へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力するようにしたパルス幅変調波形生成装置。
  2. 前記データは、パルス幅を変数とし、最適化アルゴリズムを用いて求められる請求項１に記載のパルス幅変調波形生成装置。
  3. 前記スイッチング素子と電気的に接続されるモータに設けた回転数検出器と、
    前記スイッチング素子と前記モータとの間に流れる出力電流（Ｉｏｕｔ）を検出する電流検出器と、
    前記スイッチング素子から前記モータへ電力を供給する複数の配線に接続され、前記複数の配線における線間電圧（Ｖ）を検出する線間電圧検出器と、をさらに備え、
    前記回転数検出器、電流検出器、および線間電圧検出器は、前記制御部と電気的に接続される構成を有し、
    前記記憶部には、予め、前記モータの回転数（Ｒ）、変調度（Ｍａ）、および力率（Ｐｆ）に応じて、複数の前記パルス幅変調波形の前記データが記憶され、
    前記制御部は、前記回転数検出器から出力される前記モータの回転数（Ｒ）と、前記出力電流（Ｉｏｕｔ）とから、前記変調度（Ｍａ）を求め、
    前記線間電圧（Ｖ）と前記出力電流（Ｉｏｕｔ）とから、前記力率（Ｐｆ）を求め、
    複数の前記パルス幅変調波形の前記データより、前記変調度（Ｍａ）、前記力率（Ｐｆ）、および前記回転数（Ｒ）に対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、
    前記スイッチング素子へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力するようにした請求項１に記載のパルス幅変調波形生成装置。
  4. 前記スイッチング素子と電気的に接続されるモータに設けた温度検出器をさらに備え、
    前記温度検出器は、前記制御部と電気的に接続される構成を有し、
    前記記憶部には、予め、前記温度検出器で検出される温度（Ｔ）に応じて、複数の前記パルス幅変調波形の前記データが記憶され、
    前記制御部は、複数の前記パルス幅変調波形より、前記温度（Ｔ）に対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、
    前記スイッチング素子へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力するようにした請求項１に記載のパルス幅変調波形生成装置。
  5. 前記スイッチング素子と電気的に接続されるモータに設けた回転数検出器、および温度検出器と、
    前記スイッチング素子と前記モータとの間に流れる出力電流（Ｉｏｕｔ）を検出する電流検出器と、
    前記スイッチング素子から前記モータへ電力を供給する複数の配線に接続され、前記複数の配線における線間電圧（Ｖ）を検出する線間電圧検出器と、をさらに備え、
    前記回転数検出器、温度検出器、電流検出器、および線間電圧検出器は、前記制御部と電気的に接続される構成を有し、
    前記記憶部には、予め、前記モータの回転数（Ｒ）、変調度（Ｍａ）、力率（Ｐｆ）、および前記温度検出器で検出される温度（Ｔ）に応じて、複数の前記パルス幅変調波形の前記データが記憶され、
    前記制御部は、前記回転数検出器から出力される前記モータの回転数（Ｒ）と、前記出力電流（Ｉｏｕｔ）とから、前記変調度（Ｍａ）を求め、
    前記線間電圧（Ｖ）と前記出力電流（Ｉｏｕｔ）とから、前記力率（Ｐｆ）を求め、
    複数の前記パルス幅変調波形より、前記変調度（Ｍａ）、前記力率（Ｐｆ）、前記回転数（Ｒ）、および前記温度（Ｔ）に対応した前記パルス幅変調波形の前記データを選択し、
    前記スイッチング素子へ、前記データに基づいて前記パルス幅変調波形を生成し、出力するようにした請求項１に記載のパルス幅変調波形生成装置。
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