JP2019122121A

JP2019122121A - インバータ装置、昇圧回路制御方法及びプログラム

Info

Publication number: JP2019122121A
Application number: JP2017254932A
Authority: JP
Inventors: 敦之角谷; Atsushi Sumiya; 清水　健志; Kenji Shimizu; 健志清水; 角藤　清隆; Kiyotaka Kadofuji; 清隆角藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-22
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP7014598B2

Abstract

【課題】モータの脱調に対する対策を、比較的簡単な方法で行えるようにする。【解決手段】整流電圧の二倍の電圧に昇圧する昇圧回路１１を構成する２つのスイッチング素子のうち、何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返す。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置、昇圧回路制御方法及びプログラムに関する。

モータへの電力供給に関連して、特許文献１に記載の直流電源装置は、全波整流モードと、全波整流で得られる電圧の二倍の電圧を生成してモータに供給する昇圧モードとを切り替えてモータに電圧を供給する。また、特許文献１に記載の直流電源装置は、全波整流モードと昇圧モードとの切替の際、突入電流を軽減するために、昇圧のための２つのスイッチング素子のオンデューティ比を徐々に増加させる。

再公表ＷＯ２０１５／０５６７２１号公報

モータへの電力供給では、突入電力の軽減のみならず、モータの脱調に対する対策も重要である。モータの脱調に対する対策を、比較的簡単な方法で行えることが好ましい。

本発明は、モータの脱調に対する対策を、比較的簡単な方法で行うことができるインバータ装置、昇圧回路制御方法及びプログラムを提供する。

本発明の第１の態様によれば、インバータ装置は、モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、を備える昇圧回路と、前記昇圧回路が前記インバータ回路に供給する電圧を、前記一倍圧直流電圧から前記二倍圧直流電圧まで所定時間かけて徐々に増加させるよう、前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部であって、前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させる昇圧回路制御部と、を備える。

前記昇圧回路制御部は、前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間が０に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を減少させるようにしてもよい。

本発明の第２の態様によれば、昇圧回路制御方法は、モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、を備える昇圧回路が、前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させるよう、前記昇圧回路を制御することを含む。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、を備える昇圧回路を制御するコンピュータに、前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させるよう、前記昇圧回路を制御させるためのプログラムである。

上記したインバータ装置、昇圧回路制御方法及びプログラムによれば、モータの脱調に対する対策を、比較的簡単な方法で行うことができる。

本実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。同実施形態に係る昇圧回路制御部の機能構成を示す概略ブロック図である。同実施形態に係る昇圧回路がインバータ回路へ一倍圧直流電圧を供給する場合の、正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。同実施形態に係る昇圧回路がインバータ回路へ中間電圧を供給し、中間電圧が徐々に大きくなる第１段階における、正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。同実施形態に係る昇圧回路がインバータ回路へ中間電圧を供給し、中間電圧が徐々に大きくなる第２段階における、正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。同実施形態に係る昇圧回路がインバータ回路へ二倍圧直流電圧を供給する場合の、正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。同実施形態で、直流電圧が、一倍圧直流電圧から二倍圧直流電圧へと徐々に変化する例を示す図である。同実施形態で、直流電圧が、二倍圧直流電圧から一倍圧直流電圧へと徐々に変化する例を示す図である。同実施形態で、正極側スイッチング素子が、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子がオフの状態を継続する場合の、これらスイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。同実施形態で、直流電圧の増加時に、正極側スイッチング素子が、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子がオフの状態を一定時間継続する例を示す図である。同実施形態で、直流電圧の減少時に、正極側スイッチング素子が、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子がオフの状態を一定時間継続する例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
（インバータ装置の回路構成）
図１は、本実施形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。
インバータ装置１は、空気調和機（空調機）９０の室外機に搭載される。インバータ装置１は、上記室外機の圧縮機を駆動するための三相交流モータ（モータ４）に対し、別途入力された回転数指令に応じた負荷駆動用交流電圧（三相交流電圧）を出力する。インバータ装置１は、この負荷駆動用交流電圧に基づいて、負荷である三相交流モータ（モータ４）を所望の回転数で回転駆動させる。
なお、インバータ装置１は、商用電源である三相交流電源３から供給される三相交流電圧を、上記負荷駆動用交流電圧に変換して出力する。ここで、三相交流電源３は、例えば、ＡＣ２００Ｖ（実効値２００Ｖ）で周波数が５０Ｈｚ（若しくは６０Ｈｚ）の交流電圧であって、位相が互いに１２０°異なるＲ相、Ｓ相、Ｔ相からなる三相の交流電圧を出力する。以下、三相交流電源３が出力する各相の交流電圧を、それぞれ、「Ｒ相交流電圧」、「Ｓ相交流電圧」、「Ｔ相交流電圧」とも記載する。

図１に示すように、インバータ装置１は、三相倍電圧整流回路１Ａと、インバータ回路２０と、インバータ回路制御部２１と、回転数検出部１３とを備える。

三相倍電圧整流回路１Ａは、三相交流電源３から供給される三相の交流電圧を整流して、「直流電圧Ｖｄｃ」を出力する。三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃは、図１に示す正極側出力端子Ｑａと負極側出力端子Ｑｂとの間に出力される。
本実施形態に係る三相倍電圧整流回路１Ａは、後述するように、入力される三相の交流電圧の最大値の倍電圧を出力する倍電圧整流回路としての機能を有する。

インバータ回路２０は、三相倍電圧整流回路１Ａから出力された直流電圧Ｖｄｃを、モータ４を回転駆動させるための負荷駆動用交流電圧に変換する。インバータ回路２０は、正極側出力端子Ｑａと負極側出力端子Ｑｂとの間に直列に接続された２つのスイッチング素子の対を３対有する。ここで、スイッチング素子とは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）等のパワートランジスタである。上記直列接続されたスイッチング素子の各対は、三相交流モータ（モータ４）を回転駆動させるための３つの相のそれぞれに対応して設けられる。
インバータ回路２０は、モータ電流検出部２２をさらに備える。
モータ電流検出部２２は、三相倍電圧整流回路１Ａへ戻る電流（モータ電流）を検出する。モータ電流検出部２２は、検出したモータ電流の検出結果を、検出信号として、インバータ回路制御部２１へ出力する。

インバータ回路制御部２１は、インバータ回路２０を構成する各スイッチング素子のオン／オフを制御する制御用ＩＣ（いわゆるマイコン等）である。
インバータ回路制御部２１には、上位装置から回転数指令を入力される。インバータ回路制御部２１は、モータ電流検出部２２からモータ電流の検出信号を受け付ける。
インバータ回路制御部２１は、上記モータ電流を監視しながら、モータ４の回転数が、当該回転数指令に示される回転数となるようにインバータ回路２０を駆動させる。ここで、インバータ回路制御部２１は、一般に良く知られているＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御に基づいてインバータ回路２０を制御する。

（三相倍電圧整流回路の構成）
三相倍電圧整流回路１Ａの回路構成について詳しく説明する。
図１に示すように、三相倍電圧整流回路１Ａは、整流回路１０と、昇圧回路１１と、昇圧回路制御部１２と、リアクタＬと、を有している。

整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相の交流電圧を整流し、整流電圧Ｖａｃとして出力する。
昇圧回路１１は、昇圧回路制御部１２の制御によって、三相交流電源３から入力される三相の交流電圧の最大値の２倍の電圧を、直流電圧Ｖｄｃとして出力することができる。
昇圧回路制御部１２は、昇圧回路１１を制御する制御用ＩＣである。昇圧回路制御部１２の具体的な機能構成については後述する。
整流回路１０及び昇圧回路１１は、互いに正極側同士がリアクタＬを介して正極出力線αで接続されている。整流回路１０及び昇圧回路１１は、互いに負極側同士が負極出力線βで接続されている。

リアクタＬは、正極出力線αに流れる電流を平滑化する。
以下の説明において、正極出力線αは、リアクタＬを介して、第１正極出力線α１と、第２正極出力線α２とが直列接続された線である。
したがって、整流回路１０は、整流電圧Ｖａｃを、第１正極出力線α１と負極出力線βとの間に出力する。

（整流回路の構成）
整流回路１０について詳しく説明する。
整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相の交流電圧（Ｒ相交流電圧、Ｓ相交流電圧及びＴ相交流電圧）を、各相に対応する３つの入力端子（Ｒ相入力端子ＱＲ、Ｓ相入力端子ＱＳ及びＴ相入力端子ＱＴ）の各々から入力して整流する。

Ｒ相交流電圧、Ｓ相交流電圧及びＴ相交流電圧の各々は、互いに１２０°の位相でずれながらそれぞれ周期Ｔｃで振動している。
整流回路１０は、６つの整流ダイオード（正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａ、負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂ、正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａ、負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂ、正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａ及び負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂ）で構成される。

整流回路１０の正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａ及び負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂは、三相交流電源３からＲ相入力端子ＱＲを通じて入力されたＲ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａは、Ｒ相入力端子ＱＲから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂは、負極出力線βからＲ相入力端子ＱＲにかけて順方向接続されている。

整流回路１０の正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａ及び負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂは、三相交流電源３からＳ相入力端子ＱＳを通じて入力されたＳ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａは、Ｓ相入力端子ＱＳから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂは、負極出力線βからＳ相入力端子ＱＳにかけて順方向接続されている。

整流回路１０の正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａ及び負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂは、三相交流電源３からＴ相入力端子ＱＴを通じて入力されたＴ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａは、Ｔ相入力端子ＱＴから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂは、負極出力線βからＴ相入力端子ＱＴにかけて順方向接続されている。

（昇圧回路）
昇圧回路１１について詳しく説明する。
昇圧回路１１は、三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃとして、三相交流電源３から入力される三相の交流電圧の最大値の２倍の電圧を出力することができる。
ここで、以下の説明において、三相の交流電圧の振幅相当の直流電圧Ｖｄｃを「一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１」と記載し、三相の交流電圧の振幅の２倍相当の直流電圧Ｖｄｃを「二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２」と記載して区別する（Ｖｄｃ１＝１／２・Ｖｄｃ２）。例えば、三相交流電源３がＡＣ２００Ｖの交流電圧を出力する場合、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１は、２００√２Ｖとなり、二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２は、４００√２Ｖとなる。さらに、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１と二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２との中間の電圧を「中間電圧Ｖｄｃ３」と記載する。Ｖｄｃ１＜Ｖｄｃ３＜Ｖｄｃ２である。
一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１は、昇圧される前の電圧である基準電圧の例に該当する。

昇圧回路１１は、正極側主ダイオードＤａと、負極側主ダイオードＤｂと、正極側スイッチング素子１１ａと、負極側スイッチング素子１１ｂと、２つのコンデンサ（正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂ）と、を備える。

２つのコンデンサ（正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂ）は、昇圧回路１１の出力側に、出力の間において直列に接続されている。
具体的には、正極側コンデンサＣａは、正極側主ダイオードＤａのカソードと接続点Ｎとの間に接続されている。負極側コンデンサＣｂは、負極側主ダイオードＤｂのアノードと接続点Ｎとの間に接続されている。
なお、正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂは同じ容量値である。したがって、接続点Ｎは、正極出力線αと負極出力線βとの電位差の中間電位点である。

正極側主ダイオードＤａは、整流回路１０の正極出力線αから正極側コンデンサＣａにかけて順方向に接続される。具体的には、正極側主ダイオードＤａのアノードが、第２正極出力線α２に接続され、正極側主ダイオードＤａのカソードが、正極側コンデンサＣａに接続されている。
負極側主ダイオードＤｂは、負極側コンデンサＣｂから整流回路１０の負極出力線βにかけて順方向に接続される。具体的には、負極側主ダイオードＤｂのアノードが、負極側コンデンサＣｂに接続されて、負極側主ダイオードＤｂのカソードが、負極出力線βに接続されている。

正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、それぞれパワートランジスタである。
正極側スイッチング素子１１ａは、正極出力線α（第２正極出力線α２）と接続点Ｎとの間に接続されている。負極側スイッチング素子１１ｂは、負極出力線βと接続点Ｎとの間に接続されている。
正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、後述する昇圧回路制御部１２から出力されるスイッチング制御信号によりオン／オフ制御される。

本実施形態の場合、正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、それぞれＩＧＢＴである。
この場合、正極側スイッチング素子１１ａのコレクタが、第２正極出力線α２に接続され、正極側スイッチング素子１１ａのエミッタが、接続点Ｎに接続されている。さらに、負極側スイッチング素子１１ｂのエミッタが、負極出力線βに接続され、負極側スイッチング素子１１ｂのコレクタが、接続点Ｎに接続されている。
後述する昇圧回路制御部１２から正極側スイッチング素子１１ａのゲートに、スイッチング制御信号が印加されることによって、正極側スイッチング素子１１ａはオン／オフ制御される。
同様に昇圧回路制御部１２から負極側スイッチング素子１１ｂのゲートに、スイッチング制御信号が印可されることによって、負極側スイッチング素子１１ｂはオン／オフ制御される。

（昇圧回路制御部）
昇圧回路制御部１２について詳しく説明する。
図２は、昇圧回路制御部１２の機能構成を示す概略ブロック図である。
図２に示すように、昇圧回路制御部１２は、スイッチング動作決定部１２ｄと、スイッチング素子制御部１２ｇと、を備える。

スイッチング動作決定部１２ｄは、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂに行わせる動作を決定する。特に、スイッチング動作決定部１２ｄは、正極側スイッチング素子１１ａ、負極側スイッチング素子１１ｂそれぞれをオンにする時間幅を決定する。
スイッチング素子制御部１２ｇは、スイッチング動作決定部１２ｄが決定した動作に従って、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフを制御する。

次に、図３〜図１１を参照して、インバータ装置１の動作について説明する。
以下では、直流電圧Ｖｄｃが一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１である状態（昇圧回路１１がインバータ回路２０へ一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１）を供給する状態を一倍圧モードと記載する。直流電圧Ｖｄｃが中間電圧Ｖｄｃ３である状態（昇圧回路１１がインバータ回路２０へ中間電圧Ｖｄｃ３）を供給する状態を中間電圧モードと記載する。直流電圧Ｖｄｃが二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２である状態（昇圧回路１１がインバータ回路２０へ二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２）を供給する状態を二倍圧モードと記載する。

図３は、昇圧回路１１がインバータ回路２０へ一倍圧直流電圧を供給する場合の、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの例を示す図である。図３における横軸は時刻を示す。
昇圧回路１１からインバータ回路２０へ一倍圧直流電圧を供給させる場合、スイッチング素子制御部１２ｇは、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのいずれもオフ状態のままにする。

一倍圧モードで、回転数検出部１３が検出するモータ４の回転数が所定の閾値より大きくなると、昇圧回路制御部１２は、昇圧回路１１を制御してインバータ回路２０へ中間電圧を供給させる。その際、昇圧回路制御部１２は、昇圧回路１１からインバータ回路２０へ供給する直流電圧Ｖｄｃが徐々に大きくなるように、昇圧回路１１を制御する。

図４は、昇圧回路１１がインバータ回路２０へ中間電圧を供給し、中間電圧Ｖｄｃ３が徐々に大きくなる第１段階における、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの例を示す図である。図４における横軸は時刻を示す。
昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を設け、正極側スイッチング素子１１ａのオン／オフの切替を繰り返すことで、直流電圧Ｖｄｃを一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から中間電圧Ｖｄｃ３へ切り替える。さらに、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を徐々に長くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃ（中間電圧Ｖｄｃ３）を徐々に大きくする。昇圧回路制御部１２は、例えば、一倍圧モードから中間電圧モードに変わってからの経過時間に応じて正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を徐々に長くしていく。

正極側スイッチング素子１１ａがオンになることで、整流回路１０の両端と負極側コンデンサＣｂの両端とを接続する回路が形成され、負極側コンデンサＣｂに一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１に相当する電圧がかかり蓄電が行われる。この蓄電によって負極側コンデンサＣｂの電圧が一倍圧モードのときよりも高くなり、直流電圧Ｖｄｃが一倍圧直流電圧よりも大きい中間電圧になる。正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間が長くなることで、負極側コンデンサＣｂへの蓄電量が多くなり、負極側コンデンサＣｂの電圧が高くなる。これによって、中間電圧Ｖｄｃ３となっている直流電圧Ｖｄｃが大きくなる。

正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間の時間全体に対するデューティ比が５０％に達すると、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオフになっている時間の範囲内で、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を設け、負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの切替を繰り返す。さらに、昇圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を徐々に長くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃ（中間電圧Ｖｄｃ３）を徐々に大きくする。

図５は、昇圧回路１１がインバータ回路２０へ中間電圧を供給し、中間電圧Ｖｄｃ３が徐々に大きくなる第２段階における、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの例を示す図である。図５における横軸は時刻を示す。
昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％を保持し、正極側スイッチング素子１１ａがオフになっている時間の範囲内で、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を設け、負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの切替を繰り返す。さらに、昇圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を徐々に長くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃ（中間電圧Ｖｄｃ３）を徐々に大きくする。

負極側スイッチング素子１１ｂがオンになることで、整流回路１０の両端と正極側コンデンサＣａの両端とを接続する回路が形成され、正極側コンデンサＣａに一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１に相当する電圧がかかり蓄電が行われる。この蓄電によって正極側コンデンサＣａの電圧が一倍圧モードのときよりも高くなり、直流電圧Ｖｄｃが、正極側スイッチング素子１１ａのみオン／オフを繰り返す場合（図４参照）よりも大きい中間電圧になる。負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間が長くなることで、正極側コンデンサＣａへの蓄電量が多くなり、正極側コンデンサＣａの電圧が高くなる。これによって、中間電圧Ｖｄｃ３となっている直流電圧Ｖｄｃが大きくなる。昇圧回路制御部１２は、例えば、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間の時間全体に対するデューティ比が５０％に達してからの経過時間に応じて負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を徐々に長くしていく。

図６は、昇圧回路１１がインバータ回路２０へ二倍圧直流電圧を供給する場合の、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフの例を示す図である。図６における横軸は時刻を示す。
負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間が長くなり、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間の時間全体に対するデューティ比が５０％に達することで、図６に例示するオン／オフが行われる。図６の例では、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのうちいずれか一方がオンになり他方がオフになるように、オン／オフの切替を繰り返す。
正極側コンデンサＣａ、負極側コンデンサＣｂそれぞれの電圧が蓄電によって一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１に相当する電圧になることで、直流電圧Ｖｄｃが二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２になる。

インバータ回路制御部２１は、正極側スイッチング素子１１ａのみがオン／オフを繰り返す状態（図４参照）では、直流電圧Ｖｄｃが一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１であるとき（図３参照）と同じ制御にてインバータ回路２０を制御する。また、インバータ回路制御部２１は、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂの両方がオン／オフを繰り返す状態（図５、図６参照）では、直流電圧Ｖｄｃが二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２であるとき（図６参照）の制御にてインバータ回路２０を制御する。
特に、インバータ回路制御部２１は、ＰＷＭ制御におけるパルス幅の算出基準を、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１のとき、二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のときの２段階で切り替える。二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のときは、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１のときの半分のパルス幅に算出する基準を用いる。

このように、インバータ回路制御部２１が、ＰＷＭ制御におけるパルス幅を切り替えることで、昇圧回路制御部１２が、昇圧回路１１を制御してパルス幅が比較的広くなるように直流電圧Ｖｄｃを調整することができ、この点で、モータ４への電力供給の効率を比較的高くすることができる。
また、インバータ回路制御部２１は、ＰＷＭ制御におけるパルス幅を２段階に切り替えるという比較的簡単な処理で、直流電圧Ｖｄｃの変化に対応してインバータ回路２０の制御を行うことができる。

図７は、直流電圧Ｖｄｃが、一倍圧直流電圧から二倍圧直流電圧へと徐々に変化する例を示す図である。図７のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は直流電圧Ｖｄｃを示す。
図７の例で、昇圧回路制御部１２は、昇圧回路１１を制御して、直流電圧Ｖｄｃを一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２へと徐々に変化させている。

上述したように、一倍圧モードで、回転数検出部１３が検出するモータ４の回転数が所定の閾値より大きくなると、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を設け、正極側スイッチング素子１１ａのオン／オフの切替を繰り返すことで、直流電圧Ｖｄｃを一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から中間電圧Ｖｄｃ３へ切り替える。さらに、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を徐々に長くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃ（中間電圧Ｖｄｃ３）を徐々に大きくする。

負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間の時間全体に対するデューティ比が５０％に達すると、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのうちいずれか一方がオンになり他方がオフになるように、オン／オフの切替を繰り返す。これにより、直流電圧Ｖｄｃが二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２になる。

直流電圧Ｖｄｃが一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２へと徐々に変化することで、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から直接、二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２に切り替わる場合と比較して、モータ４に供給される電圧の急変を抑制できる。これにより、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。

図８は、直流電圧Ｖｄｃが、二倍圧直流電圧から一倍圧直流電圧へと徐々に変化する例を示す図である。図８のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は直流電圧Ｖｄｃを示す。
図８の例で、昇圧回路制御部１２は、昇圧回路１１を制御して、直流電圧Ｖｄｃを二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２から一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１へと徐々に変化させている。

二倍圧モードで、回転数検出部１３が検出するモータ４の回転数が所定の閾値より小さくなると、昇圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間を徐々に短くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃを二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２から徐々に減少させていく。
負極側スイッチング素子１１ｂがオンになる時間が０、すなわち、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を持続するようになると、昇圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間を徐々に短くしていくことで、直流電圧Ｖｄｃをさらに徐々に減少させていく。
正極側スイッチング素子１１ａがオンになる時間が０、すなわち、正極側スイッチング素子１１ａがオフの状態を持続するようになると、直流電圧Ｖｄｃは、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１になる。

直流電圧Ｖｄｃが二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２から一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１へと徐々に変化することで、二倍圧直流電圧Ｖｄｃ２から直接、一倍圧直流電圧Ｖｄｃ１に切り替わる場合と比較して、モータ４に供給される電圧の急変を抑制できる。これにより、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。

昇圧回路制御部１２が、正極側スイッチング素子１１ａのオン／オフの切替を、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％で繰り返させ、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を一定時間継続させるようにしてもよい。
図９は、正極側スイッチング素子１１ａが、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を継続する場合の、これらスイッチング素子のオン／オフの例を示す図である。図９における横軸は時刻を示す。

図１０は、直流電圧Ｖｄｃの増加時に、正極側スイッチング素子１１ａが、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を一定時間継続する例を示す図である。
図１０のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は直流電圧Ｖｄｃを示す。
図１０の例では、時刻Ｔ１からＴ２まで間、昇圧回路制御部１２が、正極側スイッチング素子１１ａのオン／オフの切替を、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％で繰り返させ、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を一定時間継続させている。これにより、時刻Ｔ１からＴ２までの間、直流電圧Ｖｄｃの値が一定になっている。それ以外の点では、図７の場合と同様である。

このように、直流電圧Ｖｄｃが中間電圧Ｖｄｃ３で一定値を継続する時間を設けることで、モータ４に供給される電圧の変化をさらに緩やかにすることができる。これにより、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。
直流電圧Ｖｄｃが中間電圧Ｖｄｃ３で一定値を継続する間、インバータ回路制御部２１によるインバータ回路２０の制御として、一倍圧モードの場合、二倍圧モードの場合の何れかと同様の制御を行うようにしてもよい。あるいは、直流電圧Ｖｄｃが中間電圧Ｖｄｃ３で一定値を継続する間、インバータ回路制御部２１が、一倍圧モードの場合、二倍圧モードの場合の何れとも異なる制御にてインバータ回路２０を制御するようにしてもよい。

図１１は、直流電圧Ｖｄｃの減少時に、正極側スイッチング素子１１ａが、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％でオン／オフの切替を繰り返し、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を一定時間継続する例を示す図である。
図１１のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は直流電圧Ｖｄｃを示す。
図１１の例では、時刻Ｔ３からＴ４まで間、昇圧回路制御部１２が、正極側スイッチング素子１１ａのオン／オフの切替を、オンになる時間の時間全体に対するデューティ比５０％で繰り返させ、負極側スイッチング素子１１ｂがオフの状態を一定時間継続させている。これにより、時刻Ｔ１からＴ２までの間、直流電圧Ｖｄｃの値が一定になっている。それ以外の点では、図８の場合と同様である。
このように、直流電圧Ｖｄｃが中間電圧Ｖｄｃ３で一定値を継続する時間を設けることで、モータ４に供給される電圧の変化をさらに緩やかにすることができる。これにより、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。

以上のように、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、直流電圧Ｖｄｃを増加させる。
これにより、インバータ装置１では、直流電圧Ｖｄｃを徐々に増加させることができ、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。
また、インバータ装置１では、正極側スイッチング素子１１ａをオンにする時間および負極側スイッチング素子１１ｂをオンにする時間を同時に変化させる必要がない点で、モータ４の脱調対策を比較的簡単な方法で行うことができる。

また、正極側スイッチング素子１１ａおよび負極側スイッチング素子１１ｂのうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間が０に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、直流電圧Ｖｄｃを減少させる。
これにより、インバータ装置１では、直流電圧Ｖｄｃを徐々に減少させることができ、モータ４が脱調する可能性を低減させることができる。
また、インバータ装置１では、正極側スイッチング素子１１ａをオンにする時間および負極側スイッチング素子１１ｂをオンにする時間を同時に変化させる必要がない点で、モータ４の脱調対策を比較的簡単な方法で行うことができる。

なお、昇圧回路制御部１２の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１インバータ装置
１Ａ三相倍電圧整流回路
４モータ
１０整流回路
１１昇圧回路
１１ａ正極側スイッチング素子
１１ｂ負極側スイッチング素子
Ｃａ正極側コンデンサ
Ｃｂ負極側コンデンサ
１２昇圧回路制御部
１２ｄスイッチング動作決定部
１２ｇスイッチング素子制御部
１３回転数検出部
２０インバータ回路
２１インバータ回路制御部

Claims

モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、
前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、
自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、
自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、
を備える昇圧回路と、
前記昇圧回路が前記インバータ回路に供給する電圧を、前記一倍圧直流電圧から前記二倍圧直流電圧まで所定時間かけて徐々に増加させるよう、前記昇圧回路を制御する昇圧回路制御部であって、
前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させる昇圧回路制御部と、
を備えるインバータ装置。
前記昇圧回路制御部は、
前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間が０に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を減少させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を減少させる、
請求項１に記載のインバータ装置。
モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、
前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、
自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、
自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、
を備える昇圧回路が、
前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させるよう、前記昇圧回路を制御する
ことを含む昇圧回路制御方法。
モータに電力を供給するインバータ回路に対し、一倍圧直流電圧から、前記一倍圧直流電圧の２倍に相当する二倍圧直流電圧までの範囲内で直流電圧を供給する昇圧回路であって、
前記インバータ回路と直列に接続された正極側コンデンサおよび負極側コンデンサと、
自らがオンとなることで電圧供給元である整流回路の両端と前記負極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する正極側スイッチング素子と、
自らがオンとなることで前記整流回路の両端と前記正極側コンデンサの両端とを接続する回路を形成する負極側スイッチング素子と、
を備える昇圧回路を制御するコンピュータに、
前記正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子のうち何れか一方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返し、当該スイッチング素子をオンにする時間の時間全体に対するデューティ比が所定値に達すると、他方のスイッチング素子をオンにする時間を増加させながらオン／オフの切替を繰り返すことで、前記直流電圧を増加させるよう、前記昇圧回路を制御させる
ためのプログラム。