JP2020088891A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較により同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際に情報量を少なくできるインバータ装置を提供する。【解決手段】同一パルス幅運転状態であるか否かを判定するＮＴ領域判定部５０と、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を変調率Ｍに変換する変調率計算部５４と、角度情報とｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号Ｗａ３を生成する第２三角波生成部５２と、変調率Ｍをモジュレーション電圧Ｖｍ３に制御周期毎に変換する第３モジュレーション電圧生成部５７と、同一パルス幅運転状態である時に、２本の波形の信号Ｗａ３とモジュレーション電圧Ｖｍ３とを比較してパルスパターンを出力するコンパレータ５３を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ装置に関するものである。

特許文献１に開示の電力変換器制御装置は、特許文献１での図１を用いて示されているようにパルスパターン演算部とゲートパルス出力部を備える。パルスパターン演算部は、第１、第２・・第ｎの高調波抑制パルスパターン部及び選択回路を備える。第１、第２・・第ｎの高調波抑制パルスパターン部は、電圧指令部からの電圧指令に基づき変調率演算部で算出された変調率と速度演算部で算出された回転速度信号とに基づき、回転速度信号に応じて予め設定された互いに異なる次数の高調波成分を抑制するためのパルスパターンを演算する。選択回路は、回転速度信号に基づき、第１、第２・・第ｎの高調波抑制パルスパターン部のいずれかを選択してそのパルスパターンをゲートパルス出力部に出力する。パルスパターン演算部におけるパルスパターンの演算は、パルス位相データを予め計算して保存したパルス位相テーブル（特許文献１での図７に示す変調率と速度によるパルス情報のマップ）を参照して行う。ゲートパルス出力部は特許文献１での図６のように演算した電圧位相θとパルス位相θ_１〜θ_ｎとを比較してゲートパルスを出力する。

特開２０１３−２１５０４１号公報

ところで、低損失や低ＮＶ（ノイズバイブレーション（騒音振動））等のようにある目的を持ってパルスパターンを最適化すると図１８のように同一幅を持ったパターンが導出されることがある。このようなパルスパターンの出力は電圧指令値に対応する例えば三角波とモジュレーション電圧を比較することにより行うことができる。三角波とモジュレーション電圧とを比較することによりパルスパターンを出力しようとする場合において、２つのモジュレーション電圧と１つの三角波を比較することでパルスパターンを出力することが考えられるが、この場合、モジュレーション電圧を決定するためのマップデータも２つ必要となる。よって、図１８のように同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際においてパルス情報をマップとして持っていると、パルス情報量が多くなってしまう懸念がある。

本発明の目的は、比較により同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際に情報量を少なくできるインバータ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するためのインバータ装置は、正負の母線間においてｕ，ｖ，ｗの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路と、同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する同一パルス幅運転状態判定部と、ｄ，ｑ軸電圧指令値を変調率または線間電圧実効値に変換する電圧指令値変換部と、角度情報とｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号を生成する信号生成部と、前記電圧指令値変換部において変換した変調率または線間電圧実効値をモジュレーション電圧に制御周期毎に変換するモジュレーション電圧生成部と、前記同一パルス幅運転状態判定部により判定した前記同一パルス幅運転状態である時に、前記信号生成部において生成した２本の波形の信号と前記モジュレーション電圧生成部において変換したモジュレーション電圧とを比較して前記インバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力するコンパレータと、を備えたことを要旨とする。

これによれば、ｄ，ｑ軸電圧指令値が変調率または線間電圧実効値に変換され、角度情報とｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号が生成される。また、変調率または線間電圧実効値がモジュレーション電圧に制御周期毎に変換される。そして、同一パルス幅運転状態である時に、２本の波形の信号とモジュレーション電圧とが比較されてインバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンが出力される。よって、同一パルス幅運転状態である時に２本の波形の信号と１つのモジュレーション電圧との比較によりパルスパターンを出力するので、１本の波形の信号と２つのモジュレーション電圧との比較によりパルスパターンを出力する場合に比べモジュレーション電圧を決定するための情報を少なくすることができる。その結果、比較により同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際に情報量を少なくできる。

また、インバータ装置において、信号生成部において生成する２本の波形の信号は、三角波であるとよい。
また、インバータ装置において、前記同一パルス幅運転状態判定部は、トルク指令値と指令回転速度から同一パルス幅運転状態であるか否かを判定するとよい。

本発明によれば、比較により同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際に情報量を少なくできる。

実施形態におけるインバータ装置の構成を示すブロック図。 ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路の構成を示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は変調率とモジュレーション電圧の関係を示す図。 回転速度とトルク指令値の関係を示す図。 第１三角波生成部の構成を示すブロック図。 第２三角波生成部の構成を示すブロック図。 三角波を示す図。 三角波を示す図。 （ａ）はコンパレータでの比較処理を示す図、（ｂ）は上アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図、（ｃ）は下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図。 （ａ）はコンパレータでの比較処理を示す図、（ｂ）は上アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図、（ｃ）は下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図。 演算周期毎の位相角の変化を示す図。 演算周期毎の位相角の変化を示す図。 別例のｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路の構成を示すブロック図。 線間電圧実効値とモジュレーションの関係を示す図。 （ａ）はコンパレータでの比較処理を示す図、（ｂ）は上アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図、（ｃ）は下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図。 （ａ），（ｂ）は三角波を示す図、（ｃ）はコンパレータでの比較処理を示す図、（ｄ）は上アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図、（ｅ）は下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図。 （ａ），（ｂ）は三角波を示す図、（ｃ）はコンパレータでの比較処理を示す図、（ｄ）は上アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図、（ｅ）は下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを示す図。 パルスパターンを示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、インバータ装置１０は、インバータ回路２０とインバータ制御装置３０を備えている。インバータ制御装置３０は、ドライブ回路３１と制御部３２とを備えている。

インバータ回路２０は、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と６つのダイオードＤ１〜Ｄ６を有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＩＧＢＴを用いている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｕ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１と、ｕ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ２が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｖ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３と、ｖ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ４が直列接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に、ｗ相上アームを構成するスイッチング素子Ｑ５と、ｗ相下アームを構成するスイッチング素子Ｑ６が直列接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。正極母線Ｌｐ、負極母線Ｌｎには平滑コンデンサＣを介して直流電源としてのバッテリＢが接続されている。

スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の間がモータ６０のｕ相端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４の間がモータ６０のｖ相端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６の間がモータ６０のｗ相端子に接続されている。上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有するインバータ回路２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作に伴いバッテリＢの電圧である直流電圧を交流電圧に変換してモータ６０に供給することができるようになっている。モータ６０は車両駆動用モータである。

各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子にはドライブ回路３１が接続されている。ドライブ回路３１は、制御信号であるパルスパターンに基づいてインバータ回路２０のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング動作させる。

モータ６０に位置検出部６１が設けられ、位置検出部６１によりモータ６０の回転位置としての電気角θが検出される。電流センサ６２によりモータ６０のｕ相電流Ｉｕが検出される。また、電流センサ６３によりモータ６０のｖ相電流Ｉｖが検出される。

制御部３２はマイクロコンピュータにより構成され、制御部３２は、減算部３３と、トルク制御部３４、トルク／電流指令値変換部３５と、減算部３６，３７と、電流制御部３８と、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９と、座標変換部４０と、速度演算部４１を備えている。

速度演算部４１は、位置検出部６１により検出される電気角θから速度（回転速度）ωを演算する。減算部３３は、指令回転速度（指令速度）ω＊と速度演算部４１により演算された速度ωとの差分Δωを算出する。トルク制御部３４は、速度ωの差分Δωからトルク指令値Ｔ＊を演算する。

トルク／電流指令値変換部３５は、トルク指令値Ｔ＊を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に変換する。例えば、トルク／電流指令値変換部３５は、記憶部（図示略）に予め記憶される目標トルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが対応付けられたテーブルを用いてトルク／電流指令値変換を行う。

座標変換部４０は、電流センサ６２，６３によるｕ相電流Ｉｕ及びｖ相電流Ｉｖからモータ６０のｗ相電流Ｉｗを求め、位置検出部６１により検出される電気角θに基づいて、ｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。なお、ｄ軸電流Ｉｄはモータ６０に流れる電流において、界磁を発生させるための電流ベクトル成分であり、ｑ軸電流Ｉｑはモータ６０に流れる電流において、トルクを発生させるための電流ベクトル成分である。

減算部３６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差分ΔＩｄを算出する。減算部３７は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差分ΔＩｑを算出する。電流制御部３８は、差分ΔＩｄ及び差分ΔＩｑに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

電圧センサ４２によりバッテリＢの電圧（直流電圧）Ｖｄｃが検出される。この検出結果がｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９に送られる。
ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９は、角度情報である電気角θと速度ωとｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と指令回転速度（指令速度）ω＊とトルク指令値Ｔ＊と直流電圧Ｖｄｃを入力して各相の上下アーム用のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のパルスパターンをドライブ回路３１に出力する。つまり、位置検出部６１により検出される電気角θと速度ωに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊からインバータ回路２０の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン、オフさせるためのパルスパターンを出力する。即ち、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９は、モータ６０に流れるｕ，ｖ，ｗの各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいてモータ６０におけるｄ軸電流とｑ軸電流が目標値となるようにモータ６０の電流経路に設けられたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。

ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９は、図２に示す構成となっている。図２において、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９は、ＮＴ領域判定部５０、第１三角波生成部５１と、第２三角波生成部５２と、コンパレータ５３と、変調率計算部５４と、第１モジュレーション電圧生成部５５と、第２モジュレーション電圧生成部５６と、第３モジュレーション電圧生成部５７と、第１切替部５８と、第２切替部５９とを備える。

変調率計算部５４は、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、変調率Ｍに変換する。詳しくは、次の式（１）により変調率Ｍを算出する。Ｖｄｃは直流電圧である。

・・・（１）
第１モジュレーション電圧生成部５５は、図３（ａ）に示すマップを用いて変調率Ｍを事前に算出したデータをもとに、第１モジュレーション電圧Ｖｍ１を生成する。図３（ａ）において、横軸に変調率Ｍをとり、縦軸に第１モジュレーション電圧Ｖｍ１をとっている。特性線Ｌ１００は、事前に算出されたデータであり、このデータはマップデータである。この第１モジュレーション電圧Ｖｍ１がパルス位置を決定する要素となる。図９（ａ）に示すように、第１モジュレーション電圧Ｖｍ１はプラスの値とマイナスの値の両方がコンパレータ５３に送られる。このように、第１モジュレーション電圧生成部５５は、変調率計算部５４において変換した変調率Ｍを第１モジュレーション電圧Ｖｍ１に制御周期毎に変換する。

図２の第２モジュレーション電圧生成部５６は、図３（ｂ）に示すマップを用いて変調率Ｍを事前に算出したデータをもとに、第２モジュレーション電圧Ｖｍ２を生成する。図３（ｂ）において、横軸に変調率Ｍをとり、縦軸に第２モジュレーション電圧Ｖｍ２をとっている。特性線Ｌ１０１は、事前に算出されたデータであり、このデータはマップデータである。この第２モジュレーション電圧Ｖｍ２がパルス位置を決定する要素となる。図９（ａ）に示すように、第２モジュレーション電圧Ｖｍ２はプラスの値とマイナスの値の両方がコンパレータ５３に送られる。このように、第２モジュレーション電圧生成部５６は、変調率計算部５４において変換した変調率Ｍを第２モジュレーション電圧Ｖｍ２に制御周期毎に変換する。

第３モジュレーション電圧生成部５７は、マップを用いて変調率Ｍを事前に算出したデータをもとに、第３モジュレーション電圧Ｖｍ３を生成する。第３モジュレーション電圧Ｖｍ３はマップデータである。この第３モジュレーション電圧Ｖｍ３がパルス位置を決定する要素となる。図１０（ａ）に示すように、第３モジュレーション電圧Ｖｍ３はプラスの値とマイナスの値の両方がコンパレータ５３に送られる。このように、第３モジュレーション電圧生成部５７は、変調率計算部５４において変換した変調率Ｍを第３モジュレーション電圧Ｖｍ３に制御周期毎に変換する。

図２のＮＴ領域判定部５０は、トルク指令値Ｔ＊と指令回転速度（指令速度）ω＊に基づいて同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する。具体的には、指令回転速度（指令速度）ω＊を回転速度Ｎに変換し、図４に示すトルク指令値Ｔ＊と回転速度Ｎとの関係を示すマップにおける所定の領域Ｚ１に入っているか否かを判定して、領域Ｚ１に入っていると同一パルス幅運転状態であるかと判定する。このようにして、ＮＴ領域判定部５０は、トルク指令値Ｔ＊と指令回転速度（指令速度）ω＊から同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する。

第１三角波生成部５１は、図５に示すように、フィードホワード制御を用いており、出力切替部５１ａと、バッファ５１ｂと、加算部５１ｃと、積分部５１ｄと、加算部５１ｅと、加算部５１ｆと、電圧位相角演算部５１ｇと、三角波生成部５１ｈを有する。バッファ５１ｂと積分部５１ｄとは、次の演算周期まで位相角を予測するために用いられる。

出力切替部５１ａは、取得した電気角θを入力して過渡状態に切り替わったときの初回のみ出力を切り替えて加算部５１ｃに出力する。バッファ５１ｂは、速度ωを入力して所定時間Δｔごとに速度ωを加算部５１ｃに出力する。加算部５１ｃは、初回の電気角θと所定時間Δｔごとの速度ωを加算して位相角の変化量を積分部５１ｄに出力する。積分部５１ｄは次の演算周期までの位相角の予測値の算出用であり、所定時間Δｔごとの位相角の変化量（速度ω）を積分する。

電圧位相角演算部５１ｇは、出力したい電圧位相にするためのものであり、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を入力して次の式（２）により電圧位相角δを算出する。

・・・（２）
加算部５１ｅは、積分部５１ｄからの速度ωの積分値と電圧位相角演算部５１ｇからの電圧位相角δを加算する。加算部５１ｆは、位相角を更新すべく加算部５１ｅの出力値と電気角θとを加算して位相角を三角波生成部５１ｈに出力する。三角波生成部５１ｈは、単調増加する位相角を２πになると０にして三角波を生成して出力する。つまり、時間に比例する角度は２πでリセットしてこれを成形して三角波を出力する。ｕ相に対し位相を±２／３π加算し、ｖ相、ｗ相も同様にして算出する（三角波を出力する）。このようにして図７に示す三角波の信号Ｗａ１が生成されて出力される。

第１三角波生成部５１は、図１１に示すように、演算周期毎に前回から回転速度を積分している位相角に対し最新値に更新した位相角に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号（三角波）を生成する。

第２三角波生成部５２は、図６に示すように、出力切替部５２ａと、バッファ５２ｂと、加算部５２ｃと、積分部５２ｄと、加算部５２ｅと、電圧位相角演算部５２ｆと、三角波生成部５２ｇを有する。

出力切替部５２ａは、取得した電気角θを入力して定常状態に切り替わったときの初回のみ出力を切り替えて加算部５２ｃに出力する。バッファ５２ｂは、速度ωを入力して所定時間Δｔごとに速度ωを加算部５２ｃに出力する。加算部５２ｃは、初回の電気角θと所定時間Δｔごとの速度ωを加算して位相角の変化量を積分部５２ｄに出力する。積分部５２ｄは次の演算周期までの位相角の予測値の算出用であり、所定時間Δｔごとの位相角の変化量（速度ω）を積分する。電圧位相角演算部５２ｆは、出力したい電圧位相にするためのものであり、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を入力して前述の式（２）により電圧位相角δを算出する。加算部５２ｅは、積分部５２ｄからの速度ωの積分値と電圧位相角演算部５２ｆからの電圧位相角δを加算して位相角を三角波生成部５２ｇに出力する。三角波生成部５２ｇは、単調増加する位相角を２πになると０にして三角波を生成して出力する。つまり、時間に比例する角度は２πでリセットしてこれを成形して三角波を出力する。ｕ相に対し位相を±２／３π加算し、ｖ相、ｗ相も同様にして算出する（三角波を出力する）。このようにして、図８に示す三角波の信号Ｗａ２が生成される。

第２三角波生成部５２は、図１２に示すように、演算周期毎に前回から回転速度を積分している位相角に続いて回転速度を積分していった位相角に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号（三角波）を生成する。

さらに、第２三角波生成部５２は、図８に示すようにｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号Ｗａ２に対し±のオフセットαが付いた２本の波形の信号Ｗａ３を生成する。第２三角波生成部５２において生成する２本の波形の信号Ｗａ３は、三角波である。パルスパターンの同一パルス幅は変調率やトルク指令値Ｔ＊と回転速度Ｎとの条件によって変化し、オフセットαは、パルスパターンの同一パルス幅（図１０（ｂ），（ｃ）のＷ）によって増減する。

三角波生成部５１，５２は、角度情報としての電気角θとｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいて、図７及び図８に示すようにｕ．ｖ，ｗ相の三角波（Ｗａ１，Ｗａ２）を生成する。三角波の振幅は１とする。三角波の周波数は回転数（電気角θの時間的変化割合）に応じて変化する。電流１周期に対して三角波１周期である。三角波はコンパレータ５３に送られる。

図２の第１切替部５８は、ＮＴ領域判定部５０により同一パルス幅運転状態でない時においては第１三角波生成部５１において生成したｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号を選択し、同一パルス幅運転状態時においては第２三角波生成部５２において生成したｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号を選択する。

第２切替部５９は、ＮＴ領域判定部５０により同一パルス幅運転状態でない時においては第１モジュレーション電圧生成部５５において生成した第１モジュレーション電圧Ｖｍ１及び第２モジュレーション電圧生成部５６において生成した第２モジュレーション電圧Ｖｍ２を選択してコンパレータ５３に送る。また、第２切替部５９は、ＮＴ領域判定部５０により同一パルス幅運転状態時においては第３モジュレーション電圧生成部５７において生成した第３モジュレーション電圧Ｖｍ３を選択してコンパレータ５３に送る。

コンパレータ５３は、同一パルス幅運転状態でない時において、図９（ａ）に示すように、入力されたｕ相の三角波と±Ｖｍ１及び±Ｖｍ２の値を比較する。そして、コンパレータ５３は、図９（ｂ）に示すようにｕ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ１のパルスパターン、及び、図９（ｃ）に示すようにｕ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ２のパルスパターンを算出する。なお、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）においてパルスパターンは、ゼロクロスでも反転する。

同様に、コンパレータ５３は、入力されたｖ相の三角波と±Ｖｍ１，±Ｖｍ２の値を比較して、ｖ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ３のパルスパターン及びｖ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ４のパルスパターンを算出する。また、コンパレータ５３は、入力されたｗ相の三角波と±Ｖｍ１，±Ｖｍ２の値を比較して、ｗ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ５のパルスパターン及びｗ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ６のパルスパターンを算出する。

このようにして、コンパレータ５３は、同一パルス幅運転状態でない時に、第１三角波生成部５１において生成した波形の信号と第１モジュレーション電圧生成部５５及び第２モジュレーション電圧生成部５６において変換したモジュレーション電圧Ｖｍ１，Ｖｍ２とを比較する。そして、インバータ回路２０における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する。

コンパレータ５３は、同一パルス幅運転状態である時において、図１０（ａ）に示すように、入力されたｕ相の２本の三角波の信号Ｗａ３と±Ｖｍ３の値を比較する。そして、コンパレータ５３は、図１０（ｂ）に示すようにｕ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ１のパルスパターン、及び、図１０（ｃ）に示すようにｕ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ２のパルスパターンを算出する。なお、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）においてパルスパターンは、ゼロクロスでも反転する。

同様に、コンパレータ５３は、入力されたｖ相の２本の三角波の信号Ｗａ３と±Ｖｍ３の値を比較して、ｖ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ３のパルスパターン及びｖ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ４のパルスパターンを算出する。また、コンパレータ５３は、入力されたｗ相の２本の三角波の信号Ｗａ３と±Ｖｍ３の値を比較して、ｗ相の上アーム用のスイッチング素子Ｑ５のパルスパターン及びｗ相の下アーム用のスイッチング素子Ｑ６のパルスパターンを算出する。図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）においてパルス幅Ｗは等しい。

このように、コンパレータ５３は、同一パルス幅運転状態である時に、第２三角波生成部５２において生成した２本の波形の信号Ｗａ３と第３モジュレーション電圧生成部５７において変換した第３モジュレーション電圧Ｖｍ３とを比較する。そして、インバータ回路２０における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する。

パルスパターンは損失低減や低ＮＶを考慮したパルスパターンであり、ＮＴ領域判定部５０は、そのうちの同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する。
次に、インバータ装置１０の作用について説明する。

図２において、パルス生成アルゴリズムとして、入力はトルク指令値Ｔ＊、電気角θ、速度ω、指令回転速度（指令速度）ω＊、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊、直流電圧Ｖｄｃであり、出力は各相上下アーム用スイッチング素子のパルスパターンである。

第１三角波生成部５１及び第２三角波生成部５２において、それぞれ、速度ωと指令回転速度（指令速度）ω＊と電気角θとｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊からｕ，ｖ，ｗ相の三角波が生成される。

ＮＴ領域判定部５０において、図４のマップを用いて、同一パルス幅運転状態であるか否かを判定して、第１切替部５８により第１三角波生成部５１による三角波と第２三角波生成部５２による三角波を切り替える。

一方、変調率計算部５４において、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊と直流電圧Ｖｄｃから変調率Ｍに変換される。モジュレーション電圧生成部５５，５６，５７において変調率Ｍが事前に算出したデータをもとにモジュレーション電圧Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｍ３に変換される。

そして、ＮＴ領域判定部５０での判定結果に基づく第２切替部５９の切り替えにより同一パルス幅運転状態でない時において、コンパレータ５３は、第１三角波生成部５１から入力されたｕ相の三角波の信号Ｗａ１と±Ｖｍ１，±Ｖｍ２の値を比較する。そして、上アーム用のスイッチング素子Ｑ１のパルスパターン及び下アーム用のスイッチング素子Ｑ２のパルスパターンが算出される。ｖ，ｗ相についてはｕ相の電圧指令値から±２／３πズレた指令値をそれぞれ持つのでその三角波と±Ｖｍ１，±Ｖｍ２との比較を行う。

一方、ＮＴ領域判定部５０により同一パルス幅運転状態の時において、コンパレータ５３は、第２三角波生成部５２から入力されたｕ相の２本の三角波の信号Ｗａ３と±Ｖｍ３の値を比較する。そして、上アーム用のスイッチング素子Ｑ１のパルスパターン及び下アーム用のスイッチング素子Ｑ２のパルスパターンが算出される。ｖ，ｗ相についてはｕ相の電圧指令値から±２／３πズレた指令値をそれぞれ持つのでその２本の三角波の信号と±Ｖｍ３との比較を行う。

このようにして、ある目的（低損失や低ＮＶ（ノイズバイブレーション（騒音振動））等）を持ってパルスパターンを最適化すると図１８のように同一幅を持ったパターンが導出されることがある。このようなパルスパターンを出力するには三角波と複数のモジュレーション電圧を比較することによりパルスパターンを出力できる。

本実施形態では、同一パルス幅運転状態ではオフセットの付いた２本の三角波の信号と１つモジュレーション電圧を比較することによりパルスパターンを出力することができ、このとき、１つのモジュレーション電圧を決定するためのマップだけでよく、モジュレーション電圧のデータ量を半分にすることができる。

以上のごとく、通常時には２つのモジュレーション電圧を決定するためのデータ及びそれを記憶する記憶領域が必要であるが、同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際、１つのモジュレーション電圧と２本の三角波の信号を用いる。これによりマップデータとして１つのモジュレーション電圧を決定するためのデータ及びそれを記憶する記憶領域を有していればよくデータ数及びデータを記憶する記憶領域を少なくできる。よって、マップデータとして従来よりモジュレーション電圧の情報量を少なくできる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インバータ装置１０の構成として、正負の母線Ｌｐ，Ｌｎ間においてｕ，ｖ，ｗの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータ６０に供給するインバータ回路２０を備える。同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する同一パルス幅運転状態判定部としてのＮＴ領域判定部５０と、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を変調率Ｍに変換する電圧指令値変換部としての変調率計算部５４を備える。角度情報とｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形に対し±のオフセットαが付いた２本の波形の信号Ｗａ３を生成する信号生成部としての第２三角波生成部５２を備える。変調率計算部５４において変換した変調率Ｍをモジュレーション電圧Ｖｍ３に制御周期毎に変換するモジュレーション電圧生成部としての第３モジュレーション電圧生成部５７を備える。コンパレータ５３を備える。コンパレータ５３は、ＮＴ領域判定部５０により判定した同一パルス幅運転状態である時に、第２三角波生成部５２において生成した２本の波形の信号Ｗａ３と第３モジュレーション電圧生成部５７において変換したモジュレーション電圧Ｖｍ３とを比較する。そして、インバータ回路２０における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力する。

よって、同一パルス幅運転状態である時に２本の波形の信号と１つのモジュレーション電圧との比較によりパルスパターンを出力するので、１本の波形の信号と２つのモジュレーション電圧との比較によりパルスパターンを出力する場合に比べモジュレーション電圧を決定するための情報を少なくすることができる。その結果、比較により同一パルス幅を持ったパルスパターンを出力する際にモジュレーション電圧を決定するための情報量を少なくできる。

（２）信号生成部としての第２三角波生成部５２において生成する２本の波形の信号Ｗａ３は、三角波であり、実用的である。
（３）同一パルス幅運転状態判定部としてのＮＴ領域判定部５０は、トルク指令値Ｔ＊と指令回転速度（指令速度）ω＊から同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する。よって、正確に同一パルス幅運転状態であるか否かを判定することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 三角波生成部５１，５２の出力は三角波であったが、正弦波でもよい。具体的には、図１３に示すように、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換回路３９は、ＮＴ領域判定部７０、第１ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７１と、第２ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７２と、線間電圧実効値計算部７３と、スケーリング部７４と、コンパレータ７５と、相ピーク値変換部７６を備える。さらに、第１モジュレーション電圧生成部７７と、第２モジュレーション電圧生成部７８と、第３モジュレーション電圧生成部７９と、第１切替部８０と、第２切替部８１とを備える。

ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７１，７２は、角度情報（ロータの位置）である電気角θに基づいてｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、ｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換する。電圧指令値変換部としての線間電圧実効値計算部７３は、ｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、モータの線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓに変換する。詳しくは、Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓ＝√（Ｖｄ＊^２＋Ｖｑ＊^２）にて算出する。相ピーク値変換部７６は、線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓのｕ，ｖ，ｗ相のピーク値Ｖｐｈａｓｅ−ｐｅａｋを算出する。詳しくは、Ｖｐｈａｓｅ−ｐｅａｋ＝Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓ×√２／√３にて算出する。スケーリング部７４は、ｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を、線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓのｕ，ｖ，ｗ相のピーク値Ｖｐｈａｓｅ−ｐｅａｋで−１〜＋１にスケーリングする。スケーリングされたｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊＊，Ｖｖ＊＊，Ｖｗ＊＊はコンパレータ５３に送られる。このように、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７１，７２及びスケーリング部７４により、電気角θとｄ，ｑ軸電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応する波形（正弦波）の信号が生成される。

第１モジュレーション電圧生成部７７は、図１４に示すマップを用いて線間電圧実効値計算部７３で変換した線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓを演算周期毎に第１モジュレーション電圧Ｖｍ１に変換する。±の０〜１の第１モジュレーション電圧Ｖｍ１がコンパレータ７５に送られる。第２モジュレーション電圧生成部７８は、マップを用いて線間電圧実効値計算部７３で変換した線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓを演算周期毎に第２モジュレーション電圧Ｖｍ２に変換する。±の０〜１の第２モジュレーション電圧Ｖｍ２がコンパレータ７５に送られる。モジュレーション電圧生成部としての第３モジュレーション電圧生成部７９は、マップを用いて線間電圧実効値計算部７３で変換した線間電圧実効値Ｖｌｉｎｅ−ｒｍｓを演算周期毎に第３モジュレーション電圧Ｖｍ３に変換する。±の０〜１の第３モジュレーション電圧Ｖｍ３がコンパレータ７５に送られる。

第１切替部８０は、ＮＴ領域判定部５０により同一パルス幅運転状態でない時においては第１ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７１において生成したｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号を選択し、同一パルス幅運転状態時においては第２ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７２において生成したｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形の信号を選択する。第２切替部８１は、ＮＴ領域判定部７０により同一パルス幅運転状態でない時においては第１モジュレーション電圧生成部７７において生成した第１モジュレーション電圧Ｖｍ１及び第２モジュレーション電圧生成部７８において生成した第２モジュレーション電圧Ｖｍ２を選択してコンパレータ７５に送る。また、第２切替部８１は、ＮＴ領域判定部７０により同一パルス幅運転状態時においては第３モジュレーション電圧生成部７９において生成した第３モジュレーション電圧Ｖｍ３を選択してコンパレータ７５に送る。

ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７２においては、図１５（ａ）に示すようにｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応する波形の信号（正弦波）Ｗａ１０に対し±のオフセットαが付いた２本の波形の信号Ｗａ１１が出力される。

コンパレータ７５は、同一パルス幅運転状態でない時に次のようにする。ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７１において生成したｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に対応する波形の信号（正弦波）と、第１モジュレーション電圧生成部７７及び第２モジュレーション電圧生成部７８において変換したモジュレーション電圧Ｖｍ１，Ｖｍ２とを比較する。そして、コンパレータ７５は、インバータ回路２０における上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のパルスパターンを出力する。

また、コンパレータ７５は、同一パルス幅運転状態である時に次のようにする。図１５（ａ）に示すように、ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部７２において生成した２本の波形の信号Ｗａ１１と、第３モジュレーション電圧生成部７９において変換したモジュレーション電圧Ｖｍ３とを比較する。そして、コンパレータ７５は、図１５（ｂ）に示すインバータ回路２０における上アーム用スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のパルスパターン、及び、図１５（ｃ）に示す下アーム用スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のパルスパターンを出力する。

このように、三角波に代わり正弦波でもよく、正弦波に対し±のオフセットを付与したものを使用してもよい。
○ 同一パルス幅を持った領域はＮＴ領域での特定の領域Ｚ１で表現したが、変調率や回転数、トルク等に閾値を設けて設定してもよい。例えば、変調率が所定値以上か否かで判定することもできる。

○同一パルス幅運転状態である時に、図１０（ａ）では２本の三角波とモジュレーション電圧±Ｖｍ３とを比較した。これに代わり、図１６（ａ）に示すように三角波（Ｗａ２０）に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号Ｗａ２１を作り、さらに図１６（ｂ）に示すように位相が１８０°（π）だけずらした±のオフセットが付いた２本の波形の信号Ｗａ２２を作る。そして、信号Ｗａ２１と信号Ｗａ２２を合成し、この信号に対し図１６（ｃ）に示すように正のモジュレーション電圧＋Ｖｍ３を比較して図１６（ｄ）及び図１６（ｅ）に示すようにパルスパターンを出力するようにしてもよい。この場合、負のモジュレーション電圧−Ｖｍ３を廃止できる。

他にも、図１７（ａ）に示す三角波（Ｗａ３０）に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号Ｗａ３１を作り、１８０°〜３６０°（π〜２π）において０で反転させて図１７（ｂ）に示す信号Ｗａ３２とする。そして、この信号に対し図１７（ｃ）に示すようにモジュレーション電圧＋Ｖｍ３を比較して図１７（ｄ）及び図１７（ｅ）に示すようにパルスパターンを出力するようにしてもよい。この場合、負のモジュレーション電圧−Ｖｍ３を廃止できる。

１０…インバータ装置、２０…インバータ回路、５０…ＮＴ領域判定部、５２…第２三角波生成部、５３…コンパレータ、５４…変調率計算部、５７…第３モジュレーション電圧生成部、６０…モータ、７０…ＮＴ領域判定部、７２…第２ｄ，ｑ／ｕ，ｖ，ｗ変換部、７３…線間電圧実効値計算部、７５…コンパレータ、７９…第３モジュレーション電圧生成部、Ｍ…変調率、Ｌｐ，Ｌｎ…正負の母線、Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子、Ｖｄ＊，Ｖｑ＊…ｄ，ｑ軸電圧指令値、Ｖｍ３…第３モジュレーション電圧。

Claims (3)

1. 正負の母線間においてｕ，ｖ，ｗの相毎の上下のアームを構成するスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴い直流電圧を交流電圧に変換してモータに供給するインバータ回路と、
   同一パルス幅運転状態であるか否かを判定する同一パルス幅運転状態判定部と、
   ｄ，ｑ軸電圧指令値を変調率または線間電圧実効値に変換する電圧指令値変換部と、
   角度情報とｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいてｕ，ｖ，ｗ相の電圧指令値に対応する波形に対し±のオフセットが付いた２本の波形の信号を生成する信号生成部と、
   前記電圧指令値変換部において変換した変調率または線間電圧実効値をモジュレーション電圧に制御周期毎に変換するモジュレーション電圧生成部と、
   前記同一パルス幅運転状態判定部により判定した前記同一パルス幅運転状態である時に、前記信号生成部において生成した２本の波形の信号と前記モジュレーション電圧生成部において変換したモジュレーション電圧とを比較して前記インバータ回路における上アーム用スイッチング素子のパルスパターン及び下アーム用スイッチング素子のパルスパターンを出力するコンパレータと、
   を備えたことを特徴とするインバータ装置。
2. 前記信号生成部において生成する２本の波形の信号は、三角波であることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記同一パルス幅運転状態判定部は、トルク指令値と指令回転速度から同一パルス幅運転状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。