JP2023146537A - 運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】損失低減及びモータの動作安定化を行うことのできる運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】運転制御システムは、交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令部１２、１３と、電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、マスク期間以外の期間は、電圧指令に基づいて交流モータのＰＷＭ信号を生成し、マスク期間は、マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前段期間及び後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成部７１と、指令に基づいて、交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部７２とを備える。【選択図】図２

Description

本開示は、運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムに関するものである。

空気調和機（空調機）には、主として、圧縮機のモータを自在に駆動するための負荷（モータ）駆動用交流電力を生成するインバータ装置が搭載されている。良く知られているインバータ装置は、商用電源（例えば、ＡＣ２００Ｖ三相交流電源）から入力された三相の交流電圧を、一旦、整流回路（コンバータ）を通じて直流電圧に変換し、インバータ装置で当該直流電力を所望するモータ駆動用交流電力に変換する。このようなインバータ装置として、ｖ／ｆ制御方式で出力制御を行うものやベクトル制御方式で出力制御を行うものが知られている。

特許文献１では、インバータ装置におけるスイッチング損失を低減するために、一定の期間（マスク期間）の間、ＰＷＭ制御のパルス信号を停止させる制御を行っている（部分２相通電制御）。部分２相通電制御は、特許文献２及び特許文献３にも開示されている。

特開２０１８－１６４３４７号公報 特開２０１９－４６１６号公報 特開２０１９－４６１７号公報

しかしながら、部分２相通電制御を行うにあたり、マスク期間を設けると、スイッチング素子の制御の急停止及び急開始を伴うため、モータへ供給される３相交流電圧波形が歪み、モータのトルクに影響を及ぼす可能性がある（トルクショック等）。このような場合には、振動や騒音、脱調といった異常状態が発生してモータの動作安定性が低下する可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、損失低減及びモータの動作安定化を行うことのできる運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムを提供することを目的とする。

本開示の第１態様は、交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令部と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成部と、前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部と、を備える運転制御システムである。

本開示の第２態様は、交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令工程と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成工程と、前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成工程と、を有する運転制御方法である。

本開示の第３態様は、指令に基づいて、交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部を備える運転制御システムの運転制御プログラムであって、前記交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令処理と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する前記指令を生成する指令生成処理と、をコンピュータに実行させるための運転制御プログラムである。

本開示によれば、損失低減及びモータの動作安定化を行うことができるという効果を奏する。

本開示の一実施形態に係るインバータ装置の全体図である。 本開示の一実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係るＰＷＭ信号の一例を示す図である。 参考例における波形を示す図である。 本開示の一実施形態に係る（１）のパターンの追加パルスを生成した場合の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る（２）のパターンの追加パルスを生成した場合の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るその他のパターンの追加パルスを生成した場合の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るＰＷＭ信号生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態の制御装置のハードウェア構成の一例を示した図である。

以下に、本開示に係る運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

（インバータ装置の回路構成）
図１は、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８０）に対し、別途入力される速度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。本実施形態では三相交流モータを例示して説明するが、交流モータであれば幅広く適用することが可能である。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８０）を所望の回転数で回転駆動させる。

インバータ装置１は、制御装置１０と、インバータ主回路２０と、モータ電流検出部３０と、を備える。
インバータ装置１は、直流電源ＰＳから供給される直流電圧Ｖｄｃを、モータ８０を回転駆動させるための負荷駆動用交流電圧であるＵ相交流電圧、Ｖ相交流電圧及びＷ相交流電圧の３相交流電圧に変換する。
モータ電流検出部３０は、インバータ装置１からモータ８０に接続されている３相の各配線に設けられる。モータ電流検出部３０は、インバータ装置１からモータ８０に出力される３相の印加電圧（交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に関連してモータ８０に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出し、各電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの検出結果を制御装置１０に通知する。

（インバータ主回路）
インバータ主回路２０は、スイッチング素子群２１と、正極ＤＣ端子Ｑａと、負極ＤＣ端子Ｑｂとを備える。

正極ＤＣ端子Ｑａ及び負極ＤＣ端子Ｑｂは、直流電圧Ｖｄｃが入力される端子である。
正極ＤＣ端子Ｑａ、負極ＤＣ端子Ｑｂは、直流電源ＰＳの正極、負極にそれぞれ接続されている。

スイッチング素子群２１は、直流電圧Ｖｄｃ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対備える。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（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：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８０）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。

図１に示すように、スイッチング素子群２１は、直流電圧Ｖｄｃが入力される正極ＤＣ端子Ｑａから負極ＤＣ端子Ｑｂへ直列に接続された上アームのスイッチング素子２１ＵＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＵＬの対を有する。
さらに、スイッチング素子群２１は、正極ＤＣ端子Ｑａから負極ＤＣ端子Ｑｂへ直列に接続された上アームのスイッチング素子２１ＶＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＶＬの対を有する。
さらに、スイッチング素子群２１は、正極ＤＣ端子Ｑａから負極ＤＣ端子Ｑｂへ直列に接続された上アームのスイッチング素子２１ＷＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＷＬの対を有する。

上アームのスイッチング素子２１ＵＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＵＬの対は、後述するＰＷＭ生成部２２のゲート信号によりスイッチングされ、Ｕ相の交流電圧ｖｕを発生させる。上アームのスイッチング素子２１ＵＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＵＬの対は、ピーク電圧領域ＲＧＰとゼロ電圧領域ＲＧＺとを除く領域において、交互にスイッチングされる。

同様に、上アームのスイッチング素子２１ＶＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＶＬの対は、ＰＷＭ生成部２２のゲート信号によりスイッチングされ、Ｖ相の交流電圧ｖｖを発生させる。上アームのスイッチング素子２１ＶＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＶＬの対は、ピーク電圧領域ＲＧＰとゼロ電圧領域ＲＧＺとを除く領域において、交互にスイッチングされる。

同様に、上アームのスイッチング素子２１ＷＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＷＬの対は、ＰＷＭ生成部２２のゲート信号によりスイッチングされ、Ｗ相の交流電圧ｖｗを発生させる。上アームのスイッチング素子２１ＷＨ及び下アームのスイッチング素子２１ＷＬの対は、ピーク電圧領域ＲＧＰとゼロ電圧領域ＲＧＺとを除く領域において、交互にスイッチングされる。

ＰＷＭ生成部２２は、制御装置１０が備える後述の２相／３相変換部１３から受け付けた後述する指令に関連して、スイッチング素子群２１を駆動するゲート信号（ＰＷＭ信号）を生成させ、スイッチング素子群２１をオンオフする。
本実施形態では、ＰＷＭ生成部２２は、交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を取得する。ＰＷＭ生成部２２は、取得した交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊の各波形の各タイミングの電圧に比例したオンデューティで、ＰＷＭ制御のパルス信号（以下、「ＰＷＭ信号」ともいう。）を生成させる。
具体的には、ＰＷＭ生成部２２は、後述するスイッチング素子２１ＵＨ、スイッチング素子２１ＵＬ、スイッチング素子２１ＶＨ、スイッチング素子２１ＶＬ、スイッチング素子２１ＷＨ、スイッチング素子２１ＷＬの各ゲートに対して、ゲート信号ＳＧ（２１ＵＨ）、ゲート信号ＳＧ（２１ＵＬ）、ゲート信号ＳＧ（２１ＶＨ）、ゲート信号ＳＧ（２１ＶＬ）、ゲート信号ＳＧ（２１ＷＨ）、ゲート信号ＳＧ（２１ＷＬ）をそれぞれ出力する。

ＰＷＭ生成部２２は、交流電圧指令ｖｕ＊に基づいてゲート信号ＳＧ（２１ＵＨ）及びゲート信号ＳＧ（２１ＵＬ）を生成する。
同様に、ＰＷＭ生成部２２は、交流電圧指令ｖｖ＊に基づいてゲート信号ＳＧ（２１ＶＨ）及びゲート信号ＳＧ（２１ＶＬ）を生成する。
同様に、ＰＷＭ生成部２２は、交流電圧指令ｖｗ＊に基づいてゲート信号ＳＧ（２１ＷＨ）及びゲート信号ＳＧ（２１ＷＬ）を生成する。
なお、ＰＷＭ生成部２２から出力された信号は後述するマスク期間生成部６１とパルス追加部６２とにおいて後述するように補正される。

（制御装置）
図２に示すように、制御装置１０は、速度制御部１１、電流制御部１２、２相／３相変換部１３、ＰＷＭ生成部２２、及び指令生成部７１を機能的に備える。指令生成部７１は、マスク期間以外の期間は、電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成し、マスク期間に追加パルスを生成する指令を生成する。指令生成部７１は、マスク期間指令部６３と、パルス追加指令部６４とを備えている。なお、ＰＷＭ生成部２２と、マスク期間生成部６１と、パルス追加部６２とにより、パルス生成部７２が構成される。
本実施形態では、後述するプログラムを実行することにより、コンピュータシステムを制御装置１０として機能させている。

速度制御部１１は、所望の回転速度ωでモータ８０を回転させるための速度指令を出力する。

電流制御部１２は、速度制御部１１からの速度指令の入力を受け付けて、モータ電流検出部３０で検出された電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに基づいて、電圧指令を回転直角座標系の２軸（δ軸、γ軸）で生成する。例えば、速度制御部１１は、電圧指令として、δ軸電圧指令及びγ軸電圧指令を生成し、出力する。

２相／３相変換部１３は、電流制御部１２から出力された電圧指令を、３相の交流電圧の各々に対応する交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に座標変換する。このように、電流制御部１２及び２相／３相変換部１３によって所望の３相交流のそれぞれに対応する（相似した）正弦波が出力され、交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令が生成される。

このようにして、電圧指令が得られると、ＰＷＭ生成部２２において、電圧指令と基準となる三角波（またはのこぎり形状波）の電圧波形とを比較してＰＷＭ信号を生成する。なお、所望の正弦波の電圧指令に基づいてＰＷＭ信号が生成されれば、上記の構成に限定されず用いることが可能である。

なお、交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊がそれぞれ正弦波である場合、インバータ装置１が、当該正弦波でそのままＰＷＭ制御を行うと、スイッチング素子群２１におけるスイッチング損失が大きい場合がある。このため、２アーム方式の制御を行うことが好ましい。２アーム方式の制御は、各スイッチング素子をそれぞれ、所定期間の間オンさせる制御である。具体的には、３相交流電圧の各相電圧（の絶対値）の大きな領域（ピーク電圧領域ＲＧＰ）で、上アームのスイッチング素子２１ＵＨ、２１ＶＨ、２１ＷＨ、及び下アームのスイッチング素子２１ＵＬ、２１ＶＬ、２１ＷＬをそれぞれ、ＰＷＭ周期の複数周期の領域全てに亘ってオン（ベタオン）させる。

（パルス信号停止制御）
制御装置１０は、スイッチング損失を低減するために、マスク期間指令部６３を備える。マスク期間（ゼロ電圧領域ＲＧＺ）とは、オンデューティが０％（ベタオフ）となり、期間の全領域でオフ信号（パルスがない）となる期間である。換言するとマスク期間では、ＰＷＭ信号が停止される。マスク期間は、電圧指令（交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲として設定される。角度範囲は例えば６０°である。マスク期間指令部６３は、予め設定された角度範囲でマスク期間が形成されるように、ＰＷＭ信号を補正する。具体的には、マスク期間指令部６３は、マスク期間生成部６１に指令を出力し、ＰＷＭ生成部２２で生成したＰＷＭ信号を補正する。

なお、マスク期間が形成されれば、形成方法は上記の方法に限定されない。

マスク期間指令部６３によって、マスク期間における複数のパルスが取り除かれる。これによって、スイッチング損失が抑制される。例えば、Ｕ相ではマスク期間全領域で電流ｉｕが流れない状態が維持される。一方で他の相は位相がずれているため、Ｕ相のマスク期間においてもＶ相の電流ｉｖ及びＷ相の電流ｉｗは流れる。すなわち、部分的に２相が通電する状態となるため、マスク期間を設けて特定の相の電流を停止する（他の２相は通電）制御を部分２相通電制御という。換言すると、部分２相通電制御は、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいてＰＷＭ信号を生成する場合に、いずれか１つの相がマスク期間の間にはその相のパルスの発生を停止する制御である。

（マスク期間の補正）
上記のように、部分２相通電制御が可能である。しかしながら、マスク期間では、ＰＷＭ制御が急停止及び急開始することとなる。そして、マスク期間ではＰＷＭ信号が停止されるためモータトルクの不足や、波形歪みが発生する可能性がある。これによって、振動や騒音、脱調といった現象が発生する可能性がある。

そこで、図２に示すように、制御装置１０は、パルス追加指令部６４を備える。すなわち、制御装置１０、及びＰＷＭ生成部２２により運転制御のためのＰＷＭ信号を生成する運転制御システムが構成される。パルス追加指令部６４は、パルス追加部６２へ指令を出力し、マスク期間生成部６１で補正したＰＷＭ信号を補正する。

例えば、図３に示すように、マスク期間に追加パルスＡＰが生成された信号がゲート信号として出力される。このように、マスク期間以外の期間は、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいてＰＷＭ信号を生成し、マスク期間には、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づかず追加パルスＡＰが生成される。すなわち、本来パルスを形成しないマスク期間に、パルス追加指令部６４によって追加パルスＡＰが形成される。なお、マスク期間には、追加パルスＡＰ以外のパルスは構成されない。マスク期間に形成される追加パルスＡＰの数は、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいてマスク期間に形成されるはずだったＰＷＭパルスの数よりも少ない。

（追加パルスの具体例）
次に、マスク期間における追加パルスＡＰの具体例について説明する。
マスク期間が短い場合には、発生するトルクショックは小さいと考えられる。具体的には、マスク期間が±５ｄｅｇ（すなわち１０ｄｅｇ分）未満であれば、発生するトルクショックは軽微であり、追加パルスＡＰを不要とすることも可能である。例えばマスク期間が±２０ｄｅｇ（すなわち４０ｄｅｇ分）などマスク期間が長い場合には、生成される電流波形の乱れが大きくなり、脱調や振動の原因となる。

このため、マスク期間が±５ｄｅｇ以上となる場合には、マスク期間に追加パルスＡＰを設けることが好ましい。

マスク期間において、追加パルスＡＰは、マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に、前段期間及び後段期間の少なくともいずれか一方に生成される。前段期間とは、マスク期間の開始点を含むマスク期間の前段となる期間であり、後段期間とは、マスク期間の終了点を含むマスク期間の後段となる期間である。前段期間と後段期間とは、マスク期間における所定のタイミング（例えば中心）で分けても良いし、マスク期間における中心期間を含む中間期間を挟んで分けても良い。本実施形態では、マスク期間が、マスク期間の中心を堺に前段期間と後段期間に分かれている場合を例として説明する。

前段期間に追加パルスＡＰが設けられることでマスク期間の開始に伴うＰＷＭ制御の停止のために発生するトルクショックを抑制できる。そして、後段期間に追加パルスＡＰが設けられることでマスク期間の終了に伴うＰＷＭ制御の開始（停止からの開始）のために発生するトルクショックを抑制できる。

すなわち追加パルスＡＰを生成する場合には、以下の３パターンがある。
（１）前段期間に追加パルスＡＰを生成し、後段期間に追加パルスＡＰを生成しない場合。
（２）前段期間に追加パルスＡＰを生成し、後段期間に追加パルスＡＰを生成する場合。

図４は、参考例として、マスク期間がない場合の波形を示している。図４において、例えばＭ１の期間がマスク期間となる。

図５は、上記の（１）のパターンの一例を示す図である。図５の横軸は位相θを、縦軸は電圧を示す。図５では、図４の参考例におけるＭ１のマスク期間に追加パルスＡＰを生成した場合を示している。図５に示すように、マスク期間の前段期間に追加パルスＡＰが生成され、後段期間には追加パルスＡＰが生成されない。

図６は、上記の（２）のパターンの一例を示す図である。図６の横軸は位相θを、縦軸は電圧を示す。図６では、図４の参考例におけるＭ１のマスク期間に追加パルスＡＰを生成した場合を示している。図６に示すように、マスク期間の前段期間及び後段期間にそれぞれ追加パルスＡＰが生成される。

なお、追加パルスＡＰの生成方法としては、前段期間に追加パルスＡＰを生成せず、後段期間に追加パルスＡＰを生成する場合についても考えられる。図７は、このパターンの一例を示す図である。図７の横軸は位相θを、縦軸は電圧を示す。図７では、図４の参考例におけるＭ１のマスク期間に追加パルスＡＰを生成した場合を示している。図７に示すように、マスク期間の前段期間に追加パルスＡＰが生成されず、後段期間には追加パルスＡＰが生成さる。なお、振動抑制の観点から、追加パルスＡＰの生成パターンとしては、（１）や（２）がより好ましい。

なお、前段期間に追加パルスＡＰを生成する場合には、マスク期間の開始点に近づくように追加パルスＡＰを生成することが好ましい。例えばマスク期間の開始後、ＰＷＭ周期における初めのパルス立ち上がりタイミングで追加パルスＡＰが生成されるように生成処理が行われる。後段期間に追加パルスＡＰを生成する場合には、マスク期間の終了点に近づくように追加パルスＡＰを生成することが好ましい。例えばマスク期間の終了前、ＰＷＭ周期における最後のパルス立ち上がりタイミングで追加パルスＡＰが生成されるように生成処理が行われる。

上記に複数のパターンを示したが、トルクショックを効果的に軽減する観点から、（２）のパターンを行うことがより好ましい。

マスク期間において、追加パルスＡＰは１つ生成することとしても良いし、複数生成することとしても良い、図５及び図７ではマスク期間に１つの追加パルスＡＰを生成する場合を示し、図６ではマスク期間に２つの追加パルスＡＰを生成する場合を示している。前段期間または後段期間において複数の追加パルスＡＰを生成することも可能である。

マスク期間に生成される追加パルスＡＰのパルス幅（複数の追加パルスＡＰが生成される場合には合計のパルス幅）は、マスク期間におけるトルクを補うために、マスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルスのパルス幅よりも広く設定される。具体的には、前または後のＰＷＭ信号のパルスとは、マスク期間の直前または直後のＰＷＭ信号のパルスである。図５、図６、図７に示すように、パルス期間の前のパルスＰ１またはパルス期間の後のパルスＰ２のパルス幅よりも追加されたパルス幅の合計の方が大きい。

具体的には、マスク期間に生成される追加パルスＡＰのパルス幅の合計は、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいてマスク期間に形成されるＰＷＭ信号の各パルスの幅の合計に等しい、すなわち、マスク期間にＰＷＭ制御で生成されるはずだったパルスが集約されて、追加パルスＡＰとして追加される。図４のＭ１の期間では、Ｐ個のパルスが生成されることとする。Ｍ１の期間をマスク期間とするとこのＰ個のパルスが生成されないこととなる。このため、図５、図６、図７では、Ｐ個のパルスが集約されてマスク期間に追加パルスＡＰとして生成される。複数のパルスが集約されるため、追加パルスＡＰのパルス幅の合計は、マスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルスのパルス幅よりも広くなる。

マスク期間における追加パルスＡＰのパルス幅の合計が、所定の上限幅を超えた場合には、該合計の値を分割してマスク期間において複数の追加パルスＡＰを生成することが好ましい。すなわち、マスク期間にＰＷＭ制御で生成されるはずだったパルスのパルス幅の合計が、上限値より大きくなる場合には、複数の追加パルスＡＰでマスク期間に生成されるはずだったＰＷＭパルスのパルス幅を分割する。上限値とは、例えばキャリア周波数（ＰＷＭキャリア周波数。ＰＷＭ周期）のデューティ比１００％である。このようにすることで、トルクが補正されるとともにモータ８０の回転の円滑性の低下を抑制できる。

例えば、マスク期間に生成されるはずだったＰＷＭパルスを、１７％、１９％、１９％、２０％、２０％の５発とすると、合計は１７＋１９＋１９＋２０＋２０＝９５％となる。これはデューティ比１００％以下であるため、デューティ比９５％の追加パルスＡＰがマスク期間に生成される。

例えば、マスク期間に生成されるはずだったＰＷＭパルスを、１７％、１９％、１９％、２０％、２０％、２１％、２２％の７発とすると、合計は１７＋１９＋１９＋２０＋２０＋２１＋２２＝１３７％となる。これはデューティ比１００％より大きいため、デューティ比１００％の追加パルスＡＰを１つと、デューティ比３７％の追加パルスＡＰを１つと（計２つの追加パルスＡＰ）がマスク期間に生成される。なお、複数の追加パルスＡＰに分割する場合には、１つのパルスをデューティ比１００％とする場合に限定されず、６８％及び６９％の２つの追加パルスＡＰを生成するなど、任意に分割することが可能である。

（制御の流れ）
次に、上述の制御装置１０によるＰＷＭ信号生成処理の一例について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るＰＷＭ信号生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、モータ８０の速度指令を用いて電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊を生成する（Ｓ１０１）。次に、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に基づいてＰＷＭ信号を生成する（Ｓ１０２）。次に、生成されたＰＷＭ信号に対してマスク期間を生成する（Ｓ１０３）。次に、マスク期間内に追加パルスＡＰを追加する（Ｓ１０４）。このように、マスク期間及びマスク期間内の追加パルスＡＰが生成され、この信号によりスイッチング素子群２１をスイッチングする。

（制御装置のハードウェア構成図）
図９は、本実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成の一例を示した図である。
図９に示すように、制御装置１０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、例えば、ＣＰＵ１１０と、ＣＰＵ１１０が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２０と、各プログラム実行時のワーク領域として機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３０と、大容量記憶装置としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１４０と、ネットワーク等に接続するための通信部１５０とを備えている。なお、大容量記憶装置としては、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）を用いることとしてもよい。これら各部は、バス１８０を介して接続されている。

また、制御装置１０は、キーボードやマウス等からなる入力部や、データを表示する液晶表示装置等からなる表示部などを備えていてもよい。

なお、ＣＰＵ１１０が実行するプログラム等を記憶するための記憶媒体は、ＲＯＭ１２０に限られない。例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等の他の補助記憶装置であってもよい。

上述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でハードディスクドライブ１４０等に記録されており、このプログラムをＣＰＵ１１０がＲＡＭ１３０等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭ１２０やその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

（変形例）

上記の例では、ＰＷＭ生成部２２から出力されたＰＷＭ信号に対してマスク期間を設け、さらにマスク期間内に追加パルスＡＰを追加することとしたが、ＰＷＭ生成部２２に入力する電圧指令を加工して、ＰＷＭ生成部２２からマスク期間及び追加パルスＡＰが形成された信号が出力されるように構成してもよい。

このように、追加パルスＡＰがマスク期間に追加されるようにする処理についてはＰＷＭ信号が生成される前に行うこととしても、後に行うこととしてもどちらでも可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムによれば、モータ８０の速度指令に基づく電圧指令において、電圧が零となる電気角を含む角度範囲（すなわちゼロクロス付近）をマスク範囲としている。そして、マスク期間以外の期間は、電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成するとともに、マスク期間は、前段期間及び後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスＡＰを生成する。これによって、マスク期間を設定することによってスイッチング損失を低減するとともに、前段期間及び／または後段期間に追加パルスＡＰが生成されるためマスク期間における波形ひずみを低減してトルクショックを抑制することができる。すなわち、マスク期間において必要なモータ８０のトルクを追加パルスＡＰで補うことができ、円滑にモータ８０を駆動することができる。例えば、前段期間に追加パルスＡＰを生成することで、マスク期間への切り替えタイミングにおけるモータトルクを補完することができ、後段期間に追加パルスＡＰを生成することで、マスク期間からの切り替えタイミングにおけるモータトルクを補完することができる。これにより、振動や騒音、脱調の低減が期待できる。

単にマスク期間を短くする場合と比較して、効果的にトルクを補いつつ、スイッチングが停止される期間を確保することができる。

追加パルスＡＰのパルス幅の合計がマスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルス幅よりも大きいこととすることで、マスク期間におけるモータトルクの不足分を効果的に補うことができる。

追加パルスＡＰのパルス幅の合計が、電圧指令に基づいてマスク期間に形成されるＰＷＭ信号の各パルスの幅の合計に等しいこととすることで、マスク期間におけるモータトルクの不足分を効果的に補うことができる。

追加パルスＡＰのパルス幅の合計が所定の上限幅（例えばデューティ１００％）を超えた場合には、合計の値を分割して複数の追加パルスＡＰを生成することでモータ８０が円滑に回転することができる。

本開示は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。

以上説明した各実施形態に記載の運転制御システム及び空気調和機、並びに運転制御方法、並びに運転制御プログラムは例えば以下のように把握される。
本開示に係る運転制御システムは、交流モータ（８０）の速度指令（ｎωｍ＊）に基づいて正弦波の電圧指令（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を生成する電圧指令部（１２、１３）と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間（Ｍ１）として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルス（ＡＰ）を生成する指令を生成する指令生成部（７１）と、前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部（７２）と、を備える。

本開示に係る運転制御システムによれば、交流モータの速度指令に基づく電圧指令において、電圧が零となる電気角を含む角度範囲（すなわちゼロクロス付近）をマスク範囲としている。そして、マスク期間以外の期間は、電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成するとともに、マスク期間は、前段期間及び後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する。これによって、マスク期間を設定することによってスイッチング損失を低減するとともに、前段期間及び／または後段期間に追加パルスを生成されるためマスク期間における波形ひずみを低減してトルクショックを抑制することができる。すなわち、マスク期間において必要なモータのトルクを追加パルスで補うことができ、円滑にモータを駆動することができる。例えば、前段期間に追加パルスを生成することで、マスク期間への切り替えタイミングにおけるモータトルクを補完することができ、後段期間に追加パルスを生成することで、マスク期間からの切り替えタイミングにおけるモータトルクを補完することができる。これにより、振動や騒音、脱調の低減が期待できる。

本開示に係る運転制御システムは、前記指令生成部は、前記電圧指令に基づいて前記マスク期間において振幅が零とされたＰＷＭ信号を生成し、その後に、前記マスク期間において前記追加パルスを生成するように前記指令を生成することとしてもよい。

本開示に係る運転制御システムによれば、電圧指令に基づいてマスク期間において振幅が零とされたＰＷＭ信号を生成した後にマスク期間に追加パルスを生成することで、効率的にマスク期間に追加パルスを生成することができる。

本開示に係る運転制御システムは、前記マスク期間において、前記マスク期間において、前記追加パルスは１つまたは複数生成され、前記追加パルスのパルス幅の合計は、前記マスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルス幅よりも大きいこととしてもよい。

本開示に係る運転制御システムによれば、追加パルスのパルス幅の合計がマスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルス幅よりも大きいこととすることで、マスク期間におけるモータトルクの不足分を効果的に補うことができる。

本開示に係る運転制御システムは、前記追加パルスのパルス幅の合計は、前記電圧指令に基づいて前記マスク期間に形成されるＰＷＭ信号の各パルスの幅の合計に等しいこととしてもよい。

本開示に係る運転制御システムによれば、追加パルスのパルス幅の合計が、電圧指令に基づいてマスク期間に形成されるＰＷＭ信号の各パルスの幅の合計に等しいこととすることで、マスク期間におけるモータトルクの不足分を効果的に補うことができる。

本開示に係る運転制御システムは、前記指令生成部は、前記マスク期間における前記追加パルスのパルス幅の合計が所定の上限幅を超えた場合に、前記合計の値を分割して前記マスク期間において複数の追加パルスを生成するように前記指令を生成することとしてもよい。

本開示に係る運転制御システムによれば、追加パルスのパルス幅の合計が所定の上限幅（例えばデューティ１００％）を超えた場合には、合計の値を分割して複数の追加パルスを生成することで、マスク期間を１つのキャリア周波数としてモータが円滑に回転することができる。

本開示に係る空気調和機は、上記の運転制御システムと、前記運転制御システムで生成された信号に基づいて駆動される複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子により生成された交流電圧により駆動される交流モータと、を備える。

本開示に係る運転制御方法は、交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令工程と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成工程と、前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成工程と、を有する。

本開示に係る運転制御プログラムは、指令に基づいて、交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部を備える運転制御システムの運転制御プログラムであって、前記交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令処理と、前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する前記指令を生成する指令生成処理と、をコンピュータに実行させる。

１ ：インバータ装置
１０ ：制御装置
１１ ：速度制御部
１２ ：電流制御部
１３ ：２相／３相変換部
２０ ：インバータ主回路
２１ ：スイッチング素子群
２２ ：ＰＷＭ生成部
３０ ：モータ電流検出部
６１ ：マスク期間生成部
６２ ：パルス追加部
６３ ：マスク期間指令部
６４ ：パルス追加指令部
７１ ：指令生成部
７２ ：パルス生成部
８０ ：モータ
１１０ ：ＣＰＵ
１２０ ：ＲＯＭ
１３０ ：ＲＡＭ
１４０ ：ハードディスクドライブ
１５０ ：通信部
１８０ ：バス
ＡＰ ：追加パルス

Claims (8)

1. 交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令部と、
   前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成部と、
   前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部と、
   を備える運転制御システム。
2. 前記指令生成部は、前記電圧指令に基づいて前記マスク期間において振幅が零とされたＰＷＭ信号を生成し、その後に、前記マスク期間において前記追加パルスを生成するように前記指令を生成する請求項１に記載の運転制御システム。
3. 前記マスク期間において、前記追加パルスは１つまたは複数生成され、前記追加パルスのパルス幅の合計は、前記マスク期間の前または後のＰＷＭ信号のパルス幅よりも大きい請求項１または２に記載の運転制御システム。
4. 前記追加パルスのパルス幅の合計は、前記電圧指令に基づいて前記マスク期間に形成されるＰＷＭ信号の各パルスの幅の合計に等しい請求項３に記載の運転制御システム。
5. 前記指令生成部は、前記マスク期間における前記追加パルスのパルス幅の合計が所定の上限幅を超えた場合に、前記合計の値を分割して前記マスク期間において複数の追加パルスを生成するように前記指令を生成する請求項３または４に記載の運転制御システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の運転制御システムと、
   前記運転制御システムで生成された信号に基づいて駆動される複数のスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子により生成された交流電圧により駆動される交流モータと、
   を備える空気調和機。
7. 交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令工程と、
   前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する指令を生成する指令生成工程と、
   前記指令に基づいて、前記交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成工程と、
   を有する運転制御方法。
8. 指令に基づいて、交流モータを駆動するスイッチング素子のパルス信号を生成するパルス生成部を備える運転制御システムの運転制御プログラムであって、
   前記交流モータの速度指令に基づいて正弦波の電圧指令を生成する電圧指令処理と、
   前記電圧指令における振幅が零となる電気角を含む所定の角度範囲をマスク期間として、前記マスク期間以外の期間は、前記電圧指令に基づいて前記交流モータのＰＷＭ信号を生成し、前記マスク期間は、前記マスク期間を前段期間と後段期間とに分割した場合に前記前段期間及び前記後段期間の少なくともいずれか一方に追加パルスを生成する前記指令を生成する指令生成処理と、
   をコンピュータに実行させるための運転制御プログラム。