JP5161180B2 - モータ駆動装置、インバータ装置、コンバータ装置、及び冷凍空調機器 - Google Patents

Description

本発明は、電流検出方法に関し、特に、直流を交流に変換するインバータ装置や交流を直流に変換するコンバータ装置などの変換装置における電流の検出に適した電流検出方法に関し、そして、かかる方法を利用したインバータ装置やコンバータ装置、更には、かかる装置を備えたモータ駆動装置及び冷凍空調機器に関する。なお。以下、インバータ装置やコンバータ装置は、これらを総称して「変換装置」とも言う。

直流を三相交流に変換するモータ駆動用インバータ装置や三相交流を直流に変換するコンバータ装置は、産業機器や家電製品の分野において広く適用されている。特に、直流を三相交流に変換するモータ駆動用インバータ装置は、省エネルギー性能と快適性が重視される冷凍空調機器（例えば、空調機、冷凍冷蔵装置、給湯機など）において、広く普及している。

これらの冷凍空調機器では、そのコストを低減するために、インバータの直流母線もしくは各アームに設ける電流検出手段（具体的には、シャント抵抗や電流センサなど）を用い、もって、三相交流電流を再現する方法が多く採用されている。また、特に、インバータ装置を利用したモータ駆動装置では、そのスイッチング素子の損失低減（効率向上）とモータ駆動範囲を更に拡大するために、安定な過変調ＰＷＭ制御が望まれている。

しかしながら、以下にも詳述するが、一般に、上述した過変調領域においては、その一定時間内では、上記電流検出手段によっては、複数相（例えば、３相）のうちの１相分の電流しか検出できないという現象が発生する。そして、かかる現象が発生すると、インバータ装置により生成される交流電流における再現誤差が大きくなり、モータ駆動装置による制御が不安定になる恐れがあり、上述した過変調制御を実際に採用することは困難であった。

なお、従来の技術ては、例えば、以下の特許文献１によれば、母線電流から三相交流電流を検出できない時の対策として、三相電圧指令値のいずれか２つの値が近くて各相の電流が検出できない場合でも、前回得られた回転座標系の電流を今回の回転座標系の電流とみなし、それに基づいて三相電圧指令値及び位相を算出する処理手法が開示されてる。

また、以下の特許文献２によれば、１相分の電流しか検出できない時の交流電流再現処理手法として、検出できる位相で既に検出した過去のモータ電流を利用することも提案されている。

特開２００７−３１２５１１号公報 特開２００４−６４９０３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、上述した過変調領域における変換装置の１相分の電流しか検出できない区間が長くなってしまい、そのため、三相交流電流の検出誤差が大きくなり、制御が不安定になるという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術に鑑みて成されたものであり、より具体的には、上述した過変調領域においても三相交流電流をより確実に求めることが可能な電流検出方法を提供することを目的とし、更には、それを利用することにより制御を安定させることの可能なインバータ装置、並びに、かかる装置を備えたモータ駆動装置及び冷凍空調機器を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、３相交流から直流へ、又は、直流から３相交流へ変換した電力を負荷に供給する電力変換回路において、直流側の母線電流から３相交流電流の各相の電流を検出するための電流検出方法であって、前記１相分の電流のみしか検出できない場合には、当該１相分の電流検出値と、その電流参考値との誤差を算出し、当該誤差を用いて、検出できない他の相の交流電流を求める電流検出方法が提供される。

また、本発明によれば、上記電流検出方法を利用して３相交流モータを駆動するためのモータ駆動装置であって、前記３相交流モータを駆動するインバータと、前記インバータの直流側の母線電流から前記インバータの各アームの電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流検出値を用いて、前記３相交流モータを供給される電流を制御する制御手段を備えたものにおいて、前記制御手段は、前記３相交流モータ電流の１相分の電流のみしか検出できない場合には、前記に記載した電流検出方法により、検出できない相の交流モータ電流を推定するモータ駆動装置が提供される。

なお、本発明では、前記に記載したモータ駆動装置において、前記制御手段は、前記電流検出手段から得た電流検出値を用いて、前記交流モータ電流を再現してモータ回転座標に変換し、当該変換された電流信号をローパスフィルタもしくは平均化手段で処理して、固定座標に逆変換することにより、前記交流モータ電流参考値を算出することが好ましく、又は、前記制御手段は、前記電流検出手段から得た電流検出値を用いて、前記交流モータ電流を再現してモータ回転座標に変換し、当該モータ回転座標でモータ電流検出値をモータ電流指令値と一致するように制御し、そして、前記モータ電流指令値を固定座標に逆変換することにより、前記交流モータ電流参考値を算出することが好ましい。又は、前記制御手段は、１相分の電流検出値と前記電流参考値との誤差を算出し、そして、検出できない相に対応する電流参考値と前記誤差を用いて、前記検出できない相の交流モータ電流を算出することが好ましい。

また、本発明によれば、上記の目的を達成するため、入力側がリアクトルを介して三相交流電源に接続され、出力側の直流端子間に平滑コンデンサが接続された構成の交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の電流検出値を用いて前記コンバータ回路を制御する制御手段とを備えたコンバータ装置であって、前記制御手段は、前記電流検出手段の電流検出値もしくは前記制御手段の電流指令値を用いて、三相入力電流参考値を算出し、かつ、前記電流検出手段で三相入力電流の１相分の電流のみしか検出できない場合には、前記請求項１に記載した電流検出方法により、検出できない相の交流電流を推定するコンバータ装置が提供される。

更に、本発明によれば、上記の目的を達成するため、直流側が直流電源に接続され、交流側にリアクトルを介して三相交流電源に接続された構成の直流を交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の電流検出値を用いて前記インバータ回路を制御する制御手段とを備えた系統連結用インバータ装置において、前記制御手段は、前記電流検出手段の電流検出値もしくは前記制御手段の電流指令値を用いて、三相交流電流参考値を算出し、かつ、前記電流検出手段で三相交流電流の１相分の電流のみしか検出できない場合には、前記請求項１に記載した電流検出方法により、検出できない相の交流電流を推定するインバータ装置が提供される。

そして、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、圧縮機と、配管により前記圧縮機に接続された熱交換器と、前記圧縮機に内蔵される交流モータと、前記交流モータを駆動するインバータ回路とを備えた冷凍空調機器であって、更に、前記インバータ回路は、その直流側の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検出手段を有し、かつ、当該電流検出手段による電流検出値を用いて前記交流モータを制御する制御手段を備えたものにおいて、前記インバータ回路の前記制御手段は、前記電流検出手段から得た電流の過去検出値もしくは前記制御手段の電流指令値を用いて交流モータ電流参考値を算出し、かつ、前記電流検出手段で三相交流電流の１相分の電流のみしか検出できない場合には、前記請求項１に記載した電流検出方法により、検出できない相の交流モータ電流を推定して前記交流モータへ三相交流電流を供給するする冷凍空調機器が提供される。

上述した本発明になる電流検出方法によれば、過変調領域でも三相交流電流をより確実に求めることができる。そのため、これを利用することにより、本発明により、安定なモータ制御が可能となることから、高効率と高出力を両立するモータ駆動装置が、更には、冷凍空調装置を提供することが出来るという優れた効果を発揮する。また、本発明を利用することにより、複雑な変調処理を使用することなくひずみ（高調波）やリップル電流を低減し、もって、その出力範囲を拡大可能なコンバータや系統連結インバータを提供することが可能となるという優れた効果を発揮する。

本発明の電流検出方法を利用した、一実施の形態になるモータ駆動装置の概略構成を示す図である。 上記モータ駆動装置における制御機能ブロック図である。 上記モータ駆動装置における速度＆位相推定器の構成を示す機能ブロック図である。 ＰＷＭキャリア波、三相変調波、インバータ直流側の母線電流波形を、インバータの通電モードと共に示す波形図である。 過変調領域における三相変調波とインバータ直流側の母線電流波形を示す、一部時間拡大した波形図である。 上記モータ駆動装置における電流再現演算器の構成を示す機能ブロック図である。 上記モータ駆動装置における電流再現演算処理の詳細を示すフローチャート図である。 上記モータ駆動装置の変形例を示す制御機能ブロック図である。 本発明の他の実施の形態になるコンバータ装置の構成図である。 上記コンバータ装置の制御部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の更に他の実施の形態になる系統連結インバータ装置の構成図である。 本発明を適用した冷凍空調機器の構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明になる電流検出方法については、以下に詳述する、それを利用したモータ駆動装置の説明において、詳細に説明される。
＜＜モータ駆動装置＞＞

＜装置の構成＞
図１は、本発明の一実施の形態になる３相用モータのためのモータ駆動装置の構成図であり、図からも明らかなように、このモータ駆動装置は、交流を直流に変換するコンバータ（整流器など）２と、直流コンデンサ３と、直流を交流に変換するインバータ４と、インバータ直流側の母線電流を検出する電流検出手段６と、直流電圧を検出する電圧検出手段７と、制御器８とを備えており、もって、交流電源１から受電し、交流モータ５を駆動する。なお、インバータ直流側の母線電流を検出する電流検出手段６は、図からも明らかなように、シャント抵抗６１を含んでいる。

＜制御の全体構成＞
上記モータ駆動装置を構成する制御器８は、例えば、マイクロコンピュータもしくはＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の半導体演算素子を用いて構成されており、前記電流検出手段６と電圧検出手段７の検出信号を処理し、その結果、上記インバータ４を構成する、例えば、ＩＧＢＴ等、半導体パワー素子のオン／オフ制御信号を出力する。

この半導体演算素子を用いて構成された制御器８の詳細を、添付の図２の機能ブロック図を用いて説明する。なお、これらの各機能は、当該制御器の記憶装置内に予め格納された演算処理プログラムにより実現される。図からも明らかなように、この制御器８は、所謂、ベクトル制御によりモータに印加する電圧指令信号を演算し、インバータのＰＷＭ制御信号を生成するものであり、より具体的には、ｄ軸電流指令発生器１１と、速度制御器１２と、電圧指令制御器１３と、電圧２軸／３相変換器１４と、速度＆位相推定器１５と、電流３相／２軸変換器１６と、電流再現演算器１７と、ＰＷＭ制御器１８と、ローパスフィルタ１９と、電流２軸／３相変換器２０を備える。

更に、以下には、上述した機能ブロックの詳細について、上記の図２を参照しながら説明する。

＜三相電流再現とｄｑ変換装置の構成＞
電流再現演算器１７は、前記母線電流検出手段６からの検出信号（Ｉｓｈ）と、三相電圧指令値（Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊）、及び、電流２軸／３相変換器２０からの三相交流電流信号（Ｉｕ_r，Ｉｖ_r，Ｉｗ_r）を用いて、モータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現する。なお、電流再現処理の詳細については、後述する。

３相／２軸変換器１６は、再現されたモータ電流と、推定された位相情報（θ_ｄｃ）とに基づいて、以下の（数１）式のように、ｄｃ軸電流（Ｉｄｃ）とｑｃ軸電流（Ｉｑｃ）とを変換する。なお、ｄｃ−ｑｃ軸は制御系の推定軸、ｄ−ｑ軸はモータ回転子軸であり、ｄ−ｑ軸とｄｃ−ｑｃ軸との軸誤差は（Δθｃ）と定義する。

＜電圧制御＞
電圧指令制御器１３では、ｄ軸電流指令発生器１１から与えられるｄｃ軸電流指令値（Ｉｄｃ*）と、速度制御器１２から与えられるｑｃ軸電流指令値（Ｉｑｃ*）と、ｄｃ軸電流検出値（Ｉｄｃ）と、ｑｃ軸電流検出値（Ｉｑｃ）と、速度指令値（ω１*）及びモータ定数とを用いて、ｄｃ軸電圧指令値（Ｖｄｃ^＊）とｑｃ軸電圧指令値（Ｖｑｃ^＊）を演算する。最後に、ｄｃ軸電圧指令値（Ｖｄｃ^＊）、ｑｃ軸電圧指令値（Ｖｑｃ^＊）と推定された位相情報（θ_ｄｃ）とに基づいて、以下の（数２）式よりモータの３相電圧指令値（Ｖｕ^＊，Vｖ^＊，Ｖｗ^＊）を出力する。

＜位相センサレス＞
続いて、以下には、位置センサレス制御を実現するための速度＆位相推定方法について、詳細に説明する。

図３は、速度＆位相推定器１５の詳細な機能ブロック図であり、図にも示すように、この位相推定器１５は、モータ回転子位置センサレス制御法により、回転子位置と回転速度とを推定するものであ。具体的には、モータ軸（ｄ−ｑ軸）と制御系軸（ｄｃ−ｑｃ軸）との軸誤差を演算する軸誤差演算器２１と、モータ回転速度を推定する速度推定器２２と、位相演算器２３とを備える。

軸誤差演算器２１は、前記ｄｃ軸電圧指令値（Ｖｄｃ^＊）、ｑｃ軸指令電圧値（Ｖｑｃ^＊）、ｄｃ軸電流値（ｉｄｃ）、ｑｃ軸電流値（ｉｑｃ）、モータ定数２４（巻き線抵抗（ｒ），ｑ軸インダクタンス（Lq））、そして、モータ回転速度推定値（ω１）とから、以下の（数３）を用いて、軸誤差（Δθｃ）を演算する。

速度推定器２２は、上記軸誤差演算器２１が出力する軸誤差（Δθｃ）を、所謂、ＰＩ制御器を用いて処理し、モータ回転速度の推定値（ω１）を出力するものである。ここで、ＰＩ制御器は、モータ軸（ｄ−ｑ軸）と制御系軸（ｄｃ−ｑｃ軸）との推定軸誤差（Δθｃ）をなくすようにＰＬＬ制御するものである。また、位相演算器２３では、推定したモータ回転速度（ω１）を積分して、制御系位相（θ_ｄｃ）を演算する。

＜電流再現＞
次に、図４及び５を参照しながら、インバータ直流側の母線電流から交流モータ電流を再現する方法について説明する。なお、この図４は、ＰＷＭキャリア波３１と、三相変調波３２、３３、３４と、インバータ直流側の母線電流波形３５と、そして、インバータの通電モードを示す。

この図４にも示すように、インバータの通電モード（図下部のブリッジ回路を参照）によって、母線電流Ｉｓｈがモータの１相分の電流に対応することから、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングタイミング（図の「○」）を、変調波の大きさに従って適当に調整することによれば、母線電流から三相交流電流を再現することができる。即ち、上アームのＵ相とＶ相のＩＧＢＴ、そして、下アームのＷ相のＩＧＢＴがオンであるときには、電流ｉｗが流れ、上アームのＶ相のＩＧＢＴ、そして、下アームのＵ相とＷ相のＩＧＢＴがオンであるときには、電流ｉｖが流れることから、これらの電流ｉｖ及びｉｗは、それぞれ、インバータ直流側の母線電流を検出するシャント抵抗６１を含む電流検出手段６により、ｉｓ１として検出される。また、残りの電流ｉｕは、Ｕ相の電流ＩｕとＶ相の電流ＩｖとＷ相の電流Ｉｗとの和が０となる（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）ことを利用して求められる。

しかしながら、図５にも示すように、過変調領域の一部区間において、通常であれば互いに異なる値となる三相変調波３２、３３、３４は、その一つ（本例では、Ｗ相の変調波Ｖｗ^＊：３４）は所定の値（本例では、０Ｖ）となるが、他の２相間では差がない変調波（Ｖｕ^＊：３２、Ｖｖ^＊：３３）となってしまい、これでは、３相変調波の対応相電流の検出ができなくなるという現象が生じてしまう。即ち、この区間の電流検出値は、１相分の電流（例えば、Ｗ相分だけ）しか検出できず、そのため、上述したように、インバータ装置により生成される交流電流における再現誤差が大きくなり、モータ駆動装置による制御が不安定になる。

そこで、本発明では、電流再現演算器１７によって、過変調領域において、上述した３
相変調波の対応相電流の検出を可能とするものである。この電流再現演算器１７の詳細構
成は、添付の図６の機能ブロック図に示されており、母線電流Ｉｓｈから三相交流電流Ｉ
ｕ、Ｉｖ、Ｉｗを再現するものであり、Ａ／Ｄ変換器４１と、電流検出情報演算器４２と
、電流再現部４３と、電流誤差補正処理部４４とを備えている。より具体的には、この電
流再現演算器１７の入力信号は、検出された母線電流信号（Ｉｓｈ）と、三相変調波（Ｖ
ｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊）と三相交流電流参考値（Ｉｕ＿ｒ，Ｉｖ＿ｒ，Ｉｗ＿ｒ）である
。なお、これら三相交流電流参考値（Ｉｕ^＊＝Ｉｕ＿ｒ，Ｉｖ^＊＝Ｉｖ＿ｒ，Ｉｗ^＊＝Ｉ
ｗ＿ｒ）は、上記の図２にも示したように、検出した交流モータ電流をｄｃ−ｑｃ軸へ変
換した値（Idc，Iqc）をローパスフィルタ１９で処理して，電流２軸／３相変換器２０を
用いて，三相電流へ逆変換して作成したものである。
つまり図２では、電流再現演算器１７と、電流３相／２軸変換器１６と、ローパスフィルタ１９と、電流２軸／３相変換器２０により一巡回路を構成しており、正常時（３相確立時）にはローパスフィルタ１９で定まる時定数での発振回路を構成している。これにより過去の電流状態が記憶されて電流２軸／３相変換器２０の出力に三相交流電流参考値として反映されている。このため三相交流電流が１相のみ存在する事態となった時にも、過去の情報から喪失した他の２相の電流を模擬的に再現することができる。再現の詳細な手法は、後で説明する。

電流検出情報演算器４２は、三相変調波（Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊）を用いて、Ａ／Ｄ起動のタイミングと、Ａ／Ｄ変換した電流値を三相電流に分配するために必要な情報と、電流誤差補正処理部４４が出力する要否フラグを各機能ブロックに与える。即ち、添付の図７のフローチャートにも示すように、三相変調波（Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊）を入力し（ステップＳ７１）、電圧指令値との差分を計算し（ステップＳ７２）、その後、電流検出相の情報を演算して（ステップＳ７３）、当該電流の検出が可能な相は、１相だけか、又は、２相分の電流の検出が可能であるかを判定する（ステップＳ７４）。

そして、上記ステップＳ７４における判定の結果、２相分の電流の検出が可能である場合には、上記において図４を参照して説明したように、２相分の電流の検出結果から、３相分の交流モータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を再現することが出来る（所謂、通常再現：ステップＳ７５）。

一方、上記図５にも示したように、例えば、過変調領域の一部区間など、１相分の電流しか検出できない場合には、交流モータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は以下のように演算する。

まず、電流誤差を演算する（ステップＳ７５）。具体的には、以下の通りである、
（１）Ｕ相電流（Ｉｕ）のみ検出時：
ΔＩ＝Ｉｕ＿ｒ−Ｉｕ
Ｉｖ=Ｉｖ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｖ
Ｉｗ=Ｉｗ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｗ
（２）Ｖ相電流（Ｉｖ）のみ検出時：
ΔＩ＝Ｉｖ＿ｒ−Ｉｖ
Ｉｕ=Ｉｕ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｕ
Ｉｗ=Ｉｗ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｗ
（３）Ｗ相電流（Ｉｗ）のみ検出時：
ΔＩ＝Ｉｗ＿ｒ−Ｉｗ
Ｉｕ=Ｉｕ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｕ
Ｉｖ=Ｉｖ＿ｒ＋ΔＩ×Ｋｖ

ここで、電流誤差（ΔＩ）は、同じ相の電流参考値（Ｉｕ^＊又はＩｖ^＊又はＩｗ^＊）と検出した電流（Ｉｕ又はＩｖ又はＩｗ）との差である。なお、検出できない相の電流も、上記のように、対応する電流参考値と上記電流誤差とから演算される。

次に、上記のようにして求めた誤差と過去の検出値から、検出できない電流の検出値を算出し（ステップＳ７６）、処理を終了する。

一般的に、演算処理を簡略化するためには、上記の電流誤差を半分ずつにして、検出できない相電流分を補正すれば良い。即ち、補正ゲイン（Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗ）は，Ｋｕ＝１／２，Ｋｖ＝１／２，Ｋｗ＝１／２に設定すれば良い。

そして、補正精度をさらに向上するためには、電流参考値を用いて、下式のように、補正ゲイン（Ｋｕ，Ｋｖ，Ｋｗ）を演算しても良い。
（１）Ｕ相電流のみ検出時：
Ｋｖ＝｜Ｉｖ＿ｒ｜／（｜Ｉｖ＿ｒ｜＋｜Ｉｗ＿ｒ｜）
Ｋｗ＝｜Ｉｗ＿ｒ｜／（｜Ｉｖ＿ｒ｜＋｜Ｉｗ＿ｒ｜）
（２）Ｖ相電流のみ検出時：
Ｋｕ＝｜Ｉｕ＿ｒ｜／（｜Ｉｕ＿ｒ｜＋｜Ｉｗ＿ｒ｜）
Ｋｗ＝｜Ｉｗ＿ｒ｜／（｜Ｉｕ＿ｒ｜＋｜Ｉｗ＿ｒ｜）
（３）Ｗ相電流のみ検出時：
Ｋｕ＝｜Ｉｕ＿ｒ｜／（｜Ｉｕ＿ｒ｜＋｜Ｉｖ＿ｒ｜）
Ｋｖ＝｜Ｉｖ＿ｒ｜／（｜Ｉｕ＿ｒ｜＋｜Ｉｖ＿ｒ｜）

以上に説明したように、検出できる相の検出電流と（Ｉｕ又はＩｖ又はＩｗ）と、同じ相の電流参考値（Ｉｕ^＊又はＩｖ^＊又はＩｗ^＊）から、電流誤差を推定して、そして、検出できない相の電流誤差を補正することにより、再現された三相電流の検出精度を改善し、もって、過変調時のモータ制御の安定性を向上することができる。

以上が，本発明になるモータ駆動装置の構成と、その制御原理である。なお、上記の実施例では、電流検出方式として、シャント抵抗を用いてインバータ直流側の母線電流を検出する方式を採用した例について説明したが、これに代わりに、電流センサを使用しても構わない。しかしながら、シャント抵抗を用いることによれば、三相交流電流の直接検出方式に比べ、センサのコストを削減できる。勿論、上述した電流再現処理は、上述したモータ駆動装置に限られず、例えば、位置・速度センサ付きのモータ駆動装置に対しても、同様に、適用できる。他方、電流センサを使用する場合、インバータを構成するスイッチング素子の下アームに設ける三つの抵抗もしくは電流センサを用いて、交流モータ電流を再現することも可能である。

＜制御器の変形例＞
次に、添付の図８には、上記図２に示した制御器８の変形例が、機能ブロック構成により示されている。なお、この変形例になる制御器８は、基本的には上記図２に示すものと同様であり、上記図２と同一符号は同一動作をする機能ブロックを示している。そして、上記図２と異なる部分は、三相交流電流参考値（Ｉｕ^＊＝Ｉｕ＿ｒ，Ｉｖ^＊＝Ｉｖ＿ｒ，Ｉｗ^＊＝Ｉｗ＿ｒ）の演算が、検出したモータ電流をｄｃ−ｑｃ軸への変換値の代わりに、ｄｃ−ｑｃ軸電流指令値（Ｉｄｃ^＊，Ｉｑｃ^＊）を使用することである。ただし、このような制御が成り立つ前提条件としては、例えば、電流指令と実電流がほぼ一致するように制御できることである。なお、電流再現処理は、上記図２の実施の形態と同様なので、ここではその説明を省略する。
＜＜コンバータ装置＞＞

続いて、添付の図９は、上記図１のモータ駆動装置に代えて、本発明の電流検出方法をコンバータ装置において利用した場合の構成の一例を示す図である。

図９に示す通り、コンバータ装置は、リップルフィルタ１０２とリアクトル１０３を介して、三相交流電源１０１に接続されたコンバータ回路１０４と、前記コンバータ回路１０４の直流出力端子に接続された平滑コンデンサ１０５と、前記コンバータ回路１０４を制御する制御部１０６と、前記平滑コンデンサ１０５及び前記コンバータ回路１０４との間に接続され、母線電流を検出するためのシャント抵抗１０７１と、電流検出回路１０７と、直流電圧検出回路１０８とから構成されている。尚、制御部１０６はマイクロコンピュータ又はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の半導体演算素子を用いて構成されていることは、上記図１と同様である。

＜制御系の構成＞
次に、添付の図１０には、上述したコンバータ装置における制御部１０６の、特に、コンバータ制御に関する構成が、上記図２と同様、機能ブロックにより示されている。図からも明らかなように、この制御部１０６では、直流電圧検出回路１０８からの電圧信号（Ｅｄ）と直流電圧指令値（Ｅｄ^＊）の偏差から電圧制御器１１０を用いてｑ軸電流指令値（iｑ^＊）を作成する。また、入力電流の無効電流成分を最小化するためにｄ軸電流指令値（iｄ^＊）は０にしている。

＜電流再現処理＞
電流再現処理部１１８は、母線電流検出回路１０７からの母線直流電流の検出信号（Iｓｈ）と、出力指令電圧信号（Vｒ^＊，Vｓ^＊，Vｔ^＊）と、三相交流電流参考値（Iｒ＿ｒ，Iｓ＿ｒ，Iｔ＿ｒ）とを用いて、三相交流電流（Iｒ，Iｓ，Iｔ）の再現処理を行う。

＜指令電圧演算処理＞
ベクトル制御系は、上記で再現された三相交流電流（Iｒ，Iｓ，Iｔ）を３相／２軸変換１１４でｄｑ軸座標上の値（id，iq）へ変換し、それぞれの指令値（iｄ^＊，iｑ^＊）との偏差を求め、ベクトル制御器１１１を介してｄｑ軸上の指令電圧（Vd*，Vq*）を算出する。

更に、算出したｄｑ軸の指令電圧（Vd^＊，Vq^＊）と位相推定制御器１１２からの位相情報（θdc）を用いて、２軸／３相変換１１３により三相指令電圧（Vｒ^＊，Vｓ^＊，Vｔ^＊）を算出する。なお、上記位相推定制御器１１２内の処理は，上述した特許文献３に開示する電源センサレス制御法を用いているので、ここでは、その詳細説明は省略する。

三相交流電流参考値（Iｒ＿ｒ，Iｓ＿ｒ，Iｔ＿ｒ）は、添付の図１０にも示すように、検出した電流のｄ−ｑ軸値（Iｄ，Iq）をローパスフィルタ１１６で処理し、２軸／３相変換１１７により算出される。当然、ｄ−ｑ軸の電流指令値と検出値がほぼ一致するように制御すれば、上記図７示す処理と同様に、ｄ−ｑ軸電流指令値（Id，Iq）を用い、三相交流電流参考値（Iｒ＿ｒ，Iｓ＿ｒ，Iｔ＿ｒ）を算出しても良い。

ここでも、１相分の電流しか検出できない場合の電流再現処理は、上記に詳述した電流再現演算器１７での処理と同様に行う。

ところで、特に、コンバータの場合には、線形変調領域においても、２相変調波の差が小さい区間がある。そのため、特別な変調方法（例えば、PWMキャリア半周期ごとの変調波シフト処理など）を使用しないと、一定時間内では、１相分の電流しか検出できないことが発生する。しかしながら、上述した特別な変調方法を採用すると、入力電流のひずみ（高調波）やリップルが発生することから、出来る限り、かかる特別な変調方法は使用しないことが望ましいとされている。

これに対し、上述した本発明の電流再現処理を使用すれば、上述した特別な変調方法を使用することなく、１相電流しか検出できない区間の電流検出誤差を補正できることから、コンバータにおける制御の安定性、更には、電流リップルの低減を実現することができる。また、過変調領域の制御性能も改善できることから、スイッチング素子の損失低減と出力である直流電圧範囲の拡大が可能となる。
＜＜系統連結インバータ装置＞＞

更に、図１１は、本発明の電流検出方法を、系統連結インバータ装置に適用した場合の構成を示している。この図１１においても、上記図９に示したと同一符号は、同一の機能を備えて構成要件を示す。

この実施の形態は、上述したコンバータ装置における電力変換方向が逆になった場合と同等であり、即ち、直流側に接続する電源２０２（整流器、蓄電池、太陽電池や燃料電池など）から交流電源側へ電力を変換の利用形態を示している。

この実施の形態における制御方式は、上記図１０に示した制御系における電圧制御器１１０が不要となる以外、上記と同様の構成である。また、電流再現処理も、上記に詳述した電流再現演算器１７と同様である。
＜＜冷凍空調機器＞＞

添付の図１２には、上述したモータ駆動装置（上記の図１を参照）を用いて、その圧縮機用モータを駆動しするものとして、例えば、空気調和機や冷凍機など、所謂、冷凍空調機器の構成を示す図である。

図において、冷凍空調機器４００は、室内の温度を調和し、又は、貯蔵庫内の空気を冷却する装置であり、熱交換器４０１、４０２と、ファン４０３、４０４と、圧縮機４０５と、配管４０６と、そして、モータ駆動装置４０７から構成されている。なお、圧縮機用モータ４０８は、永久磁石同期モータもしくは三相誘導モータを用いて構成されており、かつ、圧縮機４０５の内部に配置されている。このモータ駆動装置４０７は、交流電源から受電して圧縮機用モータ４０６を駆動する。

かかる冷凍空調機器において、上述したモータ駆動装置（上記の図１を参照）を使用することによれば、上記からも明らかなように、比較的安価に、過変調領域の制御安定性を向上できるので、モータの高速回転時の振動や噪音を低減し、もって、空気調和機や冷凍機の性能改善ができる。特に、ＡＰＦ向上に必要な低速効率重視モータに対して、過変調制御により損失低減と直流電圧利用率を向上できることから、高速運転時での出力を確保し、空気調和機や冷凍機の出力範囲を拡大できるといる優れた効果を発揮する。

１…交流電源、２…コンバータ、３…直流コンデンサ、４…インバータ、５…交流モータ、６…電流検出手段、６１…シャント抵抗、７…電圧検出手段、８…制御器、４１…Ａ／Ｄ変換器、４２…電流検出情報演算器、４３…電流再現器、４４…電流誤差補正処理器、１０１…交流電源、１０２…リップルフィルタ、１０３…リアクトル、１０４…インバータ、１０５…直流コンデンサ、１０７…コンバータ・インバータ制御器、１０８…電圧検出手段、１０９…負荷、１１０…電圧制御器、１１１…ベクトル制御器、１１２…位相推定器、１１３…２軸／３相変換、１１４…３相/２軸変換、１１５…ＰＷＭ制御器、１１６…ローパスフィルタ、１１７…２軸／３相変換、２０１…インバータ制御器、２０２…直流電源、４００…冷凍空調機器、４０１，４０２…熱交換器、４０３，４０４…ファン、４０５…圧縮機、４０６…配管、４０７…モータ駆動装置、４０８…圧縮機用モータ。

Claims (6)

1. ３相交流モータを駆動するためのモータ駆動装置であって、
   前記３相交流モータを駆動するインバータと、
   前記インバータの直流側の母線電流から前記インバータの各アームの電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流検出値を用いて、前記３相交流モータを供給される電流を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記３相交流モータ電流の２相分の電流を検出した場合は、前記電流検出値で検出した母線電流から３相分の交流モータ電流を算出し、
   前記３相交流モータ電流の１相分の電流のみを検出した場合は、１相分の電流検出値と、検出した相に対応する過去の電流検出値から求めた電流参考値との誤差を算出し、
   検出できない相に対応する過去の電流検出値から求めた電流参考値と前記誤差を用いて、前記検出できない相の交流モータ値を算出する
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記制御手段は、
   前記電流検出手段から得た電流検出値を用いて、前記交流モータ電流を再現してモータ回転座標に変換し、当該モータ回転座標でモータ電流検出値をモータ電流指令値と一致するように制御し、そして、前記モータ電流指令値を固定座標に逆変換することにより、前記電流参考値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記制御手段は、
   前記電流検出手段から得た電流検出値を用いて、前記交流モータ電流を再現してモータ回転座標に変換し、当該変換された電流信号をローパスフィルタもしくは平均化手段で処理して、固定座標に逆変換することにより、前記電流参考値を算出することを特徴とするモータ駆動装置。
4. 入力側がリアクトルを介して３相交流電源に接続され、出力側の直流端子間に平滑コン
   デンサが接続された構成の交流を直流に変換するコンバータ回路と、
   前記コンバータ回路の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の電流検出値を用いて前記コンバータ回路を制御する制御手段を備
   えたコンバータ装置であって、
   前記制御手段は、前記電流検出手段の過去電流検出値もしくは前記制御手段の電流指令値を用いて、３相入力電流参考値を算出し、かつ、
   前記３相入力電流の２相分の電流を検出した場合は、前記電流検出値で検出した電流から３相分の入力電流を算出し、
   前記３相入力電流の１相分の電流のみを検出した場合は、１相分の電流検出値と、検出した相に対応する電流参考値との誤差を算出し、
   検出できない相に対応する電流参考値と前記誤差を用いて、前記検出できない相の入力電流を算出することを特徴とするコンバータ装置。
5. 直流側が直流電源に接続され、交流側にリアクトルを介して３相交流電源に接続された
   構成の直流を交流に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の電流検出値を用いて前記インバータ回路を制御する制御手段を備
   えた系統連結用インバータ装置において、
   前記制御手段は、前記電流検出手段の過去電流検出値もしくは前記制御手段の電流指令値を用いて、３相交流電流参考値を算出し、かつ、
   前記３相交流電流の２相分の電流を検出した場合は、前記電流検出値で検出した電流から３相分の入力電流を算出し、
   前記３相交流電流の１相分の電流のみを検出した場合は、１相分の電流検出値と、検出した相に対応する電流参考値との誤差を算出し、
   検出できない相に対応する電流参考値と前記誤差を用いて、前記検出できない相の入力電流を算出することを特徴とするインバータ装置。
6. 圧縮機と、
   配管により前記圧縮機に接続された熱交換器と、
   前記圧縮機に内蔵される交流モータと、
   前記交流モータを駆動するインバータ回路を備えた冷凍空調機器であって、更に、
   前記インバータ回路は、その直流側の母線電流もしくは各アーム電流を検出する電流検
   出手段を有し、かつ、当該電流検出手段による電流検出値を用いて前記交流モータを制御
   する制御手段を備えたものにおいて、
   前記インバータ回路の前記制御手段は、前記電流検出手段から得た電流の過去検出値も
   しくは前記制御手段の電流指令値を用いて交流モータ電流参考値を算出し、かつ、
   前記３相電流の２相分の電流を検出した場合は、前記電流検出値で検出した電流から３相分の電流を算出し、
   前記３相電流の１相分の電流のみを検出した場合は、１相分の電流検出値と、検出した相に対応する電流参考値との誤差を算出し、
   検出できない相に対応する電流参考値と前記誤差を用いて、前記検出できない相の交流モータ値を算出して前記交流モータへ３相交流電流を供給することを特徴とする冷凍空調機器。

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