JP5871991B2 - インバ−タ装置およびその制御方法、電動機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電流検出用抵抗を用いて負荷に流れる電流を検出する手段を有するスイッチング型のインバ−タ装置等に関する。

ＰＷＭ(Pulse Width Modulation：パルス幅変調)方式などを用いたスイッチング型インバ−タは、電動機制御に広く用いられている。電動機制御では電動機の電機子巻線に流れる電流を検出し、電流制御を行うことが多い。電流を検出する方法としてはホ−ルＩＣやシャント抵抗(電流検出用抵抗)の使用が挙げられる。ホ−ルＩＣは一般的にシャント抵抗に比べて正確な電流の検出が容易であるが、インバ−タの大型化やコストアップなどを招くことがあるため、こうした点を回避したい場合には電流検出用抵抗としてシャント抵抗が用いられる。

シャント抵抗を測定したい電流の流れる経路に直列に挿入し、そのシャント抵抗間の電圧を測定することで、電流を把握することができる。なお、シャント抵抗の配置場所によって、シャント抵抗で測定する電流としては、上ア−ム電流、下ア−ム電流、相電流の３種類が考えられる。上ア−ム電流、下ア−ム電流についてはそれぞれのア−ムの通電素子がオンしているときのみ流れるため、各々のオン時間が短くなると正確な値の検出が難しくなる。

また、相電流を検出する場合は、シャント抵抗間の電圧を差動アンプで増幅することが一般的であるが、通電素子のオンオフにより、電圧の同相成分が差動アンプに入力されることになる。差動アンプ出力に同相成分が現れないことが理想であるが、同相除去比(同相成分の除去性能を示す指標)が不十分な場合には、この同相成分が差動アンプ出力に現れ、通電素子のオンやオフの時間が短くなると、各々の時間内に正確な値を検出することが難しくなる。

従って、シャント抵抗によって電流検出を行う場合には、上ア−ム、下ア−ム、相のいずれの場合も、スイッチングや同相成分の影響によって値が変動している区間を避けて電流値をサンプルすることが望ましい。

通電素子のオン時間が短くなっても、正確な電流を検出できるようにするための技術が下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１では、シャント抵抗で下ア−ム電流を検出する際、ある相における下ア−ムのスイッチング素子(通電素子)のオン時間が短くなると(オンオフのＤｕｔｙ比が小さくなると)、残りの相の電流値から当該相の電流値を算出するように切り替える。切り替える際、電流値が不連続とならないよう、この算出値と前回の検出値との重み付けにより、最終的な電流値を定めるようにしている。これにより、相間ばらつきに起因する電流不連続性による変動が抑制される。

特開２０１３−２４７８３２号公報

しかし上記特許文献１では、切り替える際の変動は抑制されても、根本的に電流の検出値と算出値が異なれば、周期的に切り替えが発生する場合、周期的に電流値が変動することとなり、例えば電動機のトルク制御を電流フィ−ドバック制御によって行う場合には、フィ−ドバックする電流値が変動することにより、電動機のトルクの変動が生じ、トルク制御の性能に支障をきたす。

この発明は上記の課題に鑑み、通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比によらず、電流検出用抵抗を用いて安定して電流を検出することができるインバ−タ装置等を提供することを目的とする。

この発明は、１つの相の負荷に流れる電流の値または１つの線電流の値が、残りの相の前記負荷に流れる電流の値または残りの線電流の値に基づいて算出可能な複数相の負荷に通電するインバ−タ装置であって、複数相の前記負荷に対応して設けられた複数の通電素子と、前記負荷または前記負荷に対応して設けられた前記通電素子に流れる電流を検出するための電流検出用抵抗とを含み、各々の前記通電素子に与えられる通電信号に基づいて前記負荷を通電させる通電部と、前記通電信号を生成して前記通電部に出力する通電信号生成部と、前記電流検出用抵抗の両端の電圧に基づいて前記負荷または前記負荷に対応して設けられた前記通電素子に流れる電流の値を算出する電流算出部と、を備え、前記通電信号生成部は、前記電流算出部によって算出された電流値が予め定められた許容範囲内であれば、前記負荷に通電するよう前記通電信号を生成して出力し、前記電流算出部は、いずれかの相の前記通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比が第１の所定の範囲にある場合には、当該相の前記電流検出用抵抗に基づく第１の電流値に代えて、残りの相の電流に基づいて求められた第２の電流値を当該相の電流値とし、さらに前記第２の電流値は、動作前に予め、または動作中に常時または所定のタイミングで、前記第１の電流値と前記第２の電流値との対応関係に基づいて求められた校正用データで校正され、前記校正用データが、通電時の前記第１の電流値と前記第２の電流値の複数デ−タの最小二乗法に基づく校正用データ、および前記第２の電流値を引数とする前記第１の電流値の予め設定されたテ−ブルに基づく校正用データのいずれか一方である、ことを特徴とする。

この発明では、通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比によらず、電流検出用抵抗を用いて安定して電流を検出することができるインバ−タ装置等を提供できる。

この発明の実施の形態１に係るインバ−タ装置の一例である電動機制御装置の概略構成を負荷である電機子巻線を含む電動機とともに示す図である。 この発明の実施の形態１に係るインバ−タ装置の通電部の一例の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るＰＷＭ動作の一例を説明するための図である。

この発明のインバ−タ装置によれば、いずれかの相の通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比が所定の範囲に入った場合は、当該相の電流検出用抵抗に基づく電流値(第１の電流値)に代えて、他の相の電流に基づく電流値(第２の電流値)を当該相の電流値とし、第２の電流値は第１の電流値に基づいて校正されている状態とすることにより、通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比によらず、電流検出用抵抗を用いて安定して電流を検出することができる。

以下、この発明によるインバ−タ装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
また以下では、この発明によるインバ−タ装置を、負荷となる電機子巻線を含む電動機を制御する電動機制御装置を例に挙げて説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るインバ−タ装置の一例である電動機制御装置の概略構成を、負荷である電機子巻線を含む電動機とともに示す図である。図１において、電動機制御装置１は電動機２を制御する。電動機２は３相の同期電動機であり、固定子(電機子巻線)２１、回転子２２(界磁)、位置センサ２３を有している。電機子巻線２１の結線は３相Ｙ結線であるとする。なお、回転子２２の界磁の方式としては永久磁石を用いた永久磁石界磁方式、巻線界磁方式、さらに永久磁石と巻線の併用方式が主として挙げられるが、ここでは永久磁石界磁方式を使用することとする。位置センサ２３は回転子２２の位置(回転子位置)を検出して出力する。

また、電動機制御装置１は、電流指令生成部１１と、電圧指令生成部１２と、電流算出部１３と、通電信号生成部１４と、通電部１５とを有する。

電流指令生成部１１は、電動機２の電機子巻線２１に流れる電流を定める電流指令を生成して出力する。なお、電流指令はどのように定めてもよく、例えば所望のトルクから定める、所望の発電量から定めることなどが挙げられる。ここでは、所望のトルクＴに応じて電流指令を生成して出力することとする。なお、ここでの電流指令は、回転子２２の磁極位置の方向にｄ軸、これに直交する向きにｑ軸を定義した場合の、ｄｑ軸上の値であるとする。

電圧指令生成部１２は、電流指令生成部１１から出力される電流指令、電流算出部１３から出力される電流、回転子２２の回転子位置に基づいて、３相交流の電圧指令を生成する。この手順について説明する。まず、ｄｑ軸上の電流指令の値、ｄｑ軸上の電流からｄｑ電圧指令を生成するが、電流算出部１３から出力される３相交流の電流からｄｑ軸上の電流を得るには、一般的な３相−ｄｑ変換を用いる。ｄｑ電圧指令を生成する方法としては、例えば電流指令と電流の偏差に基づくＰＩ制御で行う方法が挙げられる。続いて回転子位置とｄｑ電圧指令から３相交流の電圧指令を生成して出力する。回転子位置とｄｑ電圧指令から３相交流の電圧指令を生成する際には、一般的なｄｑ−３相変換を用いる。

電流算出部１３は、電流検出用抵抗両端間(以下、電流検出用抵抗間)の電圧から３相交流の電流値を算出して出力する。電流算出部１３の詳細な機能については後述する。

通電部１５は、通電信号に基づいて交流電圧を出力して電機子巻線２１に通電する。図２に通電部１５の構成を、電機子巻線２１とともに示す。通電部１５は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに、直列に接続された上ア−ムと下ア−ムを有している。ここで上ア−ムとは、図２の１５２、１５４，１５６であり、それぞれＵ相上ア−ム、Ｖ相上ア−ム、Ｗ相上ア−ムと呼ぶ。また下ア−ムとは、図２の１５３，１５５、１５７であり、それぞれＵ相下ア−ム、Ｖ相下ア−ム、Ｗ相下ア−ムと呼ぶ。また、各ア−ムは通電素子(１５２ａ，１５４ａ，１５６ａ，１５３ａ，１５５ａ，１５７ａ)と還流ダイオ−ド(１５２ｂ，１５４ｂ，１５６ｂ，１５３ｂ，１５５ｂ，１５７ｂ)が逆並列に接続された構成となっている。なお説明をより簡潔明瞭にするために、以降では、あるア−ムの通電素子がオンになることを単に「ア−ムがオンになる」、オフになることを単に「ア−ムがオフになる」と表現することもある。

通電信号生成部１４は、通常、電圧指令生成部１２からの電圧指令、通電部１５の図２の電源である直流電圧１５１の電圧検出部ＶＤで検出された直流電圧値から、ＰＷＭ信号(通電信号)を生成して通電部１５の各通電素子(１５２ａ，１５４ａ，１５６ａ，１５３ａ，１５５ａ，１５７ａ)に供給する。具体的には電圧指令を直流電圧で除したものに０．５を加算して、値の範囲を０〜１に規格化したＤｕｔｙ指令を生成し、Ｄｕｔｙ指令と搬送波(値の範囲が０〜１である三角波)の比較により通電信号(ＰＷＭ信号)を生成して出力する。なお、以下でＤｕｔｙ指令の値を百分率で表す場合もある。

図３はこのときのＰＷＭ動作を示す図である。図３において、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬはそれぞれ、Ｕ相上ア−ム、Ｕ相下ア−ム、Ｖ相上ア−ム、Ｖ相下ア−ム、Ｗ相上ア−ム、Ｗ相下ア−ムの通電信号である。図３のように、
Ｄｕｔｙ指令の値が搬送波の値以上のときには、上ア−ムをオン、下ア−ムをオフ、
Ｄｕｔｙ指令が搬送波未満のときには、上ア−ムをオフ、下ア−ムをオン
するように通電信号を生成する。

なお、図３では簡単化のため、上下ア−ムともにオフとなるデッドタイムを無視して各通電信号を示しているが、実際には上下ア−ム短絡防止のため、デッドタイムを挿入する。デッドタイムの挿入方法はいくつかあるが、ここでは各ア−ムの通電信号とも、オンのタイミングをデッドタイム分遅らせる方法でデッドタイムを挿入するものとする(各通電信号の各立ち上がりをデッドタイム分右にずらす)。また、電流算出部１３から入力される電流値が許容電流値を超えた場合には電機子巻線２１への通電を停止するように、上ア−ム、下ア−ムをともにオフするように通電信号を生成する。

通電信号によって、上ア−ムの通電素子がオンになると、該当相の出力端子電圧はＨｉ(ほぼ直流電圧レベル)となり、下ア−ムの通電素子がオンになると、該当相の出力端子電圧はＬｏｗ(ほぼグラウンドレベル)となる。なお、出力端子電圧とは上ア−ムと下ア−ムの接続点における電圧(グラウンド基準)であり、電機子巻線２１の各相(Ｕ、Ｖ、Ｗ)のラインの電圧(グラウンド基準)に等しい。なお上述のように、上ア−ムと下ア−ムの通電素子を同時にオンすると通電部１５の電源を示す直流電圧１５１が短絡するため、２つの通電素子を同時にオンすることはない。このようにして、直流電圧１５１を交流電圧に変換する。

電流検出用抵抗は通電部１５の中に配置されるが、これについて説明する。例えばＵ相についての電流検出用抵抗は図２のＡ〜Ｅのいずれかのライン(配線)に配置することが可能である(一例としてラインＣにＲで示した)。ＡまたはＤのラインに配置すれば上ア−ムの電流、ＢまたはＥのラインに配置すれば下ア−ムの電流を検出できる。Ｃのラインに配置すれば相電流が検出できる。他の相についても回路構成が同じであることから同様に実施できる。

電流算出部１３の詳細な機能について説明する。まず、電流検出用抵抗間の電圧Ｖｒから電流Ｉｒを算出する。なお、発熱量抑制の観点から一般的に電流検出用抵抗の抵抗値Ｒｒは小さいことが多く、そのためＶｒの値も小さいものとなる。例えば、Ｒｒ＝０．５ｍΩでＩｒ＝２００Ａ(最大)である場合、Ｖｒ＝Ｒｒ×Ｉｒ＝０．１Ｖ(最大)である。従って、例えばＶｒを差動アンプで増幅してから制御などに用いる。Ｖｒを差動アンプで増幅したものをＶｒａとすると、Ｒｒは既知であるため、オ−ムの法則により、Ｖｒａを電流Ｒｒで除すれば電流Ｉｒを算出できる。増幅する場合、例えば差動アンプの増幅率が５０倍であればＶｒａ＝５０×Ｖｒ＝５Ｖ(最大)となる。このとき電流検出の感度は２５ｍＶ／Ａとなる。

続いて電流を検出するタイミングについて説明する。電流を検出するタイミングを決めるために電流算出部１３は、通電信号生成部１４からＰＷＭ信号(通電信号)、Ｄｕｔｙ指令等も入力する。上ア−ム電流の場合は上ア−ムがオンのときのみ流れ、下ア−ム電流の場合は下ア−ムがオンのときのみ流れるため、どの部分の電流を検出するかによって検出のタイミングを決める必要がある。なお、相電流の場合は、通電中常に電流が流れているため、検出するのは上ア−ムがオンのタイミングでも下ア−ムがオンのタイミングでもよい。また一般的には、電流の検出をＰＷＭの搬送波周期に同期して行う場合が多い。ここでは、下ア−ム電流または相電流を検出するとして、下ア−ムがオンのタイミングで検出することとする。

ただし、電流をスイッチング直後のタイミングで検出する場合は、図２のラインＡ〜Ｅのいずれに電流検出用抵抗を配置する場合も検出精度が低下する。この理由を以下に説明する。

ラインＡの場合、電流検出用抵抗の一端が直流電圧(直流電源)１５１の＋側に接続され、ラインＢの場合は電流検出用抵抗の一端が直流電圧１５１の−側に接続されている。直流電圧１５１は、動作状態によっては変動することもあり得るが、基本的には一定であるため、ＡやＢの場合、電流検出用抵抗の電位の変動は電流による電圧降下分以外基本的に生じない。従って、差動アンプに電流検出抵抗間電圧を入力しても、同相成分はほとんど入力されず、差動アンプの出力に同相成分が含まれることはない。ただし、各々のア−ムがオンのときのみ電流が流れるため、スイッチング直後は十分には検出値が整定しておらず、検出精度は低下する。検出値が整定しない理由としては、寄生インダクタンスなどの影響が挙げられる。

これに対し、ラインＣ、Ｄ、Ｅの場合は電流検出用抵抗の電位が出力端子電圧に依存しており、この出力端子電圧はスイッチング状態によってＨｉ、Ｌｏｗとなるため、出力端子電圧は通電中、スイッチングする限り常に変動する。この場合、差動アンプには電流検出用抵抗間電圧の他に同相成分の電圧も入力されることになる。このとき、差動アンプの同相除去比が十分でない場合には、差動アンプの出力に同相成分も含まれることとなり、特にスイッチング直後には検出値が変動する。ラインＤ、Ｅの場合、各々のア−ムがオンのときのみ電流が流れる点はラインＡ、Ｂと同様であるが、同相成分の影響が加わる分さらに検出精度は低下する。ラインＣの場合、通電中は常に電流が流れているが、同相成分の影響があるため、やはりスイッチング直後の検出精度は低下する。

従って、ある相の電流を下ア−ムがオンのタイミングで検出する場合には、当該相のスイッチングのタイミングから離れている搬送波の山(図３参照)のタイミングで検出すればよい。しかし、Ｄｕｔｙ指令が大きくなると下ア−ムのオン時間が短くなる(下ア−ムのオンオフのＤｕｔｙ比が小さくなる)ため、搬送波の山のタイミングでもスイッチングのタイミングに近くなってくる。

ところで、この実施の形態のように電機子巻線２１が３相Ｙ結線の場合、３相の電流総和は０であり、この関係を利用すると、ある１相の電流を残り２相の電流から算出することができる。

また、電圧指令は３相交流であるため、下ア−ムがオンのタイミングで電流を検出する場合、ある１相のＤｕｔｙ指令が大きい場合、残り２相のＤｕｔｙ指令は当該相のそれに比べて小さく、残り２相の電流から当該相の電流を算出した方が正確な電流検出が行えることが期待できる。例えば図３の場合、Ｕ相のＤｕｔｙ指令が最も大きいため、このときにはＵ相の電流をＶ、Ｗ相の電流から算出した方がよい。

これらのことから、下ア−ムがオンのタイミングで電流を検出する場合、ある相のＤｕｔｙ指令が所定の大きさ以上となる場合には、当該相の電流として、検出した値から直接算出したもの(第１の電流)の代わりに、残り２相の電流から算出したもの(第２の電流)を設定するようにする。当該相の電流を直接算出する方法を算出方法１、残り２相の電流から算出する方法を算出方法２とする。例えば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうち、Ｕ相の第２の電流Ｉｕ２は３相の電流総和が０であるという関係から、Ｉｕ２＝−(Ｉｖ１＋Ｉｗ１)として算出できる。ただし、Ｉｖ１、Ｉｗ１はそれぞれＶ相、Ｗ相の第１の電流である。算出方法２を実施するＤｕｔｙ指令の値の範囲(第１の所定の範囲)は、例えば８５％以上と設定する。他の相についても同様である。

ただし、各相に対応する電流検出用抵抗や差動アンプの特性ばらつきにより、同じ電流値でも算出方法１と算出方法２とで異なる値が算出されることになると、算出方法１と算出方法２を切り替えることで電流値に変動が生じる可能性がある。そのため、第２の電流を第１の電流で校正しておくようにする。校正を動作前に行うか、動作中に常時または所定のタイミングで行うか、または動作前にも動作中にも行うようにするかは任意に定めることができる。

動作前に校正を行う場合、３相交流通電時に第１の電流と第２の電流を同時に算出しておき、何点かのデ−タについて例えば最小二乗法で校正係数を定めるという方法が適用可能である。つまり、例えばＩｕ２をＩｖ１、Ｉｗ１から求めるための校正を行う場合、電流条件を変化させてＩｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を何点か同時に測定しておき、これらＩｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１の間にはＩｕ１＝−αｕ(Ｉｖ１＋Ｉｗ１)の関係があるとして、このαｕを校正係数として最小二乗法に基づいて定めるという方法である。

なお、第１の電流と第２の電流の関係に線形性があまりみられず、上記のように一定の校正係数を定めにくい場合などには、例えば第２の電流を引数とする第１の電流のテ−ブルを用意するという方法が適用可能である。なお、処理に必要な校正係数やテーブルからなる校正用データを含む各種データ、閾値は全て、例えばインバ−タ装置内の記憶部(図示省略)に格納しておく(以下同様)。

上記いずれの方法を用いるにしても、正確な校正のためには第１の電流を十分正確に検出しておく必要がある。そのために例えば、特に相電流を検出する構成の場合には３相交流の通電をＰＷＭではなく、正弦波で行うということが考えられる。正弦波の場合、電流検出抵抗の電位の変動がＰＷＭの場合に比べて緩やかであるため、同相成分の影響がＰＷＭに比べて小さく、より正確に第１の電流を検出することができる。ＰＷＭでの通電を行って校正する場合は、第１の電流が正確に検出できないようなＤｕｔｙ指令の範囲では正確な校正が行えないため、所定のＤｕｔｙ指令の範囲(第２の所定の範囲)内、例えば算出方法２を使用しないようなＤｕｔｙ指令８５％未満の領域で校正を行うようにする。他の相についても同様である。

動作中に校正を行う場合も、動作前に校正を行う場合と同様に３相交流通電時に第１の電流と第２の電流を同時に算出し、同様の校正方法を行う。ただし、動作前に校正を行う場合と違い、電動機２の動作範囲がある条件に集中している場合もあるため、必ずしも全範囲の校正を一定間隔で行えるわけではない。従って、動作中の校正結果の更新は、動作範囲の中で行うようにする。または動作範囲外についても動作範囲内の校正結果に基づいて補間することで校正結果の更新を行う、といったことを行う。

また、動作中の校正を行う場合はＰＷＭでの通電となるため、前述のように、校正を行うＤｕｔｙ指令の範囲は制限しておく必要がある。

以上のように、ある相のア−ムのオン時間が短くなっても、残りの２相の電流から第２の電流を算出し、さらにその第２の電流を第１の電流で校正しておくことにより、正確に電流を検出することができる。

また、これまで下ア−ムがオンするタイミングで電流を検出する場合(図２のＢ、Ｃ、Ｅのいずれかに電流検出用抵抗を配置する場合)を説明してきたが、上ア−ムがオンするタイミングで電流を検出する場合(図２のＡ、Ｃ、Ｄのいずれかに電流検出用抵抗を配置する場合)についても、同様に正確に電流を検出することができる。上ア−ムがオンするタイミングで電流を検出する場合には、所定の値以下のＤｕｔｙ指令では電流を算出方法２で算出するようにする。例えば、Ｄｕｔｙ指令１５％以下の場合に算出方法２を使用するようにすればよい。

続いて、ある相のア−ムのオン時間が短くなったときに、他の相の第１の電流を検出するタイミングについて説明する。図３のようにある相のア−ムのオン時間が短くなった場合、他の相の第１の電流を前述の通り搬送波の山または谷のタイミングで検出すると、ア−ムのオン時間が短くなった相のスイッチングのタイミングでノイズが発生することがあり、さらにそのノイズがある程度持続する場合には正確な電流を検出できなくなる場合がある。そのような場合には、搬送波の山または谷で第１の電流を検出することを避け、所定の時間以上スイッチング状態の変化がない区間で第１の電流を検出するようにする。この所定の時間は、ノイズの持続時間等を勘案して例えば５μｓなどと設定する。

なお、第２の電流を第１の電流で校正する際にも、上記のように、第１の電流を搬送波の山または谷で検出することを避け、所定の時間以上スイッチング状態の変化がない(スイッチングパターンが維持されている)区間で第１の電流を検出するようにする。

以上のように、この実施の形態に係る電動機制御装置によれば、通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比によらず、電流検出用抵抗を用いて安定して電流を検出することができるので電動機を適切に制御することができる。

なお、上記実施の形態では、電動機制御装置１の制御対象である電動機２の電機子巻線２１が３相Ｙ結線であるとしていたが、ある相の電流または線電流が他の相の電流または線電流から算出できるような構成であれば他の結線でもよく、例えば３相Δ結線でもよい。３相Δ結線の線電流の総和はやはり０である。

また、上記実施の形態では、回転子２２の界磁の方式を永久磁石界磁方式としていたが、界磁巻線を使用する巻線界磁方式や界磁巻線を併用する方式であってもよい。その場合、通電信号生成部１４では界磁巻線に通電するための通電信号も生成して出力し、通電部１５はその通電信号に基づいて界磁巻線に通電する構成とする。また、電流算出部１３で算出される電流値が許容電流値を超える場合には、界磁巻線に対する通電を停止するように通電信号を生成する構成としてもよい。
なお、界磁巻線に通電するための通電信号は、電機子巻線の場合と同様ＰＷＭ信号とすることができる。さらに、界磁巻線の電流(以下界磁電流)を制御したい場合には、まず界磁電流を電流センサなどで検出し、電流指令生成部１１で界磁巻線に流す電流を定める界磁電流指令を生成する。次に、界磁電流と界磁電流指令を電圧指令生成部１２に入力し、界磁電流指令と界磁電流の偏差に基づくＰＩ制御によって、界磁巻線に印加する電圧を定める界磁電圧指令を電圧指令生成部１２で生成して出力する。そして、界磁電圧指令を通電信号生成部１４に入力し、通電信号生成部１４で界磁電圧指令を直流電圧１５１で除することでＤｕｔｙ指令(値の範囲は０〜１)を生成し、電機子巻線の場合と同様に搬送波(値の範囲が０〜１である三角波)との比較によりＰＷＭ信号を生成して出力する。なお、界磁巻線のＰＷＭ信号を生成するのに用いる搬送波の周波数は、電機子巻線の場合と異なっていてもよい。

また、上記実施の形態では、電動機２の回転子位置を参照していたが、回転子位置を参照せず、交流位相を内部で生成して通電する方式であってもよい。
交流位相を内部で生成する方法としては、例えば電動機２の回転速度が既知であれば、回転速度を時間積分したものを交流位相とする方法が挙げられる。電動機２の回転速度を把握する方法としては、例えば速度センサを使用することなどが挙げられる。なお、回転速度を時間積分する方法では、電動機２の絶対的な回転子位置は不明(すなわち真のｄｑ軸が不明)であるため、例えば無負荷回転時(電機子巻線２１への通電は停止した状態で電動機２が回転している時)に永久磁石界磁によって電機子巻線２１に誘起される電圧(誘起電圧)を所定のタイミングで検出することによって、基準となる回転子位置を把握することが考えられる。

また、上記実施の形態では、電圧指令をＰＩ制御に基づいて生成していたが、電圧指令の生成方法はこれに限定されない。Ｐ制御、Ｉ制御に基づいて生成してもよい。また、電流をフィ−ドバックせずに、電流指令からルックアップテ−ブル等によって電圧指令を生成してもよい。

また、上記実施の形態では、３相−ｄｑ変換、ｄｑ−３相変換を用いて制御していたが、交流を直接制御してもよい。
交流を直接制御するには、まず３相交流の電流指令(３相交流電流指令)を電流指令生成部１１から生成する。次に、３相交流電流指令と、電流算出部１３で算出した電流(３相交流電流)を電圧指令生成部１２に入力し、電圧指令生成部１２で３相交流電流指令と３相交流電流の偏差から３相交流の電圧指令(３相交流電圧指令)を生成して出力する。このようにして生成された３相交流電圧指令から通電信号を生成する方法は、これまでに説明した方法と同様である。

また、上記実施の形態では、通電信号をＰＷＭ方式により生成していたが、これに限らず３相交流電流をヒステリシス制御する方式に基づいて生成してもよい。その場合、通電信号生成部１４は、３相交流の電流指令と、電流算出部１３で算出される３相交流電流値に基づき、電流リップルが許容範囲内に収まるように通電素子をスイッチングする通電信号を生成する。

また、上記実施の形態では、第２の電流値に切り替えるＤｕｔｙ指令の範囲を固定的に設定していたが、運転条件によって変えるようにしてもよい。例えば、ＰＷＭのキャリア(搬送波)周波数が可変である場合、Ｄｕｔｙ比が同一でもキャリア周波数が高くなるほどパルス幅が短くなるため、同一のＤｕｔｙ指令でも電流検出精度が低下する可能性が考えられる。このようなときには、キャリア周波数が高くなるほど、第２の電流値に切り替えるＤｕｔｙ指令の範囲を広げるようにすることで、電流検出精度の低下を軽減することができる。

また、上記実施の形態では、所定の時間以上スイッチング状態の変化がない区間で第１の電流を検出するようにする際、その所定の時間を固定的に設定していたが、運転条件によって変えるようにしてもよい。例えば、スイッチングによるノイズの持続時間が、電流やキャリア周波数などの運転条件によって変わる場合は、所定の時間を可変とすることで、運転条件が変化してもノイズの影響を軽減して第１の電流を検出することができる。

以上、この発明を実施の形態１に関して説明したが、この発明はこれらの実施の形態のみに限られるものではなく、この発明の範囲内においては他に種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１ 電動機制御装置(インバ−タ装置)、２ 電動機、１１ 電流指令生成部、１２ 電圧指令生成部、１３ 電流算出部、１４ 通電信号生成部、１５ 通電部、２１ 固定子(電機子巻線)、２２ 回転子(界磁)、２３ 位置センサ。

Claims (9)

1. １つの相の負荷に流れる電流の値または１つの線電流の値が、残りの相の前記負荷に流れる電流の値または残りの線電流の値に基づいて算出可能な複数相の負荷に通電するインバ−タ装置であって、
   複数相の前記負荷に対応して設けられた複数の通電素子と、前記負荷または前記負荷に対応して設けられた前記通電素子に流れる電流を検出するための電流検出用抵抗とを含み、各々の前記通電素子に与えられる通電信号に基づいて前記負荷を通電させる通電部と、
   前記通電信号を生成して前記通電部に出力する通電信号生成部と、
   前記電流検出用抵抗の両端の電圧に基づいて前記負荷または前記負荷に対応して設けられた前記通電素子に流れる電流の値を算出する電流算出部と、
   を備え、
   前記通電信号生成部は、前記電流算出部によって算出された電流値が予め定められた許容範囲内であれば、前記負荷に通電するよう前記通電信号を生成して出力し、
   前記電流算出部は、いずれかの相の前記通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比が第１の所定の範囲にある場合には、当該相の前記電流検出用抵抗に基づく第１の電流値に代えて、残りの相の電流に基づいて求められた第２の電流値を当該相の電流値とし、さらに前記第２の電流値は、動作前に予め、または動作中に常時または所定のタイミングで、前記第１の電流値と前記第２の電流値との対応関係に基づいて求められた校正用データで校正され、前記校正用データが、通電時の前記第１の電流値と前記第２の電流値の複数デ−タの最小二乗法に基づく校正用データ、および前記第２の電流値を引数とする前記第１の電流値の予め設定されたテ−ブルに基づく校正用データのいずれか一方である、インバ−タ装置。
2. 前記第２の電流値は、全相についての電流値の総和が零となることに基づいて求められる請求項１に記載のインバ−タ装置。
3. 前記第２の電流値は、前記通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比が第２の所定の範囲内のときの前記第１の電流値に基づいて校正される請求項１または２までのいずれか１項に記載のインバ−タ装置。
4. 前記第２の電流値は、１つ以上の前記通電素子のスイッチングパタ−ンが所定の時間以上、維持されている区間で検出した前記第１の電流値に基づいて校正される請求項１から３までのいずれか１項に記載のインバ−タ装置。
5. 前記電流算出部は、１つ以上の前記通電素子のスイッチングパタ−ンが所定の時間以上、維持されている区間の電流を算出する請求項１から４までのいずれか１項に記載のインバ−タ装置。
6. 前記電流算出部によって算出された電流値に基づいて、前記負荷に与える電圧を定める電圧指令を生成して出力する電圧指令生成部を備え、
   前記通電信号生成部は、前記電圧指令と、前記通電部から入力される前記直流電圧とに基づいて前記通電信号を生成する請求項１から５までのいずれか１項に記載のインバ−タ装置。
7. 前記負荷に流れる電流を定める電流指令を出力する電流指令生成部を備え、
   前記電圧指令生成部は、前記電流指令と前記電流算出部からの電流に基づいて前記電圧指令を生成して出力する請求項６に記載のインバ−タ装置。
8. 前記負荷が電動機の電機子巻線であり、請求項１から７までのいずれか１項に記載のインバ−タ装置により、前記電動機の前記電機子巻線に前記通電信号を与えて通電を行い、前記電動機を制御する電動機制御装置。
9. １つの相の負荷に流れる電流の値または１つの線電流の値が、残りの相の前記負荷に流れる電流の値または残りの線電流の値に基づいて算出可能な複数相の負荷に通電するインバ−タ装置において、
   複数相の前記負荷または前記負荷に対応して設けられた複数の通電素子に流れる電流を検出するための電流検出用抵抗の両端の電圧に基づいて前記負荷または前記負荷に対応して設けられた前記通電素子に流れる電流の値を算出し、
   前記算出された電流値が予め定められた許容範囲内であれば、前記負荷を通電させるように通電信号を生成して出力し、
   いずれかの相の前記通電素子のオンオフのＤｕｔｙ比が所定の範囲にある場合には、当該相の前記電流検出用抵抗に基づく第１の電流値に代えて、残りの相の電流に基づいて求められた第２の電流値を当該相の電流値とし、さらに前記第２の電流値は、動作前に予め、または動作中に常時または所定のタイミングで、前記第１の電流値と前記第２の電流値との対応関係に基づいて求められた校正用データで校正され、前記校正用データが、通電時の前記第１の電流値と前記第２の電流値の複数デ−タの最小二乗法に基づく校正用データ、および前記第２の電流値を引数とする前記第１の電流値の予め設定されたテ−ブルに基づく校正用データのいずれか一方である、インバ−タ装置の制御方法。

Images