JP6372629B1 - パルス幅変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機用電動機に予熱を発生させる。【解決手段】圧縮機用電動機５を駆動するインバータ３がデッドタイム期間以外で出力する電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを表す瞬時空間ベクトルを構成する単位となる電圧ベクトルたる単位電圧ベクトルの時間についての積分値の軌跡が、圧縮機用電動機５の電気角の運転周波数の最大値の逆数よりも短い期間内でループを形成する。【選択図】図１

Description

本開示は、インバータをパルス幅変調を用いて制御する技術に関する。

圧縮機を駆動するインバータを制御する技術として、下記の特許文献１が例示できる。ここで圧縮機とは圧縮される対象（例えば冷媒）を圧縮する圧縮要素（例えばロータリーコンプレッサ）のみならず、当該圧縮要素を駆動する圧縮機電動機をも含めた概念である。特許文献１は、圧縮機の鉄損によって予熱を発生させる技術を開示する。

特許第５４９０２４９号公報

特許文献１では、電力消費を抑制するために、予熱には高周波加熱を採用する。類似の技術は特許５６９３６１７号公報でも紹介される。

本開示は、圧縮機用電動機に予熱を発生させる技術を提供することを目的とする。

本開示のパルス幅変調方法の第１の態様では、圧縮機用電動機（５）を駆動するインバータ（３）がデッドタイム期間以外で出力する電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を表す瞬時空間ベクトルを構成する単位となる電圧ベクトルたる単位電圧ベクトルの時間についての積分値（Ψ（θ））の軌跡が、前記圧縮機用電動機（５）の電気角の運転周波数の最大値の逆数よりも短い期間内でループ（Ｓ）を形成する。

本開示のパルス幅変調方法の第２の態様はその第１の態様であって、前記電圧ベクトルであってその大きさが零ではない非零電圧ベクトルの少なくとも三種類に対する時間についての積分値の軌跡で、前記ループ（Ｓ）が形成される。

本開示のパルス幅変調方法の第３の態様はその第１の態様または第２の態様であって、前記期間は前記インバータ（３）についての制御周期（Ｔ０）である。

本開示のパルス幅変調方法の第４の態様はその第１の態様から第３の態様のいずれかであって、前記ループの大きさの増大もしくは前記ループの出現頻度の増加によって、前記圧縮機用電動機（５）の発熱量を増大する。

本開示のパルス幅変調方法の第５の態様はその第１の態様から第４の態様のいずれかであって、前記圧縮機用電動機（５）が停止している状態で前記ループが形成される。

本開示のパルス幅変調方法の第６の態様はその第１の態様から第４の態様のいずれかであって、前記圧縮機用電動機（５）が回転している状態で前記ループが形成される。

本開示のパルス幅変調方法の第７の態様はその第１の態様から第６の態様のいずれかであって、前記単位電圧ベクトルであってその大きさが零ではない非零電圧ベクトルの少なくとも一対（Ｖ４，Ｖ６）の各々について連続して維持される時間（τ４’，τ６’）の長さたるベクトル幅の下限値（Ｌｍ）は、前記圧縮機用電動機（５）の通常運転において設定される第１値（Ｌ１）よりも大きな第２値（Ｌ２）である。

本開示のパルス幅変調方法の第８の態様はその第７の態様であって、前記下限値（Ｌｍ）が前記第１値（Ｌ１）に設定される期間において、前記単位電圧ベクトルが維持される期間において前記インバータ（３）に入力する電流が直流電流（Ｉｄｃ）として測定可能である。

本開示のパルス幅変調方法の第９の態様はその第７の態様および第８の態様のいずれかであって、前記下限値（Ｌｍ）が前記第２値（Ｌ２）に設定される期間に先だって前記下限値が前記第２値よりも小さな第３値（Ｌ３）に設定され、前記インバータ（３）を制御して前記圧縮機用電動機（５）を起動させる。

本開示のパルス幅変調方法によれば圧縮機用電動機に予熱を発生させる。

各実施の形態にかかる電力変換器制御装置を説明するブロック図である。 各実施の形態で採用される電圧ベクトルを示すベクトル図である。 回転磁束を表す磁束ベクトルと、それが描く軌跡を複素平面上で表したベクトル図である。 差分指令を示すベクトル図である。 所定周期の一つ分の電圧ベクトル指令を示すベクトル図である。 所定周期の二つ分の電圧ベクトル指令を示すベクトル図である。 第１実施例の動作を説明するフローチャートである。 第１実施例において所定周期の二つ分の電圧ベクトル指令を示すベクトル図である。 第３実施例の動作を部分的に示すフローチャートである。

＜基本的構成＞
図１は下記の各実施の形態にかかる電力変換器制御装置を説明するブロック図である。電力変換器たるインバータ３は、一対の直流母線ＬＨ，ＬＬの間で相互に並列に接続される３つの電流経路を備える。直流母線ＬＨ，ＬＬの間には直流の電圧Ｅが印加され、直流母線ＬＨの電位の方が、直流母線ＬＬの電位よりも高い。

３つの電流経路は、それぞれ接続点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗを有する。接続点Ｐｕを有する電流経路は、接続点Ｐｕを介して直流母線ＬＨ，ＬＬの間で直列に接続される一対のスイッチ４ｕｐ，４ｕｎを有する。接続点Ｐｖを有する電流経路は、接続点Ｐｖを介して直流母線ＬＨ，ＬＬの間で直列に接続される一対のスイッチ４ｖｐ，４ｖｎを有する。接続点Ｐｗを有する電流経路は、接続点Ｐｗを介して直流母線ＬＨ，ＬＬの間で直列に接続される一対のスイッチ４ｗｐ，４ｗｎを有する。スイッチ４ｕｐ，４ｖｐ，４ｗｐは、それぞれスイッチ４ｕｎ，４ｖｎ，４ｗｎよりも直流母線ＬＨ側に配置される。

インバータ３はスイッチ４ｕｐ，４ｖｐ，４ｗｐ，４ｕｎ，４ｖｎ，４ｗｎの開閉（導通／非導通状態）によって、接続点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗから圧縮機用電動機（以下単に「電動機」）５へ、それぞれ電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加し、電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを供給する。電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは三相の交流の線電流であり、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは三相の相電圧である。電動機５は三相交流電動機である。電動機５においては後述する磁束ベクトルに対応した回転磁束が形成される。

電力変換器制御装置たるインバータ制御装置６はインバータ３を制御すべく、それぞれスイッチ４ｕｐ，４ｖｐ，４ｗｐ，４ｕｎ，４ｖｎ，４ｗｎの開閉を制御するスイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎを出力する。つまり、インバータ３におけるスイッチングパターンは、直接的にはスイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎによって決定される。

より具体的には、インバータ制御装置６は、運転モード決定部６０と、下限値切換器６１と、電圧ベクトル指令生成部６２と、スイッチング信号生成部６３とを備える。

下限値切換器６１は下限値候補群｛Ｌ｝と切換信号Ｊとを入力する。下限値候補群｛Ｌ｝は互いに異なる複数の下限値の候補の集合を示す。下限値切換器６１はこれらの複数の候補から、切換信号Ｊに基づいて一つを選択し、下限値Ｌｍとして出力する。

電圧ベクトル指令生成部６２は、電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのそれぞれについての指令値である電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、下限値Ｌｍとを入力し、後に説明する処理によって電圧ベクトル指令［τＶ］＊を出力する。ここで記号［］はその囲む記号がひとまとまりで意味を成すことを示しており、τとＶとの積ではないことを明確にする表現として採用した（以下同様）。

電圧ベクトル指令［τＶ］＊は、後述するように、インバータ３におけるスイッチングパターンと、当該スイッチングパターンが採用される時間についての情報を有している。

運転モード決定部６０は、圧縮機の起動、運転、停止、予熱運転などを決定し、それぞれに応じて異なる切換信号Ｊを出力する。また、このような圧縮機の起動、運転、停止、予熱運転などを行なわせる電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を出力する。このような電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する技術は公知であるので、ここではその詳細は省略する。また圧縮機の起動、運転、停止、予熱運転などを決定し、それぞれに応じて異なる切換信号Ｊを生成することは周知の技術で実現できることは明白であるので、その詳細もここでは省略する。

スイッチング信号生成部６３は、電圧ベクトル指令［τＶ］＊に基づいて、より具体的には電圧ベクトル指令［τＶ］＊が有する、スイッチングパターンと当該スイッチングパターンが採用される時間とに基づいて、スイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎを生成する。かかる生成の手法については公知であるので、ここではその詳細は省略する。

図２は各実施の形態で採用される単位電圧ベクトルを示すベクトル図である。公知のように単位電圧ベクトルは複素平面において表される。インバータ３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対応して動作するので、直流母線ＬＬと接続点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとの間には理想的には電圧Ｅもしくは電圧０が印加される。単位電圧ベクトルを決定する３桁の数値については、接続点Ｐｕに印加される電圧Ｅ／０に応じて３桁目の１／０が、接続点Ｐｖに印加される電圧Ｅ／０に応じて２桁目の１／０が、接続点Ｐｗに印加される電圧Ｅ／０に応じて１桁目の１／０が、それぞれ採用される。そして当該３桁の値を二進数と把握し、これを十進数に変換した値を単位電圧ベクトルの番号として採用する。図２においては複素平面の原点に、単位電圧ベクトルの全ての始点を配して示している。

接続点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗのいずれにも電圧０が印加される単位電圧ベクトルＶ０及び接続点Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗのいずれにも電圧Ｅが印加される単位電圧ベクトルＶ７は、図２においては大きさを有していない。これらの単位電圧ベクトルＶ０，Ｖ７は零電圧ベクトルと通称される。零電圧ベクトルＶ０は電動機５が直流母線ＬＬのみに接続されることに対応し、零電圧ベクトルＶ７は電動機５が直流母線ＬＨのみに接続されることに対応する。

またここでは零電圧ベクトル以外の単位電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６を非零電圧ベクトルと称す。非零電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６については複素平面上において零電圧ベクトルを始点として角度π／３毎に配置されて表される。零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７は複素平面において原点に配される。

インバータ３には直流母線ＬＨ、ＬＬを介して直流の電圧Ｅが入力されるので、非零電圧ベクトルの大きさは√（２／３）・Ｅとなる。そして当該コイルに鎖交する回転磁束を表す磁束ベクトルの変動量は、非零電圧ベクトルの時間積分（時間についての積分値）として表される。

但し、以下では時間積分と非零電圧ベクトルの大きさとを対応づけるため、非零電圧ベクトルの大きさを１として説明を行う。換言すればＥ＝√（３／２）として説明を行う。

図３は回転磁束を表す磁束ベクトルΨ（θ）と、その終点が描く軌跡を複素平面上で表したベクトル図である。回転磁束を正弦波状にする観点からは、理想的には、当該軌跡が円を描くことが望ましい。しかし実際のインバータ３の制御は上述の単位電圧ベクトルに基づいているので、磁束ベクトルΨ（θ）の終点が描く軌跡は多角形を呈することになる。

図３において、多角形の各辺に付記されて丸で囲まれた番号で示されているのは単位電圧ベクトルの番号である。この番号で示される単位電圧ベクトルの時間積分が、当該辺で表されている。

図３から理解されるように、複素平面は角度θの大きさによってπ／３毎の領域に区分される。ここで角度θは単位電圧ベクトルＶ１，Ｖ５の合成ベクトルに対して磁束ベクトルΨ（θ）が時計回り方向に成す角として定義される（０≦θ＜２π）。

通常の円近似法（例えば「誘導機駆動用汎用インバータのＰＷＭ制御パターンと高調波解析法について」、大上、他三名、電気学会論文誌Ｄ、電気学会、１９８９年、第１０９巻、第１１号、ｐ．８０９−８１６参照）では、各領域において採用される非零電圧ベクトルは下記のように限定されている。これは上述のように磁束ベクトルΨ（θ）の終点が描く軌跡が複素平面上では円を描くことが望ましいからである。

０≦θ≦π／３：非零電圧ベクトルＶ４，Ｖ６；
π／３≦θ≦２π／３：非零電圧ベクトルＶ６，Ｖ２；
２π／３≦θ≦π：非零電圧ベクトルＶ２，Ｖ３；
π≦θ≦４π／３：非零電圧ベクトルＶ３，Ｖ１；
４π／３≦θ≦５π／３：非零電圧ベクトルＶ１，Ｖ５；
５π／３≦θ≦２π：非零電圧ベクトルＶ５，Ｖ４
これらの領域における磁束の制御は、角度θについてπ／３毎に同様であるので、以下では各実施の形態をも含め、０≦θ≦π／３の場合のみを例にとって説明する。この場合の説明は、単に角度θの基準をπ／３だけずらせることで他の領域にも妥当するからである。

図４は差分指令ΔΨ（θ（ｔｅ））を示すベクトル図である。磁束ベクトルΨ（θ（ｔｓ）），Ψ（θ（ｔｅ））はそれぞれ、インバータ３の制御周期Ｔ０が採用される、所定周期Ｔ０の開始時点ｔｓ及び終了時点ｔｅ（＝ｔｓ＋Ｔ０）における磁束ベクトルΨ（θ）を示す。また差分指令ΔΨ（θ（ｔｅ））は、磁束ベクトルΨ（θ（ｔｓ））の終点から、磁束ベクトルΨ（θ（ｔｅ））の終点に向かうベクトルと一致する。かかるベクトルは、三相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを表す瞬時空間ベクトルの、複素平面上における所定周期Ｔ０の１つ分での時間積分と等価でもあり、差分指令ΔΨ（θ（ｔｅ））そのものは上述の磁束ベクトルの一対の終点それ自体を求めることを必須とはしない。

回転磁束を正弦波状にする観点から、回転磁束の周期よりも短い所定周期Ｔ０において適切な制御を行って、磁束ベクトルΨ（θ（ｔｓ）），Ψ（θ（ｔｅ））の終点を円周上に位置させることが望ましい。よって、所定周期Ｔ０において差分指令ΔΨ（θ（ｔｅ））を合成する、複数のベクトル（以下、要素ベクトルとも称す）を得ることが望ましい。

図４では、通常の円近似法において採用されていた要素ベクトルを図示している。図４において要素ベクトルの各々は単位電圧ベクトルの時間積分として表され、上述のように説明を簡単にするために非零電圧ベクトルの大きさを１にしている。よって各非零電圧ベクトルに対応する要素ベクトルの大きさ（長さ）は、当該非零電圧ベクトルが連続して維持される時間を表す。また各単位電圧ベクトルに対応する要素ベクトルの向き（始点から終点に向かう方向：以下同様）は、当該単位電圧ベクトルの向きと一致する。但し零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７に対応する（具体的には零電圧ベクトルの時間積分である）要素ベクトル（以下、無値ベクトルとも称す）は、図２に示されるように零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７が大きさを有しないので、無値ベクトルも大きさを有しない。

図４においては、電圧ベクトル指令［τＶ］＊が所定周期Ｔ０において順次、時間τ０で零電圧ベクトルＶ０を維持し、非零電圧ベクトルＶ４を時間τ４で維持し、非零電圧ベクトルＶ６を時間τ６で維持し、時間τ７で零電圧ベクトルＶ７を維持し、非零電圧ベクトルＶ６を時間τ６で維持し、非零電圧ベクトルＶ４を時間τ４で維持し、時間τ０で零電圧ベクトルＶ０を維持する場合が示されている。

図４においては上述のように、要素ベクトルが単位電圧ベクトルの時間積分として表されるので、例えば非零電圧ベクトルＶ４が時間τ４で維持されることで得られる要素ベクトルは、非零電圧ベクトルＶ４と時間τ４との積τ４・Ｖ４で表される。他の要素ベクトルについても同様に表記する。

図１に戻って説明を続ける。電圧ベクトル指令生成部６２は電圧ベクトル指令［τＶ］＊を生成する。上記図４に即して言えば、電圧ベクトル指令［τＶ＊］は要素ベクトルτ０・Ｖ０，τ４・Ｖ４，τ６・Ｖ６，τ７・Ｖ７，τ６・Ｖ６，τ４・Ｖ４，τ０・Ｖ０で構成される（Ｔ０＝τ０＋τ４＋τ６＋τ７＋τ６＋τ４＋τ０）。

非零電圧ベクトルに対応する電圧ベクトル指令を、非零電圧ベクトル指令と称することにする。図４では非零電圧ベクトル指令を構成する要素ベクトルτ４・Ｖ４，τ６・Ｖ６が例示されている。

但し、零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７に対応する要素ベクトルは、差分指令ΔΨ（θ）の合成に直接には寄与しない。また零電圧ベクトルＶ０，Ｖ７を維持する時間τ０，τ７は非零電圧ベクトルに対応する要素ベクトル（以下、非零要素ベクトルとも称す）を維持する時間τ４，τ６に依存して決定できる（２・τ０＋τ７＝Ｔ０−２・τ４−２・τ６）。

なお、本開示で用いる単位電圧ベクトルは、いわゆるデッドタイム期間（スイッチ４ｕｐ，４ｕｎのいずれもがオフする、スイッチ４ｖｐ，４ｖｎのいずれもがオフする、スイッチ４ｗｐ，４ｗｎのいずれもがオフする、の少なくとも一つのスイッチングパターンを示す期間）以外で出力される電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを表す瞬時空間ベクトルを構成する単位となる。

＜本実施の形態での予熱の発生原因＞
電圧ベクトル指令生成部６２は所定周期Ｔ０毎に少なくとも一対の非零電圧ベクトル指令を含む電圧ベクトル指令［τＶ］＊を出力する。以下、図５及び図６を用いて電圧ベクトル指令［τＶ］＊について説明する。

図５は所定周期Ｔ０の一つ分の電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示すベクトル図である。図５において破線で示される要素ベクトルτ０・Ｖ０，τ４・Ｖ４，τ６・Ｖ６，τ７・Ｖ７，τ６・Ｖ６，τ４・Ｖ４，τ０・Ｖ０は、図４で例示された要素ベクトルと同じである。図５において実線で示される要素ベクトルτ０’・Ｖ０，τ４’・Ｖ４，τ６’・Ｖ６，τ７’・Ｖ７，τ３’・Ｖ３，τ１’・Ｖ１，τ０”・Ｖ０の合成は、図４で例示された差分指令ΔΨ（θ（ｔｅ））を得る。図５において要素ベクトルτ１’・Ｖ１，τ３’・Ｖ３の合成は、要素ベクトルＶｐとしても併記した。ここで、Ｔ０＝τ０’＋τ４’＋τ６’＋τ７’＋τ３’＋τ１’＋τ０”が成立する。このように実線で示される要素ベクトルを決定する具体的方法については、例えば特許第５７３７４４５号公報で公知であるので、ここでは説明を省略する。

図６は所定周期Ｔ０の連続する二つ分の電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示すベクトル図である。ここでは簡単のため、互いに等しい二つの差分指令ΔΨ（θ）を連続して実現するための電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示す。また、図面の煩瑣を回避するため、図６では非零電圧ベクトル指令たる要素ベクトルτ１’・Ｖ１，τ３’・Ｖ３の合成を要素ベクトルＶｐとして描いた。

要素ベクトルＶｐを合成する要素ベクトルτ１’・Ｖ１，τ３’・Ｖ３は、それぞれ非零電圧ベクトルＶ１，Ｖ３に対応する。そして図２を参照して、非零電圧ベクトルＶ１，Ｖ３はそれぞれ、０≦θ≦π／３における通常運転で採用される非零電圧ベクトルＶ６，Ｖ４とは、方向が反対である（複素平面上において角度πをなして配置される）。このような要素ベクトルＶｐを採用することにより、いずれも所定周期Ｔ０を有して連続する二つの期間の境界近傍では、磁束ベクトルΨ（θ）の終点の軌跡がループ（閉曲線）Ｓを形成する。

このように回転磁束の周期よりも短い期間内にループＳが形成される。回転磁束は電動機５を回転させる。よって電動機５の電気角での運転周波数の最大値の逆数よりも短い期間内にループＳが形成されることが望ましい。例えばループＳはインバータ３についての制御周期Ｔ０内で形成される。

もちろん、常に等しいΔΨ（θ（ｔｅ））を連続して得ていれば円近似法を実現することができないので、図６はあくまで説明の便宜上で採用される二つ分の電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示すものである。しかし上述のように（また図３、図５を参照して理解されるように）０≦θ≦π／３の範囲では非零電圧ベクトルＶ４，Ｖ６が採用され、要素ベクトルＶｐが非零電圧ベクトルＶ１，Ｖ３の成分を有するので、殆どの場合、ループＳが形成される。

ループＳは例えば三角形を呈するので、非零電圧ベクトルの少なくとも三種類に対する時間積分の軌跡で、形成される。かかる三種類の非零電圧ベクトルの内の二つは、図２に示される複素平面において、原点を通る直線で二分割される領域のそれぞれから一つずつ選択される。但し当該直線は、非零電圧ベクトルのいずれとも平行ではない。

このようなループＳの存在は、「ベクトル制御における電流制御形インバータの新しい制御法」、大山、他四名、電気学会論文誌Ｂ、電気学会、昭和６０年、第１０５巻、第１１号、ｐ．９０１−９０８で紹介されるように、鉄損を大きくする。かかる鉄損は予熱を発生させる。しかも本実施の形態では、通常の圧縮機運転に用いられるスイッチングのパターン（ここでは単位電圧ベクトルＶ４，Ｖ６の他に単位電圧ベクトルＶ１，Ｖ３に対応するパターン）を用いたに留まる。

よってループＳの大きさの増大、もしくはその出現頻度の増加によって、電動機５の発熱量を増大することができる。ループＳの大きさの減少、もしくはその出現頻度の減少によって、電動機５の発熱量を減少することができる。ループＳの大きさや、出現頻度は、非零電圧ベクトルを維持する期間（例えば時間τ１’，τ３’，τ４’，τ６’）を用いて適宜に調整することができる。

なるほど、単位電圧ベクトルＶ１，Ｖ３に対応するパターンは０≦θ≦π／３における通常運転では採用されない。しかし単位電圧ベクトルＶ１，Ｖ３に対応するパターンは、π≦θ≦４π／３における通常運転で採用される。よってこれらのパターンを発生させる処理は、高周波加熱による予熱に必要な特別なパターンの生成と比較して顕著に容易である。よって本実施の形態では制御処理を複雑にせずに予熱が発生する。

高周波加熱によって予熱を得る場合、そのために特別なパターンでインバータをスイッチングさせることが公知である（例えば特許５４９０２４９号公報、特許５６９３６１７号公報など）。かかる予熱のためのスイッチングは、インバータに対してパルス幅変調を用いた制御で実現できるものの、通常の圧縮機運転のために採用されるスイッチングのパターンとは顕著に相違するパターンが採用される。よってスイッチングのパターンとして通常の圧縮機運転のためのものの他に、予熱のための特別なパターンをインバータに行なわせるため、当該制御を行なう制御処理は複雑となる。かかる複雑な制御処理は、これを実行するマイクロコンピュータにおいて必要な記憶容量を増大させてしまう。

＜下限値の設定＞
要素ベクトルの大きさには下限値が設定される場合がある。特許第５７３７４４５号公報に示される場合を例に採れば、この下限値は電流測定の観点から設定される。しかし予熱を発生させる観点では、同じ差分指令ΨΔ（θ）を合成する要素ベクトルであっても、要素ベクトルτ１’・Ｖ１，τ３’・Ｖ３が発生することが望まれる。従って要素ベクトルτ４’・Ｖ４，τ６’・Ｖ６を大きくとることが望ましい。図５に即して言えば、２・τ４＜τ４’，２・τ６＜τ６’である。

このような要素ベクトルを生成する具体的手法そのものの説明は、例えば特許第５７３７４４５号公報から公知であるので詳細な説明は省略する。但し、本実施の形態では差分指令ΔΨ（θ）という瞬時空間ベクトルを構成する単位電圧ベクトルの、少なくとも一対（ここでは単位電圧ベクトルＶ４，Ｖ６）の各々について、連続して維持される時間（ここでは時間τ４’，τ６’）の長さたるベクトル幅の下限値が切替えられることを説明する。

圧縮機の予熱は、通常運転よりも前に、予め圧縮機を加熱することである。よって下限値は、通常運転における下限値を第１値とすると、通常運転よりも前においては第１値よりも大きな第２値に設定される事が望ましい。そして下限値が第２値に設定される期間を予熱期間とし、この予熱期間において、単位電圧ベクトルの積分値（これは磁束ベクトルであると言える）の軌跡がループＳを構成する制御が行われる。具体的にはそのような軌跡を実現する電圧ベクトル指令［τＶ］＊が電圧ベクトル指令生成部６２によって生成され、電圧ベクトル指令［τＶ］＊に基づいて、スイッチング信号生成部６３がパルス幅変調を行って、スイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎを生成する。つまりパルス幅変調の波形が生成され、これに基づいてインバータ３が、ひいては電動機５が、ひいては圧縮機が制御されるのである。

このような下限値の切り替えは、下限値候補群｛Ｌ｝が上述の第１値、第２値を下限値候補として含むことで容易に実行できる。運転モード決定部６０は、通常運転の前であるのか通常運転が行われているのかによって異なる切換信号Ｊを出力し、下限値切換器６１はこれらの第１値と第２値とから、切換信号Ｊに基づいて一つを選択し、下限値Ｌｍとして出力する。

もちろん、特許第５７３７４４５号公報のように直流電流Ｉｄの検出（以下「電流検出」）を行う期間を確保する観点では、下限値が第１値に設定される期間、例えば通常運転において、単位電圧ベクトルが維持される期間においてインバータ３に入力する電流が直流電流Ｉｄｃとして測定可能であることが望ましい。具体的には電流検出を行うのに必要な時間Ｔminを導入すると、Ｔmin＜τ４，Ｔmin＜τ６を満足するような要素ベクトルτ４・Ｖ４，τ６・Ｖ６を含む非零電圧ベクトル指令［τＶ］＊が生成される。

このように下限値を変更可能とすることにより、通常運転においては不要な鉄損を発生させずに効率を高め、通常運転よりも前においては鉄損ひいては予熱を発生させることができる。

以下、各実施例において下限値候補群｛Ｌ｝と切換信号Ｊとに基づいて下限値Ｌｍを設定する（つまり下限値候補のうち、下限値Ｌｍとして選択されるものを切換信号Ｊによって切替える）ことの具体例を説明する。

但し、いずれの実施例においても、便宜的に、下限値候補群｛Ｌ｝が少なくとも二つの下限値候補Ｌ１，Ｌ２を備え、Ｌ１＜Ｌ２の関係があるとする。またいずれの実施例においても、通常運転が行われる前の制御が行われるときには、下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ２（第２値）を下限値切換器６１に選択させる切換信号Ｊが、運転モード決定部６０から出力される。通常運転が行われるときには、下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ１（第１値）を下限値切換器６１に選択させる切換信号Ｊが、運転モード決定部６０から出力される。

第１実施例．
図７は第１実施例の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１０１において圧縮機を起動させるか否かで後の処理が分岐する。圧縮機を起動させる場合（図中「Ｙｅｓ」に相当）には処理がステップＳ１０２に進み、起動させない場合（図中「Ｎｏ」に相当）は処理が進まない。処理がステップＳ１０１からステップＳ１０２へと進むことは、運転モード決定部６０が決定することができる。

ステップＳ１０２はステップＳ１０５よりも前に実行される。ステップＳ１０２は下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ２を下限値切換器６１が選択するステップである。ステップＳ１０５は通常運転に移行するか否かを選択するステップである。つまりステップＳ１０２の実行は、通常運転が行われる前の制御が行われるときに、下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ２が選択されることに相当する。

ステップＳ１０２の実行後にステップＳ１０３が実行され、下限値Ｌｍと電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とに基づいて電圧ベクトル指令［τＶ］＊を生成する。かかる生成は電圧ベクトル指令生成部６２で実行される。

図８は第１実施例において所定周期Ｔ０の二つ分の電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示すベクトル図である。ここでは簡単のため、図６と同様に、互いに等しい二つの差分指令ΔΨ（θ）を連続して実現するための電圧ベクトル指令［τＶ］＊を示す。

但し要素ベクトルτ３’・Ｖ３．τ１’・Ｖ１の大きさを大きくし、差分指令ΔΨ（θ）を小さくする。これにより、通常運転前の圧縮機の回転を抑制して予熱を行うことができる。

通常運転前の圧縮機の回転は必ずしも認められないものでもない。しかしながら、ループＳを大きくして鉄損、ひいては予熱を増大する観点からは、通常運転前の制御においては差分指令ΔΨ（θ）を小さくすることが望ましい。そして差分指令ΔΨ（θ）が小さければ圧縮機に発生する駆動トルクも小さいので、圧縮機の負荷トルクよりも小さければ実質的には圧縮機は停止している。

このとき、ループＳの形成と同時に、停止中の電動機５には、差分指令ΔΨ（θ）に応じた交流電流が流れる。また角度θを一定の値とした場合、ループＳの形成と同時に、停止中の電動機５には直流電流が流れる。

換言すれば、下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ２に設定される期間において、圧縮機を回転させないで瞬時空間ベクトルに基づいたインバータ３の制御を実行することができる。

例えば、当該期間においては、τ３’＝τ４’，τ１’＝τ６’とし、要素ベクトルτ３’・Ｖ３．τ１’・Ｖ１の大きさをそれぞれ要素ベクトルτ４’・Ｖ４．τ６’・Ｖ６の大きさと等しくし、差分指令ΔΨ（θ）の大きさを零としてもよい。このとき、電動機５には高周波電流のみが流れる。

なお、このように、インバータ３の制御周期Ｔ０毎に、互いに逆方向となって大きさが等しい要素ベクトルの対を二対採用することにより、差分指令ΔΨ（θ）の大きさを零とすることができる。これによって圧縮機を停止したまま鉄損、引いては予熱を発生させることができる。このような予熱発生は、しかしながら、下限値Ｌｍの値によらず実現できる。つまり、かかる要素ベクトルの二対を採用することも、通常運転前において予熱を発生させる方法の一つである。

図７に説明を戻すと、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３によって得られた電圧ベクトル指令［τＶ］＊に基づいて、スイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎ（図７において「スイッチング信号Ｇ」と略記）が生成される。かかる生成はスイッチング信号生成部６３で実行される。

ステップＳ１０４に続くステップＳ１０５では、上述の様に、通常運転に移行するか否かが選択される。かかる選択は運転モード決定部６０によって実行できる。通常運転に移行しない場合（図中の「Ｎｏ」に相当）には、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５が改めて実行され、予熱の発生が維持される。通常運転に移行する場合（図中の「Ｙｅｓ」に相当）には、ステップＳ１０６が実行される。

ステップＳ１０６は下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ１を下限値切換器６１が選択するステップである。つまりステップＳ１０６の実行は、通常運転が行われるときに、下限値Ｌｍとして下限値候補Ｌ１が選択されることに相当する。

その後、ステップＳ１０７，Ｓ１０８がそれぞれステップＳ１０３，Ｓ１０４と同様に実行され、通常運転が行なわれる。

その後、ステップＳ１０９によって通常運転を終了するか否かが選択される。かかる選択は運転モード決定部６０によって実行できる。通常運転を終了しない場合（図中の「Ｎｏ」に相当）には、ステップＳ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９が改めて実行され、通常運転が維持される。通常運転を終了する場合（図中の「Ｙｅｓ」に相当）には、図７のフローチャートは終了する。

第２実施例．
第１実施例では、通常運転の前には圧縮機を停止する場合について詳述したが、このときに圧縮機が回転してもよい。つまり下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ２に設定される期間において、圧縮機を回転させつつ瞬時空間ベクトルに基づいたインバータ３の制御を行なってもよい。この場合、圧縮機は運転しているが、鉄損が大きく効率が悪い前駆的な運転（以下「前駆運転」と仮称）から、鉄損が小さく効率が良い通常運転に移行する制御が行なわれる、といえる。

第３実施例．
第２実施例において前駆運転の前に、圧縮機を起動させるための制御を行なってもよい。この場合、第２の実施例と同様に、予熱の発生は前駆運転において行なわれればよく、従って前駆運転の前の制御では下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ１を採用すれば圧縮機の起動は効率よく行なえる。

図９は第３実施例の動作を部分的に示すフローチャートである。本実施例においては図７に示されたフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０９に加えて、ステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４を備える。これらのステップはステップＳ１０１，Ｓ１０２の間に挟まれて設けられるので、図９ではステップＳ１０３〜Ｓ１０９の図示を省略した。

第１実施例、第２実施例と同様にして、ステップＳ１０１が実行され、圧縮機の起動が選択された場合、本実施例ではステップＳ１０２の実行に先だってステップＳ２０１〜Ｓ２０４が実行される。ステップＳ２０１では下限値候補Ｌ１が下限値Ｌｍとして選択される。かかる選択は切換信号Ｊによって行うことができる。その後ステップＳ２０２においてステップＳ１０３，Ｓ１０７と同様にして電圧ベクトル指令［τＶ］＊が生成され、ステップＳ２０３においてステップＳ１０４，Ｓ１０８と同様にして、スイッチング信号Ｇｕｐ，Ｇｖｐ，Ｇｗｐ，Ｇｕｎ，Ｇｖｎ，Ｇｗｎが生成される。

その後、ステップＳ１０２以降の処理が、第１実施例、第２実施例と同様に実行される。

なお、ステップＳ２０１において、下限値Ｌｍが通常運転を行なう場合と同様にして下限値候補Ｌ１を採ることは、必ずしも必要ではない。例えば下限値候補Ｌ３（＜Ｌ２）という第３値を下限値候補群｛Ｌ｝が備えており、圧縮機の起動時、前駆運転、通常運転において、それぞれ下限値候補Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１が下限値Ｌｍとして採用されてもよい。

また、第１の実施例と同様に、通常運転前には圧縮機が停止している状況であっても予熱は発生できるので、その予熱の発生前に圧縮機を起動させてもよい。つまり圧縮機の起動時において下限値候補Ｌ３，Ｌ２をこの順に採用し、その後の通常運転において下限値候補Ｌ１が下限値Ｌｍとして採用されてもよい。もちろん、この場合においてもＬ３＝Ｌ１（＜Ｌ２）とすることができる。

なお、第３実施例においても、第１実施例、第２実施例と同様に、下限値候補Ｌ１，Ｌ３の異同に拘わらず、通常運転よりも前において少なくとも一旦は、下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ２に設定されると言える。

例えば、インバータ制御装置６はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成される。マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。また、インバータ制御装置６はこれに限らず、インバータ制御装置６によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

インバータ３は電動機５を駆動する。単位電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７は、瞬時空間ベクトルを構成する単位となる電圧ベクトルである。この瞬時空間ベクトルは、インバータ３がデッドタイム期間以外で出力する電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを表す。磁束ベクトルΨ（θ）は単位電圧ベクトルの時間積分である。上述のパルス幅変調方法では、磁束ベクトルΨ（θ）の軌跡がループＳを形成する。但しループＳは、電動機５の（電気角の）運転周波数の最大値の逆数よりも短い期間内で形成される。このようなパルス幅変調方法は、圧縮機用電動機に予熱を発生させる。

ループＳは、非零電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の少なくとも三種類に対する時間積分値の軌跡で形成される。

例えば上記期間は制御周期Ｔ０である。

ループＳの大きさの増大もしくはループＳの出現頻度の増加によって、電動機５の発熱量を増大することができる。

上記期間での磁束ベクトルΨ（θ）の軌跡は、単位電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の全ての始点を原点に配した複素平面において、原点に対して離れる。電動機５は停止していてもよい。あるいは磁束ベクトルΨ（θ）の軌跡は原点を囲んで移動し、電動機５にはその回転に必要な交流の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れる。

非零電圧ベクトルの少なくとも一対Ｖ４，Ｖ６の各々について連続して維持される時間τ４’，τ６’の長さたるベクトル幅の下限値Ｌｍは、電動機５の通常運転において設定される下限値候補Ｌ１よりも大きな下限値候補Ｌ２である。下限値Ｌｍを変更可能とすることにより、通常運転においては不要な鉄損を発生させずに効率を高め、通常運転よりも前においては鉄損ひいては予熱を発生させることができる。

例えば下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ１に設定される期間において、単位電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７が維持される期間において、インバータ３に入力する電流が直流電流Ｉｄｃとして測定可能である。

下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ２に設定される期間に先だって下限値Ｌｍが下限値候補Ｌ２よりも小さな下限値候補Ｌ３に設定され、インバータ３を制御して電動機５を起動させてもよい。

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。上述の各種の実施形態および変形例は相互に組み合わせることができる。

３ インバータ
Ｖ４，Ｖ６ 単位電圧ベクトル
Ｌ１，Ｌ２ 下限値候補
Ｌｍ 下限値
Ｓ ループ
Ψ（θ） 磁束ベクトル
τ４’，τ６’ 時間

Claims (9)

1. 圧縮機用電動機（５）を駆動するインバータ（３）がデッドタイム期間以外で出力する電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を表す瞬時空間ベクトルを構成する単位となる電圧ベクトルたる単位電圧ベクトルの時間についての積分値（Ψ（θ））の軌跡が、前記圧縮機用電動機（５）の電気角の運転周波数の最大値の逆数よりも短い期間内でループ（Ｓ）を形成するパルス幅変調方法。
2. 前記電圧ベクトルであってその大きさが零ではない非零電圧ベクトルの少なくとも三種類に対する時間についての積分値の軌跡で、前記ループ（Ｓ）が形成される、請求項１記載のパルス幅変調方法。
3. 前記期間は前記インバータ（３）についての制御周期（Ｔ０）である、請求項１または請求項２記載のパルス幅変調方法。
4. 前記ループの大きさの増大もしくは前記ループの出現頻度の増加によって、前記圧縮機用電動機（５）の発熱量を増大する、請求項１から３のいずれか一つに記載のパルス幅変調方法。
5. 前記圧縮機用電動機（５）が停止している状態で前記ループが形成される、請求項１から４のいずれか一つに記載のパルス幅変調方法。
6. 前記圧縮機用電動機（５）が回転している状態で前記ループが形成される、請求項１から４のいずれか一つに記載のパルス幅変調方法。
7. 前記単位電圧ベクトルであってその大きさが零ではない非零電圧ベクトルの少なくとも一対（Ｖ４，Ｖ６）の各々について連続して維持される時間（τ４’，τ６’）の長さたるベクトル幅の下限値（Ｌｍ）は、前記圧縮機用電動機（５）の通常運転において設定される第１値（Ｌ１）よりも大きな第２値（Ｌ２）である、請求項１から６のいずれか一つに記載のパルス幅変調方法。
8. 前記下限値（Ｌｍ）が前記第１値（Ｌ１）に設定される期間において、前記単位電圧ベクトルが維持される期間において前記インバータ（３）に入力する電流が直流電流（Ｉｄｃ）として測定可能である、請求項７記載のパルス幅変調方法。
9. 前記下限値（Ｌｍ）が前記第２値（Ｌ２）に設定される期間に先だって前記下限値が前記第２値よりも小さな第３値（Ｌ３）に設定され、前記インバータ（３）を制御して前記圧縮機用電動機（５）を起動させる、請求項７または請求項８に記載のパルス幅変調方法。

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