JP6910565B2 - インバータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ主回路を備えるインバータ制御装置に関する。

従来、インバータ制御装置において、制御部は、インバータ主回路に流れる直流電流の値を用いて駆動信号を生成し、インバータ主回路の動作を制御する。特許文献１には、制御部であるマイクロコンピュータが、駆動信号を生成する際に用いる三角波キャリア信号が単調増加または単調減少する単位期間が３個以上かつ奇数個分含まれる期間を電圧指令変更周期とし、各電圧指令変更周期において一定のタイミングで取得した直流電流の値を用いて駆動信号を生成する技術が開示されている。

特開２００８−１３１７７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、電圧指令変更周期には、単位期間が３個以上かつ奇数個分とする制約がある。そのため、インバータ制御装置は、インバータ主回路の効率およびインバータ主回路から三相交流電圧が供給されるモータの効率を併せた総合効率の観点で、適切な制御ができない場合がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ主回路の効率およびインバータ主回路から三相交流電圧が供給されるモータの効率を併せた総合効率の低下を抑制可能なインバータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るインバータ制御装置は、直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ主回路と、インバータ主回路に流れる直流電流の直流電流値を検出する直流電流検出部と、三相交流電圧の各相に対応する電圧指令値と三角波キャリア信号とを用いてインバータ主回路の動作を制御する駆動信号を生成する制御部と、を備える。制御部は、三角波キャリア信号が単調増加する期間または単調減少する期間を単位期間とし、電圧指令値を演算する周期である電圧指令値制御周期を単位期間の３以上の整数倍とし、電圧指令値を演算するときに用いる直流電流値として、三角波キャリア信号が単調増加する単位期間で検出された直流電流値、および三角波キャリア信号が単調減少する単位期間で検出された直流電流値を電圧指令値制御周期毎に交互に用いる制御を行う。制御部は、電圧指令値制御周期が単位期間の奇数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を繰り返し行う。制御部は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理、および演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を電圧指令値制御周期毎に交互に行う。

本発明に係るインバータ制御装置は、インバータ主回路の効率およびインバータ主回路から三相交流電圧が供給されるモータの効率を併せた総合効率の低下を抑制できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係るインバータ制御装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係るインバータ制御装置のインバータ制御部の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係るインバータ制御装置のインバータ制御部が電圧指令値を演算するタイミングおよび電圧指令値の演算に用いる直流電流値を検出するタイミングを示す図 実施の形態１に係るインバータ制御装置においてインバータ制御部の電圧指令部が電圧指令値を演算する動作を示すフローチャート 実施の形態１に係るインバータ制御装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１に係るインバータ制御装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２に係るインバータ制御装置およびインバータ制御部における補正処理を示す図 実施の形態３に係るインバータ制御装置のインバータ制御部の構成例を示すブロック図

以下に、本発明の実施の形態に係るインバータ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ制御装置２０の構成例を示すブロック図である。インバータ制御装置２０は、交流電源１、およびモータ４に接続されている。インバータ制御装置２０は、コンバータ回路２と、インバータ主回路３と、直流電流検出部５と、直流電圧検出部６と、インバータ制御部７と、を備える。

コンバータ回路２は、交流電源１から出力される交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ主回路３は、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６、およびスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の各々に並列に接続される複数の還流ダイオードＤ１〜Ｄ６を備える。インバータ主回路３は、インバータ制御部７の制御によってスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオンオフし、コンバータ回路２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換し、三相交流電圧をモータ４に供給する。インバータ制御部７において、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ４との接続点がモータ４のＵ相端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ５との接続点がモータ４のＶ相端子に接続され、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ６との接続点がモータ４のＷ相端子に接続されている。

直流電流検出部５は、コンバータ回路２から出力され、インバータ主回路３に流れる直流電流の値、すなわち直流電流値Ｉｄｃを検出する。直流電流検出部５では、増幅器５２が、シャント抵抗５１で検出された電圧値を増幅する。直流電流検出部５は、増幅器５２で増幅された電圧値、およびシャント抵抗５１の抵抗値から直流電流値Ｉｄｃを検出する。直流電圧検出部６は、コンバータ回路２から出力される直流電圧の値、すなわち直流電圧値Ｖｄｃを検出する。

インバータ制御部７は、三相交流電圧の各相に対応する電圧指令値と三角波キャリア信号とを用いて、インバータ主回路３の動作を制御する駆動信号を生成する制御部である。インバータ制御部７は、インバータ主回路３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の動作を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを生成し、対応するスイッチング素子に出力する。ＰＷＭ駆動信号ＵＰはスイッチング素子ＳＷ１の動作を制御する駆動信号であり、ＰＷＭ駆動信号ＵＮはスイッチング素子ＳＷ４の動作を制御する駆動信号であり、ＰＷＭ駆動信号ＶＰはスイッチング素子ＳＷ２の動作を制御する駆動信号であり、ＰＷＭ駆動信号ＶＮはスイッチング素子ＳＷ５の動作を制御する駆動信号であり、ＰＷＭ駆動信号ＷＰはスイッチング素子ＳＷ３の動作を制御する駆動信号であり、ＰＷＭ駆動信号ＷＮはスイッチング素子ＳＷ６の動作を制御する駆動信号である。インバータ制御部７は、外部からの角速度指令ω^＊、直流電流検出部５で検出された直流電流値Ｉｄｃ、および直流電圧検出部６で検出された直流電圧値Ｖｄｃを用いて、電圧指令値を生成する。インバータ制御部７は、電圧指令値と三角波キャリア信号である制御キャリアとを用いてＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを生成する。記載を簡潔にするため、以降の説明において、ＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを単にＰＷＭ駆動信号と表記することがある。

図２は、実施の形態１に係るインバータ制御装置２０のインバータ制御部７の構成例を示すブロック図である。インバータ制御部７は、電流値演算部８と、電圧指令部９と、ＰＷＭ駆動信号出力部１０と、キャリア生成部１１と、を備える。電流値演算部８は、演算部８１と、ｄｑ変換部８２と、を備える。キャリア生成部１１は、基準キャリア生成部１１１と、制御キャリア生成部１１２と、を備える。

演算部８１は、直流電流検出部５で検出された直流電流値Ｉｄｃから少なくとも２相分の相電流情報を得て、演算により３相分の相電流情報として電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求める。ｄｑ変換部８２は、角速度指令ω^＊を用いて、電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換する。

電圧指令部９は、ｄｑ変換部８２から取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと、直流電圧検出部６から取得した直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算により求める。電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ駆動信号出力部１０に出力する。電圧指令部９には、キャリア生成部１１から三角波キャリア信号である制御キャリアが入力されている。電圧指令部９は、制御キャリアを用いて、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの演算に用いる電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミングを制御する。また、電圧指令部９は、制御キャリアを用いて、演算により求めた電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを反映させるタイミング、すなわち演算により求めた電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，ＶｗをＰＷＭ駆動信号出力部１０に出力するタイミングを制御する。記載を簡潔にするため、以降の説明において、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを単に電圧指令値と表記することがある。

なお、直流電流検出部５、および電流値演算部８は、電圧指令部９が電流値演算部８から電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミング以外では、機能を停止していてもよい。例えば、電圧指令部９は、電流値演算部８から電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミングで、直流電流検出部５および電流値演算部８を起動する、または直流電流検出部５および電流値演算部８に対して動作の開始を指示する。直流電流検出部５は、電圧指令部９が電流値演算部８から電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミングで直流電流値Ｉｄｃを検出する。同様に、直流電圧検出部６は、電圧指令部９が直流電圧検出部６から直流電圧値Ｖｄｃを取得するタイミング以外では、機能を停止していてもよい。例えば、電圧指令部９は、直流電圧検出部６から直流電圧値Ｖｄｃを取得するタイミングで、直流電圧検出部６を起動する、または直流電圧検出部６に対して動作の開始を指示する。直流電圧検出部６は、電圧指令部９が直流電圧値Ｖｄｃを取得するタイミングで直流電圧値Ｖｄｃを検出する。

ＰＷＭ駆動信号出力部１０は、電圧指令部９から取得した電圧指令値と、キャリア生成部１１から取得した制御キャリアとを比較し、比較結果に基づいてＰＷＭ駆動信号を生成する。

キャリア生成部１１は、１周期が電圧指令値制御周期である基準キャリアから三角波キャリア信号を生成する。基準キャリア生成部１１１は、電圧指令部９が電圧指令値を演算する周期である電圧指令値制御周期を１周期とする基準キャリアを生成する信号発生器である。基準キャリア生成部１１１は、生成した基準キャリアを制御キャリア生成部１１２に出力する。制御キャリア生成部１１２は、基準キャリア生成部１１１から取得した基準キャリアの周波数を変換し、三角波キャリア信号である制御キャリアを生成する。制御キャリア生成部１１２は、生成した制御キャリアを電圧指令部９およびＰＷＭ駆動信号出力部１０に出力する。ここで、三角波キャリア信号は、単調増加する期間および単調減少する期間が交互に発生する信号である。三角波キャリア信号において、単調増加する期間および単調減少する期間は同じ時間幅である。単調増加する期間または単調減少する期間を、電圧指令値制御周期を表す際の基準の単位である単位期間とする。本実施の形態において、制御キャリア生成部１１２は、基準キャリアの周波数をｎ／２倍に変換して制御キャリアを生成し、出力する。すなわち、制御キャリア生成部１１２は、ｎ個の単位期間を含む制御キャリアを生成し、出力する。なお、ｎは３以上の整数とする。電圧指令値制御周期は、単位期間の３以上の整数倍となる。

つづいて、インバータ制御装置２０において、インバータ制御部７がインバータ主回路３の動作を制御する際に電圧指令値を演算により求める動作について説明する。図３は、実施の形態１に係るインバータ制御装置２０のインバータ制御部７が電圧指令値を演算するタイミングおよび電圧指令値の演算に用いる直流電流値を検出するタイミングを示す図である。図３において、図３（ｂ）から図３（ｅ）では、記載を簡潔にするため、電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのうちの１つの電圧指令値を階段状の線で示している。

まず、図３（ｂ）の電圧指令値制御周期が単位期間３個分の場合について説明する。インバータ制御部７において、基準キャリア生成部１１１は、図３（ａ）に示す１周期が電圧指令値制御周期である基準キャリアを生成し、制御キャリア生成部１１２へ出力する。制御キャリア生成部１１２は、基準キャリアの周波数を３／２倍に変換し、電圧指令値制御周期に単位期間が３個含まれる制御キャリアを生成する。制御キャリア生成部１１２は、制御キャリアを電圧指令部９およびＰＷＭ駆動信号出力部１０へ出力する。

電圧指令部９は、電圧指令値制御周期毎に、直流電流検出部５で検出された直流電流値Ｉｄｃが電流値演算部８によって変換された電流値Ｉｄ，Ｉｑと、直流電圧検出部６で検出された直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、初回の演算の場合、例えば、電圧指令値制御周期の開始時点で取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。すなわち、電圧指令部９は、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から、演算により求めた電圧指令値に変更する。電圧指令部９は、２回目以降の演算の場合、電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間で取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する。

電圧指令部９が電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミングは、電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間において、電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングである。電圧指令部９は、Ｕ相またはＶ相またはＷ相のいずれかの電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングの電流値Ｉｄ，Ｉｑを用いて、３相分の電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。以降、電圧指令部９は、電圧指令値を演算する処理、および電圧指令値を反映させる処理を繰り返し行う。電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の奇数倍の場合、例えば、図３（ｄ）の電圧指令値制御周期が単位期間５個分の場合も同様の処理を行う。

すなわち、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期が単位期間の奇数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から次の電圧指令値制御周期が開始するまでの期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を繰り返し行う。

インバータ制御部７は、電圧指令値の演算に用いる直流電流値Ｉｄｃを取得するタイミングを、電圧指令値制御周期毎に、制御キャリアである三角波キャリア信号が単調増加する単位期間と、制御キャリアである三角波キャリア信号が単調減少する単位期間とを交互に切り替える。これにより、インバータ制御部７は、実際の直流電流値に対して検出された直流電流値Ｉｄｃの相対的な大小が交互に現れることとなり、実際の直流電流値に対する直流電流値Ｉｄｃの平均値の誤差を小さくすることができる。

なお、電圧指令部９は、電圧指令値制御周期の情報について、基準キャリア生成部１１１から基準キャリアを取得して保持してもよいし、電圧指令値制御周期が固定の場合は予めユーザなどから設定された情報として保持してもよい。

つぎに、図３（ｃ）の電圧指令値制御周期が単位期間４個分の場合について説明する。インバータ制御部７において、基準キャリア生成部１１１は、図３（ａ）に示す１周期が電圧指令値制御周期である基準キャリアを生成し、制御キャリア生成部１１２へ出力する。制御キャリア生成部１１２は、基準キャリアの周波数を４／２倍に変換し、電圧指令値制御周期に単位期間が４個含まれる制御キャリアを生成する。制御キャリア生成部１１２は、制御キャリアを電圧指令部９およびＰＷＭ駆動信号出力部１０へ出力する。

電圧指令部９は、電圧指令値制御周期毎に、直流電流検出部５で検出された直流電流値Ｉｄｃが電流値演算部８によって変換された電流値Ｉｄ，Ｉｑと、直流電圧検出部６で検出された直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、初回の演算の場合、例えば、電圧指令値制御周期の開始時点で取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。すなわち、電圧指令部９は、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から、演算により求めた電圧指令値に変更する。電圧指令部９は、２回目以降の演算の場合、電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前までの期間で取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと直流電圧値Ｖｄｃとを用いて電圧指令値を演算し、つぎは、電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間で取得した電流値Ｉｄ，Ｉｑと直流電圧値Ｖｄｃとを用いて電圧指令値を演算する。

電圧指令部９が電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得するタイミングは、電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前までの期間、または電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間において、電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングである。電圧指令部９は、Ｕ相またはＶ相またはＷ相のいずれかの電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングの電流値Ｉｄ，Ｉｑを用いて、３相分の電圧指令値を演算する。電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。以降、電圧指令部９は、電圧指令値を演算する処理、および電圧指令値を反映させる処理を繰り返し行う。電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、例えば、図３（ｅ）の電圧指令値制御周期が単位期間６個分の場合も同様の処理を行う。

すなわち、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前までの期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を行う。また、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から次の電圧指令値制御周期が開始するまでの期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を行う。インバータ制御部７は、上記２つの処理を電圧指令値制御周期毎に交互に行う。

電圧指令値制御周期を構成する単位期間が３以上の奇数個分の場合と同様、インバータ制御部７は、電圧指令値の演算に用いる直流電流値Ｉｄｃを取得するタイミングを、電圧指令値制御周期毎に、制御キャリアである三角波キャリア信号が単調増加する単位期間と、制御キャリアである三角波キャリア信号が単調減少する単位期間とで交互に切り替える。これにより、インバータ制御部７は、実際の直流電流値に対して検出された直流電流値Ｉｄｃの相対的な大小が交互に現れることとなり、実際の直流電流値に対する直流電流値Ｉｄｃの平均値の誤差を小さくすることができる。

このように、インバータ制御部７は、電圧指令値を演算するときに用いる直流電流値Ｉｄｃとして、三角波キャリア信号である制御キャリアが単調増加する単位期間で検出された直流電流値Ｉｄｃ、および三角波キャリア信号である制御キャリアが単調減少する単位期間で検出された直流電流値Ｉｄｃを電圧指令値制御周期毎に交互に用いる制御を行う。

図４は、実施の形態１に係るインバータ制御装置２０においてインバータ制御部７の電圧指令部９が電圧指令値を演算する動作を示すフローチャートである。電圧指令部９は、電流値演算部８で直流電流値Ｉｄｃから変換された電流値Ｉｄ，Ｉｑと、直流電圧検出部６で検出された直流電圧値Ｖｄｃとを用いて、電圧指令値を演算する（ステップＳ１）。

電圧指令部９は、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期に対して反映させる（ステップＳ２）。具体的には、電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の奇数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とする。

電圧指令部９は、電圧指令値制御周期に対して規定された期間において、電流値演算部８によって変換された電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する（ステップＳ３）。具体的には、電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の奇数倍の場合、電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間において、電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングで電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する。電圧指令部９は、電圧指令値制御周期が単位期間の偶数倍の場合、電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前までの期間において、電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングで電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する処理、および電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から電圧指令値制御周期が開始するまでの期間において、電圧指令値と制御キャリアとが同じ値になるタイミングで電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する処理を電圧指令値制御周期毎に交互に行う。以降、電圧指令部９は、ステップＳ１からステップＳ３までの動作を繰り返し行う。

つづいて、インバータ制御装置２０のハードウェア構成について説明する。インバータ制御装置２０において、インバータ制御部７は、処理回路によって実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。

図５は、実施の形態１に係るインバータ制御装置２０が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。これらのプログラムは、インバータ制御部７の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図６は、実施の形態１に係るインバータ制御装置２０が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図６に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御部７０の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。

なお、インバータ制御部７の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。以降の実施の形態で説明するモータ駆動装置の制御部も、同様のハードウェア構成である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期を単位期間の４以上の偶数個数分とする場合においても、直流電流値Ｉｄｃを検出する単位期間として、電圧指令値制御周期毎に単調増加する期間および単調減少する期間を交互に設けることで、実際の直流電流値に対する検出された直流電流値Ｉｄｃの平均値の誤差を小さくすることができ、直流電流値Ｉｄｃによるインバータ制御精度への影響を抑制することができる。このように、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期の制約を単位期間の３以上の奇数個分だけではなく単位期間の４以上の偶数個分でも可能にするように制約を緩和することができる。これにより、インバータ制御部７は、インバータ主回路３の効率およびモータ４の効率を併せた総合効率の低下を抑制でき、適切な三角波キャリア信号を選択してインバータ主回路３の動作を制御することができる。また、インバータ制御部７は、電圧指令値制御周期の反映期間を長くすることが可能となり、制御性の分散を得る効果を有する。

実施の形態２．
実施の形態１において、インバータ制御部７の演算部８１は、直流電流値Ｉｄｃから少なくとも２相分の相電流情報を得ることで、３相分の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算していた。しかしながら、直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出するタイミングによっては、直流電流値Ｉｄｃから２相分の相電流情報を得られない場合がある。実施の形態２では、インバータ制御部７において、電圧指令部９が電圧指令値を補正し、ＰＷＭ駆動信号出力部１０が補正された電圧指令値に基づいてＰＷＭ駆動信号を補正して出力することで、直流電流値Ｉｄｃから少なくとも２相分の相電流情報が得られるようにする。

実施の形態２において、インバータ制御装置２０およびインバータ制御部７の構成は、実施の形態１のときと同様である。図７は、実施の形態２に係るインバータ制御装置２０およびインバータ制御部７における補正処理を示す図である。図７において、図７（ａ）は、前述の図３（ａ）と同様である。実施の形態２では、一例として、電圧指令値制御周期に４個の単位期間が含まれる場合を想定している。図７（ｂ）は、前述の図３（ｃ）と同様である。図７（ｃ）は、インバータ制御部７の電圧指令部９で演算された電圧指令値をそのまま使用した場合にＰＷＭ駆動信号出力部１０で生成される補正前のＰＷＭ駆動信号である。図７（ｄ）は、インバータ制御部７の電圧指令部９で補正された電圧指令値を使用した場合にＰＷＭ駆動信号出力部１０で生成される補正後のＰＷＭ駆動信号である。図７（ｅ）は、電圧指令部９において、演算した電圧指令値に対する補正量を示すものである。図７では、一例として、電圧指令部９が電圧指令値Ｖｖを補正し、ＰＷＭ駆動信号出力部１０がＰＷＭ駆動信号ＶＰを補正している例を示している。

電圧指令部９は、電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する単位期間において電流値演算部８が直流電流値Ｉｄｃから２相分の相電流情報が得られるように、演算により求めた値より電圧指令値を大きくするまたは小さくする補正を行う。電圧指令部９が電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得する単位期間で行う補正を第１の補正とする。また、電圧指令部９は、電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得しない単位期間では、演算により求めた電圧指令値に対して、第１の補正によるインバータ主回路３の制御への影響を除去する補正を行う。電圧指令部９が電流値Ｉｄ，Ｉｑを取得しない単位期間で行う補正を第２の補正とする。第２の補正は、第１の補正によるインバータ主回路３の制御への誤差が零、または略零となるようにする補正である。ＰＷＭ駆動信号出力部１０は、電圧指令値の補正量に応じてＰＷＭ駆動信号を補正する。

具体的に、図７に示す電流検出１，２のタイミングで直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出する場合について説明する。直流電流検出部５は、図７（ｃ）に示す補正前ＰＷＭ駆動信号を用いた場合、ＰＷＭ駆動信号ＶＰがアクティブかつＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＷＰが非アクティブである区間では、直流電流値Ｉｄｃから、Ｕ相の負電流情報およびＶ相の正電流情報の２相分の相電流情報が得られる。しかしながら、ＰＷＭ駆動信号ＶＰがアクティブかつＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＷＰが非アクティブである区間が十分に確保されていない場合、直流電流検出部５は、実際の直流電流値を精度よく検出できず、直流電流値ＩｄｃからＶ相の正電流情報が得られない、すなわち２相分の相電流情報が得られない。

そのため、電圧指令部９は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のＰＷＭ駆動信号の出力値時間の中間値であるＵ相を基準にして、出力値時間の差分の小さいＶ相の電圧指令値Ｖｖを規定値であるＶＤだけ拡張することで、ＰＷＭ駆動信号出力部１０で生成されるＰＷＭ駆動信号を補正する。具体的には、電圧指令部９は、図７に示す電流検出１，２のタイミングにおいて、図７（ｅ）に示すように電圧指令値ＶｖをＶＤだけ拡張する。ＰＷＭ駆動信号出力部１０は、電圧指令部９で補正された電圧指令値Ｖｖを用いることで、図７（ｃ）の補正前ＰＷＭ駆動信号ＶＰと比較して、網掛けで示す部分を非アクティブからアクティブに補正した図７（ｄ）の補正後ＰＷＭ駆動信号ＶＰを生成することができる。これにより、直流電流検出部５は、ＰＷＭ駆動信号ＶＰがアクティブかつＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＷＰが非アクティブの区間を十分に確保することができ、Ｖ相の正電流情報を得ることができる。

直流電流検出部５は、ＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＶＰがアクティブかつＰＷＭ駆動信号ＷＰが非アクティブの区間は十分に確保されているので、この区間で直流電流値ＩｄｃからＷ相の負電流情報が得られる。これにより、直流電流検出部５は、Ｖ相の正電流情報およびＷ相の負電流情報の２相分の相電流情報を得ることができる。

なお、電圧指令部９は、直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出する単位期間でＶ相の電圧指令値ＶｖをＶＤだけ拡張している。そのため、電圧指令部９は、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖに対して、次に直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出する単位期間までに、単位期間を３個使って単位期間毎にＶＤの１／３を縮小する補正を行う。これにより、電圧指令部９は、電圧指令値制御周期毎に、電圧指令値Ｖｖを補正したことによるインバータ主回路３の制御への影響を除去することができる。

電圧指令部９は、図７に示す電流検出３のタイミングでは、電圧指令値Ｖｖを補正しなくても直流電流検出部５が２相分の相電流情報を得ることができる。この場合、電圧指令部９は、電圧指令値Ｖｖに対して補正を行わない。

電圧指令部９は、図７に示す電流検出４のタイミングで直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出する場合のように、直流電流検出部５が直流電流値Ｉｄｃを検出する単位期間において電圧指令値を規定値であるＶＤだけ縮小してもよい。この場合、電圧指令部９は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のＰＷＭ駆動信号の出力値時間の中間値であるＵ相を基準にして、出力値時間の差分の小さいＶ相の電圧指令値Ｖｖを規定値であるＶＤだけ縮小することで、ＰＷＭ駆動信号出力部１０で生成されるＰＷＭ駆動信号を補正する。ＰＷＭ駆動信号出力部１０は、電圧指令部９で補正された電圧指令値Ｖｖを用いることで、図７（ｃ）の補正前ＰＷＭ駆動信号ＶＰと比較して、網掛けで示す部分をアクティブから非アクティブに補正した図７（ｄ）の補正後ＰＷＭ駆動信号ＶＰを生成することができる。これにより、直流電流検出部５は、ＰＷＭ駆動信号ＶＰが非アクティブかつＰＷＭ駆動信号ＵＰ，ＷＰがアクティブの区間を十分に確保することができ、２相分の相電流情報が得ることができる。また、電圧指令部９は、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖに対して、単位期間を３個使って単位期間毎にＶＤの１／３を拡大する補正を行う。これにより、電圧指令値制御周期毎に、電圧指令値Ｖｖを補正したことによるインバータ主回路３の制御への影響を除去することができる。

このように、インバータ制御部７は、直流電流検出部５で直流電流値Ｉｄｃが検出される単位期間では、直流電流値から少なくとも２相分の相電流情報が得られるように、演算により求めた電圧指令値に対して大きくするまたは小さくする第１の補正を行う。また、インバータ制御部７は、直流電流検出部５で直流電流値Ｉｄｃが検出されない単位期間では、演算により求めた電圧指令値に対して、第１の補正によるインバータ主回路３の制御への影響を除去する第２の補正を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インバータ制御部７は、直流電流検出部５において直流電流値Ｉｄｃから少なくとも２相分の相電流情報が得られるように、電圧指令部９が、電圧指令値を補正し、ＰＷＭ駆動信号出力部１０が、補正された電圧指令値に基づいてＰＷＭ駆動信号を補正して出力することとした。これにより、直流電流検出部５は、直流電流値Ｉｄｃを精度よく検出でき、２相分の相電流情報を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１，２において、直流電流検出部５で検出される直流電流値Ｉｄｃには、実際の直流電流の変動によるリプル振幅が含まれることがある。実施の形態３では、リプル振幅を抑制する方法について説明する。

実施の形態３において、インバータ制御装置２０の構成は、実施の形態１のときと同様である。図８は、実施の形態３に係るインバータ制御装置２０のインバータ制御部７の構成例を示すブロック図である。実施の形態３のインバータ制御部７は、図２に示す実施の形態１のインバータ制御部７に対して、平均化部８３を追加したものである。平均化部８３は、前回の電圧指令値制御周期で得た直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑと、今回の電圧指令値制御周期で得た直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑとを平均化して、平均化された直交座標軸上の電流値Ｉｄ２，Ｉｑ２を得る。電圧指令部９は、平均化された直交座標軸上の電流値Ｉｄ２，Ｉｑ２を用いて電圧指令値を演算により求める。電圧指令部９において電圧指令値を演算する方法は、実施の形態１，２のときと同様である。

このように、インバータ制御部７は、直流電流値Ｉｄｃを直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑに変換している場合、前回の電圧指令値制御周期で得られた直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑと、今回の電圧指令値制御周期で得られた直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑとの平均値を用いて、今回の電圧指令値制御周期の電圧指令値を演算する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インバータ制御部７は、電圧指令値の演算に用いられる直交座標軸上の電流値として、前回の電圧指令値制御周期で得た直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑと、今回の電圧指令値制御周期で得た直交座標軸上の電流値Ｉｄ，Ｉｑとを平均化したものを用いることとした。これにより、インバータ制御部７は、直流電流を検出する際の変動であるリプル振幅を抑制することができ、直交座標軸上の電流値を用いた場合のインバータ主回路３に対する制御の精度への影響を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 交流電源、２ コンバータ回路、３ インバータ主回路、４ モータ、５ 直流電流検出部、５１ シャント抵抗、５２ 増幅器、６ 直流電圧検出部、７ インバータ制御部、８ 電流値演算部、８１ 演算部、８２ ｄｑ変換部、８３ 平均化部、９ 電圧指令部、１０ ＰＷＭ駆動信号出力部、１１ キャリア生成部、１１１ 基準キャリア生成部、１１２ 制御キャリア生成部、２０ インバータ制御装置。

Claims (4)

1. 直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ主回路と、
   前記インバータ主回路に流れる直流電流の直流電流値を検出する直流電流検出部と、
   前記三相交流電圧の各相に対応する電圧指令値と三角波キャリア信号とを用いて前記インバータ主回路の動作を制御する駆動信号を生成する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記三角波キャリア信号が単調増加する期間または単調減少する期間を単位期間とし、前記電圧指令値を演算する周期である電圧指令値制御周期を前記単位期間の３以上の整数倍とし、前記電圧指令値を演算するときに用いる前記直流電流値として、前記三角波キャリア信号が単調増加する単位期間で検出された前記直流電流値、および前記三角波キャリア信号が単調減少する単位期間で検出された前記直流電流値を電圧指令値制御周期毎に交互に用いる制御を行い、
   前記電圧指令値制御周期が前記単位期間の奇数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を繰り返し行い、
   前記電圧指令値制御周期が前記単位期間の偶数倍の場合、演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理、および演算により求めた電圧指令値を次の電圧指令値制御周期が開始する２単位期間前から反映させて新たな電圧指令値とし、次の電圧指令値制御周期が開始する１単位期間前からの１単位期間で検出された直流電流値を用いて次の電圧指令値を演算する処理を電圧指令値制御周期毎に交互に行う、
   インバータ制御装置。
2. 前記制御部は、直流電流値が検出される単位期間では、直流電流値から少なくとも２相分の相電流情報が得られるように、演算により求めた電圧指令値に対して大きくするまたは小さくする第１の補正を行い、直流電流値が検出されない単位期間では、演算により求めた電圧指令値に対して、前記第１の補正による前記インバータ主回路の制御への影響を除去する第２の補正を行う、
   請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記制御部は、前記直流電流値を直交座標軸上の電流値に変換している場合、前回の電圧指令値制御周期で得られた直交座標軸上の電流値と、今回の電圧指令値制御周期で得られた直交座標軸上の電流値との平均値を用いて、今回の電圧指令値制御周期の電圧指令値を演算する、
   請求項１または２に記載のインバータ制御装置。
4. 前記制御部は、１周期が前記電圧指令値制御周期である基準キャリアから前記三角波キャリア信号を生成するキャリア生成部を備える、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のインバータ制御装置。

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