JP7016255B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ装置に関する。
特許文献１、２には、冷凍サイクル適用機器に用いられる圧縮機モータを駆動する電源装置に適用される三相倍電圧整流回路が開示されている。さらに、特許文献１、２には、三相倍電圧整流回路の各コンデンサへの充電を行うスイッチング素子のオンデューティを変化させることで、全波整流モード（１倍圧モード）における直流電圧と、昇圧モード（２倍電圧モード）における直流電圧との中間電圧を出力することが記載されている。
インバータ回路は、例えば、良く知られているＰＷＭ制御に基づいて、整流回路から入力する直流電圧を所望の交流電圧に変換する。ここで、中間電圧を出力可能な三相倍電圧整流回路、及び、当該中間電圧を入力とするインバータ回路の制御につき、全体として効率のよい制御方法が求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動可能なインバータ装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様によれば、インバータ装置は、三相交流電源から供給される三相の交流電圧を入力して整流する整流回路と、前記整流回路の正極出力線にアノードが接続された正極側主ダイオードと、前記整流回路の負極出力線にカソードが接続された負極側主ダイオードと、接続点と前記正極出力線との間に接続された正極側スイッチング素子と、前記接続点と前記負極出力線との間に接続された負極側スイッチング素子と、を有する倍電圧回路と、前記正極側主ダイオードのカソードと前記接続点との間に接続された正極側コンデンサと、前記接続点と前記負極側主ダイオードのアノードとの間に接続された負極側コンデンサと、回転数指令値に応じて、前記倍電圧回路が１倍圧直流電圧、２倍圧直流電圧、及び、前記１倍圧直流電圧と前記２倍圧直流電圧との間の直流電圧である中間電圧のいずれかを出力するように、前記正極側スイッチング素子及び前記負極側スイッチング素子をスイッチングさせる倍電圧回路制御部と、前記倍電圧回路から出力される直流電圧を入力して、前記回転数指令値に応じた交流電圧をモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路に対し、前記モータに出力する交流電圧が前記回転数指令値に比例する周波数及び振幅となるようにＰＷＭ制御を行うインバータ回路制御部と、を備える。前記インバータ回路制御部は、前記倍電圧回路から出力される前記１倍圧直流電圧、前記２倍圧直流電圧、及び、前記中間電圧のそれぞれに対応するＰＷＭ制御を行う。
また、本発明の第２の態様によれば、前記倍電圧回路制御部は、前記正極側スイッチング素子及び前記負極側スイッチング素子の何れか一方をオフのままとし、他方をスイッチングさせることで前記中間電圧を出力するように制御する。
また、本発明の第３の態様によれば、前記倍電圧回路制御部は、前記回転数指令値に比例して増減する前記中間電圧を出力する。
また、本発明の第４の態様によれば、前記インバータ回路制御部は、前記倍電圧回路が前記中間電圧を出力している間、前記回転数指令値に対して負の変化率でＰＷＭ制御信号のパルス幅を増減させる。
上述の何れかの態様によれば、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動可能なインバータ装置を提供することができる。
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るインバータ装置について、図１～図５を参照しながら詳細に説明する。
以下、第１の実施形態に係るインバータ装置について、図１～図５を参照しながら詳細に説明する。
（インバータ装置の回路構成）
図１は、第１の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、例えば、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、圧縮機を駆動するための三相交流モータ（モータ４）に対し、当該三相交流モータを所望に回転駆動させるための三相交流電圧（以下、「負荷駆動用交流電圧」とも記載する。）を出力する。インバータ装置１は、上位装置から回転数指令値の入力を受け付ける。インバータ装置１は、回転数指令値に応じた負荷駆動用交流電圧を出力する。これにより、三相交流モータ（モータ４）は、回転数指令値どおりの回転数で回転駆動する。
なお、インバータ装置１が三相交流モータを駆動させる方式としては、よく知られているＶ／ｆ制御（即ち、負荷駆動用交流電圧の周波数及び振幅の両方を、回転数指令値に比例して増減させる制御）とされている。
図１は、第１の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、例えば、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、圧縮機を駆動するための三相交流モータ（モータ４）に対し、当該三相交流モータを所望に回転駆動させるための三相交流電圧（以下、「負荷駆動用交流電圧」とも記載する。）を出力する。インバータ装置１は、上位装置から回転数指令値の入力を受け付ける。インバータ装置１は、回転数指令値に応じた負荷駆動用交流電圧を出力する。これにより、三相交流モータ（モータ４）は、回転数指令値どおりの回転数で回転駆動する。
なお、インバータ装置１が三相交流モータを駆動させる方式としては、よく知られているＶ／ｆ制御（即ち、負荷駆動用交流電圧の周波数及び振幅の両方を、回転数指令値に比例して増減させる制御）とされている。
インバータ装置１は、商用電源である三相交流電源３から供給される三相交流電圧を、負荷駆動用交流電圧に変換して、モータ４に出力する。
三相交流電源３は、例えば、ＡＣ２００Ｖ（実効値２００Ｖ）で周波数が５０Ｈｚ（若しくは６０Ｈｚ）の交流電圧であって、位相が互いに１２０°異なるＲ相、Ｓ相、Ｔ相からなる三相の交流電圧を出力する。以下、三相交流電源３が出力する各相の交流電圧を、それぞれ、「Ｒ相交流電圧」、「Ｓ相交流電圧」、「Ｔ相交流電圧」とも記載する。
三相交流電源３は、例えば、ＡＣ２００Ｖ（実効値２００Ｖ）で周波数が５０Ｈｚ（若しくは６０Ｈｚ）の交流電圧であって、位相が互いに１２０°異なるＲ相、Ｓ相、Ｔ相からなる三相の交流電圧を出力する。以下、三相交流電源３が出力する各相の交流電圧を、それぞれ、「Ｒ相交流電圧」、「Ｓ相交流電圧」、「Ｔ相交流電圧」とも記載する。
図１に示すように、インバータ装置１は、三相倍電圧整流回路１Ａと、インバータ回路２０と、制御装置１Ｂと、を備える。
三相倍電圧整流回路１Ａは、三相交流電源３から供給される三相交流電圧を変換して、「直流電圧Ｖｄｃ」を出力する。三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃは、図１に示す正極側出力端子Ｑａと負極側出力端子Ｑｂとの間に出力される。
本実施形態に係る三相倍電圧整流回路１Ａは、後述するように、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅相当の直流電圧（１倍圧直流電圧）、及び、当該振幅の２倍相当の直流電圧（２倍圧直流電圧）を出力可能とする。さらに、本実施形態に係る三相倍電圧整流回路１Ａは、１倍圧直流電圧と２倍圧直流電圧との間の直流電圧である「中間電圧」も出力可能とする。
三相倍電圧整流回路１Ａの回路構成については後述する。
本実施形態に係る三相倍電圧整流回路１Ａは、後述するように、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅相当の直流電圧（１倍圧直流電圧）、及び、当該振幅の２倍相当の直流電圧（２倍圧直流電圧）を出力可能とする。さらに、本実施形態に係る三相倍電圧整流回路１Ａは、１倍圧直流電圧と２倍圧直流電圧との間の直流電圧である「中間電圧」も出力可能とする。
三相倍電圧整流回路１Ａの回路構成については後述する。
インバータ回路２０は、三相倍電圧整流回路１Ａから出力された直流電圧Ｖｄｃを入力して、回転数指令値に応じた負荷駆動用交流電圧（インバータ出力電圧）に変換する。そして、インバータ回路２０は、負荷駆動用交流電圧をモータ４に出力する。
インバータ回路２０は、正極側出力端子Ｑａと負極側出力端子Ｑｂと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対有する。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４）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。
インバータ回路２０は、モータ電流検出部２２をさらに備える。モータ電流検出部２２は、三相倍電圧整流回路１Ａへ戻る電流（モータ電流）を検出する。モータ電流検出部２２は、検出したモータ電流の検出結果を、検出信号として、制御装置１Ｂ（インバータ回路制御部２１）へ出力する。
インバータ回路２０は、正極側出力端子Ｑａと負極側出力端子Ｑｂと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対有する。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４）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。
インバータ回路２０は、モータ電流検出部２２をさらに備える。モータ電流検出部２２は、三相倍電圧整流回路１Ａへ戻る電流（モータ電流）を検出する。モータ電流検出部２２は、検出したモータ電流の検出結果を、検出信号として、制御装置１Ｂ（インバータ回路制御部２１）へ出力する。
制御装置１Ｂは、インバータ装置１全体を制御するための演算装置（プロセッサ）である。制御装置１Ｂは、三相倍電圧整流回路１Ａの倍電圧回路１１（後述）を制御するための倍電圧回路制御部１２と、インバータ回路２０を制御するためのインバータ回路制御部２１とを有してなる。
（三相倍電圧整流回路の構成）
三相倍電圧整流回路１Ａの回路構成について詳しく説明する。
図１に示すように、三相倍電圧整流回路１Ａは、整流回路１０と、倍電圧回路１１と、整流電圧検出部１３と、リアクタＬと、２つのコンデンサ（正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂ）と、を有している。
三相倍電圧整流回路１Ａの回路構成について詳しく説明する。
図１に示すように、三相倍電圧整流回路１Ａは、整流回路１０と、倍電圧回路１１と、整流電圧検出部１３と、リアクタＬと、２つのコンデンサ（正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂ）と、を有している。
整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相交流電圧を整流して整流電圧Ｖａｃを出力する。
倍電圧回路１１は、整流電圧Ｖａｃを入力する。倍電圧回路１１は、制御装置１Ｂ（後述する倍電圧回路制御部１２）の制御に応じて、直流電圧Ｖｄｃとして、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２及び中間電圧Ｖｍの何れかを出力することができる。１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２及び中間電圧Ｖｍの各々については後述する。
整流電圧検出部１３は、整流回路１０の出力電圧である整流電圧Ｖａｃを監視する。
整流回路１０及び倍電圧回路１１は、互いに正極側同士がリアクタＬを介して正極出力線αで接続されている。整流回路１０及び倍電圧回路１１は、互いに負極側同士が負極出力線βで接続されている。
倍電圧回路１１は、整流電圧Ｖａｃを入力する。倍電圧回路１１は、制御装置１Ｂ（後述する倍電圧回路制御部１２）の制御に応じて、直流電圧Ｖｄｃとして、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２及び中間電圧Ｖｍの何れかを出力することができる。１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２及び中間電圧Ｖｍの各々については後述する。
整流電圧検出部１３は、整流回路１０の出力電圧である整流電圧Ｖａｃを監視する。
整流回路１０及び倍電圧回路１１は、互いに正極側同士がリアクタＬを介して正極出力線αで接続されている。整流回路１０及び倍電圧回路１１は、互いに負極側同士が負極出力線βで接続されている。
リアクタＬは、正極出力線αに流れる電流を平滑化する。
以下の説明において、正極出力線αは、リアクタＬを介して、第１正極出力線α１と、第２正極出力線α２とが直列接続された線である。
したがって、整流回路１０は、整流電圧Ｖａｃを、第１正極出力線α１と負極出力線βとの間に出力する。
以下の説明において、正極出力線αは、リアクタＬを介して、第１正極出力線α１と、第２正極出力線α２とが直列接続された線である。
したがって、整流回路１０は、整流電圧Ｖａｃを、第１正極出力線α１と負極出力線βとの間に出力する。
２つのコンデンサ（正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂ）は、倍電圧回路１１の出力の間において直列に接続されている。
具体的には、正極側コンデンサＣａは、後述する正極側主ダイオードＤａのカソードと接続点Ｎとの間に接続されている。負極側コンデンサＣｂは、後述する負極側主ダイオードＤｂのアノードと接続点Ｎとの間に接続されている。
なお、正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂは同じ容量値である。したがって、接続点Ｎは、正極出力線αと負極出力線βとの電位差の中間電位点である。
具体的には、正極側コンデンサＣａは、後述する正極側主ダイオードＤａのカソードと接続点Ｎとの間に接続されている。負極側コンデンサＣｂは、後述する負極側主ダイオードＤｂのアノードと接続点Ｎとの間に接続されている。
なお、正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂは同じ容量値である。したがって、接続点Ｎは、正極出力線αと負極出力線βとの電位差の中間電位点である。
（整流回路の構成）
整流回路１０について詳しく説明する。
整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相の交流電圧（Ｒ相交流電圧、Ｓ相交流電圧及びＴ相交流電圧）を、各相に対応する３つの入力端子（Ｒ相入力端子ＱＲ、Ｓ相入力端子ＱＳ及びＴ相入力端子ＱＴ）の各々から入力して整流する。
整流回路１０について詳しく説明する。
整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相の交流電圧（Ｒ相交流電圧、Ｓ相交流電圧及びＴ相交流電圧）を、各相に対応する３つの入力端子（Ｒ相入力端子ＱＲ、Ｓ相入力端子ＱＳ及びＴ相入力端子ＱＴ）の各々から入力して整流する。
Ｒ相交流電圧、Ｓ相交流電圧及びＴ相交流電圧の各々は、互いに１２０°の位相でずれながらそれぞれ一定の周期で振動している。
整流回路１０は、６つの整流ダイオード（正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａ、負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂ、正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａ、負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂ、正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａ及び負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂ）で構成される。
整流回路１０は、６つの整流ダイオード（正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａ、負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂ、正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａ、負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂ、正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａ及び負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂ）で構成される。
整流回路１０の正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａ及び負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂは、三相交流電源３からＲ相入力端子ＱＲを通じて入力されたＲ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒａは、Ｒ相入力端子ＱＲから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｒ相整流ダイオード１０Ｒｂは、負極出力線βからＲ相入力端子ＱＲにかけて順方向接続されている。
整流回路１０の正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａ及び負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂは、三相交流電源３からＳ相入力端子ＱＳを通じて入力されたＳ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓａは、Ｓ相入力端子ＱＳから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｓ相整流ダイオード１０Ｓｂは、負極出力線βからＳ相入力端子ＱＳにかけて順方向接続されている。
整流回路１０の正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａ及び負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂは、三相交流電源３からＴ相入力端子ＱＴを通じて入力されたＴ相交流電圧を整流する。具体的には、正極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔａは、Ｔ相入力端子ＱＴから第１正極出力線α１にかけて順方向接続されている。また、負極側Ｔ相整流ダイオード１０Ｔｂは、負極出力線βからＴ相入力端子ＱＴにかけて順方向接続されている。
以上の構成により、整流回路１０は、三相交流電源３から供給される三相交流電圧に対し三相全波整流した整流電圧Ｖａｃを出力する。これにより、整流電圧Ｖａｃは、三相交流電圧の最大値を中心とする位相６０°の領域を繰り返して脈動する電圧波形となる。
（倍電圧回路の構成）
倍電圧回路１１について詳しく説明する。
倍電圧回路１１は、三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃとして、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅の２倍の電圧を出力することができる。
ここで、以下の説明において、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅相当の直流電圧Ｖｄｃを「１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１」と記載し、同三相交流電圧の振幅の２倍相当の直流電圧Ｖｄｃを「２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２」と記載して区別する（Ｖｄｃ１＝１／２・Ｖｄｃ２）。例えば、三相交流電源３がＡＣ２００Ｖの交流電圧を出力する場合、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１は、２００√２Ｖとなり、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２は、４００√２Ｖとなる。
また、倍電圧回路１１は、三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃとして、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１と２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２との間の直流電圧である「中間電圧Ｖｍ」も出力できる。
倍電圧回路１１について詳しく説明する。
倍電圧回路１１は、三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃとして、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅の２倍の電圧を出力することができる。
ここで、以下の説明において、三相交流電源３から供給される三相交流電圧の振幅相当の直流電圧Ｖｄｃを「１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１」と記載し、同三相交流電圧の振幅の２倍相当の直流電圧Ｖｄｃを「２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２」と記載して区別する（Ｖｄｃ１＝１／２・Ｖｄｃ２）。例えば、三相交流電源３がＡＣ２００Ｖの交流電圧を出力する場合、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１は、２００√２Ｖとなり、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２は、４００√２Ｖとなる。
また、倍電圧回路１１は、三相倍電圧整流回路１Ａの出力電圧である直流電圧Ｖｄｃとして、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１と２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２との間の直流電圧である「中間電圧Ｖｍ」も出力できる。
倍電圧回路１１は、正極側主ダイオードＤａと、負極側主ダイオードＤｂと、正極側スイッチング素子１１ａと、負極側スイッチング素子１１ｂと、を備える。
正極側主ダイオードＤａは、整流回路１０の正極出力線αから正極側コンデンサＣａにかけて順方向に接続される。具体的には、正極側主ダイオードＤａのアノードが、第２正極出力線α２に接続され、正極側主ダイオードＤａのカソードが、正極側コンデンサＣａに接続されている。
負極側主ダイオードＤｂは、負極側コンデンサＣｂから整流回路１０の負極出力線βにかけて順方向に接続される。具体的には、負極側主ダイオードＤｂのアノードが、負極側コンデンサＣｂに接続されて、負極側主ダイオードＤｂのカソードが、負極出力線βに接続されている。
負極側主ダイオードＤｂは、負極側コンデンサＣｂから整流回路１０の負極出力線βにかけて順方向に接続される。具体的には、負極側主ダイオードＤｂのアノードが、負極側コンデンサＣｂに接続されて、負極側主ダイオードＤｂのカソードが、負極出力線βに接続されている。
正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、それぞれパワートランジスタである。
正極側スイッチング素子１１ａは、正極出力線α（第２正極出力線α２）と接続点Ｎとの間に接続されている。負極側スイッチング素子１１ｂは、負極出力線βと接続点Ｎとの間に接続されている。
正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、後述する倍電圧回路制御部１２から出力されるスイッチング制御信号によりオン／オフ制御される。
正極側スイッチング素子１１ａは、正極出力線α（第２正極出力線α２）と接続点Ｎとの間に接続されている。負極側スイッチング素子１１ｂは、負極出力線βと接続点Ｎとの間に接続されている。
正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、後述する倍電圧回路制御部１２から出力されるスイッチング制御信号によりオン／オフ制御される。
本実施形態の場合、正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂは、それぞれＩＧＢＴである。
この場合、正極側スイッチング素子１１ａのコレクタが、第２正極出力線α２に接続され、正極側スイッチング素子１１ａのエミッタが、接続点Ｎに接続されている。さらに、負極側スイッチング素子１１ｂのエミッタが、負極出力線βに接続され、負極側スイッチング素子１１ｂのコレクタが、接続点Ｎに接続されている。
後述する倍電圧回路制御部１２から正極側スイッチング素子１１ａのゲートに、スイッチング制御信号が印加されることによって、正極側スイッチング素子１１ａはオン／オフ制御される。
同様に倍電圧回路制御部１２から負極側スイッチング素子１１ｂのゲートに、スイッチング制御信号が印加されることによって、負極側スイッチング素子１１ｂはオン／オフ制御される。
この場合、正極側スイッチング素子１１ａのコレクタが、第２正極出力線α２に接続され、正極側スイッチング素子１１ａのエミッタが、接続点Ｎに接続されている。さらに、負極側スイッチング素子１１ｂのエミッタが、負極出力線βに接続され、負極側スイッチング素子１１ｂのコレクタが、接続点Ｎに接続されている。
後述する倍電圧回路制御部１２から正極側スイッチング素子１１ａのゲートに、スイッチング制御信号が印加されることによって、正極側スイッチング素子１１ａはオン／オフ制御される。
同様に倍電圧回路制御部１２から負極側スイッチング素子１１ｂのゲートに、スイッチング制御信号が印加されることによって、負極側スイッチング素子１１ｂはオン／オフ制御される。
（制御装置の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
以下、図１、図２を参照しながら、制御回路１Ｂについて詳しく説明する。
図２に示すように、制御装置１Ｂは、倍電圧回路制御部１２と、インバータ回路制御部２１とを備えている。
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
以下、図１、図２を参照しながら、制御回路１Ｂについて詳しく説明する。
図２に示すように、制御装置１Ｂは、倍電圧回路制御部１２と、インバータ回路制御部２１とを備えている。
本実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、後述するプログラムを実行することにより、以下の機能を発揮する。
倍電圧回路制御部１２は、整流電圧検出部１３が検出する整流電圧Ｖａｃの検出結果を検出信号として受け付ける。倍電圧回路制御部１２は、受け付けた検出信号から、整流電圧Ｖａｃの脈動が最小値となる位相（タイミング）を検出する。
ここで検出する「最小値」とは、整流電圧Ｖａｃ定常時の脈動の最小値であって、脈動の一周期Ｔｃにおける電圧の時間変化のうちの最小値である。
後述する「最大値」とは、整流電圧Ｖａｃ定常時の脈動の最大値であって、脈動の一周期Ｔｃにおける電圧の時間変化のうちの最大値である。
ここで検出する「最小値」とは、整流電圧Ｖａｃ定常時の脈動の最小値であって、脈動の一周期Ｔｃにおける電圧の時間変化のうちの最小値である。
後述する「最大値」とは、整流電圧Ｖａｃ定常時の脈動の最大値であって、脈動の一周期Ｔｃにおける電圧の時間変化のうちの最大値である。
倍電圧回路制御部１２は、回転数指令値に応じて、三相倍電圧整流回路１Ａ（倍電圧回路１１）の出力電圧である直流電圧Ｖｄｃが１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２及び中間電圧Ｖｍの何れかとなるように、正極側スイッチング素子１１ａ、負極側スイッチング素子１１ｂの一方又は両方をスイッチングさせる。
倍電圧回路制御部１２は、整流電圧Ｖａｃの脈動が最小値となるタイミングで、正極側スイッチング素子１１ａ、負極側スイッチング素子１１ｂの各々がオン又はオフするように、スイッチング制御信号を発生させる。倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に対し発生したスイッチング制御信号を出力する。
スイッチング制御信号とは、正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフを制御する信号であって、具体的には、正極側スイッチング素子１１ａ、負極側スイッチング素子１１ｂの各ゲート端子に入力される信号である。
スイッチング制御信号とは、正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂのオン／オフを制御する信号であって、具体的には、正極側スイッチング素子１１ａ、負極側スイッチング素子１１ｂの各ゲート端子に入力される信号である。
インバータ回路制御部２１は、インバータ回路２０を構成する各スイッチング素子のオン／オフを制御する。
インバータ回路制御部２１には、上位装置から回転数指令値の入力を受け付ける。また、インバータ回路制御部２１は、モータ電流検出部２２からモータ電流の検出信号を受け付ける。
インバータ回路制御部２１は、モータ電流を監視しながら、モータ４の回転数が、回転数指令値に示される回転数となるようにインバータ回路２０を駆動させる。ここで、インバータ回路制御部２１は、一般に良く知られているＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に基づいてインバータ回路２０を制御する。より具体的には、インバータ回路制御部２１は、インバータ回路２０に対し、モータ４に出力する負荷駆動用交流電圧が回転数指令値に応じた周波数及び振幅となるようにＰＷＭ制御を行う。
インバータ回路制御部２１には、上位装置から回転数指令値の入力を受け付ける。また、インバータ回路制御部２１は、モータ電流検出部２２からモータ電流の検出信号を受け付ける。
インバータ回路制御部２１は、モータ電流を監視しながら、モータ４の回転数が、回転数指令値に示される回転数となるようにインバータ回路２０を駆動させる。ここで、インバータ回路制御部２１は、一般に良く知られているＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に基づいてインバータ回路２０を制御する。より具体的には、インバータ回路制御部２１は、インバータ回路２０に対し、モータ４に出力する負荷駆動用交流電圧が回転数指令値に応じた周波数及び振幅となるようにＰＷＭ制御を行う。
更に、本実施形態に係るインバータ回路制御部２１は、（倍電圧回路１１）から出力される１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２、及び、中間電圧Ｖｍのそれぞれに対応するＰＷＭ制御を行う。
（倍電圧回路制御部の動作）
図３、図４は、それぞれ、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部の動作を説明するための図である。
以下、図３、図４を参照しながら、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２の動作について詳細に説明する。
図３、図４は、それぞれ、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部の動作を説明するための図である。
以下、図３、図４を参照しながら、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２の動作について詳細に説明する。
図３（ａ）は、倍電圧回路１１（三相倍電圧整流回路１Ａ）から１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力させるためのスイッチング制御信号を示している。
図３（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂの両方について、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
これにより、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃ（三相交流電源３から供給される振幅相当の整流電圧）が、直列接続されている正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂに印加される。この正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂが平滑コンデンサとして機能することで、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力する。
図３（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂの両方について、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
これにより、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃ（三相交流電源３から供給される振幅相当の整流電圧）が、直列接続されている正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂに印加される。この正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂが平滑コンデンサとして機能することで、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力する。
図３（ｂ）は、倍電圧回路１１（三相倍電圧整流回路１Ａ）から２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力させるためのスイッチング制御信号を示している。
図３（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂの両方について、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。また、倍電圧回路制御部１２は、各スイッチング制御信号におけるオンのパルス幅をＴ／２としながら、正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号と、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号とを交互にオンさせる。なお、周期Ｔは、整流電圧Ｖａｃの脈動が最小値（又は最大値）となるタイミングの周期とされる。
これにより、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃが、正極側コンデンサＣａ、負極側コンデンサＣｂのそれぞれに交互に印加され、蓄電される。正極側コンデンサＣａ、負極側コンデンサＣｂの一方に整流電圧Ｖａｃが印加されている間、他方側に蓄電されていた電荷は正極側主ダイオードＤａ又は負極側主ダイオードＤｂによって逆流が防止される。したがって、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力する。
図３（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａ及び負極側スイッチング素子１１ｂの両方について、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。また、倍電圧回路制御部１２は、各スイッチング制御信号におけるオンのパルス幅をＴ／２としながら、正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号と、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号とを交互にオンさせる。なお、周期Ｔは、整流電圧Ｖａｃの脈動が最小値（又は最大値）となるタイミングの周期とされる。
これにより、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃが、正極側コンデンサＣａ、負極側コンデンサＣｂのそれぞれに交互に印加され、蓄電される。正極側コンデンサＣａ、負極側コンデンサＣｂの一方に整流電圧Ｖａｃが印加されている間、他方側に蓄電されていた電荷は正極側主ダイオードＤａ又は負極側主ダイオードＤｂによって逆流が防止される。したがって、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力する。
図４は、倍電圧回路１１（三相倍電圧整流回路１Ａ）から中間電圧Ｖｍを出力させるためのスイッチング制御信号を示している。
図４に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについて、図３（ｂ）と同様に、周期Ｔ、かつ、パルス幅Ｔ／２でオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。
負極側スイッチング素子１１ｂのみがオンしている期間は、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃが正極側コンデンサＣａに印加され、蓄電される。また、正極側スイッチング素子１１ａと負極側スイッチング素子１１ｂとが共にオフしている期間は、整流電圧Ｖａｃは、直列接続されている正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂに印加される。
これにより、負極側コンデンサＣｂには１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１出力時（図４（ａ））相当の電荷が蓄電される一方、正極側コンデンサＣａには２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２出力時（図４（ｂ））相当の電荷が蓄電される。したがって、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして中間電圧Ｖｍ（Ｖｍ＝３／２・Ｖｄｃ１）を出力する。
図４に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについて、図３（ｂ）と同様に、周期Ｔ、かつ、パルス幅Ｔ／２でオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。
負極側スイッチング素子１１ｂのみがオンしている期間は、正極出力線α及び負極出力線βに印加される整流電圧Ｖａｃが正極側コンデンサＣａに印加され、蓄電される。また、正極側スイッチング素子１１ａと負極側スイッチング素子１１ｂとが共にオフしている期間は、整流電圧Ｖａｃは、直列接続されている正極側コンデンサＣａ及び負極側コンデンサＣｂに印加される。
これにより、負極側コンデンサＣｂには１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１出力時（図４（ａ））相当の電荷が蓄電される一方、正極側コンデンサＣａには２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２出力時（図４（ｂ））相当の電荷が蓄電される。したがって、倍電圧回路１１は、直流電圧Ｖｄｃとして中間電圧Ｖｍ（Ｖｍ＝３／２・Ｖｄｃ１）を出力する。
（制御装置全体の動作）
図５は、第１の実施形態に係る制御装置全体の動作を説明するための図である。
以下、図５を参照しながら、第１の実施形態に係る制御装置１Ｂ全体の動作について詳細に説明する。
図５は、第１の実施形態に係る制御装置全体の動作を説明するための図である。
以下、図５を参照しながら、第１の実施形態に係る制御装置１Ｂ全体の動作について詳細に説明する。
図５（ａ）は、倍電圧回路制御部１２の動作を示すグラフであって、入力した回転数指令値と、倍電圧回路１１に出力させる直流電圧Ｖｄｃとの関係を示すグラフである。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、所定の第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力させる。
また、回転数指令値が上記第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、所定の第２回転数閾値Ｒｂ未満（Ｒｂ＞Ｒａ）の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に中間電圧Ｖｍを出力させる。
また、回転数指令値が上記第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍの範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力させる。なお、モータ４の最大回転数Ｒｍは、負荷駆動用交流電圧Ｖｃの実効値が（１／√２）・Ｖｄｃ２のときに得られる回転数である。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、所定の第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力させる。
また、回転数指令値が上記第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、所定の第２回転数閾値Ｒｂ未満（Ｒｂ＞Ｒａ）の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に中間電圧Ｖｍを出力させる。
また、回転数指令値が上記第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍの範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力させる。なお、モータ４の最大回転数Ｒｍは、負荷駆動用交流電圧Ｖｃの実効値が（１／√２）・Ｖｄｃ２のときに得られる回転数である。
図５（ｂ）は、インバータ回路制御部２１の動作を示すグラフであって、入力した回転数指令値と、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷとの関係を示すグラフである。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、所定の最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、回転数指令値が第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、所定の最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、回転数指令値が第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
図５（ｃ）は、回転数指令値と、インバータ回路制御部２１が出力する負荷駆動用交流電圧Ｖｃ（実効値）との関係を示すグラフである。
図５（ａ）、（ｂ）に示す制御によれば、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、中間電圧Ｖｍ、及び、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のそれぞれに対応して、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷが、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで、回転数指令値に比例して増減する。これにより、インバータ回路２０は、図５（ｃ）に示すように、最小回転数Ｒ０から最大回転数Ｒｍまでの全範囲に渡って、回転数指令値に比例する負荷駆動用交流電圧Ｖｃを出力することができる。
図５（ａ）、（ｂ）に示す制御によれば、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、中間電圧Ｖｍ、及び、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のそれぞれに対応して、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷが、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで、回転数指令値に比例して増減する。これにより、インバータ回路２０は、図５（ｃ）に示すように、最小回転数Ｒ０から最大回転数Ｒｍまでの全範囲に渡って、回転数指令値に比例する負荷駆動用交流電圧Ｖｃを出力することができる。
（作用、効果）
以上のとおり、第１の実施形態に係るインバータ回路制御部２１は、倍電圧回路１１から出力される１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２、及び、中間電圧Ｖｍのそれぞれに対応するＰＷＭ制御を行う（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
このようにすることで、三相倍電圧整流回路１Ａが出力する１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１及び２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のみならず、中間電圧Ｖｍにも対応したＰＷＭ制御がなされる。したがって、回転数指令値に応じて、従来よりもきめ細かく直流電圧Ｖｄｃを変更することができ、効率よくモータ４を回転駆動させることができる。
以上より、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動することができる。
以上のとおり、第１の実施形態に係るインバータ回路制御部２１は、倍電圧回路１１から出力される１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２、及び、中間電圧Ｖｍのそれぞれに対応するＰＷＭ制御を行う（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
このようにすることで、三相倍電圧整流回路１Ａが出力する１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１及び２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のみならず、中間電圧Ｖｍにも対応したＰＷＭ制御がなされる。したがって、回転数指令値に応じて、従来よりもきめ細かく直流電圧Ｖｄｃを変更することができ、効率よくモータ４を回転駆動させることができる。
以上より、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動することができる。
また、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａをオフのままとし、負極側スイッチング素子１１ｂを周期Ｔでスイッチングさせることで中間電圧Ｖｍを出力するように制御する。
正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号が常にオフとされるため、全体として簡素な制御となり、制御に伴う電力損失を低減することができる。
正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号が常にオフとされるため、全体として簡素な制御となり、制御に伴う電力損失を低減することができる。
なお、第１の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａをオフのままとし、負極側スイッチング素子１１ｂを周期Ｔでスイッチングさせるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。即ち、他の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂをオフのままとし、正極側スイッチング素子１１ａを周期Ｔでスイッチングさせるものとしてもよい。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係るインバータ装置について、図６～図７を参照しながら詳細に説明する。
なお、第２の実施形態に係るインバータ装置の回路構成、機能構成については第１の実施形態（図１、図２）と同様であるため、図面を用いた詳細な説明を省略する。
以下、第２の実施形態に係るインバータ装置について、図６～図７を参照しながら詳細に説明する。
なお、第２の実施形態に係るインバータ装置の回路構成、機能構成については第１の実施形態（図１、図２）と同様であるため、図面を用いた詳細な説明を省略する。
（倍電圧回路制御部の動作）
図６は、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部の動作を説明するための図である。
以下、図６を参照しながら、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２の動作について詳細に説明する。
図６は、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部の動作を説明するための図である。
以下、図６を参照しながら、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２の動作について詳細に説明する。
なお、第２の実施形態において、「中間電圧Ｖｍ」とは、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１より大きく２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２よりも小さい全ての値の直流電圧を指すものとする。
図６（ａ）は、倍電圧回路１１（三相倍電圧整流回路１Ａ）から、Ｖｄｃ１＜Ｖｍ≦３／２・Ｖｄｃ１の範囲の中間電圧Ｖｍを出力させるためのスイッチング制御信号を示している。
図６（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについては、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。このとき、図６（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅を０～Ｔ／２の範囲で調整する。これにより、当該パルス幅に応じて正極側コンデンサＣａに蓄電される電荷量が増減するので、倍電圧回路１１は、Ｖｄｃ１＜Ｖｍ≦３／２・Ｖｄｃ１の範囲で、中間電圧Ｖｍを所望に出力することができる。
図６（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、常にオフとなるようなスイッチング制御信号を出力する。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについては、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。このとき、図６（ａ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅を０～Ｔ／２の範囲で調整する。これにより、当該パルス幅に応じて正極側コンデンサＣａに蓄電される電荷量が増減するので、倍電圧回路１１は、Ｖｄｃ１＜Ｖｍ≦３／２・Ｖｄｃ１の範囲で、中間電圧Ｖｍを所望に出力することができる。
図６（ｂ）は、倍電圧回路１１（三相倍電圧整流回路１Ａ）から、３／２・Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１（＝Ｖｄｃ２）の範囲の中間電圧Ｖｍを出力させるためのスイッチング制御信号を示している。
図６（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについて、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅は、Ｔ／２で一定とされる。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、周期Ｔで、オンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号がオフとなっている期間内にオンとされる。
さらに、図６（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号のパルス幅を０～Ｔ／２の範囲で調整する。これにより、当該パルス幅に応じて負極側コンデンサＣｂに蓄電される電荷量が増減するので、倍電圧回路１１は、３／２・Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１（＝Ｖｄｃ２）の範囲で、中間電圧Ｖｍを所望に出力することができる。
図６（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の負極側スイッチング素子１１ｂについて、周期Ｔでオンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅は、Ｔ／２で一定とされる。
また、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１の正極側スイッチング素子１１ａについて、周期Ｔで、オンとオフとを繰り返すようなスイッチング制御信号を出力する。正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号がオフとなっている期間内にオンとされる。
さらに、図６（ｂ）に示すように、倍電圧回路制御部１２は、正極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号のパルス幅を０～Ｔ／２の範囲で調整する。これにより、当該パルス幅に応じて負極側コンデンサＣｂに蓄電される電荷量が増減するので、倍電圧回路１１は、３／２・Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１（＝Ｖｄｃ２）の範囲で、中間電圧Ｖｍを所望に出力することができる。
（制御装置全体の動作）
図７は、第２の実施形態に係る制御装置全体の動作を説明するための図である。
以下、図５を参照しながら、第２の実施形態に係る制御装置１Ｂ全体の動作について詳細に説明する。
図７は、第２の実施形態に係る制御装置全体の動作を説明するための図である。
以下、図５を参照しながら、第２の実施形態に係る制御装置１Ｂ全体の動作について詳細に説明する。
図７（ａ）は、倍電圧回路制御部１２の動作を示すグラフであって、入力した回転数指令値と、倍電圧回路１１に出力させる直流電圧Ｖｄｃとの関係を示すグラフである。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、所定の第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力させる。
また、回転数指令値が上記第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍの範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力させる。
また、回転数指令値が上記第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、回転数指令値に比例するように、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２までの範囲で増減させる。
なお、Ｖｄｃ１＜Ｖｍ≦３／２・Ｖｄｃ１の範囲では、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅を調整することで回転数指令値に比例する中間電圧Ｖｍを出力する（図６（ａ）参照）。
また、３／２・Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１の範囲では、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号のパルス幅を調整することで回転数指令値に比例する中間電圧Ｖｍを出力する（図６（ｂ）参照）。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、所定の第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１を出力させる。
また、回転数指令値が上記第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍの範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、倍電圧回路１１に２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２を出力させる。
また、回転数指令値が上記第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合には、倍電圧回路制御部１２は、回転数指令値に比例するように、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２までの範囲で増減させる。
なお、Ｖｄｃ１＜Ｖｍ≦３／２・Ｖｄｃ１の範囲では、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ｂへのスイッチング制御信号のパルス幅を調整することで回転数指令値に比例する中間電圧Ｖｍを出力する（図６（ａ）参照）。
また、３／２・Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１の範囲では、倍電圧回路制御部１２は、負極側スイッチング素子１１ａへのスイッチング制御信号のパルス幅を調整することで回転数指令値に比例する中間電圧Ｖｍを出力する（図６（ｂ）参照）。
図７（ｂ）は、インバータ回路制御部２１の動作を示すグラフであって、入力した回転数指令値と、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷとの関係を示すグラフである。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、所定の最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、インバータ回路制御部２１は、回転数指令値が第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍ未満の範囲に属する場合、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、インバータ回路制御部２１は、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合、第１回転数閾値Ｒａから第２回転数閾値Ｒｂにかけて、一定の変化率で、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最大パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最小パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで減少させる。
具体的には、回転数指令値がモータ４の最小回転数Ｒ０以上、かつ、第１回転数閾値Ｒａ未満の範囲に属する場合、インバータ回路制御部２１は、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、所定の最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、インバータ回路制御部２１は、回転数指令値が第２回転数閾値Ｒｂ以上、かつ、モータ４の最大回転数Ｒｍ未満の範囲に属する場合、上記と同様に、当該範囲の回転数指令値に比例するように、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまでの範囲で増減させる。
また、インバータ回路制御部２１は、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲に属する場合、第１回転数閾値Ｒａから第２回転数閾値Ｒｂにかけて、一定の変化率で、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを、最大パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最小パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで減少させる。
図７（ｃ）は、回転数指令値と、インバータ回路制御部２１が出力する負荷駆動用交流電圧Ｖｃ（実効値）との関係を示すグラフである。
図７（ａ）、（ｂ）に示す制御によれば、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、及び、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のそれぞれに対応して、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷが、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで、回転数指令値に比例して増減する。
また、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲においては、第１回転数閾値Ｒａから第２回転数閾値Ｒｂ（Ｒｂ＞Ｒａ）にかけて、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを一定の変化率で減少している。しかし、同範囲においては、中間電圧Ｖｍが、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２にかけて増加する。したがって、結果として、負荷駆動用交流電圧Ｖｃは、同範囲において、回転数指令値に比例して増加する。
これにより、インバータ回路２０は、図７（ｃ）に示すように、最小回転数Ｒ０から最大回転数Ｒｍまでの全範囲に渡って、回転数指令値に比例する負荷駆動用交流電圧Ｖｃを出力することができる。
図７（ａ）、（ｂ）に示す制御によれば、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１、及び、２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２のそれぞれに対応して、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷが、最小パルス幅ＰＷ＿ｍｉｎから最大パルス幅ＰＷ＿ｍａｘまで、回転数指令値に比例して増減する。
また、回転数指令値が第１回転数閾値Ｒａ以上、かつ、第２回転数閾値Ｒｂ未満の範囲においては、第１回転数閾値Ｒａから第２回転数閾値Ｒｂ（Ｒｂ＞Ｒａ）にかけて、ＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを一定の変化率で減少している。しかし、同範囲においては、中間電圧Ｖｍが、１倍圧直流電圧Ｖｄｃ１から２倍圧直流電圧Ｖｄｃ２にかけて増加する。したがって、結果として、負荷駆動用交流電圧Ｖｃは、同範囲において、回転数指令値に比例して増加する。
これにより、インバータ回路２０は、図７（ｃ）に示すように、最小回転数Ｒ０から最大回転数Ｒｍまでの全範囲に渡って、回転数指令値に比例する負荷駆動用交流電圧Ｖｃを出力することができる。
（作用、効果）
以上のとおり、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、回転数指令値に比例して増減する中間電圧Ｖｍを出力する（図７（ａ）参照）。
このようにすることで、連続的に変化する中間電圧Ｖｍにも対応したＰＷＭ制御がなされる。したがって、回転数指令値に応じて、よりきめ細かく直流電圧Ｖｄｃを変更することができ、効率よくモータ４を回転駆動させることができる。
以上より、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動することができる。
以上のとおり、第２の実施形態に係る倍電圧回路制御部１２は、回転数指令値に比例して増減する中間電圧Ｖｍを出力する（図７（ａ）参照）。
このようにすることで、連続的に変化する中間電圧Ｖｍにも対応したＰＷＭ制御がなされる。したがって、回転数指令値に応じて、よりきめ細かく直流電圧Ｖｄｃを変更することができ、効率よくモータ４を回転駆動させることができる。
以上より、三相倍電圧整流回路を有するインバータ装置であって、高効率でモータを駆動することができる。
また、第２の実施形態に係るインバータ回路制御部２１は、倍電圧回路１１が中間電圧Ｖｍ（Ｖｄｃ１＜Ｖｍ＜２・Ｖｄｃ１（＝Ｖｄｃ２））を出力している間、回転数指令値に対して負の変化率でＰＷＭ制御信号のパルス幅ＰＷを増減させる（図７（ｂ）参照）。
このようにすることで、負荷駆動用交流電圧Ｖｃを、回転数指令値の全範囲において連続的に変化させることができる。
このようにすることで、負荷駆動用交流電圧Ｖｃを、回転数指令値の全範囲において連続的に変化させることができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。また、三相倍電圧整流回路１Ａを構成するコンピュータが実行するプログラムの一部または全部は、通信回線またはコンピュータ読み取り可能な記録媒体を介して頒布することができる。
１ インバータ装置
１Ａ 三相倍電圧整流回路
１Ｂ 制御装置
３ 三相交流電源
４ モータ
１０ 整流回路
１０Ｒａ 正極側Ｒ相整流ダイオード
１０Ｒｂ 負極側Ｒ相整流ダイオード
１０Ｓａ 正極側Ｓ相整流ダイオード
１０Ｓｂ 負極側Ｓ相整流ダイオード
１０Ｔａ 正極側Ｔ相整流ダイオード
１０Ｔｂ 負極側Ｔ相整流ダイオード
１１ 倍電圧回路
１１ａ 正極側スイッチング素子
１１ｂ 負極側スイッチング素子
１２ 倍電圧回路制御部
１３ 整流電圧検出部
２０ インバータ回路
２１ インバータ回路制御部
２２ モータ電流検出部
１Ａ 三相倍電圧整流回路
１Ｂ 制御装置
３ 三相交流電源
４ モータ
１０ 整流回路
１０Ｒａ 正極側Ｒ相整流ダイオード
１０Ｒｂ 負極側Ｒ相整流ダイオード
１０Ｓａ 正極側Ｓ相整流ダイオード
１０Ｓｂ 負極側Ｓ相整流ダイオード
１０Ｔａ 正極側Ｔ相整流ダイオード
１０Ｔｂ 負極側Ｔ相整流ダイオード
１１ 倍電圧回路
１１ａ 正極側スイッチング素子
１１ｂ 負極側スイッチング素子
１２ 倍電圧回路制御部
１３ 整流電圧検出部
２０ インバータ回路
２１ インバータ回路制御部
２２ モータ電流検出部
Claims (3)
- 三相交流電源から供給される三相の交流電圧を整流して整流電圧を出力する整流回路と、
前記整流回路の正極出力線にアノードが接続された正極側主ダイオードと、前記整流回路の負極出力線にカソードが接続された負極側主ダイオードと、接続点と前記正極出力線との間に接続された正極側スイッチング素子と、前記接続点と前記負極出力線との間に接続された負極側スイッチング素子と、を有する倍電圧回路と、
前記正極側主ダイオードのカソードと前記接続点との間に接続された正極側コンデンサと、
前記接続点と前記負極側主ダイオードのアノードとの間に接続された負極側コンデンサと、
回転数指令値に応じて、前記倍電圧回路が１倍圧直流電圧、２倍圧直流電圧、及び、前記１倍圧直流電圧と前記２倍圧直流電圧との間の直流電圧である中間電圧のいずれかを出力するように、前記正極側スイッチング素子及び前記負極側スイッチング素子をスイッチングさせる倍電圧回路制御部と、
前記倍電圧回路から出力される直流電圧を入力して、前記回転数指令値に応じた交流電圧をモータに出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路に対し、前記モータに出力する交流電圧が前記回転数指令値に比例する周波数及び振幅となるようにＰＷＭ制御を行うインバータ回路制御部と、
を備え、
前記インバータ回路制御部は、
前記倍電圧回路から出力される前記１倍圧直流電圧、前記２倍圧直流電圧、及び、前記中間電圧のそれぞれに対応するＰＷＭ制御を行い、
前記倍電圧回路制御部は、
前記正極側スイッチング素子及び前記負極側スイッチング素子の何れか一方を前記整流電圧の脈動の複数周期に亘ってオフのままとし、他方をスイッチングさせることで前記中間電圧を出力するように制御する
インバータ装置。 - 前記倍電圧回路制御部は、
前記回転数指令値に比例して増減する前記中間電圧を出力する
請求項１に記載のインバータ装置。 - 前記インバータ回路制御部は、
前記倍電圧回路が前記中間電圧を出力している間、前記回転数指令値に対して負の変化率でＰＷＭ制御信号のパルス幅を増減させる
請求項２に記載のインバータ装置。
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| JP2017252187A JP7016255B2 (ja) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | インバータ装置 |
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| JP2019118235A JP2019118235A (ja) | 2019-07-18 |
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| JP2017252187A Active JP7016255B2 (ja) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | インバータ装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005057858A (ja) | 2003-08-01 | 2005-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | モータ駆動装置および食器洗浄機のモータ駆動装置 |
| WO2015125240A1 (ja) | 2014-02-19 | 2015-08-27 | 三菱電機株式会社 | 直流電源装置および、それを備えた電動機駆動装置、ならびに、それを備えた冷凍サイクル適用機器 |
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| JPH0638405A (ja) * | 1992-07-16 | 1994-02-10 | Nippon Electric Ind Co Ltd | 交流無停電電源装置 |
-
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- 2017-12-27 JP JP2017252187A patent/JP7016255B2/ja active Active
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