JP7221726B2

JP7221726B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP7221726B2
Application number: JP2019030478A
Authority: JP
Inventors: 辰樹柏原
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: WO2020171110A1; CN113454899A; JP2020137329A

Description

本発明は、インバータ回路により交流電圧をモータに印加して駆動するインバータ装置に関するものである。

従来よりモータを駆動するためのインバータ装置は、複数のスイッチング素子により三相インバータ回路を構成すると共に、ＵＶＷ各相のスイッチング素子をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御し、正弦波に近い電圧波形をモータに印加して駆動するものであるが、モータの中性点電位の変動により発生するコモンモードノイズが問題となっていた。

このコモンモードノイズは、例えば電動コンプレッサを構成するモータの場合、コンプレッサの筐体と接地間の浮遊容量を通して漏洩するコモンモード電流によって発生するものであるが、従来ではノイズフィルタを設置して規制を満足させていた。

特許第４２７６０９７号公報特許第５０９３４５２号公報

しかしながら、係るノイズフィルタの設置は装置の大型化を招き、コストも高騰する問題がある。一方、モータの中性点電位は各相電圧の平均から求められるので、スイッチング素子のスイッチングによる相電圧の変化を調整して、モータの中性点電位の変動を抑制する方式も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

本発明は、係る従来の状況を考慮して成されたものであり、コモンモードノイズを効果的に解消、若しくは、抑制することができるインバータ装置を提供することを目的とする。

本発明のインバータ装置は、上アーム電源ライン及び下アーム電源ライン間に、各相毎に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を直列接続し、これら各相の上下アームスイッチング素子の接続点の電圧を三相交流出力としてモータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路の各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングを制御する制御装置を備えたものであって、制御装置は、各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングタイミングが同期し、且つ、モータに印加される相電圧の変化が他の相電圧の変化で打ち消される各相の電圧指令値を生成してインバータ回路を制御すると共に、モータに流れる各相の電流が、モータに流入する向きであるか、流出する向きであるかに応じて、電圧指令値を変更することを特徴とする。

請求項２の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、何れか一相の下アームスイッチング素子がＯＮし、他の二相の上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始することを特徴とする。

請求項３の発明のインバータ装置は、請求項１の発明において制御装置は、何れか二相の下アームスイッチング素子がＯＮし、他の一相の上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始することを特徴とする。

本発明によれば、上アーム電源ライン及び下アーム電源ライン間に、各相毎に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を直列接続し、これら各相の上下アームスイッチング素子の接続点の電圧を三相交流出力としてモータに印加するインバータ回路と、このインバータ回路の各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングを制御する制御装置を備えたインバータ装置において、制御装置が、各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングタイミングが同期し、且つ、相電圧の変化が他の相電圧の変化で打ち消される各相の電圧指令値を生成してインバータ回路を制御するようにしたので、スイッチング素子のスイッチングタイミングによりモータの中性点電位の変動を解消、若しくは、著しく抑制することができるようになる。これにより、コモンモードノイズの発生を効果的に解消、若しくは、抑制することが可能となる。

ここで、スイッチング素子をスイッチングする際に考慮するデッドタイムでの相電圧はモータに流れる電流の向きに応じて変化する。そこで、本発明では制御装置が、モータに流れる各相の電流がモータに流入する向きであるか、流出する向きであるかに応じて電圧指令値を変更するようにしたので、モータに流れる電流の向きに関わらず、支障無く中性点電位の変動を解消、若しくは、抑制することができるようになる。

また、請求項２の発明の如く制御装置が、何れか一相の下アームスイッチング素子がＯＮし、他の二相の上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始し、或いは、請求項３の発明の如く制御装置が、何れか二相の下アームスイッチング素子がＯＮし、他の一相の上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始するようにすれば、相電圧の変化を他の相電圧の変化で円滑に打ち消すことができるようになる。

本発明の一実施例のインバータ装置の電気回路図である。図１のモータを運転する電圧ベクトルＶ１～Ｖ６を纏めて示した図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ０の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ１の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置によるもう一つの電圧ベクトルＶ１の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ２の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ３の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ４の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ５の生成を説明する図である。図１のインバータ装置の制御装置による電圧ベクトルＶ６の生成を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。実施例のインバータ装置１は、モータ８により圧縮機構を駆動する所謂インバータ一体型の電動コンプレッサに搭載されるものであり、電動コンプレッサは例えば車両用空気調和装置の冷媒回路を構成するものである。

（１）インバータ装置１の構成
図１においてインバータ装置１は、三相のインバータ回路（三相インバータ回路）２８と、制御装置２１を備えている。インバータ回路２８は、直流電源（車両のバッテリ：例えば、３００Ｖ）２９の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ８に印加する回路である。このインバータ回路２８は、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗを有しており、各相ハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗは、それぞれ上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃと、下アームスイッチング素子１８Ｄ～１８Ｆを個別に有している。更に、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆには、それぞれフライホイールダイオード３１が逆並列に接続されている。

尚、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆは、実施例ではＭＯＳ構造をゲート部に組み込んだ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等から構成されている。

そして、インバータ回路２８の上アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｃの上端側は、直流電源２９及び平滑コンデンサ３２の上アーム電源ライン（正極側母線）１０に接続されている。一方、インバータ回路２８の下アームスイッチング素子１８Ｄ～１８Ｆの下端側は、直流電源２９及び平滑コンデンサ３２の下アーム電源ライン（負極側母線）１５に接続されている。

この場合、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄが直列に接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅが直列に接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆが直列に接続されている。

そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点は、モータ８のＵ相の電機子コイル２に接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点は、モータ８のＶ相の電機子コイル３に接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点は、モータ８のＷ相の電機子コイル４に接続されている。

（２）制御装置２１の構成
制御装置２１はプロセッサを有するマイクロコンピュータから構成されており、実施例では車両ＥＣＵから回転数指令値を入力し、モータ８から相電流を入力して、これらに基づき、インバータ回路２８の各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態（スイッチング）を制御する。具体的には、各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆのゲート端子に印加するゲート電圧を制御する。

実施例の制御装置２１は、相電圧指令演算部３３と、ＰＷＭ信号生成部３６と、ゲートドライバ３７と、モータ８に流れる各相のモータ電流（相電流）であるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、Ｗ相電流ｉｗを測定するためのカレントトランスから成る電流センサ２６Ａ、２６Ｂを有しており、各電流センサ２６Ａ、２６Ｂは相電圧指令演算部３３に接続されている。尚、電流センサ２６ＡはＵ相電流ｉｕを測定し、電流センサ２６ＢはＶ相電流ｉｖを測定する。そして、Ｗ相電流ｉｗはこれらから計算により求める。また、実施例のように各相のモータ電流を電流センサ２６Ａ、２６Ｂで測定する以外に、下アーム電源ライン１５の電流値を検出し、その電流値とモータ８の運転状態から相電圧指令演算部３３が推定するなど、各相電流を検出・推定する方法に関しては、特に、限定しない。

この相電圧指令演算部３３は、モータ８の電気角、電流指令値と相電流に基づいてモータ８の各相の電機子コイル２～４に印加するＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗを生成するための三相変調電圧指令値Ｖｕ’（以下、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ’）、Ｖｖ’（以下、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’）、Ｖｗ’（以下、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’）を演算し、生成する。

ＰＷＭ信号生成部３６は、相電圧指令演算部３３により演算された三相変調電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’と、三角キャリア（キャリア三角波）との大小を比較することにより、インバータ回路２８のＵ相ハーフブリッジ回路１９Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの駆動指令信号となるＰＷＭ信号を発生させる。

ゲートドライバ３７は、ＰＷＭ信号生成部３６から出力されるＰＷＭ信号に基づき、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａ、下アームスイッチング素子１８Ｄのゲート電圧と、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂ、下アームスイッチング素子１８Ｅのゲート電圧と、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃ、下アームスイッチング素子１８Ｆのゲート電圧を発生させる。

そして、インバータ回路２８の各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆは、ゲートドライバ３７から出力されるゲート電圧に基づき、ＯＮ／ＯＦＦ駆動される。即ち、ゲート電圧がＯＮ状態（所定の電圧値）となるとスイッチング素子がＯＮ動作し、ゲート電圧がＯＦＦ状態（零）となるとスイッチング素子がＯＦＦ動作する。このゲートドライバ３７は、スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆが前述したＩＧＢＴである場合には、ＰＷＭ信号に基づいてゲート電圧をＩＧＢＴに印加するための回路であり、フォトカプラやロジックＩＣ、トランジスタ等から構成される。

そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路１９Ｕの上アームスイッチング素子１８Ａと下アームスイッチング素子１８Ｄの接続点の電圧がＵ相電圧Ｖｕ（相電圧）としてモータ８のＵ相の電機子コイル２に印加（出力）され、Ｖ相ハーフブリッジ回路１９Ｖの上アームスイッチング素子１８Ｂと下アームスイッチング素子１８Ｅの接続点の電圧がＶ相電圧Ｖｖ（相電圧）としてモータ８のＶ相の電機子コイル３に印加（出力）され、Ｗ相ハーフブリッジ回路１９Ｗの上アームスイッチング素子１８Ｃと下アームスイッチング素子１８Ｆの接続点の電圧がＷ相電圧Ｖｗ（相電圧）としてモータ８のＷ相の電機子コイル４に印加（出力）される。

（３）制御装置２１の動作
次に、図２～図１０を参照しながら、制御装置２１の実際の制御動作について説明する。本発明のインバータ装置１の制御装置２１の相電圧指令演算部３３は、モータ８の中性点電位Ｖｃの変動が無くなるようなＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’（三相変調電圧指令値）を演算し、モータ８を運転する電圧ベクトルＶ０～Ｖ６を生成する（図２に纏めて示す）。そして、前述した回転数指令値に応じて何れかの電圧ベクトルＶ０～Ｖ６を選択し、モータ８を運転する。

（３－１）電圧ベクトルＶ０
先ず、図３を用いて図２の電圧ベクトルＶ０の生成について説明する。図３の最上段は制御装置２１の相電圧指令演算部３３が生成するＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示している。各相電流の向きの組み合わせは６つあり、モータ８に流入する方向を＋、モータ８から流出する方向を－で示している。図３の例は最上段の場合であり、Ｕ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合を示している。

尚、実施例ではデッドタイムを作るために三角キャリアは二つの上りＸ１、Ｘ２と二つの下りＸ３、Ｘ４から成る。上りＸ２は上りＸ１より進み、下りＸ４は下りＸ３より進む位相である。そして、１キャリア周期の前半では、ＰＷＭ信号生成部３６が三角キャリアの上りＸ１と各電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を比較して、Ｕ相の下アームスイッチング素子１８Ｄ、Ｖ相の上アームスイッチング素子１８Ｂ、及び、Ｗ相の上アームスイッチング素子１８ＣをＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成し、三角キャリアの上りＸ２と各電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を比較して、Ｕ相の上アームスイッチング素子１８Ａ、Ｖ相の下アームスイッチング素子１８Ｅ、及び、Ｗ相の下アームスイッチング素子１８ＦをＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成する。

１キャリア周期の後半では、ＰＷＭ信号生成部３６が三角キャリアの下りＸ３と各電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を比較して、Ｕ相の上アームスイッチング素子１８Ａ、Ｖ相の下アームスイッチング素子１８Ｅ、及び、Ｗ相の下アームスイッチング素子１８ＦをＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成し、三角キャリアの下りＸ４と各電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を比較して、Ｕ相の下アームスイッチング素子１８Ｄ、Ｖ相の上アームスイッチング素子１８Ｂ、及び、Ｗ相の上アームスイッチング素子１８ＣをＯＮ／ＯＦＦするＰＷＭ信号を生成する。

また、相電圧指令演算部３３は、実施例ではＵ相の下アームスイッチング素子１８ＤがＯＮし、Ｖ相の上アームスイッチング素子１８Ｂ、及び、Ｗ相の上アームスイッチング素子１８ＣがＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始する。

実施例の如くＵ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きである場合、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相でも上アームスイッチング素子１８ＢがＯＮしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相では下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となる。この「Ｈ」の期間の幅の総和が各相電圧の大きさとなり、電圧ベクトルＶ０では三相全て「中」の大きさとなる。

また、この図から明らかな如く、相電圧指令演算部３３は各相電圧を「Ｈ」とするスイッチング素子のスイッチングタイミング（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）を同期させ、且つ、Ｕ相電圧Ｖｕの変化を、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗの変化で打ち消すような電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を生成する。これにより、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－２）電圧ベクトルＶ１（その１）
次に、図４を用いて図２の電圧ベクトルＶ１の生成について説明する。図４でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、同様に右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示している。図４の例も最上段の場合であり、Ｕ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合を示している。

尚、ＰＷＭ信号生成部３６の動作については前述と同様である。また、同様に相電圧指令演算部３３は、実施例ではＵ相の下アームスイッチング素子１８ＤがＯＮし、Ｖ相の上アームスイッチング素子１８Ｂ、及び、Ｗ相の上アームスイッチング素子１８ＣがＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始する。

実施例の如くＵ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きである場合、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相でも上アームスイッチング素子１８ＢがＯＮしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相では下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となる。この「Ｈ」の期間の幅の総和が各相電圧の大きさとなり、電圧ベクトルＶ１ではＵ相電圧Ｖｕが「大」、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗが「中」の大きさとなる。

また、この図から明らかな如く、電圧ベクトルＶ１でも相電圧指令演算部３３は各相電圧を「Ｈ」とするスイッチング素子のスイッチングタイミング（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）を同期させ、且つ、Ｕ相電圧Ｖｕの変化を、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗの変化で打ち消すような電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を生成する。これにより、電圧ベクトルＶ１でも、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－３）電圧ベクトルＶ１（その２）
次に、図５を用いてもう一つの電圧ベクトルＶ１の生成について説明する。図５でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、同様に右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示しているが、図５の場合には、Ｕ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合である。

前述した如く相電流がモータ８に流入する向きでは上アームスイッチング素子がＯＮしているときに相電圧は「Ｈ」となり、相電流がモータ８から流出する向きでは下アームスイッチング素子がＯＦＦしているときに相電圧は「Ｈ」となる。そのため、Ｕ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗがモータ８から流出する向きの場合、電圧ベクトルＶ１を生成するために図４と同じタイミングでスイッチングすると、Ｖ相電流ｉｖはモータ８から流出する向きであるため、Ｖ相の下アームスイッチング素子１８ＥがＯＮする前のデッドタイムに、上アームスイッチング素子１８Ｂに接続されているフライホイールダイオード３１に電流が流れ、図４中に破線Ｚ１で示すようにＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」のままとなってしまい、図４中に破線Ｚ２で示すように中性点電位Ｖｃが変動してしまうことになる。

そこで、図５のような電流の向きの場合、相電圧指令演算部３３は図５のようなタイミングで各スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆがスイッチングされるような電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を生成する。即ち、図５の場合はＵ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖとＷ相電流ｉｗがモータ８から流出する向きであるので、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相では下アームスイッチング素子１８ＥがＯＦＦしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相でも下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となる。この「Ｈ」の期間の幅の総和が各相電圧の大きさとなり、この場合も電圧ベクトルＶ１はＵ相電圧Ｖｕが「大」、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗが「中」の大きさとなる。

そして、この場合の電圧ベクトルＶ１では相電流の向きに応じて、相電圧指令演算部３３が各相電圧を「Ｈ」とするスイッチング素子のスイッチングタイミング（ＯＮ／ＯＦＦタイミング）を同期させ、且つ、Ｕ相電圧Ｖｕの変化を、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗの変化で打ち消すような電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’に変更して出力する。これにより、この場合の電流の向きでも、電圧ベクトルＶ１で各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－４）電圧ベクトルＶ２
次に、図６を用いて図２の電圧ベクトルＶ２の生成について説明する。図６でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、同様に右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示している。図６の例は、Ｕ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向き、或いは、Ｕ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合を示している。

この実施例でもＵ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きである場合、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相でも上アームスイッチング素子１８ＢがＯＮしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相では下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となる。また、Ｕ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗがモータ８から流出する向きである場合には、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相では下アームスイッチング素子１８ＥがＯＦＦしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相でも下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となるが、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’は最高値で固定なので、電流の向きに関係なくＶ相電圧Ｖｖには変化がなくなる。

一方、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ’とＷ相電圧指令値Ｖｗ’は低い値で固定なので、Ｕ相電圧ＶｕとＷ相電圧Ｖｗは同期して、且つ、相互に打ち消す方向に変化することになる。尚、電圧ベクトルＶ２はＵ相電圧ＶｕとＶ相電圧Ｖｖが「大」、Ｗ相電圧Ｖｗが「小」の大きさとなる。これにより、電圧ベクトルＶ２でも、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－５）電圧ベクトルＶ３
次に、図７を用いて図２の電圧ベクトルＶ３の生成について説明する。図７でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、同様に右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示している。図７の例は、Ｕ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向き、或いは、Ｕ相電流ｉｕがモータ８に流入する向き、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合を示している。

一方、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ’とＷ相電圧指令値Ｖｗ’は中程度の値で固定なので、Ｕ相電圧ＶｕとＷ相電圧Ｖｗは同期して、且つ、相互に打ち消す方向に変化することになる。尚、電圧ベクトルＶ３はＵ相電圧Ｖｕが「中」、Ｖ相電圧Ｖｖが「大」、Ｗ相電圧Ｖｗが「中」の大きさとなる。これにより、電圧ベクトルＶ３でも、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－６）電圧ベクトルＶ４
次に、図８を用いて図２の電圧ベクトルＶ４の生成について説明する。図８でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

この実施例ではＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’が全て最高値で固定なので、電流の向きに関係なくＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗには変化がなくなる。そして、電圧ベクトルＶ４はＵ相電圧Ｖｕが「小」、Ｖ相電圧ＶｖとＷ相電圧Ｖｗが「大」の大きさとなる。この場合にも各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－７）電圧ベクトルＶ５
次に、図９を用いて図２の電圧ベクトルＶ５の生成について説明する。図９でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

また、同様に右側にモータ８に流れるＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、及び、Ｗ相電流ｉｗの向きを示している。図９の例は、Ｕ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きの場合を示している。

この実施例でもＵ相電流ｉｕ、及び、Ｖ相電流ｉｖがモータ８に流入する向き、Ｗ相電流ｉｗはモータ８から流出する向きである場合、Ｕ相では上アームスイッチング素子１８ＡがＯＮしている期間にＵ相電圧Ｖｕが「Ｈ」となり、Ｖ相でも上アームスイッチング素子１８ＢがＯＮしている期間にＶ相電圧Ｖｖが「Ｈ」となり、Ｗ相では下アームスイッチング素子１８ＦがＯＦＦしている期間にＷ相電圧Ｖｗが「Ｈ」となるが、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’は最高値で固定なので、電流の向きに関係なくＷ相電圧Ｖｗには変化がなくなる。

一方、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ’は中程度の値で固定、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’はＵ相よりも高い中程度の値で固定である。これらの値は、デッドタイムを考慮してＵ相電圧ＶｕとＶ相電圧Ｖｗが同期し、且つ、相互に打ち消す方向に変化する値とされる。尚、電圧ベクトルＶ５はＵ相電圧Ｖｕが「中」、Ｖ相電圧Ｖｖが「中」、Ｗ相電圧Ｖｗが「大」の大きさとなる。これにより、電圧ベクトルＶ５でも、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

（３－８）電圧ベクトルＶ６
次に、図１０を用いて図２の電圧ベクトルＶ６の生成について説明する。図１０でも最上段はＵ相電圧指令値Ｖｕ’、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’、及び、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ’と三角キャリアＸ１～Ｘ４を示し、上から二段目は各スイッチング素子１８Ａ～１８ＦのＯＮ／ＯＦＦ状態、下から二段目はモータ８に印加されるＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗ、最下段はモータ８の中性点電位Ｖｃをそれぞれ示している。

一方、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ’は小さい値で固定、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ’は小さい値であるがＵ相よりも高い値で固定である。これらの値は、デッドタイムを考慮してＵ相電圧ＶｕとＶ相電圧Ｖｗが同期し、且つ、相互に打ち消す方向に変化する値とされる。尚、電圧ベクトルＶ６はＵ相電圧Ｖｕが「大」、Ｖ相電圧Ｖｖが「小」、Ｗ相電圧Ｖｗが「大」の大きさとなる。これにより、電圧ベクトルＶ６でも、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均である中性点電位Ｖｃは常に一定となり、変化しなくなるので、コモンモードノイズが解消されることになる。

以上詳述した如く本発明では制御装置２１が、各相の上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆのスイッチングタイミングを同期させ、且つ、モータ８に印加される相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変化を、他の相電圧の変化で打ち消すような電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を生成するようにしたので、スイッチング素子１８Ａ～１８Ｆのスイッチングタイミングによりモータ８の中性点電位Ｖｃの変動を解消、若しくは、著しく抑制することができるようになる。これにより、コモンモードノイズの発生を効果的に解消、若しくは、抑制することが可能となる。

また、実施例では制御装置２１がモータ８に流れる電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの向きに応じて上下アームスイッチング素子１８Ａ～１８Ｆのスイッチングタイミングが同期し、且つ、相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変化が、他の相電圧の変化で打ち消されるように電圧指令値Ｖｕ’、Ｖｖ’、Ｖｗ’を変更するので、モータ８に流れる電流の向きに関わらず、支障無く中性点電位Ｖｃの変動を解消、若しくは、抑制することができるようになる。

また、実施例では制御装置２１が、何れか一相の下アームスイッチング素子（実施例では１８Ｄ）がＯＮし、他の二相の上アームスイッチング素子（実施例では１８Ｂ、１８Ｃ）がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始するので、各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変化を他の相電圧の変化で円滑に打ち消すことができるようになる。

尚、実施例とは逆に、制御装置２１が、何れか二相の下アームスイッチング素子がＯＮし、他の一相の上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始するようにしても、実施例と同様に各相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの変化を他の相電圧の変化で円滑に打ち消すことができるようになる。

また、流れる電流の大きさとスイッチング素子の特性によって、ゲート信号からスイッチング動作までの遅延時間及びスイッチング速度が変化する。そのため、より正確に中性点電位Ｖｃの変動を解消、若しくは、抑制するために、スイッチング素子に流れる電流の大きさと使用するスイッチング素子の特性により、ＰＷＭ信号生成部３６が各ハーフブリッジ回路１９Ｕ～１９Ｗ毎にゲート信号の出力タイミングを微調整してもよい。この微調整のための演算に使用するスイッチング素子に流れる電流の大きさは、検出及び推定したモータ８に流れる電流の値により求めることができる。

更に、実施例で示した電圧ベクトルＶ０～Ｖ６はそれに限られるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。また、実施例では電動コンプレッサのモータを駆動制御するインバータ装置に本発明を適用したが、それに限らず、各種機器のモータの駆動制御に本発明は有効である。

１インバータ装置
８モータ
１０上アーム電源ライン
１５下アーム電源ライン
１８Ａ～１８Ｆ上下アームスイッチング素子
１９ＵＵ相ハーフブリッジ回路
１９ＶＶ相ハーフブリッジ回路
１９ＷＷ相ハーフブリッジ回路
２１制御装置
２６Ａ、２６Ｂ電流センサ
２８三相インバータ回路
３３相電圧指令演算部
３６ＰＷＭ信号生成部
３７ゲートドライバ

Claims

上アーム電源ライン及び下アーム電源ライン間に、各相毎に上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子を直列接続し、これら各相の上下アームスイッチング素子の接続点の電圧を三相交流出力としてモータに印加するインバータ回路と、
該インバータ回路の前記各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングを制御する制御装置を備えたインバータ装置において、
前記制御装置は、前記各相の上下アームスイッチング素子のスイッチングタイミングが同期し、且つ、前記モータに印加される相電圧の変化が他の相電圧の変化で打ち消される前記各相の電圧指令値を生成して前記インバータ回路を制御すると共に、
前記モータに流れる前記各相の電流が、前記モータに流入する向きであるか、流出する向きであるかに応じて、前記電圧指令値を変更することを特徴とするインバータ装置。
前記制御装置は、何れか一相の前記下アームスイッチング素子がＯＮし、他の二相の前記上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
前記制御装置は、何れか二相の前記下アームスイッチング素子がＯＮし、他の一相の前記上アームスイッチング素子がＯＮしている状態からスイッチングの規定区間を開始することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。