WO2018047236A1

WO2018047236A1 - モータ駆動装置

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Publication number: WO2018047236A1
Application number: PCT/JP2016/076193
Authority: WO
Inventors: 雅也野木; 山下　浩史; 正樹金森; 圭一石田
Original assignee: 東芝キヤリア株式会社
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-15
Also published as: JP6613379B2; JPWO2018047236A1

Abstract

コントローラは、二相変調形式のパルス幅変調信号を算出し、算出したパルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値未満となる場合には、前記算出したパルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記算出したパルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号によりインバータのスイッチング素子をオン，オフ駆動する。

Description

モータ駆動装置

　本発明の実施形態は、直流電圧をスイッチングにより交流電圧に変換するインバータを備え、このインバータの出力を三相モータへの駆動電力として出力するモータ駆動装置に関する。

　直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換するインバータを備え、このインバータの出力をモータへの駆動電力として出力するモータ駆動装置は、モータの巻線に流れる電流を検出し、その検出電流からモータの速度（ロータの角速度）を推定し、この推定速度が目標速度となるようにインバータのスイッチングを制御する。具体的には、目標速度、及び推定速度と目標速度との差、に応じて電圧レベルが変化する指令信号を生成し、その指令信号の電圧レベルとキャリア信号（三角波信号）の電圧レベルとを比較し、その比較結果に応じてパルス幅（オンパルスのオン期間及びオン，オフデューティ）が定まるパルス幅変調信号（Pulse Width Modulation）信号いわゆるＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号に応じてインバータのスイッチング素子をオン，オフ駆動する。

特開２００７－１５９３３５号公報

　目標速度、及び推定速度と目標速度との差、に応じて生成されるＰＷＭ信号のパルス幅は、目標速度が低いほど短くなる。一方、スイッチング素子のパルス幅には、スイッチング素子の特性上、それ以上は縮めることのできない最小限度（最小パルス幅ともいう）がある。モータの起動時や低速度回転時など、ＰＷＭ信号のパルス幅がその最小限度を下回った場合には、スイッチング素子を的確にオン，オフできなくなり、モータを安定して駆動できない状態となる。

　本発明の実施形態の目的は、パルス幅変調信号のパルス幅をスイッチング素子のオン期間の最小限度以上に維持することができ、これによりスイッチング素子を誤動作なく的確にオン，オフすることができる信頼性にすぐれたモータ駆動装置を提供することである。

　請求項１のモータ駆動装置は、インバータおよびコントローラを備える。インバータは、複数のスイッチング素子を有し、これらスイッチング素子のオン，オフにより三相モータへ駆動電圧を供給する。コントローラは、パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する。とくに、コントローラは、二相変調形式の前記パルス幅変調信号を算出し、算出したパルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値未満となる場合には、前記算出したパルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記算出したパルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する。

図１は一実施形態の構成を示すブロック図。図２は一実施形態の制御を示すフローチャート。図３は一実施形態の次のキャリア周期Ｔにおいて出力するべく算出された二相変調形式のＰＷＭ信号のパルス幅が設定値以上となる一例を示す波形図。図４は一実施形態の次のキャリア周期Ｔにおいて出力するべく算出された二相変調形式のＰＷＭ信号のパルス幅が設定値未満となる一例を示す波形図。図５は、図４に示すＰＷＭ信号に補正を加えた三相変調形式のＰＷＭ信号を示す波形図。図６は、図４に示すＰＷＭ信号に補正を加えた二相変調形式のＰＷＭ信号を示す波形図。

　以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。　
　図１に示すように、商用交流電源１にコンバータ２が接続され、そのコンバータ２の出力端にインバータ１０が接続されている。コンバータ２は、商用交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換するダイオードブリッジ３、およびこのダイオードブリッジ３の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ４を含む。インバータ１０は、三相インバータで、Ｕ相用の一対のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２の直列回路、Ｖ相用の一対のスイッチング素子Ｔ３，Ｔ４の直列回路、Ｗ相用の一対のスイッチング素子Ｔ５，Ｔ６の直列回路を含み、コンバータ２の出力電圧をスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン，オフにより所定周波数および所定レベルの交流電圧に変換し、それを三相ブラシレスＤＣモータ（以下、ＤＣモータという）２０へ駆動電圧として出力する。スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴである。

　ＤＣモータ２０は、三相相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有するステータ（電機子）２１、および複数の永久磁石が埋設されたロータ（回転子）２２を有する。このＤＣモータ２０は、例えば圧縮機の駆動用モータとして用いる。

　コンバータ２とインバータ１０との間の負側ラインに、電流検出手段であるシャント抵抗１１が挿入接続されている。インバータ１０のスイッチングによってインバータ１０からＤＣモータ２０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに電流が流れると、シャント抵抗１１に電圧が生じる。このシャント抵抗１１に生じる電圧がコントローラ３０に供給される。

　コントローラ３０は、ＤＣモータ２０の速度が目標速度ωrefとなるようにパルス幅（オンパルスのオン期間及びオン，オフデューティ）が変化するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号という）を二相変調または三相変調により生成し、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動するいわゆるセンサレス・ベクトル制御を行うもので、電流検出部３１、速度推定部３２、速度制御部３３、ＰＷＭ信号生成部３４を含む。

　電流検出部３１は、シャント抵抗１１に生じる電圧をＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換して読取り、その読取結果とその読取り時のインバータ１０の出力からＤＣモータ２０の各々の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を検出する。なお、インバータ１０とＤＣモータ２０との三相接続線の各々にシャント抵抗を挿入接続し、直接ＤＣモータ２０の各相巻線に流れる電流を検出してもよい。

　速度推定部３２は、起動後のＤＣモータ２０のロータ速度（ロータ２２の角速度）ωest及びロータ位置（ロータ２２の回転位置）を、電流検出部３１の検出電流に基づく演算により推定する。

　速度制御部３３は、外部から入力される目標速度ωref、及び上記速度推定部３２の推定速度ωestと目標速度ωrefとの差に応じてインバータが出力すべき出力電圧を決定し、決定した出力電圧をＰＷＭ信号生成部３４に指令する。速度制御部３３は、この出力電圧の決定及び指令を、ＰＷＭ信号を作成するキヤリア周期ごとに、または所定のキャリア周期ごとに、実行する。

　また、速度制御部３３は、運転・停止を指示する外部信号Ｘ１により運転開始が指示された当初のモータ起動時においては、予め定められた固定パターンからなる強制転流用の出力電圧をＰＷＭ信号生成部３４に指令する。さらに、速度制御部３３は、強制転流による起動運転のモードとロータ位置推定による位置検知運転（ベクトル制御運転）のモードとを切換えると共に、その切換えをＰＷＭ信号生成部３４に通知する。

　ＰＷＭ信号生成部３４は、速度制御部３３から指令される出力電圧に対応する二相変調波信号の電圧レベルと所定周期のキャリア信号（三角波信号）の電圧レベルとの比較に基づくパルス幅変調により、三相分のＵ相ＰＷＭ信号，Ｖ相ＰＷＭ信号，Ｗ相ＰＷＭ信号を生成する。これらＰＷＭ信号に応じてインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６がオン，オフする。これにより、ＤＣモータ２０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ電流が流れる。

　ＰＷＭ信号生成部３４は、上記各ＰＷＭ信号を生成するための主要な機能として、パルス幅判定部（判定手段）３４ａ、第１制御部（第１制御手段）３４ｂ、モード判定部（モード判定手段）３４ｃ、第２制御部（第２制御手段）３４ｄ、第３制御部（第３制御手段）３４ｅ、第４制御部（第４制御手段）３４ｆを含む。これらの機能は、コントローラ３０を構成するマイクロコンピュータに組込まれたソフトウェアプログラムにより構築される。また、上述した速度推定部３２及び速度制御部３３も、コントローラ３０を構成するマイクロコンピュータに組込まれたソフトウェアプログラムにより構築される。なお、これらソフトウェアプログラムによる構築に代えて、半導体素子からなる論理回路による構築を採用することも可能である。ただし、半導体素子からなる論理回路による構築は、回路構成が極めて複雑になるため、一般的ではない。

　第１制御部３４ｂは、速度制御部３３から指令される出力電圧に対応する二相変調波信号と所定周期のキャリア信号に基づき、次のキャリア周期Ｔにおいて生成すべき二相変調形式のＰＷＭ信号（ＰＷＭ信号パターン）を算出する。ＰＷＭ信号を二相変調で生成するための二相変調波信号は、三相正弦波信号の１周期の区間において、いずれか１つの相の電圧が120度の範囲で０Ｖとなって残りの２つの相の電圧が互いに120度ずれた波形となる。この二相変調波信号の電圧レベルとキャリア信号の電圧レベルとの比較により、図３，図４に一例を示す二相変調形式のＰＷＭ信号が生成される。この二相変調形式のＰＷＭ信号を用いれば、三相変調形式のＰＷＭ信号を用いる場合に比べ、スイッチング回数が少なくなり、スイッチングロスを減らして効率を向上させることができる。

　パルス幅判定部３４ａは、第１制御部３４ｂが算出した次のキャリア周期Ｔで生成すべきＵ相ＰＷＭ信号，Ｖ相ＰＷＭ信号，Ｗ相ＰＷＭ信号のそれぞれオンパルスのパルス幅（オン期間という）ｔ１を算定し、そのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上であるか否かを判定する。なお、ここで言うオンパルスとは各相の上側スイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５をオンする信号を意味する。また、これらＰＷＭ信号は二相変調によって作られているため、各ＰＷＭ信号のうちいずれかの一相はオンパルスを含まない。オンパルスを含まない相のＰＷＭ信号は、判定対象外となる。パルス幅判定部３４ａは、この判定を次のキャリア周期Ｔで生成すべきＰＷＭ信号が第１制御部３４ｂで算出されるたびに実施する。

　第１制御部３４ｂで算出される二相変調形式の各ＰＷＭ信号の一例を図３に示す。通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号はそれぞれオンパルスを含み、非通電相（基準電位相）のＷ相ＰＷＭ信号はオンパルスを含まない。通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１はいずれも設定値ｔｓ以上であるため、パルス幅判定部３４ａの判定結果は肯定となる。一方、第１制御部３４ｂが別のタイミングで算出した二相変調形式のＰＷＭ信号を図４に示す。この場合、Ｕ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１は設定値ｔｓ未満となっているため、パルス幅判定部３４ａの判定結果は否定となる。

　第２制御部３４ｂは、パルス幅判定部３４ａの判定結果を受け、その判定結果が肯定の場合、すなわち図３に示すように各ＰＷＭ信号におけるすべてのオンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上である場合、第１制御部３４ｂが算出した二相変調形式の各ＰＷＭ信号を次のキャリア周期Ｔにおいて実際に生成し、生成した各ＰＷＭ信号によりインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を駆動する。

　モード判定部３４ｃは、速度制御部３３からの指令に基づき、当該コントローラ３０の制御状態が、強制転流による起動運転のモードであるか、または通常のロータ位置推定に基づく位置検知運転（ベクトル制御運転）のモードであるか、を判定する。

　パルス幅判定部３４ａの判定結果が否定で、モード判定部３４ｃの判定結果が起動運転のモードである場合、詳細を後述する第３制御部３４ｅで生成される三相変調形式の各ＰＷＭ信号によりインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６が駆動される。一方、パルス幅判定部３４ａの判定結果が否定で、モード判定部３４ｃの判定結果がロータ位置推定に基づく位置検知運転のモードである場合、詳細を後述する第４制御部３４ｆで生成される二相変調形式の各ＰＷＭ信号によりインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６が駆動される。

　続いて、第３制御部３４ｅ及び第４制御部３４ｆによる各ＰＷＭ信号波形の生成方法について、詳細を説明する。

　第３制御部３４ｅは、ＤＣモータ２０の起動のための強制転流の期間において、第１制御部３４ｂで算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号のいずれかにおけるオンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満の場合、第１制御部３４ｂで算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号を、最短オン期間（最短パルス幅）ｔ１が設定値ｔｓ以上でかつ第１制御部３４ｂで算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式の各ＰＷＭ信号に補正し、補正した三相変調形式の各ＰＷＭ信号を次のキャリア周期Ｔにおいて実際に生成し、生成した三相変調形式の各ＰＷＭ信号によりインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を駆動する。補正前の二相変調形式の各ＰＷＭ信号を図４に示し、補正後の三相変調形式の各ＰＷＭ信号を図５に示している。

　具体的には、第３制御部３４ｅは、第１制御部３４で算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号のうち、２つの通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加し、残りの１つの非通電相のＷ相ＰＷＭ信号に設定値ｔｓと同じ幅のオンパルスを付加することにより、第１制御部３４で算出された二相変調形式のＰＷＭ信号を三相変調形式のＰＷＭ信号に補正する。とくに、通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加する手段として、Ｕ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスの前後に同じ時間幅“ｔｓ／２”のオンパルスをそれぞれ付加する。非通電相のＷ相ＰＷＭ信号に設定値ｔｓと同じ幅のオンパルスを付加する手段として、設定値ｔｓと同じ幅のオンパルスをそのオンパルスの中心位置が通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号のオンパルスの中心位置と一致するように付加する。なお、通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスは、もともとキャリア周期Ｔの中心に位置するので、補正後の非通電相のＷ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスもキャリア周期Ｔの中心に位置することになる。

　このように二相変調形式のＵ相ＰＷＭ信号，Ｖ相ＰＷＭ信号，Ｗ相ＰＷＭ信号のすべてに対して同じ時間幅（設定値ｔｓ）のオンパルスを付加することにより、三相変調形式のＵ相ＰＷＭ信号，Ｖ相ＰＷＭ信号，Ｗ相ＰＷＭ信号を生成できる。この三相変調形式のＰＷＭ信号は、すべてのオンパルスが設定値ｔｓ以上の時間幅を持つとともに、二相変調形式のＰＷＭ信号と相間電圧が同じとなる。

　第４制御部３４ｆは、ＤＣモータ２０の起動が完了した後の位置検知運転において、第１制御部３４ｂで算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号のいずれかのオンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満の場合、第１制御部３４ｂで算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号における最短オンパルスのオン期間ｔ１を設定値ｔｓ以上となるように増加方向に補正し、補正した各ＰＷＭ信号を次のキャリア周期Ｔにおいて実際に生成し、生成した二相変調形式の各ＰＷＭ信号によりインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を駆動する。補正前の二相変調形式の各ＰＷＭ信号を図４に示し、補正後の二相変調形式の各ＰＷＭ信号を図６に示している。

　具体的には、第４制御部３４ｆは、第１制御部３４で算出された二相変調形式の各ＰＷＭ信号のうち、２つの通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加する補正を行い、残りの１つの非通電相のＷ相ＰＷＭ信号については何も操作しない。とくに、通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加する具体例として、Ｕ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスの前後に一定幅Δｔのオンパルスをそれぞれ付加する。一定幅Δｔは、設定値ｔｓと最短オンパルスのオン期間（最短パルス幅）ｔ１との差の半分の値［＝（ｔｓ－ｔ１）／２］である。つまり、補正後には、最短オンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓと同じになる。なお、通電相のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスは、もともとキャリア周期Ｔの中心に位置するので、補正後のＵ相及びＶ相ＰＷＭ信号におけるオンパルスもキャリア周期Ｔの中心に位置する。

　つぎに、コントローラ３０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。　
　コントローラ３０は、起動の旨、すなわち、停止状態から運転へ切り替える、外部信号Ｘ１を受けた場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＤＣモータ２０のロータ２２を強制的に牽引するために次のキャリア周期Ｔで生成すべき二相変調形式の三相ＰＷＭ信号を算出する（ステップＳ２）。続いて、コントローラ３０は、算出した各ＰＷＭ信号におけるオンパルスのうち最も短い幅のオンパルスのオン期間（最短パルス幅）ｔ１を求める（ステップＳ３）。そして、コントローラ３０は、求めたオン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。この判定結果が肯定の場合（ｔ１≧ｔｓ；ステップＳ４のＹＥＳ）、コントローラ３０は、ステップＳ２で算出した二相変調形式の三相ＰＷＭ信号を実際に生成し、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動する（ステップＳ８）。

　インバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン期間には、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６の特性上、それ以上は縮めることのできない最小限度（最小パルス幅ともいう）がある。ＤＣモータ２０の起動時や低速度回転時など、三相ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間がその最小限度を下回った場合には、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を的確にオン，オフできなくなる。上記設定値ｔｓは、この最小限度に相当する。

　上記スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン，オフ駆動に伴い、コントローラ３０は、モータ電流を検出する（ステップＳ９）。続いて、コントローラ３０は、位置検知運転の実行中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。起動の旨の外部信号Ｘ１を受けてからモータ電流に基づくロータ位置推定ができるようになるまでは、コントローラ３０は、強制転流による起動運転を行い、位置検知運転にはまだ入っていない。

　強制転流による起動運転中において（ステップＳ１０のＮＯ）、コントローラ３０は、位置検知運転が可能な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここでは、ステップＳ９で検出したモータ電流が所定値に達していれば、コントローラ３０は、モータ起動が完了して位置検知運転が可能な状態にあると判定する（ステップＳ１１のＹＥＳ）。ステップＳ９で検出したモータ電流が所定値に達していなければ、コントローラ３０は、まだ位置検知運転が可能な状態にないと判定する（ステップＳ１１のＮＯ）。

　位置検知運転が可能な状態にない場合（ステップＳ１１のＮＯ）、すなわちＤＣモータ２０の起動が完了していない場合、コントローラ３０は、ＤＣモータ２０を強制転流させるためのインバータ１０の出力電圧及び出力周波数を、予め定められた固定パターンに応じて徐々に上昇させるべく設定する（ステップＳ１２）。続いて、コントローラ３０は、停止の旨の外部信号Ｘ１を受けているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

　停止の旨の外部信号Ｘ１を受けていない場合（ステップＳ１３のＮＯ）、コントローラ３０は、ステップＳ２に戻り、ステップＳ１２で設定した出力電圧を得るために次のキャリア周期Ｔにおいて生成すべき二相変調形式の三相ＰＷＭ信号を算出する（ステップＳ２）。この生成に伴い、コントローラ３０は、ステップＳ３からの処理を実行する。

　その後、ＤＣモータ２０の起動が完了して位置検知運転が可能な状態になった場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、位置検知運転（ベクトル制御運転）のモードを設定する（ステップＳ１４）。そして、コントローラ３０は、目標速度ωref、及び推定速度ωestと目標速度ωrefとの差に応じてＤＣモータ２０の速度を制御するためのインバータ１０の出力電圧及び出力周波数を設定する（ステップＳ１５）。続いて、コントローラ３０は、停止の旨の外部信号Ｘ１を受けているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

　停止の旨の外部信号Ｘ１を受けていない場合（ステップＳ１３のＮＯ）、コントローラ３０は、ステップＳ２に戻り、ステップＳ１５で設定した出力電圧を得るために次のキャリア周期Ｔにおいて生成すべき二相変調形式の三相ＰＷＭ信号を算出する（ステップＳ２）。この生成に伴い、コントローラ３０は、
ステップＳ３からの処理を実行する。

　ステップＳ３では、求めたオン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満の場合（ｔ１＜ｔｓ；ステップＳ４のＮＯ）、コントローラ３０は、位置検知運転の実行中であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

　強制転流による起動運転中であれば（ステップＳ５のＮＯ）、コントローラ３０は、ステップＳ２で算出した二相変調形式のＰＷＭ信号を上述した第３制御部３４ｅの制御により図５に示すような三相変調形式のＰＷＭ信号に補正する（ステップＳ６）。すなわち、ステップＳ２で算出した二相変調形式のＰＷＭ信号のうち、２つの通電相の各ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加し、残りの１つの非通電相のＰＷＭ信号に設定値ｔｓと同じ幅のオンパルスを付加することにより、三相変調形式のＰＷＭ信号を得る。そして、コントローラ３０は、補正により得た三相変調形式の三相を実際に生成し、生成したＰＷＭ信号に応じてインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動する（ステップＳ８）。続いて、コントローラ３０は、ステップＳ９からの処理を繰り返す。

　一方、ステップＳ９において、位置検知運転が可能な状態にあれば（ＹＥＳ）、コントローラ３０は、ステップＳ２で算出した二相変調形式のＰＷＭ信号を上述した第４制御部３４ｆの制御により図６に示すような同じ二相変調形式のＰＷＭ信号に補正する（ステップＳ７）。すなわち、ステップＳ２で算出した二相変調形式のＰＷＭ信号のうち、２つの通電相の各ＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１をそれぞれ設定値ｔｓずつ増加し、残りの１つの非通電相のＰＷＭ信号については何も操作しないことにより、二相変調形式の各ＰＷＭ信号を得る。そして、コントローラ３０は、補正により得た二相変調形式のＵ相ＰＷＭ信号，Ｖ相ＰＷＭ信号，Ｗ相ＰＷＭ信号を実際に生成し、生成した各ＰＷＭ信号に応じてインバータ１０のスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動する（ステップＳ８）。続いて、コントローラ３０は、ステップＳ９からの処理を繰り返す。

　このように位置検知運転中は、相間電圧のずれは無視して、二相変調による効率向上を優先するようにしている。補正により生成される二相変調形式の各ＰＷＭ信号は、通電相の各ＰＷＭ信号におけるもともと存在するオンパルスの前後に一定幅Δｔのオンパルスがそれぞれ追加された波形となる。一定幅Δｔは、設定値ｔｓと最短オンパルスのオン期間（最短パルス幅）ｔ１との差の半分の値［＝（ｔｓ－ｔ１）／２］である。つまり、補正後の二相変調形式の各ＰＷＭ信号における最短オンパルスのオン期間ｔ１は、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を安定して駆動することができる設定値ｔｓとなる。

　以上の動作をまとめると、起動完了までは、予め算出した二相変調形式のＰＷＭ信号における最小オンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上の長さであることを条件に、その二相変調形式のＰＷＭ信号によりインバータ１０を駆動する。これにより、効率のよい運転が可能となる。一方、予め算出した二相変調形式のＰＷＭ信号の最小オンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓより短い場合は、予め算出した二相変調形式のＰＷＭ信号を、最小オンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上でかつ予め算出した二相変調形式のＰＷＭ信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のＰＷＭ信号に補正し、補正した三相変調形式のＰＷＭ信号によりインバータ１０を駆動する。これにより、駆動が不安定となりやすい起動運転中においても、ＤＣモータ２０を安定して駆動できる。

　以上のように、ＤＣモータ２０を起動する際は、先ずは二相変調により強制転流用のＰＷＭ信号を生成してスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動するので、強制転流用のＰＷＭ信号を三相変調により生成してスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動する場合よりも、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン，オフ回数を少なくすることができ、よって効率が向上する。

　起動時の強制転流中に二相変調により生成する強制転流用のＰＷＭ信号におけるいずれかのオンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満となる場合、二相変調による生成のまま２つの相のＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１を増加方向に補正したのではインバータ１０の出力電圧のレベルが補正前と異なってしまうので、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のすべてのＰＷＭ信号に設定値ｔｓのオン期間を持つオンパルスを付加する。これにより、インバータ１０の出力電圧のレベルを補正前と変わらない状態に維持しながら、各ＰＷＭ信号におけるそれぞれオンパルスのオン期間ｔ１をスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン期間の最小限度値である設定値ｔｓ以上に維持することができる。インバータ１０の出力電圧のレベルが補正前と変わらないので、ＤＣモータ２０に脱調等の不具合が生じず、各ＰＷＭ信号のそれぞれオン期間ｔ１をスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン期間の最小限度以上に維持することができるので、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を誤動作なく的確にオン，オフすることができる。

　しかも、補正の手段として、オンパルスがない１つの相のＰＷＭ信号に対して、キャリア周期の中心に合わせてオン期間ｔｓのオンパルスを付加し、オンパルスが存在する他の２つの相の各ＰＷＭ信号に対しては、そのオンパルスの前後にそれぞれ均等のオン期間ｔｓ／２を付加するので、インバータ１０の出力電圧の位相がＲ相，Ｓ相，Ｔ相の相互間で同じになる。よって、起動中のＤＣモータ２０を安定して駆動することができる。

　ＤＣモータ２０の起動が完了した後の位置検知運転でも、二相変調により生成した速度制御用の各ＰＷＭ信号によってスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６をオン，オフ駆動するので、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン，オフ回数を少なくすることができ、効率が向上する。

　また、位置検知運転中に二相変調により生成する各ＰＷＭ信号におけるいずれかのオンパルスのオン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満となる場合は、各ＰＷＭ信号のそれぞれオンパルスのオン期間ｔ１を、互いに同じ（ｔｓ－ｔ１）の期間だけ増加方向に補正するので、速度制御用の各ＰＷＭ信号におけるそれぞれオンパルスのオン期間ｔ１をスイッチング素子Ｔ１～Ｔ６のオン期間の最小限度以上に維持することができる。よって、スイッチング素子Ｔ１～Ｔ６を誤動作なく的確にオン，オフすることができる。

　この場合、二相変調なので、補正されるのは２つ相のＰＷＭ信号におけるオンパルスのオン期間ｔ１であり、オンパルスの存在しない残りの１相のＰＷＭ信号はもともと零レベルを維持するので、インバータ１０の出力電圧のレベルが補正前と少し変わることになるが、位置検知運転中にあるため、ＤＣモータ２０の駆動は安定運転に入っていることから、この補正による小さな電圧レベルのズレによってＤＣモータ２０に脱調等の不具合が生じることはなく、よって二相変調による効率の向上が優先できる。

　なお、起動時の強制転流中に二相変調形式から三相変調形式への補正の手段として、二相変調形式の各ＰＷＭ信号のすべてのＰＷＭ信号に設定値ｔｓのオン期間を持つオンパルスを付加したが、元々の二相変調形式のＰＷＭ信号と同じ出力となる三相変調信号を、一般的な正弦波-三角波比較法によって作成することで、オンパルスの最小オン期間ｔ１が設定値ｔｓ以上となるのであれば、それでもよい。

　また、強制転流中のインバータ１０の出力目標は、予め定められた出力電圧及び出力周波数を時間の経過とともに所定割合で増加させていくことから、事前にオンパルスの最小オン期間ｔ１が、設定値ｔｓ未満となる出力タイミングを事前に把握しておくことも可能である。したがって、起動時の強制転流中において、出力すべきオンパルスの最小オン期間ｔ１を設定値ｔｓ以上に確保できる三相変調形式の各ＰＷＭ信号を予め記憶しておき、オンパルスの最小オン期間ｔ１が設定値ｔｓ未満となるタイミングが来たところで、記憶しておいた三相変調形式の各ＰＷＭ信号を生成することも可能である。ただし、この場合には、強制転流運転の全期間中にわたって、上記タイミングに合わせて出力すべき各ＰＷＭ信号を記憶しておく必要があるため、記憶容量の大きなメモリを用いなければならない。

　上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形例は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　本発明の実施形態のモータ駆動装置は、例えば圧縮機を駆動するモータへの利用が可能である。

Claims

　複数のスイッチング素子を有し、これらスイッチング素子のオン，オフにより三相モータへ駆動電圧を供給するインバータと、
　パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動するコントローラと、を備え、
　前記コントローラは、
　二相変調形式の前記パルス幅変調信号を算出し、算出したパルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値未満となる場合には、前記算出したパルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記算出したパルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する、
　ことを特徴とするモータ駆動装置。
　複数のスイッチング素子を有し、これらスイッチング素子のオン，オフにより三相モータへ駆動電圧を供給するインバータと、
　パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動するコントローラと、を備え、
　前記コントローラは、
　二相変調形式のパルス幅変調信号を算出する第１制御手段と、
　前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値以上となるか否かを判定する判定手段と、
　前記判定手段の判定結果が肯定の場合、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する第２制御手段と、
　前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する第３制御手段と、
　を含む、
　ことを特徴とするモータ駆動装置。
　複数のスイッチング素子を有し、これらスイッチング素子のオン，オフによりＤＣブラシレス三相モータへ駆動電圧を供給するインバータと、
　パルス幅が可変のパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
　二相変調形式のパルス幅変調信号を算出する第１制御手段と、
　前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅が設定値以上となるか否かを判定する判定手段と、
　前記判定手段の判定結果が肯定の場合、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する第２制御手段と、
　前記モータの起動のための強制転流の期間において、前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号を、最短パルス幅が前記設定値以上でかつ前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号と相間電圧が同じとなる三相変調形式のパルス幅変調信号に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する第３制御手段と、
　前記モータの起動が完了後、前記判定手段の判定結果が否定の場合、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号の最短パルス幅を前記設定値以上となるように増加方向に補正し、補正したパルス幅変調信号により前記スイッチング素子をオン，オフ駆動する第４制御手段と、
　を含む、
　ことを特徴とするモータ駆動装置。
　前記第３制御手段は、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち２つの通電相のパルス幅変調信号のパルス幅をそれぞれ前記設定値ずつ増加し、かつ前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち１つの非通電相のパルス幅変調信号に前記設定値と同じ幅のパルスを付加することにより、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号を前記三相変調形式のパルス幅変調信号に補正する、
　ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のモータ駆動装置。
　前記第３制御手段は、
　前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち２つの通電相のパルス幅変調信号のパルス幅を、それぞれのパルスの前後に一定幅のパルスを付加することにより前記設定値以上に増加し、
　前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のうち１つの非通電相のパルス幅変調信号において、前記通電相のパルス幅変調信号のパルスと対応する位置に、前記設定値と同じ幅のパルスをそのパルスの中心位置が前記通電相のパルス幅変調信号のパルスの中心位置と一致する状態に付加する
　ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
　前記第４制御手段は、前記第１制御手段で算出された前記パルス幅変調信号のパルス幅を、それぞれのパルスの前後に一定幅のパルスを付加することにより前記設定値以上に増加する、
　ことを特徴とする請求項３記載のモータ駆動装置。