JP2015171164A - インバータ制御装置及びインバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直流入力電流から各相電流を演算できるとともに、高効率化を図ることを目的とする。
【解決手段】インバータ制御装置３において、相電流演算部１１は、電流センサの計測結果を用いてモータに流れる各相電流を演算し、電圧指令生成部１２は、推定した各相電流を用いて三相電圧指令を演算する。指令変調部１３は、各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をフルオン電圧またはフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令をフルオン電圧またはフルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する。ＰＷＭ信号生成部１５は、搬送波生成部１４によって生成された３つの搬送波と、指令変調部１３により変調された後の各相電圧指令とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ制御装置及びそれを備えるインバータ装置に関するものである。
従来、インバータにより交流電動機を駆動させる場合に、インバータの直流入力電流から交流電動機の各相電流を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２には、一定の位相差を有する３つの搬送波を生成し、搬送波と相電圧指令とを比較することでＰＷＭ信号を生成することが開示されている。このように３つの搬送波を用いることで、各相のＰＷＭ信号の立ち上がりが近接して電流検出のパルス幅が狭くなることがなく、各相電流を確実に検出することが可能となる。
特開２００８−２２０１１７号公報 国際公開第２０１０／０９５４４５号
しかしながら、上記特許文献１、２に記載のインバータでは、直流入力電流から各相電流を得ることができるが、高効率化を達成することは難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、直流入力電流から各相電流を演算できるとともに、高効率化を図ることのできるインバータ制御装置及び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態様は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御装置であって、前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算手段と、前記相電流演算手段によって演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、前記電圧指令演算手段によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調手段と、基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成手段と、前記指令変調手段により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成手段によって生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段とを具備するインバータ制御装置である。
本態様のインバータ制御装置によれば、三相電圧指令のうちのいずれか一相は、フルオンまたはフルオフの状態とされるため、スイッチング損失を低減させることが可能となる。更に、３つの搬送波と各相電圧指令とを比較することにより、ＰＷＭ信号を生成するので、国際公開第２０１０／０９５４４５号に開示されているように、一定期間以上の電流検出期間が確保でき、相電流検出を安定して行うことが可能となる。
上記インバータ制御装置において、前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最小値を示した電圧指令をフルオフさせる相として特定し、特定した相の電圧指令を常に前記フルオフ電圧に設定することとしてもよい。あるいは、上記インバータ制御装置において、前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最大値を示した電圧指令をフルオンさせる相として特定し、特定した相の電圧指令を常に前記フルオン電圧に設定することとしてもよい。
このようにすることで、デューティを１００％とするフルオンとデューティを０％とするフルオフとが頻繁に切り替わることによる中性点の変動を抑制することができ、リップルの発生を抑制することができる。
上記インバータ制御装置において、前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最小値を示した電圧指令をフルオフさせる相として特定する期間と、最大値を示した電圧指令をフルオンさせる相として特定する期間とを所定の周波数で切り替えることとしてもよい。この場合において、前記所定の周波数は、前記搬送波の周波数よりも低く設定されていることが好ましい。例えば、搬送波の周波数の１／１００倍以下に設定されることが好ましい。
このように、前記三相電圧指令のうち、最小値を示した電圧指令をフルオフさせる相として特定する期間と、最大値を示した電圧指令をフルオンさせる相として特定する期間とを所定の周波数で切り替えることにより、上述した常にフルオンあるいは常にフルオフとする場合に比べて、インバータにおける上アームと下アームとをバランスよく使用することができる。
上記インバータ制御装置において、前記ＰＷＭ信号生成手段は、前記他の２相の電圧指令のいずれか一方と前記第１搬送波とを比較してＰＷＭ信号を生成することが好ましい。
このようにすることで、他の２相の電圧指令と比較される搬送波の組み合わせは、第１搬送波と第２搬送波の組み合わせ、または、第１搬送波と第３搬送波の組み合わせとすることができる。これにより、無駄な電力消費を削減することが可能となる。
本発明の第２態様は、上記のインバータ制御装置を備えるインバータ装置である。
本発明の第３態様は、上記インバータ装置を有する電動圧縮機を備える車載用空調機である。
本発明の第４態様は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御方法であって、前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算工程と、前記相電流演算工程において演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算工程と、前記電圧指令演算工程によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調工程と、基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成工程と、前記指令変調工程により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成工程により生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程とを具備するインバータ制御方法である。
本発明の第５態様は、直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御プログラムであって、前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算処理と、前記相電流演算処理において演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算処理と、前記電圧指令演算処理によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調処理と、基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成処理と、前記指令変調処理により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成処理により生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成処理とをコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラムである。
本発明によれば、直流入力電流を計測することによって三相電流を検出できるとともに、高効率化を図ることができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示した図であるである。 本発明の第１実施形態に係るインバータ制御装置の機能ブロック図である。 電圧指令生成部により生成された三相電圧指令の一例を示した図である。 図３に示した三相電圧指令を指令変調部により変調した後の三相電圧指令を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るＰＷＭ信号生成部により生成されるＰＷＭ信号について説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るＰＷＭ信号生成部により生成されるＰＷＭ信号について説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る電圧指令生成部によって生成された三相電圧指令の一例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るインバータ制御装置により、図７に示された三相電圧指令に基づいて生成された変調後の三相電圧指令である。 図８に示された変調後の三相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。 本発明の第１実施形態に係るＰＷＭ信号生成部により生成されるＰＷＭ信号と、第２実施形態に係るＰＷＭ信号生成部により生成されるＰＷＭ信号とを比較して示した図である。 本発明の第２実施形態に係るインバータ制御装置により、図７に示された三相電圧指令に基づいて生成された変調後の三相電圧指令である。 図１１に示された変調後の三相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。 本発明の第３実施形態に係るインバータ制御装置において、いずれか一相の電圧指令を常にフルオン電圧に設定した場合の変調後の三相電圧指令の一例を示した図である。 図１３に示された変調後の三相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。 本発明の第３実施形態に係るインバータ制御装置において、いずれか一相の電圧指令を常にフルオフ電圧に設定した場合の変調後の三相電圧指令の一例を示した図である。 図１５に示された変調後の三相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。
以下、本発明に係るインバータ制御装置及びインバータ装置を車載の空気調和機に使用される電動圧縮機に適用した場合の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明に係るインバータ制御装置及びインバータ装置は、以下に説明する電動圧縮機のみに適用されるものではなく、モータ全般に広く適用することができる。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示した図である。図１に示されるように、インバータ装置１は、直流電源７からの直流電圧Ｖｄｃを三相交流電圧に変換して電動圧縮機のモータ５に出力するインバータ２と、インバータ２を制御するインバータ制御装置３と、インバータ制御装置３から与えられるＰＷＭ信号に基づいてインバータ２を駆動するドライバ回路４とを備えている。
インバータ２は、各相に対応して設けられた上側アームのスイッチング素子Ｓ１ｕ、Ｓ１ｖ、Ｓ１ｗと下側アームのスイッチング素子Ｓ２ｕ、Ｓ２ｖ、Ｓ２ｗとを備えており、これらのスイッチング素子がインバータ制御装置３からのＰＷＭ信号に基づいてドライバ回路４によって駆動されることにより、モータ５に供給される３相交流電圧が生成される。
また、インバータ装置１は、インバータ２の入力側の直流電流（直流入力電流）Ｉｄｃを検出するための電流センサ（電流計測手段）６及びインバータ２の入力直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ８を備えている。
電流センサ６により検出された直流電流Ｉｄｃ及び電圧センサ８により検出された直流電圧Ｖｄｃはインバータ制御装置３に入力される。ここで、電流センサ６の一例としては、シャント抵抗が挙げられる。なお、図１では、電流センサ６を直流電源５の負極側に設けているが、正極側に設けることとしてもよい。
インバータ制御装置３は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
インバータ制御装置３は、モータ５の回転速度が上位の制御装置（図示略）から与えられるモータ速度指令に一致させるようなＰＷＭ信号Ｓを相毎に生成し、生成したＰＷＭ信号Ｓをドライバ回路４に出力する。ドライバ回路４は、ＰＷＭ信号Ｓに基づく駆動電圧をインバータ２の各相に対応するスイッチング素子に与えることでインバータ３を駆動し、所望の３相交流電圧をモータ５に供給する。
図２は、インバータ制御装置３が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
図２に示すように、インバータ制御装置３は、相電流演算部１１と、電圧指令生成部１２と、指令変調部１３と、搬送波生成部１４と、ＰＷＭ信号生成部１５とを備えている。
相電流演算部１１は、電流センサ６により検出された直流電流Ｉｄｃと、ＰＷＭ信号生成部１５からインバータ２に与えられるＰＷＭ信号Ｓとを用いてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流を演算する。なお、直流電流Ｉｄｃから各相電流を演算する方法については公知であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
電圧指令生成部１２は、電圧センサ８によって計測された直流電圧Ｖｄｃ及び相電流演算部１１によって演算された各相電流、及び上位制御装置（図示略）から与えられる回転数指令Ｎ＊等を用いて、モータ５の回転数を回転数指令Ｎ＊に一致させるような三相電圧指令を生成する。三相電圧指令を生成する手法については、適宜公知の技術を採用して用いればよい。例えば、Ｖ／ｆ一定制御、ベクトル制御等が一例として挙げられる。
指令変調部１３は、電圧指令生成部１２によって生成された三相電圧指令を二相変調する。例えば、指令変調部１３は、その時々における三相電圧指令の値を比較し、所定のアルゴリズムに従ってこの比較結果からいずれか一相の電圧指令をフルオン電圧（デューティ１００％に対応する電圧）またはフルオフ電圧（デューティ０％に対応する電圧）に設定し、他の２相については、フルオン電圧またはフルオフ電圧に応じてオフセットして、線間電圧が一定となるように調整する。
例えば、三相電圧指令のうち、最大値と最小値とを抽出し、最大値とフルオン電圧との差、最小値とフルオフ電圧との差を算出し、差が小さい方をオフオンまたはフルオフの対象として選定する。なお、本実施形態では、上記のようなアルゴリズムに従ってフルオンまたはフルオフの相を決定することとしたが、この例に限られず、例えば、最大値をとる相を常にフルオンさせる、あるいは、最小値をとる相を常にフルオフさせるなど、制御目的に応じてフルオン／フルオフさせる相の決定する際のアルゴリズムを作成すればよい。
例えば、図３に示すような三相電圧指令が生成された場合、回転子位置（電気角）が３０［ｄｅｇ］から６０［ｄｅｇ］の範囲では、Ｗ相の電圧指令値とフルオフ電圧との差ΔＶｗの方が、Ｕ相の電圧指令値とフルオン電圧との差ΔＶｕよりも小さい。また、回転子位置が６０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］の範囲では、Ｗ相の電圧指令値とフルオフ電圧との差ΔＶｗの方が、Ｖ相の電圧指令値とフルオン電圧との差ΔＶｖよりも小さい。したがって、図４に示すように、回転子位置が３０［ｄｅｇ］から９０［ｄｅｇ］の範囲では、Ｗ相の電圧指令がフルオフ電圧に設定され、他の二相の電圧指令は、線間電圧が一定となるように、フルオフ電圧に応じてオフセットされる。
これにより、図３に示した三相電圧指令は、指令変調部１３により、図４に示すような三相電圧指令に変更される。
搬送波生成部１４は、図５に示すように、一定時間間隔Ｔｓを有する３つの搬送波Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を生成する。例えば、基準となる第１搬送波Ｃ１を一定時間遅らせた第２搬送波Ｃ２、第１搬送波Ｃ１を一定時間進ませた第３搬送波を生成する。なお、図５の詳細については後述する。
ＰＷＭ信号生成部１５は、指令変調部１３によって変調された三相電圧指令と、搬送波生成部１４によって生成された３つの搬送波とを所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。具体的には、ＰＷＭ信号生成部１５は、いずれか一相の電圧指令がフルオン電圧に設定されている場合には、電圧指令の最小値と第２搬送波Ｃ２とを比較するとともに、電圧指令の中間値と第３搬送波Ｃ３とを比較して、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。なお、この場合、フルオン電圧に設定されている相については、デューティは１００％となる。
図５は、搬送波１周期分の波形を拡大して示した図である。なお、三相電圧指令は図４に示すように回転子位置によって変化するが、搬送波１周期に相当する三相電圧指令は直流電圧値としてみなせるので、図５では各相電圧指令が一つの値（直線）として表されている。なお、以降についても同様である。
図５は、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊がフルオン電圧に設定され、Ｗ相電圧指令が中間値をとり、Ｕ相電圧指令が最小値をとる場合について例示した図である。これは、例えば、図４に示した回転子位置１２０［ｄｅｇ］から１５０［ｄｅｇ］の範囲に相当する。この場合、ＰＷＭ信号生成部１５は、第２搬送波Ｃ２と最小値であるＵ相電圧指令Ｖｕ＊とを比較し、第３搬送波Ｃ３と中間値であるＷ相電圧指令Ｖｗ＊とを比較することで、図５の下段に示すようなＰＷＭ信号Ｓを生成する。また、フルオン電圧に設定されているＶ相については、デューティは１００％となる。
また、ＰＷＭ信号生成部１５は、いずれか一相の電圧指令がフルオフ電圧に設定されている場合には、電圧指令の最大値と第２搬送波Ｃ２とを比較するとともに、電圧指令の中間値と第３搬送波Ｃ３とを比較して、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。なお、この場合、フルオフ電圧に設定されている相については、デューティは０％となる。
図６は、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊がフルオフ電圧に設定され、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊が中間値をとり、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊が最大値をとる場合について例示した図である。これは、例えば、図４に示した回転子位置２７０［ｄｅｇ］から３００［ｄｅｇ］の範囲に相当する。
図６に示すように、ＰＷＭ信号生成部１５は、第２搬送波Ｃ２と最大値であるＷ相電圧指令Ｖｗ＊とを比較し、第３搬送波Ｃ３と中間値であるＵ相電圧指令Ｖｕ＊とを比較することで、図６の下段に示すようなＰＷＭ信号Ｓを生成する。また、フルオフ電圧に設定されているＶ相については、デューティは０％となる。
図５、図６に示すように、いずれの場合においても一相の電流のみが入力直流電流Ｉｄｃとして流れる期間、すなわち、電流検出期間として、一定期間Ｔｓ以上の時間を確保できている。これにより、各相電流を確実に検出することが可能となる。
次に、上記構成を備えるインバータ制御装置３及びインバータ装置１の動作について説明する。
インバータ装置１において、電流センサ６、電圧センサ８により直流電流Ｉｄｃ、直流電圧Ｖｄｃがそれぞれ検出され、検出結果がインバータ制御装置３に出力される。インバータ制御装置３では、相電流演算部１１において、ＰＷＭ信号Ｓと直流電流Ｉｄｃとから各相電流が演算され、電圧指令生成部１２に出力される。電圧指令生成部１２では、電圧センサＶｄｃによって計測された直流電圧Ｖｄｃ、各相電流、及び不図示の上位制御装置から与えられる回転数指令Ｎ＊等を用いて、モータ５の回転数を回転数指令Ｎ＊に一致させるような各相電圧指令が生成され、指令変調部１３に出力される。
指令変調部１３では、電圧指令生成部１２によって生成された三相電圧指令が二相変調される。具体的には、その時々の三相電圧指令の値の比較において、いずれか一相の電圧指令がフルオン電圧またはフルオフ電圧に設定され、他の２相の電圧指令については、フルオン電圧またはフルオフ電圧に応じてオフセットされて、線間電圧が一定となるように調整される。指令変調部１３により変調された各相電圧指令は、ＰＷＭ信号生成部１５に出力される。
ＰＷＭ信号生成部１５は、指令変調部１３から入力された各相電圧指令と、搬送波生成部１４において生成された一定間隔Ｔｓを有する３つの搬送波Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とを比較することにより、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。
このようにしてＰＷＭ信号生成部１５により生成されたＰＷＭ信号Ｓは、ドライバ回路４に出力される。ドライバ回路４は、各相のＰＷＭ信号に基づいて各相に対応するアームのスイッチング素子に対して駆動電圧を与えることにより、インバータ２を制御する。これにより、各相電圧指令に応じた電圧がモータ５に供給され、モータ５の回転数が制御される。
図７は、電圧指令生成部１２によって生成された三相電圧指令の一例、図８は、図７に示された三相電圧指令に基づいて生成された変調後の三相電圧指令、図９は、図８に示された各相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。図９において、「（ＯＦＦ）」はフルオフ電圧、すなわちデューティ０［％］を示し、「（ＯＮ）」は、フルオン電圧、すなわちデューティ１００％を示している。
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ制御装置３及びインバータ装置１によれば、図５及び図６に示すように、Ｔｓ期間以上の電流検出期間が確保できるとともに、二相変調方式を採用することにより、三相のうちの一相についてはスイッチングが停止されるので、スイッチング損失を低減することができ、高効率化を図ることが可能となる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るインバータ制御装置及びインバータ装置について図を参照して説明する。本実施形態に係るインバータ制御装置及びインバータ装置では、ＰＷＭ信号生成部によるＰＷＭ信号の生成処理が上述した第１実施形態と異なる。
具体的には、本実施形態に係るＰＷＭ信号生成部は、相電圧指令がフルオン電圧またはフルオフ電圧に設定されていない他の２相については、時間差がＴｓの搬送波同士、例えば、第１搬送波Ｃ１と第２搬送波Ｃ２、あるいは、第１搬送波Ｃ１と第３搬送波Ｃ３を用いてＰＷＭ信号を生成する。図１０は、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊がフルオン電圧に設定され、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊が中間値をとり、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊が最小値をとる場合について例示した図であり、図１０（ａ）は上述した第１実施形態に係るインバータ制御装置３により生成されたＰＷＭ信号Ｓ、図１０（ｂ）は、本実施形態に係るインバータ制御装置により生成されたＰＷＭ信号を示している。
図１０（ｂ）に示すように、本実施形態では、第２搬送波Ｃ２と最小値であるＵ相電圧指令Ｖｕ＊とを比較し、第１搬送波Ｃ１と中間値であるＷ相電圧指令Ｖｗ＊とを比較することで、ＰＷＭ信号を生成する。
ここで、図１０（ａ）、（ｂ）には、それぞれのＰＷＭ信号に基づくＵＶ線間電圧Ｖｕｗが示されている。図１０（ａ）、（ｂ）の最下段に示すように、第２実施形態におけるＰＷＭ信号の方が、第１実施形態に係るＰＷＭ信号よりも無駄な電圧を低減できるという効果がある。
以上説明したように、本実施形態に係るインバータ制御装置及びインバータ装置によれば、相電圧指令がフルオン電圧またはフルオフ電圧に設定されていない他の２相については、時間差がＴｓの搬送波同士、例えば、第１搬送波Ｃ１と第２搬送波Ｃ２、あるいは、第１搬送波Ｃ１と第３搬送波Ｃ３を用いてＰＷＭ信号を生成する。したがって、図１０（ｂ）に示すように、無駄な電力消費を回避することが可能となる。これにより、インバータの出力電流に重畳される高調波成分を更に低減できるとともに、インバータ装置の効率を更に向上させることが可能となる。
ただし、本実施形態に係るＰＷＭ信号に基づくインバータ制御では、図１０（ｂ）からもわかるように、フルオン電圧またはフルオフ電圧に設定されていない他の２相の電圧指令のうちのいずれか一相がフルオン電圧またはフルオフ電圧に近づいた場合、電流検出期間を十分に確保することが難しくなる。したがって、このような回転子位置の範囲においては、上述した第１実施形態に係る方法を採用したり、あるいは、二相変調を行わずに、電圧指令生成部１２によって生成された三相電圧指令を用いてＰＷＭ信号を生成することとしてもよい。この場合には、方式を切り替える回転子位置を予め設定しておき、各回転子位置に応じてＰＷＭ信号の生成方式を切り替えることとすればよい。
図１１は、図７に示された三相電圧指令に基づいて生成された変調後の三相電圧指令、図１２は、図１１に示された変調後の三相電圧指令と回転子位置との関係を示した図である。図１２において、「（ＯＦＦ）」はフルオフ電圧、すなわちデューティ０［％］を示し、「（ＯＮ）」は、フルオン電圧、すなわちデューティ１００％を示している。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るインバータ制御装置及びインバータ装置について図を参照して説明する。
上述した第１または第２実施形態では、指令変調部によって変調を行う際に、ある区間ではフルオン電圧に、ある区間ではフルオフ電圧に設定されており、フルオン電圧とフルオフ電圧とが交互にあらわれていた（例えば、図８、図１１参照）。このように、回転子位置６０［ｄｅｇ］毎、あるいは、１８０［ｄｅｇ］毎にフルオン電圧とフルオフ電圧とを切り替えた場合、以下の（１）式に示すように、切り替わりの瞬間に相電圧が大きく変化するため、各相の中性点電位が変動することとなる。
中性点電位＝（Ｕ相電圧＋Ｖ相電圧＋Ｗ相電圧）／３ （１）
このように、中性点電位が変動することにより、リップル電流が増大するおそれがある。そこで、本実施形態においては、フルオン電圧とフルオフ電圧との切り替えを少なくして、中性点電位の変動を抑制する。例えば、図７に示した三相電圧指令に対して、最大値をとる相電圧指令を常にフルオン電圧とした場合の三相電圧指令を図１３に、また、このときの回転子位置と各相電圧指令の関係を図１４に示す。また、図７に示した三相電圧指令に対して、最小値をとる相電圧指令を常にフルオフ電圧とした場合の三相電圧指令を図１５に、また、このときの回転子位置と各相電圧指令の関係を図１６に示す。
上述のように、フルオン電圧とフルオフ電圧との切替回数を減らすことにより、中性点電位の変動を抑制し、リップル電流を抑制することが可能となる。
また、上記のように、常にフルオフ電圧あるいは常にフルオン電圧とするのではなく、フルオン電圧を採用する場合と、フルオフ電圧を採用する場合とを所定の周波数で切り替えることにより、フルオフ／オフオンの切替頻度を低減させることとしてもよい。ここで、上記「所定の周波数」は、搬送波の周波数よりも低い周波数（例えば、数Ｈｚ、数十Ｈｚの周波数）に設定されることが好ましい。
なお、本実施形態に係るＰＷＭ信号の生成方法においても、上述した第２実施形態と同様に、電流検出期間を十分に確保することが難しくなる。したがって、このような回転子位置の範囲においては、上述した第１実施形態に係る方法を採用したり、あるいは、二相変調を行わずに、電圧指令生成部１２によって生成された三相電圧指令を用いてＰＷＭ信号を生成することとしてもよい。この場合には、方式を切り替える回転子位置を予め設定しておき、各回転子位置に応じてＰＷＭ信号の生成方式を切り替えることとすればよい。
また、上述した各実施形態においては、指令変調部１３において、電圧指令生成部１２からの各相電圧指令を随時比較することにより、フルオフ電圧またはフルオン電圧に設定する相を特定する方法の他、例えば、図９等に示したように、回転子位置とフルオフ電圧またはフルオン電圧に設定する相とが関連付けられたテーブルを予め用意しておき、このテーブルを参照することにより、フルオフ電圧またはフルオン電圧に設定する相を特定することとしてもよい。
本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、例えば、上述した各実施形態を部分的または全体的に組み合わせる等して、種々変形実施が可能である。
１ インバータ装置
２ インバータ
３ インバータ制御装置
４ ドライバ回路
５ モータ
６ 電流センサ
７ 直流電源
８ 電圧センサ
１１ 相電流演算部
１２ 電圧指令生成部
１３ 指令変調部
１４ 搬送波生成部
１５ ＰＷＭ信号生成部

Claims (9)

  1. 直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御装置であって、
    前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算手段と、
    前記相電流演算手段によって演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算手段と、
    前記電圧指令演算手段によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調手段と、
    基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成手段と、
    前記指令変調手段により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成手段によって生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と
    を具備するインバータ制御装置。
  2. 前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最小値を示した電圧指令をフルオフさせる相として特定し、特定した相の電圧指令を常に前記フルオフ電圧に設定する請求項１に記載のインバータ制御装置。
  3. 前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最大値を示した電圧指令をフルオンさせる相として特定し、特定した相の電圧指令を常に前記フルオン電圧に設定する請求項１に記載のインバータ制御装置。
  4. 前記指令変調手段は、前記三相電圧指令のうち、最小値を示した電圧指令をフルオフさせる相として特定する期間と、最大値を示した電圧指令をフルオンさせる相として特定する期間とを所定の周波数で切り替え、
    前記所定の周波数は、前記搬送波の周波数よりも低く設定されている請求項１に記載のインバータ制御装置。
  5. 前記ＰＷＭ信号生成手段は、前記他の２相の電圧指令のいずれか一方と前記第１搬送波とを比較してＰＷＭ信号を生成する請求項１から請求項４のいずれかに記載のインバータ制御装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のインバータ制御装置を備えるインバータ装置。
  7. 請求項６に記載のインバータ装置を有する電動圧縮機を備える車載用空調機。
  8. 直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御方法であって、
    前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算工程と、
    前記相電流演算工程において演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算工程と、
    前記電圧指令演算工程によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調工程と、
    基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成工程と、
    前記指令変調工程により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成工程により生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程と
    を具備するインバータ制御方法。
  9. 直流電圧を交流電圧に変換して交流電動機に出力するインバータと、前記インバータの入力側の直流電流を計測する電流計測手段とを有するインバータ装置に適用されるインバータ制御プログラムであって、
    前記電流計測手段の計測結果を用いて前記交流電動機に流れる各相電流を演算する相電流演算処理と、
    前記相電流演算処理において演算された相電流を用いて前記交流電動機に与える三相電圧指令を演算する電圧指令演算処理と、
    前記電圧指令演算処理によって生成された各相電圧指令を比較し、比較結果に基づいてフルオンまたはフルオフさせる相を特定し、特定した相の電圧指令をデューティ１００％に対応するフルオン電圧またはデューティ０％に対応するフルオフ電圧に設定するとともに、他の二相の電圧指令を前記フルオン電圧または前記フルオフ電圧に従ってオフセットし、線間電圧を一定に保つような電圧指令に変更する指令変調処理と、
    基準となる第１搬送波と、前記第１搬送波を一定時間遅らせた第２搬送波と、前記第１搬送波を一定時間進ませた第３搬送波を生成する搬送波生成処理と、
    前記指令変調処理により変調された後の各相電圧指令と前記搬送波生成処理により生成された３つの搬送波とを予め設定されている所定のルールに従って比較し、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成処理と
    をコンピュータに実行させるためのインバータ制御プログラム。
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