特許 6369423 電力変換装置、制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6369423

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】電力変換装置、制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/24 20160101AFI20180730BHJP

【ＦＩ】

   H02P21/24

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-172343(P2015-172343)

(22)【出願日】2015年9月1日

(65)【公開番号】特開2017-50974(P2017-50974A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2017年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】福丸 伸吾

(72)【発明者】

【氏名】森本 進也

(72)【発明者】

【氏名】井浦 英昭

(72)【発明者】

【氏名】木野村 浩史

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２３０７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９７９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３３５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３５５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４２０１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ １／００−３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスイッチング素子を有する電力変換部と、
前記複数のスイッチング素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
電圧指令ベクトルを生成する指令生成部と、
前記電圧指令ベクトルに補正ベクトルを合成して合成ベクトルを生成する合成部と、
前記合成ベクトルに対応する複数の電圧ベクトルの前記電力変換部からの出力時間を調整する調整部と、
前記調整部による調整結果に基づき、前記補正ベクトルを生成する補正ベクトル生成部と、を備え、
前記補正ベクトル生成部は、
前記調整部による前記複数の電圧ベクトルの調整前後の前記出力時間の差を調整量として、前記調整量に応じた前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記合成ベクトルに対応する前記複数の電圧ベクトルの前記電力変換部からの出力時間の情報を演算する演算部を備え、
前記調整部は、
前記演算部によって演算された前記複数の電圧ベクトルの出力時間の情報がそれぞれ下限値以上になるように調整するリミッタを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記補正ベクトル生成部は、
前記複数の電圧ベクトルの出力時間の情報それぞれの前記リミッタの通過前後の差を前記調整結果として前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記出力時間の情報は、前記出力時間の比率を示す情報または前記出力時間を示す情報を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記リミッタの通過後の前記複数の電圧ベクトルの出力時間の情報に基づいて、オンディレイ補正が施され前記複数のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部を備え、
前記補正ベクトル生成部は、
前記オンディレイ補正による電圧誤差を補償するように前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記補正ベクトル生成部は、
前記スイッチング素子のオン電圧による電圧誤差を補償するように前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電力変換部は、
前記制御部による制御によって直流母線から供給される直流電力を交流電力へ変換し、
前記補正ベクトル生成部は、
前記調整部による調整結果と前記直流母線の電圧の変化に基づいて前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電力変換装置。

【請求項8】

電圧指令ベクトルを生成する指令生成部と、
前記電圧指令ベクトルに補正ベクトルを合成して合成ベクトルを生成する合成部と、
前記合成ベクトルに応じた複数の電圧ベクトルの出力時間を調整する調整部と、
前記調整部による調整結果に基づき、前記補正ベクトルを生成する生成部と、を備え、
前記生成部は、
前記調整部による前記複数の電圧ベクトルの調整前後の前記出力時間の差を調整量として、前記調整量に応じた前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする電圧ベクトルの制御装置。

【請求項9】

電圧指令ベクトルを生成することと、
前記電圧指令ベクトルに補正ベクトルを合成して合成ベクトルを生成することと、
前記合成ベクトルに応じた複数の電圧ベクトルの出力時間を調整することと、
前記調整の結果に基づき、前記補正ベクトルを生成することと、を含み、
前記補正ベクトルを生成することは、
前記複数の電圧ベクトルの調整前後の前記出力時間の差を調整量として、前記調整量に応じた前記補正ベクトルを生成する
ことを特徴とする電圧ベクトルの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示の実施形態は、電力変換装置、制御装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数のスイッチング素子を有する電力変換部から複数の異なる電圧ベクトルを出力するように複数のスイッチング素子を制御して電力変換を行う電力変換装置が知られている。

【0003】

かかる電力変換装置は、電力変換部が電圧ベクトルを出力している間に電力変換部の電流を検出するため、電圧ベクトルの出力時間が微小な場合に電流の検出を安定して行うことが難しい場合がある。

【0004】

そこで、ＰＷＭ信号の１キャリア周期または半キャリア周期において、ＰＷＭ信号のデューティ比を電流検出が可能なデューティ値に補正し、次のキャリア周期でデューティ比の増減分を修正する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１８９６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば、軽負荷の場合に、ＰＷＭ信号のデューティ比の増減分を修正する期間でデューティ比が短くなりすぎて電流を検出することができず、電流の急峻な変化に対して遅れが発生するおそれがある。

【0007】

実施形態の一態様は、電流の検出を安定して行うことができるように電圧ベクトルを適切に制御する電力変換装置、制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態の一態様に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有する電力変換部と、前記複数のスイッチング素子を制御する制御部とを備える。前記制御部は、指令生成部と、合成部と、調整部と、補正ベクトル生成部とを備える。前記指令生成部は、電圧指令ベクトルを生成する。前記合成部は、前記電圧指令ベクトルに補正ベクトルを合成して合成ベクトルを生成する。前記調整部は、前記合成ベクトルに対応する複数の電圧ベクトルの前記電力変換部からの出力時間を調整する、前記補正ベクトル生成部は、前記調整部による調整結果に基づき、前記補正ベクトルを生成する。

【発明の効果】

【0009】

実施形態の一態様によれば、電流の検出を安定して行うことができるように電圧ベクトルを適切に制御する電力変換装置、制御装置および制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、合成ベクトルの位相と領域と基本電圧ベクトルとの関係を示す図である。

【図3】図３は、合成ベクトルの位相と領域と基本電圧ベクトルとの関係を示す図である。

【図4】図４は、図１に示す制御部の構成例を示す図である。

【図5】図５は、領域と電圧ベクトルパターンとの関係を示す図である。

【図6】図６は、基本電圧ベクトルとＰＷＭ信号と母線電流との関係を示す図である。

【図7】図７は、３相電圧の変調率と領域との関係を示す図である。

【図8】図８は、合成ベクトルが領域１に含まれる場合において、電力変換部から出力される基本電圧ベクトルとＰＷＭ信号と検出電流との関係例を示す図である。

【図9】図９は、合成ベクトルが領域１に存在する場合における合成ベクトルと出力時間比率の関係をαβ軸座標系において表した図である。

【図10】図１０は、時間比率差分で特定される補正ベクトルと、次の演算周期で演算される電圧指令ベクトルと、合成ベクトルとの関係をαβ軸座標系において表した図である。

【図11】図１１は、次の演算周期における合成ベクトルと、出力時間比率との関係をαβ軸座標系において表した図である。

【図12】図１２は、領域と電流極性との関係を示す図である。

【図13】図１３は、補償係数テーブルの一例を示す図である。

【図14】図１４は、制御部による処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置、制御装置および制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0012】

［１．電力変換装置］
図１は、実施形態に係る電力変換装置１の構成例を示す図である。図１に示す電力変換装置１は、直流電源２と電動機３との間に配置される。かかる電力変換装置１は、電力変換部１０と、制御部２０とを備える。

【0013】

電力変換部１０は、コンデンサ１１と、スイッチング部１２と、電流検出部１３と、電圧検出部１４とを備え、直流電源２から供給される直流電力を３相交流電力へ変換し、電動機３へ出力する。コンデンサ１１は、直流電源２に対して並列に接続される。かかるコンデンサ１１は、直流母線１５ａ、１５ｂ（以下、直流母線１５と記載する場合がある）間に接続されるコンデンサであり、主回路コンデンサとも呼ばれる。

【0014】

スイッチング部１２は、例えば、３相ブリッジ回路であり、図１に示すように、複数のスイッチング素子Ｓｗｕｐ、Ｓｗｕｎ、Ｓｗｖｐ、Ｓｗｖｎ、Ｓｗｗｐ、Ｓｗｗｎ（以下、スイッチング素子Ｓｗと記載する場合がある）を有する。これら複数のスイッチング素子Ｓｗが制御部２０によってＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって、直流電源２から供給される直流電力が３相交流電力へ変換され、電動機３へ出力される。なお、電力変換装置１は、電動機３に代えて電力系統へ３相交流電力を出力するものであってもよい。

【0015】

スイッチング素子Ｓｗは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、スイッチング素子Ｓｗは、次世代半導体スイッチング素子のＳｉＣ、ＧａＮであってもよい。なお、以下において、スイッチング素子Ｓｗｕｐ、Ｓｗｖｐ、Ｓｗｗｐを上アームと呼び、スイッチング素子Ｓｗｕｎ、Ｓｗｖｎ、Ｓｗｗｎを下アームと呼ぶ場合がある。

【0016】

電流検出部１３は、直流母線１５に流れる電流を検出する。かかる電流検出部１３は、たとえば、磁電変換素子であるホール素子、シャント抵抗、または、電流トランスを有し、直流母線１５に流れる電流の瞬時値Ｉ_ｄｃ（以下、母線電流Ｉ_ｄｃと記載する）を検出する。電圧検出部１４は、直流母線１５ａ、１５ｂ間の電圧の瞬時値Ｖ_ｄｃ（以下、母線電圧Ｖ_ｄｃと記載する）を検出する。

【0017】

制御部２０は、３相電流検出部３１と、指令生成部３２と、合成部３３と、演算部３４と、調整部３５と、補正ベクトル生成部３６と、ＰＷＭ信号出力部３７とを備える。

【0018】

かかる制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。かかるマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、３相電流検出部３１、指令生成部３２、合成部３３、演算部３４、調整部３５、補正ベクトル生成部３６およびＰＷＭ信号出力部３７の機能が実現される。

【0019】

また、３相電流検出部３１、指令生成部３２、合成部３３、演算部３４、調整部３５、補正ベクトル生成部３６およびＰＷＭ信号出力部３７は、それぞれ一部または全部が例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成されてもよい。

【0020】

３相電流検出部３１は、電流検出部１３によって検出された母線電流Ｉ_ｄｃに基づき、電力変換部１０と電動機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相との間に流れる電流の瞬時値ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗ（以下、相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗと記載する）を検出する。相電流ｉ_ｕは、Ｕ相の電流であり、相電流ｉ_ｖは、Ｖ相の電流であり、相電流ｉ_ｗは、Ｗ相の電流である。

【0021】

指令生成部３２は、相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗに基づいて、例えば、相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗが目標の電流になるように電圧指令ベクトルｖ_αβ^*を生成する。電圧指令ベクトルｖ_αβ^*は、固定座標上の直交した２軸のαβ軸成分であるα軸電圧指令ｖ_α^*とβ軸電圧指令ｖ_β^*を含む。合成部３３は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*に補正ベクトルΔｖ_αβを合成して合成ベクトルｖ_αβ^**を生成する。かかる合成ベクトルｖ_αβ^**は、α軸電圧指令ｖ_α^**とβ軸電圧指令ｖ_β^**を含む。

【0022】

演算部３４は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙ（電圧ベクトルの一例）の電力変換部１０からの出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算する。図２および図３は、合成ベクトルｖ_αβ^**の位相θｖと、領域１〜６と、基本電圧ベクトルＶ_１〜Ｖ_７との関係を示す図である。

【0023】

基本電圧ベクトルは、電力変換部に設けられたスイッチング素子のオン／オフの組み合わせによって電力変換部から出力可能な電圧ベクトルである。図１に示す電力変換部１０では、基本電圧ベクトルは、６つのスイッチング素子Ｓｗのオン／オフの８種類の組み合わせに対応する８種類の電圧ベクトルＶ_０〜Ｖ_７である。

【0024】

基本電圧ベクトルＶ_０〜Ｖ_７には、２種類のゼロ電圧ベクトルである基本電圧ベクトルＶ_０、Ｖ_０と６種類の有効電圧ベクトルである基本電圧ベクトルＶ_１〜Ｖ_６とが含まれる。なお、後述する例では、ゼロ電圧ベクトルとして、１つの基本電圧ベクトルＶ_０を用いているが、基本電圧ベクトルＶ_０に加えまたは代えて、基本電圧ベクトルＶ_７を用いることもできる。

【0025】

演算部３４は、合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算する。演算部３４は、例えば、合成ベクトルｖ_αβ^**を挟む６０度の位相差を有する２種類の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙで挟まれる領域を合成ベクトルｖ_αβ^**が存在する領域として判定する。

【0026】

演算部３４は、例えば、合成ベクトルｖ_αβ^**の位相θｖ（＝ａｔａｎ（ｖ_β^**／ｖ_α^**））に基づいて、合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域を判定することができるが、その他の方法によって合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域を判定することもできる。

【0027】

例えば、演算部３４は、０≦θｖ＜６０である場合、図３に示すように、基本電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_３を基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙとし、基本電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_３の出力時間比率ζ_１、ζ_３を出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙとして演算する。

【0028】

調整部３５は、リミッタ９０を備え、かかるリミッタ９０により出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈよりも小さくならないように、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを調整し、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0029】

例えば、調整部３５は、出力時間比率ζ_ｘが下限値ζ_ｔｈよりも小さい場合、下限値ζ_ｔｈを出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}として出力する。また、調整部３５は、出力時間比率ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈよりも小さい場合、下限値ζ_ｔｈを出力時間比率ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0030】

一方、調整部３５は、出力時間比率ζ_ｘが下限値ζ_ｔｈ以上である場合、出力時間比率ζ_ｘを出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}として出力する。また、調整部３５は、出力時間比率ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈ以上である場合、出力時間比率ζ_ｙを出力時間比率ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0031】

補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整結果に基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。補正ベクトルΔｖ_αβには、αβ軸座標系におけるα軸成分であるα軸補正値Δｖ_αとβ軸成分であるβ軸補正値Δｖ_βが含まれる。例えば、補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整量、例えば、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙと出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}との差に基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを生成することができる。

【0032】

かかる補正ベクトルΔｖ_αβは、調整部３５によって出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙの少なくとも一つが下限値ζ_ｔｈ以上になるように調整された場合に、かかる調整によって生じる誤差を次の演算周期で補正するように補正ベクトル生成部３６によって生成される。

【0033】

ＰＷＭ信号出力部３７は、下限値ζ_ｔｈ以上である出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙに応じた時間Ｔ_ｘ（＝ζ_ｘ×Ｔ）、Ｔ_ｙ（＝ζ_ｙ×Ｔ）で基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙが出力されるように電力変換部１０を制御するＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、Ｓｗｎ（以下、ＰＷＭ信号Ｓと記載する場合がある）を生成する。なお、「Ｔ」は、ＰＷＭ制御の変調周期である。

【0034】

これにより、電力変換部１０から出力される基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの出力幅を一定以上になるように抑制することができ、電流の検出を安定して行うことができる。また、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙ、ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}を演算する毎に、補正ベクトルΔｖ_αβを次の演算周期で電圧指令ベクトルｖ_αβ^*と合成することで、電力変換部１０から出力される電圧の精度を向上させることができる。以下、制御部２０の構成についてさらに詳細に説明する。

【0035】

［２．制御部２０］
図４は、図１に示す制御部２０の構成例を示す図である。上述したように、制御部２０は、３相電流検出部３１と、指令生成部３２と、合成部３３と、演算部３４と、調整部３５と、補正ベクトル生成部３６と、ＰＷＭ信号出力部３７とを備えている。以下、ＰＷＭ信号出力部３７、３相電流検出部３１、指令生成部３２、合成部３３、演算部３４、調整部３５、補正ベクトル生成部３６の順に説明する。

【0036】

［２．１．ＰＷＭ信号出力部３７］
ＰＷＭ信号出力部３７は、図３に示す領域１〜６のうち、合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙと基本電圧ベクトルＶ_０とに応じた電圧ベクトルパターンで出力する。

【0037】

図５は、領域１〜６と電圧ベクトルパターンとの関係を示す図である。図５に示すように、ＰＷＭ信号出力部３７は、例えば、０≦θｖ＜６０である場合、Ｖ_０→Ｖ_１→Ｖ_３→Ｖ_３→Ｖ_１→Ｖ_０の順に基本電圧ベクトルが出力されるように電力変換部１０を制御するＰＷＭ信号Ｓを生成する。

【0038】

ＰＷＭ信号出力部３７は、調整部３５を通過した出力時間比率ζ_{１＿ｌｉｍ}で基本電圧ベクトルＶ_１が出力され、調整部３５を通過した出力時間比率ζ_{３＿ｌｉｍ}で基本電圧ベクトルＶ_３が出力されるように、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。

【0039】

なお、図５に示す電圧ベクトルパターンは、ＰＷＭ制御の変調周期Ｔ内において、同一の基本電圧ベクトルが２回出力されるパターンである。したがって、１変調周期Ｔにおいて、Ｔ_１（＝ζ_１×Ｔ）／２の長さの基本電圧ベクトルＶ_１とＴ_３（＝ζ_３×Ｔ）／２の長さの基本電圧ベクトルＶ_３とがそれぞれ２回ずつ電力変換部１０から出力される。

【0040】

また、ＰＷＭ信号出力部３７は、調整部３５を通過した出力時間比率ζ_{１＿ｌｉｍ}、ζ_{３＿ｌｉｍ}に基づいて算出した出力時間比率ζ_０で基本電圧ベクトルＶ_０が出力されるように、ＰＷＭ信号Ｓを生成する。なお、基本電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_３と同様に、基本電圧ベクトルＶ_０は、１変調周期Ｔにおいて、電力変換部１０からＴ_０（＝ζ_０×Ｔ）／２の長さで２回出力される。

【0041】

かかるＰＷＭ信号出力部３７は、例えば、下記式（１）の演算によって、基本電圧ベクトルＶ_０の出力時間比率ζ_０を求めることができる。また、下記式（１）の演算は、ＰＷＭ信号出力部３７ではなく演算部３４によって演算し、演算部３４からＰＷＭ信号出力部３７へ通知することもできる。ＰＷＭ信号出力部３７は、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}、ζ_０に基づいて、ＰＷＭ信号Ｓを生成し、かかるＰＷＭ信号Ｓにオンディレイ補正を施したＰＷＭ信号Ｓを出力する。

【数1】

【0042】

図６は、基本電圧ベクトルとＰＷＭ信号と母線電流Ｉ_ｄｃとの関係を示す図である。図６に示すように、ＰＷＭ信号出力部３７は、基本電圧ベクトルＶ_１を出力する場合、ＰＷＭ信号Ｓｕｐをアクティブレベル（例えば、Ｈｉｇｈレベル）にし、ＰＷＭ信号Ｓｖｐ、Ｓｗｐをノンアクティブレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）にする。

【0043】

また、ＰＷＭ信号出力部３７は、基本電圧ベクトルＶ_３を出力する場合、ＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐをアクティブレベル（例えば、Ｈｉｇｈレベル）にし、ＰＷＭ信号Ｓｗｐをノンアクティブレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）にする。また、ＰＷＭ信号出力部３７は、基本電圧ベクトルＶ_０を出力する場合、ＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐをノンアクティブレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）にする。

【0044】

ＰＷＭ信号出力部３７は、例えば、ＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐをそれぞれ反転した信号をＰＷＭ信号Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎとし、かかるＰＷＭ信号Ｓにオンディレイ補正を施して電力変換部１０へＰＷＭ信号Ｓとして出力する。なお、電力変換部１０は、ＰＷＭ信号Ｓを増幅してスイッチング素子Ｓｗへ出力する増幅回路を備えることもできる。

【0045】

図７は、３相電圧の変調率と領域との関係を示す図である。ＰＷＭ信号出力部３７は、例えば、図７に示すように、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}に基づき、領域に応じた３相電圧ｖ_ｕ、ｖ_ｖ、ｖ_ｗの変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗを演算することができる。ＰＷＭ信号出力部３７は、例えば、変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗとアップダウンカウンタのカウンタ値とを比較することで、変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗに応じたデューティ比のＰＷＭ信号Ｓを生成することができる。

【0046】

［２．２．３相電流検出部３１］
３相電流検出部３１は、演算部３４によって演算される取得タイミングに基づいて、電流検出部１３によって検出された母線電流Ｉ_ｄｃを取得し、相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを求める。

【0047】

３相電流検出部３１は、図６に示すように、電力変換部１０から出力される基本電圧ベクトルの種類によって、母線電流Ｉ_ｄｃに基づいて検出される相電流が相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗのうちいずれであるかがわかる。

【0048】

図８は、合成ベクトルｖ_αβ^**が領域１に含まれる場合において、電力変換部１０から出力される基本電圧ベクトルとＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐと検出電流との関係例を示す図である。図８に示すように、変調周期Ｔにおいて、基本電圧ベクトルがＶ_０→Ｖ_１→Ｖ_３→Ｖ_３→Ｖ_１→Ｖ_０の順に出力されるように、ＰＷＭ信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐが出力される。

【0049】

電力変換部１０から基本電圧ベクトルＶ_１が出力される場合、電動機３のＵ相からＶ相およびＷ相へ電流が流れる。そのため、この場合に電流検出部１３によって検出される母線電流Ｉ_ｄｃは、相電流ｉ_ｕと一致する。したがって、３相電流検出部３１は、基本電圧ベクトルＶ_１が出力されるタイミングで電流検出部１３によって検出される母線電流Ｉ_ｄｃを取得することにより、相電流ｉ_ｕを検出することができる。

【0050】

また、電力変換部１０から基本電圧ベクトルＶ_３が出力される場合、電動機３のＵ相およびＶ相からＷ相へ電流が流れる。そのため、この場合に電流検出部１３によって検出される母線電流Ｉ_ｄｃは、相電流ｉ_ｗの反転値と一致する。したがって、３相電流検出部３１は、基本電圧ベクトルＶ_３が出力されるタイミングで電流検出部１３によって検出される母線電流Ｉ_ｄｃを取得し、かかる母線電流Ｉ_ｄｃを反転することにより相電流ｉ_ｗを検出することができる。

【0051】

同様に、３相電流検出部３１は、基本電圧ベクトルＶ_２が出力されるタイミングの母線電流Ｉ_ｄｃを取得して相電流ｉ_ｗを検出し、基本電圧ベクトルＶ_４が出力されるタイミングの母線電流Ｉ_ｄｃを取得して相電流ｉ_ｖを検出することができる。また、３相電流検出部３１は、基本電圧ベクトルＶ_６が出力されるタイミングの母線電流Ｉ_ｄｃを取得し反転することにより相電流ｉ_ｕを検出し、基本電圧ベクトルＶ_５が出力されるタイミングの母線電流Ｉ_ｄｃを取得し反転することにより相電流ｉ_ｖを検出することができる。

【0052】

このように、各領域では、２つの基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙで２つの相電流を検出することができる。３相電流検出部３１は、例えば、０＝ｉ_ｕ＋ｉ_ｖ＋ｉ_ｗであることを利用して、検出した２つの相電流に基づいて、残りの相電流を検出することができる。３相電流検出部３１は、例えば、合成ベクトルｖ_αβ^**が領域１に含まれる場合において、相電流ｉ_ｕと相電流ｉ_ｗとから相電流ｉ_ｖを検出することができる。

【0053】

３相電流検出部３１は、電力変換部１０から出力されている基本電圧ベクトルの情報を演算部３４から取得し、母線電流Ｉ_ｄｃに基づいて相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗを検出することができる。例えば、３相電流検出部３１は、電力変換部１０から出力されている基本電圧ベクトルがＶ_１である場合に電流検出部１３によって検出される母線電流Ｉ_ｄｃに基づき、相電流ｉ_ｕを検出することができる。

【0054】

なお、図６に示すように、基本電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_４が出力された場合の母線電流Ｉ_ｄｃは、正極性の相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗであり、以下においては、便宜上、基本電圧ベクトルＶ_１、Ｖ_２、Ｖ_４を正極性基本電圧ベクトルと呼ぶ場合がある。また、基本電圧ベクトルＶ_３、Ｖ_５、Ｖ_６が出力された場合の母線電流Ｉ_ｄｃは、負極性の相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗであり、以下においては、便宜上、基本電圧ベクトルＶ_３、Ｖ_５、Ｖ_６を負極性基本電圧ベクトルと呼ぶ場合がある。

【0055】

［２．３．指令生成部３２］
図４に示すように、指令生成部３２は、加算部５１と、積分部５２と、３相２相変換部５３と、回転座標変換部５４と、電流指令出力部５５と、電流制御部５６と、回転座標変換部５７とを備える。

【0056】

加算部５１は、周波数指令ｆ^*にスリップ周波数ｆ_ｓｌｉｐを加算する。積分部５２は、加算部５１の加算結果を積分して位相θを求める。なお、位相θは、その他の公知の方法を用いて求めることもでき、位相θを検出する構成は、図４に示す構成に限定されない。

【0057】

３相２相変換部５３は、公知の３相２相変換によって、相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗから、固定座標上の直交した２軸のα軸成分であるα軸電流ｉ_αとβ軸成分であるβ軸電流ｉ_βを求める。回転座標変換部５４は、公知のαβ／ｄｑ変換によって、αβ軸座標系の成分であるα軸電流ｉ_αとβ軸電流ｉ_βを、位相θに基づき、回転座標系であるｄｑ軸座標系のｄ軸成分であるｄ軸電流ｉ_ｄとｑ軸成分であるｑ軸電流ｉ_ｑへ変換する。

【0058】

電流指令出力部５５は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ^*とｑ軸電流指令ｉ_ｑ^*を出力する。電流制御部５６は、ｄ軸電流指令ｉ_ｄ^*とｄ軸電流ｉ_ｄとの偏差がゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行ってｄ軸電圧指令ｖ_ｄ^*を生成する。また、電流制御部５６は、ｑ軸電流指令ｉ_ｑ^*とｑ軸電流ｉ_ｑとの偏差がゼロになるようにＰＩ制御を行ってｑ軸電圧指令ｖ_ｑ^*を生成する。

【0059】

回転座標変換部５７は、公知のｄｑ／αβ変換によって、ｄｑ軸座標系の成分であるｄ軸電圧指令ｖ_ｄ^*およびｑ軸電圧指令ｖ_ｑ^*をαβ軸座標系の成分である電圧指令ベクトルｖ_αβ^*へ座標変換を行う。なお、指令生成部３２は、図４に示す構成に限定されず、例えば、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*を生成する構成であればよい。

【0060】

［２．４．合成部３３］
合成部３３は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*に補正ベクトルΔｖ_αβを合成して合成ベクトルｖ_αβ^**を生成する。かかる合成部３３は、図４に示すように、加算部６１、６２を備え、下記式（２）の演算を行う。

【数2】

【0061】

加算部６１は、α軸電圧指令ｖ_α^*とα軸補正値Δｖ_αとを加算し、α軸電圧指令ｖ_α^**を求める。加算部６２は、β軸電圧指令ｖ_β^*とβ軸補正値Δｖ_βとを加算し、β軸電圧指令ｖ_β^**を求める。α軸電圧指令ｖ_α^**は、合成ベクトルｖ_αβ^**のα軸成分であり、β軸電圧指令ｖ_β^**は、合成ベクトルｖ_αβ^**のβ軸成分である。

【0062】

［２．５．演算部３４］
演算部３４は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの電力変換部１０からの出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算する。

【0063】

演算部３４は、図４に示すように、領域判定部７１と、時間比率演算部７２と、出力ベクトル通知部７３とを備える。領域判定部７１は、合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域が領域１〜６（図２、図３参照）のうちいずれの領域に存在するかを判定する。例えば、領域判定部７１は、合成ベクトルｖ_αβ^**の位相θｖを求め、かかる位相θｖに基づいて、合成ベクトルｖ_αβ^**が含まれる領域を判定することができる。

【0064】

時間比率演算部７２は、領域判定部７１によって判定された領域に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算する。「領域に対応する複数の基本電圧ベクトル」は、合成ベクトルｖ_αβ^**を挟む６０度位相差を有する２つの有効電圧ベクトルである基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙである。

【0065】

ここで、出力時間比率ζ_ｋ（ｋ＝ｘ、ｙ、０）の基本電圧ベクトルＶ_ｋ（ｋ＝ｘ、ｙ、０）の平均値である平均電圧ベクトルｖは、例えば、下記式（３）に示すように表すことができる。なお、基本電圧ベクトルＶ_０に代えて基本電圧ベクトルＶ_７を用いてもよく、２つの基本電圧ベクトルＶ_０、Ｖ_７を用いてもよい。

【数3】

【0066】

また、出力時間比率ζ_ｋは、下記式（４）によって表すことができ、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙ、ζ_０の積算値は、下記式（５）のように表すことができる。なお、式（４）において、「ｔ_ｋ」は、基本電圧ベクトルＶ_ｋの出力時間である。

【数4】

【0067】

図３に示すように、合成ベクトルｖ_αβ^**が領域１に存在する場合、合成ベクトルｖ_αβ^**のα軸成分であるα軸電圧指令ｖ_α^**とβ軸成分であるβ軸電圧指令ｖ_β^**は、それぞれ下記式（５）のように表すことができる。

【数5】

【0068】

上記式（６）において、「Ｖ_α１」は、基本電圧ベクトルＶ_１のα軸変調率（Ｖ_α１＝１）であり、「Ｖ_β１」は、基本電圧ベクトルＶ_１のβ軸変調率（Ｖ_β１＝０）である。また、「Ｖ_α３」は、基本電圧ベクトルＶ_３のα軸変調率（Ｖ_α３＝１／２）であり、「Ｖ_β３」は、基本電圧ベクトルＶ_３のβ軸変調率（Ｖ_β３＝√（３／２））である。

【0069】

したがって、例えば、出力時間比率ζ_１、ζ_３は、下記式（７）、（８）のように表すことができる。時間比率演算部７２は、例えば、下記式（７）、（８）の演算を行って、出力時間比率ζ_１、ζ_３を求めることができる。

【数6】

【0070】

時間比率演算部７２は、合成ベクトルｖ_αβ^**が領域１（図３参照）以外に存在する場合も同様に、基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙのα軸変調率およびβ軸変調率とα軸電圧指令ｖ_α^**およびβ軸電圧指令ｖ_β^**に基づいて、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算することができる。

【0071】

出力ベクトル通知部７３は、電力変換部１０から出力されている基本電圧ベクトルの情報を３相電流検出部３１へ通知する。これにより、３相電流検出部３１は、母線電流Ｉ_ｄｃが相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗのうちいずれに対応するかを判定することができる。

【0072】

［２．６．調整部３５］
調整部３５は、リミッタ９０を備える。リミッタ９０は、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈよりも小さくならないように、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを調整し、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0073】

例えば、リミッタ９０は、出力時間比率ζ_ｘが下限値ζ_ｔｈよりも小さい場合、下限値ζ_ｔｈを出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}として出力する。また、リミッタ９０は、出力時間比率ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈよりも小さい場合、下限値ζ_ｔｈを出力時間比率ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0074】

一方、リミッタ９０は、出力時間比率ζ_ｘが下限値ζ_ｔｈ以上である場合、出力時間比率ζ_ｘを出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}として出力する。また、リミッタ９０は、出力時間比率ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈ以上である場合、出力時間比率ζ_ｙを出力時間比率ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。

【0075】

［２．７．補正ベクトル生成部３６］
補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整結果に基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。例えば、補正ベクトル生成部３６は、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙから出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}を減算し、かかる減算結果に基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを演算する。補正ベクトルΔｖ_αβには、αβ軸座標系におけるα軸成分であるα軸補正値Δｖ_αとβ軸成分であるβ軸補正値Δｖ_βが含まれる。

【0076】

かかる補正ベクトル生成部３６は、減算部８１と、補正ベクトル演算部８２とを備える。減算部８１は、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙから出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}を減算し、時間比率差分Δζ_ｘ、Δζ_ｙを求める。減算部８１は、例えば、下記式（９）の演算により、時間比率差分Δζ_ｘ、Δζ_ｙを求める。

【数7】

【0077】

次に、補正ベクトル生成部３６は、例えば、下記式（１０）の演算によって、時間比率差分Δζ_ｘ、Δζ_ｙに基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを求める。なお、下記式（１０）において、「Ｖ_αｘ」は、基本電圧ベクトルＶ_ｘのα軸成分であり、「Ｖ_βｘ」は、基本電圧ベクトルＶ_ｘのβ軸成分であり、「Ｖ_αｙ」は、基本電圧ベクトルＶ_ｙのα軸成分であり、「Ｖ_βｙ」は、基本電圧ベクトルＶ_ｙのβ軸成分である。

【数8】

【0078】

また、補正ベクトル生成部３６は、直流母線１５の電圧（以下、母線電圧Ｖ_ｄｃと記載する）が変動する場合、予め設定した基準電圧Ｖ_ｄｃｚを考慮して、補正ベクトルΔｖ_αβを求めることができる。補正ベクトル生成部３６は、例えば、下記式（１１）の演算によって、補正ベクトルΔｖ_αβを求めることができる。

【数9】

【0079】

ここで、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙ、ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}および合成ベクトルｖ_αβ^**との関係をαβ軸座標上で説明する。なお、以下においては、説明の便宜上、ある演算周期における演算結果には、「（０）」の添え字を付し、次の演算周期における演算結果には、「（１）」の添え字を付して説明する。

【0080】

図９は、合成ベクトルｖ_{αβ（１）}^**が領域１（図３参照）に存在する場合における合成ベクトルｖ_{αβ（０）}^**と出力時間比率ζ_１（０）、ζ_３（０）、ζ_{１（０）＿ｌｉｍ}、ζ_{３（０）＿ｌｉｍ}との関係をαβ軸座標系において表した図である。

【0081】

図９に示す例では、合成ベクトルｖ_{αβ（０）}^**から演算される出力時間比率ζ_１（０）、ζ_３（０）が共に下限値ζ_ｔｈよりも短いため、出力時間比率ζ_{１（０）＿ｌｉｍ}、ζ_{３（０）＿ｌｉｍ}が下限値ζ_ｔｈに設定される。これにより、電流検出ができないような短い基本電圧ベクトルが出力されることを抑制することができる。

【0082】

一方、出力時間比率ζ_１（０）、ζ_３（０）よりも大きな出力時間比率ζ_{１（０）＿ｌｉｍ}、ζ_{３（０）＿ｌｉｍ}で基本電圧ベクトルが電力変換部１０から出力されるため、出力電圧の誤差が生じる。

【0083】

そこで、補正ベクトル生成部３６は、図１０に示すように、出力時間比率ζ_１（０）、ζ_３（０）と下限値ζ_ｔｈとの差分である時間比率差分Δζ_１（０）、Δζ_３（０）を求める。時間比率差分Δζ_１（０）は、基本電圧ベクトルＶ_６の出力時間比率で表され、時間比率差分Δζ_３（０）は、基本電圧ベクトルＶ_４の出力時間比率で表される。図１０は、時間比率差分Δζ_１（０）、Δζ_３（０）で特定される補正ベクトルΔｖ_{αβ（０）}と、次の演算周期で演算される電圧指令ベクトルｖ_{αβ（１）}^*と、合成ベクトルｖ_{αβ（１）}^**との関係をαβ軸座標系において表した図である。

【0084】

そして、補正ベクトル生成部３６は、図１０に示すように、時間比率差分Δζ_１（０）、Δζ_３（０）で特定される補正ベクトルΔｖ_{αβ（０）}と、次の演算周期で演算部３４によって演算される電圧指令ベクトルｖ_{αβ（１）}^*とを合成して、合成ベクトルｖ_{αβ（１）}^**を求める。これにより、前回の演算周期によって生じる出力電圧の誤差を補正することができ、出力電圧の精度が低下することを抑制することができる。

【0085】

図１１は、次の演算周期における合成ベクトルｖ_{αβ（１）}^**と、出力時間比率ζ_１（１）、ζ_３（１）、ζ_{１（１）＿ｌｉｍ}、ζ_{３（１）＿ｌｉｍ}との関係をαβ軸座標系において表した図である。図１１に示すように、合成ベクトルｖ_{αβ（１）}^**によって演算される出力時間比率ζ_１（１）、ζ_３（１）は、共に下限値ζ_ｔｈよりも短いため、出力時間比率ζ_{１（１）＿ｌｉｍ}、ζ_{３（１）＿ｌｉｍ}が下限値ζ_ｔｈに設定される。これにより、電流検出ができないような短い基本電圧ベクトルが出力されることを抑制することができる。

【0086】

補正ベクトル生成部３６は、以降同様の処理を行うことで、電流検出ができないような短い基本電圧ベクトルが出力されることを抑制しつつ、出力電圧の精度低下を精度よく抑制することができる。

【0087】

ところで、ＰＷＭ信号出力部３７によって変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗに対し、オンディレイ補正やオン電圧補償を施した場合、基本電圧ベクトルの出力幅が短くなり、相電流の検出を安定して行うことができないおそれがある。

【0088】

そこで、補正ベクトル生成部３６は、オンディレイ補正やオン電圧補償による変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗの補償量は、電圧誤差として補正ベクトルΔｖ_αβに加え、次の演算周期で合成ベクトルｖ_αβ^**として出力することができる。

【0089】

これにより、３相電圧の変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗに対してオンディレイ補正やオン電圧補償を行った場合であっても、電流検出ができないような短い基本電圧ベクトルが出力されることを抑制しつつ、出力電圧の精度低下を精度よく抑制することができる。

【0090】

なお、オンディレイ補正とは、ＰＷＭ信号Ｓがオンからオフになるタイミングを遅延させて上アームと下アームとが共にオンになる状態を回避するオンディレイによって生じる電圧誤差を補償する処理である。また、オン電圧補償とは、電力変換部１０のスイッチング素子Ｓｗのオン電圧降下による電圧誤差を補償する処理である。

【0091】

３相電圧の変調率ζ_ｕ、ζ_ｖ、ζ_ｗに対してオンディレイ補正を行う場合、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相のうち、スイッチングする２相の電流極性が同極性であると、２相のＰＷＭの幅が一様に増加もしくは減少することから、正極性基本電圧ベクトルの時間比率はオンディレイ補正前後で変わらないが、負極性基本電圧ベクトルの時間比率については、オンディレイ補正分変化が生じる。

【0092】

また、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相のうち、スイッチングする２相の電流極性が異極性である場合、負極性基本電圧ベクトルについては、同極性の場合と同じであるが、正極性基本電圧ベクトルについては、１相のＰＷＭ幅が増加すると残りの相のＰＷＭ幅が減少することから、同極性の場合に比べ、２倍の変化が生じる。

【0093】

そこで、補正ベクトル生成部３６は、ＰＷＭ信号出力部３７によってオンディレイ補正が行われる場合、スイッチングを行う相の電流極性を図１２に示すテーブルに基づいて決定する。図１２は、領域と電流極性との関係を示す図である。

【0094】

図１２に示すように、補正ベクトル生成部３６は、例えば、合成ベクトルｖ_αβ^**が領域１に存在する場合、相電流ｉ_ｕのｓｉｇｎ関数の演算結果をＩ_{ｓｉｇ＿ｐ}とし、相電流ｉ_ｖのｓｉｇｎ関数の演算結果をＩ_{ｓｉｇ＿ｎ}とする。

【0095】

例えば、補正ベクトル生成部３６は、相電流ｉ_ｕがプラスである場合、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}＝１とし、相電流ｉ_ｕがマイナスである場合、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}＝−１とする。また、補正ベクトル生成部３６は、相電流ｉ_ｖがプラスである場合、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｎ}＝１とし、相電流ｉ_ｖがマイナスである場合、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｎ}＝−１とする。「Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}」は、正極性基本電圧ベクトル出力時に変化する相の電流極性であり、「Ｉ_{ｓｉｇ＿ｎ}」は、負極性基本電圧ベクトル出力時に変化する相の電流極性である。

【0096】

さらに、補正ベクトル生成部３６は、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}とＩ_{ｓｉｇ＿ｎ}との乗算結果に基づいて、補償係数Ｖ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}、Ｖ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}を決定する。「Ｖ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}」は、正極性電圧補償係数であり、「Ｖ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}」は、負極性電圧補償係数である。

【0097】

例えば、補正ベクトル生成部３６は、図１３に示す補償係数テーブルを有しており、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}とＩ_{ｓｉｇ＿ｎ}との乗算結果がゼロ以上である場合、Ｖ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}＝０とし、Ｖ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}＝１とする。また、補正ベクトル生成部３６は、Ｉ_{ｓｉｇ＿ｐ}とＩ_{ｓｉｇ＿ｎ}との乗算結果がマイナスである場合、Ｖ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}＝２とし、Ｖ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}＝１とする。図１３は、補償係数テーブルの一例を示す図である。

【0098】

また、オン電圧補償についても同様に考えることができるため、オンディレイおよびオン電圧による電圧誤差の時間比率ζ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}、ζ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}は、下記式（１２）に示すように表すことができる。

【数10】

【0099】

なお、上記式（１２）において、「ＤＴ」は、オンディレイ時間であり、「ｆｃ」は、ＰＷＭ制御の変調周波数である。また、「Ｖ_ｏｎ」は、オン電圧補償電圧値であり、「ζ_{ｐ＿ｃｏｍｐｋ}」は、正極性電圧ベクトルにおけるオンディレイ補正およびオン電圧による電圧誤差の時間比率であり、「ζ_{ｎ＿ｃｏｍｐｋ}」は、負極性電圧ベクトルにおけるオンディレイ補正およびオン電圧による電圧誤差の時間比率である。

【0100】

補正ベクトル生成部３６は、例えば、下記式（１３）の演算により、補正ベクトルΔｖ_αβを求める。下記式（１３）において、「Ｖ_αｐ」は、正極性基本電圧ベクトルのα軸成分であり、「Ｖ_βｐ」は、正極性基本電圧ベクトルのβ軸成分であり、「Ｖ_αｎ」は、負極性の基本電圧ベクトルのα軸成分であり、「Ｖ_βｎ」は、負極性の基本電圧ベクトルのβ軸成分である。また、下記式（１３）において、「Δζ_ｐ」は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する正極性基本電圧ベクトルの出力時間比率のリミッタ９０通過後の出力時間比率であり、「Δζ_ｎ」は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する負極性基本電圧ベクトルの出力時間比率のリミッタ９０通過後の出力時間比率である。

【数11】

【0101】

［３．制御部２０による処理］
図１４は、制御部２０による処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示す処理は、例えば、所定の演算周期で繰り返し実行される処理である。

【0102】

図１４に示すように、指令生成部３２は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*を生成する（ステップＳ１０）。次に、合成部３３は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*に補正ベクトルΔｖ_αβを合成して合成ベクトルｖ_αβ^**を生成する（ステップＳ１１）。

【0103】

次に、演算部３４は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの電力変換部１０からの出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算する（ステップＳ１２）。調整部３５は、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙが下限値ζ_ｔｈよりも小さくならないように、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを調整し、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する（ステップＳ１３）。

【0104】

ＰＷＭ信号出力部３７は、出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}で基本電圧ベクトルＶ_ｘが出力され、出力時間比率ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}で基本電圧ベクトルＶ_ｙが出力されるように、ＰＷＭ信号Ｓを生成する（ステップＳ１４）。補正ベクトル生成部３６は、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙから出力時間比率ζ_{ｘ＿ｌｉｍ}、ζ_{ｙ＿ｌｉｍ}を減算し、かかる減算結果に基づいて、補正ベクトルΔｖ_αβを演算する（ステップＳ１５）。

【0105】

このように、制御部２０は、ステップＳ１０において、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*を生成し、ステップＳ１１で、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*に補正ベクトルΔｖ_αβを合成して合成ベクトルｖ_αβ^**を生成する。さらに、制御部２０は、ステップＳ１２、Ｓ１３により、合成ベクトルｖ_αβ^**に応じた複数の基本電圧ベクトルの出力時間を調整し、ステップＳ１５において、ステップＳ１２、Ｓ１３における調整の結果に基づき、補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。制御部２０は、かかる処理を繰り返し実行することで、電力変換部１０から出力される基本電圧ベクトルの出力幅を一定以上になるように抑制しつつ、電力変換部１０から出力される電圧の精度を向上させることができる。

【0106】

なお、上述した実施形態では、演算部３４は、基本電圧ベクトルの出力時間の情報として出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙを演算したが、演算部３４は、基本電圧ベクトルの出力時間の情報として出力時間Ｔ_ｘ（＝Ｔ×ζ_ｘ）、Ｔ_ｙ（＝Ｔ×ζ_ｙ）を演算することもできる。この場合、調整部３５は、出力時間Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙが下限値Ｔ_ｔｈよりも小さくならないように、出力時間Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙを調整し、出力時間Ｔ_{ｘ＿ｌｉｍ}、Ｔ_{ｙ＿ｌｉｍ}として出力する。補正ベクトル生成部３６の減算部８１は、出力時間Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙから出力時間Ｔ_{ｘ＿ｌｉｍ}、Ｔ_{ｙ＿ｌｉｍ}を減算し、時間差分ΔＴ_ｘ（＝Ｔ_ｘ−Ｔ_{ｘ＿ｌｉｍ}）、ΔＴ_ｙ（＝Ｔ_ｙ−Ｔ_{ｙ＿ｌｉｍ}）を求める。補正ベクトル生成部３６は、時間差分ΔＴ_ｘ、ΔＴ_ｙとＰＷＭ制御の変調周期Ｔに基づいて、時間比率差分Δζ_ｘ＝（ΔＴ_ｘ／Ｔ）、Δζ_ｙ＝（ΔＴ_ｙ／Ｔ）を演算する。

【0107】

また、上述した実施形態では、制御部２０は、複数の基本電圧ベクトルの調整前後の出力時間の情報の差（例えば、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙや時間差分ΔＴ_ｘ、ΔＴ_ｙ）に応じた補正ベクトルを生成するが、補正ベクトルの生成はかかる処理に限定されない。すなわち、合成ベクトルｖ_αβ^**そのものによって電力変換部１０から出力される基本電圧ベクトルによる出力電圧と出力時間が調整された基本電圧ベクトルによる出力電圧との差が、次の合成ベクトルｖ_αβ^**で調整されるように、補正ベクトルを生成することができればよい。

【0108】

以上のように、実施形態に係る電力変換装置１は、複数のスイッチング素子Ｓｗを有する電力変換部１０と、複数のスイッチング素子Ｓｗを制御する制御部２０（電圧ベクトルの制御装置の一例）とを備える。制御部２０は、指令生成部３２と、合成部３３と、調整部３５と、補正ベクトル生成部３６とを備える。指令生成部３２は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*を生成する。合成部３３は、電圧指令ベクトルｖ_αβ^*に補正ベクトルΔｖ_αβを合成して合成ベクトルｖ_αβ^**を生成する。調整部３５は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する複数の基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙ、（複数の電圧ベクトルの一例）の電力変換部１０からの出力時間を調整する。補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整結果に基づき、補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0109】

このように、電圧ベクトルの出力時間を調整することで、電圧ベクトルの出力時間を確保することができ、これにより相電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ、ｉ_ｗの検出を安定して行うことができる。また、かかる電圧ベクトルの出力時間の調整結果に基づいて補正ベクトルΔｖ_αβを生成し電圧指令ベクトルｖ_αβ^*と合成することで、電圧ベクトルの出力時間の調整によって生じる電圧誤差を補償することができ、電圧精度の低下を抑制することができる。

【0110】

また、補正ベクトル生成部３６は、調整部３５の調整結果として調整部３５による調整量に基づいて、調整量に応じた補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0111】

このように、補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整量に応じた補正ベクトルΔｖ_αβを生成することから、出力時間の調整によって生じる電圧誤差を精度よく補償することができる。

【0112】

また、補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による複数の基本電圧ベクトルの調整前後の出力時間の差（例えば、時間比率差分Δζ_ｘ、Δζ_ｙ）を調整部３５による調整量として、補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0113】

このように、補正ベクトル生成部３６は、複数の電圧ベクトルの調整前後の出力時間の差に応じた補正ベクトルを生成することから、出力時間の調整によって生じる電圧誤差をより精度よく補償することができる。

【0114】

また、演算部３４は、合成ベクトルｖ_αβ^**に対応する複数の基本電圧ベクトルの電力変換部１０からの出力時間の情報として、基本電圧ベクトルＶ_ｘ、Ｖ_ｙの出力時間の情報（例えば、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙ）を演算する。調整部３５は、出力時間の情報がそれぞれ下限値（例えば、下限値ζ_ｔｈ）以上になるように調整するリミッタ９０を備える。

【0115】

かかるリミッタ９０により電圧ベクトルの出力時間を下限値以上にすることで、電圧ベクトルの出力時間を容易に確保でき、これにより電流の検出を安定して行うことができる。

【0116】

また、補正ベクトル生成部３６は、複数の基本電圧ベクトルの出力時間の情報それぞれのリミッタ９０の通過前後の差を調整部３５の調整結果のとして補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0117】

このように、補正ベクトル生成部３６は、リミッタ９０の通過前後の差に基づいて補正ベクトルΔｖ_αβを生成することから、リミッタ９０によって電圧ベクトルの出力時間が調整された場合に、かかる調整結果に応じた補正ベクトルΔｖ_αβを生成することで、電圧精度の低下を抑制することができる。

【0118】

また、出力時間の情報は、例えば、出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙ（出力時間の比率を示す情報の一例）または出力時間Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙ（出力時間を示す情報の一例）である。

【0119】

調整される出力時間の情報が出力時間比率ζ_ｘ、ζ_ｙである場合、たとえば、ＰＷＭ制御の変調周期Ｔに応じて下限の比率を設定することによって、出力時間を適切に調整できる。また、調整される出力時間の情報が出力時間Ｔ_ｘ、Ｔ_ｙである場合、ＰＷＭ制御の変調周期Ｔに関わらず、出力時間を適切に調整できる。

【0120】

また、電力変換装置１は、ＰＷＭ信号出力部３７（駆動信号生成部の一例）を備える。ＰＷＭ信号出力部３７は、リミッタ９０の通過後の複数の電圧ベクトルの出力時間の情報に基づいて、オンディレイ補正が施され複数のスイッチング素子Ｓｗを駆動するＰＷＭ信号Ｓ（駆動信号の一例）を生成する。補正ベクトル生成部３６は、調整部３５の調整による電圧誤差に加えオンディレイ補正による電圧誤差を補償するように補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0121】

これにより、オンディレイ補正に起因する電圧誤差を抑制しつつも、電圧ベクトルの出力時間を容易に確保できる。

【0122】

また、補正ベクトル生成部３６は、調整部３５の調整による電圧誤差に加えスイッチング素子Ｓｗのオン電圧による電圧誤差を補償するように補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0123】

これにより、スイッチング素子Ｓｗのオン電圧に起因する電圧誤差を抑制しつつも、電圧ベクトルの出力時間を容易に確保できる。

【0124】

また、電力変換部１０は、制御部２０による制御によって直流母線１５から供給される直流電力を交流電力へ変換する。補正ベクトル生成部３６は、調整部３５による調整結果と直流電圧変化Ｖ_ｄｃｚ／Ｖ_ｄｃ（直流母線１５の電圧の変化の一例）に基づいて補正ベクトルΔｖ_αβを生成する。

【0125】

これにより、母線電圧Ｖ_ｄｃが変動する場合であっても、かかる変動に基づく電圧誤差を抑制する補正ベクトルΔｖ_αβを生成することができる。

【0126】

上述した電力変換装置１は、電力変換部１０と、指令生成部３２と、「指令生成部３２によって前回生成された電圧指令ベクトルに対応する電圧ベクトルの電力変換部１０からの出力時間を下限値以上になるように調整した場合に当該調整により生じる電圧誤差を補償するように指令生成部３２によって今回生成された電圧指令ベクトルを補正する処理を繰り返し実行する手段（以下、処理手段と記載する）」とを備える。合成部３３、調整部３５および補正ベクトル生成部３６がかかる処理手段の一例である。

【0127】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0128】

１ 電力変換装置
２ 直流電源
３ 電動機
１０ 電力変換部
１１ コンデンサ
１２ スイッチング部
１３ 電流検出部
１４ 電圧検出部
１５、１５ａ、１５ｂ 直流母線
２０ 制御部
３１ ３相電流検出部
３２ 指令生成部
３３ 合成部
３４ 演算部
３５ 調整部
３６ 補正ベクトル生成部
３７ ＰＷＭ信号出力部
５１、６１、６２ 加算部
５２ 積分部
５４、５７ 回転座標変換部
５５ 電流指令出力部
５６ 電流制御部
７１ 領域判定部
７２ 時間比率演算部
７３ 出力ベクトル通知部
８１ 減算部
８２ 補正ベクトル演算部
９０ リミッタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】