特許 6425898 インバータ制御装置及びその方法

(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】6425898

(24)【登録日】2018年11月2日

(45)【発行日】2018年11月21日

(54)【発明の名称】インバータ制御装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/00 20160101AFI20181112BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20181112BHJP

【ＦＩ】

   H02P21/00

   H02P27/08

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-40395(P2014-40395)

(22)【出願日】2014年3月3日

(65)【公開番号】特開2015-165757(P2015-165757A)

(43)【公開日】2015年9月17日

【審査請求日】2017年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】相場 謙一

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 恭平

(72)【発明者】

【氏名】鷹繁 貴之

【審査官】 樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１１５９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８４０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／００

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各相に対応して設けられたスイッチング素子を駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換し、モータに出力するインバータを制御するインバータ制御装置であって、
前記モータの速度指令を用いて２軸の電圧指令を生成し、該２軸の電圧指令から３相電圧指令を得る電圧指令生成手段と、
前記３相電圧指令を用いて、相毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、
相毎に設定された所定のスイッチング休止期間において、各相に対応する前記スイッチング素子のスイッチングを停止させるスイッチング休止手段と
を備え、
前記電圧指令生成手段は、
３相モータ電流を励磁電流成分とトルク電流成分に変換する３相／２相変換手段と、
力率角を設定する力率角設定手段と、
前記スイッチング休止期間に応じた補正角を設定する補正角設定手段と
を有し、
前記３相／２相変換手段は、電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定される電流座標軸を用いて、前記３相モータ電流を前記励磁電流成分と前記トルク電流成分に変換し、
前記スイッチング休止手段は、前記電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定された前記電流座標軸と、前記力率角とを用いて前記スイッチング休止期間か否かを判定するインバータ制御装置。

【請求項2】

前記補正角設定手段は、前記スイッチング休止期間と前記補正角とが関連付けられた補正角情報を有しており、該補正角情報から前記スイッチング休止期間に対応する補正角を取得する請求項１に記載のインバータ制御装置。

【請求項3】

前記スイッチング休止手段は、インバータの温度が所定値以上である場合に、前記スイッチング休止期間を設ける請求項１または請求項２に記載のインバータ制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載のインバータ制御装置を備えるモータ駆動装置。

【請求項5】

圧縮機モータと、
前記圧縮機モータを駆動する請求項４に記載のモータ駆動装置と
を備える空気調和機。

【請求項6】

各相に対応して設けられたスイッチング素子を駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換し、モータに出力するインバータを制御するインバータ制御方法であって、
前記モータの速度指令を用いて２軸の電圧指令を生成し、該２軸の電圧指令から３相電圧指令を得る電圧指令生成工程と、
前記３相電圧指令を用いて、相毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程と、
相毎に設定された所定のスイッチング休止期間において、各相に対応する前記スイッチング素子のスイッチングを停止させるスイッチング休止工程と
を備え、
前記電圧指令生成工程は、
３相モータ電流を励磁電流成分とトルク電流成分に変換する３相／２相変換工程と、
力率角を設定する力率角設定工程と、
前記スイッチング休止期間に応じた補正角を設定する補正角設定工程と
を有し、
前記３相／２相変換工程は、電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定される電流座標軸を用いて、前記３相モータ電流を前記励磁電流成分と前記トルク電流成分に変換し、
前記スイッチング休止工程は、前記電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定された前記電流座標軸と、前記力率角とを用いて前記スイッチング休止期間か否かを判定するインバータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ制御装置及びその方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、永久磁石型同期モータの制御方法として、以下に示す制御方法が提案されている。例えば、特許文献１には、永久磁石型同期モータのＶ／ｆ制御において、モータ電流を３相２相変換する座標軸と電圧指令を２相変換する座標軸に位相差をつけることで、モータ電流を少なくすることが開示されている。
特許文献２には、ブラシレスＤＣモータを通電角が１２０［ｄｅｇ］から１６０［ｄｅｇ］の矩形波電流により駆動することが開示されている。
特許文献３には、ベクトル制御において、電流のゼロクロスを中心として±δの範囲でスイッチングを休止させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１９７７８９号公報

【特許文献2】特開２００４−１５９０２号公報

【特許文献3】特開２０１３−１１５９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されている制御方法では、常にＰＷＭ制御によるスイッチングを行っているため、スイッチング損失が大きくなるという問題がある。また、特許文献２に開示の制御方法に記載の矩形波による駆動では、回転子位置を検出するか、あるいは通電を行わない期間にモータ端子に現れる誘起電圧を使用して回転子位置を推定する回路が必要となるという問題がある。また、特許文献３に記載の制御方法では、ベクトル制御により計算された電圧指令に従ってスイッチングを休止するので、インバータから出力される電圧が電圧指令から乖離してしまう可能性がある。

【0005】

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、スイッチング休止期間を設けることによるインバータ制御の精度低下を抑制することのできるインバータ制御装置及びその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】

【0006】

本発明の第１態様は、各相に対応して設けられたスイッチング素子を駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換し、モータに出力するインバータを制御するインバータ制御装置であって、前記モータの速度指令を用いて２軸の電圧指令を生成し、該２軸の電圧指令から３相電圧指令を得る電圧指令生成手段と、前記３相電圧指令を用いて、相毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段と、相毎に設定された所定のスイッチング休止期間において、各相に対応する前記スイッチング素子のスイッチングを停止させるスイッチング休止手段とを備え、前記電圧指令生成手段は、３相モータ電流を励磁電流成分とトルク電流成分に変換する３相／２相変換手段と、力率角を設定する力率角設定手段と、前記スイッチング休止期間に応じた補正角を設定する補正角設定手段とを有し、前記３相／２相変換手段は、電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定される電流座標軸を用いて、前記３相モータ電流を前記励磁電流成分と前記トルク電流成分に変換し、前記スイッチング休止手段は、前記電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定された前記電流座標軸と、前記力率角とを用いて前記スイッチング休止期間か否かを判定するインバータ制御装置である。

【0007】

上記インバータ制御装置によれば、電圧指令生成手段によって生成された３相電圧指令を用いてＰＷＭ信号が生成されるとともに、各相に設定された所定のスイッチング休止期間において、各相に対応して設けられたスイッチング素子のスイッチングが停止される。このように、スイッチング素子のスイッチング休止期間が設けられているので、スイッチング損失を低減させることができる。
また、スイッチング休止期間を設けることで、モータ電圧はモータ電圧指令通りに制御できないこととなる。これにより、何も補正を行わなければ、実際の力率角は、力率角設定手段によって設定された力率角からずれてしまうこととなる。この点、本発明によれば、スイッチング休止期間に応じた補正角を設定し、この補正角を用いて加減された電流座標軸を用いて３相／２相の座標変換が行われるので、実際の力率角と力率角設定手段によって設定された力率角との乖離を抑制することができる。これにより、力率角設定手段によって最適な力率角を設定することで、インバータを効率の良い領域で運転させることが可能となり、省エネルギー化を図ることが可能となる。

【0008】

上記インバータ制御装置において、前記補正角設定手段は、前記スイッチング休止期間と前記補正角とが関連付けられた補正角情報を有しており、該補正角情報から前記スイッチング休止期間に対応する補正角を取得することとしてもよい。

【0009】

これにより、スイッチング休止期間に対応する適切な補正角を容易に取得することが可能となる。
補正角情報は、例えば、スイッチング休止期間をそれぞれ変化させ、このときの実際の力率角と力率角設定手段によって設定された力率角との差分を補正角として取得し、この補正角とその補正角が得られたときのスイッチング休止期間とを関連付けることで作成される。

【0010】

上記インバータ制御装置において、前記スイッチング休止手段は、インバータの温度が所定値以上である場合に、前記スイッチング休止期間を設けることとしてもよい。

【0011】

例えば、モータ定数によっては、インバータの効率向上により、モータ電流がゆがむことによるモータ効率の低下が比較的大きい場合がある。このようなモータの場合には、インバータの温度が高い場合にのみ、スイッチング休止期間を設けることにより、モータ電流のゆがみによるモータ効率の低下を抑制することが可能となる。

【0012】

本発明の第２態様は、上記インバータ制御装置を備えるモータ駆動装置である。
本発明の第３態様は、圧縮機モータと、前記圧縮機モータを駆動する上記モータ駆動装置とを備える空気調和機である。

【0013】

本発明の第４態様は、各相に対応して設けられたスイッチング素子を駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換し、モータに出力するインバータを制御するインバータ制御方法であって、前記モータの速度指令を用いて２軸の電圧指令を生成し、該２軸の電圧指令から３相電圧指令を得る電圧指令生成工程と、前記３相電圧指令を用いて、相毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成工程と、相毎に設定された所定のスイッチング休止期間において、各相に対応する前記スイッチング素子のスイッチングを停止させるスイッチング休止工程とを備え、前記電圧指令生成工程は、３相モータ電流を励磁電流成分とトルク電流成分に変換する３相／２相変換工程と、力率角を設定する力率角設定工程と、前記スイッチング休止期間に応じた補正角を設定する補正角設定工程とを有し、前記３相／２相変換工程は、電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定される電流座標軸を用いて、前記３相モータ電流を前記励磁電流成分と前記トルク電流成分に変換し、前記スイッチング休止工程は、前記電圧位相と前記力率角と前記補正角とを用いて決定された前記電流座標軸と、前記力率角とを用いて前記スイッチング休止期間か否かを判定するインバータ制御方法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、スイッチング損失を低減させるとともに、スイッチング休止期間を設けることによるインバータ制御の精度低下を抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置が適用されるモータ駆動装置の電気的構成を概略的に示した図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る電圧指令生成部の機能ブロック図である。

【図3】スイッチング休止期間と補正角との関係の一例を示した図である。

【図4】スイッチング休止期間を設けない場合における電流座標軸とＵ相電流との関係を示した図である。

【図5】スイッチング休止期間を設けた場合の各相におけるスイッチング波形とＵ相電流波形の一例とを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明に係るインバータ制御装置及びその方法を空気調和機の圧縮機モータを駆動するモータ駆動装置に適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の電気的構成を概略的に示した図である。図１に示すように、モータ駆動装置１は、直流電力を交流電力に変換して圧縮機モータ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から出力されるＰＷＭ信号に基づいてインバータ２を駆動するゲートドライバ４とを備えている。
圧縮機モータ５は、例えば、永久磁石型同期モータである。

【0018】

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Ｓ_１ｕ、Ｓ_１ｖ、Ｓ_１ｗと下側アームのスイッチング素子Ｓ_２ｕ、Ｓ_２ｖ、Ｓ_２ｗ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信号に基づいてゲートドライバ４によって駆動されることにより、圧縮機モータ５に供給される３相交流電圧が生成される。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワー半導体素子である。

【0019】

インバータ２から圧縮機モータ５に３相電圧を供給する電力線には、３相のモータ電流をそれぞれ検出する電流検出器が設けられている。電流検出器によって検出された３相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、インバータ制御装置３に出力される。

【0020】

ゲートドライバ４は、インバータ２を構成する上アーム及び下アームのスイッチング素子の導通制御端子（例えば、ゲート端子）に、インバータ制御装置３から与えられる各相に対応するＰＷＭ信号に基づく駆動電圧を与える。

【0021】

インバータ制御装置３は、例えば、電圧指令生成部１１、スイッチング休止部１２、及びＰＷＭ信号生成部１３を備えている。インバータ制御装置３は、例えば、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、上記各部によって実現され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。

【0022】

電圧指令生成部１１は、圧縮機モータの速度指令を用いて２軸の電圧指令を生成し、該２軸の電圧指令から３相電圧指令を得る。なお、電圧指令生成部１１の詳細については後述する。
スイッチング休止部１２は、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのゼロクロス点を挟んで設定された所定のスイッチング休止期間θｓｓ、換言すると、所定の電気角範囲θｓｓにおいて、スイッチングを停止させるためのスイッチング休止信号をＰＷＭ信号生成部１３に出力する。ここで、スイッチング休止部１２は、各相電流のゼロクロス点を電圧指令生成部１１から入力される電流座標軸θｉに基づいて判定する。

【0023】

具体的には、スイッチング休止部１２は、電流座標軸θｉの値が｜θｉ｜＜θｓｓの条件を満たす場合に、Ｕ相の上アーム及び下アームのスイッチング素子Ｓ_１ｕ、Ｓ_２ｕのスイッチングを休止させる。また、Ｖ相については、Ｕ相のスイッチング停止期間θｓｓを１２０［ｄｅｇ］ずらした範囲においてＶ相の上アーム及び下アームのスイッチング素子Ｓ_１ｖ、Ｓ_２ｖのスイッチングを休止させ、Ｗ相については、Ｕ相のスイッチング停止期間θｓｓを２４０［ｄｅｇ］ずらした範囲においてＷ相の上アーム及び下アームのスイッチング素子Ｓ_１ｗ、Ｓ_２ｗのスイッチングを休止させる。
上記スイッチング休止期間θｓｓについては、予め設定されている固定の値を用いることとしてもよいし、圧縮機モータ５の運転状態（例えば、回転数等）に応じて可変としてもよい。

【0024】

また、スイッチング休止期間θｓｓについては、インバータ２の温度が所定の温度よりも高い場合に設けられることとしてもよい。例えば、圧縮機モータ５のモータ定数によっては、インバータ２の効率向上により、モータ電流がゆがむことによるモータ効率の低下が比較的大きい場合がある。このような圧縮機モータ５に適用する場合には、インバータ２の温度が高い場合にのみ、スイッチング休止期間θｓｓを設けることにしてもよい。これにより、インバータ２の温度が高く、スイッチング損失による発熱を抑えたい場合にのみ、スイッチング休止期間θｓｓを設けることで、モータ電流のゆがみによるモータ効率の低下を抑えることが可能となる。

【0025】

ＰＷＭ信号生成部１３は、電圧指令生成部１１から与えられた電圧指令ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊と所定の周波数の搬送波とを比較することにより相毎のＰＷＭ信号Ｓを生成するとともに、スイッチング休止部１２からスイッチング休止信号が入力されている期間において、各相のＰＷＭ信号Ｓをデューティ１００％または０％に維持することで、スイッチングを停止させる。

【0026】

次に、電圧指令生成部１１について、図２を参照して詳しく説明する。図２は、電圧指令生成部１１の機能ブロック図である。図２に示すように、電圧指令生成部１１は、３相／２相変換部２１と、力率角設定部２２と、補正角設定部２３と、電圧指令演算部２４と、電圧位相演算部２５と、２相／３相変換部２６とを主な構成として備えている。

【0027】

３相／２相変換部２１は、電流検出器によって検出された３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、後述する電圧位相θ、力率角φ、補正角Δφで決定される電流座標軸θｉ（θ−（φ＋Δφ））を用いて２軸変換することにより、励磁電流成分であるδ軸電流ｉδと、トルク電流成分であるγ軸電流ｉγとを得る。なお、ここでは、３相電流をそれぞれ検出することとしたが、２相の電流のみを検出し、残りの１相については演算により求めることとしてもよい。

【0028】

力率角設定部２２は、γ軸電流ｉγを用いて力率角φを設定する。例えば、力率角設定部２２は、γ軸電流ｉγと力率角φとを関連付けた力率角情報を有しており、この力率角情報を用いてγ軸電流ｉγに応じた力率角φを設定する。なお、力率角φの設定については、例えば、上述の特許文献１や、特開２００９−１８９１０６号公報等に開示の方法を用いることが可能である。例えば、力率１で制御したい場合には、力率角φをゼロに設定すればよく、また、圧縮機モータのリラクタンストルクも考慮した適切な力率角情報を用いることで、力率角を積極的に制御して最小電流で圧縮機モータを駆動することが可能となる。このように、力率角の設定方法については、公知の方法を適宜適用すればよい。

【0029】

補正角設定部２３は、上記スイッチング休止部１２において設定されるスイッチング休止期間θｓｓに応じた補正角Δφを設定する。補正角設定部２３は、例えば、図３に示すようなスイッチング休止期間θｓｓと補正角Δφとを関連付ける補正角情報を有しており、この補正角情報を用いてスイッチング休止期間θｓｓに対応する補正角Δφを取得する。図３において、横軸はスイッチング休止期間θｓｓ、縦軸は補正角Δφである。図３において、スイッチング休止期間θｓｓと補正角Δφとはほぼ比例関係とされているので、この曲線を近似した比例関数として取り扱うこととしてもよい。
補正角情報は、例えば、スイッチング休止期間θｓｓをパラメータとして含む関数や、テーブル等として保有されている。

【0030】

このような補正角設定部２３を設ける理由は以下の通りである。
本実施形態では、上述したように、スイッチング休止部１２によって、スイッチング素子のスイッチングが停止される休止期間がある。そして、当該補正角設定部２３が設けられていない場合、スイッチング休止期間により、モータ電圧を３相電圧指令通りに制御できなくなる。例えば、スイッチングを休止している相は、誘起電圧を出力している状態と等価となり、スイッチングを休止していない相については互いに１８０［ｄｅｇ］位相差の電圧が印加されることとなる。これにより、例えば、力率角設定部２２によって設定された力率角と、実際の力率角とにずれが生じ、インバータ効率の高い力率角からずれてしまうおそれがある。このような力率角のずれを抑制するために、補正角設定部２３を設け、力率角設定部２２によって設定された力率角と実際の力率角との差分を低減させることとしている。

【0031】

上記補正角情報は、例えば、スイッチング休止期間θｓｓをそれぞれ変化させ、このときの実際の力率角と力率角設定部２２によって設定された力率角との差分を補正角として取得し、取得した補正角Δφとスイッチング休止期間θｓｓとを関連付けることで作成される。

【0032】

３相／２相変換部２１において得られたγ軸電流ｉγは、ゲインＫωが乗じられた後、速度指令ｎω^＊に負帰還され、インバータ出力周波数ω１が演算される。例えば、負荷が重くなり、回転子の位置が回転磁界に対して遅れると電流が増え、逆に負荷が軽くなり、回転子の位置が回転磁界に対して進むと電流が減る。したがって、速度指令ｎω^＊をγ軸電流ｉγに応じて修正することで、圧縮機モータ５が安定して動作するようなインバータ出力周波数ω１が設定される。ここで、速度指令ｎω^＊は、例えば、インバータ制御装置の上位装置、例えばインバータが搭載されたシステムのメインマイコンや他のインターフェース（マンマシンインターフェースなど）より与えられる指令値である。

【0033】

インバータ出力周波数ω１は、電圧指令演算部２４および電圧位相演算部２５に出力される。電圧位相演算部２５は、インバータ周波数ω１を積分することにより電圧位相θを演算する。電圧位相演算部２５によって算出された電圧位相θは、３相／２相変換部２１及び２相／３相変換部２６における軸変換の際に用いられる。

【0034】

電圧指令演算部２４は、インバータ周波数ω１と３相／２相変換部２１で得られたδ軸電流ｉδとを用いて、インバータ２を駆動するための電圧指令値ｖδ^＊，ｖγ^＊を演算する。例えば、電圧指令演算部２４は、以下の（１）、（２）式を用いて２軸の電圧指令ｖδ^＊，ｖγ^＊を算出する。

【0035】

【数1】

【0036】

上記（１）、（２）式において、Ｋ_δ，Ｋ_ｖは比例定数、Λ_ｄはｄ軸の誘起電圧係数、Λ_ｄω１は誘起電圧を示している。このように、電圧指令演算部２４は、インバータ周波数ω１と電流ｉδとをパラメータとした演算式を保有しており、この演算式を利用して電圧指令値ｖδ^＊，ｖγ^＊を演算する。

【0037】

２相／３相変換部２６は、電圧指令演算部２４により演算された２軸の電圧指令ｖδ^＊，ｖγ^＊を電圧位相演算部２５によって演算された電圧位相θを用いて軸変換することにより、３相の電圧指令値ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊を得る。

【0038】

次に、上記構成を備えるモータ制御装置１の動作について説明する。
まず、モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが検出され、インバータ制御装置３に入力される。インバータ制御装置３では、前回のサンプリング周期における力率角φ、電圧位相θ、補正角Δφによって決定される電流座標軸θｉ（θ−（φ＋Δφ））を用いて３相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが軸変換され、δ軸電流ｉδ、γ軸電流ｉγが得られる。
γ軸電流ｉγはゲインＫωが乗じられて速度指令ｎω^＊に負帰還され、インバータ出力周波数ω１が演算される。インバータ出力周波数ω１及び３相／２相変換部２１により得られたδ軸電流ｉδは電圧指令演算部２４に入力され、上記（１）、（２）式を用いて、δ軸電圧指令ｖδ^＊及びγ軸電圧指令ｖγ^＊が演算される。

【0039】

ここで、例えば、（１）、（２）式による電圧指令演算では、モータ電圧よりγ軸電圧指令ｖγ^＊が小さければ、界磁を弱めるためにδ軸のインバータ出力電流ｉδは負になる。逆に、γ軸電圧指令ｖγ^＊が大きければ、それに合わせて強め界磁となり、ｉδは正となる。具体的に、（１）式の演算では、δ軸電圧指令ｖδ^＊はδ軸電流ｉδが０になるように負の比例制御を行っている。これにより、ｉδの正負のふらつきがあれば、ゲインＫ_δによって早急にｉδのふらつきをなくすように電圧指令ｖδ*が決定される。

【0040】

γ軸電圧指令ｖγ^＊は、誘起電圧に相当するΛ_ｄω1の電圧を補うような電圧値とすることに加え、δ軸電流ｉδを０にする演算をするために、ここではｉδを積分する積分制御を行っている。つまり、（２）式の演算では、δ軸電流ｉδが正負のどちらか一方の値で累積すれば、その分大きな値で元に戻るような電圧値が決定される。なお、ここでは積分制御を用いたが、制御応答性によっては、比例制御、比例積分制御等としてもよい。

【0041】

このようにすることで、ｉδは０になり、ｉδが０になればｖδも０になる。これにより、モータ電流とモータ電圧はγ軸成分のみとすることができる。また、このとき、力率角φ＝０であれば、位相は一致するので力率１制御となり、また、圧縮機モータ７のリラクタンストルクも考慮した適切な力率角φが設定されていた場合には、力率１制御よりもＶ／ｆ制御が適正となるトルク範囲が拡張され、低速回転から高速回転まで単純なＶ／ｆ制御を基調としつつ、電流を最小にして動作させることが可能となる。これにより、電圧と電流の積は最小となり、省電力な制御が可能となる。

【0042】

電圧指令演算部２４において演算されたγ軸電圧指令ｖγ^＊、δ軸電圧指令ｖγ^＊は、２相／３相変換部２６において、電圧位相演算部２５から与えられる電圧位相θに基づく座標軸を用いて３相電圧指令ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊に変換され、ＰＷＭ信号生成部１３に出力される。

【0043】

また、力率角設定部２２では、γ軸電流ｉγに基づいて力率角φが設定されるとともに、補正角設定部２３ではその時のスイッチング休止期間θｓｓに応じた補正角Δφが設定され、電圧位相θから力率角φ及び補正角Δφを差し引いた回転座標軸θ−（φ−Δφ）が３相／２相変換部２１に電流座標軸θｉとして出力され、次のサンプリング周期におけるモータ電流の座標変換に用いられる。

【0044】

また、この電流座標軸θｉは、スイッチング休止部１２に出力される。ここで、図４に示すように、電流座標軸θｉはＵ相電流と同期しており、ゼロクロス点と電流座標軸θｉとは同期する。また、Ｖ相のゼロクロス点は、Ｕ相のゼロクロス点を１２０［ｄｅｇ］ずらした位置、Ｗ相のゼロクロス点はＵ相のゼロクロス点を２４０［ｄｅｇ］ずらした位置である。このように、電流座標軸θｉは、Ｕ相のゼロクロス点と同期していることから、この電流座標軸θｉを用いてゼロクロス点を挟む所定のスイッチング休止期間θｓｓにおいてスイッチング休止信号を出力すればよい。
スイッチング休止部１２は、｜θｉ｜＜θｓｓにおいてＵ相のスイッチングを停止させるスイッチング休止信号をＰＷＭ信号生成部１３に出力する。また、上記範囲を１２０［ｄｅｇ］ずらした電気角範囲においてＶ相のスイッチングを停止させるスイッチング休止信号を、上記範囲を２４０［ｄｅｇ］ずらした電気角範囲においてＷ相のスイッチングを停止させるスイッチング休止信号をＰＷＭ信号生成部１３に出力する。

【0045】

これにより、ＰＷＭ信号生成部１３では、スイッチング休止部１２からスイッチング休止信号が入力されていない期間においては、電圧指令生成部１１において生成された３相電圧指令値ｖｕ^＊，ｖｖ^＊，ｖｗ^＊に基づくＰＷＭ信号Ｓが生成されて、ゲートドライバ４に出力される。これにより、ＰＷＭ信号Ｓに基づいてインバータ２が備えるスイッチング素子（図１参照）がオン・オフ制御される。また、スイッチング休止信号が入力されている期間においては、その相のスイッチングが停止される。

【0046】

この結果、図５に示すように、ゼロクロス点を挟んで設定される２θｓｓの期間において、各相のスイッチングが停止される。図５において、ＳＷＵ＋はＵ相の上アームのスイッチング素子、ＳＷＵ−はＵ相の下アームのスイッチング素子を示し、Ｖ相、Ｗ相についても同様の標記とされている。ここで、モータ電流は正弦波からゆがむものの、もともと電流がゼロの付近なのでその影響は比較的小さいものとなる。

【0047】

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その方法によれば、各相のゼロクロス点付近においてスイッチングを停止させるので、その休止期間においてはスイッチング損失が発生せず、スイッチング損失を低減させることが可能となる。
また、スイッチングを停止させる期間が生ずることにより、モータ電圧は電圧指令通りではなくなるが、３相／２相変換部２１における回転座標軸に休止期間θｓｓに応じた単調増加の位相差Δφを含ませるので、スイッチングの休止期間における位相差の影響を解消でき、力率角設定部２２において設定された力率角φを保つことが可能となる。これにより、力率角を効率の良い位相角に設定することにより、インバータ効率を向上させ、省エネルギー化を図ることができる。

【0048】

以上、本発明の実施形態について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、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１ モータ駆動装置
２ インバータ
３ インバータ制御装置
４ ゲートドライバ
５ 圧縮機モータ
１１ 電圧指令生成部
１２ スイッチング休止部
１３ ＰＷＭ信号生成部
２１ ３相／２相変換部
２２ 力率角設定部
２３ 補正角設定部
２４ 電圧指令演算部
２５ 電圧位相演算部
２６ ２相／３相変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】