特開 2022-156277 インバータ制御方法、およびインバータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022156277

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】インバータ制御方法、およびインバータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20221006BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

H02P27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021059876

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100194087

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 伸一

(72)【発明者】

【氏名】大貫 泰道

【テーマコード（参考）】

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H505DD03

5H505EE49

5H505GG04

5H505HB01

5H505JJ29

5H505KK06

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H770AA07

5H770BA01

5H770DA03

5H770DA41

5H770EA02

5H770EA21

5H770HA03W

5H770HA04Z

5H770HA07Z

(57)【要約】

【課題】パルス信号のデューティに変動が生じないインバータ制御方法、およびインバータ制御装置を提供することを目的の一つとする。
【解決手段】モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御方法であって、パルス信号生成部は、前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１のキャリア信号から第２のキャリア信号に切り替える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御方法であって、
パルス信号生成部は、前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替える、
インバータ制御方法。

【請求項2】

３相交流電力を生成するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御方法であって、
パルス信号生成部は、前記３相交流電力の電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替える、
インバータ制御方法。

【請求項3】

前記休止区間内は、所定の角度である、
請求項１または請求項２に記載のインバータ制御方法。

【請求項4】

前記休止区間内は、前記休止区間の中間点である、
請求項１または請求項２に記載のインバータ制御方法。

【請求項5】

前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号は、正負反転した三角波信号である、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のインバータ制御方法。

【請求項6】

前記休止区間は、前記電気角が１２０度の範囲である、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のインバータ制御方法。

【請求項7】

前記休止区間は、前記電気角が６０度の範囲である、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のインバータ制御方法。

【請求項8】

モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、
前記モータの電気角を検出するモータ角度検出部と、
検出された前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、
を備えるインバータ制御装置。

【請求項9】

３相交流電力を生成するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、
前記３相交流電力の電気角を検出する電気角度検出部と、
検出された前記３相交流電力の電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、
を備えるインバータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ制御方法、およびインバータ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３相電動機の可変速駆動等の際に用いられる３相電圧形インバータのＰＷＭ（パルス幅変調）制御法として、従来から３アーム変調方式が多用されてきた（例えば特許文献１参照）。図１４は、一般的な３相ＰＷＭ電圧形インバータの基本回路を示す回路図である。図１４のように３アーム変調方式では、１搬送波周期内で３アーム（スイッチング素子Ｑ９０１とＱ９０２の組み合わせと、スイッチング素子Ｑ９０３とＱ９０４の組み合わせと、スイッチング素子Ｑ９０５とＱ９０６の組み合わせ）のそれぞれが上アームと下アームの１回ずつ、合計２回スイッチングすることにより所望の出力電圧を得ている。

【0003】

このような３相ＰＷＭ電圧形インバータでは、スイッチングに伴うアースに対する電位変動が主路とアース間やトランスなどに存在する浮遊容量を充放電させることにより、アース線を経路として伝播されるコモンモードノイズ（同相雑音）が発生する。このようなコモンモードノイズを低減する技術としては、非特許文献１に記載の手法が提案されている。図１５は、非特許文献１に記載の技術の３相ＰＷＭ電圧形インバータにおける搬送波と電圧基準信号を示す図である。波形図ｇ９０１はＵ相の出力電圧ｅＵ波形であり、波形図ｇ９０２はＶ相の出力電圧ｅＶ波形であり、波形図ｇ９０３はＷ相の出力電圧ｅＷ波形であり、グラフｇ９０４は電気角の時間変化のグラフである。波形図ｇ９０１～波形図ｇ９０３、グラフｇ９０４において横軸は時刻である。波形図ｇ９０１～波形図ｇ９０３において縦軸は電圧である。グラフｇ９０４において縦軸は電気角（ｄｅｇ）である。図１６は、非特許文献１に記載の技術の３相ＰＷＭ電圧形インバータにおけるＰＷＭ信号と電圧基準信号を示す図である。波形図ｇ９２１はＵ相のＨ側のＰＷＭ出力信号ＵＨの波形であり、波形図ｇ９２２はＶ相のＨ側ＰＷＭ出力信号ＶＨの波形であり、波形図ｇ９２３はＷ相のＨ側のＰＷＭ出力信号ＷＨの波形である。波形図ｇ９２１～波形図ｇ９２３において横軸は時刻である。波形図ｇ９２１～波形図ｇ９２３において縦軸は電圧である。図１５において、三角波ｇ９１１、ｇ９１３およびｇ９１５は、キャリア信号（搬送波）である。図１５と図１６において、波形ｇ９１２、ｇ９１４およびｇ９１６は各相の電圧基準信号の波形である。図１６において、波形ｇ９３１、ｇ９３２およびｇ９３３は各相のＰＷＭ信号の波形である。

【0004】

非特許文献１に記載の技術では、図１５と図１６のように、変調を行う２つの相のうち片方のキャリア信号をＣからＣ’に（またはＣ’からＣに）、ＰＷＭ信号出力期間に反転させる。なお、キャリア信号Ｃとキャリア信号Ｃ’とは、正負反転した三角波信号である。また、ＰＷＭ信号が出力されていない区間（例えばＵでは電気角２１０～３３０度の時刻ｔ９０２～ｔ９０３）は、休止区間である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第２７１８０５８号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】佐藤 伸二、加藤 史樹、他、“コモンモードノイズを低減する電圧形３相インバータのＰＷＭ制御”、電気学会研究会資料．ＭＤ／モータドライブ研究会［編］、２０２１年１－１４号、ｐ６７－７２、２０２１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来技術では、キャリア信号の切り替え点（例えばＷ相では図１１の時刻ｔ９０２）において，ＰＷＭデューティに変動が起きる。ＰＷＭデューティの変動により電圧パルス幅の一時的な延長あるいは短縮が発生するため，従来技術では、インバータの出力電力に乱れが生じ、電力の過大・過小が発生する。

【0008】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、パルス信号のデューティに変動が生じないインバータ制御方法、およびインバータ制御装置を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明に係るインバータ制御方法、およびインバータ制御装置は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係るインバータ制御方法は、モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御方法であって、パルス信号生成部は、前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替える、インバータ制御方法である。

【0010】

（２）：この発明の一態様に係るインバータ制御方法は、３相交流電力を生成するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御方法であって、パルス信号生成部は、前記３相交流電力の電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替える、インバータ制御方法である。

【0011】

（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記休止区間内は、所定の角度である。

【0012】

（４）：上記（１）または（２）の態様において、前記休止区間内は、前記休止区間の中間点である。

【0013】

（５）：上記（１）から（４）のうちのいずれか１つの態様において、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号は、正負反転した三角波信号である。

【0014】

（６）：上記（１）から（５）のうちのいずれか１つの態様において、前記休止区間は、前記電気角が１２０度の範囲である。

【0015】

（７）：上記（１）から（５）のうちのいずれか１つの態様において、前記休止区間は、前記電気角が６０度の範囲である。

【0016】

（８）：この発明の一態様に係るインバータ制御装置は、モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、前記モータの電気角を検出するモータ角度検出部と、検出された前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、を備えるインバータ制御装置である。

【0017】

（９）：この発明の一態様に係るインバータ制御装置は、３相交流電力を生成するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、前記３相交流電力の電気角を検出する電気角度検出部と、検出された前記３相交流電力の電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、を備えるインバータ制御装置である。

【発明の効果】

【0018】

（１）～（９）によれば、モータの電気角が休止区間内であるときキャリア信号を切り替えることにより、パルス信号のデューティに変動が生じないようにすることができる。また、（１）～（９）によれば、コモンモードのノイズを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態に係るインバータ制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】実施形態に係るＰＷＭ信号生成部の構成例を示す回路図である。

【図3】実施形態に係る各相のキャリア信号の切り替えタイミングと２相電圧基準信号と電気角の関係を示す図である。

【図4】実施形態に係る各相の２相電圧基準信号とハイレベル側の出力信号の関係を示す図である。

【図5】実施形態に係るＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。

【図6】第１実施例におけるＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。

【図7】第２実施例におけるＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。

【図8】ＰＷＭ出力の休止区間が６０度の２相変調方式の３相インバータの動作例を示す図である。

【図9】３相インバータ回路と３相モータと電圧ｅ０を示す図である。

【図10】従来の正弦波ＰＷＭ、従来の１２０度休止型のＰＷＭかつキャリア切り替え無し、本実施形態の第１実施例のインバータ制御装置、非特許文献１に記載の手法によるＰＷＭにおけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分を示す図である。

【図11】従来の正弦波ＰＷＭ、従来の１２０度休止型のＰＷＭかつキャリア切り替え無し、本実施形態の第１実施例のインバータ制御装置、非特許文献１に記載の手法のＰＷＭにおける変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す図である。

【図12】従来の正弦波ＰＷＭ、従来の６０度休止型のＰＷＭ、本実施形態の第３実施例のインバータ制御装置におけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分を示す図である。

【図13】従来の正弦波ＰＷＭ、従来の６０度休止型のＰＷＭ、本実施形態の第３実施例のインバータ制御装置における変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す図である。

【図14】一般的な３相ＰＷＭ電圧形インバータの基本回路を示す回路図である。

【図15】非特許文献１に記載の３相ＰＷＭ電圧形インバータにおける搬送波と電圧基準信号を示す図である。

【図16】非特許文献１に記載の３相ＰＷＭ電圧形インバータにおけるＰＷＭ信号と電圧基準信号を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照し、本発明のインバータ制御方法、およびインバータ制御装置の実施形態について説明する。なお、各実施形態のインバータ制御装置は、ＰＷＭ出力に休止がある２相変調方式の３相インバータである（非特許文献１参照）。

【0021】

図１は、本実施形態に係るインバータ制御装置の構成例を示すブロック図である。図１のように、インバータ制御装置１は、電源電圧検出部１１と、モータ角度検出部１３と、モータ電流検出部１５と、３相電圧基準信号演算部１７と、２相変調電圧基準信号演算部１９と、キャリア信号生成部２１と、記憶部２３と、ＰＷＭ信号生成部２５（パルス信号生成部）とを備える。

【0022】

インバータ制御装置１は、３相インバータＩｎｖを介して、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のモータＭを駆動する。

【0023】

電源電圧検出部１１は、インバータ制御装置１の電源電圧値を検出し、検出した電源電圧値Ｅｄを３相電圧基準信号演算部１７に出力する。

【0024】

モータ角度検出部１３は、モータＭの電気角の角度（ｄｅｇ）を検出し、検出したモータＭの電気角を３相電圧基準信号演算部１７と２相変調電圧基準信号演算部１９とキャリア信号生成部２１とＰＷＭ信号生成部２５とに出力する。

【0025】

モータ電流検出部１５は、モータＭの各相の電流値（ＩＰＨ＿Ｕ、ＩＰＨ＿Ｖ、ＩＰＨ＿Ｗ）を検出し、検出した各相の電流値を３相電圧基準信号演算部１７に出力する。

【0026】

３相電圧基準信号演算部１７は、モータ角度検出部１３が検出したモータＭの角度と、外部装置からのトルク指令値と、モータＭの各相の電流値から、周知の手法によって各相の３相電圧基準信号（ＶＵ３、ＶＶ３、ＶＷ３）を演算する。なお、３相電圧基準信号ＶＵ３はＵ相の信号であり、３相電圧基準信号ＶＶ３はＶ相の信号であり、３相電圧基準信号ＶＷ３はＷ相の信号である。３相電圧基準信号演算部１７は、算出した各相の３相電圧基準信号を２相変調電圧基準信号演算部１９に出力する。

【0027】

２相変調電圧基準信号演算部１９は、モータ角度検出部１３が検出したモータＭの角度を用いて、各相の３相電圧基準信号から周知の手法によって２相電圧基準信号（ＶＵ２、ＶＶ２、ＶＷ２）（変調波信号）を演算する。なお、２相電圧基準信号ＶＵ２はＵ相の信号であり、２相電圧基準信号ＶＶ２はＶ相の信号であり、２相電圧基準信号ＶＷ２はＷ相の信号である。２相変調電圧基準信号演算部１９は、算出した２相電圧基準信号をＰＷＭ信号生成部２５に出力する。なお、２相変調電圧基準信号は、後述するように、全区間において常にどこかの一相がローレベルに固定されており全区間で常に二相だけが変調されている信号である。なお、変調波信号は、キャリア信号との比較に用いられ、例えば、モータを駆動するための変調波信号であり、または３相交流電力を生成するための変調波信号である。

【0028】

キャリア信号生成部２１は、記憶部２３が記憶する情報とモータ角度検出部１３が検出したモータＭの角度を用いて、キャリア信号（例えば三角波信号）Ｃ（第１のキャリア信号または第２のキャリア信号）とＣ’（第２のキャリア信号または第１のキャリア信号）を生成する。なお、キャリア信号ＣとＣ’とは、正負が反転した信号である。キャリア信号生成部２１は、生成したキャリア信号ＣとＣ’をＰＷＭ信号生成部２５に出力する。なお、インバータ制御装置１は、このキャリア信号を変更することで、ＰＷＭのスイッチング周波数を決定する。なお、「第１のキャリア信号から第２のキャリア信号に切り替える」とは、「キャリア信号Ｃからキャリア信号Ｃ’に切り替える」と「キャリア信号Ｃ’からキャリア信号Ｃに切り替える」に相当する。

【0029】

記憶部２３は、例えばキャリア信号を切り替えるタイミングである所定のモータ角度を相毎に記憶する。なお、キャリア信号を切り替えるタイミングは、各相の休止区間である。

【0030】

ＰＷＭ信号生成部２５は、キャリア信号ＣとＣ’と、２相電圧基準信号（ＶＵ２、ＶＶ２、ＶＷ２）都に基づいて、モータＭを駆動するための各相のＰＷＭ出力信号（ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ）を生成する。なお、ＰＷＭ出力信号ＵＨはＵ相のハイレベル信号であり、ＰＷＭ出力信号ＵＬはＵ相のローレベル信号である。ＰＷＭ出力信号ＶＨはＶ相のハイレベルの信号であり、ＰＷＭ信号ＶＬはＶ相のローレベル信号である。ＰＷＭ信号ＷＨはＷ相のハイレベル信号であり、ＰＷＭ出力信号ＷＬはＷ相のローレベル信号である。なお、ＰＷＭ信号生成部２５は、スイッチングが休止している１２０度の区間にキャリア信号ＣとＣ’とを３６０度毎に切替える。なお、スイッチングが休止している１２０度の区間とは、ＰＷＭ信号を出力していない休止区間である。

【0031】

上述のように、インバータ制御装置１は、電源電圧検出部１１と、モータ角度検出部１３と、モータ電流検出部１５と、３相電圧基準信号演算部１７と、２相変調電圧基準信号演算部１９と、キャリア信号生成部２１と、ＰＷＭ信号生成部２５を備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。また、ソフトウェアは、予め組み込まれていてもよく、またはフラッシュメモリなどの記憶装置によって供給されてもよく、あるいはインターネット等を介して供給されてもよく、クラウド上にあってもよい。

【0032】

次に、ＰＷＭ信号生成部２５の構成例を説明する。図２は、本実施形態に係るＰＷＭ信号生成部の構成例を示す回路図である。図２のように、ＰＷＭ信号生成部２５は、例えば、キャリア信号切替判定部２７と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ３と、コンパレータ２９と、コンパレータ３１と、コンパレータ３３と、バッファ３５と、インバータ３７と、バッファ３９と、インバータ４１と、バッファ４３と、インバータ４５と、を備える。なお、図２に示した回路構成は一例であり、これに限らない。

【0033】

キャリア信号切替判定部２７には、モータ角度検出部１３が検出したモータ角度（ｄｅｇ）が入力される。キャリア信号切替判定部２７は、モータ角度と記憶部２３が記憶するＵ相用の所定のモータ角度とが一致するときキャリア信号を切り替えるＵ相切替信号を生成し、生成したＵ相切替信号をスイッチＳＷ１の制御端子に出力する。キャリア信号切替判定部２７は、モータ角度と記憶部２３が記憶するＶ相用の所定のモータ角度とが一致するときキャリア信号を切り替えるＶ相切替信号を生成し、生成したＶ相切替信号をスイッチＳＷ２の制御端子に出力する。キャリア信号切替判定部２７は、モータ角度と記憶部２３が記憶するＷ相用の所定のモータ角度とが一致するときキャリア信号を切り替えるＷ相切替信号を生成し、生成したＷ相切替信号をスイッチＳＷ３の制御端子に出力する。なお、所定のモータ角度は、９０度等の角度であってもよく、９０～２１０度のように範囲であってもよい。

【0034】

スイッチＳＷ１～スイッチＳＷ３それぞれの第１入力端子には、キャリア信号Ｃが供給される。スイッチＳＷ１～スイッチＳＷ３それぞれの第２入力端子には、キャリア信号Ｃ’が供給される。スイッチＳＷ１は、Ｕ相切替信号に応じてキャリア信号ＣとＣ’を切り替え、切り替えたキャリア信号Ｃ＿Ｕをコンパレータ２９の負側入力に出力する。スイッチＳＷ２は、Ｖ相切替信号に応じてキャリア信号ＣとＣ’を切り替え、切り替えたキャリア信号Ｃ＿Ｖをコンパレータ３１の負側入力に出力する。スイッチＳＷ３は、Ｗ相切替信号に応じてキャリア信号ＣとＣ’を切り替え、切り替えたキャリア信号Ｃ＿Ｗをコンパレータ３３の負側入力に出力する。

【0035】

コンパレータ２９の正側入力には、２相電圧基準信号ＶＵ２が入力される。コンパレータ２９は、２相電圧基準信号ＶＵ２とキャリア信号Ｃ＿Ｕとを比較し、キャリア信号Ｃ＿Ｕより２相電圧基準信号ＶＵ２が大きければハイレベルの信号を出力する。バッファ３５は、コンパレータ２９の出力がハイレベルのときハイレベルのＰＷＭ出力信号ＵＨとして出力する。インバータ３７は、コンパレータ２９の出力がハイレベルのとき信号を反転してローレベルのＰＷＭ出力信号ＵＬとして出力する。

【0036】

コンパレータ３１の正側入力には、２相電圧基準信号ＶＶ２が入力される。コンパレータ３１は、２相電圧基準信号ＶＶ２とキャリア信号Ｃ＿Ｖとを比較し、キャリア信号Ｃ＿Ｖより２相電圧基準信号ＶＶ２が大きければハイレベルの信号を出力する。バッファ３９は、コンパレータ３１の出力がハイレベルのときハイレベルのＰＷＭ出力信号ＶＨとして出力する。インバータ４１は、コンパレータ３１の出力がハイレベルのとき信号を反転してローレベルのＰＷＭ出力信号ＶＬとして出力する。

【0037】

コンパレータ３３の正側入力には、２相電圧基準信号ＶＷ２が入力される。コンパレータ３３は、２相電圧基準信号ＶＷ２とキャリア信号Ｃ＿Ｗとを比較し、キャリア信号Ｃ＿Ｗより２相電圧基準信号ＶＷ２が大きければハイレベルの信号を出力する。バッファ４３は、コンパレータ３３の出力がハイレベルのときハイレベルのＰＷＭ出力信号ＷＨとして出力する。インバータ４５は、コンパレータ３３の出力がハイレベルのとき信号を反転してローレベルのＰＷＭ出力信号ＷＬとして出力する。

【0038】

次に、各相のキャリア信号の切り替えタイミングと２相電圧基準信号との関係を説明する。図３は、本実施形態に係る各相のキャリア信号の切り替えタイミングと２相電圧基準信号と電気角の関係を示す図である。グラフｇ１１は、Ｕ相のキャリア信号Ｃ＿Ｕ（ｇ２１）と２相電圧基準信号ＶＵ２（ｇ２２）の波形例である。グラフｇ１２は、Ｖ相のキャリア信号Ｃ＿Ｖ（ｇ２３）と２相電圧基準信号ＶＶ２（ｇ２４）の波形例である。グラフｇ１３は、Ｗ相のキャリア信号Ｃ＿Ｗ（ｇ２５）と２相電圧基準信号ＶＷ２（ｇ２６）の波形例である。グラフｇ１４は、電気角の変化である。グラフｇ１１～ｇ１４において横軸は時刻である。グラフｇ１１～ｇ１３において縦軸は電圧である。グラフｇ１４において縦軸は電気角（ｄｅｇ）である。

【0039】

グラフｇ１１のように、Ｕ相では、キャリア信号が例えば電気角２７０度の時刻ｔ５（ｇ３１）とｔ１１（ｇ３２）のタイミングで切り替わる。この結果、キャリア信号Ｃ＿Ｕ（ｇ２１）は、電気角２７０度の時刻ｔ５までがキャリア信号Ｃ’であり、電気角２７０～３６０～２７０度の時刻ｔ５～ｔ１１までの期間がキャリア信号Ｃであり、電気角２７０度の時刻ｔ１１以降がキャリア信号Ｃ’である。

【0040】

グラフｇ１２のように、Ｖ相では、キャリア信号が例えば電気角１５０度の時刻ｔ３（ｇ３３）とｔ９（ｇ３４）のタイミングで切り替わる。この結果、キャリア信号Ｃ＿Ｖ（ｇ２３）は、電気角１５０度の時刻ｔ３までがキャリア信号Ｃであり、電気角１５０～３６０～１５０度の時刻ｔ３～ｔ９までの期間がキャリア信号Ｃ’であり、電気角１５０度の時刻ｔ９以降がキャリア信号Ｃである。

【0041】

グラフｇ１３のように、Ｗ相では、キャリア信号が例えば電気角３０度の時刻ｔ１（ｇ３５）とｔ７（ｇ３６）のタイミングで切り替わる。この結果、キャリア信号Ｃ＿Ｗ（ｇ２５）は、電気角３０度の時刻ｔ１までがキャリア信号Ｃ’であり、電気角３０～３６０～３０度の時刻ｔ１～ｔ７までの期間がキャリア信号Ｃであり、電気角３０度の時刻ｔ７以降がキャリア信号Ｃ’である。

【0042】

次に、各相の２相電圧基準信号とハイレベル側の出力信号の関係を説明する。図４は、本実施形態に係る各相の２相電圧基準信号とハイレベル側の出力信号の関係を示す図である。グラフｇ４１は、Ｕ相の２相電圧基準信号ＶＵ２（ｇ２２）とハイレベル側のＰＷＭ出力信号ＵＨ（ｇ５１）の波形例である。グラフｇ４２は、Ｖ相の２相電圧基準信号ＶＶ２（ｇ２４）とハイレベル側のＰＷＭ出力信号ＶＨ（ｇ５２）の波形例である。グラフｇ４３は、Ｗ相の２相電圧基準信号ＶＷ２（ｇ２６）とハイレベル側の出力信号ＷＨ（ｇ５３）の波形例である。グラフｇ４１～ｇ４３において横軸は時刻であり、縦軸は電圧である。

【0043】

図４のように、インバータ制御装置１は、全区間において常にどこかの一相がローレベルに固定されており全区間で常に二相だけを変調している１２０度休止型の２相変調方式の３相インバータである。

【0044】

グラフｇ４１のように、ハイレベル側のＰＷＭ出力信号ＵＨ（ｇ５１）の出力区間が電気角２１０度の時刻ｔ４までであり、電気角２１０～３３０度の時刻ｔ４～ｔ６、ｔ１０～ｔ１２の区間が休止区間である。グラフｇ４２のように、Ｖ相のキャリア信号は、ハイレベル側の出力信号ＵＶ（ｇ５２）の出力区間が電気角９０度の時刻ｔ２までであり、電気角９０～２１０度の時刻ｔ２～ｔ４、ｔ８～ｔ１０の区間が休止区間である。グラフｇ４３のように、Ｗ相のキャリア信号は、ハイレベル側の出力信号ＵＷ（ｇ５３）の出力区間が電気角９０～３３０度の時刻ｔ２～ｔ６、ｔ８～ｔ１２の区間であり、電気角３３０～３６０～９０度の時刻ｔ２までとｔ６～ｔ８の区間が休止区間である。図３のグラフｇ１１～ｇ１３のように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれのキャリア信号は、この休止区間に切り替わる。

【0045】

このように本実施形態では、スイッチングが休止する１２０度の区間（休止区間）にキャリア信号を３６０度毎に切替えるようにした。この結果、本実施形態によれば、スイッチング動作中に切り替えが発生しないので、グラフｇ４１～ｇ４３のようにＰＷＭデューティに変動が生じない。

【0046】

これに対して、従来技術では、図１５のグラフｇ９０１～ｇ９０３のように、スイッチング中にキャリア信号を切替えている。このため、従来技術では、図１６のグラフｇ９３１～ｇ９３３のようにＰＷＭデューティに変動が生じる課題がある。本実施形態によれば、この課題を解決でき、ＰＷＭデューティに変動が生じないようにできる。

【0047】

次に、インバータ制御装置１の制御手順例を説明する。図５は、本実施形態に係るＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。

【0048】

ＰＷＭ信号生成部２５は、モータ角度検出部１３が検出したモータ角度を取得する（ステップＳ１）。

【0049】

ＰＷＭ信号生成部２５は、記憶部２３が記憶する所定のモータ角度と取得した電気角と、を相毎に比較する（ステップＳ２）。

【0050】

ＰＷＭ信号生成部２５は、相毎に、電気角が、休止区間内かつ所定のモータ角度であるとき、キャリア信号を切り替える（ステップＳ３）。

【0051】

ＰＷＭ信号生成部２５は、相毎に、２相電圧基準信号ＶＵ２とキャリア信号とを比較し、キャリア信号より２相電圧基準信号が大きければハイレベルの信号を出力し、キャリア信号より２相電圧基準信号が小さければローレベルの信号を出力（ステップＳ４）。ＰＷＭ信号生成部２５は、以下、ステップＳ１～Ｓ４の処理を繰り返す。

【0052】

（第１実施例）
第１実施例のインバータ制御装置１は、ＰＷＭ出力の休止区間が１２０度の２相変調方式の３相インバータである。第１実施例のＰＷＭ信号生成部２５がキャリア信号を切り替えるタイミングは、休止区間内であればよい。例えば図３において、ＰＷＭ信号生成部２５は、電気角２１０～３３０度の休止区間内にＵ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替え、電気角９０～２１０度の休止区間内にＶ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替え、電気角３３０～３６０～９０度の休止区間内にＷ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替える。

【0053】

図６は、第１実施例におけるＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。第１実施例において、ＰＷＭ信号生成部２５は、相毎に、電気角が、休止区間内であるとき、キャリア信号を切り替える（ステップＳ１０１）。

【0054】

（第２実施例）
第２実施例のインバータ制御装置１は、ＰＷＭ出力の休止区間が１２０度の２相変調方式の３相インバータである。第２実施例のＰＷＭ信号生成部２５がキャリア信号を切り替えるタイミングは、休止区間の中間点であればよい。例えば図３において、ＰＷＭ信号生成部２５は、電気角２１０～３３０度の休止区間の中間点の電気角２７０度のときにＵ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替える。ＰＷＭ信号生成部２５は、電気角９０～２１０度の休止区間の中間点の電気角１５０度のときにＶ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替える。ＰＷＭ信号生成部２５は、電気角３３０～３６０～９０度の休止区間の中間の電気角３０度のときにＷ相用のキャリア信号を３６０度毎に切り替える。

【0055】

図７は、第２実施例におけるＰＷＭ信号生成部の制御手順例のフローチャートである。第２実施例において、ＰＷＭ信号生成部２５は、相毎に、電気角が、休止区間の中間点であるとき、キャリア信号を切り替える（ステップＳ１０１）。

【0056】

（第３実施例）
第３実施例のインバータ制御装置１は、ＰＷＭ出力の休止区間が６０度の２相変調方式の３相インバータである。図８は、ＰＷＭ出力の休止区間が６０度の２相変調方式の３相インバータの動作例を示す図である。なお、２相変調で上下方式の例である。キャリア状態と休止区間ｇ１０１のように、Ｕ相は、角度－６０～６０度の区間がキャリア信号Ｃ’であり、１２０～２４０度の区間がキャリア信号Ｃであり、６０～１２０度の区間と２４０～３００度の区間が休止区間である。６０～１２０度の休止区間中のモータＭへの出力は、ＰＷＭ出力信号ＵＨがオン状態であり、ＰＷＭ出力信号ＵＬがオフ状態である。２４０～３００度の休止区間中のモータＭへの出力は、ＰＷＭ出力信号ＵＨがオフ状態であり、ＰＷＭ出力信号ＵＬがオン状態である。このように、休止区間中の出力状態は、キャリア信号の反転に伴って切り替わる。

【0057】

また、Ｖ相は、角度６０～１８０度の区間がキャリア信号Ｃ’であり、２４０～３６０度の区間がキャリア信号Ｃであり、１８０～２４０度の区間が休止区間である。Ｗ相は、角度０～１２０度の区間がキャリア信号Ｃであり、１８０～３００度の区間がキャリア信号Ｃ’であり、１２０～１８０度の区間が休止区間である。

【0058】

グラフｇ１０２は２相変調で上下方式の場合の相入力電圧波形である。波形ｇ１１１はＵ相の波形であり、波形ｇ１１２はＶ相の波形であり、波形ｇ１１３はＷ相の波形である（参考文献１および特許文献１参照）。

【0059】

参考文献１；東芝デバイス＆ストレージ株式会社、“インバータ回路（ＤＣ／ＡＣ変換） アプリケーションノート”、［ｏｎｌｉｎｅ］、2018 、東芝デバイス＆ストレージ株式会社、［令和３年３月１６日検索］、＜URL:https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=61545＞

【0060】

このような休止区間が６０度の場合であっても、インバータ制御装置１を適用することが可能である。この場合、ＰＷＭ信号生成部２５は、各相の休止区間にキャリア信号を切り替える。キャリア信号の切り替えタイミングは、第１実施例のように休止区間内であればよく、第２実施例のように休止区間の中間であってもよい。

【0061】

（評価結果）
次に、第１実施例のインバータ制御装置１におけるコモンモードのノイズを評価した結果例を説明する。図９は、３相インバータ回路と３相モータと電圧ｅ０を示す図である。なお、３相インバータ回路と３相モータの構成は、図１４と同様である。以下の説明で用いる電圧ｅ０は、図９のように、モータＭの３相巻線のＹ結線の中点線とアースとの電圧である。

【0062】

図１０は、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の１２０度休止型のＰＷＭかつキャリア切り替え無し、本実施形態の第１実施例のインバータ制御装置、非特許文献１に記載の手法によるＰＷＭにおけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分を示す図である。グラフｇ２０１は、従来の正弦波ＰＷＭのコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ２０２は、従来の１２０度休止型かつキャリア切り替え無しのＰＷＭのコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ２０３は、第１実施例のインバータ制御装置におけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ２０４は、非特許文献１に記載の手法によるＰＷＭにおけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ２０１～ｇ２０４において、横軸は周波数、縦軸は正規化した信号レベルｅ０／（Ｅｄ／２））である。

【0063】

図１０のように、従来の正弦波ＰＷＭによる駆動方式では、キャリア周波数（ｆｃ）の周波数成分が０．６程度である。これに対して、第１実施例によれば、キャリア周波数（ｆｃ）の周波数の信号レベルｅ０／（Ｅｄ／２））が、非特許文献１に記載の手法と同等であり、ほぼ０である。

【0064】

また、図１１は、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の１２０度休止型のＰＷＭかつキャリア切り替え無し、本実施形態の第１実施例のインバータ制御装置、非特許文献１に記載の手法のＰＷＭにおける変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す図である。横軸は変調率であり、縦軸はｅ０／（Ｅｄ／２））である。また、黒丸印は、従来の正弦波ＰＷＭの変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。白抜き四角印は、従来の１２０度休止型のＰＷＭかつキャリア切り替え無しの変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。バツ印は、第１実施例のインバータ制御装置における変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。三角印は、非特許文献１に記載の技術によるＰＷＭにおける変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。図１０のように、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の１２０度休止型のＰＷＭでは変調率の変化に伴ってキャリア周波数成分が変化するが、第１実施例によれば非特許文献１に記載の手法と同等であり、変調率が変化してもキャリア周波数成分が０．１以下でほとんど変化せず、ＰＷＭデューティに変動が生じない。
なお、第２実施例であっても、第１実施形態と同様に、非特許文献１に記載の従来技術のようにコモンモードのノイズを低減することができる。

【0065】

次に、第３実施例のインバータ制御装置１におけるコモンモードのノイズを評価した結果例を説明する。図１２は、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の６０度休止型のＰＷＭ、本実施形態の第３実施例のインバータ制御装置におけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分を示す図である。グラフｇ２０１は、従来の正弦波ＰＷＭのコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ３０２は、従来の６０度休止型のＰＷＭのコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ３０３は、第３実施例のインバータ制御装置におけるコモンモードの電圧ｅ０の周波数成分である。グラフｇ２０１、ｇ３０２～ｇ３０３において、横軸は周波数、縦軸は正規化した信号レベルｅ０／（Ｅｄ／２））である。

【0066】

図１２のように、従来の正弦波ＰＷＭによる駆動方式では、キャリア周波数（ｆｃ）の周波数成分が０．６程度である。これに対して、第３実施例によれば、キャリア周波数（ｆｃ）の周波数成分がほぼ０である。

【0067】

また、図１３は、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の６０度休止型のＰＷＭ、本実施形態の第３実施例のインバータ制御装置における変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す図である。横軸は変調率であり、縦軸はｅ０／（Ｅｄ／２））である。また、黒丸印は、従来の正弦波ＰＷＭの変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。白抜き四角印は、従来の６０度休止型のＰＷＭの変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。バツ印は、第３実施例のインバータ制御装置における変調率とｅ０に重畳するキャリア信号周波数成分の関係を示す。図１３のように、従来の正弦波ＰＷＭ、従来の６０度休止型のＰＷＭでは変調率の変化に伴ってキャリア周波数成分が変化するが、第３実施例によれば変調率が変化してもキャリア周波数成分が０．１以下でほとんど変化せず、ＰＷＭデューティに変動が生じない。

【0068】

以上のように、本実施形態の各実施例によれば、非特許文献１に記載の技術のようにＰＷＭ出力区間中にキャリア信号を切り替える手法と同等にコモンモードノイズを低減することができる。さらに、本実施形態によれば、ＰＷＭデューティに変動が生じないようにできる。

【0069】

なお、上述した実施形態、各実施例では、モータＭを駆動する信号がＰＷＭ信号の例を説明したが、これに限らない。モータＭを駆動する信号は、パルス信号であれば他の信号であってもよい。また、上述した実施形態、各実施例では、キャリア信号が三角波信号の例を説明したが、これに限らない。キャリア信号は、例えば正弦波等の他の信号であってもよい。
また、上述した実施形態、各実施例では、インバータに接続される負荷がモータである例を説明したが、これに限らない。例えば、３相交流電力で動作する各種の電気機器への電力供給や、系統電力への逆潮流用途として利用することもできる。

【0070】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

【0071】

（付記）
（Ｉ）一態様に係るインバータ制御装置は、モータを駆動するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、前記モータの電気角を検出するモータ角度検出部と、検出された前記モータの電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、を備える。
（ＩＩ）一態様に係るインバータ制御装置は、３相交流電力を生成するための変調波信号とキャリア信号とを比較して得られたパルス信号が出力されない休止区間を有する２相変調方式の３相インバータ制御装置であって、前記３相交流電力の電気角を検出する電気角度検出部と、検出された前記３相交流電力の電気角が３相それぞれの前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替えるパルス信号生成部と、を備える。
（ＩＩＩ）上記（Ｉ）または（ＩＩ）の態様において、前記休止区間内は、所定の角度である。
（ＩＶ）上記（Ｉ）または（ＩＩ）の態様において、前記休止区間内は、前記休止区間の中間点である。
（Ｖ）上記（Ｉ）～（ＩＶ）のうちのいずれか１つの態様において、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号は、正負反転した三角波信号である。
（ＶＩ）上記（Ｉ）～（Ｖ）のうちのいずれか１つの態様において、前記休止区間は、前記電気角が１２０度の範囲である。
（ＶＩＩ）上記（Ｉ）～（Ｖ）のうちのいずれか１つの態様において、前記休止区間は、前記電気角が１２０度の範囲である。
（ＶＩＩＩ）上記（Ｉ）～（ＶＩＩ）のうちのいずれか１つの態様において、前記パルス信号生成部は、前記モータの電気角が前記休止区間内であるとき、第１の前記キャリア信号から第２の前記キャリア信号に切り替える切替信号を相毎に生成するキャリア信号切替判定部と、前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号が入力され、前記切替信号によって前記第１のキャリア信号と前記第２のキャリア信号を切り替えて出力する相毎のスイッチと、前記変調波信号と前記キャリア信号とを比較する相毎のコンパレータと、を備える。

【符号の説明】

【0072】

１…インバータ制御装置、
１１…電源電圧検出部、
１３…モータ角度検出部、
１５…モータ電流検出部、
１７…３相電圧基準信号演算部、
１９…２相変調電圧基準信号演算部、
２１…キャリア信号生成部、
２３…記憶部、
２５…ＰＷＭ信号生成部
２７…キャリア信号切替判定部

【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】

【図15】

【図16】