特開 2023-40638 インバータ装置、インバータ装置のオフセット電圧測定方法、インバータ装置のオフセット電圧測定プログラム

(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】P2023040638

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】インバータ装置、インバータ装置のオフセット電圧測定方法、インバータ装置のオフセット電圧測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230315BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147740

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】久保 孝平

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA15

5H770BA01

5H770CA02

5H770DA03

5H770EA01

5H770EA25

5H770HA02Z

5H770HA03Y

(57)【要約】

【課題】高精度にオフセット電圧を測定できるインバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ装置１０は、直流の高電圧Ｖ_ｄｄを供給する高電圧ラインと直流の低電圧Ｖ_ｓｓを供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタ１３４のスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータ１３と、各トランジスタ１３４のゲート３１にスイッチング動作のためのパルスを供給する複数のドライバ１３５と、各トランジスタ１３４の交流出力端子１３３の間の相間電圧を測定するＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２と、インバータ１３が多相の交流を出力していない時の相間電圧であるオフセット電圧をＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２が測定している間、各ドライバ１３５によって各トランジスタ１３４のゲート３１に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させる電圧制御部５７と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流の高電圧を供給する高電圧ラインと直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタのスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータと、
前記各トランジスタの制御端子に前記スイッチング動作のためのパルスを供給する複数のパルス供給部と、
前記各トランジスタの交流出力端子の間の相間電圧を測定する相間電圧測定部と、
前記インバータが多相の交流を出力していない時の前記相間電圧であるオフセット電圧を前記相間電圧測定部が測定している間、前記各パルス供給部によって前記各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させるパルス制御部と、
を備えるインバータ装置。

【請求項2】

前記相間電圧測定部が前記オフセット電圧を測定している間、前記パルス制御部によって前記各トランジスタの制御端子に供給されるパルスのデューティ比は互いに等しい、請求項１に記載のインバータ装置。

【請求項3】

前記相間電圧測定部が前記オフセット電圧を測定している間、前記パルス制御部によって前記各トランジスタの制御端子に供給されるパルスのデューティ比はそれぞれ一定である、請求項１または２に記載のインバータ装置。

【請求項4】

前記相間電圧測定部が前記オフセット電圧を測定している間、前記パルス制御部によって前記各トランジスタの制御端子に供給されるパルスの位相は互いに等しい、請求項１から３のいずれかに記載のインバータ装置。

【請求項5】

前記インバータが多相の交流を出力している時に前記相間電圧測定部が測定する相間電圧から前記オフセット電圧を減算するオフセット減算部を更に備え、
前記パルス制御部は、前記オフセット電圧が減算された前記相間電圧に基づいて、前記各パルス供給部が前記各トランジスタの制御端子に供給するパルスのデューティ比をフィードバック制御する、
請求項１から４のいずれかに記載のインバータ装置。

【請求項6】

前記各トランジスタは、前記パルス供給部から前記制御端子に供給されるパルスに応じて導通状態が切り替わる電流経路と並列に形成される保護ダイオード要素を更に備える、請求項１から５のいずれかに記載のインバータ装置。

【請求項7】

直流の高電圧を供給する高電圧ラインと直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタのスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータと、前記各トランジスタの制御端子に前記スイッチング動作のためのパルスを供給する複数のパルス供給部と、を備えるインバータ装置のオフセット電圧測定方法であって、
前記インバータが多相の交流を出力していない時の前記各トランジスタの交流出力端子の間の相間電圧であるオフセット電圧を測定している間、前記各パルス供給部によって前記各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させるステップを備える、
インバータ装置のオフセット電圧測定方法。

【請求項8】

直流の高電圧を供給する高電圧ラインと直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタのスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータと、前記各トランジスタの制御端子に前記スイッチング動作のためのパルスを供給する複数のパルス供給部と、を備えるインバータ装置のオフセット電圧測定プログラムであって、
前記インバータが多相の交流を出力していない時の前記各トランジスタの交流出力端子の間の相間電圧であるオフセット電圧を測定している間、前記各パルス供給部によって前記各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させるステップをコンピュータに実行させる、
インバータ装置のオフセット電圧測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は直流を交流に変換する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、直流を交流に変換するインバータが開示されている。このインバータは、直流の高電圧を供給する高電圧ライン（Ｖｐｐ）と直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に直列に接続されるトランジスタ対を三つ備え、各トランジスタ対のスイッチング動作によって３相の交流をモータに対して出力する。具体的には、インバータにおける各トランジスタは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）によってデューティ比が制御されたパルスに応じて、オン状態とオフ状態の間でスイッチング動作を行う。

【0003】

理想的なインバータでは、各相のトランジスタ対がいずれもオフ状態にあり、各トランジスタ対の中間点である各交流出力端子から各相の交流が出力されていない時の、当該各交流出力端子の電圧は等しくなる。例えば、３相の交流を出力するインバータにおいて、いずれもオフ状態にあるＵ相トランジスタ対のＵ相出力端子の電圧、いずれもオフ状態にあるＶ相トランジスタ対のＶ相出力端子の電圧、いずれもオフ状態にあるＷ相トランジスタ対のＷ相出力端子の電圧は、互いに等しくなるのが理想である。

【0004】

しかし、実際には、各相のトランジスタ対の製造誤差、ＵＶ相間、ＶＷ相間、ＷＵ相間等の相間電圧を測定する電圧センサの個体差、電圧センサの後段に設けられるオペアンプやＡＤＣ（アナログデジタル変換回路：Analog-to-Digital Converter）の影響等によって、電圧センサで測定される交流非出力時の各交流出力端子の電圧差は０にならない。この電圧差（交流非出力時の各交流出力端子の間の相間電圧）はオフセット電圧と呼ばれる。このオフセット電圧の影響を除去するために、電圧センサによって各相間のオフセット電圧を予め測定しておくことが考えられる。そして、交流出力時のインバータのフィードバック制御において、電圧センサがリアルタイムに測定する相間電圧を利用する場合は、そこから予め測定されたオフセット電圧を減算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－６３３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

各相のトランジスタには、その電流経路と並列に保護ダイオード要素が設けられることが多い。保護ダイオード要素は、低電圧ライン側から高電圧ライン側に向かう方向のみに電流を流すように設けられるが、トランジスタがオフ状態にある時は高電圧ライン側から低電圧ライン側に向かう方向に漏れ電流が発生する可能性がある。この漏れ電流が保護ダイオード要素を流れる際に電圧が発生するため、電圧センサが各相間のオフセット電圧を測定する際の誤差要因となり得る。

【0007】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度にオフセット電圧を測定できるインバータ装置等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のインバータ装置は、直流の高電圧を供給する高電圧ラインと直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタのスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータと、各トランジスタの制御端子にスイッチング動作のためのパルスを供給する複数のパルス供給部と、各トランジスタの交流出力端子の間の相間電圧を測定する相間電圧測定部と、インバータが多相の交流を出力していない時の相間電圧であるオフセット電圧を相間電圧測定部が測定している間、各パルス供給部によって各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させるパルス制御部と、を備える。

【0009】

この態様では、相間電圧測定部がオフセット電圧を測定している間に、各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給することで、各トランジスタが間欠的にオン状態となって電流経路に断続的に電流が流れる結果、保護ダイオード要素等に漏れ電流が流れることを防止できる。

【0010】

本発明の別の態様は、インバータ装置のオフセット電圧測定方法である。この方法は、直流の高電圧を供給する高電圧ラインと直流の低電圧を供給する低電圧ラインの間に並列に接続される複数のトランジスタのスイッチング動作によって多相の交流を出力するインバータと、各トランジスタの制御端子にスイッチング動作のためのパルスを供給する複数のパルス供給部と、を備えるインバータ装置のオフセット電圧測定方法であって、インバータが多相の交流を出力していない時の各トランジスタの交流出力端子の間の相間電圧であるオフセット電圧を測定している間、各パルス供給部によって各トランジスタの制御端子に０より大きく１より小さいデューティ比のパルスを供給させるステップを備える。

【0011】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、インバータ装置において高精度にオフセット電圧を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】モータに多相の交流を供給するインバータ装置を模式的に示す。

【図2】インバータが３相の交流を出力している時のＵＶＷ各相の交流出力端子の出力電圧波形を模式的に示す。

【図3】誘導モータの等価回路を示す。

【図4】インバータ装置における制御装置を示す。

【図5】インバータのオフセット電流およびオフセット電圧を測定する際に、各ライバが各トランジスタ対のゲートに印加するパルスを模式的に示す。

【図6】オフセット電圧の測定結果の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0015】

本発明のインバータ装置は多相の交流で動作する任意の装置に適用できるが、本実施形態ではインバータ装置が供給する多相の交流に基づいて動作する電動機またはモータを備える駆動装置またはモータ装置の例を説明する。図１は、モータ２０に多相の交流を供給する本実施形態のインバータ装置１０を模式的に示す。インバータ装置１０は、商用電源等から供給されるＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相の交流を整流して直流（脈流）に変換するコンバータ１１と、コンバータ１１で変換された直流を平滑して波形を整えるコンデンサ１２と、コンデンサ１２で平滑された直流を交流に変換するインバータ１３を備える。

【0016】

コンバータ１１は、商用電源等から供給される３相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）の交流を一定の方向（図の下から上に向かう方向）に整流するダイオード１１１～１１６を備える。ダイオード１１１はＲ相の交流電圧が正の時に電流を流し、ダイオード１１２はＲ相の交流電圧が負の時に電流を流し、ダイオード１１３はＳ相の交流電圧が正の時に電流を流し、ダイオード１１４はＳ相の交流電圧が負の時に電流を流し、ダイオード１１５はＴ相の交流電圧が正の時に電流を流し、ダイオード１１６はＴ相の交流電圧が負の時に電流を流す。これらのブリッジ状に接続されたダイオード１１１～１１６によって、コンバータ１１の出力端子間には、方向が一定で大きさが変動する脈流が現われる。コンデンサ１２は、コンバータ１１で得られた脈流を平滑した直流をインバータ１３に供給する。

【0017】

以下、コンバータ１１およびコンデンサ１２を経て、インバータ１３の高電圧入力端子１３１と低電圧入力端子１３２の間に入力される直流電圧をＶ_ＤＣと表す。高電圧入力端子１３１が接続される高電圧ラインの電圧をＶ_ｄｄ、低電圧入力端子１３２が接続される低電圧ラインの電圧をＶ_ｓｓとすれば、Ｖ_ＤＣ＝Ｖ_ｄｄ－Ｖ_ｓｓである。

【0018】

インバータ１３は、直流の高電圧Ｖ_ｄｄを供給する高電圧ラインと直流の低電圧Ｖ_ｓｓを供給する低電圧ラインの間に並列に接続されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のトランジスタ対のスイッチング動作によって３相の交流を出力する。換言すれば、インバータ１３は、高電圧入力端子１３１と低電圧入力端子１３２の間で入力される直流電圧Ｖ_ＤＣに基づいて３相の交流を生成する。具体的には、直流電圧Ｖ_ＤＣに基づいてＵ相の交流を生成するＵ相インバータ１３Ｕと、直流電圧Ｖ_ＤＣに基づいてＶ相の交流を生成するＶ相インバータ１３Ｖと、直流電圧Ｖ_ＤＣに基づいてＷ相の交流を生成するＷ相インバータ１３Ｗが並列に設けられる。各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗの構成は共通であるため、以下では適宜インバータ１３と総称してまとめて説明する。

【0019】

インバータ１３は、高い直流電源電圧Ｖ_ｄｄが入力される高電圧入力端子１３１と、低い直流電源電圧Ｖ_ｓｓが入力される低電圧入力端子１３２と、高電圧入力端子１３１が接続される高電圧ラインと低電圧入力端子１３２が接続される低電圧ラインの間に設けられてＶ_ｄｄとＶ_ｓｓの間で変動する交流電圧を出力する交流出力端子１３３を備える。高電圧ラインと交流出力端子１３３の間には高電圧側トランジスタ１３４Ｈが接続され、低電圧ラインと交流出力端子１３３の間には低電圧側トランジスタ１３４Ｌが接続される。

【0020】

高電圧側トランジスタ１３４Ｈは、その制御端子に接続されるパルス供給部としての高電圧側ドライバ１３５Ｈから供給されるパルスに応じて、電流経路の導通状態が切り替わるスイッチング動作を行う。低電圧側トランジスタ１３４Ｌは、その制御端子に接続されるパルス供給部としての低電圧側ドライバ１３５Ｌから供給されるパルスに応じて、電流経路の導通状態が切り替わるスイッチング動作を行う。以下、高電圧側トランジスタ１３４Ｈおよび低電圧側トランジスタ１３４Ｌを、適宜トランジスタ１３４またはトランジスタ対１３４と総称し、高電圧側ドライバ１３５Ｈおよび低電圧側ドライバ１３５Ｌを、適宜ドライバ１３５またはドライバ対１３５と総称する。また、以下の説明においては「高電圧側」を意味する「Ｈ」および「低電圧側」を意味する「Ｌ」を適宜省略するが、図面では必要に応じて「Ｈ」および「Ｌ」を符号の末尾に付す。

【0021】

トランジスタ１３４は、制御端子としてのゲート３１と、高電圧ライン側に接続される高電圧端子としてのコレクタ３２と、低電圧ライン側に接続される低電圧端子としてのエミッタ３３を備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。なお、トランジスタ１３４は、制御端子としてのゲートと、高電圧端子としてのドレインと、低電圧端子としてのソースを備える電界効果トランジスタ（FET：Field Effect Transistor）でもよいし、制御端子としてのベースと、高電圧端子としてのコレクタと、低電圧端子としてのエミッタを備えるバイポーラトランジスタでもよい。

【0022】

高電圧側トランジスタ１３４Ｈにおいて、ゲート３１Ｈは高電圧側ドライバ１３５Ｈに接続され、コレクタ３２Ｈは高電圧入力端子１３１または高電圧ラインに接続され、エミッタ３３Ｈは交流出力端子１３３および低電圧側トランジスタ１３４Ｌのコレクタ３２Ｌに接続される。低電圧側トランジスタ１３４Ｌにおいて、ゲート３１Ｌは低電圧側ドライバ１３５Ｌに接続され、コレクタ３２Ｌは交流出力端子１３３および高電圧側トランジスタ１３４Ｈのエミッタ３３Ｈに接続され、エミッタ３３Ｌは低電圧入力端子１３２または低電圧ラインに接続される。以上の構成において、高電圧側トランジスタ１３４Ｈのエミッタ３３Ｈと低電圧側トランジスタ１３４Ｌのコレクタ３２Ｌの接続点が交流出力端子１３３を形成する。

【0023】

各トランジスタ１３４は、各ドライバ１３５からゲート３１に供給されるパルスに応じて導通状態が切り替わるコレクタ３２とエミッタ３３の間の電流経路またはチャネルと並列に形成される保護ダイオード要素としての保護ダイオード３４を更に備える。保護ダイオード３４は、トランジスタ１３４と別体のディスクリートな素子でもよいし、トランジスタ１３４を製造する半導体製造プロセスにおいてトランジスタ１３４と一体的またはモノリシックに形成されるものでもよい。保護ダイオード３４は、低電圧ライン側から高電圧ライン側に向かう方向のみに電流を流すように設けられるが、後述するように、トランジスタ１３４がオフ状態（チャネルが非導通状態）にある時は高電圧ライン側から低電圧ライン側に向かう方向に漏れ電流が発生する可能性がある。

【0024】

集積回路（IC：Integrated Circuit）として構成されるドライバ１３５は、トランジスタ１３４のゲート３１にスイッチング動作のためのパルスを供給するパルス供給部を構成する。具体的には、ドライバ１３５は、ＰＷＭによってデューティ比が制御されたパルスをトランジスタ１３４のゲート３１に印加する。トランジスタ１３４は、パルスの有無に応じてオン状態とオフ状態の間でスイッチング動作を行う。具体的には、パルスがゲート３１に印加されている間はトランジスタ１３４がオン状態となり、コレクタ３２とエミッタ３３の間のチャネルが導通状態となる。また、パルスがゲート３１に印加されていない間はトランジスタ１３４がオフ状態となり、コレクタ３２とエミッタ３３の間のチャネルが非導通状態となる。

【0025】

図２は、インバータ１３が３相の交流を出力している時のＵＶＷ各相の交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗの出力電圧波形Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗを、ＵＶＷ各相の高電圧側ドライバ１３５Ｈおよび低電圧側ドライバ１３５Ｌがトランジスタ対１３４のゲート３１に印加するパルスと共に模式的に示す。各交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗは、高電圧Ｖ_ｄｄと低電圧Ｖ_ｓｓの間で変動する正弦波状の交流電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗを出力する。３相交流では各相の交流電圧波形Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗの位相が120度または2/3πずつ異なる。以下の説明では、高電圧Ｖ_ｄｄと低電圧Ｖ_ｓｓの平均値を０と置く。

【0026】

各交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗが正の電圧を出力している期間では、高電圧側ドライバ１３５Ｈが高電圧側トランジスタ１３４Ｈのゲート３１Ｈに、０と１の間でデューティ比が段階的に変わるパルスを印加する一方、低電圧側ドライバ１３５Ｌは低電圧側トランジスタ１３４Ｌのゲート３１Ｌにパルスを印加しない（デューティ比が０）。高電圧側ドライバ１３５Ｈが高電圧側トランジスタ１３４Ｈのゲート３１Ｈにデューティ比が１のパルスを印加する時、高電圧側トランジスタ１３４Ｈのチャネルが高電圧ラインと略完全に導通するため、交流出力端子１３３にはＶ_ｄｄと略等しい高電圧が現れる。

【0027】

各交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗが負の電圧を出力している期間では、低電圧側ドライバ１３５Ｌが低電圧側トランジスタ１３４Ｌのゲート３１Ｌに、０と１の間でデューティ比が段階的に変わるパルスを印加する一方、高電圧側ドライバ１３５Ｈは高電圧側トランジスタ１３４Ｈのゲート３１Ｈにパルスを印加しない（デューティ比が０）。低電圧側ドライバ１３５Ｌが低電圧側トランジスタ１３４Ｌのゲート３１Ｌにデューティ比が１のパルスを印加する時、低電圧側トランジスタ１３４Ｌのチャネルが低電圧ラインと略完全に導通するため、交流出力端子１３３にはＶ_ｓｓと略等しい低電圧が現れる。

【0028】

以上のように、インバータ１３が３相の交流を出力している通常動作時は、ＵＶＷ各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗにおいて、高電圧側トランジスタ１３４Ｈおよび低電圧側トランジスタ１３４Ｌの一方のみにデューティ比が段階的に変わるパルスが印加され、高電圧側トランジスタ１３４Ｈおよび低電圧側トランジスタ１３４Ｌの他方にはパルスが印加されない（デューティ比が０）。このような通常動作時のパルスの態様は、後述するオフセット電圧測定時に各トランジスタ１３４に印加されるパルスの態様と大きく異なる。

【0029】

インバータ１３で生成された３相の交流は、回転動力を発生させるモータ２０に供給される。モータ２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗを備える３相ブラシレスモータである。Ｕ相コイル２０ＵにはＵ相インバータ１３Ｕの交流出力端子１３３ＵからのＵ相電流が流れ、Ｖ相コイル２０ＶにはＶ相インバータ１３Ｖの交流出力端子１３３ＶからのＶ相電流が流れ、Ｗ相コイル２０ＷにはＷ相インバータ１３Ｗの交流出力端子１３３ＷからのＷ相電流が流れる。各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗは、モータ２０のホール素子Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が検知した回転子の回転位置に基づき、互いに位相が異なる３相の交流を各相のコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗに印加することで回転磁界を発生させる。この回転磁界によって回転する回転子から所望の回転動力が得られる。なお、モータ２０の相の数は３に限られず、２以上の任意の自然数でよい。

【0030】

モータ２０はインバータ１３が供給する多相の交流に基づいて動作するものであればタイプを問わないが、後述するように各相間のオフセット電圧を高精度に測定できる本実施形態では、回転子に永久磁石が用いられる同期モータに比べて測定すべきモータ定数（後述）が多い誘導モータまたは非同期モータを用いるのが好ましい。誘導モータでは、一次側としての固定子が多相のコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗを備えるだけでなく、二次側としての回転子も多相のコイルを備える。

【0031】

図３は、誘導モータ２０の等価回路を示す。図の左側が一次側の固定子２１を表し、図の右側が二次側の回転子２２を表す。固定子２１は前述の３相のコイル２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗを備え、回転子２２は３相のコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを備える。図示される各パラメータはそれぞれ以下を表し、これらのうち数値が略一定のものは特にモータ定数と呼ばれる。

【0032】

Ｖ_１：一次端子電圧
Ｉ_１：一次電流
Ｉ_１′：一次負荷電流
Ｅ_１：一次誘導起電力
Ｖ_２：二次端子電圧
Ｉ_２：二次電流
Ｅ_２：二次誘導起電力

【0033】

ｒ_１：一次抵抗
ｘ_１：一次リアクタンス
ｒ_２：二次抵抗
ｘ_２：二次リアクタンス
ｇ_０：励磁コンダクタンス
ｂ_０：励磁サセプタンス

【0034】

Ｉ_０：励磁電流
Ｉ_ｇ：鉄損電流
Ｉ_ｂ：磁化電流
Ｒ_０：等価出力抵抗
ｓ：滑り

【0035】

図４は、本実施形態のインバータ装置１０における制御装置をインバータ１３およびモータ２０と共に示す。制御装置は、モータ２０に印加される３相の交流電流をフィードバック制御する外側の電流制御ループ４０と、モータ２０に印加される３相の交流電圧をフィードバック制御する内側の電圧制御ループ５０によって構成される。電流制御ループ４０は、電流センサ４１と、増幅部４２と、ＡＤ変換部４３と、オフセット電流保持部４４と、オフセット電流減算部４５と、電流制御部４６を備える。電圧制御ループ５０は、ＵＶ相間電圧センサ５１と、ＶＷ相間電圧センサ５２と、増幅部５３と、ＡＤ変換部５４と、オフセット電圧保持部５５と、オフセット電圧減算部５６と、電圧制御部５７を備える。

【0036】

電流制御ループ４０における電流センサ４１は、ＵＶＷ各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗの各交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗがモータ２０に印加するＵＶＷ各相の交流電流を測定する。増幅部４２は、オペアンプ等によって構成され、電流センサ４１が測定したＵＶＷ各相の交流電流を増幅する。ＡＤ変換部４３は、増幅部４２によって増幅されたＵＶＷ各相の交流電流をアナログ値からデジタル値に変換する。オフセット電流保持部４４は、ＡＤ変換部４３によってデジタル値に変換されたＵＶＷ各相の交流電流に基づいて、インバータ１３が３相の交流を出力していない時のＵＶＷ各相間の電流差であるオフセット電流を格納および保持する。オフセット電流の具体的な測定方法については後述する。

【0037】

オフセット電流減算部４５は、インバータ１３が３相の交流を出力している際の電流フィードバック制御時に、電流センサ４１が測定するＵＶＷ各相のリアルタイムの交流電流から、オフセット電流保持部４４が保持するＵＶＷ各相間のオフセット電流に相当する電流を減算する。電流制御部４６は、オフセット電流減算部４５によってオフセット電流の影響が除去されたＵＶＷ各相のリアルタイムの交流電流を、図示の制御装置外から提供されるＵＶＷ各相の電流指令と比較し、それぞれの偏差に基づいて電圧制御部５７に対する電圧指令を生成する。

【0038】

電圧制御ループ５０におけるＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２は、それぞれＵＶ相間およびＶＷ相間の電圧差を測定する相間電圧測定部を構成する。具体的には、ＵＶ相間電圧センサ５１はＵ相インバータ１３Ｕの交流出力端子１３３ＵとＶ相インバータ１３Ｖの交流出力端子１３３Ｖの間のＵＶ相間電圧を測定し、ＶＷ相間電圧センサ５２はＶ相インバータ１３Ｖの交流出力端子１３３ＶとＷ相インバータ１３Ｗの交流出力端子１３３Ｗの間のＶＷ相間電圧を測定する。なお、Ｗ相インバータ１３Ｗの交流出力端子１３３ＷとＵ相インバータ１３Ｕの交流出力端子１３３Ｕの間のＷＵ相間電圧は、ＵＶ相間電圧センサ５１が測定するＵＶ相間電圧とＶＷ相間電圧センサ５２が測定するＶＷ相間電圧から演算できるため、これを測定するための電圧センサを設ける必要はない。

【0039】

増幅部５３は、オペアンプ等によって構成され、ＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２が測定したＵＶＷ各相間の電圧差を増幅する。ＡＤ変換部５４は、増幅部５３によって増幅されたＵＶＷ各相間の電圧差をアナログ値からデジタル値に変換する。オフセット電圧保持部５５は、ＡＤ変換部５４によってデジタル値に変換されたＵＶＷ各相間の電圧差に基づいて、インバータ１３が３相の交流を出力していない時のＵＶＷ各相間の電圧差であるオフセット電圧を格納および保持する。オフセット電圧の具体的な測定方法については後述する。

【0040】

オフセット減算部としてのオフセット電圧減算部５６は、インバータ１３が３相の交流を出力している際の電圧フィードバック制御時に、ＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２が測定するＵＶＷ各相間のリアルタイムの相間電圧から、オフセット電圧保持部５５が保持するＵＶＷ各相間のオフセット電圧を減算する。電圧制御部５７は、オフセット電圧減算部５６によってオフセット電圧の影響が除去されたＵＶＷ各相間のリアルタイムの電圧差を、電流制御部４６から提供されるＵＶＷ各相の電圧指令と比較し、それぞれの偏差に基づいてパルス供給部としての各ドライバ１３５に対するパルス生成指令を生成する。

【0041】

インバータ１３が３相の交流を出力している通常動作時には、図２のようにＰＷＭによってデューティ比が制御されたパルスが、電圧制御部５７による制御の下で各ドライバ１３５によって生成される。このように電圧制御部５７は、オフセット電圧減算部５６によってオフセット電圧が減算された相間電圧に基づいて、各ドライバ１３５が各トランジスタ１３４のゲート３１に供給するパルスのデューティ比をフィードバック制御するパルス制御部を構成する。

【0042】

続いて、図４の制御装置によるインバータ１３のオフセット電流およびオフセット電圧の測定について説明する。図５は、インバータ１３のオフセット電流およびオフセット電圧を測定する際に、ＵＶＷ各相の高電圧側ドライバ１３５Ｈおよび低電圧側ドライバ１３５Ｌが各トランジスタ対１３４のゲート３１に印加するパルスを模式的に示す。

【0043】

図５（Ａ）は、従来の典型的なオフセット電流およびオフセット電圧の測定方法を示す。この測定方法では、ＵＶＷ各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗにおける全６個のトランジスタ１３４のゲート３１にパルスが印加されない。換言すれば、全トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比は常に０である。この時、全トランジスタ１３４はオフ状態となってコレクタ３２とエミッタ３３の間のチャネルには電流が流れないため、ＵＶＷ各相の交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗは高電圧ラインおよび低電圧ラインから電気的に絶縁された状態となる。この状態のＵＶＷ各相の交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗを測定対象として、電流センサ４１はＵＶＷ各相間のオフセット電流を測定し、ＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２はＵＶＷ各相間のオフセット電圧を測定する。測定されたオフセット電流はオフセット電流保持部４４に格納および保持され、測定されたオフセット電圧はオフセット電圧保持部５５に格納および保持される。

【0044】

このような従来のオフセット電流およびオフセット電圧の測定方法では、保護ダイオード３４の漏れ電流によって測定精度が悪化する可能性がある。保護ダイオード３４は低電圧ライン側から高電圧ライン側に向かう方向のみに電流を流すように設けられるが、図５（Ａ）のように全てのトランジスタ１３４がオフ状態にある時は、高電圧ライン側から低電圧ライン側に向かう方向の漏れ電流が保護ダイオード３４を流れる可能性がある。この漏れ電流は電流センサ４１によってオフセット電流を測定する際の誤差要因となると共に、漏れ電流が保護ダイオード３４を流れる際に発生する電圧がＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２によってオフセット電圧を測定する際の誤差要因となる。

【0045】

図５（Ｂ）は、保護ダイオード３４を流れる漏れ電流の影響を低減できるオフセット電流およびオフセット電圧の測定方法を示す。この測定方法では、パルス制御部としての電圧制御部５７による制御の下、ＵＶＷ各相のインバータ１３Ｕ、１３Ｖ、１３Ｗにおける全６個のトランジスタ１３４のゲート３１に、０より大きく１より小さいデューティ比のパルスが印加される。この時、全トランジスタ１３４が間欠的にオン状態となってチャネルに断続的に電流が流れる結果、保護ダイオード３４を流れる漏れ電流が低減される。このように漏れ電流の影響が低減された状態で、電流センサ４１はＵＶＷ各相間のオフセット電流を高精度に測定でき、ＵＶ相間電圧センサ５１およびＶＷ相間電圧センサ５２はＵＶＷ各相間のオフセット電圧を高精度に測定できる。

【0046】

なお、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比は互いに異なっていてもよいが、図５（Ｂ）のように互いに等しくするのが好ましい。また、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比は、オフセット電流およびオフセット電圧を測定している間に、０より大きく１より小さい範囲で変化させてもよいが、図５（Ｂ）のようにそれぞれ一定とするのが好ましい。更に、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスの位相は互いに異なっていてもよいが、図５（Ｂ）のように互いに等しくするのが好ましい（但し後述する図５（Ｃ）も参照）。

【0047】

また、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比は０より大きく１より小さい範囲で任意に設定できるが、図５（Ｂ）のように０．５または５０％付近の値とするのが好ましい。このようにすれば、各トランジスタ１３４がオン状態となる時間とオフ状態となる時間がバランスするため、オフセット電流およびオフセット電圧を測定している間のインバータ１３の動作を安定化できる。具体的には、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比は、４０％～６０％の範囲内の数値とするのが好ましく、４５％～５５％の範囲内の数値とするのが更に好ましい。

【0048】

なお、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比を０とした場合は、図５（Ａ）の従来の測定方法と同じになり、６個の各トランジスタ１３４のゲート３１に印加されるパルスのデューティ比を１とした場合は、全トランジスタ１３４が完全導通状態となって高電圧ラインおよび／または低電圧ラインの電源電圧が各交流出力端子１３３Ｕ、１３３Ｖ、１３３Ｗに現れるため、オフセット電流およびオフセット電圧を測定できない。また、デューティ比が１の場合は高電圧ラインおよび低電圧ラインが短絡することで、各トランジスタ１３４に過大な電流が流れてしまう可能性もある。

【0049】

この点は高電圧側トランジスタ１３４Ｈおよび低電圧側トランジスタ１３４Ｌが同時にオン状態となる図５（Ｂ）でも同様である（但し、短絡する時間は５０％のデューティ比によって半分になる）。このような短絡の問題を防止するために、図５（Ｃ）のように高電圧側トランジスタ１３４Ｈのゲート３１Ｈに印加するパルスと低電圧側トランジスタ１３４Ｌのゲート３１Ｌに印加するパルスの位相を互いにずらし、高電圧側トランジスタ１３４Ｈと低電圧側トランジスタ１３４Ｌが同時にオン状態となる時間を低減してもよい。図５（Ｃ）の例では、それぞれ５０％のデューティ比のパルスを高電圧側と低電圧側で当該デューティ比の分だけずらすことで、どの時刻においても一方のトランジスタ１３４のみがオン状態となり高電圧ラインと低電圧ラインの短絡が防止される。

【0050】

また、図５（Ｄ）のように高電圧側トランジスタ１３４Ｈのゲート３１Ｈにパルスを印加する第１の時間帯と低電圧側トランジスタ１３４Ｌのゲート３１Ｌにパルスを印加する第２の時間帯を分けてもよい。第１の時間帯で測定された第１のオフセット電流および第１のオフセット電圧では高電圧側トランジスタ１３４Ｈの保護ダイオード３４Ｈの漏れ電流の影響が低減されており、第２の時間帯で測定された第２のオフセット電流および第２のオフセット電圧では低電圧側トランジスタ１３４Ｌの保護ダイオード３４Ｌの漏れ電流の影響が低減されている。

【0051】

そこで、第１のオフセット電流および第２のオフセット電流の平均を取れば、高電圧側保護ダイオード３４Ｈおよび低電圧側保護ダイオード３４Ｌの漏れ電流の影響がバランス良く低減された、精度の高いオフセット電流が得られる。同様に、第１のオフセット電圧および第２のオフセット電圧の平均を取れば、高電圧側保護ダイオード３４Ｈおよび低電圧側保護ダイオード３４Ｌの漏れ電流の影響がバランス良く低減された、精度の高いオフセット電圧が得られる。

【0052】

なお、第１のオフセット電流および／または第２のオフセット電流は、それぞれ単独でも図５（Ａ）の従来の測定方法によるオフセット電流より精度が高いため、これらをオフセット電流保持部４４に保持して電流フィードバック制御に利用してもよい。同様に、第１のオフセット電圧および／または第２のオフセット電圧は、それぞれ単独でも図５（Ａ）の従来の測定方法によるオフセット電圧より精度が高いため、これらをオフセット電圧保持部５５に保持して電圧フィードバック制御に利用してもよい。

【0053】

図６は、図５に示した測定方法によるオフセット電圧の測定結果の例を示す。図６の上方の曲線はＵＶ相間電圧センサ５１によって測定されたＵＶ相間のオフセット電圧Ｖ_ＵＶを表し、図６の下方の曲線はＶＷ相間電圧センサ５２によって測定されたＶＷ相間のオフセット電圧Ｖ_ＶＷを表す。いずれのオフセット電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷも、ＡＤ変換部５４でアナログ値から変換されたデジタル値である。時刻Ｔまでの時間帯では図５（Ａ）の従来の測定方法によってオフセット電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷを測定し、時刻Ｔ以降の時間帯では図５（Ｂ）の本実施形態の測定方法によってオフセット電圧Ｖ_ＵＶ、Ｖ_ＶＷを測定した。

【0054】

この結果、ＵＶ相間のオフセット電圧Ｖ_ＵＶでは従来の測定方法と本実施形態の測定方法の間で0.39Vの差が確認され、ＶＷ相間のオフセット電圧Ｖ_ＶＷでは従来の測定方法と本実施形態の測定方法の間で0.45Vの差が確認された。このように、従来の測定方法では保護ダイオード３４の漏れ電流等の影響が約0.4Vの測定誤差となっていたことが分かる。本実施形態の測定方法によれば、この測定誤差を除去できるため、高精度にオフセット電圧およびオフセット電流を測定できる。

【0055】

以上のようなオフセット電圧および／またはオフセット電流の測定誤差は、特にモータ２０のモータ定数（図３）の測定時に大きな悪影響を及ぼす。例えば、実際は60mΩの一次抵抗ｒ_１に50Aの一次電流Ｉ_１を流した時の電圧を、ＵＶ相間電圧センサ５１および／またはＶＷ相間電圧センサ５２で測定した場合、保護ダイオード３４の漏れ電流等による測定誤差がなければ3Vという正しい測定値が得られ、ｒ_１＝3V/50A＝60mΩと正しい抵抗値が得られる。一方、漏れ電流等による測定誤差が0.4Vあった場合、一次抵抗ｒ_１に50Aの一次電流Ｉ_１を流した時の電圧の測定値は3.4Vとなり、ｒ_１＝3.4V/50A＝68mΩと誤った抵抗値が得られてしまう。

【0056】

また、オフセット電圧および／またはオフセット電流の測定誤差は、モータ２０の制御にも悪影響を及ぼす。例えば、モータ２０の一次抵抗ｒ_１が100mΩの場合、0.4Vの測定誤差は一次電流Ｉ_１における0.4V/100mΩ＝4Aの誤差となって、制御装置におけるフィードバック制御に悪影響を及ぼす。特にモータ２０を低トルクで駆動させる場合は、流すべき一次電流Ｉ_１が小さくなるため、上記の誤差が及ぼす影響が相対的に大きくなってしまう。

【0057】

従って、オフセット電圧および／またはオフセット電流の測定誤差を低減できる本実施形態によれば、モータ２０のモータ定数を高精度に測定できると共に、モータ２０を高精度に制御できる。

【0058】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0059】

なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

【符号の説明】

【0060】

１０ インバータ装置、１３ インバータ、２０ モータ、３１ ゲート、３４ 保護ダイオード、４０ 電流制御ループ、４１ 電流センサ、４４ オフセット電流保持部、４５ オフセット電流減算部、４６ 電流制御部、５０ 電圧制御ループ、５１ ＵＶ相間電圧センサ、５２ ＶＷ相間電圧センサ、５５ オフセット電圧保持部、５６ オフセット電圧減算部、５７ 電圧制御部、１３３ 交流出力端子、１３４ トランジスタ、１３５ ドライバ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】