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(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】
(24)【登録日】2022-10-07
(45)【発行日】2022-10-18
(54)【発明の名称】オープン巻線モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置
(51)【国際特許分類】
H02P 27/08 20060101AFI20221011BHJP
【ＦＩ】
H02P27/08
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018154035
(22)【出願日】2018-08-20
(65)【公開番号】P2020031458
(43)【公開日】2020-02-27
【審査請求日】2021-04-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】505461072
【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】前川 佐理
(72)【発明者】
【氏名】牛山 隆文
(72)【発明者】
【氏名】久保井 麻梨子
(72)【発明者】
【氏名】金森 正樹
(72)【発明者】
【氏名】野木 雅也
(72)【発明者】
【氏名】石田 圭一
【審査官】三島木 英宏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１２５５５７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２７３３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１２９３３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０９０３５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００２８３４１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力端子を備えるオープン巻線構造のモータが備える６つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
ＰＷＭ制御における前記１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記１次側，２次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づきモータの電流，回転速度を制御すると共に、前記１次側，２次側インバータの間において３相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、モータの３相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第１スイッチングパターンを続けて出力する期間と、前記第１スイッチングパターンと、零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第２スイッチングパターンとを交互に出力する期間との間に、
零軸電圧を発生させ、且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させる第３スイッチングパターンを挿入するオープン巻線モータ駆動装置。
【請求項2】
前記零軸電流抑制部は、負極性の零軸電圧を発生させる際には、前記第３スイッチングパターンとして、前記２次側インバータを構成する上アームのスイッチング素子のオン数が、前記１次側インバータを構成する上アームのスイッチング素子のオン数よりも多くなるスイッチングパターンのみを選択し、
正極性の零軸電圧を発生させる際には、前記第３スイッチングパターンとして、前記１次側インバータを構成する上アームのスイッチング素子のオン数が、前記２次側インバータを構成する上アームのスイッチング素子のオン数よりも多くなるスイッチングパターンのみを選択する請求項１記載のオープン巻線モータ駆動装置。
【請求項3】
前記零軸電流抑制部は、前記１次側及び２次側インバータのオンオフパターンの組合せである６４の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、前記第２スイッチングパターンが２つずつ位置するポイントを中心とし、前記第１スイッチングパターンがそれぞれ２つずつ位置するポイントを頂点として６つのセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第１及び第３スイッチングパターンを選択する請求項２記載のオープン巻線モータ駆動装置。
【請求項4】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、請求項１から３の何れか一項に記載のオープン巻線モータ駆動装置とを備える冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、オープン巻線構造のモータを駆動する装置，及びその装置を備えてなる冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば永久磁石同期モータ等の交流モータを駆動する際には、インバータを用いて直流電源を３相交流電力に変換する必要がある。しかし、モータが大容量化するのに伴いインバータに流れる電流も増加するので、インバータを構成するパワーデバイスに発熱等の問題が発生する。
【0003】
この問題に対して、非特許文献１や特許文献１等では、３相モータの巻線をスター状に結線することなくオープン状態として、３相巻線の両端にそれぞれインバータを接続して駆動するシステムが提案されている。このシステムによれば、２台のインバータを用いることで、３相巻線の両端に印加できる電圧が２倍程度に拡張できるため、モータをより高速に駆動できる。または、巻線の巻数を増やすことで、少ない電流で高いトルクを出力するモータを駆動できる。
【0004】
オープン巻線モータの駆動システムは、その回路構成により図１３から図１５に示す３つの形態をとることが多い。図１３に示す構成は、互いに絶縁された直流電源を２つ設ける必要があるが、インバータの直流電圧を２倍にでき、３相の巻線に共通に流れる零軸電流が原理上は流れないという利点がある。図１４に示す構成は、２台のインバータが直流リンク電圧を共有している。この構成は、電源は１つで良いが、零軸電流が互いのインバータの直流部を介して流れる問題がある。図１５に示す構成は、一方のインバータの電源をコンデンサで構成しているので、やはり電源は１つで良い。しかし、前記コンデンサを充電するために無効電力の制御が必要となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【文献】2002年5月,電気学会Ｄ部門論文誌Vol．122，No.5,p430-438,「オープン巻線交流電動機と２台の空間電圧ベクトル変調インバータを用いた高効率低騒音電動機駆動方式」，川畑良尚，那須基志，川畑隆夫
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第ＷＯ２０１６／１２５５５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前記３つの従来構成のうち最も低コストに実現できるのは、部品や電源の増加が無い図１４の構成であるが、上述したように、モータの３相に共通に流れる零軸電流が発生する問題がある。零軸電流は、一般的なスター結線のモータでは流れる経路が無いが、直流リンク電圧を共有する構成ではモータの３相を同方向に流れ、上下何れかの直流リンク部を介して還流する経路が形成されるため発生する。
【0008】
零軸電流は、モータの相電流の基本波周波数に対して３倍の周波数で発生するため、流れてもモータの有効なトルクには寄与せず、インバータやモータの銅損を増加させることになる。加えて、モータの誘起電圧に３倍周波数成分が含まれている場合には、零軸電流が流れるとトルクリップルを引き起こすため、騒音が増加することも問題となる。
そこで、零軸電流の発生を抑制できるオープン巻線モータ駆動装置，及びその装置を備えてなる冷凍サイクル装置を提供する。
そこで、零軸電流の発生を抑制できるオープン巻線モータ駆動装置，及びその装置を備えてなる冷凍サイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
実施形態のオープン巻線モータ駆動装置は、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力端子を備えるオープン巻線構造のモータが備える６つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
ＰＷＭ制御における前記１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記１次側，２次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づき各モータの電流，回転速度を制御すると共に、前記１次側，２次側インバータの間において３相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、モータの３相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第１スイッチングパターンを続けて出力する期間と、前記第１スイッチングパターンと、零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第２スイッチングパターンとを交互に出力する期間との間に、
零軸電圧を発生させ、且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させる第３スイッチングパターンを挿入する。
また、実施形態の冷凍サイクル装置は、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
実施形態のオープン巻線モータ駆動装置とを備える。
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
ＰＷＭ制御における前記１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記１次側，２次側インバータそれぞれの線間のデューティに基づき各モータの電流，回転速度を制御すると共に、前記１次側，２次側インバータの間において３相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制部を有し、
前記零軸電流抑制部は、モータの３相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つ前記モータに印加する電圧を発生させる第１スイッチングパターンを続けて出力する期間と、前記第１スイッチングパターンと、零軸電圧を発生させず且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させない第２スイッチングパターンとを交互に出力する期間との間に、
零軸電圧を発生させ、且つ前記モータの相間に作用する電圧を発生させる第３スイッチングパターンを挿入する。
また、実施形態の冷凍サイクル装置は、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
実施形態のオープン巻線モータ駆動装置とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態であり、モータ駆動システムの回路構成を示す図
【図2】３相電流及び零軸電流の波形を示す図
【図4】電流制御部の構成を示す機能ブロック図
【図5】１次側及び２次側インバータのスイッチングに伴い発生する零軸電圧の変化を示す図
【図6】一般的な３相モータを駆動する構成に対応した空間電圧ベクトルを示す図
【図7】オープン巻線モータを駆動する構成に対応した空間電圧ベクトルを示す図
【図8】空間電圧ベクトルを６つのセクタに分けて、各セクタで使用する第１及び第２ベクトルパターンを示す図
【図9】零軸電流を減少させる場合に用いるベクトルパターンを示す図
【図10】零軸電流を増加させる場合に用いるベクトルパターンを示す図
【図11】ｄｑ０／αβ０変換部の構成を示す機能ブロック図
【図12】空気調和機の構成を示す機能ブロック図
【図13】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その１）
【図14】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その２）
【図15】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その３）
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、一実施形態について図１から図１２を参照して説明する。図１は、本実施形態のモータ駆動システムの回路構成を示す図である。モータＭは、３相の永久磁石同期モータや誘導機などが想定されるが、本実施形態では永久磁石同期モータとする。モータＭの３相巻線は、それぞれが互いに結線されず両端子がオープン状態となっている。つまり、モータＭは６つの巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂを備えている。
【0012】
１次側インバータ１及び２次側インバータ２はそれぞれ、スイッチング素子であるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３を３相ブリッジ接続して構成されており、これらは直流電源４に並列に接続されている。直流電源４は、交流電源を直流に変換したものでも良い。インバータ１の各相出力端子はモータＭの巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａにそれぞれ接続され、インバータ２の各相出力端子はモータＭの巻線端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂにそれぞれ接続されている。
【0013】
位置センサ６は、モータＭのロータ回転位置や回転速度を検出するセンサであり、電流センサ７（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータＭの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサであり、電流検出器に相当する。電圧センサ８は、直流電源４の電圧ＶDCを検出する。
【0014】
制御装置１１には、モータを駆動するシステムにおける上位の制御装置から速度指令値ωRefが与えられ、速度指令値ωRefに検出したモータ速度ωが一致するように制御を行う。制御装置１１は、電流センサ７が検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、電圧センサ８が検出した直流電圧ＶDCとに基づいて、インバータ１及び２を構成する各ＦＥＴ３のゲートに与えるスイッチング信号を生成する。制御装置１１は制御部に相当する。
【0015】
電流検出・座標変換部１２は、検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ベクトル制御に用いるｄ，ｑ及び０の各軸座標の電流Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ０に（１）式により変換する。
【0016】
【数1】
【0017】
速度・位置検出部１３は、位置センサ６が検出した信号からモータ速度ωとロータ回転位置θを検出する。回転位置θは、電流検出・座標変換部１２及びｄｑ０／３相変換部１７に入力される。また、速度・位置検出部１３は、モータＭの電圧・電流から速度及び位置を推定する構成でも良い。速度制御部１４は、入力された速度指令ωRefと速度ωとから、例えば両者の差をＰＩ演算することでｑ軸電流指令ＩqRefを生成して出力する。ｄ軸電流指令生成部１５は、弱め界磁制御のためのｄ軸電流指令値を、直流電圧ＶDCとｄｑ軸の電圧振幅Ｖdqとから、例えば同様に両者の差をＰＩ演算することで生成して出力する。
【0018】
電流制御部１６は、入力されるｄ，ｑ，０軸の電流指令ＩdRef,ＩqRef,Ｉ0Refと検出した電流Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ０とから、ｄ，ｑ，０軸電圧指令Ｖｑ,Ｖｄ，Ｖ０を生成して出力する。ｄｑ０／αβ０変換部１７は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｑ,Ｖｄ,Ｖ０を、αβ軸電圧Ｖα，Ｖβに（２）式により変換し、０軸電圧指令Ｖ０はそのまま出力する。
【0019】
【数2】
【0020】
空間ベクトル変調部１８は、αβ軸電圧Ｖα，Ｖβと０軸電圧Ｖ０とから空間ベクトル演算を行い、インバータ１の各相デューティＤu1,Ｄv1,Ｄw1と、インバータ２の各相デューティＤu2,Ｄv2,Ｄw2を生成し、ＰＷＭ信号生成部１９に入力する。ＰＷＭ信号生成部１９は、入力された各相デューティよりインバータ１及び２を構成する各ＦＥＴ３のゲートに与えるスイッチング信号，ＰＷＭ信号Ｕ１±，Ｖ１±，Ｗ１±，Ｕ２±，Ｖ２±，Ｗ２±を生成して出力する。
【0021】
図１２は、本実施形態のモータ駆動システムを適用した空気調和機３０の構成を示す。ヒートポンプシステム３１を構成する圧縮機３２は、圧縮部３３とモータＭを同一の鉄製密閉容器３５内に収容して構成され、モータＭのロータシャフトが圧縮部３３に連結されている。そして、圧縮機３２、四方弁３６、室内側熱交換器３７、減圧装置３８、室外側熱交換器３９は、熱伝達媒体流路たるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。尚、圧縮機３２は、例えばロータリ型の圧縮機である。空気調和機３０は、上記のヒートポンプシステム３１を有して構成されている。
【0022】
暖房時には、四方弁３６は実線で示す状態にあり、圧縮機３２の圧縮部３３で圧縮された高温冷媒は、四方弁３６から室内側熱交換器３７に供給されて凝縮し、その後、減圧装置３８で減圧され、低温となって室外側熱交換器３９に流れ、ここで蒸発して圧縮機３２へと戻る。一方、冷房時には、四方弁３６は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機３２の圧縮部３３で圧縮された高温冷媒は、四方弁６から室外側熱交換器３９に供給されて凝縮し、その後、減圧装置３８で減圧され、低温となって室内側熱交換器３７に流れ、ここで蒸発して圧縮機３２へと戻る。そして、室内側、室外側の各熱交換器３７，３９には、それぞれファン４０，４１により送風が行われ、その送風によって各熱交換器３７，３９と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われるように構成されている。
【0023】
次に本実施形態の作用について図２から図１１を参照して説明する。オープン巻線モータＭを動作させるには、２つのインバータ１及び２により各端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂに電圧を印加する。速度制御及び電流制御の結果得られた電圧は、ｄｑ０／αβ０変換部１７，ＰＷＭ信号生成部１９によりインバータ１及び２への電圧指令に分割される。インバータ１の各相デューティＤu1,Ｄv1,Ｄw1と、インバータ２の各相デューティＤu2,Ｄv2,Ｄw2とは、互いに１８０°の位相差を有するＰＷＭ信号として通電される。このようにして、２つのインバータ１及び２でモータＭに逆位相の電圧を印加することで１相当たりの電圧振幅を増加でき、より高速で回転させることができる。
【0024】
しかし、本実施形態のようにインバータ１及び２が直流リンク部を共有する構成では、３相を同方向に流れる零軸電流が課題となる。零軸電流は、モータＭに通電される相電流の基本波周波数に対して３倍の周波数成分で流れる低周波の電流と、インバータ１，２のスイッチングに同期して流れるキャリア周波数成分の電流とに分かれる。図２は、零軸電流について抑制制御をしていない場合に流れるオープン巻線モータの３相電流と、零軸電流とを示している。零軸電流Ｉ０は、相電流の基本波周波数の３倍成分で脈動し、この電流が３相に同じように流れるため、各相電流Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗの歪みが大きくなっている。
【0025】
図３は、図２の時間軸を拡大して示した電流波形である。各相電流Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗ及び零軸電流Ｉ０に同じタイミングで変化するリップルが確認できるが、これがキャリア周波数成分の零軸電流である。本実施形態では、基本周波数の３倍成分，キャリア周波数成分のそれぞれに対応した抑制を行うことで、零軸電流を全周波数帯に亘って抑制する。
【0026】
先ず、基本周波数の３倍成分で流れる零軸電流の抑制について説明する。（３）式は，オープン巻線モータのｄｑ０軸電圧と電流の関係式である。
【0027】
【数3】
【0028】
ここで，ｄｑ軸電流Ｉｄ,Ｉｑが流れると、（３）式に示す対角項の要素の影響により零軸電圧Ｖ０が発生することが分かる。これがｄｑ軸から０軸への干渉であり、零軸電圧Ｖ０が発生した結果として零軸電流Ｉ０が流れてしまう。
【0029】
図４は、電流制御部１６の詳細構成を示しており、ｄｑ軸電流制御部２０及び零軸電流抑制制御部２１を備えている。ｄｑ軸電流制御部２０は、減算器２２ｄ，２２ｑによりｄ軸電流指令Ｉｄｒｅｆ，ｑ軸電流指令Ｉｑｒｅｆと、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑとの差分をとり、それらの差分に対してＰＩ制御部２３ｄ，２３ｑによりＰＩ制御演算を行う。その演算結果は、ｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑとして出力される。
【0030】
零軸電流抑制制御部２１は、Ｐ制御部２１Ａ，共振制御部２１Ｂ及び非干渉制御部２１Ｃを備えている。Ｐ制御部２１Ａでは、零軸電流指令Ｉ0Refと検出電流Ｉ０との差分値に比例ゲインＫｐ０を乗じる。共振制御部２１Ｂは、特定の周波数，ここでは相電流の基本波周波数ωの３倍である３ωに対する追従性を向上させるように構成されている。前記差分値に共振ゲインＫｒを乗じ、減算器２４により積分器２５の積分結果との差をとり積分器２６に入力する。
【0031】
積分器２６の積分結果は加算器２７及び乗算器２８に入力される。乗算器２８では、周波数３ωとの積がとられ、その結果が積分器２５に入力される。加算器２７では、前記差分値に比例ゲインＫｐ０を乗じた結果が加算されて、減算器２９に入力される。
【0032】
非干渉制御部２１Ｃは、ｄｑ軸から零軸への干渉成分を抑制するため、ｄｑ軸の電流指令値Ｉdref，Ｉqrefと、モータ定数Ｌｄ,Ｌｑ，周波数３ω，磁極位置θとから、（４）式により干渉抑制電圧ＶOFFを演算する。尚、Ａは調整係数である。
【0033】
【数4】
【0034】
そして、加算器２９において、干渉抑制電圧ＶOFFと加算器２７の加算結果とが加算され、零相電圧Ｖ０が出力される。
【0035】
次に、キャリア周波数成分の零軸電流を抑制する制御について説明する。先ず、キャリア成分の零軸電流が発生する原理について説明する。図５は，インバータ１の３相上アームのスイッチング信号Ｕ１＋，Ｖ１＋，Ｗ１＋と、インバータ２の３相上アームのスイッチング信号Ｕ２＋, Ｖ２＋, Ｗ２＋と、３相電流Ｉｕ,Ｉｖ,Ｉｗ及び零軸電流Ｉ０とを示している。さらに，このスイッチングで発生する零軸電圧のリプルＶ０＿ripple及びその大きさを下方に示している。
【0036】
Ｖ０＿rippleは、（５）式のようにインバータ１の３相電圧の平均から、インバータ２の３相電圧の平均を差し引くことで求まる。尚、各相電圧Ｖｕ１,Ｖｖ１,Ｖｗ１,Ｖｕ２,Ｖｖ２,Ｖｗ２は、ＦＥＴ３がオン状態であればＶDC，オフ状態であれば０となる。
【0037】
【数5】
【0038】
Ｖ０＿rippleの波形はスイッチング状態に応じて正負に変動しており、正側に発生している期間で零軸電流Ｉ０は増加し、負側に発生している期間で零軸電流Ｉ０が減少している。したがって、Ｖ０＿rippleがゼロになれば零軸電流Ｉ０のリップル，すなわちキャリア周波数成分の変動も無くなる。また、Ｖ０＿rippleの発生状態はインバータ１，２のＦＥＴ３がオンしている相数に依存しており、インバータ１，２のオン相数が異なる場合にその差に応じて正負に発生している。つまり、インバータ１及び２のオン相数を揃えることができれば、Ｖ０＿rippleが発生しなくなると考えられる。
【0039】
ここで、上述した目的を達するためのインバータ１，２のスイッチングパターンを検討するため、空間電圧ベクトルを検討する。図６は，一般的なモータを３相インバータで通電する場合の空間ベクトルを示している。例えばＶ１（１００）はＵ相上アームがオン，Ｖ，Ｗ相の上アームはオフという状態を示しており、Ｖ０～Ｖ７の８つベクトルが存在する。
【0040】
これに対して図７は、オープン巻線モータの空間電圧ベクトルを表しており、インバータが２つあるのでスイッチングパターンは８×８＝６４パターンとなる。便宜上ベクトル表記のＶは省いている。例えば、インバータ１がＶ１,インバータ２がＶ４となる組み合わせは「１４」と表記している。オープン巻線モータの空間ベクトルでは、ある指令電圧を出力するための電圧ベクトルのパターンが無数にある。例えば、図７中に矢印で示すベクトルを出力するためには、２１，３０，４５，７６の何れかの電圧ベクトルの通電時間と、３２，４７，５６，０１の何れかの電圧ベクトルの通電時間とを調整すれば出力できる。
【0041】
ここで、零軸電圧と空間ベクトルとの関係を考えると、前記６４パターンのうち，モータＭに印加する電圧を発生させ、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生しないベクトルパターン，つまりオン相数が同じでオンする相の少なくとも２つが不一致となるものは、１５，２４，２６，３５，３１，４６，４２，５１，５３，６２，６４，１３の１２パターン存在する。これらのパターンを空間ベクトルで表したものが図８である。
【0042】
図８では、各電圧ベクトルに対応するＰＷＭ波形も合わせて示している。上記１２のパターンを２つずつのペアとし頂点に配置して正六角形を描き、６つのセクタに分ける。例えば図８中に矢印で示すセクタ４に属するベクトルを出力するには、電圧ベクトルＶ４２，Ｖ３１それぞれの通電時間を調整する。各電圧ベクトルのＰＷＭ波形は、
Ｖ４２：インバータ１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オフ，オン，オン）
インバータ２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オン，オン，オフ）
Ｖ３１：インバータ１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オフ，オン，オフ）
インバータ２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オン，オフ，オフ）
である。これらに、インバータ１，２の全相がオンとなるＶ７７，全相がオフとなるＶ００を加える。各ベクトルのＰＷＭ波形から分かるように、インバータ１，２のオン相数が完全に一致するので、零軸電圧Ｖ０が発生しない。つまり、このＰＷＭスイッチングパターンで通電すれば、図４，５に示した零軸電流のキャリア成分のリップルを抑制できる。
Ｖ４２：インバータ１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オフ，オン，オン）
インバータ２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オン，オン，オフ）
Ｖ３１：インバータ１（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オフ，オン，オフ）
インバータ２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）＝（オン，オフ，オフ）
である。これらに、インバータ１，２の全相がオンとなるＶ７７，全相がオフとなるＶ００を加える。各ベクトルのＰＷＭ波形から分かるように、インバータ１，２のオン相数が完全に一致するので、零軸電圧Ｖ０が発生しない。つまり、このＰＷＭスイッチングパターンで通電すれば、図４，５に示した零軸電流のキャリア成分のリップルを抑制できる。
【0043】
しかし、零軸電圧Ｖ０を発生させない空間電圧ベクトルパターンのみを用いると、（３）式について述べた、干渉により流れる零軸電流を抑制するための制御で出力する零軸電圧Ｖ０を生成できない。そこで、本実施形態では、下記の第１～第３ベクトルパターンを用いる。第１～第３ベクトルパターンは、第１～第３スイッチングパターンに相当する。
＜第１ベクトルパターン＞
モータＭに印加する電圧を発生させ、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。
＜第２ベクトルパターン＞
モータＭの相間に作用する電圧を発生させず、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。
＜第３ベクトルパターン＞
モータＭの相間に作用する電圧を発生させ、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生するパターン。
＜第１ベクトルパターン＞
モータＭに印加する電圧を発生させ、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。
＜第２ベクトルパターン＞
モータＭの相間に作用する電圧を発生させず、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生しないパターン。
＜第３ベクトルパターン＞
モータＭの相間に作用する電圧を発生させ、且つ３相に等しく作用する零軸電圧が発生するパターン。
【0044】
そして、第１ベクトルパターンを続けて出力する間と、第１ベクトルパターン，第２ベクトルパターンを出力する間とに、それぞれ第３ベクトルパターンを挿入する。これにより、平均的に零軸電圧Ｖ０を制御する
【0045】
Ｖ７７，Ｖ００は、全セクタにおける第２ベクトルパターンであり、セクタ４においては、Ｖ４２，Ｖ３１が第１ベクトルパターンとなる。そして、図９に示すように、セクタ４において零軸電流Ｉ０を減少させる際には、
（１）Ｖ７７，Ｖ４２を出力する間にＶ４７を挿入する。
（２）Ｖ４２，Ｖ３１を出力する間にＶ３２を挿入する。
（３）Ｖ３１，Ｖ００を出力する間にＶ０１を挿入する。
（１）では、（１１１）→（０１１）→（０１１）
（１１１） （１１１） （１１０）
（２）では、（０１１）→（０１０）→（０１０）
（１１０） （１１０） （１００）
（３）では、（１１０）→（０００）→（０００）
（１００） （１００） （０００）
のようにスイッチングパターンが変化する。第３ベクトルパターンであるＶ４７，Ｖ３２，Ｖ０１は何れも、インバータ２のＦＥＴ３がオンする相数が、インバータ１よりも１つ多くなっている。これにより、零軸電流Ｉ０を減少させる。また、ベクトルパターンが切り替わる毎に、トータルでのオン相数がデクリメントされている。
（１）Ｖ７７，Ｖ４２を出力する間にＶ４７を挿入する。
（２）Ｖ４２，Ｖ３１を出力する間にＶ３２を挿入する。
（３）Ｖ３１，Ｖ００を出力する間にＶ０１を挿入する。
（１）では、（１１１）→（０１１）→（０１１）
（１１１） （１１１） （１１０）
（２）では、（０１１）→（０１０）→（０１０）
（１１０） （１１０） （１００）
（３）では、（１１０）→（０００）→（０００）
（１００） （１００） （０００）
のようにスイッチングパターンが変化する。第３ベクトルパターンであるＶ４７，Ｖ３２，Ｖ０１は何れも、インバータ２のＦＥＴ３がオンする相数が、インバータ１よりも１つ多くなっている。これにより、零軸電流Ｉ０を減少させる。また、ベクトルパターンが切り替わる毎に、トータルでのオン相数がデクリメントされている。
【0046】
また、図１０に示すように、セクタ４において零軸電流Ｉ０を増加させる際には、
（１）Ｖ７７，Ｖ４２を出力する間にＶ７２を挿入する。
（２）Ｖ４２，Ｖ３１を出力する間にＶ４１を挿入する。
（３）Ｖ３１，Ｖ００を出力する間にＶ３０を挿入する。
（１）では、（１１１）→（１１１）→（０１１）
（１１１） （１１０） （１１０）
（２）では、（０１１）→（０１１）→（０１０）
（１１０） （１００） （１００）
（３）では、（１１０）→（０１０）→（０００）
（１００） （０００） （０００）
のようにスイッチングパターンが変化する。この場合の第３ベクトルパターンであるＶ７２，Ｖ４１，Ｖ３０は何れも、インバータ１のＦＥＴ３がオンする相数が、インバータ２よりも１つ多くなっている。これにより、零軸電流Ｉ０を増加させる。また、図９のケースと同様に、ベクトルパターンが切り替わる毎にトータルでのオン相数がデクリメントされている。
（１）Ｖ７７，Ｖ４２を出力する間にＶ７２を挿入する。
（２）Ｖ４２，Ｖ３１を出力する間にＶ４１を挿入する。
（３）Ｖ３１，Ｖ００を出力する間にＶ３０を挿入する。
（１）では、（１１１）→（１１１）→（０１１）
（１１１） （１１０） （１１０）
（２）では、（０１１）→（０１１）→（０１０）
（１１０） （１００） （１００）
（３）では、（１１０）→（０１０）→（０００）
（１００） （０００） （０００）
のようにスイッチングパターンが変化する。この場合の第３ベクトルパターンであるＶ７２，Ｖ４１，Ｖ３０は何れも、インバータ１のＦＥＴ３がオンする相数が、インバータ２よりも１つ多くなっている。これにより、零軸電流Ｉ０を増加させる。また、図９のケースと同様に、ベクトルパターンが切り替わる毎にトータルでのオン相数がデクリメントされている。
【0047】
このように制御することで、零軸電圧Ｖ０＿rippleは，連続的に正側，負側のみにしか発生しない。したがって、図５に示したように、Ｖ０＿rippleが正，負に変動することに伴う零軸電流Ｉ０のリップルが発生せず、３倍周波数成分を抑制できる。
【0048】
図１１は、上述した制御原理に基づく空間電圧ベクトル変調部１８の内部構成を示しており、空間ベクトル演算部１８Ａ及び零軸電圧合成部１８Ｂを備えている。入力された電圧指令Ｖα,Ｖβは、空間ベクトル演算部１８Ａで零軸電圧を発生させない空間電圧ベクトルパターンで２つの電圧ベクトルの大きさを決定する。Ｖα,Ｖβの大きさに従い６つのうちどのセクタに属すかを決定し、セクタに応じて第１ベクトルパターンとなる２つの電圧ベクトルを選択する。セクタ４であればＶ４２，Ｖ３１であり、Ｖ７７,Ｖ００の大きさも含めて、電圧指令Ｖα,Ｖβより演算する。
【0049】
演算された各ベクトルの電圧値及び零軸電圧Ｖ０は、直流電圧ＶDCと共に零軸電圧合成部１８Ｂに入力される。零軸電圧合成部１８Ｂでは、図９，図１０で示したように、セクタ及び零軸電流Ｉ０の増減に応じて、第３ベクトルパターンとなる電圧ベクトルを選択して挿入する。図１１に示すように、セクタ１の場合には、第１ベクトルパターンはＶ２４，Ｖ１３であり、零軸電流を減少させる場合に挿入する第３ベクトルパターンはＶ２７，Ｖ１４，Ｖ０３、零軸電流を増加させる場合に挿入する第３ベクトルパターンはＶ７４，Ｖ２３，Ｖ１０となる。
【0050】
尚、図９，図１０では、第３ベクトルパターンを３箇所に挿入しているが、この３区間の電圧ベクトルの合計値は、零軸電圧抑制制御部２１より出力される零軸電圧Ｖ０に一致させる必要がある。したがって、各区間の電圧ベクトルの大きさはＶ０／３にする。
以上の演算によりインバータ１，２それぞれの３相電圧の大きさが得られるため、直流電圧ＶDCで除して各相のデューティＤｕ１,Ｄｖ１,Ｄｗ１,Ｄｕ２,Ｄｖ２,Ｄｗ２が決定されて出力される。
以上の演算によりインバータ１，２それぞれの３相電圧の大きさが得られるため、直流電圧ＶDCで除して各相のデューティＤｕ１,Ｄｖ１,Ｄｗ１,Ｄｕ２,Ｄｖ２,Ｄｗ２が決定されて出力される。
【0051】
以上のように本実施形態によれば、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力端子Ｕａ～Ｗｂを備えるオープン巻線構造のモータＭを、１次側インバータ１及び２次側インバータ２により駆動する構成において、制御装置１１は、インバータ１，２それぞれの線間のデューティに基づきモータＭの電流，回転速度を制御すると共に、インバータ１，２の間において３相を同方向に流れる零軸電流を抑制する零軸電流抑制制御部２１を備える。
零軸電流抑制制御部２１は、モータＭの３相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つモータＭに印加する電圧を発生させる第１ベクトルパターンを続けて出力する間と、第１ベクトルパターンと、零軸電圧を発生させず且つモータＭの相間に作用する電圧を発生させない第２ベクトルパターンとを交互に出力する間に、零軸電圧を発生させ、且つモータＭの相間に作用する電圧を発生させる第３ベクトルパターンを挿入する。
零軸電流抑制制御部２１は、モータＭの３相に等しく作用する零軸電圧を発生させず且つモータＭに印加する電圧を発生させる第１ベクトルパターンを続けて出力する間と、第１ベクトルパターンと、零軸電圧を発生させず且つモータＭの相間に作用する電圧を発生させない第２ベクトルパターンとを交互に出力する間に、零軸電圧を発生させ、且つモータＭの相間に作用する電圧を発生させる第３ベクトルパターンを挿入する。
【0052】
これにより、相電流の基本波周波数の３倍成分で流れる低周波の零軸電流と、インバータ１，２のスイッチングに同期して流れるキャリア成分の零軸電流との双方を抑制でき、インバータ１及び２並びにモータＭの低電流化・低損失化を実現できる。
【0053】
また、零軸電流抑制制御部２１は、負極性の零軸電圧を発生させる際には、第３ベクトルパターンとして、インバータ２を構成するＦＥＴ３のオン数が、インバータ１を構成するＦＥＴ３のオン数よりも多くなるベクトルパターンのみを選択し、正極性の零軸電圧を発生させる際には、第３ベクトルパターンとして、インバータ１を構成するＦＥＴ３のオン数が、インバータ２を構成するＦＥＴ３のオン数よりも多くなるベクトルパターンのみを選択する。これにより、零軸電流の増減を制御して確実に抑制を図ることができる。
【0054】
さらに、零軸電流抑制制御部２１は、インバータ１及び２のオンオフパターンの組合せである６４の電圧ベクトルからなる空間電圧ベクトルについて、第２ベクトルパターンが２つずつ位置するポイントを中心とし、第１ベクトルパターンがそれぞれ２つずつ位置するポイントを頂点として６つのセクタに分割し、各セクタに応じて用いる第１及び第３ベクトルパターンを選択する。これにより、インバータ１及び２の様々なスイッチングパターンに応じて、第１及び第３ベクトルパターンを適切に選択できる。
加えて、本実施形態のオープン巻線モータ駆動装置を空気調和機３０に適用することで、空調運転を高効率で行うことができる。
加えて、本実施形態のオープン巻線モータ駆動装置を空気調和機３０に適用することで、空調運転を高効率で行うことができる。
【0055】
（その他の実施形態）
電流センサ７は、シャント抵抗でもＣＴでも良い。
交流電源は単相であっても良い。
スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限ることなく、その他ＩＧＢＴ，パワートランジスタ、ＳｉＣ，ＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体等を使用しても良い。
空気調和機に限ることなく、その他の製品等に適用しても良い。
電流センサ７は、シャント抵抗でもＣＴでも良い。
交流電源は単相であっても良い。
スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限ることなく、その他ＩＧＢＴ，パワートランジスタ、ＳｉＣ，ＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体等を使用しても良い。
空気調和機に限ることなく、その他の製品等に適用しても良い。
【0056】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0057】
図面中、Ｍはオープン構造巻線モータ、１は１次側インバータ１，２は２次側インバータ、５は開閉器、１１は制御装置、３０は空気調和機を示す。
【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】