(57)【要約】【課題】効率を低下させることなく、回生電流による電源高調波電流特性を改善する。【解決手段】指示回転数でモータ５を駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部６と、前記トルク演算部６で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部７と、前記指令トルク設定部７からの指令トルク値に応じて前記インバータ３を駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部８と、前記ＰＷＭ信号生成部８からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部９を具備し、前記進角調整部９は、進角値（振幅パターン）を一定にしない、あるいは前記指令トルク設定部７は、指令トルク値（振幅パターン）を一定にしないようにする。これにより回生電流による入力電流の高調波成分を分散抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電源を入力とする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され前記インバータと単相交流電源のライン上に配置されたリアクタおよび前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサで構成される平滑部と、前記インバータにより駆動されるモータと、指示回転数でモータを駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部と、前記指令トルク設定部からの指令トルク値に応じて前記インバータを駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号生成部からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部を具備し、前記進角調整部は、進角値を一定にしないことを特徴とするモータインバータ装置。
【請求項２】
前記単相交流電源の電圧位相を検出する電圧位相検出部を備え、前記進角調整部は、前記単相交流電源半周期内で設定される進角値パターンの振幅あるいは位相の少なくとも一方が前記単相交流電源半周期で所定の回数以上同じにならないよう調整することを特徴とする請求項１記載のモータインバータ装置。
【請求項３】
前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期以上同じにならないよう調整することを特徴とする請求項２記載のモータインバータ装置。
【請求項４】
前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期毎に変更することを特徴とする請求項２記載のモータインバータ装置。
【請求項５】
前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源周期毎に変更することを特徴とする請求項２記載のモータインバータ装置。
【請求項６】
前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期未満でランダムに設定された回数毎に変更することを特徴とする請求項２記載のモータインバータ装置。
【請求項７】
時間経過を検出するタイマ部を備え、前記進角調整部は、進角値あるいは進角値の振幅パターンが所定の時間以上同じにならないよう調整することを特徴とする請求項１記載のモータインバータ装置。
【請求項８】
前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２００ｍ秒以上同じにならないよう調整することを特徴とする請求項７記載のモータインバータ装置。
【請求項９】
前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、１０ｍ秒毎に変更されることを特徴とする請求項７記載のモータインバータ装置。
【請求項１０】
前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２０ｍ秒毎に変更されることを特徴とする請求項７記載のモータインバータ装置。
【請求項１１】
前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２００ｍ秒未満でランダムに設定された時間毎に変更されることを特徴とする請求項７記載のモータインバータ装置。
【請求項１２】
単相交流電源を入力とする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され
前記インバータと単相交流電源のライン上に配置されたリアクタおよび前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサで構成される平滑部と、前記インバータにより駆動されるモータと、指示回転数でモータを駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部と、前記指令トルク設定部からの指令トルク値に応じて前記インバータを駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号生成部からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部を具備し、前記指令トルク設定部は、指令トルク値を一定にしないことを特徴とするモータインバータ装置。
【請求項１３】
前記単相交流電源の電圧位相を検出する電圧位相検出部を備え、前記指令トルク設定部は、前記単相交流電源半周期内で設定される指令トルク値パターンの振幅あるいは位相の少なくとも一方が前記単相交流電源半周期で所定の回数以上同じにならないよう設定することを特徴とする請求１２記載のモータインバータ装置。
【請求項１４】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期以上同じにならないよう設定することを特徴とする請求項１３記載のモータインバータ装置。
【請求項１５】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期毎に変更することを特徴とする請求項１３記載のモータインバータ装置。
【請求項１６】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源周期毎に変更することを特徴とする請求項１３記載のモータインバータ装置。
【請求項１７】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期未満でランダムに設定された回数毎に変更することを特徴とする請求項１３記載のモータインバータ装置。
【請求項１８】
時間経過を検出するタイマ部を備え、前記指令トルク設定部は、指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅が所定の時間以上同じにならないよう調整することを特徴とする請求項１２記載のモータインバータ装置。
【請求項１９】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２００ｍ秒以上同じにならないよう設定されることを特徴とする請求項１８記載のモータインバータ装置。
【請求項２０】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、１０ｍ秒ごとに変更されることを特徴とする請求項１８記載のモータインバータ装置。
【請求項２１】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２０ｍ秒ごとに変更されることを特徴とする請求項１８記載のモータインバータ装置。
【請求項２２】
前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２００ｍ秒未満でランダムに設定された時間毎に変更されることを特徴とする請求項１８記載のモータインバータ装置。
【請求項２３】
前記モータは空気調和機に具備される圧縮機駆動用モータであることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１項に記載のモータインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相交流電源を入力として全波整流した出力をスイッチングすることにより得られる可変電圧・可変周波数の交流出力にてモータを駆動するモータインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータインバータ装置の概略図を図１１に示す。
【０００３】
モータインバータ装置は単相交流電源１からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段１２と、前記整流手段１２が出力した直流電圧を交流電圧に変換して電動機１３に印加する電力変換手段１４と、前記電動機１３に流れる相電流を検出する相電流検出器１５と、前記電力変換手段１４が電動機１３に印加する電圧を制御する制御手段１６とを有する。
【０００４】
前記制御手段１６は、前記電動機１３の磁束の指令値を受け取り、電流の指令値を算出する電流指令生成手段１７と、前記電動機１３に流す電流の指令値を受け取り、当該電流の指令値に基づいて、前記電動機１３に流れる電流の波形が、前記単相交流電源１からの交流電圧の波形と相似形状になるように、前記電動機１３に印加する電圧のスカラー値が、前記整流手段１２が出力する直流電圧により規定される最大出力電圧以下となるように制限する出力電圧制限手段１８とを有する。
【０００５】
前記電流指令生成手段１７は、前記電動機１３の相抵抗と、前記電動機１３の相電流に基づいて、前記相抵抗による電圧降下分を算出し、前記電動機１３に印加する電圧と、前記電圧降下分との差分に基づき、前記電動機１３の総磁束量を算出し、前記総磁束量を一定に保つように、前記電流の指令値を算出し、前記電流の指令値を算出する際には、前記電流の指令値の振幅を所定の割合で減少させるとともに、所定の値でオフセットさせ、前記単相交流電源１のピーク点に相当する位相において、オフセットさせる前と同じ指令値となるように、前記電流の指令値を演算補正する。
【０００６】
このように総磁束量を一定に保ちつつ電動機１３を駆動させることは、直流電圧の脈動により電動機１３の印加電圧が低下した際に自然に弱め界磁動作が実現されることとなる。つまり弱め界磁を単相交流電源位相に同期して制御することになる。更に、前記電流の指令値の振幅、オフセットを調整することで電動機１３の印加電圧が低下した際の弱め界磁動作の作用を調整し、回生動作を抑制する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このように電動機１３が力行運転から回生運転に切り替わり、電動機１３からの回生エネルギーにより入力電流に無通電期間が発生することで生じる入力電流の高調波成分を、回生動作を抑制することで抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４６９３９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術のモータインバータ装置では、回生エネルギーにより入力電流に発生する無通電期間による高調波成分を抑制するために、電動機１３に印加される電圧が低下すると、それに応じて作用する弱め界磁動作量をオフセット設定により調整して回生エネルギー（
無通電期間）を低減させる。
【００１０】
しかしながら、回生エネルギーを低減できても無通電期間を完全になくすことはできないため、高調波成分を効果的に抑制することは難しい。
【００１１】
また、仮に弱め界磁動作のオフセット設定により無通電期間をほぼ完全になくすことができた場合、電動機１３に印加される電圧の低下に伴う弱め界磁動作量をオフセット設定により大幅に増やす必要があるため、効率が大きく低下することが課題であった。
【００１２】
本発明は効率よく回生エネルギー（無通電期間）による高調波成分を抑制できるモータインバータ装置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】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するために、単相交流電源を入力とする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され前記インバータと単相交流電源のライン上に配置されたリアクタおよび前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサで構成される平滑部と、前記インバータにより駆動されるモータと、指示回転数でモータを駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部と、前記指令トルク設定部からの指令トルク値に応じて前記インバータを駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号生成部からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部を具備し、前記進角調整部は、進角値（振幅パターン）を一定にしない、あるいは前記指令トルク設定部７は、指令トルク値（振幅パターン）を一定にしないようにしたものである。
【００１４】
これにより回生エネルギーによる入力電流の無通電期間で発生する高調波成分を分散抑制させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のモータインバータ装置は、回生電流による電源高調波電流への影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図
【図２】同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路構成図
【図３】同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の各部波形を示す図
【図４】（ａ）（ｂ）同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の各動作状態を示す図
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の周波数分析を示す図
【図６】同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の進角設定と各部波形を示す図及び進角と入力電流の無通電期間を示す図
【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の進角値設定（位相）を示す図
【図８】（ａ）（ｂ）同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の進角値設定（振幅）を示す図
【図９】同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の指令トルクと各部波形を示す図および入力電流の無通電期間を示す図
【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）同実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図の指令トルク設定（位相）を示す図
【図１１】従来技術のモータインバータ装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、単相交流電源を入力とする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され前記インバータと単相交流電源のライン上に配置されたリアクタおよび前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサで構成される平滑部と、前記インバータにより駆動されるモータと、指示回転数でモータを駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部と、前記指令トルク設定部からの指令トルク値に応じて前記インバータを駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号生成部からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部を具備し、前記進角調整部は、進角値を一定にしない構成としてある。
【００１８】
これにより、回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００１９】
第２の発明は、第１の発明において、前記単相交流電源の電圧位相を検出する電圧位相検出部を備え、前記進角調整部は、前記単相交流電源半周期内で設定される進角値パターンの振幅あるいは位相の少なくとも一方が前記単相交流電源半周期で所定の回数以上同じにならないよう調整する構成としてある。
【００２０】
これにより、回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２１】
第３の発明は、第２の発明において、前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期以上同じにならないよう調整することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２２】
第４の発明は、第２の発明において、前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２３】
第５の発明は、第２の発明において、前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源周期毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相をにせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２４】
第６の発明は、第２の発明において、前記進角調整部で設定される進角値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期未満でランダムに設定された回数毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２５】
第７の発明は、第１の発明において、時間経過を検出するタイマ部を備え、前記進角調整部は、進角値あるいは進角値の振幅パターンが所定の時間以上同じにならないよう調整する構成としてある。
【００２６】
これにより、回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２７】
第８の発明は、第７の発明において、前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２００ｍ秒以上同じにならないよう調整することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２８】
第９の発明は、第７の発明において、前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、１０ｍ秒毎に変更されることで（単相交流電源の電圧位相が検出できなくても）回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００２９】
第１０の発明は、第７の発明において、前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２０ｍ秒毎に変更されることで（単相交流電源の電圧位相が検出できなくても）回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３０】
第１１の発明は、第７の発明において、前記進角調整部で設定される進角値あるいは進角値の振幅は、２００ｍ秒未満でランダムに設定された時間毎に変更されることで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３１】
第１２の発明は、単相交流電源を入力とする全波整流回路と、前記全波整流回路の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され前記インバータと単相交流電源のライン上に配置されたリアクタおよび前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサで構成される平滑部と、前記インバータにより駆動されるモータと、指示回転数でモータを駆動させるのに必要なトルクを演算するトルク演算部と、前記トルク演算部で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部と、前記指令トルク設定部からの指令トルク値に応じて前記インバータを駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記ＰＷＭ信号生成部からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部を具備し、前記指令トルク設定部は、指令トルク値を一定にしない構成としてある。
【００３２】
これにより、回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３３】
第１３の発明は、第１２の発明において、前記単相交流電源の電圧位相を検出する電圧位相検出部を備え、前記指令トルク設定部は、前記単相交流電源半周期内で設定される指令トルク値パターンの振幅あるいは位相の少なくとも一方が前記単相交流電源半周期で所定の回数以上同じにならないよう設定する構成としてある。
【００３４】
これにより、回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３５】
第１４の発明は、第１３の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期以上同じにならないよう設定することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３６】
第１５の発明は、第１３の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３７】
第１６の発明は、第１３の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源周期毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３８】
第１７の発明は、第１３の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値パターンは、前記単相交流電源半周期で２０周期未満でランダムに設定された回数毎に変更することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００３９】
第１８の発明は、第１２の発明において、時間経過を検出するタイマ部を備え、前記指令トルク設定部は、指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅が所定の時間以上同じにならないよう調整することで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００４０】
第１９の発明は、第１８の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２００ｍ秒以上同じにならないよう設定されることで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００４１】
第２０の発明は、第１８の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、１０ｍ秒ごとに変更されることで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００４２】
第２１の発明は、第１８の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２０ｍ秒ごとに変更されることで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００４３】
第２２の発明は、第１８の発明において、前記指令トルク設定部で設定される指令トルク値あるいは指令トルク値の振幅は、２００ｍ秒未満でランダムに設定された時間毎に変更されることで回生エネルギーによる入力電流の無通電となる期間や位相を一定にせず、高調波成分を分散抑制できる。
【００４４】
第２３の発明は、第１〜第２２の発明において、前記モータは空気調和械に具備される慣性の大きな圧縮機駆動用モータとすることで、比較的短い周期内での進角値や指令トルク値の変更に対して電気的には過敏に追従するが、機械的には過敏に追従せず、圧縮機の動作としては影響なく高調波成分を分散抑制できる。
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータインバータ装置の回路ブロック図を示す。図１において、１は単相交流電源、２は全波整流回路で、単相交流電源１を入力とするダイオードブリッジなどで構成される。３はインバータで、前記全波整流回路２の出力直流電圧を交流電力に変換する複数の半導体スイッチ素子で構成される。４は平滑部で、共振周波数が前記単相交流電源周波数の４０倍以上に設定され前記インバータ３と単相交流電源１のライン上に配置されたリアクタと、前記インバータの入力側に並列接続されたコンデンサとで構成されている。５は前記インバータ３により駆動されるモータ、６はトルク演算部で、マイコン等で構成される指示回転数で前記モータ５を駆動させるのに必要なト
ルクを演算する。７は前記トルク演算部６で演算されたトルクを設定する指令トルク設定部、８は前記指令トルク設定部７からの指令トルク値に応じて前記インバータ３を駆動させるＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部、９は前記ＰＷＭ信号生成部８からのＰＷＭ制御信号の位相を調整する進角調整部、１０は前記単相交流電源１の電圧位相を検出する電圧位相検出部、１１は時間経過を検出するタイマ部１１である。ここで、前記進角調整部９、前記指令トルク設定部７は、進角値、指令トルク値を一定にしないように構成してある。
【００４７】
以上のように構成されたモータインバータ装置において、以下にその動作、作用を説明する。
【００４８】
まず、単相交流電源１に周波数５０Ｈｚの電源を用いた場合、平滑部４を構成するリアクタの容量Ｌ１とコンデンサの容量Ｃ１は、電源高調波電流特性の高性能化を図るため共振周波数ｆｃ＝１／（２π×√（Ｌ１×Ｃ１））が単相交流電源周波数の４０倍以上、すなわち２０００Ｈｚ以上になるように設定する。このため例えば、リアクタンス値Ｌ１＝０．５ｍＨ、キャパシタンス値Ｃ１＝１０μＦのリアクタとコンデンサを用いることで共振周波数ｆｃ（≒２２５０Ｈｚ）＞（４０×５０Ｈｚ（単相交流電源周波数））（＝２０００Ｈｚ）とする。平滑部４を構成するリアクタとコンデンサがこのような値に設定された場合、インバータ３により永久磁石モータを駆動させると、図２に示す回路構成図におけるインバータ印加電圧Ｖｄｃの波形、入力電流Ｉａｃの波形はそれぞれ図３に示すような関係になる。
【００４９】
ここで、単相交流電源１の半周期をＴ／２、単相交流電源１からモータ５へトルクが供給される期間をＴｏｎ、モータ５からの回生電流により単相交流電源１からモータ５へのトルク供給が遮断される期間（無通電期間）をＴｏｆｆとする。
【００５０】
上記実施の形態のような構成のモータインバータ装置では、図４（ａ）に示すように力行状態で単相交流電源１からモータ５へトルクが供給される状態（図３におけるＴｏｎ）と、図４（ｂ）に示すように回生状態でモータ５が発電機として作用し、モータ５により発生する回生電流によりコンデンサが充放電され、単相交流電源１からモータ５へのトルク供給が遮断される状態（図３におけるＴｏｆｆ）が単相交流電源１の半周期毎に周期的に繰り返すことになり、電源高調波電流特性の性能が低下する。
【００５１】
そのため無通電期間Ｔｏｆｆをなくす、あるいは、無通電期間Ｔｏｆｆの周期性を抑制することで無通電期間Ｔｏｆｆによる電源高調波電流特性の性能低下を抑制することができる。
【００５２】
この無通電期間Ｔｏｆｆはモータ５の仕様やインバータ３による制御方法に依存する。
【００５３】
以下にまずインバータ３の制御、弱め界磁（進角）設定による無通電期間Ｔｏｆｆの周期性を抑制する方法について説明する。
【００５４】
図５は実施の形態１における入力電流Ｉａｃの波形を周波数分析した結果を示した図、図６は実施の形態１における単相交流電源電圧Ｖａｃ、インバータ３に印加される電圧Ｖｄｃ、入力電流Ｉａｃの各部波形と、進角調整部９による設定進角値β＊を示した図である。
【００５５】
図６に示すように、設定進角値βａとなる期間をＴ（βａ）、設定進角値βｂとなる期間をＴ（βｂ）とし、設定進角値の大小関係をβａ＞βｂとすると、モータ５の駆動状態がほぼ安定（平均的なモータ回転数や出力トルクがほぼ一定）していれば、設定進角値β
ａのときの回生電流は設定進角値βｂのときより抑制される。そのため設定進角値βａの方が単相交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロス付近でのインバータ３の印加直流電圧Ｖｄｃの上昇も抑えられる。そして入力電流Ｉａｃにおける設定進角値βａ、βｂそれぞれの無通電期間をＴｏｆｆ１、Ｔｏｆｆ２とし、通電期間をＴｏｎ１、Ｔｏｎ２とすると、それらの期間の大小関係はＴｏｆｆ１＜Ｔｏｆｆ２、Ｔｏｎ１＞Ｔｏｎ２となり、単相交流電源電圧の位相に対する通電期間、無通電期間の開始、終了の位相も異なるようになる。
【００５６】
よって図６に示すように設定進角値βａ、βｂを期間Ｔ（βａ）、Ｔ（βｂ）で切替えることで、入力電流Ｉａｃで発生する無通電期間の周期性を抑制することができる。
【００５７】
ここで、無通電期間の周期性と入力電流の電源高調波電流特性の相関について図５を用いて簡単に説明すると、入力電流Ｉａｃにおける無通電期間Ｔｏｆｆが単相交流電源１の半周期毎に周期的（規則的）に発生した場合、入力電流Ｉａｃの波形の周波数分析結果は図５（ａ）に近くなり、図６に示す実施の形態１のように、無通電期間の単相交流電源半周期毎に発生する周期性を分散抑制することで図５（ｂ）、（ｃ）のようにでき、電源高調波電流特性の性能低下を抑制できる。
【００５８】
なお、図６では簡単のため、Ｔ（βａ）、Ｔ（βｂ）が単相交流電源周期Ｔと等しくなるように設定し、単相交流電源周期毎に２つの設定進角値βａ、βｂを切替えるようにしているが、入力電流で発生する無通電期間の周期性をより分散抑制できるように切替える設定進角値β＊は３つ以上でも構わない。また、設定進角値β＊を切替える周期は単相交流電源半周期毎、単相交流電源半周期で２０周期未満のランダムに設定された回数毎、あるいは単相交流電源半周期に関係なく予め設定された１０ｍ秒毎、２０ｍ秒毎、２００ｍ秒未満でランダムに設定された時間毎等でも構わない。
【００５９】
次に、上記実施の形態１のような構成のモータインバータ装置では、図３に示すように回生電流による影響は単相交流電源電圧のゼロクロス付近で発生する。このため効果的に回生電流を抑制するために、進角調整部９からの設定進角値β＊を図７、図８に示すように単相交流電源半周期（Ｔ／２）内で一定でない（単相交流電源電圧位相で０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇ付近の設定進角値を大きくする）振幅パターンにする。このような進角設定がなされる場合の無通電期間の周期性を抑制する方法について説明する。
【００６０】
図７、図８はそれぞれ進角調整部９により電源半周期Ｔ／２内で設定される設定進角値β＊の位相調整、振幅調整を示す。
【００６１】
ここで、単相交流電源半周期内で設定される進角値の振幅パターンは実施の形態１のパターンに限定しない。
【００６２】
まず位相調整について説明する。
【００６３】
図７（ａ）は基本設定進角値β１に対し、単相交流電源電圧位相０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇで設定進角値がβ２（＞β１）となるように設定した場合、図７（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ設定進角値がβ２となる単相交流電源１の電圧位相θを（−）Δθ、（＋）Δθずらして設定した場合の設定進角値の振幅パターンを示す。
【００６４】
回生を効果的に抑制するために単相交流電源電圧位相θに応じた進角設定を行う。例えば図７（ａ）のような設定進角値の振幅パターンで回生電流抑制効果が高い場合、図７（ｂ）、（ｃ）のような設定進角値の振幅パターンでは回生電流抑制効果が薄くなり、無通電期間が増える。また期間増加だけでなく単相交流電源電圧のゼロクロス前、ゼロクロス後など無通電期間が発生する単相交流電源電圧位相の変化もある。
【００６５】
このため図７において設定進角値の振幅パターンの位相を例えば（ａ）、（ｂ）、（ａ）、（ｃ）、（ａ）の順に変更させることで、無通電期間の周期性を抑制でき、図５の（ｂ）、（ｃ）に示すように電源高調波電流特性の性能低下を抑制できる。
【００６６】
なお、図７では簡単のため±Δθの範囲内で位相調整を行う場合の説明を行ったが、位相調整についてプラス側、マイナス側の位相調整を連続２回以上行っても構わない。また位相調整幅Δθは一定でなくてもよい（例えば（−）Δθ１、（−）Δθ２、（＋）Δθ１、（＋）Δθ２（Δθ１≠Δθ２）の順で位相調整を行うなど）。
【００６７】
次に振幅調整について説明する。
【００６８】
図８（ａ）は基本設定進角β１に対し、単相交流電源電圧位相０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇで設定進角値がβ２（＞β１）となるように設定した場合、図８（ｂ）は単相交流電源電圧位相０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇで設定進角値がβ３（＞β２）となるように設定した場合の設定進角値の振幅パターンを示す。
【００６９】
図８（ｂ）のような設定進角値の振幅パターンに比べ、図８（ａ）の設定進角値の振幅パターンでは回生電流抑制効果は薄くなり、無通電期間は増える。
【００７０】
このため図８における設定進角値の振幅パターンの振幅を例えば（ａ）、（ｂ）、（ａ）、（ｂ）、（ａ）の順に変更させることで、無通電期間の周期性を抑制でき、図５の（ｂ）（ｃ）のように電源高調波電流特性の性能低下を抑制できる。
【００７１】
なお、図８では簡単のため振幅調整を２段階にした場合の説明を行ったが、３段階以上の調整でも構わない。
【００７２】
また、図７に示すような位相調整と、図８に示すような振幅調整を組合せた調整でも構わない。
【００７３】
また、単相交流電源半周期内で設定される進角値の振幅パターンは実施の形態１のパターンに限定しない。
【００７４】
また、設定進角値の振幅パターンの位相、振幅を切替える周期は単相交流電源半周期毎、単相交流電源半周期で２０周期未満のランダムに設定された回数毎、あるいは単相交流電源半周期に関係なく予め設定された１０ｍ秒毎、２０ｍ秒毎、２００ｍ秒未満のランダムに設定された時間毎等でも構わない。
【００７５】
また、上記実施の形態１において無通電期間の周期性の抑制による電源高調波電流特性の改善について説明したが、弱め界磁（進角）設定により入力電流における無通電期間をほぼ皆無にすることも可能である。
【００７６】
ただし、モータ５を効率よく駆動させる適切な進角設定値と大きく異なる設定となり効率が大きく低下することになるため、ある程度の効率を維持したモータ駆動と両立させるためには使用するモータ仕様を限定する必要がある。
【００７７】
次にインバータ３の制御、指令トルク設定部７による指令トルク値の設定による無通電期間Ｔｏｆｆの周期性を抑制する方法について説明する。
【００７８】
図９は実施の形態１における単相交流電源電圧Ｖａｃ、インバータ３に印加される電圧
Ｖｄｃ、入力電流Ｉａｃの各部波形と、指令トルク設定部７による指令トルク値Ｉ＊を示した図である。
【００７９】
上記実施の形態１のような構成のモータインバータ装置では、モータ５が駆動中にインバータ３に印加される電圧波形は単相交流電源電圧を全波整流したような大きく脈動した電圧波形となる。このような脈動電圧が印加される場合、単相交流電源位相によりモータ５が出力できるトルクが変化する。そのため必要なモータ５の平均出力トルクが得られるように、その変化に応じて単相交流電源半周期（Ｔ／２）内において指令トルク設定部７で設定される指令トルク値を変化させる。
【００８０】
図９に示すように、指令トルク値の最大値Ｉ１ｍａｘ、最小値Ｉ１ｍｉｎ、振幅Ｉ１となる期間をＴ（Ｉ１）、指令トルク値の最大値Ｉ２ｍａｘ、最小値Ｉ２ｍｉｎ、振幅Ｉ２となる期間をＴ（Ｉ２）とし、指令トルク値を絞ったときの指令トルク値の大小関係をＩ１ｍｉｎ＞Ｉ２ｍｉｎとすると、モータ５の駆動状態がほぼ安定（平均的なモータ回転数や出力トルクがほぼ一定）していれば、指令トルク値の最大値Ｉ１ｍａｘ、最小値Ｉ１ｍｉｎ、振幅Ｉ１より最大値Ｉ２ｍａｘ、最小値Ｉ２ｍｉｎ、振幅Ｉ２の方が、モータ５へのトルク供給がより絞られるためモータ５からの回生電流が増加する。そのため回生電流が少ない指令トルク値の最大値Ｉ１ｍａｘ、最小値Ｉ１ｍｉｎ、振幅Ｉ１の方が単相交流電源電圧Ｖａｃのゼロクロス付近でのインバータ３の印加直流電圧Ｖｄｃの上昇も抑えられる。そして入力電流Ｉａｃにおける指令トルク値Ｉ１ｍｉｎ、Ｉ２ｍｉｎそれぞれの無通電期間をＴｏｆｆ３、Ｔｏｆｆ４とし、通電期間をＴｏｎ３、Ｔｏｎ４とすると、それらの期間の大小関係はＴｏｆｆ３＜Ｔｏｆｆ４、Ｔｏｎ３＞Ｔｏｎ４となり、単相交流電源電圧の位相に対する通電期間、無通電期間の開始、終了の位相も異なるようになる。
【００８１】
よって図９に示すように指令トルク値の振幅Ｉ１、Ｉ２を期間Ｔ（Ｉ１）、Ｔ（Ｉ２）で切替えることで、入力電流Ｉａｃで発生する無通電期間の周期性を抑制することができる。
【００８２】
ここで、無通電期間の周期性と入力電流の電源高調波電流特性の相関について図５を用いて簡単に説明する。
【００８３】
入力電流Ｉａｃにおける無通電期間Ｔｏｆｆが単相交流電源１の半周期毎に周期的（規則的）に発生した場合、入力電流Ｉａｃの波形の周波数分析結果は図５（ａ）に近くなり、図９に示す実施の形態１のように、無通電期間の単相交流電源半周期毎に発生する周期性を分散抑制することで図５（ｂ）、（ｃ）のようにでき、電源高調波電流特性の性能低下を抑制できる。
【００８４】
なお、図９では簡単のため、Ｔ（Ｉ１）、Ｔ（Ｉ２）が単相交流電源周期Ｔと等しくなるように設定し、単相交流電源周期毎に２つの指令トル値の振幅値Ｉ１、Ｉ２を切替えるようにしているが、入力電流で発生する無通電期間の周期性をより分散抑制できるように切替える指令トルク値の振幅値は３つ以上でも構わない。また、指令トルク値の振幅値を切替える周期は単相交流電源半周期毎、単相交流電源半周期で２０周期未満のランダムに設定された回数毎、あるいは単相交流電源半周期に関係なく予め設定された１０ｍ秒毎、２０ｍ秒毎、２００ｍ秒未満のランダムに設定された時間毎等でも構わない。
【００８５】
また、図１０は指令トルク設定部７による電源半周期Ｔ／２内で設定される指令トルク値Ｉ＊の位相調整を示す。
【００８６】
図１０（ａ）は指令トルク設定部７からの指令トルク値が単相交流電源電圧位相０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇで最小値Ｉ１ｍｉｎとなり、単相交流電源電圧位相９０ｄｅｇで最大値
Ｉ１ｍａｘ、振幅値Ｉ１となるように設定した場合、図１０（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ位相を（−）Δθ、（＋）Δθずらして設定した場合の指令トルク値の振幅パターンを示す。
【００８７】
単相交流電源位相によりモータ５が出力できるトルクが変化する中で、必要なモータ５の平均出力トルクが得られるように、その変化に応じて単相交流電源半周期（Ｔ／２）内において指令トルク設定部７で設定される指令トルク値を変化させる。このときモータ５へのトルク供給がより絞られる位相でモータ５からの回生電流が増加する。例えば図１０（ａ）のような指令トルク値の振幅パターンの位相で、モータ５からの回生電流を最小に抑制できる場合、図１０（ｂ）、（ｃ）のように位相をずらした指令トルク値の振幅設定では回生電流が増加し無通電期間が増える。また期間増加だけでなく単相交流電源電圧のゼロクロス前、ゼロクロス後など無通電期間が発生する単相交流電源電圧位相の変化も生じる。
【００８８】
このため図１０において指令トルク値の振幅パターンの位相を例えば（ａ）、（ｂ）、（ａ）、（ｃ）、（ａ）の順に変更させることで、無通電期間の周期性を抑制でき、図５の（ｂ）、（ｃ）に示すように電源高調波電流特性の性能低下を抑制できる。
【００８９】
なお、図１０では簡単のために±Δθの範囲内で位相調整を行う場合の説明を行ったが、位相調整についてプラス側、マイナス側の位相調整を連続２回以上行っても構わない。また位相調整幅Δθは一定でなくてもよい（例えば（−）Δθ１、（−）Δθ２、（＋）Δθ１、（＋）Δθ２（Δθ１≠Δθ２）の順で位相調整を行うなど）。
【００９０】
また、単相交流電源半周期内で設定する指令トルク値の振幅パターンは、簡単のため台形波上の振幅パターンにて説明を行ったが、それ以外の振幅パターン形状でも構わない。
【００９１】
更に、図９に示すような振幅調整と、図１０に示すような位相調整を組み合わせた調整でも構わない。
【００９２】
また、指令トルク値の振幅パターンの位相、振幅を切替える周期は、単相交流電源半周期毎、単相交流電源半周期で２０周期未満のランダムに設定された回数毎、あるいは単相交流電源半周期に関係なく予め設定された１０ｍ秒毎、２０ｍ秒毎、２００ｍ秒未満のランダムに設定された時間毎等でも構わない。
【００９３】
以上のように回生電流に依存する進角設定値、指令トルク値の振幅パターンの振幅、位相を調整することで電源高調波電流の性能低下の抑制を図る。
【００９４】
このように本発明では、回生電流による入力電流の電源高調波電流特性への悪影響を抑制するため、進角設定値や指令トルク値の振幅や位相の周期性を抑制する。これにより効率低下を抑えながら電源高調波電流特性の改善を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明は従来のモータインバータ装置と比較して、回生電流を許容しながら電源高調波電流特性を改善できるため、使用可能なモータの種類やモータ動作領域に制限なく電源高調波電流特性の向上を実現できる。このため様々な種類のモータが適用でき、モータ回転数駆動範囲の広いエアコンや冷蔵庫の圧縮機駆動をはじめ様々なモータインバータ装置への応用が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１    単相交流電源
２    全波整流回路
３    インバータ
４    平滑部
５    モータ
６    トルク演算部
７    指令トルク設定部
８    ＰＷＭ信号生成部
９    進角調整部
１０  電圧位相検出部
１１  タイマ部
【図１】
2014155238.tif 000003
【図２】
2014155238.tif 000004
【図３】
2014155238.tif 000005
【図４】
2014155238.tif 000006
【図５】
2014155238.tif 000007
【図６】
2014155238.tif 000008
【図７】
2014155238.tif 000009
【図８】
2014155238.tif 000010
【図９】
2014155238.tif 000011
【図１０】
2014155238.tif 000012
【図１１】
2014155238.tif 000013