(57)【要約】  電力変換装置（１）の判定部（６）は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ比の大小関係を判定し、最大相、最小相および中間相に分類する。ＰＷＭ信号生成部（７）は、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相および最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍にする。相電流再現部（４）は、最大相および最小相のＰＷＭ信号パターンの周期ごとに、インバータ回路（２）の直流側に接続された電流検出素子（３）を用いて母線電流を検出する。
2017179150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子が３相のＰＷＭ信号パターンに従いオンオフすることで、直流を３相交流に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の直流側に接続され、電流に対応する信号を発生する電流検出素子と、
前記電流検出素子に発生した信号と前記３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいて前記インバータ回路の相電流を再現する相電流再現部と、
前記相電流再現部により再現された相電流に基づいて前記３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するデューティ生成部と、
前記デューティ生成部により生成された前記３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、デューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類する判定部と、
前記デューティ生成部により生成されたデューティ比に基づいて前記３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、前記最大相または前記最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするＰＷＭ信号生成部とを備える電力変換装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号生成部は、
前記中間相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が予め定められた上限値未満または下限値以上である場合、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、前記最大相または前記最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍にし、
前記中間相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が予め定められた上限値以上または下限値未満である場合、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、前記最大相または前記最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の３倍以上にすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記ＰＷＭ信号生成部は、
前記最大相および前記最小相について、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうち、継続時間が短い方の区間を周期の先頭に配置し、
前記中間相について、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうち、継続時間が長い方の区間を周期の先頭に配置することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相のデューティ比と前記最小相のデューティ比の合計値の半分の値を基準値とし、前記中間相のデューティ比が前記基準値をまたぐときに、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を１８０度移動させることによって高電圧区間と低電圧区間の順番を逆にすることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号生成部は、デューティ比が最大となる相と中間となる相との入れ替わり、または最小となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合、入れ替わり後の中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を変更することを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記ＰＷＭ信号生成部は、デューティ比が最大となる相と中間となる相との入れ替わり、または最小となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合、入れ替わり時に中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間を切り替えることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相または前記最小相のいずれか一方のＰＷＭ信号パターンを反転して、前記最大相または前記最小相のいずれか他方のＰＷＭ信号パターンとすることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記相電流再現部は、２周期以上連続して１相の相電流しか再現できなかった場合、再現できた１相の相電流値をＡ、再現できなかった２相の相電流値をＢ，Ｃとした式Ｂ＋Ｃ＝−ＡによりＢとＣの相電流値を推定し、さらにＢとＣの相電流値を−Ａ／２に漸近するように変化させることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定する、または前記最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定する周期と、前記最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定する周期とを繰り返すことを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記ＰＷＭ信号生成部は、のこぎり波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合はキャリア周期が終了する時点、または三角波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合は当該三角波キャリアの値の変化方向が反転する時点において、前記最大相のＰＷＭ信号パターンを予め定められた時間だけ低電圧区間にし、当該時点直後の周期における前記中間相および前記最小相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間を前記予め定められた時間だけ延長することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記ＰＷＭ信号生成部は、のこぎり波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合はキャリア周期が終了する時点、または三角波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合は当該三角波キャリアの値の変化方向が反転する時点において、前記最小相のＰＷＭ信号パターンを予め定められた時間だけ高電圧区間にし、当該時点直後の周期における前記最大相および前記中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間を前記予め定められた時間だけ延長することを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相のデューティ比と前記最小相のデューティ比の合計値の半分の値を基準値とし、前記中間相のデューティ比が前記基準値以上の場合、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、前記インバータ回路の出力電圧がゼロになるゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの前記最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ前記最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点までずらし、開始位置をずらした分だけ終了位置もずらすことを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記最大相のデューティ比と前記最小相のデューティ比の合計値の半分の値を基準値とし、前記中間相のデューティ比が前記基準値未満の場合、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、前記インバータ回路の出力電圧がゼロになるゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの前記最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ前記最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点までずらし、開始位置をずらした分だけ終了位置もずらすことを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、前記ゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの前記最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ前記最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる前記時点よりも進角側にずらすことを特徴とする請求項１３記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記ＰＷＭ信号生成部は、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、前記ゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの前記最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ前記最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる前記時点よりも進角側にずらすことを特徴とする請求項１４記載の電力変換装置。
【請求項１７】
複数のスイッチング素子が３相のＰＷＭ信号パターンに従いオンオフすることで、直流を３相交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の直流側に接続され、電流に対応する信号を発生する電流検出素子とを備える電力変換装置の制御方法であって、
相電流再現部が、前記電流検出素子に発生した信号と前記３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいて前記インバータ回路の相電流を再現するステップと、
デューティ生成部が、前記相電流再現部により再現された相電流に基づいて前記３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するステップと、
判定部が、前記デューティ生成部により生成された前記３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、デューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類するステップと、
ＰＷＭ信号生成部が、前記デューティ生成部により生成されたデューティ比に基づいて前記３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際、前記中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、前記最大相または前記最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするステップとを備える電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流の入力を交流に変換して電動機を駆動する電力変換装置、およびこの電力変換装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多相電力変換装置を用いて電動機を駆動するにあたり、低価格化を目的として、複数の高価な絶縁型電流検出器を使用して電動機に通電される各相の相電流を検出する代わりに、直流電源とインバータ回路のブリッジとの間の直流母線電流を測定して各相の相電流を再現する方法が考案されてきた。例えば特許文献１では、３相電力変換装置でそれまでもっぱら回路保護に使用されていた、シャント抵抗または直流変換器（ＤＣ−ＣＴ）が検出する母線電流をサンプルホールドし、サンプルホールドした母線電流と電動機に対する通電パターンとの組み合わせで相電流を再現する基本的な方法が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１９７２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、母線電流から相電流を再現する場合、シャント抵抗または直流変換器の出力が安定するまでに時間を要するので、母線電流検出時に電動機に対する通電パターンをある一定時間以上維持する必要があった。つまり、母線電流検出時間を確保するために通電パターンを操作する必要があるという課題があった。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、母線電流検出時間の確保を容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子が３相のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号パターンに従いオンオフすることで、直流を３相交流に変換するインバータ回路と、インバータ回路の直流側に接続され、電流に対応する信号を発生する電流検出素子と、電流検出素子に発生した信号と３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいてインバータ回路の相電流を再現する相電流再現部と、相電流再現部により再現された相電流に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するデューティ生成部と、デューティ生成部により生成された３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、デューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類する判定部と、デューティ生成部により生成されたデューティ比に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするＰＷＭ信号生成部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするようにしたので、母線電流検出時間を容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置のインバータ回路の構成例を示す回路図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、実施の形態１に係る電力変換装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図４】デューティ生成部により生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を示すグラフである。
【図５】図４に示したデューティ比の振幅の中心を０．５に補正したグラフである。
【図６】図５に示したＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を最大相、最小相および中間相に分類したグラフである。
【図７】中間相のデューティ比が基準値０．５以上である場合の波形を示すグラフである。
【図８】中間相のデューティ比が基準値０．５未満である場合の波形を示すグラフである。
【図９】中間相のデューティ比が基準値０．５以上の場合に第１キャリア波と比較される中間層の閾値を示すグラフである。
【図１０】中間相のデューティ比が基準値０．５未満の場合に第１キャリア波と比較される中間層の閾値を示すグラフである。
【図１１】中間相のデューティ比および中間相の閾値の波形を示すグラフである。
【図１２】中間相のデューティ比が基準値０．５をまたぐ時刻Ｔ２前後のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図１３】最大相がＷ相からＵ相に入れ替わる時刻Ｔ１前後のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図１４】実施の形態１に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図１５】従来の電力変換装置の電圧ベクトルを示す図である。
【図１６】この発明に係る電力変換装置の電圧ベクトルを示す図である。
【図１７】実施の形態１における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの、中間相のデューティ比が０．５以上である場合の例を示すグラフである。
【図１８】実施の形態１における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの、中間相のデューティ比が０．５未満である場合の例を示すグラフである。
【図１９】この発明の実施の形態２における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの、中間相のデューティ比が１に近い場合の例を示すグラフである。
【図２０】この発明の実施の形態４におけるＰＷＭ信号操作の規則の理解を助けるための参考例であり、ＰＷＭ信号パターンにおけるゼロ電圧ベクトルの時間を最大にした例を示すグラフである。
【図２１】実施の形態４のＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図２２】この発明の実施の形態５に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図２３】この発明の実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図２４】実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図２５】実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図２６】実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、三角波キャリアを用いた場合の例である。
【図２７】実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、三角波キャリアを用いた場合の例である。
【図２８】実施の形態６に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、三角波キャリアを用いた場合の例である。
【図２９】この発明の実施の形態７に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図３０】実施の形態７に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図３１】この発明の実施の形態８に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図３２】実施の形態８に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【図３３】この発明の実施の形態９に係る電力変換装置におけるＰＷＭ信号生成部により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示すブロック図である。電力変換装置１は、直流をＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相交流に変換して電動機１０へ出力し、電動機１０を駆動するものである。電動機１０は、例えば永久磁石を用いた同期モータである。この電動機１０は、ロータの角度を検出するロータ角度センサ１１を備えている。ロータ角度センサ１１は、電動機１０のロータ角度を検出し、電力変換装置１へ出力する。
【００１０】
図示された電力変換装置１は、複数のスイッチング素子がＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相のＰＷＭ信号パターンに従いオンオフすることで直流を３相交流に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２の直流側に接続されて電流に対応する信号を発生する電流検出素子３と、電流検出素子３に発生した信号と３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいてインバータ回路２の相電流を再現する相電流再現部４と、相電流再現部４により再現された相電流に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するデューティ生成部５と、デューティ生成部５により生成された３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定してデューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類する判定部６と、デューティ生成部５により生成されたデューティ比に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際に中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするＰＷＭ信号生成部７とを備えている。
【００１１】
図２は、実施の形態１に係る電力変換装置１のインバータ回路２の構成例を示す回路図である。インバータ回路２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相からなる。各相には、上アーム側のスイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨと、下アーム側のスイッチング素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬが設置されている。スイッチング素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは、ＰＷＭ信号生成部７からのＰＷＭ信号パターンに従ってオンオフし、電動機１０を駆動するための３相交流電流を生成する。
【００１２】
インバータ回路２の直流側には、母線電流に対応した信号を発生する電流検出素子３が接続されている。電流検出素子３は、例えばシャント抵抗または直流変換器である。
【００１３】
電力変換装置１における相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７は、図３Ａに示すように専用のハードウェアである処理回路１００であってもよいし、図３Ｂに示すようにメモリ１０２に格納されているプログラムを実行するプロセッサ１０１であってもよい。
【００１４】
図３Ａに示すように、相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７が専用のハードウェアである場合、処理回路１００は、例えば単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７の機能を複数の処理回路１１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路１００で実現してもよい。
【００１５】
図３Ｂに示すように、相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７がプロセッサ１０１である場合、各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０２に格納される。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、電力変換装置１は、プロセッサ１０１により実行されるときに、電流検出素子３に発生した信号と３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいてインバータ回路２の相電流を再現するステップと、再現された相電流に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するステップと、生成された３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定してデューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類するステップと、生成されたデューティ比に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際に中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１０２を備える。また、このプログラムは、相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００１６】
ここで、プロセッサ１０１とは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのことである。
メモリ１０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等の光ディスクであってもよい。
【００１７】
なお、相電流再現部４、デューティ生成部５、判定部６およびＰＷＭ信号生成部７の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、電力変換装置１における処理回路１００は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【００１８】
相電流再現部４は、電流検出素子３であるシャント抵抗の両端の電圧を検出し、検出した電圧を母線電流値に変換する。そして、相電流再現部４は、電流検出素子３を用いて検出した母線電流値と、ＰＷＭ信号生成部７により生成された３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいて、後述する方法により３相の相電流を再現し、デューティ生成部５へ出力する。
【００１９】
デューティ生成部５は、相電流再現部４により再現された３相の相電流と、ロータ角度センサ１１により検出された電動機１０のロータ角度とを用いたベクトル制御を行い、３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成する。デューティ生成部５によるデューティ比の生成方法としては、例えば特許第５３００９４４号公報に記載された方法など、周知の技術を用いることが可能である。デューティ生成部５は、生成した３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を、判定部６へ出力する。
【００２０】
図４は、デューティ生成部５により生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を示すグラフである。ここでは、デューティ生成部５は、Ｕ相の上アーム側のスイッチング素子ＵＨ、Ｖ相の上アーム側のスイッチング素子ＶＨ、およびＷ相の上アーム側のスイッチング素子ＷＨを駆動するために、１２０度ずつ位相がずれた正弦波状のデューティ比を生成する。なお、図４において破線で囲んだ部分で波形が不連続になっているのは、デューティ生成部５のベクトル制御においてｄｑ軸電流を４ｍｓごとにフィードバック制御しているためである。
【００２１】
また、デューティ生成部５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号のデューティ比の振幅の中心が０．５になるように、各相のデューティ比をオフセット補正してもよい。デューティ生成部５は、各相のデューティ比を、振幅の中心が０．５になるようオフセット補正した後、判定部６へ出力する。
【００２２】
図５は、図４に示したデューティ比の振幅の中心を０．５に補正したグラフである。デューティ比の振幅の中心が０．５になるよう補正することで、電圧の利用率が改善する。
【００２３】
判定部６は、デューティ生成部５により生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、デューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相、および中間となる中間相に分類する。判定部６は、３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比と大小関係の判定結果とを、ＰＷＭ信号生成部７へ出力する。
【００２４】
図６は、図５に示したＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を最大相、最小相および中間相に分類したグラフである。判定部６は、デューティ生成部５により生成されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を、キャリア周期にあわせてサンプリングする。そして、判定部６は、あるタイミングでサンプリングした３相分のデューティ比のうちの最も値が大きいデューティ比をもつ相を最大相に分類し、最も値が小さいデューティ比をもつ相を最小相に分類し、その中間の値となるデューティ比をもつ相を中間相に分類する。図６において、時刻Ｔ１では、最大相がＷ相からＵ相に入れ替わる。時刻Ｔ２では、中間相であるＷ相のデューティ比が０．５を下回る。時刻Ｔ３では、最小相がＶ相からＷ相に入れ替わる。時刻Ｔ４では、中間相であるＶ相のデューティ比が０．５を上回る。図６の時刻Ｔ１〜Ｔ５は、図５の時刻Ｔ１〜Ｔ５と同じ時刻である。
このように、図５に示したＵ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ比を、図６のように最大相、最小相および中間相のデューティ比に分類すると、最大相と最小相の波形はデューティ比０．５の直線を対象軸とした線対称になる。これは、図５においてデューティ生成部５が、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ比を、振幅の中心が０．５になるよう補正したためである。
【００２５】
ＰＷＭ信号生成部７は、予め定められた周期をもつキャリア波と判定部６から受け取った最大相、最小相および中間相のデューティ比とに基づいて、最大相、最小相および中間相のＰＷＭ信号パターンを生成する。その際、ＰＷＭ信号生成部７は、母線電流検出時間を確保できるように最大相、最小相および中間相のＰＷＭ信号パターンを操作した後、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンに変換し、インバータ回路２および相電流再現部４へ出力する。
【００２６】
次に、相電流再現部４による相電流再現方法と、ＰＷＭ信号生成部７によるＰＷＭ信号操作方法を説明する。
電動機１０の運転時には、インバータ回路２において対をなすスイッチング素子ＵＨとＵＬのいずれか一方のみオン、ＶＨとＶＬのいずれか一方のみオン、ＷＨとＷＬのいずれか一方のみオンになる。相電流を再現するために母線電流を検出する場合、通電の組み合わせとして２組の状態が考えられる。
１組目の状態は「３相のうちのある１相の上アーム側のスイッチング素子がオンで、残りの２相の下アーム側のスイッチング素子がオン」である。このとき、上記ある１相の下アーム側のスイッチング素子はオフになり、上記残りの２相の上アーム側のスイッチング素子はオフになる。
２組目の状態は「３相のうちのある１相の下アーム側のスイッチング素子がオンで、残りの２相の上アーム側のスイッチング素子がオン」である。このとき、上記ある１相の上アーム側のスイッチング素子はオフになり、上記残りの２相の下アーム側のスイッチング素子はオフになる。
【００２７】
例えば、スイッチング素子ＵＨ，ＶＬ，ＷＬがオンした１組目の状態では、唯一上アーム側がオンになっているＵ相電流が母線電流に一致する。他方、スイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＬがオンした２組目の状態では、唯一下アーム側がオンになっているＷ相電流が母線電流の逆方向電流になる。これにより、Ｕ相電流とＷ相電流が分かる。残りの１相の相電流は、（得られた２相の相電流の合計値）×（−１）として計算される。
【００２８】
相電流再現部４は、以上の方法により、母線電流値から３相の相電流を再現することができる。しかし、３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が近接すると、上記２組の状態が維持される時間、つまり母線電流検出時間が短くなってしまう。母線電流検出時間が短くなると、正確な値を検出できない。また、母線電流検出のタイミングを、スイッチング素子をオンオフするタイミングに合わせて変化させる必要がある。そうすると処理が複雑になる。
【００２９】
そこで、本実施の形態１では、以下の方法により、母線電流検出時間を容易に確保する。
図７は、中間相のデューティ比が基準値０．５以上である場合の波形を示すグラフである。図８は、中間相のデューティ比が基準値０．５未満である場合の波形を示すグラフである。基準値の説明は後述する。図７と図８において、１番上の波形は上アーム側のスイッチング素子を駆動するための、最大相のＰＷＭ信号パターンである。ＰＷＭ信号が高電圧区間であるとき、このＰＷＭ信号を受け付けたスイッチング素子がオンになる。ＰＷＭ信号が低電圧区間であるとき、このＰＷＭ信号を受け付けたスイッチング素子がオフになる。上から２番目の波形は上アーム側のスイッチング素子を駆動するための、中間相のＰＷＭ信号パターンである。上から３番目の波形は上アーム側のスイッチング素子を駆動するための、最小相のＰＷＭ信号パターンである。上から４番目の波形は第１キャリア波、最大相の閾値、および最小相の閾値である。上から５番目の波形は第２キャリア波および中間相の閾値である。上から６番目の波形は実際の母線電流と電流検出素子３が検出する母線電流値、および母線電流検出のタイミングを示す。
【００３０】
ＰＷＭ信号生成部７は、予め定められた周期ののこぎり波状のキャリア波または三角波状のキャリア波を生成し、これを第１キャリア波とする。図７および図８において、第１キャリア波はのこぎり波状であり、キャリア周期は０．１ｍｓ、キャリア周波数は１０ｋＨｚである。そして、ＰＷＭ信号生成部７は、判定部６から受け取った最大相のデューティ比から最大相の閾値（１−デューティ比）を算出し、第１キャリア波と比較する。ＰＷＭ信号生成部７は、（１−デューティ比）＜（第１キャリア波）のときは最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧区間とし、それ以外のときは最大相のＰＷＭ信号パターンを低電圧区間とする。
【００３１】
また、ＰＷＭ信号生成部７は、判定部６から受け取った最小相のデューティ比を最小相の閾値とし、第１キャリア波と比較する。ＰＷＭ信号生成部７は、（デューティ比）＞（第１キャリア波）のときは最小相のＰＷＭ信号パターンを高電圧区間とし、それ以外のときは最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧区間とする。
【００３２】
さらに、ＰＷＭ信号生成部７は、第１キャリア波を２倍の周期にした第２キャリア波を生成する。図７および図８の例では、第２キャリア波は、第１キャリア波に対し２周期ごとに１周期分間引いた波形になっている。ＰＷＭ信号生成部７は、判定部６から受け取った中間相のデューティ比から中間相の閾値を算出し、第２キャリア波と比較する。比較の際、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相のデューティ比と最小相のデューティ比の合計値の半分の値である基準値０．５を境にして、中間相の閾値を変更する。
【００３３】
中間相のデューティ比が０．５以上の場合、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相の閾値｛２×（デューティ比）−１｝を算出し、｛２×（デューティ比）−１｝＞（第２キャリア波）のときは中間相のＰＷＭ信号パターンを高電圧区間とし、それ以外のときは中間相のＰＷＭ信号パターンを低電圧区間とする。
一方、中間相のデューティ比が０．５未満の場合、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相の閾値｛１−２×（デューティ比）｝を算出し、｛１−２×（デューティ比）｝＜（第２キャリア波）のときは中間相のＰＷＭ信号パターンを高電圧区間とし、それ以外のときは中間相のＰＷＭ信号パターンを低電圧区間とする。
【００３４】
このようにすれば、図７および図８のように最大相と最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍の周期をもつ中間相のＰＷＭ信号パターンが生成される。また、最大相のＰＷＭ信号パターンのうちの継続期間が短い低電圧区間が先に出力され、継続時間が長い高電圧区間が後に出力される。最小相のＰＷＭ信号パターンのうちの継続期間が短い高電圧区間が先に出力され、継続時間が長い低電圧区間が後に出力される。中間相のデューティ比が０．５以上の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンのうちの継続時間が長い高電圧区間が先に出力され、継続時間が短い低電圧区間が後に出力される。一方、中間相のデューティ比が０．５未満の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンのうちの継続時間が長い低電圧区間が先に出力され、継続時間が短い高電圧区間が後に出力される。
【００３５】
相電流再現部４は、第１キャリア波が０に戻る直前、つまり第１キャリア周期の終了直前で母線電流を検出すれば、最大相の相電流と最小相の相電流とを交互に検出できる。そして、相電流再現部４は、中間相の相電流＝｛−（最大相の相電流）−（最小相の相電流）｝を算出する。これにより、１つの電流検出素子３を用いて最大相、最小相および中間相の相電流を再現することができる。最後に相電流再現部４は、判定部６の判定結果に基づいて、最大相、最小相および中間相の相電流を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流に置き換える。
【００３６】
上述の通り、相電流再現部４は、１回目の第１キャリア周期の終了直前で１組目の通電状態における母線電流を検出したのち、２回目の第１キャリア周期の終了直前で２組目の通電状態における母線電流を検出する必要がある。
１回目の第１キャリア周期では、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうちの継続時間が長い方の区間が配置されている。そのため、最大相、最小相および中間相のうちのいずれか１相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間、かつ残り２相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる期間が、１回目の第１キャリア周期の０．５以上の期間維持される。よって、第１キャリア波が０に戻る直前の母線電流検出タイミングまでに、電流検出素子３の検出値が安定する。
２回目の第１キャリア周期では、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうちの継続時間が短い方の区間が配置されている。しかしながら、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期は、最大相および最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍になっているため、２組目の通電状態においても長い母線電流検出時間を確保できる。
【００３７】
母線電流検出時間を十分に確保できることにより、相電流再現部４は、応答性が遅い電流検出回路でも使用可能となる。よって、電力変換装置１に使用するマイコンまたは回路部品の選択範囲が広がり、コストアップを抑えられる。さらに、母線電流検出タイミングは第１キャリア波が０に戻る直前のタイミングに固定されているため、処理が簡素であり、安価な低機能マイコンを用いて電力変換装置１を構成することが可能である。
【００３８】
なお、図６に示したように、最大相と最小相はデューティ比０．５の直線を対象軸とした線対称になっている。そこで、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相のＰＷＭ信号パターンを反転して最小相のＰＷＭ信号パターンとしてもよい。反対に、ＰＷＭ信号生成部７は、最小相のＰＷＭ信号パターンを反転して、最大相のＰＷＭ信号パターンとしてもよい。
【００３９】
また、図７および図８では、中間相のＰＷＭ信号パターンを生成するために第２キャリア波を使用したが、第２キャリア波を使用する代わりに、図９および図１０のように中間相の閾値を第１キャリア波の周期ごとに変更するようにしてもよい。図９は、中間相のデューティ比が０．５以上の場合に第１キャリア波と比較される中間層の閾値を示すグラフであり、比較の結果、図７に示す中間相のＰＷＭ信号パターンが生成される。図１０は、中間相のデューティ比が０．５未満の場合に第１キャリア波と比較される中間層の閾値を示すグラフであり、比較の結果、図８に示す中間相のＰＷＭ信号パターンが生成される。中間層の閾値をキャリア周期ごとに変更することにより、キャリア波は１つでよい。
【００４０】
また、図７および図８では、のこぎり波状のキャリア波を使用したが、三角波状のキャリア波を使用してもよい。三角波状のキャリア波を使用した場合、三角波の頂上または谷底に対して左右対称なＰＷＭ信号パターンを生成することができる。しかし、本実施の形態１以降では、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間の幅を不規則に変更するので、三角波状のキャリア波を使用するメリットは少ない。一方、のこぎり波状のキャリア波は、パルスを単純な一方向にカウントし続けるタイマを使用して生成することができるため、ＰＷＭ信号生成部７を安価な低機能マイコンを用いて構成することが可能である。なお、ＰＷＭ信号生成部７は、アナログ回路またはデジタル回路によるのこぎり波状のキャリア波発生回路と、キャリア波と閾値との比較器と、キャリア波発生回路をリセットするリセット回路と、リセットのタイミングに同期して判定部６からのデューティ比をサンプルホールドするサンプルホールド回路などの専用のハードウェアを用いても容易に構成可能である。
【００４１】
また、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相および最小相のデューティ比の合計値の半分の値である０．５を基準値とした場合、中間相のデューティ比がこの基準値０．５をまたぐときに、中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を１８０度移動させることによって高電圧区間と低電圧区間の順番を逆にして出力する。この具体例を、図１１および図１２を用いて説明する。
【００４２】
図１１は、中間相のデューティ比と、中間相のデューティ比が０．５以上または０．５未満のときの中間相の閾値とを示すグラフである。図１１の時刻Ｔ１〜Ｔ５は、図５および図６の時刻Ｔ１〜Ｔ５と同じ時刻である。上述したように、中間相のデューティ比が０．５以上である場合の中間相の閾値は｛２×（デューティ比）−１｝であり、中間相のデューティ比が０．５未満である場合の中間相の閾値は｛１−２×（デューティ比）｝である。
【００４３】
図１２は、中間相であるＷ相のデューティ比が基準値０．５を下回る時刻Ｔ２前後のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。１番上の波形は最大相であるＵ相のＰＷＭ信号パターンである。上から２番目の波形は中間相であるＷ相のＰＷＭ信号パターンであり、時刻Ｔ２でデューティ比が０．５以上になる。上から３番目の波形は最小相であるＶ相のＰＷＭ信号パターンである。ＰＷＭ信号生成部７は、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを組み替えて、上から４番目〜６番目に示すＰＷＭ信号パターンを生成する。上から４番目の波形はＵ相のＰＷＭ信号パターン、上から５番目の波形はＶ相のＰＷＭ信号パターン、上から６番目の波形はＷ相のＰＷＭ信号パターンである。
【００４４】
図１１において、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が基準値０．５以上になる時刻Ｔ２で、第２キャリア周期の位相を逆転させる。そのため、図１２に示すように、中間相であるＷ相の時刻Ｔ２直後のＰＷＭ信号パターンの位相が１８０度移動し、高電圧区間と低電圧区間の順番が逆になる。これにより、中間相のデューティ比が０．５をまたぐときに、中間相のＰＷＭ信号パターンが乱れない。
【００４５】
また、ＰＷＭ信号生成部７は、デューティ比が最大となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合、または最小となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合、入れ替わり後の中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を変更してもよい。デューティ比が最大となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合の例を、図１１および図１３を用いて説明する。
【００４６】
図１３は、最大相がＷ相からＵ相に入れ替わる時刻Ｔ１前後のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。１番上の波形は最大相のＰＷＭ信号パターンであり、時刻Ｔ１で最大相がＷ相からＵ相に入れ替わる。上から２番目の波形は中間相のＰＷＭ信号パターンであり、時刻Ｔ１で中間相がＵ相からＷ相に入れ替わる。上から３番目の波形は最小相のＰＷＭ信号パターンであり、最小相はＶ相である。ＰＷＭ信号生成部７は、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを組み替えて、上から４番目〜６番目に示すＰＷＭ信号パターンを生成する。上から４番目の波形はＵ相のＰＷＭ信号パターン、上から５番目の波形はＶ相のＰＷＭ信号パターン、上から６番目の波形はＷ相のＰＷＭ信号パターンである。
【００４７】
図１１において、ＰＷＭ信号生成部７は、Ｗ相が最大相から中間相に入れ替わる時刻Ｔ１で、第２キャリア周期の位相順をリセットし、時刻Ｔ１直後に第２キャリア波を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部７は、時刻Ｔ１直後の第２キャリア波と中間相の閾値との比較により、中間相となったＷ相のデューティ比が基準値０．５を超えている期間において高電圧区間を出力し、出力後に低電圧区間を出力する。そのため、図１３に示すように、時刻Ｔ１直後に中間相のＰＷＭ信号パターンの周期がリセットされ、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間が切り替わる。Ｗ相のＰＷＭ信号パターンは、時刻Ｔ１より前は第１キャリア波１０ｋＨｚの最大相のＰＷＭ信号パターンとなり、時刻Ｔ１の後は第２キャリア波５ｋＨｚの中間相のＰＷＭ信号パターンとなる。Ｗ相が時刻Ｔ１で最大相から中間相に入れ替わるときに、ＰＷＭ信号パターンがより連続的に変化するようになり、電動機１０におけるトルクの変化が小さくなる。
【００４８】
図１４は、電力変換装置１の制御方法を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１において、相電流再現部４は、電流検出素子３を用いて、「３相のうちのある１相の上アーム側のスイッチング素子がオンで、残りの２相の下アーム側のスイッチング素子がオン」となる１組目の通電状態と、「３相のうちのある１相の下アーム側のスイッチング素子がオンで、残りの２相の上アーム側のスイッチング素子がオン」となる２組目の通電状態における母線電流値を検出する。
【００４９】
ステップＳＴ２において、相電流再現部４は、ステップＳＴ１で検出した２組の母線電流値と、そのときのＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を再現する。
【００５０】
ステップＳＴ３において、デューティ生成部５は、相電流再現部４により再現された３相の相電流と、ロータ角度センサ１１により検出された電動機１０のロータ角度とを用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成する。
【００５１】
ステップＳＴ４において、判定部６は、デューティ生成部５により生成された３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、最大相、最小相および中間相に分類する。
【００５２】
ステップＳＴ５において、ＰＷＭ信号生成部７は、デューティ生成部５により生成された３相のデューティ比に基づいて最大相、最小相および中間相のＰＷＭ信号パターンを生成する。
【００５３】
ステップＳＴ６において、ＰＷＭ信号生成部７は、ステップＳＴ５で生成した最大相、最小相および中間相のＰＷＭ信号パターンを、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ信号パターンに変換し、インバータ回路２へ出力する。
【００５４】
以上のように、実施の形態１に係る電力変換装置１は、複数のスイッチング素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬが３相のＰＷＭ信号パターンに従いオンオフすることで、直流を３相交流に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２の直流側に接続され、電流に対応する信号を発生する電流検出素子３と、電流検出素子３に発生した信号と３相のＰＷＭ信号パターンとに基づいてインバータ回路２の相電流を再現する相電流再現部４と、相電流再現部４により再現された相電流に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比を生成するデューティ生成部５と、デューティ生成部５により生成された３相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比の大小関係を判定し、デューティ比が最大となる最大相、最小となる最小相および中間となる中間相に分類する判定部６と、デューティ生成部５により生成されたデューティ比に基づいて３相のＰＷＭ信号パターンを生成する際、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍以上にするＰＷＭ信号生成部７とを備える構成にした。この電力変換装置１において、相電流再現部４が最大相および最小相のＰＷＭ信号パターンの周期ごとに電流検出素子３を用いて母線電流を検出する構成にした場合、母線電流検出時間を容易に確保することができる。
【００５５】
また、実施の形態１によれば、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相および最小相について、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうち、継続時間が短い方の区間を周期の先頭に配置し、中間相について、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間のうち、継続時間が長い方の区間を周期の先頭に配置する構成であってもよい。最大相と最小相の長い方の区間をまとめることで、中間相のデューティ比が０．５以上である場合、最小相の相電流を第１キャリア周期の０．５以上の期間、検出できる。同様に、中間相のデューティ比が０．５未満である場合は、最大相の相電流を第１キャリア周期の０．５以上の期間、検出できる。
【００５６】
また、実施の形態１によれば、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相のデューティ比と最小相のデューティ比の合計値の半分の値を基準値とし、中間相のデューティ比が基準値をまたぐときに、中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を１８０度移動させることによって高電圧区間と低電圧区間の順番を逆にする構成であってもよい。この構成により中間相のＰＷＭ信号パターンが乱れない。
【００５７】
また、実施の形態１によれば、ＰＷＭ信号生成部７は、デューティ比が最大となる相と中間となる相との入れ替わり、または最小となる相と中間となる相との入れ替わりが発生した場合、入れ替わり後の中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を変更する構成であってもよい。例えば、ＰＷＭ信号生成部７は、入れ替わり時、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間を切り替える。これにより、最大相または最小相が中間相に入れ替わるときに、ＰＷＭ信号パターンがより連続的に変化するようになり、電動機１０におけるトルクの変化が小さくなる。
【００５８】
また、実施の形態１によれば、ＰＷＭ信号生成部７は、最大相または最小相のいずれか一方のＰＷＭ信号パターンを反転して、最大相または最小相のいずれか他方のＰＷＭ信号パターンとする構成であってもよい。この構成により、ＰＷＭ信号生成部７の処理がより簡素になるため、安価な低機能マイコンを用いて電力変換装置１を構成することが可能である。
【００５９】
実施の形態２．
以降の説明のため、デューティ比の大きさ順に相を並べたときの電圧ベクトルを定義する。図１５は、通常用いられる電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７を示す図である。図１５において、Ｕ相、Ｖ相またはＷ相の上アーム側のスイッチング素子がオンしている状態が「１」に対応し、オフしている状態が「０」に対応している。
【００６０】
実施の形態２以降では新たに、最大相、中間相および最小相に対応した、図１６のような電圧ベクトルＶ０，Ｖａ〜Ｖｆ，Ｖ７を導入する。最大相がＵ相、中間相がＶ相および最小相がＷ相である場合、Ｖ１はＶａ、Ｖ２はＶｂ、Ｖ３はＶｃ、Ｖ４はＶｄ、Ｖ５はＶｅ、Ｖ６はＶｆになり、Ｖ０とＶ７はそのまま使用される。図１５および図１６に示した逆ベクトルは、各電圧ベクトルの逆方向の電圧ベクトルである。
【００６１】
また、実施の形態２では、規格化時間と電圧指令値の関係を、以下のように定義する。
規格化時間は、キャリア波１周期を「１」に規格化した時間を用いて定義されるｔｍａｘ，ｔｍｉｄ，ｔｍｉｎである。ｔｍａｘは、最大相のＰＷＭ信号パターンにおける高電圧区間の時間である。ｔｍｉｄは、中間相のＰＷＭ信号パターンにおける高電圧区間の時間である。ｔｍｉｎは、最小相のＰＷＭ信号パターンにおける高電圧区間の時間である。
ｖｍａｘは、最大相の電圧指令値である。ｖｍｉｄは、中間相の電圧指令値である。ｖｍｉｎは、最小相の電圧指令値である。
母線の電圧をｖｂとすると、ｔｍａｘ，ｔｍｉｄ，ｔｍｉｎは以下になる。
ｔｍａｘ＝ｖｍａｘ／ｖｂ
ｔｍｉｄ＝ｖｍｉｄ／ｖｂ
ｔｍｉｎ＝ｖｍｉｎ／ｖｂ
【００６２】
このように定義すると、上記実施の形態１における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンは、中間相のデューティ比が０．５以上の場合に図１７、０．５未満の場合に図１８のように表される。図１７および図１８に示されたＰＷＭ信号パターンにおいて、パルス幅の変調率が低い場合、中間相のデューティ比が０．５に近づくため、母線電流検出時間が確保できる。一方、中間相のデューティ比が０または１に近くなると、母線電流検出時間が短くなっていき、安定状態での検出が困難になっていく。
【００６３】
そこで、実施の形態２に係る電力変換装置１は、ｔｍｉｄが１に近く中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の時間が短くなり、最大相の相電流に相当する母線電流の検出に必要な電圧ベクトルＶｄの出力時間を確保できない場合に、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相のＰＷＭ信号パターンの周期または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期のいずれか短い方の周期の３倍以上にして、母線電流検出時間を長くする。なお、実施の形態２に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００６４】
図１９は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置１における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が１に近い場合の例である。ＰＷＭ信号生成部７は、予め定められた上限値および下限値と、中間相のデューティ比とを比較する。ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が上限値以上である場合、ｔｍｉｄが１に近く中間相のＰＷＭ信号パターンにおける低電圧区間の時間が短くなり、最大相の相電流検出に必要な電圧ベクトルＶｄの時間を十分に確保できないと判定して、図１９のようなＰＷＭ信号パターンを生成する。つまり、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定したまま、電圧ベクトル−ＶｄとＶｆの出力をＮ回繰り返した後、（Ｎ＋１）（ｔ−ｔｍｉｄ）の期間、中間相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側にすることによって電圧ベクトルＶｄを出力する。これにより、最小相の相電流に相当する母線電流を検出するための電圧ベクトルＶｆの時間だけでなく、最大相の相電流に相当する母線電流を検出するための電圧ベクトルＶｄの時間も長くなる。
【００６５】
ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が下限値未満である場合、ｔｍｉｄが０に近く中間相のＰＷＭ信号パターンにおける高電圧区間の時間が短くなり、最小相の相電流検出に必要な電圧ベクトルＶｆの時間を十分に確保できないと判定する。その場合、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定したまま、電圧ベクトル−ＶｆとＶｄの出力をＮ回繰り返した後、（Ｎ＋１）（ｔ−ｔｍｉｄ）の期間中間相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側にすることによって電圧ベクトルＶｆを出力する。これにより、最大相の相電流に相当する母線電流を検出するための電圧ベクトルＶｄの時間だけでなく、最小相の相電流に相当する母線電流を検出するための電圧ベクトルＶｆの時間も長くなる。
【００６６】
ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が上限値未満または下限値以上である場合、実施の形態１と同様に、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍にする。
【００６７】
以上のように、実施の形態２に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が予め定められた上限値以上または下限値未満である場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の３倍以上にする構成である。この構成により、中間相のデューティ比が０または１に近い場合であっても、母線電流検出時間を確保することができる。
【００６８】
実施の形態３．
実施の形態１で説明したように、相電流再現部４は、２周期連続して母線電流を検出することによって、最大相の相電流と最小相の相電流とを交互に再現する。しかし、中間相のデューティ比が１または０に近く母線電流検出時間が短い等の理由により２周期のうちのどちらか一方で母線電流を検出できなかった場合、１相の相電流しか再現できない。そこで、実施の形態３の相電流再現部４は、２周期以上連続して１相の相電流しか再現できなかった場合、再現できた１相の相電流値をＡ、再現できなかった２相の相電流値をＢ，Ｃとする。そして、相電流再現部４は、式Ｂ＋Ｃ＝−Ａを用いて、再現できなかった２相の相電流値Ｂ，Ｃを推定する。その際、相電流再現部４は、相電流値Ｂ，Ｃを、−Ａ／２に漸近するように徐々に変化させていく。例えば、相電流値Ｂ，Ｃの漸近線は以下の式で定義される。ｉは周期の繰り返し回数であり、Ｉｅは電動機１０の特性およびキャリア周期等に基づいて決定された係数である。
Ｂｉ＝Ｂｉ−１＋（１／Ｉｅ）（Ａｉ／２−Ｂｉ−１）
Ｃｉ＝Ｃｉ−１＋（１／Ｉｅ）（Ａｉ／２−Ｃｉ−１）
【００６９】
以上のように、実施の形態３に係る電力変換装置１の相電流再現部４は、２周期以上連続して１相の相電流しか再現できなかった場合でも、最大相、最小相および中間相の３相分の相電流を再現することができる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態１のＰＷＭ信号操作方法は容易に実施でき、かつ変調率の広い範囲で相電流が再現できる。その一方で、図１７、図１８および図１９に示したように電圧ベクトルＶｄから逆電圧ベクトル−Ｖｄへ切り替わる、または電圧ベクトルＶｆから逆電圧ベクトル−Ｖｆへ切り替わることにより逆方向の電圧がかかる。これにより、電力変換装置１と直流母線との間に無駄な電流が流れ、発熱、ラジオノイズおよび振動が生じる。実施の形態１のＰＷＭ信号操作方法において逆電圧ベクトルへの切り替わりを減らすためには、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７の時間を増やすことが有効である。このためには、最大相のＰＷＭ信号パターンと最小相のＰＷＭ信号パターンとで高電圧区間と低電圧区間が一致する時間を最大にし、さらに中間相のＰＷＭ信号パターンも最大相および最小相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間と低電圧区間に一致する時間が長くなるようにするとよい。
【００７１】
電動機１０のトルクは相電流で決定される。相電流はＵ相、Ｖ相およびＷ相の間の電圧差で決定される。キャリア周期は母線電流の変化時間に対して十分短く、相電圧はデューティ比のみに比例する。よって、母線電流から相電流を再現するためのＰＷＭ信号パターンは、（ｔｍａｘ−ｔｍｉｄ）と（ｔｍｉｄ−ｔｍｉｎ）が維持されていれば、各相のＰＷＭ信号パターンの位相およびデューティ比の大きさが変更されてもよい。そこで、実施の形態４では、ＰＷＭ信号生成部７は、以下の規則（１）〜（３）に従い、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを操作する。なお、実施の形態４に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００７２】
規則（１）
最大相、中間相および最小相において、ＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の時間は以下の式により定義される。
ｔｍａｘ＝（ｖｍａｘ−ｖｍｉｎ）／ｖｂ＋ｔｂａｓｅ
ｔｍｉｄ＝（ｖｍｉｄ−ｖｍｉｎ）／ｖｂ＋ｔｂａｓｅ
ｔｍｉｎ＝ｔｂａｓｅ
ただし、ｔｂａｓｅは、ｔｍａｘがキャリア波１周期を規格化した「１」を超えない、０以上の任意の値である。
規則（２）
最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンは、相ごとに位相が変更されてもよい。
規則（３）
最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンは、高電圧区間が分割されてもよい。
【００７３】
また、ＰＷＭ信号生成部７においてＰＷＭ信号パターンを生成する手順を単純化するために、規則（１）〜（３）に対して、以下の規則（４）、（５）を加えてもよい。
【００７４】
規則（４）
ＰＷＭ信号生成部７が使用するキャリア波は１種類とし、かつ一定周期とする。
規則（５）
母線電流検出タイミングは等間隔とする。
【００７５】
さらに、以下の規則（６）〜（８）を加えてもよい。
【００７６】
規則（６）
母線電流検出時間を長くする。
規則（７）
インバータ回路２のスイッチング素子のスイッチングの回数を少なくする。
規則（８）
直流電源に向かう電流を少なくする。
【００７７】
以上の規則により、ＰＷＭ信号パターンにおけるゼロ電圧ベクトルの時間を最大にした例を、図２０に示す。図２０の例は、上記規則の理解を助けるための参考例であり、実施の形態４のＰＷＭ信号生成部７が実際に生成するＰＷＭ信号パターンではない。この図２０のみ、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの周期は同一である。
図２０の例では、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間が同時に開始することで、３相とも高電圧になる時間が最大化される。また、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間を周期の終わり側に統一することで、３相とも低電圧になる時間が最大化される。このようにすると、周期最初のｔｍｉｎの間はゼロ電圧ベクトルＶ７になり、周期最後の（１−ｔｍａｘ）の間はゼロ電圧ベクトルＶ０になる。
【００７８】
図２１は、実施の形態４のＰＷＭ信号生成部７が上記規則に従って生成した最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。ここでは、ＰＷＭ信号生成部７が、先に示した図１７のＰＷＭ信号パターンを上記規則に従って操作することによって図２１のＰＷＭ信号パターンに変更する場合を説明する。図２１に示す波形は、中間相のデューティ比が０．５以上であり、かつ中間相のＰＷＭ信号パターンの周期が最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の２倍である。
【００７９】
ＰＷＭ信号生成部７は、最大相のＰＷＭ信号パターンの位相を変更することによって高電圧側に固定する。ＰＷＭ信号生成部７は、（ｔｍａｘ−ｔｍｉｄ）と（ｔｍｉｄ−ｔｍｉｎ）を維持しつつ、上記規則（１）〜（３）に従ってｔｍｉｄとｔｍｉｎを決定し、中間相と最小相のＰＷＭ信号パターンを生成する。また、ＰＷＭ信号生成部７は、ゼロ電圧ベクトルＶ７の時間が長くなるように、ｔｍｉｄとｔｍｉｎを周期の先頭側に配置する。ただし、中間相の周期は最小相の周期の２倍であるため、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間は、最小相の２周期に１度現れることになる。これにより、図２１に示す波形が生成される。図２１のＰＷＭ信号パターンは、キャリア周期ごとに電圧ベクトルＶｆとＶｄが交互に現れるので、最大相の相電流に相当する母線電流と最小相の相電流に相当する母線電流とを交互に検出できる。
【００８０】
中間相のデューティ比が０．５未満の場合、ＰＷＭ信号生成部７は、最小相のＰＷＭ信号パターンの位相を変更することによって低電圧側に固定する。ＰＷＭ信号生成部７は、（ｔｍａｘ−ｔｍｉｄ）と（ｔｍｉｄ−ｔｍｉｎ）を維持しつつ、上記規則（１）〜（３）に従ってｔｍａｘとｔｍｉｄを決定し、最大相と中間相のＰＷＭ信号パターンを生成する。また、ＰＷＭ信号生成部７は、ゼロ電圧ベクトルＶ０の時間が長くなるように、ｔｍａｘとｔｍｉｄを周期の終了側に配置する。ただし、中間相の周期は最大相の周期の２倍であるため、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間は、最大相の２周期に１度現れることになる。これにより、中間相のデューティ比が０．５未満の場合でもキャリア周期ごとに電圧ベクトルＶｆとＶｄが交互に現れるようになる。
【００８１】
以上のように、実施の形態４に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定する、または最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定する構成である。これにより、ゼロ電圧ベクトルの時間を最大化することが可能となり、インバータ回路２と直流母線との間に無駄な電流が流れることを防止できる。
【００８２】
実施の形態５．
実施の形態４では、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が０．５以上である場合にゼロ電圧ベクトルＶ７の時間が長くなるようにＰＷＭ信号パターンを操作し、０．５未満である場合にゼロ電圧ベクトルＶ０の時間が長くなるようにＰＷＭ信号パターンを操作した。これに対し、実施の形態５では、ＰＷＭ信号生成部７は、キャリア波の１周期おきにゼロ電圧ベクトルＶ７とＶ０とが入れ替わるように、ＰＷＭ信号パターンを操作する。なお、実施の形態５に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００８３】
図２２は、実施の形態５のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最大相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。ＰＷＭ信号生成部７は、キャリア周期Ｐ１，Ｐ３について、最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定し、上記規則（１）〜（３）に従ってゼロ電圧ベクトルＶ０の時間が長くなるように最大相および中間相のＰＷＭ信号パターンを操作する。また、ＰＷＭ信号生成部７は、キャリア周期Ｐ２，Ｐ４について、最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定し、上記規則（１）〜（３）に従ってゼロ電圧ベクトルＶ７の時間が長くなるように中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを操作する。このようにして生成されたＰＷＭ信号パターンにおいて、ゼロ電圧ベクトルＶ０とＶ７の時間は同じになるので、最大相のデューティ比と最小相のデューティ比の合計値の半分の値は０．５になる。この状態で母線電流検出時間が長いＰＷＭ信号パターンが得られる。また、中間相のＰＷＭ信号パターンの位相を変化させたことで、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形が、ゼロ電圧ベクトルＶ０またはＶ７の中点を対象軸にした左右対称な波形になる。左右対称な波形のＰＷＭ信号パターンのとき、歪みの少ない電流波形が得られる。
【００８４】
以上のように、実施の形態５に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に固定する周期と、最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に固定する周期とを繰り返す構成である。この構成により、最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形を左右対称にすることが可能となり、歪みの少ない電流を１０へ出力することができる。
【００８５】
実施の形態６．
実施の形態５のＰＷＭ信号操作方法では、中間相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が１または０に近い場合に電圧ベクトルＶｄまたはＶｆの時間が短くなり、母線電流検出時間を十分に確保できない場合がある。そこで、実施の形態６では、母線電流検出タイミングから外れた位置のゼロ電圧ベクトルＶ０またはＶ７において、母線電流検出時とは逆の電圧ベクトル−Ｖｄまたは−Ｖｆを出力することにより、母線電流検出時間を長くする。このとき、逆電圧ベクトルにより、力行時にも直流電源に向かう負の電流が母線に発生する。この負の電流が母線電流検出の妨げにならないように、上記の逆電圧ベクトル出力タイミングを母線電流検出タイミングから離すようにする。なお、実施の形態６に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００８６】
図２３は、実施の形態６のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が０．５以上である場合の例である。ＰＷＭ信号生成部７は、図２３のように２回目のキャリア周期における電圧ベクトルＶｄの時間が短いと判定した場合、最初のキャリア周期が終了した時点Ｔ１１において、それまで出力していた電圧ベクトルＶｆの出力後に、本来ゼロ電圧ベクトルＶ７を出力するべく最大相のＰＷＭ信号パターンを高電圧側に維持すべきところを低電圧側にして、逆電圧ベクトル−Ｖｄを出力する。この逆電圧ベクトル−Ｖｄの時間をｔｄｃとする。ＰＷＭ信号生成部７は、２回目のキャリア周期における中間相と最小相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の時間をｔｄｃだけ延長する。これにより、電圧ベクトルＶｄの時間が延長されて、最大相の相電流に相当する母線電流の検出時間が長くなる。
【００８７】
図２４は、実施の形態６のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が０．５未満である場合の例である。ＰＷＭ信号生成部７は、図２４のように２回目のキャリア周期における電圧ベクトルＶｆの時間が短いと判定した場合、最初のキャリア周期が終了した時点Ｔ１２において、それまで出力していた電圧ベクトルＶｄの出力後に、本来ゼロ電圧ベクトルＶ０を出力するべく最小相のＰＷＭ信号パターンを低電圧側に維持すべきところを高電圧側にして、逆電圧ベクトル−Ｖｆを出力する。この逆電圧ベクトル−Ｖｆの時間をｔｆｃとする。ＰＷＭ信号生成部７は、２回目のキャリア周期における最大相と中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の時間をｔｆｃだけ延長する。これにより、電圧ベクトルＶｆの時間が延長されて、最小相の相電流に相当する母線電流の検出時間が長くなる。
【００８８】
なお、ＰＷＭ信号生成部７は、例えば、実施の形態２で説明したように中間相のデューティ比が上限値以上または下限値未満である場合に、電圧ベクトルＶｄまたはＶｆの時間が短いと判定すればよい。ｔｄｃおよびｔｆｃは、例えば母線電流検出に必要な時間であり、ＰＷＭ信号生成部７に予め定義されている。
【００８９】
図２５は、実施の形態６のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフである。実施の形態６では、実施の形態１とは異なり変調率が低い場合には、電圧ベクトルＶｄの時間と電圧ベクトルＶｆの時間がともに短くなる。このような場合には、ＰＷＭ信号生成部７は、図２３に示した方法で逆電圧ベクトル−Ｖｄを発して母線電流検出のための電圧ベクトルＶｄの時間を長くすると共に、図２４で示した方法で逆電圧ベクトル−Ｖｆを発して母線電流検出のための電圧ベクトルＶｆの時間を長くする。
【００９０】
以上のように、実施の形態６に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、のこぎり波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合、キャリア周期が終了する時点Ｔ１１において、最大相のＰＷＭ信号パターンを予め定められた時間ｔｄｃだけ低電圧区間にし、当該時点Ｔ１１直後の周期における中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間を予め定められた時間ｔｄｃだけ延長する構成である。この構成により、中間相のデューティ比が１に近い場合であっても、母線電流検出時間を確保することができる。
【００９１】
また、実施の形態６によれば、ＰＷＭ信号生成部７は、のこぎり波キャリアを用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合、キャリア周期が終了する時点Ｔ１２において、最小相のＰＷＭ信号パターンを予め定められた時間ｔｆｃだけ高電圧区間にし、当該時点Ｔ１２直後の周期における最大相および中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間を予め定められた時間ｔｆｃだけ延長する構成である。この構成により、中間相のデューティ比が０に近い場合であっても、母線電流検出時間を確保することができる。
【００９２】
ここで、実施の形態６において、ＰＷＭ信号生成部７が三角波状のキャリア波を用いてＰＷＭ信号パターンを生成する場合の、ＰＷＭ信号操作方法例を説明する。
図２６、図２７および図２８は、実施の形態６のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、三角波キャリアを用いた場合の例である。三角波キャリアを使用する場合、相電流再現部４は、三角波キャリアの頂上または谷底、つまり三角波キャリアの値の変化方向が反転する時点Ｔ１１，Ｔ１２の直前で、母線電流を検出する。図２６に示す中間相のデューティ比が０．５以上である場合、ＰＷＭ信号生成部７は、三角波キャリアの値の変化方向が反転する時点Ｔ１１において、最大相のＰＷＭ信号パターンを時間ｔｄｃだけ低電圧区間にし、当該時点Ｔ１１直後の周期における中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間を予め定められた時間ｔｄｃだけ延長する。一方、図２７に示す中間相のデューティ比が０．５未満である場合、ＰＷＭ信号生成部７は、三角波キャリアの値の変化方向が反転する時点Ｔ１２直後の周期における最小相のＰＷＭ信号パターンを予め定められた時間ｔｆｃだけ高電圧区間にし、当該時点Ｔ１２直後の周期における最大相および中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間を予め定められた時間ｔｆｃだけ延長する。また、変調率が低く電圧ベクトルＶｄの時間と電圧ベクトルＶｆの時間がともに短くなるような場合には、ＰＷＭ信号生成部７は、図２６と図２７において説明した方法を組み合わせて図２８に示すＰＷＭ信号パターンを生成すればよい。以上の構成により、三角波キャリアを使用する場合でも、のこぎり波キャリアを使用する場合と同様に母線電流検出時間を確保することができる。
【００９３】
実施の形態７．
実施の形態７に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００９４】
図２９は、実施の形態７のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が基準値０．５以上である場合の例である。図２９に示す最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの操作前の波形は、図２２に示したキャリア周期Ｐ１，Ｐ２における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形と同じであるものとする。ＰＷＭ信号生成部７は、最大相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｄの時間を長くするために、キャリア波の２回に１回のみ電圧ベクトルＶｄを出力するように、中間相のＰＷＭ信号パターンを操作する。その際、ＰＷＭ信号生成部７は、図２２に示した中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７を除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２１までずらす。さらに、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置をずらした分だけ、当該高電圧区間の終了位置もずらす。これにより、図２９における電圧ベクトルＶｄの時間は、図２２におけるキャリア周期Ｐ２の電圧ベクトルＶｄの時間の２倍になり、最大相の相電流に相当する母線電流の検出時間が長くなる。
【００９５】
図３０は、実施の形態７のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が基準値０．５未満である場合の例である。図３０に示す最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの操作前の波形は、図２２に示したキャリア周期Ｐ２，Ｐ３における最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形と同じであるものとする。ＰＷＭ信号生成部７は、最小相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｆの時間を長くするために、キャリア波の２回に１回のみ電圧ベクトルＶｆを出力するように、中間相のＰＷＭ信号パターンを操作する。その際、ＰＷＭ信号生成部７は、図２２に示した中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７を除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２２までずらす。さらに、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置をずらした分だけ、当該低電圧区間の終了位置もずらす。これにより、図３０における電圧ベクトルＶｆの時間は、図２２におけるキャリア周期Ｐ３の電圧ベクトルＶｆの時間の２倍になり、最小相の相電流に相当する母線電流の検出時間が長くなる。
【００９６】
以上のように、実施の形態７に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、最大相のデューティ比と最小相のデューティ比の合計値の半分の値を基準値とし、中間相のデューティ比が基準値以上の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、インバータ回路２の出力電圧がゼロになるゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２１までずらし、開始位置をずらした分だけ終了位置もずらす構成である。また、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が基準値未満の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、インバータ回路の出力電圧がゼロになるゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２２までずらし、開始位置をずらした分だけ終了位置もずらす構成である。この構成により、実施の形態５に比べて、母線電流検出時間を長くすることができる。さらに、電圧ベクトルＶｄ，Ｖｆ，Ｖ０，Ｖ７以外の電圧ベクトルを出力しないので、無駄な電流が母線に流れない。
【００９７】
実施の形態８．
実施の形態７のＰＷＭ信号操作方法では、逆電圧ベクトルは出力しないものの、母線電流検出時間を実施の形態５のＰＷＭ信号操作方法による母線電流検出時間と比べて２倍より長くすることはできない。相電流再現部４に使用する電流検出回路の応答性が遅い等の理由により、母線電流検出時間をさらに長くする必要がある場合、実施の形態８のＰＷＭ信号操作方法によって母線電流検出時間を２倍より長くすることが可能である。なお、実施の形態８に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【００９８】
図３１は、実施の形態８のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が基準値０．５以上である場合の例である。図３１に示す最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの操作前の波形は、図２９に示した最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形と同じであるものとする。ＰＷＭ信号生成部７は、最大相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｄの時間を図２９における当該時間より長くするために、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、時点Ｔ２１よりも進角側にずらす。さらに、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置をずらした分だけ、当該高電圧区間の終了位置もずらす。これにより、図３１における電圧ベクトルＶｄの時間は、図２９における電圧ベクトルＶｄの時間より長くなり、最大相の相電流に相当する母線電流の検出時間がさらに長くなる。
【００９９】
図３２は、実施の形態８のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が基準値０．５未満である場合の例である。図３２に示す最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの操作前の波形は、図３０に示した最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンの波形と同じであるものとする。ＰＷＭ信号生成部７は、最小相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｆの時間を図３０における当該時間より長くするために、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、時点Ｔ２２よりも進角側にずらす。さらに、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置をずらした分だけ、当該低電圧区間の終了位置もずらす。これにより、図３２における電圧ベクトルＶｆの時間は、図３０における電圧ベクトルＶｆの時間より長くなり、最小相の相電流に相当する母線電流の検出時間がさらに長くなる。
【０１００】
以上のように、実施の形態８に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が基準値以上の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの高電圧区間の開始位置を、ゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２１よりも進角側にずらす構成である。また、ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が基準値未満の場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの低電圧区間の開始位置を、ゼロ電圧ベクトルを除いた期間のうちの最大相のＰＷＭ信号パターンが高電圧区間かつ最小相のＰＷＭ信号パターンが低電圧区間になる時点Ｔ２２よりも進角側にずらす構成である。この構成により、実施の形態５，７に比べて、母線電流検出時間を長くすることができる。さらに、中間相のＰＷＭ信号パターンの操作により電圧ベクトルＶｂまたはＶｅが発生するが、逆電圧ベクトルではないので母線を逆流する電流は少なくてすむ。
【０１０１】
実施の形態９．
実施の形態８のＰＷＭ信号操作方法では、電圧ベクトルＶｂまたはＶｅを発することで母線電流検出時間を長くした。これに対し、実施の形態９では、実施の形態２と同様に中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の３倍以上にすることによって、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期最後における母線電流検出時間を長くする。なお、実施の形態９に係る電力変換装置１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１と図面上同一構成であるため、図１を援用する。
【０１０２】
図３３は、実施の形態９のＰＷＭ信号生成部７により生成された最大相、中間相および最小相のＰＷＭ信号パターンを示すグラフであり、中間相のデューティ比が１に近い場合の例である。ＰＷＭ信号生成部７は、予め定められた上限値および下限値と、中間相のデューティ比とを比較する。ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が上限値以上である場合、最大相の相電流検出に必要な電圧ベクトルＶｄの時間を十分に確保できないと判定して、図３３のようなＰＷＭ信号パターンを生成する。図３３の例は、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期が、最小相のＰＷＭ信号パターンの周期のｎ＝３倍になっている。まず、ＰＷＭ信号生成部７は、実施の形態７で説明したＰＷＭ信号操作方法によりゼロ電圧ベクトルの時間を最大化し、図３３に示すキャリア周期Ｐ１１のＰＷＭ信号パターンにする。図３３に示すキャリア周期Ｐ１１のＰＷＭ信号パターンの波形は、図２９に示した１回目のキャリア周期のＰＷＭ信号パターンの波形と同じである。次に、ＰＷＭ信号生成部７は、電圧ベクトルＶ７とＶｆからなるキャリア周期Ｐ１２のＰＷＭ信号パターンを、ｎ−１回出力する。最後に、ＰＷＭ信号生成部７は、図２９に示した２回目のキャリア周期のＰＷＭ信号パターンにおける電圧ベクトルＶｄをｎ倍し、図３３に示すキャリア周期Ｐ１３のＰＷＭ信号パターンにする。このようにすると、デューティ比を変化させずに電圧ベクトルＶｄの時間を延長することができると共に、余分な電圧ベクトルの発生をなくすことで母線に逆流する電流を減らせる。
【０１０３】
ＰＷＭ信号生成部７は、中間相のデューティ比が下限値未満である場合、最小相の相電流検出に必要な電圧ベクトルＶｆの時間を十分に確保できないと判定する。その場合、ＰＷＭ信号生成部７は、実施の形態７で説明したＰＷＭ信号操作方法によりゼロ電圧ベクトルの時間を最大化し、図３０に示した１回目のキャリア周期のＰＷＭ信号パターンと同じ波形を出力する。次に、ＰＷＭ信号生成部７は、電圧ベクトルＶ０とＶｄからなるキャリア周期のＰＷＭ信号パターンをｎ−１回出力する。最後に、ＰＷＭ信号生成部７は、図３０に示した２回目のキャリア周期のＰＷＭ信号パターンにおける電圧ベクトルＶｆをｎ倍した波形を出力する。このようにすると、デューティ比を変化させずに電圧ベクトルＶｆの時間を延長することができると共に、余分な電圧ベクトルの発生をなくすことで母線に逆流する電流を減らせる。
【０１０４】
なお、ＰＷＭ信号生成部７は、ゼロ電圧ベクトルＶ０とＶ７のどちらを用いてもよい。例えば中間相のデューティ比が上限値以上である場合を示した図３３において、最大相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｄの後、ゼロ電圧ベクトルＶ０を用いることにより、スイッチング回数を削減できる。同様に、中間相のデューティ比が下限値未満である場合において、最小相の相電流に相当する母線電流を検出する電圧ベクトルＶｆの後、ゼロ電圧ベクトルＶ７を用いることにより、スイッチング回数を削減できる。
実施の形態６〜８のＰＷＭ信号操作方法においても、ＰＷＭ信号生成部７は、ゼロ電圧ベクトルＶ０とＶ７のどちらを用いてもよい。
【０１０５】
以上のように、実施の形態９に係る電力変換装置１のＰＷＭ信号生成部７は、上記実施の形態１と同様に、中間相のＰＷＭ信号パターンのデューティ比が予め定められた上限値以上または下限値未満である場合、中間相のＰＷＭ信号パターンの周期を、最大相または最小相のＰＷＭ信号パターンの周期の３倍以上にする構成である。この構成により、実施の形態４以降のＰＷＭ信号操作方法において中間相のデューティ比が０または１に近い場合であっても、母線電流検出時間を確保することができる。
【０１０６】
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
この発明に係る電力変換装置は、ＰＷＭ信号パターンの容易な操作によって母線電流検出時間を確保できるようになり、安価な低機能マイコンを使用することが可能となるので、例えば車両に搭載されているアクチュエータを駆動する電動機などに用いるのに適している。
【符号の説明】
【０１０８】
１  電力変換装置、２  インバータ回路、３  電流検出素子、４  相電流再現部、５  デューティ生成部、６  判定部、７  ＰＷＭ信号生成部、１０  電動機、１１  ロータ角度センサ、１００  処理回路、１０１  プロセッサ、１０２  メモリ。
【図１】
2017179150.tif 000003
【図２】
2017179150.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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