(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を含み、該スイッチング素子の開閉により直流電圧を疑似交流電圧に変換し、該疑似交流電圧をブラシレスＤＣモータに対して出力する直流交流変換手段と、前記疑似交流電圧の周波数に依存した位相進み特性を有し、前記ブラシレスＤＣモータの回転位相を検出し、回転位相情報を出力する位相検出手段と、前記直流交流変換手段が出力する交流電圧の周波数を制御する周波数制御手段とを備えたインバータ装置において、
前記周波数制御手段は、
前記ブラシレスＤＣモータに印加する前記交流電圧の周波数制御を行うための周波数指令を出力する周波数指令手段と、
前記周波数指令と前記回転位相情報とに基づき前記周波数を制御するためのベース信号を生成する波形発生手段と、
前記ベース信号および前記周波数指令に基づき、前記ベース信号からシフト型ベース信号に変成する波形変成手段と、
前記シフト型ベース信号を前記周波数指令に基づきパルス幅変調し、該パルス幅変調された信号により前記スイッチング素子の開閉を制御するＰＷＭベースドライブ手段と
を有することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置において、前記波形発生手段から出力される前記ベース信号は１周期内に均等幅の６通りのパターンを有しており、前記波形変成手段は、前記ベース信号を、前記６通りのパターンのうちの起動運転時において最終となるパターンの幅を小さくし、かつ、１周期の長さが変わらないように変成したシフト型ベース信号を出力することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のインバータ装置において、前記波形変成手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動運転時において、前記波形発生手段から出力された前記ベース信号を変成した前記シフト型ベース信号を出力し、前記起動運転が終了した通常運転時には、前記波形発生手段から出力された前記ベース信号をそのまま出力することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを周波数制御するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスＤＣモータを周波数制御するインバータ装置として従来より図５に示すものがある。この図において、インバータ装置は、交流を出力する商用電源１と、インダクタ素子２と、商用電源１からの交流を整流するコンバータ部３と、コンバータ部３からの直流出力を平滑する平滑コンデンサ４と、平滑コンデンサ４で平滑された直流電圧を疑似三相交流電圧に変換し、ＤＣブラシレスモータ６に出力するインバータ部５と、インバータ部５から出力される疑似交流電圧の周波数を制御するためのインバータ周波数制御部２０ｂと、ＤＣブラシレスモータ（以下、「ＢＬＭ」と称す。）６の回転子の位相を検出する位相検出部７とを備えている。また、インバータ部５は高速に開閉する６つのスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚからなっている。
【０００３】
このように構成されたインバータ装置では、商用電源１から交流電圧がインダクタ素子２を介して入力され、コンバータ部３にて整流された後、平滑コンデンサ４にて平滑された直流出力が得られる。平滑コンデンサ４の両端にて得られる直流電圧はインバータ部５にて周波数可変の疑似三相交流電圧に変換されてＢＬＭ６に出力される。ＢＬＭ６の回転数はインバータ部５から出力される疑似交流電圧の周波数（以下、「インバータ周波数」と称す。）を変化させることにより制御される。このインバータ周波数はインバータ周波数制御部２０ｂにより制御される。
【０００４】
インバータ周波数制御部２０ｂは、周波数指令部８と、波形発生部９と、ＰＷＭベースドライブ部１１とを備えている。周波数指令部８はインバータ周波数を制御するための制御信号である周波数指令を波形発生部９およびＰＷＭベースドライブ部１１に出力する。波形発生部９は、この周波数指令および位相検出部７からの位相検出値である位相信号に基づいて、スイッチング素子２５ｕ〜２５ｚの開閉を制御するためのベース信号を発生する。ＰＷＭベースドライブ部１１はこのベース信号を周波数指令部８からの周波数指令に基づいてパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｎ）し、インバータ部５のスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを駆動する。このように、ＰＷＭベースドライブ部１１によりスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚの開閉が制御されることにより、インバータ部５から出力される疑似交流電圧の周波数（インバータ周波数）が制御される。
【０００５】
インバータ周波数制御部２０ｂにおいて、起動運転時のインバータ周波数の制御と通常運転時のインバータ周波数の制御とは異なる制御となる。具体的に、起動運転時においては、波形発生部９は周波数指令部８からの周波数指令に基づきベース信号を発生し、ＰＷＭベースドライブ部１１はこのベース信号を周波数指令部８からの周波数指令に応じたデューティ比に基づいてパルス幅変調し、このパルス幅変調により生成されたパルス信号により、インバータ部５のスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを駆動する開ループ制御となる。また、通常運転時においては、波形発生部９は位相検出部７からの位相信号に基づきベース信号を発生し、ＰＷＭベースドライブ部１１はこのベース信号の周波数を検出し、この検出値と周波数指令部８からの周波数指令とを比較し、通常運転用のデューティ比の増減を行うことにより、インバータ部５から出力される疑似交流電圧の周波数を制御する閉ループ制御となる。
【０００６】
ここで、波形発生部９で生成されるベース信号について説明する。ベース信号は６つのスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚをそれぞれ駆動するための６つの信号Ｔｕ〜Ｔｚからなる。各ベース信号Ｔｕ〜ＴｚはＬｏｗレベル（以下、「Ｌ」と称す。）においてスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを「オン」させ、Ｈｉｇｈレベル（以下、「Ｈ」と称す。）においてスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを「オフ」させる。ベース信号Ｔｕ〜Ｔｚの「Ｌ」の部分がＰＷＭベースドライブ部１１によりパルス幅変調されることにより、スイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを駆動するためのパルス信号が生成される。また、ベース信号は１周期において６つの基本的なパターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６を有し、ベース信号の１周期の逆数がインバータ周波数となる。起動運転時では、各パターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６の時間幅Ｔ１２、Ｔ２２、Ｔ３２、Ｔ４２、Ｔ５２、Ｔ６２は１周期中においてそれぞれほぼ等しく制御され、また、通常運転時でも、各パターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６の時間幅Ｔ’１２、Ｔ’２２、Ｔ’３２、Ｔ’４２、Ｔ’５２、Ｔ’６２は１周期中においてそれぞれほぼ等しくなるように制御される。起動運転から通常運転へはベース信号が所定周期終了した後に切り替えられる。このため、時間Ｔｓは第６のパターンＰＴＮ６の終了時に一致する。
【０００７】
図６に位相検出部７の概略構成図を示す。位相検出部７は、１次ローパスフィルタ３１ａ〜３１ｃと、比較回路３２ａ〜３２ｃと、絶縁部３３ａ〜３３ｃと、抵抗３４ａ〜３４ｃ、３５ａ〜３５ｃと、コンデンサ３６ａ〜３６ｃと、入力端子４０ａ〜４０ｃと、出力端子４２ａ〜４２ｃとから構成される。入力端子４０ａ、４０ｂ、４０ｃには、それぞれＢＬＭ６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが入力される。インバータ装置の基準母線Ｎは基準電位を与えるグランドＧＮＤに接続されているため、位相検出部７には各入力端子４０ａ〜４０ｃとグランドＧＮＤ間の電圧が入力される。入力端子４０ａに入力された電圧は抵抗３４ａ、３５ａにより分圧され、コンデンサ３６ａにて直流成分がカットされ、１次ローパスフィルタ３１ａによる１次の積分回路によりフィルタリングされる。同様に入力端子４０ｂ、４０ｃに入力された電圧もフィルタリングされ、それぞれのフィルタリングされた電圧が比較回路３２ａ〜３２ｃで相互に大小比較され、装置内の高電圧系と低電圧系とを絶縁するために絶縁部３３ａ〜３３ｃを介して、出力端子４２ａ、４２ｂ、４２ｃを介して、ＢＬＭ６のＵ、Ｖ、Ｗ各相の位相信号Ｆｗ、Ｆｕ、Ｆｖとして出力される。
【０００８】
このように構成された位相検出部７における入力と出力の波形例を図７に示す。図７の（ａ）は位相検出部７に入力する電圧、ここでは、ＢＬＭ６内部の電気子巻線の中性点を基準としたＵ相の電圧Ｖｕの高調波を除去した基本周波数成分のみの波形で示しており、図７の（ｂ）は入力電圧Ｖｕの位相検出結果である位相信号Ｆｕの波形を示している。位相検出部７は入力電圧が正のときに位相信号として「Ｈ」の信号を出力し、入力電圧が負のときに「Ｌ」の信号を出力する。したがって、図７の（ａ）の入力電圧Ｖｕのゼロ値点と図７の（ｂ）の位相信号Ｆｕの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジとは一致するはずであるが、図７の（ａ）においては、Δβだけ位相信号Ｆｕが進んでいる。このように、位相検出部７において、入力と出力との間に位相差Δβ（以下、位相差Δβを「位相進み角度」と称する。）が生じる。これは位相検出部７を構成する１次ローパスフィルタ、コンデンサ、比較回路および抵抗等によるものである。したがって、位相検出部７は、ＢＬＭ６の実際の位相よりも位相進み角度だけ進んだ位相の信号を検出結果として出力する特性（以下、この特性を「位相進み特性」と称す。）を有する。
【０００９】
さらに、この位相進み特性は入力電圧の周波数（ここでは、インバータ周波数）に依存する。図８は位相検出部７の入力電圧の周波数に対する位相進み角度の関係を示したものである。この図において、横軸は位相検出部７に入力される周波数すなわちインバータ周波数を表し、縦軸はその周波数での位相信号Ｆｕ、Ｆｖ、Ｆｗの位相進み角度を表す。この図に示すように、インバータ周波数の減少にともない、位相進み角度Ｆｕ、Ｆｖ、Ｆｗは大きくなるという特性がある。
【００１０】
図９に、起動運転から通常運転への切り換え時近傍のベース信号と位相信号のタイミングチャートを示す。この図においては、時間境界線Ｔｓ（ベース信号Ｔｘの立ち上がりに一致）で起動運転から通常運転へ切り替わっている。
【００１１】
起動運転時において、波形発生部９は、位相検出部７からの位相信号は参照せず周波数指令部８からの周波数指令のみに基づき、図９に示すように所定のタイミングで第１のパターンＰＴＮ１から第６のパターンＰＴＮ６にベース信号を順次変化させる。通常運転時には、波形発生部９は位相信号に基づきベース信号の各パターンを順次変化させる。すなわち、波形発生部９は、起動運転から通常運転に切り替わった直後（時間境界線Ｔｓ直後）に第１のパターンＰＴＮ１を生成し、位相信号Ｆｕの立ち上がりエッジで第２のパターンＰＴＮ２を、位相信号Ｆｗの立ち下がりエッジで第３のパターンＰＴＮ３を、位相信号Ｆｖの立ち上がりエッジで第４のパターンＰＴＮ４を、位相信号Ｆｕの立ち下がりエッジで第５のパターンＰＴＮ５を、位相信号Ｆｗの立ち上がりエッジで第６のパターンＰＴＮ６を、位相信号Ｆｖの立ち下がりエッジで第１のパターンＰＴＮ１をそれぞれ生成する。なお、図９は、時間境界線Ｔｓ以降において各位相信号Ｆｕ〜Ｆｗの変化に応じてベース信号の各パターンが順次生成されることにより、ＢＬＭ６の起動が可能となる場合のベース信号のパターンを示している。
【００１２】
ところが、従来のインバータ装置においては、このような位相検出部７の位相進み特性により、起動運転から通常運転への移行ができず、ＢＬＭ６の起動ができないことがある。図１０に、ＢＬＭ６の起動が不可能となる場合のベース信号および位相信号のタイミングチャートを示す。図１０は、低いインバータ周波数でＢＬＭ６を起動する「低周波起動」の場合を示している。前述したように位相検出部７の位相進み特性のため、インバータ周波数が低くなるほど位相信号の位相進み角度は大きくなり、位相信号は時間の早い方向（図９または図１０において左方向）に移動する。そのため、図１０に示す低周波起動の場合、起動運転から通常運転への切り替わり直前でのインバータ周波数が低いため、位相進み角度が大きくなり、位相信号Ｆｕ〜Ｆｗの立ち上がりエッジが時間の早い方向に移動し、位相信号Ｆｕが時間Ｔｓより前に立ち上がっている。これにより、時間境界線Ｔｓ以降で位相信号Ｆｕの立ち上がりエッジが存在しないため、第１のパターンＰＴＮ１から第２のパターンＰＴＮ２へ切り替わらず、その結果、ＢＬＭ６にはブレーキトルクが働き、ＢＬＭ６の回転運動は停止時間線Ｔｅで停止し、起動不可能となる。このように、インバータ装置の閉ループ制御において、位相検出部７の位相進み特性によりインバータ装置の起動が不可能となる。
【００１３】
したがって、インバータ装置が起動するためには、起動運転から通常運転へ切り替わった後に、すなわち、時間境界線Ｔｓ以降において、位相信号Ｆｕの立ち上がりエッジが存在することが必要となる。この時間境界線Ｔｓと位相信号Ｆｕの立ち上がりエッジまでの時間を位相余裕度Δθとすると、Δθ＞０となることが起動のための必要条件となる。また、位相検出部７の位相進み特性により位相信号Ｆｕの位相進み角度はインバータ周波数に応じて変化するため、位相余裕度Δθの大きさは、起動運転から通常運転へ切り替わる直前の周波数の値により決定される。この位相余裕度Δθを決定する、起動運転から通常運転へ切り替わる直前の周波数を「起動切り替え周波数」とし、起動運転から通常運転へ切り替わる直前のインバータ周波数を「起動周波数」とする。従来のインバータ装置の場合、ベース信号の各パターンの時間幅は等しいため、起動切り替え周波数と起動周波数とは等しくなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ＢＬＭ６を起動させるためには、起動切り替え周波数（起動周波数）は位相余裕度Δθ＞０を満たすように高い値に設定する必要がある。しかし、起動切り替え周波数を高く設定すると、以下の問題がある。
（１）起動運転時での周波数指令部からの周波数指令により、インバータ周波数を比較的低い値から起動切り替え周波数まで除々に上昇させる必要があるため、起動切り替え周波数が高いとそれだけ起動時間が長くなる。
（２）起動運転時にＢＬＭは過励磁駆動されるため、起動切り替え周波数が高いほど起動運転時のＢＬＭの振動が大きくなる。
（３）ＢＬＭの内部の粘性係数により起動切り替え周波数が高くなるほど必要な起動トルクが大きくなり、さらにＢＬＭは過励磁駆動されるため、起動電流が大きくなる。
【００１５】
このため、起動切り替え周波数は位相余裕度Δθ＞０の条件を満たし、かつ、できるだけ低い値に設定されることが望まれる。しかし、位相余裕度Δθ＝０となる周波数の値は位相検出部７の位相進み特性によって決定され、この値を周波数ｚ（図８においてＣ点）とすると、位相余裕度Δθ＞０となるためには、以下の関係が成り立つことが必要となる。
起動切り替え周波数（起動周波数）＞周波数ｚ    …（２１）
したがって、現状では、起動切り替え周波数（起動周波数）は位相検出部７の位相進み特性により決定される周波数以下には低減できないという問題があった。
【００１６】
本発明は上記問題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ＤＣブラシレスモータの起動周波数を低減することにより、起動時間を短縮し、起動運転時のモータの振動および起動電流を低減したインバータ装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインバータ装置は、スイッチング素子を含み、該スイッチング素子の開閉により直流電圧を疑似交流電圧に変換し、該疑似交流電圧をブラシレスＤＣモータに対して出力する直流交流変換手段と、前記疑似交流電圧の周波数に依存した位相進み特性を有し、前記ブラシレスＤＣモータの回転位相を検出し、回転位相情報を出力する位相検出手段と、前記直流交流変換手段が出力する交流電圧の周波数を制御する周波数制御手段とを備えたインバータ装置であり、前記周波数制御手段は、前記ブラシレスＤＣモータに印加する前記交流電圧の周波数制御を行うための周波数指令を出力する周波数指令手段と、前記周波数指令と前記回転位相情報とに基づき前記周波数を制御するためのベース信号を生成する波形発生手段と、前記ベース信号および前記周波数指令に基づき、前記ベース信号からシフト型ベース信号に変成する波形変成手段と、前記シフト型ベース信号を前記周波数指令に基づきパルス幅変調し、該パルス幅変調された信号により前記スイッチング素子の開閉を制御するＰＷＭベースドライブ手段とを有する。
【００１８】
また、前記インバータ装置において、前記波形発生手段から出力される前記ベース信号は１周期内に均等幅の６通りのパターンを有しており、前記波形変成手段は、前記ベース信号を、前記６通りのパターンのうちの起動運転時において最終となるパターンの幅を小さくし、かつ、１周期の長さが変わらないように変成したシフト型ベース信号を出力するようにしてもよい。
【００１９】
さらに、前記インバータ装置において、前記波形変成手段は、前記ブラシレスＤＣモータの起動運転時において、前記波形発生手段から出力された前記ベース信号を変成した前記シフト型ベース信号を出力し、前記起動運転が終了した通常運転時には、前記波形発生手段から出力された前記ベース信号をそのまま出力するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を用いて本発明に係るインバータ装置の実施形態を説明する。図１にインバータ装置の概略構成図を示す。本実施形態のインバータ装置は、図５に示す従来のインバータ装置のインバータ周波数制御部２０ｂにおいて、波形発生部９とＰＷＭベースドライブ部１１との間に波形変成部１０を設け、さらにこの波形変成部１０に周波数指令部８から周波数指令が入力されるように構成したものである。波形変成部１０は、波形発生部９から入力されたベース信号をシフト型ベース信号に変成し、ＰＷＭベースドライブ部１１に出力するものである。シフト型ベース信号については後述する。本実施形態のインバータ装置における他の構成要素については、従来技術で説明したものと同等であるので、ここでは、個々の構成要素の動作等についての詳細な説明は省略する。
【００２１】
以下に本実施形態のインバータ装置の動作について説明する。図２に起動運転から通常運転への移行時近傍の波形変成部１０から出力されるシフト型ベース信号またはベース信号のタイミングチャートを示す。なお、この図において時間境界線Ｔｓで起動運転から通常運転に切り替わっている。また、信号Ｔ’ｕ〜Ｔ’ｚは波形変成部１０から出力されるシフト型ベース信号またはベース信号であり、スイッチング素子２５ｕ〜２５ｚをそれぞれ制御するための信号である。
【００２２】
最初に、通常運転時の動作について説明する。通常運転において、周波数指令部８はＢＬＭ６の回転数を制御するため周波数指令を出力する。波形発生部９は位相検出部７からの位相信号Ｆｕ〜Ｆｗのみに基づきベース信号を発生する。波形変成部１０は波形発生部９から入力したベース信号をＰＷＭベースドライブ部１１にそのまま出力する。ＰＷＭベースドライブ部１１は、波形変成部１０からのベース信号Ｔ’ｕ〜Ｔ’ｚに基づきインバータ部５のスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを駆動する。
【００２３】
このときのベース信号Ｔ’ｕ〜Ｔ’ｚのパターンは図２のタイミングチャートにおいて時間境界線Ｔｓ以後で示されるパターンとなる。ここで、第１のパターンＰＴＮ１〜第６のパターンＰＴＮ６に対する時間幅をそれぞれＴ’１０〜Ｔ’６０とすると、各パターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６の時間幅Ｔ’１０〜Ｔ’６０はほぼ等しくなるように制御される。
【００２４】
次に起動運転時における動作を説明する。起動運転において、周波数指令部８はＢＬＭ６を周波数制御するための周波数指令を出力し、波形発生部９はその周波数指令に基づきベース信号を発生する。このとき、波形発生部９は位相検出部７からの位相信号を使用せず、周波数指令のみによりベース信号を発生する。波形変成部１０はこのベース信号の各パターンの時間幅を変更したシフト型ベース信号を変成する。ＰＷＭベースドライブ部１１はこのシフト型ベース信号に基づきスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚを駆動する。以下に、このシフト型ベース信号について説明する。
【００２５】
図３は、ベース信号のパターン（以下、「ベースパターン」と称す。）およびこのベース信号を変成したシフト型ベース信号のパターン（以下、「シフト型ベースパターン」と称す。）を１周期分示したものである。図３の（Ａ）に示すように、シフト型ベース信号はベース信号と同様に１周期中に６つのパターンを有する。すなわち、第１から第６のパターンＰＴＮ１’〜ＰＴＮ６’を有する。図３に示されるように、シフト型ベース信号の各パターンの時間幅Ｔ１０〜Ｔ６０は、ベースパターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６の時間幅Ｔに基づいて変成される。このときの変成条件については後述する。
【００２６】
また、図２において、シフト型ベース信号のパターンは時間境界線Ｔｓより前に示されている。ここでは、例えば、第１のパターンＰＴＮ１’において、シフト型ベース信号Ｔ’ｗ、Ｔ’ｙは「Ｌ」となり、他のシフト型ベース信号Ｔ’ｕ、Ｔ’ｖ、Ｔ’ｘ、Ｔ’ｚは「Ｈ」となっている。波形変成部１０はシフト型ベース信号を第１のパターンＰＴＮ１’から第６のパターンＰＴＮ６’へ順次変化させる。インバータ装置は起動運転においてこの周期を所定数だけ繰り返し、所定周期終了後、通常運転に移行する。以下にシフト型ベース信号の変成条件を示す。
（ａ）ベースパターンおよびシフト型ベースパターンの１周期の長さは同一とする。すなわち、
Ｔ１０＋Ｔ２０＋Ｔ３０＋Ｔ４０＋Ｔ５０＋Ｔ６０＝Ｔ×６    …（１）
（ｂ）Ｔ１０≧Ｔ２０≧Ｔ３０≧Ｔ４０≧Ｔ５０≧Ｔ６０      …（２）
（ｃ）Ｔ１０＞Ｔ                                …（３）
（ｄ）０＜Ｔ６０＜Ｔ                            …（４）
周波数変成部１０は、以上のような関係に基づきベースパターンをシフト型ベースパターンに変成する。
【００２７】
また、シフト型ベースパターンの時間幅Ｔ１０〜Ｔ６０とベースパターンの時間幅Ｔとの間には以下の関係がある。
Ｔ１０＝α１×Ｔ    …（５ａ）
Ｔ２０＝α２×Ｔ    …（５ｂ）
Ｔ３０＝α３×Ｔ    …（５ｃ）
Ｔ４０＝α４×Ｔ    …（５ｄ）
Ｔ５０＝α５×Ｔ    …（５ｅ）
Ｔ６０＝α６×Ｔ    …（５ｆ）
ここで、α１〜α６は変成係数であり、それぞれ正の値をとる。条件（ａ）〜（ｄ）および式（５ａ）〜（５ｆ）により、以下の条件が成り立つ。
（ａ’）α１＋α２＋α３＋α４＋α５＋α６＝６    …（６）
（ｂ’）α１≧α２≧α３≧α４≧α５≧α６        …（７）
（ｃ’）α１＞１                              …（８）
（ｄ’）０＜α６＜１                          …（９）
【００２８】
波形変成部１０は条件（ａ’）〜（ｄ’）を満たすような変成係数α１〜α６の値を用いて、ベースパターンからシフト型ベースパターンを生成する。すなわち、波形変成部１０は、波形発生部９より第１のベースパターンＰＴＮ１が出力されると、第１のシフト型ベースパターンＰＴＮ１’を出力し、周波数指令部８からの周波数指令に基づき時間幅Ｔを算出し、変成係数α１〜α６によりＴ１０〜Ｔ６０を計算することにより以降のシフト型ベースパターンを出力する。
【００２９】
ここで、説明の便宜上、ベース信号またはシフト型ベース信号において、第６のパターンのみによる周波数を「微分周波数」とし、１周期に対する周波数である「インバータ周波数」と区別する。従来技術においては、起動運転時のベース信号の各パターンＰＴＮ１〜ＰＴＮ６はそれぞれ等しい時間幅を有しているため、「インバータ周波数」と「微分周波数」とは等しくなる。起動運転から通常運転に切り替わる直前の周波数すなわち起動切り替え周波数は、時間境界線Ｔｓ直前のシフト型ベースパターンである第６のベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数にほぼ等しい。このため、本実施形態においては、起動運転時にシフト型ベースパターンを生成することにより、微分周波数すなわち起動切り替え周波数を起動周波数よりも高く設定することができ、これにより起動周波数を低く抑さえながら、従来よりも位相余裕度Δθを大きくすることができる。
【００３０】
従来技術で述べたように、起動運転から通常運転に移行するための条件は、起動切り替え周波数が式（２１）を満たすことである。シフト型ベース信号を用いたとき、起動切り替え周波数はシフト型ベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数となるため、式（２１）より以下の式が成り立つ。
シフト型ベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数＞周波数ｚ  …（１０）
【００３１】
また、ベースパターンＰＴＮ６の微分周波数は以下のようになる。
ベースパターンＰＴＮ６の微分周波数＝１／Ｔ／６    …（１１）
したがって、シフト型ベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数は以下のようになる。
シフト型ベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数
＝１／Ｔ６０／６＝１／（Ｔ・α６）／６
＝（１／Ｔ／６）／α６
＝ベースパターンＰＴＮ６の周波数／α６    …（１２）
また、従来例において、起動周波数すなわちベース信号のインバータ周波数はベースパターンＰＴＮ６の微分周波数と等しいため、
起動周波数＝ベースパターンＰＴＮ６の微分周波数
＝シフト型ベースパターンＰＴＮ６’の微分周波数・α６    …（１３）
式（１０）と式（１３）とにより、
起動周波数＞周波数Ｚ・α６    （０＜α６＜１）    …（１４）
となる。上式はシフト型ベースパターンを用いたときの周波数の条件を示すものである。変成係数α６は１より小さい値であるため、起動周波数は従来のものよりもさらに低く設定することができる。
【００３２】
例えば、位相余裕度Δθ＝０となる周波数が周波数ｚ（図８のＣ点）のときに、起動周波数を周波数ｚよりも低い周波数ｙ（図８のＢ点）で起動する場合を考える。この場合、従来のインバータ装置では、起動周波数ｙは周波数ｚよりも低いため起動不可能となる。本実施形態のインバータ装置では、起動周波数が周波数ｙであっても、起動切り替え周波数を周波数ｚよりも高い値に設定することにより起動が可能となる。このときの起動切り替え周波数をｘ（図８のＡ点）とすると、次式が成り立つ。
ｙ＝１／Ｔ／６    …（１５）
ｘ≒１／Ｔ６０／６＝１／Ｔ／６×Ｔ／Ｔ６０＝ｙ／α６    …（１６）
したがって、
α６≒ｙ／ｘ    （０＜α６＜１）    …（１７）
となる。上式により得られるα６を用いて、条件（ａ’）〜（ｃ’）を満たすように他の変成係数α１〜α５を求め、このようにして求められた変成係数α１〜α６によりシフト型ベースパターンを生成することにより起動が可能となる。このとき、図２における位相余裕度Δθ０はほぼ次式で求められる。
Δθ０≒ｃ−ａ＞０    …（１８）
【００３３】
また、図４にシフト型ベースパターンの具体的な例を示す。ここでは、
ｙ／ｘ＝０．３            …（１９ａ）
α１＝α２＝α３＝１．６    …（１９ｂ）
α４＝０．６                …（１９ｃ）
α５＝α６＝０．３          …（１９ｄ）
としている。例えば周波数ｘ＝１０とすれば周波数ｙ＝３となる。この時、シフト型ベースパターンＰＴＮ１’〜ＰＴＮ６’の時間幅Ｔ１１〜Ｔ６１は、
Ｔ＝０．０５５５６                            …（２０ａ）
Ｔ１１＝Ｔ２１＝Ｔ３１＝１．６×Ｔ＝０．０８８８９  …（２０ｂ）
Ｔ４１＝０．６×Ｔ＝０．０３３３３              …（２０ｃ）
Ｔ５１＝Ｔ６１＝０．３×Ｔ＝０．０１６６７        …（２０ｄ）
となる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、第６のパターンＰＴＮ６’の時間幅が最小となるようにシフト型ベース信号が変成されたが、これはシフト型ベース信号の第６のパターンＰＴＮ６’終了後に通常運転に切り替わるためであり、起動運転から通常運転への切り替え時に最終となるパターンであれば他のパターンであっても、その時間幅が最小となるように変成されてもよく、同様の効果が得られる。
【００３５】
以上のようにして、本実施形態のインバータ装置は、起動モード時のＤＣブラシレスモータ６の周波数制御において、ベース信号の各パターンの時間幅を変化させたシフト型ベース信号を変成し、これにより、インバータ部５のスイッチング素子２５ｕ〜２５ｚの駆動を制御するため、ＤＣブラシレスモータ６に印加する疑似交流電圧の起動周波数を低く抑さえたまま、起動切り替え周波数を高く設定することができ、位相余裕度を高くできる。このため、ＤＣブラシレスモータ６の低周波数起動が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のインバータ装置によれば、ＤＣブラシレスモータへ出力する疑似交流電圧の周波数を制御するインバータ周波数制御部において、起動時に、ベース信号をベース信号の各パターンの時間幅を変更したシフト型ベース信号に変成する波形変成手段を設け、このシフト型ベース信号により交流電圧の周波数制御を行うようにした。これにより起動周波数を低減できるため、低周波起動が可能となり、起動時間の短縮化、起動時のＤＣブラシレスモータの振動の低減および起動電流の低減が実現される。さらに、振動低減にともなうＤＣブラシレスモータおよび周辺装置の耐性の向上や、起動電流の低減にともなう各素子の小容量化による低コスト化も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のインバータ装置の概略構成図。
【図２】本実施形態におけるベースパターンおよびシフト型ベースパターンのタイミングチャート。
【図３】本実施形態におけるベースパターンとシフト型ベースパターンとの時間幅の関係を示す図。
【図４】シフト型ベースパターンの具体例のタイミングチャート。
【図５】従来のインバータ装置の概略構成図。
【図６】従来の位相検出部の概略構成図。
【図７】位相検出部の入力電圧波形および出力信号波形を示す図。
【図８】位相検出部の位相進み角度−周波数特性図。
【図９】ＢＬＭの起動が可能となる時のベース信号および位相信号のタイミングチャート。
【図１０】ＢＬＭの起動が不可能となる時のベース信号および位相信号のタイミングチャート。
【符号の説明】
１…商用電源、  ２…インダクタ、  ３…コンバータ部、  ４…平滑コンデンサ、  ５…インバータ部、  ６…ＤＣブラシレスモータ（ＢＬＭ）、  ７…位相検出部、  ８…周波数指令部、  ９…波形発生部、  １０…波形変成部、  １１…ＰＷＭベースドライブ部、  ２０ａ…インバータ周波数制御部（本発明）、  ２０ｂ…インバータ周波数制御部（従来）、  ２５ｕ〜２５ｚ…スイッチング素子、  ３１ａ〜３１ｃ…１次ローパスフィルタ、  ３２ａ〜３２ｃ…比較回路、  ３３ａ〜３３ｃ…絶縁部、  ３４ａ〜３４ｃ，３５ａ〜３５ｃ…抵抗、  ３６ａ〜３６ｃ…コンデンサ、  ４０ａ〜４０ｃ…入力端子、  ４２ａ〜４２ｃ…出力端子、  Ｔｅ…停止時間線、  Ｔｓ…時間境界線。
【図１】
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【図２】
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【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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