(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御演算手段の演算結果を用いてスイッチングパルス発生手段がスイッチングパルス信号を発生し、その信号にもとづいて電力変換手段のスイッチング動作を行う電力変換装置において、
スイッチングパルス発生手段のスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスが変化するまでのスイッチング時間を計測するスイッチング時間計測手段と、
スイッチング時間計測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、
シリアル信号を受信しパラレル変換する受信手段と、
パラレル変換されたスイッチング時間計測値にもとづきその計測値の時間経過後に所定のスイッチングパルス信号を生成する複数のタイマ手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
スイッチングパルス信号発生のための演算をする制御演算手段と、
制御演算手段の演算結果にもとづいてスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスの変化発生までのスイッチング時間を予測するスイッチング時間予測手段と、
スイッチング時間予測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、
シリアル信号を受信しパラレル変換する受信手段と、
パラレル変換されたスイッチング時間予測値にもとづきその予測値の時間経過後に所定のスイッチングパルス信号を生成する複数のタイマ手段と、
スイッチングパルス信号に従ってスイッチング動作を行う電力変換手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
制御演算手段の演算結果を用いてスイッチングパルス発生手段がスイッチングパルス信号を発生し、その信号にもとづいて電力変換手段のスイッチング動作を行う電力変換装置において、
スイッチングパルス発生手段のスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスが変化するまでのスイッチング時間を計測するスイッチング時間計測手段と、
スイッチングパルス信号をコードに変換するエンコード手段と、
コードとスイッチング時間計測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、
シリアル信号を受信してコードおよびスイッチング時間計測値にパラレル変換する受信手段と、
コードをスイッチングパルス信号に戻すデコード手段と、
コードまたはスイッチングパルス信号を記憶する記憶手段と、
スイッチング時間計測値の時間を経過後に記憶手段の記憶内容を更新するタイマ手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
スイッチングパルス信号発生のための演算をする制御演算手段と、
制御演算手段の演算結果にもとづいてスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスの変化発生までのスイッチング時間を予測するスイッチング時間予測手段と、
予測されたスイッチングパルス信号をコードに変換するエンコード手段と、
スイッチング時間予測値およびコードをシリアル信号に変換して送信する送信手段と、
シリアル信号を受信してコードおよびスイッチング時間予測値にパラレル変換する受信手段と、
コードをスイッチングパルス信号に戻すデコード手段と、
コードまたはスイッチングパルス信号を記憶する記憶手段と、
スイッチング時間予測値の時間を経過後に記憶手段の記憶内容を更新するタイマ手段と、
記憶手段の記憶内容にもとづくスイッチングパルス信号に従ってスイッチング動作を行う電力変換手段と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ等に用いられる電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置としては、図１０に示す構成のものがある。この電力変換装置は、制御演算手段１０１、スイッチングパルス発生手段１０２、電力変換手段１０６で構成されており、制御演算手段１０１が制御演算結果をスイッチングパルス発生手段１０２に入力すると、電力変換手段１０６の制御に使用するスイッチングパルス信号が生成される。生成されたスイッチングパルス信号が、電力変換手段１０６に供給されることで、電力変換手段１０６は所定の電力変換を行う。図１１は電力変換手段１０６の具体的構成の一例である。図中のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が駆動されることで、直流を３相交流にする電力変換を行う。なお、図中のＤ１〜Ｄ６は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に並列接続されたダイオードである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電力変換装置では、スイッチングパルス発生手段が生成したパルス信号を、電力変換手段を構成する各スイッチング素子に個別に伝達していた。そのため、スイッチング素子数と同数の信号線を敷設する必要がある。一方、制御演算手段やスイッチングパルス発生手段は、ノイズや熱の影響を避けるために電力変換手段と距離をおいて配置しなければならないることがある。このような電力変換装置の場合、スイッチング素子数が多いほど、信号線の本数および配線工数が増大するという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するために、請求項１の発明は、制御演算手段の演算結果を用いてスイッチングパルス発生手段がスイッチングパルス信号を発生し、その信号にもとづいて電力変換手段のスイッチング動作を行う電力変換装置において、スイッチングパルス発生手段のスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスが変化するまでのスイッチング時間を計測するスイッチング時間計測手段と、スイッチング時間計測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、シリアル信号を受信しパラレル変換する受信手段と、パラレル変換されたスイッチング時間計測値にもとづきその計測値の時間経過後に所定のスイッチングパルス信号を生成する複数のタイマ手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項１の発明では、シリアル信号の伝送の更新周期が長くなると、電力変換手段の動作の時間分解能が粗くなるのに対して、伝送の更新周期よりも短い時間刻みの情報を伝送することで、受信時に波形の時間分解能を密にして再生するようにしたものである。そのため、伝送の更新周期よりも短い時間刻みの情報が得られるように、スイッチング時間計測手段を用意する。スイッチング時間計測手段は、伝送開始または終了からスイッチングパルス信号の論理変化までの時間を計測する。この時間計測値のデータを、送信手段でシリアル伝送する。伝送された時間計測値は受信手段に受信され、用意されている複数のタイマ手段に設定されてタイマ動作を開始する。設定時間を経過した後、各タイマ手段の出力値が変化してパルス信号が生成される。このようにして得られる各信号は、もとのスイッチングパルス信号に対応するパルスであり、もとの時間分解能が保持されることになる。
【００１０】
請求項２の発明は、スイッチングパルス信号発生のための演算をする制御演算手段と、制御演算手段の演算結果にもとづいてスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスの変化発生までのスイッチング時間を予測するスイッチング時間予測手段と、スイッチング時間予測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、シリアル信号を受信しパラレル変換する受信手段と、パラレル変換されたスイッチング時間予測値にもとづきその予測値の時間経過後に所定のスイッチングパルス信号を生成する複数のタイマ手段と、スイッチングパルス信号に従ってスイッチング動作を行う電力変換手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項２の発明では、スイッチングパルス信号が予め定められたアルゴリズムにもとづいて発生されることを利用して、制御演算手段の演算結果が得られた時点で、直ちにスイッチングパルス信号の波形を予測して、請求項１の発明におけるスイッチング時間計測値に代えたものである。それにより、スイッチングパルスの変化を観測するための時間が不要となり、請求項１の発明と同様の機能を、少ない時間遅れで実現できる。
【００１２】
請求項３の発明は、制御演算手段の演算結果を用いてスイッチングパルス発生手段がスイッチングパルス信号を発生し、その信号にもとづいて電力変換手段のスイッチング動作を行う電力変換装置において、スイッチングパルス発生手段のスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスが変化するまでのスイッチング時間を計測するスイッチング時間計測手段と、スイッチングパルス信号をコードに変換するエンコード手段と、コードとスイッチング時間計測値をシリアル信号に変換して送信する送信手段と、シリアル信号を受信してコードおよびスイッチング時間計測値にパラレル変換する受信手段と、コードをスイッチングパルス信号に戻すデコード手段と、コードまたはスイッチングパルス信号を記憶する記憶手段と、スイッチング時間計測値の時間を経過後に記憶手段の記憶内容を更新するタイマ手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、スイッチングパルス信号発生のための演算をする制御演算手段と、制御演算手段の演算結果にもとづいてスイッチングパルス信号の出力開始時または終了時からスイッチングパルスの変化発生までのスイッチング時間を予測するスイッチング時間予測手段と、予測されたスイッチングパルス信号をコードに変換するエンコード手段と、スイッチング時間予測値およびコードをシリアル信号に変換して送信する送信手段と、シリアル信号を受信してコードおよびスイッチング時間予測値にパラレル変換する受信手段と、コードをスイッチングパルス信号に戻すデコード手段と、コードまたはスイッチングパルス信号を記憶する記憶手段と、スイッチング時間予測値の時間を経過後に記憶手段の記憶内容を更新するタイマ手段と、記憶手段の記憶内容にもとづくスイッチングパルス信号に従ってスイッチング動作を行う電力変換手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
これら請求項３および請求項４の発明は、電力変換手段のスイッチング周期に比べて伝送の周期が充分に低い場合に、１更新周期におけるスイッチング状態の変化が限られた一部のスイッチング素子だけであり、また、請求項１，２の発明におけるスイッチング時間計測値またはスイッチング時間予測値は、状態が変化する信号についてだけが必要であることに着目したものである。つまり、スイッチングしない信号については、スイッチングパルス信号の状態またはそのコードがあれば電力変換手段を制御できるので、スイッチング時間計測値またはスイッチング時間予測値は不要である。そこで、本発明は、スイッチングのタイミング情報であるスイッチング時間計測値またはスイッチング時間予測値と、スイッチングパルス信号のコードを伝送データとして、より少ないデータ長できめ細かい電力変換手段の制御を可能にした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の基本となる電力変換装置の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチングパルス発生手段102、送信手段103、受信手段105、電力変換手段106により構成されている。制御演算手段101は、スイッチングパルス信号発生のための演算をして、その演算結果をスイッチングパルス発生手段102に送る。
【００１６】
スイッチングパルス発生手段１０２は、入力された演算結果から電力変換手段１０６の動作に必要なスイッチングパルス信号を発生する。このスイッチングパルス信号は電力変換手段の構成に対応した複数の信号である。送信手段１０３はこの信号をシリアル変換してシリアル信号１０４として、受信手段１０５に送信する。受信手段１０５は、シリアル信号１０４をパラレル変換してスイッチングパルス信号を再生し、電力変換手段１０６に供給する。なお、電力変換手段１０６の構成は、図１１に示した従来例における電力変換手段１０６と同一とすることも可能である。
【００１７】
図２は図１の電力変換装置におけるスイッチングパルス信号波形の例を示す図である。図示されるように、スイッチングパルス発生手段１０１の出力に対して、シリアル信号１０４として供給されて、受信手段１０５から出力されるスイッチングパルス信号は、伝送によって遅延した波形となる。
【００１８】
図３は、本発明の基本となる他の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチングパルス発生手段102、エンコード手段301、送信手段103、受信手段105、デコード手段302、電力変換手段106により構成されている。この実施形態と図１に示した実施形態との違いは、エンコード手段301およびデコード手段302を付加したことである。
【００１９】
ここで、スイッチングパルス発生手段102から出力されるスイッチングパルス信号について注目すると、信号のオン・オフの状態の組合せ数は有限であり、しかも実際に使用されるこれらの状態の組合せ数は、短絡などの状態を除外するので、スイッチングパルス信号の数よりも必ず少ないことになる。従って、図１に示した実施形態におけるスイッチングパルス信号を、シリアル変換したデータ長よりも少ないデータ長のコードで状態を表すことができる。
【００２０】
つまり、電力変換手段１０６に使用されるスイッチング素子数をＮ（自然数）とすると、スイッチング動作に現れる状態（以下、スイッチングモード）の数ｍは２Ｎよりも少ないことになる。従って、ｍ≦２Ｎ−１であれば、使用されるモードをＭビット（Ｍ＜Ｎ，Ｍ：自然数）のコードで表すことができる。例えば、図１１に示された従来例の電力変換手段１０６の場合、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有する３相インバータであるから、Ｎ＝６となり、各相毎に上側スイッチのみオン、下側スイッチのみオン、上下スイッチオフの３つの状態があるので、３相では、ｍ＝３３＝２７種のモードが使用できる。これはＭ＝５ビットのコードで表現できる。
【００２１】
さらに、上下スイッチオフの３つの状態を全相オフの状態のみに限定すれば、ｍ＝２３＋１＝９種のモードになるから、送信するシリアル信号はＭ＝４ビットでよい。そこで、この実施形態では、エンコード手段３０１を設けて、スイッチングパルス信号を最小の４ビットで構成したコードに変換してから送信手段１０３から送信し、受信手段１０５がそれを受信してパラレル変換した後、デコード手段３０２において、エンコード手段３０１とは逆のプロセスでコードをもとのスイッチングパルス信号に復元し、電力変換手段１０６へ供給する。このように、使用しないモードを除いて最小ビットのコードでスイッチングを表現すれば、シリアル信号の伝送に要する時間が短くなり、更新周期を短縮することができる。
【００２２】
図４は、請求項１の発明にかかる電力変換装置の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチングパルス発生手段102、スイッチング時間計測手段401、送信手段103、受信手段105、タイマ手段402、電力変換手段106により構成されている。図１の実施形態と共通な部分は、それぞれ同一の動作をするため、個々の動作の説明は省略し、異なる部分について説明する。この実施形態で新たに設けられたスイッチング時間計測手段401は、スイッチングパルス発生手段102から出力された各々のスイッチングパルス信号の値が変化するまでの時間を、送信開始または送信完了時点を基準にして計測する。
【００２３】
得られたスイッチング時間計測値は送信手段１０３に入力されて、シリアル信号１０４として送信される。一方、受信手段１０５は受信したスイッチング時間計測値をタイマ手段４０２に設定する。このタイマ手段４０２は、複数のタイマにより構成されており、各々設定された時間が経過すると、スイッチングパルス信号を発生して、電力変換手段１０６へ送る。ここでは、タイマの設定値によって、スイッチングパルス信号の長さが決定されるため、伝送間隔よりも短い時間刻みのスイッチングパルス信号を電力変換手段１０６へ供給することが可能となる。
【００２４】
図５は、請求項２の発明にかかる電力変換装置の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチング時間予測手段501、送信手段103、受信手段105、タイマ手段402、電力変換手段106により構成されている。この実施形態と図４に示した請求項１の発明の実施形態との違いは、スイッチングパルス発生手段102、スイッチング時間計測手段401の代わりに、スイッチング時間予測手段501を設けたことにある。
【００２５】
他の部分については、図４の実施形態と共通であるので説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。スイッチング時間予測手段５０１は、制御演算手段１０１の演算結果から直接、スイッチング時間の予測値を計算する。これを送信手段１０３に入力して送信する。以後は、予測値が用いられて、図４の実施形態と同様の動作を行う。この実施形態の場合も、伝送間隔よりも短い時間刻みのスイッチングパルス信号が電力変換手段１０６へ供給される。
【００２６】
図６は、請求項３の発明にかかる電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチングパルス発生手段102、エンコード手段301、スイッチング時間計測手段401、送信手段103、受信手段105、デコード手段302、タイマ手段602、記憶手段601、電力変換手段106により構成されている。この実施形態は、図４に示した請求項１の発明の実施形態にエンコード手段301、デコード手段302、記憶手段601を増設するとともに、タイマ手段402をタイマ手段602に代えたものである。すなわち、エンコード手段301を用いてスイッチングパルス信号をコードに変換して、これらをスイッチング時間計測手段401から出力されたスイッチング時間計測値とともに送信手段103に入力して送信を行う。
【００２７】
受信手段１０５で受信されたコードは、デコード手段３０２でもとの信号に復元されてから記憶手段６０１に入力されて記憶される。一方、受信手段１０５で受信されたスイッチング時間計測値は、タイマ手段６０２に設定される。タイマ手段６０２は、設定された時間が経過すると、記憶手段６０１に対してタイムアップ信号を送る。タイムアップ信号を受け取った記憶手段６０１は、その時点でデコード手段３０２から出力されているコードを読み込んで記憶データを更新する。その結果、この実施形態では、スイッチングパルス信号をより短い間隔で電力変換手段１０６に与えることができて、伝送による遅延を最小限に抑えることが可能となる。
【００２８】
図７は、請求項３の発明にかかる電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この第２の実施形態は、図６に示した第１の実施形態と主要な部分が共通であるので、異なる部分についてのみ説明する。すなわち、図示されるように、受信手段105の次に記憶手段701とタイマ手段602を接続するととともに、タイマ手段602の出力を記憶手段701に入力し、さらに、記憶手段701の出力をデコード手段302を介して電力変換手段106へ送るようにしたものである。それにより、受信手段105で受信されたスイッチング時間計測値が、タイマ手段602に設定される。
【００２９】
次いで、設定時間が経過すると、タイマ手段６０２からタイムアップ信号が記憶手段７０１へ送られ、その時点で受信手段１０５に受信されているコードが、記憶手段７０１に読み込まれて記憶される。こうして、スイッチング時間計測値の間隔で更新された記憶手段７０１の出力は、デコード手段３０２に送られてスイッチングパルス信号に復元され、電力変換手段１０６へ送られる。この第２の実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、受信手段１０５から出力されたコードを記憶手段７０１が記憶するタイミングが制御されるため、細かい時間刻みからなるスイッチングパルス信号が電力変換手段１０６に与えられる。
【００３０】
図８は、請求項４の発明にかかる電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この電力変換装置は、制御演算手段101、スイッチング時間予測手段501、エンコード手段301、送信手段103、受信手段105、デコード手段302、タイマ手段602、記憶手段601、電力変換手段106により構成されている。この実施形態は、送信手段103以後の構成が請求項３の発明の第１の実施形態と共通であり、送信手段103より前の部分が一部異なる。
【００３１】
すなわち、請求項２の発明の実施形態と同様に、スイッチング時間予測手段501は、制御演算手段101の演算結果から直接、スイッチング時間の予測値を計算する。得られた予測値は、送信手段103およびエンコード手段301へ入力される。エンコード手段301は、入力されたスイッチング時間の予測値からスイッチングパルス信号を再現してそれをコードに変換してから送信手段103に入力する。送信手段103以後は、予測値が用いられて、図６に示した請求項３の発明の第１の実施形態と同様に処理される。
【００３２】
図９は、請求項４の発明にかかる電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この第２の実施形態は、図８に示した第１の実施形態において、後段の受信手段105以降の構成を、図７に示した請求項３の発明の第２の実施形態と同一にしたものである。前段および後段の動作は、それぞれの実施形態と同一であるので説明を省略する。
【００３３】
これらの請求項４の発明にかかる電力変換装置の実施形態は、請求項２の発明と同様に、スイッチングパルス信号をより短い間隔で電力変換手段106に与えることができて、伝送による遅延を最小限に抑えることが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１の発明によれば、電力変換装置において、スイッチング時間計測手段、送信手段、受信手段、複数のタイマ手段を設けたことで、スイッチング時間を伝送周期よりも細かく制御することができる。また、制御の時間遅れが少ないので、安定性を向上させることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、電力変換装置において、スイッチング時間予測手段、送信手段、受信手段、複数のタイマ手段を設けたことで、請求項１の発明の効果に加え、伝送による制御遅れを小さくすることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、電力変換装置において、スイッチング時間計測手段、エンコード手段、送信手段、受信手段、デコード手段、記憶手段、タイマ手段を設けたことで、請求項１の発明の効果を得ることができる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、電力変換装置において、スイッチング時間予測手段、エンコード手段、送信手段、受信手段、デコード手段、記憶手段、タイマ手段を設けたことで、請求項１、請求項２の発明の効果を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本となる実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態におけるスイッチングパルス信号波形の例を示す図である。
【図３】本発明の基本となる他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】請求項１の発明にかかる実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】請求項２の発明にかかる実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】請求項３の発明にかかる第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】請求項３の発明にかかる第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】請求項４の発明にかかる第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】請求項４の発明にかかる第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来例を示すブロック図である。
【図１１】従来例の電力変換手段を示す回路図である。
【符号の説明】
101  制御演算手段
102  スイッチングパルス発生手段
103  送信手段
104  シリアル信号
105  受信手段
106  電力変換手段
301  エンコード手段
302  デコード手段
401  スイッチング時間計測手段
402  タイマ手段
501  スイッチング時間予測手段
601  記憶手段
602  タイマ手段
701  記憶手段
【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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【図１１】
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