(57)【要約】  コンバータ（１−１）は、交流電源（３）に接続される交流端子（１１，１２，１３）と、直流端子（１４）及び直流端子（１５）を有すると共に、複数のスイッチング素子を有するパワーモジュール（２２）と、ベース駆動回路（２７）と、制御電源部（２９）とを備える。コンバータ（１−１）は、直流端子（１４）に接続される複数のスイッチング素子のエミッタに流れる信号、又は制御電源部（２９）の基準電位となるグランドに流れる信号に基づいて、交流電圧の電圧位相を検出し、検出した電圧位相を示す位相検出信号を生成して出力する電圧位相検出部（２４）を備える。コンバータ（１−１）は、位相検出信号に基づいて、複数のスイッチング素子のオンオフ動作を制御するための駆動信号を生成するベース駆動信号生成部（２６）を備える。
2019239628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電源である交流電源とモータを可変速制御するモータ駆動装置との間に配置され、前記モータ駆動装置に直流電力を供給すると共に、モータ減速時の回生電力を前記交流電源に戻す電源回生機能を備えるコンバータにおいて、
前記交流電源に接続される交流端子と、高電位側の直流配線が接続される第１端子と、低電位側の直流配線が接続される第２端子とを有すると共に、複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、
複数の前記スイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路と、
複数の前記スイッチング素子に供給される電力と前記駆動回路に供給される電力とを生成する制御電源部と、
前記第１端子に接続される複数の前記スイッチング素子のエミッタに流れる信号、又は、前記制御電源部の基準電位となるグランドに流れる信号に基づいて、交流電圧の電圧位相を検出し、検出した前記電圧位相を示す位相検出信号を生成して出力する電圧位相検出部と、
前記位相検出信号に基づいて、複数の前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備えることを特徴とするコンバータ。
【請求項２】
前記電圧位相検出部は、前記交流電圧の相電圧を算出し、前記相電圧の最大値及び最小値のうち少なくとも１つを用いて前記位相検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記相電圧を前記交流電源の停電の検出に用いることを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記駆動信号生成部から出力された前記駆動信号の前記駆動回路への伝達を継続し、又は前記駆動信号生成部から出力された前記駆動信号の前記駆動回路への伝達を停止する信号制御部を備え、
前記相電圧を前記信号制御部の基準電圧に用いることを特徴とする請求項２に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記電圧位相検出部は、前記交流電圧の線間電圧を算出し、前記線間電圧の最大値及び最小値のうち少なくとも１つを用いて前記位相検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記線間電圧を前記交流電源の停電の検出に用いることを特徴とする請求項５に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記駆動信号生成部から出力された前記駆動信号の前記駆動回路への伝達を継続し、又は前記駆動信号生成部から出力された前記駆動信号の前記駆動回路への伝達を停止する信号制御部を備え、
前記線間電圧を前記信号制御部の基準電圧に用いることを特徴とする請求項５に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記第１端子に接続される複数の前記スイッチング素子のエミッタに流れる信号、又は、前記制御電源部の基準電位となるグランドに流れる信号に基づいて、前記交流電源の相電圧又は線間電圧を検出する入力電圧検出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項９】
前記入力電圧検出部によって検出された線間電圧を前記交流電源の停電の検出に用いる停電検出部を備えることを特徴とする請求項８に記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記入力電圧検出部によって検出された相電圧を前記交流電源の停電の検出に用いる停電検出部を備えることを特徴とする請求項８に記載のコンバータ。
【請求項１１】
前記交流電源は三相交流電源であり、前記電圧位相検出部は、前記三相交流電源の第１の相の電圧位相である第１電圧位相、第２の相の電圧位相である第２電圧位相、第３の相の電圧位相である第３電圧位相及び電源角周波数のうちの少なくとも１つを算出することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のコンバータ。
【請求項１２】
前記パワーモジュールの交流端子に入力される電流を検出する入力電流検出部と、
前記入力電流検出部によって検出された三相入力電流を、前記位相検出信号に基づいて座標変換することで有効電力に相当する電流であるｄ軸電流及び無効電力に相当する電流であるｑ軸電流を算出する電流値変換部と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載のコンバータ。
【請求項１３】
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流のうちの少なくとも１つの電流に基づいて前記コンバータが瞬時過負荷状態であるか否かを検出する過負荷検出部を備えたことを特徴とする請求項１２に記載のコンバータ。
【請求項１４】
前記過負荷検出部は、前記コンバータが前記瞬時過負荷状態であるか否かの判定に加え、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流のうちの少なくとも１つの電流に基づいて、前記コンバータが定常時過負荷状態であるか否かを判定し、前記過負荷検出部の判定結果を、前記モータ駆動装置又は前記モータ駆動装置にモータ動作指令を出力する上位制御装置に出力することを特徴とする請求項１３に記載のコンバータ。
【請求項１５】
前記過負荷検出部は、前記ｄ軸電流が、予め定められた許容ｄ軸電流下限値より大きく、且つ許容ｄ軸電流上限値より小さい場合、前記コンバータは瞬時過負荷状態で動作していないと判定し、前記ｄ軸電流が、前記許容ｄ軸電流下限値以下、又は前記許容ｄ軸電流上限値以上となった場合、前記コンバータは瞬時過負荷状態で動作していると判定することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のコンバータ。
【請求項１６】
前記過負荷検出部は、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流のうちの少なくとも１つの電流に基づいて、絶対値を算出する絶対値算出部と、
前記絶対値算出部の算出結果を入力し平均化するフィルタ部を有して構成され、
前記フィルタ部の出力結果が、予め定められた許容絶対値以上となった場合は、前記コンバータは定常時過負荷状態で動作していると判定することを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項に記載のコンバータ。
【請求項１７】
請求項１３から１６の何れか１項に記載のコンバータと、前記コンバータから直流電流の供給を受けて前記モータを可変速制御するモータ駆動装置と、を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１８】
前記モータ駆動装置は、前記過負荷検出部の判定結果が過負荷であると判定された場合は、上位制御装置から出力されたモータ動作指令よりも前記モータの出力を制限するモータ動作となるように前記モータの可変速制御を行うことを特徴とする請求項１７に記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
前記過負荷検出部の判定結果が過負荷であると判定された場合は、前記モータの出力を制限するモータ動作となるようにモータ動作指令を変更し、上位制御装置を介して前記モータ駆動装置に出力するように制御することを特徴とする請求項１７に記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
前記上位制御装置、前記モータ駆動装置及び前記コンバータの順で通信経路がデイジーチェーン接続され、前記過負荷検出部が瞬時過負荷状態を検出し、前記過負荷検出部から前記モータ駆動装置に判定結果が通知されると、前記モータ駆動装置は、前記上位制御装置から出力されたモータ動作指令よりも前記モータの出力を制限するモータ動作となるように、前記モータの可変速制御を行うと共に、前記上位制御装置に前記過負荷検出部の判定結果を通知し、前記上位制御装置は当該判定結果を受信し、瞬時過負荷状態であった場合には前記モータの出力を制限するモータ動作となるようにモータ動作指令を変更し、前記モータ駆動装置に出力するように制御することを特徴とする請求項１８又は１９に記載のモータ制御装置。
【請求項２１】
前記上位制御装置、前記モータ駆動装置及び前記コンバータの順で通信経路がデイジーチェーン接続され、前記過負荷検出部が定常時過負荷状態を検出し、前記過負荷検出部から前記モータ駆動装置に判定結果が通知されると、前記モータ駆動装置は、前記上位制御装置から出力されたモータ動作指令に基づいてモータの可変速制御を行うと共に、前記上位制御装置に前記過負荷検出部の判定結果を通知し、前記上位制御装置は当該判定結果を受信し、定常時過負荷状態であった場合、前記モータの平均出力を抑制するように運転サイクルを変更し、前記モータ駆動装置に出力するように制御することを特徴とする請求項１８又は１９に記載のモータ制御装置。
【請求項２２】
前記交流電源の停電が検出されたとき、複数のモータ駆動装置が駆動するモータをのうちの少なくとも１つを減速するように可変速制御を行うことを特徴とする請求項１８から２１の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項２３】
前記モータ駆動装置は、前記第１端子と前記第２端子との間に接続され、直流電力を蓄積する平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出部を備え、
前記モータ駆動装置は、
前記直流電圧検出部の検出値が直流電圧上限値以上であった場合、前記減速を行うモータとは別のモータを加速させるように可変速制御を行い、
前記直流電圧検出部の検出値が直流電圧下限値以下であった場合、前記減速を行うモータとは別のモータを減速させるように可変速制御を行い、
前記直流電圧検出部の検出値が前記直流電圧下限値より大きく、且つ前記直流電圧上限値より小さい場合、前記減速を行うモータとは別のモータをフリーラン又は一定速度を維持するように可変速制御を行う
ことを特徴とする請求項２２に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ及びモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、製造機械、ロボット等の産業機械には、省エネルギー化のため、入力電源である交流電源に回生電力を戻す電源回生方式を用いたコンバータが多く利用される。電源回生方式を用いたコンバータは、モータ回生時にモータ駆動装置から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換装置として動作することによって、モータで発生した誘導起電力である回生電力を交流電源に戻す。以下では、回生電力を交流電源に戻すコンバータの動作を回生動作と称する。回生動作においては、コンバータを構成するスイッチング素子がオンするタイミングが交流電源の電圧位相からずれると電圧差が大きくなり、過大な電流が流れてモータ駆動装置が停止するおそれがある。そのため、コンバータでは、交流電源の電圧位相が検出され、検出された位相情報に基づき、回生動作中のスイッチング素子のオンオフ動作を制御する駆動信号が生成される。以下では交流電源の電圧位相を単に電圧位相と称する場合がある。電圧位相の検出方法としては、交流電源の線間電圧のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点に基づいて電圧位相を検出する方法が一般的である。ゼロクロス点は、交流電源の線間電圧が負から正又は正から負へ変化する際、電圧がゼロとなるタイミングをいう。しかしながら、この電圧位相の検出方法では、交流電源の線間電圧がゼロクロスするタイミングが回生動作中のスイッチング素子のオン又はオフするタイミングと重なるため、交流電源の線間電圧のゼロクロス点近くで、電源電圧にスパイク状の歪みが発生する。そのため、電圧変動によりゼロクロス点の検出誤りが生じて、電圧位相を誤検出する可能性がある。【０００３】
このような問題を解決するため、特許文献１には、相電圧のゼロクロスにより交流電源の電圧位相を検出する技術が開示されている。特許文献１に開示される技術では、電源回生コンバータの交流端子に、交流電源の電圧位相を検出する位相検出部が接続され、位相検出部によって交流電源の電圧位相が検出される。位相検出部は、電源回生コンバータ内に設けられるプリント基板に実装されている。特許文献１に開示される技術によれば、交流電源の電圧位相が相電圧のゼロクロスによって検出されるため、ゼロクロス点間でＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとに交互に変化する位相検出信号が生成される。そして、位相検出信号のレベルが変化するタイミングと、スイッチング素子がオン又はオフするタイミングとを異ならせることができる。これにより、スイッチング素子のオンオフ動作に起因する電源電圧のスパイク状の歪みの影響を受けずに、電圧の位相検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８０４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された技術では、電源回生コンバータの交流電源端子と、複数のスイッチング素子によって構成されたパワーモジュールの交流電源端子との間に印加される交流電圧の位相が、位相検出部によって検出される。この交流電圧はプリント基板上のパターン（銅箔）に印加される電圧である。ところが、電源回生コンバータの交流電源端子と、パワーモジュールの交流電源端子との間に流れる電流の値は、コンバータの容量が大きくなるほど大きくなるため、コンバータの容量が大きくなると、プリント基板上のパターンによって電力供給を行うことが難しくなる。そのため、一般的に大容量のコンバータにおいては、バスバー等の導体を用いて電力供給が行われる。このようにバスバー等の導体が用いられる場合、特許文献１に示された技術では、プリント基板に設けられる位相検出部において交流電圧の位相を検出するために、例えばバスバーにハーネスが接続され、バスバー及びハーネスを介して、位相検出部が交流電圧の位相を検出する構造となるため、構造が複雑化するという問題がある。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で交流電源の電圧位相を検出できるコンバータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のコンバータは、入力電源である交流電源とモータを可変速制御するモータ駆動装置との間に配置され、モータ駆動装置に直流電力を供給すると共に、モータ減速時の回生電力を交流電源に戻す電源回生機能を備えるコンバータにおいて、交流電源に接続される交流端子と、高電位側の直流配線が接続される第１端子と、低電位側の直流配線が接続される第２端子とを有すると共に、複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、複数のスイッチング素子のそれぞれを駆動する駆動回路とを備える。コンバータは、複数のスイッチング素子に供給される電力と駆動回路に供給される電力とを生成する制御電源部と、第１端子に接続される複数のスイッチング素子のエミッタに流れる信号、又は、制御電源部の基準電位となるグランドに流れる信号に基づいて、交流電圧の電圧位相を検出し、検出した電圧位相を示す位相検出信号を生成して出力する電圧位相検出部とを備える。コンバータは、位相検出信号に基づいて、複数のスイッチング素子のオンオフ動作を制御するための駆動信号を生成する駆動信号生成部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るコンバータは、簡易な構成で交流電源の電圧位相を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図２】図１に示す制御電源部の構成例を示す図
【図３】図１に示す回生制御部の構成例を示す図
【図４】図１に示すベース駆動回路の構成例を示す図
【図５】図４に示す第１電圧印加部の構成例を示す図
【図６】図４に示す第２電圧印加部の構成例を示す図
【図７】図４に示す第３電圧印加部の構成例を示す図
【図８】図４に示す第４電圧印加部の構成例を示す図
【図９】図４に示す第５電圧印加部の構成例を示す図
【図１０】図４に示す第６電圧印加部の構成例を示す図
【図１１】図１に示す電圧位相検出部の動作を説明するための図
【図１２】図１に示すコンバータの動作を説明するためのタイムチャート
【図１３】交流電源とパワーモジュールの交流端子との間に存在するインダクタンスと、パワーモジュールの正極側に配置されるスイッチング素子のエミッタとパワーモジュールの交流端子との間に存在するインダクタンスとを示す図
【図１４】実施の形態２に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図１５】実施の形態１に係るコンバータの回生動作時に生じる線間電圧、ベース駆動信号、位相検出信号などの波形を示す図
【図１６】実施の形態１に係るコンバータの回生動作時に生じる相電圧、ベース駆動信号、位相検出信号などの波形を示す図
【図１７】図１４に示す電圧位相検出部の構成例を示す図
【図１８】実施の形態２に係る電圧位相検出部により生成されるＲ相の位相検出信号の波形と、当該位相検出信号に基づき発生するＲ相の相電圧の波形とを示す図
【図１９】実施の形態３に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図２０】図１９に示す入力電圧検出部の動作説明に供する図
【図２１】実施の形態４に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図２２】実施の形態４の制御で使用するＲＳＴ軸及びｄｑ軸の説明に供する図
【図２３】図２１に示す回生制御部の構成例を示す図
【図２４】実施の形態５に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図２５】図２４に示すモータ駆動装置がモータを動作させたときの挙動を示す波形図
【図２６】図２４に示す過負荷検出部の構成例を示す図
【図２７】実施の形態６に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図２８】実施の形態６における定常時過負荷保護の説明に供する波形図
【図２９】図２７に示す過負荷検出部の構成例を示す図
【図３０】実施の形態６における温度上昇推定部の動作説明に供する第１の波形図
【図３１】実施の形態６における温度上昇推定部の動作説明に供する第２の波形図
【図３２】実施の形態７に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図３３】実施の形態７に係るコンバータ及びモータ制御部の動作を示すフローチャート
【図３４】実施の形態８に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図３５】実施の形態８に係るコンバータ及びモータ駆動装置の動作を示すフローチャート
【図３６】実施の形態９に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図３７】実施の形態９に係るコンバータ、モータ駆動装置及び上位制御装置の動作を示すフローチャート
【図３８】実施の形態１０に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図
【図３９】実施の形態１０における母線電圧判定回路の構成例を示す図
【図４０】実施の形態１０におけるコンバータの動作を示すフローチャート
【図４１】実施の形態１０におけるモータ制御部（モータ制御部４Ａ）の動作を示すフローチャート
【図４２】実施の形態１０におけるモータ制御部（モータ制御部４００Ａ）の動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るコンバータ及びモータ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係るコンバータ１−１は、三相の交流電圧を発生する三相交流電源である交流電源３と、モータ駆動装置４との間に設けられる。コンバータ１−１は、モータの力行時には三相の交流電圧を発生する交流電源３からの交流電圧を直流電圧に変換してモータ駆動装置４に出力し、モータの減速時には回生動作によって回生電力を交流電源３に戻す。モータ駆動装置４は、コンバータ１−１から供給される直流電圧を受けてモータ５を可変速制御する。また、実施の形態１に係るモータ制御装置は、コンバータ１−１と、コンバータ１−１から直流電力の供給を受けてモータ５を可変速制御するモータ駆動装置４とを備えた装置である。
【００１２】
コンバータ１−１は、直流電力を蓄積する平滑コンデンサ２１と、パワーモジュール２２と、母線電圧検出部２３と、電圧位相検出部２４と、母線電流検出部２５と、駆動信号生成部であるベース駆動信号生成部２６と、駆動回路であるベース駆動回路２７と、信号制御部である回生制御部２８と、制御電源部２９とを備える。
【００１３】
パワーモジュール２２は、３つの交流端子１１，１２，１３と、高電位側の直流配線が接続される第１端子である直流端子１４と、低電位側の直流配線が接続される第２端子である直流端子１５とを備える。交流端子１１は、交流配線５１の一端に接続される。交流配線５１の他端はリアクトル２−１の一端に接続される。リアクトル２−１の他端は交流配線９１の一端に接続される。交流配線９１の他端は交流電源３の端子３Ｒに接続される。端子３Ｒは、第１の相であるＲ相の交流電圧が出力される端子である。Ｒ相の交流電圧はリアクトル２−１を介して交流端子１１に印加される。
【００１４】
交流端子１２は、交流配線５２の一端に接続される。交流配線５２の他端はリアクトル２−２の一端に接続される。リアクトル２−２の他端は交流配線９２の一端に接続される。交流配線９２の他端は交流電源３の端子３Ｓに接続される。端子３Ｓは、第２の相であるＳ相の交流電圧が出力される端子である。Ｓ相の交流電圧はリアクトル２−２を介して交流端子１２に印加される。
【００１５】
交流端子１３は、交流配線５３の一端に接続される。交流配線５３の他端はリアクトル２−３の一端に接続される。リアクトル２−３の他端は交流配線９３の一端に接続される。交流配線９３の他端は交流電源３の端子３Ｔに接続される。端子３Ｔは、第３の相であるＴ相の交流電圧が出力される端子である。Ｔ相の交流電圧はリアクトル２−３を介して交流端子１３に印加される。以下ではリアクトル２−１，２−２，２−３を区別しない場合、リアクトル２と称する場合がある。
【００１６】
直流端子１４には、高電位側の直流配線である正極母線７０Ｐの一端が接続される。正極母線７０Ｐの他端は、コンバータ１−１の出力端子６−１に接続される。出力端子６−１は高電位側の直流端子である。出力端子６−１には、正極母線７１Ｐの一端が接続される。正極母線７１Ｐは、コンバータ１−１とモータ駆動装置４との間に設けられる高電位側の直流配線である。正極母線７１Ｐの他端は、モータ駆動装置４の直流端子１７に接続される。直流端子１７は高電位側の直流端子である。パワーモジュール２２の直流端子１４は、正極母線７０Ｐ、出力端子６−１、正極母線７１Ｐを介して、モータ駆動装置４の直流端子１７と電気的に接続される。
【００１７】
直流端子１５には、低電位側の直流配線である負極母線７０Ｎの一端が接続される。負極母線７０Ｎの他端は、コンバータ１−１の出力端子６−２に接続される。出力端子６−２は低電位側の直流端子である。出力端子６−２には、負極母線７１Ｎの一端が接続される。負極母線７１Ｎは、コンバータ１−１とモータ駆動装置４との間に設けられる低電位側の直流配線である。負極母線７１Ｎの他端は、モータ駆動装置４の直流端子１８に接続される。直流端子１８は低電位側の直流端子である。パワーモジュール２２の直流端子１５は、負極母線７０Ｎ、出力端子６−２、負極母線７１Ｎを介して、モータ駆動装置４の直流端子１８と電気的に接続される。
【００１８】
平滑コンデンサ２１の高電位側の端子２１ａは、正極母線７０Ｐに接続される。符号８０Ｐは平滑コンデンサ２１の高電位側の端子２１ａと正極母線７０Ｐとの接続点を表す。平滑コンデンサ２１の高電位側の端子２１ａが正極母線７０Ｐに接続されることにより、平滑コンデンサ２１の高電位側の端子２１ａは、パワーモジュール２２の直流端子１４と電気的に接続され、さらにモータ駆動装置４の直流端子１７と電気的に接続される。
【００１９】
平滑コンデンサ２１の低電位側の端子２１ｂは、負極母線７０Ｎに接続される。図１において符号８０Ｎは平滑コンデンサ２１の低電位側の端子２１ｂと負極母線７０Ｎとの接続点を表す。平滑コンデンサ２１の低電位側の端子２１ｂが負極母線７０Ｎに接続されることにより、平滑コンデンサ２１の低電位側の端子２１ｂは、パワーモジュール２２の直流端子１５と電気的に接続され、さらにモータ駆動装置４の直流端子１８と電気的に接続される。
【００２０】
パワーモジュール２２は、交流端子１１，１２，１３及び直流端子１４，１５の他にも、６つの整流素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６と、６つの回生用のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６とを備える。以下では、６つの整流素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６を整流素子Ｄ１からＤ６と称し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をスイッチング素子Ｓ１からＳ６と称する場合がある。
【００２１】
整流素子Ｄ１は、スイッチング素子Ｓ１に逆並列に接続される。具体的には、整流素子Ｄ１の陰極であるカソードがスイッチング素子Ｓ１のコレクタに接続され、整流素子Ｄ１の陽極であるアノードがスイッチング素子Ｓ１のエミッタに接続される。整流素子Ｄ１及びスイッチング素子Ｓ１により１つのパワー素子が構成される。同様に、整流素子Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ２によりパワー素子が構成され、整流素子Ｄ３及びスイッチング素子Ｓ３によりパワー素子が構成され、整流素子Ｄ４及びスイッチング素子Ｓ４によりパワー素子が構成され、整流素子Ｄ５及びスイッチング素子Ｓ５によりパワー素子が構成され、整流素子Ｄ６及びスイッチング素子Ｓ６によりパワー素子が構成される。
【００２２】
整流素子Ｄ１からＤ６のそれぞれには、例えばダイオード、ショットキーバリアダイオード、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが用いられる。なお、６つの整流素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６のそれぞれは、整流作用を有する素子であればよく、これらの素子に限定されない。
【００２３】
スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２は、配線８−１により直列に接続される。スイッチング素子Ｓ１、スイッチング素子Ｓ２、整流素子Ｄ１、整流素子Ｄ２及び配線８−１により第１アームが構成される。配線８−１の一端はスイッチング素子Ｓ１のエミッタに接続される。配線８−１の他端はスイッチング素子Ｓ２のコレクタに接続される。配線８−１には配線９−１の一端が接続される。符号５０１は配線８−１と配線９−１との接続点を表す。配線９−１の他端は交流端子１１に接続される。これにより、スイッチング素子Ｓ１のエミッタとスイッチング素子Ｓ２のコレクタとは、交流端子１１と電気的に接続される。交流端子１１は、リアクトル２−１などを介して交流電源３の端子３Ｒと電気的に接続されるため、整流素子Ｄ１及びスイッチング素子Ｓ１はＲ相の正極用のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ２及びスイッチング素子Ｓ２はＲ相の負極用のパワー素子を構成する。スイッチング素子Ｓ１のコレクタは、配線９−４を介して、直流端子１４に接続される。スイッチング素子Ｓ２のエミッタは、配線９−５を介して、直流端子１５に接続される。
【００２４】
スイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４は、配線８−２により直列に接続される。スイッチング素子Ｓ３、スイッチング素子Ｓ４、整流素子Ｄ３、整流素子Ｄ４及び配線８−２により第２アームが構成される。配線８−２の一端はスイッチング素子Ｓ３のエミッタに接続される。配線８−２の他端はスイッチング素子Ｓ４のコレクタに接続される。配線８−２には配線９−２の一端が接続される。符号５０２は配線８−２と配線９−２との接続点を表す。配線９−２の他端は交流端子１２に接続される。これにより、スイッチング素子Ｓ３のエミッタとスイッチング素子Ｓ４のコレクタとは、交流端子１２と電気的に接続される。交流端子１２は、リアクトル２−２などを介して交流電源３の端子３Ｓと電気的に接続されるため、整流素子Ｄ３及びスイッチング素子Ｓ３はＳ相の正極用のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ４及びスイッチング素子Ｓ４はＳ相の負極用のパワー素子を構成する。スイッチング素子Ｓ３のコレクタは、配線９−４を介して、直流端子１４に接続される。スイッチング素子Ｓ４のエミッタは、配線９−５を介して、直流端子１５に接続される。
【００２５】
スイッチング素子Ｓ５及びスイッチング素子Ｓ６は、配線８−３により直列に接続される。スイッチング素子Ｓ５、スイッチング素子Ｓ６、整流素子Ｄ５、整流素子Ｄ６及び配線８−３により第３アームが構成される。配線８−３の一端はスイッチング素子Ｓ５のエミッタに接続される。配線８−３の他端はスイッチング素子Ｓ６のコレクタに接続される。配線８−３には配線９−３の一端が接続される。符号５０３は配線８−３と配線９−２との接続点を表す。配線９−３の他端は交流端子１３に接続される。これにより、スイッチング素子Ｓ５のエミッタとスイッチング素子Ｓ６のコレクタとは、交流端子１３と電気的に接続される。交流端子１３は、リアクトル２−３などを介して交流電源３の端子３Ｔと電気的に接続されるため、整流素子Ｄ５及びスイッチング素子Ｓ５はＴ相の正極用のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ６及びスイッチング素子Ｓ６はＴ相の負極用のパワー素子を構成する。スイッチング素子Ｓ５のコレクタは、配線９−４を介して、直流端子１４に接続される。スイッチング素子Ｓ６のエミッタは、配線９−５を介して、直流端子１５に接続される。
【００２６】
直流端子１４には、上アームを構成するスイッチング素子Ｓ１、スイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ５のそれぞれのコレクタが電気的に接続される。直流端子１５には、下アームを構成するスイッチング素子Ｓ２、スイッチング素子Ｓ４及びスイッチング素子Ｓ６のそれぞれのエミッタが電気的に接続される。パワーモジュール２２の直流端子１４及び直流端子１５には、スイッチング素子Ｓ１及びスイッチング素子Ｓ２により構成される直列回路と、スイッチング素子Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ４により構成される直列回路と、スイッチング素子Ｓ５及びスイッチング素子Ｓ６により構成される直列回路とが、並列に接続される。なお、実施の形態１に係るコンバータ１−１には、３相の交流電源３が接続されているが、３相の交流電源３の代わりに、単相の交流電源を接続してもよい。単相の交流電源が接続される場合、パワーモジュール２２は４つのパワー素子を有する。
【００２７】
母線電圧検出部２３は、平滑コンデンサ２１の端子２１ａと端子２１ｂとに印加される電圧を検出し、検出された電圧を示す電圧情報を母線電圧ＶＰＮとして出力する。なお、平滑コンデンサ２１の端子２１ａは、正極母線７０Ｐを介してパワーモジュール２２の直流端子１４に接続され、平滑コンデンサ２１の端子２１ｂは、負極母線７０Ｎを介してパワーモジュール２２の直流端子１５に接続されるため、平滑コンデンサ２１の端子２１ａと端子２１ｂとに印加される電圧は、パワーモジュール２２の直流端子１４と直流端子１５とに印加される電圧に等しい。
【００２８】
母線電流検出部２５は、例えば正極母線７０Ｐ上において、直流端子１４と接続点８０Ｐとの間に設けられる。母線電流検出部２５は、正極母線７０Ｐに流れる電流を検出し、検出された電流を示す電流情報を母線電流ＩＰＮとして出力する。母線電流検出部２５は、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と呼ばれる計器用変流器を用いた電流センサであってもよいし、シャント抵抗を用いた電流センサであってもよい。母線電流検出部２５は、これらを組み合わせたものでもよい。なお、母線電流検出部２５は、例えば負極母線７０Ｎ上において、直流端子１５と接続点８０Ｎとの間に設けて、負極母線７０Ｎに流れる電流を検出してもよい。
【００２９】
制御電源部２９は、パワーモジュール２２のスイッチング素子Ｓ１からＳ６を駆動するための電力を生成すると共に、ベース駆動回路２７を駆動するための電力を生成する。前述したように、スイッチング素子Ｓ１のエミッタは、リアクトル２−１を介して、交流電源３のＲ相に接続され、スイッチング素子Ｓ３のエミッタは、リアクトル２−２を介して、交流電源３のＳ相に接続され、スイッチング素子Ｓ５のエミッタは、リアクトル２−３を介して、交流電源３のＴ相に接続される。そのため、正極側に配置されるスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のそれぞれを駆動するためには、ベース駆動回路２７において、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のそれぞれを駆動する駆動信号の生成回路のグランドを分ける必要がある。すなわち、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のそれぞれに対応する駆動信号の生成回路を互いに絶縁する必要がある。これに対し、負極側に配置されるスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタは、パワーモジュール２２の直流端子１５に接続されているため、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６のエミッタの電位の基準となるグランドは同一である。そのため、ベース駆動回路２７において、負極側に配置されるスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を駆動する駆動信号の生成回路のグランドは同一にすることができる。従って、ベース駆動回路２７を動作させるためには、最低でも４つの絶縁された電源が必要となる。
【００３０】
図２は、図１に示す制御電源部の構成例を示す図である。図２に示すように制御電源部２９は、主電源３１と、電源制御用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）３２と、スイッチング素子３３と、絶縁トランス３０と、複数の整流素子Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４と、フィードバック部３４とを備える。
【００３１】
絶縁トランス３０は、１次巻線Ｎ１１と、複数の２次巻線Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３，Ｎ２４とよって構成される。複数の２次巻線Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３，Ｎ２４のそれぞれは、隣接する巻線間が絶縁されている。電源制御用ＩＣ３２は、電源端子ＶＣＣ、フィードバック端子ＦＢ、ゲート信号出力端子ＳＷ、及びグランド端子ＧＮＤを備える。
【００３２】
主電源３１のプラス端子は、１次巻線Ｎ１１の巻き始め側端子と電源制御用ＩＣ３２の電源端子ＶＣＣとに接続される。１次巻線Ｎ１１の巻き終わり側端子は、スイッチング素子３３のドレイン端子Ｄに接続される。スイッチング素子３３のソース端子Ｓは、主電源３１のマイナス端子と電源制御用ＩＣ３２のＧＮＤ端子と接続される。スイッチング素子３３のゲートＧは、電源制御用ＩＣ３２のＳＷ端子に接続される。
【００３３】
整流素子Ｄ２１のアノードは２次巻線Ｎ２１の巻き終わり側端子に接続され、整流素子Ｄ２１のカソードは、コンデンサＣ２１の一端に接続される。コンデンサＣ２１の他端は、配線２９１を介して、２次巻線Ｎ２１の巻き始め側端子に接続される。整流素子Ｄ２１のカソードとコンデンサＣ２１の一端との接続点には、配線２９１−１の一端が接続される。コンデンサＣ２１の他端と配線２９１との接続点には、配線２９１−２の一端が接続される。配線２９１−２には、配線２９１−１に発生する電圧ＶＲＰの基準の電位となるグランドＶＲＰＧＮＤが接続される。電圧ＶＲＰは、コンデンサＣ２１の一端と他端との間に印加される電圧に等しい。配線２９１−１及び配線２９１−２の他端は図１に示すベース駆動回路２７に接続される。
【００３４】
整流素子Ｄ２２のアノードは２次巻線Ｎ２２の巻き終わり側端子に接続され、整流素子Ｄ２２のカソードは、コンデンサＣ２２の一端に接続される。コンデンサＣ２２の他端は、配線２９２を介して、２次巻線Ｎ２２の巻き始め側端子に接続される。整流素子Ｄ２２のカソードとコンデンサＣ２２の一端との接続点には、配線２９２−１の一端が接続される。コンデンサＣ２２の他端と配線２９２との接続点には、配線２９２−２の一端が接続される。配線２９２−２には、配線２９２−１に発生する電圧ＶＳＰの基準の電位となるグランドＶＳＰＧＮＤが接続される。電圧ＶＳＰは、コンデンサＣ２２の一端と他端との間に印加される電圧に等しい。配線２９２−１及び配線２９２−２の他端は図１に示すベース駆動回路２７に接続される。
【００３５】
整流素子Ｄ２３のアノードは２次巻線Ｎ２３の巻き終わり側端子に接続され、整流素子Ｄ２３のカソードは、コンデンサＣ２３の一端に接続される。コンデンサＣ２３の他端は、配線２９３を介して、２次巻線Ｎ２３の巻き始め側端子に接続される。整流素子Ｄ２３のカソードとコンデンサＣ２３の一端との接続点には、配線２９３−１の一端が接続される。コンデンサＣ２３の他端と配線２９３との接続点には、配線２９３−２の一端が接続される。配線２９３−２には、配線２９３−１に発生する電圧ＶＴＰの基準の電位となるグランドＶＴＰＧＮＤが接続される。電圧ＶＴＰは、コンデンサＣ２３の一端と他端との間に印加される電圧に等しい。
【００３６】
整流素子Ｄ２４のアノードは２次巻線Ｎ２４の巻き終わり側端子に接続され、整流素子Ｄ２４のカソードは、コンデンサＣ２４の一端に接続される。コンデンサＣ２４の他端は、配線２９４を介して、２次巻線Ｎ２４の巻き始め側端子に接続される。整流素子Ｄ２４のカソードとコンデンサＣ２４の一端との接続点には、配線２９４−１の一端が接続される。コンデンサＣ２４の他端と配線２９４との接続点には、配線２９４−２の一端が接続される。配線２９４−２には、配線２９４−１に発生する電圧ＶＮの基準の電位となるグランドＶＮＧＮＤが接続される。電圧ＶＮは、コンデンサＣ２４の一端と他端との間に印加される電圧に等しい。電圧ＶＮはフィードバック部３４に入力される。フィードバック部３４には例えばフォトカプラが用いられ、フィードバック部３４は、電源制御用ＩＣ３２のＦＢ端子と２次巻線Ｎ２４とを絶縁した状態で、電圧ＶＮを、電源制御用ＩＣ３２が扱える電圧値に変換して、変換後の電圧値を電源制御用ＩＣ３２のＦＢ端子に入力する。フィードバック部３４を用いることにより、１次巻線Ｎ１１側の回路と、２次巻線Ｎ２１からＮ２４側の回路との絶縁を保つことができる。
【００３７】
制御電源部２９において、２次巻線Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３のそれぞれの巻き数を２次巻線Ｎ２４の巻き数と等しくすることによって、コンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３のそれぞれに発生する電圧はコンデンサＣ２４に発生する電圧とほぼ等しくなる。
【００３８】
制御電源部２９の動作について説明する。電源制御用ＩＣ３２は、フィードバック部３４から出力される電圧ＶＮに基づいて、スイッチング素子３３のオンオフ動作を制御する制御信号を生成する。電源制御用ＩＣ３２は、生成した制御信号をＳＷ端子から出力し、出力された制御信号はスイッチング素子３３のゲートＧに入力される。これにより、スイッチング素子３３がオンオフ動作を繰り返し、フィードバック部３４に入力される電圧ＶＮの値が特定の値に保たれる。
【００３９】
図１に示す電圧位相検出部２４は、交流電源３の電圧位相を検出し、検出された電圧位相を示す位相情報を位相検出信号として、ベース駆動信号生成部２６へ出力する。位相検出信号は、Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの電位を取る信号である。電圧位相検出部２４による電圧位相の検出方法と、位相検出信号の詳細については後述する。
【００４０】
ベース駆動信号生成部２６は、電圧位相検出部２４から出力される位相検出信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１からＳ６を駆動するための６種類のベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを生成して、回生制御部２８に出力する。６種類のベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮのそれぞれは、Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの電位を取る信号である。ベース駆動信号ＳＲＰは、Ｒ相の正極側用のスイッチング素子Ｓ１を駆動する信号である。ベース駆動信号ＳＲＮは、Ｒ相の負極側用のスイッチング素子Ｓ２を駆動する信号である。ベース駆動信号ＳＳＰは、Ｓ相の正極側用のスイッチング素子Ｓ３を駆動する信号である。ベース駆動信号ＳＳＮは、Ｓ相の負極側用のスイッチング素子Ｓ４を駆動する信号である。ベース駆動信号ＳＴＰは、Ｔ相の正極側用のスイッチング素子Ｓ５を駆動する信号である。ベース駆動信号ＳＴＮは、Ｔ相の負極側用のスイッチング素子Ｓ６を駆動する信号である。以下では、６種類のベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮをベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮと称する場合がある。
【００４１】
回生制御部２８は、母線電流ＩＰＮと母線電圧ＶＰＮとに基づいて、ベース駆動信号生成部２６から出力されたベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を継続するか、ベース駆動信号生成部２６から出力されたベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を停止するかを判断する。回生制御部２８がベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を継続すると判断した場合、ベース駆動回路２７にベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮが入力され続ける。回生制御部２８がベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を停止すると判断した場合、ベース駆動回路２７へのベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの入力が停止される。
【００４２】
図３は、図１に示す回生制御部の構成例を示す図である。図３に示すように回生制御部２８は、回生開始判定部６０、回生停止判定部６１、論理和回路６２及びＮＰＮトランジスタ６３を備える。回生開始判定部６０には、母線電圧ＶＰＮが回生開始判定部６０に入力される。回生開始判定部６０は、母線電圧ＶＰＮに基づいて、図１に示すパワーモジュール２２による回生動作を開始するか否かを判定する機能を備える。回生開始判定部６０は、減算器６４及び比較器６５を備える。減算器６４には母線電圧ＶＰＮと基準電圧Ｖｒｅｆとが入力される。基準電圧Ｖｒｅｆは、交流電源３の電圧に基づいて予め設定される電圧である。また基準電圧Ｖｒｅｆの生成方法には、交流電源３の電圧を検出して基準電圧Ｖｒｅｆを生成する方法、母線電圧検出部２３から出力される母線電圧ＶＰＮに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成する方法等があるが、何れの方法も公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。減算器６４は、母線電圧ＶＰＮと基準電圧Ｖｒｅｆの差分である差電圧ΔＶを算出する。
【００４３】
差電圧ΔＶは、比較器６５のプラス端子に入力される。比較器６５のマイナス端子には、閾電圧Ｖｏが入力される。比較器６５は、差電圧ΔＶと閾電圧Ｖｏとを比較して、Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの電位を取る信号を出力する。例えば、差電圧ΔＶが閾電圧Ｖｏよりも大きいときには、Ｈｉｇｈレベルの信号が出力される。Ｈｉｇｈレベルの信号は、母線電圧ＶＰＮが一定値よりも高くなったときに、パワーモジュール２２による回生動作を開始することを示す信号である。差電圧ΔＶが閾電圧Ｖｏ未満のときには、Ｌｏｗレベルの信号が出力される。比較器６５から出力される信号は、回生開始判定部６０の出力信号として、論理和回路６２に入力される。
【００４４】
なお、実施の形態１に係る回生制御部２８の回生開始判定部６０では、パワーモジュール２２における回生動作の開始直後に、差電圧ΔＶ及び閾電圧Ｖｏが、差電圧ΔＶ＜閾電圧Ｖｏの関係となるため、例えば、比較器６５にヒステリシス機能を設け、比較器６５の出力にワンショットトリガ回路を設け、又は、回生動作開始後から一定期間が経過するまでは回生動作が続くように回生開始判定部６０を構成することが望ましい。
【００４５】
回生停止判定部６１には、母線電流ＩＰＮが入力される。回生停止判定部６１は、母線電流ＩＰＮに基づいて、パワーモジュール２２における回生動作を停止するか否かを判定する機能を備える。回生停止判定部６１は、比較器６６を備える。比較器６６のプラス端子には閾電流Ｉｒｅｆが入力される。比較器６６のマイナス端子には母線電流ＩＰＮが入力される。比較器６６は、母線電流ＩＰＮと閾電流Ｉｒｅｆとを比較して、Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの電位を取る信号を出力する。例えば、母線電流ＩＰＮが閾電流Ｉｒｅｆよりも大きいときには、Ｌｏｗレベルの信号が出力される。母線電流ＩＰＮが閾電流Ｉｒｅｆ未満となったときには、Ｈｉｇｈレベルの信号が出力される。比較器６６から出力される信号は、回生停止判定部６１の出力信号として、論理和回路６２に入力される。
【００４６】
論理和回路６２の出力はＮＰＮトランジスタ６３のベースに接続される。論理和回路６２の出力信号である回生オン信号Ｒｏｎは、ＮＰＮトランジスタ６３のベースに入力される。ＮＰＮトランジスタ６３のコレクタには、図１に示すベース駆動信号生成部２６が接続される。ＮＰＮトランジスタ６３のコレクタには、ベース駆動信号生成部２６の出力であるベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮが入力される。ＮＰＮトランジスタ６３のエミッタは、ベース駆動回路２７に接続される。
【００４７】
次に、回生制御部２８の動作について説明する。前述のように論理和回路６２には、回生開始判定部６０及び回生停止判定部６１のそれぞれの出力信号が入力される。何れかの出力信号がＨｉｇｈレベルの場合、論理和回路６２はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。論理和回路６２がＨｉｇｈレベルの信号を出力すると、ＮＰＮトランジスタ６３がオンとなり、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮが、図１に示すベース駆動回路２７に入力される。ベース駆動回路２７では、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮが、パワーモジュール２２の各パワー素子が扱うことができる信号に変換され、変換された信号であるベース駆動信号ＳＲＰ’，ＳＲＮ’，ＳＳＰ’，ＳＳＮ’，ＳＴＰ’，ＳＴＮ’が生成される。生成されたベース駆動信号ＳＲＰ’，ＳＲＮ’，ＳＳＰ’，ＳＳＮ’，ＳＴＰ’，ＳＴＮ’は、スイッチング素子Ｓ１からＳ６のベースに入力される。これにより、スイッチング素子Ｓ１からＳ６のオンオフ動作、すなわちパワーモジュール２２の回生動作が行われる。以下では、ベース駆動信号ＳＲＰ’，ＳＲＮ’，ＳＳＰ’，ＳＳＮ’，ＳＴＰ’，ＳＴＮ’をベース駆動信号ＳＲＰ’からＳＴＮ’と称する場合がある。ベース駆動回路２７の詳細は後述する。
【００４８】
一方、回生開始判定部６０及び回生停止判定部６１のそれぞれの出力信号がＬｏｗレベルの場合、論理和回路６２はＬｏｗレベルの信号を出力する。論理和回路６２がＬｏｗレベルの信号を出力すると、ＮＰＮトランジスタ６３がオフとなり、図１に示すベース駆動回路２７への、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの入力が遮断される。これにより、スイッチング素子Ｓ１からＳ６の全てがオフとなり、回生動作が停止される。
【００４９】
このように、回生開始判定部６０及び回生停止判定部６１の少なくとも一方がＨｉｇｈレベルの信号を出力している場合、回生動作が継続され、回生開始判定部６０及び回生停止判定部６１の双方がＬｏｗレベルの信号を出力している場合、回生動作が停止される。
【００５０】
ベース駆動回路２７について説明する。前述のようにベース駆動回路２７は、回生制御部２８から出力されるベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＲＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＳＮを、パワーモジュール２２が扱えるベース駆動信号ＳＲＰ’，ＳＲＮ’，ＳＳＰ’，ＳＳＮ’，ＳＴＰ’，ＳＴＮ’に変換し、パワーモジュール２２のスイッチング素子Ｓ１からＳ６のベースに入力する機能を有する。図４は、図１に示すベース駆動回路２７の構成例を示す図である。図４に示すようにベース駆動回路２７は、ベース制御回路３５及び電圧印加部３６を備える。
【００５１】
ベース制御回路３５は、ベース制御回路３５に入力される信号を電気的に絶縁し、入力される信号と同電位の出力信号、すなわち入力信号がＨｉｇｈレベルの場合には、Ｈｉｇｈレベルの出力信号、入力信号がＬｏｗレベルの場合にはＬｏｗレベルの出力信号を、電圧印加部３６に出力する機能を備える。例えば、ベース制御回路３５に、Ｈｉｇｈレベルの電位を取るベース駆動信号ＳＲＰが入力された場合、ベース制御回路３５は、このベース駆動信号ＳＲＰとは電気的に絶縁された状態で、Ｈｉｇｈレベルの電位を取る信号を、電圧印加部３６に対して出力する。ベース制御回路３５には、例えばフォトカプラ、絶縁されたパルストランス等が用いられるが、ベース制御回路３５を構成する部品は、これらに限定されず、入力信号と出力信号を電気的に絶縁した状態で、入力信号と同電位を取る出力信号を伝送するものであればよい。
【００５２】
ベース制御回路３５は、ベース駆動信号ＳＲＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＲＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ａと、ベース駆動信号ＳＲＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＲＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｂと、ベース駆動信号ＳＳＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＳＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｃと、ベース駆動信号ＳＳＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＲＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｄと、ベース駆動信号ＳＴＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＴＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｅと、ベース駆動信号ＳＴＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＴＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｆとを備える。
【００５３】
電圧印加部３６には、ベース制御回路３５の出力信号が入力される。電圧印加部３６の複数の出力は、パワーモジュール２２のスイッチング素子Ｓ１からＳ６のベースに接続される。電圧印加部３６は、制御回路３５Ａの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＲＰ’を生成して出力する第１電圧印加部３６Ａと、制御回路３５Ｂの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＲＮ’を生成して出力する第２電圧印加部３６Ｂと、制御回路３５Ｃの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＳＰ’を生成して出力する第３電圧印加部３６Ｃとを備える。電圧印加部３６は、制御回路３５Ｄの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＳＮ’を生成して出力する第４電圧印加部３６Ｄと、制御回路３５Ｅの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＴＰ’を生成して出力する第５電圧印加部３６Ｅと、制御回路３５Ｆの出力信号に基づいてベース駆動信号ＳＴＮ’を生成して出力する第６電圧印加部３６Ｆとを備える。
【００５４】
図５は、図４に示す第１電圧印加部の構成例を示す図である。図５に示すように第１電圧印加部３６Ａは、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースは互いに接続され、それぞれのベースには制御回路３５Ａの出力が接続される。ＮＰＮトランジスタ３７のエミッタとＰＮＰトランジスタ３８のエミッタは、互いに接続され、それぞれにベース抵抗３９の一端が接続される。ベース抵抗３９の他端は、スイッチング素子Ｓ１のベースに接続される。ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタは、図２に示す配線２９１−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＲＰが印加される。ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ１のエミッタとは、互いに接続され、さらに図２に示す配線２９１−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ１のエミッタとは、図２に示すグランドＶＲＰＧＮＤと電気的に接続される。
【００５５】
図６は、図４に示す第２電圧印加部の構成例を示す図である。図６に示すように、第２電圧印加部３６Ｂは、第１電圧印加部３６Ａと同様に、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。第２電圧印加部３６Ｂでは、ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースに、制御回路３５Ｂの出力が接続される。また第２電圧印加部３６Ｂでは、ベース抵抗３９の他端が、スイッチング素子Ｓ２のベースに接続される。また第２電圧印加部３６Ｂでは、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタが、図２に示す配線２９４−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＮが印加される。また第２電圧印加部３６Ｂでは、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ２のエミッタとが、図２に示す配線２９４−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ２のエミッタとが、図２に示すグランドＶＮＧＮＤと電気的に接続される。
【００５６】
図７は、図４に示す第３電圧印加部の構成例を示す図である。図７に示すように、第３電圧印加部３６Ｃは、第１電圧印加部３６Ａと同様に、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。第３電圧印加部３６Ｃでは、ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースに、制御回路３５Ｃの出力が接続される。また第３電圧印加部３６Ｃでは、ベース抵抗３９の他端が、スイッチング素子Ｓ３のベースに接続される。また第３電圧印加部３６Ｃでは、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタが、図２に示す配線２９２−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＳＰが印加される。また第３電圧印加部３６Ｃでは、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ３のエミッタとが、図２に示す配線２９２−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ３のエミッタとが、図２に示すグランドＶＳＰＧＮＤと電気的に接続される。
【００５７】
図８は、図４に示す第４電圧印加部の構成例を示す図である。図８に示すように、第４電圧印加部３６Ｄは、第１電圧印加部３６Ａと同様に、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。第４電圧印加部３６Ｄでは、ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースに、制御回路３５Ｄの出力が接続される。また第４電圧印加部３６Ｄでは、ベース抵抗３９の他端が、スイッチング素子Ｓ４のベースに接続される。また第４電圧印加部３６Ｄでは、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタが、図２に示す配線２９４−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＮが印加される。また第４電圧印加部３６Ｄでは、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ４のエミッタとが、図２に示す配線２９４−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ４のエミッタとが、図２に示すグランドＶＮＧＮＤと電気的に接続される。
【００５８】
図９は、図４に示す第５電圧印加部の構成例を示す図である。図９に示すように、第５電圧印加部３６Ｅは、第１電圧印加部３６Ａと同様に、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。第５電圧印加部３６Ｅでは、ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースに、制御回路３５Ｅの出力が接続される。また第５電圧印加部３６Ｅでは、ベース抵抗３９の他端が、スイッチング素子Ｓ５のベースに接続される。また第５電圧印加部３６Ｅでは、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタが、図２に示す配線２９３−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＴＰが印加される。また第５電圧印加部３６Ｅでは、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ５のエミッタとが、図２に示す配線２９３−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ５のエミッタとが、図２に示すグランドＶＴＰＧＮＤと電気的に接続される。
【００５９】
図１０は、図４に示す第６電圧印加部の構成例を示す図である。図１０に示すように、第６電圧印加部３６Ｆは、第１電圧印加部３６Ａと同様に、ＮＰＮトランジスタ３７、ＰＮＰトランジスタ３８及びベース抵抗３９を備える。第６電圧印加部３６Ｆでは、ＮＰＮトランジスタ３７のベースとＰＮＰトランジスタ３８のベースに、制御回路３５Ｆの出力が接続される。また第６電圧印加部３６Ｆでは、ベース抵抗３９の他端が、スイッチング素子Ｓ６のベースに接続される。また第６電圧印加部３６Ｆでは、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタが、図２に示す配線２９４−１に接続される。これにより、ＮＰＮトランジスタ３７のコレクタには、図２に示す制御電源部２９で生成された電圧ＶＮが印加される。また第６電圧印加部３６Ｆでは、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ６のエミッタとが、図２に示す配線２９４−２に接続される。これにより、ＰＮＰトランジスタ３８のコレクタとスイッチング素子Ｓ６のエミッタとが、図２に示すグランドＶＮＧＮＤと電気的に接続される。
【００６０】
次にベース駆動回路２７の動作について説明する。ここでは図５に示す第１電圧印加部３６Ａを用いて、ベース駆動回路２７の動作を説明する。回生制御部２８からスイッチング素子Ｓ１のベース駆動信号ＳＲＰが出力されると、制御回路３５Ａは、ベース駆動信号ＳＲＰと絶縁された信号を生成して出力する。第１電圧印加部３６ＡにＨｉｇｈレベルの信号が入力されると、ＰＮＰトランジスタ３８がオフし、ＮＰＮトランジスタ３７がオンする。これにより、配線２９１−１とスイッチング素子Ｓ１のベースとが、ベース抵抗３９を介して導通状態になり、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に電荷が充電される。電荷が充電されることによって、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に印加される電圧ＶＢＥが、予め決められた閾電圧を超えると、スイッチング素子Ｓ１はオンする。以下では、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に印加される電圧を電圧ＶＢＥと称する。電圧ＶＢＥが電圧ＶＲＰまで上昇すると、ベース抵抗３９を介しての、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間への充電が終了する。
【００６１】
第１電圧印加部３６ＡにＬｏｗレベルの信号が入力されると、ＮＰＮトランジスタ３７がオフし、ＰＮＰトランジスタ３８がオンする。これにより、グランドＶＲＰＧＮＤとスイッチング素子Ｓ１のベースとが、ベース抵抗３９を介して導通状態になり、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に充電された電荷が放電される。電荷が放電されることによって、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に印加される電圧ＶＢＥが、予め決められた閾電圧未満になると、スイッチング素子Ｓ１はオフする。電圧ＶＢＥがグランドＶＲＰＧＮＤまで低下すると、スイッチング素子Ｓ１のベースとエミッタとの電極間に充電された電荷の放電が終了する。
【００６２】
他のスイッチング素子も同様の原理で動作を行うため説明は省略する。また、回生制御部２８からベース駆動信号ＳＲＰが出力されない場合、即ち回生動作が行われない場合には、ベース駆動回路２７は動作をせず、またスイッチング素子Ｓ１からＳ６は、オンオフ動作を行わずオフ状態に保たれる。
【００６３】
以上のようにベース駆動回路２７は、回生制御部２８から出力されるベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＰＮ，ＳＳＰ，ＳＳＮ，ＳＴＰ，ＳＴＮを、制御電源部２９で生成された各電源を用いてパワーモジュール２２が扱えるベース駆動信号ＳＲＰ’，ＳＲＮ’，ＳＳＰ’，ＳＳＮ’，ＳＴＰ’，ＳＴＮ’に変換し、スイッチング素子Ｓ１からＳ６のオンオフ動作を行っている。
【００６４】
次に、図１１及び図１２を用いてコンバータ１−１における回生動作について説明する。図１１は、図１に示す電圧位相検出部の動作を説明するための図である。前述したように、パワーモジュール２２の正極側に配置されるスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のエミッタはリアクトル２を介して交流電源３のＲ相，Ｓ相，Ｔ相に接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のエミッタは、制御電源部２９のグランドＶＲＰＧＮＤ，ＶＳＰＧＮＤ，ＶＴＰＧＮＤに接続されている。
【００６５】
図１１に示すように電圧位相検出部２４では、配線２９１−２に接続されるグランドＶＲＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｒ相電圧ＶＲ１が検出される。入力Ｒ相電圧ＶＲ１は、図１に示す交流端子１１と交流端子１２との間に印加される電圧と等価である。また、電圧位相検出部２４は、配線２９２−２に接続されるグランドＶＳＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｓ相電圧ＶＳ１を検出する。入力Ｓ相電圧ＶＳ１は、図１に示す交流端子１２と交流端子１３との間に印加される電圧と等価である。また、電圧位相検出部２４は、配線２９３−２に接続されるグランドＶＴＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｔ相電圧ＶＴ１を検出する。入力Ｔ相電圧ＶＴ１は、図１に示す交流端子１３と交流端子１１との間に印加される電圧と等価である。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のエミッタは、制御電源部２９のグランドＶＲＰＧＮＤ，ＶＳＰＧＮＤ，ＶＴＰＧＮＤに接続されているため、電圧位相検出部２４では、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のエミッタに流れる信号、又は制御電源部２９の基準電位となるグランドに流れる信号に基づいて、パワーモジュール２２から交流電源３に交流電力が回生されるようにスイッチング素子Ｓ１からＳ６がオンオフ動作するときの交流電圧の電圧位相を検出し、検出した電圧位相を示す位相検出信号を生成して出力する。
【００６６】
図１２は、図１に示すコンバータの動作を説明するためのタイムチャートである。図１２には、上から順に、交流電源３から出力される線間電圧ＶＲ−Ｓ，ＶＳ―Ｔ，ＶＴ−Ｒ，ＶＳ−Ｒ，ＶＴ−Ｓ，ＶＲ−Ｔの波形と、線間電圧に基づき生成される６種類の位相検出信号の波形と、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの波形と、Ｒ相、Ｔ相及びＳ相に流れる回生電流（Ｉｒｒ，Ｉｓｒ，Ｉｔｒ）の波形とが示される。線間電圧ＶＲ−Ｓと線間電圧ＶＳ−Ｒとは、前述した入力Ｒ相電圧ＶＲ１に相当し、相補的に変化している。線間電圧ＶＳ―Ｔと線間電圧ＶＴ−Ｓとは、前述した入力Ｓ相電圧ＶＳ１に相当し、相補的に変化している。線間電圧ＶＲ−Ｔと線間電圧ＶＴ−Ｒとは、前述した入力Ｔ相電圧ＶＴ１に相当し、相補的に変化している。回生電流とは、回生動作時に、図１に示すモータ駆動装置４からスイッチング素子Ｓ１からＳ６を介して、交流電源３に向かって流れる電流である。
【００６７】
なお、線間電圧ＶＲ−Ｓは、Ｓ相を基準としてＲ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＳ−Ｒは、Ｒ相を基準としてＳ相との電圧差を検出したものである。線間電圧ＶＲ−Ｓと線間電圧ＶＳ−Ｒとは、電圧位相が１８０度ずれている。同様に、線間電圧ＶＳ−Ｔは、Ｔ相を基準としてＳ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＴ−Ｓは、Ｓ相を基準としてＴ相との電圧差を検出したものであり、線間電圧ＶＳ−Ｔと線間電圧ＶＴ−Ｓとは、電圧位相が１８０度ずれている。線間電圧は、Ｒ相を基準としてＴ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＲ−Ｔは、Ｔ相を基準としてＲ相との電圧差を検出したものであり、線間電圧と線間電圧ＶＲ−Ｔとは、電圧位相が１８０度ずれている。
【００６８】
電圧位相検出部２４は、入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１及び入力Ｔ相電圧ＶＴ１に基づき、線間電圧ＶＲ−Ｓ、線間電圧ＶＳ−Ｒ、線間電圧ＶＳ−Ｔ、線間電圧ＶＴ−Ｓ、線間電圧ＶＲ−Ｔ及び線間電圧ＶＴ−Ｒを推定し、推定した結果に基づき、各線間電圧のゼロクロス点を抽出し、抽出したゼロクロス点を位相検出信号として扱う。この位相検出信号は、ベース駆動信号生成部２６へ出力される。電圧位相検出部２４から出力される各位相検出信号が図１２に例示される。図１２では、上から順に、Ｒ−Ｓ線間位相検出信号、Ｓ−Ｒ線間位相検出信号、Ｓ−Ｔ線間位相検出信号、Ｔ−Ｓ線間位相検出信号、Ｔ−Ｒ線間位相検出信号及びＲ−Ｔ線間位相検出信号が示される。例えば、Ｒ−Ｓ線間位相検出信号は、線間電圧ＶＲ−Ｓと線間電圧ＶＳ−Ｒとの差が正の区間（位相区間）ではＨｉｇｈレベルの値をとり、負の区間（位相区間）ではＬｏｗレベルの値を取る。電圧位相検出部２４は、このようにレベルが変化する位相検出信号を、各線間電圧に対応付けて生成する。
【００６９】
次に、ベース駆動信号生成部２６は、図１２に示される各位相検出信号に基づいて、以下に示す方法により、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮを生成する。
【００７０】
線間電圧ＶＲ−Ｓの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＳＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ４とをオン制御する。
【００７１】
線間電圧ＶＳ−Ｔの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＳＰ，ＳＴＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ６とをオン制御する。
【００７２】
線間電圧ＶＴ−Ｒの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＴＰ，ＳＲＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ２とをオン制御する。
【００７３】
線間電圧ＶＳ−Ｒの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＳＰ，ＳＲＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ２とをオン制御する。
【００７４】
線間電圧ＶＴ−Ｓの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＴＰ，ＳＳＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ４とをオン制御する。
【００７５】
線間電圧ＶＲ−Ｔの電位が最大の場合、ベース駆動信号生成部２６は、ベース駆動信号ＳＲＰ，ＳＴＮをＨｉｇｈレベルとし、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ６とをオン制御する。
【００７６】
次に、スイッチング素子Ｓ１からＳ６がベース駆動信号に基づいて、オン動作又はオフ動作するときに流れる電流について説明する。以下では、スイッチング素子Ｓ１からＳ６のオン動作又はオフ動作を、スイッチング動作と称する場合がある。なお、図１には、交流電源３からコンバータ１−１に向かう方向の矢印で示されるＲ相電流Ｉｒ、Ｓ相電流Ｉｓ、Ｔ相電流Ｉｔを示しているが、矢印の向きに流れる電流をプラス方向の電流として扱い、図１２に示される３つの回生電流の波形はそれに従って表記される。
【００７７】
前述のように、スイッチング素子Ｓ１からＳ６がスイッチング動作するとき、図１２に示すようなＲ相回生電流Ｉｒｒ、Ｓ相回生電流Ｉｓｒ及びＴ相回生電流Ｉｔｒが流れる。時刻ｔ２０〜ｔ４０では、線間電圧ＶＲ−Ｓの電位が最大となるため、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン状態となり、他のスイッチング素子がオフ状態となる。これにより、平滑コンデンサ２１と交流電源３のＲ−Ｓ間とは、リアクトル２によるインピーダンスを介して、接続された状態となる。従って、オン状態のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４を介して、Ｒ相とＳ相とに回生電流が流れる。
【００７８】
同様に時刻ｔ４０〜ｔ６０では、線間電圧ＶＲ−Ｔの電位が最大となるため、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ６がオン状態となり、他のスイッチング素子はオフ状態となる。これにより、平滑コンデンサ２１と交流電源３のＲ−Ｔ間とは、リアクトル２によるインピーダンスを介して、接続された状態となる。従って、オン状態のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ６を介して、Ｒ相とＴ相とに回生電流が流れる。
【００７９】
なお、スイッチング動作が行われた場合でも、平滑コンデンサ２１の端子間電圧と交流電源３の電圧との間に、平滑コンデンサ２１の端子間電圧＞交流電源３の電圧、という関係が成り立たないときには、回生電流が流れない。回生電流は、平滑コンデンサ２１の端子間電圧と交流電源３の電圧との電圧差を利用しつつ、リアクトル２によるインピーダンスで流れが制限された状態で、流れている。
【００８０】
ここで、交流端子１１とスイッチング素子Ｓ１との間には各種配線に起因するインダクタンスが存在する。同様に、交流端子１２とスイッチング素子Ｓ３との間、交流端子１３とスイッチング素子Ｓ５との間にも各種配線に起因するインダクタンスが存在する。図１３は、交流電源とパワーモジュールの交流端子との間に存在するインダクタンスと、パワーモジュールの正極側に配置されるスイッチング素子のエミッタとパワーモジュールの交流端子との間に存在するインダクタンスとを示す図である。
【００８１】
インダクタＬＲは、図１に示されるリアクトル２−１のインダクタである。インダクタＬＳは、図１に示されるリアクトル２−２のインダクタである。インダクタＬＴは、図１に示されるリアクトル２−３のインダクタである。インダクタＬＲ１は、交流端子１１とスイッチング素子Ｓ１のエミッタとの間に設けられる配線に起因するインダクタンスである。インダクタＬＳ１は、交流端子１２とスイッチング素子Ｓ３のエミッタとの間に設けられる配線に起因するインダクタンスである。インダクタＬＴ１は、交流端子１３とスイッチング素子Ｓ５のエミッタとの間に設けられる配線に起因するインダクタンスである。入力Ｒ相電圧ＶＲ１は、スイッチング素子Ｓ１のエミッタに印加される電圧である。Ｒ相電圧ＶＲ２は、インダクタＬＲと交流端子１１との間に印加される電圧である。入力Ｓ相電圧ＶＳ１は、スイッチング素子Ｓ３のエミッタに印加される電圧である。Ｓ相電圧ＶＳ２は、インダクタＬＳと交流端子１２との間に印加される電圧である。入力Ｔ相電圧ＶＴ１は、スイッチング素子Ｓ５のエミッタに印加される電圧である。Ｔ相電圧ＶＴ２は、インダクタＬＴと交流端子１３との間に印加される電圧である。
【００８２】
ここで、実施の形態１に係るコンバータ１−１では、前述したように、配線２９１−２に接続されるグランドＶＲＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｒ相電圧ＶＲ１を検出され、配線２９２−２に接続されるグランドＶＳＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｓ相電圧ＶＳ１を検出され、さらに、配線２９３−２に接続されるグランドＶＴＰＧＮＤに発生する信号に基づいて、入力Ｔ相電圧ＶＴ１を検出される。従って、交流電源３からパワーモジュール２２を見たとき、交流電源３の端子３Ｒと交流端子１１とを接続する配線にはインダクタＬＲが存在し、交流端子１１とスイッチング素子Ｓ１とを接続する配線には、インダクタＬＲ１と、配線２９１−２に起因するインダクタンスとが存在する。また、交流電源３の端子３Ｓと交流端子１２とを接続する配線にはインダクタＬＳが存在し、交流端子１２とスイッチング素子Ｓ３とを接続する配線には、インダクタＬＳ１と、配線２９２−２に起因するインダクタンスとが存在する。また、交流電源３の端子３Ｔと交流端子１３とを接続する配線にはインダクタＬＴが存在し、交流端子１３とスイッチング素子Ｓ５とを接続する配線には、インダクタＬＴ１と、配線２９３−２に起因するインダクタンスとが存在する。従って、特許文献１に示される技術と比較して、交流電源３からスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５までのインダクタンス成分が大きくなる。そのため、例えば、交流電源３にコンバータ１−１以外の外部機器が接続される場合、当該外部機器の回生動作に起因して交流端子１１，１２，１３に印加される交流電源３からの電圧が変動したときでも、上記のインダクタンス成分によって、電圧変動が軽減される。
【００８３】
なお、フィルタ用コンデンサ等を用いて、電圧変動を抑制するような措置を講じることも可能であるが、フィルタ用コンデンサを用いた場合、電圧位相の遅れが生じるため、望ましくない。実施の形態１に係るコンバータ１−１では、フィルタ用コンデンサを用いなくとも、電圧位相検出部２４で検出される入力Ｒ相電圧ＶＲ１などの変動が抑制されるため、例えば、前述した外部機器が動作している状態で、コンバータ１−１の電源投入された場合でも、配線２９１−２に接続されるグランドＶＲＰＧＮＤに発生する信号の変動が抑制され、電圧位相検出部２４における入力Ｒ相電圧ＶＲ１の検出精度が向上する。
【００８４】
また、図１に示すモータ駆動装置４に供給される電力が大きくなるほど、コンバータ１−１の交流端子１１，１２，１３に流れる電流が大きくなるため、交流端子１１，１２，１３が大型化して、電圧位相検出部２４、ベース駆動信号生成部２６、回生制御部２８、ベース駆動回路２７及び制御電源部２９が搭載されるプリント基板に、交流端子１１，１２，１３をねじ止め等で直接接続することが困難になる。従って、バスバー、ハーネス等などを利用して、交流端子１１，１２，１３とプリント基板とを接続する必要があり、交流電源３の電圧位相を検出するための構成が複雑になる。実施の形態１に係るコンバータ１−１によれば、プリント基板上のパターン配線である配線２９１−２などに接続されるグランドに発生する信号を利用して入力Ｒ相電圧ＶＲ１などを検出し、交流電源３の電圧位相を検出できるため、交流端子１１，１２，１３が大型化した場合でも、バスバー、ハーネス等などが不要であり、コンバータ１−１の製造コストが低減され、さらに交流電源３の電圧位相を検出するための構成が複雑になることを抑制できる。
【００８５】
また、実施の形態１に係るコンバータ１−１によれば、配線２９１−２などに接続されるグランドに発生する信号を利用できるため、プリント基板上で配置しやすいパターン設計も可能となり、省スペース化を図ることができる。
【００８６】
実施の形態２.
図１４は、実施の形態２に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態２に係るコンバータ１−２は、図１に示す電圧位相検出部２４の代わりに、電圧位相検出部２４Ａを備える。以下では、まず実施の形態１の電圧位相検出部２４において入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１、入力Ｔ相電圧ＶＴ１に基づく回生動作時に生じる線間電圧と相電圧に生じるスパイク状の電圧変動について説明し、その後、実施の形態２に係る電圧位相検出部２４Ａによる構成について説明する。
【００８７】
図１５は、実施の形態１に係るコンバータの回生動作時に生じる線間電圧、ベース駆動信号、位相検出信号などの波形を示す図である。図１５には、上から順に、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの波形と、回生動作時の線間電圧ＶＲ−Ｓ，ＶＳ−Ｔ，ＶＴ−Ｒの波形と、回生動作時に生成されるＲ相の位相検出信号ＲＳＤの波形とが示される。図１５に示すように、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮがＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとに切り替わることにより、図１に示すスイッチング素子Ｓ１からＳ６のオンオフ動作が行われると、オンオフ動作に起因して、線間電圧ＶＲ−Ｓ，ＶＳ−Ｔ，ＶＴ−Ｒにスパイク状の電圧変動が発生する。このような電圧変動が発生すると、例えば線間電圧ＶＲ−Ｓのゼロクロス点において、位相検出信号ＲＳＤの電位が、短期間に、Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベル、Ｈｉｇｈレベルの順で変化する。
【００８８】
図１６は、実施の形態１に係るコンバータの回生動作時に生じる相電圧、ベース駆動信号、位相検出信号などの波形を示す図である。図１６には、上から順に、回生動作時のベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの波形と、回生動作時の相電圧ＶＲ２，ＶＳ２，ＶＴ２の波形と、回生動作時に生成される位相検出信号ＲＤ，ＳＤ，ＴＤの波形とが示される。図１６に示すように、ベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮがＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとに切り替わることにより、図１に示すスイッチング素子Ｓ１からＳ６のオンオフ動作が行われると、オンオフ動作に起因して、相電圧ＶＲ２，ＶＳ２，ＶＴ２にスパイク状の電圧変動が発生する。このような電圧変動が発生すると、例えば相電圧ＶＲ２のゼロクロス点において、位相検出信号ＲＤの電位が、短期間に、Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベル、Ｈｉｇｈレベルの順で変化する。位相検出信号ＳＤ，ＴＤの電位も同様に変化する。
【００８９】
実施の形態１で説明したように、電圧位相検出部２４には、例えば入力Ｒ相電圧ＶＲ１などが入力されるが、パワーモジュール２２の交流端子１１とスイッチング素子Ｓ１との間には、配線２９１−２などによるインダクタンスが存在する。このインダクタンスにより、交流電源３に接続される外部機器の回生動作に起因する電圧変動の影響を軽減できるが、スイッチング素子Ｓ１からＳ６などに接続される配線２９１−２などに、スイッチング素子Ｓ１からＳ６のオンオフ動作に起因するスパイク状の電圧変動が重畳することとなる。図１５及び図１６に示される電圧変動は、スイッチング素子Ｓ１からＳ６の状態が、オンからオフ又はオフからオンに切り替わる際、整流素子Ｄ１からＤ６を介して、相間が導通することによって、リアクトル２のインダクタンスと、交流端子１１，１２，１３のインダクタンスとにより、電圧が分圧されるためである。即ち、パワーモジュール２２の回生動作時に、入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１、及び入力Ｔ相電圧ＶＴ１に基づき発生する線間電圧、相電圧などは、当該回生動作により発生するスパイク状の電圧変動を受けやすくなる。
【００９０】
また、電圧位相検出部２４は、スイッチング素子Ｓ１に接続される配線２９１−２、スイッチング素子Ｓ３に接続される配線２９２−２、スイッチング素子Ｓ５に接続される配線２９３−２など伝達される信号、すなわち入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１及び入力Ｔ相電圧ＶＴ１を検出するため、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５のオンオフ動作時に発生するリンギングに起因する電圧変動による影響も受ける。従って、リアクトル２とパワーモジュール２２の交流端子１１，１２，１３との間に印加される相電圧ＶＲ２，ＶＳ２，ＶＴ２の値を検出することで位相検出信号が生成される場合に比べて、電圧変動の要因が多くなる。即ち、実施の形態１に示す電圧位相検出部２４は、交流電源３に接続される外部機器の回生動作に起因する電圧変動の影響を軽減できるが、電圧位相検出部２４を搭載するコンバータ１−１の回生動作に起因する電圧変動の影響を受けやすいという課題がある。このような課題を解決するには、検出した線間電圧、又は相電圧波形にフィルタコンデンサ等によるフィルタリングを行うことで電圧変動を除去する方法、スイッチング素子のスイッチング速度を遅くしてリンギングを抑制する方法等が考えられる。しかしながら、フィルタリングを行った場合、本来の交流電源３の電圧位相から遅れが生じ、本来の電圧位相に合わせる補正が必要となる。またスイッチング速度を遅くした場合、パワーモジュール２２のスイッチング損失が増加するという課題がある。
【００９１】
実施の形態２に係る電圧位相検出部２４Ａでは、入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１、入力Ｔ相電圧ＶＴ１に基づき発生する相電圧の最大値又は最小値を検出し、或いは、入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１、入力Ｔ相電圧ＶＴ１に基づき発生する線間電圧の最大値又は最小値を検出することによって、交流電源３の電圧位相の検出が行われる。
【００９２】
図１７を用いて、電圧位相検出部２４Ａによる相電圧の最大値又は最小値の検出方法について説明する。図１７は、図１４に示す電圧位相検出部の構成例を示す図である。
【００９３】
電圧位相検出部２４Ａは、中性点４０、抵抗４１Ａ、抵抗４１Ｂ、抵抗４１Ｃ及び位相検出部４２を備える。抵抗４１Ａ、抵抗４１Ｂ及び抵抗４１Ｃのそれぞれの一端は中性点４０に接続される。中性点４０は位相検出部４２に接続される。
【００９４】
抵抗４１Ａの他端には、スイッチング素子Ｓ１のエミッタの電位である入力Ｒ相電圧ＶＲ１が入力される。入力Ｒ相電圧ＶＲ１は抵抗４１Ａに入力されると共に位相検出部４２に入力される。抵抗４１Ｂの他端には、スイッチング素子Ｓ３のエミッタの電位である入力Ｓ相電圧ＶＳ１が入力される。入力Ｓ相電圧ＶＳ１は抵抗４１Ｂに入力されると共に位相検出部４２に入力される。抵抗４１Ｃの他端には、スイッチング素子Ｓ５のエミッタの電位である入力Ｔ相電圧ＶＴ１が入力される。入力Ｔ相電圧ＶＴ１は抵抗４１Ｃに入力されると共に位相検出部４２に入力される。
【００９５】
位相検出部４２では、入力される信号に基づいて位相検出信号ＲＤ３，ＳＤ３，ＴＤ３が生成される。位相検出信号ＲＤ３の値は、中性点４０の電位ＮＧを基準とした入力Ｒ相電圧ＶＲ１の値に相当する。位相検出信号ＳＤ３の値は、中性点４０の電位ＮＧを基準とした入力Ｓ相電圧ＶＳ１の値に相当する。位相検出信号ＴＤ３の値は、中性点４０の電位ＮＧを基準とした入力Ｔ相電圧ＶＴ１の値に相当する。
【００９６】
次に、図１８を用いて、相電圧の最小値の検出方法について説明する。図１８は、実施の形態２に係る電圧位相検出部により生成されるＲ相の位相検出信号の波形と、当該位相検出信号に基づき発生するＲ相の相電圧の波形とを示す図である。
【００９７】
図１８には、位相検出用閾電圧と、コンバータ１−２の回生動作時に発生するＲ相の中性点基準相電圧ＶＲ３の波形と、コンバータ１−２の回生動作時に電圧位相検出部２４Ａで生成される位相検出信号ＲＤ３の波形とが示される。位相検出用閾電圧の値は、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が６０°から１２０°までの間で、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベルとなるような値に設定される。位相検出用閾電圧は、電圧位相検出部２４Ａに設定されている。中性点基準相電圧ＶＲ３は、位相検出部４２において、例えば、中性点４０の電位ＮＧを基準として、ＶＲ３＝ＶＲ１−ＮＧにより算出させる。
【００９８】
中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が６０°に到達したとき、位相検出信号ＲＤ３の電位は、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が９０°に到達したとき、位相検出信号ＲＤ３の電位は、短期間に、Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベル、Ｈｉｇｈレベルの順で変化する。中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が１２０°に到達したとき、位相検出信号ＲＤ３の電位は、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が１２０°から、一周期後の位相６０°までの区間では、位相検出信号ＲＤ３の電位は、Ｌｏｗレベルに維持される。一周期後の位相６０°は位相４２０°と等価である。中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が４２０°に到達したとき、位相検出信号ＲＤ３の電位は、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。なお、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相１２０°から４２０°までの区間の中心は、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相２７０°に相当し、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が２７０°のとき、中性点基準相電圧ＶＲ３の電位は最小となる。
【００９９】
なお、図１８では、図示が省略されているが、コンバータ１−２の回生動作時に電圧位相検出部２４Ａにより生成されるＳ相の位相検出信号の波形と、Ｓ相の位相検出信号に基づき発生するＳ相の相電圧の波形は、図１８に示される波形と同様の傾向で変化する。また、コンバータ１−２の回生動作時に電圧位相検出部２４Ａにより生成されるＴ相の位相検出信号の波形と、Ｔ相の位相検出信号に基づき発生するＴ相の相電圧の波形は、図１８に示される波形と同様の傾向で変化する。
【０１００】
図１８に示されるように位相検出用閾電圧の値を、中性点基準相電圧ＶＲ３の電位が最高となる値付近に設定することにより、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が６０°から１２０°までの間で、位相検出信号ＲＤ３の電位が変動する回数が１回になる。すなわち、スイッチング素子のオンオフ動作の影響を受ける回数を、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相９０°のときのみにすることができる。
【０１０１】
中性点基準相電圧ＶＲ３の位相９０°付近では、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベル、Ｈｉｇｈレベルの順で変化するが、このように位相検出信号ＲＤ３の電位が変動する区間の幅は、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が１２０°から４２０°までの区間の幅、すなわち位相検出信号ＲＤ３の電位がＬｏｗレベルに維持される区間の幅に比べて短い。そのため、Ｌｏｗレベルの位相検出信号ＲＤ３が出力され続ける期間が、特定期間を越えない場合には、このようなＬｏｗレベルの位相検出信号ＲＤ３をノイズと判定させることで、電圧変動による影響を低減することができる。
【０１０２】
また、実施の形態２に係る電圧位相検出部２４Ａでは、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が１２０°から４２０°までの区間においては、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化した時点までの時間を算出することにより、中性点基準相電圧ＶＲ３の最小値を算出することができる。この時間は、上記のノイズ判定に利用される特定期間よりも長いものとする。中性点基準相電圧ＶＲ３の最小値を利用することで交流電源３の電圧位相を検出することが可能となる。
【０１０３】
以上に説明したように、実施の形態２に係るコンバータ１−２によれば、制御電源部２９に設けられるグランドＶＲＰＧＮＤ，ＶＳＰＧＮＤ，ＶＴＰＧＮＤに発生する信号に基づいて位相検出信号の生成が行われた場合でも、スイッチング素子のオンオフ動作の影響を受けることなく、交流電源３の電圧位相を検出できる。
【０１０４】
また、実施の形態２では、相電圧の最小値を利用した電圧位相の検出が行われるが、実施の形態２に係るコンバータ１−２は、例えば相電圧の最小値だけでなく、最大値も検出することで、より短時間に電圧位相検出を行うことができる。例えば、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が２４０°から３００°までの間で、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベルとなるような位相検出用閾電圧を追加することにより、中性点基準相電圧ＶＲ３の最大値を算出することができる。中性点基準相電圧ＶＲ３の最大値の位相は、例えば、図１８に示される中性点基準相電圧ＶＲ３の位相９０°と位相２７０°に相当する。
【０１０５】
また、実施の形態２では、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が６０°から１２０°までの間と、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が２４０°から３００°までの間とにおいて、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベルとなるような位相検出用閾電圧が設定されているが、中性点基準相電圧ＶＲ３から見たスイッチング素子のオンオフ動作が行われる位相は、３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°などであるため、例えば、位相検出用閾電圧を、中性点基準相電圧ＶＲ３の位相が４５°から１０５°までの間と、２２５°から３１５°までの間とにおいて、位相検出信号ＲＤ３の電位がＨｉｇｈレベルとなるような位相検出用閾電圧を設定してもよい。
【０１０６】
また、実施の形態２では、相電圧を算出することで、電圧位相の検出が行われているが、実施の形態２のコンバータ１−２は、線間電圧を算出することで、電圧位相の検出を行うことも可能である。例えば、線間電圧の位相が４５°から１３５°までの間のとき、位相検出信号の電位がＨｉｇｈレベルとなるような位相検出用閾電圧を設定すればよい。この場合、線間電圧の位相が１３５°から４０５°までの間では、位相検出信号の電位がＬｏｗレベルとなり、線間電圧の位相が１３５°から４０５°までの中心点が、すなわち位相２７０°に相当する線間電圧が、最小値となる。
【０１０７】
また、実施の形態１に係る電圧位相検出部２４及び回生制御部２８、並びに実施の形態２に係る電圧位相検出部２４Ａ及び回生制御部２８は、フォトカプラ、ロジックＩＣ等を用いたハードウェアで構成してもよいし、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）、又はこれらを組み合わせたものでもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。
【０１０８】
また、実施の形態１に係るコンバータ１−１及び実施の形態２に係るコンバータ１−２によれば、プリント基板上のパターン配線に伝達される信号を利用して、線間電圧である線間電圧ＶＲ−Ｓ、線間電圧ＶＳ−Ｔ及び線間電圧ＶＴ−Ｒ、並びに、相電圧である入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１及び入力Ｔ相電圧ＶＴ１を算出できる。このため、これらの電圧を、停電の検出に用いることができる。停電の検出とは、交流電源３からの電力がコンバータに供給されていない状態を検出することである。なお、停電の検出については、後述の実施の形態３において、さらに詳述する。
【０１０９】
また、実施の形態１に係るコンバータ１−１及び実施の形態２に係るコンバータ１−２によれば、プリント基板上のパターン配線に伝達される信号に基づいて算出した線間電圧ＶＲ−Ｓ、線間電圧ＶＳ−Ｔ、線間電圧ＶＴ−Ｒ、入力Ｒ相電圧ＶＲ１、入力Ｓ相電圧ＶＳ１及び入力Ｔ相電圧ＶＴ１のうちの少なくとも１つの電圧を、前述した回生制御部２８の基準電圧Ｖｒｅｆの設定に用いることができる。
【０１１０】
実施の形態３．
図１９は、実施の形態３に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態３に係るコンバータ１−３は、図１に示すコンバータ１−１と同一の構成であり、さらに入力電圧検出部４３が設けられている。
【０１１１】
まず、実施の形態３における入力電圧検出部４３の動作について説明する。図２０は、図１９に示す入力電圧検出部４３の動作説明に供する図である。図２０は、図１１と同一の構成であり、電圧位相検出部２４の代わりに入力電圧検出部４３が図示されている。入力電圧検出部４３には、実施の形態１でも示した配線２９１−２に接続されるグランドＶＲＰＧＮＤに発生する信号であるＶＲ１と、配線２９２−２に接続されるグランドＶＳＰＧＮＤに発生する信号であるＶＳ１と、配線２９３−２に接続されるグランドＶＴＰＧＮＤに発生する信号であるＶＴ１とが入力される。入力電圧検出部４３は、これらの信号に基づいて、交流電源３の線間電圧又は相電圧を検出する。
【０１１２】
実施の形態３によれば、配線２９１−２などに接続されるグランドに発生する信号を利用できるため、実施の形態１と同様に交流電源３の相電圧又は線間電圧を検出するための構成が複雑になることを抑制できる。また、実施の形態３によれば、配線２９１−２などに接続されるグランドに発生する信号を利用できるため、プリント基板上で配置しやすいパターン設計も可能となり、省スペース化を図ることができる。
【０１１３】
また、実施の形態３によれば、入力電圧検出部４３の出力信号に基づいて、交流電源３の停電が発生したか否かを判定する停電検出部を追加することも可能である。停電検出部は、単に停電が発生したか否かを報知する表示装置、又は音響装置であってもよいし、制御機能を備えた制御装置又は制御器であってもよい。停電検出部を備えている場合、交流電源３に停電が発生したときに、コンバータ１−３の直流電力を使用するモータ駆動装置４が制御するモータ５をどのように動作させるか等の制御又は指示を迅速に行うことが可能となる。
【０１１４】
実施の形態４．
図２１は、実施の形態４に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態４に係るコンバータ１−４は、図１に示す母線電流検出部２５に代わり、交流配線５１，５２，５３に流れる三相入力電流を検出する入力電流検出部２５Ａが設けられている。
【０１１５】
実施の形態４に係るコンバータ１−４は、電流値変換部であるＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４と、回生制御部２８Ａと、を備える。ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４は、電圧位相検出部２４の出力信号である位相検出信号に基づいて、入力電流検出部２５Ａの出力信号を座標変換することで、有効電力に相当する電流であるｄ軸電流Ｉｄと、無効電力に相当する電流であるｑ軸電流Ｉｑとを算出する。回生制御部２８Ａは、ｄ軸電流Ｉｄと母線電圧検出部２３の出力信号とに基づいて回生開始動作及び回生停止動作を行う。なお、電圧位相検出部については、実施の形態１で示した電圧位相検出部２４を用いているが、実施の形態２で示した電圧位相検出部２４Ａに置き換えてもよい。また、実施の形態３で説明した入力電圧検出部４３が追加されてもよい。
【０１１６】
また、実施の形態１及び実施の形態２では、それぞれの電圧位相検出部が交流電源３の線間電圧又は相電圧の電圧位相を検出することについて説明したが、これに限定されない。線間電圧又は相電圧の電圧位相以外にも、交流電源３の電源角周波数ω、Ｒ相電圧位相θｒ、Ｓ相電圧位相θｓ、Ｔ相電圧位相θｔといった他の情報の少なくとも１つを算出することも可能である。なお、以下、Ｒ相電圧位相を第１電圧位相と称し、Ｓ相電圧位相を第２電圧位相と称し、Ｔ相電圧位相を第３電圧位相と称する場合がある。
【０１１７】
次に、実施の形態４におけるＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４について説明する。ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４は、固定座標軸であるＲＳＴ軸を回転座標軸であるｄｑ軸に変換する機能を備える。電圧位相検出部２４で交流電源３の電源角周波数ωとＲ相電圧位相θｒを算出し、電源角周波数ωとＲ相電圧位相θｒに基づいてＲＳＴ軸の信号をｄｑ軸の信号に変換する。
【０１１８】
ここで、交流電源３の相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、時刻ｔ、実効値Ｅａ、電源角周波数ω、初期位相αの平衡三相電圧で表されるものとする。すると、交流電源３の相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、以下の式（１）で表される。なお、初期位相αは、ｔ＝０のときの相電圧ＶＲの位相である。
【０１１９】
【数１】
2019239628.tif 000003
【０１２０】
図２２は、実施の形態４の制御で使用するＲＳＴ軸及びｄｑ軸の説明に供する図である。図２２において、ＲＳＴ軸は、交流電源３のＲ相、Ｓ相及びＴ相を示す固定座標軸である。また、ｄｑ軸は、電源角周波数ωで時計回りに回転する回転座標軸である。ここで、Ｒ相の軸を基準とするｄ軸の位相をθとすると、２つの座標軸の間には、以下の式（２）が成り立つ。
【０１２１】
【数２】
2019239628.tif 000004
【０１２２】
前述の式（１）及び式（２）を用いて回転座標軸であるｄｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑを算出すると、以下の式（３）を導き出すことができる。
【０１２３】
【数３】
2019239628.tif 000005
【０１２４】
まず、上記式（３）において、θ＝０となる場合について考える。式（３）にθ＝０を代入すると、以下の式（４）を導き出すことができる。
【０１２５】
【数４】
2019239628.tif 000006
【０１２６】
また、上記式（３）において、θ＝π／２となる場合について考える。式（３）にθ＝π／２を代入すると、以下の式（５）を導き出すことができる。
【０１２７】
【数５】
2019239628.tif 000007
【０１２８】
上記、式（４）及び式（５）からも分かるように、上記式（３）におけるθがどのような値でも、上記式（４）を導き出すことができる。つまり、ｄ軸電圧は電源電圧ベクトルと等価であることを意味する。従って、ｄ軸は有効電力方向に相当し、ｑ軸は無効電力方向に相当する。
【０１２９】
次に、Ｒ相電圧位相θｒと、初期位相αとの関係について説明する。まず、上記式（１）より、Ｒ相電圧ＶＲは、以下の式（６）で表すことができる。
【０１３０】
【数６】
2019239628.tif 000008
【０１３１】
例えば、Ｒ相電圧ＶＲが０のときθｒ＝０とし、Ｒ相電圧ＶＲが最大値である√２Ｅａのとき、θｒ＝π／２とする。この場合、初期位相αは、−π／２に設定することができる。以上より、上記式（２）は、以下の式（７）で表すことができる。
【０１３２】
【数７】
2019239628.tif 000009
【０１３３】
上記式（７）は、電圧位相検出部２４で算出されたＲ相電圧位相θｒと、電源角周波数ωとに基づいた式であり、ＲＳＴ軸からｄｑ軸に変換するＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４で使用する式となる。従って、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔは、以下の式（８）を用いて、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑに変換することができる。
【０１３４】
【数８】
2019239628.tif 000010
【０１３５】
前述したように、ｄ軸は有効電力となり、ｑ軸は無効電力となるため、ｄ軸電流は有効電力に相当する電流を、ｑ軸は無効電力に相当する電流を示している。従って、モータ加速時等の力行動作において、ｄ軸電流Ｉｄは、正の値の信号となる。これに対し、モータ減速時等の回生動作において、ｄ軸電流Ｉｄは、負の値の信号となる。
【０１３６】
一般的に、コンバータにおいて、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔを検出し、回生動作の開始及び停止といった制御を行う場合、固定座標軸であるＲＳＴ軸を回転座標軸であるｄｑ軸に変換する必要がある。座標変換には、交流電源３の電圧位相の情報が必要となる。前述の通り、本実施の形態の手法を用いれは、プリント基板上のパターン配線である配線２９１−２などに接続されるグランドに発生する信号を利用して、交流電源３の電圧位相を検出するので、交流電源３の電圧位相を検出するための構成が簡素化できる。従って、本実施の形態で示した電圧位相検出部２４又は電圧位相検出部２４Ａを用いれば、コンバータの低コスト化に寄与することができる。
【０１３７】
次に、実施の形態４における回生制御部２８Ａについて説明する。回生制御部２８Ａは、ｄ軸電流Ｉｄと母線電圧ＶＰＮとに基づいて、ベース駆動信号生成部２６から出力されたベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を継続するか、ベース駆動信号生成部２６から出力されたベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を停止するかを判断する。回生制御部２８Ａがベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を継続すると判断した場合、ベース駆動回路２７にベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮが入力され続ける。回生制御部２８Ａがベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮのベース駆動回路２７への伝達を停止すると判断した場合、ベース駆動回路２７へのベース駆動信号ＳＲＰからＳＴＮの入力が停止される。
【０１３８】
図２３は、図２１に示す回生制御部２８Ａの構成例を示す図である。図２３に示す回生制御部２８Ａでは、図３に示す回生制御部２８の構成において、回生停止判定部６１に入力される信号が母線電流ＩＰＮからｄ軸電流Ｉｄに変更されている点のみが相違点であり、それ以外の動作は実施の形態１に示した回生制御部２８と同一の動作を行う。なお、図３と同一又は同等の構成要素には、同一の符号を付している。回生停止判定部６１において、比較器６６のマイナス入力端子には、ｄ軸電流Ｉｄが入力される。ｄ軸電流Ｉｄが閾電流Ｉｒｅｆよりも大きいときはＬｏｗレベルの信号が出力され、ｄ軸電流Ｉｄが閾電流Ｉｒｅｆ未満となったときには、Ｈｉｇｈレベルの信号が出力される。
【０１３９】
以上より、母線電流に代わり、入力電流を検出するコンバータにおいても、交流電源３の電圧位相の検出を行うことができる。これにより、コンバータの低コスト化に寄与することができる。
【０１４０】
実施の形態５．
図２４は、実施の形態５に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態５に係るコンバータ１−５は、図２１に示すコンバータ１−４と同一又は同等の構成であり、さらに過負荷検出部４５が追加されている。なお、同一又は同等の構成要素には同一の符号を使用し、重複する説明は適宜省略する。
【０１４１】
過負荷検出部４５は、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−５の過負荷を検出する機能を備える。コンバータ１−５が過負荷状態であるか否かの情報は、モータ駆動装置４、又は図２４では図示しない上位制御装置１００（図３４参照）に通知される。上位制御装置１００は、モータ駆動装置４にモータ動作指令を送信する装置である。
【０１４２】
図２５は、図２４に示すモータ駆動装置４がモータ５を動作させたときの挙動を示す波形図である。横軸には時間をとり、上段から、モータ速度Ｎ、モータトルクＴｏｕｔ、モータ出力Ｐｏｕｔ、母線電圧ＶＰＮ、及びｄ軸電流Ｉｄが示されている。
【０１４３】
まず、図２５のｔ００〜ｔ０１区間について説明する。この区間は、モータが加速している区間でありモータ力行区間である。時刻ｔ００はモータが加速し始めた時刻であり、時刻ｔ０１はモータ速度Ｎが目標速度に到達した時刻である。モータトルクＴｏｕｔにより、モータ速度Ｎ及びモータ出力Ｐｏｕｔが大きくなる。モータ出力Ｐｏｕｔが大きくなるにつれて、ｄ軸電流Ｉｄがプラスに方向大きくなっている。モータトルクＴｏｕｔが低減してくると、モータ出力Ｐｏｕｔが一定になり、ｄ軸電流Ｉｄのピーク値も一定となる。
【０１４４】
図２５のｔ０１〜ｔ０２区間について説明する。この区間は、モータ速度Ｎが一定速度になっている区間である。時刻ｔ００〜ｔ０１区間と違いモータ出力Ｐｏｕｔが低い値であるため、ｄ軸電流Ｉｄは、ほとんど流れていない状態である。
【０１４５】
図２５のｔ０２〜ｔ０３区間について説明する。この区間は、モータが減速している区間であり、モータ回生区間である。時刻ｔ０２はモータが減速し始めた時刻であり、時刻ｔ０３はモータが停止した時刻である。モータが減速し始めると、モータの回生電力が平滑コンデンサ２１に流れ込み、母線電圧ＶＰＮが上昇する。前述の回生制御部２８Ａに基づいて、母線電圧ＶＰＮが予め定められた値を超えると、コンバータ１−５は、電源回生動作を開始する。コンバータ１−５の電源回生動作によって、ｄ軸電流Ｉｄがマイナス方向に流れ、母線電圧ＶＰＮは低減する。時刻ｔ０２においては、モータ減速時のモータ出力Ｐｏｕｔ、すなわちモータの回生電力の絶対値が大きく、大きな電流が流れるが、モータ速度Ｎが低減するにつれてモータ出力Ｐｏｕｔの絶対値も小さくなり、マイナス方向に流れるｄ軸電流Ｉｄの絶対値も小さくなる。
【０１４６】
図２５より、モータ出力Ｐｏｕｔによってｄ軸電流Ｉｄの大きさが決定されることが分かる。すなわち、モータ出力Ｐｏｕｔとｄ軸電流Ｉｄとには、比例関係が成り立っている。また、ｄ軸電流Ｉｄは、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに基づいて求められたものである。従って、ｄ軸電流Ｉｄが大きくなるということは、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔの絶対値も大きくなることと等価である。
【０１４７】
コンバータ１−５に搭載されたパワーモジュール２２に過大な電流が流れ続けると、コンバータ１−５は、過負荷状態となる。このとき、パワーモジュール２２には、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔと同じ電流が流れるので、入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔに基づいて算出されたｄ軸電流Ｉｄを監視することで、間接的にパワーモジュール２２に流れる電流を検出することができる。入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔは交流電流であるため、モータ力行時又はモータ回生時に関わらず正負どちらにも流れる。これに対し、ｄ軸電流Ｉｄの場合、モータ力行時は正の方向に電流が流れ、モータ回生時は負の方向に電流が流れる。
【０１４８】
次に、実施の形態５における過負荷検出部４５について説明する。図２６は、図２４に示す過負荷検出部４５の構成例を示す図である。過負荷検出部４５は、比較器１９０、比較器１９１及び論理和回路１９２を備えて構成される。比較器１９０のマイナス入力端子にはｄ軸電流上限値Ｉｄｍａｘが入力され、比較器１９０のプラス入力端子にはｄ軸電流Ｉｄが入力される。また、比較器１９１のプラス入力端子にはｄ軸電流下限値Ｉｄｍｉｎが入力され、比較器１９１のマイナス入力端子にはｄ軸電流Ｉｄが入力される。比較器１９０及び比較器１９１の各出力信号は、論理和回路１９２の入力端子に入力され、論理和回路１９２の出力信号が過負荷検出部４５の出力信号として扱われる。ここで、過負荷検出部４５がＨｉｇｈレベルの信号を出力した場合、コンバータ１−５は過負荷状態であると判定され、過負荷検出部４５がＬｏｗレベルの信号を出力した場合、コンバータ１−５は過負荷状態ではないと判定される。
【０１４９】
ｄ軸電流上限値Ｉｄｍａｘ及びｄ軸電流下限値Ｉｄｍｉｎは、コンバータ１−５に搭載されたパワーモジュール２２の電流容量又は電気的仕様等で決定される。ｄ軸電流上限値Ｉｄｍａｘは力行動作時の電流制限値となり、ｄ軸電流下限値Ｉｄｍｉｎは回生動作時の電流制限値となる。
【０１５０】
前述の構成より、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流上限値Ｉｄｍａｘ以上となった場合、比較器１９０はＨｉｇｈレベルの信号を出力し、論理和回路１９２にはＨｉｇｈレベルの信号が入力される。これにより、論理和回路１９２はＨｉｇｈレベルの信号を出力し、過負荷検出部４５はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。また、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流下限値Ｉｄｍｉｎ以下となった場合、比較器１９１はＨｉｇｈレベルの信号を出力し、論理和回路１９２にはＨｉｇｈレベルの信号が入力される。これにより論理和回路１９２はＨｉｇｈレベルの信号を出力し、過負荷検出部４５はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。過負荷検出部４５が出力した信号は、図示を省略した通信ラインを介してモータ駆動装置４又は上位制御装置１００に通知される。
【０１５１】
以上のように、実施の形態５に係るコンバータ１−５では、ｄ軸電流Ｉｄに基づいて、モータ力行時、及びモータ回生時のコンバータ１−５の負荷状態が監視され、その監視結果に基づいてコンバータ１−５が瞬時的過負荷状態であるか否かが判定される。
【０１５２】
実施の形態５の構成であれば、電源位相検出部を低コスト化することができるとともに、ｄ軸電流Ｉｄでコンバータの過負荷状態を監視するという単純な構成を実現できるため、コンバータの低コスト化に寄与することができる。
【０１５３】
なお、実施の形態５では、モータ出力Ｐｏｕｔと比例関係にあるｄ軸電流Ｉｄのみで瞬時過負荷状態か否かを判定しているが、ｑ軸電流Ｉｑも使用して瞬時過負荷状態か否かを判定してもよい。ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの双方を用いることで、有効電流及び無効電流の双方を監視することができる。これにより、コンバータ１−５の通電状態をより正確に判断することができるため、瞬時過負荷状態か否かをより正確に判断することができる。
【０１５４】
実施の形態６．
図２７は、実施の形態６に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態６に係るコンバータ１−６は、図２４に示すコンバータ１−５と同一又は同等の構成であり、図２４の過負荷検出部４５が、図２７では過負荷検出部４５Ａに置き換えられている。なお、同一又は同等の構成要素には同一の符号を使用し、重複する説明は適宜省略する。
【０１５５】
過負荷検出部４５Ａは、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−６の定常時過負荷を検出する機能を備える。コンバータ１−６が過負荷状態であるか否かの情報は、モータ駆動装置４、又は図２７では図示しない上位制御装置１００（図３４参照）に通知される。上位制御装置１００は、モータ駆動装置４にモータ動作指令を送信する装置である。
【０１５６】
一般的に、コンバータ及びインバータといった電力変換装置の定常時過負荷保護は、電力変換装置に搭載される部品の温度を推定し、推定した温度が保護すべき温度以上となった場合に、定常時過負荷状態であると判断し、電力変換装置の動作を止めることで電力変換装置を保護している。なお、電力変換装置に搭載される部品としては、モータへの電力供給に関わるパワー素子群及びコンデンサ等が挙げられる。
【０１５７】
定常時過負荷保護の具体的な例としては、図２８に示すような過負荷保護曲線が知られている。図２８は、実施の形態６における定常時過負荷保護の説明に供する波形図である。図２８では、横軸が電力変換装置の通電電流Ｉ、縦軸が許容通電時間Ｔａとされ、これらの関係が過負荷保護特性として示されている。この過負荷保護特性は、ある通電電流Ｉで電力変換装置が連続して通電されたとき、その通電による温度上昇が保護すべき温度に到達するまでの時間を求める際に使用する。具体的に、ある通電電流Ｉの値を表す横軸の点から縦軸に平行に引いた直線と図示の過負荷保護曲線との交点の縦軸の値が、保護すべき温度として設定される。
【０１５８】
図２９は、図２７に示す過負荷検出部４５Ａの構成例を示す図である。過負荷検出部４５Ａは、図２９に示すように、絶対値算出部１９３、フィルタ部である温度上昇推定部１９４、及び比較器１９５を備えて構成される。図２９において、絶対値算出部１９３には、ｄ軸電流Ｉｄが入力される。絶対値算出部１９３は、ｄ軸電流絶対値｜Ｉｄ｜を算出する。算出されたｄ軸電流絶対値｜Ｉｄ｜は、温度上昇推定部１９４に入力される。温度上昇推定部１９４は、コンバータ１−６に搭載される、パワーモジュール２２及び平滑コンデンサ２１の特性で決定された過負荷保護曲線に基づいた温度上昇推定値Ｋｃを算出する。算出された温度上昇推定値Ｋｃは、比較器１９５のマイナス入力端子に入力される。比較器１９５のプラス入力端子には、閾温度Ｋｒｅｆが入力されており、温度上昇推定値Ｋｃと、閾温度Ｋｒｅｆとの大小関係を表す信号が比較器１９５の出力信号となり、比較器１９５の出力信号が過負荷検出部４５Ａの出力信号となる。
【０１５９】
次に、温度上昇推定部１９４の動作について、図３０及び図３１を参照して説明する。図３０は、実施の形態６における温度上昇推定部１９４の動作説明に供する第１の波形図であり、図３１は、実施の形態６における温度上昇推定部１９４の動作説明に供する第２の波形図である。具体的に、図３０には、コンバータ１−６のｄ軸電流Ｉｄを一定の値を流し続けた際のパワーモジュール２２の温度上昇Ｋａが示されている。また、図３１には、コンバータ１−６のｄ軸電流Ｉｄを一定の値を流し続けた際の平滑コンデンサ２１の温度上昇Ｋｂが示されている。何れの図も横軸は時間を表している。
【０１６０】
図３０及び図３１の双方の図からも分かるように、温度上昇の変化特性は、数次の遅れフィルタの特性に近いものになっている。そのため、温度上昇推定部１９４では、入力信号としてｄ軸電流Ｉｄの絶対値にあたるｄ軸電流絶対値｜Ｉｄ｜を使用することで、パワーモジュール２２及び平滑コンデンサ２１の温度上昇推定値Ｋｃを算出することができる。なお、数次の遅れフィルタの例は、ＩＩＲフィルタ、移動平均フィルタなどである。
【０１６１】
以上より、過負荷検出部４５Ａは、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−６に搭載される部品の温度上昇を推定し、予め設けられた温度上昇推定値Ｋｃが閾温度Ｋｒｅｆ以上となった場合には、定常時過負荷状態であると判断し、温度上昇推定値Ｋｃが閾温度Ｋｒｅｆよりも小さい場合には、定常時過負荷状態ではないと判断する。定常時過負荷状態であると判断した場合、過負荷検出部４５Ａは、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力し、通信経路を介してモータ駆動装置４又は上位制御装置１００に通知する。一方、定常時過負荷状態ではないと判断した場合、過負荷検出部４５Ａは、Ｌｏｗレベルの信号を出力する。Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの信号は、通信経路を介してモータ駆動装置４又は上位制御装置１００に通知される。
【０１６２】
以上のように、実施の形態６に係るコンバータ１−６では、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−６の負荷状態が監視され、その監視結果に基づいてコンバータ１−６が定常時過負荷状態であるか否かが判定される。
【０１６３】
実施の形態６の構成であれば、電源位相検出部を低コスト化することができるとともに、ｄ軸電流Ｉｄでコンバータの過負荷状態を監視するという単純な構成を実現できるため、コンバータの低コスト化に寄与することができる。
【０１６４】
なお、実施の形態６では、モータ出力Ｐｏｕｔと比例関係にあるｄ軸電流Ｉｄのみで定常時過負荷状態か否かを判定しているが、ｑ軸電流Ｉｑも使用して定常時過負荷状態か否かを判定してもよい。ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑの双方を用いることで、有効電流及び無効電流の双方を監視することができる。これにより、コンバータ１−６の通電状態をより正確に判断することができるため、定常時過負荷状態か否かをより正確に判断することができる。
【０１６５】
実施の形態７．
図３２は、実施の形態７に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。図３２に示す実施の形態７に係るコンバータ１−７は、図２４に示す実施の形態５に係るコンバータ１−５の構成において、母線電圧検出部２３、ベース駆動信号生成部２６及び回生制御部２８Ａの図示は省略する一方で、モータ駆動装置４の内部にモータ制御部４Ａを追加している。なお、その他の構成は、図２４と同一又は同等であり、同一又は同等の構成要素には、同一の符号を付している。
【０１６６】
モータ制御部４Ａは、モータ５に任意の交流電力を供給し、モータ５を可変速制御する機能を備える。コンバータ１−７内の過負荷検出部４５の出力は、通信経路４６を介してモータ制御部４Ａに入力される構成である。なお、図３２では、実施の形態５で説明した過負荷検出部４５、すなわち瞬時過負荷状態を判定する機能を備えた過負荷検出部４５を用いているが、実施の形態６で説明した過負荷検出部４５Ａ、すなわち定常時過負荷状態を判定する機能を備えた過負荷検出部４５Ａに置き換えてもよいし、瞬時過負荷状態の判定機能及び定常時過負荷状態の判定機能の双方を備えた過負荷検出部を用いて構成してもよい。
【０１６７】
入力電流検出部２５Ａは、パワーモジュール２２に入力される電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔを検出し、検出した入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，ＩｔをＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４に入力する。ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４では、電圧位相検出部２４で検出された交流電源３のＲ相位相θｒと電源角周波数ωとに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出し、ｄ軸電流Ｉｄを過負荷検出部４５に入力する。過負荷検出部４５は、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−７が過負荷状態であるか否かを判定する。コンバータ１−７が過負荷状態であると判定され、過負荷検出部４５がＨｉｇｈレベルの信号を出力した場合、モータ制御部４Ａは、モータ５の出力を低下させるように交流電力を制御する。
【０１６８】
モータ５の出力を低下させるための手法として、以下の手法が例示される。
（i）予めモータ動作指令で定められたトルク指令よりも制限されたトルク指令でモータ５を動作するように制御する。
（ii）予めモータ動作指令で定められた回転指令よりも制限された回転指令でモータ５を動作するように制御する。
（iii）モータ５をフリーランさせるように制御する。具体的には、モータ駆動装置４の内部に設けられる図示しないスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング動作を停止させ、モータ５がフリーな状態にする。
【０１６９】
次に、実施の形態７に係るコンバータ１−７及びモータ駆動装置４の動作について、図３２及び図３３を参照して説明する。図３３は、実施の形態７に係るコンバータ及びモータ制御部の動作を示すフローチャートである。なお、図３３では、符号の表記を省略している。
【０１７０】
ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４は、入力電流検出部２５Ａによって検出された入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔ、電圧位相検出部２４によって算出されたＲ相位相θｒ及び電源角周波数ωに基づいてｄ軸電流Ｉｄを算出する（ステップＳ１０１）。過負荷検出部４５は、ｄ軸電流Ｉｄに基づき、コンバータ１−７が過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。過負荷検出部４５は、通信経路４６により判定結果をモータ駆動装置４内部のモータ制御部４Ａに通知する（ステップＳ１０３）。以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理がコンバータ１−７の処理であり、コンバータ１−７は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理を繰り返し実行する。
【０１７１】
モータ制御部４Ａは、過負荷検出部４５の判定結果を受信する（ステップＳ１０４）。モータ制御部４Ａは、受信した判定結果に基づき、コンバータ１−７が過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。受信した判定結果が過負荷状態である旨を表す信号（実施の形態５の例では、Ｈｉｇｈレベルの信号）の場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、モータ５の出力が制限されるようにモータ駆動装置４からのモータ出力を制限し（ステップＳ１０６）、モータ５の出力を制限した交流電力をモータ５に対し出力する（ステップＳ１０７）。なお、受信した判定結果が過負荷状態ではない旨を表す信号（実施の形態５の例では、Ｌｏｗレベルの信号）の場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０６の処理を行わずにステップＳ１０７に移行する。すなわち、受信した判定結果が過負荷状態ではない場合、モータ５の出力を制限せずに、通常の制御動作における交流電力をモータ５に対し出力する（ステップＳ１０７）。以上のステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理がモータ制御部４Ａの処理であり、モータ制御部４Ａは、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。
【０１７２】
実施の形態７によれば、モータ５の動作が想定を超える動作を行い、コンバータ１−７が過負荷状態であった場合でも、モータ駆動装置４がモータ５の出力を低下させるように交流電力を制御するため、コンバータ１−７の過負荷状態を解消することができ、コンバータ１−７の寿命劣化、破損といった悪影響をシステム停止させることなく解消することができる。そのため、容量の小さいコンバータを選定することができ、産業機械の低コスト化に寄与することができる。
【０１７３】
実施の形態８．
図３４は、実施の形態８に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。図３４では、図３２に示す実施の形態７に係るコンバータ１−７の構成において、上位制御装置１００、モータ駆動装置４００及びモータ５に代えたモータ５００が追加されている。上位制御装置１００は、通信経路４７ａ，４７ｂを介してモータ駆動装置４，４００のそれぞれにモータ動作指令を出力する機能を備え、モータ駆動装置４，４００のそれぞれにモータ動作指令を出力している。コンバータ１−８内の過負荷検出部４５の出力は、通信経路４６を介して上位制御装置１００に入力される。モータ駆動装置４００は、直流端子１９，２０と、モータ制御部４００Ａを備え、直流端子１９，２０はモータ駆動装置４の直流端子１７，１８と接続され、コンバータ１−８内の平滑コンデンサ２１とも接続される。モータ制御部４００Ａは、モータ５００に任意の交流電力を供給し可変速制御を行う。なお、図３４では、瞬時過負荷検出に適した過負荷検出部４５としているが、過負荷検出部４５を定常時過負荷検出に適した過負荷検出部４５Ａに置き換えてもよいし、瞬時過負荷検出及び定常時過負荷検出の双方の機能を備えた過負荷検出部を用いて構成してもよい。
【０１７４】
入力電流検出部２５Ａは、パワーモジュール２２に入力される電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔを検出し、検出した入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，ＩｔをＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４に入力する。ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４では、電圧位相検出部２４で検出された交流電源３のＲ相位相θｒと電源角周波数ωとに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出し、ｄ軸電流Ｉｄを過負荷検出部４５に入力する。過負荷検出部４５は、ｄ軸電流Ｉｄに基づいてコンバータ１−８が過負荷状態であるか否かを判定する。コンバータ１−８が過負荷状態であると判定されると、過負荷状態である旨の信号（Ｈｉｇｈレベルの信号）が、通信経路４６を介して上位制御装置１００に通知される。上位制御装置１００は、モータ駆動装置４のモータ制御部４Ａ及びモータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａの少なくとも１つに対し、対応する通信経路４７ａ，４７ｂの双方もしくは何れか一方を使用して、制御対象であるモータの出力を制限したモータ動作指令を生成するように指示する。モータ制御部４Ａ及びモータ制御部４００Ａのうち少なくとも１つは、受信したモータ動作指令に基づいて、モータ５又はモータ５００の出力を低下させるように交流電力を制御する。
【０１７５】
以下、具体的な例を挙げて説明する。ここでは、スピンドルモータとサーボモータを備えた工作機械を例にとり、モータ５がスピンドルモータであり、モータ５００がサーボモータであるとする。なお、上位制御装置１００は、工作機械に設けられてもよいし、工作機械に設けられていなくてもよい。
【０１７６】
（i）上位制御装置１００は、スピンドルモータであるモータ５の出力を低下させるモータ動作指令をモータ制御部４Ａに出力する。
（ii）上位制御装置１００は、サイクルタイムを長くしないようにするため、スピンドルモータであるモータ５と比較して、加速時間や減速時間が短いサーボモータであるモータ５００の出力を制限することを決定する。上位制御装置１００は、スピンドルモータであるモータ５の出力は維持し、サーボモータであるモータ５００の出力を制限するモータ動作指令をモータ制御部４Ａ及びモータ制御部４００Ａに出力する。
【０１７７】
次に、実施の形態８に係るコンバータ及びモータ駆動装置の動作について、図３４及び図３５を参照して説明する。図３５は、実施の形態８に係るコンバータ及びモータ駆動装置の動作を示すフローチャートである。なお、図３５では、符号の表記を省略している。
【０１７８】
ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４は、入力電流検出部２５Ａによって検出された入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔ、電圧位相検出部２４によって算出されたＲ相位相θｒ及び電源角周波数ωに基づいてｄ軸電流Ｉｄを算出する（ステップＳ２０１）。過負荷検出部４５は、ｄ軸電流Ｉｄに基づき、コンバータ１−８が過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。過負荷検出部４５は、通信経路４６により判定結果を上位制御装置１００に通知する（ステップＳ２０３）。以上のステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理がコンバータ１−８の処理であり、コンバータ１−８は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理を繰り返し実行する。
【０１７９】
上位制御装置１００は、過負荷検出部４５の判定結果を受信する（ステップＳ２０４）。上位制御装置１００は、受信した判定結果に基づき、コンバータ１−８が過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。受信した判定結果が過負荷状態である旨を表す信号（実施の形態５の例では、Ｈｉｇｈレベルの信号）の場合（ステップＳ２０５、Ｙｅｓ）、モータ５及びモータ５００のうち少なくとも１つの出力を制限することを決定し（ステップＳ２０６）、制御対象であるモータを駆動するモータ駆動装置に対してモータの出力を制限したモータ動作指令を出力する（ステップＳ２０７）。なお、受信した判定結果が過負荷状態ではない旨を表す信号（実施の形態５の例では、Ｌｏｗレベルの信号）の場合（ステップＳ２０５、Ｎｏ）、ステップＳ２０６の処理を行わずにステップＳ２０７に移行する。すなわち、受信した判定結果が過負荷状態ではない場合、モータ５及びモータ５００に対する出力制限は行わず、通常のモータ動作指令を出力する（ステップＳ２０７）。以上のステップＳ２０４〜Ｓ２０７が上位制御装置１００の処理であり、上位制御装置１００は、ステップＳ２０４〜Ｓ２０７の処理を繰り返し実行する。
【０１８０】
モータ駆動装置４のモータ制御部４Ａ及びモータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａは、上位制御装置１００からのモータ動作指令を受信し（ステップＳ２０８）、受信したモータ動作指令に応じて交流電力がモータ５及びモータ５００に出力されるように動作する（ステップＳ２０９）。以上のステップＳ２０８，Ｓ２０９の処理がモータ制御部４Ａ，４００Ａの処理であり、モータ制御部４Ａ，４００Ａは、ステップＳ２０８、Ｓ２０９の処理を繰り返し実行する。
【０１８１】
実施の形態８によれば、モータ５及びモータ５００の動作が想定を超える動作を行い、コンバータ１−８が過負荷状態であった場合でも、上位制御装置１００がモータ５及びモータ５００のうち少なくとも１つの出力を制限するモータ動作指令を該当するモータ駆動装置に出力し、当該モータ駆動装置が制御対象のモータ出力を低下させるように交流電力を制御するため、コンバータ１−８の過負荷状態を解消することができ、コンバータ１−８の寿命劣化、破損といった悪影響をシステム停止させることなく解消することができる。また、工作機械のような複数のモータを使用する産業機械においては、サイクルタイムが長くなるのを防ぐように、モータ動作指令を出力することで、サイクルタイムを維持しながら、コンバータ１−８の過負荷状態を解消することができる。そのため、容量の小さいコンバータを選定することができ、産業機械の低コスト化に寄与することができる。
【０１８２】
実施の形態９．
図３６は、実施の形態９に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。図３６では、図３４に示す実施の形態８に係るコンバータ１−８の構成と同一又は同等であるが、コンバータ１−９の内部にコンバータ制御部１Ａが追加され、コンバータ制御部１Ａの内部に過負荷検出部４５Ｂが設けられている。過負荷検出部４５Ｂは、前述したように瞬時過負荷検出及び定常時過負荷検出の双方の機能を備えた過負荷検出部である。また、上位制御装置１００、モータ駆動装置４００、モータ駆動装置４及びコンバータ１−９は、通信経路でデイジーチェーン接続されている。具体的には、コンバータ１−９のコンバータ制御部１Ａとモータ駆動装置４のモータ制御部４Ａとは通信経路４６で接続され、モータ駆動装置４のモータ制御部４Ａとモータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａとは通信経路４８ａで接続され、モータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａと上位制御装置１００とは通信経路４８ｂで接続されている。前述の構成では、例えば、上位制御装置１００からモータ駆動装置４に対し出力されるモータ動作指令は、モータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａを介してモータ駆動装置４のモータ制御部４Ａに入力されることになる。
【０１８３】
前述のような産業機械において、瞬時過負荷状態は、複数のモータが大出力で動作するケースが一般的である。ここで、複数のサーボモータとスピンドルモータとによって構成される工作機械を例にとる。ここでは、スピンドルモータをモータ５とし、サーボモータをモータ５００として考える。工作機械においては、複数のサーボモータとスピンドルモータとが同時加速動作又は同時減速動作を行う運転がある。このため、サーボモータとスピンドルモータとがそれぞれの最大出力で動作すると、上記のような同時加減速動作において、各モータの最大出力が重なり、コンバータが供給する電力が大きくなる。
【０１８４】
工作機械では、サーボモータと比較してスピンドルモータの出力が大きいのが一般的である。このため、コンバータが各モータ駆動装置に供給する電力は、スピンドルモータ駆動装置が占める割合が大きくなる。上記のような同時加減速動作の場合、上位制御装置１００を介さずにスピンドルモータであるモータ５の出力を低減させることで、コンバータの供給電力を素早く低減させることができる。
【０１８５】
一方、定常時過負荷状態は、コンバータが過大な電力供給を行う状態ではなく、産業機械の運転サイクルが厳しく、長時間の動作によりコンバータに搭載されたパワーモジュール、平滑コンデンサ等の部品の温度上昇が許容温度を超えるケースである。このようなケースにおいては、運転サイクルの見直しが必要であり、上位制御装置１００を介して、スピンドルモータであるモータ５又はサーボモータであるモータ５００、あるいは両者に対するモータ動作指令の見直しにより、長時間動作におけるモータの平均出力の総和の低減を図るのが適している。
【０１８６】
次に、実施の形態９に係るコンバータとモータ駆動装置、上位制御装置の動作について、図３６及び図３７の図を参照して説明する。図３７は、実施の形態９に係るコンバータ、モータ駆動装置及び上位制御装置の動作を示すフローチャートである。
【０１８７】
ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部４４は、入力電流検出部２５Ａによって検出された入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔ、電圧位相検出部２４によって算出されたＲ相位相θｒ及び電源角周波数ωに基づいてｄ軸電流Ｉｄを算出する（ステップＳ３０１）。過負荷検出部４５Ｂは、ｄ軸電流Ｉｄに基づき、コンバータ１−９が瞬時過負荷状態であるか、定常時過負荷状態であるか、あるいは異常なしであるか、すなわちコンバータ１−９の過負荷状態を判定する（ステップＳ３０２）。過負荷検出部４５Ｂは、通信経路４６を介して判定結果をモータ制御部４Ａに通知する（ステップＳ３０３）。以上のステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理がコンバータ１−９の処理であり、コンバータ１−９は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理を繰り返し実行する。
【０１８８】
モータ制御部４Ａは、過負荷検出部４５Ｂの判定結果を受信する（ステップＳ３０４）。モータ制御部４Ａは、受信した判定結果に基づき、コンバータ１−９が瞬時過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。受信した判定結果が瞬時過負荷状態である旨を表す信号の場合（ステップＳ３０５、Ｙｅｓ）、モータ５の出力が制限されるようにモータ駆動装置４からのモータ出力を制限し（ステップＳ３０６）、モータ出力を制限した交流電力をモータ５に対し出力する（ステップＳ３０７）。なお、受信した判定結果が瞬時過負荷状態ではない場合（ステップＳ３０５、Ｎｏ）、ステップＳ３０６の処理を行わずにステップＳ３０７に移行する。すなわち、受信した判定結果が瞬時過負荷状態ではない場合、モータ５の出力を制限せずに、通常の制御動作における交流電力をモータ５に対し出力する（ステップＳ３０７）。また、モータ制御部４Ａは、過負荷検出部４５Ｂの判定結果をモータ制御部４００Ａに通知する（ステップＳ３０８）。以上のステップＳ３０４〜Ｓ３０８の処理がモータ制御部４Ａの処理であり、モータ制御部４Ａは、ステップＳ３０４〜Ｓ３０８の処理を繰り返し実行する。
【０１８９】
モータ制御部４００Ａは、通信経路４８ａにより過負荷検出部４５Ｂの判定結果をモータ制御部４Ａから受信し（ステップＳ３０９）、通信経路４８ｂを介して当該判定結果を上位制御装置１００に通知する（ステップＳ３１０）。以上のステップＳ３０９，Ｓ３１０の処理がモータ制御部４００Ａの処理であり、モータ制御部４００Ａは、ステップＳ３０９，Ｓ３１０の処理を繰り返し実行する。
【０１９０】
上位制御装置１００は、過負荷検出部４５Ｂの判定結果をモータ制御部４００Ａから受信する（ステップＳ３１１）。上位制御装置１００は、受信した判定結果に基づき、コンバータ１−９が瞬時過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ３１２）。受信した判定結果が瞬時過負荷状態である旨を表す信号の場合（ステップＳ３１２、Ｙｅｓ）、モータ５００の出力を制限することを決定し（ステップＳ３１３）、モータ５００を制御するモータ制御部４００Ａに対してモータ出力を制限したモータ動作指令を出力する（ステップＳ３１６）。一方、受信した判定結果が瞬時過負荷状態ではない旨の信号の場合（ステップＳ３１２、Ｎｏ）、さらにコンバータ１−９が定常時過負荷状態であるか否かを判定する（ステップＳ３１４）。受信した判定結果が定常時過負荷状態である旨を表す信号の場合（ステップＳ３１４、Ｙｅｓ）、サーボモータが動作させる各軸の運転サイクルの変更を決定し（ステップＳ３１５）、モータ５００を制御するモータ制御部４００Ａに対して、モータ５００の平均出力を抑制するように変更されたモータ動作指令を出力する（ステップＳ３１６）。なお、受信した判定結果が定常時過負荷状態ではない旨の信号の場合（ステップＳ３１４、Ｎｏ）、ステップＳ３１５の処理を行わずにステップＳ３１６に移行する。以上のステップＳ３１１〜Ｓ３１６の処理が上位制御装置１００の処理であり、上位制御装置１００は、ステップＳ３１１〜Ｓ３１６の処理を繰り返し実行する。
【０１９１】
以上の制御を要約すると以下の通りである。まず、瞬時過負荷状態と判定された場合、上位制御装置１００を介さずにモータ制御部４Ａにてモータ出力を制限するようにモータ５に対し交流電力を出力する。この制御と並行して、モータ制御部４００Ａ及び上位制御装置１００に対し、瞬時過負荷状態であることを通知する。上位制御装置１００は、判定結果に基づき、モータ５００のモータ動作の出力を制限するように、モータ５００に対するモータ動作指令を生成し、モータ駆動装置４００に出力する。モータ駆動装置４では、一旦、モータ５の出力を制限して瞬時過負荷状態を回避し、その後、上位制御装置１００にて改めてモータ動作指令の見直しを図る。
【０１９２】
一方、定常時過負荷状態と判定された場合、モータ制御部４Ａは、上位制御装置１００から出力されたモータ動作指令に基づいた動作指令を続け、これと並行して、モータ制御部４００Ａ及び上位制御装置１００に対し、定常時過負荷状態であることを通知する。上位制御装置１００は、判定結果に基づき、モータ５００のモータ動作における平均出力を制限するようにモータ動作指令を生成し、モータ駆動装置４００に出力する。
【０１９３】
なお、上記の説明では、瞬時過負荷状態と判定された場合にモータ５に対する出力制限を行い、定常時過負荷状態と判定された場合にモータ５００に対する出力制限を行うように説明したが、瞬時過負荷状態と判定された場合にモータ５及びモータ５００の双方に対する出力制限を行ってもよい。また、定常時過負荷状態と判定された場合にモータ５及びモータ５００の双方に対する出力制限を行ってもよい。
【０１９４】
また、過負荷検出部４５Ｂにより、瞬時過負荷状態の検出と、定常時過負荷状態の検出をそれぞれ行うことができるが、過負荷状態の通知方法については、それぞれ過負荷検出専用の通信ラインを設けてもよいし、シリアル通信等で過負荷状態を通知する方式でもよい。
【０１９５】
実施の形態９によれば、コンバータ１−９が瞬時過負荷状態である場合には、すばやくモータ出力を低減させることができる。また、コンバータ１−９が定常時過負荷状態である場合には、上位制御装置１００から各モータ駆動装置に出力されるモータ動作指令の見直しにより厳しい運転サイクルを改善し、コンバータ１−９に搭載されるパワーモジュール２２及び平滑コンデンサ２１の温度上昇を低減させることができる。これらの制御により、コンバータ１−９の寿命劣化、破損といった悪影響をシステム停止させることなく解消することができる。また、工作機械のような複数のモータを使用する産業機械においては、サイクルタイムが長くなるのを防ぐように、モータ動作指令を出力することで、サイクルタイムを維持しながら、コンバータ１−９の過負荷状態を解消することができる。そのため、容量の小さいコンバータを選定することができ、産業機械の低コスト化に寄与することができる。
【０１９６】
実施の形態１０．
図３８は、実施の形態１０に係るコンバータ及びモータ制御装置の構成を示す図である。実施の形態１０に係るコンバータ１−１０は、実施の形態３で示した図１９に示すコンバータ１−３と同一の構成であるが、母線電圧検出部２３、電圧位相検出部２４、母線電流検出部２５、ベース駆動信号生成部２６及び回生制御部２８の図示は省略する一方で、コンバータ１−１０の内部に停電検出部５０が追加されている。また、図３８の構成では、実施の形態８及び実施の形態９と同様に、モータ駆動装置４００、モータ５００及び上位制御装置１００が追加されている。さらに、図３８の構成では、モータ駆動装置４の内部には、直流端子１７−１８間の端子間電圧を検出する直流電圧検出部８２が配置され、モータ駆動装置４００の内部には、直流端子１９−２０間の端子間電圧を検出する直流電圧検出部８３が配置されている。また、上位制御装置１００、モータ駆動装置４００、モータ駆動装置４、コンバータ１−１０は、通信経路でデイジーチェーン接続されている。具体的には、コンバータ１−１０の停電検出部５０とモータ駆動装置４のモータ制御部４Ａとは通信経路８５で接続され、モータ駆動装置４のモータ制御部４Ａとモータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａとは通信経路８６ａで接続され、モータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａと上位制御装置１００とは通信経路８６ｂで接続されている。前述の構成では、例えば、上位制御装置１００からモータ駆動装置４に対し出力されるモータ動作指令は、モータ駆動装置４００のモータ制御部４００Ａを介してモータ駆動装置４のモータ制御部４Ａに入力されることになる。
【０１９７】
実施の形態３でも説明したように、停電検出部５０は、入力電圧検出部４３の出力信号に基づいて交流電源３の停電を検出し、前述の通信経路８５，８６ａ，８６ｂを介してモータ駆動装置４、モータ駆動装置４００及び上位制御装置１００に停電情報を通知する機能を備える。
【０１９８】
モータ制御部４Ａは、モータ５に任意の交流電力を供給することでモータ５を可変速制御する機能と、直流電圧検出部８２の検出信号を受信する機能とを備える。モータ制御部４００Ａは、モータ５００に任意の交流電力を供給することでモータ５００を可変速制御する機能と、直流電圧検出部８３の検出信号を受信する機能とを備える。なお、直流電圧検出部８２の検出信号と、直流電圧検出部８３の検出信号とは、平滑コンデンサ２１の端子間電圧、すなわち母線電圧検出部２３の検出値と同一となる。
【０１９９】
交流電源３で停電が発生すると、モータ駆動装置４及びモータ駆動装置４００は、それぞれのモータの正常な運転を継続できなくなる。また、この際にコンバータ１−１０が電源回生動作を行うと、母線電圧ＶＰＮと交流電源３との間の電圧差が大きくなっているため、過大な電流が流れ、パワーモジュール２２の破損に繋がるおそれがある。そのため、停電発生時は、電源回生動作を行うことができない。
【０２００】
停電発生時に、モータ５又はモータ５００が動作していた場合、動作しているモータを停止させる必要がある。一方、モータを減速させるとモータの回生電力がコンバータ１−１０の平滑コンデンサ２１に蓄積され、母線電圧ＶＰＮが上昇する。本来であれば、母線電圧ＶＰＮが上昇した場合、パワーモジュール２２のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を動作させて電源回生動作を行えばよいが、前述の理由で電源回生動作を行うことができない。その結果、母線電圧ＶＰＮがさらに上昇することになる。そのため、母線電圧ＶＰＮがある値を超えると過電圧と判断して各モータの制御を停止しなければならない。この場合、各モータが停止するまでには時間がかかり、例えば工作機械の送り軸などは、軸端に衝突する可能性がある。
【０２０１】
また、モータの特性、又は、モータによって駆動される、例えば重力軸が受ける摩擦の状況によっては、モータを減速させる場合であってもモータ駆動装置からモータへ交流電力を供給し続ける必要がある。すなわち、この場合には、モータ減速時であっても、モータに回生電力が発生しないので平滑コンデンサ２１に蓄積された直流電力を使用することになる。このような状況で交流電源３に停電が発生し、モータを停止させようとすると、母線電圧ＶＰＮは急速に低下する。通常、モータ駆動装置は、母線電圧ＶＰＮが低下し過ぎると、モータを駆動するための交流電力を供給できなくなるため、低電圧と判断してモータの制御を停止する。この場合もモータが停止するまでに時間がかかり、同様に軸端等に衝突する可能性がある。
【０２０２】
前述の問題を解決するため、実施の形態１０では、コンバータ１−１０の停電検出部５０の判定結果を、通信経路８５，８６ａ，８６ｂを介してモータ制御部４Ａ、モータ制御部４００Ａ及び上位制御装置１００に通知する。通知された判定結果が交流電源３に停電が発生した旨の信号であった場合、モータ制御部４Ａは、直流電圧検出部８２の検出値に基づいてモータ５に供給する交流電力を制御する。また、モータ制御部４００Ａは、モータ５００を減速停止させるように交流電力を供給する。例えば、工作機械において、前述のモータ５をスピンドルモータ、モータ５００をサーボモータとすると、交流電源３に停電が発生した場合、送り軸を動作させるサーボモータを速やかに停止させることを優先させる必要がある。そのため、スピンドルモータにあたるモータ５の動作により母線電圧ＶＰＮを適正な値に保つように制御し、サーボモータにあたるモータ５００が安全に減速停止できるようにする。
【０２０３】
なお、前述のように直流電圧検出部８２は、母線電圧検出部２３が検出する母線電圧ＶＰＮと同一となる。このため、直流電圧検出部８２の検出値は、母線電圧ＶＰＮとして扱う。モータ制御部４Ａの内部には、母線電圧ＶＰＮを判定する母線電圧判定回路を構成する。モータ制御部４Ａは、母線電圧判定回路の判定結果に基づいてモータ５に供給する交流電力を決定する。
【０２０４】
図３９は、実施の形態１０における母線電圧判定回路の構成例を示す図である。図３９において、母線電圧判定回路は、比較器１９６，１９７で構成される。比較器１９６のマイナス入力端子には母線電圧上限値ＶＰＮｍａｘが入力され、比較器１９６のプラス入力端子には直流電圧検出部８２の検出値ＶＰＮが入力される。比較器１９７のマイナス入力端子には直流電圧検出部８２の検出値ＶＰＮが入力され、比較器１９７のプラス入力端子には母線電圧下限値ＶＰＮｍｉｎが入力される。比較器１９６は、母線電圧ＶＰＮが予め決められた母線電圧上限値ＶＰＮｍａｘ以上か否かを判定する。比較器１９７は、母線電圧ＶＰＮが予め決められた母線電圧下限値ＶＰＮｍｉｎ以下か否かを判定する。
【０２０５】
比較器１９６がＨｉｇｈレベルの信号を出力し、比較器１９７がＬｏｗレベルの信号を出力した場合、母線電圧ＶＰＮが適正値よりも大きくなっている状態であり、母線電圧ＶＰＮを低下させる必要がある。この場合、スピンドルモータにあたるモータ５を加速させれば、モータ５は力行動作となり、母線電圧ＶＰＮを低下させることができる。また、比較器１９６がＬｏｗレベルの信号を出力し、比較器１９７がＨｉｇｈレベルの信号を出力した場合、母線電圧ＶＰＮは適正値よりも小さくなっている状態であり、母線電圧ＶＰＮを上昇させる必要がある。この場合、スピンドルモータにあたるモータ５を減速させれば、モータ５は回生動作となり、母線電圧ＶＰＮを上昇させることができる。
【０２０６】
次に、実施の形態１０に係るコンバータ、モータ駆動装置及び上位制御装置の動作について、図３８に加え、図４０，図４１及び図４２の各図面を参照して説明する。図４０は、実施の形態１０におけるコンバータ１−１０の動作を示すフローチャートである。図４１は、実施の形態１０におけるモータ制御部４Ａの動作を示すフローチャートである。図４２は、実施の形態１０におけるモータ制御部４００Ａの動作を示すフローチャートである。なお、図４０から図４２では、それぞれのフローチャートを個々に示しているが、図３７のように１つの図で示すことも可能である。
【０２０７】
まず、図４０を用いて、実施の形態１０におけるコンバータ１−１０の動作を説明する。入力電圧検出部４３は、前述のように交流電源３の入力電圧を検出する（ステップＳ４０１）。停電検出部５０は、入力電圧検出部４３の出力信号に基づき交流電源３に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ４０２）。停電検出部５０は、通信経路８５を介して判定結果をモータ駆動装置４内部のモータ制御部４Ａに通知する（ステップＳ４０３）。以上のステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理がコンバータ１−１０の処理であり、コンバータ１−１０は、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理を繰り返し実行する。
【０２０８】
次に、図４１を用いて、実施の形態１０におけるモータ制御部４Ａの動作を説明する。モータ制御部４Ａは、停電検出部５０の判定結果を受信する（ステップＳ５０１）。モータ制御部４Ａは、受信した判定結果をモータ制御部４００Ａに通知し（ステップＳ５０２）、受信した判定結果に基づき交流電源３に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ５０３）。モータ制御部４Ａは、受信した判定結果が停電発生である旨を表す信号の場合（ステップＳ５０３、Ｙｅｓ）、直流電圧検出部８２によって検出された母線電圧ＶＰＮが母線電圧上限値ＶＰＮｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。
【０２０９】
母線電圧ＶＰＮが母線電圧上限値ＶＰＮｍａｘ以上である場合（実施の形態１０では、比較器１９６の出力信号がＨｉｇｈレベル、比較器１９７の出力信号がＬｏｗレベルの場合）（ステップＳ５０４、Ｙｅｓ）、モータ制御部４Ａは、モータ５を加速するように制御し（ステップＳ５０８）、モータ５に交流電力を出力する（ステップＳ５０９）。
【０２１０】
母線電圧ＶＰＮが母線電圧上限値ＶＰＮｍａｘ未満の場合（実施の形態１０では、比較器１９６の出力信号がＬｏｗレベルの場合）（ステップＳ５０４、Ｎｏ）、モータ制御部４Ａは、母線電圧ＶＰＮが母線電圧下限値ＶＰＮｍｉｎ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。母線電圧ＶＰＮが母線電圧下限値ＶＰＮｍｉｎ以下（実施の形態１０では、比較器１９６の出力信号がＬｏｗレベル、比較器１９７の出力信号がＨｉｇｈレベルの場合）（ステップＳ５０５、Ｙｅｓ）、モータ制御部４Ａは、モータ５を減速するように制御し（ステップＳ５０７）、モータ５に交流電力を出力する（ステップＳ５０９）。
【０２１１】
母線電圧ＶＰＮが母線電圧下限値ＶＰＮｍｉｎより大きい（実施の形態１０では、比較器１９７の出力信号がＬｏｗレベルの場合であるが、ステップＳ５０５においては、比較器１９６及び比較器１９７の出力信号がともにＬｏｗレベルの場合）場合（ステップＳ５０５、Ｎｏ）、モータ制御部４Ａは、モータ５への電力供給を停止してモータ５をフリーランさせ（ステップＳ５０６）、モータ５にステップＳ５０６に基づいて生成された交流電力を出力する（ステップＳ５０９）。なお、この制御の場合は、モータ５はフリーランなので電力供給は停止状態である。
【０２１２】
また、ステップＳ５０１の判定において、その判定結果が、停電が発生していない旨の信号であった場合、ステップＳ５０４〜Ｓ５０８の処理をスキップし、ステップＳ５０９の処理を行う。すなわち、モータ制御部４Ａは、上位制御装置１００から送信されたモータ動作指令通りにモータ５を動作させるために交流電力を出力する。以上のステップＳ５０１〜Ｓ５０９がモータ制御部４Ａの処理であり、モータ制御部４Ａは、ステップＳ５０１〜Ｓ５０９の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ５０６の制御では、モータ制御部４Ａは、モータ５への電力供給を停止してモータ５をフリーランさせているが、モータ５が一定速度を維持するように制御してもよい。
【０２１３】
次に、図４２を用いて、実施の形態１０におけるモータ制御部４００Ａの動作を説明する。モータ制御部４００Ａは、通信経路８６ａを介してモータ制御部４Ａから停電の有無に関する判定結果を受信する（ステップＳ６０１）。モータ制御部４００Ａは、通信経路８６ｂを介して上位制御装置１００に対し停電の有無に関する判定結果を通知する（ステップＳ６０２）。モータ制御部４００Ａは、ステップＳ６０１で受信した判定結果に基づき交流電源３に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ６０３）。受信した判定結果が停電発生である旨を表す信号の場合（ステップＳ６０３、Ｙｅｓ）、モータ制御部４００Ａは、モータ５００を減速させるようにモータ動作指令を変更し（ステップＳ６０４）、モータ５００に対し変更したモータ動作指令に基づいた交流電力を出力する（ステップＳ６０５）。一方、受信した判定結果が、停電が発生していない旨の信号であった場合（ステップＳ６０３、Ｎｏ）、モータ制御部４００Ａは、ステップＳ６０４の処理をスキップして、ステップＳ６０５の処理を行う。すなわち、モータ制御部４００Ａは、上位制御装置１００から送信されたモータ動作指令通りにモータ５００を動作させるための交流電力を出力する（ステップＳ６０５）。以上のステップＳ６０１〜Ｓ６０５がモータ制御部４００Ａの処理であり、モータ制御部４００Ａは、ステップＳ６０１〜Ｓ６０５の処理を繰り返し実行する。
【０２１４】
実施の形態１０では、交流電源３に停電が発生した場合、モータ動作指令を出力する上位制御装置１００を介さずにモータ駆動装置４及びモータ駆動装置４００において、例えば送り軸を駆動するモータ５００を速やかに停止させることができる。例えば、モータ制御部４００Ａが停電検出信号を受信すると、モータ５００を減速させる。このとき、この減速の際の減速エネルギーが平滑コンデンサ２１に蓄積されると母線電圧ＶＰＮが上昇するが、この母線電圧ＶＰＮの増減をモータ５で行うことで、母線電圧ＶＰＮが過電圧や低電圧にならずにモータ５００を停止させることができる。入力電圧検出部４３は、実施の形態３に示した信号を検出しているため、低コストで実現することができ、停電検出部５０も低コストで実現することができる。
【０２１５】
なお、実施の形態１から実施の形態１０で説明したコンバータ及びモータ駆動装置における制御機能の一部は、フォトカプラ、ロジックＩＣ等を用いたハードウェアで構成してもよいし、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、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものでもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。
【０２１６】
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０２１７】
１−１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７，１−８，１−９，１−１０  コンバータ、１Ａ  コンバータ制御部、２，２−１，２−２，２−３  リアクトル、３  交流電源、３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ，２１ａ，２１ｂ  端子、４，４００  モータ駆動装置、４Ａ，４００Ａ  モータ制御部、５，５００  モータ、６−１，６−２  出力端子、８−１，８−２，８−３，９−１，９−２，９−３，９−４，９−５，２９１，２９１−１，２９１−２，２９２，２９２−１，２９２−２，２９３，２９３−１，２９３−２，２９４，２９４−１，２９４−２  配線、１１，１２，１３  交流端子、１４，１５，１７，１８，１９，２０  直流端子、２１  平滑コンデンサ、２２  パワーモジュール、２３  母線電圧検出部、２４，２４Ａ  電圧位相検出部、２５  母線電流検出部、２５Ａ  入力電流検出部、２６  ベース駆動信号生成部、２７  ベース駆動回路、２８，２８Ａ  回生制御部、２９  制御電源部、３０  絶縁トランス、３１  主電源、３２  電源制御用ＩＣ、３３  スイッチング素子、３４  フィードバック部、３５  ベース制御回路、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ，３５Ｆ  制御回路、３６  電圧印加部、３６Ａ  第１電圧印加部、３６Ｂ  第２電圧印加部、３６Ｃ  第３電圧印加部、３６Ｄ  第４電圧印加部、３６Ｅ  第５電圧印加部、３６Ｆ  第６電圧印加部、３７，６３  ＮＰＮトランジスタ、３８  ＰＮＰトランジスタ、３９  ベース抵抗、４０  中性点、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ  抵抗、４２  位相検出部、４３  入力電圧検出部、４４  ＲＳＴ−ｄｑ座標変換部、４５，４５Ａ，４５Ｂ  過負荷検出部、４６，４７ａ，４７ｂ，４８ａ，４８ｂ，８５，８６ａ，８６ｂ  通信経路、５０  停電検出部、５１，５２，５３，９１，９２，９３  交流配線、６０  回生開始判定部、６１  回生停止判定部、６２  論理和回路、６４  減算器、６５，６６，１９０，１９１，１９５，１９６，１９７  比較器、７０Ｎ，７１Ｎ  負極母線、７０Ｐ，７１Ｐ  正極母線、８０Ｎ，８０Ｐ，５０１，５０２，５０３  接続点、８２，８３  直流電圧検出部、１９２  論理和回路、１９３  絶対値算出部、１９４  温度上昇推定部、１００  上位制御装置、Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４  コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４  整流素子、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６  スイッチング素子。
【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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【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】
2019239628.tif 000039
【図３０】
2019239628.tif 000040
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月4日(2019.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
前記過負荷検出部は、前記ｄ軸電流が、予め定められたｄ軸電流下限値より大きく、且つｄ軸電流上限値より小さい場合、前記コンバータは瞬時過負荷状態で動作していないと判定し、前記ｄ軸電流が、前記ｄ軸電流下限値以下、又は前記ｄ軸電流上限値以上となった場合、前記コンバータは瞬時過負荷状態で動作していると判定することを特徴とする請求項１３又は１４に記載のコンバータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１６】
前記過負荷検出部は、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流のうちの少なくとも１つの電流に基づいて、絶対値を算出する絶対値算出部と、
前記絶対値算出部の算出結果を入力し平均化するフィルタ部を有して構成され、
前記フィルタ部の出力結果が、予め定められた閾温度以上となった場合は、前記コンバータは定常時過負荷状態で動作していると判定することを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項に記載のコンバータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
スイッチング素子Ｓ５及びスイッチング素子Ｓ６は、配線８−３により直列に接続される。スイッチング素子Ｓ５、スイッチング素子Ｓ６、整流素子Ｄ５、整流素子Ｄ６及び配線８−３により第３アームが構成される。配線８−３の一端はスイッチング素子Ｓ５のエミッタに接続される。配線８−３の他端はスイッチング素子Ｓ６のコレクタに接続される。配線８−３には配線９−３の一端が接続される。符号５０３は配線８−３と配線９−３との接続点を表す。配線９−３の他端は交流端子１３に接続される。これにより、スイッチング素子Ｓ５のエミッタとスイッチング素子Ｓ６のコレクタとは、交流端子１３と電気的に接続される。交流端子１３は、リアクトル２−３などを介して交流電源３の端子３Ｔと電気的に接続されるため、整流素子Ｄ５及びスイッチング素子Ｓ５はＴ相の正極用のパワー素子を構成し、整流素子Ｄ６及びスイッチング素子Ｓ６はＴ相の負極用のパワー素子を構成する。スイッチング素子Ｓ５のコレクタは、配線９−４を介して、直流端子１４に接続される。スイッチング素子Ｓ６のエミッタは、配線９−５を介して、直流端子１５に接続される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図３は、図１に示す回生制御部の構成例を示す図である。図３に示すように回生制御部２８は、回生開始判定部６０、回生停止判定部６１、論理和回路６２及びＮＰＮトランジスタ６３を備える。回生開始判定部６０には、母線電圧ＶＰＮが入力される。回生開始判定部６０は、母線電圧ＶＰＮに基づいて、図１に示すパワーモジュール２２による回生動作を開始するか否かを判定する機能を備える。回生開始判定部６０は、減算器６４及び比較器６５を備える。減算器６４には母線電圧ＶＰＮと基準電圧Ｖｒｅｆとが入力される。基準電圧Ｖｒｅｆは、交流電源３の電圧に基づいて予め設定される電圧である。また基準電圧Ｖｒｅｆの生成方法には、交流電源３の電圧を検出して基準電圧Ｖｒｅｆを生成する方法、母線電圧検出部２３から出力される母線電圧ＶＰＮに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを生成する方法等があるが、何れの方法も公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。減算器６４は、母線電圧ＶＰＮと基準電圧Ｖｒｅｆの差分である差電圧ΔＶを算出する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
ベース制御回路３５は、ベース駆動信号ＳＲＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＲＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ａと、ベース駆動信号ＳＲＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＲＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｂと、ベース駆動信号ＳＳＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＳＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｃと、ベース駆動信号ＳＳＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＳＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｄと、ベース駆動信号ＳＴＰを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＴＰと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｅと、ベース駆動信号ＳＴＮを電気的に絶縁し、ベース駆動信号ＳＴＮと同電位の信号に変換する制御回路３５Ｆとを備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
なお、線間電圧ＶＲ−Ｓは、Ｓ相を基準としてＲ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＳ−Ｒは、Ｒ相を基準としてＳ相との電圧差を検出したものである。線間電圧ＶＲ−Ｓと線間電圧ＶＳ−Ｒとは、電圧位相が１８０度ずれている。同様に、線間電圧ＶＳ−Ｔは、Ｔ相を基準としてＳ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＴ−Ｓは、Ｓ相を基準としてＴ相との電圧差を検出したものであり、線間電圧ＶＳ−Ｔと線間電圧ＶＴ−Ｓとは、電圧位相が１８０度ずれている。線間電圧ＶＴ−Ｒは、Ｒ相を基準としてＴ相との電圧差を検出したものであるのに対し、線間電圧ＶＲ−Ｔは、Ｔ相を基準としてＲ相との電圧差を検出したものであり、線間電圧ＶＴ−Ｒと線間電圧ＶＲ−Ｔとは、電圧位相が１８０度ずれている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３７】
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【国際調査報告】
2019239628.tif 000054
2019239628.tif 000055