(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにおいて出力電流を検出するための電圧指令修正装置であって、
ＰＷＭ電圧指令を受信して、前記ＰＷＭ電圧指令が位置する電圧六角形でのセクタを判別する第１判別部と、
サンプリングの最小時間をサンプリングの最小ＰＷＭに変換し、これを用いて、電流検出不可領域内に前記ＰＷＭ電圧指令が位置する領域を判別する第２判別部と、
判別された領域を基に、最小限の注入電圧を用いて調整電圧と復元電圧を決定し、前記ＰＷＭ電圧指令を修正する指令修正部と、を含み、
前記調整電圧は、電流検出可能領域に移動した電圧であり、前記復元電圧は、元の電圧と前記調整電圧との差を補償した電圧であり、
前記第１判別部は、
前記セクタの判別により、３相の前記ＰＷＭ電圧指令で、最大電圧、中間電圧、及び最小電圧を決定し、
前記第２判別部は、
ＰＷＭ三角波の最大値からサンプリングの最小ＰＷＭを差し引いた電圧が前記中間電圧よりも大きいか等しい場合、電流検出可能領域と判断し、前記ＰＷＭ電圧指令を修正せず、
前記復元電圧が前記最大電圧よりも小さいか等しい場合、領域１と判別し、
前記復元電圧のゼロベクトルの印加時間が０よりも大きい場合、領域２と判別し、
前記中間電圧と前記最小電圧との差が、ＰＷＭ三角波の最大値の２倍と前記最小電圧を２で割った値との差よりも小さい場合、領域３と判別し、
前記中間電圧と前記最小電圧との差が、ＰＷＭ三角波の最大値の２倍と前記最小電圧を２で割った値との差よりも大きいか等しい場合、領域４と判別する、ことを特徴とする電圧指令修正装置。
【請求項２】
前記領域１は、
前記調整電圧と前記復元電圧のゼロベクトルの印加時間が変わらない領域と定義されることを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項３】
前記指令修正部は、
前記電圧六角形の幾何学的性質を用いて、前記ＰＷＭ電圧指令に適用して、前記調整電圧と前記復元電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項４】
前記領域２は、
前記復元電圧のゼロベクトルの印加時間が、前記ＰＷＭ電圧指令のゼロベクトルの印加時間よりも小さくなる領域と定義されることを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項５】
前記領域３は、
前記調整電圧のゼロベクトルの印加時間も変化する領域と定義されることを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項６】
前記指令修正部は、
注入電圧により前記ＰＷＭ電圧指令が電流測定不可領域を外れる第１の条件と、補償電圧が前記電圧六角形内に存在しなければならない第２の条件とを満している領域で、前記最小電圧が注入されるように注入電圧を決定し、これによって、前記調整電圧と前記復元電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項７】
前記指令修正部は、
電圧誤差の量を考慮して、電流測定可能領域内で前記調整電圧と前記復元電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【請求項８】
前記ＰＷＭ電圧指令は、インバータ制御装置で生成され、
前記インバータ制御装置は、
３相インバータから出力される２相電圧指令を３相電圧指令に変換する変換部と、
前記３相電圧指令を空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）を用いて、極電圧指令に変換する適用部と、
前記極電圧指令を用いて、前記ＰＷＭ電圧指令を生成する生成部と、
前記ＰＷＭ電圧指令が前記電圧六角形内の電流検出不可領域に位置する場合、前記ＰＷＭ電圧指令を修正する修正部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電圧指令修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータにおいて出力電流を検出するための電圧指令修正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、３相インバータは、３相の交流電動機を可変周波数で駆動するものであって、電力効率が高く、瞬時的なトルク制御が可能であることから、多様に用いられている。
【０００３】
３相インバータでは、通常、出力電流を検出して制御や保護に用いている。最近、家電や産業用インバータにおいて安価の電流検出方式が提案されているが、そのうちの一つが、シャント抵抗（ｓｈｕｎｔ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を用いるものである。シャント抵抗を用いてインバータの出力電流を検出することは、従来のホール効果（Ｈａｌｌ  ｅｆｆｅｃｔ）を用いた電流センサを用いることに比べてコストが安いため、インバータの単価を下げることができる。
【０００４】
このように、シャント抵抗を用いてインバータの出力電流を正確に検出するためには、インバータのスイッチングパターンにおいて特定の条件を満たさなければならない。
【０００５】
図１は、シャント抵抗を用いてインバータの出力電流を検出することを説明するための回路図である。
【０００６】
図１に示すように、ＤＣリンクコンデンサ１１０のＤＣ電圧がスイッチング部１２０によりＡＣ電圧に変換され、モータ２００に印加され、スイッチング部１２０の下部スイッチがオン（ＯＮ）されると、インバータの出力電流がシャント抵抗１３０に流れるようになるため、絶縁または非絶縁演算増幅器１４０がシャント抵抗１３０の電圧を測定して電流を検出する原理を用いる。
【０００７】
このようなインバータの出力電流を検出するためには、電流をサンプリングしなければならないが、このとき、インバータの電圧指令が電流検出不可領域にある場合は、インバータの電圧指令を修正しなければならない。
【０００８】
図１のような３相インバータにおいて、スイッチング部１２０は、通常、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＰＷＭ）により可変サイズと可変周波数のＡＣ電圧を合成する。このようなＰＷＭ制御のうち、空間ベクトルＰＷＭ（Ｓｐａｃｅ  Ｖｅｃｔｏｒ  ＰＷＭ；ＳＶＰＷＭ）の制御について説明する。
【０００９】
図２は、ＳＶＰＷＭ方式を説明するための例示図である。
【００１０】
図２に示すように、１つの相のスイッチは、図２の（ａ）のように、上部スイッチ１２０ａと、下部スイッチ１２０ｂとで構成される。これを等価的に図２の（ｂ）のように、スイッチで表現することができる。図２の（ｃ）と（ｄ）は、２つのスイッチング状態を定義し、（ｃ）のような状態をＳａ＝１、（ｄ）のような状態をＳａ＝０と定義する。
【００１１】
スイッチングの一周期で出力電圧は、オン（ＯＮ）シーケンス電圧と、オフ（ＯＦＦ）シーケンス電圧とで構成される。オンシーケンスは、１つの相で、上部スイッチ１２０ａの状態がオフからオンに変化する段階をいい、オフシーケンスは、オンからオフに変わる段階である。各相のスイッチの状態を組み合わせると、図３のように、六角形の頂点に対応する電圧ベクトルを生成することができる。図３は、電圧ベクトルの一例示図である。
【００１２】
図３において、六角形の内部の電圧は、ＰＷＭ制御を用いて合成することができる。スイッチの状態の変化を最小化することがスイッチングの損失を減らすことができるため、通常、電圧指令を含む三角形の３つの頂点に対応するスイッチング状態を組み合わせて、電圧ベクトルを合成する。
【００１３】
このとき、ゼロベクトル（ｚｅｒｏ  ｖｅｃｔｏｒ）は、すべての相のスイッチがオンであるか、オフである電圧ベクトルをいい、モータ２００の相間電圧差がないため、電力が伝達されない。また、有効ベクトルは、ゼロベクトルではなく、六角形の頂点に位置する電圧ベクトルをいう。
【００１４】
図４は、三角波を用いて、極電圧（Ｖａｎ、Ｖｂｎ、Ｖｃｎ）をＰＷＭ方法により合成することを示す例示図である。
【００１５】
図４に示すように、スイッチング状態が、０００（逆ベクトル）→１００（有効ベクトル）→１１０（有効ベクトル）→１１１（ゼロベクトル）→１１０（有効ベクトル）→１００（有効ベクトル）→０００に変わり、各ベクトルを印加するとき、１相のスイッチのみ変わるため、スイッチング回数が最小化される。
【００１６】
図５は、図３及び図４の関係を説明するための例示図である。図４において、Ｔ１及びＴ２の有効時間は、図３の電圧六角形に図示できることが分かる。
【００１７】
図６は、電流検出が不可能な領域を説明するための例示図であり、図７は、シャント抵抗で発生するスイッチングリップルを説明するための一例示図である。図６の（ａ）と（ｂ）において、網掛け表示された領域が電流検出が不可能な領域である。
【００１８】
図６の（ａ）のように、多角形で電流検出が不可能な領域が発生する理由は、図７のように、スイッチがオフされた後は、シャント抵抗にスイッチングリップルが発生するが、スイッチングリップルがなくなった後、電圧を測定しなければ正確な電流を検出することができないからであり、これを数式で表すと、次のとおりである。
【００１９】
【数１】
0005902762.tif 000002
【００２０】
数式１は、２相の電流を読み取って、残りの１つの相は、３相の電流の和が零であることを用いて、間接的に計算する方法を使用する場合に有効である。３相ともにＴｍｉｎの時間を確保するには、ゼロベクトルの印加時間がＴｍｉｎよりも大きいという条件が追加される。
【００２１】
この条件が追加される場合、図６の（ａ）のように、電流検出可能領域が六角形全体的に減ることになる。しかし、２相のみＴｍｉｎの時間を確保する条件である場合には、図６の（ｂ）のように、３つのより小さな領域のみが検出不可領域となり、検出可能領域が広くなる。したがって、２相の電流を読み取る方式がより優れているといえる。
【００２２】
図８は、検出不可能領域と検出可能領域との境界を説明するための例示図であって、二等辺三角形の二辺が同じである幾何学的な性質を用いている。
【００２３】
図９は、電流サンプリングの時点を説明するための例示図であって、すべての相のスイッチング状態が０である場合、電流をサンプリングしていることが分かる。
【００２４】
シャント抵抗での電流検出は、オフシーケンス電圧の後で実行されるため、オフシーケンス電圧を電流検出可能領域に移動し、オンシーケンス電圧でその差だけ補償して、電流検出可能領域を拡張することができる。
【００２５】
従来は、このような電流の検出不可領域をＳ１、Ｓ２、Ｓ３のように３つの領域に分けて電圧を調整する。
【００２６】
図１０は、電流の検出不可領域を３つに分けたことを説明するための図である。
【００２７】
各領域（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）で注入電圧（Ｖｄｓｓ＿ｉｎｊ、Ｖｑｓｓ＿ｉｎｊ）を計算し、元の電圧と注入電圧との和（調整電圧）をオフシーケンスにおける電圧指令として用い、元の電圧から注入電圧を引いた電圧（補償電圧）をオンシーケンスにおける電圧指令として用いて、オンシーケンスとオフシーケンスの電圧の平均が、元の電圧（Ｖｄｓｓ＿ｏｒｇ、Ｖｑｓｓ＿ｏｒｇ）と同じようにすることである。
【００２８】
このような従来の方法において、元の電圧指令がどの領域に含まれるかを判断しなければならないが、このとき、要求される計算が多いため、ＣＰＵの速度が遅い場合には、負担が発生する。
【００２９】
以下では、従来の領域を判別し、注入電圧を計算する過程を説明する。
【００３０】
図１１は、従来の注入電圧の決定過程を説明するための例示図である。
【００３１】
図１１に示すように、従来の注入電圧の決定は、セクタを判断し（Ｓ１１１）、セクタ１に電圧指令を移動する（Ｓ１１２）。セクタ１に電圧指令を移動して計算することは、他のセクタとセクタ１は、対称または回転移動をすると、同じ位置になり、同じ注入電圧の式を用いることができるからである。
【００３２】
Ｓ１１１は、数式２の直線の方程式を用いて、元の電圧指令がどのセクタに存在するかを判断する。固定小数点演算を用いる場合、√３の計算は、数式３のように表すことができ、よって、除算演算が必要である。このとき、二つの直線の方程式に含まれる√３の数は、すべて２つであるため、Ｓ１１１では、最大２つの除算演算が必要である。
【００３３】
【数２】
0005902762.tif 000003
【００３４】
【数３】
0005902762.tif 000004
【００３５】
Ｓ１１２では、数式４乃至数式８を用いる。この場合も、√３が含まれているため、除算演算が要求される。数式４は、セクタ２をセクタ１に、数式５は、セクタ３をセクタ１に、数式６は、セクタ４をセクタ１に、数式７は、セクタ５をセクタ１に、数式８は、セクタ６をセクタ１に移動する式を、それぞれ表す。
【００３６】
【数４】
0005902762.tif 000005
【００３７】
【数５】
0005902762.tif 000006
【００３８】
【数６】
0005902762.tif 000007
【００３９】
【数７】
0005902762.tif 000008
【００４０】
【数８】
0005902762.tif 000009
【００４１】
図１１において、セクタ１に電圧指令を移動した後は、領域を判別して注入電圧を計算し（Ｓ１１３）、元のセクタに再び移動する（Ｓ１１４）。
【００４２】
Ｓ１１３において領域を区分するための直線の方程式について説明する。領域１（Ｓ１）と、電流検出可能領域を分ける直線の方程式は、数式９のとおりである。
【００４３】
【数９】
0005902762.tif 000010
【００４４】
領域１（Ｓ１）及び領域２（Ｓ２）を区別する直線は、図１０の直線ＦＧであり、点Ｆは、ＪとＤを１：２で内分する点であり、点Ｇは、ＡとＣを２：３で内分する点である。これを用いて、直線ＦＢの方程式と、直線ＡＣの方程式を求めると、数式１０及び数式１１の通りである。
【００４５】
【数１０】
0005902762.tif 000011
【００４６】
【数１１】
0005902762.tif 000012
【００４７】
このように、直線の方程式を用いて領域を判別し、領域を判別した後は、該当領域の注入電圧が数式１２のように決定できる。
【００４８】
【数１２】
0005902762.tif 000013
【００４９】
このように、注入電圧を決定する場合にも、除算演算が同様に要求される。Ｓ１１３で注入電圧を決定した後、元のセクタに再変換するが、この過程で、除算演算がさらに要求される。元の電圧指令と注入電圧とを加えた電圧は、ｄｑ電圧であるため、ＡＢＣ相電圧に変換した後、ＳＶＰＷＭ制御を用いて、ＰＷＭ指令に変換する。
【００５０】
固定小数点演算において除算演算は、複数のコマンドを用いて処理され、例えば、ＴＩ社のＴＭＳ３２０Ｆ２８０９（動作クロック  ６０ＭＨｚ）では、１．０５マイクロ秒がかかる。従来の方法で段階別の除算回数をまとめると、次の表のとおりである。
【００５１】
【表１】
0005902762.tif 000014
【００５２】
このように、従来の電流検出方法によれば、多くの計算量を要する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、除算演算を必要とせず、少ない計算で早い時間内に所望の電圧を計算し、注入される電圧の大きさを最小化する、インバータにおいて出力電流を検出するための電圧指令修正装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００５４】
上記のような技術的課題を解決するために、本発明の一実施形態におけるインバータにおいて出力電流を検出するための電圧指令修正装置は、ＰＷＭ電圧指令を比較して、前記ＰＷＭ電圧指令が位置する電圧六角形でのセクタを判別する第１判別部と、サンプリングの最小時間をサンプリングの最小ＰＷＭに変換し、これを用いて、電流検出不可領域内に前記ＰＷＭ電圧指令が位置する領域を判別する第２判別部と、及び、判別された領域を基に、最小限の注入電圧を用いて調整電圧（電流検出可能領域に移動した電圧）と復元電圧（調整電圧の差を補償した電圧）を決定し、前記ＰＷＭ電圧指令を修正する指令修正部と、を含む。
【００５５】
本発明の一実施形態において、 前記第１の判別部は、前記セクタの判別により、３相の前記ＰＷＭ電圧指令で、最大電圧、中間電圧、及び最小電圧を決定する。
【００５６】
本発明の一実施形態において、前記第２の判別部は、ＰＷＭ三角波の最大値からサンプリングの最小ＰＷＭを差し引いた電圧が中間電圧よりも大きいか等しい場合、電流検出可能領域と判断し、前記ＰＷＭ電圧指令を修正しなくてもよい。
【００５７】
本発明の一実施形態において、前記第２の判別部は、復元電圧が最大電圧よりも小さいか等しい場合、領域１と判別する。
【００５８】
本発明の一実施形態において、前記領域１は、調整電圧と復元電圧のゼロベクトルの印加時間が変わらない領域と定義される。
【００５９】
本発明の一実施形態において、前記指令修正部は、前記電圧六角形の幾何学的性質を用いて、各電圧ベクトルの印加時間を計算し、前記ＰＷＭ電圧指令に適用して、調整電圧と復元電圧を決定する 。
【００６０】
本発明の一実施形態において、前記第２の判別部は、復元電圧のゼロベクトルの印加時間が０よりも大きい場合、領域２と判別する。
【００６１】
本発明の一実施形態において、前記領域２は、復元電圧のゼロベクトルの印加時間が、前記ＰＷＭ電圧指令のゼロベクトルの印加時間よりも小さくなる領域と定義される。
【００６２】
本発明の一実施形態において、前記指令修正部は、前記電圧六角形の幾何学的性質を用いて、各電圧ベクトルの印加時間を計算し、前記ＰＷＭ電圧指令に適用して、調整電圧と復元電圧を決定する。
【００６３】
本発明の一実施形態において、前記第２の判別部は、中間電圧と最小電圧との差が、ＰＷＭ三角波の最大値の２倍と最小電圧を２で割った値の差よりも小さいと、領域３と判別する。
【００６４】
本発明の一実施形態において、前記領域３は、調整電圧のゼロベクトルの印加時間も変化する領域と定義される。
【００６５】
本発明の一実施形態において、前記指令修正部は、注入電圧により前記ＰＷＭ電圧指令が電流測定不可領域を外れる第１の条件と、補償電圧が電圧六角形内に存在しなければならない第２の条件とを満している領域で、最小電圧が注入されるように注入電圧を決定し、これによって、調整電圧と復元電圧を決定する。
【００６６】
本発明の一実施形態において、前記第２の判別部は、中間電圧と最小電圧との差が、ＰＷＭ三角波の最大値の２倍と最小電圧を２で割った値の差よりも大きいか等しいと、領域４と判別する。
【００６７】
本発明の一実施形態において、前記指令修正部は、電圧誤差の量を考慮して、電流測定可能領域内で調整電圧と復元電圧を決定する。
【００６８】
本発明の一実施形態において、前記ＰＷＭ電圧指令は、インバータ制御装置で生成され、前記インバータ制御装置は、３相インバータから出力される２相電圧指令を３相電圧指令に変換する変換部と、前記３相電圧指令を空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）を用いて、極電圧指令に変換する適用部と、前記極電圧指令を用いて、ＰＷＭ電圧指令を生成する生成部と、及び、前記ＰＷＭ電圧指令が電圧六角形内の電流検出不可領域に位置する場合、前記ＰＷＭ電圧指令を修正する修正部と、を含む。
【発明の効果】
【００６９】
上記のような本発明は、減少した計算量により計算時間が短縮され、セクタに関係なく、一定の演算時間がかかるようにする効果がある。
【００７０】
また、領域３で注入電圧の大きさを最小化することができ、領域４を追加して、電流のサンプリングが断絶される区間がないようにする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】シャント抵抗を用いてインバータの出力電流を検出することを説明するための回路図である。
【図２】ＳＶＰＷＭ方式を説明するための例示図である。
【図３】電圧ベクトルの一例示図である。
【図４】三角波を用いて、極電圧（Ｖａｎ、Ｖｂｎ、Ｖｃｎ）をＰＷＭ方法により合成することを示す例示図である。
【図５】図３及び図４の関係を説明するための例示図である。
【図６】電流検出が不可能な領域を説明するための例示図である。
【図７】シャント抵抗で発生するスイッチングリップルを説明するための一例示図である。
【図８】検出不可能領域と検出可能領域との境界を説明するための例示図である。
【図９】電流サンプリングの時点を説明するための例示図である。
【図１０】電流の検出不可領域を３つに分けたことを説明するための図である。
【図１１】従来の注入電圧の決定過程を説明するための例示図である。
【図１２】本発明の一実施形態の電圧指令修正装置が適用されるインバータ制御装置を説明するための構成図である。
【図１３】図１２の電圧指令修正部の詳細構成図である。
【図１４】セクタの定義を説明するための一例示図である。
【図１５】サンプリングの最小時間とサンプリングの最小ＰＷＭとの関係を示した例示図である。
【図１６】図１３の領域判別部が領域を判別する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明で定義される領域を説明するための一例示図である。
【図１８】図１７の領域１を説明するための一例示図である。
【図１９】ゼロベクトルの印加時間が同じになる電圧ベクトルの移動を示す一例示図である。
【図２０】領域１において、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。
【図２１】図１７の領域２を説明するための一例示図である。
【図２２】領域２において、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。
【図２３】図１７の領域３を説明するための一例示図である。
【図２４】領域３において、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。
【図２５】領域３において、注入電圧と補償電圧を決定する方法を説明するための一例示図である。
【図２６】図１７の領域４を説明するための一例示図である。
【図２７】従来の電圧指令の修正に必要な時間と、本発明によってかかる時間とを比較した一例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示して、詳細な説明において詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
【００７３】
以下、添付した図面を参照して、本発明による好適な一実施形態を詳細に説明する。
【００７４】
図１２は、本発明の一実施形態の電圧指令修正装置が適用されるインバータ制御装置を説明するための構成図である。
【００７５】
図１２に示すように、本発明が適用されるインバータ制御装置は、変換部１０、ＳＶＰＷＭ適用部２０、電圧指令生成部３０、及び電圧指令修正部４０を含んでおり、デッドタイム補償部５０をさらに含む。
【００７６】
変換部１０は、３相インバータの出力電圧である２相のｄｑ電圧指令を３相電圧指令に変換し、次の数式を用いる。
【００７７】
【数１３】
0005902762.tif 000015
【００７８】
ＳＶＰＷＭ適用部２０は、変換部１０によって変換された３相電圧をＳＶＰＷＭを用いて極電圧指令に変換する。このとき、ＳＶＰＷＭ適用部２０は、次の数式を用いる。
【００７９】
【数１４】
0005902762.tif 000016
【００８０】
このとき、Ｖｓｎは、オフセット電圧であり、相電圧の最大値と最小値を平均した後、負の符号を付けて計算する。
【００８１】
指令電圧生成部３０は、ＳＶＰＷＭ適用部２０が計算した極電圧を、次の数式１５によりＰＷＭ電圧指令として計算する。このとき、Ｎｐｅａｋは、三角波（キャリア）の最大値であって、三角波は、−ＮｐｅａｋからＮｐｅａｋの範囲を有する。
【００８２】
【数１５】
0005902762.tif 000017
【００８３】
電圧指令計算部３０が計算した電圧指令によって、図１のインバータのスイッチング部１２０のスイッチング時点が決定されるが、電圧指令修正部４０は、電圧指令生成部３０が計算した電圧指令が電圧六角形内の電流検出不可領域に位置する場合、これを修正する。これについては、後でさらに詳細に説明する。
【００８４】
デッドタイム補償部５０は、１つの相の上部及び下部のスイッチ１２０ａ、１２０ｂのいずれもオフ状態である場合、出力電圧が電流の大きさと極性により決定されることによって発生する出力電圧の誤差を低減するために、電圧指令を調整する。
【００８５】
以下、図面を参照にして本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００８６】
図１３は、図１２の電圧指令修正部４０の詳細構成図である。
【００８７】
図１３に示すように、本発明の電圧指令修正部４０は、セクタ判別部４１、領域判別部４２、及び指令修正部４３を含む。
【００８８】
セクタ判別部４１は、電圧指令生成部３０が生成したＰＷＭ電圧指令を受信し、この電圧指令を比較して、セクタを判別する。ＳＶＰＷＭ適用部２０が相電圧を極電圧に変更するとき、３相ともに同じ大きさのオフセット電圧を加えるものであるため、大小関係は変わらない。また、ＰＷＭ電圧指令は、極電圧に一定の値を乗算した値であるため、大小関係に影響を与えない。
【００８９】
図１４は、セクタの定義を説明するための一例示図である。図１４に示すように、また、上記発明の背景となる技術の部分で説明したように、セクタは６つに区分されており、本発明では、図１４のように定義することができる。
【００９０】
したがって、セクタ判別部４１は、以下の表のようにＰＷＭ電圧指令を比較して、セクタを判別することができる。
【００９１】
【表２】
0005902762.tif 000018
【００９２】
領域判別部４２は、図７で説明したようなサンプリングの最小時間（Ｔｍｉｎ）を、サンプリングの最小ＰＷＭに変換し、これを用いて領域を判別する。領域判別については、以下で説明する。
【００９３】
図１５は、サンプリングの最小時間とサンプリングの最小ＰＷＭとの関係を示した一例示図である。サンプリングの最小時間とサンプリングの最小ＰＷＭは、次の数式１６によって決定することができる。このとき、Ｎｈｉｇｈは、次の数式１７のように定義される。
【００９４】
【数１６】
0005902762.tif 000019
【００９５】
【数１７】
0005902762.tif 000020
【００９６】
また、指令修正部４３は、判別された領域を基に、調整ＰＷＭ電圧指令と、復元ＰＷＭ電圧指令を決定し、元のＰＷＭ電圧指令を修正する。修正前の電圧指令、調整電圧指令、復元電圧指令は、次の数式１８のようなベクトルで定義される。
【００９７】
【数１８】
0005902762.tif 000021
【００９８】
図１６は、図１３の領域判別部が領域を判別する方法を説明するためのフローチャートであり、図１７は、本発明で定義される領域を説明するための一例示図である。図１７は、図６の（ｂ）の電流検出不可領域（領域１、領域２、領域３、領域４）と、電流検出可能領域（領域０）を拡大したものである。このとき、領域判別に用いられるＮａｄｊは、数式１８のベクトルと異なるものであって、ＮｍｉｄからＮｈｉｇｈを差し引いた値である。領域と関連する詳細な説明は、追って図面を参照することにする。
【００９９】
領域判別部４２は、ＮｍｉｄからＮｈｉｇｈ（数式１７）を差し引いた値が０よりも小さいか等しい場合（Ｓ１０）、当該電圧指令は、領域０であると判別する。領域０に対しては、電流検出が可能な領域であるため、電圧指令の修正が要求されない。
【０１００】
領域判別部４２は、Ｎｍｉｄ＋ＮａｄｊがＮｍａｘよりも小さいか等しい場合（Ｓ１１）、領域１と判別する。このとき、Ｎａｄｊは、Ｎｍｉｄ−Ｎｈｉｇｈである。つまり、Ｎｍｉｄ−Ｎａｄｊは、調整電圧であり、Ｎｍｉｄ＋Ｎａｄｊは、復元電圧であるため、復元電圧が最大指令よりも小さくて、セクタを保存すると、領域１と判別する。
【０１０１】
領域判別部４２は、復元電圧のゼロベクトル印加時間が０よりも大きい場合（Ｓ１２）、領域２と判別する。復元電圧のゼロベクトルの印加時間は、次のように定義される。
【０１０２】
【数１９】
0005902762.tif 000022
【０１０３】
また、領域判別部４２は、次の数式を満している場合は、領域３と判別し、領域３でない場合、領域４（電流検出不可領域）と判別する（Ｓ１３）。
【０１０４】
【数２０】
0005902762.tif 000023
【０１０５】
このように、領域判別部４２が領域を判別した場合、指令修正部４３は、調整ＰＷＭ電圧指令と復元ＰＷＭ電圧指令を、それぞれ、表３及び表４のように修正することができる。ただし、領域０に属する場合、指令の修正が要求されないことは、すでに説明したとおりである。
【０１０６】
【表３】
0005902762.tif 000024
【０１０７】
【表４】
0005902762.tif 000025
【０１０８】
上記から分かるように、除算演算は、２で割ること以外にはなく、２で割る演算は、シフト演算を用いるものであるため、事実上、除算演算が存在しないことになる。
【０１０９】
以下では、本発明で定義する領域と、領域で調整電圧と復元電圧を得る過程を説明する。本発明では、従来方式と同様に、３つの領域に分けて電圧指令を修正するが、領域は異なって定義される。
【０１１０】
図１８は、図１７の領域１を説明するための一例示図である。本発明では、領域１を、調整電圧と復元電圧のゼロベクトルの印加時間（Ｔ０）が変わらない領域と定義する。
【０１１１】
従来と比較すると、注入電圧は同じであるが、注入電圧の大きさを計算するとき、ｄｑ軸の電圧で計算せずに、図１８のような幾何学的な性質を用いて、各電圧ベクトルの印加時間を直接計算し、各相の電圧指令にすぐに適用するものであり、これによって、計算量を減らすことができる。
【０１１２】
以下の説明で使用される各種の電圧ベクトルを、図１８のように定義することにする。
【０１１３】
元の電圧は、図１２の電圧指令生成部３０が生成した、修正前の元の電圧指令であり、注入電圧ベクトルは、電流検出が可能であるように電流検出可能領域に移動した、オフシーケンスでの電圧から元の電圧を引いた電圧ベクトルである。
【０１１４】
補償電圧ベクトルは、オンシーケンスでの電圧から元の電圧を引いた電圧ベクトルであり、注入電圧ベクトルと大きさは同じであり、方向が反対である。調整電圧ベクトルは、元の電圧ベクトルと注入電圧ベクトルとを加えたベクトルであり、復元電圧ベクトルは、調整電圧ベクトルと復元電圧ベクトルの平均が、元の電圧ベクトルと等しくなるようにするベクトルであって、元の電圧と補償電圧とを加えたベクトルである。
【０１１５】
図１９は、ゼロベクトルの印加時間が同じになる電圧ベクトルの移動を示す一例示図である。
【０１１６】
【数２１】
0005902762.tif 000026
【０１１７】
図２０は、領域１で、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。
【０１１８】
中間電圧のスイッチング時点からオフシーケンスの終了時点までの時間（Ｔｂ）が、電流検出保障時間（Ｔｍｉｎ）よりも小さい場合、これを確保するために、調整時間（Ｔａｄｊ）を用いてスイッチング時点を変更することになる。最大電圧の指令と最小電圧の指令は変わることなく、中間電圧のみが変わることが分かる。調整時間を用いて、中間電圧のスイッチング電圧を変更しても、オンシーケンスとオフシーケンスでの有効ベクトル印加時間は同様である。
【０１１９】
図２１は、図１７の領域２を説明するための一例示図である。領域２は、復元電圧のゼロベクトルの印加時間が少なくなる領域である。図２２は、領域２において、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。調整電圧では、中間電圧が変わることになり、復元電圧では、ゼロベクトルの印加時間が減るため、最小電圧、最大電圧のスイッチング時点も共に変わることになる。領域１及び領域２では、Ｔ１＋Ｔ２＝Ｔ１’＋Ｔ２’の関係が成立することになり、補償電圧は、セクタ２に存在することになる。
【０１２０】
図２３は、図１７の領域３を説明するための一例示図であり、図２４は、領域３において、本発明の電圧指令の修正によるスイッチング時点の変化を説明するための図である。領域３では、調整電圧のゼロベクトルの印加時間も変化する。従来の方式である、図１０での領域２と領域３を加えた領域であり、注入電圧が最小となる方式で電圧を計算する。
【０１２１】
調整電圧Ｐ８と補償電圧Ｐ４を計算する過程は、次のとおりである。Ｐ０は、元の電圧であり、この点で、Ｐ１のように辺に直角となる点を計算する。Ｐ２は、Ｐ０を中心にＰ１と対称となる点である。Ｐ３は、Ｔ２成分を２ΔＴだけ縮めた点であり、Ｐ４は、Ｔ１成分をΔＴだけ延びた点である。Ｐ５は、Ｔ１の成分を０に作る点である。Ｐ６は、垂線を引いて電流検出可能領域に移動したときの点である。Ｐ７は、Ｔ２成分を２ΔＴだけ延びた点である。Ｐ８は、Ｔ１成分を２ΔＴだけ延びた点である。
【０１２２】
次の表は、Ｐ０乃至Ｐ８を示したものである。
【０１２３】
【表５】
0005902762.tif 000027
【０１２４】
本発明は、最小の電圧を注入する方式を用いる。図２５は、領域３において、注入電圧と補償電圧を決定する方式を説明するための一例示図である。
【０１２５】
領域１及び領域２では、法線を用いて調整電圧ベクトルを決定するため、最小電圧ベクトルが使用されることは自明である。領域３において、注入電圧によって、元の電圧は測定不可能な領域を外れなければならず（ａ）、補償電圧は、合成可能な六角形以内に存在しなければならない（ｂ）。（ａ）の条件と（ｂ）の条件を満している領域のうち、元の電圧に最も近い点を（ｃ）のように決定する。
【０１２６】
したがって、従来の方式による注入電圧よりも小さい電圧を注入して、平均電圧対比高周波注入成分が加えられて発生する電流リップルを小さくすることができる。
【０１２７】
図２６は、図１７の領域４を説明するための一例示図である。
【０１２８】
領域４では、電圧六角形の内に調整電圧ベクトルと復元電圧ベクトルを位置することが不可能である。しかし、最小限のサンプリング時間を得るために、正確な電圧合成が犠牲される。本発明では、図２６のように、電圧誤差の量を考慮して、電流検出可能領域の調整電圧と復元電圧が決定され得る。
【０１２９】
図２７は、従来の電圧指令の修正に必要な時間と、本発明によってかかる時間とを比較した一例示図である。
【０１３０】
従来の方式によれば、セクタを判別する過程によってセクタ別に計算時間が異なるが、本発明は、セクタに関係なく、同じ演算時間を有し、従来の方法に比べて１／３乃至１／７に演算時間が短縮されることが分かる。
【０１３１】
このような本発明は、従来方式に比べて減少した計算量でより良い結果を得ることができ、したがって、ＣＰＵの速度が遅い場合でも、実現が可能な長所がある。つまり、本発明は、除算演算を要求せず、加算、減算、及びシフト演算で必要な計算を実行することができるからである。
【０１３２】
また、本発明は、セクタに関係なく、一定の演算時間がかかるという利点があり、領域３で注入電圧の大きさを最小化することができ、また、領域４を追加して、電流サンプリングが断絶されないようにする。
【０１３３】
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解することができる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定めなければならない。
【符号の説明】
【０１３４】
１０    変換部
２０    ＳＶＰＷＭ適用部
３０    電圧指令生成部
４０    電圧指令修正部
４０    デッドタイム補償部
４１    セクタ判別部
４２    領域判別部
４３    指令修正部
【図１】
0005902762.tif 000028
【図２】
0005902762.tif 000029
【図３】
0005902762.tif 000030
【図４】
0005902762.tif 000031
【図５】
0005902762.tif 000032
【図６】
0005902762.tif 000033
【図７】
0005902762.tif 000034
【図８】
0005902762.tif 000035
【図９】
0005902762.tif 000036
【図１０】
0005902762.tif 000037
【図１１】
0005902762.tif 000038
【図１２】
0005902762.tif 000039
【図１３】
0005902762.tif 000040
【図１４】
0005902762.tif 000041
【図１５】
0005902762.tif 000042
【図１６】
0005902762.tif 000043
【図１７】
0005902762.tif 000044
【図１８】
0005902762.tif 000045
【図１９】
0005902762.tif 000046
【図２０】
0005902762.tif 000047
【図２１】
0005902762.tif 000048
【図２２】
0005902762.tif 000049
【図２３】
0005902762.tif 000050
【図２４】
0005902762.tif 000051
【図２５】
0005902762.tif 000052
【図２６】
0005902762.tif 000053
【図２７】
0005902762.tif 000054