(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータ装置の各相電流の検出を精度よく取得し、異常電流値を検出したときにも脱調しない補正方法を提供する。【解決手段】各相にスイッチング素子を備えた多相のインバータ装置において、インバータ装置の各相を流れる相電流の合成電流を検知し、合成電流をスイッチング素子の切替え状態に基づいて相電流毎の電流値を特定し、特定した少なくとも２相の相電流毎に理想電流値を算出し、相毎に理想電流値と現在の相電流の実測電流値の差から誤差値を算出し、誤差値をローパスフィルタで処理して電流誤差ローパス値として保持し、相毎の誤差値の絶対値が電流誤差ローパス値より大きく、相毎の電流誤差ローパス値が正の値であれば、理想電流値に電流誤差ローパス値を加算し、相毎の誤差値の絶対値が電流誤差ローパス値より大きく、相毎の電流誤差ローパス値が負の値であれば、理想電流値から電流誤差ローパス値を減算して実測電流値の代わりにする。【選択図】  図４
2006180582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相にスイッチング素子を備えた多相のインバータ装置において、
前記インバータ装置の各相を流れる相電流の合成電流を検知する手段と、
前記合成電流を前記スイッチング素子の切替え状態に基づいて前記相電流毎の電流値を特定する手段と、
前記特定した少なくとも２相の前記相電流毎に理想電流値を算出し、前記相毎に前記理想電流値と現在の前記相電流の実測電流値の差から誤差値を算出し、前記誤差値をローパスフィルタで処理して電流誤差ローパス値として保持する手段と、
前記相毎の前記誤差値の絶対値が前記電流誤差ローパス値より大きい場合、前記理想電流値と前記電流誤差ローパス値の差に基づき前記実測電流値を補正する手段と、
を具備することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記補正する手段は、前記相毎の前記誤差値の絶対値が、前記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、前記相毎の前記電流誤差ローパス値が正の値であれば、前記理想電流値に前記電流誤差ローパス値を加算した値を前記実測電流値として用い、一方、前記相毎の前記誤差値の絶対値が前記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、前記相毎の前記電流誤差ローパス値が負の値であれば、前記理想電流値から前記電流誤差ローパス値を減算した値を前記実測電流値の補正値として用いることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記相毎の前記電流誤差ローパス値を制限する制限範囲を予め設定することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記相毎の前記電流誤差ローパス値は予め固定値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
各相にスイッチング素子を備えた多相のインバータ装置の電流補正方法において、
前記インバータ装置の各相を流れる相電流の合成電流を検知し、
前記合成電流を前記スイッチング素子の切替え状態に基づいて前記相電流毎の電流値を特定し、
前記特定した少なくとも２相の前記相電流毎に理想電流値を算出し、前記相毎に前記理想電流値と現在の前記相電流の実測電流値の差から誤差値を算出し、前記誤差値をローパスフィルタで処理して電流誤差ローパス値として保持し、
前記相毎の前記誤差値の絶対値が前記電流誤差ローパス値より大きい場合、前記理想電流値と前記電流誤差ローパス値の差に基づき前記実測電流値を補正する、
ことを特徴とするインバータ装置の電流補正方法。
【請求項６】
前記実測電流値の補正は、前記相毎の前記誤差値の絶対値が、前記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、前記相毎の前記電流誤差ローパス値が正の値であれば、前記理想電流値に前記電流誤差ローパス値を加算した値を前記実測電流値として用い、一方、前記相毎の前記誤差値の絶対値が前記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、前記相毎の前記電流誤差ローパス値が負の値であれば、前記理想電流値から前記電流誤差ローパス値を減算した値を前記実測電流値の補正値として用いることを特徴とする請求項５に記載のインバータ装置の電流補正方法。
【請求項７】
前記相毎の前記電流誤差ローパス値を制限する制限範囲を予め設定することを特徴とする請求項５または６に記載のインバータ装置の電流補正方法。
【請求項８】
前記相毎の前記電流誤差ローパス値は予め固定値を設定することを特徴とする請求項５または６に記載のインバータ装置の電流補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに流れる電流の検出に係り、特にはインバータ装置の複数相に流れる電流補正の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータ装置では、モータの各相の電流を検出してフィードバック制御を行っている。モータの各相の電流を検出するために、電流を測定する場合、直接モータのラインに電流センサを付けて測定する方法と、インバータの直流入力側に電流センサを付けて測定する方法がある。
【０００３】
直接モータのラインに電流センサを付ける場合、少なくとも２つの電流センサが必要である。しかし、インバータの直流入力側につけた場合、インバータのスイッチングのタイミングに同期させてモータの各ラインの電流をＡ／Ｄ変換して検出することで、電流センサは１つでよくなる。
【０００４】
特許文献１によれば、インバータ装置の相状態を電流センサにより検出し、どの相の電流が流れているかを特定する。その後サンプルホールド回路で各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流に対応する電圧をサンプリングして保持する。そして相状態の不変時間が所定時間を超えた場合にのみ、サンプルホールド回路で電流センサからの電圧を保持する。それ以外はエラー電圧を保持することで、一周期中の各相の電流を確実に検知できる電流検出回路が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３２８９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、直流入力側に電流センサを設けて、インバータ装置のスイッチング素子の切替えタイミングに同期させ、Ａ／Ｄ変換を実施するとハードウェアのバラツキ（部品、基板などの特性のバラツキ）などによって切替えタイミングがずれ、誤って他の相の電流値を測定してしまうことがある。さらには最悪の場合脱調して停止してしまう可能性がある。
【０００６】
特許文献１に示される電流検出回路では、確実に電流値を取得するためにサンプルホールド回路などをハードウェアで構成しているが、ハードウェアにより問題点を解消しているため物理的なスペースが必要になる。また、ハードウェアのバラツキをなくそうとすると高価なハードウェアになるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、電流センサなどの高価な部品を使用しないでシャント抵抗を利用し、さらにＣＰＵによる演算をすることで精度の高い相電流の取得と、異常電流値を検出したときにも脱調などしない補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、各相にスイッチング素子を備えた多相のインバータ装置において、上記インバータ装置の各相を流れる相電流の合成電流を検知する手段と、上記合成電流を上記スイッチング素子の切替え状態に基づいて上記相電流毎の電流値を特定する手段と、上記特定した少なくとも２相の上記相電流毎に理想電流値を算出し、上記相毎に上記理想電流値と現在の上記相電流の実測電流値の差から誤差値を算出し、上記誤差値をローパスフィルタで処理して電流誤差ローパス値として保持する手段と、上記相毎の上記誤差値の絶対値が上記電流誤差ローパス値より大きい場合、上記理想電流値と上記電流誤差ローパス値の差に基づき上記実測電流値を補正する手段と、を具備する構成とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、上記相毎の上記誤差値の絶対値が、上記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、上記相毎の上記電流誤差ローパス値が正の値であれば、上記理想電流値に上記電流誤差ローパス値を加算した値を上記実測電流値として用い、一方、上記相毎の上記誤差値の絶対値が上記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、上記相毎の上記電流誤差ローパス値が負の値であれば、上記理想電流値から上記電流誤差ローパス値を減算した値を上記実測電流値の補正値として用いる構成とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、上記相毎の上記電流誤差ローパス値を制限する制限範囲を予め設定する構成とする。
請求項４に記載の発明によれば、上記相毎の上記電流誤差ローパス値は予め固定値を設定する。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、各相にスイッチング素子を備えた多相のインバータ装置の電流補正方法において、上記インバータ装置の各相を流れる相電流の合成電流を検知し、上記合成電流を上記スイッチング素子の切替え状態に基づいて上記相電流毎の電流値を特定し、上記特定した少なくとも２相の上記相電流毎に理想電流値を算出し、上記相毎に上記理想電流値と現在の上記相電流の実測電流値の差から誤差値を算出し、上記誤差値をローパスフィルタで処理して電流誤差ローパス値として保持し、上記相毎の上記誤差値の絶対値が上記電流誤差ローパス値より大きい場合、上記理想電流値と上記電流誤差ローパス値の差に基づき上記実測電流値を補正する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、上記実測電流値の補正は、上記相毎の上記誤差値の絶対値が、上記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、上記相毎の上記電流誤差ローパス値が正の値であれば、上記理想電流値に上記電流誤差ローパス値を加算した値を上記実測電流値として用い、一方、上記相毎の上記誤差値の絶対値が上記電流誤差ローパス値より大きく、かつ、上記相毎の上記電流誤差ローパス値が負の値であれば、上記理想電流値から上記電流誤差ローパス値を減算した値を上記実測電流値の補正値として用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、上記相毎の上記電流誤差ローパス値を制限する制限範囲を予め設定する。
請求項８に記載の発明によれば、上記相毎の上記電流誤差ローパス値は予め固定値を設定する。本発明の補正方法によれば安価で安定したインバータ装置の制御が可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
取込んだ電流値が異常であったとき、実測値をそのまま使用すると最悪の場合モータが停止してしまうことがある。このような場合、電流値を正確に取得するためはハードウェアに機能を追加する方法と、ソフトウェアにより解決する方法がある。ハードウェアによる場合、ハードウェアのバラツキをなくそうとすると物理的なスペースが必要になる。また、高価な部品を使用することになってしまうが、本発明の補正方法により、誤差値を推定して各相の実電流に反映させ、その反映した各相の実電流値をフィードバックして制御することにより、各相電流値が安定する。さらに安価で安定したインバータ装置の制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細な説明をする。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例であるインバータ装置の構成を示す図である。インバータ装置は、図１に示す制御部と図２に示す駆動部から構成される。
【００１６】
図１の制御部は、ＣＰＵ１、制御ＩＣ２、シャント抵抗３により構成される。図２の駆動部は、直流電源４と、コンデンサ５（電解コンデンサなどを必要に応じて入れる）、直流電源４に接続されるインバータ主回路６と、インバータ主回路６を構成するスイッチング素子７ａ〜７ｆとから構成され、インバータ主回路６に三相モータ８が接続されている。
【００１７】
図１の制御ＩＣ２のＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮと、図２のインバータ主回路６のＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮは同記号同士で接続されている。
ＣＰＵ１は、図２のインバータ主回路６の相電流を取得するために、検出手段としてシャント抵抗３を図２に示すＡ−Ａ´の両端に接続し、その両端より制御ＩＣ２の電圧検出部（図示しない）に接続される。そして、電圧検出部で検出した各相の合成電流の電圧値をサンプル毎にＡ／Ｄ変換し、デジタル値に変換された電圧データに基づいて各相に流れる電流値を特定する。
【００１８】
また、ＰＷＭ制御信号を生成するため、インバータ主回路６の有する、Ｕ相上アーム用スイッチング素子７ａ（ＵＰ信号）、Ｖ相上アーム用スイッチング素子７ｂ（ＶＰ信号）、Ｗ相上アーム用スイッチング素子７ｃ（ＷＰ信号）、Ｕ相下アーム用スイッチング素子７ｄ（ＵＮ信号）、Ｖ相下アーム用スイッチング素子７ｅ（ＶＮ信号）、Ｗ相下アーム用スイッチング素子７ｆ（ＷＮ信号）を、オン・オフ制御する。そして、ＣＰＵ１から制御ＩＣ２のゲートドライバ（図示しない）を介しインバータ主回路６をＰＷＭ制御信号出力により制御する。
【００１９】
各スイッチング素子７ａ〜７ｆの制御は、図３に示す組み合わせにより行われる。同図３のＮｏ１、８に示す電流の状態は各相に電流が流れない状態である。
このときの各スイッチング素子７ａ〜７ｆへの信号は、Ｎｏ１の状態ではＵＰ信号、ＶＰ信号、ＷＰ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＮ信号、ＶＮ信号、ＷＮ信号は０（ＯＦＦ）とする。Ｎｏ８の状態ではＵＮ信号、ＶＮ信号、ＷＮ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＰ信号、ＶＰ信号、ＷＰ信号は０（ＯＦＦ）とする。
【００２０】
Ｎｏ２の状態は、ＵＰ信号、ＶＰ信号、ＷＮ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＮ信号、ＶＮ信号、ＷＰ信号は０（ＯＦＦ）としＷ相の電流を制御する。
Ｎｏ３の状態は、ＵＰ信号、ＶＮ信号、ＷＰ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＮ信号、ＶＰ信号、ＷＮ信号は０（ＯＦＦ）としＶ相の電流を制御する。
【００２１】
Ｎｏ４の状態は、ＵＰ信号、ＶＮ信号、ＷＮ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＮ信号、ＶＰ信号、ＷＰ信号は０（ＯＦＦ）としＵ相の−電流を制御する。
Ｎｏ５の状態は、ＵＮ信号、ＶＰ信号、ＷＰ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＰ信号、ＶＮ信号、ＷＮ信号は０（ＯＦＦ）としＵ相の電流を制御する。
【００２２】
Ｎｏ６の状態は、ＵＮ信号、ＶＰ信号、ＷＮ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＰ信号、ＶＮ信号、ＷＰ信号は０（ＯＦＦ）としＶ相の−電流を制御する。
Ｎｏ７の状態は、ＵＮ信号、ＶＮ信号、ＷＰ信号を１（ｏｎ）とし、ＵＰ信号、ＶＰ信号、ＷＮ信号は０（ＯＦＦ）としＷ相の−電流を制御する。そして、制御部から生成されるＰＷＭ制御信号をスイッチングさせ、各相に互いに位相が１２０度ずれる交流電流を流し、３相モータ８を駆動させる。
【００２３】
また、現在どの相に電流が流れているか特定するために、上記説明した図３の組み合わせ表とシャント抵抗３を介し検出した合成電流値を用いて相電流値を特定する。
ここで、本実施例のようにシャント抵抗が１つの場合には上記のように各相電流を算出しなければならない。そのためハードウェアのバラツキなどにより、スイッチング素子７ａ〜７ｆの切替えタイミングがずれると、誤って他の相の電流を測定したりする。そのような場合、ＰＷＭ制御信号がモータの制御をできなくなり急加速や急減速、最悪の場合脱調してしまうことがある。そこで、相電流値の特定のときに異常値を検出した場合補正を行う必要がある。
【００２４】
次に補正方法を図４に示すフロー図を用い説明する。先ず、理想電流を測定するために理想電流演算を行う。理想電流の演算を行うためにはｄ軸実電流（励磁電流：Ｉｄ）、ｑ軸実電流（トルク電流：Ｉｑ）を算出する必要がある。本実施例においては、現在の各相電流の実測値に基づきＵＶＷ座標をαβ座標に変換（２相→３相変換）し、αβ座標をｄｑ座標に変換（静止→回転）しｄ軸電流、ｑ軸電流を求める。またモータ推定位置HmもＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流より求める。
【００２５】
ステップＳ１では、ｄ軸実電流（励磁電流：Ｉｄ）、ｑ軸実電流（トルク電流：Ｉｑ）を用い、下記の式により理想電流演算をする。
（数式１）
Ｉｐ＝（２／３）1/2×（Ｉｄ2＋Ｉｑ2）1/2
（数式２）
ａｒｃＩｄｑ＝ａｒｃＴａｎ（Ｉｑ／Ｉｄ）
次に、ステップＳ１で演算した数式１のＩｐと、数式２のａｒｃＩｄｑを用いステップＳ２では、Ｕ相の理想電流Ｉｕ＿ｋａｒｉと、Ｗ相の理想電流Ｉｗ＿ｋａｒｉを算出する。
（数式３）
Ｉｕ＿ｋａｒｉ＝Ｉｐ×ｃｏｓ（Ｈｍ＋ａｒｃＩｄｑ）
（数式４）
Ｉｗ＿ｋａｒｉ＝Ｉｐ×ｓｉｎ（Ｈｍ＋ａｒｃＩｄｑ＋（π／６））
ステップＳ３では、Ｉｕ＿ｋａｒｉ、Ｉｗ＿ｋａｒｉと、次のサンプルで取得したＵ相実電流Ｉｕ、Ｗ相実電流Ｉｗを用い、実電流と理想電流の誤差値を算出する。そして誤差値の絶対値をとりＵ相の電流誤差Ｉｕ＿ｇｏｓａ、Ｗ相の電流誤差Ｉｗ＿ｇｏｓａとし、下記の式で算出する。
（数式５）
Ｉｕ＿ｇｏｓａ＝｜Ｉｕ−Ｉｕ＿ｋａｒｉ｜
（数式６）
Ｉｗ＿ｇｏｓａ＝｜Ｉｗ−Ｉｗ＿ｋａｒｉ｜
ここで、Ｓ１で理想電流を算出するために用いた各相電流値は実電流Ｉｕ、Ｉｗより１サンプル前の値である。なお、サンプルの間隔を１サンプルとしたが補正処理に問題がない範囲であれば１サンプルに限定しない。
【００２６】
ステップＳ４では、Ｉｕ＿ｇｏｓａ、Ｉｗ＿ｇｏｓａにローパスフィルタで処理を行い、異常値を取り除く（平滑化）をする。そしてＵ相電流誤差ローパス値Ｉｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ、Ｗ相電流誤差ローパス値Ｉｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆを算出する。
【００２７】
ローパスフィルタの減衰は約０．１（ｄＢ）が好適であるが限定するものではない。
ステップＳ５では、Ｕ相電流の補正を行うかの判断を行うために本実施例では数式７を用い演算する。なお、Ｕ相電流誤差ローパス値の代わりに予め固定値を設定し誤差範囲内であるかを判定してもよい。
（数式７）
｜Ｉu−Ｉｕ＿ｋａｒｉ｜＞Iｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ
Ｕ相実電流値ＩｕとＵ相電流Ｉｕ＿ｋａｒｉの差分を絶対値した結果が、Ｕ相実電流誤差ローパス値Iｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆよりも小さければ、上記式７の条件を満たしＳ６に進み補正をする。上記数式７が成立たない場合はＳ７に進み補正をしないでＵ相実電流Ｉｕをモータ制御に使用する。なお、Ｕ相実電流誤差ローパス値にさらに誤差範囲を設けて予め設定することで、ローパスフィルタ処理で対処できないＵ相実電流誤差ローパス値を制限してもよい。
【００２８】
ステップＳ６は、数式８の計算をする。
（数式８）
Ｉu＝Ｉｕ＿ｋａｒｉ±Iｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ
このときＩｕがＩｕ＿ｋａｒｉよりもＩｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆの値以上に上側に外れていた場合は、Ｉｕ＝（Ｉｕ＿ｋａｒｉ＋ Ｉｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ）にする。 逆に、ＩｕがＩｕ＿ｋａｒｉよりもＩｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆの値以上に下側に外れていた場合は、Ｉｕ＝（Ｉｕ＿ｋａｒｉ−Ｉｕ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ）にする。次に、ステップＳ７では、Ｗ相電流の補正を行うかの判断を、数式９を用い演算する。なお、Ｗ相電流誤差ローパス値の代わりとして予め固定値を設定し誤差範囲内であるかを判定してもよい。
（数式９）
｜Ｉｗ−Ｉｗ＿ｋａｒｉ｜＞Iｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ
Ｗ相実電流値ＩｗとＷ相電流Ｉｗ＿ｋａｒｉの差分を絶対値した結果が、Ｗ相実電流誤差ローパス値Ｉｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆよりも小さければ、上記式９の条件を満たしＳ１０に進み補正をする。上記数式９が成立たない場合はＷ相の電流値の補正をしない。なお、Ｗ相実電流誤差ローパス値にさらに誤差範囲を設けて予め設定することで、ローパスフィルタ処理で対処できないＷ相実電流誤差ローパス値を制限してもよい。
【００２９】
ステップＳ８は、数式１０の計算をする。
（数式１０）
Ｉｗ＝Ｉｗ＿ｋａｒｉ±Iｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ
このときＩｗがＩｗ＿ｋａｒｉよりもＩｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆの値以上に上側に外れていた場合は、Ｉｗ＝（Ｉｗ＿ｋａｒｉ＋ Ｉｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ）にする。 逆に、ＩｗがＩｗ＿ｋａｒｉよりもＩｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆの値以上に下側に外れていた場合は、Ｉｗ＝（Ｉｗ＿ｋａｒｉ−Ｉｗ＿ｇｏｓａ＿ｌｐｆ）にする。
【００３０】
当然のことであるが上記演算結果はＵ相、Ｗ相について計算しているが、この結果に基づきＶ相の演算も行い各相電流の補正も行っている。
なお、本実施例において制御部は上記のような構成をとるが限定されるものではなく、例えば、ＣＰＵ１の替わりにＤＳＰ（Digital Signal Processor）や、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラミングすることができるＬＳＩを用いてもよい。
【００３１】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明であるインバータ装置の制御部の構成を示す図である。
【図２】本発明であるインバータ装置の駆動部の構成を示す図である。
【図３】各相電流の組み合わせ表を示す図である。
【図４】本発明であるインバータ装置の制御フローを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ・・・  ＣＰＵ
２  ・・・  制御ＩＣ
３  ・・・  シャント抵抗
４  ・・・  直流電源
５  ・・・  コンデンサ
６  ・・・  インバータ主回路
７ａ  ・・・  スイッチング素子ＵＰ
７ｂ  ・・・  スイッチング素子ＶＰ
７ｃ  ・・・  スイッチング素子ＷＰ
７ｄ  ・・・  スイッチング素子ＵＮ
７ｅ  ・・・  スイッチング素子ＶＮ
７ｆ  ・・・  スイッチング素子ＷＮ
８  ・・・  ３相モータ
【図１】
2006180582.tif 000003
【図２】
2006180582.tif 000004
【図３】
2006180582.tif 000005
【図４】
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