(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電流指令に基づいて電圧ベクトルを生成する電圧ベクトル生成部と、前記電圧ベクトルに応じて駆動される複数のスイッチング素子とを有し、前記電圧ベクトルに応じて前記スイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置であって、
前記電圧ベクトル生成部は、
前記複数相における前記電流指令と前記モータの出力電流との電流偏差によって決まる電流偏差ベクトルの大きさを、前記複数相の電流偏差を用いて求める電流偏差ベクトル演算部と、
前記電流偏差ベクトルの大きさ及び前記複数相の電流偏差に基づいて、前記電圧ベクトルを設定する電圧ベクトル設定部とを備え、
前記電圧ベクトル設定部は、前記電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値以下の場合に、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する、電圧形インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧形インバータ装置において、
前記電圧ベクトル設定部は、前記電流偏差ベクトルの大きさが前記第１所定値よりも大きく且つ第２所定値以下の場合、最後に設定された電圧ベクトルから前記電流偏差ベクトルの大きさ及び前記複数相の電流偏差に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際の前記スイッチング素子のスイッチング回数が所定回数以上であれば、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する、電圧形インバータ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電圧形インバータ装置において、
前記電圧ベクトル設定部は、前記電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルのうち、最後に設定された電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際の前記スイッチング素子のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する、電圧形インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数相の電流指令に基づいて生成された電圧ベクトルに応じて複数のスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電圧ベクトルに応じてスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置が知られている。このような電圧形インバータ装置として、例えば特許文献１には、現在の出力電圧ベクトルと、前回の出力電圧ベクトルと、インバータ装置の出力電流の瞬時値と指令値との差である現在の電流偏差ベクトルとに基づいて、最適な出力電圧ベクトルを選択する構成が開示されている。
【０００３】
詳しくは、特許文献１に開示されている構成では、現在の出力電圧ベクトルと前回の出力電圧ベクトルとにより、出力電流をその指令値に一致させるために必要となる出力電圧ベクトル（目標電圧ベクトル）の属する領域を推定し、この推定した出力電圧ベクトルの領域と電流偏差ベクトルとにより、最適な出力電圧ベクトルを選択して、スイッチング素子を駆動制御する。
【０００４】
上述のような特許文献１の構成により、微分演算を行う必要がなくなり、装置の構成を簡略化できるとともに、ノイズやフィルタによる遅れの影響を受けることのない制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−２５９７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の特許文献１に開示されている構成では、推定した出力電圧ベクトルの領域と電流偏差ベクトルとによって最適な出力電圧ベクトルを選択するため、その出力電圧ベクトルに応じてスイッチング素子がスイッチング動作を行う。このように、前記最適な出力電圧ベクトルに応じてスイッチング素子がスイッチング動作することにより、モータに対して常時、電圧が出力される。そのため、モータに電圧が印加された状態が継続する。この状態では、モータに流れる電流が頻繁に変化するため、その度に、前記最適な出力電圧ベクトルに応じたスイッチング動作が行われる。これにより、スイッチング動作の頻度が高くなって、それによる損失（スイッチング損失）が増大するとともに、モータに流れる電流の電流歪率が大きくなって電流波形に歪が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、電圧形インバータ装置において、スイッチング損失を低減できるとともに、モータに流れる電流の電流歪率を低減可能な構成を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る電圧形インバータ装置は、複数相の電流指令に基づいて電圧ベクトルを生成する電圧ベクトル生成部と、前記電圧ベクトルに応じて駆動される複数のスイッチング素子とを有し、前記電圧ベクトルに応じて前記スイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置である。前記電圧ベクトル生成部は、前記複数相における前記電流指令と前記モータの出力電流との電流偏差に基づいて、電流偏差ベクトルを求める電流偏差ベクトル演算部と、前記電流偏差ベクトルに基づいて、前記電圧ベクトルを設定する電圧ベクトル設定部とを備える。前記電圧ベクトル設定部は、前記電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値以下の場合に、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する（第１の構成）。
【０００９】
以上の構成により、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値以下の場合には、前記電流偏差ベクトルが変化しても、電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルに設定される。そのため、電流変化の勾配が緩やかになり、前記電流偏差ベクトルの大きさが所定値以下の状態を維持しやすくなる。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができ、スイッチング損失を低減することができる。したがって、電圧形インバータ装置で生じる損失を低減することができる。なお、前記スイッチング回数は、今回出力するスイッチング素子のスイッチング状態と前回出力したスイッチング素子のスイッチング状態とを比較した場合に、その変化量を意味する。
【００１０】
また、上述の構成により、複数相における前記電流指令と前記モータの出力電流との電流偏差に基づいて求められる電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値以下の場合には、電圧形インバータ装置からモータに出力される電圧がゼロになる。この場合には、モータの回転で生じる誘起電圧により、電圧形インバータ装置及びモータに還流電流が流れる。
【００１１】
以上のように、上述の構成では、スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができるとともに、モータに出力される電圧がゼロであるため、モータに生じる誘起電圧によって還流電流が流れる。これにより、モータに流れる電流の波形は、スイッチング素子のスイッチング動作による歪みが少ない波形となる。したがって、上述の構成により、モータに流れる電流の電流歪率を低減することができる。
【００１２】
前記第１の構成において、前記電圧ベクトル設定部は、前記電流偏差ベクトルの大きさが前記第１所定値よりも大きく且つ第２所定値以下の場合、最後に設定された電圧ベクトルから前記電流偏差ベクトルに応じて決められる電圧ベクトルに変更する際の前記スイッチング素子のスイッチング回数が所定回数以上であれば、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する（第２の構成）。
【００１３】
電圧ベクトル設定部によって最後に設定された電圧ベクトルから、前記電流偏差ベクトルに応じて決められた電圧ベクトルに変更する際のスイッチング回数が所定回数以上の場合には、スイッチング損失が大きくなる。一方、電流偏差ベクトルの大きさが前記第１所定値よりも大きい第２所定値以下の場合には、電流偏差ベクトルの大きさは比較的大きいものの、電流偏差をすぐに解消しなければならないような緊急性はあまりない。
【００１４】
そのため、上述の構成のように、電圧ベクトル設定部によって、前記電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定することにより、前記電流偏差ベクトルの大きさが前記第２所定値以下の場合でも、スイッチング素子のスイッチング回数を低減することができる。
【００１５】
したがって、上述の構成により、スイッチング損失をより低減することができるとともに、ゼロ電圧ベクトルの発生頻度を高くすることによって、モータに電圧が印可されている状態をできるだけ短くして、電流変化の勾配を緩やかにすることができるため、モータに流れる電流の電流歪率をより低減することができる。
【００１６】
前記第１または第２の構成において、前記電圧ベクトル設定部は、前記電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルのうち、最後に設定された電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際の前記スイッチング素子のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する（第３の構成）。
【００１７】
これにより、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに変更する際に、スイッチング素子のスイッチング回数が少ないゼロ電圧ベクトルを選択することができる。したがって、スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができる。したがって、スイッチング損失をより低減できるとともに、モータに流れる電流の電流歪率をより低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る電圧形インバータ装置によれば、複数相の電流指令とモータの出力電流との電流偏差に基づいて求められる電流偏差ベクトルの大きさが、第１所定値以下の場合には、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する。これにより、スイッチング素子のスイッチング回数を減らすことができる。したがって、スイッチング損失を低減できるとともに、モータに流れる電流の電流歪率も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る電圧形インバータ装置の概略構成を示す制御ブロック図である。
【図２】図２は、ゲート回路の概略構成を示す回路図である。
【図３】図３は、実施形態に係る電圧形インバータ装置で生成される電圧ベクトルを示す図である。
【図４】図４は、電流偏差ベクトル図において、３相の電流偏差を２軸に変換する際の座標系を示す図である。
【図５】図５は、電流偏差ベクトル図において、各領域を示す図である。
【図６】図６は、電流偏差ベクトル図において、電流偏差ベクトルの一例を示す図である。
【図７】図７は、還流モードにおいて、（ａ）出力中の電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図、（ｂ）電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。
【図８】図８は、定常モードにおいて、（ａ）出力中の電圧ベクトル及び電流偏差ベクトルに応じて決められた電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図、（ｂ）電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。
【図９】図９は、過渡モードにおいて、（ａ）電流偏差ベクトルの一例を示す図、（ｂ）電圧ベクトル設定部によって設定された電圧ベクトルの一例を示す電圧ベクトル図である。
【図１０】図１０は、電圧ベクトル設定部の動作を示すフロー図である。
【図１１】図１１は、（ａ）従来の構成における３相のスイッチングパターン及びモータ２の電流波形の一例を示す図、（ｂ）本実施形態の構成における３相のスイッチングパターン及びモータの電流波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２１】
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電圧形インバータ装置１の概略構成を示す制御フロー図である。この電圧形インバータ装置１は、複数相の電流指令に基づいて電圧ベクトルを生成し、その電圧ベクトルに応じて複数のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２を駆動させることにより、モータ２に電圧を出力する装置である。なお、モータ２は、三相交流モータである。
【００２２】
電圧形インバータ装置１は、電流指令生成部１１と、２相３相変換部１２と、電圧ベクトル生成部１３と、ゲート指令生成部１４と、ゲート回路１５と、３相２相変換部１６と、トルク推定部１７とを備える。
【００２３】
電流指令生成部１１は、外部からトルク指令Ｔｒｑ＊が入力される。電流指令生成部１１は、入力されたトルク指令Ｔｒｑ＊に基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を生成する。
【００２４】
２相３相変換部１２は、電流指令生成部１１から出力されたｄ軸及びｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を、３相の電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊、Ｉｗ＊に変換する。具体的には、２相３相変換部１２は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊及びモータ２のセンサ２ａから出力された電流位相角を用いて、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊、Ｉｗ＊を生成する。
【００２５】
電圧ベクトル生成部１３は、３相の電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊、Ｉｗ＊及びモータ２の３相の出力電流Iｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて電流偏差ベクトルを算出し、電流偏差ベクトル図において前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて、電圧ベクトルを設定する。電圧ベクトル生成部１３は、設定した電圧ベクトルを電圧ベクトル指令Ｖｅｃｔとして出力する。
【００２６】
電圧ベクトル生成部１３は、電流偏差算出部２０と、電流偏差ベクトル演算部２１と、電流偏差ベクトル領域判定部２２と、電圧ベクトル設定部２３と、記憶部２４とを有する。電圧ベクトル生成部１３の詳しい構成については後述する。
【００２７】
ゲート指令生成部１４は、電圧ベクトル生成部１３から出力された電圧ベクトル指令Ｖｅｃｔに基づいて、ゲート回路１５を駆動させるためのゲート指令Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成する。ゲート指令生成部１４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相において、ゲート回路１５の後述するスイッチングアーム３０，４０，５０のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２に対する指令を生成する。
【００２８】
具体的には、ゲート指令生成部１４は、Ｕ相のスイッチングアーム３０における上アームのスイッチング素子３１に対するゲート指令Ｕｐと、下アームのスイッチング素子３２に対するゲート指令Ｕｎと、Ｖ相のスイッチングアーム４０における上アームのスイッチング素子４１に対するゲート指令Ｖｐと、下アームのスイッチング素子４２に対するゲート指令Ｖｎと、Ｗ相のスイッチングアーム５０における上アームのスイッチング素子５１に対するゲート指令Ｗｐと、下アームのスイッチング素子５２に対するゲート指令Ｗｎとを生成して、出力する。
【００２９】
なお、ゲート指令生成部１４によって生成されるゲート指令Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎは、各スイッチング素子をＯＮ状態またはＯＦＦ状態にする信号を含む。
【００３０】
ゲート回路１５は、３相のブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２を有する。具体的には、図２に示すように、ゲート回路１５は、モータ２のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相にそれぞれ接続されたスイッチングアーム３０，４０，５０を有する。スイッチングアーム３０では、一対のスイッチング素子３１，３２が直列に接続されている。同様に、スイッチングアーム４０では、一対のスイッチング素子４１，４２が直列に接続されている。同様に、スイッチングアーム５０では、一対のスイッチング素子５１，５２が直列に接続されている。
【００３１】
なお、スイッチングアーム３０，４０，５０における一方のスイッチング素子３１，４１，５１が、それぞれ、スイッチングアーム３０，４０，５０の上アームに対応する。スイッチングアーム３０，４０，５０における他方のスイッチング素子３２，４２，５２が、それぞれ、スイッチングアーム３０，４０，５０の下アームに対応する。
【００３２】
本実施形態において、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２は、例えばＩＧＢＴが用いられる。なお、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２は、ＭＯＳＦＥＴなどの他のスイッチングデバイスであってもよい。
【００３３】
スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２には、それぞれ、ダイオード３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａが並列に設けられている。ダイオード３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａは、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２に流れる電流とは逆方向への電流の流れを許容するように設けられている。ダイオード３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａは、いわゆる還流ダイオードである。
【００３４】
ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２は、それぞれ、ゲート指令生成部１４から出力されたゲート指令Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎに応じて、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態になるように構成されている。図３に、ゲート回路１５の出力電圧の電圧ベクトル図を示す。図３において、Ｖ０及びＶ７は、各相で電位差が生じないゼロ電圧ベクトルである。なお、図３において、Ｖ１では、Ｕ相に電圧が発生し、Ｖ２では、Ｖ相に電圧が発生し、Ｖ４では、Ｗ相に電圧が発生する。
【００３５】
以下の説明において、各電圧ベクトルに応じてスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す際には、上アームのスイッチング素子がＯＮ状態であり、下アームのスイッチング素子がＯＦＦ状態を“１”とし、上アームのスイッチング素子がＯＦＦ状態であり、下アームのスイッチング素子がＯＮ状態を“０”とする。そして、Ｗ相のスイッチング状態を３桁目、Ｖ相のスイッチング状態を２桁目、Ｕ相のスイッチング状態を１桁目とする３桁の数字によって、電圧ベクトルを表現する。
【００３６】
例えば、電圧ベクトルＶ１であれば、Ｖ１＝［００１］と表記する。この場合、各アームのスイッチング素子は、Ｗ相の上アームのスイッチング素子がＯＦＦ状態で且つＷ相の下アームのスイッチング素子がＯＮ状態であり、Ｖ相の上アームのスイッチング素子がＯＦＦ状態で且つＶ相の下アームのスイッチング素子がＯＮ状態であり、Ｕ相の上アームのスイッチング素子がＯＮ状態で且つＷ相の下アームのスイッチング素子がＯＦＦ状態である。なお、ゼロ電圧ベクトルは、Ｖ０、Ｖ７の場合であり、Ｖ０＝［０００］（各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＮ状態）、Ｖ７＝［１１１］（各相の上アームのスイッチング素子が全てＯＮ状態）と表記される。
【００３７】
３相２相変換部１６は、図１に示すように、モータ２の出力電流Ｉｕ，Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。具体的には、３相２相変換部１６は、モータ２のＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを求める。
【００３８】
トルク推定部１７は、３相２相変換部１６から出力されたｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを用いて、モータ２の出力トルクを推定する。
【００３９】
（電圧ベクトル生成部）
次に、電圧ベクトル生成部１３の構成を、図１、図４から図９を用いて詳細に説明する。
【００４０】
既述のように、電圧ベクトル生成部１３は、電流偏差算出部２０と、電流偏差ベクトル演算部２１と、電流偏差ベクトル領域判定部２２と、電圧ベクトル設定部２３と、記憶部２４とを有する。
【００４１】
電流偏差算出部２０は、３相の電流指令Ｉｕ＊，Ｉｖ＊、Ｉｗ＊とモータ２の３相の出力電流Iｕ，Ｉｖ，Ｉｗとを用いて、各相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを計算する。
【００４２】
具体的には、電流偏差算出部２０は、以下の式によって、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを求める。
Δｉｕ＝Ｉｕ＊−Ｉｕ
Δｉｖ＝Ｉｖ＊−Ｉｖ
Δｉｗ＝Ｉｗ＊−Ｉｗ
【００４３】
電流偏差ベクトル演算部２１は、電流偏差算出部２０によって算出された各相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを用いて、電流偏差ベクトルを求める。具体的には、電流偏差ベクトル演算部２１は、前記電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを用いて、電流偏差ベクトルの大きさを求める。
【００４４】
具体的には、電流偏差ベクトル演算部２１は、下式によって、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを、図４に示すような２軸の電流偏差Δｉα，Δｉβに変換した後、それらの２乗の和を求めることにより、電流偏差ベクトルの大きさに相当するΔｉ２を算出する。
Δｉα＝√（３／２）×Δｉｕ
Δｉβ＝√（１／２）×（Δｉｖ−Δｉｗ）
Δｉ２＝（Δｉα２＋Δｉβ２）
【００４５】
電流偏差ベクトル領域判定部２２は、電流偏差ベクトル演算部２１によって算出された３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを用いて、電流偏差ベクトルが、図５に示すような電流偏差ベクトル図におけるいずれの領域に属するかを判定する。ここでは、図５に示すように、電流偏差ベクトル図において、６０度ずつに領域を分けた場合、電流偏差ベクトルが領域Ａ１からＡ６のいずれの領域に属するかを判定する。
【００４６】
具体的には、電流偏差ベクトル領域判定部２２は、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗのうち２相間での電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が０以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込んだ後、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗが０以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。
【００４７】
例えば、｜Δｉｕ｜―｜Δｉｖ｜≧０、｜Δｉｖ｜―｜Δｉｗ｜≧０及び｜Δｉｗ｜―｜Δｉｕ｜＜０の場合には、電流偏差ベクトルは、図５の領域Ａ１か領域Ａ４に属する。そして、Δｉｕ≧０であれば、電流偏差ベクトルは図５の領域Ａ１に属し、Δｉ＜０であれば、電流偏差ベクトルは図５の領域Ａ４に属する。
【００４８】
電圧ベクトル設定部２３は、ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２が動作する際のスイッチングモードの判定を行うとともに、判定されたモードと電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域とに応じて、電圧ベクトルを設定する。
【００４９】
具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、図６に示すように、電流偏差ベクトルＸの大きさを用いてスイッチングモードの判定を行う。本実施形態では、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが、第１所定値Ｐ以下かどうか、及び、該第１所定値Ｐよりも大きい第２所定値Ｑ以下かどうかを判定する。図６に示す例では、電流偏差ベクトルＸ（図６の太線矢印）は、その大きさが第１所定値Ｐ以上で且つ第２所定値Ｑよりも小さい。
【００５０】
なお、第１所定値Ｐは、モータ２の出力にあまり影響のない電流偏差ベクトルの大きさに設定される。また、第２所定値Ｑは、モータ２の出力に与える影響とスイッチング損失及び電流歪率に与える影響とを考慮した場合に、モータ２の出力に与える影響よりもスイッチング損失及び電流歪率に与える影響の方が大きくなるような電流偏差ベクトルの大きさに設定される。
【００５１】
電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合には、スイッチングモードを還流モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のいずれかに設定する。
【００５２】
電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合には、電流指令とモータ２の出力電流との差があまり大きくない。この状態で、電圧ベクトルを発生させて、ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２を駆動させると、スイッチング回数が増えるため、スイッチング損失が増大するとともに電流歪率も大きくなる。
【００５３】
これに対し、上述のように、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のいずれかに設定することで、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数を減らすことができる。よって、スイッチング損失を低減できるとともに、電流歪率を低減することができる。
【００５４】
上述のように電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のいずれかに設定することにより、ゲート回路１５ではスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２が各相の電位差がなくなるように動作する。具体的には、ゲート回路１５のスイッチングアーム３０，４０，５０の上アームのスイッチング素子３１，４１，５１が全てＯＮ状態またはＯＦＦ状態になる。この状態では、電圧形インバータ装置１からモータ２に対して電圧が出力されない。一方、既述のとおり、ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２には、それぞれ、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２に流れる電流の向きとは逆方向への電流の流れを許容するようにダイオード３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａが並列に接続されている。そのため、モータ２の回転に伴って生じる誘起電圧によって、モータ２及びゲート回路１５に還流電流が流れる。
【００５５】
上述のように、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合に電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のいずれかに設定することにより、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数を減らすことができるとともに、モータ２に出力される電圧がゼロの状態では、モータ２に生じる誘起電圧によって還流電流が流れる。これにより、モータ２に流れる電流の波形は、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング動作による歪みが少ない波形となる。したがって、上述の構成により、モータ２に流れる電流の電流歪率をより効果的に低減することができる。
【００５６】
また、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のうち、出力中の電圧ベクトル（最後に設定された電圧ベクトル）からゼロ電圧ベクトルに変える際にスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する。前記出力中の電圧ベクトルに関する情報は、後述する記憶部２４に記憶されている。電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルを用いて電圧ベクトルの設定を行う場合には、記憶部２４から、出力中の電圧ベクトルに関する情報を読み込む。
【００５７】
例えば、図７に示すように、出力中の電圧ベクトルがＶ１＝［００１］の場合（図７の（ａ））には、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下であれば、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ０＝［０００］に設定する（図７（ｂ））。同様に、出力中の電圧ベクトルがＶ３＝［０１１］の場合には、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下であれば、電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルＶ7＝［１１１］に設定する。
【００５８】
なお、本実施形態において、スイッチング回数は、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のいずれか一つが、ＯＮ状態からＯＦＦ状態、または、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わる回数を１回として、ゲート回路１５の全てのスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチングの回数を合計した値である。
【００５９】
電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルが第１所定値Ｐよりも大きく且つ第２所定値Ｑ以下の場合には、スイッチングモードを定常モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐよりも大きく且つ第２所定値Ｑ以下の場合、出力中の電圧ベクトルと電流偏差ベクトルが属する領域とに基づいて、電圧ベクトルを設定する。
【００６０】
電圧ベクトル設定部２３は、前記定常モードにおいて、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際（ベクトル遷移する際）には、以下のように、出力する電圧ベクトルを設定する。
【００６１】
電圧ベクトル設定部２３は、図３で示すＶ０〜Ｖ７の電圧ベクトルの図において、隣り合うベクトルに変更する場合はベクトル遷移を許可し、そうでない場合は、一度ゼロ電圧ベクトルを出力した後に、所望の電圧ベクトルに遷移するようにする。
【００６２】
例えば、出力中の電圧ベクトルがＶ１の場合、遷移可能な電圧ベクトルはＶ０，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７である。この場合、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがＶ３またはＶ５であれば、その電圧ベクトルを、出力する電圧ベクトルとして設定する。一方、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがそれ以外のベクトル、例えばＶ４の場合には、電圧ベクトル設定部２３は、電圧ベクトルＶ４ではなくＶ０を、出力する電圧ベクトルとして設定する。
【００６３】
ここで、Ｖ０及びＶ７は、同じゼロ電圧ベクトルであるため、電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルＶ１からゼロ電圧ベクトルに遷移する場合には、スイッチング状態の変化が少ないゼロベクトルＶ０を、出力する電圧ベクトルとして設定する。
【００６４】
換言すれば、電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５のスイッチングアーム３０，４０，５０を２つ以上、動作させなければいけない場合（スイッチング回数が所定回数以上の場合）、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する。前記所定回数は、スイッチングアーム３０，４０，５０のうち２つのスイッチングアームを動作させる際のスイッチング回数である。
【００６５】
例えば、図８（ａ）に示すように、出力中の電圧ベクトルＶ１＝［００１］（図中の太実線矢印）から、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルＶ４＝［１００］（図中の破線矢印）に変更する場合、ゲート回路１５のスイッチングアーム３０，４０，５０を２つ以上、動作させる必要がある。この場合には、図８（ｂ）に示すように、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のうちスイッチング回数の少ない方に設定する。
【００６６】
なお、この定常モードの場合でも、上述の還流モードと同様、電圧ベクトル設定部２３は、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する際に、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のうち、スイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選定する。
【００６７】
一方、上述のように、電圧ベクトル設定部２３は、前記定常モードにおいて、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際（ベクトル遷移する際）に、図３で示すＶ０〜Ｖ７の電圧ベクトルの図において、隣り合うベクトルに変更する場合はベクトル遷移を許可する。例えば、出力中の電圧ベクトルがＶ１の場合、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルがＶ３またはＶ５であれば、電圧ベクトル設定部２３は、その電圧ベクトルを、出力する電圧ベクトルとして設定する。
【００６８】
換言すれば、電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５で動作するスイッチングアームが１つの場合（スイッチング回数が所定回数よりも少ない場合）には、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。
【００６９】
電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルがゼロ電圧ベクトルの場合には、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。
【００７０】
なお、前記出力中の電圧ベクトルに関する情報は、後述する記憶部２４に記憶されている。電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルを用いて電圧ベクトルの設定を行う場合には、記憶部２４から、出力中の電圧ベクトルに関する情報を読み込む。
【００７１】
電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第２所定値Ｑよりも大きい場合には、スイッチングモードを過渡モードにする。具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが第２所定値Ｑよりも大きい場合、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。
【００７２】
具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域に応じて、電圧ベクトルを決める。例えば、図９（ａ）に示すように、電流偏差ベクトルＹが電流偏差ベクトル図において領域Ａ１に属している場合には、電圧ベクトル設定部２３は、図９（ｂ）に示すように、出力する電圧ベクトルを電圧ベクトルＶ１に設定する。
【００７３】
このように、電圧ベクトル設定部２３は、過渡モードの場合には、出力する電圧ベクトルを、電流偏差ベクトル図において電流偏差ベクトルが属する領域に対応する電圧ベクトルに設定する。
【００７４】
記憶部２４は、出力中の電圧ベクトルに関する情報を一時的に記憶する。記憶部２４に記憶されているデータは、電圧ベクトル設定部２３がスイッチングモードに応じて電圧ベクトルを設定する際に用いられる。
【００７５】
具体的には、電圧ベクトル設定部２３は、スイッチングモードが還流モードの場合に、記憶部２４に記憶されている電圧ベクトルに関する情報を読み込んで、該電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５において動作するスイッチングアーム３０，４０，５０が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを設定する。
【００７６】
また、電圧ベクトル設定部２３は、スイッチングモードが定常モードの場合に、記憶部２４に記憶されている電圧ベクトルに関する情報を読み込んで、該電圧ベクトルから電流偏差ベクトルに応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５において動作するスイッチングアーム３０，４０，５０が２つ以上であれば、出力する電圧ベクトルとしてゼロ電圧ベクトルを設定する。
【００７７】
（電圧ベクトル生成の動作）
次に、上述のような構成を有する電圧形インバータ装置１の電圧ベクトル生成部１３における電圧ベクトル生成の動作を、図１０に示すフローを用いて説明する。
【００７８】
図１０に示すフローがスタートすると（スタート）、まず、電圧ベクトル生成部１３では、電流偏差算出部２０に３相の電流指令とモータ２から出力される電流とが入力される（ステップＳ１）。
【００７９】
電流偏差算出部２０は、入力された３相の電流指令及びモータ２の出力電流を用いて、各相の電流偏差を計算する（ステップＳ２）。続くステップＳ３では、電流偏差ベクトル演算部２１が、前記電流偏差に基づいて、電流偏差ベクトルの大きさを算出する。
【００８０】
次に、ステップＳ４において、電流偏差ベクトル領域判定部２２が、前記電流偏差に基づいて、前記電流偏差ベクトルが電流偏差ベクトル図の領域Ａ１からＡ６のいずれの領域に属するかを判定する。具体的には、電流偏差ベクトル領域判定部２２は、２相間における電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が０以上かどうかによって、電流偏差ベクトル図において前記電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込むとともに、３相の電流偏差が０以上かどうかによって、前記電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。
【００８１】
上述のように、本実施形態では、ステップＳ３で電流偏差ベクトルの大きさを算出した後、ステップＳ４で前記電流偏差ベクトルが属する領域を判定している。しかしながら、ステップＳ４の領域判定をステップＳ３よりも先に行ってもよい。
【００８２】
続くステップＳ５では、電圧ベクトル設定部２３が、ステップＳ３で求めた電流偏差ベクトルの大きさに基づいて、ゲート回路１５で行うスイッチングモードを選択する。本実施形態の場合、スイッチングモードは、還流モード、定常モード及び過渡モードの３つのモードを含む。
【００８３】
電圧ベクトル設定部２３は、電流偏差ベクトルの大きさが、第１所定値Ｐ以下の場合には、スイッチングモードとして還流モードを選択する。この還流モードでは、電圧ベクトル設定部２３は、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する（ステップＳ６）。このとき、電圧ベクトル設定部２３は、記憶部２４から出力中の電圧ベクトルを読み込んで、その電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５において動作するスイッチングアーム３０，４０，５０の数（スイッチング回数）が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選択する。
【００８４】
前記ステップＳ５において、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐよりも大きく且つ第２所定値Ｑ以下の場合には、電圧ベクトル設定部２３は、スイッチングモードとして定常モードを選択する。この定常モードでは、電圧ベクトル設定部２３は、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに変更する際に、ゲート回路１５のスイッチングアーム３０，４０，５０が２つ以上、スイッチング動作を行う場合（電圧ベクトル図において、電圧ベクトルを隣り合わないベクトルに変更する場合）には、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定する（ステップＳ６）。
【００８５】
一方、出力中の電圧ベクトルから、電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルへ変更する際に、スイッチング動作を行うスイッチングアーム３０，４０，５０が１つの場合（電圧ベクトル図において、電圧ベクトルを隣り合うベクトルに遷移させる場合）には、電圧ベクトル設定部２３は、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する。
【００８６】
これにより、ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数を低減することができる。よって、スイッチング動作によって生じる損失をより低減できるとともに、モータ２に流れる電流の電流歪率をより低減することができる。
【００８７】
前記ステップＳ５において、電流偏差ベクトルの大きさが第２所定値Ｑよりも大きい場合には、電圧ベクトル設定部２３は、スイッチングモードとして過渡モードを選択する。この過渡モードでは、電圧ベクトル設定部２３は、出力する電圧ベクトルを、前記電流偏差ベクトルが属する領域に応じて決められた電圧ベクトルに設定する（ステップＳ６）。
【００８８】
これにより、電流偏差ベクトルが大きい場合には、電流偏差が小さくなるような電圧ベクトルを出力することができる。したがって、モータ２の出力を所定の出力まで迅速に調整することができる。
【００８９】
ステップＳ７では、電圧ベクトル設定部２３は、設定した電圧ベクトルを電圧ベクトル指令Ｖｅｃｔとして、ゲート指令生成部１４に出力する。その後、このフローを終了する（エンド）。
【００９０】
本実施形態では、電圧ベクトル生成部１３は、電流偏差ベクトルの大きさが第１所定値Ｐ以下の場合には、ゼロ電圧ベクトルを電圧ベクトルとして出力する。これにより、電流偏差ベクトルがあまり大きくない領域では、ゲート回路１５のスイッチング回数を減らすことができ、スイッチング損失を低減することができる。
【００９１】
しかも、上述のように、出力する電圧ベクトルをゼロ電圧ベクトルに設定することにより、モータ２に対して出力される電圧がゼロになるため、該モータ２の回転に伴って生じる誘起電圧により、モータ２及びゲート回路１５に還流電流が流れる。上述のようにスイッチング回数を低減できるうえに、モータ２及びゲート回路１５に還流電流が流れることにより、モータ２に流れる電流の波形を、ノイズが少ない波形にすることができる。よって、モータ２に流れる電流の電流歪率を低減することができる。
【００９２】
ここで、図１１に、従来の構成における３相のスイッチングパターン及びモータ２の電流波形の一例（図１１（ａ））と、本実施形態の構成における３相のスイッチングパターン及びモータ２の電流波形の一例（図１１（ｂ））とを示す。この図１１から分かるように、本実施形態の構成では、スイッチング回数を減らすことができるとともに、モータ２に流れる電流の電流歪率を低減することができる。なお、図１１において、ＵｐはＵ相のゲート指令、ＶｐはＶ相のゲート指令、ＷｐはＷ相のゲート指令を、それぞれ示す。
【００９３】
また、出力中の電圧ベクトルからゼロ電圧ベクトルに変える際に、ゲート回路１５において動作するスイッチングアーム３０，４０，５０の数（スイッチング回数）が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルを選択することにより、ゲート回路１５のスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数をより低減することができる。これにより、スイッチング動作によって生じる損失をより低減できるとともに、モータ２に流れる電流の電流歪率をより低減することができる。
【００９４】
本実施形態の構成は、電圧形インバータ装置１が高周波（例えば８００ｋＨｚ以上）で動作する構成の場合に特に有用である。すなわち、高周波の電圧形インバータ装置の場合、スイッチング素子のスイッチング動作が速いため、その分、スイッチング損失が増大しやすく且つ電流歪率も大きくなりやすい。このような高周波の電圧形インバータ装置に対して本実施形態の構成を適用することにより、スイッチング損失及び電流歪率の低減に関して、より大きな効果が得られる。
【００９５】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００９６】
前記実施形態では、電流偏差ベクトル領域判定部２２は、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗのうち２相間での電流偏差の絶対値の差を求めて、その差が０以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を絞り込んだ後、３相の電流偏差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗが０以上かどうかによって、電流偏差ベクトルが属する領域を特定する。しかしながら、電流偏差ベクトルの領域を判定可能な方法であれば、どのような方法であってもよい。
【００９７】
前記実施形態では、電圧ベクトル設定部２３は、スイッチングモードを、還流モード、定常モード及び過渡モードから選択している。しかしながら、スイッチングモードは、還流モード以外に、定常モードまたは過渡モードのいずれか一方のみを有していてもよいし、定常モード及び過渡モード以外のモードを有していても良い。
【００９８】
前記実施形態では、電圧ベクトル設定部２３は、還流モード及び定常モードにおいて、出力する電圧ベクトルを、ゼロ電圧ベクトルＶ０，Ｖ７のうち、出力中の電圧ベクトル（最後に設定された電圧ベクトル）からゼロ電圧ベクトルに変える際にスイッチング素子３１，３２，４１，４２，５１，５２のスイッチング回数が最も少なくなるようなゼロ電圧ベクトルに設定する。しかしながら、電圧ベクトル設定部２３は、出力する電圧ベクトルを、スイッチング回数が多いゼロ電圧ベクトルに設定してもよい。
【００９９】
前記実施形態では、３相交流モータ２を駆動させる電圧形インバータ装置１の構成について説明したが、この限りではなく、３相以外の複数相の交流モータ２を駆動させる電圧形インバータ装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、電流指令に基づいて得られる電圧ベクトルによってスイッチング素子を駆動させることにより、モータに電圧を出力する電圧形インバータ装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  電圧形インバータ装置
２  モータ
１３  電圧ベクトル生成部
１５  ゲート回路
２０  電流偏差算出部
２１  電流偏差ベクトル演算部
２２  電流偏差ベクトル領域判定部
２３  電圧ベクトル設定部
３０  スイッチングアーム
３１、３２、４１、４２、５１、５２  スイッチング素子
Ｐ  第１所定値
Ｑ  第２所定値
Ｘ、Ｙ  電流偏差ベクトル
【図１】
0006683922.tif 000002
【図２】
0006683922.tif 000003
【図３】
0006683922.tif 000004
【図４】
0006683922.tif 000005
【図５】
0006683922.tif 000006
【図６】
0006683922.tif 000007
【図７】
0006683922.tif 000008
【図８】
0006683922.tif 000009
【図９】
0006683922.tif 000010
【図１０】
0006683922.tif 000011
【図１１】
0006683922.tif 000012