(57)【要約】【課題】三相交流の相電流位相を任意のタイミングで検出することができる小型で安価な三相電圧形インバータ装置の提供。【解決手段】製造コストの低減および小型化を図った三相電圧形インバータ装置は、直流母線中に配されるシャント抵抗４の端子電圧をＡ／Ｄ変換する高速Ａ／Ｄ変換回路５０、相電流位相を検出する相電流位相演算手段５１、力率角φを計算する相電流−  印加電圧位相差演算手段５２、力率角φを一時的に格納するメモリ５８、三相交流の印加電圧の振幅を設定する印加電圧振幅設定手段５３、目標力率角を設定する目標力率角設定手段５４、目標力率角に力率角φが合致する様にＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０へ指示する印加電圧位相設定手段５５、Ｕ、Ｖ、Ｗ指示値５６ｈ、５６ｉ、５６ｊを出力するＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０、１２０度電圧ベクトル優先によりＰＷＭパルスを出力する三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、およびキャリアｋを出力するキャリア信号発生手段５７を備える制御器５とを備え、三相同期モータをセンサレス制御することができる。【選択図】        図１２
2004336876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出することを特徴とする三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
【請求項２】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性を用いて三相交流の相電流位相を検出することを特徴とする三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
【請求項３】
前記異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトル時を除く、連続する二つのスイッチングタイミングであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
【請求項４】
前記駆動信号出力手段は、所定の順序で所定の一相の半導体スイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相の半導体スイッチング素子を所定のＰＷＭ周期でＰＷＭ変調を行う二相変調制御であって、
指令電圧ベクトルを挟み１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して前記駆動信号としての三相ＰＷＭ電圧を発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
【請求項５】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流−  印加電圧位相差を検出する相電流−  印加電圧位相差検出手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。
【請求項６】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と前記三相同期モータのロータ回転子位相との差を検出する位相差検出手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。
【請求項７】
相電流−  印加電圧位相差や、前記相電流位相と前記ロータ回転子位相との差を、メモリへ上書き保存が可能な格納手段を設けたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三相電圧形インバータ装置。
【請求項８】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流−  印加電圧位相差を検出する相電流−  印加電圧位相差検出手段と、
指令回転数および指令トルクに応じて設定された目標位相差に前記相電流−  印加電圧位相差が合致する様に、三相の印加電圧の位相を設定する印加電圧位相設定手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。
【請求項９】
正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が検出した母線電流に基づいて取得される、任意の二相の相電流値の大小関係が逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスする時期であると検出する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相電圧形インバータ装置および三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、三相電流線の一つに設けられモータ電流を検出するための交流電流検出器と、電流ゼロクロス時のモータ電圧位相を検出し、このモータ電圧位相を基準とするモータ電流位相を検出する電流位相検出手段と、このモータ電流位相が所望のモータ電流位相になるように、インバータ回路の電圧指令または周波数指令を演算する演算手段とを有し、演算結果に基づいてインバータ回路を制御している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−  ２３６７８９号公報（第１頁〜第５頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
（特許文献１の課題）
交流電流検出器１００は、体格が大きく、高価であるので、駆動装置の大型化とコスト高を招く（図１６参照）。
電流ゼロクロス時に、モータ電圧位相と相電流位相との位相差を検出する構成であるので、１８０度毎の位相検出となり、瞬時位相の検出ができない（図１６参照）。
【０００５】
本発明の第１の目的は、三相交流の相電流位相を任意のタイミングで検出することができる三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法の提供にある。
本発明の第２の目的は、三相交流の相電流位相を任意のタイミングで検出することができる小型で安価な三相電圧形インバータ装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
［請求項１について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流電源の直流母線を流れる母線電流を検出する｛図１の（ａ）参照｝。
【０００７】
駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミング２０１、２０２で検出した第１、第２の母線電流値を演算して、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する｛図１の（ｂ）、（ｃ）参照｝。なお、図１の（ｃ）の白丸は、Ｕ相、Ｖ相の現在の瞬時電流値を示す。
【０００８】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、高価で体格が大きい交流電流検出器による相電流の検出を行わず、直流母線を流れる母線電流を、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段が検出する構成であるので、製造コストの低減および小型化に有利である。
【０００９】
また、三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミング２０１、２０２で検出した第１、第２の母線電流値を演算して、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を任意のタイミングで検出可能となる。なお、任意のタイミングで位相検出が可能であると、過渡運転時等のモータ制御性能の向上に有利である。
【００１０】
なお、請求項１の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、６０度、１２０度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【００１１】
［請求項２について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流電源の直流母線を流れる母線電流を検出する。
【００１２】
駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する｛図２の（ａ）、（ｂ）参照｝。なお、図２の（ａ）の白丸は、Ｕ相、Ｖ相の現在の瞬時電流値を示す。
【００１３】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、高価で体格が大きい交流電流検出器による相電流の検出を行わず、直流母線を流れる母線電流を、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段が検出する構成であるので、製造コストの低減および小型化に有利である。
【００１４】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を０度〜３６０度の範囲で検出可能となる。なお、０度〜３６０度の範囲で位相検出が可能であると、過渡運転時等のモータ制御性能の向上に有利である。
また、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段の電流検出精度は、高くなくても良い。
【００１５】
なお、請求項２の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、６０度、１２０度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【００１６】
なお、モータは、ロータに磁気的突極性を有するシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ  ）、ロータに磁気的突極性と磁石を有するインテリアパーマネントマグネットモータ（ＩＰＭ  ）、またはロータ表面に磁石を有するサーフェスパーマネントマグネットモータ（ＳＰＭ  ）等を用いることができる。
【００１７】
［請求項３について］
異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトルＶ０、Ｖ７時を除く、連続する二つのスイッチングタイミング｛図３（ａ）のＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６および図３の（ｃ）参照｝である。なお、図３の（ａ）において、（１，０，０）等の三桁のコードの１は、該当桁に対応する正側（上側）のトランジスタがオンで、負側（下側）のトランジスタがオフである状態を意味し、０は該当桁に対応する正側（上側）のトランジスタがオフで、負側（下側）のトランジスタがオンである状態を意味する。
【００１８】
請求項３の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、異なるスイッチングタイミングが時間的に連続しているので、相電流位相の検出誤差を低減できる。なお、この三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、６０度、１２０度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【００１９】
［請求項４について］
駆動信号出力手段は、所定の順序で所定の一相の半導体スイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相の半導体スイッチング素子を所定のＰＷＭ周期でＰＷＭ変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して駆動信号としての三相ＰＷＭ電圧を発生させている（図４参照）。
【００２０】
二相変調で、且つ１２０度電圧ベクトル優先させ、キャリアの山、谷をトリガにしてＡ／Ｄ変換することにより、二つの相電流が検出可能である（図５の二相変調参照）。
なお、三相変調では、キャリアの山、谷時同一相電流である（図５の三相変調）。
また、１２０度電圧ベクトル優先とは、１２０度以上位相が異なる二つ以上の電圧ベクトルを合成することである｛図６の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）参照｝。
なお、通常の方式では、位相が６０度異なる二つの電圧ベクトルを合成している｛図６の（ａ）、（ｂ）参照｝。
なお、図７に示す様に、一相のみ位相をシフトさせたキャリアで変調して１２０度位相差電圧ベクトルを生成する。
【００２１】
［請求項５について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
【００２２】
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
相電流−  印加電圧位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流−  印加電圧位相差を検出する。
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がＵ相であれば、相電流−  印加電圧位相差検出手段は、Ｕ相の相電流位相（Ｉｕ）とＵ相の印加電圧位相（Ｖｕ）との差である力率角φを計算する（図８参照）。
【００２３】
また、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がＶ相であれば、相電流−  印加電圧位相差検出手段は、Ｖ相の相電流位相とＶ相の印加電圧位相との差である力率角を計算する。
これにより、三相同期モータのセンサレス制御に利用することができる。
【００２４】
なお、異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトル時を除く連続する二つの異なるスイッチングタイミングである構成（請求項３）が好適である。
また、二相変調制御で、且つ指令電圧ベクトルを挟み１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して、駆動信号としての三相ＰＷＭ電圧を発生（請求項４）させても良い。
【００２５】
［請求項６について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
【００２６】
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と三相同期モータのロータ回転子位相との差を検出する。
【００２７】
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がＵ相（任意の一相）であれば、位相差検出手段が、Ｕ相（任意の一相）の相電流位相（Ｉｕ）と三相同期モータのロータ回転子位相｛ＳＩＮ（θ）｝との差φ１  を検出する（図９参照）。これにより、上記差φ１  を三相同期モータのベクトル制御に利用することができる。
【００２８】
［請求項７について］
相電流−  印加電圧位相差や、相電流位相とロータ回転子位相との差を、メモリへ上書き保存が可能な格納手段を設けている。
これにより、単一ベクトル時や短パルス長時などでも位相差（初期位相φ）をセンサレス制御やベクトル制御に利用可能となる。
【００２９】
［請求項８について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
【００３０】
相電流−  印加電圧位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流−  印加電圧位相差を検出する。
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がＵ相であれば、相電流−  印加電圧位相差検出手段は、Ｕ相の相電流位相とＵ相の印加電圧位相との差である力率角を計算する（図８参照）。また、相電流位相がＶ相であれば、Ｖ相の相電流位相とＶ相の印加電圧位相との差である力率角を計算する。
【００３１】
印加電圧位相設定手段は、指令回転数および指令トルクに応じて設定された目標位相差に相電流−  印加電圧位相差検出手段が検出した相電流−  印加電圧位相差が合致する様に、三相の印加電圧の位相を設定する。
この三相電圧形インバータ装置は、瞬時の力率角が検出できるため、過渡応答に優れた、モータのセンサレス制御が可能となる。
【００３２】
［請求項９について］
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段は、一つのシャント抵抗等を用い、異なるスイッチングタイミングで直流母線を流れる母線電流を検出（第１、第２の母線電流値）し、この第１、第２の母線電流値から任意の二相の相電流値を取得する。
【００３３】
この第１、第２の母線電流値を常時監視して任意の二相の相電流値の大小関係を判別し、その大小関係が逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスする時期であると検出する（図１０参照）。
残りの一相の相電流がゼロクロスする瞬間の印加電圧位相を検出することで力率角が求まり、力率角式センサレス駆動に利用できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の第１実施例（請求項１、２、３、４、５、７、８に対応）に係る三相電圧形インバータ装置Ａについて説明する。
三相電圧形インバータ装置Ａは、図１１〜図１３に示す如く、直流電源１の直流母線１１−  直流母線１２間に、正側、負側アームを構成する様に三相ブリッジ接続されるスイッチング素子２１〜２６と、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータ巻線を交流出力端子３１、３２、３３に電気接続した三相同期モータ３と、直流母線１２に配されるシャント抵抗４と、スイッチング素子２１〜２６をＰＷＭ制御する制御器５とを備え、自動車に組み付けられている。
【００３５】
直流電源１は、車載バッテリである。
インバータ２を構成するスイッチング素子２１〜２６は、パワートランジスタであり、フライホイールダイオードを電気接続している。なお、パワーＭＯＳ・ＦＥＴやＩＧＢＴ等でも良い。
【００３６】
三相同期モータ３は、ラジエータ用電動ファンモータである。なお、空調用の圧縮機を駆動するためのモータであっても良い。
シャント抵抗４は、低い抵抗値（数ｍΩ〜数Ω）を有する抵抗であり、過電流に対する安全対策と、直流母線１２を流れる母線電流から相電流を検出するために配されている。
【００３７】
制御器５は、高速Ａ／Ｄ変換回路５０、相電流位相演算手段５１、相電流−  印加電圧位相差演算手段５２、印加電圧振幅設定手段５３、目標力率角設定手段５４、印加電圧位相設定手段５５、ＰＷＭパルスを出力する三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、キャリアｋを出力するキャリア信号発生手段５７、メモリ５８、およびＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０を備える。
【００３８】
高速Ａ／Ｄ変換回路５０は、ゼロ電圧ベクトル（Ｖ０、Ｖ７）時を除く異なる二つのスイッチングタイミングでシャント抵抗４の端子電圧を高速Ａ／Ｄ変換して第１、第２の母線電流値に換算する。なお、異なる二つのスイッチングタイミングで行う高速Ａ／Ｄ変換は、マイクロコンピュータ内のタイマを、キャリアｋの山または谷で起動し、タイマのタイムアップ時に行う。
【００３９】
相電流位相演算手段５１（相電流位相検出手段）は、ソフトウェアで構成され、上記第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を下記に示す様に検出する｛図２の（ａ）、（ｂ）参照｝。なお、図２の（ａ）の白丸は、Ｕ相、Ｖ相の現在の瞬時電流値を示す。
【００４０】
（相電流位相の検出）
図２の（ｂ）において、１８０度周期関数である太線のＳＩＮ／ＳＩＮ（１２０）カーブは、ＳＩＮカーブのＵ相の電流波形Ｉｕ÷ＳＩＮ（１２０）カーブのＶ相の電流波形Ｉｖである。
Ｖ相の電流極性がプラスであれば１２０度〜３００度、マイナスであれば、３００度〜３６０度、０度〜１２０度であることを判断し、ＳＩＮ／ＳＩＮ（１２０）カーブの情報を用いて更に高分解に相電流位相を検出する。なお、ＳＩＮ／ＳＩＮ（１２０）カーブの情報からの相電流位相の検出は、予めメモリに記憶させておいたマップに基づいて位相に変換して行う。
【００４１】
相電流−  印加電圧位相差演算手段５２（相電流−  印加電圧位相差検出手段）は、ソフトウェアで構成され、相電流位相演算手段５１が検出した一つの相の相電流位相と、その相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流−  印加電圧位相差を検出する。
【００４２】
例えば、相電流位相演算手段５１が検出する、一つの相の相電流位相がＵ相であれば、相電流−  印加電圧位相差演算手段５２は、Ｕ相の相電流位相（Ｉｕ）とＵ相の印加電圧位相（Ｖｕ）との差である力率角φを計算する（図８参照）。この力率角φは、メモリ５８へ格納手段（図示せず）により上書き保存される。
【００４３】
印加電圧振幅設定手段５３は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ３に通電する三相交流の印加電圧の振幅を、車載ＥＣＵ６が出力する指令回転数６１および指令トルク６２に基づいて、予め定められた所定値に設定する。
【００４４】
目標力率角設定手段５４は、ソフトウェアで構成され、車載ＥＣＵ６が出力する指令回転数６１および指令トルク６２に基づいて、目標力率角（目標位相差）を設定する。
印加電圧位相設定手段５５は、ソフトウェアで構成され、目標力率角設定手段５４が設定した目標力率角（目標位相差）に、相電流−  印加電圧位相差演算手段５２が検出した力率角φ（相電流−  印加電圧位相差）が合致する様にＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０へ指示し、Ｕ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０が三相ＰＷＭ電圧発生手段５６へ、下記に示すＵ、Ｖ、Ｗ指示値５６ｈ、５６ｉ、５６ｊを出力する。これにより、三相の印加電圧の位相と振幅が設定される。
【００４５】
【数１】
2004336876.tif 000003
【００４６】
三相ＰＷＭ電圧発生手段５６（駆動信号出力手段）は、図１３の（ｃ）に示すブロック図の構成を有する。
図１３の（ｃ）において、５６ａはキャリア信号発生手段５７が出力するキャリアｋのキャリア位相を反転させるＩｎｖｅｒｔｅｒであり、５６ｂ〜５６ｇはキャリアｋや位相が反転したキャリアを選択的にＵ、Ｖ、Ｗ相ＰＷＭ信号発生手段５６ｕ、５６ｖ、５６ｗに入力するための電子スイッチである。
一相のみ位相をシフトさせたキャリアで、Ｕ、Ｖ、Ｗ指示値５６ｈ、５６ｉ、５６ｊを変調することにより１２０度位相差電圧ベクトルが生成される｛図７の（ｂ）、（ｃ）参照｝。
【００４７】
これにより、所定の順序で所定の一相のスイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭ周期でＰＷＭ変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成（１２０度電圧ベクトル優先）して駆動信号としてのＰＷＭパルス（三相ＰＷＭ電圧）を発生させることができる。
なお、１２０度電圧ベクトル優先とは、１２０度以上位相が異なる二つ以上の電圧ベクトルを合成したものである。
【００４８】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Ａは、以下に示す利点を有する。
〔あ〕高価で体格が大きい交流電流検出器を用いて相電流の検出を行わず、一つのシャント抵抗４の端子電圧を高速Ａ／Ｄ変換により直流母線１２を流れる母線電流を検出する構成であるので、製造コストが安価で、且つ占有スペースを小さくすることができる。
【００４９】
〔い〕高速Ａ／Ｄ変換回路５０が、一つのシャント抵抗４の端子電圧を、ゼロ電圧ベクトルＶ０、Ｖ７時を除く、連続する異なる二つのスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を０度〜３６０度の範囲で検出可能であり、過渡運転時等のモータ制御性能の向上が図れる。なおシャント抵抗４の抵抗値の絶対精度は高くなくても良い。
また、異なる二つのスイッチングタイミングが連続しているので、相電流値の検出誤差は小さい。
【００５０】
〔う〕所定の順序で所定の一相のスイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相のスイッチング素子を所定のＰＷＭ周期でＰＷＭ変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成（１２０度電圧ベクトル優先）して駆動信号としてのＰＷＭパルスを発生させているので、二つの相電流を検出するためのＡ／Ｄ変換のタイミングを、キャリアｋの山や谷をトリガにすることで容易に決定することができる。
【００５１】
〔え〕相電流−  印加電圧位相差演算手段５２により、相電流位相とその相の印加電圧位相との差である、瞬時の力率角φが検出できるので、過渡応答に優れた、三相同期モータ３のセンサレス制御が可能となる。また、メモリ５８へ格納手段により力率角φが上書き保存されるので、単一ベクトル時や短パルス長時などでも位相差（初期位相φ）を利用することが可能である。
【００５２】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、２、３、４、６、７に対応）に係る三相電圧形インバータ装置Ｂを、図１１、図１３、図１４に基づいて説明する。
三相電圧形インバータ装置Ｂは、以下の構成が三相電圧形インバータ装置Ａと異なる。
【００５３】
制御器５は、高速Ａ／Ｄ変換回路５０、相電流位相演算手段５１、位相差検出手段５９、印加電圧振幅設定手段５３、印加電圧位相設定手段５５、ＰＷＭパルスを出力する三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、キャリアｋを出力するキャリア信号発生手段５７、メモリ５８、およびＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０を備える。
【００５４】
高速Ａ／Ｄ変換回路５０、相電流位相演算手段５１、三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、キャリア信号発生手段５７、およびメモリ５８は、第１実施例のものと同様の構成を有し、同様に作動する。
【００５５】
印加電圧振幅設定手段５３は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ３に配設した回転数センサにより検出されるモータ回転数が、上位コントローラが出力する指令回転数ωに一致する様に、三相同期モータ３に通電する三相交流の印加電圧の振幅を設定する。
【００５６】
位相差検出手段５９は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ３に配設したロータ位置センサが送出するセンサ出力と、相電流位相演算手段５１が検出した三相交流の一つの相の相電流位相とに基づいて、相電流位相とロータ回転子位相との差φ１  を検出する（図９参照）。この差φ１  は、メモリ５８へ図示しない格納手段により上書き保存される。
【００５７】
印加電圧位相設定手段５５は、ソフトウェアで構成され、メモリ５８に上書き保存される、相電流位相とロータ回転子位相との差φ１  が、上位コントローラが出力する指令電流位相αに一致する様にＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０へ指示し、Ｕ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０が三相ＰＷＭ電圧発生手段５６にＵ、Ｖ、Ｗ指示値５６ｈ、５６ｉ、５６ｊを出力する。これにより、三相の印加電圧の位相と振幅が設定される。
【００５８】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Ｂは、上記〔あ〕、〔い〕、〔う〕に準じた効果以外に、以下に示す利点を有する。
〔お〕位相差検出手段５９により、相電流位相とロータ回転子位相との差φ１  が検出されるので、三相同期モータ３のベクトル制御に利用することができる。また、メモリ５８へ格納手段により、相電流位相とロータ回転子位相との差φ１  が上書き保存されるので、単一ベクトル時や短パルス長時などでも上記差φ１  を利用することが可能である。
【００５９】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項１、３、７、９に対応）に係る三相電圧形インバータ装置Ｃを、図１１、図１３、図１５に基づいて説明する。
三相電圧形インバータ装置Ｃは、以下の構成が三相電圧形インバータ装置Ａと異なる。
【００６０】
制御器５は、高速Ａ／Ｄ変換回路５０、電流大小比較手段７１、ゼロクロスタイミング判定手段７２、メモリ７３、力率角φ算出手段７４、印加電圧振幅設定手段５３、印加電圧位相設定手段５５、ＰＷＭパルスを出力する三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、キャリアｋを出力するキャリア信号発生手段５７、メモリ５８、およびＵ、Ｖ、Ｗ指示値作成手段６０を備える。
【００６１】
高速Ａ／Ｄ変換回路５０、印加電圧振幅設定手段５３、三相ＰＷＭ電圧発生手段５６、キャリア信号発生手段５７、およびメモリ５８は、第１実施例のものと同様の構成を有し、同様に作動する。
【００６２】
電流大小比較手段７１は、ソフトウェアで構成され、高速Ａ／Ｄ変換回路５０が二つのスイッチングタイミングで、シャント抵抗４の端子電圧を高速Ａ／Ｄ変換して換算した、第１の相の相電流に対応する第１の母線電流値と、第２の相の相電流に対応する第２の母線電流値との大きさを常時比較する。
【００６３】
ゼロクロスタイミング判定手段７２は、ソフトウェアで構成され、第１、第２の母線電流値の大きさが逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスするタイミングであると判定する。なお、メモリ７３には、前回の符号が格納されている。
【００６４】
力率角φ算出手段７４は、ソフトウェアで構成され、ゼロクロス判定時に、ゼロクロスした瞬間の、一相の相電流位相とその一相の印加電圧位相との差を力率角φとして算出する。この力率角φは、メモリ５８へ図示しない格納手段により上書き保存される。
【００６５】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Ｃは、上記〔あ〕、〔う〕に準じた効果以外に、以下に示す利点を有する。
〔か〕ゼロクロスタイミング判定手段７２のゼロクロス判定時に、ゼロクロスした瞬間の、一相の相電流位相とその一相の印加電圧位相との差を力率角φとして力率角φ算出手段７４が算出する構成であるので、力率角式センサレス駆動に利用できる。
【００６６】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．請求項５、６、８の相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第１、第２の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性を用いて三相交流の相電流位相を検出する構成であっても良い。
【００６７】
ｂ．母線電流検出手段は、シャント抵抗４以外にホール素子等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は請求項１の構成を説明するための三相電圧形インバータ装置の電気回路図、（ｂ）は三相変調時における母線電流値の検出タイミングを示す説明図、（ｃ）はＵ相、Ｖ相の電流位相を示す説明図である。
【図２】（ａ）は請求項２の構成を説明するためのＵ相、Ｖ相の電流位相Ｉｕ、Ｉｖを示す説明図であり、（ｂ）はＵ相の電流位相Ｉｕ、Ｖ相の電流位相Ｉｖ、およびＵ相／Ｖ相の電流位相Ｉｕ／Ｉｖを示すグラフである。
【図３】（ａ）は請求項３の構成を説明するための電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６における、正極側の各アームの状態、検出相電流Ｉｕ、およびコードの状態を示す説明図であり、（ｂ）は電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６の方向を示す説明図であり、（ｃ）は三相変調時における母線電流値の検出タイミングを示す説明図である。
【図４】指令ベクトルを挟み、１２０度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成する様子を示す説明図である。
【図５】三相変調時（１２０度優先および６０度優先）において、高ＤＵＴＹ時と低ＤＵＴＹ時におけるＡ／Ｄ変換タイミングの時期を記載したグラフ、および二相変調時（１２０度優先および６０度優先）において、高ＤＵＴＹ時と低ＤＵＴＹ時におけるＡ／Ｄ変換タイミングの時期を記載したグラフである。
【図６】（ａ）はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子電圧の位相を示すグラフであり、（ｂ）は６０度優先ベクトルによる三相変調の説明図であり、（ｃ）、（ｄ）は１２０度優先ベクトルによる三相変調の説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、一相のみ位相をシフトさせたキャリアで変調して１２０度位相差電圧ベクトルを生成する方法を示す説明図である。
【図８】Ｕ相の相電流位相（Ｉｕ）とＵ相の印加電圧位相（Ｖｕ）との位相差（力率角φ）を示すグラフである。
【図９】相電流位相（Ｉｕ）と三相同期モータのロータ回転子位相｛ＳＩＮ（θ）｝との差φ１  を示すグラフである。
【図１０】第１、第２の母線電流値の大小関係が逆転する時点を求めるための説明図である。
【図１１】本発明の第１〜第３実施例に係る三相電圧形インバータ装置のブロック図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図１３】１２０度位相電圧ベクトル生成を行う三相ＰＷＭ電圧発生手段の説明図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図１６】特許文献１に係るブラシレスＤＣモータの駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ  三相電圧形インバータ装置
φ  力率角（相電流−  印加電圧位相差）
１  直流電源
３  三相同期モータ（モータ）
４  シャント抵抗（母線電流検出手段）
１１、１２  直流母線
２１〜２６  スイッチング素子（半導体スイッチング素子）
３１〜３３  交流出力端子
５０  高速Ａ／Ｄ変換回路（母線電流検出手段）
５１  相電流位相演算手段（相電流位相検出手段）
５２  相電流−  印加電圧位相差演算手段（相電流−  印加電圧位相差検出手段）
５３  印加電圧振幅設定手段
５５  印加電圧位相設定手段
５６  三相ＰＷＭ電圧発生手段（駆動信号出力手段）
５８  メモリ
５９  位相差検出手段
６１  指令回転数
６２  指令トルク
【図１】
2004336876.tif 000004
【図２】
2004336876.tif 000005
【図３】
2004336876.tif 000006
【図４】
2004336876.tif 000007
【図５】
2004336876.tif 000008
【図６】
2004336876.tif 000009
【図７】
2004336876.tif 000010
【図８】
2004336876.tif 000011
【図９】
2004336876.tif 000012
【図１０】
2004336876.tif 000013
【図１１】
2004336876.tif 000014
【図１２】
2004336876.tif 000015
【図１３】
2004336876.tif 000016
【図１４】
2004336876.tif 000017
【図１５】
2004336876.tif 000018
【図１６】
2004336876.tif 000019