(57)【要約】【課題】比較的簡単な回路で、トルク脈動を低減できるモータ駆動回路を提供する。【解決手段】本発明は、上記の従来技術の欠点を無くすために、モータの磁極位置信号に基づいて少なくとも２つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成し、そして、この複数の台形波状波形信号から擬似正弦波変調装置において擬似正弦波信号を作成し、その擬似正弦波信号と搬送波を比較して、インバータをＰＷＭ制御する。【効果】比較的簡単な回路を用いて波形ひずみの極めて小さい変調波信号の作成が可能であり、これにより、トルク脈動に起因したモータの振動及び騒音を低く抑えることができる。【選択図】　図１
2004120841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を入力として、交流を出力するインバータと、前記交流により駆動される交流電動機と、前記交流電動機の磁極位置信号を作成する磁極位置検出器と、前記磁極位置信号に基づき、一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、前記複数の台形波状波形信号に基づいて複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調装置と、前記複数の擬似正弦波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とを有する交流電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記擬似正弦波変調装置は、前記複数の台形波状波形信号の差から、前記複数の擬似正弦波信号を作成する交流電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記擬似正弦波変調装置は、前記複数の台形波状波形信号の和から、前記複数の擬似正弦波信号を作成する交流電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記擬似正弦波変調装置は、前記複数の台形波状波形信号の総和をとり、ゼロレベルから前記総和を減算した値を、前記複数の台形波状波形信号に加算することにより、前記複数の擬似正弦波信号を作成する交流電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルのうちで、最大レベル及び最小レベルの幅は、電気角で略１５度から略５０度である交流電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルのうちで、最大レベル及び最小レベルの幅は電気角で略３０度である交流電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルの幅は任意に設定可能である交流電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記台形波変調装置は、前記複数の台形波状波形信号の総和をとり、前記磁極位置信号のタイミングに同期して、ゼロレベルから前記総和を減算した値に、前記台形波状波形信号の値を近づけるように新たな台形波状信号を作成する台形波直流成分低減装置を有する交流電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記擬似正弦波変調装置は、前記擬似正弦波信号の最大値と最小値の和を１／２倍したものを、前記擬似正弦波信号から減算することにより新たな擬似正弦波信号を作成する交流電動機の制御装置。
【請求項１０】
直流を入力として、交流を出力するインバータと、交流電動機の磁極位置信号に基づいて一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定となるレベルを有した複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、前記複数の台形波状波形信号に基づいて複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調装置と、前記複数の擬似正弦波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とを有するインバータ制御装置。
【請求項１１】
直流を入力として、交流を出力するインバータと、交流電動機の磁極位置信号に基づいて一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定となるレベルを有した複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、前記複数の台形波状波形信号に基づいて複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調装置と、前記複数の擬似正弦波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とがワンチップに実装されていることを特徴とするインバータ制御用半導体装置。
【請求項１２】
直流を入力として、交流を出力するインバータが実装されているチップと、交流電動機の磁極位置信号に基づいて一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルを有した複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、前記複数の台形波状波形信号に基づいて複数の擬似正弦波信号を作成する擬似正弦波変調装置と、前記複数の擬似正弦波信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とが実装されているチップとの２チップで構成されていることを特徴とするインバータ制御用半導体装置。
【請求項１３】
直流を入力として、交流を出力するインバータと、前記交流により駆動される交流電動機と、前記交流電動機の磁極位置信号を作成する磁極位置検出回路と、前記磁極位置信号に基づいて最大レベル及び最小レベルの幅は電気角で略３０度であって、一周期の区間で少なくとも２つ以上の一定レベルを有した複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、前記複数の台形波状波形信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とを有する交流電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電または産業用設備などにおける交流電動機を駆動するための制御装置及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、上述した製品分野において、ブラシレスモータをインバータ駆動する方法が広まっている。そして家電などの分野では価格競争が激化し、安価なインバータ装置の提供が望まれている。このためブラシレスモータのインバータ駆動装置において、回路構成が簡単で比較的モータ効率も高くできる、１２０度通電方式が用いられている。
【０００３】
１２０度通電方式によるモータ駆動回路においては、磁極位置検出器によってモータの回転子の磁極位置を検出し、回転子磁束と固定子の磁極が直交するようなタイミングで、インバータ装置の各スイッチング素子をオンオフ制御することで３相巻線のうち２つの巻線に電流を流しモータを駆動させる。
【０００４】
この１２０度通電方式では、通電する巻線の切り換え動作（転流）時に、トルクリプルが発生し、騒音をもたらすことが知られている。
【０００５】
また、モータ電流波形において高調波成分を多く含むと、一般的にモータトルクに脈動が発生しやすい。モータトルクは、モータ固有の誘起電圧とモータ電流の積からなるため、モータ電流波形の依存度が大きい。このトルク脈動によって、モータ自体が振動し、モータを取り付ける架台を振動させ、この振動が騒音となる。
【０００６】
低騒音化するための方法として、いわゆるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御によりモータ駆動電流を正弦波状にする方法がある。具体的には、回転子の位置に同期した正弦波状の変調波信号を作成し、この変調波信号と搬送波を比較してＰＷＭ信号を作成し、インバータより正弦波ＰＷＭ電圧を出力する。そして、この回転子の位置に同期した正弦波状の変調波信号を作成するためには、マイクロコンピュータを用いて、それに内蔵のＰＷＭタイマを利用することが行われるが、１２０度通電方式と比較すると、複雑かつ高価な装置となる。
【０００７】
これに対して、比較的簡単な回路で低騒音のモータ駆動回路を実現する方法として、正弦波状の電圧指令の作成にあたって、アナログ回路を用いて、３レベルの電圧信号波形をフィルタ回路を用いて滑らかにすることにより、電流波形を滑らかにしてモータの騒音を低減する方法がある。（例えば、特許文献１参照。）
【０００８】
また、ひずみの少ない擬似正弦波の作成している方法もある。（例えば、特許文献２参照。）
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２５１８８６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４１８６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開２００１−２５１８８６号公報に開示の方法では、変調波にひずみが大きく残っているためトルク脈動が大きく残り、１２０度通電方式と比べ、モータ駆動時の騒音を大幅に低減させるほど効果は大きくない。
【００１１】
一方、前記特開平１１−３４１８６３号公報に開示の方法では回路規模が大きくなると思われ、モノリシックＩＣ化する上で都合が良くない。
【００１２】
本発明は上記の点を考慮してなされたものであり、比較的簡単な回路でトルク脈動を低減できる交流電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の従来技術の欠点を無くすために、モータの磁極位置信号基づいて少なくとも２つ以上の一定レベルを有する複数の台形波状波形信号を作成し、そして、この複数の台形波状波形信号から擬似正弦波変調装置において擬似正弦波信号を作成し、その擬似正弦波信号と搬送波を比較して、インバータをＰＷＭ制御する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例の説明）
本発明の第１の実施例を図１から図７を用いて説明する。
【００１５】
＜全体構成（図１）の説明＞
図１において、１は商用電源、２は整流回路、１１はモノリシックＩＣからなるワンチップインバータ、４は３相ブラシレスモータ、８は速度制御演算処理手段、９はＦ／Ｖ変換装置である。ここに、ワンチップインバータ１１は、インバータ３と、第１の変調波信号作成回路である台形波変調装置７，第２の変調波信号作成回路である擬似正弦波変調装置１３、及びパルス幅変調装置６からなる制御回路１０から構成される。
【００１６】
商用電源１には、整流回路２が接続されて、この整流回路２を介して、直流電圧がインバータ３に供給され、このインバータ３により可変電圧可変周波数の交流がモータ４に供給される。
【００１７】
前記のモータ４は、回転子に永久磁石を有するモータであって、永久磁石の発生する磁束を検出して回転子磁極位置を検出する磁極位置検出回路５を備える。この磁極位置検出回路５は、各相に対応する３個のホールＩＣからなり、各相の電気角の位相差が１２０度になるように設置されていて、論理信号である位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗを出力する。
【００１８】
ここに、ワンチップインバータ１１は、モータ４の筐体内に実装されて、モータ４と磁極位置検出回路５と共に、駆動回路内蔵ブラシレスモータ１２を構成する。
【００１９】
ワンチップインバータ１１を構成する前記インバータ３は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ，絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子を６個組み合わせた回路であり、各スイッチング素子は、パルス幅変調装置６からのＰＷＭ信号に従ってオンオフ制御される。
【００２０】
ワンチップインバータ１１の制御回路１０を構成する台形波変調装置７には、前記の磁極位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗと、速度制御演算処理手段８から出力される電圧制御信号ａが入力され、これらに基づいて、２つの一定となるレベルを有した３相の台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを作成する。本実施例では、この一定となる期間を電気角３０度としている。
【００２１】
また、制御回路を構成する擬似正弦波変調装置１３は、この台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを入力として、３相の擬似正弦波信号ｍｕ，ｍｖ，ｍｗを作成する。
【００２２】
更に、パルス幅変調装置６は、上記の擬似正弦波信号ｍｕ，ｍｖ，ｍｗを入力として、内部で作られる搬送波信号と比較して、インバータ３を構成する前記の６個のスイッチング素子に対するＰＷＭ信号を作成する。
【００２３】
一方、前記の位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗはＦ／Ｖ変換装置（周波数−電圧変換装置）９に入力されて、実速度に対応した速度電圧信号を出力する。
【００２４】
速度制御演算処理手段８では、Ｆ／Ｖ変換装置９の出力である速度電圧信号が入力されて、速度制御演算処理手段８内に設定されている速度指令とを比較し、それらの偏差が０になるように、前記の電圧制御信号ａが出力されて、前記の台形波変調装置７に入力される。
【００２５】
ここで、擬似正弦波とは台形波よりもひずみ率の少ない正弦状の波形である。
【００２６】
＜図２の説明＞
次に制御回路１０に関わる各部の波形について、図２を用いて説明する。
【００２７】
位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗは、電気角１２０度の位相差を保った方形波信号であり、台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗは、電気角３０度の平坦部を有する台形波信号、また擬似正弦波信号ｍｕ，ｍｖ，ｍｗは、折れ線近似された擬似正弦波信号である。
【００２８】
台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗの位相は、位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗと同期がとられている。例えば、台形波信号ｔｒｕの平坦部から傾斜を始める開始時点は、位置検出信号ｈｖの立ち上がりもしくは立ち下がり時点である。また一方、台形波信号の振幅は、前記の電圧制御信号ａにより、決定される。
【００２９】
以下、本発明の主要部分の詳細について説明する。
【００３０】
＜台形波変調装置７（図３，図４）＞
台形波変調装置７内について、図３と図４を用いて説明する。
【００３１】
図３は、台形波変調装置７の構成を示している。この台形波変調装置７は、平坦部３０度台形波形成装置２１を中心に、中点発生手段２２，反転増幅装置２３，２つのサンプルホールド回路Ａ２４，サンプルホールド回路Ｂ２５，台形波直流成分低減装置２６，３つのコンデンサＣｕ，Ｃｖ，Ｃｗから構成される。
【００３２】
速度制御演算処理手段８からの電圧制御信号ａは、１つは直接に、他の１つは、反転増幅装置２３を通して、他の電圧制御信号ｂに変えて、平坦部３０度台形波形成装置２１に入力される。
【００３３】
中点発生手段２２は、２つの電圧制御信号ａ及びｂの電位の中間の大きさの電位を有する中点信号ｃを出力し、平坦部３０度台形波形成装置２１に入力される。
【００３４】
更に平坦部３０度台形波形成装置２１には位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗも入力される。
【００３５】
２つのサンプルホールド回路Ａ２４，サンプルホールド回路Ｂ２５は、台形波信号のある電圧レベルを保持するのに用いられ、３つのコンデンサは平坦部３０度台形波形成装置２１内部の定電流源（図示せず）から充放電されて電圧波形を作り、また台形波直流成分低減装置２６は、台形波信号の最大値と最小値の中間値を補償するのに用いられる。
【００３６】
図４は、上記の構成をもつ台形波変調装置７の各部波形であり、この図を用いて動作の説明をする。
【００３７】
平坦部３０度台形波形成装置２１では、図４に示すように、例えばホールＩＣ信号ｈｖの立ち上がりのタイミングＰＡでＵ相コンデンサＣｕを定電流源で充電開始することにより、Ｕ相台形波ｔｒｕの立ち上がりスロープ部分を形成する。そしてホールＩＣ信号ｈｗの立ち上がりのタイミングＰＣでＵ相コンデンサの電圧値をサンプルホールド回路Ａ（２４）に取り込み、その値をｔｒｕＡとする。
【００３８】
ここに、理想的な平坦部３０度台形波における、台形波の上側平坦部の大きさであるｔｒｕｍａｘと下側平坦部の大きさであるｔｒｕｍｉｎの中間の大きさをゼロレベルとする。その時、台形波の最大値である上限リミット値ｔｒｕｍａｘは、ｔｒｕｍａｘ＝ｔｒｕＡ×５／３の関係で求められるため、ｔｒｕＡよりｔｒｕｍａｘを作成しておき、Ｕ相コンデンサの電圧がｔｒｕｍａｘとなった時点ＰＤで充電をやめて上限リミット値ｔｒｕｍａｘを保持し、台形波の上側平坦部を形成する。
【００３９】
そしてホールＩＣ信号ｈｖの立ち下がりのタイミングＰＥでＵ相コンデンサＣｕを定電流源で放電開始することにより、Ｕ相台形波ｔｒｕの立ち下がりスロープ部分を形成する。
【００４０】
次にホールＩＣ信号ｈｗの立ち下がりのタイミングＰＧでＵ相コンデンサの電圧値をサンプルホールド回路Ｂ（２５）に取り込み、その値をｔｒｕＢとする。理想的な平坦部３０度台形波の場合、台形波の最小値である下限リミット値ｔｒｕｍｉｎは、ｔｒｕｍｉｎ＝ｔｒｕＢ×５／３の関係で求められるためｔｒｕＢよりｔｒｕｍｉｎを作成しておき、Ｕ相コンデンサＣｕの電圧がｔｒｕｍｉｎとなった時点ＰＨで放電をやめる。そしてホールＩＣ信号ｈｖの立ち上がりのタイミングＰＩまで下限リミット値ｔｒｕｍｉｎを保持し、台形波の下側平坦部を形成する。
【００４１】
Ｖ相とＷ相もＵ相と同様に平坦部３０度台形波を形成し、１２０度ずつ位相のずれた３相の台形波信号を形成する。
【００４２】
＜台形波直流成分低減装置（図５）＞
以上は、平坦部３０度台形波が理想的な場合について示した。しかし、実際にはモータ起動時や回転速度変化時などの過渡状態で、コンデンサの充放電時間にばらつきが生じ、上記の平坦部３０度台形波に定常的な直流オフセット成分が生じてしまうことがある。また回路素子のばらつきや位置検出装置の取り付け位置誤差などによってもコンデンサの充放電電圧にばらつきが生じる。
【００４３】
この対策のために、台形波変調装置７には、台形波直流成分低減装置２６を備えている。この台形波直流成分低減装置の動作を図３及び図５を用いて説明する。図３に示すように、台形波直流成分低減装置２６には、各相平坦部３０度台形波ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを入力する。台形波直流成分低減装置２６でこれらの総和をとり、前記のゼロレベルからこの総和を減算して−（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）を求める。これを図５に太線で示す。
【００４４】
図５の上図に見られるように、３相がバランスした理想的な平坦部３０度台形波の場合、−（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）は各相台形波の３倍周期の台形波となり、各相台形波とゼロレベル付近で重なる。ところが図５の下図のような３相アンバランス時には、それらは重ならない。
【００４５】
そこで、台形波直流成分低減装置２６から−（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）を平坦部３０度台形波形成装置２１にフィードバックして、例えば図５下図の点ＰＪに示すように、位置検出信号に同期して各相台形波の値を強制的に−（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）に一致させる。この動作を、図５に四角い点で示したように位置検出信号に同期したタイミングで毎周期行うことにより、各相台形波に生じた直流成分を低減することができる。
【００４６】
＜擬似正弦波変調装置１３（図６）＞
図６は擬似正弦波変調装置１３の構成を示している。この擬似正弦波変調装置１３は、各相毎に、第１の減算装置１３１，増幅ゲインＫｇを持つ増幅装置１３２、及び第２の減算装置１３３と演算装置１３４からなる擬似正弦波直流成分低減装置１３５からなる。
【００４７】
すなわち、平坦部３０度台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗから、減算装置
１３１と増幅装置１３２を用いて、第１の擬似正弦波信号ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１が、
ｍｕ１＝Ｋｇ×（ｔｒｕ−ｔｒｖ）
ｍｖ１＝Ｋｇ×（ｔｒｖ−ｔｒｗ）
ｍｗ１＝Ｋｇ×（ｔｒｗ−ｔｒｕ）
の関係式にて作成され、擬似正弦波直流成分低減装置１３５に入力され、その出力としてパルス幅変調装置６に出力される擬似正弦波ｍｕ，ｍｖ，ｍｗが作成される。ここで、Ｋｇは擬似正弦波信号の振幅を決定するゲインである。
【００４８】
図７に擬似正弦波変調装置１３の動作波形を示す。
【００４９】
ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗは３相の平坦部３０度台形波である。上述の式においてＫｇ＝１とするとｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１は図７に示すような擬似正弦波となる。
【００５０】
＜台形波平坦部の長さについて（図８）＞
ここに、３０度の平坦部を有する台形波信号を用いて擬似正弦波を作成する理由について、図８を用いて説明する。
【００５１】
図８は、台形波平坦部角度をパラメータとし、１２０度位相のずれた２つの台形波の差をとって作成した擬似正弦波の波形ひずみ率と実効値の関係を示している。図中丸印のプロットが波形ひずみ率を、四角いプロットが波形の実効値を表す。
【００５２】
同図より、擬似正弦波の波形ひずみ率は台形波平坦部が約３３度の時に最小値をとることがわかる。モータの誘起電圧が正弦波であると仮定した時、トルク脈動を低減するためには印加電圧の波形ひずみ率をできる限り小さくするとよい。したがってトルク脈動を最小にするために、擬似正弦波の波形ひずみ率が最小となる、平坦部約３３度の台形波を原波形として用いるのがよいと考えられる。しかし波形作成の簡易性を考慮すると、トルク脈動最小値に近い平坦部３０度とするのが望ましいため、本実施例では、平坦部３０度台形波を採用している。
【００５３】
しかし台形波平坦部長さは３０度に限定しない。
【００５４】
例えば台形波平坦部長さは６０度±５度としてもよい。これは、一般に位置検出装置であるホールＩＣ信号から電気角６０度毎にオンオフする信号を作るのは容易であり、この信号のタイミングでコンデンサの充放電の切り換えが容易に行うことができるからである。なお、その際にホールＩＣの取付誤差などにより、台形波平坦部長さも±５度程度ずれることがある。
【００５５】
また、台形波平坦部長さを０度、すなわち三角波にしてもよい。これも前述のようにホールＩＣ信号が電気角６０度毎にオンオフするタイミングに同期させて容易に波形を作ることができるからである。
【００５６】
また、台形波平坦部長さは１５度から５０度の間に設定してもよい。これは図８において、平坦部長さが約１１５度の時にもトルク脈動が小さくなっているが、１５度から５０度の間に設定した場合のトルク脈動率は、１１５度に設定した場合のトルク脈動率よりも低減できるからである。
【００５７】
特に前述のように３３度±５度とするとよい。これは台形波平坦部長さが３３度の時が最もトルク脈動を低減できるからである。なお、ホールＩＣ取付誤差などにより±５度程度ずれることがある。
【００５８】
＜擬似正弦波直流成分低減装置（図９）＞
次に擬似正弦波直流成分低減装置１３５の役割について説明する。
【００５９】
もし擬似正弦波直流成分低減装置１３５が無いと、前述の台形波直流成分低減装置２６によって台形波の直流成分は低減できても、各相減算後の擬似正弦波信号に直流成分が発生し、それが原因でモータ電流に直流成分が発生してトルク脈動を引き起こす。
【００６０】
この直流成分の様子を図９に示した。図９のように擬似正弦波が直流成分を持たない場合は、ゼロレベルを中心として正負に振幅を持ち、最大値ｍａｘ１と最小値ｍｉｎ１の和を取って１／２した中間値はゼロレベルと一致する。ところが直流成分があると最大値ｍａｘ２と最小値ｍｉｎ２の和を取って１／２した値はゼロレベルと一致せず、偏差Δｍが生じる。そこでその偏差を元の波形から減算することによって、擬似正弦波の直流成分を低減する。これにより、擬似正弦波の直流成分に起因した電流のアンバランスを低減し、トルク脈動を低減できる。これを実現する回路が、前述の擬似正弦波直流成分低減装置１３５であり、演算装置にて、Δｍ＝（ｍａｘ１＋ｍａｘ２）／２の演算を行って、上記の偏差Δｍを求め、第１の擬似正弦波信号ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１から差し引いて、擬似正弦波信号ｍｕ，ｍｖ，ｍｗを作成し、パルス幅変調装置６に出力する。
【００６１】
（第２の実施例の説明（図１０，図１１））
次に本発明の第２の実施例について図１０と図１１を用いて説明する。この第２の実施例は、先の実施例における台形波変調装置７を台形波変調装置７Ａに置き換えたもので、他は、図１に示した構成と同様である。大きな相違点は、台形波の平坦部が３０度でなく、任意角度となる台形波信号を第１の変調信号としている点、及び、この任意角度を調整可能としている点である。
【００６２】
図１０は本実施例における台形波変調装置７Ａの構成をその周辺回路と共に示している。また図１１は台形波変調装置７Ａの各部の波形である。先の実施例で示した台形波変調装置７と相違する点は、３レベル信号作成装置３１，平坦部６０度台形波形成装置３２，増幅装置３３，任意台形波形成装置３４，６つのコンデンサＣｕ１，Ｃｖ１，Ｃｗ１，Ｃｕ２，Ｃｖ２，Ｃｗ２から構成されている点である。
【００６３】
３レベル信号作成装置３１には、電圧制御信号ａとｂ，中点信号ｃ、及び位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗを入力し、位置検出信号に応じて電圧制御信号ａ，ｂ及び中点信号ｃのうちのいずれかを選択することによって、３レベル信号ｌｕ，ｌｖ，ｌｗを生成し出力する。
【００６４】
この３レベル信号は、図１１に示すような最大，中間，最小の３つのレベルで一定となる期間を有する信号であり、各レベルから他のレベルに変化する時点は、位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗのパルスのエッジに同期している。
【００６５】
この３レベル信号ｌｕ，ｌｖ，ｌｗは平坦部６０度台形波形成装置３２に入力されて、平坦部６０度台形波信号ｔｒ６０ｕ，ｔｒ６０ｖ，ｔｒ６０ｗが作成される。この信号の作成にあたって、平坦部６０度台形波形成装置３２では、図１１に示すように、例えば３レベル信号ｌｕが最大値である１２０度の期間中は、平坦部６０度台形波形成装置３２内の定電流源を用いて、コンデンサＣｕ１をｌｕの振幅に比例した電流で充電することにより、平坦部６０度台形波信号ｔｒ６０ｕの正の傾きを形成し、３レベル信号ｌｕが中間値である６０度の期間中は、コンデンサＣｕ１がピーク電圧を保持し、３レベル信号ｌｕが最小値である１２０度の期間中は、平坦部６０度台形波信号ｔｒ６０ｕの負の傾きを形成する。平坦部６０度台形波信号ｔｒ６０ｖ及びｔｒ６０ｗもそれぞれ同様に、それぞれ３レベル信号ｌｖ，ｌｗに応じて形成する。
【００６６】
また、上記と並行して３レベル信号ｌｕ，ｌｖ，ｌｗを増幅装置３３にも入力して、Ｋ倍した信号を平坦部任意台形波形成装置３４の入力とする。平坦部任意台形波形成装置３４内では、入力信号に比例した電流でコンデンサＣｕ２，Ｃｖ２，Ｃｗ２を充放電して平坦部６０度台形波信号ｔｒ６０ｕ，ｔｒ６０ｖ，ｔｒ６０ｗの傾きよりも若干緩やかな傾きを持つランプ状の波形を作り、このランプ状の波形を前述した平坦部６０度台形波信号の平坦部でリミットさせることにより、任意台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを出力する。例えばＫ＝４／５とすれば上底平坦部は３０度になり、Ｋ＝６／７とすれば４０度にすることができるなど、Ｋの値によって台形波の平坦部の長さは任意に設定できる。この任意台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを、擬似正弦波変調装置１３への入力とする。
【００６７】
ここで、台形波平坦部の長さを変えた時の効果について述べる。例えば図１０に示したｔｒｕの波形のように、実線で示す平坦部３０度台形波と破線で示す平坦部６０度台形波とでは電気角１５度の位相差ができる。このように台形波平坦部の長さによって台形波変調波の位相も操作でき、それに伴って、台形波各相間の差をとって得た擬似正弦波の位相も操作できる。台形波平坦部の長さをパラメータとして、各相間の差をとって得た擬似正弦波の位相進みについて図１２に示す。台形波平坦部長さが０度の時、すなわち三角波の時の各相間の差をとって得た擬似正弦波の位相を基準とした。図１２より擬似正弦波の位相は、台形波平坦部長さに比例して変化させることができることがわかる。
【００６８】
本実施例では、前述の増幅率Ｋを、速度制御演算処理手段から与えるようにしている。図８および図１２を参照してこの効果を説明すると、定常状態のようにモータ音を静かにするためにトルクリプルを低減したい運転領域では、台形波の平坦部を３０度付近となるようにＫを設定し、加速時のように高い電圧が必要な場合や、負荷トルクが増大した場合には必要に応じて、３０度以上の平坦部となるようにＫを設定することができる。
【００６９】
（第３の実施例の説明（図１３））
図１３を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。
【００７０】
図１３は本実施例における台形波変調装置７Ａの構成をその周辺回路と共に示している。これまで説明した実施例と大きく異なる点は、変調回路の回路規模を小さくするために、第２の変調回路を削除した点である。このために、本実施例では、先の第２の実施例で示した台形波変調装置７Ａをそのまま用いて、その出力である任意台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗを直接、パルス幅変調装置６に入力して、搬送波と比較してＰＷＭ信号を作成する。
【００７１】
一般にモータの巻線には線間電圧が印加されるため、各相に通電する波形が台形波であっても、実際には台形波を各相間で減算した擬似正弦波状の電圧が加わる。台形波３相をｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗとすると、その線間電圧はｔｒｕ−ｔｒｖ，ｔｒｖ−ｔｒｗ，ｔｒｗ−ｔｒｕとなり、図７に示すｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１の擬似正弦波がモータに印加されることになる。したがって各相の変調波が台形波のままであっても、各相に擬似正弦波を通電した時とほぼ同等のトルク脈動低減効果が得られる。
【００７２】
これより、図８の擬似正弦波波形ひずみ率と同様に略３０度付近で波形ひずみ率が最小になっており、モータのトルク脈動を少なくすることが可能である。
【００７３】
ここで、台形波変調装置７Ａの代わりに台形波変調装置７に置き換えてもよい。
【００７４】
（第４の実施例の説明（図１４，図１５））
次に本発明の第４の実施例について図１４と図１５を用いて説明する。この第４の実施例は、第１の実施例における擬似正弦波変調装置１３を擬似正弦波変調装置１３Ａに置き換えたもので、他は、図１に示した構成と同様である。大きな相違点は、平坦部３０度台形波信号各相間の和信号を取って擬似正弦波信号を得る点である。
【００７５】
図１４は本実施例における擬似正弦波変調装置１３Ａの構成を示している。先の実施例で示した擬似正弦波変調装置１３と相違する点は、加算装置１４１を用いている点と、加算する各相の順序が図６の減算時と異なる点である。
【００７６】
すなわち、平坦部３０度台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗから、加算装置１４１と増幅装置１３２を用いて、第１の擬似正弦波信号ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１が、
ｍｕ１＝Ｋｇ×（ｔｒｖ＋ｔｒｗ）
ｍｖ１＝Ｋｇ×（ｔｒｗ＋ｔｒｕ）
ｍｗ１＝Ｋｇ×（ｔｒｕ＋ｔｒｖ）
の関係式にて作成され、擬似正弦波直流成分低減装置１３５に入力され、その出力としてパルス幅変調装置６に出力される擬似正弦波ｍｕ，ｍｖ，ｍｗが作成される。ここで、Ｋｇは擬似正弦波信号の振幅を決定するゲインである。
【００７７】
図１５に擬似正弦波変調装置１３Ａの動作波形を示す。
【００７８】
ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗは３相の平坦部３０度台形波である。上述の式においてＫｇ＝−１とするとｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１は図１５に示すように、各相台形波と同位相で、各相台形波よりも振幅が小さく平坦部の長い擬似正弦波となる。
【００７９】
さらにそれらの各相間の値をとると、図１５に示すｍｕ１−ｍｖ１，ｍｖ１−ｍｗ１，ｍｗ１−ｍｕ１のような擬似正弦波となり、図７に示した擬似正弦波と一致する。このように本実施例では、同じ擬似正弦波を得るのに、各相台形波ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗよりも小さい振幅の波形ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１を搬送波信号と比較してＰＷＭ信号を作る。したがって、直流電圧の利用率を高くできる、すなわち同じモータ電圧を得るのに直流電圧の大きさを小さくできる、という利点がある。
【００８０】
（第５の実施例の説明（図１６，図１７））
次に本発明の第５の実施例について図１６と図１７を用いて説明する。この第５の実施例は、第４の実施例における擬似正弦波変調装置１３Ａを擬似正弦波変調装置１３Ｂに置き換えたもので、他は、図１に示した構成と同様である。大きな相違点は、台形波各相の加算を行わず、平坦部３０度台形波信号各相の総和を取り、その総和信号を用いて擬似正弦波信号を得る点である。
【００８１】
図１６は本実施例における擬似正弦波変調装置１３Ｂの構成を示している。先の実施例で示した擬似正弦波変調装置１３Ａと相違する点は、総和演算装置１５１とゲインＫｇ２（１５２）を用いている点、および加算装置１４１の入力が各相台形波と、総和信号にゲインＫｇ２を乗じたもの、という点である。
【００８２】
すなわち、平坦部３０度台形波信号ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗから、総和演算装置１５１とゲインＫｇ２（１５２）を用いて補正信号３φを以下のように作る。
【００８３】
３φ＝Ｋｇ２×（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）
平坦部３０度台形波信号各相に加える。すると第１の擬似正弦波信号ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１が、
ｍｕ１＝Ｋｇ×（ｔｒｕ＋３φ）
ｍｖ１＝Ｋｇ×（ｔｒｖ＋３φ）
ｍｗ１＝Ｋｇ×（ｔｒｗ＋３φ）
の関係式にて作成され、擬似正弦波直流成分低減装置１３５に入力され、その出力としてパルス幅変調装置６に出力される擬似正弦波ｍｕ，ｍｖ，ｍｗが作成される。ここで、Ｋｇは擬似正弦波信号の振幅を決定するゲインである。
【００８４】
図１７に擬似正弦波変調装置１３Ｂの動作波形を示す。ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗは３相の平坦部３０度台形波である。上述の式においてＫｇ２＝−１とすると、３φ＝−（ｔｒｕ＋ｔｒｖ＋ｔｒｗ）は図に示すように平坦部３０度台形波の３倍の周期を持つ台形波となる。これをｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗにそれぞれ加えるとｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１が得られ、それらは図１７に示すように、各相台形波よりも振幅が小さく平坦部の長い擬似正弦波となる。これは実施例４で得られた擬似正弦波と同形状の波形である。
【００８５】
さらにそれら各相間の値をとると、図１７に示すｍｕ１−ｍｖ１，ｍｖ１−ｍｗ１，ｍｗ１−ｍｕ１のような擬似正弦波となり、図１７に示した擬似正弦波と一致する。このように本実施例では、同じ擬似正弦波を得るのに、各相台形波ｔｒｕ，ｔｒｖ，ｔｒｗよりも小さい振幅の波形ｍｕ１，ｍｖ１，ｍｗ１を搬送波信号と比較してＰＷＭ信号を作るため、第４の実施例と同様に直流電圧の利用率を高くできるという利点がある。
【００８６】
＜台形波の形状について（図１８）＞
本明細書中の実施例では、図１８上図に示すような１周期中に２つの一定となるレベルを有した３相の台形波を例に挙げた。この波形は折れ点が少ないため電圧波形が滑らかに変化し、折れ点に起因したトルク脈動を小さくできる。
【００８７】
また、台形波形状は１周期中に２つより多くの一定となるレベルを有した３相台形波でもよく、本発明は例えば図１８下図に示すような１周期中に４つの一定となるレベルを有した台形波なども含む。
【００８８】
（本発明の他の実施例への展開）
これまで示した第１及び第２の実施例では擬似正弦波変調装置１３から出力した擬似正弦波信号を、また第３の実施例では任意台形波信号を、また第４及び第５の実施例では擬似正弦波変調装置１３Ａ及び擬似正弦波変調装置１３Ｂから出力した擬似正弦波信号をパルス幅変調装置６の入力としたが、ＲＣフィルタなどのフィルタ回路を通して波形を滑らかにしてからパルス幅変調装置６の入力としてもよい。これによって波形ひずみ率をさらに低減できる。
【００８９】
また、これまでの実施例ではコンデンサの充放電など、アナログ回路を利用した台形波作成方法を記したが、デジタル回路を利用してもよい。
【００９０】
また、これまでの実施例では、インバータ３と制御回路１０をモノリシックＩＣで構成した例を示したが、これに限らず、インバータ３と制御回路１０を個別にモノリシックＩＣ化した２チップ構成としてもよい。
【００９１】
なお、直流を入力として、交流を出力するインバータと、該交流により駆動される交流電動機と、該交流電動機の磁極位置信号を作成する磁極位置検出器と、前記磁極位置信号に基づいて複数の台形波状波形信号を作成する台形波変調装置と、この台形波状波形信号と搬送波信号とを比較して前記インバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調装置とを有する装置を交流電動機の制御装置という。
【００９２】
また、ＩＣ装置をモータに内蔵することにより、次のような効果が考えられる。
・本発明は上記の点を考慮してなされたものであり、比較的簡単な回路でトルク脈動を低減できる交流電動機の制御装置を提供することを目的とする。モータ駆動システム（モータ＋インバータ＋コントローラ）全体の小形化が可能となる。・モータ−インバータ間の配線が短くなり、外部からのノイズの影響を低減できる。
【００９３】
以上によれば、比較的簡単な回路を用いて波形ひずみの極めて小さい変調波信号の作成が可能であり、これにより、トルク脈動に起因したモータの振動及び騒音を低く抑えることができる。
【００９４】
また台形波の平坦部の期間を調整可能にしたことから、運転状態に応じてトルクリプルや、電圧の大きさ及び位相を変えることができる。
【００９５】
また、回路が簡単化されることにより、従来は速度制御演算処理手段（マイクロコンピュータなど）で行っていたＰＷＭ信号の発生を、インバータが形成されるモノリシックＩＣに一体形成される制御回路で行うことができる。これにより、モータ駆動装置各種の制御あるいは状態監視などを行うマイクロコンピュータなどの演算処理装置の負荷が軽減される。したがって、小型あるいは安価な演算処理装置を用いることができる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な回路でトルク脈動を低減できる交流電動機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例構成図。
【図２】図１における各部の動作波形。
【図３】第１の実施例における台形波変調装置の構成図。
【図４】第１の実施例における台形波変調装置の主要部波形。
【図５】第１の実施例における直流成分低減装置の波形。
【図６】第１の実施例における擬似正弦波変調装置の構成図。
【図７】第１の実施例における擬似正弦波変調装置の主要部波形。
【図８】台形波平坦部長さによる相違の説明図。
【図９】擬似正弦波変調装置の直流成分低減動作説明図。
【図１０】第２の実施例における台形波変調装置の構成図。
【図１１】第２の実施例における台形波変調装置の主要部波形。
【図１２】台形波平坦部長さに対する擬似正弦波の位相進み。
【図１３】第３の実施例における台形波変調装置の構成図。
【図１４】第４の実施例における擬似正弦波変調装置の構成図。
【図１５】第４の実施例における変調波形の説明図。
【図１６】第５の実施例における擬似正弦波変調装置の構成図。
【図１７】第５の実施例における変調波形の説明図。
【図１８】台形波形状の説明図。
【符号の説明】
１…商用電源、２…整流回路、３…インバータ、４…ブラシレスモータ、５…磁極位置検出回路、６…パルス幅変調装置、７，７Ａ…台形波変調装置、８…速度制御演算処理手段、１０…制御回路、１１…ワンチップインバータ、１２…駆動回路内蔵ブラシレスモータ、１３，１３Ａ，１３Ｂ…擬似正弦波変調装置、
２１…平坦部３０度台形波形成装置、２２…中点発生手段、２３…反転増幅装置、２４…サンプルホールド回路Ａ、２５…サンプルホールド回路Ｂ、２６…台形波直流成分低減装置、３１…３レベル信号作成装置、３２…平坦部６０度台形波形成装置、３３…増幅装置、３４…任意台形波形成装置、１３１…減算装置、１３５…擬似正弦波直流成分低減装置、１４１…加算装置、１５１…総和演算装置。
【図１】
2004120841.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004120841.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004120841.tif 000007
【図６】
2004120841.tif 000008
【図７】
2004120841.tif 000009
【図８】
2004120841.tif 000010
【図９】
2004120841.tif 000011
【図１０】
2004120841.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004120841.tif 000014
【図１３】
2004120841.tif 000015
【図１４】
2004120841.tif 000016
【図１５】
2004120841.tif 000017
【図１６】
2004120841.tif 000018
【図１７】
2004120841.tif 000019
【図１８】
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