(57)【要約】  【課題】  ６素子インバータとしての動作と４素子インバータとしての動作とをより適切に切り換えること。  【解決手段】  第１相正側スイッチング素子１３は、正側電源ノード６と第１相ノード２２とを導通または切断する。第１相負側スイッチング素子１４は、負側電源ノード７と第１相ノード２２とを導通または切断する。第２相正側スイッチング素子１５は、正側電源ノード６と第２相ノード２３とを導通または切断する。第２相負側スイッチング素子１６は、負側電源ノード７と第２相ノード２３とを導通または切断する。第３相正側スイッチング素子１７は、正側電源ノード６と第３相ノード２４とを導通または切断する。第３相負側スイッチング素子１８は、負側電源ノード７と第３相ノード２４とを導通または切断する。スイッチ１９は、正側電源ノード６と負側電源ノード７との間に直列接続された２つのコンデンサの間のコンデンサ中間ノード２１または第２相ノード２３の一方に端子ノード２５を導通させる。このとき、コンデンサ中間ノード２１と第２相ノード２３とは、短絡しない。  【選択図】図１
2005245073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正側電源ノードと第１相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第１相正側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードに対して一定の電圧が印加される負側電源ノードと第１相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第１相負側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードと第２相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第２相正側スイッチング素子と、
前記負側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第２相負側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードと第３相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第３相正側スイッチング素子と、
前記負側電源ノードと前記第３相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第３相負側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードとコンデンサ中間ノードとの間に介設される正側コンデンサと、
前記負側電源ノードと前記コンデンサ中間ノードとの間に介設される負側コンデンサと、
前記コンデンサ中間ノードまたは前記第２相ノードの一方に端子ノードを電気的に導通させるスイッチとを具備し、
前記第１相ノードと前記第３相ノードと前記端子ノードとは、負荷に電気的に接続される
三相インバータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１相正側スイッチング素子と前記第１相負側スイッチング素子と前記第２相正側スイッチング素子と前記第２相負側スイッチング素子と前記第３相正側スイッチング素子と前記第３相負側スイッチング素子と前記スイッチとを制御して、前記第１相ノードと前記第３相ノードと前記端子ノードとを介して前記負荷に３相交流を印加する制御回路を更に具備し、
前記制御回路は、前記端子ノードが前記スイッチを介して前記コンデンサ中間ノードに電気的に導通する期間に、前記第２相正側スイッチング素子を用いて前記正側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に切断し、前記第２相負側スイッチング素子を用いて前記負側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に切断する
三相インバータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１相スイッチング素子が前記期間で前記３相交流の周期当たりに前記正側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第１期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第１相負側スイッチング素子が前記期間で前記周期当たりに前記負側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第２期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第３相正側スイッチング素子が前記期間で前記周期当たりに前記正側電源ノードと前記第３相ノードとを電気的に導通させる第３期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第３相負側スイッチング素子が前記期間で前記周期当たりに前記負側電源ノードと前記第３相ノードとを電気的に導通させる第４期間は、前記周期の１／３より長い
三相インバータ。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１相正側スイッチング素子が、前記第１期間の一部で、前記周期より十分に短いＰＷＭ周期当たりに前記正側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第１時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第１相負側スイッチング素子が、前記第２期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記負側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第２時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第３相正側スイッチング素子が、前記第３期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記正側電源ノードと前記第３相ノードとを電気的に導通させる第３時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第３相負側スイッチング素子が、前記第４期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記負側電源ノードと前記第３相ノードとを電気的に導通させる第４時間は、前記ＰＷＭ周期より短い
三相インバータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１時間と前記第２時間と前記第３時間と前記第４時間とは、前記第１相ノードと前記第３相ノードとの電圧が正弦波に近似し、前記第３相ノードと前記端子ノードとの電圧が正弦波に近似し、前記端子ノードと前記第１相ノードとの電圧が正弦波に近似するように、設定される
三相インバータ。
【請求項６】
正側電源ノードと第１相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第１相正側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードに対して一定の電圧が印加される負側電源ノードと第１相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第１相負側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードと第２相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第２相正側スイッチング素子と、
前記負側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させ、または、電気的に切断する第２相負側スイッチング素子と、
前記正側電源ノードとコンデンサ中間ノードとの間に介設される正側コンデンサと、
前記負側電源ノードと前記コンデンサ中間ノードとの間に介設される負側コンデンサと、
前記第１相正側スイッチング素子と前記第１相負側スイッチング素子と前記第２相正側スイッチング素子と前記第２相負側スイッチング素子と前記スイッチとを制御して、前記第１相ノードと前記第２相ノードと前記端子ノードとを介して負荷に３相交流を印加する制御回路とを具備し、
前記第１相スイッチング素子が前記３相交流の周期当たりに前記正側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第１期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第１相負側スイッチング素子が前記周期当たりに前記負側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第２期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第２相正側スイッチング素子が前記周期当たりに前記正側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させる第３期間は、前記周期の１／３より長く、
前記第２相負側スイッチング素子が前記周期当たりに前記負側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させる第４期間は、前記周期の１／３より長い
三相インバータ。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１相正側スイッチング素子が、前記第１期間の一部で、前記周期より十分に短いＰＷＭ周期当たりに前記正側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第１時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第１相負側スイッチング素子が、前記第２期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記負側電源ノードと前記第１相ノードとを電気的に導通させる第２時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第２相正側スイッチング素子が、前記第３期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記正側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させる第３時間は、前記ＰＷＭ周期より短く、
前記第２相負側スイッチング素子が、前記第４期間の一部で、前記ＰＷＭ周期当たりに前記負側電源ノードと前記第２相ノードとを電気的に導通させる第４時間は、前記ＰＷＭ周期より短い
三相インバータ。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１時間と前記第２時間と前記第３時間と前記第４時間とは、前記第１相ノードと前記第２相ノードとの電圧が正弦波に近似し、前記第２相ノードと前記端子ノードとの電圧が正弦波に近似し、前記端子ノードと前記第１相ノードとの電圧が正弦波に近似するように、設定される
三相インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相インバータに関し、特に、直流電力を３相交流電力に変換する三相インバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を所望の周波数、電圧の三相交流電力に変換する三相インバータが知られている。特開２０００−３４１９７３号公報には、直流電力を所望の周波数、電圧の三相交流電力に変換する特性が改善された直流−交流電力変換装置が開示されている。
【０００３】
このような三相インバータ１００は、図５に示されているように、直流電源１０２とともにブリッジ回路１０３が設けられている。直流電源１０２は、電源ノード１０６と電源ノード１０７と一定の電圧を印加している。ブリッジ回路１０３は、複数のノードを備えている。その複数のノードは、コンデンサ中間ノード１２１とインバータＵ相ノード１２２とインバータＶ相ノード１２３とインバータＷ相ノード１２４とから形成されている。
【０００４】
ブリッジ回路１０３は、さらに、制御回路１１０と２つのコンデンサ１１１、１１２と複数の素子とを備えている。その複数の素子は、Ｕ相スイッチング素子１１３と／Ｕ相スイッチング素子１１４とＶ相スイッチング素子１１５と／Ｖ相スイッチング素子１１６とＷ相スイッチング素子１１７と／Ｗ相スイッチング素子１１８とから形成され、それぞれ、トランジスタとダイオードとを逆並列接続されてなる電気部品である。コンデンサ１１１は、電源ノード１０６とコンデンサ中間ノード１２１との間に介設されている。コンデンサ１１１は、コンデンサ中間ノード１２１と電源ノード１０７との間に介設されている。Ｕ相スイッチング素子１１３は、電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２との間に介設されている。／Ｕ相スイッチング素子１１４は、インバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７との間に介設されている。Ｖ相スイッチング素子１１５は、電源ノード１０６とインバータＶ相ノード１２３との間に介設されている。／Ｖ相スイッチング素子１１６は、インバータＶ相ノード１２３と電源ノード１０７との間に介設されている。Ｗ相スイッチング素子１１７は、電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４との間に介設されている。／Ｗ相スイッチング素子１１８は、インバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７との間に介設されている。
【０００５】
Ｕ相スイッチング素子１１３は、制御回路１１０により制御されて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｕ相スイッチング素子１１４は、制御回路１１０により制御されてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。Ｖ相スイッチング素子１１５は、制御回路１１０により制御されて電源ノード１０６とインバータＶ相ノード１２３とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｖ相スイッチング素子１１６は、制御回路１１０により制御されてインバータＶ相ノード１２３と電源ノード１０７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。Ｗ相スイッチング素子１１７は、制御回路１１０により制御されて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｗ相スイッチング素子１１８は、制御回路１１０により制御されてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。
【０００６】
ブリッジ回路１０３は、さらに、スイッチ１１９を備えている。スイッチ１１９は、コンデンサ中間ノード１２１とインバータＶ相ノード１２３との間に介設されている。スイッチ１１９は、制御回路１１０により制御されてコンデンサ中間ノード１２１とインバータＶ相ノード１２３とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。
【０００７】
三相インバータ１００は、負荷であるモータ１３１に接続されている。モータ１３１は、Ｕ相端子１３２とＶ相端子１３３とＷ相端子１３４とを備えている。Ｕ相端子１３２は、Ｕ相ノード１２１に電気的に接続されている。Ｖ相端子１３３は、Ｖ相ノード１２２に電気的に接続されている。Ｗ相端子１３４は、Ｗ相ノード１２３に電気的に接続されている。
【０００８】
制御回路１１０は、モータ１３１に印加する交流電圧の１周期を複数の期間に分離し、その期間毎に複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態を制御して、モータ１３１に３相交流を印加する。制御装置１１０は、さらに、ユーザの操作に基づいて、６素子動作と４素子動作とを切り換える。すなわち、制御装置１１０は、６素子動作のときに、スイッチ１１９を制御してインバータＶ相ノード１２３とコンデンサ中間ノード１２１とを電気的に切断し、４素子動作のときに、スイッチ１１９を制御してインバータＶ相ノード１２３とコンデンサ中間ノード１２１とを電気的に導通させる。このような切り換えは、低回転時にモータに流れる高周波電流を減少させることができる。
【０００９】
高調波電圧がより少ない三相インバータが望まれている。
【００１０】
特開２０００−３２４８４８号公報には、負荷への供給電圧の変動を抑制するインバータ装置が開示されている。そのインバータ装置は、モータ周波数指令に応じた電圧指令信号ｖをもとに、これを小さく抑制した電圧指令信号ｖ’を生成し、磁極位置が、一つの半導体スイッチをＰＷＭ制御する区間であるときにはモータ周波数指令に応じた電圧指令信号ｖに基づきＰＷＭ制御を行い、対角線上に位置する二つの半導体スイッチをＰＷＭ制御する区間であるときには電圧指令信号ｖ’に基づいて制御する。二つの半導体スイッチを制御する区間は、一つの半導体スイッチを制御する区間に比較してモータに供給される平均電圧値が大きくなるが、この区間の電圧指令信号ｖ’は電圧指令信号ｖよりも小さいから、供給される平均電圧値も抑制されることになる。よって、磁極の位置に応じてモータに供給される平均電圧値が変動することが抑制されるから、モータのトルクリプルや回転ムラが抑制される。
【００１１】
特開２０００−３２４８４８号公報に開示され、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態をそれぞれ示す複数のモードは、４素子動作のときに、図６に示されているように、６個のモード１〜モード６から形成されている。
【００１２】
すなわち、制御回路１１０は、モード１のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて、デューティ比がαになるように電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード１のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード１のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード１のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００１３】
制御回路１１０は、モード２のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて、デューティ比がα／２＋１／４になるように電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード２のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード２のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード２のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いて、デューティ比がα／２＋１／４になるようにインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。
【００１４】
制御回路１１０は、モード３のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いて、デューティ比がαになるようにインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。
【００１５】
制御回路１１０は、モード４のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード４のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いて、デューティ比がαになるようにインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード４のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード４のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００１６】
制御回路１１０は、モード５のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード５のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いて、デューティ比がα／２＋１／４になるようにインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード５のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて、デューティ比がα／２＋１／４になるように電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード５のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００１７】
制御回路１１０は、モード６のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード６のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード６のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて、デューティ比がαになるように電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード６のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００１８】
図７は、α＝１の場合に、モータ１３１に印加される交流電圧の１周期に対するモード１〜モード６の位置を示している。その１周期は、たとえば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までの期間である。このとき、時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ３は、時刻Ｔ２から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ４は、時刻Ｔ３から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ５は、時刻Ｔ４から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ６は、時刻Ｔ５から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ７は、時刻Ｔ６から６０°だけ後の時刻である。
【００１９】
制御回路１１０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード１になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード２になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード３になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード４になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード５になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード６になるように制御する。
【００２０】
図８は、直流バス電圧が２８２Ｖでα＝１の場合に、このように複数のスイッチング素子１１３〜１１８を制御したときのインバータＶ相ノード１２３とインバータＵ相ノード１２２との電圧Ｖｕｖ、インバータＷ相ノード１２４とインバータＶ相ノード１２３との電圧Ｖｖｗ、および、インバータＵ相ノード１２２とインバータＷ相ノード１２４との電圧Ｖｗｕを示している。図８は、電圧Ｖｕｖと電圧Ｖｖｗと電圧Ｖｗｕと波形が平衡しており、負荷に供給される電圧の変動が抑制されていることを示している。よって、このような制御によれば、磁極の位置に応じてモータに供給される平均電圧値が変動することが抑制されるから、モータのトルクリプルや回転ムラが抑制される。
【００２１】
電圧利用率がより大きい三相インバータが望まれている。
【００２２】
特開２０００−２４５１８８号公報には、ブラシレスＤＣモータの高性能な運転を可能にするブラシレスＤＣモータの制御方法が開示されている。そのブラシレスＤＣモータの制御方法は、２相は、インバータの交流出力部より出力し、１相は、直列に接続した直流中間コンデンサの中間電位点より出力してブラシレスＤＣモータに給電してその制御を行うに当たり、インバータを構成する各半導体スイッチの導通角をほぼ１０８°とするスイッチング信号でオン、オフ制御することにより電圧利用率を上げモータの高速回転を可能にする。
【００２３】
図９は、４素子動作のときに、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々のデューティ比が０または１になるように制御する他の制御パターンを示している。そのモードは、６個のモード１〜モード６から形成されている。
【００２４】
すなわち、制御回路１１０は、モード１のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて、デューティ比が１になるように電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード１のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード１のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード１のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００２５】
制御回路１１０は、モード２のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて、デューティ比が１になるように電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード２のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード２のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード２のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてデューティ比が１になるようにインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。
【００２６】
制御回路１１０は、モード３のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード３のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてデューティ比が１になるようにインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。
【００２７】
制御回路１１０は、モード４のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード４のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてデューティ比が１になるようにインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード４のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いて電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード４のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００２８】
制御回路１１０は、モード５のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード５のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてデューティ比が１になるようにインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード５のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いてデューティ比が１になるように電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード５のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００２９】
制御回路１１０は、モード６のときに、Ｕ相スイッチング素子１１３を用いて電源ノード１０６とインバータＵ相ノード１２２とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード６のときに、／Ｕ相スイッチング素子１１４を用いてインバータＵ相ノード１２２と電源ノード１０７とを電気的に切断する。制御回路１１０は、モード６のときに、Ｗ相スイッチング素子１１７を用いてデューティ比が１になるように電源ノード１０６とインバータＷ相ノード１２４とを電気的に導通させる。制御回路１１０は、モード６のときに、／Ｗ相スイッチング素子１１８を用いてインバータＷ相ノード１２４と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００３０】
Ｖ相スイッチング素子１１５は、４素子動作のときに常に、電源ノード１０６とインバータＶ相ノード１２３とを電気的に切断する。／Ｖ相スイッチング素子１１６は、４素子動作のときに常に、インバータＶ相ノード１２３と電源ノード１０７とを電気的に切断する。
【００３１】
図９は、さらに、モータ１３１に印加される交流電圧の１周期に対するモード１〜モード６の位置を示している。その１周期は、たとえば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までの期間である。このとき、時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１から７２°だけ後の時刻である。時刻Ｔ３は、時刻Ｔ２から３６°だけ後の時刻である。時刻Ｔ４は、時刻Ｔ３から７２°だけ後の時刻である。時刻Ｔ５は、時刻Ｔ４から７２°だけ後の時刻である。時刻Ｔ６は、時刻Ｔ５から３６°だけ後の時刻である。時刻Ｔ７は、時刻Ｔ６から７２°だけ後の時刻である。
【００３２】
制御回路１１０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード１になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード２になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード３になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード４になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード５になるように制御する。制御回路１１０は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間に、複数のスイッチング素子１１３〜１１８の各々の導通状態がモード６になるように制御する。
【００３３】
デューティ比が１である導通角を１０８°となるようにオン、オフ制御することは、電圧利用率を上げ、モータの高速回転を可能にする。
【００３４】
図１０は、直流バス電圧が２８２Ｖの場合に、このように複数のスイッチング素子１１３〜１１８を制御したときのインバータＶ相ノード１２３とインバータＵ相ノード１２２との電圧Ｖｕｖ、インバータＷ相ノード１２４とインバータＶ相ノード１２３との電圧Ｖｖｗ、および、インバータＵ相ノード１２２とインバータＷ相ノード１２４との電圧Ｖｗｕを示している。図１０は、電圧Ｖｕｖと電圧Ｖｖｗと電圧Ｖｗｕと波形が不平衡であることを示している。
【００３５】
電圧利用率がより大きく、かつ、高調波電圧がより少ない三相インバータが望まれている。
【００３６】
【特許文献１】特開２０００−３４１９７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３２４８４８号公報
【特許文献３】特開２０００−２４５１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
本発明の課題は、直流電力を３相交流電力に変換するときに利用される素子の個数をより適切に切り換える三相インバータを提供することにある。
本発明の他の課題は、６素子インバータとしての動作と４素子インバータとしての動作とをより適切に切り換える三相インバータを提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、電圧利用率がより大きい三相インバータを提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、高調波電圧がより少ない三相インバータを提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、電圧利用率がより大きく、かつ、高調波電圧がより少ない三相インバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００３９】
本発明による三相インバータ（１）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第２相正側スイッチング素子（１５）と第２相負側スイッチング素子（１６）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）と正側コンデンサ（１１）と負側コンデンサ（１２）とスイッチ（１９）とを備えている。第１相正側スイッチング素子（１３）は、正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第１相負側スイッチング素子（１４）は、正側電源ノード（６）に対して一定の電圧が印加される負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第２相正側スイッチング素子（１５）は、正側電源ノード（６）と第２相ノード（２３）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第２相負側スイッチング素子（１６）は、負側電源ノード（７）と第２相ノード（２３）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第３相正側スイッチング素子（１７）は、正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第３相負側スイッチング素子（１８）は、負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。正側コンデンサ（１１）は、正側電源ノード（６）とコンデンサ中間ノード（２１）との間に介設される。負側コンデンサ（１２）は、負側電源ノード（６）とコンデンサ中間ノード（２１）との間に介設される。スイッチ（１９）は、コンデンサ中間ノード（２１）または第２相ノード（２３）の一方に端子ノード（２５）を電気的に導通させる。第１相ノード（２２）と第３相ノード（２４）と端子ノード（２５）とは、負荷（３１）に電気的に接続される。
【００４０】
本発明による三相インバータ（１）は、制御回路（１０）を更に備えている。制御回路（１０）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第２相正側スイッチング素子（１５）と第２相負側スイッチング素子（１６）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）とスイッチ（１９）とを制御して、第１相ノード（２２）と第３相ノード（２４）と端子ノード（２５）とを介して負荷（３１）に３相交流を印加する。制御回路（１０）は、さらに、端子ノード（２５）がスイッチ（１９）を介してコンデンサ中間ノード（２１）に電気的に導通する期間に、第２相正側スイッチング素子（１５）を用いて正側電源ノード（６）と第２相ノード（２３）とを電気的に切断し、第２相負側スイッチング素子（１６）を用いて負側電源ノード（７）と第２相ノード（２３）とを電気的に切断する。
【００４１】
第１相スイッチング素子（１３）が期間で３相交流の周期当たりに正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第１期間は、周期の１／３より長い。第１相負側スイッチング素子（１４）が期間で周期当たりに負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第２期間は、周期の１／３より長い。第３相正側スイッチング素子（１７）が期間で周期当たりに正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第３期間は、周期の１／３より長い。第３相負側スイッチング素子（１８）が期間で周期当たりに負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第４期間は、周期の１／３より長い。
【００４２】
第１相正側スイッチング素子（１３）が、第１期間の一部で、周期より十分に短いＰＷＭ周期当たりに正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第１時間は、ＰＷＭ周期より短い。第１相負側スイッチング素子（１４）が、第２期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第２時間は、ＰＷＭ周期より短い。第３相正側スイッチング素子（１７）が、第３期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第３時間は、ＰＷＭ周期より短い。第３相負側スイッチング素子（１８）が、第４期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第４時間は、ＰＷＭ周期より短い。すなわち、制御回路（１０）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）とを用いて負荷（３１）に印加される交流電圧をＰＷＭ制御している。
【００４３】
第１時間と第２時間と第３時間と第４時間とは、第１相ノード（２２）と第３相ノード（２４）との電圧が正弦波に近似し、第３相ノード（２４）と端子ノード（２５）との電圧が正弦波に近似し、端子ノード（２５）と第１相ノード（２２）との電圧が正弦波に近似するように、設定されることが好ましい。
【００４４】
本発明による三相インバータ（１）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）と正側コンデンサ（１１）と負側コンデンサ（１２）と制御回路（１０）とを備えている。第１相正側スイッチング素子（１３）は、正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第１相負側スイッチング素子（１４）は、正側電源ノード（６）に対して一定の電圧が印加される負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第３相正側スイッチング素子（１７）は、正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。第３相負側スイッチング素子（１８）は負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する、。正側コンデンサ（１１）は、正側電源ノード（６）とコンデンサ中間ノード（２１）との間に介設される。負側コンデンサ（１２）は、負側電源ノード（６）とコンデンサ中間ノード（２１）との間に介設される。制御回路（１０）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）とスイッチ（１９）とを制御して、第１相ノード（２２）と第３相ノード（２４）と端子ノード（２５）とを介して負荷（３１）に３相交流を印加する。第１相スイッチング素子（１３）が３相交流の周期当たりに正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第１期間は、周期の１／３より長い。第１相負側スイッチング素子（１４）が周期当たりに負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第２期間は、周期の１／３より長い。第３相正側スイッチング素子（１７）が周期当たりに正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第３期間は、周期の１／３より長い。第３相負側スイッチング素子（１８）が周期当たりに負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第４期間は、周期の１／３より長い。
【００４５】
第１相正側スイッチング素子（１３）が、第１期間の一部で、周期より十分に短いＰＷＭ周期当たりに正側電源ノード（６）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第１時間は、ＰＷＭ周期より短い。第１相負側スイッチング素子（１４）が、第２期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに負側電源ノード（７）と第１相ノード（２２）とを電気的に導通させる第２時間は、ＰＷＭ周期より短い。第３相正側スイッチング素子（１７）が、第３期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに正側電源ノード（６）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第３時間は、ＰＷＭ周期より短い。第３相負側スイッチング素子（１８）が、第４期間の一部で、ＰＷＭ周期当たりに負側電源ノード（７）と第３相ノード（２４）とを電気的に導通させる第４時間は、ＰＷＭ周期より短い。すなわち、制御回路（１０）は、第１相正側スイッチング素子（１３）と第１相負側スイッチング素子（１４）と第３相正側スイッチング素子（１７）と第３相負側スイッチング素子（１８）とを用いて負荷（３１）に印加される交流電圧をＰＷＭ制御している。
【００４６】
第１時間と第２時間と第３時間と第４時間とは、第１相ノード（２２）と第３相ノード（２４）との電圧が正弦波に近似し、第３相ノード（２４）と端子ノード（２５）との電圧が正弦波に近似し、端子ノード（２５）と第１相ノード（２２）との電圧が正弦波に近似するように、設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明による三相インバータは、６素子インバータとしての動作と４素子インバータとしての動作とをより適切に切り換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
図面を参照して、本発明による三相インバータの実施の形態を記載する。その三相インバータ１は、図１に示されているように、直流電源２とともにブリッジ回路３が設けられている。直流電源２は、交流電源４とコンバータ５と電源ノード６と電源ノード７とを備えている。交流電源４は、交流電力をコンバータ５に供給している。コンバータ５は、電源ノード６と電源ノード７と一定の電圧を印加している。ブリッジ回路３は、複数のノードを備えている。その複数のノードは、コンデンサ中間ノード２１とインバータＵ相ノード２２とインバータＶ相ノード２３とインバータＷ相ノード２４と端子ノード２５とから形成されている。
【００４９】
ブリッジ回路３は、さらに、制御回路１０と２つのコンデンサ１１、１２と複数の素子とを備えている。その複数の素子は、Ｕ相スイッチング素子１３と／Ｕ相スイッチング素子１４とＶ相スイッチング素子１５と／Ｖ相スイッチング素子１６とＷ相スイッチング素子１７と／Ｗ相スイッチング素子１８とから形成され、それぞれ、トランジスタとダイオードとを逆並列接続されてなる電気部品である。コンデンサ１１は、電源ノード６とコンデンサ中間ノード２１との間に介設されている。コンデンサ１１は、コンデンサ中間ノード２１と電源ノード７との間に介設されている。Ｕ相スイッチング素子１３は、電源ノード６とインバータＵ相ノード２２との間に介設されている。／Ｕ相スイッチング素子１４は、インバータＵ相ノード２２と電源ノード７との間に介設されている。Ｖ相スイッチング素子１５は、電源ノード６とインバータＶ相ノード２３との間に介設されている。／Ｖ相スイッチング素子１６は、インバータＶ相ノード２３と電源ノード７との間に介設されている。Ｗ相スイッチング素子１７は、電源ノード６とインバータＷ相ノード２４との間に介設されている。／Ｗ相スイッチング素子１８は、インバータＷ相ノード２４と電源ノード７との間に介設されている。
【００５０】
Ｕ相スイッチング素子１３は、制御回路１０により制御されて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｕ相スイッチング素子１４は、制御回路１０により制御されてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。Ｖ相スイッチング素子１５は、制御回路１０により制御されて電源ノード６とインバータＶ相ノード２３とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｖ相スイッチング素子１６は、制御回路１０により制御されてインバータＶ相ノード２３と電源ノード７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。Ｗ相スイッチング素子１７は、制御回路１０により制御されて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。／Ｗ相スイッチング素子１８は、制御回路１０により制御されてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させ、または、電気的に切断する。
【００５１】
ブリッジ回路３は、さらに、スイッチ１９を備えている。スイッチ１９は、コンデンサ中間ノード２１とインバータＶ相ノード２３と端子ノード２５とに接続されている。スイッチ１９は、制御回路１０により制御されてコンデンサ中間ノード２１またはインバータＶ相ノード２３の一方のノードだけに端子ノード２５を電気的に導通させる。
【００５２】
三相インバータ１は、負荷であるモータ３１に接続されている。モータ３１は、Ｕ相端子３２とＶ相端子３３とＷ相端子３４とを備えている。Ｕ相端子３２は、Ｕ相ノード２１に電気的に接続されている。Ｖ相端子３３は、端子ノード２５に電気的に接続されている。Ｗ相端子３４は、Ｗ相ノード２３に電気的に接続されている。
【００５３】
制御回路１０は、モータ３１に印加する交流電圧の１周期を複数の期間に分離し、その期間毎に複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態を制御して、モータ３１に任意の周波数・電圧の３相交流を印加する。制御装置１０は、さらに、ユーザの操作に基づいて、６素子インバータとしての６素子動作と４素子インバータとしての４素子動作とを切り換える。すなわち、制御装置１０は、６素子動作のときに、スイッチ１９を制御してインバータＶ相ノード２３に端子ノード２５を電気的に導通させ、４素子動作のときに、スイッチ１９を制御してコンデンサ中間ノード２１に端子ノード２５を電気的に導通させる。このとき、コンデンサ中間ノード２１とＶ相ノード２３とは、短絡しない。このため、三相インバータ１は、６素子インバータとしての動作と４素子インバータとしての動作とをより適切に切り換えることができる。
【００５４】
スイッチング素子１３〜１８は、それぞれ、負荷に供給される３相交流の周期より十分に短いＰＷＭ周期毎に制御装置１０により制御された時間だけ２つのノードを単位時間当たりに電気的に接続する。ここで、デューティ比は、スイッチング素子１３〜１８の各々が２つのノードを単位時間当たりに電気的に接続する割合で定義される。複数のスイッチング素子１３〜１８の各々のデューティ比をそれぞれ示す複数のモードは、４素子動作のときに、図２に示されているように、１２個のモード１〜モード１２から形成されている。
【００５５】
制御回路１０は、モード１のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて、次式：
０≦α≦１／２
により示される範囲に値をとる実数αを用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００５６】
制御回路１０は、モード２のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて、デューティ比がα／２＋１／２になるように電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード２のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード２のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード２のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いて、デューティ比がα／２＋１／２になるようにインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させる。
【００５７】
制御回路１０は、モード３のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード３のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード３のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード３のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させる。
【００５８】
制御回路１０は、モード４のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード４のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード４のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード４のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００５９】
制御回路１０は、モード５のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード５のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いて、デューティ比がα／２＋１／２になるようにインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード５のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて、デューティ比がα／２＋１／２になるように電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード５のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６０】
制御回路１０は、モード６のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード６のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード６のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード６のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６１】
制御回路１０は、モード７のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード７のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード７のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード７のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６２】
制御回路１０は、モード８のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード８のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード８のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード８のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いて、デューティ比が１／２になるようにインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させる。
【００６３】
制御回路１０は、モード９のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて、デューティ比が１／２になるように電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード９のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いてインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード９のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード９のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させる。
【００６４】
制御回路１０は、モード１０のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１０のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１０のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１０のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に導通させる。
【００６５】
制御回路１０は、モード１１のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１１のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いて、デューティ比がα＋１／２になるようにインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１１のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて、デューティ比が１／２になるように電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１１のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６６】
制御回路１０は、モード１２のときに、Ｕ相スイッチング素子１３を用いて電源ノード６とインバータＵ相ノード２２とを電気的に切断する。制御回路１０は、モード１２のときに、／Ｕ相スイッチング素子１４を用いて、デューティ比が１／２になるようにインバータＵ相ノード２２と電源ノード７とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１２のときに、Ｗ相スイッチング素子１７を用いて、デューティ比がα＋１／２になるように電源ノード６とインバータＷ相ノード２４とを電気的に導通させる。制御回路１０は、モード１２のときに、／Ｗ相スイッチング素子１８を用いてインバータＷ相ノード２４と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６７】
Ｖ相スイッチング素子１５は、４素子動作のときに常に、電源ノード６とインバータＶ相ノード２３とを電気的に切断する。／Ｖ相スイッチング素子１６は、４素子動作のときに常に、インバータＶ相ノード２３と電源ノード７とを電気的に切断する。
【００６８】
図３は、α＝１／２の場合に、モータ３１に印加される交流電圧の１周期に対するモード１〜モード１２の位置を示している。その１周期は、たとえば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ７までの期間である。このとき、時刻Ｔ２は、時刻Ｔ１から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ３は、時刻Ｔ２から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ４は、時刻Ｔ３から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ５は、時刻Ｔ４から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ６は、時刻Ｔ５から６０°だけ後の時刻である。時刻Ｔ７は、時刻Ｔ６から６０°だけ後の時刻である。
【００６９】
時刻Ｔ１′は、次式：
０°≦φ≦３０°
により表現される範囲に値を取る角度φを用いて、時刻Ｔ１から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ１″は、時刻Ｔ１から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ２′は、時刻Ｔ２から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ２″は、時刻Ｔ２から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ３′は、時刻Ｔ３から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ３″は、時刻Ｔ３から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ４′は、時刻Ｔ４から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ４″は、時刻Ｔ４から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ５′は、時刻Ｔ５から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ５″は、時刻Ｔ５から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ６′は、時刻Ｔ６から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ６″は、時刻Ｔ６から角度φだけ後の時刻である。時刻Ｔ７′は、時刻Ｔ７から角度φだけ前の時刻である。時刻Ｔ７″は、時刻Ｔ７から角度φだけ後の時刻である。
【００７０】
制御回路１０は、時刻Ｔ１′から時刻Ｔ１″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード７になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ１″から時刻Ｔ２′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード１になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ２′から時刻Ｔ２″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード８になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ２″から時刻Ｔ３′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード２になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ３′から時刻Ｔ３″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード９になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ３″から時刻Ｔ４′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード３になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ４′から時刻Ｔ４″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード１０になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ４″から時刻Ｔ５′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード４になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ５′から時刻Ｔ５″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード１１になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ５″から時刻Ｔ６′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード５になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ６′から時刻Ｔ６″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード１２になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ６″から時刻Ｔ７′までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード６になるように制御する。制御回路１０は、時刻Ｔ７′から時刻Ｔ７″までの期間に、複数のスイッチング素子１３〜１８の各々の導通状態がモード７になるように制御する。
【００７１】
このとき、Ｕ相スイッチング素子１３は、時刻Ｔ１′から時刻Ｔ２″まで、デューティ比がα＋１／２であり、時刻Ｔ２″から時刻Ｔ３′まで、デューティ比がα／２＋１／２であり、時刻Ｔ３′から時刻Ｔ３″まで、デューティ比が１／２であり、時刻Ｔ３″から時刻Ｔ７′まで、デューティ比が０であり、時刻Ｔ７′から時刻Ｔ７″まで、デューティ比がα＋１／２である。
【００７２】
／Ｕ相スイッチング素子１４は、時刻Ｔ１′から時刻Ｔ４′まで、デューティ比が０であり、時刻Ｔ４′から時刻Ｔ５″まで、デューティ比がα＋１／２であり、時刻Ｔ５″から時刻Ｔ６′まで、デューティ比がα／２＋１／２であり、時刻Ｔ６′から時刻Ｔ６″まで、デューティ比が１／２であり、時刻Ｔ６″から時刻Ｔ７″まで、デューティ比が０である。
【００７３】
Ｗ相スイッチング素子１７は、時刻Ｔ１′から時刻Ｔ１″まで、デューティ比がα＋１／２であり、時刻Ｔ１″から時刻Ｔ５′まで、デューティ比が０であり、時刻Ｔ５′から時刻Ｔ５″まで、デューティ比が１／２であり、時刻Ｔ５″から時刻Ｔ６′まで、デューティ比がα／２＋１／２であり、時刻Ｔ６′から時刻Ｔ７″まで、デューティ比がα＋１／２である。
【００７４】
／Ｗ相スイッチング素子１８は、時刻Ｔ１′から時刻Ｔ２′まで、デューティ比が０であり、時刻Ｔ２′から時刻Ｔ２″まで、デューティ比が１／２であり、時刻Ｔ２″から時刻Ｔ３′まで、デューティ比がα／２＋１／２であり、時刻Ｔ３′から時刻Ｔ４″まで、デューティ比がα＋１／２であり、時刻Ｔ４″から時刻Ｔ７″まで、デューティ比が０である。
【００７５】
図４は、直流バス電圧が２８２Ｖでα＝１／２の場合に、このように複数のスイッチング素子１３〜１８を制御したときの端子ノード２５とインバータＵ相ノード２２との電圧Ｖｕｖ、インバータＷ相ノード２４と端子ノード２５との電圧Ｖｖｗ、および、インバータＵ相ノード２２とインバータＷ相ノード２４との電圧Ｖｗｕを示している。電圧Ｖｕｖと電圧Ｖｖｗと電圧Ｖｗｕとの電圧波形は、それぞれ、図８に示される電圧波形または図１０に示される電圧波形より正弦波に近い波形を示している。このため、電圧Ｖｕｖと電圧Ｖｖｗと電圧Ｖｗｕとは、高調波が少なく、モータ３１の効率を悪化させないで好ましい。特に、φ＝１５°の場合最も高調波が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明による三相インバータの実施の形態を示す回路図である。
【図２】図２は、スイッチング素子の各々の導通状態をそれぞれ示す複数のモードを示す表である。
【図３】図３は、交流電圧の１周期に対する各期間でのスイッチング素子の各々の導通状態を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明による三相インバータにより生成される交流の電圧波形を示すグラフである。
【図５】図５は、公知の三相インバータの実施の形態を示す回路図である。
【図６】図６は、公知の三相インバータにおけるスイッチング素子の各々の導通状態をそれぞれ示す複数のモードを示す表である。
【図７】図７は、公知の三相インバータにおける交流電圧の１周期に対する各期間でのスイッチング素子の各々の導通状態を示すグラフである。
【図８】図８は、公知の三相インバータにより生成される交流の電圧波形を示すグラフである。
【図９】図９は、公知の三相インバータにおける交流電圧の１周期に対する各期間でのスイッチング素子の各々の導通状態を示すグラフである。
【図１０】図１０は、公知の三相インバータにより生成される交流の電圧波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１  ：三相インバータ
２  ：直流電源
３  ：ブリッジ回路
４  ：交流電源
５  ：コンバータ
６  ：ノード
７  ：ノード
１０：制御回路
１１：コンデンサ
１２：コンデンサ
１３：Ｕ相スイッチング素子
１４：／Ｕ相スイッチング素子
１５：Ｖ相スイッチング素子
１６：／Ｖ相スイッチング素子
１７：Ｗ相スイッチング素子
１８：／Ｗ相スイッチング素子
１９：スイッチ
２１：コンデンサ中間ノード
２２：インバータＵ相ノード
２３：インバータＶ相ノード
２４：インバータＷ相ノード
２５：端子ノード
３１：モータ
３２：Ｕ相端子
３３：Ｖ相端子
３４：Ｗ相端子
【図１】
2005245073.tif 000003
【図２】
2005245073.tif 000004
【図３】
2005245073.tif 000005
【図４】
2005245073.tif 000006
【図５】
2005245073.tif 000007
【図６】
2005245073.tif 000008
【図７】
2005245073.tif 000009
【図８】
2005245073.tif 000010
【図９】
2005245073.tif 000011
【図１０】
2005245073.tif 000012