(57)【要約】【課題】ＰＷＭスイッチング動作回数を低減して漏れ電流、発生ノイズ、スイッチング損失を低減させる。【解決手段】モータ電圧演算部７により演算されたモータ５に印加される交流電圧と電圧検出部９が検出した直流電圧に基づいて、インバータ３の入力側に印加される直流電圧に対する前記モータ５へ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部８を備えたモータインバータ装置において、前記変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、前記モータ５に印加される交流電圧位相の所定位相区間のデューティを１００％デューティ、あるいは０％デューティに補正するデューティ補正部１２を備えることにより、電源脈動や使用するモータ特性の影響を受けずにＰＷＭスイッチング動作回数を最大限に低減したモータ駆動を実現させ、漏れ電流や発生ノイズの抑制を実現する。【選択図】図１
2016005349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有する直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、
前記インバータによって駆動制御されるモータと、
前記インバータの入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出部と、
前記モータの目標速度と前記モータ電流検出部により検出されたモータ電流に基づいて、前記モータへ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部と、
前記モータ電圧演算部で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部と、前記電圧検出部で検出された直流電圧値と前記モータ電圧演算部で演算された電圧値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部と、
前記モータ電圧演算部により演算されたモータに印加される交流電圧と前記電圧検出部が検出した直流電圧に基づいて、前記インバータの入力側に印加される直流電圧に対する前記モータへ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部を備えたモータインバータ装置であって、
前記変調率演算部による演算値（変調率）に基づいて算出される前記モータに印加される交流電圧位相の所定位相区間におけるデューティを１００％デューティ、あるいは、０％デューティに補正する（ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）デューティ補正部を具備したことを特徴とするモータインバータ装置。
【請求項２】
複数のスイッチング素子を有する直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、
前記インバータによって駆動制御されるモータと、
前記インバータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記インバータの入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、
前記電流検出部が検出したインバータに流れる電流に基づいて、前記モータに流れる電流を推定するモータ電流推定部と、
前記モータの目標速度と前記モータ電流推定部により推定されたモータ電流に基づいて、前記モータへ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部と、
前記モータ電圧演算部で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部と、前記電圧検出部で検出された直流電圧値と前記モータ電圧演算部で演算された電圧値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部と、
前記モータ電圧演算部により演算されたモータに印加される交流電圧と前記電圧検出部が検出した直流電圧に基づいて、前記インバータの入力側に印加される直流電圧に対する前記モータへ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部を備えたモータインバータ装置であって、
前記変調率演算部による演算値（変調率）に基づいて算出される前記モータに印加される交流電圧位相の所定位相区間におけるデューティを１００％デューティ、あるいは、０％デューティに補正する（ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）デューティ補正部を具備したことを特徴とするモータインバータ装置。
【請求項３】
前記変調率演算部は、モータに印加される交流電圧の基本波成分と前記電圧検出部が検出した直流電圧の平均値に基づいて変調率を演算することを特徴とした請求項１または２記載のモータインバータ装置。
【請求項４】
前記デューティ補正部によって補正される位相区間は、３相のうち少なくとも１つの相は必ずＰＷＭスイッチングするように設定されることを特徴とした請求項２または３記載のモータインバータ装置。
【請求項５】
前記デューティ補正部によって補正される前記モータに印加される交流電圧位相の位相区間は、前記モータに印加される交流電圧周期において、所定の電圧位相を中心に概ね対称となるよう設定されることを特徴とした請求項１から４のいずれかに記載のモータインバータ装置。
【請求項６】
前記デューティ補正部によって補正される前記モータに印加される交流電圧位相の位相区間は、ＰＷＭスイッチング区間が前記モータに印加される交流電圧周期の概ね３分の１に相当する区間となるよう設定されることを特徴とした請求項２から５のいずれかに記載のモータインバータ装置。
【請求項７】
前記モータ電圧位相調整部は、前記変調率演算部による演算値が所定の値となるように前記モータ電圧演算部で演算されるモータ交流電圧の位相を調整することを特徴とした請求項１から６のいずれかに記載のモータインバータ装置。
【請求項８】
前記モータは空気調和機に具備される圧縮機駆動用モータであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のモータインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流入力をインバータでスイッチングすることにより得られる可変電圧・可変周波数の交流出力にてモータを駆動するモータインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータインバータ装置の概略図を図１６に示す。
【０００３】
従来のモータインバータ装置は、交流電源１からの交流電圧を直流電圧に整流する整流回路２と、整流回路２が出力した直流電圧を交流電圧に変換してＩＰＭモータ５０に印加する複数のスイッチング素子６１〜６６を備えたパワーモジュール３０と、パワーモジュール３０の入力側に並列に接続される平滑コンデンサ４と、各スイッチング素子６１〜６６を駆動制御して、スイッチングを行わないキャリア周期が存在する過変調制御を行う制御手段１５を備えている。
【０００４】
制御手段１５は、ＩＰＭモータ５０に印加する電圧位相又は電流位相を制御してモータ端子電圧を調整し、このモータ端子電圧の目標値が前記パワーモジュール３０に印加される直流電圧を超えた場合にはスイッチングを行わないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このようにパワーモジュール３０を構成するスイッチング素子６１〜６６のスイッチング動作回数を極力減らすことでスイッチングに起因する漏れ電流やノイズを低減させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来のモータインバータ装置では、スイッチングを行わない区間をモータ端子電圧の目標値とパワーモジュール３０に印加される直流電圧の大小関係により定めている。
【０００８】
しかしながら、パワーモジュール３０に印加される直流電圧に交流電源周波数の２倍の周波数成分を有する脈動成分が重畳した場合や、ＩＰＭモータ５０の誘起電圧歪みの影響によりモータ端子電圧の目標値にモータ回転数に依存した脈動成分が重畳した場合には、モータ端子電圧の目標値とパワーモジュール３０に印加される直流電圧との大小比較のみではパワーモジュール３０を構成するスイッチング素子６１〜６６のスイッチング動作回数を効果的に低減することができないことが課題であった。
【０００９】
また、こうした直流電圧の脈動、ＩＰＭモータ５０の誘起電圧歪みの影響を考慮して、ＩＰＭモータ５０へ印加する電圧位相又は電流位相の調整をしたり、モータ端子電圧の目標値を算出したりするためには、高性能なマイクロコンピュータ等が必要となりコストアップに繋がるという課題があった。
【００１０】
また、制御演算結果を十分に駆動動作へ伝達反映させるためにはパワーモジュール３０を構成するスイッチング素子６１〜６６を動作させるＰＷＭ周波数の高周波化（短いキャリア周期での演算）が必要となるため、パワーモジュール３０を構成するスイッチング素子６１〜６６のスイッチング動作回数を効果的に低減することができないことが課題であ
った。
【００１１】
本発明はパワーモジュール３０に印加される直流電圧とモータ端子電圧の目標値の大小比較を行わずに効果的にスイッチング動作回数を減らしたモータインバータ装置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】
【００１２】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、複数のスイッチング素子を有する直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、インバータによって駆動制御されるモータと、インバータの入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、モータに流れる電流を検出するモータ電流検出部と、モータの目標速度とモータ電流検出部により検出されたモータ電流に基づいて、モータ５へ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部と、モータ電圧演算部で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部と、電圧検出部で検出された直流電圧値とモータ電圧演算部で演算された電圧値に基づいて、インバータのスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部と、モータ電圧演算部により演算されたモータに印加される交流電圧と電圧検出部が検出した直流電圧に基づいて、インバータの入力側に印加される直流電圧に対するモータへ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部を備えたモータインバータ装置において、変調率演算部による演算値（変調率）に基づいて、モータに印加される交流電圧位相の所定位相区間のデューティを１００％デューティ、あるいは、０％デューティに補正する（ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）デューティ補正部を備えたものである。
【００１３】
これによりインバータ（パワーモジュール）に印加される直流電圧とモータ端子電圧の目標値の大小比較を直接行うことなく効果的にスイッチング動作回数を減らしたモータインバータ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータインバータ装置は、インバータに印加される直流電圧の脈動や、モータの誘起電圧歪みによる影響を抑制して、効果的にインバータにおけるスイッチング動作回数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータインバータ装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態２におけるモータインバータ装置の概略図
【図３】本発明の実施例におけるインバータの概略図
【図４】本発明の実施例における各部波形（下張付き２相変調）を示す図
【図５】本発明の実施例におけるＤＣリプルの影響下での各部波形を示す図
【図６】本発明の実施例における指令電圧リプルの影響下での各部波形を示す図
【図７】本発明の実施例における各部波形（上下張付き２相変調）を示す図
【図８】本発明の実施例における各部波形（上張付き２相変調）を示す図
【図９】本発明の実施例における各部波形（３相変調）を示す図
【図１０】本発明の実施例における各部波形（３次重畳時の３相変調）を示す図
【図１１】本発明の実施例における２相スイッチング時の端子電圧波形を示す図
【図１２】本発明の実施例における１相あるいは２相スイッチング時の端子電圧波形を示す図
【図１３】本発明の実施例における１相スイッチング時の端子電圧波形を示す図
【図１４】本発明の実施例におけるスイッチングしない区間がある場合の端子電圧波形を示す図
【図１５】本発明の実施例における端子電圧波形を示す図
【図１６】従来のモータインバータ装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、複数のスイッチング素子を有する直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、前記インバータによって駆動制御されるモータと、前記インバータの入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、前記モータに流れる電流を検出するモータ電流検出部と、前記モータの目標速度と前記モータ電流検出部により検出されたモータ電流に基づいて、前記モータへ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部と、前記モータ電圧演算部で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部と、前記電圧検出部で検出された直流電圧値と前記モータ電圧演算部で演算された電圧値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部と、前記モータ電圧演算部により演算されたモータに印加される交流電圧と前記電圧検出部が検出した直流電圧に基づいて、前記インバータの入力側に印加される直流電圧に対する前記モータへ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部を備えたモータインバータ装置であって、前記変調率演算部による演算値（変調率）に基づいて算出される前記モータに印加される交流電圧位相の所定位相区間におけるデューティを１００％デューティ、あるいは、０％デューティに補正する（ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）デューティ補正部を具備したことにより、モータに印加される交流電圧とインバータに印加される直流電圧の大小比較をキャリア周期毎に行うことなく、インバータにおけるスイッチング動作回数を効果的に低減することができる。
【００１７】
第２の発明は、複数のスイッチング素子を有する直流電力を３相交流電力に変換するインバータと、前記インバータによって駆動制御されるモータと、前記インバータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記インバータの入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部が検出したインバータに流れる電流に基づいて、前記モータに流れる電流を推定するモータ電流推定部と、前記モータの目標速度と前記モータ電流推定部により推定されたモータ電流に基づいて、前記モータへ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部と、前記モータ電圧演算部で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部と、前記電圧検出部で検出された直流電圧値と前記モータ電圧演算部で演算された電圧値に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部と、前記モータ電圧演算部により演算されたモータに印加される交流電圧と前記電圧検出部が検出した直流電圧に基づいて、前記インバータの入力側に印加される直流電圧に対する前記モータへ印加される交流電圧の振幅値の比を表す変調率を演算する変調率演算部を備えたモータインバータ装置であって、前記変調率演算部による演算値（変調率）に基づいて算出される前記モータに印加される交流電圧位相の所定位相区間におけるデューティを１００％デューティ、あるいは、０％デューティに補正する（ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）デューティ補正部を具備したことにより、モータに印加される交流電圧とインバータに印加される直流電圧の大小比較をキャリア周期毎に行うことなく、インバータにおけるスイッチング動作回数を効果的に低減することができる。
【００１８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記変調率演算部は、モータに印加される交流電圧の基本波成分と前記電圧検出部が検出した直流電圧の平均的な値に基づいて変調率を演算することで、インバータに印加される直流電圧の脈動成分や、モータの誘起電圧歪みの影響を抑制して、インバータにおけるスイッチング動作回数を効果的に低減することができる。
【００１９】
第４の発明は、第２または第３の発明において、前記デューティ補正部によって補正される位相区間は、３相のうち少なくとも１つの相は必ずＰＷＭスイッチングするように設
定されることで、高価な電流センサを用いることなく、インバータの母線電流（入力電流）よりモータ電流を推定することができる。
【００２０】
第５の発明は、第１〜４のいずれか１つの発明において、前記デューティ補正部によって補正される前記モータに印加される交流電圧位相の位相区間は、前記モータに印加される交流電圧周期において、所定の電圧位相を中心に概ね対称となるよう設定されることで、デューティ補正によるモータ電流の歪みを抑制することができる。
【００２１】
第６の発明は、第２〜５のいずれか１つの発明において、前記デューティ補正部によって補正される前記モータに印加される交流電圧位相の位相区間は、ＰＷＭスイッチング区間が前記モータに印加される交流電圧周期の概ね３分の１に相当する区間となるよう設定されることで、インバータの母線電流（入力電流）よりモータ電流の推定が可能で、インバータにおけるスイッチング動作回数を最大限に低減させることができる。
【００２２】
第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記モータ電圧位相調整部は、前記変調率演算部による演算値が所定の値となるように前記モータ電圧演算部で演算されるモータ交流電圧の位相を調整することで、前記デューティ補正部によって補正される前記モータに印加される交流電圧位相の位相区間を一定にすることができる。
【００２３】
第８の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明において、前記モータは空気調和機に具備される圧縮機駆動用モータであることで、
モータの誘起電圧歪み、直流電圧リプルの影響を抑制して漏れ電流、発生ノイズ、スイッチング損失を低減した空気調和機を実現することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係るモータインバータ装置の概略図である。図１に示すように、モータインバータ装置は、単相交流電源１を入力とするダイオードブリッジなどで構成される整流回路２と、整流回路２の出力直流電圧を３相交流電力に変換する複数のスイッチング素子を有するインバータ３と、インバータ３の入力側に並列接続される平滑コンデンサ４と、インバータ３によって駆動制御されるモータ５と、インバータ３に流れる電流を検出する電流検出部１３と、インバータ３の入力側に印加される直流電圧を検出する電圧検出部９と、電流検出部１３が検出したインバータ３に流れる電流に基づいて、モータ５に流れる電流を推定するモータ電流推定部１４と、モータ５の目標速度とモータ電流推定部１４により推定されたモータ電流に基づいて、モータ５へ印加する交流電圧を演算するモータ電圧演算部７と、モータ電圧演算部７で演算された交流電圧の位相を調整するモータ電圧位相調整部１０と、電圧検出部９で検出された直流電圧値と前記モータ電圧演算部７で演算された電圧値に基づいて、インバータ３のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのデューティを設定するＰＷＭデューティ設定部１１と、モータ電圧演算部７により演算されたモータ５に印加される交流電圧と電圧検出部９が検出した直流電圧に基づいて、インバータ３の入力側に印加される直流電圧に対するモータ５へ印加される交流電圧の振幅比を表す変調率を演算する変調率演算部８を備えている。
【００２６】
デューティ補正部１２は、変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、モータ５に印加される交流電圧位相の所定位相区間のデューティを１００％デューティ、あるいは０％デューティに補正する（つまり、ＰＷＭスイッチングを行わないデューティに補正する）
以上のように構成されたモータインバータ装置において、以下にその動作、作用を説明
する。
【００２７】
まず、図４はモータ駆動変調方式を下張付き２相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、図３に示すインバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００２８】
図４（ａ）はモータ電圧演算部７で演算される演算値が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）より常に小さくなる場合、図４（ｂ）は一部区間（例えば位相角３０ｄｅｇから１５０ｄｅｇ）においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）より大きくなる場合を示す。
【００２９】
モータ５の回転数が低くモータ電圧演算部７による演算値が電圧検出部９による検出値より十分低い場合は、図４（ａ）のような状態になるが、モータ５の回転数がある程度以上に達するとインバータ３に印加される電圧が極端に低い場合を除き、任意のインバータ印加電圧下において、モータ電圧位相調整部１０による進角調整で図４（ａ）、（ｂ）どちらの状態にも調整することが可能となり、変調率演算部８により演算される変調率は図４（ａ）より図４（ｂ）の方が高くなる。
【００３０】
下張付き２相変調方式では基本的に図４（ａ）に示すように、モータ駆動における電気周期をＴとすると、下アームのスイッチング素子のＰＷＭ駆動信号はＴ／３区間（Ｔ１、Ｔ３）が０％デューティとなる。つまりＴ１、Ｔ３区間ではＰＷＭスイッチング動作を行わず、Ｔ２区間でのみＰＷＭスイッチング動作を行うことになる。そのためインバータ３におけるスイッチング素子のスイッチング動作に起因する漏れ電流や発生ノイズ、スイッチング損失を抑制することができる。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示すように一部の区間（例えば位相角３０ｄｅｇから１５０ｄｅｇ）においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、電圧検出部９により検出される電圧を超える場合、その超えた区間Ｔ２２では１００％デューティとなる。そのため区間Ｔ２において区間Ｔ２２ではＰＷＭスイッチング動作を行わず、区間Ｔ２１、Ｔ２３でのみＰＷＭスイッチング動作を行うことになり、更に漏れ電流や発生ノイズ、スイッチング損失を抑制することができる。
【００３２】
このように変調率演算部８で演算される変調率により電気周期ＴにおけるＰＷＭスイッチング動作を行わないおおよその位相区間を知ることができる。
【００３３】
次に、実際のモータインバータ装置を動作させた場合における現象について説明する。実際のモータインバータ装置の動作では、インバータ３に印加される直流電圧ＶＤＣには交流電源周波数の２倍の周波数成分などの脈動成分が含まれることが多く、またモータ電圧演算部７で演算される交流電圧にはモータ特性に依存する歪み成分（モータ電気周波数の６倍など）が含まれることが多い。
【００３４】
図５は変調率演算部８において、モータ５に印加される交流電圧の基本波成分と電圧検出部９が検出した直流電圧の平均的な値に基づいて演算される演算値が図４（ｂ）と同じ値となり、インバータ３に印加される直流電圧ＶＤＣに脈動成分が含まれ（図５の破線）、モータ駆動変調方式を下張付き２相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、インバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰ
ＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００３５】
モータ電圧演算部７で演算される交流電圧と、電圧検出部９で検出されるインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣを従来技術のように単純に比較して動作させると、ＰＷＭデューティ設定部１１で設定されるＰＷＭ信号によるモータ端子電圧ＶＵＮは図５（ａ）に示すようになり、変調率演算部８で演算される変調率が図４（ｂ）と同じ場合でも、インバータ３におけるスイッチング動作回数を同じように低減することができない。
【００３６】
ここで、インバータ３におけるスイッチング動作回数を図４（ｂ）と同じように低減させるために、更に変調率演算部８により演算される変調率が高くなるように、モータ電圧位相調整部１０による進角調整を行うと、インバータ３の入力側に印加される直流電圧に含まれる脈動成分が原因の場合、過剰な進角調整を行うこと（進角の過小設定）による出力トルク低下に繋がるため、安定したモータ駆動を実現しつつ効果的にスイッチング動作回数を低減することができなくなる。
【００３７】
そこで変調率演算部８により演算される変調率に基づいて、デューティ補正部１２により図５（ｂ）に示すように位相角θ１からθ２および位相角θ３からθ４の位相区間のデューティを１００％デューティに補正することでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００３８】
次に、図６は変調率演算部８において、モータ５に印加される交流電圧の基本波成分と電圧検出部９が検出した直流電圧の平均的な値に基づいて演算される演算値が図４（ｂ）と同じで、モータ５の電流波形に歪み成分が含まれ、モータ駆動変調方式を下張付き２相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、インバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００３９】
歪み成分を含むモータ電流に基づいてモータ電圧演算部７で演算される交流電圧（図６の破線）と、電圧検出部９で検出されるインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣを従来技術のように単純に比較して動作させると、ＰＷＭデューティ設定部１１で設定されるＰＷＭ信号によるモータ端子電圧ＶＵＮは図６（ａ）に示すようになり、変調率演算部８で演算される変調率が図４（ｂ）と同じ場合でも、インバータ３におけるスイッチング動作回数を同じように低減することができない。
【００４０】
ここで、インバータ３におけるスイッチング動作回数を図４（ｂ）と同じように低減させるために、更に変調率演算部８により演算される変調率が高くなるように、モータ電圧位相調整部１０による進角調整を行うと、モータ５の電流波形に含まれる歪み成分が原因の場合、過剰な進角調整を行うこと（進角の過小設定）による出力トルク低下に繋がるため、安定したモータ駆動を実現しつつ効果的にスイッチング動作回数を低減することができなくなる。
【００４１】
そこで変調率演算部８により演算される変調率に基づいて、デューティ補正部１２により図６（ｂ）に示すように位相角θ５からθ６および位相角θ１３からθ１４の位相区間のデューティを０％デューティに、位相角θ７からθ８、位相角θ９からθ１０および位相角θ１１からθ１２の位相区間のデューティを１００％デューティに補正することでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００４２】
図４から図６では、モータ駆動変調方式が下張付き２相変調の場合について説明を行っ
たが、異なる変調方式を用いたモータ駆動においても同様に変調率演算部８により演算される変調率に基づいたデューティ補正部１２によるデューティ補正により効果的にスイッチング動作回数を低減することができる。
【００４３】
図７はモータ駆動変調方式を上下張付き２相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、図３に示すインバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００４４】
図７（ａ）はモータ電圧演算部７で演算される演算値が、常に０より大きく、かつインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）より小さくなる場合、
図７（ｂ）は一部区間においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、０より小さく、またはインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）より大きくなる場合を示す。
【００４５】
図７に示すように変調率演算部８による演算値（変調率）により位相角θ１からθ６のそれぞれの位相角θは異なるが、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティは０％、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％となることがわかる。このため変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティが０％以外の場合は０％へ、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％以外の場合は１００％へデューティ補正部１２によるデューティ補正を行うことでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００４６】
次に、図８はモータ駆動変調方式を上張付き２相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、図３に示すインバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００４７】
図８（ａ）はモータ電圧演算部７で演算される演算値が、常に０より大きく、かつインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）より小さくなる場合、
図８（ｂ）は一部区間においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、０より小さくなる場合を示す。
【００４８】
図８に示すように変調率演算部８による演算値（変調率）により位相角θ１からθ６のそれぞれの位相角θは異なるが、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティは１００％、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが０％となることがわかる。このため変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティが１００％以外の場合は１００％へ、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが０％以外の場合は０％へデューティ補正部１２によるデューティ補正を行うことでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００４９】
また、図９はモータ駆動変調方式を３相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、図３に示すインバータ３の入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１によ
り設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００５０】
図９（ａ）はモータ電圧演算部７で演算される演算値が、常にインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）の０．５倍より小さく、かつ直流電圧ＶＤＣの−０．５倍より大きくなる場合、
図９（ｂ）は一部区間（例えば位相角３０ｄｅｇから１５０ｄｅｇ、位相角２１０ｄｅｇから３３０ｄｅｇ）においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）の０．５より大きくなる、または直流電圧ＶＤＣの−０．５倍より小さくなる場合を示す。
【００５１】
図９に示すように変調率演算部８による演算値（変調率）により位相角θ１からθ６のそれぞれの位相角は異なるが、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティは０％、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％となることがわかる。このため変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティが０％以外の場合は０％へ、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％以外の場合は１００％へデューティ補正部１２によるデューティ補正を行うことでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００５２】
更に、図１０はモータ駆動変調方式を３次成分が重畳された３相変調とした場合におけるモータ電圧演算部７により演算されたＵ相のモータ電圧と、図３に示すインバータの入力側に印加される直流電圧（電圧検出部９により検出される電圧）ＶＤＣと、ＰＷＭデューティ設定部１１により設定されたＰＷＭ信号によりインバータ３の各スイッチング素子がＰＷＭ駆動したときのモータ端子電圧ＶＵＮの関係を示す。
【００５３】
図１０（ａ）はモータ電圧演算部７で演算される演算値が、常にインバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）の０．５倍より小さく、かつ直流電圧ＶＤＣの−０．５倍より大きくなる場合、
図１０（ｂ）は一部区間（例えば位相角３０ｄｅｇから１５０ｄｅｇ、位相角２１０ｄｅｇから３３０ｄｅｇ）においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣ（電圧検出部９により検出される電圧）の０．５より大きくなる、または直流電圧ＶＤＣの−０．５倍より小さくなる場合を示す。
【００５４】
図１０に示すように変調率演算部８による演算値（変調率）により位相角θ１からθ６のそれぞれの位相角は異なるが、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティは０％、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％となることがわかる。このため変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいて、位相角θ１からθ２および位相角θ５からθ６の位相区間のデューティが０％以外の場合は０％へ、位相角θ３からθ４の位相区間のデューティが１００％以外の場合は１００％へデューティ補正部１２によるデューティ補正を行うことでスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００５５】
以上のようにモータ駆動変調方式によらず変調率演算部８による演算値（変調率）に基づいたデューティ補正部１２によるデューティ補正によりスイッチング動作回数を安定して効果的に低減することができる。
【００５６】
次にデューティ補正部１２によりデューティ補正する位相区間の設定とモータ電流推定部１４によるモータ電流推定について説明する。
【００５７】
まず、図１１はモータ駆動変調方式を下張付き２相変調とし、図４（ａ）に示すようにモータ電圧演算部７により演算されるモータ電圧が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣより常に小さくなる場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ端子電圧ＶＵＮ、ＶＶＮ、ＶＷＮを示す。
【００５８】
ここで、モータ駆動における電気周期をＴとすると、ＰＷＭスイッチング動作を行わない区間Ｔ１、Ｔ３とＰＷＭスイッチング動作を行う区間Ｔ２は各相でＴ／３（１２０ｄｅｇ）の位相差があるため、どのタイミングにおいても３相のうち必ず１相はＰＷＭスイッチング動作をせず、２相がＰＷＭスイッチング動作することになる。
【００５９】
このように少なくとも１つの相でＰＷＭスイッチング動作を行うことになるため、区間Ｔ１、Ｔ３をデューティ補正部１２による補正区間に設定してもインバータ３の入力電流を検出する電流検出部１３による検出電流値を用いてモータ電流推定部１４によりモータ電流を推定することができる。
【００６０】
これによりモータ電流推定部１４により推定されるモータ電流を用いてロータ位置の推定演算を行うモータ駆動を実現することができる。
【００６１】
次に、図１２から図１４は図４（ｂ）に示すように一部区間においてモータ電圧演算部７で演算される演算値が、インバータ３の入力側に印加される直流電圧ＶＤＣより大きくなる場合におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ端子電圧ＶＵＮ、ＶＶＮ、ＶＷＮを示す。
【００６２】
ここで、区間Ｔ２はＰＷＭスイッチング動作しない区間Ｔ２２とＰＷＭスイッチング動作を行う区間Ｔ２１、Ｔ２３で構成され、それぞれの比率は変調率演算部８により演算される変調率に依存することになり、変調率が大きくなるにつれてＰＷＭスイッチング動作をしない区間Ｔ２２が長くなる。
【００６３】
図１２は区間Ｔ２２がＴ／３（１２０ｄｅｇ）より短く、位相角θａからθｂ、位相角θｃからθｄ、位相角θｅからθｆでは２相でＰＷＭスイッチング動作を行い、位相角θｂからθｃ、位相角θｄからθｅでは１相でＰＷＭスイッチング動作を行う。
【００６４】
また、図１３は区間Ｔ２２がＴ／３（１２０ｄｅｇ）と等しく、いずれの位相角においても１相でＰＷＭスイッチング動作を行う。
【００６５】
このように図１２、図１３では、常にいずれかの相でＰＷＭスイッチング動作を行うことになるため、区間Ｔ１、Ｔ２２、Ｔ３をデューティ補正部１２による補正区間に設定してもインバータ３の入力電流を検出する電流検出部１３による検出電流値を用いてモータ電流推定部１４によりモータ電流を推定することができる。
【００６６】
これによりモータ電流推定部１４により推定されるモータ電流を用いてロータ位置の推定演算結果に基づいたモータ駆動を実現することができる。
【００６７】
それに対し、図１４は区間Ｔ２２がＴ／３（１２０ｄｅｇ）より長く、位相角θｇからθｈ、位相角θｉからθｊ、位相角θｋからθｌではＰＷＭスイッチング動作を行わず、位相角θｈからθｉ、位相角θｊからθｋでは１相でＰＷＭスイッチング動作を行う。
【００６８】
このように図１４に示すような場合では、ＰＷＭスイッチング動作を行わない位相区間が存在することになり、区間Ｔ１、Ｔ２２、Ｔ３をデューティ補正部１２による補正区間に設定するとインバータ３の入力電流を検出する電流検出部１３による検出電流値を用いてモータ電流推定部１４によりモータ電流を推定することができない区間が生じる。
【００６９】
このためモータ電流推定部１４により推定されるモータ電流を用いてロータ位置の推定演算結果に基づいたモータ駆動を実現することができなくなる。
【００７０】
このようにＰＷＭスイッチング動作に伴い発生する漏れ電流や発生ノイズ、スイッチング損失を抑制、低減するためにＰＷＭスイッチング動作回数を可能な限り低減させる場合、モータ電流推定部１４によりモータ電流を推定し、推定したモータ電流によるロータ位置の推定演算に基づいたモータ駆動を実現させるために、デューティ補正部１２によりデューティ補正を行う位相区間の設定は、少なくともいずれかの相がＰＷＭスイッチング動作をするように行う必要がある。
【００７１】
そのためデューティ補正部１２によりデューティ補正される区間に設定される区間Ｔ２２、区間（Ｔ１＋Ｔ３）が電気周期Ｔの１／３と等しくなるよう、モータ電圧位相調整部１０による進角調整を行い、変調率演算部８で演算される変調率を所定値に保つことで、ＰＷＭスイッチング動作に伴い発生する漏れ電流や発生ノイズ、スイッチング損失を最大限に抑制、低減することができる。
【００７２】
更に、区間Ｔ２２、区間（Ｔ１＋Ｔ３）が電気周期Ｔの１／３と等しくなるだけでなく、対称性が保たれるようにする。図１５（ｂ）は区間Ｔ２２が電気周期Ｔの１／３と等しくなるが対称性が崩れた状態を示す。インバータ３の入力電流よりモータ電流を推定する場合、モータ電流推定に必要な最小限のＰＷＭスイッチング動作区間を確保するため、このようなＰＷＭ出力がなされる場合がある。このような場合、モータ電流波形の歪みの要因となり騒音や振動の発生に繋がる。そのためモータ電圧位相調整部１０による進角調整を行い、図１５（ａ）のように対称性が保たれる変調率で駆動を行い、デューティ補正部１２によりデューティ補正を行う位相区間の設定は対称性を保つように行う。
【００７３】
これにより騒音、振動を抑制しつつ、ＰＷＭスイッチング動作に伴い発生する漏れ電流や発生ノイズ、スイッチング損失を最大限に抑制、低減することができる。
【００７４】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２に係るモータインバータ装置の概略図を示す。
【００７５】
図２においては、モータ電流をインバータに入力される電流より推定するのではなく、モータ電流を直接検出するモータ電流検出部６を備えており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭスイッチング動作区間に関する制約（区間Ｔ２２≦（Ｔ／３））なく変調率演算部８により演算される変調率に基づき、デューティ補正部１２によりデューティを補正する区間を設定することができる。その他の構成、動作、作用は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００７６】
以上のように、インバータ３に印加される直流電圧ＶＤＣとモータ電圧の単純大小比較によりＰＷＭデューティを設定するのではなく、変調率に応じて設定される所定の位相区間のデューティを１００％デューティあるいは０％デューティに補正することで、ＰＷＭスイッチング動作回数を安定して効果的に削減する。
【００７７】
このように本発明では、変調率に応じて設定される所定の位相区間のデューティを１００％デューティあるいは０％デューティに補正することで、直流電圧ＶＤＣに含まれる脈動成分やモータ５の特性に依存する歪み成分による影響を受けずにＰＷＭスイッチング動作回数を安定して効果的に削減する。これによりＰＷＭスイッチング動作に起因する漏れ電流、発生ノイズ、インバータにおけるスイッチング素子でのスイッチング損失を最大限に低減したモータ駆動を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明は従来のモータインバータ装置と比較して、電源脈動やモータ５の歪み特性の影響を受けずに安定してＰＷＭスイッチング動作回数を低減することができるため、ＰＷＭスイッチング動作に起因する漏れ電流、発生ノイズ、スイッチング損失を実動作条件下で最大限に低減することができる。このため国や地域により様々な電源事情下で様々な特性を有するモータ駆動を行う必要のあるエアコンや冷蔵庫などの圧縮機駆動をはじめ様々なモータインバータ装置への応用が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ
４  平滑コンデンサ
５  モータ
６  モータ電流検出部
７  モータ電圧演算部
８  変調率演算部
９  電圧検出部
１０  モータ電圧位相調整部
１１  ＰＷＭデューティ設定部
１２  デューティ補正部
１３  電流検出部
１４  モータ電流推定部
１５  制御手段
３０  パワーモジュール
５０  ＩＰＭモータ
６１  スイッチング素子
６２  スイッチング素子
６３  スイッチング素子
６４  スイッチング素子
６５  スイッチング素子
６６  スイッチング素子
【図１】
2016005349.tif 000003
【図２】
2016005349.tif 000004
【図３】
2016005349.tif 000005
【図４】
2016005349.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2016005349.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016005349.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2016005349.tif 000015
【図１４】
2016005349.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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