(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする制御装置を備えた電力変換装置。
【請求項２】
上記制御装置は、各瞬間において上記シフトされた三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが上記搬送波の山の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトするものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記制御装置は、各瞬間において上記シフトされた三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが所定の制限値を越えないように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトするものであって上記所定の制限値は上記電流検出用抵抗素子にて上記電流の検出が可能な通電時間の下限値から決定されるものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記制御装置は、各瞬間において上記シフトされた三相の電圧指令波信号のうちの２番目に大きいものが所定の制限値を越えないように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトするものであって上記所定の制限値は上記電流検出用抵抗素子にて上記電流の検出が可能な通電時間の下限値から決定されるものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって各瞬間において上記三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが上記搬送波の山の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和と、上記三相の電圧指令波信号のうちの最小のものが上記搬送波の谷の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を負の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和とを比較して、上記総和が小さくなる方を選択して上記三相の電圧指令波信号を等しくシフトするシフト方向選択制御装置を備えた電力変換装置。
【請求項６】
上記シフト方向選択制御装置は、各瞬間において上記シフトされた三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが所定の制限値を越えないように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトするものであって上記所定の制限値は上記電流検出用抵抗素子にて上記電流の検出が可能な通電時間の下限値から決定されるものであることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記シフト方向選択制御装置は、各瞬間において上記シフトされた三相の電圧指令波信号のうちの２番目に大きいものが所定の制限値を越えないように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトするものであって上記所定の制限値は上記電流検出用抵抗素子にて上記電流の検出が可能な通電時間の下限値から決定されるものであることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流検出用抵抗素子としてのシャント抵抗を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相インバータの電流検出装置として、三相インバータの各相の下アーム素子と直流電源負極側との間に設けられるシャント抵抗の電圧降下に基づいて各相の電流値を検出するシャント電流検出方式が、構成が簡単で低コストの方式として知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６４２５９号公報（段落番号００１６及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のパルス幅変調方式の三相インバータでは、各相の下アーム素子と直流電源負極側との間に設けられる電流検出用抵抗素子としてのシャント抵抗に無視できない電力損失が発生するという問題点があった。また、スイッチング素子のスイッチング頻度が高いとスイッチング損失が大きくなることは避けられないという問題点もあった。この発明は、上記のような問題点を解決されたものであり、電流検出用抵抗素子やスイッチング素子による電力損失を低減できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る電力変換装置においては、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が上記直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする制御装置を備えたものである。
【０００６】
また、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が上記直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって各瞬間において上記三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが上記搬送波の山の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和と、上記三相の電圧指令波信号のうちの最小のものが上記搬送波の谷の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を負の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和とを比較して、上記総和が小さくなる方を選択して上記三相の電圧指令波信号を等しくシフトするシフト方向選択制御装置を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置においては、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が上記直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする制御装置を備えたものであるので、三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトすることにより、三相の線間電圧を保ったまま、下アームのスイッチング素子の通流期間すなわち電流検出用抵抗素子の通流期間を短くできるので、電流検出用抵抗素子の電力損失を低減できる。
【０００８】
また、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが直列接続され上記上アームのスイッチング素子が上記直流電源の正極側に接続されるとともに上記下アームのスイッチング素子が上記直流電源の負極側に接続される三相分のアーム回路、上記三相分のアーム回路のうちの少なくとも二相分の上記下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に挿入され上記下アームのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出用抵抗素子、及び上記電流に基づいて生成された三相の電圧指令波信号と搬送波とを比較してパルス幅変調により上記上アーム及び下アームのスイッチング素子をオンオフ制御するものであって各瞬間において上記三相の電圧指令波信号のうちの最大のものが上記搬送波の山の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を正の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和と、上記三相の電圧指令波信号のうちの最小のものが上記搬送波の谷の大きさと等しくなるように上記三相の電圧指令波信号を負の方向に等しくシフトする場合の上記各スイッチング素子のスイッチング損失と上記電流検出用抵抗素子の電力損失との総和とを比較して、上記総和が小さくなる方を選択して上記三相の電圧指令波信号を等しくシフトするシフト方向選択制御装置を備えたものであるので、両者のうち損失の小さい方を選択することにより、電力変換装置の電力損失をより小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図６は、この発明の実施の形態１を示すものであり、図１は電力変換装置の構成図、図２はＰＷＭ制御部の構成図、図３は電圧補正部の動作を示すフローチャート、図４は電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図、図５は従来の電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図、図６はＵ相のシャント抵抗の電圧波形をこの実施の形態の電力変換装置と従来の電力変換装置とを比較して示す比較波形図である。
【００１０】
図１において、直流電源１に電力変換装置１１を介してモータ３が接続されている。電力変換装置１１は、平滑コンデンサ２、電流検出用抵抗素子であるシャント抵抗４，５，６、ＰＷＭ制御部７、電流検出部８、モータ制御部９、電圧指令補正部１０、上アームのスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ、下アームのスイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚを有する。上アームのスイッチング素子Ｑｕと下アームのスイッチング素子Ｑｘとが直列に接続され、上アームのスイッチング素子Ｑｖと下アームのスイッチング素子Ｑｙｚとが直列に接続され、上アームのスイッチング素子Ｑｗと下アームのスイッチング素子Ｑｚとが直列に接続され、この発明における３相分のアーム回路を構成している。スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚは、例えば電界効果トランジスタが用いられる。なお、ＰＷＭ制御部７、モータ制御部９、電圧指令補正部１０がこの発明における制御装置である。平滑コンデンサ２は直流電源１に接続され、直流電力は電力変換装置１１においてスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚをスイッチングすることにより交流電力に変換され、モータ３に供給される。
【００１１】
電流検出部８は、シャント抵抗４，５，６に生じる電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗと、シャント抵抗の抵抗値と、ＰＷＭ制御部７が出力するゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚとに基づいて、Ｕ相〜Ｗ相のモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。モータ制御部９は、検出したモータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗと外部から与えられる速度指令ｆ＊に基づき、Ｕ相の交流電圧指令波信号ｅｕ、Ｖ相の交流電圧指令波信号ｅｖ、及びＷ相の交流電圧指令波信号ｅｗを出力する。電圧指令補正部１０では、モータ制御部９の出力であるＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに対して所定の補正を行い、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗを出力する。
【００１２】
ＰＷＭ制御部７は、図２に示すように搬送波発生部１０１、Ｕ相比較部１０２、Ｖ相比較部１０３、Ｗ相比較部１０４、及び反転部１０５，１０６，１０７を有する。搬送波発生部１０１は、搬送波周波数指令に基づいて、周波数ｆｃの三角波である搬送波Ｃを出力する。ゲート信号Ｇｕを出力するＵ相比較部１０２は、補正後電圧指令波信号ｅｈｕと搬送波Ｃを比較して、補正後電圧指令波信号ｅｈｕが大きい時はＨレベルを出力し、小さい時はＬレベルを出力する。また、ゲート信号Ｇｘを出力する反転部１０５は、ゲート信号ＧｕがＬレベルのときＨレベルを出力し、ゲート信号ＧｕがＨレベルのときＬレベルを出力する。
【００１３】
同様に、ゲート信号Ｇｖを出力するＶ相比較部１０３は、補正後電圧指令波信号ｅｈｖと搬送波Ｃを比較して、補正後電圧指令波信号ｅｈｖが大きいときはＨレベルを出力し、小さい時はＬレベルを出力する。また、ゲート信号Ｇｙを出力する反転部１０６は、ゲート信号ＧｖがＬレベルのときＨレベルを出力し、ゲート信号ＧｖがＨレベルのときＬレベルを出力する。さらに、ゲート信号Ｇｗを出力するＷ相比較部１０４は、補正後電圧指令波信号ｅｈｗと搬送波Ｃを比較して、補正後電圧指令波信号ｅｈｗが大きいときはＨレベルを出力し、小さいときはＬレベルを出力する。また、ゲート信号Ｇｚを出力する反転部１０７は、ゲート信号ＧｗがＬレベルのときＨレベルを出力し、ゲート信号ＧｗがＨレベルのときＬレベルを出力する。
ＰＷＭ制御部７は以上のようなゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ、及びＧｚを出力し、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ、及びＱｚのスイッチングを制御する。
【００１４】
ここで、電圧指令補正部１０の動作を、図３のフローチャートにより説明する。まず、オフセットＥｏｆｆｓｅｔを正の所定の電圧Ｅ０に設定する（ステップＳ１１）。次に、Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに等しく一定値である正のオフセットＥｏｆｆｓｅｔ（＝Ｅ０）を加えて、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗを出力する（ステップＳ１２）。
【００１５】
次に、ＰＷＭ制御部７の動作を説明する。図４は電力変換装置の各部の波形を時間を横軸にして示している。各波形を、図４の上から順に説明する。図４（ａ）はＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ及び交流電圧指令波信号をパルス幅変調するための搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他の波形である。図４（ｂ）は、ゲート信号Ｇｕの波形であり、Ｕ相の補正後電圧指令波信号ｅｈｕと搬送波Ｃを比較して補正後電圧指令波信号ｅｈｕが大きい時はＨレベル、小さい時はＬレベルにすることにより得られる。図４（ｃ）はゲート信号Ｇｘの波形であり、ゲート信号ＧｕがＨレベルのときＬレベルであり、ゲート信号ＧｕがＬレベルのとき、Ｈレベルとなる。ゲート信号ＧｕがＨレベルの時、スイッチング素子Ｑｕがオン、スイッチング素子Ｑｘがオフとなる。一方、ゲート信号ＧｕがＬレベルの時、スイッチング素子Ｑｕがオフ、スイッチング素子Ｑｘがオンとなる。
【００１６】
図４（ｄ）は、ゲート信号Ｇｖの波形であり、Ｖ相の補正後電圧指令波信号ｅｈｖと搬送波Ｃの比較からゲート信号Ｇｕと同様にして得られる。図４（ｅ）はゲート信号Ｇｙの波形である。ゲート信号Ｇｖに対するゲート信号Ｇｙ、スイッチング素子Ｑｖ、Ｑｙの動作は、ゲート信号Ｇｕに対するゲート信号Ｇｘ、スイッチング素子Ｑｕ、Ｑｘの動作とそれぞれ同様である。図４（ｆ）は、ゲート信号Ｇｗの波形であり、Ｗ相の補正後電圧指令波信号ｅｈｗと搬送波Ｃの比較からゲート信号Ｇｕと同様にして得られる。図４（ｇ）はゲート信号Ｇｚの波形である。ゲート信号Ｇｗに対するゲート信号Ｇｚ、スイッチング素子Ｑｗ、Ｑｚの動作は、ゲート信号Ｇｕに対するゲート信号Ｇｘ、スイッチング素子Ｑｕ、Ｑｘの動作とそれぞれ同様である。図４（ｈ）は電力変換装置１１からモータ３へ流れるモータ電流の波形であり、Ｕ相〜Ｗ相のモータ電流ｉｕ、ｉｖ，ｉｗはスイッチング素子Ｑｕが接続されているＵ相、スイッチング素子Ｑｖが接続されているＶ相、及びスイッチング素子Ｑｗが接続されているＷ相にそれぞれ対応する。
【００１７】
図４（ｉ）は、Ｕ相のシャント抵抗４の電圧ｖＲｕの波形である。ゲート信号ＧｘがＨの時にスイッチング素子ＱｘがオンとなりＵ相のシャント抵抗４にＵ相のモータ電流ｉｕが流れ、Ｕ相のシャント抵抗４の抵抗値とＵ相のモータ電流ｉｕの大きさの積に相当する電圧ｖＲｕが発生する。図４（ｊ）は、Ｖ相のシャント抵抗５の電圧ｖＲｖの波形である。ゲート信号ＧｙがＨの時にスイッチング素子ＱｙがオンとなりＶ相のシャント抵抗５にＶ相のモータ電流ｉｖが流れ、Ｖ相のシャント抵抗５の抵抗値とＶ相のモータ電流ｉｖの大きさの積に相当する電圧ｖＲｖが発生する。図４（ｋ）は、Ｗ相のシャント抵抗６の電圧ｖＲｗの波形である。ゲート信号ＧｚがＨの時にスイッチング素子ＱｚがオンとなりＷ相のシャント抵抗６にＷ相のモータ電流ｉｗが流れ、Ｗ相のシャント抵抗６の抵抗値とＷ相のモータ電流ｉｗの大きさの積に相当する電圧ｖＲｗが発生する。
【００１８】
電流検出部８では、ゲート信号に同期して電流を検出する。例えば、ゲート信号ＧｘがＨレベルとなりスイッチング素子Ｑｘがオンの時に、シャント抵抗４が通電するので、この時にシャント抵抗４の電圧をサンプリングしてその抵抗値で除算し符号を反転させることによりＵ相電流Ｉｕを検出する。Ｖ相電流Ｉｖはゲート信号ＧｙがＨレベルとなりスイッチング素子Ｑｙがオンしてシャント抵抗５に通電している時、Ｗ相電流Ｉｗは、ゲート信号ＧｚがＨレベルとなりスイッチング素子Ｑｚがオンしてシャント抵抗６に通電している時に検出する。なお、交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗが等しく正の方向にシフトされても、三相電圧は出力電圧の差であるのでモータ３が直流励磁されることはない。
【００１９】
この実施の形態においては、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、モータ制御部９の出力であるＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに等しい正のオフセットＥｏｆｆｓｅｔが加えられている。これにより、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわち上アーム素子であるスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が長く、ゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわち下アーム素子であるスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が短くなる。その結果、図４においてシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。
【００２０】
ここで、従来の電力変換装置に比して、シャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなっている状況を詳細に説明する。図５は従来のＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに基づいて各スイッチング素子を制御する場合の各部の波形を示すものであり、図５（ａ）〜（ｋ）は、図４（ａ）〜（ｋ）に対応する波形図であり、図５（ａ）は搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他、図５（ｂ）はゲート信号Ｇｕ、図５（ｃ）はゲート信号Ｇｘ、図５（ｄ）はゲート信号Ｇｖ、図５（ｅ）はゲート信号Ｇｙ、図５（ｆ）はゲート信号Ｇｗ、図５（ｇ）はゲート信号Ｇｚ、図５（ｈ）は電力変換装置からモータへ流れるＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ、及びＷ相モータ電流ｉｗ、図５（ｉ）〜（ｋ）は、Ｕ相〜Ｗ相のシャント抵抗４〜６の電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗの波形である。図６は、図４（ｉ）のＵ相のシャント抵抗４の電圧ｖＲｕの波形Ａ（通電幅分をハッチングして示している）と、従来の図５（ｉ）のＵ相のシャント抵抗４の電圧ｖＲｕの波形Ｂとを、重ねて図示したものである。図６から明らかなように、波形Ｂに比べ波形Ａの通電時間が短くなっている。
【００２１】
実施の形態２．
図７及び図８は、実施の形態２を示すものであり、図７は電圧指令補正部の動作を示すフローチャート、図８は電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。この実施の形態で、実施の形態１と異なるところは、電圧指令補正部（図１参照）で行う処理である。以下、電圧指令補正部で行う処理について説明する。図７に示すように、電圧指令補正部では、各瞬間においてＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちの最大値をＥｍａｘとおく（ステップＳ２１）。次に、最大値Ｅｍａｘが所定の正の電圧Ｅ１と等しくなるように最大値Ｅｍａｘに加えるべき値であるオフセットＥｏｆｆｓｅｔを計算し（Ｅｏｆｆｓｅｔは時間により変化する）（ステップＳ２２），Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに加えて補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗを出力する（ステップＳ２３）。
【００２２】
ここで、図８について各部の動作波形を説明する。図８において、図８（ａ）は搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他、図８（ｂ）はゲート信号Ｇｕ、図８（ｃ）はゲート信号Ｇｘ、図８（ｄ）はゲート信号Ｇｖ、図８（ｅ）はゲート信号Ｇｙ、図８（ｆ）はゲート信号Ｇｗ、図８（ｇ）はゲート信号Ｇｚ、図８（ｈ）は電力変換装置からモータへ流れるＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ、及びＷ相モータ電流ｉｗ、図８（ｉ）〜（ｋ）は、Ｕ相〜Ｗ相のシャント抵抗４〜６の電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗの波形である。
【００２３】
図８（ａ）に示すように補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、モータ制御部９の出力であるＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちの最大値ＥｍａｘがＥ１と等しくなるように等しくシフトされている。例えば、図８（ａ）の区間ｔ１，ｔ２，ｔ３にあっては、交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちで交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗがそれぞれ最大値（最も大きい値）Ｅｍａｘとなるので、各区間ｔ１，ｔ２，ｔ３において、ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗがそれぞれＥ１となるようにシフトされている。これにより、図８（ｂ），（ｄ），（ｆ）のゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が長く、図８（ｃ），（ｅ），（ｇ）のゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が短くなる。その結果、図８（ｉ）〜（ｋ）のようにシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。
【００２４】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。この実施の形態は、実施の形態２における所定の電圧Ｅ１を搬送波Ｃの最大値Ｅｃに設定した例で、三相のＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを、その線間電圧を保ったまま、最も大きく正の方向にシフトできる、すなわちシャント抵抗の電力損失を最も大きく低減できる例である。さらに、Ｕ相の交流電圧指令波信号ｅｕが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しい場合、ゲート信号ＧｕはＨレベルからＬレベルへあるいはＬレベルからＨレベルへ切り替わらない、すなわちスイッチング素子ＱｕとＱｘがスイッチングしないので、スイッチング素子ＱｕとＱｘのスイッチング損失が無くなる。
【００２５】
同様に、Ｖ相の交流電圧指令波信号ｅｖが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しい場合はスイッチング素子ＱｖとＱｙのスイッチング損失が無くなり、Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｗが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しい場合はスイッチング素子ＱｗとＱｚのスイッチング損失が無くなる。
【００２６】
なお、各部の動作波形を図９に示す。図９において、図９（ａ）は搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他、図９（ｂ）はゲート信号Ｇｕ、図９（ｃ）はゲート信号Ｇｘ、図９（ｄ）はゲート信号Ｇｖ、図９（ｅ）はゲート信号Ｇｙ、図９（ｆ）はゲート信号Ｇｗ、図９（ｇ）はゲート信号Ｇｚ、図９（ｈ）は電力変換装置からモータへ流れるＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ、及びＷ相モータ電流ｉｗ、図９（ｉ）〜（ｋ）は、Ｕ相〜Ｗ相のシャント抵抗４〜６の電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗの波形である。
【００２７】
図９（ａ）に示すように補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、各瞬間においてモータ制御部９の出力であるＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちの最大値Ｅｍａｘが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しくなるように等しくシフトされている。これにより、図９（ｂ），（ｄ），（ｆ）のゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が長く、図９（ｃ），（ｅ），（ｇ）のゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が短くなる。その結果、図９（ｉ）〜（ｋ）のようにシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。さらに、電圧指令が搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しくなるように等しくシフトされた相は、当該期間スイッチングされないので（図９（ｂ）〜（ｇ）参照）、スイッチング損失が無くなる。
【００２８】
実施の形態４．
図１０及び図１１は、実施の形態４を示すものであり、図１０はシャント抵抗による電流検出の可否を説明する説明図、図１１は電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。例えば、先に示した図４において、図４（ａ）に示される補正後電圧指令波信号ｅｈｕが搬送波Ｃより電圧が低いときに図４（ｃ）に示されるゲート信号ＧｘがＨレベルとなり、この期間スイッチング素子Ｑｘがオンとなる。図１０にこの関係を示すが、補正後電圧指令波信号ｅｈｕを正の方向にシフトさせていくと、搬送波Ｃ＞＝補正後電圧指令波信号ｅｈｕの期間Ｔが次第に小さくなっていき、補正後電圧指令波信号ｅｈｕがある電圧Ｅｌｉｍになったとき所定の時間幅Ｔｍｉｎとなる。スイッチング素子Ｑｘのオン時間すなわちシャント抵抗の導通期間がＴｍｉｎを下回ると、当該Ｕ相はシャント電流の検出が不可能となる可能性がある。他のＶ，Ｗ相について同様である。
【００２９】
この現象は、スイッチング素子Ｑｘのデューティ比が小さくなると、シャント抵抗４による電圧検出のサンプリングのタイミングによっては、電流が流れているときにサンプリングできず、電流検出ができないケースが発生する。シャント抵抗５，６についても同様である。このシャント抵抗による電流検出が可能な最小通電時間Ｔｍｉｎになるときの電圧Ｅｌｉｍを制限電圧と定義することにする。なお、上記制限電圧がこの発明における所定の制限値、上記最小通電時間Ｔｍｉｎがこの発明における下限値である。
【００３０】
そこで、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗが制限電圧Ｅｌｉｍを越えないようにする、すなわち実施の形態２においてＥ１をＥｌｉｍとすれば、搬送波の毎周期において、すべての三相電流をシャント抵抗にて検出することができる。このときの各部の動作波形を図１１に示す。図１１において、図１１（ａ）は搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他、図１１（ｂ）はゲート信号Ｇｕ、図１１（ｃ）はゲート信号Ｇｘ、図１１（ｄ）はゲート信号Ｇｖ、図１１（ｅ）はゲート信号Ｇｙ、図１１（ｆ）はゲート信号Ｇｗ、図１１（ｇ）はゲート信号Ｇｚ、図１１（ｈ）は電力変換装置からモータへ流れるＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ、及びＷ相モータ電流ｉｗ、図１１（ｉ）〜（ｋ）は、Ｕ相〜Ｗ相のシャント抵抗４〜６の電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗの波形である。
【００３１】
図１１（ａ）に示すように、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、モータ制御部９の出力であるＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちの最大値の電圧指令が、制限電圧Ｅｌｉｍを越えないように等しくシフトされている。これにより、図１１（ｂ），（ｄ），（ｆ）のゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が長く、図１１（ｃ），（ｅ），（ｇ）のゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が短くなる。その結果、図１１（ｉ）〜（ｋ）のようにシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。
【００３２】
しかしながら、必ずしも補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗが３相とも制限電圧Ｅｌｉｍを超えないように制限する必要はない。シャント抵抗を３相のスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗのすべてに備え、ある１相の補正後電圧指令波信号だけがシャント電流検出に必要なシャント抵抗の導通期間Ｔｍｉｎによって決定される制限電圧Ｅｌｉｍを越えて、導通期間がＴｍｉｎを下回りシャント電流による検出が不可能となるおそれがある場合は、３相の電流の和がゼロであることを利用して他の２相の電流から演算することができる。例えば、Ｕ相のモータ電流ｉｕが検出できない場合はｉｕ＝−ｉｖ−ｉｗのように演算できる。すなわち、少なくとも２相の補正後電圧指令波信号が、制限電圧Ｅｌｉｍを越えなければ、三相のモータ電流ｉｕ〜ｉｗを検出することができる。その結果、搬送波Ｃの毎周期において三相のモータ電流を検出できる範囲で、上記実施の形態第４の場合よりも大きくＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを正の方向にシフトでき、シャント抵抗の電力損失をその分低減できることになる。
【００３３】
実施の形態５．
図１２及び図１３は、実施の形態５を示すものであり、図１２は電圧指令補正部の動作を示すフローチャート、図１３は電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。この実施の形態で、実施の形態１と異なるところは、電圧指令補正部（図１参照）で行う処理である。以下、電圧指令補正部で行う処理について説明する。図１２のフローチャートに示すように、電圧指令補正部は、各瞬間において三相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうちの最大値Ｅｍａｘ及び２番目に大きい電圧値Ｅｓｅｃを抽出する（ステップＳ５１）。次に、最も大きい電圧値Ｅｍａｘが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しくなるように加えるべき値であるオフセットＥｏｆｆｓｅｔを演算する、すなわちＥｏｆｆｓｅｔ＝Ｅｃ−Ｅｍａｘを求める（ステップＳ５２）。
【００３４】
そして、２番目に大きい電圧値ＥｓｅｃにオフセットＥｏｆｆｓｅｔを加えた値（Ｅｓｅｃ＋Ｅｏｆｆｓｅｔ）が制限電圧Ｅｌｉｍを越えるか否か判断し（ステップＳ５３）、制限電圧Ｅｌｉｍを越える場合すなわち２相がシャント電流による検出が不可能となるおそれのある場合は、２番目に大きい電圧指令Ｅｓｅｃが制限電圧Ｅｌｉｍと等しくなるようにオフセットＥｏｆｆｓｅｔ（＝Ｅｌｉｍ−Ｅｓｅｃ）を演算する（ステップＳ５４）。Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗにオフセットＥｏｆｆｓｅｔをそれぞれ加えて、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ、ｅｈｖ、ｅｈｗを得る（ステップＳ５５）。
【００３５】
この場合の電力変換装置の各部の動作波形を図１３に示す。図１３（ａ）に示すように補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、基本的には最大値Ｅｍａｘが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しくなるように等しくシフトされているが、２相が制限電圧Ｅｌｉｍを越えてシャントによる電流検出が不可能となるおそれのある場合は、２番目に大きい電圧指令をＥｓｅｃが制限電圧Ｅｌｉｍと等しくなるように三相電圧指令が等しくシフトされている。これにより、搬送波Ｃの毎周期において三相のＵ相〜Ｗ相のモータ電流を検出できる範囲で、実施の形態４の場合よりもゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間がずっと長く、ゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間がうんと短くなる。その結果、図１３（ｉ）〜（ｋ）のようにシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。
【００３６】
この実施の形態において、Ｕ相〜Ｗ相の交流圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗの振幅が大きくなった場合、各相の交流電圧指令波信号の線間電圧を保ったまま正の方向にシフトできる量が小さくなる。このとき、三相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗを等しく正の方向にシフトすることによりシャント抵抗損失を低減するよりも、交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトして、交流電圧指令波信号を搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくした相のスイッチング損失を無くしたほうが電力変換装置全体として損失を小さくできる場合がある。
【００３７】
実施の形態６．
図１４及び図１５は、実施の形態６を示すものであり、図１４は電圧指令補正部の動作を示すフローチャート、図１５は電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。この実施の形態で、実施の形態１と異なるところは、電圧指令補正部（図１参照）で行う処理である。なお、図示を省略しているが図１におけるＰＷＭ制御部７、モータ制御部９、この実施の形態における電圧指令補正部がこの発明におけるシフト方向選択制御装置である。以下、電圧指令補正部で行う処理について説明する。図１４において、ステップＳ５１〜Ｓ５５は、実施の形態５における電圧指令補正部の処理と同様の処理である。ステップＳ５５の後、実施の形態５の電力変換装置１１の損失ＰＥ１を演算する（ステップＳ６１）。次に、Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小値Ｅｍｉｎを検出し（ステップＳ６２）、このＥｍｉｎを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくシフトするためのオフセットＥｏｆｆｓｅｔを求め（ステップＳ６３）、交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗに加えた補正後電圧指令波信号ｅｈｕ２，ｅｈｖ２，ｅｈｗ２を出力する（ステップＳ６４）。
【００３８】
次に、交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトした場合の電力変換装置１１の損失ＰＥ２を演算する（ステップＳ６５）。実施の形態５の場合の電力変換装置１１の損失ＰＥ１とこの実施の形態における交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトした場合の電力変換装置１１の損失ＰＥ２を比較し（ステップＳ６６）、前者ＰＥ１の方が小さい場合は、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗとして実施の形態５の場合の補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗを採用する（ステップＳ６７）。ステップＳ６５において、後者ＰＥ２の方が小さい場合は、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗとして交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトした補正後電圧指令波信号ｅｈｕ２，ｅｈｖ２，ｅｈｗ２を採用する（ステップＳ６８）。
【００３９】
従って、基本的には実施の形態５と同様に、各瞬間における補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗの最大値Ｅｍａｘが搬送波Ｃの最大値Ｅｃと等しくなるように交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗが等しくシフトされ、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗのうちの２相がシャント電流検出に必要なシャント抵抗の導通期間Ｔｍｉｎによって決定される制限電圧Ｅｌｉｍを越えてシャント電流検出不可能となる場合は、２番目に大きい電圧値Ｅｓｅｃがシャント電流検出に必要なシャント抵抗の導通期間Ｔｍｉｎによって決定される制限電圧Ｅｌｉｍと等しくなるようにＵ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗが等しくシフトされる。しかし、Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものを搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトした方が電力変換装置１１の損失がより低減できる場合は、Ｕ相〜Ｗ相の交流電圧指令波信号ｅｕ，ｅｖ，ｅｗのうち最小のものが搬送波Ｃの最小値（−Ｅｃ）と等しくなるように等しくシフトされる。
【００４０】
この場合の電力変換装置の各部の動作波形を図１５に示す。図１５において、図１５（ａ）は搬送波Ｃ及び補正後電圧指令波信号ｅｈｕ〜ｅｈｗ他、図１５（ｂ）はゲート信号Ｇｕ、図１５（ｃ）はゲート信号Ｇｘ、図１５（ｄ）はゲート信号Ｇｖ、図１５（ｅ）はゲート信号Ｇｙ、図１５（ｆ）はゲート信号Ｇｗ、図１５（ｇ）はゲート信号Ｇｚ、図１５（ｈ）は電力変換装置からモータへ流れるＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ、及びＷ相モータ電流ｉｗ、図１５（ｉ）〜（ｋ）は、Ｕ相〜Ｗ相のシャント抵抗４〜６の電圧ｖＲｕ，ｖＲｖ，ｖＲｗの波形である。
【００４１】
図１５（ａ）に示すように、補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗは、各瞬間における補正後電圧指令波信号ｅｈｕ，ｅｈｖ，ｅｈｗのうち２番目に大きい電圧値Ｅｓｅｃが、制限電圧Ｅｌｉｍを越えないように（すなわち等しくなるように）、等しくシフトされている。これにより、図１５（ｂ），（ｄ），（ｆ）のゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ及びＧｗがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が長く、図１５（ｃ），（ｅ），（ｇ）のゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ及びＧｚがＨレベルとなる期間すなわちスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ及びＱｗがオンする時間が短くなる。その結果、図１５（ｉ）〜（ｋ）のようにシャント抵抗４，５及び６に電圧がかかる時間すなわちシャント抵抗４，５及び６の通流時間が短くなり、シャント抵抗の電力損失が低減される。
【００４２】
これにより、実施の形態５に比し、シャント抵抗４，５及び６とスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ及びＱｚの損失を含めた電力変換装置１１の損失をより低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１である電力変換装置の構成を示す構成図である。
【図２】ＰＷＭ制御部の構成図である。
【図３】電圧補正部の動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図５】従来の電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図６】Ｕ相のシャント抵抗の電圧波形をこの実施の形態の電力変換装置と従来の電力変換装置とを比較して示す比較波形図である。
【図７】この発明の実施の形態２である電圧指令補正部の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図９】この発明の実施の形態３である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図１０】この発明の実施の形態４であるシャント抵抗による電流検出の可否を説明する説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図１２】この発明の実施の形態５である電圧指令補正部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態５である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【図１４】この発明の実施の形態６である電圧指令補正部の動作を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態６である電力変換装置の各部の動作波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  直流電源、３  モータ、４〜６  シャント抵抗、７  ＰＷＭ制御部、
８  電流検出部、９  モータ制御部、１０  電圧指令補正部、
Ｑｕ〜Ｑｗ  上アームのスイッチング素子、Ｑｘ〜Ｑｚ  下アームのスイッチング素子、１１  電力変換装置、１０１  搬送波発生部、１０２  Ｕ相比較部、
１０３  Ｖ相比較部、１０４  Ｗ相比較部、１０５〜１０７  反転部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004942569.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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