(57)【要約】電圧指令の変調波信号と搬送波とを比較して得られるパルス幅変調信号により制御されるＰＷＭインバータ装置の変調波信号作成方法であって、電圧出力を拡大することのできるモータ制御装置とそのＰＷＭインバータの変調波信号作成方法を提供する。  変調波上限値演算部１０５と変調波制御部４を備え、搬送波の最大値以下でかつ搬送波の最小値より大きな範囲にある上限値を変調波に設ける変調波上限値１４を変調波上限値演算部１０５において作成し、この変調波上限値１４を用いて複数相の変調波指令１３を変調波制御部４において修正するようにした。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令の変調波信号と搬送波とを比較して得られるパルス幅変調信号により制御されるＰＷＭインバータ装置の変調波信号作成方法において、
前記搬送波の最大値以下でかつ前記搬送波の最小値より大きな変調波上限値を設け、前記複数相の変調波指令を前記搬送波の最小値と前記変調波上限値の間となるように修正することを特徴とするＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項２】
前記複数相の変調波指令から、前記搬送波の最大値と前記変調波上限値との差を減算した後、前記搬送波の最小値と前記変調波上限値の間となるように修正することを特徴とする請求項１記載のＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項３】
前記複数相の変調波指令の最大値と最小値との差が前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との差と一致するようにし、前記複数相の変調波指令の全てが最大値または最小値のどちらかとなる変調率まで変調率指令と実際の変調率とが一致するように前記複数相の変調波指令を補正することを特徴とする請求項２記載のＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項４】
ＰＷＭインバータ装置のスイッチング素子の駆動回路電源として、負側のスイッチング素子のパルスを使用してコンデンサに電荷をためることにより電源を得るチャージポンプ回路により構成されるＰＷＭインバータ装置の変調波指令作成方法において、
前記搬送波の周波数における前記負側のスイッチング素子のパルス幅が前記チャージポンプ回路の出力電圧を確保するために必要なパルス幅となるように前記変調波上限値を決めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項５】
前記変調波上限値は、出力周波数が０の時は変調波上限初期値とし、出力周波数が増加するにしたがって単調増加し、使用するスイッチング素子に必要な最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、更に、出力周波数が高くなったときに前記搬送波の最大値と一致するように変化させることを特徴とする請求項４記載のＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項６】
前記ＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出するＰＷＭインバータ装置において、
前記負側のスイッチング素子のパルス幅が電流を検出するのに十分な時間を確保できるように前記変調波上限値を決めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＰＷＭインバータの変調波指令作成方法。
【請求項７】
電流指令と電流検出値に基づいて電圧指令を作成する電圧指令作成部と、前記電圧指令に基づいて変調波指令を作成する変調波指令作成部と、前記変調波指令と搬送波とを比較して得られるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号により制御されるＰＷＭインバータ装置とを備えたモータ制御装置において、前記搬送波の最大値以下でかつ前記搬送波の最小値より大きな値となるように変調波上限値を演算する変調波上限値演算部と、
前記変調波指令を前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との間に修正する変調波制御部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
前記変調波制御部が、前記変調波指令から前記搬送波の最大値と前記変調波上限値との差を減算した後、前記変調波指令を前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との間に修正することを特徴とする請求項７記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記変調波制御部が、変調率の指令と実際の変調率が一致するように補正する過変調補正を変調波指令に加えることを特徴とする請求項７または８記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記ＰＷＭインバータ装置のスイッチング素子の駆動回路電源として、負側のスイッチング素子のパルスを使用してコンデンサに電荷をためることにより電源を得るチャージポンプ回路と、前記ＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出する電流検出部を備えたモータ制御装置において、
前記変調波上限値演算部が、使用するスイッチング素子に必要なパルス幅、または、前記チャージポンプ回路の出力電圧を確保するために必要なパルス幅、または、電流検出するために必要なパルス幅に基づいて、前記変調波上限値を演算することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記変調波上限値演算部が、出力周波数が０の時は変調波上限初期値とし、出力周波数が増加するにしたがって単調増加し、使用するスイッチング素子に必要な最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、更に、出力周波数が高くなったときに前記搬送波の最大値と一致するように変化させるように前記変調波上限値を演算することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＰＷＭインバータにおける負側のスイッチング素子のＯＮ時間を制限するＰＷＭインバータの変調波指令作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＰＷＭインバータは搬送波と変調波指令とを比較して得られるＰＷＭ指令によりスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより負荷に対して電力を供給するものである。
図８に一般的なＰＷＭインバータ装置の概要を示す。
図において、８０はＰＷＭインバータ装置、８１は直流電源、８２はスイッチング素子としてのＩＧＢＴトランジスタ、８３はフリーホィールダイオード、８４はスイッチング素子駆動回路を示している。ＩＧＢＴトランジスタと逆並列接続されたフリーホイールダイオードでスイッチＳ１を構成し、これを２個Ｓ１，Ｓ２直列接続してなる１組で１相分として、これを３組用いて３相を構成する。
ＰＷＭインバータ装置８０は直流電源を正側のスイッチＳ１および負側のスイッチＳ２から１つの相の出力を構成し、これを並列に必要な相分を接続した構成となっており、正側と負側の２つのスイッチング素子を駆動することによりパルス電圧を発生して負荷に電力を供給する。
図９は従来のＰＷＭ指令の作成の手順を示す図である。
図において、９１は搬送波（三角波）、９２は変調波指令（正弦波）を示している。図に示すようにＰＷＭ信号は搬送波９１と変調波指令９２と比較してパルス信号を作成し、更に前記パルス信号の反転信号を作成した後、スイッチング素子の正側と負側の２つに分けて作成される。
また、図８の同相の正側と負側のスイッチング素子が同時にＯＮした場合に直流電源が短絡するため、同時にＯＮ状態とならないようにデッドタイムを設けている。一般的に電圧指令通りの電圧を出力するように変調波指令を作成する。
変調波指令作成の際には出力周波数の３次高調波成分を重畳する方法や空間ベクトル変調と呼ばれる方法により変調波を作成することにより実行値が電源電圧値の１／√２（約０．７１）倍までの交流信号を歪みなく出力することができる。
図１０は空間ベクトル法により作成された３相交流の変調波の例を示す。各相の波形は連続的ではないが２つの相の差をとると正弦波となる。
また、更に変調率と実際に出力される変調率との関係を３相インバータの場合に６ステップまで線形となるような過変調補正と呼ばれる補正を加えることにより出力可能な電圧を全て利用するようにしているものもある。６ステップ出力の基本波成分の実行値は前記直流電源電圧値の約０．７８倍となる（例えば、非特許文献１参照）。
図１１は負側パルスを利用してスイッチング素子の駆動電源を作成するチャージポンプ回路を示している。図において、８０は図８に示したＰＷＭインバータ装置、８５はチャージポンプ回路である。チャージポンプ回路８５は第２の直流電源＋Ｖｓから、各相についてそれぞれ順方向に接続されたダイーオド８５１とコンデンサ８５２を介してスイッチング素子駆動回路８４に接続されている。
しかし、このようなチャージポンプ回路８５を利用するものでは、負側パルスがＯＦＦ状態となった場合にコンデンサの電圧が下がり、スイッチング素子を駆動するのに十分な電圧を確保できなくなる。充電量と消費電力の関係から、搬送波の周波数とその周波数における前記負側のスイッチング素子の最小ＯＮ時間がわかるので、前記パルス幅を確保するように変調率に制限を加えていた。
また、図１２は本発明の方法を適用する電流検出回路を示す図である。
図において、８０はＰＷＭインバータ装置、８６は負側のスイッチＳ２と直流電源８１の負側との間に挿入されたシャント抵抗である。
図に示すようにＰＷＭインバータ装置８０の出力相電流を負側スイッチＳ２と直流電源８１の負側との間のシャント抵抗８６で検出するような構成の場合、電流検出部分に出力電流が流れるのは負側のスイッチＳ２がＯＮの状態の時のみであり、電流を検出するタイミングで負側のスイッチＳ２を必ずＯＮにする必要がある。このため、変調率を制限することによりパルス幅を確保するようにしていた。
【非特許文献１】Ａｈｍｅｔ  Ｍ．Ｈａｖａ，Ｒｕｓｓｅｌ  Ｊ．Ｋｅｒｋｍａｎ，Ｔｈｏｍａｓ  Ａ．Ｌｉｐｏ，Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｂａｓｅｄ  ＰＷＭ−ＶＳＩ  Ｏｖｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ：Ａｎａｌｙｓｉｓ，Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＰＯＷＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．１３，ＮＯ．４，ＪＵＬＹ  １９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来の変調波作成方法では、スイッチング素子の駆動電源として図１１に示すような負側パルスを利用して電源を作成するチャージポンプ回路を利用する場合や、図１２に示すようにＰＷＭインバータ装置８０の出力相電流を前記負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出するような構成の場合に、変調率を制限していたため、出力される電圧が制限されるという問題点があった。
また、これをモータ制御に利用する場合、モータの回転数が上がると誘起電圧が上昇するため、電圧を制限することにより回転数の最大値が下がる、あるいは最大回転数時の発生トルクが制限されるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、前記負側のスイッチング素子の最小パルス幅を確保しながら、電圧出力を拡大するモータ制御装置とそのＰＷＭインバータの変調波指令作成方法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】
【０００４】  上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１記載の発明は、電圧指令の変調波信号と搬送波とを比較して得られるパルス幅変調信号により制御されるＰＷＭインバータ装置の変調波信号作成方法において、前記搬送波の最大値以下でかつ前記搬送波の最小値より大きな変調波上限値を設け、前記複数相の変調波指令を前記搬送波の最小値と前記変調波上限値の間となるように修正するという方法をとったのである。
請求項２記載の発明は、前記複数相の変調波指令から、前記搬送波の最大値と前記変調波上限値との差を減算した後、前記搬送波の最小値と前記変調波上限値の間になるように修正する方法を請求項１に加えたものである。
更に、請求項３記載の発明は、前記複数相の変調波指令の最大値と最小値との差が前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との差と一致するようにし、前記複数相の変調波指令の全てが最大値または最小値のどちらかとなる変調率まで変調率指令と実際の変調率とが一致するように前記複数相の変調波指令を補正する方法を請求項２に加えたものである。
請求項４記載の発明は、ＰＷＭインバータ装置のスイッチング素子の駆動回路電源として、負側のスイッチング素子のパルスを使用してコンデンサに電荷をためることにより電源を得るチャージポンプ回路により構成されるＰＷＭインバータ装置において、前記搬送波の周波数における前記負側のスイッチング素子のパルス幅が前記チャージポンプ回路の出力電圧を確保するために必要なパルス幅となるように前記変調波上限値を決めるものである。
請求項５記載の発明は、前記変調波上限値は、出力周波数が０の時は変調波上限初期値とし、出力周波数が増加するにしたがって単調増加し、使用するスイッチング素子に必要な最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、更に、出力周波数が高くなったときに前記搬送波の最大値と一致するように変化させる方法を請求項４に加えたものである。
請求項６記載の発明は、前記ＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出するＰＷＭインバータ装置において、前記負側のスイッチング素子のパルス幅が電流を検出するのに十分な時間を確保できるように前記変調波上限値を決めるものである。
請求項７記載の発明は、電流指令と電流検出値に基づいて電圧指令を作成する電圧指令作成部と、前記電圧指令に基づいて変調波指令を作成する変調波指令作成部と、前記変調波指令と搬送波とを比較して得られるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号により制御されるＰＷＭインバータ装置とを備えたモータ制御装置において、前記搬送波の最大値以下でかつ前記搬送波の最小値より大きな値となるように変調波上限値を演算する変調波上限値演算部と前記変調波指令を前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との間に修正する変調波制御部とを備えたものである。
請求項８記載の発明は、前記変調波制御部が、前記変調波指令から前記搬送波の最大値と前記変調波上限値との差を減算した後、前記変調波指令を前記変調波上限値と前記搬送波の最小値との間に修正することを請求項７に加えたものである。
更に、請求項９記載の発明は、前記変調波制御部が、変調率の指令と実際の変調率が一致するように補正する過変調補正を変調波指令に加えることを請求項８に加えたものである。
請求項１０記載の発明は、前記ＰＷＭインバータ装置のスイッチング素子の駆動回路電源として、負側のスイッチング素子のパルスを使用してコンデンサに電荷をためることにより電源を得るチャージポンプ回路と、前記ＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出する電流検出部を備えたモータ制御装置において、前記変調波上限値演算部が、使用するスイッチング素子に必要なパルス幅、または、前記チャージポンプ回路の出力電圧を確保するために必要なパルス幅、または、電流検出するために必要なパルス幅に基づいて、前記変調波上限値を演算することを請求項７〜９に加えたものである。
更に、請求項１１記載の発明は、前記変調波上限値演算部が、出力周波数が０の時は変調波上限初期値とし、出力周波数が増加するにしたがって単調増加し、使用するスイッチング素子に必要な最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、更に、出力周波数が高くなったときに前記搬送波の最大値と一致するように変化させるように前記変調波上限値を演算することを請求項１０に加えたものである。
【発明の効果】
【０００５】  請求項１または請求項７記載の発明によると、前記負側のパルス幅を確保しつつ、変調率を制限する場合よりも大きな電圧を出力することができる。
請求項２または請求項８に記載の発明によると、交流電圧出力時の電圧歪みを少なくすることができる。
請求項３または請求項９記載の発明によると、過変調補正を加えることにより、電圧を最大限に利用することが可能となる。
請求項４または請求項１０載の発明によると、ＰＷＭインバータ装置のスイッチング素子の駆動回路電源として、負側のスイッチング素子のパルスを使用してコンデンサに電荷をためることにより電源を得るチャージポンプ回路により構成されるＰＷＭインバータ装置において、前記負側のスイッチング素子のパルス幅を確実に保持できる。
請求項５または請求項１１記載の発明によると、高い周波数でパルス幅による制限を受けないようにでき、モータ制御のように周波数が上昇するのに従って電圧が上昇する用途では、回転数や発生トルクの制限を受けないようにできる。
請求項６または請求項１０記載の発明によると、前記ＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出するＰＷＭインバータ装置において、変調率を制限するよりも高い電圧出力で確実に電流の検出ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例を示す制御ブロック図である。
【図２】本発明の請求項１の方法によるＰＷＭ指令の作成の手順を示す図である。
【図３】本発明の請求項２の方法による変調波指令作成ブロック図である。
【図４】従来の変調率と実際の変調率との関係を示す図である。
【図５】本発明の方法による変調率と実際の変調率との関係を示す図である。
【図６】チャージポンプ回路の蓄電量の変化を示す図である。
【図７】スイッチング可能な最小パルス幅を考慮して変化させた変調波上限値の線図を示す図である。
【図８】本発明の方法を適用するＰＷＭインバータ装置の構成例を示す図である。
【図９】従来のＰＷＭ指令の作成の手順を示す図である。
【図１０】従来の空間ベクトル法による変調波指令の例を示す図である。
【図１１】本発明の方法を適用するチャージポンプ回路を示す図である。
【図１２】本発明の方法を適用する電流検出回路を示す図である。
【図１３】本発明のモータ制御装置の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０００７】    １  ＰＷＭインバータ装置
２  電圧指令作成部
３  変調波指令作成部
４  変調波制御部
５  ＰＷＭ信号発生部
６  スイッチング素子駆動回路
１０  電流指令
１１  電流検出
１２  電圧指令
１３  変調波指令
１４  変調波上限値
１５  制限された変調波指令
１６  ＰＷＭ信号
１７  位置フィードバック信号
８０  ＰＷＭインバータ装置
８１  直流電源
８２  スイッチング素子
８３  フリーホイールダイオード
８４  スイッチング素子駆動回路
８５  チャージポンプ回路
８６  シャント抵抗
１００  モータ制御装置
１０１  上位制御部
１０２  下位制御部
１０３  電流検出部
１０４  コンバータ部
１０５  変調波上限値演算部
２００  商用電源
３００  モータ
４００  エンコーダ
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、本発明のモータ制御装置とそのＰＷＭインバータの変調波指令作成方法の具体的実施例について、図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】  図１は、本発明の実施例を示す制御ブロック図である。
図１の各ブロック要素の機能について説明する。電圧指令作成部２は電流検出値１０や電流指令１１から電圧指令１２を作成する。変調波指令作成部３は電圧指令１２が大きい場合は制限し、電圧指令どおりの電圧が出力されるように変調波指令１３を作成する。変調波制限部４は変調波指令１３を変調波上限値１４と搬送波の最小値との間になるように変調波指令を制限する。
前記制限された変調波指令１５は、ＰＷＭ信号発生部５により搬送波と比較されデッドタイム処理を施してＰＷＭ信号１６を出力し、ＰＷＭインバータ装置１のスイッチング素子駆動回路６によりスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御して負荷へ電力を供給する。
また、図１には記載していないが、一般的に電圧指令または変調率指令に対し、前記デッドタイムにより変化する電圧分の補償を電流指令または電流検出あるいは電流推定値などを用いて行うようにすることにより、電圧指令と実電圧が一致するようにしている。【００１０】  そこで、請求項１記載の発明について説明する。
図１のように変調波制限部を設けたことより、図２のようにしてＰＷＭ指令を作成することになる。つまり、変調波指令に対し、搬送波の最大値よりも小さな変調波上限値を設け、変調波指令を前記搬送波の最小値と前記変調波上限値との間となるように修正することにより、図２の丸で囲って示すように負側のＰＷＭ指令は前記変調波上限値に従って必ずある幅を確保することができる。【００１１】  次ぎに、請求項２記載の発明について説明する。
変調波の上限のみ制限を加えた場合、ＰＷＭ指令に歪みが生じる。これを解消するため、変調波指令作成後、図３のようにして各相の変調波指令から前記搬送波の最大値Ｐｍａｘと前記変調波上限値Ｍｍａｘとの差分を減算することにより、指令の振幅の中心が前記搬送波の最小値と前記変調波上限値との中心とすることができ、ＰＷＭ指令の歪みを解消することができる。【００１２】  さらに、請求項３記載の発明について説明する。
変調波指令に正弦波信号を使う場合、正弦波信号の最大値が搬送波の最大値と一致するまで変調率の指令と実際の変調率は一致する。この最大となったときの変調率を１．０とすると、出力周波数の３次高調波成分を重畳することにより変調率１．１５まで指令と実際値を一致させることができることが一般的に知られている。実際の変調率が最大となるのは、６ステップと呼ばれている各相の変調波指令が最大値または最小値のどちらかになる場合であり、このときの変調率は約１．２７となる。
ただし、変調率が１．１５を超えると変調率指令と実際の変調率の関係は図４のように、変調波の作成の方法により異なるが、一致しなくなる。図４には一致しなくなる変調率１．０以上のみを示している。図４の２相変調の場合は変調率指令が約２．３の時に変調率が最大（６ステップ）となる。この関係から２相変調の場合、変調率１．１５を超えたときに図４に示す曲線を表す関数の逆関数をかけることにより、変調率１．２７まで指令と実際を一致させることができる。【００１３】これは一般的に過変調補正と呼ばれる方式である。
過変調補正の方法としては、逆関数から求める方法の他に、変調波指令と同じ極性の矩形波を加算させる方法もある。本発明は、変調波が変調波上限値と搬送波最小値の間で前記過変調補正と同様な補正を加えることにより、変調率を制限するよりも多くの電圧を出力することが可能となるものである。
本発明を適用する用途ではパルス幅を確保するために請求項１または請求項２に記載したように、変調波が制限される。
変調波上限値Ｍｍａｘと搬送波最小値Ｐｍｉｎとの差と、搬送波の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎとの差の比をＫｍとすると、Ｋｍは式（１）のようになり、
比Ｋｍの分だけ出力可能な変調率が下がることになる。
【数１】
2005088822.tif 000002
変調率を制限する従来の方法では、変調波の上限と下限の両方を制限されることになるため、制限される比は式（２）となり、
【数２】
2005088822.tif 000003
３次高調波を重畳する方式または空間ベクトル方式の場合、変調率１．１５×Ｋｍ´までしか出力できないのに対し、本発明では変調率１．２７×Ｋｍまでの出力が可能となる。
図５に本発明と従来および過変調補正なしの場合の変調率指令と実際の変調率との関係を示す。【００１４】  次ぎに、請求項４記載の発明について説明する。
図６には、図１１に示すようなチャージポンプ回路によりスイッチング素子の駆動電源を作成する場合の駆動電源電圧と負側パルス幅の関係が示されている。
チャージポンプによる蓄電量は負側パルスが入ったときに蓄電され、負側パルスがない場合に減少する。従ってスイッチング素子駆動に十分な電圧を確保するためには消費電力とパルスによる蓄電量との関係から、搬送波の周波数における負側パルス幅を求めることができる。求めたパルス幅からデッドタイム分を考慮して変調波上限値を求め、請求項１または請求項２または請求項３を適用することにより、チャージポンプ電圧を確実に確保しかつ従来方法よりも大きな電圧を出力することが可能となる。尚、搬送波周波数が高いほど変調波上限値を高くすることができる。【００１５】  次ぎに、請求項５記載の発明について説明する。
変調波の上限値を設けない場合、負側パルスがＯＦＦの区間が最も長くなるのは、変調率が最大となる６ステップ動作時である。チャージポンプ回路の電源が最大の時から電力消費によって減少してスイッチング素子を駆動するために必要な最小の電圧となるまでの時間Ｔから、６ステップ動作時の最小の出力周波数指令を求めると、式（３）となる。
【数３】
2005088822.tif 000004
これを用いて前記変調波上限値を出力周波数に従って徐々に増加させ、出力周波数がＦｏｕｔ以上の場合には前記変調波上限値を搬送波の最大値に一致させることにより、高い周波数では電圧出力を制限しないようにできる。ただし、スイッチング素子の特性からスイッチング可能な最小パルス幅というものがあるため、これを考慮して変調波上限値は図７のように変化させるようにする。
すなわち、図７において、周波数が０の時は変調波上限初期値から出発し、周波数が増加するにしたがって直線的に増加し、最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、周波数がＦｏｕｔ以上となると上限値＝搬送波最大値となるようにしている。【００１６】  次ぎに、請求項６記載の発明について説明する。
図１２のようにＰＷＭインバータ装置の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出する構成の場合、前記負側のスイッチング素子のパルス幅は、電流を検出するのに必要な時間Ｔｉ以上を確保する必要がある。搬送波が図８に示したような三角波の場合、変調波上限値は搬送波の最大値からＴｉ／２分だけ下げた値となる。尚、これはパルス幅のみが確定するため、搬送波周波数が高いほど変調率は制限されることになる。
【実施例２】
【００１７】  図１３は、本発明のモータ制御装置の一実施例を示すブロック図である。図において、１００はモータ制御装置、２００は商用電源、３００はモータ、４００はエンコーダである。また、１０１は上位制御部、１０２は下位制御部、１０３は電流検出部、１０４はコンバータ部、１０５は変調波上限値演算部である。なお、前述した従来例や請求項１から６の発明の説明での中で使用した同符号のものは同様の動作をするため説明を省略する。
モータ制御装置１００は、コンバータ部１０４とＰＷＭインバータ装置８０と上位制御部１０１と下位制御部１０２と電流検出部１０４で構成される。一般的に、モータ制御装置１００は、２つの構成要素に大別され、コンバータ部１０４とＰＷＭインバータ装置８０の構成を主回路部、上位制御部１０１と下位制御部１０２と電流検出部１０４の構成を制御部と称される。なお、主回路部には図示しない制御電源部も含まれる。
下位制御部１０２は、電圧指令作成部２と変調波指令作成部３と変調波制御部４とＰＷＭ信号発生部５と変調波上限値演算部１０６で構成される。なお、下位制御部１０２には図示しない搬送波発生部も含まれる。【００１８】  次ぎに、本発明のモータ制御装置の動作について説明する。
制御部は外部からの運転指令を受けて、運転指令に応じたＰＷＭ信号１６を生成する。この時、上位制御部１０１は、エンコーダ４００での位置検出信号である位置フィードバック信号１７と外部からの運転指令により位置制御や速度制御やトルク制御を行い、下位制御部１０２に電流指令１０を出力する。主回路部内のシャント抵抗８６の両端の検出電圧を検出することで、シャント抵抗８６に流れる電流を検出する電流検出部１０３は、電流フィードバック信号１１として両端検出電圧をＡ／Ｄ変換し、下位制御部１０２に出力する。また、下位制御部１０２は、上位制御部１０１からの電流指令１０と電流検出部１０３からの電流フィードバック信号１１に基づいて、前述した発明の方法により主回路部にＰＷＭ信号１６を出力する。コンバータ部１０４は、商用電源２００の交流電力を直流電力に変換し、ＰＷＭインバータ装置８０は、制御部からのＰＷＭ信号１６に応じた直流電力から交流電力への変換をし、モータ３００へ電力を供給する。モータ制御装置１００は、このような一連の流れにより、外部からの運転指令に応じたモータ制御をする。【００１９】  次ぎに、請求項７記載の発明について説明する。
本発明が従来と異なる部分は、下位制御部１０２内に変調波制御部４と変調波上限値演算部１０５を備える点である。従来の下位制御部は、電圧指令作成部２と変調波指令作成部３とＰＷＭ信号発生部５と搬送波発生部１０５で構成されており、変調波指令１３と搬送波との比較、および、予め設定された変調率制限によりＰＷＭ信号１６を生成していたため、電圧飽和による回転数最大値の低下や最大回転数時のトルク制限が発生する問題があった。従来と異なる部分である下位制御部１０２内に変調波制御部４と変調波上限値演算部１０５を備えることで、負側のスイッチング素子の最小パルス幅を確保しながら、電圧出力を拡大することができるのである。【００２０】  次ぎに、請求項１０および請求項１１記載の発明について説明する。
変調波上限値演算部１０５は、以下のような事項を条件として、搬送波の最大値以下でかつ搬送波の最小値以上となるように変調波上限値１４を演算し、変調波制御部４へ出力する。
（１）チャージポンプ回路８５の駆動電源を使用する場合、消費電力とパルスによる蓄電量との関係から、搬送波の周波数における負側パルス幅を求め、スイッチング素子駆動に十分なデッドタイム分を考慮する。負側パルス幅を求める場合、基本的に３相変調では負側のスイッチング素子がオンする時間が出力周波数で周期的に変動するため、その周期変動で正側電圧が最小電圧以下に落ち込まないようにすることが条件となる。
（２）ＰＷＭインバータ装置８０の複数相の出力相電流を各相の負側のスイッチング素子と前記直流電源の負側との間で検出する構成の場合、必要な時間Ｔｉ以上を確保することを考慮する。
（３）変調波上限値１４を固定しない場合は、出力周波数が０の時は変調波上限初期値から出発し、出力周波数が増加するにしたがって単調増加し、スイッチング素子の特性である最小パルス幅上限を超える場合は最小パルス幅上限で制限し、出力周波数がＦｏｕｔ以上となると変調波上限値＝搬送波最大値となるように考慮する。
次ぎに、請求項８および請求項９記載の発明について説明する。
また、変調波制御部４は、以下のような事項を条件として、変調波指令作成部３からの変調波指令１３を修正し、ＰＷＭ信号発生部５へ出力する。
（１）変調波上限値１４と搬送波の最小値との間になるように修正する。
（２）各相の変調波指令１３から搬送波の最大値と変調波上限値１４との差分を減算することにより、変調波指令１３の振幅の中心が、搬送波の最小値と変調波上限値１４との中心となるように修正する。
（３）変調波指令１３が、変調波上限値１４と搬送波の最小値との間で過変調補正と同様な補正を加え修正する。【００２１】なお、実施例２におけるモータ制御装置は、商用電源２００からの交流電源入力の場合を記述したが、直流電源入力の場合においても同様な動作をし、変調波上限値演算部１０５と変調波制御部４での演算や修正も同様に行われる。【００２２】  以上のように、本発明は、負側スイッチング素子のパルス幅を確保しながら大きな電圧を出力することが可能となるので、駆動電源としてチャージポンプ回路を利用するもの、または出力電流の検出を負側スイッチング素子と直流電源の負側で検出するようなＰＷＭインバータ装置の出力電圧を改善することができ、特性の劣化を最小限にしながらインバータ装置の低コスト化を可能とする。
【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】
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【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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【国際調査報告】
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