JP6008273B2

JP6008273B2 - インバータ装置

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Inventors: 悟井谷
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Description

本発明は、電動コンプレッサ等を駆動するためのブラシレスモータの制御を行うインバータ装置に関する。

従来より、空気調和装置等に用いられる電動コンプレッサを駆動するためのモータは、エネルギー効率が良いことからインバータが生成した信号を駆動電源とする三相ブラシレスモータが多用されている。このとき、インバータが、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行って印加電圧制御と周波数制御とを行うことにより、三相ブラシレスモータ（以下、単にモータと言う）を容易に回転駆動させることができる。さらに、モータの巻線に発生する誘起電圧を検出することにより、位置センサなしでモータの回転制御を行うことができる。インバータがモータの印加電圧制御と周波数制御を行う場合は、パワー素子を制御するＰＷＭ信号のデューティ比（１サイクル期間に対するＯＮ期間の比率）を制御することによって実現している。また、インバータのモータ制御は、マイコンがインバータの出力電圧や出力電流を検出して印加電圧制御にフィードバックすることによって実現される。

なお、関連技術として、マイコンによってインバータの出力電圧をＰＷＭ制御することによりモータを回転駆動させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、位置センサレス制御を行うインバータが、モータの誘起電圧を検出してロータの位置を推定するとき、モータの仮想中性点の電位を検出することにより、該ロータの位置を高精度に推定することができる。これにより、ロータの位置を検出するための位置センサを用いなくても、高精度にロータの位置を推定して、モータの高効率駆動及び回転速度の安定化を実現することが可能となる。

特開平１１−１４６６８５号公報

マイコンがインバータの出力電圧をＰＷＭ制御してモータを回転駆動させる場合は、該モータによって駆動される電動コンプレッサの負荷状態によって、ＰＷＭ信号のデューティ比を０〜１００％の範囲で制御する。このとき、ＰＷＭ信号のキャリア周波数の１周期は、例えば、１００μｓ程度である。しかし、一般的に、空気調和装置等の家電品に使用されるマイコンは０〜１００％の全範囲で高い分解能（周波数特性に依存される性能）を備えていないので、０％の近傍、あるいは１００％の近傍での数μｓのデューティ幅を制御することはできない。

言い換えると、家電品等に使用される汎用のマイコンを使用した場合は、ＰＷＭ波形のデューティ比が０％の近傍、あるいは１００％の近傍においては、所望のデューティ比でＰＷＭ制御することができない。例えば、デューティ比を３％にしたいときはデューティ比が０％になってしまい、デューティ比を９７％にしたいときはデューティ比が１００％になってしまうことがある。

また、インバータは、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相において、相電圧が０Ｖの場合、例えば、デューティ比を０％にして、それぞれの相電圧が最大値の場合では、デューテ
ィ比を１００％にして、相電圧が０Ｖから最大値の間では相電圧に応じたデューティ比にして、ＰＷＭ制御を行っている。ところが上述の汎用マイコンを使用した場合には、９７％のデューティ比にしたいときに、１００％のデューティ比になってしまうことがある。また、３％のデューティ比にしたいときに、０％のデューティ比になってしまうことがある。その結果、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相において相電圧が歪むため、モータの線間電圧も歪んでしまう。

モータの線間電圧が歪むとモータのトルクが所望の値より小さくあるいは大きくなって電動コンプレッサの駆動制御を行うことができなくなったり、モータのトルクリップルが大きくなって該モータに音や振動が発生したりする。その結果、電動コンプレッサの制御能力が低下して空気調和装置等を高効率で継続運転することができなくなる。

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、汎用のマイコンによってＰＷＭ制御するインバータにおいても、モータの線間電圧を歪ませないようにしてモータに電圧を印加することができるインバータ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るインバータ装置は、多相モータを駆動する信号を生成するインバータ装置であって、ＰＷＭ信号に基づき直流電力を交流電力に変換して出力するパワー素子と、前記多相モータの各相についてデューティ比を制御し、前記デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を前記パワー素子へ出力する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記多相モータの任意の相の目標デューティ比が、前記任意の相で制御できない、０％より大きく所定の第１の比よりも小さいデューティ比、または、前記任意の相で制御できない、所定の第２の比より大きく１００％よりも小さいデューティ比である無制御デューティ比となったとき、前記任意の相で制御可能な、０％または１００％を含むデューティ比である制御可能デューティ比と前記任意の相の目標デューティ比との差分である差分デューティ比を算出し、前記任意の相については、前記任意の相の目標デューティ比が前記第２の比を超えていれば１００％の前記制御可能デューティ比に、前記任意の相の目標デューティ比が前記第１の比を下回っていれば０％の前記制御可能デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を、前記任意の相を除く他相についてはそれぞれの目標デューティ比に対して前記差分デューティ比を加算または減算した補正後デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を、それぞれ前記パワー素子へ出力し、前記制御手段は、前記多相モータに流れるモータ電流の値に基づいて各相の目標デューティ比を計算するデューティ比計算部と、前記デューティ比計算部が計算した任意の相の目標デューティ比が前記無制御デューティ比となったときに前記補正後デューティ比を求めるデューティ比補正部と、前記制御可能デューティ比、および、前記デューティ比補正部が求めた補正後デューティ比のＰＷＭ信号を前記パワー素子へ印加するＰＷＭ出力部と、を備え、前記デューティ比補正部は、前記任意の相の制御可能デューティ比を０％または１００％として、前記任意の相の目標デューティ比との差分である差分デューティ比を加算または減算して前記補正後デューティ比を求める、構成を採る。

本発明によれば、汎用のマイコンによってパワー素子をＰＷＭ制御したときに、制御できないデューティ比となっても、モータの線間電圧の波形が歪まないように補正することができる。これによって、モータ電流のリップル成分がなくなるので、モータを高効率かつ安定的に回転駆動させることができる。その結果、モータ及びその負荷である電動コンプレッサから発生する音や振動を抑制することができる。また、廉価なマイコンを使用することができるため、インバータ装置及びこれを用いた空気調和装置等のコストダウンを図ることができる。さらには、廉価かつ汎用性のあるマイコンを使用することができるので、インバータ装置に使用するマイコンの選択範囲を拡大させることができる。

本発明の一実施の形態に係るインバータ装置及び周辺の構成を示すブロック図図１に示す制御部の内部構成を示すブロック図本実施の形態に係るインバータ装置の動作の流れを示すフローチャート三相モータへ線間電圧が印加されるときのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の理想的な相電圧波形図４に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形汎用のマイコンによるパワー素子のＰＷＭ制御でデューティ比補正を行わない場合のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧波形図６に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形汎用のマイコンによるパワー素子のＰＷＭ制御でデューティ比補正を行った場合のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧波形図８に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形

《概要》
本発明は、通常の分解能（周波数特性に依存される性能）を有する汎用のマイコンが、モータを駆動するインバータのパワー素子へ印加するＰＷＭ信号のデューティ比を制御するとき、ある相（例えば、Ｕ相）のデューティ比（目標デューティ比）が、制御できないデューティ比（以下、「無制御デューティ比」という）となったときは、制御可能なデューティ比を設定する。そして、当該相（Ｕ相）の目標デューティ比と制御可能なデューティ比の差分（差分デューティ比）を算出し、目標デューティ比に差分デューティ比を加算または減算することにより補正後デューティ比（＝制御可能なデューティ比）を算出する。そして、他の相（例えば、Ｖ相、Ｗ相）の目標デューティ比に差分デューティ比を加算または減算する。これにより、各相間の電位差である各線間電圧はそれぞれ所望の波形（正弦波）の電圧を印加することができる。また、モータへの印加電圧の波形歪みがなくなるので、モータのトルクリップルを低く抑えて高効率かつ安定的に該モータを回転駆動させることができる。

例えば、インバータ出力のＵ相が所望の０％超５％未満または９５％超１００％未満のデューティ比で制御できないために、０％超５％未満または９５％超１００％未満の無制御デューティ比となったときは、Ｕ相の目標デューティ比と制御可能なデューティ比（０％、１００％）との差分である差分デューティ比をＶ相とＷ相の目標デューティ比に加算または減算する。これにより、Ｕ相の目標デューティ比と制御可能なデューティ比の差分は、Ｖ相とＷ相の各目標デューティ比に加算（または減算）されるので、Ｕ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、及びＷ相−Ｕ相間の各線間電圧はそれぞれ所望の波形（正弦波）の電圧となるため、モータに所望の電圧を印加することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一要素は原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下の説明では、インバータ装置においてパワー素子をＰＷＭ制御する場合について述べる。

（実施の形態）
〈インバータ装置の構成〉
図１は、本発明の実施の形態に係るインバータ装置及び周辺の構成を示すブロック図で
ある。図１に示すように、インバータ装置１は、パワー素子３と、制御部５と、から主に構成されている。パワー素子３は、制御部５から印加されるＰＷＭ信号に従って、電源２から供給される直流電力の通電または遮断を行う。これにより、パワー素子３は、直流電力を交流電力に変換してモータ６に供給する。電流検出部４は、パワー素子３からモータ６へ流れるモータ電流を検出する。制御部５は、電流検出部４が検出した電流値と目標の回転速度に応じた目標デューティ比または補正された補正後デューティ比のＰＷＭ信号をパワー素子３へ印加して、該パワー素子３を制御する。なお、電源２は、商用電源などの交流電源と整流回路と平滑回路とによって実現してもよいし、蓄電池のみによって実現してもよい。

図２は、図１に示す制御部５の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部５の内部は、電流検出部４の検出したモータ電流の値に応じて、所望の回転数でモータが回転するように各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の目標デューティ比を計算するデューティ比計算部５ａと、デューティ比計算部５ａが計算したある相（例えば、Ｕ相）の目標デューティ比が無制御デューティ比（例えば、５％未満または９５％超のデューティ比）となったとき、自相と他相（例えば、Ｖ相、Ｗ相）の目標デューティ比を補正するため補正後デューティ比を決定するデューティ比補正部５ｂと、デューティ比補正部５ｂで補正された補正後デューティ比のＰＷＭ信号によって各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のパワー素子を制御するＰＷＭ出力部５ｃと、によって構成されている。

〈インバータ装置の動作〉
次に、図１及び図２を参照して本実施の形態のインバータ装置の動作を説明する。パワー素子３からモータ６へ印加する電圧の周波数が、例えば、１００Ｈｚであるとき、制御部５は、例えば、１サイクルが１００μｓ（１０ｋＨｚ）のキャリア周波数でＰＷＭ制御を行っている。したがって、１サイクルが１０ｍｓの電圧波形は１００パルスのＰＷＭ信号によって制御されている。このとき、インバータ装置１の各相の電圧波形が０ＶではＰＷＭ信号の目標デューティ比は０％の値となっている。また、インバータ装置１の各相の電圧波形が電源電圧ピーク値ではＰＷＭ信号の目標デューティ比は１００％の値となっている。さらに、電圧が０％と１００％との間では、正弦波状の電圧の変化にしたがって目標デューティ比が制御されている。なお、インバータ装置１の印加電圧の周波数は１００Ｈｚに固定されているものではなく、任意の周波数に可変制御できるようになっている。

このような前提条件において、制御部５のデューティ比計算部５ａは、電流検出部４が検出したモータ６のモータ電流の大きさから現在の回転数を計算し、目標回転数との差分から目標デューティ比を計算する。例えば、目標回転数に対して現在の回転数が大きいときは、デューティ比計算部５ａが計算するＰＷＭ信号の目標デューティ比は減少する。

また、目標回転数に対して現在の回転数が小さいときは、デューティ比計算部５ａが計算するＰＷＭ信号の目標デューティ比は増加する。

デューティ比補正部５ｂは、制御部５のデューティ比計算部５ａが計算した目標デューティ比に応じてデューティ比の補正を行う。すなわち、デューティ比補正部５ｂは、デューティ比計算部５ａの計算したＵ相の目標デューティ比が、無制御デューティ比（例えば、０％超５％未満または９５％超１００％未満のデューティ比）となったときは、Ｖ相とＷ相の目標デューティ比の補正を行う。例えば、Ｕ相の目標デューティ比が無制御デューティ比（０％超５％未満または９５％超１００％未満）となったときは、Ｕ相の目標デューティ比と制御可能なデューティ比（０％または１００％または５％以上９５％以下）との差である差分デューティ比を算出し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の目標デューティ比に対して、それぞれ、差分デューティ比を加算または減算した補正後デューティ比を設定する。なお、デューティ比補正部５ｂは、デューティ比計算部５ａの計算したＵ相の目標デ
ューティ比が、制御可能なデューティ比であれば、何ら補正を行わない。

次に、ＰＷＭ出力部５ｃは、デューティ比補正部５ｂが求めた補正後デューティ比のＰＷＭ信号によってパワー素子３の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）をＰＷＭ制御する。例えば、Ｕ相の目標デューティ比が９７％であるときに１００％のデューティ比を設定した場合は、ＰＷＭ出力部５ｃは、Ｖ相とＷ相がそれぞれ本来制御すべき目標デューティ比に対して差分デューティ比の３％（１００％−９７％）を加算した補正後デューティ比のＰＷＭ信号をＶ相とＷ相に出力する。

次に、フローチャートを参照して本実施の形態のインバータ装置の動作を説明する。図３は、本実施の形態に係るインバータ装置の動作の流れを示すフローチャートである。図３において、先ず、制御部５は、パワー素子３をＰＷＭ制御するとき、各相の目標デューティ比として、Ｕ相をＵ相デューティ比に、Ｖ相をＶ相デューティ比に、Ｗ相をＷ相デューティ比に、それぞれ設定する（ステップＳ１）。次に、制御部５は、設定したＵ相デューティ比が９５％を超えているか否かを判断する（ステップＳ２）。

ここで、Ｕ相デューティ比が９５％を超えていれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ３において、Ｕ相デューティ比は目標デューティ比に制御できないために制御可能な１００％のデューティ比を設定し、制御部５は、本来のＶ相デューティ比に対して１００％とＵ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＶ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＷ相デューティ比に対して１００％とＵ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＷ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ３で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ２でＵ相デューティ比が９５％を超えていなければ（ステップＳ２でＮＯ）、制御部５は、設定したＶ相デューティ比が９５％を超えているか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、Ｖ相デューティ比が９５％を超えていれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ６に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ６において、Ｖ相のデューティ比は目標デューティ比に制御できないために１００％の制御可能なデューティ比とし、制御部５は、本来のＷ相デューティ比に対して１００％とＶ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＷ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＵ相デューティ比に対して１００％とＶ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＵ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ６で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ５でＶ相デューティ比が９５％を超えていなければ（ステップＳ５でＮＯ）、制御部５は、設定したＷ相デューティ比が９５％を超えているか否かを判断する（ステップＳ７）。ここで、Ｗ相デューティ比が９５％を超えていれば（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ８に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ８において、Ｗ
相のデューティ比は目標デューティ比に制御できないために１００％の制御可能なデューティ比を設定し、制御部５は、本来のＵ相デューティ比に対して１００％とＷ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＵ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＶ相デューティ比に対して１００％とＷ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＶ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ８で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ７でＷ相デューティ比が９５％を超えていなければ（ステップＳ７でＮＯ）、制御部５は、設定したＵ相デューティ比が５％を下回っているか否かを判断する（ステップＳ９）。ここで、Ｕ相デューティ比が５％を下回っていれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、ステップＳ１０に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ１０において、Ｕ相のデューティ比は目標デューティ比に制御できないために０％の制御可能なデューティ比を設定し、制御部５は、本来のＶ相デューティ比に対して０％とＵ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＶ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＷ相デューティ比に対して０％とＵ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＷ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ１０で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ９でＵ相デューティ比が５％を超えていなければ（ステップＳ９でＮＯ）、制御部５は、設定したＶ相デューティ比が５％を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１１）。ここで、Ｖ相デューティ比が５％を下回っていれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ１２において、Ｖ相のデューティ比は目標デューティ比に制御できないために０％の制御可能なデューティ比を設定し、制御部５は、本来のＷ相デューティ比に対して０％とＶ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＷ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＵ相デューティ比に対して０％とＶ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＵ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ１２で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ１１でＶ相デューティ比が５％を超えていなければ（ステップＳ１１でＮＯ）、制御部５は、設定したＷ相デューティ比が５％を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、Ｗ相デューティ比が５％を下回っていれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４に示すような補正を行う。すなわち、ステップＳ１４において、Ｗ相のデューティ比は目標デューティ比に制御できないために０％の制御可能なデューティ比を設定し、制御部５は、本来のＵ相デューティ比に対して０％とＷ相の目標
デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＵ相デューティ比とする。さらに、制御部５は、本来のＶ相デューティ比に対して０％とＷ相の目標デューティ比との差分（差分デューティ比）を加算した値（補正後デューティ比）を、補正後のＶ相デューティ比とする。

そして、制御部５は、ステップＳ４において、ステップＳ１４で決定された補正後デューティ比に基づき、補正後のＵ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、補正後のＶ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、補正後のＷ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

また、ステップＳ１３でＷ相デューティ比が５％を超えていなければ（ステップＳ１３でＮＯ）、制御部５は、ステップＳ４において、最初に設定した目標デューティ比に基づき、Ｕ相デューティ比でパワー素子３のＵ相をＰＷＭ制御し、Ｖ相デューティ比でパワー素子３のＶ相をＰＷＭ制御し、Ｗ相デューティ比でパワー素子３のＷ相をＰＷＭ制御する。

なお、図３のフローチャートでは、目標デューティ比の上限値（例えば、９５％）におけるＰＷＭ制御が可能か否かのチェックと、目標デューティ比の下限値（例えば、５％）におけるＰＷＭ制御が可能か否かのチェックとを行っているが、目標デューティ比の上限値のみのチェック、または目標デューティ比の下限値のみのチェックを行うようにすることもできる。また、図３のフローチャートでは、上限値からチェックを行っているが、下限値からチェックを行うようにすることもできる。また、図３のフローチャートでは、チェックと同時に補正を行っているが、チェックのみ先に実施し、補正の優先順序をＰＷＭ制御が可能から否に変わった順またはその逆順にすることもできる。また、図３のフローチャートでは、ＰＷＭ制御が可能な目標デューティ比の上限値を９５％、下限値を５％としたが、これらの値はマイコンあるいは周辺回路によって決まる固有の値である。したがって、選択したマイコンあるいは周辺回路に固有な値（例えばパワー素子の各相の上アームと下アームを同時にＯＮさせないためのデッドタイム）によって、ＰＷＭ制御が可能な目標デューティ比の上限値と下限値は決定される。すなわち、選択したマイコンによって、ＰＷＭ制御が可能な目標デューティ比の上限値を例えば９８％、下限値を例えば２％とすることもできる。

（実施例）
次に、本実施の形態のインバータ装置が、上記で述べたようなデューティ比補正を行った場合において、パワー素子からモータへ印加される線間電圧波形の具体的な実施例について説明する。なお、以下の実施例では、本実施の形態によるデューティ比補正の優位性を示すために、理想的な電圧波形と、汎用のマイコンによるＰＷＭ制御でデューティ比補正を行わない場合の電圧波形と、汎用のマイコンによるＰＷＭ制御でデューティ比補正を行った場合の電圧波形との比較を行う。

図４は、三相モータへ線間電圧が印加されるときのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の理想的な相電圧波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。また、図５は、図４に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。図４に示すような正弦波状の相電圧の場合は、図５に示すように、三相モータのＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間へ印加される各線間電圧の波形も理想的な正弦波となる。

図６は、汎用のマイコンによるパワー素子のＰＷＭ制御でデューティ比補正を行わない場合のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。また、図７は、図６に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間
、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。

すなわち、汎用のマイコンによってパワー素子をＰＷＭ制御してデューティ比補正を行わない場合は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧は、それぞれ、電圧値が正弦波のピーク電圧に近い付近ではＰＷＭ信号の目標デューティ比が制御不能な高い値（例えば、９５％）であるので、１００％の制御可能なデューティ比になってしまう。その結果、図６に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧の波形は、正弦波のピーク値付近ではパワー素子の入力電源の電圧レベルまで達している。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧の波形は、図６に示すように、正弦波ではなく歪みを含んだ波形になってしまう。

したがって、図６に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形は、図７に示すような歪みを含んだ波形となる。これによって、図７に示すような歪みを含んだ波形の各線間電圧が、三相モータのＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間に印加されるので、三相モータに流れるモータ電流のリップル成分が大きくなる。その結果、三相モータのトルクリップルが大きくなり、該三相モータや電動コンプレッサに回転むらが生じて音や振動が大きくなると共に、該三相モータの効率が低下してしまう。

図８は、汎用のマイコンによるパワー素子のＰＷＭ制御でデューティ比補正を行った場合のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電圧波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。また、図９は、図８に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形であり、横軸は時間、縦軸は電圧レベルを示している。

図８に示すように、Ｕ相電圧を１００％の制御可能なデューティ比に設定した時点（時刻１近傍の時点）において、Ｕ相電圧の電圧レベルが高くなった電圧分だけＶ相およびＷ相の目標デューティ比に加算して、Ｖ相およびＷ相電圧の電圧レベルを高くしている。また、Ｕ相電圧を補正して１００％の制御可能なデューティ比にした状態から通常のＰＷＭ制御による目標デューティ比に戻って電圧レベルが低くなった時点（時刻２近傍の時点）において、Ｖ相およびＷ相の電圧も通常のＰＷＭ制御による目標デューティ比に戻して電圧レベルを低くしている。このようなデューティ比補正によってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧を補正することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧は、図８に示すような電圧波形となる。

その結果、図８に示すような相電圧によって生じるＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形は、図９に示すように、各相間で歪みが相殺（除去）された正弦波状の波形となる。すなわち、図９に示すＵ相−Ｖ相間、Ｖ相−Ｗ相間、Ｗ相−Ｕ相間の各線間電圧の波形は、図５に示すような理想的な線間電圧と同じ程度の正弦波状の波形となるため、三相モータへ流れるモータ電流のリップル成分がなくなる。その結果、インバータ装置は、三相モータを高効率かつ安定的に回転駆動させることができる。

以上、本発明に係るインバータ装置について実施の形態及び実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。例えば、前記の実施の形態及び実施例ではパワー素子におけるＰＷＭ信号のデューティ比補正について説明したが、４相以上の多相インバータをＰＷＭ制御する場合においても、本実施の形態のデューティ比補正が適用できることは当然である。

本発明によれば、汎用性のある廉価なマイコンを使用し、最適なＰＷＭ制御によってイ
ンバータを駆動してモータ制御を行っているので、モータを使用するあらゆる機器、例えば、空気調和装置、冷蔵庫、洗濯機などの家電機器などに有効に利用することができる。

１インバータ装置
２電源
３パワー素子
４電流検出部
５制御部（制御手段）
５ａデューティ比計算部
５ｂデューティ比補正部
５ｃＰＷＭ出力部
６モータ

Claims

多相モータを駆動する信号を生成するインバータ装置であって、
ＰＷＭ信号に基づき直流電力を交流電力に変換して出力するパワー素子と、
前記多相モータの各相についてデューティ比を制御し、前記デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を前記パワー素子へ出力する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記多相モータの任意の相の目標デューティ比が、前記任意の相で制御できない、０％より大きく所定の第１の比よりも小さいデューティ比、または、前記任意の相で制御できない、所定の第２の比より大きく１００％よりも小さいデューティ比である無制御デューティ比となったとき、
前記任意の相で制御可能な、０％または１００％を含むデューティ比である制御可能デューティ比と前記任意の相の目標デューティ比との差分である差分デューティ比を算出し、
前記任意の相については、前記任意の相の目標デューティ比が前記第２の比を超えていれば１００％の前記制御可能デューティ比に、前記任意の相の目標デューティ比が前記第１の比を下回っていれば０％の前記制御可能デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を、前記任意の相を除く他相についてはそれぞれの目標デューティ比に対して前記差分デューティ比を加算または減算した補正後デューティ比に基づいた前記ＰＷＭ信号を、それぞれ前記パワー素子へ出力し、
前記制御手段は、
前記多相モータに流れるモータ電流の値に基づいて各相の目標デューティ比を計算するデューティ比計算部と、
前記デューティ比計算部が計算した任意の相の目標デューティ比が前記無制御デューティ比となったときに前記補正後デューティ比を求めるデューティ比補正部と、
前記制御可能デューティ比、および、前記デューティ比補正部が求めた補正後デューティ比のＰＷＭ信号を前記パワー素子へ印加するＰＷＭ出力部と、
を備え、
前記デューティ比補正部は、前記任意の相の制御可能デューティ比を０％または１００％として、前記任意の相の目標デューティ比との差分である差分デューティ比を加算または減算して前記補正後デューティ比を求める、
インバータ装置。
請求項１に記載のインバータ装置を備えた、
空気調和装置に用いる電動コンプレッサ。