JP2005304236A

JP2005304236A - 交流電動機制御装置

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Publication number: JP2005304236A
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Inventors: Kota Kitamine; 康多北峯
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Publication date: 2005-10-27
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Abstract

【課題】交流電動機の電動機電流に対応した電圧のＡ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し、信頼性を向上することができる交流電動機制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の交流モータ制御装置は、インバータ回路と、電流検出回路と、Ａ／Ｄ変換回路を内蔵するマイクロコンピュータとを備えている。そして、電流検出回路は、電流検出抵抗と、電圧検出抵抗の電圧を出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲より広く、単一極性の電圧に増幅する差動増幅回路と、差動増幅回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲に変換する電圧変換回路とを有している。これにより、電流検出回路の出力電圧範囲を広げることができ、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し信頼性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電動機を制御する交流電動機制御装置に関する。

従来、電動機の電流検出回路として、例えば、特開平９−１１９１８号公報に開示されている電動パワーステアリング装置の電流検出素子及び電動機電流検出手段がある。電流検出素子は直流電動機に直列接続されている抵抗器である。電動機電流検出手段は、変換手段と、電動機電流信号変換手段とから構成されている。変換手段は電源電圧５Ｖ（ＶＲ）の単一電源で作動するオペアンプからなる差動増幅回路であり、オペアンプの仮想接地点はバイアス抵抗により２．５Ｖ（ＶＲ／２）に設定されている。電動機電流信号変換手段は、オペアンプの出力電圧を電源電圧５Ｖで作動するマイクロプロセッサからなる制御手段に対応した信号レベルに変換する回路である。

そして、直流電動機に電流が流れると、電流検出素子は電動機電流の流れる方向と大きさに応じた電圧を発生する。電流検出素子の電圧は変換手段で増幅される。変換手段を構成するオペアンプの仮想接地点が２．５Ｖに設定されているため、電動機電流が０Ａの場合、変換手段は２．５Ｖを出力する。これに対し電動機電流が負方向に流れる場合、変換手段は電動機電流の大きさに比例して２．５Ｖより小さい電圧を、電動機電流が正方向に流れる場合、変換手段は電動機電流の大きさに比例して２．５Ｖより大きい電圧をそれぞれ出力する。

変換手段の出力電圧は、電動機電流信号変換手段で制御手段に対応した信号レベルに変換される。電動機電流信号変換手段の出力電圧は、制御手段を構成するマイクロプロセッサでＡ／Ｄ変換される。マイクロプロセッサは、Ａ／Ｄ変換された電動機電流値を用いて予め設定された手順に従って演算し、その演算結果に基づいて電動機駆動手段を介して直流電動機を制御する。
特開平９−１１９１８号公報

ところで、オペアンプの出力可能な電圧範囲は、一般にオペアンプの電源電圧範囲よりも狭い。例えば、電源電圧５Ｖで作動するオペアンプの場合、オペアンプの出力可能な電圧範囲は１．４〜３．６Ｖの範囲である。これに対し、マイクロプロセッサのＡ／Ｄ変換部の入力可能な電圧範囲は０Ｖから電源電圧までの範囲であり、Ａ／Ｄ変換部は電源電圧をフルスケールとして入力電圧をＡ／Ｄ変換部のビット数に応じたデジタル値に変換する。例えば、電源電圧５Ｖで作動するマイクロプロセッサの場合、マイクロプロセッサのＡ／Ｄ変換部の入力可能な電圧範囲は０〜５Ｖの範囲であり、Ａ／Ｄ変換部は５Ｖをフルスケールとして入力電圧をＡ／Ｄ変換部のビット数に応じたデジタル値に変換する。

そのため、前述した電流検出素子及び電動機電流検出手段では、電動機電流検出手段の出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換部の入力可能な電圧範囲に比べてかなり狭くなるため、Ａ／Ｄ変換する際の量子化誤差を小さくすることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、交流電動機の電動機電流に対応した電圧のＡ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し、信頼性を向上することができる交流電動機制御装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、電流検出素子の電圧を出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換部の入力電圧範囲より広い電圧に増幅し、その後、Ａ／Ｄ変換部の入力電圧範囲に変換することで、電動機電流の変換誤差を小さくできることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の交流電動機制御装置は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給するインバータ回路と、前記交流電動機に流れる電動機電流を検出し電圧に変換して出力する電流検出回路と、Ａ／Ｄ変換部を有しＡ／Ｄ変換された前記電流検出回路の出力電圧に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部とを備えた交流電動機制御装置において、前記電流検出回路は、前記電動機電流を検出して電圧に変換する電流検出素子と、前記電流検出素子の電圧を出力電圧範囲が前記Ａ／Ｄ変換部の入力電圧範囲より広く前記電流検出素子の電圧の極性及び大きさに応じた単一極性の電圧に増幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力電圧を前記Ａ／Ｄ変換部の入力電圧範囲に変換する電圧変換回路とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の交流電動機制御装置は、請求項１に記載の交流電動機制御装置において、さらに、前記制御部を作動させるための第１電源と、前記第１電源の出力電圧より高い電圧を出力する第２電源とを有し、前記差動増幅回路は、前記第２電源から給電されることで作動することを特徴とする。

請求項３に記載の交流電動機制御装置は、請求項２に記載の交流電動機制御装置において、さらに、前記電流検出回路は、前記第１電源の出力電圧に比例して変化する基準電圧を出力する基準電圧回路を有し、前記差動増幅回路は、前記基準電圧を基準として前記電流検出素子の電圧を増幅することを特徴とする。

請求項４に記載の交流電動機制御装置は、請求項１乃至３に記載の交流電動機制御装置において、さらに、車両に搭載された交流電動機を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の交流電動機制御装置によれば、差動増幅回路で電流検出素子の電圧を出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換部の入力電圧範囲より広く、かつ、電流検出素子の電圧の極性及び大きさに応じた単一極性の電圧に増幅することができる。さらに、電圧変換回路で差動増幅回路の出力電圧をＡ／Ｄ変換部の入力電圧範囲に変換することができる。そのため、前述した電流検出素子及び電動機電流検出手段からなる回路に比べ、電流検出回路の出力電圧範囲を広げることができ、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し信頼性を向上できる。

請求項２に記載の交流電動機制御装置によれば、制御部を作動させる第１電源の出力電圧より高い電圧を出力する第２電源で差動増幅回路を作動させることができる。そのため、差動増幅回路はＡ／Ｄ変換部の入力電圧範囲より広い範囲の電圧を確実に出力することができる。

請求項３に記載の交流電動機制御装置によれば、基準電圧回路で差動増幅回路における増幅の基準となる基準電圧を第１電源の出力電圧に比例して変化させることができる。そのため、第１電源の出力電圧の変動に伴うＡ／Ｄ変換の誤差を抑えることができる。ところで、制御部にあるＡ／Ｄ変換部は、第１電源から給電されることで作動し、第１電源の出力電圧をフルスケールとして入力電圧をＡ／Ｄ変換する。そのため、第１電源の出力電圧が変動すると、Ａ／Ｄ変換部は同一の入力電圧であっても異なるデジタル値に変換してしまい誤差を生じる。基準電圧回路で差動増幅回路における増幅の基準となる基準電圧を第１電源の出力電圧に比例して変化させることにより、第１電源の出力電圧の変化に同期して差動増幅回路の出力電圧を変化させることができる。これにより、第１電源の出力電圧の変動に伴うＡ／Ｄ変換の誤差を低減することができる。

請求項４に記載の交流電動機制御装置によれば、車両の信頼性を向上させることができる。

本実施形態は、本発明に係る交流電動機制御装置をハイブリッド車に搭載される空調装置用電動コンプレッサ装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
第１実施形態における空調装置用電動コンプレッサ装置の回路図を図１に、電流検出抵抗に流れる電流と電流検出回路の出力電圧の関係を図２に、電流検出抵抗に流れる電流と電圧変換回路の出力電圧の関係を図３に示す。そして、図１、図２及び図３を参照し、構造、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、図１を参照して具体的構造について説明する。図１に示すように、空調装置用電動コンプレッサ装置１は、高電圧バッテリ２と、交流モータ制御装置３（交流電動機制御装置）と、交流モータ４（交流電動機）と、コンプレッサ５とから構成されている。

高電圧バッテリ２は、例えば、出力電圧が３００Ｖの直流電源であり、その正極端子２ａ及び負極端子２ｂは交流モータ制御装置３にそれぞれ接続されている。

交流モータ制御装置３は、平滑用コンデンサ３０と、インバータ回路３１と、電流検出回路用電源３２（第２電源）と、制御回路用電源３３（第１電源）と、電流検出回路３４と、制御回路３５（制御部）とから構成されている。

平滑コンデンサ３０は、高電圧バッテリ２の電圧を平滑するための大容量のコンデンサであり、高電圧バッテリ２に並列接続されている。

インバータ回路３１は、高電圧バッテリ２から供給される直流電力を交流電力に変換する回路であり、コレクタ−エミッタ間に逆並列に接続されたダイオードを有する６つのＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆを３相ブリッジ接続して構成されている。インバータ回路３１の上側にある３つのＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｃのコレクタは高電圧バッテリ２の正極端子２ａに、下側にある３つのＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆのエミッタは後述する電流検出抵抗３４０を介して高電圧バッテリ２の負極端子２ｂにそれぞれ接続されている。

電流検出回路用電源３２は高電圧バッテリ２の電圧を降圧して電流検出回路３４を作動させるための、例えば、１５Ｖを出力する回路である。電流検出回路用電源３２の入力端子は高電圧バッテリ２の正極端子２ａと負極端子２ｂにそれぞれ接続されている。電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａ及び負極端子３２ｂは電流検出回路３４と制御回路用電源回路３３にそれぞれ接続されている。

制御回路用電源３３は、電流検出回路用電源３２の１５Ｖの出力電圧を降圧して、制御回路３５を作動させるための、例えば、５Ｖを出力する回路である。制御回路用電源３３の入力端子は電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａと負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。制御回路用電源３３の正極端子３３ａ及び負極端子３３ｂは制御回路３５にそれぞれ接続されている。さらに、制御回路用電源３３の正極端子３３ａは電流検出回路３４に、負極端子３３ｂは電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。

電流検出回路３４は、交流モータ４に流れるモータ電流を検出し電圧に変換して出力する回路であり、電流検出抵抗３４０（電流検出素子）と、基準電圧回路３４１と、差動増幅回路３４２と、電圧変換回路３４３とから構成されている。

電流検出抵抗３４０は交流モータ４に流れるモータ電流を電圧に変換するための低抵抗素子である。電流検出抵抗３４０の一端はＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆのエミッタに、他端は高電圧バッテリ２の負極端子２ｂにそれぞれ接続されている。

基準電圧回路３４１は、制御回路用電源３３の出力電圧を増幅して、差動増幅回路３４２における増幅の基準となる基準電圧を出力する回路であり、差動増幅器３４１ａと、抵抗３４１ｂ〜３４１ｄとから構成されている。差動増幅器３４１ａは、例えば、１５Ｖの単一電源で作動するオペアンプである。差動増幅器３４１ａの電源端子は電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａに、接地端子は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。差動増幅器３４１ａの反転入力端子は抵抗３４１ｂを介して電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂに接続されるとともに、抵抗３４１ｃを介して差動増幅器３４１ａの出力端子に接続されている。差動増幅器３４１ａの非反転入力端子は抵抗３４１ｄを介して制御用回路電源３３の正極端子３３ａに接続されている。さらに、差動増幅器３４１ａの出力端子は差動増幅回路３４２に接続されている。

差動増幅回路３４２は電流検出抵抗３４０の電圧を基準電圧回路３４１の出力する基準電圧を基準にして増幅する回路であり、差動増幅器３４２ａと、抵抗３４２ｂ〜３４２ｅとから構成されている。差動増幅器３４２ａは、例えば、１５Ｖの単一電源で作動するオペアンプである。差動増幅器３４２ａの電源端子は電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａに、接地端子は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。差動増幅器３４２ａの反転入力端子は抵抗３４２ｂを介して電流検出抵抗３４０と高電圧バッテリ２の接続点に接続されるとともに、抵抗３４２ｃを介して差動増幅器３４２ａの出力端子に接続されている。差動増幅器３４２ａの非反転入力端子は抵抗３４２ｄを介して電流検出抵抗３４０とＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆのエミッタの接続点に接続されるとともに、抵抗３４２ｅを介して差動増幅器３４１ａの出力端子に接続されている。さらに、差動増幅器３４２ａの出力端子は電圧変換回路３４３に接続されている。

電圧変換回路３４３は差動増幅回路３４２の出力電圧を後述するマイクロコンピュータ３５ａのＡ／Ｄ入力端子の入力可能な電圧範囲に変換する回路であり、抵抗３４３ａ、３４３ｂで構成されている。抵抗３４３ａと抵抗３４３ｂとは直列接続されている。抵抗３４３ａの一端は差動増幅器３４２ａの出力端子に、抵抗３４３ｂの一端は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂに、抵抗３４３ａと抵抗３４３ｂの接続点は制御回路３５にそれぞれ接続されている。

制御回路３５は交流モータ４に流れるモータ電流に基づいてインバータ回路３１を制御する回路であり、マイクロコンピュータ３５ａと、インバータ駆動回路３５ｂとから構成されている。

マイクロコンピュータ３５ａは、電流検出回路３４を介して入力される交流モータ４に流れるモータ電流に対応する電圧に基づいて、ＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆの駆動信号を出力する素子であり、Ａ／Ｄ変換回路を内蔵している。マイクロコンピュータ３５ａの電源端子は制御回路用電源３３の正極端子３３ａに、接地端子は制御回路用電源３３の負極端子３３ｂにそれぞれ接続されている。マイクロコンピュータ３５ａのＡ／Ｄ入力端子は電圧変換回路３４３の抵抗３４３ａと抵抗３４３ｂの接続点に、出力端子はインバータ駆動回路３５ｂにそれぞれ接続されている。

インバータ駆動回路３５ｂは、マイクロコンピュータ３５ａからの駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆを駆動する回路である。インバータ駆動回路３５ｂの入力端子はマイクロコンピュータ３５ａに、出力端子はインバータ回路３１のＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆのゲートにそれぞれ接続されている。

交流モータ４はインバータ回路３１を介して交流電力を供給されることで駆動力を発生する電動機である。交流モータ４の３つの入力端子はインバータ回路３１の３つの出力端子にそれぞれ接続されている。

コンプレッサ５は交流モータ４の出力軸に連結され、交流モータ４の発生する駆動力により冷媒を圧縮し吐出して車室内温度を制御する。

次に、図１、図２及び図３を参照して具体的動作について説明する。イグニッションスイッチ（図略）がオンされると交流モータ制御装置３に高電圧バッテリ２が接続され、電流検出回路用電源３２は１５Ｖを、制御回路用電源３３は５Ｖを出力する。制御回路用電源３３の５Ｖが立ち上がると、マイクロコンピュータ３５ａは交流モータ制御装置３を構成する回路各部のイニシャルチェックと初期設定を行う。その後、エアコンスイッチ（図略）がオンされると、マイクロコンピュータ３５ａはインバータ駆動回路３５ｂを介してインバータ回路３１を駆動する。インバータ回路３１は高電圧バッテリ２から供給される直流電力を交流電力に変換して交流モータ４に供給する。交流モータ４はインバータ回路３１から交流電力を供給されることで駆動力を発生しコンプレッサを起動する。

交流モータ４にモータ電流が流れると、電流検出抵抗３４０はモータ電流の流れる方向と大きさに応じた電圧を発生する。

基準電圧回路３４１は、電流検出回路用電源３２の出力する１５Ｖで作動し、制御回路用電源３３の出力電圧を１．５倍に増幅する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、基準電圧回路３４１は７．５Ｖの基準電圧を出力する。制御回路用電源３３の出力電圧が変動すると、その変動に比例して基準電圧回路３４の出力電圧も変化する。抵抗３４１ｂ〜３４１ｄは差動増幅器３４１ａの出力電圧が制御回路用電源３３の出力電圧の１．５倍になるような抵抗値に設定されている。

差動増幅回路３４２は、電流検出回路用電源３２の出力する１５Ｖで作動し、電流検出抵抗３４０の電圧を基準電圧回路３４１の出力する基準電圧を基準にして増幅する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、差動増幅回路３４２は７．５Ｖの基準電圧を基準にして電流検出抵抗３４０の電圧を増幅する。図２に示すように、差動増幅回路３４２は、電流検出抵抗３４０に電流が流れていないときに基準電圧の７．５Ｖを、３０Ａが流れたときに１３．６Ｖを、−３０Ａが流れたときに１．４Ｖを電流に比例して出力する。ここで、正極性の電流はインバータ回路３１側から高電圧バッテリ２側に流れる電流を、負極性の電流は高電圧バッテリ２側からインバータ回路３１側に流れる電流を示している。電流検出抵抗３４０及び抵抗３４２ｂ〜３４２ｅは差動増幅回路３４２が図２に示す特性となるような抵抗値に設定されている。

電圧変換回路３４３は差動増幅回路３４２の出力電圧を１／３に分圧する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、７．５Ｖの基準電圧を基準にして増幅された差動増幅回路３４２の出力電圧を１／３に分圧する。図３に示すように、電圧変換回路３４３は、電流検出抵抗３４０に電流が流れていないとき差動増幅回路３４２の出力電圧７．５Ｖの１／３の２．５Ｖを、３０Ａが流れたとき４．５Ｖを、−３０Ａが流れたとき０．５Ｖを電流に比例して出力する。抵抗３４３ａ、３４３ｂは差動増幅回路３４２の出力電圧を１／３に分圧できるような抵抗値に設定されている。

マイクロコンピュータ３５ａは、制御回路用電源３３の出力電圧で作動し、電圧変換回路３４３の出力電圧をＡ／Ｄ変換する。マイクロコンピュータ３５ａに内蔵されているＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲は０Ｖから制御回路用電源３３の出力電圧までの範囲である。Ａ／Ｄ変換回路は制御回路用電源３３の出力電圧の１／２の電圧を電流検出抵抗３４０に電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、Ａ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲は０Ｖから制御回路用電源３３の出力電圧である５Ｖまでの範囲となり、Ａ／Ｄ変換回路は２．５Ｖを電流検出抵抗３４０に電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。Ａ／Ｄ変換回路には入力可能な電圧範囲ほぼいっぱいの０．５〜４．５Ｖの電圧が入力される。マイクロコンピュータ３５ａは、Ａ／Ｄ変換された電流検出抵抗３４０に流れるモータ電流に対応する電圧値を用いて予め設定された手順に従い演算を行い、その演算結果に基づいてインバータ回路３１を介して交流モータ４を制御する。これにより、交流モータ４に連結されたコンプレッサが制御され、車室内温度が快適に制御される。

ところで、高電圧バッテリ２に接続されている他の電気負荷で負荷変動が発生した場合、制御回路用電源３３の出力電圧も変動する。例えば、制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖから５．５Ｖに変動した場合、基準電圧回路３４の出力電圧は制御回路用電源３３の出力電圧５．５Ｖを１．５倍した基準電圧８．２５Ｖになる。電流検出抵抗３４０に電流が流れていないとき、差動増幅回路３４２は基準電圧の８．２５Ｖを出力し、電圧変換回路３４３は差動増幅回路３４２の出力電圧８．２５Ｖの１／３の２．７５Ｖを出力する。Ａ／Ｄ変換回路は制御回路用電源３３の出力電圧５．５Ｖの１／２の２．７５Ｖを電流検出抵抗３４０に電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。そのため、制御回路用電源３３の出力電圧が変動してもＡ／Ｄ変換された電流検出抵抗３４０に流れるモータ電流に対応する電圧値に誤差は生じない。

最後に具体的効果について説明する。第１の実施形態によれば、交流モータ制御装置３は、差動増幅回路３４２で電流検出抵抗３４０の電圧を出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲より広く、かつ、電流検出抵抗３４０の電圧の極性及び大きさに応じた単一極性の電圧に増幅することができる。さらに、電圧変換回路３４３で差動増幅回路３４２の出力電圧をＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲に変換することができる。そのため、電流検出回路３４の出力電圧範囲を広げることができ、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し信頼性を向上できる。

交流モータ制御装置３は、マイクロコンピュータ３５ａを作動させる制御回路用電源３３の出力電圧より高い電圧を出力する電流検出回路用電源３２で差動増幅回路３４３を作動させることができる。そのため、差動増幅回路３４２はＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲より広い範囲の電圧を確実に出力することができる。

また、交流モータ制御装置３は、基準電圧回路３４１で差動増幅回路３４２における増幅の基準となる基準電圧を制御回路用電源３３の出力電圧に比例して変化させることができる。そのため、制御回路用電源３３の出力電圧の変動に伴うＡ／Ｄ変換の誤差を抑えることができる。ところで、マイクロコンピュータ３５ａに内蔵されているＡ／Ｄ変換回路は、制御回路用電源３３から給電されることで作動し、制御回路用電源３３の出力電圧をフルスケールとして入力電圧をＡ／Ｄ変換する。そのため、制御回路用電源３３の出力電圧が変動すると、Ａ／Ｄ変換回路は同一の入力電圧であっても異なるデジタル値に変換してしまい誤差を生じる。基準電圧回路３４１で差動増幅回路３４２における増幅の基準となる基準電圧を制御回路用電源３３の出力電圧に比例して変化させることにより、制御回路用電源３３の出力電圧の変化に同期して差動増幅回路３４２の出力電圧を変化させることができる。これにより、制御回路用電源３３の出力電圧の変動に伴うＡ／Ｄ変換の誤差を低減することができる。

さらに、交流モータ制御装置３によれば、ハイブリッド車に搭載される空調装置用電動コンプレッサ装置の信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態における空調装置用電動コンプレッサ装置の回路図を図４に示す。ここでは、第１実施形態における空調装置用電動コンプレッサ装置との相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、図４を参照して具体的構造について説明する。図４に示すように、インバータ回路３１はコレクタ−エミッタ間に逆並列に接続されたダイオードを有する６つのＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆを３相ブリッジ接続して構成されている。インバータ回路３１の上側にある３つのＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｃのコレクタは高電圧バッテリ２の正極端子２ａに、下側にある３つのＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆのエミッタはそれぞれ後述する電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃを介して高電圧バッテリ２の負極端子２ｂにそれぞれ接続されている。

電流検出回路３４はＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆを介して交流モータ４に流れるモータ電流をそれぞれ検出し電圧に変換して出力する回路である。電流検出回路３４は、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃと、基準電圧回路３４１と、差動増幅回路３４４〜３４６と、電圧変換回路３４７〜３４９とから構成されている。

電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃはＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆを介して交流モータ４に流れるモータ電流をそれぞれ電圧に変換するための低抵抗素子である。電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの一端はそれぞれＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆのエミッタに、他端は共に高電圧バッテリ２の負極端子２ｂに接続されている。

基準電圧回路３４１は差動増幅回路３４４〜３４６における増幅の基準となる基準電圧を出力する回路であり、差動増幅器３４１ａと、抵抗３４１ｂ〜３４１ｄとから構成されている。差動増幅器３４１ａの出力端子は差動増幅回路３４４〜３４６に接続されている。

差動増幅回路３４４〜３４６は電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの電圧を基準電圧回路３４１の出力する基準電圧を基準にして増幅する回路である。差動増幅回路３４４は、差動増幅器３４４ａと、抵抗３４４ｂ〜３４４ｅとから構成されている。差動増幅器３４４ａは、例えば、１５Ｖの単一電源で作動するオペアンプである。差動増幅器３４４ａの電源端子は電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａに、接地端子は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。差動増幅器３４４ａの反転入力端子は抵抗３４４ｂを介して電流検出抵抗３４０ａと高電圧バッテリ２の接続点に接続されるとともに、抵抗３４４ｃを介して差動増幅器３４４ａの出力端子に接続されている。差動増幅器３４４ａの非反転入力端子は抵抗３４４ｄを介して電流検出抵抗３４０ａとＩＧＢＴ３１ｄのエミッタの接続点に接続されるとともに、抵抗３４４ｅを介して差動増幅器３４１ａの出力端子に接続されている。さらに、差動増幅器３４４ａの出力端子は電圧変換回路３４７に接続されている。差動増幅回路３３５、３３６も差動増幅回路３３４と同様の構成であり、電源端子は電流検出回路用電源３２の正極端子３２ａに、接地端子は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂにそれぞれ接続されている。差動増幅回路３３５の入力端子は電流検出抵抗３４０ｂと高電圧バッテリ２の接続点に、別の入力端子は電流検出抵抗３４０ｂとＩＧＢＴ３１ｅのエミッタの接続点にそれぞれ接続されている。また、差動増幅回路３３５のさらに別の入力端子は差動増幅器３４１ａの出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、差動増幅回路３３５の出力端子は電圧変換回路３４８に接続されている。差動増幅回路３３６の入力端子は電流検出抵抗３４０ｃと高電圧バッテリ２の接続点に、別の入力端子は電流検出抵抗３４０ｃとＩＧＢＴ３１ｆのエミッタの接続点にそれぞれ接続されている。また、差動増幅回路３３６のさらに別の入力端子は差動増幅器３４１ａの出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、差動増幅回路３３６の出力端子は電圧変換回路３４９に接続されている。

電圧変換回路３４７〜３４９は差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧をマイクロコンピュータ３５ａのＡ／Ｄ入力端子の入力可能な電圧範囲に変換する回路である。電圧変換回路３４７は抵抗３４７ａ、３４７ｂで構成されている。抵抗３４７ａと抵抗３４７ｂとは直列接続されている。抵抗３４７ａの一端は差動増幅器３４４ａの出力端子に、抵抗３４７ｂの一端は電流検出回路用電源３２の負極端子３２ｂに、抵抗３４７ａと抵抗３４７ｂの接続点は制御回路３５にそれぞれ接続されている。電圧変換回路３４８，３４９も電圧変換回路３４７と同様の構成である。電圧変換回路３４８の一端は電流検出回路３４５の出力端子に、他端は電流検出回路用電源３２の負極端子２ｂに、電圧変換回路３４８を構成する２つの抵抗の接続点は制御回路３５にそれぞれ接続されている。電圧変換回路３４９の一端は電流検出回路３４６の出力端子に、他端は電流検出回路用電源３２の負極端子２ｂに、電圧変換回路３４９を構成する２つの抵抗の接続点は制御回路３５にそれぞれ接続されている。

制御回路３５はＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆを介して交流モータ４に流れるモータ電流に基づいてインバータ回路３１を制御する回路であり、マイクロコンピュータ３５ａと、インバータ駆動回路３５ｂとから構成されている。

マイクロコンピュータ３５ａは、電流検出回路３４を介して入力される交流モータ４に流れるモータ電流に対応する電圧に基づいて、ＩＧＢＴ３１ａ〜３１ｆの駆動信号を出力する素子であり、３つのＡ／Ｄ変換回路を内蔵している。マイクロコンピュータ３５ａの３つのＡ／Ｄ入力端子は電圧変換回路３３７〜３４９を構成する２つの抵抗の接続点にそれぞれ接続されている。

次に、図４を参照して具体的動作について説明する。交流モータ４にモータ電流が流れると、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃはそれぞれに流れる電流の方向と大きさに応じた電圧を発生する。

差動増幅回路３４４〜３４６は、電流検出回路用電源３２の出力する１５Ｖで作動し、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの電圧を基準電圧回路３４１の出力する基準電圧を基準にしてそれぞれ増幅する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、差動増幅回路３４４〜３４６は７．５Ｖの基準電圧を基準にして電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの電圧をそれぞれ増幅する。第１実施形態と同様に、差動増幅回路３４４〜３４６は、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないときに基準電圧の７．５Ｖを、３０Ａが流れたときに１３．６Ｖを、−３０Ａが流れたときに１．４Ｖを電流に比例してそれぞれ出力する。ここで、正極性の電流はＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆ側から高電圧バッテリ２側に流れる電流を、負極性の電流は高電圧バッテリ２側からＩＧＢＴ３１ｄ〜３１ｆ側に流れる電流を示している。

電圧変換回路３４７〜３４９は差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧をそれぞれ１／３に分圧する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、７．５Ｖの基準電圧を基準にして増幅された差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧をそれぞれ１／３に分圧する。第１実施形態と同様に、電圧変換回路３４７〜３４９は、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないとき差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧７．５Ｖの１／３の２．５Ｖを、３０Ａが流れたとき４．５Ｖを、−３０Ａが流れたとき０．５Ｖを電流に比例してそれぞれ出力する。

マイクロコンピュータ３５ａは、制御回路用電源３３の出力電圧で作動し、電圧変換回路３４７〜３４９の出力電圧をそれぞれＡ／Ｄ変換する。マイクロコンピュータ３５ａに内蔵されている３つのＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲は０Ｖから制御回路用電源３３の出力電圧までの範囲である。Ａ／Ｄ変換回路は制御回路用電源３３の出力電圧の１／２の電圧を電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖのとき、Ａ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲は０Ｖから制御回路用電源３３の出力電圧である５Ｖまでの範囲となり、Ａ／Ｄ変換回路は２．５Ｖを電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。Ａ／Ｄ変換回路には入力可能な電圧範囲ほぼいっぱいの０．５〜４．５Ｖの電圧が入力される。マイクロコンピュータ３５ａは、Ａ／Ｄ変換された電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに流れるモータ電流に対応する電圧値を用いて予め設定された手順に従い演算を行い、その演算結果に基づいてインバータ回路３１を介して交流モータ４を制御する。これにより、交流モータ４に連結されたコンプレッサが制御され、車室内温度が快適に制御される。

ところで、高電圧バッテリ２に接続されている他の電気負荷で負荷変動が発生した場合、制御回路用電源３３の出力電圧も変動する。例えば、制御回路用電源３３の出力電圧が５Ｖから５．５Ｖに変動した場合、基準電圧回路３４の出力電圧は制御回路用電源３３の出力電圧５．５Ｖを１．５倍した基準電圧８．２５Ｖになる。電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないとき、差動増幅回路３４４〜３４６は基準電圧の８．２５Ｖを出力し、電圧変換回路３４７〜３４９は差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧８．２５Ｖの１／３の２．７５Ｖを出力する。Ａ／Ｄ変換回路は制御回路用電源３３の出力電圧５．５Ｖの１／２の２．７５Ｖを電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに電流が流れていないときに対応する電圧としてデジタル変換する。そのため、制御回路用電源３３の出力電圧が変動してもＡ／Ｄ変換された電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃに流れるモータ電流に対応する電圧値に誤差は生じない。

最後に具体的効果について説明する。第２の実施形態によれば、交流モータ制御装置３は、差動増幅回路３４４〜３４６で電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの電圧を出力電圧範囲がＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲より広く、かつ、電流検出抵抗３４０ａ〜３４０ｃの電圧の極性及び大きさに応じた単一極性の電圧に増幅することができる。さらに、電圧変換回路３４７〜３４９で差動増幅回路３４４〜３４６の出力電圧をＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲に変換することができる。そのため、電流検出回路３４の出力電圧範囲を広げることができ、Ａ／Ｄ変換に伴う量子化誤差を低減し信頼性を向上できる。

交流モータ制御装置３は、マイクロコンピュータ３５ａを作動させる制御回路用電源３３の出力電圧より高い電圧を出力する電流検出回路用電源３２で差動増幅回路３４４〜３４６を作動させることができる。そのため、差動増幅回路３４４〜３４６はＡ／Ｄ変換回路の入力可能な電圧範囲より広い範囲の電圧を確実に出力することができる。

また、交流モータ制御装置３は、基準電圧回路３４１で差動増幅回路３４４〜３４６における増幅の基準となる基準電圧を制御回路用電源３３の出力電圧に比例して変化させることができる。そのため、制御回路用電源３３の出力電圧の変動に伴うＡ／Ｄ変換の誤差を抑えることができる。

第１実施形態における空調装置用電動コンプレッサの回路図を示す。第１実施形態における電流検出抵抗に流れる電流と電流検出回路の出力電圧の関係を示す。第１実施形態における電流検出抵抗に流れる電流と電圧変換回路の出力電圧の関係を示す。第２実施形態における空調装置用電動コンプレッサ装置の回路図を示す。

符号の説明

１・・・空調装置用電動コンプレッサ装置、２・・・高電圧バッテリ、３・・・交流モータ制御装置（交流電動機制御装置）、３０・・・平滑用コンデンサ、３１・・・インバータ回路、３１ａ〜３１ｆ・・・ＩＧＢＴ、３２・・・電流検出回路用電源（第２電源）、３３・・・制御回路用電源（第１電源）、３４・・・電流検出回路、３４０、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ・・・電流検出抵抗（電流検出素子）、３４１・・・基準電圧回路、３４１ａ・・・差動増幅器、３４１ｂ〜３４１ｄ・・・抵抗、３４２、３４４、３４５、３４６・・・差動増幅回路、３４２ａ、３４４ａ・・・差動増幅器、３４２ｂ〜３４２ｅ、３４４ｂ〜３４４ｅ・・・抵抗、３４３、３４７、３４８、３４９・・・電圧変換回路、３４３ａ、３４３ｂ、３４７ａ、３４７ｂ・・・抵抗、３５・・・制御回路（制御部）、３５ａ・・・マイクロコンピュータ、３５ｂ・・・インバータ駆動回路、４・・・交流モータ（交流電動機）、５・・・コンプレッサ

Claims

直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電動機に供給するインバータ回路と、前記交流電動機に流れる電動機電流を検出し電圧に変換して出力する電流検出回路と、Ａ／Ｄ変換部を有しＡ／Ｄ変換された前記電流検出回路の出力電圧に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部とを備えた交流電動機制御装置において、
前記電流検出回路は、前記電動機電流を検出して電圧に変換する電流検出素子と、前記電流検出素子の電圧を出力電圧範囲が前記Ａ／Ｄ変換部の入力電圧範囲より広く前記電流検出素子の電圧の極性及び大きさに応じた単一極性の電圧に増幅する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力電圧を前記Ａ／Ｄ変換部の入力電圧範囲に変換する電圧変換回路とを有することを特徴とする交流電動機制御装置。
さらに、前記制御部を作動させるための第１電源と、前記第１電源の出力電圧より高い電圧を出力する第２電源とを有し、
前記差動増幅回路は、前記第２電源から給電されることで作動することを特徴とする請求項１記載の交流電動機制御装置。
前記電流検出回路は、さらに、前記第１電源の出力電圧に比例して変化する基準電圧を出力する基準電圧回路を有し、
前記差動増幅回路は、前記基準電圧を基準として前記電流検出素子の電圧を増幅することを特徴とする請求項２記載の交流電動機制御装置。
車両に搭載された交流電動機を制御することを特徴とする請求項１乃至３記載の交流電動機制御装置。