JP2006067747A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ装置において、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出を必要としない簡単な制御ソフトで、シャント抵抗により相電流の検出が確実にできること。
【解決手段】直流電源（バッテリー１）とインバータ装置２３との間の電流を検出する電源シャント抵抗６を設け、下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間に当該相の相電流を検出する下アームシャント抵抗１５，１６，１７を少なくとも２相分設けて、下アームシャント抵抗により検出できない相電流を、電源シャント抵抗６により検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＰＷＭ変調を行うインバータ装置の相電流検出方法に関するものである。

従来、この種の相電流検出方法として、インバータ装置からの出力ラインの電流を直接検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この回路について以下説明する（以降直接検出方式と称す）。

図１０にインバータ装置とその周辺の電気回路を示す。インバータ装置２０の制御回路７は、電流センサ８からＵ相の電流を、電流センサ９からＶ相の電流を入力し、当該２個の電流値からＷ相の電流を演算する（固定子巻線４の中性点において、キルヒホッフの電流の法則を適用する）。これらの電流値に基き、センサレスＤＣブラシレスモータ（以降、モータと称す）１１を構成する磁石回転子５による固定子巻線４の誘起電圧を演算し、磁石回転子５の位置検出を行う。そして、回転数指令信号（図示せず）等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２（ＩＧＢＴ等が用いられる）を制御し、バッテリー１からの直流電圧をＰＷＭ変調でスイッチングすることにより、正弦波状の交流電流をモータ１１の固定子巻線４へ出力する。

インバータ回路１０を構成するダイオード３は、固定子巻線４に流れる電流の還流ルートとなる。スイッチング素子２について、上アームスイッチング素子をＵ、Ｖ、Ｗ、下アームスイッチング素子をＸ、Ｙ、Ｚと定義し、また、各スイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するダイオードを、３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ、３Ｘ、３Ｙ、３Ｚと定義する
尚、電流センサ８、電流センサ９は、電位がバッテリー１のプラス側、マイナス側に変化するため、シャント抵抗で構成するのは困難であり、ホール素子を用いて構成される。

そこで、ホール素子を用いた電流センサに対し、耐久信頼性、小型化に有利なシャント抵抗を用いて相電流を検出する方法が示されている（例えば、特許文献２参照）。

この方式について以下説明する（以降、シャント方式１と称す）。

図１１にインバータ装置とその周辺の回路を示す。インバータ装置２１の制御回路１２は、電源シャント抵抗６からの電圧により電流を演算する。

図１２は、３相５０％変調における波形の特性図で、Ｕ相端子電圧４１、Ｖ相端子電圧４２、Ｗ相端子電圧４３び中性点電圧２９を示している。これらの端子電圧はＰＷＭ変調にて縦軸に示すＤｕｔｙ（％）で実現される。中性点電圧２９は、各相の端子電圧の和を求め３で除した値である。また、相電圧は、端子電圧から中性点電圧を引いた値であり、正弦波になる。

同様に、３相１００％変調における波形の特性図を図１３に示す。

図１４は、３相変調の１キャリア内（キャリア周期）でのタイミングチャートであり、１キャリア内（キャリア周期）での上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ、下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，ＺのＯＮ／ＯＦＦの一例を示している。但し、表示を簡明にするために、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との短絡防止用デッドタイムは割愛している。この場合、図１２の５０％変調において、位相がおおよそ１２０度で
のタイミングチャートである。これは、一般的に、三角波とマイコンのタイマ機能により具現化される。

各スイッチング素子のスイッチングには、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の４種類があり、それぞれ図１５〜図１８に示す。

期間（ａ）においては、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ全てがＯＦＦ、下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚ全てがＯＮである。Ｕ相電流、Ｖ相電流がそれぞれ、下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙと並列のダイオード３Ｘ，３Ｙから固定子巻線４へ流れ、Ｗ相電流は固定子巻線４から下アームスイッチング素子Ｚへ流れ出ている。下アームとモータ１１間で電流が循環している（以降、下循環期間と称す）。このため、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へは電力供給されない非通電の状態にある。

期間（ｂ）においては、上アームスイッチング素子ＵがＯＮ、下アームスイッチング素子Ｙ、ＺがＯＮである。Ｕ相電流は、上アームスイッチング素子Ｕから固定子巻線４へ流れ、Ｖ相電流は下アームスイッチング素子Ｙと並列のダイオード３Ｙから固定子巻線４へ流れ、Ｗ相電流は固定子巻線４から下アームスイッチング素子Ｚへ流れ出ている。このため、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へ電力供給される通電状態にある。このとき、電源ライン（電源シャント抵抗６）には、Ｕ相の相電流が流れる。

期間（ｃ）においては、上アームスイッチング素子Ｕ，ＶがＯＮ、下アームスイッチング素子ＺがＯＮである。Ｕ相電流、Ｖ相電流は、それぞれ、上アームスイッチング素子Ｕ、Ｖから固定子巻線４へ流れ、Ｗ相電流は固定子巻線４から下アームスイッチング素子Ｚへ流れ出ている。このため、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へ電力供給される通電状態にある。そして、電源ライン（電源シャント抵抗６）には、Ｗ相の相電流が流れる。

期間（ｄ）においては、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ全てがＯＮ、下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚ全てがＯＦＦである。Ｕ相電流、Ｖ相電流は、それぞれ、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖから固定子巻線４へ流れ、Ｗ相電流は固定子巻線４から上アームスイッチング素子Ｗと並列のダイオード３Ｗへ流れ込んでいる。上アームとモータ１１間で電流が循環している（以降、上循環期間と称す）。このため、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へは電力供給されない非通電の状態にある。

以上のように、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，ＷのＯＮ、ＯＦＦ状態で電源ライン（電源シャント抵抗６）に流れる電流の有無、流れる相電流を知ることができる。上アームスイッチング素子のＯＮする相が無い時は流れず（非通電、下循環）、１相のみＯＮ時はその相の電流が流れ（通電）、２相ＯＮ時は残りの相の電流が流れ（通電）、３相全てＯＮ時は流れない（非通電、上循環）。

図１９に、図１２の５０％３相変調での位相３０度〜９０度においての１キャリア内（キャリア周期）での上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，ＷのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を図１４に基き表示している。

Ｕ相の上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間を細実線で表わし、Ｖ相の上アームスイッチング素子ＶのＯＮ期間を中実線で表わし、Ｗ相の上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間を太実線で表わしている。バッテリー１から固定子巻線４へ電力が供給される通電期間を実線矢印で、このとき電源ライン（電源シャント抵抗６）に流れる相電流をＵ，Ｖ，Ｗで示している。また、循環期間（下循環期間、上循環期間）を太線破線矢印で示している。

同様に、図１３の１００％３相変調に関して、位相３０度〜９０度を図２０に、位相１５０度〜２１０度を図２１に、位相２７０度〜３３０度を図２２にそれぞれ示す。

２相変調に関して、図２３に１００％変調における波形の特性図を示す。図２４に位相９０度〜１５０度においての１キャリア内での上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，ＷのＯＮ期間等を図１９等と同様に示す。２相変調においては、図１４における期間（ｄ）はない。

しかしながら、図１９及び図２０〜図２２に示す中で、１相分しか検出できない場合がある（３相変調位相３０度等）。

この場合、一部の上アームスイッチング素子のＯＮ期間を増加もしくは減少させて（以降、通電調節と称す）、２相分検出する必要がある。

検出できる相電流と位相との間には一義的関係があり、このため、２相分検出する場合、位相６０度付近においてはＵ相、Ｖ相の電流を、位相１８０度付近においてはＶ相、Ｗ相の電流を、位相３００度付近においてはＷ相、Ｕ相の電流を検出するように制御する必要がある。

また、電源シャント抵抗６の出力（電流値）を、キャリア周期内の特定のタイミングで、順番に（時系列的に）２相分検出する必要がある。すなわち、２相変調に関しても、図２４の如く、Ｗ相とＵ相の相電流が検出できるのは、位相１２０度付近に特定される。このため、３相変調同様の制御が必要になる。

更に、シャント抵抗を用いて相電流を検出する上記方法とは別の方法も提案されている。（例えば、特許文献３参照）
この方式について以下説明する（以降、シャント方式２と称す）。

図２５にインバータ装置とその周辺の回路を示す。インバータ装置２２の制御回路１３は、Ｕ相下アームとアース間に設けられたＵ相用下アームシャント抵抗１５、Ｖ相下アームとアース間に設けられたＶ相用下アームシャント抵抗１６、Ｗ相下アームとアース間に設けられたＷ相用下アームシャント抵抗１７からの電圧により電流を演算する。

図２６に、図１９に対応する下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，ＺのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を表示している。但し、タイミングチャート同様表示を簡明にするために、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との短絡防止用デッドタイムは割愛している。

Ｕ相の下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間を細実線で表わし、Ｖ相の下アームスイッチング素子ＹのＯＮ期間を中実線で表わし、Ｗ相の下アームスイッチング素子ＺのＯＮ期間を太実線で表わしている。また、上循環期間を細線の破線矢印で、下循環期間を太線の破線矢印で示している。

同様に、図２７は図２０に、図２８は図２１に、図２９は図２２に、それぞれ対応する下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，ＺのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）等を表示している。

Ｕ相用下アームシャント抵抗１５に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間、Ｖ相用下アームシャント抵抗１６に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＹのＯＮ期間、Ｗ相用下アームシャ
ント抵抗１７に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＺのＯＮ期間である。

このため、５０％変調の図２６においては３相分全て検出できるが、１００％変調の図２７〜図２９においては、１相分検出できない場合があり、検出できる２相分の電流と位相との間には一義的関係がある。

これにより、位相９０度付近においては、Ｖ相、Ｗ相の電流を（図２７）、位相２１０度付近においては、Ｗ相、Ｕ相の電流を（図２８）、位相３３０度付近においては、Ｕ相、Ｖ相の電流を（図２９）検出するように制御する必要がある。

２相変調に関して、図３０に図２４に対応する下アームスイッチング素子Ｘ，Ｙ，ＺのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）等を表示している。図３０の位相１２０度付近においては、検出される相電流はＶ相、Ｗ相に特定される。このため、２相変調に関しても、３相変調同様の制御が必要になる。
特開２０００−３３３４６５号公報（第９頁、第２図） 特開２００３−１８９６７０号公報（第２頁、請求項２、第１４頁、第１図、第１５頁、第９図） 特開２００３−２８４３７４号公報（第７頁、第１図）

上記のように、従来のインバータ装置の相電流検出方法において、シャント方式１、シャント方式２は、直接検出方式に比べ、検出できる２相分の電流と位相との間には一義的関係がある。そのため、位相毎に検出する電流を特定する必要があり、制御ソフトが複雑になる。

シャント方式１においては、１相分しか検出できない場合、２相分検出するために、通電調節が必要である。また、キャリア周期内で、時系列的に２相分の電流を検出する必要がある。このため、更に制御ソフトが複雑になる。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出を必要としない簡単な制御ソフトで、シャント抵抗により相電流の検出ができるインバータ装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを３相備え、直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、直流電源とインバータ装置間の電流を検出する電源シャント抵抗を設け、下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間に当該相の相電流を検出する下アームシャント抵抗を少なくとも２相分設けて、下アームシャント抵抗により検出できない相電流を、電源シャント抵抗により検出するものである。

すなわち、下アームシャント抵抗を３相分設けた場合、３相分の相電流を検出できる。

また、下アームシャント抵抗を２相分設けた場合、下アームシャント抵抗を設けた当該相の２相分の相電流を検出できる。

下アームシャント抵抗により検出できない可能性がある相電流は、下アームシャント抵抗を設けるのが３相又は２相のいずれにおいても１相のみであり、下アームシャント抵抗により検出できない相電流は電源シャント抵抗により必ず検出できるので、相電流検出に通電調節は不要である。そのため、位相により検出できる相電流が特定されることはない。そして、時系列的ではなく各シャント抵抗でそれぞれ個別に相電流を検出できる。

従って、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出は必要とせず、簡単な制御ソフトで、シャント抵抗を用いた相電流の検出ができる。

本発明のインバータ装置は、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出を必要としない簡単な制御ソフトで、シャント抵抗による相電流の検出ができる。

第１の発明は、直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを３相備え、直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、直流電源とインバータ装置間の電流を検出する電源シャント抵抗を設け、下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間に当該相の相電流を検出する下アームシャント抵抗を少なくとも２相分設けて、下アームシャント抵抗により検出できない相電流を、電源シャント抵抗により検出する。

下アームシャント抵抗により検出できない可能性がある相電流は、下アームシャント抵抗を設けるのが３相又は２相のいずれにおいても１相のみであり、下アームシャント抵抗により検出できない相電流は電源シャント抵抗により必ず検出できるので、相電流検出に通電調節は不要である。そのため、位相により検出できる相電流が特定されることはない。そして、各シャント抵抗でそれぞれの相電流を検出できる。

これにより、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出を必要としない簡単な制御ソフトで、シャント抵抗による相電流の検出ができるインバータ装置が得られる。

下アームシャント抵抗を３相分設けた場合、３相分の相電流を検出できるので、２相分の電流値から残りの相の電流を演算する必要がなくなり、制御ソフトが更に簡単になる。

第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、下アームシャント抵抗は、３相のうち２相のみに設けられる。

上記構成により、下アームシャント抵抗を設けた当該相の２相分の相電流を、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出は必要とせず、検出できる。

また、検出する２相分の相電流が定まっているので、従来の（検出する２相分の相電流が定まっている）直接検出方式からの変更が容易である。

また、シャント抵抗の個数は下アームシャント抵抗２個と電源シャント抵抗１個の合計３個であり、従来のシャント方式２と変わらないので、部品点数の増加、形状の大型化を防止できる。

また、従来のシャント方式２と比べ、電源シャント抵抗があるので、電力算出、最大電流検出及び保護が容易になる。

更には、下アームシャント抵抗による検出電流値と電源シャント抵抗による検出電流値とを比較することにより、シャント抵抗を含めた電流検出回路の診断を行うことができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明のインバータ装置において、正弦波状の３相交流電流はセンサレスＤＣブラシレスモータへ出力され、検出される相電流に基いて、センサレスＤＣブラシレスモータのロータの位置検出を行う。

ロータの位置検出には２相分以上の相電流検出が必要なので、本インバータ装置は有用である。

第４の発明は、第３の発明のインバータ装置において、センサレスＤＣブラシレスモータにより駆動される電動圧縮機に搭載されるものである。

電動圧縮機に搭載されるインバータ装置は、取付スペースに制約があり小型化が必要で、モータからの振動に対して耐振性が必要であるため、シャント抵抗により電流検出する本インバータ装置は有用である。

第５の発明は、第１乃至第４の発明のインバータ装置において、車両に搭載するものである。車両用においては、搭載スペースに制約があり小型化が必要で、走行による振動に対する耐振性も必要なため、シャント抵抗により電流検出する本インバータ装置は有用である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置２４とその周辺の電気回路である。背景技術における図２５との相違点は、電源シャント抵抗６が追加されており、制御回路１３が制御回路１８に変更されている点でり、その他に関しては、図２５と同一であり、符号等はそのまま適用する。

電源シャント抵抗６はバッテリー１のマイナス側に設けられ、下アームシャント抵抗１５，１６，１７は、それぞれ下アームのスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚとバッテリー１のマイナス側との間に電源シャント抵抗６を介して接続されている。

図２に、３相１００％変調の位相９０度における、上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間と、下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す。

下アームにおいて、スイッチング素子ＸにはＯＮ期間がないが、スイッチング素子Ｙとスイッチング素子ＺにＯＮ期間があるので、Ｖ相の相電流がＶ相用下アームシャント抵抗１６により、Ｗ相の相電流がＷ相用下アームシャント抵抗１７によりそれぞれ検出可能である。また、上アームにおいては、スイッチング素子Ｕに１相のみ単独のＯＮ期間があるので、Ｕ相の相電流が電源シャント抵抗６により検出可能である。

このため、各相個別に、通電調節なしで、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相分の相電流を検出できる。

図３に、３相１００％変調の位相２１０度における、上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間と、下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す。

下アームにおいて、スイッチング素子ＹにはＯＮ期間がないが、スイッチング素子Ｚとスイッチング素子ＸにＯＮ期間があるので、Ｗ相の相電流がＷ相用下アームシャント抵抗１７により、Ｕ相の相電流がＵ相用下アームシャント抵抗１５によりそれぞれ検出可能である。また、上アームにおいては、スイッチング素子Ｖに１相のみ単独のＯＮ期間があるので、Ｖ相の相電流が電源シャント抵抗６により検出可能である。

このため、各相個別に、通電調節なしで、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相分の相電流を検出できる。

図４に、３相１００％変調の位相３３０度における、上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間と、下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す。

下アームにおいて、スイッチング素子ＺにはＯＮ期間がないが、スイッチング素子Ｘとスイッチング素子ＹにＯＮ期間があるので、Ｕ相の相電流がＵ相用下アームシャント抵抗１５により、Ｖ相の相電流がＶ相用下アームシャント抵抗１６によりそれぞれ検出可能である。また、上アームにおいては、スイッチング素子Ｗに１相のみ単独のＯＮ期間があるので、Ｗ相の相電流が電源シャント抵抗６により検出可能である。

このため、各相個別に、通電調節なしで、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相分の相電流を検出できる。

図５に、２相１００％変調の位相１２０度における、上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間と、下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す。

下アームにおいて、スイッチング素子ＸにはＯＮ期間がないが、スイッチング素子Ｙとスイッチング素子ＺにＯＮ期間があるので、Ｖ相の相電流がＶ相用下アームシャント抵抗１６により、Ｗ相の相電流がＷ相用下アームシャント抵抗１７によりそれぞれ検出可能である。また、上アームにおいては、スイッチング素子Ｕに１相のみ単独のＯＮ期間があるので、Ｕ相の相電流が電源シャント抵抗６により検出可能である。

このため、各相個別に、通電調節なしで、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相分の相電流を検出できる。

尚、２相１００％変調の他の位相については同様であり、説明は割愛する。

上記のように、下アームにおいて、ＯＮ期間がなくなるスイッチング素子は１つのみ、即ち、相電流を検出できないのは１相分だけである。

一方、そのＯＮ期間がなくなる下アームスイッチング素子の当該相の上アームスイッチング素子は、キャリア周期一杯ＯＮ期間となる。そして、下アームにおいて、ＯＮ期間である２相の当該相の上アームスイッチング素子は、ＯＦＦ期間となる。そのため、ＯＮ期間がなくなる下アームスイッチング素子の当該相の上アームスイッチング素子には、当該相のみの単独のＯＮ期間ができる。

これにより、ＯＮ期間がなくなる下アームスイッチング素子は１つのみであり、ＯＮ期間がなくなる下アームスイッチング素子の当該相の上アームスイッチング素子には当該相のみの単独のＯＮ期間ができるので、下アームにおいて検出できない相電流は、必ず電源シャント抵抗６で検出でき、従って、位相に関わりなく、各相個別に、通電調節なしで必ず検出できる。

これにより、位相毎の検出電流特定、通電調節、時系列的な電流検出を必要としない簡単な制御ソフトで、シャント抵抗による相電流の検出ができるインバータ装置が得られる
。

尚、下アームシャント抵抗を３相全てに設ければ、１キャリア内で３相ともに電流検出が可能となり、２相分の電流値から残りの相の電流を演算する必要がなくなり、制御ソフトが更に簡単になる。

図６に、上記の電流検出方法に基いた電流検出手順のフローチャートを示す。

ステップ１０において、Ｕ相用下アームシャント抵抗１５によりＵ相の相電流を検出する。検出できればステップ２０へ移る。検出できなければ、ステップ１１へ移り、電源シャント抵抗６によりＵ相の相電流を検出して、ステップ２０へ移る。

ステップ２０において、Ｖ相用下アームシャント抵抗１６によりＶ相の相電流を検出する。検出できればステップ３０へ移る。検出できなければ、ステップ２１へ移り、電源シャント抵抗６によりＶ相の相電流を検出して、ステップ３０へ移る。

ステップ３０において、Ｗ相用下アームシャント抵抗１７によりＷ相の相電流を検出する。検出できれば終了する。検出できなければ、ステップ３１へ移り、電源シャント抵抗６によりＷ相の相電流を検出して終了する。

これらの検出された電流値に基き、モータ１１を構成する磁石回転子５の誘起電圧を演算し、その位置検出を行う。

上記の如く単純明快なフローで電流検出を行うことができる。

尚、上記フローチャートにおいて、相電流の検出順序等これに限らない。相電流検出のタイミングもキャリア周期の前半、後半いずれでも良い。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置２３とその周辺の電気回路である。本発明の実施の形態１における図１との相違点は、Ｗ相用下アームシャント抵抗１７が削除されており、制御回路１８が制御回路１４に変更されている点であり、その他に関しては、図１と同一であり、符号等はそのまま適用する。

上記構成により、下アームシャント抵抗１５，１６を設けたＵ相、Ｖ相の相電流を、位相に係り無く、各相個別に、通電調節なしで必ず検出できる。

また、検出する２相分の相電流は、Ｕ相、Ｖ相に定まっているので、従来の図１０に示すＵ相、Ｖ相の相電流を検出する直接検出方式からの変更が、電流検出以外は制御ソフトを共用できるので、容易である。

シャント抵抗の個数は下アームシャント抵抗２個と電源シャント抵抗１個の合計３個であり、従来のシャント方式２と変わらないので、部品点数の増加、形状の大型化を防止できる。

電源シャント抵抗６には電源から供給される電流が流れるため、最大電流は必ず流れる。また、直流電流である。そのため、従来のシャント方式２と比べ、電源シャント抵抗６を用いて、電力算出、最大電流検出及び保護が容易になる。

更に、図２０の３相１００％変調の位相６０度と図２７の３相１００％変調の位相６０
度とを比較すると、電源シャント抵抗６でＵ相とＶ相の相電流を検出できるとともに、Ｕ相用下アームシャント抵抗１５でＵ相の相電流を、Ｖ相用下アームシャント抵抗１６でＶ相の相電流を検出できることがわかる。これにより、下アームシャント抵抗による検出電流値と電源シャント抵抗６（電源シャント抵抗）による検出電流値とを比較することにより、シャント抵抗を含めた電流検出回路の診断を行うことができる。

図８に、上記の電流検出方法に基いた電流検出手順のフローチャートを示す。

ステップ１０において、Ｕ相用下アームシャント抵抗１５によりＵ相の相電流を検出する。検出できればステップ２０へ移る。検出できなければ、ステップ１１へ移り、電源シャント抵抗６によりＵ相の相電流を検出して、ステップ２０へ移る。

ステップ２０において、Ｖ相用下アームシャント抵抗１６によりＶ相の相電流を検出する。検出できればステップ５０へ移る。検出できなければ、ステップ２１へ移り、電源シャント抵抗６によりＶ相の相電流を検出して、ステップ５０へ移る。

ステップ５０において、上記検出されたＵ相の相電流とＶ相の相電流からＷ相の相電流を演算する（固定子巻線４の中性点において、キルヒホッフの電流の法則を適用する）。

これらの検出された電流値に基き、モータ１１を構成する磁石回転子５の誘起電圧を演算し、その位置検出を行う。

上記の如く単純明快なフローで電流検出を行うことができる。

尚、上記フローチャートにおいて、相電流の検出順序等これに限らない。相電流検出のタイミングもキャリア周期の前半、後半いずれでも良い。

また、シャント抵抗は２個必要であるが、Ｕ相用下アームシャント抵抗１５とＶ相用下アームシャント抵抗１６、Ｖ相用下アームシャント抵抗１６とＷ相用下アームシャント抵抗１７、Ｗ相用下アームシャント抵抗１７とＵ相用下アームシャント抵抗１５のいずれの組合せでも良い。

（実施の形態３）
図９に、電動圧縮機４０の右側にインバータ装置２３を密着させて取り付けた図を示す。金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ１１等が設置されている。

冷媒は、吸入口３３から吸入され、圧縮機構部２８（この例ではスクロール）がモータ１１で駆動されることにより、圧縮される。この圧縮された冷媒は、モータ１１を通過する際にモータ１１を冷却し、吐出口３４より吐出される。

インバータ装置２３（インバータ装置２４でも良い）は電動圧縮機４０に取り付けられるように、ケース３０を使用している。発熱源となるインバータ回路部１０は、低圧配管３８を介して低圧冷媒で冷却される。電動圧縮機４０の内部でモータ１１の巻き線に接続されているターミナル３９は、インバータ回路部１０の出力部に接続される。保持部３５でインバータ装置２３に固定される接続線３６には、バッテリー１への電源線と回転数信号を送信するエアコンコントローラ（図示せず）との信号線がある。

このようなインバータ装置一体型電動圧縮機では、インバータ装置２３が小さいこと、振動に強いことが必要になるので、本発明の実施の形態として好適である。

尚、上記各実施の形態において、直流電源をバッテリーとしたが、これに限るものではなく、商用交流電源を整流した直流電源でもよい。モータ１１をセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、リラクタンスモータ、誘導モータ等にも適用できる。

また、３相の場合を例に挙げたが、多相においても適用できる。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、簡単な制御ソフトで、小型で耐振性高く相電流の検出ができるので、各種民生用製品、各種産業用機器に適用できる。負荷としてモータ以外の交流機器にも適用可能である。

本発明の実施の形態１に係るインバータ装置とその周辺の電気回路図 ３相１００％変調の位相９０度における電流検出の説明図 ３相１００％変調の位相２１０度における電流検出の説明図 ３相１００％変調の位相３３０度における電流検出の説明図 ２相１００％変調の位相１２０度における電流検出の説明図 本発明の実施の形態１に係る電流検出手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態２に係るインバータ装置とその周辺の電気回路図 本発明の実施の形態２に係る電流検出手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図 相電流を直接検出するインバータ装置とその周辺の電気回路図 電源ラインのシャント抵抗で相電流を検出するインバータ装置とその周辺の電気回路図 ３相５０％変調における各相波形の変調を示す特性図 ３相１００％変調における各相波形の変調を示す特性図 ３相変調のタイミングチャート 期間（ａ）における電流経路を示す電気回路図 期間（ｂ）における電流経路を示す電気回路図 期間（ｃ）における電流経路を示す電気回路図 期間（ｄ）における電流経路を示す電気回路図 ３相５０％変調の位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相１５０度〜２１０度における上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相２７０度〜３３０度における上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間を示す特性図 ２相１００％変調における各相波形の変調を示す特性図 ２相１００％変調の位相９０度〜１５０度における上アームのＯＮ期間、通電期間、循環期間を示す特性図 下アームとアース間のシャント抵抗３個により相電流を検出するインバータ装置とその周辺の電気回路図 ３相５０％変調の位相３０度〜９０度における下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相３０度〜９０度における下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相１５０度〜２１０度における下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す特性図 ３相１００％変調の位相２７０度〜３３０度における下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す特性図 ２相１００％変調の位相９０度〜１５０度における下アームのＯＮ期間、上循環期間、下循環期間を示す特性図

符号の説明

１ バッテリー
２ スイッチング素子
３ ダイオード
４ 固定子巻線
５ 磁石回転子
６ 電源シャント抵抗
１０ インバータ回路
１１ センサレスＤＣブラシレスモータ
１５ Ｕ相用下アームシャント抵抗
１６ Ｖ相用下アームシャント抵抗
１７ Ｗ相用下アームシャント抵抗
２３ インバータ装置
２４ インバータ装置
４０ 電動圧縮機

Claims (5)

1. 直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子と前記直流電源のマイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを３相備え、前記直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、前記直流電源と前記インバータ装置間の電流を検出する電源シャント抵抗を設け、前記下アームスイッチング素子と前記直流電源のマイナス側との間に当該相の相電流を検出する下アームシャント抵抗を少なくとも２相分設けて、前記下アームシャント抵抗により検出できない相電流を、前記電源シャント抵抗により検出するインバータ装置。
2. 前記下アームシャント抵抗は、３相のうち２相のみに設けられる請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記正弦波状の３相交流電流はセンサレスＤＣブラシレスモータへ出力され、検出される相電流に基いて、前記センサレスＤＣブラシレスモータのロータの位置検出を行う請求項１又は２に記載のインバータ装置。
4. 前記センサレスＤＣブラシレスモータを駆動源とする電動圧縮機に搭載される請求項３に記載のインバータ装置。
5. 車両に搭載される請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
   
   

Images