JP2007097355A - インバータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源の高電圧化に対応できる最適なインバータ回路を提供する。
【解決手段】 インバータ回路３０は、直流電源１と、この直流電源１の直流電圧をスイッチングにより三相擬似交流電圧に変換するスイッチング素子群１２とを備え、前記直流電源１に対して直列に接続されたコンデンサ群３６と、このコンデンサ群３６を形成するコンデンサ３７及びコンデンサ３８に並列に接続された抵抗５５及び抵抗５６から成る抵抗群５４を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換するためのスイッチング素子群をモールドパッケージ内に設けて成るインバータモジュールに関する。

近年、電気自動車用の空調装置としてバッテリーからの電源で駆動される電動コンプレッサを搭載した空調装置が開発されている。このような空調装置の一例として、特許文献１に開示されている空調装置につき、図４を参照して説明する。図４はインバータ回路を備えた電気自動車用空調装置の電源回路図である。

図４に示すように空調装置１００は、バッテリー１０１と、このバッテリー１０１に直列に接続される開閉器１０２と、この開閉器１０２と並列に接続され、抵抗１０４を備えた開閉器１０３と、インバータモジュール１０５と、コンデンサ１０６と、電動コンプレッサ１１０から構成されている。

前記インバータモジュール１０５は、スイッチング素子１１４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードから成るスイッチング素子群１１２をモールドパッケージ１１５内にモールドすることにより構成されている。このスイッチング素子群１１２は、バッテリー１０１からの直流電圧を三相疑似交流電圧に変換し電動コンプレッサ１１０に印加し、当該電動コンプレッサ１１０を駆動するためのものである。コンデンサ１０６は、スイッチング素子群１１２に電圧を安定的に供給するために設けられている。

バッテリー１０１と接続するためには、開閉器１０３を最初に接続し、突入電流防止用の正特性サーミスタ１０４を通してコンデンサ１０６を充電し、充電が終了した後、開閉器１０２を接続し、開閉器１０３を解裂して通常接続状態となる。これによりスイッチング回路１０８に電力が供給され、スイッチング素子群１１２を制御して電動コンプレッサ１１０を駆動する。
特許第３３４１３２７号

電気自動車に搭載するこの種の空調装置のバッテリー電源は、電気自動車を駆動するためのバッテリー電源と共用とすることが一般的であり、空調装置内に昇降圧回路等の電圧を調整する回路が存在しなければ、コンプレッサに印加される擬似三相交流電圧の最大値は、バッテリー電源の最大値とほぼ等しいことになる。

ところで、上記のようなバッテリー電源の電圧は、電気自動車の主軸駆動装置の高出力化や軽量化のため、高電圧化する傾向にある。このためバッテリー電源を共有する空調装置においても高電圧入力に対応した回路構成をとる必要がある。

しかしながら、上記のような高電圧化に伴う回路構成の変更では、各部品の耐圧を高電圧レベルに合わせた仕様にする必要があり、部品によっては一般的なものが無く、必要以上にスペックアップした部品を使用することになり、機器の大型化やコストアップを招き現実的ではなかった。

特にインバータ入力部に配置するコンデンサは、高電圧化に合わせた耐圧レベルを確保しようとすると汎用的なものが普及していないため、必要以上に耐圧レベルの高いものを使用せざるをえず、大型化やコストアップの問題が生じていた。

本発明は係る従来の課題に鑑みて成されたものであり、電気自動車の主軸駆動装置とバッテリー電源を共有する空調装置において、バッテリー電源が高電圧化した場合でも耐圧の低いコンデンサを使用して安価でコンパクトなインバータ回路を構成でき、高電圧化に対して最適なインバータ回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための手段として、請求項１記載のインバータモジュールは、直流電源と、この直流電源の直流電圧をスイッチングにより三相擬似交流電圧に変換するスイッチング素子群とを備え、前記直流電源に対して直列に接続されたコンデンサ群と、このコンデンサ群のコンデンサ夫々に並列に接続された抵抗から成る抵抗群を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインバータモジュールにおいて、前記抵抗群及び前記スイッチング素子群を同一のモールドパッケージ内に収納して成ることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２記載のインバータモジュールにおいて、直列接続されたコンデンサとコンデンサの接続点と、モールドされたバランス抵抗とバランス抵抗の接続点とを接続するピンを設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１、請求項２及び請求項３記載のインバータモジュールにおいて、前記コンデンサ群のコンデンサの放電電圧を、前記抵抗群の抵抗の端子電圧より検出することにより、前記コンデンサの状態を判断するコンデンサ異常判定手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、電気自動車の主軸駆動装置とバッテリー電源を共有する空調装置において、バッテリー電源が高電圧化した場合でも耐圧の低いコンデンサを使用して安価でコンパクトなインバータ回路を構成でき、高電圧化に最適なインバータ回路を提供することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。

図１は、本発明の一実施例のインバータモジュールを備えた電気自動車用空調装置のインバータ回路図、図２は同インバータモジュールの斜視図、図３は同インバータモジュールにコンデンサ等の周辺回路を組み込んだコンプレッサドライブモジュールの斜視図をそれぞれ示している。

図１に示す空調装置のインバータ回路３０において、１は電気自動車のメインバッテリーであり、自動車を駆動するための主軸駆動装置６０に電力を供給すると同時に、空調装置のインバータ回路３０の電動コンプレッサ１０に開閉器２や充電回路７、インバータモジュール３５等を介して電源を供給している。ここで、バッテリー１は直流電源であり、電動コンプレッサ１０には後述するようにインバータモジュール３５により三相疑似交流電圧に変換された電圧が供給される。

インバータモジュール３５は、電圧をスイッチングにより三相疑似交流電圧に変換するためのスイッチング素子群１２をモールドパッケージ４０内に設けてなるものであり、このスイッチング素子群１２は、スイッチング素子１４とスイッチングサージ吸収用の図示しないダイオードにて構成され、バッテリー１のプラスライン４とマイナスライン６間に接続される。

ヒューズ２５は、開閉器２と、スイッチング回路８との間に接続されており、スイッチング回路８に過電流が流れるのを防止するためのものである。

充電回路７は、開閉器３と正特性サーミスタ１８およびダイオード１９の直列回路から成り、開閉器２に並列に接続されている。この充電回路７は、バッテリー１の電圧を印加する際に、コンデンサ３７とコンデンサ３８から構成されているコンデンサ群３６に流れる突入電流と、同コンデンサ群３６に発生する突入電圧を抑制するためのものである。

ここで、コンデンサ群３６は、スイッチング素子群１２に電圧を安定的に供給するためのものであり、開閉器２とスイッチング素子群１２との間のプラスライン４とマイナスライン６間に接続される。また、コンデンサ群３６におけるコンデンサ３７とコンデンサ３８には、各コンデンサと並列に抵抗５５と抵抗５６が接続され、抵抗５５と抵抗５６により抵抗群５４が構成されている。そして、抵抗群５４とスイッチング素子群１２とをモールドパッケージ４０内に一体にモールドすることによりインバータモジュール３５が構成されている。

コンデンサ異常判定手段２６は、図３のインバータモジュール３５に取り付けられた基板５１上の図示しないマイクロプロセッサの機能の一部であり、マイクロプロセッサより抵抗群５４の抵抗５５と抵抗５６に接続されている。

抵抗群５４は、バッテリー１を接続する際のコンデンサ群３６の充電時に、コンデンサ３７とコンデンサ３８の充電の偏りを抑えるために設けられたものである。コンデンサ３７、コンデンサ３８に並列に接続された抵抗５５と抵抗５６の値をコンデンサに合わせて適切な値に設定することで、各コンデンサに加わる電圧の入力電圧に対する比率が決定され、コンデンサの耐圧を超えた充電を防止する働きをしている。本実施例ではコンデンサ３７およびコンデンサ３８は同一の容量であり、同様に抵抗５５と抵抗５６も同一の抵抗値であることから、コンデンサの耐圧設計を入力電圧の半分で考えることができる。

また本実施例では抵抗群５４の抵抗５５と抵抗５６はスイッチング素子群１２と共にモールドパッケージ４０内に一体にモールドされている。

ここで、上記従来例では係るコンデンサ電圧のバランスをとる抵抗は回路基板上に配置されていたため、インバータ回路が拡大するという問題が生じていた。一方、係るインバータ回路を本実施例の如く電気自動車用空調装置の電動コンプレッサ駆動のために車両に搭載する場合には、設置スペースが限られた狭いエンジンルーム内に設置しなければならない関係上、その小型化を図る必要があった。

そこで、本実施例では、上述のように抵抗５５と抵抗５６をモールドパッケージ４０内に一体にモールドしたことにより、インバータ回路３０の小型化が可能となる。これにより、インバータモジュール３５を備えたインバータ回路３０の設置スペースを削減することができる。

また、抵抗群３６はコンデンサ群３６に充電された電荷を放電させる放電抵抗としても機能することから、抵抗５５と抵抗５６をモールドすることで、抵抗５５と抵抗５６の放熱もインバータモジュール３５の放熱手段（放熱フィン等）にて行うことが可能となる。従って、抵抗の放熱のために格別な放熱手段を設置する必要が無くなり、部品点数の削減も図ることができる。更に、各抵抗の絶縁距離も確保することが可能となる。従って、本実施例によれば、高性能のインバータ回路３０を提供することができる。

尚、モールドパッケージ４０には、当該モールドパッケージ４０内のスイッチング素子群１２とコンプレッサ１０とを接続するためのピン２０が取り付けられ、当該モールドパッケージ内の抵抗５５、抵抗５６とバッテリー１およびコンデンサ群３６と接続するためのピン２２、ピン２４が取り付けられている。本実施例の如く抵抗５５、抵抗５６をモールドパッケージ４０内に設けた場合であっても、係るピン２２、ピン２４により抵抗５５と抵抗５６をコンデンサに支障なく接続できるようになると共に、抵抗５５および抵抗５６の端子電圧も支障なくコンデンサ異常判定手段２６に出力することができるものである。

また、電源遮断時には、抵抗５５および抵抗５６の電圧を計測することによって、コンデンサ３７およびコンデンサ３８の放電電圧を観測することが可能である。

コンデンサ異常判定手段２６は、スイッチング回路８の最初の稼動時の放電電圧特性を記憶しておいて、これと現在の放電電圧特性とを比較することでコンデンサ容量の減少等のコンデンサ異常を判定することができる。また、コンデンサ３７とコンデンサ３８の放電電圧特性を比較し、特性に偏りがあることを検出して異常と判断することもできる。

以上、上記実施例により本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能であることは云うまでもない。

本発明の一実施例におけるインバータモジュールを備えた電気自動車用空調装置の電源回路図である。 モールドパッケージ内にモールドされた状態のインバータモジュールの斜視図である。 インバータモジュールに周辺部品を組み込んだコンプレッサドライブモジュールの斜視図である。 従来のインバータモジュールを備えた電気自動車用空調装置の電源回路図である。

符号の説明

１ バッテリー
２、３ 開閉器
７ 充電回路
８ スイッチング回路
１０ 電動コンプレッサ
１２ スイッチング素子群
１４ スイッチング素子
１８ 正特性サーミスタ
１９ ダイオード
２０、２２、２４ ピン
２６ コンデンサ異常判定手段
３０、１００ 空調装置のインバータ回路
３５ インバータモジュール
３６ コンデンサ群
３７ コンデンサ
３８ コンデンサ
４０ モールドパッケージ
５４ 抵抗群
５５、５６ 抵抗
６０ 主軸駆動装置

Claims (4)

1. 直流電源と、この直流電源の直流電圧をスイッチングにより三相擬似交流電圧に変換するスイッチング素子群とを備え、
   前記直流電源に対して直列に接続されたコンデンサ群と、このコンデンサ群のコンデンサ夫々に並列に接続された抵抗から成る抵抗群を設けたことを特徴とするインバータ回路。
2. 前記抵抗群及び前記スイッチング素子群を同一のモールドパッケージ内に収納して成ることを特徴とする請求項１のインバータ回路。
3. 前記抵抗群の抵抗同士の接続点と、前記コンデンサ群のコンデンサ同士の接続点と、
   を接続するためのピンを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインバータ回路。
4. 前記コンデンサ群のコンデンサの放電電圧を、前記抵抗群の抵抗の端子電圧より検出することにより、前記コンデンサの状態を判断するコンデンサ異常判定手段を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のインバータ回路。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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