JP2008043189A - 車両用インバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理のできる車両用インバータ装置の提供を目的とする。
【解決手段】インバータ回路１０と駆動回路８と制御回路６とはアースが共通に接続されて、低電圧直流電源１２を電源として低電圧直流電源１２とは電気絶縁される直流電圧を出力する絶縁直流電源４０を設ける。制御回路６は絶縁直流電源４０から電力供給され、絶縁直流電源４０の直流電圧出力は、高電圧直流電源１のプラス側ラインに接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧直流電源と高電圧直流電源とは電気絶縁された低電圧直流電源とを備えた車両に搭載されるインバータ装置に関するものである。
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などにおいては、走行動力源としてモータが用いられ、それを駆動するインバータ装置が搭載されている。このインバータ装置は、凡そ２００Ｖ〜３００Ｖの高電圧直流電源即ち高電圧バッテリーから電力供給される。この高電圧バッテリーは、ＤＣコンバータ、パワステ用インバータ装置、電動圧縮機用インバータ装置などにも電力供給される。
一方、１２Ｖもしくは２４Ｖなどの低電圧直流電源即ち低電圧バッテリーも備えられている。これは、電装品である照明ライト、ワイパ、パワーウインド、カーナビ、カーオーディオ、走行用インバータ装置のコントローラ、ファンモータ、電動圧縮機用インバータ装置のコントローラである空調制御部などへの電力供給に使用される。低電圧バッテリーのマイナス側は、車体に接地されているが、高電圧バッテリーは、車体に接地されない。低電圧バッテリーの電源系統と高電圧バッテリーの電源系統とは、電気絶縁されている。また、車両のキースイッチ操作による、電源系統の通電タイミングは、低電圧バッテリーの電源系統が通電された後に、高電圧バッテリーの電源系統が通電される。
高電圧バッテリーのみを電源とする電動圧縮機用インバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この回路について以下説明する。図９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１２０の制御回路１０６は、空調制御部５１からの回転数指令信号、センサレスＤＣブラシレスモータ１１（以降モータと称す）を構成する磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２（ＩＧＢＴ、ＦＥＴ，トランジスタ等が用いられる）を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、交流電流をモータ１１へ出力する。磁石回転子５により固定子巻線４に発生する誘起電圧により、その位置検出を行う。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と定義する。
コンデンサ１９は、インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサである。スイッチング電源９は、高電圧バッテリー１を電源として２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、インバータ回路１０のスイッチング素子２を駆動する駆動回路８、５Ｖ電源１４などへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路１０６へ供給される。駆動回路８は、チャージポンプ回路などにより実現される。
インバータ回路１０と駆動回路８と制御回路１０６とはアースが共通に接続されている。そのため、制御回路１０６は、駆動回路８を直接制御できる。また、インバータ回路１０に係わる電圧信号、電流信号などを連続したアナログ信号で、制御回路１０６に入力できる。高電圧バッテリー１の電源系統となる制御回路１０６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信は、電気絶縁が必要であるため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。高電圧バッテリー１の電源系統と低電圧バッテリー１２の電源系統との境を点線で示している。
電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。また、カーナビ、カーオーディオなども作動可能となる。一方、この時点では、制御回路１０６は給電されていないので、空調制御部５１との通信はできない状態にある。また、回路診断も行えない。
更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１からコンデンサ１９が充電される。そして、スイッチング電源９が機能し、駆動回路８、制御回路１０６へ電力供給される。充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられ、インバータ回路１０が作動可能となる。
この時点で、制御回路１０６は給電されているので、回路診断を行う。また、空調制御部５１との通信が可能な状態にある。ここで、制御回路１０６は、空調制御部５１からの電動圧縮機を作動させる指令信号を受信すると、駆動回路８、インバータ回路１０を介して、電動圧縮機のモータ１１を作動させる。また、空調制御部５１へ、電圧値、電流値、回路診断結果などインバータ装置１２０のデータを送信する。これらの、信号を矢印で示す。空調制御部５１は、回路診断結果などを画像、音声などにより使用者に通知する。
回路診断の一例としては、異なる相の上アームスイッチング素子Ｕと下アームスイッチング素子Ｙを同時ＯＮさせて、Ｕ相、Ｖ相のモータに流れる電流の有無を確認することができる。これにより、インバータ回路１０とモータ１１とのＵ相、Ｖ相の接続有無を診断することができる。
高電圧バッテリー１、スイッチ３０、抵抗３１、スイッチ３２からなる回路には、インバータ装置１２０と並列に、走行用インバータ装置、ＤＣコンバータ、パワステ用インバータ装置なども接続されている。
特開平１１−１８９０３２号公報（第８頁、第２図、第７図〜第９図、第７頁、第４図、第５図）
上記のように、高電圧バッテリーのみを電源とするインバータ装置においては、高電圧バッテリーが通電されるまで、回路診断を行えない。また、通信できない通信エラーの状態にある。そのため、車両のキースイッチ操作が、低電圧バッテリーが通電される１回目の後、高電圧バッテリーが通電される２回目まで待つ必要があり、平滑コンデンサの充電待ちなどにより、迅速に行えない。また、高電圧バッテリーが通電された後に回路診断を行い、結果として故障であった場合、充電された平滑コンデンサの放電を待たなければならず、すぐには点検修理にとりかかることができない。
車両に搭載されていない装置単体において、回路診断を行う場合においては、まず、回路診断結果を通知する手段である空調制御部などコントローラ用の低電圧バッテリーが必要である。そして、これに加え、高電圧バッテリーも準備しなければならない。低電圧バッテリーは入手、準備が容易であるが、高電圧バッテリーの入手、準備は容易ではない。
高電圧バッテリーの高電圧による回路診断においては、電圧が高く、短時間のスイッチングでも電流が大きく上昇するため、スイッチング素子をＯＮさせる場合、ＯＮ時間は瞬間とし、電流を監視して過電流とならないようにしなければならない。そのため、ハード、ソフト両面において複雑になる。
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理のできる車両用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、本発明の車両用インバータ装置は、高電圧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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子を備え、スイッチングにより交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路と、高電圧直流電源とは電気絶縁されている低電圧直流電源により作動する機器と制御回路とが電気絶縁して通信するための絶縁通信手段とを備え、インバータ回路と駆動回路と制御回路とはアースが共通に接続されている車両用インバータ装置において、低電圧直流電源を電源として低電圧直流電源とは電気絶縁される直流電圧を出力する絶縁直流電源を備え、制御回路は当該絶縁直流電源から電力供給され、当該絶縁直流電源の直流電圧出力は、高電圧直流電源のプラス側ラインに接続されるものである。
上記構成により、制御回路は絶縁直流電源から電力供給されるため、低電圧直流電源の通電のみで作動可能となり通信できる。また、仮にインバータ回路またはその周辺回路がアースに短絡故障していた場合、絶縁直流電源の直流電圧出力が低い値となり、制御回路が作動しなくなる。そのため、低電圧直流電源により作動する機器との通信がエラーとなり、当該機器が通信エラーを通知することにより、インバータ装置の故障を発見できる。低電圧直流電源の通電のみであり、高電圧直流電源による平滑コンデンサの充電放電は発生しないので、迅速な対応ができる。
これにより、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理のできる車両用インバータ装置が得られる。
本発明の車両用インバータ装置は、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理を行うことができる。
第１の発明は、高電圧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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子を備え、スイッチングにより交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、スイッチング素子を駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路と、高電圧直流電源とは電気絶縁されている低電圧直流電源により作動する機器と制御回路とが電気絶縁して通信するための絶縁通信手段とを備え、インバータ回路と駆動回路と制御回路とはアースが共通に接続されている車両用インバータ装置において、低電圧直流電源を電源として低電圧直流電源とは電気絶縁される直流電圧を出力する絶縁直流電源を備え、制御回路は当該絶縁直流電源から電力供給され、当該絶縁直流電源の直流電圧出力は、高電圧直流電源のプラス側ラインに接続されるものである。
上記構成により、制御回路は絶縁直流電源から電力供給されるため、低電圧直流電源の通電のみで、作動可能となり通信できる。また、仮にインバータ回路またはその周辺回路がアースに短絡故障していた場合、絶縁直流電源の直流電圧出力が低い値となり、制御回路が作動しなくなる。これにより、低電圧直流電源により作動する機器との通信がエラーとなる。当該機器が通信エラーを通知することにより、インバータ装置の故障を発見できる。低電圧直流電源の通電のみであり、高電圧直流電源による平滑コンデンサの充電放電は発生しないので、迅速な対応ができる。これにより、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理のできる車両用インバータ装置が得られる。
第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、絶縁直流電源から高電圧直流電源のプラス側ラインに流れる電流を検出する電流検出器を備え、制御回路は当該電流検出器からの出力により、回路を診断するものである。これにより、絶縁直流電源から、平滑コンデンサへ充電電流が流れる時間即ち充電時間は、制御回路が電流検出器からの出力により判定できる。平滑コンデンサに故障があれば、その充電時間が標準から外れてくる。従って、平滑コンデンサの診断をすることができる。また、回路に短絡などの故障があれば、絶縁直流電源からその回路に電流が流れ続ける。これにより、回路の診断をすることができる。
第３の発明は、第２の発明のインバータ装置において、当該絶縁直流電源の直流電圧出力は、サイリスタもしくはトライアックを介して、高電圧直流電源のプラス側ラインに接続されるものである。これにより、制御回路がサイリスタもしくはトライアックへのトリガで電流のＯＮスタートを制御できる。そのため、電流の流れる時間を正確に把握し、正確な診断を行うことができる。
第４の発明は、第２または第３の発明のインバータ装置において、電流検出器を、ＬＥＤとホトトランジスタにより構成されるホトカプラとするものである。これにより、回路診断の電流を小さくできるため、絶縁直流電源の電力負担を小さくできる。また、故障箇所にダメージを与えることなく信頼性高く診断できる。
第５の発明は、第２乃至４の発明のインバータ装置において、駆動回路は絶縁直流電源から電力供給され、制御回路は駆動回路を介してスイッチング素子を駆動することにより、回路を診断するものである。インバータ回路に印加されている電圧は、高電圧直流電源からの高電圧ではなく、絶縁直流電源からの低電圧である。そのため、スイッチングによる電流上昇は小さく、また、電流制限は抵抗などにより容易に行える。従って、ハード、ソフトともに簡単に構成できる。
第６の発明は、第５の発明のインバータ装置において、スイッチング素子を診断するものである。上記の如く、スイッチングによる電流上昇は小さい。また、絶縁直流電源から抵抗を介して接続することにより、電流の最大値を制限できる。従って、同一相の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を同時ＯＮさせて短絡電流の有無を確認することができる。これにより、スイッチング素子の診断をすることができる。
第７の発明は、第５の発明のインバータ装置において、インバータ回路と負荷との接続を診断するものである。異なる相の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を同時ＯＮさせて、負荷への電流の有無を確認することができる。これにより、インバータ回路と負荷との接続を診断することができる。
第８の発明は、第５乃至第７の発明のインバータ装置において、高電圧直流電源からは駆動回路へ電力供給しないものである。これにより、駆動回路へ電力供給するのは絶縁直流電源のみとなる。高電圧直流電源を電源とするスイッチング電源などは、その周辺部品が高耐圧品であり、大型化する。そのため、絶縁直流電源のみとすることにより、小型化を図ることができる
また、絶縁直流電源はその電源が低電圧直流電源であるため、フライバックパルスなどの電圧が低い。そのため、樹脂モールド化を実施し易く、耐湿性耐振性を向上し易くなる。これにより、小型で耐湿性耐振性を向上し易く、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信のできる車両用インバータ装置が得られる。
第９の発明は、第１乃至第８の発明のインバータ装置において、低電圧直流電源から電力供給されるＣＡＮレシーバをＣＡＮ通信バスと絶縁通信手段との間に備え、制御回路は、当該ＣＡＮ通信バスを介して通信を行うものである。上記構成により、ＣＡＮ通信バスへ接続される他の機器との通信が容易となり、インバータ装置運転のための情報を把握することができる。ＣＡＮ通信バスへ接続される各種機器を管理するコントローラを設ける場合、当該コントローラが、数多くの機器にアクセスできることが重要になる。従って、低電圧直流電源のみの通電時において、インバータ装置もＣＡＮネットワークへアクセスでき、診断情報も送信できるため、ＣＡＮネットワークの効用が生かされる。
第１０の発明は、第１乃至第９の発明のインバータ装置において、負荷を電動圧縮機のモータとするものである。空調に用いられる電装品は、低電圧直流電源により作動する空調制御部、ファンモ−タ、アクチュエータ、高電圧直流電源を主電源とするインバータ装置がある。これら全てが、高電圧直流電源より先に通電される低電圧直流電源のみの通電時において、回路診断及び通信が可能となり、迅速に完了する。また、空調に用いられる電装品のみを回路診断する場合、低電圧直流電源を準備するのみで、全てについて実施できる。
第１１の発明は、第１０の発明のインバータ装置において、電動圧縮機に搭載されるものである。電動圧縮機とインバータ装置が一体となっており、空調制御部、低電圧直流電源を準備するのみで、回路診断できる。電動圧縮機に搭載されるインバータ装置は、取り付け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。第６の発明により、小型、樹脂モールド化が容易となるため、当該一体型に有用である。
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。なお、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に係る車両用インバータ装置２０とその周辺の電気回路図である。背景技術における図９との相違点は、絶縁直流電源である絶縁トランス電源４０が追加され、当該絶縁トランス電源４０の出力を、スイッチング電源９に代わり５Ｖ電源１４へ接続し、ダイオード３３を介して高電圧バッテリー１のプラス側ラインに接続されている点である。これに伴い、制御回路１０６が制御回路６に、インバータ装置１２０がインバータ装置２０となっている。他の回路は図９と同一であり、記号等はそのまま適用する。
インバータ装置２０の制御回路６は、空調制御部５１からの回転数指令信号、磁石回転子５の位置情報等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御し、高電圧バッテリー１からの直流電圧をスイッチングすることにより、交流電流をモータ１１へ出力する。磁石回転子５により固定子巻線４に発生する誘起電圧により、その位置検出を行う。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。絶縁トランス電源４０は、低電圧バッテリー１２の出力を、低電圧バッテリー１２とは電気絶縁される２０Ｖ程度の直流電圧に変換し、５Ｖ電源１４、ダイオード３３を介して高電圧バッテリー１のプラス側ラインなどへ出力する。５Ｖ電源１４の出力である直流電圧５Ｖは、制御回路６へ供給される。
インバータ回路１０と駆動回路８と制御回路６とはアースが共通に接続されている。これにより、絶縁トランス電源４０の出力は、高電圧バッテリー１の電源系統とアースが共通になる（以降、これを高電圧バッテリー１のアース系統と称す）。そのため、制御回路６は、駆動回路８を直接制御できる。また、インバータ回路１０に係わる電圧信号、電流信号などを連続したアナログ信号で、制御回路６に入力できる。高電圧バッテリー１のアース系統となる制御回路６と、低電圧バッテリー１２の電源系統となる空調制御部５１との通信には電気絶縁が必要である。そのため、絶縁通信手段であるホトカプラ１５及びホトカプラ１６を介して行われる。高電圧バッテリー１の電源系統、高電圧バッテリー１のアース系統と低電圧バッテリー１２の電源系統との境を点線で示している。
電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１が作動可能となる。また、絶縁トランス電源４０も作動可能となる。そして、低電圧バッテリー１２とは電気絶縁される２０Ｖ程度の直流電圧を、５Ｖ電源１４へ出力する。これにより、制御回路６は５Ｖを給電されるので、空調制御部５１との通信が可能となる。また、絶縁トランス電源４０の出力は、ダイオード３３を介して高電圧バッテリー１のプラス側ラインへ供給される。これにより、コンデンサ１９が２０Ｖ程度に充電される。ここで、スイッチング電源９は電源電圧が２０Ｖと低いために作動しておらず、消費電流は０である。
上記構成により、仮に、コンデンサ１９、スイッチング電源９、駆動回路８などがアース短絡故障していた場合、絶縁トランス電源４０の直流電圧出力は、ダイオード３３を介してアース短絡されてしまう。これにより、絶縁トランス電源４０の直流電圧出力は０となるため、５Ｖ電源１４の出力も０となり、制御回路６は作動しない。低電圧バッテリー１２により作動する空調制御部５１との通信はできない。そのため、空調制御部５１は通信エラーとなり、それを画像などにより通知する。これにより、インバータ装置の故障を発見できる。
結果として通信エラーであった場合、キースイッチ操作１回目であり、短時間に迅速に発見できる。また、高電圧バッテリー１は通電されておらず、コンデンサ１９は高電圧バッテリー１の電圧まで充電されていないので、放電を待つ必要がないため、すぐに点検修理にかかることができる。そして、絶縁トランス電源４０の出力は、電圧は低く、電流容量も小さいので、また、通常、短絡保護機能が設けられているので、アース短絡しても、過熱などは発生しない。従って、容易に診断できる。
故障のない場合、更に次のキースイッチ操作により、スイッチ３０がＯＮとなり、高電圧バッテリー１の電源系統が通電される。これにより、抵抗３１から、コンデンサ１９が２０Ｖから高電圧バッテリー１の電圧まで充電される。これにより、スイッチング電源９が作動可能となり駆動回路８に電力供給する。また、絶縁トランス電源４０の出力電圧より高電圧バッテリー１の電圧の方が高いのでダイオード３３はＯＦＦとなる。そして、充電完了以降に、スイッチ３２が閉じられる。ここで、制御回路６は、空調制御部５１からの電動圧縮機を作動させる指令信号を受信すると、駆動回路８、インバータ回路１０を介して、電動圧縮機のモータ１１を作動させる。また、空調制御部５１へ、インバータ装置２０の電圧、電流、診断結果などのデータを送信する。これらの信号を矢印で示す。
インバータ回路１０への電流を平滑する平滑コンデンサ１９は、一旦絶縁トランス電源４０の直流電圧で充電されている。そのため、スイッチ３０がＯＮとなり、抵抗３１を介して高電圧バッテリー１により充電される際、その充電時間が短縮される。
図２に、絶縁直流電源である絶縁トランス電源４０の回路図例を示す。トランス３７の１次側コイルに接続されるトランジスタ３６がＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを行う。トランジスタ３６のＯＮ時に、低電圧バッテリー１２から１次側コイルに電流が流れる。そして、トランジスタ３６のＯＦＦ時に、２次側コイルに電流が流れる。この電流は、ダイオード３８により整流され、コンデンサ３９により平滑される。
上記構成により、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理のできる車両用インバータ装置が得られる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る車両用インバータ装置２１とその周辺の電気回路図である。実施の形態１における図１との相違点は、ダイオード３３と直列に、ホトカプラ３４、抵抗３５が追加されている点である。これに伴い、制御回路６は制御回路７へ、インバータ装置２０がインバータ装置２１となる。
この構成により、ダイオード３３を介して絶縁トランス電源４０から平滑コンデンサ１９に充電電流が流れる間、ホトカプラ３４のＬＥＤにも当該充電電流が流れ続ける。ホトカプラ３４のホトトランジスタ出力は制御回路７へ伝達される。これにより、充電電流が流れる時間即ち充電時間は、制御回路７が判定できる。
平滑コンデンサ１９の容量が減少していれば、その充電時間が短くなる。また、もれ電流が増加していれば、その充電時間が長くなる。オープンになっていれば、充電時間は０になる。従って、平滑コンデンサ１９に故障があれば、充電時間が標準から外れてくるため、平滑コンデンサ１９の診断をすることができる。
また、駆動回路８などに、インピーダンス低下、アース短絡などの故障があれば、ダイオード３３を介して絶縁トランス電源４０から駆動回路８などへ電流が流れ続ける。この電流が流れ続けることを制御回路７が判定し、回路のインピーダンス低下、アース短絡と診断をすることができる。
尚、抵抗３５は、平滑コンデンサ１９の充電時間時定数を決めるため、絶縁トランス電源４０及びホトカプラ３４の電流保護のために設けている。ホトカプラ３４は小さい電流（数ｍＡ程度）を検出できるので、回路診断の電流を小さくできる。そのため、絶縁トランス電源４０の電力負担を小さくできる。また、故障箇所にダメージを与えることなく信頼性高く診断できる。抵抗３５を設ける代わりに、絶縁トランス電源４０に電流制限機能を持たせても良い。尚、ダイオード３３に代わり、サイリスタ、トライアック、リレーなどを用い、制御回路７によりＯＮスタートを制御して、電流が流れる時間を正確に把握しても良い。ホトカプラ３４に代わり、ホール素子を用いた電流センサなどを用いても良い。
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係る車両用インバータ装置２２とその周辺の電気回路図である。実施の形態２における図３との相違点は、ダイオード４１を介して、絶縁トランス電源４０から駆動回路８へも電力供給される点である。これに伴い、制御回路７は制御回路７１へ、インバータ装置２１がインバータ装置２２となる。
この構成により、制御回路７１は駆動回路８を介してスイッチング素子２を駆動することができる。インバータ回路１０に印加されている電圧は、高電圧バッテリー１からの高電圧ではなく、絶縁トランス電源４０からの低電圧である。そのため、スイッチング素子２がＯＮすることによる電流上昇は小さい。また、定格電力、耐電圧の小さい抵抗３５により電流を制限できる。そのため、過電流防止の対応は、ハード、ソフトともに容易にできる。
従って、同一相の上アームスイッチング素子Ｕと下アームスイッチング素子Ｘを同時ＯＮさせて短絡電流の有無を確認することができる。これにより、スイッチング素子Ｕ、Ｘの作動有無診断をすることができる。また、異なる相の上アームスイッチング素子Ｕと下アームスイッチング素子Ｙを同時ＯＮさせて、Ｕ相、Ｖ相のモータ１１に流れる電流の有無を確認することができる。これにより、インバータ回路１０とモータ１１とのＵ相、Ｖ相の接続有無を診断することができる。スイッチング素子を診断した後に、インバータ回路とモータとの接続を診断するのが良い。この診断に使用する電圧は、絶縁トランス電源４０からの低電圧である。そのため、小さな距離の回路遮断、断線においても、電流が流れず検出できる。一方、使用する電圧が、高電圧バッテリー１からの高電圧である場合には、小さな距離の回路遮断、断線ではリークにより電流が流れ、検出できないことがある。
尚、絶縁トランス電源４０から駆動回路８へ電力供給されるが、駆動回路８がスイッチング素子２をＯＮさせるのは、モータ１１を運転する時とは異なり、診断するための瞬時である。そのため、絶縁トランス電源４０の容量ＵＰは必要ない。モータ１１を運転する際には、スイッチング電源９から駆動回路８へ電力供給される。スイッチング電源９の出力電圧を絶縁トランス電源４０の出力電圧より高くしておき、ダイオード４１をＯＦＦさせる。また、ＯＮさせるスイッチング素子の組み合わせは、上記に限るものではない。絶縁トランス電源４０の同一出力ラインが高電圧バッテリー１のプラス側ラインと駆動回路８へ接続されているが、別巻線を設けて別出力にしても良い。
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る車両用インバータ装置２３とその周辺の電気回路図である。実施の形態３における図４との相違点は、スイッチング電源９が削除されており、駆動回路８への電力供給は、絶縁トランス電源４０からなされる点である。これに伴い、制御回路７１は制御回路７２へ、インバータ装置２２がインバータ装置２３となる。
この構成により、スイッチング電源９が削除され、絶縁トランス電源４０が、背景技術の図９におけるスイッチング電源９の駆動回路８、５Ｖ電源１４などへの電力供給を代行することになる。絶縁トランス電源４０は電圧が低いため、耐圧の低い周辺部品が使用できる。そのため、小型化を図ることができる。
図２の絶縁トランス電源４０において、トランジスタ３６のＯＦＦ時に、トランジスタ３６のコレクタにフライバックパルスが発生する。この電圧は、１次側電源即ち低電圧バッテリー１２の電圧に、２次側に発生するパルスの１次側相当分を加えた値になる。低電圧バッテリー１２が１２Ｖであれば、フライバックパルスは２０Ｖ程度である。一方、スイッチング電源９の場合、１次側電源である高電圧バッテリー１が２００Ｖならば、フライバックパルスは３００Ｖ程度になる。そのため、樹脂モールド化する場合、時間、工数など製造面が課題になる。それに対し、絶縁トランス電源４０の場合、フライバックパルスの電圧は充分小さいので、樹脂モールド化を実施し易く、耐湿性耐振性を向上し易くなる。
これにより、小型で耐湿性耐振性を向上し易く、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信のできる車両用インバータ装置が得られる。
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る車両用インバータ装置２４とその周辺の電気回路図である。上記図５におけるインバータ装置２３の通信方法を変更し、ＣＡＮ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を適用している。図５との違いは、以下の点である。ＣＡＮトランシーバ１７が設けられ低電圧バッテリー１２から給電される。ＣＡＮトランシーバ１７は、ＣＡＮ通信バス７５とホトカプラ１５及びホトカプラ１６との間に挿入される。通信プロトコルが変わるので、制御回路７２から制御回路７３へ変わり、インバータ装置２３からインバータ装置２４となる。
ＣＡＮトランシーバ１７は、ＣＡＮ通信バス７５からの作動バス信号ＣＡＮＨ、ＣＡＮＬをビット信号に変換し、ホトカプラ１６を介して、制御回路７３へ送信する。また、制御回路７３からのビット信号を、ホトカプラ１５を介して入力し、作動バス信号ＣＡＮＨ、ＣＡＮＬに変換してＣＡＮ通信バス７５へ送信する。これらの変換はハード回路で実現されマイコンは使用されない。
空調制御部５１にもＣＡＮトランシーバが設けられ、当該ＣＡＮトランシーバも同様に、ＣＡＮ通信バス７５へ接続される。電源の通電は、車両のキースイッチ操作により、まずスイッチ１３がＯＮとなり、低電圧バッテリー１２の電源系統が通電される。これにより、空調制御部５１、ＣＡＮトランシーバ１７が作動可能となる。また、絶縁トランス電源４０、５Ｖ電源１４も作動可能となり、制御回路７３は５Ｖを給電され、空調制御部５１とのＣＡＮ通信が可能となる。
また、このＣＡＮ通信バス７５へ接続される他の機器と通信できるようにすることも可能である。即ち、低電圧バッテリー１２から給電される空調制御部５１とのＣＡＮ通信について示したが、低電圧バッテリー１２から給電される他の機器、高電圧バッテリー１のみから給電される機器とＣＡＮ通信することもできる。バッテリーコントローラ（図示せず）から高電圧バッテリー１の情報を受信することもできる。
ＣＡＮ通信バス７５へ接続される各種機器の状態を管理するコントローラを設けることも可能である。この場合、当該コントローラが、数多くの機器にアクセスできることが重要になる。従って、低電圧バッテリー１２のみの通電時において、インバータ装置もＣＡＮネットワークへアクセスでき、診断情報も送信できるため、ＣＡＮネットワークの効用が生かされる。
尚、上記各実施の形態において、ダイオード３３に代わり、サイリスタ、トライアック、リレーなどを用い、制御回路６（７１，７２，７３）により制御しても良い。
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６に係る車両用インバータ装置一体型電動圧縮機の断面図である。電動圧縮機６７の右側にインバータ装置２３を密着させて取り付けている。金属製筐体６８の中に圧縮機構部６６、モータ１１等が設置されている。
冷媒は、吸入口６０から吸入され、圧縮機構部６６（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６９より吐出される。インバータ装置２３は電動圧縮機６７に取り付けられるように、ケース６２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６５を介して低圧冷媒で冷却される。電動圧縮機６７の内部でモータ１１の巻き線４に接続されているターミナル６１は、インバータ回路部１０の出力部に接続される。保持部６４でインバータ装置２３に固定される接続線６３には、高電圧バッテリー１への電源線、低電圧バッテリー１２への電源線、回転数指令信号を送信する空調制御部５１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、空調制御部５１、低電圧バッテリー１２を準備するのみで、回路診断できる。また、インバータ装置は小さいこと、耐振性の高いことが重要になるので、上記実施の形態４におけるインバータ装置２３は好適である。
尚、上記実施の形態において、インバータ装置２３を例にあげたが、インバータ装置２４でもよい。
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７に係るインバータ装置を搭載した車両の模式図の一例である。車両７０としては、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などがある。高電圧バッテリー１はシート下方に、低電圧バッテリー１２はトランクに配置されている。低電圧バッテリー１２のマイナス側は車体に接地される。
高電圧バッテリー１から電力供給される走行用モータ５９のインバータ装置５７、電動圧縮機用インバータ装置２４、高電圧バッテリー１から低電圧バッテリー１２へ電力供給するＤＣコンバータ５８、パワステ用インバータ装置５６などは、車室外に配置される。また、その高電圧バッテリー系統の機器である走行用モータ５９、電動圧縮機５５なども車室外に配置される。低電圧バッテリー１２から電力供給されるカーナビ５０、カーオーディオ５２、空調制御部５１は、車室内に配置される。室内ファンモータ５３、室外ファンモータ５４などはそれぞれ必要箇所に配置される。
カーナビ５０、カーオーディオ５２、空調制御部５１、インバータ装置５７、インバータ装置２４、ＤＣコンバータ５８、インバータ装置５６、その他制御機器、被制御機器には、ＣＡＮトランシーバを設けてあり、ＣＡＮ通信バスへ接続されてＣＡＮネットワークを構成している。電動圧縮機用インバータ装置２４は、ＣＡＮ通信バスを介して、通信により空調制御部５１にコントロールされる。
電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車においては、図の如く電装品が数多い。そのため、電装品の小型化は重要である。また、数多い電装品それぞれの診断点検を迅速に実施できることも重要になる。本発明のインバータ装置２４は、低電圧バッテリー１２だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理ができる。また、小型化、耐湿性耐振性を向上できるので、車両の環境に対応する上で好適である。
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、発電機、商用電源などを整流した直流電源、燃料電池出力などでもよい。モータをセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、リラクタンスモータ、誘導モータ等でもよい。３相の場合を例に挙げたが、単相、多相でもよい。
以上のように、本発明にかかる車両用インバータ装置は、低電圧直流電源の通電だけで、迅速容易に、回路診断、通信、点検修理ができるので、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに好適である。モータとしては、走行用モータ、パワステ用モータなどにも適用できる。モータ以外の、トランス式ＤＣコンバータの１次側など交流機器にも適用可能である。通信方式としては、ＣＡＮ以外の各種方式にも適用できる。
本発明の実施の形態１に係る車両用インバータ装置とその周辺の電気回路図 同絶縁トランス電源の回路図 本発明の実施の形態２に係る車両用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３に係る車両用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４に係る車両用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５に係る車両用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６に係る車両用インバータ装置一体型電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態７に係るインバータ装置を搭載した車両の模式図 従来の車両用インバータ装置とその周辺の電気回路図
符号の説明
１ 高電圧バッテリー
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
６，７，７１，７２，７３ 制御回路
８ 駆動回路
１０ インバータ回路
１１ モータ
１２ 低電圧バッテリー
１５，１６ 通信用ホトカプラ
１７ ＣＡＮトランシーバ
２０，２１，２２，２３，２４ インバータ装置
３３ 電源接続用ダイオード
３４ 電流検出用ホトカプラ
４０ 絶縁トランス電源
５１ 空調制御部
５５ 電動圧縮機
６７ 電動圧縮機（インバータ装置一体型用）
７０ 車両
７５ ＣＡＮ通信バス

Claims (11)

  1. 高電圧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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子を備え、スイッチングにより交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御回路と、前記高電圧直流電源とは電気絶縁されている低電圧直流電源により作動する機器と前記制御回路とが電気絶縁して通信するための絶縁通信手段とを備え、前記インバータ回路と前記駆動回路と前記制御回路とはアースが共通に接続されている車両用インバータ装置において、前記低電圧直流電源を電源として前記低電圧直流電源とは電気絶縁される直流電圧を出力する絶縁直流電源を備え、前記制御回路は当該絶縁直流電源から電力供給され、当該絶縁直流電源の直流電圧出力は、高電圧直流電源のプラス側ラインに接続される車両用インバータ装置。
  2. 前記絶縁直流電源から高電圧直流電源のプラス側ラインに流れる電流を検出する電流検出器を備え、前記制御回路は当該電流検出器からの出力により、回路を診断する請求項１に記載の車両用インバータ装置。
  3. 当該絶縁直流電源の直流電圧出力は、サイリスタもしくはトライアックを介して、高電圧直流電源のプラス側ラインに接続される請求項２に記載の車両用インバータ装置。
  4. 前記電流検出器はＬＥＤとホトトランジスタにより構成されるホトカプラである請求項２または請求項３に記載の車両用インバータ装置。
  5. 前記駆動回路は前記絶縁直流電源から電力供給され、前記制御回路は前記駆動回路を介して前記スイッチング素子を駆動することにより、回路を診断する請求項２から請求項４のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ装置。
  6. 前記スイッチング素子を診断する請求項５に記載の車両用インバータ装置。
  7. 前記インバータ回路と前記負荷との接続を診断する請求項５に記載の車両用インバータ装置。
  8. 前記駆動回路への電力供給において、高電圧直流電源からは電力供給しない請求項５から請求項７のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ装置。
  9. 前記低電圧直流電源から電力供給されるＣＡＮレシーバをＣＡＮ通信バスと前記絶縁通信手段との間に備え、前記制御回路は、当該ＣＡＮ通信バスを介して通信を行う請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ装置。
  10. 前記負荷は電動圧縮機のモータである請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の車両用インバータ装置。
  11. 前記電動圧縮機に搭載される請求項１０に記載の車両用インバータ装置。
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