JP4539237B2 - Inverter device - Google Patents
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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。 The present invention relates to a phase current detection method for an inverter device that performs PWM modulation.
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)。 Conventionally, as this type of phase current detection method, a method of directly detecting the current of the output line from the inverter device is known (for example, see Patent Document 1).
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)。 This circuit will be described below (hereinafter referred to as a direct detection method).
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。
FIG. 10 shows an inverter device and its peripheral electric circuit. The
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。
The
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)。 Therefore, a method of detecting a phase current using a shunt resistor advantageous for durability reliability and miniaturization is shown for a current sensor using a Hall element (see, for example, Patent Document 2).
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)。 This method will be described below (hereinafter referred to as shunt method 1).
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。
FIG. 11 shows an inverter device and its peripheral circuits. The
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。
FIG. 12 is a waveform characteristic diagram in three-
同様に、3相100%変調における波形の特性図を図13に示す。
Similarly, FIG. 13 shows a waveform characteristic diagram in three-
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。
FIG. 14 is a timing chart within one carrier (carrier cycle) of three-phase modulation, and upper arm switching elements U, V, W and lower arm switching elements X, Y, Z within one carrier (carrier period). An example of ON / OFF is shown. However, in order to simplify the display, a dead time for preventing a short circuit between the upper arm switching element and the lower arm switching element is omitted. In this case, in the 50% modulation of FIG. 12, the phase is approximately 120 degrees. This is generally realized by a triangular wave and a timer function of a microcomputer.
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。 There are four types of switching of each switching element (a), (b), (c), and (d), which are shown in FIGS.
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。
In the period (a), all the upper arm switching elements U, V, W are OFF, and all the lower arm switching elements X, Y, Z are ON. U-phase current and V-phase current flow from the
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。
In the period (b), the upper arm switching element U is ON, and the lower arm switching elements Y and Z are ON. U-phase current flows from upper arm switching element U to stator winding 4, V-phase current flows from
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。
In the period (c), the upper arm switching elements U and V are ON, and the lower arm switching element Z is ON. The U-phase current and the V-phase current flow from the upper arm switching elements U and V to the stator winding 4, respectively, and the W-phase current flows from the stator winding 4 to the lower arm switching element Z. For this reason, it is in the energized state in which electric power is supplied from the
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。
In the period (d), all the upper arm switching elements U, V, W are ON, and all the lower arm switching elements X, Y, Z are OFF. The U-phase current and the V-phase current flow from the upper arm switching elements U and V to the stator winding 4 respectively, and the W-phase current flows from the stator winding 4 to the
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)。 As described above, it is possible to know the presence / absence of a current flowing through the power supply line (power supply shunt resistor 6) and the flowing phase current when the upper arm switching elements U, V, W are turned on / off. It does not flow when the upper arm switching element does not have an ON phase (de-energized, lower circulation). When only one phase is ON, the current of that phase flows (energized). When the two-phase is ON, the current of the remaining phase flows. (Energized) Does not flow when all three phases are ON (non-energized, upper circulation).
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。 FIG. 19 shows ON periods (Duty) of upper arm switching elements U, V, and W within one carrier (carrier cycle) in the phase of 30 to 90 degrees in 50% three-phase modulation of FIG. Based on the display.
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。
The ON period of the U-phase upper arm switching element U is represented by a thin solid line, the ON period of the V-phase upper arm switching element V is represented by a solid solid line, and the ON period of the W-phase upper arm switching element W is represented by a thick solid line. ing. The energization period during which power is supplied from the
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。 Similarly, with respect to 100% three-phase modulation in FIG. 13, the phase of 30 to 90 degrees is shown in FIG. 20, the phase of 150 to 210 degrees is shown in FIG. 21, and the phase of 270 to 330 degrees is shown in FIG.
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。 Regarding the two-phase modulation, FIG. 23 shows a waveform characteristic chart in 100% modulation. FIG. 24 shows ON periods of the upper arm switching elements U, V, W in one carrier at a phase of 90 to 150 degrees, as in FIG. In the two-phase modulation, there is no period (d) in FIG.
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)。
However, in FIG. 19 and FIG. 20 to FIG. 22, only one phase may be detected (three-
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。 In this case, it is necessary to detect two phases by increasing or decreasing the ON period of some upper arm switching elements (hereinafter referred to as energization adjustment).
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。 There is an unambiguous relationship between the phase current that can be detected and the phase. For this reason, when detecting two phases, the U-phase and V-phase currents are around 60 degrees and the V-phase is around 180 degrees. It is necessary to control the W-phase current so as to detect the W-phase and U-phase currents in the vicinity of the phase of 300 degrees.
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。
Further, it is necessary to detect the output (current value) of the power
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)。
Further, a method different from the above method for detecting the phase current using the shunt resistor has been proposed. (For example, see Patent Document 3)
This method will be described below (hereinafter referred to as shunt method 2).
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。
FIG. 25 shows an inverter device and its peripheral circuits. The
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。 FIG. 26 shows the ON period (Duty) of the lower arm switching elements X, Y, and Z corresponding to FIG. However, in order to simplify the display as in the timing chart, the dead time for preventing a short circuit between the upper arm switching element and the lower arm switching element is omitted.
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。 The ON period of the U-phase lower arm switching element X is represented by a thin solid line, the ON period of the V-phase lower arm switching element Y is represented by a solid solid line, and the ON period of the W-phase lower arm switching element Z is represented by a thick solid line. ing. Further, the upper circulation period is indicated by a thin broken line arrow, and the lower circulation period is indicated by a thick broken line arrow.
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。 Similarly, FIG. 27 shows FIG. 20, FIG. 28 shows FIG. 21, and FIG. 29 shows FIG. 22 showing ON periods (Duty) of the corresponding lower arm switching elements X, Y, Z, respectively.
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。
The current flows through the U-phase lower arm shunt resistor 15 (the current can be detected) while the lower arm switching element X is ON, and the current flows through the V-phase lower arm shunt resistor 16 (the current can be detected). The current flows through the W-phase lower
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。 Therefore, in FIG. 26 with 50% modulation, all three phases can be detected, but in FIGS. 27 to 29 with 100% modulation, one phase may not be detected. There is a unique relationship between them.
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。 Thus, near the phase of 90 degrees, the V-phase and W-phase currents (FIG. 27), near the phase of 210 degrees, the W-phase and U-phase currents (FIG. 28), and around the phase of 330 degrees, It is necessary to perform control so as to detect U-phase and V-phase currents (FIG. 29).
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。
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。
As described above, in the conventional phase current detection method for an inverter device, the
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。
In the
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。 The present invention solves such a conventional problem, and it is simple control software that does not require detection current identification for each phase, adjustment of energization, and time-series current detection, and detection of phase current by shunt resistance. An object of the present invention is to provide an inverter device.
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。 In order to solve the above-described problems, an inverter device according to the present invention includes three phases of an upper arm switching element connected to the positive side of a DC power source and a lower arm switching element connected to the negative side of the DC power source. In the inverter device that outputs a sinusoidal three-phase alternating current by switching the direct current voltage by PWM modulation, a power shunt resistor that detects the current between the direct current power source and the inverter device is provided, and the lower arm switching element and the direct current power source A lower arm shunt resistor for detecting the phase current of the relevant phase is provided for at least two phases between the negative arm and the phase current that cannot be detected by the lower arm shunt resistor.
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。 That is, when the lower arm shunt resistor is provided for three phases, the phase current for three phases can be detected.
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。 In addition, when the lower arm shunt resistance is provided for two phases, the phase current for the two phases of the phase provided with the lower arm shunt resistance can be detected.
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。 The phase current that may not be detected by the lower arm shunt resistance is the phase current that cannot be detected by the lower arm shunt resistance. Since it can always be detected by the resistance, it is not necessary to adjust the energization to detect the phase current. Therefore, the phase current that can be detected by the phase is not specified. The phase current can be detected individually by each shunt resistor instead of time series.
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。 Therefore, detection current identification for each phase, adjustment of energization, and time-series current detection are not required, and phase current detection using a shunt resistor can be performed with simple control software.
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。 The inverter device of the present invention can detect a phase current by a shunt resistor with simple control software that does not require detection current identification for each phase, adjustment of energization, and time-series current detection.
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2相分設けて、下アームシャント抵抗により当該相の相電流を
検出できない場合、前記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。
The first invention comprises three phases of an upper arm switching element connected to the positive side of the DC power supply and a lower arm switching element connected to the negative side of the DC power supply, and the DC voltage of the DC power supply is switched by PWM modulation. In the inverter device that outputs a sinusoidal three-phase alternating current, a power shunt resistor that detects a current between the DC power source and the inverter device is provided, and the phase is between the lower arm switching element and the negative side of the DC power source. The lower arm shunt resistor for detecting the phase current of two phases is provided, and the phase current of the phase is determined by the lower arm shunt resistor.
If the phase current cannot be detected, the phase current that cannot be detected is detected by the power shunt resistor.
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。 The phase current that may not be detected by the lower arm shunt resistance is the phase current that cannot be detected by the lower arm shunt resistance. Since it can always be detected by the resistance, it is not necessary to adjust the energization to detect the phase current. Therefore, the phase current that can be detected by the phase is not specified. Each phase current can be detected by each shunt resistor.
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。 As a result, an inverter device capable of detecting a phase current by a shunt resistor is obtained with simple control software that does not require detection current identification for each phase, adjustment of energization, and time-series current detection.
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。 When lower arm shunt resistors are provided for three phases, phase currents for three phases can be detected, so that it is not necessary to calculate the currents of the remaining phases from the current values for two phases, and the control software is further simplified.
第2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。 According to a second invention , in the inverter device of the first or second invention, a sinusoidal three-phase alternating current is output to the sensorless DC brushless motor, and the rotor of the sensorless DC brushless motor is based on the detected phase current. Perform position detection.
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。 This inverter device is useful because it is necessary to detect the phase current of two or more phases for rotor position detection.
第3の発明は、第2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。 According to a third invention , in the inverter device of the second invention , the inverter device is mounted on an electric compressor driven by a sensorless DC brushless motor.
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。 The inverter device mounted on the electric compressor is limited in installation space, needs to be downsized, and needs vibration resistance against vibrations from the motor, so this inverter device that detects current by shunt resistance is useful. is there.
第4の発明は、第1乃至第3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。
A fourth invention is an inverter device according to the first to third inventions , which is mounted on a vehicle. In the case of a vehicle, since the mounting space is limited, downsizing is required, and vibration resistance against vibration due to traveling is also required, the present inverter device that detects current by shunt resistance is useful.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiment.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an
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。
The
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。
FIG. 2 shows the upper arm ON period, the energization period, the circulation period, the lower arm ON period, the upper circulation period, and the lower circulation period at a phase of 90 degrees of three-
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。
In the lower arm, the switching element X does not have an ON period, but the switching element Y and the switching element Z have an ON period. Therefore, the V-phase phase current is reduced by the V-phase lower
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。 For this reason, the phase currents for the U, V, and W3 phases can be detected for each phase without adjusting the energization.
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。
FIG. 3 shows the upper arm ON period, the energization period, the circulation period, the lower arm ON period, the upper circulation period, and the lower circulation period in the
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。
In the lower arm, the switching element Y does not have an ON period, but the switching element Z and the switching element X have an ON period. Therefore, the W-phase phase current is reduced by the W-phase lower
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。 For this reason, the phase currents for the U, V, and W3 phases can be detected for each phase without adjusting the energization.
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。
FIG. 4 shows the upper arm ON period, the energization period, the circulation period, the lower arm ON period, the upper circulation period, and the lower circulation period in a three-
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。
In the lower arm, the switching element Z does not have an ON period, but the switching element X and the switching element Y have an ON period. Therefore, the U-phase phase current is caused by the U-phase lower
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。 For this reason, the phase currents for the U, V, and W3 phases can be detected for each phase without adjusting the energization.
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。
FIG. 5 shows the upper arm ON period, the energization period, the circulation period, the lower arm ON period, the upper circulation period, and the lower circulation period in the
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。
In the lower arm, the switching element X does not have an ON period, but the switching element Y and the switching element Z have an ON period. Therefore, the V-phase phase current is reduced by the V-phase lower
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。 For this reason, the phase currents for the U, V, and W3 phases can be detected for each phase without adjusting the energization.
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。
The other phases are the same for the two-
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。 As described above, in the lower arm, there is only one switching element in which the ON period disappears, that is, only one phase cannot detect the phase current.
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。 On the other hand, the upper arm switching element of the corresponding phase of the lower arm switching element in which the ON period disappears enters the full ON period of the carrier cycle. In the lower arm, the upper arm switching element of the two-phase phase that is the ON period is in the OFF period. Therefore, the upper arm switching element of the phase of the lower arm switching element in which the ON period disappears can have a single ON period of only the phase.
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。
Accordingly, there is only one lower arm switching element in which the ON period disappears, and the upper arm switching element in the phase of the lower arm switching element in which the ON period disappears can have a single ON period of only the phase. The phase current that cannot be detected by the power source can always be detected by the power
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
。
As a result, an inverter device capable of detecting a phase current by a shunt resistor is obtained with simple control software that does not require detection current identification for each phase, adjustment of energization, and time-series current detection.
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。 If lower arm shunt resistors are provided for all three phases, current detection is possible for all three phases within one carrier, eliminating the need to calculate the current of the remaining phases from the current values for the two phases. It becomes even easier.
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。 FIG. 6 shows a flowchart of a current detection procedure based on the above-described current detection method.
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。
In
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。
In
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。
In
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。
Based on these detected current values, the induced voltage of the
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。 As described above, current detection can be performed with a simple and clear flow.
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。 In the above flowchart, the phase current detection order is not limited to this. The phase current detection timing may be either the first half or the second half of the carrier cycle.
(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。
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows an
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。
With the above-described configuration, the U-phase and V-phase phase currents provided with the lower
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。 Further, since the phase currents for two phases to be detected are fixed to the U phase and the V phase, the change from the direct detection method for detecting the U phase and V phase currents shown in FIG. Since control software can be shared with others, it is easy.
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。
The number of shunt resistors is three, that is, two lower arm shunt resistors and one power supply shunt resistor, which is the same as the
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。
Since the current supplied from the power source flows through the
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。
Furthermore, the
In comparison, the power
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。 FIG. 8 shows a flowchart of a current detection procedure based on the above-described current detection method.
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。
In
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。
In
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)。
In
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。
Based on these detected current values, the induced voltage of the
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。 As described above, current detection can be performed with a simple and clear flow.
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。 In the above flowchart, the phase current detection order is not limited to this. The phase current detection timing may be either the first half or the second half of the carrier cycle.
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。
Although two shunt resistors are required, the U-phase lower
(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。
(Embodiment 3)
FIG. 9 shows a view in which the
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。
The refrigerant is sucked from the
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。
The inverter device 23 (or the inverter device 24) uses the
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。
Such an inverter device-integrated electric compressor is suitable as an embodiment of the present invention because the
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。
In each of the above embodiments, the DC power source is a battery. However, the present invention is not limited to this, and a DC power source obtained by rectifying a commercial AC power source may be used. Although the
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。 In addition, although the case of three phases has been described as an example, it can also be applied to multiphase.
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。 As described above, the inverter device according to the present invention can be applied to various consumer products and various industrial devices because it is simple control software and is small in size and capable of detecting phase current with high vibration resistance. The load can be applied to AC devices other than motors.
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
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