JP4894312B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
とバッテリー1との間に、相電流を検出するためのシャント抵抗が備えられている。即ち、U相下アームスイッチング素子Xとアース間にシャント抵抗15、V相下アームスイッチング素子Yとアース間にシャント抵抗16、W相下アームスイッチング素子Zとアース間にシャント抵抗17がそれぞれ設けられている。
下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間と当該時間に電流検出器により検出される当該2相の電流値の和または当該2相以外の相の電流値との積とに基づいて、直流電源とインバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出するものである。上記構成により、直流電流用電流センサ、オペアンプ、抵抗とコンデンサによる積分回路、制御回路内マイコンの平均電流入力用A/Dポートを設けることなく直流電流の平均値算出が可能となる。従って、高い精度で直流電流の平均値を算出でき、信頼性が高く小型であるインバータ装置を実現できる。
点近傍もしくは終点近傍のタイミングで電流検出器により電流値を検出するものである。これにより、前後のキャリア周期に連続した電流の中央部分のタイミングで、電流値を検出するため、過渡変動による電流検出値の誤差を防止し、平均値算出の精度を向上できる。
図1に、本発明の実施の形態1に係るインバータ装置の電気回路図を示す。従来のインバータ装置の電気回路図である図23との違いは、インバータ装置21においてオペアンプ11と制御回路5との間で平均値を求めるための抵抗12とコンデンサ13による積分回路が削除されている点である。これにより、抵抗12とコンデンサ13による積分値の制御回路5への入力が削除されている。また、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と並列に接続されている各ダイオードを、それぞれ、3U,3V,3W及び3X,3Y,3Zと定義する。なお、他の同一の箇所には同一の符号を用いている。
タ回路37へは電力供給されない非通電の状態にある。
にできる。これは、抵抗とコンデンサで積分し平均値を求める場合に比較し、即座に算出することができる。また、抵抗の抵抗値、コンデンサの容量値のばらつき、温度変化の影響はない。更には、抵抗とコンデンサによる積分値と実際の平均電流との相関を求めておく必要がない。従って、高い精度で直流電流の平均値を算出できるインバータ装置が得られる。また、抵抗とコンデンサによる積分回路、制御回路内マイコンの平均電流入力用A/Dポートは不要になるので、小型で信頼性を高くすることができる。
図9に、本発明の実施の形態2に係るインバータ装置の電気回路図を示す。従来のインバータ装置の電気回路図である図24との違いは、制御回路104が制御回路4に、インバータ装置120がインバータ装置20となっている点であり、他は同じで同一符号を用いている。
図10に、本発明の実施の形態3に係るインバータ装置の電気回路図を示す。従来のインバータ装置の電気回路図である図25との違いは、制御回路107が制御回路7に、イ
ンバータ装置122がインバータ装置22となっている点であり、他は同じで同一符号を用いている。
、それぞれ置き換えても良いことは図3から明白である。
図12に、キャリア周期内における直流電流波形の詳細を示す。時間tBにて直流電流値はiB、時間tTにて直流電流値はiTとなっている。図8、図11においては、簡易的に電流ピーク値が一定であるように表示しているが、詳細は図12に示す如く傾斜している。
図13に、本発明の実施の形態5に係るインバータ装置の電気回路図を示す。実施の形態3における図10との違いは、制御回路7が制御回路10になり、それによりインバータ装置22がインバータ装置23となっている点であり、他は同じで同一符号を用いている。制御回路7と制御回路10の違いは、以下に示す動作の違いである。
図14に、キャリア周期との関連において、直流電流の平均値算出の流れを示す。キャリア周期を時間順に、キャリア周期A、キャリア周期B、キャリア周期Cとして、図3に
示すスイッチング期間を、キャリア周期Aはa,b,c,d,c,b,a、キャリア周期Bはa’,b’,c’,d’,c’,b’,a’、キャリア周期Cはa”,b”,c”,d”,c”,b”,a”とする。
図16に、本発明の実施の形態7に係る直流電流の平均値算出の流れを示す。図14との違いは、一つ前のキャリア周期のスイッチングの時間により平均電流が算出される点である。
図18に、本発明の実施の形態8に係る直流電流の平均値算出の流れを示す。図16との違いは、一つ前のキャリア周期の電流と当該キャリア周期の電流より、平均電流が算出される点である。一例として、一つ前のキャリア周期の電流と当該キャリア周期の電流とを平均する。これにより、キャリア周期内で変化してゆく電流を平均することで、平均値算出精度を向上させることができる。一つ前のキャリア周期の電流と当該キャリア周期の電流とにそれぞれ重みを持たしても良い。
図19に、キャリア周期Aからキャリア周期Bに渡る下アーム電流を示す。U相の相電流iU、V相の相電流iV、W相の相電流iWともに、キャリア周期A後半からキャリア周期B前半に渡り連続して流れている。この連続した電流の中央部分は過渡変動がなく、
安定している。
本発明の実施の形態10に係るインバータ装置の電気回路図を、図20に示す。実施の形態3のインバータ装置22(図10)もしくは実施の形態5のインバータ装置23(図13)におけるシャント抵抗16を削除したものである。実施の形態3、実施の形態5の例においては、2つの相電流即ちU相の相電流iU及びW相の相電流iWの値が分かれば、直流電流の平均値を算出できる。そのため、直流電流の平均値算出のみに関しては、2つのシャント抵抗即ちU相用シャント抵抗15、W相用シャント抵抗17のみで良い。但し、電流検出器は、2つのみであるので、検出可能な位相の期間は限定される。
電流値と時間の積を、キャリア周期内の前半と後半両方で求める代わりに、前半もしくは後半のみで求め、キャリア周期の半分の時間で割っても良い。これにより、制御回路を構成するマイコンの演算回数が減り負担を軽減できる。また、複数のキャリア周期に渡り直流電流の平均値を算出すれば、電流検出誤差等をキャンセルし、平均値の精度を向上させることができる。
図21に、位相とU相の相電流(iU)51、V相の相電流(iV)52、W相の相電流(iW)53との関連を示す。位相による電流変化が位相幅360度で一巡する。また、これらの相電流は、図8に示す如く、直流電流に現れる。そのため、インバータ装置20、21、22,23において、位相幅360度毎に直流電流の平均値を算出することにより、トルク変動等負荷に起因する位相に関連した平均電流変化を一巡させて、正確な平均値を得られる。
タの1回転に渡るトルク変動等による電流変動も含めた正確な直流電流平均値を得られる。
図22は、本発明のインバータ装置を圧縮機に一体に構成し、空調装置に適用して車両に搭載した一例を示す。インバータ装置一体型電動圧縮機61及び室外熱交換器63、室外ファン62が、車両60の前方のエンジンルームに搭載される。一方、車両室内には室内送風ファン65、室内熱交換器67、エアコンコントローラ64が配置されている。空気導入口66から車外空気を吸込み、室内熱交換器67で熱交換した空気を車室内に吹き出す。
2 スイッチング素子
3 ダイオード
4,5,7,10,14 制御回路
6 電流センサ
8 U相電流センサ
9 W相電流センサ
15 U相下アームの電流検出用シャント抵抗
16 V相下アームの電流検出用シャント抵抗
17 W相下アームの電流検出用シャント抵抗
20,21,22,23,24 インバータ装置
30,31 モータ
37 インバータ回路
60 車両
Claims (24)
- 直流電源に接続される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によりPWM変調して交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、前記出力電流を検出する電流検出器を備えたインバータ装置において、上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と前記電流検出器により検出される当該相の電流値との積、及び、下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と前記電流検出器により検出される当該相の電流値との積とに基づいて、前記直流電源と前記インバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出するインバータ装置。
- 前記電流検出器は、前記直流電源と前記インバータ回路との間に備えられ、上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と当該時間に前記電流検出器により検出される電流値との積、及び、下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と当該時間に前記電流検出器により検出される電流値との積とに基づいて、前記直流電源と前記インバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出する請求項1に記載のインバータ装置。
- 前記電流検出器は、前記インバータ回路と前記負荷との間に備えられ、上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と当該時間に当該相の前記電流検出器により検出される電流値との積、及び、下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と当該時間に当該相の前記電流検出器により検出される電流値との積とに基づいて、前記直流電源と前記インバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出する請求項1に記載のインバータ装置。
- 上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間を下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間に、下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間を上アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間に、それぞれ置き換えた請求項2または請求項3に記載のインバータ装置。
- 直流電源に接続される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によりPWM変調して交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、前記出力電流を検出する電流検
出器を備えたインバータ装置において、前記電流検出器は、前記下アームスイッチング素子と前記直流電源との間に備えられ、前記下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と当該時間に当該相の前記電流検出器により検出される電流値との積、及び、前記下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間と当該時間に前記電流検出器により検出される当該2相の電流値の和または当該2相以外の相の電流値との積とに基づいて、前記直流電源と前記インバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出するインバータ装置。 - 下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間を上アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間に、下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間を上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間に、それぞれ置き換えた請求項5に記載のインバータ装置。
- スイッチング素子のON期間中央のタイミングで電流検出器により電流値を検出する請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- 直流電源に接続される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によりPWM変調して交流電流を負荷へ出力するインバータ回路と、前記出力電流を検出する電流検出器を備えたインバータ装置において、前記電流検出器は、前記下アームスイッチング素子と前記直流電源との間に備えられ、前記下アームスイッチング素子全てがONしている期間に前記電流検出器により電流を検出し、前記下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間と前記電流検出器により検出される当該相の電流値との積、及び、前記下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間と前記電流検出器により検出される当該2相の電流値の和または当該2相以外の相の電流値との積とに基づいて、前記直流電源と前記インバータ回路との間に流れる直流電流の平均値を算出するインバータ装置。
- 前記下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間及び前記下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間を定めるキャリア周期と同一のキャリア周期において、前記電流検出器により電流値を検出する請求項8に記載のインバータ装置。
- 前記下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間及び前記下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間を定めるキャリア周期とは異なるキャリア周期において、前記電流検出器により電流値を検出する請求項8に記載のインバータ装置。
- 前記下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間及び前記下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間を定めるキャリア周期と同一のキャリア周期及び異なるキャリア周期において、前記電流検出器により電流値を検出する請求項8に記載のインバータ装置。
- キャリア周期の始点近傍もしくは終点近傍のタイミングで前記電流検出器により電流値を検出する請求項8から請求項11のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- 下アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間を上アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間に、下アームスイッチング素子のうち2つのみがONしている時間を上アームスイッチング素子のうち1つのみがONしている時間に、
それぞれ置き換えた請求項8から請求項12のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。 - 前記電流検出器は2つの相にのみ備えられる請求項5から請求項13のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- 位相幅60度に渡り直流電流の平均値を算出する請求項14に記載のインバータ装置。
- キャリア周期単位に直流電流の平均値を算出する請求項1から請求項15のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- キャリア周期内において、前半もしくは後半のみに直流電流の平均値を算出する請求項16に記載のインバータ装置。
- 複数のキャリア周期に渡り直流電流の平均値を算出する請求項16または請求項17に記載のインバータ装置。
- 位相幅360度毎に直流電流の平均値を算出する請求項1から請求項13、請求項16から請求項18のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- 特定の1相のみの電流について直流電流の平均値を算出し、その平均値を3倍することにより3相分の平均値とする請求項19に記載のインバータ装置。
- 前記負荷をモータとした請求項1から請求項20のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
- モータの1回転に渡り直流電流の平均値を算出する請求項21に記載のインバータ装置。
-
空調機器用のモータを駆動する請求項21または請求項22に記載のインバータ装置。 - 車両に搭載される請求項1から請求項23のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
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