WO2016204044A1

WO2016204044A1 - インバータ装置

Info

Publication number: WO2016204044A1
Application number: PCT/JP2016/067073
Authority: WO
Inventors: 弘宜土居; 浩堂前; 卓嗣児山; 美智也竹添; 圭人小寺; 将央山本; 義次小山; 紀雄鍵村
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2016-12-22
Also published as: CN107743679A; AU2016279338A1; CN107743679B; JP6894181B2; US10320284B2; EP3312985B1; ES2758178T3; US20180191240A1; JP2017011794A; EP3312985A1; EP3312985A4; AU2016279338B2

Abstract

別部材を用いることなく、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して電流検出の精度を向上させた、インバータ装置を提供することにある。インバータ装置（２０）のプリント基板（４０）では、シャント抵抗（３１）に繋がる第１導電パターン部（５１）は、第１中央領域（５１０）と、第１中央領域（５１０）よりも右側方にはみ出る第１右側膨出領域（５１１）と、第１中央領域（５１０）よりも左側方にはみ出る第１左側膨出領域（５１２）とを含んでいる。第１右側膨出領域（５１１）の面積ＳＡ１に対する第１左側膨出領域（５１２）の面積ＳＡ２の比率ＳＡ２／ＳＡ１が０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗（３１）を流れる電流の分布のバラツキを抑制することができる。

Description

インバータ装置

　本発明は、インバータ装置に関し、特にモータ電流の検出にシャント抵抗が用いられるインバータ装置に関する。

　一般に、大容量インバータのモータ電流の検出にはＣＴセンサが用いられるが、ＣＴセンサは高価であるため、コスト増大の要因となっている。

　この問題を解決するため、例えば特許文献１（特許第３８２６７４９号公報）に記載のインバータ装置のように、インバータと直列にシャント抵抗を接続して電流値を検出する方法を採用しているものもある。

　しかしながら、上記の方法では、抵抗の発熱を抑制するために複数の抵抗体を並列に配置することとなるので、その分、電流の流れる経路が増え、抵抗に対する電流の流れこみの角度、電流の分布次第で電流検出精度が低下する虞がある。

　それゆえ、上記特許文献１では、シャント抵抗の熱抵抗を低減するために熱伝導率の大きいプレートを電極部に固着させ、シャント抵抗内の負荷電流分布を均一化するために電極とシャント抵抗の間にくびれ部を設けている。したがって、上記特許文献１の方法が低コストで実現されているとは言い難い。

　本発明の課題は、別部材を用いることなく、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して電流検出の精度を向上させた、インバータ装置を提供することにある。

　本発明の第１観点に係るインバータ装置は、整流部から供給される直流電圧をインバータで交流電圧に変換して誘導性負荷に印加するインバータ装置であって、シャント抵抗と、第１端子と、第２端子と、プリント基板とを備えている。シャント抵抗は、整流部とインバータとを接続する直流リンクに設けられている。第１端子は、シャント抵抗へ電流を流す。第２端子は、シャント抵抗からの電流が流れる。プリント基板は、シャント抵抗と第１端子とを結ぶ第１導電パターン部、及びシャント抵抗と第２端子とを結ぶ第２導電パターン部を含む導電パターンが形成されている基板である。

　第１端子からシャント抵抗を臨む位置から視た第１導電パターン部は、第１中央領域と、第１右側膨出領域と、第１左側膨出領域とを含んでいる。第１中央領域は、シャント抵抗の右側端及び左側端と、第１端子の右側端及び左側端とを繋いだ領域である。第１右側膨出領域は、第１中央領域よりも右側方にはみ出る領域である。第１左側膨出領域は、第１中央領域よりも左側方にはみ出る領域である。第１右側膨出領域の面積ＳＡ１に対する第１左側膨出領域の面積ＳＡ２の比率ＳＡ２／ＳＡ１が０．６～１．６の範囲内である。

　このインバータ装置では、第１端子からシャント抵抗に電流が流れ込む経路を構成する導電パターンが大きい場合でも、第１右側膨出領域の面積ＳＡ１に対する第１左側膨出領域の面積ＳＡ２の比率ＳＡ２／ＳＡ１を０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　本発明の第２観点に係るインバータ装置は、第１観点に係るインバータ装置であって、シャント抵抗から第２端子を臨む位置から視た第２導電パターン部は、第２中央領域と、第２右側膨出領域と、第２左側膨出領域とを含んでいる。第２中央領域は、シャント抵抗の右側端及び左側端と、第２端子の右側端及び左側端とを繋いだ領域である。第２右側膨出領域は、第２中央領域よりも右側方にはみ出る領域である。第２左側膨出領域は、第２中央領域よりも左側方にはみ出る領域である。第２右側膨出領域の面積ＳＢ１に対する第２左側膨出領域の面積ＳＢ２の比率ＳＢ２／ＳＢ１が０．６～１．６の範囲内である。

　このインバータ装置では、シャント抵抗から第２端子に電流が流れ込む経路を構成する導電パターンが大きい場合でも、第２右側膨出領域の面積ＳＢ１に対する第２左側膨出領域の面積ＳＢ２の比率ＳＢ２／ＳＢ１を０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　本発明の第３観点に係るインバータ装置は、第１観点又は第２観点に係るインバータ装置であって、第１導電パターン部及び／又は第２導電パターン部には、電流矯正手段が設けられている。電流矯正手段は、シャント抵抗へ流れる電流及び／又はシャント抵抗から流れる電流の方向を矯正する。

　このインバータ装置では、シャント抵抗を流れる電流の分布の均一化を導電パターンの輪郭形状だけでは調整できないときに、電流矯正手段によって調整することができる。

　本発明の第４観点に係るインバータ装置は、第１観点に係るインバータ装置であって、第１導電パターン部に、シャント抵抗へ流れる電流の方向を矯正する電流矯正手段が設けられている。第１右側膨出領域の面積と第１左側膨出領域の面積とが異なり、且つ、シャント抵抗の右側端を基準とした第１右側膨出領域の膨出距離と、シャント抵抗の左側端を基準とした第１左側膨出領域の膨出距離とが異なるとき、電流矯正手段は、第１右側膨出領域及び第１左側膨出領域のうち面積が大きく且つ膨出距離の大きい側に設けられる。

　本発明の第５観点に係るインバータ装置は、第２観点に係るインバータ装置であって、第２導電パターン部にシャント抵抗から流れる電流の方向を矯正する電流矯正手段が設けられている。第２右側膨出領域の面積と第２左側膨出領域の面積とが異なり、且つ、シャント抵抗の右側端を基準とした第２右側膨出領域の膨出距離と、シャント抵抗の左側端を基準とした第２左側膨出領域の膨出距離とが異なるとき、電流矯正手段は、第２右側膨出領域及び第２左側膨出領域のうち面積が大きく且つ膨出距離の大きい側に設けられる。

　本発明の第６観点に係るインバータ装置は、第１観点から第５観点のいずれか１項に係るインバータ装置であって、シャント抵抗が、並列に接続された複数の抵抗群である。

　このインバータ装置では、大電流インバータに対応するために複数の抵抗を並列配置するので、各抵抗を流れる電流の分布が不均一になり易いが、導電パターンの形状を適性化することによって、各抵抗を流れる電流の不均衡を解消して、電流検出の精度を向上させることができる。

　本発明の第１観点に係るインバータ装置では、第１端子からシャント抵抗に電流が流れ込む経路を構成する導電パターンが大きい場合でも、第１右側膨出領域の面積ＳＡ１に対する第１左側膨出領域の面積ＳＡ２の比率ＳＡ２／ＳＡ１を０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　本発明の第２観点に係るインバータ装置では、シャント抵抗から第２端子に電流が流れ込む経路を構成する導電パターンが大きい場合でも、第２右側膨出領域の面積ＳＢ１に対する第２左側膨出領域の面積ＳＢ２の比率ＳＢ２／ＳＢ１を０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　本発明の第３観点から第５観点のいずれか１つに係るインバータ装置では、シャント抵抗を流れる電流の分布の均一化を導電パターンの輪郭形状だけでは調整できないときに、電流矯正手段によって調整することができる。

　本発明の第６観点に係るインバータ装置では、大電流インバータに対応するために複数の抵抗を並列配置するので、各抵抗を流れる電流の分布が不均一になり易いが、導電パターンの形状を適性化することによって、各抵抗を流れる電流の不均衡を解消して、電流検出の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態にインバータ装置を含むシステムのブロック図。シャント抵抗に繋がる導電パターンの平面図。検証実験１用の導電パターンの概念図。検証実験２用の導電パターンの概念図。検証実験３用の導電パターンの概念図。図３、図４、及び図５について寸法ｄ２毎に、第１端子と第２端子と間に微小電流を流したときのシャント抵抗の両端に発生する電圧の変動率を表わしたグラフ。変形例に係る導電パターンの平面図。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

　（１）概要
　図１は、本発明の一実施形態に係るインバータ装置２０を含むシステム１００のブロック図である。図１において、システム１００は、モータ７１と、そのモータ７１を駆動制御するインバータ装置２０とで構成されている。

　モータ７１は、３相のブラシレスＤＣモータであって、ステータ７２と、ロータ７３とを備えている。ステータ７２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを含む。

　インバータ装置２０は、図１に示すように、商用電源９１に接続された整流部２１、コンデンサ２２ａにより構成された直流リンク部２２、電圧検出部２３、電流検出部２４、インバータ２５、ゲート駆動回路２６、及びコントローラ３５を備えている。なお、図１には単相の商用電源９１が記載されているが、これに限定されるものではなく３相電源であってもよい。

　（２）インバータ装置２０の詳細
　（２－１）整流部２１
　整流部２１は、４つのダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ２ｂは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードＤ１ａ，Ｄ２ａの各カソード端子は、共にリアクトル２２ｂに接続されており、整流部２１の正側出力端子として機能する。ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ｂの各アノード端子は、共にコンデンサ２２ａのマイナス側端子に接続されており、整流部２１の負側出力端子として機能する。

　ダイオードＤ１ａ及びダイオードＤ１ｂの接続点は、商用電源９１の一方の極に接続されている。ダイオードＤ２ａ及びダイオードＤ２ｂの接続点は、商用電源９１の他方の極に接続されている。整流部２１は、商用電源９１から出力される交流電圧を整流して直流電源を生成し、これをコンデンサ２２ａへ供給する。

　（２－２）直流リンク部２２
　直流リンク部２２は、コンデンサ２２ａとリアクトル２２ｂとから成る。コンデンサ２２ａは、一端がリアクトル２２ｂとインバータ２５とを接続する直流リンク８０１，８０２のうち整流部２１の正側出力端子側に接続され、他端が直流リンク８０１，８０２のうち整流部２１の負側出力端子側に接続されている。リアクトル２２ｂは、力率改善や高調波電流を低減する。コンデンサ２２ａは、整流部２１によって整流された電圧を平滑する。以下、説明の便宜上、直流リンク部２２の電圧を“直流電圧Ｖｄｃ”という。

　直流電圧Ｖｄｃは、コンデンサ２２ａの出力側に接続されるインバータ２５へ印加される。言い換えれば、商用電源９１、整流部２１、リアクトル２２ｂ及びコンデンサ２２ａは、インバータ２５に対する直流電源供給部を構成している。

　（２－３）電圧検出部２３
　電圧検出部２３は、コンデンサ２２ａの出力側に接続されており、コンデンサ２２ａの両端電圧、即ち直流電圧Ｖｄｃの値を検出するためのものである。電圧検出部２３は、例えば、互いに直列に接続された２つの抵抗がコンデンサ２２ａに並列接続され、直流電圧Ｖｄｃが分圧されるように構成される。それら２つの抵抗同士の接続点の電圧値は、コントローラ３５に入力される。

　（２－４）電流検出部２４とシャント抵抗３１
　電流検出部２４は、シャント抵抗３１の両端の電圧を増幅させるオペアンプを用いた増幅回路で構成されている。シャント抵抗３１は、並列接続された２つの抵抗３１ａ，３１ｂがコンデンサ２２ａ及びインバータ２５の間であって且つコンデンサ２２ａの負側出力端子側に接続されている。電流検出部２４は、モータ７１の起動後、モータ７１に流れるモータ電流Ｉｍを検出する。電流検出部２４によって検出されたモータ電流Ｉｍは、コントローラ３５に入力される。

　（２－５）インバータ２５
　インバータ２５は、コンデンサ２２ａの出力側に接続される。図１において、インバータ２５は、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、単にトランジスタという）Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ，Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及び複数の還流用のダイオードＤ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ４ａ，Ｄ４ｂ，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂを含む。

　トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂは、それぞれ互いに直列に接続されており、各ダイオードＤ３ａ～Ｄ５ｂは、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂに、トランジスタのコレクタ端子とダイオードのカソード端子が、また、トランジスタのエミッタ端子とダイオードのアノード端子が接続されるよう、並列接続されている。

　インバータ２５は、コンデンサ２２ａからの直流電圧Ｖｄｃが印加され、かつゲート駆動回路２６により指示されたタイミングで各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂがオン及びオフを行うことによって、モータ７１を駆動する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷを生成する。この駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷは、各トランジスタＱ３ａとＱ３ｂ、Ｑ４ａとＱ４ｂ、Ｑ５ａとＱ５ｂの各接続点ＮＵ，ＮＶ，ＮＷからモータ７１に出力される。

　（２－６）ゲート駆動回路２６
　ゲート駆動回路２６は、コントローラ３５からの駆動指令値Ｖｐｗｍに基づき、インバータ２５の各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路２６は、コントローラ３５によって決定されたデューティを有する駆動電圧ＳＵ，ＳＶ，ＳＷがインバータ２５からモータ７１に出力されるように、各トランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲートに印加するゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚを生成する。生成されたゲート制御電圧Ｇｕ，Ｇｘ，Ｇｖ，Ｇｙ，Ｇｗ，Ｇｚは、それぞれのトランジスタＱ３ａ～Ｑ５ｂのゲート端子に印加される。

　（２－７）コントローラ３５
　コントローラ３５は、電圧検出部２３、電流検出部２４、及びゲート駆動回路２６と接続されている。コントローラ３５は、電圧検出部２３の結果、電流検出部２４の結果に基づいて、ゲート駆動回路２６に駆動指令値Ｖｐｗｍを出力する。

　（２－８）プリント基板４０
　整流部２１、直流リンク部２２、電圧検出部２３、電流検出部２４、インバータ２５、ゲート駆動回路２６、シャント抵抗３１及びコントローラ３５は、１枚のプリント基板４０上に実装されている。そして、モータ７１の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、それぞれインバータ２５から延びるＵ相、Ｖ相及びＷ相の各配線の駆動コイル端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続されている。

　（３）シャント抵抗３１に繋がる導電パターン５０の形状
　シャント抵抗３１と電流検出部２４とによって検出されたモータ電流Ｉｍは、コントローラ３５に入力される。コントローラ３５は、モータ電流Ｉｍに基づいてゲート駆動回路２６の駆動指令値Ｖｐｗｍを調整するので、モータ電流Ｉｍの検出精度がモータ７１の回転数制御に影響を及ぼす。

　モータ電流Ｉｍの検出精度は、シャント抵抗３１に対して流れ込む電流の角度、シャント抵抗３１内の電流の分布のバラツキによって変動することが、出願人の研究によって確認されている。以下、図面及びグラフを用いて説明する。

　図２は、シャント抵抗３１に繋がる導電パターン５０の平面図である。図２において、プリント基板４０では、基板上に、互いに絶縁された第１導電パターン部５１と第２導電パターン部５２とがプリントされている。また、図示していないが、プリント基板４０は両面基板あるいは３層以上の多層基板であり、裏面にも第１導電パターン部５１及び第２導電パターン部５２それぞれに対応する導電パターンがプリントされている。

　それぞれの層の導電パターンに電流が流れるため、シャント抵抗３１の直近に各層を接続するスルーホール５５を設け、それぞれの層を流れている電流はスルーホール５５を介してシャント抵抗３１に流れる。

　そして、シャント抵抗３１は、面実装によって、シャント抵抗３１の一方の電極が第１導電パターン部５１に接続され、他方の電極が第２導電パターン部５２と接続されており、第１導電パターン部５１と第２導電パターン部５２とはシャント抵抗３１を介して電気的に繋がっている。

　（３－１）第１導電パターン部５１
　第１導電パターン部５１の機能は、第１端子４１とシャント抵抗３１とを電気的に接続することである。第１導電パターン部５１は、第１端子４１からシャント抵抗３１を臨む位置から視たとき、シャント抵抗３１の右側端及び左側端と第１端子４１の右側端及び左側端とを繋いだ第１中央領域５１０を有している。また、第１導電パターン部５１は、第１中央領域５１０よりも右側方にはみ出る第１右側膨出領域５１１と、第１中央領域５１０よりも左側方にはみ出る第１左側膨出領域５１２とをさらに有している。

　なお、図２の第１導電パターン部５１側に記入されている「ｄ１」は、シャント抵抗３１の右側端の端面を含む平面に対して第１右側膨出領域５１１の最外端から垂直に降ろした線分の長さを表わしている。

　同様に図２の第１導電パターン部５１側に記入されている「ｄ２」は、シャント抵抗３１の左側端の端面を含む平面に対して第１左側膨出領域５１２の最外端から垂直に降ろした線分の長さを表わしている。

　また、「ｄ１」及び「ｄ２」は、以後の説明において便宜上、各膨出領域が長方形に設定されている場合は短辺ｄ１，ｄ２とよび、各膨出領域が台形（又は三角形）に設定されている場合は高さｄ１、ｄ２とよぶ。

　（３－２）第２導電パターン部５２
　第２導電パターン部５２の機能は、シャント抵抗３１と第２端子４２とを電気的に接続することである。第２導電パターン部５２は、シャント抵抗３１から第２端子４２を臨む位置から視たとき、シャント抵抗３１の右側端及び左側端と第２端子４２の右側端及び左側端とを繋いだ第２中央領域５２０を有している。また、第２導電パターン部５２は、第２中央領域５２０よりも右側方にはみ出る第２右側膨出領域５２１と、第２中央領域よりも左側方にはみ出る第２左側膨出領域５２２とをさらに有している。

　なお、第２左側膨出領域５２２は、第２中央領域よりも左側方にはみ出るという意味では、図２のハッチングが施されていない領域５２２ｘを含むように思えるが、この領域５２２ｘは第２端子４２から視て、シャント抵抗３１よりも遠くに位置しており、シャント抵抗３１から第２端子４２に流れる電流値に対して、影響を与えない領域といえるので、第２左側膨出領域５２２に含めていない。

　（４）シャント抵抗３１に流れる電流のバラツキ抑制
　第１端子４１からの電流は、第１導電パターン部５１上を広がり、第１中央領域５１０からだけでなく、第１右側膨出領域５１１、及び第１左側膨出領域５１２を通ってシャント抵抗３１に入る。

　実使用において、第１導電パターン部５１については、周辺部品との関係でその形状が制限されており、おのずと第１中央領域５１０、第１右側膨出領域５１１、及び第１左側膨出領域５１２それぞれの形状及び面積に差が生じるので、シャント抵抗３１に対して様々な角度で電流が流れ込む。

　シャント抵抗３１から電流が流れ出る電流は、第２導電パターン部５２上を広がり、第２中央領域５２０からだけでなく、第２右側膨出領域５２１、及び第２左側膨出領域５２２を通って第２端子に入る。そして、第１導電パターン部５１と同様の理由で、第２中央領域５２０、第２右側膨出領域５２１、及び第２左側膨出領域５２２それぞれの形状及び面積に差が生じるので、シャント抵抗３１に対して様々な角度で電流が流れ出る。

　上記のような理由から、シャント抵抗３１内部を流れる電流の角度、電流分布が安定せず、電流検出値にバラツキが生じる。

　そこで、本実施形態では、第１右側膨出領域５１１及び第１左側膨出領域５１２それぞれの形状及び面積によって電流検出値にバラツキが生じることを逆手にとって、電流検出値が安定するように第１右側膨出領域５１１及び第１左側膨出領域５１２それぞれの形状及び面積に差を持たせることとした。そのための検証として、以下のような３種類の検証実験用の導電パターンについて、シャント抵抗３１の両端に発生する電圧の変動率を測定する実験を行った。

　（４－１）検証実験１
　図３は、検証実験１用の導電パターン５０の概念図である。図３において、検証実験１用のプリント基板４０には、互いに絶縁された第１導電パターン部５１と第２導電パターン部５２とがプリントされている。第２導電パターン部５２は形状及び面積ともに一定の長方形に設定されている。

　第１導電パターン部５１は、一定寸法の長辺Ｌ及び一定寸法の短辺ｄ１から成る長方形の第１右側膨出領域５１１と、一定寸法の長辺Ｌ及び可変寸法の短辺ｄ２から成る長方形の第１左側膨出領域５１２とを有している。

　第１左側膨出領域５１２の可変寸法の短辺ｄ２は、０→［０．２×ｄ１］→［０．４×ｄ１］→［０．６×ｄ１］→［０．８×ｄ１］→［ｄ１］→［１．２×ｄ１］→［１．４×ｄ１］→［１．６×ｄ１］→［１．８×ｄ１］→［２×ｄ１］のように変更することができる。

　（４－２）検証実験２
　図４は、検証実験２用の導電パターン５０の概念図である。図４において、検証実験２用のプリント基板４０には、互いに絶縁された第１導電パターン部５１と第２導電パターン部５２とがプリントされている。第２導電パターン部５２は形状及び面積ともに一定の長方形に設定されている。

　第１導電パターン部５１は、一定寸法の下底Ｌｂ、一定寸法の上底Ｌａ及び一定寸法の高さｄ１から成る台形状の第１右側膨出領域５１１と、一定寸法の下底Ｌｂ、一定寸法の上底Ｌａ及び可変寸法の高さｄ２から成る台形状の第１左側膨出領域５１２とを有している。

　第１左側膨出領域５１２の可変寸法の高さｄ２は、第１検証実験と同様に、０→［０．２×ｄ１］→［０．４×ｄ１］→［０．６×ｄ１］→［０．８×ｄ１］→［ｄ１］→［１．２×ｄ１］→［１．４×ｄ１］→［１．６×ｄ１］→［１．８×ｄ１］→［２×ｄ１］のように変更することができる。

　（４－３）検証実験３
　図５は、検証実験３用の導電パターン５０の概念図である。図５において、検証実験３用のプリント基板４０には、互いに絶縁された第１導電パターン部５１と第２導電パターン部５２とがプリントされている。第２導電パターン部５２は形状及び面積ともに一定の長方形に設定されている。

　第１導電パターン部５１は、一定寸法の下底Ｌｂ、一定寸法の上底［Ｌｂ－Ｌａ］及び一定寸法の高さｄ１から成る台形状の第１右側膨出領域５１１と、一定寸法の下底Ｌｂ、一定寸法の上底［Ｌｂ－Ｌａ］及び可変寸法の高さｄ２から成る台形状の第１左側膨出領域５１２を有している。

　第１左側膨出領域５１２の可変寸法の高さｄ２は、第１検証実験及び第２検証実験と同様に、０→［０．２×ｄ１］→［０．４×ｄ１］→［０．６×ｄ１］→［０．８×ｄ１］→［ｄ１］→［１．２×ｄ１］→［１．４×ｄ１］→［１．６×ｄ１］→［１．８×ｄ１］→［２×ｄ１］のように変更することができる。

　（４－４）実験結果
　図６は、図３、図４、及び図５について寸法ｄ２毎に、第１端子４１と第２端子４２と間に微小電流を流したときのシャント抵抗３１の両端に発生する電圧の変動率を表わしたグラフである。図６において、横軸は寸法ｄ２、縦軸はシャント抵抗３１両端の電圧変動率を示している。ここで、電圧変動率は、ｄ１＝ｄ２のときの電圧値を基準値とし、寸法ｄ２毎にｎ回測定し、ｎ個の測定値について基準値からの増減値を百分率換算した後、それらから二乗平均誤差として算出されたものである。したがって、ｄ１＝ｄ２のとき電圧変動率は０である。

　図６に示すように、第１左側膨出領域５１２のｄ２が増加して、第１右側膨出領域５１１のｄ１に近づくほどシャント抵抗３１両端の電圧変動率は低下し、他方、ｄ２＞ｄ１の範囲では電圧変動率は０．５％を少し上回る値に漸近する傾向を示している。

　実使用上の電圧変動率の許容範囲は０．５％以内であるので、それを満たすのはｄ２＝［０．６×ｄ１］～［１．６×ｄ１］の範囲である。

　ｄ２＝［０．６×ｄ１］のときの第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２は、
　　ＳＡ２＝０．６×ｄ１×Ｌ
　ｄ２＝［１．６×ｄ１］のときの第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２は、
　　ＳＡ２＝１．６×ｄ１×Ｌ
であるので、
　第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１＝ｄ１×Ｌを基準としたとき、
　ＳＡ２／ＳＡ１＝０．６～１．６
となる。

　つまり、第１導電パターン部５１の第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１を基準としたとき、第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２は第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１の０．６～１．６倍の範囲に設定すればよい。

　逆に、第２導電パターン部５２の第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２を基準としたとき、第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１は第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２の０．６～１．６倍の範囲に設定すればよい。

　なお、第２導電パターン部５２に対して第１導電パターン部５１と同様の実験を行った場合でも、上記と同様の結果が得られる。

　（５）特徴
　（５－１）
　インバータ装置２０では、プリント基板４０に、シャント抵抗３１と第１端子４１とを結ぶ第１導電パターン部５１、及びシャント抵抗３１と第２端子４２とを結ぶ第２導電パターン部５２を含む導電パターン５０が形成されている。第１端子４１からシャント抵抗３１を臨む位置から視た第１導電パターン部５１は、第１中央領域５１０と、第１右側膨出領域５１１と、第１左側膨出領域５１２とを含んでいる。第１右側膨出領域５１１は、第１中央領域５１０よりも右側方にはみ出る領域である。第１左側膨出領域５１２は、第１中央領域５１０よりも左側方にはみ出る領域である。

　このインバータ装置２０では、第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１に対する第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２の比率ＳＡ２／ＳＡ１が０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗３１を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　（５－２）
　インバータ装置２０では、シャント抵抗３１から第２端子４２を臨む位置から視た第２導電パターン部５２は、第２中央領域５２０と、第２右側膨出領域５２１と、第２左側膨出領域５２２とを含んでいる。第２右側膨出領域５２１は、第２中央領域５２０よりも右側方にはみ出る領域である。第２左側膨出領域５２２は、第２中央領域５２０よりも左側方にはみ出る領域である。

　このインバータ装置２０では、第２右側膨出領域５２１の面積ＳＢ１に対する第２左側膨出領域５２２の面積ＳＢ２の比率ＳＢ２／ＳＢ１が０．６～１．６の範囲内に設定することによって、シャント抵抗３１を流れる電流の分布のバラツキを抑制して、安価な手段で電流検出の精度を向上させることができる。

　（５－３）
　インバータ装置２０では、シャント抵抗３１は、並列に接続された複数の抵抗群である。大電流インバータに対応するために複数の抵抗３１ａ，３１ｂを並列配置するので、各抵抗３１ａ，３１ｂを流れる電流の分布が不均一になり易いが、第１導電パターン部５１及び／又は第２導電パターン部５２の形状を適性化することによって、各抵抗３１ａ，３１ｂを流れる電流の不均衡を解消して、電流検出の精度を向上させることができる。

　（６）変形例
　図７は、変形例に係る導電パターン５０の平面図である。図７において、プリント基板４０には、第１導電パターン部５１及び第２導電パターン部５２に電流矯正手段としてのスリット５３が設けられており、それ以外は図２のプリント基板と同じである。したがって、ここでは、スリット５３の機能についてのみ説明する。

　スリット５３は、シャント抵抗３１の電極近傍に設けられ、シャント抵抗３１直近での電流経路の広がりが抑制する。

　本変形例では、スリット５３は、第１端子４１から視てシャント抵抗３１の右側端に沿って設けられている。それによってシャント抵抗３１に繋がる導電パターン５０の幅をシャント抵抗３１に近づくほど狭くして、シャント抵抗３１の直近でシャント抵抗３１の幅に揃えることによって、電流経路の広がりを抑制している。

　それゆえ、シャント抵抗３１を流れる電流の分布の均一化を導電パターン５０の輪郭形状だけではなし得ない微調整をスリット５３によって実現することができる。

　他方、第１左側膨出領域５１２は、図７に示すように第１端子４１から視てシャント抵抗３１の直近で、シャント抵抗３１の左側端に揃えられているので、スリット５３を設けるまでもなく、電流経路の広がりを抑制している。

　また、図３、図４及び図５に示す第１導電パターン部５１にスリット５３を設けるとすれば、第１右側膨出領域５１１の面積ＳＡ１と第１左側膨出領域５１２の面積ＳＡ２とが異なり、且つ、シャント抵抗３１の右側端を基準とした第１右側膨出領域５１１の膨出距離（ｄ１に相当）と、シャント抵抗３１の左側端を基準とした第１左側膨出領域５１２の膨出距離（ｄ２に相当）とが異なるとき、スリット５３は、第１右側膨出領域５１１及び第１左側膨出領域５１２のうち面積が大きく且つ膨出距離の大きい側に設けられるべきである。

　なぜなら、かかる部分は電流経路が広がり易いからである。シャント抵抗３１を流れる電流の分布の均一化を導電パターンの輪郭形状だけでは調整できないときに、このスリット５３を設けることによって微調整することができる。

　第２導電パターン部５２についても同様のことが言える。即ち、第２右側膨出領域５２１の面積ＳＢ１と第２左側膨出領域５２２の面積ＳＢ２とが異なり、且つ、シャント抵抗３１の右側端を基準とした第２右側膨出領域５２１の膨出距離と、シャント抵抗３１の左側端を基準とした第２左側膨出領域５２２の膨出距離とが異なるとき、スリット５３は、第２右側膨出領域５２１及び第２左側膨出領域５２２のうち面積が大きく且つ膨出距離の大きい側に設けられるのが好ましい。

２０　　　インバータ装置
２１　　　整流部
２５　　　インバータ
３１　　　シャント抵抗
３１ａ　　シャント抵抗
３１ｂ　　シャント抵抗
４１　　　第１端子
４２　　　第２端子
５０　　　導電パターン
５１　　　第１導電パターン部
５１０　　第１中央領域
５１１　　第１右側膨出領域
５１２　　第１左側膨出領域
５２　　　第２導電パターン部
５２０　　第２中央領域
５２１　　第２右側膨出領域
５２２　　第２左側膨出領域
８０１　　直流リンク
８０２　　直流リンク

特許第３８２６７４９号公報

Claims

　整流部（２１）から供給される直流電圧をインバータ（２５）で交流電圧に変換して誘導性負荷に印加するインバータ装置であって、
　前記整流部（２１）と前記インバータ（２５）とを接続する直流リンク（８０１，８０２）に設けられるシャント抵抗（３１）と、
　前記シャント抵抗（３１）へ電流を流す第１端子（４１）と、
　前記シャント抵抗（３１）からの電流が流れる第２端子（４２）と、
　前記シャント抵抗（３１）と前記第１端子（４１）とを結ぶ第１導電パターン部（５１）、及び前記シャント抵抗（３１）と前記第２端子（４２）とを結ぶ第２導電パターン部（５２）を含む導電パターン（５０）が形成されたプリント基板（４０）と、
を備え、
　前記第１端子（４１）から前記シャント抵抗（３１）を臨む位置から視た前記第１導電パターン部（５１）は、
　前記シャント抵抗（３１）の右側端及び左側端と前記第１端子（４１）の右側端及び左側端とを繋いだ第１中央領域（５１０）と、
　前記第１中央領域（５１０）よりも右側方にはみ出る第１右側膨出領域（５１１）と、
　前記第１中央領域（５１０）よりも左側方にはみ出る第１左側膨出領域（５１２）と、
を含み、
　前記第１右側膨出領域（５１１）の面積（ＳＡ１）に対する前記第１左側膨出領域（５１２）の面積（ＳＡ２）の比率（ＳＡ２／ＳＡ１）が０．６～１．６の範囲内である、
インバータ装置（２０）。
　前記シャント抵抗（３１）から前記第２端子（４２）を臨む位置から視た前記第２導電パターン部（５２）は、
　前記シャント抵抗（３１）の右側端及び左側端と前記第２端子（４２）の右側端及び左側端とを繋いだ第２中央領域（５２０）と、
　前記第２中央領域（５２０）よりも右側方にはみ出る第２右側膨出領域（５２１）と、
　前記第２中央領域（５２０）よりも左側方にはみ出る第２左側膨出領域（５２２）と、
を含み、
　前記第２右側膨出領域（５２１）の面積（ＳＢ１）に対する前記第２左側膨出領域（５２２）の面積（ＳＢ２）の比率（ＳＢ２／ＳＢ１）が０．６～１．６の範囲内である、
請求項１に記載のインバータ装置（２０）。
　前記第１導電パターン部（５１）及び／又は前記第２導電パターン部（５２）には、前記シャント抵抗（３１）へ流れる電流及び／又は前記シャント抵抗（３１）から流れる電流の方向を矯正する電流矯正手段（５３）が設けられている、
請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置（２０）。
　前記第１導電パターン部（５１）に、前記シャント抵抗（３１）へ流れる電流の方向を矯正する電流矯正手段（５３）が設けられており、
　前記第１右側膨出領域（５１１）の面積（ＳＡ１）と前記第１左側膨出領域（５１２）の面積（ＳＡ２）とが異なり、且つ、
　前記シャント抵抗（３１）の右側端を基準とした前記第１右側膨出領域（５１１）の膨出距離（ｄ１）と、前記シャント抵抗（３１）の左側端を基準とした前記第１左側膨出領域（５１２）の膨出距離（ｄ２）とが異なるとき、
　前記電流矯正手段（５３）は、前記第１右側膨出領域（５１１）及び前記第１左側膨出領域（５１２）のうち前記面積が大きく且つ前記膨出距離の大きい側に設けられる、
請求項１に記載のインバータ装置（２０）。
　前記第２導電パターン部（５２）に前記シャント抵抗（３１）から流れる電流の方向を矯正する電流矯正手段（５３）が設けられており、
　前記第２右側膨出領域（５２１）の面積（ＳＢ１）と前記第２左側膨出領域（５２２）の面積（ＳＢ２）とが異なり、且つ、
　前記シャント抵抗（３１）の右側端を基準とした前記第２右側膨出領域（５２１）の膨出距離と、前記シャント抵抗（３１）の左側端を基準とした前記第２左側膨出領域（５２２）の膨出距離とが異なるとき、
　前記電流矯正手段（５３）は、前記第２右側膨出領域（５２１）及び前記第２左側膨出領域（５２２）のうち前記面積が大きく且つ前記膨出距離の大きい側に設けられる、
請求項２に記載のインバータ装置（２０）。
　前記シャント抵抗（３１）は、並列に接続された複数の抵抗群（３１ａ，３１ｂ）である、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインバータ装置。