(57)【要約】【課題】磁石回転子の位置決め時の騒音（振動）を低減するインバータ装置を抵抗する。【解決手段】バッテリー１のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続されるスイッチング素子２とを備えたインバータ回路１０と、バッテリー１と前記インバータ回路１０間の電流を検出するシャント抵抗６と、インバータ回路１０にＰＷＭ変調の通電により駆動電流をセンサレスＤＣブラシレスモータ１１へ出力すると共に、通電に補正をしてシャント抵抗６により相電流を検出する制御回路７とを備え、制御回路７は、センサレスＤＣブラシレスモータ１１の運転前における磁石回転子５の位置決めを行う位置決め期間のうち、一部の期間にのみ通電補正をして相電流検出を行うもので、通電補正の影響が大きい位置決め時の騒音を抑制することができる。【選択図】図１
2013038612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記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備えたインバータ回路と、
前記直流電源と前記インバータ回路間の電流を検出する電流センサと、
前記インバータ回路にＰＷＭ変調の通電により駆動電流をモータへ出力すると共に、前記通電に補正をして前記電流センサにより相電流を検出する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記モータの運転前における磁石回転子の位置決めを行う位置決め期間のうち、一部の期間にのみ通電補正をして相電流検出を行うことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、通電補正により検出された相電流が所定値以上となった場合、前記通電補正を行わないことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記位置決め期間である位置決め初期と位置決め定常期のうち、前記位置決め定常期では前記通電補正を行わないことを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
通電補正開始を、位置決め初期の後半以降とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記電流センサがシャント抵抗であり、
前記制御回路が前記シャント抵抗からの電圧により、相電流を検出することを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項６】
圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するモータとを備え、
前記モータを、請求項１〜５の何れかに記載のインバータ装置で駆動することを特徴とする電動圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載の電動圧縮機を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源との間に設けられた電流センサにより、相電流を検出するインバータ装置と、電動圧縮機及び車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、直流電源との間に設けた電流センサにより相電流を検出するインバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。前記特許文献１に記載された従来のインバータ装置について、図１０〜図１７を用いて説明する。【０００３】
最初に、モータが駆動され、回転子が回転している状態を“運転”と定義する。図１０に従来のインバータ装置とその周辺の電気回路を示す。【０００４】
従来のインバータ装置２１の制御回路１２は、シャント抵抗６からの電圧により２相分の相電流を検出する。当該２個の電流値から残り１相分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）。【０００５】
これらの電流値に基づき、センサレスＤＣブラシレスモータ１１（以降「モータ１１」と称す）を構成する磁石回転子５による誘起電圧を演算し、その位置検出を行う。そして、この位置検出、通信による回転数指令信号（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、ＦＥＴ、トランジスタ等が用いられる）を、接続線１８を介して制御する。【０００６】
これにより、バッテリー１からの直流電圧がＰＷＭ変調でスイッチングされ、正弦波状の交流電流が、モータ１１を構成する固定子巻線４へ出力される。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に流れる電流の循環ルートとなる。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。【０００７】
図１１に、３相変調の５０％変調における波形の特性図を示す。Ｕ相端子電圧４１、Ｖ相端子電圧４２、Ｗ相端子電圧４３及び中性点電圧２９を示している。３相変調においては、変調が上がるにつれＤｕｔｙ５０％を中心に０％と１００％の両方向に伸びる。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。【０００８】
図１２に、図１１に破線で示した位相２７０度〜３３０度における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）を中央から左右対称に表示している。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。【０００９】
これは、一般的に、マイコンのタイマ機能により具現化される。同一相の上アームスイッチング素子がＯＮならば下アームスイッチング素子はＯＦＦ、上アームスイッチング素子がＯＦＦならば下アームスイッチング素子はＯＮの関係にある。但し、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のためデッドタイム期間が設けられる。【００１０】
シャント抵抗６による相電流検出の詳細は割愛するが、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（シャント抵抗６）に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）。【００１１】
従って、上アームスイッチング素子Ｕ、Ｖ、ＷのＯＮを確認することで、検出可能な相電流を知る事ができる。但し、シャント抵抗６による電流検出において、上記ＯＮ時間が、電流検出するために必要な最低限の所定時間以上あることが条件になる（この所定時間をδと定義する）。【００１２】
ここで、通電とは、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へ電力供給される状態のことであり、非通電とは、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）へ電力供給されない状態のことと定義する。また、非通電における、下循環とは、下アームスイッチング素子Ｘ、Ｙ、Ｚ全てがＯＮとなり、下アームとモータ１１間で電流が循環している状態のことであり、上循環とは、上アームスイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｗ全てがＯＮとなり、上アームとモータ１１間で電流が循環している状態のことと定義する。【００１３】
図１２において、シャント抵抗６による電流検出が可能となる期間を検出期間として、実線矢印で表示し、実線矢印近傍に検出される電流がどの相の電流かを示す。この場合、Ｕ相の相電流の検出期間をＵ、Ｗ相の相電流の検出期間をＷと表示している。【００１４】
位相２７０度においては、Ｕ相の相電流しか検出できない。また、位相３３０度においては、Ｗ相の相電流しか検出できない。この１相分の相電流しか検出できないことへの対応の一例を、図１３に示す。【００１５】
図１３（Ａ）は、図１２における位相３３０度の場合をそのまま示している。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）に所定値δを追加し、Ｖ相の相電流も検出できるようにしたものである。また、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を所定値δだけ削減し、Ｕ相の相電流も検出できるようにしたものである。【００１６】
このように、ＰＷＭ本来のＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）に追加もしくは削減を行い、相電流を検出できるようにすることを通電補正と定義する。また、この追加もしくは削減される値を通電補正量と定義する。【００１７】
これらにより、２相分の相電流が検出できるようになる。図１３（Ｂ）と図１３（Ｃ）の双方を実行することで、上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）の所定値δの追加または削減がキャンセルされる。即ち、図１３（Ｂ）と図１３（Ｃ）の双方を実行することで、図１３（Ａ）の２回実行と同等になる。【００１８】
次に、モータ１１の運転前における磁石回転子５の位置決めについて以下説明する。【００１９】
磁石回転子５の回転を始動させるためには、通電前に磁石回転子５の位置決めをしておく必要がある（例えば、特許文献２参照）。これについて、一例を以下説明する。【００２０】
図１４（Ａ）は、４極の場合において、固定子巻線４のＵ相とＶ相をＳ極に、Ｗ相をＮ極にして、磁石回転子５を位置決めする場合を示している。固定子巻線４のＳ極には磁石回転子５のＮ極が、固定子巻線４のＮ極には磁石回転子５のＳ極が、それぞれ対向して停止することにより、位置決めされる。このとき、図１４（Ｂ）に示す如く、固定子巻線４のＷ相からＵ相及びＶ相へ電流が流される。【００２１】
図１５（（Ｂ）及び（Ｃ））、図１６（（Ｂ）及び（Ｃ））に、上記、位置決めにおける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１２、図１３と同様に表示している。そして、位置決めから運転に渡るＷ相の相電流を図１７に示す。【００２２】
図１５（Ａ）は、図１７に示す位置決め初期において、電流を徐々に増加させるため、通電期間を小さく設定した場合である。位置決めスタートから電流が立ち上がりきるまでの期間を位置決め初期と定義する。位置決め初期において、この通電期間は徐々に大きくされる。この状態では、シャント抵抗６による電流検出はできない。そのための対応例が、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）である。【００２３】
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）のキャリア周期後半（右側）に、所定値δ以上を追加しＵ相の相電流を検出できるように、また、図１５（Ａ）における上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）のキャリア周期前半（左側）に、所定値δ以上を追加しＷ相の相電流を検出できるようにしたものである。これにより、２相分の相電流が検出できるようになる。【００２４】
図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）における上アームスイッチング素子Ｕ、上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を所定値δ以上削減し、Ｕ相の相電流及びＷ相の相電流を検出できるようにしたものである。これにより、２相分の相電流が検出できるようになる。【００２５】
上記ＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）の所定値δ以上削減は、図１５（Ｂ）におけるＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）の所定値δ以上追加を、キャンセルするようになされる。即ち、図１５（Ｂ）と図１５（Ｃ）の双方を実行することで、ＰＷＭ変調結果は、図１５（Ａ）の２回実行と同等になる。【００２６】
図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）を実行することで、２相分の相電流を検出しつつ、位置決め初期の電流を増加させることができる。図１５（Ａ）に示す通電期間は徐々に大きくされる。そして、位置決め初期は、おおよそ５０ｍＳ実行される。キャリア周波数１０ｋＨｚ、キャリア周期１００μＳの場合、キャリア周期５００回分となる。【００２７】
図１６（Ａ）は、図１７に示す位置決め定常期において、所定の一定電流が流れるように、通電期間を設定した場合である。位置決め初期の電流立ち上り後において、一定電流となる期間を位置決め定常期と定義する。【００２８】
図１３（Ａ）と比べ、通電期間が短いが、これは、磁石回転子５が停止しており、固定子巻線４には誘起電圧が発生せず、同じ電流を流すためには通電期間が短くてよいからである。この状態では、シャント抵抗６による電流検出は、Ｗ相の相電流しか検出できない。そのための対応例が、図１６（Ｂ）、図１６（Ｃ）である。その方法は、基本的に運転時における図１３と同じである。【００２９】
図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）に所定値δ追加し、Ｖ相の相電流も検出できるようにしたものである。また、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を所定値δ削減し、Ｕ相の相電流も検出できるようにしたものである。これにより、２相分の相電流が検出できるようになる。そして、図１６（Ｂ）と図１６（Ｃ）の双方を実行することで、上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）への所定値δ追加または削減がキャンセルされる。【００３０】
図１６（Ｂ）、図１６（Ｃ）を実行することで、２相分の相電流を検出しつつ、位置決め定常期の一定電流を流すことができる。そして、おおよそ１００ｍＳ実行される。キャリア周波数１０ｋＨｚ、キャリア周期１００μＳの場合、キャリア周期１０００回分となる。【００３１】
図１７に、位置決めから運転に渡るＷ相の相電流を示す。位置決めには、電流が徐々に増加する初期と、電流が一定となる定常期がある。【００３２】
この定常期の電流に連続して、運転時の正弦波交流電流が流れる。図１１の波形を正弦波交流電流に置き換えてみると（４１をＵ相の電流、４２をＶ相の電流、４３をＷ相の電流）、位相３３０度が位置決め定常期の電流即ち運転スタートの電流に相当する。【００３３】
位置決め定常期の電流に連続させるのは、安定して起動させるためである。位置決め電流を一旦ＯＦＦにすると、位置決めされた磁石回転子５の位置が動きかねないからでもある。磁石回転子５が回転を始めると、磁石回転子５により固定子巻線４に誘起電圧が発生するため、また、誘起電圧の位相に対する電流の位相が適切に制御されるため、正弦波交流電流の電流値は小さくなってゆく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開２００３−１８９６７０号公報
【特許文献２】特開平１１−３５６０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
電流センサが一つのみの相電流検出方法を用いた上記従来のインバータ装置では、電流センサを２個乃至３個用い相電流を直接検出する他の方式に比べ、構成部品が少ないため、小型化が図れるとともに、耐振などの信頼性を向上させることができるなどの利点がある。【００３６】
然しながら、２相分の相電流を検出できない場合には、一部の相において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る通電補正が必要である。この通電補正により、ＰＷＭ変調本来の電流に比較し、リップル電流が発生することとなる。このリップル電流は、電磁力となり、モータ１１の固定子巻線４、メカ、ハウジングなどに作用し、騒音（振動）を発生させることとなる。ＯＮ期間の追加、削減はキャンセルされＰＷＭ変調結果は変わらないが、キャリア周期内においてリップル電流が発生する。【００３７】
特に、運転前の位置決め時においては、通電補正による影響が大きい。一つには、磁石回転子５は、回転していないため作動音が無く、リップル電流に起因する騒音が目立ちやすいためである。【００３８】
二つには、通電期間が短く（磁石回転子５が停止しており、固定子巻線４には誘起電圧が発生せず、同じ電流を流すために通電期間が短くてよいため）、通電補正量が相対的に大きくなる（ＰＷＭ変調本来の通電期間に対し、追加もしくは削減される電流を検出するために必要な最低限の所定時間δが相対的に大きくなる）ためである。【００３９】
位置決め初期は、定常期に比べ、更に通電期間が短く影響が大きい。【００４０】
三つには、通電補正しない場合、１相（従来例では、Ｗ相）のみが直流電源のプラス側に接続されるのに対し、通電補正する場合、他の相（従来例では、Ｕ相、Ｖ相）も直流電源のプラス側に接続される瞬間があり、３相間の電流比率が瞬間変化する。これにより、磁石回転子５の位置が瞬間変動し、騒音（振動）を発生させるためである。【００４１】
空調装置に用いられる電動圧縮機を、インバータ装置で駆動する場合、車両用においては、搭載スペース、重量などの制約により、防音箱などの装置を用いる事は困難である。【００４２】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、位置決め時の騒音が小さいインバータ装置及び低騒音の電動圧縮機及び車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
上記従来の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前記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備えたインバータ回路と、前記直流電源と前記インバータ回路間の電流を検出する電流センサと、前記インバータ回路にＰＷＭ変調の通電により駆動電流をモータへ出力すると共に、前記通電に補正をして前記電流センサにより相電流を検出する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記モータの運転前における磁石回転子の位置決めを行う位置決め期間のうち、一部の期間にのみ通電補正をして相電流検出を行うもので、通電補正の影響が大きい位置決め時の騒音を抑制することができる。【００４４】
また、本発明の電動圧縮機は、圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するモータとを備え、前記モータを、本発明のインバータ装置で駆動するもので、電動圧縮機で発生する騒音が低減されるので、この電動圧縮機を、ルームエアコン、カーエアコンなど騒音が認識されやすい機器に用いることで、低騒音化による効果が大である。【００４５】
また、本発明の車両は、本発明の電動圧縮機を搭載したもので、車両用においては、電動圧縮機の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、シャント抵抗など１個の電流センサにより電流検出するインバータ装置を用いた電動圧縮機は有用である。また、車両内では、騒音が認識されやすいため、本発明の電動圧縮機を用いることによる低騒音効果は大きい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明のインバータ装置は、通電補正による位置決め時の騒音を抑制しつつ、単一の電流センサによる相電流の検出が可能であり、低騒音と小型化を両立できる。また、本発明の電動圧縮機及び車両は、低騒音である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図２】（Ａ）同インバータ装置の位置決め時における固定子巻線と磁石回転子の位置関係図、（Ｂ）同位置決め時における固定子巻線の電流説明図
【図３】（Ａ）同インバータ装置の位置決め初期における通電を示す第１の説明図、Ｂ）同位置決め初期における通電を示す第２の説明図、（Ｃ）同位置決め初期における通電を示す第３の説明図
【図４】（Ａ）同インバータ装置の位置決め定常期における通電例を示す第１の説明図、（Ｂ）同位置決め定常期における通電例を示す第２の説明図、（Ｃ）同位置決め定常期における通電例を示す第３の説明図
【図５】同インバータ装置の位置決めから運転に渡るＷ相の相電流説明図
【図６】（Ａ）本発明の実施の形態２におけるインバータ装置の位置決め初期における通電例を示す説明図、（Ｂ）同位置決め初期における通電例を示す説明図、（Ｃ）同インバータ装置の通電補正を示す説明図
【図７】同インバータ装置の位置決めから運転に渡るＷ相の相電流説明図
【図８】本発明の実施の形態３における電動圧縮機の断面図
【図９】本発明の実施の形態４における車両の模式図
【図１０】従来のインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図１１】同インバータ装置の最大変調５０％３相変調における各相の変調を示す波形図
【図１２】同最大変調５０％３相変調の位相２７０度〜３３０度における上アームのＯＮ期間、検出期間を示す特性図
【図１３】（Ａ）同インバータ装置の運転時における通電補正前の一例を示す説明図、（Ｂ）同通電補正の一例を示す説明図、（Ｃ）同通電補正の他の例を示す説明図
【図１４】（Ａ）同インバータ装置の位置決め時における固定子巻線と磁石回転子の位置関係図、（Ｂ）同位置決め時における固定子巻線の電流説明図
【図１５】（Ａ）同インバータ装置の位置決め初期における通電補正前の一例を示す説明図、（Ｂ）同通電補正の一例を示す説明図、（Ｃ）同通電補正の他の例を示す説明図
【図１６】（Ａ）同インバータ装置の位置決め定常期における通電補正前の一例を示す説明図、（Ｂ）同通電補正の一例を示す説明図、（Ｃ）同通電補正の他の例を示す説明図
【図１７】同インバータ装置の位置決めから運転に渡るＷ相の相電流説明図
【符号の説明】
【００４８】
１  バッテリー（直流電源）
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  シャント抵抗（電流センサ）
７  制御回路
１０  インバータ回路
１１  センサレスＤＣブラシレスモータ（モータ）
１２  制御回路
２２  インバータ装置
４０  電動圧縮機
６０  車両
６１  インバータ装置一体型電動圧縮機
【発明を実施するための形態】
【００４９】
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前記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備えたインバータ回路と、前記直流電源と前記インバータ回路間の電流を検出する電流センサと、前記インバータ回路にＰＷＭ変調の通電により駆動電流をモータへ出力すると共に、前記通電に補正をして前記電流センサにより相電流を検出する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記モータの運転前における磁石回転子の位置決めを行う位置決め期間のうち、一部の期間にのみ通電補正をして相電流検出を行うもので、通電補正の影響が大きい位置決め時の騒音を抑制することができる。
【００５０】
第２の発明は、特に、第１の発明の前記制御回路が、通電補正により検出された相電流が所定値以上となった場合、前記通電補正を行わないもので、定常期の位置決め電流を所定の電流値に制御できるので、安定した起動を行うことができる。
【００５１】
第３の発明は、特に、第２の発明の前記制御回路が、前記位置決め期間である位置決め初期と位置決め定常期のうち、前記位置決め定常期では前記通電補正を行わないもので、通電補正の影響が大きい位置決め時の騒音を抑制することができる。
【００５２】
第４の発明は、特に、第２の発明の通電補正開始を、位置決め初期の後半以降とするもので、位置決め時においては、通電補正量がＰＷＭ変調本来の通電期間に比較し相対的に大きいこと等により、通電補正の騒音への影響が大きい。中でも、位置決め初期の電流立ち上り期間は、電流を徐々に増加させるために定常期よりも通電期間が小さく設定されているため、また、１相だけでなく２相において通電補正が必要になるため、尚一層通電補正の騒音への影響が大きい。そのため、通電補正開始を、位置決め電流の立ち上がり後半以降とすることで位置決め時の騒音を大きく抑制することができる。
【００５３】
第５の発明は、特に、第２の発明の前記電流センサがシャント抵抗であり、前記制御回路が前記シャント抵抗からの電圧により、相電流を検出するもので、小型化や耐震性の向上が実現しやすいものである。  
【００５４】
第６の発明に係る電動圧縮機は、圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動するモータとを備え、前記モータを、第１〜第５の発明のインバータ装置で駆動するもので、電動圧縮機で発生する騒音が低減されるので、この電動圧縮機を、ルームエアコン、カーエアコンなど騒音が認識されやすい機器に用いることで、低騒音化による効果が大である。
【００５５】
第７の発明に係る車両は、第６の発明の電動圧縮機を搭載したもので、車両用においては、電動圧縮機の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、シャント抵抗など１個の電流センサにより電流検出するインバータ装置を用いた電動圧縮機は有用である。また、車両内では、騒音が認識されやすいため、本発明の電動圧縮機を用いることによる低騒音効果は大きい。
【００５６】
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。
【００５７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るインバータ装置について図１〜５を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るインバータ装置とその周辺の電気回路である。
【００５８】
図１において、本実施の形態におけるインバータ装置２２の制御回路７は、シャント抵抗６からの電圧により、相電流を検出する。２相分の相電流を検出すれば、残りの相の相電流は、当該２個の電流値から演算できる（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）。
【００５９】
運転時においては、制御回路７が、これら３相分の電流値に基づき、モータ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、この位置検出、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。
【００６０】
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に流れる電流の循環ルートとなる。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。
【００６１】
電流センサとしては、シャント抵抗６に限らず、ホール素子を用いた電流センサなど瞬時ピーク電流が検出できるものであれば良い。また、電源ラインのプラス側に設けても良い。シャント抵抗６ならば、小型化や耐振性の向上が実現し易い。
【００６２】
制御回路７は、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、ドライブ回路などを介して接続線１８により接続されており、各スイッチング素子を制御している。スイッチング素子２がＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴの場合は、ゲート電圧を、パワートランジスタの場合はベース電流をそれぞれ制御する。
【００６３】
モータ１１の運転前における磁石回転子５の位置決め時における通電について以下説明する。モータ１１の磁石回転子５が回転している運転時の通電については、従来の技術と同様である。
【００６４】
図２（Ａ）は、４極の場合において、固定子巻線４のＵ相とＶ相をＳ極に、Ｗ相をＮ極にして、磁石回転子５を位置決めする場合を示している。固定子巻線４のＳ極には、磁石回転子５のＮ極が、固定子巻線４のＮ極には、磁石回転子５のＳ極が、それぞれ対向して停止することにより、位置決めされる。
【００６５】
このとき、制御回路７は、図２（Ｂ）に示す如く、固定子巻線４のＷ相からＵ相及びＶ相へ電流が流れるように、スイッチング素子２を制御する。但し、通電補正をして相電流検出を行う期間は一部の期間に制限する。
【００６６】
図３（（Ｂ）及び（Ｃ））、図４（（Ｂ）及び（Ｃ））に、上記位置決めにおける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）を表示している。そして、位置決めから運転に渡るＷ相の相電流を図５に示す。
【００６７】
図３（Ａ）は、図５に示す位置決め初期において、電流を徐々に増加させるため、通電期間を小さく設定した場合である。位置決めスタートから電流が立ち上がりきるまでの期間を位置決め初期と定義する。位置決め初期において、この通電期間は徐々に大きくされる。この状態では、シャント抵抗６による電流検出はできない。そのための対応例が、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）である。
【００６８】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）における上アームスイッチング素子ＵのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）のキャリア周期後半（右側）に、所定値δ以上を追加しＵ相の相電流を検出できるように、また、図３（Ａ）における上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）のキャリア周期前半（左側）に、所定値δ以上を追加しＷ相の相電流を検出できるようにしたものである。これにより、２相分の相電流が検出できるようになる。
【００６９】
図３（Ｃ）は、図３（Ａ）における上アームスイッチング素子Ｕ、上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）を所定値δ以上削減し、Ｕ相の相電流及びＷ相の相電流を検出できるようにしたものである。
【００７０】
これにより、２相分の相電流が検出できるようになる。上記ＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）の所定値δ以上削減は、図３（Ｂ）におけるＯＮ期間（Ｄｕｔｙ）の所定値δ以上追加を、キャンセルするようになされる。即ち、図３（Ｂ）と図３（Ｃ）の双方を実行することで、ＰＷＭ変調結果は、図３（Ａ）の２回実行と同等になる。
【００７１】
図３（Ｂ）、図３（Ｃ）を実行することで、２相分の相電流を検出しつつ、位置決め初期の電流を増加させることができる。図３（Ａ）に示す通電期間は徐々に大きくされる。
【００７２】
この通電期間が徐々に大きくなり、検出された相電流が所定値以上になると通電補正を停止する。この位置決め初期は、おおよそ５０ｍＳ実行される。キャリア周波数１０ｋＨｚ、キャリア周期１００μＳの場合、キャリア周期５００回分となる。
【００７３】
図４（Ａ）は、図５に示す位置決め定常期において、所定の一定電流が流れるように、通電期間を設定した場合である。位置決め初期の電流立ち上り後において、一定電流となる期間を、位置決め定常期と定義する。この期間では通電補正を行わない。即ち、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、図４（Ａ）と同じである。
【００７４】
そして、おおよそ１００ｍＳ実行される。キャリア周波数１０ｋＨｚ、キャリア周期１００μＳの場合、キャリア周期１０００回分となる。
【００７５】
位置決め期間である初期と定常期の内、定常期で通電補正を行わないことにより、騒音を抑制しつつ、位置決め電流を制御できるので、確実な起動を行うことができる。
【００７６】
（実施の形態２）
図６（Ａ）は、本発明の実施の形態２におけるインバータ装置の位置決め初期における通電例を示す説明図、図６（Ｂ）は、同位置決め初期における通電例を示す説明図、図６（Ｃ）は、同インバータ装置の通電補正を示す説明図、図７は、同インバータ装置の位置決めから運転に渡るＷ相の相電流説明図である。なお、上記実施の形態１におけるインバータ装置と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００７７】
本実施の形態におけるインバータ装置における位置決め定常期は、上記実施の形態１におけるそれと同じ（図４参照）なので、位置決め初期について説明する。
【００７８】
図６（Ａ）は、位置決め初期において、電流を徐々に増加させるため、通電期間を小さく設定した場合である。位置決め初期において、この通電期間は、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、徐々に大きくされる。
【００７９】
即ち、位置決め初期は、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）により構成される。特に、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を位置決め初期前半、図６（Ｃ）を位置決め初期後半と定義する。ここでは、電流が立ち上がりきるまでの時間（位置決め初期）は、おおよそ５０ｍＳであるが、これは、定常期の電流値に到達するまでの時間である。
【００８０】
ここで、位置決め初期の前半の２５ｍＳを位置決め初期前半、後半の２５ｍＳを位置決め初期後半としている。図７にこのときの相電流の様子を示す。位置決め初期の期間では、定常期よりも通電期間が小さく設定されているため、尚一層、通電補正の騒音への影響が大きい。
【００８１】
この位置決め初期前半を、通電補正を行わない期間とすることにより、位置決め時の騒音を大きく抑制することができる。位置決め初期後半では、通電補正を行なう期間としているが、位置決め電流を所定の電流に到達後、通電補正を停止するので、騒音を抑制しつつ、位置決め電流を制御できるので、確実な起動を行うことができる。
【００８２】
尚、上記実施の形態１、２において、固定子巻線４のＵ相とＶ相をＳ極に、Ｗ相をＮ極にして、４極の磁石回転子５を位置決めする場合を示したが、これに限るものではなく、固定子巻線４のＳ極Ｎ極の相は任意であり、２極、６極等にも、また、固定子巻線４の２相のみに電流を流す場合にも適用できる（２相をＷ相、Ｕ相とすれば例えば、位相３００度に相当する）。相電流を検出するための通電補正は上記に限らず、常に３相分検出、キャリア周期の前半のみで検出など任意である。また、位置決め初期前半、位置決め初期後半を時間で定義したが、ＤＵＴＹ値で定義しても同様である。
【００８３】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における電動圧縮機の断面図である。なお、上記実施の形態におけるインバータ装置と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
図８において、本実施の形態における電動圧縮機４０の金属製筐体３２の中には、圧縮機構部２８、モータ１１等が設置され、また、電動圧縮機４０の右側面には、上記実施の形態におけるインバータ装置２２を内蔵したケース３０が密着させて取り付けられている。
【００８５】
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。
【００８６】
発熱源となるインバータ回路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の固定子巻線４に接続されているターミナル３９は、インバータ回路１０の出力部に接続される。保持部３５でインバータ装置２２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（図示せず）がある。
【００８７】
電動圧縮機４０は、ルームエアコン、カーエアコンなどに使用されるため、ユーザにその騒音が認識されやすい。そのため、低騒音化できる本発明の効果が大きい。また、上記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２２が小さいこと、振動に強いことが必要になる。そのため、シャント抵抗６など１個の電流センサにより電流検出し、低騒音を実現する本発明の実施の形態として好適である。
【００８８】
尚、上記実施の形態において、電動圧縮機４０の圧縮機構部２８をスクロールとしたが、これに限るものではない。また、圧縮された冷媒がモータ１１を冷却する高圧型について示したが、低圧型でもよい。
【００８９】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における車両の模式図である。なお、上記実施の形態におけるインバータ装置又は電動圧縮機と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９０】
本実施の形態における車両６０は、上記実施の形態３における電動圧縮機４０とインバータ装置２２とが一体化されたインバータ装置一体型電動圧縮機６１と、室外熱交換器６３と、室外ファン６２が、車両６０の前方のエンジンルーム６８（乃至モータルーム）に搭載されている。
【００９１】
一方、車両室内６９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。
【００９２】
車両６０、特に電気自動車やハイブリッドカーにおいては、走行性能確保、搭載性の面から、車両用空調装置にも小型軽量が求められ、その中でも重量があり、しかも狭いエンジンルーム６８内やその他のスペースに取り付けられる電動圧縮機の小型軽量化は重要課題である。また、モータ（図示せず）による走行においては静粛性が高く、電動圧縮機に低騒音が求められる。走行時などの振動に対する耐振性も必要である。
【００９３】
本実施の形態におけるインバータ装置一体型電動圧縮機６１に使用されるインバータ装置２２は、上記各実施の形態に示すシャント抵抗６など電流センサ１個の構成により、小型化と耐振性が実現でき、低騒音も達成できる。従って、上記実施の形態におけるインバータ装置２２は、これら車両６０用として大変好適である。
【００９４】
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などでもよい。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等位置決め必要なモータに適用できる。正弦波駆動に限らず位置決め時に相電流の検出が必要となる駆動方式に適用できる。また、ＰＷＭ２相変調においても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、通電補正による位置決め時の騒音を抑制しつつ、単一の電流センサによる相電流の検出が可能であり、安定した起動を行うことができる。また、小型で耐振などの信頼性を向上できるので、各種民生用製品、各種産業用機器に適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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