(57)【要約】【課題】複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路を用いて直流電源電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換するに際し、電源電圧が変動しても所望の出力電圧を常時安定して精度良く得ることができるようにしたインバータ装置を提供する。【解決手段】一対のスイッチング素子を直列に接続した素子組を、直流電源に対し、複数組並列に接続して、直流電源の直流電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換して出力するインバータ回路を構成し、該インバータ回路に、疑似交流電圧をパルス変調により調整可能なＰＷＭ発生器を接続したインバータ装置であって、電源電圧変動を検出することなく、インバータ回路からの実際の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が出力指示器等により与えられる目標出力電圧となるように、出力デューティを可変制御することを特徴とするインバータ装置。【選択図】図１
2006246618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のスイッチング素子を直列に接続した素子組を、直流電源に対し、複数組並列に接続して、前記直流電源の直流電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換して出力するインバータ回路を構成し、該インバータ回路に、前記疑似交流電圧をパルス変調により調整可能なＰＷＭ発生器を接続したインバータ装置において、前記インバータ回路からの実際の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が目標出力電圧となるように、出力デューティを可変制御することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記目標出力電圧が、出力指示器から前記ＰＷＭ発生器に与えられる、請求項１のインバータ装置。
【請求項３】
前記出力デューティが、次式に基づく演算により決定される、請求項１または２のインバータ装置。
出力デューティ＝目標出力電圧／（検出出力電圧（Ｈｉ）−検出出力電圧（Ｌｏ））
ここで、出力電圧（Ｈｉ）は前記パルス列状の疑似交流電圧における最高電圧値、出力電圧（Ｌｏ）は前記パルス列状の疑似交流電圧における最低電圧値である。
【請求項４】
出力電圧の基準となる出力電圧（Ｈｉ）、出力電圧（Ｌｏ）のいずれか一方の検出が行われず、０として、前記出力デューティが演算される、請求項３のインバータ装置。
【請求項５】
出力電圧の値が、次式により演算される、請求項１〜４のいずれかに記載のインバータ装置。
出力デューティ（％）×デューティ１００％時の基準電圧（Ｖ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関し、とくに、自動車用の直流電源の直流電圧を複数のスイッチング素子を用いてパルス列状の疑似交流電圧に変換するに際し、電源電圧が変動しても出力電圧が変動しないようにインバータ回路からの出力を安定させるようにしたインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車には直流電源（バッテリー）が搭載され、該直流電源の直流電圧が各種動力や制御用に使用される。そして、この直流電源の直流電圧は、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路を用いて、パルス列状の疑似交流電圧に変換され、車両用空調装置における、圧縮機駆動用モータ（たとえば、電動圧縮機のブラシレスモータ等）や、他のモータ（たとえば、リラクタンスモータや誘導モータ）あるいは変圧器等への出力電圧としても使用される。
【０００３】
車両用空調装置に使用される圧縮機（冷媒圧縮機）には、エンジンの回転力のみをその駆動動力源とするものもあるが、電動圧縮機やハイブリッド圧縮機においては、通常、ブラシレスモータ内蔵の圧縮機が用いられている。このブラシレスモータは、インバータ回路により変換されたパルス列状の疑似交流電圧によって駆動され、その回転速度は、上記疑似交流電圧のデューティ比を変えて供給実効電圧を変化させる方法、すなわちＰＷＭ（パルス幅変調）により制御されている。
【０００４】
ところが、車両に搭載されたバッテリー等の直流電源は、電気的負荷との関係において電圧変動を生じやすく、たとえば、走行用モータを備えた電気自動車やハイブリッドカー等の車両では、加速時に走行用モータに大きな負荷電流が流れるため直流電源電圧が急激に下降し、逆に減速時には走行用モータからの回生電流によって直流電源電圧が急激に上昇する現象を生じる。また、通常のエンジン駆動の車両においても、直流電源の電力が多量に消費されると、直流電源電圧が急激に下降することもある。
【０００５】
このような直流電源電圧の変動が生じると、それに比例して出力電圧が変動する。たとえば上記のようなブラシレスモータを駆動する場合、この電圧変動に伴って、モータ回転数が急加速や急減速してしまうことがある。また、減速時等に過電流が流れるなどして、最悪時には保護回路が働いてモータが停止してしまう。
【０００６】
このような問題に対処するために、特許文献１には、直流電源電圧を検出し、その検出電圧値に応じてデューティを変化させる技術が開示されている。
【特許文献１】特許３０８４９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法で制御する場合、所望の出力を常時安定して精度良く得ることが困難になることがある。すなわち、上記制御では、直流電源電圧の変動を認識してからデューティを補正するまでに制御装置の処理速度等に依存する時間遅れが生じ、そのためデューティを迅速かつ適切に補正できない場合が生じて、結果的にブラシレスモータに回転数変動、過電流、トルク不足等の不具合が生じるおそれがある。
【０００８】
そこで本発明の課題は、複数のスイッチング素子を備えたインバータ回路を用いて直流電源電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換するに際し、電源電圧が変動しても所望の出力電圧を常時安定して精度良く得ることができるようにしたインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るインバータ装置は、一対のスイッチング素子を直列に接続した素子組を、直流電源に対し、複数組並列に接続して、前記直流電源の直流電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換して出力するインバータ回路を構成し、該インバータ回路に、前記疑似交流電圧をパルス変調により調整可能なＰＷＭ発生器を接続したインバータ装置において、前記インバータ回路からの実際の出力電圧を検出し、検出した出力電圧が目標出力電圧となるように、出力デューティを可変制御することを特徴とするものからなる。すなわち、本発明では、直流電源電圧を検出するのではなく、実際に出力している電圧値を検出し、それに基づいて、検出した出力電圧が目標出力電圧となるように、出力デューティを決定する。
【００１０】
この本発明に係るインバータ装置においては、上記目標出力電圧は、たとえば出力指示器から上記ＰＷＭ発生器に与えられる。そして、上記出力デューティは、たとえば次式に基づく演算により決定される。
出力デューティ＝目標出力電圧／（検出出力電圧（Ｈｉ）−検出出力電圧（Ｌｏ））
ここで、出力電圧（Ｈｉ）は前記パルス列状の疑似交流電圧における最高電圧値、出力電圧（Ｌｏ）は前記パルス列状の疑似交流電圧における最低電圧値である。つまり、Ｈｉ出力相の電圧とＬｏ出力相の電圧を検出し、上記式に基づいて出力デューティを決定する。この出力デューティは最大で１００％である。
【００１１】
また、出力電圧の基準となる出力電圧（Ｈｉ）、出力電圧（Ｌｏ）のいずれか一方の検出を行わずに、０として、上記出力デューティを演算することも可能である。
【００１２】
出力電圧の値（Ｖ）としては、たとえば次式により演算することができる。
出力デューティ（％）×デューティ１００％時の基準電圧（Ｖ）
【００１３】
このような本発明に係るインバータ装置においては、実際に出力している電圧（出力電圧（Ｈｉ）、出力電圧（Ｌｏ））が検出され、出力電圧がたとえば出力指示器による設定値（目標出力電圧）となるように、上記式等に基づいて出力デューティが演算され、その演算された出力デューティとなるように、ＰＷＭ制御が行われる。したがって、パワー素子の電圧降下や電源電圧の変動によらず、目標とする所望の出力電圧が常に安定して得られることになる。たとえばモータに出力する場合、モータへの出力実効電圧が目標値に安定して精度良く制御されることになる。
【００１４】
また、この本発明に係るインバータ装置においては、たとえば３相ブラシレスモータの駆動に適用する場合、モータを駆動するためにそのモータへの出力電圧を検出することは通常必要不可欠であるので、この検出機構をそのまま利用することが可能であり、しかも電源電圧検出回路を付加する必要がないので、極めて簡単な回路構成で本発明を実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るインバータ装置によれば、実際に出力している電圧を検出して出力デューティを決定するので、直流電源電圧が変動した場合にも、その変動量や変動形態にかかわらず、かつ、電源電圧の変動に対し時間差を生じることなく、出力電圧を精度良く常時安定して目標とする電圧値に制御することができる。したがって、モータへの出力に本発明を適用する場合、直流電源電圧が変動してもモータ回転数を精度良く安定して目標回転数に維持できるようになる。さらに、本発明は、簡単な回路構成にて容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るインバータ装置を示しており、とくに３相モータ（たとえば、車両用空調装置における圧縮機に内蔵される３相ブラシレスモータ）へパルス列状の疑似交流電圧を出力するモータ駆動電源回路として構成した場合を示している。図１において、１はインバータ装置を示しており、該インバータ装置１には、一対のスイッチング素子（２ａおよび２ｂ、２ｃおよび２ｄ、２ｅおよび２ｆ）を直列に接続した素子組を、直流電源３（たとえば、バッテリー）に対し、複数組（本実施態様では、３組）並列に接続して、直流電源３の直流電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換して出力するインバータ回路４が構成されている。インバータ回路４には、上記疑似交流電圧をパルス変調により調整可能なＰＷＭ発生器５が接続されている。インバータ回路４からの３相の各出力相６ａ、６ｂ、６ｃは、モータ７（たとえば３相ブラシレスモータ、ただし、疑似交流電圧印加により駆動できる他のあらゆるモータも可能である。）の対応する極へと接続され、所定の電圧が印加されてモータ７が所定の回転数で駆動されるようになっている。モータ７へは、パルス列状の疑似交流電圧が出力され、出力相６ａ、６ｂ、６ｃのいずれか一相が出力電圧（Ｈｉ）の出力相として、他のいずれか一相が出力電圧（Ｌｏ）の出力相とされる。このパルス列状の疑似交流電圧の平均電圧が、モータ７に印加される実効電圧となり、モータ７は、その実効電圧に対応する回転数で回転駆動される。
【００１７】
パルス列状の疑似交流出力電圧は、ＰＷＭ発生器５でＰＷＭ（パルス幅変調）制御されるが、このＰＷＭは次のように行われる。本実施態様では、上記インバータ回路４からの実際の出力電圧（出力電圧（Ｈｉ）、出力電圧（Ｌｏ））が、抵抗分割回路８を介してＰＷＭ発生器５で検出される。つまり、３相インバータ回路４における各スイッチング素子オン、オフ動作によりシャント抵抗に流れる電流によって、各出力相における実際の出力電圧が検出される。ＰＷＭ発生器５には、目標出力電圧（出力したい電圧値）を設定する出力指示器９が接続されており、該出力指示器９からＰＷＭ発生器５に目標出力電圧が与えられる。ＰＷＭ発生器５では、上記検出した出力電圧が、出力指示器９から与えられる目標出力電圧となるように、出力デューティを可変制御する。出力デューティは、前述の如く、次式、
出力デューティ＝目標出力電圧／（検出出力電圧（Ｈｉ）−検出出力電圧（Ｌｏ））
により算出される。このように演算された出力デューティとなるように、ＰＷＭ発生器５でＰＷＭ制御される。出力デューティは最大で１００％である。このような出力デューティ可変制御により、モータ７への出力実効電圧が、上記目標出力電圧に制御される。
【００１８】
上記検出、演算は、たとえば図２に示すようなフローによって実行される。すなわち、Ｈｉ出力相の電圧が検出され（ステップＳ１）、Ｌｏ出力相の電圧が検出され（ステップＳ２）、これら検出電圧から出力デューティが計算され（ステップＳ３）、計算された出力デューティとなるようにＰＷＭ出力が実施される（ステップＳ４）。このフローによる検出、演算は、実質的に常時繰り返し行われる。
【００１９】
このように、直流電源３の電圧変動が検出されるのではなく、実際に出力されている電圧値が検出され、検出電圧が出力指示器９による所望の目標電圧となるように出力デューティが決定され、その出力デューティとなるようにＰＷＭ制御されるので、直流電源３側に電圧降下や、回生電流等による電圧上昇が生じたとしても、そのような電源電圧の変動にかかわらず、モータ７への出力電圧は常に目標とする所望の電圧に精度良く安定して維持される。したがって、直流電源３の電圧変動に起因するモータ７の回転数変動が防止され、モータ７は所定の回転速度で安定して駆動されることになる。
【００２０】
ちなみに、このような本発明に係るインバータ装置と、前述した特許文献１に記載の制御方式（従来方式）とを比較すると、次のようになる。すなわち、従来方式では電源電圧検出器が必要であったが、本発明では不要である。そのため、本発明では回路を簡略化できる。また、従来方式では出力電圧の検出は不要であったが、本発明では、実際に出力している電圧を検出する。本発明では、実際の出力電圧を制御するので、前述した従来方式における時間差などによる制御への影響は考慮する必要がなく、制御精度が格段に向上する。そして、上記実施態様の如く３相ブラシレスモータ７を駆動する場合には、位置検出のために出力電圧の検出が必須であるから、これを本発明における出力電圧の検出と兼用することができ、実質的に回路の複雑化を伴うことなく、本発明実施のための回路構成を実現できる。その結果、本発明は極めて簡単な回路にて実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
上記実施態様は、主として３相ブラシレスモータの電圧印加回路に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、直流電源からの直流電圧をパルス列状の疑似交流電圧に変換するあらゆるインバータ装置に適用でき、とくに、直流電源電圧に変動が生じやすい車両用空調装置における圧縮機駆動用モータへの電圧印加回路に適用して最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施態様に係るインバータ装置の概略構成図である。
【図２】図１のインバータ装置における制御の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  インバータ装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ  スイッチング素子
３  直流電源
４  インバータ回路
５  ＰＷＭ発生器
６ａ、６ｂ、６ｃ  出力相
７  モータ
８  電圧検出回路
９  出力指示器
【図１】
2006246618.tif 000003
【図２】
2006246618.tif 000004