(57)【要約】【課題】制御回路の指令とスイッチング素子の作動との間の遅延時間、スイッチング素子の電圧降下等があっても、交流モータを所望状態で駆動制御できるインバータ装置を提供することである。【解決手段】インバータ装置２０は、直流電源１０と交流電動機１５との間に配置され、第１相スイッチング素子対２４と、第２相スイッチング素子対４１と、第３相スイッチング素子対４５とを含むインバータ回路５０を有する。更に、第１、第２又は第３スイッチング素子対の接続部６４ｂから延びた出力配線６５の相電圧を検出する相電圧検出手段６０と、相電圧検出手段の検出結果に基づき第１、第２及び第３スイッチング素子対のパルス幅変調を制御する制御回路５７を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と交流電動機との間に配置され、該直流電源の正極側に接続された第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子と、負極側に接続され該第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子にそれぞれ直列に接続された第１、第２及び第３負極側半導体素子とを含み、前記第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子と前記第１、第２及び第３負極側半導体スイッチング素子との間の第１、第２及び第３の接続点からそれぞれ第１、第２及び第３の出力配線が前記交流電動機に延び、直流電圧を第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対でパルス幅変調して生成した三相交流電圧により前記交流電動機を駆動するインバータ装置であって、
少なくとも前記第１、第２及び第３出力配線の１つに接続され、前記交流電動機の少なくとも一相の相電圧を検出する相電圧を検出する相電圧検出手段と、
前記相電圧検出手段からの入力に基づき、前記第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対のパルス幅変調を制御する制御回路と、
から成ることを特徴とする交流電動機のインバータ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記相電圧の変化タイミングから算出した前記第１、第２又は第３半導体スイッチング素子対の動作遅れ時間に基づき、該第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対のパルス幅変調電圧の変調幅比率を補正する請求項１のインバータ装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記相電圧の振幅に基づき、該第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対のパルス幅変調電圧の変調幅比率を補正する第２補正手段を有する請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記直流電源は車載バッテリで、前記交流電動機は車載交流モータである請求項１から請求項３の何れか一つに記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電動機を制御するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置は制御回路により制御され、直流電源の直流を交流に変換し、家庭電化製品（家電）や電気自動車で交流電動機を駆動するために使用されている。ここで、家電と電気自動車とでは異なる事情がある。まず、直流電源の電圧の安定性の問題がある。家電では、直流電源電圧はほぼ一定である。これに対して、電気自動車等では例えば加速時と減速時とで直流電源の電圧が変動する。
【０００３】
別の問題は、インバータの使用環境温度の変動である。室内に設置される家電では昼夜や季節による温度差は小さく、インバータ装置の使用環境温度の変動は小さい。これに対して、屋外を走行したり、屋外に昼夜を通じて放置されることがある電気自動車等では、インバータ装置の使用環境温度が大きく変動する。
【０００４】
これらを考慮して、例えば、従来の自動車用電動コンプレッサの制御駆動装置（特許文献１参照）は、図４に示すように、車走行用モータ１００の電源である直流電源（バッテリ）又は発電機１０２と、直流交流変換手段（インバータ）１０４と、直流電圧を検出する直流電圧検出手段１０６と、パルス幅変更手段１０８と、電動コンプレッサ１１０とを有する。
【０００５】
直流電圧検出手段１０６が直流電源１０２の電圧を検出し、その結果をパルス幅変更手段１０８に出力する。パルス幅変更手段１０８は、ＲＯＭから読み出した基本パルス幅を直流電圧検出手段１０６からの情報で変更した後、スイッチング素子制御信号発生部１１２に出力する。直流交流変更手段１０６は制御信号発生部１１２からの信号に基づき、スイッチング素子１０５をオンオフする直流電源１０２からの直流電圧を矩形パルス列状の三相疑似交流電圧に変換して、電動コンプレッサ１１０に印加する。
【特許文献１】特許第３０８４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例で、パルス幅変更手段１０８は、直流電源１０２と直流交流変換手段１０４との間に配置された直流電圧検出手段１０６からの信号に基づき、パルス幅を変更している。しかし、パルス幅変更手段１０８からの指令信号と、直流交流交換手段１０６のスイッチング素子１０５の作動との間には遅延時間がある。また、スイッチング素子１０５はパルス幅変更手段１０８からオン指令を受けていても、その両端に電圧降下が発生する。
【０００７】
その結果、パルス幅変更手段１０８が認識している印加電圧と、実際に直流交流交換手段１０４から電動コンプレッサ１１０に印加される印加電圧との間には誤差が生じる。（しかも、一般にこの誤差は、インバータの使用環境温度に影響されやすい。）これでは正確なパルス幅制御が行えるとは言い難い。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パルス幅変更手段の指令とスイッチング素子の作動との間の遅延時間及び／又はスイッチング素子の電圧降下等があっても好適なＰＷＭ制御ができ、交流電動機を所望状態で駆動制御できるインバータ装置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】
【０００９】
本願の発明者は、インバータ装置と交流電動機との間の三相交流の相電圧を検出し、制御回路からインバータ回路への出力を、相電圧検出手段から制御回路のマイコンへの入力により補正することを着想して、本発明を完成した。
【００１０】
本発明による交流電動機のインバータ装置は、請求項１に記載したように、直流電源と、直流電源の正極側に接続された第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子と、負極側に接続され第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子にそれぞれ直列に接続された第１、第２及び第３負極側半導体スイッチング素子と、第１、第２及び第３正極側半導体スイッチング素子と第１、第２及び第３負極側半導体スイッチング素子との第１、第２及び第３の接続点からそれぞれ交流電動機に延びた第１、第２及び第３の出力配線とを含み、直流電圧を第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対をパルス幅変調することにより生成した三相交流電圧により交流電動機を駆動する。
【００１１】
このインバータ装置において、相電圧検出手段は、少なくとも第１、第２及び第３出力配線の１つに接続され、交流電動機の少なくとも一相の相電圧を検出する。また、制御回路は、相電圧検出手段からの入力に基づき、第１、第２及び第３半導体スイッチング素子対のパルス幅変調を制御する。
【００１２】
請求項２のインバータ装置は、請求項１において、制御回路は、相電圧の変化タイミングから算出したスイッチング素子の動作遅れ時間に基づき、このスイッチング素子に印加するパルス幅変調電圧の変調幅比率を補正する第１補正手段を有する。
【００１３】
請求項３のインバータ装置は、請求項１又は２において、制御回路は、電源電圧からスイッチング素子の電圧降下を減じた相電圧の振幅を検出し、その値に基づきこのスイッチング素子のパルス幅変調電圧の変調幅比率を補正する第２補正手段を有する。請求項４のインバータ装置は、請求項１から３の何れか一つにおいて、直流電源は車載バッテリで、交流電動機は車載モータである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の交流電動機駆動用インバータ装置によれば、インバータ回路のスイッチング素子への指令と、相電圧検出手段から入力される相電圧の振幅及びタイミングとに基づき、制御回路がスイッチング素子での電圧降下及び遅延時間を算出してＰＷＭを制御する。よって、直流電源の電圧の変動に影響されず、スイッチング素子での電圧降下及び遅延時間による誤差に対処できる。
【００１５】
請求項２のインバータ装置によれば、制御回路の第１補正手段でＰＷＭのデューティ比を補正することにより、インバータ回路への指令とスイッチング素子の作動との間の遅延時間による誤差に対処できる。請求項３のインバータ装置によれば、制御回路の第２補正手段でＰＷＭのデューティ比を補正することにより、スイッチング素子での電圧降下による誤差に対処できる。請求項４のインバータ装置によれば、直流電源の電圧が変動しやすく、インバータ装置の使用環境温度が変動しやすい電気自動車等において、ＰＷＭのデューティ比を補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜交流電動機＞
交流電動機は、ロータに永久磁石が挿入された同期モータ、及びロータにコイルが装填された誘導モータとを含む。何れの場合も、ステータはコイルが装填されている。交流電動機の用途は制約されず、各種電気自動車や各種家電製品に適用できる。但し、直流電源電圧の変動が大きく、インバータ装置の使用温度が変動し易い電気自動車で使用されたとき、特に顕著な効果が得られる。
＜インバータ装置＞
（１）インバータ装置は、電圧制御形インバータ回路を構成する３対のスイッチング素子、スイッチング素子対を駆動制御する制御回路、出力配線の三相交流の相電圧を検出する相電圧検出回路等を含む。各対のスイッチグ素子は正極側スイッチング素子と、これに直列に接続された負極側スイッチング素子とを含み、接続点から交流モータに出力配線が延びている。
（２）相電圧検出手段は、インバータ回路と交流電動機との間で、出力配線を流れる三相交流の少なくとも一つの相電圧を検出する。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧の変化は通常類似した傾向を示すので、少なくとも一つの相電圧を検出すれば良い。但し、異なる傾向を示す場合は、各相の相電圧を検出することが望ましい。
（３）制御回路はドライバと、マイコンとを含むことができる。ドライバは各スイッチング素子を駆動するもので、スイッチング素子に対応する端子を含む。
【００１７】
マイコンはドライバを介してインバータ回路を制御するとともに、相電圧検出手段からの入力に基づきＰＷＭのデューティ比を補正するものである。具体的には、相電圧検出手段での検出結果（変化タイミング）からスイッチング素子の作動遅れ時間を検出し、検出結果に基づきスイッチング素子へのパルス幅変調電圧の変調幅比率（デューティ比）を補正する。例えば、作動遅れ時間が長いときはデューティ比を小さくする。
【００１８】
マイコンはまた、相電圧検出手段での検出結果より電源電圧からスイッチング素子の電圧降下を減じた値である相電圧の振幅を検出し、検出結果に基づきその変調幅比率を補正する。例えば、振幅が大きいときはデューティ比を小さくする。１つの補正手段によりスイッチング素子の作動遅れ時間又は相電圧の振幅のみを算出することもできるが、１つ又は２つの補正手段により作動遅れ時間及び振幅の両方を算出することが望ましい。
【００１９】
なお、「デューティ比」とは矩形パルスのオン時間とオフ時間との合計に対する、オン時間の比のことである。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に実施例によるインバータ装置の回路図を示す。電圧Ｖｂの直流電源（バッテリ）１０と三相交流モータ（交流モータ）１５との間にインバータ装置２０が配置されている。交流モータ１５は永久磁石同期モータであり、ステータに複数のコイルが装填され、ロータには複数の永久磁石が挿入されている。
【００２１】
インバータ装置２０は平滑コンデンサ２２、三組のスイッチング素子４１等を含むインバータ回路５０、マイコン５７、ドライバ５５、及び相電圧検出手段６０から成る。
【００２２】
インバータ回路５０のＵ相のスイッチング素子２４は上方素子２５と下方素子２９とを含む。スイッチング用のトランジスタ２６と、これに逆接続されたダイオード２７とが、上方素子２５を構成している。並列に配置されたトランジスタ３１とダイオード３２とが下方素子２９を構成している。上方素子２５と下方素子２９とは上位ライン３４と下位ライン３５との間に直列に配置されている。
【００２３】
同様に、Ｖ相のスイッチング素子４１は上方素子４２と下方素子４３とを含み、Ｗ相のスイッチング素子４５は上方素子４６と下方素子４７とを含む。三組のスイッチング素子２４，４１及び４５がインバータ回路５０を構成する。
【００２４】
各素子２５，２９等はドライバ５５により駆動される。ドライバ５５は６つの端子５６ａから５６ｆを含み、各端子に指令信号ＨＩＮ１、ＬＩＮ１、ＨＩＮ２、ＬＩＮ２、ＨＩＮ３及びＬＩＮ３が入力される。指令信号ＨＩＮ１がＵ相の上方素子２５に出力され、指令信号ＨＩＮ２が下方素子２９に出力されている。指令信号ＬＩＮ１及びＬＩＮ２がそれぞれＶ相の上方素子４２及び下方素子４３に出力されている。指令信号ＨＩＮ３及びＬＩＮ３がそれぞれＷ相の上方素子４６及び下方素子４７に出力されている。
【００２５】
マイコン５７はドライバ５５を介してインバータ回路５０、特に各スイッチング素子２５，２９等の駆動タイミングを制御している。ドライバ５５とマイコン５７が制御回路を構成する。
【００２６】
Ｕ相の上方素子２５と下方素子２９とを結ぶ連結配線６４ａ上の接続点６４ｂから、交流モータ１５にＵ相線６５が延びている。同様に、Ｖ相の上方素子４２と下方素子４３とを結ぶ連結配線６６ａ上の接続点６６ｂから、交流モータ１５にＶ相線６７が延びている。Ｗ相の上方素子４６と下方素子４７とを結ぶ連結配線６８ａ上の接続点６８ｂから、交流モータ１５にＷ相線６９が延びている。
【００２７】
Ｕ相線６５と下位線３５との間に相電圧検出手段６０が配置され、Ｕ相線６５における印加電圧の上昇及び降下のタイミングと振幅とを計測するようになっている。
（作用）
この実施例における作用（Ｕ相ライン６５を流れる電流Ｉｕが正の場合）を図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示すように、マイコン５７からの指令によりＵ相の上方素子２５が所定時間のオン後オフし、それに伴い印加電圧Ｖｕが降下し、その後下方素子２９がオンする。下方素子２９は所定時間オン後オフし、その後上方素子２５がオンする。それに伴い印加電圧Ｖｕが上昇する。
【００２８】
マイコン５７は前回ドライバ５５の端子５６ａ及び５６ｂからインバータ回路５０に出力した指令信号ＨＩＮ１、ＬＩＮ１の変化時のタイミングと、相電圧検出手段６０で検出したＵ相ライン６５の印加電圧Ｖｕの振幅及びタイミングとに基づき、上方素子２５及び下方素子２９での電圧降下及び遅延時間を算出し、次回のＰＷＭ出力を制御する。
【００２９】
詳しくは、図２（ａ）に示すように、マイコン５７から端子５６ａへの指令信号ＨＩＮ１は時刻ｔ１でオフし、所定時間ｔｄ経過後、図２（ｂ）に示すように指令信号ＬＩＮ１は時刻ｔ３でオンする。時刻ｔ１と３との間の時間ｔｄは指令信号ＨＩＮ１もＬＩＮ１も共にオフしているデッドタイムである。図２（ｃ）に示すように、デットタイムｔｄの間に、時刻ｔ２で印加電圧Ｖｕが降下する。
【００３０】
マイコン５７は、相電圧検出手段６０が検出した印加電圧（相電圧）Ｖｕの振幅に基づき、上方素子２５の電圧降下及び下方素子２９の電圧降下を差し引いた印加電圧の振幅を計算する。例えば、上方素子２５がオンしているタイミングで、バッテリ１０の電圧がＶｂであり上方素子２５の電圧降下がＶｈｓならば、相電圧検出手段６０で検出する印加電圧は（Ｖｂ−Ｖｈｓ）となる。また、下方素子２９がオンしているタイミングで下方素子２９の電圧降下がＶｌｓならば、相電圧検出手段６０で検出する印加電圧はＶｌｓとなる。
【００３１】
この検出結果から、マイコン５７はインバータ回路５０が出力する印加電圧の振幅を検出し、検出結果に基づき変調幅比率（デューティ比）を補正する。印加電圧の振幅が所定値よりも大きいときはデューティ比を小さくし、反対に印加電圧の振幅が小さいときはデューティ比を大きくする。
【００３２】
マイコン５７はまた、印加電圧（相電圧）Ｖｕの変化のタイミングに基づき、上方素子２５及び下方素子２９の遅延時間（作動遅れ時間）を算出する。ドライバ５５の端子５６ａへの指令ＨＩＮ１がオンしたタイミングｔ１に対し、上方素子２５がオフした即ち印加電圧Ｖｕがオフしたタイミングをｔ２とすると、遅延時間ｔｄｏｆｆｈは（ｔ２−ｔ１）であることが解る。
【００３３】
この検出結果から、マイコン５７は上方素子２５のオフ遅延時間を検出し、検出結果に基づき、ドライバ５５を介してインバータ回路５０に出力するパルス幅変調電圧の変調幅比率（デューティ比）を補正する。例えば、遅延時間が所定値よりも長いときはデューティ比を小さくし、反対に遅延時間が短いときはデューティ比を大きくする。
【００３４】
なお、その後指令信号ＬＩＮ１が時刻ｔ４でオフし、デッドタイムｔｄの経過後、時刻ｔ６で指令信号ＨＩＮ１がオンし、その後印加電圧Ｖｕがオンした場合も、同様に上方素子２５のオン遅延時間ｔｄｏｎｈを検出し、ＰＷＭ出力を補正する。
【００３５】
Ｕ相の相電流Ｉｕの電流値が負の場合の作用を図３（ａ）（ｂ）及び（ｃ）に示す。ドライバ５５の端子５６ａ及び５６ｂへの指令信号ＨＩＮ１のオフとＬＩＮ１のオンとの間にはデッドタイムｔｄが設けられ、指令信号ＬＩＮ１のオンと相電圧Ｖｕのオフとの間に遅延時間ｔｄｏｎｌが存在する。また、指令信号ＬＩＮ１のオフと相電圧Ｖｕのオンとの間に遅延時間ｔｄｏｆｆｌが存在する。
【００３６】
この場合も、相電圧検出手段６０で測定された相電圧の変化のタイミングに基づき、マイコン５７からドライバ５５を介してインバータ回路５０に出力するＰＷＭ出力を補正する。
（効果）
この実施例によれば、第１に、自動車の走行状態により電源電圧が変動しても相電圧は変動しない。マイコン５７の第２補正手段が、マイコン５７からドライバ５５への振幅に関する出力と、相電圧検出手段６０からマイコン５７への振幅に関する入力とに応じて、スイッチング素子２４，４１及び４５へのＰＷＭ出力のデューティ比を補正しているからである。
【００３７】
第２に、ドライバ５５への指令と、インバータ回路５０のスイッチング素子２４，４１及び４５の作動との間の遅延時間による誤差に対処できる。ドライバ５５と相電圧検出手段６０との間に設けたマイコン５７の第１補正手段が、マイコン５７からドライバ５５へのタイミングに関する出力と相電圧検出手段６０からマイコン５７へのタイミングに関する入力とに応じて、スイッチング素子２４，４１及び４５へのＰＷＭ出力のデューティ比を補正しているからである。
【００３８】
第３に、インバータ回路５０のスイッチング素子２４，４１及び４５の電圧降下による誤差に対処できる。マイコン５７の第２補正手段が、マイコン５７からドライバ５５への振幅に関する出力と、相電圧検出手段６０からマイコン５７への振幅に関する入力とに応じて、スイッチング素子２４，４１及び４５へのＰＷＭ出力のデューティ比を補正しているからである。
【００３９】
以下の効果も得られる。まず、インバータ装置２０の使用環境温度の変動により変動する相電圧の降下のタイミング及び振幅に基づき、ＰＷＭ出力を補正しているので、温度の変動があっても、遅延時間及び電圧降下の誤差に対処できる。更に、Ｕ相の相電圧のみで判定しているので、相電圧検出手段６０、マイコン５７が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例を示す回路説明図である。
【図２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は上記実施例の作動説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は上記実施例の作動説明図である。
【図４】従来例の回路説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：直流電源                  １５：交流モータ
２０：インバータ装置
２４，４１，４５：スイッチング素子
５０：インバータ回路            ５５：ドライバ
５７：マイコン                  ５５，５７：制御回路
６０：相電圧検出回路
【図１】
2005057974.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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