(57)【要約】【課題】騒音振動が小さく、小型であり、演算処理の少ないソフトで相電流の検出ができるインバータ装置の提供を目的とする。【解決手段】３相のうち１相の下アームスイッチング素子３と直流電源１のマイナス側との間の電流を検出する第１の電流検出器１５及び直流電源１とインバータ装置２３間の直流電流を検出する第２の電流検出器６とを備え、第１の電流検出器１５により当該相の相電流を検出し、第２の電流検出器６により第１の電流検出器１５が検出する相電流以外の相電流を検出する。【選択図】図１
2007236188.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を３相備え、前記直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、前記３相のうち１相の下アームスイッチング素子と前記直流電源のマイナス側との間の電流を検出する第１の電流検出器及び前記直流電源とインバータ装置間の直流電流を検出する第２の電流検出器とを備え、前記第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出し、前記第２の電流検出器により前記第１の電流検出器が検出する相電流以外の相電流を検出するインバータ装置。
【請求項２】
キャリア周期内における３相全ての相において、上アームスイッチング素子のＯＮ期間から同一のＯＮ期間を削減することにより、前記第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出する請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
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を３相備え、前記直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、前記３相のうち１相の上アームスイッチング素子と前記直流電源のプラス側との間の電流を検出する第１の電流検出器及び前記直流電源とインバータ装置間の直流電流を検出する第２の電流検出器とを備え、前記第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出し、前記第２の電流検出器により前記第１の電流検出器が検出する相電流以外の相電流を検出するインバータ装置。
【請求項４】
キャリア周期内における３相全ての相において、上アームスイッチング素子のＯＮ期間に同一のＯＮ期間を追加することにより、前記第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出する請求項３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記第２の電流検出器による相電流検出において、当該相電流検出に必要となる上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節が小さい方の相電流を検出する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記第２の電流検出器により前記第１の電流検出器が検出する相電流以外の２相分の相電流を検出し、当該２相分の相電流から演算される残りの相の相電流値と前記第１の電流検出器の検出値とを比較する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記第２の電流検出器により前記第１の電流検出器が検出する相電流をも検出し、前記第１の電流検出器の検出値と比較する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記電流検出器は、シャント抵抗である請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項９】
前記３相交流電流は電動圧縮機のモータへ出力される請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項１０】
前記電動圧縮機に搭載される請求項９に記載のインバータ装置。
【請求項１１】
車両に搭載される請求項１から請求項１０のうちいずれか一項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、ＰＷＭ変調を行うインバータ装置の相電流検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の相電流検出方法として、ＰＷＭ変調による正弦波駆動方式によりセンサレスＤＣブラシレスモータを駆動するインバータ装置において、直流電源からインバータ装置への直流電源ラインの電流センサにより検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この回路について以下説明する。図１７にインバータ装置とその周辺の電気回路を示す。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）。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、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を構成する固定子巻線４へ出力する。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に流れる電流の還流ルートとなる。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。
【０００４】
シャント抵抗６による２相分の相電流検出について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）。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である。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である。
【０００５】
図１８に、３相変調の波形の特性図を示す。１０％変調における、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。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。
【０００６】
図１９の上側に、図１８に破線で示した位相６０度においての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。また、下循環期間（非通電期間）を破線矢印で示している。
【０００７】
図１９の下側に、上記状態において、直流電源ライン（シャント抵抗６）に直流電流として流れる相電流を示している。Ｕ相のみＯＮ時においては、Ｕ相の相電流ｉＵが流れ、Ｕ相及びＷ相の２相がＯＮ時は残りの相であるＶ相の相電流ｉＶが流れる。然しながら、これら電流の流れる時間は短く、制御回路１２は、シャント抵抗６からの電圧による相電流検出ができない。この相電流検出できない場合の対応として、一部の相（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方法が示されている。
【０００８】
図２０に、この対応例を示す。キャリア周期の前半において、上アームスイッチング素子ＵのＯＮΔ期間を増加させ、上アームスイッチング素子ＶのＯＮ期間を減少させている。これにより、電流の流れる時間が長くなり、制御回路１２は、シャント抵抗６からの電圧により相電流検出ができるようになる。Ｕ相のみＯＮ時においては、Ｕ相の相電流ｉＵが、Ｕ相及びＷ相がＯＮ時はＶ相の相電流ｉＶが検出可能となる。この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可能な電流の相を示す。この場合、Ｕ相の相電流ｉＵの検出期間をＵ、Ｖ相の相電流ｉＶの検出期間をＶと表示している。
【０００９】
このようにすれば、相電流を検出可能となるが、通電時間が長くなり、本来のＰＷＭ変調以上に電流が流れることになる。図２１に、この増加したＵ相の相電流をΔｉＵ、Ｖ相の相電流をΔｉＶとして示す。このΔｉＵ、ΔｉＶにより、バッテリー１からインバータ回路１０（モータ１１）への電力供給が本来のＰＷＭ変調より大きくなってしまう。
【００１０】
上記方法とは異なり下アームで相電流を検出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方式について以下説明する。
【００１１】
図２２にインバータ装置とその周辺回路を示す。図１７との相違点は、シャント抵抗６が無い点、シャント抵抗１５、シャント抵抗１６、シャント抵抗１７が追加されている点、制御回路１２が制御回路１３となっている点であり、その他に関しては、図１７と同一であり、記号等はそのまま適用する。また、電流検出以外の機能もそのまま適用される。インバータ装置２２の制御回路１３は、Ｕ相下アームとアース間に設けられたシャント抵抗１５、Ｖ相下アームとアース間に設けられたシャント抵抗１６、Ｗ相下アームとアース間に設けられたシャント抵抗１７それぞれからの電圧により相電流を演算する。シャント抵抗１５に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間、シャント抵抗１６に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＹのＯＮ期間、シャント抵抗１７に電流が流れるのは（電流を検出できるのは）下アームスイッチング素子ＺのＯＮ期間である。
【００１２】
この方式においては、上アームスイッチング素子の最大電流を検出できない即ち上アームスイッチング素子の過電流保護ができない。上アームスイッチング素子１相がＯＮ、下アームスイッチング素子２相がＯＮの場合において、上アームスイッチング素子の電流を検出するには、下アームスイッチング素子２相の電流の和をとらなければならない。そのため、上アームスイッチング素子の過電流保護を行うためには、下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路が必要になる。
【特許文献１】特開２００３−１８９６７０号公報（第２頁、請求項２、第１４頁、第１図、第１５頁、第９図）
【特許文献２】特開２００３−２８４３７４号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように、ＰＷＭ変調を行うインバータ装置の相電流検出方法には、それぞれに課題がある。直流電源ラインの電流センサにより検出する方法においては、電流の流れる時間が短く検出できない場合には、一部の相の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必要がある。これにより、本来のＰＷＭ変調以上に電流が流れ電力供給されることになる。そのため、騒音振動悪化の要因となっている。そのため、一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少は、極力短く少なくしなければならない。
【００１４】
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、その騒音を防止するためルームエアコンなどでは防音箱などの防音装置を用いる事も可能であるが、車両用の空調装置に用いられる電動圧縮機においては、搭載スペース、重量などの制約により防音装置を用いる事は困難である。また、車室内への振動伝達防止のため、振動を小さく抑制しなければならないが、同様に防振装置を用いる事は困難である。ルームエアコンにおいても環境を考慮し極力低振動低騒音であることが求められる。
【００１５】
また、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て相電流を検出するためには、制御ソフトが複雑となり、高性能の制御回路（マイコン）が必要となる。即ち、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行を、本来のＰＷＭ変調、過電流保護、通信機能などに加えて行わなければならず、高速演算処理が求められる。制御回路（マイコン）によっては、実現困難となってしまう。そのため、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行は、極力少なくしなければならない。
【００１６】
下アームで相電流を検出する方法においては、３相ともにシャント抵抗があり、過電流保護を行うための下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路も必要であるため、部品点数が多く、小型化の障害となる。シャント抵抗は電力抵抗でありサイズが大きく、放熱に対してのプリント基板スペースも必要になる。例えば、抵抗値が１０ｍΩ、電流値が２０Ａにおける消費電力は４Ｗになる。そのため、電動圧縮機に搭載されるインバータ装置においては、小型化が特に重要となるため、実現が困難になる。
【００１７】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、騒音振動が小さく、小型であり、演算処理の少ないソフトで相電流の検出ができるインバータ装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記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を３相備え、直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、３相のうち１相の下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間の電流を検出する第１の電流検出器及び直流電源とインバータ装置間の直流電流を検出する第２の電流検出器とを備え、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出し、第２の電流検出器により第１の電流検出器が検出する相電流以外の相電流を検出するものである。
【００１９】
上記構成により、下アームで１相分の相電流を検出するので、直流電源ラインの電流センサでは残り２相のうち１相のみ検出すれば良い。そのため、一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少を少なくできる。これにより、騒音振動を小さくできる。また、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行も少なくなる。これにより、制御ソフトの演算処理が少なくなり実現が容易になる。
【００２０】
また、直流電流を検出する第２の電流検出器により、上アームスイッチング素子の最大電流検出が可能であり過電流保護を行うことができる。そのため、下アームで相電流を検出する方法に比べ、電流検出器３個＋下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路から電流検出器２個へと、小さくできる。
【００２１】
そして、第１の電流検出器により検出される相電流が、第２の電流検出器においても検出可能な場合（一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少なしで）、双方の電流検出値を比較することにより、双方の電流検出器の故障診断を行うことができる。第２の電流検出器には過電流保護機能があるため、故障診断ができることは信頼性上有用である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のインバータ装置は、騒音振動が小さく、小型であり、演算処理の少ないソフトで相電流の検出ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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を３相備え、直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、３相のうち１相の下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間の電流を検出する第１の電流検出器及び直流電源とインバータ装置間の直流電流を検出する第２の電流検出器とを備え、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出し、第２の電流検出器により第１の電流検出器が検出する相電流以外の相電流を検出する。
【００２４】
上記構成により、下アームで１相分の相電流を検出するので、直流電源ラインの電流センサでは残り２相のうち１相のみ検出すれば良い。そのため、一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少を少なくできる。これにより、騒音振動を小さくできる。また、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行も少なくなる。これにより、制御ソフトの演算処理が少なくなり実現が容易になる。また、直流電流を検出する第２の電流検出器により、上アームスイッチング素子の最大電流検出が可能であり過電流保護を行うことができる。そのため、下アームで相電流を検出する方法に比べ、電流検出器３個＋下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路から電流検出器２個へと、小さくできる。
【００２５】
これにより、騒音振動が小さく、小型であり、簡単な制御ソフトで相電流の検出ができるインバータ装置が得られる。
【００２６】
第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、キャリア周期内における３相全ての相において、上アームスイッチング素子のＯＮ期間から同一のＯＮ期間を削減することにより、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出するものである。これにより、１００％変調にて、第１の電流検出器の備えられた相の下アームスイッチング素子がＯＮとならない位相においても、ＯＮ期間を設けることができ、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出できる。下アームスイッチング素子のＯＮ期間が小さい場合、９５％変調など１００％変調に近い場合などにも適用できる。上記手法により、常に第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出できるため、ソフトの一貫性を保つことが出来る。
【００２７】
この時、３相全ての相において同一のＯＮ期間を削減するものであり、一部の相（上アームスイッチング素子）のみのＯＮ期間を増加もしくは減少させるものではないので、通電時間はそのままであり、ＰＷＭ変調は変化しない。即ち、ＰＷＭ変調以上に電流が流れることはない。また、キャリア周期内において、通電期間が前半と後半に分けられＰＷＭ変調がきめ細かくなるため、電流が滑らかになり騒音振動が小さくなる。
【００２８】
第３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を３相備え、直流電源の直流電圧をＰＷＭ変調にてスイッチングすることにより正弦波状の３相交流電流を出力するインバータ装置において、３相のうち１相の上アームスイッチング素子と直流電源のプラス側との間の電流を検出する第１の電流検出器及び直流電源とインバータ装置間の直流電流を検出する第２の電流検出器とを備え、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出し、第２の電流検出器により第１の電流検出器が検出する相電流以外の相電流を検出する。
【００２９】
上記構成により、上アームで１相分の相電流を検出するので、直流電源ラインの電流センサでは残り２相のうち１相のみ検出すれば良い。そのため、一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少を少なくできる。これにより、騒音振動を小さくできる。また、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行も少なくなる。これにより、制御ソフトの演算処理が少なくなり実現が容易になる。また、直流電流を検出する第２の電流検出器により、上アームスイッチング素子の最大電流検出が可能であり過電流保護を行うことができる。そのため、下アームで相電流を検出する方法に比べ、電流検出器３個＋下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路から電流検出器２個へと、小さくできる。
【００３０】
これにより、騒音振動が小さく、小型であり、簡単な制御ソフトで相電流の検出ができるインバータ装置が得られる。
【００３１】
第４の発明は、第３の発明のインバータ装置において、キャリア周期内における３相全ての相において、上アームスイッチング素子のＯＮ期間へ同一のＯＮ期間を追加することにより、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出するものである。これにより、１００％変調にて、第１の電流検出器の備えられた相の上アームスイッチング素子がＯＮとならない位相においても、ＯＮ期間を設けることができ、第１の電流検出器により当該電流検出器の備えられた相の相電流を検出できる。上アームスイッチング素子のＯＮ期間が小さい場合、９５％変調など１００％変調に近い場合などにも適用できる。上記手法により、ソフトの一貫性を保つことが出来る。
【００３２】
この時、３相全ての相において同一のＯＮ期間を追加するものであり、一部の相（上アームスイッチング素子）のみのＯＮ期間を増加もしくは減少させるものではないので、通電時間はそのままであり、ＰＷＭ変調は変化しない。即ち、ＰＷＭ変調以上に電流が流れることはない。また、キャリア周期内において、通電期間が前半と後半に分けられＰＷＭ変調がきめ細かくなるため、電流が滑らかになり騒音振動が小さくなる。
【００３３】
第５の発明は、第１乃至第４の発明のインバータ装置において、第２の電流検出器による相電流検出は、当該相電流検出に必要となる上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節が小さい方の相電流を検出するものである。これにより、ＯＮ期間調節を小さく抑制できる。そのため、騒音振動を小さくできる。
【００３４】
第６の発明は、第１乃至第４の発明のインバータ装置において、第２の電流検出器により第１の電流検出器が検出する相電流以外の２相分の相電流を検出し、当該２相分の相電流から演算される残りの相の相電流値と第１の電流検出器の検出値とを比較するものである。これにより、第１の電流検出器、第２の電流検出器及び電流検出関連回路の故障診断を行うことができる。
【００３５】
第７の発明は、第１乃至第４の発明のインバータ装置において、第２の電流検出器により第１の電流検出器が検出する相電流をも検出し、第１の電流検出器の検出値と比較するものである。これにより、第１の電流検出器、第２の電流検出器及び電流検出関連回路の故障診断を行うことができる。
【００３６】
第８の発明は、第１乃至第７の発明のインバータ装置において、電流検出器をシャント抵抗とするもので、ホール素子を用いた電流検出器などに比較して小型で耐振性強化を図ることができる。
【００３７】
第９の発明は、第１乃至第８の発明のインバータ装置において、３相交流電流は電動圧縮機のモータへ出力されるものである。エアコン、冷蔵庫に使用される電動圧縮機は運転時間が長く、室内であるため騒音振動の影響が大きい。そのため、低騒音低振動の本インバータ装置は有用である。
【００３８】
第１０の発明は、第９の発明のインバータ装置において、電動圧縮機に搭載されるものである。電動圧縮機に搭載されるインバータ装置は、取り付けスペースに制約があり小型化が必要で、モータからの振動に対して耐振性が必要であるため、小型で、低振動でモータを駆動できる本インバータ装置は有用である。
【００３９】
第１１の発明は、第１乃至第１０の発明のインバータ装置において、車両に搭載されるものである。車両用においては、搭載スペースに制約があり小型化が必要で、重量などの制約により防音装置、防振装置の設置が困難であり、小型で低騒音低振動の本インバータ装置は有用である。
【００４０】
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。なお、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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバータ装置２３とその周辺の電気回路である。背景技術における図２２との相違点は、シャント抵抗１６及びシャント抵抗１７が無い点、シャント抵抗６が追加されている点、制御回路１３が制御回路１４となっている点であり、その他に関しては、図２２と同一であり、記号等はそのまま適用する。また、電流検出以外の機能もそのまま適用される。
【００４２】
シャント抵抗１５により、Ｕ相の相電流ｉＵが検出できる。これを、図２により説明する。図２は、１０％３相変調の位相３０度〜９０度における下アームのＯＮ期間、下循環期間を示す特性図である。１０％３相変調における各相波形は前述の図１８に示したものである。Ｕ相の下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間を細実線で表わし、Ｖ相の下アームスイッチング素子ＹのＯＮ期間を中実線で表わし、Ｗ相の下アームスイッチング素子ＺのＯＮ期間を太実線で表わしている。また、下循環期間を破線矢印で示している。但し、表示を簡明にするために、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用デッドタイムは割愛している。位相６０度の場合、キャリア周期内において、図１９に示す上アームのＯＮ期間を差し引いた期間に対応する。下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間が各位相において確保されており（図２０のキャリア周期前半におけるｉＵ、ｉＶの時間以上である）、シャント抵抗１５により、Ｕ相の相電流ｉＵが検出できる。
【００４３】
Ｕ相の相電流ｉＵは検出できるので、Ｕ相以外１相分の相電流（Ｖ相の相電流ｉＶもしくはＷ相の相電流ｉＷ）が、シャント抵抗６で検出できれば良い。残りの相電流は、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ことにより求められる。図３、図４により、相電流検出が１相分のみであることの効果を説明する。図３は、図１９において、Ｖ相の相電流ｉＶのみが検出できるように、上アームスイッチング素子ＶのＯＮ期間を減少させた状態を示している。図４は、これにより増加したＶ相の相電流ΔｉＶを示す。図２１に比較すると、Ｕ相の増加した相電流ΔｉＵはない。従って、２相分の相電流を検出する場合（図２０）に比較し、１相分のみの相電流を検出する場合（図３）の騒音振動は、凡そ半分と想定される。
【００４４】
次に、他の位相、変調について考察する。図５は１０％３相変調における各相波形の変調を示す特性図である。破線で示した各位相について確認する。図６に、位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す。図７は位相１５０度〜２１０度について、図８は位相２７０度〜３３０度について同様に示す。
【００４５】
図６〜図８に関し、本発明の場合について説明する。図６〜図８において、下循環期間が充分長い。これにより、下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間が充分確保されるので（図２０のキャリア周期前半におけるｉＵ、ｉＶの時間以上）、シャント抵抗１５により、Ｕ相の相電流ｉＵが検出可能である。そのため、シャント抵抗６では、Ｖ相の相電流ｉＶもしくはＷ相の相電流ｉＷが検出できれば良い。
【００４６】
図６において、位相３０度ではｉＶが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相４５度ではｉＶ、ｉＷともに検出できないので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）が必要となる。そのため、検出対象の相電流が増加する。この場合のように、ひとつの相電流を検出するために発生する相電流の増加を（平均的な値として）Δｉとする。位相６０度、位相７５度、位相９０度においてもｉＶ、ｉＷともに検出できない。そのため、それぞれ、Δｉが発生する。これにより、図６に関し、本発明の場合は、４Δｉの相電流増加が発生する。但し、位相９０度においては、ｉＵが検出できる。そのため、シャント抵抗１５により検出されたｉＵと比較し、この比較結果の大小により、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断をすることができる。この場合、シャント抵抗６では、２相分の相電流を検出することになる。
【００４７】
図７において、位相１５０度ではｉＷが、位相２１０度ではｉＶが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相１６５度、位相１８０度、位相１９５度においてはｉＶ、ｉＷともに検出できない。そのため、それぞれ、Δｉが発生する。これにより、図７に関し、本発明の場合は、３Δｉの相電流増加が発生する。位相１６５度、位相１８０度、位相１９５度においては、ｉＶ、ｉＷのどちらを検出しても良いが、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節が小さくなる方を検出するのが良い。即ち、位相１６５度では上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間を削減しｉＷを、位相１９５度では上アームスイッチング素子ＶのＯＮ期間を追加しｉＶを検出するのが良い。位相１６５度では上アームスイッチング素子ＶのＯＮ期間を追加しｉＶを検出することもできるが、このｉＶ検出のための追加量はｉＷ検出のための削減量よりも大きくなる。また、位相１９５度では上アームスイッチング素子ＷのＯＮ期間を削減しｉＷを検出することもできるが、このｉＷ検出のための削減量はｉＶ検出のための追加量よりも大きくなる。従って、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節を小さく抑制できる。そのため、騒音振動を小さくできる。位相１８０度においては、どちらでも同じである。
【００４８】
図８において、位相３３０度ではｉＷが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相２７０度、位相２８５度、位相３００度、位相３１５度においてはｉＶ、ｉＷともに検出できない。そのため、それぞれ、Δｉが発生する。これにより、図８に関し、本発明の場合は、４Δｉの相電流増加が発生する。但し、位相２７０度においては、ｉＵが検出でできる。そのため、シャント抵抗１５により検出されたｉＵと比較し、この比較結果の大小により、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断をすることができる。この場合、シャント抵抗６では、２相分の相電流を検出することになる。
【００４９】
以上により、図６〜図８に関し、本発明の場合、１１Δｉの相電流増加が発生すると考察できる。
【００５０】
次に、図６〜図８に関し、図１７、図２０の例に示す従来の場合について説明する。下アームの電流を検出するためのシャント抵抗１５はないので、シャント抵抗６で、２相分の相電流を検出する必要がある。
【００５１】
図６において、位相３０度ではｉＶが、位相９０度ではｉＵが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は１相分必要となる。そのため、それぞれ、Δｉの相電流増加が発生する。位相４５度、位相６０度、位相７５度では１相分も検出できないので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）が２相分必要となる。そのため、それぞれ、２Δｉの相電流増加が発生する。これにより、図６に関し、従来の場合は、８Δｉの相電流増加が発生する。
【００５２】
図７においても同様に、８Δｉの相電流増加が発生する。図８においても同様であり、８Δｉの相電流増加が発生する。以上により、図６〜図８に関し、従来の場合、２４Δｉの相電流増加が発生すると考察できる。
【００５３】
従って、図６〜図８（１０％３相変調）に関し、本発明の場合は、従来の場合に比較し、相電流増加即ち騒音振動は凡そ半分（１１÷２４）になると考察される。
【００５４】
次に、５０％変調について考察する。図９は５０％３相変調における各相波形の変調を示す特性図である。破線で示した各位相について確認する。図１０に、位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す。図１１は位相１５０度〜２１０度、図１２は位相２７０度〜３３０度について同様に示す。
【００５５】
図１０〜図１２に関し、本発明の場合について説明する。図１０〜図１２において、下循環期間が充分長い。これにより、下アームスイッチング素子ＸのＯＮ期間が充分確保されるので（図２０のキャリア周期前半におけるｉＵ、ｉＶの時間以上）、シャント抵抗１５により、Ｕ相の相電流ｉＵが検出可能である。そのため、シャント抵抗６では、Ｖ相の相電流ｉＶもしくはＷ相の相電流ｉＷが検出できれば良い。
【００５６】
図１０において、位相３０度、位相４５度、位相６０度、位相７５度ではｉＶが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相９０度においてはｉＶ、ｉＷともに検出できない。そのため、Δｉが発生する。これにより、図１０に関し、本発明の場合は、１Δｉの相電流増加が発生する。但し、位相４５度、位相６０度、位相７５度、位相９０度においては、ｉＵが検出できる。そのため、シャント抵抗１５により検出されたｉＵと比較し、この比較結果の大小により、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断をすることができる。これらの場合、シャント抵抗６では、２相分の相電流を検出することになる。
【００５７】
図１１において、どの位相においてもｉＷもしくはｉＶが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。これにより、図１１に関し、本発明の場合は、相電流増加は発生しない。位相１６５度、位相１８０度、位相１９５度においては、ｉＷ、ｉＶ両方が検出できる。この両者を検出すれば、ｉＵを演算できる。この演算されたｉＵと、シャント抵抗１５により検出されたｉＵとを比較し、この
比較結果により、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断をすることができる。例えば、比較結果の差が、シャント抵抗のばらつき範囲内ならば正常、ばらつき範囲外ならば故障と診断する。
【００５８】
図１２において、位相２８５度、位相３００度、位相３１５度、位相３３０度ではｉＷが検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相２７０度においてはｉＶ、ｉＷともに検出できない。そのため、Δｉが発生する。これにより、図１２に関し、本発明の場合は、１Δｉの相電流増加が発生する。但し、位相２７０度、位相２８５度、位相３００度、位相３１５度においては、ｉＵが検出できる。そのため、シャント抵抗１５により検出されたｉＵと比較し、この比較結果の大小により、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断をすることができる。これらの場合、シャント抵抗６では、２相分の相電流を検出することになる。
【００５９】
以上により、図１０〜図１２に関し、本発明の場合、２Δｉの相電流増加が発生すると考察できる。
【００６０】
図１０〜図１２に関し、従来の場合について説明する。下アームの電流を検出するためのシャント抵抗１５はないので、シャント抵抗６で、２相分の相電流を検出する必要がある。図１０において、位相４５度、位相６０度、位相７５度では２相分の相電流（ｉＵ、ｉＶ）が検出できるので、上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は必要ない。位相３０度、位相９０度においては１相分しか検出できない。そのため、それぞれ、Δｉが発生する。これにより、図１０に関し、従来の場合は、２Δｉの相電流増加が発生する。
【００６１】
図１１においても同様に、２Δｉの相電流増加が発生する。図１２においても同様であり、２Δｉの相電流増加が発生する。以上により、図１０〜図１２に関し、従来の場合、６Δｉの相電流増加が発生すると考察できる。
【００６２】
従って、図１０〜図１２（５０％３相変調）に関し、本発明の場合従来の場合に比較し、相電流増加即ち騒音振動は凡そ１／３（２÷６）になると考察される。
【００６３】
上記により、本発明においては、下アームのシャント抵抗１５で１相分の相電流ｉＵを検出できるので、直流電源ラインのシャント抵抗６では残り２つｉＶ，ｉＷのうち１つのみ検出すれば良い。そのため、一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少を少なくできる。これにより、騒音振動を小さく（半分、１／３）できる。また、増加もしくは減少させる時間の演算と実行、検出するタイミングの演算と実行も少なくなる。これにより、制御ソフトの演算処理が少なくなり実現が容易になる。
【００６４】
また、直流電源ラインで直流電流を検出するシャント抵抗６により、上アームスイッチング素子の最大電流検出が可能であり過電流保護を行うことができる。そのため、下アームで相電流を検出する方法に比べ、シャント抵抗３個（シャント抵抗１５、シャント抵抗１６、シャント抵抗１７）＋下アームスイッチング素子各相の電流の和を出力する回路からシャント抵抗２個（シャント抵抗１５、シャント抵抗６）へと、小さくできる。これにより、騒音振動が小さく、小型であり、演算処理の少ないソフトで相電流の検出ができるインバータ装置が得られる。
【００６５】
また、シャント抵抗１５により検出される相電流ｉＵが、シャント抵抗６においても検出可能な場合（一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間増加もしくは減少なしで）、双方の電流検出値を比較することにより、シャント抵抗１５、シャント抵抗６及び電流検出関連回路の故障診断を行うことができる。シャント抵抗６には過電流保護機能があるため、故障診断ができることは信頼性上有用である。
【００６６】
尚、上記実施の形態において、図１において、シャント抵抗１５（Ｕ相）は必要不可欠であるが、シャント抵抗１６（Ｖ相）、シャント抵抗１７（Ｗ相）が設けてあっても、差し支えない。下アームシャント抵抗は１個必要であるが、シャント抵抗１５（Ｕ相）、シャント抵抗１６（Ｖ相）、シャント抵抗１７（Ｗ相）のいずれでも良い。キャリア周期内の前半で電流検出できるようにしているが、後半でも良い。また、前半、後半の両方でも良い。３相変調について説明したが２相変調についても同様に適用できる。
【００６７】
さらに、電流を検出できるようにするための一部の相の上アームスイッチング素子のＯＮ期間調節（増加もしくは減少）は、例として図３に示したが、電流を検出するのに要する最小時間以上に設定すれば良い。図５、図９の特定の位相について示したが、他の位相においても対称関係にあり同様である。電流検出器としてシャント抵抗を示したが、これに限らず、ホール素子を用いた電流検出器、ダイオードの順方向電圧を検出する方式などでも良い。３相のうち１相の下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間にシャント抵抗を設ける場合を示したが、下アームスイッチング素子の上側に配置しても良い。即ち、下アームスイッチング素子と直流電源のマイナス側との間に流れる電流の電流値を検出できれば良い。
【００６８】
下循環において、電流検出する場合を例に挙げたが、キャリア周期中央付近の上アームスイッチング素子が全てがＯＮとなる上循環期間において電流検出する場合にも適用できる。この場合、上アームと電源のプラス側との間を流れる電流を検出する電流検出器（シャント抵抗）を１相分設けることになる。
【００６９】
（実施の形態２）
図１３に、１００％３相変調における各相波形の変調を示す。ここで、破線で示す位相９０度においては、上アームスイッチング素子Ｕが１００％Ｄｕｔｙとなるため、下アームスイッチング素子Ｘは０％Ｄｕｔｙとなる。そのため、相電流ｉＵをシャント抵抗１５により検出できない。これは、位相９０度の近辺でも同じである。
【００７０】
この対応を次に示す。図１４の上側に、図１３に破線で示した位相９０度における、上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す。下循環期間は０である。この状態から、３相全ての相において、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗの各ＯＮ期間から同一のＯＮ期間を削減したものを、図１４の下側に示す。下循環期間が確保されている。３相ともに同一のＯＮ期間を削減しているので、キャリア周期内中央の３相ともにＯＮとなっている上循環期間が減少し、その分下循環期間が増加している。そのため、通電期間（Ｕ相）の長さは変わらない。即ち、ＰＷＭ３相変調は変化しない。
【００７１】
図１４に対応する、下アームのＯＮ期間を図１５に示す。図１５の上側において、Ｕ相の下アームスイッチング素子Ｘは０％Ｄｕｔｙであるが、図１５の下側において、ＯＮ期間が確保されている（図２０のキャリア周期前半におけるｉＵ、ｉＶの時間以上である）。これにより、相電流ｉＵはシャント抵抗１５により検出できるようになる。相電流ｉＵは、シャント抵抗６により検出することもできるが、上記手法により、位相に係わらず、相電流ｉＵはシャント抵抗１５により検出するというソフトの一貫性を保つことが出来る。
【００７２】
また、図１４の下側に示す如く、キャリア周期内において、通電期間が前半と後半に分けられＰＷＭ変調がきめ細かくなるため、電流が滑らかになり騒音振動が小さくなる。図６〜図８、図１０〜図１２に示されるように、３相変調においては、キャリア周期内中央の期間は３相ともに上アームがＯＮとなり非通電期間（上循環期間）となる。また、キャリア周期内の前端、後端にもそれぞれ非通電期間（下循環期間）がある。そのため、キャリア周期内の前半と後半にそれぞれ通電期間がある。これは、２相変調が、１相が固定されるため上循環期間が存在せず、１回であるのに比べると、キャリア周期が半分（キャリア周波数が２倍）と同等になり、ＰＷＭ変調がきめ細かくなる。但し、１００％変調位相９０度では、キャリア周期内の前端、後端に非通電期間（下循環期間）がないため、前後のキャリア周期における通電期間と連続してしまう。そのため、キャリア周期内の通電期間は２回であるが、結果として、１キャリア周期当たり通電期間は１回となり、上記効果が得られない。本発明により、上記効果が得られるようになる。但し、上アームスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ各ＯＮ期間から同一のＯＮ期間を削減するにおいて、上循環期間がなくならないようにしなければならない。
【００７３】
上循環期間と下循環期間（前端、後端の和）とを等しくすると、通電タイミングが均等になる。そのため、３相変調の電流が更に滑らかになる。また、同一のＯＮ期間の削減は、１００％３相変調の位相９０度周辺のように、キャリア周期内における下アームスイッチング素子のＯＮ期間が０％または０％に近い相がある場合（下循環期間の時間が短く、電流を検出するのに要する最小時間を確保できない場合）にのみ行うだけで良い。従って、多くの場合、同一のＯＮ期間の削減は必要なく、制御は簡単である。
【００７４】
尚、上記実施の形態において、１００％３相変調の位相９０度について示したが、下アームでｉＶを検出する場合は位相２１０度周辺、下アームでｉＷを検出する場合は位相３３０度周辺が対象となる。下循環において、電流検出する場合を例に挙げたが、キャリア周期中央付近の上アームスイッチング素子が全てがＯＮとなる上循環期間において電流検出する場合にも適用できる。この場合、上アームと電源のプラス側との間の電流を検出する電流検出器（シャント抵抗）を１相分設け、１００％３相変調において、３相ともに、同一のＯＮ期間を追加することになる。この場合も同様の作用効果が得られる。上アームでｉＵを検出する場合は位相２７０度周辺、ｉＶを検出する場合は位相３０度周辺、ｉＷを検出する場合は位相１５０度周辺が対象となる。
【００７５】
（実施の形態３）
図１６に、電動圧縮機４０の右側にインバータ装置２３を密着させて取り付けた図を示す。金属製筐体３２の中に圧縮機構部２８、モータ１１等が設置されている。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。
【００７６】
インバータ装置２３は電動圧縮機４０に取り付けられるように、ケース３０を使用している。発熱源となるインバータ回路部１０は、低圧配管３８を介して低圧冷媒で冷却される。この冷却で結露しないように、インバータ装置２３は吸入管３８の下方に配置し、インバータ回路部１０の周囲温度も下げて温度差が小さくなるようにしている。電動圧縮機４０の内部でモータ１１の巻き線に接続されているターミナル３９は、インバータ回路部１０の出力部に接続される。保持部３５でインバータ装置２３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）との信号線がある。
【００７７】
こ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２３が小さいこと、モータから振動を受けるため、低振動で電動圧縮機のモータを駆動できることが必要になるので、本発明の実施の形態として好適である。
【００７８】
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でもよい。モータをセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、誘導モータ等にも適用できる。また、車両用としては、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などエンジン騒音のない車両で静粛性の効果が大きい。３相の場合を例に挙げたが、多相においても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、騒音振動が小さく、小型であり、演算処理の少ないソフトで相電流の検出ができるので、各種民生用製品、各種産業用機器に適用できる。負荷としてモータ以外の交流機器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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】同１０％３相変調の位相３０度〜９０度における下アームのＯＮ期間、下循環期間を示す特性図
【図３】同位相６０度において上アームのＯＮ期間削減した場合の上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間、直流電流を示す特性図
【図４】同上アームのＯＮ期間削減による増加直流電流を示す特性図
【図５】同１０％３相変調における各相波形の変調を示す特性図
【図６】同１０％３相変調の位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す特性図
【図７】同１０％３相変調の位相１５０度〜２１０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す特性図
【図８】同１０％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、下循環期間を示す特性図
【図９】同５０％３相変調における各相波形の変調を示す特性図
【図１０】同５０％３相変調の位相３０度〜９０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す特性図
【図１１】同５０％３相変調の位相１５０度〜２１０度における上アームのＯＮ期間、検出期間、下循環期間を示す特性図
【図１２】同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、下循環期間を示す特性図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る１００％３相変調における各相波形の変調を示す特性図
【図１４】同位相９０度において３相ともに同一の上アームＯＮ期間を削減する効果の説明図
【図１５】同下アームにおける効果の説明図
【図１６】本発明の実施の形態３に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図
【図１７】電源ラインのシャント抵抗で相電流を検出するインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図１８】１０％３相変調における各相波形の変調を示す特性図
【図１９】１０％３相変調の位相６０度における上アームのＯＮ期間、下循環期間、直流電流を示す特性図
【図２０】図１９に上アームのＯＮ期間を増加削減して検出期間を追加した特性図
【図２１】図１９から図２０にかけて増加した直流電流を示す特性図
【図２２】下アームで相電流を検出するインバータ装置とその周辺の電気回路図
【符号の説明】
【００８１】
１  バッテリー
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  直流電流検出用シャント抵抗
１０  インバータ回路
１１  センサレスＤＣブラシレスモータ
１５  Ｕ相電流検出用シャント抵抗
２３  インバータ装置
４０  電動圧縮機
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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