專利名稱：變換器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有相電流檢測部件的PWM3相調(diào)制變換器裝置。
背景技術(shù)：
至今，作為這種相電流檢測方法，在根據(jù)用PWM調(diào)制的正弦波驅(qū)動方式來驅(qū)動無傳感器DC無刷電動機的變換器裝置中，從變換器裝置的3條輸出線中直接檢測2條輸出線的電流的方法是眾所周知的(例如，日本特開2000-333465號專利公報(第9頁，第2圖))。
下面，對該電路進(jìn)行說明。在圖11中表示出變換器裝置及其周邊的電路。在變換器裝置20的控制電路7中，分別從電流傳感器8輸入U相的電流，從電流傳感器9輸入W相的電流。根據(jù)這兩個電流值，在定子線圈4的中性點，應(yīng)用克?；舴?Kirchhoff)電流定律求得V相的電流。根據(jù)這些U相、V相和W相的電流值，計算構(gòu)成無傳感器DC無刷電動機11(以后稱為電動機)的磁鐵轉(zhuǎn)子5的感應(yīng)電壓，進(jìn)行它的位置檢測。而且，根據(jù)旋轉(zhuǎn)數(shù)指令信號(未圖示)等，構(gòu)成變換器電路10，例如通過控制由IGBT構(gòu)成的開關(guān)元件2，用PWM調(diào)制對來自電池1的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，將正弦波狀的交流電流輸出到構(gòu)成電動機11的定子線圈4中。構(gòu)成變換器電路10的二極管3形成在定子線圈4中流動的電流的環(huán)流路徑。分別將開關(guān)元件2的上臂開關(guān)元件定義為U、V和W，將下臂開關(guān)元件定義為X、Y和Z。此外，分別將與各開關(guān)元件U、V、W、X、Y和Z對應(yīng)的二極管定義為3U、3V、3W、3X、3Y和3Z。
因為電位在電池1的正側(cè)、負(fù)側(cè)變化，使得用分流電阻構(gòu)成電流傳感器8、9存在困難，所以用霍爾元件構(gòu)成電流傳感器8、9。
作為其他的相電流檢測方法，表示出用分流電阻檢測相電流的方法(例如，日本特開2003-189670號專利公報(第2頁、權(quán)利要求項2，第14頁、圖1，第15頁、圖9))。
下面，對該方式進(jìn)行說明。在圖12中表示出變換器裝置及其周邊的電路。變換器裝置21的控制電路12通過在分流電阻6中生成的電壓計算電流。
圖13是50％調(diào)制，圖14是100％調(diào)制中的各個3相調(diào)制的波形特性圖。表示出U相端子電壓41、V相端子電壓42、W相端子電壓43和中性點電壓29。用PWM調(diào)制以縱軸上所示的Duty(％)實現(xiàn)這些端子電壓。中性點電壓29是求得各相的端子電壓之和除以3而得到的值。此外，相電壓是從端子電壓削減中性點電壓而得到的值，成為正弦波。
圖15是在3相調(diào)制的1個載波內(nèi)(載波周期)的定時圖。表示出在1個載波內(nèi)(載波周期)的上臂開關(guān)元件U、V和W、下臂開關(guān)元件X、Y和Z的ON/OFF(斷開)的一個例子。這時，圖15是在圖13的50％調(diào)制中，相位大致為120度的定時圖。一般由微型定時器功能具體體現(xiàn)出來。存在著如果同一相的上臂開關(guān)元件為ON，則下臂開關(guān)元件為OFF，相反地如果上臂開關(guān)元件為OFF，則下臂開關(guān)元件為ON的關(guān)系。但是，為了使顯示簡明起見，而舍棄上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的防止短路用空載時間。
在各開關(guān)元件的開關(guān)工作中，存在(a)、(b)、(c)和(d)的4個狀態(tài)，分別表示在圖16～圖19中。
在期間(a)中，上臂開關(guān)元件U、V和W全部為OFF，下臂開關(guān)元件X、Y和Z全部為ON。U相電流、V相電流分別從下臂開關(guān)元件X、Y和并聯(lián)的二極管3X、3Y流出到定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件Z。電流在下臂和電動機11之間循環(huán)著(以后，稱為下循環(huán)期間)。因此，處于從電池1不向變換器電路10(電動機11)供給電功率的非通電狀態(tài)。
在期間(b)中，上臂開關(guān)元件U處于ON狀態(tài)，下臂開關(guān)元件Y和Z也處于ON狀態(tài)。U相電流從上臂開關(guān)元件U流出到定子線圈4，V相電流從下臂開關(guān)元件Y和并聯(lián)的二極管3Y流出到定子線圈4。W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件Z。因此，處于從電池1向變換器電路10(電動機11)供給電功率的通電狀態(tài)。這時，在電源線(分流電阻6)中，流動著U相的相電流。
在期間(c)中，上臂開關(guān)元件U、V為ON，下臂開關(guān)元件Z為ON。U相電流、V相電流，分別從上臂開關(guān)元件U、V流出到定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件Z。因此，處于從電池1向變換器電路10(電動機11)供給電功率的通電狀態(tài)。而且，在電源線(分流電阻6)中，流動著W相的相電流。
在期間(d)中，上臂開關(guān)元件U、V和W全部為ON，下臂開關(guān)元件X、Y和Z全部為OFF。U相電流、V相電流分別從上臂開關(guān)元件U、V流出到定子線圈4，W相電流從定子線圈4流入到上臂開關(guān)元件W和并聯(lián)的二極管3W。電流在上臂和電動機11之間循環(huán)著(以后，稱為上循環(huán)期間)。因此，處于從電池1不向變換器電路10(電動機11)供給電力的非通電狀態(tài)。
如以上那樣，能夠得知在上臂開關(guān)元件U、V和W的ON、OFF狀態(tài)中有無在電源線(分流電阻6)中流動的電流和其相電流。當(dāng)沒有上臂開關(guān)元件為ON(接通)的相時不流動電流(非通電，下循環(huán)期間)，當(dāng)1相為ON時流動該相的電流(通電)，當(dāng)2相為ON時流動余下的相的電流(通電)，當(dāng)全部3相為ON時不流動電流(非通電，上循環(huán))。
在圖20中，根據(jù)圖15顯示出在圖13的50％3相調(diào)制中的相位30度、45度、60度、75度、90度中的1個載波內(nèi)(載波周期)的上臂開關(guān)元件U、V和W的ON期間(Duty)。
用細(xì)實線表示U相的上臂開關(guān)元件U的ON期間，用中實線表示V相的上臂開關(guān)元件V的ON期間，用粗實線表示W(wǎng)相的上臂開關(guān)元件W的ON期間。用實線箭頭表示從電池1到定子線圈4供給電力的通電期間，用U、V和W表示這時在電源線(分流電阻6)中流動的相電流。此外，用虛線箭頭來表示非通電期間(下循環(huán)期間，上循環(huán)期間)。
同樣，在圖21中，表示出圖14的100％3相調(diào)制。如圖20、圖21所示，能夠通過分流電阻6，檢測1相份數(shù)或者2相份數(shù)的相電流。表示出當(dāng)只檢測1相份數(shù)時，增加或減少一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間的方法(例如，日本特開2003-189670號專利公報(第2頁、權(quán)利要求項2，第14頁、圖1，第15頁、圖9))。
如圖20、圖21所示，在3相調(diào)制中，載波周期內(nèi)中央的期間(d)成為非通電期間。此外，在2相調(diào)制中，因為使1相固定，所以不存在期間(d)。此外，在載波周期內(nèi)的前端、后端也分別具有非通電期間。因此，在載波周期內(nèi)的前半和后半中分別具有通電期間。對于其來說，當(dāng)與2相調(diào)制是1次的情形比較，與載波周期為一半，即，載波頻率為2倍等同(以后稱為載波周期縮短效果)，PWM調(diào)制變得非常細(xì)致。因此，3相調(diào)制與2相調(diào)制比較，電流波動、轉(zhuǎn)矩波動變小，成為低振動低噪聲。
在圖21的100％調(diào)制中，在相位30度上，載波周期內(nèi)的通電期間只有1次，不能夠得到載波周期縮短效果。此外，在相位90度上，因為在載波周期內(nèi)的前端、后端中沒有非通電期間，所以與在前后的載波周期中的通電期間連續(xù)。因此，載波周期內(nèi)的通電期間為2次，但是結(jié)果，在每1個載波周期中通電期間成為1次，不能夠得到載波周期縮短效果。
此外，作為檢測相電流的方法，也提出有與上述方法不同的用分流電阻檢測相電流的方法(例如，日本特開2003-284374號專利公報(第7頁、圖1))。
下面，對該方式進(jìn)行說明。在圖22中表示出變換器裝置及其周邊的電路。變換器裝置22的控制電路13，通過在設(shè)置于U相下臂和臂之間的分流電阻15、設(shè)置于V相下臂和臂之間的分流電阻16以及設(shè)置于W相下臂和臂之間的分流電阻17中生成的各個電壓的大小計算電流。
在圖23中，表示出與圖20對應(yīng)的下臂開關(guān)元件X、Y和Z的ON期間(Duty)。但是，為了使顯示簡明起見，而舍棄了上臂開關(guān)元件和下臂開關(guān)元件的防止短路用空載時間。
用細(xì)實線表示U相的下臂開關(guān)元件X的ON期間，用中實線表示V相的下臂開關(guān)元件Y的ON期間，用粗實線表示W(wǎng)相的下臂開關(guān)元件Z的ON期間。此外，用粗的虛線箭頭表示下循環(huán)期間，而用細(xì)的虛線箭頭表示上循環(huán)期間。
同樣，在圖24中，表示出與圖21對應(yīng)的下臂開關(guān)元件X、Y和Z的ON期間(Duty)。電流在分流電阻15中流動的期間，即能夠檢測出電流的期間是下臂開關(guān)元件X的ON期間，電流在分流電阻16中流動的期間，即能夠檢測出電流的期間是下臂開關(guān)元件Y的ON期間。電流在分流電阻17中流動的期間，即能夠檢測出電流的期間是下臂開關(guān)元件Z的ON期間。
因此，在圖23中，能夠在3相中都檢測電流，但是，在圖24中，在相位90度只能夠檢測2相份數(shù)(V相，W相)。因此，需要以在相位210度檢測W相、U相的電流，在相位330度檢測U相、V相的電流的方式進(jìn)行控制。
如上所述，在進(jìn)行PWM3相調(diào)制的變換器裝置中，在特定的相位，載波周期內(nèi)的通電期間是1次。此外，因為在載波周期內(nèi)的前端、后端中沒有非通電期間，所以與前后的載波周期中的通電期間連續(xù)。因此，存在著在特定的相位，不能夠得到載波周期縮短效果的情形。
而且，在現(xiàn)有的變換器裝置的相電流檢測方法中，分別成為課題。
在直接檢測來自變換器裝置的輸出線的電流的方法中，因為電流傳感器由霍爾元件、用于產(chǎn)生磁通量的線圈、元件周邊電路等構(gòu)成，所以使得小型化、強化耐振性能成為課題。此外，因為尺寸大，所以能夠求得在印刷電路基板上等的配置自由度。
在通過分流電阻檢測在電源線中流動的相電流的方法中，當(dāng)通過分流電阻只能夠檢測1相份數(shù)時，只需要增加或減少一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間，使控制軟件變得復(fù)雜。此外，由于只增加或減少該一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間，成為電流波形畸變，噪聲振動惡化的主要原因。
當(dāng)用變換器裝置驅(qū)動在空調(diào)裝置中使用的電動壓縮機時，為了防止這種噪聲也可以在室內(nèi)空調(diào)等中利用隔音箱等隔音裝置。但是，在車輛用的空調(diào)裝置中使用的電動壓縮機中，由于搭載空間、重量等的制約使用隔音裝置是困難的。此外，為了防止振動傳達(dá)到車廂內(nèi)，必須將振動抑制到很小，但是同樣，使用防振裝置是困難的。即便在室內(nèi)空調(diào)中也要考慮到環(huán)境，而極力要求低振動低噪聲。
在通過設(shè)置在各相的下臂和臂之間的分流電阻檢測相電流的方法中，當(dāng)存在載波周期內(nèi)的下臂開關(guān)元件的ON期間為0％或者接近0％的相時，只能夠檢測特定的2相份數(shù)。因此，需要變更根據(jù)相位檢測的2個相，以控制軟件變得復(fù)雜。此外，因此，在3相中都需要分流電阻，從而使部件數(shù)量增加，導(dǎo)致妨害小型化。還需要考慮由分流電阻產(chǎn)生的消耗電功率·發(fā)熱等的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種使用無需開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，且小型耐振性高的構(gòu)成，而能夠檢測相電流的變換器裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的變換器裝置3相地具有與直流電源的正(第1電源端子)側(cè)連接的上臂開關(guān)元件和與直流電源的負(fù)(第2電源端子)側(cè)連接的下臂開關(guān)元件，通過用PWM3相調(diào)制對直流電源的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，輸出正弦波狀的3相交流電流。具有控制電路，通過分別在3相的相中的2相中在下臂開關(guān)元件和直流電源的負(fù)側(cè)之間設(shè)置電流檢測器，從載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間，在全部3相中削減同一ON周期，檢測在設(shè)置有電流檢測器的相中的2相份數(shù)的相電流。
根據(jù)上述構(gòu)成，不需要開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，就能夠加長下臂開關(guān)元件的ON期間。因此，能夠產(chǎn)生在1個載波內(nèi)在下臂開關(guān)元件的全部3相中流動電流的期間。從而，只用2個電流檢測器就能夠檢測3相份數(shù)的電流(另一相通過計算求得)。此外，因為在全部3相中削減相同的ON期間，沒有只增加或減少一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間，所以3相調(diào)制的通電時間保持不變，不產(chǎn)生電流畸變。此外，即便在沒有得到載波周期縮短效果的區(qū)域中，也能夠得到載波周期縮短效果，能夠使電流更加平滑。
而且，因為是用特定的2相的電流檢測值的方法，所以能夠容易地從已有的使用特定的2相的電流檢測值的方法，即，直接檢測來自變換器裝置的輸出線的電流的方法進(jìn)行變更。即，提高了電流檢測器在印刷電路基板上等的配置自由度。
此外，通過使電流檢測器為分流電阻，而能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、并強化耐振耐熱性。
本發(fā)明的變換器裝置能夠使用不需要開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，使電流更加平滑，并且小型耐振性高的構(gòu)成，來檢測相電流。
對于第一發(fā)明，3相地具有與直流電源的正側(cè)連接的上臂開關(guān)元件和與直流電源的負(fù)側(cè)連接的下臂開關(guān)元件。通過用PWM3相調(diào)制對直流電源的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，輸出正弦波狀的3相交流電流。而且，分別在3相的相中的2相的下臂開關(guān)元件和直流電源的負(fù)側(cè)之間設(shè)置電流檢測器。通過從載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間，在全部3相中削減同一ON周期，檢測在設(shè)置有電流檢測器的相中的2相份數(shù)的相電流。
根據(jù)上述構(gòu)成，不需要開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，就能夠加長下臂開關(guān)元件的ON期間。因此，能夠產(chǎn)生在1個載波內(nèi)在下臂開關(guān)元件的全部3相中流動電流的期間。從而，只用2個電流檢測器就能夠檢測3相份數(shù)的電流(另一相通過計算求得)。此外，因為在全部3相中削減相同的ON期間，沒有只增加或減少一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間，所以3相調(diào)制的通電時間保持不變，不產(chǎn)生電流畸變。此外，即便在沒有得到載波周期縮短效果的區(qū)域中，也能夠得到載波周期縮短效果，能夠使電流更加平滑。
而且，因為是用特定的2相的電流檢測值的方法，所以能夠容易地從已有的用特定的2相的電流檢測值的方法，即，直接檢測來自變換器裝置的輸出線的電流的方法進(jìn)行變更。即，提高了電流檢測器在印刷電路基板上等的配置自由度。
因此，能夠得到不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，使電流更加平滑，可以檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第二發(fā)明，是在第一發(fā)明的變換器裝置中，當(dāng)存在載波周期內(nèi)的下臂開關(guān)元件的ON期間為0％或接近0％的相時，在全部3相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間的發(fā)明。換句話說，如果舍去并不考慮空載時間，則當(dāng)存在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間為100％或接近100％的相時進(jìn)行削減，只當(dāng)限定高的調(diào)制度時進(jìn)行削減。因此，能夠得到控制更加簡便的變換器裝置。
對于第三發(fā)明，是在第一發(fā)明的變換器裝置中，避開全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間為0％或0％附近地，即不接近0％地在全部3相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間。因此，能夠確保載波周期縮短效果。因此，可以得到一面維持使3相調(diào)制的電流平滑的作用效果，一面不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，使電流更加平滑，能夠檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第四發(fā)明，是在第一發(fā)明的變換器裝置中，以全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間和全部上臂開關(guān)元件成為OFF的期間為相同的時間的方式，在全部3相的相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間的發(fā)明，能夠使通電期間的間隔相等，提高載波周期縮短效果，使3相調(diào)制的電流更加平滑。因此，可以得到進(jìn)一步提高3相調(diào)制的低噪聲低振動性，不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，能夠檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第五發(fā)明，3相地具有與直流電源的正側(cè)連接的上臂開關(guān)元件和與直流電源的負(fù)側(cè)連接的下臂開關(guān)元件，通過用PWM3相調(diào)制對直流電源的直流電壓進(jìn)行開關(guān)。在由此而輸出正弦波狀的3相交流電流的變換器裝置中，通過在3相中的2相中分別設(shè)置檢測在上臂開關(guān)元件和直流電源的正側(cè)之間的電流的電流檢測器，全部3相的相中將同一的ON周期追加在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間上，能夠檢測在設(shè)置有電流檢測器的相中的2相份數(shù)的相電流。
根據(jù)上述構(gòu)成，不需要復(fù)雜的控制軟件，就能夠加長上臂開關(guān)元件的ON期間。因此，能夠產(chǎn)生在1個載波內(nèi)在上臂開關(guān)元件的全部3相中流動電流的期間。從而，只用2個電流檢測器就能夠檢測3相份數(shù)的電流。另一相通過計算求得。此外，因為在全部3相中追加同一的ON期間，沒有只增加或減少一部分的相(上臂開關(guān)元件)的ON期間，所以3相調(diào)制的通電時間保持不變，不產(chǎn)生電流畸變。此外，即便在沒有得到載波周期縮短效果的區(qū)域中，也能夠得到載波周期縮短效果，能夠使電流更加平滑。
而且，因為是用特定的2相的電流檢測值的方法，所以能夠容易地從已有的用特定的2相的電流檢測值的方法，即，直接檢測來自變換器裝置的輸出線的電流的方法進(jìn)行變更。即，提高了電流檢測器在印刷電路基板上等的配置自由度。
因此，能夠得到不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，使電流更加平滑，可以檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第六發(fā)明，是在第五發(fā)明的變換器裝置中，當(dāng)存在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間為0％或接近0％的相時，在全部3相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間的發(fā)明。換句話說，如果舍去并不考慮空載時間，則當(dāng)存在載波周期內(nèi)的下臂開關(guān)元件的ON期間為100％或接近100％的相時進(jìn)行追加，只當(dāng)限定高的調(diào)制度時進(jìn)行追加。因此，能夠得到控制更加簡便的變換器裝置。
對于第七發(fā)明，是在第五發(fā)明的變換器裝置中，避開全部下臂開關(guān)元件成為ON的期間為0％或0％附近地，即不接近0％地在全部3相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間。因此，能夠確保載波周期縮短效果。此外，可以得到一面維持使3相調(diào)制的電流平滑的作用效果，一面不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，使電流更加平滑，能夠檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第八發(fā)明，是在第五發(fā)明的變換器裝置中，以全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間和全部上臂開關(guān)元件成為OFF的期間為相同的時間的方式，在全部3相的相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間。能夠使通電期間的間隔相等，提高載波周期縮短效果，使3相調(diào)制的電流更加平滑。因此，可以得到進(jìn)一步提高3相調(diào)制的低噪聲低振動性，不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，能夠檢測3相份數(shù)的相電流的變換器裝置。
對于第九發(fā)明，是在第一或第五發(fā)明的變換器裝置中，將電流檢測器作為分流電阻。因此，能夠達(dá)到小型化和強化耐振性的目的。
對于第十發(fā)明，是在第一或第五發(fā)明的變換器裝置中，將正弦波狀的3相交流電流輸出到無傳感器DC無刷電動機，根據(jù)檢測出的2相份數(shù)的相電流，檢測無傳感器DC無刷電動機的轉(zhuǎn)子的位置。因此，可以得到小型耐振性高并且不需要復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，且低噪聲低振動地驅(qū)動無傳感器DC無刷電動機的變換器裝置。
對于第十一發(fā)明，是將第十發(fā)明的變換器裝置搭載在由無傳感器DC無刷電動機驅(qū)動的電動壓縮機上的發(fā)明。搭載在電動壓縮機上的變換器裝置，因為受到安裝空間的制約而需要小型化，需要對來自電動機的振動具有耐振性，所以小型耐振性高，沒有電流畸變，能夠低振動地驅(qū)動電動機的本變換器裝置是有用的。
對于第十二發(fā)明，是將第一或第五發(fā)明的變換器裝置搭載在車輛上的發(fā)明。在用于車輛的情形中，因為受到搭載空間的制約而需要小型化，受到重量等的制約設(shè)置隔音裝置和防振裝置是困難的，此外，也相對于由行走引起的振動也需要耐振性，所以小型耐振性高，且低噪聲低振動的本變換器裝置是有用的。


圖1是與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的變換器裝置及其周邊電路的圖。
圖2是表示與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的在相位90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖3是表示與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的在相位75度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖4是表示與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的在相位30度～90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖5是表示與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的在相位30度～90度的下臂的ON期間、上循環(huán)期間和下循環(huán)期間的特性圖。
圖6是表示與本發(fā)明的實施方式2有關(guān)的在相位90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖7是表示與本發(fā)明的實施方式2有關(guān)的在相位75度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖8是表示與本發(fā)明的實施方式2有關(guān)的在相位30度～90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖9是表示與本發(fā)明的實施方式2有關(guān)的在相位30度～90度的下臂的ON期間、上循環(huán)期間和下循環(huán)期間的特性圖。
圖10是表示與本發(fā)明的實施方式3有關(guān)的變換器裝置一體型電動壓縮機的剖面圖。
圖11是直接檢測相電流的變換器裝置及其周邊電路的圖。
圖12是用電源線的分流電阻檢測相電流的變換器裝置及其周邊電路的圖。
圖13是表示在50％3相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖14是表示在100％3相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖15是3相調(diào)制的定時圖。
圖16是表示圖15所示的期間(a)中的電流路徑的電路圖。
圖17是表示圖15所示的期間(b)中的電流路徑的電路圖。
圖18是表示圖15所示的期間(c)中的電流路徑的電路圖。
圖19是表示圖15所示的期間(d)中的電流路徑的電路圖。
圖20是表示50％3相調(diào)制的在相位30度～90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖21是表示100％3相調(diào)制的在相位30度～90度的上臂的ON期間、通電期間和循環(huán)期間的特性圖。
圖22是用下臂和臂之間的3個分流電阻檢測相電流的變換器裝置及其周邊電路的圖。
圖23是表示50％3相調(diào)制的在相位30度～90度的下臂的ON期間、上循環(huán)期間和下循環(huán)期間的特性圖。
圖24是表示100％3相調(diào)制的在相位30度～90度的下臂的ON期間、上循環(huán)期間和下循環(huán)期間的特性圖。
標(biāo)號說明1電池；2開關(guān)元件；3二極管；4定子線圈；5磁鐵轉(zhuǎn)子；10變換器電路；11無傳感器DC無刷電動機；14控制電路；15、16分流電阻；18連接線；23變換器裝置；40電動壓縮機。
具體實施例方式
下面，一面參照附圖，一面說明本發(fā)明的實施方式。此外，本發(fā)明不被這些實施方式所限定。
(實施方式1)圖1是與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的變換器裝置23及其周邊電路的圖。與背景技術(shù)中的圖22的不同點在于沒有分流電阻17，控制電路13變成為控制電路14。關(guān)于其它的電路單元，與圖22相同，可以原封不動地使用其標(biāo)號等。
控制電路14通過連接線18連接上臂開關(guān)元件U、V、W和下臂開關(guān)元件X、Y、Z，控制各開關(guān)元件。當(dāng)開關(guān)元件為IGBT、功率MOSFET時控制柵極電壓，當(dāng)為功率晶體管時控制基極電流。
在圖24的相位90度，在下臂中只流動2相份數(shù)(V相，W相)的電流。同樣，在相位210度，在W相、U相、相位330度，只流動U相、V相的電流。因此，如圖22所示的變換器裝置22那樣，需要3個分流電阻。
在圖2中，表示出在相位90度，使下臂中流動3相份數(shù)的電流的方法。圖2的上側(cè)原封不動地表示圖24的相位90度的情形。在該狀態(tài)中，不能夠得到載波周期縮短的效果。在下側(cè)表示從上臂的U、V和W的各ON期間削減同一的ON期間2α的情形。因為在3相中都削減同一的ON期間，所以不改變U相的電流在電源線中流動的通電期間的長度。即，因為PWM3相調(diào)制不變化，所以不發(fā)生電流畸變。此外，在載波周期內(nèi)的前端、后端形成長度α的循環(huán)期間。因此，每1個載波周期的通電期間成為2次，能夠得到載波周期縮短效果。
這里，載波周期，如一般知道的那樣，是PWM調(diào)制時的單位時間，是開關(guān)的Duty(運行)成為100％的時間。將該時間作為1個周期的頻率是載波頻率。作為一個例子，當(dāng)載波頻率為5kHz時，載波周期成為200μs。
此外，載波周期縮短效果，如前述的那樣，因為在3相調(diào)制中，載波周期內(nèi)中央的期間，此外，載波周期內(nèi)的前端、后端也分別是非通電期間，所以分成載波周期的前半和后半進(jìn)行通電。因此，關(guān)于通電，與載波周期的一半(載波頻率的2倍)等同，PWM調(diào)制變得非常細(xì)致。如果根據(jù)上述例子，則載波周期與100μs等同，載波頻率與10kHz等同。
在圖3中，表示出相位75度的情形。這時，從上臂的U、V和W的各ON期間削減同一的ON期間2(β-γ)，在載波周期的前端、后端形成長度β的循環(huán)期間。與上述同樣，因為在3相中都削減同一的ON期間，所以不改變U相、V相的電流在電源線中流動的通電期間的長度。即，因為PWM3相調(diào)制不變化，所以不發(fā)生電流畸變。
在圖4中，表示出將圖24的相位90度、相位75度的情形更換成上述圖2、圖3中的情形。
在圖5中，表示出在根據(jù)圖4的相位30度～90度中的下臂的ON期間、上循環(huán)期間和下循環(huán)期間。因為舍棄空載時間，所以在相位90度能夠確保α的下循環(huán)期間，在相位75度能夠確保β的下循環(huán)期間。因此，在3相中都在下臂流動著電流。同樣，即便在相位210度、相位330度及其周邊，在U相、V相和W相中也都在下臂中流動著電流。
因此，不需要根據(jù)相位(相位90度、相位210度、相位330度等)，變更檢測電流的相，能夠固定在任何的2相中。在實施方式1中，固定在U相和V相中。余下的W相的電流，可以通過在定子線圈4的中性點，應(yīng)用克?；舴螂娏鞫汕蟮谩?br> 如上所述，如果通過變更現(xiàn)有的圖22中的變換器裝置22的控制電路13的控制軟件，形成控制電路14，則能夠刪除分流電阻17。
根據(jù)這些檢測出的電流值，計算構(gòu)成電動機11的磁鐵轉(zhuǎn)子5的感應(yīng)電壓，并進(jìn)行其位置檢測。
從而，通過削減同一的ON期間的控制軟件，在PWM3相調(diào)制中不發(fā)生變化，不發(fā)生電流畸變，不需要根據(jù)相位變更檢測電流的相，能夠?qū)⒎至麟娮柘鳒p到2個。此外，即便在沒有得到載波周期縮短效果的區(qū)域中，也能夠得到載波周期縮短效果，能夠使電流更加平滑。
此外，在電動機11的驅(qū)動中，因為在電流檢測(位置檢測)中不發(fā)生電流畸變，所以能夠低噪聲低振動地進(jìn)行驅(qū)動。
可以將α、β時間(長度)設(shè)定在下臂的ON期間中檢測電流所需的最小時間以上(檢測電流所需的最小時間以上)。作為檢測電流所需的最小時間的一個例子，也與控制電路的性能有關(guān)，但是約為3μs。即，如果舍去并不考慮空載時間，則α、β時間(長度)約為3μs，如果應(yīng)用于作為上述載波周期的一個例子的200μs，則因為α或β處在前端和后端所以合計為6μs，與載波周期的大約3％相當(dāng)。
其中，當(dāng)考慮空載時間時，α、β時間(長度)成為在檢測電流所需的最小時間上加上空載時間的值。
此外，可以只當(dāng)如在100％3相調(diào)制的相位90度的周邊那樣，存在載波周期內(nèi)的下臂開關(guān)元件的ON期間為0％或接近0％的相時(當(dāng)下循環(huán)期間的時間短，不能夠確保檢測電流所需的最小時間時)只削減同一的ON期間。從而，在很多情形中，不需要削減同一的ON期間，能夠防止控制電路的復(fù)雜化。
通過避開全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間(上循環(huán)期間)為0％或0％附近地，即不接近0％地在全部3相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間，而能夠確保載波周期縮短效果，維持使3相調(diào)制的電流平滑的作用效果。在實施方式1中，如圖5所示，在相位90度、相位75度，都能夠確保全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間(上循環(huán)期間)的長度。
在圖4、圖5中，表示出特定在相位30度～90度的情形，這是因為即便與該相不同，也能夠重復(fù)該圖形的緣故。
需要2個分流電阻，但是也可以是分流電阻15(U相)和分流電阻16(V相)、分流電阻16(V相)和分流電阻17(W相)、分流電阻17(W相)和分流電阻15(U相)的某個組合。
例如，如果是分流電阻17(W相)和分流電阻15(U相)的組合，則因為能夠檢測W相和U相的電流值，所以是直接檢測來自圖11所示的已有的變換器裝置的輸出線的電流的方法，能夠容易地進(jìn)行從檢測W相和U相的電流值的變換器裝置20的變更。即，刪除電流傳感器8、電流傳感器9，追加分流電阻17、分流電阻15，可以通過變更削減上述同一的ON期間的控制軟件，實現(xiàn)從控制電路7到控制電路14的變更。
其中，在實施方式1中，如果也在圖1中追加分流電阻17(W相)，實施同樣的調(diào)整，則因為在3相中都在下臂中流動著電流，所以在1個載波內(nèi)可以在3相中都檢測出電流。因此，不需要從2相份數(shù)的電流值計算余下的一個相的電流，使得控制軟件變得簡單。此外，在圖1中，分流電阻15(U相)、分流電阻16(V相)是必不可少的，但是即便設(shè)置分流電阻17(W相)，也沒有妨礙。
分流電阻15和分流電阻16是一個電流檢測器。作為電流檢測器，除了這些電阻外，還可以使用霍爾元件，使用二極管的順方向電壓的元件等，沒有特別的限定。
(實施方式2)圖6～圖9表示與本發(fā)明的實施方式2有關(guān)的特性圖。變換器裝置及其周邊電路和與本發(fā)明的實施方式1有關(guān)的圖1相同。
圖6的上側(cè)原封不動地表示出圖24的相位90度的情形。在下側(cè)表示出從上臂的U、V和W的各ON期間削減同一的ON期間2δ，使上循環(huán)期間的長度(2δ)和下循環(huán)期間的長度(2δ＝δ+δ)相同的情形。
同樣，在圖7中，在下側(cè)表示出當(dāng)相位75度時，從上臂的U、V和W的各ON期間削減2(τ-γ)，使上循環(huán)期間的長度(2τ)和下循環(huán)期間的長度(2τ＝τ+τ)相同的情形。
因此，在前后的載波中，通電期間的間隔相等，從而提高了載波周期縮短效果，使3相調(diào)制的電流更加平滑。
在圖8中，表示出將圖24的相位90度、相位75度的情形更換成上述圖6、圖7的情形。
在圖9中，表示出在根據(jù)圖8的相位30度～90度中的下臂的ON期間、上循環(huán)期間、下循環(huán)期間。因為舍棄了空載時間，所以在相位90度確保δ的下循環(huán)期間，在相位75度，確保τ的下循環(huán)期間。
(實施方式3)在圖10中，表示出緊貼在電動壓縮機40右側(cè)安裝著變換器裝置23的圖。在金屬制框體32中設(shè)置著壓縮機構(gòu)部28、電動機11等。
從吸入口33吸入制冷劑，通過由電動機11驅(qū)動壓縮機構(gòu)部28(本例中為渦管)，使制冷劑壓縮。該已壓縮的制冷劑，當(dāng)通過電動機11時冷卻電動機11，從吐出口34吐出。
以將變換器裝置23安裝在電動壓縮機40中的方式，使用盒30。用經(jīng)過低壓配管38的低壓制冷劑冷卻成為發(fā)熱源的變換器電路單元10。以在該冷卻中不結(jié)露的方式，將變換器裝置23配置在吸入管38的下方，也使變換器電路單元10的周圍溫度下降，使溫度差變小。
在電動壓縮機40的內(nèi)部與電動機11的線圈連接的端子39與變換器電路單元10的輸出單元連接。在用保持單元35固定在變換器裝置23上的連接線36中，具有接到電池1的電源線和與發(fā)送旋轉(zhuǎn)數(shù)信號的空調(diào)控制器(圖中未畫出)連接的信號線。
因為在這樣的變換器裝置一體型電動壓縮機中，需要變換器裝置23小，振動方面的性能強，能夠低振動地驅(qū)動電動壓縮機的電動機，所以作為本發(fā)明的實施方式是合適的。
此外，在上述各實施方式中，將電池作為直流電源，但是不限于此，也可以是對商用交流電源進(jìn)行整流的直流電源。這里將無傳感器DC無刷電動機作為電動機，但是也能夠應(yīng)用感應(yīng)電動機等。此外，作為車輛用，在電動汽車、電瓶車、燃料電池車等的沒有發(fā)動機噪聲的車輛中肅靜性的效果很大。
此外，列舉出3相的情形為例，但是即便在3相以上的多相中也同樣能夠應(yīng)用本發(fā)明。
此外，表示出分別在3相中的2相的下臂開關(guān)元件和直流電源的負(fù)側(cè)之間設(shè)置分流電阻的情形。因為下臂開關(guān)元件和電動機之間的電流與下臂開關(guān)元件和直流電源的負(fù)側(cè)之間的電流相等，所以也可以以能夠檢測與電動機之間的電流的方式，將分流電阻配置在下臂開關(guān)元件的上側(cè)。
進(jìn)一步，在下循環(huán)中，列舉出檢測電流的情形為例，但是也能夠適用于在載波周期中央附近的上循環(huán)中檢測電流的情形。這時，2相份數(shù)地設(shè)置檢測上臂和電源的正側(cè)之間的電流的分流電阻，在3相100％調(diào)制的相位30度、相位45度等上，在3相中都追加同一的ON期間。這時也能夠得到同樣的作用效果。
工業(yè)上的可利用性如以上那樣，因為與本發(fā)明有關(guān)的變換器裝置能夠不需要開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，小型耐振性高地檢測相電流，所以能夠適用于各種民生用制品、各種產(chǎn)業(yè)用設(shè)備。也可以適用于作為負(fù)載的電動機以外的交流設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種變換器裝置，其特征在于該變換器裝置3相地具有與直流電源的正側(cè)連接的上臂開關(guān)元件和與所述直流電源的負(fù)側(cè)連接的下臂開關(guān)元件，通過用PWM3相調(diào)制對所述直流電源的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，輸出正弦波狀的3相交流電流，其中，具有控制電路，通過在3相中的2相中分別設(shè)置檢測在所述下臂開關(guān)元件和所述直流電源的負(fù)側(cè)之間流動的電流的電流檢測器，從載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間，在全部3相的相中削減同一ON周期，檢測在設(shè)置有所述電流檢測器的相中的2相份數(shù)的相電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間是當(dāng)存在載波周期內(nèi)的下臂開關(guān)元件的ON期間為0％或接近0％的相時進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間是避開全部上臂開關(guān)元件成為ON的期間為0％或0％附近而進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中削減上臂開關(guān)元件的ON期間是以全部上臂開關(guān)元件為ON的期間和全部上臂開關(guān)元件為OFF的期間成為大致相同的時間的方式而進(jìn)行的。
5.一種變換器裝置，其特征在于該變換器裝置3相地具有與直流電源的正側(cè)連接的上臂開關(guān)元件和與所述直流電源的負(fù)側(cè)連接的下臂開關(guān)元件，通過用PWM3相調(diào)制對所述直流電源的直流電壓進(jìn)行開關(guān)，輸出正弦波狀的3相交流電流，其中，具有控制電路，通過在3相中的2相中分別設(shè)置檢測在所述上臂開關(guān)元件和所述直流電源的正側(cè)之間流動的電流的電流檢測器，將全部3相的相中相同的ON周期追加到載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間上，檢測在設(shè)置有所述電流檢測器的相中的2相份數(shù)的相電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間是當(dāng)存在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的ON期間為0％或接近0％的相時而進(jìn)行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間是避開全部下臂開關(guān)元件成為ON的期間為0％或0％附近而進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變換器裝置，其特征在于在所述全部3相的相中追加上臂開關(guān)元件的ON期間是以全部上臂開關(guān)元件為ON的期間和全部上臂開關(guān)元件為OFF的期間成為大致相同的時間的方式而進(jìn)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的變換器裝置，其特征在于所述電流檢測器是分流電阻。
10.根據(jù)利要求1或5所述的變換器裝置，其特征在于將所述正弦波狀的3相交流電流輸出到無傳感器DC無刷電動機，根據(jù)所述檢測出的2相份數(shù)的相電流，檢測所述無傳感器DC無刷電動機的轉(zhuǎn)子的位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變換器裝置，其特征在于將其搭載在以所述無傳感器DC無刷電動機作為驅(qū)動源的電動壓縮機上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的變換器裝置，具特征在于將其搭載在車輛上。
全文摘要
本發(fā)明提供無需開發(fā)復(fù)雜的控制軟件，不產(chǎn)生電流畸變，小型且耐振性高并能夠檢測相電流的變換器裝置。在3相中的2相的下臂開關(guān)元件(X，Y，Z)和直流電源的負(fù)側(cè)之間分別設(shè)置有作為1種電流檢測器的分流電阻(15)、(16)。在全部3個相中從載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件(U，V，W)的ON(接通)期間，只削減相同的ON周期。因此，檢測設(shè)置有分流電阻(15)、(16)的相中的2相份數(shù)的相電流。本發(fā)明提供通過用內(nèi)置在控制電路(14)中的控制軟件經(jīng)過連接線(18)控制變換器電路(10)，解除控制軟件復(fù)雜化，能夠不產(chǎn)生電流畸變地檢測相電流的變換器裝置。
文檔編號F25B1/04GK1989686SQ20058002440
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者后藤尚美 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社