專利名稱：逆變器裝置及搭載其的車輛用空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過由脈沖寬度調(diào)制(以下稱PWM)產(chǎn)生的三相調(diào)制、即PWM三相調(diào)制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換(inverter)裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為這種逆變器裝置有由PWM二相調(diào)制產(chǎn)生的正弦波驅(qū)動(dòng)方式。例如，公開于日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-189670號(hào)公報(bào)。
以下說明該方式。圖23是正弦波驅(qū)動(dòng)用逆變器裝置的電路圖，表示逆變器裝置和其周圍的電路。逆變器裝置121的控制電路107通過運(yùn)算來自電流傳感器106的電流，進(jìn)行構(gòu)成無傳感器DC無電刷電動(dòng)機(jī)111的磁鐵轉(zhuǎn)子105的位置檢測(cè)。并且，基于轉(zhuǎn)數(shù)指令信號(hào)(未圖示)等，控制構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路110的開關(guān)(switching)元件102，將來自電池101的直流電壓由PWM調(diào)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此，將正弦波狀的交流電流輸出到構(gòu)成無傳感器DC無電刷電動(dòng)機(jī)111(以后稱電動(dòng)機(jī))的定子線圈104。
構(gòu)成轉(zhuǎn)換電路110的二極管103為來自定子線圈104的電流的回流路徑。關(guān)于開關(guān)元件102，將上臂開關(guān)元件定義為2U、2V、2W，將下臂開關(guān)元件定義為2X、2Y、2Z，并且，將與各開關(guān)元件2U、2V、2W、2X、2Y、2Z對(duì)應(yīng)的二極管定義為3U、3V、3W、3X、3Y、3Z。
電流傳感器106的檢測(cè)電流值用于計(jì)算消耗功率或?yàn)榱吮Ｗo(hù)開關(guān)元件102等的判斷。在圖23中，電流傳感器106被插入到電源線的負(fù)側(cè)，但是因?yàn)殡娏飨嗤砸部梢允钦齻?cè)。
表示兩相調(diào)制的波形的特性圖。圖24是表示50％調(diào)制、圖25是表示100％調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖，表示U相端子電壓141、V相端子電壓142、W相端子電壓143以及中性點(diǎn)電壓129。這些端子電壓由PWM調(diào)制以縱軸表示的占空比(％)來實(shí)現(xiàn)。中性點(diǎn)電壓129是求出各相的端子電壓之和并除以3后的值。而且，相電壓是從端子電壓中減去中性點(diǎn)電壓后的值，為正弦波。
圖26是兩相調(diào)制的一載波內(nèi)(載波周期)的時(shí)序圖，表示上臂開關(guān)元件2U、2V、2W，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z的導(dǎo)通/截止的一例。此時(shí)，在圖24的50％調(diào)制中，是相位大約為135度的時(shí)序圖。
各開關(guān)元件的開關(guān)有(a)、(b)、(c)三種，示出各個(gè)圖27A、27B、圖27C中表示電流路徑的電路圖。
在期間(a)，上臂開關(guān)元件2U、2V、2W都截止，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z都導(dǎo)通。U相電流、V相電流分別從與下臂開關(guān)元件2X、2Y并聯(lián)的二極管流向定子線圈104，W相電流從定子線圈104流出到下臂開關(guān)元件2Z。在下臂和電動(dòng)機(jī)111之間，電流循環(huán)著。因此，處于從電池101到轉(zhuǎn)換電路110及電動(dòng)機(jī)111不供電的非通電狀態(tài)。
在期間(b)，上臂開關(guān)元件2U導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2Y、2Z導(dǎo)通。U相電流從上臂開關(guān)元件2U流向定子線圈104，V相電流從與下臂開關(guān)元件2Y并聯(lián)的二極管流向定子線圈104，W相電流從定子線圈104流出到下臂開關(guān)元件2Z。因此，處于從電池101向轉(zhuǎn)換電路110及電動(dòng)機(jī)111供電的通電狀態(tài)。此時(shí)，電源線(電流傳感器106)上流過U相的相電流。
在期間(c)，上臂開關(guān)元件2U、2V導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2Z導(dǎo)通。U相電流、V相電流分別從上臂開關(guān)元件2U、2V流向定子線圈104，W相電流從定子線圈104流出到下臂開關(guān)元件2Z。所以，處于從電池101向轉(zhuǎn)換電路110及電動(dòng)機(jī)111供電的通電狀態(tài)。此時(shí)，電源線(電流傳感器106)上流過W相的相電流。
由上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)，能獲知電源線(電源傳感器106)中流過的電流的有無、流過的相電流。沒有導(dǎo)通的相時(shí)不流過電流(非通電)，僅一相導(dǎo)通時(shí)，流過該相的電流(通電)，兩相導(dǎo)通時(shí)，流過剩余的相的電流(通電)。
圖28中從中央均等地分開表示圖24的50％調(diào)制的兩相調(diào)制的相位90度、105度、120度、135度、150度中的一載波內(nèi)(載波周期)內(nèi)的上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通期間(占空比)。
用細(xì)實(shí)線表示U相的導(dǎo)通期間，用較粗實(shí)線表示V相的導(dǎo)通期間，用粗實(shí)線表示W(wǎng)相的導(dǎo)通期間。在導(dǎo)通期間的下方，用實(shí)線箭頭表示從電池101對(duì)定子線圈104供電的通電期間，以U、V、W表示流過的相電流。并且，以虛線箭頭表示非通電期間。同樣地，圖29中表示圖25的100％調(diào)制的兩相調(diào)制。
根據(jù)上述，在兩相調(diào)制中，在一載波內(nèi)(載波周期)中，流過的相電流變化，但是，對(duì)轉(zhuǎn)換電路110以及電動(dòng)機(jī)111供電的通電期間為1次。即使相位變化也一樣。
接著，說明三相調(diào)制。圖30是表示50％調(diào)制、圖31是表示100％調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖，與兩相調(diào)制一樣，表示U相端子電壓141、V相端子電壓142、W相端子電壓143以及中性點(diǎn)電壓129。這些端子電壓由PWM調(diào)制以縱軸表示的占空比(％)來實(shí)現(xiàn)。中性點(diǎn)電壓129是求出各相的端子電壓之和并除以3后的值。而且，相電壓是從端子電壓中減去中性點(diǎn)電壓后的值，為正弦波。
圖32是三相調(diào)制的時(shí)序圖，表示一載波內(nèi)(載波周期)的上臂開關(guān)元件2U、2V、2W，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z的導(dǎo)通/截止的一例。此時(shí)，在圖30的50％調(diào)制中，是相位大約為120度的時(shí)序圖。
在各開關(guān)元件的開關(guān)中，有在兩相調(diào)制的情況的(a)、(b)、(c)加上(d)4種。關(guān)于期間(a)、(b)、(c)，與所述兩相調(diào)制的圖27A、圖27B、圖27C一樣，因此說明期間(d)。
在期間(d)中，如圖33所示，上臂開關(guān)元件2U、2V、2W都導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z都截止。U相電流、V相電流分別從上臂開關(guān)元件2U、2V流向定子線圈104，W相電流從定子線圈104流向與上臂開關(guān)元件2W并聯(lián)的二極管。在上臂和電動(dòng)機(jī)111之間，電流循環(huán)著。因此，處于從電池101向轉(zhuǎn)換電路110及電動(dòng)機(jī)111不供電的非通電狀態(tài)。
由上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)，能獲知電源線(電源傳感器106)中有無電流流過、流過的相電流。沒有導(dǎo)通的相時(shí)不流過(非通電)，僅一相導(dǎo)通時(shí)，流過電流該相(通電)，兩相導(dǎo)通時(shí)，流過剩余的相的電流(通電)，三相全導(dǎo)通時(shí)不流過(非通電)。
圖34中從中央均等地分開表示圖30的50％調(diào)制的三相調(diào)制的相位30度、45度、60度、75度、90度中的一載波內(nèi)(載波周期)的上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通期間(占空比)。
用細(xì)實(shí)線表示U相的導(dǎo)通期間，用較粗實(shí)線表示V相的導(dǎo)通期間，用粗實(shí)線表示W(wǎng)相的導(dǎo)通期間。用實(shí)線箭頭表示從電池101對(duì)定子線圈104供電的通電期間，以U、V、W表示電源線中流過的相電流。并且，以虛線箭頭表示非通電期間。
同樣地，圖35中表示圖31的100％調(diào)制的三相調(diào)制。如圖34、圖35所示，在三相調(diào)制中，載波周期內(nèi)中央的期間(d)為非通電期間。而且，在載波周期內(nèi)的前端、后端也分別有非通電期間。因此，在載波周期內(nèi)的前半和后半分別有通電期間。這與兩相調(diào)制是一次的情況相比，載波周期等于其一半(載波頻率為2倍)(以下稱為載波周期縮短效果)，PWM調(diào)制變得極細(xì)。由此，三相調(diào)制與兩相調(diào)制相比，電流脈動(dòng)(ripple)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變小，變?yōu)榈驼駝?dòng)低噪音。但是，在圖35的100％調(diào)制中，在相位30度，載波周期內(nèi)的通電期間僅為一次，得不到載波周期縮短效果。而且，在相位90度，在載波周期內(nèi)的前端、后端沒有非通電期間，所以與前后的載波周期內(nèi)的通電期間連續(xù)。所以，載波周期內(nèi)的通電期間是兩次，但是，作為結(jié)果，平均一載波周期通電期間為1次，得不到載波周期縮短效果。
如上述，在由PWM調(diào)制產(chǎn)生的正弦波驅(qū)動(dòng)方式的逆變器裝置中，求低振動(dòng)低噪音的情況下，三相調(diào)制與兩相調(diào)制相比，由于載波周期縮短效果而有利。但是，在100％調(diào)制中，存在得不到載波周期縮短效果的情況，具有不能充分發(fā)揮低振動(dòng)低噪音的效果這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的逆變器裝置具有下述結(jié)構(gòu)。在直流電源的正負(fù)端子之間具有三組串聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)元件而構(gòu)成的串聯(lián)電路，并將這兩個(gè)開關(guān)元件的連接點(diǎn)連接到電動(dòng)機(jī)，將直流電源的直流電壓由PWM三相調(diào)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此，將正弦波狀的交流電流輸出到電動(dòng)機(jī)。連接在直流電源的正端子的上臂開關(guān)元件對(duì)每個(gè)PWM三相調(diào)制的載波周期，在所有的相中，添加或削減相同的導(dǎo)通期間，并使載波周期內(nèi)的通電期間為兩次。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能提供一種得到載波周期縮短效果，并實(shí)現(xiàn)了低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式中的逆變器裝置的電路圖。
圖2是表示同上的50％三相調(diào)制中各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖3是表示同上的100％三相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖4是同上的三相調(diào)制的時(shí)序圖。
圖5A是表示同上的期間(a)的電流路徑的電路圖。
圖5B是表示同上的期間(b)的電流路徑的電路圖。
圖5C是表示同上的期間(c)的電路路徑的電路圖。
圖5D是表示同上的期間(d)的電流路徑的電路圖。
圖6是表示同上的50％三相調(diào)制的每個(gè)相位中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖7是表示同上的100％三相調(diào)制的每個(gè)相位中的上臂導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的上臂導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的特性圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的其他的特性圖。
圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的其他的特性圖。
圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的其他的特性圖。
圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的其他的特性圖。
圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的其他的特性圖。
圖17是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的其他的特性圖。
圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4中的載波周期內(nèi)的導(dǎo)通期間裕度、調(diào)整量、調(diào)整后的ON期間裕度的特性圖。
圖19是本發(fā)明的實(shí)施方式5中的三相調(diào)制各相波形的特性圖。
圖20是本發(fā)明的實(shí)施方式5中的三相調(diào)制各相波形的其他的特性圖。
圖21是本發(fā)明的實(shí)施方式5中的三相調(diào)制各相波形的其他的特性圖。
圖22是本發(fā)明的實(shí)施方式7中的本發(fā)明的逆變器裝置應(yīng)用于車輛的說明圖。
圖23是以往的逆變器裝置的電路圖。
圖24是表示以往的50％兩相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖25是表示以往的100％兩相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖26是表示以往的兩相調(diào)制中的時(shí)序圖。
圖27A是表示同上的期間(a)中電流路徑的電路圖。
圖27B是表示同上的期間(b)中電流路徑的電路圖。
圖27C是表示同上的期間(c)中電流路徑的電路圖。
圖28是表示以往的50％兩相調(diào)制中的每個(gè)相位的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖29是表示以往的100％兩相調(diào)制中的每個(gè)相位的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖30是表示以往的50％三相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖31是表示以往的100％三相調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖。
圖32是表示以往的三相調(diào)制的時(shí)序圖。
圖33是表示同上的期間(d)中的電流路徑的電路圖。
圖34是表示以往的50％三相調(diào)制中的每個(gè)相位的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
圖35是表示以往的100％三相調(diào)制中的每個(gè)相位的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
標(biāo)號(hào)說明1直流電源2開關(guān)元件3二極管4定子線圈5磁鐵轉(zhuǎn)子6電流傳感器7控制電路10轉(zhuǎn)換電路
11電動(dòng)機(jī)21逆變器裝置具體實(shí)施方式
下面，使用

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是本發(fā)明的正弦波驅(qū)動(dòng)用逆變器裝置的電路圖，表示逆變器裝置和其周圍的電路。逆變器裝置21的控制電路7通過運(yùn)算來自電流傳感器6的電流，來進(jìn)行構(gòu)成無傳感器DC無電刷電動(dòng)機(jī)11的磁鐵轉(zhuǎn)子5的位置檢測(cè)。并且，基于轉(zhuǎn)數(shù)指令信號(hào)(未圖示)等，控制轉(zhuǎn)換電路10的開關(guān)元件2，并由PWM調(diào)制對(duì)來自直流電源1(以下稱電池)的直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將正弦波狀的交流電流輸出到構(gòu)成無傳感器DC無電刷電動(dòng)機(jī)111(以下稱電動(dòng)機(jī))的定子線圈4。
轉(zhuǎn)換電路10具有三組串聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)元件2而構(gòu)成的串聯(lián)電路，分別連接在電池1的正負(fù)端子之間。這兩個(gè)開關(guān)元件的連接點(diǎn)連接在電動(dòng)機(jī)的定子線圈4。各個(gè)開關(guān)元件2分別并聯(lián)連接二極管3，為來自定子線圈4的電流的回流路徑。
關(guān)于開關(guān)元件2，將連接在電池1的正側(cè)端子的上臂開關(guān)元件定義為2U、2V、2W，將連接在電池1的負(fù)側(cè)端子的下臂開關(guān)元件定義為2X、2Y、2Z。而且，并聯(lián)連接在各個(gè)開關(guān)元件2U、2V、2W、2X、2Y、2Z的二極管分別定義為3U、3V、3W、3X、3Y、3Z。
電流傳感器6的檢測(cè)電流值用于計(jì)算消耗功率或?yàn)榱吮Ｗo(hù)開關(guān)元件2等的判斷。在圖1中，電流傳感器6插入電源線的負(fù)側(cè)，但是因?yàn)殡娏飨嗤砸部梢允钦齻?cè)。
接著，說明PWM三相調(diào)制。圖2是表示50％調(diào)制、圖3是表示100％調(diào)制中的各相波形的調(diào)制的特性圖，表示U相端子電壓41、V相端子電壓42、W相端子電壓43以及中性點(diǎn)電壓29。這些端子電壓由PWM調(diào)制以縱軸表示的占空比(％)來實(shí)現(xiàn)。中性點(diǎn)電壓29是求出各相的端子電壓之和并除以3后的值。而且，相電壓是從端子電壓中減去中性點(diǎn)電壓后的值，為正弦波。
圖4是三相調(diào)制的時(shí)序圖，表示一載波內(nèi)(載波周期)的上臂開關(guān)元件2U、2V、2W，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z的導(dǎo)通/截止的一例。此時(shí)，在圖2的50％調(diào)制中，是相位大約為120度的時(shí)序圖。
各開關(guān)元件的開關(guān)有(a)、(b)、(c)、(d)4個(gè)期間，圖5A、圖5B、圖5C、圖5D中分別示出表示電流路徑的各個(gè)電路圖。
在期間(a)，上臂開關(guān)元件2U、2V、2W都截止，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z都導(dǎo)通。U相電流、V相電流分別從與下臂開關(guān)元件2X、2Y并聯(lián)的二極管流向定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件2Z。在下臂和電動(dòng)機(jī)11之間，電流循環(huán)著。因此，處于從電池1到轉(zhuǎn)換電路10及電動(dòng)機(jī)11不供電的非通電狀態(tài)。
在期間(b)，上臂開關(guān)元件2U導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2Y、2Z導(dǎo)通。U相電流從上臂開關(guān)元件2U流向定子線圈4，V相電流從與下臂開關(guān)元件2Y并聯(lián)的二極管流向定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件2Z。因此，處于從電池1到轉(zhuǎn)換電路10及電動(dòng)機(jī)11供電的通電狀態(tài)。此時(shí)，電源線(電流傳感器6)上流過U相的相電流。
在期間(c)，上臂開關(guān)元件2U、2V導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2Z導(dǎo)通。U相電流、V相電流分別從上臂開關(guān)元件2U、2V流向定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到下臂開關(guān)元件2Z。所以，處于從電池1到轉(zhuǎn)換電路10及電動(dòng)機(jī)11供電的通電狀態(tài)。此時(shí)，電源線(電流傳感器6)上流過W相的相電流。
在期間(d)，上臂開關(guān)元件2U、2V、2W都導(dǎo)通，下臂開關(guān)元件2X、2Y、2Z都截止。U相電流、V相電流分別從上臂開關(guān)元件2U、2V流向定子線圈4，W相電流從定子線圈4流出到與上臂開關(guān)元件W并聯(lián)的二極管。在上臂開關(guān)元件和電機(jī)11之間，電流循環(huán)著。所以，處于從電池1到轉(zhuǎn)換電路10及電動(dòng)機(jī)11不供電的非通電狀態(tài)。
在上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)，能夠獲知電源線(電流傳感器6)中有無電流流過、流過的相電流。沒有導(dǎo)通的相時(shí)不流過電流(非導(dǎo)通)，僅一相導(dǎo)通時(shí)，流過該相電流(通電)，兩相導(dǎo)通時(shí)，流過剩余的相的電流(通電)，三相全導(dǎo)通時(shí)不流過(非通電)。
圖6中從中央均等地分開表示圖2的50％調(diào)制的三相調(diào)制的相位30度、45度、60度、75度、90度中的一載波(載波周期)內(nèi)的上臂開關(guān)元件2U、2V、2W的導(dǎo)通期間(占空比)。
用細(xì)實(shí)線表示U相的導(dǎo)通期間，用較粗實(shí)線表示V相的導(dǎo)通期間，用粗實(shí)線表示W(wǎng)相的導(dǎo)通期間。用實(shí)線箭頭表示從電池1對(duì)定子線圈4供電的通電期間，以U、V、W表示電源線中流過的相電流。并且，以虛線箭頭表示非通電期間。
同樣地，圖7中表示圖3的100％調(diào)制的三相調(diào)制。如圖6、圖7所示，在三相調(diào)制中，載波周期內(nèi)中央的期間(d)為非通電期間。而且，在載波周期內(nèi)的前端、后端也分別有非通電期間。因此，在載波周期內(nèi)的前半和后半分別有通電期間。這與兩相調(diào)制是一次的情況相比，載波周期等于其一半(載波頻率為2倍)(以后稱載波周期縮短效果)，PWM調(diào)制變得極細(xì)。由此，三相調(diào)制與兩相調(diào)制相比，電流脈動(dòng)(ripple)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變小，變?yōu)榈驼駝?dòng)低噪音。但是，在圖7的100％調(diào)制中，在相位30度，載波周期內(nèi)的通電期間僅為一次，得不到載波周期縮短效果。
而且，在相位90度，在載波周期內(nèi)的前端、后端沒有非通電期間，所以與前后的載波周期內(nèi)的通電期間連續(xù)。所以，載波周期內(nèi)的通電期間是兩次，但是，作為結(jié)果，平均一載波周期通電期間為1次，得不到載波周期縮短效果。
如上述，在由PWM調(diào)制產(chǎn)生的正弦波驅(qū)動(dòng)方式的逆變器裝置中，求低振動(dòng)低噪音的情況下，三相調(diào)制與兩相調(diào)制相比，由于載波周期縮短效果而有利。但是，在100％調(diào)制中，存在得不到載波周期縮短效果的情況，低振動(dòng)低噪音的優(yōu)點(diǎn)變?nèi)酢?br> 由逆變器裝置驅(qū)動(dòng)用于空調(diào)裝置的電動(dòng)壓縮機(jī)的情況下，為了防止這種噪音，可能在室內(nèi)空調(diào)等中使用防音箱等防音裝置，但是，在用于車輛的空調(diào)裝置的電動(dòng)壓縮機(jī)中，受搭載空間、重量等的制約難以使用防音裝置。而且，為了防止對(duì)車室內(nèi)的振動(dòng)傳遞而必須將振動(dòng)抑制得小，但是，同樣地，難以使用防振裝置。在室內(nèi)空調(diào)中也考慮環(huán)境而極力地尋求低振動(dòng)低噪音。
為了解決上述課題，本發(fā)明的逆變器裝置，在PWM三相調(diào)制的載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間，在所有的相中，追加或削減相同的導(dǎo)通期間，將正弦波狀的交流電流輸出到電動(dòng)機(jī)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，PWM調(diào)制原樣地在所有的情況下確保載波周期縮短效果，下面說明具體的實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的上臂導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。關(guān)于逆變器裝置和其周圍的電路如圖1。
在剛剛示出的圖7的100％三相調(diào)制中，在相位30度中，因?yàn)閂相的上臂開關(guān)元件導(dǎo)通期間為0％，所以載波周期內(nèi)的通電期間僅為1次，得不到載波周期縮短效果。
圖8用于表示解決該課題。在圖8的箭頭上方，原封不動(dòng)地示出100％三相調(diào)制的相位30度中的上臂導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。在箭頭下方，示出調(diào)整后的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。
在上臂開關(guān)元件2U、2W的導(dǎo)通期間追加相同的導(dǎo)通期間α，并且，使導(dǎo)通期間0的上臂開關(guān)元件2V的導(dǎo)通期間成為α。作為結(jié)果，在所有的相中，追加相同的導(dǎo)通期間α。由此，在載波周期的中央，U、V、W三相的所有上臂開關(guān)元件變?yōu)閷?dǎo)通，因此，形成非通電期間(時(shí)間α)。在該非通電期間，在上臂和電動(dòng)機(jī)11之間電流循環(huán)著。所以，在載波周期內(nèi)，通電期間為兩次，能得到載波周期縮短效果。
另一方面，兩次通電期間的時(shí)間合計(jì)是，從在導(dǎo)通期間α追加前的上臂開關(guān)元件2U、2W的導(dǎo)通期間追加了導(dǎo)通期間α的時(shí)間中減去非通電期間(時(shí)間α)的時(shí)間，這與導(dǎo)通期間α追加前的上臂開關(guān)元件2U、2W的導(dǎo)通期間(＝導(dǎo)通期間α追加前的通電期間)相等。所以，PWM調(diào)制未變化保持原樣。
上臂開關(guān)元件導(dǎo)通期間接近于0％的情況下，具體地說在載波周期的5％以下的情況中，充分地確保載波周期中央的非通電期間，能夠可靠地得到載波周期縮短效果。
所以，載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為0％或者接近于0％的相的情況下，在所有的相追加相同的導(dǎo)通期間，由此能夠使載波周期內(nèi)的通電期間變?yōu)閮纱危⒛艿玫捷d波周期縮短效果。由此，能夠得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
(實(shí)施方式2)圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。圖7的100％三相調(diào)制中，在相位90度，U相的上臂開關(guān)元件導(dǎo)通期間是100％，所以，在載波周期內(nèi)的前端、后端不形成非通電期間，導(dǎo)致與前后的載波周期的通電期間連續(xù)。因此，載波周期內(nèi)的通電期間為兩次，但是作為結(jié)果，平均一載波周期，通電期間為一次，得不到載波周期縮短效果。
圖9用于表示解決該課題。在圖9的箭頭上方，原樣地示出100％三相調(diào)制的相位90度中的上臂導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。將載波周期中央的非通電期間用β表示。該期間，U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件導(dǎo)通。在箭頭下方，示出調(diào)整后的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。將載波周期中央的非通電期間、即U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通的期間用γ表示。
從U、V、W三相所有的上臂開關(guān)導(dǎo)通期間削減去β-γ的期間。由此，在載波周期內(nèi)的前端、后端形成非通電期間。在該非通電期間，在下臂和電動(dòng)機(jī)11之間電流循環(huán)著。由此，載波周期內(nèi)通電期間為兩次，能得到載波周期縮短效果。
另一方面，因通電期間將載波周期中央的非通電期間、即U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通的期間從β縮短為γ而未變化。所以，PWM調(diào)制未變化而保持原樣。
在上臂開關(guān)元件導(dǎo)通期間接近于100％的情況下，具體地說，在載波周期的95％以上的情況下，充分地確保載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間，并能可靠地得到載波周期縮短效果。
所以，在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為100％或者接近于100％的相的情況下，在所有的相削減相同的導(dǎo)通期間，由此能夠使載波周期內(nèi)的通電期間變?yōu)閮纱?，并能夠得到載波周期縮短效果。由此，能夠得到進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
(實(shí)施方式3)圖10表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第一例。該圖從0度到60度、從120度到180度、從240度到300度，上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為0％或接近于0％的相，所以，在所有的相中追加相同的導(dǎo)通期間。但是，為了與未追加導(dǎo)通期間的相位之間不產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)而根據(jù)相位變更追加的導(dǎo)通期間，從而使其連續(xù)。追加的導(dǎo)通期間從相位0度的0緩慢增加，在相位30度達(dá)到最大，再慢慢減少，在相位60度變?yōu)?。在其他位置也一樣。
與實(shí)施方式1一樣，PWM調(diào)制未變化而保持原樣，能得到載波周期縮短效果并得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
圖11表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第二例。該圖在圖3的相位從60度到120度、從180度到240度、從300度到360度，上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為100％或接近于100％的相，所以，在所有的相中削減相同的導(dǎo)通期間。但是，為了與不削減導(dǎo)通期間的相位之間不產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)而根據(jù)相位變更削減的導(dǎo)通期間，從而使其連續(xù)。削減的導(dǎo)通期間從相位60度的0緩慢增加，在相位90度達(dá)到最大，再慢慢減少，在相位120度變?yōu)?。在其他位置也一樣。
與實(shí)施方式2一樣，PWM調(diào)制未變化而保持原樣，能得到載波周期縮短效果并得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
圖12表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第三例。該圖用于總結(jié)圖10以及圖11中的導(dǎo)通期間的追加削減位置。
與實(shí)施方式1、2一樣，PWM調(diào)制未變化而保持原樣，能得到載波周期縮短效果并得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。并且，在相位整體能得到效果。
(實(shí)施方式4)圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
在圖13的箭頭上方，原封不動(dòng)表示100％三相調(diào)制的相位30度中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。在箭頭下方，表示調(diào)整后的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。
與圖8不同之處在于，在所有的相中追加相同的導(dǎo)通期間，以使載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)相同。即，使載波周期內(nèi)的前端的非通電期間為1時(shí)，載波周期中央的非通電期間為2，載波周期內(nèi)的后端的非通電期間為1。
由此，也包含前后的載波中的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件截止)，各通電期間為等間隔(通電以等間隔時(shí)間進(jìn)行)。由此，載波周期縮短效果改善，能夠得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的其他的特性圖。
在圖14的箭頭上方，原封不動(dòng)地表示100％相位調(diào)制的相位90度中的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。在箭頭下方，表示調(diào)整后的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間。
與圖9的不同之處在于，在所有的相中削減相同的導(dǎo)通期間，以使載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)相同。作用效果與圖13的情況相同。
同樣地，圖15中表示在所有的相中追加相同的導(dǎo)通期間，以使載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)相同的情況(100％三相調(diào)制的相位45度)，圖16表示削減相同的導(dǎo)通期間的情況(100％三相調(diào)制的相位75度)。作用效果與圖13、圖14的情況相同。并且，PWM調(diào)制未變化也一樣。
圖17是歸納表示從上述圖13到圖16所示的調(diào)整后的上臂的導(dǎo)通期間、通電期間、非通電期間的特性圖。
在相位60度，即使不調(diào)整，載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)也相同，所以不調(diào)整。
之所以展示從相位30度到90度，是因?yàn)榧词瓜鄳?yīng)的相不同也為該圖形的反復(fù)。
圖18是表示關(guān)于各相位從圖7調(diào)整到圖17的相關(guān)的數(shù)值。載波周期內(nèi)的導(dǎo)通裕度31表示在圖7中在載波周期內(nèi)的上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間，能夠相同追加的導(dǎo)通期間(任何一個(gè)上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間與載波周期一致時(shí)的追加導(dǎo)通期間)。所以，在相位30度為最大，在相位90度為最小。
調(diào)整量33是為了載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)相同而需要的調(diào)整量(在所有的相中，相同地追加或者削減的期間)。正表示追加，負(fù)表示削減。如上述，在相位60度中為0。
調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32表示將圖7的調(diào)整量33應(yīng)用于圖17中，U、V、W內(nèi)的上臂開關(guān)元件的最大導(dǎo)通期間和載波周期之間的差的期間。即，在相位30度、90度為最大，在相位60度為最小。
(實(shí)施方式5)圖19表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第一例。該圖在從圖3的相位0度到60度、從120度到180度、從240度到300度，上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為0％或接近于0％的相，為此應(yīng)用了圖18的調(diào)整量33。追加的導(dǎo)通期間在相位0度為0，在相位60度為0，所以在與未追加導(dǎo)通期間的相位之間不產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)，在其他位置也同樣。
與實(shí)施方式4一樣，PWM調(diào)制未變化，載波周期縮短效果被改善并得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第二例。該圖在圖3的相位從60度到120度、從180度到240度、從300度到360度，上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為100％或接近于100％的相，為此應(yīng)用了圖18的調(diào)整量33。削減的導(dǎo)通期間在相位60度為0，在相位120度為0，所以在與未削減導(dǎo)通期間的相位之間不產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)。在其他位置也一樣。
與實(shí)施方式4一樣，PWM調(diào)制未變化，能夠得到實(shí)現(xiàn)改善載波周期縮短的效果且進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
圖21是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的三相調(diào)制各相波形的特性圖的第三例。該圖涵蓋圖3的所有相位區(qū)域，應(yīng)用圖18的調(diào)整量33。
與實(shí)施方式4一樣，PWM調(diào)制未變化，載波周期縮短效果被改善，能夠得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。而且，在所有相位都能得到效果。
(實(shí)施方式6)在從上述實(shí)施方式1到5中，敘述了100％調(diào)制，下面說明100％以下。
將相位設(shè)為θ，調(diào)制度設(shè)為δ(100％調(diào)制為1，0％調(diào)制為0)，占空比100％設(shè)為1，并將圖18中載波周期內(nèi)的導(dǎo)通期間裕度31、調(diào)整量33、調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32用式子表現(xiàn)。以從相位30度到90度為例，將U相作為相位的基準(zhǔn)，V相的相位為-120度。
載波周期內(nèi)的導(dǎo)通期間裕度31為U相和占空比100％之間的差，所以為(式1)。這在三相中都是上臂開關(guān)元件為截止的期間。
0.5-0.5δsinθ三相中，上臂開關(guān)元件都為導(dǎo)通的期間等于V相的上臂開關(guān)元件導(dǎo)通期間占空比，所以為(式2)。
0.5δsin(θ-120)+0.5
如實(shí)施方式4，使載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)變得相同時(shí)，調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32以載波周期中央的非通電期間和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間的平均表示，所以，為將(式1)和(式2)之和除以2的式子。如果使用加法定理進(jìn)行整理，則為(式3)。
-38δsinθ-38δcosθ+0.5]]>調(diào)整量33為載波周期內(nèi)的導(dǎo)通期間裕度31＝(式1)和調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32＝(式3)之間的差，所以為(式4)。
-18δsinθ-38δcosθ]]>所以，除了100％調(diào)制以外，如實(shí)施方式4，使載波周期中央的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通)和載波周期內(nèi)的前端、后端的非通電期間(U、V、W三相所有的上臂開關(guān)元件為截止)變得相同的情況下，調(diào)整量33以(式4)表示。(式4)中δ為系數(shù)，所以調(diào)整量33與調(diào)制度δ(在100％調(diào)制為1，在0％調(diào)制為0)成比例。
通過以上可知，PWM三相調(diào)制的調(diào)制度越高，越要使追加或者削減的相同的導(dǎo)通期間大。由此，根據(jù)調(diào)制度，能夠應(yīng)用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通或者截止期間。并且，在所有調(diào)制度，能夠改善載波周期縮短效果。所以，能夠得到實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的低噪音低振動(dòng)的逆變器裝置。
另外，在上述各實(shí)施方式中，基于上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間進(jìn)行了說明，但是，在截止期間的表現(xiàn)，或者在下臂開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止期間的表現(xiàn)也可能。使電動(dòng)機(jī)為無傳感器DC無電刷電動(dòng)機(jī)，但是也能應(yīng)用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等。
而且，也能應(yīng)用于附加位置檢測(cè)傳感器、具備多個(gè)位置檢測(cè)用電流傳感器的電動(dòng)機(jī)中?？梢詫⒁酝娜嗾{(diào)制作為通常模式使用，將本發(fā)明的三相調(diào)制使用作為肅靜模式。本發(fā)明的三相調(diào)制如圖17、圖18所示，即使調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32最小也有6.7％(相位60度等)。即，限于在最大輸出時(shí)，如果不尋求載波周期縮短效果，則使調(diào)整后的導(dǎo)通期間裕度32的最小值為0％，并能將輸出提高7％[1/(100％-6.7％)]。
(實(shí)施方式7)圖22表示將本發(fā)明的實(shí)施方式7中的本發(fā)明的逆變器裝置應(yīng)用于車輛的一例的說明圖。
上述的逆變器裝置60(相當(dāng)于圖1中的21)將具有電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)壓縮機(jī)61、室外熱交換器63、室外風(fēng)扇62都搭載于車輛前方的引擎室。另一方面，車輛室內(nèi)配置室內(nèi)送風(fēng)扇65、室內(nèi)熱交換器67、空調(diào)控制器64。從空氣導(dǎo)入口66吸入車外空氣，將由室內(nèi)熱交換器67進(jìn)行熱交換后的空氣噴出到車室內(nèi)。
搭載于引擎室的電動(dòng)壓縮機(jī)61的噪音振動(dòng)通過車體傳遞到車室內(nèi)，而且，使噪音擴(kuò)大到車輛周圍。在用于車輛用的空調(diào)裝置的電動(dòng)壓縮機(jī)中，受搭載空間、重量等的制約難以使用防音裝置。而且為了防止向車室內(nèi)傳遞振動(dòng)，必須將振動(dòng)抑制得小，但是同樣地難以使用防振裝置。
由上述逆變器裝置驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)壓縮機(jī)能大大降低噪音振動(dòng)本身的產(chǎn)生，應(yīng)用于車輛時(shí)的肅靜性的效果大。特別在電車、混合式車、燃料電池車等沒有引擎噪音的車輛中效果更大。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上，本發(fā)明中的逆變器裝置能得到高的低噪音低振動(dòng)性，所以能應(yīng)用于各種民生用產(chǎn)品、各種產(chǎn)業(yè)用設(shè)備。特別適用于車輛用空調(diào)裝置。
權(quán)利要求
1.一種逆變器裝置，在直流電源的正負(fù)端子之間具有三組串聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)元件而構(gòu)成的串聯(lián)電路，并將這兩個(gè)所述開關(guān)元件的連接點(diǎn)連接到電動(dòng)機(jī)，將所述直流電源的直流電壓由PWM三相調(diào)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此，將正弦波狀的交流電流向所述電動(dòng)機(jī)輸出，連接在所述直流電源的正端子的上臂開關(guān)元件對(duì)每個(gè)所述PWM三相調(diào)制的載波周期，在所有的相中，添加或削減相同的導(dǎo)通期間，并使所述載波周期內(nèi)的通電時(shí)間為兩次。
2.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，在所述上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為0％或者所述載波周期的5％以下的相的情況下，在所有的相追加相同的導(dǎo)通期間。
3.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，在所述上臂開關(guān)元件的導(dǎo)通期間有為100％或者所述載波周期的95％以上的相的情況下，在所有的相削減相同的導(dǎo)通期間。
4.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，所述導(dǎo)通期間的追加或削減在所述載波周期內(nèi)的中央部進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，在所有的相追加或者削減相同的導(dǎo)通期間，以使所有所述上臂開關(guān)元件為導(dǎo)通的期間和所有上述上臂開關(guān)元件為截止的期間成為相同的時(shí)間。
6.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，使所述導(dǎo)通期間的追加或者削減連續(xù)，以使相對(duì)于相位的變化沒有不連續(xù)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，所述PWM三相調(diào)制的調(diào)制度越高，越使所述追加或削減的導(dǎo)通期間大。
8.一種車輛用空調(diào)裝置，搭載了從權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任意一項(xiàng)所述的逆變器裝置。
全文摘要
本發(fā)明的逆變器裝置在直流電源(1)的正負(fù)端子之間具有三組串聯(lián)連接兩個(gè)開關(guān)元件(2)而構(gòu)成的串聯(lián)電路，并將這兩個(gè)開關(guān)元件的連接點(diǎn)連接到電動(dòng)機(jī)(11)，將直流電源的直流電壓由PWM三相調(diào)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此，將正弦波狀的交流電流向電動(dòng)機(jī)輸出。連接在直流電源的正端子的上臂開關(guān)元件對(duì)每個(gè)PWM三相調(diào)制的載波周期，在所有的相中，添加或削減相同的導(dǎo)通期間，并使載波周期內(nèi)的通電期間為兩次。
文檔編號(hào)B60H1/32GK1973426SQ20058002123
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者后藤尚美 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社