(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮部を駆動させる電動モータと、
バッテリからの直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を有するとともに前記電動モータを駆動させるモータ駆動回路と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
前記バッテリから前記スイッチング素子に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が上昇して、予め定められた温度閾値に達したときに前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる停止制御と、
前記電動モータの回転により発生する逆起電力を抑制する弱め界磁制御と、を行う電動圧縮機であって、
前記制御部は、前記バッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの、前記スイッチング素子の耐熱温度を基準値として、前記バッテリの使用電圧範囲において低電圧側に向かうにつれて前記基準値から値が徐々に上昇するように、前記電圧検出部により検出される直流電圧を変数とした関数を用いて前記温度閾値を設定することを特徴とする電動圧縮機。
【請求項２】
前記制御部は、前記温度閾値を、前記バッテリの直流電圧に対応付けられた前記耐熱温度に近づくように設定することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、電動圧縮機は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮部と、圧縮部を駆動させる電動モータと、電動モータを駆動させるためのモータ駆動回路とを備えている。モータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を有する。そして、各スイッチング素子のスイッチング動作によって、バッテリ（直流電源）からの直流電圧が交流電圧に変換され、交流電圧が駆動電圧として電動モータに印加されることにより、電動モータの駆動が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スイッチング素子は、スイッチング動作によって発熱する。そして、スイッチング素子のスイッチング動作により生じる発熱量が多くなって、スイッチング素子の温度が、スイッチング素子の耐熱温度を越えてしまうと、スイッチング素子が破損してしまう虞がある。
【０００５】
そこで、例えば、スイッチング素子の温度を検出する温度センサにより検出された温度が上昇して、予め定めされた温度閾値に達したときに、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させて、電動モータの駆動を停止させる制御が行われている。ここで、電動圧縮機の駆動トルクを一定として考えると、バッテリの直流電圧が高いほど、スイッチング素子のスイッチング損失が増えて、スイッチング素子の温度が上昇する。また、温度センサにより検出された温度と、実際のスイッチング素子の温度とには誤差が生じるため、実際のスイッチング素子の温度を正確に把握することは困難である。よって、温度センサにより検出された温度がスイッチング素子の耐熱温度であると推定される推定温度が、バッテリの直流電圧に対応付けられて予め求められている。この推定温度は、バッテリの直流電圧が高いほど、スイッチング素子のスイッチング損失が増えて、スイッチング素子の温度の上昇度合が大きくなることから、バッテリの直流電圧が高いほど低く設定されている。よって、上記温度閾値は、電動圧縮機で通常使用されるバッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの推定温度に設定される。
【０００６】
また、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のとき、電動モータの回転数を上昇させると、電動モータの回転により発生する磁束によって逆起電力が発生する。そして、この逆起電力が、電動モータに印加される駆動電圧と等しくなると、電動モータの回転数を上昇させることができなくなってしまう。
【０００７】
そこで、電動モータの回転により発生する逆起電力を抑制する弱め界磁制御が一般的に行われている。弱め界磁制御は、電動モータの回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路から電動モータに出力することにより、逆起電力を抑制する。これによれば、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときでも、一定の高いトルクでより高い回転数で電動圧縮機を運転とすることが可能となる。
【０００８】
しかしながら、実際のスイッチング素子の温度と温度センサにより検出された温度との相関関係は、モータ駆動回路から電動モータに出力される電流の量により変化する。具体的には、モータ駆動回路の回路基板を流れる電流の量が多くなると、回路基板から発せられる熱が多くなるため、回路基板から温度センサに伝達される熱の量が多くなり、温度センサの温度が上昇する。一方、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときに、弱め界磁制御が行われていると、電動モータの回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路から電動モータに出力する分、温度センサの温度が上昇する。すると、スイッチング素子の温度が、耐熱温度（推定温度）に対してまだ余裕があるにも拘わらず、温度センサにより検出された温度が上昇して温度閾値に達することで、スイッチング素子のスイッチング動作が停止して、電動モータの駆動が停止し、電動圧縮機の運転が停止してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときに、スイッチング素子の温度が耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず運転が停止してしまう可能性を低減することができる電動圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する電動圧縮機は、圧縮部を駆動させる電動モータと、バッテリからの直流電圧を交流電圧に変換するスイッチング素子を有するとともに前記電動モータを駆動させるモータ駆動回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御部と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、前記バッテリから前記スイッチング素子に印加される直流電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が上昇して、予め定められた温度閾値に達したときに前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させる停止制御と、前記電動モータの回転により発生する逆起電力を抑制する弱め界磁制御と、を行う電動圧縮機であって、前記制御部は、前記バッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの、前記スイッチング素子の耐熱温度を基準値として、前記バッテリの使用電圧範囲において低電圧側に向かうにつれて前記基準値から値が徐々に上昇するように、前記電圧検出部により検出される直流電圧を変数とした関数を用いて前記温度閾値を設定する。
【００１１】
例えば、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときに、電動圧縮機の駆動トルクを、一定の高いトルクとするために、制御部による弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御は、電動モータの回転により発生する逆起電力を抑制するために、電動モータの回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路から電動モータに出力する。このため、制御部による弱め界磁制御が行われているときは、電動モータの回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路から電動モータに出力する分、スイッチング素子の温度が上昇する。
【００１２】
例えば、温度閾値が、バッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの耐熱温度に設定されていると、スイッチング素子の温度が、耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、温度検出部により検出された温度が上昇して温度閾値に達してしまう場合がある。すると、制御部による停止制御が行われて、スイッチング素子のスイッチング動作が停止され、電動圧縮機の運転が停止してしまう。
【００１３】
そこで、制御部は、温度閾値を、バッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの、スイッチング素子の耐熱温度を基準値として、バッテリの使用電圧範囲において低電圧側に向かうにつれて基準値から値が徐々に上昇するように、電圧検出部により検出される直流電圧を変数とした関数を用いて設定する。これによれば、例えば、温度閾値が、バッテリの使用電圧範囲において最も高い電圧のときの耐熱温度に設定されている場合に比べると、スイッチング素子の温度が、耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、制御部による停止制御が行われてしまう可能性を低減することができる。その結果、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときに、スイッチング素子の温度が耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、電動圧縮機の運転が停止してしまう可能性を低減することができる。
【００１４】
上記電動圧縮機において、前記制御部は、前記温度閾値を、前記バッテリの直流電圧に対応付けられた前記耐熱温度に近づくように設定することが好ましい。
これによれば、温度閾値を、スイッチング素子の耐熱温度に極力近づけることができるため、電動圧縮機の運転領域を極力拡大させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、バッテリの使用電圧範囲において低電圧のときに、スイッチング素子の温度が耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず運転が停止してしまう可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態における電動圧縮機を示す側断面図。
【図２】モータ駆動回路の回路図。
【図３】バッテリの直流電圧とスイッチング素子の温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、電動圧縮機を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、本実施形態の電動圧縮機は、車両に搭載されるとともに車両空調装置に用いられる。
図１に示すように、電動圧縮機１０のハウジング１１内には、冷媒を圧縮して吐出する圧縮部１２と、圧縮部１２を駆動させる電動モータ１３とが収容されている。圧縮部１２は、ハウジング１１内に固定された固定スクロール１２ａと、固定スクロール１２ａに対向配置された可動スクロール１２ｂとで構成されている。電動モータ１３は、回転軸１５に止着されて回転軸１５と一体的に回転するロータ１３ａと、ハウジング１１の内周面に固定されたステータ１３ｂとから構成されている。
【００１８】
ハウジング１１の底壁にはカバー１６が取り付けられている。カバー１６とハウジング１１の底壁とによって区画される空間には、電動モータ１３を駆動させるためのモータ駆動回路２０（図１において破線で示す）が収容されている。本実施形態では、回転軸１５の軸線Ｌが延びる方向（軸方向）に沿って、圧縮部１２、電動モータ１３及びモータ駆動回路２０がこの順序で並設されている。
【００１９】
図２に示すように、モータ駆動回路２０は、複数のスイッチング素子２１，２２と、電流平滑化用のコンデンサ２３とを有する。各スイッチング素子２１，２２にはダイオード２４が接続されている。ダイオード２４は、電動モータ１３で発生する逆起電力をバッテリ２５（直流電源）に還流させる。
【００２０】
各スイッチング素子２１，２２のベース側は、制御コンピュータ３０に信号接続されている。制御コンピュータ３０は、各スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作を制御する制御部として機能する。上アーム側のスイッチング素子２１のコレクタ側は、バッテリ２５に接続されており、エミッタ側は、電動モータ１３のコイル１３ｃに接続されている。下アーム側のスイッチング素子２２のエミッタ側は、バッテリ２５に接続されており、コレクタ側は、電動モータ１３のコイル１３ｃに接続されている。
【００２１】
モータ駆動回路２０は、電動モータ１３の駆動電圧をパルス幅変調により制御する。具体的には、搬送波信号と呼ばれる高周波の三角波信号と、電圧を指示するための電圧指令信号とによってＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子２１，２２がスイッチング動作を行うことにより、バッテリ２５から各スイッチング素子２１，２２に印加される直流電圧を交流電圧に変換する。このようにして得られた交流電圧を駆動電圧として電動モータ１３に印加することにより、電動モータ１３の駆動が制御される。
【００２２】
制御コンピュータ３０には、スイッチング素子２１，２２の温度を検出する温度検出部としての温度センサ３１が電気接続されている。本実施形態の温度センサ３１は、スイッチング素子２１，２２の近傍に設けられるサーミスタである。そして、温度センサ３１により検出された情報が制御コンピュータ３０に送られる。
【００２３】
また、温度センサ３１により検出された温度と、実際のスイッチング素子２１，２２の温度とには誤差が生じる。そこで、制御コンピュータ３０には、バッテリ２５の直流電圧と温度センサ３１により検出された温度との関係から予め求められたスイッチング素子２１，２２の耐熱温度であると推定される推定温度が記憶されている。
【００２４】
図３に示す実線Ｌ１は、電動圧縮機１０の駆動トルクが、一定の高いトルクであるときの、バッテリ２５の直流電圧と推定温度との関係を示している。
ここで、電動圧縮機１０の駆動トルクを一定として考えると、バッテリ２５の直流電圧が高いほど、スイッチング素子２１，２２のスイッチング損失が増えて、スイッチング素子２１，２２の温度が上昇する。よって、推定温度は、バッテリ２５の直流電圧が高いほど、スイッチング素子２１，２２のスイッチング損失が増えて、スイッチング素子２１，２２の温度の上昇度合が大きくなることから、バッテリ２５の直流電圧が高いほど低く設定されている。
【００２５】
図２に示すように、制御コンピュータ３０には、バッテリ２５からスイッチング素子２１，２２に印加される直流電圧を検出する電圧検出部としての電圧センサ３２が電気接続されている。そして、電圧センサ３２により検出された情報が制御コンピュータ３０に送られる。
【００２６】
また、制御コンピュータ３０は、温度センサ３１により検出された温度が上昇して、予め定められた温度閾値Ｔに達したときに、スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作を停止させる停止制御を行う。温度閾値Ｔは、推定温度よりも低い温度である。
【００２７】
図３に示すように、制御コンピュータ３０は、電圧センサ３２により検出される直流電圧を変数とした関数である一次関数の式Ｔ＝Ａ・Ｖｂ＋Ｂを用いて温度閾値Ｔを設定するプログラムを備えている。Ｖｂは電圧センサ３２により検出される直流電圧であり、Ａ，Ｂは定数である。この一次関数の式により設定される温度閾値Ｔは、電動圧縮機１０で通常使用されるバッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘ（例えば４００Ｖ）のときの推定温度を基準値として、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧（例えば１００Ｖ〜２００Ｖ）側に向かうにつれて基準値から値が徐々に上昇していく。温度閾値Ｔは、バッテリ２５の直流電圧に対応付けられた推定温度（耐熱温度）に近づくように設定されている。
【００２８】
また、制御コンピュータ３０は、電動モータ１３の回転により発生する逆起電力を抑制する弱め界磁制御を行う。
バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧のとき、電動モータ１３の回転数を上昇させると、電動モータ１３の回転により発生する磁束によって逆起電力が発生する。そして、この逆起電力が、電動モータ１３に印加される駆動電圧と等しくなると、電動モータ１３の回転数を上昇させることができなくなってしまう。
【００２９】
そこで、制御コンピュータ３０は、電動モータ１３の回転により発生する逆起電力を抑制する弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御は、電動モータ１３の回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路２０から電動モータ１３に出力することにより、逆起電力を抑制する。よって、電動圧縮機１０において、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧のときでも、一定の高いトルクでより高い回転数で電動圧縮機１０を運転することが可能となる。
【００３０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧のとき、電動圧縮機１０の駆動トルクを、一定の高いトルクとするために制御コンピュータ３０による弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御では、電動モータ１３の回転により発生する逆起電力を抑制するために、電動モータ１３の回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路２０から電動モータ１３に出力する。このため、弱め界磁制御が行われているときは、電動モータ１３の回転により発生する磁束を弱める電流をモータ駆動回路２０から電動モータ１３に出力する分、温度センサ３１の温度が上昇する。
【００３１】
図３に示す実線Ｌ２は、電動圧縮機１０の駆動トルクが、一定の高いトルクであるときの、バッテリ２５の直流電圧と温度センサ３１により検出された温度との関係を示している。
【００３２】
バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧のときに温度センサ３１により検出された温度は、バッテリ２５の使用電圧範囲において中電圧（例えば２００Ｖ〜３００Ｖ）のときに温度センサ３１により検出された温度よりも高くなっている。また、バッテリ２５の使用電圧範囲において高電圧（例えば３００Ｖ〜４００Ｖ）のときに温度センサ３１により検出された温度は、バッテリ２５の使用電圧範囲において中電圧のときに温度センサ３１により検出された温度よりも高くなっている。
【００３３】
例えば、温度閾値Ｔが、バッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘのときの推定温度に設定されていると、スイッチング素子２１，２２の温度が、耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、温度センサ３１により検出された温度が上昇して温度閾値Ｔに達してしまう場合がある。すると、制御コンピュータ３０による停止制御が行われて、スイッチング素子２１，２２のスイッチング動作が停止され、電動圧縮機１０の運転が停止してしまう。
【００３４】
しかし、制御コンピュータ３０は、温度閾値Ｔを、バッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘのときの推定温度を基準値として、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧側に向かうにつれて基準値から値が徐々に上昇するように、電圧センサ３２により検出される直流電圧を変数とした関数を用いて設定する。これによれば、例えば、温度閾値Ｔが、バッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘのときの推定温度に設定されている場合に比べると、スイッチング素子２１，２２の温度が、耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、制御コンピュータ３０による停止制御が行われてしまう可能性が低減される。その結果、バッテリ２５の使用温度範囲において低電圧のときに、スイッチング素子２１，２２の温度が、耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、電動圧縮機１０の運転が停止してしまう可能性が低減される。
【００３５】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）制御コンピュータ３０は、温度閾値Ｔを、バッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘのときの推定温度を基準値として、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧側に向かうにつれて基準値から値が徐々に上昇するように、電圧センサ３２により検出される直流電圧を変数とした関数を用いて設定する。よって、例えば、温度閾値Ｔが、バッテリ２５の使用電圧範囲において最も高い電圧Ｖｍａｘのときの推定温度に設定されている場合に比べると、スイッチング素子２１，２２の温度が耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、制御コンピュータ３０による停止制御が行われてしまう可能性が低減される。その結果、バッテリ２５の使用電圧範囲において低電圧のときに、スイッチング素子２１，２２の温度が耐熱温度に対してまだ余裕があるにも拘わらず、電動圧縮機１０の運転が停止してしまう可能性を低減することができる。
【００３６】
（２）温度閾値Ｔは、バッテリ２５の直流電圧に対応付けられた推定温度に近づくように設定されている。これによれば、温度閾値Ｔを、推定温度、すなわち、スイッチング素子２１，２２の耐熱温度に極力近づけることができるため、電動圧縮機１０の運転領域を極力拡大させることができる。
【００３７】
（３）バッテリ２５の直流電圧に対応付けた温度閾値Ｔをそれぞれ設定することが考えられるが、そうすると、バッテリ２５の直流電圧に対応した制御プログラムを制御コンピュータ３０に記憶させる必要があり、制御プログラムの製造工数の増大を招く。しかし、本実施形態では、温度閾値Ｔを設定するための一次関数の式のみを制御コンピュータ３０に記憶させるだけで済むため、制御プログラムの製造工数の増大を抑えることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、制御コンピュータ３０は、電圧センサ３２により検出される直流電圧を変数とした関数である二次関数の式を用いて温度閾値Ｔを設定するようにしてもよい。
【００３９】
○  実施形態において、温度センサ３１として、例えば、熱電対や放射温度計などを用いてもよい。
○  実施形態において、カバー１６がハウジング１１の周壁に固設されており、ハウジング１１の周壁とカバー１６とによって区画される空間にモータ駆動回路２０が収容されていてもよい。
【００４０】
○  実施形態において、圧縮部１２は、例えば、ピストンタイプやベーンタイプ等であってもよい。
○  実施形態において、電動圧縮機１０は、車両空調装置に用いられなくてもよく、その他の空調装置に用いられてもよい。
【００４１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記関数は一次関数である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…電動圧縮機、１２…圧縮部、１３…電動モータ、２０…モータ駆動回路、２１，２２…スイッチング素子、２５…バッテリ、３０…制御部として機能する制御コンピュータ、３１…温度検出部としての温度センサ、３２…電圧検出部としての電圧センサ。
【図１】
0005975016.tif 000002
【図２】
0005975016.tif 000003
【図３】
0005975016.tif 000004