(57)【要約】【課題】空調装置における冷却機能を低下させることなく、インバータの発熱を抑制することが可能なモータ／コンプシステム、空調装置、及びその空調装置におけるインバータの発熱抑制方法を提供することを目的とする。【解決手段】電動モータ１１−２の駆動に基づいて冷媒を圧縮するコンプレッサ１１−１と、電動モータ１１−２の駆動を、複数のスイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータ１１−３と、インバータ１１−３から発生する熱の温度Ｔを検出する温度検出回路１１−３−２と、温度検出回路１１−３−２−で検出される温度Ｔに基づいて、複数のスイッチング素子のスイッチング回数を可変させるスイッチング周波数制御回路１１−３−１とを備える。【選択図】  図２
2004212004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動により冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記モータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータとを備えるモータ／コンプシステムにおいて、
前記インバータ近傍の温度を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出される温度に基づいて、前記モータが指示されている回転数を変化させること無く、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させる制御手段と、
を備えることを特徴とするモータ／コンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ／コンプシステムであって、
前記スイッチング素子は、ＰＷＭ制御により駆動され、
前記制御手段は、前記検出手段で検出される温度に基づいて、前記スイッチング素子の駆動信号のデューティを一定にしたまま、前記スイッチング周波数を可変させることを特徴とするモータ／コンプシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ／コンプシステムであって、
前記制御手段は、前記スイッチング周波数を可変するスイッチング周波数可変手段と、
前記検出手段で検出される温度が所定の温度を超えるか否かを判定する判定手段とを備え、
前記スイッチング周波数可変手段は、前記判定手段が前記検出手段で検出された温度が前記所定の温度を超えたと判定したとき、前記スイッチング周波数を低くし、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とするモータ／コンプシステム。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のモータ／コンプシステムであって、前記冷媒で前記インバータを冷却することを特徴とするモータ／コンプシステム。
【請求項５】
モータの駆動に基づいて気化された冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサで圧縮された冷媒を液化するコンデンサと、
前記コンデンサで液化された冷媒を気化するエバポレータと、
前記モータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータとを備える空調装置において、
前記インバータ近傍の温度を検出する検出回路と、
前記検出回路で検出される温度に基づいて、前記モータが指示されている回転数を変化させること無く、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させる制御回路と、
を備えることを特徴とする空調装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空調装置であって、
前記スイッチング素子は、ＰＷＭ制御により駆動され、
前記制御回路は、前記検出回路で検出される温度に基づいて、前記スイッチング素子の駆動信号のデューティを一定にしたまま、前記スイッチング周波数を可変させることを特徴とする空調装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空調装置であって、
前記制御回路は、前記スイッチング周波数を可変するスイッチング周波数可変回路と、
前記検出回路で検出される温度が所定の温度を超えるか否かを判定する判定回路とを備え、
前記スイッチング周波数可変回路は、前記判定回路が前記検出回路で検出された温度が前記所定の温度を超えたと判定したとき、前記スイッチング周波数を低くし、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする空調装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７の何れか１項に記載の空調装置であって、前記冷媒で前記インバータを冷却することを特徴とする空調装置。
【請求項９】
エバポレータで気化された冷媒を圧縮するコンプレッサを備える空調装置において、前記コンプレッサのモータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータの発熱を抑制する発熱抑制方法であって、
前記インバータ近傍の温度を検出し、
前記検出される温度に基づいて、前記モータが指示されている回転数を変化させること無く、前記複数のスイッチング素子のスイッチング周波数を可変させることを特徴とする発熱抑制方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の発熱抑制方法であって、
前記スイッチング素子をＰＷＭ制御により駆動し、
前記検出された温度に基づいて、前記スイッチング素子の駆動信号のデューティを一定にしたまま、前記スイッチング周波数を可変させることを特徴とする発熱抑制方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発熱抑制方法であって、
前記検出された温度が所定の温度を超えるか否かを判定し、
前記検出された温度が所定の温度を超えたと判定されたとき、前記スイッチング周波数を低くし、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることを特徴とする発熱抑制方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１の何れか１項に記載の発熱抑制方法であって、前記冷媒で前記インバータを冷却することを特徴とする発熱抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの駆動により冷媒を圧縮するコンプレッサを備えて構成されるモータ／コンプシステムと、そのモータのインバータを冷却する機能を有する空調装置と、そのインバータの発熱抑制方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車などに搭載される空調装置は、以下のような工程を繰り返し行うことにより冷却機能を構成している。
（１）気化状態の冷媒をコンプレッサで圧縮する。
（２）圧縮された冷媒をコンデンサで液化する。
（３）液化状態の冷媒をエバポレータで気化し、エバポレータの周囲にある空気などから気化熱を奪う。
【０００３】
そして、空調装置は、気化熱が奪われた空気を、ファンなどを回転させ、空調装置の外へ送り出すことによって、車内の空気の温度を調整している。
ところで、このような空調装置のコンプレッサは、電気自動車などの場合モータの駆動により冷媒を所望な圧縮率で圧縮するものであり、所望な圧縮率で効率良く冷媒を圧縮させるためには、インバータによりモータの駆動を適切に制御する必要がある。
【０００４】
しかしながら、インバータは、主に、スイッチング素子などで構成され、そのスイッチング素子のスイッチング損失により、発熱しやすい回路である。そして、このようなインバータにおいて過剰な温度上昇が続いた場合、その熱によりインバータ自体を破損させてしまう場合がある。
【０００５】
そこで、このようなインバータの破損を防ぐために、従来では、以下のような構成によりインバータ自体の発熱を抑制している。
従来の空調装置では、コンプレッサの冷媒吸入部付近にインバータを設け、そのコンプレッサへ吸入される冷媒でインバータを直接冷却し、更に、コンプレッサのモータの回転数を下げることで、インバータへの入力電流を下げ、インバータの発熱を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２４３２４６号  （第４〜７頁、第１及び２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述する従来の空調装置では、インバータ自体の発熱を抑えるために、モータの回転数を下げているので、コンプレッサの圧縮能力が低下してしまい、その分、空調装置の冷却能力も低下してしまうという問題がある。
【０００８】
また、空調装置の冷却能力が低下することにより、インバータの発熱を抑制させる効果も小さくなるという問題もある。
そこで、本発明は、上記問題点を考慮し、空調装置の冷却機能を低下させることなく、インバータの発熱を抑制することが可能なモータ／コンプシステム、空調装置、及びその空調装置におけるインバータの発熱抑制方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成及び方法を採用した。
すなわち、本発明のモータ／コンプシステムは、モータの駆動により冷媒を圧縮するコンプレッサと、上記モータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータとを備えるモータ／コンプシステムであって、上記インバータ近傍の温度を検出する検出手段と、該検出手段で検出される温度に基づいて、上記モータが指示されている回転数を変化させること無く、上記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これより、例えば、検出手段で検出される温度が上昇する場合、スイッチング素子のスイッチング周波数（単位時間あたりのスイッチング回数）を低下させることで、スイッチング損失を低減することができ、インバータの発熱を抑制することができる。
【００１１】
なお、モータが指示されている回転数とは、要求される冷却性能を発揮するために指示されている回転数のことであり、例えば空調装置の温度センサや、空調装置の設定温度等によって決まる値である。
また、上記モータ／コンプシステムは、上記スイッチング素子が、ＰＷＭ制御により駆動され、上記制御手段が、上記検出手段で検出される温度に基づいて、上記スイッチング素子の駆動信号のデューティを一定にしたまま、上記スイッチング周波数を可変させるように構成してもよい。
【００１２】
また、上記モータ／コンプシステムの制御手段は、上記スイッチング周波数を可変するスイッチング周波数可変手段と、上記検出手段で検出される温度が所定の温度を超えるか否かを判定する判定手段とを備え、上記スイッチング周波数可変手段は、上記判定手段が上記検出手段で検出された温度が上記所定の温度を超えたと判定したとき、上記スイッチング周波数を低くし、上記スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させるように構成してもよい。
【００１３】
また、上記モータ／コンプシステムは、上記冷媒で上記インバータを冷却するように構成してもよい。
これより、検出手段で検出される温度が上昇し、所定の温度を超えるとき、各スイッチング素子のキャリア周波数を低下させることで、モータの回転数を下げることなく、インバータの発熱を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の空調装置は、モータの駆動に基づいて気化された冷媒を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサで圧縮された冷媒を液化するコンデンサと、該コンデンサで液化された冷媒を気化するエバポレータと、上記モータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータとを備える空調装置であって、上記インバータ近傍の温度を検出する検出回路と、該検出回路で検出される温度に基づいて、上記モータが指示されている回転数を変化させること無く、上記スイッチング素子のスイッチング周波数を可変させる制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これより、例えば、検出回路で検出される温度が上昇するとき、スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることで、スイッチング素子の損失を低減することができ、インバータの発熱を抑制することができるので、空調装置の冷却能力の低下を防止することができる。
【００１６】
また、上記空調装置の前記スイッチング素子が、ＰＷＭ制御により駆動され、上記制御回路は、上記検出回路で検出される温度に基づいて、上記スイッチング素子の駆動信号のデューティを一定にしたまま、上記スイッチング周波数を可変させるように構成してもよい。
【００１７】
また、上記空調装置の制御回路は、上記スイッチング周波数を可変するスイッチング周波数可変回路と、上記検出回路で検出される温度が所定の温度を超えるか否かを判定する判定回路とを備え、上記スイッチング周波数可変回路は、上記判定回路が上記検出回路で検出された温度が上記所定の温度を超えたと判定したとき、上記スイッチング周波数を低くし、上記スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させるように構成してもよい。
【００１８】
また、上記空調装置は、上記冷媒で上記インバータを冷却するように構成してもよい。
これより、検出回路で検出される温度が上昇し、所定の温度を超えるとき、スイッチング素子のキャリア周波数を低下させることで、モータの回転数を下げることなく、インバータの発熱を抑制することができる。すなわち、空調装置の冷房機能を低下させることなく、インバータの発熱を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の範囲は、エバポレータで気化された冷媒を圧縮するコンプレッサを備える空調装置において、そのコンプレッサのモータの駆動を、スイッチング素子のオン、オフに基づいて制御するインバータの発熱を抑制する発熱抑制方法にまで及ぶ。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の空調装置を示す図である。
図１に示すように、空調装置１０は、冷媒を圧縮するモータ／コンプシステム１１と、圧縮された冷媒を液化させるコンデンサ１２と、液化された冷媒を気化させるエバポレータ１３と、エバポレータ１３で冷やされた空気などを空調装置１０の外に送り出すファン１４と、冷媒が通る冷媒管１５とを備えて構成される。尚、空調装置１０の各構成要素により構成される冷却機能は、上述の従来の空調装置の冷却機能とほぼ同じ動作となるのでその説明を省略する。また、上記ファン１４は、周知のモータで駆動されるものである。
【００２１】
そして、上記空調装置１０は、例えば、電気自動車などに搭載されるものであって、車内又は車外の空気をエバポレータ１３により冷やし、その冷やされた空気をファン１４で車内に送り出すことにより車内の空気の温度を調整する。
次に、上記空調装置１０のモータ／コンプシステム１１について説明する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態のモータ／コンプシステム１１を示す図である。
図２に示すように、モータ／コンプシステム１１は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１１−１と、コンプレッサ１１−１を駆動させる電動モータ１１−２と、電動モータ１１−２の駆動を制御するインバータ１１−３と、インバータ１１−３の近傍に設けられるサーミスタなどにより温度を検出し、その検出された温度を示す検出信号を生成する温度検出回路１１−４（検出手段、検出回路）とを備えて構成される。
【００２３】
また、上記インバータ１１−３は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの複数のスイッチング素子からなるスイッチング回路１１−３−１と、制御回路１１−５（制御手段）とを備えて構成される。制御回路１１−５は、スイッチング回路１１−３−１の各スイッチング素子のオン、オフのタイミングを制御するための基準となるスイッチング信号のスイッチング周波数を制御する制御信号Ｖ１を生成するスイッチング周波数制御回路１１−３−２（スイッチング周波数可変手段、スイッチング周波数可変回路）と、温度検出回路１１−４で生成される検出信号に基づいて、スイッチング周波数制御回路１１−３−２の動作を制御する制御信号Ｖ２を生成する温度判定回路１１−５−１（判定手段、判定回路）を備えて構成される。尚、上記スイッチング回路１１−３−１の各スイッチング素子のオン、オフのタイミングは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御されるものであって、そのＰＷＭ制御に用いられるキャリア信号は、例えば、三角波信号やのこぎり波など特には限定されない。
【００２４】
そして、上記インバータ１１−３は、スイッチング回路１１−３−１の各スイッチング素子を制御信号Ｖ１に基づいて、所定のタイミングでオン、オフさせることにより、デューティを変化させて、電動モータ１１−２を所望な回転数で駆動させる。
【００２５】
尚、制御回路１１−５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などで構成され、各種空調情報に基づいて、空調装置１０の各動作を制御するために、演算処理を行うものである。
【００２６】
図３は、制御回路１１−５の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
制御回路１１−５は、まず、ステップＳ１において、温度検出回路１１−４で検出された温度Ｔを示す検出信号を受け取る。
【００２７】
次に、ステップＳ２において、検出された温度Ｔと予めＲＯＭなどに記録される温度Ｔ１とを比較し、温度Ｔが温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する。
そして、温度Ｔが温度Ｔ１よりも高いと判定する場合（ステップＳ２がＹｅｓ）、ステップＳ３において、コンプレッサ１１−１の駆動を停止させる旨の制御信号Ｖ２を生成し、スイッチング周波数制御回路１１−３−２に出力する。スイッチング周波数制御回路１１−３−２は、この制御信号Ｖ２に基づいて、各スイッチング素子の駆動を停止させ、コンプレッサ１１−１の駆動を停止させる。
【００２８】
一方、温度Ｔが温度Ｔ１よりも低いと判定する場合（ステップＳ２がＮｏ）、ステップＳ４において、検出された温度Ｔと予めＲＯＭなどに記録される温度Ｔ２とを比較し、温度Ｔが温度Ｔ２よりも高いか否かを判定する。
そして、温度Ｔが温度Ｔ２よりも高いと判定する場合（ステップＳ４がＹｅｓ）、ステップＳ５において、スイッチング周波数を所定値Ａ１にするための制御信号Ｖ２を生成し、スイッチング周波数制御回路１１−３−２に出力し、ステップＳ１に戻る。スイッチング周波数制御回路１１−３−２は、この制御信号Ｖ２に基づいて、スイッチング周波数を所定値Ａ１に制御する。
【００２９】
一方、温度Ｔが温度Ｔ１よりも低いと判定する場合（ステップＳ４がＮｏ）、ステップＳ６において、スイッチング周波数を所定値Ａ２にするための制御信号Ｖ２を生成し、スイッチング周波数制御回路１１−３−２に出力し、ステップＳ１に戻る。スイッチング周波数制御回路１１−３−２は、この制御信号Ｖ２に基づいて、スイッチング周波数を所定値Ａ２に制御する。尚、温度Ｔ１は、温度Ｔ２よりも高い。
【００３０】
すなわち、例えば、温度Ｔ１が８０℃、温度Ｔ２が６０℃である場合で、且つ、制御信号Ａ１により設定されるスイッチング周波数が１０ｋＨｚ、制御信号Ａ２により設定されるスイッチング周波数が１５ｋＨｚである場合、検出される温度Ｔが６０℃以下であれば、スイッチング周波数は１５ｋＨｚに設定され、温度Ｔが６１℃以上８０℃以下であれば、スイッチング周波数は１０ｋＨｚに設定され、温度Ｔが８１℃以上であれば、スイッチング周波数は０ｋＨｚに設定され、電動モータ１１−２の駆動が停止する。（異常停止）尚、上記所定値Ａ１及びＡ２は、可聴周波数帯域以上となるように設定されることが望ましい。
【００３１】
このように、インバータ１１−３の近傍で検出される温度に基づいて、スイッチング信号の周波数を可変することにより、スイッチング回路１１−３−１の各スイッチング素子の駆動信号のデューティを変えずに、各スイッチング素子の単位時間あたりのスイッチング回数（スイッチング周波数）を変えることができる。
【００３２】
これより、インバータ１１−３が過熱する場合、スイッチング周波数を低くすることにより、電動モータ１１−２は指示された回転数のままで、各スイッチング素子のスイッチング周波数を小さくすることができるので、各スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができる。これより、インバータ１１−３の発熱を抑制することができ、インバータ１１−３の破損を防止することが可能となる。
【００３３】
また、電動モータ１１−２は指示された回転数のままで、各スイッチング素子のスイッチング周波数を小さくすることができるので、空調装置１０の冷却機能を低下させることを防ぐことができると共に、インバータ１１−３の冷却機能も低下させることを防ぐことができる。
【００３４】
＜その他の実施形態＞
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において、種々の構成を採用可能である。例えば、以下のような構成変更も可能である。
【００３５】
（１）電気自動車に空調装置１０を搭載する場合で、且つ、メインバッテリを走行用モータの駆動用のバッテリ、及び空調装置１０の電動モータ１１−２の駆動用のバッテリとして兼用する場合において、たとえ、インバータ１１−３の温度が上昇しても、電動モータ１１−２の消費電力は変わらないので、安定した電力を走行用モータに供給することができる。
【００３６】
（２）また、本実施の形態では、温度判定のしきい値が２つで、温度を３段階に判定してスイッチング周波数を変化させているが、２段階でも４段階以上でもよい。
（３）また、本実施の形態では、インバータ１１−３に冷媒が通る構成であるが、インバータ１１−３に冷媒が通らない構成でもよい。
【００３７】
（４）また、本実施の形態におけるスイッチング回路１１−３−１のスイッチング素子は、ＦＥＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など特には限定されない。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることで、スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができるので、インバータの発熱を抑制することができ、インバータの破損を防止することが可能となる。
【００３９】
また、スイッチング素子のスイッチング周波数を低下させることで、モータは指示された回転数のまま、インバータの発熱を抑制することができるので、空調装置の冷却機能を低下させることを防ぐことができる共に、インバータの冷却機能も低下させることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の空調装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のモータ／コンプシステムを示す図である。
【図３】制御回路の動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
１０  空調装置
１１  モータ／コンプシステム
１１−１  コンプレッサ
１１−２  電動モータ
１１−３  インバータ
１１−３−１  スイッチング回路
１１−３−２  スイッチング周波数制御回路
１１−４  温度検出回路
１１−５  制御回路
１１−５−１  温度判定回路
１２  コンデンサ
１３  エバポレータ
１４  ファン
１５  冷媒管
【図１】
2004212004.tif 000003
【図２】
2004212004.tif 000004
【図３】
2004212004.tif 000005