(57)【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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを備えたインバータ回路と、前記インバータ回路にＰＷＭ変調の通電によりモータ電流をセンサレスＤＣブラシレスモータへ出力させる制御回路と、前記モータ電流を検出する電流センサとを備え、前記モータの運転前において前記インバータ回路から前記モータへ直流電流を出力し前記モータの磁石回転子の位置決めを行うインバータ装置において、前記磁石回転子の位置決め時、前記制御回路は、前記ＰＷＭ変調を固定した状態で前記電流センサにより検出される直流電流値に基づき、前記インバータ回路と前記モータ間における電気接続の状態を診断するインバータ装置。
【請求項２】
前記直流電源の直流電圧値を加味して、前記電気接続の状態診断を行う請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記モータの温度を加味して、前記電気接続の状態診断を行う請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
電動圧縮機のモータを駆動する請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記電動圧縮機は高圧型である請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記電動圧縮機に搭載される請求項４または請求項５に記載のインバータ装置。
【請求項７】
車両に搭載される請求項１から請求項６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、モータの運転前における磁石回転子の位置決め電流値に基づき、インバータ回路とモータ間における電気接続の状態を診断するインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気的接続がなされているかどうか即ち電気接続の有無を診断するインバータ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これについて、以下説明する。図１０は従来の自動車用空調装置図の一例である。直流電源であるバッテリー１０１と電動コンプレッサー駆動装置１０４（インバータ回路）との中間に、電流を平滑するためにコンデンサ１０３を設けている。電動コンプレッサー駆動装置１０４には電動コンプレッサー１０５がコネクタ１１９で接続され、バッテリー１０１と電動コンプレッサー駆動装置１０４とはコネクタ１１１で接続され、中間部には、回路保護のためのヒューズ１０６が設けられている。コンデンサ１０３を充電するための充電抵抗１０９、バッテリー１から電動コンプレッサー駆動装置４へ電力を供給するためのリレー１０８、リレー１０８及び電動コンプレッサー駆動装置１０４を作動させる制御回路１１０も設けられている。ダイオード１１２は、直流電源であるバッテリー１０１が逆極性に接続されても、コンデンサ１０３は充電されず、回路が破損しないように設けてある。充電電流検出回路１１４が充電抵抗１０９と並列に接続され、充電電流検出回路１１４の出力が制御回路１１０に接続されている。
【０００３】
ここで、コネクタ１１１、コネクタ１１９ともに正常に接続されているとする。制御回路１１０は、リレー１０８を開いたままで電動コンプレッサー駆動装置１０４を作動させる。この時、バッテリー１０１から、ヒューズ１０６、コネクタ１１１、ダイオード１１２、充電抵抗１０９、電動コンプレッサー駆動装置１０４、コネクタ１１９、電動コンプレッサー１０５へと電流が流れる。よって、その電流が充電抵抗１０９を流れ、電圧を発生させる。この電圧で充電電流検出回路１１４のＬＥＤが点灯し、もってホトトランジスタがＯＮして、制御回路用電源１０７の電圧が制御回路１１０に伝達される。そのため、制御回路１１０は、コネクタ１１１、コネクタ１１９ともに正常に接続されていると判定する。
【０００４】
ここで、コネクタ１１９が未接続とする。制御回路１１０は、リレー１０８を開いたままで電動コンプレッサー駆動装置１０４を作動させる。この時、電動コンプレッサー駆動装置１０４、コネクタ１１９、電動コンプレッサー１０５への電流が流れない。よって、充電抵抗１０９には電流が流れず、電圧を発生させない。充電電流検出回路１１４のＬＥＤが点灯せず、もってホトトランジスタがＯＦＦしたままで、制御回路用電源１０７の電圧は制御回路１１０に伝達されない。そのため、制御回路１１０は、コネクタ１１１、コネクタ１１９のいずれかが接続されていないと判断する。
【特許文献１】特開平１０−１９３９６０号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来のインバータ装置においては、電気的接続がなされているかどうか即ち電気接続の有無を診断することができる。然しながら、コネクタ１１９などの接続不良、接触不良など電気接続の状態を診断することはできない。接続不良、接触不良があると故障の原因となりうるので早期に発見できることが望ましい。接続不良、接触不良の場合、正常な場合に比べ、抵抗値が大きくなるが、その値は小さく、数Ωである。そのため、小さい電流では電位差が小さく診断が困難である。また、交流電流では抵抗値の算出が困難である。インバータ装置に専用の診断用回路を追加すると大型化してしまう。また、インバータ装置で診断しない場合、検査装置などを準備する必要があり作業も必要になる。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、特段の診断用回路の追加は必要なく、検査装置なども準備することなく、接続不良、接触不良など電気接続の状態を診断すること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】
【０００７】
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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを備えたインバータ回路と、インバータ回路にＰＷＭ変調の通電によりモータ電流をセンサレスＤＣブラシレスモータへ出力させる制御回路と、モータ電流を検出する電流センサとを備え、モータの運転前においてインバータ回路からモータへ直流電流を出力しモータの磁石回転子の位置決めを行う時、制御回路は、ＰＷＭ変調を固定した状態で電流センサにより検出される直流電流値に基づき、インバータ回路とモータ間における電気接続の状態を診断する。
【０００８】
これにより、位置決めするための電流値は大きく、且つ直流であるために、電気接続の状態を診断する上で必要となる小さな抵抗値を容易に算出できる。従って、特段の診断用回路の追加は必要なく、検査装置なども準備することなく、電気接続の状態を診断することができる。また、起動のたびに診断するようにすれば、接続不良、接触不良などを早期に発見できる。位置決め時の制御ソフトを修正追加するのみで実願できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインバータ装置は、特段の診断用回路の追加は必要なく、検査装置なども準備することなく、接続不良、接触不良など電気接続の状態を診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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マイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを備えたインバータ回路と、インバータ回路にＰＷＭ変調の通電によりモータ電流をセンサレスＤＣブラシレスモータへ出力させる制御回路と、モータ電流を検出する電流センサとを備え、モータの運転前においてインバータ回路からモータへ直流電流を出力しモータの磁石回転子の位置決めを行うインバータ装置において、磁石回転子の位置決め時、制御回路は、ＰＷＭ変調を固定した状態で電流センサにより検出される直流電流値に基づき、インバータ回路とモータ間における電気接続の状態を診断するものである。
【００１１】
これにより、位置決めするための電流値は大きく、且つ直流であるために、電気接続の状態を診断する上で必要となる小さな抵抗値を容易に算出できる。従って、特段の診断用回路の追加、検査装置などを準備することなく、電気接続の状態を診断することができる。また、起動のたびに診断するようにすれば、接続不良、接触不良などを早期に発見できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、直流電源の直流電圧値を加味して、電気接続の状態診断を行うものである。これにより、直流電源の直流電圧値が変化していても、ＰＷＭ変調を調整もしくは判定用電流基準値を変更することにより、正確に電気接続の状態を診断することができる。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明のインバータ装置において、モータの温度を加味
して、電気接続の状態診断を行うものである。これにより、固定子巻線の抵抗値が変化していても、ＰＷＭ変調を調整もしくは判定用電流基準値を変更することにより、正確に電気接続の状態を診断することができる。
【００１４】
第４の発明は、第１乃至第３の発明のインバータ装置において、電動圧縮機のモータを駆動するものである。電動圧縮機のモータは容器内に収容されている。そのため、のモータ周辺の電気接続の状態を確認するには、検査装置を用いる必要がある。従って、インバータ装置自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明のインバータ装置において、電動圧縮機を高圧型とするものである。高圧型の電動圧縮機では、モータが高温に即ち固定子巻線が高温になる。そのため、再起動時などにおいて固定子巻線の温度が高温の場合、温度も加味して電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。
【００１６】
第６の発明は、第４または第５の発明のインバータ装置において、インバータ装置は電動圧縮機に搭載されるものである。この場合、インバータ装置から電動圧縮機への電気接続も容器内に収容されている。そのため、同様に検査装置を用いる必要がある。従って、インバータ装置自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。
【００１７】
第７の発明は、第１乃至第６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、各種装置・部品の込み入った場所に搭載されることが多い。そのため、点検・確認が困難となる。従って、装置自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。
【００１８】
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。尚、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。
【００１９】
（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２２とその周辺の電気回路である。インバータ装置２２の制御回路７は、シャント抵抗６からの電圧により、モータ電流各相の相電流を検出する。２相分の相電流を検出すれば、残りの相の相電流は、当該２個の電流値から演算できる（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）。
【００２０】
運転時においては、制御回路７が、これら３相分の電流値に基づき、モータ１１を構成する磁石回転子５による固定子巻線４の誘起電圧を演算し、磁石回転子５の位置検出を行う。そして、この位置検出、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の固定子巻線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に流れる電流の循環ルートとなる。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。制御回路７は、上アームスイッチング素子Ｕ、Ｖ、Ｗ、下アームスイッチング素子Ｘ、Ｙ、Ｚと、ドライブ回路などを介して接続線１８により接続されており、各スイッチング素子を制御している。スイッチング素子２がＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴの場合はゲート電圧を、パワートランジスタの場合はベース電流を制御する。
【００２１】
運転前における磁石回転子５の位置決め通電について以下説明する。図２（Ａ）は、４極の場合において、固定子巻線４のＵ相とＶ相をＳ極に、Ｗ相をＮ極にして、磁石回転子
５を位置決めする場合を示している。固定子巻線４のＳ極には磁石回転子５のＮ極が、固定子巻線４のＮ極には磁石回転子５のＳ極が、それぞれ対向して停止することにより、位置決めされる。このとき、制御回路７は、図２（Ｂ）に示す如く、固定子巻線４のＷ相からＵ相及びＶ相へ電流が流れるように、スイッチング素子２を制御する。
【００２２】
図３に、上記スイッチングに関し、位置決め初期における上アームスイッチング素子のキャリア周期内でのＯＮ期間例を示す。細線はＵ相、中線はＶ相、太線はＷ相である。図３（Ａ）は、位置決め初期において、電流を徐々に増加させるため、通電期間を小さく設定した場合である。位置決め初期において、この通電期間は、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、徐々に大きくされる。ここでは、電流が立ち上がりきるまでの時間（位置決め初期）は、５０ｍＳである。図４に、固定子巻線４のインピーダンスを示す。抵抗ＲとともにインダクタンスＬが存在している。そのため、電流を徐々に増加させている。
【００２３】
図５は、位置決め定常期において、所定の一定電流が流れるように、通電期間を設定している。おおよそ１００ｍＳ実行される。例として、バッテリー１の直流電圧をＤＣ３００Ｖ、固定子巻線４の各相の抵抗値Ｒを１Ω、キャリア周波数１０ｋＨｚ（キャリア周期１００μＳ）とする。ここで、位置決め定常期におけるＷ相の相電流値を２０Ａとするためには、固定子巻線４の等価抵抗値が１．５Ωとなるので、ＤＣ３０Ｖ相当を印加する必要がある。ＤＣ３０Ｖは、ＤＣ３００Ｖの１０％である。従って、通電期間のＤｕｔｙ即ちΔｔと表示した前半と後半の期間合計を１０％（１０μＳ）にすればよい。
【００２４】
この時、ＰＷＭ変調を固定し、相電流のフィードバック制御は行わない。そして、シャント抵抗６による電流検出は、Ｗ相の相電流がΔｔと表示した期間において検出できる。詳細説明は割愛するが、３相ともにＯＮの期間、３相ともにＯＦＦの期間は検出できない。１相のみＯＮのときはその相の電流が、２相のみＯＮのときは残りの相の電流が検出できる。
【００２５】
ＰＷＭ変調を固定し、相電流のフィードバック制御は行わないので、インバータ回路１０とモータ１１との間に接続不良、接触不良などがあり、抵抗値があると、上記相電流値２０Ａは小さくなる。当該抵抗値が０．５Ωとすると、ＤＣ３０Ｖに対し、負荷は固定子巻線４の等価抵抗値１．５Ω＋０．５Ωより２．０Ωなので、１５Ａとなる。この電流値から、抵抗値０．５Ωを算出できる。２０Ａを基準値として、接続状態を診断できるようになる。従って、ＰＷＭ変調を固定した状態で、シャント抵抗６により検出される相電流値（直流電流値）に基づき、インバータ回路１０とモータ１１間における電気接続の状態を診断できる。
【００２６】
これにより、位置決めするための電流値は大きく、且つ直流であるために、電気接続の状態を診断する上で必要となる小さな抵抗値を容易に算出できる。従って、特段の診断用回路の追加、検査装置などを準備することなく、電気接続の状態を診断することができる。また、起動のたびに診断するようにすれば、接続不良、接触不良などを早期に発見できる。
【００２７】
図６に、位置決めから運転に渡るＷ相の相電流を示す。位置決め時の直流電流から、運転時の正弦波交流電流へ移行してゆく。位置決め定常期において、ＰＷＭ変調を固定した状態、シャント抵抗６により電流検出する期間は、全期間に限らず電流検出可能な一部の期間でよい。電流の安定する後半が望ましい。また、この診断結果を、通信により、回転数指令信号（図示せず）を指令するコントローラなどへ、送信すれば、当該コントローラを介してユーザが診断結果を認識することができる。
【００２８】
尚、上記実施の形態において、固定子巻線４のＵ相とＶ相をＳ極に、Ｗ相をＮ極にして
、４極の磁石回転子５を位置決めする場合を示したが、これに限るものではなく、固定子巻線４のＳ極Ｎ極の相は任意であり、２極、６極等にも、また、固定子巻線４の２相のみに電流を流す場合にも適用できる。シャント抵抗６は、電源ラインのプラス側に設けても良い。また、下アームスイッチング素子と電源ラインのマイナス側に設けても良い。電流センサとしては、シャント抵抗に限らず、ホール素子を用いた電流センサなど瞬時ピーク電流が検出できるものであれば良い。インバータ回路１０とモータ１１との間に設け、直接モータ電流（相電流）を検出しても良い。
【００２９】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係るインバータ装置２３とその周辺の電気回路である。図１に比較し、バッテリー電圧検出器８を追加している。前記数値例において、バッテリー１の直流電圧ＤＣ３００Ｖが３３０Ｖ（１０％増加）に変化した場合、接続不良、接触不良の無い場合、電流は２２Ａとなる。従って、判断基準を２２Ａに変更する必要がある。もしくは、基準値は２０Ａのままとし、通電期間のＤｕｔｙ１０％（１０μＳ）を１０％減少させてＤｕｔｙ９％（９μＳ）としても良い。バッテリー電圧検出器８を設けることにより、これが可能となる。尚、バッテリー電圧検出器８は設けずにバッテリー１の電圧は検出せず、コントローラから通信によりバッテリー１の電圧情報を得ても良い。
【００３０】
これにより、バッテリー１の直流電圧値が変化していても、ＰＷＭ変調を調整もしくは判定用電流基準値を変更することにより、正確に電気接続の状態を診断することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
ＰＷＭ変調を固定し、相電流のフィードバック制御は行わないので、モータ１１の温度が高いと固定子巻線４の抵抗値が大きくなり、上記相電流値２０Ａは小さくなる。上記例において、固定子巻線４の等価抵抗値が１．５Ωから２．０Ωになっていた場合、相電流値は１５Ａとなる。従って、当該温度においては、１５Ａを基準値とすればよい。もしくは、基準値は２０Ａのままとし、通電期間のＤｕｔｙ１０％（１０μＳ）を３３％増加させてＤｕｔｙ１３．３％（１３．３μＳ）としても良い。
【００３２】
図７において、モータ１１の温度を検出するためのモータ温度検出器９が、固定子巻線４の近傍に設置されている。このモータ温度検出器９により検出される温度に基づいて、上記の如く、電流基準値の変更、もしくは電流基準値は変更せず通電期間のＤｕｔｙ変更により、正確に電気接続の状態を診断することができる。尚、温度検出器は上記に限らず、周囲温度検出器などで代用しても良い。
【００３３】
（実施の形態４）
図８に、電動圧縮機４０の右側にインバータ装置２２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。即ち、高圧型である。
【００３４】
インバータ装置２２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。電動圧縮機４０の内部でモータ１１の固定子巻線４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２２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。
【００３５】
電動圧縮機４０のモータ１１は金属製筐体３２内に収容されている。そのため、のモータ１１周辺の電気接続の状態を確認するには、検査装置を用いる必要がある。従って、インバータ装置２２自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。また、インバータ装置２２は電動圧縮機４０に搭載されている。この場合、インバータ装置２２から電動圧縮機４０への電気接続であるもターミナル３９などもケース３０などに収容されている。そのため、同様に検査装置を用いる必要がある。従って、インバータ装置２２自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は大変好適である。また、電動圧縮機４０は高圧型であるため、モータ１１が高温に即ち固定子巻線４が高温になる。そのため、再起動時などにおいて固定子巻線４の温度が高温の場合、固定子巻線４の抵抗値は大きくなっている。このような場合でも、インバータ装置２２は温度も加味して電気接続の状態を診断するため正確な診断を行うことができる。
【００３６】
尚、上記実施の形態において、電動圧縮機の圧縮機構部をスクロールとしたが、これに限るものではない。また、圧縮された冷媒がモータを冷却する高圧型について示したが、低圧型でもよい。
【００３７】
（実施の形態５）
図９は、本発明のインバータ装置を圧縮機に一体に構成（実施の形態４）し、空調装置に適用して車両６０に搭載した一例を示す。インバータ装置一体型電動圧縮機６１及び室外熱交換器６３、室外ファン６２が、車両６０の前方のエンジンルーム（乃至モータルーム）に搭載される。一方、車両室内には室内送風ファン６５、室内熱交換器６７、エアコンコントローラ６４が配置されている。空気導入口６６から車外空気を吸込み、室内熱交換器６７で熱交換した空気を車室内に吹き出す。
【００３８】
車両用においては、搭載スペースに制約があり、モータルーム（乃至エンジンルーム）など各種装置・部品の込み入った場所に搭載されることが多い。そのため、点検・確認が困難となる。従って、装置自身により電気接続の状態を診断できる本インバータ装置は有用である。特にハイブリッドカーにおいては、モータ及びエンジンの双方ともが搭載されるため、電動圧縮機の搭載周辺は込み入っており、点検・確認が簡単ではなく、本インバータ装置は大変好適である。
【００３９】
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などでもよい。モータをセンサレスＤＣブラシレスモータとしたが、リラクタンスモータ等位置決め必要なモータに適用できる。正弦波駆動に限らず位置決め時に相電流の検出が必要となる駆動方式に適用できる。また、ＰＷＭ２相変調においても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、検査装置などを準備することなく、接続不良など電気接続の状態を診断することができるので、各種民生用製品、各種産業用機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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】（Ａ）位置決め時における固定子巻線と磁石回転子の位置関係図（Ｂ）同位置決め時における固定子巻線の電流説明図
【図３】（Ａ）位置決め初期における通電例を示す第１の説明図（Ｂ）同第２の説明図（Ｃ）同第３の説明図
【図４】固定子巻線のインピーダンスを示す説明図
【図５】位置決め定常期における通電例を示す説明図
【図６】同位置決めから運転に渡るＷ相の相電流説明図
【図７】本発明の実施の形態２及び実施の形態３に係るインバータ装置とその周辺の電気回路図
【図８】本発明の実施の形態４に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図
【図９】本発明の実施の形態５に係るインバータ装置を搭載した車両の模式図
【図１０】従来の電気接続有無を診断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】
【００４２】
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  シャント抵抗（電流センサ）
７  制御回路
８  バッテリー電圧検出器
９  モータ温度検出器
１０  インバータ回路
１１  センサレスＤＣブラシレスモータ
２２  インバータ装置（実施の形態１）
２３  インバータ装置（実施の形態２）
４０  電動圧縮機
６０  車両
【図１】
0005256837.tif 000002
【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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