JP2005155365A - 電動圧縮機用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動圧縮機のモータ駆動装置が備える非発熱部品の温度保護を行って、モータ駆動装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】 電動モータ１２を駆動するインバータ１３を構成する部品、素子のうち、吸入冷媒と直接熱交換し難い非発熱性部品としてのフォトカプラ７ａの温度をサーミスタ７０により検出する。このフォトカプラ７ａの温度が上昇して警報温度範囲に入ったら、電動モータ１２の回転数を所定量増加させて、吸入冷媒によるインバータ１３の冷却効果を高め、フォトカプラの温度上昇を抑制する。さらに検出温度が上昇して動作保証温度を超えて異常温度範囲に入ったときには、非発熱性部品への通電をオフとする自己遮断を行い、温度に対するマージンを保存保証温度に上げることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機構とこの圧縮機構を駆動するモータとを備えた電動圧縮機を駆動するための電動圧縮機用モータ駆動装置に関する。

従来、インバータ一体型電動圧縮機におけるインバータなどのモータ駆動装置の保護装置として、特許文献１に開示されているものが知られている。この従来技術では、吸入冷媒により冷却されるモータハウジングに、モータを駆動するパワーデバイスなどのように作動中に自ら発熱する発熱性部品をとりつけた構造で、この発熱性部品の温度を検出し保護動作を行うものである。保護動作としては、発熱性部品の温度が所定値以上になった場合、モータの回転数を上昇させて吸入冷媒の冷却効果をあげることにより、発熱性部品の温度が上昇した場合でも、モータを停止させることなく発熱性部品の温度を低下させ、モータ駆動装置を継続的に作動させるようにしている。
特開２００３−１３９０６９号公報

しかし、従来技術においては、モータ駆動装置が備える発熱性部品とそれ以外の自らの発熱量が小さい非発熱性部品との内、発熱性部品の冷却によるモータ駆動装置の保護は可能であっても、非発熱性部品に対する保護は不十分であった。このため、非発熱性部品が機能不良になって、モータ駆動装置自体の作動不良に至る場合があった。

ここで、モータ駆動装置における非発熱性部品とは、モータを駆動するパワーデバイスなどの発熱性部品以外の部品であって、パワーデバイスと比較して発熱量（消費電力または損失）の少ない、モータ駆動装置の制御回路上のフォトカプラ、ＣＰＵ、内部電源回路、通信回路などの素子あるいは部品である。さらに、この非発熱性部品の中でも、フォトカプラは、発熱はほとんどなく、耐熱性能が最も低い素子である。

すなわち、電動圧縮機のモータ駆動装置に用いられる発熱性部品は、通常、吸入冷媒により冷却されるモータハウジングと熱交換可能に配置されており、モータ作動中の吸入冷媒による冷却効果が発揮されて、この発熱性部品の温度上昇は抑制される。一方、作動中に自らの発する熱量が少ない非発熱性部品は、通常、電子回路基板上に配置されて、モータ駆動装置の制御回路を形成している。この電子回路基板は、吸入冷媒や発熱性部品とは熱交換がほとんどない状態に置かれており、非発熱性部品も、同様に、吸入冷媒や発熱性部品とは熱交換がほとんどない。さらに、非発熱性部品の動作保証温度および保存保証温度は、発熱性部品の動作保証温度および保存保証温度よりも低く設計されている。なお、動作保証温度とは、部品（あるいは素子）の機能を損なうことなく正常に動作させうる周囲温度範囲の特に上限値をいい、保存保証温度とは、部品（あるいは素子）を動作させない状態で保存しうる周囲温度範囲の特に上限値をいい、動作保証温度よりも高くなるよう設計されている。すなわち、素子を動作させた状態で素子の温度が動作保証温度を超える、もしくは素子を動作させない状態で素子の温度が保存保証温度を超えると、素子は正常に機能しなくなり、素子は低温に戻しても正常に機能しない損傷状態になる。

したがって、従来技術において、モータが作動して冷媒がモータハウジング内に吸入されて発熱性部品が冷却される状態にあっても、例えばモータ駆動装置が配置されるエンジンルーム内の熱の影響により雰囲気温度が上昇する状態が生ずると、この雰囲気からの熱により、吸入冷媒とは熱交換し難い非発熱性部品の温度が上昇して非発熱性部品の動作保証温度や保存保証温度を越え、このため非発熱性部品の信頼性が低下し、さらには非発熱性部品が損傷する場合があった。

さらに、モータの停止後においては、非発熱性部品の損傷の可能性が高まる。すなわち、モータ停止後、吸入冷媒やモータハウジングと熱交換しやすい発熱性部品の温度は吸入冷媒やモータハウジングの熱容量のため一次遅れを伴って徐々に温度上昇する。このとき、発熱性部品の温度上昇の程度が小さいため、従来技術では、冷却のための冷媒吸入は行われない。しかし、非発熱性部品はモータハウジングと熱交換し難いため雰囲気温度の上昇にほぼ一致して温度上昇する。この雰囲気からの熱のため、非発熱性部品の温度が動作保証温度を超えて上昇し、その動作信頼性が損なわれる場合があった。特に、非発熱性部品のうちフォトカプラは、発熱がほとんどなく最も耐熱性能が低いため、発熱性部品の発する熱および雰囲気から熱の影響（熱によるダメージ）を最も受けやすく、モータ駆動装置の信頼性向上の阻害要因となっていた。

本発明は、上記点に鑑み、電動圧縮機のモータ駆動装置が備える非発熱部品の温度保護を行って、モータ駆動装置の信頼性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（１１）、圧縮機構を駆動する電動モータ（１２）、および電動モータを駆動制御するモータ駆動装置（１３）を備える電動圧縮機（１０）であって、モータ駆動装置は、吸入された冷媒と熱交換可能に配置され、電動モータの作動に応じて発熱する発熱性部品（２０）と、発熱性素子以外の非発熱性部品（４、５、７ａ、８、６１）と、非発熱性部品の温度を検出する温度検出手段（７ｂ）と、検出された非発熱性部品の温度に基づいてモータ駆動装置の保護制御を行う保護制御部（５、９）とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、電動モータの作動時に発熱する発熱性部品以外の部品である非発熱性部品の温度を検出し、この非発熱性部品の温度に基づいてモータ駆動装置の保護制御を行うので、電動モータが停止しているときであっても、非発熱性部品の温度上昇に対してモータ駆動装置の保護制御を行い、モータ駆動装置の信頼性を向上させることができる。

発熱性部品は、請求項２に記載のように、電動モータを駆動するパワーデバイス（２０）とすることができる。

また、非発熱性部品は、請求項３に記載のように、フォトカプラ（７ａ、６１）、内部電源回路（４）、ＣＰＵ（５）、温度検出回路（７ｂ）および通信回路（８）のうち少なくとも１つとすることができる。

そして、非発熱性部品は、請求項４に記載のように、モータ駆動装置を構成する部品のうち耐熱性能が最も低い部品とすることができる。耐熱性能は、通常、動作保証温度あるいは保存保証温度により評価され、耐熱性能が低いとは、動作保証温度あるいは保存保証温度が低いことを意味している。したがって、この耐熱性能が最も低い非発熱性部品の温度に応じて保護制御すれば、モータ駆動装置を構成するすべての部品に対して保護制御を行うことができ、モータ駆動装置の信頼性をさらに向上させることができる。

請求項５に記載の発明は、保護制御部は、検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、非発熱性部品への通電を遮断することを特徴とする。

この発明によれば、非発熱性部品の温度が所定温度以上に上昇した場合に、非発熱性部品への通電を遮断するので、電源が遮断状態になった非発熱性部品の耐熱性の温度上限を動作保証温度よりも高い保存保証温度に高めることができるので、温度上昇に対する非発熱性部品の信頼性を確保することができる。

請求項６に記載の発明は、保護制御部は、検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、電動モータの回転数を所定量増加することを特徴とする。

この発明によれば、非発熱性部品の温度が所定温度以上に上昇した場合に、電動モータの回転数を所定量増加させるので、この電動モータの回転増加に伴い吸入冷媒の量が増加する。この吸入冷媒により、発熱性部品への冷却効果が増加するので、発熱性部品の信頼性を向上させることができる。また、発熱性部品への冷却効果増加により、発熱性部品から非発熱性部品へ伝達される熱を減少させることができ、非発熱性部品の耐熱性能を向上させることができる。

また、従来行われていた発熱性部品の温度検出においては発熱性部品が冷媒により直接冷却されているため、発熱性部品の温度は吸入冷媒の温度に完全に依存し、外気雰囲気の温度上昇による非発熱性部品への影響を把握することはできなかった。しかし、耐熱性能の低い非発熱性部品の温度は、吸入冷媒による冷却効果と外気雰囲気からの熱との両方の影響を反映しており、本発明のように、この温度を検出して温度保護に用いることにより、モータ駆動装置の信頼性向上が可能となる。

請求項７に記載の発明は、保護制御部は、電動モータが停止状態にあるとき、検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、電動モータを駆動することを特徴とする。

この発明によれば、非発熱性部品の温度が所定温度以上に上昇した場合に、停止状態にある電動モータを駆動するので、この電動モータの回転開始および回転継続に伴い、吸入冷媒の循環が行われる。この吸入冷媒により、発熱性部品が冷却されるようになり、発熱性部品から非発熱性部品へ伝達される熱を減少させることができ、非発熱性部品の耐熱性能を向上させることができる。

すなわち、従来は電動モータが停止状態となって吸入冷媒の循環が停止しても温度保護を可能とするために、なるべくモータ駆動装置を冷却しておく必要があり、余分に電動モータを駆動していた。

しかし、本発明では、電動モータが停止中であっても、非発熱性部品の温度上昇を監視してこれに基づき電動モータを駆動するので、必要以上に強制冷却を行うことを防止でき、これにより省エネルギーおよび騒音低減が可能になる。

請求項８に記載の発明は、温度検出手段は、発熱性部品の温度を検出するとともに、保護制御部は、検出された発熱性部品の温度が所定温度を超えた場合には、電動モータの回転数を所定量増加することを特徴とする。

この発明によれば、非発熱性部品の温度上昇に対する保護制御と、発熱性部品の温度上昇に対する保護制御、すなわち電動モータの回転数増加とを並列的に行うことにより、きめ細かな保護制御が可能であり、電動モータの作動における省エネルギーや低騒音の点で有効である。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、ハイブリッド車両等に搭載される車載空調装置の電動圧縮機に適用したものである。図１は本実施形態に係るモータ駆動装置一体型電動圧縮機１０（以下、電動圧縮機という）を用いた蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。また、図２は、電動圧縮機１０の、車載時におけるエンジンルーム内の配置状況を示す図である。図３はモータ駆動装置の概略構成図である。図４はゲートドライバ回路の構成を示す図である。

なお、蒸気圧縮式冷凍機は、周知のごとく、圧縮された高圧・高温冷媒を放冷する放熱器１４、放冷された高圧冷媒を減圧する減圧器１５、減圧された低圧冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させる蒸発器１６、及び冷凍機中の余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器１７等からなるものである。

なお、本実施形態では、減圧器１５として、蒸発器１６の冷媒出口側における冷媒過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁が採用され、気液分離器１７として、減圧器１５の冷媒入口側に設置されるレシーバを採用している。

電動圧縮機１０は、冷媒を吸入圧縮するスクロール式の圧縮機構１１、圧縮機構１１を駆動するＤＣブラシレス式の電動モータ１２、及び電動モータ１２を駆動するモータ駆動装置としてのインバータ１３等から構成されたもので、圧縮機構１１と電動モータ１２とは、同軸上、かつ、直列に並んで一体化されている。

そして、電動圧縮機１０は、図２に示すように、エンジンルーム内にあってインバータ１３が電動モータ１２を挟んで発電・走行用のエンジン１０１およびエキゾーストマニホールド１０２と反対側に位置するよう、および、車両前方にあるラジエター・コンデンサ１０４および電動ファン１０３に面するように、車両ボデーにボルトにて組み付け固定されている。

したがって、インバータ１３は、エンジン１０１、エキゾーストマニホールド１０２、ラジエター・コンデンサ１０４および電動ファン１０３等からの排熱にさらされ、少なくともインバータ１３のケーシング１３ａは、通常走行中に１００℃以上の高温に達する。このため、ケーシング１３ａの内部に収納されるインバータ１３の各回路素子の温度を正常動作可能な温度にまで下げて、モータ駆動装置（インバータ）の信頼性を向上する必要がある。

インバータ１３は、図１に一部断面図として示すように、ケーシング１３ａに収納されている。ケーシング１３ａは、電動モータ１２が収納された略円筒状のモータハウジング１２ａの外筒面側にボルトにて組み付けられて、圧縮機構１１及び電動モータ１２に一体化されている。

インバータ１３を構成するパワーデバイスであるＩＧＢＴ２０は、モータハウジング１２ａと熱交換可能にモータハウジング１２ａ上に固定されている。また、インバータ１３の回路基板２１は、モータハウジング１２ａとは絶縁体支持部材２２を介して結合されているとともに、ＩＧＢＴ２０と電気接続されている。

回路基板２１のモータハウジング１２ａ側の面上には、後述する、インバータ１３の回路部品である非発熱性部品としてのフォトカプラ７ａおよびフォトカプラ７ａの温度を検出する温度検出回路７ｂのうちのサーミスタ７０を含むインバータ１３の回路部品および素子（図１中省略）が配置され、エンジン等の排熱の影響を極力小さくするようにしている。サーミスタ７０は、被検温対象であるフォトカプラ７ａと温度相関が直接とれるような位置に配置されている。本実施形態では、サーミスタ７０は、回路基板２１上のフォトカプラ７ａの近傍に配置されている。

これにより、本実施形態では、インバータ１３を構成する部品のうち、耐熱性能が最も低く、吸入冷媒と直接熱交換し難い位置に配置されている非発熱性部品として、フォトカプラ７ａの温度を検出するようにしている。

なお、本実施形態では、モータハウジング１２は、全てアルミニウム合金製であり、インバータ１３との熱交換効率を高めるようにしている。

このため、本実施形態では、蒸発器１６から流出して電動圧縮機１０に吸入された冷媒は、先ず、モータハウジング１２ａ内を流れて電動モータ１２およびインバータ１３を冷却した後、圧縮機構１１に吸入圧縮され、放熱器１４に流入するように構成される。したがって、モータハウジング１２ａ内に吸入された冷媒は、アルミニウム合金製のモータハウジング１２ａを介してインバータ１３の発熱性部品であるＩＧＢＴ２０と直接熱交換できる。これにより、電動モータ１２が回転している間は、吸入冷媒がモータハウジング１２ａ内を流れて、ＩＧＢＴ２０を効率的に冷却し、ＩＧＢＴ２０の温度上昇を抑制して、インバータ１３の信頼性を向上することができる。

また、回路基板２１および回路基板２１上の回路部品は、モータハウジング１２ａおよび吸入冷媒と直接熱交換できないが、電動モータ１２の作動により吸入冷媒の温度が低く循環状態が継続されている場合には、モータハウジング１２ａとケーシング１３ａとの間の、回路基板２１が収納されている空間も冷却される。これにより、雰囲気の熱の影響を小さくでき、回路基板２１上の回路部品（素子）の温度上昇を抑制して、インバータ１３の信頼性を向上することができる。

空調装置１００の空調制御回路（以下、ＥＣＵという）９は、コンピュータにより構成されている。ＥＣＵ９は、空調要求信号や空調のための環境条件を表す各信号が入力され、これらの信号に基づいて、空調における目標温度およびこの目標温度を実現するために必要な圧縮機構１１の目標回転速度、すなわち電動モータ１２の目標回転数Ｎを算出し、さらに、インバータ１３が処理可能な指令値信号を算出してインバータ１３へ出力する。なお、ＥＣＵ９は、通常の低電圧バッテリ９ａ（たとえば、ＶＢＬ＝１２Ｖ）により動作する。この低電圧バッテリ９ａはボデーアースとなっている。

インバータ１３は、スイッチング回路２と制御回路３とを備えている。スイッチング回路２は、６個のＩＧＢＴ２０を備え、それぞれのＩＧＢＴ２０はゲートドライバ回路６によりＯＮ−ＯＦＦ制御される。また、スイッチング回路２は、高電圧バッテリー１に接続され、高電圧バッテリ１からの直流高電圧（例えば、ＶＨＢ＝２８８Ｖ）を、上記ＩＧＢＴ２０のＯＮ−ＯＦＦ制御により三相交流電圧に変換し、この三相交流電圧を電動モータ１２に印加することにより電動モータ１２を所望の回転数Ｎで回転させる。これにより、電動モータ１２と同軸で回転する圧縮機構１１が冷媒を吸入圧縮することができる。なお、高電圧バッテリ１は、感電防止のためボデーから電気的に浮かせた閉回路構成となっており、ボデーとは共通アースになってはいない。また、スイッチング回路２の高電圧入力端には、電源平滑用の平滑コンデンサ１ａが設けられている。

制御回路３は、内部電源回路４、中央演算素子（以下、ＣＰＵ）５、ゲートドライバ回路６、フォトカプラ７ａ、温度検出回路７ｂおよび通信回路８を備えている。内部電源回路４は、高電圧ＶＢＨより第１の電圧としての１５Ｖを生成し、さらに第１の電圧より第２の電圧としての５Ｖを生成する。そして、第１の電圧（１５Ｖ）は、上記ＩＧＢＴ２０のゲート駆動を行うゲートドライバ回路６などの他のアナログ回路に動作電力として供給され、第２の電圧（５Ｖ）は、ＣＰＵ５等のデジタル回路に動作電力として供給される。

ＣＰＵ５は、ＥＣＵ９からの圧縮機構１１の目標回転速度、すなわち電動モータ１２の目標回転数Ｎに応じた指令値信号を通信回路８およびフォトカプラ７ａを介して入力し、この指令値信号に基づきスイッチング回路２の各ＩＧＢＴ２０のＯＮ−ＯＦＦのタイミング信号を算出して、ゲートドライバ回路６へ出力する。また、ＣＰＵ５には、温度検出回路７ｂが接続され、温度検出回路７ｂよりサーミスタ７０にて検出されたフォトカプラ７ａの温度Ｔｐｈを表す信号が入力される。

さらに、ＣＰＵ５は、入力した各信号に基づき後述するモータ駆動装置の温度保護のための制御ルーチンの処理を実行する。

ゲートドライバ回路６は、タイミング信号に基づき各ＩＧＢＴ２０のゲートをＯＮ−ＯＦＦ駆動する。図４は、ゲートドライバ回路６の、１つのＩＧＢＴ２０に対するゲート駆動信号を生成する回路構成の概略を示している。第１の電圧（５Ｖ）で動作するＣＰＵ５からのタイミング信号は、フォトカプラ６１にて第２の電圧（１５Ｖ）で動作するアンプ６２の入力信号に変換される。アンプ６２で増幅されたタイミング信号はプッシュプル出力回路６３にて電力増幅されゲート信号として１つのＩＧＢＴ２０へ出力される。これにより各ＩＧＢＴ２０は、電動モータ１２を目標回転数Ｎで回転させるべく所望のタイミングでＯＮ−ＯＦＦ制御される。

なお、制御回路３のうち、内部電源回路４、ＣＰＵ５、ゲートドライバ回路６および温度検出回路７ｂは、高電圧ＶＢＨによる電位（高電圧系）となっている。一方、通信回路８およびＥＣＵ９はともに、低電圧ＶＢＬによる電位（低電圧系）となっており、通信回路８は低電圧系にあって、ＥＣＵ９との間で信号の送受を行う。

フォトカプラ７ａは、光半導体による絶縁構造を持ち、内部電源回路４より電源を供給されて作動する。上述のように、高電圧系の高電圧バッテリ１と低電圧系の低電圧バッテリ９ａとは共通アースになっていないため、このフォトカプラ７ａにより、高電圧系のＣＰＵ５と低電圧系の通信回路８との間で絶縁状態で信号の送受を行う。

上記のように構成されるモータ駆動装置としてのインバータ１３において、パワーデバイスであるＩＧＢＴ２０は、作動中、すなわち電動モータ１２を駆動しているときには自ら熱を発する発熱性部品に相当する。

一方、フォトカプラ７ａ、６１は作動中であってもほとんど発熱することはない非発熱性部品に相当する。また、内部電源回路４、ＣＰＵ５、温度検出回路７ｂおよび通信回路８は作動中に発熱はあるものの、パワーデバイスのように大きな発熱を伴わない素子あるいは部品であり、本実施形態においては、この内部電源回路４、ＣＰＵ５、温度検出回路７ｂおよび通信回路８も非発熱性部品と考えることができる。

さらに、回路部品には一般的に、動作保証温度と保存保証温度とが規定されて設計されている。すなわち、動作保証温度とは、部品（あるいは素子）の機能を損なうことなく正常に動作させうる周囲温度範囲の特に上限値をいい、保存保証温度とは、部品（あるいは素子）を動作させない状態で保存しうる周囲温度範囲の特に上限値をいい、動作保証温度よりも高くなるよう設計されている。すなわち、素子を動作させた状態で素子の温度が動作保証温度を超える、もしくは素子を動作させない状態で素子の温度が保存保証温度を超えると、素子は正常に機能しなくなり、素子は低温に戻しても正常に機能しない損傷状態になる。

そして、発熱性部品（素子）の動作保証温度および保存保証温度は、非発熱性部品（素子）の動作保証温度および保存保証温度よりも高いことが一般的である。

上述のように、発熱性部品としてのパワーデバイスであるＩＧＢＴ２０は、従来技術においても、吸入冷媒とモータハウジング１２ａを介して直接熱交換するので、ＩＢＧＴ２０の作動中、すなわち電動モータ１２が回転しているときには、モータハウジング１２ａ内に吸入される冷媒により冷却され、発熱性部品の自己発熱による温度上昇が緩和されてモータ駆動装置としての信頼性が向上する。

しかし、従来技術では解決が困難な次のような問題がある。これを図７および図８を参照して説明する。なお、図中、Ｔａｔはケーシング１３ａおよびその付近の外気雰囲気温度、Ｔｐｈは回路基板２１上に配置された非発熱性部品としてのフォトカプラ７ａ（６１）の温度、Ｔｐｈ１は非発熱性部品の動作保証温度、Ｔｐｈ２は非発熱性部品の保存保証温度、Ｔｄはモータハウジング１２ａと熱交換可能に配置された発熱性部品としてのＩＧＢＴ２０の温度、Ｔｄ１は発熱性部品の動作保証温度であり、Ｔｐｈ１＜Ｔｄ１＜Ｔｐｈ２である。

図７は、停止状態にあった電動モータ１２が回転を開始した時点からの各部の温度推移を示している。電動モータ１２の回転開始に応じて、吸入冷媒による冷却効果によりパワーデバイスなどの発熱性部品の温度Ｔｄは低下し、熱平衡状態において一定温度が維持される。このとき、電動モータ１２の回転数が小さく、そのため吸入冷媒の温度が比較的高く、循環する冷媒の流量も少ない場合には、吸入冷媒による冷却効果がパワーデバイスの信頼性を確保できる程度であっても、直接吸入冷媒により冷却されていない回路基板２１上の非発熱性部品は、吸入冷媒による間接的な冷却効果よりもパワーデバイスの発熱の効果が大きくなる。また、外気雰囲気温度Ｔａｔの上昇により外気雰囲気からの熱の影響も加わることにより、非発熱性部品の温度Ｔｐｈは上昇し、比較的低い動作保証温度Ｔｐｈ１を超えるところで熱平衡状態となる場合がある。この場合には、非発熱性部品は熱的なダメージを受けて、信頼性が確保できなくなる。

さらに、空調装置１００が使用されていないためなどにより、電動モータ１２が停止している場合は、つぎのように、非発熱性部品は熱的に過酷な状態におかれる。

図８は、電動モータ１２が停止状態にあり、Ｔａｔ≒Ｔｐｈ≒Ｔｄとなっている時点から、エンジン等の排熱の影響による各部の温度変化の様子を示している。時間の経過とともに、回路基板２１上の非発熱性部品の温度Ｔｐｈは外気雰囲気温度Ｔａｔの上昇とともにＴｐｈ≒Ｔａｔの関係を保って上昇する。一方、発熱性部品は、熱交換するモータハウジング１２ａの熱容量に応じて、温度Ｔｄの上昇に一次遅れを生じる。そのため、発熱性部品よりも非発熱性部品の方が先にその動作保証温度Ｔｐｈ１を越える温度に上昇して、熱的なダメージを受けることになる。

通常、回路基板２１上に配置されている部品や素子は、例えば、内部電源回路４、ＣＰＵ５、フォトカプラ７ａ、温度検出回路７ｂ、通信回路８など、電動モータ１２の停止中も動作しているものが大多数である。そして、これら回路基板２１に配置されている部品、素子には非発熱性部品が多数含まれている。そのため、吸入冷媒と直接熱交換しない状態に置かれた回路基板２１上の非発熱性部品等の部品、素子が、発熱性部品よりも先に熱によるダメージを受け、これにより、モータ駆動装置全体の動作信頼性が損なわれるという問題が生ずる。

次に、上記問題を解決するための本実施形態における温度保護の制御ルーチンについて、図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、保護制御部としてのＣＰＵ５により、所定時間ごとに繰り返し処理が行われるコンピュータプログラムの処理手順を示している。

なお、サーミスタ７０により検出されたフォトカプラ７ａの温度Ｔｐｈの大きさに応じて、ＣＰＵ５は図６に示すような状態を設定する。図６中、各温度の大小関係は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３≒Ｔｐｈ１である。すなわち、ＣＰＵ５は、温度検出回路７ｂからの検出信号である非発熱性素子の温度Ｔｐｈの変化状況が監視し、検出温度Ｔｐｈの上昇時、ＴｐｈがＴ２未満では通常状態として、自己遮断信号：無、過熱信号：無とする。さらに温度Ｔｐｈが上昇し、Ｔ２≦Ｔｐｈ＜Ｔ３では、警報状態として、自己遮断信号：無、過熱信号：有とする。さらに温度Ｔｐｈが上昇し、Ｔ３≦Ｔｐｈでは、異常状態として、自己遮断信号：有とする。また、警報状態（過熱信号有）から、ＴｐｈがＴ１以下に低下すれば、通常状態に戻ったものと判定し、過熱信号は取り消される。なお、閾値温度Ｔ１およびＴ２付近で温度Ｔｐｈが上下した場合のハンチングを防ぐ目的で、警報状態発生Ｔ２および警報状態解除Ｔ１のヒステリシスが設けられている。

スタート時点では空調装置１００の作動開始前、すなわち電動モータ１２が停止状態にある。まず、ステップＳ１００にて、自己遮断信号の有無が判定され、有の場合、すなわち異常状態にあると判定された場合は、ＴｐｈがＴｐｈ１以上であるため、ステップＳ１０２にて自己遮断を行い、制御フローに基づく処理を停止する。

この自己遮断では、ＣＰＵ５より内部電源回路４に対して、少なくとも被検温対象であるフォトカプラ７ａへの電源供給を遮断（通電を停止）するよう、指令信号を出す。この場合、フォトカプラ７ａ以外の非発熱性部品、例えば内部電源回路４、ＣＰＵ５、温度検出回路７ｂ、通信回路８等にも同時に通電を停止してもよい。

この自己遮断により、通電が停止された非発熱性部品においては、動作保証温度から保存保証温度へ温度マージンを上げることができるので、素子としての熱的なダメージを受けにくくすることができる。したがって、外部雰囲気温度Ｔａｔが動作保証温度以下にまで低下したときに、再度空調装置１００を作動させる場合には、インバータ１３はモータ駆動装置として正常に作動させることができる。

ステップＳ１００にて、自己遮断信号が無い場合は、ステップＳ１０４にて通常の空調装置１００の起動信号の有無が判定される。この通常起動信号は、具体的には、通常の空調装置１００の動作状態における、ＥＣＵ９により算出された電動モータ１２への目標回転数Ｎを指令する信号である。

ステップＳ１０４で、通常起動信号が有と判定された場合には、通常運転モードに移行し、ステップＳ１０６で、電動モータ１２が起動または駆動される。ステップＳ１０４で通常起動信号が無と判定された場合は、強制駆動モード（ステップＳ１２２）へ移行する。

通常運転モードにおいては、電動モータ１２の起動または駆動後、目標回転数Ｎによるモータ回転数制御モードに移行し、まずステップＳ１０８で、上記ステップＳ１００と同様に、自己遮断信号の有無が判定される。自己遮断信号が有りと判定された場合は、上記ステップＳ１０２と同様、ステップＳ１１０で自己遮断し、この制御フローを終了する。

自己遮断信号が無しと判定された場合には、次にステップＳ１１２で、過熱信号の有無が判定される。ここで過熱信号が有り、すなわち警報状態にあると判定された場合は、Ｔｐｈが動作保証温度Ｔｐｈ１より低い温度範囲（Ｔ３≒Ｔｐｈ１＞Ｔｐｈ＞Ｔ２またはＴ１）、すなわち動作保証温度の範囲内の比較的上限値に近い温度である。そのため、このままの状態が続くと、外気雰囲気の熱や発熱性部品の発する熱の影響で、非発熱性部品の温度Ｔｐｈがその動作保証温度Ｔｐｈ１を越えるおそれがあるので、ステップＳ１１６へ移行して、吸入冷媒による冷却効果を増大させるために電動モータ１２の回転数を増加さる。

すなわち、ステップＳ１１６で、現在の電動モータ１２の目標回転数Ｎに対して、回転数ｎ分増加させ、新たな目標回転数Ｎ＋ｎに基づき電動モータ１２を回転制御する。この増加分ｎは、Ｔ１＜Ｔｐｈ＜Ｔ２の範囲にある非発熱性部品の温度ＴｐｈをＴｐｈ＜Ｔ１の範囲に低下させるに足る回転数であり、予め設定されている。

一方、ステップＳ１１２で過熱信号が無しと判定された場合は、ステップＳ１０８で自己遮断信号無しと判定されているので、図６より、通常状態と判定され、ステップＳ１１４へ移行する。ステップＳ１１４では、現在の目標回転数Ｎに基づいて、電動モータ１２を回転制御する。

次に、ステップＳ１１８で、停止信号の有無が判定される。この停止信号無の場合とは、目標回転数ＮがＥＣＵ９から出力されている状態であり、このときにはステップＳ１０８へ戻り、処理が繰り返される。停止信号有の場合とは、空調装置１００のスイッチ（いわゆるＡ／Ｃスイッチ）がオフ状態、イグニッションオフの状態およびＥＣＵ９で算出される目標回転数Ｎ＝０の場合であり、このときにはステップＳ１２０で電動モータ１２の作動を停止し、通常運転モードのルーチンを抜けてステップＳ１２２へ移行する。

ステップＳ１２２では、強制駆動モードとして、ステップＳ１１２と同様の判定基準に基づき過熱信号の有無が判定される。過熱信号無と判定された場合は、ステップＳ１００に戻り上記制御ルーチンの処理を繰り返す。過熱信号有と判定された場合は、停止中の電動モータ１２を強制的に起動し（ステップＳ１２４）、その回転を所定の回転数ｎへ増加（０→ｎ）させる（ステップＳ１２６）。これにより、圧縮機構１１が作動して吸入冷媒のモータハウジング１２ａ内への循環が行われ、吸入冷媒と直接熱交換する発熱性部品の冷却開始および冷却継続によって、発熱性部品の温度Ｔｄの低下するとともに、さらには吸入冷媒とは直接熱交換しない非発熱性部品の冷却も徐々に進めることができる。

すなわち、強制駆動モードにおいては、電動モータ１２の停止中であっても、耐熱性能が最も低い非発熱性部品の温度Ｔｐｈがその動作保証温度Ｔｐｈ１に近い温度Ｔ２（＜Ｔ３≒Ｔｐｈ１）を越えた時点で電動モータ１２を強制的に起動および回転数ｎでの回転制御を行う。これにより、吸入冷媒によるモータハウジング１２ａおよび発熱性部品の冷却効果の影響を受けて非発熱性部品の温度上昇を抑制することができ、モータ駆動装置の信頼性を向上させることができる。

また、従来は、発熱性部品の温度に応じて冷却効果を増大させるようにしていたので、電動モータが停止状態となって吸入冷媒の循環が停止してもモータ駆動装置の温度保護を可能とするために、なるべくモータ駆動装置を冷却しておく必要があり、余分に電動モータを駆動していた。しかし、本実施形態では、電動モータ１２が停止中であっても、非発熱性部品（フォトカプラ７ａ）の温度上昇を監視してこれに基づき電動モータ１２を駆動するので、必要以上に強制冷却を行うことを防止でき、これにより省エネルギーおよび騒音低減が可能になる。

以上説明したように、本実施形態では、吸入冷媒と直接熱交換が困難な状態に配置された非発熱性部品のうち、耐熱性能が最も低いフォトカプラ７ａの温度Ｔｐｈを検出し、この温度Ｔｐｈの上昇に応じて、保護制御を行う。具体的には、フォトカプラ７ａの温度Ｔｐｈが動作保証温度Ｔｐｈ１より低い所定温度Ｔ２を超えた場合、電動モータ１２の目標回転数Ｎ（Ｎ＝０を含む）を、強制的に現在値より所定量ｎ分増加させるので、モータハウジング１２ａに吸入される冷媒の量が増加し、これにより吸入冷媒と直接熱交換可能な発熱性部品であるＩＧＢＴ２０の冷却効果が向上し、インバータ１３の信頼性を向上させることができる。すなわち、電動モータ１２の停止（Ｎ＝０）および作動（Ｎ＞０）の状態のいずれにおいてもインバータ１３の信頼性を向上させることができる。

フォトカプラ７ａの温度Ｔｐｈがさらに上昇し、動作保証温度Ｔｐｈ２近傍の温度Ｔ３を超えた場合には、非発熱性部品の通電を遮断して、部品および素子を保存状態におく。これにより、通電を遮断された非発熱性部品に対しては、高温雰囲気下で非発熱性部品の温度が上昇しても、動作保証温度から保存保証温度へ耐熱温度マージンを高めることができ、素子への熱ダメージを回避することができる。

しかも、このフォトカプラ７ａは、耐熱性能の最も低い非発熱性部品であるので、このフォトカプラ７ａの温度に応じて保護制御を行うことにより、インバータ１３全体の信頼性を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態は、次のように種々の構成上の変更が可能である。
（１）上記実施形態では、非発熱性部品として耐熱性能が最も低いフォトカプラ７ａの温度を検出するようにしたが、これに限らない。例えば、回路基板２１上に配置されている非発熱性部品として、内部電源回路４、ＣＰＵ５、温度検出回路７ｂおよび通信回路８等のうち少なくとも１つの部品の近傍にサーミスタ７０を配置し、これにより検出した温度を非発熱性部品の温度としてよい。
（２）上記実施形態では、モータ駆動装置としてのインバータ１３は、モータハウジング１２ａに取り付けられ、インバータ１３内の発熱性素子であるＩＧＢＴ２０をモータハウジング１２ａを介して吸入冷媒と熱交換させるようにしたが、インバータ１３の取り付け位置は、これに限らない。例えば、インバータ１３を電動モータ１２への吸入管に取り付けて、ＩＧＢＴ２０をこの吸入管を介して吸入冷媒と熱交換させるようにしてもよい。
（３）上記実施形態では、過熱信号有の場合の電動モータ１２の回転数増加（図５中、ステップＳ１１６、Ｓ１２２）は、ともに予め設定した増加量ｎにより行ったが、これに限らない。例えば、所定時間ごとの増分Δｎ分を設け、電動モータ１２の回転数を所定時間ごとに段階的に増加させるようにしてもよい。このとき、段階的な増加過程において、温度Ｔｐｈが低下して過熱信号が無となれば、回転数増加制御が停止し、回転数を元の目標回転数Ｎに低下させることができる（ステップＳ１１４）。これにより、ステップ的に回転数を増加させる場合と比べ、電動モータ１２の消費エネルギーおよび発生騒音を低減することができる。
（４）上記実施形態では、図５に示す温度保護の制御ルーチンはＣＰＵ５において実行する例を示したが、これに限らない。例えば、ＣＰＵ５よりも上位のＥＣＵ９が、通信回路８を介して温度検出回路７ｂからの検出温度信号を入力し、これに基づき自己遮断信号および過熱信号を発生して上記図５に示す制御ルーチンを実行して、新たな目標回転数Ｎ（＝０〜Ｎ＋ｎ）を通信回路８を介してＣＰＵ５に送信するようにしてもよい。
（５）上記実施形態では、モータ駆動装置の温度保護のために、耐熱性能が最も低く、吸入冷媒と直接熱交換し難い位置に配置された非発熱性部品の温度Ｔｐｈを検出し、この温度Ｔｐｈの上昇に応じて、温度Ｔｐｈが警報状態温度の範囲にあるときは電動モータ１２の回転数を増加させ、さらに上昇して異常状態温度の範囲になったら、非発熱性部品への通電をオフするようにしたが、これに限らない。すなわち、上記実施形態で用いられる非発熱性部品の温度検出およびその温度Ｔｐｈに基づく温度保護の処理ルーチンに、従来知られている発熱性部品の温度Ｔｄ検出およびその温度Ｔｄの上昇に応じた電動モータ１２の回転数増加の処理ルーチンを加えて、二重に行うようにしてもよい。

本実施形態に係るモータ駆動装置一体型電動圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍機の模式図である。 電動圧縮機の車載時におけるエンジンルーム内の配置状況を示す図である。 モータ駆動装置の概略構成図である。 ゲートドライバ回路の概略構成図である。 モータ駆動装置の温度保護の制御ルーチンを表すフローチャートである。 非発熱性部品の検出温度と異常、警報、通常の各状態との関係を示す図である。 従来技術における電動モータ起動直後からのインバータ各部の温度変化を示す図である。 従来技術における電動モータ停止中のインバータ各部の温度変化を示す図である。

符号の説明

１０…電動圧縮機、１１…圧縮機構、１２…モータ、１２ａ…モータハウジング、
１３…モータ駆動装置（インバータ）、２…スイッチング回路、２０…ＩＧＢＴ、
２１…回路基板、２２…絶縁体支持部材、３…制御回路、４…内部電源回路、
５…ＣＰＵ、６…ゲートドライバ回路、７ａ…フォトカプラ、７ｂ…温度検出回路、
７０…サーミスタ、９…空調制御回路（ＥＣＵ）。

Claims (8)

1. 冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（１１）、該圧縮機構を駆動する電動モータ（１２）、および前記電動モータを駆動制御するモータ駆動装置（１３）を備える電動圧縮機（１０）であって、
   前記モータ駆動装置は、
   前記吸入された冷媒と熱交換可能に配置され、前記電動モータの作動に応じて発熱する発熱性部品（２０）と、
   前記発熱性部品以外の非発熱性部品（４、５、７ａ、８、６１）と、
   前記非発熱性部品の温度を検出する温度検出手段（７ｂ）と、
   前記検出された非発熱性部品の温度に基づいて前記モータ駆動装置の保護制御を行う保護制御部（５、９）と
   を備えることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記発熱性部品は、前記電動モータを駆動するパワーデバイス（２０）であることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記非発熱性部品は、フォトカプラ（７ａ、６１）、内部電源回路（４）、ＣＰＵ（５）、温度検出回路（７ｂ）および通信回路（８）のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機。
4. 前記非発熱性部品は、前記モータ駆動装置を構成する部品のうち耐熱性能が最も低い部品であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機。
5. 前記保護制御部は、前記検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、前記非発熱性部品への通電を遮断することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
6. 前記保護制御部は、前記検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、前記電動モータの回転数を所定量増加することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
7. 前記保護制御部は、前記電動モータが停止状態にあるとき、前記検出された非発熱性部品の温度が、予め設定されている所定温度を超えた場合に、前記電動モータを駆動することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
8. 前記温度検出手段は、前記発熱性部品の温度を検出するとともに、
   前記保護制御部は、前記検出された発熱性部品の温度が所定温度を超えた場合には、前記電動モータの回転数を所定量増加することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の電動圧縮機。
   

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