JP5039515B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機構を駆動する電動モータ、電動モータを制御する制御装置が圧縮機構と一体となった電動圧縮機に関するもので、さらに詳しくは、前記制御装置に設けられたスイッチング素子等の高電圧部品の熱損傷を防止することのできる電動圧縮機に関するものである。

エンジンを搭載しない電気自動車や燃料電池車等における車載空気調和装置は、冷媒を圧縮循環させる動力源として、電動モータを内蔵した圧縮機を有する。この電動モータは、空気調和装置の主制御装置からの命令に応じて所望の回転数で回転させる必要があるから、制御装置が別途必要である。この制御装置は、電気回路や電子回路で構成される。具体的には、中央演算装置やメモリ等といった電子素子をはじめ、いわゆるインバータ回路（スイッチング回路）を構成するためのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field Effect Transistor）等のスイッチング素子（パワートランジスタ素子）を備えている。そして、省スペース化の要請から、この制御装置を圧縮機構、電動モータとともに一つの筐体内に組み込まれた電動圧縮機が存在する。以下、この電動圧縮機を、一体型電動圧縮機ということがある。

スイッチング素子は、電動モータに大きな電力を供給し、かつ電動モータの回転数を制御する機能を有する。ところが、当該制御装置による制御は、電動モータの回転数を主制御装置からの指令に基づいて電動モータを所望の回転数に制御するものであり、この制御の過程で消費電力が大きくなり過ぎ、時として一体型電動圧縮機の制御装置に実装された高電圧部品（以下、単に部品）に損傷を与える程の過電流が流れる。そうすると、スイッチング素子、その他の部品の温度が上がり損傷（熱損傷）する。極端な場合には、これら電子部品の破裂、出火を招くことも想定される。この熱損傷は、電動モータを構成する部品についても起こり得る。

一体型電動圧縮機の制御装置を熱損傷から保護する提案が特許文献１、特許文献２に開示されている。
特許文献１は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構、圧縮機構を駆動する電動モータ、及び電動モータの回転数を制御する電気回路が一体となった電動圧縮機において、電気回路の温度が所定温度を超えたとき、さらには圧縮機構の実回転数が所定回転数以下のときに、圧縮機構の回転数を上げる保護制御手段を備えることを提案している。
この提案は、以下の知見に基づいている。すなわち、圧縮機構の回転数が比較的に小さい場合には、冷媒による冷却効果が電気回路及び電動モータの発熱量を下回るため、回転数が上がるほど冷媒による冷却効果が大きくなるものの、圧縮機構の回転数が比較的に大きい場合には、逆に、電気回路及び電動モータの発熱量が冷媒による冷却効果を上回るため、圧縮機構の回転数が上がるほど電気回路及び電動モータの温度が上がる。そこで特許文献１は、電気回路の温度が所定温度を超えたときに、圧縮機構の回転数を上げることにより電動モータ及び電気回路の温度を下げることとしている。

特許文献２は、電動圧縮機の回転数が上がると、圧縮対象である冷媒が多く循環することになり、この冷媒によるスイッチング素子への冷却効果が上がる効果と相まって、電動圧縮機の電動モータは、ある回転数領域では、他の領域に比べて電流余裕代が大きくなる、との知見に基づいている（特許文献２ 段落［００２５］）。つまり、特許文献２は、空気調和装置の主制御装置からの電動モータ回転数指令にかかわらず、一体型電動圧縮機の制御装置を構成するスイッチング素子の保護が必要となる状態を表すインバータ出力電流又はスイッチング素子温度に関する一定条件Ａを満たす場合に、予め定めた上限回転数と下限回転数との間の回転数内で電動モータの回転数を維持する回転数制限制御部を備える電動圧縮機の制御装置を提案している。
特許文献２は、例えば、１秒中のインバータ出力電流絶対値の最大値が、予めわかっているスイッチング素子の定格電流×０．９よりも大きくなったとき、電動圧縮機の実運転回転数が、所定の回転数Ｎ１よりも小さいかどうかを判断する。回転数Ｎ１よりも小さい場合は、電流余裕代が小さいので、敢えて回転数を所定回転数Ｎ３だけ上げる。Ｎ１よりも大きく、かつＮ２よりも大きいときは、これも電流余裕代が小さくなることから、回転数を所定回転数Ｎ４だけ下げる。その後に、まだ回転数制御運転を続行する必要があるかを判定する。

特開２００４−６８８０７号公報 特開２００７−９２６３６号公報

特許文献１は、実際には、電気回路の温度Ｔｉが温度領域Ａ，Ｅ，Ｄ（特許文献１ 図４（ａ））の３つの領域の中でいずれの温度領域に属するかが判定され、各温度領域に応じて圧縮機構（電動モータ）の制御内容が決定される。したがって、例えば、電気回路の温度特性からいって、温度Ｔｉでは必要がない場合であっても電動モータを停止させる等の保護制御をする可能性を含んでいる。つまり、熱損傷から保護すべき部品の能力に応じた保護制御を行うことができない。保護制御は、乗員の空調感を損なうことがあるので、最小限に抑えられるべきである。
引用文献２は、スイッチング素子の定格電流×０．９という基準を用いているが、やはり温度に関する配慮がなされていない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、保護すべき部品の能力に応じて当該部品を熱損傷から保護することのできる電動圧縮機を提供することを目的とする。

図３は、部品における、電流（図３（ａ））、電力（図３（ｂ））の温度特性を示している。図３に示すように、部品は、一般的には室温以下では最大絶対定格電流、最大絶対定格電力まで使用可能であるが、温度が高くなるにつれて使用可能な電流、電力が下がる。部品には高電流、高電圧が通電されているが、図３に示されるように、温度毎に特定される電流（許容電流）、電力（許容電力）を超えて使用すると、温度が上がり熱損傷を招く。
そこでなされた本発明の電動圧縮機は、冷媒を吸入し、かつ圧縮して吐出する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動モータと、圧縮機構及び電動モータを収容する筐体と、筐体に収容される、電動モータの駆動を制御する制御部と、制御部及び電動モータの一方又は双方を構成する一又は複数の部品の温度を検出する温度検出器と、部品に流れる電流を検出する電流検出器と、を備えた電動圧縮機であって、以下のようにして熱損傷から部品を保護する。すなわち、温度検出器が検出した温度を温度Ｔｄとし、温度Ｔｄを温度検出器が検出したときに電流検出器が検出した電流を電流Ｉｄとし、部品固有の電流に関する温度特性における、温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉａ（Ｔｄ）とすると、制御部は、Ｉａ（Ｔｄ）とＩｄを比較した結果に基づいて電動モータの駆動を停止させることを特徴とする。
本発明の電動圧縮機は、部品の温度特性と、検出された温度Ｔｄ、電流Ｉｄとを比較して、電動モータの駆動を停止させるので、部品の能力に応じて当該部品を熱損傷から保護することができる。

本発明の電動圧縮機において、部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｂ（Ｔｄ）とすると、制御部は、Ｉａ（Ｔｄ）≦Ｉｄの場合には、電動モータの駆動を停止するように制御する。部品に熱損傷が生ずる可能性が大きいことから、電動モータを停止して、部品の温度を降下させる。
また、Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、制御部は、電動モータの負荷を低減するように制御する。電動モータの負荷を低減することにより、電動モータの部品は勿論、流れる電流が下がるため、制御部を構成する部品の温度も下がる。かくして、部品は熱損傷から保護される。Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合の制御を保護制御という。

保護制御は、電動モータの負荷を低減するのみならず、電動モータの回転数が所定の回転数ｘ以下のときは、電動モータの回転数を上げるように制御することによっても、電動モータの部品、制御部を構成する部品の温度を下げることができる。また、電動モータの回転数が所定の回転数ｙを超えるときは、電動モータの回転数を下げるように制御することによっても電動モータの部品、制御部を構成する部品の温度を下げることができる。これは、上記知見に基づくものである。
また、保護制御は、熱損傷から保護すべき部品が、制御部に設けられた、電動モータに対するスイッチング素子の場合には、スイッチング素子のオン・オフを制御するキャリア周波数を下げるように制御する。キャリア周波数を下げることにより、スイッチング素子の発熱量を下げることができる。
本発明の電動圧縮機は、部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｃ（Ｔｄ）（ただし、Ｉｃ（Ｔｄ）＜Ｉｂ（Ｔｄ））とすると、制御部は、Ｉｄ≦Ｉｃ（Ｔｄ）となった場合に、保護制御を解除することができる。

本発明は、電流検出器に替えて電力検出器を備え、制御部は、温度検出器が検出した温度を温度Ｔｄとし、温度Ｔｄを温度検出器が検出したときに電力検出器が検出した電力を電力Ｐｄとし、部品固有の電力に関する温度特性における、温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐａ（Ｔｄ）とすると、Ｐａ（Ｔｄ）とＰｄを比較した結果に基づいて電動モータの駆動を停止させることもできる。
この電動圧縮機においても、上述した保護制御を実行できるし、保護制御の解除を行うことができる。この場合、Ｉｄ、Ｉａ（Ｔｄ）、Ｉｂ（Ｔｄ）及びＩｃ（Ｔｄ）を、Ｐｄ、Ｐａ（Ｔｄ）、Ｐｂ（Ｔｄ）及びＰｃ（Ｔｄ）と読み替えたものとなる。

本発明によれば、部品の温度特性と、検出された温度Ｔｄ、電流Ｉｄ（電力Ｐｄ）とを比較して、電動モータの駆動を停止させるので、部品の能力に応じて当該部品を熱損傷から保護することができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態は、車両用蒸気圧縮式冷凍機（車両用空調装置）の電動圧縮機に適用したものであって、図１は本実施形態に係る電動圧縮機１０を用いた車両用の蒸気圧縮式冷凍機１の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、蒸気圧縮式冷凍機１は、冷媒を高温・高圧に圧縮する電動圧縮機１０と、高温・高圧冷媒を冷却、凝縮する凝縮器２０と、凝縮器２０からの冷媒を気液分離する受液器３０と、冷却された高圧冷媒を減圧する膨張弁４０と、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５０と、を備えている。これらの要素は、管路Ｐにより直列に接続されている。また、蒸気圧縮式冷凍機１は、電動圧縮機１０、凝縮器２０等の運転を、空調負荷に基づいて制御する主制御ユニット６０を備えている。

電動圧縮機１０は、冷媒を吸入し、かつ圧縮して吐出する圧縮機構１１と、圧縮機構１１を駆動する電動モータ１２と、電動モータ１２の駆動を制御するインバータ回路を含む制御部１３により構成される。圧縮機構１１としては例えばスクロール式の圧縮機を、電動モータ１２としてはＤＣブラシレス式の電動モータを用いることができ、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。
電動圧縮機１０は、圧縮機構１１、電動モータ１２及び制御部１３を収容する筐体（図示せず）を備えている。電動圧縮機１０は、蒸発器５０から吐出されて電動圧縮機１０の筐体に吸引された冷媒が、制御部１３を冷却した後、圧縮機構１１に吸入圧縮され、その後、電動モータ１２を冷却してから凝縮器２０に向けて吐出するように構成されている。

制御部１３は、図２に示すように、第１制御部１３ａ及び第２制御部１３ｂを備えている。第１制御部１３ａは、主制御ユニット６０からの指令に基づいて電動モータ１２に供給する所定電流（電圧）を制御する。また、第２制御部１３ｂは保護判定とそれに基づく指令を第１制御部１３ａに与える。図２には示していないが、制御部１３はスイッチング素子、コンデンサ、インダクタ等のインバータ回路を構成する要素を含んでおり、第１制御部１３ａ及び第２制御部１３ｂがスイッチング素子の動作を制御する。なお、この例では、第１制御部１３ａと第２制御部１３ｂを分けたが、例えば物理的に１つのマイクロコンピュータが以上の２つの制御部の機能を持つこともできる。
電動圧縮機１０は、制御部１３に実装されているスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）の温度Ｔｄを検出する温度検出器１４を備えている。また、電動圧縮機１０は、スイッチング素子を流れる電流Ｉｄを検出する電流検出器１５を備えている。温度検出器１４で検出された温度Ｔｄは、第２制御部１３ｂに与えられる。また、電流検出器１５で検出された電流Ｉｄもまた、第２制御部１３ｂに与えられる。第２制御部１３ｂは、温度Ｔｄ、電流Ｉｄに基づいて、スイッチング素子を熱損傷から保護する保護制御を実行する。保護制御は、主制御ユニット６０からの指令に拘わらず行われる。ただし、保護制御を実行するために、主制御ユニット６０が作動することがある。この制御の内容は、後述する。

電動圧縮機１０（圧縮機構１１）で高温・高圧に圧縮された冷媒は、凝縮器２０に導入される。凝縮器２０は、外気を凝縮器２０に供給する冷却ファン２１を備えている。凝縮器２０に導入された高温・高圧冷媒は、冷却ファン２１で供給された外気により冷却され、凝縮、液化し、受液器３０に向かう。冷却ファン２１の動作は、通常は空調負荷に応じて主制御ユニット６０により制御されるが、後述するように、保護制御時にも動作することがある。

受液器３０は、凝縮器２０から受けた冷媒を気液分離する。分離された液冷媒は、膨張弁４０に向かう。受液器３０には、車両用蒸気圧縮式冷凍機１で余剰となった液冷媒も蓄えられる。

受液器３０から受けた高圧液冷媒は、膨張弁４０で減圧されて低温２相状態となって蒸発器５０に向かう。
蒸発器５０は、ブロワ５１と、内外気切換えダンパ５２とを備えている。主制御ユニット６０により駆動制御されるブロワ５１は、内外気切換えダンパ５２の位置に応じて、外気又は車内循環気（内気）を蒸発器５０に与える。蒸発器５０に導入された低温２相状態の冷媒は、外気又は内気と熱交換（吸熱）されて再びガス冷媒となって、電動圧縮機１０（圧縮機構１１）に吸入される。このガス冷媒は、比較的低温であり、前述したように電動圧縮機１０の制御部１３、電動モータ１２を冷却する。

次に、制御部１３及び主制御ユニット６０が行う、保護制御について説明する。保護制御は、制御部１３に備えられたスイッチング素子を熱損傷から保護することを目的として行われる。ただし、ここでは熱損傷から保護する部品をスイッチング素子に限定して説明するが、本発明が制御部１３に含まれるいずれかの部品、電動モータ１２に含まれる部品に適用できることは言うまでもない。

図４（ａ）は、第２制御部１３ｂが保持する、スイッチング素子に関するデータを、温度Ｔｃ（℃）を横軸とし、許容電流（Ａ）を縦軸とする座標上に展開したグラフを示している。図４（ａ）に示すように、第２制御部１３ｂは、３種類のデータを保持する。一つは、スイッチング素子の温度特性データａである。この温度特性データａは、実際に使用されているスイッチング素子固有のものである。温度特性データａの他に、低減温度特性データｂ及び低減温度特性データｃを、第２制御部１３ｂは保持している。なお、図４（ｂ）に示すように、温度特性に関するデータを、温度Ｔｃと許容電力（Ｗ）の関係に関するものとすることもできる。

同一の温度において、スイッチング素子の温度特性データａの許容電流Ｉａ（Ｔｄ）、低減温度特性データｂの許容電流Ｉｂ（Ｔｄ）、低減温度特性データｃの許容電流Ｉｃ（Ｔｄ）は、Ｉｃ（Ｔｄ）＜Ｉｂ（Ｔｄ）＜Ｉａ（Ｔｄ）の関係を有している。
また、低減温度特性データｂの常温（２０℃）以下の許容電流Ｉｂ（Ｔｄ）はスイッチング素子の温度特性データａの許容電流Ｉａ（Ｔｄ）の例えば９０％程度に設定する。また、低減温度特性データｃの常温（２０℃）以下の許容電流Ｉｃ（Ｔｄ）はスイッチング素子の温度特性データａの許容電流Ｉａ（Ｔｄ）の例えば８５％程度に設定する。スイッチング素子の温度特性データａの許容電流Ｉａ（Ｔｄ）がゼロとなる温度においては、低減温度特性データｂの許容電流Ｉｂ（Ｔｄ）、及び低減温度特性データｃの許容電流Ｉｃ（Ｔｄ）は、ともにゼロに設定される。

図５は、第２制御部１３ｂによる、保護制御の手順を示すフローチャートである。なお、蒸気圧縮式冷凍機１は、空調負荷に応じて主制御ユニット６０の制御により運転されているものとする。この制御を、以下では、通常制御という。
第２制御部１３ｂは、電流検出器１５で検出されたスイッチング素子に流れる電流Ｉｄに関するデータ、及び温度検出器１４で検出されたスイッチング素子の温度Ｔｄに関するデータを取得する（図５ Ｓ１００）。なお、図５には、電力Ｐｄの記載があるが、電流Ｉｄに替えてスイッチング素子に供給される電力Ｐｄを用いることができるし、電流Ｉｄとともに電力Ｐｄを用いることができることを意味する。ただし、以下の説明では、電流Ｉｄについてのみ言及する。

第２制御部１３ｂは、検出された電流Ｉｄ及び温度Ｔｄに関するデータを取得すると、スイッチング素子の温度特性データａ、低減温度特性データｂ及び低減温度特性データｃと比較する（図５ Ｓ１１０）。具体的には、温度特性データａにおける温度Ｔｄに対応する電流Ｉａ（Ｔｄ）、低減温度特性データｂにおける温度Ｔｄに対応する電流Ｉｂ（Ｔｄ）、及び低減温度特性データｃにおける温度Ｔｄに対応する電流Ｉｃ（Ｔｄ）と、Ｉｄとを比較する。この比較結果は、以下の３つに区分される。
Ｉｄ≧Ｉａ（Ｔｄ）
Ｉｄ＜Ｉｂ（Ｔｄ）
Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）

上記比較結果が、Ｉｄ≧Ｉａ（Ｔｄ）となったときは、第２制御部１３ｂは、スイッチング素子が熱損傷するものと判断する。したがって、第２制御部１３ｂは、主制御ユニット６０の指令に拘わらず、電動モータ１２への電流の供給を止めて電動モータ１２の運転を停止させる（図５ Ｓ１５０）。その後、制御部１３が備える通信系統が、主制御ユニット６０へ電動モータ１２への電流の供給を止めたことを送信し（図５ Ｓ１５２）、次いで、主制御ユニット６０からの指令を待機する（図５ Ｓ１５４）。
このとき、凝縮器２０に付随する冷却ファン２１、蒸発器５０に付随するブロア５１の運転は継続することが好ましい。電動モータ１２の停止による、空調感の悪化を少しでも食い止めるためである。
上記比較結果が、Ｉｄ＜Ｉｂ（Ｔｄ）となったときは、保護制御を行うことなく、通常制御を継続する（図５ Ｓ１６０）。Ｉｄ＜Ｉｂ（Ｔｄ）となったときは、許容電流までに余裕があり、スイッチング素子が熱損傷するおそれがないと判断するのである。

上記比較結果が、Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）となったときは、第２制御部１３ｂは保護制御を実行する（図５ Ｓ１２０）。Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）は、図４（ａ）において、温度特性データａについての曲線と低減温度特性データｂについての曲線の間に検出された電流Ｉｄが属していることを示している。この場合、スイッチング素子が熱損傷するおそれがあるとして、保護制御を実行するものである。
保護制御は、以下の（I）〜（IV）のいずれか一又は二以上の組み合せから選択される。
（I）電動モータトルクの低減
電動モータ１２にかかるトルクを下げることにより、制御部１３のスイッチング素子を流れ電動モータ１２に供給する電流を下げる。ここで、圧縮機構１１における冷媒の吐出圧力／吸入圧力（吐出・吸入圧力比）を下げることにより、電動モータ１２に印加されるトルクを下げることができる。吐出・吸入圧力比を下げるためには、以下のようにして吐出圧力を下げるか、又は吸入圧力を上げればよい。
・吐出圧力低減
凝縮器２０の能力（放熱量）が向上すれば、圧縮機構１１の吐出圧力を低減できる。具体的には冷却ファン２１の回転数を上げることにより凝縮器２０を通過する風量を増加させて、凝縮器２０の能力を向上させる。冷却ファン２１の回転数を上げる指示は、第２制御部１３ｂからの指示に基づいて、主制御ユニット６０が冷却ファン２１に対して行う。

・吸入圧力上昇
蒸発器５０への空気が外気から導入されていたのであれば、内外気切換えダンパ５２を作動させて、車両内の空気（内気）を循環させる。熱交換を促進して、圧縮機構１１の吸入圧力を上げることができる。
また、蒸発器５０の能力（吸熱量）が低減すれば、圧縮機構１１の吸入圧力を上げることができる。具体的には、ブロア５１の回転数を下げることにより蒸発器５０を通過する風量を減少させて、蒸発器５０の能力を低減させる。ただし、この蒸発器５０への風量を減少させると、空調感を悪化させるおそれがあるので、減少量にはある程度制限が必要である。
さらに、車内に蒸発器５０が２台設置され、冷凍サイクル回路上ではそれらが並列に配置されたシステム（デュアルシステム）がある。このデュアルシステムは、一般的に、２台の蒸発器５０が、相対的に大能力の大蒸発器と、相対的に小能力の小蒸発器から構成される。大蒸発器は車両前部座席に対応し、小蒸発器は車両後部に対応している。このデュアルシステムの場合、車両後部に設置される小蒸発器に付随するブロワの回転数を落とし、大蒸発器に付随するブロワについては、その後必要に応じて回転数を落としてもよい。

（II）圧縮機構１１の回転数を上げる
圧縮機構１１の回転数が所定の回転数ｘ以下の場合には、圧縮機構１１の回転数を上げる。
回転数が比較的に小さい場合には、冷媒による冷却効果がスイッチング素子を含めた制御部１３の発熱量を下回るため、回転数が上がるほど冷媒による冷却効果が大きくなる。一方、回転数が比較的に大きい場合には、逆に、制御部１３の発熱量が冷媒による冷却効果を上回るため、回転数が上がるほど制御部１３の温度が上がる。
そこで、圧縮機構１１の回転数が所定の回転数ｘ以下の場合には、回転数を上げることにより電動モータ１２及び制御部１３の温度を下げ、スイッチング素子を熱損傷から有効に保護することができる。なお、ここでいう所定の回転数以下の場合とは、回転数が比較的に小さい場合と同義である。また、所定の回転数ｘは、冷媒による冷却効果がスイッチング素子を含めた制御部１３の発熱量を下回る条件を予め確認することにより、特定することができる。
（III）圧縮機構１１の回転数を下げる
圧縮機構１１の回転数が所定の回転数ｙ以上の場合には、圧縮機構１１の回転数を下げる。
前述したように、圧縮機の回転数が比較的に大きい場合には、制御部１３の発熱量が冷媒による冷却効果を上回るため、回転数が上がるほど制御部１３の温度が上がる。
そこで、圧縮機構１１の回転数が所定の回転数以上の場合には、回転数を下げることにより電動モータ１２及び制御部１３の温度を下げて、スイッチング素子を熱損傷から有効に保護することができる。なお、ここでいう所定の回転数以上の場合とは、回転数が比較的に大きい場合と同義である。また、所定の回転数ｙは、制御部１３の発熱量が冷媒による冷却効果を上回る条件を予め確認しておくことにより、特定することができる。

（IV）キャリア周波数を下げる
スイッチング素子が例えばＩＧＢＴの場合、ＩＧＢＴのオン、オフの周期は、キャリア周波数により制御されている。このキャリア周波数を下げることによりＩＧＢＴの発熱量を下げることができる。したがって、キャリア周波数を下げることにより、ＩＧＢＴ（スイッチング素子）を熱損傷から有効に保護することができる。キャリア周波数の制御は、通常制御においては第１制御部１３ａが行っているが、保護制御においては第２制御部１３ｂの指示に基づいて第１制御部１３ａが行う。

保護制御を実行した後に、スイッチング素子を流れる電流Ｉｄを継続して検出しながら、第２制御部１３ｂは電流Ｉｄの時間微分を行う（ｄＩ／ｄｔ）。第２制御部１３ｂは、電流Ｉｄの時間微分の値が正の値（ｄＩ／ｄｔ≧０）か否か（ｄＩ／ｄｔ＜０）を判定する（図５ Ｓ１３０）。電動モータ１２へ供給される電流Ｉｄが経時的に増加し又は変化がなければ、ｄＩ／ｄｔ≧０となる。また、電動モータ１２へ供給される電流Ｉｄが経時的に減少すれば、ｄＩ／ｄｔ＜０となる。

ｄＩ／ｄｔ≧０の場合には、第２制御部１３ｂは、継続して検出している温度Ｔｄ、電流Ｉｄと、スイッチング素子の温度特性データａにおける温度Ｔｄに対応する電流Ｉａ（Ｔｄ）を用いて、Ｉｄ≧Ｉａ（Ｔｄ）であるかの判定を行う（図５ Ｓ１４０）。
Ｉｄ≧Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、第２制御部１３ｂは、電動モータ１２への電力供給を止めることにより、圧縮機構１１の運転を停止させる（図５ Ｓ１５０）。その後、第２制御部１３ｂは、主制御ユニット６０へ電動モータ１２への電流の供給を止めたことを送信し（図５ Ｓ１５２）、次いで、主制御ユニット６０からの指令を待機する（図５ Ｓ１５４）。
Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、保護制御（Ｓ１２０）を継続し、Ｓ１３０にて第２制御部１３ｂは、電流Ｉｄの時間微分の値が正の値（ｄＩ／ｄｔ≧０）か否か（ｄＩ／ｄｔ＜０）を判定し、その結果に基づいて、前述した手順が実行される。

第２制御部１３ｂの判定が、ｄＩ／ｄｔ＜０の場合には、継続して検出している温度Ｔｄ、電流Ｉｄと、低減温度特性データｃにおける温度Ｔｄに対応する電流Ｉｃ（Ｔｄ）を用いて、Ｉｄ≦Ｉｃ（Ｔｄ）であるか判定する（図５ Ｓ１７０）。Ｉｄ≦Ｉｃ（Ｔｄ）の場合には、第２制御部１３ｂによる制御を解除して、通常制御に復帰させる（図５ Ｓ１８０）。Ｉｄ＞Ｉｃ（Ｔｄ）の場合には、保護制御（Ｓ１２０）を継続し、Ｓ１３０にて第２制御部１３ｂは、電流Ｉｄの時間微分の値が正の値（ｄＩ／ｄｔ≧０）か否か（ｄＩ／ｄｔ＜０）を判定し、その結果に基づいて、前述した手順が実行される。

以上説明した制御手順を要約すると以下の通りである。
（１）Ｓ１１０において、圧縮機構１１を停止するか（図５ Ｓ１５０）、保護制御を実行することなく通常制御を継続するか（図５ Ｓ１６０）、又は保護制御を実行するか（図５ Ｓ１２０）を判断する。
（２）保護制御を実行する場合（図５ Ｓ１２０）、スイッチング素子を流れる電流Ｉｄが増加傾向（変化なしも含む）にあるか、それとも減少傾向にあるかを判断する（図５ Ｓ１３０）。
電流Ｉｄが増加傾向にある場合には、Ｓ１４０において、圧縮機構１１を停止するか（図５ Ｓ１５０）、又は保護制御を再度実行するか（図５ Ｓ１２０）を判断する。電流Ｉｄが減少傾向にある場合は、保護制御を止めて通常制御に復帰させていいか否かを判断する（図５ Ｓ１７０）。
このようにして、保護制御を実行した場合に、通常制御に復帰させるか、又は、圧縮機構１１を停止させるように制御手順が進められる。

以上説明したように、本実施形態は、スイッチング素子の許容電流に関する温度特性データａと、スイッチング素子の温度Ｔｄ及びスイッチング素子を流れる電流Ｉｄを比較することにより、以後の制御手順を定める。このように、温度特性データａと比較するものであるから、圧縮機構１１の運転を停止させる場合において、当該温度においてスイッチング素子が現実に熱損傷が起こる又は起こる可能性が大きい場合に限り、圧縮機構１１の運転を停止させることができる。つまり、スイッチング素子が有する能力を十分に利用しつつ、スイッチング素子を熱損傷から有効に保護することができる。これに対して、特許文献１のように、温度領域を定め、この温度領域にスイッチング素子の温度Ｔｄが含まれるときに圧縮機構１１の運転を停止させる制御では、例えばスイッチング素子が熱損傷するおそれがほとんどないときでも、圧縮機構１１の運転を停止させてしまう。このことは、図３（ａ）のグラフ上に当該「温度領域」を重ねて描けば容易に理解できる。

以上では、熱損傷から保護する高電圧部品をスイッチング素子として説明したが、本発明の高電圧部品はこれに限定されない。制御部１３には、スイッチング素子の他、インダクタ、コンデンサ等の部品が実装されており、これらの部品について本発明は広く適用することができる。また、圧縮機構１１を回転駆動する電動モータ１２に含まれる部品について本発明を適用することもできる。
また、以上では、温度特性データａ、低減温度特性データｂ、低減温度特性データｃを電流に関するものとして説明したが、本発明は電流に限らず電力について同様に適用することができる。熱損傷から保護すべき部品の種類に応じて適宜使用することができる。この場合の制御手順は、図５のＩｄ、Ｉａ（Ｔｄ）、Ｉｂ（Ｔｄ）、Ｉｃ（Ｔｄ）及びｄＩ／ｄｔを、各々、Ｐｄ、Ｐａ（Ｔｄ）、Ｐｂ（Ｔｄ）、Ｐｃ（Ｔｄ）及びｄＰ／ｄｔと読み替えたものとすればよい。また、電流と電圧の両者を用いることもできる。

本実施形態に係る電動圧縮機を用いた蒸気圧縮式冷凍機の構成を模式的に示す図である。 本実施形態に係る電動圧縮機の制御部の構成を示すブロック図である。 熱損傷から保護すべき部品の、電流（図３（ａ））、電力（図３（ｂ））の温度特性を示すグラフである。 第２制御部が保持する、電流（図４（ａ））、電力（図４（ｂ））の温度特性データを示すグラフである。 本実施形態に係る電動圧縮機の保護制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車両用蒸気圧縮式冷凍機、１０…電動圧縮機、１１…圧縮機構、１２…電動モータ、１３…制御部、１３ａ…第１制御部、１３ｂ…第２制御部、１４…温度検出器、１５…電流検出器、２０…凝縮器、２１…冷却ファン、３０…受液器、４０…膨張弁、５０…蒸発器、５１…ブロワ、５２…内外気切換えダンパ、６０…主制御ユニット

Claims (12)

1. 冷媒を吸入し、かつ圧縮して吐出する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する電動モータと、
   前記圧縮機構及び前記電動モータを収容する筐体と、
   前記筐体に収容される、前記電動モータの駆動を制御する制御部と、
   前記制御部及び前記電動モータの一方又は双方を構成する一又は複数の部品の温度を検出する温度検出器と、
   前記部品に流れる電流を検出する電流検出器と、を備えた電動圧縮機であって、
   前記温度検出器が検出した温度を温度Ｔｄとし、
   前記温度Ｔｄを前記温度検出器が検出したときに前記電流検出器が検出した電流を電流Ｉｄとし、
   前記部品固有の電流に関する温度特性における、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉａ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｉａ（Ｔｄ）とＩｄを比較した結果に基づいて前記電動モータの駆動を停止させることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｉａ（Ｔｄ）≦Ｉｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの負荷を低減するように保護制御することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｉａ（Ｔｄ）≦Ｉｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの回転数が所定の回転数ｘ以下のときは、前記電動モータの回転数を上げるように保護制御することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
4. 前記部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｉａ（Ｔｄ）≦Ｉｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの回転数が所定の回転数ｙを超えるときは、前記電動モータの回転数を下げるように保護制御することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
5. 前記部品が、前記制御部に設けられた、前記電動モータに対するスイッチング素子であり、
   前記部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｉａ（Ｔｄ）≦Ｉｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｉｂ（Ｔｄ）≦Ｉｄ＜Ｉａ（Ｔｄ）の場合には、前記スイッチング素子のオン・オフを制御するキャリア周波数を下げるように保護制御することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
6. 前記部品固有の電流に関する温度特性よりも各温度における電流が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電流を電流Ｉｃ（Ｔｄ）（ただし、Ｉｃ（Ｔｄ）＜Ｉｂ（Ｔｄ））とすると、前記制御部は、
   Ｉｄ≦Ｉｃ（Ｔｄ）となった場合に、
   前記保護制御を解除することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電動圧縮機。
7. 前記請求項１の前記電流検出器に替えて電力検出器を備え、
   前記制御部は、
   前記温度検出器が検出した温度を温度Ｔｄとし、
   前記温度Ｔｄを前記温度検出器が検出したときに前記電力検出器が検出した電力を電力Ｐｄとし、
   前記部品固有の電力に関する温度特性における、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐａ（Ｔｄ）とすると、
   Ｐａ（Ｔｄ）とＰｄを比較した結果に基づいて前記電動モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
8. 前記部品固有の電力に関する温度特性よりも各温度における電力が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｐａ（Ｔｄ）≦Ｐｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｐｂ（Ｔｄ）≦Ｐｄ＜Ｐａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの負荷を低減するように保護制御することを特徴とする請求項７に記載の電動圧縮機。
9. 前記部品固有の電力に関する温度特性よりも各温度における電力が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐｂ（Ｔｄ）とすると、
   前記制御部は、
   Ｐａ（Ｔｄ）≦Ｐｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
   Ｐｂ（Ｔｄ）≦Ｐｄ＜Ｐａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの回転数が所定の回転数ｘ以下のときは、前記電動モータの回転数を上げるように保護制御することを特徴とする請求項７に記載の電動圧縮機。
10. 前記部品固有の電力に関する温度特性よりも各温度における電力が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐｂ（Ｔｄ）とすると、
    前記制御部は、
    Ｐａ（Ｔｄ）≦Ｐｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
    Ｐｂ（Ｔｄ）≦Ｐｄ＜Ｐａ（Ｔｄ）の場合には、前記電動モータの回転数が所定の回転数ｙを超えるときは、前記電動モータの回転数を下げるように保護制御することを特徴とする請求項７に記載の電動圧縮機。
11. 前記部品が、前記制御部に設けられた、前記電動モータに対するスイッチング素子であり、
    前記部品固有の電力に関する温度特性よりも各温度における電力が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐｂ（Ｔｄ）とすると、
    前記制御部は、
    Ｐａ（Ｔｄ）≦Ｐｄの場合には、前記電動モータの駆動を停止するように制御し、
    Ｐｂ（Ｔｄ）≦Ｐｄ＜Ｐａ（Ｔｄ）の場合には、前記スイッチング素子のオン・オフを制御するキャリア周波数を下げるように保護制御することを特徴とする請求項７に記載の電動圧縮機。
12. 前記部品固有の電力に関する温度特性よりも各温度における電力が低減された低減温度特性において、前記温度Ｔｄに対応する電力を電力Ｐｃ（Ｔｄ）（ただし、Ｐｃ（Ｔｄ）＜Ｐｂ（Ｔｄ））とすると、前記制御部は、
    Ｐｄ≦Ｐｃ（Ｔｄ）となった場合に、
    前記保護制御を解除することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の電動圧縮機。

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