JP5473212B2 - 車載空気調和機用インバータシステム - Google Patents

Description

本発明は、車載空気調和機用インバータシステムに関する。

車載用空気調和機を構成する圧縮機を駆動するモータは、インバータシステムによりその動作が制御されている。
図２に示すように、従来、インバータシステム１は、モータ２を駆動するため高電圧電源３から供給される１００Ｖ以上の高電圧を、非絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ４により５Ｖや１５Ｖ程度に変換した低電圧により動作していた。このインバータシステム１は、車載用空気調和機のコントロール等のために、通信インターフェイス５を介して上位ＥＣＵ６と通信を行う。ここで、インバータシステム１に対する上位ＥＣＵ６等を含む車両の他の電装系統は、車載バッテリー電源７から供給される１２Ｖ、２４Ｖといった電圧によって動作している。モータ２を駆動するための高電圧が何らかの原因で他の電装系統に印加されると故障に繋がるため、インバータシステム１と他の電装系統とは、フォトカプラ等の絶縁型の通信コネクタ８によって、絶縁しつつ通信が行えるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３３５１３３０号公報

上記したような構成においては、インバータシステム１を構成する制御マイコン９をはじめとする制御回路のＧＮＤ（接地）電位は、モータ２を駆動するための高電圧系統のＧＮＤ電位と同電位となり、車載バッテリー電源７のＧＮＤとは絶縁されている。しかし、高電圧系統は、モータ２の駆動に使用されるため、電圧・電流の変動が大きく、これが制御マイコン９等の制御回路におけるノイズ発生源となるという問題がある。
また、インバータシステム１と通信を行う通信インターフェイス５のＧＮＤは、制御マイコン９のＧＮＤと絶縁されており、通信インターフェイス５と制御マイコン９との間の通信は、フォトカプラ等の絶縁型の通信コネクタ８を介して行われている。このため、その通信速度は、用いるフォトカプラ等の応答性によって制限されてしまい、より緻密な制御を行う妨げとなっている。
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、制御回路へのノイズの侵入、通信の高速化によるより緻密な制御の実現を可能とする車載空気調和機用インバータシステムを提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の車載空気調和機用インバータシステムは、車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、モータを回転駆動させるために、高電圧電源から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、モータに出力するスイッチング素子と、スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、ゲート回路をＰＷＭ制御する制御回路と、インバータシステムの外部から制御回路に対する指令を行う上位制御回路との通信を行う通信インターフェイスと、を備える。そして、スイッチング素子およびゲート回路と、制御回路とは絶縁され、制御回路とゲート回路との間に、電気的絶縁を確保しつつ信号のやり取りを行うための絶縁型信号伝達手段が設けられている。また、制御回路と通信インターフェイスは、直接バス接続されている。そして、制御回路は、車載バッテリー電源から供給されるバッテリー電圧Ｖ４を非絶縁型の第１のＤＣ／ＤＣコンバータで変換した所定の電圧Ｖ３によって作動する。ゲート回路は、高電圧電源から供給される高電圧Ｖ１を非絶縁型の第２のＤＣ／ＤＣコンバータで変換した所定の電圧Ｖ２によって作動する。
ここで、絶縁型信号伝達手段としてはフォトカプラやコイル内蔵型の絶縁型デバイスを用いることができる。
このように、制御回路とゲート回路とを絶縁することにより、モータの駆動のための電圧系で生じる、電圧、電流変動に伴う変動に起因するノイズの影響を制御回路が受けにくくなる。また、制御回路と通信インターフェイスとを、フォトカプラを用いることなく直接バス接続することが可能となる。さらに、絶縁型信号伝達手段は、制御回路でゲート回路を駆動するための信号を送信するだけで良く、制御回路と通信インターフェイスの間にこれを配置した場合に比較して通信速度が低くて済む。
また、制御回路は、モータ、スイッチング素子の故障を診断し、故障が発生していると判断した場合、その判断結果の情報を、通信インターフェイスを介して上位制御回路に伝達するようにしてもよい。
スイッチング素子の温度を検出する温度センサをさらに備えてもよい。この場合、制御回路は、温度センサにおけるスイッチング素子の検出温度が予め定めた上限値を超えたときに、モータまたはスイッチング素子に故障が発生していると判断することができる。
制御回路は、スイッチング素子の検出温度が予め定めたしきい値を超えたという履歴情報、または故障が発生したという履歴情報を記憶するようにしてもよい。そして、起動時に故障が発生したとの履歴情報が記憶されている場合、制御回路はモータを駆動させるための処理を中止することができる。
スイッチング素子に印加される電圧を検出し、その検出結果を制御回路に通知する電圧検出回路をさらに備えてもよい。この場合、制御回路は、電圧検出回路における電圧の検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて、スイッチング素子への印加電圧の異常の発生の有無をモニタリングすることができる。

本発明によれば、制御回路とゲート回路とを絶縁することによりノイズの影響を受けにくくなる。また、制御回路と通信インターフェイスとを、フォトカプラを用いることなく直接バス接続することが可能となるため、これらの間における高速通信が可能となり、より緻密な制御を実現可能とする。さらに、絶縁型信号伝達手段は、制御回路でゲート回路を駆動するための信号を送信するだけで良く、制御回路と通信インターフェイスの間にこれを配置した場合に比較して通信速度が低くて済み、したがって、低速用のものを用いることが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。

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。
図１は、本実施の形態におけるインバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）２０の構成を説明するための図である。
図１に示すように、インバータシステム２０は、車載用空気調和機を構成する圧縮機の駆動源となるモータ３０の駆動を制御するものである。

インバータシステム２０は、スイッチング素子２１と、ゲート回路２２と、電流検出回路２３と、モータ制御用マイコン（制御回路）２４と、不揮発性メモリ２５とを備える。
一般に、車両には、１５０Ｖ仕様や３００Ｖ仕様のものがあり、モータ３０は、高電圧バッテリーや発電機等の高電圧電源４０から供給される、例えば、１５０Ｖや３００Ｖといった高電圧Ｖ１により駆動される。
スイッチング素子２１は、このモータ３０を駆動するため、高電圧電源４０から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、モータ３０に出力する。
ゲート回路２２は、モータ制御用マイコン２４の制御によりスイッチング素子２１のゲートを駆動するもので、高電圧電源４０から供給される高電圧Ｖ１を非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１で変換した所定の電圧Ｖ２によって作動する。

電流検出回路２３は、高電圧電源４０からスイッチング素子２１に流れる電流を検出し、その検出値をモータ制御用マイコン２４に出力する。
モータ制御用マイコン２４は、電流検出回路２３から入力される電流の検出値に基づき、ゲート回路２２への出力をフィードバック制御する。
モータ制御用マイコン２４は、上位ＥＣＵ６０からの指令信号に基づき、モータ３０を駆動・制御する。このため、インバータシステム２０は、車載の各電装機器の制御を司るＥＣＵ間の通信を行うためのＣＡＮ（Controller Area Network）バス７０に対し、通信ドライバ（通信インターフェイス）２７を介してＣＡＮ通信が行えるようになっている。なお、インバータシステム２０とＥＣＵ間の通信は、ＣＡＮ通信に限らず、他の方式のものを用いることもできる。

モータ制御用マイコン２４、不揮発性メモリ２５、通信ドライバ２７は、例えば５Ｖといった低電圧Ｖ３で作動する。モータ制御用マイコン２４、不揮発性メモリ２５に対する電圧供給は、車載バッテリー電源５０から供給される、例えば１２Ｖ、２４Ｖといったバッテリー電圧Ｖ４を、非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ２６において前記の低電圧Ｖ３に変換して行われる。

さて、このようなインバータシステム２０においては、モータ制御用マイコン２４が、モータ３０やスイッチング素子２１の故障を診断する機能を有している。例えば、モータ３０やスイッチング素子２１が故障している場合、スイッチング素子２１の温度が高温となる。そこで、スイッチング素子２１に備えたサーミスタ（温度センサ）により、スイッチング素子２１の温度を検出し、サーミスタの抵抗値として温度検出回路２８に出力する。温度検出回路２８においては、サーミスタの抵抗値を電圧に変換してモータ制御用マイコン２４に出力する。
モータ制御用マイコン２４においては、温度検出回路２８から入力される電圧を検出することで、スイッチング素子２１の温度をモニタリングし、検出温度が予め定めたしきい値（上限値）を超えているか否かを判断する。検出温度が前記のしきい値を超えたときに、モータ３０やスイッチング素子２１が故障していると判断（診断）する。

モータ制御用マイコン２４は、故障が発生していると判断した場合、その判断結果の情報を、通信ドライバ２７、ＣＡＮバス７０を介して上位ＥＣＵ６０に伝達することができる。
また、モータ制御用マイコン２４は、スイッチング素子２１の検出温度がしきい値を超えたという履歴情報、あるいは故障が発生したという履歴情報をＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ２５に記憶させる。そして、モータ制御用マイコン２４においては、起動時に不揮発性メモリ２５を参照する。その結果、不揮発性メモリ２５に故障が発生したとの履歴情報が記憶されている場合、モータ制御用マイコン２４においては、その後にモータ３０の駆動させるための処理を中止することができる。また、不揮発性メモリ２５に故障が発生したとの履歴情報が記憶されている場合、モータ制御用マイコン２４においては、上位ＥＣＵ６０にその旨を通知することができる。その場合、上位ＥＣＵ６０において、その後にモータ３０の駆動させるための処理を中止するようにしても良い。
また、不揮発性メモリ２５に記憶された履歴情報は、車両のサービス時等において車両の外部から診断ツールを接続することで確認することもできる。これにより、故障の発生履歴を取り出すことができる。

また、高電圧電源４０からスイッチング素子２１に印加される電圧を検出し、その検出結果をモータ制御用マイコン２４に通知する電圧検出回路２９をさらに備えることもできる。この場合、モータ制御用マイコン２４は、通常の運転状態において、電圧検出回路２９における電圧の検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて、高電圧電源４０からスイッチング素子２１への印加電圧の異常の発生の有無をモニタリングすることができる。モニタリングの結果、高電圧電源４０からスイッチング素子２１への印加電圧に異常があれば、モータ３０の駆動を中止する等の処理を行うことができる。

前記したように、スイッチング素子２１は、高電圧電源４０から供給される直流電流を受け、ゲート回路２２は、高電圧電源４０から供給される高電圧Ｖ１から変換した電圧Ｖ２によって作動する。一方、モータ制御用マイコン２４、不揮発性メモリ２５、および通信ドライバ２７は、車載バッテリー電源５０から供給されたバッテリー電圧Ｖ４から変換した低電圧Ｖ３によって作動する。したがって、スイッチング素子２１およびゲート回路２２の高電圧系ＧＮＤと、モータ制御用マイコン２４、不揮発性メモリ２５、および通信ドライバ２７のバッテリー（低電圧系）ＧＮＤとは、互いに絶縁されている。
これにともない、前記の電流検出回路２３、温度検出回路２８、電圧検出回路２９は、絶縁型とされている。
また、モータ制御用マイコン２４とゲート回路２２との間においても絶縁する必要があり、このため、モータ制御用マイコン２４とゲート回路２２との間に、電気的絶縁を確保しつつ信号のやり取りを行うためのフォトカプラ（絶縁型信号伝達手段）８０が設けられている。電気的絶縁を確保しつつ信号のやり取りを行うことができるのであれば、フォトカプラ８０以外のインターフェイスを用いても良い。

上述したような構成によれば、モータ制御用マイコン２４とゲート回路２２とを絶縁し、これらの間の通信を、フォトカプラ８０を介して行う構成とした。モータ制御用マイコン２４とゲート回路２２とを絶縁することにより、モータ３０の駆動のための高電圧系で生じる、電圧、電流変動に伴う変動に起因するノイズの影響を受けにくくなる。
また、モータ制御用マイコン２４と通信ドライバ２７とを、フォトカプラを用いることなく直接バス接続できるため、これらの間における高速通信が可能となり、より緻密な制御を実現可能とする。さらに、フォトカプラ８０は、モータ制御用マイコン２４でゲート回路２２を駆動するための信号を送信するだけで良く、モータ制御用マイコン２４と通信ドライバ２７との間に配置した場合に比較し、通信速度が低くて済み、したがって、低速用のものを用いることが可能となり、低コスト化を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、インバータシステム２０の回路構成等について説明したが、本願発明の主旨を実現するための機能を発揮することができるのであれば、その具体的構成を変更しても何らの支障はない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における車載空気調和機用インバータシステムの構成を示す図である。 従来の車載空気調和機用インバータシステムの構成を示す図である。

符号の説明

２０…インバータシステム（車載空気調和機用インバータシステム）、２１…スイッチング素子、２２…ゲート回路、２３…電流検出回路、２４…モータ制御用マイコン（制御回路）、２５…不揮発性メモリ、２６…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２７…通信ドライバ（通信インターフェイス）、２８…温度検出回路、２９…電圧検出回路、３０…モータ、４０…高電圧電源、４１…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５０…車載バッテリー電源、６０…上位ＥＣＵ、８０…フォトカプラ（絶縁型信号伝達手段）

Claims (7)

1. 車載空気調和機を構成する圧縮機を駆動するためのモータの作動を制御する車載空気調和機用インバータシステムであって、
   前記モータを回転駆動させるために、高電圧電源から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、前記モータに出力するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のゲートを駆動するためのゲート回路と、
   前記ゲート回路を制御する制御回路と、
   前記インバータシステムの外部から前記制御回路に対する指令を行う上位制御回路との通信を行う通信インターフェイスと、を備え、
   前記スイッチング素子および前記ゲート回路と、前記制御回路とは絶縁され、前記制御回路と前記ゲート回路との間に、電気的絶縁を確保しつつ信号のやり取りを行うための絶縁型信号伝達手段が設けられており、かつ、
   前記制御回路と前記通信インターフェイスは、直接バス接続されているとともに、
   前記制御回路は、車載バッテリー電源から供給されるバッテリー電圧Ｖ４を非絶縁型の第１のＤＣ／ＤＣコンバータで変換した所定の電圧Ｖ３によって作動し、
   前記ゲート回路は、前記高電圧電源から供給される高電圧Ｖ１を非絶縁型の第２のＤＣ／ＤＣコンバータで変換した所定の電圧Ｖ２によって作動することを特徴とする車載空気調和機用インバータシステム。
2. 前記絶縁型信号伝達手段がフォトカプラであることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
3. 前記絶縁型信号伝達手段がコイル内蔵型であることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
4. 前記制御回路は、前記モータ、前記スイッチング素子の故障を診断し、故障が発生していると判断した場合、その判断結果の情報を、前記通信インターフェイスを介して前記上位制御回路に伝達することを特徴とする請求項１に記載の車載用空気調和機用インバータシステム。
5. 前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御回路は、前記温度センサにおける前記スイッチング素子の検出温度が予め定めた上限値を超えたときに、前記モータまたは前記スイッチング素子に故障が発生していると判断することを特徴とする請求項４に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
6. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の検出温度が予め定めたしきい値を超えたという履歴情報、または故障が発生したという履歴情報を記憶し、起動時に故障が発生したとの前記履歴情報が記憶されている場合、前記モータを駆動させるための処理を中止することを特徴とする請求項５に記載の車載空気調和機用インバータシステム。
7. 前記スイッチング素子に印加される電圧を検出し、その検出結果を前記制御回路に通知する電圧検出回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記電圧検出回路における電圧の検出値が予め定めた範囲内であるか否かに基づいて、前記スイッチング素子への印加電圧の異常の発生の有無をモニタリングすることを特徴とする請求項１に記載の車載空気調和機用インバータシステム。

Images