JP7300307B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解コンデンサにより平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ装置に関する。

従来のこの種のインバータ装置は、インバータ回路の上相側の３つのスイッチング素子と下相側の３つのスイッチング素子とを選択的に駆動することにより、直流電圧からＵ、Ｖ、Ｗの三相電圧を生成して電動機を駆動するもので、インバータ回路の電源電圧を平滑する電解コンデンサが設けられている。

また、このようなインバータ装置において、特に車載用インバータ装置は、低温環境下で使用される場合があり、このような環境下で電解コンデンサを使用するときには、当該電解コンデンサの内部抵抗成分（等価直列抵抗）が上昇してリップル電圧が大きくなり、当該電解コンデンサにかかる電圧がその耐圧を超え、或いは、逆電圧となって破壊に至る危険性があった。

これを解決する方策として、電解コンデンサを増やし、内部抵抗成分を小さくしてリップル電圧を低減することが考えられるが、コストの高騰と大型化を引き起こす問題がある。そこで、内部抵抗成分を小さくする方法として、電動機を停止させたままで、電解コンデンサの内部温度を上昇させる暖機モードを実行するものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－２２２９２５号公報

ここで、電解コンデンサの内部抵抗成分を小さくしてリップル電圧を低下させるには、小さい電流で長時間かけて電解コンデンサの内部温度を上げていくことが理想的である。しかしながら、そのような従来の方法では暖機モードの時間、即ち、電動機の起動指示から当該電動機が回り出すまでの未動作時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、リップル電圧の許容範囲内で電解コンデンサの内部温度をより早く上昇させ、未動作時間を短縮することができるインバータ装置を提供することを目的とする。

本発明のインバータ装置は、入力電圧を平滑化して直流電圧を生成する電解コンデンサと、直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、電解コンデンサの温度、若しくは、その周囲温度を検出する温度センサと、インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置を備え、この制御装置は、温度センサが検出する温度が所定温度より低い場合、電動機の通常運転開始前に、複数のスイッチング素子のうちから選択された特定のスイッチング素子をオン駆動することにより、電動機を停止させたままで、電解コンデンサにおける直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制御し得る電流を、所定の上昇率で電動機に流す暖機運転を実行することを特徴とする。

請求項２の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、入力電圧と温度センサが検出する温度に基づいて電動機に流す電流の上昇率を変更することを特徴とする。

請求項３の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、入力電圧が高い程、電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することを特徴とする。

請求項４の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、入力電圧が高い程、暖機運転開始時に電動機に流す電流の値を低くする方向で変更することを特徴とする。

請求項５の発明のインバータ装置は、請求項２乃至請求項４の発明において制御装置は、温度センサが検出する温度が低い程、電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することを特徴とする。

請求項６の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、温度センサが検出する温度が低い程、暖機運転開始時に電動機に流す電流の値を低くする方向で変更することを特徴とする。

請求項７の発明のインバータ装置は、上記各発明において制御装置は、暖機運転において、電動機に流す電流の上昇率を、時間経過に応じて多段階で変更することを特徴とする。

請求項８の発明のインバータ装置は、上記発明において制御装置は、暖機運転開始から時間が経過する程、高くする方向で電動機に流す電流の上昇率を変更することを特徴とする。

請求項９の発明のインバータ装置は、上記各発明において制御装置は、暖機運転の完了後の通常運転において、電動機に流す電流の値を制限することを特徴とする。

本発明のインバータ装置は、入力電圧を平滑化して直流電圧を生成する電解コンデンサと、直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、電解コンデンサの温度、若しくは、その周囲温度を検出する温度センサと、インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置を備えており、この制御装置が、温度センサが検出する温度が所定温度より低い場合、電動機の通常運転開始前に、複数のスイッチング素子のうちから選択された特定のスイッチング素子をオン駆動することにより、電動機を停止させたままで、電解コンデンサにおける直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制御し得る電流を、所定の上昇率で電動機に流す暖機運転を実行するようにしたので、電解コンデンサにおける直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に抑制しながら、電解コンデンサの内部温度をより早く上昇させることができるようになる。

これにより、低温環境下での電解コンデンサの破壊を回避しながら、起動指示から電動機が回り出すまでに要する暖機運転の時間（未動作時間）を短縮することができるようになる。

この場合、リップル電圧のピーク値は入力電圧が高い程、電解コンデンサの温度が低い程、大きくなるので、請求項２の発明の如く制御装置が、入力電圧と温度センサが検出する温度に基づいて電動機に流す電流の上昇率を変更することで、暖機運転でより安全、且つ、効果的に電解コンデンサの内部温度の上昇を図ることができるようになる。

例えば、請求項３の発明の如く制御装置が、入力電圧が高い程、電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することで、暖機運転により安全、且つ、迅速に電解コンデンサの内部温度を上昇させることができるようになる。

この場合、請求項４の発明の如く制御装置が、入力電圧が高い程、暖機運転開始時に電動機に流す電流の値を低くする方向で変更することで、直流電圧のリップル電圧による電解コンデンサの破壊をより効果的に回避することが可能となる。

また、例えば、請求項５の発明の如く制御装置が、温度センサが検出する温度が低い程、電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することでも、暖機運転により安全、且つ、迅速に電解コンデンサの内部温度を上昇させることができるようになる。

この場合も、請求項６の発明の如く制御装置が、温度センサが検出する温度が低い程、暖機運転開始時に電動機に流す電流の値を低くする方向で変更すること、直流電圧のリップル電圧による電解コンデンサの破壊を効果的に回避することが可能となる。

ここで、電解コンデンサの内部抵抗成分は、低温では極めて大きく、内部温度が上昇するに伴って急激に小さくなる傾向を有している。そこで、請求項７の発明の如く制御装置が、暖機運転において、電動機に流す電流の上昇率を、時間経過に応じて多段階で変更するようにし、例えば、請求項８の発明の如く暖機運転開始から時間が経過する程、高くする方向で電動機に流す電流の上昇率を変更することで、より安全、且つ、迅速に電解コンデンサの内部温度を上昇させることができるようになる。

また、請求項９の発明の如く制御装置が、暖機運転の完了後の通常運転においては、電動機に流す電流の値を制限するようにすれば、低温環境下での電解コンデンサの破壊をより効果的に回避することができるようになる。

本発明を適用した一実施例のインバータ装置の概略電気回路図である。 図１のインバータ装置の制御装置の暖機運転を説明するフローチャートである。 図２の暖機運転におけるインバータ回路の通電状態を説明する図である。 図２のフローチャートで使用する暖機運転条件を説明する図である。 図２のフローチャートで実行する暖機運転の一例を説明する図である。 図２のフローチャートで実行する暖機運転の他の例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施例のインバータ装置ＩＶの概略構成を示す電気回路図である。実施例のインバータ装置ＩＶは、車両用の空気調和装置を構成する図示しないコンプレッサと一体に設けられて車両に搭載される車載用インバータ装置である。実施例のインバータ装置ＩＶは、車両に搭載されたバッテリ（直流電源）ＢＡＴからの入力電圧ＨＶを、電解コンデンサ１により平滑し、この平滑された直流電圧から交流電圧を生成して電動機としてのモータ５を駆動するものであり、電解コンデンサ１と、インバータ回路２と、制御装置３と、温度センサ４を備えて構成されている。

電解コンデンサ１は、入力電圧ＨＶを直流電圧に平滑するもので、大容量のアルミ電解コンデンサから構成されている。このようなアルミ電解コンデンサは、小型で、且つ、安価であるが、電解液の抵抗分、電解紙の抵抗分等があるため一般に内部抵抗成分（等価直列抵抗）ＥＳＲが大きいものである。また、例えば低温環境下で使用される場合の如く、電解コンデンサ１の内部温度が低い程、内部抵抗成分ＥＳＲは大きくなり、特に、内部温度が低くなる程、急激に内部抵抗成分ＥＳＲが大きくなるという特徴を有している。

上記のような電解コンデンサ１により平滑された直流電圧が電源電圧として供給されるようにインバータ回路２が設けられている。このインバータ回路２は、直流電圧から三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成して電動機としてのモータ（三相ブラシレスモータ）５に供給するものであり、例えば、上相側の３つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）６ｕ、６ｖ、６ｗと、下相側の３つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７ｕ、７ｖ、７ｗを備えた構成されている。

そして、このインバータ回路２に接続して制御装置３が設けられている。この制御装置３は、プロセッサを備えたマイクロコンピュータにて構成されており、インバータ回路２の６つのスイッチング素子６ｕ～６ｗ、７ｕ～７ｗのオン／オフ駆動を制御して、モータ５を適切に運転させるものであり、電解コンデンサ１の温度が予め定められた所定温度Ｔ１よりも低い場合、モータ５の通常運転開始前に、インバータ回路２の各スイッチング素子６ｕ～６ｗ、７ｕ～７ｗをオン／オフ駆動するパルス幅変調（以下「ＰＷＭ」という）信号のデューティー比を制御することにより、電解コンデンサ１にかかる直流電圧のリップル電圧が許容範囲内となるように制限した電流（相電流）をモータ５に流し、モータ５を停止させたままで、電解コンデンサ１の内部抵抗成分（等価直列抵抗）ＥＳＲに発生するジュール熱により、当該電解コンデンサ１の温度を上昇させる暖機運転を実施することができるように構成されている。

この場合、制御装置３は暖機運転において、電流を所定の上昇率でモータ５に流すと共に、実施例ではこの上昇率をバッテリＢＡＴからの入力電圧ＨＶと電解コンデンサ１の周囲の温度に基づいて変更する。実施例では電解コンデンサ１の近傍に温度センサ４が設けられている。この温度センサ４は、電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃ（電解コンデンサ１周辺の温度）を検出して制御装置３に出力するもので、例えば熱電対や正特性サーミスタ等から構成されている。

尚、実施例では電解コンデンサ１をインバータ回路２と同一の基板上に実装し、インバータ回路２と同一の空間に収容しており、温度センサ４も電解コンデンサ１の近傍の基板上に配置しているが、それに限らず、温度センサ４により電解コンデンサ１自体の温度を検出するようにしてもよい。実施例では電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃを電解コンデンサ１の温度として取り扱うものとする。

また、制御装置３には図４に示す暖機運転条件が予め設定されている。実施例の暖機運転条件は、温度センサ４が検出する電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃと、バッテリＢＡＴからの入力電圧ＨＶに基づいて設定されたデータテーブルである。この場合、図４の暖機運転条件で、１０／１０、５／１０のみで示す部分は暖機運転を実行しないことを意味している。尚、１０／１０とは通常の起動電流の値であり、５／１０はその半分の値であることを意味している。

また、図中ｔ１～ｔ７はモータ５への通電時間、矢印で繋いだ分数で示す部分は、基本的にはモータ５への暖機運転開始時の電流値及び完了時の電流値をそれぞれ示しており、これらが示された部分が暖機運転を行うことを意味している。分数は同じく通常の起動電流（１０／１０）に対する電流値の大きさであり、例えば２／１０は通常の起動電流（１０／１０）の五分の一であることを意味している。

また、図４中の通電時間ｔ１～ｔ５は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５の関係とされている。尚、通電時間ｔ６とｔ７については、実施例ではｔ７＜ｔ６の関係としている。そして、通電時間が長く、暖機運転開始時の電流値と完了時の電流値の差が小さい程、電流の上昇率が低くなり、通電時間が短く、暖機運転開始時の電流値と完了時の電流値の差が大きい程、電流の上昇率が高くなる。

各通電時間ｔ１～ｔ７、暖機運転開始時の電流値及び完了時の電流値（１／１０、２／１０、３／１０、５／１０、６／１０、７／１０）、即ち、それらから決定される電流の上昇率は、各周囲温度Ｔｃと入力電圧ＨＶの組み合わせの条件のときに、電解コンデンサ１における直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に抑制し得る通電時間、電流値、上昇率であり、それぞれ予め実験により決定しておくものとする。そして、暖機運転を行う場合、制御装置３はモータ５の起動指示が入力されたときの周囲温度Ｔｃと入力電圧ＨＶから何れかの条件を選択し、電解コンデンサ１の暖機運転を実行することになる。

次に、図２のフローチャートを参照しながら、制御装置３が実行する暖機運転について具体的に説明する。制御装置３は、モータ５の起動指示があった場合、図２のフローチャートのステップＳ１で、先ず、温度センサ４が検出する電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃが所定温度Ｔ１より低いか否か判断する。但し、実施例ではこの所定温度Ｔ１が入力電圧ＨＶで異なる。即ち、電解コンデンサ１にかかる直流電圧のリップル電圧のピーク値は入力電圧ＨＶが高い程、電解コンデンサ１の温度（実施例では周囲温度Ｔｃを採用）が低い程、大きくなる。

そこで、この実施例では入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときは所定温度Ｔ１を－２４℃とし、２００Ｖ以上で２５０Ｖより低いときは所定温度Ｔ１を－１９℃とし、２５０Ｖ以上で３００Ｖより低い時は所定温度Ｔ１を－１４℃とする。同様に、入力電圧ＨＶが３００Ｖ以上で３５０Ｖより低いときは所定温度Ｔ１を－９℃とし、３５０Ｖ以上で４００Ｖより低い時は所定温度Ｔ１を－４℃とする。また、入力電圧ＨＶが４００Ｖ以上で４５０Ｖより低いときは所定温度Ｔ１を＋１℃とし、４５０Ｖ以上で５００Ｖより低い時は所定温度Ｔ１を＋６℃とする。

ステップＳ１で温度センサ４が検出する電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃが所定温度Ｔ１以上である場合、制御装置３はステップＳ７に進んで前述した通常の起動電流（１０／１０）でモータ５を起動し、通常運転を開始する。即ち、モータ５の通常運転を開始する前の電解コンデンサ１の暖機運転は行わない。

一方、ステップＳ１で周囲温度Ｔｃが所定温度Ｔ１より低い場合、制御装置ステップＳ２に進んで前回の暖機運転完了後の経過時間ｔｐａｓｓが所定時間ｔｐａｓｓ１より短いか否か判断する。前回の暖機運転完了後、所定時間ｔｐａｓｓ１以上経過している場合には、制御装置３はステップＳ６に進む。

前回の暖機運転完了後の経過時間ｔｐａｓｓが所定時間ｔｐａｓｓ１より短い場合、制御装置３はステップＳ３に進んでバッテリＢＡＴからの入力電圧ＨＶを確認する。次に、ステップＳ４に進み、周囲温度Ｔｃと入力電圧ＨＶから図４中の暖機運転条件を確認し、何れかの暖機運転条件を選択し、決定して電解コンデンサ１の暖機運転を開始する。

暖機運転では、決定された暖機運転条件に基づいて制御装置３がＰＷＭ信号のデューティー比を計算する。そして、算出されたデューティー比のＰＷＭ信号によりインバータ回路２の上相側の例えばスイッチング素子６ｕをオン駆動し、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ、７ｗをオン駆動する。これにより、図３に太い実線で示されるように、インバータ回路２及びモータ５には、直流電圧のリップル電圧が許容範囲内となるように決定された暖機運転条件の電流が流れて暖機運転が実施される。

この場合、インバータ回路２のオン駆動されるスイッチング素子は、上相側の例えばスイッチング素子６ｕと、下相側の例えばスイッチング素子７ｖ、７ｗに固定されているため、モータ５は停止したままである。このようにして、電流がモータ５へ通電されている間、電解コンデンサ１はその内部抵抗成分ＥＳＲに発生するジュール熱により温められて昇温することになる。

（１）暖機運転（その１）
次に、図４中の各暖機運転条件による実際の暖機運転の一例について説明する。前述した如く電解コンデンサ１にかかる直流電圧のリップル電圧のピーク値は入力電圧ＨＶが高い程、電解コンデンサ１の温度（実施例では周囲温度Ｔｃを採用）が低い程、大きくなるので、制御装置３は、電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃが－２４℃以上、－２０℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが２００Ｖ以上、３００Ｖより低いときは、モータ５に流す電流値を５／１０（一定値）とする。これは通常の起動電流（１０／１０）の半分の電流値である。

また、周囲温度Ｔｃが－１９℃以上、－１５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが２５０Ｖ以上、３５０Ｖより低いときも、同様にモータ５に流す電流値を５／１０とする。また、周囲温度Ｔｃが－１４℃以上、－１０℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが３００Ｖ以上、４００Ｖより低いときも、同様にモータ５に流す電流値を５／１０とする。また、周囲温度Ｔｃが－９℃以上、－５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが３５０Ｖ以上、４５０Ｖより低いときも、同様にモータ５に流す電流値を５／１０とする。また、周囲温度Ｔｃが－４℃以上、０℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが４００Ｖ以上、５００Ｖより低いときも、同様にモータ５に流す電流値を５／１０とする。また、周囲温度Ｔｃが＋１℃以上、＋５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが４５０Ｖ以上、５００Ｖより低いときも、同様にモータ５に流す電流値を５／１０とする。

このようにして、比較的周囲温度Ｔｃが高い状況では、入力電圧ＨＶが低い程、低い周囲温度Ｔｃで、また、入力電圧ＨＶが高い程、高い周囲温度Ｔｃで、通常の起動電流（１０／１０）の半分の値の一定の電流（５／１０）をモータ５に流すことにより、電解コンデンサ１にかかる直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制御しながら電解コンデンサ１の暖機運転を実施する。

（２）暖機運転（その２）
次に、図４に示す如く周囲温度Ｔｃが－２５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが３００Ｖより低いとき、周囲温度Ｔｃが－２４℃以上、－２０℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが３００Ｖ以上、３５０Ｖより低いとき、周囲温度Ｔｃが－１９℃以上、－１５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが３５０Ｖ以上、４００Ｖより低いとき、周囲温度Ｔｃが－１４℃以上、－１０℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが４００Ｖ以上、４５０Ｖより低いとき、及び、周囲温度Ｔｃが－９℃以上、－５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが４５０Ｖ以上、５００Ｖより低いとき、制御装置３はモータ５に流す電流を、所定の上昇率で上昇させる暖機運転を実施する。

例えば、周囲温度Ｔｃが－２９℃以上、－２５℃以下の状況で、入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときには、暖機運転開始時の電流値を３／１０（通常の起動電流の十分の三）、完了時の電流値を７／１０（通常の起動電流の十分の七）とし、通電時間をｔ１とする。これにより、図５に示す如くモータ５には時間ｔ１の間に３／１０から７／１０に上昇する上昇率で電流が流れることになる。この場合、暖機運転の開始時から電解コンデンサ１における直流電圧のリップル電圧は上昇するが、電解コンデンサ１の内部温度が上昇することで内部抵抗成分ＥＳＲが低下するため、ある時点でＭＡＸ（最大値）となり、以後は電流が増加しても徐々に低下していくことになる。また、モータ５に流す電流を図５に示す如き上昇率で上昇させることで、一定の電流を流す場合に比して、電解コンデンサ１の内部温度は早期に上昇できるようになる。

一方、同じく入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときでも、周囲温度Ｔｃが－３９℃以上、－３５℃以下の状況では、暖機運転開始時の電流値を２／１０（通常の起動電流の十分の二）、完了時の電流値を６／１０（通常の起動電流の十分の六）とし、通電時間をｔ２とする。この場合の暖機運転開始時の電流値２／１０と完了時の電流値６／１０の差は、周囲温度Ｔｃが－２９℃以上、－２５℃以下のときの差（３／１０と７／１０の差）と同じであるが、前述した如く通電時間ｔ２はｔ１より長いので、暖機運転開始時から完了時までの電流の上昇率は周囲温度Ｔｃが－２９℃以上、－２５℃以下のときよりも低くなる。即ち、同じ入力電圧ＨＶでも、周囲温度Ｔｃが低くなる程、制御装置３は暖機運転での電流の上昇率を低くする方向に変更する。

また、暖機運転開始時にモータ５に流す電流値も、周囲温度Ｔｃ－２９℃以上、－２５℃以下のときの３／１０よりも、－３９℃以上、－３５℃以下のときには２／１０に低下させる。即ち、同じ入力電圧ＨＶでも、周囲温度Ｔｃが低くなる程、制御装置３は暖機運転開始時の電流値を低くする方向に変更する。

更に、同じく周囲温度Ｔｃが－２９℃以上、－２５℃以下の状況でも、例えば、入力電圧ＨＶが４５０Ｖ以上、５００Ｖより低いときには、暖機運転開始時の電流値を１／１０（通常の起動電流の十分の一）、完了時の電流値を５／１０（通常の起動電流の十分の五）とし、通電時間をｔ５とする。この場合の暖機運転開始時の電流値１／１０と完了時の電流値５／１０の差は、入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときの差（３／１０と７／１０の差）と同じであるが、前述した如く通電時間ｔ５はｔ１より長いので、暖機運転開始時から完了時までの電流の上昇率は入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときよりも低くなる。即ち、同じ周囲温度Ｔｃでも、入力電圧ＨＶが高くなる程、制御装置３は暖機運転での電流の上昇率を低くする方向に変更する。

また、暖機運転開始時にモータ５に流す電流値も、入力電圧ＨＶが２００Ｖより低いときの３／１０よりも、４５０Ｖ以上、５００Ｖより低いときには１／１０に低下させる。即ち、同じ周囲温度Ｔｃでも、入力電圧ＨＶが高くなる程、制御装置３は暖機運転開始時の電流値を低くする方向に変更する。

図４中のその他の周囲温度Ｔｃ、入力電圧ＨＶにおける暖機運転条件でも同様の傾向であり、制御装置３は同じ入力電圧ＨＶでも、周囲温度Ｔｃが低くなる程、暖機運転開始時の電流値を低くする方向に変更し、同じ周囲温度Ｔｃでも、入力電圧ＨＶが高くなる程、暖機運転開始時の電流値を低くする方向に変更することになる。

制御装置３は、図２のステップＳ５で暖機運転が完了した場合、ステップＳ６に進んで前述した通常の起動電流（１０／１０）よりも半分の５／１０の起動電流でモータ５を起動し、通常運転を開始する。即ち、制御装置３は、暖機運転の完了後には、モータ５に流す電流の値を、通常の値（１０／１０）より制限する（５／１０）。

このように、制御装置３は、温度センサ４が検出する周囲温度Ｔｃが所定温度Ｔ１より低い場合、モータ５の通常運転を開始する前に、複数のスイッチング素子６ｕ～６ｗ、７ｕ～７ｗのうちから選択された特定のスイッチング素子６ｕ、７ｖ、７ｗをオン駆動することにより、モータ５を停止させたままで、直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制御し得る電流を、所定の上昇率でモータ５に流す暖機運転を実行するので、直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に抑制しながら、電解コンデンサ１の内部温度をより早く上昇させることができるようになる。

これにより、低温環境下での電解コンデンサ１の破壊を回避しながら、起動指示からモータ５が回り出すまでに要する暖機運転の時間（未動作時間）を短縮することができるようになる。

また、実施例では制御装置３が、入力電圧ＨＶと温度センサ４が検出する周囲温度Ｔｃに基づいてモータ５に流す電流の上昇率を変更するようにしたので、暖機運転でより安全、且つ、効果的に電解コンデンサ１の内部温度の上昇を図ることができるようになる。

この場合、実施例では制御装置３が、入力電圧ＨＶが高い程、モータ５に流す電流の上昇率を低くする方向で変更するようにしたので、暖機運転により安全、且つ、迅速に電解コンデンサ１の内部温度を上昇させることができるようになる。

更に、実施例では制御装置３が、入力電圧ＨＶが高い程、暖機運転開始時にモータ５に流す電流の値を低くする方向で変更するようにしたので、直流電圧のリップル電圧による電解コンデンサ１の破壊をより効果的に回避することが可能となる。

また、実施例では制御装置３が、温度センサ４が検出する周囲温度Ｔｃが低い程、モータ５に流す電流の上昇率を低くする方向で変更するようにもしているので、暖機運転により安全、且つ、迅速に電解コンデンサ１の内部温度を上昇させることができるようになる。

この場合も、実施例では制御装置３が、温度センサ４が検出する周囲温度Ｔｃが低い程、暖機運転開始時にモータ５に流す電流の値を低くする方向で変更するようにしたので、直流電圧のリップル電圧による電解コンデンサ１の破壊を効果的に回避することが可能となる。

そして、実施例では制御装置３が、暖機運転の完了後の通常運転においては、モータ５に流す電流の値を制限するようにしているので、低温環境下での電解コンデンサ１の破壊をより効果的に回避することができるようになる。

（３）暖機運転（その３）
また、極めて厳しい環境、即ち、周囲温度Ｔｃが極めて低く、入力電圧ＨＶも極めて高い状況において、制御装置３は時間経過に応じて段階的に暖機運転時の電流の上昇率を変更する。この例は図４の右下隅の暖機運転条件として示されている。即ち、温度センサ４が検出する電解コンデンサ１の周囲温度Ｔｃが－３０℃以下であり、且つ、バッテリＢＡＴからの入力電圧ＨＶが４５０Ｖ以上、５００Ｖより小さい場合、制御装置３は図２のステップＳ４で開始する暖機運転において、先ず、暖機運転開始時の電流値を１／１０（通常の起動電流の十分の一）とし、開始から時間ｔ６が経過したときの電流値を２／１０（通常の起動電流の十分の二）としてモータ５への通電を開始する。その後、この時間ｔ６が経過したときから時間ｔ７が経過した暖機運転完了時の電流値を５／１０（通常の起動電流の十分の五）として通電を行う状態に切り換える。

これにより、図６に示す如くモータ５には暖機運転の開始から時間ｔ６が経過するまでは、この通電時間ｔ６の間に１／１０から２／１０に上昇する上昇率で電流が流れ、時間ｔ６が経過した時点から更に時間７が経過するまでは、この通電時間ｔ７の間に２／１０から５／１０に上昇する上昇率で電流が流れることになる。ここで、前述した如く実施例では通電時間ｔ６はｔ７より長く、開始から時間ｔ６が経過するまでの電流の差より、時間ｔ６が経過した後、時間ｔ７が経過するまでの電流の差は大きいので、開始から時間ｔ６が経過するまでの電流の上昇率は低く、その後、時間ｔ７が経過するまでの電流の上昇率は高くなる。尚、係る段階的な上昇率の変化が確保されれば、通電時間ｔ６とｔ７の大小関係は実施例に限らない。

ここで、電解コンデンサ１の内部抵抗成分ＥＳＲは、低温では極めて大きく、内部温度が上昇するに伴って急激に小さくなる傾向を有しているので、図６の暖機運転の開始時から電解コンデンサ１における直流電圧のリップル電圧は上昇するものの、時間ｔ６が経過するまでの電流の上昇率は小さく、電解コンデンサ１の内部温度が上昇することで内部抵抗成分ＥＳＲも急激に低下するため、リップル電圧のＭＡＸ１（最大値１）は許容範囲内で比較的低くなる。

また、時間ｔ６が経過した後、更に時間ｔ７が経過して暖機運転が完了するまでの電流の上昇率は高くなるが、その時点では電解コンデンサ１の内部抵抗成分ＥＳＲは著しく低下しているので、リップル電圧は許容範囲内のもう一つのＭＡＸ２（最大値２）以上にならず、以後は電流が増加しても徐々に低下していくことになる。このように、周囲温度Ｔｃや入力電圧ＨＶが極めて厳しい環境では、制御装置３が暖機運転において、モータ５に流す電流の上昇率を、時間経過に応じて多段階（実施例では二段階）で変更するようにし、更に、暖機運転開始から時間が経過する程、高くする方向でモータ５に流す電流の上昇率を変更するようにしたので、より安全、且つ、迅速に電解コンデンサ１の内部温度を上昇させることができるようになる。

尚、図６で示した時間軸は一定のものでは無く、イメージを誇張するために通電時間ｔ６の部分では縮小し、通電時間ｔ７の部分では拡張している。また、電流軸についても高くなる程、実際よりも拡大して示している。

また、図４の実施例では入力電圧ＨＶと周囲温度Ｔｃ（電解コンデンサ１の温度）に基づいて暖機運転条件を設定したが、それに限らず、入力電圧ＨＶのみに基づいて設定してもよく、逆に周囲温度Ｔｃのみに基づいて設定してもよい。但し、実施例の如く入力電圧ＨＶと周囲温度Ｔｃの両方に基づいて暖機運転を実行することで、より的確に制御を行うことができるようになる。

更に、上記（３）の暖機運転では二段階で電流の上昇率を変更したが、三段階以上の多段階で、よりきめ細かく変更するようにしてもよい。

更にまた、実施例では三相のインバータ回路２について説明したが、本発明はこれに限られず、インバータ回路２は、例えば四相等、何相であってもよく、適用するモータ５（電動機）の相数に応じて適宜設定するとよい。

また、インバータ装置ＩＶとしては実施例の車載用インバータ装置に限らず、通常のエアコン等の種々電気機器に適用可能であることは云うまでもない。

１ 電解コンデンサ
２ インバータ回路
３ 制御装置
４ 温度センサ
５ モータ（電動機）
６ｕ～６ｗ、７ｕ～７ｗ スイッチング素子
ＢＡＴ バッテリ
ＥＳＲ 内部抵抗成分
ＩＶ インバータ装置

Claims (9)

1. 入力電圧を平滑化して直流電圧を生成する電解コンデンサと、
   前記直流電圧から交流電圧を生成して電動機を駆動するインバータ回路と、
   前記電解コンデンサの温度、若しくは、その周囲温度を検出する温度センサと、
   前記インバータ回路が有する複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置を備え、
   該制御装置は、前記温度センサが検出する温度が所定温度より低い場合、前記電動機の通常運転開始前に、前記複数のスイッチング素子のうちから選択された特定のスイッチング素子をオン駆動することにより、前記電動機を停止させたままで、前記電解コンデンサにおける前記直流電圧のリップル電圧を許容範囲内に制御し得る電流を、所定の上昇率で前記電動機に流す暖機運転を実行することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記制御装置は、前記入力電圧と前記温度センサが検出する温度に基づいて前記電動機に流す電流の上昇率を変更することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記制御装置は、前記入力電圧が高い程、前記電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記制御装置は、前記入力電圧が高い程、前記暖機運転開始時に前記電動機に流す電流の値を低くする方向で変更することを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
5. 前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度が低い程、前記電動機に流す電流の上昇率を低くする方向で変更することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちの何れかに記載のインバータ装置。
6. 前記制御装置は、前記温度センサが検出する温度が低い程、前記暖機運転開始時に前記電動機に流す電流の値を低くする方向で変更することを特徴とする請求項５に記載のインバータ装置。
7. 前記制御装置は、前記暖機運転において、前記電動機に流す電流の上昇率を、時間経過に応じて多段階で変更することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載のインバータ装置。
8. 前記制御装置は、前記暖機運転開始から時間が経過する程、高くする方向で前記電動機に流す電流の上昇率を変更することを特徴とする請求項７に記載のインバータ装置。
9. 前記制御装置は、前記暖機運転の完了後の前記通常運転において、前記電動機に流す電流の値を制限することを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちの何れかに記載のインバータ装置。
   

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