JP2009131000A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断できるインバータ装置の提供を目的とする。
【解決手段】温度センサ８、９の抵抗値が所定値以上で断線と診断した場合、インバータ回路１０によりモータ１１が作動しないようにモータ１１へ電力供給し、再度診断した場合においても断線と診断した場合において、断線と最終診断することにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ装置が行う温度センサの断線故障診断に関するものである。

従来の故障診断について説明する。図６にインバータ装置１２０とその周辺の電気回路を示す。インバータ装置１２０の制御回路１０７は、通信線１２からの指令回転数等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御する、そして、バッテリ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、交流電流をモータ１１の構成要素である固定子巻線４へ出力し、回転子５から動力を出力させる。電流センサ６により検出される直流電流値は、制御回路１０７へ伝達され、スイッチング素子２の保護、消費電力の算出などに用いられる。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に流れる電流の還流ルートとなる。

温度保護用の、サーミスタ温度センサ８、サーミスタ温度センサ９が備えられている。これらの温度センサは、インバータ装置１２０に通電されると、制御回路１０７により、断線、短絡などの故障診断がなされる。故障であれば、モータ１１を作動させない。正常であれば、モータ１１が作動される。そして、サーミスタ温度センサ８からのモータ１１の温度、サーミスタ温度センサ９からのインバータ回路１０の温度が、制御回路１０７へ伝達される。その温度が所定温度（１００℃程度）に達してしまうと、制御回路１０７はスイッチング素子２の駆動を調節乃至停止し、モータ１１、インバータ回路１０が過熱しないように保護をする。

ここで、上記故障診断について説明する。上記サーミスタ温度センサが、固定抵抗とで基準ＤＣ電圧を分圧するように接続され、サーミスタ温度センサがアース側の場合、断線故障していると、当該分圧電圧は基準ＤＣ電圧に等しくなる。一方、短絡故障していると、当該分圧電圧はアース電圧に等しくなる。

上記サーミスタ温度センサは、モータ１１の巻線温度、インバータ回路１０の温度などを検出し、過熱から当該部分を保護するのが目的である。そのため、１００℃前後の高温を正確に検出する必要がある。即ち、高温時小さくなるサーミスタ温度センサの抵抗値と固定抵抗との分圧電圧を正確に検出する必要がある。このためには、固定抵抗値を小さくしなければならない。

一方、固定抵抗値を小さくすると、−２０℃前後の極低温において、サーミスタ温度センサの抵抗値は極めて大きくなるため、分圧電圧がほぼ基準ＤＣ電圧に等しくなり、断線故障と区分できなくなる。即ち、極低温においては、正常でも断線故障と判断してしまうという課題がある。このことへの対応として、モータを起動させ、それにより温度上昇させて断線を診断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１３２６５７号公報（第９頁、第５図）

上記モータを起動させ、それにより温度上昇させて診断する方法においては、断線を診断する上で有効である。然しながら、正常でも断線故障と判断してしまうのは、極低温であるため、モータの回転子などが凍結している可能性がある。その状況でモータを作動させると、モータの機械的また熱的破損などで信頼性を低下させてしまう可能性がある。一方、分圧用固定抵抗値を大きくすると、極低温側まで正確に検出できるようになり、このような対応は不要になるが、高温側を正確に検出できなくなる。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断できる空調装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインバータ装置は、インバータ回路と、低温で抵抗値の大きくなる温度センサと、インバータ回路によりモータを作動させるとともに、温度センサの抵抗値により温度検出し、温度センサの抵抗値が所定値以上で断線と診断する制御回路とを備え、御回路は、温度センサが断線と診断した場合、インバータ回路によりモータが作動しないようにモータへ電力供給し、再度診断した場合においても断線と診断した場合において、断線と最終診断するものである。

上記構成により、温度センサが断線と診断した場合、モータは作動せずに電力消費し加熱される。そのため、極低温のために温度センサの抵抗値が所定値以上となり断線と診断された場合においても、モータが加熱されることで温度上昇し、温度センサの抵抗値が所定値以下となり正常と診断される。実際に断線している場合、再度断線と診断される。また、モータは作動しないので、極低温により回転子などが凍結していたとしても、破損を招くことはない。さらに、加熱されることで当該凍結が解消されるので、モータをスムーズに始動できる。また、温度センサとの分圧抵抗の抵抗値は小さくても良いので、高温側の検出精度を向上できる。

従って、サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断することができる。また、モータをスムーズに始動できる。

本発明のインバータ装置は、サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断することができる。また、モータをスムーズに始動できる。

第１の発明は、インバータ回路と、低温で抵抗値の大きくなる温度センサと、インバータ回路によりモータを作動させるとともに、温度センサの抵抗値により温度検出し、温度センサの抵抗値が所定値以上で断線と診断する制御回路とを備えたインバータ装置において、御回路は、温度センサが断線と診断した場合、インバータ回路によりモータが作動しないようにモータへ電力供給し、再度診断した場合においても断線と診断した場合において、断線と最終診断するものである。

上記構成により、温度センサが断線と診断した場合、モータは作動せずに電力消費し加熱される。そのため、極低温のために温度センサの抵抗値が所定値以上となり断線と診断された場合においても、モータが加熱されることで温度上昇し、温度センサの抵抗値が所定値以下となり正常と診断される。実際に断線している場合、再度断線と診断される。また、モータは作動しないので、極低温により回転子などが凍結していたとしても、破損を招くことはない。さらに、加熱されることで当該凍結が解消されるので、モータをスムーズに始動できる。また、温度センサとの分圧抵抗の抵抗値は小さくても良いので、高温側の検出精度を向上できる。従って、サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断することができる。また、モータをスムーズに始動できる。

第２の発明は、第１の発明のインバータ装置において、モータは電動圧縮機を駆動するモータとするものである。これにより、極低温のために冷媒が液化して電動圧縮機の内部にある場合においても、モータが作動しないように加熱するため、液圧縮により圧縮機構部が破損することを防止できる。また、液化冷媒を加熱により気化させるため、電動圧縮機（モータ）をスムーズに始動できる。そして、暖房運転においては、電動圧縮機（モータ）が作動しないように加熱することが予熱運転に相当するため、センサの再診断による電動圧縮機の作動スタート遅れ挽回に寄与できる。

第３の発明は、第２の発明のインバータ装置において、電動圧縮機は高圧型とするものである。高圧型の電動圧縮機は、モータ部が高圧であり高温となる。そのため、高温側の小さい抵抗値の検出精度を向上できる本発明は、有効である。

第４の発明は、第２または第３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。このようなインバータ装置一体型電動圧縮機では、電動圧縮機、インバータ装置の双方から加熱されるため、温度上昇を加速できる。そのため、短時間で温度センサの抵抗値が所定値以下となり正常と診断され、モータを迅速に始動できる。

第５の発明は、第１乃至第４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。車両は屋外駐車の場合、極低温の環境におかれる場合がある。そのため、極低温においても、センサの断線故障を正しく診断することができる本発明は、有効である。

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。なお、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。

（実施の形態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を図１に示す。インバータ装置２０の制御回路７は、通信線１２からの指令回転数等に基づき、インバータ回路１０を構成するスイッチング素子２を制御する、そして、バッテリ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、交流電流をモータ１１の構成要素である固定子巻線４へ出力し、回転子５から指令回転数の動力を出力させる。電流センサ６により検出される直流電流値は、制御回路７へ伝達され、スイッチング素子２の保護、消費電力の算出などに用いられる。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に流れる電流の還流ルートとなる。

サーミスタ温度センサ８からのモータ巻線４の温度、サーミスタ温度センサ９からのインバータ回路１０の温度が制御回路７へ伝達される。これらの温度センサは、制御回路７により、断線の故障診断がなされる。故障（断線）であれば、モータ１１が作動しないように（回転子５が回転しないように）、インバータ回路１０からモータ１１へ電力供給される。そして、再度診断した場合においても断線と診断した場合において、断線と最終診断しモータ１１はそのまま作動させない。また、通信線１２を介しエアコンコントローラ（図示せず）などへ故障（断線）であることを送信する。

上記モータ１１を作動させず電力供給する方法としては、インバータ回路１０から、回転子５が追従できない高い周波数の回転磁界が生じるように固定子巻線４へ高周波電流を出力する方法、逆に直流電流を出力する方法などがある。短絡の故障診断も行われるが説明は省略する。

各センサが正常と診断されれば、モータ１１を作動させる。そして、その温度が所定温度に達してしまうと、制御回路７はスイッチング素子２の駆動を調節乃至停止し、モータ１１、インバータ回路１０が過熱しないように保護をする。

図２に、上記インバータ装置の作動例を、フローチャートで示す。インバータ装置２０は、ステップ１０にて、サーミスタ温度センサ８、サーミスタ温度センサ９の故障診断を行う。正常であれば（Ｙ）、ステップ２０にて、モータ１１を作動させる。

ステップ１０での故障診断結果が断線故障であれば（Ｎ）、ステップ３０にて、モータ１１が作動しないように（回転子５が回転しないように）、インバータ回路１０からモータ１１へ電力供給する。これを、モータ停止通電とする。そして、ステップ４０にて、再度診断する。この場合においても断線と診断した場合において（Ｎ）、断線と最終診断しモータ１１はそのまま作動させない。また、ステップ５０にて、通信線１２を介しエアコンコントローラ（図示せず）などへ故障（断線）であることを送信する。ステップ４０での故障診断結果が正常であれば（Ｙ）、ステップ２０にて、モータ１１を作動させる。

ステップ３０のモータ停止通電を行う時間は、温度上昇の実験データなどから決定すればよい。また、この停止通電中において、制御回路７へ伝達される温度センサからの信号が、断線故障を示さなくなった時点（断線と診断する基準抵抗値より小さくなった時点）において、モータ停止通電を終了し、ステップ２０へ移りモータ１１を作動させてもよい。

上記実施例のように、温度センサが断線と診断した場合、モータは作動せずに電力消費し加熱される。そのため、極低温のために温度センサの抵抗値が所定値以上となり断線と診断された場合においても、モータが加熱されることで温度上昇し、温度センサの抵抗値が所定値以下となり正常と診断される。実際に断線している場合、再度断線と診断される。また、モータは作動しないので、極低温により回転子などが凍結していたとしても、破損を招くことはない。さらに、加熱されることで当該凍結が解消されるので、モータをスムーズに始動できる。また、温度センサとの分圧抵抗の抵抗値は小さくても良いので、高温側の検出精度を向上できる。従って、サーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断することができる。また、モータをスムーズに始動できる。

尚、上記実施の形態において、モータは回転子を備えるものとしたが、リニアモータの如くピストンなどの可動部を備えるものに適用できる。センサはインバータ装置に接続される例を示したが、コントローラを経由して、通信により信号を入力しても良い。また、モータを駆動する装置をインバータ装置としたが、交流電源とモータとの間に設置され交流をチョッピングするコンバータでも良い。

（実施の形態２）
図３の電動圧縮機２５において、金属製筐体３２の内部には、圧縮機構部２８、モータ１１、そしてサーミスタ温度センサ８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、金属製筐体３２の内部においてモータ１１を通過し、その際にモータ１１の冷却を行い、吐出口３４より吐出される。サーミスタ温度センサ８は、巻線４の正確な温度を検出可能とするため、モータ１１の巻線４近傍に設けられている。

モータ１１の巻線４、サーミスタ温度センサ８は、金属製筐体３２の内部で、ターミナル３９に接続されている。金属製筐体３２の外部で、ターミナル３９は、図２のインバータ装置２０に接続されている。

極低温のために冷媒が液化して電動圧縮機２５の内部にある場合においても、モータ１１が作動しないように加熱するため、液圧縮により圧縮機構部２８が破損することを防止できる。また、液化冷媒を加熱により気化させるため、電動圧縮機２５（モータ１１）をスムーズに始動できる。

電動圧縮機２５は、モータ１１が圧縮された高温高圧冷媒中にある高圧型である。モータ１１を１００℃前後の高温から保護するため、サーミスタ温度センサ８は、１２０℃程度まで正確に検出できる必要がある。そのため、基準ＤＣ電圧の分圧用固定抵抗の値を、当該高温が検出できるように、小さくしなければならない。このようにしても、極低温において、断線を正しく誤診断できるため、本発明の効果が大きい。

（実施の形態３）
図４に、電動圧縮機４０の右側にインバータ装置２０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から吐出される。モータ１１の巻線４近傍に、巻線４の温度を検出するためのサーミスタ温度センサ８が設けられている。

電動圧縮機４０の内部でモータ１１の巻線４、サーミスタ温度センサ８に接続されているターミナル３９は、インバータ装置２０に接続される。インバータ装置２０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。そして、インバータ回路部１０の温度を検出するため、その近傍に、サーミスタ温度センサ９が設けられている。保持部３５でインバータ装置２０に固定される接続線３６には、バッテリ１への電源線と、エアコンコントローラ（図示せず）との通信線１２がある。

このようなインバータ装置一体型電動圧縮機では、電動圧縮機４０、インバータ装置２０の双方から加熱されるため、温度上昇を加速できる。そのため、短時間で温度センサの抵抗値が所定値以下となり正常と診断され、モータを迅速に始動できる。

（実施の形態４）
図５に、本発明のインバータ装置を車両に搭載した一例を示す。インバータ装置２０、電動圧縮機６０、室外熱交換器５８、室外ファン５７、車室外温度センサ６８が、車両７０前方の車両室外であるエンジン（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５１、室内熱交換器５４、エアコンコントローラ６２、車室内温度センサ６７が配置されている。インバータ装置２０とエアコンコントローラ６２とは、通信線でシリアル通信により信号を送受信する。

車両は屋外駐車の場合、−２０℃程度の極低温の環境におかれる場合がある。そのため、極低温においても、センサの断線故障を正しく診断することができる本発明は、有効である。

以上のように、本発明にかかる空調装置は、温度保護用のサーミスタ温度センサにより、高温を正確に検出できるとともに、当該センサの断線故障を正しく、信頼性を損なうことなく診断できるので、民生用、産業用、各種移動体などに適用できる。

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 同故障診断の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２に係る高圧型電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態３に係るインバータ装置一体型電動圧縮機の断面図 本発明の実施の形態４に係るインバータ装置を搭載した車両の模式図 従来からあるインバータ装置とその周辺の電気回路図

符号の説明

７ 制御回路
８ サーミスタ温度センサ（電動圧縮機用）
９ サーミスタ温度センサ（インバータ装置用）
１０ インバータ回路
１１ モータ
２０ インバータ装置
２５ 電動圧縮機（高圧型）
４０ 電動圧縮機（インバータ装置一体用）
６０ 電動圧縮機
７０ 車両

Claims (5)

1. インバータ回路と、低温で抵抗値の大きくなる温度センサと、前記インバータ回路によりモータを作動させるとともに、前記温度センサの抵抗値により温度検出し、前記温度センサの抵抗値が所定値以上で断線と診断する制御回路とを備えたインバータ装置において、前記制御回路は、前記温度センサが断線と診断した場合、前記インバータ回路により前記モータが作動しないように前記モータへ電力供給し、再度診断した場合においても断線と診断した場合において、断線と最終診断するインバータ装置。
2. 前記モータは電動圧縮機を駆動するモータであ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. 前記電動圧縮機は高圧型であ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. 前記インバータ装置は前記電動圧縮機に搭載されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインバータ装置。
5. 車両に搭載されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。