JP2014020266A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路が過度の高温になることを抑止するとともに、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することが可能な電動圧縮機を提供する。
【解決手段】電動圧縮機の制御装置は、ステップ１１０で取得したスイッチング素子の温度の変化から温度上昇領域Ａ、温度下降領域Ｂおよび定常領域Ｃを設定し、ステップ１６０で設定領域毎にキャリア周波数を設定する。領域Ａでは、モータ起動時の素子温度が高いときほどキャリア周波数が低くなるように、素子温度に応じてキャリア周波数を変更し、領域Ｂおよび領域Ｃでは、素子温度に係わらず、圧縮機構の駆動回転数が大きいときほどキャリア周波数が低くなるように、圧縮機構の駆動回転数に応じてキャリア周波数を変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機構が吸入する吸入冷媒により電動モータを駆動するインバータ回路が冷却される電動圧縮機に関する。

従来から、スイッチング素子の温度を検出して、検出温度に応じて搬送波周波数を変更するインバータ装置がある。このようなインバータ装置では、検出温度が上限基準温度以上になったときには、搬送波周波数を初期設定周波数から段階的に低下させ、検出温度が下限基準温度以下になったときには、搬送波周波数を初期設定周波数に復帰させるものが知られている（下記特許文献１参照。）。

特開２０１１−２２９３０４号公報

しかしながら、上記従来技術のインバータ装置は、検出温度が上限基準温度に到達したときに、搬送波周波数を初期設定周波数から段階的に低下させ、スイッチング素子の発熱を抑制するものである。したがって、モータ起動直後等はスイッチング損失が比較的大きく、インバータ回路の温度がオーバーシュートして比較的高温になり易いという問題がある。インバータ回路の温度が高くなりすぎると、インバータ回路を構成する部品にダメージを与える場合がある。

また、検出温度が上限基準温度に到達する度に搬送波周波数を低下させるので、周波数低下に伴いスイッチング損失は抑制できるものの、モータやインバータ回路からキャリア騒音（搬送波周波数に応じてモータやインバータ回路が振動して発する騒音）が頻繁に発生し易いという問題もある。キャリア騒音の発生は、ユーザ等に不快を感じさせる場合がある。

本発明者は、上記両問題点に関し鋭意検討を行い、インバータ回路が電動圧縮機のモータを駆動するものであり、インバータ回路が電動圧縮機に搭載されて圧縮機構が吸入する吸入冷媒で冷却されるものである場合には、モータ起動時のスイッチング素子の温度変化状態や圧縮機構の作動状態に応じて搬送波周波数を変更して設定すれば、両問題点を解決することが可能であることを見出した。

インバータ回路が出力を開始してモータを起動した際には、起動直後は吸入冷媒による冷却効果が極めて少ないため、スイッチング素子の温度は上昇する。その後、吸入冷媒による冷却効果が表れてくると、スイッチング素子の温度上昇は停止し、略一定の温度状態が維持される。また、スイッチング素子の温度上昇が停止した後に温度が若干下降し、その後、略一定の温度状態が維持される場合もある。

このような温度変化がある場合には、スイッチング素子の温度上昇領域では、モータ起動時のスイッチング素子の温度に着目して搬送波周波数を設定すれば、インバータ回路が過度の高温となる温度上昇を抑制することが可能であることを見出した。また、温度上昇が停止した後の領域では、過度の高温となるような大きな温度上昇変化は発生しないので、圧縮機構の作動音等を考慮して搬送波周波数を設定すれば、キャリア騒音を抑制しつつ、ユーザ等がキャリア騒音を感知し難いときにはスイッチング損失の低減が可能であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、インバータ回路が過度の高温になることを抑止するとともに、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することが可能な電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、
制御手段（１００）がモータコイルへ出力を開始してモータ（１２）を起動した際には、インバータ回路（４０）のスイッチング素子の温度が上昇した後に、吸入冷媒により冷却されてスイッチング素子の温度上昇が停止する電動圧縮機であって、
制御手段が、
スイッチング素子の温度上昇が停止する前の温度上昇領域では、モータの起動時のスイッチング素子の温度が高いときほど基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、スイッチング素子の温度もしくはその関連物理量を検出する物理量検出手段（１１０）の検出値に応じて搬送波周波数を変更し、
スイッチング素子の温度上昇が停止した後の温度上昇停止後領域では、物理量検出手段の検出値に係わらず、圧縮機構（１１）の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、圧縮機構の駆動回転数もしくはその関連物理量に応じて搬送波周波数を変更することを特徴としている。

これによると、温度上昇領域では、モータの起動時のスイッチング素子の温度が高いときほど基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、物理量検出手段の検出値に応じて搬送波周波数が変更される。したがって、モータの起動時のスイッチング素子の温度が比較的高い場合には、温度上昇領域におけるスイッチング動作回数を低減してインバータ回路の温度上昇を抑制することができる。これにより、インバータ回路が過度の高温になることを抑止することができる。

また、温度上昇停止後領域では、物理量検出手段の検出値に係わらず、圧縮機構の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、圧縮機構の駆動回転数もしくはその関連物理量に応じて搬送波周波数が変更される。したがって、吸入冷媒による冷却効果によってインバータ回路が過度の高温とならない領域では、圧縮機構の作動音が比較的大きいときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減することができる。搬送波周波数を低減するとキャリア騒音が発生し易いが、圧縮機構の作動音が比較的大きいときに搬送波周波数を低減するので、ユーザ等がキャリア騒音を感知し難い。これにより、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

このようにして、インバータ回路が過度の高温になることを抑止するとともに、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明を適用した第１の実施形態における電動圧縮機を含む回路を一部ブロックで示した回路図である。 電動圧縮機の概略構造を示す断面図である。 制御装置の概略制御動作を示すフローチャートである。 温度上昇領域の搬送波周波数設定フローを示すフローチャートである。 温度下降領域の搬送波周波数設定フローを示すフローチャートである。 定常領域の搬送波周波数設定フローの一部を示すフローチャートである。 定常領域の搬送波周波数設定フローの残部を示すフローチャートである。 モータ起動時の素子温度が比較的低い場合の素子温度変化と電動圧縮機の回転数の一例を示すグラフである。 モータ起動時の素子温度が比較的高い場合の素子温度変化と電動圧縮機の回転数の一例を示すグラフである。 比較例におけるモータ起動時の素子温度が比較的高い場合の素子温度変化と電動圧縮機の回転数を示すグラフである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１の実施形態）
本発明を適用した第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態の電動圧縮機１０のモータ駆動装置は、同期モータ１２を駆動するためのものである。電動圧縮機１０は、例えば二酸化炭素等を冷媒とする車両用空調装置のヒートポンプサイクル中に配設される圧縮機であり、内蔵する同期モータ１２により負荷としての圧縮機構１１を駆動する。電動圧縮機１０は、圧縮機構１１において、気相冷媒を圧縮して（例えば二酸化炭素冷媒であれば臨界圧力以上まで圧縮して）吐出する電動コンプレッサである。本実施形態の同期モータ１２は、例えば、磁石を埋設したロータを回転駆動する４極３相コイルを有する同期モータである。

図１に示す直流電源２０は、例えば２８８Ｖの電圧を出力可能な高電圧バッテリからなる直流電圧の供給源である。直流電源２０からインバータ回路４０へ延びる一対の母線３０には、高電圧リレーシステム５０が配設されている。高電圧リレーシステム５０は、複数のリレーと抵抗体とにより構成されている。高電圧リレーシステム５０は、高電圧を印加するときに、抵抗体を有する経路で電圧印加を開始した後に抵抗体を有しない経路に切り替えを行うことで、母線３０に突入電流が流れないようにする機能を有している。

また、高電圧リレーシステム５０は、電動圧縮機１０等に異常状態が検知された場合には、給電経路を遮断するようになっている。

図１に示すように、直流電源２０からインバータ回路４０への電力供給経路である一対の母線３０間には、平滑手段としてのコンデンサ６０、７０が介設されている。コンデンサ６０は、母線３０に対してインバータ回路４０と並列に接続された他装置９の影響により変動する電圧を平滑にするために設けられている。ここで、他装置９としては、車両走行用モータ駆動装置、充電装置、降圧ＤＣ／ＤＣ変換装置等が挙げられる。

例えば、車両に複数のモータ駆動装置が搭載されており、他装置９が車両走行用モータ駆動装置である場合には、直流電源２０から給電されるモータ駆動装置のうち、他装置９が主たる駆動装置であり、インバータ回路４０を含む電動圧縮機１０側の駆動装置が従たる駆動装置である。ここで、主たる駆動装置とは、例えば、従たる駆動装置よりも、直流電源２０から給電される入力電力が大きい装置である。また、主たる駆動装置は、両駆動装置への給電が困難なときに、優先的に給電が行われる装置となる場合がある。

このように、他装置９への入力電力が、インバータ回路４０を介する電動圧縮機１０への入力電力に対して、例えば一桁以上（１０倍以上）大きいような場合には、他装置９の影響により、直流電源２０から母線３０を介してインバータ回路４０へ印加される電圧の変動が大きくなり易い。コンデンサ６０は、この電圧変動を抑制するために設けられている。

コンデンサ７０は、インバータ回路４０のスイッチング素子のスイッチングに伴って発生するサージやリプルを吸収するために設けられている。

一方の母線３０のコンデンサ６０の接続点とコンデンサ７０の接続点との間には、コイル８０が配設されている。コイル８０は、母線３０間に並列に設けた２つのコンデンサ６０、７０の干渉を抑制するために設けられている。コイル８０は、コンデンサ６０とコンデンサ７０との関係により発生する共振周波数を変更すること等を目的として設けられている。

コイル８０は、実体としてのコイル体からなるものに限定されず、コンデンサ６０、７０間の母線３０が、その長さや取り回し形状等に応じてコイル要素となるものであってもよい。

インバータ回路４０は、同期モータ１２のステータコイルに対応したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分のアームからなり、母線３０を介して入力された直流電圧をＰＷＭ変調により交流に変換して出力するものである。

Ｕ相アームは、スイッチング素子と還流用のダイオードとを逆並列接続した図示上方の上アームと、同じくスイッチング素子とダイオードとを逆並列接続した図示下方の下アームとを直列接続して構成され、上アームと下アームとの接続部から延出した出力線４５がモータコイルに接続されている。Ｖ相アームおよびＷ相アームも、スイッチング素子とダイオードとにより同様に構成され、上アームと下アームとの接続部から延出した出力線４５がモータコイルに接続されている。

スイッチング素子には、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の素子を用いることができる。また、スイッチング素子とダイオードとからなるアームを、例えば、ＩＧＢＴと逆導通用ダイオードとを１チップに集積したパワー半導体であるＲＣＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子としてもかまわない。

インバータ回路４０には、図示を省略しているが、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段が設けられている。この温度検出手段が検出した素子温度は、制御装置１００へ出力されるようになっている。

制御手段である制御装置１００は、インバータ回路４０の各スイッチング素子のスイッチング動作制御を行って同期モータ１２の駆動を制御する駆動回路部である。制御装置１００は、上位制御手段である空調装置用制御装置１０１（以下Ａ／Ｃ制御装置と呼ぶ場合がある）からの圧縮機回転数指令情報、母線３０に設けられた電流検出部９０で検出したモータコイル電流値情報、および温度検出手段で検出したスイッチング素子温度情報等を入力し、これらに基づいて、スイッチング信号であるノッチ波を生成して、インバータ回路４０へ出力する。

Ａ／Ｃ制御装置１０１は、各種設定条件や各種環境条件等に基づいて車両用空調装置の複数のアクチュエータ機構を駆動制御する制御手段である。Ａ／Ｃ制御装置１０１は、空調ダクト内に設けられて車室内へ空調風を送風する送風機１０２のモータを、図示を省略した駆動回路を介して駆動制御するようになっている。Ａ／Ｃ制御装置１０１は、送風機１０２の駆動回転数情報を制御装置１００へ出力するようになっている。

図示を省略しているが、送風機１０２が配設された空調ダクト内には、送風機１０２よりも下流側に、電動圧縮機１０とともに冷凍サイクル装置を構成する蒸発器が配設され、送風空気を冷却するようになっている。送風機１０２は、車両に搭載される電動圧縮機１０とは別の別機器に相当する。

電動圧縮機１０は、例えば、自動車のエンジンルーム内に配置されている。電動圧縮機１０は、凝縮器、減圧器、および蒸発器とともに、車両空調装置用の冷凍サイクル装置を構成している。

図２に示すように、電動圧縮機１０はハウジング１を備えている。ハウジング１は、伝熱性の高いアルミニウム材もしくはアルミニウム合金材等の金属からなるもので、略円筒状に形成されている。ハウジング１には、冷媒吸入口１ａおよび冷媒吐出口１ｂが設けられている。

冷媒吸入口１ａは、ハウジング１において軸線方向一方側に配置されている。冷媒吸入口１ａには、蒸発器の冷媒出口からの冷媒が流入する。冷媒吐出口１ｂはハウジング１において軸線方向他方側に配置されている。冷媒吐出口１ｂは、凝縮器の冷媒入口に向けて冷媒を吐出する。

電動圧縮機１０は、圧縮機構１１、同期モータ１２、インバータ回路４０、およびインバータカバー２等から構成されている。同期モータ１２は、回転軸１３、ロータ１４、ステータコア１５、およびステータコイル１６（モータコイル）等から構成されている。

回転軸１３は、ハウジング１内に配置されている。回転軸１３はその軸線方向がハウジング１の軸線方向に一致している。回転軸１３は、２つの軸受けにより回転自在に支持されている。回転軸１３は、ロータ１４から受ける回転駆動力を圧縮機構１１に伝える。軸受けは、ハウジング１により支持されている。

ロータ１４は、例えば永久磁石が埋め込まれたもので、筒状に形成されているものであって、回転軸１３に対して固定されている。ロータ１４は、ステータコア１５から発生される回転磁界に基づいて、回転軸１３とともに回転する。

ステータコア１５は、ハウジング１内においてロータ１４（回転軸１３）に対して径方向外周側に配置されている。ステータコア１５は、その軸線方向が回転軸１３の軸線方向に一致する筒状に形成されている。ステータコア１５は、ロータ１４との間に隙間を形成している。この隙間は、回転軸１３の軸線方向に並行に冷媒を流す冷媒流路１７を構成している。

ステータコア１５は、磁性体からなるもので、ハウジング１の内周面に支持されている。ステータコイル１６は、ステータコア１５に対して回巻されている。ステータコイル１６は回転磁界を発生する。

圧縮機構１１は、同期モータ１２に対して軸線方向他方側に配置されている。圧縮機構１１は、例えば固定スクロールと可動スクロールとから構成されるスクロール型コンプレッサであって、同期モータ１２の回転軸１３からの回転駆動力によって可動スクロールを旋回させて冷媒を吸入、圧縮、吐出する。

インバータ回路４０は、ハウジング１の取付面１ｃに装着されている。取付面１ｃは、ハウジング１の外周部（すなわち、回転軸１３の径方向外周側）に形成されている。本実施形態では、取付面１ｃは、ハウジング１の外周部の上側に位置する。

インバータ回路４０は、同期モータ１２を駆動する三相電圧を発生する駆動回路を構成している。インバータカバー２は、インバータ回路４０を覆うように形成されている。インバータカバー２は、ハウジング１にネジ（図示省略）により締結されている。

ステータコア１５の外周壁には、複数の凹部が設けられている。複数の凹部は、それぞれ回転軸１３の径方向中心側に凹んで、かつステータコア１５に対して軸線方向に並行に延びるように形成されている。

複数の凹部は、回転軸１３を中心とする円周方向において同一間隔に配置されている。複数の凹部のぞれぞれは、ハウジング１の内周面との間に冷媒流路１８を構成する。ここで、図示上方の凹部の内面には、薄膜状の断熱膜１９が設けられている。この断熱膜１９は、冷媒通路１８のうち図示上方の冷媒通路１８ａを流れる冷媒とステータコア１５との間の熱伝達を妨げる。

なお、図２に示す電動圧縮機１０は、図１に示す一点鎖線で囲んだ構成を含んでおり、図２に示すインバータ回路４０の搭載室には、制御装置１００等も配設されている。制御装置１００は、電動圧縮機１０の本体とは別に配設されるものであってもよい。

図２に示す同期モータ１２のステータコイル１６に三相の駆動電流が流れると、ステータコア１５から回転磁界が発生するため、ロータ１４に対して回転力が発生する。すると、ロータ１４が回転軸１３とともに回転する。圧縮機構１１は、回転軸１３からの回転駆動力によって旋回して冷媒を吸入する。

このとき、蒸発器側からの低温低圧の吸入冷媒は、冷媒吸入口１ａからハウジング１内へ流入する。そして、この吸入冷媒は、冷媒流路１７、１８を通過して圧縮機構１１側に流れる。吸入冷媒は、圧縮機構１１で圧縮され、冷媒吐出口１ｂから凝縮器側へ吐出される。

一方、インバータ回路４０は、その作動に伴って熱を発生する。インバータ回路４０が発する熱は、ハウジング１の肉部１ｎを通して冷媒流路１８ａ内の冷媒に伝わる。

このとき、ステータコイル１６は、三相の駆動電流の通電に伴って熱を発生するものの、断熱膜１９により冷媒流路１８ａ内の冷媒とステータコア１５との間の熱伝達を妨げる。したがって、冷媒流路１８ａ内の吸入冷媒によりインバータ回路４０を冷却することになる。

また、ステータコイル１６から発生した熱は、ステータコア１５を通して冷媒流路１７、および、冷媒流路１８ａ以外の冷媒流路１８内の吸入冷媒に伝わる。これにより、ステータコア１５、およびステータコイル１６を吸入冷媒により冷却することができる。

次に、図３〜図７を参照して、制御装置１００の制御動作について説明する。以下の制御動作の説明において領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃと説明する場合がある。領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃは、例えば図８に図示した領域である。

前述したように、本実施形態では、インバータ回路４０は吸入冷媒により冷却される位置に配設されている。したがって、インバータ回路４０が出力を開始して同期モータ１２を起動した際には、起動直後は吸入冷媒による冷却効果が極めて少ないため、スイッチング動作に伴う発熱によりスイッチング素子の温度は速やかに上昇する。図８に例示するように、スイッチング素子の温度が上昇する温度上昇領域が領域Ａである。

その後、吸入冷媒による冷却効果が表れてくると、スイッチング素子の温度上昇は停止し、温度が緩やかに下降する。図８に例示するように、スイッチング素子の温度が下降する温度下降領域が領域Ｂである。

さらにその後、吸入冷媒による冷却効果とスイッチング素子の発熱とが均衡すると、若干の上下変動はあるもののスイッチング素子の温度が略一定に維持される定常状態となる。図８に例示するように、スイッチング素子の温度が略一定に維持される定常領域が領域Ｃである。ここで、領域Ｂおよび領域Ｃは、温度上昇が停止した後の温度上昇停止後領域に相当する。

制御装置１００は、上述したスイッチング素子の温度変化状態が異なる３つの領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃを区別し、区別した領域毎に基準搬送波（以下キャリア、キャリア波と呼ぶ場合がある）の搬送波周波数（以下キャリア周波数と呼ぶ場合がある）の設定動作を変更している。

図３に示すように、制御装置１００は、電動圧縮機１０の起動指令を入力したときには、まず、初期値として領域を領域Ａに設定する（ステップ１０５）。そして、次に、スイッチング素子の温度Ｔ（ｎ）を取得する（ステップ１１０）。インバータ回路４０のスイッチング素子の温度を検出する温度検出手段を用いて温度Ｔ（ｎ）を取得するステップ１１０は、本実施形態における物理量検出手段に相当する。温度検出手段を物理量検出手段ということもできる。

スイッチング素子の温度Ｔ（ｎ）を取得したら、先回ステップ１１０を実行した際に取得したスイッチング素子の温度Ｔ（ｎ−１）との差であるΔＴを算出する（ステップ１１５）。ΔＴを算出したら、現在設定されている領域が領域Ａであるか否か判断する（ステップ１２０）。

ステップ１２０において領域Ａであると判断した場合には、ステップ１１５で算出したΔＴが正値であるか否か判断する（ステップ１２５）。ステップ１２５においてΔＴが正値であると判断した場合、すなわちスイッチング素子の温度が上昇過程にあると判断した場合には、領域を領域Ａに設定したままステップ１６０へ進む。

一方、ステップ１２５においてΔＴが正値でないと判断した場合、すなわちスイッチング素子の温度上昇が停止したと判断した場合には、領域を領域Ｂに設定し（ステップ１３０）、ステップ１６０へ進む。なお、初回のフローでは、ステップ１１５においてΔＴを算出するためのＴ（ｎ−１）が存在しないので、ステップ１１５およびステップ１２５をパスしてステップ１６０へ進む。

ステップ１２０において、設定されている領域が領域Ａでないと判断した場合には、設定されている領域が領域Ｂであるか否か判断する（ステップ１４０）。ステップ１４０において領域Ｂであると判断した場合には、ステップ１１５で算出したΔＴの絶対値が所定値より大きいか否か判断する（ステップ１４５）。ステップ１４５においてΔＴの絶対値が所定値よりも大きいと判断した場合、すなわちスイッチング素子の温度が下降過程にあると判断した場合には、領域を領域Ｂに設定したままステップ１６０へ進む。

一方、ステップ１４５においてΔＴの絶対値が所定値以下であると判断した場合には、領域を領域Ｃに設定し（ステップ１５０）、ステップ１６０へ進む。ステップ１４５においてΔＴの絶対値と比較する所定値は、領域Ｃにおける若干の温度変動を除外することができるように予め設定された値であり、領域Ｂから領域Ｃへの移行がなされたか否かを確実に判定できるように決定される。

ステップ１４０において、設定されている領域が領域Ｂでないと判断した場合には、設定されている領域は領域Ｃであるので、領域を領域Ｃに設定したままステップ１６０へ進む。ステップ１６０では、設定されている領域に対応した制御フローにしたがって、キャリア周波数を設定する。

設定されている領域が領域Ａである場合には、図４に示すように、まず、スイッチング素子の温度Ｔを取得する（ステップ２１０）。この温度Ｔは、図３に示したステップ１１０で取得した素子温度Ｔ（ｎ）を用いることができる。

スイッチング素子の温度Ｔを取得したら、温度ＴがＴＡ以上であるか否か判断する（ステップ２２０）。ステップ２２０において温度ＴがＴＡ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、温度ＴがＴＢ以上であるか否か判断する（ステップ２３０）。ここで、ＴＡとＴＢとの大小関係は、ＴＡ＞ＴＢである。

ステップ２３０において温度ＴがＴＢ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、スイッチング素子の温度が比較的低温であるので、キャリア周波数をｆ０に設定する（ステップ２４０）。ステップ２２０において温度ＴがＴＡ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、スイッチング素子の温度が比較的高温であるので、キャリア周波数をｆ１に設定する（ステップ２５０）。

ステップ２３０において温度ＴがＴＢ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、スイッチング素子の温度がＴＢ以上かつＴＡ未満の中間温度であるので、キャリア周波数をｆ２に設定する（ステップ２６０）。ここで、ｆ０、ｆ１、ｆ２の大小関係はｆ１＜ｆ２＜ｆ０であり、例えば、ｆ１は５ｋＨｚ、ｆ２は１０ｋＨｚ、ｆ０は２０ｋＨｚとすることができる。

ステップ１６０を実行するときに、設定されている領域が領域Ｂである場合には、図５に示すように、まず、圧縮機の回転数Ｎｃｏｍｐを取得する（ステップ３１０）。ここで取得する圧縮機回転数は、圧縮機構１１（すなわち同期モータ１２）の回転数の実値であってもよいが、例えばＡ／Ｃ制御装置１０１から入力される目標回転数指令値であってもかまわない。

圧縮機回転数Ｎｃｏｍｐを取得したら、回転数ＮｃｏｍｐがＮα以上であるか否か判断する（ステップ３２０）。ステップ３２０において回転数ＮｃｏｍｐがＮα未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、回転数ＮｃｏｍｐがＮβ以上であるか否か判断する（ステップ３３０）。ここで、ＮαとＮβとの大小関係は、Ｎα＞Ｎβである。

ステップ３３０において回転数ＮｃｏｍｐがＮβ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、圧縮機回転数が比較的低回転であるので、キャリア周波数をｆ０に設定する（ステップ３４０）。ステップ３２０において回転数ＮｃｏｍｐがＮα以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、圧縮機回転数が比較的高回転であるので、キャリア周波数をｆ１に設定する（ステップ３５０）。

ステップ３３０において回転数ＮｃｏｍｐがＮβ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、圧縮機回転数がＮβ以上かつＮα未満の中間回転数であるので、キャリア周波数をｆ２に設定する（ステップ３６０）。

ステップ１６０を実行するときに、設定されている領域が領域Ｃである場合には、図６に示すように、まず、各種状態量を取得する（ステップ４１０）。ここで、各種状態量とは、圧縮機の回転数Ｎｃｏｍｐ、送風機１０２の回転数Ｎｂｌｗ、図１では図示を省略していたラジエータファンの回転数Ｎｒ、車両の走行情報等である。

各種状態量を取得したら、領域Ｂのときと同様に、ステップ３２０よおびステップ３３０を実行して、回転数ＮｃｏｍｐとＮα、Ｎβとの大小関係を判断する。そして、領域Ｂのときと同様に、回転数ＮｃｏｍｐがＮα以上であると判断した場合には、ステップ３５０でキャリア周波数をｆ１に設定する。また、回転数ＮｃｏｍｐがＮβ以上かつＮα未満であると判断した場合には、ステップ３６０でキャリア周波数をｆ２に設定する。

回転数ＮｃｏｍｐがＮβ未満であると判断（ステップ３３０でＮＯと判断）した場合には、図７に示すステップ４２０へ進む。ステップ４２０では、車両が走行中であるか否か判断する。ステップ４２０において、車両が走行中でないと判断した場合、すなわち車両が停車中であると判断した場合には、ラジエータファンの回転数ＮｒがＮｒα以上であるか否か判断する（ステップ４３０）。

ステップ４２０において車両が走行中であると判断した場合、および、ステップ４３０において回転数ＮｒがＮｒα以上であると判断した場合には、ステップ４４０へ進む。

ステップ４４０では、ステップ４１０で取得した状態量のうち送風機１０２の回転数ＮｂｌｗがＮｂα以上であるか否か判断する。ステップ４４０において回転数ＮｂｌｗがＮｂα未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、回転数ＮｂｌｗがＮｂβ以上であるか否か判断する（ステップ４５０）。ここで、ＮｂαとＮｂβとの大小関係は、Ｎｂα＞Ｎｂβである。

ステップ４５０において回転数ＮｂｌｗがＮｂβ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、送風機回転数が比較的低回転であるので、キャリア周波数をｆ０に設定する（ステップ４６０）。ステップ４４０において回転数ＮｂｌｗがＮｂα以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、送風機回転数が比較的高回転であるので、キャリア周波数をｆ１に設定する（ステップ４７０）。

ステップ４５０において回転数ＮｂｌｗがＮｂβ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、送風機回転数ＮｂｌｗがＮｂβ以上かつＮｂα未満の中間回転数であるので、キャリア周波数をｆ２に設定する（ステップ４８０）。

ステップ４３０においてラジエータファンの回転数ＮｒがＮｒα未満であると判断した場合には、回転数ＮｒがＮｒβ以上であるか否か判断する（ステップ４９０）。ここで、ＮｒαとＮｒβとの大小関係は、Ｎｒα＞Ｎｒβである。

ステップ４９０においてラジエータファンの回転数ＮｒがＮｒβ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、送風機１０２の回転数ＮｂｌｗがＮｂβ以上であるか否か判断する（ステップ５００）。

ステップ５００において回転数ＮｂｌｗがＮｂβ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合には、キャリア周波数をｆ０に設定する（ステップ５１０）。また、ステップ４９０においてラジエータファンの回転数ＮｒがＮｒβ未満であると判断（ＮＯと判断）した場合にも、ステップ５１０へ進みキャリア周波数をｆ０に設定する。ステップ５００において回転数ＮｂｌｗがＮｂβ以上であると判断（ＹＥＳと判断）した場合には、キャリア周波数をｆ２に設定する（ステップ５２０）。

ステップ４９０〜ステップ５２０では、ラジエータファンが比較的低回転であるとき、および、ラジエータファンの回転数が中間回転数であっても送風機回転数が比較的低回転であるときには、キャリア周波数はｆ０に設定される。また、ラジエータファンの回転数が中間回転数であり、送風機回転数が比較的高回転もしくは中間回転数であるときには、キャリア周波数はｆ２に設定される。

以上のように、図３に示すステップ１６０で各領域に対応した制御フローにしたがって搬送波周波数を設定したら、同期モータ１２のモータコイルへの印加電圧指令である変調波と、設定した周波数の基準搬送波との比較により、各相アームのスイッチング素子をスイッチングするスイッチング波を生成して、スイッチング波として設定する（ステップ１７０）。

そして、次に、ステップ１７０で設定したスイッチング波を各相アームに出力してスイッチング素子を動作制御する（ステップ１８０）。ステップ１８０までを実行したら、ステップ１１０で取得したスイッチング素子の温度Ｔ（ｎ）をＴ（ｎ−１）に代入して、次の１ＰＷＭ期間の制御のために、ステップ１１０へリターンする。制御装置１００は、例えば５０μｓ毎に図３に示すフローを実行して１ＰＷＭ期間毎のスイッチング出力を行うようになっている。

上述の構成および作動によれば、電動圧縮機１０は、制御装置１００がステータコイル１６への出力を開始して同期モータ１２を起動した際には、インバータ回路４０のスイッチング素子の温度が上昇した後に、吸入冷媒により冷却されてスイッチング素子の温度上昇が停止する圧縮機である。

そして、制御装置１００は、スイッチング素子の温度上昇が停止する前の温度上昇領域である領域Ａでは、同期モータ１２起動時のスイッチング素子の温度が高いときほど基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、検出した温度Ｔに応じて搬送波周波数を変更している。

これによると、温度上昇領域では、同期モータ１２の起動時のスイッチング素子の温度が高いときほど基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、温度検出手段の検出値に応じて搬送波周波数が変更される。したがって、同期モータ１２の起動時のスイッチング素子の温度が比較的高い場合には、温度上昇領域におけるスイッチング動作回数を低減してインバータ回路４０の温度上昇を抑制することができる。これにより、インバータ回路４０が過度の高温になることを抑止することができる。

図４で説明した例では、温度ＴをＴＡ、ＴＢの２つの閾値と比較することにより、温度が高いときほど基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、搬送波周波数を段階的に変更するようになっている。

したがって、図８に示すように、モータ起動時の素子温度Ｔが、ＴＢよりも低いＴ０である場合には、領域Ａにおいて搬送波周波数はｆ０→ｆ２→ｆ１の順に順次変更される。一方、図９に示すように、モータ起動時の素子温度Ｔが、ＴＡよりも高いＴ１である場合には、領域Ａにおいて搬送波周波数はｆ１に設定される。

図８および図９から明らかなように、モータ起動時のスイッチング素子の温度が比較的高いＴ１である場合には、領域Ａにおけるスイッチング動作回数を低減してインバータ回路４０の温度上昇を抑制することができる。これにより、インバータ回路４０を構成するスイッチング素子を含む部品がダメージを受けることを抑制することができる。

図１０に示す比較例のように、モータ起動時の素子温度Ｔに係わらず常に搬送波周波数をｆ０とした場合には、例えばモータ起動時の素子温度ＴがＴＡよりも高いＴ１であったときには、スイッチング動作に伴う昇温が大きく、インバータ回路４０を構成する部品の許容温度をオーバーしてしまう。

なお、本例では、モータ起動時の温度Ｔに応じて、領域Ａにおける搬送波周波数をｆ０→ｆ２→ｆ１の順に変更する場合、搬送波周波数をｆ２→ｆ１の順に変更する場合、および、搬送波周波数をｆ１とする場合があるが、これに限定されるものではない。例えば、モータ起動時の温度Ｔに応じて、領域Ａにおける搬送波周波数をｆ０、ｆ２、ｆ１のいずれかに固定するものであってもよい。

また、本実施形態の制御装置１００は、スイッチング素子の温度上昇が停止した後の温度上昇停止後領域である領域Ｂおよび領域Ｃでは、検出温度Ｔに係わらず、圧縮機構１１の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、圧縮機構１１の駆動回転数に応じて搬送波周波数を変更している。

これによると、温度上昇停止後領域では、温度検出手段の検出値に係わらず、圧縮機構１１の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、圧縮機構１１の駆動回転数に応じて搬送波周波数が変更される。したがって、吸入冷媒による冷却効果によってインバータ回路４０が過度の高温とならない領域では、圧縮機構１１の作動音が比較的大きいときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減することができる。搬送波周波数を低減するとキャリア騒音が発生し易いが、圧縮機構１１の作動音が比較的大きいときに（キャリア騒音をマスキング可能なときに）搬送波周波数を低減するので、ユーザ等がキャリア騒音を感知し難い。これにより、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、インバータ回路４０が過度の高温になることを抑止するとともに、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

また、温度上昇停止後領域は、スイッチング素子の温度が下降する温度下降領域である領域Ｂと、スイッチング素子の温度下降が停止した後にスイッチング素子の温度が略一定となる定常領域である領域Ｃとからなっている。

これによると、スイッチング素子の温度が略一定となる定常領域ばかりでなく、モータ起動から定常領域に至る過渡領域のうち、吸入冷媒の冷却効果が表れる温度下降領域においても、キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。したがって、一層キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

また、電動圧縮機１０は、回転駆動する送風機１０２やラジエータファン等の別機器とともに車両に搭載されている。そして、制御装置１００は、定常領域において、圧縮機構１１の駆動回転数が所定回転数（本例ではＮβ）よりも小さい場合には、別機器の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、別機器の駆動回転数に応じて搬送波周波数を変更している。

これによると、スイッチング素子の温度が略一定となる定常領域では、圧縮機構１１の駆動回転数が所定回転数よりも小さい場合には、別機器の駆動回転数が大きいときほど搬送波周波数が低くなるように、別機器の駆動回転数に応じて搬送波周波数が変更される。したがって、圧縮機構１１の作動音が比較的小さいときであっても、別機器の作動音が比較的大きくユーザ等がキャリア騒音を感知し難いときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減することができる。これにより、より一層キャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

また、上記した別機器の極めて有効な一例は、車両用空調装置の送風機１０２である。車両用空調装置の送風機１０２の送風に伴う音は、車両に搭乗した乗員に極めて感知され易い。したがって、圧縮機構１１の作動音が比較的小さいときであっても、送風機１０２の送風に伴う音が比較的大きくユーザ等がキャリア騒音を極めて感知し難いときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減することができる。これにより、より一層確実にキャリア騒音によるユーザ等の不快感を低減しつつスイッチング損失を抑制することができる。

本例では、圧縮機回転数ＮｃｏｍｐがＮβよりも小さく、圧縮機構１１の作動音が比較的小さい場合には、車両走行中は、送風機１０２の回転数Ｎｂｌｗに応じて搬送波周波数を変更している。車両が走行しているときには、ユーザ等が車両の周囲にいることを考慮する必要がない。したがって、車室内に搭乗しているユーザ等がキャリア騒音により不快を感じないようにすることが好ましい。

そこで、車両走行中は、送風機１０２の回転数Ｎｂｌｗに応じて搬送波周波数を変更する。これにより、送風機１０２の送風に伴う音が比較的大きく車室内のユーザ等がキャリア騒音を極めて感知し難いときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減することができる。

また、本例では、車両が走行していないときには、ラジエータファンの回転数Ｎｒが比較的高い場合（Ｎｒα以上である場合）に、車両走行中と同様に送風機１０２の回転数Ｎｂｌｗに応じて搬送波周波数を変更している。これによると、車両の周囲にユーザ等がいたとしても、ラジエータファンの回転数Ｎｒが比較的高くファン騒音が比較的大きい場合には、キャリア音を感知し難い。そこで、車両が走行しておらず、ラジエータファンの回転数Ｎｒが比較的高い場合には、車両走行中と同様に、車室内に搭乗している車室内のユーザ等が送風機１０２の送風音によりキャリア騒音を極めて感知し難いときに、スイッチング動作回数を低減してスイッチング損失を低減している。

また、車両が走行しておらず、ラジエータファンの回転数Ｎｒが比較的低い場合（Ｎｒβ未満の場合）には、ファン騒音が小さくキャリア騒音を感知し易いので、搬送波周波数を高く設定してキャリア騒音の発生を抑制している。また、車両が走行しておらず、ラジエータファンの回転数Ｎｒが中間回転数である場合（Ｎｒβ以上かつＮｒα未満である場合）には、車室内の送風機１０２の送風音も考慮して搬送波周波数を設定している。

このように、スイッチング素子の温度が略一定となる定常領域では、圧縮機構１１の駆動回転数Ｎｃｏｍｐが所定回転数よりも小さい場合（Ｎβ未満の場合）に、別機器の駆動に伴って発生する音によりキャリア騒音が感知され難い状態に応じてスイッチング動作回数を低減して、スイッチング損失を低減することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態では、制御装置１００は、領域Ａから領域Ｂへの設定切り替え、および、領域Ｂから領域Ｃへの設定切り替えを、それぞれΔＴを利用した１回の判定で行っていたが、これに限定されるものではない。例えば複数回の判定により領域の設定切り替えを行うものであってもよい。複数回連続して同一所定条件を満たしたときに領域設定切り替えを行うものであってもよいし、複数回の取得値の平均が所定条件を満たしたときに領域設定切り替えを行うものであってもよい。

また、上記実施形態では、制御装置１００は、インバータ回路４０のスイッチング素子の温度を温度検出手段で検出して、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃの設定、および、領域Ａにおけるキャリア周波数の選択設定をしていたが、これに限定されるものではない。スイッチング素子の温度と関連のある物理量を検出して、領域設定およびキャリア周波数設定を行ってもよい。

例えば、インバータ回路４０が設けられた回路基板や、スイッチング素子以外の実装素子（コイル要素やコンデンサ要素等を含む）の温度を検出するものであってもよい。また、インバータカバー２の温度を検出するものであってもよい。また、温度に限らず、電圧値や電流値等の状態量を検出するものであってもよい。スイッチング素子の温度もしくは上記したスイッチング素子温度の関連物理量を検出する手段は、いずれも物理量検出手段に相当する。

また、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃの設定には、モータ起動時からの経過時間を用いてもよい。領域設定にスイッチング素子温度の関連物理量として経過時間を用いる場合には、構成部品の公差等によりスイッチング素子の温度変化がばらつく場合を考慮して、安全側（確実に温度変化が完了する長時間側）に設定することが好ましい。

また、領域設定およびキャリア周波数設定を行うために検出するスイッチング素子の温度およびその関連物理量は、１つではなく、２つ以上であってもかまわない。例えば、スイッチング素子の温度とコンデンサ７０の温度とを用いてもよい。すなわち、複数の物理量情報に基づいて、領域の設定切り替えや領域Ａにおけるキャリア周波数の設定を行うものであってもよい。

また、上記実施形態では、各領域において判定条件に応じてキャリア周波数をｆ０、ｆ２、ｆ１の３段階に変更するものであったが、これに限定されるものではない。２段階もしくは４段階以上に変更するものであってもよい。また、段階的に変更するものに限らず、例えば連続的に変更するものであってもかまわない。また、領域毎にキャリア周波数の変更パターンが異なってもかまわない。

また、上記実施形態では、スイッチング素子の温度が変化する領域を、領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃに区分けしていたが、これに限定されるものではない。例えば領域Ｂ（温度下降領域）がない温度変化をする場合、すなわち、温度上昇領域から定常領域へ移行する温度変化をする場合であっても、本発明を適用して有効である。

また、上記実施形態では、領域Ｂおよび領域Ｃにおいて、圧縮機構１１の駆動回転数を判定に用いていたが、これに限定されるものではない。例えば出力等の圧縮機構駆動回転数の関連物理量を判定に用いてもよい。

また、上記実施形態では、制御手段１００は、領域Ｂと領域Ｃとでは異なるキャリア周波数設定制御を行っていたが、これに限定されるものではない。温度上昇停止後領域である領域Ｂおよび領域Ｃにおいて共通のキャリア周波数設定制御を行うものであってもよい。例えば、領域Ｂおよび領域Ｃの両領域とも例えば図５で説明したキャリア周波数設定制御を行うものであってもよい。

また、上記実施形態では、インバータ回路４０は、ハウジング１の外面のうち、内部に同期モータ１２が収容された所謂モータハウジングの外面に取り付けられていたが、これに限定されるものではない。インバータ回路４０は、吸入冷媒により冷却される位置に取り付けられていればよい。例えば、インバータ回路４０は、ハウジング１の圧縮機構１１を収容した部分（所謂圧縮機構ハウジング）の外面のうち、内部を吸入冷媒が流通する部位に取り付けられるものであってもよい。また、例えば、インバータ回路４０がハウジング１の内面に取り付けられて、吸入冷媒と直接的もしくは間接的に接触するものであってもよい。

また、上記実施形態では、電動圧縮機は回転駆動する別機器とともに車両に搭載されるものであり、別機器は、空調装置の送風機およびラジエータファンであったが、これに限定されるものではない。例えば、別機器は、車両走行用の電動モータ等の他の電動機であってもよいし、車軸やタイヤ等の回転駆動体であってもかまわない。

また、上記実施形態では、同期モータ１２は３相モータであったが、これに限定されるものではない。例えば、４相以上の複数相のモータであってもかまわない。

また、上記実施形態では、電動圧縮機１０は車両用空調装置のヒートポンプサイクル用であったが、これに限定されるものではない。例えば、車両に搭載される冷凍冷蔵庫のヒートポンプサイクル用であってもよいし、コンテナに搭載されるヒートポンプサイクル用であってもよい。また、移動式のヒートポンプサイクル用ではなく、定置式のヒートポンプサイクル用であってもかまわない。

１ ハウジング
１１ 圧縮機構
１２ 同期モータ（モータ）
１６ ステータコイル（モータコイル）
４０ インバータ回路
１００ 制御装置（制御手段）
１０２ 送風機（別機器）

Claims (4)

1. 冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（１１）と、
   複数相のモータコイルを有し、前記圧縮機構を駆動する電動式のモータ（１２）と、
   前記圧縮機構および前記モータを収納するとともに、前記圧縮機構が吸入する吸入冷媒が内部を流通するハウジング（１）と、
   前記ハウジングに取り付けられて、前記吸入冷媒により冷却可能な位置に配置され、前記複数相に対応して設けられたスイッチング素子を有するインバータ回路（４０）と、
   前記スイッチング素子の温度もしくはその関連物理量を検出する物理量検出手段（１１０）と、
   前記複数相の各相への印加電圧指令である変調波と基準搬送波との比較結果に基づいて生成したノッチ波によって前記スイッチング素子をスイッチングし、直流電圧をＰＷＭ変調により交流電圧に変換して前記複数相のモータコイルへ出力するように前記インバータ回路を制御する制御手段（１００）と、を備え、
   前記制御手段が前記出力を開始して前記モータを起動した際には、前記スイッチング素子の温度が上昇した後に、前記吸入冷媒により冷却されて前記スイッチング素子の温度上昇が停止する電動圧縮機であって、
   前記制御手段は、
   前記温度上昇が停止する前の温度上昇領域では、前記モータの起動時の前記スイッチング素子の温度が高いときほど前記基準搬送波の搬送波周波数が低くなるように、前記物理量検出手段の検出値に応じて前記搬送波周波数を変更し、
   前記温度上昇が停止した後の温度上昇停止後領域では、前記物理量検出手段の検出値に係わらず、前記圧縮機構の駆動回転数が大きいときほど前記搬送波周波数が低くなるように、前記圧縮機構の駆動回転数もしくはその関連物理量に応じて前記搬送波周波数を変更することを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記温度上昇停止後領域は、前記スイッチング素子の温度が下降する温度下降領域と、前記スイッチング素子の温度下降が停止した後に前記スイッチング素子の温度が略一定となる定常領域と、からなることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 回転駆動する別機器（１０２）とともに車両に搭載されるものであって、
   前記制御手段は、
   前記定常領域において、前記圧縮機構の駆動回転数が所定回転数よりも小さい場合には、前記別機器の駆動回転数が大きいときほど前記搬送波周波数が低くなるように、前記別機器の駆動回転数もしくはその関連物理量に応じて前記搬送波周波数を変更することを特徴とする請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記別機器は、車両用空調装置の送風機であることを特徴とする請求項３に記載の電動圧縮機。

Images