JP6836831B2

JP6836831B2 - 電動圧縮機

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Description

本発明は、供給された冷媒を圧縮して送り出す電動圧縮機に関する。

電動圧縮機は、モーターの駆動力によって圧縮機構を動作させ、供給された冷媒を圧縮して外部に送り出すものである。このような電動圧縮機は、冷凍サイクルにおいて冷媒を循環させるための装置として用いられる。

下記特許文献１に記載された電動圧縮機は、モーターと、モーターに駆動用電流を供給するためのインバータと、冷媒を圧縮する圧縮機構とが、ケーシングの内部に収納された構成となっている。これらのうち圧縮機構は、冷媒の流れに沿って最も下流側となる位置に配置されている。モーター及びインバータは、冷媒の流れに沿って圧縮機構よりも上流側となる位置に配置されている。このように、モーターと圧縮機構とが冷媒の流れ方向に沿って並ぶように配置されているので、電動圧縮機の全体のサイズは比較的大きくなっている。

下記特許文献２に記載された電動圧縮機は、圧縮機構の略全体がモーターの内部、具体的には、モーターの固定子及び回転子の内側となる位置に配置されている。つまり、圧縮機構とモーターとがほぼ同じ位置に配置されている。このため、下記特許文献１に記載された電動圧縮機に比べてコンパクトな構成となっている。

特開２００３−２２２０７８号公報特開２０１４−５７９５号公報

冷凍サイクルにおいては、蒸発器において蒸発し低温且つ低圧となった冷媒が電動圧縮機に供給される。電動圧縮機の内部では、冷媒は圧縮機構において圧縮されることにより高温且つ高圧となる。

従って、上記特許文献２に記載された電動圧縮機のように、モーターの近くに圧縮機構が配置されている場合には、モーターは高温の冷媒によって加熱され、その温度を上昇させることとなる。その結果、モーターの磁束密度が低下してしまい、圧縮機構を動作させるために必要なトルクを出力することができなくなってしまう可能性がある。

特に、電動圧縮機の起動時においては、圧縮機構に求められるトルクが大きくなる。従って、電動圧縮機が停止した後、比較的短時間のうちに再起動する場合には、モーターの温度が高い状態となっているために必要なトルクを出力することができず、再起動ができなくなってしまう可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮された高温の冷媒により加熱され、モーターの温度が上昇した場合であっても、トルクの低下を防止することのできる電動圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機は、供給された冷媒を圧縮して送り出す電動圧縮機（１０）であって、モーター（１４０）と、モーターによって駆動され、冷媒を圧縮する圧縮機構（１５０）と、モーターに駆動用電流を供給するインバータ（１３０）と、インバータの動作を制御する制御装置（１８０）と、を備える。インバータは、冷媒の流れに沿って圧縮機構よりも上流側となる位置であって、且つ冷媒により冷却される位置に配置されており、モーターは、圧縮機構で圧縮された冷媒により加熱される位置に配置されている。制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、モーターの温度に関する情報である第１情報と、インバータの温度に関する情報である第２情報と、の少なくとも一方に基づいて、モーターに供給される駆動用電流についての上限値を変更する。制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、通常起動時においてモーターに供給される駆動用電流、よりも大きな値となるように上限値を変更する。通常起動時とは、冷媒の圧力が圧縮機構の上流側及び下流側において均等となっており、且つ、モーターの温度とインバータの温度とが等しくなっている状態で、モーターの動作を開始させる時のことである。制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、インバータの温度が所定の閾温度以下となっているときにのみ、第１情報と第２情報との少なくとも一方に基づいて上限値を変更する。

このような電動圧縮機では、第１情報及び第２情報の少なくとも一方に基づいて、駆動用電流についての上限値が変更される。例えば、モーターが高温となっているときには上限値を通常時よりも大きくなるように変更すれば、圧縮機構を動作させるために必要なトルクを確保することができる。

尚、駆動用電流の上限値を通常よりも大きくした場合には、インバータの発熱が大きくなるので、インバータが高温となり動作が不安定となってしまうようにも思われる。しかしながら、上記のような構成における電動圧縮機のインバータは、圧縮機構よりも上流側となる位置であって、且つ冷媒により冷却される位置に配置されている。このため、上限値の変更によってインバータの発熱量が増加しても、インバータの温度が上昇し過ぎてしまうことは防止される。

本発明によれば、圧縮された高温の冷媒により加熱され、モーターの温度が上昇した場合であっても、トルクの低下を防止することのできる電動圧縮機が提供される。

本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機の全体構成を模式的に示す図である。電動圧縮機の内部構成を示す断面図である。モーターの温度と磁束密度との関係を示すグラフである。モーターが高温となっているときにおけるトルクの変化を示すグラフである。電動圧縮機の制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。電動圧縮機の制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。駆動用電流について設定される上限値の変化を示すグラフである。モーターが高温となっているときにおけるトルクの変化を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る電動圧縮機の制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。インバータの温度の変化、及びモーターの温度の変化を示すグラフである。本発明の第３実施形態に係る電動圧縮機の制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。圧縮機構のトルクの変化を示すグラフである。圧縮機構のトルクの変化を示すグラフである。駆動用電流について設定される上限値の変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る電動圧縮機１０の構成について説明する。電動圧縮機１０は、冷凍サイクル（不図示）において冷媒を循環させるための装置として構成されている。電動圧縮機１０は、上流側に配置された蒸発器から供給される低温且つ低圧の冷媒を、内部で圧縮することにより高温且つ高温の状態とした上で、下流側に配置された凝縮器へと送り出すものである。

図１に模式的に示されるように、電動圧縮機１０は、高電圧バッテリー１１０と、リレーシステム１２０と、インバータ１３０と、モーター１４０と、圧縮機構１５０と、制御装置１８０とを備えている。また、インバータ１３０と制御装置１８０との間には、駆動回路１６０と検出回路１７０とが設けられている。

高電圧バッテリー１１０は、直流の電流を出力する蓄電装置である。高電圧バッテリー１１０から出力された直流電流は、後述のインバータ１３０によって交流電流に変換され、駆動用電流としてモーター１４０に供給される。尚、高電圧バッテリー１１０は、電動圧縮機１０に電流を供給するための専用の蓄電装置として設けられてもよいのであるが、電動圧縮機１０のみならず他の電力消費機器に直流電流を供給するものとして設けられていてもよい。

リレーシステム１２０は、高電圧バッテリー１１０とインバータ１３０との間となる位置に設けられている。リレーシステム１２０は、３つのリレー１２１、１２２、１２３と、保護抵抗１２４とを有している。リレー１２１、１２２、１２３の開閉動作により、高電圧バッテリー１１０とインバータ１３０との間における電流の供給及び遮断が切り換えられる。

高電圧バッテリー１１０からの電流の供給が開始される際には、先ず、リレー１２１は開状態のままで、リレー１２２とリレー１２３とが閉状態とされる。このとき、高電圧バッテリー１１０からの電流は保護抵抗１２４を通ることになるので、高電圧の印加に伴う過剰な突入電流の発生が抑制される。その後、リレー１２１が閉状態とされ、リレー１２２が開状態とされる。リレー１２１、１２２、１２３の開閉動作は、制御装置１８０により制御される。電動圧縮機１０で何らかの異常が生じた際には、リレー１２１、１２２、１２３が開状態とされ、高電圧バッテリー１１０からの電流の供給が遮断される。

インバータ１３０は、高電圧バッテリー１１０から供給される直流電流を三相交流電流に変換し、これを駆動用電流としてモーター１４０に供給するための回路である。図１に示されるように、インバータ１３０は３相フルブリッジインバータ回路として構成されている。

インバータ１３０には、ＩＧＢＴと還流ダイオードとから構成されたスイッチング素子１３１が６つ搭載されており、これらによって３つの上アームと３つの下アームとが構成されている。これらが行うスイッチング動作のデューティにより、モーター１４０に供給される駆動用電流の大きさが調整される。

リレーシステム１２０とインバータ１３０との間には、コンデンサ１０１、１０３、及びコイル１０２からなる平滑回路が設けられている。当該平滑回路により、インバータ１３０に入力される直流電流が平滑化される。

コンデンサ１０３の近傍には電圧計１０４が設けられている。電圧計１０４は、コンデンサ１０３の両端に印加されている電圧、すなわち、インバータ１３０に入力されている直流電力の電圧を測定するためのものである。電圧計１０４により計測された電圧値は検出回路１７０に入力される。

インバータ１３０の出力部、すなわち、インバータ１３０とモーター１４０との間には、電流計１０５が設けられている。電流計１０５は、インバータ１３０からモーター１４０に供給される駆動用電流の大きさを測定するためのものである。電流計１０５により計測された電流値は検出回路１７０に入力される。

モーター１４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相からなる交流電流の供給を受けて動作する回転電機である。モーター１４０に駆動用電流が供給されると、モーター１４０の駆動力が圧縮機構１５０に伝達され、圧縮機構１５０による冷媒の圧縮が行われる。尚、モーター１４０と圧縮機構１５０とは、図１においては互いに離間するように模式的に描かれているのであるが、実際には両者はほぼ同じ位置に設けられている。これらの具体的な配置については、後に図２を参照しながら説明する。

駆動回路１６０は、インバータ１３０にスイッチング動作を行わせるための駆動信号を生成し、当該駆動信号をインバータ１３０に送信するための回路である。駆動信号は、制御装置１８０から駆動回路１６０に送信される変調信号に基づいて生成されるものである。つまり、制御装置１８０は、駆動回路１６０を介して駆動信号をインバータ１３０に送信し、これによりインバータ１３０のスイッチング動作を制御するもの、ということができる。駆動回路１６０は、制御装置１８０とは別体の装置として設けられてもよいが、制御装置１８０の内部に設けられていてもよい。

検出回路１７０は、電動圧縮機１０の各部に配置されたセンサからの信号を受信し、それぞれの信号を適宜変換して制御装置１８０に伝達するための回路である。制御装置１８０は、検出回路１７０から伝達される信号に基づいて、各センサによって検知された状態量を把握することができる。検出回路１７０は、制御装置１８０とは別体の装置として設けられてもよいが、制御装置１８０の内部に設けられていてもよい。図１においては、電動圧縮機１０の各部に配置されたセンサのうち、既に説明した電圧計１０４及び電流計１０５のみが図示されている。

インバータ１３０には、インバータ１３０の温度を測定するための不図示の温度センサが設けられている。当該温度センサで測定されたインバータ１３０の温度は、検出回路１７０を介して制御装置１８０へと伝達される。尚、「インバータ１３０の温度」とは、例えば、インバータ１３０を構成する回路基板のうち、スイッチング素子１３１の近傍部分における温度のことである。

モーター１４０には、モーター１４０の温度を測定するための不図示の温度センサが設けられている。当該温度センサで測定されたモーター１４０の温度は、検出回路１７０を介して制御装置１８０へと伝達される。尚、「モーター１４０の温度」とは、例えば、モーター１４０のうち固定子又はその近傍部分における温度のことである。

制御装置１８０は、電動圧縮機１０の全体の動作を制御する装置である。制御装置１８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インターフェイス等を備えたコンピュータシステムとして構成されている。制御装置１８０は、モーター１４０に適切な駆動用電流が供給されるように、駆動回路１６０に変調信号を送信することによってインバータ１３０のスイッチング動作を制御する。また、制御装置１８０は、リレーシステム１２０の開閉動作を制御することにより、高電圧バッテリー１１０とインバータ１３０との間における電流の供給及び遮断の切り換えを行う。

制御装置１８０は、機能的な制御ブロックとして、上限値演算部１８１と、電流制御部１８２とを有している。上限値演算部１８１は、インバータ１３０からモーター１４０に供給される駆動用電流についての上限値を算出し設定する部分である。電流制御部１８２は、駆動回路１６０に変調信号を送信し、インバータ１３０から出力される駆動用電流の制御を行う部分である。電流制御部１８２は、駆動用電流が上限値以下に収まるように、駆動回路１６０に送信される変調信号を調整する。

制御装置１８０は、上位制御装置２０と通信を行いながらインバータ１３０等の制御を行う。車両に搭載される冷凍システムの一部として電動圧縮機１０が用いられる場合には、車両制御用のＥＣＵ又は空調制御用のＥＣＵが上位制御装置２０に該当する。制御装置１８０は、上位制御装置２０から送信される動作要求に従って、電動圧縮機１０の全体の動作を制御する。

図２を参照しながら、電動圧縮機１０の具体的な構成について説明する。図２には、電動圧縮機１０のうち、ケーシング１９０の内部の構成が示されている。尚、図１に示されている構成のうち、高電圧バッテリー１１０、リレーシステム１２０、駆動回路１６０、検出回路１７０、及び制御装置１８０は、いずれもケーシング１９０の外部に配置されている。従って、図２においてはこれらの図示が省略されている。

ケーシング１９０は、その全体が略円柱形状に形成された容器である。ケーシング１９０の内部には、冷媒が通る流路（１９２、１９３、１９４、１９５、１９６）が形成されている。当該流路のうち最も上流側の端部はケーシング１９０の側面において開口している。当該開口は冷媒の入口１９１となっている。また、上記流路のうち最も下流側の端部もケーシング１９０の側面において開口している。当該開口は冷媒の出口１９７となっている。

ケーシング１９０の内部には、圧縮機構１５０の一部であるシャフト１５１が固定されている。シャフト１５１は、細長い円柱形状のシャフトである。シャフト１５１の中心軸は、ケーシング１９０の中心軸に対して平行となっている。シャフト１５１の内部には、中心軸に沿って流路１９３が形成されている。

シャフト１５１の外側には、圧縮機構１５０の一部であるローター１５２が配置されている。ローター１５２は、二つの筒状体によって構成されている。これら筒状体は互いに偏心しており、いずれもシャフト１５１の周りに回転可能な状態で設けられている。モーター１４０に駆動用電流が供給され、モーター１４０の回転子１４３が回転すると、それに伴ってローター１５２も回転する。その際、ローター１５２内における隙間（二つの筒状体の間に形成された隙間）の形状が変化する。これにより、当該隙間において冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、流路１９５、流路１９６を順に通った後、出口１９７から外部へと送り出される。

ローター１５２を構成する二つの筒状体のうち、内側に配置された方の筒状体には、流路１９４が形成されている。流路１９４は、シャフト１５１の内部に形成された流路１９３と、ローター１５２の内部の隙間とを連通させる流路となっている。ローター１５２が回転すると、冷媒は流路１９３、流路１９４を順に通ってローター１５２の隙間に到達し、上記のように当該隙間において圧縮される。

ローター１５２の外側には、モーター１４０が配置されている。モーター１４０は、固定子１４１と回転子１４３とを有している。

回転子１４３は円筒状に形成されており、その内部にローター１５２を収納している。また、回転子１４３は、その内周面がローター１５２に対して固定されている。このため、回転子１４３が回転すると、それに伴ってローター１５２も共に回転する。回転子１４３には複数の永久磁石が設けられている。

固定子１４１は円筒状に形成されており、その内部に回転子１４３を収納している。固定子１４１は、ケーシング１９０の内周面に固定されている。固定子１４１にはコイル１４２が保持されている。コイル１４２は、インバータ１３０から供給される駆動用電流が流れる部分である。駆動用電流は、導線１３２を介してインバータ１３０からコイル１４２へと供給される。

コイル１４２に駆動用電流が流れると、電磁力によって回転子１４３とローター１５２とが共に回転する。これにより、圧縮機構１５０が駆動され、冷媒の圧縮及び送出が行われる。

尚、電動圧縮機１０の構成のうち、以上に説明したモーター１４０及び圧縮機構１５０の構成は、特開２０１４−５７９５号公報に記載されたものと同様の構成となっている。このため、圧縮機構１５０等の更に詳細な構成や具体的な動作については説明を省略する。

流路１９２は、シャフト１５１内に形成された流路１９３と、入口１９１とを連通させる流路となっている。流路１９２を通る冷媒は、圧縮機構１５０によって圧縮される前の冷媒であるから、低温且つ低圧となっている。

インバータ１３０は、ケーシング１９０の内部のうち、流路１９２を挟んでモーター１４０とは反対側となる位置に配置されている。つまり、冷媒の流れに沿って圧縮機構１５０よりも上流側となる位置に配置されている。

図２に示されるように、流路１９２は、インバータ１３０の近傍においてインバータ１３０に沿うように形成された流路となっている。このため、流路１９２に低温の冷媒が流れると、当該冷媒によってインバータ１３０が冷却される。

モーター１４０は、圧縮機構１５０の周囲を囲むように配置されている。また、モーター１４０と圧縮機構１５０との距離は比較的小さい。このため、電動圧縮機１０が動作し、圧縮機構１５０による冷媒の圧縮が行われているときには、圧縮され高温となった冷媒によりモーター１４０が加熱されることとなる。

モーター１４０が加熱され高温となった場合において生じ得る現象について説明する。本実施形態のモーター１４０のように電磁力により駆動される構成のモーターにおいては、図３に示されるように、高温になるほど磁束密度が低下することが知られている。このため、上記のようにモーター１４０が加熱されると、磁束密度の低下に伴ってモーター１４０及び圧縮機構１５０のトルクも低下してしまうこととなる。

その結果、図４に示されるように、圧縮機構１５０のトルクＮ₁₀が、電動圧縮機１０が性能を発揮するために求められる必要トルクＮ_Rを下回ってしまうことがある。特に、電動圧縮機１０の起動時においては、モーター１４０における回転子１４３の回転角、すなわち位相が不定であるから、定常動作時に比べて必要トルクＮ_Rが大きくなっている。このため、電動圧縮機１０が一旦停止した後、比較的短時間のうちに再起動するような場合には、モーター１４０の温度が高い状態となっているために必要トルクＮ_R以上のトルクを出力することができず、再起動ができなくなってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る電動圧縮機１０の制御装置１８０では、上記のようにモーター１４０の温度上昇に伴ってトルクの低下が生じ得るときには、上限値演算部１８１で算出される上限値を通常時よりも大きくするように構成されている。これにより、モーター１４０に供給される駆動用電流を一時的に大きくし、圧縮機構１５０のトルクを必要トルクＮ_R以上とすることができる。

制御装置１８０によって行われる処理の具体的な内容について、図５を参照しながら説明する。以下では、電動圧縮機１０が長時間に亘り停止しており、モーター１４０や圧縮機構１５０が常温となっている状態から、図５の処理が開始される場合の例について説明する。

最初のステップＳ０１では、動作フラグの取得が行われる。動作フラグとは、上位制御装置２０から制御装置１８０へと定期的に送信される信号であって、電動圧縮機１０を動作させるか（ＯＮとするか）、それとも停止させるか（ＯＦＦとするか）を示す信号となっている。尚、動作フラグとしては、上記のようにＯＮ又はＯＦＦを示す信号ではなく、回転数指示のような特定の物理量を示す信号であってもよい。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、取得された動作フラグがＯＮであるか否か、すなわち、電動圧縮機１０を動作させることが上位制御装置２０から指示されているか否かが判定される。動作フラグがＯＦＦであれば、ステップＳ０１以降の処理が繰り返し実行される。動作フラグがＯＮであればステップＳ０３に移行する。

ステップＳ０３では、起動制御が行われる。起動制御においては、インバータ１３０からの駆動用電流がモーター１４０に供給され、これにより圧縮機構１５０のローター１５２が回転し始める。

このとき、モーター１４０の温度は十分に低く、図３に示される磁束密度は比較的大きくなっている。このため、圧縮機構１５０のトルクは必要トルクＮ_Rを上回り、電動圧縮機１０による冷媒の圧縮及び送出が安定して行われる。

ステップＳ０３の起動制御が行われた後、ローター１５２の回転数が大きくなり安定してくると、ステップＳ０４に移行して定常動作が行われる。ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、再び動作フラグの取得が行われる。このとき、電動圧縮機１０の定常動作は継続して行われている。

ステップＳ０５に続くステップＳ０６では、ステップＳ０２と同様に、取得された動作フラグがＯＮであるか否かが判定される。動作フラグがＯＮであれば、ステップＳ０４以降の処理が繰り返し実行され、電動圧縮機１０の定常動作が継続される。動作フラグがＯＦＦであればステップＳ０７に移行する。

ステップＳ０７では、停止制御が行われる。停止制御とは、電動圧縮機１０の動作を停止させるために行われる制御である。停止制御が完了し、電動圧縮機１０の動作が停止した状態になると、ステップＳ０８に移行する。

ステップＳ０８では、停止制御が完了した時点からの経過時間が計測される。ステップＳ０８に続くステップＳ０９では、計測された上記経過時間が、所定時間を越えたか否かが判定される。この所定時間は、電動圧縮機１０が停止した後、モーター１４０の温度が常温近くまで下がるのに要する時間として予め設定されているものである。換言すれば、モーター１４０における磁束密度の低下が問題にならない程度まで、モーター１４０の温度が低下するのに要する時間として予め設定されているものである。

経過時間が所定時間を越えている場合には、図５に示される一連の処理を終了する。その後、上位制御装置２０からの動作フラグが再びＯＮとされた場合には、ステップＳ０３以降の処理が再び実行されることとなる。

ステップＳ０９において、経過時間が所定時間を越えていない場合には、ステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、再び動作フラグの取得が行われる。

ステップＳ１０に続くステップＳ１１では、ステップＳ０２及びステップＳ０６と同様に、取得された動作フラグがＯＮであるか否かが判定される。動作フラグがＯＦＦであれば、ステップＳ０８以降の処理が繰り返し実行される。動作フラグがＯＮであればステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、停止している電動圧縮機１０を再起動させるための処理が行われる。再起動が完了すると、ステップＳ０４以降の処理が再度実行される。

ステップＳ１２で行われる処理は、電動圧縮機１０が停止されてから、比較的短時間のうちに（すなわち、上記の所定時間が経過しないうちに）電動圧縮機１０を再起動させるための処理である。当該処理のことを、以下では「高温時再起動処理」とも表記する。
本実施形態では、高温時再起動処理の態様において従来と異なっている。

図６を参照しながら、ステップＳ１２において行われる再起動時の処理（すなわち、高温時再起動処理）の具体的な内容について説明する。最初のステップＳ１２１では、モーター１４０の温度が検出回路１７０を介して取得される。ステップＳ１２１に続くステップＳ１２２では、インバータ１３０の温度が検出回路１７０を介して取得される。

ステップＳ１２２に続くステップＳ１２３では、モーター１４０の温度、及びインバータ１３０の温度に基づいて、駆動用電流についての上限値が上限値演算部１８１により算出され設定される。ステップＳ１２３に続くステップＳ１２４では、図５のステップＳ０３と同様の起動制御が行われる。ただし、起動制御中においては、設定された上限値以下の範囲で駆動用電流が調整される。

図７には、上限値の変化の一例が示されている。図７の例では、時刻ｔ１００において電動圧縮機１０の再起動が完了し、以降は定常運転が行われる場合の例が示されている。時刻ｔ１００よりも前の期間、すなわち再起動が行われている期間においては、駆動用電流についての上限値が、定常運転が行われている期間における上限値（値Ｉ₁₀）よりも大きな値Ｉ₃₀に設定されている。

尚、図７において符号「Ｉ₁₅」で示されているのは、モーター１４０が常温となっている状態で電動圧縮機１０の起動が行われるとき、すなわち図５のステップＳ０３における起動制御が行われるときに設定される上限値である。上記のような通常の起動が行われる時のことを、以下では「通常起動時」とも表記する。

通常起動時とは、ケーシング１９０の内部における冷媒の圧力が、圧縮機構１５０の上流側及び下流側において均等となっており、且つ、モーター１４０の温度とインバータ１３０の温度とが等しくなっている状態で、モーター１４０の動作を開始させる時、とも定義することができる。通常起動時に設定される上限値である値Ｉ₁₅は、定常運転が行われている期間における上限値（値Ｉ₁₀）よりも僅かに大きな値として設定されている。

図７に示されるように、ステップＳ１２３で設定される上限値（値Ｉ₃₀）は、通常起動時に設定される上限値（値Ｉ₁₅）よりも大きな値となっている。このように、本実施形態では、モーター１４０の温度と、インバータ１３０の温度とに基づいて、モーター１４０に供給される駆動用電流についての上限値が値Ｉ₁₅から値Ｉ₃₀へと変更されている。これにより、再起動時における駆動用電流の値が大きくなる。

その結果、図８に示されるように、圧縮機構１５０のトルクＮ₂₀は、図４に示されるトルクＮ₁₀よりも大きく、且つ必要トルクＮ_Rよりも大きくなる。このため、モーター１４０では温度上昇によって磁束密度が低下しているのであるが、電動圧縮機１０による冷媒の圧縮及び送出は安定して行われることとなる。

尚、駆動用電流の上限値が上記のように大きくなると、それに伴ってインバータ１３０の発熱量も大きくなる。このため、インバータ１３０が高温となり動作が不安定となってしまうようにも思われる。しかしながら、図２に示される構成の電動圧縮機１０においては、インバータ１３０は圧縮機構１５０よりも上流側となる位置であって、且つ冷媒により冷却される位置に配置されている。このため、上限値の変更によってインバータ１３０の発熱量が増加しても、インバータ１３０の温度が上昇し過ぎてしまうことは防止される。

モーター１４０の温度が高くなるほど、設定される上限値も大きくなるようにすればよい。また、インバータ１３０の温度が低くなるほど、設定される上限値も大きくなるようにすればよい。モーター１４０の温度及びインバータ１３０の温度と、これらに基づいて設定される上限値との関係は、実験等に基づいて予めマップとして作成しておき、制御装置１８０が有するＲＯＭに保存しておくことが望ましい。

本実施形態では、モーター１４０の温度と、インバータ１３０の温度との両方に基づいて、駆動用電流の上限値が設定される。しかしながら、上限値の設定は、モーター１４０の温度と、インバータ１３０の温度とのいずれか一方のみに基づいて行われてもよい。

また、上限値の設定は、モーター１４０の温度の測定値に基づいて行われるのではなく、モーター１４０の温度を間接的に示す情報に基づいて行われてもよい。「モーター１４０の温度を間接的に示す情報」としては、例えば、モーター１４０が停止してからの経過時間等が挙げられる。このように、上限値の設定は、モーター１４０の温度又は当該温度を間接的に示す情報（これらは、モーター１４０の「温度に関する情報」に該当する）に基づいて行われればよい。

同様に、上限値の設定は、インバータ１３０の温度の測定値に基づいて行われるのではなく、インバータ１３０の温度を間接的に示す情報に基づいて行われてもよい。「インバータ１３０の温度を間接的に示す情報」としては、例えば、スイッチング素子１３１の切り換え周期等が挙げられる。このように、上限値の設定は、インバータ１３０の温度又は当該温度を間接的に示す情報（これらは、インバータ１３０の「温度に関する情報」に該当する）に基づいて行われればよい。

本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、高温時再起動処理の内容について第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同様である。図９を参照しながら、第２実施形態における高温時再起動処理について説明する。図９に示される一連の処理は、図６に示される一連の処理に替えて実行されるものである。

最初のステップＳ１２１、及びこれに続くステップＳ１２２で行われる処理は、図６に示されるステップＳ１２１及びステップＳ１２２行われる処理とそれぞれ同一である。

ステップＳ１２２に続くステップＳ１２２０では、インバータ１３０の温度が所定の閾温度以下であるか否かが判定される。インバータ１３０の温度は、検出回路１７０を介して取得されたものである。閾温度とは、インバータ１３０におけるスイッチング動作が適切に行われるような温度範囲内の値として、予め設定されているものである。

インバータ１３０の温度が閾温度以下となっている場合には、ステップＳ１２３に移行する。ステップＳ１２３、及びこれに続くステップＳ１２４で行われる処理は、図６に示されるステップＳ１２３及びステップＳ１２４で行われる処理とそれぞれ同一である。つまり、上限値が、通常起動時の上限値（値Ｉ₁₅）よりも大きな値に変更されることにより、圧縮機構１５０のトルクが必要トルクＮ_R以上となるように引き上げられる。

ステップＳ１２２０において、インバータ１３０の温度が閾温度を越えている場合には、ステップＳ１２３を経ることなくステップＳ１２４に移行する。つまり、上限値は変更されず、通常起動時の上限値（値Ｉ₁₅）のままでステップＳ１２４の起動制御が行われる。

このように本実施形態では、制御装置１８０は、インバータ１３０の温度が所定の閾温度以下となっているときにのみ上限値を変更するように構成されている。このため、図１０に示されるように、モーター１４０の温度（Ｇ２）が高温となっているときでも、インバータ１３０の温度（線Ｇ１）が、温度上限Ｔ_ULを越えてしまうことが無い。このため、インバータ１３０の温度が上昇し過ぎて動作が不安定になってしまうことが確実に防止される。尚、温度上限Ｔ_ULとは、インバータ１３０におけるスイッチング動作が適切に行われるような温度範囲の上限に対応する温度である。上記の閾温度は、温度上限Ｔ_ULよりも低い温度として設定されている。

本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、高温時再起動処理の内容について第１実施形態と異なっており、その他については第１実施形態と同様である。図１１を参照しながら、第３実施形態における高温時再起動処理について説明する。図１１に示される一連の処理は、図６に示されるステップＳ１２４の処理に替えて実行されるものである。

最初のステップＳ２１では、図３のステップＳ０３と同様の起動制御が開始される。起動制御の開始に伴い、インバータ１３０からの駆動用電流がモーター１４０に供給され、これにより圧縮機構１５０のローター１５２が回転し始める。その後、起動制御の終了を待つことなく、直ちにステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２では、モーター１４０の温度が検出回路１７０を介して再度取得される。ステップＳ２２に続くステップＳ２３では、インバータ１３０の温度が検出回路１７０を介して再度取得される。

ステップＳ２３に続くステップＳ２４では、モーター１４０の温度が所定の設定温度Ｔ_A以下であるか否かが判定される。設定温度Ｔ_Aは、モーター１４０における磁束密度がほとんど問題にならない程度に低い温度として、予め設定されているものである。モーター１４０の温度が設定温度Ｔ_A以下である場合には後述のステップＳ２８に移行する。このとき、駆動用電流についての上限値は値Ｉ₁₅（つまり、通常起動時に設定される上限値）となっている。

ステップＳ２４においてモーター１４０の温度が設定温度Ｔ_Aを越えている場合には、ステップＳ２５に移行する。ステップＳ２５では、モーター１４０の温度が所定の設定温度Ｔ_B以下であるか否かが判定される。設定温度Ｔ_Bは、設定温度Ｔ_Aよりも高い温度として予め設定されているものである。

モーター１４０の温度が設定温度Ｔ_B以下である場合には、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、駆動用電流についての上限値が値Ｉ₂₀に設定される。値Ｉ₂₀は、図７に示される値Ｉ₃₀よりも小さく、且つ値Ｉ₁₅よりも大きな値として予め設定されているものである。以降は、インバータ１３０からモーター１４０へと供給される駆動用電流が、値Ｉ₂₀以下の範囲で調整されることとなる。ステップＳ２６の処理が行われた後は、ステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２５において、モーター１４０の温度が設定温度Ｔ_Bを越えている場合には、ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７では、駆動用電流についての上限値が値Ｉ₃₀に設定される。既に述べたように、値Ｉ₃₀は、値Ｉ₁₀、値Ｉ₁₅、及び値Ｉ₂₀のいずれよりも大きな値として予め設定されているものである。以降は、インバータ１３０からモーター１４０へと供給される駆動用電流が、値Ｉ₃₀以下の範囲で調整されることとなる。ステップＳ２７の処理が行われた後は、ステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２８では、起動制御が完了して定常動作に移行したか否かが判定される。定常動作に未だ移行していない場合には、ステップＳ２１以降の処理が再度実行される。定常動作に移行していれば、図１１に示される一連の処理を終了する。以降は、図５に示されるステップＳ０５以降の処理が実行される。

以上のように、本実施形態では、モーター１４０の温度に関する情報に基づいて、駆動用電流についての上限値が段階的に変更される。例えば、高温時再起動処理の実行中において、モーター１４０の温度が次第に下がっていくと、これに伴って上限値は値Ｉ₃₀、値Ｉ₂₀、値Ｉ₁₅の順で段階的に変更されていくこととなる。上限値が段階的に変更されていくことにより、各時点における状況に応じた適切な上限値が設定されることとなる。

尚、本実施形態では上限値が３段階で変更されていくのであるが、段数の数は４段階以上としてもよく、２段階以下としてもよい。また、本実施形態ではモーター１４０の温度に基づいて上限値が段階的に変更されるのであるが、インバータ１３０の温度に関する情報に基づいて上限値が段階的に変更されてもよい。更に、モーター１４０の温度に関する情報と、インバータ１３０の温度に関する情報との両方に基づいて、上限値が段階的に変更されてもよい。

ところで、圧縮機構１５０は、ローター１５２を回転させることにより冷媒の圧縮及び送出を繰り返すような構成になっている。このため、圧縮機構１５０のトルクは常に一定とはならず、ローター１５２の回転角の変化に同期して周期的に変動することとなる。図１２には、上記のように変動するトルクの変化の一例が示されている。

図１２の例では、圧縮機構１５０のトルクが変動することにより、当該トルクが一時的に必要トルクＮ_Rを下回ってしまっている。このような例の場合、駆動用電流についての上限値は、トルクの変動における最小値が必要トルクＮ_R以上となるように変更されることが望ましい。このように、トルクに変動が生じることを予め考慮した上で、実際のトルクが常に必要トルクＮ_R以上となるように、上限値演算部１８１が上限値を算出し設定することとすればよい。図１３には、上記のように上限値が設定された場合における圧縮機構１５０のトルクの変化が示されている。

また、図１２の例では、圧縮機構１５０のトルクが必要トルクＮ_Rを下回っているのは、時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０までの期間、及び時刻ｔ４０以降の期間となっている。駆動用電流についての上限値は、上記のような期間においてのみ、通常起動時における上限値（値Ｉ₁₅）よりも大きな値となるよう変更されることとしてもよい。図１４には、このように変更される上限値の変化の一例が示されている。再起動が完了する時刻ｔ１００までの間は、値Ｉ₁₅と値Ｉ₃₀との間で上限値を繰り返し変更することで、圧縮機構１５０のトルクを常に必要トルクＮ_R以上とすることができる。図１４の例における制御装置１８０は、圧縮機構１５０のトルクが常に必要トルクＮ_R以上となるように、トルクの変動と同期させて上限値を変更している。

以上においては、電動圧縮機１０の再起動が行われているときにのみ、上限値が値Ｉ１５から変更される態様について説明した。しかしながら、本発明を実施するにあたってはこのような態様に限定される必要はない。再起動が完了して定常運転が行われている期間においても、モーター１４０の温度等に応じて上限値が変更されることとしてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：電動圧縮機
１３０：インバータ
１４０：モーター
１５０：圧縮機構
１８０：制御装置
１８１：上限値演算部
１８２：電流制御部

Claims

供給された冷媒を圧縮して送り出す電動圧縮機（１０）であって、
モーター（１４０）と、
前記モーターによって駆動され、前記冷媒を圧縮する圧縮機構（１５０）と、
前記モーターに駆動用電流を供給するインバータ（１３０）と、
前記インバータの動作を制御する制御装置（１８０）と、を備え、
前記インバータは、前記冷媒の流れに沿って前記圧縮機構よりも上流側となる位置であって、且つ前記冷媒により冷却される位置に配置されており、
前記モーターは、前記圧縮機構で圧縮された冷媒により加熱される位置に配置されており、
前記制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、
前記モーターの温度に関する情報である第１情報と、前記インバータの温度に関する情報である第２情報と、の少なくとも一方に基づいて、前記モーターに供給される前記駆動用電流についての上限値を変更し、
前記制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、通常起動時において前記モーターに供給される前記駆動用電流、よりも大きな値となるように前記上限値を変更し、
前記通常起動時とは、
前記冷媒の圧力が前記圧縮機構の上流側及び下流側において均等となっており、且つ、前記モーターの温度と前記インバータの温度とが等しくなっている状態で、前記モーターの動作を開始させる時のことであり、
前記制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、前記インバータの温度が所定の閾温度以下となっているときにのみ、前記第１情報と前記第２情報との少なくとも一方に基づいて前記上限値を変更する電動圧縮機。
前記圧縮機構は、前記冷媒を圧縮する際においてそのトルクを周期的に変動させるものであって、
前記制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、変動する前記トルクの最小値が所定の必要トルク以上となるように、前記上限値を変更する、請求項１に記載の電動圧縮機。
前記圧縮機構は、前記冷媒を圧縮する際においてそのトルクを周期的に変動させるものであって、
前記制御装置は、電動圧縮機の再起動時において、前記トルクが常に所定の必要トルク以上となるように、前記トルクの変動と同期させて前記上限値を変更する、請求項１に記載の電動圧縮機。