JP6287765B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

従来から、冷媒が吸入されるハウジングと、ハウジング内に収容され、冷媒を圧縮する圧縮部と、ハウジング内に収容され、圧縮部を駆動する電動モータと、電動モータを駆動する駆動回路と、を備えた電動圧縮機が知られている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１には、ハウジングの外面に駆動回路が取り付けられており、ハウジングを介して、冷媒と駆動回路との間で熱交換が行われることによって、駆動回路が冷却されることが記載されている。さらに、例えば特許文献２には、電動車両に搭載された電動モータを駆動させる駆動回路の駆動モードとして三相変調モードと二相変調モードとがある点、及び、電動モータの回転数などに応じて、駆動回路の駆動モードを切り替える点が記載されている。

特開２００３−３２４９００号公報 特開２００７−１１０７８０号公報

ここで、電動圧縮機の周囲の雰囲気温度や、ハウジング内に吸入される冷媒の温度である吸入冷媒温度が低い条件下で電動圧縮機が運転する場合、駆動回路の温度が過度に低くなる場合がある。この場合、例えば駆動回路の温度が当該駆動回路の動作保証範囲の下限値よりも低くなり、駆動回路に異常が発生する場合がある。

特に、駆動モータを駆動させるために駆動回路が動作している場合には、当該駆動回路にて電力損失に係る熱が発生している。しかしながら、駆動回路の動作が停止すると、駆動回路にて電力損失に係る熱が発生しなくなる。このため、駆動回路の動作が停止する際には、停止直前に吸入された冷媒によって駆動回路が冷却されて、駆動回路の温度が過度に低くなる場合がある。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は駆動回路の温度が過度に低くなることを抑制できる電動圧縮機を提供することである。

上記目的を達成する電動圧縮機は、冷媒が吸入されるハウジングと、前記ハウジング内に収容され、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮部と、前記ハウジング内に収容され、前記圧縮部を駆動させる電動モータと、前記ハウジングと熱的に結合され、前記電動モータを駆動させる駆動回路と、前記駆動回路の温度を測定する温度測定部と、前記駆動回路を制御することにより前記電動モータを制御する制御部と、を備え、前記駆動回路を駆動させる駆動モードには、二相変調モードと三相変調モードとがあり、前記制御部は、前記駆動回路の温度が当該駆動回路の動作保証範囲の下限値よりも低くならないように、前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードである状況において前記温度測定部によって測定された前記駆動回路の温度が予め定められた切替契機温度以下となった時に、前記駆動回路の駆動モードを、前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替える低温時駆動モード制御部を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、駆動回路の駆動モードとして、二相変調モードと三相変調モードとが存在する。当該三相変調モードは、二相変調モードと比較して、駆動回路の発熱量が大きくなり易い駆動回路の駆動モードである。このため、駆動回路の温度が当該駆動回路の動作保証範囲の下限値よりも低くならないように、駆動回路の駆動モードが二相変調モードである状況において駆動回路の温度が切替契機温度以下となった時には、駆動回路の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わる。これにより、駆動回路にて生じ得る発熱量を大きくすることができるため、駆動回路の温度が過度に低くなることを抑制できる。また、駆動回路の温度を、ある程度高く維持することができる場合があるため、電動モータの停止に伴い駆動回路の発熱が停止した場合であっても、駆動回路の温度が過度に低くなることを抑制できる。

上記電動圧縮機について、前記低温時駆動モード制御部は、当該低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わってから、前記温度測定部によって測定された前記駆動回路の温度が前記切替契機温度よりも高い温度である切替解除温度以上となった時に、前記駆動回路の駆動モードを、前記三相変調モードから前記二相変調モードに切り替えるとよい。かかる構成によれば、低温時駆動モード制御部によって駆動回路の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わってから、駆動回路の温度が切替解除温度以上となった時には、駆動回路の駆動モードが、三相変調モードから二相変調モードに切り替わる。これにより、駆動回路の温度をある程度高く維持しつつ、駆動回路における電力損失を低減できる。

上記電動圧縮機について、前記制御部は、前記電動モータの回転数を含む変調パラメータに基づいて、前記駆動回路の駆動モードを前記二相変調モード又は前記三相変調モードに設定する通常時駆動モード制御部を備え、前記制御部は、前記低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わった場合には、前記通常時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記三相変調モードから前記二相変調モードに変更されないようにするとよい。かかる構成によれば、電動モータの回転数を含む変調パラメータに基づいて、駆動回路の駆動モードを二相変調モード又は三相変調モードに設定する通常時駆動モード制御部を備えていることにより、電力損失の低減を図りつつ、電動モータを安定して回転させることができる。

かかる構成において、低温時駆動モード制御部による二相変調モードから三相変調モードへの駆動モードの切り替えが行われた場合には、通常時駆動モード制御部による三相変調モードから二相変調モードへの駆動回路の駆動モードの変更が行われないようになっている。これにより、低温時駆動モード制御部によって駆動回路の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わった後に、通常時駆動モード制御部によって駆動回路の駆動モードが二相変調モードに戻されるといった不都合を回避できる。

上記電動圧縮機について、前記制御部は、前記低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わった時、前記駆動回路のキャリア周波数を高くするキャリア周波数可変部を備えているとよい。かかる構成によれば、低温時駆動モード制御部による二相変調モードから三相変調モードへの駆動モードの切り替えが行われた時には、駆動回路のキャリア周波数を高くすることにより、駆動回路の電力損失を更に大きくできる。これにより、駆動回路の発熱量を更に大きくでき、それを通じて駆動回路の温度が過度に低くなることを、より好適に抑制できる。

上記電動圧縮機について、前記駆動回路は、前記動作保証範囲の下限値以上の温度である場合に正常に動作するスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子が周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記電動モータを駆動させるものであり、前記切替契機温度は、前記動作保証範囲の下限値よりも高く設定されているとよい。かかる構成によれば、駆動回路の駆動モードが二相変調モードである場合には、駆動回路の温度が動作保証範囲の下限値となる前に、低温時駆動モード制御部によって、駆動回路の駆動モードが、二相変調モードから、当該二相変調モードよりも発熱量が大きくなる三相変調モードに切り替わる。これにより、駆動回路の温度が動作保証範囲の下限値に近づくことを抑制できる。よって、スイッチング素子の温度が動作保証範囲の下限値よりも低くなることを抑制できる。

この発明によれば、駆動回路の温度が過度に低くなることを抑制できる。

ヒートポンプの概要を示す模式図。 インバータの回路図。 低温時対応処理を示すフローチャート。 （ａ）はインバータ温度の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）はインバータの駆動モードを示すタイムチャートであり、（ｃ）は通常時駆動モード制御のＯＮ／ＯＦＦ態様を示すタイムチャート。

以下、電動圧縮機の一実施形態について説明する。本実施形態の電動圧縮機は例えばヒートポンプに用いられる。また、本実施形態のヒートポンプは例えば車両に搭載されており、カーエアコンとして用いられる。

図１に示すように、ヒートポンプ１００は、電動圧縮機１０と、電動圧縮機１０に対して冷媒を供給する外部冷媒回路１０１とを備えている。外部冷媒回路１０１は、例えば熱交換器及び膨張弁などを有している。ヒートポンプ１００は、電動圧縮機１０によって冷媒が圧縮され、且つ、外部冷媒回路１０１によって冷媒の熱交換及び膨張が行われることによって、車両の室内の冷暖房を行う。

なお、ヒートポンプ１００は、当該ヒートポンプ１００の全体を制御する空調ＥＣＵ１０２を備えている。空調ＥＣＵ１０２は、車内温度やカーエアコンの設定温度等を把握可能に構成されており、これらのパラメータに基づいて、電動圧縮機１０に対してＯＮ／ＯＦＦ指令や回転数ｒを指示する指令等といった各種指令を送信する。

電動圧縮機１０は、外部冷媒回路１０１から冷媒が吸入される吸入口１１ａが形成されたハウジング１１と、ハウジング１１に収容された圧縮部１２及び電動モータ１３とを備えている。

ハウジング１１は、全体として略円筒形状であって、伝熱性を有する材料（例えばアルミニウム等の金属）で形成されている。ハウジング１１には、冷媒が吐出される吐出口１１ｂが形成されている。

圧縮部１２は、吸入口１１ａからハウジング１１内に吸入された冷媒を圧縮し、その圧縮された冷媒を吐出口１１ｂから吐出させるものである。なお、圧縮部１２の具体的な構成は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意である。

電動モータ１３は、圧縮部１２を駆動させるものである。電動モータ１３は、例えばハウジング１１に対して回転可能に支持された円柱状の回転軸２１と、当該回転軸２１に対して固定された円筒形状のロータ２２と、ハウジング１１に固定されたステータ２３とを有する。回転軸２１の軸線方向と、円筒形状のハウジング１１の軸線方向とは一致している。ステータ２３は、円筒形状のステータコア２４と、当該ステータコア２４に形成されたティースに捲回されたコイル２５とを有している。ロータ２２及びステータ２３は、回転軸２１の径方向に対向している。

図１に示すように、電動圧縮機１０は、電動モータ１３を駆動させる駆動回路としてのインバータ３１と、当該インバータ３１が収容されたケース３２とを有するインバータユニット３０を備えている。電動モータ１３のコイル２５とインバータ３１とは図示しないコネクタ等によって接続されている。

ケース３２は、伝熱性を有する材料（例えばアルミニウム等の金属）で形成されており、板状のベース部材４１と、当該ベース部材４１に対して組み付けられた有底筒状のカバー部材４２とを有する。ベース部材４１は、ハウジング１１、詳細にはハウジング１１の軸線方向の両壁部のうち吐出口１１ｂとは反対側の壁部１１ｃに対して接触しており、その状態で固定具（例えばボルト４３）によってハウジング１１に固定されている。これにより、インバータ３１が収容されたケース３２がハウジング１１に取り付けられている。すなわち、本実施形態の電動圧縮機１０には、インバータ３１が一体化されている。

インバータ３１は、例えばベース部材４１に固定された回路基板５１と、当該回路基板５１と電気的に接続されたパワーモジュール５２とを備えている。回路基板５１には、各種電子部品及び配線パターンが実装されており、例えばケース３２内の雰囲気温度を測定する温度測定部としての温度センサ５３が実装されている。ケース３２におけるカバー部材４２の外面にはコネクタ５４が設けられており、回路基板５１とコネクタ５４とが電気的に接続されている。コネクタ５４を介して、外部電源としてのＤＣ電源Ｅからインバータ３１に電力供給が行われるとともに、空調ＥＣＵ１０２とインバータ３１とが電気的に接続されている。

ここで、インバータ３１は、ハウジング１１と熱的に結合する位置に配置されている。詳細には、インバータ３１のパワーモジュール５２はベース部材４１に対して接触している。そして、既に説明した通り、ベース部材４１は、ハウジング１１の壁部１１ｃに対して接触している。このため、インバータ３１（詳細にはパワーモジュール５２）とハウジング１１とは、ベース部材４１を介して熱的に結合している。

図２に示すように、電動モータ１３のコイル２５は、例えばｕ相コイル２５ｕ、ｖ相コイル２５ｖ及びｗ相コイル２５ｗを有する三相構造となっている。すなわち、電動モータ１３は三相モータである。各コイル２５ｕ〜２５ｗは例えばＹ結線されている。

パワーモジュール５２は、ｕ相コイル２５ｕに対応するｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と、ｖ相コイル２５ｖに対応するｖ相パワースイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２と、ｗ相コイル２５ｗに対応するｗ相パワースイッチング素子Ｑｗ１，Ｑｗ２と、を備えている。つまり、インバータ３１は、所謂三相インバータである。

各パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２（以降単に各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２と示す）は例えばＩＧＢＴで構成されている。各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２は、当該各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２の温度が予め定められた動作下限温度Ｔｍｉｎ以上であって予め定められた動作上限温度以下である場合に正常に動作する。すなわち、動作下限温度Ｔｍｉｎとは、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２の動作保証範囲の下限値であり、換言すればインバータ３１（パワーモジュール５２）の動作保証範囲の下限値である。すなわち、インバータ３１（パワーモジュール５２）は、その温度が動作下限温度Ｔｍｉｎ以上であって動作上限温度以下である場合に正常に動作する。

各ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２は接続線を介して互いに直列に接続されており、その接続線は、ｕ相コイル２５ｕに接続されている。そして、各ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２の直列接続体に対してＤＣ電源Ｅからの直流電力が入力されている。なお、他のパワースイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２については、対応するコイルが異なる点を除いて、ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と同様の接続態様であるため、詳細な説明を省略する。なお、インバータ３１は、ＤＣ電源Ｅに対して並列に接続された平滑コンデンサＣ１を有している。

パワーモジュール５２は、インバータ３１（詳細には各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチング動作）を制御する制御部５５を備えている。制御部５５は、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電動モータ１３を駆動、つまり回転させる。

制御部５５は、インバータ３１をＰＷＭ制御するものである。詳細には、制御部５５は、キャリア信号（搬送波信号）と指令電圧値信号（比較対象信号）とを用いて、制御信号を生成する。そして、制御部５５は、生成された制御信号を用いて各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、電動モータ１３の回転数ｒを制御することができる。制御部５５は、空調ＥＣＵ１０２と電気的に接続されており、空調ＥＣＵ１０２から回転数ｒの指令値等を受信した場合には、当該指令値に対応する回転数ｒで電動モータ１３を回転させる。

なお、インバータ３１のキャリア周波数とは、キャリア信号の周波数である。本実施形態において、通常時に用いられるキャリア周波数を初期周波数とする。初期周波数は例えば２０ｋＨｚである。なお、キャリア信号の具体的な波形は、例えば三角波やノコギリ波等任意である。

図２に示すように、インバータ３１は、電動モータ１３に流れる電流値Ｉを測定し、その測定結果を制御部５５に送信する電流値測定部６１を備えている。また、電動圧縮機１０は、電動モータ１３の回転数ｒを検出し、その検出結果を制御部５５に送信する回転数検出器６２を備えている。これにより、制御部５５は電流値Ｉ及び回転数ｒを把握可能となっている。なお、電流値測定部６１は、例えば回路基板５１に実装されている（図１参照）。

ここで、インバータ３１の駆動モードには、三相変調モードと二相変調モードとが存在する。三相変調モードとは、全相のパワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２の周期的なＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング動作）が常時行われる駆動モードである。本実施形態において、二相変調モードとは、全相のパワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のうちいずれかの相のパワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが所定の期間（位相角）ごとに順次停止する駆動モードである。すなわち、二相変調モードとは、三相のうちのいずれか一相のパワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが順番に停止する一方、他の二相のパワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが行われる駆動モードである。なお、パワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが停止している状態とは、パワースイッチング素子がＯＮ状態又はＯＦＦ状態で固定されている状態である。

二相変調モードは、三相変調モードと比較して、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦの頻度が低い駆動モードである。このため、インバータ３１の電力損失及び発熱量は、二相変調モードよりも三相変調モードの方が大きくなり易い。

一方、三相変調モードは、二相変調モードよりも、各コイル２５ｕ〜２５ｗに流れる電圧波形を精度よく制御でき、且つ、電流リプルが小さくなり易い駆動モードである。このため、三相変調モードは、例えば電動モータ１３に付与されている負荷が比較的大きい場合等に用いられると好ましい。

図２に示すように、制御部５５は、電動モータ１３の回転数ｒを含む変調パラメータに基づいて、インバータ３１の駆動モードを二相変調モード又は三相変調モードに設定する通常時駆動モード制御を行う通常時駆動モード制御部７１を備えている。通常時駆動モード制御は、後述する低温時制御部７２によって禁止されているといった特別な状況を除いて、電動モータ１３の運転中、定期的又は電動モータ１３の回転数ｒ等が変化した場合を契機として行われる。詳細には、通常時駆動モード制御部７１は、電動モータ１３の回転数ｒと電流値Ｉとを把握し、把握された電動モータ１３の回転数ｒが、電動モータ１３の電流値Ｉに対応させて設定される閾値回転数ｒｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、通常時駆動モード制御部７１は、電動モータ１３の回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ以上である場合には、インバータ３１の駆動モードを二相変調モードに設定する一方、電動モータ１３の回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ未満である場合には、インバータ３１の駆動モードを三相変調モードに設定する。すなわち、本実施形態では、変調パラメータとして、電動モータ１３の電流値Ｉと回転数ｒとが採用されている。

温度センサ５３は、その測定結果を制御部５５に送信する。制御部５５は、温度センサ５３の測定結果に基づいて、インバータ３１の温度であるインバータ温度Ｔを把握する。
ここで、インバータ温度Ｔとは、例えばパワーモジュール５２の温度である。この場合、制御部５５は、温度センサ５３の測定温度とパワーモジュール５２の温度との相関関係に関するデータを予め記憶しておき、当該データを参照することにより、温度センサ５３の測定結果に対応するパワーモジュール５２の温度を導出し、その導出された温度をインバータ温度Ｔとする。つまり、温度センサ５３は、インバータ温度Ｔを測定するのに用いられるものである。

なお、インバータ温度Ｔについては、上記に限られず、インバータ３１に関する温度であれば任意であり、例えば温度センサ５３によって測定された測定値そのもの、すなわちケース３２内の雰囲気温度等であってもよい。

ここで、ヒートポンプ１００が低温条件下（例えば雰囲気温度が−３０℃以下であって、吸入冷媒温度が−４５℃以下等）で動作する場合、ハウジング１１及びベース部材４１が冷媒によって過度に冷却され、その結果インバータ温度Ｔが過度に低くなるおそれがある。例えば、吸入冷媒温度が動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低い場合には、電動モータ１３の回転中にインバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎに近づく又は動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなる場合が生じ得る。すると、パワーモジュール５２に異常が発生し得る。

特に、電動モータ１３の回転が停止することに基づいて、インバータ温度Ｔが過度に低くなる場合がある。詳述すると、電動モータ１３の回転中は、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２は周期的にＯＮ／ＯＦＦしているため、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２にてスイッチング損失に係る熱が発生している。一方、電動モータ１３の回転が停止すると、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２の周期的なＯＮ／ＯＦＦは停止するため、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２にてスイッチング損失に係る熱が発生しない。このため、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２は、回転中の電動モータ１３が停止する際に、停止直前に吸入された冷媒によって過度に冷却されるおそれがある。よって、例えば、吸入冷媒温度が動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低い場合には、電動モータ１３の停止によって、インバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなる場合が生じ得る。

これに対して、図２に示すように、本実施形態の制御部５５は、インバータ温度Ｔが過度に低くなることを抑制するための低温時対応処理を行う低温時制御部７２を備えている。当該低温時対応処理について図３を用いて説明する。なお、低温時対応処理は、電動モータ１３の回転中、定期的に行われる。また、以下の説明においては、ヒートポンプ１００は暖房運転中とする。

図３に示すように、低温時制御部７２は、まずステップＳ１０１にて、インバータ温度Ｔを把握する。続くステップＳ１０２では、低温時制御部７２は、ステップＳ１０１にて把握されたインバータ温度Ｔが予め定められた低温停止温度Ｔｓｔｏｐ以下であるか否かを判定する。低温停止温度Ｔｓｔｏｐは、動作下限温度Ｔｍｉｎよりも高い温度である。

低温時制御部７２は、インバータ温度Ｔが低温停止温度Ｔｓｔｏｐ以下である場合には、ステップＳ１０３に進み、電動モータ１３を停止して、本低温時対応処理を終了する。なお、制御部５５は、電動モータ１３を停止させる場合には、その旨の通知を空調ＥＣＵ１０２に送信し、空調ＥＣＵ１０２は、上記通知を受信した場合には、所定の報知部（例えば表示灯など）を用いて、その旨の報知（警報）を行ってもよい。

一方、低温時制御部７２は、インバータ温度Ｔが低温停止温度Ｔｓｔｏｐよりも高い場合には、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１４にて、低温時のインバータ３１の駆動モードの制御を行う。なお、本実施形態では、「低温時駆動モード制御部」は制御部５５（詳細には低温時制御部７２）に含まれており、当該制御部５５がステップＳ１０４〜ステップＳ１１４の処理を実行する機能が「低温時駆動モード制御部」の機能に対応する。

詳細には、低温時制御部７２は、まずステップＳ１０４にて、現状のインバータ３１の駆動モードが二相変調モードであるか否かを判定する。低温時制御部７２は、現状のインバータ３１の駆動モードが二相変調モードである場合には、ステップＳ１０５に進み、インバータ温度Ｔが予め定められた切替契機温度Ｔｔｈ１以下であるか否かを判定する。切替契機温度Ｔｔｈ１は、動作下限温度Ｔｍｉｎ及び低温停止温度Ｔｓｔｏｐよりも高い温度であり、例えば−２０℃である。

低温時制御部７２は、インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１よりも高い場合には、インバータ３１の駆動モードを切り替えることなく、そのまま本低温時対応処理を終了する。一方、低温時制御部７２は、インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１以下である場合には、ステップＳ１０６に進み、インバータ３１の駆動モードを二相変調モードから三相変調モードに切り替える。

なお、通常時駆動モード制御部７１によるインバータ３１の駆動モードの切替制御（通常時駆動モード制御）と区別するべく、以降の説明において、低温時制御部７２によるインバータ３１の駆動モードの切替制御を低温時駆動モード制御という。

その後、低温時制御部７２は、ステップＳ１０７にて、通常時駆動モード制御を禁止する。詳細には、低温時制御部７２は、通常時駆動モード制御部７１によってインバータ３１の駆動モードが三相変調モードから二相変調モードに変更されないようにする。

続くステップＳ１０８では、低温時制御部７２は、インバータ３１のキャリア周波数を初期周波数よりも高くする。詳細には、低温時制御部７２は、インバータ３１のキャリア周波数を、初期周波数から、初期周波数よりも高い周波数である低温時周波数に変更する。なお、本実施形態では、「キャリア周波数可変部」は制御部５５（詳細には低温時制御部７２）に含まれており、当該制御部５５がステップＳ１０８の処理を実行する機能が「キャリア周波数可変部」の機能に対応する。

その後、低温時制御部７２は、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０６にて駆動モードの切り替えが行われたこと、詳細には低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わったことを特定するための低温時切替フラグを、低温時制御部７２に設けられた所定の記憶領域にセットする。そして、低温時制御部７２は、本低温時対応処理を終了する。

一方、ステップＳ１０４において、インバータ３１の駆動モードが二相変調モードでない場合、インバータ３１の駆動モードが三相変調モードであることを意味する。この場合、低温時制御部７２は、ステップＳ１０４を否定判定し、ステップＳ１１０に進む。

低温時制御部７２は、ステップＳ１１０では、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わってから、インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１よりも高い温度である切替解除温度Ｔｔｈ２以上となったか否かを判定する。詳細には、低温時制御部７２は、低温時切替フラグがあり、且つ、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２以上であるか否かを判定する。

既に説明した通り、低温時切替フラグは、ステップＳ１０６における駆動モードの切り替えが行われた場合にセットされるものである。このため、低温時切替フラグがあることは、通常時駆動モード制御によって三相変調モードに設定されているのではなく、低温時駆動モード制御によって三相変調モードに設定されていることを意味する。このため、低温時制御部７２は、低温時切替フラグの有無を判断することによって、電動モータ１３の回転数ｒの関係で三相変調モードとなっているのか、低温時駆動モード制御によって三相変調モードとなっているのかを区別することができる。

低温時制御部７２は、低温時切替フラグがない場合、又は、低温時切替フラグがあるがインバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２よりも低い場合、インバータ３１の駆動モードを変更することなく、そのまま本低温時対応処理を終了する。この場合、インバータ３１の駆動モードは三相変調モードに維持される。

一方、低温時制御部７２は、低温時切替フラグがあり、且つ、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２以上である場合、ステップＳ１１１に進み、インバータ３１の駆動モードを、三相変調モードから二相変調モードに切り替える。

更に、ステップＳ１１２では、低温時制御部７２は、通常時駆動モード制御の禁止を解除する。詳細には、低温時制御部７２は、通常時駆動モード制御部７１によるインバータ３１の駆動モードの変更を許可する。続くステップＳ１１３では、低温時制御部７２は、インバータ３１のキャリア周波数を低温時周波数から初期周波数に変更する。そして、低温時制御部７２は、ステップＳ１１４にて低温時切替フラグを消去して、本低温時対応処理を終了する。

次に、図４を用いて本実施形態の作用について説明する。なお、図４（ａ）は、電動モータ１３の回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ以上であって吸入冷媒温度が動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低い条件下での、インバータ温度Ｔの時間変化の一例を示す。図４（ｂ）は、インバータ３１の駆動モードを示し、図４（ｃ）は通常時駆動モード制御のＯＮ／ＯＦＦ態様を示す。図４（ｃ）では、通常時駆動モード制御が禁止されている状態をＯＦＦとし、通常時駆動モード制御が禁止されていない状態をＯＮとする。また、図４（ａ）では、駆動モードの切り替えが行われない場合のインバータ温度Ｔの時間変化を二点鎖線で示す。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、インバータ３１の駆動モードが二相変調モードである状況において、ｔ１のタイミングにて、インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１となると、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わる。これにより、インバータ３１の発熱量が大きくなるため、インバータ温度Ｔが上昇する。

また、図４（ｃ）に示すように、ｔ１のタイミングでは、通常時駆動モード制御が禁止される（ＯＮ→ＯＦＦ）。つまり、通常時駆動モード制御部７１による三相変調モードから二相変調モードへのインバータ３１の駆動モードの変更が禁止される。これにより、仮に回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ以上であっても、インバータ３１の駆動モードは二相変調モードとならない。

その後、図４（ａ）に示すように、ｔ２のタイミングにて、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２に到達すると、低温時駆動モード制御によるインバータ３１の駆動モードの切り替えが行われる。詳細には、図４（ｂ）に示すように、インバータ３１の駆動モードが三相変調モードから二相変調モードに切り替わる。これにより、インバータ３１の電力損失が小さくなるため、インバータ３１の効率は高くなる。一方、インバータ３１の発熱量が小さくなるため、インバータ温度Ｔは低下する。また、図４（ｃ）に示すように、ｔ２のタイミングでは、通常時駆動モード制御の禁止が解除される。

その後、ｔ３のタイミングにて、再度インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１となると、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わり、通常時駆動モード制御が禁止される。そして、ｔ４のタイミングにて、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２となると、インバータ３１の駆動モードが三相変調モードから二相変調モードに切り替わり、通常時駆動モード制御の禁止が解除される。

以上のことから、電動圧縮機１０は、インバータ温度Ｔが所定の範囲（詳細には切替契機温度Ｔｔｈ１から切替解除温度Ｔｔｈ２までの範囲よりも若干広い範囲）内に収まった状態で運転を継続する。このため、駆動モードの切り替えが行われない場合（図４（ａ）の二点鎖線参照）と比較して、電動圧縮機１０の運転が継続され易い。

そして、ｔ５のタイミングにて、電動モータ１３が停止すると、停止直前に吸入された冷媒によってインバータ３１が冷却され、インバータ温度Ｔが急激に低下する。しかしながら、電動モータ１３の停止直前のインバータ温度Ｔが、動作下限温度Ｔｍｉｎ及び低温停止温度Ｔｓｔｏｐよりも高く設定された切替契機温度Ｔｔｈ１以上の範囲内に収まっているため、電動モータ１３の停止後のインバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなりにくい。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）圧縮部１２及び電動モータ１３が収容され、且つ、冷媒が吸入されるハウジング１１と、当該ハウジング１１と熱的に結合する位置に配置されたインバータ３１とを有する電動圧縮機１０は、インバータ温度Ｔを測定するのに用いられる温度センサ５３と、インバータ３１を制御することにより電動モータ１３を制御する制御部５５とを備えている。インバータ３１を駆動させる駆動モードには、二相変調モードと三相変調モードとがある。制御部５５の低温時制御部７２は、インバータ温度Ｔがインバータ３１の動作保証範囲の下限値である動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くならないように、インバータ３１の駆動モードが二相変調モードである状況においてインバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１以下となったことに基づいて、インバータ３１の駆動モードを、二相変調モードから三相変調モードに切り替える低温時駆動モード制御を行う機能を有している。これにより、インバータ３１の駆動モードを、二相変調モードから三相変調モードに切り替えることにより、インバータ３１にて生じる発熱量を大きくすることができる。よって、インバータ温度Ｔの低下を抑制できる。

特に、電動モータ１３が停止すると、インバータ３１にて熱が発生しなくなる。すると、例えばインバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなり得る。これに対して、本実施形態では、低温時駆動モード制御によってインバータ温度Ｔをある程度高い温度（例えば切替契機温度Ｔｔｈ１以上）に維持することができる場合がある。これにより、仮に電動モータ１３が停止した場合であっても、例えばインバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなるような事態を抑制することができる。よって、電動モータ１３の停止に伴うインバータ温度Ｔの低下に好適に対応できる。

（２）制御部５５の低温時制御部７２は、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わってから、インバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１よりも高い温度である切替解除温度Ｔｔｈ２以上となった時に、インバータ３１の駆動モードを、三相変調モードから二相変調モードに切り替える。これにより、インバータ温度Ｔをある程度高く維持しつつ、インバータ３１の電力損失を低減することができる。

（３）制御部５５は、電動モータ１３の回転数ｒを含む変調パラメータに基づいて、インバータ３１の駆動モードを二相変調モード又は三相変調モードに設定する通常時駆動モード制御部７１を備えている。これにより、例えば回転数ｒが比較的低い場合にはインバータ３１の駆動モードを三相変調モードに設定することにより、電動モータ１３の安定動作を実現することができる一方、回転数ｒが比較的高い場合には、インバータ３１の駆動モードを二相変調モードに設定することにより、インバータ３１の電力損失の低減を図ることができる。

かかる構成において、低温時制御部７２は、低温時駆動モード制御による二相変調モードから三相変調モードへの駆動モードの切り替えが行われた場合には、通常時駆動モード制御を禁止する。詳細には、低温時制御部７２は、通常時駆動モード制御部７１によってインバータ３１の駆動モードが三相変調モードから二相変調モードに変更されないようにする。これにより、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わった後、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２となる前に、通常時駆動モード制御部７１によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードに戻されるといった不都合を回避できる。

（４）低温時制御部７２は、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わった時、インバータ３１のキャリア周波数を高くする（ステップＳ１０８）。これにより、インバータ３１の発熱量の更なる向上を図ることができるため、インバータ温度Ｔの低下を、より好適に抑制できる。

（５）インバータ３１は、予め定められた動作下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合に正常に動作する各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２を有し、該各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２が周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより電動モータ１３を駆動させるものである。そして、切替契機温度Ｔｔｈ１は動作下限温度Ｔｍｉｎよりも高く設定されている。これにより、インバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎとなる前にインバータ温度Ｔが切替契機温度Ｔｔｈ１となり、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わる。よって、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２の温度が動作下限温度Ｔｍｉｎよりも低くなることを抑制できる。

（６）電動モータ１３は、インバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎよりも高い温度である低温停止温度Ｔｓｔｏｐ以下となることに基づいて停止するように構成されている。これにより、インバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎといった過度に低い温度となる前に電動モータ１３を停止させることができる一方、電動モータ１３が停止すると例えば車両の室内の快適性が低下する。

これに対して、本実施形態では、切替契機温度Ｔｔｈ１は、低温停止温度Ｔｓｔｏｐよりも高く設定されている。これにより、インバータ温度Ｔが低温停止温度Ｔｓｔｏｐとなる前段階にて、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わる。これにより、インバータ温度Ｔが低温停止温度Ｔｓｔｏｐとなることを回避したり、インバータ温度Ｔが低温停止温度Ｔｓｔｏｐとなるまでの時間を長くしたりすることが可能となる。よって、例えば快適性の向上を図ることができる。

（７）電動圧縮機１０は、ハウジング１１とインバータ３１（詳細にはパワーモジュール５２）との双方に対して熱的に結合する伝熱部材としてのベース部材４１を備えている。これにより、ハウジング１１及びベース部材４１を介して、冷媒とインバータ３１との間で熱交換が行われるため、冷媒を用いたインバータ３１の温度調整が可能となる。

特に、ベース部材４１は、インバータ３１が収容されているケース３２を構成しているものであって、ハウジング１１に当該ケース３２を取り付けるのに用いられている。換言すれば、インバータ３１をハウジング１１に取り付けるのに用いられるベース部材４１を用いて、インバータ３１の温度調整を行うことができるため、ベース部材４１の多機能化を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ インバータ３１のパワーモジュール５２とベース部材４１とは接触しておらず離間して配置されていてもよい。この場合であっても、ケース３２内の雰囲気温度が冷媒によって調整されるため、それを通じてパワーモジュール５２の温度が調整される。

○ ベース部材４１を省略して、カバー部材４２をハウジング１１の壁部１１ｃに固定してもよい。この場合、カバー部材４２とハウジング１１の壁部１１ｃとによって区画される空間にインバータ３１が収容される。かかる構成であっても、インバータ３１とハウジング１１とは熱的に結合している。要は、インバータ３１は、ハウジング１１と熱的に結合する位置に配置されていればよい。この場合、インバータ３１は、ベース部材４１又はハウジング１１の壁部１１ｃに対して離間していてもよいし、接触していてもよい。

○ 切替契機温度Ｔｔｈ１及び切替解除温度Ｔｔｈ２等の具体的な数値は、電動モータ１３の停止時にインバータ温度Ｔが動作下限温度Ｔｍｉｎを下回ることを抑制可能であれば任意である。

○ 低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードを三相変調モードから二相変調モードに切り替える切替条件は、任意であり、例えば低温時駆動モード制御による二相変調モードから三相変調モードへの駆動モードの切り替えが行われてから予め定められた期間が経過したことであってもよい。

○ 閾値回転数ｒｔｈは、電流値Ｉに関わらず変動しない固定値でもよい。
○ 実施形態では、キャリア周波数は、低温時駆動モード制御によってインバータ３１の駆動モードが二相変調モードから三相変調モードに切り替わった時に高く設定される可変値であったが、これに限られず、固定値（初期周波数）であってもよい。

○ 実施形態では、変調パラメータとして、電動モータ１３の電流値Ｉと回転数ｒとが採用されていたが、これに限られない。例えば電流値Ｉに代えて又は加えて、圧縮部１２における圧力等を採用してもよい。また、変調パラメータは、電動モータ１３の回転数ｒのみでもよい。

○ 実施形態では、三相変調モードが通常時駆動モード制御によるものなのか低温時駆動モード制御によるものなのかを判断する判断材料として、低温時切替フラグの有無を採用したが、上記判断材料としては、これに限られず、任意である。例えば、通常時駆動モード制御が禁止されているか否かを判断材料としてもよい。

○ 二相変調モードは、三相のうち予め定められた１つの固定相のパワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが常時停止する一方、他の二相のパワースイッチング素子の周期的なＯＮ／ＯＦＦが常時行われる駆動モードであってもよい。

○ 実施形態では、低温時制御部７２は、低温時切替フラグがあり、且つ、インバータ温度Ｔが切替解除温度Ｔｔｈ２以上である場合には、電動モータ１３の回転数ｒに関わらず、インバータ３１の駆動モードを三相変調モードから二相変調モードに切り替える処理を実行したが、これに限られない。例えば、低温時制御部７２は、ステップＳ１１０を肯定判定した場合には、現状の電動モータ１３の回転数ｒ及び電流値Ｉを把握し、把握された回転数ｒが把握された電流値Ｉに対応する閾値回転数ｒｔｈ以上か否かを判定してもよい。そして、低温時制御部７２は、回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ以上である場合には、インバータ３１の駆動モードを三相変調モードから二相変調モードに切り替える一方、回転数ｒが閾値回転数ｒｔｈ未満である場合には、インバータ３１の駆動モードを三相変調モードに維持してもよい。これにより、無駄なインバータ３１の駆動モードの切り替えが行われることを回避できる。

○ ヒートポンプ１００は、車両に限られず、他の機器に搭載されてもよい。また、電動圧縮機１０は、ヒートポンプ１００以外の用途に用いられてもよい。
○ ハウジング１１に対するインバータユニット３０の取付位置は、任意であり、例えばハウジング１１におけるステータ２３の外周面と対向する部分の外面等でもよい。

○ 温度センサ５３は、ベース部材４１の温度を測定してもよい。この場合、制御部５５は、ベース部材４１の温度からパワーモジュール５２の温度を推定し、その推定された温度をインバータ温度Ｔとしてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）前記電動モータは三相モータであり、前記駆動回路は三相インバータである請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。

１０…電動圧縮機、１１…ハウジング、１２…圧縮部、１３…電動モータ、３１…インバータ（駆動回路）、４１…ベース部材（伝熱部材）、５２…パワーモジュール、５５…制御部、７１…通常時駆動モード制御部、７２…低温時制御部、１００…ヒートポンプ、ｒ…電動モータの回転数、Ｔ…インバータ温度、Ｔｔｈ１…切替契機温度、Ｔｔｈ２…切替解除温度、Ｔｍｉｎ…動作下限温度。

Claims (4)

1. 冷媒が吸入されるハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮部と、
   前記ハウジング内に収容され、前記圧縮部を駆動させる電動モータと、
   前記ハウジングと熱的に結合され、前記電動モータを駆動させる駆動回路と、
   前記駆動回路の温度を測定する温度測定部と、
   前記駆動回路を制御することにより前記電動モータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記駆動回路を駆動させる駆動モードには、二相変調モードと三相変調モードとがあり、
   前記制御部は、前記駆動回路の温度が当該駆動回路の動作保証範囲の下限値よりも低くならないように、前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードである状況において前記温度測定部によって測定された前記駆動回路の温度が予め定められた切替契機温度以下となった時に、前記駆動回路の駆動モードを、前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替える低温時駆動モード制御部を備え、
   前記駆動回路は、前記動作保証範囲の下限値以上の温度である場合に正常に動作するスイッチング素子を有し、当該スイッチング素子が周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより前記電動モータを駆動させるものであり、
   前記切替契機温度は、前記動作保証範囲の下限値よりも高く設定されていることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記低温時駆動モード制御部は、当該低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わってから、前記温度測定部によって測定された前記駆動回路の温度が前記切替契機温度よりも高い温度である切替解除温度以上となった時に、前記駆動回路の駆動モードを、前記三相変調モードから前記二相変調モードに切り替える請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記制御部は、前記電動モータの回転数を含む変調パラメータに基づいて、前記駆動回路の駆動モードを前記二相変調モード又は前記三相変調モードに設定する通常時駆動モード制御部を備え、
   前記制御部は、前記低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わった場合には、前記通常時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記三相変調モードから前記二相変調モードに変更されないようにする請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記制御部は、前記低温時駆動モード制御部によって前記駆動回路の駆動モードが前記二相変調モードから前記三相変調モードに切り替わった時、前記駆動回路のキャリア周波数を高くするキャリア周波数可変部を備えている請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。