DE102015101069A1

DE102015101069A1 - Elektrischer verdichter

Info

Publication number: DE102015101069A1
Application number: DE102015101069.0A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Nagata
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150211533A1; JP2015142389A

Abstract

Es ist ein elektrischer Verdichter angegeben, der in der Lage ist, einen Motor in Abhängigkeit von einer Bedingung einer Verdichtungseinheit (90) zu starten. Der elektrischer Verdichter weist einen Wechselstrommotor (5), der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und einen Stator aufweist, an dem eine Mehrphasenspule gewickelt ist, und der konfiguriert ist, eine Verdichtungseinheit (9) anzutreiben, sowie ein Umrichtergerät (10) auf, das den Wechselstrommotor (59) steuert. Das Umrichtergerät (10) weist eine Schalt-Schaltung (30), die dem Wechselstrommotor (5) Strom zu zuführt, und eine Steuerungseinheit (40) auf, die die Schalt-Schaltung (30) steuert. Die Steuerungseinheit (40) misst eine verstrichene Zeit von einem Stopp des Wechselstrommotors (5) bis zu einem Start des Wechselstrommotors (5) zur Steuerung der Schalt-Schaltung (30) in Abhängigkeit von einer Last auf der Verdichtungseinheit (9), berechnet eine Sollbeschleunigung des Rotors, der beim Starten des Wechselstrommotors (5) nachgefolgt wird, auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit, und steuert die Schalt-Schaltung (30) derart, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen elektrischen Verdichter.
Beschreibund des Stands der Technik
In den letzten Jahren hat ein Motor, bei dem ein Permanentmagnet in einem Rotor eingesetzt ist, breite Anwendung bei einer Klimaanlage oder einem Fahrzeug wie einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder einem Brennstoffzellenfahrzeug gefunden. Als ein Startschema zum Starten eines derartigen Motors wurde die nachfolgende Technik vorgeschlagen.
Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.: 2005-137069 , dass ein bürstenlose Gleichstrommotor für einen Verdichter (Kompressor) in der nachfolgenden Weise gestartet wird. Wenn ein Start versagt, werden Startparameter für den bürstenlosen Gleichstrommotor auf Daten geändert, die vorab gespeichert sind, und werden aufeinanderfolgend erneute Startvorgänge (Neustarts) durchgeführt. Wenn die Anzahl, wie oft dieser Start versagt hat, eine vorbestimmte Anzahl erreicht, wird ein anormaler Stopp durchgeführt. Somit wird im Verlaufe eines aufeinanderfolgenden Änderns eine Kombination der Startparameter der bürstenlose Gleichstrommotor gestartet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.: 2005-137069 offenbarte Technik ist jedoch ein Startschema, das bei einem Fall angewendet wird, wenn ein Start des bürstenlosen Gleichstrommotors für einen Verdichter versagt, und berücksichtigt nicht die Bedingung des Verdichters von der Zeit an, zu der der Motor gestoppt wird, bis zu der Zeit, bis der der Motor gestartet wird.
Eine Aufgabe gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen elektrischen Verdichter zu anzugeben, der in der Lage ist, in geeigneter Weise einen Motor in Abhängigkeit von einer Bedienung einer Verdichtungseinheit zu starten.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Verdichter gelöst, wie er in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Ein elektrischer gemäß einer Ausgestaltung weist einen Wechselstrommotor, der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und einen Stator aufweist, an dem eine Mehrphasenspule gewickelt ist, und der konfiguriert ist, eine Verdichtungseinheit anzutreiben, und ein Umrichtergerät auf, das konfiguriert ist, den Wechselstrommotor zu steuern. Das Umrichtergerät weist eine Schalt-Schaltung, die konfiguriert ist, dem Wechselstrommotor Strom zuzuführen, und eine Steuerungseinheit auf, die konfiguriert ist, die Schalt-Schaltung zu steuern. Die Steuerungseinheit ist konfiguriert, eine verstrichene Zeit von einem Stopp des Wechselstrommotors bis zu einem Start des Wechselstrommotors zur Steuerung der Schalt-Schaltung in Abhängigkeit von einer Last auf der Verdichtungseinheit zu messen, eine Sollbeschleunigung des Rotors, der beim Starten des Wechselstrommotors nachgefolgt wird, auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit berechnen, und die Schalt-Schaltung derart zu steuern, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüche angegeben.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Schaltbild einer Konfiguration eines elektrischen Verdichters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Motorstartsteuerungsschemas, das durch eine Motorsteuerungseinheit durchgeführt wird.
3A zeigt eine Konzeptdarstellung, die einen Stromverlauf (Stromwellenform) einer Phase veranschaulicht, wenn ein Wechselstrommotor gestartet wird.
3B zeigt eine Konzeptdarstellung, die einen Stromverlauf (Stromwellenform) einer Phase veranschaulicht, wenn ein Wechselstrommotor gestartet wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen durch die Motorsteuerungseinheit durchgeführten Neustartprozess veranschaulicht.
5 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Beschleunigung bei Starten eines Motors und einer Zeit veranschaulicht, die von einem normalen Stopp zu einem erneuten Start verstrichen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei bemerkt, dass dieselben oder entsprechende Abschnitte in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und deren Beschreibungen daher nicht wiederholt werden.
1 zeigt ein Schaltbild, das eine Konfiguration eines elektrischen Verdichters gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Gemäß 1 weist der elektrische Verdichter einen Wechselstrommotor 5, ein Umrichtergerät 10 und einen durch den Wechselstrommotor 5 angetriebenen Scrollverdichter (Verdichtungseinheit) 9 auf.
Das Umrichtergerät 10 erhält eine Zufuhr von Leistung aus einer Hochspannungsbatterie 1, die eine Gleichstromleistungsversorgung ist, und steuert den Antrieb des Wechselstrommotors 5. Der Wechselstrommotor 5 ist ein Drei-Phasen-Synchronmotor, der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und einen Stator aufweist, an dem jeweilige Phasenspulen 6, 7 und 9 gewickelt sind. Beispielsweise wird der Wechselstrommotor 5 als ein Motor für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs (ein Motor für einen Klimaanlagenverdichter) verwendet.
Das Umrichtergerät 10 weist einen Kondensator 20, eine Schalt-Schaltung 30 und eine Motorsteuerungseinheit 40 auf.
Ein positiver Anschluss der Hochspannungsbatterie 1 ist mit einem Anschluss des Kondensators 20 und einer positiven Stromleitung der Schalt-Schaltung 30 verbunden. Ein negativer Anschluss der Hochspannungsbatterie 1 ist mit dem anderen Anschluss des Kondensators 20 und einer negativen Stromleitung der Schalt-Schaltung verbunden. Der Schalt-Schaltung 30 wird Gleichstromleistung aus der Hochspannungsbatterie 1 über den Kondensator 20 zugeführt. Obwohl es nicht gezeigt ist, sei bemerkt, dass die Hochspannungsbatterie 1 eine Leistungsquelle sein kann, die Leistung einem Antriebsmotor zum Fahren zuführt, der in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug enthalten ist.
Die Schalt-Schaltung 30 weist Schaltelemente Q1 bis Q6, Dioden D1 bis D6 und Shunt-Widerstände 63 bis 65 auf. Beispiele für die hier verwendeten Schaltelemente Q1 bis Q6 umfassen einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate, Insolated Gate Bipolar Transistor). Die Schaltelemente Q1, Q2 für die U-Phase und der Shunt-Widerstand 63 sind in Reihe zwischen der positiven Stromleitung und der negativen Stromleitung geschaltet. Die Schaltelemente Q3, Q4 für die V-Phase und der Shunt-Widerstand 64 sind in Reihe zwischen der positiven Stromleitung und der negativen Stromleitung geschaltet. Die Schaltelemente Q5, Q6 für die W-Phase und der Shunt-Widerstand 65 sind in Reihe zwischen der positiven Stromleitung und der negativen Stromleitung geschaltet. Die Dioden D1 bis D6 sind jeweils antiparallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q6 geschaltet. Spulen 6, 7 und 8 entsprechend den jeweiligen Phasen des Wechselstrommotors 5 sind jeweils mit einem Verbindungsknoten der Schaltelemente Q1 und Q2, einem Verbindungsknoten der Schaltelemente Q3 und Q4 sowie einem Verbindungsknoten der Schaltelemente Q5 und Q6 verbunden. Die Spulen 6, 7 und 8 sind im Stern geschaltet.
Widerstände 61, 62 sind in Reihe zwischen der positiven Stromleitung und der negativen Stromleitung an einer Leistungsquelleneingangsseite der Schalt-Schaltung 30 geschaltet. Eine Eingangsspannung kann auf der Grundlage einer Spannung Vdc eines Verbindungsknotens der Widerstände 61, 62 erfasst werden. Ein in dem Wechselstrommotor 5 fließender Strom kann auf der Grundlage von Spannungen der Shunt-Widerstände 63 bis 65 erfasst werden.
Die Motorsteuerungseinrichtung 40 führt eine Vektorsteuerung des Wechselstrommotors 5 durch. Die Motorsteuerungseinheit weist eine uvw/dq-Wandlereinheit 41, eine Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42, einen Subtrahierer 43, eine Drehzahlsteuerungseinheit 44, Subtrahierer 45 und 46, eine elektrische Stromsteuerungseinheit 47 und eine dq/uvw-Wandlereinheit 48 auf.
Eine Befehlsdrehzahl des Wechselstrommotors 5 wird von außerhalb des Subtrahierers 43 der Motorsteuerungseinheit 40 zugeführt. Die Motorsteuerungseinheit 40 treibt die Schalt-Schaltung 30 durch die Vektorsteuerung entsprechend der Befehlsdrehzahl an.
Die dq/uvw-Wandlereinheit 48 gibt ein U-Phasen-Steuerungssignal, ein W-Phasen-Steuerungssignal und ein V-Phasen-Steuerungssignal aus. Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q1 empfängt das U-Phasen-Steuerungssignal aus der dq/uvw-Wandlereinheit 48. Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q2 empfängt ein invertiertes Signal des U-Phasen-Steuerungssignals, das von einem Inverter 50 ausgegeben wird.
Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q3 empfängt das V-Phasen-Steuerungssignal aus der dq/uvw-Wandlereinheit 48. Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q4 empfängt ein invertiertes Signal des V-Phasen-Steuerungssignals, das von einem Inverter 51 ausgegeben wird.
Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q5 empfängt das Q-Phasen-Steuerungssignal aus der aus der dq/uvw-Wandlereinheit 48. Ein Gate-Anschluss des Schaltelements Q6 empfängt ein invertiertes Signal des W-Phasen-Steuerungssignals, das von einem Inverter 52 ausgegeben wird.
Die uvw/dq-Wandlereinheit 41 berechnet einen Erregungskomponentenstrom Id und einen Drehmomentkomponentenstrom Iq durch Umwandeln von Stromwerten, die an den Shunt-Widerständen 63 bis 65 erfasst werden, in eine d-Achse-Koordinate und eine q-Achsen-Koordinate an einer Rotorwelle des Wechselstrommotors 5. Der berechnete Erregungskomponentenstrom Id und der berechnete Drehmomentkomponentenstrom Iq werden der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 zugeführt. Der berechnete Erregungskomponentenstrom Id wird außerdem dem Subtrahierer 45 zugeführt. Der berechnete Drehmomentkomponentenstrom Iq wird ebenfalls dem Subtrahierer 46 zugeführt.
Die Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 berechnet eine Rotorschätzdrehzahl und eine Rotorschätzposition des Wechselstrommotors 5 auf der Grundlage des Erregungskomponentenstroms Id, des Drehmomentkomponentenstroms Iq, einer Erregungskomponentenspannung Vd und einer Drehmomentkomponentenspannung Vq. Die berechnete Rotorschätzdrehzahl wird dem Subtrahierer 43 zugeführt. Die berechnete Rotorschätzposition wird jeder der uvw/dq-Wandlereinheit 41 und der dq/uvw-Wandlereinheit 48 über eine Schalteinheit 56 zugeführt.
Der Subtrahierer 43 subtrahiert die Rotorschätzdrehzahl von der Befehlsdrehzahl. Die Drehzahlsteuerungseinheit 44 empfängt eine Differenz zwischen der Befehlsdrehzahl und der geschätzten Drehzahl von dem Subtrahierer 43 und berechnet einen Sollwert Idref für den Erregungskomponentenstrom Id und einen Sollwert Iqref für den Drehmomentkomponentenstrom Iq. Der Sollwert Idref für den Erregungskomponentenstrom Id wird dem Subtrahierer 45 über eine Schalteinheit 55 zugeführt. Der Sollwert Iqref für den Drehmomentkomponentenstrom Iq wird dem Subtrahierer 46 über die Schalteinheit 55 zugeführt.
Der Subtrahierer 45 subtrahiert den Erregungskomponentenstrom Id von dem Sollwert Idref. Dieses Subtraktionsergebnis wird der elektrischen Stromsteuerungseinheit 47 zugeführt. Der Subtrahierer 46 subtrahiert ebenfalls den Drehmomentkomponentenstrom Iq von dem Sollwert Iqref. Dieses Subtraktionsergebnis wird der elektrischen Stromsteuerungseinheit 47 zugeführt.
Die elektrische Stromsteuerungseinheit 47 berechnet auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Sollwert Idref und dem Erregungskomponentenstrom Id die Erregungskomponentespannung Vd, die ein Ergebnis einer Umwandlung in eine d-Achsen-Koordinate auf der Rotorwelle des Wechselstrommotors 5 ist. Die Erregungskomponentenspannung Vd wird der dq/uvw-Wandlereinheit 48 und der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 zugeführt. Die elektrische Stromsteuerungseinheit 47 berechnet ebenfalls auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Sollwert Iqref und dem Drehmomentkomponentenstrom Iq die Drehmomentkomponentenspannung Vq, die ein Ergebnis einer Umwandlung in eine q-Achsen-Koordinate auf der Rotorwelle des Wechselstrommotors 5 ist. Diese Drehmomentkomponentenspannung Vq wird der dq/uvw-Wandlereinheit 48 und der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 zugeführt.
Eine durch eine Spannungsteilung durch die Widerstände 61 und 62 erzeugte Spannung Vdc wird der dq/uvw-Wandlereinheit 48 zugeführt. Die dq/uvw-Wandlereinheit 48 berechnet Antriebsspannungen Vu, Vv und Vw entsprechend den jeweiligen Phasenspulen 6, 7 und 8 des Wechselstrommotors 5 auf der Grundlage der Rotorschätzposition, der Erregungskomponentenspannung Vd, der Drehmomentkomponentenspannung Vq und der Spannung Vdc, die der dq/uvw-Wandlereinheit 48 zugeführt werden. Die dq/uvw-Wandlereinheit 48 erzeugt Antriebswellenformsignale (PWM-Signale), die zum Erhalt der Antriebsspannungen Vu, Vv und Vw erforderlich sind. Jedes der Schaltelemente Q1 bis Q6 der Schalt-Schaltung 30 wird durch das Antriebswellenformsignal zum Ein-/Ausschalten angesteuert.
Somit führt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Motorsteuerungseinheit 40 eine PWM-Steuerung der in einem Strompfad des Wechselstrommotors 5 vorgesehenen Schaltelemente Q1 bis Q6 derart durch, dass der Erregungskomponentenstrom Id und der Drehmomentkomponentenstrom Iq in dem Wechselstrommotor 5 jeweils deren Sollwert annehmen. Der Erregungskomponentenstrom und der Drehmomentkomponentenstrom werden anhand des an den Shunt-Widerständen 63 bis 65 erfassten Stroms erhalten.
Die Motorsteuerungseinheit 40 führt eine Steuerung für einen anfänglichen Antriebsbetrieb durch, bis die Drehzahl des Rotors eine vorbestimmte Drehzahl oder der mehr erreicht. Die Motorsteuerungseinheit 40 führt eine Steuerung für einen sensorlosen Betrieb durch, nachdem die Drehzahl des Rotors die vorbestimmte Drehzahl oder mehr erreicht hat. Der sensorlose Betrieb ist ein Betrieb zum Drehen des Motors auf Grundlage von jeweils Schätzwerten der Rotorposition und der Rotordrehzahl. Jeder der Schätzerwerte wird anhand des Motorstroms und dergleichen ohne einen Drehzahlsensor wie einen Resolver oder dergleichen geschätzt, die eine Rotorposition eines Motors erfassen. In dem sensorlosen Betrieb wird eine Drehzahlregelung (closed-loop speed control) mit der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 und der Drehzahlsteuerungseinheit 44 durchgeführt.
Nachstehend ist eine Konfiguration des anfänglichen Antriebsbetriebs weiter beschrieben.
Die Motorsteuerungseinheit 40 weist eine Anfangsdrehzahlsteuerungseinheit 53, die Schalteinheit 55, eine Beschleunigungssteuerungseinheit 54 und die Schalteinheit 56 auf. Die Anfangsdrehzahlsteuerungseinheit 53 ist konfiguriert, einen Drehzahlbefehl bei dem anfänglichen Betrieb auszugeben. Die Schalteinheit 55 ist konfiguriert, derart zu schalten, dass zu den Subtrahierern 45 und 46 entweder ein Ausgang aus der Anfangsdrehzahlsteuerungseinheit 53 oder ein Ausgang aus der Drehzahlsteuerungseinheit 44 ausgegeben wird. Die Beschleunigungssteuerungseinheit 54 ist konfiguriert, eine Beschleunigungssteuerung während des Anfangsantriebs durchzuführen. Die Schalteinheit 56 ist konfiguriert, derart zu schalten, dass zu der uvw/dq-Wandlereinheit 41 und der dq/uvw-Wandlereinheit 48 entweder einen Ausgang aus der Beschleunigungssteuerungseinheit 54 oder eine geschätzte Position ausgegeben wird, die aus der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 ausgegeben wird. Es sei bemerkt, dass die Anfangsdrehzahlsteuerungseinheit 53 den Drehzahlbefehl während des Anfangsantriebs in Abhängigkeit von einer Beschleunigung ändert, bis die Drehzahl des Rotors eine gewünschte Drehzahl erreicht.
Während des Anfangsbetriebs wird eine Steuerung (open-loop control) im Hinblick auf die Drehzahl mit der Anfangsdrehzahlsteuerungseinheit 53 und der Beschleunigungssteuerungseinheit 54 statt einer Drehzahlregelung (closed-loop speed control) durchgeführt, die mit der Positions-/Drehzahlschätzeinheit 42 und der Drehzahlsteuerungseinheit 44 durchgeführt wird.
Entsprechend der vorstehend beschriebenen Konfiguration werden die Schaltelemente Q1 bis Q6 der Schalt-Schaltung 30 auf der Grundlage der Befehlsdrehzahl gesteuert, und wird ein Gleichstrom in Drei-Phasen-Wechselströme umgewandelt. Die durch die Umwandlung durch die Schalt-Schaltung 30 erzeugten Drei-Phasen-Wechselströme werden den jeweiligen Phasenspulen 6, 7 und 8 in dem Wechselstrommotor 5 zugeführt. Der Wechselstrommotor 5 für die Klimaanlage wird durch die Drei-Phasen-Wechselströme angetrieben.
Es sei bemerkt, dass die Schalt-Schaltung 30 gemäß 1 mit der Hochspannungsbatterie (Gleichstromleistungsversorgung) 1 verbunden ist. Alternativ dazu kann eine Wechselspannung einer Wechselstromleistungsversorgung in eine Gleichspannung umgewandelt werden und die Gleichspannung der Schalt-Schaltung 30 zugeführt werden.
Die Shunt-Widerstände 63 bis 65 werden für Stromerfassungseinheiten verwendet. Alternativ dazu kann ein Hall-Element zur Erfassung von Drei-Phasen-Wechselströmen zwischen der Schalt-Schaltung 30 und dem Wechselstrommotor 5 anstelle des Shunt-Widerstands vorgesehen werden.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines durch die Motorsteuerungseinheit 50 durchgeführten Motorstartsteuerungsschemas. In 2 gibt die horizontale Achse die Zeit T an und gibt die vertikale Achse eine Drehzahl Nc des Rotors an. 3A und 3B zeigen eine Konzeptdarstellung, die einen Stromsignalverlauf einer Phase zeigt, wenn der Wechselstrommotor 5 gestartet wird.
Genauer zeigt 3A einen Stromverlauf (Stromwellenform) in dem Fall, in dem der Motor 5 gestartet wird, während er mit niedriger Beschleunigung beschleunigt wird, und zeigt 3B einen Stromverlauf (Stromwellenform) in dem Fall, in dem der Motor gestartet wird, während er mit hoher Beschleunigung beschleunigt wird. Nachstehend ist das Motorsteuerungsstartschema unter Bezugnahme auf 2, 3A und 3B beschrieben.
Gemäß 2 beginnt die Motorsteuerungseinheit 40 das Starten des Wechselstrommotors 5 zu dem Zeitpunkt T0. Dann führt die Motorsteuerungseinheit 50 während des Anfangsantriebs eine Beschleunigungssteuerung (Steuerung mit niedriger Beschleunigung) zum Drehen des Rotors mit niedriger Beschleunigung durch. Insbesondere startet die Motorsteuerungseinheit 40 ein Speisen der Schalt-Schaltung 30 und erhöht eine Ausgangsfrequenz nach und nach (in kleinen Schritten), bis die Ausgangsfrequenz eine vorbestimmte Frequenz erreicht. Aus 3A geht hervor, dass eine relativ lange Zeit Ta verstreicht, bis die Ausgangsfrequenz eine vorbestimmte Frequenz erreicht. Beispielsweise ist die Beschleunigung für die Steuerung mit niedriger Beschleunigung eine Beschleunigung, die ausreichend ist, um in dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 von einem Anfangszustand gestartet wird, bei der die Last des Wechselstrommotors 5 klein ist, eine niedrige Wahrscheinlichkeit für ein Versagen beim Starten bereitzustellen. In dem Fall, in dem die Steuerung mit niedriger Beschleunigung durchgeführt wird, erzeugt der Motor relativ geringe Geräusche, wenn er gestartet wird. Es sei bemerkt, dass der Prozess der Erhöhung der Ausgangsfrequenz durch die Beschleunigungssteuereinheit 54 in der Konfiguration gemäß 1 durchgeführt wird.
Die Motorsteuerungseinheit 40 führt die Beschleunigungssteuerung zum Drehen des Rotors mit niedriger Beschleunigung durch. Wenn die Drehzahl des Rotors eine Drehzahl Nc₀ erreicht (die Ausgangsfrequenz nämlich die vorbestimmte Frequenz erreicht) (Zeitpunkt T1), geht die Motorsteuerungseinheit 40 zu einer sensorlosen Steuerung über, während allmählich die Drehzahl erhöht wird.
In dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 einen anormalen Stopp (Zeitpunkt T2) aufgrund des Verlusts von Synchronität oder des Auftretens eines Überstroms macht, und danach der Wechselstrommotor 5 erneut gestartet wird (Zeitpunkt T3), wird angenommen, dass eine Last auf den Wechselstrommotor 5 hoch ist, wenn der Motor gestartet wird, weshalb die Motorsteuerungseinheit 40 eine Beschleunigungssteuerung (Steuerung mit hoher Beschleunigung) zum Drehen des Rotors mit einer hohen Beschleunigung durchführt, die höher als die vorstehend beschriebene niedrige Beschleunigung ist, um ein Versagen beim Starten zu vermeiden. Insbesondere startet die Motorsteuerungseinheit 40 das Speisen der Schalt-Schaltung 30 und erhöht die Ausgangsfrequenz mit einer höheren Rate als diejenige unter der Steuerung mit niedriger Beschleunigung, bis die Ausgangsfrequenz eine vorbestimmte Frequenz erreicht. Aus 3B geht hervor, dass eine Zeit Tb verstreicht, damit die Ausgangsfrequenz eine vorbestimmte Frequenz erreicht, es benötigt nämlich eine kürzere Zeit zum Erreichen der vorbestimmten Frequenz als im Vergleich mit der Steuerung mit niedriger Beschleunigung. "Hohe Beschleunigung" ist beispielsweise eine Beschleunigung, die zehnmal so hoch wie die vorstehend beschrieben niedrige Beschleunigung ist.
Es sei bemerkt, dass die Motorsteuerungseinheit 40 auf der Grundlage einer vorbestimmten Bedingung bestimmt, ob der Wechselstrommotor 5 einen anormalen Stopp (der Wechselstrommotor 5 einen Stopp ohne Stoppbefehl gemacht hat) oder einen normalen Stopp gemacht hat (der Wechselstrommotor 5 hat einen Stopp, und nicht einen anormalen Stopp, entsprechend einem normalen Stoppbefehl gemacht). Insbesondere wird in dem Fall, in dem eine Anormalität wie ein Verlust von Synchronisation auftritt, der Wechselstrommotor 5 trotz der Tatsache gestoppt, dass Antriebswellenformsignale (PWM-Signale) ausgegeben werden. Daher erfasst die Motordrehzahl 40 die Drehzahl des Wechselstrommotors 5 und bestimmt auf der Grundlage der erfassten Drehzahl, dass der Stopp des Wechselstrommotors ein anormaler Stopp ist. In einem anderen Fall, in dem ein Überstrom in dem Wechselstrommotor 5 auftritt, der auf der Grundlage von an den Shunt-Widerständen 63 bis 65 erfassten Stromwerte gefunden wird, wenn der Wechselstrommotor 5 einen Stopp macht, bestimmt die Motorsteuerungseinheit 40, dass der Stopp des Wechselstrommotors 5 ein anormaler Stopp ist.
Darauffolgend führt die Motorsteuerungseinheit 40 eine Beschleunigungssteuerung zum Drehen des Rotors mit einer hohen Beschleunigung durch. Wenn die Drehzahl des Rotors die Drehzahl Nc₀ erreicht, (Zeitpunkt T4), geht die Motorsteuerungseinheit 40 zu der sensorlosen Steuerung über, während allmählich die Drehzahl erhöht wird.
Die Motorsteuerungseinheit 40 misst ebenfalls eine verstrichene Zeit Toff (= T6 – T5) von einem normalen Stopp (Zeitpunkt T5) zu einem erneuten Start (Zeitpunkt T6) des Wechselstrommotors 5. In dem Fall, in dem die verstrichene Zeit Toff eine vorbestimmte Zeit Tx (beispielsweise 10 Sekunden) oder mehr ist, führt die Motorsteuerungseinheit 40 die Steuerung mit niedriger Beschleunigung zum Starten des Wechselstrommotors 5 durch. Dies liegt daran, dass eine verbleibende Last (eine Druckdifferenz zwischen einem Ausstoßdruck und einem Ansaugdruck des Scrollverdichters 9) sich im Verlaufe der Zeit in der Zeitdauer von dem Stopp zu dem erneuten Starten des Wechselstrommotors 5 verringert. In dem Fall, in dem der Motor für eine längere Zeit gestoppt ist, verringert sich die verbleibende Last nämlich zu einem großen Ausmaß, weshalb die Last auf de Wechselstrommotor 5 zu der Zeit des neuen Startens klein ist. Daher ist die Wahrscheinlichkeit für ein Versagen beim Starten selbst unter Steuerung mit niedriger Beschleunigung gering. Dementsprechend führt in dem Fall, in dem eine vorbestimmte Zeit oder mehr seit dem Stopp des Motors verstrichen ist, die Motorsteuerungseinheit 40 die Steuerung mit niedriger Beschleunigung durch, um Geräusche beim Starten zu reduzieren.
Die Motorsteuerungseinheit 40 führt die Beschleunigungssteuerung zum Drehen des Rotors mit niedriger Beschleunigung durch, bis die Drehzahl des Rotors die Drehzahl Nc₀ erreicht. Wenn die Drehzahl die Drehzahl Nc₀ erreicht (Zeitpunkt T7), geht die Motorsteuerungseinheit 40 zu der sensorlosen Steuerung über, während allmählich die Drehzahl erhöht wird. In dem Fall, in dem die verstrichene Zeit Toff (= T9 – T8) von einem normalen Stopp (Zeitpunkt T8) bis zu einem erneuten Start (Zeitpunkt T9) des Wechselstrommotors 5 geringer als die vorbestimmte Zeit Tx ist, startet die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor 5 mit der Steuerung mit hoher Beschleunigung. Somit ist in dem Fall, in dem die Zeit, während der der Motor gestoppt ist, kurz ist, die Last auf dem Wechselstrommotor 5 zu der Zeit des erneuten Startens immer noch hoch. In diesem Fall gibt es, falls der Motor durch die Steuerung mit niedriger Beschleunigung gestartet wird, eine hohe Wahrscheinlichkeit für ein Versagen beim Starten. Im Hinblick darauf führt die Motorsteuerungseinheit 40 die Steuerung mit hoher Beschleunigung in dem Fall durch, in dem eine vorbestimmte Zeit oder mehr seit dem Stopp des Motors nicht verstrichen ist.
Wie aus dem vorstehend Beschriebenen hervorgeht, misst die Motorsteuerungseinheit 40 die verstrichene Zeit von einem Stopp bis zu einem Start des Wechselstrommotors 5, um die Schalt-Schaltung 30 in Abhängigkeit von einer Last auf den Scrollverdichter 9 zu steuern. Darauffolgend berechnet die Motorsteuerungseinheit 40 auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit eine Sollbeschleunigung (in diesem Fall eine niedrige Beschleunigung oder eine hohe Beschleunigung) zum Starten des Wechselstrommotors 5. Dann steuert die Motorsteuerungseinheit 40 die Schalt-Schaltung 30 derart, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Neustartprozess veranschaulicht, der durch die Motorsteuerungseinheit 40 durchgeführt wird. Es sei angenommen, dass die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor 5 durch die sensorlose Steuerung antreibt oder den anfänglichen Antrieb (Anfangsantrieb) des Wechselstrommotors 5 durchführt.
Gemäß 4 bestimmt, wenn der Wechselstrommotor 5, der durch die sensorlose Steuerung angetrieben wird oder dem Anfangsantrieb unterzogen wird, einen Stopp macht, die Motorsteuerungseinheit 40, ob der Stopp ein anormaler Stopp ist oder nicht (nämlich ein anormaler Stopp oder ein normaler Stopp) (Schritt S12). In dem Fall, in dem die Motorsteuerungseinheit 40 bestimmt, dass der Stopp ein anormaler Stopp ist (JA in Schritt S12), startet die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor 5 mit der Steuerung mit hoher Beschleunigung neu (Schritt S14), und beendet den Prozess.
Im Gegensatz dazu misst in dem Fall, in dem die Motorsteuerungseinheit 40, dass der Stopp kein anormaler Stopp ist (der Stopp ein normaler Stopp ist) (NEIN in Schritt S12), die Motorsteuerungseinheit 40 die Zeit, die seit dem normalen Stopp verstrichen ist, und bestimmt, ob die gemessene verstrichene Zeit die vorbestimmte Zeit Tx oder mehr ist (Schritt S16).
In dem Fall, in dem die gemessene verstrichene Zeit die vorbestimmte Zeit Tx oder mehr ist (JA in Schritt S16), startet die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor 5 mit der Steuerung mit niedriger Beschleunigung (Schritt S18) und beendet den Prozess. Im Gegensatz dazu startet in dem Fall, in dem die gemessene verstrichene Zeit nicht die vorbestimmte Zeit Tx oder mehr ist (NEIN in Schritt S16), die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor mit der Steuerung mit hoher Beschleunigung (Schritt S14) und beendet den Prozess.
Wie aus dem vorstehend beschriebenen Flussdiagramm hervorgeht, misst in dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 einen Stopp auf der Grundlage eines Stoppbefehls macht (normale Stoppsteuerung) (in dem Fall von NEIN in Schritt S12), die Motorsteuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine verstrichene Zeit von dem Stopp bis zu dem Start des Wechselstrommotors 5, berechnet eine Sollbeschleunigung des Rotors, der nachgefolgt wird, wenn der Wechselstrommotor 5 gestartet wird, auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit und steuert die Schalt-Schaltung 30 derart, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.
In dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 erneut gestartet wird, nachdem er ohne Stoppbefehl gestoppt worden ist (Neustartsteuerung) (in dem Fall von JA in Schritt S12), steuert die Motorsteuerungseinheit 40 die Schalt-Schaltung 30 derart, dass der Motor mit einer vorbestimmten Beschleunigung (hohe Beschleunigung) ungeachtet der verstrichenen Zeit gestartet wird.
Anders ausgedrückt steuert in dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 nach einem anormalen Stopp des Wechselstrommotors 5 gestartet wird, die Motorsteuerungseinheit 40 die Schalt-Schaltung 30 derart, dass der Rotor mit einer Beschleunigung (hoher Beschleunigung) gestartet wird, die größer als eine Beschleunigung (niedrige Beschleunigung) des Rotors ist, die in dem Fall verwendet wird, wenn der Wechselstrommotor 5 nach einem normalen Stopp des Wechselstrommotors 5 gestartet wird und die verstrichene Zeit seit dem normalen Stopp bis zu dem Start des Wechselstrommotors 5 die vorbestimmte Zeit Tx oder mehr ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, in dem der Wechselstrommotor 5 nach einem normalen Stopp des Wechselstrommotors 5 gestartet wird, die Beschleunigungssteuerung unter Verwendung von zwei Beschleunigungen, nämlich einer niedrigen Beschleunigung und einer hohen Beschleunigung in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit Toff von dem normalen Stopp bis zu dem Start durchgeführt. Das Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann, wie es in 5 gezeigt ist, die Motorsteuerungseinheit 40 auf der Grundlage der verstrichenen Zeit Toff die Beschleunigung des Rotors in dem Fall berechnen, in dem der Wechselstrommotor 5 nach dessen normalen Stopp gestartet wird, und die Schalt-Schaltung 30 derart steuern, dass der Rotor mit der berechneten Beschleunigung beschleunigt wird.
5 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Beschleunigung, wenn der Motor gestartet wird, und einer Zeit veranschaulicht, die von einem normalen Stopp zu einem erneuten Starten (Neustart) verstrichen ist.
Gemäß 5 startet in dem Fall, in dem die Motorsteuerungseinheit 40 eine Beschleunigungssteuerung durchführt, die einem Graphen 500 nachfolgt, den Wechselstrommotor 5 durch eine Steuerung mit hoher Beschleunigung (hohe Beschleunigung a1), wenn 0 ≤ Toff < Tx/2 gilt, startet den Wechselstrommotor 5 durch eine Steuerung mit mittlerer Beschleunigung (mittlere Beschleunigung a2), wenn Tx/2 ≤ Toff < Tx gilt, und startet den Wechselstrommotor 5 durch eine Steuerung mit niedriger Beschleunigung (niedrige Beschleunigung a3), wenn Tx ≤ Toff gilt. Obwohl die vorstehende Beschreibung des Beispiels gemäß 5 den Fall betrachtet, dass die Beschleunigung in drei Schritten geändert wird, kann die Beschleunigung ebenfalls in vier oder mehr Schritten geändert werden.
Gemäß einem Graphen 510 verringert sich die Beschleunigung proportional zu der Dauer der verstrichenen Zeit Toff. Die Motorsteuerungseinheit 40 startet nämlich in dem Fall, in dem die Motorsteuerungseinheit 40 die dem Graphen 510 nachfolgende Beschleunigungssteuerung durchführt, die Motorsteuerungseinheit 40 den Wechselstrommotor 5 mit einer Beschleunigung, die kleiner wird, wenn die verstrichene Zeit Toff länger wird.
Wirkungen des Ausführungsbeispiels
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, in dem der Motor, der einen anormalen Stopp durchgeführt hat, erneut gestartet wird, der Motor durch eine Steuerung mit hoher Beschleunigung gestartet, um ein Versagen beim Starten zu verhindern. In dem Fall, in dem der Motor einen anormalen Stopp gemacht hat, wird die Steuerung mit hoher Beschleunigung oder die Steuerung mit niedriger Beschleunigung in Abhängigkeit von der Zeit durchgeführt, die von dem Stopp bis zu einem erneuten Starten des Motors verstrichen ist. Auf diese Weise kann der Motor in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Bedingung der Verdichtungseinheit von dem Stopp bis zu dem erneuten Starten des Motors erneut gestartet werden.
In dem Fall, in dem die verstrichene Zeit lang genug ist, um die Druckdifferenz zu beseitigen, gibt es eine niedrige Wahrscheinlichkeit für ein Versagen beim Starten, selbst wenn die Steuerung mit hoher Beschleunigung nicht durchgeführt wird, weshalb die Steuerung mit niedriger Beschleunigung durchgeführt wird. Dementsprechend könnend die Geräusche, die der Motor beim Starten erzeugt, reduziert werden, ohne dass die Startfähigkeit beeinträchtigt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht worden ist, sei bemerkt, dass dies lediglich zur Veranschaulichung und als Beispiel dient, und nicht als Begrenzung verstanden werden soll. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Patentansprüche zu interpretieren.
Vorstehend wurde ein elektrischer Verdichter angegeben, der in der Lage ist, einen Motor in Abhängigkeit von einer Bedingung (einem Zustand) einer Verdichtungseinheit 90 zu starten. Der elektrischer Verdichter weist einen Wechselstrommotor 5, der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und einen Stator aufweist, an dem eine Mehrphasenspule gewickelt ist, und der konfiguriert ist, eine Verdichtungseinheit 9 anzutreiben, sowie ein Umrichtergerät 10 auf, das den Wechselstrommotor 59 steuert. Das Umrichtergerät 10 weist eine Schalt-Schaltung 30, die dem Wechselstrommotor 5 Strom zu zuführt, und eine Steuerungseinheit 40 auf, die die Schalt-Schaltung 30 steuert. Die Steuerungseinheit 40 misst eine verstrichene Zeit von einem Stopp des Wechselstrommotors 5 bis zu einem Start des Wechselstrommotors 5 zur Steuerung der Schalt-Schaltung 30 in Abhängigkeit von einer Last auf der Verdichtungseinheit 9, berechnet eine Sollbeschleunigung des Rotors, der beim Starten des Wechselstrommotors 5 nachgefolgt wird, auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit, und steuert die Schalt-Schaltung 30 derart, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-137069 [0003, 0004]

Claims

Elektrischer Verdichter mit einem Wechselstrommotor (5), der einen Rotor mit einem Permanentmagneten und einen Stator aufweist, an dem eine Mehrphasenspule gewickelt ist, und der konfiguriert ist, eine Verdichtungseinheit (9) anzutreiben, und einem Umrichtergerät (10), das konfiguriert ist, den Wechselstrommotor (59) zu steuern, wobei das Umrichtergerät (10) aufweist: eine Schalt-Schaltung (30), die konfiguriert ist, dem Wechselstrommotor (5) Strom zuzuführen, und eine Steuerungseinheit (40), die konfiguriert ist, die Schalt-Schaltung (30) zu steuern, wobei die Steuerungseinheit (40) konfiguriert ist, eine verstrichene Zeit von einem Stopp des Wechselstrommotors (5) bis zu einem Start des Wechselstrommotors (5) zur Steuerung der Schalt-Schaltung (30) in Abhängigkeit von einer Last auf der Verdichtungseinheit (9) zu messen, eine Sollbeschleunigung des Rotors, der beim Starten des Wechselstrommotors (5) nachgefolgt wird, auf der Grundlage der gemessenen verstrichenen Zeit berechnen, und die Schalt-Schaltung (30) derart zu steuern, dass der Rotor mit der Sollbeschleunigung gestartet wird.
Elektrischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei je länger die verstrichene Zeit ist, umso kleiner die Sollbeschleunigung des Rotors ist.
Elektrischer Verdichter nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit (40) konfiguriert ist, eine normale Stoppsteuerung zum Stoppen des Wechselstrommotors (5) auf der Grundlage eines Stoppbefehls und eine Neustartsteuerung zum erneuten Starten des Wechselstrommotors (5), nachdem der Wechselstrommotor (5) ohne den Stoppbefehl gestoppt worden ist, durchzuführen, und die Neustartsteuerung ein Steuern der Schalt-Schaltung (30) derart, dass der Rotor mit einer vorbestimmten Beschleunigung ungeachtet der verstrichenen Zeit gestartet wird, aufweist.