JP2006307720A - 電動圧縮機における電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時における電動圧縮機の運転を停止させることなく電動機のコイルを保護できるようにする。
【解決手段】モータハウジング１８の内部には温度検出器２７が設けられている。温度検出器２７は、コイル２５２の周囲の温度を検出する。電動機Ｍの起動前（電動機Ｍの起動前）の温度検出器２７によって検出された温度Θｘが基準温度Θｏを上回った場合、制御コンピュータＣは、インバータ２６に対してＡｏ×Ｉmaxを上限値（制限値）とした電流供給の制御（制限制御）を遂行する。Ａｏは、０より大きく、１より小さい数値である。制限制御の開始時点からの経過時間Ｔｘが基準時間Ｔｏに達した場合、制御コンピュータＣは、Ａｏ×Ｉmaxを上限値（制限値）とした制限制御から、Ｉmaxを上限値とした非制限制御へ移行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機によって駆動される回転軸の回転に基づく圧縮動作体の圧縮動作によって圧縮室内の冷媒を圧縮して吐出し、前記電動機のコイルを前記冷媒によって冷却する電動圧縮機における電動機制御装置に関する。

電動圧縮機における電動機のコイルを過熱による絶縁破壊等から保護するため、コイルが過熱する前に電動圧縮機の運転を停止させる対策がある。特許文献１に開示の圧縮機では、電動機のコイルの温度を検出する第１の温度検出手段と、第１の温度検出手段の検知温度よりも低い温度を検出する第２の温度検出手段とが用いられている。コイルの温度が第２の温度検出手段の検知温度に達すると、圧縮機の容量を増大させる運転が行われ、コイルの温度が第１の温度検出手段の検知温度を越えると、圧縮機の運転が停止される。
特開２００１−２８０２５９号公報

しかし、電動圧縮機の運転を停止させてしまうと、冷媒の流れが停止してしまう。そのため、コイルの温度低下が遅くなり、電動圧縮機の運転停止状態が長くなってしまう。従って、電動圧縮機の運転を停止させてしまう制御は望ましくない。

電動圧縮機の起動時には吐出容量を最大にする制御（負荷最大運転）を行なうのが通常であるが、起動から暫くの間はコイルを冷却するための冷媒の循環量が十分でない。そのため、電動圧縮機の起動時のコイルの周囲温度が高い場合には、負荷最大運転状態においては、コイルに最大電流値が通電されるために、冷媒によってコイルの温度を低下させるよりも早くコイルの温度が上昇してしまう。その結果、起動してから短い経過時間後にコイル温度が過熱防止のために設定された停止温度に達してしまい、電動圧縮機の運転が停止してしまう。

本発明は、起動時における電動圧縮機の運転を停止させることなく電動機のコイルを保護できるようにすることを目的とする。

本発明は、電動機によって駆動される回転軸の回転に基づく圧縮動作体の圧縮動作によって圧縮室内の冷媒を圧縮して吐出し、前記電動機のコイルを前記冷媒によって冷却する電動圧縮機における電動機制御装置を対象とし、請求項１の発明は、前記電動機のコイルの温度又はコイルの周囲の温度を検出する温度検出手段と、前記電動機の起動前に前記温度検出手段によって検出された温度が予め設定された基準温度に達している場合には、前記コイルに供給される電流の上限値を最大の上限値よりも小さい制限値に制限する制限制御を行なう制限手段とを備えることを特徴とする。

制限手段は、電動機の起動前に検出された温度が基準温度に達している場合には、コイルに供給される電流の上限値を最大の上限値よりも小さい制限値に制限する。従って、起動時における電動圧縮機の運転がすぐに停止されることはなく、最大の上限値よりも小さい制限値にコイル供給電流が制限された状態、すなわち、コイル発熱量が抑制された状態で電動機の運転が継続され、コイル周辺を流れる冷媒によって電動機のコイルの温度を下げることができる。従って、電動圧縮機の起動時のコイルの周囲温度が高い場合にも、電流供給によるコイルの温度上昇よりも早く冷媒によってコイルの温度を低下させることができる。

好適な例では、前記制限値は、制限制御が行われている間は一定値に保たれる。
制限値を一定とする制限制御では、コイルの温度を下げるための制限値の選択が容易である。さらに、制限制御の間は、一定の制限値による制限制御が継続されるため、制限制御の間に制限値を徐々に増加させるのに比べて、コイルの温度上昇を確実に抑制することができる。

好適な例では、前記制限値は、前記制限制御の開始時から予め設定された所定時間の経過時点までの少なくとも一部で増大してゆく。
制限値を増大してゆく制限制御では、冷媒の流れが速くなってゆくので、コイルの温度を早く下げることができる。また、制限値を制限制御の間一定とするのに比べて、電動圧縮機の効率を向上させることができる。

好適な例では、前記制限手段は、前記制限制御の開始時から予め設定された基準時間の経過後に前記制限制御を解除する。
制限制御の開始時から予め設定された基準時間の経過後に制限制御を解除する制御では、コイルの温度を下げるための制限期間の選択が容易である。

好適な例では、前記電動圧縮機は、前記電動機に電流を供給するインバータと、前記インバータの温度を検出する温度検出手段とを備え、前記インバータの温度を検出する温度検出手段は、前記コイルの周囲の温度を検出する温度検出手段を兼ねる。

インバータの温度を検出する温度検出手段によってコイルの周囲の温度を検出する構成は、コストに関して有利である。

本発明は、起動時における電動圧縮機の運転を停止させることなく電動機のコイルを保護できるようにすることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明をスクロール型電動圧縮機に具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
スクロール型電動圧縮機１０を構成する可動スクロール１１は、電動機Ｍを構成する回転軸１２の回転によって旋回し、圧縮動作体としての可動スクロール１１と固定スクロール１３との間の圧縮室１４が容積減少する。圧縮室１４内の冷媒は、吐出ポート１５から吐出弁１６を押し退けて吐出室１７へ吐出される。

吐出室１７とモータハウジング１８内の吸入室１８１とは、外部冷媒回路１９によって接続されている。外部冷媒回路１９上には、冷媒から熱を奪うための熱交換器２０、膨張弁２１、及び周囲の熱を冷媒に移すための熱交換器２２が介在されている。吐出室１７の冷媒は、外部冷媒回路１９へ流出し、外部冷媒回路１９へ流出した冷媒は、吸入室１８１へ還流する。吸入室１８１へ導入された冷媒は、吸入ポート２３を経由して圧縮室１４へ吸入される。

電動機Ｍを構成するロータ２４は、回転軸１２に止着されており、電動機Ｍを構成するステータ２５は、モータハウジング１８の内周面に固定されている。ロータ２４は、回転軸１２に止着されたロータコア２４１と、ロータコア２４１の周面に設けられた複数の永久磁石２４２とからなる。ロータコア２４１の周方向に隣り合う永久磁石２４２同士は、ステータ２５に対向する側の磁極が異なるようにしてある。

電動機Ｍを構成するステータ２５は、円環状のステータコア２５１と、ステータコア２５１に巻き付けられたコイル２５２とからなる。ロータ２４は、コイル２５２への通電によって回転し、回転軸１２は、ロータ２４と一体的に回転する。コイル２５２への通電は、インバータ２６（図示略）によって行われる。

モータハウジング１８の内部には温度検出器２７が設けられている。温度検出器２７は、コイル２５２の周囲の温度を検出する。温度検出手段としての温度検出器２７によって検出された温度情報は、制御コンピュータＣへ送られる。制御コンピュータＣは、温度検出器２７によって検出された温度情報に基づいて、電動機Ｍへ電流を供給するインバータ２６の電流供給を制御する。

制御コンピュータＣには空調装置作動スイッチ２８、室温検出器２９及び室温設定器３０が信号接続されている。空調装置作動スイッチ２８がＯＮ状態にある場合、制御コンピュータＣは、室温設定器３０によって設定された目標室温と、室温検出器２９によって検出された検出室温との温度差に基づいて、インバータ２６における電流供給を制御する。

図２は、電動機Ｍのコイル２５２に対する電流供給制御プログラムを表すフローチャートであり、制御コンピュータＣは、図２のフローチャートで示す電流供給制御を遂行する。以下、制御コンピュータＣによる電流供給制御を説明する。

制御コンピュータＣは、空調装置作動スイッチ２８のＯＮに伴う起動指令の入力に待機している（ステップＳ１）。起動指令が入力されると（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、電動機Ｍの起動前に温度検出器２７によって検出された温度Θｘの情報を取り込む（ステップＳ２）。制御コンピュータＣは、予め設定された基準温度Θｏと検出温度Θｘとの大小比較を行なう（ステップＳ３）。なお、基準温度Θｏはコイル２５２の焼損を防止するための保護温度よりも低く設定されている。検出温度が基準温度Θｏ以下である場合（ステップＳ３においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、インバータ２６に対してＩmaxを上限値（制限値）とした電流供給の制御（非制限制御）を遂行する（ステップＳ４）。Ｉmaxは、コイル２５２に供給可能な電流の最大値（最大の上限値）であり、目標室温と検出室温との温度差が大きい場合には電流値Ｉmaxの供給も含む電流供給制御（非制限制御）が開始される。

そして、制御コンピュータＣは、空調装置作動スイッチ２８のＯＦＦに伴う運転停止指令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ５）。運転停止指令が入力されない場合（ステップＳ５においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ４へ移行して非制限制御を継続する。運転停止指令が入力された場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、電動機Ｍの作動を停止させる（ステップＳ６）。これによりスクロール型電動圧縮機１０の運転が停止する。

電動機Ｍの起動前に検出された検出温度Θｘが基準温度Θｏを上回った場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、インバータ２６に対してＡｏ×Ｉmaxを上限値（制限値）とした電流供給の制御（制限制御）を遂行する（ステップＳ７）。Ａｏは、０より大きく、１より小さい数値であり、上限値（制限値）Ａｏ×Ｉmax以下の電流供給制御が開始される。制御運転中には、目標室温と検出室温との温度差が大きい場合であっても、コイル２５２にはＡｏ×Ｉmax以上の電流は供給されない。図１（ｂ）のグラフにおける横軸は、時間を表し、縦軸は、最大の上限値Ｉmaxに掛けられる係数Ａ（Ａは、０より大きく、１以下の数値）を表す。直線Ｅ１は、Ａ＝Ａｏを示し、直線Ｅ２は、Ａ＝１を示す。

制御コンピュータＣは、制限制御の開始時点からの経過時間Ｔｘが予め設定された基準時間Ｔｏに達したか否かを判断する（ステップＳ８）。経過時間Ｔｘが基準時間Ｔｏに達していない場合（ステップＳ８においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、空調装置作動スイッチ２８のＯＦＦに伴う運転停止指令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ９）。運転停止指令が入力されない場合（ステップ９においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ７へ移行して制限制御を継続する。運転停止指令が入力された場合（ステップ９においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ６へ移行して運転を停止させる。

経過時間Ｔｘが基準時間Ｔｏに達した場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、Ａｏ×Ｉmaxを上限値（制限値）とした制限制御から、Ｉmaxを上限値とした非制限制御（ステップＳ４）へ移行する。そして、制御コンピュータＣは、運転停止指令が入力されない場合には（ステップＳ５においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ４へ移行して非制限制御を継続し、運転停止指令が入力された場合には（ステップＳ５においてＹＥＳ）、スクロール型電動圧縮機１０の運転を停止させる（ステップＳ６）。

制御コンピュータＣは、温度検出器２７によって検出された温度が予め設定された基準温度Θｏに達した場合には、コイル２５２に供給される電流の上限値を最大の上限値よりも小さい制限値に制限する制限制御を行なう制限手段である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１−１）スクロール型電動圧縮機１０の起動前（電動機Ｍの起動前）のコイル２５２の周囲温度（検出温度Θｘ）が基準温度Θｏに達している場合には、コイル２５２に供給される電流の上限値は、最大の上限値Ｉmaxよりも小さい制限値Ａｏ×Ｉmaxに制限される。従って、起動時においてスクロール型電動圧縮機１０の運転がすぐに停止されることはない。しかも、Ａｏの値を適宜に選択することにより、冷媒の循環がコイル２５２の周辺にまで行き届くまでの間におけるコイル２５２の温度上昇がコイル２５２への供給電流を制限値Ａｏ×Ｉmax以下に制限することによって抑制される。冷媒の循環がコイル２５２の周辺にまで行き届くと、モータハウジング１８内を流れる冷媒によってコイル２５２の温度が下げられる。その結果、コイル２５２の温度が高くなり過ぎることはない。

（１−２）一定値である制限値Ａｏ×Ｉmax（つまり、Ａｏが一定）及び基準時間Ｔｏは、実験によって決定できる。例えば、スクロール型電動圧縮機１０の起動前におけるコイル２５２の周囲の温度（温度検出器２７によって検出される温度）を考え得る最大温度に設定しておき、一定の制限値Ａｏ×Ｉmaxの電流を流してみる。一定の制限値Ａｏ×Ｉmaxの電流を流しても、コイル２５２の温度が安全と見なし得る最大温度（保護温度）以下に抑制されるならば、このときの制限値Ａｏ×Ｉmaxを採用すると共に、起動時から冷媒の循環が行き届くまでの時間を基準時間Ｔｏとして採用することができる。制限値Ａｏ×Ｉmaxを一定としたこのような実験による制限値Ａｏ×Ｉmaxの特定（選択）は容易であり、制限値Ａｏ×Ｉmaxを一定とする制御では、コイル２５２の温度の上昇を最大の安全温度以下に抑制するための制限値の選択が容易である。又、実験による基準時間Ｔｏの特定（選択）は容易であり、制限制御の開始時から基準時間Ｔｏの経過後に制限制御を解除する制御では、コイル２５２の温度の上昇を最大の安全温度以下に抑制するための基準時間の選択が容易である。さらに、制限制御の開始時から基準時間Ｔｏの経過までは、制限値Ａｏ×Ｉmaxによる制限制御が継続されるため、後述する別の実施形態のように制限値を徐々に増加させるのに比べて、確実にコイル２５２の温度上昇を抑制することができる。

次に、図３，４のフローチャートで示す第２の実施形態を説明する。装置構成は第１の実施形態の場合と同じであるが、制御コンピュータＣの制御機能は第１の実施形態の場合と異なる。

第２の実施形態では、ステップＳ１からステップＳ４までの過程、及びステップＳ１からステップＳ９までの過程は、第１の実施形態の場合と同じであるが、ステップＳ４から後の過程が第１の実施形態の場合と異なる。

ステップＳ４の後、制御コンピュータＣは、温度検出器２７〔図１（ａ）参照〕によって検出された温度Θｘの情報を取り込む（ステップＳ１０）。制御コンピュータＣは、予め設定された基準温度Θｏと検出温度Θｘとの大小比較を行なう（ステップＳ１１）。検出温度Θｘが基準温度Θｏ以下である場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、空調装置作動スイッチ２８〔図１（ａ）参照〕のＯＦＦに伴う運転停止指令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１２）。運転停止指令が入力されない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ４へ移行して非制限制御を継続する。運転停止指令が入力された場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、スクロール型電動圧縮機１０の運転を停止させる（ステップＳ１２）。

検出温度Θｘが基準温度Θｏを上回った場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、インバータ２６に対してＡ１×Ｉmax（Ａ１≠Ａｏ）を上限値とした電流供給の制御（制限制御）を遂行する（ステップＳ１３）。Ａ１は、例えばＡｏよりも大きく、１よりも小さい値に設定される。

ステップＳ１３の後、制御コンピュータＣは、運転停止指令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１４）。運転停止指令が入力された場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、スクロール型電動圧縮機１０の運転を停止させる（ステップＳ１２）。運転停止指令が入力されない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、検出温度Θｘの情報を取り込む（ステップＳ１５）。制御コンピュータＣは、予め設定された基準温度Θ１（≠Θｏ）と検出温度Θｘとの大小比較を行なう（ステップＳ１６）。Θ１は、例えばΘｏよりも小さい値に設定される。検出温度Θｘが基準温度Θ１を越える場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１３へ移行してＡ１×Ｉmaxを上限値とした制限制御を継続する。

検出温度Θｘが基準温度Θｏ以下である場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、インバータ２６に対してＡ１×Ｉmaxを上限値とした制限制御からＩmaxを上限値とした非制限制御へ移行する（ステップＳ１７）。そして、制御コンピュータＣは、運転停止指令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１８）。運転停止指令が入力されない場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、ステップＳ１５へ移行する。運転停止指令が入力された場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、スクロール型電動圧縮機１０の運転を停止させる（ステップＳ１２）。

第２の実施形態では、スクロール型電動圧縮機１０の起動時（電動機Ｍの起動時）における制限制御は、第１の実施形態の場合と同じであるが、その後の運転時には、検出温度Θｘが基準温度Θ１を越えたときに制限制御が行われる。つまり、制御コンピュータＣは、起動時における制限制御又は非制限制御の選択のみならず、これ以後の運転時においてもコイル２５２の周囲の温度の検出に基づいて制限制御又は非制限制御の選択を行なう。従って、起動時のみならず、以後の運転時におけるコイル２５２の過熱も運転停止することなく防止することができる。

本発明では以下のような実施形態も可能である。
（１）図５に線Ｅ３で示すように、係数Ａを制限制御の開始時から徐々に増大してゆき、最終的にＡ＝１となるようにしてもよい。上限値Ａ×Ｉmax（制限値）を制限制御の開始時から予め設定された基準時間Ｔ１（＜Ｔｏ）の経過時点まで増大してゆく制御では、冷媒の流れが速くなってゆくので、コイル２５２の温度を早く下げることができる。また、係数Ａを一定とするのに比べて、電動圧縮機の効率を向上させることができる。

（２）起動時には第１の実施形態の場合のように制限制御を行ない、その後の運転時には図５に示す実施形態の場合のように制限制御を行なうようにしてもよい。
（３）図６に曲線Ｅ４で示すように、制限制御の開始時から予め設定された基準時間の経過時点までの一部でのみ制限値を増大してゆくようにしてもよい。

（４）図７に示すように、モータハウジング１８にインバータ２６を装着し、インバータ２６の過熱を防止するためにインバータ２６の温度を検出する温度検出器３１によってコイル２５２の周囲の温度を検出する手段を兼ねるようにしてもよい。制御コンピュータＣは、温度検出器３１によって検出された温度に基づいて、コイル２５２の温度、又はコイル２５２の周囲の温度（モータハウジング１８内の冷媒の温度）を推定する。推定された温度が基準温度Θｏを越える場合には、制限制御が行われる。インバータ２６の温度を検出する温度検出手段としての温度検出器３１によってコイル２５２の周囲の温度を検出する構成は、コストに関して有利である。

（５）コイル２５２の温度を直接検出するようにしてもよい。
（６）本発明をピストン式電動圧縮機に適用してもよい。
（７）本発明を可変容量型電動圧縮機に適用してもよい。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、スクロール型電動圧縮機全体の側断面図。（ｂ）は、制限制御を説明するためのグラフ。 電流供給制御プログラムを表すフローチャート。 第２の実施形態を示すフローチャート。 第２の実施形態を示すフローチャート。 別の実施形態を示すグラフ。 別の実施形態を示すグラフ。 別の実施形態を示す部分側断面図。

符号の説明

１０…スクロール型電動圧縮機。１１…圧縮動作体としての可動スクロール。１２…回転軸。１４…圧縮室。２５２…コイル。２６…インバータ。２７，３１…温度検出手段としての温度検出器。Ｍ…電動機。Ｃ…制限手段としての制御コンピュータ。Θｏ，Θ１…基準温度。Θｘ…検出温度。Ｉmax…最大の上限値。

Claims (5)

1. 電動機によって駆動される回転軸の回転に基づく圧縮動作体の圧縮動作によって圧縮室内の冷媒を圧縮して吐出し、前記電動機のコイルを前記冷媒によって冷却する電動圧縮機における電動機制御装置において、
   前記電動機のコイルの温度又はコイルの周囲の温度を検出する温度検出手段と、
   前記電動機の起動前に前記温度検出手段によって検出された温度が予め設定された基準温度に達している場合には、前記コイルに供給される電流の上限値を最大の上限値よりも小さい制限値に制限する制限制御を行なう制限手段とを備えた電動圧縮機における電動機制御装置。
2. 前記制限値は、制限制御が行われている間は一定値に保たれる請求項１に記載の電動圧縮機における電動機制御装置。
3. 前記制限値は、前記制限制御の開始時から予め設定された所定時間の経過時点までの少なくとも一部で増大してゆく請求項１に記載の電動圧縮機における電動機制御装置。
4. 前記制限手段は、前記制限制御の開始時から予め設定された基準時間の経過後に前記制限を解除する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動圧縮機における電動機制御装置。
5. 前記電動圧縮機は、前記電動機に電流を供給するインバータと、前記インバータの温度を検出する温度検出手段とを備え、前記インバータの温度を検出する温度検出手段は、前記コイルの周囲の温度を検出する温度検出手段を兼ねる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動圧縮機における電動機制御装置。

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