JP2009138521A

JP2009138521A - 電動圧縮機の制御方法

Info

Publication number: JP2009138521A
Application number: JP2007312168A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shibuya; 誠渋谷
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2228536A4; US20100246083A1; EP2228536B1; CN101883925B; CN101883925A; EP2228536A1; WO2009072384A1

Abstract

【課題】インバータの付属部品の大型化を防止することにより電動圧縮機のコストアップ、大型化を防止しつつ、高温環境下等の使用に際しても付属部品の不具合を防止可能な電動圧縮機の制御方法を提供する。
【解決手段】駆動源としての電動モータを制御するインバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機の制御方法において、前記インバータの付属部品の温度を取得し、該取得温度が前記付属部品の最大定格温度以上になった場合またはなっていた場合に、該取得温度において通電可能な電流を算出し、入力電流が前記通電可能な電流以下になるように電動圧縮機の回転数を制限制御し、前記付属部品の温度が、最大定格温度未満に低下した場合に前記制限制御を解除することを特徴とする電動圧縮機の制御方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源としての電動モータを制御するインバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機、とくに車両用空調装置の圧縮機に好適な電動圧縮機の制御方法に関する。

従来、電動モータを制御するインバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機（たとえば、特許文献１、２）においては、インバータの付属部品である平滑コンデンサ、ＥＭＣフィルタ（電磁的適合性のためのフィルタ）用のコイルやコンデンサは、高温環境下の使用においても、最大電流が流れた場合においても不具合が生じないよう設計されている。つまり、通常の使用環境で流れる電流ではなく、高温環境下や最大電流が流れても不具合が生じないような仕様の付属部品が用いられている。

しかし、高温環境下や最大電流が流れた場合に付属部品に不具合が生じないように付属部品を設計、選定する場合には、付属部品自身が大型化する。また、これに伴い各付属部品を接続し電気回路を構成するハーネスも大型化する。このため、電気回路のコストアップ、重量増加は避けられず、ひいては電動圧縮機のコストアップ、大型化を招くおそれがある。また、これに伴い車両等への搭載の自由度が低下するおそれがある。
特開２００２−２４３２４６号公報特開２００７−２１６８１８号公報

そこで、本発明の課題は、インバータの付属部品の大型化を適切に防止することにより、電動圧縮機のコストアップ、大型化を防止しつつ、高温環境下等の使用に際しても付属部品の不具合の発生を防止可能な電動圧縮機の制御方法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の制御方法は、駆動源としての電動モータを制御するインバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機の制御方法において、前記インバータの付属部品の温度を取得し、該取得温度が前記付属部品の最大定格温度以上になった場合またはなっていた場合に、該取得温度において通電可能な電流を算出し、入力電流が前記通電可能な電流以下になるように電動圧縮機の回転数を制限制御し、前記付属部品の温度が、最大定格温度未満に低下した場合に前記制限制御を解除することを特徴とする方法からなる。このような制御方法においては、取得された付属部品の温度に応じて、該付属部品に対する通電可能な電流が算出され、実際の入力電流が算出された電流以下になるように電動圧縮機の回転数が制限制御される。たとえば、夏季等に電動圧縮機のインバータの付属部品の温度が該付属部品の最大定格温度以上になっていた場合には、電動圧縮機の回転数の制限制御が実施されるので、電動圧縮機への通電による温度上昇が抑制され、それ以上の温度上昇は抑制される。また、電動圧縮機の運転が開始されると、付属部品は吸入冷媒により冷却されやがて最大定格温度以下になるので、上記制限制御の解除が可能となり、通常の目標回転数への制御が可能となる。したがって、付属部品の設計に際しては、通常運転時の電流を基準に設計しても不具合が発生しないようにすることが可能になる。

上記付属部品の温度は、たとえば付属部品の近傍に設けられた温度センサにより取得することができる。また、上記付属部品の温度は、電動圧縮機内部のインバータが搭載される空間に設置された温度センサと、その際に付属部品に流れる電流とから推定し、該推定値を付属部品の温度として制限制御の判定に供してもよい。

上記インバータの付属部品としては平滑コンデンサ、ＥＭＣフィルタ（電磁的適合性）のコイルまたはコンデンサ等を挙げることができる。

本発明に係る電動圧縮機の制御方法が適用される電動圧縮機は、とくに車両用空調装置の冷凍サイクルに好適なものである。

本発明に係る電動圧縮機の制御方法によるときは、インバータの付属部品が最大定格温度に達した際または達していた際には、入力電流が通電可能電流以下になるように電動圧縮機の回転数が制限制御されるので、付属部品が長時間最大定格温度以上に過熱されるような不具合が確実に防止される。また、付属部品の設計、選定等に際しては、最大電流時ではなく通常運転時の電流を基準に付属部品を設計すればよいので、付属部品の大型化を回避でき、回路ひいては装置の軽量化、小型化を達成できる。

また、上記付属部品の温度は、付属部品の近傍に設けられて温度センサで取得した温度データ、または電動圧縮機内部のインバータが搭載される空間に設けられた温度センサにより検出した空間の温度と、その際付属部品に流れる電流から推定した温度データを制限制御の判定情報として活用することができるので、制限制御の判定に必要な温度情報を容易に取得でき、インバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機に対し、本発明に係る制御方法を確実に適用できる。

以下に、本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電動圧縮機の制御方法が実施される電動圧縮機を示している。図１において、１は電動圧縮機を示している。なお、図１に示す電動圧縮機１は、車両（たとえば、自動車）用空調装置の冷凍サイクルに適用される電動圧縮機に構成されている。電動圧縮機１は、吐出ハウジング２と中間ハウジング３と吸入ハウジング４とを有している。吐出ハウジング２内には、固定スクロール部材５と可動スクロール部材６が組み合わされた圧縮機構部７が設けられている

可動スクロール部材６の背面には、クランク機構８を介して回転軸９の一端側が接続されている。回転軸９は、電動圧縮機１の駆動源としての電動モータ１０に接続されており、電動モータ１０は回転軸９と一体回転するロータ１１と、該ロータ１１の外側に設けられたステータ１２とを有している。

電動モータ１０の回転数は、インバータ１３により制御されるようになっており、インバータ１３は吸入ハウジング４内の空間１４内に搭載されている。インバータ１３には、図６に示すように一対のスイッチング素子２１が３組、合計６個設けられている。空間１４内には、本実施態様では、ＥＭＣフィルタ用のコンデンサ１６とコイル１７、平滑コンデンサ１６ａを有するフィルタ回路１５が設けられている。また、空間１４内には、該空間１４内の温度を検出する温度センサ１８が設けられている。なお、フィルタ回路１５は図６の構成に限定されるものではなく図７〜図１０に示すように各種形態に構成することも可能である。電源２３からの電流が、フィルタ回路１５を介して適切な電流波形に調整され、インバータ制御装置２２によって制御されるインバータ１３を介して所定の周波数に制御された電流が電動モータ１０へ供給される。

上記のような電動圧縮機１においては、吸入ハウジング４に設けられた吸入ポート１９から吸入された冷媒が圧縮機構部７に送られ圧縮された後、吐出ハウジング２に設けられた吐出ポート２０から吐出されるようになっている。また、吸入ポート１９から内部に吸入された冷媒の一部は空間１４内に流入し、インバータ１３、フィルタ回路１５の平滑コンデンサ１６等が冷却されるようになっている。

上記のような電動圧縮機１においては、インバータ１３の付属部品（たとえば、平滑コンデンサ１６ａ等、以下付属部品と言う。）の温度を取得し、該取得温度が付属部品の最大定格温度以上になった場合またはなっていた場合に、該取得温度において付属部品に通電可能な電流を算出し、入力電流が通電可能な電流以下になるように電動圧縮機１の回転数を制限制御し、付属部品の温度が、最大定格温度未満にまで低下したときに制限制御が解除されるようになっている。たとえば、図２は、電動圧縮機１の付属部品の温度Ｔが最大定格温度Ｔ_１（付属部品限界温度）に達した場合の制限制御のタイミングを示している。つまり、図２において、付属部品の温度Ｔが付属部品限界温度Ｔ_１に達すると、該取得温度において付属部品に通電可能な電流が算出され、付属部品への入力電流が通電可能な電流（電流制限値）以下になるように電動圧縮機１の回転数が制限制御される。そして、回転数の制御に伴い付属部品の温度Ｔが、最大定格温度Ｔ_１未満に低下し、さらに制限運転解除温度Ｔ_２に達した場合に制限制御が解除されるようになっている。

また、夏季等において車両が炎天下に放置された場合には、電動圧縮機１の運転開始時に既に付属部品の温度Ｔが最大定格温度Ｔ_１以上に達している場合もある。このような場合においては、図３に示すように、運転開始と同時に電動圧縮機１の回転数が指示回転数以下に制限制御される。そして、回転数の制御に伴い付属部品の温度Ｔが、最大定格温度Ｔ_１未満に低下し、さらに制限運転解除温度Ｔ_２に達した場合に制限制御が解除されるようになっている。

具体的には図６に示すようにインバータ１３に接続されるインバータ制御装置２２により制限制御が実施される。該インバータ制御装置２２には、以下のような温度判定回路および回転数指示回路が組み込まれているか、別途設けた制御装置（図示略）によりインバータ制御装置２２が制御される。

まず、図４を用いて温度判定制御フローについて説明する。本発明に係る制御方法においては、該フローにより温度判定がなされ制限制御されるようになっている。本実施態様においては、付属部品の温度Ｔは、空間１４内の温度センサ１８により検出された温度と該付属部品に実際に流れている電流（入力電流）から付属部品の温度Ｔが推定され取得温度として温度判定に供されるようになっている。温度判定回路がスタートすると（ステップＳ１）、現時点において電流制限制御中であるか否かが判定される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、電流制限制御中でないと判定された場合には、付属部品の温度Ｔが最大定格温度Ｔ_１を超えているか否かが判定される（ステップＳ３）。ステップＳ３において、付属部品の温度Ｔが最大定格温度Ｔ_１をこえている判定された場合には、直ちに電流制限指示（ステップＳ４）がなされ、温度判定を終了する（ステップＳ７）。一方、ステップＳ３において、付属部品の温度Ｔが最大定格温度Ｔ_１を超えていないと判定された場合には、電流制限指示（ステップＳ４）は行なわれず温度判定が終了する（ステップＳ７）。また、ステップＳ２において、現時点において電流制限制御中であると判定された場合には、付属部品の温度Ｔが制限運転解除温度Ｔ_２まで低下したか否かが判定される（ステップＳ５）。ステップＳ５において、付属部品の温度Ｔが制限運転解除温度Ｔ_２まで低下したと判定された場合には、電流制限解除指示（ステップＳ６）がなされ、温度判定が終了する（ステップＳ７）。一方、ステップＳ５において、付属部品の温度Ｔが制限運転解除温度Ｔ_２まで低下していないと判定された場合には、電流制限解除指示（ステップＳ６）はなされず温度判定を終了する（ステップＳ７）。

次に、図５を用いて電動圧縮機１の回転数指示制御フローについて説明する。回転数指示フローがスタートすると（ステップＳ１１）、まず温度制限中（上記制限制御中）であるか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において温度制限中であると判定された場合には、付属部品の温度Ｔの取得（ステップＳ１３）、入力電流の決定（ステップＳ１４）を経て制限回転数が決定される（ステップＳ１５）。続いて、ステップＳ１５において決定された制限回転数と要求回転数が比較される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、制限回転数が要求回転数未満であると判定された場合には、制限回転数を指示回転数として指示し（ステップＳ１７）、回転数指示フローを終了する（ステップＳ１９）。一方、ステップＳ１６において、制限回転数が要求回転数を超えていると判定された場合には、要求回転数を指示回転数として指示し（ステップＳ１８）、回転数指示回路を終了する（ステップＳ１９）。また、ステップＳ１２において、制限制御中でないと判定された場合にも、要求回転数を指示回転数として指示し（ステップＳ１８）、回転数指示フローが終了する（ステップＳ１９）。

上記本発明に係る電動圧縮機の制御方法においては、取得された付属部品の温度Ｔに応じて、該付属部品に対する通電可能な電流が算出され、実際の入力電流は算出された電流以下になるように電動圧縮機の回転数が制限制御される。したがって、夏季等に電動圧縮機のインバータの付属部品の温度が最大定格温度Ｔ_１以上になった場合には、電動圧縮機１の回転数の制限制御が実施され、それ以上の付属部品の温度Ｔの上昇が抑制される。また、電動圧縮機１の運転が開始されると、付属部品は吸入冷媒により速やかに冷却され最大定格温度Ｔ_１以下になるので、上記制限制御を解除できる。したがって、付属部品の過熱による不具合の発生を確実に防止できる。また、このような制御によれば付属部品の設計、選定等に際しては、通常運転時の電流を基準に付属部品を設計すればよくなるので、付属部品ひいては電動圧縮機の小型化、軽量化に寄与することができる。

なお、上記実施態様においては、付属部品である平滑コンデンサの温度を取得し制限制御する態様について示したが、ＥＭＣフィルタのコンデンサやコイルの温度を取得し制限制御する態様を採用することも可能である。

本発明に係る電動圧縮機の制御方法は、インバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機に適用可能であるが、とくに高温下に放置され易い車両用空調装置の電動圧縮機制御方法に好適なものである。

本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法が実施される電動圧縮機の縦断面図である。本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法における制限制御のタイミングを示すチャート図である。図２とは別の電動圧縮機の制御方法における制限制御のタイミングを示すチャート図である。本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法の温度判定制御の一例を示すフロー図である。本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法の回転数指示制御の一例を示すフロー図である。本発明の一実施態様に係る電動圧縮機の制御方法が実施される電動圧縮機のインバータおよびフィルタ回路を示す回路図である。図６とは別の態様のフィルタ回路を示す回路図である。図６、図７とは別の態様のフィルタ回路を示す回路図である。図６〜図８とは別の態様のフィルタ回路を示す回路図である。図６〜図９とは別の態様のフィルタ回路を示す回路図である。

符号の説明

１電動圧縮機
２吐出ハウジング
３中間ハウジング
４吸入ハウジング
５固定スクロール部材
６可動スクロール部材
７圧縮機構部
８クランク機構
９回転軸
１０電動モータ
１１ロータ
１２ステータ
１３インバータ
１４空間
１５フィルタ回路
１６コンデンサ
１６ａ平滑コンデンサ
１７コイル
１８温度センサ
１９吸入ポート
２０吐出ポート
２１スイッチング素子
２２インバータ制御装置
２３電源

Claims

駆動源としての電動モータを制御するインバータが一体的に組み付けられた電動圧縮機の制御方法において、前記インバータの付属部品の温度を取得し、該取得温度が前記付属部品の最大定格温度以上になった場合またはなっていた場合に、該取得温度において通電可能な電流を算出し、入力電流が前記通電可能な電流以下になるように電動圧縮機の回転数を制限制御し、前記付属部品の温度が、最大定格温度未満に低下した場合に前記制限制御を解除することを特徴とする電動圧縮機の制御方法。
前記付属部品の温度を付属部品の近傍に設けられた温度センサにより取得する、請求項１に記載の電動圧縮機の制御方法。
前記付属部品の温度を電動圧縮機内部のインバータが搭載される空間に設置された温度センサと、付属部品に流れる電流から推定して取得する、請求項１に記載の電動圧縮機の制御方法。
前記付属部品が平滑コンデンサ、ＥＭＣフィルタ用のコイルまたはコンデンサである、請求項１〜３のいずれかに記載の電動圧縮機の制御方法。
前記電動圧縮機が車両用空調装置の圧縮機からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の電動圧縮機の制御方法。