JP2009264206A

JP2009264206A - 電動コンプレッサの制御装置

Info

Publication number: JP2009264206A
Application number: JP2008113349A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kubo; 貴司久保
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】冷媒を積極的に加温して霜の付着を抑制した電動コンプレッサの制御装置を提供する。
【解決手段】冷媒の温度を検出する温度検出手段を備え、電動コンプレッサは、ヒートポンプ方式により暖房運転を行い、インバータ制御手段は、冷媒の温度が低い場合、インバータのジュール熱によって前記冷媒を加熱することとした。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動コンプレッサの制御装置の技術分野に属する。

特許文献１には、電脳コンプレッサを用いたヒートポンプシステムによって、冷媒をインバータにより加温し、室外機に霜が付着することを防止するとともに、除霜時間の短縮を図っている。
特開２００７−２４００７６号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、積極的に冷媒を加温する方法が開示されておらず、冷媒が低温である場合は霜が付着するとともに、除霜時間が長くなるという問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、冷媒を積極的に加温して霜の付着を抑制した電動コンプレッサの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、冷媒の温度を検出する温度検出手段を備え、電動コンプレッサは、ヒートポンプ方式により暖房運転を行い、インバータ制御手段は、冷媒の温度が低い場合、インバータのジュール熱によって前記冷媒を加熱することとした。

よって、冷媒を積極的に加温して霜の付着を抑制した電動コンプレッサの制御装置を提供できる。

以下、本発明の電動コンプレッサの制御装置を実現するための最良の形態を、実施例に基づいて説明する。

［システム構成］
図１は、実施例１の電動コンプレッサの制御装置を適用したハイブリッド車両(HEV)の空調装置のシステム構成図である。実施例１のハイブリッド車両は、エンジンと電動モータとを駆動源として走行する車両である。
実施例１の空調装置は、コンプレッサ１、室内熱交換器２および室外熱交換器４を配管で連結し、内部に冷媒を封入した冷凍サイクルを備えている。

コンプレッサ１は、U相、V相およびW相による３相交流同期モータ（以下、単にモータと称す。）５により駆動し、駆動時に室外熱交換器４で蒸発した低温低圧のガス冷媒を圧縮して、高温高圧になったガス冷媒を室内熱交換器２に圧送し、冷媒を室内熱交換器２および室外熱交換器４を介して繰返し循環させる。室内熱交換器２は、図外のブロアファンによって供給される冷却空気との熱交換により、コンプレッサ１から送り込まれてきた高温高圧のガス冷媒を冷却し凝縮液化させる。

室外熱交換器４は中温高圧の液冷媒を減圧膨脹させて低温低圧の霧状の冷媒にする。低温低圧の霧状の過冷冷媒を外気より吸熱させ、室外熱交換器４出口では適切な過冷度を持つよう、図外の感温筒のフィードバックにより冷媒流量を調節する。

室内熱交換器２は、外側に図示しないブロアファンにより送られてくる空気を流して霧状冷媒と熱交換させる。

モータ５は、インバータ６の出力する３相交流により駆動し、インバータ６は、電動コンプレッサ制御回路（インバータ制御手段）７の生成したパルス幅変調(以下、PWM)指令信号に応じてモータ５に駆動電圧を出力する。電動コンプレッサ制御回路７は、エアコンコントローラ８からの制御指令に基づいてPWM指令信号を生成する。コンプレッサ１、モータ５、インバータ６および電動コンプレッサ制御回路７は一体化しているため、これらをまとめて電動コンプレッサＡと称する。

エアコンコントローラ８は、入力装置８ａと、室温センサ８ｂと、エアコン制御回路８ｃとを有する。
入力装置８ａは、乗員が所望の車室内温度を設定するもので、設定温度をエアコン制御回路８ｃへと出力する。室温センサ８ｂは、車室内の温度を検出し、エアコン制御回路８ｃへと出力する。エアコン制御回路８ｃは、設定温度と車室内温度との差を無くすような制御指令（モータ５の回転数）を、車両情報（車両状態）を考慮しつつ生成し、電動コンプレッサ制御回路７へ出力する。実施例１では、車両情報として、車速、エンジン回転数を読み込んでいる。

なお、室内熱交換器２および室外熱交換器４は、四方弁３を介して電動コンプレッサＡと接続する。コンプレッサ１は一方向のコンプレッサであり、この四方弁３の連通方向を切り替えることにより、冷媒の流れを正転／逆転させて冷房／暖房を切り替える。コンプレッサ１からの冷媒が室内熱交換器２→室外熱交換器４に至る流れでは暖房（いわゆるヒートポンプ）、室外熱交換器４→室内熱交換器２に至る流れでは冷房となる。

また、電動コンプレッサＡには冷媒の給排を行う吸入ポート２１０および吐出ポート１１０が設けられ、吸入ポート２１０には冷媒の温度を検出する温度センサ９が設けられている。検出された冷媒の温度は電動コンプレッサ制御回路７に出力される。

［電動コンプレッサの構成］
図２は電動コンプレッサＡの斜視図、図３はｘ軸方向断面図である。また、図４は電動コンプレッサＡ内における冷媒の流れを示す図、図５はインバータハウジング３００のｘ軸正方向側正面図である。なお、図４、図５の矢印は冷媒の流れを示す。

なお、電動コンプレッサＡにおけるモータ５の軸方向であって、コンプレッサ１から見てモータ５側をｘ軸正方向とする。また、ｘ軸から見てインバータ６のコネクタ６ａ側をｚ軸正方向、ｘ軸およびｚ軸に直交し、図４の右側をｙ軸正方向とする。

電動コンプレッサＡにはｘ軸正方向側から順にモータ５、コンプレッサ１、インバータ６が配置され、それぞれモータハウジング１００、コンプレッサハウジング２００、インバータハウジング３００に収装されている。電動コンプレッサ制御回路７はインバータとともにインバータハウジング３００に収装される。

モータ５はステータ５１およびロータ５２から形成され、ロータ５２はモータハウジング１００に回転可能に支持される。コンプレッサ１はロータ５２と接続し、ロータ５２によって回転駆動されて冷媒を圧縮する。インバータ６はモータ５への電流を制御する。

コンプレッサハウジング２００には吸入ポート２１０が設けられ、モータハウジング１００には吐出ポート１１０が設けられている。吸入ポート２１０はコンプレッサハウジング２００のｙ軸負方向側に開口し、吐出ポート１１０はモータハウジング１００のｙ軸負方向側に開口する。

インバータハウジング３００の内部には吸入室３１０，３０１が設けられる。吸入室３１０，３０１は冷媒通路３２０を経てコンプレッサハウジング２００の吸入ポート２１０と接続される。

コンプレッサ１によって冷媒は吸入ポート２１０および吸入室３０１，３１０を介して流入し、圧縮されて吐出ポート１１０を介して吐出される。したがって吸入室３０１，３１０はコンプレッサ１の駆動中は常時低温低圧の冷媒にさらされた状態となる。

ここで、インバータハウジング３００の吸入室３０１，３１０には、インバータ６の発熱部６１が近接して設けられている。このためインバータ発熱部６１と吸入室３０１，３１０との熱抵抗は極めて小さく、インバータ発熱部６１はコンプレッサ１の駆動により冷媒によって冷却される構造となっている。

［インバータの回路構成］
図６は、インバータ６の回路構成図である。
インバータ６は、図外のバッテリから印加される直流電力から、モータ駆動用の３相交流電力を生成し、モータ５に印加する電圧型のPWMインバータである。なお、図６では、説明および図面の簡略化のために、U相のみを図示しているが、V相およびW相についてもU相と同様である。

インバータ６は、２つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)１１，１２、および両IGBT１１，１２のそれぞれに対して逆並列に接続したダイオード１３，１４を有する。アッパーIGBT１１とロアIGBT１２は直列に接続し、そのIGBT直列回路は、IGBTドライバ１５と並列に接続している。各IGBT直列回路は、モータ５を駆動するための３相交流電力を各相(U,V,W)に対応する３アーム分の回路を構成する。なお、各アームにおいて、アッパーIGBT１１およびアッパーダイオード１３は上流（アッパー）アーム、ロアIGBT１２およびロアダイオード１４は下流（ロア）アームを構成する。

両IGBT１１，１２は、IGBTドライバ１５によりPWM制御されて、モータ駆動用の３相交流電力を生成する。IGBTドライバ１５は、電動コンプレッサ制御回路７から入力されるPWM指令信号に基づいて、両IGBT１１，１２をそれぞれ所望のタイミングでオン・オフすることにより、モータ５を任意の状態で駆動させるための所望の特性（電流、周波数等）の３相交流駆動電力を生成する。

アッパーアームとロアアームにおいて、IGBTドライバ１５と両IGBT１１，１２との間には、エッジ急峻度切り替え器１６をそれぞれ介装している。このエッジ急峻度切り替え器１６は、並列接続された３つのローパスフィルタ１６ａ，１６ｂ，１６ｃと切り替え器１６ｄとを有している。第１フィルタ１６ａは第２フィルタ１６ｂよりも時定数が大きく、第２フィルタ１６ｂは第３フィルタ１６ｃよりも時定数が大きい。よって、時定数の大小関係は、第１フィルタ１６ａ＞第２フィルタ１６ｂ＞第３フィルタ１６ｃとなる。

切り替え器１６ｄは、各フィルタ１６ａ〜１６ｃとIGBT１１およびIGBT１２との接続を、電動コンプレッサ制御回路７からのスロープ制御信号に応じて選択的に切り替える。図７において、(a)は第１フィルタ選択時のパルス波形、(b)は第２フィルタ選択時のパルス波形、(c)は第３フィルタ選択時のパルス波形であり、エッジ急峻度の大小関係は、(c)＞(b)＞(a)となる。
なお、アッパーアームにおいて、エッジ急峻度切り替え器１６とIGBTドライバ１５との間には、ゲート電圧増幅回路１７を介装し、アッパーIGBT１１のゲート入力電圧を増幅している。

［電流パルス波形変更による霜付着抑制］
ヒートポンプ方式の暖房では外気温から熱を汲み上げるため暖房効率がよいが、コンプレッサ１の作動開始時等、冷媒温度が低い状態では外気から熱を汲み上げるため多くの時間が必要であったり、冷媒温度が低いため室外熱交換器４に霜が付着してしまうおそれがある。

ここで本願では、ヒートポンプにより暖房運転を行う際、インバータ６の発熱部６１をインバータハウジング３００の吸入室３０１，３１０に近接させ、発熱部６１−吸入室３０１，３１０間の熱抵抗を小さくすることにより発熱部６１の熱を冷媒に移動させる。このため冷媒はインバータ６によって熱せられることとなる。

その際、インバータ６が出力する電流のパルス波形を変更することによりインバータ６から発生するジュール熱を増大させ、冷媒の温度上昇を早める。これにより室外熱交換器４への霜の付着が抑制され、付着した場合であっても速やかに除霜される。

パルス電流波形の変更は、上述のように時定数を変更することでエッジ急峻度を変更することにより行う。冷媒の温度によって時定数を変更する（図８参照）。なお、キャリア周波数（パルスの単位時間当たり繰り返し数）を変更することでジュール熱を変更してもよい。図８の数値は一例であって他の数値でもよい。

冷媒の温度が低ければ時定数またはキャリア周波数を大きく設定し、インバータ６から発生するジュール熱を増大させる。冷媒の温度が高ければ時定数またはキャリア周波数を低く設定し、発生するジュール熱を小さく設定する。これにより、冷媒の温度に応じた最適なジュール熱を発生させて室外熱交換器４に霜が付着することを抑制し、付着した場合は除霜を行うものである。

［実施例１の効果］
（１）冷媒の温度を検出する温度センサ９（温度検出手段）を備え、
電動コンプレッサＡは、ヒートポンプ方式により暖房運転を行い、
電動コンプレッサ制御回路７は、冷媒の温度が低い場合、インバータ６のジュール熱によって冷媒を加熱することとした。

これにより、冷媒を積極的に加温して霜の付着を抑制した電動コンプレッサの制御装置を提供することができる。

（２）電動コンプレッサ制御回路７は、冷媒の温度が低い場合、パルス幅のエッジ急峻度を低く設定することによりインバータ６のジュール熱を増加させることとした。

エッジ急峻度の変更により、容易にパルス幅を変調させることができる。

（３）電動コンプレッサ制御回路７は、冷媒の温度が低い場合、パルス幅の単位時間当たり繰り返し数（キャリア周波数）を高く設定することにより、インバータ６のジュール熱を増加させることとした。

上記（２）と（３）を適宜使い分けることで、エッジ急峻度またはキャリア周波数に基づき容易にジュール熱の制御を行うことができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を各実施例に基づき説明したが、本発明の具体的な構成については各実施例の構成に限らず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限りにおいて設計変更や追加等は許容される。

実施例では、互いに時定数の異なる３つのローパスフィルタを切り替えることでパルスのエッジ急峻度を変更する例を示したが、エッジ急峻度の変更方法は任意である。

実施例１の電動コンプレッサの制御装置を適用したハイブリッド車両(HEV)の空調装置のシステム構成図である。電動コンプレッサの斜視図である。電動コンプレッサのｘ軸方向断面図である。電動コンプレッサにおける冷媒の流れを示す図である。インバータハウジングのｘ軸正方向側正面図である。インバータの回路構成図である。時定数を変化させたときのパルス波形を示す図である。冷媒の温度に対する時定数またはキャリア周波数の表である。

符号の説明

１コンプレッサ
２室内熱交換器
３四方弁
４室外熱交換器
５モータ
６インバータ
７電動コンプレッサ制御回路
９温度センサ
５１ステータ
５２ロータ
６１インバータ発熱部
１００モータハウジング
１１０吐出ポート
２００コンプレッサハウジング
２１０吸入ポート
３００インバータハウジング
３０１吸入室
３１０吸入室
３２０コンプレッサへの冷媒通路

Claims

車両に搭載された電動コンプレッサと、
このコンプレッサを駆動するインバータと、
このインバータをパルス幅変調制御するインバータ制御手段と、
前記コンプレッサにより圧縮される冷媒と
を有する電動コンプレッサの制御装置において、
前記冷媒の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記電動コンプレッサは、ヒートポンプ方式により暖房運転を行い、
前記インバータ制御手段は、前記冷媒の温度が低い場合、前記インバータのジュール熱によって前記冷媒を加熱すること
を特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記インバータ制御手段は、前記冷媒の温度が低い場合、前記パルス幅のエッジ急峻度を低く設定することにより、前記インバータのジュール熱を増加させること
を特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記インバータ制御手段は、前記冷媒の温度が低い場合、前記パルスの周波数を高く設定することにより、前記インバータのジュール熱を増加させること
を特徴とする電動コンプレッサの制御装置。