JP2012205459A

JP2012205459A - 電動コンプレッサ

Info

Publication number: JP2012205459A
Application number: JP2011070053A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Higuchi; 一成樋口; Hirotomo Tsukahara; 大朋塚原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止する電動コンプレッサを提供する。
【解決手段】高電圧電源１４０と接続する電源コネクタ１３０と、パワー素子１１６との間を接続する電源ライン１１１に電圧検出部１１２を設け、制御部１１４が、電圧検出部１１２によって一定時間毎に検出される電圧値のうち、隣接する２点間の電圧差が電圧値の降下を示しているか否かを判定する。制御部１１４は、電圧値が降下していると判定した場合、高電圧電源１４０の接続が解除されたものと検知し、コンデンサ１１３の放電処理を駆動回路１１５に指示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の空調設備に採用される電動コンプレッサに関する。

一般に、車両の空調設備として、コンプレッサは必須の構成部品であり、車内の空調を快適に保つことに寄与している。コンプレッサには、エンジンで直接駆動するエンジン駆動コンプレッサや、モータで駆動する電動コンプレッサなどがある。

一方、近年、環境性能を重視した車両の開発が盛んに行われており、例えば、アイドリング中にエンジンを停止する、いわゆるアイドリングストップなどの機能が知られている。アイドリングストップ機能を搭載した車両では、車両停車中にエンジンを停止することから、このような車両にエンジン駆動コンプレッサを採用してしまうと、コンプレッサはエンジンの駆動に連動するため、車内の空調を快適に保つことが困難になる。このため、アイドリングストップ機能を搭載した車両には、電動コンプレッサを採用することにより、エンジンの駆動に依存せず、車内の空調を快適に保つようにしている。

このような電動コンプレッサとして、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。特許文献１に開示の電動コンプレッサ１０は、図１に示すように、モータ部１１の駆動を制御するモータ制御部１２がモータ部１１へ供給する電流を制御する制御部１３を有し、制御部１３が電源１４とハーネス１５を介して接続されている。また、この電動コンプレッサ１０は、ハーネス１５と制御部１３との接続、すなわち、電源１４の接続が解除されたことを検知する検知部１６を有しており、検知部１６は、具体的には、制御部１３に印加されたハーネス１５間の電圧の電位差がモータ部１１を通常運転可能な電圧である第１閾値よりも小さいとき、電源１４の接続が解除されたと検知する。

そして、例えば、電動コンプレッサ１０の修理または点検の際に、検知部１６が電源接続の解除を検知した場合、電源１４の供給を受けていたモータ制御部１２内のコンデンサ１７の残留電圧を貯留又は放電させることにより、コンデンサ１７の残留電圧による感電を防止することができる。

特開２０１０−９６１２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の電動コンプレッサでは、制御部に印加された電圧がモータ部を通常運転可能な電圧である第１閾値よりも小さくなるまで、換言すれば、モータ部の通常運転が不可能な電圧に低下するまで待って初めて、電源の接続が解除されたと検知する。電動コンプレッサには一般的に大容量なコンデンサが搭載される。通常運転が不可能な電圧に低下するまで待つことは、コンデンサからの電荷の放出（放電）を待つことを意味し、これには相当な時間を要するものである。このため、電源接続の解除を検知するまで時間を要し、コンデンサの残留電圧による感電のおそれがあるという問題がある。

本発明の目的は、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止する電動コンプレッサを提供することである。

本発明の電動コンプレッサは、電源と着脱自在に設けられた電源接続手段と、冷媒を圧縮する電動モータと、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記電動モータを駆動するパワー素子と、前記電源接続手段と、前記パワー素子とを接続し、電源供給ラインとグランドラインとからなる電源ラインと、前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧のうち、一定の時間間隔にて検出した複数の電圧の値が降下を示した場合、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知する制御手段と、具備する構成を採る。

電源の接続が解除されると電源からキャパシタへ電流が供給されなくなるので、キャパシタは蓄積された電荷の放電を開始する。キャパシタが電荷を放電することに伴い、電圧検出手段によって検出される電圧は時間と共に降下する。以上のごとく本発明によれば、所定の電圧値まで低下するのを待たずに電圧値の降下により電源接続の解除を検知するので、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止することができる。

特許文献１に開示の電動コンプレッサの構成を示すブロック図本発明の一実施の形態に係る電動コンプレッサの構成を示すブロック図電源の接続解除の前後における電圧変化を示す図図２に示した制御部における、電源の接続解除の検知判定処理手順を示すフロー図図４に示した放電処理の具体的な処理手順を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図２は、本発明の一実施の形態に係る電動コンプレッサ１００の構成を示すブロック図である。電動コンプレッサ１００は、インバータＥＣＵ（electronic control unit）１１０及び圧縮機構部１２０を備える。インバータＥＣＵ１１０は電源コネクタ１３０を備え、電源コネクタ１３０（電源接続手段に相当）は、直流電力を生成する高電圧電源（以下、単に「電源」という）１４０と着脱自在に設けられる。また、圧縮機構部１２０は、電動モータ１２１を備え、電動モータ１２１を駆動して冷媒を圧縮する。

インバータＥＣＵ１１０は、制御部１１４、駆動回路１１５、パワー素子１１６を備え、電源コネクタ１３０とパワー素子１１６とを接続する電源ライン１１１には、電源コネクタ１３０側から順に電圧検出部１１２及びコンデンサ１１３が接続されている。

電源ライン１１１は、電源供給ライン１１１ａ及びグランドライン１１１ｂから構成され、電源１４０により生成された直流電力をパワー素子１１６に供給する。電源ライン１１１の電圧は、例えば、１００Ｖ〜数１００Ｖ程度の値である。

電圧検出部１１２は、電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの電位差である電圧、すなわち、パワー素子１１６に接続した電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの間の電圧を一定時間毎に検出し、検出した電圧値を制御部１１４に出力する。

コンデンサ１１３は、電源１４０から供給された直流電力を充電し、蓄えた電流を適宜パワー素子１１６に供給する。コンデンサ１１３は、一方の端子が電源供給ライン１１１ａに接続され、他方の端子がグランドライン１１１ｂに接続される。コンデンサ１１３は、例えば、数１０μＦ〜１００μＦ程度の大きさである。

制御部１１４は、駆動回路１１５に対して、電動モータ１２１の駆動開始または駆動停止の制御を行う。また、制御部１１４は、電圧検出部１１２から出力された電圧値を監視し、一定時間毎に検出された複数の電圧値のうち、隣接する２つの検出タイミングにおける電圧差が電圧値の降下を示していた場合、電源１４０の接続が解除されたと検知する。制御部１１４は、電源１４０の接続解除を検知すると、コンデンサ１１３の放電処理を行うため、電動モータ１２１の強制運転を駆動回路１１５に指示する。制御部１１４は、放電処理を行う際、電圧検出部１１２から出力された電圧値と所定の閾値との閾値判定を行い、電圧値が閾値以下となった場合には、電動モータ１２１の強制運転の終了を駆動回路１１５に指示する。

駆動回路１１５は、制御部１１４の制御に従って、パワー素子１１６を通過する直流電力の通電または遮断を制御する。これにより、パワー素子１１６は、直流電力を交流電力に変換して電動モータ１２１に供給するとともに、電動モータ１２１への電源の供給、遮断を行う。

パワー素子１１６は、駆動回路１１５の制御に従って、電源ライン１１１によって電源１４０から供給される直流電力の通電または遮断を行う。これにより、パワー素子１１６は、直流電力を交流電力に変換して電動モータ１２１に供給する。

電動モータ１２１は、パワー素子１１６から供給された交流電力によって駆動し、冷媒を圧縮する。

このように、電動コンプレッサ１００は、電源コネクタ１３０とコンデンサ１１３との間に電圧検出部１１２を設け、電源１４０の接続が解除された際、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差から電圧の降下を検知することにより、いち早く電源１４０の接続解除を検知することができる。

ここで、電源１４０の接続解除の前後における電圧の変化について図３を用いて説明する。図３において、縦軸は電圧値を、横軸は時間をそれぞれ示している。また、図３では、時間Ｔ０において、電源１４０の接続が解除され、時間Ｔ１〜Ｔ４において、電圧検出部１１２が電圧値を検出したものとする。制御部１１４は、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差、ここでは、時間Ｔ１及び時間Ｔ２における電圧差に基づいて、電圧の降下を検知し、電源１４０の接続が解除されたと検知する。

ただし、２点間の電圧差のみに基づいて検知すると、電圧の単なる一時的な変動も電源接続解除と検知してしまうことになり、誤検知する可能性がある。そのため、電圧の検出タイミングが連続する３点または連続する４点において、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差が全て電圧値の降下を示している場合、すなわち、検出された複数の電圧の値が降下を示した場合、電源１４０の接続が解除されたと検知するようにしてもよい。これにより、誤検知の可能性を低減することができる。

なお、電圧の検出タイミングが連続する３点を用いる場合、図３の例では、時間Ｔ１〜Ｔ３における電圧値が参照され、連続する４点を用いる場合、同じく図３の例では、時間Ｔ１〜Ｔ４における電圧値が参照される。図３では、特許文献１に記載の電動コンプレッサが電源接続解除と検知する電圧値を最小動作電圧として示しており、特許文献１に記載の電動コンプレッサは、時間Ｔ５において初めて電源接続解除と検知する。このことから、連続する４点を用いる場合であっても、電動コンプレッサ１００は、いち早く電源の接続解除を検知することができる。

次に、図２に示した制御部１１４における、電源１４０の接続解除の検知判定処理について図４を用いて説明する。図４において、ステップＳ２０１では、電動コンプレッサ１００が動作中であるか否かが制御部１１４によって判定され、電動コンプレッサ１００が動作中である（ＹＥＳ）と判定された場合、ステップＳ２０２に移行し、電動コンプレッサ１００が動作中ではない（ＮＯ）と判定された場合、ステップＳ２０３に移行する。

ステップＳ２０２では、電動モータ１２１の動作状態が加速中であるか否かが制御部１１４によって判定され、加速中（ＹＥＳ）である場合には、ステップＳ２０１に戻り、加速中ではない（ＮＯ）、すなわち、電動モータ１２１が減速中、一定速度運転中または停止中である場合には、ステップＳ２０３に移行する。ここでは、制御部１１４が電動モータ１２１の動作状態を把握していることを前提とする。

ステップＳ２０３では、電圧検出部１１２によって一定時間毎に検出された電圧値のうち、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差に基づいて、電圧値が降下しているか否かが制御部１１４によって判定され、電圧値が降下している（ＹＥＳ）場合、電源１４０の接続が解除されたと検知し、ステップＳ２０４に移行する。一方、電圧値が降下していない（ＮＯ）場合、電源１４０の接続解除の検知判定処理を終了する。

ステップＳ２０４では、コンデンサ１１３に蓄積された電荷を放出する放電処理を行う。これにより、コンデンサ１１３の残留電圧による感電を防止することができる。放電処理の具体的な処理手順については後述する。

なお、ステップＳ２０２において、電動モータ１２１の動作状態を判定した理由は、電動モータ１２１が加速中である場合、電圧が一時的に降下することが考えられ、ステップＳ２０３における電圧値の判定を誤る可能性を排除するためである。

次に、図４に示したステップＳ２０４における放電処理の具体的な処理手順について図５を用いて説明する。ここでは、放電処理の具体例として電動モータ１２１の強制運転を例に挙げる。図５において、ステップＳ３０１では、制御部１１４が電動モータ１２１の強制運転を駆動回路１１５に指示し、コンデンサ１１３に蓄積された電荷を放出（放電）させる。

ステップＳ３０２では、電圧検出部１１２によって検出された電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの間の電圧が閾値以下であるか否かが制御部１１４によって判定され、閾値以下である（ＹＥＳ）場合、ステップＳ３０４に移行し、閾値以下ではない（ＮＯ）場合、ステップＳ３０３に移行する。ここでは、安全と規定される電圧（例えば、４０Ｖ程度の値）以下になった時点で電動モータ１２１の強制運転（放電処理）を終了する。

ステップＳ３０３では、電圧検出部１１２によって一定時間毎に検出された電圧値のうち、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差に基づいて、電圧値が降下しているか否かが制御部１１４によって判定され、電圧値が降下している（ＹＥＳ）場合、電源１４０の接続が解除されたままであると判定し、電動モータ１２１の強制運転を継続するため、ステップＳ３０２に戻る。一方、電圧値が降下していない（ＮＯ）、すなわち、電圧値が一定または上昇している場合、電源１４０が再接続されたものと判定し、ステップＳ３０４に移行する。このように、ステップＳ３０３では、放電処理中に電源１４０が再接続されたかどうかを判定している。これにより、ステップＳ２０３の電圧差の判定において、電源接続解除を誤検知した場合であっても、制御部１１４は電源１４０の接続を認識することができる。

ステップＳ３０４では、制御部１１４が電動モータ１２１の強制運転の終了を指示し、放電処理を終了する。

このように、放電処理を行うことにより、コンデンサ１１３に蓄えられた電流を電動モータによって消費することができるので、コンデンサ１１３の残留電圧による感電を防止することができる。

このように、本実施の形態によれば、電源と接続する電源コネクタと、パワー素子との間を接続する電源ラインに電圧検出部を設け、電圧検出部によって一定時間毎に検出される電圧値のうち、検出タイミングが隣接する２点間の電圧差が電圧値の降下を示している場合、電源の接続が解除されたと検知し、コンデンサの放電処理を行う。これにより、電源の接続を解除した際、所定の電圧値まで低下するのを待たずに電圧値の降下により電源接続の解除を検知するので、この接続解除が検知されるまでに要する時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止することができる。

なお、本実施の形態では、電圧検出部が一定時間毎に電圧を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、電圧検出部が連続して電圧を検出してもよく、この場合、制御部が、電圧検出部によって検出された電圧のうち、一定の時間間隔で隣接する２点間の電圧差に基づいて、電圧値の降下を判定すればよい。

また、本実施の形態では、電圧検出部によって検出された電圧値は直接制御部に出力するものとして説明したが、電圧検出部と制御部との間にローパスフィルタを設け、検出された電圧値がローパスフィルタを介して制御部に出力されてもよい。これにより、脈動による誤検知を防止することができる。

本発明は、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止するにかかる電動コンプレッサ等に好適である。

１１０インバータＥＣＵ
１１１電源ライン
１１１ａ電源供給ライン
１１１ｂグランドライン
１１２電圧検出部
１１３コンデンサ
１１４制御部
１１５駆動回路
１１６パワー素子
１２０圧縮機構部
１２１電動モータ
１３０電源コネクタ
１４０高電圧電源

Claims

電源と着脱自在に設けられた電源接続手段と、
冷媒を圧縮する電動モータと、
前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記電動モータを駆動するパワー素子と、
前記電源接続手段と、前記パワー素子とを接続し、電源供給ラインとグランドラインとからなる電源ラインと、
前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧のうち、一定の時間間隔にて検出した複数の電圧の値が降下を示した場合、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知する制御手段と、
を具備する電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知した場合、前記電源ラインに装荷されたキャパシタの放電処理の開始を制御する請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記放電処理を行っている際、前記パワー素子に接続した前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧が所定の閾値以下となった場合、前記放電処理を停止する制御を行う請求項２に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記放電処理を行っている際、前記パワー素子に接続した前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧が所定の閾値より大きく、かつ、前記電圧検出手段によって検出された電圧のうち、一定の時間間隔で隣接する２点間の電圧差が電圧値の一定または上昇を示している場合、前記放電処理を停止する制御を行う請求項２に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、電動コンプレッサ自体が動作しているか否かを判定し、動作が停止している場合、前記電圧差を判定し、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたか否かを検知する請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記電動モータの動作状態が加速中であるか否かを判定し、加速中以外の動作状態である場合にのみ、前記電圧差を判定し、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたか否かを検知する請求項１に記載の電動コンプレッサ。