JP2013062933A

JP2013062933A - 電動コンプレッサ

Info

Publication number: JP2013062933A
Application number: JP2011199358A
Authority: JP
Inventors: Toru Fujisawa; 徹藤澤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】電動コンプレッサの効率の低下を抑えつつ静粛性を高めること。
【解決手段】駆動制御部１１は、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成し、駆動部１２は、ＰＷＭ信号による制御に従ってパワー素子１３を駆動し、パワー素子１３は、駆動部１２の制御に従って、蓄電池２から供給される直流電流を通電または遮断し、電動モータ２１は、パワー素子１３から供給される交流電流によって回転し、スクロール部２２を駆動させ、スクロール部２２は、電動モータ２１により駆動されて冷媒を圧縮する。駆動制御部１１は、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成する際に、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両または家屋に備えられたエアーコンディショナに搭載する電動コンプレッサに関する。

近年、低炭素社会を実現するために、電気自動車およびハイブリッド車が注目されている。電気自動車およびハイブリッド車では、電動モータの駆動力で冷媒を圧縮するコンプレッサ（電動コンプレッサ）を設けたエアーコンディショナを用いて、車内の空調を行う。

車両に搭載される電動コンプレッサには、効率を高めつつも、静粛性も高めることが要求される。一般に、ＰＷＭ信号（電動モータ制御信号）の搬送波周波数を人間の可聴域を超える程度に高くすると、静粛性が上がる一方で効率は下がり、ＰＷＭ信号の搬送波周波数を低くするほど静粛性が下がる一方で効率は上がる。

そこで、上記の要求に対する従来の電動コンプレッサとして、要求静粛度判定部を備え、要求静粛度スコアに基づいて、ＰＷＭ信号の搬送波周波数を制御するものがある（特許文献１参照）。より具体的には、この従来の電動コンプレッサでは、電動コンプレッサ制御回路が、要求静粛度スコアが低い場合（要求される静粛性が高い場合）には、要求静粛度スコアが高い場合（要求される静粛性が低い場合）よりも搬送波周波数を高くしてモータ巻線からの放射音を低減させることで静粛性を高める一方で、要求静粛度スコアが高い場合には搬送波周波数を低くしてＩＧＢＴのスイッチング損失を抑えることで効率を高める。

特開２００９−２１４７８４号公報

しかしながら、上記従来の電動コンプレッサでは、ＰＷＭ信号の搬送波周波数が高い場合の効率が低下するという問題がある。

本発明の目的は、電動コンプレッサの効率の低下を抑えつつ静粛性を高めることができる電動コンプレッサを提供することである。

本発明の一態様の電動コンプレッサは、電動モータを駆動するパワー素子と、前記電動モータにより駆動されて冷媒を圧縮するスクロール部と、ＰＷＭ信号に従って前記パワー素子を駆動する駆動部と、信号波と搬送波とから前記ＰＷＭ信号を生成する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する構成を採る。

本発明によれば、電動コンプレッサの効率の低下を抑えつつ静粛性を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る電動コンプレッサの構成を示すブロック図本発明の実施の形態１に係る拡散例１本発明の実施の形態１に係る拡散例２本発明の実施の形態１に係るＰＷＭ信号本発明の実施の形態２に係る電動コンプレッサの構成を示すブロック図

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。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る電動コンプレッサ１の構成を示すブロック図である。なお、図１では、電動コンプレッサ１とともに蓄電池２およびエアコン制御装置（エアコンＥＣＵ）５も記載する。電動コンプレッサ１は、例えば車両または家屋に備えられたエアーコンディショナに搭載される。

図１より、電動コンプレッサ１は、インバータ部３と、圧縮機構部４とを含む。インバータ部３は、駆動制御部１１と、駆動部１２と、パワー素子１３とを含む。また、圧縮機構部４は、電動モータ２１と、スクロール部２２とを含む。インバータ部３は、電動モータ２１に対して駆動制御を行う。圧縮機構部４は、インバータ部３の制御により冷媒を圧縮する。

インバータ部３において、駆動制御部１１は、電動モータ２１の駆動開始を指示する駆動ＯＮのエアコン制御信号がエアコン制御装置５から入力された際に、ＰＷＭ信号を生成して駆動部１２へ出力し、電動モータ２１の駆動を開始する制御を行う。また、駆動制御部１１は、エアコン制御装置５から駆動ＯＦＦのエアコン制御信号が入力された際に、ＰＷＭ信号を生成して駆動部１２へ出力し、電動モータ２１の駆動を停止する制御を行う。駆動制御部１１は、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成する。駆動制御部１１でのＰＷＭ信号の生成の詳細については後述する。

駆動部１２は、ＰＷＭ信号を用いた上記制御に従ってパワー素子１３を駆動する。すなわち、駆動部１２は、駆動制御部１１から入力されるＰＷＭ信号に従って、パワー素子１３を通電または遮断する制御を行う。

パワー素子１３は、駆動部１２の制御に従って、蓄電池２から供給される直流電流を通電または遮断する。これにより、パワー素子１３は、蓄電池２から供給される直流電流を交流電流に変換して電動モータ２１に供給し、電動モータ２１を駆動する。

電動モータ２１は、パワー素子１３から供給される交流電流によって回転し、スクロール部２２を駆動させる。

スクロール部２２は、電動モータ２１により駆動されて冷媒を圧縮する。

次いで、駆動制御部１１でのＰＷＭ信号の生成の詳細について説明する。

駆動制御部１１は、信号波と搬送波とからＰＷＭ信号を生成する際に、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する。具体的には、例えば駆動制御部１１は、図２および図３に示すように、搬送波周波数を周波数ｆ１と、周波数ｆ１より高い周波数ｆ２との間において所定の時間間隔で変化させてスペクトラム拡散する。この所定の時間間隔は例えば、電動モータ２１の１回転時間である。また、周波数ｆ１は例えば５kHzであり、周波数ｆ２は例えば１５kHzである。図２には、搬送波周波数を所定の時間間隔でランダムに変化させたスペクトラム拡散を示す（拡散例１）。このようなランダム化は、疑似ランダム系列（ＰＮ系列）を用いて行うのが簡易である。また、図３には、搬送波周波数を所定の時間間隔で徐々に増加または減少させたスペクトラム拡散を示す（拡散例２）。

駆動制御部１１は、信号波と、上記のようにスペクトラム拡散した搬送波周波数を有する搬送波とから、図４に示すようなＰＷＭ信号を生成する。図４には、搬送波周波数がｆ１の際に生成されるＰＷＭ信号と、搬送波周波数がｆ２の際に生成されるＰＷＭ信号とを示す。なお、搬送波周波数はキャリア周波数またはスイッチング周波数と称されることがある。また、電動モータ２１の回転数は信号波の周期に依存する。

このように、本実施の形態によれば、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散するため、搬送波周波数を原因とする電動モータからの騒音は短時間毎に変化して一様に拡散される。これにより、電動モータからの騒音の音圧レベルを下げることができる。一方で、スペクトラム拡散により、ＰＷＭ信号の搬送波周波数は低い周波数（ｆ１）から高い周波数（ｆ２）まで万遍なく変化するため（図２，３）、電動コンプレッサの効率は平均化されて、効率の低下を抑えることができる。つまり、本実施の形態によれば、電動コンプレッサの効率の低下を抑えつつ静粛性を高めることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る電動コンプレッサは車両に搭載されるものである。車両が停止状態にある場合は、車両の乗員は、車両が走行状態にある場合よりも、電動モータ２１からの騒音を感じやすくなる。一方で、車両が走行状態にある場合は、車両の乗員は、タイヤからの騒音等に隠れて、電動モータ２１からの騒音を感じ難くなる。そこで、本実施の形態では、車両が停止状態にある場合にのみ、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する。

図５は、本実施の形態に係る電動コンプレッサ６の構成を示すブロック図である。

駆動制御部１４には車速情報が入力される。駆動制御部１４は、車速が閾値未満で車両が停止状態にある場合に、ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する。一方で、車速が閾値以上で車両が停止状態にない場合（車両が走行状態にある場合）には、駆動制御部１４は、ＰＷＭ信号の搬送波周波数を所定の固定周波数にする。この固定周波数は、電動コンプレッサ６の効率を高めることができる、できるだけ低い周波数にするのが好ましい。

このように、本実施の形態では、車両が停止状態にある場合にのみＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散するため、低い搬送波周波数を用いる時間を長くすることができるので、電動コンプレッサの効率の低下をさらに抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本発明は、特に、高い静粛性が要求される車両に搭載される電動コンプレッサに好適である。

１，６電動コンプレッサ
２蓄電池
３インバータ部
４圧縮機構部
５エアコン制御装置
１１，１４駆動制御部
１２駆動部
１３パワー素子
２１電動モータ
２２スクロール部

Claims

電動モータを駆動するパワー素子と、
前記電動モータにより駆動されて冷媒を圧縮するスクロール部と、
ＰＷＭ信号に従って前記パワー素子を駆動する駆動部と、
信号波と搬送波とから前記ＰＷＭ信号を生成する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記ＰＷＭ信号の搬送波周波数をスペクトラム拡散する、
電動コンプレッサ。
前記制御部は、前記搬送波周波数を第１の周波数と前記第１の周波数より高い第２の周波数との間において所定の時間間隔で変化させてスペクトラム拡散する、
請求項１記載の電動コンプレッサ。
前記制御部は、前記搬送波周波数をランダムに変化させてスペクトラム拡散する、
請求項２記載の電動コンプレッサ。
前記制御部は、疑似ランダム系列を用いて前記搬送波周波数をランダムに変化させる、
請求項３記載の電動コンプレッサ。
前記制御部は、前記搬送波周波数を徐々に増加または減少させてスペクトラム拡散する、
請求項２記載の電動コンプレッサ。
前記電動コンプレッサは車両に搭載され、
前記制御部は、前記車両が停止状態にある場合にのみ、前記搬送波周波数をスペクトラム拡散する、
請求項１記載の電動コンプレッサ。