JP2015048811A - 遠心式電動コンプレッサ装置およびコンプレッサモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度センサを用いることなく、エアベアリングと回転軸との凍結を検出する。
【解決手段】回転軸１３２と一体的に回転し、空気を圧縮して燃料電池スタック１０２に空気を供給するコンプレッサインペラ１３０と、回転軸１３２を通じてコンプレッサインペラ１３０を回転させるコンプレッサモータ１３６と、回転軸１３２との隙間に介在する空気により回転軸１３２を支持するエアベアリング１３８と、回転軸１３２の回転動作に基づいてエアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を検出する凍結検出部１７２とを備え、オープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループで制御し、その後、フリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給を停止させ、フリーラン期間中のコンプレッサモータ１３６の慣性による回転動作に基づいて、エアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気受給装置に空気を供給する遠心式電動コンプレッサ装置およびコンプレッサモータ制御方法に関する。

従来、遠心式電動コンプレッサ装置においては、コンプレッサモータにより回転軸を介してコンプレッサインペラを回転させて圧縮した空気を燃料電池スタックに供給するようになされたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−８４４４号公報

ところで、遠心式電動コンプレッサ装置は、屋外で使用される場合、外気温が低いと、空気に含まれる水蒸気により回転軸と、回転軸を支持するベアリングとが凍結することが考えられる。回転軸とベアリングとが凍結した状態でコンプレッサモータを駆動させると、回転軸およびベアリングが破損してしまうおそれがある。

したがって、コンプレッサモータの始動直後に、回転軸とベアリングとが凍結しているか否かを検出する必要がある。凍結を検出する手段として、コンプレッサモータを始動させた直後に回転角を検出可能なセンサを通じ回転角が有意な値を出力しているか否かによって凍結を検出することが考えられるが、例えば１０万ｒｐｍといった高速回転する回転軸においては、エンコーダやレゾルバ等の速度センサを使用することができない。

そこで、本発明は、速度センサを用いることなく、エアベアリングと回転軸との凍結を検出することを目的とする遠心式電動コンプレッサ装置およびコンプレッサモータ制御方法を提供する。

課題を解決するために、本発明の遠心式電動コンプレッサ装置は、回転軸と、前記回転軸と一体的に回転し、該回転により空気を圧縮して所定の空気受給装置に空気を供給するコンプレッサインペラと、前記回転軸を通じて、前記コンプレッサインペラを回転させるコンプレッサモータと、前記回転軸との隙間に介在する空気により該回転軸を支持するエアベアリングと、前記コンプレッサモータの駆動を制御するドライバと、前記回転軸の回転動作に基づいて、前記エアベアリングと該回転軸との凍結を検出する凍結検出部と、を備え、前記ドライバは、予め定められたオープンループ期間の間、前記コンプレッサモータをオープンループで制御し、その後、予め定められたフリーラン期間の間、該コンプレッサモータへの電力の供給を停止させ、前記凍結検出部は、前記フリーラン期間中の前記コンプレッサモータの慣性による回転動作に基づいて、前記エアベアリングと前記回転軸との凍結を検出する。

また、前記ドライバは、前記凍結検出部により前記エアベアリングの凍結が検出された場合、前記ドライバを介して前記コンプレッサモータの駆動を試みることで、該ドライバおよび該コンプレッサモータの一方または双方の発熱により該エアベアリングの凍結を解凍させるようにしてもよい。

また、課題を解決するために、本発明のコンプレッサモータ制御方法は、回転軸と、前記回転軸と一体的に回転し、該回転により空気を圧縮して所定の空気受給装置に空気を供給するコンプレッサインペラと、前記回転軸を回転させることで、前記コンプレッサインペラを回転させるコンプレッサモータと、前記回転軸を、該回転軸との隙間に介在する空気により支持するエアベアリングと、前記コンプレッサモータの駆動を制御するドライバと、を備える遠心式電動コンプレッサ装置のコンプレッサモータ制御方法であって、予め定められたオープンループ期間の間、前記コンプレッサモータをオープンループで制御するオープンループ制御ステップと、前記オープンループ期間の経過後、予め定められたフリーラン期間の間、前記コンプレッサモータへの電力の供給を停止させるフリーラン制御ステップと、前記フリーラン期間中の前記コンプレッサモータの慣性による回転動作に基づいて、前記エアベアリングと前記回転軸との凍結を検出する凍結検出ステップとを有する。

本発明によれば、速度センサを用いることなく、エアベアリングと回転軸との凍結を検出することが可能となる。

燃料電池自動車の構成を示す概略図である。 遠心式電動コンプレッサ装置の構成を示す概略図である。 エアベアリングと回転軸とが凍結している場合における、コンプレッサモータドライバによる電力供給量、および、コンプレッサモータのモータ回転速度の一例を示すグラフである。 コンプレッサモータの始動時における、コンプレッサモータ制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、燃料電池自動車１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、燃料電池自動車１００は、燃料電池スタック１０２、水素タンク１０４、水素供給弁１０６、遠心式電動コンプレッサ装置１０８、駆動インバータ１１０、駆動モータ１１２、車軸１１４、車輪１１６、二次電池１１８、制御部１２０、水素供給流路１５０、空気供給流路１５２、排出流路１５４を含んで構成される。遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、遠心式電動コンプレッサ１２２およびコンプレッサモータドライバ１２４を含んで構成される。なお、図１中、破線は信号線を示す。

燃料電池スタック１０２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、燃料極（アノード）と空気極（カソード）とで高分子電解膜を挟んだセルが多数積層される。燃料電池スタック１０２は、水素供給流路１５０を介して燃料極に水素が供給され、空気供給流路１５２を介して空気極に空気が供給され、供給された水素および空気に含まれる酸素を電気化学反応させることにより電力を生成（発電）する。燃料電池スタック１０２が発電することにより生成された電力は、駆動インバータ１１０、二次電池１１８およびコンプレッサモータドライバ１２４に供給される。また、燃料電池スタック１０２では、未反応の水素、酸素が消費された空気、電気化学反応により生成された水蒸気が排出気体として排出流路１５４から排出される。なお、未反応の水素は、水素供給流路１５０に再び戻されるようにしてもよい。

水素タンク１０４は、内部に水素が貯留され、水素供給流路１５０を介して燃料電池スタック１０２の燃料極に水素を供給する。水素供給流路１５０には水素供給弁１０６が設けられ、水素供給弁１０６は、燃料電池スタック１０２の燃料極に供給される水素の圧力を調整する。

遠心式電動コンプレッサ１２２は、コンプレッサインペラ１３０、回転軸１３２、タービンインペラ１３４、コンプレッサモータ１３６、エアベアリング１３８を含んで構成され、詳しくは後述するように、燃料電池スタック１０２の空気極に空気を供給する。

駆動インバータ１１０は、制御部１２０の制御に基づいて、燃料電池スタック１０２で生成された電力を駆動モータ１１２に供給する。駆動モータ１１２は、駆動インバータ１１０を介して供給される電力により駆動し、車軸１１４、および、車軸１１４の両端に接続された車輪１１６を回転させ、燃料電池自動車１００を走行させる。

コンプレッサモータドライバ１２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を含むマイクロコンピュータと、インバータとで構成される。コンプレッサモータドライバ１２４は、詳しくは後述するように、制御部１２０の制御に基づいて、燃料電池スタック１０２で生成された電力、および、二次電池１１８に蓄電された電力の一方または双方をコンプレッサモータ１３６に供給し、コンプレッサモータ１３６を回転させる。

制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータで構成され、燃料電池自動車１００の各部を統括制御する。

図２は、遠心式電動コンプレッサ装置１０８の構成を示す概略図である。図２に示すように、遠心式電動コンプレッサ１２２は、回転軸１３２の一部（２つのエアベアリング１３８の間）、コンプレッサモータ１３６、および、エアベアリング１３８が、コンプレッサモータドライバ１２４とともにハウジング１４０内に設けられる。すなわち、遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、回転軸１３２の一部、コンプレッサモータ１３６、エアベアリング１３８、および、コンプレッサモータドライバ１２４は、同一空間内に収納される。なお、コンプレッサモータドライバ１２４は、自らが発した熱がエアベアリング１３８に伝達される位置に設けられているのであれば、回転軸１３２の一部、コンプレッサモータ１３６およびエアベアリング１３８と同一空間に設けられていなくてもよい。

コンプレッサインペラ１３０は、複数のブレード（羽根）が設けられる。コンプレッサインペラ１３０は、回転軸１３２を介してタービンインペラ１３４およびコンプレッサモータ１３６に接続され、回転軸１３２およびタービンインペラ１３４と一体的に回転する。コンプレッサインペラ１３０は、空気供給流路１５２内に配置され、コンプレッサモータ１３６およびタービンインペラ１３４に回転されることにより、外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気を燃料電池スタック１０２の空気極に供給する。

回転軸１３２は、エアベアリング１３８に支持され、タービンインペラ１３４およびコンプレッサモータ１３６により約１０万ｒｐｍまで回転される。

タービンインペラ１３４は、複数のブレード（羽根）が設けられる。タービンインペラ１３４は、排出流路１５４内に配置され、排出流路１５４から排出される排出気体が翼間を通過することにより回転し、回転軸１３２およびコンプレッサインペラ１３０を、後述するコンプレッサモータ１３６に対して補助的に回転させる。

コンプレッサモータ１３６は、回転軸１３２に固定された永久磁石１３６ａと、巻回された３相のコイル１３６ｂとによって構成される。コンプレッサモータ１３６は、コイル１３６ｂに周期的に電流が通電されることによって電磁場（磁界）を発生させ、発生した電磁場と永久磁石１３６ａの磁力によって、永久磁石１３６ａとともに回転軸１３２を回転させる。

エアベアリング１３８は、軸受面が可撓なフォイルで構成されるフォイル軸受でなり、回転軸１３２が回転することで周囲の空気を吸い込み、吸い込まれた空気の圧力によってフォイルが外側に膨らみ、回転軸１３２との隙間に介在する空気により回転軸１３２を支持する。

このような構成でなる燃料電池自動車１００は、制御部１２０の制御に基づいて、燃料電池スタック１０２で電力が生成され、生成された電力で駆動モータ１１２が駆動されて走行する。このとき、図１に示すように、制御部１２０は、駆動制御部１６０、燃料電池スタック制御部１６２として機能し、コンプレッサモータドライバ１２４は、コンプレッサモータ制御部１７０、凍結検出部１７２として機能する。

駆動制御部１６０は、アクセルペダル（図示せず）から送信されるアクセル踏込み量、および車速センサ（図示せず）から送信される車速に基づいて、予めＲＯＭに格納された目標トルクマップに基づいて、駆動モータ１１２の出力（トルク）を設定する。

燃料電池スタック制御部１６２は、燃料電池スタック１０２から電力が供給される駆動モータ１１２およびコンプレッサモータ１３６の出力に基づいて、燃料電池スタック１０２が生成すべき電力を決定する。

そして、燃料電池スタック制御部１６２は、決定した電力に応じて、燃料電池スタック１０２に供給すべき水素量および空気量を設定し、設定された水素量を燃料電池スタック１０２に供給すべく水素供給弁１０６の開度を制御する。また、燃料電池スタック１０２は、設定された空気量を燃料電池スタック１０２に供給させるべく、コンプレッサモータ１３６の回転速度指令をコンプレッサモータドライバ１２４（コンプレッサモータ制御部１７０）に出力し、コンプレッサモータ１３６を駆動させる。

このように、燃料電池スタック制御部１６２は、燃料電池スタック１０２に供給される水素量および空気量を調整し、燃料電池スタック１０２で生成される電力を制御する。

コンプレッサモータ制御部１７０は、燃料電池スタック制御部１６２から回転速度指令が入力されると、回転速度指令に基づいて、コンプレッサモータ１３６を制御し、回転速度指令に応じた回転速度でコンプレッサモータ１３６を回転させる。

より具体的には、コンプレッサモータ制御部１７０は、コンプレッサモータ１３６を駆動していない状態、すなわちコンプレッサモータ１３６が回転していない状態において、コンプレッサモータ制御部１７０から回転速度指令が入力されると、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧が検出し得る回転速度になるまでコンプレッサモータ１３６をオープンループで制御する。

その後、コンプレッサモータ制御部１７０は、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧を検出すると、誘起電圧と予め定められた基準電圧とを比較して回転位置検出を行う。そして、コンプレッサモータ制御部１７０は、回転位置検出の結果に基づいてコンプレッサモータ１３６の回転速度を導出し、導出された回転速度が回転速度指令に応じた回転速度となるようにコンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに供給する電力を調整するフィードバック制御を行う。

このように、コンプレッサモータドライバ１２４は、速度センサを用いることなく、コンプレッサモータ１３６を回転制御する。これは、コンプレッサインペラ１３０および回転軸１３２が約１０万ｒｐｍで回転するため、フォトエンコーダやレゾルバなどの速度センサではコンプレッサインペラ１３０の回転速度を検出することができないためである。

ところで、燃料電池自動車１００は、通常、屋外で使用されるため、外気温が低いと、ハウジング１４０内の空気に含まれる水蒸気によりエアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結するおそれがある。このような場合、コンプレッサモータドライバ１２４によりコンプレッサモータ１３６を、上述した制御により駆動しようとすると、エアベアリング１３８および回転軸１３２が損傷するおそれがある。

そこで、コンプレッサモータ制御部１７０は、コンプレッサモータ１３６の始動時に、予め定められたオープンループ期間（例えば、１〜２秒）の間、コンプレッサモータ１３６に供給する電力を徐々に増加させるオープンループの制御を行う。なお、オープンループ期間の終了時においては、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結している場合であっても、エアベアリング１３８および回転軸１３２が損傷しない程度のトルクしか回転軸１３２に掛けられず、かつ、コンプレッサモータ１３６の各相からコイル１３６ｂに発生する誘起電圧が検出し得る電力がコンプレッサモータ１３６へ供給される。

その後、コンプレッサモータ制御部１７０は、予め定められたフリーラン期間（例えば、１〜２秒）の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給を停止する。ここで、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していない場合、コンプレッサモータ１３６は、フリーラン期間において、オープンループ期間の間に回転していた慣性により回転する。

そこで、凍結検出部１７２は、フリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相からコイル１３６ｂに発生する誘起電圧の検出を試み、誘起電圧を検出することができた場合には、回転軸１３２が回転しており、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していないと判定する。エアベアリング１３８が凍結していないと判定された場合、コンプレッサモータ制御部１７０は、燃料電池スタック制御部１６２から入力される回転速度指令に基づいて、コンプレッサモータ１３６をフィードバック制御により回転数を制御する。

一方、凍結検出部１７２は、フリーラン期間の間に、誘起電圧を検出することができなかった場合には、回転軸１３２が回転しておらず、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していると判定する。エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していると判定された場合、コンプレッサモータ制御部１７０は、フリーラン期間の経過後、予め定められたインターバル期間（例えば１〜２秒）の間、コンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を継続する。

その後、コンプレッサモータ制御部１７０は、再度、オープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループで制御し、凍結検出部１７２は、フリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相からコイル１３６ｂに発生する誘起電圧の検出を試みる。ここで、凍結検出部１７２は、コンプレッサモータ１３６の各相からコイル１３６ｂに発生する誘起電圧を検出することができた場合には、回転軸１３２が回転しており、エアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結が解凍したと判定する。そして、コンプレッサモータ制御部１７０は、燃料電池スタック制御部１６２から入力される回転速度指令に基づいて、コンプレッサモータ１３６をフィードバック制御する。

これに対して、再度のフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相からコイル１３６ｂに発生する誘起電圧を検出することができなかった場合には、コンプレッサモータ制御部１７０は、再度のインターバル期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を継続する。

そして、コンプレッサモータ制御部１７０は、オープンループ期間におけるコンプレッサモータ１３６のオープンループ制御、および、フリーラン期間とインターバル期間とにおけるコンプレッサモータ１３６への電力供給の停止（停止維持）を繰り返し行うことで、コンプレッサモータドライバ１２４の発熱、および、コンプレッサモータ１３６の発熱によりエアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を解凍させる。

図３は、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結している場合における、コンプレッサモータドライバ１２４による電力供給量、および、コンプレッサモータ１３６のモータ回転速度の一例を示すグラフである。なお、図３（ｂ）中、破線は、コンプレッサモータドライバ１２４が検出可能とされる誘起電圧の閾値を示す。

図３に示すように、時刻Ｔ１において、燃料電池スタック制御部１６２から回転速度指令が入力されると、コンプレッサモータ制御部１７０は、時刻Ｔ２までのオープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループで制御する（電力供給量を徐々に増加させる）。

その後、コンプレッサモータ制御部１７０は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までのフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給を停止する（電力供給量を０にする）。

また、凍結検出部１７２は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までのフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧の検出を試みる。そして、凍結検出部１７２は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までのフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧を検出することができないと、コンプレッサモータ１３６の回転速度が０であり、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していると判定する。

そして、コンプレッサモータ制御部１７０は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までのインターバル期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を継続する。

その後、コンプレッサモータ制御部１７０は、再度、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までのオープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループで制御する。そして、コンプレッサモータ制御部１７０は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までのフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給を停止し、凍結検出部１７２は、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧の検出を試みる。そして、凍結検出部１７２は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までのフリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６の各相のコイル１３６ｂに発生する誘起電圧を検出することができると、コンプレッサモータ１３６の回転速度が誘起電圧に応じたモータ回転速度で回転しており、エアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結が解凍したと判定する。この場合、コンプレッサモータ制御部１７０は、時刻Ｔ６から、コンプレッサモータ１３６をフィードバック制御する。

以上のように、コンプレッサモータドライバ１２４は、コンプレッサモータ１３６を始動させる回転速度指令が入力されると、オープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループ制御する。その後、コンプレッサモータドライバ１２４は、フリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力供給を停止し、フリーラン期間中にコイル１３６ｂで発生する誘起電圧を検出することで、コンプレッサモータ１３６の慣性による回転動作に基づいて、エアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を検出する。このように、速度センサが使用することができない、約１０万ｒｐｍと高速回転するコンプレッサモータ１３６に対して、速度センサを用いることなく、エアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を検出することができる。

また、コンプレッサモータドライバ１２４は、オープンループ期間におけるコンプレッサモータ１３６のオープンループ制御、および、フリーラン期間とインターバル期間とにおけるコンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を繰り返し行うことで、自らが発生させる発熱、および、コンプレッサモータ１３６が発生させる発熱によりエアベアリング１３８と回転軸１３２との凍結を解凍させることができる。

図４は、コンプレッサモータ１３６の始動時における、コンプレッサモータ制御処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、コンプレッサモータドライバ１２４は、コンプレッサモータ１３６への回転速度指令が制御部１２０から入力されたかを判定する（ステップＳ１００）。その結果、回転速度指令が制御部１２０から入力されていないと判定した場合（ステップＳ１００においてＮＯ）、コンプレッサモータドライバ１２４は、コンプレッサモータ制御処理を終了する。

一方、回転速度指令が制御部１２０から入力されたと判定した場合（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、コンプレッサモータドライバ１２４は、オープンループ期間の間、コンプレッサモータ１３６をオープンループで制御する（ステップＳ１０２）。その後、コンプレッサモータドライバ１２４は、フリーラン期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給を停止し、コイル１３６ｂで発生する誘起電圧の検出を試みる（ステップＳ１０４）。

コンプレッサモータドライバ１２４は、フリーラン期間の間、コイル１３６ｂで発生する誘起電圧を検出することができたか否かによって、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結しているかを判定する（ステップＳ１０６）。

その結果、コイル１３６ｂで発生する誘起電圧を検出することができず、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していると判定した場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、コンプレッサモータドライバ１２４は、インターバル期間の間、コンプレッサモータ１３６への電力の供給の停止を継続し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２に処理を戻す。

一方、コイル１３６ｂで発生する誘起電圧を検出することができ、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結していないと判定した場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、コンプレッサモータドライバ１２４は、コンプレッサモータ１３６をフィードバック制御に切り替え、コンプレッサモータ制御処理を終了する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上述した実施形態においては、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結している場合、インターバル期間を設け、コンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を継続するようにした。しかしながら、インターバル期間を設けることなく、フリーラン期間においてコイル１３６ｂで発生する誘起電圧を検出することができなかった場合、フリーラン期間の経過後、直ぐにコンプレッサモータ１３６をオープンループにより制御するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結している場合、一定のオープンループ期間におけるコンプレッサモータ１３６のオープンループ制御、および、一定のフリーラン期間とインターバル期間とにおけるコンプレッサモータ１３６への電力供給の停止を繰り返し行うようにした。しかしながら、エアベアリング１３８と回転軸１３２とが凍結している場合、オープンループ期間を徐々に長くしていき、コンプレッサモータドライバ１２４およびコンプレッサモータ１３６の発熱量を徐々に大きくするようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、コンプレッサモータドライバ１２４が、コンプレッサモータ制御部１７０、凍結検出部１７２として機能するようにしたが、制御部１２０がコンプレッサモータ制御部１７０、凍結検出部１７２として機能してもよい。

また、上述した実施形態においては、遠心式電動コンプレッサ装置１０８にタービンインペラ１３４が設けられるようにしたが、遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、タービンインペラ１３４が設けられていなくてもよい。なお、遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、タービンインペラ１３４が設けられていなくても、タービンインペラ１３４が設けられている場合と同様にコンプレッサモータ１３６の制御を行うことができる。

また、上述した実施形態においては、エアベアリング１３８としてフォイル軸受を適応した。しかしながら、中空形状に形成された多孔質材でなり、不図示の空気供給機から供給される空気が挿通された回転軸１３２との隙間に介在することで、回転軸１３２との隙間に介在する空気により回転軸１３２を支持するエアベアリングを適応してもよく、その他、回転軸１３２との隙間に介在する空気により回転軸１３２を支持するエアベアリングを適応することができる。

また、上述した実施形態においては、遠心式電動コンプレッサ装置１０８により燃料電池スタック１０２に空気を供給するようにしたが、遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、他の空気受給装置に空気を供給するようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、遠心式電動コンプレッサ装置１０８が、燃料電池スタック１０２に空気を供給する燃料電池自動車１００に適応するようにした。しかしながら、内燃機関自動車や、内燃機関とモータとにより走行するハイブリッド自動車等に適応され、内燃機関に空気を供給する過給機に遠心式電動コンプレッサ１２２を適応し、過給機を含む過給システムに遠心式電動コンプレッサ装置１０８を適応するようにしてもよい。ただし、内燃機関による排熱で回転軸１３２とエアベアリング１３８との凍結を解凍することができることも考えられるので、遠心式電動コンプレッサ装置１０８は、内燃機関を持たない燃料電池自動車１００に適応した場合の方が特に有用である。

本発明は、速度センサを用いることなく、エアベアリングと回転軸との凍結を検出することを目的とする遠心式電動コンプレッサ装置およびコンプレッサモータ制御方法に利用することができる。

１０２ 燃料電池スタック（空気受給装置）
１０８ 遠心式電動コンプレッサ装置
１２２ 遠心式電動コンプレッサ
１２４ コンプレッサモータドライバ（ドライバ）
１３０ コンプレッサインペラ
１３２ 回転軸
１３６ コンプレッサモータ
１３８ エアベアリング
１４０ ハウジング
１５２ 空気供給流路
１７２ 凍結検出部

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸と一体的に回転し、該回転により空気を圧縮して所定の空気受給装置に空気を供給するコンプレッサインペラと、
   前記回転軸を通じて、前記コンプレッサインペラを回転させるコンプレッサモータと、
   前記回転軸との隙間に介在する空気により該回転軸を支持するエアベアリングと、
   前記コンプレッサモータの駆動を制御するドライバと、
   前記回転軸の回転動作に基づいて、前記エアベアリングと該回転軸との凍結を検出する凍結検出部と、
   を備え、
   前記ドライバは、
   予め定められたオープンループ期間の間、前記コンプレッサモータをオープンループで制御し、その後、予め定められたフリーラン期間の間、該コンプレッサモータへの電力の供給を停止させ、
   前記凍結検出部は、
   前記フリーラン期間中の前記コンプレッサモータの慣性による回転動作に基づいて、前記エアベアリングと前記回転軸との凍結を検出する
   ことを特徴とする遠心式電動コンプレッサ装置。
2. 前記ドライバは、
   前記凍結検出部により前記エアベアリングの凍結が検出された場合、前記ドライバを介して前記コンプレッサモータの駆動を試みることで、該ドライバおよび該コンプレッサモータの一方または双方の発熱により該エアベアリングの凍結を解凍させることを特徴とする請求項１に記載の遠心式電動コンプレッサ装置。
3. 回転軸と、
   前記回転軸と一体的に回転し、該回転により空気を圧縮して所定の空気受給装置に空気を供給するコンプレッサインペラと、
   前記回転軸を回転させることで、前記コンプレッサインペラを回転させるコンプレッサモータと、
   前記回転軸を、該回転軸との隙間に介在する空気により支持するエアベアリングと、
   前記コンプレッサモータの駆動を制御するドライバと、
   を備える遠心式電動コンプレッサ装置のコンプレッサモータ制御方法であって、
   予め定められたオープンループ期間の間、前記コンプレッサモータをオープンループで制御するオープンループ制御ステップと、
   前記オープンループ期間の経過後、予め定められたフリーラン期間の間、前記コンプレッサモータへの電力の供給を停止させるフリーラン制御ステップと、
   前記フリーラン期間中の前記コンプレッサモータの慣性による回転動作に基づいて、前記エアベアリングと前記回転軸との凍結を検出する凍結検出ステップと
   を有することを特徴とするコンプレッサモータ制御方法。

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