JP2015105648A - 電動コンプレッサ及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ起動時にコンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧が大きくてもモータを安定して起動できる電動コンプレッサ。
【解決手段】吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部2と、圧縮機構部を回転駆動させるモータ3と、モータを制御するモータ制御部8とを備え、モータ制御部は、モータの同期運転期間において、モータの起動時からモータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間にモータの回転加速度を第1加速度に設定し所定回転速度に至った時から所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定し、モータの停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき第1時間を変化させる。
【選択図】図1
【解決手段】吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部2と、圧縮機構部を回転駆動させるモータ3と、モータを制御するモータ制御部8とを備え、モータ制御部は、モータの同期運転期間において、モータの起動時からモータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間にモータの回転加速度を第1加速度に設定し所定回転速度に至った時から所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定し、モータの停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき第1時間を変化させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電動コンプレッサ及びその制御方法に関し、特に起動時の差圧による負荷トルク過大等による起動失敗をなくす技術に関する。
従来のこの種の電動コンプレッサは、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された電動コンプレッサの制御装置は、電動コンプレッサを駆動する同期電動モータの目標速度を目標速度設定部により設定し、設定された目標速度に応じてモータ制御部によりモータを制御している。
このような電動コンプレッサの起動時の通常制御では、エアコン電源がオンされ、モータ起動指令が出されると、モータの停止状態から位置推定可能な速度まで一定の加速度により指定速度を加速させている。これにより、センサレス制御へ安定して移行することができる。
また、特許文献2に記載された電気自動車用制御装置は、起動後の振動現象を防止するために、特許文献2の図2に示すように、起動から所定の回転速度まで他制運転(同期運転)により徐々に回転速度を上昇させ、その後、自制運転(センサレス)により回転速度を速く上昇させている。
しかしながら、モータ起動時にコンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧が大きいと、差圧による負荷トルク過大、あるいはモータの逆回転が生ずることによって、モータの実速度と指令速度との速度差が大きくなり、ロータの連れ回しが上手くいかなくなる。このため、モータを起動できず、モータ速度を位置推定可能な速度まで加速できない。その結果、モータの起動に失敗してしまう。
本発明の課題は、モータ起動時にコンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧が大きくてもモータを安定して起動できる電動コンプレッサ及びその制御方法を提供することにある。
本発明の電動コンプレッサは、吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を回転駆動させるモータと、前記モータを制御するモータ制御部とを備え、前記モータ制御部は、前記モータの同期運転期間において、前記モータの起動時から前記モータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間に前記モータの回転加速度を第1加速度に設定し前記所定回転速度に至った時から前記所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に前記回転加速度を前記第1加速度よりも大きい第2加速度に設定し、前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき前記第1時間を変化させることを特徴とする。
本発明の電動コンプレッサの制御方法は、吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部と、前記圧縮機構部を回転駆動させるモータと、前記モータを制御するモータ制御部とを備えた電動コンプレッサの制御方法であって、前記モータの同期運転期間において、前記モータの起動時から前記モータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間に前記モータの回転加速度を第1加速度に設定し前記所定回転速度に至った時から前記所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間には前記回転加速度を前記第1加速度よりも大きい第2加速度に設定するステップと、
前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき前記第1時間を変化させるステップとを備えることを特徴とする。
前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき前記第1時間を変化させるステップとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、モータの同期運転期間において、モータの起動時からモータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間にモータの回転加速度を第1加速度に設定し所定回転速度に至った時から所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定するとともに、モータの停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき第1時間を変化させるので、モータ起動時にコンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧が大きくてもモータを安定して起動できる。
以下、本発明の実施の形態の電動コンプレッサ及びその制御方法について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態の電動コンプレッサを示す構成ブロック図である。図1に示す電動コンプレッサ1は、圧縮機構部2、同期電動機からなり同期運転を行うるモータ3、インバータ4を有して構成される。
モータ3は、三相交流モータからなり、インバータ4の交流電力により回転することによりシャフト5を介して圧縮機構部2を駆動させる。圧縮機構部2は、図示しないロータを有し、ロータの回転により吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する。インバータ4は、直流電源6からの直流電流を交流電流に変換してモータ3に供給する。
インバータ4は、IGBTスイッチング器7と、モータ制御部8とを有している。IGBTスイッチング器7は、U相用のスイッチング素子IGBT1とスイッチング素子IGBT4との第1直列回路と、V相用のスイッチング素子IGBT2とスイッチング素子IGBT5との第2直列回路と、W相用のスイッチング素子IGBT3とスイッチング素子IGBT6との第3直列回路とが直流電源6の両端に接続されて構成される。
各々のスイッチング素子IGBT1〜IGBT6は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)から構成されている。スイッチング素子IGBT1の一端とスイッチング素子IGBT4の一端とは、モータ3のU相に接続される。スイッチング素子IGBT2の一端とスイッチング素子IGBT5の一端とは、モータ3のV相に接続される。スイッチング素子IGBT3の一端とスイッチング素子IGBT6の一端とは、モータ3のW相に接続される。
モータ制御部8は、6つのスイッチング素子IGBT1〜IGBT6をオン/オフさせることにより直流電源6からの直流電流を三相の交流電流に変換してモータ3に供給する。
モータ制御部8は、モータ3およびIGBTスイッチング器7に接続され、モータ3を駆動させるとともに、モータ3から電流情報、及び電圧情報を入力するとともに、位置検出部10、メモリ11を有している。
位置検出部10は、モータ3のU相、V相、W相の各相の電流を検出し、各相の電流に基づきモータ3内のロータの位置を検出し、ロータの位置に基づき6つのスイッチング素子IGBT1〜IGBT6のための6つの制御信号を生成する。
モータ制御部8は、生成された6つの制御信号を6つのスイッチング素子IGBT1〜IGBT6の各々のゲートに印加して、6つのスイッチング素子IGBT1〜IGBT6をオン/オフさせる。即ち、モータ3を運転させることにより、ロータの位置を求め、その位置を基にモータ3の制御を行う(同期運転)。ロータの位置を知るためのセンサが無くても制御できるから、センサレス制御である。
メモリ11は、モータ制御部8が実行するための制御プログラムを記憶する。モータ制御部8は、メモリ11に記憶された制御プログラムに基づき、モータ3の同期運転期間において、モータ3の起動時からモータ3の回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間にモータの回転加速度を第1加速度に設定し、所定回転速度に至った時から所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定する。
また、モータ制御部8は、モータ3からの電流情報、電圧情報に基づき、モータ3の停止直前に供給されている電流値又はモータ3の停止直前のモータの回転速度の少なくとも一方の値を算出し、算出された値に基づきモータ3の停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧を推定し、推定された差圧に基づき第1時間を変化させる。
次に、このように構成された実施形態の電動コンプレッサの動作を図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施形態の電動コンプレッサにおいてモータ起動時に差圧が大きいときに指令速度を2段階で加速させる処理を示すタイミングチャートである。
(差圧が大きいときに指令速度を2段階で加速させる処理)
図2の時刻t1において、モータ制御部8は、停止指令をIGBTスイッチング器7に出力することにより電動コンプレッサ1を停止させる。時刻t2において、モータ起動指令によりエアコン電源をオンして電動コンプレッサ1を起動させる。このとき、起動時の差圧Aは大きい。
図2の時刻t1において、モータ制御部8は、停止指令をIGBTスイッチング器7に出力することにより電動コンプレッサ1を停止させる。時刻t2において、モータ起動指令によりエアコン電源をオンして電動コンプレッサ1を起動させる。このとき、起動時の差圧Aは大きい。
モータ制御部8は、モータ3からの相電流に基づき、モータ3の停止直前に供給されている電流値を算出し、算出された値に基づきモータ3の停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧を推定し、推定された差圧に基づき第1時間C1(時刻t2〜t4)を変化させる。
次に、モータ制御部8は、モータ3の同期運転期間において、モータ3の起動時t2からモータ3の回転速度が所定回転速度(所定の指令速度B)に至る時t4までの第1時間C1にモータ3の回転加速度をより小さい第1加速度に設定し、第1加速度を示す信号をIGBTスイッチング器7に出力する。
次に、モータ制御部8は、モータ3の同期運転期間において、モータ3の起動時t2からモータ3の回転速度が所定回転速度(所定の指令速度B)に至る時t4までの第1時間C1にモータ3の回転加速度をより小さい第1加速度に設定し、第1加速度を示す信号をIGBTスイッチング器7に出力する。
所定の指令速度Bは、起動からモータ3が安定して起動できるような十分に小さい速度とする。また、時間C1の長さは、差圧によって決定する。モータ3が停止しているとき、差圧は時間とともに決まった傾きで減少していく。また、差圧の傾きは電動コンプレッサ1の構造やシステムにより決定されるため、実験等で予め確認し、マッピングすることが可能である。起動時差圧が大きい場合、時間C1を長くするため、指令加速度(第1加速度)は小さくなる。
起動時、差圧が大きいと推定した場合、図2に示すように差圧Aに応じて時間C1を長くする。これにより、差圧が安定して起動できる差圧Eまで低下した時点t3で、指令速度は、所定の指令速度B以下となるため、モータ3を安定して起動することができる。
一方、電動コンプレッサ1やシステムが、位置推定可能な回転速度D以下の速度に共振領域(共振周波数)を持つ場合、小さい加速度でゆっくりモータ3を加速すると、モータ速度が共振領域付近に留まる時間が長くなる。このため、振動や騒音が発生する。また、モータ3の回転速度を所定の速度Bまで加速するまでに共振領域があると、前述したように振動や騒音が発生する。このため、所定の速度Bを共振領域より小さい回転速度にする必要がある。
そこで、実施の形態では、モータ制御部8は、モータ3の同期運転期間において、起動時からモータ3の回転速度が共振領域より小さい所定の指令速度Bに至る時までの第1時間にモータ3の回転加速度を第1加速度に設定し、所定の指令速度Bに至る時t4から所定回転速度よりも大きい目標回転速度(位置推定可能な速度D)に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定する。
即ち、起動時t2から時間C1が経過した時刻t4において、早い指令加速度に切り替え、位置推定可能な速度Dまで一気に加速させる。これにより、共振周波数を一気に通過することができ、振動や騒音の発生を抑えることができる。
このように実施形態に係る電動コンプレッサによれば、モータ制御部8は、モータ3の起動時からモータ3の回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間にモータ3の回転加速度を第1加速度に設定し所定回転速度に至った時から所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に回転加速度を第1加速度よりも大きい第2加速度に設定し、モータ3の停止時の吐出側の冷媒圧力と吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき第1時間を変化させる。
従って、モータ起動時にコンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧が大きくてもモータ3を安定して起動できる。
(モータ起動時に逆回転が発生するときに指令速度を2段階で加速させる処理)
電動コンプレッサ1が停止したときの差圧が大きいと、高圧状態の吐出側冷媒が低圧状態の吸入側に逆流することにより、モータ3の逆回転が生ずる場合がある。モータ3の逆回転がある場合、モータステータの磁界に対して、モータロータの回転方向が逆になるため、駆動制御が不安定になり、モータ3の駆動が困難となる。
電動コンプレッサ1が停止したときの差圧が大きいと、高圧状態の吐出側冷媒が低圧状態の吸入側に逆流することにより、モータ3の逆回転が生ずる場合がある。モータ3の逆回転がある場合、モータステータの磁界に対して、モータロータの回転方向が逆になるため、駆動制御が不安定になり、モータ3の駆動が困難となる。
そこで、本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御部8は、図3に示すように、モータ3の逆回転が生ずる可能性のある程度の大きな差圧があると推定すると、その差圧の大きさに応じて時間C2を長く設定する。
差圧の大きさによるモータ3の逆回転が終了するまでの時間は、実験等で事前に確認できる。従って、起動時の差圧が分かれば、差圧が安定して起動できる値まで減少するまでの時間、あるいは逆回転が終了するまでの時間が算出される。このため、その算出された時間よりも長くなるように時間C2を設定する。
これにより、時間が経過し、逆回転が終了した時点t5で、指令速度は所定の指令速度B以下となるため、モータ3を安定して起動することができる。
なお、起動から時間C2が経過した後の動作は、図2に示す動作と同じであるので、ここでは、その説明は省略する。
(差圧が大きいときに指令速度を2段階で加速させ且つ所定の指令速度で一定時間駆動する処理)
図4は、本発明の実施形態の電動コンプレッサにおいてモータ起動時に差圧が大きいときに指令速度を2段階で加速させ且つ所定の指令速度で一定時間駆動する処理を示すタイミングチャートである。
図4は、本発明の実施形態の電動コンプレッサにおいてモータ起動時に差圧が大きいときに指令速度を2段階で加速させ且つ所定の指令速度で一定時間駆動する処理を示すタイミングチャートである。
モータ制御部8は、モータ3の同期運転期間において、起動時t2から、モータ3の回転速度が所定の指令速度Bに至る時t7までの時間(時刻t2〜t7)にモータ3の回転加速度を第1加速度に設定する。即ち、時刻t2〜t7では、モータ3の回転加速度を遅くする。
次に、モータ制御部8は、モータ3の回転速度が所定の指令速度Bに至った時t7から所定の指令速度Bを所定時間(時刻t7〜t9)だけ保持させる。次に、モータ制御部8は、時刻t9から所定の指令速度Bよりも大きい目標回転速度Dに至る時までの時間に第1加速度より大きい第2加速度に設定する。
即ち、起動からある加速度で指令速度を加速させ、所定の指令速度Bに到達した後には、起動から計数して時間F1が経過するまで、所定の指令速度Bで一定速度にする。この所定の指令速度Bは、モータ3が安定して起動できるような十分に小さい速度とする。また、時間F1の長さは、差圧によって決定される。
なお、モータ制御部8は、指令速度が所定の指令速度Bに到達してから時間F1が経過するまで、所定の指令速度B一定で駆動させるように制御しても良い。この場合には、時間F1は起動から計数した場合よりも短くなる。
モータ制御部8は、起動時に、差圧が大きい場合には、図4に示すように、差圧に応じて時間F1を長く設定する。これにより、差圧が安定して起動できる差圧Eまで低下した時点t8で、指令速度は所定の指令速度B以下となるため、モータ3を安定して起動できる。
起動時t2から時間F1が経過した時刻t9では、早い指令速度に切り替え、位置推定可能な速度Dまで一気に加速させる。これにより、共振周波数を一気に通過することができ、振動や騒音の発生を抑えることができる。
(モータ起動時に逆回転が発生するときに指令速度を2段階で加速させ且つ所定の指令速度で一定時間駆動する処理)
モータ制御部8は、モータ起動時の差圧が大きく、逆回転が発生している場合には、図5に示すように、起動時の差圧の大きさに応じて時間F2を長く設定する。これにより、時間が経過し、逆回転が終了した時点t11で、指令速度は所定の指令速度B以下となるため、モータ3を安定して起動することができる。
モータ制御部8は、モータ起動時の差圧が大きく、逆回転が発生している場合には、図5に示すように、起動時の差圧の大きさに応じて時間F2を長く設定する。これにより、時間が経過し、逆回転が終了した時点t11で、指令速度は所定の指令速度B以下となるため、モータ3を安定して起動することができる。
なお、起動から時間F2が経過した後の動作は、図4に示す動作と同じであるので、ここでは、その説明は省略する。
(差圧が小さいときに指令速度を2段階で加速させる処理)
モータ制御部8は、モータ3の起動時に、差圧が小さいと推定した場合には、図6に示すように、差圧の大きさに応じて時間C3を短く設定する。これにより、起動時に差圧が小さいときには、位置推定可能な速度Dまでの加速時間を短縮でき、センサレス制御への迅速に移行できる。この場合には、モータ3を安定して起動できる差圧E以下まで、直ちに差圧が低下するので、時間C3が短くてもモータ3を安定して起動できる。
モータ制御部8は、モータ3の起動時に、差圧が小さいと推定した場合には、図6に示すように、差圧の大きさに応じて時間C3を短く設定する。これにより、起動時に差圧が小さいときには、位置推定可能な速度Dまでの加速時間を短縮でき、センサレス制御への迅速に移行できる。この場合には、モータ3を安定して起動できる差圧E以下まで、直ちに差圧が低下するので、時間C3が短くてもモータ3を安定して起動できる。
(差圧が小さいときに指令速度を2段階で加速させ且つ所定の指令速度で一定時間駆動する処理)
モータ制御部8は、モータ3の起動時に、差圧が小さいと推定した場合には、図7に示すように、差圧の大きさに応じて時間F3を短く設定する。これにより、起動時に差圧が小さいときには、位置推定可能な速度Dまでの加速時間を短縮でき、センサレス制御への迅速に移行できる。この場合には、モータ3を安定して起動できる差圧E以下まで、直ちに差圧が低下するので、時間F3が短くてもモータ3を安定して起動できる。
モータ制御部8は、モータ3の起動時に、差圧が小さいと推定した場合には、図7に示すように、差圧の大きさに応じて時間F3を短く設定する。これにより、起動時に差圧が小さいときには、位置推定可能な速度Dまでの加速時間を短縮でき、センサレス制御への迅速に移行できる。この場合には、モータ3を安定して起動できる差圧E以下まで、直ちに差圧が低下するので、時間F3が短くてもモータ3を安定して起動できる。
なお、本発明は、前述した実施の形態に係る電動コンプレッサ及びその制御方法に限定されるものではない。前述した実施の形態に係る電動コンプレッサ及びその制御方法では、モータ停止直前のモータの駆動状態を示す状態値(モータ電流、モータの回転速度)によって、起動時の差圧を推定したが、例えば、圧縮機構部2に圧力センサを取り付けても良い。
この圧力センサが前記差圧を検出し、検出された差圧情報をモータ制御部8に出力するように構成しても良い。
1 電動コンプレッサ
2 圧縮機構部
3 モータ
4 インバータ
6 直流電源
7 IGBTスイッチング器
8 モータ制御部
10 位置検出部
11 メモリ
2 圧縮機構部
3 モータ
4 インバータ
6 直流電源
7 IGBTスイッチング器
8 モータ制御部
10 位置検出部
11 メモリ
Claims (6)
- 吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部(2)と、
前記圧縮機構部(2)を回転駆動させるモータ(3)と、
前記モータ(3)を制御するモータ制御部(8)とを備え、
前記モータ制御部(8)は、前記モータの同期運転期間において、前記モータの起動時から前記モータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間に前記モータの回転加速度を第1加速度に設定し前記所定回転速度に至った時から前記所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間に前記回転加速度を前記第1加速度よりも大きい第2加速度に設定し、前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき前記第1時間を変化させることを特徴とする電動コンプレッサ。 - 前記モータ制御部(8)は、前記モータの同期運転期間において、前記モータの回転速度が前記所定回転速度に至った時から前記所定回転速度を所定時間保持させた後、前記回転加速度を前記第1加速度よりも大きい第2加速度に設定することを特徴とする請求項1記載の電動コンプレッサ。
- 前記モータ制御部(8)は、前記モータの停止直前に供給されている電流値又は前記モータの停止直前の前記モータの回転速度の少なくとも一方の値に基づき前記差圧を推定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電動コンプレッサ。
- 前記前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧を検出し、検出された前記差圧情報を前記制御回路に出力する圧力センサを備えることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電動コンプレッサ。
- 前記モータ制御部(8)は、前記所定回転速度を前記圧縮機構部の共振領域より小さい回転速度に設定することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の電動コンプレッサ。
- 吸入側から吸入された冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する圧縮機構部(2)と、前記圧縮機構部(2)を回転駆動させるモータ(3)と、前記モータ(3)を制御するモータ制御部(8)とを備えた電動コンプレッサの制御方法であって、
前記モータの同期運転期間において、前記モータの起動時から前記モータの回転速度が所定回転速度に至る時までの第1時間には前記モータの回転加速度を第1加速度に設定し前記所定回転速度に至った時から前記所定回転速度よりも大きい目標回転速度に至る時までの第2時間には前記回転加速度を前記第1加速度よりも大きい第2加速度に設定するステップと、
前記モータの停止時の前記吐出側の冷媒圧力と前記吸入側の冷媒圧力との差圧に基づき前記第1時間を変化させるステップと、
を備えることを特徴とする電動コンプレッサの制御方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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