JP2015126592A - 電動コンプレッサ - Google Patents

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Abstract

【課題】モータの逆回転による慣性エネルギーをなくし、起動失敗を抑制できる電動コンプレッサ。
【解決手段】モータ駆動制御装置4は、モータを停止させた後、逆回転速度が高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、ハイサイド又はローサイドの全てのスイッチング素子を通電する全制動制御又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを通電する全制動制御を行った後、モータを正回転させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電動コンプレッサに関し、特にモータの運転停止時の逆回転を防止する技術に関する。
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に記載されたコンプレッサモータ制御装置は、コンプレッサモータが運転停止した後に、モータ駆動部5装置の正電圧側又は負電圧側の全てのスイッチング素子を通電するゼロベクトル通電手段又は正電圧側の1つのスイッチング素子と負電圧側の1つのスイッチング素子とを通電する直流励磁通電手段のいずれかを、制動手段により作動させてコンプレッサモータの逆回転を阻止している。
特開2000−287485号公報
しかしながら、制動手段によりコンプレッサモータの逆回転を完全に阻止してしまうと、コンプレッサ内の吐出側と吸入側とに差圧が残ってしまう。このため、再始動する際にモータトルクが不足しコンプレッサの起動を失敗する可能性がある。
さらに、逆回転阻止制御を断続的に行い、逆回転速度を遅くすることにより、差圧低下の促進を図る未公知の技術もある(特願2013−220853号)。
しかしながら、モータの逆回転中に起動指令を入力すると、モータが逆回転しながら正回転起動を始める。このため、正回転起動に必要なトルクは、モータ、圧縮機、シャフト等の回転体に蓄えられたモータの逆回転による慣性エネルギーが加算されることから、起動失敗する可能性がある。
本発明の課題は、モータの逆回転による慣性エネルギーをなくし、起動失敗を抑制することができる電動コンプレッサを提供することにある。
第1の発明は、ロータを有しロータの回転により低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする圧縮機と、圧縮機を駆動させるモータと、モータに接続され、複数のスイッチング素子を有するモータ駆動部と、複数のスイッチング素子をオンオフ制御することによりモータを駆動させるモータ駆動制御装置とを備える。モータ駆動制御装置は、モータを停止させた後、逆回転速度が高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、モータ駆動部のハイサイド又はローサイドの全てのスイッチング素子を通電する全制動制御又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子の内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子の内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子の内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子の内の2つとを通電する全制動制御を行った後、モータを正回転させる。
また、第2の発明では、モータ駆動制御装置は、前記モータを停止させた後、逆回転速度が前記高圧冷媒と前記低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、前記逆回転緩和制御を停止又は前記モータを逆回転させる全開放制御を行った後に、モータを正回転させる。
本発明によれば、制御回路は、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、モータ駆動部のハイサイド又はローサイドの全てのスイッチング素子を通電する全制動制御又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子の内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子の内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子の内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子の内の2つとを通電する全制動制御を行った後、モータを正回転させるので、モータの逆回転による慣性エネルギーをなくし、起動失敗を抑制することができる電動コンプレッサを提供することができる。
本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサを示す構成図である。 本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサの動作を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過後に再起動要求があった場合の制御によるコンプレッサの回転数と吐出側と吸入側との差圧の時間的な変化を示す図である。 本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過前に再起動要求があった場合の制御によるコンプレッサの回転数と吐出側と吸入側との差圧の時間的な変化を示す図である。 本発明の第2の実施形態の電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過後に再起動要求があった場合の制御によるコンプレッサの回転数と吐出側と吸入側との差圧の時間的な変化を示す図である。 本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサの逆回転緩和制御における直流励磁通電時のスイッチングパターンとゼロベクトル通電時のスイッチングパターンとを示す図である。 本発明の第1の実施形態の電動コンプレッサの全制動制御における直流励磁通電時のスイッチングパターンとゼロベクトル通電時のスイッチングパターンとを示す図である。
以下、本発明の実施の形態の電動コンプレッサについて図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1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は、インバータ1、モータ2、圧縮機3を有して構成される。インバータ1は、モータ駆動制御装置4、モータ駆動部5を備える。
モータ2は、三相交流モータからなり、インバータ1の交流電力により回転することにより圧縮機3を駆動させる。インバータ1は、直流電源からの直流電流を交流電流に変換してモータ2に供給する。
モータ駆動部5は、ハイサイドのスイッチング素子Uhとローサイドのスイッチング素子Ulとの第1直列回路と、ハイサイドのスイッチング素子Vhとローサイドのスイッチング素子Vlとの第2直列回路と、ハイサイドのスイッチング素子Whとローサイドのスイッチング素子Wlとの第3直列回路とが並列に接続されて構成される。
各々のスイッチング素子Uh,Vh,Wh,Ul,Vl,Wl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。各々のスイッチング素子Uh,Vh,Wh,Ul,Vl,Wlのコレクタ−エミッタ間には、逆並列にダイオードが接続されている。
ハイサイドのスイッチング素子Uhの一端とハイサイドのスイッチング素子Vhの一端とハイサイドのスイッチング素子Whの一端とは直流電源の正極とコンデンサC1の一端とに接続される。ローサイドのスイッチング素子Ulの一端とローサイドのスイッチング素子Vlの一端とローサイドのスイッチング素子Wlの一端とは、直流電源の負極とコンデンサC1の他端とに接続される。
ハイサイドのスイッチング素子Uhの他端とローサイドのスイッチング素子Ulの他端とは、モータ2のU相に接続される。ハイサイドのスイッチング素子Vhの他端とローサイドのスイッチング素子Vlの他端とは、モータ2のV相に接続される。ハイサイドのスイッチング素子Whの他端とローサイドのスイッチング素子Wlの他端とは、モータ2のW相に接続される。
モータ駆動部5は、6つのスイッチング素子Uh,Ul,Vh,Vl,Wh,Wlをオン/オフさせることにより直流電源からの直流電流を三相の交流電流に変換してモータ2に供給してモータ2を駆動する。モータ2は、同期電動機から構成されており、モータ駆動部5からの三相の交流電流により回転駆動して圧縮機3を駆動させる。
圧縮機3は、図示しないロータを有し、ロータの回転により低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする。モータ駆動制御装置4は、モータ2およびモータ駆動部5に接続され、モータ2を駆動させるとともに、モータ2の逆回転を抑制するもので、マイクロコンピュータ(MCU)から構成され、メモリ12を有している。
モータ駆動制御装置4は、通常運転時には、モータ2のU相、V相、W相の各相の電圧及び電流を検出し、各相の電圧及び電流に基づきモータ2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Uh,Ul,Vh,Vl,Wh,Wlのための6つの制御信号G1,G2,G3,G4,G5,G6を生成する。
モータ駆動制御装置4は、生成された制御信号G1,G2,G3,G4,G5,G6を6つのスイッチング素子Uh,Ul,Vh,Vl,Wh,Wlの各々のゲートに印加して、6つのスイッチング素子Uh,Ul,Vh,Vl,Wh,Wlをオン/オフさせる。
モータ駆動制御装置4は、モータ2が停止した後、圧縮機3内のロータの逆回転を緩和するための逆回転緩和制御期間(逆回転緩和制御時間)では、モータ2内のロータの位置検出は行わない。
モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、逆回転緩和制御期間では、メモリ12から読み出した制御プログラムに従って、モータ2に負荷を与える制御を行うことにより、逆回転速度が高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように制御する逆回転緩和制御を行う。メモリ12は、制御プログラムを記憶する。
逆回転緩和制御を行う第1の方法として、モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、モータ駆動部5の三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを断続的にオンさせ、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを断続的にオンさせ、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを断続的にオンさせる。但し、同相のハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子とは、同時にオンさせない。
また、逆回転緩和制御を行う第2の方法として、モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの全てのスイッチング素子又は三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの全てのスイッチング素子を同時に且つ断続的にオンさせる。
また、モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、モータ駆動部5のハイサイドの全てのスイッチング素子又はローサイドの全てのスイッチング素子を通電する全制動制御又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを通電する全制動制御を行った後、モータ2を正回転させる。
モータ駆動制御装置4は、再起動要求時に、前記差圧が所定圧以下の場合には前記全制動制御に移行させ、前記差圧が所定圧を超える場合には前記差圧が所定圧以下になってから前記全制動制御に移行させる。
モータ駆動制御装置4は、モータ2からの電流情報、電圧情報に基づき、モータ2の停止直前に供給されている電流値又はモータ2の停止直前のモータ2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前記差圧を推定する。
次に、このように構成された第1の実施形態の電動コンプレッサの動作を図2に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図3を参照しながら、電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過後に再起動要求があった場合の制御について説明する。
まず、時刻t0〜t1の通常運転期間では、モータ駆動制御装置4からの制御信号G1,G2,G3,G4,G5,G6(回転指令)によりモータ駆動部5が制御され、インバータ1からの交流電力によりモータ2が通常の回転速度で回転される。
このため、モータ2の回転により圧縮機3が駆動され、低圧冷媒が圧縮機3に入る。圧縮機3ではロータが回転することにより低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出側に送る。即ち、電動コンプレッサが運転される(ステップS11)。
次に、時刻t1において、モータ駆動制御装置4から電動コンプレッサの運転停止指令がモータ駆動部5に送られると(ステップS13)、モータ駆動部5の各スイッチング素子Uh,Vh,Wh,Ul,Vl,Wlの駆動が停止される。これにより、電動コンプレッサが停止する(ステップS15)。すると、高圧冷媒と低圧冷媒との差圧により圧縮機3のロータの逆回転が発生する。
次に、時刻t2において、モータ駆動制御装置4は、圧縮機3のロータの逆回転緩和制御を開始する(ステップS17)。即ち、モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、モータ2に負荷を与える制御を行うことにより、図3に示すように、逆回転速度RV2が高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度RV1未満になるように制御する逆回転緩和制御を行う。
具体的には、モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、モータ駆動部5の三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを断続的にオンさせ、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを断続的にオンさせ、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを断続的にオンさせる。但し、同相のハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子とは、同時にオンさせない。
また、別の方法として、モータ駆動制御装置4は、モータ2を停止させた後に、三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの全てのスイッチング素子又は三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの全てのスイッチング素子を同時に且つ断続的にオンさせる。
即ち、図6に示すように、パルス信号のオンデューティを例えば10〜20%に設定することで、モータ2に断続的に負荷が与えられるので、逆回転速度RV2が高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度RV1未満になるように制御する。即ち、ロータの逆回転を緩和する逆回転緩和制御が行われる。
次に、モータ駆動制御装置4は、メモリ12から逆回転緩和制御時間を読み出し、逆回転緩和制御を開始した時から逆回転緩和制御時間が経過したかどうかを判定する(ステップS19)。
逆回転緩和制御時間は、コンプレッサの種類、圧縮機3の吐出側と吸入側との差圧、圧縮機3の容量、圧縮機3の慣性モーメント、圧縮機3の動作時の摩擦などによって決定される。
次に、モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御を開始した時から逆回転緩和制御時間が経過したときには、逆回転緩和制御を停止する(ステップS21)。
一方、モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御期間中(時刻t2〜t5)に、電動コンプレッサの運転指令が入ったかどうかを判定する(ステップS23)。即ち、モータ駆動制御装置4は、再起動要求があったどうかを判定する。
モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御期間中(時刻t2〜t5)に、再起動要求があった場合には、電動コンプレッサ停止時から一定時間Tが経過したかどうかを判定する(ステップS24)。
図3に示す例では、時刻t3において、再起動要求があり、且つ電動コンプレッサ停止時から一定時間Tが経過しているので、モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御を停止させ(ステップS27)、全制動制御を行う(ステップS29)。
即ち、モータ駆動制御装置4は、モータ駆動部5のハイサイドの全てのスイッチング素子Uh,Vh,Wh又はローサイドの全てのスイッチング素子Ul,Vl,Wlを通電するゼロベクトル通電による全制動制御又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを通電する、又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する直流励磁通電による全制動制御を時刻t3から行い、その後、時刻t31にモータ2を正回転させる。
この全制動制御は、図7に示す直流励磁通電又はゼロベクトル通電によって行われる。直流励磁通電又はゼロベクトル通電では、図7からもわかるようにオンデューティが例えば80〜90%である。即ち、オン時間を長くすることにより、短時間で圧縮機3のロータの回転を停止させる。
次に、図4を参照しながら、電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過前に再起動要求があった場合の制御について説明する。
図4に示すように、電動コンプレッサの回転停止指令時t1から所定時間T経過前の時刻t6において、再起動要求があった場合には、モータ駆動制御装置4は、モータ2からの電流情報、電圧情報に基づき、モータ2の停止直前に供給されている電流値又はモータ2の停止直前のモータ2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前記差圧を推定する。
そして、モータ駆動制御装置4は、時刻t6において、推定された差圧P1がモータ2を起動できる所定圧P2を超えるため、推定された差圧が所定圧P2以下になった時刻t7に、前記全制動制御に移行させ、時刻t71にモータ2を正回転させる。従って、モータ2の起動失敗がなくなる。
このように第1の実施形態に係る電動コンプレッサによれば、モータ駆動制御装置4は、モータが停止した後に、所定期間、ゼロベクトル通電又は直流励磁通電をPWM制御で断続的に行うことにより、逆回転速度を高圧冷媒と低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行う。モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、ゼロベクトル通電制御又は直流励磁通電の全制動制御を行った後、モータ2を正回転させるので、モータ2の逆回転による慣性エネルギーをなくし、起動失敗を抑制することができる電動コンプレッサを提供することができる。
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態の電動コンプレッサの回転停止指令時から所定時間経過後に再起動要求があった場合の制御によるコンプレッサの回転数と吐出側と吸入側との差圧の時間的な変化を示す図である。
第2の実施形態の電動コンプレッサでは、モータ駆動制御装置4が、モータ2を停止させた後、逆回転速度が前記高圧冷媒と前記低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、前記逆回転緩和制御を停止又は前記モータを逆回転させる全開放制御を行った後に、モータを正回転させることを特徴とする。
図5を参照して第2の実施形態の電動コンプレッサの動作を説明する。逆回転緩和制御中の時刻t3に再起動要求があると、モータ駆動制御装置4は、逆回転緩和制御を停止してモータ2を逆回転させ(時刻t30〜t31)、その後、モータ2を正回転させる。
従って、モータ2の逆回転による慣性エネルギーをなくし、起動失敗を抑制することができる電動コンプレッサを提供することができる。
また、第2の実施形態の電動コンプレッサにおいても、回転停止指令時から所定時間経過前に再起動要求があった場合には、図4に示す第1の実施形態の電動コンプレッサにおいて説明した動作を行うようにしても良い。
即ち、モータ駆動制御装置4が、モータ2からの電流情報、電圧情報に基づき、モータ2の停止直前に供給されている電流値又はモータ2の停止直前のモータ2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前記差圧を推定する。そして、モータ駆動制御装置4は、再起動要求時に、前記差圧が所定圧以下の場合には前記全制動制御に移行させ、前記差圧が所定圧を超える場合には前記差圧が所定圧以下になってから前記全制動制御に移行させるようにしても良い。
1 インバータ
2 モータ
3 圧縮機
4 モータ駆動制御装置
5 モータ駆動部
12 メモリ

Claims (6)

  1. ロータを有し、前記ロータの回転により低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする圧縮機(3)と、
    前記圧縮機(3)を駆動させるモータ(2)と、
    前記モータ(2)に接続され、複数のスイッチング素子を有するモータ駆動部(5)と、
    前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御することにより前記モータ(2)を駆動させるモータ駆動制御装置(4)とを備え、
    前記モータ駆動制御装置(4)は、前記モータ(2)を停止させた後、逆回転速度が前記高圧冷媒と前記低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、前記モータ駆動部(5)のハイサイド又はローサイドの全てのスイッチング素子を通電する全制動制御又はハイサイドの1つのスイッチング素子とローサイドの1つのスイッチング素子を通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の2つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の1つとを通電する、又は三相分のハイサイドのスイッチング素子Uh,Vh,Whの内の1つと三相分のローサイドのスイッチング素子Ul,Vl,Wlの内の2つとを通電する全制動制御を行った後、モータを正回転させることを特徴とする電動コンプレッサ。
  2. 前記モータ駆動制御装置(4)は、前記再起動要求時に、前記差圧が所定圧以下の場合には前記全制動制御に移行させ、前記差圧が所定圧を超える場合には前記差圧が所定圧以下になってから前記全制動制御に移行させることを特徴とする請求項1記載の電動コンプレッサ。
  3. 前記モータ駆動制御装置(4)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。
  4. ロータを有し、前記ロータの回転により低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒にする圧縮機(3)と、
    前記圧縮機(3)を駆動させるモータ(2)と、
    前記モータ(2)に接続され、複数のスイッチング素子を有するモータ駆動部(5)と、
    前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御することにより前記モータを駆動させるモータ駆動制御装置(4)とを備え、
    前記モータ駆動制御装置(4)は、前記モータを停止させた後、逆回転速度が前記高圧冷媒と前記低圧冷媒との差圧で発生するロータの逆回転速度未満になるように逆回転緩和制御を行い、逆回転緩和制御中に再起動要求があった場合、前記逆回転緩和制御を停止又は前記モータを逆回転させる全開放制御を行った後に、モータを正回転させることを特徴とする電動コンプレッサ。
  5. 前記モータ駆動制御装置(4)は、前記再起動要求時に、前記差圧が所定圧以下の場合には前記全開放制御に移行させ、前記差圧が所定圧を超える場合には前記差圧が所定圧以下になってから前記全開放制御に移行させることを特徴とする請求項4記載の電動コンプレッサ。
  6. 前記モータ駆動制御装置(4)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4又は請求項5記載の電動コンプレッサ。
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