JP2018003787A - Compressor motor control device and electric compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動コンプレッサとこれを回転させるモータの制御装置に関する。 The present invention relates to an electric compressor and a control device for a motor that rotates the electric compressor.
圧縮機構を電動モータで回転駆動させる電動コンプレッサが動作中に停止した場合、その理由としては、回転部分の潤滑不良や異物の噛み込み等による機械的なロックや、電動モータに対する回転速度指令値の急激な変化で生じた過負荷による電動モータの脱調等が考えられる。 If the electric compressor that drives the compression mechanism to rotate with the electric motor stops during operation, the reason for this is mechanical locking due to poor lubrication of the rotating part or biting of foreign matter, or the rotational speed command value for the electric motor. A step-out of the electric motor due to an overload caused by a sudden change can be considered.
電動コンプレッサの停止の原因が電動モータの過負荷にある場合は、電動コンプレッサを再起動させても差し支えない。しかし、原因が機械的なロックにある場合は、原因が解消しない限り再起動させても電動コンプレッサは停止したまま動作せず、むしろ、再起動により電動モータを過電流状態に陥らせて電動コンプレッサの状態をさらに悪化させる可能性がある。 If the cause of the stop of the electric compressor is an overload of the electric motor, the electric compressor may be restarted. However, if the cause is a mechanical lock, the electric compressor will not operate even if it is restarted unless the cause is resolved. Rather, it will cause the electric motor to fall into an overcurrent state by restarting the electric compressor. The situation may be further exacerbated.
そこで、電動コンプレッサの停止時に、停止が機械的なロックを原因とするものかどうかを確認することは非常に有用であり、そのための方法が従来から提案されている。この提案の方法では、電動コンプレッサの停止時に、電動モータの埋込磁石形(IPM:Interior permanent Magnet )のロータに電気角の360°分の高周波電流を流れさせてロータの停止角度を検出した後、直流の強制電流を流れさせる。 Therefore, it is very useful to confirm whether the stop is caused by a mechanical lock when the electric compressor is stopped, and a method for that purpose has been proposed. In the proposed method, when the electric compressor is stopped, a high-frequency current corresponding to 360 ° of the electrical angle is caused to flow through the rotor of an interior permanent magnet (IPM) rotor of the electric motor to detect the rotor stop angle. , Make a DC forced current flow.
機械的なロックが起こっていなければ、直流の強制電流を流れさせることで電動モータが回転して停止角度が変わるはずなので、その後に再び電気角の360°分の高周波電流を流れさせてロータの停止角度を検出し、先に検出した停止角度と一致するかどうかを判定する。これにより、機械的なロックが起きた場合にそのことを検出することができる(例えば、特許文献1)。 If there is no mechanical lock, the electric motor should rotate and the stop angle should change by allowing a DC forcing current to flow. A stop angle is detected, and it is determined whether or not it matches the previously detected stop angle. Thereby, when a mechanical lock | rock occurs, it can detect that (for example, patent document 1).
しかし、上述した提案の方法は、電動コンプレッサの停止の度に、交流駆動と直流駆動との組み合わせによる複雑なロジックを実行して行わなければならず、処理の負担が大きいと共に消費電力が大きいというデメリットがある。 However, the proposed method described above must be performed by executing a complicated logic by a combination of AC driving and DC driving every time the electric compressor is stopped, and the processing load is large and the power consumption is large. There are disadvantages.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動コンプレッサの停止の度に実行するロジックの軽減を図り、処理の負担と消費電力の抑制を図ることができるコンプレッサモータ制御装置と、これを用いて好適な電動コンプレッサとを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the logic executed each time the electric compressor is stopped, and to reduce the processing load and power consumption. And it is providing the suitable electric compressor using this.
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、
吸入した気体が圧縮されるコンプレッサの圧縮機構の回転体に連結された回転軸を回転させるモータの制御装置において、
前記モータの停止中に該モータのコイルに位置検出用電流を通電させて、該コイルを流れた電流から、前記モータのステータの位置を基準とし前記モータのロータの電気角度に応じた直交座標系の軸電流を検出する軸電流検出手段と、
前記軸電流検出手段が検出した前記軸電流に対応する前記電気角度を検出する電気角度検出手段と、
前記電気角度検出手段が検出した前記電気角度を評価して、該評価の結果から、前記コンプレッサの機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段と、
を備える。
In order to achieve the above object, a compressor motor control device according to a first aspect of the present invention comprises:
In a motor control device that rotates a rotating shaft connected to a rotating body of a compression mechanism of a compressor in which inhaled gas is compressed,
An orthogonal coordinate system according to the electrical angle of the rotor of the motor based on the position of the stator of the motor from the current flowing through the coil by passing a current for position detection to the coil of the motor while the motor is stopped Shaft current detecting means for detecting the shaft current of
Electrical angle detection means for detecting the electrical angle corresponding to the shaft current detected by the shaft current detection means;
Lock detection means for evaluating the electrical angle detected by the electrical angle detection means, and detecting from the result of the evaluation that the mechanical lock of the compressor has occurred;
Is provided.
また、上記目的を達成するために、本発明の第2の態様による電動コンプレッサは、
吸引した気体が回転体の回転により圧縮される圧縮機構と、
前記回転体に連結された回転軸を回転させるモータと、
前記モータを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置として、請求項1、2、3、4又は5記載のコンプレッサモータ制御装置を用いている。
In order to achieve the above object, an electric compressor according to the second aspect of the present invention includes:
A compression mechanism in which the sucked gas is compressed by rotation of the rotating body;
A motor for rotating a rotating shaft connected to the rotating body;
A control device for controlling the motor,
The compressor motor control device according to
本発明によれば、電動コンプレッサの停止の度に実行するロジックの軽減を図り、処理の負担と消費電力の抑制を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the logic executed each time the electric compressor is stopped, and to reduce the processing load and power consumption.
以下、本発明をベーンロータリー式の圧縮機構を有する電動コンプレッサに適用した場合の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an electric compressor having a vane rotary type compression mechanism will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサの概略構成を示す正断面図、図2は図1の圧縮機構の拡大断面図である。なお、本実施形態では、3つのベーンを有するベーンロータリー式の圧縮機構を有する電動コンプレッサを例に取って説明する。図1に示す本実施形態の電動コンプレッサ1は、回転式の圧縮機構3を電動モータ5で駆動して冷媒を圧縮するものである。
FIG. 1 is a front sectional view showing a schematic configuration of an electric compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of the compression mechanism of FIG. In the present embodiment, an electric compressor having a vane rotary type compression mechanism having three vanes will be described as an example. An
そして、電動コンプレッサ1(請求項中のコンプレッサに相当)は、圧縮機構3及び電動モータ5の他、これらが収容されるハウジング7、及び、コントローラ15を有している。
The electric compressor 1 (corresponding to the compressor in the claims) includes a
圧縮機構3は、一対のサイドブロック3a,3bと、これらによって挟持されたシリンダブロック3cと、シリンダブロック3cの内部に形成された楕円形のシリンダ室3dに収容した円柱状のロータ3eとを有している。
The
ロータ3e(請求項中の回転体に相当)は、サイドブロック3a,3bの軸受部3f,3gで軸受された電動モータ5の回転軸5aに取り付けられており、図2に示すように、ロータ3eの周面に開口する3つのベーン溝31には、ロータ3eの周面から出没可能にベーン33がそれぞれ支持されている。ベーン溝31及びベーン33は、ロータ3eの回転方向X(正方向)に120゜ずつ間隔をおいて配置されている。
The
ロータ3eが電動モータ5によりシリンダ室3d内で回転方向X(正方向)に回転されると、ロータ3eの各ベーン33がシリンダ室3dの内周面に倣ってベーン溝31から出没し、ロータ3eと隣り合う2つのベーン33とシリンダ室3dとで構成される圧縮室35の容積が変化する。
When the
そして、圧縮室35の容積が増加する間に、サイドブロック3aに形成した吸入口(図示せず)を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、圧縮室35の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、シリンダブロック3cの吐出ポート3lの吐出弁3mを開弁させ、さらに、サイドブロック3bに形成した吐出口(図示せず)から吐出される。
Then, while the volume of the
図1に示すように、電動モータ5(請求項中のモータに相当)は、回転軸5aに取り付けられたロータ5b(請求項中のロータに相当)と、ロータ5bの外側に配置されたステータ5cとを有している。ステータ5cは複数の極に対応したティース(図示せず)を有しており、各ティースにはコイル5dがそれぞれ巻回されている。電動モータ5は、各コイル5dに所定のパターンで電圧を印加することでステータ5cに回転磁界を発生させることで、ロータ5bを回転させる。
As shown in FIG. 1, an electric motor 5 (corresponding to a motor in claims) includes a
ハウジング7は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング7には圧縮機構3が収容されており、収容された圧縮機構3によりハウジング7の内部は、サイドブロック3bが露出する閉塞側の密閉された吐出室7aと、サイドブロック3aが露出する開口側の吸入室7bとに仕切られている。吸入室7bには電動モータ5が収容されており、吸入室7bは、ハウジング7の開口7cに取り付けた蓋部9によって密閉されている。
The
上述した吸入室7bは、圧縮機構3によって圧縮する低温低圧の冷媒が、電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの蒸発器)から不図示の吸入ポートを介して吸入される空間である。
The
また、圧縮機構3によって吸入室7bと気密に仕切られた吐出室7aは、圧縮機構3によって圧縮された高温高圧の冷媒を、不図示の吐出ポートを介して電動コンプレッサ1の外部(例えば、冷凍サイクルの凝縮器)に吐出する空間である。この吐出室7aの下部には、潤滑油11が貯留される液溜まり部7dが形成されている。この液溜まり部7dには、吐出室7a内の液相の冷媒(図示せず)も滞留される。
Further, the discharge chamber 7a, which is hermetically partitioned from the
液溜まり部7dの潤滑油11は、吐出室7aの冷媒の圧力によりサイドブロック3a,3bの軸受部3f,3gに供給されて、軸受部3f,3gが軸受する回転軸5aの潤滑に用いられる。軸受部3f,3gは、サイドブロック3a,3bの回転軸5aが貫通する貫通孔の内周面に形成された環状溝からなる。
The lubricating
サイドブロック3aの軸受部3fには、サイドブロック3bの通路3hと、シリンダブロック3cの通路3iと、サイドブロック3aの通路3jとを介して、液溜まり部7dの潤滑油11が供給される。サイドブロック3bの軸受部3gには、サイドブロック3bの通路3kを介して液溜まり部7dの潤滑油11が供給される。
The lubricating
サイドブロック3a,3bの軸受部3f,3gに供給された潤滑油11は、回転軸5aとの隙間を経て吸入室7bに流入し、吸入室7bの底部に溜まる。吸入室7bの底部には、吸入室7bに吸入された液相の冷媒も溜まる。吸入室7bの底部に溜まった潤滑油11や液相の冷媒は、吸入室7bの冷媒の流れに乗って圧縮機構3のシリンダ室3dに吸入され、ここで圧縮された高圧の冷媒に混じって吐出室7aに吐出される。
The lubricating
そこで、吐出室7aには、高圧の冷媒から潤滑油11を分離する油分離器7eが設けられている。油分離器7eによって冷媒から分離された潤滑油11は、吐出室7a内の液相の冷媒(図示せず)と共に、吐出室7aの下部の液溜まり部7dに滞留される。
Therefore, the discharge chamber 7a is provided with an
コントローラ15(請求項中の制御装置及びコンプレッサモータ制御装置に相当)は、図3の説明図に示すように、インバータ回路15aとモータ制御部15bとを有している。
The controller 15 (corresponding to the control device and the compressor motor control device in the claims) has an
インバータ回路15aは、直流電源13の電力を交流に変換して電動モータ5のステータ5cのU,V,W各相のコイル5dに供給するものである。そして、インバータ回路15aは、各相のコイル5dに対応する上アーム及び下アームの電力用スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)Q1〜Q6を有している。
The
なお、IGBTQ1〜Q6は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 、電界効果トランジスタ)等のパワートランジスタに置き換えてもよい。 The IGBTs Q1 to Q6 may be replaced with power transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
モータ制御部15b(請求項中の軸電流検出手段、電気角度検出手段及び起動制御手段に相当)は、電動モータ5のステータ5cに回転磁界を発生させるための所定のパターンによる各コイル5dへの電圧印加を制御するもので、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
The
モータ制御部15bは、ロータ5bが一定の回転速度に達した後の定常期間において、各コイル5dへの電圧印加をセンサレスベクトル制御によって行う。センサレスベクトル制御では、ステータ5cの励磁されていない相のコイル5dを流れる誘導電流又は電圧を利用してロータ5bの回転角度をセンサレスで特定し、ロータ5bの回転角度に合わせて回転磁界が回転するように、各コイル5dに電圧が印加される。
The
一方、ロータ5bが回転し始めてから一定の回転速度に達するまでの始動期間には、ステータ5cのコイル5dを流れる誘導電流又は電圧が小さいので、これを利用してロータ5bの回転角度を特定することができない。そこで、モータ制御部15bは、始動期間において、各コイル5dへの電圧印加を同期制御(同期運転)によって行う。同期制御では、回転角度が不明なロータ5bがステータ5cに発生する回転磁界の回転に同期して回転するように、各コイル5dに電圧が印加される。
On the other hand, since the induced current or voltage flowing through the
なお、同期制御時には、モータ制御部15bは、圧縮機構3のロータ3eの始動トルクを上回るトルクが発生するように、ステータ5cのU,V,Wの各相のコイル5dに電圧を印加して、電動コンプレッサ1の起動が失敗しないようにする必要がある。
During synchronous control, the
ところで、図4のグラフに示すように、ロータ3eの負荷トルクは、ロータ3eの回転角度によって変動する。ロータ3eの回転角度によって負荷トルクが変動するのは、ロータ3eの回転に伴いシリンダ室3d内の隣り合う2つのベーン33,33間の圧縮室35の容積が変化し、圧縮室35内の冷媒が圧縮されて圧力上昇するのに起因している。
Incidentally, as shown in the graph of FIG. 4, the load torque of the
つまり、圧縮室35に冷媒が吸入されるときのロータ3eの回転角度では、圧縮室35内の冷媒圧力が低いのでロータ3eの負荷トルクは低い。一方、吸入された冷媒が圧縮室35内で吐出寸前まで圧縮されたときのロータ3eの回転角度では、圧縮室35内の冷媒圧力が高いのでロータ3eの負荷トルクは高い。このため、ロータ3eの負荷トルクの変動は、ロータ3eの回転に連動した周期で変動する。
That is, at the rotation angle of the
また、電動モータ5を停止した際にロータ3eは、吐出室7aの冷媒圧力と吸入室7bの冷媒圧力との差圧によって逆方向に回転(逆回転)する。シリンダ室3dの内周面に対するベーン33の摺動によりロータ3eに対してかかる回転摩擦力が、吐出室7aの冷媒圧力と吸入室7bの冷媒圧力との差圧を超えると、ロータ3eの逆回転が停止する。
Further, when the
そして、本実施形態の電動コンプレッサ1では、ロータ3eの周面に120゜間隔で形成した3つのベーン溝35から突出した3つのベーン33がシリンダ室3dの内周面をそれぞれ摺動する。このため、電動モータ5の停止後に逆回転したロータ3eがベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力(ベーンフリクション)により停止する位置は、図5のグラフに示すように、ロータ3eが1回転する間に120゜間隔で3箇所存在する。
In the
ロータ5bの回転角度を検出する方法としては、電動モータ5のロータ5bがステータ5cのU,V,Wの各相のコイル5dに通電した際にコイル5dを実際に流れた電流から検出される、電動モータ5の電気角度を用いることが考えられる。
As a method for detecting the rotation angle of the
ここで、電動モータ5の電気角度は、ロータ5bの永久磁石による磁極の対数(極対数)をロータ5bの回転角度に乗じた角度である。本実施形態では、図6の説明図に示すように、ロータ5bがS極とN極との対を2つ有しているので、極対数が2つであるロータ5bの回転角度に対して電動モータ5の電気角度は、図7のグラフに示すように、2倍の角度となる。
Here, the electrical angle of the
ところで、ステータ5cのコイル5dを流れた電流から電動モータ5の電気角度を求める際には、コイル5dを流れた電流のベクトルを座標変換により、ステータ5cの位置を基準とする直交座標系(α軸、β軸)のベクトルに変換する。
By the way, when the electric angle of the
座標変換後の直交座標系における各軸の電流(α軸電流iα、β軸電流iβ)は、図8のグラフに示すように、電動モータ5の電気角度の2倍の周期で変化する。このような変化は、電動モータ5が、図6に示すような、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形(IPM:Interior permanent Magnet )のロータ5bを用いたIPMモータである場合に顕著となる。これは、電動モータ5のモータトルクがマグネットトルクとリラクタンストルクとを合成したものとなるからである。
The currents (α-axis current iα, β-axis current iβ) in the orthogonal coordinate system after the coordinate conversion change at a cycle twice the electrical angle of the
また、永久磁石を表面に露出させた表面磁石形(SPM:Surface Permanent Magnet )のロータ5bを用いたSPMモータでも、モータトルクが若干のリラクタンストルクを含んでいる。このため、電動モータ5がSPMモータである場合でも、図8のグラフに示す変化よりも振幅は小さいものの、α軸電流iαやβ軸電流iβの周期的な変化が生じる。
Even in an SPM motor using a surface permanent magnet (SPM)
そして、電動モータ5の脱調や通電停止により圧縮機構3のロータ3eがベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力で停止する3つの回転角度に対応する電気角度では、各電気角度に対応するα軸電流iα及びβ軸電流iβの値は、図10のC,D,Eの各点のように、それぞれ異なる値の組み合わせとなる。
Then, at the electrical angles corresponding to the three rotational angles at which the
そこで、本実施形態の電動コンプレッサ1では、電動モータ5を起動する前にモータ制御部15bが、ロータ5bが回転しない程度のごく短時間に亘って、電動モータ5の電気角度を検出するための通電を、ステータ5cの各相のコイル5dに対して行う。
Therefore, in the
この通電では、例えば1シャント方式を利用し、図11の説明図に示すパターンでインバータ回路15aのIGBTQ1,Q5,Q6をオンさせるための、図12のグラフの上部に示すパルス信号を、モータ制御部15bが出力する。これにより、図12のグラフの下部に示す波形の電流(iu,iv,iw)がステータ5cのU,V,Wの各相のコイル5dを流れたら、その電流(iu,iv,iw)からモータ制御部15bが、図12に示す変換式を用いてα軸電流iα及びβ軸電流iβの値を求める。
In this energization, for example, a single shunt method is used, and a pulse signal shown at the top of the graph of FIG. 12 for turning on the IGBTs Q1, Q5, and Q6 of the
そして、モータ制御部15bは、内部の不図示のメモリ15cに予め記憶させてあるテーブル15dを参照して、モータ制御部15bが求めたα軸電流iα及びβ軸電流iβの組み合わせに対応する電動モータ5の電気角度を特定する。このテーブル15dでは、α軸電流iα及びβ軸電流iβの組み合わせと、圧縮機構3のロータ3eがベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力により停止する電動モータ5の電気角度とが対応付けられている。
Then, the
ここで、α軸電流iα及びβ軸電流iβの値の組み合わせが、図13のグラフ中のa点におけるα軸電流iα及びβ軸電流iβの値であったならば、モータ制御部15bは、その値の組み合わせに対応する電動モータ5の電気角度が、図3のテーブル15dに定義されているか否かを確認する。
Here, if the combination of the values of the α-axis current iα and the β-axis current iβ is the value of the α-axis current iα and the β-axis current iβ at the point a in the graph of FIG. 13, the
そして、モータ制御部15bは、α軸電流iα及びβ軸電流iβの値の組み合わせに対応する電動モータ5の電気角度が図3のテーブル15dに定義されている場合は、その電気角度を、後述する手順により電動コンプレッサ1が停止した原因を判定するのに利用する。
Then, when the electrical angle of the
なお、圧縮機構3のロータ3eがベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力により停止する回転角度と、その回転角度にロータ3eがあるときの、電動モータ5の各電気角度にそれぞれ対応するα軸電流iα及びβ軸電流iβは、電動モータ5のロータ5bの対極数とベーン33の枚数とによって定まる。
Note that the rotation angle at which the
モータ制御部15bは、動作中の電動コンプレッサ1が停止した際に、その原因を判定する処理を行う。モータ制御部15bが判定する原因とは、電動コンプレッサ1の特に圧縮機構3や電動モータ5等の回転部分に生じた機械的なロックや、電動モータ5の脱調時及び通電停止による通常の停止時にシリンダ室3dの内周面とベーン33との間に生じた、吐出室7aの冷媒圧力と吸入室7bの冷媒圧力との差圧を超えた回転摩擦力(ベーンフリクション)である。
The
以下、動作中の電動コンプレッサ1が停止した際にモータ制御部15bがその原因を判定する際の処理の手順について、図14及び図15のフローチャートを参照して説明する。
Hereinafter, a procedure of processing when the
まず、モータ制御部15bは、図14に示すフローチャートの処理を、周期的に繰り返し実行する。そして、モータ制御部15bはまず、動作中の電動コンプレッサ1が停止したか否かを確認する(ステップS1)。
First, the
動作中の電動コンプレッサ1が停止したことは、例えば、モータ制御部15bがコントローラ15から電動モータ5のトルクや回転数の指令値(但し、ゼロ以外)を受け取っている状態で、電動モータ5側からの回転パルスの入力が途絶えたこと等によって認識することができる。
The fact that the
そして、動作中の電動コンプレッサ1が停止していない場合は(ステップS1でNO)、一連の処理を終了し、停止している場合は(ステップS1でYES)、モータ制御部15bは、電動モータ5のロータ5bの電気角度を検出処理を実行する(ステップS3)。
If the operating
この電気角度検出処理では、図15に示すように、モータ制御部15bは、電動モータ5の電気角度を検出するための通電を、ステータ5cのU,V,Wの各相のコイル5dに対して短時間行う(ステップS21)。
In this electrical angle detection process, as shown in FIG. 15, the
次に、モータ制御部15bは、各相のコイル5dを流れた電流(iu,iv,iw)から図12に示す変換式を用いてα軸電流iα及びβ軸電流iβを求め(ステップS23)、さらに、図3のテーブル15dを参照して電動モータ5の電気角度を求める(ステップS25)。そして、電気角度検出処理を終了して図14のフローチャートの手順に戻る。
Next, the
図14に示すステップS3の電気角度検出処理の終了後に、モータ制御部15bは、評価処理(ステップS5)を行う。ステップS5の評価処理では、モータ制御部15bは、ステップS3で検出した電気角度が、電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生時にのみロータ5bが停止する回転角度に対応する電気角度と一致するか否かを確認する。
After completion of the electrical angle detection process in step S3 shown in FIG. 14, the
なお、本実施形態では、図3に示すモータ制御部15bのメモリ15cに、電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生時にのみロータ5bが停止する回転角度に対応する電気角度のデータベース15eが記憶されている。
In the present embodiment, the
データベース15eとしてメモリ15cに記憶されているのは、本実施形態では、図5に示す、ロータ3eがベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力により停止する、120゜間隔で3箇所存在するロータ5bの停止位置の電気角度である。
In the present embodiment, the
したがって、電動モータ5が脱調により停止した場合や、電動モータ5への通電停止によりコンプレッサ1が正常に停止した場合には、図16の説明図に示すように、データベース15eの電気角度以外の回転角度にロータ3eは停止しない。データベース15eの電気角度以外の回転角度にロータ3eが停止したら、それは、コンプレッサ1の機械的なロックの発生でロータ3eが停止したことに他ならない。そこで、ステップS5の評価処理は、データベース15eの回転角度との一致、不一致を確認することで行われる。
Therefore, when the
ステップS5の評価処理の後、モータ制御部15bは、電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生を検出したか否かを確認する(ステップS7)。ここで、ステップS5の評価処理において、ステップS3で検出した電気角度がメモリ15cのデータベース15eの電気角度と一致しなかったら、ロックの発生を検出したことになり、一致したら、ロックの発生を検出していないことになる。
After the evaluation process in step S5, the
そして、ロックの発生を検出していない場合は(ステップS7でNO)、モータ制御部15bは、ロックの発生がないと判断して(ステップS9)、一連の処理を終了する。また、ロックの発生を検出した場合は(ステップS7でYES)、ロックが発生したと判断して(ステップS11)、一連の処理を終了する。
If no occurrence of lock has been detected (NO in step S7), the
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図15のフローチャートにおけるステップS23が、請求項中の軸電流検出手段に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図15中のステップS25が、請求項中の電気角度検出手段に対応する処理となっている。 As is clear from the above description, in the present embodiment, step S23 in the flowchart of FIG. 15 is processing corresponding to the shaft current detecting means in the claims. Moreover, in this embodiment, step S25 in FIG. 15 is a process corresponding to the electrical angle detection means in the claims.
さらに、本実施形態では、図14のフローチャートにおけるステップS7が、請求項中のロック検出手段に対応する処理となっている。 Furthermore, in this embodiment, step S7 in the flowchart of FIG. 14 is a process corresponding to the lock detecting means in the claims.
このように、本実施形態のコントローラ15によれば、動作中のコンプレッサ1が停止したときに、ロータ5bが回転しない程度のごく短時間に亘ってステータ5cの各相のコイル5dに電流を流れさせて、各相のコイル5dを流れた電流(iu,iv,iw)からα軸電流iα及びβ軸電流iβを求め、その値の組み合わせから、テーブル15dを参照して電動モータ5の電気角度を求めるようにした。
Thus, according to the
そして、求めた電気角度が、モータ制御部15bのメモリ15cに記憶させたデータベース15eの、電動モータ5の脱調や通電停止でコンプレッサ1が停止した場合にしか停止しない回転角度以外の回転角度に対応する電気角度ならば、コンプレッサ1に機械的なロックが発生したと判断するようにした。
Then, the obtained electrical angle is a rotation angle other than the rotation angle of the
このため、電動モータ5のステータ5cの各相のコイル5dに短時間通電させて電気角度を検出しデータベース15eの電気角度と照合するという簡単なロジックを実行するだけで、消費電力を抑制しつつコンプレッサ1に機械的なロックが発生したことを検出することができる。
For this reason, it is possible to suppress power consumption only by executing a simple logic of energizing the
なお、上述した実施形態では、ステップS3で検出した電気角度をデータベース15eの電気角度と照合して、電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生を検出したが、データベース15eを用いずに、ステップS3で検出した電気角度を用いて電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生を検出することもできる。
In the above-described embodiment, the electrical angle detected in step S3 is collated with the electrical angle in the
以下、そのようにロック検出を行う本発明の他の実施形態について、図17を参照して説明する。図17は、本発明の他の実施形態に係る電動コンプレッサが動作中に停止した際にモータ制御部15bがその原因を判定する際の処理の手順を示すフローチャートである。モータ制御部15bは、図17に示すフローチャートの処理を、周期的に繰り返し実行する。
Hereinafter, another embodiment of the present invention that performs lock detection as described above will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a flowchart showing a processing procedure when the
そして、モータ制御部15bはまず、図14のフローチャートに示す手順と同様に、動作中の電動コンプレッサ1が停止したか否かを確認し(ステップS1)、停止していない場合は(ステップS1でNO)、一連の処理を終了する。
Then, the
一方、動作中の電動コンプレッサ1が停止した場合に(ステップS1でYES)、モータ制御部15bは、電動モータ5のロータ5bの電気角度を検出処理を実行する(ステップS3)。ここでモータ制御部15bが行う電気角度検出処理は、図15のフローチャートを参照して説明した内容の処理である。
On the other hand, when the operating
そして、ステップS3の電気角度検出処理の終了後に、モータ制御部15bは、ロータ5bを強制的に回転させるための確認用電流を各相のコイル5dに流れさせる電動モータ5の強制転流運転を一定期間行う(ステップS13)。
And after completion | finish of the electrical angle detection process of step S3, the
なお、ステップS13において強制転流運転を行う期間は、例えば、ステップS3で検出したロータ5bの電気角度から、ロータ5bが制御上で50゜〜60゜程度回転する程度の期間で良い。
Note that the period during which the forced commutation operation is performed in step S13 may be, for example, a period in which the
また、ステップS13の強制転流運転では、コンプレッサ1を通常に動作させるときの通電方向(電気角度が増える方向)に、確認用電流を各相のコイル5dに流れさせてもよい。しかし、通常動作の通電方向とは逆の通電方向で確認用電流を各相のコイル5dに流れさせてもよい。
Further, in the forced commutation operation in step S13, a confirmation current may be caused to flow in each
即ち、電動モータ5への通電停止によりコンプレッサ1が停止した場合には、吐出室7aの冷媒圧力と吸入室7bの冷媒圧力との差圧によってロータ3eが逆方向に回転(逆回転)する。ロータ3eの逆回転は、ベーン33とシリンダ室3dの内周面との回転摩擦力(ベーンフリクション)が、吐出室7aの冷媒圧力と吸入室7bの冷媒圧力との差圧を上回ると停止する。
That is, when the
このため、ステップS13の強制転流運転を、コンプレッサ1を通常に動作させるときの通電方向とは逆方向に確認用電流を各相のコイル5dに流れさせれば、吐出室7aの冷媒圧力が吸入室7bの冷媒圧力と均圧される前の吸入室7bの冷媒圧力よりも高圧である状態でも、少ない確認用電流でロータ3eを容易に強制回転させることができる。
For this reason, if the forced commutation operation in step S13 causes the confirmation current to flow in the
ステップS13の強制転流運転の後、モータ制御部15bは、電動モータ5のロータ5bの電気角度を検出処理を実行する(ステップS15)。この電気角度検出処理では、ステップS3で行った電気角度の検出処理と同じく、図15に示す内容で行う。
After the forced commutation operation in step S13, the
図17に示すステップS15の電気角度検出処理の終了後に、モータ制御部15bは、評価処理(ステップS17)を行う。ステップS17の評価処理は、モータ制御部15bが、ステップS13の強制転流処理後のステップS15で検出した電気角度と、ステップS13の強制転流処理前のステップS3で検出した電気角度との一致、不一致を確認することで行われる。
After completion of the electrical angle detection process in step S15 shown in FIG. 17, the
ステップS17の評価処理の後、モータ制御部15bは、電動コンプレッサ1の機械的なロックの発生を検出したか否かを確認する(ステップS19)。ここで、ステップS17の評価処理において、ステップS3とステップS15とでそれぞれ検出した電気角度が一致したら、ロックの発生を検出したことになり、一致しなかったら、ロックの発生を検出しなかったことになる。
After the evaluation process in step S17, the
そして、ロックの発生を検出しなかった場合は(ステップS19でNO)、モータ制御部15bは、ロックの発生がないと判断して(ステップS21)、一連の処理を終了する。また、ロックの発生を検出した場合は(ステップS19でYES)、ロックが発生したと判断して(ステップS23)、一連の処理を終了する。
If no occurrence of lock is detected (NO in step S19), the
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図17のフローチャートにおけるステップS19が、請求項中のロック検出手段に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図17中のステップS13が、請求項中の強制回転手段に対応する処理となっている。 As is clear from the above description, in the present embodiment, step S19 in the flowchart of FIG. 17 is processing corresponding to the lock detecting means in the claims. Moreover, in this embodiment, step S13 in FIG. 17 is a process corresponding to the forced rotation means in the claims.
このように、本実施形態のコントローラ15によれば、動作中のコンプレッサ1が停止したときに、ロータ5bが回転しない程度のごく短時間に亘ってステータ5cの各相のコイル5dに電流を流れさせて、各相のコイル5dを流れた電流(iu,iv,iw)からα軸電流iα及びβ軸電流iβを求め、その値の組み合わせから、電動モータ5の電気角度を求めるようにした。
Thus, according to the
そして、電動モータ5のロータ5bを強制転流させる確認用電流の通電後に、停止時と同じ方法で電動モータ5の電気角度を求め、停止時に求めた電気角度と同じであれば、コンプレッサ1に機械的なロックが発生したと判断するようにした。
Then, after energizing the confirmation current for forcibly commutating the
このため、ステップS3及びステップS15でそれぞれ検出した強制転流処理前後の電気角度の一致、不一致で、コンプレッサ1に機械的なロックが発生したか否かを確認するだけで、消費電力を抑制しつつコンプレッサ1に機械的なロックが発生したことを検出することができる。
For this reason, it is possible to suppress power consumption only by confirming whether or not the mechanical lock has occurred in the
そして、本実施形態では、メモリ15cにデータベース15eを記憶させておく必要をなくすことができる。
In this embodiment, it is not necessary to store the
なお、図14のフローチャートにおけるステップS7の結果、ロックの発生を検出していない場合に(ステップS7でNO)、図17のステップS13以降の処理を続けて行う構成としても良い。 Note that, as a result of step S7 in the flowchart of FIG. 14, if the occurrence of lock is not detected (NO in step S7), the processing after step S13 of FIG. 17 may be continuously performed.
また、本実施形態では、シリンダ室3d内でロータ3eを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構3を有する電動コンプレッサ1に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to the
本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで回転させる電動コンプレッサにおいて利用することができる。 The present invention can be used in an electric compressor in which a refrigerant compression mechanism is rotated by an electric motor.
1 電動コンプレッサ(コンプレッサ)
3 圧縮機構
3a,3b サイドブロック
3c シリンダブロック
3d シリンダ室
3e ロータ(回転体)
3f,3g 軸受部
3h,3i,3j,3k 通路
3l 吐出ポート
3m 吐出弁
5 電動モータ(モータ)
5a 回転軸
5b ロータ(ロータ)
5c ステータ
5d コイル
7 ハウジング
7a 吐出室
7b 吸入室
7c 開口
7d 油溜まり部
7e 油分離器
9 蓋部
11 潤滑油
13 直流電源
15 コントローラ(制御装置、コンプレッサモータ制御装置)
15a インバータ回路
15b モータ制御部(軸電流検出手段、電気角度検出手段、ロック検出手段、強制回転手段)
15c メモリ(記憶手段)
15d テーブル
15e データベース
31 ベーン溝
33 ベーン
35 圧縮室
iα α軸電流
iβ β軸電流
Q1〜Q6 IGBT
X 回転方向
1 Electric compressor (compressor)
3
3f,
15c memory (storage means)
15d
X direction of rotation
Claims (6)
前記モータ(5)の停止中に該モータ(5)のコイル(5d)に位置検出用電流を通電させて、該コイル(5d)を流れた電流から、前記モータ(5)のステータ(5c)の位置を基準とし前記モータ(5)のロータ(5b)の電気角度に応じた直交座標系の軸電流(iα,iβ)を検出する軸電流検出手段(15b)と、
前記軸電流検出手段(15b)が検出した前記軸電流(iα,iβ)に対応する前記電気角度を検出する電気角度検出手段(15b)と、
前記電気角度検出手段(15b)が検出した前記電気角度を評価して、該評価の結果から、前記コンプレッサ(1)の機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段(15b)と、
を備えるコンプレッサモータ制御装置(15)。 In the control device (15) of the motor (5) for rotating the rotating shaft (5a) connected to the rotating body (3e) of the compression mechanism (3) of the compressor (1) in which the sucked gas is compressed,
While the motor (5) is stopped, the coil (5d) of the motor (5) is energized with a position detection current, and the stator (5c) of the motor (5) is obtained from the current flowing through the coil (5d). An axis current detection means (15b) for detecting an axis current (iα, iβ) in an orthogonal coordinate system corresponding to the electrical angle of the rotor (5b) of the motor (5) with reference to the position of
Electrical angle detection means (15b) for detecting the electrical angle corresponding to the shaft current (iα, iβ) detected by the shaft current detection means (15b);
Lock detection means (15b) for evaluating the electrical angle detected by the electrical angle detection means (15b), and detecting from the result of the evaluation that a mechanical lock of the compressor (1) has occurred;
A compressor motor control device (15).
前記回転体(3e)に連結された回転軸(5a)を回転させるモータ(5)と、
前記モータ(5)を制御する制御装置(15)とを備えており、
前記制御装置(15)として、請求項1、2、3、4又は5記載のコンプレッサモータ制御装置(15)を用いている、
電動コンプレッサ(1)。 A compression mechanism (3) in which the sucked gas is compressed by the rotation of the rotating body (3e);
A motor (5) for rotating a rotating shaft (5a) connected to the rotating body (3e);
A control device (15) for controlling the motor (5),
The compressor motor control device (15) according to claim 1, 2, 3, 4 or 5 is used as the control device (15).
Electric compressor (1).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016134919A JP2018003787A (en) | 2016-07-07 | 2016-07-07 | Compressor motor control device and electric compressor |
Applications Claiming Priority (1)
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2016
- 2016-07-07 JP JP2016134919A patent/JP2018003787A/en active Pending
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