JP2020139461A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動圧縮機の起動性が悪化することなく、起動時における異音の発生を抑制すること。【解決手段】初期値決定部５４は、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、第２制御モードでのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の演算の繰り返しにて最初に用いるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に基づいて決定する。これによれば、モータ１６に加わる負荷トルクの大きさに応じてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値が決定される。そして、インバータ装置３０は、第１制御モードにてモータ１６の回転を開始し、一定時間経過後にモード切替部４２が動作することにより、第２制御モードにてモータ１６の回転を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動するモータと、モータの回転制御を行うインバータ装置と、を備えている。ここで、電動圧縮機の起動時におけるモータの回転制御としては、例えば特許文献１に開示されているように、まず、モータの回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードを行う。強制同期制御では、モータに対して一定の電流を強制的に流すことにより、モータの回転数を上昇させていく。そして、モータの回転数が予め定められた所定の回転数に達すると、位置センサレス制御によってモータの回転数を制御する第２制御モードに切り替える。位置センサレス制御では、モータの回転角を推定しつつ、モータの回転数を制御する。これにより、モータの回転角を検出するセンサを用いずに、モータの回転制御を行うことが可能となっている。

特開２０１４−２３０４３０号公報

位置センサレス制御では、モータに流れるｄ軸電流及びｑ軸電流と、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値と、に基づいてモータの回転角が推定される。ｄ軸電流は、励磁成分電流である。ｑ軸電流はトルク成分電流である。ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、ｄ軸電流及びｑ軸電流と、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値と、に基づいて算出される。例えば、強制同期制御では、モータに対して一定の電流を流すため、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値は予め設定された値であるが、位置センサレス制御では、外部から入力されるモータの回転数指令値と、モータの推定回転数と、に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が算出される。なお、ｄ軸電流はモータのトルクの発生に寄与しないため、モータの回転制御を行う際には、ｄ軸電流指令値は零に設定される。

モータの推定回転数は、ｄ軸電流及びｑ軸電流と、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値と、に基づいて推定されたモータの回転角に基づいて推定される。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいては、モータの回転角がまだ推定されていないため、推定回転数を推定することができず、ｑ軸電流指令値を算出することができない。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいては、位置センサレス制御においてモータの回転角を推定するために、ｑ軸電流指令値の初期値を予め設定しておく必要がある。

ここで、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、モータに加わる負荷トルクが大きい場合であってもモータが回転できるように、ｑ軸電流指令値の初期値を電流上限値に設定することが考えられている。しかし、ｑ軸電流指令値の初期値が電流上限値に設定してあると、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、モータに加わる負荷トルクが小さい場合に、モータの回転数が急激に上昇してモータの回転数指令値を大幅に上回る現象、所謂オーバーシュートが発生してしまう虞がある。オーバーシュートが発生すると、モータの振動による異音が発生してしまう。かといって、ｑ軸電流指令値の初期値を小さい値に設定してしまうと、モータに加わる負荷トルクが大きい場合に、モータが回転し難くなってしまい、電動圧縮機の起動性が悪化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、起動性が悪化することなく、起動時における異音の発生を抑制することができる電動圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動するモータと、前記モータの回転制御を行うインバータ装置と、を備え、前記インバータ装置は、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、前記モータに流れるｄ軸電流及びｑ軸電流と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値と、に基づいて前記モータの回転角を推定する回転角推定部と、前記回転角推定部によって推定された前記モータの回転角に基づいて前記モータの回転数を推定する速度演算部と、前記速度演算部によって推定された前記モータの推定回転数と、前記モータの回転数指令値と、に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、前記モータの回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードから、前記回転角推定部によって前記モータの回転角を推定しつつ、前記モータの回転数を制御する第２制御モードに、制御モードを切り替えるモード切替部と、前記モード切替部による前記第１制御モードから前記第２制御モードへの切替タイミングにおいて、前記第２制御モードでの前記ｑ軸電流指令値の演算の繰り返しにて最初に用いる前記ｑ軸電流指令値の初期値を、前記ｑ軸電圧指令値に基づいて決定する初期値決定部と、を有し、前記インバータ装置は、前記第１制御モードにて前記モータの回転を開始し、一定時間経過後に前記モード切替部が動作することにより、前記第２制御モードにて前記モータの回転を制御する。

本発明者らは、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおけるｑ軸電圧指令値の値が、電動圧縮機の起動時におけるモータに加わる負荷トルクの大きさに関係付けられていることを見出した。そこで、初期値決定部は、モード切替部による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、第２制御モードでのｑ軸電流指令値の演算の繰り返しにて最初に用いるｑ軸電流指令値の初期値を、ｑ軸電圧指令値に基づいて決定する。これによれば、モータに加わる負荷トルクの大きさに応じてｑ軸電流指令値の初期値を決定することができる。そして、インバータ装置は、第１制御モードにてモータの回転を開始し、一定時間経過後にモード切替部が動作することにより、第２制御モードにてモータの回転を制御する。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、モータに加わる負荷トルクが小さい場合に、モータの回転数が急激に上昇してモータの回転数指令値を大幅に上回る現象、所謂オーバーシュートが発生してしまうことを抑制できる。さらには、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングにおいて、モータに加わる負荷トルクが大きい場合に、モータが回転し難くなってしまうといったことが起こり難くなる。したがって、電動圧縮機の起動性が悪化することなく、起動時における異音の発生を抑制することができる。

この発明によれば、電動圧縮機の起動性が悪化することなく、起動時における異音の発生を抑制することができる。

実施形態における電動圧縮機を一部破断して示す側断面図。 電動圧縮機の電気的構成を示す回路図。 （ａ）はモータに加わる負荷トルクが小さいときのｑ軸電圧指令値を推定回転数で割った値の変化を示すグラフ、（ｂ）はモータに加わる負荷トルクが大きいときのｑ軸電圧指令値を推定回転数で割った値の変化を示すグラフ。 モータに加わる負荷トルクとｑ軸電圧指令値を推定回転数で割った値との関係を示すグラフ。 ｑ軸電圧指令値を推定回転数で割った値と速度制御部にて比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値との関係を示すグラフ。 制御装置の制御を説明するためのフローチャート。

以下、電動圧縮機を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。本実施形態の電動圧縮機は、例えば、車両空調装置に用いられる。
図１に示すように、電動圧縮機１０のハウジング１１は、有底筒状の吐出ハウジング１２と、吐出ハウジング１２に連結される有底筒状のモータハウジング１３とを有している。吐出ハウジング１２及びモータハウジング１３は金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。モータハウジング１３は、底壁１３ｅと、底壁１３ｅの外周縁から筒状に延在する側壁１３ａとを有している。

モータハウジング１３内には、回転軸１４が収容されている。また、モータハウジング１３内には、回転軸１４が回転することにより駆動して流体としての冷媒を圧縮する圧縮部１５と、回転軸１４を回転させて圧縮部１５を駆動するモータ１６とが収容されている。圧縮部１５及びモータ１６は、回転軸１４の回転軸線が延びる方向である軸線方向に並んで配置されている。モータ１６は、圧縮部１５よりもモータハウジング１３の底壁１３ｅ側に配置されている。

圧縮部１５は、例えば、モータハウジング１３内に固定された図示しない固定スクロールと、固定スクロールに対向配置される図示しない可動スクロールとから構成されるスクロール式である。なお、圧縮部１５は、スクロール式に限らず、例えば、ピストン式やベーン式等であってもよい。

モータ１６は、筒状のステータ１７と、ステータ１７の内側に配置されるロータ１８とからなる。ロータ１８は、回転軸１４と一体的に回転する。ステータ１７は、ロータ１８を取り囲んでいる。ロータ１８は、回転軸１４に止着されたロータコア１８ａと、ロータコア１８ａに設けられた複数の永久磁石１８ｂと、を有している。ステータ１７は、筒状のステータコア１７ａと、ステータコア１７ａに巻回されたコイル１９とを有している。そして、コイル１９に電力が供給されることによりロータ１８が回転し、回転軸１４がロータ１８と一体的に回転する。

側壁１３ａには、吸入ポート１３ｈが形成されている。吸入ポート１３ｈは、モータハウジング１３内に冷媒を吸入する。吸入ポート１３ｈには、外部冷媒回路２０の一端が接続されている。吐出ハウジング１２には、吐出ポート１２ｈが形成されている。吐出ポート１２ｈには、外部冷媒回路２０の他端が接続されている。

外部冷媒回路２０から吸入ポート１３ｈを介してモータハウジング１３内に吸入された冷媒は、圧縮部１５の駆動により圧縮部１５で圧縮されて、吐出ポート１２ｈを介して外部冷媒回路２０へ流出する。そして、外部冷媒回路２０へ流出した冷媒は、外部冷媒回路２０の熱交換器や膨張弁を経て、吸入ポート１３ｈを介してモータハウジング１３内に還流する。電動圧縮機１０及び外部冷媒回路２０は、車両空調装置２１を構成している。

モータハウジング１３の底壁１３ｅには、有底筒状のカバー２２が取り付けられている。そして、モータハウジング１３の底壁１３ｅとカバー２２とによって、モータ１６の回転制御を行うインバータ装置３０を収容する収容空間２２ａが形成されている。圧縮部１５、モータ１６、及びインバータ装置３０は、この順序で、回転軸１４の軸線方向に並んで配置されている。

図２に示すように、モータ１６のコイル１９は、ｕ相コイル１９ｕ、ｖ相コイル１９ｖ、及びｗ相コイル１９ｗを有する三相構造になっている。本実施形態において、ｕ相コイル１９ｕ、ｖ相コイル１９ｖ、及びｗ相コイル１９ｗは、Ｙ結線されている。

インバータ装置３０は、インバータ回路３１、制御装置３２、及びドライブ回路３３を有している。インバータ回路３１は、複数のスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２を有している。複数のスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２は、モータ１６を駆動するためにスイッチング動作を行う。複数のスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２は、ＩＧＢＴ（パワースイッチング素子）である。複数のスイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２には、ダイオードＤｕ１，Ｄｕ２，Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｗ１，Ｄｗ２がそれぞれ接続されている。ダイオードＤｕ１，Ｄｕ２，Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｗ１，Ｄｗ２は、スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２に対して並列に接続されている。

各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１は、各相の上アームを構成している。各スイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２は、各相の下アームを構成している。各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２、各スイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２、及び各スイッチング素子Ｑｗ１，Ｑｗ２はそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のゲートは、ドライブ回路３３に電気的に接続されている。

各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１のコレクタは、車両のバッテリである直流電源３４の正極に電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２のエミッタは、各電流センサ３５ｕ，３５ｖ，３５ｗを介して直流電源３４の負極に電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１のエミッタ及び各スイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２のコレクタは、それぞれ直列に接続された中間点からｕ相コイル１９ｕ、ｖ相コイル１９ｖ、及びｗ相コイル１９ｗにそれぞれ電気的に接続されている。

電動圧縮機１０は、直流電源３４に対して並列接続されているコンデンサ３６を備えている。コンデンサ３６は、インバータ回路３１の入力側に設けられている。コンデンサ３６は、例えば、電解コンデンサである。

電動圧縮機１０は、直流電源３４からの入力電圧を検出する電圧センサ３７を備えている。電圧センサ３７は、制御装置３２と電気的に接続されており、検出した検出結果を制御装置３２に送信する。

制御装置３２は、モータ１６の駆動電圧をパルス幅変調により制御する。具体的には、制御装置３２は、搬送波信号と呼ばれる高周波の三角波信号と、電圧を指示するための電圧指令信号とによってＰＷＭ信号を生成する。そして、制御装置３２は、生成したＰＷＭ信号を用いて各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のスイッチング動作の制御（オンオフ制御）を行う。これにより、直流電源３４からの直流電圧が交流電圧に変換される。そして、変換された交流電圧が駆動電圧としてモータ１６に印加されることにより、モータ１６の駆動が制御される。

制御装置３２は、車両空調装置２１の全体を制御する空調ＥＣＵ３８と電気的に接続されている。空調ＥＣＵ３８は、車内温度や設定温度等を把握可能に構成されており、これらのパラメータに基づいて、モータ１６の回転数指令値ω＊に関する情報を制御装置３２に送信する。また、空調ＥＣＵ３８は、モータ１６の運転指令やモータ１６の停止指令などの各種指令を制御装置３２に送信する。この空調ＥＣＵ３８からの各種指令は、制御装置３２が外部から受信する指令である。

制御装置３２は、モータ１６のロータ１８の回転角θを検出するレゾルバなどの回転角センサを用いずに、インバータ回路３１からモータ１６へ流れる電流に基づいて、モータ１６のロータ１８の回転角θを推定することによりモータ１６の回転数を制御することが可能になっている。よって、本実施形態の電動圧縮機１０は、制御装置３２によってロータ１８の回転角θを推定しつつ、モータ１６の回転数を制御する位置センサレス制御が行われている。

また、制御装置３２は、モータ１６に対して一定の電流を強制的に流すことにより、モータ１６の回転数を制御する強制同期制御を行うことが可能となっている。例えば、強制同期制御では、モータ１６に対して一定の電流を強制的に流すことにより、モータ１６の回転数を上昇させていく。

制御装置３２は、強制同期制御指令部４１、モード切替部４２、減算部４３，４４，４５、速度制御部４６、電流制御部４７、座標変換部４８，４９、ＰＷＭ発生部５０、回転角推定部５１、速度演算部５２、及び積分項初期値演算部５３を有している。

強制同期制御指令部４１は、モード切替部４２に電気的に接続されている。強制同期制御指令部４１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及び回転角指令値θ＊に関する情報をモード切替部４２に送信する。強制同期制御では、モータ１６に対して一定の電流を流すため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の値は、回転角指令値θ＊の値に応じて予め設定された値である。

モード切替部４２は、モータ１６の回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードと、モータ１６の回転数を位置センサレス制御によって制御する第２制御モードと、に制御モードを切り替え可能である。

回転角推定部５１は、モータ１６のロータ１８の回転角θを推定する。回転角推定部５１は、モード切替部４２と電気的に接続されている。回転角推定部５１により推定された回転角θに関する情報は、モード切替部４２に送信される。

座標変換部４８は、各電流センサ３５ｕ，３５ｖ，３５ｗと電気的に接続されている。各電流センサ３５ｕ，３５ｖ，３５ｗにより検出されたモータ１６に流れるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗそれぞれに関する情報は、座標変換部４８に送信される。

また、座標変換部４８は、モード切替部４２と電気的に接続されている。そして、例えば、モード切替部４２によって第１制御モードに切り替えられている場合、座標変換部４８には、強制同期制御指令部４１からモード切替部４２に送信された回転角指令値θ＊に関する情報が、モード切替部４２から送信される。座標変換部４８は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗと、回転角指令値θ＊とに基づいて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。なお、ｄ軸電流Ｉｄは、励磁成分電流であり、モータ１６に流れる電流において、永久磁石１８ｂの作る磁束と同じ方向の電流ベクトル成分である。ｑ軸電流Ｉｑは、トルク成分電流であり、モータ１６に流れる電流において、ｄ軸と直交する電流ベクトル成分である。

また、例えば、モード切替部４２によって第２制御モードに切り替えられている場合、座標変換部４８には、回転角推定部５１からモード切替部４２に送信された回転角θに関する情報が、モード切替部４２から送信される。そして、座標変換部４８は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗと、回転角θとに基づいて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

速度演算部５２は、モード切替部４２に電気的に接続されている。そして、例えば、モード切替部４２によって第１制御モードに切り替えられている場合、速度演算部５２には、強制同期制御指令部４１からモード切替部４２に送信された回転角指令値θ＊に関する情報が、モード切替部４２から送信される。速度演算部５２は、回転角指令値θ＊を微分することによりモータ１６のロータ１８の回転数を推定する。

また、例えば、モード切替部４２によって第２制御モードに切り替えられている場合、速度演算部５２には、回転角推定部５１からモード切替部４２に送信された回転角θに関する情報が、モード切替部４２から送信される。そして、速度演算部５２は、回転角推定部５１により推定されたロータ１８の回転角θを微分することによりモータ１６のロータ１８の回転数を推定する。したがって、速度演算部５２は、回転角推定部５１によって推定されたモータ１６の回転角θに基づいてモータ１６の回転数を推定する。

減算部４３は、空調ＥＣＵ３８と電気的に接続されており、空調ＥＣＵ３８からの回転数指令値ω＊に関する情報が送信される。また、減算部４３は、速度演算部５２と電気的に接続されている。速度演算部５２によって推定されたモータ１６のロータ１８の推定回転数ωに関する情報は、減算部４３に送信される。そして、減算部４３は、空調ＥＣＵ３８から送信される回転数指令値ω＊と、速度演算部５２から送信されるロータ１８の推定回転数ωとの差を算出する。

速度制御部４６は、減算部４３に電気的に接続されている。減算部４３により算出された回転数指令値ω＊と推定回転数ωとの差に関する情報は、速度制御部４６に送信される。そして、速度制御部４６は、減算部４３により算出された回転数指令値ω＊と推定回転数ωとの差に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。したがって、速度制御部４６は、速度演算部５２によって推定されたモータ１６の推定回転数ωと、モータ１６の回転数指令値ω＊と、に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。具体的には、速度制御部４６は、減算部４３により算出された回転数指令値ω＊と推定回転数ωとの差に基づいた比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。速度制御部４６は、モード切替部４２に電気的に接続されている。そして、速度制御部４６により算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に関する情報は、モード切替部４２に送信される。

モード切替部４２は、各減算部４４，４５と電気的に接続されている。そして、モード切替部４２は、例えば、第１制御モードである場合、強制同期制御指令部４１から送信されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に関する情報を減算部４４に送信するとともに、強制同期制御指令部４１から送信されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に関する情報を減算部４５に送信する。また、モード切替部４２は、例えば、第２制御モードである場合、速度制御部４６から送信されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に関する情報を減算部４４に送信するとともに、速度制御部４６から送信されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に関する情報を減算部４５に送信する。

また、各減算部４４，４５は、座標変換部４８と電気的に接続されている。座標変換部４８により変換されたｄ軸電流Ｉｄに関する情報は、減算部４４に送信されるとともに、ｑ軸電流Ｉｑに関する情報は、減算部４５に送信される。減算部４４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差を算出する。減算部４５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差を算出する。

電流制御部４７は、各減算部４４，４５と電気的に接続されている。減算部４４により算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差に関する情報は、電流制御部４７に送信される。減算部４５により算出されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差に関する情報は、電流制御部４７に送信される。そして、電流制御部４７は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの差、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの差に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

回転角推定部５１は、電流制御部４７と電気的に接続されている。電流制御部４７により算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に関する情報は、回転角推定部５１に送信される。また、回転角推定部５１は、座標変換部４８と電気的に接続されている。座標変換部４８により変換されたｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに関する情報は、回転角推定部５１に送信される。そして、回転角推定部５１は、モータ１６に流れるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、に基づいてモータ１６の回転角θを推定する。

座標変換部４９は、電流制御部４７と電気的に接続されている。電流制御部４７により算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に関する情報は、座標変換部４９に送信される。

また、座標変換部４９は、モード切替部４２に電気的に接続されている。そして、例えば、モード切替部４２によって第１制御モードに切り替えられている場合、座標変換部４９には、強制同期制御指令部４１からモード切替部４２に送信された回転角指令値θ＊に関する情報が、モード切替部４２から送信される。座標変換部４９は、回転角指令値θ＊に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をモータ１６への印加電圧である電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。また、例えば、モード切替部４２によって第２制御モードに切り替えられている場合、座標変換部４９には、回転角推定部５１からモード切替部４２に送信された回転角θに関する情報が、モード切替部４２から送信される。座標変換部４９は、回転角θに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をモータ１６への印加電圧である電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に変換する。

ＰＷＭ発生部５０は、座標変換部４９と電気的に接続されている。座標変換部４９により変換された電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に関する情報は、ＰＷＭ発生部５０に送信される。そして、ＰＷＭ発生部５０は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づく電圧指令信号と高周波の三角波信号とによって、各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のスイッチング動作を行うためのＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号をドライブ回路３３へ出力する。ドライブ回路３３は、ＰＷＭ信号を増幅して得られる駆動信号を各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のゲートに出力する。これにより、各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のスイッチング動作が行われる。

したがって、電動圧縮機１０では、電流センサ３５ｕ，３５ｖ，３５ｗにより検出されたモータ１６に流れるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗに基づいて、モータ１６におけるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとが目標値となるように、各スイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２のオンオフ制御を行う。これにより、モータ１６が、空調ＥＣＵ３８から送信された回転数指令値ω＊で回転する。

モード切替部４２には、電動圧縮機１０の起動時におけるモータ１６の回転制御として、まず、モータ１６の回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードを行うプログラムが記憶されている。また、モード切替部４２には、第１制御モードに切り替えてから一定時間経過すると、第１制御モードから第２制御モードに切り替えて、モータ１６の回転数を位置センサレス制御によって制御する第２制御モードを行うプログラムが記憶されている。したがって、モード切替部４２は、モータ１６の回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードから、回転角推定部５１によってモータ１６の回転角θを推定しつつ、モータ１６の回転数を制御する第２制御モードに、制御モードを切り替える。なお、一定時間とは、強制同期制御によって、モータ１６の回転数を上昇させて、モータ１６の回転数が予め定められた所定の回転数に達したと想定される時間であり、予め実験等によって求められている。

積分項初期値演算部５３は、速度演算部５２と電気的に接続されている。そして、積分項初期値演算部５３には、速度演算部５２によって回転角指令値θ＊を微分することにより推定されたロータ１８の推定回転数ωに関する情報が送信される。また、積分項初期値演算部５３は、電流制御部４７と電気的に接続されている。そして、積分項初期値演算部５３には、電流制御部４７により算出されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に関する情報が送信される。

図３（ａ）では、モータ１６に加わる負荷トルクが小さいときのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値の変化を示している。また、図３（ｂ）では、モータ１６に加わる負荷トルクが大きいときのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値の変化を示している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが大きいときのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値は、モータ１６に加わる負荷トルクが小さいときのｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値よりも大きい。なお、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘでは、強制同期制御中の回転角指令値θ＊の値が固定値であるため、モータ１６に加わる負荷トルクの大小に関係無く、推定回転数ωは同じである。また、ｄ軸電流Ｉｄはモータ１６のトルクの発生に寄与しないため、モータ１６の回転制御を行う際には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は零に設定される。よって、本発明者らは、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおけるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の値が、電動圧縮機１０の起動時におけるモータ１６に加わる負荷トルクの大きさに関係付けられていることを見出した。

図４では、モータ１６に加わる負荷トルクとｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値との関係を示している。図４に示すように、モータ１６に加わる負荷トルクが大きくなるほど、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値は大きい。

図５では、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値と、速度制御部４６にて比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値と、の関係を示している。図５において特性線Ｌ１で示すように、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値が大きいほど、比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値は大きい。特性線Ｌ１は、一次関数により形成されている。積分項初期値演算部５３には、図５に示すマップが予め記憶されている。そして、積分項初期値演算部５３は、図５に示すマップを用いて、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値を演算する。

図２に示すように、積分項初期値演算部５３は、速度制御部４６と電気的に接続されている。積分項初期値演算部５３により演算された積分項の初期値に関する情報は、速度制御部４６に送信される。そして、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、速度制御部４６は、積分項初期値演算部５３から送信された積分項の初期値に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊それぞれの初期値を算出する。したがって、速度制御部４６及び積分項初期値演算部５３は、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、第２制御モードでのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の演算の繰り返しにて最初に用いるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に基づいて決定する初期値決定部５４を構成している。そして、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、速度制御部４６により算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊それぞれの初期値に関する情報がモード切替部４２に送信される。

インバータ装置３０は、第１制御モードにてモータ１６の回転を開始し、一定時間経過後にモード切替部４２が動作することにより、第２制御モードにてモータ１６の回転を制御する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
位置センサレス制御では、モータ１６の推定回転数ωは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、に基づいて推定されたモータの回転角θに基づいて推定される。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいては、モータ１６の回転角θがまだ推定されていないため、推定回転数ωを推定することができない。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいては、位置センサレス制御においてモータ１６の回転角θを推定するために、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を予め設定しておく必要がある。

ここで、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが大きい場合であってもモータ１６が回転できるように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を電流上限値に設定することが考えられる。しかし、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値が電流上限値に設定してあると、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが小さい場合に、モータ１６の回転数が急激に上昇してモータ１６の回転数指令値ω＊を大幅に上回る現象、所謂オーバーシュートが発生してしまう虞がある。オーバーシュートが発生すると、モータ１６の振動による異音が発生してしまう。かといって、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を小さい値に設定してしまうと、モータ１６に加わる負荷トルクが大きい場合に、モータ１６が回転し難くなってしまい、電動圧縮機１０の起動性が悪化してしまう。

図６に示すように、制御装置３２は、まず、ステップＳ１１において空調ＥＣＵ３８からのモータ１６の運転指令を受信すると、ステップＳ１２においてモード切替部４２により第１制御モードに切り替える。これにより、電動圧縮機１０は、モータ１６に対して一定の電流を強制的に流すことにより、モータ１６の回転数を制御する強制同期制御が行われる。

次に、制御装置３２は、ステップＳ１３において、第１制御モードに切り替えてから一定時間経過したか否かを判定する。制御装置３２は、ステップＳ１３において一定時間経過していないと判定すると、ステップＳ１２に移行する。

一方、制御装置３２は、ステップＳ１３において、第１制御モードに切り替えてから一定時間経過したと判定すると、ステップＳ１４においてモード切替部４２により第１制御モードから第２制御モードに切り替え、積分項初期値演算部５３により、比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値を演算する。次に、制御装置３２は、ステップＳ１５において、速度制御部４６により積分項の初期値に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊それぞれの初期値を算出する。なお、モータ１６の回転制御を行う際には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は零に設定される。

このように、本実施形態では、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、初期値決定部５４によって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に基づいてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を決定する。上述したように、本発明者らは、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおけるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の値が、電動圧縮機１０の起動時におけるモータ１６に加わる負荷トルクの大きさに関係付けられていることを見出した。よって、モータ１６に加わる負荷トルクの大きさに応じてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値が決定される。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが小さい場合に、モータ１６の回転数が急激に上昇してモータ１６の回転数指令値ω＊を大幅に上回ることが抑制される。さらには、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが大きい場合に、モータ１６が回転し難くなってしまうといったことが起こり難くなる。

そして、制御装置３２は、ステップＳ１６において、回転角推定部５１により推定されるモータ１６の回転角θに基づいて推定されるモータ１６の推定回転数ωを用いた位置センサレス制御を行う。これにより、電動圧縮機１０は、制御装置３２によってロータ１８の回転角θを推定しつつ、モータ１６の回転数を制御する位置センサレス制御が行われる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）本発明者らは、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおけるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の値が、電動圧縮機１０の起動時におけるモータ１６に加わる負荷トルクの大きさに関係付けられていることを見出した。そこで、初期値決定部５４は、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、第２制御モードでのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の演算の繰り返しにて最初に用いるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に基づいて決定する。これによれば、モータ１６に加わる負荷トルクの大きさに応じてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の初期値を決定することができる。そして、インバータ装置３０は、第１制御モードにてモータ１６の回転を開始し、一定時間経過後にモード切替部４２が動作することにより、第２制御モードにてモータ１６の回転を制御する。したがって、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが小さい場合に、モータ１６の回転数が急激に上昇してモータ１６の回転数指令値ω＊を大幅に上回る現象、所謂オーバーシュートが発生してしまうことを抑制できる。さらには、第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、モータ１６に加わる負荷トルクが大きい場合に、モータ１６が回転し難くなってしまうといったことが起こり難くなる。したがって、電動圧縮機１０の起動性が悪化することなく、起動時における異音の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 実施形態において、積分項初期値演算部５３が速度演算部５２と電気的に接続されておらず、速度演算部５２によって回転角指令値θ＊を微分することにより推定されたロータ１８の推定回転数ωに関する情報が積分項初期値演算部５３に送信されなくてもよい。そして、積分項初期値演算部５３は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と速度制御部４６にて比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値との関係を示すマップを用いて、モード切替部４２による第１制御モードから第２制御モードへの切替タイミングＴｘにおいて、比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値を演算するようにしてもよい。つまり、比例積分制御を行う際に用いられる積分項の初期値を演算するために用いられるマップは、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を推定回転数ωで割った値をパラメータとして用いなくてもよく、単に、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊のみをパラメータとして用いてもよい。

○ 実施形態において、特性線Ｌ１は、例えば、二次関数により形成されていてもよい。
○ 実施形態において、電動圧縮機１０は、例えば、インバータ装置３０が、ハウジング１１に対して回転軸１４の径方向外側に配置されている構成であってもよい。要は、圧縮部１５、モータ１６、及びインバータ装置３０が、この順で、回転軸１４の回転軸線方向に並設されていなくてもよい。

○ 実施形態において、電動圧縮機１０は、車両空調装置２１を構成していたが、これに限らず、例えば、電動圧縮機１０は、燃料電池車に搭載されており、燃料電池に供給される流体としての空気を圧縮部１５により圧縮するものであってもよい。

１０…電動圧縮機、１５…圧縮部、１６…モータ、３０…インバータ装置、４２…モード切替部、４６…速度制御部、４７…電流制御部、５１…回転角推定部、５２…速度演算部、５４…初期値決定部。

Claims (1)

1. 流体を圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部を駆動するモータと、
   前記モータの回転制御を行うインバータ装置と、を備え、
   前記インバータ装置は、
   ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
   前記モータに流れるｄ軸電流及びｑ軸電流と、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値と、に基づいて前記モータの回転角を推定する回転角推定部と、
   前記回転角推定部によって推定された前記モータの回転角に基づいて前記モータの回転数を推定する速度演算部と、
   前記速度演算部によって推定された前記モータの推定回転数と、前記モータの回転数指令値と、に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する速度制御部と、
   前記モータの回転数を強制同期制御によって制御する第１制御モードから、前記回転角推定部によって前記モータの回転角を推定しつつ、前記モータの回転数を制御する第２制御モードに、制御モードを切り替えるモード切替部と、
   前記モード切替部による前記第１制御モードから前記第２制御モードへの切替タイミングにおいて、前記第２制御モードでの前記ｑ軸電流指令値の演算の繰り返しにて最初に用いる前記ｑ軸電流指令値の初期値を、前記ｑ軸電圧指令値に基づいて決定する初期値決定部と、を有し、
   前記インバータ装置は、前記第１制御モードにて前記モータの回転を開始し、一定時間経過後に前記モード切替部が動作することにより、前記第２制御モードにて前記モータの回転を制御する電動圧縮機。