JP2024061097A - スクロール式電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの停止時に、スクロール圧縮機構内部の圧力を早期に低下させて、円滑且つ効率的に逆回転を防止して騒音の改善を図ることができるスクロール式電動圧縮機を提供する。【解決手段】制御装置６２は、モータ２の停止指示を受信した後、当該モータ２の回転数を低下させるようにスイッチング素子をスイッチングする減速制御と、この減速制御によりモータ２の回転数が低下した後、可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度、又は、固定スクロールの吐出孔が塞がれない角度にてモータ２のロータ２９を停止させ、当該角度にて固定するようにスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングするブレーキ制御を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール式電動圧縮機に関し、特に、スクロール圧縮機構及びロータの逆回転を防止する制御に関するものである。

スクロール式の電動圧縮機は、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻き状のラップを備えた可動スクロールから成るスクロール圧縮機構を備え、各スクロールのラップを対向させてラップ間に圧縮室を形成し、モータにより固定スクロールに対して可動スクロールを公転旋回運動させることにより、圧縮室の容積を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることで、作動流体（冷媒）を圧縮するように構成されている。

また、スクロール式電動圧縮機には複数のスイッチング素子から成る三相のインバータ回路と制御装置から構成されたインバータ装置が一体に設けられ、制御装置によりスイッチング素子をスイッチングすることにより、バッテリ等の直流電源からの直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータに印加することで駆動していた。

そして、モータの停止指示を外部から受信すると、制御装置はスイッチング素子のスイッチング動作を停止し、モータの駆動を停止させるものであった。このとき、圧縮室内に残存する作動流体（冷媒）が膨張することに伴い、スクロール圧縮機構の吐出側と吸入側との差圧によって可動スクロール（及びモータのロータ）が逆回転し、スクロール圧縮機構から騒音が発生する。そこで、モータを停止した場合、発電ブレーキによるブレーキ制御を行ってロータを固定し、係る逆回転を防止するものも開発されていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－５６３２２号公報

ここで、図７は一般的なスクロール圧縮機構を構成する可動スクロール１００と固定スクロール１０１の断面図を示している。可動スクロール１００の鏡板１０２の表面にはラップ１０３が形成され、固定スクロール１０１の鏡板１０４の表面にもラップ１０６が形成されている。そして、これらラップ１０３、１０６間に圧縮室１０７が形成される。

可動スクロール１００の鏡板１０２には、背圧孔１０８が形成されている。この背圧孔１０８は鏡板１０２背面の背圧室１０９と圧縮室１０７とを連通する孔であり、背圧室１０９の圧力（背圧）が過剰となった場合に、中間圧部の圧縮室１０７に圧力を逃がす役割を果たすものであるが、モータを停止したときに、図７に示すように固定スクロール１０１のラップ１０６がこの背圧孔１０８を塞いでしまうと、背圧孔１０８から圧縮室１０７内の圧力（冷媒とオイル）が背圧室１０９に逃げられなくなり、圧力の抜けが遅くなる。そのため、ブレーキ制御の終了時にスクロール圧縮機構の圧縮室１０７内に圧力が残ってしまい、逆回転が始まって騒音が発生する危険性がある。

そこで、ブレーキ制御を実行する時間を延長することも考えられるが、その分長くスイッチング素子に通電することになるため、今度はスイッチング素子の発熱による故障、寿命短縮等の問題が生じる。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、モータの停止時に、スクロール圧縮機構内部の圧力を早期に低下させて、円滑且つ効率的に逆回転を防止して騒音の改善を図ることができるスクロール式電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明のスクロール式電動圧縮機は、背圧孔を有する可動スクロールと、固定スクロールを備えて作動流体を圧縮するスクロール圧縮機構と、可動スクロールを駆動するモータと、複数のスイッチング素子を有してモータを駆動するインバータ回路と、スイッチング素子をスイッチングする制御装置を備えたものであって、制御装置は、モータの停止指示を受信した後、当該モータの回転数を低下させるようにスイッチング素子をスイッチングする減速制御と、この減速制御によりモータの回転数が低下した後、可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度、又は、固定スクロールの吐出孔が塞がれない角度にてモータのロータを停止させ、当該角度にて固定するようにスイッチング素子をスイッチングするブレーキ制御を実行することを特徴とする。

請求項２の発明のスクロール式電動圧縮機は、上記発明において制御装置が実行する減速制御は、モータの停止指示を受信した後、センサレスベクトル制御によりモータの回転数を低下させるセンサレス減速制御と、このセンサレス減速制御によりモータの回転数が低下した後に、強制転流制御によりモータの回転数を所定の低い値に低下させる強制転流減速制御を含むことを特徴とする。

請求項３の発明のスクロール式電動圧縮機は、上記発明において制御装置は、センサレス減速制御における相電流、又は、スクロール圧縮機構の圧力状態に基づき、強制転流減速制御、及び／又は、ブレーキ制御における相電流の値を制御することを特徴とする。

請求項４の発明のスクロール式電動圧縮機は、請求項１の発明において制御装置は、モータの回転数が零に到達する前に電磁ブレーキによるブレーキ制御を実行すると共に、このブレーキ制御においてはモータの相電流の値をフィードバック制御することを特徴とする。

請求項５の発明のスクロール式電動圧縮機は、上記各発明において制御装置は、相電流と背圧孔又は吐出孔が塞がれない角度との相関関係、予め決定されたロータの角度、当該ロータの角度を検出するセンサ、のうちの少なくとも何れかを用いて背圧孔又は吐出孔が塞がれない角度を検出することを特徴とする。

請求項６の発明のスクロール式電動圧縮機は、請求項１乃至請求項４の発明においてスクロール圧縮機構は、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成り、この可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させ、両スクロールの各ラップ間に形成された圧縮室を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることにより、作動流体を圧縮し、吐出孔は、固定スクロールの鏡板背面の吐出室と圧縮室を連通し、背圧孔は、可動スクロールの鏡板背面の背圧室と圧縮室とを連通すると共に、背圧孔が塞がれない角度とは、ロータが停止した状態で、固定スクロールのラップが可動スクロールの背圧孔を塞がない角度であり、吐出孔が塞がれない角度とは、ロータが停止した状態で可動スクロールのラップが固定スクロールの吐出孔を塞がない角度であることを特徴とする。

本発明によれば、背圧孔を有する可動スクロールと、固定スクロールを備えて作動流体を圧縮するスクロール圧縮機構と、可動スクロールを駆動するモータと、複数のスイッチング素子を有してモータを駆動するインバータ回路と、スイッチング素子をスイッチングする制御装置を備えたスクロール式電動圧縮機において、制御装置が、モータの停止指示を受信した後、当該モータの回転数を低下させるようにスイッチング素子をスイッチングする減速制御と、この減速制御によりモータの回転数が低下した後、可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度、又は、固定スクロールの吐出孔が塞がれない角度にてモータのロータを停止させ、当該角度にて固定するようにスイッチング素子をスイッチングするブレーキ制御を実行するようにしたので、モータが停止したとき、請求項６の発明の如く固定スクロールのラップにより可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度、又は、可動スクロールのラップにより固定スクロールの吐出孔が塞がれない角度でロータは固定されるようになる。

これにより、可動スクロールの背圧孔、又は、固定スクロールの吐出孔から早期にスクロール圧縮機構内部の圧力を抜いて減少させることができるようになる。従って、ブレーキ制御を実行する時間も短くすることが可能となるので、スイッチング素子の発熱による故障や寿命短縮も最小限に抑制しながら、効果的に可動スクロールの逆回転を防止し、スクロール圧縮機構から生じる騒音の改善を図ることができるようになる。

この場合、制御装置が実行する減速制御を、請求項２の発明の如くモータの停止指示を受信した後、センサレスベクトル制御によりモータの回転数を低下させるセンサレス減速制御と、このセンサレス減速制御によりモータの回転数が低下した後に、強制転流制御によりモータの回転数を所定の低い値に低下させる強制転流減速制御を含むものとすることで、センサレス減速制御によりモータの回転数を早期に低下させ、位置検出が困難になる領域では強制転流減速制御によりモータの回転数を強制的に低下させることが可能となる。

また、請求項３の発明の如く制御装置が、センサレス減速制御における相電流、又は、スクロール圧縮機構の圧力状態に基づき、強制転流減速制御、及び／又は、ブレーキ制御における相電流の値を制御するようにすれば、例えばセンサレス減速制御における相電流の値が小さいときには強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値もそれに応じて小さくすること等、或いは、スクロール圧縮機構の残圧が小さいときには強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値もそれに応じて小さくすること等により、安定的且つ効率的に強制転流減速制御やブレーキ制御を実行することが可能となる。

また、請求項４の発明の如く制御装置が、モータの回転数が零に到達する前にブレーキ制御を実行するようにすれば、ロータを停止させて固定する角度を、可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度に的確且つ容易に合わせることが可能となる。その際、ブレーキ制御においては電磁ブレーキを行い、モータの相電流の値をフィードバック制御することで、従来の発電ブレーキで懸念される回生電流による過剰な相電流の跳ね上がりを防止し、素子の故障等が発生する不都合も未然に回避することが可能となる。

尚、背圧孔が塞がれない角度は、請求項５の発明の如く、トルク脈動による相電流の振幅変化、予め決定されたロータの角度、当該ロータの角度を検出するセンサ等を用いて検出することができる。

また、スクロール圧縮機構の詳細は請求項６の発明の如く、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された固定スクロール及び可動スクロールから成り、この可動スクロールを固定スクロールに対して公転旋回運動させ、両スクロールの各ラップ間に形成された圧縮室を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることにより、作動流体を圧縮するものであり、吐出孔は、固定スクロールの鏡板背面の吐出室と圧縮室を連通し、背圧孔は可動スクロールの鏡板背面の背圧室と圧縮室とを連通するものであって、背圧孔が塞がれない角度とは、ロータが停止した状態で、前述した如く固定スクロールのラップが可動スクロールの背圧孔を塞がない角度であり、吐出孔が塞がれない角度とは、ロータが停止した状態で可動スクロールのラップが固定スクロールの吐出孔を塞がない角度である。

本発明を適用した一実施形態のスクロール式電動圧縮機の縦断側面図である。 図１のスクロール式電動圧縮機の電気回路図である。 図２の制御装置が実行するセンサレス減速制御、強制転流減速制御及びブレーキ制御を説明するフローチャートである。 図２の制御装置が実行するセンサレス減速制御、強制転流減速制御及びブレーキ制御におけるモータの回転数の変化を説明する図である。 図１の背圧孔が塞がれない状態の可動スクロールと固定スクロールの拡大断面図である。 トルク脈動によるモータの相電流の振幅変化を示す図である。 背圧孔が塞がれた状態の可動スクロールと固定スクロールの断面図である。 相電流のピーク値とフィルタ値を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明を適用した一実施形態のスクロール式電動圧縮機１の縦断側面図である。

（１）スクロール式電動圧縮機１
実施例のスクロール式電動圧縮機１は、例えば電動車両用の空調装置の冷媒回路に使用され、空調装置の作動流体としての冷媒を吸入し、圧縮して吐出配管に吐出するものであり、三相のモータ２と、このモータ２を駆動（運転）するためのインバータ装置３と、モータ２によって駆動されるスクロール圧縮機構４を備えた所謂横置き型のインバータ一体型スクロール式電動圧縮機である。

実施例のスクロール式電動圧縮機１は、モータ２やセンターケーシング６をその内側に収容するステータハウジング７と、このステータハウジング７の一端側の端壁７Ａに取り付けられ、インバータ装置３をその内側に収容するインバータケース８と、ステータハウジング７の他端側に取り付けられたリアケーシング９を備えている。

これらステータハウジング７、インバータケース８、リアケーシング９は何れも金属製（実施例ではアルミニウム製）であり、それらが一体的に接合されて実施例のスクロール式電動圧縮機１のハウジング１１が構成されている。

ステータハウジング７内にはモータ２を収容するモータ室１２が構成されており、モータ室１２の一端面はステータハウジング７の端壁７Ａにより基本的には閉塞されている。そして、この端壁７Ａがモータ室１２と後述するインバータ収容部１３とを区画する隔壁となる。モータ室１２の他端面は開口しており、この開口にはモータ２が収容された後、センターケーシング６が収容される。また、端壁７Ａの内面（モータ室１２側）には、モータ２の駆動軸１４の一端部を回転可能に支持するための副軸受１６が取り付けられている。

センターケーシング６は、モータ２とは反対側（他端側）が開口しており、この開口はスクロール圧縮機構４の後述する可動スクロール２２が収容された後、スクロール圧縮機構４のこれも後述する固定スクロール２１が固定されたリアケーシング９がステータハウジング７に固定されることで閉塞される。

また、センターケーシング６にはモータ２の駆動軸１４の他端部を挿通する貫通孔１７が開設されており、この貫通孔１７のスクロール圧縮機構４側のセンターケーシング６内には、スクロール圧縮機構４側で駆動軸１４の他端部を回転可能に支持する主軸受１８が取り付けられている。

モータ２は、コイルが巻装されてステータハウジング７の周壁内側に固定されたステータ２５と、その内側で回転するロータ２９から構成されている。そして、例えば車両のバッテリ（図２）からの直流電圧がインバータ装置３により三相交流電圧に変換され、モータ２のステータ２５のコイルに給電されることで、ロータ２９が回転駆動されるよう構成されている。そして、駆動軸１４はこのロータ２９に固定されている。

また、ステータハウジング７には、吸入ポート２０が形成されており、吸入ポート２０から吸入された冷媒は、ステータハウジング７内のモータ２を通過した後、センターケーシング６内に流入し、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７に吸入される。これにより、モータ２は吸入冷媒により冷却される。また、スクロール圧縮機構４にて圧縮された冷媒は、後述する吐出室２７からリアケーシング９に形成された吐出ポート３０より、ハウジング１１外の図示しない冷媒回路の吐出配管に吐出される構成とされている。

スクロール圧縮機構４は、前述した固定スクロール２１と可動スクロール２２から構成されている。固定スクロール２１は、円盤状の鏡板２３と、この鏡板２３の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ２４を一体に備えており、このラップ２４が立設された鏡板２３の表面をセンターケーシング６側としてリアケーシング９に固定されている。

この固定スクロール２１の鏡板２３の渦巻きの中央には吐出孔２６が形成されており、この吐出孔２６はリアケーシング９内の吐出室２７に連通されている。即ち、吐出孔２６は固定スクロール２１の鏡板２３の背面（他方の面）に構成された吐出室２７と圧縮室３４を連通する。図中において２８は、吐出孔２６の鏡板２３の背面側の開口に設けられた吐出バルブである。

可動スクロール２２は、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するスクロールであり、円盤状の鏡板３１と、この鏡板３１の表面（一方の面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線から成る渦巻き状のラップ３２と、鏡板３１の背面（他方の面）の中央に突出形成されたボス３３を一体に備えている。

この可動スクロール２２は、ラップ３２の突出方向を固定スクロール２１側としてラップ３２が固定スクロール２１のラップ２４に対向し、相互に向かい合って噛み合うように配置され、各ラップ２４、３２間に圧縮室３４を形成する。

即ち、可動スクロール２２のラップ３２は、固定スクロール２１のラップ２４と対向し、ラップ３２の先端が鏡板２３の表面に接し、ラップ２４の先端が鏡板３１の表面に接するように噛み合い、且つ、可動スクロール２２のボス３３には、駆動軸１４の他端において軸心から偏心して設けられた偏心部３６が嵌め合わされている。そして、モータ２のロータ２９と共に駆動軸１４が回転されると、可動スクロール２２は自転すること無く、固定スクロール２１に対して公転旋回運動するように構成されている。

可動スクロール２２は固定スクロール２１に対して偏心して公転旋回するため、各ラップ２４、３２の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、外側の前述した吸入部３７から冷媒を吸入した圧縮室３４は、内側に向かって移動しながら次第に縮小していく。これにより冷媒は圧縮されていき、最終的に中央の吐出孔２６から吐出バルブ２８を経て吐出室２７に吐出される。

図１において、３８は円環状のスラストプレートである。このスラストプレート３８は、可動スクロール２２の鏡板３１の背面とセンターケーシング６との間に形成された背圧室３９と、スクロール圧縮機構４の外側の吸入部３７とを区画するためのものであり、ボス３３の外側に位置してセンターケーシング６と可動スクロール２２の間に介設されている。また、４１は可動スクロール２２の鏡板３１の背面に取り付けられてスラストプレート３８に当接するシール材であり、このシール材４１とスラストプレート３８により背圧室３９と吸入部３７とが区画される。

また、４８はリアケーシング９（ハウジング１１）の吐出室２７内に取り付けられた遠心式のオイルセパレータである。このオイルセパレータ４８はスクロール圧縮機構４から吐出室２７に吐出された冷媒に混入した潤滑用のオイルを当該冷媒から分離するものである。このオイルセパレータ４８には流入口４９が形成され、この流入口４９から流入したオイルを含む冷媒は、オイルセパレータ４８内で旋回する。このときの遠心力でオイルは分離され、冷媒は上端の流出口から吐出ポート３０に向かい、前述した如く吐出配管に吐出される。

オイルセパレータ４８の下方のリアケーシング９には貯油室４４が形成されており、オイルセパレータ４８で冷媒から分離されたオイルは、オイルセパレータ４８の下端からこの貯油室４４に流入する。図中において４３は、リアケーシング９からセンターケーシング６に渡って形成された背圧通路である。この背圧通路４３はリアケーシング９内の吐出室２７内（スクロール圧縮機構４の吐出側）のオイルセパレータ４８と背圧室３９とを連通する経路であり、実施例ではオリフィス５０を有している。これにより、背圧室３９には背圧通路４３のオリフィス５０で減圧調整された吐出圧が、オイルセパレータ４８で分離された貯油室４４内のオイルと共に供給されるように構成されている。

この背圧室３９内の圧力（背圧）により、可動スクロール２２を固定スクロール２１に押し付ける背圧荷重が生じる。この背圧荷重により、スクロール圧縮機構４の圧縮室３４からの圧縮反力に抗して可動スクロール２２が固定スクロール２１に押し付けられ、ラップ２４、３２と鏡板３１、２３との接触が維持され、圧縮室３４で冷媒を圧縮可能となる。

また、可動スクロール２２の鏡板３１には、背圧室３９と圧縮室３４とを連通する背圧孔５が実施例では二箇所削設されている。各背圧孔５は、背圧室３９内の圧力（背圧）が過剰になったときに、背圧室３９から圧縮室３４に圧力（冷媒とオイル）を逃がす役割を果たす。

一方、インバータケース８は、内部にインバータ装置３が収容されるインバータ収容部１３を構成するケース本体１０と、このケース本体１０の一端面の開口を閉塞する蓋部材１５から構成されている。この蓋部材１５はインバータ装置３をインバータ収容部１３に収容した後、ケース本体１０に取り付けられるものである。

ステータハウジング７の端壁７Ａ（隔壁）にはハーメチックプレート５２が取り付けられており、このハーメチックプレート５２には導電性のハーメチックピン５３が取り付けられている。ハーメチックピン５３の一端側は端壁７Ａを貫通してモータ室１２内に入り、モータ２のステータ２５のコイルに接続されている。また、ハーメチックピン５３の他端側はプレスフィット端子５６を介してインバータ装置３の回路基板５１に電気的に接続されている。

（２）インバータ装置３
次に、図２は前述したモータ２とインバータ装置３を含むスクロール式電動圧縮機１の電気回路を示している。実施例のインバータ装置３は、三相のインバータ回路６１と、制御装置６２を備えている。インバータ回路６１は、直流電源（車両のＨＶバッテリ－：例えば、ＨＶ電圧３００Ｖ）６３の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ２に印加する回路である。

このインバータ回路６１は、Ｕ相ハーフブリッジ回路６４Ｕ、Ｖ相ハーフブリッジ回路６４Ｖ、Ｗ相ハーフブリッジ回路６４Ｗを有しており、各相ハーフブリッジ回路６４Ｕ～６４Ｗは、それぞれ上アームスイッチング素子６６Ａ～６６Ｃと、下アームスイッチング素子６６Ｄ～６６Ｆを個別に有している。更に、各スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆには、それぞれフライホイールダイオード６７が逆並列に接続されている。尚、各スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆは、実施例ではＭＯＳ構造をゲート部に組み込んだ絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等から構成されている。

そして、インバータ回路６１の上アームスイッチング素子６６Ａ～６６Ｃの上端側は、直流電源６３の上アーム電源ライン（正極側母線）６８に接続されている。一方、インバータ回路６１の下アームスイッチング素子６６Ｄ～６６Ｆの下端側は、直流電源６３の下アーム電源ライン（負極側母線）６９に接続されている。

この場合、Ｕ相ハーフブリッジ回路６４Ｕの上アームスイッチング素子６６Ａと下アームスイッチング素子６６Ｄが直列に接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路６４Ｖの上アームスイッチング素子６６Ｂと下アームスイッチング素子６６Ｅが直列に接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路６４Ｗの上アームスイッチング素子６６Ｃと下アームスイッチング素子６６Ｆが直列に接続されている。

そして、Ｕ相ハーフブリッジ回路６４Ｕの上アームスイッチング素子６６Ａと下アームスイッチング素子６６Ｄの接続点は、モータ２のＵ相の電機子コイルに接続され、Ｖ相ハーフブリッジ回路６４Ｖの上アームスイッチング素子６６Ｂと下アームスイッチング素子６６Ｅの接続点は、モータ２のＶ相の電機子コイルに接続され、Ｗ相ハーフブリッジ回路６４Ｗの上アームスイッチング素子６６Ｃと下アームスイッチング素子６６Ｆの接続点は、モータ２のＷ相の電機子コイルに接続されている。

尚、図中７１は低電圧電源（車両のＬＶバッテリ－：例えば、ＬＶ電圧１２Ｖ）であり、制御装置６２の電源となる。また、７２は電流センサ（例えば、シャント抵抗）であり、下アーム電源ライン６９に接続されてモータ２の相電流を検出するために用いられる。

制御装置６２は、プロセッサを有するマイクロコンピュータから構成されており、制御装置６２には電動車両の上記システムであるＥＣＵ６０から回転数指令値や停止指示等の駆動指示が入力される。即ち、制御装置６２はＥＣＵ６０から回転数指令値を入力し、電流センサ７２に基づくモータ２の相電流を入力して、これらに基づき、インバータ回路６１の各スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆにスイッチング指示を出力して、それらのＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する。具体的には、各スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆのゲート電極に印加するゲート電圧を制御する。

制御装置６２は、電流センサ７２により下アーム電源ライン６９の電流値（シャント電流の値）を検出し、その電流値とモータ２の運転状態からＵＶＷ各相の相電流を算出・推定する。そして、実施例の制御装置６２は、モータ２の回転数指令値から得られる電流指令値、推定された相電流に基づいてロータ２９の位置（角度θ）を推定するセンサレスベクトル制御により、インバータ回路６１のスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングして、モータ２のＵＶＷ各相の電機子コイルに相電圧を印加することで、ロータ２９を回転駆動し、スクロール圧縮機構４の可動スクロール２２を駆動するものである。尚、角度θとはこの出願では例えば電気角零度からの角度とする。

（３）制御装置６２によるモータ２の減速制御及びブレーキ制御
次に、図３～図６を参照しながら、制御装置６２によるモータ２を停止する際の減速制御とブレーキ制御について説明する。尚、この実施例ではモータ２の減速制御に、後述するセンサレス減速制御と強制転流減速制御を含む。

即ち、制御装置６２は、この実施例では、電動車両のＥＣＵ６０からモータ２の停止指示を受信すると、図３のステップＳ１で先ず固定スクロール２１のラップ２４により可動スクロール２２の背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１（ロータ２９の位置）を算出する。

この背圧孔５が塞がれない状態を図５に示している。この状態では、可動スクロール２２の二つの背圧孔５は固定スクロール２１のラップ２４からずれており、背圧孔５は固定スクロール２１のラップ２４により塞がれておらず、開放（全開）されて中間圧部の圧縮室３４と背圧室３９とを連通している。制御装置６２は可動スクロール２２がこの図５の位置（背圧孔５が塞がれない位置）となるロータ２９の角度θ１を算出する。

この背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１の算出の方法には以下のようなものがある。
（ｉ）トルク脈動による相電流の振幅変化に基づく算出
図６はスクロール圧縮機構４の圧縮動作に伴って発生するトルク脈動によるモータ２の相電流の振幅変化を示している。この図に示すように冷媒を吐出する角度（吐出バルブ２８が開く）で相電流の振幅は最大となり、冷媒を吸入する角度（吐出バルブ２８が閉じる）で相電流の振幅は最小となる。

制御装置６２に背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１と、トルク脈動による相電流の振幅変化との相関関係（相電流と背圧孔が塞がれない角度との相関関係の一例）を予め実験により求め、記憶させておく。そして、制御装置６２により、この相電流の振幅変化に基づき、上記ロータ２９の角度θ１を算出する。

（ｉｉ）相電流の最大値と最小値に基づく算出
或いは、上記のような相電流の振幅が最大／最小となる角度と、背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１との相関関係（相電流と背圧孔が塞がれない角度との相関関係の他の例）に基づいて算出するようにしてもよい。

（ｉｉｉ）相電流のピーク値とフィルタ値に基づく算出
又は、相電流情報とフィルタ処理した遅い相電流情報との交差する角度と、背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１との相関関係（相電流と背圧孔が塞がれない角度との相関関係のもう一つの他の例）に基づいて算出するようにしてもよい。その場合は、図８に示す如く相電流のピーク値（相電流情報）と、当該相電流をフィルタ処理したフィルタ値（フィルタ処理した遅い相電流情報）とが交差する角度と、背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１との相関関係を予め制御装置６２に記憶させておく。

（３－１）センサレス減速制御
次に、制御装置６２はステップＳ２でセンサレス減速制御を実行する。図４はモータ２の回転数Ｎの変化を示している。前述した如く制御装置６２は通常の運転中、モータ２の回転数Ｎをセンサレスベクトル制御により制御しているが、電動車両のＥＣＵ６０からモータ２の停止指示を受信した時点から、センサレスベクトル制御によりスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングしてモータ２の回転数Ｎを低下させるセンサレス減速制御を実行する（図４の（Ａ）の領域）。このセンサレス減速制御では、所定の低下率で連続して回転数Ｎを低下させてよく、段階的に、即ち、減速と保持（回転数Ｎを低下させない）を繰り返す低下のさせ方でもよい。

次に、制御装置６２は図３のステップＳ３でモータ２の回転数Ｎが所定の小さい値である規定回転数Ｎ１未満になったか否か判断し、規定回転数Ｎ１未満になっていなければステップＳ２に戻り、これを繰り返す。ここで、上記のようなセンサレス減速制御でモータ２の回転数Ｎが低下していくと、やがてロータ２９の位置（角度θ）を推定できなくなってくる。

（３－２）強制転流減速制御
そこで、制御装置６２は上記センサレス減速制御によりモータ２の回転数Ｎが低下して規定回転数Ｎ１未満になった場合（規定回転数Ｎ１未満になった後）、ステップＳ４に進んで強制転流減速制御を実行する（図４の（Ｂ）の領域）。この強制転流減速制御では、制御装置６２は回転数を決めて強制的にスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングするフィードフォワードの強制転流制御により、モータ２の回転数Ｎを低下させていく。

この強制転流減速制御では、所定の低下率で連続して回転数Ｎを後述する規定回転数Ｎ２まで低下させてもよく、規定回転数Ｎ２まで減速した後、或る期間回転数Ｎ２を保持するようにしてもよい。

次に、制御装置６２は図３のステップＳ５でモータ２の回転数Ｎが前記規定回転数Ｎ１よりも小さい値であって零に到達する前の値である規定回転数Ｎ２（所定の低い値）未満になり、且つ、ロータ２９の角度θが、ステップＳ１で算出した背圧孔５が塞がれない角度θ１となったか否か判断し、なっていなければステップＳ４に戻り、これを繰り返す。

尚、モータ２の回転数Ｎは、強制転流制御なので制御装置６２は自ら把握している。また、ロータ２９の角度θは、前述したセンサレスベクトル制御で推定したロータ２９の位置（角度）に、強制転流制御で把握できるロータ２９の角度を加算して把握することができる。

また、図４の領域（Ａ）のセンサレス減速制御ではモータ２の相電流を検出しているので、この実施例では、制御装置６２はセンサレス減速制御における相電流に基づいて、強制転流減速制御における相電流の値を必要とされる適正な値に制御する。即ち、制御装置６２はセンサレス減速制御における相電流の値からトルクを推定し、トルクが小さければ強制転流減速制御における相電流の値を小さくし、逆に大きければ大きくするように変更する。

（３－３）ブレーキ制御
上記のような強制転流減速制御により、モータ２の回転数Ｎが規定回転数Ｎ２未満になり、且つ、ロータ２９の角度θが角度θ１となった場合、即ち、回転数Ｎが規定回転数Ｎ２未満になった後、ロータ２９の角度θが角度θ１となった場合、制御装置６２はステップＳ５からステップＳ６に進み、ブレーキ制御を実行してロータ２９の角度θを角度θ１に固定する。

このブレーキ制御では、制御装置６２は狙いの角度且つ狙いの出力電圧となるデューティーで各スイッチング素子６６Ａ～６６ＦをＯＮする電磁ブレーキを実行することで、モータ２に電流を流しながらロータ２９の角度θを背圧孔５が塞がれない角度θ１に固定する（図４の（Ｃ）の領域）。この場合、制御装置６２は電磁ブレーキによりモータ２の相電流の値をフィードバック制御する。ここで、圧縮室３４が複数、或いは、背圧孔５が単一又は一組の場合は、所定の回数だけ角度θ１を変更してもよい。

この実施例では、このブレーキ制御においても制御装置６２は、センサレス減速制御における相電流に基づいて、相電流の値を必要とされる適正な値に制御する。即ち、制御装置６２はセンサレス減速制御における相電流の値からトルクを推定し、トルクが小さければブレーキ制御における相電流の値を小さくし、逆に大きければ大きくするように変更する。

このようなブレーキ制御により、モータ２のロータ２９の角度θは、角度θ１に固定されるので、スクロール圧縮機構４の圧縮室３４内の圧力（冷媒とオイル）は背圧孔５から背圧室３９に逃げていく。これにより、スクロール圧縮機構４の逆回転が回避されることになる。

制御装置６２は次にステップＳ７でブレーキ制御の開始から所定の規定時間ｔ１が経過したか判断する。そして、経過していなければステップＳ６に戻り、ブレーキ制御を継続する。そして、ブレーキ制御の開始から規定時間ｔ１が経過した場合、制御装置６２はステップＳ８に進んでブレーキ制御を終了し、スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆを全てＯＦＦする。

以上、詳述した如く本発明によれば、制御装置６２が、モータ２の停止指示を受信した後、当該モータ２の回転数Ｎを低下させるようにスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングする減速制御と、この減速制御によりモータ２の回転数Ｎが低下した後、可動スクロール２２の背圧孔が塞がれない角度θ１にてモータ２のロータ２９を停止させ、当該角度θ１にて固定するようにスイッチング素子６６Ａ～６６Ｆをスイッチングするブレーキ制御を実行するようにしたので、モータ２が停止したとき、固定スクロール２１のラップ２４により可動スクロール２２の背圧孔５が塞がれない角度θ１でロータ２９は固定されるようになる。

これにより、可動スクロール２２の背圧孔５から早期にスクロール圧縮機構４内部の圧力を抜いて減少させることができるようになる。従って、ブレーキ制御を実行する時間も短くすることが可能となるので、スイッチング素子６６Ａ～６６Ｆの発熱による故障や寿命短縮も最小限に抑制しながら、効果的に可動スクロール２２の逆回転を防止し、スクロール圧縮機構４から生じる騒音の改善を図ることができるようになる。

この場合、実施例では制御装置６２が減速制御で、モータ２の停止指示を受信した後、センサレスベクトル制御によりモータ２の回転数Ｎを低下させるセンサレス減速制御と、このセンサレス減速制御によりモータ２の回転数Ｎが低下した後に、強制転流制御によりモータ２の回転数Ｎを所定の低い値に低下させる強制転流減速制御を実行するので、センサレス減速制御によりモータ２の回転数Ｎを早期に低下させ、位置検出が困難になる領域では強制転流減速制御によりモータ２の回転数Ｎを強制的に低下させることが可能となる。

また、実施例では制御装置６２が、センサレス減速制御における相電流に基づき、強制転流減速制御とブレーキ制御における相電流の値を制御するようにしたので、前述した如くセンサレス減速制御における相電流の値が小さいときには強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値もそれに応じて小さくすること等により、安定的且つ効率的に強制転流減速制御やブレーキ制御を実行することが可能となる。

また、実施例では制御装置６２が、モータ２の回転数Ｎが零に到達する前にブレーキ制御を実行するようにしたので、ロータ２９を停止させて固定する角度θを、可動スクロール２２の背圧孔５が塞がれない角度θ１に的確且つ容易に合わせることが可能となる。その際、実施例では電磁ブレーキによりモータ２の相電流の値をフィードバック制御するようにしたので、発電ブレーキで懸念される回生電流による過剰な相電流の跳ね上がりを防止し、スイッチング素子等の故障が発生する不都合も未然に回避することが可能となる。

尚、実施例ではステップＳ１で背圧孔５が塞がれない角度θ１を制御装置６２が算出し、ステップＳ５でロータ２９の角度がこの算出された角度θ１となったことを検出するようにしたが、算出すること無く、以下のようにステップＳ５で角度θ１を検出するようにしてもよい。

（ア）予め決定されたロータ２９の角度に基づく検出
背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１を予め実験により求め、制御装置６２に記憶させておく。そして、前述したセンサレスベクトル制御で推定したロータ２９の位置に、後述する強制転流制御で把握できるロータ２９の位置を加算した角度θが、角度θ１となったことで、ロータ２９の角度が角度θ１となったことを検出する。

（イ）ロータ２９の角度θ（位置）を検出するセンサによる検出
背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１を予め実験により求め、制御装置６２に記憶させておく。更に、ロータ２９の位置検出センサを設けておき、このセンサの出力に基づき、背圧孔５が塞がれないロータ２９の角度θ１となったことを検出する。

ステップＳ５では制御装置６２が、ステップＳ１で角度θ１を算出し、ロータ２９の角度θがこの角度θ１になったことを前述の如く検出するか、上記（ア）、（イ）の何れかの方法で検出するか、或いは、それらの組み合わせでロータ２９の角度θが角度θ１になったことを検出するようにしてもよい。

また、実施例では制御装置６２が、背圧孔５が塞がれない角度θ１にてロータ２９を停止させ、固定するようにしたが、吐出孔２６のクリアランスを設定する吐出バルブ２８を使用する場合には、固定スクロール２１の鏡板２３の渦巻きの中央にある吐出孔２６が可動スクロール２２のラップ３２により塞がれない角度をθ１とし、この角度θ１にてロータ２９を停止させ、固定するようにしてもよい。それによっても、吐出孔２８から早期にスクロール圧縮機構４内部の圧力を抜いて減少させることができるようになる。

また、実施例では減速制御において制御装置６２がセンサレス減速制御と強制転流減速制御を実行するようにしたが、請求項１の発明では、減速制御の全てを強制転流減速制御としてもよい。更に、実施例では規定回転数Ｎ１でセンサレス減速制御から強制転流減速制御に切り替えるようにしたが、それに限らず、センサレス減速制御において回転数Ｎが低下し、センサレスベクトル制御が困難になって相電流が増大する等の相電流の変化に基づいて強制転流減速制御に切り替えるようにしてもよい。

また、実施例では規定回転数Ｎ２に基づいて強制転流減速制御からブレーキ制御に切り替えるようにしたが、それに限らず、スクロール圧縮機構４の残圧の状況に基づいて切り替えるようにしても良い。その場合は、モータ２の回転数Ｎが規定回転数Ｎ２に低下した時点でそれを保持する。規定回転数Ｎ２に保持していると、スクロール式電動圧縮機１の吸入圧は上昇するため、吸入圧に起因するモータ負荷トルクは上昇する。一方で、スクロール式電動圧縮機１の吐出圧は下降するため、吐出圧に起因するモータ負荷トルクは下降する。係るメカニズムを利用してスクロール圧縮機構４の残圧の状況を把握し、強制転流減速制御からブレーキ制御に移行するようにしてもよい。その際の圧力情報は 通電電流と印加電圧情報から設定しても良いし、電動車両のＥＣＵ６０から圧力センサ情報を取得しても良く、スクロール式電動圧縮機１自体にセンサを設けて、その情報を利用するようにしてもよい。

また、実施例では強制転流減速制御とブレーキ制御の双方において、センサレス減速制御における相電流に基づき相電流の値を変更するようにしたが、強制転流減速制御とブレーキ制御のうちの何れか一方のみで行うようにしてもよい。

また、実施例ではセンサレス減速制御における相電流に基づき、強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値を変更するようにしたが、それに限らず、スクロール圧縮機構４の圧力状態（上記残圧の状況）に基づいて強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値を変更するようにしてもよい。その場合は、例えばスクロール圧縮機構４の残圧が小さいときには強制転流減速制御やブレーキ制御における相電流の値もそれに応じて小さくする。

また、実施例では車両用の空調装置の冷媒回路に使用されるスクロール式電動圧縮機１に本発明を適用したが、それに限らず、各種冷凍装置の冷媒回路で使用されるスクロール式電動圧縮機に本発明は有効である。更に、実施例では所謂インバータ一体型のスクロール式電動圧縮機に本発明を適用したが、それに限らず、インバータを一体に備えない通常のスクロール式電動圧縮機にも適用可能である。

１ スクロール式電動圧縮機
２ モータ
３ インバータ装置
４ スクロール圧縮機構
５ 背圧孔
２１ 固定スクロール
２２ 可動スクロール
２３、３１ 鏡板
２４、３２ ラップ
２６ 吐出孔
２７ 吐出室
２９ ロータ
３４ 圧縮室
６１ インバータ回路
６２ 制御装置
６３ 直流電源
６６Ａ～６６Ｆ スイッチング素子
７２ 電流センサ

Claims (6)

1. 背圧孔を有する可動スクロールと、固定スクロールを備えて作動流体を圧縮するスクロール圧縮機構と、
   前記可動スクロールを駆動するモータと、
   複数のスイッチング素子を有して前記モータを駆動するインバータ回路と、
   前記スイッチング素子をスイッチングする制御装置を備えたスクロール式電動圧縮機において、
   前記制御装置は、
   前記モータの停止指示を受信した後、当該モータの回転数を低下させるように前記スイッチング素子をスイッチングする減速制御と、
   該減速制御により前記モータの回転数が低下した後、前記可動スクロールの背圧孔が塞がれない角度、又は、前記固定スクロールの吐出孔が塞がれない角度にて前記モータのロータを停止させ、当該角度にて固定するように前記スイッチング素子をスイッチングするブレーキ制御を実行することを特徴とするスクロール式電動圧縮機。
2. 前記制御装置が実行する前記減速制御は、
   前記モータの停止指示を受信した後、センサレスベクトル制御により前記モータの回転数を低下させるセンサレス減速制御と、
   該センサレス減速制御により前記モータの回転数が低下した後に、強制転流制御により前記モータの回転数を所定の低い値に低下させる強制転流減速制御を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式電動圧縮機。
3. 前記制御装置は、前記センサレス減速制御における相電流、又は、前記スクロール圧縮機構の圧力状態に基づき、前記強制転流減速制御、及び／又は、前記ブレーキ制御における相電流の値を制御することを特徴とする請求項２に記載のスクロール式電動圧縮機。
4. 前記制御装置は、前記モータの回転数が零に到達する前に電磁ブレーキによる前記ブレーキ制御を実行すると共に、該ブレーキ制御においては前記モータの相電流の値をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式電動圧縮機。
5. 前記制御装置は、相電流と前記背圧孔又は前記吐出孔が塞がれない角度との相関関係、トルク脈動による相電流の振幅変化、予め決定された前記ロータの角度、当該ロータの角度を検出するセンサ、のうちの少なくとも何れかを用いて前記背圧孔又は前記吐出孔が塞がれない角度を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載のスクロール式電動圧縮機。
6. 前記スクロール圧縮機構は、各鏡板の各表面にそれぞれ渦巻き状のラップが対向して形成された前記固定スクロール及び前記可動スクロールから成り、該可動スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させ、両スクロールの前記各ラップ間に形成された圧縮室を外側から内側に向けて縮小させながら移動させることにより、作動流体を圧縮し、前記吐出孔は、前記固定スクロールの鏡板背面の吐出室と前記圧縮室を連通し、前記背圧孔は、前記可動スクロールの鏡板背面の背圧室と前記圧縮室とを連通すると共に、
   前記背圧孔が塞がれない角度とは、前記ロータが停止した状態で、前記固定スクロールのラップが前記可動スクロールの背圧孔を塞がない角度であり、前記吐出孔が塞がれない角度とは、前記ロータが停止した状態で、前記可動スクロールのラップが前記固定スクロールの吐出孔を塞がない角度であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載のスクロール式電動圧縮機。

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