JP3477759B2 - 自動車用電動圧縮機の制御駆動装置 - Google Patents

自動車用電動圧縮機の制御駆動装置

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JP3477759B2 JP26467093A JP26467093A JP3477759B2 JP 3477759 B2 JP3477759 B2 JP 3477759B2 JP 26467093 A JP26467093 A JP 26467093A JP 26467093 A JP26467093 A JP 26467093A JP 3477759 B2 JP3477759 B2 JP 3477759B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータ制御の電動
圧縮機の制御駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、インバータ制御の電動圧縮機の
制御駆動装置は、主にルームエアコンに用いられている
が、ルームエアコンの電源である商用電源は、電圧変動
幅が100(V)系で±5(%)程度、200(V)系
で±10(%)程度であり、また電源容量変動について
もコンセント容量以内であれば常時一定であり、非常安
定した電源となっている。従ってルームエアコン用の電
動圧縮機の制御駆動においては、特に電源変動に対して
考慮する必要がなく、回転数変化速度についても特に電
源変動用に設定する必要がなかった。
【0003】またルームエアコンの場合、空調する空間
が比較的大きく、日射やドアの開閉等の影響による負荷
変動も少ないので、過渡期(空調の作動開始から室温安
定までの間、または空調の負荷変動による室温変化から
室温安定までの間)の吹き出し温度の低下、上昇の速度
については自動車のエアコンの場合ほど要求されない。
従って空調過渡期の電動圧縮機の回転数変化速度につい
ても特別に設定する必要がなかった。
【0004】そしてそのルームエアコン用の電動圧縮機
の回転数変化速度は一般に、多少のばらつきはあるが上
昇、下降ともに60〜300(rpm/秒)程度のもの
となっている。
【0005】また近年、電気自動車等の一部の自動車
に、電動圧縮機を用いたカーエアコンが搭載されている
が、これらにおいても電動圧縮機の制御駆動で、特に電
源変動時及び空調過渡期の周波数変化速度について考
慮、言及したものはなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した商用
電源とは異なり自動車の電源は、非常に不安定で大きな
電源変動が急激、かつ頻繁に起こる。例えば、バッテリ
ーを電動圧縮機の電源とする電気自動車の場合には、図
2(a)、図2(b)に示すように、車が加速した時に
は電源電圧が低下し、また車が減速した時には電源電圧
が上昇する。そして、その変動幅は一般に±30(%)
以上と大きなものとなっており、この変動が数百(ミリ
秒)から数(秒)程度の時間で発生する。またエンジン
直結式の発電機を、電動圧縮機の電源とする内燃機関の
車の場合には、図4(a)、図4(b)に示すように、
発電機の発電容量がエンジン回転数に依存するため、車
の走行状態に応じて電源容量が大きく変動し、この変動
もやはり数百(ミリ秒)から数(秒)程度の時間で発生
する。
【0007】従って、例えば電動圧縮機が、インバータ
の電流容量に対してあまり余裕のないような負荷で駆動
されている時に、電源電圧が低下した場合には、誘導モ
ーターの場合には電流が増加するので回転数を制限して
電流を抑える必要が出てくるが、この時に300(rp
m/秒)程度の速さで回転数を下降させていたのでは、
電流の増加速度すなわち電源電圧の低下速度に、回転数
下降による電流の制限速度が追いつかなく、過電流保護
等が作動し電動圧縮機が停止するという課題があった。
【0008】また、同じように電動圧縮機が、インバー
タの電流容量に対してあまり余裕のないような負荷で駆
動されている時に、発電機の発電容量が低下した場合に
は、電源容量より負荷電力が大きくなるので、回転数を
制限して負荷電力を抑える必要が出てくるが、この時に
300(rpm/秒)程度の速さで回転数を下降させて
いたのでは、電源容量の低下速度に、回転数下降による
負荷電力の制限速度が追いつかなく、やはり電動圧縮機
が停止するという課題があった。
【0009】そして、一般にこれらの対策として、回転
数変化速度を大きくすることが考えられるが、全ての領
域において大きくしたのでは、回転数上昇側では圧縮機
内にあるべき潤滑油が冷凍サイクル内に吐出されたり、
また回転数下降側では吐出された潤滑油の回収が難しく
なり圧縮機の潤滑機能に悪影響を与えてしまうという課
題があった。
【0010】また、別の対策として、インバータの電流
容量を大きくすることが考えられるが、この場合には、
インバータが高価で大型なものになってしまうという課
題があった。
【0011】また電動圧縮機をインバータ制御した場合
には、従来の自動車のベルト駆動式の圧縮機に比較し
て、空調作動開始時の圧縮機の回転数変化速度が遅いの
で、空調過渡期の吹き出し温度の低下、上昇速度が遅い
という課題があった。
【0012】本発明は上記課題を解決するもので、電動
圧縮機を用いた空調装置において、電源変動によって電
動圧縮機が停止するのを防止し、また圧縮機の潤滑機能
にもさほどの悪影響を与えず、かつ空調過渡期の吹き出
し温度の低下、上昇速度の速い、安価で小型な電動圧縮
機の制御駆動装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電動圧縮機の制御駆動装置は、 (1)直流電圧を発生する手段と、モーターを内蔵し空
調用の冷媒を圧縮する電動圧縮機と、前記直流電圧を交
流電圧に変換するとともにあらかじめ定められた電流の
範囲内あるいは発電容量の範囲内で前記電動圧縮機の回
転数を制御するインバータを具備し、前記電動圧縮機の
可変回転数範囲の低回転数域における回転数下降速度を
高回転数域における回転数下降速度より小さくしたもの
である。
【0014】(2)直流電圧を発生する手段と、モータ
ーを内蔵し空調用の冷媒を圧縮する電動圧縮機と、前記
直流電圧を交流電圧に変換するとともにあらかじめ定め
られた電流の範囲内あるいは発電容量の範囲内で前記電
動圧縮機の回転数を制御するインバータを具備し、前記
電動圧縮機の回転数を制御するインバータを具備し、前
記電動圧縮機の可変回転数範囲の高回転数域における回
転数上昇速度を低回転数域における回転数上昇速度より
小さくし、かつ低回転数域における回転数下降速度を高
回転数域における回転数下降速度より小さくしたもので
ある。
【0015】
【0016】
【作用】本発明は前記した構成によって、 (1)電動圧縮機の高回転数域においてはインバータの
回転数下降速度を大きくして、インバータ及び電動圧縮
機の電流や電力の制限速度を速くしているので、電源変
動時に電動圧縮機が停止するのを防止することができ、
また電流や電力の制限の必要がない低回転数域ではイン
バータの回転数下降速度を小さくしているので、冷凍サ
イクル内に吐出された潤滑油の回収をし易くすることが
できる。またインバータの電源容量は大きくしていない
ので安価で、小型な構成とすることができる。
【0017】(2)電動圧縮機の高回転数域においては
インバータの回転数上昇速度を小さくしているので、電
動圧縮機の潤滑油の冷凍サイクル内への吐出を抑えるこ
とができ、それ以外の低回転数域ではインバータの回転
数上昇速度を大きくしているので、空調過渡期の吹き出
し温度の低下、上昇速度を速くすることができる。また
電動圧縮機の高回転数域においてはインバータの回転数
下降速度を大きくして、インバータ及び電動圧縮機の電
流や電力の制限速度を速くしているので、電源変動時に
電動圧縮機が停止するのを防止することができ、また電
流や電力の制限の必要がない低回転数域ではインバータ
の回転数下降速度を小さくしているので、冷凍サイクル
内に吐出された潤滑油の回収をし易くすることができ
る。またインバータの電流容量は大きくしていないので
安価で、小型な構成とすることができる。
【0018】
【0019】
【実施例】以下、本発明の一実施例の電動圧縮機の制御
駆動装置について、図面を参照しながら説明する。
【0020】図1(a)は、本発明の一実施例の電動圧
縮機の制御駆動装置の構成ブロック図である。電動圧縮
機1は、電気自動車の場合にはバッテリー2を電源とし
て、インバータ4によって制御駆動されている。また同
様に内燃機関の車の場合には、エンジン直結式の発電機
3を電源として、インバータ4によって制御駆動されて
いる。空調制御部5は、各種センサー6や室温設定器7
からの信号に基づいて、車室内を快適にするための電動
圧縮機の回転数を決定してインバータ4に出力し、これ
を受けたインバータ4内の制御部11は、通常はこの設
定回転数で電動圧縮機1を駆動するようにスイッチング
素子群8をスイッチング直流電圧を可変周波数または可
変電圧の交流電圧に変換している。またインバータ4内
には電流検出手段9や、直流電圧検出手段10があり、
電源変動時には、これらの信号によって制御部11が空
調制御部5からの設定回転数より優先して独自に電動圧
縮機1の回転数を制限している。
【0021】図1(b)は、制御部11において予め設
定する周波数変化速度または電圧変化速度で決まる、回
転数領域と電動圧縮機の回転数変化を示した、回転数変
化特性図である。
【0022】
【表1】
【0023】(表1)は、電動圧縮機の回転数範囲と、
回転数変化速度と、潤滑油の冷凍サイクルへの吐出度合
と、電動圧縮機内部への回収度合の定性的特性を示した
特性表であり、回転数上昇速度が大きい場合の高回転数
域において、潤滑油の冷凍サイクルへの吐出量が大き
く、また回転数下降速度が大きい場合の低回転数域にお
いて、潤滑油の電動圧縮機内部への回収度合が悪くなり
圧縮機の潤滑機能に悪影響を与えることがわかる。従っ
て、図1(b)及び(表1)より本発明の制御駆動装置
は、高回転数域においては回転数上昇速度を小さくし、
低回転数域においては回転数下降速度を小さくしている
ので、圧縮機の潤滑機能にさほどの悪影響は与えないこ
とがわかる。
【0024】図2は、電気自動車においての電源変動時
の本発明の一実施例の制御駆動装置の作動を示すタイミ
ングチャートで横軸は時間となっている。以下本発明の
一実施例の制御駆動装置の電源変動時の作動について図
2を参照しながら説明する。図2において、12秒後か
ら車が加速し、16秒後に車速が100(km/h)に
なった場合には、バッテリー電圧が図2(b)に示すよ
うに低下し、電流も増加し始めるが、この瞬間に図2
(d)の破線で示されるように、1200(rpm/
秒)の速さで実際の回転数を下降させると、図2(e)
の破線で示されるように、電流は殆ど増加せずに制御で
きることがわかる。しかし、もしこの時に、低回転数域
と同じように300(rpm/秒)の速さで実際の回転
数を下降させていたのでは、図2(d)、図2(e)の
12秒後以降の実線で示されるように、電流の増加が抑
えられずに過電流保護の作動によって、13秒後あたり
の時に、電動圧縮機を停止せざるを得なくなる。ここで
図2(e)中のILMT2は過電流保護の設定で、IL
MT1は連続運転可能な電流値である。
【0025】図3は、所定トルクにおける電動圧縮機の
回転数と、消費電力の関係を示した特性図であり、ほぼ
回転数に比例して消費電力が大きくなっている。従って
最悪条件の電源変動中でも、3600(rpm)では必
ず電動圧縮機を駆動することができるようにインバータ
を設計しておけば、本発明の制御駆動装置においては電
源変動によって電動圧縮機が停止することはない。
【0026】図4は、内燃機関の車においての本発明の
一実施例の制御駆動装置の電源変動時の作動を示すタイ
ミングチャートで横軸は時間となっている。以下本発明
の一実施例の制御駆動装置の電源変動時の作動について
図4を参照しながら説明する。いま、12秒後から車が
減速し、16秒後にエンジン回転数が750(rpm)
になった場合には、発電容量が図4(b)に示されるよ
うに低下するが、この瞬間に図4(d)の破線で示され
るように、1200(rpm/秒)の速さで実際の回転
数を下降させると、図4(e)の破線で示されるよう
に、電力は発電容量の低下速度と同一速度で制限される
ので、電動圧縮機を停止することなく制御できることが
わかる。しかし、もしこの時に、低回転数域と同じよう
に300(rpm/秒)の速さで実際の回転数を下降さ
せていたのでは、図4(d)、図4(e)の12秒後以
降の実線で示されるように、電力の制限が遅く、発電容
量より負荷電力の方が大きくなり、電動圧縮機を停止せ
ざるを得なくなる。そして電気自動車の場合と同様に、
最悪条件の電源変動、即ちアイドリング状態において、
3600(rpm)では必ず電動圧縮機を駆動すること
ができるようにインバータを設計しておけば、本発明の
制御駆動装置においては電源変動によって電動圧縮機が
停止することはないことがわかる。
【0027】また図5は、冷房過渡期の電動圧縮機の回
転数変化と吹き出し温度の関係を示した特性図であり、
従来のもの(図5中の点線)と、本発明の制御駆動装置
(図5中の実線)とを比較して示してある。図5から明
かなように本発明の制御駆動装置の方が速く吹き出し温
度が下がっているのがわかる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の電動圧縮機の制
御駆動装置は、電源変動によって電動圧縮機が停止する
のを防止し、また圧縮機の潤滑機能にもさほどの悪影響
を与えず、かつ空調過渡期の吹き出し温度の低下、上昇
速度の速い、安価で小型な電動圧縮機の制御駆動装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施例の構成ブロック図 (b)は本発明の一実施例の回転数変化特性図
【図2】本発明の一実施例の電気自動車の作動を示すタ
イミングチャート
【図3】回転数と消費電力の関係を示した特性図
【図4】本発明の一実施例の内燃機関の車の作動を示す
タイミングチャート
【図5】回転数変化と吹き出し温度の関係を示した特性
【符号の説明】
1 電動圧縮機 2 バッテリー 3 発電機 4 インバータ 8 スイッチング素子群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 1/00 371 F25B 1/00 361

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車走行にかかわるバッテリー、若し
    くは自動車走行用のエンジンで駆動される発電機から直
    流電圧を発生する手段と、モーターを内蔵し空調用の冷
    媒を圧縮する電動圧縮機と、前記電動圧縮機の駆動に必
    要な電流を検出する電流検出手段と、前記直流電圧を交
    流電圧に変換するとともに、あらかじめ定められた電流
    の範囲内あるいは発電容量の範囲内で前記電動圧縮機の
    回転数を制御するインバータを具備し、前記電動圧縮機
    の可変回転数範囲の高回転数域における回転数下降速度
    を低回転数域における回転数下降速度より大きくした
    動車用電動圧縮機の制御駆動装置。
  2. 【請求項2】 自動車走行にかかわるバッテリー、若し
    くは自動車走行用のエンジンで駆動される発電機から直
    流電圧を発生する手段と、モーターを内蔵し空調用の冷
    媒を圧縮する電動圧縮機と、前記電動圧縮機の駆動に必
    要な電流を検出する電流検出手段と、前記直流電圧を交
    流電圧に変換するとともに、あらかじめ定められた電流
    の範囲内あるいは発電容量の範囲内で前記電動圧縮機の
    回転数を制御するインバータを具備し、前記電動圧縮機
    の可変回転数範囲の高回転数域における回転数上昇速度
    を低回転数域における回転数上昇速度より小さくし、か
    つ高回転数域における回転数下降速度を低回転数域にお
    ける回転数下降速度より大きくした自動車用電動圧縮機
    の制御駆動装置。
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