JP4686242B2 - Control method and control apparatus for electric compressor - Google Patents
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本発明は、電動圧縮機の制御方法および制御装置に関し、とくに、車両用空調装置の冷媒圧縮用に用いられる圧縮機で、バッテリーから電源の供給を受け駆動される電動圧縮機の制御に好適な制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and a control device for an electric compressor, and particularly to a compressor used for refrigerant compression in a vehicle air conditioner, and is suitable for controlling an electric compressor driven by being supplied with power from a battery. The present invention relates to a control method and a control device.
モータ駆動される電動圧縮機、とくに車両用空調装置に用いられる電動圧縮機(専用モータのみで駆動される電動圧縮機に加え、専用モータによる駆動機構と他の駆動源による駆動機構を有するハイブリッド圧縮機を含む)においては、モータ巻き線の温度が高くなりすぎないようにし、モータを適切に保護する必要がある。モータ巻き線の温度が許容温度以上に上昇すると、巻き線が絶縁不良を起こし、地絡や過電流が発生し、感電や他の機器を破壊する可能性がある Electric compressor driven by a motor, especially an electric compressor used in a vehicle air conditioner (in addition to an electric compressor driven only by a dedicated motor, a hybrid compression having a drive mechanism by a dedicated motor and a drive mechanism by another drive source In order to protect the motor appropriately, it is necessary to prevent the temperature of the motor winding from becoming too high. If the temperature of the motor winding rises above the allowable temperature, the winding will cause insulation failure, which may cause a ground fault or overcurrent, which may result in electric shock or damage to other equipment.
従来は、モータ巻き線の温度保護を行う際、モータ巻き線あるいはその近傍に温度センサを取り付けて直接温度を測定しモータを保護していた。例えば、特許文献1や特許文献2には、ステータのコイル温度を直接検出する温度センサが内蔵された構造が開示されている。
ところが、上記のように圧縮機内部に温度センサを取り付けると、構造的に複雑になるとともに、大きなコストアップにつながるという問題が生じる。したがって、モータ巻き線の温度保護を温度センサを取り付けることなく行うことが望まれる。 However, when the temperature sensor is attached inside the compressor as described above, there arises a problem that the structure becomes complicated and the cost is greatly increased. It is therefore desirable to protect the temperature of the motor winding without attaching a temperature sensor.
そこで本発明の課題は、各種情報に基づいて、電動圧縮機のモータ巻き線の温度を、温度センサを取り付けることなくソフト的に求め、全体として簡素で安価な構造を達成可能な、電動圧縮機の制御方法および制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to obtain the temperature of the motor winding of the electric compressor in a software manner without attaching a temperature sensor based on various information, and to achieve a simple and inexpensive structure as a whole. A control method and a control apparatus are provided.
上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機の制御方法は、電動圧縮機の吐出圧力Pd、モータ回転数NEc、モータ駆動装置入力電流Iin、温度補正値Taおよび予め求められた比例定数aから、次式
Tc=〔(a×Pd×Iin)/NEc〕+Ta
を用いて、モータ巻き線温度Tcを演算により求めることを特徴とする方法からなる。
In order to solve the above-described problems, the electric compressor control method according to the present invention includes an electric compressor discharge pressure Pd , a motor rotational speed NEc , a motor drive device input current Iin, a temperature correction value Ta, and a previously determined proportionality. From the constant a ,
Tc = [(a × Pd × Iin) / NEc] + Ta
Is used to calculate the motor winding temperature Tc by calculation.
なお、本発明において、電動圧縮機とは、内蔵された専用モータのみで駆動される電動圧縮機に加え、専用モータによる駆動機構と他の駆動源(例えば、車両走行用のエンジン)による駆動機構を有するハイブリッド圧縮機を含む概念である。また、「モータ駆動装置」とは、例えば後述の如く、バッテリー等の直流電源の電流から、3相モータ駆動用電流に変換するスイッチング素子群を備えたインバータ等を指し、「モータ駆動装置入力電流」とは、そのモータ駆動装置への入力電流を指す。 In the present invention, the electric compressor is not only an electric compressor driven only by a built-in dedicated motor, but also a driving mechanism by a dedicated motor and a driving mechanism by another driving source (for example, an engine for vehicle travel). It is a concept including a hybrid compressor having The “motor drive device” refers to an inverter or the like having a switching element group that converts a current of a DC power source such as a battery into a current for driving a three-phase motor, as will be described later. "" Refers to the input current to the motor drive.
この本発明に係る電動圧縮機の制御方法においては、上記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値(温度補正係数)を加えることが好ましい。温度補正値(温度補正係数)としては、例えば、モータ回転時には時間とともに増加し、モータ停止時には時間とともに減少するように設定される。 In the electric compressor control method according to the present invention, it is preferable to add a temperature correction value (temperature correction coefficient) that increases or decreases depending on the operating state of the electric compressor to the motor winding temperature obtained by the above calculation. The temperature correction value (temperature correction coefficient) is set, for example, so as to increase with time when the motor rotates and to decrease with time when the motor stops.
また、上記演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求めるようにすることもできる。フィルタ処理により、実際の制御に取扱いやすい信号を得ることができる。 Further, the motor winding temperature can be obtained by adding a filter process to the calculation result. A signal easy to handle for actual control can be obtained by filtering.
そして、本発明に係る電動圧縮機の制御方法においては、演算によるモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止するように制御することができる。このようにすれば、それ以上モータ巻き線が過熱されることはなくなり、モータ巻き線、ひいては、モータが適切に保護されることになる。 In the method for controlling the electric compressor according to the present invention, when the calculated motor winding temperature exceeds a predetermined value, it is determined that the motor is overheated and the operation of the electric compressor is stopped. it can. In this way, the motor winding is no longer overheated, and the motor winding and thus the motor is properly protected.
また、電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開するように制御することができる。このようにすれば、長時間、不必要にモータを停止させることがなくなり、電動圧縮機を本来の機能を発揮させるように早期に運転再開できる。 In addition, after the operation of the electric compressor is stopped, the operation of the electric compressor can be controlled to resume when the calculated motor winding temperature becomes a predetermined value or less. In this way, the motor is not stopped unnecessarily for a long time, and the electric compressor can be restarted at an early stage so as to exhibit its original function.
本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、電動圧縮機の吐出圧力Pd、モータ回転数NEc、モータ駆動装置入力電流Iin、温度補正値Taおよび予め求められた比例定数aから、次式
Tc=〔(a×Pd×Iin)/NEc〕+Ta
を用いてモータ巻き線温度Tcを演算する演算手段を有することを特徴とするものからなる。
The control device for the electric compressor according to the present invention is expressed by the following equation from the discharge pressure Pd of the electric compressor, the motor rotational speed NEc , the motor drive device input current Iin, the temperature correction value Ta, and the proportional constant a determined in advance.
Tc = [(a × Pd × Iin) / NEc] + Ta
It has the calculating means which calculates motor winding temperature Tc using .
この電動圧縮機の制御装置において、上記演算手段は、上記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値(温度補正係数)を加える手段からなることが好ましい。温度補正値(温度補正係数)については、上述した通りである。 In this electric compressor control device, the calculation means may comprise means for adding a temperature correction value (temperature correction coefficient) that increases or decreases depending on the operating state of the electric compressor to the motor winding temperature obtained by the calculation. preferable. The temperature correction value (temperature correction coefficient) is as described above.
また、上記演算手段は、演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求める手段からなることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said calculating means consists of a means which adds a filter process to a calculation result and calculates | requires motor winding temperature.
また、上記演算手段により演算されたモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止する制御手段を備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a control means for determining that the motor is overheated and stopping the operation of the electric compressor when the motor winding temperature calculated by the calculation means exceeds a predetermined value.
さらに、上記制御手段は、電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開することが好ましい。 Further, the control means preferably restarts the operation of the electric compressor after the operation of the electric compressor is stopped and the calculated motor winding temperature becomes a predetermined value or less.
本発明に係る電動圧縮機の制御方法および制御装置によれば、温度センサを設ける必要はなく、モータ巻き線温度は、電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流から演算により求められる。温度センサを内蔵する必要がないので、圧縮機の構造が簡素になるとともに、装置全体としてのコストを低減できる。 According to the control method and control device for the electric compressor according to the present invention, it is not necessary to provide a temperature sensor, and the motor winding temperature is calculated from the discharge pressure of the electric compressor, the motor rotation speed, and the motor drive device input current. Desired. Since it is not necessary to incorporate a temperature sensor, the structure of the compressor is simplified and the cost of the entire apparatus can be reduced.
上記演算により、十分に実用的なモータ巻き線温度を求めることができ、とくに演算結果に適切な補正や処理を加えることにより、より確実にモータ保護制御を行うことができるようになる。 By the above calculation, a sufficiently practical motor winding temperature can be obtained. In particular, by applying appropriate corrections and processing to the calculation result, motor protection control can be performed more reliably.
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る制御方法および制御装置の適用対象となる電動圧縮機の例について説明する。図1は、適用対象となるハイブリッド式圧縮機を示しており、図2は、専用モータが内蔵され、該専用モータのみで駆動される方式の電動圧縮機の例を示している。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an example of an electric compressor to which the control method and the control device according to the present invention are applied will be described. FIG. 1 shows a hybrid compressor to be applied, and FIG. 2 shows an example of an electric compressor of a system that includes a dedicated motor and is driven only by the dedicated motor.
図1において、ハイブリッド圧縮機Aは、第1圧縮機構1と、第2圧縮機構2とを備えている。第1圧縮機構1は、端板10aと渦巻体10bとを有する固定スクロール10と、端板11aと渦巻体11bとを有し固定スクロール10とかみ合って複数対の作動空間12を形成する可動スクロール11と、可動スクロール11に係合して可動スクロール11を旋回運動させる駆動軸13と、駆動軸に固定されたクラッチアーマチュア14aと、車両等のエンジンにベルトを介して接続されたプーリ14bと、クラッチアーマチュア14aとプーリ14bとを脱着させる電磁石14cとを有する電磁クラッチ14と、可動スクロール11の自転を阻止するボールカップリング15と、ケーシングに形成された吸入ポート16とを備えている。固定スクロールの端板10aには、吐出穴10a′が形成されている。ここで、車両等のエンジンは、内燃機関と走行用電動モータとを含む概念である。
In FIG. 1, the hybrid compressor A includes a first compression mechanism 1 and a
第2圧縮機構2は、端板20aと渦巻体20bとを有する固定スクロール20と、端板21aと渦巻体21bとを有し固定スクロール20とかみ合って複数対の作動空間22を形成する可動スクロール21と、可動スクロール21に係合して可動スクロールを旋回運動させる駆動軸23と、可動スクロール21の自転を阻止するボールカップリング24と、ケーシングに形成された吸入ポート25とを備えている。固定スクロールの端板20aに吐出穴20a′が形成されている。
The
ハイブリッド圧縮機Aには、第2圧縮機構2の駆動軸23を駆動する電動モータ26が内蔵されている。電動モータ26は、駆動軸23に固定された回転子26aと固定子26bとを有している。
The hybrid compressor A includes an
第1圧縮機構1の固定スクロール10と第2圧縮機構2の固定スクロール20とは背中合わせに配設されており、且つ一体形成されている。一体化された端板10a、20a内に、吐出通路30が形成されている。吐出通路30の下流端に吐出ポート31が形成されている。第1圧縮機構1の端板10aに形成された吐出穴10a′と、第2圧縮機構2の端板20aに形成された吐出穴20a′とは、逆止弁32を介して吐出通路30の上流端に接続している。
The
このように、第1圧縮機構1と第2圧縮機構2とが一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機Aがエンジン駆動される場合には、電磁クラッチ14がオンされ、車両等のエンジンの回転がクラッチアーマチュア14aを介して第1圧縮機構1の駆動軸13へ伝達され、駆動軸13により可動スクロール11が旋回駆動される。吸入ポート16から流入した冷媒ガスが作動空間12取り込まれ、作動空間12が体積を減少させつつ固定スクロール10の中心へ向けて移動し、作動空間12内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール10の端板10aに形成された吐出穴10a′と逆止弁32とを介して吐出通路30へ吐出し、吐出ポート31を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。第2圧縮機構2を駆動する電動モータ26には電力は供給されず、電動モータ26は回転しない。従って第2圧縮機構2は作動しない。逆止弁32により第2圧縮機構2の吐出穴20a′が閉鎖されるので、第1圧縮機構1から吐出した冷媒ガスは第2圧縮機構2へ逆流しない。
In this way, when the hybrid compressor A in which the first compression mechanism 1 and the
ハイブリッド圧縮機Aがモータ駆動される場合には、電動モータ26がオンされて回転し、電動モータ26の回転が第2圧縮機構2の駆動軸23へ伝達され、駆動軸23により可動スクロール21が旋回駆動される。吸入ポート25から流入した冷媒ガスが作動空間22取り込まれ、作動空間22が体積を減少させつつ固定スクロール20の中心へ向けて移動し、作動空間22内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール20の端板20aに形成された吐出穴20a′と逆止弁32とを介して吐出通路30へ吐出し、吐出ポート31を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。第1圧縮機構1の電磁クラッチ14には電力は供給されず、車両等のエンジンの回転は第1圧縮機構1へ伝達されない。従って第1圧縮機構1は作動しない。逆止弁32により第1圧縮機構1の吐出穴10a′が閉鎖されるので、第2圧縮機構2から吐出した冷媒ガスは第1圧縮機構1へ逆流しない。
When the hybrid compressor A is driven by a motor, the
なお、ハイブリッド圧縮機Aにおいては、第1圧縮機構1と第2圧縮機構2が両方ともに駆動されてもよい。
In the hybrid compressor A, both the first compression mechanism 1 and the
図2は、本発明の適用対象となる、専用モータが内蔵され、該専用モータのみで駆動される方式の電動圧縮機の例を示している。図2において、電動圧縮機Bは、内蔵された電動モータ41により回転駆動される可動スクロール42と、それに噛み合う固定スクロール43とからなる圧縮機構44のみを有している。
FIG. 2 shows an example of an electric compressor of a system in which a dedicated motor is incorporated and driven by only the dedicated motor, to which the present invention is applied. In FIG. 2, the electric compressor B has only a
上記のようなハイブリッド圧縮機Aまたは電動圧縮機Bにおけるモータ26、41は、例えば、図3に示すようなモータ駆動装置51により制御される。このモータ駆動装置51においては、車両搭載のバッテリー等の直流電源52からコンデンサ53を介して供給される電流を、一対の直列に接続された半導体スイッチング素子54(UとX、VとY、WとZ)からなるインバータ55により、3相モータのU相、V相、W相用の電流として取り出してモータ26、41に供給する。このモータ供給電流は、主制御回路56からの指令に基づいて、インバータ制御回路57によって制御される。このモータ駆動装置51への入力電流が、電流センサ58により検出できるようになっている。
The
上記のようなハイブリッド圧縮機Aまたは電動圧縮機Bは、例えば、車両用空調装置の冷凍回路(冷媒回路)に、図4に示すように組み込まれる。図4においては、圧縮機AまたはBから吐出された冷媒は、凝縮器61で凝縮され、吐出圧センサ62で電動圧縮機の吐出圧が検出され、膨張弁63で膨張された後、蒸発器64に送られて冷房に供され、再び圧縮機AまたはBに吸入される。
The hybrid compressor A or the electric compressor B as described above is incorporated, for example, in a refrigeration circuit (refrigerant circuit) of a vehicle air conditioner as shown in FIG. In FIG. 4, the refrigerant discharged from the compressor A or B is condensed by the condenser 61, the discharge pressure of the electric compressor is detected by the
上記のようなハイブリッド圧縮機Aまたは電動圧縮機Bを備えたシステムにおいて、モータ26、41の巻き線温度が次のように演算され、その演算結果に基づいて、電動圧縮機AまたはBが次のように制御される。
In the system including the hybrid compressor A or the electric compressor B as described above, the winding temperature of the
図5は、制御の一例を示すフローチャートである。モータ巻き線温度計算処理がスタートすると、圧縮機吐出圧(Pd)、電動圧縮機回転数(モータ回転数・NEc)、モータ駆動装置入力電流(Iin)のデータが取得され、これら取得データからモータ巻き線温度(Tc)を計算する。また、モータが停止中か否かが判断され、次に示すような温度補正係数(Ta)を、モータ停止中、停止中でない場合に応じて、それぞれインクリメントあるいはデクリメントし、その補正係数(Ta)を加える。この温度補正係数(Ta)はモータ回転時には、時間とともに増加し、モータ停止時は減少するように設定される。モータ巻き線温度(Tc)は、次式で演算される。
Tc=〔(a×Pd×Iin)/NEc〕+Ta
ここで、aは実験等により予め求められた比例定数である。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of control. When the motor winding temperature calculation process starts, data on compressor discharge pressure (Pd), electric compressor rotation speed (motor rotation speed / NEc), and motor drive device input current (Iin) are acquired. The winding temperature (Tc) is calculated. Further, it is determined whether or not the motor is stopped, and a temperature correction coefficient (Ta) as shown below is incremented or decremented depending on whether the motor is stopped or not, respectively, and the correction coefficient (Ta) Add This temperature correction coefficient (Ta) is set so as to increase with time when the motor rotates and to decrease when the motor stops. The motor winding temperature (Tc) is calculated by the following equation.
Tc = [(a × Pd × Iin) / NEc] + Ta
Here, a is a proportionality constant obtained in advance by experiments or the like.
上記温度補正係数(Ta)は、モータ回転時、モータ停止時の条件に応じて、例えば図6に示すように増減される。つまり、圧縮機吐出圧(Pd)、電動圧縮機回転数(モータ回転数・NEc)、モータ駆動装置入力電流(Iin)が一定であっても、モータ回転時には時間とともにモータ巻き線の推定温度(演算温度)が上昇するようにし、モータ停止中には、この温度補正項で推定温度が下降するようにして、より実際の温度に近づけるようにしたものである。 The temperature correction coefficient (Ta) is increased / decreased as shown in FIG. 6, for example, according to conditions at the time of motor rotation and motor stop. That is, even if the compressor discharge pressure (Pd), the electric compressor rotation speed (motor rotation speed / NEc), and the motor drive device input current (Iin) are constant, the estimated motor winding temperature ( (Calculated temperature) is increased, and when the motor is stopped, the estimated temperature is decreased by this temperature correction term so as to be closer to the actual temperature.
さらに、図5に示す制御フローでは、上記の如き演算結果にフィルタ処理が加えられる。このフィルタ処理により、例えば図7に示すように、上記演算による値が、ある閾値と比較しやすい信号形態とされる。そして、図5に示すように、フィルタ処理後のモータ巻き線温度(T)が、巻き線温度保護閾値T1(予め設定した所定値)を超えた場合には、モータ過熱と判断して、モータの運転を停止する処理を行って、電動圧縮機の運転を停止する。 Further, in the control flow shown in FIG. 5, a filtering process is added to the calculation result as described above. By this filtering process, for example, as shown in FIG. 7, the value obtained by the above calculation is in a signal form that can be easily compared with a certain threshold value. Then, as shown in FIG. 5, when the motor winding temperature (T) after the filter processing exceeds the winding temperature protection threshold T1 (predetermined predetermined value), it is determined that the motor is overheated, and the motor The operation of stopping the operation is performed, and the operation of the electric compressor is stopped.
このように、本発明においては、温度センサを設けることなく安価な構成にて、モータ巻き線の温度を演算処理により適切に推定することが可能になり、また、温度補正係数を加えることにより、より適切に推定することが可能になり、さらに、フィルタ処理を加えることにより、現在の温度をより適切に判定することが可能になり、電動圧縮機のモータを適切にかつ確実に保護することができる。 As described above, in the present invention, it is possible to appropriately estimate the temperature of the motor winding by arithmetic processing with an inexpensive configuration without providing a temperature sensor, and by adding a temperature correction coefficient, It becomes possible to estimate more appropriately, and furthermore, by adding filtering, it becomes possible to determine the current temperature more appropriately, and to protect the motor of the electric compressor appropriately and reliably. it can.
本発明に係る電動圧縮機の制御方法および制御装置は、冷媒等の吐出圧を検知可能なあらゆるシステムに対して適用可能であり、とくに、車両用空調装置の冷媒圧縮用に用いられる電動圧縮機の制御に好適なものである。 The control method and control device for an electric compressor according to the present invention can be applied to any system capable of detecting the discharge pressure of a refrigerant or the like, and in particular, the electric compressor used for refrigerant compression of a vehicle air conditioner. It is suitable for the control.
A ハイブリッド圧縮機
B 電動圧縮機
1 第1圧縮機構
2 第2圧縮機構
10 固定スクロール
11 可動スクロール
12 作動空間
13 駆動軸
14 電磁クラッチ
15 ボールカップリング
16 吸入ポート
20 固定スクロール
21 可動スクロール
22 作動空間
23 駆動軸
24 ボールカップリング
25 吸入ポート
26 電動モータ
30 吐出通路
31 吐出ポート
32 逆止弁
41 電動モータ
42 可動スクロール
43 固定スクロール
44 圧縮機構
51 モータ駆動装置
52 直流電源
53 コンデンサ
54 半導体スイッチング素子
55 インバータ
56 主制御回路
57 インバータ制御回路
58 電流センサ
61 凝縮器
62 吐出圧センサ
63 膨張弁
64 蒸発器
A Hybrid Compressor B Electric Compressor 1
Claims (10)
Tc=〔(a×Pd×Iin)/NEc〕+Ta
を用いて、モータ巻き線温度Tcを演算により求めることを特徴とする電動圧縮機の制御方法。 From the discharge pressure Pd of the electric compressor, the motor rotational speed NEc , the motor drive device input current Iin, the temperature correction value Ta, and the proportional constant a previously obtained ,
Tc = [(a × Pd × Iin) / NEc] + Ta
And calculating the motor winding temperature Tc by calculation.
Tc=〔(a×Pd×Iin)/NEc〕+Ta
を用いてモータ巻き線温度Tcを演算する演算手段を有することを特徴とする電動圧縮機の制御装置。 From the discharge pressure Pd of the electric compressor, the motor rotational speed NEc , the motor drive device input current Iin, the temperature correction value Ta, and the proportional constant a previously obtained ,
Tc = [(a × Pd × Iin) / NEc] + Ta
A control device for an electric compressor, characterized by having a calculation means for calculating a motor winding temperature Tc using
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