JP5353025B2 - Control device for electric compressor - Google Patents
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Description
本発明は、運転前において直流電源側の電気抵抗を診断できるインバータ装置に関するものである。 The present invention relates to an inverter device capable of diagnosing an electrical resistance on a DC power supply side before operation.
従来実施されているインバータ装置の回路、作動について以下説明する。図10に従来のインバータ装置120とその周辺の電気回路図を示す。運転前に、センサレスDCブラシレスモータ11(以降モータと称す)を構成する磁石回転子5の位置決めが行われる。位置決めは、インバータ装置120からモータ11を構成する固定子巻線4へ直流電流を出力することで行われる(例えば、特許文献1参照)。図11(A)は、4極の場合において、固定子巻線4のU相とV相をS極に、W相をN極にして、磁石回転子5を位置決めする場合を示している。固定子巻線4のS極には磁石回転子5のN極が、固定子巻線4のN極には磁石回転子5のS極が、それぞれ対向して停止することにより、位置決めされる。このとき、インバータ装置120の制御回路107は、図11(B)に示す如く、固定子巻線4のW相からU相及びV相へ電流が流れるように、スイッチング素子2を制御する。また、制御回路107は、電流センサ106により、モータの相電流を検出する。
The circuit and operation of an inverter device that has been conventionally performed will be described below. FIG. 10 shows an electrical circuit diagram of a
運転時においては、制御回路107が、インバータ回路を構成するスイッチング素子2(IGBT、FET,トランジスタ等が用いられる)を制御することにより、バッテリー1からの直流電圧がPWM変調でスイッチングされ、正弦波状の交流電流がモータ11を構成する固定子巻線4へ出力される。これにより、モータ11が駆動される。ダイオード3は、固定子巻線4に流れる電流の循環ルートとなる。電流センサ106の検出電流値は、制御回路107へ送られ、消費電力算出、スイッチング素子2保護などに用いられ、更には、磁石回転子5の位置推定に用いられる。
上記のように、従来のインバータ装置においては、磁石回転子の位置決め後すぐに運転を開始している。そのため、直流電源の内部抵抗が大きい場合、直流電源側の配線抵抗が大きい場合などにおいて、大きな電流が流れるモータ起動時などには、当該抵抗により電力損失が大きくなる。従って、直流電源側の電気抵抗を運転前に診断し適切な処置を講じることが望ましい。また、運転する場合においては、電力損失が大きくならないように対処することが望ましい。 As described above, in the conventional inverter device, the operation is started immediately after the positioning of the magnet rotor. For this reason, when the internal resistance of the DC power supply is large, or when the wiring resistance on the DC power supply side is large, the power loss is increased by the resistance when the motor in which a large current flows is started. Therefore, it is desirable to diagnose the electrical resistance on the DC power supply side before operation and take appropriate measures. In addition, when operating, it is desirable to take measures so that power loss does not increase.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、運転前に直流電源側の電気抵抗診断が可能であり、更には、電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止するインバータ装置の提供を目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and it is possible to diagnose an electrical resistance on the side of a DC power source before operation, and further, an inverter device that prevents an increase in power loss when the electrical resistance is large. For the purpose of provision.
上記課題を解決するために、本発明の電動圧縮機の制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構部及び当該圧縮機構部を駆動するモータを備えた電動圧縮機と、モータを制御するインバータ装置とからなり、インバータ装置は、直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子とマイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを備えたインバータ回路と、直流電源からの直流電圧を検出する電圧検出器と、運転前においてインバータ回路からモータへ直流電流を出力させてモータの磁石回転子の位置決めを行い、運転時においてはインバータ回路からモータへ交流電流を出力させる制御回路とを備え、制御回路は、磁石回転子の位置決め時、予め定められた位置決め電流又はシャント抵抗により検出された位置決め電流の値と電圧検出器により検出される直流電圧値とに基づき直流電源側の電気抵抗を算出し、直流電源側の電気抵抗が予め定められたしきい値より大きいと診断された場合には、モータの運転始動時の電流を抑制してモータを緩やかに始動させる。 In order to solve the above-described problems, an electric compressor control device according to the present invention includes an electric compressor including a compression mechanism unit that compresses refrigerant, a motor that drives the compression mechanism unit, and an inverter device that controls the motor. The inverter device comprises an inverter circuit having an upper arm switching element connected to the positive side of the DC power source and a lower arm switching element connected to the negative side, and a voltage detection for detecting a DC voltage from the DC power source And a control circuit that outputs a DC current from the inverter circuit to the motor before operation to position the magnet rotor of the motor and outputs an AC current from the inverter circuit to the motor during operation. , when the magnet rotor positioning, the positioning current detected by predetermined positioning current or shunt resistor value and the voltage Out device by calculating the electrical resistance of the DC power source side based on the DC voltage value detected, when the electric resistance of the DC power supply side is diagnosed with greater than a predetermined threshold value, the motor operation start Slowly start the motor while suppressing the current.
直流電源側には、直流電源の内部抵抗、配線抵抗など電気抵抗が存在する。このため、電流が流れると電圧が低下する。そして、直流電源は性能が低下などにより内部抵抗が大きくなる。また、配線不良などにより配線抵抗は大きくなる。これにより、電流が流れることによる電圧低下が大きくなる。磁石回転子の位置決め時には、直流電流が流される。従って、磁石回転子の位置決め時に、電圧低下の大きさを調べることで、直流電源側の電気抵抗の大小を診断することができる。そして、この運転前の直流電源側の電気抵抗診断は、検査装置の準備などをすることなく実現することができる。また、起動運転前に常に行う磁石回転子の位置決めソフトを応用するのみであるため、当該機能追加はソフト面でも負担が小さい。 On the DC power supply side, there are electrical resistances such as internal resistance and wiring resistance of the DC power supply. For this reason, a voltage will fall if an electric current flows. The direct current power supply has an increased internal resistance due to a decrease in performance. In addition, the wiring resistance increases due to a wiring defect or the like. As a result, the voltage drop due to current flow increases. When positioning the magnet rotor, a direct current is passed. Therefore, the magnitude of the electric resistance on the DC power supply side can be diagnosed by examining the magnitude of the voltage drop when positioning the magnet rotor. The electrical resistance diagnosis on the DC power supply side before the operation can be realized without preparing an inspection device. Moreover, since only the magnetic rotor positioning software that is always performed before the start-up operation is applied, the addition of the function has a small burden in terms of software.
本発明のインバータ装置は、運転前に直流電源側の電気抵抗診断が可能であり、更には、電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止することができる。 The inverter device according to the present invention can make an electrical resistance diagnosis on the DC power supply side before operation, and can further prevent an increase in power loss when the electrical resistance is large.
第1の発明のインバータ装置は、直流電源のプラス側に接続される上アームスイッチング素子とマイナス側に接続される下アームスイッチング素子とを備えたインバータ回路と、直流電源からの直流電圧を検出する電圧検出器と、運転前においてインバータ回路からモータへ直流電流を出力させてモータの磁石回転子の位置決めを行い、運転時においてはインバータ回路からモータへ交流電流を出力させる制御回路とを備え、制御回路は、磁石回転子の位置決め時、電圧検出器により検出される直流電圧値に基づき直流電源側の電気抵抗を診断するものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an inverter device including an inverter circuit including an upper arm switching element connected to a plus side of a DC power source and a lower arm switching element connected to a minus side, and detecting a DC voltage from the DC power source. It is equipped with a voltage detector and a control circuit that outputs a direct current from the inverter circuit to the motor before operation to position the magnet rotor of the motor and outputs an alternating current from the inverter circuit to the motor during operation. The circuit diagnoses the electric resistance on the DC power source side based on the DC voltage value detected by the voltage detector when positioning the magnet rotor.
これにより、運転前に直流電源側の電気抵抗の大小を診断することができる。そして、この運転前の直流電源側の電気抵抗診断は、検査装置の準備などをすることなく実現することができる。 Thereby, the magnitude of the electrical resistance on the DC power supply side can be diagnosed before operation. The electrical resistance diagnosis on the DC power supply side before the operation can be realized without preparing an inspection device.
第2の発明は、第1の発明のインバータ装置において、直流電源側の電気抵抗診断は直流電源側の温度を考慮して診断するものである。温度が低いと直流電源の内部抵抗は大きい。そのため、温度を考慮することで、直流電源側の電気抵抗診断を正確に行うことができる。 According to a second aspect of the present invention, in the inverter device according to the first aspect of the present invention, the diagnosis of electrical resistance on the DC power supply side is performed in consideration of the temperature on the DC power supply side. When the temperature is low, the internal resistance of the DC power supply is large. Therefore, the electrical resistance diagnosis on the DC power supply side can be accurately performed by considering the temperature.
第3の発明は、は第2の発明のインバータ装置において、直流電源側の温度は、磁石回転子の位置決め時において、モータの固定子巻線の抵抗値を算出し当該抵抗値に基づいて算出される温度で代用されるものである。そのため、特段の温度センサなどを設置する必要がない。 According to a third invention, in the inverter device of the second invention, the temperature on the DC power supply side is calculated based on the resistance value obtained by calculating the resistance value of the stator winding of the motor when the magnet rotor is positioned. The temperature is used as a substitute. Therefore, it is not necessary to install a special temperature sensor or the like.
第4の発明は、第1乃至第3の発明のインバータ装置において、電気抵抗が大きいと診断された場合には、運転始動時の立上りを緩やかにするものである。これにより、大きな電流が流れるモータ起動時においても、直流電源側の電気抵抗による電力損失を抑制することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the inverter device according to the first to third aspects, when it is diagnosed that the electric resistance is large, the rise at the start of operation is made gentle. Thereby, even at the time of starting the motor in which a large current flows, it is possible to suppress power loss due to the electric resistance on the DC power supply side.
第5の発明は、第1乃至第4の発明のインバータ装置において、電気抵抗が大きいと診断された場合には、運転時の最大出力を制限するものである。これにより、大きな電流が流れることを防止し、直流電源側の電気抵抗による電力損失を抑制することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the inverter device according to the first to fourth aspects, when the electrical resistance is diagnosed, the maximum output during operation is limited. Thereby, it can prevent that a big electric current flows and can suppress the power loss by the electrical resistance by the side of a DC power supply.
第6の発明は、第1乃至第5の発明のインバータ装置において、電動圧縮機のモータを駆動するものである。電動圧縮機においては、空調立上り時の電流が大きく、定常時の電流も大きいので、直流電源側の電気抵抗を診断し電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止する本インバータ装置は有用である。 A sixth invention drives the motor of the electric compressor in the inverter device of the first to fifth inventions. In an electric compressor, since the current at the start of air conditioning is large and the current at steady state is also large, this inverter device that diagnoses the electrical resistance on the DC power source side and prevents an increase in power loss when the electrical resistance is large is useful. is there.
第7の発明は、第1乃至第6の発明のインバータ装置において、車両に搭載されるものである。車両に搭載される直流電源、配線などは振動など環境が厳しい。そのため、直流電源側の電気抵抗を診断し電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止する本インバータ装置は有用である。 A seventh invention is an inverter device according to the first to sixth inventions, which is mounted on a vehicle. The DC power supply and wiring mounted on the vehicle are severe in environment such as vibration. Therefore, this inverter device that diagnoses the electrical resistance on the DC power supply side and prevents an increase in power loss when the electrical resistance is large is useful.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るインバータ装置20とその周辺の電気回路である。運転前における磁石回転子5の位置決め通電について以下説明する。図2(A)は、4極の場合において、固定子巻線4のU相とV相をS極に、W相をN極にして、磁石回転子5を位置決めする場合を示している。固定子巻線4のS極には磁石回転子5のN極が、固定子巻線4のN極には磁石回転子5のS極が、それぞれ対向して停止することにより、位置決めされる。このとき、インバータ装置20の制御回路7は、図2(B)に示す如く、固定子巻線4のW相からU相及びV相へ電流が流れるように、スイッチング素子2を制御する。また、制御回路7は、シャント抵抗6からの電圧により、モータの相電流を検出する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an
図3に、上記スイッチングに関し、位置決めにおける上アームスイッチング素子のキャリア周期内でのON期間例を示す。細線はU相、中線はV相、太線はW相である。所定の一定電流が流れるように、通電期間を設定している。例として、バッテリー1の直流電圧をDC300V、図4に示す固定子巻線4の各相の抵抗値Rを1Ω、キャリア周波数10kHz(キャリア周期100μS)とする。ここで、位置決めにおけるW相の相電流値を20Aとするためには、固定子巻線4の等価抵抗値が1.5Ωとなるので、DC30V相当を印加する必要がある。DC30Vは、DC300Vの10%である。従って、通電期間のDuty即ちΔtと表示した前半と後半の期間合計を10%(10μS)にすればよい。おおよそ100mS(キャリア周期1000回)実行される。図5に、W相の相電流の時間経過を示す。電流が上昇し上記所定の一定直流電流が流れることにより、磁石回転子5が位置決めされる。
FIG. 3 shows an example of the ON period within the carrier cycle of the upper arm switching element in positioning in relation to the above switching. The thin line is the U phase, the middle line is the V phase, and the thick line is the W phase. The energization period is set so that a predetermined constant current flows. As an example, the DC voltage of the
運転時について以下説明する。制御回路7は、モータ11を構成する磁石回転子5による固定子巻線4の誘起電圧を演算し、磁石回転子5の位置推定を行う。そして、この位置推定、回転数指令信号(図示せず)等に基づき、インバータ回路10を構成するスイッチング素子2を制御し、バッテリー1からの直流電圧をPWM変調でスイッチングすることにより、正弦波状の交流電流をモータ11の固定子巻線4へ出力する。制御回路7は、上アームスイッチング素子U、V、W、下アームスイッチング素子X、Y、Zと、ドライブ回路などを介して接続線18により接続されており、各スイッチング素子を制御している。スイッチング素子2がIGBT、パワーMOSFETの場合はゲート電圧を、パワートランジスタの場合はベース電流を制御する。また、各スイッチング素子U、V、W、X、Y、Zに対応するダイオード3を、3U、3V、3W、3X、3Y、3Zと定義する。
The operation will be described below. The
次に、位置決め時における直流電源側の電気抵抗診断について以下説明する。図6は、インバータ装置20の当該作動例を示すフローチャートである。ステップ10において、上述の位置決めを行う。この時、図3にΔtと表示した前半と後半の期間において、位置決め電流(上記実施例では20A)がバッテリー1の直流電源ラインに流れる。この電流は、シャント抵抗6からの電圧により検出される。また、この電流は、バッテリー1(直流電源)側の電気抵抗25を流れるため、バッテリー1からの直流電圧が低下する。この電圧低下はバッテリー電圧検出器8により検出される。この電圧検出器8は、抵抗によるバッテリー電圧の分圧により簡単に構成できる。また、バッテリー1の直流電圧が変動しても電圧を正確に出力するために設けられているバッテリー電圧検出器でも良い。
Next, the electrical resistance diagnosis on the DC power source side during positioning will be described below. FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the
ステップ20において、この電圧低下から電気抵抗25を算出する。位置決め電流が20A、電圧低下が20Vならば1Ωとなる。位置決め電流は、シャント抵抗6により検出される値を用いても良い。ここで、電気抵抗の良否判定を1Ωとすると、0.5Ωならば(Y)、ステップ60に移り通常運転を行う。電気抵抗が1.5Ωならば(N)、ステップ30に移り、電気抵抗が大きいことをコントローラ(図示せず)などへ情報送信する。これによりユーザなどが認識できるようにする。そして、ステップ40に移り、運転始動時の立上りを緩やかにする。これにより、大きな電流が流れるモータ11の起動時においても、バッテリー1側の電気抵抗による電力損失を抑制することができる。また、ステップ50に移り、運転時の最大出力を制限する。これにより、大きな電流が流れることを防止し、バッテリー1側の電気抵抗による電力損失を抑制することができる。ステップ40、ステップ50は一方だけでも良い。
In
これらにより、検査装置の準備などをすることなく、運転前にバッテリー1側の電気抵抗診断が可能であり、更には、電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止することができる。そして、起動運転前に常に行う磁石回転子5の位置決めソフトを応用するのみであるため、当該機能追加はソフト面でも負担が小さい。ここで、ステップ20における電気抵抗の良否判定1Ωは、バッテリー1の温度を考慮して変更しても良い。温度が低いとバッテリー1の内部抵抗は大きくなるので、温度が低い場合1.5Ωなどのように変更することで、バッテリー1の電気抵抗診断を正確に行うことができる。この温度は、コントローラ(図示せず)などから情報受信してもよい。また、この温度を、磁石回転子5の位置決め時において、モータ11の固定子巻線4の抵抗値を算出し当該抵抗値に基づいて算出される温度で代用しても良い。これは、固定子巻線4の抵抗値と固定子巻線4の温度とは線形の関係にあることによる。これによれば、特段の温度センサなどを設置する必要はない。
As a result, it is possible to diagnose the electric resistance on the
尚、上記実施の形態において、固定子巻線4のU相とV相をS極に、W相をN極にして、4極の磁石回転子5を位置決めする場合を示したが、これに限るものではなく、固定子巻線4のS極N極の相は任意であり、2極、6極等にも、また、固定子巻線4の2相のみに電流を流す場合にも適用できる。シャント抵抗6は、電源ラインのプラス側に設けても良い。また、下アームスイッチング素子と電源ラインのマイナス側に設けても良い。電流センサとしては、シャント抵抗に限らず、ホール素子を用いた電流センサなど瞬時ピーク電流が検出できるものであれば良い。インバータ回路10とモータ11との間に設け、直接モータ電流(相電流)を検出しても良い。起動運転の期間は図5の例に限らず時間など任意で良い。W相電流について示したが、U相、V相に関しても位相が異なるのみで同様な挙動をする。
In the above embodiment, the case where the U-phase and V-phase of the stator winding 4 are set to the S-pole and the W-phase is set to the N-pole is shown, and the 4-
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2に係るインバータ装置21とその周辺の電気回路図である。実施の形態1における図1に比較し、平滑コンデンサ24と平滑コンデンサ側の電気抵抗26が追加され、制御回路7が制御回路9に変更されている。この場合、バッテリー1と平滑コンデンサ24の並列回路をひとつの直流電源とみなし、実施の形態1と同様に扱えばよい。平滑コンデンサ24がインバータ装置21の中ではなく、バッテリー1側に設置されていても同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is an electric circuit diagram of the
(実施の形態3)
図8に、電動圧縮機40の右側にインバータ装置20を密着させて取り付けた図を示す。金属製筐体32の中に圧縮機構部28、モータ11等が設置されている。冷媒は、吸入口33から吸入され、圧縮機構部28(この例ではスクロール)がモータ11で駆動されることにより、圧縮される。この圧縮された冷媒は、モータ11を通過する際にモータ11を冷却し、吐出口34より吐出される。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a diagram in which the
インバータ装置20は電動圧縮機40に取り付けられるように、ケース30を使用している。発熱源となるインバータ回路部10は、低圧配管38を介して低圧冷媒で冷却される。電動圧縮機40の内部でモータ11の固定子巻線4に接続されているターミナル39は、インバータ回路部10の出力部に接続される。保持部35でインバータ装置22に固定される接続線36には、バッテリー1への電源線と回転数信号を送信するエアコンコントローラ(図示せず)との信号線がある。
The
電動圧縮機においては、空調立上り時の電流が大きく、定常時の電流も大きいので、バッテリー1側の電気抵抗を診断し電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止する本インバータ装置は有用である。また、圧縮機構部28から振動を受けるため、バッテリー1側の電気抵抗を診断できる本インバータ装置は有用である。
In an electric compressor, since the current at the start of air conditioning is large and the current at steady state is also large, this inverter device that diagnoses the electrical resistance on the
尚、上記実施の形態において、電動圧縮機の圧縮機構部をスクロールとしたが、これに限るものではない。また、圧縮された冷媒がモータを冷却する高圧型について示したが、低圧型でもよい。インバータ装置20の温度を、実施の形態におけるバッテリー1の温度の代用にしても良い。
In the above embodiment, the compression mechanism of the electric compressor is a scroll. However, the present invention is not limited to this. Moreover, although the compressed refrigerant showed about the high voltage | pressure type which cools a motor, a low voltage | pressure type may be sufficient. The temperature of the
(実施の形態4)
図9は、本発明のインバータ装置を圧縮機に一体に構成(実施の形態3)し、空調装置に適用して車両60に搭載した一例を示す。インバータ装置一体型電動圧縮機61及び室外熱交換器63、室外ファン62が、車両60の前方のエンジンルーム(乃至モータルーム)に搭載される。一方、車両室内には室内送風ファン65、室内熱交換器67、エアコンコントローラ64が配置されている。空気導入口66から車外空気を吸込み、室内熱交換器67で熱交換した空気を車室内に送風する。
(Embodiment 4)
FIG. 9 shows an example in which the inverter device of the present invention is configured integrally with a compressor (Embodiment 3) and applied to an air conditioner and mounted on a
車両に搭載されるバッテリー1、配線などは振動など環境が厳しい。そのため、バッテリー1側の電気抵抗を診断し電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止する本インバータ装置は有用である。
The
尚、上記各実施の形態において、直流電源をバッテリーとしたが、これに限るものではなく、商用交流電源を整流した直流電源などでもよい。モータをセンサレスDCブラシレスモータとしたが、リラクタンスモータ等位置決め必要なモータに適用できる。正弦波駆動に限らず位置決め時に相電流の検出が必要となる駆動方式に適用できる。また、PWM2相変調においても適用できる。 In each of the above embodiments, the DC power source is a battery. However, the present invention is not limited to this, and a DC power source rectified from a commercial AC power source may be used. Although the motor is a sensorless DC brushless motor, it can be applied to a motor that requires positioning, such as a reluctance motor. The present invention is not limited to sinusoidal driving, and can be applied to a driving method that requires detection of a phase current during positioning. It can also be applied to PWM two-phase modulation.
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、運転前に直流電源側の電気抵抗診断が可能であり、更には、電気抵抗が大きい場合に電力損失の増大を防止することができる。そのため、各種民生用製品、各種産業用機器に適用できる。 As described above, the inverter device according to the present invention can make an electrical resistance diagnosis on the DC power supply side before operation, and can further prevent an increase in power loss when the electrical resistance is large. Therefore, it can be applied to various consumer products and various industrial equipment.
1 バッテリー
2 スイッチング素子
4 固定子巻線
5 磁石回転子
7 制御回路(インバータ装置20)
9 制御回路(インバータ装置21)
8 バッテリー電圧検出器
10 インバータ回路
11 センサレスDCブラシレスモータ
20 インバータ装置
21 インバータ装置
24 平滑コンデンサ
25 直流電源側の電気抵抗
26 平滑コンデンサ側の電気抵抗
40 電動圧縮機
60 車両
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9 Control circuit (inverter device 21)
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