KR101854530B1 - 차재용 전동 압축기 - Google Patents

Abstract

제어 장치는, 1 제어 주기가 경과한 후에 모터의 전류 (Iu) 의 극성이 반전될 것으로 예측되는 타이밍에 있어서, 모터 전류 (Iu) 의 크기가 임계값보다 작은 경우에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량을 보정량 (＋α) 으로 설정하고 (스텝 S6), 상기 타이밍에 있어서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량의 크기를 제로 또는 보정량 (＋α) 의 크기보다 작은 값 (β) 으로 설정한다 (스텝 S5). 이로써, 인버터 제어에 있어서 데드 타임 기간의 오차를 축소시킬 수 있다.

Description

차재용 전동 압축기{ELECTRICALLY-DRIVEN COMPRESSOR FOR VEHICLE}

이 발명은 차재용 전동 압축기에 관한 것으로, 특히, 압축기의 모터를 구동하는 인버터의 제어에 관한 것이다.

차량에 탑재되는 전동 압축기는, 압축기를 구동하는 모터를 제어하기 위한 인버터 장치를 구비하고 있다. 이러한 인버터 장치는, 스위칭 소자의 고주파 스위칭 동작에 의해 출력 전류를 제어하여 모터의 회전 속도를 제어한다. 인버터 장치는, 펄스폭 변조 (PWM) 제어에 의해 모터의 코일에 전류를 출력한다.

PWM 제어를 실시하는 인버터 장치에 사용되는 각종 스위칭 소자의 구동 신호에는, 상측 아암과 하측 아암의 스위칭 소자의 동시 온에 의한 단락 방지를 위해 데드 타임이 설정되어 있다.

데드 타임 기간은 상측 아암의 스위칭 소자와 하측 아암의 스위칭 소자가 양방 오프가 되기 때문에, 모터에 목적하는 바의 전압이 인가되지 않는다. 그 때문에, 모터에 인가하는 전압 출력에 오차가 발생하여, 모터 운전 제어에 악영향을 미친다.

그 때문에, 일본 공개특허공보 평5-184157호, 국제 공개 제2008/053538호, 일본 공개특허공보 2014-212606호, 및 일본 공개특허공보 2015-80294호에 나타내는 바와 같은, 데드 타임 기간의 전압 출력을 보정하는 방법이 검토되어 있다.

데드 타임 기간에 발생하는 전압 출력의 오차는 데드 타임 중에 흐르고 있는 모터 전류의 방향에 따라 결정된다. 그 때문에 모터 전류에 따라 데드 타임을 보정할 필요가 있다.

한편으로, 차재용 압축기에서는 소형화가 요구되므로, 압축기의 모터도 고회전화되고 있다. 모터를 PWM 제어하는 경우, 저속 회전시와 동일한 제어 주기로 제어를 실시하면, 고속 회전시에는, 1 회전당 제어 주기의 수 (제어 사이클수) 가 적어져, 제어가 거칠어진다.

고속 회전시에는 데드 타임 기간에 발생하는 오차가 전체에서 차지하는 영향이 커진다. 구체적으로는, 저속 회전에서는 PWM 제어의 전압 파형의 1 회전당 펄스수가 많기 때문에, 1 펄스에 오차가 있어도 1 회전 중에 리커버리가 가능하다. 이에 반해, 고속 회전에서는 1 회전당 펄스수가 적어진다. 이 때문에, 1 펄스에 오차가 있으면 회전 제어에 미치는 영향이 커, 예를 들어 회전에 변형이 발생해 버린다.

따라서, 데드 타임의 보정을 종래와 같이 일률적으로 실시하는 것에서는, 데드 타임 기간에 발생하는 오차가 회전에 미치는 영향이 커져 버리는 경우가 있다.

제어 주기를 짧게 하는 것도 고려할 수 있지만 제어 주기는 짧게 하기에도 CPU 등의 하드웨어의 성능에서 오는 한계가 있다.

이 발명의 목적은, 인버터 제어에 있어서 데드 타임 기간에 발생하는 전압 파형의 오차를 축소시킬 수 있는 차재용 전동 압축기를 제공하는 것이다.

이 발명은 요약하면, 차재용 전동 압축기로서, 모터와, 모터에 의해 구동되는 냉매 압축부와, 모터를 구동하는 인버터와, PWM 제어에 의해 인버터를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 1 제어 주기가 경과하면 상기 모터의 전류의 극성이 반전되는 제어 타이밍에 있어서, 모터의 전류의 크기가 임계값보다 작은 경우에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량을 제 1 보정량으로 설정하고, 상기 제어 타이밍에 있어서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량의 크기를 제로 또는 제 1 보정량의 크기보다 작은 값으로 설정한다.

상기 제어 타이밍에 있어서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 작은 경우에는, 상기 제어 타이밍에 있어서의 위상은 1 제어 주기 중에는 제로 크로스점에 가깝기 때문에, 표준값인 제 1 보정량의 보정을 실시해도 된다. 한편, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, 상기 타이밍에 있어서의 위상은 1 제어 주기 중에는 제로 크로스점에서 멀기 때문에, 표준값인 제 1 보정량의 보정을 실시하면, 모터에 인가되는 전압의 전압 오차가 커져 버린다. 그래서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, 보정을 실시하지 않거나, 또는 보정량을 제 1 보정량보다 작게 함으로써, 전압 오차를 작게 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 인버터 제어에 있어서 데드 타임 기간의 오차를 축소시킬 수 있으므로, 고속 회전시에 있어서의 압축기의 운전이 안정화된다.

이 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 이 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1 은, 본 실시형태에 수반되는 전동 압축기의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2 는, PWM 제어로 생성되는 전압에 대해 나타낸 파형도이다.
도 3 은, 모터 전류가 정 (正) 의 값인 경우의 제어 신호 (Vpu) 와 모터 인가 전압 (Vu) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는, 모터 전류가 부 (負) 의 값인 경우의 제어 신호 (Vpu) 와 모터 인가 전압 (Vu) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 모터 전류가 제로 크로스하는 부분에 대해 나타낸 도면이다.
도 6 은, 도 5 의 파선부를 확대하여 제어 신호를 부기한 도면이다.
도 7 은, 본 실시형태에 있어서의 전류 (Iu) 의 제로 크로스 전후의 제어 주기와 보정량을 나타낸 제 1 예의 파형도이다.
도 8 은, 본 실시형태에 있어서의 전류 (Iu) 의 제로 크로스 전후의 제어 주기와 보정량을 나타낸 제 2 예의 파형도이다.
도 9 는, 데드 타임 생성부가 실행하는 보정 제어를 설명하기 위한 플로차트이다.
도 10 은, 모터 전류가 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는 경우를 나타낸 파형도이다.
도 11 은, 모터 전류가 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는 경우를 나타낸 파형도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다.

[전체 구성]

도 1 은, 본 실시형태에 수반되는 전동 압축기의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 1 을 참조하여, 전동 압축기는, 모터 (5) 와, 인버터 장치 (10) 와, 모터 (5) 에 의해 구동되는 스크롤 압축기 (9) 를 포함한다.

인버터 장치 (10) 는, 직류 전원인 배터리 (1) 로부터 전력을 받아 모터 (5) 를 구동 제어한다. 모터 (5) 는 3 상 동기 교류 모터이며, 예를 들어, 자동차의 에어콘용 모터 (에어콘 컴프레서용 모터) 로서 사용된다. 인버터 장치 (10) 는, 콘덴서 (20) 와, 인버터 회로 (30) 와, 모터 제어부 (40) 를 포함한다.

배터리 (1) 의 정극 단자에는, 콘덴서 (20) 의 일방의 단자 및 인버터 회로 (30) 의 정극 전력선이 접속된다. 또, 배터리 (1) 의 부극 단자에는, 콘덴서 (20) 의 타방의 단자 및 인버터 회로 (30) 의 부극 전력선이 접속된다. 배터리 (1) 로부터는, 콘덴서 (20) 를 통해 인버터 회로 (30) 에 직류 전력이 공급된다.

인버터 회로 (30) 는, 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 와, 다이오드 (D1 ∼ D6) 와, 션트 저항 (63 ∼ 65) 을 포함한다. 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 로서, 예를 들어 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 를 사용할 수 있다. 정극 전력선과 부극 전력선 사이에는, U 상 (相) 용의 스위칭 소자 (Q1, Q2) 및 션트 저항 (63) 이 직렬 접속되고, V 상용의 스위칭 소자 (Q3, Q4) 및 션트 저항 (64) 이 직렬 접속되고, W 상용의 스위칭 소자 (Q5, Q6) 및 션트 저항 (65) 이 직렬 접속된다. 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 에는 각각 다이오드 (D1 ∼ D6) 가 역병렬 접속된다. 스위칭 소자 (Q1 과 Q2), 스위칭 소자 (Q3 과 Q4), 스위칭 소자 (Q5 와 Q6) 의 접속 노드에는, 각각 모터 (5) 의 각 상의 코일 (6, 7, 8) 이 접속된다. 코일 (6, 7, 8) 은 Y 결선된다.

또, 션트 저항 (63 ∼ 65) 의 전압에 의해 모터 (5) 에 흐르는 전류를 검지할 수 있다.

모터 제어부 (40) 는, 모터 (5) 를 벡터 제어한다. 모터 제어부 (40) 는, uvw/dq 변환부 (41) 와, 위치·속도 추정부 (42) 와, 감산기 (43) 와, 속도 제어부 (44) 와, 감산기 (45, 46) 와, 전류 제어부 (47) 와, dq/uvw 변환부 (48) 를 포함한다.

모터 제어부 (40) 의 감산기 (43) 에는, 외부로부터 모터 (5) 의 지령 속도가 입력된다. 모터 제어부 (40) 는, 지령 속도에 따른 벡터 제어에 의해 인버터 회로 (30) 를 구동한다.

uvw/dq 변환부 (41) 는, 션트 저항 (63 ∼ 65) 에서 검지된 전류값에 기초하여 모터 (5) 에 있어서의 로터축 상의 d 축 좌표 및 q 축 좌표로 각각 환산된 여자 성분 전류 (Id) 및 토크 성분 전류 (Iq) 를 산출한다. 산출된 여자 성분 전류 (Id) 및 토크 성분 전류 (Iq) 는, 위치·속도 추정부 (42) 에 입력된다. 또, 산출된 여자 성분 전류 (Id) 는, 감산기 (45) 에 입력된다. 또한, 산출된 토크 성분 전류 (Iq) 는, 감산기 (46) 에 입력된다.

위치·속도 추정부 (42) 는, 여자 성분 전류 (Id), 토크 성분 전류 (Iq), 여자 성분 전압 (Vd) 및 토크 성분 전압 (Vq) 에 기초하여, 모터 (5) 에 있어서의 로터 추정 속도를 산출함과 함께, 로터 추정 위치를 산출한다. 산출된 로터 추정 속도는, 감산기 (43) 에 입력된다. 또, 산출된 로터 추정 위치는, dq/uvw 변환부 (48) 에 공급된다.

감산기 (43) 는, 지령 속도로부터 로터 추정 속도를 감산한다. 속도 제어부 (44) 는, 감산기 (43) 로부터 지령 속도와 추정 속도의 차분을 받아, 여자 성분 전류 (Id) 에 대한 제한값 (Idref), 및 토크 성분 전류 (Iq) 에 대한 제한값 (Iqref) 을 산출한다. 여자 성분 전류 (Id) 에 대한 제한값 (Idref) 은 감산기 (45) 에 입력된다. 또, 토크 성분 전류 (Iq) 에 대한 제한값 (Iqref) 은 감산기 (46) 에 입력된다.

감산기 (45) 는, 제한값 (Idref) 으로부터 여자 성분 전류 (Id) 를 감산한다. 이 감산 결과가 전류 제어부 (47) 에 입력된다. 또, 감산기 (46) 는, 제한값 (Iqref) 으로부터 토크 성분 전류 (Iq) 를 감산한다. 이 감산 결과가 전류 제어부 (47) 에 입력된다.

전류 제어부 (47) 는, 제한값 (Idref) 과 여자 성분 전류 (Id) 의 차분에 기초하여 모터 (5) 에 있어서의 로터축 상의 d 축 좌표로 환산된 여자 성분 전압 (Vd) 을 산출한다. 이 여자 성분 전압 (Vd) 이 dq/uvw 변환부 (48) 및 위치·속도 추정부 (42) 에 입력된다. 또, 전류 제어부 (47) 는, 제한값 (Iqref) 과 토크 성분 전류 (Iq) 의 차분에 기초하여 모터 (5) 에 있어서의 로터축 상의 q 축 좌표로 환산된 토크 성분 전압 (Vq) 을 산출한다. 이 토크 성분 전압 (Vq) 이 dq/uvw 변환부 (48) 및 위치·속도 추정부 (42) 에 입력된다.

dq/uvw 변환부 (48) 는, PWM 신호의 기본 신호로서 U 상 제어 신호 (Vpu), V 상 제어 신호 (Vpv), W 상 제어 신호 (Vpw) 를 출력한다.

데드 타임 생성부 (50) 는, U 상 제어 신호 (Vpu) 에 대하여 데드 타임 보정 처리를 실시하여 U 상 구동 신호 (Vpuu, Vpud) 를 출력한다. 또, 데드 타임 생성부 (50) 는, V 상 제어 신호 (Vpv) 에 대하여 데드 타임 보정 처리를 실시하여 V 상 구동 신호 (Vpvu, Vpvd) 를 출력한다. 또, 데드 타임 생성부 (50) 는, W 상 제어 신호 (Vpw) 에 대하여 데드 타임 보정 처리를 실시하여 W 상 구동 신호 (Vpwu, Vpwd) 를 출력한다. 이 데드 타임 생성부 (50) 의 처리에 대해서는, 도 2 ∼ 도 11 을 이용하여 이후에 상세하게 설명한다.

U 상 상측 아암의 스위칭 소자 (Q1) 의 게이트 단자는 U 상 구동 신호 (Vpuu) 를 받고, U 상 하측 아암의 스위칭 소자 (Q2) 의 게이트 단자는 U 상 구동 신호 (Vpud) 를 받는다. V 상 상측 아암의 스위칭 소자 (Q3) 의 게이트 단자는 V 상 구동 신호 (Vpvu) 를 받고, V 상 하측 아암의 스위칭 소자 (Q4) 의 게이트 단자는 V 상 구동 신호 (Vpvd) 를 받는다. W 상 상측 아암의 스위칭 소자 (Q5) 의 게이트 단자는 W 상 구동 신호 (Vpwu) 를 받고, W 상 하측 아암의 스위칭 소자 (Q6) 의 게이트 단자는 W 상 구동 신호 (Vpwd) 를 받는다.

이들 구동 파형 신호에 의해, 상기 인버터 회로 (30) 의 각 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 가 온, 오프 구동된다.

이와 같이 하여, 본 실시형태에 있어서는, 모터 제어부 (40) 는, 션트 저항 (63 ∼ 65) 에서 검지한 전류로부터 얻어진 모터 (5) 에 있어서의 여자 성분 전류와 토크 성분 전류가 제한값이 되도록 모터 (5) 의 전류 경로에 형성된 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 를 PWM 제어한다.

모터 제어부 (40) 는, 로터의 회전 속도가 소정 속도 이상이 될 때까지는 초기 구동 동작용의 제어를 실행하고, 로터의 회전 속도가 소정 속도 이상이 된 후에 센서리스 동작용의 제어를 실행한다. 센서리스 동작은, 모터의 로터 위치를 검출하는 리졸버 등의 회전 속도 센서를 사용하지 않고, 모터 전류 등으로부터 로터 위치 및 로터 회전 속도를 추정하고 이 추정값에 기초하여 모터를 회전시키는 동작이다. 센서리스 동작용의 제어에 대해서는 상기 위치·속도 추정부 (42) 와 속도 제어부 (44) 를 사용한 속도 폐쇄 루프 제어가 실행된다.

이상과 같은 구성에 의해, 지령 속도에 기초하여 인버터 회로 (30) 의 스위칭 소자 (Q1 ∼ Q6) 가 제어되어 직류 전류가 3 상 교류 전류로 변환되고, 인버터 회로 (30) 에서 변환된 3 상 교류 전류가 모터 (5) 의 각 상의 코일 (6, 7, 8) 에 공급된다. 이 3 상 교류 전류에 의해, 전동 압축기의 모터 (5) 가 구동된다.

또한, 도 1 에서는 배터리 (직류 전원) (1) 에 인버터 회로 (30) 를 접속하였지만, 이 대신에, 교류 전원의 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 그 직류 전압을 인버터 회로 (30) 에 공급해도 된다.

또, 전류 검지 수단으로서 션트 저항 (63 ∼ 65) 을 사용하였지만, 션트 저항 대신에 커런트 트랜스를 사용해도 된다.

[PWM 제어와 데드 타임 보정]

도 1 의 dq/uvw 변환부 (48) 는, 입력되는 로터 추정 위치, 여자 성분 전압 (Vd), 토크 성분 전압 (Vq) 에 기초하여, 모터 (5) 의 각 상의 코일 (6, 7, 8) 에 대한 구동 전압 (Vu, Vv, Vw) 을 산출하고, 그 구동 전압 (Vu, Vv, Vw) 을 얻는 데에 필요한 구동 파형 신호 (PWM 신호) 를 생성한다.

도 2 는, PWM 제어로 생성되는 전압에 대해 나타낸 파형도이다. 도 2 에서는, U, V, W 상 중 대표적으로 U 상의 파형을 나타내고 있다. 이하, U 상에 대해 설명하지만, V 상, W 상에 대해서도 동일한 처리가 실시된다.

도 1, 도 2 를 참조하여, dq/uvw 변환부 (48) 는 산출한 구동 전압 (Vu) 을 캐리어 신호 (Vc) 로 변조하여, U 상 제어 신호 (Vpu) 를 출력한다. 데드 타임 생성부 (50) 는, U 상 제어 신호 (Vpu) 에 대하여 데드 타임 보정 처리를 실시하여 U 상 구동 신호 (Vpuu, Vpud) 를 출력한다. 이 때에 모터 전류 (Iu) 의 부호가 정인 경우와 부인 경우에서, 실제의 모터 전압 (Vu) 이 상이해진다.

도 3 은, 모터 전류가 정의 값인 경우의 제어 신호 (Vpu) 와 모터 인가 전압 (Vu) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3 을 참조하여, 제어 신호 (Vpu) 는, 모터에 출력하고자 하는 전압으로, CPU 에서 PWM 제어에 의해 연산된 값이다. 제어 신호 (Vpu) 에 기초하여, 데드 타임 기간 (상측 아암과 하측 아암이 동시에 오프되는 기간) 이 생기도록 Vpuu, Vpud 가 작성된다. 도 1 의 전류 (Iu) 의 화살표의 방향을 정이라고 하면, 모터 전류 (Iu) ＞ 0 이면, 스위칭 소자가 오프가 되는 데드 타임 기간이라도, 모터 코일의 L 성분에 의해 정의 전류 (Iu) 가 계속 흐른다. 이 때, 스위칭 소자에 역병렬로 접속되어 있는 도 1 의 다이오드 (D2) 가 도통되므로, 데드 타임 기간이 모터 인가 전압 (Vu) 의 로우 레벨 기간으로서 나타난다. 따라서, 제어 신호 (Vpu) 에 대하여 데드 타임분의 펄스폭을 넓히는 처리를 실시하여, 제어 신호 (Vpu1) 를 발생시키고, 이것에 기초하여 구동 신호 (Vpuu, Vpud) 를 발생시킴으로써, 모터에 출력하고자 하는 전압을 모터 인가 전압 (Vu) 으로서 출력할 수 있다.

도 4 는, 모터 전류가 부의 값인 경우의 제어 신호 (Vpu) 와 모터 인가 전압 (Vu) 의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 를 참조하여, 제어 신호 (Vpu) 는, 모터에 출력하고자 하는 전압으로, CPU 에서 PWM 제어에 의해 연산된 값이다. 제어 신호 (Vpu) 에 기초하여, 데드 타임 기간 (상측 아암과 하측 아암이 동시에 오프되는 기간) 이 생기도록 Vpuu, Vpud 가 작성된다. 도 1 의 전류 (Iu) 의 화살표의 방향을 정이라고 하면, 모터 전류 (Iu) ＜ 0 이면, 스위칭 소자가 오프가 되는 데드 타임 기간이라도, 모터 코일의 L 성분에 의해 부의 전류 (Iu) 가 계속 흐른다. 이 때, 스위칭 소자에 역병렬로 접속되어 있는 도 1 의 다이오드 (D1) 가 도통되므로, 데드 타임 기간이 모터 인가 전압 (Vu) 의 하이 레벨 기간으로서 나타난다. 따라서, 제어 신호 (Vpu) 에 대하여 데드 타임분의 펄스폭을 좁히는 처리를 실시하여, 제어 신호 (Vpu1) 를 발생시키고, 이것에 기초하여 구동 신호 (Vpuu, Vpud) 를 발생시킴으로써, 모터에 출력하고자 하는 전압을 모터 인가 전압 (Vu) 으로서 출력할 수 있다.

도 3, 도 4 에서 설명한 바와 같은 데드 타임 보정 처리는, 제어 주기 중에 모터 전류가 제로 크로스하지 않는 경우에는, 특별히 문제는 발생하지 않는다. 그러나, 제어 주기 중에 모터 전류가 제로 크로스하는 경우에는, 도 3 의 처리와 도 4 의 처리 중 어느 쪽을 실시하는지가 문제가 되게 된다.

도 5 는, 모터 전류가 제로 크로스하는 부분에 대해 나타낸 도면이다. 도 6 은, 도 5 의 파선부를 확대하여 제어 신호를 부기한 도면이다.

현재의 제어 주기 (T0) 에 대하여, 다음번의 제어 주기 (T1) 라고 한다. 제어 주기 (T1) 의 전반 부분은 Iu ＜ 0 이고, 후반 부분은 Iu ＞ 0 이다. 이 때 데드 타임 보정한 전압 (Vpu1) 을 도 6 에 나타내는 바와 같이 생성하면, 전반의 데드 타임은 인가 전압 (Vu) 의 하이 레벨 기간에 산입되고, 후반의 데드 타임은 인가 전압 (Vu) 의 로우 레벨 기간에 산입된다. 도 6 에 나타내는 바와 같이 보정 후의 전압 (Vpu1) 을 발생시키면 모터 인가 전압 (Vu) 에 전압 오차 (DT) 가 발생한다.

이 전압 오차 (DT) 의 영향을 가능한 한 작게 하도록, 도 1 의 데드 타임 생성부 (50) 는, 제어 타이밍으로 보아 다음의 제어 주기 (T1) 에서 제로 크로스할 것으로 예측되는 경우에, 이번 제어 타이밍 (T0 와 T1 의 경계점) 이 제로 크로스점에 가까운지 먼지를 판단하여, 가까우면 그대로 종래와 같이 보정을 실시하고, 제로 크로스점에서 멀면 보정을 실시하지 않고 둔다. 또한, 보정을 실시하지 않는 대신에, 보정량을 ＋ 와 - 의 중간값으로 하여 PWM 파형의 폭을 종래와 같이 보정한 경우와 보정을 늦추어 역부호로 보정한 경우의 중간값으로 해도 된다.

도 7 은, 본 실시형태에 있어서의 전류 (Iu) 의 제로 크로스 전후의 제어 주기와 보정량을 나타낸 제 1 예의 파형도이다. 도 8 은, 본 실시형태에 있어서의 전류 (Iu) 의 제로 크로스 전후의 제어 주기와 보정량을 나타낸 제 2 예의 파형도이다.

도 1, 도 7 을 참조하여, 데드 타임 생성부 (50) 는, 위치·속도 추정부 (42) 로부터 전류 (Iu) 의 주파수 정보를 얻는다. 또, 데드 타임 생성부 (50) 는, 션트 저항 (65) 으로부터 모터 전류값을 얻는다.

데드 타임 생성부 (50) 는, 제어 주기와 주파수 정보로부터, 다음의 제어 주기가 전류 (Iu) 가 제로 크로스한 후의 제어 주기인지 여부를 판단한다. 다음의 제어 주기가 전류 (Iu) 가 제로 크로스하기 전의 기간 (제어 주기 (T0)) 이면, 데드 타임 보정량 (ΔPW) 은, 전환하지 않고 그대로의 부호 (보정량 -α) 로 한다. 다음의 제어 주기가 제로 크로스하는 기간 (제어 주기 (T1)) 이면, 데드 타임 보정량 (ΔPW) 의 전환을 실시할지 여부를 판단한다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t1) 에 있어서의 모터 전류값 (Iu) 의 절대값이 임계값보다 작으면 제로 크로스점은, 시각 (t2) 보다 시각 (t1) 에 가깝다. 이 경우, 종래대로 데드 타임 보정량 (ΔPW) 을 -α 에서 ＋α 로 전환한다.

이에 대하여, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t1) 에 있어서의 모터 전류값 (Iu) 의 절대값이 임계값보다 크면 제로 크로스점은, 시각 (t1) 보다 시각 (t2) 에 가깝다. 이 경우, 곧바로 데드 타임 보정량 (ΔPW) 의 부호를 전환하면 변형이 크다 (리커버리에 시간이 걸린다). 따라서, 제어 주기 (T1) 에 있어서의 데드 타임 보정량 (ΔPW) 을 제로 (또는 α 보다 작은 값) 로 함으로써, 그대로의 부호의 보정량으로 데드 타임 보정을 했을 때 (제어 주기 (T1) 의 보정량 (ΔPW) = -α 로 했을 때) 와, 반전시킨 부호의 보정량으로 데드 타임 보정을 했을 때 (도 7) 의 중간적인 펄스폭으로 한다. 이로써, 모터 전류의 파형 변형은 종래보다 저감된다.

또한, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 모터 전류값 (Iu) 의 절대값이 임계값보다 작으면 (시각 (t1) 은 제로 크로스에 가까워져 있다), 곧바로 전류 보정량의 부호를 전환하는 쪽이, 보정량 제로로 하거나 부호를 전환하지 않는 보정을 하거나 하는 것보다도, 모터 전류의 파형 변형을 작게 할 수 있다.

도 9 는, 데드 타임 생성부가 실행하는 보정 제어를 설명하기 위한 플로차트이다.

도 1, 도 9 를 참조하여, 먼저 처리가 개시되면, 데드 타임 생성부 (50) 는, 스텝 S1 에 있어서 모터 전류 (Iu, Iv, Iw) 를 검출한다.

계속해서, 스텝 S2 에 있어서, 데드 타임 생성부 (50) 는, 모터 전류 주파수와 제어 주기 (시스템으로 결정되어 있는 고정값) 로부터 다음의 제어 주기에서 모터 전류가 제로 크로스하는지 여부를 추정하는 처리를 실행한다.

모터 전류 (Iu) 의 값과 모터 전류 (Iv, Iw) 의 부호로부터, 현재의 회전 위상 (θ) 을 추정할 수 있다. 또 1 제어 주기는, 회전 위상 (Δθ) 에 상당하는 것을 미리 알고 있다. 따라서, θ ＜ 180°＜ θ ＋ Δθ 가 성립하는 경우에 제로 크로스한다. 또 θ ＜ 360°＜ θ ＋ Δθ 가 성립하는 경우에도 제로 크로스한다.

계속해서, 스텝 S3 에 있어서, 데드 타임 생성부 (50) 는, 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는 것으로 추정되는지 여부를 판단한다.

도 10 은, 모터 전류가 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는 경우를 나타낸 파형도이다. 도 10 에 있어서, 제어 주기 (T0) 의 종료까지, 데드 타임 생성부 (50) 는, 다음의 제어 주기 (T1) 에 있어서 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는지 여부를 판단한다. 제어 주기 (T0) 의 마지막 타이밍의 회전 위상을 θ 로 하고, 제어 주기 (T1) 의 마지막 타이밍의 회전 위상을 θ ＋ Δθ 로 하면, 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는 경우에는, θ ＜ 180°＜ θ ＋ Δθ 가 성립한다.

다시 도 9 로 되돌아와, 스텝 S3 에 있어서, 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 정에서 부를 향하여 교차하는 것으로 추정된 경우, 스텝 S4 로 처리가 진행된다. 그 밖의 경우에는, 스텝 S7 로 처리가 진행된다.

스텝 S4 로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 검출한 모터 전류 (Iu) 가 임계값 (Ith) 보다 큰지 여부를 판단한다. 스텝 S4 에 있어서 Iu ＞ Ith 가 성립한 경우 스텝 S5 로 처리가 진행되고, Iu ＞ Ith 가 성립하지 않는 경우 스텝 S6 으로 처리가 진행된다. 또한, 도 10 의 경우에는, 제어 주기 (T0) 의 마지막의 제어 타이밍에서, 전류 (Iu) ＜ Ith 로 되어 있는 것이 나타나 있으므로, 스텝 S6 으로 처리가 진행된다.

스텝 S5 로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 데드 타임 보정량을 -β 로 설정한다. 여기에서 표준의 데드 타임 보정량을 α (α 는 정의 값) 로 하면, β 는 제로, 또는 α 보다 작은 정의 값 (0 ≤ β ＜ α) 이다. 데드 타임 보정량이 제로 또는 부의 값이라는 것은, 지령 펄스의 폭을 변경하지 않거나, 또는 좁히는 방향으로 보정하는 것을 나타낸다.

한편 스텝 S6 으로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 데드 타임 보정량을 -α 로 설정한다. 이 경우 데드 타임 보정량이 부의 값이므로, 지령 펄스의 폭을 좁히는 방향으로 보정이 실시된다.

또, 스텝 S7 로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는 것으로 추정되었는지 여부를 판단한다.

도 11 은, 모터 전류가 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는 경우를 나타낸 파형도이다. 도 11 에 있어서, 제어 주기 (T0) 의 종료 시점에 있어서, 데드 타임 생성부 (50) 는, 다음의 제어 주기 (T1) 에 있어서 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는지 여부를 판단한다. 제어 주기 (T0) 의 마지막 타이밍의 회전 위상을 θ 로 하고, 제어 주기 (T1) 의 마지막 타이밍의 회전 위상을 θ ＋ Δθ 로 하면, 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는 경우에는, θ ＜ 360°＜ θ ＋ Δθ 가 성립한다.

다시 도 9 로 되돌아와, 스텝 S7 에 있어서, 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스 부분을 부에서 정을 향하여 교차하는 것으로 추정된 경우, 스텝 S8 로 처리가 진행된다. 그 밖의 경우에는, 스텝 S11 로 처리가 진행된다.

스텝 S8 로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 검출한 모터 전류 (Iu) 가 임계값 (-Ith) 보다 작은지 여부를 판단한다. 스텝 S8 에 있어서 Iu ＜ -Ith 가 성립한 경우 스텝 S9 로 처리가 진행되고, Iu ＜ -Ith 가 성립하지 않는 경우 스텝 S10 으로 처리가 진행된다. 또한, 도 7 이나 도 11 에 나타낸 경우에는, 제어 주기 (T0) 의 마지막의 단계에서, 전류 (Iu) ＞ -Ith 로 되어 있는 것이 나타나 있으므로, 스텝 S10 으로 처리가 진행된다. 한편, 도 8 에 나타낸 경우에는, 스텝 S9 로 처리가 진행된다.

스텝 S9 로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 데드 타임 보정량을 ＋β 로 설정한다. 여기에서 표준의 데드 타임 보정량을 α (α 는 정의 값) 로 하면, β 는, 제로, 또는 α 보다 작은 정의 값 (0 ≤ β ＜ α) 이다. 데드 타임 보정량이 정의 값이라는 것은, 지령 펄스의 폭을 변경하지 않거나, 또는 넓히는 방향으로 보정하는 것을 나타낸다.

한편 스텝 S10 으로 처리가 진행된 경우, 데드 타임 생성부 (50) 는, 데드 타임 보정량을 ＋α 로 설정한다. 이 경우, 데드 타임 보정량이 정의 값이므로, 지령 펄스의 폭을 넓히는 방향으로 보정이 실시된다.

마지막으로, 스텝 S7 로부터 스텝 S11 로 처리가 진행된 경우에 대해 설명한다. 이 경우에는, 다음의 제어 주기에서는 모터 전류 (Iu) 가 제로 크로스하지 않는다. 따라서, 모터 전류가 정인 경우에는 데드 타임 보정량은 ＋α 로 설정되고, 모터 전류가 부인 경우에는 데드 타임 보정량은 -α 로 설정된다.

스텝 S5, S6, S9 ∼ S11 중 어느 처리에 의해 데드 타임 보정량이 결정되면, 스텝 S12 에 있어서 처리는 메인 루틴으로 되돌아간다.

또한, 도 8 에서 예시한 경우에는, 상기 플로차트에 있어서의 보정량 β = 0 인 경우를 나타내었지만, β 는 α 보다 작은 정의 값이면 제로가 아니어도 된다.

다시 도 1 을 참조하여, 본 실시형태를 총괄한다. 차재용 전동 압축기는, 모터 (5) 와, 스크롤 압축기 (9) 와, 인버터 회로 (30) 와, 모터 제어부 (40) 를 구비한다. 스크롤 압축기 (9) 는, 모터 (5) 에 의해 구동되는 「냉매 압축부」이다. 인버터 회로 (30) 는, 모터 (5) 를 구동한다. 모터 제어부 (40) 는, PWM 제어에 의해 인버터 회로 (30) 를 제어하는 「제어 장치」이다.

도 7 및 도 8 에 나타낸 바와 같이, 모터 제어부 (40) 는, 1 제어 주기 (T1) 가 경과한 후에 모터의 전류 (Iu) 의 극성이 반전될 것으로 예측되는 제어 타이밍 (t1) 에 있어서, 모터 전류 (Iu) 의 크기 (｜Iu｜) 가 임계값보다 작은 경우 (도 7) 에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량을 제 1 보정량 (＋α) 으로 설정하고, 상기 타이밍에 있어서, 모터 전류의 크기 (｜Iu｜) 가 임계값보다 큰 경우 (도 8) 에는, PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량의 크기를 제로 또는 제 1 보정량의 크기보다 작은 값 (β) 으로 설정한다 (도 9 의 S5 또는 S9).

상기 제어 타이밍에 있어서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 작은 경우에는, 상기 제어 타이밍 (도 7 의 t1) 은 다음번의 제어 타이밍 (도 7 의 t2) 보다 제로 크로스점에 가깝기 때문에, 표준값인 제 1 보정량 (＋α 또는 -α) 의 보정을 실시해도 된다. 한편, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, 상기 제어 타이밍 (도 8 의 t1) 은 다음번의 제어 타이밍 (도 8 의 t2) 보다 제로 크로스점으부터 멀기 때문에, 표준값인 제 1 보정량 (＋α 또는 -α) 의 보정을 실시하면, 모터에 인가되는 전압의 전압 오차가 커져 버린다. 그래서, 모터 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, 보정을 실시하지 않거나, 또는 보정량을 제 1 보정량보다 작은 값 (β) 으로 함으로써 (도 9 의 S5 또는 S9), 전압 오차를 작게 억제할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 대해 설명하였지만, 이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (4)

1. 모터와,
   상기 모터에 의해 구동되는 냉매 압축부와,
   상기 모터를 구동하는 인버터와,
   PWM 제어에 의해 상기 인버터를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
   상기 제어 장치는, 1 제어 주기가 경과하면 상기 모터의 전류의 극성이 반전되는 제어 타이밍에 있어서, 상기 모터의 전류의 크기가 임계값보다 작은 경우에는, 상기 PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량을 제 1 보정량으로 설정하고, 상기 제어 타이밍에 있어서, 상기 모터의 전류의 크기가 임계값보다 큰 경우에는, 상기 PWM 제어로 발생하는 펄스의 폭의 보정량의 크기를 제로 또는 상기 제 1 보정량의 크기보다 작은 값으로 설정하고,
   상기 제어 장치는, 상기 모터의 전류값이 상승하는 중에, 또한 상기 전류값이 부의 극소값을 나타내는 시점으로부터 상기 제어 타이밍의 직전까지에 걸쳐, 상기 펄스의 폭의 보정량의 크기를 상기 제 1 보정량으로 설정하고,
   상기 제어 장치는, 상기 모터의 전류값이 상승하는 중에, 또한 상기 제어 타이밍의 직후로부터 상기 전류값이 정의 극대값을 나타내는 시점까지에 걸쳐, 상기 펄스의 폭의 보정량의 크기를 상기 제 1 보정량으로 설정하고,
   상기 제어 장치는, 상기 모터의 전류값이 하강하는 중에, 또한 상기 전류값이 정의 극대값을 나타내는 시점으로부터 상기 제어 타이밍의 직전까지에 걸쳐, 상기 펄스의 폭의 보정량의 크기를 상기 제 1 보정량으로 설정하고,
   상기 제어 장치는, 상기 모터의 전류값이 하강하는 중에, 또한 상기 제어 타이밍의 직후로부터 상기 전류값이 부의 극소값을 나타내는 시점까지에 걸쳐, 상기 펄스의 폭의 보정량의 크기를 상기 제 1 보정량으로 설정하는, 차재용 전동 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 제어 타이밍 이외에 있어서 상기 모터의 전류가 부인 경우에는, 상기 펄스의 폭을 좁히는 방향으로 상기 제 1 보정량을 설정하는, 차재용 전동 압축기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 제어 타이밍 이외에 있어서 상기 모터의 전류가 정인 경우에는, 상기 펄스의 폭을 넓히는 방향으로 상기 제 1 보정량을 설정하는, 차재용 전동 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 제어 타이밍 이외에 있어서 상기 모터의 전류가 부인 경우에는, 상기 펄스의 폭을 좁히는 방향으로 상기 제 1 보정량을 설정하는, 차재용 전동 압축기.

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