WO2019097965A1 - モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法及びモータ制御プログラム - Google Patents

モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法及びモータ制御プログラム Download PDF

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motor control
torque
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服部　誠
貴之 鷹繁
渡邊　恭平
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
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    • B60H1/00421—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/20—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors for controlling one motor used for different sequential operations

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device, an electric compressor provided with the same, an air conditioner for a movable body, a motor control method, and a motor control program.
  • Patent Document 1 describes two types of motor control methods, a control method giving priority to position estimation accuracy of a magnet rotor and a control method giving priority to quietness, and a motor control device in which the switching conditions are defined. .
  • the motor of the electric compressor does not intend, contrary to the command, due to the high torque load condition passing for a long time and the required rotational speed changing rapidly etc. May stop.
  • One example is the step out, but the step out generates, for example, a spike current, and an abnormal current may flow in the control circuit of the motor compressor, which may affect the electronic components on the circuit.
  • the compressor described in Patent Document 1 has the following problems. That is, in the control method and the switching method defined above, when the factor causing the above-mentioned step-out occurs, the stop can not be prevented in advance. As a result, depending on the operating conditions, there is a concern that stopping the motor may interfere with the normal operation of the electronic components on the control circuit of the electric compressor, or damage the electronic components themselves.
  • this invention aims at providing the motor control apparatus which can solve the above-mentioned subject, an electric compressor, the air conditioner for mobiles, and the control method of an electric compressor.
  • adopts the following means, in order to solve the said subject. That is, according to the required number of revolutions of the motor, the first control capable of high torque and precision control or the second control capable of more efficient control than the first control can be performed according to the required rotation speed.
  • the control unit controls the rotational speed, and the switching determination unit switches the first control to the second control when the actual rotational speed of the motor exceeds a predetermined rotational speed threshold.
  • the switching determination unit further determines that the rotation speed measured value is equal to or less than the rotation speed threshold, and a predetermined time has elapsed from the time when the rotation speed measured value matches the required rotation speed.
  • the present invention is characterized in that the first control is switched to the second control.
  • the first control is control that enables high-torque and high-precision operation, but makes high-efficiency and wide-range operation poor.
  • a high torque and high precision operator is poor, but high efficiency and wide range operation can be performed as the second control.
  • the timing of switching from the first control to the second control can be relatively advanced. That is, the motor rotational speed measurement value is defined in advance even in a situation where an event that causes the above-mentioned step-out (such as the continuation of a high torque load condition or a sudden change in the required rotational speed) may occur.
  • the step-out may occur at the time of switching from the first to the second. Since switching is performed in the presence state, the risk of step out at switching can be reduced.
  • the second control is excellent in efficiency even under conditions where the refrigerant has to be compressed at a relatively high pressure such as when the outside air temperature is high. Since control can be prioritized, overheating of the IGBT can be suppressed.
  • the first control capable of following the required rotational speed or the torque load applied to the motor per first predetermined time unit or the required rotational speed or the torque load may be used.
  • Control unit that controls the number of revolutions of the motor according to the required number of revolutions by performing a second control that can be followed every second predetermined time unit that is longer than the first predetermined time unit in the first control
  • a switching determination unit that switches from the first control to the second control when the actual rotation speed of the motor exceeds a predetermined rotation speed threshold, the switching determination unit further including: The first control is performed when the rotation speed measured value is equal to or less than the rotation speed threshold and when a predetermined time has elapsed from the time when the rotation speed measured value matches the required rotation speed. From the second Or as a motor control for switching control to.
  • the first control is the control that enables highly accurate control by following the fluctuation of the required rotational speed or the torque load applied to the motor in microsecond units, and it may be millisecond units.
  • the followable control is the second control
  • the timing of switching from the first control to the second control can be relatively advanced. That is, even in a situation where an event causing the above-mentioned step-out may occur, the fluctuation of the required rotational speed can be obtained without waiting for the actual motor rotational speed to exceed the predetermined rotational speed threshold.
  • a control that is not hypersensitive it is possible to prevent a motor stop such as a step-out in advance.
  • the switching determination unit further switches from the first control to the second control when the fluctuation of the requested rotational speed becomes equal to or more than a fluctuation threshold defined in advance. It is also good.
  • the motor control device may further include a torque correlation parameter acquisition unit that acquires a parameter that correlates with a torque that the motor should output, and the switching determination unit estimates the parameter based on the acquired parameter.
  • the first control may be switched to the second control.
  • the predetermined time may be one second.
  • the motor control method requires the motor to perform high torque, the first control capable of performing precise control, or the second motor control capable of controlling the motor more efficiently than the first control. Controlling the number of revolutions of the motor according to the number, and switching from the first control to the second control when the actual number of revolutions of the motor exceeds a predetermined revolution threshold. And in the step of switching to the second control, the actual rotational speed is less than or equal to the rotational speed threshold, and the actual rotational speed matches the required rotational speed. When the specified time has elapsed, the control is switched from the first control to the second control.
  • a motor-driven compressor according to the present invention is characterized by including the above-described motor control device.
  • An air conditioner for a mobile unit according to the present invention includes the above-described electric compressor.
  • a motor control program according to the present invention is characterized by causing a computer to execute the above motor control method.
  • an electric compressor provided with the same, an air conditioner for a moving body, a motor control method, and a motor control program, the motor control device and the motor control device It is possible to improve the reliability of the provided electric compressor and air conditioner for a mobile unit.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a motor-driven compressor having a motor control device according to a first embodiment of the present invention. It is a flow chart which shows an example of motor control concerning a first embodiment of the present invention. It is a flow chart which shows an example of motor control concerning a second embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram of an electric compressor which has a motor control device concerning a third embodiment of the present invention. It is a flow chart which shows an example of motor control concerning a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a vehicle 100 as a moving body equipped with an air conditioner 1 equipped with an electric compressor 11 having a motor control device 51 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an ECU (Electric Control Unit) 2 mounted on a vehicle 100 and a vehicle-mounted air conditioner 1. As illustrated, the vehicle 100 includes an ECU 2 and an air conditioner 1.
  • the air conditioner 1 also includes an electric compressor 11.
  • the ECU 2 controls the electrical equipment of the vehicle 100.
  • the air conditioner 1 is a car air conditioner unit.
  • the electric compressor 11 is an electric compressor used for a vehicle-mounted air conditioner.
  • the electric compressor 11 is an inverter-integrated electric compressor in which an inverter device 41 is integrated.
  • the ECU 2 and the air conditioner 1 are connected by a signal line, a communication line, a power line or the like, and the air conditioner 1 receives a control signal of the ECU 2 by CAN (Controller Area Network) communication and performs a user's desired operation. For example, when the user performs an operation to start the operation of the air conditioner, the ECU 2 outputs a control signal corresponding to the operation to the air conditioner 1, and the air conditioner 1 starts the operation based on the control signal.
  • the ECU 1 When the user sets the in-vehicle temperature, the ECU 1 generates a control signal according to the set temperature, and controls the operating state of the air conditioner 2.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of the electric compressor 11 having the motor control device 51 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electric compressor 11 is an inverter-integrated electric compressor, and includes an inverter device 41, a motor 12, and a compression unit 10.
  • the inverter device 41 converts direct current power supplied from a power source (not shown) such as a battery into three-phase alternating current, and supplies it to the motor 12.
  • the motor 12 which has received the power rotates and transmits a rotational force to the compression unit 10 mechanically connected to the motor 12.
  • the compressor 10 which has received the rotational force supplies the refrigerant to a refrigerant circuit (not shown) provided in the air conditioner 1.
  • the inverter device 41 has a motor control device 51.
  • the motor control device 51 includes a control unit 61 and a switching determination unit 71.
  • the control unit 61 includes a first control means 611 for performing the control 1 and a second control means 612 for performing the control 2.
  • the first control means 611 is a means for performing control (referred to as control 1) capable of high-torque and high-precision operation but poor operation at high efficiency and wide range. Therefore, the control is suitable for driving the motor 12 at low speed and high torque, and is particularly effective when a large starting torque is required. Therefore, the motor control device 51 according to the present embodiment implements control 1 when the motor 12 is started.
  • the ECU 1 when the user performs an operation to start the operation of the air conditioner, the ECU 1 outputs a control signal corresponding to the operation to the air conditioner 1. In response to this signal, the air conditioner 1 performs the first control. Driving of the motor 12 is started by inverter control controlled by the control unit 61 using the means 611. Moreover, since the calculation of the voltage and the like in the control 1 in the present embodiment is performed in microseconds, it is possible to sharply follow the required rotation speed. Therefore, high precision motor operation is enabled.
  • the second control means 612 carries out control (referred to as control 2) which is poor at high torque and high precision, but capable of high efficiency and wide range operation. It is a means.
  • control 2 since the calculation of control 2 in this embodiment is performed in millisecond units, there is an advantage that it does not follow the required rotation speed too sensitively, and has the advantage of being resistant to rapid fluctuations. It is possible. Therefore, in the motor control device 51 according to the present embodiment, after the motor 12 is started, the control 1 is performed first, and then the control is switched to the control 2.
  • the switching determination unit 71 includes a rotational speed actual value calculation unit 711.
  • the switching determination unit 71 in the present embodiment makes a determination to switch from control 1 to control 2 and transmits a switching signal to the control unit 61 if the conditions are met.
  • the actual rotational speed may exceed the predetermined threshold, and the switching determination unit 71 in the present embodiment determines the actual rotational speed obtained from the actual rotational speed calculator 711 and the predetermined threshold. Make a comparison.
  • this predetermined threshold is 2000 rpm. In this case, the control is forcibly switched regardless of the other conditions.
  • the switching determination unit 71 instructs the control unit 61 to switch to the control 2, and the control unit 61 accordingly.
  • the control 2 drives the electric compressor.
  • the motor control device 51 according to the present embodiment performs control by utilizing the advantages of the two controls and switching between them, thereby achieving a desired driving effect while efficiently driving the motor.
  • the electric compressor is operating.
  • the switching determination unit 71 has a condition for performing switching even when the actual rotational speed is less than or equal to the above-described predetermined threshold value. Specifically, it is specified in advance from the time when the required number of revolutions, which is the number of revolutions corresponding to the frequency of the power supplied to the motor 12, and the actually measured number of revolutions obtained from the above-mentioned actual number of revolutions calculation means Switching is also performed when the elapsed time has passed.
  • the predetermined time is, for example, one second.
  • FIG. 4 is a flow chart showing an example of control switching in the motor control device 51 of the electric compressor according to an embodiment of the present invention.
  • the determination unit compares the actual rotation speed value obtained from the actual rotation speed calculation means 711 with the predetermined threshold (step S13), and the actual rotation speed exceeds the predetermined threshold (step S13; yes) forces control 2 to be performed (step S14).
  • step S13; No the determination unit next determines whether the actual rotational speed matches the required rotational speed (step S15). If they do not match (step S15; yes), control 1 is performed (step S16).
  • step S15 If they match (step S15; yes), the determination unit next compares the time during which the actual measured value of the rotational speed and the required rotational speed remain matched with the predetermined time (step S17). As a result of the comparison, when the time for which the information remains identical does not exceed the predetermined time (step S17; No), control 1 is continuously performed (step S18). If it exceeds (step S17; yes), control 2 is performed (step S19).
  • the rotational speed is determined by the rotational speed if the actual rotational speed and the required rotational speed match for a predetermined time.
  • the second control is executed without exceeding the specified threshold.
  • high torque and high precision operation can be performed but high efficiency and wide range operation are not good at hand 1, high torque and high precision operator is poor but high efficiency and wide area It is possible to relatively earlier advance the timing of switching to the control 2 in which the driving is possible.
  • the actual rotational speed of the motor 12 is defined in advance. It is possible to shift to control 2 capable of wider range operation because it is not sensitive to the fluctuation of the required rotation speed without waiting for the number threshold to be exceeded.
  • the step-out may occur at the time of switching from control 1 to control 2, but the required rotation speed and the actual measurement rotation speed already coincide with each other for a predetermined time Since switching is performed in the presence state, the risk of step out at switching can be reduced.
  • control 1 after start-up for a short period of time, excellent control can be made in terms of efficiency even under conditions where the refrigerant has to be compressed at a relatively high pressure such as when the outside air temperature is high. Since it can carry out by giving priority to 2, overheat of IGBT can be suppressed. Therefore, higher reliability can be obtained for the motor control device 51 according to the present embodiment, the electric compressor 11 including the same, and the air conditioner 1 for a moving object.
  • the processing performed by the switching determination unit 72 is different from that of the first embodiment. Specifically, the fluctuation of the required rotational speed is tracked, and the fluctuation range per time is compared with a predetermined threshold (step S21), as a preliminary step of using the rotational speed actual value calculation means 711 which the switching determination unit 72 has.
  • step S21 when the fluctuation range of the required rotation speed is larger than the predetermined threshold value, the control is switched to control 2 without using the actual rotation speed calculation means 711 (step S21; yes).
  • step S21; No if it is smaller than the predetermined threshold value (step S21; No), the process proceeds to comparison of the actual measurement value of the rotational speed with the predetermined threshold value using the rotational speed actual value calculation means 711 (step S23).
  • step S23 which is the step after this procedure is the same as the flow from step 13 to step 19 in the first embodiment.
  • the process is returned to step 23 corresponding to step 13 in the first embodiment, but it is also possible to return to step 21. Good.
  • the control 1 when the control 1 is switched to the control 2, the control 2 can be switched to the control 2 when the required rotation speed fluctuates regardless of the actual rotation speed. That is, the change of the required rotational speed causing the step out is directly set as the switching condition.
  • the control 1 is a control that enables high torque and high precision operation but makes high efficiency and wide range operation poor
  • the control 2 is a high torque and high precision operator Is a poor control but capable of high efficiency and wide range operation, if the required rotation speed fluctuates sharply during the execution of control 1, it will try to follow the required rotation speed finely as a result. There is a high possibility of the occurrence of a key.
  • the switching determination unit 73 further includes a torque correlation parameter acquisition unit.
  • the torque correlation parameter acquisition unit acquires a parameter that is correlated with the torque generated by the motor 12. In the present embodiment, for example, the value of the current of the motor 12 is acquired, and the value of the torque of the motor 12 is estimated.
  • the process performed by the switching determination unit 73 is different from that in the first embodiment. Specifically, as a preliminary step of using the rotation speed actual value calculation means 711 which the switching determination unit 73 has, the control is switched to control 2 when the estimated torque value calculated by the torque correlation parameter acquisition unit 83 described above exceeds a predetermined threshold.
  • the processing performed by the switching determination unit 71 is different from the first embodiment and the second embodiment. Specifically, the estimated torque value calculated by the torque correlation parameter acquisition unit is compared with a predetermined threshold as a pre-stage of using the rotation speed actual value calculation means 711 which the switching determination unit 71 has (step S31). As a result, when the estimated torque value is larger than the predetermined threshold value, the control is switched to control 2 without using the actual rotation speed calculation means 711 (step S31; yes).
  • step S31 if it is smaller than the predetermined threshold value (step S31; No), the process proceeds to comparison of the actual measurement value of the rotational speed with the predetermined threshold value using the rotational speed actual value calculation means 711 (step S33).
  • the procedure after this procedure is the same as that of the first embodiment.
  • the flow from step 33 to step 39 which is the step after this procedure is the same as the flow from step 13 to step 19 in the first embodiment.
  • the process is returned to step 33 corresponding to step 13 in the first embodiment, but it is also possible to return to step 31. Good.
  • the control 1 is a control that enables high torque and high precision operation but makes high efficiency and wide range operation poor
  • the control 2 is a high torque and high precision operator In the case of control that is poor and capable of high efficiency and wide range operation, it is possible to switch to control 2 capable of wider range control early.
  • the control 1 is a control that can generally output a high torque as compared to the control 2.
  • sensorless vector control is an example of the first control (control 1)
  • V is an example of the second control (control 2).
  • F control is mentioned.
  • the electric compressors 11 and 13 constitute a part of the car air conditioner of the vehicle 100
  • the motor control devices 51 and 53 and the electric compressors 11 and 13 of the present embodiment are refrigeration units. It is also possible to apply to an air conditioner of a refrigerated car.
  • the control apparatus 50 of this embodiment and the apparatus of the application destination of the electric compressor 10 may be an air conditioner mounted in various moving bodies, such as a ship, an aircraft, a railway, etc. besides a vehicle.
  • an electric compressor provided with the same, an air conditioner for a moving body, a motor control method, and a motor control program, the motor control device and the motor control device It is possible to improve the reliability of the provided electric compressor and air conditioner for a mobile unit.

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Abstract

モータ制御装置は、モータに対し、高トルク、精密制御が可能な第１制御又はモータに対し、第１制御よりも高効率な制御が可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じてモータの回転数を制御する制御部と、モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、第１制御から第２制御に切り替える切替判定部と、を備える。切替判定部は、更に、回転数実測値が回転数閾値以下の場合であって、かつ、回転数実測値が要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、第１制御から第２制御に切り替える。

Description

モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法及びモータ制御プログラム
　本発明は、モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法及びモータ制御プログラムに関する。
　本願は、２０１７年１１月２０日に、日本に出願された特願２０１７－２２２６３８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　車両に搭載されたカーエアコンの構成要素の一つに電動圧縮機がある。一般に、電動圧縮機のモータは、可変速装置として機能するインバータにより電圧及び周波数が調整された交流の電力により駆動される。従って、電動圧縮機を適切に制御するには、起動時又は起動後の運転要求の変化や、負荷の変動等に応じて適切なインバータ制御を行うことが必要となる。
　特許文献１には、磁石回転子の位置推定精度を優先する制御方式と静寂性を優先する制御方式の二種類のモータ制御方法と、その切り替え条件を定義したモータの制御装置について、記載がある。
特開２００３－１０２１９３号公報
　ところで、カーエアコンの使用状況によっては、高トルク負荷状態が長時間に渡ることや、要求回転数が急激に変動することなどを要因として、電動圧縮機のモータが意図せず、指令に反して、停止する場合がある。その一例が脱調であるが、脱調により、例えばスパイク電流が発生し、電動圧縮機の制御回路に異常電流が流れ、回路上の電子部品に影響を及ぼす可能性がある。
　しかしながら、上記特許文献１に記載された圧縮機では以下の問題が生じていた。即ち、上記で定義される制御方式及びその切替方式では、上述の脱調を誘発する要因が発生した場合、停止を未然に防止することができない。このことで、運転状況によってはモータの停止が電動圧縮機の制御回路上の電子部品の正常な動作を妨害し、もしくは電子部品自体を損壊することが懸念された。
　そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできるモータ制御装置、電動圧縮機、移動体用の空気調和機及び電動圧縮機の制御方法を提供することを目的としている。
　本発明に係る態様は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。即ち、モータに対し、高トルク、精密制御が可能な第１制御又は該モータに対し、第１制御よりも高効率な制御が可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御する制御部と、前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替える切替判定部と、を備え、前記切替判定部は、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えることを特徴とする。
　この構成によれば、一例として電動圧縮機のモータの起動時における二種類のモータ制御の切替時での脱調を予防することができる。例えば、高トルクかつ高精度な運転が可能であるが高効率・広範囲の運転を不得手とする制御を第１制御とする。一方、高トルクかつ高精度な運手は不得手であるが高効率・広範囲な運転が可能である制御を第２制御とする。この場合、第１制御から第２制御への切替のタイミングを相対的に早めることができる。つまり、上述のような脱調の要因（高トルク負荷状態の継続や要求回転数の急激な変動など）となる事象が起こりうる状況であっても、モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回るのを待たずにより広範囲運転が可能な第２制御へと移行することができる。また、第１制御中に脱調が起こらずとも、第１から第２への切替時に脱調が起こる場合があったが、これについても要求回転数と実測回転数がすでに所定時間一致している状態にて切替を実行することとなるため、切替時の脱調のリスクを低減することができる。また、起動後の第１制御をより短期間とすることで、外気温が高い時などの比較的高い圧力で冷媒を圧縮しなければならない状況下であっても効率の点で優れた第２制御を優先して行うことができるため、ＩＧＢＴの過熱を抑制することができる。
　また、上記のモータ制御装置は、モータに対し、要求回転数又はモータにかかるトルク負荷に対して第一の所定時間単位ごとに追従可能な第１制御又は前記要求回転数又は前記トルク負荷に対して第１制御における第一の所定時間単位よりも長時間である第二の所定時間単位ごとに追従可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御する制御部と、前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替える切替判定部と、を備え、前記切替判定部は、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるモータ制御としてもよい。
　この構成によれば、例えば、要求回転数の変動又はモータにかかるトルク負荷に対してマイクロ秒単位で追従することで高精度な制御が可能な制御が第１制御であり、ミリ秒単位であれば追従可能な制御が第２制御である場合、第１制御から第２制御への切替のタイミングを相対的に早めることができる。つまり、上述のような脱調の要因となる事象が起こりうる状況であっても、モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回るのを待たずにより要求回転数の変動に対して過敏ではない制御へと切り替えることで、脱調などのモータ停止を未然に予防することができる。
　また、上記のモータ制御装置は、前記切替判定部は、更に、前記要求回転数の変動が、予め規定された変動閾値以上となった場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替えてもよい。
　この構成によれば、脱調の原因となる要求回転数の変動を直接的に切替の条件とすることとなるため、より確実に脱調を防止することができる。
　また、上記のモータ制御装置は、前記モータが出力すべきトルクと相関するパラメータを取得するトルク相関パラメータ取得部を更に備え、前記切替判定部は、取得された前記パラメータに基づいて推定される前記トルクがトルク閾値を上回る場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えてもよい。
　この構成によれば、脱調の原因となるトルク負荷の高まりを直接的に切替の条件とすることとなるため、より確実に脱調を防止することができる。
　また、上記のモータ制御装置は、前記予め規定された時間とは、１秒であってもよい。
　この構成によれば、要求回転数又はモータにかかる定常的な高トルク負荷がモータ制御に影響を及ぼすより十分に早く切り替えることができるため、より確実に脱調を防止することができる。
　本発明に係るモータ制御方法は、モータに対し、高トルク、精密制御が可能な第１制御又は該モータに対し、第１制御よりも高効率な制御が可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御するステップと、前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるステップと、を有し、前記第２制御に切り替えるステップでは、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えることを特徴とする。
　本発明に係る電動圧縮機は、上記のモータ制御装置を備えていることを特徴とする。
　本発明に係る移動体用の空気調和機は、上記の電動圧縮機を備えていることを特徴とする。
　本発明に係るモータ制御プログラムは、コンピュータに対し、上記のモータ制御方法を実行させることを特徴とする。
　上述したモータ制御装置、これを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法、及びモータ制御プログラムによれば、モータの脱調を防止することで、モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機の信頼性を向上できる。
本発明の第一の実施形態に係るモータ制御装置を有する電動圧縮機を備えた空気調和機を搭載した移動体たる車両の概略ブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係るモータ制御装置を有する電動圧縮機の概略ブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係るモータ制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係るモータ制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係るモータ制御装置を有する電動圧縮機の概略ブロック図である。 本発明の第三の実施形態に係るモータ制御の一例を示すフローチャートである。
［第一実施形態］
　以下、本発明の第一の実施形態による電動圧縮機のモータ制御方法について、図１～図６を参照して説明する。
　図１は、本発明の第一の実施形態に係るモータ制御装置５１を有する電動圧縮機１１を備えた空気調和機１を搭載した移動体たる車両１００の概略ブロック図である。
　図１に車両１００に搭載されたＥＣＵ（Electric Control Unit）２と車載用の空気調和機１とを示す。図示するように車両１００は、ＥＣＵ２と空気調和機１とを備えている。また、空気調和機１は、電動圧縮機１１を備えている。ＥＣＵ２は、車両１００の電装機器の制御を行う。空気調和機１は、カーエアコンユニットである。電動圧縮機１１は、車載用空気調和機に用いられる電動圧縮機である。電動圧縮機１１は、インバータ装置４１が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機である。ＥＣＵ２と空気調和機１は、信号線、通信線、電力線等で接続され、空気調和機１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりＥＣＵ２の制御信号を受信し、ユーザ所望の動作を行う。例えば、ユーザが、エアコンの運転を開始する操作を行うと、ＥＣＵ２がその操作に応じた制御信号を空気調和機１へ出力し、空気調和機１はその制御信号に基づいて運転を開始する。また、ユーザが、車内温度を設定すると、ＥＣＵ１は、その設定温度に応じた制御信号を生成し、空気調和機２の運転状態を制御する。
　図２は、本発明の第一の実施形態に係るモータ制御装置５１を有する電動圧縮機１１の概略ブロック図である。電動圧縮機１１は、インバータ一体型電動圧縮機であり、インバータ装置４１と、モータ１２、圧縮部１０を有している。
　インバータ装置４１はバッテリ等の電源（図示せず）から供給された直流電力を三相交流に変換し、モータ１２へ供給する。電力を得たモータ１２は回転し、モータ１２と機械的に接続された圧縮部１０に回転力を伝達する。回転力を受けた圧縮部１０は、空気調和機１が備える冷媒回路（図示せず）へ冷媒を供給する。
　インバータ装置４１は、モータ制御装置５１を有している。モータ制御装置５１は、制御部６１と、切替判定部７１を有している。
　制御部６１は、制御１を実施する第１の制御手段６１１と制御２を実施する第２の制御手段６１２を有している。第１の制御手段６１１は、本実施形態では、高トルクかつ高精度な運転が可能であるが高効率・広範囲の運転を不得手とする制御（制御１とする）を実施する手段である。このため、低速・高トルクでのモータ１２駆動に適した制御であり、特に大きな始動トルクが必要な場合に効果的である。そのため、本実施形態に係るモータ制御装置５１は、モータ１２起動時に制御１を実施する。つまり、ユーザが、エアコンの運転を開始する操作を行うと、ＥＣＵ１がその操作に応じた制御信号を空気調和機１へ出力するが、この信号を受けて空気調和機１は、第１の制御手段６１１を用いて制御部６１が制御するインバータ制御によりモータ１２の駆動が開始されることとなる。
　また、本実施形態での制御１における電圧等についての演算はマイクロ秒単位で実施されるため、要求回転数に対して鋭敏に追従可能である。そのため、高精度なモータ運転を可能としている。
　一方、第２の制御手段６１２は、本実施形態においては、高トルクかつ高精度な運手は不得手であるが高効率・広範囲な運転が可能である制御（制御２とする）を実施する手段である。また、本実施形態における制御２の演算はミリ秒単位で実施されるため、要求回転数に対して鋭敏に追従し過ぎず、急激な変動に対して強いという利点があるため、高範囲運転を可能としている。そのため、本実施形態に係るモータ制御装置５１では、モータ１２起動後はまず制御１を実施し、続いて制御２へと切り替える。
　次に、切替判定部７１について詳述する。切替判定部７１は回転数実測値演算手段７１１を有している。
　本実施形態における切替判定部７１は、制御１から制御２へと切り替えるための判定を行い、条件に適合する場合は切替の信号を制御部６１に伝達する。該条件の一つとして、回転数実測値が所定閾値を上回った場合があり、本実施形態における切替判定部７１は回転数実測値演算手段７１１から得られた回転数実測値と所定閾値との比較を行う。一例として、この所定閾値は２０００ｒｐｍである。この場合は、他の条件に係らず、強制的に制御の切替を行う。つまり、ユーザがエアコンの運転を開始した後、モータ１２が所定閾値以上の回転数に到達すると、切替判定部７１が制御２への切替を制御部６１に指令し、制御部６１はこれに従い、制御２により電動圧縮機は駆動される。
　上述のように、本実施形態に係るモータ制御装置５１は、２つの制御のそれぞれの利点を生かした制御とその切替を行うことで、所望の運転効果を得つつも効率的なモータ駆動により、電動圧縮機を作動させている。
　ここで、本実施形態に係る切替判定部７１は、回転数実測値が上述の所定閾値以下の場合であっても、切替を行う条件を有している。具体的には、モータ１２に供給する電力の周波数に対応する回転数である要求回転数と上述の回転数実測値演算手段７１１から得られた回転数実測値とが、一致した時点から予め規定された時間が経過した場合にも、切替を行う。
　上記予め規定された時間とは、例えば１秒である。
　次に本実施形態に係る電動圧縮機のモータ制御装置５１における制御切替の流れについて説明する。
　図４は、本発明の一実施形態における電動圧縮機のモータ制御装置５１における制御切替の一例を示すフローチャートである。
　まず、判定部が回転数実測値演算手段７１１から得られた回転数実測値と所定閾値との大小を比較し（ステップＳ１３）、回転数実測値が所定閾値を上回っている場合（ステップＳ１３；ｙｅｓ）は、強制的に制御２を実施する（ステップＳ１４）。一方、上回っていない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）は、判定部は次に、回転数実測値が要求回転数と一致しているかを判定する（ステップＳ１５）。一致していない（ステップＳ１５；ｙｅｓ）場合は制御１を実施する（ステップＳ１６）。一致している場合（ステップＳ１５；ｙｅｓ）は、判定部は次に回転数実測値と要求回転数とが一致したままである時間と、所定時間とを比較する（ステップＳ１７）。この比較の結果として、該一致したままである時間が所定時間を上回っていない場合は（ステップＳ１７；Ｎｏ）、引き続き制御１を実施する（ステップＳ１８）。上回る場合は（ステップＳ１７；ｙｅｓ）、制御２を実施する（ステップＳ１９）。
　上記構成のモータ制御装置５１では、第１の制御から第２の制御へと切り替える場合、回転数実測値と要求回転数とが一致したまま所定の時間一致している場合は、回転数によって定められた閾値を超えなくとも、第２の制御を実行する。これにより、例えば電動圧縮機のモータ１２の起動時における二種類のモータ制御方法の切替時での脱調を予防することができる。本実施形態では、高トルクかつ高精度な運転が可能であるが高効率・広範囲の運転を不得手とする制御１から、高トルクかつ高精度な運手は不得手であるが高効率・広範囲な運転が可能である制御２への切替のタイミングを相対的に早めることができる。つまり、上述のような脱調の要因（トルク負荷の定常的な高まりや、要求回転数の急激な変動など）がある状況であっても、モータ１２の回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回るのを待たずに、要求回転数の変動に対して過敏ではないためにより広範囲運転が可能な制御２へと移行することができる。また、制御１実施中に脱調が起こらずとも、制御１から制御２への切替時に脱調が起こる場合があったが、これについても要求回転数と実測回転数がすでに所定時間一致している状態にて切替を実行することとなるため、切替時の脱調のリスクを低減することができる。これにより、スパイク電流の発生などによる制御回路への悪影響は抑制することができる。また、起動後の制御１の実施をより短期間とすることで、外気温が高い時などの比較的高い圧力で冷媒を圧縮しなければならない状況下であっても効率の点で優れた制御２を優先して行うことができるため、ＩＧＢＴの過熱を抑制することができる。
　従って、本実施形態に係るモータ制御装置５１及びこれを備えた電動圧縮機１１、移動体用の空気調和機１はより高い信頼性を得ることができる。
［第二実施形態］
　次に第二実施形態について説明する。第二実施形態では第一実施形態と同一の構成要素で異なる処理を行う。以下に、図４を参照して本実施形態に係る電動圧縮機のモータ制御装置５２における制御切替の流れについて説明する。
　本実施形態では、切替判定部７２の行う処理が第一実施形態と異なっている。具体的には、切替判定部７２が有する回転数実測値演算手段７１１を用いる前段階として、要求回転数の変動を追跡し時間当たりの変動幅を所定閾値と比較する（ステップＳ２１）。この結果として要求回転数の変動幅が所定閾値よりも大きい場合は、回転数実測値演算手段７１１を用いることなく、制御２に切り替える（ステップＳ２１；ｙｅｓ）。一方、所定閾値よりも小さい場合は（ステップＳ２１；Ｎｏ）、回転数実測値演算手段７１１を用いて、回転数の実測値と所定閾値との比較へと進む（ステップＳ２３）。この手順以降のステップであるステップ２３からステップ２９に至るまでの流れは、第一の実施形態におけるステップ１３からステップ１９に至るまでの流れと同一である。本実施形態では一例として、ステップ２４、２６、２８に至った後は、第一の実施形態におけるステップ１３に相当するステップ２３へと戻されることとしているが、ステップ２１へと戻されることとしてもよい。
　上記構成のモータ制御装置５２では、制御１から制御２へと切り替える場合、回転数実測値のいかんにかかわらず、要求回転数が激しく変動する場合、制御２に切り替えることができる。つまり、脱調の原因となる要求回転数の変動を直接的に切替の条件とすることとなる。
　例えば、第一実施例と同様に制御１が高トルクかつ高精度な運転が可能であるが高効率・広範囲の運転を不得手とする制御であり、制御２が高トルクかつ高精度な運手は不得手であるが高効率・広範囲な運転が可能である制御である場合、制御１実施中において要求回転数が激しく変動すると、当該要求回転数に対しきめ細やかに追従しようとする結果、脱調が発生する可能性が高まる。そこで、要求回転数が激しく変動したことを検知して、この検知結果に対応して制御２に切り替えることで、脱調の発生を抑制することができる。これにより、モータ１２の脱調を未然に防ぐことができる。これにより、スパイク電流の発生などによる制御回路への悪影響を抑制することができる。
　従って、本実施形態に係るモータ制御装置５２及びこれを備えた電動圧縮機１２、移動体用の空気調和機２はより高い信頼性を得ることができる。
[第三実施形態]
　次に、本発明の第三実施形態について図６を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第三実施形態は、第一実施形態と比較し、切替判定部７３の構成が異なっている。本実施形態においては、切替判定部７３は、トルク相関パラメータ取得部をさらに備えている。
　トルク相関パラメータ取得部は、モータ１２が発生させているトルクと相関関係にあるパラメータを取得する。本実施形態では、例えばモータ１２電流の値を取得して、モータ１２のトルクの値を推定する。
　本実施形態でも、第二実施形態と同じく、切替判定部７３の行う処理が第一実施形態と異なっている。具体的には、切替判定部７３が有する回転数実測値演算手段７１１を用いる前段階として、上述のトルク相関パラメータ取得部８３が算出した推定トルク値が所定閾値を上回った場合制御２に切り替える。
　以下に、図４を参照して本実施形態に係る電動圧縮機のモータ制御装置５３における制御切替の流れについて説明する。
　本実施形態では、切替判定部７１の行う処理が第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。具体的には、切替判定部７１が有する回転数実測値演算手段７１１を用いる前段階として、トルク相関パラメータ取得部が算出した推定トルク値と所定閾値とを比較する（ステップＳ３１）。この結果として推定トルク値が所定閾値よりも大きい場合は、回転数実測値演算手段７１１を用いることなく、制御２に切り替える（ステップＳ３１；ｙｅｓ）。一方、所定閾値よりも小さい場合は（ステップＳ３１；Ｎｏ）、回転数実測値演算手段７１１を用いて、回転数の実測値と所定閾値との比較へと進む（ステップＳ３３）。この手順以降の手順は、第一実施形態と同一である。この手順以降のステップであるステップ３３からステップ３９に至るまでの流れは、第一の実施形態におけるステップ１３からステップ１９に至るまでの流れと同一である。本実施形態では一例として、ステップ３４、３６、３８に至ったのちは、第一の実施形態におけるステップ１３に相当するステップ３３へと戻されることとしているが、ステップ３１へと戻されることとしてもよい。
　上記構成のモータ制御装置５３では、制御１から制御２へと切り替える場合、回転数実測値のいかんにかかわらず、モータ１２が高トルクを出力していると推定される場合は、制御２に切り替えることができる。つまり、脱調の原因となるトルク負荷の高まりを直接的に切替の条件とすることとなる。
　例えば、第一実施例と同様に制御１が高トルクかつ高精度な運転が可能であるが高効率・広範囲の運転を不得手とする制御であり、制御２が高トルクかつ高精度な運手は不得手であるが高効率・広範囲な運転が可能である制御である場合は、より広範囲制御が可能な制御２に早期に切り替えることができる。制御１は、制御２に比べて一般には高トルクを出力することが可能な制御である。しかしながら、外気温が異常に高温である状態でのカーエアコンの始動時は高トルクを出力すべき状態が定常的となる場合がある。この場合は、制御１を長期間継続すると脱調が起こることが懸念される。そのため、早期に制御２に切り替えることで、トルク出力は低下するものの、スパイク電流の発生などによる制御回路への悪影響は抑制することができる。
　従って、本実施形態に係るモータ制御装置５３及びこれを備えた電動圧縮機１３、移動体用の空気調和機３はより高い信頼性を得ることができる。
　上記いずれの実施形態でも、具体的な制御方式はいかなるものであってもよいが、第一制御（制御１）の一例としてはセンサレスベクトル制御が、第二制御（制御２）の一例としてはＶ／ｆ制御が挙げられる。
　電動圧縮機１１及び１３が、車両１００のカーエアコンの一部を構成する場合を例に説明を行ったが、本実施形態のモータ制御装置５１及び５３、電動圧縮機１１及び１３は、冷凍・冷蔵車の空気調和機に適用することも可能である。また、本実施形態の制御装置５０、電動圧縮機１０の適用先の装置は、車両以外にも、船、航空機、鉄道など、各種の移動体に搭載する空気調和機であっても良い。
　上述したモータ制御装置、これを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機、モータ制御方法、及びモータ制御プログラムによれば、モータの脱調を防止することで、モータ制御装置及びこれを備えた電動圧縮機、移動体用の空気調和機の信頼性を向上できる。
２　ＥＣＵ
１、３　空気調和機
１００　車両
１１　電動圧縮機
４１、４３　インバータ装置
１０　圧縮部
１２　モータ
５１、５３　モータ制御装置
６１　制御部
７１、７３　切替判定部
６１１　第一の制御手段
６１２　第二の制御手段
７１１　回転数実測値演算手段
８３　トルク相関パラメータ取得部

Claims (9)

  1. 　モータに対し、高トルク、精密制御が可能な第１制御又は該モータに対し、第１制御よりも高効率な制御が可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御する制御部と、
    　前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替える切替判定部と、を備え、
    　前記切替判定部は、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるモータ制御装置。
  2. 　モータに対し、要求回転数又はモータにかかるトルク負荷に対して第一の所定時間単位ごとに追従可能な第１制御又は前記要求回転数又は前記トルク負荷に対して第１制御における第一の所定時間単位よりも長時間である第二の所定時間単位ごとに追従可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御する制御部と、
    　前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替える切替判定部と、を備え、
    　前記切替判定部は、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるモータ制御装置。
  3. 　前記切替判定部は、更に、前記要求回転数の変動が、予め規定された変動閾値以上となった場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替える請求項１または２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記モータが出力すべきトルクと相関するパラメータを取得するトルク相関パラメータ取得部を更に備え、
    　前記切替判定部は、取得された前記パラメータに基づいて推定される前記トルクがトルク閾値を上回る場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替える請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記予め規定された時間とは、１秒である請求項１から請求項４に記載の何れか一項に記載のモータ制御装置。
  6. 　モータに対し、高トルク、精密制御が可能な第１制御又は該モータに対し、第１制御よりも高効率な制御が可能な第２制御の実施によって要求回転数に応じて前記モータの回転数を制御するステップと、
    　前記モータの回転数実測値が予め規定された回転数閾値を上回った場合に、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるステップと、を有し、
    　前記第２制御に切り替えるステップでは、更に、前記回転数実測値が前記回転数閾値以下の場合であって、かつ、当該回転数実測値が前記要求回転数に一致した時点から予め規定された時間が経過した場合には、前記第１制御から前記第２制御に切り替えるモータ制御方法。
  7. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載のモータ制御装置を備える電動圧縮機。
  8. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載のモータ制御装置を備える電動圧縮機を有する移動体用の空気調和機。
  9. 　コンピュータに対し、請求項６に記載のモータ制御方法を実行させるプログラム。
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