JP5254603B2 - 電動圧縮機の制御装置、電動圧縮機の起動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機を構成する電動圧縮機の制御装置、起動制御方法に関する。

近年、自動車用の空気調和機において、冷媒を圧縮するための圧縮機の駆動源に電動モータを用いた、いわゆる電動圧縮機が開発されている。
このような電動圧縮機は、まだまだ開発途上にあるのが現状であり、様々な解決すべき課題が存在している。特に起動時における課題は多く、起動を迅速かつ確実に行うために様々な提案がなされている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００７−１５１３１８号公報

電動圧縮機における起動時の課題の一つに、電動圧縮機の駆動制御板に設けられたパワートランジスタの温度特性に起因して、高温時にスムーズな起動が行えないというものがある。
パワートランジスタは、温度が高いほど通電可能な電流が小さくなるという温度特性を有しており、温度が高いときには電動圧縮機の作動を停止させる保護回路を有している。このため、電動圧縮機が高温状態にあるときにこれを起動させようとすると、パワートランジスタの保護回路が作動し、電動圧縮機の作動が停止され、起動が行えなくなってしまうのである。
このため、図７に示すように、パワートランジスタの保護回路が作動した場合には、一定時間、電動圧縮機を低回転で回転させ、一定時間が経過してパワートランジスタが十分に冷却されてから、手動で電動圧縮機の回転数を上昇させるような手法をとる必要があり、これでは起動に時間がかかる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、高温時においても起動を円滑かつ確実に行うことのできる電動圧縮機の制御装置、電動圧縮機の起動制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明は、車載用の空気調和機を構成する圧縮機をモータで駆動する電動圧縮機の制御装置であって、モータを起動させて目標回転数まで上昇させるときに制御装置で実行される処理は、制御装置に備えられ、かつ直流電源から供給される電圧を交流に変換するパワートランジスタの温度を検出する処理と、予め定められた相関に基づき、検出されたパワートランジスタの温度に対応したモータの回転数またはモータの回転数を増加させるときの加速レートを決定する処理と、決定された回転数または加速レートでモータを駆動する処理と、を含むことを特徴とする。
このように、パワートランジスタの温度と、モータの回転数または加速レートと、の相関を予め定めておき、パワートランジスタの温度に応じてモータの回転数またはモータの回転数を増加させるときの加速レートを決定してモータを駆動することで、パワートランジスタの温度が高い時には低回転または小さな加速度でモータを徐々に駆動することができ、これによって従来では起動できなかったような場合でも、電動圧縮機の起動が可能となる。

ここで、パワートランジスタの温度を検出する処理を、間隔を隔てて繰り返し実行し、新たに検出されたパワートランジスタの温度に応じてモータの回転数または加速レートを更新するのが好ましい。
温度検出を繰り返すことで、その時々のパワートランジスタの温度に応じてモータの回転数または加速レートを設定することができる。すなわち、モータの起動により電動圧縮機内で冷媒が流動することで、この冷媒によりパワートランジスタが冷却されるものである場合において、パワートランジスタが冷媒によって冷却されはじめれば、モータの回転数またはモータの回転数を増加させるときの加速レートを、より高いものに変更することができる。その結果、より迅速な起動が可能となる。

本発明は、車載用の空気調和機を構成する圧縮機をモータで駆動する電動圧縮機の起動制御方法であって、モータを起動させて目標回転数まで上昇させるときに、制御装置に備えられ、かつ直流電源から供給される電圧を交流に変換するパワートランジスタの温度を検出するステップと、予め定められた相関に基づき、検出されたパワートランジスタの温度に対応したモータの回転数またはモータの回転数を増加させるときの加速レートを決定するステップと、決定された回転数または加速レートでモータを駆動するステップと、を含むことを特徴とする電動圧縮機の起動制御方法とすることもできる。

本発明によれば、パワートランジスタの温度に応じてモータの回転数または加速レートを決定してモータを駆動することで、パワートランジスタの温度が高い時には低回転または小さな加速度でモータを徐々に駆動することができる。これによって従来では起動できなかったような、パワートランジスタの温度が高い状態においても、その温度に応じた回転数や加速レートを設定して徐々に電動圧縮機を起動させることが可能となる。
また、起動開始後は、パワートランジスタの温度の再チェックを繰り返し、モータの回転数または加速レートを順次更新していくので、パワートランジスタの温度に応じてモータの回転数または加速レートを高めていくことができ、迅速な起動が可能となる。さらに、起動にともなって電動圧縮機内を冷媒が流動しはじめると、パワートランジスタの温度も低下するので、その効果は相乗的なものとなる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
この図１に示すように、自動車用の空気調和機を構成する電動圧縮機１０は、冷媒を圧縮する圧縮機本体１１と、この圧縮機本体１１を駆動するためのモータ１２と、モータ１２を回転させるための制御基板１３と、を備える。
図２に示すように、制御基板１３は、直流電源から供給される電圧を交流に変換するためのパワートランジスタ２０と、パワートランジスタ２０の動作を制御するためのマイコンからなる制御装置１５およびゲート回路１６とを備えている。制御装置１５の制御によってゲート回路１６が駆動され、その駆動信号がパワートランジスタ２０に入力されると、パワートランジスタ２０が動作する。これによって、直流電源から供給される電圧が３相交流となって電動圧縮機１０のモータ１２に印加され、モータ１２を回転駆動させる。

図１に示したように、制御装置１５においては、電動圧縮機１０の起動時における制御を担う起動制御部３０が機能的に備えられている。起動制御部３０における制御を行うため、制御基板１３には、パワートランジスタ２０の温度を検出する温度センサ４０が設けられている。

起動制御部３０は、制御装置１５が予め記憶されたプログラムに基づいた所定の処理を行うことで、電動圧縮機１０において以下に示すような起動制御を機能的に実行する。
すなわち、図３に示すように、車両側の上位制御装置より、電動圧縮機１０の起動指令が入力されると、起動制御部３０は、電動圧縮機１０の起動制御を開始する（ステップＳ１０１）。このとき、上位制御装置からの起動指令には、電動圧縮機１０の要求回転数Ｒ１の指令が含まれる。
次いで、起動制御部３０は、温度センサ４０で検出されるパワートランジスタ２０の温度をチェックする（ステップＳ１０２）。起動制御部３０においては、図４（ａ）に例示したような、予め設定されたパワートランジスタ２０の温度と、電動圧縮機１０の制限回転数との相関データを参照する。そして、ステップＳ１０２でチェックしたパワートランジスタ２０の検出温度に対応した電動圧縮機１０の制限回転数Ｒ２を取得し、取得した制限回転数Ｒ２を、目標回転数Ｒ３として決定する（ステップＳ１０３）。ただしここで、目標回転数Ｒ３は、ステップＳ１０１で入力された起動指令に含まれる要求回転数Ｒ１を上限とする。すなわち、制限回転数Ｒ２が要求回転数Ｒ１を超える場合には、要求回転数Ｒ１を目標回転数Ｒ３とするのである。

目標回転数Ｒ３が決定された後には、起動制御部３０は、モータ１２の回転数が目標回転数Ｒ３に到達するように、ゲート回路１６を駆動してパワートランジスタ２０を動作させ、３相交流をモータ１２に印加してモータ１２を回転駆動させ、その回転数を加速していく（ステップＳ１０４）。

所定時間が経過したら、モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に達したか否かを判定し（ステップＳ１０５）、要求回転数Ｒ１に達していなければ、温度センサ４０で検出されるパワートランジスタ２０の温度をチェックする（ステップＳ１０６）。
そして、ステップＳ１０３と同様に、図３に例示したような、パワートランジスタ２０の温度と、電動圧縮機１０の制限回転数との相関データを参照し、パワートランジスタ２０の検出温度に対応した電動圧縮機１０の制限回転数Ｒ２を取得し、取得した制限回転数Ｒ２を、新たな目標回転数Ｒ３として更新する（ステップＳ１０７）。このときも、目標回転数Ｒ３は、ステップＳ１０１で入力された起動指令に含まれる要求回転数Ｒ１を上限とする。

この後は、ステップＳ１０４、Ｓ１０５に戻り、モータ１２の回転数が新たな目標回転数Ｒ３に到達するように、モータ１２の回転を加速し、所定時間が経過したらモータ１２の回転数が目標回転数Ｒ３に達したか否かを判定する。そして、モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に到達するまで、ステップＳ１０６、Ｓ１０７のパワートランジスタ２０の温度のチェックと、目標回転数Ｒ３の更新を繰り返しながらモータ１２の回転を加速して行く。
モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に到達した時点で、起動制御部３０による起動運転を終了し、定常運転に移行する（ステップＳ１０８）。

このようにして、図４（ｂ）に示すように、パワートランジスタ２０の温度が高い状態においても、その温度に応じた目標回転数Ｒ３を設定することで徐々に電動圧縮機１０を起動させることが可能となる。また、起動開始後は、所定時間毎にパワートランジスタ２０の温度を再チェックし、目標回転数Ｒ３を更新していくので、パワートランジスタ２０の温度に応じて、目標回転数Ｒ３を高めていくことができ、要求回転数Ｒ１までの迅速な起動が可能となる。ここで、図１に示したように、起動にともなって電動圧縮機１０のハウジング内を冷媒が流動しはじめると、制御基板１３が冷却されてパワートランジスタ２０の温度も低下するので、その効果は相乗的なものとなる。

上記においては、パワートランジスタ２０の温度に応じてモータ１２の回転数を制御する手法を示したが、これに代えて、パワートランジスタ２０の温度に応じてモータ１２の回転加速レートを制御する手法を採用することもできる。以下、これについて説明する。
図５に示すように、車両側の上位制御装置より、電動圧縮機１０の起動指令が入力されると、起動制御部３０は、電動圧縮機１０の起動制御を開始する（ステップＳ２０１）。このとき、上位制御装置からの起動指令には、電動圧縮機１０の要求回転数Ｒ１の指令が含まれる。
次いで、起動制御部３０は、温度センサ４０で検出されるパワートランジスタ２０の温度をチェックする（ステップＳ２０２）。起動制御部３０においては、図６（ａ）に例示したような、予め設定されたパワートランジスタ２０の温度と、モータ１２の回転加速レートとの相関データを参照する。そして、ステップＳ２０２でチェックしたパワートランジスタ２０の検出温度に対応した電動圧縮機１０の加速レートを取得する（ステップＳ２０３）。

次いで、起動制御部３０は、モータ１２の回転数を、ステップＳ２０３で取得した加速レートで上昇させていく（ステップＳ２０４）。

所定時間が経過したら、モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に達したか否かを判定し（ステップＳ２０５）、要求回転数Ｒ１に達していなければ、温度センサ４０で検出されるパワートランジスタ２０の温度をチェックする（ステップＳ２０６）。そして、ステップＳ２０３と同様に、図３に例示したような、パワートランジスタ２０の温度と、モータ１２の回転加速レートとの相関データを参照し、パワートランジスタ２０の検出温度に対応した電動圧縮機１０の回転加速レートを取得し、取得した回転加速レートを、新たな回転加速レートとして更新する（ステップＳ２０７）。

この後は、ステップＳ２０４、Ｓ２０５に戻り、更新された回転加速レートでモータ１２の回転数を上昇させていき、所定時間が経過したらモータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に達したか否かを判定する。そして、モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に到達するまで、ステップＳ２０６、Ｓ２０７のパワートランジスタ２０の温度のチェックと、回転加速レートの更新を繰り返しながらモータ１２を加速していく。
モータ１２の回転数が要求回転数Ｒ１に到達した時点で、起動制御部３０による起動運転を終了し、定常運転に移行する（ステップＳ２０８）。

このようにして、図６（ｂ）に示すように、パワートランジスタ２０の温度が高い状態においても、その温度に応じた加速レートを設定して徐々に電動圧縮機１０を起動させることが可能となる。また、起動開始後は、所定時間毎にパワートランジスタ２０の温度を再チェックし、加速レートを更新していくので、パワートランジスタ２０の温度に応じて、加速レートを高めていくことができ、迅速な起動が可能となる。ここで、起動にともなって電動圧縮機１０のハウジング内を冷媒が流動しはじめると、制御基板１３が冷却されてパワートランジスタ２０の温度も低下するので、その効果は相乗的なものとなる。

なお、上記実施の形態では、電動圧縮機１０の構成については、本願発明の主旨を逸脱しない限り、いかなる構成としてもよい。モータ１２と圧縮機本体１１と一体化されたものに限るものでもないが、本発明は、起動にともなって電動圧縮機１０のハウジング内を冷媒が流動しはじめると、制御基板１３が冷媒によって冷却されるような構造の電動圧縮機に適用するのが特に有効である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における電動圧縮機の概略構成を示す図である。 電動圧縮機の機能的な構成を示すブロック図である。 パワートランジスタの温度に応じてモータの回転数を制御する場合の処理の流れの例を示す図である。 （ａ）はパワートランジスタの温度とモータの制限回転数との関係を示す図、（ｂ）は図３の手法でモータを起動させた場合のモータの回転数変化およびパワートランジスタの温度変化を示す図である。 パワートランジスタの温度に応じてモータの加速レートを制御する場合の処理の流れの例を示す図である。 （ａ）はパワートランジスタの温度とモータの加速レートとの関係を示す図、（ｂ）は図５の手法でモータを起動させた場合のモータの回転数変化およびパワートランジスタの温度変化を示す図である。 従来の手法でモータを起動させた場合のモータの回転数変化およびパワートランジスタの温度変化を示す図である。

符号の説明

１０…電動圧縮機、１１…圧縮機本体、１２…モータ、１３…制御基板、１５…制御装置、２０…パワートランジスタ、３０…起動制御部、４０…温度センサ

Claims (4)

1. 車載用の空気調和機を構成する圧縮機をモータで駆動する電動圧縮機の制御装置であって、
   前記モータを起動させて目標回転数まで上昇させるときに前記制御装置で実行される処理は、
   前記制御装置に備えられ、かつ直流電源から供給される電圧を交流に変換するパワートランジスタの温度を検出する処理と、
   予め定められた相関に基づき、検出された前記パワートランジスタの温度に対応した前記モータの回転数または前記モータの回転数を増加させるときの加速レートを決定する処理と、
   決定された前記回転数または前記加速レートで前記モータを駆動する処理と、
   を含むことを特徴とする電動圧縮機の制御装置。
2. 前記パワートランジスタの温度を検出する処理を、間隔を隔てて繰り返し実行し、新たに検出された前記パワートランジスタの温度に応じて前記モータの前記回転数または前記加速レートを更新することを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機の制御装置。
3. 前記パワートランジスタは、前記モータの起動により前記電動圧縮機内で冷媒が流動することで冷却されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動圧縮機の制御装置。
4. 車載用の空気調和機を構成する圧縮機をモータで駆動する電動圧縮機の起動制御方法であって、
   前記モータを起動させて目標回転数まで上昇させるときに、前記制御装置に備えられ、かつ直流電源から供給される電圧を交流に変換するパワートランジスタの温度を検出するステップと、
   予め定められた相関に基づき、検出された前記パワートランジスタの温度に対応した前記モータの回転数または前記モータの回転数を増加させるときの加速レートを決定するステップと、
   決定された前記回転数または前記加速レートで前記モータを駆動するステップと、
   を含むことを特徴とする電動圧縮機の起動制御方法。

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