JP7788896B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

電動圧縮機

Info

Publication number
JP7788896B2
JP7788896B2 JP2022041723A JP2022041723A JP7788896B2 JP 7788896 B2 JP7788896 B2 JP 7788896B2 JP 2022041723 A JP2022041723 A JP 2022041723A JP 2022041723 A JP2022041723 A JP 2022041723A JP 7788896 B2 JP7788896 B2 JP 7788896B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
rotation speed
motor
synchronous
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022041723A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023136220A (ja
Inventor
順貴 川田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanden Corp
Original Assignee
Sanden Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanden Corp filed Critical Sanden Corp
Priority to JP2022041723A priority Critical patent/JP7788896B2/ja
Priority to CN202380025635.4A priority patent/CN118872195A/zh
Priority to PCT/JP2023/005383 priority patent/WO2023176279A1/ja
Priority to DE112023001412.4T priority patent/DE112023001412T5/de
Priority to US18/843,392 priority patent/US20250172157A1/en
Publication of JP2023136220A publication Critical patent/JP2023136220A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7788896B2 publication Critical patent/JP7788896B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/004Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • F04B49/065Control using electricity and making use of computers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/008Hermetic pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/08Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by varying the rotational speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00Compressor arrangements
    • F25B31/02Compressor arrangements of motor-compressor units
    • F25B31/026Compressor arrangements of motor-compressor units with compressor of rotary type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/025Motor control arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18Estimation of position or speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/36Arrangements for braking or slowing; Four quadrant control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00Motor parameters
    • F04B2203/02Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0201Current
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00Motor parameters
    • F04B2203/02Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0202Voltage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2203/00Motor parameters
    • F04B2203/02Motor parameters of rotating electric motors
    • F04B2203/0209Rotational speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/40Electric motor
    • F04C2240/403Electric motor with inverter for speed control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/80Other components
    • F04C2240/808Electronic circuits (e.g. inverters) installed inside the machine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15Power, e.g. by voltage or current
    • F25B2700/151Power, e.g. by voltage or current of the compressor motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

本発明は、車両用空調装置などにおいて冷媒の圧縮に用いられ、インバータ及びモータを有する電動圧縮機に関する。
インバータ式のモータを有する電動圧縮機は、直流電源からの直流電力をインバータにより三相交流電力に変換して圧縮機駆動用のモータへ給電している。この電動圧縮機では、一般に、圧縮機停止の際に、その圧縮機構における冷媒の吸入圧力領域と吐出圧力領域との圧力差によって圧縮機構が逆回転すると共に、この逆回転により異音が生じ得ることが知られている。
逆回転の防止が図られた電動圧縮機として、特許文献1に記載された電動圧縮機が知られている。この電動圧縮機は、逆回転及び異音の発生の防止対策として、圧縮機停止の際に制動制御を実行する制御部を有している。詳しくは、この電動圧縮機の制御部は、外部から運転停止指令が入力されると、インバータ(モータ駆動回路)を構成する複数のスイッチング素子への通電を遮断し、モータのロータを惰性により回転させた後、制動制御を実行することで、逆回転の防止を図っている。そして、一般に、インバータ式のモータを有する電動圧縮機では、センサレス制御、つまり、モータ駆動回路からモータへ流れる電流の電流値に基づいてロータ位置を推定しつつモータのロータの回転数(回転速度)を増減させる制御が採用されることが多い。
特開2000-287485号公報
ところで、近年の電気自動車の普及により、車両に搭載される電動圧縮機に対する静音性の要求レベルが高まっている。この点、特許文献1に記載された従来の電動圧縮機では、ロータが運転停止指令の入力から制動制御の開始までの間で惰性により回転している際に、圧縮機構における摺動部品がぶつかり合うことで、異音や振動が発生するおそれがある。その結果、静音性の低下を招くおそれがあり、改良の余地がある。そして、本願の発明者は、運転停止指令が入力された時のモータ(ロータ)の回転数が高いほど、惰性回転中における異音や振動のレベルが高くなってしまうことを鋭意工夫により確認した。したがって、従来の電動圧縮機について、運転停止の際の静音性の向上を図る場合には、例えば、上述のセンサレス制御によってモータの回転速度を減速させた後に、制動制御を実行することが考えられる。
しかしながら、センサレス制御が採用された電動圧縮機では、センサレス制御による作動可能最低回転数が規定されている。つまり、センサレス制御は、作動可能最低回転数より低い回転数では、ロータの回転数(回転速度)を制御することが困難である。そのため、静音性の向上のレベルがセンサレス制御の作動可能最低回転数に依存してしまうことになり、その工夫が求められ得る。
本発明は、このような実状に鑑み、停止指令が外部から入力された後の静音性を従来よりも向上させることができる電動圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の一側面によると、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するモータと、前記モータと直流電源との間に接続されると共に複数のスイッチング素子を有するモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路から前記モータへ流れる電流の電流値に基づいて前記モータのロータの位置を推定しつつ前記ロータの回転数を増減させるセンサレス制御を含んで前記モータの駆動を制御する制御部と、を含む、電動圧縮機が提供される。この電動圧縮機の前記制御部は、同期減速制御と、停止制御と、を実行する。前記同期減速制御は、前記モータに対する停止指令が外部から入力され、前記ロータの回転数が所定の第1回転数以下で且つ所定の第2回転数より高いことを条件に行われ、所定の目標電流値の電流による強制同期制御によって、前記回転数を低下させる。前記停止制御は、前記同期減速制御によって前記回転数が前記第2回転数に到達したことを条件に行われ、前記モータに負荷を与えるように前記複数のスイッチング素子のうちの所定のスイッチング素子の駆動を制御する制動制御によって、前記ロータの回転を停止させる。
本発明の一側面による前記電動圧縮機では、前記制御部は、前記モータに対する停止指令が外部から入力され、前記ロータの回転数が所定の第1回転数以下で且つ所定の第2回転数より高いことを条件に行われ、所定の目標電流値の電流による強制同期制御によって、前記回転数を低下させる同期減速制御を実行する。したがって、例えば、前記第1回転数が前記作動可能最低回転数と一致する値に予め設定されるだけで、停止指令入力時などのロータの回転数が前記センサレス制御による作動可能最低回転数より低い場合でも、ロータが惰性回転することなく、ロータの回転数が前記同期減速制御によって低下(減速)されることになる。その結果、運転停止の際の静音性が従来よりも向上することになる。また、前記制御部は、同期減速制御によって回転数が前記第2回転数に到達した後には、前記停止制御によって前記ロータの回転を停止させる。これにより、ロータ(圧縮機構)の逆回転及びこの逆回転による異音の発生を、迅速に防止又抑制することができる。
このように、本発明の一側面によれば、停止指令が外部から入力された後の静音性を従来よりも向上させることができる電動圧縮機を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る電動圧縮機の概略の外観を示す図である。 前記電動圧縮機のモータ駆動回路及び制御部を含むブロック図である。 前記制御部のモータ駆動制御及びセンサレス減速制御実行時の構成例を示したブロック図である。 前記制御部の同期減速制御実行時の構成例を示したブロック図である。 前記制御部の制御動作のタイミングチャートの一例を示す図である。 前記タイミングチャートの別の例を示す図である。 前記同期減速制御による目標回転数値(速度指令値)の変化の一例を示す概念図である。 前記同期減速制御による目標回転数値(速度指令値)の変化の別の例を示す概念図である。 前記制御部による制御動作の概略フローを説明するためのフロー図である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態による電動圧縮機100の外観の概略を示す図であり、図2は電動圧縮機100の後述するモータ駆動回路PM及び制御部MCを有するインバータINV含むブロック図である。
本実施形態における電動圧縮機100は、例えば車両に搭載される車両用空調装置の冷媒回路に組み込まれ、この車両用空調装置の冷媒を吸入し、圧縮して吐出する。電動圧縮機100は、いわゆるインバータ一体型の電動圧縮機であり、ハウジングCと、回転により冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構Pと、圧縮機構Pを駆動するモータMと、モータMに給電するための駆動回路PM及び制御部MCを有するインバータINVとを備える。
ハウジングCは、圧縮機構P、モータM及びインバータINVを内部に収容する。本実施形態において、ハウジングCは、メインハウジングC1、インバータハウジングC2、及び、蓋部材C3、C4を含んで構成される。これら(C1~C4)は、ボルトなどによって一体的に締結される。メインハウジングC1内には、圧縮機構P及びモータMが収容され、インバータハウジングC2内には、インバータINVが収容される。ハウジングC内の領域は、圧縮機構PとモータMとを収納する第1空間とインバータINVを収容する第2空間とに仕切られている。
本実施形態では、ハウジングCは、車両に固定されている。つまり、電動圧縮機100は、圧縮機構P、モータM、インバータINV(駆動回路PM及び制御部MC)を内部に収容すると共に車両に固定されるハウジングCを含む。
圧縮機構Pは、例えば、互いに噛み合わされる固定スクロールと旋回スクロールとを有するスクロール型の圧縮機構であり、駆動軸Xに連結される。前記旋回スクロールは、前記固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動可能に駆動軸Xに連結されており、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとの間に圧縮室が形成されている。前記旋回スクロールが前記公転旋回運動することにより、前記圧縮室の容積が変化する。前記冷媒回路の低圧部から図示省略した吸入口を介してメインハウジングC1内に吸入された低圧の冷媒は、前記圧縮室で圧縮されつつ圧縮機構Pの中心部へと導かれる。圧縮機構Pの中心部へと導かれた冷媒は、図示省略した吐出口を介して前記冷媒回路の高圧部に吐出される。
モータMは、例えば、3相のブラシレスモータからなる同期モータである。モータMは、ステータコイルを含むステータM1と、永久磁石を含むロータM2とを有する。ステータコイルは、スター結線されたU相コイル、V相コイル及びW相コイルを有する。ステータM1は、メインハウジングC1の内周面に固定される。ロータM2は、円筒状に形成されており、その中空部に駆動軸Xが挿通された状態で駆動軸Xに固定されている。つまり、ロータM2は、駆動軸Xと一体化されており、駆動軸Xと一体に回転する。
インバータINVは、図示を省略したバッテリー等の外部の直流電源Bからの直流電力を三相交流電力に変換してモータMに給電するものである。インバータINVは、その回路構成として、モータ駆動回路(パワーモジュール)PMとモータMの駆動を制御する制御部MCとを有する。
モータ駆動回路PMは、モータMと直流電源Bとの間に接続されると共に複数のスイッチング素子としての同一の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下「IGBT」という)Q1~Q6を有する。各IGBTQ1~Q6は、それぞれの駆動(オン・オフ)が制御部MCにより制御されることにより、直流電圧を交流電圧に変換してモータMに供給する。IGBTQ1~Q6は、直流電源Bの高圧ラインH(換言すると高電圧側ライン)と接地ラインL(換言すると接地側ライン)との間において、互いに並列的に接続されるU相アーム、V相アーム及びW相アームに区分される。
U相アームは、高圧ラインHと接地ラインLとの間において、直列的に接続される2つのIGBT(Q1,Q2)を有する。2つのIGBT(Q1,Q2)には、ダイオードD1,D2がそれぞれIGBTに対して逆並列に接続される。同様に、V相アームは2つのIGBT(Q3,Q4)を有し、2つのIGBT(Q3,Q4)には、ダイオードD3,D4がそれぞれIGBTに対して逆並列に接続される。W相アームは2つのIGBT(Q5,Q6)を有し、2つのIGBT(Q5,Q6)には、ダイオードD5,D6がそれぞれIGBTに対して逆並列に接続される。
IGBT(Q1,Q3,Q5)はハイサイド素子(換言すると電源側素子)であり、IGBT(Q2,Q4,Q6)はローサイド素子(換言すると接地側素子)であり、IGBT(Q1,Q2)、IGBT(Q3,Q4)、IGBT(Q5,Q6)はそれぞれ同位相の一対のハイサイド素子及びローサイド素子である。また、U相アーム、V相アーム、W相アームのそれぞれの中間点は、モータMの対応する相のコイルの一端に接続される。ローサイド素子であるIGBT(Q2,Q4,Q6)の接地ラインL側には、各相に流れる電流を検出するためのシャント抵抗Ru,Rv,Rwが設けられている。
制御部MCは、モータMの駆動を制御するものである。制御部MCには、例えば、車両空調装置の全体を制御する車両側の空調制御装置等の外部からの指令が入力される。空調制御装置は、モータM(電動圧縮機100)に対する運転指令やモータMに対する停止指令などの指令を制御部MCに出力(送信)する。制御部MCは、例えば、マイコン等のコンピュータを有すると共に外部(空調制御装置)からの指令に応じて各種の制御を実行するプログラムを記憶している。
ここで、電動圧縮機100では、モータMのロータM2の位置を検出する回転角センサを用いずに、モータ駆動回路PMからモータMへ流れる電流の電流値に基づいてロータM2の位置を推定しつつロータM2の回転数(回転速度ともいう)を増減させるセンサレス制御が採用されている。このセンサレス制御は、制御部MCによって実行される。
本実施形態では、制御部MCは、外部からの指令に応じてセンサレス制御によってモータMを駆動させるモータ駆動制御と、センサレス制御によってロータM2の回転数を低下(減速)させるセンサレス減速制御と、所定の目標電流値(換言すると指令電流値)の電流による強制同期制御によってロータM2の回転数を低下(減速)させる同期減速制御と、ロータM2(圧縮機構P)の回転を停止させるための停止制御(ブレーキ制御ともいう)と、を実行することができるように構成されている。
つまり、制御部MCに外部(空調制御装置)からのモータMに対する運転指令が入力される(制御部MCが運転指令を受信する)と、制御部MCは、外部からの運転指令に基づいてモータ駆動制御を実行する。制御部MCに外部からモータMに対する停止指令が入力される(制御部MCが停止指令を受信する)と、制御部MCは、適宜にセンサレス減速制御、強制同期制御及び停止制御を自律的に実行する。モータ駆動制御及びセンサレス減速制御の制御方式としては、いずれもセンサレス制御が採用され、同期減速制御の制御方式としては、強制同期制御(強制転流制御又はオープンループ制御ともいう)が採用されている。制御部MCは、モータ駆動制御では、外部から指令に応じてロータM2の回転数を増減させ、センサレス減速制御及び同期減速制御では、ロータM2の回転数を自律的且つ強制的に低下(減速)させる。
また、電動圧縮機100及び車両の空調制御装置の少なくとも一方は、冷媒の吸入圧力領域の圧力(Ps)及び吐出圧力領域の圧力(Pd)を検知する圧力センサを有している。そして、電動圧縮機100に搭載された圧力センサ又は車両側に搭載された圧力センサによる圧力(Pd)及び圧力(Ps)の検出値を示す信号は、制御部MCに入力されるように構成される。
図3は、センサレス制御(モータ駆動制御及びセンサレス減速制御)を実行するときの制御部MCの構成例を示したブロック図である。
制御部MCにおいて、電流検出部1は、シャント抵抗Ru,Rv,Rwにかかる電圧を測定することにより、U相電流、V相電流、及びW相電流を検出する。検出された各相電流値に基づいて第1変換計算部2がロータ座標系値を計算し、該計算値を電流計算部3へ入力する。ロータ位置検出部4は、検出した印加電圧と電流検出部1による各相電流とに基づいて電流及び誘起電圧の位相、電気角等を計算し、ロータ位置を推定する。このロータ位置検出部4で検出されたロータ位置(θm)に基づいて、回転速度計算部5が、例えばdθm/dtによりロータM2の回転数(回転速度)を計算する。電流計算部3で算出されるモータMの現在の電流値と、回転速度計算部5で算出されるロータM2の現在の回転数値(現在の回転速度値)とは、EEPROM等の不揮発性メモリを使用した記憶部6へ入力され、記憶(又はアップデート)される。
モータ駆動制御では、回転速度計算部5による回転数値は、目標回転数入力部7へ外部から入力される目標回転数値(速度指令値ともいう)と加算部8で演算され、その演算後の目標回転数値が電圧計算部9へ入力される。目標回転数入力部7に入力される目標回転数値は、外部(例えば、空調制御装置)から入力される指令値である。
センサレス減速制御では、制御部MCは、目標回転数値として、例えば、予め設定されて記憶部6に記憶された所定の第1回転数N1を読み出し、目標回転数入力部7に入力する。そして、回転数計算部5による回転数値は、目標回転数入力部7からの目標回転数値(第1回転数N1)と加算部8で演算され、その演算後の目標回転数値が電圧計算部9へ入力される。
モータ駆動制御及びセンサレス減速制御において、電圧計算部9は、電流計算部3による電流値と加算部8による目標回転数値とに基づいて、PWM信号の基になる電圧値を計算し、該計算値を第2変換計算部10に入力する。第2変換計算部10による該計算値が第2変換計算部10でロータ座標系値からU相、V相、W相の値へ変換される。インバータ駆動部11は、第2変換計算部10で得られた各相の値に基づきPWM信号を生成し、モータ駆動回路PMがインバータ駆動部11からのPWM信号に基づいて制御される。
モータ駆動制御では、ロータM2の回転数は外部からの目標回転数値に応じた回転数に増加又は減少される。センサレス減速制御では、ロータM2の回転数は所定の第1回転数N1まで減少(減速)され得る。
第1回転数N1はゼロより大きい。そして、第1回転数N1は、例えば、電動圧縮機100におけるセンサレス制御による作動可能最低回転数に設定されている。作動可能最低回転数は、モータMの特性等により、例えば、500rpm~600rpm程度の所定の値に規定されている場合が多い、この規定値に一致する回転数が第1回転数N1として設定されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、作動可能最低回転数は600rpmであり、第1回転数N1も600rpmに設定されているものとする。
図4は、同期減速制御を実行するときの制御部MCの構成例を示したブロック図である。同期減速制御においては、ロータM2の位置検出が行われず、強制的にロータM2が回転させられる。
同期減速制御を実行する制御部MCでは、後述する制御例に応じて、記憶部6から記憶電流値、マップデータ等が読み出されて使用される。これら記憶値は、加算部8を経て電圧計算部9へ、後述する制御例に応じてそれぞれ提供される。回転数設定部12は、後述する制御例に応じて、一定の減速度又は徐々に減少する減速度で減少する目標回転数値を、停止制御へ移行する所定の第2回転数N2に到達するまで、電圧計算部9へ提供する。電圧計算部9は、加算部8による電流値と回転数設定部12による目標回転数値とに基づいてPWM信号の基になる電圧値を計算し、該計算値が第2変換計算部10でロータ座標系値からU相、V相、W相の値へ変換される。インバータ駆動部11は、第2変換計算部10で得られた各相の値に基づきPWM信号を生成し、モータ駆動回路PMがインバータ駆動部11からのPWM信号に基づいて制御される。
同期減速制御では、ロータM2の回転数は予め設定された所定の第2回転数N2まで減少(減速)される。
第2回転数N2は、第1回転数N1より低く且つゼロよりも大きい。本実施形態では、第2回転数N2は、車両におけるハウジングCが固定される部分を含む車両側部分の共振周波数(換言すると固有振動数)に相当する回転数よりも高い値に設定されている。車両側部分(車両のブラケットやフレーム)の共振周波数は、例えば、概ね1Hz程度の低周波帯域に存在する場合が多い。したがって、第2回転数N2は、概ね60rpmよりも高い値に設定されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、第2回転数N2は120rpmに設定されているものとする。
同期減速制御において、電流検出部1は、センサレス制御と同様に各相電流を検出し、検出された各相電流値に基づいて第1変換計算部2がロータ座標系値を計算し、該計算値を電流計算部3へ入力する。第1変換計算部2からの計算値に基づき電流計算部3で算出されるモータMの現在の電流値が、加算部8で記憶部6による記憶電流値と演算され、現在の電流値がフィードバックされる。
停止制御(ブレーキ制御)では、制御部MCは、全てのIGBTQ1~Q6をオフ状態(通電遮断状態)とした後に、モータMに負荷を与えるようにIGBTQ1~Q6のうちの所定のスイッチング素子(以下、適宜に制動制御用素子という)の駆動を制御する制動制御によって、ロータM2の回転(圧縮機構Pの前記旋回スクロールの前記公転旋回運動)を停止させる。つまり、制御部MCは、後述するように同期減速制御から停止制御に移行すると、停止制御によって、まず、全てのIGBTQ1~Q6がオフ状態となるようにIGBTQ1~Q6の駆動を制御する。これにより、ロータM2(圧縮機構P)は惰性回転状態となる。制御部MCは、ロータM2が惰性回転している状態で、前記制動制御用素子についての駆動を制御する前記制動制御を行うことにより、モータMに負荷を与える。その結果、ロータM2の惰性回転に対する制動力が発生し、ロータM2の回転が停止する。前記制動制御により発生させる制動力の大きさは、圧縮機構PやモータMの特性や前記制動制御用素子のオン期間等に基づいて定まる。なお、具体的な停止制御の内容等については後に詳述する。
ここで、制御部MCにおいて、同期減速制御は、モータMに対する停止指令が外部から入力され、ロータM2の回転数が所定の第1回転数N1(ここでは、センサレス制御による作動可能最低回転数)以下で且つ所定の第2回転数N2より高いことを条件に行われ、停止制御は、同期減速制御によって回転数が第2回転数N2に到達したことを条件に行われる。そして、制御部MCにおいて、センサレス減速制御は、モータMに対する停止指令が外部から入力されたときのロータM2の回転数が第1回転数N1より高い場合に、同期減速制御の前に実行される。
図5及び図6は、制御部MCの制御動作のタイミングチャートの一例を示す図である。図5では、停止指令入力時の回転数が第1回転数N1より高い場合の例が示され、図6では停止指令入力時の回転数が第1回転数N1以下(図では第1回転数N1より低い)で且つ第2回転数N2より高い場合の例が示されている。なお、図6では、停止指令入力時の回転数が具体的には第1回転数N1より低いが、停止指令入力時の回転数が第1回転数N1と一致する場合も同様の制御が行われる。
図5を参照すると、制御部MCは、停止指令入力時の回転数が第1回転数N1より高い場合には、まず、センサレス減速制御によって回転数を低下(減速)させる。その後、制御部MCは、回転数が第1回転数N1に到達すると、同期減速制御に移行し、同期減速制御によって回転数を低下(減速)させる。さらに、制御部MCは、回転数が第2回転数N2に到達すると、停止制御に移行し、ロータM2の回転を停止させる。したがって、制御部MCは、センサレス制御の作動可能領域では、センサレス減速制御によって、必要なトルク(電流)で効率的に回転数を低下させ、その後、同期減速制御に移行し、同期減速制御によって、強制的に回転数を低下させる。
図6を参照すると、停止指令入力時の回転数が第1回転数N1以下で且つ第2回転数N2より高い場合には、制御部MCは、ロータM2の位置検出が困難であるためセンサレス減速制御を実行することなくセンサレス減速制御(モード)をスキップして、同期減速制御を実行する。そして、制御部MCは、回転数が第2回転数N2に到達すると、停止制御に移行し、ロータM2(圧縮機構P)の回転を停止させる。
制御部MCは、例えば、センサレス制御(モータ駆動制御又はセンサレス減速制御)から同期減速制御に移行する直前のセンサレス制御における電流値X1に基づいて、同期減速制御における目標電流値(指令電流値)を決定する。つまり、制御部MCは、前述のように、センサレス制御において、電流計算部3で算出されたモータMの現在の電流値と、回転数計算部5で算出されたロータM2の現在の回転数値(現在の回転速度値)を記憶部6に記憶し、これらの記憶電流値、記憶回転数値(記憶回転速度値)はアップデートされている。そして、制御部MCは、センサレス制御(モータ駆動制御又はセンサレス減速制御)から同期減速制御に移行すると、記憶部6に記憶されているセンサレス制御における直前(最新)の記憶電流値に基づいて同期減速制御における目標電流値を決定する制御を行う。
具体的には、図4の構成を有する制御部MCは、例えば、同期減速制御における目標電流値として記憶部6の記憶電流値(直前の電流値X1)を読み出し、加算部8から電圧計算部9へ提供する。つまり、制御部MCは、同期減速制御における目標電流値として、例えば、直前の電流値X1を補正することなく(100%)そのまま用いる。この場合、図5及び図6に実線で示されるように、相電流値は同期減速制御において変化することなく一定値となる。冷媒の吸入圧力領域の圧力(Ps)と吐出圧力領域の圧力(Pd)との差圧が大きい条件では、回転数が低下することで差圧状態を維持することが難しく、吐出圧力(Pd)と吸入圧力(Ps)が均圧に向かうが、車両用空調装置における制御による要因(例えば、コンデンサ部にあたる風量や膨張弁の電磁弁開度など)により均圧条件到達までの移行時間は変わる。目標電流値(指令電流値)が直前の電流値X1より低い場合、モータMからの出力トルクが差圧によりモータMに作用する負荷トルクに負け、同期減速制御が破綻するおそれがある。この場合、同期減速制御下において、ロータM2が追従せず、微小振動が発生したり、ロータM2が負荷トルクに負けて停止したりするなどの不具合が生じるおそれがある。したがって、制御部MCは、同期減速制御において、目標電流値を直前の電流値X1より低くならないように設定する。
つまり、制御部MCは、同期減速制御における目標電流値として直線の電流値X1をそのまま用いずに、同期減速制御における目標電流値として直前の電流値X1を増分補正(100%+α%)して得られた値(図では、X1×120%)を用いてもよい。この場合、相電流値は図5及び図6に一点鎖線で示されるように直前の電流値X1よりも高い一定値となる。このように、同期減速制御における目標電流値が直前のセンサレス制御における電流値X1よりも高く設定されることで、安定した同期減速制御が実現される。つまり、制御部MCは、車両用空調装置における圧力条件や冷媒の戻り状態による外乱の影響を受けても、モータMが十分に追従でき、安定した同期制御による減速制御を実現できる。なお、目標電流値を直前の電流値X1よりも高く設定する場合には、目標電流値がモータMの過負荷保護閾値、又は、モータMの起動時の起動電流よりも低い値になるように、増分補正の割合(α値)が設定されている。これにより、IGBTなどのインバータ部品の寿命低下や過剰な損失の発生が抑制される。
補正なし(図5の実線)及び補正あり(図5の一点鎖線)のいずれの場合も、制御部MCは、同期減速制御において目標電流値を直前の電流値X1以上の所定の値に固定しているが、これに限定されるものではない。つまり、制御部MCは、同期減速制御において目標電流値を変更してもよい。この場合、制御部MCは、同期減速制御を実行しているときの圧縮機構Pにおける吸入圧力領域の圧力値Ps及び吐出圧力領域の圧力値Pdに基づいて、同期減速制御における目標電流値を決定すると共に、当該決定した目標電流値を圧力値(Ps、Pd)の変化に応じて変更する。
具体的には、冷媒の吸入圧力領域と吐出圧力領域に差圧がある状態において、モータMを回転させるために必要な必要トルク及び目標電流値が差圧値毎に予め実験等により確認されている。そして、例えば、差圧値、必要トルク及び目標電流値を対応付けた参照データ(テーブルデータやマップデータなど)が記憶部6に予め記憶されている。そして、制御部MCは、同期減速制御に移行すると、電動圧縮機100又は車両側の圧力センサからの圧力値(Ps、Pd)の検出値を示す信号に基づく現在の差圧値に対応する目標電流値を、参照データから抽出することで、目標電流値を決定する。そして、差圧値は、減速制御下において、徐々に低下するため、制御部MCは、同期減速制御中における差圧の変化(減少)に応じて、目標電流値を変更する。そして、制御部MCは、決定した目標電流値を、加算部8から電圧計算部9へ提供する。目標電流値の決定は、例えば、所定の制御周期毎に実行される。これにより、同期減速制御における目標電流値(指令電流値)は、差圧の低下に応じて低下するように変更され、相電流値は図5及び図6に二点鎖線で示されるように低下する。その結果、目標電流値を一定値に固定した制御(図5の実線及び一点鎖線の場合)に対し、モータMを回転させるために必要十分なトルクを出力することになるため、過剰なモータ発熱やIGBTの過熱といった電動圧縮機100への無駄な負荷が低減され、消費電力の低下がより効果的に図られると共に、IGBTなどのインバータ部品の寿命がより確実に確保される。なお、目標電流値の決定は、参照データからの抽出によらず、電動圧縮機の負荷トルク(目標電流値)と差圧との関係を示した回帰式に基づいて、目標電流値を所定の制御周期毎に計算することで行われてもよい。
また、制御部MCは、同期減速制御において、目標回転数値(速度指令値又は目標回転速度値ともいう)を決定する制御も実行する。具体的には、制御部MCの回転数設定部12(図4参照)は、例えば、予め設定されて内部に記憶されている所定(一定)の減速度で減少する目標回転数値を、停止制御へ移行するべく設定された第2回転数N2に到達するまで、電圧計算部9へ提供する。
図7は、同期減速制御による目標回転数値(速度指令値)の変化の一例を示す概念図である。制御部MC(回転数設定部12)は、同期減速制御において、例えば、図7に実線で示されるように、減速度が一定の線形減速パターンで、回転数を低下(減速)させる。つまり、回転数設定部12は、減速度が一定の線形減速パターンで低下(減速)する目標回転数値(速度指令値)を、第2回転数N2に到達するまで電圧計算部9へ提供する。これにより、図5及び図6に示されるように、回転数が第1回転数N1から第2回転数N2まで一定の減速度で低下する。減速度に関するデータは予め設定されて記憶部6に記憶されている。
ただし、減速パターンは線形減速パターンに限定されるものではない。例えば、制御部MC(回転数設定部12)は、同期減速制御において、例えば、図7に破線で示されるように、減速度が徐々に減少する曲線減速パターンで、回転数を低下(減速)させてもよい。徐々に減少する減速度のデータは予め設定されて記憶部に設定されている。つまり、同期減速制御における目標回転数値として、線形による一定減速度又は一時遅れ系の速度指令値が採用される。図7を参照すると、同期減速制御を終了するまでの時間Tb(換言すると、同期減速制御の継続時間Tb)が同じ場合、曲線減速パターン(破線)では、回転数が線形減速パターン(実線)よりも早く第2回転数N2付近に到達すると共に、低速運転状態が線形減速パターンよりも長く継続することになる。したがって、曲線減速パターンが採用されることで、吸入圧力領域と吐出圧力領域との差圧による逆回転現象の緩和や、減速による電動圧縮機100自身の動きや電動圧縮機100への反作用の動きの低減が図られ、その結果、より静かな停止が行われることになる。
減速度が一定の場合は、同期減速制御を終了するまでの時間Tbは、減速度値が小さいほど、長くなる。減速度が徐々に減少する場合は、同期減速制御を終了するまでの時間Tbは、初期の減速量が少ないほど、長くなる。上記例では、同期減速制御を終了するまでの時間Tbは、線形減速パターン又は曲線減速パターンの予め設定された減速度によって定まる所定の値(時間)に固定されている。
ここで、吐出圧力領域の圧力値Pdと吸入圧力領域の圧力値Psとの差圧が比較的に高い状態で、同期減速制御が短時間で終了すると、停止時(第2回転数N2到達後)の逆回転を含む動き(挙動)や振動の発生を十分に抑え込めないおそれがある。したがって、同期減速制御を終了するまでの時間Tbは、例えば、差圧が高いほど、長いほうがよい。この点、上述の制御例では、同期減速制御を終了するまでの時間Tbは固定値であったが、これに限らず、差圧に応じて変更することができるように構成されてもよい。つまり、制御部MCは、センサレス制御から同期減速制御に移行する直前の圧縮機構Pにおける吸入圧力領域の圧力値Ps及び吐出圧力領域の圧力値Pdに基づいて、同期減速制御を終了するまでの時間Tbを決定してもよい。
具体的には、冷媒の吸入圧力領域と吐出圧力領域に差圧がある状態において、同期減速制御の最適な継続時間Tbが差圧値毎に予め実験等により確認されている。そして、圧力センサからの圧力値(Ps、Pd)に基づく差圧値のログデータが記憶部6に記憶されている。そして、例えば、差圧値及び継続時間を対応付けた参照データ(テーブルデータやマップデータなど)が記憶部6に予め記憶されている。そして、制御部MCは、同期減速制御に移行すると、移行直前の差圧値に対応する継続時間を、参照データから抽出することで、継続時間を決定する。これにより、直前の差圧値が比較的に低い場合(図7参照)には、図7に示されるように、差圧が高い場合の一例である図8と比較して、同期減速制御の継続時間Tbが短くなり、無駄な運転の実行を抑制すると共に迅速に停止制御に移行させることができ、直前の差圧が比較的高い場合(図8参照)には、図8に示されるように図7と比較して、同期減速制御の継続時間Tbが長くなり、第2回転数N2到達後の逆回転や振動の発生が確実に抑制される。
図5及び図6に戻って、制御部MCは、以上の同期減速制御によって、回転数が第2回転数N2に到達すると、最後に、停止制御を実行する。
具体的には、制御部MCは、全てのIGBTQ1~Q6をオフ状態に駆動させた後に、前記制動制御として、例えば、全てのローサイド素子又は全てのハイサイド素子(図5及び図6では、ローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6))を同時にオン状態(Hi状態ともいう)にする制御を実行する。制御部MCは、前記停止制御における前記制動制御において、電流検出部1により検出された検出電流値が所定の第1閾値より高い場合には、全てのIGBTQ1~Q6をオフ状態とする。また、制御部MCは、前記制動制御において、検出電流値が第1閾値より低い場合には、検出電流値が第1閾値より低い所定の第2閾値を超えないように、前記制動制御用素子の駆動パターンを調整する。特に限定されないが、前記駆動パターンの調整の対象となる前記所定のスイッチング素子としての前記制動制御用素子は、全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)である。
本実施形態では、第1閾値はIGBTの破損するおそれのある電流値よりも低い値に設定され、例えば、モータMの過負荷発生時に生じ得る異常電流値相当の値に設定されている。第2閾値は、前記モータ駆動制御における起動時に生じる起動電流のピーク値に設定されている。第2閾値の電流は、起動時にモータ駆動回路PMに流れるため、第2閾値の電流に対して耐性を有するIGBTがIGBTQ1~Q6として選定されている。また、第2閾値は、起動後の前記モータ駆動制御中にモータ駆動回路PMに流れる定格電流値よりも高い。つまり、第1閾値>第2閾値>定格電流値の関係が成立している。
前記制動制御における全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)の前記駆動パターンの調整は、所定の周期Tに占める全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)におけるオン状態の時間の割合を示すデューティ比を、所定の周期毎に変更することにより実行される。より具体的には、制御部MCは、前記制動制御の開始時に、デューティ比について予め定めた初期デューティ比に基づく時間分だけ全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)をオン状態にした後、検出電流値が第2閾値より低い場合には、デューティ比を所定割合分だけ増加させ、検出電流値が第2閾値より高い場合には、デューティ比を維持し、又は、デューティ比を所定割合分だけ減少させる。このようなデューティ比の調整は所定の周期毎に実行され、ディーティ比は最終的に100%に到達し、制動力が最大になる。制動力が最大に達した場合でも、正回転の状態で惰性回転する場合もあるため、制御部MCは惰性回転を確実に停止させるために、最大制動力に達した後、この状態を所定時間維持する。より詳しくは、制御部MCは、特に限定されるものではないが、前記制動制御として、全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)に対して、同時に且つ断続的にオン状態にするゼロベクトル通電を実行する。つまり、このゼロベクトル通電は、前記制動制御の間、維持されるのではなく、所定の周期毎にデューティ比に応じた期間(時間)分だけ解除(オフ)される。
次に、制御部MCの制御動作の全体の概略のフローを説明する。図9は制御部MCによる制御動作の概略フローを説明するためのフロー図である。
制御部MCに、外部からモータMに対する停止指令が入力されると(モータ停止指令受信)、制御部MCは、ロータM2の回転を停止させるための制御を開始し(STEP1)、まず、停止指令入力時(受信時)、つまり、現在のロータM2の回転数が第1回転数N1以下であるか否かを判定する(STEP2)。また、制御部MCは、停止指令が入力されてからの経過時間Tcを計時する。STEP2で回転数が第1回転数N1より高い場合(NO)、制御部MCは、センサレス減速制御に移行し(STEP3)、センサレス制御のモードのまま、センサレス減速制御を回転数が第1回転数に到達する(STEP2:YES)まで実行する。STEP2で回転数が第1回転数N1以下の場合(YES)、制御部MCは、回転数が第2回転数N2より大きいか否かを判定する(STEP4)。回転数が第2回転数N2以下の場合(NO)、制御部MCは、同期減速制御をスキップして、停止制御に移行し、停止制御を開始する(STEP8)。一方、STEP4で、回転数が第2回転数N2より大きい場合(YES)、制御部MCは、同期減速制御に移行して、同期減速制御を開始する(STEP5)。制御部MCは、同期減速制御において、前述の制御例に応じて目標電流値及び目標回転数値を決定又は変更する(STEP6)。制御部MCは、同期減速制御において、回転数が第2回転数N2以下であるという条件1と停止指令からの経過時間Tcが予め設定された所定の経過時間閾値Tc1以上であるという条件2の少なくとも一方を満たすか否かを判定する(STEP7)。STEP7で条件1及び条件2の少なくとも一方を満たさない場合(NO)、つまり、回転数が第2回転数N2より高く(条件1不充足)且つ停止指令からの経過時間Tcが経過時間閾値Tc1より短い(条件2不充足)場合は、制御部MCは同期減速制御を継続する。一方、STEP7で条件1及び条件2の少なくとも一方を満たす場合(YES)、つまり、回転数が第2回転数N2以上である(条件1充足)場合、停止指令からの経過時間Tcが経過時間閾値Tc1以上である(条件2充足)場合、これら条件1及び条件2を充足する場合、のうちのいずれかの場合は、制御部MCは停止制御に移行し停止制御を実行する(STEP8)。制御部MCは、停止制御に移行してからの時間、つまり、停止制御の継続時間Tdを計時する。そして、制御部MCは、停止制御の継続時間Tdが予め設定された所定の継続時間閾値Td1以上であるか否かを判定する(STEP9)。制御部MCは、STEP9で、停止制御の継続時間Tdが継続時間閾値Td1より短い場合(NO)、停止制御を継続する。一方、停止制御の継続時間Tdが継続時間閾値Td1に到達すると(STEP9:YES)、最大制動力の状態が十分な時間分だけ経過しているので、惰性回転は確実に停止されている。このとき、制御部MCは、制動制御を終了し、全てのIGBTQ1~Q6がオフ状態になり、制御部MCは停止制御を終了する(STEP10)。これにより、制御部MCによるロータM2の回転を停止させるための制御が終了する(STEP11)。
本実施形態による電動圧縮機100によれば、制御部MCは、モータMに対する停止指令が外部から入力され、ロータM2の回転数が所定の第1回転数N1以下で且つ所定の第2回転数N2より高いことを条件に行われ、所定の目標電流値の電流による強制同期制御によって、回転数を低下させる同期減速制御を実行する。したがって、例えば、第1回転数N1がセンサレス制御による作動可能最低回転数と一致する値に予め設定されるだけで、停止指令入力時などのロータM2の回転数がセンサレス制御による作動可能最低回転数より低い場合でも、ロータM2が惰性回転することなく、ロータM2の回転数が同期減速制御によって低下(減速)されることになる。その結果、運転停止の際の静音性が従来よりも向上することになる。また、制御部MCは、同期減速制御によって回転数が第2回転数N2に到達した後には、停止制御によってロータM2の回転を停止させる。これにより、ロータM2(圧縮機構P)の逆回転及びこの逆回転による異音の発生を、迅速に防止又抑制することができる。このように、運転の停止指令が外部から入力された後の静音性を従来よりも向上させることができる電動圧縮機100が提供される。つまり、ロータM2の位置推定が困難であり、センサレス制御では減速させることができない低回転域まで、ロータM2が同期減速制御によって減速されると共に、停止制御によって逆回転が防止されるため、停止時におけるノイズ(NVH)が改善により車両全体として快適な環境を提供できる。
本実施形態では、制御部MCは、停止指令入力時の回転数が第1回転数N1より高い場合には、センサレス減速制御を同期減速制御の前に実行する。したがって、制御部MCはセンサレス制御の作動可能領域では、センサレス減速制御によって必要なトルク(電流)で効率的に回転数を低下させるので、電力消費の抑制が図られる。
本実施形態では、同期減速制御から停止制御への移行回転数である第2回転数N2は、車両における電動圧縮機100のハウジングCが固定される部分を含む車両側部分の共振周波数に相当する回転数よりも高い値に設定されている。これにより、電動圧縮機100は、同期減速制御において、前記車両側部分(車両のブラケットやフレーム)の共振周波数に相当する回転数を避けた運転範囲(第1回転数N1~第2回転数N2)で、モータMを駆動することができ、低回転数領域における振動やノイズの発生がより確実に抑制され、車両全体としてより快適な環境の構築が図られる。詳しくは、例えば、第2回転数N2がゼロの場合、同期減速制御中において、ロータM2の回転数が前記車両側部分の共振周波数相当の回転数を通過する場合があるため、同期減速制御中に、低周波のノイズや振動が発生するおそれがある。この点、本実施形態の電動圧縮機100は、前記車両側部分の共振周波数に相当する回転数を避けた運転範囲で運転するように構成されている。
なお、本実施形態では、前記駆動パターンの調整の対象となる前記所定のスイッチング素子としての前記制動制御用素子は、全てのローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)であるものとしたが、これに限らず、全てのハイサイド素子IGBT(Q1,Q3,Q5)でもよい。
また、本実施形態では、制御部MCは、停止制御において、全ての前記ローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)又は全てのハイサイド素子IGBT(Q1,Q3,Q5)に対して、同時に且つ断続的にオン状態にするゼロベクトル通電を実行するものとしたが、これに限らない。制御部MCは、例えば、(1)ハイサイド素子IGBT(Q1,Q3,Q5)のうちの1つのIGBTとローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)のうちの1つのIGBTとを断続的にオン状態に駆動したり、(2)ハイサイド素子IGBT(Q1,Q3,Q5)のうちの2つのIGBTとローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)のうちの1つのIGBTとを断続的にオン状態に駆動したり、(3)ハイサイド素子IGBT(Q1,Q3,Q5)のうちの1つのIGBTとローサイド素子IGBT(Q2,Q4,Q6)のうちの2つのIGBTとを断続的にオン状態に駆動したりしてもよい。なお、これらの場合、同位相のハイサイド素子及びローサイド素子が同時にオン状態とならないように、駆動対象のIGBTを定める。
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。
B…直流電源、C…ハウジング、IGBT(Q1~Q6)…複数のスイッチング素子、M…モータ、M2…ロータ、MC…制御部、N1…第1回転数、N2…第2回転数、P…圧縮機構、Pd…吸入圧力領域の圧力値、Ps…吐出圧力領域の圧力値、PM…モータ駆動回路、100…電動圧縮機

Claims (7)

  1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動するモータと、前記モータと直流電源との間に接続されると共に複数のスイッチング素子を有するモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路から前記モータへ流れる電流の電流値に基づいて前記モータのロータの位置を推定しつつ前記ロータの回転数を増減させるセンサレス制御を含んで前記モータの駆動を制御する制御部と、を含む、電動圧縮機であって、
    前記制御部は、
    前記モータに対する停止指令が外部から入力され、前記ロータの回転数が所定の第1回転数以下で且つ所定の第2回転数より高いことを条件に行われ、所定の目標電流値の電流による強制同期制御によって、前記回転数を低下させる同期減速制御と、
    前記同期減速制御によって前記回転数が前記第2回転数に到達したことを条件に行われ、前記モータに負荷を与えるように前記複数のスイッチング素子のうちの所定のスイッチング素子の駆動を制御する制動制御によって、前記ロータの回転を停止させる停止制御と、を実行する、電動圧縮機。
  2. 前記制御部は、前記停止指令が外部から入力されたときの前記回転数が前記第1回転数より高い場合には、前記センサレス制御によって、前記回転数を前記第1回転数に到達するまで低下させるセンサレス減速制御を、前記同期減速制御の前に実行する、請求項1に記載の電動圧縮機。
  3. 前記圧縮機構、前記モータ、前記駆動回路及び前記制御部を内部に収容すると共に車両に固定されるハウジングを含み、
    前記第2回転数は、前記車両における前記ハウジングが固定される部分を含む車両側部分の共振周波数に相当する回転数よりも高い値に設定されている、請求項1又は2に記載の電動圧縮機。
  4. 前記制御部は、前記センサレス制御から前記同期減速制御に移行する直前の前記センサレス制御における前記電流値に基づいて、前記同期減速制御における前記目標電流値を決定する、請求項1~3のいずれか一つに記載の電動圧縮機。
  5. 前記制御部は、前記同期減速制御を実行しているときの前記圧縮機構における吸入圧力領域の圧力値及び吐出圧力領域の圧力値に基づいて、前記同期減速制御における前記目標電流値を決定すると共に、当該決定した前記目標電流値を前記圧力値の変化に応じて変更する、請求項1~3のいずれか一つに記載の電動圧縮機。
  6. 前記制御部は、前記同期減速制御において、減速度が一定の線形減速パターン又は減速度が徐々に減少する曲線減速パターンで、前記回転数を低下させる、請求項1~5のいずれか一つに記載の電動圧縮機。
  7. 前記制御部は、前記センサレス制御から前記同期減速制御に移行する直前の前記圧縮機構における吸入圧力領域の圧力値及び吐出圧力領域の圧力値に基づいて、前記同期減速制御を終了するまでの時間を決定する、請求項6に記載の電動圧縮機。
JP2022041723A 2022-03-16 2022-03-16 電動圧縮機 Active JP7788896B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022041723A JP7788896B2 (ja) 2022-03-16 2022-03-16 電動圧縮機
CN202380025635.4A CN118872195A (zh) 2022-03-16 2023-02-16 电动压缩机
PCT/JP2023/005383 WO2023176279A1 (ja) 2022-03-16 2023-02-16 電動圧縮機
DE112023001412.4T DE112023001412T5 (de) 2022-03-16 2023-02-16 Elektrisch angetriebener Verdichter
US18/843,392 US20250172157A1 (en) 2022-03-16 2023-02-16 Electric compressor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022041723A JP7788896B2 (ja) 2022-03-16 2022-03-16 電動圧縮機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023136220A JP2023136220A (ja) 2023-09-29
JP7788896B2 true JP7788896B2 (ja) 2025-12-19

Family

ID=88022923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022041723A Active JP7788896B2 (ja) 2022-03-16 2022-03-16 電動圧縮機

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250172157A1 (ja)
JP (1) JP7788896B2 (ja)
CN (1) CN118872195A (ja)
DE (1) DE112023001412T5 (ja)
WO (1) WO2023176279A1 (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020139461A (ja) 2019-02-28 2020-09-03 株式会社豊田自動織機 電動圧縮機

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000287485A (ja) 1999-03-30 2000-10-13 Toshiba Corp 空気調和機用コンプレッサモータ制御装置
JP3454210B2 (ja) * 1999-11-30 2003-10-06 株式会社日立製作所 同期モータの位置センサレス制御方法
KR100645808B1 (ko) * 2004-12-08 2006-11-23 엘지전자 주식회사 모터 제어방법
JP6241453B2 (ja) * 2015-06-18 2017-12-06 株式会社デンソー モータ駆動装置
US11594993B2 (en) * 2018-07-18 2023-02-28 Mitsubishi Electric Corporation Rotary machine controller, refrigerant compressor, refrigeration cycle system, and air conditioner
JP7346886B2 (ja) * 2019-04-12 2023-09-20 マックス株式会社 空気圧縮機
JP7257902B2 (ja) * 2019-07-10 2023-04-14 キヤノン株式会社 画像読取装置及び画像形成装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020139461A (ja) 2019-02-28 2020-09-03 株式会社豊田自動織機 電動圧縮機

Also Published As

Publication number Publication date
US20250172157A1 (en) 2025-05-29
DE112023001412T5 (de) 2025-01-02
WO2023176279A1 (ja) 2023-09-21
JP2023136220A (ja) 2023-09-29
CN118872195A (zh) 2024-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4259173B2 (ja) 電動圧縮機の駆動装置
JP5984524B2 (ja) モータ制御装置
US10087935B2 (en) Motor-driven compressor
JP2018064322A (ja) 車両用インバータ駆動装置及び車両用流体機械
JP4561838B2 (ja) インバータ装置
JP6217667B2 (ja) 電動圧縮機
JP7322808B2 (ja) インバータ制御装置及び車載用流体機械
JP6982511B2 (ja) 電動圧縮機
JP7788896B2 (ja) 電動圧縮機
JP6668976B2 (ja) 電動圧縮機
JP4804100B2 (ja) モータ駆動装置及びその制御方法、空気調和装置
JP2008172880A (ja) ブラシレスdcモータの駆動方法及び駆動装置
JP2005124330A (ja) ファン制御装置、冷凍サイクル装置及びファン回転数推定方法
JP6658356B2 (ja) 電動圧縮機
US11628729B2 (en) Inverter controller and on-vehicle fluid machine
JP2005207362A (ja) 電動圧縮機の駆動装置
JP2022086671A (ja) 電動圧縮機
US10190587B2 (en) Motor-driven compressor
JP4357176B2 (ja) モータの制御装置、その制御装置を用いた空気調和機および冷蔵庫
JP2021035158A (ja) 真空排気装置及びその運転方法
US20230318500A1 (en) Motor-driven compressor
JP7251496B2 (ja) インバータ制御装置及び車載用流体機械
JP2007295673A (ja) モータ制御装置
JP7006558B2 (ja) 電動圧縮機
CN119948261A (zh) 涡旋式电动压缩机

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251111

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251209

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7788896

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150