JPH07337072A - 密閉型コンプレッサの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過電流保護動作のための過電流上限値を、直
流ブラシレスモータの永久磁石回転子に対し減磁作用に
よる悪影響が及ぶ事態を防止しながら最大限引き上げる
ことが可能となり、これにより密閉型コンプレッサの運
転可能範囲の拡大を実現すること。 【構成】 制御回路１２は、ドライブ回路８内のＩＧＢ
Ｔ９ａ〜９ｆをオンオフ制御して密閉型コンプレッサ用
の直流ブラシレスモータ４を駆動すると共に、特に、端
子Ｐに電流制限指令信号Ｓｚが与えられた状態では、Ｉ
ＧＢＴ９ａ〜９ｆをオフさせて直流ブラシレスモータ４
に流れる負荷電流を遮断する。電流制限回路１３は、電
流検出回路１４が検出した負荷電流が過電流上限値を越
えたときに電流制限指令信号Ｓｚを出力して制御回路４
の端子Ｐに与える。この場合、電流制限回路１３は、上
記過電流上限値を、サーミスタ５が検知する直流ブラシ
レスモータ４の温度が高い場合ほど高くなるように補正
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動源として直流ブラ
シレスモータを利用した密閉型コンプレッサ、特には上
記直流ブラシレスモータの過電流保護を行うための保護
手段を備えた密閉型コンプレッサの保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電気自動車用空調装置のための冷
凍サイクルにあっては、冷媒圧縮機として、圧縮ポンプ
部及びこの圧縮ポンプ部を駆動するためのモータを密閉
容器内に収納して成る密閉型コンプレッサが利用され
る。このような密閉型コンプレッサでは、上記駆動用モ
ータとして、始動トルクが大きく且つ可変速駆動が容易
であると共に、高効率・低騒音などのメリットがある直
流ブラシレスモータを利用することが一般的となってい
る。

【０００３】上記直流ブラシレスモータの駆動装置は、
当該モータの電機子巻線への電流供給を行うための半導
体スイッチング素子と、この半導体スイッチング素子を
オンオフ制御する制御回路とを含んで構成されるもので
あるが、その制御回路には、過電流から上記電機子巻線
及び半導体スイッチング素子を保護するための過電流制
限機能が設けられるのが一般的である。具体的には、上
記制御回路に対して、電機子巻線に流れる負荷電流を監
視し、その負荷電流が予め設定された過電流上限値を越
えたときに、半導体スイッチング素子をオフして負荷電
流を遮断するという保護機能を付加することが行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】直流ブラシレスモータ
のように回転子が永久磁石により構成されるものでは、
その永久磁石に対し電機子側からの減磁作用が働くとい
う現象を考慮する必要がある。このため、前述したよう
な保護機能のための過電流上限値は、直流ブラシレスモ
ータの回転子を構成する永久磁石に対して減磁作用によ
る悪影響が及ばないような値以下に設定されることにな
る。ところが、従来では、上記過電流上限値を一定値に
固定する構成であるため、直流ブラシレスモータの負荷
電流の最大値が、回転子を構成する永久磁石の減磁特性
に対し一義的に依存したものとならざるを得ず、結果的
に密閉型コンプレッサの運転可能範囲が制限されるとい
う問題点があった。

【０００５】本発明は上記のような事情に鑑み、且つ永
久磁石の減磁特性が温度に依存して変化するという現象
に着目してなされたものであり、その目的は、密閉型コ
ンプレッサの駆動源である直流ブラシレスモータの負荷
電流が予め設定された過電流上限値を越えたときに当該
負荷電流を制限するという保護機能を実現する場合に、
上記過電流上限値を、直流ブラシレスモータの永久磁石
回転子に対し減磁作用による悪影響が及ぶ事態を防止し
ながら最大限引き上げることが可能となり、これにより
密閉型コンプレッサの運転可能範囲の拡大を実現できる
ようになる密閉型コンプレッサの保護装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、駆動源として設けられた直流ブラシレスモ
ータに流れる負荷電流が予め設定された過電流上限値を
越えたときにその負荷電流を制限する保護手段を備えた
密閉型コンプレッサの保護装置において、前記直流ブラ
シレスモータの温度を検知する温度センサと、この温度
センサによる検知温度及び前記直流ブラシレスモータの
回転子を構成する永久磁石の減磁特性に基づいて前記過
電流上限値を補正する補正手段とを備えた構成としたも
のである（請求項１）。

【０００７】この場合、前記温度センサを、前記密閉型
コンプレッサの外殻を構成する密閉容器の外面における
前記直流ブラシレスモータとの対応部位に伝熱的に配置
する構成とすることもできる（請求項２）。

【０００８】また、前記温度センサを、前記密閉型コン
プレッサに連結された冷媒通路を流れる冷媒の温度に基
づいて前記ブラシレスモータの温度を検知する構成とし
ても良い（請求項３）。

【０００９】

【作用】直流ブラシレスモータに流れる負荷電流が過電
流上限値を越えたときには、保護手段が負荷電流を制限
（「遮断」も含む概念である）するという保護動作を行
うようになる。この場合、補正手段は、上記過電流上限
値を温度センサが検知する前記直流ブラシレスモータの
温度及び前記直流ブラシレスモータの回転子を構成する
永久磁石の減磁特性に基づいて補正するようになる。

【００１０】即ち、例えば、上記永久磁石が、温度上昇
に伴い保持力が大きくなるという減磁特性を備えたもの
であった場合には、補正手段は、前記過電流上限値を、
温度センサが検知する直流ブラシレスモータの温度が高
い状態時ほど高くなるように補正し、永久磁石が温度低
下に伴い保持力が大きくなるという減磁特性を備えたも
のであった場合には、補正手段は、過電流上限値を、温
度センサが検知する直流ブラシレスモータの温度が低い
状態時ほど高くなるように補正する。

【００１１】このような補正が行われる結果、上記過電
流上限値を、永久磁石に対し減磁作用による悪影響が及
ばない範囲内で最大限に高め得るようになって、直流ブ
ラシレスモータに供給可能な負荷電流のレベル、ひいて
は当該直流ブラシレスモータの最大発生トルクを、その
ときの永久磁石の温度に応じて最大限に引き上げ得るよ
うになるから、密閉型コンプレッサの運転可能範囲の拡
大を実現できるようになる。

【００１２】請求項２記載の装置のように、前記温度セ
ンサが、密閉型コンプレッサの外殻を構成する密閉容器
の外面における直流ブラシレスモータとの対応部位に伝
熱的に配置されていた場合には、その温度センサの取り
付け構造、並びに当該温度センサからの信号線の引き出
し構造が簡単化するようになって、製造コストの低減を
実現できるようになる。

【００１３】密閉型コンプレッサに連結された冷媒通路
を流れる冷媒の温度と、直流ブラシレスモータの温度と
の間には相関関係があるから、請求項３記載の装置のよ
うに前記温度センサが、密閉型コンプレッサに連結され
た冷媒通路を流れる冷媒の温度を検知する構成とされて
いた場合でも、その温度センサにより直流ブラシレスモ
ータの温度を検知できるものであり、この場合にも、温
度センサの取り付け構造、並びに当該温度センサからの
信号線の引き出し構造が簡単化するようになって、製造
コストの低減を実現できるようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図１〜図
４を参照しながら説明する。図３において、密閉型コン
プレッサ１は、例えば電気自動車用空調装置の冷凍サイ
クル（図示せず）において冷媒圧縮を行うためのもの
で、その外殻を構成する密閉容器２内に、圧縮ポンプ部
３及びこの圧縮ポンプ部３を駆動するための直流ブラシ
レスモータ４を収納した構成となっている。この場合、
上記密閉容器２の外面における前記直流ブラシレスモー
タ４との対応部位には、本発明でいう温度センサに対応
したサーミスタ５が伝熱的に配置されており、そのサー
ミスタ５の出力は駆動ユニット６に与えられるようにな
っている。

【００１５】尚、上記直流ブラシレスモータ４の回転子
に設けられる永久磁石（図示せず）は、この実施例で
は、温度上昇に伴い保持力が大きくなるという減磁特性
を備えたフェライト磁石により構成している。

【００１６】上記駆動ユニット６は、車載バッテリ７の
出力によって直流ブラシレスモータ４をセンサレス駆動
するためのものであり、以下、この駆動ユニット６の具
体的構成例について図１及び図２を参照しながら説明す
る。但し、この例では、直流ブラシレスモータ４として
三相全波方式のものを採用した場合を示している。

【００１７】即ち、図１において、直流ブラシレスモー
タ４の各相電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗには、車載バッ
テリ７の出力がドライブ回路８を通じて供給される。こ
のドライブ回路８は、６個のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタ）９ａ〜９ｆを三相ブリッジ接続す
ると共に、各ＩＧＢＴ９ａ〜９ｆと並列にフライホイー
ルダイオード１０ａ〜１０ｆを接続した周知構成のもの
であり、ＩＧＢＴ９ａ及び９ｅ、９ｂ及び９ｆ、９ｃ及
び９ｄの各対を順次オンさせることによって、直流ブラ
シレスモータ４を２相同時通電により駆動するようにな
っている。尚、直流ブラシレスモータ４の回転数制御
は、電圧制御により行われるのが一般的であり、斯様な
電圧制御のためには、例えばＩＧＢＴ９ａ〜９ｆのオン
オフデューティを指定された比率で制御するというチョ
ッパ制御を採用すれば良い。

【００１８】回転子位置信号発生回路１１は、直流ブラ
シレスモータ４の図示しない永久磁石回転子の回転位置
を示す信号を、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗの誘起電圧
に基づいて発生するために設けられている。つまり、回
転子位置信号発生回路１１は、各電機子巻線４Ｕ、４
Ｖ、４Ｗの端子電圧から誘起電圧を検出し、その誘起電
圧を波形処理することによって転流過渡状態の影響を除
去した誘起電圧信号を得ると共に、このように得た誘起
電圧信号の位相を回転子の回転周期に応じた時間分だけ
シフトすることにより、ホール素子のような回転子位置
検出器によって得られる回転子位置信号と同等の信号を
生成するようになっている。

【００１９】制御回路１２は、前記ドライブ回路８内の
ＩＧＢＴ９ａ〜９ｆをオンオフ制御するための駆動信号
を、回転子位置信号発生回路１１からの回転子位置信号
を論理変換することによって作成するためのものであ
る。この場合、制御回路１２は、本発明でいう保護手段
の機能も備えており、その端子Ｐに電流制限回路１３か
らの電流制限指令信号Ｓｚが与えられた状態では、例え
ばＩＧＢＴ９ａ〜９ｆに対するゲート制御信号の供給を
停止することによって、それらＩＧＢＴ９ａ〜９ｆをオ
フさせ、これにより電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに流れ
る負荷電流を遮断する構成となっている。

【００２０】上記電流制限回路１３は、本発明でいう補
正手段の機能も備えたものであり、これには前記サーミ
スタ５からの出力が与えられると共に、電流検出回路１
４からの出力が与えられるようになっている。この電流
検出回路１４は、ドライブ回路８に流れる電流（つまり
直流ブラシレスモータ４に流れる負荷電流）を検出する
ように設けられたシャント抵抗を含んで成るもので、そ
の検出電流に応じたレベルの電圧信号Ｖａを出力する構
成となっている。

【００２１】しかして、図２には電流制限回路１３の具
体的構成が示されており、以下これについて説明する。
即ち、前記サーミスタ５は、一端が定電圧電源端子＋Ｖ
ccに接続されると共に、他端が抵抗１５を介してグラン
ド端子に接続されている。従って、サーミスタ５及び抵
抗１５の共通接続点からは、サーミスタ５による検知温
度が高くなるのに伴い高レベルとなる電圧信号Ｖｂが出
力される。この電圧信号Ｖｂは、本発明でいう過電流上
限値に相当するもので、バッファアンプ１６及びダイオ
ード１７を介して比較回路１８の非反転入力端子（＋）
に与えられる。また、この比較回路１８の反転入力端子
（−）には、前記電流検出回路１４からの電圧信号Ｖａ
が与えられるようになっている。

【００２２】このように構成された結果、Ｖａ＞Ｖｂの
関係となったとき、つまり、電圧信号Ｖａにより示され
る直流ブラシレスモータ４の負荷電流が、電圧信号Ｖｂ
により示される過電流上限値を越えたときに、比較回路
１８からローレベル信号が出力されるものであり、この
ローレベル信号が前述した電流制限指令信号Ｓｚとして
制御回路１２の端子Ｐに与えられる。尚、上記比較回路
１８には必要に応じてヒステリシスが付与される。

【００２３】従って、上記した本実施例の構成によれ
ば、電圧信号Ｖａにより示される直流ブラシレスモータ
４の負荷電流が、電圧信号Ｖｂにより示される過電流上
限値を越えた状態となったときに、電流制限回路１３か
ら電流制限指令信号Ｓｚが出力されて制御回路１２の端
子Ｐに与えられるものであり、この電流制限指令信号Ｓ
ｚを受けた制御回路１２は、ＩＧＢＴ９ａ〜９ｆをオフ
させることによって、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに流
れる負荷電流を遮断するという保護動作を行うようにな
る。

【００２４】この場合、上記電圧信号Ｖｂのレベル、つ
まり制御回路１２による過電流保護動作のための過電流
上限値は、図４に実線で示すように、サーミスタ５が検
知する直流ブラシレスモータ４の温度が高い場合ほど高
くなるものであるから、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに
流し得る負荷電流の最大値は、サーミスタ５による検知
温度の上昇に応じて増えるようになる。尚、上記過電流
上限値は、直流ブラシレスモータ４の図示しない回転子
を構成する永久磁石（本実施例ではフェライト磁石）が
減磁されるときの負荷電流（図４に二点鎖線で示す）よ
り小さな値に設定されるものである。また、図４中に
は、従来構成における過電流上限値（一定値）を破線で
示した。

【００２５】ここで、サーミスタ５が検知する直流ブラ
シレスモータ４の温度は、その直流ブラシレスモータ４
の図示しない回転子を構成する永久磁石の温度と所定の
対応関係にあり、また、本実施例の直流ブラシレスモー
タ４に使用される永久磁石は、その温度が高くなるのに
応じて保持力が大きくなるという減磁特性、つまり温度
が高い場合ほど減磁しにくくなるという減磁特性を備え
ているから、上記のようにサーミスタ５による検知温度
が高くなるのに応じて過電流上限値を高くすることによ
って、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに流し得る負荷電流
の最大値を増やす構成した場合でも、その永久磁石に対
し減磁作用による悪影響が及ぶことを防止可能となる。
この結果、直流ブラシレスモータ４に供給可能な負荷電
流のレベル、ひいては当該直流ブラシレスモータ４の最
大発生トルクを、そのときの永久磁石の温度に応じて最
大限に引き上げ得るようになるから、密閉型コンプレッ
サ１の運転可能範囲の拡大を実現できるようになる。

【００２６】また、上記のような制御に必要なサーミス
タ５は、密閉型コンプレッサ１の外殻を構成する密閉容
器２の外面における直流ブラシレスモータ４との対応部
位に伝熱的に配置するだけで良いから、そのサーミスタ
５の取り付け構造、並びに当該サーミスタ５からの信号
線の引き出し構造が簡単化するようになって、製造コス
トの低減を実現できるようになる。

【００２７】尚、上記第１実施例では、直流ブラシレス
モータ４の温度を検知するためのサーミスタ５を密閉容
器２の外面に取り付ける構成としたが、その取り付け位
置は、当該直流ブラシレスモータ４の温度（回転子を構
成する永久磁石の温度）を直接的或いは間接的に検知で
きる部位であれば、どこでも良いものである。具体的に
は、例えば本発明の第２実施例を示す図５のように構成
しても良いものであり、以下においてはこの第２実施例
について前記第１実施例と異なる部分のみ説明する。

【００２８】即ち、この実施例は、温度センサ５を、密
閉型コンプレッサ１に連結された冷媒通路を流れる冷媒
の温度を検知するように設けた点に特徴を有する。具体
的には、図５において、密閉型コンプレッサ１を含んで
構成される冷凍サイクル１９は、当該コンプレッサ１の
冷媒吐出口１ａ及び冷媒吸入口１ｂ間に、コンデンサ２
０、膨張弁２１及びエバポレータ２２をこの順に連結し
て構成されており、温度センサ５は、冷媒吐出口１ａと
コンデンサ２０との間を繋ぐ冷媒流通管２３を流れる冷
媒の温度を検知するように設けられる。

【００２９】この場合、密閉型コンプレッサ１は、直流
ブラシレスモータ４の冷却構造として、吐出冷媒冷却形
式（直流ブラシレスモータ４を圧縮ポンプ部３からの吐
出冷媒雰囲気に配置した形式）を採用している。このた
め、冷媒吐出口１ａから吐出される冷媒の温度と、直流
ブラシレスモータ４の温度との間には密接な追従関係が
存在するものであり、サーミスタ５によって直流ブラシ
レスモータ４の温度を検知できるようになる。

【００３０】従って、本実施例においても前記第１実施
例と同様に密閉型コンプレッサ１の運転可能範囲の拡大
を実現できるようになると共に、サーミスタ５の取り付
け構造、並びに当該サーミスタ５からの信号線の引き出
し構造を簡単化できて、製造コストの低減を実現できる
ようになる。

【００３１】尚、上記第２実施例では、密閉型コンプレ
ッサ１における直流ブラシレスモータ４の冷却構造とし
て、吐出冷媒冷却形式を採用した例であるため、サーミ
スタ５により吐出冷媒の温度を検知する構成としたが、
冷却構造が吸入冷媒冷却形式（直流ブラシレスモータを
圧縮ポンプ部による冷媒吸入雰囲気に配置した形式）で
あった場合には、サーミスタ５を上記冷媒吸入雰囲気の
温度を検知し得る位置に配置することになる。

【００３２】また、上記各実施例では、直流ブラシレス
モータ４の回転子に設けられる永久磁石をフェライト磁
石により構成した例を説明したが、その永久磁石を、温
度低下に伴い保持力が大きくなるという減磁特性を備え
た希土類磁石により構成しても良いものである。但し、
この場合には、永久磁石の減磁特性が上記した各実施例
の場合と逆になるから、過電流上限値を、サーミスタ５
が検知する直流ブラシレスモータ４の温度が低い状態時
ほど高くなるように補正する制御を行うことになる。

【００３３】このような構成を採用した場合において、
密閉型コンプレッサ１における直流ブラシレスモータ４
の冷却構造が吸入冷媒冷却形式であったときには、直流
ブラシレスモータ４が常に低温雰囲気に晒されることに
なるから、その直流ブラシレスモータ４に供給し得る負
荷電流の最大値を引き上げ得るようになって、実際の使
用上において有利となる。

【００３４】その他、本発明は上記した実施例に限定さ
れるものではなく、次のように変形または拡張できる。
直流ブラシレスモータ４の負荷電流が過電流上限値を越
えた状態となったときに、ＩＧＢＴ９ａ〜９ｆをオフさ
せることによって負荷電流を遮断するという保護動作を
行う構成としたが、直流ブラシレスモータ４の負荷電流
が過電流上限値を越えた状態となったときに、ＩＧＢＴ
９ａ〜９ｆのオフデューティを大きくすることによって
負荷電流を制限するという保護動作を行う構成としても
良い。

【００３５】ドライブ回路８を構成するスイッチング素
子としては、ＩＧＢＴに限らず、パワートランジスタ、
ＦＥＴ、ＧＴＯなどのような半導体スイッチング素子を
利用することも可能である。また、温度センサとして、
サーミスタ以外のものを利用することも可能である。電
流制限回路１３をディスクリート回路の組み合わせによ
り実現したが、例えば制御回路１２がマイクロコンピュ
ータを含んで構成される場合には、そのマイクロコンピ
ュータのプログラムにより実現することも可能である。
また、保護対象となる密閉型コンプレッサは、電気自動
車用空調装置に利用されるものに限定されないことは勿
論である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の発明によれば、密閉型コンプレッサの駆動
源である直流ブラシレスモータに流れる負荷電流が予め
設定された過電流上限値を越えたときに、その負荷電流
を制限するという保護機能を設ける場合において、前記
直流ブラシレスモータの温度を検知する温度センサを設
けると共に、この温度センサによる検知温度に基づいて
前記過電流上限値を補正する補正手段を設ける構成とし
たから、前記保護機能のための過電流上限値を、直流ブ
ラシレスモータの永久磁石回転子に対し減磁作用による
悪影響が及ぶ事態を防止しながら最大限引き上げること
が可能となり、これにより密閉型コンプレッサの運転可
能範囲の拡大を実現できるようになるという優れた効果
を奏するものである。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、前記温度セ
ンサを、前記密閉型コンプレッサの外殻を構成する密閉
容器の外面における前記直流ブラシレスモータとの対応
部位に伝熱的に配置する構成とし、また、請求項３記載
の発明によれば、温度センサを、密閉型コンプレッサに
連結された冷媒通路を流れる冷媒の温度に基づいて前記
ブラシレスモータの温度を検知する構成としたから、温
度センサの取り付け構造、並びに当該温度センサからの
信号線の引き出し構造を簡単化できて、製造コストを低
減できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の電気的構成図

【図２】要部の電気的構成図

【図３】密閉型コンプレッサの外観を駆動ユニットと共
に実体的に示す図

【図４】作用説明用の特性図

【図５】本発明の第２実施例における密閉型コンプレッ
サ、駆動ユニット及び冷凍サイクルの関係を実体的に示
す図

【符号の説明】

図面中、１は密閉型コンプレッサ、２は密閉容器、３は
圧縮ポンプ部、４は直流ブラシレスモータ、５はサーミ
スタ（温度センサ）、６は駆動ユニット、７は車載バッ
テリ、１１は回転子位置信号発生回路、１２は制御回路
（保護手段）、１３は電流制限回路（補正手段）、１４
は電流検出回路、１９は冷凍サイクルを示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 6/18 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１ Ｓ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源として設けられた直流ブラシレス
   モータに流れる負荷電流が予め設定された過電流上限値
   を越えたときにその負荷電流を制限する保護手段を備え
   た密閉型コンプレッサの保護装置において、 前記直流ブラシレスモータの温度を検知する温度センサ
   と、 この温度センサによる検知温度及び前記直流ブラシレス
   モータの回転子を構成する永久磁石の減磁特性に基づい
   て前記過電流上限値を補正する補正手段とを備えたこと
   を特徴とする密閉型コンプレッサの保護装置。
2. 【請求項２】 前記温度センサは、前記密閉型コンプレ
   ッサの外殻を構成する密閉容器の外面における前記直流
   ブラシレスモータとの対応部位に伝熱的に配置されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の密閉型コンプレッサの保
   護装置。
3. 【請求項３】 前記温度センサは、前記密閉型コンプレ
   ッサに連結された冷媒通路を流れる冷媒の温度に基づい
   て前記ブラシレスモータの温度を検知するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の密閉型コンプ
   レッサの保護装置。