電動コンプレッサの制御装置

【課題】脱調しづらく安定な起動を実現できる電動コンプレッサの制御装置を提供する。
【解決手段】電動コンプレッサ２を駆動する同期電動モータ１６と、このモータ１６の目標速度ω₁^*を設定する目標速度設定部１１と、目標速度ω₁^*に応じてモータ１６を制御するモータ制御部１５と、を有する電動コンプレッサの制御装置において、モータ１６の起動時、目標速度ω₁^*を増加補正する目標速度補正部１３を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動コンプレッサの制御装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータ起動時のトルクを大きくして確実にモータを駆動させるために、モータの速度に応じて起動・低速運転時と高速運転時の２つの制御を切り替える技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１４７４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１では、通常運転時に用いられる、PWM制御・正弦波駆動ベクトル制御方式に加えて、起動時・低速運転時には制御の劣る簡易な制御方式を用意してそれぞれ切り替え運転しなくてはならない。このとき、モータ速度のみに応じて切り替え判断を行っているため、起動時・低速時には常に簡易な制御方式で運転することになり、脱調（制御パルスに対応した回転の同期が失われること）しやすいという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、脱調しづらく安定な起動を実現できる電動コンプレッサの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上位目的を達成するため、本発明では、同期電動モータの起動時、目標速度を増加補正する目標速度補正手段を備える。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、モータ起動時に目標速度を増加補正するため、脱調しづらく安定な起動を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の電動コンプレッサの制御装置を実施するための最良の形態を、各実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の電動コンプレッサの制御装置を用いた空調システムの概略説明図である。
実施例１における空調システムは、コントローラ１、電動コンプレッサ２、リキッドタンク３、ファン４、コンデンサ５、エバポレータ６、電磁弁７、温度センサ８およびエアコンスイッチ９を主要な構成としている。
コントローラ１は、車室内の温度が目標温度に保たれるように、電動コンプレッサ２や電磁弁７を制御する。電動コンプレッサ２の制御については、後述する。
【０００９】
電動コンプレッサ２は、エバポレータ６からの冷媒を圧縮して高圧冷媒をコンデンサ５へ送る。
リキッドタンク３は、一時的に液化した冷媒を貯留して水分やゴミを除去し、液化冷媒を電磁弁７へ送る。
ファン４は、車室内を空調する冷却風を発生させ、車室内へ送る。
コンデンサ５は、電動コンプレッサ２からの高圧冷媒を放熱冷却させ液化させる。
エバポレータ６は、冷媒を蒸発させてファン４が車室内に送る空気を冷却する。
【００１０】
電磁弁７は、コントローラ１からの指令により冷媒量を制御する。なお、エキスパンションバルブとしての機能を備えるようにしてもよく、別に設けるようにしてもよい。
温度センサ８は、エバポレータ通過直後の空気温を検出する。
エアコンスイッチ９は、車室内に設けられ、乗員の操作により空調システムのオンオフを入力する操作スイッチである。
【００１１】
図２は、実施例１の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図である。この制御は、コントローラ１に組み込まれている。
コントローラに組み込まれた電動コンプレッサの制御装置は、目標速度設定部（目標速度設定部）１１と、タイマ１２と、目標速度補正部（目標速度補正手段）１３と、加算器１４と、モータ制御部（モータ制御手段）１５とを有している。
【００１２】
目標速度設定部１１は、日射量、車室内温度、エアコンの目標設定温度などの情報を用いて設定されたエバポレータ通過直後の空気の目標温度と、温度センサ８により検出された実際の温度との偏差に基づいて、電動コンプレッサ２のモータ１６の目標速度ω₁^*を設定し、加算器１４へ出力する。実施例１では、モータ１６として、三相交流により駆動する同期モータを用いている。
【００１３】
タイマ１２は、モータ１６の起動時間が所定時間tとなるまでの時間を計測する。
目標速度補正部１３は、モータ１６の起動直後から所定時間tが経過するまでの間、目標速度設定部１１から出力された目標速度ω₁^*を増加補正するための補正値Δω₁^*を加算器１４へ出力する。実施例１では、補正値Δω₁^*を所定値としている。
加算器１４は、目標速度ω₁^*と補正値Δω₁^*とを加算した補正後目標速度ω₂^*をモータ制御部１５へ出力する。
【００１４】
モータ制御部１５は、モータ１６の実際の回転速度が補正後目標速度ω₂^*と一致するようにモータ１６を駆動する。ただし、停止指令中は、目標速度にかかわらず、モータ１６を停止する。
ここで、モータ１６は、エンコーダ等を使用しないセンサレス方式で駆動しており、モータ１６の位置や回転速度は、電圧・電流値等から演算により推定している。
【００１５】
作用を説明する。
例えば、エンコーダ等を使用しないセンサレス方式でモータを駆動する場合、位置・速度は電圧・電流値等から演算により推定される。このため、起動時、低速運転時等は電圧・電流値が微小で、位置・速度の推定が困難となり、脱調（制御パルスに対応した回転の同期が失われること）の可能性がある。さらに、コンプレッサと組み合わせてモータを駆動する場合には、コンプレッサ側の差圧（吐出圧力と吸入圧力との差圧）の影響により、負荷変動が大きく、モータの起動はより困難となる。
【００１６】
これに対し、実施例１では、目標速度設定部１１により生成された目標速度ω₁^*を、起動開始から所定時間tが経過するまでの間、目標速度補正部１３の補正値Δω₁^*によって増加補正している。モータ１６は、目標速度ω₁^*に補正値Δω₁^*を加算した補正後目標速度ω₂^*を目標値として制御されるため、図３に示すように、起動時の実際の回転速度（モータ速度）は、目標速度ω₁^*に対して補正値Δω₁^*分だけオーバーシュートする。
【００１７】
よって、起動時の回転速度を、コンプレッサ側の差圧に打ち勝つ速度まで高めることができるため、センサレスの構成としつつ、脱調しづらく安定な起動を実現できる。
【００１８】
次に、効果を説明する。
実施例１の電動コンプレッサの制御装置にあっては、電動コンプレッサ２を駆動する同期電動モータ１６と、このモータ１６の目標速度ω₁^*を設定する目標速度設定部１１と、目標速度ω₁^*に応じてモータ１６を制御するモータ制御部１５と、を有する電動コンプレッサの制御装置において、モータ１６の起動時、目標速度ω₁^*を増加補正する目標速度補正部１３を備える。これにより、センサレスの構成としつつ、脱調しづらく安定な起動を実現できる。
【実施例２】
【００１９】
図４は、実施例２の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図であり、実施例２では、目標速度ω₁^*に基づいて、当該目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部（補正判断手段）１７を備えている。
【００２０】
補正判断部１７では、目標速度ω₁^*と設定速度とを比較し、ω₁^*≦設定速度の場合には１を出力し、ω₁^*＞設定速度の場合には０を出力する。設定速度は、脱調のおそれのない十分に高いモータ速度であり、あらかじめ実験等により求めた値である。
【００２１】
乗算器１８は、目標速度補正部１３から出力された補正値Δω₁^*と、補正判断部１７から出力された値（１または０）とを乗算し、加算器１４へ出力する。
なお、他の構成については実施例１と同様であるため、説明を省略する。
【００２２】
次に、作用を説明する。
実施例１では、目標速度ω₁^*にかかわらず目標速度ω₁^*を増加補正していたため、モータ速度は常に目標速度ω₁^*に対してオーバーシュートする。すなわち、目標速度ω₁^*が十分に高く脱調のおそれがない場合には、目標速度ω₁^*の増加補正は不要であり、過度にモータ速度を高めるのは静粛性や耐久性の観点から好ましくない。
【００２３】
これに対し、実施例２では、図５に示すように、起動時の目標速度ω₁^*が設定速度以下、すなわち、起動が困難で脱調のおそれがある場合には、目標速度ω_1*を増加補正することで、安定した起動を実現できる。
一方、図６に示すように、起動時の目標速度ω₁^*が設定速度よりも高く、脱調のおそれのない場合には、目標速度ω₁^*を増加補正せず、通常の起動動作を行うことで、モータ速度の過度な上昇を防止できる。
【００２４】
次に、効果を説明する。
実施例２の電動コンプレッサの制御装置にあっては、目標速度ω₁^*に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部１７を備え、目標速度補正部１３は、補正判断部１７の判断結果に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正する。これにより、静粛性および耐久性の向上と、安定な起動との両立を実現できる。
【実施例３】
【００２５】
図７は、実施例３の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図であり、実施例３では、モータ１６に作用する負荷を推定するモータ負荷推定部（モータ負荷推定手段）１９と、モータ１６に作用する負荷に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部（補正判断手段）２０とを備えている。
【００２６】
モータ負荷推定部１９は、モータ１６の起動時、コンプレッサの差圧等の影響によってモータ１６に作用する負荷（モータ負荷）を推定する。
補正判断部２０では、モータ負荷推定部１９により推定されたモータ負荷と設定負荷とを比較し、モータ負荷≧設定負荷の場合には１を出力し、モータ負荷＜設定負荷の場合には０を出力する。設定負荷は、脱調のおそれのないモータ負荷であり、あらかじめ実験等により求めた値である。
なお、他の構成については実施例２と同様であるため、説明を省略する。
【００２７】
次に、作用を説明する。
実施例２で述べたように、実施例１では、モータ速度は常に目標速度ω₁^*に対してオーバーシュートするため、静粛性や耐久性の観点から好ましくない。
【００２８】
これに対して、実施例３では、図８に示すように、起動時のモータ負荷が設定負荷以上、すなわち、起動が困難で脱調のおそれがある場合には、目標速度ω_1*を増加補正することで、モータ速度をコンプレッサ側の差圧に打ち勝つ速度まで上昇させることができる。
【００２９】
一方、図９に示すように、コンプレッサ側の差圧が小さく確実に起動できる場合には、目標速度ω₁^*を増加補正せず、通常の起動動作を行うことで、モータ速度の過度な上昇を防止できる。
【００３０】
次に、効果を説明する。
実施例３の電動コンプレッサの制御装置にあっては、モータ負荷を推定するモータ負荷推定部１９と、モータ負荷に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部２０と、を備え、目標速度補正部１３は、補正判断部２０の判断結果に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正する。これにより、静粛性および耐久性の向上と、安定な起動との両立を実現できる。
【実施例４】
【００３１】
図１０は、実施例４の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図であり、実施例４では、目標速度ω₁^*とモータ負荷とに基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部（補正判断手段）２１を備えている。
【００３２】
補正判断部２１は、実施例２の補正判断部１７と実施例３の補正判断部２０とを組み合わせて構成されている。補正判断部１７は、目標速度ω₁^*と設定速度とを比較して乗算器１８に１または０を出力し、補正判断部２０は、モータ負荷推定部１９により推定されたモータ負荷と設定負荷とを比較して乗算器１８に１または０を出力する。
なお、他の構成については実施例３と同様であるため、説明を省略する。
【００３３】
次に、作用を説明する。
実施例４では、目標速度ω₁^*に応じた目標速度ω₁^*の増加補正判断と、モータ負荷に応じた目標速度ω₁^*の増加補正判断とを組み合わせた構成としているため、目標速度ω₁^*の補正領域は、図１１に示す範囲となる。よって、目標速度ω₁^*のみ、またはモータ負荷のみに応じて補正判断を行う場合と比較して、補正領域をより小さく抑えることができ、静粛性および耐久性をより高めることができる。
【００３４】
次に、効果を説明する。
実施例４の電動コンプレッサの制御装置にあっては、モータ負荷を推定するモータ負荷推定部１９と、目標速度ω₁^*とモータ負荷とに基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正するか否かを判断する補正判断部２１と、を備え、目標速度補正部１３は、補正判断部２１の判断結果に基づいて、目標速度ω₁^*を増加補正する。これにより、静粛性および耐久性の向上と、安定な起動との両立を実現できる。さらに、実施例２および３と比較して、静粛性および耐久性をより高めることができる。
【実施例５】
【００３５】
図１２は、実施例５の電動コンプレッサの制御装置の要部を示す制御ブロックであり、実施例５では、吐出圧力検出部２３により検出された電動コンプレッサ２の吐出圧力と、吸入圧力検出部２４により検出された電動コンプレッサ２の吸入圧力との差圧に基づいて、モータ負荷を推定するモータ負荷推定部２２を備える。
なお、他の構成については実施例３と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。
【００３６】
次に、作用を説明する。
図１３は、コンプレッサの吐出圧力と吸入圧力との差圧と、モータ負荷との関係図であり、モータ負荷は差圧に比例しているのがわかる。よって、差圧からモータ負荷を求めることで、モータ負荷の推定精度を高めることができる。
【００３７】
次に、効果を説明する。
実施例５の電動コンプレッサの制御装置にあっては、モータ負荷推定部２２は、電動コンプレッサ２の吐出圧力と吸入圧力との差圧に基づいてモータ負荷を推定するため、モータ負荷を精度良く推定できる。
【実施例６】
【００３８】
図１４は、実施例６の電動コンプレッサの制御装置の要部を示す制御ブロックであり、実施例６では、三相電流検出部（三相電流検出手段）２５と、モータ角度検出部（モータ角度検出手段）２６と、モータトルク演算部（モータトルク演算手段）２７と、経過時間計測部（経過時間計測手段）２８と、モータ負荷推定部（モータ負荷推定手段）２９とを備えている。
【００３９】
三相電流検出部２５は、シャント抵抗等を用いて、モータ１６に流れる三相交流電流を検出する。
モータ角度検出部２６は、モータ１６の電圧・電流値等からモータ１６の回転角度を推定する。なお、エンコーダを用いて回転角度を検出してもよい。
【００４０】
モータトルク演算部２７は、三相交流電流と回転角度とに基づいて、モータトルクを演算する。三相交流モータを制御する際に一般的なベクトル制御法を用いて、三相交流電流を、回転角度を基に２つの直流電流(id,iq)に変換し、下記の式(1)を用いて停止直前のモータトルクを演算する。
T = P{Ψ_ai_q + (L_d - l_q)i_di_q} …(1)
T：モータトルク
P：極体数
Ψ_a：永久磁石による鎖交磁束
L_d：d軸インダクタンス
L_q：q軸インダクタンス
i_d：d軸電流
i_q：q軸電流
【００４１】
経過時間計測部２８は、モータ停止から次に起動するまでの経過時間を計測する。
モータ負荷推定部２９は、停止直前のモータトルクと停止から起動までの経過時間とに基づいて、モータ負荷を推定する。
なお、他の構成については、実施例３と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。
【００４２】
次に、作用を説明する。
図１５に示すように、差圧とモータトルク（モータ負荷）とは比例関係にあり（図１３参照）、差圧はモータ停止直後から一定の勾配で徐々に小さくなるため、停止直前のモータトルクと、停止から次に起動するまでの経過時間がわかれば、起動時の差圧の大きさを求めることができる。そして、実施例５に示したように、起動時の差圧がわかれば、モータ負荷を推定できる。
【００４３】
図１５において、停止直前(t1)のモータトルクが大きく、経過時間(t2-t1)が短い場合、起動時には大きな負荷がモータ１６に加えられ、これがある設定負荷以上であるとき、目標速度ω₁^*を増加補正する。逆に、停止直前(t3)のモータトルクが小さい、または経過時間(t4-t3)が長い場合は、起動時の負荷は小さくなるため、目標速度ω₁^*の増加補正は行わない。
【００４４】
次に、効果を説明する。
実施例６の電動コンプレッサの制御装置にあっては、モータ１６は、三相交流同期モータであり、モータ１６の三相交流電流を検出する三相電流検出部２５と、モータ１６の回転角度を検出するモータ角度検出部２６と、三相の電流とモータ１６の回転角度とに基づいて、モータトルクを演算するモータトルク演算部２７と、モータの停止から次に起動するまでの経過時間を計測する経過時間計測部２８と、を備え、モータ負荷推定部２９は、停止直前のモータトルクと停止から起動までの経過時間とに基づいて、モータ負荷を推定する。これにより、電動コンプレッサ２の圧力を計測することなくモータ負荷を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１の電動コンプレッサの制御装置を用いた空調システムの概略説明図である。
【図２】実施例１の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図である。
【図３】実施例１の目標速度の増加補正作用を示すタイムチャートである。
【図４】実施例２の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図である。
【図５】実施例２の目標速度に応じた目標速度の増加補正作用を示すタイムチャートである。
【図６】実施例２の目標速度に応じた目標速度の増加補正作用を示すタイムチャートである。
【図７】実施例３の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図である。
【図８】実施例３のモータ負荷に応じた目標速度の増加補正作用を示すタイムチャートである。
【図９】実施例３のモータ負荷に応じた目標速度の増加補正作用を示すタイムチャートである。
【図１０】実施例４の電動コンプレッサの制御装置の制御ブロック図である。
【図１１】実施例４の設定速度と設定負荷とに応じた目標速度の補正領域を示す図である。
【図１２】実施例５の電動コンプレッサの制御装置の要部を示す制御ブロックである。
【図１３】コンプレッサの吐出圧力と吸入圧力との差圧と、モータ負荷との関係図である。
【図１４】実施例６の電動コンプレッサの制御装置の要部を示す制御ブロックである。
【図１５】実施例６のモータ負荷推定方法を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１コントローラ
２電動コンプレッサ
３リキッドタンク
４ファン
５コンデンサ
６エバポレータ
７電磁弁
８温度センサ
９エアコンスイッチ
１１目標速度設定部（目標速度設定手段）
１２タイマ
１３目標速度補正部（目標速度補正手段）
１４加算器
１５モータ制御部
１６電動モータ（同期電動モータ）
１７補正判断部（補正判断手段）
１８乗算器
１９モータ負荷推定部（モータ負荷推定部）
２０補正判断部（補正判断手段）
２１補正判断部（補正判断手段）
２２モータ負荷推定部（モータ負荷推定手段）
２３吐出圧力検出部
２４吸入圧力検出部
２５三相電流検出部（三相電流検出手段）
２６モータ角度検出部（モータ角度検出手段）
２７モータトルク演算部（モータトルク演算手段）
２８経過時間計測部（経過時間計測手段）
２９モータ負荷推定部（モータ負荷推定手段）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサを駆動する同期電動モータと、
このモータの目標速度を設定する目標速度設定手段と、
前記目標速度に応じて前記モータを制御するモータ制御手段と、
を有する電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータの起動時、前記目標速度を増加補正する目標速度補正手段を備えることを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記目標速度に基づいて、前記目標速度を増加補正するか否かを判断する補正判断手段を備え、
前記目標速度補正手段は、前記補正判断手段の判断結果に基づいて、前記目標速度を増加補正することを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータに作用する負荷を推定するモータ負荷推定手段と、
前記モータに作用する負荷に基づいて、前記目標速度を増加補正するか否かを判断する補正判断手段と、
を備え、
前記目標速度補正手段は、前記補正判断手段の判断結果に基づいて、前記目標速度を増加補正することを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータに作用する負荷を推定するモータ負荷推定手段と、
前記目標速度と前記モータに作用する負荷とに基づいて、前記目標速度を増加補正するか否かを判断する補正判断手段と、
を備え、
前記目標速度補正手段は、前記補正判断手段の判断結果に基づいて、前記目標速度を増加補正することを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータ負荷推定手段は、前記コンプレッサの吐出圧力と吸入圧力との差圧に基づいて前記モータに作用する負荷を推定することを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータは、三相交流同期モータであり、
前記モータの三相交流電流を検出する三相電流検出手段と、
前記モータの回転角度を検出するモータ角度検出手段と、
前記三相交流電流とモータの回転角度とに基づいて、モータトルクを演算するモータトルク演算手段と、
前記モータの停止から次に起動するまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
を備え、
前記モータ負荷推定手段は、停止直前のモータトルクと停止から起動までの経過時間とに基づいて、前記モータに作用する負荷を推定することを特徴とする電動コンプレッサの制御装置。

【図１】