JP2006291878A - 電動圧縮機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動圧縮機のモータ巻き線の温度を、温度センサを取り付けることなくソフト的に求め、全体として簡素で安価な構造を達成可能な、電動圧縮機の制御方法および制御装置を提供する。
【解決手段】電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流からモータ巻き線温度を演算により求めることを特徴とする、電動圧縮機の制御方法および制御装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動圧縮機の制御方法および制御装置に関し、とくに、車両用空調装置の冷媒圧縮用に用いられる圧縮機で、バッテリーから電源の供給を受け駆動される電動圧縮機の制御に好適な制御方法および制御装置に関する。

モータ駆動される電動圧縮機、とくに車両用空調装置に用いられる電動圧縮機（専用モータのみで駆動される電動圧縮機に加え、専用モータによる駆動機構と他の駆動源による駆動機構を有するハイブリッド圧縮機を含む）においては、モータ巻き線の温度が高くなりすぎないようにし、モータを適切に保護する必要がある。モータ巻き線の温度が許容温度以上に上昇すると、巻き線が絶縁不良を起こし、地絡や過電流が発生し、感電や他の機器を破壊する可能性がある

従来は、モータ巻き線の温度保護を行う際、モータ巻き線あるいはその近傍に温度センサを取り付けて直接温度を測定しモータを保護していた。例えば、特許文献１や特許文献２には、ステータのコイル温度を直接検出する温度センサが内蔵された構造が開示されている。
特開平７−１８０６８７号公報 特開平８−２１９０５８号公報

ところが、上記のように圧縮機内部に温度センサを取り付けると、構造的に複雑になるとともに、大きなコストアップにつながるという問題が生じる。したがって、モータ巻き線の温度保護を温度センサを取り付けることなく行うことが望まれる。

そこで本発明の課題は、各種情報に基づいて、電動圧縮機のモータ巻き線の温度を、温度センサを取り付けることなくソフト的に求め、全体として簡素で安価な構造を達成可能な、電動圧縮機の制御方法および制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機の制御方法は、電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流からモータ巻き線温度を演算により求めることを特徴とする方法からなる。

なお、本発明において、電動圧縮機とは、内蔵された専用モータのみで駆動される電動圧縮機に加え、専用モータによる駆動機構と他の駆動源（例えば、車両走行用のエンジン）による駆動機構を有するハイブリッド圧縮機を含む概念である。また、「モータ駆動装置」とは、例えば後述の如く、バッテリー等の直流電源の電流から、３相モータ駆動用電流に変換するスイッチング素子群を備えたインバータ等を指し、「モータ駆動装置入力電流」とは、そのモータ駆動装置への入力電流を指す。

この本発明に係る電動圧縮機の制御方法においては、上記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値（温度補正係数）を加えることが好ましい。温度補正値（温度補正係数）としては、例えば、モータ回転時には時間とともに増加し、モータ停止時には時間とともに減少するように設定される。

また、上記演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求めるようにすることもできる。フィルタ処理により、実際の制御に取扱いやすい信号を得ることができる。

そして、本発明に係る電動圧縮機の制御方法においては、演算によるモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止するように制御することができる。このようにすれば、それ以上モータ巻き線が過熱されることはなくなり、モータ巻き線、ひいては、モータが適切に保護されることになる。

また、電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開するように制御することができる。このようにすれば、長時間、不必要にモータを停止させることがなくなり、電動圧縮機を本来の機能を発揮させるように早期に運転再開できる。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流からモータ巻き線温度を演算する演算手段を有することを特徴とするものからなる。

この電動圧縮機の制御装置において、上記演算手段は、上記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値（温度補正係数）を加える手段からなることが好ましい。温度補正値（温度補正係数）については、上述した通りである。

また、上記演算手段は、演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求める手段からなることが好ましい。

また、上記演算手段により演算されたモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止する制御手段を備えていることが好ましい。

さらに、上記制御手段は、電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開することが好ましい。

本発明に係る電動圧縮機の制御方法および制御装置によれば、温度センサを設ける必要はなく、モータ巻き線温度は、電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流から演算により求められる。温度センサを内蔵する必要がないので、圧縮機の構造が簡素になるとともに、装置全体としてのコストを低減できる。

上記演算により、十分に実用的なモータ巻き線温度を求めることができ、とくに演算結果に適切な補正や処理を加えることにより、より確実にモータ保護制御を行うことができるようになる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る制御方法および制御装置の適用対象となる電動圧縮機の例について説明する。図１は、適用対象となるハイブリッド式圧縮機を示しており、図２は、専用モータが内蔵され、該専用モータのみで駆動される方式の電動圧縮機の例を示している。

図１において、ハイブリッド圧縮機Ａは、第１圧縮機構１と、第２圧縮機構２とを備えている。第１圧縮機構１は、端板１０ａと渦巻体１０ｂとを有する固定スクロール１０と、端板１１ａと渦巻体１１ｂとを有し固定スクロール１０とかみ合って複数対の作動空間１２を形成する可動スクロール１１と、可動スクロール１１に係合して可動スクロール１１を旋回運動させる駆動軸１３と、駆動軸に固定されたクラッチアーマチュア１４ａと、車両等のエンジンにベルトを介して接続されたプーリ１４ｂと、クラッチアーマチュア１４ａとプーリ１４ｂとを脱着させる電磁石１４ｃとを有する電磁クラッチ１４と、可動スクロール１１の自転を阻止するボールカップリング１５と、ケーシングに形成された吸入ポート１６とを備えている。固定スクロールの端板１０ａには、吐出穴１０ａ′が形成されている。ここで、車両等のエンジンは、内燃機関と走行用電動モータとを含む概念である。

第２圧縮機構２は、端板２０ａと渦巻体２０ｂとを有する固定スクロール２０と、端板２１ａと渦巻体２１ｂとを有し固定スクロール２０とかみ合って複数対の作動空間２２を形成する可動スクロール２１と、可動スクロール２１に係合して可動スクロールを旋回運動させる駆動軸２３と、可動スクロール２１の自転を阻止するボールカップリング２４と、ケーシングに形成された吸入ポート２５とを備えている。固定スクロールの端板２０ａに吐出穴２０ａ′が形成されている。

ハイブリッド圧縮機Ａには、第２圧縮機構２の駆動軸２３を駆動する電動モータ２６が内蔵されている。電動モータ２６は、駆動軸２３に固定された回転子２６ａと固定子２６ｂとを有している。

第１圧縮機構１の固定スクロール１０と第２圧縮機構２の固定スクロール２０とは背中合わせに配設されており、且つ一体形成されている。一体化された端板１０ａ、２０ａ内に、吐出通路３０が形成されている。吐出通路３０の下流端に吐出ポート３１が形成されている。第１圧縮機構１の端板１０ａに形成された吐出穴１０ａ′と、第２圧縮機構２の端板２０ａに形成された吐出穴２０ａ′とは、逆止弁３２を介して吐出通路３０の上流端に接続している。

このように、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２とが一体的に組み付けられたハイブリッド圧縮機Ａがエンジン駆動される場合には、電磁クラッチ１４がオンされ、車両等のエンジンの回転がクラッチアーマチュア１４ａを介して第１圧縮機構１の駆動軸１３へ伝達され、駆動軸１３により可動スクロール１１が旋回駆動される。吸入ポート１６から流入した冷媒ガスが作動空間１２取り込まれ、作動空間１２が体積を減少させつつ固定スクロール１０の中心へ向けて移動し、作動空間１２内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール１０の端板１０ａに形成された吐出穴１０ａ′と逆止弁３２とを介して吐出通路３０へ吐出し、吐出ポート３１を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。第２圧縮機構２を駆動する電動モータ２６には電力は供給されず、電動モータ２６は回転しない。従って第２圧縮機構２は作動しない。逆止弁３２により第２圧縮機構２の吐出穴２０ａ′が閉鎖されるので、第１圧縮機構１から吐出した冷媒ガスは第２圧縮機構２へ逆流しない。

ハイブリッド圧縮機Ａがモータ駆動される場合には、電動モータ２６がオンされて回転し、電動モータ２６の回転が第２圧縮機構２の駆動軸２３へ伝達され、駆動軸２３により可動スクロール２１が旋回駆動される。吸入ポート２５から流入した冷媒ガスが作動空間２２取り込まれ、作動空間２２が体積を減少させつつ固定スクロール２０の中心へ向けて移動し、作動空間２２内の冷媒ガスが圧縮される。圧縮された冷媒ガスは固定スクロール２０の端板２０ａに形成された吐出穴２０ａ′と逆止弁３２とを介して吐出通路３０へ吐出し、吐出ポート３１を介して外部冷媒回路の高圧側へ流出する。第１圧縮機構１の電磁クラッチ１４には電力は供給されず、車両等のエンジンの回転は第１圧縮機構１へ伝達されない。従って第１圧縮機構１は作動しない。逆止弁３２により第１圧縮機構１の吐出穴１０ａ′が閉鎖されるので、第２圧縮機構２から吐出した冷媒ガスは第１圧縮機構１へ逆流しない。

なお、ハイブリッド圧縮機Ａにおいては、第１圧縮機構１と第２圧縮機構２が両方ともに駆動されてもよい。

図２は、本発明の適用対象となる、専用モータが内蔵され、該専用モータのみで駆動される方式の電動圧縮機の例を示している。図２において、電動圧縮機Ｂは、内蔵された電動モータ４１により回転駆動される可動スクロール４２と、それに噛み合う固定スクロール４３とからなる圧縮機構４４のみを有している。

上記のようなハイブリッド圧縮機Ａまたは電動圧縮機Ｂにおけるモータ２６、４１は、例えば、図３に示すようなモータ駆動装置５１により制御される。このモータ駆動装置５１においては、車両搭載のバッテリー等の直流電源５２からコンデンサ５３を介して供給される電流を、一対の直列に接続された半導体スイッチング素子５４（ＵとＸ、ＶとＹ、ＷとＺ）からなるインバータ５５により、３相モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相用の電流として取り出してモータ２６、４１に供給する。このモータ供給電流は、主制御回路５６からの指令に基づいて、インバータ制御回路５７によって制御される。このモータ駆動装置５１への入力電流が、電流センサ５８により検出できるようになっている。

上記のようなハイブリッド圧縮機Ａまたは電動圧縮機Ｂは、例えば、車両用空調装置の冷凍回路（冷媒回路）に、図４に示すように組み込まれる。図４においては、圧縮機ＡまたはＢから吐出された冷媒は、凝縮器６１で凝縮され、吐出圧センサ６２で電動圧縮機の吐出圧が検出され、膨張弁６３で膨張された後、蒸発器６４に送られて冷房に供され、再び圧縮機ＡまたはＢに吸入される。

上記のようなハイブリッド圧縮機Ａまたは電動圧縮機Ｂを備えたシステムにおいて、モータ２６、４１の巻き線温度が次のように演算され、その演算結果に基づいて、電動圧縮機ＡまたはＢが次のように制御される。

図５は、制御の一例を示すフローチャートである。モータ巻き線温度計算処理がスタートすると、圧縮機吐出圧（Ｐｄ）、電動圧縮機回転数（モータ回転数・ＮＥｃ）、モータ駆動装置入力電流（Ｉｉｎ）のデータが取得され、これら取得データからモータ巻き線温度（Ｔｃ）を計算する。また、モータが停止中か否かが判断され、次に示すような温度補正係数（Ｔａ）を、モータ停止中、停止中でない場合に応じて、それぞれインクリメントあるいはデクリメントし、その補正係数（Ｔａ）を加える。この温度補正係数（Ｔａ）はモータ回転時には、時間とともに増加し、モータ停止時は減少するように設定される。モータ巻き線温度（Ｔｃ）は、例えば次式で演算される。
Ｔｃ＝〔（ａ×Ｐｄ×Ｉｉｎ）／ＮＥｃ〕＋Ｔａ
ここで、ａは実験等により予め求められた比例定数である。

上記温度補正係数（Ｔａ）は、モータ回転時、モータ停止時の条件に応じて、例えば図６に示すように増減される。つまり、圧縮機吐出圧（Ｐｄ）、電動圧縮機回転数（モータ回転数・ＮＥｃ）、モータ駆動装置入力電流（Ｉｉｎ）が一定であっても、モータ回転時には時間とともにモータ巻き線の推定温度（演算温度）が上昇するようにし、モータ停止中には、この温度補正項で推定温度が下降するようにして、より実際の温度に近づけるようにしたものである。

さらに、図５に示す制御フローでは、上記の如き演算結果にフィルタ処理が加えられる。このフィルタ処理により、例えば図７に示すように、上記演算による値が、ある閾値と比較しやすい信号形態とされる。そして、図５に示すように、フィルタ処理後のモータ巻き線温度（Ｔ）が、巻き線温度保護閾値Ｔ１（予め設定した所定値）を超えた場合には、モータ過熱と判断して、モータの運転を停止する処理を行って、電動圧縮機の運転を停止する。

このように、本発明においては、温度センサを設けることなく安価な構成にて、モータ巻き線の温度を演算処理により適切に推定することが可能になり、また、温度補正係数を加えることにより、より適切に推定することが可能になり、さらに、フィルタ処理を加えることにより、現在の温度をより適切に判定することが可能になり、電動圧縮機のモータを適切にかつ確実に保護することができる。

本発明に係る電動圧縮機の制御方法および制御装置は、冷媒等の吐出圧を検知可能なあらゆるシステムに対して適用可能であり、とくに、車両用空調装置の冷媒圧縮用に用いられる電動圧縮機の制御に好適なものである。

本発明に係る制御方法および制御装置の適用対象となるハイブリッド圧縮機の一例を示す縦断面図である。 本発明に係る制御方法および制御装置の適用対象となる電動圧縮機の一例を示す縦断面図である。 本発明におけるモータ駆動装置の一例を示す回路構成図である。 本発明における電動圧縮機の配置の一例を示す冷凍回路の概略構成図である。 本発明に係る制御の一例を示すフローチャートである。 本発明におけるモータ巻き線温度補正係数の増減の一例を示すタイムチャートである。 本発明におけるフィルタ処理の一例を示す説明図である。

符号の説明

Ａ ハイブリッド圧縮機
Ｂ 電動圧縮機
１ 第１圧縮機構
２ 第２圧縮機構
１０ 固定スクロール
１１ 可動スクロール
１２ 作動空間
１３ 駆動軸
１４ 電磁クラッチ
１５ ボールカップリング
１６ 吸入ポート
２０ 固定スクロール
２１ 可動スクロール
２２ 作動空間
２３ 駆動軸
２４ ボールカップリング
２５ 吸入ポート
２６ 電動モータ
３０ 吐出通路
３１ 吐出ポート
３２ 逆止弁
４１ 電動モータ
４２ 可動スクロール
４３ 固定スクロール
４４ 圧縮機構
５１ モータ駆動装置
５２ 直流電源
５３ コンデンサ
５４ 半導体スイッチング素子
５５ インバータ
５６ 主制御回路
５７ インバータ制御回路
５８ 電流センサ
６１ 凝縮器
６２ 吐出圧センサ
６３ 膨張弁
６４ 蒸発器

Claims (10)

1. 電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流からモータ巻き線温度を演算により求めることを特徴とする電動圧縮機の制御方法。
2. 前記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値を加える、請求項１に記載の電動圧縮機の制御方法。
3. 演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求める、請求項１または２に記載の電動圧縮機の制御方法。
4. 演算によるモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止する、請求項１〜３のいずれかに記載の電動圧縮機の制御方法。
5. 電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開する、請求項４に記載の電動圧縮機の制御方法。
6. 電動圧縮機の吐出圧力、モータ回転数、モータ駆動装置入力電流からモータ巻き線温度を演算する演算手段を有することを特徴とする電動圧縮機の制御装置。
7. 前記演算手段は、前記演算により求められたモータ巻き線温度に、電動圧縮機の運転状態によって増減する温度補正値を加える手段からなる、請求項６に記載の電動圧縮機の制御装置。
8. 前記演算手段は、演算結果にフィルタ処理を加えてモータ巻き線温度を求める手段からなる、請求項６または７に記載の電動圧縮機の制御装置。
9. 前記演算手段により演算されたモータ巻き線温度が所定値を超えた場合、モータ過熱と判断して、電動圧縮機の運転を停止する制御手段を備えている、請求項６〜８のいずれかに記載の電動圧縮機の制御装置。
10. 前記制御手段は、電動圧縮機の運転を停止した後、演算によるモータ巻き線温度が所定値以下になったとき、電動圧縮機の運転を再開する、請求項９に記載の電動圧縮機の制御装置。

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