JP6241441B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

従来から、固定スクロール及び固定スクロールに対して公転運動が可能な可動スクロールを有する圧縮部と、ロータを有するものであって可動スクロールを公転運動させる電動モータとを備えた電動圧縮機が知られている（例えば特許文献１参照）。また、例えば特許文献１には、電動圧縮機は、固定スクロールと可動スクロールとによって区画されたものであって低圧流体が吸入される圧縮室を有しており、可動スクロールが公転運動することにより圧縮室の低圧流体を圧縮し、その圧縮された高圧流体を吐出することが記載されている。

また、特許文献１には、圧縮室に対して、低圧流体よりも高圧の中間圧流体を導入するインジェクションポートが設けられた電動圧縮機と、当該電動圧縮機を有する空調装置とについて記載されている。空調装置は、例えばインジェクションポートに接続されたインジェクション配管と、インジェクション配管に接続された気液分離器とを備えている。気液分離器によって分離された中間圧流体が、インジェクション配管及びインジェクションポートを介して圧縮室に流入することにより、圧縮室に流入する流体流量が大きくなる。

特開２００３−１２０５５５号公報

上記のような中間圧流体が圧縮室に導入される構成においては、電動圧縮機の運転停止時において、インジェクション配管に残存する中間圧流体が、インジェクションポートを介して、圧縮室に流入する場合がある。この場合、可動スクロールが正方向とは逆方向に公転運動し、ロータも逆回転する逆回転現象が発生し得る。

ここで、例えば電動圧縮機を起動させる時に、上記逆回転現象が発生している場合、ロータの逆回転が停止するまで待機することが考えられる。しかしながら、ロータの逆回転が停止するまで待機する構成では、電動圧縮機の起動に要する期間が長くなり易いため、応答性の低下が懸念される。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はロータが逆回転している場合であっても早期に起動させることができる電動圧縮機を提供することである。

上記目的を達成する電動圧縮機は、ロータを有する電動モータと、低圧流体が吸入される吸入口が形成されたハウジングと、前記低圧流体を圧縮し、その圧縮された高圧流体を吐出する圧縮部と、前記電動モータを駆動させる駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御部と、を備え、前記圧縮部は、前記ハウジングに固定された固定スクロールと、前記固定スクロールと噛み合うものであって前記固定スクロールに対して公転運動が可能な可動スクロールと、前記固定スクロールと前記可動スクロールとによって区画された圧縮室と、を有し、前記ロータが予め定められた正方向に回転する場合に前記可動スクロールが正方向に公転運動することにより、前記圧縮室に吸入される前記低圧流体を圧縮するものであり、前記電動圧縮機は、前記低圧流体よりも高圧であって前記高圧流体よりも低圧の中間圧流体を前記圧縮室に導入するインジェクションポートと、前記ロータのｄ軸の位置を把握する位置把握部と、を備え、前記制御部は、前記電動モータを起動させる場合において前記ロータが前記正方向とは逆方向に回転している場合、前記位置把握部によって把握された前記ロータのｄ軸に電流が流れるように前記駆動回路を制御し、且つ、時間経過とともに前記電動モータに流れる電流の周波数が下がるように前記駆動回路を制御する減速制御を行うことを特徴とする。

かかる構成によれば、逆回転現象が発生している場合には、減速制御を行うことにより、ロータの逆方向の回転が停止するのを待つことなく、電動圧縮機を起動させることができる。これにより、逆回転現象が発生し得る電動圧縮機の起動を早期に実現できる。

特に、減速制御においては、位置把握部によって把握されたロータのｄ軸に電流が流れ、且つ、時間経過とともに電動モータに流れる電流の周波数が下がるように駆動回路が制御される。これにより、過度なトルクの発生を抑制しつつ、自然減速よりも速くロータを減速させることができる。よって、脱調等といった過度なトルクが発生することに起因する不都合を抑制しつつ、電動圧縮機を早期に起動できる。なお、ｄ軸とは、ロータの磁極が形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｑ軸とはｄ軸と直交する方向の軸である。

上記電動圧縮機について、前記駆動回路は、複数のスイッチング素子を有するインバータであり、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うものであるとよい。かかる構成によれば、複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、位置把握部によって把握されたｄ軸への通電や周波数制御を行うことができ、それを通じて、逆回転現象が発生する場合であっても、比較的早期に電動圧縮機を起動させることができる。

上記電動圧縮機について、前記電動モータは三相モータであり、前記電動圧縮機は、前記電動モータの各相の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記逆方向に回転中の前記ロータの回転数を把握する回転数把握部と、を備え、前記制御部は、前記電動モータを起動させる場合において前記ロータが前記正方向とは逆方向に回転している場合、前記減速制御を行う前に、前記位置把握部によって把握された前記ロータのｄ軸に電流が流れ、且つ、前記電動モータに流れる電流の周波数が、前記回転数把握部によって把握された前記ロータの回転数に対応した周波数となるように前記駆動回路を制御する減速前制御を行うとよい。かかる構成によれば、減速制御の前に、減速前制御を実行することにより、インジェクション配管に残存する中間圧冷媒を排出することができる。よって、電動圧縮機の起動が、インジェクション配管に残存した中間圧冷媒によって阻害される不都合を抑制できる。

上記電動圧縮機について、前記位置把握部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて、３つの相電流のうち最大となる相電流が切り替わるポイントを把握し、その把握結果から前記ロータの回転位置として前記ロータのｄ軸の位置を把握するとよい。かかる構成によれば、複雑な計算などを行うことなく、ロータのｄ軸の位置を把握することができる。

上記電動圧縮機は、車両に搭載されるものであって、車両用空調装置に用いられるものであるとよい。かかる構成によれば、電動圧縮機を早期に起動させることを通じて、車両用空調装置を早期に起動させることができるため、快適性の向上を図ることができる。

この発明によれば、ロータが逆回転している場合であっても早期に起動させることができる。

電動圧縮機の概要を模式的に示す側断面図。 圧縮部の縦断面図。 車両用空調装置の概要を示す模式図。 インバータの電気的構成を示す回路図。 制御部にて実行される再起動制御処理を示すフローチャート。 各相電流とｕ相誘起電圧との関係を模式的に示すグラフ。 電動圧縮機の運転停止後から目標回転数となるまでの回転数の時間変化を示すグラフ。 別例の起動態様を示すグラフ。

以下、電動圧縮機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、電動圧縮機１０は、流体が吸入される吸入口１１ａ及び流体が吐出される吐出口１１ｂが形成されたハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、全体として略円筒形状である。詳細には、ハウジング１１は、有底円筒形状の２つのパーツ１２，１３を有している。第１パーツ１２と第２パーツ１３とは、互いに開口端同士が突き合わさった状態で組み付けられている。吸入口１１ａは、第１パーツ１２の側壁部１２ａ、詳細には当該側壁部１２ａのうち第１パーツ１２の底部１２ｂ側の位置に設けられている。吐出口１１ｂは、第２パーツ１３の底部１３ａに設けられている。

電動圧縮機１０は、回転軸１４と、吸入口１１ａから吸入された流体を圧縮して吐出口１１ｂから吐出する圧縮部１５と、圧縮部１５を駆動する電動モータ１６とを備えている。回転軸１４、圧縮部１５及び電動モータ１６は、ハウジング１１内に収容されている。電動モータ１６は、ハウジング１１内において吸入口１１ａ側に配置されており、圧縮部１５は、ハウジング１１内において吐出口１１ｂ側に配置されている。

回転軸１４は、回転可能な状態でハウジング１１内に収容されている。詳細には、ハウジング１１内には、回転軸１４を軸支する軸支部材２１が設けられている。軸支部材２１は、例えば圧縮部１５と電動モータ１６との間の位置にてハウジング１１に固定されている。軸支部材２１には、回転軸１４が挿通可能なものであって第１軸受２２が設けられた挿通孔２３が形成されている。また、軸支部材２１と第１パーツ１２の底部１２ｂとは対向しており、当該底部１２ｂには円筒状のボス２４が突出している。ボス２４の内側には第２軸受２５が設けられている。回転軸１４は、両軸受２２，２５によって回転可能な状態で軸支されている。

圧縮部１５は、ハウジング１１に固定された固定スクロール３１と、固定スクロール３１に対して公転運動が可能な可動スクロール３２とを備えている。
固定スクロール３１は、回転軸１４と同一軸線上に設けられた円板状の固定側基板３１ａと、固定側基板３１ａから起立した固定側渦巻壁３１ｂとを有する。同様に、可動スクロール３２は、円板状であって固定側基板３１ａと対向する可動側基板３２ａと、可動側基板３２ａから固定側基板３１ａに向けて起立した可動側渦巻壁３２ｂとを備えている。

図１及び図２に示すように、固定スクロール３１と可動スクロール３２とは互いに噛み合っている。詳細には、固定側渦巻壁３１ｂと可動側渦巻壁３２ｂとは互いに噛み合っており、固定側渦巻壁３１ｂの先端面は可動側基板３２ａに接触しているとともに、可動側渦巻壁３２ｂの先端面は固定側基板３１ａに接触している。そして、固定スクロール３１と可動スクロール３２とによって圧縮室３３が区画されている。図１に示すように、軸支部材２１には、吸入口１１ａから吸入された流体を圧縮室３３に吸入する吸入通路３４が形成されている。

可動スクロール３２は、回転軸１４の回転に伴って公転運動するように構成されている。詳細には、回転軸１４の一部は、軸支部材２１の挿通孔２３を介して圧縮部１５に向けて突出している。そして、回転軸１４における圧縮部１５側の端面のうち回転軸１４の軸線Ｌに対して偏心した位置には、偏心軸３５が設けられている。そして、偏心軸３５にはブッシュ３６が設けられている。ブッシュ３６と可動スクロール３２（詳細には可動側基板３２ａ）とは軸受３７を介して連結されている。

また、電動圧縮機１０は、可動スクロール３２の公転運動を許容する一方、可動スクロール３２の自転を規制する自転規制部３８を備えている。なお、自転規制部３８は、複数設けられている。

かかる構成によれば、回転軸１４が予め定められた正方向に回転すると、可動スクロール３２の正方向の公転運動が行われる。詳細には、可動スクロール３２は、固定スクロール３１の軸線（すなわち回転軸１４の軸線Ｌ）の周りで正方向に公転する。これにより、圧縮室３３の容積が減少するため、吸入通路３４を介して圧縮室３３に吸入された流体が圧縮される。圧縮された流体は、固定側基板３１ａに設けられた吐出ポート４１から吐出され、その後吐出口１１ｂから吐出される。正方向とは、流体の圧縮が正常に行われる方向とも言える。

なお、図１に示すように、固定側基板３１ａには、吐出ポート４１を覆う吐出弁４２が設けられている。圧縮室３３にて圧縮された流体は、吐出弁４２を押し退けて吐出ポート４１から吐出される。

図１及び図２に示すように、固定側基板３１ａには、吐出ポート４１とは別に、インジェクションポート４３が設けられている。インジェクションポート４３は、例えば複数設けられており、詳細には２つ設けられている。インジェクションポート４３は、固定側基板３１ａにおいて、吐出ポート４１よりも径方向外側に配置されている。そして、インジェクションポート４３にはインジェクション配管１１９が接続されている。インジェクション配管１１９の接続先等については後述する。

電動モータ１６は、回転軸１４を回転させることにより、可動スクロール３２を公転運動させるものである。図１に示すように、電動モータ１６は、回転軸１４と一体的に回転するロータ５１と、ロータ５１を取り囲むステータ５２とを備えている。ロータ５１は、回転軸１４に連結されている。ロータ５１には永久磁石（図示略）が設けられている。ステータ５２は、ハウジング１１（詳細には第１パーツ１２）の内周面に固定されている。ステータ５２は、筒状のロータ５１に対して径方向に対向するステータコア５３と、ステータコア５３に捲回されたコイル５４とを有している。

電動圧縮機１０は、電動モータ１６を駆動させる駆動回路としてのインバータ５５を備えている。インバータ５５は、ハウジング１１、詳細には第１パーツ１２の底部１２ｂに取り付けられた円筒形状のカバー部材５６内に収容されている。インバータ５５とコイル５４とは電気的に接続されている。

ここで、本実施形態では、電動圧縮機１０は、車両に搭載され、車両用空調装置１００に用いられる。すなわち、本実施形態では、電動圧縮機１０の圧縮対象である流体は冷媒である。車両用空調装置１００について以下に詳細に説明する。

図３に示すように、車両用空調装置１００は、配管切換弁１０１、第１熱交換器１０２、第２熱交換器１０３、第１膨張弁１０４、第２膨張弁１０５及び気液分離器１０６を備えている。

配管切換弁１０１は、複数の口１０１ａ〜１０１ｄを有している。配管切換弁１０１は、第１口１０１ａと第２口１０１ｂとが連通し、且つ、第３口１０１ｃと第４口１０１ｄとが連通する第１状態、又は、第１口１０１ａと第３口１０１ｃとが連通し、且つ、第２口１０１ｂと第４口１０１ｄとが連通する第２状態に切り換わるものである。

車両用空調装置１００は、第１口１０１ａと電動圧縮機１０の吐出口１１ｂとを接続する第１配管１１１と、第２口１０１ｂと第１熱交換器１０２とを接続する第２配管１１２と、第１熱交換器１０２と第１膨張弁１０４とを接続する第３配管１１３とを備えている。車両用空調装置１００は、第１膨張弁１０４と気液分離器１０６とを接続する第４配管１１４と、気液分離器１０６と第２膨張弁１０５とを接続する第５配管１１５と、第２膨張弁１０５と第２熱交換器１０３とを接続する第６配管１１６と、第２熱交換器１０３と第３口１０１ｃとを接続する第７配管１１７とを備えている。更に、車両用空調装置１００は、第４口１０１ｄと電動圧縮機１０の吸入口１１ａとを接続する第８配管１１８を備えている。

かかる構成において、インジェクションポート４３に接続されたインジェクション配管１１９は、気液分離器１０６に接続されている。そして、インジェクション配管１１９上には、逆止弁１２０が設けられている。

本実施形態の車両用空調装置１００は、冷房運転と暖房運転との双方が可能となっている。詳細には、車両用空調装置１００は、配管切換弁１０１を含めた車両用空調装置１００の全体を制御する空調ＥＣＵ１２１を備えている。空調ＥＣＵ１２１は、例えば冷房運転時には、配管切換弁１０１を第１状態にする。この場合、吐出口１１ｂから吐出された冷媒は、第１熱交換器１０２に流れ、当該第１熱交換器１０２にて外気と熱交換が行われることによって凝縮する。凝縮された冷媒は、第１膨張弁１０４にて減圧されて、気液分離器１０６に流れる。そして、気液分離器１０６にて液体と気体とに分離される。液体の冷媒は、第２膨張弁１０５にて減圧され、第２熱交換器１０３に流れる。そして、液体の冷媒は、第２熱交換器１０３にて車内の空気と熱交換されることにより蒸発し、その結果車内の空気が冷却される。そして、第２熱交換器１０３にて蒸発した冷媒は、電動圧縮機１０の吸入口１１ａに向けて流れる。なお、冷房運転時には、逆止弁１２０は閉鎖状態となっている。

一方、空調ＥＣＵ１２１は、例えば暖房運転時には、配管切換弁１０１を第２状態にする。この場合、吐出口１１ｂから吐出された冷媒は、第２熱交換器１０３に流れ、当該第２熱交換器１０３にて車内の空気と熱交換が行われることによって凝縮し、その結果車内の空気が加熱される。第２熱交換器１０３にて凝縮された冷媒は、第２膨張弁１０５によって減圧されて、気液分離器１０６に流れ、当該気液分離器１０６にて液体と気体とに分離される。分離された液体の冷媒は第１膨張弁１０４にて減圧されて、第１熱交換器１０２に流れ、当該第１熱交換器１０２にて外気と熱交換が行われることによって蒸発する。そして、蒸発した冷媒は吸入口１１ａに流れる。

ここで、逆止弁１２０は、暖房運転時には、開放状態となっている。これにより、気液分離器１０６にて分離された気体の冷媒が、インジェクション配管１１９及びインジェクションポート４３を介して、圧縮室３３に流れる。これにより、圧縮室３３に流れ込む冷媒の流量が増加する。

ちなみに、気液分離器１０６にて分離された気体の冷媒、すなわちインジェクションポート４３を介して圧縮室３３に導入される冷媒の圧力は、吸入口１１ａから吸入される冷媒の圧力よりも高く、吐出口１１ｂから吐出される冷媒の圧力よりも低い。説明の便宜上、以降の説明では、吸入口１１ａから吸入される冷媒を低圧冷媒とし、吐出口１１ｂから吐出される冷媒を高圧冷媒とし、インジェクションポート４３から圧縮室３３に導入される冷媒を中間圧冷媒とする。

上記のように構成された車両用空調装置１００においては、電動圧縮機１０の運転停止後、インジェクション配管１１９内に残留した中間圧冷媒が圧縮室３３に流れ込むことによって、可動スクロール３２が正方向とは逆方向に公転運動し、その結果ロータ５１が正方向とは逆方向に回転する逆回転現象が発生し得る。

これに対して、本実施形態の電動圧縮機１０は、上記逆回転現象が発生している場合であっても好適に起動するための構成を備えている。当該構成について、電動モータ１６のコイル５４及びインバータ５５の電気的構成等と合わせて説明する。

まず、コイル５４とインバータ５５との電気的構成について説明すると、図４に示すように、コイル５４は、例えばｕ相コイル５４ｕ、ｖ相コイル５４ｖ及びｗ相コイル５４ｗを有する三相構造となっている。すなわち、電動モータ１６は三相モータである。各相コイル５４ｕ，５４ｖ，５４ｗは例えばＹ結線されている。

インバータ５５は、ｕ相コイル５４ｕに対応するｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と、ｖ相コイル５４ｖに対応するｖ相パワースイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２と、ｗ相コイル５４ｗに対応するｗ相パワースイッチング素子Ｑｗ１，Ｑｗ２と、を備えている。つまり、インバータ５５は、所謂三相インバータである。

各パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２，Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２（以降単に各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２と示す）は例えばＩＧＢＴで構成されている。各ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２は接続線を介して互いに直列に接続されており、その接続線は、ｕ相コイル５４ｕに接続されている。そして、各ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２の直列接続体に対してＤＣ電源Ｅからの直流電力が入力されている。なお、他のパワースイッチング素子Ｑｖ１，Ｑｖ２，Ｑｗ１，Ｑｗ２については、対応するコイルが異なる点を除いて、ｕ相パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｕ２と同様の接続態様であるため、詳細な説明を省略する。

また、インバータ５５は、パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２に対して並列に接続された還流ダイオードＤｕ１〜Ｄｗ２と、ＤＣ電源Ｅに対して並列に接続された平滑コンデンサＣ１とを有している。

なお、説明の便宜上、以降の説明において、パワースイッチング素子Ｑｕ１，Ｑｖ１，Ｑｗ１を単に上アームとも言い、パワースイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２を単に下アームとも言う。

電動圧縮機１０は、インバータ５５（詳細には各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のスイッチング動作）を制御する制御部６０を備えている。制御部６０は、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２を周期的にＯＮ／ＯＦＦさせることにより、電動モータ１６を駆動、つまりロータ５１を回転させる。

制御部６０は、インバータ５５をＰＷＭ制御するものである。詳細には、制御部６０は、キャリア信号（搬送波信号）と指令電圧値信号（比較対象信号）とを用いて、制御信号を生成する。そして、制御部６０は、生成された制御信号を用いて各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を可変制御することにより、ＤＣ電源Ｅからの直流電力を、所望の周波数の交流電力に変換させる。当該交流電力が電動モータ１６に供給されることにより、ロータ５１が回転する。

ちなみに、制御部６０は、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、ロータ５１の回転数及びロータ５１の回転方向を制御できる。特に、制御部６０は、ロータ５１を正方向に回転させたり、正方向とは逆方向に回転させたりすることができるとともに、ロータ５１を徐々に加速させたり、徐々に減速させたりすることができる。詳細には、制御部６０は、電動モータ１６に流れる電流、詳細には各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数を下げることにより、ロータ５１を減速させることができる一方、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数を上げることにより、ロータ５１を加速させることができる。

制御部６０と空調ＥＣＵ１２１とは、電気的に接続されており、互いに情報のやり取りを行うことができる。制御部６０は、空調ＥＣＵ１２１からの要求や異常判定結果等に応じて、電動圧縮機１０の運転を開始したり、停止したりする。なお、電動圧縮機１０の運転停止とは、電動モータ１６への交流電力の供給を停止することであり、詳細には、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を停止することである。

図４に示すように、電動圧縮機１０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流検出部としての電流センサ６１を備えている。電流センサ６１は、インバータ５５と電動モータ１６とを接続する３つの配線に接続されているとともに、下アームのいずれかに接続されている。電流センサ６１は、定期的に、ｕ相コイル５４ｕに流れるｕ相電流Ｉｕと、ｖ相コイル５４ｖに流れるｖ相電流Ｉｖと、ｗ相コイル５４ｗに流れるｗ相電流Ｉｗとを検出し、その検出結果を制御部６０に送信する。これにより、制御部６０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを把握できる。なお、電流センサ６１の具体的な構成は任意であるが、例えば下アームに対して並列に接続されたシャント抵抗を用いたものが考えられる。

制御部６０は、予め定められた再起動条件が成立した場合には、電動圧縮機１０を再起動させる再起動制御処理を実行する。再起動条件は、任意であるが、例えば電動圧縮機１０の運転が停止してから予め定められた特定期間内に車両用空調装置１００から起動要求があった場合等が考えられる。

既に説明した通り、インジェクションポート４３から圧縮室３３に向けて中間圧冷媒が導入されている構成においては、ロータ５１は、電動圧縮機１０の運転停止後、上記特定期間よりも長い期間に亘って逆方向に回転している。このため、再起動制御処理の実行タイミングにおいて、ロータ５１は逆方向に回転している。

再起動制御処理について説明すると、図５に示すように、制御部６０は、まずステップＳ１０１にて、電流センサ６１の検出結果に基づいて、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを把握する。詳細には、制御部６０は、電流センサ６１のシャント抵抗が設けられていない側のアームである上アームを全てＯＦＦ状態に維持し、シャント抵抗が設けられている側のアームである下アーム（各パワースイッチング素子Ｑｕ２，Ｑｖ２，Ｑｗ２）を所定の周期で順番にＯＮ／ＯＦＦさせる。そして、電流センサ６１は、上記のように下アームのＯＮ／ＯＦＦが行われている状況における各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、その検出結果を制御部６０に送信する。これにより、制御部６０は、ロータ５１が逆方向に回転することによって各相コイル５４ｕ，５４ｖ，５４ｗにて生じる各相の誘導電流を把握できる。

その後、制御部６０は、電流センサ６１の検出結果、詳細には各相コイル５４ｕ，５４ｖ，５４ｗにて生じる誘導電流に基づいて、ロータ５１の回転位置、すなわちロータ５１の回転位置のゼロ点（基準点）を推定する。

ロータ５１のゼロ点と、ロータ５１の逆回転中における各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとの関係について図６を用いて説明する。図６は、ロータ５１が逆方向に回転している状況において把握される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを模式的に示したグラフである。また、図６においては、ｕ相誘起電圧の波形を合わせて示す。なお、図示の都合上、図６においては、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの最小単位波形（１つの三角波）の周期を実際よりも長く示し、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの最小単位波形の位相を同一として示す。

図６に示すように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（詳細には各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの包絡線）は互いに位相が異なっている。このため、瞬時値が最大となる相電流は、時間経過に伴い順次切り替わる。

ここで、ロータ５１のゼロ点と、ｕ相誘起電圧と、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとには、一定の関係が存在する。詳細には、本実施形態では、ロータ５１のゼロ点は、ｕ相誘起電圧が正（＋）から負（−）に切り替わるポイントＰ１である。そして、上記ポイントＰ１は、瞬時値の最大がｗ相電流Ｉｗからｖ相電流Ｉｖに切り替わるポイントＰ２に対して９０度ずれている。なお、上記ポイントＰ２は、ｗ相電流Ｉｗの包絡線とｖ相電流Ｉｖの包絡線との交点とも言える。

制御部６０は、上記関係と、ロータ５１の逆回転中における各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、ロータ５１のゼロ点を推定する。
詳細には、図５に示すように、制御部６０は、ステップＳ１０２にて、ロータ５１の逆回転中における各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、３つの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち瞬時値の最大がｗ相電流Ｉｗからｖ相電流Ｉｖに切り替わるポイントＰ２を把握する。その後、制御部６０は、ステップＳ１０３にて、上記ポイントＰ２から、ｕ相誘起電圧が正から負に切り替わるポイントＰ１を推定し、その推定されたポイントＰ１に基づいてロータ５１のゼロ点を推定する。

更に、制御部６０は、ステップＳ１０３にて、推定されたロータ５１のゼロ点からｄ軸の位置を把握する。詳細には、制御部６０は、ロータ５１のゼロ点とロータ５１のｄ軸の位置との相対位置関係に関する情報を有しており、当該情報を参照することにより、ゼロ点からｄ軸の位置を把握する。すなわち、制御部６０は、上記ポイントＰ２に基づいて、ロータ５１のｄ軸の位置を把握する。本実施形態では、制御部６０が「位置把握部」に対応する。

なお、念のため説明すると、ロータ５１のｄ軸とは、ロータ５１の磁極が形成する磁束と同一方向の軸である。また、ｑ軸はｄ軸と直交する方向の軸である。ゼロ点とロータ５１のｄ軸とが一致している場合、ゼロ点とはｄ軸の位置とも言える。

続くステップＳ１０４では、制御部６０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ロータ５１の回転数を把握する。詳細には、制御部６０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周期等からロータ５１の回転数を推定する。ステップＳ１０４の処理を実行する制御部６０が「回転数把握部」に対応する。

そして、制御部６０は、ステップＳ１０５にて、電動モータ１６に流れる電流の周波数が、ステップＳ１０４にて把握されたロータ５１の回転数に対応した周波数となるようにインバータ５５を制御する減速前制御を行う。詳細には、制御部６０は、ステップＳ１０３にて把握されたロータ５１のｄ軸に電流が流れ、且つ、ロータ５１がステップＳ１０４にて把握された回転数と同一回転数で逆方向に回転するように、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。換言すれば、制御部６０は、把握されたロータ５１のｄ軸に通電が行われるように各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、インバータ５５によって、ステップＳ１０４にて把握された回転数に対応した周波数の交流電力を生成させる。ステップＳ１０５の処理が「減速前制御」に対応する。

ちなみに、制御部６０は、減速前制御を所定期間に亘って実行する。すなわち、制御部６０は、所定期間に亘って、ロータ５１が一定の回転数で逆方向に回転する状態を維持するようにインバータ５５を制御する。詳細には、制御部６０は、所定期間に亘って、ステップＳ１０４にて把握された回転数に対応する周波数で各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

ここで、上記所定期間は、インジェクション配管１１９に残存する中間圧冷媒を、ある程度排出できれば任意であるが、例えば逆回転中のロータ５１が自然減速して停止するまでの期間よりも充分に短く設定されているとよい。例えば、上記所定期間は、当該所定期間と減速制御の実行期間とを合わせた期間が、電動圧縮機１０の運転が停止してからロータ５１が自然に減速して停止するまでの期間よりも短くなるように設定されてもよい。

制御部６０は、減速前制御の実行後は、ステップＳ１０６に進み、ロータ５１を減速させる減速制御を行う。詳細には、制御部６０は、逆方向に回転しているロータ５１を、自然に減速する場合の減速度よりも高い減速度で徐々に減速させる。具体的には、制御部６０は、把握されたロータ５１のｄ軸に電流が流れ、且つ、電動モータ１６に流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が徐々に下がるように、インバータ５５を制御する。

その後、制御部６０は、ロータ５１の回転数が「０」又は「０」に近い値となったことに基づいて、ステップＳ１０７に進み、加速制御を行う。詳細には、制御部６０は、まずロータ５１の回転方向が逆方向から正方向に切り替わるようにインバータ５５（各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２）を制御する。その後、制御部６０は、ロータ５１の回転数が目標回転数に到達するまで、ロータ５１を、所定の加速度で徐々に加速させる。詳細には、制御部６０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が徐々に上がるようにインバータ５５を制御する。そして、制御部６０は、ロータ５１の回転数が目標回転数に到達したことに基づいて、再起動が完了したとして、本再起動制御処理を終了する。つまり、本実施形態において、再起動とは、電動圧縮機１０が定常状態となるまで、詳細にはロータ５１の回転数が目標回転数に到達するまでを意味する。

なお、制御部６０は、例えば車両用空調装置１００から目標回転数に関する情報を受信することにより、目標回転数を把握するとよい。また、制御部６０は、加速制御においては、トルクを発生させるべく、ｑ軸に電流が流れるようにインバータ５５を制御する。本実施形態では、減速度と加速度とは同一に設定されている。

次に本実施形態の作用について図７を用いて説明する。図７は、電動圧縮機１０が運転を停止してから目標回転数となるまでのロータ５１の回転数の時間変化を示すグラフである。

図７に示すように、電動圧縮機１０の運転が停止すると、ロータ５１は減速し、その後逆方向に回転する。この場合、例えばロータ５１の回転が停止するまで待機してから再起動を行う構成においては、図７の二点鎖線に示すように、ロータ５１の回転が停止するまでの待機期間が長くなり易い分だけ、ロータ５１の回転数が目標回転数に達するまでに要する時間が長くなり易い。

これに対して、本実施形態では、ロータ５１の逆方向の回転中に減速前制御が行われる。そして、減速前制御が行われた後、減速制御が行われる。これにより、図７の実線に示すように、ロータ５１は、自然に減速する場合よりも高い減速度で減速する。そして、ロータ５１は、正方向に回転し、その後目標回転数まで加速する。このため、ロータ５１の回転が停止するまで待機する場合と比較して、早期にロータ５１の回転数が目標回転数に達する。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）電動圧縮機１０は、ロータ５１を有する電動モータ１６と、低圧流体としての低圧冷媒が吸入される吸入口１１ａが形成されたハウジング１１と、低圧冷媒を圧縮し、その圧縮された高圧流体を吐出する圧縮部１５と、電動モータ１６を駆動させるインバータ５５と、インバータ５５を制御する制御部６０とを備えている。圧縮部１５は、ハウジング１１に固定された固定スクロール３１と、固定スクロール３１と噛み合うものであって固定スクロール３１に対して公転運動が可能な可動スクロール３２と、固定スクロール３１と可動スクロール３２とによって区画された圧縮室３３とを有している。そして、圧縮部１５は、ロータ５１が正方向に回転する場合に可動スクロール３２が正方向に公転運動することにより、圧縮室３３に吸入される低圧冷媒を圧縮するように構成されている。

かかる構成において、電動圧縮機１０は、低圧冷媒よりも高圧であって高圧冷媒よりも低圧の中間圧冷媒を圧縮室３３に導入するインジェクションポート４３を備えている。制御部６０は、電動モータ１６を起動させる場合においてロータ５１が正方向とは逆方向に回転している場合には、ロータ５１のｄ軸の位置を把握し、その把握されたｄ軸に電流が流れ、且つ、時間経過とともに電動モータ１６に流れる電流である各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が下がるようにインバータ５５を制御する減速制御を行う。

かかる構成によれば、逆回転現象が発生した場合に、ロータ５１の回転が停止するまで待機することなく、電動圧縮機１０を起動させることができる。これにより、逆回転現象に起因する起動の遅延を抑制することができるため、電動圧縮機１０の起動時間（電動圧縮機１０が定常状態となるまでの時間）を短縮することができる。

ここで、例えば逆回転中のロータ５１の回転を強制的に停止させることも考えられる。しかしながら、この場合、ロータ５１に過度な負担が付与され、脱調等といった不都合が生じ得る。

これに対して、本実施形態では、電動モータ１６のトルクは、ｑ軸電流には依存する一方、ｄ軸電流には依存しない点に着目して、制御部６０は、減速制御においては、ｑ軸ではなくｄ軸に電流が流れるようにインバータ５５を制御し、且つ、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が下がるようにインバータ５５を制御する。この場合、把握されたロータ５１のｄ軸の位置と、実際のロータ５１のｄ軸の位置との間には誤差が生じ得る。このため、把握されたｄ軸に電流が流れるようにインバータ５５を制御している場合であっても、実際にはｑ軸にも電流が流れ、過度に大きくならない程度のトルクは発生し得る。したがって、把握されたｄ軸に電流が流れ、且つ、時間経過とともに各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が下がるようにインバータ５５を制御することにより、過度なトルクの発生を抑制しつつ、自然減速よりも速くロータ５１を減速させることができる。したがって、脱調等が生じる事態を抑制しつつ、電動圧縮機１０を早期に起動できる。よって、より好適に電動圧縮機１０を起動させることができる。

（２）インバータ５５は、複数のパワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２を有しており、制御部６０は、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うものである。これにより、各パワースイッチング素子Ｑｕ１〜Ｑｗ２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、把握されたｄ軸への通電や各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数制御を行うことができ、それを通じて、ロータ５１が逆方向に回転している場合であっても比較的早期に電動圧縮機を起動できる。

（３）電動モータ１６は三相モータであり、電動圧縮機１０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流センサ６１を備えている。制御部６０は、電流センサ６１の検出結果に基づいて、逆方向に回転中のロータ５１の回転位置（すなわちゼロ点）を把握する。そして、制御部６０は、把握されたロータ５１のゼロ点に基づいて減速制御を行う。これにより、把握されたロータ５１のゼロ点から、逆方向に回転中のロータ５１のｄ軸の位置を把握できるため、回転中のロータ５１の回転位置を検出する位置センサ等を設けることなく、減速制御を実現できる。

（４）制御部６０は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうち最大となる相電流がｗ相電流Ｉｗからｖ相電流Ｉｖに切り替わるポイントＰ２を把握し、その把握結果からロータ５１のｄ軸の位置を把握する。これにより、複雑な計算などを行うことなく、ロータ５１のｄ軸の位置を把握することができる。

（５）制御部６０は、電動モータ１６を起動させる場合においてロータ５１が逆方向に回転している場合、減速制御を行う前に、減速前制御を実行する。制御部６０は、減速前制御では、電流センサ６１の検出結果に基づいて、逆方向に回転中のロータ５１の回転数を把握する処理を実行し、把握されたロータ５１のｄ軸に電流が流れ、且つ、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの周波数が、把握された回転数に対応した周波数となるようにインバータ５５を制御する。これにより、減速前制御によって、インジェクション配管１１９に残存する中間圧冷媒を排出することができる。よって、電動圧縮機１０の起動が中間圧冷媒によって阻害される不都合を抑制できる。

（６）電動圧縮機１０は車両に搭載されるものであって、車両用空調装置１００に用いられるものである。ここで、電動圧縮機１０を含む車両用空調装置１００は、車両に搭載される関係上、例えば低温環境下に晒される場合がある。このような低温環境下においては、冷媒の密度が低下するため、電動圧縮機１０の能力が低下し易い。これに対して、本実施形態では、上記のように、インジェクションポート４３を介して圧縮室３３に中間圧冷媒を吸入させることにより、電動圧縮機１０の能力を向上させることができる。しかしながら、この場合、電動圧縮機１０の運転停止時に逆回転現象が発生し得るため、電動圧縮機１０の再起動時間が長くなり易い。

また、電動圧縮機１０が車両用空調装置１００に用いられる場合、ユーザからの操作や車両の走行状況等、電動圧縮機１０の運転停止及び再起動が行われる要因が複数存在する。そして、上記再起動時間が長くなれば、室内の快適性が低下する。

これに対して、本実施形態では、上記のように減速制御を行うことにより、逆回転現象が発生し得る構成において比較的早期に電動圧縮機１０を定常状態に復帰させることができる。これにより、低温時における車両用空調装置１００の能力低下の抑制と快適性の向上との両立を図ることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図８に示すように、減速前制御を省略してもよい。すなわち、制御部６０は、電動モータ１６を起動させる場合においてロータ５１が正方向とは逆方向に回転している場合、減速前制御を実行することなく、減速制御を実行してもよい。この場合、より早期の起動を実現できる。

○ 制御部６０は、減速制御の減速度と加速制御の加速度とを異ならせてもよい。例えば、逆方向に回転中のロータ５１を減速させる際の減速度が、正方向に回転中のロータ５１を加速させる際の加速度よりも大きくてもよい。また、これに限られず、減速度と加速度との大小関係が逆であってもよい。

○ 制御部６０は、ステップＳ１０４にて把握された回転数が予め定められた閾値回転数以上である場合には、当該回転数が閾値回転数未満となるまで減速前制御又は減速制御の実行を待機してもよい。ロータ５１の回転数が閾値回転数以上である場合のような回転数が比較的高い状況においては、把握されるロータ５１の回転位置（ゼロ点）の誤差が大きくなり易い。このため、回転数が比較的高い状況において減速前制御又は減速制御を行うと、通電によって大きなトルクが発生したりする不都合が生じ得る。これに対して、本別例によれば、ロータ５１の回転数が閾値回転数以上である場合には、当該回転数が閾値回転数未満となるまで減速前制御又は減速制御が待機されるため、誤差が大きい状況における減速前制御又は減速制御の実行を抑制できる。よって、上記不都合を抑制できる。

○ 電動圧縮機１０は、ロータ５１の回転位置を検出する位置センサを備えていてもよい。この場合、制御部６０は、位置センサの検出結果に基づいてロータ５１の回転位置を把握する構成であってもよい。この場合であっても、位置センサによって把握されるｄ軸の位置と、実際のｄ軸の位置との間には誤差が生じ得る。

○ 電動圧縮機１０は、電流センサ６１に代えて又は加えて、誘起電圧を検出可能な電圧センサを有する構成であってもよい。この場合、制御部６０は、電圧センサの検出結果（例えばｕ相誘起電圧のゼロクロス点）に基づいて、ロータ５１の回転位置を把握する構成であってもよい。

○ 電流センサ６１は上アームに接続されていてもよい。また、電動モータ１６は三相モータに限られず任意である。同様に、インバータ５５は三相インバータに限られず任意である。

○ インジェクションポート４３の位置や数は任意である。
○ 電動圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず、任意である。
○ 制御部６０は、把握されたロータ５１のｄ軸の位置と、把握されたロータ５１の回転数から推定される進み角とに基づいて、予め定められた特定期間経過後におけるロータ５１のｄ軸の位置を推定し、その推定されたロータ５１のｄ軸の位置に対応させて減速制御又は減速制御を行う構成でもよい。

○ 電動圧縮機１０は、車両用空調装置１００に用いられていたが、これに限られず、他の装置に用いられてもよい。例えば、車両が燃料電池を搭載した燃料電池車両（ＦＣＶ）である場合には、当該電動圧縮機１０は、上記燃料電池に空気を供給する供給装置に用いられてもよい。要は、圧縮対象の流体は、任意であり、冷媒であってもよいし空気などであってもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）前記制御部は、前記逆方向に回転している前記ロータの回転数が予め定められた閾値回転数以上である場合には、前記回転数が前記閾値回転数未満となるまで前記減速制御の実行を待機する請求項１に記載の電動圧縮機。

（ロ）前記制御部は、前記減速制御の実行後、前記ロータの回転方向を前記逆方向から前記正方向に切り替え、その後前記ロータの回転数が目標回転数に到達するまで前記ロータを徐々に加速させる加速制御を行う請求項１〜４及び（イ）のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。

１０…電動圧縮機、１１…ハウジング、１１ａ…吸入口、１４…回転軸、１５…圧縮部、１６…電動モータ、３１…固定スクロール、３２…可動スクロール、３３…圧縮室、４３…インジェクションポート、５１…ロータ、５５…インバータ（駆動回路）、６０…制御部、６１…電流センサ（電流検出部）、１００…車両用空調装置、１１９…インジェクション配管、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ…相電流。

Claims (4)

1. ロータを有する電動モータと、
   低圧流体が吸入される吸入口が形成されたハウジングと、
   前記低圧流体を圧縮し、その圧縮された高圧流体を吐出する圧縮部と、
   前記電動モータを駆動させる駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、
   を備えた電動圧縮機において、
   前記圧縮部は、
   前記ハウジングに固定された固定スクロールと、
   前記固定スクロールと噛み合うものであって前記固定スクロールに対して公転運動が可能な可動スクロールと、
   前記固定スクロールと前記可動スクロールとによって区画された圧縮室と、
   を有し、前記ロータが予め定められた正方向に回転する場合に前記可動スクロールが正方向に公転運動することにより、前記圧縮室に吸入される前記低圧流体を圧縮するものであり、
   前記電動モータは三相モータであり、
   前記電動圧縮機は、
   前記低圧流体よりも高圧であって前記高圧流体よりも低圧の中間圧流体を前記圧縮室に導入するインジェクションポートと、
   前記ロータのｄ軸の位置を把握する位置把握部と、
   前記電動モータの各相の電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記正方向とは逆方向に回転中の前記ロータの回転数を把握する回転数把握部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電動モータを起動させる場合において前記ロータが前記逆方向に回転している場合、前記位置把握部によって把握された前記ロータのｄ軸に電流が流れ、且つ、前記電動モータに流れる電流の周波数が、前記回転数把握部によって把握された前記ロータの回転数に対応した周波数となるように前記駆動回路を制御する減速前制御を行い、当該減速前制御を行った後に、前記位置把握部によって把握された前記ロータのｄ軸に電流が流れるように前記駆動回路を制御し、且つ、時間経過とともに前記電動モータに流れる電流の周波数が下がるように前記駆動回路を制御する減速制御を行うことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記駆動回路は、複数のスイッチング素子を有するインバータであり、
   前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うものである請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記位置把握部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて、３つの相電流のうち最大となる相電流が切り替わるポイントを把握し、その把握結果から前記ロータの回転位置として前記ロータのｄ軸の位置を把握する請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。
4. 前記電動圧縮機は、車両に搭載されるものであって、車両用空調装置に用いられるものである請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の電動圧縮機。