(57)【要約】【課題】コンプレッサのロック状態の検出を比較的簡易なロジックで高速に行うことができ、電力消費量も抑制することの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】コンプレッサ１の圧縮機構の回転体に連結された回転軸を回転させる電動モータ５の制御手段（モータ制御部１５１）と、コンプレッサの機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段（モータ制御部１５１）とを備え、ロック検出手段は、所定周波数の高周波電流を生成する高周波電流生成手段１００と、高周波電流を電動モータの駆動電流に重畳させて電動モータに印加する高周波電流重畳手段２０１と、電動モータから出力される検出信号に基づいて、高周波電流の電流値を検出する高周波電流値検出手段２０２と、検出された電流値の変化状態に基づいて電動モータの回転の有無を検知し、その検知結果によってコンプレッサの機械的なロック発生の有無を判定するロック判定手段２０３とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した気体が圧縮されるコンプレッサの圧縮機構の回転体に連結された回転軸を回転させる電動モータの制御手段と、
前記コンプレッサの機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段と、
を備え、
前記ロック検出手段は、
所定周波数の高周波電流を生成する高周波電流生成手段と、
前記高周波電流を前記電動モータの駆動電流に重畳させて当該電動モータに印加する高周波電流重畳手段と、
前記電動モータから出力される検出信号に基づいて、前記高周波電流の電流値を検出する高周波電流値検出手段と、
該高周波電流値検出手段で検出された電流値の変化状態に基づいて前記電動モータの回転の有無を検知し、その検知結果によって前記コンプレッサの機械的なロック発生の有無を判定するロック判定手段と、
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】
前記高周波電流重畳手段は、前記高周波電流を重畳する際に、前記電動モータが通常回転方向に対して逆回転方向の駆動力を得るように前記駆動電流を印加することを特徴とする請求項１に記載の電動コンプレッサの制御装置。
【請求項３】
前記ロック判定手段は、前記高周波電流値検出手段で検出された高周波電流値が所定値から変化しない場合に、前記コンプレッサの機械的なロックが発生したと判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動コンプレッサの制御装置。
【請求項４】
前記ロック判定手段は、前記高周波電流値検出手段で検出された高周波電流値の変化が予め設定される閾値以下である場合に、前記コンプレッサの機械的なロックが発生したと判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動コンプレッサの制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記コンプレッサが過負荷によって停止したか否かを検出する過負荷停止検出手段をさらに備え、
前記ロック検出手段は、前記過負荷停止検出手段によって前記コンプレッサが過負荷によって停止したと判定された際に、ロック検出を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電動コンプレッサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロック状態を検出可能な電動コンプレッサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機構を電動モータで回転駆動させる電動コンプレッサが動作中に停止した場合に、その原因としては、回転部分の潤滑不良や異物の噛み込み等による機械的なロック、或いは電動モータに対する回転速度指令値の急激な変化で生じた過負荷による電動モータの脱調等が考えられる。
【０００３】
電動コンプレッサの停止の原因が電動モータの過負荷にある場合には、電動コンプレッサを再起動させても差し支えない。
【０００４】
一方、停止の原因が機械的なロックにある場合には、原因が解消しない限り再起動させても電動コンプレッサは停止したままで動作しない。また、再起動により電動モータを過電流状態に陥らせ、却って電動コンプレッサの状態をさらに悪化させる虞がある。
【０００５】
そこで、電動コンプレッサのロック状態を検出する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４４４９２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、電動コンプレッサの停止時に高調波電圧を掛け、モータが停止中における電気角１回転分の電流ベクトル軌跡を描かせ、モータ回転子の停止位置を検出している。そして、その後にモータを一度回転させ、再度停止位置を確認して、１回目と２回目の停止位置の差からロック状態を検知している。
【０００８】
ところが、上記従来技術によるロック状態の検出手法は、ロジックが複雑で検出処理に比較的長い時間を要するという難点があった。
【０００９】
また、電気角２回転分の電流ベクトル軌跡を描く必要があるので、電力消費量が比較的多く、特に使用可能な電力に制限のある車両に搭載する場合などに問題となる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、コンプレッサのロック状態の検出を比較的簡易なロジックで高速に行うことができ、電力消費量も抑制することのできる電動コンプレッサの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る電動コンプレッサの制御装置は、吸入した気体が圧縮されるコンプレッサの圧縮機構の回転体に連結された回転軸を回転させる電動モータの制御手段と、前記コンプレッサの機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段と、を備え、前記ロック検出手段は、所定周波数の高周波電流を生成する高周波電流生成手段と、前記高周波電流を前記電動モータの駆動電流に重畳させて当該電動モータに印加する高周波電流重畳手段と、前記電動モータから出力される検出信号に基づいて、前記高周波電流の電流値を検出する高周波電流値検出手段と、該高周波電流値検出手段で検出された電流値の変化状態に基づいて前記電動モータの回転の有無を検知し、その検知結果によって前記コンプレッサの機械的なロック発生の有無を判定するロック判定手段と、を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コンプレッサのロック状態の検出を比較的簡易なロジックで高速に行うことができ、電力消費量も抑制することのできる電動コンプレッサの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動コンプレッサを示す断面図である。
【図２】図１の圧縮機構の拡大断面図である。
【図３】図１の電動コンプレッサの電気的構成を示す説明図である。
【図４】図１の圧縮機構のロータの機械角度と電動モータの電気角度とロータが回転摩擦力により停止する回転角度との関係を示すグラフである。
【図５】電動コンプレッサがロックした場合の高周波電流値の変化状態と回転角度の変化状態を示すグラフである。
【図６】電動コンプレッサがロックしていない場合の高周波電流値の変化状態と回転角度の変化状態を示すグラフである。
【図７】本実施の形態に係る電動コンプレッサで実行されるロック検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係る電動コンプレッサ１を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（電動コンプレッサの概略構成）
以下、本発明をベーンロータリー式の圧縮機構を有する電動コンプレッサ１に適用した場合の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る電動コンプレッサ１の概略構成を示す正断面図、図２は図１の圧縮機構の拡大断面図である。
【００１７】
なお、本実施の形態では、図２に示すように３つのベーンを有するベーンロータリー式の圧縮機構を有する電動コンプレッサを例に取って説明する。
【００１８】
即ち、図１に示す本実施の形態に係る電動コンプレッサ１は、回転式の圧縮機構３を電動モータ５で駆動して冷媒を圧縮するものである。
【００１９】
そして、電動コンプレッサ（コンプレッサ）１は、圧縮機構３、電動モータ５、これらが収容されるハウジング７、コントローラ１５を有している。
【００２０】
圧縮機構３は、一対のサイドブロック３ａ，３ｂと、これらによって挟持されたシリンダブロック３ｃと、シリンダブロック３ｃの内部に形成された楕円形のシリンダ室３ｄに収容した円柱状のロータ３ｅとを有している。
【００２１】
ロータ３ｅ（回転体）は、サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇで軸受された電動モータ５の回転軸５ａに取り付けられており、図２に示すように、ロータ３ｅの周面に開口する３つのベーン溝３１には、ロータ３ｅの周面から出没可能にベーン３３がそれぞれ支持されている。ベーン溝３１及びベーン３３は、ロータ３ｅの回転方向Ｘ（正方向）に１２０゜ずつ間隔をおいて配置されている。
【００２２】
ロータ３ｅが電動モータ５によりシリンダ室３ｄ内で回転方向Ｘ（正方向）に回転されると、ロータ３ｅの各ベーン３３がシリンダ室３ｄの内周面に倣ってベーン溝３１から出没し、ロータ３ｅと隣り合う２つのベーン３３とシリンダ室３ｄとで構成される圧縮室３５の容積が変化する。
【００２３】
そして、圧縮室３５の容積が増加する間に、サイドブロック３ａに形成した吸入口（図示せず）を通じて低圧の冷媒が吸入され、吸入された冷媒が、圧縮室３５の容積の減少に伴い圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、シリンダブロック３ｃの吐出ポート３ｌの吐出弁３ｍを開弁させ、さらに、サイドブロック３ｂに形成した吐出口（図示せず）から吐出される。
【００２４】
図１に示すように、電動モータ５は、回転軸５ａに取り付けられたロータ５ｂと、ロータ５ｂの外側に配置されたステータ５ｃとを有している。ステータ５ｃは複数の極に対応したティース（図示せず）を有しており、各ティースにはコイル５ｄがそれぞれ巻回されている。電動モータ５は、各コイル５ｄに所定のパターンで電圧を印加することでステータ５ｃに回転磁界を発生させることで、ロータ５ｂを回転させる。
【００２５】
ハウジング７は、一端が閉塞された円筒状を呈している。このハウジング７には圧縮機構３が収容されており、収容された圧縮機構３によりハウジング７の内部は、サイドブロック３ｂが露出する閉塞側の密閉された吐出室７ａと、サイドブロック３ａが露出する開口側の吸入室７ｂとに仕切られている。吸入室７ｂには電動モータ５が収容されており、吸入室７ｂは、ハウジング７の開口７ｃに取り付けた蓋部９によって密閉されている。
【００２６】
上述した吸入室７ｂは、圧縮機構３によって圧縮する低温低圧の冷媒が、電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの蒸発器）から図示しない吸入ポートを介して吸入される空間である。
【００２７】
また、圧縮機構３によって吸入室７ｂと気密に仕切られた吐出室７ａは、圧縮機構３によって圧縮された高温高圧の冷媒を、図示しない吐出ポートを介して電動コンプレッサ１の外部（例えば、冷凍サイクルの凝縮器）に吐出する空間である。この吐出室７ａの下部には、潤滑油１１が貯留される液溜まり部７ｄが形成されている。この液溜まり部７ｄには、吐出室７ａ内の液相の冷媒も滞留される。
【００２８】
制御手段等を構成するコントローラ１５は、図３に示すように、インバータ回路１５０とモータ制御部１５１とを有している。
【００２９】
インバータ回路１５０は、直流電源１３の電力を交流に変換して電動モータ５のステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル５ｄに供給するものである。
【００３０】
インバータ回路１５０は、各相のコイル５ｄに対応する上アーム及び下アームの電力用スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６を有している。
【００３１】
なお、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ：電界効果トランジスタ）等のパワートランジスタに置き換えてもよい。
【００３２】
モータ制御部１５１は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、電動モータ５の制御手段、コンプレッサ１の機械的なロックが発生したことを検出するロック検出手段等を構成している。
【００３３】
モータ制御部１５１は、電動モータ５の制御手段として、電動モータ５のステータ５ｃに回転磁界を発生させるための所定のパターンによる各コイル５ｄへの電圧印加を制御している。
【００３４】
モータ制御部１５１は、ロータ５ｂが一定の回転速度に達した後の定常期間において、各コイル５ｄへの電圧印加をセンサレスベクトル制御によって行う。センサレスベクトル制御では、ステータ５ｃの励磁されていない相のコイル５ｄを流れる誘導電流又は電圧を利用してロータ５ｂの回転角度をセンサレスで特定し、ロータ５ｂの回転角度に合わせて回転磁界が回転するように、各コイル５ｄに電圧が印加される。
【００３５】
なお、電動モータ５の電気角度は、ロータ５ｂの永久磁石による磁極の対数（極対数）をロータ５ｂの回転角度に乗じた角度である。本実施形態では、ロータ５ｂがＳ極とＮ極との対を２つ有しているので、極対数が２つであるロータ５ｂの回転角度に対して電動モータ５の電気角度は、図４のグラフに示すように、２倍の角度となる。
【００３６】
また、モータ制御部１５１は、ロック検出手段として、所定周波数の高周波電流を生成する高周波電流生成手段１００と、高周波電流生成手段１００で生成された高周波電流を電動モータ５の駆動電流（三相交流）に重畳させて電動モータ５に印加する高周波電流重畳手段２０１と、電動モータ５から出力される検出信号Ｉａに基づいて、高周波電流の電流値Ｉｈを検出する高周波電流値検出手段２０２と、高周波電流値検出手段２０２で検出された電流値Ｉｈの変化状態に基づいて電動モータ５の回転の有無を検知し、その検知結果によってコンプレッサ１の機械的なロック発生の有無を判定するロック判定手段２０３とを備えている。
【００３７】
なお、図３に示す構成例では、高周波電流生成手段１００はモータ制御部１５１の外部に設けられているが、これに限定されず、モータ制御部１５１の内部に設けるようにしてもよい。
【００３８】
また、高周波電流生成手段１００で生成する高周波電流Ｉｈは、例えば数百Ｈｚ程度とするとよい。
【００３９】
さらに、高周波電流Ｉｈの周波数は、固定とする場合に限らず、所定の範囲（例えば、４００〜５００Ｈｚ）で可変するようにしてもよい。
【００４０】
なお、モータ制御部１５１を構成するマイクロコンピュータが備えるメモリ部（図示せず）には、後述するロック検知処理等の実行プログラムやデータが格納されている。
【００４１】
ここで、高周波電流重畳手段２０１は、高周波電流Ｉｈを重畳する際に、電動モータ５が通常回転方向（即ち、コンプレッサ１が圧縮動作を行う方向）に対して逆回転方向の駆動力を得るように駆動電流を印加するように制御する。これにより、圧縮動作を行う方向よりも回転負荷が小さい逆回転方向への回転を試みることができ、消費電力を抑えることができる。
【００４２】
また、ロック判定手段２０３は、高周波電流値検出手段２０２で検出された高周波電流値Ｉｈが所定値（例えば、図５（ａ）に示す例では０Ａ）から変化しない場合に、コンプレッサ１の機械的なロックが発生したと判定するようにできる。この場合には、図５（ｂ）に示すように、電動モータ５の回転角度（ｄｅｇ）は、時間が経過しても変化しておらず、コンプレッサ１の機械的なロックにより、電動モータ５は駆動電流の印加によっても動作しない状態であることが分かる。
【００４３】
これにより、コンプレッサ１のロック状態の検出を比較的簡易なロジックで高速に行うことができ、電力消費量も抑制することがきる。
【００４４】
ここで、比較例として図６（ｂ）に示すように、高周波電流Ｉｈを重畳した駆動電流の印加により電動モータ５が回転した場合（図６（ｂ）のように、時間経過により回転角度（ｄｅｇ）が一定に変化している場合）には、図６（ａ）に示すように、高周波電流Ｉｈは、所定の曲線を描いて変化している。このように、図５（ａ）に例示するように高周波電流Ｉｈが変化しない状態と、図６（ａ）に例示するように高周波電流Ｉｈが変化する状態とは、明確に判別することができる。したがって、ロック判定手段２０３は、このような高周波電流Ｉｈの変化に基づいて、コンプレッサ１に機械的なロックが発生したか否かを比較的簡単なロジックにより、正確に判定することが可能である。
【００４５】
なお、ロック判定手段２０３は、高周波電流値検出手段２０２で検出された高周波電流値Ｉｈの変化が予め設定される閾値以下である場合に、コンプレッサ１の機械的なロックが発生したと判定するようにしてもよい。これにより、モータが動いていないにも関わらず、高周波電流Ｉｈの値がノイズ等によって変化してしまい、誤って検知してしまう事を防ぐことができる。
【００４６】
また、制御手段としてのモータ制御部１５１は、コンプレッサ１が過負荷によって停止したか否かを検出する過負荷停止検出手段をさらに備え、ロック検出手段２０３は、過負荷停止検出手段によってコンプレッサ１が過負荷によって停止したと判定された際に、ロック検出を行うように制御してもよい。これにより、通常の停止動作時などには、ロック検出を行わないようにでき、コンプレッサ１の駆動の効率化を図ることができる。
【００４７】
（ロック検知処理）
次に、図７のフローチャートを参照して、本実施の形態に係る電動コンプレッサ１のモータ制御部１５１で実行されるロック検知処理の処理手順について説明する。
【００４８】
まず、この処理が開始されると、ステップＳ１０で、電動モータ５からの検出信号Ｉａに基づいて電動モータ５の電流値を検出してステップＳ１１に移行する。
【００４９】
ステップＳ１１では、電動モータ５の電流値に基づいて電動モータ５の速度を推定し、ステップＳ１２では、推定された速度に基づいて電動モータ５が過負荷状態で停止したか否かを判定する。
【００５０】
そして、判定結果が「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ１３に移行して、電動モータ５の通常起動を行ってから処理を終了する。
【００５１】
一方、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合には、ステップＳ１４に移行して、ロック検知を開始し、ステップＳ１５では、高周波電流生成手段１００で生成した高周波電流Ｉｈを駆動電流に重畳して電動モータ５を逆転させて、ステップＳ１６に移行する。
【００５２】
ステップＳ１６では、高周波電流値の変化を検知したか否かが判定される。
【００５３】
そして、判定結果が「Ｙｅｓ」の場合（即ち、図６（ａ）に例示するような高周波電流値の変化を検知した場合）には、ステップＳ１３に移行する。このように高周波電流値の変化を検知した場合には、コンプレッサ１に機械的なロックは発生していないものと推定されるので、電動モータ５の通常起動を行ってから処理を終了する。
【００５４】
一方、判定結果が「Ｎｏ」の場合（即ち、図５（ａ）に例示するように高周波電流値の変化を検知しない場合）には、ステップＳ１７に移行する。
【００５５】
ステップＳ１７では、コンプレッサ１に機械的なロック状態が発生しているものと判定し、ステップＳ１８で、警告表示等のエラー報知を行ってから処理を終了する。
【００５６】
これにより、コンプレッサ１に機械的なロックが発生している状態で、電動モータ５の通常起動を行って、状態が悪化する事態を回避することができる。
【００５７】
また、コンプレッサ１のロック状態の検出を比較的簡易なロジックで高速に行うことができ、従来に比して電力消費量も抑制することがきる。
【００５８】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載にしたがって解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１…電動コンプレッサ（コンプレッサ）
３…圧縮機構
５…電動モータ
１３…直流電源
１５…コントローラ（制御手段）
１００…高周波電流生成手段
１５０…インバータ回路
１５１…モータ制御部（電動モータの制御手段、ロック検出手段）
２０１…高周波電流重畳手段
２０２…高周波電流値検出手段
２０３…ロック判定手段
Ｑ１〜Ｑ６…ＩＧＢＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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