(57)【要約】【課題】大きなメモリ容量を必要とせず電力消費を抑制できる電動コンプレッサの制御装置。【解決手段】モータ２により回転駆動されるロータを備えるベーンロータリ型の電動コンプレッサの制御装置において、モータ駆動信号を生成するモータ駆動部５と、モータ駆動部の制御信号を生成するモータ駆動制御装置４を備え、モータ駆動制御装置は、モータの停止指令が出された時のロータの角度を表す停止指令角度と、推定したロータの停止角度を示す推定停止角度と、推定停止角度との差が所定値となる電流位相を指示する電流位相指令とを関連付けたテーブルを格納したメモリ１１と、モータ駆動信号に基づき停止指令角度に対応する推定停止角度をテーブルから取得してロータの停止位置を推定し、停止位置に対応する電流位相指令を該テーブルから取得してモータの最大トルクが出る制御信号を生成してモータ駆動部に供給する制御部１２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（２）により回転駆動されるロータを備えるベーンロータリ型の電動コンプレッサの制御装置において、
前記モータを駆動するためのモータ駆動信号を生成するモータ駆動部（５）と、
前記モータ駆動部からのモータ駆動信号に基づき該モータ駆動部を制御するための制御信号を生成するモータ駆動制御装置（４）とを備え、
前記モータ駆動制御装置（４）は、
前記モータの停止指令が出された時のロータの角度を表す停止指令角度と、前記ロータが停止する角度を推定した推定停止角度と、該推定停止角度との差が所定値となる電流位相を指示する電流位相指令とを関連付けたテーブルを格納したメモリ（１１）と、
前記モータ駆動部からのモータ駆動信号に基づき算出した停止指令角度に対応する推定停止角度を前記メモリに格納されたテーブルから取得して前記ロータの停止位置を推定し、推定した停止位置に対応する電流位相指令を該テーブルから取得し、取得した電流位相指令に基づき前記モータの最大トルクが出る制御信号を生成して前記モータ駆動部に供給する制御部（１２）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】
前記テーブルに格納される推定停止角度は、脈動する負荷トルクの谷に対応するロータの角度であることを特徴とする請求項１記載の電動コンプレッサの制御装置。
【請求項３】
前記制御部（１２）は、前記モータの停止指令が出された時に、所定の角度でロータが停止するように、前記停止指令の実行を遅らせることを特徴とする請求項１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、気体を圧縮する電動コンプレッサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動コンプレッサをセンサレス制御により起動する場合、事前に同期運転処理（ロータの角度を推定する処理）が必要となる。同期運転処理では、ロータを回転させるために回転磁界を発生させ、角度推定ができる速度までモータを回転させる必要がある。
【０００３】
このような電動コンプレッサにおいては、起動時には電動コンプレッサ内の吐出側と吸入側との差圧に打ち勝つだけのモータのトルクが必要になり、トルクが不足していると起動に失敗する場合がある。そこで、高いトルクを得るために、モータに対して最大トルクを出力できる電流位相の電流を供給する必要がある。このため、モータが停止している時のロータの角度をなんらかの方法で推定する必要がある。
【０００４】
この推定の方法として、従来、特定の相に電流を流してロータを特定位置に引き付けることにより位置決めを行い、この位置決めした角度に対して最大トルクが出る電流位相の電流を供給する方法や、起動前に電流を流して何らかのアルゴリズムで初期位置の推定を行い、推定した角度に対して最大トルクが出る電流位相で電流を流す方法などが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７１１７９号公報（図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した初期位置の推定を行うためには理論式や複雑なアルゴリズムが必要となるので、大きなメモリ容量が必要になるという問題がある。また、初期位置の推定のために起動前に電流を流す方法では、電力消費が大きくなるという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、大きなメモリ容量を必要とせずに、しかも電力消費を抑えることが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】
【０００８】
ベーンロータリ型の電動コンプレッサの場合、ベーンの枚数と圧縮室の数の組み合わせによりロータの停止角度は限られている。そこで、本発明では、センサレス制御時のロータの角度を監視し、モータの停止指令が出された時のロータの角度からロータの停止角度を推定する。
【０００９】
即ち、本発明は、モータにより回転駆動されるロータを備えるベーンロータリ型の電動コンプレッサの制御装置において、前記モータを駆動するためのモータ駆動信号を生成するモータ駆動部と、前記モータ駆動部からのモータ駆動信号に基づき該モータ駆動部を制御するための制御信号を生成するモータ駆動制御装置とを備え、前記モータ駆動制御装置は、前記モータの停止指令が出された時のロータの角度を表す停止指令角度と、前記ロータが停止する角度を推定した推定停止角度と、該推定停止角度との差が所定値となる電流位相を指示する電流位相指令とを関連付けたテーブルを格納したメモリと、前記モータ駆動部からのモータ駆動信号に基づき算出した停止指令角度に対応する推定停止角度を前記メモリに格納されたテーブルから取得して前記ロータの停止位置を推定し、推定した停止位置に対応する電流位相指令を該テーブルから取得し、取得した電流位相指令に基づき前記モータの最大トルクが出る制御信号を生成して前記モータ駆動部に供給する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ロータの停止位置を簡単に推定できるため、位置決め制御のためのアルゴリズムが不要となり、メモリ容量を小さくできる。また、初期位置の推定を行うために電流を流す必要がないので、電力消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の電動コンプレッサの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の電動コンプレッサの制御装置で使用されるテーブルの例を示す図である。
【図３】図２に示すテーブルの電流位相指令の設定に用いられる電流位相とロータ角度の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置における電流位相とロータ角度との位相差と出力されるトルクとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置において、ロータ角度と電流位相との位相差が０°である場合のこれらの波形を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置において、ロータ角度と電流位相との位相差が４０°である場合のこれらの波形を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置において、停止角度をＡ［ｄｅｇ］である場合の停止制御を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置において、停止角度をＢ［ｄｅｇ］である場合の停止制御を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態の電動コンプレッサのモータ制御装置において、停止角度をＣ［ｄｅｇ］である場合の停止制御を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の電動コンプレッサの制御装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の電動コンプレッサの制御装置の構成を示すブロック図である。この電動コンプレッサの制御装置により制御される電動コンプレッサは、インバータ１、モータ２および圧縮機３を備えている。
【００１４】
インバータ１は、直流電源から供給される直流電流を交流電流に変換してモータ２に供給する。このインバータ１は、モータ駆動制御装置４およびモータ駆動部５を備えている。モータ２は、三相交流モータからなり、インバータ１からの交流電流により回転して圧縮機３を駆動する。
【００１５】
圧縮機３は、図示しないロータを備えており、このロータはモータ２に直結されて回転駆動される。圧縮機３は、ロータの回転により吸入した低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒に変換し、吐出する。
【００１６】
インバータ１に含まれるモータ駆動部５は、ハイサイドのスイッチング素子Ｕｈとローサイドのスイッチング素子Ｕｌとからなる第１直列回路、ハイサイドのスイッチング素子Ｖｈとローサイドのスイッチング素子Ｖｌとからなる第２直列回路、及びハイサイドスイッチング素子Ｗｈとローサイドのスイッチング素子Ｗｌとからなる第３直列回路が並列に接続されて構成されている。
【００１７】
スイッチング素子Ｕｈ、Ｖｈ、Ｗｈ、Ｕｌ、Ｖｌ及びＷｌの各々は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）から構成されている。スイッチング素子Ｕｈ、Ｖｈ、Ｗｈ、Ｕｌ、ＶｌおよびＷｌの各々のコレクタ−エミッタ間には、逆並列にダイオードが接続されている。
【００１８】
ハイサイドのスイッチング素子Ｕｈの一端、ハイサイドのスイッチング素子Ｖｈの一端及びハイサイドのスイッチング素子Ｗｈの一端は、直流電源の正極とコンデンサＣ１の一端とに接続されている。ローサイドのスイッチング素子Ｕｌの一端、ローサイドのスイッチング素子Ｖｌの一端及びローサイドのスイッチング素子Ｗｌの一端は、直流電源の負極とコンデンサＣ１の他端とに接続されている。
【００１９】
ハイサイドのスイッチング素子Ｕｈの他端及びローサイドのスイッチング素子Ｕｌの他端は、モータ２のＵ相に接続されている。ハイサイドのスイッチング素子Ｖｈの他端及びローサイドのスイッチング素子Ｖｌの他端は、モータ２のＶ相に接続されている。ハイサイドのスイッチング素子Ｗｈの他端及びローサイドのスイッチング素子Ｗｌの他端は、モータ２のＷ相に接続されている。
【００２０】
モータ駆動部５は、モータ駆動制御装置４からの制御信号Ｇ１〜Ｇ６に応じて、６つのスイッチング素子Ｕｈ、Ｕｌ、Ｖｈ、Ｖｌ、Ｗｈ及びＷｌをオン／オフさせることにより直流電源からの直流電流を三相の交流電流に変換してモータ２に供給し、モータ２を駆動する。モータ２は、同期電動機から構成されており、モータ駆動部５からの三相の交流電流により回転駆動されて圧縮機３を駆動する。
【００２１】
インバータ１に含まれるモータ駆動制御装置４は、例えばマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）から構成されており、モータ駆動部５に接続されている。このモータ駆動制御装置４は、通常運転時には、モータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相の電圧及び電流を示す信号を含むモータ駆動信号を検出し、各相のモータ駆動信号に基づきロータの位置（角度）を算出する。そして、この算出したロータの位置に基づき６つのスイッチング素子Ｕｈ、Ｕｌ、Ｖｈ、Ｖｌ、ＷｈおよびＷｌを制御するための６つの制御信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５およびＧ６を生成する。生成された制御信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５およびＧ６は、６つのスイッチング素子Ｕｈ、Ｕｌ、Ｖｈ、Ｖｌ、ＷｈおよびＷｌの各々のゲートに印加される。これにより、６つのスイッチング素子Ｕｈ、Ｕｌ、Ｖｈ、Ｖｌ、Ｗｈ、Ｗｌがオン／オフされる。
【００２２】
モータ駆動制御装置４は、メモリ１１および制御部１２を備えている。メモリ１１は、モータ２を駆動するための情報を格納したテーブルを記憶している。制御部１２は、モータ駆動部５からの各相のモータ駆動信号と、メモリ１１のテーブルから読み出した情報とに基づいて上述した制御信号Ｇ１〜Ｇ６を生成する。
【００２３】
メモリ１１は、図２に示すような、モータ２の停止指令が出された時のロータの角度を表す停止指令角度と、ロータが停止する角度を推定した推定停止角度と、推定停止角度との差が所定値となるような電流位相を指示する電流位相指令とを関連付けたテーブルを格納している。このテーブルを参照することにより、モータ２の推定停止角度が推定され、この推定された推定停止角度に対応する電流位相指令が生成される。
【００２４】
電流位相指令は、電流位相と推定停止角度との差が４０°になるように設定される。図３は、電流位相とロータ角度（推定停止角度）の関係を示す図である。テーブルには、交流電流がマイナス方向にゼロクロスする点の電流位相を０°とし、推定停止角度がＡ（例えば６０°）の時に電流位相αが１００°、推定停止角度がＢ（例えば１８０°）の時に電流位相βが２２０°、推定停止角度がＣ（例えば３４０°）の時に電流位相γが３４０°となるように設定されている。
【００２５】
制御部１２は、図２に示すメモリ１１内のテーブルを参照してモータ２の推定停止角度に応じた電流位相指令を選択する。そして、選択した電流位相指令に基づきモータ２を駆動するための制御信号Ｇ１〜Ｇ６を生成し、６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに供給する。
【００２６】
図４は、電流位相とロータ角度との位相差と、出力されるトルクとの関係を示している。例えば、位相差が０°（点Ｐ１の位置）であれば、ロータ角度および電流位相は図５に示すような波形となり、トルクは、約２Ｎｍとなる。また、位相差が４０°（点Ｐ２の位置）であれば、ロータ角度および電流位相は図６に示すような波形となり、トルクは約３Ｎｍとなる。
【００２７】
次に、上記のように構成された実施形態の電動コンプレッサの制御装置の動作を、図７〜図９を参照しながら説明する。
【００２８】
電動コンプレッサは、通常、以下のように動作する。即ち、電動コンプレッサの運転開始指令が出力されて同期運転が開始されると、モータ駆動制御装置４からの制御信号Ｇ１〜Ｇ６によりモータ駆動部５が制御され、インバータ１からの交流電力によりモータ２が回転される。これにより、圧縮機３が駆動され、低圧冷媒が圧縮機３に入る。圧縮機３では、ロータが回転することにより低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出側に送り、電動コンプレッサが運転される。
【００２９】
次に、実施形態の電動コンプレッサの制御装置の特徴的な動作を説明する。図７は、停止角度をＡ［ｄｅｇ］（例えば６０°）とした場合の停止制御の様子を示す。通常のセンサレス制御時では、モータ駆動部５からモータ２に供給されるＵ相、Ｖ相およびＷ相のモータ駆動信号に基づきロータの角度を算出できるため、ロータの角度の監視が可能になる。
【００３０】
ベーンロータリ型の電動コンプレッサでは、ロータが１回転する間（ロータの機械角度が０°から３６０°まで変化する間）にベーンの枚数に応じた回数だけ圧縮が行われるので、図７（ｂ）に示すように負荷トルクの脈動（リプル）が発生する。
図７では、ロータが１回転する間に３回の圧縮が行われる例を示している。ここで、本発明者らは、ロータは、脈動する負荷トルクのいずれかの谷の位置で停止することを実験により確認済みである。
【００３１】
この実施形態では、インバータ１のスイッチング停止指令が出された時の角度（停止指令角度）と、停止位置の角度（推定停止角度）との関係を予め、図２に示すテーブルに格納しておくことにより、停止角度の推定が行われる。なお、インバータ１のスイッチング停止指令は、モータ２の停止指令と同じ意味である。
【００３２】
例えば、図７（ａ）に「Ｗ」で示す角度範囲でインバータ１のスイッチング停止指令が出された場合、図７（ｂ）に示すようにモータ出力トルクが負荷トルクより小さくなるように変化し、次の負荷トルクの山と１つ前の負荷トルクの山の間で、ロータは停止すると考えられる。
【００３３】
このため、Ｗで示す角度範囲でスイッチング停止指令が出された場合、ロータは角度Ａで停止しているものと推定できる。次回の起動時には、図２に示すテーブルを参照し、停止している角度Ａに対して最大トルクが出る電流位相指令をモータ駆動部５に与えることにより最大トルクで起動が行われる。なお、図７（ｃ）では１相分の電流波形のみを示しているが、実際は、１２０°および２４０°だけ位相がずれた電流も同時に流れる。
【００３４】
図８は、停止角度をＢ［ｄｅｇ］（例えば１８０°）とした場合の停止制御の様子を示す。この電動コンプレッサでは、図８（ｂ）に示すように負荷トルクの脈動（リプル）が発生する。
【００３５】
この実施形態では、図２に示すテーブルを参照することにより、停止角度の推定が行われる。例えば、図８（ａ）に「Ｘ」で示す角度範囲でインバータ１のスイッチング停止指令が出された場合、図８（ｂ）に示すようにモータ出力トルクが負荷トルクより小さくなるように変化し、次の負荷トルクの山と１つ前の負荷トルクの山の間で、ロータは停止すると考えられる。
【００３６】
このため、Ｘで示す角度範囲でスイッチング停止指令が出された場合、ロータは角度Ｂで停止しているものと推定される。次回の起動時には、図２に示すテーブルを参照し、停止している角度Ｂに対して最大トルクが出る電流位相指令をモータ駆動部５に与えることにより最大トルクで起動が行われる。
【００３７】
図９は、停止角度をＣ［ｄｅｇ］（例えば３００°）とした場合の停止制御の様子を示す。この電動コンプレッサでは、図９（ｂ）に示すように負荷トルクの脈動（リプル）が発生する。
【００３８】
この実施形態では、図２に示すテーブルを参照することにより、停止角度の推定が行われる。例えば、図９（ａ）に「Ｙ」で示す角度範囲でインバータ１のスイッチング停止指令が出された場合、図９（ｂ）に示すようにモータ出力トルクが負荷トルクより小さくなるように変化し、次の負荷トルクの山と１つ前の負荷トルクの山の間で、ロータは停止すると考えられる。
【００３９】
このため、Ｙで示す角度範囲でスイッチング停止指令が出された場合、ロータは角度Ｃで停止しているものと推定される。次回の起動時には、図２に示すテーブルを参照し、停止している角度Ｃに対して最大トルクが出る電流位相指令をモータ駆動部５に与えることにより最大トルクで起動が行われる。
【００４０】
実施形態は次のように変形することもできる。即ち、ロータを毎回同じ角度で停止させたい場合には、インバータ１のスイッチング停止指令が出されてから直ちに停止せず、停止させたい角度範囲までロータが回転したら、インバータ１のスイッチング停止指令を実行するように構成する。
【００４１】
例えば、図７の角度Ａで停止させたい場合、回転角度がＷの範囲に入ったらスイッチング停止指令を実行する。ユーザによる停止命令が出されてから、実際に電動コンプレッサのスイッチング停止命令が実行されるまでに遅れが生じるが、この時の運転回転数を１０ｒｐｓと仮定すると１００ｍｓｅｃ程度の遅れが生じるのみである。従って、実使用上は差し支えがないと考えられる。
【００４２】
このように、実施形態の電動コンプレッサの制御装置によれば、単純な処理でロータの停止位置を推定できるため、位置決め制御のためのアルゴリズムが不要となり、メモリ容量を削減できる。また、初期位置を設定するために電流を流す必要がないので、電力消費を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ベーンロータリ型の種々の電動コンプレッサに適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  インバータ
２  モータ
３  圧縮機
４  モータ駆動制御装置
５  モータ駆動部
１１  メモリ
１２  制御部
【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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【図８】
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【図９】
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