(57)【要約】【課題】ロータが負荷トルクに対抗して回転し始められずコンプレッサが起動に失敗するのを防ぐ。【解決手段】電動モータ５の停止指令後の、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧によるロータ３ｅの逆回転が回転摩擦力によって停止する範囲（停止角度範囲）を、実験的に予め求めておく。また、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが電動モータ５の最大出力トルクよりも確実に低い角度範囲（停止位置範囲）を予め決めておく。そして、差圧による逆回転が回転摩擦力により停止したロータ３ｅを電動モータ５により停止位置範囲内の目標角度に逆回転させる。これにより、ロータ３ｅの逆回転を確実に「起動可能」の範囲内の回転角度で停止させ、電動コンプレッサ１の起動時に、電動モータ５によりロータ３ｅを確実に回転させる。【選択図】図７
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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（１）の圧縮機構（３）の回転体（３ｅ）を回転させるモータ（５）の制御装置（１５）において、
前記モータ（５）の停止指令後における前記回転体（３ｅ）の、前記コンプレッサ（１）の吸入側の気体と吐出側の気体との差圧による逆回転が、前記回転体（３ｅ）の回転摩擦力によって停止する停止角度から、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが前記停止角度よりも低くかつ前記モータ（５）の発生トルク以下となる所定の起動角度まで、前記回転体（３ｅ）が逆回転するように前記モータ（５）を駆動させる起動位置合わせ制御を行う制御手段（１５ｂ）を備える、
ことを特徴とするコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項２】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記起動位置合わせ制御において、前記停止角度の前記回転体（３ｅ）を逆回転させるための駆動用信号を、前記回転体（３ｅ）が前記停止角度からの逆回転を開始するまで前記モータ（５）に供給し、該駆動用信号の供給後に前記回転体（３ｅ）を、前記回転摩擦力を上回る前記差圧により前記起動角度まで逆回転させることを特徴とする請求項１記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項３】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記起動位置合わせ制御において、前記停止角度から前記起動角度に逆回転する前記回転体（３ｅ）の回転角度を検出するための、前記駆動用信号よりも高周波の検出用信号を前記モータ（５）に供給し、前記停止角度から前記起動角度に逆回転する前記回転体（３ｅ）の回転角度を前記検出用信号により検出することを特徴とする請求項２記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項４】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記起動位置合わせ制御において、前記回転体（３ｅ）が前記停止角度からの逆回転を開始するまで前記検出用信号を前記モータ（５）に供給し、前記検出用信号の供給停止後から所定時間経過するまで前記回転摩擦力を上回る前記差圧により前記回転体（３ｅ）を逆回転させることで、該回転体（３ｅ）を前記起動角度に位置させることを特徴とする請求項２記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項５】
前記起動角度は、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが最も低くなる角度であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項６】
前記起動角度は、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが最も低くなる角度から前記回転体（３ｅ）が所定角度逆回転した角度であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項７】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記モータ（５）の起動直前に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項８】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記回転体（３ｅ）の前記停止角度における逆回転の停止から所定時間経過後に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項９】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記回転体（３ｅ）の前記停止角度における逆回転の停止直後に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサを回転させるモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば冷凍サイクルに用いられるコンプレッサでは、シリンダ内のロータを回転させて、シリンダ室内に吸入した流体を圧縮しシリンダ室外に吐出している。そして、ロータをモータで回転させる電動コンプレッサにおいては、モータのステータコイルを流れる誘導電流を利用してセンサレスでロータの回転角度を検出し、検出したロータの回転角度に応じてモータのステータコイルに印加する電圧を調整するセンサレスベクトル制御が行われる。
【０００３】
但し、電動コンプレッサの起動時にモータのステータコイルを流れる誘導電流は、ロータの回転量が小さいため微弱であり、ロータの回転角度を特定するには不十分である場合がある。そこで、電動コンプレッサの起動時には、ステータコイルの励磁する極を一定の周波数で強制的に移動させる同期制御でモータを回転させてロータを強制回転させることが行われる。
【０００４】
なお、ロータの回転速度がある程度上昇してロータの回転角度を特定するのに十分な誘導電流がモータのステータコイルを流れるようになったら、モータの制御が同期制御からセンサレスベクトル制御に切り替えられる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２５５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術で行う同期制御では、ロータにかかる負荷トルクに対してステータコイルを流れる電流が不足すると、負荷トルクに対抗してロータが回転し始めることができず、コンプレッサの起動に失敗してしまう可能性がある。
【０００７】
このような問題は、シリンダ室内でロータを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構を有するコンプレッサに限らず、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に共通するものである。
【０００８】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コンプレッサの起動時に圧縮機構の回転体が負荷トルクに対抗して回転し始められずコンプレッサが起動に失敗してしまうのを防ぐことができるコンプレッサモータ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】
【０００９】
即ち、電動コンプレッサにおける圧縮機構内の流体圧力は、圧縮機構の回転体の回転により気体が圧縮機構内で圧縮されるのに伴って変動する。したがって、回転し始めるときの回転体にかかる負荷トルクも、回転体が停止している回転角度によって変動する。そして、負荷トルクが大きい回転角度で回転体が停止すると、モータを同期制御するコンプレッサの起動時に回転体が回転し始めずコンプレッサの起動に失敗する可能性が高くなる。
【００１０】
そこで、上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、
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を回転させるモータの制御装置において、
前記モータの停止指令後における前記回転体の、前記コンプレッサの吸入側の気体と吐出側の気体との差圧による逆回転が、前記回転体の回転摩擦力によって停止する停止角度から、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが前記停止角度よりも低くかつ前記モータの発生トルク以下となる所定の起動角度まで、前記回転体が逆回転するように前記モータを駆動させる起動位置合わせ制御を行う制御手段を備える、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記起動位置合わせ制御において、前記停止角度の前記回転体を逆回転させるための駆動用信号を、前記回転体が前記停止角度からの逆回転を開始するまで前記モータに供給し、該駆動用信号の供給後に前記回転体を、前記回転摩擦力を上回る前記差圧により前記起動角度まで逆回転させることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の第３の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第２の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記起動位置合わせ制御において、前記停止角度から前記起動角度に逆回転する前記回転体の回転角度を検出するための、前記駆動用信号よりも高周波の検出用信号を前記モータに供給し、前記停止角度から前記起動角度に逆回転する前記回転体の回転角度を前記検出用信号により検出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第４の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第２の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記起動位置合わせ制御において、前記回転体が前記停止角度からの逆回転を開始するまで前記検出用信号を前記モータに供給し、前記検出用信号の供給停止後から所定時間経過するまで前記回転摩擦力を上回る前記差圧により前記回転体を逆回転させることで、該ロータを前記起動角度に位置させることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の第５の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１、第２、第３又は第４の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記起動角度は、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが最も低くなる角度であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第６の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１、第２、第３又は第４の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記起動角度は、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが最も低くなる角度から前記回転体が所定角度逆回転した角度であることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の第７の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記モータの起動直前に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第８の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回転体の前記停止角度における逆回転の停止から所定時間経過後に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の第９の態様によるコンプレッサモータ制御装置は、本発明の第１、第２、第３、第４、第５又は第６の態様によるコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記回転体の前記停止角度における逆回転の停止直後に前記起動位置合わせ制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
吸入した気体を圧縮するコンプレッサの圧縮機構において回転する回転体の負荷トルクは、圧縮機構内で圧縮される気体の圧力変化に応じて変化する。したがって、停止している回転体を回転させる際にモータに要求されるトルクは、回転体がどの回転角度に停止しているかによって異なる。
【００２０】
ところで、コンプレッサの停止に伴うモータの停止指令で正回転の動力を失った回転体は、コンプレッサの吸入側の気体と吐出側の気体との差圧によって逆方向に回転（逆回転）する。そして、回転体に対してかかる回転摩擦力が吸入側の気体と吐出側の気体との差圧を超えると、ロータの逆回転が停止する。
【００２１】
このとき、コンプレッサの起動時に回転体を回転させるのに必要なモータの要求トルクが最も高い回転角度で回転体の逆回転が停止すると、コンプレッサの起動時に、モータのトルク不足により回転体が正回転せず起動に失敗する可能性がある。
【００２２】
これに対し、本発明のコンプレッサモータ制御装置では、制御手段が行う起動位置合わせ制御により、モータの停止指令後の回転体の逆回転が停止した停止角度から、回転体の回転開始時における負荷トルクが停止角度よりも低く、しかも、モータの発生トルク以下となる起動角度まで、回転体が逆回転するようにモータが駆動される。
【００２３】
このため、コンプレッサの起動時に回転体が負荷トルクに対抗して回転し始められずコンプレッサが起動に失敗してしまうのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般的な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】本発明の一実施形態に係る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】停止中のロータを回転させるのに必要な要求トルクとロータの回転角度との関係を示すグラフである。
【図５】図１の電動モータの最大出力トルクと停止中のロータを回転させるのに必要な要求トルクとの関係をロータの回転角度毎に示すグラフである。
【図６】図３のモータ制御部が起動位置合わせ制御を行う際に利用するロータの停止角度の範囲を特定する方法を説明するグラフである。
【図７】図３のモータ制御部が起動位置合わせ制御において停止角度から停止位置範囲内の目標角度までロータを逆回転させる方法を説明するグラフである。
【図８】図３のモータ制御部が行う起動位置合わせ制御の制御例を示すもので、（ａ）は電動モータのステータに供給する駆動用信号の電流波形を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はロータの推定上の回転角度を示すグラフである。
【図９】図３のモータ制御部が起動位置合わせ制御において停止角度から停止位置範囲内の目標角度までロータを逆回転させる方法の別例を説明するグラフである。
【図１０】図３のモータ制御部が行う起動位置合わせ制御の制御の別例を示すもので、（ａ）は電動モータのステータに供給する駆動用信号及び検出用信号の電流波形を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はロータの推定上の回転角度を示すグラフである。
【図１１】図３のモータ制御部が行う起動位置合わせ制御の制御の別例を示すもので、（ａ）は電動モータのステータに供給する駆動用信号及び検出用信号の電流波形を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はロータの推定上の回転角度を示すグラフ、（ｄ）は検出用信号の供給停止からの経過時間から推定したロータの回転角度を示すグラフである。
【図１２】図３のモータ制御部が電動コンプレッサの動作の流れにおいて起動位置合わせ制御を行うタイミングを示すフローチャートである。
【図１３】図３のモータ制御部が電動コンプレッサの動作の流れにおいて起動位置合わせ制御を行うタイミング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】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサ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。図１に示す本実施形態の電動コンプレッサ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。
【００２７】
そして、電動コンプレッサ１（請求項中のコンプレッサに相当）は、圧縮機構３及び電動モータ５の他、これらが収容されるハウジング７、及び、コントローラ１５を有している。
【００２８】
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。
【００２９】
ロータ３ｅ（請求項中の回転体に相当）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の周面に開口する複数のベーン溝３１には、ロータ３ｅの周面から出没可能に複数のベーン３３がそれぞれ支持されている。
【００３０】
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とで構成される空間の容積が変化する。
【００３１】
そして、空間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、空間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。
【００３２】
図１に示すように、電動モータ５（請求項中のモータに相当）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。
【００３３】
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。
【００３４】
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）から不図示の吸入ポートを介して吸入される空間である。
【００３５】
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、不図示の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（図示せず）も滞留される。
【００３６】
液溜まり部７ｄの潤滑油１１は、吐出室７ａの冷媒の圧力によりサイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給されて、軸受部３ｆ，３ｇが軸受する回転軸５ａの潤滑に用いられる。軸受部３ｆ，３ｇは、サイドブロック３ａ，３ｂの回転軸５ａが貫通する貫通孔の内周面に形成された環状溝からなる。
【００３７】
サイドブロック３ａの軸受部３ｆには、サイドブロック３ｂの通路３ｈと、シリンダブロック３ｃの通路３ｉと、サイドブロック３ａの通路３ｊとを介して、液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。サイドブロック３ｂの軸受部３ｇには、サイドブロック３ｂの通路３ｋを介して液溜まり部７ｄの潤滑油１１が供給される。
【００３８】
サイドブロック３ａ，３ｂの軸受部３ｆ，３ｇに供給された潤滑油１１は、不図示の通路を経て、吐出室７ａの液溜まり部７ｄに回収される。また、サイドブロック３ｂの軸受部３ｇに供給された潤滑油１１の一部は、シリンダ室３ｄ等を経て、吐出室７ａに吐出される高圧の冷媒に混入する。そこで、吐出室７ａには、高圧の冷媒から潤滑油１１を分離する油分離器７ｅが設けられている。油分離器７ｅによって冷媒から分離された潤滑油１１は、吐出室７ａ内の液相の冷媒（図示せず）と共に、吐出室７ａの下部の液溜まり部７ｄに滞留される。
【００３９】
コントローラ１５（請求項中の制御装置及びコンプレッサモータ制御装置に相当）は、図３の説明図に示すように、インバータ回路１５ａとモータ制御部１５ｂとを有している。
【００４０】
インバータ回路１５ａ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。そして、インバータ回路１５ａ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。
【００４１】
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。
【００４２】
モータ制御部１５ｂ（請求項中の制御手段に相当）は、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するもので、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００４３】
モータ制御部１５ｂ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。
【００４４】
一方、ロータ５ｂが回転し始めてから一定の回転速度に達するまでの始動期間には、ステータ５ｃのコイル５ｄを流れる誘導電流又は電圧が小さいので、これを利用してロータ５ｂの回転角度を特定することができない。そこで、モータ制御部１５ｂは、始動期間において、各コイル５ｄへの電圧印加を同期制御（同期運転）によって行う。同期制御では、回転角度が不明なロータ５ｂがステータ５ｃに発生する回転磁界の回転に同期して回転するように、各コイル５ｄに電圧が印加される。
【００４５】
なお、同期制御時には、モータ制御部１５ｂは、ロータ５ｂの始動トルクも考慮して、大きいトルクが発生するように、ロータ５ｂの回転に関係なくステータ５ｃの励磁する極のコイル５ｄに大きな電圧を印加する。
【００４６】
ところで、図１に示す電動コンプレッサ１では、電動モータ５の停止指令によりステータ５ｃのコイル５ｄへの通電を停止して、電動モータ５により圧縮機構３のロータ３ｅを回転させるのを止めると、各ベーン３３の両面にかかる吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧によって、ロータ３ｅが回転方向Ｘとは逆方向に回転（逆回転）する。この逆回転は、シリンダ室３ｄからロータ３ｅにかかる回転摩擦力が各ベーン３３の両面にかかる差圧を超えると停止する。
【００４７】
ここで、停止中のロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクとロータ３ｅの回転角度との関係を、図４のグラフを参照して説明する。本実施形態の電動コンプレッサ１においては、図４に示すように、ロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクが１２０゜周期でピーク（最大値）を迎える。
【００４８】
ロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクは、シリンダ室３ｄ内で圧縮される冷媒の圧力がピーク値（最大値）となる回転角度で最も高くなる。そして、シリンダ室３ｄ内では、ロータ３ｅの回転方向Ｘにおいて隣り合う２つのベーン３３，３３間の空間で冷媒がそれぞれ圧縮される。
【００４９】
各空間の冷媒圧力は、各空間の冷媒がシリンダブロック３ｃの吐出弁３ｍを開弁させて吐出ポート３ｌから吐出される直前に最大値となる。このタイミングが、ロータ３ｅの周面にベーン３３が設けられた１２０゜周期で到来するので、ロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクが１２０゜周期で最大値となる。
【００５０】
このように、ロータ３ｅが停止している回転角度によってロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクが異なるので、要求トルクの高い回転角度で上述したロータ３ｅの逆回転が停止すると、電動コンプレッサ１の起動時に電動モータ５のトルク不足によりロータ３ｅが正回転せず起動に失敗する可能性がある。
【００５１】
そこで、図４に示すように、電動モータ５の最大出力トルクをロータ３ｅの要求トルクの最大値よりも高くして、ロータ３ｅの逆回転がどの回転角度で停止しても電動コンプレッサ１の起動時にロータ３ｅを確実に回転させることができるようにすることが考えられる。しかし、そのためには電動モータ５の大型化が避けられず現実的ではない。
【００５２】
図５は、電動モータ５の最大出力トルクと停止中のロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクとの関係を、ロータ３ｅの回転角度毎に示すグラフである。
【００５３】
図５に示すように、大型化を避ける代わりに電動モータ５の最大出力トルクを抑えた場合、ロータ３ｅが「起動可能」の範囲の回転角度で停止していれば、最大出力トルクが要求トルクに届くので電動モータ５によりロータ３ｅを回転させることができる。しかし、ロータ３ｅが「起動不可」の範囲の回転角度で停止していると、最大出力トルクが要求トルクに届かないので電動モータ５によりロータ３ｅを回転させることができない。
【００５４】
そこで、本実施形態のコンプレッサモータ制御装置では、電動コンプレッサ１の起動時にロータ３ｅが図５の「起動可能」の範囲の回転角度から回転されるように、コントローラ１５が起動位置合わせ制御を行うようにしている。
【００５５】
以下、コントローラ１５が行う起動位置合わせ制御について説明する。まず、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧によるロータ３ｅの逆回転が、シリンダ室３ｄからロータ３ｅにかかる回転摩擦力によって停止する回転角度の範囲（停止角度範囲）を、図６に模式的に示すように、実験的に予め求めておく。
【００５６】
また、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが電動モータ５の最大出力トルクよりも確実に低い角度範囲（停止位置範囲）を予め決めておく。この停止位置範囲は、図７に模式的に示すように、例えば、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが最低値となる回転角度（停止角度から角度差Ａ）から、それよりも所定角度さかのぼった回転角度（停止角度から角度差Ｃ）までの範囲とすることができる。
【００５７】
そして、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５によりロータ３ｅを逆回転させる。このとき、モータ制御部１５ｂ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、これに基づいて、停止角度範囲の中央値等の代表角度（停止角度）を０°とした場合のロータ３ｅの回転角度を推定する。
【００５８】
図８はモータ制御部１５ｂが行う起動位置合わせ制御の制御例を示し、（ａ）はモータ制御部１５ｂがステータ５ｃの励磁された相のコイル５ｄに供給する駆動用信号の電流（逆回転電流）の波形を示すグラフ、（ｂ）はロータ３ｅの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はモータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度を示すグラフである。
【００５９】
図８（ｂ），（ｃ）に示すように、ロータ３ｅが逆回転を始める（逆回転開始）までは、モータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度は大きく変動し、推定値として取り扱うことができない。しかし、ロータ３ｅが逆回転を始めると、モータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度は安定し、推定値として取り扱うことができるようになる。
【００６０】
そこで、モータ制御部１５ｂは、ロータ３ｅの回転角度の推定値が安定するロータ３ｅの逆回転の開始後に、推定上の回転角度が目標角度に達するまで、図８（ａ）の駆動用信号をステータ５ｃの励磁された相のコイル５ｄに供給する。
【００６１】
そして、ロータ３ｅの回転角度の推定値が、停止位置範囲内の目標角度（停止角度から角度差Ｂ、Ａ＜Ｂ＜Ｃ）に達したら、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５によるロータ３ｅの逆回転を終了させ、電動モータ５に制動力を発生させる。
【００６２】
なお、電動モータ５の制動力は、例えば、図３に示すインバータ回路１５ａの上アームのＩＧＢＴＱ１，Ｑ３，Ｑ５と下アームのＩＧＢＴＱ２，Ｑ４，Ｑ６とのうち、どちらか一方を全てオンにし、残る他方を全てオフにすることで発生させることができる。即ち、電動モータ５のロータ５ｂの逆回転により電動モータ５の各相のコイル５ｄに発生する回生電流で、ロータ５ｂに制動力として回生ブレーキを作用させることができる。
【００６３】
このようにしてロータ３ｅを目標角度に逆回転させることにより、ロータ３ｅの逆回転を確実に「起動可能」の範囲内の回転角度で停止させ、電動コンプレッサ１の起動時に、電動モータ５によりロータ３ｅを確実に回転させることができるようにする。
【００６４】
ここで、目標角度を、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが最も低くなる回転角度からさらに所定角度逆回転させた回転角度としたので、電動コンプレッサ１の起動時に、ロータ３ｅが低い負荷トルクで回転できる角度範囲を大きく取ることができる。これにより、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが最も高くなる回転角度をロータ３ｅが通過するまでに十分に慣性力をロータ３ｅに蓄えさせて、電動コンプレッサ１をよりスムーズに起動させることができる。
【００６５】
また、目標角度を、ロータ３ｅを回転させる際の要求トルクが最も低くなる回転角度としてもよく、そのようにすれば、電動モータ５に要求される最大トルクをより低くして電動モータ５の小型化を図ることができる。
【００６６】
なお、上述した起動位置合わせ制御では、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧による逆回転が停止したロータ３ｅを、電動モータ５の動力により目標角度に達するまで逆回転させた。
【００６７】
しかし、図９に模式的に示すように、差圧による逆回転が停止したロータ３ｅを電動モータ５のアシストにより再び差圧で逆回転させ、それ以後は電動モータ５のアシストを停止し電動モータ５の動力によらずにロータ３ｅを目標角度まで逆回転させるようにしてもよい。このような起動位置合わせ制御を行うことは、電動モータ５の消費電力を抑えて省電力化を図る上で有用である。
【００６８】
この場合、差圧により逆回転したロータ３ｅが目標角度に達したことは、電動モータ５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から推定したロータ３ｅの回転角度から検出することができる（図９中の（１）のパターン）。また、電動モータ５のアシスト停止後の経過時間からロータ３ｅの逆回転量を推定して、ロータ３ｅが目標角度に達したことを検出することもできる（図９中の（２）のパターン）。
【００６９】
但し、電動モータ５のコイル５ｄを流れる誘導電流又は電圧をロータ３ｅの目標角度への到達検出に用いる（１）のパターンでは、電動モータ５のアシスト停止後にもコイル５ｄに、ロータ３ｅの回転角度を検出するための信号を供給する必要がある。
【００７０】
また、（１），（２）のどちらのパターンでも、電動モータ５の消費電力を効率的に抑えるには、ロータ３ｅの逆回転の再開をより早く検出して、電動モータ５に対する駆動用信号の供給をいち早く停止させるのが有効である。そのためには、中〜高速で回転しているロータ５ｂの回転角度を特定するのに適した駆動用信号よりも周波数が高い信号を用いて、回転し始めたばかりの低速のロータ５ｂの回転角度を特定できるようにするのが好ましい。
【００７１】
そこで、図９に模式的に示す起動位置合わせ制御を行う場合は、モータ制御部１５ｂが電動モータ５のステータ５ｃの励磁された相のコイル５ｄに、駆動用信号に高周波の検出用信号を重畳した信号を供給する。
【００７２】
そして、図９に模式的に示す起動位置合わせ制御を行う場合にモータ制御部１５ｂ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からロータ５ｂの回転角度を特定し、ロータ３ｅの回転角度を推定する。このとき、モータ制御部１５ｂは、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の、例えばハイパスフィルタを用いて抽出した高周波成分、つまり、駆動用信号の周波数帯の成分をカットして検出用信号の周波数成分としたものを用いて、ロータ５ｂの回転角度を特定する。
【００７３】
推定した回転角度からロータ３ｅの差圧による逆回転の再開を検出したモータ制御部１５ｂは、電動モータ５に対する駆動用信号の供給を停止させた後、図９中の（１），（２）のどちらかのパターンでロータ３ｅが目標角度に達したことを検出し、ロータ３ｅの逆回転を停止させる。
【００７４】
図１０はモータ制御部１５ｂが行う起動位置合わせ制御の図９中の（１）のパターンに対応する制御例を示し、（ａ）はモータ制御部１５ｂがステータ５ｃの励磁された相のコイル５ｄに供給する駆動用信号の電流（逆回転電流）の波形と検出用信号の電流（位置検出用電流）の波形とを示すグラフ、（ｂ）はロータ３ｅの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はモータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度を示すグラフである。
【００７５】
この制御例では、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、電動モータ５のアシストによりロータ３ｅが逆回転を再開する（逆回転開始）と、モータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度が安定した状態のまま追従性よく変化する。これによりモータ制御部１５ｂはロータ３ｅの逆回転の再開を検出し、電動モータ５に対する駆動用信号の供給を停止させる（逆回転電流停止）。
【００７６】
その後、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５に対する供給を継続した検出用信号により、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からロータ５ｂの回転角度を特定し、ロータ３ｅの回転角度を推定する。そして、推定したロータ３ｅの回転角度が目標角度に達したら、モータ制御部１５ｂは、先に説明した回生ブレーキをロータ５ｂに作用させる等して、電動モータ５に制動力を発生させる。
【００７７】
また、図１１はモータ制御部１５ｂが行う起動位置合わせ制御の図９中の（２）のパターンに対応する制御例を示し、（ａ）はモータ制御部１５ｂがステータ５ｃの励磁された相のコイル５ｄに供給する駆動用信号の電流（逆回転電流）の波形と検出用信号の電流（位置検出用電流）の波形とを示すグラフ、（ｂ）はロータ３ｅの実回転角度を示すグラフ、（ｃ）はモータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度を示すグラフ、（ｄ）は検出用信号の供給停止からの経過時間からモータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度を示すグラフである。
【００７８】
この制御例でも、モータ制御部１５ｂは検出用信号を利用してロータ３ｅの回転角度を推定する。このため、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、電動モータ５のアシストによりロータ３ｅが逆回転を再開する（逆回転開始）と、モータ制御部１５ｂが推定したロータ３ｅの回転角度が安定した状態のまま追従性よく変化する。これによりモータ制御部１５ｂはロータ３ｅの逆回転の再開を検出し、電動モータ５に対する駆動用信号と検出用信号の供給を停止させる（逆回転電流停止）。
【００７９】
その後、モータ制御部１５ｂは、図１１（ｂ），（ｄ）に示すように、駆動用信号及び検出用信号の電動モータ５に対する供給停止（逆回転電流停止）からの経過時間によって、ロータ５ｂの回転角度を推定し、ロータ３ｅの回転角度を推定する。そして、推定したロータ３ｅの回転角度が目標角度に達したら、モータ制御部１５ｂは、先に説明した回生ブレーキをロータ５ｂに作用させる等して、電動モータ５に制動力を発生させる。
【００８０】
モータ制御部１５ｂは、以上に説明した起動位置合わせ制御を、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧によるロータ３ｅの逆回転が回転摩擦力により停止してから、電動コンプレッサ１が次に起動されるまでの間に行う。
【００８１】
具体的には、図１２のフローチャートに示すように、モータ制御部１５ｂは、電動コンプレッサ１の起動指令の発生を待機し（ステップＳ１でＮＯ）、起動指令が発生したら（ステップＳ１でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂは、電動コンプレッサ１を起動して（ステップＳ３）、電動コンプレッサ１の停止指令の発生を待機する（ステップＳ５でＮＯ）。
【００８２】
そして、停止指令が発生したら（ステップＳ５でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の停止指令を発生させて電動モータ５に対する駆動用信号の出力を停止する（ステップＳ７）。次に、モータ制御部１５ｂは、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧による圧縮機構３のロータ３ｅの逆回転が、回転摩擦力により停止するのを待機する（ステップＳ９でＮＯ）。
【００８３】
さらに、ロータ３ｅの逆回転が停止したら（ステップＳ９でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂは、所定時間が経過するのを待って（ステップＳ１１）、図８、図１０及び図１１に示すような起動位置合わせ制御を行い（ステップＳ１３）、一連の処理を終了する。
【００８４】
以上は、ロータ３ｅの逆回転が停止してから所定時間経過したタイミングで起動位置合わせ制御を行う場合の手順である。この手順では、ロータ３ｅの逆回転の停止から所定時間が経過する間に、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力とが不図示の冷凍サイクルを経て均圧化されて、両者の差圧が下がってから起動位置合わせ制御が行われる。このため、起動位置合わせ制御により目標角度に位置させたロータ３ｅを、電動コンプレッサ１が次に起動されるときまでその位置に確実に止めておくことができる。
【００８５】
なお、図１２中の破線で囲んだステップＳ１１を省略し、ステップＳ９でロータ３ｅの逆回転が停止したら（ＹＥＳ）、図８、図１０及び図１１に示すような起動位置合わせ制御をすぐに行って（ステップＳ１３）、一連の処理を終了してもよい。
【００８６】
この手順では、停止指令で電動コンプレッサ１が停止する際の一連の動作において起動位置合わせ制御が一緒に行われるので、電動コンプレッサ１の起動指令時に圧縮機構３のロータ３ｅをすぐに回転させることができる状態を前もって作っておくことができ、電動コンプレッサ１の迅速な起動を実現することができる。
【００８７】
また、図１３のフローチャートに示すように、ステップＳ１で起動指令が発生したらステップＳ３で電動コンプレッサ１を起動する前に、モータ制御部１５ｂが、図８、図１０及び図１１に示すような起動位置合わせ制御を行うようにしてもよい（ステップＳ２）。
【００８８】
この場合は、ロータ３ｅを回転させるのに必要な要求トルクが低い目標確度にロータ３ｅを移動させてからすぐに、電動コンプレッサ１を起動させるので、起動時にロータ３ｅを確実かつ迅速に回転させることができ、電動コンプレッサ１を効率よく短時間で起動させることができる。
【００８９】
なお、以上の実施形態では、シリンダ室３ｄ内でロータ３ｅを回転させるベーンロータリー式の圧縮機構３を有する電動コンプレッサ１に本発明を適用した場合を例に取って説明した。しかし、本発明は、例えば、可動スクロールを固定スクロールに対して回転させて気体を圧縮するスクロール方式のコンプレッサ等、回転体を回転させることで気体を吸入して圧縮する回転式の圧縮機構を有するコンプレッサをモータで回転させる場合に広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、冷媒の圧縮機構を電動モータで駆動する電動コンプレッサにおいて利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  電動コンプレッサ
３  圧縮機構
３ａ，３ｂ  サイドブロック
３ｃ  シリンダブロック
３ｄ  シリンダ室
３ｅ  ロータ
３ｆ，３ｇ  軸受部
３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ  通路
３ｌ  吐出ポート
３ｍ  吐出弁
５  電動モータ
５ａ  回転軸
５ｂ  ロータ
５ｃ  ステータ
５ｄ  コイル
７  ハウジング
７ａ  吐出室
７ｂ  吸入室
７ｃ  開口
７ｄ  液溜まり部
７ｅ  油分離器
９    蓋部
１１  潤滑油
１３  直流電源
１５  コントローラ
１５ａ  インバータ回路
１５ｂ  モータ制御部
３１  ベーン溝
３３  ベーン
Ｑ１〜Ｑ６  ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）
Ｘ  回転方向
【図１】
2016163480.tif 000003
【図２】
2016163480.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016163480.tif 000007
【図６】
2016163480.tif 000008
【図７】
2016163480.tif 000009
【図８】
2016163480.tif 000010
【図９】
2016163480.tif 000011
【図１０】
2016163480.tif 000012
【図１１】
2016163480.tif 000013
【図１２】
2016163480.tif 000014
【図１３】
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