(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】センサレス運転を行っている電動コンプレッサ１の停止指令を受け取ったら、電動コンプレッサ１の速度指令をゼロとして電動モータ５による圧縮機構３のロータ３ｅの回転を停止させる。そして、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との差圧によって発生したロータ３ｅの逆回転中に、電動モータ５の回転角度を推定してロータ３ｅの回転角度を割り出す。さらに、ロータ３ｅが負荷トルクの低い所定の回転角度に到達したら、電動モータ５に制動力を作用させるブレーキ制御によって、ロータ３ｅの逆回転を停止させてその位置を保持させる。これにより、電動コンプレッサ１の起動時に負荷トルクが低い回転角度からロータ３ｅを回転させる。【選択図】図１
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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）の停止指令に基づいて、前記回転体（３ｅ）の回転角度を検出しつつ、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが前記モータ（５）の発生トルク以下となる所定の回転角度で前記回転体（３ｅ）が停止するように、前記モータ（５）への通電を停止する停止指令制御と、前記モータ（５）に制動力を発生させるブレーキ制御とを組み合わせて行う制御手段（１５ｂ）と、
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、前記停止指令に応じて前記停止指令制御を行うと共に、該停止指令制御による前記モータ（５）への通電停止後の逆回転中に前記回転体（３ｅ）が前記所定の回転角度で停止するように前記ブレーキ制御を行う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、正回転中の前記回転体（３ｅ）が前記所定の回転角度で停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ制御を行う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４】
前記制御手段（１５ｂ）は、前記停止指令に応じて前記回転体（３ｅ）の回転を減速させると共に、該ブレーキ制御により前記回転体（３ｅ）が前記所定の回転角度で停止した際に前記停止指令制御を行って前記回転体（３ｅ）の回転を停止させることを特徴とする請求項３記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項５】
前記所定の回転角度は、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが最小となる回転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】
前記所定の回転角度は、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが最小となる回転角度から逆回転方向に一定角度オフセットした回転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】
前記モータ（５）の電気角度に前記回転体（３ｅ）の回転角度を対応付けたテーブルをさらに備えており、前記制御手段（１５ｂ）は、前記テーブルを参照して取得した前記所定の回転角度に対応する電気角度で前記モータ（５）が停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ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】
前記所定の回転角度は複数存在し、前記制御手段（１５ｂ）は、前記各所定の回転角度にそれぞれ対応する電気角度のうち、前記回転体（３ｅ）の回転開始時の負荷トルクが互いに等しい複数の電気角度のいずれかで前記モータ（５）が停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ制御を行うことを特徴とする請求項７記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）。
【請求項９】
圧縮機構（３）と、
前記圧縮機構（３）内で回転することで該圧縮機構（３）に吸入した気体を圧縮する回転体（３ｅ）と、
前記回転体（３ｅ）を回転させるモータ（５）と、
前記モータ（５）の停止指令に基づいて前記モータ（５）を制御する制御装置（１５）とを備えており、
前記制御装置（１５）として、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のコンプレッサモータ制御装置（１５）を用いている、
ことを特徴とする電動コンプレッサ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動コンプレッサとこれ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始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始動時には、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と、これを用いて好適な電動コンプレッサと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シリンダ室内の流体圧力は、ロータの回転により気体がシリンダ室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ロータにかかる負荷トルクも、ロータ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ロータが停止すると、モータを同期制御するコンプレッサの起動時にロータ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、請求項１に記載した本発明の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に基づいて、前記回転体の回転角度を検出しつつ、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが前記モータの発生トルク以下となる所定の回転角度で前記回転体が停止するように、前記モータへの通電を停止する停止指令制御と、前記モータに制動力を発生させるブレーキ制御とを組み合わせて行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項１に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記停止指令に応じて前記停止指令制御を行うと共に、該停止指令制御による前記モータへの通電停止後の逆回転中に前記回転体が前記所定の回転角度で停止するように前記ブレーキ制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項１又は２に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、正回転中の前記回転体が前記所定の回転角度で停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項３に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記制御手段は、前記停止指令に応じて前記回転体の回転を減速させると共に、該ブレーキ制御により前記回転体が前記所定の回転角度で停止した際に前記停止指令制御を行って前記回転体の回転を停止させることを特徴とする。
【００１４】
さらに、請求項５に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記所定の回転角度は、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが最小となる回転角度であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項１、２、３又は４に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記所定の回転角度は、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが最小となる回転角度から逆回転方向に一定角度オフセットした回転角度であることを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項７に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項１、２、３、４、５又は６に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記モータの電気角度に前記回転体の回転角度を対応付けたテーブルをさらに備えており、前記制御手段は、前記テーブルを参照して取得した前記所定の回転角度に対応する電気角度で前記モータが停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置は、請求項７に記載した本発明のコンプレッサモータ制御装置において、前記所定の回転角度は複数存在し、前記制御手段は、前記各所定の回転角度にそれぞれ対応する電気角度のうち、前記回転体の回転開始時の負荷トルクが互いに等しい複数の電気角度のいずれかで前記モータが停止するように、前記停止指令制御及び前記ブレーキ制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、請求項９に記載した本発明の電動コンプレッサは、
シリンダブロックと、
前記シリンダブロックのシリンダ室内で回転することで該シリンダ室に吸入した気体を圧縮するロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記モータの停止指令に基づいて前記モータを制御する制御装置とを備えており、
前記制御装置として、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のコンプレッサモータ制御装置を用いている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のコンプレッサモータ制御装置では、制御手段が行うモータへの通電を停止する停止指令制御とモータに制動力を発生させるブレーキ制御との組み合わせにより、圧縮機構の回転体の検出された回転角度が所定の回転角度を保持するように回転体が停止される。
【００２０】
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】
【００２１】
【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】図１の電動コンプレッサの起動に失敗した場合のコンプレッサ停止時及び起動時における電動モータの制御例を示すもので、（ａ）は電動モータの指令上の回転速度と実回転速度との関係を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの回転角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【図５】図１の圧縮機構のロータ回転角度と負荷トルクとの関係を示すグラフである。
【図６】図１の電動コンプレッサの起動に失敗した場合のコンプレッサ停止時及び起動時における電動モータの制御の別例を示すもので、（ａ）は電動モータの指令上の回転速度と実回転速度との関係を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの回転角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【図７】図３のモータ制御部によるコンプレッサ停止時及び起動時における電動モータの制御例を示すもので、（ａ）は電動モータの指令上の回転速度と実回転速度との関係を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの回転角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【図８】図３のモータ制御部が図７に示すパターンで電動モータを制御した場合の電動コンプレッサの動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】図３のモータ制御部によるコンプレッサ停止時及び起動時における電動モータの制御の別例を示すもので、（ａ）は電動モータの指令上の回転速度と実回転速度との関係を示すグラフ、（ｂ）は圧縮機構のロータの回転角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【図１０】図３のモータ制御部が図９に示すパターンで電動モータを制御した場合の電動コンプレッサの動作の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１１】図３のモータ制御部が図９に示すパターンで電動モータを制御した場合の電動コンプレッサの動作の流れの別例を示すフローチャートである。
【図１２】図１の電動モータのロータが有する磁極の対数を示す説明図である。
【図１３】図１の電動モータが図１２のロータを有し図１の圧縮機構が４つのベーンを有する場合の圧縮機構のロータ回転角度と電動モータの電気角度と圧縮機構のロータの負荷トルクとの関係を示すもので、（ａ）はロータ回転角度を示すグラフ、（ｂ）は電動モータの電気角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【図１４】図１の電動モータが図１２のロータを有し図１の圧縮機構が３つのベーンを有する場合の圧縮機構のロータ回転角度と電動モータの電気角度と圧縮機構のロータの負荷トルクとの関係を示すもので、（ａ）はロータ回転角度を示すグラフ、（ｂ）は電動モータの電気角度を示すグラフ、（ｃ）は圧縮機構のロータの負荷トルクを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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に適用した場合の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
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。なお、本実施形態では、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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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３３ンとシリンダ室３ｄとで構成される空間の容積が変化する。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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圧縮機構３のロータ３ｅを停止させると、各ベーン３３の両面に吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力とがそれぞれかかり、両圧力の差圧によってロータ３ｅが回転方向Ｘとは逆方向に回転する。
【００４４】
この状態を示すのが、図４のグラフである。即ち、電動モータ５の停止指令のＯＮに応じて、図４（ａ）の点線で示す電動モータ５の指令上の回転速度をゼロにしても、ロータ３ｅと連動する電動モータ５の実回転速度は、図４（ａ）の実線で示すようにマイナスとなり、電動モータ５は逆回転状態となる。
【００４５】
したがって、図４（ｂ）に示す圧縮機構３のロータ３ｅの回転角度は、停止指令のＯＮ以降、右肩上がりの正回転（回転方向Ｘ）への回転状態から右肩下がりの逆回転（回転方向Ｘとは逆方向）に転じる。
【００４６】
ロータ３ｅの逆回転は、冷凍サイクルを介して吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との均圧化が進むにつれて弱まり、やがて、図４（ａ）の実線で示す電動モータ５の実回転速度がゼロとなってロータ３ｅが停止状態で安定する。
【００４７】
ここで、ロータ３ｅが逆回転するときの回転角度は、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との差圧の大きさと均圧化の進み具合とによって一定しない。このため、逆回転後のロータ３ｅは様々な回転角度で停止する可能性がある。
【００４８】
ところで、図５のグラフに示すように、ロータ３ｅの負荷トルクは、ロータ３ｅの回転角度によって変動する。ロータ３ｅの回転角度によって負荷トルクが変動する理由は、ロータ３ｅの回転に伴いシリンダ室３ｄ内の隣り合う２つのベーン３３，３３間の空間容積が変化し、空間内の冷媒が圧縮されて圧力上昇するのに起因している。
【００４９】
つまり、空間に冷媒が吸入されるときのロータ３ｅの回転角度では、空間内の冷媒圧力が低いのでロータ３ｅの負荷トルクは低い。一方、吸入された冷媒が空間内で吐出寸前まで圧縮されたときのロータ３ｅの回転角度では、空間内の冷媒圧力が高いのでロータ３ｅの負荷トルクは高い。このため、ロータ３ｅの負荷トルクの変動は、ロータ３ｅの回転に連動した周期で変動する。
【００５０】
そして、ロータ３ｅの隣り合う２つのベーン３３，３３間の各空間で冷媒の圧縮がそれぞれ行われる。したがって、ロータ３ｅの負荷トルクは、ロータ３ｅが有するベーン３３の数に応じた周期で変動する。なお、図４（ｃ）では、説明を簡単にするため、ロータ３ｅが１回転する間にロータ３ｅの負荷トルクが１回変動する場合を示している。後の説明で参照する図６（ｃ）、図７（ｃ）及び図９（ｃ）でも、同様の場合を示している。ちなみに、本実施形態のように、ロータ３ｅが３つのベーン３３を有している場合は、図５に示すように、ロータ３ｅが１回転する間にロータ３ｅの負荷トルクが変動する周期は３回となる。
【００５１】
したがって、上述したステータ５ｃのコイル５ｄへの通電停止後の逆回転で任意の回転角度で停止したロータ３ｅが、例えば、負荷トルクが最も高い回転角度に位置すると、電動コンプレッサ１の起動時に、同期運転された電動モータ５の各コイル５ｄに流れる励磁電流が不足して、負荷トルク以上のトルクが電動モータ５に発生しない可能性がある。
【００５２】
仮にそうなると、図４のコンプレッサＯＮの時点以降に示すように、本来は図４（ａ）の点線で示す指令上の回転速度のように、センサレスベクトル制御で回転角度を推定できる回転速度まで上昇するはずの電動モータ５が、図４（ａ）の実線で示す実回転速度のように、脱調して回転せず停止したままとなり、電動コンプレッサ１の起動に失敗してしまう。
【００５３】
また、図６に示す別例のように、電動モータ５の停止指令のＯＮに応じて、図６（ａ）の点線で示す電動モータ５の指令上の回転速度をゼロにしたことで、圧縮機構３のロータ３ｅが逆回転し始め、その逆回転が図６に示すコンプレッサＯＮの時点以降も続いた場合にも、電動コンプレッサ１の起動に失敗する可能性がある。
【００５４】
即ち、コンプレッサＯＮの時点以降もロータ３ｅの逆回転が続くと、図６（ａ）の実線で示すように、電動モータ５の実回転速度もマイナスが続き電動モータ５が逆回転したままとなる。この状態で、コンプレッサＯＮに伴い電動モータ５の同期運転を開始すると、電動モータ５のステータ５ｃに発生する回転磁界の回転方向Ｘと逆方向に電動モータ５のロータ５ｂが回転することになる。
【００５５】
したがって、ステータ５ｃの回転磁界とロータ５ｂとの間には、両者の回転速度を足し合わせた大きな相対速度差が生じることになり、この大きな相対速度差が原因で、ロータ５ｂの永久磁石の磁力では、ステータ５ｃの回転磁界の回転にロータ５ｂが連れ周って回転することができなくなる。
【００５６】
そこで、本実施形態の電動コンプレッサ１では、図３のモータ制御部１５ｂが、図７のグラフに示すパターンで電動モータ５の動作を制御して、圧縮機構３のロータ３ｅの逆回転角度量をコントロールするか、あるいは、図９のグラフに示すパターンで電動モータ５の動作を制御して、圧縮機構３のロータ３ｅの逆回転を防止する。
【００５７】
まず、モータ制御部１５ｂが、図７のグラフに示すパターンで電動モータ５の動作を制御する場合について説明する。
【００５８】
モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の停止指令のＯＮに応じて、図７（ａ）の点線で示す指令上の回転速度をゼロにする（停止指令制御）。すると、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との差圧によりロータ３ｅが逆回転し、これに連動して、図７（ａ）の実線で示す実回転速度のように、電動モータ５のロータ５ｂが逆回転する。
【００５９】
そこで、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５のセンサレスベクトル制御中と同じように、ロータ５ｂの逆回転中にステータ５ｃの各コイル５ｄを流れる誘導電流を検出して、ロータ５ｂの回転方向及び回転速度から逆回転するロータ５ｂの回転角度を推定する。ここで、電動モータ５のロータ５ｂは圧縮機構３のロータ３ｅと連動して回転するので、モータ制御部１５ｂが推定したロータ５ｂの回転角度はロータ３ｅの回転角度でもあることになる。
【００６０】
そして、モータ制御部１５ｂは、予め求めておいた、同期制御中の電動モータ５に生じるトルクが圧縮機構３のロータ３ｅの負荷トルクを上回る所定の回転角度までロータ３ｅが逆回転したところで、電動モータ５に制動力を発生させる（ブレーキ制御）。
【００６１】
この制動力は、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。
【００６２】
このブレーキ制御による制動力で、圧縮機構３のロータ３ｅを負荷トルクの低い回転角度で停止させた後、モータ制御部１５ｂは、図７に示すコンプレッサＯＮの時点で電動モータ５の同期制御を開始し、図７（ａ）の点線で示すように、電動モータ５の指令上の回転速度を徐々に上げていく。
【００６３】
これにより、圧縮機構３のロータ３ｅが負荷トルクの低い回転角度から回転し始めるので、同期運転中に電動モータ５に発生するトルクでロータ３ｅ（電動モータ５のロータ５ｂ）を十分に強制回転させることができ、電動コンプレッサ１を失敗せずに起動させることができる。
【００６４】
次に、以上のパターンでモータ制御部１５ｂが電動モータ５を制御した場合の電動コンプレッサ１の動作の流れを、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
まず、コンプレッサＯＮの指令を受けたモータ制御部１５ｂが、図示を省略する電動モータ５の同期制御を経て電動モータ５をセンサレスベクトル制御することで、電動コンプレッサ１が同期運転を経てセンサレス運転を行っているものとする（ステップＳ１）。
【００６６】
この状態で、モータ制御部１５ｂが例えば上位のコントローラ等の外部からの電動コンプレッサ停止指令を受け取る（停止指令ＯＮ）と（ステップＳ３でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂが電動モータ５に対する指令上の回転速度をゼロにすることで、電動コンプレッサ１の速度指令がゼロとなる（ステップＳ５）。
【００６７】
これに伴い、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との差圧によってロータ３ｅの逆回転が発生し（ステップＳ７）、モータ制御部１５ｂによる電動モータ５のロータ５ｂの回転角度の推定が開始される（ステップＳ９）。
【００６８】
そして、モータ制御部１５ｂが推定するロータ５ｂの回転角度が目標の回転角度となって、圧縮機構３のロータ３ｅが負荷トルクの低い所定の回転角度に到達すると（ステップＳ１１でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂによる電動モータ５のブレーキ制御によって、電動コンプレッサ１を停止させるブレーキ制御が開始される（ステップＳ１３）。これにより、圧縮機構３のロータ３ｅの逆回転が所定の回転角度の位置で停止され、その回転角度にロータ３ｅが保持される。
【００６９】
以上に説明したパターンでモータ制御部１５ｂが電動モータ５の動作を制御した場合には、圧縮機構３のロータ３ｅを逆回転させた後に停止させるので、その間に吐出室７ａの冷媒の圧力と吸入室７ｂの冷媒の圧力とを均圧化により近付けておくことができる。したがって、電動コンプレッサ１を起動する際のロータ３ｅの負荷トルクを、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒とが均圧化される分、下げることができる。
【００７０】
次に、モータ制御部１５ｂが、図９のグラフに示すパターンで電動モータ５の動作を制御する場合について説明する。
【００７１】
モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の停止指令がＯＮになっても、図９（ａ）の点線で示す指令上の回転速度を直ぐにゼロにはせず、センサレスベクトル制御電動モータ５を引き続き回転させる。
【００７２】
そして、ステータ５ｃの各コイル５ｄを流れる誘導電流から推定されるロータ５ｂ（圧縮機構３ののロータ３ｅ）の回転角度が、予め求めておいた、同期制御中の電動モータ５に生じるトルクが圧縮機構３のロータ３ｅの負荷トルクを上回る所定の回転角度となったところで、モータ制御部１５ｂは、図９（ａ）の点線で示す指令上の回転速度をゼロにする（停止指令制御）。
【００７３】
また、これと同時にモータ制御部１５ｂは、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等して、電動モータ５に制動力を発生させる（ブレーキ制御）。
【００７４】
この停止指令制御とブレーキ制御との同時実行により、負荷トルクの低い回転角度で停止させた圧縮機構３のロータ３ｅを、吐出室７ａの冷媒と吸入室７ｂの冷媒との差圧によりロータ３ｅが逆回転する前に電動モータ５に作用させた制動力で、停止した回転角度に保持させる。
【００７５】
このようにして、圧縮機構３のロータ３ｅを負荷トルクの低い回転角度で停止させた後、モータ制御部１５ｂは、図９に示すコンプレッサＯＮの時点で電動モータ５の同期制御を開始し、図９（ａ）の点線で示すように、電動モータ５の指令上の回転速度を徐々に上げていく。
【００７６】
これにより、圧縮機構３のロータ３ｅが負荷トルクの低い回転角度から回転し始めるので、同期運転中に電動モータ５に発生するトルクでロータ３ｅ（電動モータ５のロータ５ｂ）を十分に強制回転させることができ、電動コンプレッサ１を失敗せずに起動させることができる。
【００７７】
次に、以上のパターンでモータ制御部１５ｂが電動モータ５を制御した場合の電動コンプレッサ１の動作の流れを、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００７８】
まず、コンプレッサＯＮの指令を受けたモータ制御部１５ｂが、図示を省略する電動モータ５の同期制御を経て電動モータ５をセンサレスベクトル制御することで、電動コンプレッサ１が同期運転を経てセンサレス運転を行っているものとする（ステップＳ２１）。
【００７９】
この状態で、モータ制御部１５ｂが例えば上位のコントローラ等の外部からの電動コンプレッサ停止指令を受け取る（停止指令ＯＮ）と（ステップＳ２３でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂがその後もセンサレスベクトル制御を継続することで、電動コンプレッサ１がセンサレス運転を継続する（ステップＳ２５）。
【００８０】
そして、モータ制御部１５ｂが推定するロータ５ｂの回転角度が目標の回転角度となって、圧縮機構３のロータ３ｅが負荷トルクの低い所定の回転角度に到達すると（ステップＳ２７でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂによる停止指令制御とブレーキ制御とによって、電動コンプレッサ１の速度指令がゼロとなり、かつ、電動コンプレッサ１を停止させるブレーキ制御が開始される（ステップＳ２９）。これにより、圧縮機構３のロータ３ｅの回転が所定の回転角度の位置で停止され、その回転角度にロータ３ｅが保持される。
【００８１】
以上に説明したパターンでモータ制御部１５ｂが電動モータ５の動作を制御した場合には、圧縮機構３のロータ３ｅを逆回転するまえに正回転の状態で停止させるので、電動モータ５の制御ロジックをシンプルにしてモータ制御部１５ｂによる処理の負担を軽減することができる。
【００８２】
なお、図９のグラフに示すパターンでモータ制御部１５ｂに電動モータ５の動作を制御させる場合に、モータ制御部１５ｂが電動コンプレッサ停止指令を受け取ったら、ロータ３ｅの回転を停止させるのに先立って電動モータ５の回転速度を減速させておくようにしてもよい。
【００８３】
そのようにする場合は、図１１のフローチャートに示すように、図１０のフローチャートのステップＳ２１及びステップＳ２３と同じ内容のステップＳ３１及びステップＳ３３と、図１０のステップＳ２７及びステップＳ２９と同じ内容のステップＳ４１及びステップＳ４３との間で、図１０のステップＳ２５に代わるステップＳ３５乃至ステップＳ３９の動作が行われることになる。
【００８４】
即ち、電動コンプレッサ１がセンサレス運転を行っているときに（ステップＳ３１）、モータ制御部１５ｂが電動コンプレッサ停止指令を受け取る（停止指令ＯＮ）と（ステップＳ３３でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂが電動モータ５に対する指令上の回転速度を徐々に下げて、電動コンプレッサ１のロータ３ｅの回転速度を指定速度に向けて減速させる（ステップＳ３５）。
【００８５】
そして、ロータ３ｅが指定速度まで減速されたら（ステップＳ３７でＹＥＳ）、電動コンプレッサ１が指定速度を保ってセンサレス運転を行うようになる（ステップＳ３９）。その後、圧縮機構３のロータ３ｅが所定の回転角度に到達すると（ステップＳ４１でＹＥＳ）、電動コンプレッサ１の速度指令がゼロとなり、かつ、電動コンプレッサ１を停止させるブレーキ制御が開始される（ステップＳ４３）。
【００８６】
このように、電動コンプレッサ１を停止させる前に圧縮機構３のロータ３ｅの回転速度を減速させておくことで、所定の回転角度でロータ３ｅを停止させる際の精度（分解能）を高めることができる。
【００８７】
なお、上述した実施形態でモータ制御部１５ｂは、電動モータ５のロータ５ｂがステータ５ｃの励磁されていない相のコイル５ｄの付近を通過する際にコイル５ｄを流れる誘導電流又は電圧を利用して、電動モータ５の電気角度を検出し、これを用いてロータ５ｂの回転角度を推定している。
【００８８】
ここで、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。例えば、図１２の説明図に示すように、ロータ５ｂが有するＳ極とＮ極との極対数が２つである場合は、図１３（ａ）のグラフに示すロータ５ｂの回転角度に対して図１３（ｂ）のグラフに示す電動モータ５の電気角度は２倍の角度となる。
【００８９】
そこで、モータ制御部１５ｂは、内部の不図示のメモリに予め記憶させてある、電動モータ５の電気角度とロータ５ｂの回転角度とを対応付けた図３のテーブル１５ｃを参照して、検出した電動モータ５の電気角度からロータ５ｂの回転角度を推定する。
【００９０】
このとき、図１３（ｂ）の電動モータ５の電気角度の周期が、図１３（ｃ）のグラフに示す圧縮機構３のロータ３ｅの負荷トルクの変動周期の整数倍となる場合は、電動モータ５の電気角度に対してロータ３ｅの負荷トルクが１対１に対応する。
【００９１】
このため、ロータ３ｅの負荷トルクに基づいて決定した所定の回転角度でロータ３ｅの回転を停止させる際に、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５のロータ５ｂを停止させる電気角度を、ロータ３ｅの負荷トルクから一義的に定めることができる。
【００９２】
これに対し、図１４（ｂ）のグラフに示す電動モータ５の電気角度の周期が、図１４（ｃ）のグラフに示す圧縮機構３のロータ３ｅの負荷トルクの変動周期の整数倍とならない場合は、電動モータ５の電気角度に対してロータ３ｅの負荷トルクが１対１には対応しない。
【００９３】
即ち、図１４（ｂ），（ｃ）における、図１４（ａ）に示すロータ５ｂの回転角度の１周期目に対応する部分のように、電動モータ５の電気角度が同じでも、それに対応するロータ３ｅの負荷トルクは２つ以上の値となる場合がある。
【００９４】
このような場合には、電動モータ５の電気角度の周期とロータ３ｅの負荷トルクの変動周期との位相差を考慮して、電動モータ５のロータ５ｂを停止させる回転角度に対応する電気角度として適切な角度を選択する。
【００９５】
具体的には、図１４（ｂ），（ｃ）における、ロータ５ｂの回転角度の３周期目に対応する部分のように、ロータ３ｅの負荷トルクが最大値（ピーク値）となるタイミングと同期しない電気角度を、電動モータ５のロータ５ｂを停止させる回転角度として選択すればいよい。これにより、電動コンプレッサ１の起動時に、負荷トルクが最大となる回転角度からロータ３ｅが回転し始めることになるのを、少なくとも回避することができる。
【００９６】
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】
【００９７】
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】
【００９８】
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
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（流体）
１３  ダンパユニット
１３ａ  ケース
１３ｂ  オイル室
１３ｃ  ギアブロック
１３ｄ  ギア歯（突起）
１３ｅ  オイル供給口（供給排出機構）
１３ｆ  オイル排出口（供給排出機構）
１３ｇ  開閉弁（切替ユニット、供給排出機構）
１５  コントローラ
１７  クラッチ機構（切替ユニット）
【図１】
2016163456.tif 000003
【図２】
2016163456.tif 000004
【図３】
2016163456.tif 000005
【図４】
2016163456.tif 000006
【図５】
2016163456.tif 000007
【図６】
2016163456.tif 000008
【図７】
2016163456.tif 000009
【図８】
2016163456.tif 000010
【図９】
2016163456.tif 000011
【図１０】
2016163456.tif 000012
【図１１】
2016163456.tif 000013
【図１２】
2016163456.tif 000014
【図１３】
2016163456.tif 000015
【図１４】
2016163456.tif 000016