JP5043521B2

JP5043521B2 - 電動圧縮機の制御装置

Info

Publication number: JP5043521B2
Application number: JP2007150056A
Authority: JP
Inventors: 誠渋谷; 大輔廣野
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: EP2169227B1; CN101680445A; JP2008303753A; US20100172765A1; EP2169227A4; EP2169227A1; ATE520881T1; US8596987B2; CN101680445B; WO2008149721A1

Description

本発明は、インバータから電動圧縮機への通電を制御する装置に関し、とくに、電動圧縮機の起動時の電流を考慮した電動圧縮機の制御装置に関する。

モータが内蔵された電動圧縮機の駆動には、直流電源からの電流を、半導体スイッチング素子を備えたインバータにより疑似交流電圧に変換し、変換された電流を圧縮機内蔵のモータに給電する方法が採用されることが多い。電動圧縮機の起動時には、他の場合に比べてより大きな電流が要求されることが多いが、インバータからの出力電流としては、通常、電動圧縮機の起動に必要な最大トルクを出力できるモータ通電電流で起動するようになっている（例えば、特許文献１）。

上記インバータは、電動圧縮機に一体的に組み込まれたり、電動圧縮機の近傍に設置されたりするので、電動圧縮機の温度の影響を直に受けることが多い。したがって、電動圧縮機が高温のときにはインバータも高温になり、インバータに組み込まれている半導体スイッチング素子も高温になる。一般に、半導体スイッチング素子は、高温になると、自身の許容電流が小さくなる。したがって、高温時の圧縮機の起動を考慮して、必要以上に電流容量の大きな半導体スイッチング素子を使用しなければならないことが多い。電流容量の大きな半導体スイッチング素子の使用は、インバータの大型化やコストアップ、ひいてはインバータ一体型の電動圧縮機の大型化およびコストアップや、インバータが圧縮機とは別体に設置される場合にあっても、そのインバータを含めた圧縮機装置としての大型化やコストアップを招くことになる。
特開２００６−２００５０７号公報

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、必要以上に電流容量の大きな半導体スイッチング素子を使用することなく電動圧縮機を適切に起動でき、それによって電動圧縮機の大型化やコストアップを抑えることが可能な電動圧縮機の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、モータが内蔵された電動圧縮機への、半導体スイッチング素子を備えたインバータからの通電を制御する装置において、圧縮機の吐出側回路における圧力から該圧力と相関関係のある圧縮機の起動に必要な起動電流値を算出する手段と、インバータ設置部位の温度から該温度と相関関係のある半導体スイッチング素子の許容電流値を算出する手段とを備えているとともに、算出された圧縮機の起動電流値と半導体スイッチング素子の許容電流値との比較から圧縮機の起動許可を判定する起動許可判定手段を有することを特徴とするものからなる。

このような電動圧縮機の制御装置においては、圧縮機の吐出側回路における圧力（高圧側圧力）から、電動圧縮機の起動に必要なトルクが算出され、その必要トルクを出力するために必要な起動電流値（モータ相電流値）が算出される。一方、インバータ設置部位の温度からは、予め把握されている温度と許容電流との関係を表す特性に基づき、半導体スイッチング素子の許容電流値が算出される。そして、算出された圧縮機の起動電流値と半導体スイッチング素子の許容電流値の大小関係が起動許可判定手段によって判定され、算出された起動電流値が算出された半導体スイッチング素子の許容電流値よりも小さければ（つまり、許容範囲内であれば）、電動圧縮機の起動が許可されて電動圧縮機が起動される。許容範囲外のときには、起動不可と判定され、許容範囲内になるまで圧縮機は停止し続ける。したがって、電動圧縮機は、確実に半導体スイッチング素子への通電電流が許容電流値以下のときにのみ起動されることになり、半導体スイッチング素子として電流容量の大きなものを使用する必要はなくなり、小型で安価な半導体スイッチング素子を使用すればよいことになる。

この本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、インバータが電動圧縮機に一体的に組み込まれている場合、インバータが電動圧縮機とは別体に電動圧縮機の近傍に設置されている場合のいずれにも適用でき、圧縮機からインバータへの温度の影響による前述の問題を適切に解消できる。

また、実際に電動圧縮機を起動する際には、上記起動許可判定手段により圧縮機の起動許可が判定された場合に、圧縮機を、上記算出による起動電流値の電流によって起動するようにしてもよく、あるいは、上記算出による許容電流値の電流によって起動するようにしてもよい。後者の場合には、起動許可時には、必然的に許容電流値は上記算出による起動電流値よりも大きいか少なくとも等しいので、起動は確実に行われる。前者の場合には、そのときの条件における圧縮機の起動に必要な最小電流によって起動されることになるので、起動時の電力消費を最小化可能である。

なお、本発明における電動圧縮機とは、圧縮機駆動用のモータを内蔵した一般的な電動圧縮機は勿論のこと、内蔵されたモータと該モータ以外の外部駆動源（例えば、車両走行用のエンジンや、電気自動車やハイブリッド自動車における車両走行用のモータ）とにより選択的にまたは同時に駆動されるハイブリッド式の圧縮機も含む概念である。

また、本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、車両搭載性向上のための小型化や、コストダウンの要求の高い、車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれる圧縮機にとくに好適なものである。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置によれば、必要以上に電流容量の大きな半導体スイッチング素子を使用することなく電動圧縮機を適切にかつ確実に起動でき、小型で安価な半導体スイッチング素子を使用することによって、電動圧縮機の大型化やコストアップを抑えることが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２に、本発明に係る電動圧縮機の制御装置を適用可能な空調装置、とくに車両用空調装置の冷凍回路の構成例を示す。図１、図２の冷凍回路１、２には、本発明における制御対象となる電動圧縮機３、４（前述の如く、通常の電動圧縮機とともにハイブリッド式の圧縮機を含む）が設けられ、図１に示す例ではインバータ５が電動圧縮機３とは別体に配置され、図２に示す例ではインバータ６を圧縮機に一体的に組み込んだインバータ一体型電動圧縮機４に構成されている。冷凍回路１、２においては、電動圧縮機３、４で冷媒が吸入され、吸入され圧縮された高圧の冷媒が電動圧縮機３、４から吐出される。電動圧縮機３、４の下流側（圧縮機の吐出側）には、圧縮機３、４で圧縮された高圧冷媒を冷却、凝縮する、ファン７が付設された凝縮器８が設けられている。凝縮器８の下流側には、凝縮器８で冷却、凝縮された冷媒を減圧、膨張させる膨張弁９が設けられており、その下流側には、膨張弁９で減圧、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器１０が設けられている。この蒸発器１０は、例えば空調ダクト（図示略）内に設けられたブロワ１１によって送られてくる空気と熱交換を行い、冷却された空気を例えば車室内に冷房用空調風として送ることができるようになっている。

インバータ５、６には、直流電源１２から給電され、インバータ５、６で直流電流から変換された所定の疑似交流電流が、電動圧縮機３、４に内蔵されているモータを駆動するための相電流として電動圧縮機３、４に送られる。このインバータ５、６の設置部位の温度が、その設置部位に適宜設けられた温度センサ１３によって検知され、検知温度がインバータ５、６内に設けられている半導体スイッチング素子の温度に対応する温度として、後述の如く半導体スイッチング素子の許容電流値の算出に用いられる。この温度センサ１３は、図１に示した形態の場合にはインバータ５に付設すればよく、図２に示した形態の場合にはインバータ６に付設する他、それに対応する圧縮機４の本体外面に付設してもよい。

また、冷凍回路１、２における圧縮機３、４と凝縮器８との間には、圧縮機３、４から吐出される高圧側冷媒の圧力を検知する圧力センサ１４が設けられている。この圧力センサ１４によって検知された高圧側圧力が、後述の如く、圧縮機３、４の起動に必要な起動電流値の算出に用いられる。

これら温度センサ１３により検知された半導体スイッチング素子の温度および圧力センサ１４により検知された高圧側圧力の信号が、制御装置１５に入力されて半導体スイッチング素子の許容電流値の算出および起動電流値の算出に用いられ、制御装置１５における演算に基づいて、インバータ５、６の制御のためのインバータ５、６への出力が制御されて、電動圧縮機３、４の起動が制御される。

本発明における圧縮機の起動制御は、例えば図３〜図５に示すように行われる。
図３は、許容電流決定処理を示しており、上記温度センサ１３によって検知された温度により半導体スイッチング素子の温度が取得され（ステップＳ１）、取得した半導体スイッチング素子の温度から該温度と相関関係のある半導体スイッチング素子の許容電流値が算出される（ステップＳ２）。

図４は、起動電流決定処理を示しており、上記圧力センサ１４によって検知された高圧側圧力が取得され（ステップＳ１１）、取得した高圧側圧力から該圧力と相関関係のある圧縮機３、４の起動に必要な起動トルクが算出され（ステップＳ１２）、それに基づいて圧縮機３、４の起動に必要な起動電流値が算出される（ステップＳ１３）。

図５は、起動許可処理を示しており、上記の如く算出された半導体スイッチング素子の許容電流値と、圧縮機３、４の起動に必要な起動電流値が取得され（ステップＳ２１、Ｓ２２）、起動電流値と許容電流値の大小関係が判断され（ステップＳ２３）、起動電流値が許容電流値よりも低い場合には、起動許可と判定され（ステップＳ２４）、起動電流値が許容電流値よりも低くない場合には、起動不可と判定される（ステップＳ２５）。そして、起動許可と判定された場合にのみ、圧縮機３、４が起動され、起動不可と判定された場合には、起動許可範囲内に入るまで、圧縮機３、４は停止されたままとされる。圧縮機３、４が起動される場合の実際の起動電流は、上記の算出された起動電流、上記の算出された許容電流のいずれでもよい。起動許可と判定されているので、いずれの電流でも確実に圧縮機３、４は起動される。

このように、確実に半導体スイッチング素子への通電電流が許容電流値以下のときにのみ起動されることになり、許容電流値を超えている場合には待機されて起動されないので、必要以上に電流容量の大きな半導体スイッチング素子を用いる必要は全くなくなる。その結果、小型で安価な半導体スイッチング素子を使用すればよいことになり、インバータ一体型の圧縮機自体あるいはインバータ別体型の圧縮機装置の小型化、コストダウンが可能になる。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置は、インバータを用いたあらゆる電動圧縮機に適用できる。

本発明に係る電動圧縮機の制御装置を適用可能な車両用空調装置の冷凍回路の一構成例を示す概略構成図である。本発明に係る電動圧縮機の制御装置を適用可能な車両用空調装置の冷凍回路の別の構成例を示す概略構成図である。本発明に係る電動圧縮機の制御装置における許容電流決定処理の一例を示すフローチャートである。本発明に係る電動圧縮機の制御装置における起動電流決定処理の一例を示すフローチャートである。本発明に係る電動圧縮機の制御装置における起動許可処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１、２冷凍回路
３、４電動圧縮機
５、６インバータ
７ファン
８凝縮器
９膨張弁
１０蒸発器
１１ブロワ
１２電源
１３温度センサ
１４圧力センサ
１５制御装置

Claims

モータが内蔵された電動圧縮機への、半導体スイッチング素子を備えたインバータからの通電を制御する装置において、圧縮機の吐出側回路における圧力から該圧力と相関関係のある圧縮機の起動に必要な起動電流値を算出する手段と、インバータ設置部位の温度から該温度と相関関係のある半導体スイッチング素子の許容電流値を算出する手段とを備えているとともに、算出された圧縮機の起動電流値と半導体スイッチング素子の許容電流値との比較から圧縮機の起動許可を判定する起動許可判定手段を有することを特徴とする電動圧縮機の制御装置。
前記インバータが、電動圧縮機に一体的に組み込まれている、請求項１に記載の電動圧縮機の制御装置。
前記インバータが、電動圧縮機とは別体に電動圧縮機の近傍に設置されている、請求項１に記載の電動圧縮機の制御装置。
前記起動許可判定手段により圧縮機の起動許可が判定された場合に、圧縮機は、前記算出による起動電流値の電流によって起動される、請求項１〜３のいずれかに記載の電動圧縮機の制御装置。
前記起動許可判定手段により圧縮機の起動許可が判定された場合に、圧縮機は、前記算出による許容電流値の電流によって起動される、請求項１〜３のいずれかに記載の電動圧縮機の制御装置。
電動圧縮機が、前記内蔵されたモータと該モータ以外の外部駆動源とにより選択的にまたは同時に駆動されるハイブリッド式の圧縮機からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の電動圧縮機の制御装置。
電動圧縮機が、車両用空調装置の冷凍回路に組み込まれる圧縮機からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の電動圧縮機の制御装置。