JP2008104337A

JP2008104337A - 冷媒圧縮機用電動機の制御装置

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Publication number: JP2008104337A
Application number: JP2007181056A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nojima; 健二野島; Mamoru Kubo; 守久保
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-05-01
Also published as: US20080072619A1; EP1906116A2; EP1906116A3; KR20080027157A; CA2603273A1

Abstract

【課題】圧縮機用電動機をセンサレス方式で駆動制御する場合に、起動時の振動・騒音を低減し、センサレス方式への円滑な接続を実現できる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置２２は、冷媒回路を構成する電動圧縮機を駆動する電動機２１に三相疑似交流電圧を印加して駆動するためのインバータ主回路１と、電動機に流れる電流を検出する電流センサ６Ｖ、６Ｗと、この電流センサの出力に基づいてセンサレス方式の駆動制御を実施する制御回路２３とを備える。制御回路は、電動機に回転磁界を発生させる所定の起動電流を印加して起動し、所定の接続周波数まで加速した後、センサレス方式による駆動制御に移行すると共に、圧縮機の負荷に応じて、起動電流及び接続周波数を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁極位置センサを用いない、センサレス方式、特に回転子の磁極がつくる磁束の方向をｄ軸としこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸とを用いるベクトル制御により冷媒圧縮機用電動機を制御する制御装置に関するものである。

永久磁石を回転子に備える同期電動機の回転をベクトル制御などのセンサレス方式で運転する場合、回転子の回転位置をホール素子などの磁気センサを用いて直接検出する代わりに回転子の回転位置（磁極位置）を推定する。実際のベクトル制御の一例としては、回転子の磁極位置が実角度θｄの回転位置となるｄ−ｑ回転座標系に対して、推定角度θｄｃとなるｄｃ−ｑｃ回転座標系を予め仮定し、実角度θｄと推定角度θｄｃとの軸誤差Δθを算出し、この軸誤差Δθがゼロになるように同期電動機の固定子巻線への通電タイミングを制御して、実際の磁極位置と推定上の磁極位置を一致させることにより回転子の角速度と固定子巻線による回転磁界の角速度とを一致させて回転子の脱調を防ぎ回転が維持される。

係るベクトル制御によれば、磁極位置センサを使用すること無く、電動機の回転数制御が実現できる。しかしながら、磁気位置の回転に基づいて制御を行っているので、回転子が停止している状態では磁極位置が回転せず回転子の回転位置を推定できない。そのため、同期電動機の起動に際しては固定子巻線に所定の周波数の起動電流を与えて回転磁界を生成し、回転子をこの回転磁界で強制的に起動し、ベクトル制御が可能な予め定めた回転数まで加速した時点でベクトル制御などのセンサレス方式に切り替える方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１０７７７７号公報

ここで、冷媒回路を構成する冷媒圧縮機を駆動する電動機においては、家庭用エアコンや冷蔵庫で使用される場合、電動機の停止から数分間は再起動できないように制御される。これは、停止直後は冷媒回路内の高低圧差が大きく電動機に対する起動負荷が大きくなってしまうことと、冷媒圧縮機内の電動機の温度が起動時に設計温度以上に高くなることを防止し巻線保護を図る必要があるためである。しかしながら、特に車載用エアコンなどに使用される冷媒圧縮機では、スイッチの操作などにより、停止後に充分な再起動防止期間が確保されず直に起動と空調の開始とが要求される場合があり、冷凍サイクル内の高低圧力差を保ったまま冷媒圧縮機を起動させる必要があった。そのため、従来では最大負荷（最大差圧）に対応できる起動手順が採られていた。

図５を用いて従来の起動手順を説明する。従来では、冷媒圧縮機（電動機）が停止している状態でＵ相−Ｗ相間に電流を流して生じる固定磁界にバランスする回転位置に回転子を固定する。例えば６歯４極の電動機であれば、固定子巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相への通電組み合わせのパターン（通電パターン）は電気角で６０度毎に６分割されているので、この６分割中の特定の位置に回転子の回転位置が固定される。回転子の回転位置（電気角）が特定されるので、この電気角に対応する次の通電パターンで固定子巻線に通電することによって、回転磁界が生じ回転子が起動する。電動機を起動した後、固定子巻線に印加する電圧若しくは通電電流を増加させて回転子の回転を加速する。その後、回転子の回転位置をホール素子などの直接的な検出手段を設けず固定子巻線に流れる電流変化や相間電圧の変化などで推定する所詮センサレス方式で行う場合は、このセンサレス方式が回転子の回転位置（磁極位置）を推定可能な所定の接続回転数まで回転子を加速した時点でセンサレス方式による制御による電動機の駆動に切り換えるものである。

この場合、前述した如く従来では最大負荷時でも確実に電動機の起動が行えるようにするには、上述した回転子の回転位置の固定にかける時間が長く、また固定子巻線へ通電する電流も高く設定されて、同時に起動の際の固定子巻線への通電電流も同様に高く設定されていた。センサレス方式による回転子の駆動へ切り換える回転数も高く、この高い回転数となるまで比較的長い時間加速が行われていた。また、センサレス方式による駆動は通常その電動機が持つ固有の特性及び想定される負荷の大きさを鑑みて、回転子の回転数に対応して最適な電圧（若しくはこの電圧に相当する固定子巻線への通電電流）の値が予め関数若しくはテーブルとして設定されている。そのため、係る切り替え時に起動に用いた電圧とセンサレス方式の駆動の際に用いられる電圧との間に大きな開きがあると急激な電流の低下により回転子に不必要な加減速が生じて振動や騒音が発生する問題があった。また、冷媒回路中の高低圧力差が充分にバランスしており実際の負荷が零若しくは軽い状況であった場合には、無駄な電力が消費されることになると共に、センサレス方式への移行時に急激に過大な電流が低下するため、場合によっては脱調して冷媒圧縮機（電動機）の起動に失敗する危険性もあった。

図５に示すように、時間ｔ0で電動機の機動を開始すると、まず時間ｔ0-ｔ1間は特定の固定子巻線、例えばＵ相とＶ相間、に通電を行って回転子の位置固定を行う。この際の固定子巻線への印加電圧はＶＨ相当である。次いで時間ｔ１-ｔ２間はこの印加電圧ＶＨで通電パターンを周波数ｆ0で切り換える状態が維持される。この間回転子の回転数は順に加速して行く（ｗ０参照）。回転子の回転数が周波数ｆ0相当に達した時（時間ｔ2）でセンサレス方式の駆動に切り換わる。このとき固定子巻線への印加電圧はＶＨ相当からＶＬ相当へ切り換わる（通電パターンの切り換え周波数はｆ０）が回転子が加速時の慣性から周波数ｆ0相当の回転数に対して周波数ｆ1相当までオーバーシュートした後、周波数ｆ0相当の回転数に収束する。この収束時間として時間ｔ２-ｔ３間を設定している。時間ｔ３以降は目標の回転数までセンサレス方式によって加速される。この収束に伴う回転子の急激な加速度の減少が主に振動・騒音となる。またこのオーバーシュートによる誘起電流の大きさによってはスイッチング素子等に影響を与えることがあった。尚、ｗ１は回転子がそのまま加速を続けた際の回転数に相当する周波数の増加を示している。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷媒圧縮機用電動機をセンサレス方式で駆動制御する場合に、起動時の振動・騒音を低減し、センサレス方式への円滑な接続を実現できる制御装置を提供するものである。

第1発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、少なくとも冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを備え、前記冷媒圧縮機の回転子の磁極がつくる磁束の方向をｄ軸としこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸とを用いるベクトル制御にてインバータ回路を成すスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして前記固定子巻線への通電を制御する制御装置を備えると共に、前記制御装置は、予め定められた前記固定子巻線への通電パターンに応じた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御により順に切り換えて前記冷媒圧縮機を駆動し、この冷媒圧縮機の起動に際して、予め定められた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを予め定められた周期で順に切り換えて前記冷媒圧縮機の起動を行い、前記回転子の回転数が設定回転数に達した際に当該前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御によって切り換える駆動に移行するように構成し、起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧及び設定回転数を前記冷媒圧縮機の起動に際して前記冷凍サイクルの状態に基づいて変更することを特徴とする。

第２発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、第1発明において、前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は前記設定回転数に対応して設定されるものであることを特徴とする。

第３発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、第２の発明において、前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化すると共に、この電流は前記冷媒圧縮機の駆動時に用いられる電圧-回転数特性の回転数に前記設定回転数を当てはめた際の対応する電圧に相当する値付近まで少なくとも減少することを特徴とする。

第４発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、第２の発明において、前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が増加するように変化することを特徴とする。

第５発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、第２の発明において、前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化させた後増加に変化することを特徴とする。

第６発明の冷媒圧縮機用電動機の制御装置は、第２の発明において、前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化させた後増加に変化させると共に、この電流は前記冷媒圧縮機の駆動時に用いられる電圧-回転数特性の電圧の増加勾配と同様に変化することを特徴とする。

本発明によれば、冷媒圧縮機用電動機をセンサレス方式で駆動制御する場合に、センサレス方式への移行時における冷媒圧縮機（電動機）の起動失敗の支障もなく、起動時の振動・騒音を低減し、センサレス方式への円滑な接続を実現できる制御装置を提供できるものとなる。更に、起動時の冷凍サイクルの状態に応じて適切な設定回転数が用いられるので、冷媒圧縮機用電動機の起動に要する時間を不必要に長くする必要がなく、起動時間の短縮が可能となる。

本発明は、少なくとも冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを備え、前記冷媒圧縮機の回転子の磁極がつくる磁束の方向をｄ軸としこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸とを用いるベクトル制御にてインバータ回路を成すスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして前記固定子巻線への通電を制御する制御装置を備えると共に、前記制御装置は、予め定められた前記固定子巻線への通電パターンに応じた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御より順に切り換えて前記冷媒圧縮機を駆動し、この冷媒圧縮機の起動に際して、予め定められた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを予め定められた周期で順に切り換えて前記冷媒圧縮機の起動を行い、前記回転子の回転数が設定回転数に達した際に当該前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御によって切り換える駆動に移行するように構成し、起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧及び設定回転数を前記冷媒圧縮機の起動に際して前記冷凍サイクルの状態に基づいて変更することを特徴とする冷媒圧縮機の制御装置であり、以下に図面に基づき本発明の実施の形態を詳述する。

次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。以下に示す実施例の電動機２１は、例えば車載用エアコンに搭載される二酸化炭素を冷媒として用いた冷媒圧縮機１１を駆動する永久磁石内蔵型の同期電動機（冷媒圧縮機用電動機）である。電動機２１は係る冷媒圧縮機１１の密閉容器内に例えばロータリ圧縮要素と共に収納され、回転して圧縮要素を駆動するために用いられる。尚、冷媒は二酸化炭素、ハイドロカーボン（HC）などの自然冷媒に限るものではなく、現在車載用エアコンの主流であるR134aなどフロン系の冷媒を用いても良いものである。

先ず、図１は本発明を適用した一実施例の電動機２１の制御装置２２の電気回路図、図２は電動機２１により駆動される冷媒圧縮機１１により構成された車載用エアコンの冷媒回路図（蒸発器での冷房運転を目的とした冷凍サイクルの1例であり、冷媒の循環方向を変えることによって暖房運転も可能である）である。図２において、１２は放熱器（熱源側熱交換器に相当）、１３は膨張弁（電動膨張弁から成る減圧装置）、１４は蒸発器（利用側熱交換器に相当）であり、冷媒圧縮機１１と共に冷媒回路を構成する。冷媒圧縮機１１の電動機２１が駆動されると、圧縮要素にて超臨界圧力まで圧縮されて高温・高圧となった二酸化炭素冷媒が放熱器１２に吐出される。

放熱器１２に流入した冷媒はそこで放熱するが（たとえば空気への放熱）、超臨界の状態を維持する。この放熱器１２で放熱して温度が下がった冷媒は膨張弁１３で減圧される。冷媒は減圧の過程で気液混合状態となり、蒸発器１４に流入して蒸発する。その際の吸熱作用で蒸発器１４は冷房作用を発揮する。そして、蒸発器１４を出た冷媒は再び冷媒圧縮機１１に吸い込まれる循環を繰り返す。

最初に、図２の１６は冷媒圧縮機１１の温度（ケースの温度）を検出する温度センサ、１７及び１８は冷媒圧縮機１１の吐出及び吸込側における冷媒回路の高圧側の圧力及び低圧側の圧力をそれぞれ検出する圧力センサであり、それらの出力は制御回路（制御手段）２３に入力される。この制御回路２３はこれらセンサの出力に基づき、後述する如く冷媒圧縮機１１の電動機２１のON・OFF、運転能力（回転数）をこの冷媒回路の負荷の大きさや変動に応じて制御すると共に、膨張弁１３の弁開度を制御する。

次に図１において、実施例の制御装置２２は、自動車のバッテリである直流電源ＤＣに接続された６個の半導体スイッチング素子を三相ブリッジ状に接続して成るインバータ主回路１（三相インバータ）と、このインバータ主回路１と直流電源ＤＣ間に接続され直流電源ＤＣからの直流電圧を昇圧する昇圧回路３０と、前記制御回路２３等から構成される。昇圧回路３０は、インダクタンス３１、スイッチング素子３２とダイオード３３とコンデンサ３４とから構成されており、インバータ主回路１に印加する電圧を制御でいるようにしている。この制御回路２３は、インバータ主回路１の各スイッチング素子のON/OFFを制御して冷媒圧縮機１１の電動機２１に三相疑似正弦波（通称PWM/PAMと称するON/OFFパターン）の電圧波形を印加する。電動機２１の夫々の固定子巻線に供給される電流はこの疑似正弦波はON/OFFパターンを変えることによって制御される。

そして、前記電動機２１は例えば６歯夫々に直巻方式にてコイルを三相結線状に捲装されたステータ（固定子）と、このステータの内側で回転する永久磁石を有する回転子とから構成された同期電動機であり、ステータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相結線にインバータ主回路１の各相の二次側ライン２Ｕ、２Ｖ、２Ｗが接続されている。

また、Ｖ相及びＷ相の二次側ライン２Ｖ、２Ｗには、電動機２１のＶ相、Ｗ相に流れる電流を検出するための電流センサ（電流検出手段であり、たとえばＣ.Ｔ．もしくはホール素子等によるものである）６Ｖ、６Ｗが設けられており、各電流センサ６Ｖ、６Ｗの出力（電流検出値）は制御回路２３に取り込まれA/D（アナログ/デジタル）変換された後のデジタル信号で処理される。この制御回路２３は汎用のマイクロコンピュータなどを用いることができる。

次に、図４を用いて電動機２１を起動する際の制御回路２３の基本的な手順を説明する。冷媒圧縮機１１が停止している状態で、制御回路２３は先ず電動機２１のＵ相−Ｗ相に電流を流して回転子を引付け、磁極位置を確定する。次に、回転磁界を発生させるために所定の起動電流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に流し、電動機２１を起動した後、周波数を上昇させていって加速する。その後、磁極位置を充分に推定可能な接続周波数まで加速した時点でセンサレスベクトル制御（センサレス方式）に移行する。

図６は通電パターンの一例であり、インバータ主回路１の半導体スイッチング素子を所定のパターンでＯＮ/ＯＦＦすることによって得られる一周期分の三相疑似正弦波の概略イメージを示す電圧波形である。このような電圧波形を固定子巻線に印加することによって固定子巻線には三相正弦波状の電流波形が得られるものである。従ってこの電流に対応する電圧が実質的に固定子巻線に印加される。

起動に際して固定子巻線のＵ相からＶ相間に充分な電流（バッテリ電圧を所定の周波数でチョッピングした電圧波形を印加）を流すと、回転子は所定の回転位置に固定される。起動に際しての通電パターンは図６の電気角で９０度の位置ｔ９０から固定子巻線への印加を開始する。この際の1周期に要する時間、すなわち周波数はｆ０であり、印加電圧はＶＨとなる。このｆ０は例えば冷媒回路の能力が4ｋｗ〜5ｋｗ程度とすると約１５Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度の値である。印加電圧ＶＨは冷媒圧縮機の仕様が交流100Ｖとすれば実行値で100Ｖ程度となる。尚、この周波数ｆ０、印加電圧ＶＨは冷媒回路の設計、冷媒圧縮機の仕様によって最適値が設定されるものであり、上記値に限定されるものではない。また駆動時の印加電圧（通電電流）の調節は固定子巻線に印加する電圧のチョッピング波形のONデューティを調節することによって行える。またインバータ主回路１に印加する直流電圧を降圧/昇圧しても行うことができる。

次に、この電動機を駆動するためのセンサレス方式のベクトル制御の一例にについて説明する。センサレスベクトル制御における三相通電では、図６に示すような疑似正弦波電圧を電動機２１の三相の固定子巻線夫々に印加して駆動するため、固定子巻線の通電率、電圧利用率、トルク変動において所謂二相通電より多くの利点を有する。但し、回転する回転子の永久磁石の磁束に対して固定子巻線への通電する電流位相を最適に制御するために、磁極位置情報が必要となる。

センサレスでこの三相通電における磁極位置を検出するには、電動機２１の回転子の磁極位置が実角度θｄの回転位置（実際の磁極位置）となるｄ−ｑ回転座標系（ｄ軸は回転子の磁極と同期して回転する磁束軸、ｑ軸は誘起電圧軸）に対して、制御回路２３にて推定角度θｄｃとなるｄｃ−ｑｃ回転座標系を考える。ここに、θｄｃは制御回路２３で作成しているので、軸誤差Δθ（Δθ＝θｄｃ−θｄ）を演算できれば、回転子の磁極位置を推定することができる。

実際には、例えばインバータ主回路１に与える電圧指令ｖｄ＊とｖｑ＊を、巻線抵抗ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、発電定数ｋＥ、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊、ｑ軸電流検出値Ｉｑ、速度指令ω１＊（自動車の車室内温度と設定値、日射量などに基づいて車室内の制御回路などから入力される。）などと前記軸誤差Δθで表したモータモデル式を解くことにより、回転子の磁極位置を推定することになる。

制御回路２３は、このような推定によって検出された回転子の磁極位置に基づいて電動機２１のセンサレス式のベクトル制御を実行する。この場合制御回路２３は、電流センサ６Ｖ、６Ｗが検出した二次側ライン２Ｖ、２Ｗから電動機２１に流れる電流をｑ軸電流成分Ｉｑとｄ軸電流成分Ｉｄに分離し、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｄ軸電流指令Ｉｄ＊を独立して制御することにより、入力した速度指令ω１＊を実効させるために、磁束と電流位相の関係をトルク最大となるように電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊の大きさと位相を決定し、トルクと操作量の関係を線形にする。

また、制御回路２３はｄ軸電流検出値Ｉｄを用いて電動機２１に流れる電流の位相調整を行う。すなわち通電パターンの電気角の調整を行う。そして、電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊をインバータ主回路１に与え、各スイッチング素子を制御して固定子巻線に通電される電流を制御することで、速度指令を満足するような回転速度に電動機２１を駆動することになる。

次に、図３のフローチャートを用いて制御回路２３による電動機２１の起動時の起動電流及び接続周波数の変更制御について説明する。制御回路２３は冷媒圧縮機１１の負荷の状況に応じて前述した回転子の引付け区間（図４）の時間、起動電流及び接続周波数を設定する。この場合、冷媒圧縮機１１の負荷を判断する情報としては圧力センサ１７が検出する冷媒回路の高圧側圧力ＰＨ、冷媒圧縮機１１（電動機２１）の停止時間ｔｓ（冷媒圧縮機が停止してからの時間）、膨張弁１３の弁開度ＶＯ及び温度センサ１６が検出する冷媒圧縮機１１の温度ＴＣが採用される。尚、負荷の判断情報としてこれら全てに限らず、これらの何れか一つ若しくは三つ以内の組み合わせでも良く、或いは、負荷を判断できる他の情報（例えば、圧力センサ１７と１８が検出する圧力の差（高低圧差）や外気温度等）と置き換え、或いは、それを加えて判断しても良い。

先ず、制御回路２３はステップＳ１で圧力センサ１７が検出する高圧側圧力ＰＨが所定の値Ａより低いか否か判断し、低い場合にはステップＳ２に進む。ステップＳ２では冷媒圧縮機１１の停止時間ｔｓが所定の値Ｂより長いか否か判断し、長い場合にはステップＳ３に進む。ステップＳ３では膨張弁１３の弁開度ＶＯが所定の値Ｃより大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳ４に進む。このステップＳ４では温度センサ１６が検出する冷媒圧縮機１１の温度ＴＣが所定の値Ｄよりも低いか否か判断し、低い場合にはステップＳ５の条件３に進んで、引付け区間の長さをＥ、起動電流で生じる起動トルクをＦ、接続周波数をＧとする。

高圧側圧力ＰＨがＡより低く、冷媒圧縮機１１の停止時間ｔｓがＢより長く、膨張弁１３の弁開度ＶＯがＣより大きく、冷媒圧縮機１１の温度ＴＣがＤより低いと云うことは最も負荷が軽い状況であるので、制御回路２３はステップＳ５で引付け区間を最も短い時間であるＥとし、起動トルク（起動電流）を最も小さいＦとし、接続周波数を最も低いＧとする。冷媒圧縮機１１の負荷が軽い場合は回転子の引付けも短時間で済み、起動トルクも小さくて済む。また、センサレス式のベクトル制御への接続周波数も低くてよいので、電動機２１は支障無く起動できる。

起動電流が小さくなることで、図４に示すように無駄な電力が削減されるようになる。また、負荷が軽い場合、センサレスベクトル制御への移行時に設定される電流や周波数も低くなるので、接続周波数が下げられることで、移行時の周波数の変動が小さくなり、脱調が起こる危険性が無くなってセンサレスベクトル制御への円滑な移行が実現できるようになる。更に、起動電流が小さくなるために騒音や振動も抑制され、接続周波数が低くなるために加速に要する時間も短くて済むようになる。

ここで、ステップＳ１で高圧側圧力ＰＨがＡ以上であった場合、制御回路２３はステップＳ１からステップＳ６に進んで、今度は高圧側圧力ＰＨがＡよりも高い０より低いか否か判断する。そして、０より低い場合（Ａ以上０未満）には、ステップＳ１０の条件２に進んで、引付け区間の長さをＩ、起動電流で生じる起動トルクをＪ、接続周波数をＫとする。この長さＩは条件３のＥより長く、起動トルクＪはＦより高く、接続周波数ＫはＧより高い値である。即ち、高圧側圧力ＰＨが少許高くなり、冷媒圧縮機１１の負荷が少許増大している場合には引付け区間を少許長くし、起動トルク及び接続周波数も少許高くして電動機２１を支障無く起動する。

また、ステップＳ２で停止時間ｔｓがＢ以下である場合、制御回路２３はステップＳ２からステップＳ７に進んで、今度は停止時間ｔｓがＢよりも短いＰより長いか否か判断する。そして、Ｐより長い場合（Ｐより長くＢ以下）には、同様にステップＳ１０の条件２に進む。冷媒圧縮機１１の停止時間ｔｓが少許短くなった場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は少許増大するので、同様にステップＳ１０の条件２とされる。

また、ステップＳ４で膨張弁１３の弁開度ＶＯがＣ以下である場合、制御回路２３はステップＳ３からステップＳ８に進んで、今度は弁開度ＶＯがＣよりも小さいＱより大きいか否か判断する。そして、Ｑより大きい場合（Ｑより大きくＣ以下）には、同様にステップＳ１０の条件２に進む。膨張弁１３の弁開度ＶＯが少許小さくなった場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は少許増大するので、同様にステップＳ１０の条件２とされる。

また、ステップＳ４で冷媒圧縮機１１の温度ＴＣがＤ以上である場合、制御回路２３はステップＳ４からステップＳ９に進んで、今度は温度ＴＣがＤよりも高いＨより低いか否か判断する。そして、Ｈより低い場合（Ｄ以上Ｈ未満）には、同様にステップＳ１０の条件２に進む。冷媒圧縮機１１の温度ＴＣが少許高くなった場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は少許増大するので、同様にステップＳ１０の条件２とされる。

次に、ステップＳ６で高圧側圧力ＰＨがＯ以上であった場合、制御回路２３はステップＳ６からステップＳ１１の条件１に進んで、引付け区間の長さをＬ、起動電流で生じる起動トルクをＭ、接続周波数をＮとする。この長さＬは条件２のＩより長く、起動トルクＭはＪより高く、接続周波数ＮはＫより高い値である。即ち、高圧側圧力ＰＨが更に高くなり、冷媒圧縮機１１の負荷が更に増大している場合には引付け区間を更に長くし、起動トルク及び接続周波数も更に高くして電動機２１を支障無く起動する。

また、ステップＳ７で停止時間ｔｓがＰ以下である場合も、制御回路２３はステップＳ７からステップＳ１１の条件１に進む。冷媒圧縮機１１の停止時間ｔｓが更に短くなった場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は更に増大するので、同様にステップＳ１１の条件１とされる。

また、ステップＳ８で膨張弁１３の弁開度ＶＯがＱ以下である場合、制御回路２３はステップＳ８からステップＳ１１の条件１に進む。膨張弁１３の弁開度ＶＯが更に小さくなっている場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は更に増大するので、同様にステップＳ１１の条件１とされる。

また、ステップＳ９で冷媒圧縮機１１の温度ＴＣがＨ以上である場合、制御回路２３はステップＳ９からステップＳ１１の条件１に進む。冷媒圧縮機１１の温度ＴＣが更に高くなっている場合にも冷媒圧縮機１１の負荷は更に増大するので、同様にステップＳ１１の条件１とされ、これにより、支障なく電動機２１を起動する。負荷が増大した場合、センサレスベクトル制御への移行時に設定される電流や周波数も高くなるので、移行時の周波数の変動も同様に小さくなる。

このように、冷媒圧縮機１１の負荷が軽くなるに応じて引付け区間を短くし、起動トルク（起動電流）及び接続周波数を低くすると共に、冷媒圧縮機１１の負荷が増大するに応じて引付け区間を長くし、起動トルク（起動電流）及び接続周波数を高くしていくので、冷媒圧縮機１１の負荷の状況にかかわらず、常に円滑なセンサレスベクトル制御への移行を実現することができるようになる。

図７、図８は、回転子の位置固定を行った後の起動からセンサレス式のベクトル制御へ移行するまでの固定子巻線への実質的な印加電圧の変化を示した図である。図７、図８において、時間ｔ0-ｔ1は条件（1）の引き付け時間Ｌ（秒）、条件（2）の引き付け時間Ｉ（秒）、条件（3）の引き付け時間Ｅ（秒）に相当する。回転子の固定（時間ｔ1）後に図７では、時間ｔ2（回転子の回転数が接続周波数に相当する回転数になる時間）にかけて印加電圧が電圧ＶＨ（条件（1）の起動トルクＭ（Ｎ）に相当する電流に対応する電圧、起動トルクＪ（Ｎ）に相当する電流に対応する電圧、起動トルクＦ（Ｎ）に相当する電流に対応する電圧）に相当する電圧からＶＬ２まで減少する。この印加電圧の減少勾配は、予め設定されている通常の駆動運転の際に回転子の回転数を増加する際に用いられる印加電圧の時間に対する増加勾配とほぼ同じ変化の値としている。従って、時間ｔ２（回転子の回転数が接続周波数に相当する回転数になる時間）では、固定子巻線に印加する電圧がセンサレス式のベクトル制御による駆動時にその回転数に対応する電圧に必ずしも一致するとは限らず、電圧ＶＬ２-ＶＬ間の電圧差となっているが、この電圧ＶＬ２と電圧ＶＬとは近い値である。センサレス式のベクトル制御による駆動に移行後はベクトル制御により冷凍回路の負荷に基づいて算出される回転数になるまで回転子が加速される。

第２実施形態の図８においては、時間ｔ1から時間ｔ2にかけて印加電圧がＶＨから所定の勾配でＶＬ１まで低下する。時間ｔ1は起動開始の時間であり、時間ｔ２は任意に定めた時間であり、時間ｔ0-ｔ1間の時間と大きくずれない時間である。電圧ＶＨからＶＬ１に至る電圧の変化勾配は、図７の電圧の減少勾配と同様の値を用いることができる。時間ｔ3は図７と同様に回転子の回転数が接続周波数に相当する回転数になる時間であり、時間ｔ2からｔ3にかけての印加電圧の増加勾配は、図７での印加電圧の増加勾配と実質的同様にすることができる。図８では印加電圧は時間ｔ3においても通常の駆動時の印加電圧より高く設定されているので、回転子は所定の仮想状態を保ったままベクトル制御による駆動に移行するので、時間ｔ3以後に回転子の回転数を増加させる際にそのまま加速状態を維持できるものである。

尚、実施例では車載用エアコンで使用される冷媒圧縮機を駆動する電動機の制御に本発明を適用したが、それに限らず、冷媒圧縮機を用いた種々の冷凍サイクル機器に本発明は有効である。また、実施例で示した各種値はそれに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で当該機器に応じ、適宜設定されるべきものである。

本発明の実施例の圧縮機用電動機の駆動装置の電気回路図である。図１の電動機が駆動する電動圧縮機にて構成された車載用エアコンの冷媒回路図である。図１の制御回路が実行する負荷に応じた起動電流（起動トルク）及び接続周波数の変更制御を説明するフローチャートである。図１の駆動装置により電動機に印加される電流の波形を示す図である。従来の電動機の起動時の電流波形を示す図である。本発明の実施例の圧縮機用電動機の通電パターンの一例を示す図である。本発明の実施例の圧縮機用電動機の回転子の回転数が接続周波数に相当する回転数になる時間までの固定子巻線への実質的な印加電圧変化を示す図である。本発明の実施例の圧縮機用電動機の回転子の回転数が接続周波数に相当する回転数になる時間までの固定子巻線への実質的な印加電圧変化のもう１つの状態を示す図である。

符号の説明

１インバータ主回路
６Ｖ、６Ｗ電流センサ（電流検出手段）
１１電動圧縮機
１３膨張弁
１６温度センサ
１７、１８圧力センサ
２１電動機
２２駆動装置
２３制御回路（制御手段）

Claims

少なくとも冷媒圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を冷媒配管で環状に接続した冷凍サイクルを備え、前記冷媒圧縮機の回転子の磁極がつくる磁束の方向をｄ軸としこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸とを用いるベクトル制御にてインバータ回路を成すスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦして前記固定子巻線への通電を制御する制御装置を備えると共に、前記制御装置は、予め定められた前記固定子巻線への通電パターンに応じた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御より順に切り換えて前記冷媒圧縮機を駆動し、この冷媒圧縮機の起動に際して、予め定められた前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを予め定められた周期で順に切り換えて前記冷媒圧縮機の起動を行い、前記回転子の回転数が設定回転数に達した際に当該前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンを前記ベクトル制御によって切り換える駆動に移行するように構成し、起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧及び設定回転数を前記冷媒圧縮機の起動に際して前記冷凍サイクルの状態に基づいて変更することを特徴とする冷媒圧縮機用電動機の制御装置。
前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は前記設定回転数に対応して設定されるものであることを特徴とする請求項1に記載の冷媒圧縮機用電動機の制御装置。
前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化すると共に、この電流は前記冷媒圧縮機の駆動時に用いられる電圧-回転数特性の回転数に前記設定回転数を当てはめた際の対応する電圧に相当する値の付近まで少なくとも減少することを特徴とする請求項２に記載の冷媒圧縮機用電動機の制御装置。
前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が増加するように変化することを特徴とする請求項２に記載の冷媒圧縮機用電動機の制御装置。
前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化させた後増加に変化することを特徴とする請求項２に記載の冷媒圧縮機用電動機の制御装置。
前記起動の際の前記スイッチング素子のＯＮ/ＯＦＦパターンもしくは前記固定子巻線への印加電圧は順に固定子巻線へ通電される電流が減少するように変化させた後増加に変化させると共に、この電流は前記冷媒圧縮機の駆動時に用いられる電圧-回転数特性の電圧の増加勾配と同様に変化することを特徴とする請求項２に記載の冷媒圧縮機用電動機の制御装置。