JP2016226184A - コンプレッサモータ制御装置及び電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】電動モータ５を同期制御で起動する際に、ステータ５ｃの各相のコイル５ｄに短時間電流を流れさせて、各相のコイル５ｄを流れた電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）から、ステータ５ｃの位置を基準にした直交座標系のα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを求め、その値の組み合わせから、テーブル１５ｃを参照して電動モータ５の電気角度を求める。そして、電動モータ５を同期制御で起動する際に、求めた電気角度に対応する回転角度のロータ３ｅの負荷トルクを上回るトルクが発生する電流を各相のコイル５ｄに流れさせる。
【選択図】図１０

Description

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。

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。

但し、モータの始動時に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、モータの始動時には、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、一般的に行われている。

ところが、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、モータの起動に失敗してしまう可能性がある。

そこで、モータを停止させる際のステータコイルの通電パターンを制御することで、ロータを最終的に特定の回転角度で停止させるようにし、モータの起動時には、特定の回転角度に応じたパターンで同期制御を開始することが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−２７１１７９号公報

ところで、ロータから出没する複数のベーンをロータが収容されたシリンダ室の内周面にそれぞれ摺動させながら、各ベーンのロータからの突出長さをロータの回転に伴い変化させるベーンロータリー式の電動コンプレッサでは、モータの停止後にロータが、吸入側の流体と吐出側の流体との差圧によって逆方向に回転（逆回転）する。そして、ロータに対してかかる回転摩擦力が吸入側の流体と吐出側の流体との差圧を超えると、ロータの逆回転が停止する。

このため、ベーンロータリー式の電動コンプレッサのモータにおいては、モータの停止時にロータを特定の回転角度で停止させる上述のような制御を行って、モータの起動時にロータの停止位置に合わせた効率的な同期制御を行うことが難しい。

したがって、ベーンロータリー式の電動コンプレッサのモータについては、ロータが停止した後にロータの停止位置を検出し、その停止位置に合わせたパターンでモータの起動時の同期制御を行うことが好ましい。

しかし、ロータの停止位置検出について現在提案されているものは、いずれも複雑なアルゴリズムのロジックを実行しなければならず、これを実際の機器で実現するためには、プロセッサやメモリ等のリソースを大がかりなものとする必要があるので、現実的とは言い難い。

このような問題は、上述した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限らず、負荷トルクがロータの回転角度によって変化する回転式の圧縮機構を有する電動コンプレッサに共通するものである。

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。

上記目的を達成するために本発明は、
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に連結された回転軸を回転させるモータの制御装置において、
前記モータの停止中に該モータのコイルに位置検出用電流を通電させて、該コイルを流れた電流から、前記モータのステータの位置を基準とし前記回転体の回転角度に応じた直交座標系の軸電流を検出する軸電流検出手段と、
前記軸電流と前記モータのロータの電気角度とを対応付けたテーブルに基づいて、前記軸電流検出手段が検出した前記軸電流に対応する前記電気角度を検出する電気角度検出手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、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。

本発明の一実施形態に係る電動コンプレッサを示す断面図である。 図１の圧縮機構の拡大断面図である。 図１の電動コンプレッサの電気的構成を示す説明図である。 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１の圧縮機構のロータの機械角度とロータが回転摩擦力により停止する回転角度との関係を示すグラフである。 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１の圧縮機構のロータの機械角度と電動モータの電気角度とロータが回転摩擦力により停止する回転角度との関係を示すグラフである。 図１の電動モータのＵＶＷの各相のコイルを流れる電流のベクトルをステータの位置を基準にしたα軸及びβ軸の直交座標系に変換した場合の各軸電流とロータの機械角度との関係を示すグラフである。 図８のα軸及びβ軸の各軸電流と電動モータの電気角度との関係を示すグラフである。 図８のα軸及びβ軸の各軸電流と電動モータの電気角度とロータが回転摩擦力により停止する回転角度との関係を示すグラフである。 図３のモータ制御部が電動モータの電気角度を検出するためにステータのコイルに通電する際のインバータ回路の状態を示す説明図である。 図１１のインバータ回路に対するモータ制御部のスイッチング波形と電動モータのコイルを流れた電流の波形との関係を示すグラフである。 図３のモータ制御部が行った通電により求めた電動モータのコイルのα軸電流及びβ軸電流を示すグラフである。 図８のα軸及びβ軸の各軸電流から電動モータの電気角度を検出できるか否かを図６のロータが有する磁極の対数と圧縮機構のベーン枚数との組み合わせ毎に示す説明図である。 図３のモータ制御部が電動モータの起動時に行う制御の手順を示すフローチャートである。 図１５の起動処理の手順を示すフローチャートである。

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。

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。

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。

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。

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。ベーン溝３１及びベーン３３は、ロータ３ｅの回転方向Ｘ（正方向）に１２０゜ずつ間隔をおいて配置されている。

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とで構成される圧縮室３５の容積が変化する。

そして、圧縮室３５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、圧縮室３５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。

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（請求項中のロータに相当）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、回転軸５ａとの隙間を経て吸入室７ｂに流入し、吸入室７ｂの底部に溜まる。吸入室７ｂの底部には、吸入室７ｂに吸入された液相の冷媒も溜まる。吸入室７ｂの底部に溜まった潤滑油１１や液相の冷媒は、吸入室７ｂの冷媒の流れに乗って圧縮機構３のシリンダ室３ｄに吸入され、ここで圧縮された高圧の冷媒に混じって吐出室７ａに吐出される。

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。

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。

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。

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。

モータ制御部１５ｂ（請求項中の軸電流検出手段、電気角度検出手段及び起動制御手段に相当）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。

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。

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。

なお、同期制御時には、モータ制御部１５ｂは、圧縮機構３のロータ３ｅの始動トルクを上回るトルクが発生するように、ステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗの各相のコイル５ｄに電圧を印加して、電動コンプレッサ１の起動が失敗しないようにする必要がある。

ところで、図４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間の圧縮室３５の容積が変化し、圧縮室３５内の冷媒が圧縮されて圧力上昇するのに起因している。

つまり、圧縮室３５に冷媒が吸入されるときのロータ３ｅの回転角度では、圧縮室３５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、吸入された冷媒が圧縮室３５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、圧縮室３５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。

そこで、電動モータ５の停止によりロータ３ｅが停止した回転角度を特定し、その回転角度に対応する負荷トルクに応じて、電動コンプレッサ１の起動時に電動モータ５のステータ５ｃの各相のコイル５ｄに印加する電圧を調整することが望ましい。

ところで、電動モータ５を停止した際にロータ３ｅ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って逆方向に回転（逆回転）する。そして、シリンダ室３ｄの内周面に対するベーン３３の摺動によりロータ３ｅに対してかかる回転摩擦力が、吐出室７ａの冷媒圧力と吸入室７ｂの冷媒圧力との差圧を超えると、ロータ３ｅの逆回転が停止する。

そして、本実施形態の電動コンプレッサ１では、ロータ３ｅの周面に１２０゜間隔で形成した３つのベーン溝３５から突出した３つのベーン３３がシリンダ室３ｄの内周面をそれぞれ摺動する。このため、電動モータ５の停止後に逆回転したロータ３ｅが回転摩擦力により停止する位置は、図５のグラフに示すように、ロータ３ｅが１回転する間に１２０゜間隔で３箇所存在する。

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、電動モータ５の起動時に、ロータ５ｂの回転角度を通じて圧縮機構３のロータ３ｅが、図５に示す３箇所のうちどの回転角度に停止しているかを検出し、それに応じた電流をステータ５ｃのコイル５ｄに通電する同期運転を行う。

ロータ５ｂの回転角度を検出する方法としては、電動モータ５のロータ５ｂがステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗの各相のコイル５ｄに通電した際にコイル５ｄを実際に流れた電流から検出される、電動モータ５の電気角度を用いることが考えられる。

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。本実施形態では、図６の説明図に示すように、ロータ５ｂがＳ極とＮ極との対を２つ有しているので、極対数が２つであるロータ５ｂの回転角度に対して電動モータ５の電気角度は、図７のグラフに示すように、２倍の角度となる。

ところで、ステータ５ｃのコイル５ｄを流れた電流から電動モータ５の電気角度を求める際には、コイル５ｄを流れた電流のベクトルを座標変換により、ステータ５ｃの位置を基準とする直交座標系（α軸、β軸）のベクトルに変換する。

座標変換後の直交座標系における各軸の電流（α軸電流ｉα、β軸電流ｉβ）は、図８のグラフに示すように、電動モータ５の電気角度の２倍の周期で変化する。このような変化は、電動モータ５が、図６に示すような、永久磁石を内部に埋め込んだ埋込磁石形（ＩＰＭ：Interior permanent Magnet ）のロータ５ｂを用いたＩＰＭモータである場合に顕著となる。これは、電動モータ５のモータトルクがマグネットトルクとリラクタンストルクとを合成したものとなるからである。

また、永久磁石を表面に露出させた表面磁石形(ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet ）のロータ５ｂを用いたＳＰＭモータでも、モータトルクが若干のリラクタンストルクを含んでいる。このため、電動モータ５がＳＰＭモータである場合でも、図８のグラフに示す変化よりも振幅は小さいものの、α軸電流ｉαやβ軸電流ｉβの周期的な変化が生じる。

そして、α軸電流ｉαやβ軸電流ｉβが電動モータ５の電気角度の２倍の周期で変動することから、例えば、図９のグラフに示すように、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとが同じ値となるＡ点とＢ点にそれぞれ対応する電動モータ５の電気角度は、１００°及び２８０°となる。これでは、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβから求めた電動モータ５の電気角度によりロータ５ｂの機械角度を特定することができない。

このように、電動モータ５の電気角度から特定されるロータ５ｂの機械角度が複数ある場合に、その中から正しい機械角度を求める方法は、いくつか提案されている。ところが、いずれも複雑なアルゴリズムのロジックを実行しなければならず、これを実際の機器で実現するためには、プロセッサやメモリ等のリソースを大がかりなものとする必要があるので、現実的とは言い難い。

一方、圧縮機構３のロータ３ｅが回転摩擦力により停止する３つの回転角度に対応する電気角度では、各電気角度に対応するα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値は、図１０のＣ，Ｄ，Ｅの各点のように、それぞれ異なる値の組み合わせとなる。

したがって、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値の組み合わせから、電動モータ５の電気角度を求めてロータ５ｂの機械角度を特定することができる。

そこで、本実施形態の電動コンプレッサ１では、電動モータ５を起動する前にモータ制御部１５ｂが、ロータ５ｂが回転しない程度のごく短時間に亘って、電動モータ５の電気角度を検出するための通電を、ステータ５ｃの各相のコイル５ｄに対して行う。

この通電では、例えば１シャント方式を利用し、図１１の説明図に示すパターンでインバータ回路１５ａのＩＧＢＴＱ１，Ｑ５，Ｑ６をオンさせるための、図１２のグラフの上部に示すパルス信号を、モータ制御部１５ｂが出力する。これにより、図１２のグラフの下部に示す波形の電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）がステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗの各相のコイル５ｄを流れたら、その電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）からモータ制御部１５ｂが、図１２に示す変換式を用いてα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値を求める。

そして、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、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの組み合わせと、圧縮機構３のロータ３ｅが回転摩擦力により停止する電動モータ５の電気角度とを対応付けた図３のテーブル１５ｃを参照して、モータ制御部１５ｂが求めたα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの組み合わせに対応する電動モータ５の電気角度を特定する。

ここで、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値の組み合わせが、図１３のグラフ中のａ点におけるα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値であったならば、モータ制御部１５ｂは、その値の組み合わせに対応する電動モータ５の電気角度が、図３のテーブル１５ｃに定義されているか否かを確認する。

そして、モータ制御部１５ｂは、α軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値の組み合わせに対応する電動モータ５の電気角度が図３のテーブル１５ｃに定義されている場合は、電動モータ５を起動する際に、ロータ３ｅの始動トルクを上回るトルクを発生させる大きさの電流がステータ５ｃのコイル５ｄを流れるような内容の同期運転を行う。

例えば、テーブル１５ｃを参照して求めたα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβの値の組み合わせに対応する電動モータ５の電気角度が図１０のＣ点である場合、モータ制御部１５ｂは、Ｃ点における始動トルクを上回るトルクをロータ３ｅに発生させる大きさの電流がステータ５ｃのコイル５ｄを流れるような内容の同期運転を行う。

これにより、同期運転による起動時に電動モータ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。

ここで、圧縮機構３のロータ３ｅが、回転摩擦力により停止する３箇所の回転角度にそれぞれあるときの、電動モータ５の各電気角度にそれぞれ対応するα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβは、図１４の説明図に示すように、電動モータ５のロータ５ｂの対極数が「２」であり、かつ、ベーン３３の枚数が３枚、５枚、あるいは７枚のいずれかである場合に、全て異なる値の組み合わせとなる。

したがって、ロータ５ｂの対極数が「２」であり、かつ、ベーン３３の枚数が５枚あるいは７枚である場合にも、上述したような手順で、同期運転による起動時に、圧縮機構３のロータ３ｅの始動トルクを上回るトルクを電動モータ５に発生させる処理をモータ制御部１５ｂに行わせることができる。

なお、ベーン３３の枚数が１枚である場合は、回転摩擦力により停止するロータ３ｅの回転位置が１回転につき１箇所しかないので、電動モータ５の電気角度からロータ３ｅの機械角度を特定する必要がない。

また、ロータ３ｅの対極数がベーン３３の枚数の整数倍である場合は、回転摩擦力により停止するロータ３ｅの回転位置の周期が電動モータ５の電気角度の変動周期と一致するので、電動モータ５の電気角度からロータ３ｅの機械角度を特定する必要がない。

それ以外の場合は、回転摩擦力により停止する各回転角度に圧縮機構３のロータ３ｅがそれぞれあるときに、電動モータ５の各電気角度にそれぞれ対応するα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβが同じ値となる場合があるので、電動モータ５の電気角度からロータ３ｅの機械角度を特定することができない。

モータ制御部１５ｂは、以上に説明した制御を、電動コンプレッサ１の起動に伴い電動モータ５をセンサレス制御に先立って同期制御で回転させる際に行う。以下、モータ制御部１５ｂが電動モータ５の制御を同期制御からセンサレス制御に移行させるまでの処理の手順について、図１５及び図１６のフローチャートを参照して説明する。

まず、図１５に示すように、モータ制御部１５ｂは、起動指令を受けて電動コンプレッサ１の起動処理を行う（ステップＳ１）。この起動処理では、図１６に示すように、モータ制御部１５ｂは、電動モータ５の電気角度を検出するための通電を、ステータ５ｃのＵ，Ｖ，Ｗの各相のコイル５ｄに対して短時間行う（ステップＳ１１）。

次に、モータ制御部１５ｂは、各相のコイル５ｄを流れた電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）から図１２に示す変換式を用いてα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを求め（ステップＳ１３）、さらに、図３のテーブル１５ｃを参照して電動モータ５の電気角度を求める（ステップＳ１５）。

そして、ステップＳ１５で求めた電動モータ５の電気角度に対応する回転角度のロータ３ｅの始動トルクを上回るトルクがロータ３ｅに発生するような、電動モータ５の各相のコイル５ｄに通電させる電流の大きさを決定し（ステップＳ１７）、起動処理を終了して図１５のフローチャートの手順に戻る。

図１５に示すステップＳ１の起動処理の終了後に、モータ制御部１５ｂは、ステップＳ１で決定した大きさの電流を各相のコイル５ｄに流れさせる同期制御による電動モータ５の強制転流運転を開始して（ステップＳ３）、制御上の指令速度を上げることで電動モータ５を加速させる（ステップＳ５）。

そして、モータ制御部１５ｂは、制御上の指令速度等に基づいて、ロータ５ｂの回転速度が、励磁相以外の相のコイル５ｄにロータ５ｂの回転角度を検出するのに十分な誘導電流が流れる所定速度以上に達したか否かを確認する（ステップＳ７）。そして、所定速度に達していない場合は（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ５にリターンし、所定速度に達した場合は（ステップＳ７でＹＥＳ）、モータ制御部１５ｂは、センサレススペクトル制御に移行して（ステップＳ１３）、決定したペースで励磁相のコイル５ｄに流れる電流値と位相を目標電流値及び目標電流位相に変化させる。

このように、本実施形態のコントローラ１５によれば、電動モータ５を同期制御で起動する際に、ステータ５ｃの各相のコイル５ｄに短時間電流を流れさせて、各相のコイル５ｄを流れた電流（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）からα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβを求め、その値の組み合わせから、テーブル１５ｃを参照して電動モータ５の電気角度を求めるようにした。

そして、電動モータ５を同期制御で起動する際に、求めた電気角度に対応する回転角度のロータ３ｅの始動トルクを上回るトルクが発生する電流を各相のコイル５ｄに流れさせるようにした。

このため、電動モータ５を起動する際に、同期運転による起動時に電動モータ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。

なお、本実施形態では、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。

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。

１ 電動コンプレッサ（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（回転体）
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（モータ）
５ａ 回転軸
５ｂ ロータ（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 油溜まり部
７ｅ 油分離器
９ 蓋部
１１ 潤滑油
１３ 直流電源
１５ コントローラ（制御装置、コンプレッサモータ制御装置）
１５ａ インバータ回路
１５ｂ モータ制御部（軸電流検出手段、電気角度検出手段、起動制御手段）
１５ｃ テーブル
３１ ベーン溝
３３ ベーン
３５ 圧縮室
ｉα α軸電流
ｉβ β軸電流
Ｑ１〜Ｑ６ ＩＧＢＴ
Ｘ 回転方向

Claims (3)

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）に連結された回転軸（５ａ）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）の停止中に該モータ（５）のコイル（５ｄ）に位置検出用電流を通電させて、該コイル（５ｄ）を流れた電流から、前記モータ（５）のステータ（５ｃ）の位置を基準とし前記回転体（３ｅ）の回転角度に応じた直交座標系の軸電流（ｉα，ｉβ）を検出する軸電流検出手段（１５ｂ）と、
   前記軸電流（ｉα，ｉβ）と前記モータ（５）のロータ（５ｂ）の電気角度とを対応付けたテーブルに基づいて、前記軸電流検出手段（１５ｂ）が検出した前記軸電流（ｉα，ｉβ）に対応する前記電気角度を検出する電気角度検出手段（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）。
2. 前記電気角度のロータ（５ｂ）に最大トルクを発生させるパターンで前記コイル（５ｄ）に通電させて前記モータ（５）を起動させる起動制御手段（１５ｂ）をさらに備え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）。
3. シリンダ室（３ｄ）内で回転する回転体（３ｅ）の回転方向（Ｘ）に等間隔をおいた複数箇所からそれぞれ突出して前記シリンダ室（３ｄ）の内周面に摺接するベーン（３３）間の圧縮室（３５）において、前記シリンダ室（３ｄ）内に吸入した気体が圧縮される圧縮機構（３）と、
   前記回転体（３ｅ）に連結された回転軸（５ａ）を回転させるモータ（５）と、
   前記モータ（５）を制御する制御装置（１５）とを備えており、
   前記モータ（５）のロータ（５ｂ）の極対数が２つであり、
   前記ベーン（３３）の数が３つ、５つ及び７つのうちのいずれかであり、
   前記制御装置（１５）として、請求項１又は２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）。

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