JP2022116751A - 電動圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動モータの制御を複雑化させることなく検出抵抗の故障の有無を判定可能にすること。【解決手段】電動圧縮機は、検出抵抗40を備える。検出抵抗40は第1抵抗50と第2抵抗60とを備え、第2抵抗60は第1抵抗50と直列接続されている。これにより、検出抵抗40、第1抵抗50、及び第2抵抗60に流れる各電流の値は、全電流I0で一致する。第1抵抗50又は第2抵抗60に短絡故障等の故障による各抵抗40,50,60の抵抗値の変化量は、それぞれ異なる。そのため、故障判定部85は、測定部84にて測定された各抵抗40,50,60による電圧降下を比較することにより、検出抵抗40の故障の有無を判定可能となる。したがって、検出抵抗40の故障の有無が判定可能となる。【選択図】図3
Description
本発明は、電動圧縮機に関する。
電動圧縮機としては、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動させる電動モータと、電動モータを駆動させるインバータ回路と、検出抵抗と、検出抵抗に流れる電流を推定する測定部と、を備える。特許文献1に記載の電動圧縮機は、電動モータの出力を制御する際に、測定部の測定結果を用いる。
ところで、測定部の測定結果は電動モータの制御に用いられるため、検出抵抗の故障が電動モータの制御に悪影響を及ぼすことがある。そのため、電動モータの制御を複雑化させることなく検出抵抗の故障の有無が判定可能であることが好ましい。
上記課題を解決する電動圧縮機は、流体を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部を駆動させる電動モータと、前記電動モータを駆動させるインバータ回路と、前記インバータ回路に流れる電流を検出するための検出抵抗と、前記検出抵抗による電圧降下を測定する測定部と、を備える電動圧縮機において、前記検出抵抗は、第1抵抗と、前記第1抵抗と直列接続されている第2抵抗と、を備え、前記測定部は、前記第1抵抗による電圧降下と、前記第2抵抗による電圧降下と、を測定可能に構成され、前記測定部にて測定された前記第1抵抗による電圧降下と前記第2抵抗による電圧降下の比較に基づいて前記検出抵抗の故障の有無を判定する故障判定部を備える。
これによれば、インバータ回路に電流は、第1抵抗と第2抵抗とを有する検出抵抗を流れる。各抵抗には、各抵抗に流れる電流と各抵抗の抵抗値にそれぞれ比例する電圧降下が生じる。第2抵抗は第1抵抗と直列接続されているため、検出抵抗、第1抵抗、及び第2抵抗に流れる各電流の値は一致する。そのため、各抵抗による電圧降下は、各抵抗の抵抗値に比例する。第1抵抗又は第2抵抗に短絡等の故障が生じると、故障が生じた抵抗の抵抗値及び検出抵抗の抵抗値が正常な場合から変化する。抵抗値の変化に応じて、各抵抗による電圧降下が変化する。このとき、故障による各抵抗の抵抗値の変化量は、それぞれ異なる。ここで、測定部は、第1抵抗、第2抵抗、及び第1抵抗と第2抵抗を合わせた検出抵抗による電圧降下のうち、少なくとも2つの電圧降下を測定する。上述したように、故障による各抵抗の変化量はそれぞれ異なるため、故障判定部は、測定部の測定したこれらの2つの電圧降下に基づいて、検出抵抗の故障の有無を判定可能となる。なお、検出抵抗による電圧降下は、第1抵抗による電圧降下と第2抵抗による電圧降下とを合わせたものとなるため、検出抵抗による電圧降下と第1抵抗又は第2抵抗による電圧降下との比較も、第1抵抗による電圧降下と第2抵抗による電圧降下の比較の範疇に含まれる。
上記電動圧縮機では、前記第1抵抗は、複数の抵抗が並列接続された第1並列接続体を備え、前記第2抵抗は、複数の抵抗が並列接続された第2並列接続体を備えていてもよい。
所定の電流より大きな電流が抵抗に流れると、抵抗は自己の発熱によって破損するおそれがある。第1抵抗及び第2抵抗に流れる電流は、各並列接続体において分流される。そのため、1つの抵抗に流れる電流が小さくなる。これにより、抵抗の発熱量が低減されるため、より大きな電流を検出抵抗に流すことが可能となる。したがって、検出抵抗が、より大きな電流を検出することができるようになる。
上記電動圧縮機では、前記第1抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、互いに等しく、前記第2抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、互いに等しくてもよい。
これによれば、第1抵抗が備える抵抗の種類及び第2抵抗が備える抵抗の種類が削減される。したがって、検出抵抗の構成を簡易にすることができる。
これによれば、第1抵抗が備える抵抗の種類及び第2抵抗が備える抵抗の種類が削減される。したがって、検出抵抗の構成を簡易にすることができる。
上記電動圧縮機では、前記第2抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、前記第1抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値と等しくてもよい。
これによれば、第1抵抗が備える抵抗と第2抵抗が備える抵抗とに同種の抵抗を用いることで、検出抵抗が備える抵抗の種類を減らし、検出抵抗の構成をより簡易にすることができる。
これによれば、第1抵抗が備える抵抗と第2抵抗が備える抵抗とに同種の抵抗を用いることで、検出抵抗が備える抵抗の種類を減らし、検出抵抗の構成をより簡易にすることができる。
上記電動圧縮機では、前記第2抵抗が備える前記抵抗の数は、前記第1抵抗が備える前記抵抗の数と等しくてもよい。
これによれば、第1抵抗の構成と第2抵抗の構成を共通化し、検出抵抗の構成をさらに簡易にすることができる。
これによれば、第1抵抗の構成と第2抵抗の構成を共通化し、検出抵抗の構成をさらに簡易にすることができる。
本発明によれば、電動モータの制御を複雑化させることなく検出抵抗の故障の有無を判定することができる。
<構成>
以下、電動圧縮機の一実施形態について説明する。本実施形態の電動圧縮機は、車両に搭載される車載空調装置に用いられる。
以下、電動圧縮機の一実施形態について説明する。本実施形態の電動圧縮機は、車両に搭載される車載空調装置に用いられる。
図1に示すように、車両100は、車載用蓄電装置110と、車載用空調装置120と、を備える。
車載用蓄電装置110は、車載用電源として用いられる電力源である。車載用蓄電装置110は、直流電力の充放電が可能なものであれば任意であり、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等である。
車載用蓄電装置110は、車載用電源として用いられる電力源である。車載用蓄電装置110は、直流電力の充放電が可能なものであれば任意であり、例えば二次電池や電気二重層キャパシタ等である。
車載用空調装置120は、外部冷媒回路121と、空調ECU122と、電動圧縮機10と、を備える。
外部冷媒回路121は、電動圧縮機10に流体としての冷媒を供給するもので、例えば熱交換器及び膨張弁等を有している。
外部冷媒回路121は、電動圧縮機10に流体としての冷媒を供給するもので、例えば熱交換器及び膨張弁等を有している。
空調ECU122は、車載用空調装置120の全体を制御する。空調ECU122は、車内温度やカーエアコンの設定温度等を把握可能に構成されており、これらのパラメータに基づいて、電動圧縮機10に対して指令回転速度などの各種指令を送信する。
図1及び図2に示すように、電動圧縮機10は、圧縮部11と、電動モータ12と、インバータ回路30と、検出抵抗40と、制御装置80と、を備える。
圧縮部11は、回転可能に構成されている。圧縮部11は、回転することにより、外部冷媒回路121から供給される流体としての冷媒を圧縮し、その圧縮された冷媒を吐出する。圧縮部11の具体的な構成は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意である。
圧縮部11は、回転可能に構成されている。圧縮部11は、回転することにより、外部冷媒回路121から供給される流体としての冷媒を圧縮し、その圧縮された冷媒を吐出する。圧縮部11の具体的な構成は、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意である。
電動モータ12は、回転軸21と、ロータ22と、ステータ23と、ステータ23に捲回された3相コイル24u,24v,24wとを有している。
回転軸21は、圧縮部11と一体回転可能に構成されている。ロータ22は、回転軸21に固定されている。ステータ23は、ロータ22に対して対向配置されている。
回転軸21は、圧縮部11と一体回転可能に構成されている。ロータ22は、回転軸21に固定されている。ステータ23は、ロータ22に対して対向配置されている。
図2に示すように、各コイル24u,24v,24wは、例えばY結線されている。ロータ22及び回転軸21は、各コイル24u,24v,24wが所定のパターンで通電されることにより回転する。これに伴い、圧縮部11が回転する。したがって、電動モータ12は、圧縮部11を駆動させるものである。
インバータ回路30は、車載用蓄電装置110から供給される電力を交流電力に変換し、電動モータ12の3相コイル24u,24v,24wに供給する。インバータ回路30は、任意の場所に取り付け可能であるが、例えば、電動圧縮機10が圧縮部11及び電動モータ12を収容するハウジングを有している場合には、インバータ回路30は当該ハウジングに取り付けられている。なお、3相コイル24u,24v,24wの結線態様は、Y結線に限られず任意であり、例えばデルタ結線でもよい。
インバータ回路30は、正極母線L1と、負極母線L2と、正極端子31と、負極端子32と、6つのスイッチング素子Q1~Q6と、6つのダイオードD1と、を備える。正極端子31は、正極母線L1と接続されている。また、正極端子31は、車載用蓄電装置110の正極と接続されている。負極端子32は、負極母線L2と接続されている。
本実施形態では、スイッチング素子Q1~Q6としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられているが、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の他のスイッチング素子を用いてもよい。6つのスイッチング素子Q1~Q6により、2つのスイッチング素子Q1,Q2、2つのスイッチング素子Q3,Q4、及び2つのスイッチング素子Q5,Q6のそれぞれを互いに直列接続したレグが3つ構成されている。インバータ回路30の各レグにおいて、互いに直列接続されたスイッチング素子Q1~Q6の接続点には、それぞれ、電動モータ12の3相コイル24u,24v,24wが接続されている。インバータ回路30の各レグは、正極母線L1と負極母線L2との間で互いに並列接続されている。各スイッチング素子Q1~Q6には、ダイオードD1が並列接続されている。ダイオードD1は、素子であってもよいし、スイッチング素子としてMOSFETを用いる場合には寄生ダイオードであってもよい。
検出抵抗40は、車載用蓄電装置110の負極と負極端子32との間に設けられている。言い換えれば、負極端子32は、検出抵抗40を介して車載用蓄電装置110の負極と接続されている。したがって、検出抵抗40は、負極端子32及び負極母線L2を介してインバータ回路30の各レグに対して直列接続されている。検出抵抗40は、第1抵抗50と、第2抵抗60と、を備える。
図3に示すように、第1抵抗50は、第1並列接続体51を備える。第1並列接続体51は、複数の抵抗52、具体的には、3つの抵抗52が並列接続されたものである。したがって、第1抵抗50は、複数の抵抗52を備えるといえる。本実施形態では、第1抵抗50が備える各抵抗52の抵抗値は、互いに等しい。なお、「等しい」とは、必ずしも2つの値が完全に一致する場合に限らず、2つの値が所定の誤差の範囲内で一致する場合も含まれるものとする。所定の誤差とは、抵抗値の場合は、例えば抵抗値の公称誤差である。
第2抵抗60は、第2並列接続体61を備える。第2並列接続体61は、複数の抵抗62、具体的には、3つの抵抗62が並列接続されたものである。したがって、第2抵抗60は、複数の抵抗62を備えるといえる。また、第2抵抗60が備える抵抗62の数は、第1抵抗50が備える抵抗52の数と等しいといえる。
第2抵抗60が備える各抵抗62の抵抗値は、互いに等しい。また、第2抵抗60が備える各抵抗62の抵抗値は、第1抵抗50が備える各抵抗52の抵抗値と等しい。以下の説明では、第1抵抗50が備える各抵抗52の抵抗値及び第2抵抗60が備える各抵抗62の抵抗値を「単位抵抗値R0」と称することがある。
第1抵抗50の抵抗値R1は第1並列接続体51の合成抵抗値であり、第2抵抗60の抵抗値R2は第2並列接続体61の合成抵抗値である。本実施形態では、第1抵抗50の抵抗値R1及び第2抵抗60の抵抗値R2は、ともに1/3×R0となる。
第2抵抗60は、第1抵抗50と直列接続されている。したがって、検出抵抗40の抵抗値R3は、第1抵抗50の抵抗値R1と第2抵抗60の抵抗値R2の和であり、本実施形態では、2/3×R0となる。
制御装置80は、プロセッサ81と、記憶部82と、を備える。プロセッサ81としては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)が用いられる。記憶部82は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を含む。記憶部82は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部82、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置80は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置80は、コンピュータプログラムに従って動作する1つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の1つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。記憶部82は、各抵抗の抵抗値R1~R3をそれぞれ記憶している。したがって、制御装置80は、各抵抗値R1~R3を参照可能に構成されている。また、記憶部82は、第1範囲と、第2範囲と、を記憶している。第1範囲及び第2範囲は、それぞれ、検出抵抗40が正常状態か否かを判定するためのものである。
制御装置80は、スイッチ制御部83と、測定部84と、故障判定部85と、を備える。
スイッチ制御部83は、6つのスイッチング素子Q1~Q6をそれぞれ制御可能に構成されている。具体的には、スイッチ制御部83は、任意のタイミングに各スイッチング素子Q1~Q6に印加するゲート電圧を制御することで、各スイッチング素子Q1~Q6の開閉を切り替える。
スイッチ制御部83は、6つのスイッチング素子Q1~Q6をそれぞれ制御可能に構成されている。具体的には、スイッチ制御部83は、任意のタイミングに各スイッチング素子Q1~Q6に印加するゲート電圧を制御することで、各スイッチング素子Q1~Q6の開閉を切り替える。
測定部84は、第1抵抗50による電圧降下V1と、第2抵抗60による電圧降下V2と、検出抵抗40による電圧降下V3と、を測定可能に構成されている。なお、検出抵抗40による電圧降下V3とは、検出抵抗40全体による電圧降下を意味する。以下の説明では、第1抵抗50による電圧降下を「第1電圧降下V1」と、第2抵抗60による電圧降下を「第2電圧降下V2」と、検出抵抗40による電圧降下を「第3電圧降下V3」と称することがある。測定部84としては、例えば、電圧計が用いられる。測定部84が第1電圧降下V1と第2電圧降下V2とをそれぞれ測定可能に構成されていれば、測定部84は、第3電圧降下V3も測定可能である。
故障判定部85は、測定部84の測定結果に基づいて検出抵抗40の故障の有無を判定する。具体的には、故障判定部85は、測定部84にて測定された第1電圧降下V1と第2電圧降下V2と第3電圧降下V3との比較に基づいて検出抵抗40の故障の有無を判定する。
<作用>
以下、本実施形態の作用について説明する。
電動圧縮機10は、空調ECU122の回転指令信号等に基づき、圧縮部11の回転を行う。圧縮部11の回転を行うに際し、車載用蓄電装置110の直流電力が、インバータ回路30を介して交流電力に変換される。変換された電力は、電動モータ12に、詳細には、u相コイル24uと、v相コイル24vと、w相コイル24wと、にそれぞれ供給される。
以下、本実施形態の作用について説明する。
電動圧縮機10は、空調ECU122の回転指令信号等に基づき、圧縮部11の回転を行う。圧縮部11の回転を行うに際し、車載用蓄電装置110の直流電力が、インバータ回路30を介して交流電力に変換される。変換された電力は、電動モータ12に、詳細には、u相コイル24uと、v相コイル24vと、w相コイル24wと、にそれぞれ供給される。
スイッチ制御部83は、インバータ回路30のスイッチング素子Q1~Q6をスイッチング動作させることにより、所定のタイミングでu相コイル24uと、v相コイル24vと、w相コイル24wと、に電力を供給する。このとき、各コイル24u,24v,24wに電流が流れる。
各コイル24u,24v,24wに流れる各電流は、それぞれ負極母線L2を介して検出抵抗40に流れる。したがって、負極母線L2を介して負極端子32を通過する電流は、各コイル24u,24v,24wに流れる各電流の総和I0となる。以下の説明では、各コイル24u,24v,24wに流れる各電流の総和I0を、単に「全電流I0」と称することがある。全電流I0は、例えば、100[A]である。全電流I0は、負極端子32を通過して、検出抵抗40に流れ込む。検出抵抗40は、第1抵抗50と第2抵抗60とが直列接続されたものであるため、全電流I0は、第1抵抗50及び第2抵抗60にともに流れることとなる。このとき、第1抵抗50、第2抵抗60、及び検出抵抗40には、抵抗値R1~R3と、全電流I0と、にそれぞれ比例した電圧降下V1~V3がかかる。
測定部84は、第1電圧降下V1、第2電圧降下V2、及び第3電圧降下V3をそれぞれ測定する。制御装置80は、測定部84の測定結果と、記憶部82に記憶されている各抵抗値R1~R3と、に基づき、全電流I0を導出することができる。具体的には、制御装置80は、第1電圧降下V1を第1抵抗50の抵抗値R1で除算すること、第2電圧降下V2を第2抵抗60の抵抗値R2で除算すること、又は第3電圧降下V3を検出抵抗40の抵抗値R3で除算することにより、全電流I0を導出することができる。
ここで、検出抵抗40に故障が生じている場合、抵抗値R1~R3が変化し、記憶部82に記憶されている値と異なる値をとる。これに伴い、電圧降下V1~V3が変化することとなる。以下、検出抵抗40に故障が生じている場合における、抵抗値R1~R3の変化及び電圧降下V1~V3の変化について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、検出抵抗40に故障が生じている場合とは、第1抵抗50が備える抵抗52又は第2抵抗60が備える抵抗62のいずれか1つに故障、例えば、断線故障や短絡故障、が生じている場合を意味する。以下の説明では、検出抵抗40に故障が生じている場合を、「故障状態」と称し、検出抵抗40に故障が生じていない場合を「正常状態」と称することがある。
図4に示すように、第1抵抗50が備える複数の抵抗52のいずれか1つに故障が生じた場合、第2抵抗60の抵抗値R2は変化しないが、第1抵抗50の抵抗値R1及び検出抵抗40の抵抗値R3は変化する。具体的には、抵抗52のいずれか1つに断線故障が生じた場合、第1抵抗50の抵抗値R1は、1/2×R0となり、検出抵抗40の抵抗値R3は、5/6×R0となる。また、抵抗52のいずれか1つに短絡故障が生じた場合、第1抵抗50の抵抗値R1は、0となり、検出抵抗40の抵抗値R3は、1/3×R0となる。
一方、第2抵抗60が備える複数の抵抗62のいずれか1つに故障が生じた場合、第1抵抗50の抵抗値R1は変化しないが、第2抵抗60の抵抗値R2及び検出抵抗40の抵抗値R3は変化する。具体的には、抵抗62のいずれか1つに断線故障が生じた場合、第2抵抗60の抵抗値R1は、1/2×R0となり、検出抵抗40の抵抗値R3は、5/6×R0となる。また、抵抗62のいずれか1つに短絡故障が生じた場合、第2抵抗60の抵抗値R1は、0となり、検出抵抗40の抵抗値R3は、1/3×R0となる。
上述したように、第1電圧降下V1、第2電圧降下V2、及び第3電圧降下V3は、抵抗値R1~R3と、全電流I0と、にそれぞれ比例する。そのため、第3電圧降下V3に対する第1電圧降下V1の比Vr1及び第3電圧降下V3に対する第2電圧降下V2の比Vr2は、全電流I0によらず、一定の値を取る。特に、本実施形態では、抵抗52,62の抵抗値は、全て単位抵抗値R0であるため、当該比Vr1,Vr2は、単位抵抗値R0にもよらず、一定の値を取る。以下の説明では、第3電圧降下V3に対する第1電圧降下V1の比Vr1を「第1電圧比Vr1」と、第3電圧降下V3に対する第2電圧降下V2の比Vr2を「第2電圧比Vr2」と、それぞれ称することがある。
例えば、検出抵抗40が正常状態である場合、第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2は、それぞれ、1/2となる。一方、第1抵抗50の抵抗52のいずれか1つに断線故障が生じている場合、第1電圧比Vr1は3/5となり、第2電圧比Vr2は2/5となる。また、第1抵抗50の抵抗52のいずれか1つに短絡故障が生じている場合、第1電圧比Vr1は0となり、第2電圧比Vr2は1となる。第2抵抗60の抵抗62のいずれか1つに故障が生じている場合についても、第1電圧比Vr1の値と第2電圧比Vr2の値を入れ替えることで同様となる。すなわち、検出抵抗40の抵抗52,62のいずれか1つに故障が生じている場合、第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2が正常状態から変化する。したがって、第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2の値を比較することで、検出抵抗40の故障判定をすることができる。
以下、検出抵抗40の故障判定方法について、詳細に説明する。なお、以下の処理は、一定の周期で繰り返し行われていてもよいし、所定の動作、例えば、電動圧縮機10の始動、を契機に行われていてもよい。
図5に示すように、ステップS10において、制御装置80は、測定部84を用いて、第1電圧降下V1と、第2電圧降下V2と、第3電圧降下V3と、を測定する。
次に、ステップS11において、制御装置80は、測定部84の測定結果から、第1電圧比Vr1と、第2電圧比Vr2と、を導出する。
次に、ステップS11において、制御装置80は、測定部84の測定結果から、第1電圧比Vr1と、第2電圧比Vr2と、を導出する。
次に、ステップS12において、制御装置80は、故障判定部85を用いて、第1電圧比Vr1が第1範囲に含まれるか否かを判定する。第1範囲は、正常状態における第1電圧比Vr1を含み、故障状態、具体的には、短絡故障や断線故障が生じている場合における第1電圧比Vr1を含まないように設定されている。本実施形態では、第1範囲は、0<Vr1<3/5である。なお、第1電圧比Vr1が、所定の誤差、例えば、測定部84の測定誤差や制御装置80の演算誤差、によって完全に0にならない場合には、第1電圧比Vr1が所定の閾値以下のときに第1電圧比Vr1が0であるとみなしてもよい。
ステップS12の判定結果が否定の場合、制御装置80は、ステップS21に進み、検出抵抗40が故障状態であると判定する。
一方、ステップS12の判定結果が肯定の場合、制御装置80は、ステップS13に進み、故障判定部85を用いて第2電圧比Vr2が第2範囲に含まれているか否かを判定する。第2範囲は、正常状態における第2電圧比Vr2を含み、故障状態、具体的には、短絡故障や断線故障が生じている場合における第2電圧比Vr2を含まないように設定されている。本実施形態では、第2範囲は、0<Vr2<3/5である。なお、第1電圧比Vr1と同様に、第2電圧比Vr2が所定の閾値以下の場合に、第2電圧比Vr2が0であるとみなしてもよい。
一方、ステップS12の判定結果が肯定の場合、制御装置80は、ステップS13に進み、故障判定部85を用いて第2電圧比Vr2が第2範囲に含まれているか否かを判定する。第2範囲は、正常状態における第2電圧比Vr2を含み、故障状態、具体的には、短絡故障や断線故障が生じている場合における第2電圧比Vr2を含まないように設定されている。本実施形態では、第2範囲は、0<Vr2<3/5である。なお、第1電圧比Vr1と同様に、第2電圧比Vr2が所定の閾値以下の場合に、第2電圧比Vr2が0であるとみなしてもよい。
ステップS13の判定結果が否定の場合、制御装置80は、ステップS21に進み、検出抵抗40が故障状態と判定する。
一方、ステップS13の判定結果が肯定の場合、制御装置80は、ステップS14に進み、検出抵抗40が正常状態であると判定する。
一方、ステップS13の判定結果が肯定の場合、制御装置80は、ステップS14に進み、検出抵抗40が正常状態であると判定する。
<効果>
以下、本実施形態の効果について説明する。
(1)検出抵抗40は第1抵抗50と第2抵抗60とを備え、第2抵抗60は第1抵抗50と直列接続されている。これにより、検出抵抗40、第1抵抗50、及び第2抵抗60に流れる各電流の値は、全電流I0で一致する。このとき、各抵抗40,50,60の電圧降下V1~V3は、各抵抗40,50,60の抵抗値R1~R3にそれぞれ比例する。第1抵抗50又は第2抵抗60に短絡等の故障が生じると、第1抵抗50又は第2抵抗60のうち故障が生じた方の抵抗値R1,R2及び検出抵抗40の抵抗値R3が正常状態から変化する。このとき、故障による各抵抗40,50,60の抵抗値R1~R3の変化量は、それぞれ異なる。そして、抵抗値R1~R3の変化に応じて各抵抗40,50,60による電圧降下V1~V3が変化する。そのため、故障判定部85は、測定部84にて測定された各抵抗40,50,60の電圧降下V1~V3を比較することにより、検出抵抗40の故障の有無を判定することができる。なお、検出抵抗40の故障の有無を判定するためには、故障判定部85は、各電圧降下V1~V3のうち少なくとも2つを比較すればよい。このとき、故障判定部85は、測定した2つの電圧降下から、第1電圧降下V1と第2電圧降下V2とを比較することで、検出抵抗40の故障の有無を判定することができる。
以下、本実施形態の効果について説明する。
(1)検出抵抗40は第1抵抗50と第2抵抗60とを備え、第2抵抗60は第1抵抗50と直列接続されている。これにより、検出抵抗40、第1抵抗50、及び第2抵抗60に流れる各電流の値は、全電流I0で一致する。このとき、各抵抗40,50,60の電圧降下V1~V3は、各抵抗40,50,60の抵抗値R1~R3にそれぞれ比例する。第1抵抗50又は第2抵抗60に短絡等の故障が生じると、第1抵抗50又は第2抵抗60のうち故障が生じた方の抵抗値R1,R2及び検出抵抗40の抵抗値R3が正常状態から変化する。このとき、故障による各抵抗40,50,60の抵抗値R1~R3の変化量は、それぞれ異なる。そして、抵抗値R1~R3の変化に応じて各抵抗40,50,60による電圧降下V1~V3が変化する。そのため、故障判定部85は、測定部84にて測定された各抵抗40,50,60の電圧降下V1~V3を比較することにより、検出抵抗40の故障の有無を判定することができる。なお、検出抵抗40の故障の有無を判定するためには、故障判定部85は、各電圧降下V1~V3のうち少なくとも2つを比較すればよい。このとき、故障判定部85は、測定した2つの電圧降下から、第1電圧降下V1と第2電圧降下V2とを比較することで、検出抵抗40の故障の有無を判定することができる。
一方、簡易な構成で全電流I0を検出するために、第1抵抗50と第2抵抗60とが直列接続された検出抵抗40の代わりに、第1並列接続体51を備える第1抵抗50のみを用いることが考えられる。このような構成では、全電流I0は、第1抵抗50の全体による電圧降下、すなわち第1電圧降下V1と、第1抵抗50の抵抗値R1と、に基づいて導出可能である。なお、全電流I0の導出には、記憶部82に記憶された正常状態における第1抵抗50の抵抗値R1が用いられる。しかし、上述したように、抵抗52の故障等により第1抵抗50の抵抗値R1が変化すると、第1電圧降下V1もまた変化する。そのため、正常状態における第1抵抗50の抵抗値R1に基づき導出される全電流I0と、実際に第1抵抗50に流れている全電流I0とが異なる。これにより、電動圧縮機10の制御に悪影響が生じるおそれがある。
このような構成で第1抵抗50の故障判定を行うには、例えば、第1抵抗50に定電流を流すことが考えられる。第1抵抗50の抵抗値R1は、第1抵抗50による電圧降下(第1電圧降下V1)と定電流の大きさからを推定可能である。しかし、このような故障判定のために、電動圧縮機10の制御がかえって複雑化するおそれがある。
これに対し、本実施形態では、第1抵抗50と第2抵抗60を直列接続することにより、全電流I0の検出及び検出抵抗40の故障判定を行うことができるため、上記例のように電動圧縮機10の制御が複雑化することがない。
(2)第1抵抗50は第1並列接続体51を備え、第2抵抗60は第2並列接続体61を備える。これにより、第1抵抗50に流れ込む全電流I0は、第1並列接続体51において複数の抵抗52に分流され、第2抵抗60に流れ込む全電流I0は、第2並列接続体61において、複数の抵抗62に分流される。このとき、各抵抗52,62に流れる電流が小さくなる。また、これに伴い、各抵抗52,62の発熱量が低減される。したがって、より大きな全電流I0を検出抵抗40に流すことが可能となる。
(3)第1抵抗50が備える抵抗52の抵抗値は、それぞれ単位抵抗値R0であり、互いに等しい。また、第2抵抗60が備える抵抗62の抵抗値は、それぞれ単位抵抗値R0であり、互いに等しい。これにより、例えば、各抵抗52,62に同種の抵抗を用いることで、検出抵抗40を構成する部品の種類が減る。したがって、検出抵抗40の構成を簡易にすることが可能となる。
(4)また、第2抵抗60が備える抵抗62の抵抗値は、第1抵抗50が備える抵抗52の抵抗値と等しく、それぞれ、単位抵抗値R0である。これにより、第1抵抗50と第2抵抗60とに同種の抵抗を用いることで、第1抵抗50と第2抵抗60の構成の共通化を図ることができる。したがって、検出抵抗40の構成をさらに簡易にすることが可能となる。
(5)第2抵抗60が備える各抵抗62の数は、第1抵抗50が備える抵抗52の数と等しい。各抵抗52,62の抵抗値は、全て等しく単位抵抗値R0であるため、第1抵抗50と第2抵抗60との構成を共通化することが可能となる。したがって、検出抵抗40の構成をさらに簡易にすることができる。
(6)測定部84は、少なくとも第1電圧降下V1と第2電圧降下V2とを測定している。これにより、第1抵抗50又は第2抵抗60のいずれか一方に故障が生じた場合でも、故障が生じていない他方の抵抗による電圧降下から、正しい全電流I0を導出することができる。したがって、検出抵抗40の故障に対する冗長性を高めることができる。
(7)インバータ回路30に流れる全電流I0は、圧縮部11の出力に応じて変化する。検出抵抗40、第1抵抗50、及び第2抵抗60に流れる全電流I0は全て共通なので、全電流I0が変化することにより、第1電圧降下V1、第2電圧降下V2、及び第3電圧降下V3も全電流I0に比例して変化する。この場合、それぞれの出力に応じた第1範囲、第2範囲を記憶部82に記憶させるために、より大きな記憶領域を有する記憶部82が必要となる。
本実施形態では、各電圧降下V1~V3のうちのいずれか1つを基準に、各電圧降下V1~V3との比、具体的には、第1電圧比Vr1、第2電圧比Vr2を用いて、検出抵抗40の故障判定を行っている。各電圧降下V1~V3は、それぞれ全電流I0に比例するため、各電圧降下V1~V3との比は、所定の誤差の範囲内で、全電流I0によらない。したがって、各電圧降下V1~V3との比に基づいて、第1範囲及び第2範囲を設定すればよく、当該全電流I0ごとに第1範囲及び第2範囲を設定する必要がなくなる。したがって、記憶部82の記憶領域を節約することができる。
(8)電流検出や故障判定を行う際に、抵抗ではなくホール素子を用いることが考えられる。この場合、ホール素子のコアを配置するためのスペースが必要となるため、電動圧縮機10の体格が増大するおそれがある。また、ホール素子は抵抗に比べて高価なため、電動圧縮機10が高価になるおそれがある。
そこで、本実施形態では、検出抵抗40は、ホール素子を用いず、抵抗52,62により構成されている。これにより、電動圧縮機10の体格の増大及び高価格化を抑制するとともに、抵抗52,62を用いた簡易な構成によって検出抵抗40の故障の有無を判定することができる。
<変形例>
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○上述した故障判定の方法は、あくまで一例であり、任意の方法を採用することができる。例えば、各電圧比Vr1,Vr2ではなく、各電圧降下V1~V3をそれぞれ、記憶部82に記憶されている抵抗値R1~R3で除算することにより導出される電流値を比較することで故障判定を行ってもよい。具体的には、制御装置80は、検出抵抗40、第1抵抗50、第2抵抗60を用いて導出された電流の差を導出する。検出抵抗40が正常状態であれば、各電流値は、ともに全電流I0で一致する。一方、検出抵抗40が異常状態であれば、各電流値のうち、互いに一致しないものがある。そのため、故障判定部85は、当該電流の差が所定の閾値より大きい場合には、検出抵抗40が故障状態と判定し、所定の閾値以下の場合には、検出抵抗40が正常状態と判定してもよい。なお、所定の閾値とは、所定の誤差、例えば、測定部84の測定誤差や制御装置80の演算誤差より大きければよい。
○制御装置80の各部材83~85は、単一の装置によって実現されている必要はなく、複数の装置が協働することによって、各部材83~85を実現してもよい。例えば、第1電圧降下V1、第2電圧降下V2、及び第3電圧降下V3の測定は、単一の測定部84を用いて行わなくてもよく、それぞれ異なる測定部84を用いて各電圧降下V1~V3を測定してもよい。また、制御装置80の各部材83~85は、それぞれ、機能部として実現されていてもよい。
○制御装置80は、車両100の搭乗者に検出抵抗40が故障状態であることを通知する通知部を備えていてもよい。通知部の通知方法としては、音や光を発するなど、任意の方法を採用することができる。
○第1範囲及び第2範囲は、断線故障及び短絡故障を想定したものに限らず任意に設定可能である。例えば、抵抗52,62の故障の一態様として、抵抗52,62の変質が挙げられる。抵抗52,62の変質により、単位抵抗値R0の上昇や抵抗52,62の過負荷による単位抵抗値R0の低下が起こる。この場合、故障と判定される単位抵抗値R0の値に基づき、第1範囲及び第2範囲を設定すればよい。
○制御装置80は、電動モータ12の各コイル24u,24v,24wに流れる電流を推定可能に構成されていてもよい。これにより、制御装置80は、全電流I0に加えて、各コイル24u,24v,24wに流れる電流に基づいて電動モータ12の制御を行うことが可能となる。したがって、より高い精度で電動モータ12を制御することが可能となる。
以下、各コイル24u,24v,24wに流れる電流の推定方法の一例について説明する。制御装置80は、各電圧降下V1~V3を測定した時点での各スイッチング素子Q1~Q6の開閉状態を取得する。このとき、制御装置80は、当該開閉状態から各電圧降下V1~V3を測定した時点でのインバータ回路30に流れる主要な電流経路を推定することができる。全電流I0のうち、各電流の主要な電流経路を構成するコイルの電流が、最も大きい電流成分を構成すると仮定する。また、各コイル24u,24v,24wに流れる電流を、互いの振幅が等しいとともに互いの位相が120度異なる正弦波電流と仮定する。これらの仮定のもと、制御装置80は、各コイル24u,24v,24wに流れる電流の振幅、及び位相を最適化するようにフィッティングすることにより、各コイル24u,24v,24wに流れる電流を推定することができる。なお、各コイル24u,24v,24wに流れる電流の推定方法は、これに限られず、各スイッチング素子Q1~Q6の動作方法に合わせて、任意の手法を用いることができる。
○単位抵抗値R0は、任意であるが、具体的には、0.1、0.5、1、5、10、50、100[mΩ]であり、ここで例示した数値のいずれか2つの間の範囲内であってもよい。単位抵抗値R0は、好ましくは、0.1~10[mΩ]である。これによれば、車載用蓄電装置110の電圧が各コイル24u,24v,24wに印加される際に、検出抵抗40による電圧降下を抑制することができる。したがって、車載用蓄電装置110の電力を電動モータ12のトルクへ変換する変換効率を向上することができる。特に、抵抗52,62として単位抵抗値R0の小さいものを用いることで、検出抵抗40の発熱が抑制される。これにより、検出抵抗40による消費電力を低減することが可能となる。なお、抵抗52及び抵抗62は、それぞれ、単一の抵抗素子であってもよいし、複数の抵抗素子を接続したものであってもよい。
○測定部84は、第1電圧降下V1と第2電圧降下V2とに加えて、さらに第3電圧降下V3を測定可能に構成されている。第2抵抗60は第1抵抗50と直列接続されているため、測定部84の測定が正常に行われている場合、第3電圧降下V3は、検出抵抗40の故障の有無に関わらず、第1電圧降下V1と第2電圧降下V2の和となる。しかし、検出抵抗40が正常状態であるにも関わらず、測定部84の一部に故障が生じている場合、例えば、第1電圧降下V1のみが測定不能となっている場合、測定部84の測定した第3電圧降下V3は、第1電圧降下V1と第2電圧降下V2との和と異なる値をとる。
そのため、上記故障判定において、制御装置80は、第3電圧降下V3が第1電圧降下V1と第2電圧降下V2との和に等しいか否かを判定してもよい。このとき、当該判定結果が否定の場合、制御装置80は、測定部84に故障があると判定してもよい。これにより、測定部84の故障がある場合と検出抵抗40に故障がある場合とが区別可能となる。したがって、全電流I0の検出機構に係る故障箇所の特定を容易にすることができる。
○測定部84は、第1電圧降下V1、第2電圧降下V2、及び第3電圧降下V3の全てを測定するものに限られず、第1抵抗50、第2抵抗60、及び検出抵抗40による電圧降下V1~V3のうち、少なくとも2つの電圧降下を測定するものであればよい。この場合、制御装置80は、電圧降下V1~V3のうち測定部84が測定していない電圧降下を、測定部84が測定した2つの電圧降下から導出することにより、第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2を導出可能となる。
○第1並列接続体51が備える抵抗52の数、及び第2並列接続体61が備える抵抗62の数は、それぞれ任意であり、互いに等しくなくてもよい。
○第1抵抗50の抵抗52の抵抗値は、第2抵抗60の抵抗62の抵抗値と異なっていてもよい。このとき、制御装置80は、抵抗52の抵抗値と抵抗62の抵抗値の比を導出し、当該比に基づき第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2を補正することにより、検出抵抗40の故障判定が可能となる。
○第1抵抗50の抵抗52の抵抗値は、第2抵抗60の抵抗62の抵抗値と異なっていてもよい。このとき、制御装置80は、抵抗52の抵抗値と抵抗62の抵抗値の比を導出し、当該比に基づき第1電圧比Vr1及び第2電圧比Vr2を補正することにより、検出抵抗40の故障判定が可能となる。
○第1抵抗50の抵抗52同士の抵抗値は、互いに異なっていてもよい。このとき、制御装置80は、ある1つの抵抗52を基準とする各抵抗52の比を導出し、当該比に基づき、故障による第1電圧降下V1の変化を検出可能となる。また、抵抗52の抵抗値がそれぞれ異なる場合、抵抗52のいずれか1つが故障すると、故障した抵抗52の抵抗値に応じて、第1抵抗50の抵抗値R1が変化する。そのため、制御装置80は、各抵抗52が故障した場合の第1抵抗50の抵抗値R1の変化を記憶し、測定部84の測定結果と比較することによって、故障した抵抗52を特定することができる。
○同様に、第2抵抗60の抵抗62同士の抵抗値は、互いに異なっていてもよい。
○第1抵抗50は、第1並列接続体51を備えていなくてもよい。第1抵抗50は、例えば、単一の抵抗52であってもよい。また、第2抵抗60は、第2並列接続体61を備えていなくてもよい。第2抵抗60は、例えば、単一の抵抗62であってもよい。
○第1抵抗50は、第1並列接続体51を備えていなくてもよい。第1抵抗50は、例えば、単一の抵抗52であってもよい。また、第2抵抗60は、第2並列接続体61を備えていなくてもよい。第2抵抗60は、例えば、単一の抵抗62であってもよい。
このとき、例えば、第1抵抗50に短絡故障が生じた場合、第1抵抗50の抵抗値R1が0となり、第2抵抗60の抵抗値R2は変化しない。また、検出抵抗40の抵抗値R3は、第2抵抗60の抵抗値R2と等しくなる。そのため、第1電圧比Vr1は0となり、第2電圧比Vr2は1となる。したがって、制御装置80は、例えば、第1電圧比Vr1が0であるか否かを判定することにより、検出抵抗40の短絡故障の有無を判定することができる。
また、第1抵抗50に断線故障が生じた場合、検出抵抗40に電流が流れなくなるため、各電圧降下V1~V3が0となる。したがって、制御装置80は、各電圧降下V1~V3のいずれか1つが0であるか否かを判定することにより、検出抵抗40の断線故障を判定することができる。
○検出抵抗40は、車載用蓄電装置110の負極と負極端子32との間に設けられていなくてもよく、例えば、検出抵抗40は、車載用蓄電装置110の正極と正極端子31との間に設けられていてもよい。要は、検出抵抗40は、インバータ回路30の各レグに対して直列に接続されていればよい。
10…電動圧縮機、11…圧縮部、12…電動モータ、30…インバータ回路、40…検出抵抗、50…第1抵抗、51…第1並列接続体、52…抵抗、60…第2抵抗、61…第2並列接続体、62…抵抗、84…測定部、85…故障判定部、I0…全電流、R0…単位抵抗値、V1…第1電圧降下、V2…第2電圧降下、V3…第3電圧降下。
Claims (5)
- 流体を圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部を駆動させる電動モータと、
前記電動モータを駆動させるインバータ回路と、
前記インバータ回路に流れる電流を検出するための検出抵抗と、
前記検出抵抗による電圧降下を測定する測定部と、を備える電動圧縮機において、
前記検出抵抗は、第1抵抗と、前記第1抵抗と直列接続されている第2抵抗と、を備え、
前記測定部は、前記第1抵抗による電圧降下と、前記第2抵抗による電圧降下と、を測定可能に構成され、
前記測定部にて測定された前記第1抵抗による電圧降下と前記第2抵抗による電圧降下の比較に基づいて前記検出抵抗の故障の有無を判定する故障判定部を備える、電動圧縮機。 - 前記第1抵抗は、複数の抵抗が並列接続された第1並列接続体を備え、
前記第2抵抗は、複数の抵抗が並列接続された第2並列接続体を備える、請求項1に記載の電動圧縮機。 - 前記第1抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、互いに等しく、
前記第2抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、互いに等しい、請求項2に記載の電動圧縮機。 - 前記第2抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値は、前記第1抵抗が備える各前記抵抗の抵抗値と等しい、請求項3に記載の電動圧縮機。
- 前記第2抵抗が備える前記抵抗の数は、前記第1抵抗が備える前記抵抗の数と等しい、請求項4に記載の電動圧縮機。
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