JP3265994B2 - 電動コンプレッサの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動コンプレッサの
駆動装置、特に、電圧変動の大きな電源においても電動
コンプレッサの安定した駆動を可能とする、電気自動車
またはハイブリッド電気自動車に好適な電動コンプレッ
サの駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８に、直流電源を用いた従来の電動コ
ンプレッサ駆動装置のブロック図の一例を示す。この電
動コンプレッサの駆動装置は、バッテリ１１と、直流交
流変換回路１３と、電圧ゾーン検出部１５と、パルス幅
制御部１７と、過電流保護回路２０とから構成される。
直流交流変換回路１３は、電源電圧であるバッテリ１１
からの直流電圧を矩形パルス列からなる三相疑似交流電
圧に変換し、電動コンプレッサ２１に印加する。電圧ゾ
ーン検出部１５は、電圧の検出時において、複数の電圧
検出範囲を設定し、入力される直流電圧が所定の電圧範
囲の中のどの電圧範囲（以下、「電圧ゾーン」と称
す。）にあるかを検出する。過電流保護回路２１は、直
流交流変換回路１３に流れる電流の最大値を制限する。
電動コンプレッサ２１に印加される交流電圧の平均値お
よび実効値は、電動コンプレッサ２１に印加される三相
疑似交流電圧を構成するパルス列の各パルスのパルス幅
を変更することにより制御される。パルス幅制御部１７
は、電圧ゾーン検出部１５からの検出結果に基づき、電
源電圧の変動に応じて、疑似交流電圧のパルス幅を制御
するための制御信号を直流交流変換回路１３に出力す
る。

【０００３】このような電動コンプレッサ駆動装置をエ
アコンに用いた電気自動車またはハイブリッド電気自動
車において、電源電圧は、家庭用商用電源に比べ変動が
非常に大きく、例えば、車が加速した時は走行用モータ
に大きな負荷電流が流れることから、電源電圧が低下
し、減速した時は走行用モータからの回生電流により電
源電圧が上昇する。また、電動コンプレッサは走行用モ
ータと電源を共用するため、電動コンプレッサのモータ
に対する印加電圧も車の走行状態により大きく変動す
る。その結果、電動コンプレッサのモータがＤＣブラシ
レス方式のセンサレスモータの場合、定常運転時には電
源電圧の変動に伴い、電源電圧低下時には回転数が下が
り、電源電圧上昇時には回転数が上がるという問題があ
った。また、起動時には過励磁（電圧上昇時）や過負荷
（電圧下降時）の状態となり過電流保護が作動してしま
うという問題があった。同様に、電動コンプレッサのモ
ータがインダクションモータの場合にも、過励磁（電圧
上昇時）や過負荷（電圧下降時）の状態となり過電流保
護回路が動作してしまうという問題があった。

【０００４】このような問題を解決するため、従来の駆
動装置においては、電圧ゾーン検出部１５において、入
力電圧の電圧ゾーンを検出し、その電圧ゾーンに応じて
パルス幅制御部１７により、疑似交流電圧の矩形パルス
のパルス幅を変更することにより電動コンプレッサ２１
に印加する電圧の平均電圧が一定になるように制御して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１０（ａ）に、従来
の駆動装置において、バッテリ１１から出力される電源
電圧が電圧の高いゾーンから低いゾーンへ変動し、それ
に伴いパルス幅を急激に変化させた時の電動コンプレッ
サ２１の電流の変化を示す。また、その時の電動コンプ
レッサ２１のトルクの時間変化を図１０（ｂ）に示す。
従来の電動コンプレッサ２１の駆動装置においては、電
源電圧の電圧ゾーンが切り変わった際に、急激にパルス
幅を変化させると、電動コンプレッサ２１の電流の過渡
的な増減により図１０（ａ）に示されるようなピークが
発生し、それにより過電流保護回路２０が動作し、電動
コンプレッサ２１が停止したり、また図１０（ｂ）に示
されるような急激なモータトルクの増減により、電動コ
ンプレッサ２１の機械的な部分の耐久性が低下したりす
るという問題があった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決すべくなされた
ものであり、その目的とするところは、電源電圧の大き
な変動に対して安定して電動コンプレッサを動作させる
電動コンプレッサの駆動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電動コンプ
レッサの駆動装置は、電動コンプレッサと、直流電圧を
発生する電圧電源と、前記直流電圧を矩形パルスからな
る疑似交流電圧に変換し前記電動コンプレッサに印加す
る直流交流変換手段と、前記直流電圧の値が所定の電圧
範囲のうちいずれの電圧範囲に属するかを検出し検出信
号を出力する電圧検出手段と、前記疑似交流電圧の平均
値または実効値を変化させるために前記パルスのパルス
幅を制御するパルス幅制御手段とを有する電動コンプレ
ッサの駆動装置において、前記パルス幅制御手段が、前
記パルスのパルス幅を、前記検出信号に基づき検出され
た前記電圧範囲に応じた所定値になるように所定の補正
時間毎に段階的に補正するパルス幅補正遅延手段を備え
る。

【０００８】好ましくは、前記電動コンプレッサの駆動
装置において、前記パルス幅補正遅延手段は、前記疑似
交流電圧の平均値または実効値を上昇させる方向に補正
するときは前記補正時間を長くし、前記疑似交流電圧の
平均値または実効値を下降させる方向に補正するときは
前記補正時間を短くする。

【０００９】本発明の電動コンプレッサの駆動装置にお
いて、電圧検出手段により直流電圧電源の電圧が所定の
電圧範囲毎に検出される。パルス幅補正遅延手段によ
り、この検出された電圧範囲に応じた所定値になるよう
に、パルス幅が補正される。この際、パルス幅は所定時
間経過後に所定値になるようにするため、段階的に補正
される。これにより、電動コンプレッサに印加される電
圧は徐々に補正される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を用いて本発明
に係る電動コンプレッサ駆動装置の実施形態を説明す
る。本実施形態の電動コンプレッサの駆動装置は、電源
電圧の変動に伴い電動コンプレッサに対する印加電圧が
変動した時に、この印加電圧を緩やかに補正する機能を
有する。

【００１１】図１に本実施形態における電動コンプレッ
サの駆動装置のブロック図を示す。本実施形態の駆動装
置は、バッテリ１１と、直流交流変換回路１３と、電圧
ゾーン検出部１６と、パルス幅制御部１８とからなる。
パルス幅制御部１８は、パルス幅補正遅延部１９を備え
る。

【００１２】電圧ゾーン検出部１６は、バッテリ１１の
電圧を所定の電圧ゾーン（電圧範囲）毎に検出し、バッ
テリ１１の電圧がどのゾーンにあるかを特定する検出結
果をパルス幅制御部１８に出力する。パルス幅制御部１
８は、電圧ゾーン検出部からの検出結果に基づいて、電
動コンプレッサ２１に印加する電圧のパルス幅を制御す
るための信号を直流交流変換回路１３に出力する。直流
交流変換回路１３は、バッテリ１１からの直流電圧を、
パルス幅制御部１８からの制御信号に基づいてパルス幅
が制御された矩形パルス列からなる三相疑似交流電圧に
変換して電動コンプレッサ２１に印加する。

【００１３】図２に、本実施形態の電圧ゾーン検出部１
６の回路図を示す。電圧ゾーン検出部１６は、ウインド
コンパレータ２５と、ウインドコンパレータ２５の出力
をバッテリ１１の電圧すなわち電源電圧から絶縁するた
めの絶縁回路２７とからなる。絶縁回路２７は、ホトカ
プラ４０、４１により構成される。ウインドコンパレー
タ２５は、コンパレータ３０，３１と、抵抗３３〜３７
とから図２のような接続関係で構成される。それぞれの
コンパレータ３０、３１の＋入力端子には、基準電圧と
して、抵抗３３〜３５により分圧された電圧が入力され
ており、−入力端子には、バッテリ１１からの電圧が入
力されている。抵抗３３〜３５の値はそれぞれウインド
コンパレータ２５で検出される電圧範囲により決定され
る。コンパレータ３０、３１の出力は、それぞれホトカ
プラ４０、４１に入力される。本実施形態では、後述す
るように３つの電圧ゾーンに分けて電圧の検出を行う。
図３に、それぞれの電圧ゾーンに対する、電圧ゾーン検
出部１６の出力を示す。図３に示されるように、出力１
および出力２により、電源電圧がどの電圧ゾーンにある
かが判断できる。

【００１４】本実施形態では、３つの電圧ゾーンに分割
して電圧の検出を行っている。それぞれのゾーンの範囲
は、それぞれのゾーンの中心値から±１０％の範囲内に
なるように設定される。本実施形態では、ゾーンＢの中
心電圧値を３００Ｖとするため、ゾーンＢの電圧範囲は
２７０Ｖ〜３３０Ｖとなる。したがって、ゾーンＡの中
心電圧値から＋１０％の値が２７０Ｖとなるように、中
心電圧値を求めると２４５Ｖとなり、これがゾーンＡの
中心電圧値となる。同様にしてゾーンＣの中心電圧値は
３６７Ｖとなる。尚、本実施形態においては、説明の便
宜上、３つの電圧ゾーンに対して入力電圧の検出を行う
ようにしているが、より多くの電圧ゾーンを設定し、よ
り細かく電圧の検出を行ってもよい。

【００１５】電源電圧が、ある電圧ゾーンから別の電圧
ゾーンへ変動したとすると、変動直後の電動コンプレッ
サ２１に印加されるパルスの波高値は、各ゾーンの中心
電圧に比例して、電圧の高いゾーンへ移動した時は高く
なり、電圧の低いゾーンへ移動した時は低くなる。この
ため、電動コンプレッサ２１に印加する電圧の平均値を
等しくするために、図４に示すように、電動コンプレッ
サ２１に対して直流交流変換回路１３から出力される疑
似交流電圧のパルス列の個々のパルス幅をゾーンの中心
電圧値に反比例させて変化させる必要がある。すなわ
ち、ゾーンＢのパルス幅を１００とすると、ゾーンＡの
パルス幅は１２２（＝３６７／３００×１００）とな
り、ゾーンＣのパルス幅は８２（＝２４５／３００×１
００）となる。本実施形態では、この値をそれぞれのゾ
ーンの「目標パルス幅」とする。図３に、このようにし
て決定されたそれぞれのゾーンに対する目標パルス幅を
示す。

【００１６】パルス幅補正遅延部１９は、電源電圧の電
圧ゾーンに基づき、所定の時間間隔毎に、所定のパルス
幅になるように、電動コンプレッサ２１に対する直流交
流変換回路１３の出力パルスのパルス幅を段階的に制御
する。以下に、パルス幅補正遅延部１９の動作を図５の
フローチャートを用いて説明する。パルス幅補正遅延部
１９は、図５のフローチャートで示される動作を所定の
補正時間毎に繰り返し行う。

【００１７】パルス幅補正遅延部１９は、電圧ゾーン検
出部１６からの検出結果より、電源電圧の値がどのゾー
ンにあるか判断する。まず、電源電圧の値がゾーンＡに
あるか否か判断し（Ｓ１）、電源電圧の値がゾーンＡに
あるときは、図３にしたがい目標パルス幅を１２２に設
定し（Ｓ４）、ステップＳ６に進む。電源電圧の値がゾ
ーンＡにないときは、電源電圧の値がゾーンＢにあるか
否か判断し（Ｓ２）、ゾーンＢにあるときは、目標パル
ス幅を１００に設定し（Ｓ５）、ステップＳ６に進む。
電源電圧の値がゾーンＡでもゾーンＢでもないとき、す
なわち、ゾーンＣのときは目標パルス幅を８２に設定す
る（Ｓ３）。

【００１８】ステップＳ６では、目標パルス幅と現在の
パルス幅とを比較する。ここで、現在のパルス幅は、電
動コンプレッサ２１が起動前には１００に設定されてお
り、起動中は、パルス幅制御部で随時設定される値が保
持される。目標パルス幅と現在のパルス幅とが等しいと
きは、処理を終了する。目標パルス幅と現在のパルス幅
とが等しくないときは、ステップＳ７に進み、目標パル
ス幅が現在のパルス幅より大きいか否か判断する。目標
パルス幅が現在のパルス幅よりも大きいときは、補正時
間を１０ｍｓに設定し（Ｓ８）、現在のパルス幅を１だ
け増加させ（Ｓ９）、ステップＳ１２に進む。目標パル
ス幅が現在のパルス幅よりも小さいときは、補正時間を
１ｍｓに設定し（Ｓ１０）、現在のパルス幅を１だけ減
少させ（Ｓ１１）、ステップＳ１２に進む。このよう
に、本実施形態の電動コンプレッサの駆動装置において
は、直流交流変換回路１３の出力電圧の補正方向にした
がって電圧の補正時間の間隔を変化させている。すなわ
ち、電源電圧の変動に伴い、電源電圧が低い方へ変動し
た時は緩やかに変化させ、電源電圧が高い方へ変動した
時は、低い方へ変動した時よりも速やかに変化させる。
これは、電圧が上昇する方向への電圧変動においては、
その変動速度が速いために、電圧が下降する方向への変
動に比べ迅速に電圧を補正する必要があるためである。

【００１９】ステップＳ１２では、電動コンプレッサ２
１に対する直流交流変換回路１３の出力電圧のパルス幅
を、現在のパルス幅と所定の基本パルス幅とから次式で
算出し、処理を終了する。 出力パルス幅＝基本パルス幅×現在のパルス幅／１００ ・・・（１）

【００２０】パルス幅制御部１８は、疑似交流電圧のパ
ルス幅がパルス幅遅延補正部１９で算出された出力パル
ス幅の電圧となるように、パルス幅を制御する。図５の
フローチャートで示される動作は、ステップＳ８または
ステップＳ１０で設定された補正時間の間隔で繰り返さ
れる。このようにして、パルス幅補正遅延部１９によ
り、段階的にパルス幅を変化させることにより、電源電
圧の変動時から所定時間だけ遅延させて電動コンプレッ
サ２１に印加される交流電圧を補正する。

【００２１】本実施形態の電動コンプレッサの駆動装置
においては、電圧ゾーン検出部１６が電源電圧を電圧ゾ
ーン毎に検出し、パルス幅制御部１８が電圧ゾーンに対
応した目標パルス幅になるようにパルス幅を制御する。
この時、パルス幅補正遅延部１９により、所定時間毎に
所定量ずつパルス幅が補正される。これにより、電源電
圧の変動に伴い電動コンプレッサ２１に対する印加電圧
が変動しても、徐々にこの印加電圧の値が補正されるた
め、電動コンプレッサ２１において急激な電流の変化や
トルクの変化を防止できる。また、電圧の高い方に電源
電圧が変動したときは、低い方に変動した時に比べより
速く電圧の補正を行うため、変動速度が速い電圧上昇時
においても、迅速に対応できる。

【００２２】図６に、基本パルス幅が１のときの電源電
圧がゾーンＢからゾーンＣに変化した時、すなわち、電
源電圧が高い方に変動した時のパルス幅の補正の様子を
示す。図６（ａ）は、電圧ゾーンＢからＣへ変化した直
後のパルスを示す。図６（ｂ）は、変化してから９ｍｓ
後のパルスを示す。図６（ｃ）は、変化してから１８ｍ
ｓ後のパルスを示す。図６に示されるように、本実施形
態のパルス幅制御部１８では、電圧が高い方に変動した
時は、１ｍｓ毎にパルス幅を小さくし、目標値に近づけ
ることにより、電動コンプレッサ２１に印加する電圧を
徐々に補正している。

【００２３】図７は、基本パルス幅が１のときの電源電
圧がゾーンＢからゾーンＡに変化した時、すなわち、電
源電圧が低い方に変動した時のパルス幅の補正の様子を
示す。図７（ａ）は、電圧ゾーンＢからＡへ変化した直
後のパルスを示す。図７（ｂ）は、変化してから１１０
ｍｓ後のパルスを示す。図７（ｃ）は、変化してから２
２０ｍｓ後のパルスを示す。図７に示されるように、本
実施形態のパルス幅制御部１８では、電圧が低い方に変
動した時は、１０ｍｓ毎にパルス幅を大きくし、目標値
に近づけることにより、電動コンプレッサ２１に印加す
る電圧を、電圧が高い方に変動した時よりもさらに遅延
させて緩やかに補正している。

【００２４】図９（ａ）に本実施形態の駆動装置による
電圧変動に伴う電動コンプレッサ２１に流れる電流の変
化を示す。また、図９（ｂ）にその時の電圧変動に伴う
電動コンプレッサ２１のトルクの時間変化を示す。図に
示されるように本実施形態の駆動装置においては、電圧
変動に伴い、徐々にパルス幅を補正することにより、電
動コンプレッサ２１の電流およびトルクの急激な変化を
防ぐ。

【００２５】尚、本実施形態においては、電動コンプレ
ッサへの印加電圧の平均値を安定化する方法について説
明したが、実効値を安定化する方法でも同様の効果が得
られる。また、本実施形態においては、モータがＤＣブ
ラシレスモータの場合について説明したがインダクショ
ンモータの場合についても適用でき同様の効果が得られ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明の電動コンプレッサの駆動装置に
よれば、モータにＤＣブラシレスモータやインダクショ
ンモータを用いた電動コンプレッサにおいて、電源電圧
を所定の電圧範囲で検出し、所定の補正時間間隔毎に、
その検出範囲に応じた目標補正値に近づける方向に、所
定量ずつ現在の補正量を変化させることにより、電源電
圧の変動に対して徐々に電動コンプレッサに対する電圧
の平均値や実効値を回復させることができる。これによ
り、過渡電流による急激な電流の増減や、モータトルク
の急激な変動を防止できる。

【００２７】好ましい構成の本発明の電動コンプレッサ
の駆動装置によれば、電源電圧の変動の方向により補正
時間間隔が異なる。このため、変動速度が速い上昇方向
への変動時において、過渡電流等の影響がない範囲で速
やかに電動コンプレッサに対する印加電圧を回復させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の電動コンプレッサの駆動装置の
ブロック図。

【図２】 電圧ゾーン検出部の回路図。

【図３】 電圧ゾーンと目標補正値を示す表。

【図４】 パルス幅とパルスの波高値を示す図。

【図５】 パルス幅補正遅延部のフローチャート。

【図６】 電源電圧が高い方へ変動した時のパルス幅の
補正の様子を示す図。

【図７】 電源電圧が低い方へ変動した時のパルス幅の
補正の様子を示す図。

【図８】 従来の電動コンプレッサの駆動装置のブロッ
ク図。

【図９】 本実施形態において、入力電源電圧の変動に
伴う電動コンプレッサのモータに流れる電流とトルクの
時間変化を示す図。

【図１０】 従来技術において、入力電源電圧の変動に
伴う電動コンプレッサのモータに流れる電流とトルクの
時間変化を示す図。

【符号の説明】

１１…バッテリ、１３…直流交流変換回路、１５，１６
…電圧ゾーン検出部、１７，１８…パルス幅制御部、１
９…パルス幅補正遅延部、２０…過電流保護回路、２１
…電動コンプレッサ、２５…ウインドコンパレータ、２
７…絶縁回路、３０，３１…コンパレータ、３３〜３９
…抵抗、４０，４１…ホトカプラ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−255178（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−298628（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−172155（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−107749（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−284745（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 B60H 1/32 H02P 7/63

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動コンプレッサと、直流電圧を発生す
   る電圧電源と、前記直流電圧を矩形パルスからなる疑似
   交流電圧に変換し前記電動コンプレッサに印加する直流
   交流変換手段と、前記直流電圧の値が所定の電圧範囲の
   うちいずれの電圧範囲に属するかを検出し検出信号を出
   力する電圧検出手段と、前記疑似交流電圧の平均値また
   は実効値を変化させるために前記パルスのパルス幅を制
   御するパルス幅制御手段とを有する電動コンプレッサの
   駆動装置において、 前記パルス幅制御手段は、前記パルスのパルス幅を、前
   記検出信号に基づき検出された前記電圧範囲に応じた所
   定値になるように所定の補正時間毎に段階的に補正する
   パルス幅補正遅延手段を備え、前記パルス幅補正遅延手
   段は、前記パルス幅を広げる方向に補正するときは前記
   補正遅延時間を長くし、前記パルス幅を狭める方向に補
   正するときは前記補正遅延時間を短くすることを特徴と
   する電動コンプレッサの駆動装置。