JP4898964B1

JP4898964B1 - 電動コンプレッサ

Info

Publication number: JP4898964B1
Application number: JP2011069418A
Authority: JP
Inventors: 岳神谷; 大朋塚原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP2012205445A; US20140009091A1; WO2012132411A1

Abstract

【課題】電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止する電動コンプレッサを提供する。
【解決手段】高電圧電源１４０と接続する電源コネクタ１３０とパワー素子１１８との間を接続する電源ライン１１１の電源供給ライン１１１ａに一端が設けられ、グランドライン１１１ｂに他端が設けられたコンデンサ１１４に対して、電源コネクタ１３０側の電源供給ライン１１１ａに、高電圧電源１４０からパワー素子１１８の方向へ流れる電流を正とし、逆方向に流れる電流を負として検出する電流検出部１１３を設け、電流検出部１１３と電源コネクタ１３０との間に電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとを直結する負荷抵抗１１２を設ける。制御部１１６は、電流検出部１１３によって検出された電流値が０未満になると、高電圧電源１４０の接続が解除されたと検知する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の空調設備に採用される電動コンプレッサに関する。

一般に、車両の空調設備として、コンプレッサは必須の構成部品であり、車内の空調を快適に保つことに寄与している。コンプレッサには、エンジンで直接駆動するエンジン駆動コンプレッサや、モータで駆動する電動コンプレッサなどがある。

一方、近年、環境性能を重視した車両の開発が盛んに行われており、例えば、アイドリング中にエンジンを停止する、いわゆるアイドリングストップなどの機能が知られている。アイドリングストップ機能を搭載した車両では、車両停車中にエンジンを停止することから、このような車両にエンジン駆動コンプレッサを採用してしまうと、コンプレッサはエンジンの駆動に連動するため、車内の空調を快適に保つことが困難になる。このため、アイドリングストップ機能を搭載した車両には、電動コンプレッサを採用することにより、エンジンの駆動に依存せず、車内の空調を快適に保つようにしている。

このような電動コンプレッサとして、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。特許文献１に開示の電動コンプレッサ１０は、図１に示すように、モータ部１１の駆動を制御するモータ制御部１２がモータ部１１へ供給する電流を制御する制御部１３を有し、制御部１３が電源１４とハーネス１５を介して接続されている。また、この電動コンプレッサ１０は、ハーネス１５と制御部１３との接続、すなわち、電源１４の接続が解除されたことを検知する検知部１６を有しており、検知部１６は、具体的には、制御部１３に印加されたハーネス１５間の電圧の電位差がモータ部１１を通常運転可能な電圧である第１閾値よりも小さいとき、電源１４の接続が解除されたものとして検知する。

そして、例えば、電動コンプレッサ１０の修理または点検の際に、検知部１６が電源接続の解除を検知した場合、電源１４の供給を受けていたモータ制御部１２内のコンデンサ１７の残留電圧を貯留又は放電させることにより、コンデンサ１７の残留電圧による感電を防止することができる。

特開２０１０−９６１２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の電動コンプレッサでは、制御部に印加された電圧がモータ部を通常運転可能な電圧である第１閾値よりも小さくなるまで、換言すれば、モータ部の通常運転が不可能な電圧に低下するまで待って初めて、電源の接続が解除されたものとして検知する。電動コンプレッサには一般的に大容量なコンデンサが搭載される。通常運転が不可能な電圧に低下するまで待つことは、コンデンサからの電荷の放出（放電）を待つことを意味し、これには相当な時間を要するものである。このため、電源接続の解除を検知するまで時間を要し、コンデンサの残留電圧による感電のおそれがあるという問題がある。

本発明の目的は、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止する電動コンプレッサを提供することである。

本発明の電動コンプレッサは、電源と着脱自在に設けられた電源接続手段と、冷媒を圧縮する電動モータと、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記電動モータを駆動するパワー素子と、前記電源接続手段と、前記パワー素子とを接続し、電源供給ラインとグランドラインとからなる電源ラインと、一方が前記電源供給ラインに、他方が前記グランドラインに接続されたキャパシタと、前記キャパシタに対して前記電源接続手段側の前記電源供給ラインに設けられ、前記電源から前記パワー素子の方向へ流れる電流を正負のいずれか一方とし、前記パワー素子から前記電源の方向へ流れる電流を正負のいずれか他方として検出する電流検出手段と、前記電流検出手段と前記電源接続手段との間で、かつ、前記電源供給ラインと前記グランドラインとを接続する負荷抵抗と、前記電流検出手段によって検出された電流が前記パワー素子から前記電源の方向へ流れた場合、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知する制御手段と、を具備する構成を採る。

電源の接続が解除されると電源からキャパシタへ電流が供給されなくなるので、キャパシタは蓄積された電荷の放電を開始する。この放電された電荷は負荷抵抗へと流れる。負荷抵抗は電流検出手段よりも電源接続手段側にあるため、負荷抵抗への電荷の流れは電源が接続されているときの電流の流れと反対になる。以上のごとく本発明によれば、所定の電圧値まで低下するのを待たずに電流の方向により電源接続の解除を検知するので、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止することができる。

特許文献１に開示の電動コンプレッサの構成を示すブロック図本発明の一実施の形態に係る電動コンプレッサの構成を示すブロック図図２に示した制御部における、電源の接続解除の検知判定処理手順を示すフロー図電動モータの減速中、停止中、電源接続解除による電流変化を示す図図３に示した放電処理の具体的な処理手順を示すフロー図電源の接続解除の前後における電流及び電圧の変化を示す図本発明の一実施の形態に係る電動コンプレッサの他の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図２は、本発明の一実施の形態に係る電動コンプレッサ１００の構成を示すブロック図である。電動コンプレッサ１００は、インバータＥＣＵ（electronic control unit）１１０及び圧縮機構部１２０を備える。インバータＥＣＵ１１０は電源コネクタ１３０と接続され、電源コネクタ１３０（電源接続手段に相当）は、直流電力を生成する高電圧電源（以下、単に「電源」という）１４０と着脱自在に設けられる。また、圧縮機構部１２０は、電動モータ１２１を備え、電動モータ１２１を駆動して冷媒を圧縮する。

インバータＥＣＵ１１０は、制御部１１６、駆動回路１１７、パワー素子１１８を備え、電源コネクタ１３０とパワー素子１１８とを接続する電源ライン１１１には、電源コネクタ１３０側から順に負荷抵抗１１２、電流検出部１１３、コンデンサ１１４及び電圧検出部１１５が接続されている。

電源ライン１１１は、電源供給ライン１１１ａ及びグランドライン１１１ｂから構成され、電源１４０により生成された直流電力をパワー素子１１８に供給する。電源ライン１１１の電圧は、例えば、１００Ｖ〜数１００Ｖ程度の値である。

負荷抵抗１１２は、後述する電流検出部１１３において十分検出可能な電流を消費しうる負荷が設定され、負荷抵抗の一端が電源供給ライン１１１ａに、他端がグランドライン１１１ｂに接続されている。負荷抵抗１１２は、例えば、数ｋΩ〜数１０ｋΩの値である。

電流検出部１１３は、電源供給ライン１１１ａにおいて電源コネクタ１３０からパワー素子１１８への方向に流れる電流を正とし、逆に、パワー素子１１８から電源コネクタ１３０への方向に流れる電流を負として検出し、検出した電流値を制御部１１６に出力する。

コンデンサ１１４は、電源１４０から供給された直流電力を充電し、蓄えた電力を適宜パワー素子１１８に供給する。コンデンサ１１４は、一方の端子が電源供給ライン１１１ａに接続され、他方の端子がグランドライン１１１ｂに接続される。コンデンサ１１４は、例えば、数１０μＦ〜１００μＦ程度の大きさである。

電圧検出部１１５は、電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの電位差である電圧、すなわち、パワー素子１１８に接続した電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの間の電圧を検出し、検出した電圧値を制御部１１６に出力する。

制御部１１６は、駆動回路１１７に対して、電動モータ１２１の駆動開始または駆動停止の制御を行う。また、制御部１１６は、電流検出部１１３から出力された電流値を監視し、電流値が０未満となった場合、すなわち、パワー素子１１８から電源コネクタ１３０の方向へ流れる電流を検出した場合、電源１４０の接続が解除されたものと検知する。制御部１１６は、電源１４０の接続解除を検知すると、コンデンサ１１４の放電処理を行うため、電動モータ１２１の強制運転を駆動回路１１７に指示する。制御部１１６は、放電処理を行う際、電圧検出部１１５から出力された電圧値と所定の閾値との閾値判定を行い、電圧値が閾値以下となった場合には、電動モータ１２１の強制運転の終了を駆動回路１１７に指示する。

駆動回路１１７は、制御部１１６の制御に従って、パワー素子１１８に供給する直流電力の通電または遮断を制御する。

パワー素子１１８は、駆動回路１１７の制御に従って、電源ライン１１１によって電源１４０から供給される直流電力の通電または遮断を行う。これにより、パワー素子１１８は、直流電力を交流電力に変換して電動モータ１２１に供給する。

電動モータ１２１は、パワー素子１１８から供給された交流電力によって駆動し、冷媒を圧縮する。

電源コネクタ１３０の接続が解除されると、電源１４０からコンデンサ１１４へ電流が供給されなくなるので、コンデンサ１１４は蓄積された電荷の放電を開始する。この放電された電荷は負荷抵抗１１２へと流れる。負荷抵抗１１２は電流検出部１１３よりも電源コネクタ１３０側にあるため、負荷抵抗１１２への電荷の流れは電源が接続されているときの電流の流れと反対になる。

このように、電動コンプレッサ１００は、電源コネクタ１３０とコンデンサ１１４との間に電流検出部１１３を設け、電源１４０の接続が解除された際、コンデンサ１１４から電源コネクタ１３０へ流れる電流を検知することにより、いち早く電源１４０の接続解除を検知することができる。

次に、図２に示した制御部１１６における、電源１４０の接続解除の検知判定処理について図３を用いて説明する。図３において、ステップＳ２０１では、電動コンプレッサ１００が動作中であるか否かが制御部１１６によって判定され、電動コンプレッサ１００が動作中である（ＹＥＳ）と判定された場合、ステップＳ２０２に移行し、電動コンプレッサ１００が動作中ではない（ＮＯ）と判定された場合、ステップＳ２０３に移行する。

ステップＳ２０２では、電動モータ１２１の動作状態が加速中または一定速度運転中であるか否かが制御部１１６によって判定され、加速中または一定速度運転中（ＹＥＳ）である場合には、ステップＳ２０３に移行し、加速中または一定速度運転中ではない（ＮＯ）、すなわち、電動モータ１２１が減速中または停止中である場合には、ステップＳ２０１に戻る。ここでは、制御部１１６が電動モータ１２１の動作状態を把握していることを前提とする。

ステップＳ２０３では、電流検出部１１３によって検出された電流値が０未満であるか否かが制御部１１６によって判定され、電流値が０未満である（ＹＥＳ）場合、電源１４０の接続が解除されたものと検知し、ステップＳ２０４に移行し、電流値が０未満ではない（ＮＯ）、すなわち、電流値が０以上である場合、電源１４０の接続解除の検知判定処理を終了する。

ステップＳ２０４では、コンデンサ１１４に蓄積された電荷を放出する放電処理を行う。これにより、コンデンサ１１４の残留電圧による感電を防止することができる。放電処理の具体的な処理手順については後述する。

なお、ステップＳ２０２において、電動モータ１２１の動作状態を判定した理由は、電動モータ１２１が減速中または停止中である場合、電流が回生することが考えられ、ステップＳ２０３における電源接続解除の判定を誤る可能性を排除するためである。これについて、図４に電動モータ１２１の減速中、停止中、電源接続解除による電流変化を示す。図４において、縦軸は電流値を、横軸は時間をそれぞれ示している。時間Ｔ１から開始する減速及び時間Ｔ２から開始する停止においては、電流が０未満になる場合があることが分かる。これは、時間Ｔ３において電源１４０の接続が解除されたときに、電流が０未満となることと同様の事象となってしまうため、減速及び停止によって生じる０未満の電流はステップＳ２０３の電流値の判定に用いてはいけないことを示している。

次に、図３に示したステップＳ２０４における放電処理の具体的な処理手順について図５を用いて説明する。ここでは、放電処理の具体例として電動モータ１２１の強制運転を例に挙げる。図５において、ステップＳ３０１では、制御部１１６が電動モータ１２１の強制運転を駆動回路１１７に指示し、コンデンサ１１４に蓄積された電荷を放出（放電）させる。

ステップＳ３０２では、電圧検出部１１５によって検出された電源供給ライン１１１ａとグランドライン１１１ｂとの間の電圧が所定の閾値以下であるか否かが制御部１１６によって判定され、閾値以下である（ＹＥＳ）場合、ステップＳ３０４に移行し、閾値以下ではない（ＮＯ）場合、ステップＳ３０３に移行する。ここでは、安全と規定される電圧以下になった時点で電動モータ１２１の強制運転（放電処理）を終了する。

ステップＳ３０３では、電流検出部１１３によって検出された電流値が０未満であるか否かが制御部１１６によって判定され、電流値が０未満である（ＹＥＳ）場合、電源１４０の接続が解除されたままであると判定し、電動モータ１２１の強制運転を継続するため、ステップＳ３０２に戻る。一方、電流値が０未満ではない（ＮＯ）、すなわち、電流値が０以上である場合、電源１４０が再接続されたものと判定し、ステップＳ３０４に移行する。このように、ステップＳ３０３では、放電処理中に電源１４０が再接続されたかどうかを判定している。

ステップＳ３０４では、制御部１１６が電動モータ１２１の強制運転の終了を駆動回路１１７に指示し、放電処理を終了する。

このように、放電処理を行うことにより、コンデンサ１１４に蓄えられた電荷を電動モータによって消費することができるので、コンデンサ１１４の残留電圧による感電を防止することができる。

ここで、電源１４０の接続解除の前後における電流及び電圧の変化について図６を用いて説明する。図６において、左側の縦軸は電流値を、右側の縦軸は電圧値を、横軸は時間をそれぞれ示している。また、細い実線は電圧を、太い実線は電流をそれぞれ示している。また、比較のため、特許文献１に記載の電動コンプレッサにおける電圧を点線で示している。

図６より、時間ｔ０において電源１４０の接続を解除すると、電圧と電流が急激に降下していることが分かる。電動コンプレッサ１００では、電流値が０未満になった時間ｔ１において電源接続解除を検知するため、実際に電源１４０の接続を解除してから検知するまでに要する時間を短くすることができる。これに対して、特許文献１に開示の電動コンプレッサでは、電圧が第１閾値に到達するまで電源の接続解除を検知することができず、点線に示すように電圧の降下がなだらかであるため、時間ｔ２において初めて検知することができる。このことから、電動コンプレッサ１００では、特許文献１に開示の電動コンプレッサに対して、電源の接続解除の検知に要する時間を大幅に短縮できることが分かる。

このように、本実施の形態によれば、電源と接続する電源コネクタと、パワー素子との間を接続する電源ラインに設けられたコンデンサに対して電源コネクタ側の電源供給ラインに、電源からパワー素子へ流れる電流を正として検出する電流検出部を設け、電流検出部と電源コネクタとの間に電源供給ラインとグランドラインとを直結する負荷抵抗を設ける。これにより、電源の接続を解除した際、コンデンサから電源コネクタへ向いて流れる電流を電流検出部が検出すると、電源の接続が解除されたと検知することにより、電源接続解除を検知するまでの時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態では、電流検出部が電源コネクタからパワー素子の方向へ流れる電流を正として検出し、逆方向へ流れる電流を負として検出するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、電源コネクタからパワー素子の方向へ流れる電流を負として検出し、逆方向へ流れる電流を正として検出してもよい。この場合、制御部は、正の電流値が検出されたとき、電源の接続が解除されたものと検知する。

また、本実施の形態では、電動コンプレッサを図２に示す構成を例に説明したが、本発明はこれに限らず、電動コンプレッサは図７に示す構成であってもよい。図７に示す電動コンプレッサは、耐電圧の低いコンデンサ１５１ａ、１５１ｂを２直化して構成したものであり、一般に耐電圧の高いコンデンサはコストも高いため、安価なコンデンサを２直化することにより、所望の耐電圧をコストの低減を図りながら実現することができる。このとき、２直化したコンデンサ１５１ａ、１５１ｂにかかる電圧を均等にするため、ブリーダ抵抗等の負荷抵抗１５２ａ、１５２ｂを意図的に設けることがあり、この負荷抵抗１５２にコンデンサ１５１から放電される電流を消費する機能を担わせることができる。コンデンサ１５１ａ、１５１ｂと、負荷抵抗１５２ａ、１５２ｂとの間は電気的に接続している。ただし、ブリーダ抵抗等の負荷抵抗１５２を設ける場合には、図７に示すように、電源コネクタ１３０側から負荷抵抗１５２、電流検出部１１３、コンデンサ１５１の順、すなわち、負荷抵抗１５２とコンデンサ１５１の間に電流検出部１１３が配置されることに注意されたい。

ちなみに、図７では、２つのコンデンサを直列に接続する場合を例に挙げたが、コンデンサの数は２つに限らず、３つ以上であってもよく、３つ以上のコンデンサを直列に接続すればよい。

本発明は、電源接続の解除を検知するまでの時間を短縮し、コンデンサの残留電圧による感電を防止する電動コンプレッサ等に好適である。

１１０インバータＥＣＵ
１１１電源ライン
１１１ａ電源供給ライン
１１１ｂグランドライン
１１２、１５２、１５２ａ、１５２ｂ負荷抵抗
１１３電流検出部
１１４、１５１、１５１ａ、１５１ｂコンデンサ
１１５電圧検出部
１１６制御部
１１７駆動回路
１１８パワー素子
１２０圧縮機構部
１２１電動モータ
１３０電源コネクタ
１４０高電圧電源

Claims

電源と着脱自在に設けられた電源接続手段と、
冷媒を圧縮する電動モータと、
前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換して、前記電動モータを駆動するパワー素子と、
前記電源接続手段と、前記パワー素子とを接続し、電源供給ラインとグランドラインとからなる電源ラインと、
一方が前記電源供給ラインに、他方が前記グランドラインに接続されたキャパシタと、
前記キャパシタに対して前記電源接続手段側の前記電源供給ラインに設けられ、前記電源から前記パワー素子の方向へ流れる電流を正負のいずれか一方とし、前記パワー素子から前記電源の方向へ流れる電流を正負のいずれか他方として検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段と前記電源接続手段との間で、かつ、前記電源供給ラインと前記グランドラインとを接続する負荷抵抗と、
前記電流検出手段によって検出された電流が前記パワー素子から前記電源の方向へ流れた場合、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知する制御手段と、
を具備する電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたと検知した場合、前記キャパシタの放電処理の開始を制御する請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記放電処理を行っている際、前記パワー素子に接続した前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧が所定の閾値以下となった場合、前記放電処理を停止する制御を行う請求項２に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記放電処理を行っている際、前記パワー素子に接続した前記電源供給ラインと前記グランドラインとの間の電圧が所定の閾値より大きく、かつ、前記電流検出手段によって検出された電流が前記電源から前記パワー素子の方向へ流れた場合、前記放電処理を停止する制御を行う請求項２に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、電動コンプレッサ自体が動作しているか否かを判定し、動作が停止している場合、前記電流の方向を判定し、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたか否かを検知する請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記制御手段は、前記電動モータの動作状態が加速中または一定速度運転中であるか否かを判定し、加速中または一定速度運転中である場合にのみ、前記電流の方向を判定し、前記電源接続手段から前記電源の接続が解除されたか否かを検知する請求項１に記載の電動コンプレッサ。
前記キャパシタを直列に接続した複数のキャパシタで構成し、前記負荷抵抗を直列に接続した複数の抵抗で構成し、前記複数のキャパシタと、前記複数の抵抗との間を電気的に接続する請求項１に記載の電動コンプレッサ。