JP6893153B2 - 電流値判定装置、制御装置、電動圧縮機、電流値判定方法及び制御方法 - Google Patents
電流値判定装置、制御装置、電動圧縮機、電流値判定方法及び制御方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、電流値判定装置、制御装置、電動圧縮機、電流値判定方法及び制御方法に関する。
カーエアコンに用いられる空気調和装置用の圧縮機として、インバータ装置が組み込まれたインバータ一体型の電動圧縮機が提供されている。この電動圧縮機には、車両に搭載された電源ユニットからの高電圧電力を電動圧縮機が備えるモータに供給するための高電圧回路が設けられている。
関連する技術として、特許文献１には、カーエアコン用の空気調和装置に用いられるインバータ一体型の電動圧縮機において、インバータ付属部品の温度を計測し、計測した温度が閾値以上となった場合、電動圧縮機の回転数を制限し、温度が閾値未満となると、その制限を解除する制御が開示されている。これにより、高温環境下での使用に際しても不具合の発生を防止できることが記載されている。
上記のインバータ一体型の電動圧縮機の場合、高電圧回路に設定されているコンデンサの入力電流が過大となり、コンデンサの故障の原因となることがある。そのため、コンデンサの入力電流を適切な範囲に制御する技術が望まれている。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる電流値判定装置、制御装置、電動圧縮機、電流値判定方法及び制御方法を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、モータを駆動させる高電圧回路に含まれるインバータの入力電圧と、前記モータの回転数と、前記高電圧回路に含まれるコンデンサのキャパシタ電流と、それらのパラメータがとる値についての適切な関係を定めた所定の判定用モデルと、に基づいて、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値であるかどうかを判定するキャパシタ電流判定部、を備える電流値判定装置である。
本発明の一態様における前記電流値判定装置は、前記インバータの入力電圧および前記モータの回転数の情報に基づいて、前記キャパシタ電流を演算するキャパシタ電流演算部、をさらに備え、前記キャパシタ電流判定部は、前記キャパシタ電流演算部が演算したキャパシタ電流について適切な範囲の値であるかどうかの判定を行う。
本発明の一態様における前記判定用モデルは、電圧値と回転数と電流値のそれぞれを座標軸とする３次元座標系における所定の形状をした立体の内側の領域の座標によって規定される電圧値と回転数と電流値との組み合わせを、それらのパラメータについての適切な値の組み合わせであると定め、前記キャパシタ電流判定部は、前記３次元座標系において、その点の座標が前記インバータの入力電圧と前記モータの回転数と前記キャパシタ電流とで示される点が、前記立体の内側の領域に含まれるか否かによって、前記キャパシタ電流の値が適切か否かを判定する。
本発明の一態様における前記電流値判定装置では、前記判定用モデルが温度別に定められていて、前記キャパシタ電流判定部は、前記高電圧回路が設置された空間の温度又は前記高電圧回路の構成要素の近傍の温度における前記判定用モデルに基づいて、前記キャパシタ電流の判定を行う。
本発明の一態様は、上記の何れかに記載の電流値判定装置によって前記キャパシタ電流の値が適切でないと判定された場合、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値となるよう前記インバータの制御を行う、制御装置である。
本発明の一態様は、上記の制御装置、を備える電動圧縮機である。
本発明の一態様は、モータを駆動させる高電圧回路に含まれるインバータの入力電圧と、前記モータの回転数と、前記高電圧回路に含まれるコンデンサのキャパシタ電流と、それらの値の適切な関係を定めた所定の判定用モデルと、に基づいて、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値であるかどうかを判定するステップ、を有する電流値判定方法である。
本発明の一態様は、上記の電流値判定方法によって前記キャパシタ電流の値が適切でないと判定された場合、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値となるよう前記インバータの制御を行う、制御方法である。
本発明によれば、モータを駆動する高電圧回路に設けられたコンデンサのキャパシタ電流の値が適切な範囲の値かどうかを演算によって判定することができ、その判定結果を高電圧回路の故障防止などに活用することができる。
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態によるキャパシタ電流の電流推定処理について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における電動圧縮機が搭載された車両の概略ブロック図である。
図１に車両３に搭載されたＥＣＵ（Electric Control Unit）１と車載用の空気調和装置２とを示す。図示するように車両３は、ＥＣＵ１と空気調和装置２とを備えている。また、空気調和装置２は、電動圧縮機１０を備えている。ＥＣＵ１は、車両３の電装機器の制御を行う。空気調和装置２は、カーエアコンユニットである。電動圧縮機１０は、車載用空気調和装置に用いられる電動圧縮機である。電動圧縮機１０は、インバータ装置が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機である。ＥＣＵ１と空気調和装置２は、信号線、通信線、電力線等で接続され、空気調和装置２は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりＥＣＵ１の制御信号を受信する。そして、ユーザが、エアコンに対して起動、停止、温度設定等の操作を行うと、ＥＣＵ１は、その操作に応じた制御信号を生成し、空気調和装置２の動作を制御する。また、空気調和装置２に組み込まれた電動圧縮機１０も、ＥＣＵ１が生成した制御信号に基づいて動作する。次に電動圧縮機１０について説明する。
以下、本発明の一実施形態によるキャパシタ電流の電流推定処理について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における電動圧縮機が搭載された車両の概略ブロック図である。
図１に車両３に搭載されたＥＣＵ（Electric Control Unit）１と車載用の空気調和装置２とを示す。図示するように車両３は、ＥＣＵ１と空気調和装置２とを備えている。また、空気調和装置２は、電動圧縮機１０を備えている。ＥＣＵ１は、車両３の電装機器の制御を行う。空気調和装置２は、カーエアコンユニットである。電動圧縮機１０は、車載用空気調和装置に用いられる電動圧縮機である。電動圧縮機１０は、インバータ装置が一体に組み込まれたインバータ一体型電動圧縮機である。ＥＣＵ１と空気調和装置２は、信号線、通信線、電力線等で接続され、空気調和装置２は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信によりＥＣＵ１の制御信号を受信する。そして、ユーザが、エアコンに対して起動、停止、温度設定等の操作を行うと、ＥＣＵ１は、その操作に応じた制御信号を生成し、空気調和装置２の動作を制御する。また、空気調和装置２に組み込まれた電動圧縮機１０も、ＥＣＵ１が生成した制御信号に基づいて動作する。次に電動圧縮機１０について説明する。
図２は、本発明の一実施形態における電動圧縮機の一例を示す図である。
図２に空気調和装置２が備える電動圧縮機１０の概略構成を示す。
バッテリ２０は、車両３（空気調和装置２の外部）に搭載された電源ユニットである。バッテリ２０は、電動圧縮機１０に高圧の直流電力を供給する。電動圧縮機１０は、制御回路１００と、圧縮部１１と、モータ１２と、制御装置５０と、電流値判定装置６０と、温度センサ９０と、温度センサ９１と、を備える。制御回路１００は、コンデンサ３０、インバータ４０、電圧検出回路７０、電流検出回路８０を備える。インバータ４０とモータ１２は電力線で接続される。また、制御回路１００が備える所定の構成要素と制御装置５０とは信号線で接続されている。インバータ４０は、バッテリ２０から供給された直流電力を三相交流に変換し、モータ１２へ供給する。このように電動圧縮機１０は、バッテリ２０から供給される高電圧の直流電力をインバータ４０で三相交流電力に変換し、それをモータ１２に印加することによって駆動されるものである。インバータ４０は、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ＩＣ（Integrated Circuit）等で構成され、ＥＣＵ１から取得した制御信号に基づいて、インバータ４０を介してモータ１２を所望の動作に制御する。例えば、制御装置５０は、モータ１２の回転数ωを制御する。モータ１２がインバータ４０からの指示によって回転駆動することにより、圧縮部１１が冷媒を圧縮し、空気調和装置２が備える冷媒回路（図示せず）へ冷媒を供給する。
図２に空気調和装置２が備える電動圧縮機１０の概略構成を示す。
バッテリ２０は、車両３（空気調和装置２の外部）に搭載された電源ユニットである。バッテリ２０は、電動圧縮機１０に高圧の直流電力を供給する。電動圧縮機１０は、制御回路１００と、圧縮部１１と、モータ１２と、制御装置５０と、電流値判定装置６０と、温度センサ９０と、温度センサ９１と、を備える。制御回路１００は、コンデンサ３０、インバータ４０、電圧検出回路７０、電流検出回路８０を備える。インバータ４０とモータ１２は電力線で接続される。また、制御回路１００が備える所定の構成要素と制御装置５０とは信号線で接続されている。インバータ４０は、バッテリ２０から供給された直流電力を三相交流に変換し、モータ１２へ供給する。このように電動圧縮機１０は、バッテリ２０から供給される高電圧の直流電力をインバータ４０で三相交流電力に変換し、それをモータ１２に印加することによって駆動されるものである。インバータ４０は、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ＩＣ（Integrated Circuit）等で構成され、ＥＣＵ１から取得した制御信号に基づいて、インバータ４０を介してモータ１２を所望の動作に制御する。例えば、制御装置５０は、モータ１２の回転数ωを制御する。モータ１２がインバータ４０からの指示によって回転駆動することにより、圧縮部１１が冷媒を圧縮し、空気調和装置２が備える冷媒回路（図示せず）へ冷媒を供給する。
また、制御回路１００には電圧検出回路７０、電流検出回路８０が設けられている。電圧検出回路７０は、インバータ４０に入力される直流電圧（インバータ入力電圧Ｖｄｃ）を検出する。電流検出回路８０は、インバータ４０の入力電流（インバータ入力電流Iｄｃ）を検出する。また、電動圧縮機１０には、温度センサ９０，温度センサ９１が設けられている。温度センサ９０は、制御回路１００が設置された空間の温度Ｔ０を検出する。温度センサ９１は、インバータ４０近傍など(ＩＧＢＴの近傍や発熱部品の近傍でも良い)の温度Ｔ１を検出する。
ところで、電動圧縮機１０の性能や制御効率の向上、故障防止のためには、コンデンサ３０のキャパシタ電流Ｉｃａｐの値を把握し、その値を適切な範囲に制御する必要があることが分かっている。そこで、本実施形態では、図２で例示する高電圧回路のコンデンサ３０に流れるキャパシタ電流（コンデンサ３０の入力電流）が適切な値であるかどうかを判定するための閾値を演算し、キャパシタ電流が適切な範囲の値かどうかを判定する方法を提供する。図２の電流値判定装置６０は、キャパシタ電流が適切な値かどうかを判定するための装置である。電流値判定装置６０は、電圧検出回路７０、電流検出回路８０、温度センサ９０、温度センサ９１、制御装置５０と信号線で接続されている。電流値判定装置６０は、モータ１２の回転数ω、インバータ入力電流Ｉｄｃ、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、温度Ｔ０、温度Ｔ１をこれらの回路やセンサ等から取得し、演算によりキャパシタ電流Ｉｃａｐを求め、演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値かどうかを判定する。そして、電流値判定装置６０は、その判定の結果を制御装置５０へ出力する。制御装置５０は、判定結果に応じて、必要があればキャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値となるような制御を行う。
なお、図２では、電流値判定装置６０は、制御装置５０とは別の装置として記載したが、電流値判定装置６０は、制御装置５０の一部に含まれるように構成されていてもよい。
なお、図２では、電流値判定装置６０は、制御装置５０とは別の装置として記載したが、電流値判定装置６０は、制御装置５０の一部に含まれるように構成されていてもよい。
図３は、本発明の一実施形態における電流値判定装置の一例を示す機能ブロック図である。
図示するように電流値判定装置６０は、入出力部６１と、電圧利用率演算部６２と、第１定数演算部６３と、第２定数演算部６４と、モータ電流実効値演算部６５と、キャパシタ電流演算部６６と、キャパシタ電流判定部６７と、記憶部６８と、を備える。
入出力部６１は、インバータ入力電流Ｉｄｃ、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、モータ１２の回転数ω、温度Ｔ０、温度Ｔ１を取得する。
図示するように電流値判定装置６０は、入出力部６１と、電圧利用率演算部６２と、第１定数演算部６３と、第２定数演算部６４と、モータ電流実効値演算部６５と、キャパシタ電流演算部６６と、キャパシタ電流判定部６７と、記憶部６８と、を備える。
入出力部６１は、インバータ入力電流Ｉｄｃ、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、モータ１２の回転数ω、温度Ｔ０、温度Ｔ１を取得する。
電圧利用率演算部６２は、誘起電圧定数ＫＥ［Ｖｒｍｓ／ｒｐｍ］、回転数ω［ｒｐｍ］、インバータ入力電圧Ｖｄｃ［Ｖ］を用いて、以下の式（１）により、電圧利用率Ｎｖを演算する。
Ｎｖ = （ＫＥ×ω）／（Ｖｄｃ／√２） ・・・・（１）
Ｎｖ = （ＫＥ×ω）／（Ｖｄｃ／√２） ・・・・（１）
第１定数演算部６３は、電圧利用率演算部６２が演算した電圧利用率Ｎｖを、以下の式（２）（第１演算式）に適用して第１定数αを演算する。
α ＝ Ａ０＋（Ａ１×Ｎｖ）＋（Ａ２×Ｎｖ２）＋（Ａ３×Ｎｖ３）＋（Ａ４×Ｎｖ４）＋（Ａ５×Ｎｖ５）＋（Ａ６×Ｎｖ６）＋（Ａ７×Ｎｖ７）＋（Ａ８×Ｎｖ８）＋（Ａ９×Ｎｖ９）＋（Ａ１０×Ｎｖ１０）＋・・・＋（Ａｎ×Ｎｖｎ）・・・・（２） ここで、Ａ０、Ａ１、・・・・、Ａｎは所定の定数である。なお、式（２）は以下の式で表すことができる。
α ＝ Ａ０＋（Ａ１×Ｎｖ）＋（Ａ２×Ｎｖ２）＋（Ａ３×Ｎｖ３）＋（Ａ４×Ｎｖ４）＋（Ａ５×Ｎｖ５）＋（Ａ６×Ｎｖ６）＋（Ａ７×Ｎｖ７）＋（Ａ８×Ｎｖ８）＋（Ａ９×Ｎｖ９）＋（Ａ１０×Ｎｖ１０）＋・・・＋（Ａｎ×Ｎｖｎ）・・・・（２） ここで、Ａ０、Ａ１、・・・・、Ａｎは所定の定数である。なお、式（２）は以下の式で表すことができる。
また、以下に式（２）の具体例（ｎ＝１０）を示す。
α ＝ Ａ０＋（Ａ１×Ｎｖ）＋（Ａ２×Ｎｖ２）＋（Ａ３×Ｎｖ３）＋（Ａ４×Ｎｖ４）＋（Ａ５×Ｎｖ５）＋（Ａ６×Ｎｖ６）＋（Ａ７×Ｎｖ７）＋（Ａ８×Ｎｖ８）＋（Ａ９×Ｎｖ９）＋（Ａ１０×Ｎｖ１０）
ここで、Ａ０，Ａ２，Ａ４，Ａ６，Ａ９は正の値、Ａ１，Ａ３，Ａ５，Ａ８，Ａ１０は負の値である。また、Ａ７は０である。
上記、例示したようにＡ０〜Ａｎは、交互に正の値と負の値とを繰り返すように設定することができる。これにより、第１定数αの近似精度を向上することができる。また、Ａ０〜Ａｎのうち少なくとも１つ（特に８つ目、上記例ではＡ７）の値を「０」とすることで、定数αの近似精度が向上することが確認されている。
α ＝ Ａ０＋（Ａ１×Ｎｖ）＋（Ａ２×Ｎｖ２）＋（Ａ３×Ｎｖ３）＋（Ａ４×Ｎｖ４）＋（Ａ５×Ｎｖ５）＋（Ａ６×Ｎｖ６）＋（Ａ７×Ｎｖ７）＋（Ａ８×Ｎｖ８）＋（Ａ９×Ｎｖ９）＋（Ａ１０×Ｎｖ１０）
ここで、Ａ０，Ａ２，Ａ４，Ａ６，Ａ９は正の値、Ａ１，Ａ３，Ａ５，Ａ８，Ａ１０は負の値である。また、Ａ７は０である。
上記、例示したようにＡ０〜Ａｎは、交互に正の値と負の値とを繰り返すように設定することができる。これにより、第１定数αの近似精度を向上することができる。また、Ａ０〜Ａｎのうち少なくとも１つ（特に８つ目、上記例ではＡ７）の値を「０」とすることで、定数αの近似精度が向上することが確認されている。
第２定数演算部６４は、電圧利用率演算部６２が演算した電圧利用率Ｎｖを、以下の式（３）（第２演算式）に適用して第２定数βを演算する。
β ＝ Ｂ０＋（Ｂ１×Ｎｖ）＋（Ｂ２×Ｎｖ２）＋（Ｂ３×Ｎｖ３）＋（Ｂ４×Ｎｖ４）＋（Ｂ５×Ｎｖ５）＋（Ｂ６×Ｎｖ６）＋（Ｂ７×Ｎｖ７）＋（Ｂ８×Ｎｖ８）＋（Ｂ９×Ｎｖ９）＋（Ｂ１０×Ｎｖ１０）＋・・・＋（Ｂｍ×Ｎｖｍ）・・・・（３）
ここで、Ｂ０、Ｂ１、・・・・、Ｂｍは所定の定数である。なお、式（３）は以下の式で表すことができる。
β ＝ Ｂ０＋（Ｂ１×Ｎｖ）＋（Ｂ２×Ｎｖ２）＋（Ｂ３×Ｎｖ３）＋（Ｂ４×Ｎｖ４）＋（Ｂ５×Ｎｖ５）＋（Ｂ６×Ｎｖ６）＋（Ｂ７×Ｎｖ７）＋（Ｂ８×Ｎｖ８）＋（Ｂ９×Ｎｖ９）＋（Ｂ１０×Ｎｖ１０）＋・・・＋（Ｂｍ×Ｎｖｍ）・・・・（３）
ここで、Ｂ０、Ｂ１、・・・・、Ｂｍは所定の定数である。なお、式（３）は以下の式で表すことができる。
以下に式（３）の具体例（ｍ＝１０）を示す。
β ＝ Ｂ０＋（Ｂ１×Ｎｖ）＋（Ｂ２×Ｎｖ２）＋（Ｂ３×Ｎｖ３）＋（Ｂ４×Ｎｖ４）＋（Ｂ５×Ｎｖ５）＋（Ｂ６×Ｎｖ６）＋（Ｂ７×Ｎｖ７）＋（Ｂ８×Ｎｖ８）＋（Ｂ９×Ｎｖ９）＋（Ｂ１０×Ｎｖ１０）
ここで、Ｂ０，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ９は正の値、Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ８，Ｂ１０は負の値である。また、Ｂ７は０である。
第１定数αの場合と同様、Ｂ０〜Ｂｍは、交互に正の値と負の値とを繰り返すように設定することができる。これにより、第２定数βの近似精度を向上することができる。また、Ｂ０〜Ｂｍのうち少なくとも１つ（特に８つ目、上記例ではＢ７）の値を「０」とすることで、定数βの近似精度が向上することが確認されている。
β ＝ Ｂ０＋（Ｂ１×Ｎｖ）＋（Ｂ２×Ｎｖ２）＋（Ｂ３×Ｎｖ３）＋（Ｂ４×Ｎｖ４）＋（Ｂ５×Ｎｖ５）＋（Ｂ６×Ｎｖ６）＋（Ｂ７×Ｎｖ７）＋（Ｂ８×Ｎｖ８）＋（Ｂ９×Ｎｖ９）＋（Ｂ１０×Ｎｖ１０）
ここで、Ｂ０，Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６，Ｂ９は正の値、Ｂ１，Ｂ３，Ｂ５，Ｂ８，Ｂ１０は負の値である。また、Ｂ７は０である。
第１定数αの場合と同様、Ｂ０〜Ｂｍは、交互に正の値と負の値とを繰り返すように設定することができる。これにより、第２定数βの近似精度を向上することができる。また、Ｂ０〜Ｂｍのうち少なくとも１つ（特に８つ目、上記例ではＢ７）の値を「０」とすることで、定数βの近似精度が向上することが確認されている。
モータ電流実効値演算部６５は、第２定数演算部６４が演算した第２定数βと、インバータ入力電流Ｉｄｃとを乗じて、モータ電流実効値Ｉｍ［Ａｒｍｓ］を演算する。具体的には、モータ電流実効値演算部６５は、以下の式（４）によって、モータ電流実効値Ｉｍを演算する。
Ｉｍ = β×Ｉｄｃ ・・・（４）
Ｉｍ = β×Ｉｄｃ ・・・（４）
キャパシタ電流演算部６６は、第１定数演算部６３が演算した第１定数αと、モータ電流実効値演算部６５が演算したモータ電流実効値Ｉｍとを乗じてキャパシタ電流Ｉｃａｐを演算する。具体的には、キャパシタ電流演算部６６は、以下の式（５）によって、キャパシタ電流実効値Ｉｃａｐを演算する。
Ｉｃａｐ = α×Ｉｍ ・・・（５）
Ｉｃａｐ = α×Ｉｍ ・・・（５）
キャパシタ電流判定部６７は、モータ１２の回転数ω、インバータ入力電圧値Ｖｄｃ、温度Ｔ０、温度Ｔ１を用いて、キャパシタ電流の閾値を演算する。より具体的には、キャパシタ電流判定部６７は、温度Ｔ０又は温度Ｔ１に応じた所定の判定用モデルと、回転数ωおよびインバータ入力電圧値Ｖｄｃとに基づいてキャパシタ電流の閾値を演算する。また、キャパシタ電流判定部６７は、演算されたキャパシタ電流Ｉｃａｐとキャパシタ電流の閾値とを比較して、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値かどうかを判定する。また、キャパシタ電流判定部６７は、判定の結果、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値でない場合、キャパシタ電流Ｉｃａｐの改善を指示する情報を、入出力部６１を介して制御装置５０へ出力する。
記憶部６８は、誘起電圧定数ＫＥ、Ａ０〜Ａｎ、Ｂ０〜Ｂｍなどの定数や、キャパシタ電流Ｉｃａｐの閾値を定めた判定用モデルなどを記憶する。
記憶部６８は、誘起電圧定数ＫＥ、Ａ０〜Ａｎ、Ｂ０〜Ｂｍなどの定数や、キャパシタ電流Ｉｃａｐの閾値を定めた判定用モデルなどを記憶する。
次にキャパシタ電流Ｉｃａｐが適切であるかどうかを判定するための判定モデルについて説明する。
図４は、本発明の一実施形態における判定用モデルの一例を示す図である。
図４にキャパシタ電流判定部６７がキャパシタ電流Ｉｃａｐの判定に用いる判定用モデルの一例を示す。判定用モデルは、インバータ入力電圧Ｖｄｃおよびモータ１２の回転数ωおよびキャパシタ電流演算部６６が演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐのそれぞれについて、許容できる値の範囲とその関係性を定めたモデルである。より具体的には、判定用モデルは、図４に示すように、電圧値と回転数と電流値のそれぞれを座標軸とする３次元座標系における所定の形状をした立体ｗ１として表現することができる。判定用モデルは、立体ｗ１の内側の領域に存在する点の座標によって規定される電圧値と回転数と電流値の組み合わせが、これらのパラメータについての適切な（許容できる）値の組み合わせであることを定めている。
図４は、本発明の一実施形態における判定用モデルの一例を示す図である。
図４にキャパシタ電流判定部６７がキャパシタ電流Ｉｃａｐの判定に用いる判定用モデルの一例を示す。判定用モデルは、インバータ入力電圧Ｖｄｃおよびモータ１２の回転数ωおよびキャパシタ電流演算部６６が演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐのそれぞれについて、許容できる値の範囲とその関係性を定めたモデルである。より具体的には、判定用モデルは、図４に示すように、電圧値と回転数と電流値のそれぞれを座標軸とする３次元座標系における所定の形状をした立体ｗ１として表現することができる。判定用モデルは、立体ｗ１の内側の領域に存在する点の座標によって規定される電圧値と回転数と電流値の組み合わせが、これらのパラメータについての適切な（許容できる）値の組み合わせであることを定めている。
立体ｗ１は、例えば、インバータ入力電圧Ｖｄｃの最大値、回転数ωの最大値、キャパシタ電流Ｉｃａｐの最大値に相当する長さの辺を有する直方体ｗ３から切り出された立体であって、立体ｗ１の形状（許容できる電圧値、回転数、電流値の関係）については、予め計算や実験などで算出されている。また、立体ｗ１の各面、各辺を構成する点の座標のうち、電流値の座標の値は、インバータ入力電圧Ｖｄｃおよび回転数ωの各々が、その点の電圧値の座標および回転数の座標の値をとる場合のキャパシタ電流Ｉｃａｐの閾値を示している。
キャパシタ電流判定部６７は、その点の座標の値が、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、モータ１２の回転数ω、キャパシタ電流演算部６６が演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐである点が、立体ｗ１の内側の領域に含まれるか否かによって、キャパシタ電流演算部６６が演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐの値が適切かどうか（閾値が定める範囲内かどうか）を判定する。つまり、キャパシタ電流判定部６７は、上記の点が立体ｗ１の内側の領域に含まれる場合、キャパシタ電流Ｉｃａｐは適切な範囲の値であると判定する。キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値であれば、キャパシタ電流Ｉｃａｐの調整が必要ないため、制御装置５０は、インバータ制御を継続する。一方、キャパシタ電流判定部６７は、上記の座標で示される点が、立体ｗ１の内側の領域に含まれない場合、キャパシタ電流Ｉｃａｐは適切な範囲の値ではないと判定する。キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値ではない場合（例えば、キャパシタ電流が過大となる場合）、コンデンサ３０の故障を招く可能性がある。従って、キャパシタ電流判定部６７は、入出力部６１を介して、制御装置５０にキャパシタ電流Ｉｃａｐの値が適切な範囲となるよう指示する。制御装置５０は、この指示に対して、例えば、インバータ４０の周波数を調整してモータ１２の回転数ωを低下させるなどの制御を行い、インバータ入力電圧Ｖｄｃと回転数ωと演算で求められたキャパシタ電流Ｉｃａｐとで示される点が、立体ｗ１の内側の領域の点となるよう制御する。これにより、コンデンサ３０をはじめとする制御回路１００の電子部品の故障を防止することができる。
また、判定用モデルは、温度別に定められている。図４の立体ｗ２は、立体ｗ１とは異なる温度（制御回路１００が設置された空間の温度やインバータ４０近傍の温度）に対応する判定用モデルである。立体ｗ２は、立体ｗ１よりも高温となったときに用いられる判定用モデルである。図示するように立体ｗ２が占める領域は、立体ｗ１が占める領域よりも小さい。つまり、温度Ｔ０、温度Ｔ１が高温になるほど、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、モータ１２の回転数ω、キャパシタ電流Ｉｃａｐに許される値の範囲は小さくなる。キャパシタ電流判定部６７は、温度Ｔ０や温度Ｔ１に応じた判定用モデルを用いてキャパシタ電流Ｉｃａｐの判定、および、制御装置５０へのキャパシタ電流Ｉｃａｐの改善指示等を行う。
なお、図４に示す立体ｗ１、ｗ２の形状は、インバータ入力電圧Ｖｄｃと回転数ωとキャパシタ電流Ｉｃａｐに許容される値の関係が、３次元空間での立体形状で表現できることを説明するためのものであって図示したものに限定されない。
なお、図４に示す立体ｗ１、ｗ２の形状は、インバータ入力電圧Ｖｄｃと回転数ωとキャパシタ電流Ｉｃａｐに許容される値の関係が、３次元空間での立体形状で表現できることを説明するためのものであって図示したものに限定されない。
次に本実施形態のキャパシタ電流推定処理の流れについて説明する。
図５は、本発明の一実施形態における電流推定処理の一例を示すフローチャートである。
まず、入出力部６１が、電圧検出回路７０からインバータ入力電圧Ｖｄｃを、電流検出回路８０からインバータ入力電流Ｉｄｃを、制御装置５０から回転数ω（指令値）を、温度センサ９０から温度Ｔ０を、温度センサ９１から温度Ｔ１を、それぞれ取得する（ステップＳ１１）。
図５は、本発明の一実施形態における電流推定処理の一例を示すフローチャートである。
まず、入出力部６１が、電圧検出回路７０からインバータ入力電圧Ｖｄｃを、電流検出回路８０からインバータ入力電流Ｉｄｃを、制御装置５０から回転数ω（指令値）を、温度センサ９０から温度Ｔ０を、温度センサ９１から温度Ｔ１を、それぞれ取得する（ステップＳ１１）。
次に電圧利用率演算部６２が、上記の式（１）によって電圧利用率Ｎｖを演算する（ステップＳ１２）。
次に第１定数演算部６３が、上記の式（２）によって第１定数αを演算する（ステップＳ１３）。
次に第１定数演算部６３が、上記の式（２）によって第１定数αを演算する（ステップＳ１３）。
一方、第２定数演算部６４は、上記の式（３）によって第２定数βを演算する（ステップＳ１４）。第２定数演算部６４が第２定数βを演算すると、次にモータ電流実効値演算部６５が、上記の式（４）によってモータ電流実効値Ｉｍを演算する（ステップＳ１５）。
次にキャパシタ電流演算部６６が、上記の式（５）によってキャパシタ電流Ｉｃａｐを演算する（ステップＳ１６）。キャパシタ電流演算部６６は、演算したキャパシタ電流Ｉｃａｐの値を、キャパシタ電流判定部６７へ出力する。
次にキャパシタ電流判定部６７は、温度Ｔ０又は温度Ｔ１に応じた判定用モデルを記憶部６８から読み出して取得する（ステップＳ１７）。
次にキャパシタ電流判定部６７は、読み出した判定用モデルと、インバータ入力電圧Ｖｄｃと、回転数ωと、演算されたキャパシタ電流Ｉｃａｐとを用いて、キャパシタ電流Ｉｃａｐを判定する（ステップＳ１８）。図４を用いて説明したようにキャパシタ電流判定部６７は、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、回転数ω、判定用モデルを用いて、電圧値と回転数がそれぞれインバータ入力電圧Ｖｄｃ、回転数ωであるときの電流値の閾値を求める。そして、キャパシタ電流判定部６７は、求めた閾値とキャパシタ電流Ｉｃａｐの値を比較して、キャパシタ電流Ｉｃａｐが閾値の範囲内かどうかを判定する。その後、入出力部６１は、キャパシタ電流判定部６７による判定結果を制御装置５０へ出力する。判定の結果、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値であれば、制御装置５０は、インバータ４０の制御を継続する。判定の結果、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値でなければ、制御装置５０は、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値となるよう制御する。
なお、キャパシタ電流判定部６７は、温度Ｔ０又は温度Ｔ１が所定の値以上の場合、キャパシタ電流Ｉｃａｐの判定を行うことなく、モータ１２の運転を停止するよう制御装置５０に指示してもよい。これにより、温度Ｔ０、温度Ｔ１が高温となることにより生じる故障等を防止することができる。
次にキャパシタ電流判定部６７は、読み出した判定用モデルと、インバータ入力電圧Ｖｄｃと、回転数ωと、演算されたキャパシタ電流Ｉｃａｐとを用いて、キャパシタ電流Ｉｃａｐを判定する（ステップＳ１８）。図４を用いて説明したようにキャパシタ電流判定部６７は、インバータ入力電圧Ｖｄｃ、回転数ω、判定用モデルを用いて、電圧値と回転数がそれぞれインバータ入力電圧Ｖｄｃ、回転数ωであるときの電流値の閾値を求める。そして、キャパシタ電流判定部６７は、求めた閾値とキャパシタ電流Ｉｃａｐの値を比較して、キャパシタ電流Ｉｃａｐが閾値の範囲内かどうかを判定する。その後、入出力部６１は、キャパシタ電流判定部６７による判定結果を制御装置５０へ出力する。判定の結果、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値であれば、制御装置５０は、インバータ４０の制御を継続する。判定の結果、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値でなければ、制御装置５０は、キャパシタ電流Ｉｃａｐが適切な範囲の値となるよう制御する。
なお、キャパシタ電流判定部６７は、温度Ｔ０又は温度Ｔ１が所定の値以上の場合、キャパシタ電流Ｉｃａｐの判定を行うことなく、モータ１２の運転を停止するよう制御装置５０に指示してもよい。これにより、温度Ｔ０、温度Ｔ１が高温となることにより生じる故障等を防止することができる。
本実施形態によれば、制御回路１００から取得できる情報に基づく演算だけでキャパシタ電流Ｉｃａｐを演算し、その値が適切な範囲の値かどうかを判定することができる。ぉの判定結果に基づいて、キャパシタ電流Ｉｃａｐの値を適切な範囲に制御することにより、制御回路１００の電子部品等を保護し、故障を防止することができるようになる。また、キャパシタ電流Ｉｃａｐを検出するセンサを設ける必要がないので、コストの増大を防ぐことができる。また、電動圧縮機１０は、車載用の空気調和装置に用いられるため、高い信頼性が求められるところ、キャパシタ電流検出用のセンサを設けると、センサの故障等により信頼性が低下する可能性があるが、本実施形態の電流値判定装置６０であれば、センサを設置することが無い為、信頼性を損ねる可能性が少ない。また、車載用空気調和機に用いられるインバータ一体型の電動圧縮機には、搭載スペースの観点から小型であることが要求されるところ、本実施形態の演算によるキャパシタ電流の演算および判定方法であれば、センサの設置による装置の大型化を防ぐことができる。
電流値判定装置６０の全ての機能又は一部の機能は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integration）などの集積回路で構成されたハードウェアによって実現してもよい。また、電流値判定装置６０の全ての機能又は一部の機能は、ＭＣＵ（micro computer unit）等のコンピュータによって構成されても良い。その場合、電流値判定装置６０における各処理の過程は、例えば電流値判定装置６０が有するＣＰＵがプログラムを実行することによって実現できる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、上記実施形態では、電動圧縮機１０が、車両３のカーエアコンの一部を構成する場合を例に説明を行ったが、電動圧縮機１０は、冷凍・冷蔵車の空気調和装置に適用することも可能である。また、電動圧縮機１０の適用先の装置は、車両以外にも、船、航空機、鉄道など、各種の移動体に搭載する空気調和装置であっても良い。その場合であっても、本実施形態に係る電流値判定装置６０を電動圧縮機１０の制御装置とともに組み込むことで、電動圧縮機１０を駆動するモータ１２の高電圧回路に設けられたキャパシタの電流を判定し、電動圧縮機１０の制御に役立てることができる。
なお、立体ｗ１、ｗ２は所定の形状をした立体の一例である。インバータ４０近傍の温度Ｔ１、ＩＧＢＴの近傍の温度Ｔ１、発熱部品の近傍の温度Ｔ１は、高電圧回路の構成要素の近傍の温度の一例である。
なお、立体ｗ１、ｗ２は所定の形状をした立体の一例である。インバータ４０近傍の温度Ｔ１、ＩＧＢＴの近傍の温度Ｔ１、発熱部品の近傍の温度Ｔ１は、高電圧回路の構成要素の近傍の温度の一例である。
１・・・ＥＣＵ
２・・・空気調和装置
１０・・・電動圧縮機
１１・・・圧縮部
１２・・・モータ
２０・・・バッテリ
３０・・・コンデンサ
４０・・・インバータ
５０・・・制御装置
６０・・・電流値判定装置
６１・・・入出力部
６２・・・電圧利用率演算部
６３・・・第１定数演算部
６４・・・第２定数演算部
６５・・・モータ電流実効値演算部
６６・・・キャパシタ電流演算部
６７・・・キャパシタ電流判定部
６８・・・記憶部
９０・・・温度センサ
２・・・空気調和装置
１０・・・電動圧縮機
１１・・・圧縮部
１２・・・モータ
２０・・・バッテリ
３０・・・コンデンサ
４０・・・インバータ
５０・・・制御装置
６０・・・電流値判定装置
６１・・・入出力部
６２・・・電圧利用率演算部
６３・・・第１定数演算部
６４・・・第２定数演算部
６５・・・モータ電流実効値演算部
６６・・・キャパシタ電流演算部
６７・・・キャパシタ電流判定部
６８・・・記憶部
９０・・・温度センサ
Claims (8)
- モータを駆動させる高電圧回路に含まれるインバータの入力電圧と、前記モータの回転数と、前記高電圧回路に含まれるコンデンサのキャパシタ電流と、それらのパラメータがとる値についての適切な関係を定めた所定の判定用モデルと、に基づいて、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値であるかどうかを判定するキャパシタ電流判定部、
を備える電流値判定装置。 - 前記インバータの入力電圧および前記モータの回転数の情報に基づいて、前記キャパシタ電流を演算するキャパシタ電流演算部、
をさらに備え、
前記キャパシタ電流判定部は、前記キャパシタ電流演算部が演算したキャパシタ電流について適切な範囲の値であるかどうかの判定を行う、
請求項１に記載の電流値判定装置。 - 前記判定用モデルは、電圧値と回転数と電流値のそれぞれを座標軸とする３次元座標系における所定の形状をした立体の内側の領域の座標によって規定される電圧値と回転数と電流値との組み合わせを、それらのパラメータについての適切な値の組み合わせであると定め、
前記キャパシタ電流判定部は、前記３次元座標系において、その点の座標が前記インバータの入力電圧と前記モータの回転数と前記キャパシタ電流とで示される点が、前記立体の内側の領域に含まれるか否かによって、前記キャパシタ電流の値が適切か否かを判定する、
請求項１または請求項２に記載の電流値判定装置。 - 前記判定用モデルが温度別に定められていて、前記キャパシタ電流判定部は、前記高電圧回路が設置された空間の温度又は前記高電圧回路の構成要素の近傍の温度における前記判定用モデルに基づいて、前記キャパシタ電流の判定を行う、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電流値判定装置。 - 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電流値判定装置によって前記キャパシタ電流の値が適切でないと判定された場合、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値となるよう前記インバータの制御を行う、
制御装置。 - 請求項５に記載の制御装置、を備える電動圧縮機。
- モータを駆動させる高電圧回路に含まれるインバータの入力電圧と、前記モータの回転数と、前記高電圧回路に含まれるコンデンサのキャパシタ電流と、それらのパラメータがとる値についての適切な関係を定めた所定の判定用モデルと、に基づいて、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値であるかどうかを判定するステップ、
を有する電流値判定方法。 - 請求項７に記載の電流値判定方法によって前記キャパシタ電流の値が適切でないと判定された場合、前記キャパシタ電流が適切な範囲の値となるよう前記インバータの制御を行う、制御方法。
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