JP2010081664A - 電動機制御装置およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機制御装置において、シンプルで低コストな回路構成で、電動機の欠相を検出する。
【解決手段】電流検出手段６によって検出した電動機４の電流値の回転周期以上の所定時間における最大値と電流基準値１８とを比較し電流異常を判定する電流異常判定手段１７と、回転数推定手段８によって推定した回転数の所定時間における平均値と回転数基準値１２とを比較し電動機４の回転数異常を判定する回転数異常判定手段１１と、電流異常判定手段１７と回転数異常判定手段１１の少なくとも１つにて異常と判定した時に電動機４の回転異常を判定する回転異常判定手段１９と、前記回転異常判定手段１１にて回転異常と判定した時前記電動機４の動作を停止させる保護動作手段１４を備え、電動機４始動時より第３の所定時間経過後、前記回転異常判定手段１８による回転異常判定が第４の所定時間継続した場合に、電動機４の欠相と判断し電動機４の動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に用いる圧縮機の電動機制御装置に関するものである。

従来、この種の圧縮機の電動機制御装置は圧縮機の回転数を推定し、その回転数が所定時間の間基準値以下である場合に、電動機の欠相と判断し電動機動作を停止させ、使用者に欠相異常であることを発信している（例えば、特許文献２参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の電動機制御装置の構成ブロック図を示すものである。図４に示すように、コンバータ２にて交流電源１を直流電圧に変換してインバータ３へ印加することによって電動機４が駆動される。電流検出手段６により検出された電動機４の電流とＰＷＭ信号生成手段１３から検出される出力電圧とＤＣ電圧検出手段５から検出されるＤＣ電圧より電動機４の誘起電圧が誘起電圧推定手段７より推定され、さらに推定された誘起電圧から、回転数推定手段８にて電動機４の回転数を検出する。

始動時より所定時間経過後、回転数異常検出手段１１にて駆動中に回転数が基準回転数１２以下と判定しかつ、前記回転数推定手段８による回転数が基準回転数１２以下を所定時間継続した場合、電動機４の欠相と判断し、保護動作手段１４よりＰＷＭ信号生成手段１３へ電動機停止命令を送り電動機４の動作を停止させる。

さらに欠相と判定すると欠相異常ＬＥＤ１６を点灯させ、使用者に欠相異常であることを発信する。
特開２００５−１９２２７１号公報 特開２００５−２５３１９６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電動機の回転数のみにより欠相を検出しているので、欠相状態であっても軽負荷時には電動機が回転し、欠相を確実には検出できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、欠相状態において電動機が回転してしまっても確実に欠相を検出し、またトルク制御などの電動機の相電流が不平衡な場合でも誤検出せず、さらにノイズなどにより電動機の電流を正しく推定できない場合でも、回転数と電流の２つのパラメータを用いることにより精度よく欠相を検出できる電動機制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機制御装置は、電動機の巻線に流れる電流値を電流検出手段により検出し、始動時より所定時間経過後、電動機のある相の電動機の回転周期以上の所定時間における電流値の最大値が基準値以下という状態を所定時間継続した時、または電動機の回転数の所定時間における平均値が基準値以外という状態を所定時間継続した時、電動機欠相判定を行い、欠相が生じた場合、電動機に保護動作をかける機能を備えている。

これによって、電動機が欠相状態である時は、前記電動機の動作を確実に停止させる。

本発明の電動機制御装置は、始動時より所定時間経過後、電動機のある相の電動機の回転周期以上の所定時間における電流値の最大値が所定時間の間連続して基準値以下の時、または電動機の回転数の平均値が所定時間の間連続して基準範囲外の時、電動機欠相判定を行い、これによって電動機が欠相状態である時は、前記電動機の動作を停止させることで、複雑な回路を使用せずにシンプルで低コストかつ誤検出の無い回路構成の電動機制御装置を実現することができる。

第１の発明は、電流検出手段により検出された電動機のある相の電流と、検出した電流値と電流基準値を比較する電流異常判定手段と、前記電流検出手段によって検出された前記電動機の電流値とＤＣ電圧検出手段とＰＷＭ信号生成手段によって誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、前記誘起電圧推定手段によって前記電動機の回転数を推定する回転数推定手段と、前記回転数推定手段によって推定した回転数と回転数基準値とを比較する回転数異常判定手段と、前記電流異常判定手段と前記回転数異常判定手段の少なくとも１つ以上にて異常と判定した時に前記電動機の回転異常を判定する回転異常判定手段と、前記電動機の動作を停止させる保護動作手段を備え、前記電動機始動時より所定時間経過後、前記回転異常判定手段にて前記電動機駆動中に前記電動機のある相の所定時間における最大の電流値が基準値以下と判定しかつ、前記電流検出手段による最大の電流値が、基準値以下を所定時間継続した場合に電流異常と判断するか、前記電動機始動時より所定時間経過後、前記回転数推定手段によって推定した回転数の所定時間における平均値と回転数基準値とを比較し前記電動機の回転数異常を判定した場合に、前記回転異常判定手段が回転異常と判定し、保護動作手段によりＰＷＭ信号生成手段へ前記電動機停止命令を送り、電動機を動作停止させる。

これにより、前記電動機のある相の所定時間における最大の電流値を基準値と比較判定を行うことにより、複雑な回路を使用せずにシンプルで低コストかつ誤検出の無い回路構成の電子制御装置を実現することができる。

また欠相状態時に軽負荷の為に前記電動機が異常回転してしまっても、欠相している相には電流が流れないため欠相を検出できる。また仮に欠相している相に電流が流れているとマイコンが誤認識した場合にも、前記電動機の回転数と基準値を比較判定を行うことにより欠相を確実に検出できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、電流検出手段により検出された前記電動機のある相の電流値の前記電動機の回転周期以上の所定時間における最大値が、基準値以下を所定時間継続した場合にのみ前記電動機欠相と判断し、また前記電動機が正常時に前記回転数基準値に到達する時間以上の時間が経過した後に回転数異常判定を行うことにより、欠相の誤検出を防ぐことが可能となる。

第３の発明は、特に第１または２の発明において、前記回転異常判定手段にて欠相と判断した時に、保護動作手段にて前記電動機動作を停止させる電動機制御装置で、前記保護動作手段にて前記電動機を停止させた後、所定時間経過後に前記電動機の再起動を行い、前記保護動作手段で前記電動機を停止させる動作が連続して所定回数継続した時、使用者からの電動機始動指示が無い限り前記電動機の再起動を行わないことにより、誤検出による前記電動機停止をより確実に防止し、前記電動機がそのまま動作を継続した場合に生じる不具合を未然に防止でき、さらに使用者が再び前記電動機を動作させて異常動作を確認できることにより欠相時の修理等の対応をスムーズに行うことが可能となる。

第４の発明は、特に第１から３のいずれかの発明において、保護動作手段で前記電動機
を停止させた後、使用者からの電動機始動指示を受信した場合に、再起動時の前記電動機の目標回転数を正常運転時以下の値とすることにより、前記電動機が欠相して異常回転した際に、前記電動機の異常発熱を低減することが可能となる。

第５の発明は、特に第１から４のいずれかの発明において、前記電動機が欠相と判断し動作停止した後、使用者からの異常判定発信指示を受信した場合に、７セグＬＥＤで異常コード等で欠相異常であることを使用者に発信することにより、必要以上に異常であることを発信することなく、欠相異常時の対応をスムーズに行うことが可能となる。

第６の発明は、第１から５のいずれかの発明の電動機制御装置を空気調和機に使用したものであり、各々の電動機制御装置の効果を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電動機制御装置の構成ブロック図を示すものである。

図１において、コンバータ２にて交流電源１を直流電圧に変換してインバータ３へ印加し、インバータ３に印加されている直流電圧はインバータ３内のスイッチング素子などの回路によって、三相の擬似交流電圧に変換され、それによって電動機４が駆動される。

制御部１５は通常マイクロコンピュータ（図示せず）を用いて構成され、電流検出手段６により検出された電動機４の電流とＰＷＭ信号生成手段１３で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段５から検出されるＤＣ電圧より、電動機４の誘起電圧が誘起電圧推定手段７により推定され、さらに推定された誘起電圧から回転数推定手段８にて電動機４の回転数を検出する。ＰＷＭ信号生成手段１３は回転数推定手段８で推定された検出回転数９と目標回転数１０から比例積分演算を用いて指令速度を決定し、決定した指令速度に基づいてインバータ３を制御する信号を出力する。

通常の欠相状態では電動機４始動時より欠相している相の相電流が所定値以下を継続する為、電流検出手段６によって検出した電動機４の回転周期以上の所定時間における最大の電流値を判定し電流基準値１８と比較する電流異常判定手段１７と、回転数推定手段８によって推定した回転数の所定時間における平均値と回転数基準値１２とを比較し電動機４の回転数異常を判定する回転数異常判定手段１１と、電流異常判定手段１７と回転数異常判定手段１１の少なくとも１つ以上にて異常と判定した時に電動機４の回転異常を判定する回転異常判定手段１９と、電動機４の動作を停止させる保護動作手段１４を備え、電動機４駆動中にある相電流値の電動機の回転周期以上の所定時間における最大値が電流基準値１８以下と判定しかつ、前記電流検出手段６による電流値の電動機４の回転周期以上の所定時間における最大値が電流基準値１８以下を所定時間継続した場合、または回転数推定手段８によって推定した回転数の所定時間における平均値が回転数基準値１２の範囲外を所定時間継続した場合、電動機４を欠相と判断し、保護動作手段１４よりＰＷＭ信号生成手段１３へ電動機停止命令を送り電動機４を動作停止させる。

電動機４のある相の最大の電流値を電流検出手段６で検出する時に、電動機４が正常運転時に回転数基準値１２に到達する時間以上経過した後に、図３に示すトルク制御などによる電動機４の相電流波形が不平衡な波形となる場合にも、電流検出手段６により検出された電動機４のある相の電流値の電動機４の回転周期以上の所定時間における最大値が、基準値以下を所定時間継続した場合に電流異常と判断し、また回転数推定手段８によって
推定した回転数の所定時間における平均値が回転数基準値１２の範囲外を所定時間継続した場合に回転数異常と判断することにより、欠相の誤検出を防ぐことが可能となる。

さらに、保護動作手段１４で電動機４を停止させた後、所定時間経過後に電動機４の再起動を行い、前記保護動作手段１４で電動機４を停止させる動作が連続して所定回数継続した時、使用者からの電動機始動指示が無い限り電動機４の再起動を行わないことにより、誤検出による電動機停止をより確実に防止し、電動機４がそのまま動作を継続した場合に生じる不具合を未然に防止でき、さらに使用者が再び電動機４を動作させて異常動作を確認でき、再び電動機４を動作させた場合には電動機４の目標回転数を正常運転時以下の値とすることにより電動機の異常発熱を低減することが可能となり、より信頼性の高い電動機制御装置を得ることができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電動機制御装置の構成ブロック図である。上記の条件で欠相と判定すると、使用者からのリモコン（図示せず）等による異常判定発信指示を受信した場合に、欠相異常であることを異常コード等で７セグＬＥＤ表示部２０で使用者に発信することにより、単に故障であることだけでなく故障の内容も知らせ、必要時に異常を使用者に発信することを特徴とした電動機制御装置であり、その他の構成及び動作は実施の形態１と同様である為、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においては、誤検出による電動機４停止をより確実に防止し、電動機４がそのまま動作を継続した場合に生じる不具合を未然に防止できると共に、欠相異常時の対応をスムーズに行うことが可能となる。

以上のように、本発明にかかる電動機制御装置は電動機の欠相検出が確実に可能となるので、電動機を駆動制御する制御装置全般に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における電動機制御装置の構成ブロック図 本発明の実施の形態２における電動機制御装置の構成ブロック図 トルク制御のなどによる不平衡な電動機の相電流波形を示す図 従来の電動機制御装置のブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ コンバータ
３ インバータ
４ 電動機
５ ＤＣ電圧検出手段
６ 電流検出手段
７ 誘起電圧推定手段
８ 回転数推定手段
９ 検出回転数
１０ 目標回転数
１１ 回転数異常判定手段
１２ 回転数基準値
１３ ＰＷＭ信号生成手段
１４ 保護動作手段
１５ 制御部
１６ 欠相異常ＬＥＤ
１７ 電流異常判定手段
１８ 電流基準値
１９ 回転異常判定手段
２０ ７セグＬＥＤ表示部

Claims (6)

1. 電動機の各巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出した電流値の第１の所定時間における最大値と所定の電流基準値とを比較し前記電動機の電流異常を判定する電流異常判定手段と、前記電流検出手段によって検出された前記電動機の電流値とＤＣ電圧検出手段とＰＷＭ信号生成手段によって誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、前記誘起電圧推定手段によって前記電動機の回転数を推定する回転数推定手段と、前記回転数推定手段によって推定した回転数の第２の所定時間における平均値と回転数基準値とを比較し前記電動機の回転数異常を判定する回転数異常判定手段と、前記電流異常判定手段と前記回転数異常判定手段の少なくとも１つ以上にて異常と判定した時に前記電動機の回転異常を判定する回転異常判定手段と、前記回転異常判定手段にて回転異常と判定した時に前記電動機の動作を停止させる保護動作手段を備え、電動機始動時より第３の所定時間経過後、前記回転異常判定手段による回転異常判定が第４の所定時間継続した場合に、前記電動機の欠相と判断し電動機の動作を停止させることを特徴とした電動機制御装置。
2. 前項記載の第１の所定時間を、電動機の回転周期以上の時間とし、また前項記載の第３の所定時間を、前記電動機が正常時に前記回転数基準値に到達する時間以上の時間であることを特徴とした請求項１記載の電動機制御装置。
3. 保護動作手段で前記電動機を停止させた後、第５の所定時間経過後に前記電動機の再起動を行い、前記保護動作手段で前記電動機を停止させる動作が連続して所定回数連続した時、使用者からの電動機始動指示が無い限り再起動を行わないことを特徴とした、請求項１または２記載の電動機制御装置。
4. 保護動作手段で前記電動機を停止させた後、使用者からの電動機始動指示を受信した場合に、再起動時の前記電動機の目標回転数を正常運転時以下の値とすることを特徴とした、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
5. 電動機が欠相と判断し動作停止した後、使用者からの異常判定発信指示を受信した場合に、欠相異常であることを７セグメント（以下、７セグ）ＬＥＤ表示部で使用者に発信することを特徴とした、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機制御装置を用いた空気調和機。

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