JP2005181167A

JP2005181167A - 故障検知装置、故障検知方法及び空気調和装置

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Publication number: JP2005181167A
Application number: JP2003424057A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Yamagami; 嘉也山上; 光浩 ▲土▼橋; Mitsuhiro Dobashi
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-22
Also published as: JP4578092B2

Abstract

【課題】モータの動作不良が生じた場合、その原因が配線不備などによるモータの通電線の欠相にあるのか、インバータ回路の不良にあるのかを判別できる故障検知装置、故障検知方法及び空気調和装置を提供すること。
【解決手段】インバータ回路３を介して三相電源２１によって駆動されるモータ１の相を流れる電流値を検出することにより、故障を検知する故障検知装置５０において、検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段９と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段９とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータなどの故障を検知する故障検知装置、故障検知方法及びこの故障検知装置を備えた空気調和装置に関する。

一般に、三相電源によって駆動されるモータの各相を流れる電流値を検出することにより、モータの通電線の欠相を検知する欠相検知装置が知られている（特許文献１参照）。この種の欠相検知装置では、モータの各相を流れる電流値の差が所定値以上となって場合に、当該モータの通電線の欠相と検知している。
特開平０５−１７２４４２号公報

しかし、従来の欠相検知装置では、モータの通電線が欠相したか否かを検知することはできるものの、このモータが動作不良を生じた他の原因については検知することができなかった。特に、インバータ回路の不良によっても当該通電線の欠相と検知されてしまい、モータの動作不良の根本原因がどこにあるのかの特定が正確にはできないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、モータの動作不良が生じた場合、その原因が配線不備などによるモータの通電線の欠相にあるのか、インバータ回路の不良にあるのかを判別できる故障検知装置、故障検知方法及び空気調和装置を提供することにある。

本発明は、インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータの各相を流れる電流値を検出することにより、故障を検知する故障検知装置において、検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

この場合において、前記判別手段は、前記バラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、前記バラつき状態が前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、前記インバータ回路不良と判別する構成としても良い。

更に、前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との電流比によって前記バラつき状態を求める構成としても良い。

また。前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差によって前記バラつき状態を求める構成としても良い。

また、前記演算手段は、前記モータの各相に流すべき電流値と、実際に各相を流れた電流値との差の最大値によって前記バラつき状態を求める構成としても良い。

また、本発明は、インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータの各相を流れる電流値を検出することにより、故障を検知する故障検知方法において、検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算過程と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別過程とを備えることを特徴とする。

この場合において、前記判別過程は、前記バラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、前記バラつき状態が前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、前記インバータ回路不良と判別する構成としても良い。

更に、前記演算過程は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との電流比によって前記バラつき状態を求める構成としても良い。

また本発明は、インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータを有する空気調和装置において、前記モータの各相に流れる電流値を検出する電流検出部と、この電流検出部によって検出された電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段とを備えることを特徴とする。

また、前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差によって前記バラつき状態を求める構成としても良い。

本発明によれば、欠相とインバータ回路の不良とを判別できるため、モータの動作不良に至った原因を迅速に発見、解決できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態にかかる空気調和装置１００の構成を示した系統図である。この空気調和装置１００は、図１に示すように、室外機５１、室内機５２及び制御装置５３を備え、この制御装置５３によって空気調和装置１００の運転動作が制御されている。また、室外機５１の室外冷媒配管５４と室内機５２の室内冷媒配管５５とは連結配管６４，６５を介して連結されている。

室外機５１は室外に設置され、室外冷媒配管５４に圧縮機５６が配設され、この圧縮機５６の吸込側にアキュムレータ５７が、吐出側に四方弁５８が室外冷媒配管５４を介してそれぞれ接続され、この四方弁５８に室外熱交換器５９が室外冷媒配管５４を介して接続されて構成される。室外熱交換器５９には、この室外熱交換器５９へ向かって送風する室外ファン６０が隣接して配置されている。

一方、室内機５２は室内に設置され、室内冷媒配管５５に室内熱交換器６１が配設されると共に、室内冷媒配管５５において室内熱交換器６１近傍に電動膨張弁６２が配設されて構成される。上記室内熱交換器６１には、この室内熱交換器６１へ送風する室内ファン６３が隣接して配置されている。

室外機５１の四方弁５８が切り換えられることにより、空気調和装置１００が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、四方弁５８が冷房側に切り換えられたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器５９が凝縮器に、室内熱交換器６１が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内機５２の室内熱交換器６１が室内を冷房する。また、四方弁５８が暖房側に切り換えられたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器６１が凝縮器に、室外熱交換器５９が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内機５２の室内熱交換器６１が室内を暖房する。

上記圧縮機５６内に、図示しない固定子巻線及び永久磁石の回転子（ロータ）を備えたモータ１（図２参照）が内蔵され、このモータ１は駆動装置４０（図２参照）により駆動される。

図２は、モータ１を駆動する駆動装置４０の構成を示すブロック図である。

駆動装置４０は、図２に示すように、圧縮機（図１参照）を駆動するモータ１と、このモータ１へ供給される電圧及び周波数を変更するインバータ回路３と、モータ１に流れる電流値の大きさを検出するモータ電流検出回路５と、当該駆動装置４０の動作を制御するコントローラ９とを備える。このコントローラ９は、上記空気調和装置１００の動作を制御する制御装置５３と兼ねても良い。

モータ１は三相電源２１によって駆動されている。モータ１と三相電源２１との間には、インバータ回路３が設けられている。これらのモータ１、インバータ回路３及び三相電源２１は通電線１１，１３，１５によって接続されている。また、モータ１は、このモータ１の動作を感知するセンサ２３を備え、このセンサ２３が出力する信号はコントローラ９に入力されている。

インバータ回路３は、三相電源２１からの交流電力が整流回路（不図示）により変換された直流電力を、任意の周波数と電圧の交流電力に変換してモータ１に供給し、このモータ１の速度などを制御するものである。このインバータ回路３はフォトカプラ回路７を介してコントローラ９に接続されている。これにより、インバータ回路３とコントローラ９とは、フォトカプラ回路７によって絶縁されている。

モータ電流検出回路５は、モータ１とインバータ回路３とを接続する通電線１１，１３，１５のうち、二相（本実施形態ではＵ相，Ｖ相）に対応する通電線１１，１３の電流値を検出している。これらの通電線１１，１３には、電流変成器（ＣＴ）１７，１９が配置され、モータ電流検出回路５は、この電流変成器１７，１９を通じて電流値を検出し、その信号をコントローラ９へ出力している。残りの一相（Ｗ相）の電流値は、検出した二相の電流値に基づいて、後述の通り、コントローラ９にて算出される。

コントローラ９は、モータ電流検出回路５から出力された信号を入力し、この信号に従って駆動装置４０を制御するためのＣＰＵ（不図示）と、このＣＰＵが読み出して実行する制御プログラムや各種データを格納したＲＯＭ（不図示）と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ（不図示）とを備えるとともに、コントローラ９が出力する信号を表示する表示部１０とを備える。

駆動装置４０は、この駆動装置４０の故障を検知する故障検知装置５０を備えており、上記モータ電流検出回路５及び上記コントローラ９が故障検知装置５０として機能する。この故障検知装置５０は、主として空気調和装置１００の製造過程において、モータ１の動作不良が生じた場合に、その原因を判別するために用いられる。

コントローラ９は、モータ電流検出回路５によって検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段及び、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段として機能する。詳述すると、コントローラ９は、判別手段として、上記演算手段で求めたバラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、上記バラつき状態が上記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ上記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、上記インバータ回路不良と判別する。

本実施形態において、コントローラ９は、バラつき状態を求めるに際して、各相に流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との比（以下、電流比という）Ｘを算出する。また、コントローラ９は、上記バラつき状態が第１のバラつき状態及び第２のバラつき状態とのバラつきの大小を比較するに際して、上記電流比Ｘと、予め設定されている第１の基準値α及び第２の基準値βとの大小を比較することによって、故障内容の判別を行っている。この場合、第１の基準値αは第１のバラつき状態に相当し、第２の基準値βは第２のバラつき状態に相当する。

次に、図３を参照して、故障検知装置５０の動作を説明する。

まず、コントローラ９は、モータ１が正常に動作しているか否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、モータ１に設けられたセンサ２３によって、コントローラ９が出力する始動信号に対応して、このモータ１が動作しているか否かを判断する。この場合、モータ１が正常に動作している場合には処理を終了し、正常に動作していない場合にはステップＳ２に移行する。

モータ１が正常に動作していない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、コントローラ９は、モータ１の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流値を検出する（ステップＳ２）。具体的には、三相のうち二相（例えば、Ｕ相，Ｖ相）に設けられたモータ電流検出回路５によって、Ｕ相及びＶ相に流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖを検出するとともに、これらの電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖを用いて、残りの一相（Ｗ相）の電流値Ｉ_Ｗをコントローラ９にて算出する。この場合、三相電源にて駆動されるモータ１に流れる電流値の合計は、常に０（Ｉ_Ｕ＋Ｉ_Ｖ＋Ｉ_Ｗ＝０）となるため、二相（Ｕ相，Ｖ相）を流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖが検出されれば、残りの一相（Ｗ相）の電流値Ｉ_Ｗを算出することができる。

本実施形態では、三相のうち二相に流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖをモータ電流検出回路５によって検出するとともに、残りの一相の電流値Ｉ_Ｗをコントローラ９にて算出する構成としているが、これに限らず、三相すべての電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを上記モータ電流検出回路５によって検出する構成としても良い。

次に、コントローラ９は、各相を流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗから電流比Ｘを求める（ステップＳ３）。例えば、各相を流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗのうち、Ｕ相を流れる電流値が最も大きく、Ｖ相を流れる電流値が最も小さい場合、電流比Ｘは、Ｘ＝Ｉ_Ｕ／Ｉ_Ｖとなる。一般に、平常状態でモータ１を駆動した際に各相を流れる電流値は、それぞれ略等しいので、電流比ＸはＸ≒１となっているが、通電線１１，１３，１５の接続不良などによって欠相が生じた場合またはインバータ回路３の不良が生じた場合には、断線または線路抵抗の変化により各相を流れる電流値が異なるため電流比ＸはＸ≫１となる。

次に、コントローラ９は、この電流比Ｘが第１の基準値α以上であるかどうかを判断する（ステップＳ４）。この第１の基準値αは、予めコントローラ９に設定されているものであり、モータ１の通電線１１，１３，１５が欠相しているか否かを判定するための基準値である。本実施形態では、第１の基準値αは、α＝１０と設定されているため、この第１の基準値αと電流比Ｘとの関係が、Ｘ≧α＝１０の場合にはステップＳ５に移行し、α＝１０＞Ｘの場合にはステップＳ６に移行する。

電流比Ｘが第１の基準値α以上である場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、コントローラ９は、モータ１の動作不良の原因が欠相であると判断し、その旨を表示部１０に警報として発する（ステップＳ５）。この場合、コントローラ９は、モータ１の通電線１１，１３，１５が欠相していると判別しているので、この欠相に至った原因（例えば、配線接続の不良、フォトカプラ回路７の故障など）を調査することにより、当該動作不良の根本原因の発見、解決を迅速に行うことができ、ひいては作業効率の向上を図ることができる。

また、電流比Ｘが第１の基準値αよりも小さい場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、コントローラ９は、この電流比Ｘが第２の基準値β以上であるかどうかを判断する（ステップＳ６）。この第２の基準値βは、第１の基準値αと同様に予めコントローラ９に設定されており、モータ１の動作不良の原因がインバータ回路３の不良であるか否かを判別するための基準値である。インバータ回路３の不良である場合（例えば、インバータ回路３上の抵抗素子に異常がある場合など）は、上述した欠相の場合と異なり、モータ１には三相すべてに電流が流れるが、各相に流れる電流値のバランスが崩れているため、電流比Ｘは欠相している場合に比べて小さな値となる。

本実施形態において、第２の基準値βは第１の基準値αよりも小さく、β＝２に設定されている。そのため、電流比Ｘと第２の基準値βとの関係が、β＝２≦Ｘ（＜１０）の場合にはステップＳ７に移行し、（１＜）Ｘ＜２＝βの場合にはステップＳ８に移行する。

電流比Ｘが第２の基準値β以上で第１の基準値αよりも小さい場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）には、コントローラ９は、モータ１の動作不良の原因は、インバータ回路３の不良であると判別して、その旨を表示部１０に警報として発する（ステップＳ７）。この場合、モータ１の動作不良の原因がインバータ回路３にあることが特定されているので、作業員はこのインバータ回路３を修理、交換すれば良く、当該モータ１の動作不良の原因を迅速に解決することができ、ひいては作業効率の向上を図ることができる。

また、電流比Ｘが第２の基準値βよりも小さい場合（ステップＳ６：Ｎｏ）には、コントローラ９は、欠相及びインバータ回路３不良以外の原因によって、モータ１の動作不良が生じていると判断し、その旨を表示部１０に表示する（ステップＳ８）。

この場合、モータ１に流れる電流値の電流比Ｘには異常はなく、モータ１の動作不良の原因は、欠相及びインバータ回路３の不良ではないと判断されているため、その他の原因（例えば、動作プログラムの異常など）を調査することによってこの原因を特定することができる。

本実施形態では、モータ１の各相を流れる電流値Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗに基づいて電流比Ｘを求め、この電流比Ｘと、予め設定された第１の基準値α及び第２の基準値βとを比較することによって、当該モータ１の動作不良の原因が、モータ１の通電線１１，１３，１５の欠相であるか、インバータ回路３の不良であるか、またはこれら以外の原因であるかを大まかに判別することができる。そのため、この判別に基づいて、当該モータ１の動作不良の原因を調査することにより、その根本原因を迅速に発見、解決することができ、ひいては作業効率の向上を図ることができる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、モータ１の各相に流れる電流値のバラつき状態を求めるに際して電流比Ｘを用いているが、これに限らず、各相に流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差を用いる構成としても良い。また、モータ１の各相に流すべき電流値と、実際に各相を流れた電流値との差のうち、最も大きな値を用いる構成としても良い。この場合、モータ１の各相に流すべき電流値とは、上記駆動装置４０が正常に動作する場合に、モータ１の各相に流れる電流値をいう。

また、本実施形態では、空気調和装置１００にかかる圧縮機５６を駆動するモータ１に適用した場合について説明しているが、空気調和装置１００以外においてもモータを使用している機器について適用が可能である。

また、本実施形態では、モータ１に流れる電流値のうち、二相（Ｕ相，Ｖ相）の電流値をモータ電流検出回路５によって検出し、残りの一相（Ｗ相）の電流値はコントローラ９によって算出する構成としているが、三相すべての電流値を上記モータ電流検出回路５によって検出する構成としても良い。

また、本実施形態では、モータ１の動作不良の原因が、モータ１の通電線１１，１３，１５の欠相またはインバータ回路３の不良であると判別した場合、その旨を表示部１０に警報として発するだけであるが、この警報に加えて当該モータ１への電力供給を遮断して、モータ１が損傷することを防止する構成としても良い。

本実施形態にかかる空気調和装置の系統図である。駆動装置の構成を示すブロック図である。故障検知装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１モータ
３インバータ回路
５モータ電流検出回路
７フォトカプラ回路
９コントローラ（演算手段、判別手段）
１１，１３，１５通電線
２１三相電源
５０故障検知装置
１００空気調和装置
α 第１の基準値（第１のバラつき状態）
β 第２の基準値（第２のバラつき状態）
Ｘ電流比（バラつき状態）

Claims

インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータの各相を流れる電流値を検出することにより、故障を検知する故障検知装置において、
検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段とを備えることを特徴とする故障検知装置。
前記判別手段は、前記バラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、前記バラつき状態が前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、前記インバータ回路不良と判別することを特徴とする請求項１に記載の故障検知装置。
前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との電流比によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の故障検知装置。
前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の故障検知装置。
前記演算手段は、前記モータの各相に流すべき電流値と、実際に各相を流れた電流値との差の最大値によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の故障検知装置。
インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータの各相を流れる電流値を検出することにより、故障を検知する故障検知方法において、
検出された各相の電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算過程と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別過程とを備えることを特徴とする故障検知方法。
前記判別過程は、前記バラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、前記バラつき状態が前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、前記インバータ回路不良と判別することを特徴とする請求項６に記載の故障検知方法。
前記演算過程は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との電流比によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項６または７に記載の故障検知方法。
インバータ回路を介して三相電源によって駆動されるモータを有する空気調和装置において、
前記モータの各相に流れる電流値を検出する電流検出部と、この電流検出部によって検出された電流値に基づいて、これらの電流値のバラつき状態を求める演算手段と、このバラつき状態に応じて故障内容を判別する判別手段とを備えることを特徴とする空気調和装置。
前記判別手段は、前記バラつき状態が第１のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きい場合には欠相と判別し、前記バラつき状態が前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい第２のバラつき状態と比べて、バラつきが同じ、あるいは大きく、かつ前記第１のバラつき状態よりもバラつきが小さい場合には、前記インバータ回路不良と判別することを特徴とする請求項９に記載の空気調和装置。
前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との電流比によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項９または１０に記載の空気調和装置。
前記演算手段は、各相を流れる電流値のうち、最大電流値と最小電流値との差によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項９または１０に記載の空気調和装置。
前記演算手段は、前記モータの各相に流すべき電流値と、実際に各相を流れた電流値との差の最大値によって前記バラつき状態を求めることを特徴とする請求項９または１０に記載の空気調和装置。