JP2005198387A - モータ駆動装置及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御回路と直流電源とを絶縁するとともに、この制御回路に直流電源の電圧変動の状況を考慮して、ブラシレスＤＣモータの動作を制御すること。
【解決手段】 外部から直流電源が供給されブラシレスＤＣモータ１を駆動するインバータ１１と、このインバータ１１を制御する制御回路３とを備えるモータ駆動装置５０において、制御回路３は、直流電源の電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力するＶ／Ｆ変換回路１７と、電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送するフォトカプラ２１，２３と、これらフォトカプラ２１，２３を介して入力された電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、フォトカプラ２１，２３を介してインバータ１１に出力するマイコン１３とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータを駆動させるモータ駆動装置及びこのモータ駆動装置を備えた空気調和装置に関する。

外部から直流電源が供給されブラシレスＤＣモータを駆動する駆動回路と、この駆動回路を制御する制御回路とを備えるモータ駆動装置が知られている（特許文献１参照）。この種のモータ駆動装置では、駆動回路に供給される電圧が変動して、例えば、必要とされる電源電圧が確保できない場合には、電源供給ができないにもかかわらず、制御回路を通じて電源供給の指示が出力され続けることとなり、当該ブラシレスＤＣモータの動作が不安定になってしまうという問題があった。これを防止するために、制御回路は、電源基板から直流電源を取り込むことによって、この直流電源の電圧変動の状態を把握していた。
特開平５−２３６７８９号公報

ところで、制御回路に直流電源を取り込む構成とした場合、この直流電源を制御回路のＡＤ入力ポートに直接入力することとなるが、このような構成では、制御回路は電源基板から絶縁されていないこととなる。このように、メンテナンスなどにおいて、絶縁されていない制御回路に触れるおそれのある構成は安全上好ましくない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、制御回路と直流電源とを絶縁するとともに、この制御回路に直流電源の電圧変動の状況を取り入れて、ブラシレスＤＣモータの動作を制御することができるモータ駆動装置及びこのモータ駆動装置を備えた空気調和装置を提案することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、外部から直流電源が供給されブラシレスＤＣモータを駆動する駆動回路と、この駆動回路を制御する制御回路とを備えるモータ駆動装置において、前記制御回路は、前記直流電源の電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力する電圧／周波数変換部と、前記電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する光絶縁部と、前記光絶縁部を介して入力された前記電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、前記光絶縁部を介して前記駆動回路に出力する信号生成部とを備えた事を特徴とする。

この場合において、前記信号生成部は、前記電圧検出信号に対応する電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータの最高運転可能周波数を設定する構成としても良い。

また、本発明は、圧縮機または送風ファンに搭載されるブラシレスＤＣモータと、外部から直流電源が供給され前記ブラシレスＤＣモータを駆動する駆動回路と、この駆動回路を制御する制御回路とを備える空気調和装置において、前記制御回路は、前記直流電源の電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力する電圧／周波数変換部と、前記電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する光絶縁部と、前記光絶縁部を介して入力された前記電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、前記光絶縁部を介して前記駆動回路に出力する信号生成部とを備えた事を特徴とする。

この場合において、前記信号生成部は、前記電圧検出信号に対応する電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータの最高運転可能周波数を設定する構成としても良い。

本発明によれば、直流電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力する電圧／周波数変換部と、電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する光絶縁部と、この光絶縁部を介して入力された電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、光絶縁部を介して前記駆動回路に出力する信号生成部とを備える構成としているため、信号生成部を直流電源から絶縁することができ、ひいては作業の安全を確保することができる。

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ＤＣブラシレスモータ１（図２参照）が内蔵され、このＤＣブラシレスモータ１はモータ駆動装置５０（図２参照）により駆動される。

図２は、このモータ駆動装置５０の構成を示したブロック図である。

モータ駆動装置５０は、図２に示すように、圧縮機５６（図１参照）を駆動するＤＣブラシレスモータ１と、このＤＣブラシレスモータ１を駆動する駆動回路としてのインバータ１１と、このインバータ１１を制御する制御回路３と、これらのインバータ１１及び制御回路３へ直流電源を供給する電源基板５とを備える。この電源基板５は、交流電力を直流電力へ変換するための基板であり、本実施形態では、ＡＣ２００Ｖで入力された交流電力を、ＤＣ２８０Ｖの直流電力に変換してインバータ１１及び制御回路３に出力している。

この制御回路３は、インバータ１１を介してブラシレスＤＣモータ１を制御するマイクロコンピュータ１３（以下、マイコンという）と、このマイコン１３へ、制御回路３に印加された電圧値を伝達するために、この制御回路３に印加された直流電圧を分圧する分圧回路１５と、この分圧を、当該分圧に対応する周波数を有する電圧検出信号に変換するＶ／Ｆ変換回路１７とを備える。このＶ／Ｆ変換回路１７は、電圧／周波数変換部として機能する。

分圧回路１５は、制御回路３に印加された直流電圧を所定の比に分圧して、Ｖ／Ｆ変換回路１７に入力可能とするものである。本実施形態では、この分圧回路１５によって、ＤＣ略１５〜２０Ｖの直流電圧に分圧してＶ／Ｆ変換回路１７に入力している。このＶ／Ｆ変換回路１７は、入力された直流電圧をその直流電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号に変換するものであり、本実施形態では、上記直流電圧を略８０〜１００Ｈｚの周波数の電圧検出信号に変換している。

Ｖ／Ｆ変換回路１７は、フォトカプラ２１を介してマイコン１３の入力ポート（不図示、例えばキャプチャー入力ポートなど）に接続されており、このＶ／Ｆ変換回路１７から出力された電圧検出信号は、フォトカプラ２１を通じてマイコン１３に入力されている。フォトカプラ２１は、Ｖ／Ｆ変換回路１７からマイコン１３へ電圧検出信号を絶縁した状態で伝送しており、光絶縁部として機能している。

マイコン１３は、このマイコン１３に入力された電圧検出信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１を駆動制御する駆動制御信号を生成することに加え、上記した電圧検出信号に対応する電圧に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１の最高運転可能周波数を設定する。このマイコン１３は、信号生成部として機能している。

マイコン１３は、上記駆動制御信号の生成及び上記最高運転可能周波数の設定をするための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、このマイコン１３の設定を変更するためのディップスイッチ（不図示）を備えている。

インバータ１１は、電源基板５によって変換された直流電力を、任意の周波数と電圧とを有するパルス幅変調を受けた三相交流電力に変換してブラシレスＤＣモータ１に供給し、このブラシレスＤＣ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１１は、フォトカプラ２３を介してマイコン１３に接続されている。このマイコン１３は、駆動制御信号をフォトカプラ２３を介してインバータ１１に出力している。このフォトカプラ２３は、マイコン１３からインバータ１１へ駆動制御信号を絶縁した状態で伝送しており、上記フォトカプラ２１と同様に光絶縁部として機能している。

次に、モータ駆動装置５０の動作について説明する。

まず、マイコン１３は、制御回路３に印加される直流電源の電圧値を検出する（ステップＳ１）。具体的には、制御回路３に印加された直流電圧は、分圧回路１５、Ｖ／Ｆ変換回路１７を通じることによって、この直流電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号に変換され、この電圧検出信号は、フォトカプラ２１を通じてマイコン１３に入力される。マイコン１３では、フォトカプラ２１を通じて入力された上記信号の周波数（パルス数）を計測し、この周波数（パルス数）に対応する直流電圧に変換することによって、制御回路３に供給される直流電圧の大きさを検出している。

次に、マイコン１３は、上記直流電圧の大きさが第１の電圧値α以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。この第１の電圧値αは、検出された直流電圧に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１の最高運転可能周波数を設定するように制御するか否かを判断するための基準値であり、予めマイコン１３に設定されている。本実施形態では、第１の電圧値αはＤＣ２４０Ｖに設定されており、この設定は適宜変更が可能である。

マイコン１３は、このマイコン１３にて検出された直流電圧値と第１の電圧値α（＝ＤＣ２４０Ｖ）とを比較して、その大小を判断している。この場合、マイコン１３にて検出された電圧値が第１の電圧値α以上の場合にはステップＳ３に移行し、この電圧値が第１の電圧値αよりも小さい場合にはステップＳ４に移行する。

検出された電圧値が第１の電圧値α以上の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）には、マイコン１３は、ブラシレスＤＣモータ１に要求されている運転周波数で、当該ブラシレスＤＣモータ１を駆動するように、駆動制御信号をインバータ１１へ伝達して、当該ブラシレスＤＣモータ１を制御する（ステップＳ３）。

詳述すると、例えば、空気調和装置１００で室内を冷房または暖房する際には、制御装置５３は、圧縮機５６（ブラシレスＤＣモータ１）を所定の周波数で運転するように、マイコン１３に信号を出力する。マイコン１３は、この信号を受け、ブラシレスＤＣモータ１の運転周波数を設定している。検出された電圧値がＤＣ２４０Ｖ以上でＤＣ２８０Ｖ以下の場合には、マイコン１３は、ブラシレスＤＣモータ１の運転周波数を制限しなくても、制御装置５３が要求する所定の周波数でブラシレスＤＣモータ１を運転することができる。従って、電圧変動が生じた場合であっても、その変動に拘わらずブラシレスＤＣモータ１を運転することができ、当該ブラシレスＤＣモータ１の動作を安定して制御することができる。

また、検出された電圧値が第１の電圧値αよりも小さい場合（ステップＳ２：Ｎｏ）には、マイコン１３は、この電圧値が上記第１の電圧値αよりも小さい第２の電圧値β以上であるか否かを判断する（ステップＳ４）。この第２の電圧値βは、ブラシレスＤＣモータ１の運転を継続の可否を判断するための基準値であり、上記第１の電圧値αと同様に、予めマイコン１３に設定されている。本実施形態では、第２の電圧値βはＤＣ２２０Ｖに設定されているが、この設定は適宜変更が可能である。

マイコン１３は、このマイコン１３にて検出された電圧値と第２の電圧値β（＝ＤＣ２２０Ｖ）とを比較して、その大小を判断している。この場合、マイコン１３にて検出された電圧値が第２の電圧値β以上の場合にはステップＳ５に移行し、この電圧値が第２の電圧値βよりも小さい場合にはステップＳ６に移行する。

検出された電圧値が第２の電圧値β以上の場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、すなわち、検出された電圧値がＤＣ２２０Ｖ以上でＤＣ２４０Ｖよりも小さい場合には、マイコン１３は、検出された電圧値に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１の最高運転可能周波数を設定し、この周波数を超えない範囲内で上記ブラシレスＤＣモータ１を駆動するように、駆動制御信号をインバータ１１へ伝達して、当該ブラシレスＤＣモータ１を制御する（ステップＳ５）。

この場合、通常供給される電圧値に比べて電圧が低すぎるため、マイコン１３は、ブラシレスＤＣモータ１に要求されている運転周波数で当該ブラシレスＤＣモータ１を駆動することはできない。従って、マイコン１３は、この検出された電圧値に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１を駆動可能な最高運転可能周波数を設定し、この周波数を超えない範囲内で上記ブラシレスＤＣモータ１を駆動制御する。そのため、電圧値に基づいた最高運転可能周波数を超えない範囲で、実際の運転周波数を制御することによって、ブラシレスＤＣモータ１を運転することができ、当該ブラシレスＤＣモータ１の動作を安定して制御することができる。

また、検出された電圧値が第２の電圧値βよりも小さい場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、マイコン１３はブラシレスＤＣモータ１の運転を停止する（ステップＳ６）。この電圧値が第２の電圧値βよりも小さくなった場合には、電圧が低すぎるため、正常にブラシレスＤＣモータ１を制御できないので、マイコン１３は、このブラシレスＤＣモータ１の運転が不能と判断し、当該ブラシレスＤＣモータ１の運転を停止する。

本実施形態によれば、マイコン１３及びＶ／Ｆ変換回路１７、マイコン１３及びインバータ１１を、それぞれフォトカプラ２１，２３を介して接続し、電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する構成としているため、マイコン１３を直流電源から絶縁することができ、制御回路に直接触れて設定するような作業を行っても、作業の安全を確保することができる。

また、マイコン１３が検出した電圧値に基づいて、ブラシレスＤＣモータ１の最高運転可能周波数を設定し、この周波数を越えない範囲で、当該ブラシレスＤＣモータ１の駆動を制御しているため、マイコン１３は、電圧変動（特に電圧低下）が生じた場合であっても、このブラシレスＤＣモータ１の動作を安定して制御することができ、ひいては、電圧変動に強いモータ駆動装置５０及び空気調和装置を作ることができる。

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。

本実施形態では、室外機と室内機とを１台ずつ備えた空気調和装置１００について説明したが、室外機を複数台備える空気調和装置に適用することもできる。

また、本実施形態では、空気調和装置１００の圧縮機５６に設置されたブラシレスＤＣモータ１に本発明を適用する場合を述べたが、室外ファン６０または室内ファン６３にブラシレスＤＣモータが設置された場合には、このブラシレスＤＣモータに本発明を適用してもよい。また、空気調和装置１００に限らず、他の機器の駆動源としてのブラシレスＤＣモータに本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、マイコン１３は、空気調和装置１００を制御する制御装置５３と別個に設けられているが、この制御装置５３がマイコン１３の機能を備え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 ブラシレスＤＣモータ
３ 制御回路
５ 電源基板
１１ インバータ（駆動回路）
１３ マイクロコンピュータ（信号生成部）
１５ 分圧回路
１７ Ｖ／Ｆ変換回路（電圧／周波数変換部）
２１，２３ フォトカプラ（光絶縁部）
５０ モータ駆動装置
５６ 圧縮機
１００ 空気調和装置

Claims (4)

1. 外部から直流電源が供給されブラシレスＤＣモータを駆動する駆動回路と、この駆動回路を制御する制御回路とを備えるモータ駆動装置において、
   前記制御回路は、前記直流電源の電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力する電圧／周波数変換部と、
   前記電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する光絶縁部と、
   前記光絶縁部を介して入力された前記電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、前記光絶縁部を介して前記駆動回路に出力する信号生成部と、
   を備えた事を特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記信号生成部は、前記電圧検出信号に対応する電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータの最高運転可能周波数を設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 圧縮機または送風ファンに搭載されるブラシレスＤＣモータと、外部から直流電源が供給され前記ブラシレスＤＣモータを駆動する駆動回路と、この駆動回路を制御する制御回路とを備える空気調和装置において、
   前記制御回路は、前記直流電源の電圧に対応する周波数を有する電圧検出信号を出力する電圧／周波数変換部と、
   前記電圧検出信号及び駆動制御信号を絶縁状態で伝送する光絶縁部と、
   前記光絶縁部を介して入力された前記電圧検出信号に基づいて、駆動制御信号を生成し、前記光絶縁部を介して前記駆動回路に出力する信号生成部と、
   を備えた事を特徴とする空気調和装置。
4. 前記信号生成部は、前記電圧検出信号に対応する電圧に基づいて前記ブラシレスＤＣモータの最高運転可能周波数を設定することを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。

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