JP2005253196A

JP2005253196A - 電動機制御装置およびそれを用いた空気調和機

Info

Publication number: JP2005253196A
Application number: JP2004060376A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Kubota; 太久保田; Eiji Goto; 英二後藤; Takahito Uejima; 敬人上島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】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１８により検出された電動機１６の電流とＰＷＭ信号生成手段２５で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段１７から検出されるＤＣ電圧より、電動機１６の誘起電圧が誘起電圧推定手段１９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２０にて電動機１６の回転数を検出する。始動時より所定時間経過後、前記回転数異常検出手段２３にて駆動中に回転数が基準値以下と判定しかつ、前記回転数推定手段２０による回転数が基準値以下を所定時間継続した場合、電動機１６の欠相と判断し、保護動作手段２６よりＰＷＭ信号生成手段２５へ電動機停止命令を送り電動機１６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。

図１は、従来の空気調和機の構成ブロック図であり、交流を直流に変換するコンバータ回路１と、前記直流を任意の周波数、電圧の交流に変換するインバータ回路２と、前記インバータ回路２の出力により駆動される電動機３とを有する。前記コンバータ回路１に流入する電流を検出する電流検出回路４と、前記コンバータ回路１に流入する電流の基準値を出力する電流基準値出力回路５と、前記電流検出回路４と電流基準値出力回路５の出力を比較する電流比較回路６を備える。また、前記電動機３に印加される交流電圧の位相を検出する電圧位相検出回路８と、前記電動機３に流れる電流の位相を検出する電流位相検出回路７と、前記電圧位相検出回路８と電流位相検出回路７が検出した電圧と電流の位相差より力率を検出する力率検出回路９と、力率基準値を出力する力率基準値出力回路１０を備える。

前記力率検出回路９と力率基準値出力回路１０の出力を比較する力率比較回路１１と、前記電流比較回路６と力率比較回路１１の出力がともに、通常の値を示すときは、前記電動機３の運転状態を正常運転と判別し、少なくとも前記電流比較回路６と力率比較回路１１の出力のいずれか一方が通常以外の値を示すときは、前記電動機３の運転状態を異常運転と判別する状態判定回路１２を備えたものであった。（例えば特許文献１参照。）
特開平５−１０３４９６号公報特開２００３−１８９６７０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、力率検出回路及び前記回路用の電流位相検出回路、電圧位相検出回路と、力率比較回路及び前記回路用の基準値出力回路と、電流比較回路及び前記回路用の電流基準出力回路と、状態判定回路が必要であり、非常に複雑で高コストな回路構成になる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、力率、位相差を求めることなく起動後所定時間経過後、電流検出手段により検出された電動機の電流とＰＷＭ信号生成手段で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段から検出されるＤＣ電圧より、電動機の誘起電圧が誘起電圧推定手段により推定され、さらに推定された誘起電圧から、回転数推定手段にて電動機の回転数を検出し（回転数を推定する方法としては、電動機の誘起電圧を推定することにより行なう方法で、例えば特許文献２参照）、制御装置が有するマイクロコンピュータにて電動機回転数を基準値と比較、判定を行なうことで、複雑な回路を使用せずにシンプルで低コストな回路構成の電動機制御装置の提供を目的とする。

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、力率、位相差を求めることなく起動後所定時間経過後、電流検出手段により検出された電動機の電流とＰＷＭ信号生成手段で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段から検出されるＤＣ電圧より、電動機の誘起電圧が誘起電圧推定手段により推定され、さらに推定された誘起電圧から、回転数推定手段にて電動機の回転数を検出し、制御装置が有するマイクロコンピュータを用いて、始動時より所定時間経過後、電動機回転数が基準値以下の時、電動機欠相判定を行ない、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、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。

本発明の電動機制御装置は、制御装置が有するマイクロコンピュータを用いて、始動時より所定時間経過後、電動機回転数が基準値以下の時電動機欠相判定を行ない、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な回路構成の電子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電流とＰＷＭ信号生成手段で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段から検出されるＤＣ電圧より、電動機の誘起電圧が誘起電圧推定手段により推定され、さらに推定された誘起電圧から、回転数推定手段にて電動機の回転数を検出し、検出した回転数と回転数基準値と比較する回転数異常検出手段と、前記電動機の動作を停止させる保護動作手段を備え、電動機始動時より所定時間経過後、前記回転数異常検出手段にて電動機駆動中に回転数が基準値以下と判定しかつ、前記回転数異常検出手段による回転数が、基準値以下を所定時間継続した場合に電動機欠相と判断し、保護動作手段よりＰＷＭ信号生成手段へ電動機停止命令を送り電動機動作停止させ、マイクロコンピュータにて電動機回転数を基準値と比較、判定を行なうことで、複雑な回路を使用せずに電動機欠相を検出することが可能である為、従来のものより電子制御装置の回路構成が大幅に簡略化できる。

第２の発明は、電動機始動時より所定時間経過後、前記回転数異常検出手段にて電動機駆動中に回転数が基準値以下と判定した場合に判定を行ない欠相と判断した時に、保護動作手段にて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電動機を停止させた後、所定時間経過後に電動機の再起動を行ない、前記保護動作手段で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、電動機の再起動を行なわないことにより、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。

第３の発明は、特に第１または２の発明で欠相と判定すると、使用者に欠相異常であることを発信することにより、欠相異常時の対応をスムーズに行なうことが可能となる。

第４の発明は、第１から３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である。
図１において、コンバータ１４にて交流電源１３を直流電圧に変換してインバータ１５へ印加し、インバータ１５に印加されている直流電圧はインバータ１５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１６が駆動される。

制御部２７は、電流検出手段１８により検出された電動機１６の電流とＰＷＭ信号生成手段２５で演算される出力電圧とＤＣ電圧検出手段１７から検出されるＤＣ電圧より、電動機１６の誘起電圧が誘起電圧推定手段１９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２０にて電動機１６の回転数を検出する。ＰＷＭ信号生成手段２５は回転数推定手段２０で推定された電動機回転数と目標回転数２２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１５を制御する信号を出力する。

なお、欠相時の電動機回転状態は、以下のようなメカニズムとなっている。

欠相時のモータ出力トルクは図２のように大きく変動する。変動トルクのピーク値が負荷トルクを越えるまでは、ロータは回らずモータ電流は大きくなる。（電流指令値が増大する為。）変動トルクのピーク値が負荷トルクを越えると、ロータが回り出そうとする場合（偶発的にロータが一瞬回る可能性がある。）、推定回転数が大きくなれば（マイクロコンピュータ内部で回ったと認識すれば）、電流指令値が小さくなる。しかし、実際は完全にはロータは回らない為、推定回転数が小さくなり、その結果電流指令値が大きくなる。以後はその動作を繰り返す。

前記欠相状態では電動機始動時より回転数が所定値以下を継続する為、前記回転数推定手段２０によって検出した回転数を判定し回転数基準値２４と比較する回転数異常検出手段２３と、前記電動機１６の動作を停止させる保護動作手段２６を備え、電動機１６始動時より所定時間経過後、前記回転数異常検出手段２３にて電動機１６駆動中に回転数が基準値２４以下と判定しかつ、前記回転数推定手段２０による回転数が基準値２４以下を所定時間継続した場合、電動機１６欠相と判断し、保護動作手段２６よりＰＷＭ信号生成手段２５へ電動機停止命令を送り電動機１６動作停止させる。

以上のように、本実施の形態においては、制御装置が有するマイクロコンピュータにて電動機回転数を基準値と比較、判定を行なうことで、複雑な回路を使用せずに、シンプルな回路構成で電動機欠相を検出することができる。

また、回路構成がシンプルである為、電子制御装置の設計開発の工数が軽減でき、使用部品数も少数であるので低コストな電子制御装置の提供が可能となる。

さらに、保護動作手段２６で電動機１６を停止させた後、所定時間経過後に電動機１６の再起動を行ない、前記保護動作手段２６で電動機１６を停止させる動作が連続して所定回数継続した時、電動機１６を停止させ再起動を行なわないことで、前記電動機回転数誤検出による不用意な電動機停止を防止し、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４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、欠相異常ＬＥＤ２８を点灯させ、使用者に欠相異常であることを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停止をより確実に防止し、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ると共に、欠相異常時の対応がスムーズに行な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欠相検出が可能となるので、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ブロック図欠相時の電動機出力トルク特性図本発明の実施の形態２における電動機駆動装置の構成ブロック図従来の電動機制御装置のブロック図

符号の説明

１コンバータ回路
２インバータ回路
３電動機
４電流検出回路
５電流基準値出力回路
６電流比較回路
７電流位相検出回路
８電圧位相検出回路
９力率検出回路
１０力率基準値出力回路
１１力率比較回路
１２状態判定回路
１３交流電源
１４コンバータ
１５インバータ
１６電動機
１７ＤＣ電圧検出手段
１８電流検出手段
１９誘起電圧推定手段
２０回転数推定手段
２１検出回転数
２２目標回転数
２３回転数異常検出手段
２４基準回転数
２５ＰＷＭ信号生成手段
２６保護動作手段
２７制御部
２８欠相異常ＬＥＤ

Claims

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検出した回転数と回転数基準値とを比較し回転異常を判定する回転数異常判定手段と、前記回転数異常判定手段にて回転数が基準値以下と判定した時前記電動機の動作を停止させる保護動作手段を備えるマイクロコンピュータで構成され、電動機始動時より第1の所定時間経過後、前記回転数判定手段による回転数が、基準値以下を第2の所定時間継続した場合に、電動機の欠相と判断し電動機動作を停止させることを特徴とした電動機制御装置。
保護動作手段で電動機を停止させた後、第３の所定時間経過後に電動機の再起動を行ない、前記保護動作手段で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、電動機の再起動を行なわないことを特徴とした、請求項１記載の電動機制御装置。
電動機が欠相と判定すると、使用者に欠相異常であることを発信することを特徴とした、請求項１または２記載の電動機制御装置。
請求項１から３記載の電動機制御装置を用いた空気調和機。