JP2005308363A - インバータ駆動圧縮機の寝込検知方法、起動方法およびインバータ駆動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷媒の寝込みが生じていることを確実に検知するインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法およびその装置を提供する。
【解決手段】圧縮機が回転しないようにモータに所定時間通電し、互いに異なる２つのタイミングで計測したモータ温度の変化が基準値より小さいことを条件として圧縮機の寝込みを検知する。検知する場合のモータへの通電は、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行う。寝込みが生じていないと判定された場合にのみ圧縮機を起動することができ、圧縮機の破損を未然に防ぐ。
【選択図】図４

Description

この発明は、インバータ駆動圧縮機において、潤滑油中に多量の液冷媒が溶け込んだ状態を検知する方法、潤滑油中に多量の液冷媒が溶け込んだ状態でなくなったことに応答してインバータ駆動圧縮機を起動する方法、およびこれらの装置に関する。

従来から、圧縮機が冷却された状態で起動されると、潤滑油中に多量の液冷媒が溶け込み、潤滑油が希薄になって圧縮機の破損を招くおそれがあることが知られている。
そして、圧縮機の破損を防止するために、圧縮機に印加される電圧及び電流を検出して、この値から圧縮機のモータ巻線の抵抗値を算出し、抵抗値の温度特性を利用して圧縮機の現在温度を算出し、現在温度が所定温度以下になったとき圧縮機の予熱を行うことが提案されている（特許文献１参照）。

また、外気温度が、圧縮機に冷媒が寝込む可能性がある第１の設定温度以下であり、かつインバータ等用の放熱器温度が、インバータが駆動していないと想定できる第２の設定温度以下である場合に、圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行うことが提案されている（特許文献２参照）。
特開平５−２８８４１１号公報 特開２０００−２９２０１４号公報

特許文献１に記載された方法では、圧縮機の現在温度が所定温度以下になったとき圧縮機の予熱を行うようにしているだけであり、液冷媒の寝込みが生じているか否かを検知しているのではないから、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいないにも拘らず圧縮機の予熱を行う可能性があり、また、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいるにも拘らず圧縮機の予熱を行わない可能性がある。そして、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいるにも拘らず圧縮機の予熱を行わない場合には、潤滑油が希薄になったまま圧縮機を駆動することになり、圧縮機の破損を招いてしまう。

特許文献２に記載された方法では、外気温度と放熱器温度とが、それぞれ対応する設定温度以下であることに基づいて圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行うのであり、液冷媒の寝込みが生じているか否かを検知しているのではないから、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいないにも拘らず圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行う可能性があり、また、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいるにも拘らず圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行わない可能性がある。そして、圧縮機内に液冷媒が寝込んでいるにも拘らず圧縮機駆動用モータの巻線に拘束通電を行わない場合には、潤滑油が希薄になったまま圧縮機を駆動することになり、圧縮機の破損を招いてしまう。

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、液冷媒の寝込みが生じていることを確実に検知するインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法およびその装置を提供することを第１の目的とし、液冷媒の寝込みが生じていないことを検知してインバータ駆動圧縮機を起動するインバータ駆動圧縮機の起動方法を提供することを第２の目的としている。

この発明のインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法は、インバータからの出力電力が供給されるモータを駆動源として動作し、冷媒を圧縮して循環流路に吐出するインバータ駆動圧縮機において、
圧縮機を動作させない状態でモータに所定時間通電し、互いに異なるタイミング間におけるモータの温度変化を計測し、計測した温度変化が所定の閾値よりも小さいことを条件として寝込状態であることを検知する方法である。

したがって、液冷媒の寝込みに起因して、モータが液冷媒に浸漬されていることを、モータの温度変化が小さいことにより検知できる。すなわち、インバータ駆動圧縮機の寝込を確実に検知することができる。

この場合において、圧縮機を動作させない状態でのモータへの通電を、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うことが好ましく、漏れ電流を小さくすることができる。

この発明のインバータ駆動圧縮機の起動方法は、請求項１の方法により寝込状態であることを検知したことに応答して圧縮機を動作させない状態でモータに通電させ、請求項１の方法により寝込状態でないことを検知したことに応答して、圧縮機を起動するためにモータに通電させる方法である。

したがって、寝込状態でなくなった場合にのみインバータ駆動圧縮機を起動することができ、圧縮機の破損を未然に防止することができる。

この場合において、圧縮機起動前におけるモータへの通電を、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うことが好ましく、漏れ電流を小さくすることができる。
この発明のインバータ駆動圧縮機の寝込検知装置は、インバータからの出力電力が供給されるモータを駆動源として動作し、冷媒を圧縮して循環流路に吐出するインバータ駆動圧縮機において、
圧縮機を動作させない状態でモータに所定時間通電させる通電手段と、互いに異なるタイミング間におけるモータの温度変化を計測する温度変化計測手段と、計測した温度変化が所定の閾値よりも小さいことを条件として寝込状態であることを検知する寝込状態検知手段とを含むものである。

したがって、液冷媒の寝込みに起因して、モータが液冷媒に浸漬されていることを、モータの温度変化が小さいことにより検知できる。すなわち、インバータ駆動圧縮機の寝込を確実に検知することができる。

この場合において、前記通電手段は、圧縮機を動作させない状態でのモータへの通電を、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うものであることが好ましく、漏れ電流を小さくすることができる。

この発明のインバータ駆動圧縮機の起動装置は、請求項５の装置により寝込状態であることを検知したことに応答して圧縮機を動作させない状態でモータに通電させる非動作通電手段、および請求項５の方法により寝込状態でないことを検知したことに応答して、圧縮機を起動するためにモータに通電させる起動通電手段を含むものである。
したがって、寝込状態でなくなった場合にのみインバータ駆動圧縮機を起動することができ、圧縮機の破損を未然に防止することができる。

この場合において、前記比動作通電手段は、圧縮機起動前におけるモータへの通電を、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うものであることが好ましく、漏れ電流を小さくすることができる。

この発明は、インバータ駆動圧縮機の寝込を確実に検知することができるという特有の効果を奏する。

他の発明は、寝込状態でなくなった場合にのみインバータ駆動圧縮機を起動することができ、圧縮機の破損を未然に防止することができるという特有の効果を奏する。

以下、添付図面を参照して、この発明のインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法、起動方法、およびこれらの装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１はこの発明のインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法、起動方法が適用される空調機室外機の主要部の構成を示す概略ブロック図である。

この空調機室外機は、モータ１１を駆動源とする圧縮機１と、交流電源（好ましくは、三相交流電源）２を入力とし、所定の処理を行ってモータ１１に駆動電力を供給する圧縮機制御部３と、モータ１１の温度を検出して圧縮機制御部３に供給するモータ温度検出部４とを有している。

前記モータ１１としては、三相同期モータなど、種々の構成のものが採用可能である。
前記モータ温度検出部４としては、熱電対などの温度検出素子であってもよいが、モータ電圧およびモータ電流からモータ巻線抵抗を算出し、抵抗の温度特性を考慮してモータ温度を算出するもの（例えば、特開平５−２８８４１１号公報参照）であってもよい。
前記圧縮機制御部３は、図２に示すように、交流電源２を入力とするコンバータなどの直流電源３１と、直流電源３１を入力として所定のスイッチング動作を行うことにより３相交流電力を出力して駆動電力としてモータ１１に供給する３相インバータ３２と、直流電源３１と３相インバータ３２との間に接続された抵抗３３と、直流電源３１から出力される電圧、抵抗３３を用いて検出される電流およびモータ１１の温度を入力として所定の処理を行い（例えば、欠相運転を行わせるか、通常運転を行わせるかの判定など、モータ巻線抵抗の算出処理、モータ温度の算出処理などを行い）、３相インバータ３２の各トランジスタに対する制御信号（インバータスイッチング信号）を出力するマイクロコンピュータ３４とを有している。

前記圧縮機１は、例えば図３に示すように、冷媒吐出管１４および冷媒吸入管１５を有する圧縮機ケーシング１３の内部に圧縮機構部１２と駆動源としてのモータ１１とを有している。なお、１６はモータ１１に給電するためのターミナルである。

図４はインバータ駆動圧縮機の寝込検知処理の一例を説明するフローチャートである。
ステップＳＰ１において、モータコイル（モータ巻線）の温度Ｔ１を測定し、ステップＳＰ２において、モータコイルに対する通電を所定時間行い（この場合における通電は、モータを動作させないような通電であり、例えば、欠相通電が例示できる。また、通電時間は、モータがガス雰囲気中である状態でのＴ２−Ｔ１と、モータが液冷媒中である状態でのＴ２−Ｔ１との差が温度検知の測定精度よりも大きくなるような時間に設定する。）、ステップＳＰ３において、再びモータコイルの温度Ｔ２を測定し、ステップＳＰ４において、（Ｔ２−Ｔ１）が所定の基準値Ｔ０よりも小さいか否かを判定する。

そして、（Ｔ２−Ｔ１）＜Ｔ０と判定された場合には、ステップＳＰ５において、インバータ駆動圧縮機が寝込んでいると判断する。
逆に、（Ｔ２−Ｔ１）≧Ｔ０と判定された場合には、ステップＳＰ６において、インバータ駆動圧縮機が寝込んでいないと判断する。

図５は、圧縮機の寝込み状態、非寝込み状態に対応する熱電対温度の経時変化の一例を示す図である。

図５において、Ａは非寝込み状態（モータがガス雰囲気中である状態）に対応する熱電対温度の経時変化を示しており、通電時間の経過に伴って温度が大幅に上昇していることが分かる。逆に、Ｂは寝込み状態（モータが液冷媒中である状態）に対応する熱電対温度の経時変化を示しており、通電時間の経過に伴って温度が殆ど上昇していないことが分かる。

したがって、温度差（Ｔ２−Ｔ１）と基準値Ｔ０との大小を判定することによって、図５におけるＡの状態かＢの状態かを確実に判定することができ、この判定により圧縮機が非寝込み状態か寝込み状態かを判定することができる。

図６はインバータ駆動圧縮機の寝込検知処理の他の例を説明するフローチャートである。

ステップＳＰ１において、モータコイルに通電し、ステップＳＰ２において、通電開始から所定時間Ｔ１が経過した時点におけるモータコイルの温度Ｔ０1を測定し、ステップＳＰ３において、通電開始から所定時間Ｔ１＋Δｔが経過した時点におけるモータコイルの温度Ｔ０２を測定し、ステップＳＰ４において、微分値（Ｔ０２−Ｔ０1）／Δｔが基準値Ｔ０0'よりも小さいか否かを判定する。

そして、（Ｔ０２−Ｔ０1）／Δｔ＜Ｔ００'であれば、ステップＳＰ５において、圧縮機が寝込んでいると判断する。

逆に、（Ｔ０２−Ｔ０1）／Δｔ≧Ｔ００'であれば、ステップＳＰ６において、圧縮機が寝込んでいないと判断する。

この場合には、温度測定どうしの時間間隔を短くすることができるので、寝込み検知の所要時間を短縮することができる。

以上の説明から分かるように、所定時間Ｔ１は、図５における曲線Ａの勾配（微分係数）と曲線Ｂの勾配（微分係数）との差が十分に大きくなる時間に設定される。
図７はインバータ駆動圧縮機の起動処理の一例を説明するフローチャートである。
室外機の電源が投入されたことに応答して、ステップＳＰ１において、圧縮機の寝込み検知を行い、ステップＳＰ２において、圧縮機が寝込んでいるか否かを判定する。

そして、圧縮機が寝込んでいないと判定された場合には、ステップＳＰ３において、圧縮機を起動する。

逆に、圧縮機が寝込んでいると判定された場合には、ステップＳＰ４において、回転させないようにモータに通電し、その後、再びステップＳＰ１の処理を行う。

なお、ステップＳＰ１の処理は、例えば、図４の処理または図６の処理である。
ステップＳＰ４の処理は、例えば、モータに対する欠相通電である。
この場合には、圧縮機が寝込んでいないと判定された場合にのみ圧縮機を起動するので、圧縮機の破損を未然に防止することができる。

また、圧縮機が寝込んでいると判定された場合には、回転しないようにモータに通電することにより、モータコイルを発熱体として機能させ、潤滑油を昇温させることによって、潤滑油に溶け込んでいる冷媒をガス化する。したがって、回転しないようにモータに通電する処理を続けることにより、最終的に冷媒をほぼ完全にガス化することができ、圧縮機を寝込んでいない状態にすることができる。

したがって、室外機の電源を投入した時点における冷媒と潤滑油との状態に拘らず、圧縮機が寝込んでいないと判定された場合にのみ圧縮機を起動することができ、ひいては、圧縮機の破損を未然に防止することができる。

上記には、室外機の電源が投入された場合に図７のフローチャートの処理を行うことを説明したが、通常運転時であって、圧縮機運転指令が供給された場合にも図７のフローチャートの処理を行うことができる。

なお、以上の各実施形態において、回転しないようにモータに通電する処理において、圧縮機駆動部３に含まれるインバータのキャリア周波数を、通常運転時のキャリア周波数よりも低く設定することが好ましい。

具体的には、約３００Hz以下に設定することが好ましく、電気用品安全法の漏電基準である１ｍＡ以下の漏れ電流を実現することができる。

この場合には、図８に示すように、漏れ電流を低減することができ、回転しないようにモータに通電する処理を行っている間に漏電ブレーカーが動作してしまうという不都合を未然に防止することができる。

また、漏れ電流低減により、人が感電し難くなる。

この発明のインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法、起動方法が適用される空調機室外機の主要部の構成を示す概略ブロック図である。 圧縮機制御部の構成を詳細に示すブロック図である。 圧縮機の構成を示す縦断面図である。 インバータ駆動圧縮機の寝込検知処理の一例を説明するフローチャートである。 圧縮機の寝込み状態、非寝込み状態に対応する熱電対温度の経時変化の一例を示す図である。 インバータ駆動圧縮機の寝込検知処理の他の例を説明するフローチャートである。 インバータ駆動圧縮機の起動処理の一例を説明するフローチャートである。 漏れ電流―キャリア周波数特性の一例を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機
１１ モータ

Claims (8)

1. インバータからの出力電力が供給されるモータ（１１）を駆動源として動作し、冷媒を圧縮して循環流路に吐出するインバータ駆動圧縮機（１）において、
   圧縮機（１）を動作させない状態でモータ（１１）に所定時間通電し、
   互いに異なるタイミング間におけるモータ（１１）の温度変化を計測し、
   計測した温度変化が所定の閾値よりも小さいことを条件として寝込状態であることを検知する
   ことを特徴とするインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法。
2. 圧縮機（１）を動作させない状態でのモータ（１１）への通電を、圧縮機（１）の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行う請求項１に記載のインバータ駆動圧縮機の寝込検知方法。
3. 請求項１の方法により寝込状態であることを検知したことに応答して圧縮機（１）を動作させない状態でモータ（１１）に通電させること、および
   請求項１の方法により寝込状態でないことを検知したことに応答して、圧縮機（１）を起動するためにモータ（１１）に通電させること
   を含むことを特徴とするインバータ駆動圧縮機の起動方法。
4. 圧縮機起動前におけるモータ（１１）への通電を、圧縮機の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行う請求項３に記載のインバータ駆動圧縮機の起動方法。
5. インバータからの出力電力が供給されるモータ（１１）を駆動源として動作し、冷媒を圧縮して循環流路に吐出するインバータ駆動圧縮機（１）において、
   圧縮機（１）を動作させない状態でモータ（１１）に所定時間通電させる通電手段と、
   互いに異なるタイミング間におけるモータ（１１）の温度変化を計測する温度変化計測手段と、
   計測した温度変化が所定の閾値よりも小さいことを条件として寝込状態であることを検知する寝込状態検知手段と
   を含むことを特徴とするインバータ駆動圧縮機。
6. 前記通電手段は、圧縮機（１）を動作させない状態でのモータ（１１）への通電を、圧縮機（１）の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うものである請求項５に記載のインバータ駆動圧縮機。
7. 請求項５の装置により寝込状態であることを検知したことに応答して圧縮機（１）を動作させない状態でモータ（１１）に通電させる非動作通電手段、および
   請求項５の方法により寝込状態でないことを検知したことに応答して、圧縮機（１）を起動するためにモータ（１１）に通電させる起動通電手段
   を含む請求項５または請求項６に記載のインバータ駆動圧縮機。
8. 前記通電手段は、圧縮機起動前におけるモータ（１１）への通電を、圧縮機（１）の通常運転時よりも低いキャリア周波数で行うものである請求項７に記載のインバータ駆動圧縮機。

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