JP2006136166A - 電動機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機とその制御装置とのマッチングを容易にかつ誤りなく、簡易に管理できる電動機の運転制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】メモリ、通信、制御などを１チップもしくは集積チップで構成したデバイスで、電動機２０７に設けられ、制御用データを蓄積したＩＣタグ２１０と、前記ＩＣタグ２１０の蓄積情報の読出し手段２１１とを備え、前記読出し手段２１１が読み出した制御情報に基づき、前記電動機２０７の運転制御を行うことを特徴とするもので、最適な駆動制御を多大な管理工数をかけることなく、容易にかつ誤りなく実現となり、信頼性の高い生産と電動機制御システムを構築することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機とその運転制御装置の最適な組合せを容易に実現するとともに、信頼性および生産性の向上に関するものである。

従来、この種のセンサレス駆動による圧縮機駆動用運転制御装置は、図４に示されるような構成をとり、個々の圧縮機駆動用電動機に対応した制御アルゴリズムや制御パラメータを具備する運転制御装置とで使用されることが一般的であり、生産工程での一定の管理と製品搭載における組合せ確認工数が必要とされていた。特に、近年省エネルギー面から多用化されてきているＤＣブラシレス電動機では、ロータ位置を適切に検出することと、電動機の固有特性（たとえば、誘起電圧定数やインダクタンス値などがある）に合致した適切な運転制御を実現することが必要である。また、これら電動機の固有特性は、運転電流、電圧、温度により特性変化や経時的な特性変化を示す。

通常は、開発時に個別電動機の固有パラメータや製品における運転仕様に応じて、あらかじめ個々の運転制御パラメータをメモリなどの記憶手段やマイコンプログラムに書込み出荷されていた（例えば、特許文献１参照）。

さらに、類似機種展開の多い商品を構成する場合においては、共通する制御はマイコンＲＯＭ化し、機種対応上変更が必要な制御データに関しては、マイコン外部メモリに選択的にもたせるといった手法が用いられることが多い（例えば，特許文献２参照）。

また、商品ライフサイクルで品質管理上必要なデータをあらかじめ製品に搭載した不揮発性メモリに記憶し、そのデータをもとにその商品の市場における商品の運転状況などを解析することも実施されている（例えば，特許文献３参照）。

また、この種の非接触式ＩＣタグは、図５に示すような構造であり、無線送受信アンテナ、通信回路、制御回路、記憶装置などが一体化されたものであり、機能は限定されるが近距離での通信範囲であれば、非常に安価にデータ管理通信システムを構成できるものである。また、それぞれに固有なＩＤ情報を記録して対象物に取り付ければ、単品管理が可能となる（例えば，特許文献４参照）。
特開２００３−０２８４８１号公報 特開平１１−２８７５０７号公報 特開２００１−２１３７９３号公報 特開２００１−３２５５７２号公報

しかしながら、従来の構成では、いずれも基本的に圧縮機電動機ごとにインバータ制御装置に制御データをＲＯＭや不揮発性外部ＲＡＭに書き込み、両者のマッチングを前提に開発管理することが必要となる、このために結果的に開発工数、部品管理、また生産工程で多大な労力を要す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、電動機とその制御装置とのマッチングを容易にかつ誤りなく、簡易に管理できる電動機の運転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、本発明の電動機の運転制御装置は、メモリ、通信、制御などを１チップもしくは集積チップで構成したデバイスで、電動機に設けられ、制御用データを蓄積したＩＣタグと、前記ＩＣタグの蓄積情報の読出し手段とを備え、前記読出し手段が読み出した制御情報に基づき、前記電動機の運転制御を行うことを特徴とするものである。

これにより、電動機固有の制御パラメータを記憶させたＩＣタグが電動機に具備することにより、該当運転制御装置においてＩＣタグ搭載のメモリ手段から制御装置が必要な該当電動機の運転パラメータを読出すことにより、あらかじめ制御装置側に電動機ごとの制御パラメータを具備することなく適切な運転制御を実現することが可能となる。

また、本発明のＩＣタグなどにおける電源消費量が大きい場合には、電動機外殻部もしくは圧縮機外殻部に熱発電素子を具備し、電動機の廃熱による温度上昇と雰囲気温度との熱勾配を利用した熱発電で回路駆動電源を供給することにより、より大消費電力の回路駆動を容易に実現できるものである。

これによって、汎用的に統一化された制御装置とＩＣタグを具備した電動機や圧縮機を組み合わせるだけで最適な駆動制御のパラメータ受け渡しが可能となり、最適な駆動制御が容易にかつ誤りなく、簡易に実現できる電動機とその制御装置を提供することが可能となる。

本発明によれば、電動機とその制御装置とのマッチングを容易にかつ誤りなく、簡易に管理できる電動機の運転制御装置を提供できる。

第１の発明は、メモリ、通信、制御などを１チップもしくは集積チップで構成したデバイスで、電動機に設けられ、制御用データを蓄積したＩＣタグと、前記ＩＣタグの蓄積情報の読出し手段とを備え、前記読出し手段が読み出した制御情報に基づき、前記電動機の運転制御を行うことを特徴とするもので、制御用データを蓄積したＩＣタグを具備した電動機と、前記ＩＣタグの蓄積情報の読出し手段を具備し、読み出した該当の制御情報にもとづき前記電動機の運転制御を行うことにより、最適な駆動制御を多大な管理工数をかけることなく、容易にかつ誤りなく実現となり、信頼性の高い生産と電動機制御システムを構築することができる。

第２の発明は、ＩＣタグは、非接触による通信を行うことを特徴とするもので、ＩＣタグと駆動制御装置間を非接触による通信を行うことにより、組立て部品点数が低減し、かつ組立て性が向上することができる。

第３の発明は、ＩＣタグには不揮発性メモリおよび該当メモリの読み出し、書き込み手段を備え、前記不揮発性メモリにストアされる情報には、少なくとも電動機固有の識別符号を含むことを特徴とするもので、駆動制御装置から電動機の識別信号をはじめとする制御データを読み出すことが可能となり、適切な運転制御を実現することができる。

第４の発明は、少なくとも電動機固有の識別符号から認証確認を行い、所定の符号が一致した場合にのみ、電動機の運転制御を行うことを特徴とするもので、ＩＣタグに不揮発性メモリを内蔵した電動機固有の識別信号を駆動制御装置にて読み取れることで、電動機の識別が可能となり、誤った組合せでの誤使用を防止することができる。

第５の発明は、マイクロコンピュータを有する駆動制御装置を備え、前記駆動制御装置からＩＣタグにストアされる情報には、少なくとも電動機の運転経過情報を含むことを特徴とするもので、個々の電動機ごとに運転経過情報を格納することが可能となり、電動機の運転経過情報を適切に解析することができる。

第６の発明は、駆動制御装置からＩＣタグにストアされる電動機の運転経過情報に基づき、前記電動機における運転条件を経時的に更新することを特徴とするもので、特に電動機に具備したＩＣタグにストアされた運転経過情報にもとづき、運転制御装置における電動機の運転条件パラメータなどを経時的に更新することにより、電動機や運転制御装置における経時的な特性変化に対応した適切な運転状態を作り出すことができる。

第７の発明は、電動機の筐体に装着した熱発電素子の電力出力と、ＩＣタグの駆動電源回路とを接続し、前記熱発電素子の熱起電力をＩＣタグの駆動電源とすることを特徴とするもので、電動機の筐体に装着した熱発電素子により、ＩＣタグの駆動電源を発電することにより、ＩＣタグの大きな駆動電源を供給することができ、メモリ記憶量を増加、高速化、大出力通信を可能とすることができる。

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を具備した圧縮機を搭載した空気調和機の室外機の構成図を示すものである。

図１において、１００は空気調和機の室外機におけるを圧縮機であり内部には冷媒を圧縮するメカ部とそのメカ部を駆動する電動機を内蔵したものであり、駆動制御装置１０１と有機的に関連して空気調和機の中核をなし、熱交換機１０２や送風ファン１０３とで冷媒回路を構成している。

また、図２は前記駆動制御装置１０１の構成の中で中核を構成する電動機の駆動回路の構成を示す回路図である。同図において、２００は商用電源回路である。２０１はその交流電源を整流平滑を行うコンバータ回路部であり、主要な構成部としては２０２のリアクタ、２０３の整流ダイオード、２０４の平滑コンデンサ部から構成されており、電源２００の交流電源を整流、平滑後の電力を後段に接続されているインバータ部２０５へＤＣ電源を供給するものである。また、インバータ部２０５はＩＧＢＴトランジスタおよび回生用のダイオードから構成されるインバータ駆動部２０６がＰＷＭ駆動する電動機２０７を駆動している。電動機２０７は、前記圧縮機１００に内蔵されている。また、インバータ部２０５のＩＧＢＴは、駆動制御装置２０８に搭載されたマイコン２０９からＰＷＭ信号により駆動される。また、駆動制御装置２０８には、圧縮機１００の外殻に設置されたＩＣタグ２１０と相対位置にあり、非接触通信を行う送受信部２１１を具備している。

また、図３においては、駆動制御装置２０８の構成を示す図である。駆動制御装置２０８は、マイコン２０９および送受信部２１１を搭載しており、電動機２１３を搭載した圧縮機１００の頭部に設けられたＩＣタグ２１０と合い対応する位置に送受信部２１１を具備している。また２１２は、ＩＣタグ２１０を環境・衝撃などで保護するガード部であり、電波を透過する材料で構成されている。また、圧縮機１００の高圧容器内には、電動機のコア２１３が取り付けられているものである。

以上のように構成されたＩＣタグを具備した空気調和機の電動機およびその駆動制御装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、圧縮機１００と駆動制御装置１０１が近傍に装着すると、まず駆動制御装置２０８に搭載されているマイクロコンピュータ２０９が送受信部２１１を介して、ＩＣタグ２１０に対して、非接触（無線）にて通信を行う。この通信時の電波（電力）により、ＩＣ
タグ２１０が起動する。双方の通信と認識が確立後に、おもに駆動制御装置２０８から通信要求コマンドを送ることにより、ＩＣタグ２１０から内蔵された制御用の各種パラメータを返送する。

この際には、誤ったデータでの誤動作やセキュリティ保護のために、あらかじめ定めた符号を双方に保有し、その符号が一致した場合においてのみ、通信の過程に移ることにより、より信頼性を高めている。

また、ＩＣタグ２１０から駆動制御装置２０８へのデータ送信のみではなく、駆動制御装置２０８からＩＣタグ２１０に対して、運転時間や運転モードの状態を送信し、ＩＣタグ２１０中の記憶装置メモリにストアすることにより、駆動制御装置２０８が交換された場合においても、すぐに従前の運転を継続できるものである。さらに、このＩＣタグ２１０にストアされたメモリ情報を解析することにより、実際の運転経過を確認できるものである。

また、圧縮機１００の運転に伴い、経時的に変化する電動機２０７における制御パラメータ（たとえば、ＤＣブラシレスモータにおける誘起電圧特性）など変更に追従しながら、最適な駆動を実現することができるものである。

この受信した各種パラメータに基づいて、駆動制御装置２０８からインバータ２０６などの適切な駆動を行うものである。なお、この制御パラメータは、圧縮機１００に内蔵した個々の電動機２０７に必要な制御パラメータが主体である。

以上のように、電動機２０７にとって個別に必要な制御パラメータは、本実施の形態においては、圧縮機１００がＩＣタグ２１０をそれぞれ具備しており、それ以外の空気調和機における共通的な制御パラメータは、駆動制御装置２０８上のマイクロコンピュータ２０９やメモリ手段（図示せず）に内蔵していることにより、駆動制御装置２０８は製品間での共用化が容易となる。また、あらかじめ駆動制御装置２０８に、制御データをもつことにより発生する電動機２０７との組み合わせに管理が不要となるので、この管理工数を大幅に削減することが可能となる。また、非接触の無線通信でデータのやり取りを行うことにより、通信線の結線作業を削減することが可能である。

また、本実施の形態のＩＣタグを圧縮機の外郭に取り付けた例で説明を行ったが、電動機の外郭に直接取り付ける構成をとることにより、同様の効果を得ることが可能である。すなわち、駆動制御装置とその駆動されるアクチエータとの組み合わせにおいて、アクチエータの制御データを同様の構成で具備することにより、同様の効果を得られるものである。

また、ＩＣタグ２１０におけるメモリ量、通信信頼性を高めるために送信電力をＵＰしたりすると、ＩＣタグ２１０における消費電力量は増加する。このために駆動制御装置２０８からの送信電波（電磁エネルギー）だけで駆動することは困難になる。そこで、電動機２０７（圧縮機１００）の運転中における外郭温度の廃熱と雰囲気温度との熱勾配部に熱発電素子を具備し、その熱発電電力出力により、前記ＩＣタグ２１０の駆動電源回路とを接続して、ＩＣタグの駆動電源とすることにより高度な消費電力量に対応することができるものである。

以上のように、本発明にかかる電動機の運転制御装置は、最適な駆動制御を多大な管理工数をかけることなく容易にかつ誤りなく実現することが可能となるので、電動機などやその運転制御装置との最適な組合せを容易に実現するとともに信頼性および生産性の向上が可能であり、電動機の駆動装置や電動機以外のエンジン制御等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構造を示す斜視図 本発明の実施の形態１における回路構成図 （ａ）本発明の実施の形態１における駆動制御装置の概略図（ｂ）同圧縮機の上方図（ｃ）同圧縮機の斜視図 従来の空気調和機の制御装置構成図 従来のＩＣタグの概観概要図

符号の説明

２０７ 電動機
２０８ 駆動制御装置
２１０ ＩＣタグ
２１１ 読出し手段（送受信手段）

Claims (8)

1. メモリ、通信、制御などを１チップもしくは集積チップで構成したデバイスで、電動機に設けられ、制御用データを蓄積したＩＣタグと、前記ＩＣタグの蓄積情報の読出し手段とを備え、前記読出し手段が読み出した制御情報に基づき、前記電動機の運転制御を行うことを特徴とする電動機の運転制御装置。
2. ＩＣタグは、非接触による通信を行うことを特徴とする請求項１記載の電動機の運転制御装置。
3. ＩＣタグには不揮発性メモリおよび該当メモリの読み出し、書き込み手段を備え、前記不揮発性メモリにストアされる情報には、少なくとも電動機固有の識別符号を含むことを特徴とする請求項１または２記載の電動機の運転制御装置。
4. 少なくとも電動機固有の識別符号から認証確認を行い、所定の符号が一致した場合にのみ、電動機の運転制御を行うことを特徴とする請求項３記載の電動機の運転制御装置。
5. マイクロコンピュータを有する駆動制御装置を備え、前記駆動制御装置からＩＣタグにストアされる情報には、少なくとも電動機の運転経過情報を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機の運転制御装置。
6. 駆動制御装置からＩＣタグにストアされる電動機の運転経過情報に基づき、前記電動機における運転条件を経時的に更新することを特徴とする請求項５記載の電動機の運転制御装置。
7. 電動機の筐体に装着した熱発電素子の電力出力と、ＩＣタグの駆動電源回路とを接続し、前記熱発電素子の熱起電力をＩＣタグの駆動電源とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機の運転制御装置。
8. ＩＣタグを外殻部に有し、上記請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機の運転制御装置により運転制御される圧縮機。

Images