JP2008161021A - 電動機駆動装置およびその欠相検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠相を早期に検出することのできる電動機駆動装置及びその欠相検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】直流電力を３相交流電力に変換し、該３相交流電力を電動機に供給する電動機駆動装置であって、電動機の起動開始時に、各相に同時に電流を流し、各相に流れた電流値に基づいて欠相を検出する電動機駆動装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、空気調和機等に用いられる電動機駆動装置およびその欠相検出に関するものである。

従来、電動機駆動装置の欠相検出方法として、電動機の各相に流れる電流を電流センサにより検出し、この電流検出値が所定値以下であった場合に、欠相を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００５−３１２０９０号公報 特開２００５−２６９８５４号公報

しかしながら、上述したような従来の欠相検出方法では、各相に順番に電流を流し、そのときの電流値をそれぞれ検出し、この検出値に基づいて欠相の検出を行っていたため、欠相検出に時間がかかるという不都合があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、欠相を早期に検出するとともに、電動機の駆動を早期に開始することのできる電動機駆動装置及びその欠相検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、直流電力を３相交流電力に変換し、該３相交流電力を電動機に供給する電動機駆動装置であって、前記電動機の起動開始時に、各相に同時に電流を流し、各相に流れた電流値に基づいて欠相を検出する電動機駆動装置を提供する。

このように、各相に同時に電流を流し、このときの電流値に基づいて欠相を検出するので、各相に個別に電流を流して欠相をそれぞれ検出する場合に比べて、欠相検出に要する時間を短縮することが可能となる。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうち、どの相が欠相しているかを特定することができる。

上記電動機駆動装置において、各相に流す電流パターンは、前記電動機のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされていることが好ましい。

このように、各相に流す電流パターンは、電動機のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされているので、欠相検出と電動機のロータの初期位置設定とを同時に行うことが可能となる。これにより、欠相検出のための期間を新たに設ける必要がないので、電動機を早期に駆動することが可能となる。

本発明の電動機駆動装置は、例えば、空気調和機に利用されるのに好適なものである。

本発明は、直流電力を３相交流電力に変換し、該３相交流電力を電動機に供給する電動機駆動装置の欠相検出方法であって、前記電動機の起動開始時に、各相に同時に電流を流し、各相に流れた電流値に基づいて欠相を検出する電動機駆動装置の欠相検出方法を提供する。

上記電動機駆動装置の欠相検出方法において、各相に流す電流パターンは、前記電動機のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされていることが好ましい。

本発明によれば、欠相を早期に検出するとともに、電動機の駆動を早期に開始することのできるという効果を奏する。
また、本発明の電動機を空気調和機（マルチタイプを含む）に適用する場合には、欠相を短時間で検出するので、インバータへの過電流異常を防止することができる。また、簡素な回路により欠相検知が可能であるため、複雑な専用回路を設ける必要がない。
更に、初期励磁期間にて欠相検知を行うために、インバータを余計に動作させる必要がなくなるという利点がある。

以下に、本発明に係る電動機駆動装置およびその欠相検出方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る電動機駆動装置の概略構成を示したブロック図である。
図１に示すように、三相交流電源１から出力された３相交流電力は、整流回路２により直流電力に変換された後、インバータ３に入力される。インバータ３では、直流電力が３相交流電力に変換され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の交流電力が電動機４に供給される。整流回路２とインバータ３との間には、平滑化用のコンデンサ５が並列に接続されている。

上記インバータ３は、例えば、複数のスイッチング素子からなる３相ブリッジ回路を備えている（図３参照）。インバータ３と電動機４とを結ぶ３相の電力線のうち、２つの電力線には、電流センサ６，７が設けられている。本実施形態においては、Ｕ相の電力線に電流センサ６が、Ｗ相の電力線に電流センサ７が設けられている。これら電流センサ６，７の検出値はマイコン８に与えられる。
マイコン８は、電流センサ６，７からの検出値に基づいて、インバータ３が備える各種スイッチング素子のオンオフ駆動等を制御するとともに、電動機４の起動時においては、後述する欠相検出を行う。

このような構成を備える電動機駆動装置においては、図２に示すように、電動機４の駆動開始時に電動機４のロータを初期位置に設定するための初期励磁期間が設けられている。具体的には、マイコン８は、図２に示すように、モータ４の起動時において、初期励磁モードによる運転制御を行った後に、通常運転モード（例えばV／F制御、ベクトル制御等）を実施する。
図３は、初期励磁期間におけるインバータ３の各相に対応するスイッチング素子１１〜１６のオンオフ状態を示した図、図４は、初期励磁期間において各相に流れる電流の関係を示した図である。

図３に示すように、Ｕ相に対応するスイッチング部３１においては、上アームのスイッチング素子１１がオフ状態、下アームのスイッチング素子１２がオン状態とされ、Ｖ相に対応するスイッチング部３２においては、上アームのスイッチング素子１３がオン状態、下アームのスイッチング素子１４がオフ状態とされ、Ｗ相に対応するスイッチング部３３においては、上アームのスイッチング素子１５がオン状態、下アームのスイッチング素子１６がオフ状態とされる。

これにより、図３および図４に示すように、Ｖ相の電流ＩｖおよびＷ相の電流ＩｗがＵ相に流れ込むこととなる。このとき、Ｕ相に流れる電流Ｉｕ，Ｖ相に流れる電流Ｉｖ，Ｗ相に流れる電流Ｉｗの間には、以下の（１）式が成り立つ。
Ｉｕ＝Ｉｖ＋Ｉｗ （１）

上記（１）式が成立することにより、２つの相に流れる電流値を検出することにより、他の一つの相に流れる電流を演算により求めることができる。
また、図２に示すように、初期励磁期間において、各相に流れる電流の値は、ゼロから電流ピーク値に向けて徐々に大きくなる。ここで、電流ピーク値とは、電動機４の通常運転時において、各相に流すことのできる最大電流値である。

そして、本実施形態に係る電動駆動装置においては、マイコン８が、初期励磁期間において各相に流れる電流をモニタすることで、各相の欠相検出を行うこととしている。
以下、この初期励磁期間に行われる欠相検出方法について図５を参照して説明する。
まず、マイコン８は、ステップＳＡ１において、初期励磁期間であるか否かを判断し、初期励磁期間であれば、ステップＳＡ２に進む。ステップＳＡ２では、Ｕ相の電流値Ｉｕ、即ち、電流センサ６による検出値が予め設定されている基準値Ｉｕ´よりも大きいか否かを判定する。なお、基準値Ｉｕ´は、後述するＶ相の基準値Ｉｖ´及びＷ相の基準値Ｉｗ´を加算した値に設定されている。

ステップＳＡ２において、Ｕ相の電流値Ｉｕが基準値Ｉｕ´よりも大きければ、ステップＳＡ３に進み、Ｕ相用のカウンタを１インクリメントした後、ステップＳＡ４に進む。一方、上記ステップＳＡ２において、Ｕ相の電流値Ｉｕが基準値Ｉｕ´以下であれば、そのままステップＳＡ４に進む。

ステップＳＡ４では、Ｖ相の電流値Ｉｖが予め設定されている基準値Ｉｖ´よりも大きいか否かを判定する。この結果、Ｖ相の電流値Ｉｖが基準値Ｉｖ´よりも大きければ、ステップＳＡ５に進み、Ｖ相用のカウンタを１インクリメントした後、ステップＳＡ６に進む。一方、上記ステップＳＡ４において、Ｖ相の電流値Ｉｖが基準値Ｉｖ´以下であれば、そのままステップＳＡ６に進む。ここで、上記Ｖ相の基準値Ｉｖ´は、例えば、Ｖ相の電流ピーク値にゼロ以外の所定の係数ａ(例えば、１／２〜１／３のいずれかの値)を乗じた値に設定されている。なお、係数ａは、設計により任意の値を採用することが可能である。また、図１に示したように、上記Ｖ相の電力線には電流センサが設けられていないことから、マイコン８は、上述した（１）式を用いて、電流値Ｉｖを演算により求める。

ステップＳＡ６では、Ｗ相の電流値Ｉｗ、即ち、電流センサ７による検出値が予め設定されている基準値Ｉｗ´よりも大きいか否かを判定する。この結果、Ｗ相の電流値Ｉｗが基準値Ｉｗ´よりも大きければ、ステップＳＡ７に進み、Ｗ相用のカウンタを１インクリメントした後、ステップＳＡ１に戻る。一方、上記ステップＳＡ６において、Ｗ相の電流値Ｉｗが基準値Ｉｗ´以下であれば、そのままステップＳＡ１に戻る。ここで、上記Ｗ相の基準値Ｉｗ´は、上述したＶ相の基準値Ｉｖ´と同じ値に設定されている。
そして、初期励磁期間が終了するまで、上述したステップＳＡ２からステップＳＡ７までの処理が繰り返し実行されることにより、各相のカウンタが各相の電流値に応じてインクリメントされることとなる。

そして、初期励磁期間が終了すると、マイコン８は、ステップＳＡ１において、初期励磁期間でないと判断し、ステップＳＡ８に進む。ステップＳＡ８では、Ｕ相のカウンタ値が判定値を超えているか判定する。この結果、判定値を超えていれば、ステップＳＡ９に進み、Ｖ相のカウンタ値が判定値を超えているか判定する。この結果、判定値を超えていれば、ステップＳＡ１０に進み、Ｗ相のカウンタ値が判定値を超えているか判定する。この結果、判定値を超えていれば、いずれの相においても欠相は発生していない、つまり、正常と判定する。この場合、マイコン８は、各相に対応するスイッチング部３１〜３３を通常モードで駆動制御する。これにより、各相には図２に示す通常モードにおける各電流が流れることとなり、電動機４が駆動されることとなる。

一方、ステップＳＡ８〜ＳＡ１０のいずれかにおいて、カウンタ値が判定値以下であると判断した場合には、いずれかの相において欠相が発生している、つまり、欠相異常が発生していると判断する。この場合には、マイコン８は、例えば、インバータ３の駆動を停止するとともに、欠相異常が検知されたことを表示装置（図示略）等に表示することで、ユーザに欠相異常が発生していることを報知する。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電動機駆動装置及び欠相検出方法によれば、各相に同時に電流を流し、このときの電流値に基づいて欠相を検出するので、各相に個別に電流を流して欠相を検出する場合に比べて、欠相検出に要する時間を短縮することができる。
更に、各相に流す電流パターンは、電動機４のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされているので、欠相検出と電動機４のロータの初期位置設定とを同時に行うことが可能となる。これにより、欠相検出のための期間を新たに設ける必要がないので、電動機４を早期に駆動することができる。
特に、空気調和機に適用される電動機においては、欠相を短時間で検出することで、インバータへの過電流異常を防止することができる。また、単純な回路により欠相検知が可能であるため、複雑な専用回路を設ける必要がないという効果がある。更に、初期励磁期間にて欠相検知を行うため、インバータを余計に動作させる必要がなくなる。
また、上記欠相検出方法によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のどの相が欠相しているかを判別することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る電動機駆動装置の概略構成を示す図である。 初期励磁期間において、各相に流れる電流波形の一例を示した図である。 初期励磁期間におけるインバータの各相に対応するスイッチング素子のオンオフ状態を示した図である。 初期励磁期間における各相に流れる電流の関係を示した図である。 本発明の一実施形態に係る欠相検出方法の処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 三相交流電源
２ 整流回路
３ インバータ
４ 電動機
５ コンデンサ
６，７ 電流センサ
８ マイコン
１１〜１６ スイッチング素子
３１ Ｕ相に対応するスイッチング部
３２ Ｖ相に対応するスイッチング部
３３ Ｗ相に対応するスイッチング部

Claims (5)

1. 直流電力を３相交流電力に変換し、該３相交流電力を電動機に供給する電動機駆動装置であって、
   前記電動機の起動開始時に、各相に同時に電流を流し、各相に流れた電流値に基づいて欠相を検出する電動機駆動装置。
2. 各相に流す電流パターンは、前記電動機のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされている請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置を備える空気調和機。
4. 直流電力を３相交流電力に変換し、該３相交流電力を電動機に供給する電動機駆動装置の欠相検出方法であって、
   前記電動機の起動開始時に、各相に同時に電流を流し、各相に流れた電流値に基づいて欠相を検出する電動機駆動装置の欠相検出方法。
5. 各相に流す電流パターンは、前記電動機のロータを初期位置に設定するための初期励磁モードによる運転を行い、通常モードに移行される電流パターンとされている請求項４に記載の電動機駆動装置の欠相検出方法。

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