JP2012067706A - 駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電電圧に対して安定的な直流励磁式拘束通電出力を実現して冷媒寝込み現象を高効率に抑制するとともに、該安定的な直流励磁式拘束通電出力を実現することでコストアップしてしまうことを抑制することを目的としている。
【解決手段】インバーター制御装置７は、圧縮機表面温度検出手段１０の検出結果及び電流検出手段９の検出結果と、に基づいて圧縮機駆動用モーター４の相抵抗値を決定し、該決定された相抵抗値及び直流母線電圧検出手段８の検出結果に基づいて拘束通電電圧を決定し、拘束通電電圧に基づいてインバーター主回路３を制御するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動制御装置に関するものである。

低温状態で駆動を停止中において、圧縮機（空気調和機等の冷凍サイクル装置用の圧縮機）に、液冷媒が集まる冷媒寝込み現象が発生することがある。冷媒寝込み現象が発生すると、圧縮機の起動負荷が大きくなることで圧縮機の破損につながったり、圧縮機の起動の際に所定値より大きな電流がインバーターに流れてシステム異常と判断され、圧縮機の起動ができなかったりする不具合が発生してしまっていた。

この冷媒寝込み現象の対策として、インバーターを、圧縮機駆動用モーター（以下、単にモーターと称する）に直流電圧（電流）を通電するように制御して圧縮機を加熱し、液冷媒を気化させる直流励磁式拘束通電（以下、単に拘束通電と称することもある）というものが知られている。

直流励磁式拘束通電には、例えば、圧縮機の表面温度を検出し、該表面温度の検出結果に基づいてモーターに供給する電力及び時間を決定しインバーターを制御するものが知られている。
その他に、モーターの巻線抵抗値を検出し、該巻き線抵抗値の検出結果に基づいて圧縮機の表面温度を換算し、該換算結果に基づいて、直流励磁式拘束通電の電力及び時間を決定しインバーターを制御する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８５０３号公報（例えば、１頁、図３参照）

従来の直流励磁式拘束通電においては、モーターの相抵抗値が小さいので、受電電圧（電源電圧）の変動に伴い、モーターで発生する熱（電力）が大きく変動してしまい、安定的な拘束通電出力を得ることができなかった。それにより、圧縮機を加熱する効率が低下してしまい、冷媒寝込み現象を高効率に抑制することができなかった。
また、特許文献１に記載の直流励磁式拘束通電においては、モーターの相抵抗値に基づいて拘束通電電圧を決定しているが、該相抵抗値を検出するためのハードウエア（抵抗センサー）が別途必要となっており、コストアップになってしまっていた。

本発明は、受電電圧に対して安定的な直流励磁式拘束通電出力を実現して冷媒寝込み現象を高効率に抑制するとともに、該安定的な直流励磁式拘束通電出力を実現することでコストアップしてしまうことを抑制することを目的としている。

本発明に係る駆動制御装置は、圧縮機のモーターを拘束通電して加熱し、冷媒寝込み現象を対策するための拘束通電制御を行う駆動制御装置において、交流電源電圧を直流電圧に変換し直流母線に供給する整流回路と、直流母線から供給された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するインバーター主回路と、インバーター主回路を駆動するインバーター制御装置と、圧縮機の表面温度を検出する圧縮機表面温度検出手段と、直流母線の電圧を検出する直流母線電圧検出手段と、圧縮機のモーターに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、インバーター制御装置は、圧縮機表面温度検出手段の検出結果及び電流検出手段の検出結果に基づいてモーターの相抵抗値を決定し、該決定された相抵抗値及び直流母線電圧検出手段の検出結果に基づいて拘束通電電圧を決定し、拘束通電電圧に基づいてインバーター主回路を制御するものである。

本発明に係る駆動制御装置によれば、圧縮機表面温度検出手段の検出結果及び電流検出手段の検出結果に基づいてモーターの相抵抗値を決定し、該決定された相抵抗値及び直流母線電圧検出手段の検出結果に基づいて拘束通電電圧を決定するので、安定的な拘束通電出力を実現して冷媒寝込み現象を高効率に抑制することができるとともに、該安定的な拘束通電出力を実現することでコストアップしてしまうことを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る駆動制御装置の回路ブロック例図である。 図１に示す駆動制御装置の拘束通電電圧を決定するために用いるソフトウエア内部のテーブルの一例を示したものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る圧縮機５の駆動制御装置１００の回路ブロック例図である。図２は、図１に示す圧縮機５の駆動制御装置１００の直流励磁式拘束通電電圧を決定するために用いるソフトウエア内部のテーブルの一例を示したものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
本駆動制御装置１００は、各種電流、電圧、温度を検出して、圧縮機駆動用モーター４の巻き線に対する直流励磁式拘束通電を行うことで圧縮機５を加熱し、圧縮機５の冷媒寝込み現象を抑制する機能を有するものである。

［駆動制御装置１００について］
駆動制御装置１００の構成について説明する。
図１に示すように、駆動制御装置１００は、負荷を駆動するための電力を供給する交流電源１と、複数のダイオードで構成したブリッジ回路と電解コンデンサーとを並列接続した整流回路２と、複数スイッチング素子を接続して構成し、整流回路２にて整流され直流母線Ｌを介して供給される電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するインバーター主回路３と、直流母線電圧検出手段８、電流検出手段９、圧縮機表面温度検出手段１０、外気温検出手段１１及び放熱器温度検出手段１２にそれぞれ接続されそれらの検出結果に基づいてインバーター主回路３を制御するインバーター制御装置７と、後述して説明する電流、電圧及び温度検出手段（８〜１２）と、から構成されている。

交流電源１は、圧縮機駆動用モーター４を駆動するための電力を供給するものである。駆動制御装置１００においては、交流電源１が三相であるものとして説明するが、特に、限定されるものではない。
整流回路２は、交流電源１の電圧を直流電圧に整流するものである。整流回路２の回路構成は、特に限定されるものではないが、図１に示すように、例えば、直列に２つ接続したダイオードを３つ並列に接続してブリッジ回路を構成したものに、並列に電圧安定化のための電解コンデンサを接続して構成するとよい。
インバーター主回路３は、交流電源１から供給される交流電圧を任意の周波数に変換するものである。インバーター主回路３は、６個のスイッチング素子が、三相ブリッジ回路を構成している。この三相ブリッジ回路の負荷側は、図１に示すように、圧縮機駆動用モーター４のＵ相、Ｖ相及びＷ相に接続されている。

インバーター制御装置７は、圧縮機駆動用モーター４を回転駆動するための制御信号をインバーター主回路３に送信したり、直流励磁式拘束通電制御の制御信号をインバーター主回路３に送信したりするものである。このインバーター制御装置７は、インバーター主回路３に接続されている。インバーター制御装置７は、冷媒寝込み防止部１３を有しており、この冷媒寝込み防止部１３が、後述する電流、電圧、温度検出手段の検出結果に基づいて、直流励磁式拘束通電の制御信号を生成する。この直流励磁式拘束通電に関することについては、後述の［直流励磁式拘束通電の説明１］、［直流励磁式拘束通電の説明２］で説明するものとする。

［電流、電圧、温度検出手段（８〜１２）について］
直流母線電圧検出手段８は、整流回路２とインバーター主回路３とを接続する直流母線Ｌの電圧を検出するものである。直流母線電圧検出手段８の電圧の検出方法及び設けられる位置は、特に、限定されるものではない。電流検出手段９は、インバーター制御装置７に接続（無線でもよいし、有線でもよい）されている。また、直流母線電圧検出手段８の出力（検出結果）は、冷媒寝込み防止部１３で検出される。

電流検出手段９は、インバーター主回路３の各相に対応する配線Ｕ、配線Ｖ及び配線Ｗに流れる電流を検出するものである。電流検出手段９の電流の検出方法及び設けられる位置は、特に、限定されるものではない。この電流検出手段９は、インバーター制御装置７に接続（無線でもよいし、有線でもよい）されている。また、電流検出手段９の出力は、冷媒寝込み防止部１３で検出される。

圧縮機表面温度検出手段１０は、圧縮機５の表面温度を検出するものである。また、圧縮機表面温度検出手段１０は、圧縮機５の表面温度を検出し、該表面温度が、圧縮機５に異常を及ぼすとインバーター制御装置７が判断した場合には、インバーター制御装置７が、圧縮機５を停止する信号を送信し保護するようになっている。圧縮機表面温度検出手段１０の温度の検出方法は、例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、圧縮機表面温度検出手段１０が設けられる位置は、検出方法に応じて決定すればよい。この圧縮機表面温度検出手段１０は、インバーター制御装置７に接続（無線でもよいし、有線でもよい）されている。また、圧縮機表面温度検出手段１０の出力は、冷媒寝込み防止部１３に送信されるようになっている。

外気温検出手段１１は、外気温を検出するものである。外気温検出手段１１の温度の検出方法は、例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、外気温検出手段１１が設けられる位置は、検出方法に応じて決定すればよい。外気温検出手段１１は、インバーター制御装置７に接続（無線でもよいし、有線でもよい）されている。また、外気温検出手段１１の出力は、冷媒寝込み防止部１３で検出される。

放熱器温度検出手段１２は、放熱器６の温度を検出するものである。放熱器温度検出手段１２の温度の検出方法は、例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、放熱器温度検出手段１２が設けられる位置は、検出方法に応じて決定すればよい。放熱器温度検出手段１２は、インバーター制御装置７に接続（無線でもよいし、有線でもよい）されている。放熱器温度検出手段１２の出力は、冷媒寝込み防止部１３で検出される。

［圧縮機５、放熱器６について］
圧縮機５は、例えば空気調和機においては、蒸発器から流れてきた低圧冷媒を高温・高圧冷媒にして放熱器に送り込むものである。ここで、圧縮機５は、空気調和機に設けられているものとして説明したが、空気調和機以外の冷凍サイクル装置の圧縮機でもよい。圧縮機５は、圧縮機駆動用モーター４が設けられている。この圧縮機駆動用モーター４には、交流電源１の電圧が、図１に示す整流回路２、直流母線Ｌ、インバーター主回路３及び配線Ｕ〜Ｗを介して供給されるようになっている。

放熱器６は、整流回路２、直流母線Ｌ及びインバーター主回路３といった、高周波電流が流れることで生じた熱を放熱するものである。

［直流励磁式拘束通電の説明１］
図２に基づいて、駆動制御装置１００の直流励磁式拘束通電制御について説明する。
（１）圧縮機５停止中に冷媒寝込み防止部１３に送信された、外気温検出手段１１の検出値及び放熱器温度検出手段１２の検出値とに基づいて、冷媒寝込み防止部１３が、直流励磁式拘束通電を実施するかを判断し、実施する場合には、両検出値に基づいて直流励磁式拘束通電時間を決定する。
（２）圧縮機５停止中に冷媒寝込み防止部１３に送信された、電流検出手段９の検出値及び圧縮機表面温度検出手段１０の検出値とに基づいて、冷媒寝込み防止部１３のソフトウエア内部に用意されている相抵抗テーブルにより、圧縮機駆動用モーター４の相抵抗値（巻き線抵抗値）を一意的に決定（演算）する（図２の相抵抗値テーブル参照）。
（３）圧縮機５停止中に冷媒寝込み防止部１３に送信された直流母線電圧検出手段８の検出値と、上記（２）の相抵抗値の決定（演算）結果に基づいて、冷媒寝込み防止部１３のソフトウエア内部に用意されている直流励磁式拘束通電電圧テーブルにより、直流励磁式拘束通電時の電圧値を一意的に決定する（図２の直流励磁式拘束通電電圧テーブル参照）。

［直流励磁式拘束通電の説明２］
直流励磁式拘束通電を実施するにあたりインバーター主回路３の素子の動作例について簡単に説明する。
インバーター主回路３のスイッチング素子３Ａ及びスイッチング素子３Ｄ（組Ｘと称する）と、スイッチング素子３Ｂ及びスイッチング素子３Ｃ（組Ｙと称する）をそれぞれ組として、「組Ｘをオン、組Ｙをオフ」と「組Ｘをオフ、組Ｙをオン」交互に繰り返し、単相交流電圧を圧縮機駆動用モーター４に供給して発熱させている。このように、組Ｘ及び組Ｙを動作させることによって、圧縮機駆動用モーター４は回転磁界が得られず停止状態となり、供給された電圧（電力）の多くは、冷媒寝込み現象を抑制するための熱となる。
この動作例は、あくまで一例であり、本駆動制御装置１００は、上記［直流励磁式拘束通の説明１］で説明した拘束通電の時間及び電圧値に基づいて、インバーター主回路３を制御するようになっている。

［駆動制御装置１００の有する効果］
駆動制御装置１００は、相抵抗を相電流値及び圧縮機表面温度から決定し、該決定結果と直流母線電圧に基づいて、直流励磁式拘束通電電圧を決定するように構成したものである。従って、相抵抗値が変化したり直流母線電圧が変動したりしても、安定的に圧縮機駆動用モーター４に拘束通電のための電力を供給することができる。つまり、安定的な直流励磁式拘束通電を実現して、冷媒寝込み現象を高効率に抑制することができる。
また、空気調和機の制御、保護に必要な既存の検出手段である外気温検出手段１１及び放熱器温度検出手段１２で直流励磁式拘束通電時間を決定し、電流検出手段９及び圧縮機表面温度検出手段１０で一意的に決定された相抵抗値及び直流母線電圧検出手段８の電圧値に基づいて直流励磁式拘束通電電圧を一意的に決定することができる。つまり、駆動制御装置１００は、インバーター制御装置７に冷媒寝込み防止部１３の機能を追加（ソフトウエア変更）するだけでよく、相抵抗値を検出するためのハードウエア（検出器）の追加の必要はないので、その分コストを抑えることができる。

［その他］
また、圧縮機駆動用モーター４の巻き線の温度を検出する巻き線温度検出手段（図示省略）が設けられていてもよい。巻き線温度検出手段の温度の検出方法は、例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。
圧縮機駆動用モーター４の巻き線の相抵抗値は、巻き線の温度及び巻き線を流れる電流によって変化することが知られている。従って、上記した圧縮機表面温度検出手段１０の検出結果及び電流検出手段９の検出結果に加えて、さらに巻き線温度検出手段によって巻き線の温度を検出し、該検出結果及び電流検出手段９の検出結果と、に基づいて、圧縮機駆動用モーター４の相抵抗値を決定すれば、相抵抗値が変化しても、安定的に圧縮機駆動用モーター４に電力を供給することができる。

１ 交流電源、２ 整流回路、３ インバーター主回路、４ 圧縮機駆動用モーター、５ 圧縮機、６ 放熱器、７ インバーター制御装置、８ 直流母線電圧検出手段、９ 電流検出手段、１０ 圧縮機表面温度検出手段、１１ 外気温検出手段、１２ 放熱器温度検出手段、１３ 冷媒寝込み防止部、Ｌ 直流母線、Ｕ 配線、Ｖ 配線、Ｗ 配線、１００ 駆動制御装置。

Claims (3)

1. 圧縮機のモーターを拘束通電して加熱し、冷媒寝込み現象を対策するための拘束通電制御を行う駆動制御装置において、
   交流電源電圧を直流電圧に変換し直流母線に供給する整流回路と、
   前記直流母線から供給された直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換するインバーター主回路と、
   前記インバーター主回路を駆動するインバーター制御装置と、
   前記圧縮機の表面温度を検出する圧縮機表面温度検出手段と、
   前記直流母線の電圧を検出する直流母線電圧検出手段と、
   前記圧縮機のモーターに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
   前記インバーター制御装置は、
   前記圧縮機表面温度検出手段の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記モーターの相抵抗値を決定し、該決定された相抵抗値及び前記直流母線電圧検出手段の検出結果に基づいて拘束通電電圧を決定し、前記拘束通電電圧に基づいて前記インバーター主回路を制御する
   ことを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記整流回路及び前記インバーター主回路の熱を放熱する放熱器と、
   前記圧縮機の外気温を検出する外気温検出手段と、
   前記放熱器の温度を検出する放熱器温度検出手段とをさらに備え、
   前記インバーター制御装置は、
   前記外気温検出手段の検出結果及び前記放熱器温度検出手段の検出結果と、に基づいて前記モーターに供給する拘束通電時間を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記モーターの巻き線温度を検出する巻き線温度検出手段をさらに備え、
   前記インバーター制御装置は、
   前記圧縮機表面温度検出手段の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果に加えて、前記巻き線温度検出手段の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果に基づいて、前記モーターの相抵抗値を決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動制御装置。

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