JP2020145904A - 減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】モータのΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に測定することのできる減磁保護回路を提供する。【解決手段】減磁保護回路は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出する電流検出部、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラムに関する。

Δ結線された巻線を有するモータをインバータから出力される三相交流電力を用いて動作させる場合、インバータに流れる電流から巻線に流れる電流を予測して過電流が流れていると判定した場合に減磁保護を行う減磁保護回路を設ける場合がある。
特許文献１には、関連する技術として、インバータから電源側に戻るリターン電流に基づいてモータの巻線に過電流が流れるか否かを判定し過電流が流れたと判定した場合に減磁保護を行う技術が開示されている。

特開２００８−２２８５１３号公報

ところで、インバータに流れる電流は、Δ結線された巻線の１つに流れる電流と異なる。また、モータのΔ結線された巻線には、還流電流が流れる可能性がある。そのため、特許文献１に記載の技術を用いて、インバータに流れる電流からモータのΔ結線された巻線に流れる電流を予測する場合、モータのΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に予測できない可能性がある。そして、モータのΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に予測できない場合、減磁保護を適切に実行できない可能性がある。
そのため、モータのΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に測定することのできる技術が求められている。

本発明は、上記の課題を解決することのできる減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、減磁保護回路は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出する電流検出部、を備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様における減磁保護回路は、前記複数の巻線どうしの接続を切り替えることによって、前記Δ結線とＹ結線とを切り替える切替スイッチ、を備え、前記電流検出部は、前記切替スイッチと前記複数の巻線のうちの少なくとも１つとの間に流れる電流を直接検出するものであってもよい。

本発明の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様における減磁保護回路は、前記電流検出部が検出した電流の値に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制限するか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制御する制御部と、を備えるものであってもよい。

本発明の第４の態様によれば、モータシステムは、第１の態様から第３の態様の何れか一における減磁保護回路と、Δ結線が可能な巻線を有するモータと、を備える。

本発明の第５の態様によれば、保護方法は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出すること、を含む。

本発明の第６の態様によれば、プログラムは、減磁保護回路のコンピュータに、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出すること、を実行させる。

本発明の実施形態による減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラムによれば、モータのΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に測定することができる。

本発明の第１実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態によるインバータの構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態によるモータの構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による電流検出部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による制御部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態によるモータシステムの処理フローを示す図である。 本発明の第２実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態によるモータの構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による電流検出部の構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態による制御部の構成の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態によるモータシステムの処理フローを示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第１実施形態によるモータシステム１の構成について説明する。
モータシステム１は、例えば、空気調和機の圧縮機において使用されるモータシステムである。モータシステム１は、図１に示すように、インバータ１０、モータ２０、圧縮機３０、電流検出部４０（減磁保護回路の一例）、制御部５０（減磁保護回路の一例）を備える。

インバータ１０は、制御部５０による制御に基づいて、供給される直流電力からモータ２０を駆動する三相交流電力を生成する。
例えば、インバータ１０は、図２に示すように、６つのトランジスタスイッチ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６から成る回路である。６つのトランジスタスイッチ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６のそれぞれが、制御部５０が出力する制御信号ｓｉｇ１に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、インバータ１０は、三相交流電力を生成する。この場合の制御信号ｓｉｇ１は、例えば、６つのトランジスタスイッチ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６のそれぞれに応じたＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。
インバータ１０は、生成した三相交流電力をモータ２０に出力する。

モータ２０は、例えば、図３に示すように、Δ結線された巻線２０１、２０２、２０３を備えるモータである。モータ２０は、例えば、コンプレッサモータである。

圧縮機３０は、例えば、空気調和機において使用される圧縮機である。圧縮機３０は、空気調和機における冷媒を圧縮する。

電流検出部４０は、モータ２０のΔ結線された巻線の１つに流れる電流を直接検出する検出部である。電流検出部４０は、巻線の１つに流れる電流を直接検出することで、Δ結線された巻線に流れる還流電流を含めて、巻線の１つに流れる電流を正確に検出することができる。
例えば、電流検出部４０は、抵抗４０１、差動アンプ４０２を備える。
抵抗４０１は、例えば、図４に示すように、巻線２０１に直列に接続される。
差動アンプ４０２は、抵抗４０１の両端の電位差に応じた電圧を制御部５０に出力する。差動アンプ４０２の出力電圧は、抵抗４０１の両端の電位差に応じた電圧である。そのため、差動アンプ４０２の出力電圧と抵抗４０１の抵抗値から、抵抗４０１に流れる電流を算出することができる。なお、抵抗４０１の抵抗値は、予め決定された値である。つまり、差動アンプ４０２の出力電圧値を取得することは、巻線の１つに流れる電流の値を検出することに等しい。
また、例えば、電流検出部４０は、巻線の１つ（例えば、巻線２０１）に流れる電流を直接測定する電流センサである。
電流検出部４０は、検出した巻線の１つに流れる電流の値を制御部５０に出力する。

制御部５０は、図５に示すように、第１制御部５０１、保護判定部５０２を備える。
第１制御部５０１は、直流電力から三相交流電力を生成させる制御信号ｓｉｇ１をインバータ１０に出力する。制御信号ｓｉｇ１は、例えば、ＰＷＭ信号である。

保護判定部５０２は、電流検出部４０から受ける巻線の１つに流れる電流の値に基づいて、減磁保護を実行する。
例えば、保護判定部５０２は、電流検出部４０の検出した電流の値が所定のしきい値を超える場合に、減磁保護を実行すると判定する。
保護判定部５０２が減磁保護を実行すると判定した場合、第１制御部５０１は、電流が制限された三相交流電力を出力させる制御信号ｓｉｇ１をインバータ１０に出力する。

次に、本発明の第１実施形態によるモータシステム１の処理について説明する。
ここでは、図６に示すモータシステム１の処理フローについて説明する。
なお、第１制御部５０１は、巻線の１つに流れる電流の値が所定のしきい値以下であると保護判定部５０２が判定している場合には、インバータ１０の出力電流の大きさを制限せずに（すなわち、減磁保護を実行せずに）インバータ１０を制御しているものとする。

電流検出部４０は、Δ結線された巻線の１つに流れる電流を検出する（ステップＳ１）。電流検出部４０は、所定の短い時間間隔ごとに、検出した電流の値を制御部５０に出力する（ステップＳ２）。

保護判定部５０２は、電流検出部４０から電流の値を示すデータを受ける（ステップＳ３）。
保護判定部５０２は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。
保護判定部５０２は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値以下であると判定した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ４の処理に戻す。
また、保護判定部５０２は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値を超えていると判定した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、巻線の１つに流れる電流の値が所定のしきい値を超えたことを知らせる報知信号を第１制御部５０１に出力する（ステップＳ５）。

第１制御部５０１は、保護判定部５０２から報知信号を受ける（ステップＳ６）。第１制御部５０１は、報知信号を受けると、インバータ１０の出力電流の大きさを制限する制御信号ｓｉｇ１をインバータ１０に出力する（ステップＳ７）。

以上、本発明の第１実施形態によるモータシステム１について説明した。
本発明の第１実施形態によるモータシステム１において、電流検出部４０は、モータ２０においてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出する。
このようにモータシステム１の電流検出部４０がモータ２０においてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出することで、モータ２０のΔ結線された巻線の１つに流れる電流を正確に測定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態によるモータシステム１の構成について説明する。
モータシステム１は、図７に示すように、インバータ１０、モータ２０、圧縮機３０、電流検出部４０、制御部５０、巻線切替スイッチ６０を備える。

インバータ１０は、制御部５０による制御に基づいて、供給される直流電力からモータ２０を駆動する三相交流電力を生成する。
インバータ１０は、生成した三相交流電力を、巻線切替スイッチを介してモータ２０に出力する。

モータ２０は、図８に示すように、巻線切替スイッチ６０におけるスイッチが切り替わることによって、複数の巻線の結線がΔ結線とＹ結線とで切り替わるモータである。モータ２０の回転数が相対的に高い領域で巻線をΔ結線とし、モータ２０の回転数が相対的に低い領域で巻線をＹ結線とすることで、巻線をΔ結線とＹ結線とを切り替えないモータに比べて、モータ２０の回転数の広い領域で効率的にモータ２０を動作させることができる
圧縮機３０は、例えば、空気調和機において使用される圧縮機である。

巻線切替スイッチ６０は、制御部５０からの制御信号ｓｉｇ２に基づいて、モータ２０における巻線どうしの接続を切り替えるスイッチである。巻線切替スイッチ６０は、例えば、機械式スイッチを含むリレー、トランジスタスイッチなどである。制御信号ｓｉｇ２は、巻線切替スイッチ６０を制御する信号であり、巻線切替スイッチ６０にモータ２０における巻線どうしの接続を切り替えさせる信号である。
巻線切替スイッチ６０におけるスイッチのそれぞれが、制御信号ｓｉｇ２に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、モータ２０における巻線どうしの接続が切り替わり、Δ結線とＹ結線とを切り替えることができる。モータ２０は、例えば、コンプレッサモータである。

電流検出部４０は、１つの検出部で、モータ２０のΔ結線された巻線の１つに流れる電流、及び、モータ２０のＹ結線された巻線の１つに流れる電流の両方を検出する検出部である。電流検出部４０は、巻線の１つに流れる電流を検出することで、Δ結線された巻線に流れる還流電流を含めて、巻線の１つに流れる電流を正確に検出することができる。
例えば、電流検出部４０は、抵抗４０１、差動アンプ４０２を備える。
抵抗４０１は、例えば、図９に示すように、巻線切替スイッチ６０と巻線２０１との間に流れる電流を直接検出する。
電流検出部４０は、検出した巻線の１つに流れる電流の値を制御部５０に出力する。

制御部５０は、図１０に示すように、第１制御部５０１、保護判定部５０２、第２制御部５０３を備える。
第１制御部５０１は、直流電力から三相交流電力を生成させる制御信号ｓｉｇ１をインバータ１０及び第２制御部５０３に出力する。制御信号ｓｉｇ１は、例えば、ＰＷＭ信号である。

保護判定部５０２は、電流検出部４０から受ける巻線の１つに流れる電流の値に基づいて、減磁保護を実行する。
例えば、保護判定部５０２は、電流検出部４０の検出した電流の値が所定のしきい値を超える場合に、減磁保護を実行すると判定する。
保護判定部５０２が減磁保護を実行すると判定した場合、第１制御部５０１は、電流が制限された三相交流電力を出力させる制御信号ｓｉｇ１をインバータ１０に出力する。

第２制御部５０３は、モータ２０の回転数に基づいて、巻線切替スイッチ６０におけるスイッチの接続を制御する。
例えば、モータ２０の回転数は、インバータ１０の出力電圧と現在の巻線の接続状態とから推定することができる。また、インバータ１０の出力電圧は、インバータ１０に入力される直流電圧と制御信号ｓｉｇ１とから推定できる。そのため、第２制御部５０３は、電圧検出部７０から受ける検出電圧の値と制御信号ｓｉｇ１とに基づいて、モータ２０の回転数を推定する。そして、第２制御部５０３は、推定したモータ２０の回転数が所定のしきい値以下である場合にモータ２０の巻線がＹ結線とし、推定したモータ２０の回転数が所定のしきい値を超える場合にモータ２０の巻線がΔ結線とする制御信号ｓｉｇ２を、巻線切替スイッチ６０に出力する。

電圧検出部７０は、インバータ１０に供給される電圧の値を検出する。電圧検出部７０は、検出した電圧の値を制御部５０に出力する。

次に、本発明の第２実施形態によるモータシステム１の処理について説明する。
ここでは、図１１に示すモータシステム１の処理フローについて説明する。
なお、第１制御部５０１は、巻線の１つに流れる電流の値が所定のしきい値以下であると保護判定部５０２が判定している場合には、インバータ１０の出力電流の大きさを制限せずに（すなわち、減磁保護を実行せずに）インバータ１０を制御しているものとする。また、第２制御部５０３は、電圧検出部７０から受ける検出電圧の値と制御信号ｓｉｇ１とに基づいて、モータ２０の回転数を推定し、推定したモータ２０の回転数に応じた結線（Δ結線またはＹ結線）となるように制御信号ｓｉｇ２を巻線切替スイッチ６０に出力しているものとする。

電流検出部４０は、モータ２０の巻線の１つに流れる電流を検出する（ステップＳ１１）。電流検出部４０は、所定の短い時間間隔ごとに、検出した電流の値を制御部５０に出力する（ステップＳ２）。
以下、モータシステム１は、図６に示した本発明の第１実施形態によるモータシステム１と同様に、ステップＳ３〜ステップＳ７の処理を行う。

以上、本発明の第２実施形態によるモータシステム１について説明した。
本発明の第２実施形態によるモータシステム１において、モータ２０は、巻線切替スイッチ６０におけるスイッチが切り替わることによって、複数の巻線の結線がΔ結線とＹ結線とで切り替わるモータである。電流検出部４０は、１つの検出部で、モータ２０のΔ結線された巻線の１つに流れる電流、及び、モータ２０のＹ結線された巻線の１つに流れる電流の両方を検出する。
このようにモータシステム１の電流検出部４０が１つの検出部で、モータ２０のΔ結線された巻線の１つに流れる電流、及び、モータ２０のＹ結線された巻線の１つに流れる電流の両方を検出することで、モータ２０がΔ結線とＹ結線とで切り替わる巻線切替モータである場合にも、１つの検出部で巻線の１つに流れる電流を正確に測定することができる。

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明の実施形態における記憶部や記憶装置（レジスタ、ラッチを含む）のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部や記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。

本発明の実施形態について説明したが、上述の制御部５０、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図１２は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図１２に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の制御部５０、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。

１・・・モータシステム
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・インバータ
２０・・・モータ
３０・・・圧縮機
４０・・・電流検出部
５０・・・制御部
６０・・・巻線切替スイッチ
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６・・・トランジスタスイッチ
２０１、２０２、２０３・・・巻線
４０１・・・抵抗
４０２・・・差動アンプ
５０１・・・第１制御部
５０２・・・保護判定部

Claims (6)

1. モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出する電流検出部、
   を備える減磁保護回路。
2. 前記複数の巻線どうしの接続を切り替えることによって、前記Δ結線とＹ結線とを切り替える切替スイッチ、
   を備え、
   前記電流検出部は、
   前記切替スイッチと前記複数の巻線のうちの少なくとも１つとの間に流れる電流を直接検出する、
   請求項１に記載の減磁保護回路。
3. 前記電流検出部が検出した電流の値に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制限するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制御する制御部と、
   を備える請求項１または請求項２に記載の減磁保護回路。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の減磁保護回路と、
   Δ結線が可能な巻線を有するモータと、
   を備えるモータシステム。
5. モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出すること、
   を含む保護方法。
6. 減磁保護回路のコンピュータに、
   モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも１つに流れる電流を直接検出すること、
   を実行させるプログラム。

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