JP2022057571A - 誘起電圧波形生成装置及び回転方向判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相モータの空転時の回転方向の判定を行うコントローラの入力ポート数を削減すること。【解決手段】誘起電圧波形生成装置３０は、振幅調整部と、合成部とを有し、コントローラ４０が有する入力ポートＩＮへ入力される誘起電圧波形を生成する。振幅調整部は、３相モータにおける３相の誘起電圧のうち何れか１相に発生する誘起電圧から生成した第一誘起電圧波形の振幅と、３相のうちの他の１相に発生する誘起電圧から生成した第二誘起電圧波形の振幅とを異ならせ、合成部は、第一誘起電圧波形と第二誘起電圧波形とを合成する。【選択図】図１

Description

本開示は、誘起電圧波形生成装置及び回転方向判定装置に関する。

空気調和機の室外機は、熱交換機と、熱交換機用のファン（以下では「室外機ファン」と呼ぶことがある）と、室外機ファンを回転させるモータ（以下では「ファンモータ」と呼ぶことがある）とを有する。

室外機のファンモータは、ファンモータが停止している間に室外機ファンが風などの外力を受けて空転することにより、正転方向とは逆方向、つまり逆転方向に回転する（以下では「逆転」と呼ぶことがある）ことがある。ファンモータは正転方向で起動するため、ファンモータの起動前に室外機ファンが空転することにより、ファンモータが逆転方向に回転している状態でファンモータを起動させてしまうと、ファンモータの起動に失敗したり、ファンモータが破損してしまったりすることがある。そこで、ファンモータの起動前にファンモータの回転方向と回転数とを検出する技術が提案されている。

ファンモータが回転しているとき、ファンモータに生じる誘起電圧（以下では「モータ誘起電圧」と呼ぶことがある）に基づいて、ファンモータの回転方向と、ファンモータの回転数とを検出する技術がある。例えば、３相のモータ誘起電圧（以下では「３相誘起電圧」と呼ぶことがある）のうち、何れか２相のモータ誘起電圧のそれぞれの位相に基づいてファンモータの回転方向を判定し、何れか１相のモータ誘起電圧の周期に基づいてファンモータの回転数を検出する技術がある。これにより、ファンモータが逆転していることと、ファンモータが逆転しているときの回転数とを検出することができる。

特開２０１０－２００４６８号公報

しかし、上記のように、ファンモータの回転方向の判定には、３相誘起電圧のうちの２相のモータ誘起電圧が必要であるため、回転方向の判定を行うコントローラには、２相のモータ誘起電圧の各波形がそれぞれ入力される２つの入力ポートが必要であった。

そこで、本開示は、３相モータの回転方向の判定を行うコントローラの入力ポート数を削減できる技術を提案する。

本開示の誘起電圧波形生成装置は、３相モータの空転時に発生する誘起電圧から誘起電圧波形を生成すると共に、回転方向を判定するコントローラへ前記誘起電圧波形を入力する。また、本開示の誘起電圧波形生成装置は、振幅調整部と、合成部とを有する。前記振幅調整部は、前記３相モータにおける３相のうち何れか１相に発生する誘起電圧から生成した第一誘起電圧の波形である第一波形の振幅と、前記３相のうちの他の１相に発生する誘起電圧から生成した第二誘起電圧の波形である第二波形の振幅とを異ならせる。前記合成部は、前記第一波形と前記第二波形とを合成する。

開示の技術によれば、３相モータの回転方向の判定を行うコントローラの入力ポート数を削減できる。

図１は、本開示の実施例の回転方向判定装置の構成例を示す図である。 図２は、本開示の実施例の正転方向での空転時の３相の誘起電圧波形の一例を示す図である。 図３は、本開示の実施例の正転方向での空転時の２相の誘起電圧波形の一例を示す図である。 図４は、本開示の実施例の正転方向での空転時の誘起電圧波形生成装置の出力波形の一例を示す図である。 図５は、本開示の実施例の逆転方向での空転時の３相の誘起電圧波形の一例を示す図である。 図６は、本開示の実施例の逆転方向での空転時の２相の誘起電圧波形の一例を示す図である。 図７は、本開示の実施例の逆転方向での空転時の誘起電圧波形生成装置の出力波形の一例を示す図である。

以下、本開示の実施例を図面に基づいて説明する。以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。

［実施例］
＜回転方向判定装置の構成＞
図１は、本開示の実施例の回転方向判定装置の構成例を示す図である。図１において、回転方向判定装置２０は、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１０とファンモータＭとの間に接続され、誘起電圧波形生成装置３０とコントローラ４０とを有する。ファンモータＭは、３相モータである。コントローラ４０の一例として、ＭＣＵ（Micro Control Unit）が挙げられる。

コントローラ４０は、単一の入力ポートＩＮを有し、ファンモータＭの起動前に、単一の入力ポートＩＮに入力される後述の誘起電圧波形に基づいてファンモータＭの回転方向が正転方向であるか逆転方向であるかを判定する。なお、ここ以降で「回転」とは、ファンモータＭが停止している間（起動前）に室外機ファンが風などの外力を受けて空転することにより、ファンモータＭが回転する状態を示すことがある。また、このときのファンモータＭが回転する状態を室外ファンの場合と同様に空転とも呼ぶ。

誘起電圧波形生成装置３０は、ファンモータＭの起動前に、３相誘起電圧に基づいて、入力ポートＩＮへと入力される誘起電圧波形を生成する。

ＩＰＭ１０は、ファンモータＭの起動後に、スイッチング制御により、ＩＰＭ１０の外部から印加される直流電圧Ｖｄｃから、３相の交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、生成した各相の交流電圧をファンモータＭのＵ相，Ｖ相，Ｗ相へ印加することによりファンモータＭを駆動する。ＩＰＭ１０は、ファンモータＭを駆動する駆動部の一例である。

ファンモータＭは、空転時にも、３相誘起電圧であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の誘起電圧を発生する。以下では、Ｕ相の誘起電圧を「Ｕ相誘起電圧」と、Ｖ相の誘起電圧を「Ｖ相誘起電圧」と、Ｗ相の誘起電圧を「Ｗ相誘起電圧」と呼ぶことがある。

誘起電圧波形生成装置３０は、第一抵抗Ｒ１と、第二抵抗Ｒ２と、第三抵抗Ｒ３と、第一経路Ｐ１と、第二経路Ｐ２と、第三経路Ｐ３と、第四経路Ｐ４とを有する。

第一抵抗Ｒ１は、ファンモータＭのＵ相に接続された第一経路Ｐ１に配置され、Ｕ相誘起電圧を後述の第三抵抗Ｒ３とで分圧して電圧降下を生じさせる。

第二抵抗Ｒ２は、ファンモータＭのＶ相に接続された第二経路Ｐ２に配置され、Ｖ相誘起電圧を後述の第三抵抗Ｒ３とで分圧して電圧降下を生じさせる。

第三抵抗Ｒ３は、第一経路Ｐ１と第二経路Ｐ２との合流点ＪＰを始点とする第四経路Ｐ４に配置されて片側はグランド（ＧＮＤ）に接続される。

また、合流点ＪＰを始点とする第三経路Ｐ３は、コントローラ４０の入力ポートＩＮに接続されている。

ここで、第一抵抗Ｒ１（以下では第一抵抗Ｒ１の抵抗値を「第一抵抗値」と呼ぶことがある）、及び、第二抵抗Ｒ２（以下では第二抵抗Ｒ２の抵抗値を「第二抵抗値」と呼ぶことがある）のそれぞれは、第三抵抗Ｒ３（以下では第三抵抗Ｒ３の抵抗値を「第三抵抗値」と呼ぶことがある）とともに、それぞれの相の誘起電圧を分圧し、分圧された電圧がコントローラ４０の入力ポートＩＮへ入力される。Ｕ相誘起電圧とＶ相誘起電圧との振幅値を異ならすために、第一抵抗値と第二抵抗値とを互いに異ならせる必要がある。例えば、第一抵抗値と第二抵抗値との比は「３：１」とする。

＜正転方向での空転時の波形＞
図２、図３及び図４は、本開示の実施例の正転方向に空転した時の誘起電圧の波形の一例を示す図である。以下では、Ｕ相誘起電圧の波形を「Ｕ相波形」と、Ｖ相誘起電圧の波形を「Ｖ相波形」と、Ｗ相誘起電圧の波形を「Ｗ相波形」と呼ぶことがある。

図２には、ファンモータＭの正転方向での空転時（以下では「正転空転時」と呼ぶことがある）に、観測点ＭＡ（図１）で観測されるＵ相波形ＷＡ１と、観測点ＭＢ（図１）で観測されるＶ相波形ＷＢ１と、観測点ＭＣ（図１）で観測されるＷ相波形ＷＣ１とが示されている。図１に、観測点ＭＡ，ＭＢ，ＭＣの基準点ＭＲ（ＧＮＤ）を示す。図２に示すように、ファンモータＭが正転方向で空転しているときには、Ｕ相波形→Ｖ相波形→Ｗ相波形→Ｕ相波形→Ｖ相波形→Ｗ相波形→…の順序で各相の誘起電圧の波形が出現する。

そこで、図３に示すように、Ｕ相波形ＷＡ１、Ｖ相波形ＷＢ１及びＷ相波形ＷＣ１のうち、Ｕ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１とに着目する。以下では、Ｕ相波形とＶ相波形とが合成された波形を「合成波形」と呼ぶことがある。図４に、Ｕ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１との合成結果である合成波形ＷＤ１を示す。つまり、正転空転時には、図４に示す合成波形ＷＤ１が観測点ＭＤ（図１）において観測される。よって、正転空転時には、誘起電圧波形生成装置３０によって生成される合成波形ＷＤ１（図４）が入力ポートＩＮに入力される。

図４において、合成波形ＷＤ１の１周期Ｔ１には、ピークＫ１１，Ｋ１２，Ｋ１３の３つのピークが存在する。

ピークＫ１１は、図３に示すＵ相波形ＷＡ１とＶ相波形ＷＢ１が時間軸で交差している点に相当し、合成結果が他のピークより大きくなる。ピークＫ１２は、時間軸上でＵ相波形ＷＡ１と重なりをもつＶ相波形ＷＢ１の１つのピーク（ＶＰ１）に相当し、ピークＫ１３は、時間軸上でＶ相波形ＷＢ１と重なりをもたないＵ相波形ＷＡ１の１つのピーク（ＵＰ１）に相当する。ピークＫ１３はピークＫ１２より小さい。ピークＫ１２，Ｋ１３の大きさの比は、第一抵抗値と第二抵抗値との比、すなわち誘起電圧の分圧比に応じて決定される。例えば、ピークＫ１２の大きさは３.６９［Ｖ］であるのに対しピークＫ１３の大きさは１.２１［Ｖ］である。よって、ピークＫ１３の大きさとピークＫ１２の大きさとの比は約「１：３」となり、第一抵抗値と第二抵抗値との比の逆になる。

また、正転空転時には、１周期Ｔ１において、各ピークは、ピークＫ１３→ピークＫ１１→ピークＫ１２の順序で出現する。

＜逆転方向での空転時の波形＞
図５、図６及び図７は、本開示の実施例の逆転方向での空転時の誘起電圧の波形の一例を示す図である。

図５には、ファンモータＭの逆転方向での空転時（以下では「逆転空転時」と呼ぶことがある）に、観測点ＭＡ（図１）で観測されるＵ相波形ＷＡ２と、観測点ＭＢ（図１）で観測されるＶ相波形ＷＢ２と、観測点ＭＣ（図１）で観測されるＷ相波形ＷＣ２とが示されている。図５に示すように、ファンモータＭが逆転方向で空転しているときには、Ｗ相波形→Ｖ相波形→Ｕ相波形→Ｗ相波形→Ｖ相波形→Ｕ相波形→…の順序で各相の誘起電圧の波形が出現する。

そこで、図６に示すように、Ｕ相波形ＷＡ２、Ｖ相波形ＷＢ２及びＷ相波形ＷＣ２のうち、Ｕ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２とに着目し、Ｕ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２との合成結果である合成波形ＷＤ２を図７に示す。つまり、逆転空転時には、図７に示す合成波形ＷＤ２が観測点ＭＤ（図１）において観測される。よって、逆転空転時には、誘起電圧波形生成装置３０によって生成される合成波形ＷＤ２（図７）が入力ポートＩＮに入力される。

図７において、合成波形ＷＤ２の１周期Ｔ２には、ピークＫ２１，Ｋ２２，Ｋ２３の３つのピークが存在する。周期Ｔ２の長さは、回転数が図４と等しいとき、周期Ｔ１（図４）の長さと同一である。以下では、周期Ｔ１，Ｔ２を「周期Ｔ」と総称することがある。

ピークＫ２１は、図６に示すＵ相波形ＷＡ２とＶ相波形ＷＢ２が時間軸で交差している点に相当し、合成結果が他のピークより大きくなる。ピークＫ２２は、時間軸上でＵ相波形ＷＡ２と重なりをもつＶ相波形ＷＢ２の１つのピーク（ＶＰ２）に相当し、ピークＫ２３は、時間軸上でＶ相波形ＷＢ２と重なりをもたないＵ相波形ＷＡ２の１つのピーク（ＵＰ２）に相当する。ピークＫ２３はピークＫ２２より小さい。例えば、ピークＫ２２の大きさは３.６９［Ｖ］であるのに対しピークＫ２３の大きさは１.２１［Ｖ］である。よって、ピークＫ２３の大きさとピークＫ２２の大きさとの比は約「１：３」となり、第一抵抗値と第二抵抗値との比の逆になる。

また、逆転空転時には、１周期Ｔ２において、各ピークは、ピークＫ２２→ピークＫ２１→ピークＫ２３の順序で出現する。

＜回転方向判定装置の動作＞
以上のように、正転空転時でも逆転空転時でも、合成波形には、１周期Ｔの間に３つのピークが出現する。

一方で、正転空転時と逆転空転時とでは、３つのピークの出現順序が相違する。以下では、１周期Ｔの間に出現する３つのピークのうち、大きさが最大のピークを「最大ピーク」と、大きさが最小のピークを「最小ピーク」と、最大ピークより小さく、かつ、最小ピークより大きいピークを「中間ピーク」と呼ぶことがある。図４では、ピークＫ１１が最大ピークに相当し、ピークＫ１２が中間ピークに相当し、ピークＫ１３が最小ピークに相当する。また、図７では、ピークＫ２１が最大ピークに相当し、ピークＫ２２が中間ピークに相当し、ピークＫ２３が最小ピークに相当する。

つまり、正転空転時には、１周期Ｔにおいて、各ピークは、最小ピーク→最大ピーク→中間ピークの順序で出現するのに対し、逆転空転時には、１周期Ｔにおいて、各ピークは、中間ピーク→最大ピーク→最小ピークの順序で出現する。このように、正転空転時と逆転空転時とでは、１周期Ｔにおける最小ピークと中間ピークとの出現順序が相違する。すなわち、正転空転時には、１周期Ｔにおいて、最小ピークが出現した後に中間ピークが出現するのに対し、逆転空転時には、１周期Ｔにおいて、中間ピークが出現した後に最小ピークが出現する。

そこで、コントローラ４０は、空気調和機（図示省略）が運転開始の指示を受けてファンモータＭを起動させる前に、入力ポートＩＮに入力される合成波形を観測する。そして、コントローラ４０は、合成波形の１周期において最小ピークが出現した後に中間ピークが出現するときは、ファンモータＭの回転方向を正転方向と判定する。一方で、合成波形の１周期において中間ピークが出現した後に最小ピークが出現するときは、コントローラ４０は、ファンモータＭの回転方向を逆転方向と判定する。なお、合成波形の観測は、空気調和機が停止している間、常に行われてもよい。

このように、コントローラ４０は、単一の入力ポートＩＮに入力される合成波形を用いてファンモータＭの回転方向を判定する。また、以上のように、単一の合成波形を用いてファンモータＭの回転方向を判定可能なため、コントローラ４０において、ファンモータＭの回転方向の判定のために必要な入力ポート数は１つで足りる。

なお、コントローラ４０は、合成波形の周期Ｔに基づいて、周知の技術を用いて、ファンモータＭの空転時の回転数を検出する。

また、図１における上記説明では、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＵ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＶ相に接続される場合を一例に挙げて説明した。しかし、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＶ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＷ相に接続されてもよい。また、第一経路Ｐ１がファンモータＭのＷ相に接続され、第二経路Ｐ２がファンモータＭのＵ相に接続されてもよい。このように、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続先が図１に示すものと異なる場合であっても、合成波形の１周期Ｔにおける中間ピークと最小ピークとの出現順序は、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続形態に応じて特定される。よって、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の接続先が図１に示すものと異なる場合であっても、上記説明と同様にして、ファンモータＭの回転方向を判定することができる。

第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第一経路Ｐ１、第二経路Ｐ２、及び、第四経路Ｐ４は、振幅調整部に相当する。合流部は、上記のように、第一経路Ｐ１及び第二経路Ｐ２の合流点とする。

以上、実施例について説明した。

以上のように、本開示の誘起電圧波形生成装置（実施例の誘起電圧波形生成装置３０）は、第一抵抗（実施例の第一抵抗Ｒ１）と、第二抵抗（実施例の第二抵抗Ｒ２）と、第三抵抗（実施例の第三抵抗Ｒ３）と、第一経路（実施例の第一経路Ｐ１）と、第二経路（実施例の第二経路Ｐ２）と、第三経路（実施例の第三経路Ｐ３）と、第四経路（実施例の第四経路Ｐ４）とを有し、コントローラ（実施例のコントローラ４０）が有する入力ポート（実施例の入力ポートＩＮ）へ入力される誘起電圧波形（実施例の合成波形）を生成する。コントローラは、誘起電圧波形生成装置によって生成される波形を用いて、３相モータ（実施例のファンモータＭ）の起動前に３相モータの回転方向を判定する。

また、誘起電圧波形生成装置は、振幅調整部（実施例の第一抵抗Ｒ１、第二抵抗Ｒ２、第三抵抗Ｒ３、第一経路Ｐ１、第二経路Ｐ２、及び、第四経路Ｐ４に相当）と、合成部（実施例の第一経路Ｐ１と第二経路Ｐ２との合流点に相当）とを有する。振幅調整部は、３相モータにおける３相のうち何れか１相に発生する誘起電圧から生成した第一誘起電圧波形の振幅と、前記３相のうちの他の１相に発生する誘起電圧から生成した第二誘起電圧波形の振幅とを異ならせる。合成部は、第一誘起電圧波形と第二誘起電圧波形とを合成する。

誘起電圧波形生成装置が以上のような構成を採ることで、コントローラは、誘起電圧波形生成装置から入力される単一の波形を用いて３相モータの回転方向を判定することができるため、コントローラにおいて、３相モータの回転方向の判定のために必要な入力ポートは１ポートで足りる。よって、３相モータの回転方向の判定を行うコントローラの入力ポート数を削減できる。

また、第一抵抗の抵抗値は第二抵抗の抵抗値より小さく、例えば、第一抵抗の抵抗値と第二抵抗の抵抗値との比は３：１である。

こうすることで、コントローラは、コントローラに入力される単一の波形において、中間ピークと最小ピークとを明確に判別することができる。

Ｍ ファンモータ
２０ 回転方向判定装置
３０ 誘起電圧波形生成装置
４０ コントローラ
ＩＮ 入力ポート
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｒ３ 第三抵抗
Ｐ１ 第一経路
Ｐ２ 第二経路
Ｐ３ 第三経路
Ｐ４ 第四経路
ＪＰ 合流点

Claims (6)

1. ３相モータの空転時に発生する誘起電圧から誘起電圧波形を生成すると共に、回転方向を判定するコントローラへ前記誘起電圧波形を入力する誘起電圧波形生成装置であって、
   前記３相モータにおける３相のうち何れか１相に発生する誘起電圧から生成した第一誘起電圧の波形である第一波形の振幅と、前記３相のうちの他の１相に発生する誘起電圧から生成した第二誘起電圧の波形である第二波形の振幅とを異ならせる振幅調整部と、
   前記第一波形と前記第二波形とを合成する合成部と、
   を有する誘起電圧波形生成装置。
2. 前記振幅調整部は、前記誘起電圧に電圧降下を生じさせる抵抗を有する、
   請求項１に記載の誘起電圧波形生成装置。
3. 前記振幅調整部は、
   前記第一誘起電圧に電圧降下を生じさせる第一抵抗と、
   前記第二誘起電圧に電圧降下を生じさせる第二抵抗と、
   前記第一誘起電圧と前記第二誘起電圧のそれぞれを分圧する第三抵抗と、を有し、
   前記第一抵抗の第一抵抗値と前記第二抵抗の第二抵抗値とが異なる、
   請求項１に記載の誘起電圧波形生成装置。
4. 前記合成部は、
   前記第一抵抗が配置されている第一経路と、
   前記第二抵抗が配置されている第二経路と、
   前記第一経路と前記第二経路との合流点を始点し、前記コントローラへと接続する第三経路と、を有する、
   請求項３に記載の誘起電圧波形生成装置。
5. 前記第一抵抗値と前記第二抵抗値との比は３：１である、
   請求項３に記載の誘起電圧波形生成装置。
6. 請求項１から５の何れか一つに記載の誘起電圧波形生成装置と、
   前記誘起電圧波形を用いて前記回転方向を判定する前記コントローラと、
   を具備する回転方向判定装置。

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