JP6203126B2

JP6203126B2 - 密閉型圧縮機駆動装置

Info

Publication number: JP6203126B2
Application number: JP2014116183A
Authority: JP
Inventors: 崇仁大西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2034-06-04
Also published as: CN105298817B; AU2015202553B2; EP2955378A2; US10072666B2; JP2015229960A; US20150354579A1; CN105298817A; AU2015202553A1; EP2955378A3; EP2955378B1

Description

本発明は、密閉型圧縮機駆動装置に関する。

従来、電動機と圧縮機構部とにより構成される密閉型圧縮機の駆動装置として、商用交流電源の交流を直流に変換し、変換された直流をスイッチング回路により３相の擬似交流に変換し、電動機の各相巻線に３相の擬似交流電圧を印加するインバータを備えた駆動装置が挙げられる。このような駆動装置では、スイッチング回路から各相巻線への複数の相巻線を順次切り替えるべく、各相巻線のうち、非通電状態の相巻線に誘起する電圧が検出され、該検出電圧に基づいて電動機のロータの位置が検出され、該検出位置に応じてスイッチング回路のスイッチングタイミングが制御される。このような駆動装置は、密閉ケース（密閉型圧縮機）内の圧力または温度が異常に上昇したときに閉成する常開接点及び該常開接点に直列接続された電流制限素子を備え、圧力または温度の異常上昇時に各相巻線のうちいずれか２つの相巻線の非結線の相互間を接続し、電流制限素子を通じて流れる電流にて過負荷電流を検出し、インバータのスイッチング動作を停止して、密閉型圧縮機の圧力または温度の異常上昇が防止される。

例えば、特許文献１には、密閉型圧縮機内の圧力が異常上昇したときに密閉型圧縮機内の保護装置を構成する常開接点及び電流制限素子が作動することで、密閉型圧縮機の圧縮動作を停止して密閉型圧縮機内の圧力が所定値以上まで上昇しないように制御する圧縮機駆動装置が開示されており、該圧縮機駆動装置の常開接点が作動すると密閉型圧縮機内の電流制限素子が相巻線間に接続されることで、母線電圧間にスイッチング素子及び電流制限素子を経由する短経路が形成される技術が開示されている。

特開２００９−１５６２３６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、一時的に冷媒負荷が増加した場合にも密閉型圧縮機内の圧力の上昇に応じて常開接点が作動し、電流制限素子を介してスイッチング回路のスイッチング素子に過負荷電流が流れ、密閉型圧縮機内部の電流制限素子及びスイッチング回路のスイッチング素子が損傷してしまうことがある。そのため、一時的な冷媒負荷の増加が圧力上昇の原因であったにも関わらず、回路基板若しくは密閉型圧縮機の交換または修理が必要となる、という問題があった。

また、安全に停止させるために高圧圧力スイッチ（ＨＰＳ：ＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｔｃｈ）内蔵型の密閉型圧縮機を用いる場合には、密閉型圧縮機内部の圧力が所定値以上になると相巻線が開放される。そのため、一時的な冷媒負荷の増加であっても密閉型圧縮機内部の圧力が上昇してＨＰＳが作動してしまう、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＨＰＳの作動が一時的な冷媒負荷の増加に起因する圧力上昇によるものであるか否かを切り分け、一時的な冷媒負荷の増加に起因する圧力上昇である場合には再駆動可能とする密閉型圧縮機駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高圧圧力スイッチを内蔵した密閉型圧縮機を駆動する密閉型圧縮機駆動装置において、前記密閉型圧縮機内部の前記高圧圧力スイッチの開放動作時に発生した過電流、母線電圧異常及び欠相を検出するパラメータ検出部と、前記密閉型圧縮機の温度を検出する温度検出部と、前記パラメータ検出部及び前記温度検出部が取得したデータが入力される制御部とを備え、前記制御部は、前記データに基づいて異常を検出すると、再駆動可能な異常であるか否かを判定し、再駆動可能な異常である場合には駆動信号を再出力し、再駆動不可能な異常である場合には異常信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、ＨＰＳの作動が一時的な冷媒負荷の増加に起因する圧力上昇によるものであるか否かを切り分け、一時的な冷媒負荷の増加に起因する圧力上昇である場合には再駆動可能とする密閉型圧縮機駆動装置を得ることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる密閉型圧縮機駆動装置の構成の一例を示す図である。図２は、実施の形態にかかる密閉型圧縮機駆動装置の異常検出時の制御の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる密閉型圧縮機駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる密閉型圧縮機駆動装置の実施の形態の構成の一例を示す図である。商用交流電源１に接続された密閉型圧縮機駆動装置１０は、密閉型圧縮機２０を駆動する。

密閉型圧縮機２０は、相巻線２１，２２，２３と、ＨＰＳ２４とを備える。ＨＰＳ２４は、密閉型圧縮機２０内の圧力が所定値（しきい値）以上になると、相巻線２１，２２，２３のうち一相または三相すべてを機械的に開放し、密閉型圧縮機２０の圧縮動作を機械的に停止し、再び所定値（しきい値）以下になると再接続し、再駆動可能となる機構である。ここで、所定値（しきい値）は一定値であってもよいし、ヒステリシスをもって変化する値であってもよい。

密閉型圧縮機駆動装置１０は、順変換部１１と、電圧検出部１２と、過電流検出部１３と、制御部１４と、スイッチング回路１５と、位置・欠相検出部１６とを備える。順変換部１１は、商用交流電源１の交流を直流に変換する整流器である。直流に変換された電圧は、電圧検出部１２及び過電流検出部１３を介してスイッチング回路１５に印加される。電圧検出部１２は、母線間の電圧を検出して制御部１４に出力する。過電流検出部１３は、スイッチング回路１５へ流れる電流を検出して制御部１４に出力する。

スイッチング回路１５は、スイッチング素子１５ａ（Ｕ＋），１５ｂ（Ｖ＋），１５ｃ（Ｗ＋），１５ｄ（Ｕ−），１５ｅ（Ｖ−），１５ｆ（Ｗ−）を備え、入力される直流電圧を３相の擬似交流電圧に変換して出力する。スイッチング素子１５ａ（Ｕ＋），１５ｄ（Ｕ−）間には相巻線２１が接続され、スイッチング素子１５ｂ（Ｖ＋），１５ｅ（Ｖ−）間には相巻線２２が接続され、スイッチング素子１５ｃ（Ｗ＋），スイッチング素子１５ｆ（Ｗ−）間には相巻線２３が接続されている。

位置・欠相検出部１６は、スイッチング回路１５と密閉型圧縮機２０との間の通電ラインに接続され、相巻線２１，２２，２３のうち非通電状態の相巻線に誘起する電圧を検出し、検出した電圧から密閉型圧縮機２０内部のロータ回転位置を検出し、検出したロータ回転位置を制御部１４に出力する。

密閉型圧縮機２０（の外部）には温度検出素子３０が接続されており、温度検出部１７は、温度検出素子３０により密閉型圧縮機２０の温度を検出して制御部１４に出力する。順変換部１１、制御部１４、スイッチング回路１５及び位置・欠相検出部１６は、密閉型圧縮機２０の相巻線２１，２２，２３に駆動電圧を供給するインバータを構成している。

制御部１４は、少なくとも、スイッチング回路１５を構成するスイッチング素子１５ａ〜１５ｆのオンオフを制御する駆動信号を供給し、異常検出時にスイッチング素子１５ａ〜１５ｆへの駆動信号の供給を停止する。該駆動信号は、制御部１４に入力される、各検出部の検出結果に応じて生成される。ここで、異常検出時としては、位置・欠相検出部１６による欠相検出時、電圧検出部１２による母線電圧異常検出時または過電流検出部１３による過電流検出時を例示することができる。

上述のように、密閉型圧縮機２０内の圧力が所定値（しきい値）以上になる異常時にはＨＰＳ２４が作動して密閉型圧縮機２０の圧縮動作を機械的に停止する。このようにＨＰＳ２４が作動する場合としては、圧縮機巻線の欠相時（欠相検出時）、母線電圧異常時（母線電圧異常検出時）または圧縮機駆動電流の異常時（過電流検出時）を例示することができる。

位置・欠相検出部１６は、スイッチング回路１５のスイッチング素子１５ａ〜１５ｆの駆動時に相巻線２１，２２，２３に流れる電流を電流センサ（図示しない）により検出する。制御部１４は、該電流センサによって検出された電流に基づいて位置及び欠相の判定を行う。ＨＰＳ２４が作動すると相巻線２１，２２，２３が開放され、スイッチング素子１５ａ〜１５ｆを駆動しても電流が流れない（例えば、位置・欠相検出部１６から０Ａが出力される）ことから、欠相異常と判定される。

制御部１４は、電圧検出部１２から出力された母線電圧値を監視しており、母線電圧値が所定範囲外である場合には母線電圧異常と判定する。

過電流検出部１３は、インバータとして動作するスイッチング回路１５に流れる電流を監視しており、該電流が所定値を超えた場合には制御部１４に信号を出力し、制御部１４は過電流異常と判定する。

図２は、本発明にかかる密閉型圧縮機駆動装置の実施の形態における異常検出時の制御の一例を示すフローチャートである。まず、処理を開始し、密閉型圧縮機駆動装置１０が密閉型圧縮機２０を駆動する（Ｓ１）。密閉型圧縮機２０の駆動後、制御部１４は、電圧検出部１２、過電流検出部１３及び位置・欠相検出部１６からデータ（位置・欠相のデータ、電流、電圧、相巻線２１，２２，２３に流れる電流等）を取得する（Ｓ２）。

そして、スイッチング回路１５へ流れる電流（回路電流）が過電流しきい値以下であるか否かを制御部１４が判定する（Ｓ３）。Ｓ３の判定の結果、スイッチング回路１５へ流れる電流（回路電流）が過電流しきい値以下である場合（Ｓ３においてＹｅｓに分岐する場合）には、母線電圧がしきい値範囲内（しきい値と等しい場合を含む。）であるかを制御部１４が判定する（Ｓ４）。Ｓ３の判定の結果、スイッチング回路１５へ流れる電流（回路電流）が過電流しきい値以下でない場合（Ｓ３においてＮｏに分岐する場合）には、制御部１４は過電流異常を検出する（Ｓ８）。

Ｓ４の判定の結果、母線電圧がしきい値範囲内である場合（Ｓ４においてＹｅｓに分岐する場合）には、圧縮機電流（相巻線２１，２２，２３に流れる電流）が０Ａであるか否かを制御部１４が判定する（Ｓ５）。Ｓ４の判定の結果、母線電圧がしきい値範囲内でない場合（Ｓ４においてＮｏに分岐する場合）には、制御部１４は母線電圧異常を検出する（Ｓ７）。

Ｓ５の判定の結果、圧縮機電流（相巻線２１，２２，２３に流れる電流）が０Ａである場合（Ｓ５においてＹｅｓに分岐する場合）には、制御部１４は欠相異常を検出する（Ｓ６）。Ｓ５の判定の結果、圧縮機電流（相巻線２１，２２，２３に流れる電流）が０Ａでない場合（Ｓ５においてＮｏに分岐する場合）には、Ｓ２に戻り、データ取得を行う。

なお、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の判定の順序は上記に限定されるものではない。すなわち、Ｓ３，Ｓ５，Ｓ４の順に判定を行ってもよいし、Ｓ４，Ｓ３，Ｓ５の順に判定を行ってもよいし、Ｓ４，Ｓ５，Ｓ３の順に判定を行ってもよいし、Ｓ５，Ｓ３，Ｓ４の順に判定を行ってもよいし、Ｓ５，Ｓ４，Ｓ３の順に判定を行ってもよい。

欠相異常が検出された場合（Ｓ６）には、密閉型圧縮機２０の相巻線２１，２２，２３の断線、密閉型圧縮機駆動装置１０内の配線の断線、密閉型圧縮機２０の故障、密閉型圧縮機駆動装置１０のインバータ基板の故障、またはＨＰＳ２４の作動等が想定される。ＨＰＳ２４の作動の場合には、一時的な冷媒負荷の増加による密閉型圧縮機２０の圧力上昇によるものであれば故障ではなく、修理及び交換作業は不要である。このように修理及び交換作業が不要な場合には再駆動可能とする。

欠相異常が検出された場合（Ｓ６）には、制御部１４は、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（Ｓ１）からの時間が所定の時間（しきい値時間）以下であるか否かの判定を行う（Ｓ９）。ここで、しきい値時間は、例えば３分とする。Ｓ９の判定の結果、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（起動時）からしきい値時間（例えば３分）以内である場合（Ｓ９においてＹｅｓに分岐する場合）には、制御部１４は初期異常（誤配線または断線等）と判断し（Ｓ１０）、再駆動させないように、制御部１４が異常信号を外部出力し（Ｓ３０）、処理を終了する。ユーザは、異常信号の外部出力により異常を認識し、修理または交換等により対処する。

Ｓ９の判定の結果、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（起動時）からしきい値時間（例えば３分）以内でない場合（Ｓ９においてＮｏに分岐する場合）には、欠相異常の原因は初期異常ではなく、駆動中における密閉型圧縮機２０の故障またはＨＰＳ２４の作動によるものと考えられる。ここで、ＨＰＳ２４が作動する場合には、密閉型圧縮機２０内部の圧力が高く、密閉型圧縮機２０の温度も高くなる。温度検出部１７は、温度検出素子３０によって密閉型圧縮機２０の温度を取得して制御部１４に送り（Ｓ１１）、制御部１４は、取得した密閉型圧縮機２０の温度が温度しきい値以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、密閉型圧縮機２０の温度しきい値は例えば１５０℃とする。

Ｓ１２の判定の結果、密閉型圧縮機２０の温度が温度しきい値（１５０℃）以上である場合（Ｓ１２においてＹｅｓに分岐する場合）には、位置・欠相検出部１６が相巻線２１，２２，２３の欠相の確認（Ｓ１３）を行い、制御部１４は、欠相異常が生じているか否かを判定する（Ｓ１４）。密閉型圧縮機２０の温度が温度しきい値未満である場合（Ｓ１２においてＮｏに分岐する場合）には、制御部１４は密閉型圧縮機２０の故障であると判断し（Ｓ１５）、異常信号を外部へ出力する（Ｓ３０）。ユーザは、異常信号の外部出力により異常を認識し、修理または交換等により対処する。

Ｓ１４の判定の結果、欠相異常が生じている場合（Ｓ１４においてＹｅｓに分岐する場合）には、制御部１４は、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（起動時）からの時間が所定の時間（しきい値時間３分）以下であるか否かの判定を行う（Ｓ１６）。Ｓ１６の判定の結果、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（起動時）から所定の時間（しきい値時間３分）以内である場合（Ｓ１６においてＹｅｓに分岐する場合）には、位置・欠相検出部１６が再び相巻線２１，２２，２３の欠相の確認を行う（Ｓ１３）。これは、欠相状態が解除されるまで、または、密閉型圧縮機２０の駆動開始時（起動時）から所定の時間（しきい値時間３分）が経過するまで、相巻線２１，２２，２３の欠相の確認（Ｓ１３）が行われ、欠相異常が生じているか否か判定され（Ｓ１４）、密閉型圧縮機２０の駆動開始時からの時間がしきい値（３分）以下であるか否かの判定（Ｓ１６）を繰り返すということである。

Ｓ１４の判定の結果、Ｎｏに分岐する場合には、制御部１４は、過電流検出部１３において過電流異常が検出されたか否かの判定を行う（Ｓ１７）。Ｓ１７の判定の結果、過電流異常が検出された場合（Ｓ１７においてＹｅｓに分岐する場合）には、制御部１４は、密閉型圧縮機２０の故障またはインバータ基板の故障であると判断し（Ｓ１８）、異常信号を外部へ出力する（Ｓ３０）。ユーザは、異常信号の外部出力により異常を認識し、修理または交換等により対処する。Ｓ１７の判定の結果、過電流異常が検出されていない場合（Ｓ１７においてＮｏに分岐する場合）には、一時的な冷媒負荷の増加によって密閉型圧縮機２０内部の圧力が高くなりＨＰＳ２４が作動したと想定して、制御部１４は、母線電圧が異常であるか否かを判定する（Ｓ２６）。

なお、図示していないが、起動時からの規定時間（例えば３０分）内の異常検出回数をカウントしておき、該カウント数が設定した回数（例えば３回）を超えた場合には密閉型圧縮機２０の故障であると判定して異常信号を外部へ出力し、規定時間（例えば３０分）内の該カウント数が設定した回数（例えば３回）を超えなかった場合にはカウント数をリセットする処理を行ってもよい。なお、起動時からのしきい値時間経過前は誤配線等の可能性があるので外部へ異常出力する（Ｓ３０）。

一方、Ｓ４の判定の結果Ｎｏに分岐した場合（Ｓ７）またはＳ３の判定の結果Ｎｏに分岐した場合（Ｓ８）には、ＨＰＳ２４の作動により相巻線２１，２２，２３が非通電状態となっているか否かを確認するために位置・欠相検出部１６が相巻線２１，２２，２３の欠相の確認（Ｓ２２）を行い、制御部１４は、欠相異常が生じているか否かの判定を行う（Ｓ２３）。Ｓ２３の判定の結果、欠相異常が生じている場合（Ｓ２３においてＹｅｓに分岐する場合）には、Ｓ１１へ移行し、その後の処理は上記説明した通りである。Ｓ２３の判定の結果、欠相異常が生じていない場合（Ｓ２３においてＮｏに分岐する場合）には、制御部１４は、過電流異常が生じているか否かを判定する（Ｓ２４）。Ｓ２４の判定の結果Ｙｅｓに分岐する場合には、制御部１４は、過電流異常であると判断して（Ｓ２５）、異常信号を外部へ出力する（Ｓ３０）。

Ｓ２４の判定の結果Ｎｏに分岐する場合には、商用交流電源１の変動の影響を受けた可能性が高いため、制御部１４は、母線電圧が異常であるか否かを判定する（Ｓ２６）。Ｓ２６の判定の結果Ｙｅｓに分岐する場合には、制御部１４は、（異常の）検出回数が設定した回数（例えば１０回）以下であるか否かを判定する（Ｓ２７）。Ｓ２７の判定の結果、検出回数が設定した回数（例えば１０回）以下である場合（Ｓ２７においてＹｅｓに分岐する場合）には、母線電圧が異常であるか否かを再度判定する（Ｓ２６）。Ｓ２７の判定の結果、検出回数が設定した回数（例えば１０回）を超えている場合（Ｓ２７においてＮｏに分岐する場合）には、制御部１４は、母線電圧が異常であると判断して（Ｓ２８）異常信号を外部へ出力する（Ｓ３０）。

Ｓ２６の判定の結果Ｎｏに分岐する場合、すなわち、検出回数が設定した回数以下で母線電圧異常の判定から抜けた場合（Ｓ２７でＹｅｓに分岐した後にＳ２６でＮｏに分岐した場合）には、制御部１４は、再駆動可と判断し（Ｓ２９）、所定の時間（しきい値時間３分）待機し（Ｓ２０）、駆動信号を再出力する（Ｓ２１）。

なお、図示していないが、この場合にも起動時からの規定時間（例えば３０分）内の異常検出回数をカウントしておき、該カウント数が設定した回数（例えば３回）を超えた場合には密閉型圧縮機２０の故障であると判定して異常信号を外部へ出力し、規定時間（例えば３０分）内の該カウント数が設定した回数（例えば３回）を超えなかった場合にはカウント数をリセットする処理を行ってもよい。なお、しきい値時間経過前は誤配線等の可能性があるので外部へ異常出力する（Ｓ３０）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、例えば一時的な冷媒負荷の増加に起因する再駆動可能な異常と、修理または交換が必要な異常とを切り分けることが可能となる。なお、本実施の形態にて説明した密閉型圧縮機駆動装置は空気調和機に適しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、交流電源に接続され、密閉型圧縮機を備えるその他の機器にも適用することができる。

なお、本発明は、本実施の形態にて説明した構成に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成の追加、変更または削除が可能である。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機駆動装置は、交流電源に接続された密閉型圧縮機を駆動する駆動装置として有用であり、特に空気調和機に適している。

１商用交流電源、１０密閉型圧縮機駆動装置、１１順変換部、１２電圧検出部、１３過電流検出部、１４制御部、１５スイッチング回路、１５ａ〜１５ｆスイッチング素子、１６位置・欠相検出部、１７温度検出部、２０密閉型圧縮機、２１，２２，２３相巻線、２４ＨＰＳ、３０温度検出素子。

Claims

高圧圧力スイッチを内蔵した密閉型圧縮機を駆動する密閉型圧縮機駆動装置において、
前記密閉型圧縮機内部の前記高圧圧力スイッチの開放動作時に発生した過電流、母線電圧異常及び欠相を検出するパラメータ検出部と、
前記密閉型圧縮機の温度を検出する温度検出部と、
前記パラメータ検出部及び前記温度検出部が取得したデータが入力される制御部とを備え、
前記制御部は、前記データに基づいて異常を検出すると、再駆動可能な異常であるか否かを判定し、再駆動可能な異常である場合には駆動信号を再出力し、再駆動不可能な異常である場合には異常信号を出力することを特徴とする密閉型圧縮機駆動装置。
前記再駆動可能な異常が、一時的な冷媒負荷による異常であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機駆動装置。