JP6257331B2 - インバータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インバータ装置に関するものである。
従来の空気調和装置に搭載される圧縮機駆動装置は、圧縮機内部の圧力または温度の上昇時に、モータ巻線に直列に接続された接点（サーモスタット）を開放することでモータへの通電を遮断させることによって、圧縮機内部の圧力または温度の異常上昇を防止するように構成されている。そして、この圧縮機駆動装置では、モータの巻線温度が保護すべき所定の温度に達したとき、接点が開放されることによってこの接点が設けられている相の相電流が遮断され、電流センサでは接点が設けられている相の相電流値がゼロであることが検出され、電流センサの出力に基づいて相電流出力が３相全て停止状態となる（例えば下記特許文献１参照）。
特開２００７−３１８８２４号公報
しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術では、圧縮機内部の圧力または温度の上昇時にモータへの通電を遮断させることで圧縮機内部の圧力または温度の異常上昇を防止することができるものの、圧縮機が停止した原因が圧力異常によるものか圧力異常以外（例えば過電流、母線電圧異常、欠相異常など）によるものかを特定することができないという課題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧縮機が停止した原因を特定することができるインバータ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、オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し、直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換し交流電動機を駆動するインバータ回路と、前記各スイッチング素子に対するオンオフ制御を行い、前記インバータ回路を制御する制御部と、前記インバータ回路で駆動される圧縮機の密閉容器内の圧力が閾値未満のとき、前記インバータ回路に接続される圧縮機内の３相巻線の電気的接続状態を閉とし、前記圧力が閾値を超えたとき、３相巻線の電気的接続状態を開とする圧力スイッチを備えた圧縮機と、前記圧縮機の３相巻線の何れかの電圧を検出する相電圧検出回路と、を備え、前記制御部は、前記圧縮機が停止した後に前記各スイッチング素子の何れかをＯＮ動作させて前記相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて前記圧力スイッチの動作の有無を判断して、前記圧縮機が停止した原因を特定する停止原因特定部を有することを特徴とする。
この発明によれば、相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて保護装置の動作の有無を判断することにより、圧縮機が停止した原因を特定することができる、という効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置に搭載されるインバータ装置および圧縮機の系統ブロック図である。 図２は、圧力スイッチの動作時におけるインバータ装置および圧縮機の系統ブロック図である。 図３は、圧力スイッチが動作したか否かを確認するための動作を説明するための第１の図である。 図４は、圧力スイッチが動作したか否かを確認するための動作を説明するための第２の図である。 図５は、圧縮機異常が発生した際の動作を示すフローチャートである。
以下に、本発明に係るインバータ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、本発明の実施の形態に係る空気調和装置に搭載されるインバータ装置および圧縮機１１の系統ブロック図であり、図２は、圧力スイッチ９の動作時におけるインバータ装置および圧縮機１１の系統ブロック図であり、図３は、圧力スイッチ９が動作したか否かを確認するための動作を説明するための第１の図であり、図４は、圧力スイッチ９が動作したか否かを確認するための動作を説明するための第２の図であり、図５は、圧縮機異常が発生した際の動作を示すフローチャートである。
図１に示されるインバータ装置は主たる構成としてインバータ回路１０、制御部２、電流検出回路４、母線電圧検出回路５、およびＵ相電圧検出回路６を有して構成されている。図１では、インバータ回路１０を構成する上アームスイッチング素子が「１Ｕｐ」、「１Ｖｐ」、「１Ｗｐ」と定義され、下アームスイッチング素子が「１Ｕｎ」、「１Ｖｎ」、「１Ｗｎ」と定義されている。また図１では、インバータ装置によって駆動される圧縮機１１の構成要素の一部である圧縮機巻線８Ｕ、８Ｖ、８Ｗ（モータの巻線）と圧力スイッチ９（保護装置）が示されている。
電流検出回路４ではインバータ回路１０に流れる直流電流値が検出され、電流検出回路４で検出された直流電流値は、制御部２に入力され、スイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎの過電流遮断などに用いられる。
母線電圧検出回路５ではインバータ回路１０に印加されるコンデンサ７の両端電圧（分圧された電圧）が検出され、母線電圧検出回路５で検出された電圧は母線電圧値として制御部２に入力され、母線電圧異常の検出などに用いられる。
Ｕ相電圧検出回路６は、Ｕ相の圧縮機巻線８Ｕとスイッチング素子１Ｕｐとスイッチング素子１Ｕｎとの接続端に接続され、Ｕ相電圧検出回路６で検出されたＵ相電圧値は制御部２に入力される。後述する制御部２の停止原因特定部２ａでは、Ｕ相電圧検出回路６からのＵ相電圧値によって圧力スイッチ９が動作状態であるか非動作状態であるかを判断する。なお、本実施の形態では一例としてＵ相電圧検出回路６でＵ相電圧値を検出しているが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか１相の相電圧値を用いて圧力スイッチ９の状態を判断するように構成してもよいし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の内の複数相の相電圧値を用いて圧力スイッチ９の状態を判断するように構成してもよい。
圧力スイッチ９は、Ｕ相の圧縮機巻線８ＵとＶ相の圧縮機巻線８ＶとＷ相の圧縮機巻線８Ｗとの電気的接続状態を開閉するように設けられている。例えば圧縮機１１の密閉容器（図示せず）内の吐出側圧力が一定の閾値未満のとき、圧力スイッチ９は図１に示されるように圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗの電気的接続状態を閉とし、吐出側圧力が一定の閾値を超えたとき、圧力スイッチ９は図２に示されるように圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗの電気的接続状態を開とする。なお、一定の閾値を超えた吐出側圧力が再びこの閾値より低い値となった場合にも圧力スイッチ９は動作前の状態（非動作状態）に戻り、圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗは閉路となる。なお、前記の閾値は、上昇時の吐出側圧力を判定するときの値と下降時の吐出側圧力を判定するときの値が同じ値でもよいし異なる値でもよい。
制御部２は、図示しないドライブ回路などを介して接続線３によって各スイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎに接続され、電流検出回路４で検出される直流電流値や図示しない回転数指令信号などに基づき各スイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎを制御する。制御部２によって制御されるインバータ回路１０はコンデンサ７からの直流電圧をＰＷＭ変調でスイッチングすることにより正弦波状の交流電圧に変換して圧縮機１１の構成要素である圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗへ出力する。
また、制御部２は、圧縮機１１が停止した原因が圧力異常によるものか圧力異常以外（例えば過電流、母線電圧異常、欠相異常など）によるものかを特定すると共に、圧力異常の原因が圧縮機故障によるものかその他の要因（例えば冷媒回路の一時的な負荷変動など）によるものかを判断する停止原因特定部２ａを有する。
以下、圧縮機１１が停止した原因を特定する動作を説明する。図５において、制御部２は電流検出回路４、母線電圧検出回路５、およびＵ相電圧検出回路６からの相電流検出値、母線電圧値、Ｕ相電圧値に基づいて過電流、母線電圧異常、欠相異常のいずれかが発生したと判断したとき、圧縮機１１を保護するために各スイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎの駆動を停止させて圧縮機１１を停止させる（ステップＳ１）。
停止原因特定部２ａは、圧縮機１１が停止してから一定時間(Ａ秒)経過後に、圧力スイッチ９が動作したか否かを確認するため、上アームのスイッチング素子１Ｖｐ（Ｖ相上アーム）のみ一定時間(Ｂ秒)ＯＮさせる（ステップＳ２）。なお、本実施の形態では一例として圧力スイッチ９が動作したか否かを確認するためにスイッチング素子１ＶｐのみＯＮさせているが、他相のスイッチング素子をＯＮさせ、あるいは複数の相のスイッチング素子をＯＮさせ、圧力スイッチ９の動作状態を確認するように構成してもよい。また、本実施の形態では圧縮機１１が停止してから一定時間(Ａ秒)経過後にスイッチング素子１ＶｐをＯＮさせているが、この一定時間(Ａ秒)を設定せずに、圧縮機１１に異常が発生した直後にスイッチング素子１ＶｐをＯＮさせるように構成してもよい。また、スイッチング素子１ＶｐをＯＮさせる一定時間(Ｂ秒)は、Ｕ相電圧検出回路６にて電圧検出可能な時間に設定される。
スイッチング素子１ＶｐをＯＮさせた停止原因特定部２ａは、Ｕ相電圧検出回路６で検出されるＵ相電圧値によってＵ相電圧が有るか否か、すなわちＵ相電圧の有無により圧力スイッチ９が動作状態であるか非動作状態であるかを判断する（ステップＳ３）。
ステップＳ３においてＵ相電圧が有る場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａは、図３のように圧力スイッチ９が動作していないと判断（圧力異常ではないと判断）し、圧縮機１１が停止した原因が圧力異常以外（例えば過電流、母線電圧異常、欠相異常など）であると判断する（ステップＳ４）。
ステップＳ３においてＵ相電圧が無い場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａは、図４のように圧力スイッチ９が動作したと判断（圧力異常と判断）し、圧力異常回数カウンタを１インクリメントする（ステップＳ５）。圧力異常回数カウンタは、一定時間(Ｃ分)の間で発生した圧力異常回数（すなわち高圧異常の発生頻度）を示すものであり、圧力異常の原因が圧縮機故障によるものかその他の要因（例えば冷媒回路の一時的な負荷変動など）によるものかを判断するために用いられる。
次に停止原因特定部２ａは圧力異常回数カウンタの値が１と等しいか否かを判断する（ステップＳ６）。圧力異常回数カウンタの値が１と等しくない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、すなわち異常カウンタの値が２以上で有る場合、停止原因特定部２ａは、ステップＳ８の動作を行い、圧力異常回数カウンタの値が１と等しい場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａは、ステップＳ７の動作を行う。
ステップＳ６で圧力異常回数カウンタの値が１と等しい場合、停止原因特定部２ａは、圧力異常が発生した時点（圧力異常回数カウンタが１インクリメントされた時点）からの経過時間を取得するためタイマ１のカウントを開始する（ステップＳ７）。タイマ１は、圧力異常の頻度(規定時間(Ｃ分)の間に発生する圧力異常回数)を検出することにより圧縮機１１が故障したか否かの判断に用いられる。またタイマ１は後述するように一定時間(Ｄ分)経過後にリセットされる。
一方、ステップＳ６で圧力異常回数カウンタの値が１と等しくない場合、停止原因特定部２ａは圧力異常回数カウンタの値が規定回数ｎ未満か否かを判断する（ステップＳ８）。この規定回数ｎは、圧縮機１１が故障と断定できる圧力異常回数を基準に設定される。
圧力異常回数が規定回数ｎ未満である場合（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａは、圧力異常の原因が冷媒回路の一時的な負荷変動などの可能性があると判断してステップＳ９の動作を行う。
圧力異常回数が規定回数ｎを超えている場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａはステップＳ１５の動作を行う。
ステップＳ７においてタイマ１のカウントが開始されてから一定時間（Ｅ秒）経過後に、停止原因特定部２ａは、上アームスイッチング素子１Ｖｐのみを再び一定時間(Ｂ秒)ＯＮさせる（ステップＳ９）。
スイッチング素子１ＶｐをＯＮさせた停止原因特定部２ａは、Ｕ相電圧検出回路６で検出されるＵ相電圧値によってＵ相電圧が有るか無いかを判断する（ステップＳ１０）。Ｕ相電圧が有る場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａは、ステップＳ１０の動作を行い、Ｕ相電圧が無い場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａは、ステップＳ１１の動作を行う。
ステップＳ１０においてＵ相電圧が無い場合（ステップＳ１０，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａは、圧力異常の継続時間を取得するためタイマ２のカウントを開始する（ステップＳ１１）。タイマ２は、圧力スイッチ９が動作後に、圧縮機１１の密閉容器内の吐出側圧力が前記の閾値より下降しているにも関わらず、圧縮機１１の故障によって圧力スイッチ９が動作前の状態に戻らない場合に圧縮機故障として判断するために用いられる。
停止原因特定部２ａは、タイマ２が規定時間(Ｃ分)未満か否かを判断する（ステップＳ１２）。この規定時間(Ｃ分)は、例えば、圧縮機１１が停止してから圧縮機１１の密閉容器内の吐出側圧力が前記の閾値以下となるまでの時間以上の値に設定される。なお、規定時間はこれに限るものではない。
タイマ２が規定時間(Ｃ分)未満の場合（ステップＳ１２，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａはステップＳ９の動作を行い、タイマ２が規定時間(Ｃ分)以上の場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａはステップＳ１５の動作を行う。
ステップＳ１０においてＵ相電圧が有る場合（ステップＳ１０，Ｙｅｓ）、停止原因特定部２ａは、圧縮機１１の密閉容器内の吐出側圧力が一定の閾値よりも低い値となったことにより圧力スイッチ９が動作前の状態（非動作状態）に戻り、圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗが閉路になったと判断し、圧力異常を解除する（ステップＳ１３）。そして、制御部２は圧力異常が解除されてから一定時間経過後にインバータ回路１０を駆動することにより圧縮機１１を再起動させる。
また制御部２は圧力異常を解除した後、タイマ２のカウントをリセットする（ステップＳ１４）。
ステップＳ８において、圧力異常回数が規定回数ｎを超えている場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａは、圧力異常の原因が冷媒回路の一時的な負荷変動などではなく、圧縮機１１の故障によるものと判断し（ステップＳ１５）、エラー信号を外部へ送信する。また、ステップＳ１２においてタイマ２が規定時間(Ｃ分)以上の場合（ステップＳ１２，Ｎｏ）、停止原因特定部２ａは、圧力スイッチ９が動作前の状態に戻らないためこの場合も圧縮機１１の故障と判断し（ステップＳ１５）、エラー信号を外部へ送信する。
ステップＳ１５で圧縮機故障が確定された後、停止原因特定部２ａはタイマ１、タイマ２および圧力異常回数カウンタをリセットする（ステップＳ１６）。
なお、停止原因特定部２ａでは、ステップＳ７でタイマ１のカウントを開始した後、圧縮機１１の運転状態に関わらずタイマ１の値が規定時間(Ｄ分)を超えたか否かを監視し、タイマ１が規定時間(Ｄ分)を超えたとき、タイマ１および圧力異常回数カウンタをリセットする。
以上に説明したように本実施の形態に係るインバータ装置は、オンオフ制御される複数のスイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎを有し、直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換し交流電動機を駆動するインバータ回路１０と、複数のスイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎに対するオンオフ制御を行い、インバータ回路１０を制御する制御部２と、インバータ回路１０で駆動される圧縮機１１の異常発生時にインバータ回路１０に接続される圧縮機１１内の３相巻線（圧縮機巻線８Ｕ〜８Ｗ）の電気的接続状態を開放させる保護装置（圧力スイッチ９）を備えた圧縮機１１と、圧縮機１１の３相巻線の何れかの電圧を検出する相電圧検出回路（Ｕ相電圧検出回路６）と、を備え、制御部２は、圧縮機１１が停止した後に各スイッチング素子１Ｕｐ〜１Ｗｎの何れかをＯＮ動作させて相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて保護装置の動作の有無を判断して、圧縮機１１が停止した原因を特定する停止原因特定部２ａを有する。この構成により、保護装置が動作したか否かを判断でき、圧縮機１１が停止した原因が圧力異常によるものか圧力異常以外（例えば過電流、母線電圧異常、欠相異常など）によるものかを特定することができる。
また、停止原因特定部２ａは、相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて、動作した保護装置が復旧したことを検知するように構成されている。このことにより圧力異常の原因が冷媒回路の一時的な負荷変動などであると判断することができ、圧力異常を解除して圧縮機１１を再起動させることができる。
また、停止原因特定部２ａは、相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて、保護装置の動作頻度を検出して圧縮機１１の故障の有無を判断するように構成されている。このことにより、圧力異常の原因が圧縮機故障によるものかその他の要因（例えば冷媒回路の一時的な負荷変動など）によるものかを確実に判断することが可能である。
なお、本発明の実施の形態は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
以上のように、本発明は、インバータ装置に適用可能であり、特に、圧縮機が停止した原因を特定することができる発明として有用である。
１Ｕｐ，１Ｖｐ，１Ｗｐ，１Ｕｎ，１Ｖｎ，１Ｗｎ スイッチング素子、２ 制御部、２ａ 停止原因特定部、３ 接続線、４ 電流検出回路、５ 母線電圧検出回路、６ Ｕ相電圧検出回路、７ コンデンサ、８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ 圧縮機巻線、９ 圧力スイッチ、１０ インバータ回路、１１ 圧縮機。

Claims (3)

  1. オンオフ制御される複数のスイッチング素子を有し、直流電圧を任意周波数の交流電圧に変換し交流電動機を駆動するインバータ回路と、
    前記各スイッチング素子に対するオンオフ制御を行い、前記インバータ回路を制御する制御部と、
    前記インバータ回路で駆動される圧縮機の密閉容器内の圧力が閾値未満のとき、前記インバータ回路に接続される圧縮機内の３相巻線の電気的接続状態を閉とし、前記圧力が閾値を超えたとき、３相巻線の電気的接続状態を開とする圧力スイッチを備えた圧縮機と、
    前記圧縮機の３相巻線の何れかの電圧を検出する相電圧検出回路と、
    を備え、
    前記制御部は、前記圧縮機が停止した後に前記各スイッチング素子の何れかをＯＮ動作させて前記相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて前記圧力スイッチの動作の有無を判断して、前記圧縮機が停止した原因を特定する停止原因特定部を有することを特徴とするインバータ装置。
  2. 前記停止原因特定部は、前記相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて、動作した前記圧力スイッチが復旧したことを検知することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
  3. 前記停止原因特定部は、前記相電圧検出回路で検出された相電圧値に基づいて、前記圧力スイッチの動作頻度を検出して前記圧縮機の故障の有無を判断することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
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