JP6273822B2

JP6273822B2 - モータの制御装置

Info

Publication number: JP6273822B2
Application number: JP2013262517A
Authority: JP
Inventors: 志郎竹内
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: JP2015117908A

Description

本発明は、モータの制御装置に関し、より詳細には、例えば自動販売機等の冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用されるモータの制御装置に関するものである。

従来、例えば自動販売機等の冷凍サイクルを構成する圧縮機のモータとしてブラシレスモータが用いられており、モータに対する出力電圧値及び出力周波数をインバータ等により調整することによってモータの回転数を負荷に応じて増減させるようにしている。そのため、モータの起動時において該モータに対する負荷が過大なものとなる場合には、インバータやモータに流れる電流値は大きいものとなってしまう。

ところで、上記モータが適用される自動販売機等においては、電源から供給される電流容量は所定値（例えば１５Ａ等）に制限されている。そのため、上述したようなモータの起動時においてモータの負荷が過大なものとなる場合、インバータやモータに無制限に電流を流してしまうと、自動販売機の他の機器に電流を供給できずに不具合が生ずる虞れがある。そこで、インバータの入力電流を検知するセンサを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２８１２３６号公報

ところが、例えば特許文献１に提案されているようなものでは、インバータの入力電流を検知するセンサを必要としているために、製造コストの増大化を招来している。

本発明は、上記実情に鑑みて、製造コストの低減化を図ることができるモータの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモータの制御装置は、モータに適用され、かつ常態においては該モータに対する出力電圧値及び出力周波数を調整することにより該モータを所望の回転数で駆動させる制御手段を備えた制御装置であって、前記制御手段は、モータを駆動させている間に、該モータへの出力電流値から該制御装置の入力電流値を推定する入力電流推定部と、前記入力電流推定部により推定される入力電流値が所定レベル以下となるよう算出された第１回転数上限値と、該第１回転数上限値よりも低い第２回転数上限値とのいずれかを択一的に選択して回転数上限値を設定する回転数設定処理部とを備え、与えられた信号により前記モータが過負荷になると判断した場合に、前記回転数設定処理部を通じて前記第２回転数上限値を選択して設定し、かつ前記モータの回転数が前記第２回転数上限値以下となるようモータを抑制駆動させることを特徴とする。

また本発明は、上記モータの制御装置において、前記制御手段は、予め決められた抑制駆動時間が経過するまで前記モータを抑制駆動させることを特徴とする。

また本発明は、上記モータの制御装置において、前記モータは、自動販売機の内部雰囲気を冷却する冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用されるものであり、前記制御手段は、前記自動販売機の周囲温度が予め設定された温度閾値以上となる場合、前記自動販売機の内部に対する商品の搬入が完了した場合及び供給される電圧が予め決められた電圧閾値以下となる場合の少なくとも１つが成立するときに、前記モータを抑制駆動させることを特徴とする。

本発明によれば、制御手段が、与えられた信号によりモータが過負荷になると判断した場合には、回転数上限値を設定し、かつモータの回転数が回転数上限値以下となるようモータを抑制駆動させるので、自身に入力する電流値を所定レベル以下にすることができる。つまり、従来のように入力電流を検知するセンサを必要としなくとも、過負荷であるか否かを判断することで該センサの代替を行うことができ、電流容量が不足する事態を回避することができる。従って、部品点数の削減することで製造コストの低減化を図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である制御装置の特徴的な構成を示すブロック図である。図２は、図１に示した制御部が実施する回転数設定処理の処理内容を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るモータの制御装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である制御装置の特徴的な構成を示すブロック図である。ここで例示する制御装置１０は、モータ１の駆動を制御するものである。モータ１は、ブラシレスモータと称されるものであり、自動販売機２の圧縮機３の駆動源となるものである。

圧縮機３は、図示せぬ凝縮器、膨張機構及び蒸発器とともに冷凍サイクルを構成するものであり、蒸発器が配設される自動販売機２の内部に画成された商品収容庫の内部雰囲気を冷却するものである。

制御装置１０は、電源入力部１１、インバータ回路１２及び制御部１３を備えて構成されている。

電源入力部１１は、交流電源４に接続されており、交流を直流に変換する整流回路を内蔵するものである。この電源入力部１１には、インバータ回路１２に供給する電圧を検知する素子が設けられており、該素子の検知結果が電圧信号として制御部１３に出力される。

インバータ回路１２は、電源入力部１１から直流が供給され、モータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相へ所定の出力電圧値及び出力周波数にて駆動電力を供給するものである。このインバータ回路１２には、インバータ回路１２より出力する電流値を検知する素子が設けられており、該素子の検知結果が電流信号として制御部１３に出力される。

制御部１３は、メモリ１４に記憶されたプログラムやデータに従って制御装置１０の動作を統括的に制御する制御手段であり、入力処理部１３１、回転数設定処理部１３２、出力処理部１３３、入力電流推定部１３４を備え、自販機制御部２０と通信可能なものである。

ここで自販機制御部２０は、自動販売機２の動作（商品搬出動作、金銭処理動作）を統括的に制御するものである。この自販機制御部２０は、外気温度センサ２１及びリセットスイッチ２２と電気的に接続されている。外気温度センサ２１は、自動販売機２の外気温度（周囲温度）を検知するものであり、その検知結果は温度信号として自販機制御部２０に出力される。リセットスイッチ２２は、自動販売機２に対する商品の搬入作業等が終了した場合に作業者がリセットスイッチボタンを押下操作することによりオンとなるものであり、オンとなった旨がオン信号として自販機制御部２０に出力される。

入力処理部１３１は、電源入力部１１から与えられる電圧信号や自販機制御部２０から与えられる温度信号及びオン信号の入力処理、並びにインバータ回路１２から与えられる電流信号の入力処理を行うものである。

回転数設定処理部１３２は、回転数上限値を設定する処理を行うものである。本発明の実施の形態においては、回転数設定処理部１３２は、入力処理部１３１を通じて入力処理された各信号に含まれる要素と、メモリ１４から読み出した過負荷条件とを対比して過負荷状態にあると判断した場合に、第１回転数上限値（例えば４２００ｒｐｍ等）と第２回転数上限値（例えば３３００ｒｐｍ等）とのいずれかを択一的に選択して設定するものである。

第１回転数上限値及び第２回転数上限値について説明する。これら回転数上限値は、それぞれ制御装置１０に入力する電流値が所定レベル以下となるよう算出されたものであり、モータ１が過負荷となる判断された場合に適用される第２回転数上限値の方が、電流容量の不足を回避するために第１回転数上限値よりも低くなっている。

また過負荷条件であるが、本発明の実施の形態においては、（１）外気温度が３８℃以上で、かつリセットスイッチ２２がオンとなる場合、（２）電圧信号に含まれる電圧値が交流電源４の電圧の９０％以下となる場合の２つであり、これら（１）及び（２）のいずれか一方を具備するときに、回転数設定処理部１３２はモータ１が過負荷になると判断する。

出力処理部１３３は、回転数設定処理部１３２を通じて設定した回転数上限値以下となるよう所定のモータ駆動信号（ＰＷＭ制御信号）を生成し、インバータ回路１２へモータ駆動信号を出力するものである。

入力電流推定部１３４は、モータ１を駆動させている間に、入力処理部１３１を通じて入力された電流信号を下記式（１）に当てはめて制御装置１０に入力される電流値を推定するものである。

式（１）
Ｉａｃ＝ｋ×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ
（Ｉａｃは推定入力電流値、ｋは係数、ＰＷＭ_ＤｕｔｙはＰＷＭ出力のオンデューティ比、Ｉｄｃは出力電流平均値である。）

この式（１）の導出について説明する。制御装置１０における入出力の電力の関係は下記式（２）で表すことができる。

式（２）
Ｐｄｃ＝Ｐａｃ×（１−η）
（Ｐａｃは入力電力、Ｐｄｃは出力電力、ηはインバータ損失である。）

そして、出力電力は下記式（３）、入力電力は下記式（４）で表される。

式（３）
Ｐｄｃ＝ＶＰＡ×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ
（ＶＰＡは電源電圧である。）

式（４）
Ｐａｃ＝（ＶＰＡ÷２√２）×（Ｉａｃ）′×φ
（φは力率である。）

上記式（２）〜（４）からＩａｃを求めると、
（Ｉａｃ）′＝（Ｐｄｃ÷（１−η））÷（（ＶＰＡ÷２√２）×φ）
＝（ＶＰＡ×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ）÷（（１−η）×（ＶＰＡ÷２√２）×φ）
＝（２√２×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ）÷（（１−η）×φ）
＝（２√２÷（（１−η）×φ））×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ
＝λ×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ・・・（５）
（λは定数である。）

そして、（Ｉａｃ）′はこの導出過程で近似を行った結果であり、実際に流れている入力電力に近づけるために、実験的に求めた係数ξをかけたものを推定入力電力とすると、
Ｉａｃ＝ξ（Ｉａｃ）′
＝（ξ×λ）×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃ
＝ｋ×ＰＷＭ_Ｄｕｔｙ×Ｉｄｃとなり、上記式（１）を得ることができる。

このように上記式（１）はその導出過程においてインバータ損失等が考慮されているので、かかる式（１）に出力電流値を代入することで入力電力を推定することができる。

図２は、図１に示した制御部が実施する回転数設定処理の処理内容を示すフローチャートである。かかる回転数設定処理の処理内容を述べつつ、本発明の実施の形態である制御装置１０の動作について説明する。

回転数設定処理において制御部１３は、入力処理部１３１を通じて信号を入力処理した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、すなわち電源入力部１１から電圧信号、自販機制御部２０から温度信号及びオン信号が与えられた場合、回転数設定処理部１３２を通じて過負荷条件を具備するか否かを判断する（ステップＳ１０２）。つまり、制御部１３は、回転数設定処理部１３２を通じて上記（１）及び上記（２）のいずれかを具備するか否かを判断する。

過負荷条件を具備しないと判断した場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御部１３は、回転数設定処理部１３２を通じて第１回転数上限値を選択して設定する（ステップＳ１０３）。設定された第１回転数上限値はメモリ１４等に適宜記憶される。

回転数設定処理部１３２を通じて第１回転数上限値を設定した制御部１３は、第１回転数上限値以下となるよう出力処理部１３３を通じてインバータ回路１２へモータ駆動信号を出力し（ステップＳ１０４）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、回転数設定処理部１３２を通じて設定した第１回転数上限値以下となるようインバータ回路１２へモータ駆動信号を出力するので、モータ１を第１回転数上限値以下で駆動させることができる。

一方、上記ステップＳ１０２において過負荷条件を具備すると判断した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御部１３は、回転数設定処理部１３２を通じて第２回転数上限値を選択して設定する（ステップＳ１０５）。設定された第２回転数上限値はメモリ１４等に適宜記憶される。

回転数設定処理部１３２を通じて第２回転数上限値を設定した制御部１３は、第２回転数上限値以下となるよう出力処理部１３３を通じてインバータ回路１２へモータ駆動信号を出力し（ステップＳ１０６）、その後に手順をリターンさせて今回の処理を終了する。

これによれば、回転数設定処理部１３２を通じて設定した第２回転数上限値以下となるようインバータ回路１２へモータ駆動信号を出力するので、モータ１を第２回転数上限値以下で抑制駆動することができる。かかるモータ１の抑制駆動は、予め設定された時間（例えば２５分間）が経過するまで行うようにしている。

以上説明したように本発明の実施の形態である制御装置１０によれば、制御部１３が、与えられた信号によりモータ１が過負荷になると判断した場合には、予め設定された時間が経過するまでモータ１を抑制駆動させるので、自身に入力する電流値を所定レベル以下にすることができる。つまり、従来のように入力電流を検知するセンサを必要としなくとも、過負荷条件を判断することで該センサの代替を行うことができ、電流容量が不足する事態を回避することができる。従って、部品点数の削減することで製造コストの低減化を図ることができる。

また上記制御装置１０によれば、制御部１３が、入力電流推定部１３４を通じて出力電流より制御装置１０の入力電流を推定することができるので、これによっても従来のように入力電流を検知するセンサを必要とせず、製造コストの低減化を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、（１）外気温度が３８℃以上で、かつリセットスイッチ２２がオンとなる場合、（２）電圧信号に含まれる電圧値が交流電源４の電圧の９０％以下となる場合の２つを過負荷条件とし、これら（１）及び（２）のいずれか一方を具備するときにモータ１が過負荷になると判断していたが、本発明においては、（１）外気温度が３８℃以上である場合、（２）リセットスイッチ２２がオンとなる場合、（３）電圧信号に含まれる電圧値が交流電源４の電圧の９０％以下となる場合の３つを過負荷条件とし、これら（１）〜（３）のいずれか一方を具備するときにモータ１が過負荷になると判断してもよい。また本発明においては、過負荷条件はこれらに限られるものではなく、商品収容庫の庫内温度等を過負荷条件に含めてもよい。更に、上述した実施の形態では、回転数の上限値は、第１回転数上限値と第２回転数上限値とのいずれかを択一的に選択するようにしているが、例えば外気温度、交流電源の電圧値、商品収容庫の庫内温度等に応じて第１回転数上限値と第２回転数上限値との間でランプ関数状に変化するようにしてもよい。

１モータ
２自動販売機
３圧縮機
４交流電源
１０制御装置
１１電源入力部
１２インバータ回路
１３制御部（制御手段）
１３１入力処理部
１３２回転数設定処理部
１３３出力処理部
１３４入力電流推定部
１４メモリ
２０自販機制御部
２１外気温度センサ
２２リセットスイッチ

Claims

モータに適用され、かつ常態においては該モータに対する出力電圧値及び出力周波数を調整することにより該モータを所望の回転数で駆動させる制御手段を備えた制御装置であって、
前記制御手段は、
モータを駆動させている間に、該モータへの出力電流値から該制御装置の入力電流値を推定する入力電流推定部と、
前記入力電流推定部により推定される入力電流値が所定レベル以下となるよう算出された第１回転数上限値と、該第１回転数上限値よりも低い第２回転数上限値とのいずれかを択一的に選択して回転数上限値を設定する回転数設定処理部と
を備え、
与えられた信号により前記モータが過負荷になると判断した場合に、前記回転数設定処理部を通じて前記第２回転数上限値を選択して設定し、かつ前記モータの回転数が前記第２回転数上限値以下となるようモータを抑制駆動させることを特徴とするモータの制御装置。
前記制御手段は、予め決められた抑制駆動時間が経過するまで前記モータを抑制駆動させることを特徴とする請求項１に記載のモータの制御装置。
前記モータは、自動販売機の内部雰囲気を冷却する冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用されるものであり、
前記制御手段は、前記自動販売機の周囲温度が予め設定された温度閾値以上となる場合、前記自動販売機の内部に対する商品の搬入が完了した場合及び供給される電圧が予め決められた電圧閾値以下となる場合の少なくとも１つが成立するときに、前記モータを抑制駆動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータの制御装置。