JP6416609B2 - 故障判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機と一体化されたハーメチックモータの故障判定装置に関する。

このハーメチックモータには、特許文献１に記載されているように、インバータから出力される回転制御信号に応じて回転可能な同期モータがある。この同期モータを圧縮機と一体化してハーメチックモータとして使用する場合、圧縮機によって圧縮される冷媒中に含まれる不純物（例えば、鉄粉）が同期モータの巻線に侵入して巻線の被覆を破って電線が短絡、欠損する虞が生じる。

このような電線の劣化が生じると、巻線の抵抗値が変化して、インバータが同期モータを認識できなくなり、同期モータを起動させることができなくなる。また、同期モータの停止時に、モータを何度も起動させようとすると、同期モータが損傷する虞が生じる。

そこで、同期モータが起動しない場合、作業者がインバータと同期モータとの結線を外して、同期モータの巻線の抵抗を測定器で測定して、同期モータの故障を判定する作業が行われていた。

特開２０１１−１５５６０号公報

このような同期モータの故障判定では、同期モータの調子が悪くなったときに初めて知ることができ、同期モータの起動時に故障しているか否かを知ることができない。また、故障の判定時に、同期モータとインバータとの結線を取り外して、巻線抵抗を測定する作業は煩わしい。このため、同期モータの起動前に同期モータが故障しているか否かを自動的に判定して、判定結果を知ることができる故障判定装置が望まれていた。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一つの実施形態は、圧縮機と一体化されたハーメチックモータの起動前にモータが故障しているか否かを自動的に判定してその判定結果を知ることが可能な故障判定装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一つの実施形態に係わる故障判定装置は、
圧縮機と一体化され回転制御信号を受けて回転するハーメチックモータの巻線の故障を判定する故障判定装置であって、
前記ハーメチックモータの各相間の巻線の電圧端子と前記回転制御信号が流れる出力端子とを接続し又は遮断可能な第１スイッチ手段と、
前記第１スイッチ手段により前記各相間の巻線への前記回転制御信号の入力が遮断された状態で、前記ハーメチックモータの各相を順次切り換えて前記各相間の巻線の抵抗値を測定する４線式抵抗測定回路を有した抵抗測定手段と、
前記抵抗測定手段により測定された前記各相間の巻線の抵抗値を計装用の信号値に変換する変換手段と、
抵抗値と信号値との正常な範囲を予め設定したマップに基づいて、前記変換手段により変換された信号値に対応する抵抗値を求め、この求めた抵抗値が前記マップの前記正常な範囲内であれば前記ハーメチックモータが正常と判定し、前記抵抗値が前記正常な範囲を超えていれば前記ハーメチックモータが故障と判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段により判定された判定結果を告知する告知手段と、を備えるように構成される。

上記故障判定装置によれば、故障判定手段によって、抵抗値と信号値との正常な範囲を予め設定したマップに基づいて、変換手段により変換された信号値に対応する抵抗値を求め、この求めた抵抗値がマップの正常な範囲内であればハーメチックモータが正常と判定し、抵抗値が正常な範囲を超えていればハーメチックモータが故障と判定する。そして、告知手段によって、故障判定手段により判定された判定結果を告知する。このため、ハーメチックモータの起動前に、ハーメチックモータが故障しているか否かが判定されて告知手段によって判定結果が告知されるので、ハーメチックモータの起動前にハーメチックモータの故障の有無が自動的に判定されて判定結果を知ることが可能な故障判定装置を実現できる。

また、幾つかの実施形態では、
前記抵抗測定手段は、前記ハーメチックモータの前記各相間の巻線に接続されたモータ側端子と前記４線式抵抗測定回路の回路側端子とを接続し又は遮断可能な第２スイッチ手段を含み、
前記故障判定手段は、前記第１スイッチ手段、前記第２スイッチ手段、前記抵抗測定手段の作動を制御する作動制御部を含み、
前記作動制御部は、前記第１スイッチ手段を開くとともに、前記第２スイッチ手段を閉じた状態で、前記抵抗測定手段による前記ハーメチックモータの前記各相間の巻線の抵抗測定を行わせるように構成されている。

この場合、作動制御部は、第１スイッチ手段を開くとともに、第２スイッチ手段を閉じた状態で、抵抗測定手段によるハーメチックモータの各相間の巻線の抵抗測定を行わせるので、巻線の抵抗測定時において、回転制御信号がハーメチックモータに入力されることはない。このため、ハーメチックモータが停止した状態時にモータの故障判定が行われる。よって、ハーメチックモータの起動前のモータの故障判定を確実に行うことができる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、圧縮機と一体化されたハーメチックモータの起動前にモータが故障しているか否かを自動的に判定してその判定結果を知ることが可能な故障判定装置を提供することができる。

同図（ａ）は本発明の一実施形態に係るハーメチックモータの故障判定装置の概略構成図であり、同図（ｂ）は、ステータの３相のＹ巻線とΔ結線の拡大構成図である。 ４線式抵抗測定回路の回路図である。 同図（ａ）は抵抗測定部の配線図であり、同図（ｂ）は抵抗測定部のリレーの動作パターンを示す図である。 故障判定装置の抵抗測定部と変換部の構成図である。 抵抗値と信号値との正常な範囲を予め設定したマップを示すグラフである。

以下、添付図面に従って本発明の故障判別装置の実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態におけるモータは、圧縮機と一体化されたハーメチックモータであり、ハーメチックモータとして同期モータを用いた場合を例にして以下説明する。また、この実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態である故障判定装置の概略構成図である。故障判定装置１は、図１（ａ）に示すように、第１スイッチ部５と抵抗測定部１０と変換部３０とＰＬＣ４０と告知部５０とを有してなる。第１スイッチ部５は、ハーメチックモータ６０の３相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の夫々の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃ（図１（ｂ）参照）の出力端子６１ａ、６１ｂ、６１ｃとインバータ６５の二次側の出力端子６６ａ、６６ｂ、６６ｃとを接続し又は遮断可能に構成されている。第１スイッチ部５の開閉は、ＰＬＣ４０によって制御される。

インバータ６５は、二次側にハーメチックモータ６０の３相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに対応する出力端子６６ａ、６６ｂ、６６ｃが設けられている。インバータ６５の一次側には、交流電源７０がスイッチ部７１を介して接続されている。

抵抗測定部１０は、ハーメチックモータ６０の各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの抵抗値を測定する４線式抵抗測定回路１１と、ハーメチックモータ６０の各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに接続されたモータ側端子２６ａ、２６ｂ、２６ｃと４線式抵抗測定回路１１の回路側端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを接続し又は遮断可能な第２スイッチ部１４とを有してなる。第２スイッチ部１４の開閉は、ＰＬＣ４０によって制御される。

４線式抵抗測定回路１１は、図２に示すように、ハーメチックモータ６０の各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの両端に定電流源１５から２個の電流端子１６を介して電流Ｉを供給するとともに、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに流れる電流Ｉによる電圧降下を２個の電圧端子１７ａ、１７ｂを介して電圧計１９で測定するように構成されている。

具体的には、４線式抵抗測定回路１１は、図３（ａ）に示すように、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの夫々に接続された一対のモータ側端子２６ａ１、２６ａ２、２６ｂ１、２６ｂ２、２６ｃ１、２６ｃ２を備え、これらモータ側端子２６ａ１、２６ａ２、２６ｂ１、２６ｂ２、２６ｃ１、２６ｃ２の夫々は、第２スイッチ部１４を介して定電流源（図２参照）に繋がる電路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ及び電圧計１９（図２参照）に繋がる電路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに接続されている。各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の電路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄには、リレースイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が設けられており、リレースイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の開閉によって、各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の電路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが接続又は遮断されるようになっている。第２スイッチ部１４及びリレースイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の開閉は、ＰＬＣ４０によって制御される。

なお、電路２０ａに設けられたリレースイッチＳ１と電路２１ａに設けられたリレースイッチＳ１は連動して作動し、電路２１ｂに設けられたリレースイッチＳ２と電路２０ｂに設けられたリレースイッチＳ２は連動して作動し、電路２１ｃに設けられたリレースイッチＳ３と電路２０ｄに設けられたリレースイッチＳ３は連動して作動し、電路２０ｃに設けられたリレースイッチＳ４と電路２１ｄに設けられたリレースイッチＳ４は連動して作動するように構成されている。

４線式抵抗測定回路１１によって、Ｕ−Ｖ相間の巻線６０ａ、６０ｂの抵抗を測定する場合には、図３（ｂ）に示すように、リレースイッチＳ１、Ｓ２を閉じて、リレースイッチＳ３、Ｓ４を開く。このようにリレースイッチＳ１、Ｓ２が開閉すると、定電流源１５からの電流は、電路２０ａ→第２スイッチ部１４→Ｕ−Ｖ相間の巻線６０ａ、６０ｂ→第２スイッチ部１４→電路２０ｂを流れ、電路２１ａ、２１ｂに繋がるモータ側端子２６ａ２、２６ｂ１が電圧端子となってＵ−Ｖ相間の巻線６０ａと巻線６０ｂの抵抗が電圧計１９（図２参照）によって測定される。

Ｖ−Ｗ相間の巻線６０ｂ、６０ｃの抵抗を測定する場合には、リレースイッチＳ２、Ｓ４を閉じて、リレースイッチＳ１、Ｓ３を開く。また、Ｗ−Ｕ相間の巻線６０ｃ、６０ａの抵抗を測定する場合には、リレースイッチＳ１、Ｓ３を閉じて、リレースイッチＳ２、Ｓ４を開く。

４線式抵抗測定回路１１で測定された各相間（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの抵抗値は、図１及び図４に示すように、変換部３０に送られる。変換部３０には、測定された抵抗値を計装アンプ３１によって増幅した後に、信号変換回路３３によって抵抗値を信号値に変換（算出）する。例えば電流値に変換することで、ＰＬＣ４０によるデータ処理を容易にすることができる。

ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）４０は、図１に示すように、第１スイッチ部５、第２スイッチ部１４、リレースイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の開閉を制御する作動制御部４１と、各相間Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの抵抗値からハーメチックモータ６０が故障しているか否かを判定する故障判定部４３を備える。作動制御部４１は記憶されたプログラムに従って第１スイッチ部５、第２スイッチ部１４、リレースイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の開閉を制御する。

故障判定部は、図５に示すように、抵抗値と信号値との正常な範囲を予め設定したマップＭに基づいて、変換部３０（図１参照）により変換（算出）された信号値に対応する抵抗値を求め、この求めた抵抗値がマップＭの正常な範囲ΔＢ内であればハーメチックモータ６０が正常と判定し、抵抗値が正常な範囲ΔＢを超えていればハーメチックモータ６０が故障と判定する。

ここで、マップＭの縦軸は巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの抵抗値を示し、横軸は信号（電流）値を示している。図５中の実線Ｌは、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃが正常である場合の信号値と抵抗値との関係を示している。本実施形態では、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃに定常電流ｂが流れると巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃの抵抗値がＢになることを示している。また、定常電流ｂが流れたときに、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃが正常と判定される抵抗値の正常な範囲をΔＢ（例えば、Ｂの±１０％の範囲）で示している。

このため、変換部３０により変換（算出）された電流値に対応する抵抗値がΔＢの範囲内にあれば、ハーメチックモータ６０が正常と判定され、抵抗値がΔＢの範囲を超えていればハーメチックモータ６０が故障と判定される。

なお、求めた抵抗値が正常な範囲ΔＢよりも大きくなる場合は、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃが細くなったり、破断したりする場合であり、求めた抵抗値が正常な範囲ΔＢよりも小さくなる場合は、巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃが短絡した場合である。

このようにして判定された、ハーメチックモータ６０の故障の有無の判定結果は、告知部５０に送信される。告知部５０は、図１に示すように、判定結果を表示するディスプレイ等の表示部５１である。表示部５１では、判定結果を文字、図形、記号等によって表示する。表示部５１はＰＬＣ４０と有線又は無線で接続される。このため、表示部５１をハーメチックモータ６０から離反した場所に設置することができるので、ハーメチックモータ６０の故障の有無を遠隔監視することができる。なお、告知部５０は、表示部５１に限るものではなく、判定結果を知らせることができれば、音声によって知らせるブザーでもよく、電気信号でもよい。

このように、本実施形態の故障判定装置１によれば、第１スイッチ部５を開いた状態でハーメチックモータ６０の故障判定を行うので、ハーメチックモータ６０が停止した状態でハーメチックモータ６０の故障判定を行うことができる。また、故障判定装置１は、ハーメチックモータ６０の起動前にハーメチックモータ６０の故障の有無を自動的に判定してその判定結果を知ることができる。よって、作業者がハーメチックモータ６０の巻線６０ａ、６０ｂ、６０ｃを直接に測定器で測定する必要がなく、作業者の労力を軽減することができる。

なお、前述した実施形態では、ハーメチックモータ６０に同期モータを使用した場合を示したが、誘導モータを使用してもよい。この場合には、インバータ６５は不要となり、交流電源７０から供給される回転制御信号が誘導モータに直接に供給される。

１ 故障判定装置
５ 第１スイッチ部
１０ 抵抗測定部
１１ ４線式抵抗測定回路
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 回路側端子
１４ スイッチ部
１５ 定電流源
１６ａ、１６ｂ 電流端子
１７ａ、１７ｂ 電圧端子
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 電路
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ａ１、２６ａ２、２６ｂ１、２６ｂ２、２６ｃ１、２６ｃ２ モータ側端子
３０ 変換部
３１ 計装アンプ
３３ 信号変換回路
４０ ＰＬＣ
４１ 作動制御部
４３ 故障判定部
５０ 告知部
５１ 表示部
６０ ハーメチックモータ
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 巻線
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ 出力端子
６５ インバータ
７０ 交流電源
７１ スイッチ部
Ｌ 実線
Ｍ マップ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ リレースイッチ

Claims (1)

1. 圧縮機と一体化され回転制御信号を受けて回転するハーメチックモータの巻線の故障を判定する故障判定装置であって、
   前記ハーメチックモータの各相間の巻線の電圧端子と前記回転制御信号が流れる出力端子とを接続し又は遮断可能な第１スイッチ手段と、
   前記第１スイッチ手段により前記各相間の巻線への前記回転制御信号の入力が遮断された状態で、前記ハーメチックモータの各相を順次切り換えて前記各相間の巻線の抵抗値を測定する４線式抵抗測定回路を有した抵抗測定手段と、
   前記ハーメチックモータの前記各相間の巻線に接続されたモータ側端子と前記４線式抵抗測定回路の回路側端子とを接続し又は遮断可能な第２スイッチ手段と、
   前記抵抗測定手段により測定された前記各相間の巻線の抵抗値を計装用の信号値に変換する変換手段と、
   抵抗値と信号値との正常な範囲を予め設定したマップに基づいて、前記変換手段により変換された信号値に対応する抵抗値を求め、この求めた抵抗値が前記マップの前記正常な範囲内であれば前記ハーメチックモータが正常と判定し、前記抵抗値が前記正常な範囲を超えていれば前記ハーメチックモータが故障と判定する故障判定手段と、
   前記故障判定手段により判定された判定結果を告知する告知手段と、
   を備え、
   前記故障判定手段は、前記第１スイッチ手段、前記第２スイッチ手段、前記抵抗測定手段の作動を制御する作動制御部を含み、
   前記作動制御部は、前記第１スイッチ手段を開くとともに、前記第２スイッチ手段を閉じた状態で、前記抵抗測定手段による前記ハーメチックモータの前記各相間の巻線の抵抗測定を行わせるように構成されていることを特徴とする故障判定装置。

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