JP6570797B1

JP6570797B1 - 回転機制御装置、冷媒圧縮装置及び空気調和機

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Publication number: JP6570797B1
Application number: JP2019525926A
Authority: JP
Inventors: 朱音本行; 佐竹　彰; 彰佐竹; 健治 ▲高▼橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-09-04
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Also published as: US11581839B2; EP3917000A4; EP3917000A1; JPWO2020152807A1; WO2020152807A1; US20210344294A1; CN113287259A; CN113287259B

Abstract

回転機（１）の固定子巻線（１１〜１３）の接続状態を切り替える接続切替装置（７）と、回転機（１）に流れる回転機電流を検出する電流検出部（４）と、回転機（１）に電圧を印加する電圧印加部（３）と、電圧印加部（３）に与える電圧指令を生成するとともに、接続切替装置（７）に接続状態の切り替えを行う切替指令を出力する制御部（５）と、回転機（１）内の断線の有無または回転機（１）への配電線路の断線の有無を判定する欠相判定部（６）と、を備え、回転機（１）の回転中に、制御部（５）が切替指令を出力し、かつ欠相判定部（６）が断線の有無を判定する。

Description

本発明は、回転機の動作を制御する回転機制御装置、冷媒圧縮装置及び空気調和機に関する。

従来、モータの運転周波数の範囲拡大、出力トルク増加などの目的のため、モータの固定子巻線のＹ結線とΔ結線との切り替え、固定子巻線の巻数の切り替えなどができるモータが使用されている。効率向上を目的として運転中にモータの固定子巻線の接続状態を切り替える機器は、切替動作が正常に完了したか否かを判定するため、モータの回転中に接続状態の判定を行う必要がある。

特許文献１には、固定子巻線の接続状態が切り替わったかどうかを判定する回転子駆動システムについての技術が開示されている。特許文献１に記載の回転子駆動システムは、モータの回転中において誘起電圧と回転数の比を固定子巻線の切替の前後で比較し、誘起電圧と回転数の比が切替の前後で異なる場合は切替が正常に行われたと判断し、誘起電圧と回転数の比が切替の前後で差異が小さい場合は切替が行われていないと判断する。

特開２００８−１４８４９０号公報

特許文献１に記載の判定方法は、モータの固定子巻線について、切替が正しく行われているか、または切替が全く行われていないかのいずれかの状態であることが前提となっている。しかしながら、実際には、三相の固定子巻線のうち二相の固定子巻線は切り替わったが一相の固定子巻線だけに不具合が起きて切り替わらなかった場合、また、リレーの動作時間のばらつきがある場合など、モータの相間のインピーダンスにアンバランスが発生することがある。このような場合、特許文献１に記載の回転子駆動システムは、誘起電圧と回転数の比が切替の前後で異なるため、切替が正常に行われたと誤判断してしまう、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、回転機の回転動作中に回転機の固定子巻線の接続状態を切り替える際、切替動作が正常に完了したことを判断できる回転機制御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、本発明の回転機制御装置は、回転機の固定子巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、回転機に電圧を印加する電圧印加部と、電圧印加部に与える電圧指令を生成するとともに、接続切替装置に接続状態の切り替えを行う切替指令を出力する制御部と、回転機内の断線の有無または回転機への配電線路の断線の有無を判定する欠相判定部と、を備える。回転機制御装置は、回転機の回転中に、制御部が切替指令を出力し、かつ欠相判定部が断線の有無を判定する。欠相判定部は、切替指令が出力されてから予め定められた時間が経過した後、断線の有無の判定を開始することを特徴とする。

本発明によれば、回転機制御装置は、回転機の回転動作中に回転機の固定子巻線の接続状態を切り替える際、切替動作が正常に完了したことを判断できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る回転機制御装置の構成例を示す図実施の形態１に係る回転機制御装置が固定子巻線の接続状態を切り替える動作を示すフローチャート実施の形態１に係る回転機制御装置の欠相判定部における欠相判定方法を示すフローチャート実施の形態１に係る回転機制御装置において回転機のＵ相―Ｖ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子の状態と電圧印加部及び回転機に流れる電流とを示す図実施の形態１に係る回転機制御装置において回転機のＶ相―Ｗ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子の状態と電圧印加部及び回転機に流れる電流とを示す図実施の形態１に係る回転機制御装置において回転機のＷ相―Ｕ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子の状態と電圧印加部及び回転機に流れる電流とを示す図実施の形態２に係る空気調和機の構成例を示す図回転機制御装置の制御部及び欠相判定部の機能をハードウェアで実現した構成例を示す図回転機制御装置の制御部及び欠相判定部の機能をソフトウェアで実現した構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転機制御装置、冷媒圧縮装置及び空気調和機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１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転機制御装置１００の構成例を示す図である。回転機制御装置１００には、三相の回転機１が接続されている。回転機制御装置１００は、直流電圧源２と、回転機１に電力を供給する電圧印加部３と、回転機１に流れる電流を検出する電流検出部４と、を備える。また、回転機制御装置１００は、電圧印加部３に電圧指令を出力する制御部５と、回転機１内の内部配線の断線の有無または回転機１への配電線路の断線の有無を判定する欠相判定部６と、回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替える接続切替装置７と、を備える。以降の説明において、回転機１内の内部配線の断線または回転機１への配電線路の断線のことを欠相と称することがある。

電圧印加部３は、直流電圧源２から供給される直流電圧Ｖ_ｄｃを交流電圧に変換し、交流電圧を回転機１に印加する。実施の形態１では、電圧印加部３に、三相電圧形インバータを用いている。電圧印加部３は、スイッチング素子３１〜３６を備える。電圧印加部３は、制御部５から与えられる電圧指令に基づいて、スイッチング素子３１〜３６をそれぞれ独立にオン又はオフとする。

電流検出部４は、回転機１に流れる電流を検出し、検出した電流の値を示す電流情報を出力する。回転機１に流れる電流を回転機電流と称することがある。実施の形態１では、電流検出部４に、電圧印加部３の負側直流母線に設けられるシャント抵抗を用いた１シャント電流検出方式を用いているが、これに限定されない。電流検出部４は、ＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と呼ばれる計器用変流器を用いた電流センサであってもよい。

制御部５は、外部から入力される速度指令、トルク指令などの運転指令に基づいて、電圧印加部３に与える電圧指令を生成し、電圧指令を電圧印加部３に出力する。制御部５における電圧印加部３の制御の方法には、回転機１の運転周波数に比例した電圧を出力するＶ／ｆ一定制御、回転座標系を用いて回転機１に流れる電流を制御するベクトル制御、回転機１の磁束及びトルクを制御する直接トルク制御などが知られているが、どの制御方法を用いても構わない。

制御部５でベクトル制御、直接トルク制御などを用いた場合には、回転機１の位相情報が必要である。位相情報の取得には、不図示のロータリーエンコーダ、レゾルバなどの位置センサを用いてもよいし、回転機１に流れる電流と電圧印加部３に出力する電圧指令とを用いて推定してもよい。

制御部５は、外部から入力される速度指令、トルク指令などの運転指令に基づいて、回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態の切り替えを行う切替指令を生成し、切替指令を接続切替装置７に出力する。

接続切替装置７は、スイッチ回路である切替器７１〜７３を備える。接続切替装置７は、制御部５からの切替指令に基づいて、回転機１の回転動作中に切替器７１〜７３の切替動作を行うことによって、回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替える。具体的には、切替器７１がＵ相の固定子巻線１１の接続状態を切り替え、切替器７２がＶ相の固定子巻線１２の接続状態を切り替え、切替器７３がＷ相の固定子巻線１３の接続状態を切り替える。切替器７１〜７３は、メカリレーで構成してもよいし、半導体スイッチで構成してもよい。実施の形態１では、切替器７１〜７３によって回転機１の固定子巻線１１〜１３をＹ結線又はΔ結線に切り替える。

なお、直流電圧源２については、交流電源、及び交流電源から供給される交流電圧を直流電圧Ｖ_ｄｃに変換するコンバータによって構成されてもよい。

回転機制御装置１００は、回転機１の回転中に、制御部５が切替指令を出力し、かつ欠相判定部６が断線の有無を判定する。

つぎに、実施の形態１において、回転機制御装置１００が、回転機１の回転動作中に固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替える方法について説明する。図２は、実施の形態１に係る回転機制御装置１００が固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替える動作を示すフローチャートである。切替動作を開始する回転機制御装置１００において、制御部５は、接続切替装置７に切替指令を出力する（ステップＳ１）。接続切替装置７は、切替指令を受けると切替器７１〜７３を動作させる。ここで、切替器７１〜７３の動作時間にはばらつきが存在する。したがって、制御部５が切替指令を出力してから、接続切替装置７が切替器７１〜７３を動作させ、切替器７１〜７３によって回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態が完全に切り替わるまでには時間を要する。

そのため、欠相判定部６は、切替指令が制御部５から出力されてから予め定められた時間が経過した後、断線の有無の判定を開始する、すなわち欠相判定を行う（ステップＳ２）。欠相判定部６による欠相判定の方法については後述する。予め定められた時間については、接続切替装置７が切替指令を受けてから実際に切替器７１〜７３が動作するまでにかかる時間として想定される値を、切替器７１〜７３のデータシート、予備検査の結果などから入手してユーザが決定する。予め定められた時間は、接続切替装置７の機械的時定数以上、具体的には、切替器７１〜７３の機械的時定数以上にユーザが設定する。

欠相判定部６は、回転機１に欠相が有ると判断した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、再度欠相判定を行う（ステップＳ２）。欠相判定部６が回転機１に欠相が無いと判断した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、回転機制御装置１００は、切替動作を完了する。

欠相判定部６の欠相判定方法について詳細に説明する。図３は、実施の形態１に係る回転機制御装置１００の欠相判定部６における欠相判定方法を示すフローチャートである。図４は、実施の形態１に係る回転機制御装置１００において回転機１のＵ相―Ｖ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子３１〜３６の状態と電圧印加部３及び回転機１に流れる電流とを示す図である。図５は、実施の形態１に係る回転機制御装置１００において回転機１のＶ相―Ｗ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子３１〜３６の状態と電圧印加部３及び回転機１に流れる電流とを示す図である。図６は、実施の形態１に係る回転機制御装置１００において回転機１のＷ相―Ｕ相間にパルス電圧を印加したときのスイッチング素子３１〜３６の状態と電圧印加部３及び回転機１に流れる電流とを示す図である。図４から図６は、回転機１の固定子巻線１１〜１３をＹ結線に切り替えた場合の結線状態を示している。パルス電圧は、欠相判定部６の制御によって電圧印加部３から回転機１に印加される、欠相判定部６による欠相判定用の検査電圧である。

まず、欠相判定部６は、制御部５に指示して、時間Ｔ_ｐの間、スイッチング素子３１，３４をオンさせ、スイッチング素子３２，３３，３５，３６をオフさせる電圧指令を出力させ、回転機１のＵ相―Ｖ相間にパルス電圧を印加させる。時間Ｔ_ｐは、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒程度にユーザが設定する。回転機１のＵ相―Ｖ相間に欠相が無ければ、図４に示す経路、すなわちスイッチング素子３１、回転機１のＵ相、回転機１のＶ相、スイッチング素子３４、電流検出部４の順に電流が流れる。欠相判定部６は、電流検出部４から、パルス電圧の印加前及び印加後の負側直流母線電流の値を取得する。欠相判定部６は、取得した値の差分から、Ｕ相―Ｖ相間の電流変化量ΔＩ_１を検出する（ステップＳ１１）。その後、欠相判定部６は、制御部５に指示してスイッチング素子３１〜３６を全てオフさせて、電流検出部４に流れる電流を十分小さくする。

欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_１の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_１の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きい場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、回転機１のＵ相―Ｖ相間に欠相は無いと判定する（ステップＳ１３）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_１の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔ以下の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、回転機１のＵ相―Ｖ相間に欠相が有ると判定する（ステップＳ１４）。

つぎに、欠相判定部６は、制御部５に指示して、時間Ｔ_ｐの間、スイッチング素子３３，３６をオンさせ、スイッチング素子３１，３２，３４，３５をオフさせる電圧指令を出力させ、回転機１のＶ相―Ｗ相間にパルス電圧を印加させる。回転機１のＶ相―Ｗ相間に欠相が無ければ、図５に示す経路、すなわちスイッチング素子３３、回転機１のＶ相、回転機１のＷ相、スイッチング素子３６、電流検出部４の順に電流が流れる。欠相判定部６は、電流検出部４から、パルス電圧の印加前及び印加後の負側直流母線電流の値を取得する。欠相判定部６は、取得した値の差分から、Ｖ相―Ｗ相間の電流変化量ΔＩ_２を検出する（ステップＳ１５）。その後、欠相判定部６は、制御部５に指示してスイッチング素子３１〜３６を全てオフさせて、電流検出部４に流れる電流を十分小さくする。

欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_２の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_２の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きい場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、回転機１のＶ相―Ｗ相間に欠相は無いと判定する（ステップＳ１７）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_２の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔ以下の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、回転機１のＶ相―Ｗ相間に欠相が有ると判定する（ステップＳ１８）。

つぎに、欠相判定部６は、制御部５に指示して、時間Ｔ_ｐの間、スイッチング素子３２，３５をオンさせ、スイッチング素子３１，３３，３４，３６をオフさせる電圧指令を出力させ、回転機１のＷ相―Ｕ相間にパルス電圧を印加させる。回転機１のＷ相―Ｕ相間に欠相が無ければ、図６に示す経路、すなわちスイッチング素子３５、回転機１のＷ相、回転機１のＵ相、スイッチング素子３２、電流検出部４の順に電流が流れる。欠相判定部６は、電流検出部４から、パルス電圧の印加前及び印加後の負側直流母線電流の値を取得する。欠相判定部６は、取得した値の差分から、Ｗ相―Ｕ相間の電流変化量ΔＩ_３を検出する（ステップＳ１９）。その後、欠相判定部６は、制御部５に指示してスイッチング素子３１〜３６を全てオフさせて、電流検出部４に流れる電流を十分小さくする。

欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_３の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_３の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔよりも大きい場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、回転機１のＷ相―Ｕ相間に欠相は無いと判定する（ステップＳ２１）。欠相判定部６は、電流変化量ΔＩ_３の値が基準値Ｉ_ｔｅｓｔ以下の場合（ステップＳ２０：Ｎｏ）、回転機１のＷ相―Ｕ相間に欠相が有ると判定する（ステップＳ２２）。

基準値Ｉ_ｔｅｓｔは、回転機１の一相あたりのインダクタンス値Ｌと、パルス電圧を印加する時間Ｔ_ｐからユーザが決定する。周知のとおり、ＲＬ負荷に電圧Ｖをステップ入力した場合、電流応答はＶ／Ｌの傾きで立ち上がる。したがって、例えば、Ｕ相―Ｖ相間が欠相していなければ、電流変化量ΔＩ_１は式（１）によって得られることになる。そこで、基準値Ｉ_ｔｅｓｔは、式（１）に適切なマージンをもたせた値にすればよい。マージンは、電流検出部４の精度、回転機１が回転することによって発生する誘起電圧などを考慮して設定する。

ΔＩ_１＝Ｖ_ｄｃ／（２×Ｌ） …（１）

実施の形態１では、欠相判定部６は、電圧印加部３から回転機１にパルス電圧を印加した際に、電流検出部４によって検出された電流の値を基準値と比較することによって断線の有無を判定する。すなわち、欠相判定部６は、回転機１に判定用のパルス電圧を印加して、電流応答を観察するという方法で欠相判定を行うが、欠相判定の方法はこれに限定されない。欠相判定部６は、回転機１の回転中に欠相判定を行うことのできる方法であれば、他の方法を用いてもよい。他の方法には、例えば、回転機１が回転することによって発生する誘起電圧を観察するという方法がある。すなわち、特許文献１の段落００４２に記載された技術のように、誘起電圧と回転数の比を固定子巻線１１〜１３の切替の前後で比べ、誘起電圧と回転数の比が切替の前後で異なっていれば、切替は正常に行われたと判断し、誘起電圧と回転数の比が切替の前後で差異が小さい場合は、切替が行われていないと判断してもよい。ただし、誘起電圧を観察するという方法では、一つの誘起電圧を取得するために、少なくとも回転機１が電気角において一回転する間は観察をし続ける必要があるため、欠相判定にかかる時間が長くなる。

また、特許文献１の段落００４２に記載された技術は、回転機１の固定子巻線１１〜１３について、切替が正しく行われているか、または、切替が全く行われていないかのいずれかの状態であることが前提となっている。しかしながら、実際は、前述のように、切替指令を出力してから完全に固定子巻線１１〜１３の接続状態が切り替わるまでには時間を要する。また、切替器７１〜７３の動作時間にはばらつきが存在する。そのため、回転機１の三相の固定子巻線１１〜１３のうち二相の固定子巻線は切り替わったが一相の固定子巻線だけがまだ切り替わっていない場合などに、回転機１の相間のインピーダンスにアンバランスが発生することがある。このような場合、特許文献１に記載の技術を用いると、誘起電圧と回転数の比が切替指令出力の前後で異なっているので、切替が正常に行われたと誤判断してしまう。

一方、実施の形態１では、回転機制御装置１００において、欠相判定部６は、回転機１に判定用のパルス電圧を印加して、電流応答を観察するという方法を用いる。この方法であれば、数十マイクロ秒から数百マイクロ秒程度の時間のパルス電圧を三回印加して電流応答を観察するだけであるため、誘起電圧を観察する方法に比べて判定にかかる時間が短い。また、欠相判定部６は、回転機１の三相の各線間で欠相の有無を判定するため、切替器７１〜７３の動作時間にばらつきがあっても、正しく接続状態の判定を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、回転機制御装置１００では、欠相判定部６は、回転機１のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相のうち二相の固定子巻線に電流が流れるように、制御部５が出力する電圧指令を制御し、各二相の組み合わせについて欠相すなわち断線の有無を判定することとした。これにより、回転機制御装置１００は、回転機１の回転動作中に回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替える際、相間のアンバランスが発生するような場合であっても、正しく接続状態の判定を行うことによって、切替動作が正常に完了したことを判断することができる。

また、回転機制御装置１００は、図１に示す構成によって、回転機１の回転動作中に確実に回転機１の固定子巻線１１〜１３の接続状態の切り替えを行うことができる。また、回転機制御装置１００は、接続切替装置７に機械式のリレーのように動作に数ミリ秒の時間がかかる切替器７１〜７３を用いた場合においても、確実に接続状態が切り替わったか否かを判断することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の回転機制御装置１００を備える冷媒圧縮装置、及び冷媒圧縮装置を備える空気調和機について説明する。

図７は、実施の形態２に係る空気調和機４００の構成例を示す図である。空気調和機４００は、冷凍サイクル装置３００と、送風機４０１と、を備える。冷凍サイクル装置３００は、冷媒圧縮装置２００と、凝縮器３０１と、膨張弁３０２と、蒸発器３０３と、を備える。冷媒圧縮装置２００は、回転機１を有する圧縮機２０１と、回転機１に三相の交流電圧を出力する実施の形態１の回転機制御装置１００と、を備える。図７では図示を省略しているが、回転機制御装置１００の構成は、図１に示す実施の形態１のときの構成と同様である。

図７に示すように、圧縮機２０１と凝縮器３０１との間は配管で接続される。同様に、凝縮器３０１と膨張弁３０２との間、膨張弁３０２と蒸発器３０３との間、蒸発器３０３と圧縮機２０１との間は配管で接続される。これにより、圧縮機２０１、凝縮器３０１、膨張弁３０２及び蒸発器３０３には冷媒が循環する。

図７に示す回転機１は、圧縮機２０１において、冷媒ガスを圧縮して高圧のガスにするため、回転機制御装置１００によって可変速制御される電動機である。圧縮機２０１は、回転機１の回転によって、冷媒ガスなどの媒質を圧縮する。図７では図示を省略しているが、回転機１の構成は、図１に示す実施の形態１のときの構成と同様である。実施の形態１と同様、回転機１の固定子巻線１１〜１３は、固定子巻線１１〜１３の結線状態を切り替えるための回転機制御装置１００の接続切替装置７に接続されている。

冷凍サイクル装置３００では、冷媒の蒸発、圧縮、凝縮、膨張という工程が繰り返し行われる。冷媒は、液体から気体へ変化し、さらに気体から液体へ変化することにより、冷媒と機外空気との間で熱交換が行われる。したがって、冷凍サイクル装置３００と機外空気を循環させる送風機４０１とを組み合わせることで、空気調和機４００を構成することができる。

蒸発器３０３は、低圧の状態で冷媒液を蒸発させ、蒸発器３０３の周囲の空気から熱を奪うことによって、冷却作用を発揮する。圧縮機２０１は、冷媒を凝縮するために蒸発器３０３でガス化された冷媒ガスを圧縮して、高圧のガスにする。凝縮器３０１は、圧縮機２０１で高温になった冷媒ガスの熱を放出することで、高圧の冷媒ガスを凝縮し、冷媒液に変換する。膨張弁３０２は、冷媒液を絞り膨張させて、冷媒液を低圧の液に変換し、冷媒を蒸発器３０３で蒸発可能な状態にする。

また、空気調和機４００は、快適性が求められることはもちろん、省エネルギー規制が年々強化されており高効率化が要求されている。したがって、冷凍サイクル装置３００は、低速から高速まで広い速度域で回転機１を高効率で運転をすることが重要である。そのため、冷凍サイクル装置３００において、回転機制御装置１００は、回転機１の回転数に応じて回転機１の固定子巻線１１〜１３の結線状態を切り替えることで、電圧印加部３の損失を低減することができ、意義がある。

例えば、室温と設定温度との差が大きい場合、回転機制御装置１００は、回転機１の固定子巻線１１〜１３をΔ結線とすることを決め、室温が設定温度に近づくまで、高速運転を行う。室温が設定温度に近くなった場合、回転機制御装置１００は、回転機１の固定子巻線１１〜１３をＹ結線に切り替え、低速運転を行う。ただし、実施の形態２のように、回転機１が冷凍サイクル装置３００の圧縮機２０１を駆動している場合、固定子巻線１１〜１３を切り替えるために回転機１の回転動作を一旦停止させると、回転機制御装置１００において、再始動に必要なトルクが増加し、起動を失敗してしまうおそれがある。そのため、回転機制御装置１００は、十分に冷媒の状態が安定するまでの数分間経過した後、再始動を行う必要がある。そうすると、圧縮機２０１を停止している数分間は冷媒を加圧することができなくなり、冷房能力または暖房能力の低下により、室温が一定に保たれなくなるおそれがある。したがって、回転機制御装置１００は、回転機１の回転動作中に固定子巻線１１〜１３を切り替えることが望ましい。

さらに、空気調和機４００は製造コストの低減を求められるため、切替器７１〜７３には半導体スイッチよりも安価なメカリレーを用いることが望まれる。ただし、一般的にメカリレーは動作時間にばらつきが生じやすい。そのため、切替器７１〜７３にメカリレーを用いた場合、ある相の切替器は動作し終わったものの、他の相の切替器は動作前または動作途中であるといったように、相間にアンバランスが生じることがある。

このような状況の場合、特許文献１に記載の技術では、誘起電圧と回転数の比が切替指令出力前と相間にアンバランスがある時とで異なるため、切替動作が終了したと誤判断してしまう。すると、制御部５は、切替動作をやめて通常動作を再開するため、誤った結線状態による運転により、回転機１が停止し、また、装置の故障リスクが高まる。

実施の形態２に係る空気調和機４００は、実施の形態１で述べた回転機制御装置１００を利用しているため、切替器７１〜７３の動作時間にばらつきがある場合でも、回転機１の回転中に固定子巻線１１〜１３の結線状態を切り替えた後、欠相の有無を正しく判定できる。そのため、空気調和機４００は、固定子巻線１１〜１３の切替時に回転機１を停止する必要がなく、快適性を保ったまま広い速度域で高効率運転を行うことができる。

また、回転機制御装置１００が固定子巻線１１〜１３の接続状態を切り替えるシーケンスは非常に簡素であり、演算負荷が小さいため、安価なマイクロコントローラにも実装できる。さらに、回転機１の固定子巻線１１〜１３の結線状態を切り替える切替器７１〜７３に安価なメカリレーを用いても、回転機制御装置１００は欠相判定ができるため、総じて製品コストを低下することが可能となる。

ここでは、欠相判定部６を備えた回転機制御装置１００の応用例として冷媒圧縮装置２００について説明したが、一例であり、他の機械装置にも回転機制御装置１００は有用である。例えば、回転機制御装置１００を、ファン、ポンプといった機械装置に適用してもよい。

空気調和機４００は、図７に示す構成によって、運転中に素早くかつ安定して回転機１の固定子巻線１１〜１３の結線状態を切り替えることができる。これにより、空気調和機４００は、快適性を保ったまま広い速度域で高効率運転をすることができる。

実施の形態１及び実施の形態２で説明した回転機制御装置１００の制御部５及び欠相判定部６の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する処理装置であってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図８は、回転機制御装置１００の制御部５及び欠相判定部６の機能をハードウェアで実現した構成例を示す図である。処理回路８には、制御部５及び欠相判定部６の機能を実現する論理回路８ａが組み込まれている。

処理回路が処理装置の場合、制御部５及び欠相判定部６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。

図９は、回転機制御装置１００の制御部５及び欠相判定部６の機能をソフトウェアで実現した構成例を示す図である。処理回路８は、プログラム８ｂを実行するプロセッサ８１と、プロセッサ８１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ８２と、プログラム８ｂを記憶する記憶装置８３と、を有する。記憶装置８３に記憶されているプログラム８ｂをプロセッサ８１がランダムアクセスメモリ８２上に展開し、実行することにより、制御部５及び欠相判定部６の機能が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置８３に格納される。プロセッサ８１は、中央処理装置を例示できるがこれに限定はされない。記憶装置８３は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリを適用できる。半導体メモリは、不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また、記憶装置８３は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）を適用できる。なお、プロセッサ８１は、演算結果といったデータを記憶装置８３に出力しても記憶させてもよいし、ランダムアクセスメモリ８２を介して不図示の補助記憶装置に当該データを記憶させてもよい。

処理回路８は、記憶装置８３に記憶されたプログラム８ｂを読み出して実行することにより、制御部５及び欠相判定部６の機能を実現する。プログラム８ｂは、制御部５及び欠相判定部６の機能を実現する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

なお、処理回路８は、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路８は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の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、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１００回転機制御装置、１回転機、１１〜１３固定子巻線、２直流電圧源、３電圧印加部、３１〜３６スイッチング素子、４電流検出部、５制御部、６欠相判定部、７接続切替装置、７１〜７３切替器、８処理回路、８ａ論理回路、８ｂプログラム、８１プロセッサ、８２ランダムアクセスメモリ、８３記憶装置、２００冷媒圧縮装置、２０１圧縮機、３００冷凍サイクル装置、３０１凝縮器、３０２膨張弁、３０３蒸発器、４００空気調和機、４０１送風機。

Claims

回転機の固定子巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、
前記回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧印加部に与える電圧指令を生成するとともに、前記接続切替装置に前記接続状態の切り替えを行う切替指令を出力する制御部と、
前記回転機内の断線の有無または前記回転機への配電線路の断線の有無を判定する欠相判定部と、
を備え、
前記回転機の回転中に、前記制御部が前記切替指令を出力し、かつ前記欠相判定部が断線の有無を判定し、
前記欠相判定部は、前記切替指令が出力されてから予め定められた時間が経過した後、断線の有無の判定を開始することを特徴とする回転機制御装置。
前記予め定められた時間は、前記接続切替装置の機械的時定数以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
前記欠相判定部は、前記電圧印加部から前記回転機に判定用の検査電圧を印加した際に、前記電流検出部によって検出された回転機電流の値を基準値と比較することによって断線の有無を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機制御装置。
回転機の固定子巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、
前記回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧印加部に与える電圧指令を生成するとともに、前記接続切替装置に前記接続状態の切り替えを行う切替指令を出力する制御部と、
前記回転機内の断線の有無または前記回転機への配電線路の断線の有無を判定する欠相判定部と、
を備え、
前記回転機の回転中に、前記制御部が前記切替指令を出力し、かつ前記欠相判定部が断線の有無を判定し、
前記欠相判定部は、前記電圧印加部から前記回転機に判定用の検査電圧を印加した際に、前記電流検出部によって検出された回転機電流の値を基準値と比較することによって断線の有無を判定することを特徴とする回転機制御装置。
回転機を有し、前記回転機の回転により媒質を圧縮する圧縮機と、
前記回転機に三相交流電圧を出力する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転機制御装置と、
を備えることを特徴とする冷媒圧縮装置。
請求項５に記載の冷媒圧縮装置を備えることを特徴とする空気調和機。