JPWO2020217310A1 - 電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置 - Google Patents

電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置 Download PDF

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Abstract

電動機制御装置は、互いに並列に接続された2台の電動機に三相電圧を供給する電力変換装置と、2台の電動機のうち、一方の電動機と電力変換装置とを接続する三相電力線と、2台の電動機のうち、他方の電動機と電力変換装置とを接続し、三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、制御装置とを有し、制御装置は、三相電力線および分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定して切替装置の故障判定を行う故障判定手段と、故障判定の結果、2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチのオン状態またはオフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段とを有するものである。

Description

本発明は、電力変換装置を用いて電動機の回転を制御する電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置に関する。
ブラシレスDCモータなどの電動機は、例えば、空気調和装置のファンの駆動など、様々な用途に用いられている。電動機の回転を制御する電動機制御装置には、1つの電力変換装置に複数の電動機がリレー等の切替装置を介して並列に接続され、切替装置の切り替えにより駆動する電動機を選択できるものがある。電力変換装置は、例えば、インバータである。このような電動機制御装置の適用例として、空気調和装置の室外機の送風装置がある。送風装置は、複数の電動機と各電動機に取付けられた送風ファンとを有する。電動機制御装置は、必要な風量に応じてリレーの切り替えを行うことで、複数の送風ファンのうち、一部の送風ファンを選択的に回転させたり、全ての送風ファンを同時に回転させたりする。
複数の電動機の各電動機がリレーを介して並列に電力変換装置に接続されるモータ駆動装置において、リレーの故障判定を行い、リレーの故障を検出した場合、安全性の観点からシステム電源をオフ状態にする技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−253085号公報
特許文献1のモータ駆動装置では、リレーの故障が検出されると、システム電源が落とされる構成であるため、故障の生じていないリレーに接続された電動機が動作できる状態であっても、全ての電動機が停止してしまう。そのため、ユーザの利便性が損なわれてしまう。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、切替装置の故障が検出されても、全ての電動機を停止せずに、一部の運転できる電動機の運転を継続できる電動機制御装置およびこれを備えた空気調和装置を提供するものである。
本発明に係る電動機制御装置は、互いに並列に接続された2台の電動機に電力を変換して三相電圧を供給する電力変換装置と、前記2台の電動機のうち、一方の電動機と前記電力変換装置とを接続する三相電力線と、前記2台の電動機のうち、他方の電動機と前記電力変換装置とを接続し、前記三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、前記分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、前記他の電動機と前記電力変換装置との間で各電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、前記2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、速度指令値と前記電流検出装置によって検出された電流の情報とに対応して前記電力変換装置および前記切替装置を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、前記切替装置の故障箇所を特定する故障判定を行う故障判定手段と、前記故障判定の結果、前記2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチの前記オン状態または前記オフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段と、を有するものである。
本発明に係る空気調和装置は、上記の電動機制御装置と、冷媒回路において並列に接続された2台の熱交換器と、前記2台の熱交換器に対応して設けられた2台のファンと、前記2台のファンに対応する、前記電動制御装置の制御対象となる2台の電動機と、を有し、前記制御装置は、前記切替装置が故障した場合、前記切替装置が前記分岐三相電力線を介して接続された電動機に対応して設けられた前記熱交換器に冷媒が流入しないように制御するものである。
本発明によれば、切替装置の故障が発生した場合、全ての電動機を停止させることなく、一部の運転できる電動機の運転を継続することができる。
実施の形態1に係る電動機制御装置を含む空気調和装置の一例を示す冷媒回路図である。 図1に示した電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。 図2に示す電力変換装置がインバータである場合の一構成例を示す図である。 図2に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 実施の形態1に係る電動機制御装置の動作手順を示すフローチャートである。 実施の形態2に係る電動機制御装置における制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 実施の形態2において、オフ故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。 実施の形態2において、オフ故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。 図2に示した制御装置のメモリが記憶するテーブルの一例を示す図である。 実施の形態2において、オン故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。 図2に示した制御装置のメモリが記憶する別のテーブルの一例を示す図である。 実施の形態2において、切替装置に対する故障判定を行うタイミングを示すタイムチャートである。 実施の形態3の制御装置による、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態3の制御装置による、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態3の制御装置による、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態3の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態4に係る空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。 実施の形態4の制御装置による初回起動時以外のオフ故障検出判定後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態4の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態4の制御装置によるオン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態4の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態5の制御装置において、切替装置がオン状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。 実施の形態5の制御装置において、切替装置がオフ状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。
実施の形態1.
本実施の形態1の電動機制御装置を含む空気調和装置の構成を説明する。図1は、実施の形態1に係る電動機制御装置を含む空気調和装置の一例を示す冷媒回路図である。図1に示すように、空気調和装置24は、熱源側ユニット13および負荷側ユニット14を有する。熱源側ユニット13は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機18と、冷媒の流通方向を切り替える四方弁19と、冷媒を外気と熱交換させる熱源側熱交換器15と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁21と、上位制御装置23とを有する。また、熱源側ユニット13は、熱源側熱交換器15に外気を供給するファン3および4と、ファン3を駆動する第1電動機1と、ファン4を駆動する第2電動機2と、第1電動機1および第2電動機2に三相電圧を供給する電動機制御装置30とを有する。負荷側ユニット14は、冷媒を空調対象空間の空気と熱交換させる負荷側熱交換器17と、冷媒を減圧して膨張させる電磁弁22とを有する。
図1に示すことを省略しているが、上位制御装置23は、四方弁19と、圧縮機18と、電磁弁21および22と、電動機制御装置30と信号線を介して接続されている。圧縮機18、熱源側熱交換器15、電磁弁21および22、ならびに負荷側熱交換器17が冷媒配管45で接続され、冷媒が循環する冷媒回路48が構成される。上位制御装置23は、冷媒回路48を循環する冷媒の冷凍サイクルを制御する。空気調和装置24が冷房運転を行う場合、熱源側熱交換器15が凝縮器として機能し、負荷側熱交換器17が蒸発器として機能する。空気調和装置24が暖房運転を行う場合、熱源側熱交換器15が蒸発器として機能し、負荷側熱交換器17が凝縮器として機能する。
なお、図1に示す構成例では、空気調和装置24に電磁弁21および22が設けられているが、電磁弁21および22のうち、いずれか一方が設けられていてもよい。また、図1に示す構成例では、ファン3および4と、第1電動機1および第2電動機2と、電動機制御装置30とが熱源側ユニット13に設けられた場合の構成を示しているが、この場合に限らない。これらの構成が、熱源側ユニット13および負荷側ユニット14のうち、いずれか一方または両方に設けられていてもよい。
また、図に示していないが、負荷側ユニット14の空調対象空間の温度を検出する室温センサ、および熱源側熱交換器15等の冷媒機器を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサを含む複数の温度センサが空気調和装置24に設けられていてもよい。圧縮機18が吸入する冷媒の圧力を検出する圧力センサが圧縮機18に設けられていてもよい。上位制御装置23は、これらのセンサの検出値を用いて、空調対象空間の温度がユーザの設定温度に一致するように圧縮機18と電磁弁21および22とを制御するが、本実施の形態1では、その詳細な説明を省略する。
図2は、図1に示した電動機制御装置の一構成例を示すブロック図である。図3は、図2に示す電力変換装置がインバータである場合の一構成例を示す図である。電動機制御装置30は、電源6に接続される電力変換装置35と、電力変換装置35の動作を制御する制御装置7と、電流検出装置8と、切替装置9とを有する。第1電動機1および第2電動機2は、電力変換装置35に相互に並列に接続されている。電源6は、電力変換装置35を介して、第1電動機1および第2電動機2に電力を供給する直流電圧電源である。電源6は、例えば、電動機制御装置30の外部の単相電源または三相電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する整流回路である。
図2に示すように、第1電動機1は三相電力線10を介して電力変換装置35と接続されている。三相電力線10の途中で分岐した分岐三相電力線11に第2電動機2が接続されている。第2電動機2は、分岐三相電力線11および三相電力線10を介して電力変換装置35と接続される。切替装置9は分岐三相電力線11に設けられている。制御装置7は、電力変換装置35、電流検出装置8および切替装置9のそれぞれと信号線を介して接続されている。
第1電動機1にファン3が取り付けられ、第2電動機2にファン4が取り付けられている。電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2のうち、駆動させる電動機の台数と、駆動する電動機の回転数とを制御することで、熱源側熱交換器15の熱交換能力を制御する。
第1電動機1および第2電動機2は、例えば、ブラシレスDCモータである。第1電動機1および第2電動機2のそれぞれは、図に示さない回転子および固定子を有する。固定子は、U相、V相およびW相の三相の巻線を有する。回転子には永久磁石が設けられている。電力変換装置35から各電動機に印加される三相電圧に対応して巻線に電流が流れることで、固定子は、回転子の周囲に回転磁界を発生させる。
ブラシレスDCモータは、回転子の位置に応じて適切な位相および周波数の三相交流電圧を固定子に印加し、回転子の周囲に回転磁界を発生させ、回転磁界と回転子との吸引および反発を利用して回転子を所望の回転数で回転させる。その際、回転子の位置を検出する必要がある。回転子の位置を検出する方法として、例えば、電動機に設置されたホールセンサによって検出する方法、および電動機に流れる三相電流から演算によって算出する方法がある。本実施の形態1では、電動機制御装置30は、電動機に流れる三相電流から演算によって回転子の位置を推定している。
上位制御装置23は、例えば、マイクロコンピュータである。上位制御装置23は、プログラムを記憶するメモリ82と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)81とを有する。上位制御装置23は、信号系統において、制御装置7の上流側に位置する。上位制御装置23は、制御装置7に指令を出す制御装置である。指令は、例えば、電動機の回転速度の指令値である速度指令値ω_ref、および電動機の回転の停止を指示する停止指令などである。図に示していないが、上位制御装置23に、ユーザが指示を入力するためのリモートコントローラが接続されていてもよい。
なお、以下では、説明の便宜上、第1電動機1および第2電動機2の2台の電動機を指すとき、単に電動機と称する。また、電力変換装置35がインバータ5の場合で説明するが、電力変換装置35はインバータ5に限定されず、直流電圧を交流電圧に変換できる構成であればよい。
電流検出装置8は、第1電動機1に流れる三相電流Iuvw1および第2電動機2に流れる三相電流Iuvw2を検出する。図2に示す構成例において、三相電力線10上で第1電動機1に流れる電流と第2電動機2に流れる電流との和を検出できる位置をPAとする。また、三相電力線10上で第1電動機1に流れる電流のみを検出できる位置をPBとする。さらに、分岐三相電力線11上で第2電動機2に流れる電流のみを検出できる位置をPCとする。三相電力線10を構成する三相をU1相、V1相およびW1相とする。分岐三相電力線11を構成する三相をU2相、V2相およびW2相とする。電流検出装置8は、位置PA、PBおよびPCの各位置に流れる電流から、全ての相を流れる電流を検出する。図2に示す構成では、電流検出装置8は、位置PBにおいて、U1相およびW1相に流れる電流を検出する第1の電流検出器8aと、位置PCにおいて、U2相およびW2相に流れる電流を検出する第2の電流検出器8bとを有する。第1の電流検出器8aおよび第2の電流検出器8bは、例えば、カレントトランスである。
V1相に流れる電流については、制御装置7は、U1相およびW1相に流れる電流値から演算によって算出する。V2相に流れる電流については、制御装置7は、U2相およびW2相に流れる電流値から演算によって算出する。また、位置PAに流れる電流については、制御装置7は、位置PBに流れる電流と位置PCに流れる電流との和として算出する。
なお、各電流を検出する位置は図1に示す位置の場合に限らない。位置PAおよび位置PBの2箇所であってもよく、位置PAおよび位置PCの2箇所であってもよい。位置PAに流れる電流を検出する場合、位置PAに電流検出装置8を設ける代わりに、インバータ5にシャント抵抗を用いた電流検出部を設けてもよい。電流検出装置8の配置も図1に示す位置に限らない。例えば、位置PBにおいて、U1相およびV1相の電流を第1の電流検出器8aが検出してもよい。
切替装置9は、U2相の電力線に接続されたスイッチ9aと、W2相の電力線に接続されたスイッチ9bとを有する。スイッチ9aは、U2相の電力線を電気的に接続または切断する。スイッチ9bは、W2相の電力線を電気的に接続または切断する。切替装置9は、制御装置7から切替信号SWを受信すると、切替信号SWにしたがって、三相電力線10に第2電動機2を接続したり、三相電力線10から第2電動機2を切り離したりする。切替信号SWは、切替装置9に対するオフ状態からオン状態への切替信号SW_ONと、オン状態からオフ状態への切替信号SW_OFFとを含む。切替装置9は、例えば、リレーである。この場合、スイッチ9aおよび9bのそれぞれは、リレーの接点部である。
切替装置9の故障モードとして、2種類の故障モードがある。制御装置7がオフ状態の切替装置9に切替信号SW_ONを出力しても、スイッチ9aおよび9bがオフ状態からオン状態に切り替わらない故障モードがある。この故障モードをオフ故障と称する。オフ故障は、スイッチ9aおよび9bのうち、一方または両方がオフ状態からオン状態に切り替わらないことが原因で発生する故障である。また、制御装置7がオン状態の切替装置9に切替信号SW_OFFを出力しても、スイッチ9aおよび9bがオン状態からオフ状態に切り替わらない故障モードがある。この故障モードをオン故障と称する。オン故障は、スイッチ9aおよび9bのうち、一方または両方がオン状態からオフ状態に切り替わらないことが原因で発生する故障である。
次に、図3を参照して、インバータ5の構成を説明する。インバータ5は、U相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子51と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子52とを有する。スイッチング素子51には逆流防止素子61が並列に接続され、スイッチング素子52には逆流防止素子62が並列に接続されている。また、インバータ5は、V相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子53と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子54とを有する。スイッチング素子53に逆流防止素子63が並列に接続され、スイッチング素子54に逆流防止素子64が並列に接続されている。インバータ5は、W相に関して、電源6の正極側に接続されるスイッチング素子55と、電源6の負極側に接続されるスイッチング素子56とを有する。スイッチング素子55に逆流防止素子65が並列に接続され、スイッチング素子56に逆流防止素子66が並列に接続されている。
インバータ5には、制御装置7から三相電圧指令値Vuvw_refが入力される。インバータ5は、三相電圧指令値Vuvw_refの波形とキャリア波とを比較し、PWM(Pulse Width Modulation)制御による電力変換を行う。インバータ5は、制御装置7から受け取る三相電圧指令値Vuvw_refに対応して電源6の直流電圧をPWM制御し、直流電圧を三相電圧に変換して第1電動機1および第2電動機2に供給する。スイッチング素子51〜56は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。逆流防止素子61〜66は、例えば、ダイオードである。
制御装置7は、上位制御装置23から入力される回転数指令値ω_refと、検出された三相電流Iuvw1およびIuvw2とに基づいてベクトル制御を行い、インバータ5に三相電圧指令値Vuvw_refを出力する。また、制御装置7は、切替装置9に切替信号SWを出力する。制御装置7は、例えば、マイクロコンピュータである。
図4は、図2に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図2に示すように、制御装置7は、プログラムを記憶するメモリ72と、プログラムにしたがって処理を実行するCPU71とを有する。図4に示すように、制御装置7は、電力制御手段73と、故障判定手段74と、切替制御手段75とを有する。CPU71がプログラムを実行することで、電力制御手段73、故障判定手段74および切替制御手段75が構成される。電力制御手段73は、インバータ5に三相電圧指令値Vuvw_refを出力する。故障判定手段74は、電流検出装置8によって検出された電流の情報に基づいて、切替装置9の故障箇所を特定する故障判定を行う。切替制御手段75は、電力制御手段73から接続の切り替えを指示する指示信号にしたがって切替信号SWを切替装置9に出力する。また、切替制御手段75は、故障判定手段74の判定結果にしたがって、切替信号SWを切替装置9に出力する。
次に、本実施の形態1の電動機制御装置30の動作を説明する。図5は、実施の形態1に係る電動機制御装置の動作手順を示すフローチャートである。故障判定手段74は、切替装置9の故障判定を行う(ステップS101およびS102)。故障判定のタイミングは、例えば、切替制御手段75が、電力制御手段73から指示信号を受信し、受信した切替信号に対応する切替信号SWを切替装置9に出力した後である。
故障判定手段74は、同一の分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bにオフ故障があるか否かを判定する(ステップS101)。1つのスイッチにオフ故障がある場合、切替制御手段75は、2つのスイッチ9aおよび9bのうち、正常に動作するスイッチのオン状態を、故障したスイッチのオフ状態と同じにするために、切替信号SW_OFFを切替装置9に送信する(ステップS103)。
また、故障判定手段74は、同一の分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bにオン故障があるか否かを判定する(ステップS102)。1つのスイッチにオン故障がある場合、切替制御手段75は、2つのスイッチ9aおよび9bのうち、正常に動作するスイッチのオフ状態を、故障したスイッチのオン状態と同じにするために、切替信号SW_ONを切替装置9に送信する(ステップS104)。
このようにして、分岐三相電力線11に接続される2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障またはオフ故障した場合に、正常に動作するスイッチの状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。これにより、故障したスイッチが接続された分岐三相電力線11を介してインバータ5と接続されている第2電動機2が欠相状態になることを防止できる。
本実施の形態1の電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2に三相電圧を供給する電力変換装置35と、第2電動機2に接続される分岐三相電力線11に設けられた切替装置9と、三相電流を検知する電流検出装置8と、制御装置7とを有する。制御装置7は、故障判定手段74と、切替制御手段75とを有する。故障判定手段74は、第2電動機2の三相の電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、切替装置9の故障判定を行う。切替制御手段75は、故障判定の結果、切替装置9が有する2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチのオン状態またはオフ状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。
本実施の形態1の作用および効果について説明する。本実施の形態1では、同一の分岐三相電力線11に接続されている2つのスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障、またはオフ故障した場合、正常に動作するスイッチの状態を、故障したスイッチの状態と同じにする。第2電動機2は、故障したスイッチが接続された分岐三相電力線11を介してインバータ5と接続されているが、オフ故障の場合、切替装置9がオフ状態になることで、欠相状態になることを防止できる。オン故障の場合、切替装置9がオン状態になることで、欠相状態になることを防止できる。
第2電動機2が欠相状態で駆動すると、第2電動機2を所望の状態で駆動し続けることが困難となり、第2電動機2へ過電流が流れることがある。この場合、従来の制御装置は、第2電動機2とインバータ5を保護する目的でインバータ5を停止させるため、第1電動機1および第2電動機2の両方が運転できない状態になる。これに対して、本実施の形態1では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオフ故障すると、上述したように、故障したスイッチに合わせて正常なスイッチもオフ状態になる。そのため、第2電動機2が欠相状態になることを防止し、正常な第1電動機1が運転できる状態に維持され、空気調和装置24の運転を継続できる。また、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障すると、上述したように、故障したスイッチに合わせて正常なスイッチもオン状態になる。そのため、第2電動機2が欠相状態になることを防止し、正常な第1電動機1が運転できる状態に維持され、空気調和装置24の運転を継続できる。
本実施の形態1の電動機制御装置30を備えた空気調和装置24では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオフ故障すると、運転できるファンの台数が減少して能力が制限されたとしても、検出された故障状態に応じて適切な制御を行う。これにより、全ての電動機を運転できない状態にしないで、運転可能な電動機の運転を継続する応急運転を行うことができる。一方、電動機制御装置30を備えた空気調和装置24では、切替装置9のスイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチがオン故障になると、風量が過剰になるが、全ての電動機を運転できない状態にしないで、運転可能な電動機の運転を継続する応急運転を行うことができる。
実施の形態2.
本実施の形態2は、実施の形態1で説明した故障判定の方法の具体例である。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成と同一の構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態2の電動機制御装置30の構成を説明する。図6は、実施の形態2に係る電動機制御装置における制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。制御装置7aは、図4に示した制御装置7の構成の他に、時間を計測するタイマー76を有する構成である。また、図2に示したメモリ72が、故障箇所を特定するためのテーブル、および故障判定の基準となる複数の閾値を記憶している。
次に、本実施の形態2の電動機制御装置30の動作を説明する。具体的には、故障判定手段74が行う、切替装置9の故障検出方法について説明する。ここでは、電流検出装置8は故障していないものとする。メモリ72が、電流閾値X1〜X4、時間閾値Tth1〜Tth3を記憶している。
はじめに、オフ故障の検出方法について説明する。図7および図8は、実施の形態2において、オフ故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。
故障判定手段74は、切替装置9をオフ状態からオン状態へ切り替えるための切替信号SW_ONを切替装置9に送信すると、切替信号SW_ONを送信したときから経過する時間T5の計測を開始する(ステップS201)。故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iu1の実効値と電流閾値X2とを比較する(ステップS202)。故障判定手段74は、比較の結果、電流Iu1の実効値がX2未満である場合、電流Iu1の実効値が電流閾値X2未満になっている時間T6_u1を計測する(ステップS203)。
また、故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iv1の実効値と電流閾値X2とを比較し(ステップS202)、電流Iv1の実効値が電流閾値X2未満である場合、電流Iv1の実効値がX2未満になっている時間T6_v1を計測する(ステップS203)。さらに、故障判定手段74は、位置PBで検出された電流Iw1の実効値と電流閾値X2とを比較し(ステップS202)、電流Iw1の実効値がX2未満である場合、電流Iw1の実効値がX2未満になっている時間T6_w1を計測する(ステップS203)。
故障判定手段74は、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1を時間閾値Tth1と比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1のうち、時間閾値Tth1以上の時間T6_K(Kはu1、v1またはw1)がある場合、故障判定手段74は、時間T6_Kに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS202の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T6_u1、T6_v1およびT6_w1をリセットする(ステップS204)。
故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iu2の実効値と電流閾値X3とを比較する(ステップS205)。故障判定手段74は、比較の結果、電流Iu2の実効値がX3未満である場合、電流Iu2の実効値が電流閾値X3未満になっている時間T7_u2を計測する(ステップS206)。また、故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iv2の実効値と電流閾値X3とを比較し(ステップS205)、電流Iv2の実効値が電流閾値X3未満である場合、電流Iv2の実効値がX3未満になっている時間T7_v2を計測する(ステップS206)。
さらに、故障判定手段74は、位置PCで検出された電流Iw2の実効値と電流閾値X3とを比較し(ステップS205)、電流Iw2の実効値がX3未満である場合、電流Iw2の実効値がX3未満になっている時間T7_w2を計測する(ステップS206)。故障判定手段74は、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2を時間閾値Tth1と比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2のうち、時間閾値Tth1以上の時間T7_L(Lはu2、v2またはw2)がある場合、故障判定手段74は、時間T7_Lに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS205の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T7_u2、T7_v2およびT7_w2をリセットする(ステップS207)。
故障判定手段74は、電流Iu1およびIu2から算出される、位置PAに流れる電流Iuの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Iuの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Iuの実効値が電流閾値X4未満になっている時間T8_uを計測する(ステップS209)。また、故障判定手段74は、電流Iv1およびIv2から算出される、位置PAに流れる電流Ivの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Ivの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Ivの実効値がX4未満になっている時間T8_vを計測する(ステップS209)。
さらに、故障判定手段74は、電流Iw1およびIw2から算出される、位置PAに流れる電流Iwの実効値と電流閾値X4とを比較する(ステップS208)。そして、故障判定手段74は、電流Iwの実効値が電流閾値X4未満である場合、電流Iwの実効値がX4未満になっている時間T8_wを計測する(ステップS209)。故障判定手段74は、時間T8_u、T8_vおよびT8_wと時間閾値Tth1とを比較する(ステップS212)。比較の結果、時間T8_u、T8_vおよびT8_wのうち、時間閾値Tth1以上の時間T8_M(Mは、u、vまたはw)がある場合、時間T8_Mに対応する相には電流が流れていないと判断する。一方、ステップS208の判定の結果、いずれの条件にも該当しない場合、故障判定手段74は、時間T8_u、T8_vおよびT8_wをリセットする(ステップS210)。
スイッチにオフ故障が発生すると、故障したスイッチが接続されている相の電力線は常に断線状態となり、電流は流れない。そのため、上述した手順にしたがって、故障判定手段74が、電流が流れていない相を検出することができる。電流が流れていない相を検出することで、故障判定手段74は、検出した相に接続されているスイッチがオフ故障している可能性があると判定できる。電流が流れない故障の原因として、スイッチのオフ故障以外に、インバータ5と第1電動機1とを接続する電力線の断線、インバータ5と第2電動機2とを接続する電力線の断線、およびインバータ5の故障も考えられる。そのため、故障判定手段74は、メモリ72が記憶する、故障判定パターンのテーブルを参照し(ステップS213)、故障箇所を特定する。一方、ステップS211において、判定基準である時間閾値Tth2は、故障判定手段74が少なくとも1回はステップS212の判定を行う時間に設定されている。そのため、故障判定手段74は、ステップS211の1回目の判定ではステップS212に進み、ステップS212の判定において、いずれの条件も満たさない場合、ステップS202に戻る。故障判定手段74は、ステップS211の2回目以降の判定で、時間T5が時間閾値Tth2以上である場合、切替装置9はオフ故障しておらず、正常と判定する(ステップS214)。
オフ故障の判定に用いるテーブルについて説明する。図9は、図2に示した制御装置のメモリが記憶するテーブルの一例を示す図である。このテーブルは、電流が検出された相および電流が検出されなかった相を示す故障パターンから故障箇所を特定するものである。図9はテーブルの一部を抜粋したものである。図9のテーブルにおいて、丸印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていることを検出できたことを意味し、バツ印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていないことを意味する。
図9に記載された複数の故障パターンのうち、故障パターン1、故障パターン7および故障パターン10を例に挙げて説明する。故障パターン1は、電流Iuが検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン1では、三相電力線が分岐する前の位置PAにおいて電流が検出できていないことから、インバータ5のU相がオンしていないと断定できる。故障パターン1において、電流Iu1およびIu2が検出できているのは、第1電動機1と第2電動機2との間に循環電流が流れているためである。第1電動機1と第2電動機2との間に循環電流が流れない場合は故障パターン4に該当し、故障パターン1と同様にインバータ5のU相の故障と断定できる。
故障パターン7は、電流Iu1が検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン7では、電流Iuが検出できていることからインバータ5は正常に動作していることがわかる。故障パターン7において、電流Iu2が検出できていることから、U2相に接続されているスイッチ9aは正常に動作し、かつ、U2相の配線は断線していないことがわかる。U1相にはスイッチが接続されていないことを考慮すると、故障パターン7はU1相の配線が断線していると断定できる。
故障パターン10は、電流Iu2が検出されなかったが、その他の電流は全て検出された場合である。故障パターン10では、電流Iuが検出できていることからインバータ5は正常に動作していることがわかる。故障パターン10において、電流Iu1が検出できていることから、U1相の配線は断線していないことがわかる。一方、電流Iu2を検出できていないことから、故障パターン10はスイッチ9aのオフ故障、または、U2相の配線が断線していると断定できる。
ここで、図9に示す故障パターン11および故障パターン13において、故障箇所が切替装置9のオフ故障と配線の断線とのうち、いずれであるかを判別する方法の一例を説明する。第2電動機2を接続しない状態でインバータ5を駆動し、切替信号SW_ONを送信後に位置PCにおいて、判定対象となる相と他の1つの相との間の線間電圧を測定する方法がある。これにより、線間電圧が正しく測定できなければ、切替装置9は正常に動作しておらず、オフ故障していると断定できる。
次に、オン故障の検出方法について説明する。図10は、実施の形態2において、オン故障を検出するために制御装置が実行する動作の手順を示すフローチャートである。
切替制御手段75は、オン状態からオフ状態へ切り替えるための切替信号SW_OFFを切替装置9に送信し、切替信号SW_OFFを送信してから経過する時間T1の計測を開始する(ステップS301)。故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iu2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iu2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iu2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_u2を計測する(ステップS303)。
また、故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iv2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iv2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iv2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_v2を計測する(ステップS303)。さらに、故障判定手段74は、位置PCにおいて検出された電流Iw2の実効値と電流閾値X1とを比較する(ステップS302)。そして、故障判定手段74は、電流Iw2の実効値が電流閾値X1以上である場合、電流Iw2の実効値が電流閾値X1以上になっている時間T2_w2を計測する(ステップS303)。
故障判定手段74は、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2と時間閾値Tth3とを比較する(ステップS306)。比較の結果、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2のうち、時間閾値Tth3以上である時間T2_N(Nは、u2、v2またはw2)がある場合、故障判定手段74は、時間T2_Nに対応する相には電流が流れていると判断する。
図11は、図2に示した制御装置のメモリが記憶する別のテーブルの一例を示す図である。図11に示すテーブルは、電流が検出された相および電流が検出されなかった相を示す故障パターンから故障したスイッチを特定するものである。図11のテーブルにおいて、丸印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていることを検出できたことを意味し、バツ印は最上段の欄に記載された相に電流が流れていないことを意味する。
スイッチにオン故障が発生すると、故障したスイッチが接続されている相の電力線は常に導通状態となり、電流が流れる。そのため、上述した手順にしたがって、故障判定手段74は、電流が流れている相を検出することで、電流が流れる相に接続されているスイッチがオン故障していることを検出できる。故障判定手段74は、時間T2_u2、T2_v2およびT2_w2のうち、時間閾値Tth3以上の時間T2_N(Nは、u2、v2またはw2)がある場合、図11に示す故障判定パターンのテーブルを参照して故障箇所を特定する(ステップS307)。一方、ステップS305において、判定基準である時間閾値Tth4は、故障判定手段74が少なくとも1回はステップS306の判定を行う時間に設定されている。そのため、故障判定手段74は、ステップS305の1回目の判定ではステップS306に進み、ステップS306の判定において、いずれの条件も満たさない場合、ステップS302に戻る。故障判定手段74は、ステップS305の2回目以降の判定で、時間T1が時間閾値Tth4以上である場合、切替装置9はオン故障しておらず、正常と判定する(ステップS308)。
図12は、実施の形態2において、切替装置に対する故障判定を行うタイミングを示すタイムチャートである。電動機の運転中に1台運転から2台運転に切り替えることは難しい。そのため、ここでは、制御装置7は、2台運転に切り替える際、インバータ5の出力を一度停止させた後、切替装置9をオンにし、第1電動機1および第2電動機2を並列接続した状態で再起動するものとする。また、初回起動時も第1電動機1および第2電動機2を並列接続した状態で起動するものとする。
初回起動前、制御装置7は、切替装置9をオン状態に切り替える前に、インバータ5の上下アーム短絡の有無、および、第1電動機1および第2電動機2の巻線の線間短絡等の負荷側の短絡が発生していないことを確認する。例えば、電力制御手段73は、インバータ5における3組の上下アームを組み毎に動作させ、各組の上下アームの異常の有無を判定する。続いて、切替制御手段75が切替装置9をオンし、故障判定手段74は切替装置9のオフ故障の判定を行う。2台運転で起動した後、2台運転から1台運転に切り替わると、故障判定手段74は、オン故障の判定を行う。その後、再び、切替制御手段75が1台運転から2台運転に切り替え、故障判定手段74はオフ故障の判定を行う。
本実施の形態2の電動機制御装置30は、第1電動機1および第2電動機2の三相のうち、電流が流れていない1つの相または2つ以上の相の組み合わせを特定することで、故障箇所を特定する。
本実施の形態2の作用および効果について説明する。制御装置7は、故障判定パターンのテーブルを記憶し、電流検出装置8によって検出した電流の情報から故障判定パターンのテーブルを参照することで、切替装置9の故障箇所を特定することができる。また、切替装置9の故障だけでなく、制御装置7は、インバータ5の故障箇所、および三相電力線の断線箇所も特定することができる。さらに、切替装置9の故障判定は、電動機が運転中の場合にも行うことができる。よって、上位制御装置23は、電動機が運転中の場合であっても、故障箇所に応じて空気調和装置24を制御することができる。
実施の形態3.
本実施の形態3は、実施の形態1で説明した電動機制御装置において、故障検知後の動作を追加したものである。本実施の形態3では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、切替装置9の故障判定方法は実施の形態2で説明した方法と同様であるため、本実施の形態3では、その詳細な説明を省略する。本実施の形態3の電動機制御装置30の構成は実施の形態2で説明した構成と同様なため、その詳細な説明を省略する。
本実施の形態3の電動機制御装置30の動作を説明する。故障判定手段74がオフ故障検出またはオン故障検出によって故障が検出された後の動作について説明する。図13は、実施の形態3の制御装置による、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図14は、実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果、故障判定パターンのうち、いずれかの故障パターンに該当する故障が検出されると(ステップS401)、電力制御手段73は、インバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS402)。そして、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンの情報を上位制御装置23に送信する(ステップS403)。
上位制御装置23は、故障パターンの情報を制御装置7から受信し(ステップS451)、受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を発報する(ステップS452)。発報方法として、例えば、警報音を出力する方法がある。また、上位制御装置23に接続されるリモートコントローラが図に示さないディスプレイを有している場合、上位制御装置23はディスプレイに故障箇所をメッセージで表示してもよい。
次に、初回起動時以外にオフ故障判定を実施する場合を説明する。図15は、実施の形態3の制御装置による、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図16は、実施の形態3の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74が、オフ故障判定を行う(ステップS501およびS504)。判定の結果、同一の分岐三相電力線11に接続された全てのスイッチ9aおよび9bのオフ故障が検出されると(ステップS501)と、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS502)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン13である。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS551)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのオフ故障である場合(ステップS552)、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS554)。具体的には、上位制御装置23は、第1電動機1の最大回転数以下の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1を駆動できる回転数指令値を制御装置7に送信する。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS555)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS556)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS557)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS558)。ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS503)。
また、故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果(ステップS504)、スイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチのオフ故障が検出されると、切替制御手段75は、実施の形態1で説明した、切替装置9の制御を行う(ステップS505)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン10または12である。続いて、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS502)。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS551)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのうち、いずれか一方のオフ故障である場合(ステップS552)、回転数指令値を変更する(ステップS554)。具体的には、上位制御装置23は、第1電動機1の最大回転数以下の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1を駆動できる回転数指令値を制御装置7に送信する。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS555)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS556)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS557)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS558)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS503)。
さらに、故障判定手段74がオフ故障判定を行った結果(ステップS506)、切替装置9の故障以外の故障が検出されると、電力制御手段73はインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS507)。続いて、故障判定手段74は、オフ故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS508)。この場合の故障パターンは、例えば、図9に示した故障パターン1〜9または11である。上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS553)。
次に、初回起動時以外にオン故障判定を実施する場合を説明する。図17は、実施の形態3の制御装置による、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図18は、実施の形態3の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
故障判定手段74が、オン故障判定を行う(ステップS601およびS602)。判定の結果、同一の分岐三相電力線11に接続された全てのスイッチ9aおよび9bのオン故障が検出される(ステップS601)と、故障判定手段74は、オン故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS603)。この場合の故障パターンは、例えば、図11に示した故障パターン1である。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS651)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのオン故障である場合、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS652)。この場合の回転数指令値は、第1電動機1および第2電動機2の並列駆動ができる最低回転数以上の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1および第2電動機2を駆動するものである。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS653)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS654)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS655)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS656)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS604)。
また、故障判定手段74がオン故障判定を行った結果(ステップS602)、スイッチ9aおよび9bのうち、1つのスイッチのオン故障が検出されると、切替制御手段75は、実施の形態1で説明した、切替装置9の制御を行う(ステップS605)。この場合の故障パターンは、例えば、図11に示した故障パターン2または3である。続いて、故障判定手段74は、オン故障判定によって判定された故障パターンを上位制御装置23に通知する(ステップS603)。
上位制御装置23は、制御装置7から故障パターンを受信し(ステップS651)、受信した故障パターンがスイッチ9aおよび9bのうち、いずれか一方のオン故障である場合、回転数指令値を変更して制御装置7に送信する(ステップS652)。この場合の回転数指令値は、第1電動機1および第2電動機2の並列駆動ができる最低回転数以上の回転数で、所望の熱交換を行うために必要な風量をできる限り確保できる回転数で第1電動機1および第2電動機2を駆動するものである。
その後、上位制御装置23は、制御装置7から受信した故障パターンに基づいて、ユーザに故障箇所を知らせる(ステップS653)。続いて、上位制御装置23は、インバータ5を停止させるか、または、運転を継続させるかをユーザに指示を促す(ステップS654)。ユーザが図に示さないリモートコントローラを操作してインバータ5の停止を選択すると(ステップS655)、上位制御装置23は、制御装置7を介してインバータ5に対して停止指令を送信する(ステップS656)。
ユーザが運転の継続を選択、または何も選択しない場合は、電力制御手段73は上位制御装置23から受信する回転数指令値に対応する三相電圧指令値Vuvw_refをインバータ5に送信する(ステップS604)。
本実施の形態3の空気調和装置24は、切替装置9の故障、インバータ5の故障、ならびに第1電動機1および第2電動機2に接続された配線の断線のうち、いずれかの異常を検出すると、異常箇所をユーザに発報する。また、空気調和装置24は、異常箇所をユーザに発報した後、運転を停止させるか運転を継続させるかをユーザに選択できるようにする。
本実施の形態3の作用および効果について説明する。制御装置7が切替装置9のオン故障判定、およびオフ故障判定を実行することにより、駆動中の電動機の状態を把握することができる。そのため、空気調和装置24は、切替装置9のオン故障、または、オフ故障が発生した後でも電動機の運転を継続する場合、制御装置7は、駆動中の電動機の数に応じて回転数指令を変更する。これにより、空気調和装置24の熱源側熱交換器15に供給される空気の風量を、実際に必要としている風量に近づけることができる。空気調和装置24は、要求される熱交換能力と実際の熱交換能力との差を緩和して、運転することができる。また、制御装置7は、故障箇所を特定し、故障箇所を上位制御装置23を介してユーザに知らせることができる。これにより、ユーザが故障箇所を速やかに把握でき、故障検知から正常状態へ復旧するまでの時間を短縮することができる。
実施の形態4.
本実施の形態4は、実施の形態3と比較すると、空気調和装置の冷媒回路と、制御装置による故障検知後の動作の一部が異なるものである。本実施の形態4では、実施の形態1〜3で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態4で説明する動作については、実施の形態3で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態3と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態4の電動機制御装置を含む空気調和装置の構成を説明する。図19は、実施の形態4に係る空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。図19では、第1電動機1、第2電動機2および電動機制御装置30を図示すことを省略している。
図19に示すように、熱源側ユニット13aにおいて、熱源側熱交換器15および16が冷媒回路48に並列に設けられている。熱源側熱交換器15に対応してファン3が設置され、熱源側熱交換器16に対応してファン4が設置されている。熱源側熱交換器15は、ファン3が発生する風があたるようにファン3の近くに位置している。熱源側熱交換器16は、ファン4が発生する風があたるようにファン4の近くに位置している。また、熱源側熱交換器16に冷媒が流れる冷媒配管45には電磁弁20が設けられている。電磁弁20は、電磁弁21と熱源側熱交換器16との間に接続され、熱源側熱交換器16に流入する冷媒量を調節する。
本実施の形態4の空気調和装置の動作を説明する。図20は、実施の形態4の制御装置による初回起動時以外のオフ故障検出判定後の処理の一部を示すフローチャートである。図21は、実施の形態4の上位制御装置において、初回起動時以外のオフ故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図22は、実施の形態4の制御装置によるオン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。図23は、実施の形態4の上位制御装置において、オン故障判定実施後の処理の一部を示すフローチャートである。
図20に示すステップS701〜S708の動作は、図15を参照して説明したステップS501〜S508と同様であるため、その詳細な説明を省略する。図22に示すステップS801〜805の動作は、図17を参照して説明したステップS601〜S605と同様であるため、その詳細な説明を省略する。
図21に示すフローと実施の形態3で説明した図16とを比較すると、本実施の形態4では、上位制御装置23が回転数指令値を制御装置7に送信する前に、図21のステップS754の動作が1つ増えている。また、図23に示すフローと実施の形態3で説明した図18とを比較すると、本実施の形態4では、上位制御装置23が回転数指令値を制御装置7に送信する前に、図23のステップS852の動作が1つ増えている。
本実施の形態4では、上位制御装置23は、制御装置7に回転数指令値を送信する前に、電磁弁20の開度を制御する(図21のステップS754および図23のステップS852)。具体的には、上位制御装置23は、切替装置9のオフ故障またはオン故障が発生した場合、電磁弁20を全閉にして、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御する。
本実施の形態4の空気調和装置24は、電動機制御装置30と、冷媒回路48において並列に接続された2台の熱源側熱交換器15および16と、2台のファン3および4と、ファン3および4に対応する第1電動機1および第2電動機2とを有する。制御装置7は、切替装置9が故障した場合、第2電動機2に対応して設けられた熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御する。
本実施の形態4の作用および効果について説明する。切替装置9がオフ故障した場合、切替装置9を介してインバータ5と接続されている第2電動機2に対応して配置された熱源側熱交換器16に流入する冷媒量が制限される。この場合、電磁弁20が全閉でない場合に熱源側熱交換器16に流入する冷媒を熱源側熱交換器15に流入させることができる。電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15に流入する冷媒量を増加させることができるため、熱源側熱交換器15における熱交換能力を向上させることができる。
また、切替装置9がオン故障した場合に、切替装置9を介してインバータ5と接続されている第2電動機2に対応して配置された熱源側熱交換器16に流入する冷媒量が制限される。切替装置9が正常動作している場合と同様に、熱源側熱交換器16において熱交換が行われなくなる。そのため、電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15と熱源側熱交換器16とを合わせた全体としての熱交換能力を抑制することができる。
上述したように、切替装置9がオフ故障、またはオン故障した場合に、電磁弁20が全閉である場合、電磁弁20が全閉でない場合と比較して、熱源側熱交換器15と熱源側熱交換器16とを合わせた全体としての熱交換能力の制御領域を拡大することができる。これにより、切替装置9が故障した場合に、要求される熱交換能力と実際の熱交換能力との差を緩和して運転する空気調和装置24を提供することができる。
また、切替装置9が故障した場合に、熱交換がほとんど行われない、または、熱交換が不要である熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、冷媒を効率よく利用することができる。切替装置9がオフ故障した場合、第2電動機2が駆動するファン4によって吸い込まれる風量は0[m^3/h]になるため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入されてもほとんど熱交換されない。そのため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、冷媒の利用効率を高めることができる。
さらに、オン故障を検知するのは第1電動機1と第2電動機2の並列運転から第1電動機1のみの運転に切り替えるときであり、第1電動機1のみの運転に切り替えると、熱源側熱交換器16による熱交換は不要になる。切替装置9がオン故障した場合、第2電動機2が駆動するファン4によって風が吸い込まれるため、熱源側熱交換器16に冷媒が流入すると、熱源側熱交換器16において必要以上に熱交換が行われる。したがって、熱源側熱交換器16に冷媒が流入しないように制御することで、熱源側熱交換器16によって必要以上に熱交換されることを防ぎ、冷媒の利用効率を高めることができる。
実施の形態5.
本実施の形態5は、実施の形態2と比較すると、故障判定に用いる電流検出のタイミングが異なるものである。本実施の形態5では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施の形態5で説明する動作については、実施の形態2で説明した動作と異なる点を詳しく説明し、実施の形態2と同様な動作についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態5の電動機制御装置30の動作を説明する。図24は、実施の形態5の制御装置において、切替装置がオン状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。
切替制御手段75が切替信号SW_ONを切替装置9に送信した後、電力制御手段73が起動制御を実行することで(ステップS901)、事前に停止させておいた第1電動機1および第2電動機2を再起動させる。続いて、電力制御手段73は、第1電動機1および第2電動機2に対して、電流検出装置8が検出する電流を参照しながら同期引き込み制御を実行する(ステップS902)。ここで、同期引き込み制御では、電力制御手段73は、d軸電流を一定に制御し、電動機に流れる電流から推定されるq軸磁束推定値が0となるようにd軸電流を制御する。電力制御手段73は、同期引き込み制御によって、第1電動機1および第2電動機2に流れる電流を一定にする。電力制御手段73は、同期引き込み制御を実行した後、通常制御に移行し(ステップS903)、第1電動機1および第2電動機2を目標回転数まで加速する。
図25は、実施の形態5の制御装置において、切替装置がオフ状態になった後の第1電動機の駆動制御に関わる処理の一部を示すフローチャートである。切替制御手段75が切替信号SW_OFFを切替装置9に送信した後、電力制御手段73は、電流検出装置8が検出する電流を参照しながら、第1電動機1に対して同期引き込み制御を実行する(ステップS1001)。電力制御手段73は、同期引き込み制御を実行した後、通常制御に移行し(ステップS1002)、第1電動機1を目標回転数まで加速する。
故障判定手段74は、故障判定に用いる電流として、同期引き込み制御中に検出された電流を用いる。故障判定に用いる電流値は、例えば、同期引き込み制御中に一定間隔でサンプリングした電流値の平均値である。
本実施の形態5の電動機制御装置30は、切替装置9の状態が切り替えられた後、第1電動機1および第2電動機2に対して同期引き込み制御を行い、故障判定手段74は、同期引き込み制御中に電流検出装置8が検出した電流を故障判定に利用するものである。
本実施の形態5の作用および効果について説明する。電動機の負荷が小さいと、通常制御時に電動機に流れる電流が非常に小さくなることがあり、電流が流れているか否かを正確に判定できないことがある。一方、電送機の同期引き込み制御中は、負荷によらず一定の電流を流すことができる。本実施の形態5では、故障判定手段74が、同期引き込み制御中に検出される電流を故障判定に用いることで、電流が流れているか否かを誤判定する確率を低減することができる。そのため、故障判定の精度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態1〜5のうち、いずれか2つ以上組み合わせても、上述した効果を得ることができる。実施の形態1〜5では、制御装置7および上位制御装置23を別々の構成で説明したが、制御装置7と上位制御装置23が一体となった構成であってもよい。
また、実施の形態1〜5では電動機の負荷が空気調和装置用のファンの場合で説明したが、負荷は空気調和装置用のファンに限らない。実施の形態1および2で説明した、切替装置9の故障判定、および、実施の形態3〜4で説明した、切替装置9の故障判定後の制御は、電動機の負荷の種類によらず、様々な負荷に適用できる。
1 第1電動機、2 第2電動機、3、4 ファン、5 インバータ、6 電源、7、7a 制御装置、8 電流検出装置、8a 第1の電流検出器、8b 第2の電流検出器、9 切替装置、9a、9b スイッチ、10 三相電力線、11 分岐三相電力線、13、13a 熱源側ユニット、14 負荷側ユニット、15、16 熱源側熱交換器、17 負荷側熱交換器、18 圧縮機、19 四方弁、20〜22 電磁弁、23 上位制御装置、24 空気調和装置、30 電動機制御装置、35 電力変換装置、45 冷媒配管、48 冷媒回路、51〜56 スイッチング素子、61〜66 逆流防止素子、71 CPU、72 メモリ、73 電力制御手段、74 故障判定手段、75 切替制御手段、76 タイマー、81 CPU、82 メモリ。

Claims (7)

  1. 互いに並列に接続された2台の電動機に電力を変換して三相電圧を供給する電力変換装置と、
    前記2台の電動機のうち、一方の電動機と前記電力変換装置とを接続する三相電力線と、
    前記2台の電動機のうち、他方の電動機と前記電力変換装置とを接続し、前記三相電力線から分岐した分岐三相電力線と、
    前記分岐三相電力線のうち、2つの相の電力線に設けられ、前記他の電動機と前記電力変換装置との間で各電力線を電気的に接続するオン状態または切断するオフ状態にする2つのスイッチを備えた切替装置と、
    前記2台の電動機に流れる三相電流を検知する電流検出装置と、
    速度指令値と前記電流検出装置によって検出された電流の情報とに対応して前記電力変換装置および前記切替装置を制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない電力線の相を特定することで、前記切替装置の故障箇所を特定する故障判定を行う故障判定手段と、
    前記故障判定の結果、前記2つのスイッチのうち、1つのスイッチの故障を検出すると、正常に動作するスイッチの前記オン状態または前記オフ状態を、故障したスイッチの状態と同じになるように制御する切替制御手段と、を有する
    電動機制御装置。
  2. 前記故障判定手段は、
    前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、電流が流れていない1つの相または2つ以上の相の組み合わせを特定することで、前記2つのスイッチ、前記電力変換装置、前記三相電力線および前記分岐三相電力線のうち、いずれの箇所に異常が生じているかを特定する、請求項1に記載の電動機制御装置。
  3. 前記制御装置は、前記切替装置の故障が検出された後、前記切替装置の故障状態に対応して前記2台の電動機に対する回転数指令値を変更する電力制御手段を有する、請求項1または2に記載の電動機制御装置。
  4. 前記故障判定手段は、
    前記切替制御手段によって前記切替装置の状態が切り替えられた後、前記故障判定を行う、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動機制御装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記切替装置の状態が切り替えられた後、前記2台の電動機に対して同期引き込み制御を行う電力制御手段を有し、
    前記故障判定手段は、同期引き込み制御中に前記電流検出装置が検出した電流を、前記故障判定に利用する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動機制御装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電動機制御装置と、
    冷媒回路において並列に接続された2台の熱交換器と、
    前記2台の熱交換器に対応して設けられた2台のファンと、
    前記2台のファンに対応する、前記電動機制御装置の制御対象となる2台の電動機と、を有し、
    前記制御装置は、
    前記切替装置が故障した場合、前記切替装置が前記分岐三相電力線を介して接続された電動機に対応して設けられた前記熱交換器に冷媒が流入しないように制御する、
    空気調和装置。
  7. 前記制御装置は、
    前記切替装置の故障、前記電力変換装置の故障、および前記電動機に接続された配線の断線のうち、いずれかの異常を検出すると、異常箇所を発報し、運転を停止させるか運転を継続させるかの選択を入力できるようにする、請求項6に記載の空気調和装置。
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