(57)【要約】空気調和機に備えられた圧縮機の故障予知・検知を行うために、熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換器と前記圧縮機とを接続する配管と、圧縮機を制御すると共に圧縮機の故障予知・検知手段を有する制御部とを備えた空気調和機において、制御部の圧縮機の故障予知・検知手段は、圧縮機を駆動する駆動電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した駆動電流の脈動を検出する脈動検出部と、脈動検出部で検出した駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて圧縮機の故障を予知又は検知する異常判定部とを備えて構成した。
2017042949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換器と前記圧縮機とを接続する配管と、前記圧縮機を制御すると共に前記圧縮機の故障予知・検知手段を有する制御部とを備えた空気調和機であって、
前記制御部の前記圧縮機の故障予知・検知手段は、
前記圧縮機を駆動する駆動電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した駆動電流の脈動を検出する脈動検出部と、
前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて前記圧縮機の故障を予知又は検知する異常判定部と
を備えたことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記圧縮機は電動機で駆動され、前記電流検出部は前記圧縮機を駆動する前記電動機の出力電流を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記故障予知・検知手段は前記電流検出部で検出した前記電動機の出力電流から前記電動機の機械角位相を求める位相検出部を更に備え、前記脈動検出部は、前記電流検出部で検出した駆動電流と前記位相検出部で求めた機械角位相の情報に基づいて前記駆動電流の脈動を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項４】
請求項２記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記異常判定部は、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第１のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を予知し、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第２のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を検知することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項５】
請求項４記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記第１のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの第１のしきい値と前記継続時間の長さの第１にしきい値を備え、前記第２のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値と前記継続時間の長さの前記第１にしきい値よりも短い第２のしきい値を備えることを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項６】
熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換器と前記圧縮機とを接続する配管と、前記圧縮機を制御する制御部とを備えた空気調和機における圧縮機の故障を予知及び検知する方法であって、
前記圧縮機を駆動する駆動電流を電流検出部で検出し、
前記電流検出部で検出した駆動電流の脈動を脈動検出部で検出し、
前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて異常判定部で前記圧縮機の故障を予知又は検知する
ことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項７】
請求項６記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記圧縮機は電動機で駆動され、前記駆動電流を検出することを、前記電流検出部で前記圧縮機を駆動する前記電動機の出力電流を検出することにより行うことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項８】
請求項７記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記電流検出部で検出した前記電動機の出力電流から前記電動機の機械角位相を求め、前記検出した駆動電流と前記求めた機械角位相の情報に基づいて前記駆動電流の脈動を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項９】
請求項７記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記圧縮機の故障を検知することを、前記異常判定部で前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第１のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を予知し、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第２のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を検知することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項１０】
請求項９記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記第１のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの第１のしきい値と前記継続時間の長さの第１にしきい値を備え、前記第２のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値と前記継続時間の長さの前記第１にしきい値よりも短い第２のしきい値を備えることを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置や空気調和装置に備えられた圧縮機の故障予知・検知手段及びその故障予知・検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として、特許文献１が有る。特許文献１には、圧縮機に加わる瞬時電流もしくは瞬時電圧を検出し、この検出値により圧縮機内部状態、特にモータ駆動トルクを推定し、潤滑不良や液圧縮等を推定し、圧縮機の故障予知及び診断を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３８９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器から冷凍サイクルを構成する冷凍装置、例えば空気調和機において、圧縮機の故障による運転不能は使用者の快適性を大きく損なってしまう。
また、物の温調を行う冷凍機のような冷凍装置においては圧縮機の故障による冷凍装置の運転不能は、対象物の破損につながり経済的な損失が小さくない。そのため、空気調和機や冷凍装置の安定的な運転の為に、圧縮機が運転不能となる前に故障を検知し、保全を行うことは、対人及び対物の空気調和において重要である。【０００５】
空気調和機や冷凍装置の、安定的な運転を達成する手段の一つに、圧縮機の故障を早期に検知し利用者にとっての突発的な運転不能を回避することがある。【０００６】
特許文献１に記載されている構成では、圧縮機に加わる瞬時電流もしくは瞬時電圧を検出し、モータ駆動トルクを演算式により推定し、圧縮機内部状態推定装置で異常を検出している。しかし、特許文献1に記載されている構成では、圧縮機内部状態推定装置を必要とするため、圧縮機状態推定装置の為の制御基板を用意する必要があり、機械室内空間が限られる空気調和機の室外機では価格の面でも構造的な面でも難しい問題を抱えている。【０００７】
また、瞬時電流、瞬時電圧では、圧縮機の異常に伴う変化が、圧縮機故障度合いが顕著となるまで検知することが困難である。そのため、空気調和機や、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器から冷凍サイクルを構成する冷凍装置（以下、これらを総称して空気調和機と記す）において、圧縮機異常を早期に検知又は検知することが困難である。【０００８】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、圧縮機異常を早期に検知することを可能にする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機及びその故障予知・検知方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明では、熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換機と前記圧縮機とを接続する配管と、圧縮機を制御すると共に圧縮機の故障予知・検知手段を有する制御部とを備えた空気調和機において、制御部の圧縮機の故障予知・検知手段は、圧縮機を駆動する駆動電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出した駆動電流の脈動を検出する脈動検出部と、脈動検出部で検出した駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて圧縮機の故障を予知又は検知する異常判定部とを備えて構成した。【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明では、熱交換器と、圧縮機と、熱交換機と圧縮機とを接続する配管と、圧縮機を制御する制御部とを備えた空気調和機における圧縮機の故障を予知及び検知する方法において、圧縮機を駆動する駆動電流を電流検出部で検出し、電流検出部で検出した駆動電流の脈動を脈動検出部で検出し、脈動検出部で検出した駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて異常判定部で圧縮機の故障を予知又は検知するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機及びその故障予知・検知方法において、従来の電流や電圧絶対値による検出では困難であった、より早期に圧縮機の異常を検知することを達成し、空気調和機の計画的な保守や部品交換を実現し、空気調和機利用者の快適性や信頼性を高めることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る空気調和機の冷凍サイクル構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る空気調和機の空気調和機に使用される圧縮機の内部構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される圧縮機と制御部の概略の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の電流検出部の構成を示すブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の位相検出部の構成を示すブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の脈動検出部の構成を示すブロック図である。
【図４Ｄ】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の異常判定部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の電流検出部で検出した電流の脈動を示す電流波形図である。
【図６】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の脈動検出部で検出した電流の脈動を示す電流脈動値波形図である。
【図７】本発明の実施例に係る空気調和機でスクロール圧縮機を用いた場合の旋回スクロール１回転におけるトルクの変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例に係る空気調和機でロータリ型圧縮機を用いた場合の電動機１回転中のトルク変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部の異常判定部における異常判定処理の流れを示すフロー図である。
【図１０】本発明の実施例に係る空気調和機に使用される制御部における異常判定処理の流れを示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、圧縮機の故障を予知及び検知する機能を備えた空気調和機に関するものである。
【００１４】
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【実施例】
【００１６】
代表例として空気調和機の冷凍サイクルにおける本発明の実施例を示す。ただし、圧縮機、凝縮器、膨張機構、蒸発器からなる冷凍サイクルで構成される冷凍装置では同様の効果が発揮される。【００１７】
図１に代表的な空気調和機１の冷凍サイクルを示す。空気調和機１は、室外機１０と室内機３０を備え、それらの間をガス接続配管２と液接続配管３とで繋いでいる。【００１８】
室外機１０は、圧縮機１１と、四方弁１２と、室外熱交換器１３と、室外送風機１４と、室外膨張弁１５と、アキュムレータ２０と、圧縮機吸入配管１６と、ガス冷媒配管１７と,制御部４を有している。【００１９】
圧縮機１１とアキュムレータ２０とは圧縮機吸入配管１６により接続され、四方弁１２とアキュムレータ２０とは冷媒配管１７により接続されている。【００２０】
圧縮機１１は、冷媒を圧縮して配管に吐出する。四方弁１２を切り替えることで、冷媒の流れが変化し、冷房運転と暖房運転が切り替わる。室外熱交換器１３は、冷媒と外気の間で熱交換させる。室外送風機１４は、室外熱交換器１３に対し外気を供給する。室外膨張弁１５は、冷媒を減圧して低温にする。アキュムレータ２０は、過渡時の液戻りを貯留するために設けられており、冷媒を適度な乾き度に調整する。【００２１】
室内機３０は、室内熱交換器３１と、室外送風機３２と、室内膨張弁３３とを備える。室内熱交換器３１は、冷媒と内気の間で熱交換させる。室外送風機３２は、室外熱交換器３１に対し外気を供給する。室内膨張弁３３は、その絞り量を変化させることにより室内熱交換器３１を流れる冷媒の流量を変化させることが可能である。【００２２】
次に、空気調和機１における冷房運転について説明する。図１における実線の矢印は、空気調和機１の冷房運転における冷媒の流れを示している。冷房運転において四方弁１２は、実線で示すように、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３とを連通させ、アキュムレータ２０とガス接続配管２とを連通させる。【００２３】
そして、圧縮機１１より圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１２を経由して、室外熱交換器１３に流入し、室外送風機１４により送風された室外空気により冷却されて凝縮される。凝縮した液冷媒は、室外膨張弁１５および液接続配管３を通過して、室内機３０へ送られる。室内機３０に流入した液冷媒は、室内膨張弁３３で減圧され、低圧低温の気液二相冷媒になり室内熱交換器３１に流入する。室内熱交換器３１において、気液二層液冷媒は、室内送風機３２によって送風される室内空気により加熱されて蒸発し、ガス冷媒となる。この際に、室内空気が冷媒の蒸発潜熱により冷却され、冷風が室内に送られる。その後、ガス冷媒は、ガス接続配管２を通って、室外機１０に戻される。【００２４】
室外機１０に戻ったガス冷媒は、四方弁１２およびガス冷媒配管１７を通過し、アキュムレータ２０へと流入する。アキュムレータ２０で所定の冷媒かわき度に調整され、圧縮機吸入配管１６を介して圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１で圧縮されることにより、一連の冷凍サイクルが形成される。【００２５】
次に、空気調和機１における暖房運転について説明する。図１における点線の矢印は、空気調和機１００の暖房運転における冷媒の流れを示している。暖房運転において四方弁１２は、点線で示すように、圧縮機１１の吐出側とガス接続配管２とを連通させ、アキュムレータ２０と室外熱交換器１３とを連通させる。【００２６】
そして、圧縮機１１より圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、ガス接続配管２および四方弁１２を通過して、室内機３０へ送られる。室内機３０に流入したガス冷媒は、室内熱交換器３１に流入し、室内送風機３２により送風された室内空気によって冷媒が冷却されて凝縮し、高圧の液冷媒となる。この際に、室内空気は冷媒によって加熱され、温風が室内に送られる。その後、液化した冷媒は、室内膨張弁３３および液接続配管３を通過して、室外機１０へと戻される。【００２７】
室外機１０へ戻った液冷媒は、室外膨張弁１５で所定量減圧されて、低温の気液二相状態となり、室外熱交換器１３に流入する。室外熱交換器１３に流入した冷媒は、室外送風機１４により送風された室外空気と熱交換し、低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、四方弁１２およびガス冷媒配管１７を通って、アキュムレータ２０に流入し、アキュムレータ２０で所定の冷媒かわき度に調整され、圧縮機１１に吸入され、再度圧縮機１１圧縮されることにより一連の冷凍サイクルが形成される。【００２８】
図２には、前述の空気調和機の冷凍サイクルに用いられる、圧縮機１１の代表例として高圧チャンバ方式のスクロール圧縮機の内部構造図を示す。スクロール型の圧縮機１１は、吸入パイプ１０１と吐出パイプ１０２とが設けられた圧力容器１０３を備える。圧力容器１０３により吐出圧室１０３ａが形成される。圧力容器１０３内には、固定子１０４１と回転子１０４２を有する電動機１０４と圧縮機構部１０５とが収容され、下部には冷凍機油１１６が貯留されている。圧力容器１０３は、台座１１５で支持されている。【００２９】
圧縮機構部１０５は、渦巻状のガス通路を有する固定スクロール１０６と、渦巻状ラップ１０７を有する旋回スクロール１０８とを備える。旋回スクロール１０８は、固定スクロール１０６に対して相対的に移動可能に配置され、固定スクロール１０６と旋回スクロール１０８とが互いにかみ合わさることにより圧縮室１０９が形成される。旋回スクロール１０８は、その自転を阻止しながら、公転運動させるオルダムリング（図示せず）に連結されるとともに、電動機１０４により回転駆動されるクランク軸１１０の偏心部分１１１に連結される。また、固定スクロール１０６には吐出口１０６ａが形成されている。【００３０】
電動機１０４の駆動により、クランク軸１１０を回転させ、旋回スクロール１０８を旋回させながら、吸入パイプ１０１から吸込んだ冷媒を圧縮室１０９に導入し、順次圧縮する。圧縮された冷媒は、固定スクロール１０６の吐出口１０６ａから吐出圧室１０３ａに排出される。【００３１】
また、クランク軸１１０は軸受１１２および軸受１１３によって支持されている。軸受１１３は支持部材１１４で圧力容器１０３に支持されている。冷媒圧縮機の圧縮機構、すなわちスクロール圧縮機での固定スクロールおよび旋回スクロールによって構成される圧縮室は寸法公差が小さく、軸受１１２及び１１３が潤滑油不足などにより損傷した場合、クランク軸１１０が偏心し、旋回スクロール１０７と固定スクロール１０６が通常設計値以上に接触し、かじりなどスムーズな圧縮工程を阻害し、ひどい場合には固渋し圧縮不能となる。したがって、軸受１１２及び１１３が損傷した段階でクランク軸が偏心することにより、触れ回り荷重が発生している。【００３２】
この触れ回り荷重が発生し始める初期段階では、異常振動や異常音の発生は感知し難く、また、電流の絶対値自身も変化が小さく、制御部での検知が困難である。しかし、この触れ回り荷重すなわちトルク変化が電動機の電流において脈動を発生させる。この電流脈動を計測することで圧縮機内部の異常を早期に検知可能である。【００３３】
以下、その電流脈動を計測することで圧縮機内部の異常を早期に検知可能にする、圧縮機の故障予知・検知手段及び圧縮機の故障予知・検知方法について説明する。【００３４】
空気調和機１は、図１にて前述のとおり、室外機１０と室内機３０が、冷媒配管２と液接続配管３により接続されて冷凍サイクルを構成し、空気調和を行うものである。【００３５】
図２に示すように、空気調和機１の室外機１０は、冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１を回転駆動する圧縮機電動機１０４と、室外機１０と室内機３０との全体の制御と圧縮機電動機１０４を所望の回転速度となるように回転自在に駆動制御するとともに圧縮機電動機１０４の異常を検出する制御部４（制御手段）と、を備える。【００３６】
図３に示すように、制御部４は、圧縮機電動機１０４の故障（異常）予知・検知する手段として、圧縮機電動機１０４の出力電流を検出する電流検出部５（電流検出手段）と、圧縮機電動機１０４の磁極位置を検出する位相検出部６（位相検出手段）と、圧縮機電動機１０４の回転速度を検出する電動機回転速度検出部７（回転速度検出手段）と、検出した圧縮機電動機１０４の電流値および磁極位置の情報に基づいて電流値の脈動を検出する脈動検出部８（脈動検出手段）と、検出した電流値の脈動および電動機回転速度に基づき圧縮機異常を判定する異常判定部９と、異常判定部９で異常と判定した情報を出力する異常情報出力部９１とを備えている。制御部４は、更に、室外機１０と室内機３０の全体を制御する回路(図示せず)や、圧縮機電動機１０４を駆動制御する回路(図示せず)も備えている。
電流検出部５は、図４Ａに示すように、圧縮機電動機１０４に流れるモータ電流を求める電流演算部５１、求めたモータ電流をαβ変換するαβ変換部５２、αβ変換したデータをｄｑ変換するｄｑ変換部５３、ｄｑ変換した結果をフィルタ処理してｑ軸電流フィードバック値を算出するフィルタ処理部５４を備え、フィルタ処理部５４で算出したｑ軸電流フィードバック値を脈動検出部８へ出力する。【００３７】
位相検出部６は、図４Ｂに示すように、電流検出部５のｄｑ変換部５３でｄｑ変換した情報を入力してｄ軸位相情報としてθｄｃを抽出するｄ軸位相抽出部６１と、このｄ軸位相抽出部６１で抽出したθｄｃの情報を用いて機械角位相のθｒを算出する機械角位相算出部とを備え、算出した機械角位相情報を脈動検出部８へ出力する。【００３８】
脈動検出部８は、電流検出部５および位相検出部６の検出結果より圧縮機電動機１０４の電流値（以下、モータ電流値という）の脈動を検出する。【００３９】
図４Ｃは、脈動検出部８の構成例を示す図である。  
まず、電流検出部５は、図４Ａに示した構成で、電流演算部５１において圧縮機電動機１０４からの三相の出力電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を検出する。具体的には、圧縮機電動機１０４を駆動するインバータ（図示省略）の直流部分に流れる電流をシャント抵抗（図示省略）の両端に発生する電圧から測定する。そして、電流演算部５１によって、モータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を導出する。なお、モータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）の検出方法には、モータ電流の出力部に抵抗値の小さい抵抗を接続し、その抵抗にかかる電圧からの検出や、電流センサによる検出等様々な方法がある。【００４０】
検出したモータ電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を、αβ変換部５２とｄｑ変換部５３で次式（１）に従って、αβ変換、ｄｑ変換の順に変換し、その結果をフィルタ処理部５４で１次遅れフィルタ処理することで、脈動検出部８の入力値となる、ｑ軸電流フィードバック値を算出する。【００４１】
【数１】
2017042949.tif 000003
（数１）において、ｄｑ変換部５３でｄｑ変換時に用いるθdcは、ｄ軸位相であり、圧縮機電動機１０４の磁極位置を示す。【００４２】
脈動検出部８の二つ目の入力値である機械角位相θrは、θdcをから算出する。次式（数２）に示す。【００４３】
Δθr＝Δθdc／極対数  ・・・（数２）
θrは、Δθrを積算し算出する。上記の２つの入力ｑ軸電流フィードバック値、機械角位相θrから脈動成分を抽出する。【００４４】
図４Ａに示すように、位相検出部５から入力した機械角位相θrから演算部８１で    ｓｉｎ、ｃｏｓ演算によりｓｉｎθr、ｃｏｓθrを算出し、電流検出部５から入力したｑ軸電流フィードバック値と乗算器８１１と８１２とでそれぞれかけ合わせ、フィルタ処理部８２で１次遅れフィルタ処理を行うことで、高周波成分を除去する。【００４５】
ここで、フィルタ処理部８２で処理する１次遅れフィルタ処理の時定数Ｔの設定には、実機による試験を基に、トルク脈動の周期を抽出できるようにシミュレーションにより設定する。すなわち、フィルタ処理の時定数Ｔの設定には脈動成分を抽出するためにフィルタ処理の時定数Ｔを脈動周期より大きくする必要があるため、トルク脈動が発生する圧縮機１１の回転周期に対しそれよりも大きい時定数を設定する。【００４６】
フィルタ処理部８２での１次遅れフィルタ処理の後、乗算器８２１と８２２とで再度ｓｉｎθr、ｃｏｓθrをかけ、かけ合わせた結果を加算器８２３で足し合わせ、ゲイン調整期８３で調整ゲインＫにより脈動成分の調整を行うことで、機械角位相θrの周期で脈動する成分のみを抽出することができる。サンプリング周期Ｔｓ、フィルタ時定数Ｔａの設定値の一例として、図４Ｃには、Ｔｓが５００μｓ、Ｔａが５００ｍｓの例を示す。【００４７】
図５は、空気調和機１の圧縮機１１の内部で異常が発生し、触れ回り荷重が発生している場合における電流検出部５で検出される電流の脈動を示す波形図である。圧縮機１１の内部にて触れ回り荷重が発生するような異常とは、圧縮機１１の回転機構を支持する軸受１１２又は１１３の損傷、圧縮室１０９での液圧縮、圧縮機構部内の接触部における潤滑不良などがある。図５に示す曲線５０ａは、電流検出部５で検出される正常状態の電流値波形を示し、曲線５０ｂは、圧縮機異常のときの電流値波形を示している。【００４８】
図３に示す電流検出部５は、一定のサンプリング周期で圧縮機電動機１０４の電流を検出している。【００４９】
空気調和機１の圧縮機１１に前述のような何らかの異常がある場合、圧縮機電動機１０４のトルク変動が正常時と比較して大きくなり、それが圧縮機電動機１０４の印加電流にも発生する。このため、図５の曲線５０ｂに示すように、電流平均値Ｉｍに対する脈動値（もしくは振幅）Ｉａが、正常時の脈動値Ｉａ０と比べて大きくなる。圧縮機電動機１０４の回転速度が増大するにつれ、印加電流も大きくなるため、電流平均値Ｉｍも増加する。したがって電流平均値ではなく、電流脈動値Ｉａによって、圧縮機１１の異常が精度よく検知可能となる。【００５０】
次に、電流脈動値より圧縮機異常を検知した際の空気調和機１の運転について説明する。  
図６に電流脈動値から圧縮機異常を検知する際の、閾値Ｉａ１、Ｉａ２を示す。  
閾値Ｉａ１，Ｉａ２は正常な圧縮機及び、圧縮機内部の異常がみられる圧縮機の試験などからあらかじめ設定しておくことが望ましい。異常判定部９で判定した結果、点線で示したグラフのように、この閾値Ｉａ１より電流脈動値Ｉａが一定時間（Ｔ１）超えた場合には、異常情報出力部９１から空気調和機利用者に異常を知らせる、もしくはインターネット等を介した遠隔監視やスマートフォンにて空気調和機の異常を空気調和機のメンテナンス者に知らせ、早期の空気調和機のメンテナンスを行うことができる。【００５１】
Ｉａ１を一定時間（Ｔ１）超えた場合では、異常の初期段階にあたる為、圧縮機異常を利用者に知らせるのみで所定の時間内であれば運転を継続することができる。ただし冷凍能力の大きい、複数台圧縮機を備えるような空気調和機の場合には、空気調和機制御部により異常を検知した圧縮機の運転を停止し他の圧縮機の運転により、冷凍能力を確保させることが望ましい。Ｉａ１は軸受損傷等、圧縮機運転時間に比例し徐々に異常が進行していく事象の検出に有効である。【００５２】
一方、図６で実線で示したグラフのように、Ｉａ１を一定時間（Ｔ１）以上経過せず、急激に電流脈動Ｉａが増加し閾値Ｉａ２を超える状態が一定時間（Ｔ２）継続した場合には、異常判定部９で圧縮機１１内での軸受１１２又は１１３の損傷等、異常が進行している状態に相当し、圧縮機１１に異常が生じていると判断し、異常情報出力部９１からの警報に基づいて圧縮機１１を停止することが望ましい。【００５３】
上記した圧縮機１１の異常を判定する異常判定部９の構成を図４Ｄに示す。異常判定部９は、予めしきい値Ｉａ１，Ｉａ２を記憶しておく記憶部９１を備え、脈動検出部８から出力された電流脈動値Ｉａの情報と記憶部に記憶しておいたＩａ１とを比較する第１の比較部９２、脈動検出部８から出力された電流脈動値Ｉａの情報と記憶部９１に記憶しておいたＩａ２とを比較する第２の比較部９３、第１の比較部９２と第２の比較部９３とで比較した情報を受けて異常情報を出力する異常情報出力部９４とを備えている。【００５４】
図７にスクロール圧縮機での、旋回スクロールが１回転する中でのトルクの変化のグラフを示す。スクロール圧縮機において冷媒の圧縮工程は、前述のとおり圧縮室内部に吸い込まれた冷媒が圧縮室容積が旋回スクロールの回転に伴って順次縮小していくことによる冷媒が圧縮される。その工程の中で、冷媒ガス荷重により旋回スクロールが１回転するうちにトルクが変化する。【００５５】
図７に示すように、スクロール型の圧縮機において、旋回スクロールが１回転すなわち、圧縮電動機が１回転するうちにトルクが１周期変化する。したがって、正常な圧縮機でも圧縮機電動機の回転数１次成分の脈動が現れる。【００５６】
これは正常な圧縮機においても冷媒圧縮に伴い発生するため、図６で説明した電流脈動値Ｉａの閾値Ｉａ１やＩａ２は上記の冷媒圧縮等に伴う電流脈動を考慮して設定することにより、より精度よく圧縮機の異常を検知することが可能となる。【００５７】
また、空気調和機１の圧縮機としては他にロータリ型圧縮機も多く使用される。ロータリ型圧縮機も、スクロール型同様、容積式の圧縮機構を備え、回転するローリングピストンにより圧縮室の容積が変化し冷媒を圧縮する。ロータリ型の圧縮機においては、圧縮室を１つ備える１シリンダ型の他、圧縮室を２つ備える２シリンダ型がある。圧縮室が２つある場合には圧縮工程が圧縮機電動機１回転の中で１８０度ずらしている。【００５８】
図８にロータリ型圧縮機において圧縮電動機が１回転する間のトルクの変化概略図を示す。曲線５１ａが１シリンダ型、曲線５１ｂが２シリンダ型のトルク変化を示す。曲線５１ｂに示すように２シリンダ型では、圧縮工程が１８０度ずれているために、圧縮機電動機１回転の間に２周期分のトルク変化が現れる。したがって、圧縮機電動機の回転数に対し２次成分において、正常の圧縮機においても電流脈動がみられる。したがって圧縮機の構造により、正常な圧縮機に存在する電流脈動値の成分が異なる。上述を考慮し、電流脈動値の閾値Ｉａ１、Ｉａ２を設定することにより、より精度よく空気調和機の圧縮機の異常を検知することが可能である。【００５９】
次に、異常判定部９における異常判定の処理フローを、図９を用いて説明する。  
まず、圧縮機１１の運転を開始した後、電流検出部５と位相検出部６からの出力を受けた脈動検出部８から出力される電流脈動値Ｉａを入力する(Ｓ９０１)。次にこの電流脈動値Ｉａが入力したことを確認し（Ｓ９０２）、電流脈動値Ｉａが入力されていない場合（Ｓ９０２でＮＯの場合）には、処理を終了する。電流脈動値Ｉａが入力されている場合（Ｓ９０２でＹＥＳの場合）には、この入力した電流脈動値Ｉａを記憶部９１に予め記憶しておいたしきい値Ｉａ１と比較する（Ｓ９０２）。【００６０】
Ｓ９０２における比較の結果、入力した電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ１よりも小さい場合（Ｓ９０３でＮＯの場合）には、Ｓ９０２へ戻って、脈動検出部８から電流脈動値Ｉａが入力されているかを確認する。一方、Ｓ９０２における比較の結果、入力した電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ１よりも大きい場合（Ｓ９０３でＹＥＳの場合）には、この入力した電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ１よりも大きくしきい値Ｉａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）維持（継続）しているかをチェックする（Ｓ９０４）。【００６１】
Ｓ９０４において、電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ１よりも大ききしきい値Ｉａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）維持（継続）していると判定した場合（Ｓ９０４でＹＥＳの場合）には、異常出力部９４へ異常情報を出力し（Ｓ９０５）、Ｓ９０２へ戻って、脈動検出部８から電流脈動値Ｉａが入力されているかを確認する。【００６２】
一方、Ｓ９０４において、電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ１よりも大ききしきい値Ｉａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）までは達していないと判定した場合（Ｓ９０４でＮＯの場合）には、電流脈動値Ｉａを記憶部９１に予め記憶しておいたしきい値Ｉａ２と比較する（Ｓ９０６）。Ｓ９０６における比較の結果，電流脈動値Ｉａはしきい値Ｉａ２よりも小さいと判定した場合にはＳ９０２へ戻って、脈動検出部８から電流脈動値Ｉａが入力されているかを確認する。【００６３】
Ｓ９０６における比較の結果，電流脈動値Ｉａはしきい値Ｉａ２よりも大きいと判定した場合（Ｓ９０６でＹＥＳの場合）には、この入力した電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ２よりも大きい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ２）維持（継続）しているかをチェックする（Ｓ９０７）。電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ２よりも大きい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ２）継続していない場合（Ｓ９０７でＮＯの場合）には、Ｓ９０２へ戻って、脈動検出部８から電流脈動値Ｉａが入力されているかを確認する。【００６４】
一方、電流脈動値Ｉａがしきい値Ｉａ２よりも大きい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ２）よりも長く継続している場合（Ｓ９０７でＹＥＳの場合）には、圧縮機１１の運転を停止させるための緊急停止情報を異常情報出力部９４から出力する（Ｓ９０８）。【００６５】
次に、本実施例による制御部４における処理フローを、図１０を用いて説明する。  
まず、圧縮機１１の運転を開始した後、電流検出部５において、電流演算部５１でモータ電流を検出し（Ｓ１００１）、その検出結果を用いてαβ変換部５２でα・β変換を行い（Ｓ１００２）、その変換結果に対してｄｑ変換部５３でｄｑ変換を行い（Ｓ１００３）、このｄｑ変換した結果に対してフィルタ処理部５４でフィルタ処理を行ってｑ軸電流フィードバック値ＩｑＦｂを算出する（Ｓ１００４）。また、Ｓ１００３においてｄｑ変換部５３でｄｑ変換した結果は位相検出部６にも入力されて、ｄ軸位相抽出部６１でθｄｃを抽出して機械角位相算出部６２で機械角位相θｒを算出する（Ｓ１００５）。【００６６】
次に、電流検出部５で求めたｑ軸電流フィードバック値ＩｑＦｂと位相検出部６で求めた機械位相角θｒの情報が脈動検出部８に入力されて、演算部８１、フィルタ処理部８２、加算器８２３で処理されて脈動成分Ｉａを抽出する（Ｓ１００６）。【００６７】
この脈動検出部８で抽出された脈動成分Ｉａの情報は異常判定部９に入力されて、図９で説明したような処理フローで異常が予知及び検知される。【００６８】
すなわち、図１０に示すように、脈動成分Ｉａが予め設定したしきい値Ｉａ１よりも大きくＩａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）維持（継続）したかをチェック（Ｓ１００７）する。その結果、一定の時間（Ｔ１）維持（継続）した場合（Ｓ１００７でＹＥＳの場合）には、脈動成分Ｉａが予め設定したしきい値Ｉａ１よりも大きくＩａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）維持（継続）した情報を異常情報出力部９４から出力し（Ｓ１００８），Ｓ１００１に戻って、処理を継続する。【００６９】
一方、Ｓ１００７で脈動成分Ｉａが予め設定したしきい値Ｉａ１よりも大きくＩａ２よりも小さい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ１）維持（継続）しなかった場合には（Ｓ１００７でＮＯの場合）、脈動成分Ｉａが予め設定したしきい値Ｉａ２よりも大きい状態が予め設定した一定の時間（Ｔ２）維持（継続）したかをチェックし、ＮＯの場合にはＳ１００１に戻って処理を継続する。一方、Ｓ１００９でＹＥＳと判定した場合には、異常情報出力部９４から緊急停止情報を出力し（Ｓ１０１０）、制御部４で圧縮機１１の運転を停止させる。なお、図１０で説明したフロー図においては、図９で説明したフロー図のＳ９０３のステップが抜けているが、これは、Ｓ１００７からＳ１００９を通ってＳ１００１に戻るループを実質的に同じであるので、説明を省略した。【００７０】
以上に説明したように、本発明によれば、空気調和機に備えられた圧縮機の故障予知や故障の初期段階での検知を行うことができるようになった。これにより、圧縮機の故障による空気調和機の運転停止を発生させることなく、安定して使用することを可能にした。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・空気調和機    ４・・・制御部    ５・・・電流検出部６・・・位相検出部    ７・・・電動機回転速度検出部    ８・・・脈動検出部    ９・・・異常判定部    １０・・・室外機    １１・・・冷媒圧縮機    ３０・・・室内機    １０４・・・電動機    １０６・・・固定スクロール    １０８・・・旋回スクロール    １１２、１１３・・・軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月4日(2017.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換器と前記圧縮機とを接続する配管と、前記圧縮機を制御すると共に前記圧縮機の故障予知・検知手段を有する制御部とを備えた空気調和機であって、前記制御部の前記圧縮機の故障予知・検知手段は、
前記圧縮機を駆動する駆動電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した駆動電流の脈動を検出する脈動検出部と、
前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて前記圧縮機の故障を予知又は検知する異常判定部と
を備えたことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記圧縮機は電動機で駆動され、前記電流検出部は前記圧縮機を駆動する前記電動機の出力電流を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記故障予知・検知手段は前記電流検出部で検出した前記電動機の出力電流から前記電動機の機械角位相を求める位相検出部を更に備え、前記脈動検出部は、前記電流検出部で検出した駆動電流と前記位相検出部で求めた機械角位相の情報に基づいて前記駆動電流の脈動を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項４】
請求項２記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記異常判定部は、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第１のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を予知し、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第２のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を検知することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項５】
請求項４記載の圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機であって、前記第１のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの第１のしきい値と前記継続時間の長さの第１のしきい値を備え、前記第２のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値と前記継続時間の長さの前記第１のしきい値よりも短い第２のしきい値を備えることを特徴とする圧縮機の故障予知・検知手段を備えた空気調和機。
【請求項６】
熱交換器と、圧縮機と、前記熱交換器と前記圧縮機とを接続する配管と、前記圧縮機を制御する制御部とを備えた空気調和機における圧縮機の故障を予知及び検知する方法であって、
前記圧縮機を駆動する駆動電流を電流検出部で検出し、
前記電流検出部で検出した駆動電流の脈動を脈動検出部で検出し、
前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とに基づいて異常判定部で前記圧縮機の故障を予知又は検知する
ことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項７】
請求項６記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記圧縮機は電動機で駆動され、前記駆動電流を検出することを、前記電流検出部で前記圧縮機を駆動する前記電動機の出力電流を検出することにより行うことを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項８】
請求項７記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記電流検出部で検出した前記電動機の出力電流から前記電動機の機械角位相を求め、前記検出した駆動電流と前記求めた機械角位相の情報に基づいて前記駆動電流の脈動を検出することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項９】
請求項７記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記圧縮機の故障を検知することを、前記異常判定部で前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第１のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を予知し、前記脈動検出部で検出した前記駆動電流の脈動の大きさと継続時間とについて第２のしきい値の組を用いて前記圧縮機の故障を検知することを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【請求項１０】
請求項９記載の圧縮機の故障予知・検知方法であって、前記第１のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの第１のしきい値と前記継続時間の長さの第１のしきい値を備え、前記第２のしきい値の組は前記駆動電流の脈動の大きさの前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値と前記継続時間の長さの前記第１のしきい値よりも短い第２のしきい値を備えることを特徴とする圧縮機の故障予知・検知方法。
【国際調査報告】
2017042949.tif 000017
2017042949.tif 000018