(57)【要約】【課題】入力電流センサ２００が異常となっても過熱保護運転を行うことで、モータ６００を停止させず運転を維持することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】電源１００の供給を受けてモータ６００をインバータ制御する制御手段７００を備えたモータ制御装置であって、  電源１００より供給される入力電流を検出して検出値を生じる入力電流センサ２００と、制御手段７００は、モータ６００を制御する制御量、およびモータ６００の作動状態を示す作動量の少なくとも１つを用いて、電源１００より供給される入力電流の推定値を求める入力電流推定手段と、入力電流センサ２００の作動状態を判定して、入力電流センサ２００による検出値を用いたセンサ正常時の第１の過熱防止運転モードと、入力電流推定手段による推定値を用いたセンサ異常時の第２の過熱防止運転モードとを切り替える切替手段とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の供給を受けてモータをインバータ制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、
前記電源より供給される入力電流を検出して検出値を生じる入力電流センサと、
前記制御手段は、
前記モータを制御する制御量、および前記モータの作動状態を示す作動量の少なくとも１つを用いて、前記電源より供給される入力電流の推定値を求める入力電流推定手段と、
前記入力電流センサの作動状態を判定して、前記入力電流センサによる前記検出値を用いたセンサ正常時の第１の過熱防止運転モードと、前記入力電流推定手段による前記推定値を用いたセンサ異常時の第２の過熱防止運転モードとを切り替える切替手段とを有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記入力電流推定手段は、前記電源より供給される入力電流の推定に際して、この入力電流を大きく見込む安全率を加えて、前記推定値を求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記入力電流推定手段は、
推定値＝Ｎ×Ｔ／ＶＭ／η×ＳＫ
但し、Ｎはモータ回転数、Ｔは出力トルク、ＶＭは電源電圧、ηはモータ・コンプレッサ効率、ＳＫは安全率
で表される数式を用いて、入力電流の前記推定値を求めることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ・コンプレッサ効率ηを示すデータは、予め求めたデータマップから前記モータの運転条件に応じて選択されることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記切替手段は、前記入力電流センサの正常もしくは異常の判断に際し、前記モータの無負荷状態における前記入力電流と異常入力電流判定値との比較結果、および前記モータの安定負荷時における前記検出値と該当運転条件での異常入力電流判定値との比較結果の少なくとも一方を用いて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記第１の過熱防止運転モードとは、前記検出値が所定閾値を超えるとき、前記モータの異常過熱を抑える運転モードであることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記第２の過熱防止運転モードとは、前記入力電流推定手段の前記推定値が所定閾値を超えるとき、前記モータの異常過熱を抑える運転モードであることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのインバータ制御を行うモータ制御装置に関し、特に、モータの過熱保護運転を行うモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ところで、インバータ制御されるモータに異常が発生した場合に、インバータ制御回路は、モータ電流等を検出してモータ駆動回路（インバータ等）とモータとを切り離し、モータを停止させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、外部電源よりモータ駆動回路に供給される入力電流を検出して、異常な電流入力がある場合に、モータを停止させる装置がある。
【特許文献１】特開昭５８−２２２７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いずれの場合にも、異常時には、例えば過熱保護のためにモータを停止させており、モータによって駆動されるシステムも停止させてしまう。
【０００５】
その際、入力電流センサが故障して異常な電流を検出する場合に、システムが正常に動作できる状況であっても同じようにモータを停止させており、モータによって駆動されるシステムも停止してしまう。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、入力電流センサが異常となっても過熱保護運転を行うことで、モータを停止させず運転を維持することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の本発明のモータ制御装置によれば、電源の供給を受けてモータをインバータ制御する制御手段を備えたモータ制御装置であって、
電源より供給される入力電流を検出して検出値を生じる入力電流センサと、制御手段は、
モータを制御する制御量、およびモータの作動状態を示す作動量の少なくとも１つを用いて、電源より供給される入力電流の推定値を求める入力電流推定手段と、入力電流センサの作動状態を判定して、入力電流センサによる検出値を用いたセンサ正常時の第１の過熱防止運転モードと、入力電流推定手段による推定値を用いたセンサ異常時の第２の過熱防止運転モードとを切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
それにより、本発明では、入力電流センサの異常時にも、入力電流を推定して入力電流の代用値（推定値）を用いることで、モータを継続して作動させることが可能となる。しかも、モータの異常過熱が予想される場合には、センサ正常時の第１の過熱防止運転モードからセンサ異常時用に設けた第２の過熱防止運転モードに切り替えることで、センサ正常時とは異なる過熱防止運転を行い、モータを過負荷から保護し、異常加熱を確実に抑えることが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、入力電流推定手段は、電源より供給される入力電流の推定に際して、この入力電流を大きく見込む安全率を加えて、推定値を求めるようにしたことで、モータ負荷の増加に対して推定値を正常時より早めに大きくし、センサ正常時より早めにセンサ異常時の第２の過熱防止運転モードに切り替えるようにすることが可能となる。それによって、センサ異常時にも安全にモータを作動させることが可能になる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記入力電流推定手段は、
推定値＝Ｎ×Ｔ／ＶＭ／η×ＳＫ
但し、Ｎはモータ回転数、Ｔは出力トルク、ＶＭは電源電圧、ηはモータ・コンプレッサ効率、ＳＫは安全率
で表される数式を用いて、入力電流の推定値を求めることを特徴とする。
【００１２】
それにより、本発明では、入力電流を推定するために特別センサを追加することなく、制御手段において取得可能なモータを制御する制御量およびモータの作動状態を示す作動量を用いて、推定値を求めることが可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、モータ・コンプレッサ効率ηを示すデータは、予め求めたデータマップからモータの運転条件に応じて選択されることで、制御手段はデータマップから迅速にモータ・コンプレッサ効率ηのデータを入手可能となり、制御手段において入力電流値の推定を迅速化することが可能になる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、切替手段は、入力電流センサの正常もしくは異常の判断に際し、モータの無負荷状態における入力電流と異常入力電流判定値との比較結果、およびモータの安定負荷時における検出値と該当運転条件での異常入力電流判定値との比較結果の少なくとも一方を用いて行うことを特徴とする。
【００１５】
それにより、無負荷状態もしくは特定の負荷状態の入力電流の大きさを判定することで、入力電流センサの正常もしくは異常を、より確実に判断することが可能になる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、第１の過熱防止運転モードとは、検出値が所定閾値を超えるとき、モータの異常過熱を抑える運転モードであり、また請求項７に記載の発明によれば、第２の過熱防止運転モードとは、入力電流推定手段の推定値が所定閾値を超えるとき、モータの異常過熱を抑える運転モードである。両モードとも共通の所定閾値とすることで、両者の制御特性や運転領域の関係付けが容易となり、両モードの切り替え制御がし易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のモータ制御装置の一実施形態について説明する。
【００１８】
本実施形態では、本発明のモータ制御装置を、ヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプサイクルにおける電動圧縮機のモータの制御装置に適用した場合を例として説明するが、本発明は、給湯装置以外の用途にも適用可能である。
【００１９】
図１は、モータ制御装置を含む給湯制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【００２０】
図１において、外部電源１００として、例えば２００Ｖの商用電源から電源供給され、後段のモータ駆動回路に供給される入力電流を検出する入力電流センサ２００を備える。この入力電流センサ２００は、本例では入力線Ｌ１に直列接続されたトランス２０１と、その２次コイル２０１ａ側に誘起された交流信号を整流して直流レベルの電流検出信号（つまり検出値）に変換する処理回路２０２とから構成されている。なお、入力電流センサ２００としては、このトランス方式以外にも入力線Ｌ１からの誘導電流を検出する間接検出方式など、他の構成であってもよい。
【００２１】
外部電源１００からの交流電圧が入力線Ｌ１を介してＡＣ／ＤＣコンバータ部３００に入力され、ここで直流電圧に変換されて母線Ｌ２を介してインバータ部５００に入力される。インバータ部５００は、図１中にＵ相を例示したように、上側アームと下側アームとにそれぞれ電力スイッチ（Ｕ１、・・・）と（Ｕ２、・・・）とを有し、後述する制御装置７００からの制御信号に基いて、モータ６００のステータコイルの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に所望周波数の電圧を印加し、磁石を埋設したロータが回転駆動される。このモータ６００は、ここでは４極３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の同期モータである。
【００２２】
また、一対の母線Ｌ２、Ｌ３間には、ＡＣ／ＤＣコンバータ部３００から出力されるリップル成分を含む直流電圧を平滑する平滑手段のコンデンサ４００、例えば電解コンデンサやスナバコンデンサとしてのフィルムコンデンサが接続されている。
【００２３】
制御装置７００は、マイコン、メモリ７００ａ、および入出力回路、等から構成され、入力電流センサ２００の入力電流情報Ｓ１、母線Ｌ２、Ｌ３間の電圧情報Ｓ２、および少なくとも２相、ここではＵ相とＷ相の電流情報Ｓ３を取り込み、例えば利用者の指示を受ける指示部９００からの指令情報Ｓ４に従って、インバータ部５００を制御し、モータ６００（つまり電動圧縮機）の作動状態を制御する。また制御装置７００が過熱防止運転モードに入ると、表示装置１０００によりその旨を利用者に通知する。
【００２４】
ヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプサイクル８００は、モータ６００によって駆動される圧縮機６００ａ、給湯用熱交換器（水冷媒熱交換器）８０１、減圧手段８０２、アキュームレータ８０３、室外熱交換器（熱源用熱交換器）８０４、および内部熱交換器８０５を冷媒配管で環状に接続されることで構成され、高温高圧冷媒からの熱および室外からの熱を、給湯用熱交換器８０１を通して給湯側に提供している。ここで、圧縮機６００ａは、内蔵する同期モータ６００によって負荷としての冷媒の圧縮機構が運転されて、気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する電動圧縮機である。
【００２５】
次に、本発明の特徴となる入力電流センサ２００の正常時もしくは異常時（つまり故障時）の過熱防止運転特性について、図２を用いて説明する。
【００２６】
図２において、特性Ａは、モータ負荷Ｌと、入力電流センサ２００で求めた入力電流値ｉＩＮとの関係を示す特性図であり、入力電流値ｉＩＮが、過負荷保護機能、特に過熱防止機能の動作開始を示す予め定めた閾値ｉＸを超えると、モータ６００の異常発熱を抑える（または下げる）ための過熱防止運転（つまり第１の過熱防止運転モード）を行うことを示す。領域Ｉは、この入力電流センサ２００の正常時の第１の過熱防止運転領域を示す。
【００２７】
特性Ｂは、モータ負荷Ｌと、後述する入力電流推定式で求めた入力電流推定値ｉＩＮＸ（検出値）との関係を示す特性図であり、入力電流推定値ｉＩＮＸが、過負荷保護機能、特に過熱防止機能の動作開始を示す閾値ｉＸを超えると、モータ６００の異常発熱を抑える（または下げる）ための過熱防止運転（つまり第２の過熱防止運転モード）を行うことを示す。領域ＩＩは、この入力電流センサ２００の異常時の第２の過熱防止運転領域を示す。
【００２８】
入力電流センサ２００の異常時、例えば、トランス２０１や処理回路２０２に不具合が生じた場合には、入力電流値ｉＩＮを正確に把握できなくなるため、推定値ｉＩＮＸの算出に際して安全率、すなわちモータ負荷Ｌの増加に対して早めに過熱防止運転に入るように、特性Ａに比べて左方向（低負荷側）にシフトさせ、かつ勾配を高くしている。それにより、システムが正常作動できる状態にある場合には、このセンサ２００が異常となってもモータ６００を停止させず、モータ６００を作動継続させるものの、特性Ｂとすることで、モータ異常過熱を確実に防止することが可能になる。
【００２９】
なお、モータ負荷Ｌは、モータ６００の電力が相当し、モータ６００にかかる電圧と電流の積である。また、閾値ｉＸは、モータ６００本来の能力や構造によって決まる過負荷保護のための設定値である。
【００３０】
次に、図１に示す制御装置７００の作動を、図３を用いて説明する。
【００３１】
図３は、入力電流センサ２００の作動状態、つまり正常か否かに応じて、図２に示す特性Ａまたは特性Ｂに従って作動するフローチャートである。
【００３２】
まず、入力電流センサ２００が正常なときには、この入力電流センサ２００から電流値ｉＩＮを取得し（ステップ７１１、７１２）、電流値ｉＩＮが閾値ｉＸ以内のときには、通常運転を行わせる（ステップ７１３、７１４）。つまり、母線Ｌ２、Ｌ３間の電圧情報Ｓ２、およびＵ相とＷ相の電流情報Ｓ３を取り込み、指示部９００からの指令情報Ｓ４に従って、インバータ部５００を制御し、モータ６００に与える電圧や周波数を制御してその作動状態を制御する。
【００３３】
他方、電流値ｉＩＮが閾値ｉＸを超えたときには、第１の過熱防止運転（第１の過熱防止運転モード）を行わせると共に、その旨を利用者に通知する（ステップ７１３、７１５）。つまり、電流値ｉＩＮが領域Ｉにあるときには、モータ６００の回転数Ｎを所定値だけ下げるようにインバータ部５００を制御し、それでもまだ電流値ｉＩＮが領域Ｉにあるときには、さらに回転数Ｎを所定値だけ下げるようにインバータ部５００を制御し、電流値ｉＩＮが領域Ｉを下回るまで繰り返し制御する。
【００３４】
一方、入力電流センサ２００が異常（つまり故障）のときには、後述する推定算出により入力電流推定値ｉＩＮＸを取得し（ステップ７１１、７１６）、推定値ｉＩＮＸが閾値ｉＸ以内のときには、ステップ７１４と同じ通常運転を行わせる（ステップ７１７、７１４）。
【００３５】
他方、推定値ｉＩＮＸが閾値ｉＸを超えたときには、第２の過熱防止運転（第２の過熱防止運転モード）を行わせると共に、その旨を利用者に通知する（ステップ７１７、７１８）。つまり、推定値ｉＩＮＸが領域ＩＩにあるときには、モータ６００の回転数Ｎを所定値だけ下げるようにインバータ部５００を制御し、それでもまだ推定値ｉＩＮＸが領域ＩＩにあるときには、さらに回転数Ｎを所定値だけ下げるようにインバータ部５００を制御し、推定値ｉＩＮＸが領域ＩＩを下回るまで繰り返し制御する。
【００３６】
その際、ステップ７１５と同じように回転数Ｎを所定値ずつ下げてもよいが、正常時の所定値よりさらに回転数Ｎの下げ幅を大きくして過熱防止運転の応答性を高めるようにし、センサ異常時の異常加熱を早めにかつ確実に抑えるようにしてもよい。
【００３７】
また、ステップ７１５、または７１８において、第１、または第２の過熱防止運転を開始すると共に、利用者に対してモータ６００の負荷が上昇していることを警報器や表示装置１０００を用いて通知するようにしており、現在が第１、または第２の過熱防止運転モードにあることを知らしめ、利用者に給湯装置の使用に対して注意を喚起することができる。
【００３８】
この図３に示す処理が、本発明の請求項１に記載の切替手段に相当する。
【００３９】
ここで、図３に示すステップ７１１は、入力電流センサ２００のセンサ作動状態判定手段を構成し、入力電流センサ２００が正常か否かを判定している。
【００４０】
実際には、マイコンの別ルーチンにおいて、定期的もしくは所定優先順位の割込み処理にて入力電流センサ２００が正常か否かを複数の確認モードで判定し、各確認モードの判定結果をメモリ７００ａに記憶しておく。ステップ７１１では、それらの判定結果を記憶されたメモリデータから確認し、少なくとも１つでも異常モードがあれば異常と判定している。ちなみに、入力電流センサ２００の作動状態を確実に判定するためには、複数の判定結果を組み合わせて判定することが望ましく、ステップ７１１の判定処理をそのように構成してもよい。
【００４１】
そこで、入力電流センサ２００が正常か否かを判定する別ルーチンの処理について、図４を用いて説明する。
【００４２】
まず、ステップ７２１では、モータ６００のＵ相とＷ相の電流情報Ｓ３や、母線Ｌ２、Ｌ３間の電圧情報Ｓ２を取り込み、モータ６００の負荷状態（負荷領域）を判断する（ステップ７２１）。モータ６００が無負荷領域にあるときにはステップ７２２に進み、入力電流センサ２００で検出した入力電流値ｉＩＮが、異常電流判定値である無負荷時設定電流値ｉ０より大きいときは、異常ありと判断して第１の異常モードを設定し、メモリ７００ａに記憶しておく（ステップ７２２、７２３）。
【００４３】
他方、入力電流値ｉＩＮが無負荷時設定電流値ｉ０以下のときは、それで終了となる。一方、モータ６００が例えば中程度の負荷が加わる所定負荷領域にあって、かつ安定作動状態（つまり安定負荷状態）あるときにはステップ７２４に進み、入力電流値ｉＩＮが異常電流判定値である有負荷時設定電流値ｉＳより小さいときは、異常ありと判断して第２の異常モードを設定し、メモリ７００ａに記憶しておく（ステップ７２５、７２６）。
【００４４】
そこで、上述したように、図３のステップ７１１においてこれらのデータが活用され、入力センサ２００の正常、異常（故障）の判断がなされる。
【００４５】
次に、図３に示すステップ７１６において、入力電流推定値ｉＩＮＸを取得しているが、実際には、マイコンの別ルーチンにおいて、定期的もしくは所定優先順位の割込み処理にて推定算出により現在の入力電流推定値ｉＩＮＸを求め、メモリ７００ａに逐次更新記憶しておく。スッテプ７１６、７１７では、メモリ７００ａに記憶された最新の入力電流推定値ｉＩＮＸを取得し、閾値ｉＸとの大小判定に使用している。
【００４６】
そこで、入力電流推定値ｉＩＮＸを推定算出する別ルーチンの処理について、図５を用いて説明する。
【００４７】
まず、ステップ７３１では、モータ６００のＵ相とＷ相の周波数成分を含む電流情報Ｓ３などから、モータ６００の回転数Ｎを求めると共に、出力トルクＴは出力電流に比例しており、モータ６００の出力電流を推定して出力トルクＴを求めることができる。
【００４８】
続いて、母線Ｌ２、Ｌ３間の電圧情報Ｓ２から電源電圧ＶＭを求め（ステップ７３２）、図６に示すデータマップから、モータ６００の回転数Ｎと出力トルクＴに応じて、モータ・コンプレッサ効率ηを読み出す（ステップ７３３）。
【００４９】
続いて、下記数式１に示す、予め定めた計算式を用いて入力電流推定値ｉＩＮＸを算出し、メモリ７００ａに記憶する（ステップ７３４）。
【００５０】
（数１）
推定値ｉＩＮＸ＝回転数Ｎ×出力トルクＴ／電源電圧ＶＭ／効率η×安全率ＳＫ
ここで、効率ηとは、モータ・コンプレッサ効率ηを示し、安全率ＳＫは、図２の特性Ｂに示すように、モータ負荷Ｌの増加に対してどれほど早めに過熱防止運転を開始させるかを示す設計値である。
【００５１】
効率ηのデータマップは、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、予め実験等により電源電圧ＶＭ毎に、回転数Ｎと出力トルクＴにおける効率ηの分布を求めた、複数枚の２次元テーブルからなり、図示していないＲＯＭもしくは書き換え可能なメモリ７００ａに記憶されている。図６中の中央側の濃淡の濃い領域の方が高効率領域を示し、周辺の薄い領域が低効率領域、そして両者の中間が中間効率領域を示し、中央側に向かうにつれて段階的に効率が高くなる分布を示す。しかも、電源電圧ＶＭが高くなるほど高効率領域が拡大していることが分かる。電源電圧ＶＭが２つのテーブルの間になるときは、両テーブルの値を補間計算して効率ηを決定することになる。この図５に示す処理が、本発明の請求項１に記載の入力電流推定手段に相当する。
【００５２】
なお、上記実施形態では、図２の領域Ｉ、ＩＩに示すように、入力電流の検出値ｉＩＮもしくは推定値ｉＩＮＸに対して、同じ閾値ｉＸを用いて、モータ６００が第１の過熱防止運転領域Ｉ、および第２の過熱防止運転領域ＩＩにあるか否かを判定しているが、入力電流センサ２００の異常時には、センサ正常時とは異なる閾値を設定して第２の過熱防止運転領域ＩＩにあるか否かを判定するようにしてもよい。その場合には、数式１に示す入力電流の推定式に用いる安全率ＳＫをその閾値に応じて調整することができる。例えば、センサ異常時の閾値をより安全サイドまで低くすることで、安全率ＳＫ＝１とし、安全率ＳＫを省略することも可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、Ｕ相とＷ相の電流情報Ｓ３を取り込み、モータ６００のモータ電流を推定していたが、母線Ｌ２もしくはＬ３に直列に電流検出抵抗を設け、その電圧降下に応じてモータ電流を検出するようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施形態では、給湯装置のヒートポンプサイクルにおける電動圧縮機のモータの制御装置に適用した場合を例としているが、負荷は圧縮機構ではなく電動ファン（送風ファン）やポンプ等であっても、本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態となるモータ制御装置を含む給湯制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】入力電流センサ２００の正常時もしくは異常時の過熱防止運転特性を示す説明図である。
【図３】制御装置７００において、入力電流センサ２００の作動状態に応じて、図２に示す特性Ａまたは特性Ｂに従って作動するフローチャートである。
【図４】別ルーチンにおいて、入力電流センサ２００が正常か否かを判定するフローチャートである。
【図５】別ルーチンにおいて、入力電流推定値ｉＩＮＸを推定算出するフローチャートである。
【図６】モータ６００のモータ・コンプレッサ効率ηのデータマップを示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  外部電源
２００  入力電流センサ
３００  ＡＣ／ＤＣコンバータ部３００
４００  コンデンサ
５００  インバータ部
６００  モータ
６００ａ  圧縮機
７００  制御装置（制御手段）
８００  ヒートポンプサイクル
【図１】
2006158089.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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