(57)【要約】【課題】インバータ回路の動作中に、インバータ回路内の複数のスイッチ素子の何れか一つの故障を検出する。【解決手段】インバータ制御装置は、複数のスイッチ素子を含むインバータ回路であって、複数のスイッチ素子の開閉状態を変化させることにより直流電力を三相交流電力に変換して同期モータへ供給するインバータ回路に接続され、インバータ回路を流れる電流に基づいてインバータ回路から同期モータへ流れる三相の出力電流を算出する電流算出部と、出力電流に基づいて、インバータ回路から同期モータに印加する電圧を指示する三相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、三相の電圧指令値に基づいて複数の判定タイミングを決定し、複数の判定タイミングにおける出力電流に基づいて、複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する異常検出部とを備える。【選択図】図２
2015142462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチ素子を含むインバータ回路であって、前記複数のスイッチ素子の開閉状態を変化させることにより直流電力を三相交流電力に変換して同期モータへ供給する前記インバータ回路に接続され、前記インバータ回路を流れる電流に基づいて前記インバータ回路から前記同期モータへ流れる三相の出力電流を算出する電流算出部と、
前記出力電流に基づいて、前記インバータ回路から前記同期モータに印加する電圧を指示する三相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、
前記三相の電圧指令値に基づいて前記複数の判定タイミングを決定し、前記複数の判定タイミングにおける出力電流に基づいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する異常検出部と、
を備えるインバータ制御装置。
【請求項２】
前記異常検出部は、三相のそれぞれを対象相として選択し、前記三相の電圧指令値の中で前記対象相の電圧指令値が最大となる第一判定タイミングを決定し、前記三相の電圧指令値の中で前記対象相の電圧指令値が最小となる第二判定タイミングを決定し、前記第一判定タイミングおよび前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流に基づいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する、
請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記複数のスイッチ素子は、前記インバータ回路内の三相の上アームおよび下アームのそれぞれに対応しており、
前記異常検出部は、前記第一判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が正の第一電流閾値を下回るか否かを判定し、前記第一判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第一電流閾値を下回ると判定された場合、前記複数のスイッチ素子のうち、前記対象相の上アームのスイッチ素子が故障していると判定し、前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が負の第二電流閾値を上回るか否かを判定し、前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第二電流閾値を上回ると判定された場合、前記複数のスイッチ素子のうち、前記対象相の下アームのスイッチ素子が故障していると判定する、
請求項２に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
前記異常検出部は、前記第一判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第一電流閾値を下回ると判定され、且つ前記第二判定タイミングにおける前記対象相の出力電流が前記第二電流閾値を上回ると判定された場合、前記対象相の出力電流が流れていないと判定する、
請求項３に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
前記電流算出部は、前記インバータ回路へ直流の入力電流を測定し、前記入力電流と前記三相の電圧指令値に基づいて前記三相の出力電流を算出する、
請求項４に記載のインバータ制御装置。
【請求項６】
前記電流算出部は、前記三相の出力電流の中の少なくとも二相の出力電流を測定する、
請求項４に記載のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記異常検出部は、前記電圧指令算出部へ与えられる電流指令値の大きさが所定の電流指令閾値を上回るか否かを判定し、前記電流指令値が前記電流指令閾値を上回ると判定された場合、前記判定タイミングにおける出力電流に基づいて、前記複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する、
請求項３に記載のインバータ制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載のインバータ制御装置と、
前記インバータ回路と、
前記同期モータを含み、前記同期モータの動作により冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの冷媒の熱交換を行う熱交換器と、
を備える冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータの異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータから同期モータへ三相交流を供給するモータ配線のうち一相だけが断線や接続不良などにより電流が流れない欠相の状態で、同期モータを駆動し続けた場合、同期モータが振動する問題や、インバータにおいて欠相していない相の電流が増加する問題が発生し、同期モータやインバータの２次故障を引き起こす場合がある。
【０００３】
特許文献１には、同期モータを駆動するための３相交流電圧を出力する３相インバータと、同期モータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置において、電流検出手段で検出した電流値に基づいて欠相を検出する欠相検出手段を有するモータ制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０６４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されているような欠相を検出する技術は、インバータ回路内の複数のスイッチ素子の何れか一つが故障した場合に、その故障を検知できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様であるインバータ制御装置は、複数のスイッチ素子を含むインバータ回路であって、複数のスイッチ素子の開閉状態を変化させることにより直流電力を三相交流電力に変換して同期モータへ供給するインバータ回路に接続され、インバータ回路を流れる電流に基づいてインバータ回路から同期モータへ流れる三相の出力電流を算出する電流算出部と、出力電流に基づいて、インバータ回路から同期モータに印加する電圧を指示する三相の電圧指令値を算出する電圧指令算出部と、三相の電圧指令値に基づいて複数の判定タイミングを決定し、複数の判定タイミングにおける出力電流に基づいて、複数のスイッチ素子のそれぞれの故障を判定する異常検出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、インバータ回路の動作中に、インバータ回路内の複数のスイッチ素子の何れか一つの故障を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の冷凍装置の構成を示す。
【図２】モータ駆動装置１０の構成を示す。
【図３】ＰＷＭ制御部１４の動作を示す。
【図４】通電モードＭ２、Ｍ６におけるインバータ１３の動作を示す。
【図５】通電モードＭ３、Ｍ５におけるインバータ１３の動作を示す。
【図６】モータ制御部１９の構成を示す。
【図７】起動シーケンスを示す。
【図８】電圧指令値と判定期間とモータ電流の関係を示す。
【図９】実施例２のモータ駆動装置１０の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、本発明を適用した冷凍装置について説明する。冷凍装置は例えば、空気調和機や冷凍機などである。
【００１１】
（冷凍装置の構成）
【００１２】
図１は、実施例１の冷凍装置の構成を示す。
【００１３】
冷凍装置１は、室外機１ａと、配管により室外機１ａに接続されている室内機１ｂとを有する。室外機１ａは、圧縮機２、室外熱交換器４、アキュームレータ６を有する。室内機１ｂは、室内膨張弁５、室内熱交換器３を有する。圧縮機２、室外熱交換器４、室内膨張弁５、室内熱交換器３、アキュームレータ６は順に接続され、冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルを形成している。室内機１ｂはさらに、室内熱交換器３へ送風するファンモータ７を有する。室外機１ａはさらに、室外熱交換器４へ送風するファンモータ８と、圧縮機２の内部に配置されて圧縮機２を駆動する永久磁石同期モータ９と、永久磁石同期モータ９を駆動するモータ駆動装置１０と、モータ駆動装置１０を制御する上位装置１１とを含む。本実施例では、同期モータとして、永久磁石同期モータ９が用いられる。
【００１４】
モータ駆動装置１０は、冷凍サイクルに必要とされる圧縮機２の能力に応じて永久磁石同期モータ９の運転周波数（回転速度）を制御する。上位装置１１は、モータ駆動装置１０へ指示を送る。モータ駆動装置１０と上位装置１１は、互いに通信することによりモータ駆動装置１０の運転状態を共有する。モータ駆動装置１０がモータ駆動装置１０の異常を検出した場合、上位装置１１は、検出された異常を上位装置１１の表示部に表示する。
【００１５】
（モータ駆動装置１０の構成）
【００１６】
図２は、実施例１のモータ駆動装置１０の構成を示す。
【００１７】
モータ駆動装置１０は、直流電力を供給する直流電源１２と、直流電源１２からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１３と、インバータ１３の直流側に設けられたシャント抵抗４３と、シャント抵抗４３の電圧を増幅することにより直流母線電流（入力電流）Ｉｄｃを検出する母線電流検出器１５と、上位装置１１からの指示と直流母線電流Ｉｄｃに従って永久磁石同期モータ９を制御する制御器１６とを備える。
【００１８】
インバータ１３は、６個の半導体パワー素子Ｕｐ、Ｕｎ、Ｖｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎを有する。半導体パワー素子は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）、バイポーラトランジスタなどのスイッチ素子（自己消弧素子）と、スイッチ素子に逆並列に接続された還流ダイオードとを含む。各相の二つの半導体パワー素子は、直列に接続されて一つの上下アームを構成し、三つの上下アームは、並列に接続される。ここで、半導体パワー素子Ｕｐ、Ｕｎ、Ｖｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎはそれぞれ、Ｕ相の上アーム、Ｕ相の下アーム、Ｖ相の上アーム、Ｖ相の下アーム、Ｗ相の上アーム、Ｗ相の下アームに対応する。各相において、上下アームの中間の端子と永久磁石同期モータ９の端子の間がモータ配線４４により接続されている。モータ配線４４は、インバータ１３により出力される三相交流電力を永久磁石同期モータ９へ供給する。
【００１９】
直流電源１２は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ（整流器）や、バッテリであり、インバータ１３の直流側に直流電力を供給する。制御器１６は、マイクロコンピュータもしくはＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の半導体演算素子により実現される。制御器１６は、電流算出部１７と、異常検出部１８と、モータ制御部１９と、ＰＷＭ制御部１４とを含む。電流算出部１７は、母線電流検出器１５にて検出された直流母線電流Ｉｄｃから、三相のモータ電流（出力電流）Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。三相のモータ電流は、モータ配線４４をインバータ１３から永久磁石同期モータ９へ流れる。モータ制御部１９は、算出されたモータ電流と上位装置１１からの指示とに基づいて、永久磁石同期モータ９に供給する三相の電圧を示す電圧指令値を算出する。ＰＷＭ制御部１４は、電圧指令値に基づいて、インバータ１３の半導体パワー素子Ｕｐ、Ｕｎ、Ｖｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎのそれぞれのオン／オフ制御のためのゲート信号であるＰＷＭ信号を生成して出力する。異常検出部１８は、三相のモータ電流と電圧指令値に基づいて、インバータ１３とモータ配線４４と永久磁石同期モータ９の異常を検出する。
【００２０】
（モータ電流の算出）
【００２１】
図３は、ＰＷＭ制御部１４の動作を示す。
【００２２】
制御器１６のタイマにより、交流周波数より十分高い周波数の三角波であるキャリア信号が生成され、ＰＷＭ制御部１４へ供給される。この図は、キャリア信号の１周期における、電圧指令値と、パワー素子駆動信号と、直流母線電流との関係を示す。
【００２３】
ここで、三相のうち、電圧指令値が最大となる相を最大相と呼び、電圧指令値が最小となる相を最小相と呼び、電圧指令値が中間となる相を中間相と呼ぶ。電圧指令値２０ａ、２０ｂ、２０ｃはそれぞれ、最大相の電圧指令値である最大相電圧指令値Ｖｍａｘ＊、中間相の電圧指令値である中間相電圧指令値Ｖｍｉｄ＊、最小相の電圧指令値である最小相電圧指令値Ｖｍｉｎ＊を示す。ＰＷＭ制御部１４は、電圧指令値２０ａとキャリア信号を比較し、その結果をパワー素子駆動信号２１ａとして生成し出力する。ここでパワー素子駆動信号２１ａは、ＨｉおよびＬｏの何れかのレベルを示す。ＰＷＭ制御部１４は、電圧指令値２０ａがキャリア信号の値より高い場合、パワー素子駆動信号２１ａをＨｉとする。電圧指令値２０ｂ、２０ｃにそれぞれ基づくパワー素子駆動信号２１ｂ、２１ｃについても同様である。或る相のレベルＨｉは、その相の上アーム信号オン（下アーム信号オフ）を示し、その相のレベルＬｏは、その相の上アーム信号オフ（下アーム信号オン）を示す。
【００２４】
パワー素子駆動信号２１ａ、２１ｂ、２１ｃのレベルの組み合わせに応じて、インバータ１３は通電モードＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７に順次移行する。ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相をそれぞれ最大相、中間相、最小相とした場合について説明する。通電モードＭ１、Ｍ４、Ｍ７では、全ての上アームがオン、もしくは全ての下アームがオンとなり、シャント抵抗４３に直流母線電流Ｉｄｃは流れない。
【００２５】
図４は、通電モードＭ２、Ｍ６におけるインバータ１３の動作を示す。通電モードＭ２、Ｍ６では、最大相であるＵ相および中間相であるＶ相の上アームがオンとなり且つ最小相であるＷ相の下アームがオンとなり、直流母線電流Ｉｄｃとしてシャント抵抗４３に最小相の電流Ｉｗが逆向きに流れる
【００２６】
図５は、通電モードＭ３、Ｍ５におけるインバータ１３の動作を示す。ここでは、最大相をＵ相とする。通電モードＭ３、Ｍ５では、最大相であるＵ相のみの上アームがオン、中間相であるＶ相および最小相であるＷ相の下アームがオンとなり、直流母線電流Ｉｄｃとしてシャント抵抗４３に最大相の電流Ｉｕが正方向に流れる。
【００２７】
以下、各相の最大相、中間相、最小相における半導体パワー素子のオンまたはオフの組み合わせをスイッチングパターンと呼ぶ。電流算出部１７は、スイッチングパターンに基づいて、直流母線電流から最大相または最小相の電流を算出すると共に、他の二相の電流を算出することができる。
【００２８】
（ベクトル制御）
【００２９】
図６は、モータ制御部１９の構成を示す。
【００３０】
モータ制御部１９は、ｄｑ座標系ベクトル制御により、永久磁石同期モータ９に印加する電圧指令値を算出する。モータ制御部１９は、ＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）制御器２２と、位相演算器２４と、電圧指令制御器２５と、２軸／３相変換器２７と、軸誤差演算器２６と、３相／２軸変換器２８と、切替器２３と、１次遅れフィルタ４２とを含む。
【００３１】
電流算出部１７は、前述のように、母線電流検出器１５により検出される直流母線電流Ｉｄｃと、モータ制御部１９により算出される三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊とを用いて、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出（再現）する。
【００３２】
３相／２軸変換器２８は、算出されたモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、位相演算器２４により算出される制御系位相θｄｃとに基づいて、ｄｃ軸電流Ｉｄｃとｑｃ軸電流Ｉｑｃを次式に基づいて算出する。ここで、ｄｃ−ｑｃ軸を制御系軸とし、ｄ−ｑ軸をモータ回転子軸とし、ｄｃ−ｑｃ軸とｄ−ｑ軸の軸誤差をΔθｃとして定義する。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
電圧指令制御器２５は、予め設定したｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｑｃ軸電流Ｉｑｃを１次遅れフィルタ４２に通すことにより得られるｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊と、上位装置１１から出力された指令に基いて設定した回転速度指令値ω１＊と、予め設定されたモータ定数設定値ｒ＊、Ｌｄ＊、Ｌｑ＊、Ｋｅ＊とを用いて、次式に示すようにｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊を算出する。ここで、ｒ＊は制御系のモータ巻線抵抗設定値であり、Ｌｄ＊はモータのｄ軸インダクタンス設定値であり、Ｌｑ＊はモータのｑ軸インダクタンス設定値であり、Ｋｅ＊は制御系のモータ誘起電圧定数設定値である。
【００３５】
【数２】
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【００３６】
２軸／３相変換器２７は、電圧指令制御器２５により算出されるｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊と、位相演算器２４により算出される制御系位相θｄｃとに基づいて、次式により永久磁石同期モータ９の三相の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を算出してＰＷＭ制御部１４へ出力する。
【００３７】
【数３】
2015142462.tif 000005
【００３８】
（位置センサレス制御）
【００３９】
ここでは、位置センサレス制御を実現するための回転速度および位相の推定方法を説明する。
【００４０】
軸誤差演算器２６は、電圧指令制御器２５により算出されるｄｃ軸電圧指令値Ｖｄｃ＊およびｑｃ軸電圧指令値Ｖｑｃ＊と、３相／２軸変換器２８により算出されるｄｃ軸電流値Ｉｄｃおよびｑｃ軸電流値Ｉｑｃから、次式を用いて軸誤差Δθｃを演算する。
【００４１】
Δθｃ＝ｔａｎ−１｛
（Ｖｄｃ＊−ｒ＊Ｉｄｃ＋ω１＊Ｌｑ＊Ｉｑｃ）
／（Ｖｑｃ＊−ｒ＊Ｉｑｃ−ω１＊Ｌｑ＊Ｉｄｃ）｝
【００４２】
ＰＬＬ制御器２２は、軸誤差演算器２６により算出される軸誤差Δθｃに基づいて永久磁石同期モータ９の回転速度の推定値ωｍを算出する。位相演算器２４では、推定された回転速度ωｍを積分することにより制御系位相θｄｃを演算する。このような構成により、モータ回転子軸（ｄ−ｑ軸）と制御系のｄｃ−ｑｃ軸との推定軸誤差Δθｃを、予め設定された軸誤差指令値Δθｃ＊（通常は０近傍）に一致するように制御する。
【００４３】
以上が、モータ制御部１９による位置センサレスモードのベクトル制御および位置センサレス制御である。
【００４４】
（起動シーケンス）
【００４５】
永久磁石同期モータ９の起動時及び低速回転時、永久磁石同期モータ９の誘起電圧が小さいので、軸誤差Δθｃの影響で、制御系が不安定になる恐れがある。
【００４６】
図７は、起動シーケンスを示す。
【００４７】
この図は、永久磁石同期モータ９の起動時の運転モードの遷移を示すと共に、電流指令Ｉｄ＊と電流指令Ｉｑ＊と回転速度指令ω１＊との時間変化を示す。運転モードには、位置決めモードと、同期運転モードと、位置センサレスモードとがある。位置決めモードは、永久磁石同期モータ９の所定のモータ巻線に、徐々に直流電流を流してモータ回転子を所定の位置に固定する。同期運転モードは、所定のｄｃ軸電流指令値Ｉｄｃ＊およびｑｃ軸電流指令値Ｉｑｃ＊と回転速度指令ω１＊とにしたがって永久磁石同期モータ９に印加する電圧を制御する。位置センサレスモードは、軸誤差Δθｃが所定値になるように電流指令値と運転周波数を調整する。
【００４８】
モータ駆動装置１０は、モータ制御部１９へ予め設定するｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊と、位相演算器２４に入力される回転速度とのいずれかを変更、もしくは、モータ制御部１９内の切替器２３を切り替えることによって別の運転モードへ遷移する。切替器２３は、互いに連動する切替器２３ａおよび切替器２３ｂを有する。切替器２３が上側に指定されたとき、切替器２３ａは上位装置１１から出力された指令に基いて設定した回転速度指令ω１＊を位相演算器２４へ出力し、切替器２３ｂは予め設定した電流指令値Ｉｑ＊、Ｉｄ＊を電圧指令制御器２５へ出力する。一方、切替器２３が下側に指定されたとき、切替器２３ａはＰＬＬ制御器２２から出力される回転速度ωｍを位相演算器２４へ出力し、切替器２３ｂは１次遅れフィルタ４２から出力されるｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊を電圧指令制御器２５へ出力する。
【００４９】
起動シーケンスの初めの位置決めモードと同期運転モードでは、切替器２３を上側にする。つまり、位相演算器２４は、回転速度指令ω１＊に基づいて制御系位相θｄｃを算出する。ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑｃ軸電流指令Ｉｑ＊を、予め設定した電流パターンに変化させて電圧指令制御器２５に与えることにより、電圧指令制御器２２は電圧指令値を算出する。例えば、位置決めモード時にｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を増加させ、同期運転モード時にｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊を一定にする。また、位置決めモードおよび同期運転モード時に、ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊＿ｓｔａｒｔをゼロにする。また、上位装置１１は、位置決めモード時に回転速度指令ω１＊をゼロとし、同期運転モード時に回転速度指令ω１＊を徐々に増加させる。
【００５０】
永久磁石同期モータ９の運転周波数が位置センサレス制御を可能にする所定の周波数になった時点ｔ１で、上位装置１１は、切替器２３を下側にして位置センサレスモードへ遷移する。これにより、モータ制御部１９は、軸誤差ΔθｃがゼロとなるようにＰＬＬ制御器２２にて回転速度ωｍ＊を調整する。ｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊は、ｑｃ軸電流値Ｉｑｃに１次遅れフィルタ演算を施すことにより与えられる。負荷トルクが増加した場合、モータ回転子軸の位相がずれてｑｃ軸電流値Ｉｑｃが増加するため、負荷に応じたｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊が得られる。
【００５１】
（異常検出方法）
【００５２】
異常検出部１８は、ＰＷＭ制御部１４から出力されるパワー素子駆動信号２１ａ、２１ｂ、２１ｃに基づいて、各相に対し、最大相となる最大相期間と最小相となる最小相期間とのそれぞれを判定期間とし、判定期間内で判定タイミングを決定し、判定タイミングにおいて算出されたモータ電流が所定の異常条件を満たすか否かを判定する。或る相について、最大相期間における異常条件は、最大相期間内の判定タイミングである最大相判定タイミング（第一判定タイミング）においてその相のモータ電流が予め設定された正の最大相電流閾値（第一電流閾値）を下回ることであり、最小相期間における異常条件は、最小相期間内の判定タイミングである最小相判定タイミング（第二判定タイミング）においてその相のモータ電流が予め設定された負の最小相電流閾値（第二電流閾値）を上回ることである。
【００５３】
なお、最大相期間における異常条件は、その相のモータ電流が最大相期間に亘って最大相電流閾値を下回ることであってもよく、最小相期間における異常条件は、その相のモータ電流が最小相期間に亘って最小相電流閾値を上回ることであってもよい。また、最大相期間における異常条件は、最大相期間内の複数の判定タイミングにおけるその相のモータ電流のすべてが最大相電流閾値を下回ることであってもよく、最小相期間における異常条件は、最小相期間内の複数の判定タイミングにおけるその相のモータ電流のすべてがその相のモータ電流が最小相電流閾値を上回ることであってもよい。また、異常検出部１８は、三相の電圧指令値のうち最大相の電圧指令値のみがキャリア信号を上回る期間内に、最大相判定タイミングを設定し、三相の電圧指令値のうち最小相の電圧指令値のみがキャリア信号を下回る期間内に、最小相判定タイミングを設定しても良い。
【００５４】
異常検出部１８は、各相に設定された最大相判定タイミングおよび最小相判定タイミングの少なくとも何れかのモータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、インバータ１３、モータ配線４４、および永久磁石同期モータ９の中に異常が発生したと判定する。インバータ１３、モータ配線４４、および永久磁石同期モータ９の異常には、インバータ１３内の一つの半導体パワー素子のオープン故障と、欠相とが含まれる。半導体パワー素子のオープン故障は、その半導体パワー素子に電流が流れないことを示す。欠相は、一つの相のモータ配線４４に電流が流れないことを示す。
【００５５】
図８は、電圧指令値と判定期間とモータ電流の関係を示す。
【００５６】
この図は、Ｕ相の例を示す。異常検出部１８は、Ｕ相に対し、Ｕ相が最大相となる期間であるＵ相最大相期間Ｐａと、Ｕ相が最小相となる期間であるＵ相最小相期間Ｐｂとにおいて、Ｕ相モータ電流が異常条件を満たすか否かを判定する。例えばＵ相の上アーム側の半導体パワー素子Ｕｐがオープンのままになるオープン故障が発生すると、Ｕ相最大相期間において、Ｕ相モータ電流Ｉｕが半導体パワー素子Ｕｐを流れないため、Ｕ相モータ電流Ｉｕがゼロになる。異常検出部１８は、Ｕ相最大相期間内の最大相判定タイミングで、Ｕ相モータ電流Ｉｕが最大相電流閾値を下回るか否かを判定し、Ｕ相モータ電流Ｉｕが最大相電流閾値を下回ると判定された場合、Ｕ相最大相期間における半導体パワー素子のスイッチングパターンに基づいて、Ｕ相上アームの半導体パワー素子Ｕｐのオープン故障が発生したと判断する。同様に、異常検出部１８は、Ｕ相最小相期間内の最小相判定タイミングで、Ｕ相モータ電流Ｉｕが最小相電流閾値を上回るか否かを判定し、Ｕ相モータ電流Ｉｕが最小相電流閾値を上回ると判定された場合、異常検出部１８は、Ｕ相最小相期間における半導体パワー素子のスイッチングパターンに基づいて、Ｕ相下アームの半導体パワー素子Ｕｎのオープン故障が発生したと判断する。
【００５７】
異常検出部１８は、Ｕ相と同様にして、Ｖ相およびＷ相についても異常を判定する。インバータ１３から出力される交流電力の電気角１周期の間に、Ｕ相最大相期間、Ｖ相最大相期間、Ｗ相最大相期間が順に現れる。また、電気角１周期の間に、Ｕ相最小相期間、Ｖ相最小相期間、Ｗ相最小相期間が順に現れる。
【００５８】
このように、異常検出部１８は、或る相の最大相判定タイミングで、その相のモータ電流が最大相電流閾値を下回ると判定された場合、異常検出部１８は、その相の上アームの半導体パワー素子のオープン故障が発生したと判断する。同様に、或る相の最小相判定タイミングで、その相のモータ電流が最小相電流閾値を上回ると判定された場合、異常検出部１８は、その相の下アームの半導体パワー素子のオープン故障が発生したと判断する。
【００５９】
最大相電流閾値および最小相電流閾値の大きさは、回路ノイズ等を考慮し、Ｕ相最大相期間およびＵ相最小相期間における電流指令値に対して充分に小さい値に設定される。異常検出部１８が電気角１周期中に三相のそれぞれについて、最大相期間と最小相期間におけるモータ電流を判定することにより、判定時のインバータ１３内の電流の経路を特定することができる。また、最大相期間においては、対象の相のモータ電流が正の最大相電流閾値を下回る場合に故障と判定し、最小相期間においては、対象の相のモータ電流が負の最小相電流閾値を上回る場合に故障と判定することにより、対象の相の上アームおよび下アームの何れの故障であるかを判定することができる。
【００６０】
なお、誤検出を低減するために、異常検出部１８は、特定の判定期間内の判定タイミングにおける特定の相のモータ電流が、所定数の電気角周期に亘って連続して異常条件を満たす場合に、異常が発生したと判定しても良い。
【００６１】
位置センサレスモードにおいて、モータ電流の大きさが小さい場合、インバータ１３が正常であっても、モータ電流が異常条件を満たす場合がある。そこで、異常検出部１８は、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑｃ軸電流指令値Ｉｑ＊の何れかの大きさが所定の電流指令閾値を上回る場合に、異常の判定を行っても良い。これにより、位置センサレスモードに異常の判定を行っても誤検出を防ぐことができる。また、異常検出部１８は、ｄｃ軸電流指令値Ｉｄ＊の大きさが大きく一定である同期運転モード時に判定を行っても良い。
【００６２】
この起動シーケンスによれば、永久磁石同期モータ９の起動前に異常の検出の処理を追加することなく、永久磁石同期モータ９の動作中である同期運転モードまたは位置センサレスモードにおいて異常を検出することができる。
【００６３】
Ｕ相の上下アームのパワー素子Ｕｐ、Ｕｎが共にオープン故障となった場合や、Ｕ相のモータ配線４４の断線や接続不良が発生した場合、Ｕ相最大相期間およびＵ相最小相期間の両方でＵ相モータ電流がゼロとなる。Ｕ相最大相期間およびＵ相最小相期間の両方でＵ相モータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、異常検出部１８は、Ｕ相の欠相と判定する。異常検出部１８は、Ｕ相と同様にして、Ｖ相およびＷ相の欠相を判定する。
【００６４】
このように、或る相の最大相期間および最小相期間の両方でその相のモータ電流が異常条件を満たすと判定された場合、異常検出部１８は、その相の欠相と判定する。これにより、一つの半導体パワー素子の故障と欠相とを区別することができる。
【００６５】
異常検出部１８は、異常と判断した場合、正常なモータ駆動が出来なくなるため直ちにインバータ１３の駆動を停止する。これにより、永久磁石同期モータ９やインバータ１３の２次故障を防ぐ事が出来る。また、異常検出部１８は、異常を上位装置１１の表示部などに通知しても良い。これにより、故障解析や修理の早急な対応が可能となる。
【００６６】
上位装置１１は、異常の内容を表示部に表示させても良い。異常の内容は、オープン故障か欠相かを示しても良いし、オープン故障が発生した半導体パワー素子の識別子を示しても良いし、欠相となった相の識別子を示しても良い。
【００６７】
特許文献１のように、同期モータへの或る相の電流の絶対値が電気角半周期に亘って連続で閾値以下になる場合に、その相が欠相であると判断する技術において、一つのパワー素子の故障が発生した場合、或る相の電流の絶対値が電気角半周期に亘って連続で閾値以下にならないため、異常を検出できない。また、一つのパワー素子の故障による異常が何らかの方法により検出されたとしても、異常の原因を特定できずに、インバータ１３、モータ配線４４、圧縮機２のすべてについて点検、修理、交換などを行う場合がある。
【００６８】
一方、本実施例によれば、各相の各判定期間におけるモータ電流に基づいて、インバータ１３の異常を検出し、異常の原因を特定することができる。また、インバータ１３内のパワー素子の一つが故障した場合に、その故障を検出できると共に、故障したパワー素子を特定することができる。異常が一つのパワー素子の故障か否かを判定することができ、迅速に対処することができる。例えば、冷凍装置１において、異常検出部１８が一つのパワー素子の故障と判定した場合、モータ配線４４や圧縮機２の点検を行うことがなくなり、インバータ１３と圧縮機２の両方を交換することもなくなる。これにより、冷凍装置１の修理の時間およびコストを抑えることができる。
【実施例２】
【００６９】
本実施例においては、インバータ１３の直流側の直流母線電流の代わりに、インバータ１３の交流側のモータ電流を測定する。本実施例においては、主に実施例１との相違点について説明する。
【００７０】
図９は、実施例２のモータ駆動装置１０の構成を示す。
【００７１】
実施例１と比較すると、本実施例のモータ駆動装置１０は、母線電流検出器１５の代わりに相電流検出器３３を有し、電流算出部１７の代わりに電流算出部３４を有する。相電流検出器３３は、直接、モータ電流を測定する。相電流検出器３３は、特定の２相のモータ電流を測定する。電流算出部３４は、次式の関係を用いて、残りの１相のモータ電流を算出し、モータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをモータ制御部１９へ出力する。
【００７２】
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０
【００７３】
実施例１と同様、異常検出部１８は、各判定期間内の判定タイミングにおいてモータ電流が異常条件を満たす場合に、異常と判定し、オープン故障か欠相かを判定する。
【００７４】
本実施例によれば、二相のモータ電流を測定することにより、実施例１の電流算出部１７に比べて簡単な演算により三相のモータ電流を算出することができる。これにより、各相の各判定期間におけるモータ電流に基づいて、インバータ１３の異常を検出し、異常の原因を特定することができる。
【００７５】
本発明のインバータ制御装置は、冷凍装置の他、ポンプや換気扇などに用いられても良い。
【００７６】
本発明の一態様における用語について説明する。インバータ制御装置は、制御器１６などに対応する。インバータ回路は、インバータ１３などに対応する。複数のスイッチ素子は、半導体パワー素子Ｕｐ、Ｕｎ、Ｖｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎなどに対応する。同期モータは、永久磁石同期モータ９などに対応する。電流算出部は、電流算出部１７、電流算出部３４などに対応する。電圧指令算出部は、モータ制御部１９などに対応する。異常検出部は、異常検出部１８などに対応する。圧縮機は、圧縮機２などに対応する。熱交換器は、室内熱交換器３、室外熱交換器４などに対応する。
【００７７】
本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、その趣旨から逸脱しない範囲で、他の様々な形に変更することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：冷凍装置  １ａ：室外機  １ｂ：室内機  ２：圧縮機  ３：室内熱交換器  ４：室外熱交換器  ５：室内膨張弁  ６：アキュームレータ  ７：ファンモータ  ８：ファンモータ  ９：永久磁石同期モータ  １０：モータ駆動装置  １１：上位装置  １２：直流電源  １３：インバータ  １４：ＰＷＭ制御部  １５：母線電流検出器  １６：制御器  １７：電流算出部  １８：異常検出部  １９：モータ制御部  ３３：相電流検出器  ３４：電流算出部
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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