(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置であって、
前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、
前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、
各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える駆動手段と、
前記インバータ回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、
各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方がオン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する不具合判定手段とを具備し、
前記不具合判定手段は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定する故障検出装置。
【請求項２】
前記不具合判定手段は、少なくともいずれか一の前記素子対において前記不具合を検出した場合に、前記インバータ回路または前記駆動手段に前記不具合があると判定する請求項１に記載の故障検出装置。
【請求項３】
前記第１所定期間は、前記インバータ回路に与えられるキャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の期間とする請求項１または２に記載の故障検出装置。
【請求項４】
前記インバータ回路は、不具合判定を行うテストモードと、前記不具合判定を行わない通常モードとが切り替え可能とされており、
前記不具合判定手段は、前記テストモードが選択された場合のみ有効とされる請求項１から請求項３のいずれかに記載の故障検出装置。
【請求項５】
前記第１制御によって検出される不具合を開放故障とし、前記第２制御によって検出される不具合を短絡故障とし、
前記短絡故障よりも先に前記開放故障を検査する請求項１から請求項４に記載のいずれかに故障検出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のインバータ回路の故障検出装置と、
上アーム回路及び下アーム回路の直列回路を内蔵した素子対が複数設けられ、かつ、各前記素子対は、前記上アーム回路を構成する第１半導体素子と、前記下アーム回路を構成する第２半導体素子とを備えるインバータ回路と、
前記インバータ回路の負荷であり、空気調和装置の圧縮機を駆動するモータと、
を具備する空気調和装置。
【請求項７】
直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出方法であって、
前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、
前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、
各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１過程と、
前記インバータ回路に流れる電流値を検出する第２過程と、
各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第２所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３過程とを具備し、
前記第３過程は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした前記半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定する故障検出方法。
【請求項８】
直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出プログラムであって、
前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、
各第１半導体素子及び各第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１処理と、
前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えているインバータ回路に流れる電流値を検出する第２処理と、
各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第２所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３処理とをコンピュータに実行させ、
前記第３処理は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした前記半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定するための故障検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障検出装置、それを備えた空気調和装置、及び故障検出方法並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インバータエアコンに用いられる圧縮機は、インバータを構成する上下対の３相分の６個の半導体素子を順次オンオフ制御させることで生成される交流電流で駆動される圧縮機モータにより、駆動されている。
ところで、圧縮機が起動不良である場合、半導体素子または圧縮機に不良が生じていることが考えられるが、どちらの不良であるか判断が付けられない場合がある。そのため、従来は、圧縮機を駆動する圧縮機モータに電力供給するインバータの出力端に、半導体素子の不良の有無をテストするためのチェッカーを接続し、半導体素子に不良が生じているか否かを判断していた。
下記特許文献１では、インバータを構成するインバータブリッジ素子のオンオフを切り替えることにより、短絡電流により検出される素子破壊と、通常Ｖ／Ｆ（(Ｖｏｌｔａｇｅ/Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）モードにより交流電動機を駆動して検出される過負荷とを区別して表示する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】特開昭６３−９９７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のようにチェッカーを用いる場合には、インバータからの出力端にチェッカーを接続する配備作業や、チェッカーのメンテナンス作業が必要となり、コストがかかるという問題があった。また、素子に生じる故障は、短絡故障に限られず開放故障も含まれるが、上記特許文献１の方法では、素子に開放故障が生じている場合には、検出できず、インバータの不具合を正確に検出できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便に、かつ、安価にインバータの不具合を正確に検出することのできる故障検出装置、それを備えた空気調和装置、及び故障検出方法並びにプログラム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置であって、前記モータと前記インバータ回路とが未接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える駆動手段と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する不具合判定手段とを具備する故障検出装置を提供する。
【０００７】
本発明の参考例の構成によれば、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列に接続された素子対が複数備えられ、正負の電源線から供給された直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置は、各素子対において、モータはインバータ回路と未接続状態とされており、第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態にすると、不具合がなければ、第１半導体素子と第２半導体素子とを通じて電流が流れるので、インバータ回路には電流が流れることが推定されるが、所望の電流値が検出されなければ不具合（例えば、開放故障または駆動手段の故障）が生じていると判定される。また、各素子対において、第１半導体素子または第２半導体素子のどちらか一方を第１所定期間オン状態にすると、不具合がなければ、モータはインバータ回路と未接続状態とされており、一方はオフ状態にされているのでインバータ回路に電流が流れないことが推定されるが、電流が検出されれば不具合（例えば、短絡故障または駆動手段の故障）が生じていると判定される。
【０００８】
このように、本発明の参考例によれば、インバータ回路を構成する素子対の第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態、或いは一方を第１所定期間オン状態に切り替えた場合に検出されるインバータ回路の電流値に基づいて、簡便にインバータ回路の不具合有無を検出できる。また、本発明の参考例によれば、従来用いていた異常判定機器が不要となるので、異常判定機器の配備やメンテナンスが不要になり、異常判定機器の費用も不要となる。
また、第１半導体素子または第２半導体素子の１つずつをオン状態に切り換えて故障を検出する第２制御においては、不具合箇所が明確になり、確実な検査となる。
【０００９】
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置であって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える駆動手段と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びいずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する不具合判定手段とを具備し、前記不具合判定手段は、いずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子を前記第１所定期間オン状態にしても第１所定値以上の前記電流値が検出されない場合には、前記第１所定期間より長い期間である第２所定期間オン状態にする第３制御をし、前記第３制御の結果、第２所定値以上の前記電流値が検出されれば、他の前記素子対に不具合があると判定する故障検出装置を提供する。
【００１０】
本発明の参考例の構成によれば、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列に接続された素子対が複数備えられ、正負の電源線から供給された直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置は、各素子対において、第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態にすると、不具合がなければ、第１半導体素子と第２半導体素子とを通じて電流が流れるので、インバータ回路には電流が流れることが推定されるが、所望の電流値が検出されなければ不具合（例えば、開放故障）が生じていると判定される。また、いずれか一の素子対において、第１半導体素子または第２半導体素子のどちらか一方を第１所定期間オン状態にすると、他方の半導体素子はオフ状態にされているので、不具合がなければ、インバータ回路に電流が流れないことが推定されるが、電流が検出されれば不具合（例えば、短絡故障）が生じていると判定される。
【００１１】
さらに、いずれか一の素子対のどちらか一方の半導体素子を第１所定期間オン状態にしたときに電流検出手段で電流が検出されなくても、第１所定期間より長い第２所定期間オン状態にした場合に第２所定値以上の電流が検出された場合には、接続されるモータのインダクタンス成分によって電流が上昇したものと推定される。その場合には、他の素子対を構成する半導体素子に電流が流れることを示すので、こうした場合には他の素子対の不具合（例えば、短絡故障）が生じていると判定できる。
【００１２】
このように、本発明の参考例によれば、インバータ回路を構成する素子対の第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態、或いは一方を第１所定期間オン状態に切り替えた場合に検出されるインバータ回路の電流値、及び第１所定期間より長い第２所定期間オン状態に切り換えた場合に検出されるインバータ回路の電流値に基づいて、簡便にインバータ回路の不具合有無を検出できる。また、本発明の参考例によれば、従来用いていた異常判定機器が不要となるので、異常判定機器の配備やメンテナンスが不要になり、異常判定機器の費用も不要となる。
本発明の参考例の構成に示したように、インバータ回路にモータを接続したまま検査することができるので、モータ未接続のテストの場合と比較して、モータを取り外す作業が省略でき、不具合検出手順が簡便となる。
【００１３】
本発明は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置であって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える駆動手段と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する電流検出手段と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第２所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する不具合判定手段とを具備し、前記不具合判定手段は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした前記半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定する故障検出装置を提供する。
【００１４】
本発明の構成によれば、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列に接続された素子対が複数備えられ、正負の電源線から供給された直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出装置は、各素子対において、第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態にすると、モータはインバータ回路と接続状態とされており、不具合がなければ、第１半導体素子と第２半導体素子とを通じて電流が流れるので、インバータ回路には電流が流れることが推定されるが、所望の電流値が検出されなければ不具合（例えば、開放故障）が生じていると判定される。また、各素子対において、第１半導体素子または第２半導体素子のどちらか一方を第２所定期間オン状態にすると、モータはインバータ回路と接続状態とされており、不具合がなければ、一方はオフ状態にされているのでインバータ回路に電流が流れないことが推定されるが、電流が検出されれば不具合（例えば、短絡故障）が生じていると判定される。さらに、この第２所定期間が、所定値未満であれば、オン状態に制御した素子対と同じ素子対の他の半導体素子に不具合があると判定され、第２所定期間が所定値以上であれば、接続されるモータのインダクタンス成分によって徐々に電流が上昇したものと推定されるので、オン状態に制御した素子対と異なる素子対における半導体素子（すなわち、オン状態にされた半導体素子から、モータを介して接続される半導体素子）に不具合があると判定される。
【００１５】
このように、本発明によれば、インバータ回路を構成する素子対の第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態、或いは一方を第２所定期間オン状態に切り替えた場合に検出されるインバータ回路の電流値に基づいて、簡便にインバータ回路の不具合有無を検出できる。また、本発明によれば、従来用いていた異常判定機器が不要となるので、異常判定機器の配備やメンテナンスが不要になり、異常判定機器の費用も不要となる。
また、第１半導体素子または第２半導体素子の１つずつをオン状態に切り換えて故障を検出する第２制御においては、不具合箇所が明確になり、確実な検査となる。
本発明の構成に示したように、インバータ回路にモータを接続したまま検査することができるので、モータ未接続のテストの場合と比較して、モータを取り外す作業が省略でき、不具合検出手順が簡便となる。
また、第２制御の半導体素子をオンさせる時間（第２所定期間）を指定せず、電流値を超えるまでの期間の長さに応じて、不具合箇所を判定することにより、過剰に過電流を流すことがなく、安全に不具合判定できる。
【００１６】
上記故障検出装置の前記不具合判定手段は、少なくともいずれか一の前記素子対において前記不具合を検出した場合に、前記インバータ回路または前記駆動手段に前記不具合があると判定してもよい。
【００１７】
流れるはずの電流が検出されなければ開放故障とされ、流れるべきでない電流が検出されれば短絡故障とされるが、開放故障及び短絡故障であるかどうかは、素子対を構成する第１半導体素子または第２半導体素子そのものに不具合が生じているケースに加え、第１半導体素子または第２半導体素子を駆動する駆動手段に不具合が生じているケースが考えられる。本発明によれば、インバータ回路または駆動手段のいずれかに不具合があることとして判定しているので、こうした判定がされた場合には、インバータ回路及び制御手段を交換することにより、安全側に対処でき、確実な不具合の解消に繋がる。
また、インバータ回路を構成する素子対のうち、１つでも不具合が検出されればインバータ回路は正常に動作しないので、少なくとも一の素子対で不具合が検出された場合に不具合があると判定することによって、故障検出を速やかに行うことができる。
【００１８】
上記故障検出装置において、前記第１所定期間は、前記インバータ回路に与えられるキャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の期間としてもよい。
【００１９】
キャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の極短時間で第１半導体素子及び／または第２半導体素子がオン状態にされた場合であっても、インバータ回路に流れ電流検出手段で検出される電流値は大きな値となる。これにより、１パルス分の極短時間のオン時間であっても十分に開放故障及び短絡故障を検出できる。なお、例えば、キャリア周波数を５〔ｋＨｚ〕とし、１周期は２００〔μ秒〕とする場合に、１パルス分の極短時間は数〔μ秒〕程度とする。
【００２０】
上記故障検出装置において、前記第２所定期間は、前記第１所定期間で与えられる前記１パルスを複数パルス与える期間としてもよい。
第１所定期間で与えていたパルスのパルス数を増やすことで簡便に第２所定期間に調整できる。
【００２１】
上記故障検出装置において、前記第２所定期間は、前記第１所定期間で与えられる前記１パルスの期間より長くした１パルスで与えられる期間としてもよい。
パルスの長さを長くする調整をすることで、簡便に第２所定期間を調整できる。
【００２２】
上記故障検出装置の前記インバータ回路は、不具合判定を行うテストモードと、前記不具合判定を行わない通常モードとが切り替え可能とされており、
前記不具合判定手段は、前記テストモードが選択された場合のみ有効とされてもよい。
【００２３】
不具合判定は、通常モードでは行なわず、テストモードが選択された場合のみ有効とされるので、不必要に故障検出手順が行われることがない。
【００２４】
上記故障検出装置において、前記第１制御によって検出される不具合を開放故障とし、前記第２制御によって検出される不具合を短絡故障とし、前記短絡故障よりも先に前記開放故障を検査することとしてもよい。
【００２５】
第１半導体素子及び第２半導体素子を同時にオン状態にする開放故障を検出する手順を短絡故障の検出する手順より先に行う方が、故障有無の切り分けを簡便にすることができる。
【００２６】
本発明は、上記いずれかに記載のインバータ回路の故障検出装置と、上アーム回路及び下アーム回路の直列回路を内蔵した素子対が複数設けられ、かつ、各前記素子対は、前記上アーム回路を構成する第１半導体素子と、前記下アーム回路を構成する第２半導体素子とを備えるインバータ回路と前記インバータ回路の負荷であり、空気調和装置の圧縮機を駆動するモータと、を具備する空気調和装置を提供する。
【００２７】
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出方法であって、前記モータと前記インバータ回路とが未接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１過程と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する第２過程と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３過程とを具備する故障検出方法を提供する。
【００２８】
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出プログラムであって、前記モータと前記インバータ回路とが未接続状態とされ、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１処理と、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する第１半導体素子と下アーム回路を構成する第２半導体素子とが直列接続された素子対を複数備えているインバータ回路に流れる電流値を検出する第２処理と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３処理とをコンピュータに実行させるための故障検出プログラムを提供する。
【００２９】
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出方法であって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１過程と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する第２過程と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びいずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３過程とを有し、前記第３過程は、いずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子を前記第１所定期間オン状態にしても第１所定値以上の前記電流値が検出されない場合には、前記第１所定期間より長い期間である第２所定期間オン状態にする第３制御をし、前記第３制御の結果、第２所定値以上の前記電流値が検出されれば、他の前記素子対に不具合があると判定する故障検出方法を提供する。
【００３０】
本発明の参考例は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出プログラムであって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する前記半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１処理と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する第２処理と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びいずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子が前記第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３処理とをコンピュータに実行させ、前記第３処理は、いずれか一の前記素子対のどちらか一方の前記半導体素子を前記第１所定期間オン状態にしても第１所定値以上の前記電流値が検出されない場合には、前記第１所定期間より長い期間である第２所定期間オン状態にする第３制御をし、前記第３制御の結果、第２所定値以上の前記電流値が検出されれば、他の前記素子対に不具合があると判定する故障検出プログラムを提供する。
【００３１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出方法であって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、前記インバータ回路は、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えており、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１過程と、前記インバータ回路に流れる電流値を検出する第２過程と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第２所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３過程とを具備し、前記第３過程は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした前記半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定する故障検出方法を提供する。
【００３２】
本発明は、直流電力を交流電力に変換してモータに電力供給するインバータ回路の故障検出プログラムであって、前記モータと前記インバータ回路とが接続状態とされ、各前記第１半導体素子及び各前記第２半導体素子のオンオフ状態を切り替える第１処理と、前記直流電力が供給される正負の電源線と接続され、上アーム回路を構成する半導体素子である第１半導体素子と下アーム回路を構成する半導体素子である第２半導体素子とが直列に接続された素子対を複数備えているインバータ回路に流れる電流値を検出する第２処理と、各前記素子対において、前記第１半導体素子及び前記第２半導体素子が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第２所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される前記電流値に基づいて、不具合の有無を判定する第３処理とをコンピュータに実行させ、前記第３処理は、前記電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にした前記半導体素子と同一前記素子対におけるオフ状態の前記半導体素子の不具合と判定し、前記第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にした前記半導体素子と異なる前記素子対における前記半導体素子の不具合と判定するための故障検出プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、簡便に且つ安価にインバータの不具合を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空気調和装置の概略構成である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインバータ装置の概略構成を示した回路図の一例である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路のスイッチング素子に与えるパルス波形の一例の図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路のスイッチング素子にパルスを与えた場合に検出される時間と電流の関係を示した図の一例を示している。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るインバータ制御装置の動作フローである。
【図６】図３の動作フローの続きである。
【図７】図３及び図４の動作フローの続きである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る第３制御において、スイッチング素子を第２所定期間オン状態にする場合のパルス波形の例である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る第３制御において、スイッチング素子を第２所定期間オン状態にした場合の時間と電流値との関係の一例である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るインバータ制御装置の動作フローである。
【図１１】図１０の動作フローの続きである。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る第３制御において、スイッチング素子のオン状態の期間に応じて、判定結果を異ならせる動作フローである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明に係る故障検出装置、それを備えた空気調和装置、及び故障検出方法並びにプログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。
以下では、本発明の故障検出装置を、空気調和装置の圧縮機モータを駆動するインバータ回路を制御するインバータ制御装置に適用した場合の各実施形態について説明する。なお、本発明の故障検出装置によって制御されるインバータ回路の適用先は、空気調和装置の圧縮機モータに限られず、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して用いるような装置に対して広く適用可能である。
【００３６】
〔第１の実施形態〕
図１には、本発明の第１の実施形態に係る空気調和装置１００の概略構成図が示されている。空気調和装置１００は、室外機２０と、少なくとも１台以上の室内機３０と、室内機３０に接続されているリモコン４０とを備えて構成されている。室外機２０と室内機３０は、図示省略の冷媒配管を介して接続されているとともに、室外機２０と室内機３０およびリモコン４０は、それぞれ通信線を介して接続されている。
【００３７】
室内機３０は、室内の天井等に設置され、冷媒配管及び電気配線を介して屋外の適所に設置された室外機２０と接続されて用いられる。また、室内機３０は、吸込口から空気を吸い込み、ＤＣファンモータにより駆動されるファンによって吹出口に送り出す。
室外機２０は、室内機３０に設けられる熱交換器（図示略）と共に冷凍サイクルを構成し、空気調和装置１００に供給する冷媒の調整機能を担うものである。また、室外機２０は、インバータ回路３と、圧縮機モータ４と、電流センサ６と、表示部８とを備えるとともに、インバータ回路３の制御、インバータの不具合判定（故障検出）及び不具合の判定結果を通知するインバータ制御装置（故障検出装置を含む）２を備えている。
【００３８】
表示部８は、例えば、室外機２０の基板上のＬＥＤや、７セグメントＬＥＤであり、不具合があると判定された場合（詳細は後述する）は、インバータ制御装置２からの指令により、インバータ回路３または駆動部（詳細は後述する）２１に不具合がある旨を表示する。
なお、不具合の情報は通信線を介して、室内機３０に設けられる表示部３１及びリモコン４０の表示部４６に送信されることで、表示部３１及び表示部４６においても表示可能とされている。
リモコン４０は、異常表示部等を含む表示部４６や空気調和装置１００の操作や異常表示消去をする操作部４７等を備えている。
【００３９】
図２は、本実施形態に係るインバータ回路３の概略構成を示した回路図である。
本実施形態に係るインバータ回路３は、入力端子Ｐ、Ｎを介して入力される直流電力をインバータ回路３において３相交流電力に変換して、圧縮機モータ（モータ）４に供給する。なお、本実施形態では、３相交流電圧により駆動される圧縮機モータ４を駆動対象としているため、インバータ回路３の出力は３相となっているが、これに限られず、２相の出力を供給する構成とされていてもよい。
【００４０】
インバータ回路３には、直流母線（電源線）Ｌを通じて直流電圧が供給される。
インバータ回路３は、直流電力が供給される正（Ｐ）側と負（Ｎ）側の直流母線Ｌと接続され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して設けられた上アーム回路を構成する第１スイッチング素子（第１半導体素子）Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、下アーム回路を構成する第２スイッチング素子（第２半導体素子）Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とが直列接続された半導体モジュール（素子対）５ｕ，５ｖ，５ｗを３つ備えている。以下、特に明記しない場合には、半導体モジュールを半導体モジュール５として示す。
【００４１】
なお、本実施形態においては、素子対５ｕ，５ｖ，５ｗをそれぞれ半導体モジュールとし、半導体モジュールを複数備えてインバータ回路３を構成することとして説明しているが、これに限定されない。例えば、素子対５ｕ，５ｖ，５ｗが１つのパッケージとなった半導体モジュールを備えてインバータ回路３を構成していてもよく、その場合には、以下の「半導体モジュール」との記載を「素子対（第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列接続されたスイッチング素子対）」と読み替える。第２の実施形態及び第３の実施形態についても同様である。
【００４２】
インバータ回路３は、直流電圧から３相交流電圧を生成し、生成した３相交流電圧を圧縮機モータ４に供給する。これらのスイッチング素子が駆動部２１（後述する）により制御されることにより、圧縮機モータ４に供給される３相交流電圧（インバータ出力）が制御される。
【００４３】
電流センサ６は、直流母線Ｌを流れる直流電流Ｉｄｃを検出し、検出された直流電流Ｉｄｃをインバータ制御装置２に出力する。ここで、電流センサ６の一例としては、シャント抵抗が挙げられる。なお、図１では、電流センサ６を直流電源の負極側に設けているが、正極側に設けることとしてもよい。
【００４４】
インバータ制御装置２は、例えば、ＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）であり、以下に記載する各処理を実行するためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を有しており、ＣＰＵがこの記録媒体に記録されたプログラムをＲＡＭ等の主記憶装置に読み出して実行することにより、以下の各処理が実現される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
【００４５】
インバータ制御装置２は、圧縮機モータ４の回転数を、上位の制御装置（図示略）から与えられる回転数指令ωに一致させるようなＰＷＭ信号を相毎に生成し、インバータ回路３に与える。また、インバータ制御装置２は、インバータ回路３またはインバータ回路３を駆動する駆動部２１に不具合があるか否かを判定して、判定結果を出力する。
具体的には、インバータ制御装置２は、駆動部（駆動手段）２１と、電流検出部（電流検出手段）２２と、不具合判定部（不具合判定手段）２３と、切替部２４とを備えている。
【００４６】
なお、図２においては、インバータ回路３と圧縮機モータ４が接続される図を例示しているが、本第１の実施形態のインバータ制御装置２において不具合検出（故障検出）をする場合には、インバータ回路３と圧縮機モータ４とは非接続状態とされる。
【００４７】
駆動部２１は、各第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び各第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２のオンオフ状態を切り替える。
具体的には、駆動部２１は、不具合の有無を判定する場合に、各半導体モジュール５において、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を、同時に第１所定期間オン状態に制御する第１制御と、各半導体モジュール５において、上アーム回路（第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）及び下アーム回路（第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）のどちらか一方を第１所定期間オン状態に制御する第２制御とを行う。
【００４８】
電流検出部２２は、インバータ回路３に流れる電流値を検出する。具体的には、電流センサ６から電流値の情報を取得して、電流値を検出し、検出結果を不具合判定部２３に出力する。
不具合判定部２３は、各半導体モジュール５において、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びどちらか一方が第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される電流値に基づいて、不具合の有無を判定する。また、不具合判定部２３は、不具合と判定される基準となる所定の電流値（過電流）の情報を有しており、第１制御及び第２制御によって検出された電流値が過電流であるか否かに応じて、不具合があるか否かを判定する。
【００４９】
なお、不具合判定部２３は、少なくともいずれか一の半導体モジュール５において不具合を検出した場合に、インバータ回路３または駆動部２１に不具合があると判定する。
これは、流れるはずの電流が検出されなければ開放故障とされ、流れるべきでない電流が検出されれば短絡故障とされるが、開放故障及び短絡故障であるかどうかは、半導体モジュールを構成する第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１または第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の素子そのものに不具合が生じているケースに加え、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１または第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を駆動する駆動部２１に不具合が生じているケースが考えられるためである。
【００５０】
そのため、本実施形態では、インバータ回路３または駆動部２１のいずれかに不具合があることとして判定するので、不具合があると判定された場合には、インバータ回路３及び駆動部２１の両方を交換すれば、安全側に対処でき、確実な不具合の解消に繋がる。また、インバータ回路３を構成する半導体モジュール５のうち、１つでも不具合が検出されればインバータ回路３は正常に動作しないので、少なくとも一の半導体モジュール５で不具合が検出された場合に不具合があると判定することによって、故障検出を速やかに行うことができる。
【００５１】
ここで、第１所定期間は、インバータ回路３に与えられるキャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の期間とする。
図３は、駆動部２１によって第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２をオン状態にする場合に、各スイッチング素子（第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）に与えるパルスの一例を示している。図３に示されるように、第１所定期間は、キャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の期間とする。例えば、キャリア周波数が５〔ｋＨｚ〕とし、１周期が２００〔μ秒〕とした場合には、第１所定期間は数〔μ秒〕程度とする。
また、第１所定期間が数〔μ秒〕程度であっても、各スイッチング素子のオンオフ制御によってインバータ回路３に流れる電流（すなわち、電流センサ６で検出される電流値）は、図４に示されるように、極短時間であっても急峻な電流変化が得られる程度の電流が流れる。
【００５２】
ここで、不具合判定部２３による不具合の判定について説明する。
本実施形態においては、半導体モジュール５毎にそれぞれ第１制御及び第２制御を行う。ここでは、第一に半導体モジュール５ｕに対して第１制御及び第２制御を行い、続いて半導体モジュール５ｖ、半導体モジュール５ｗの順にそれぞれ第１制御及び第２制御を行うこととする。
第１制御により第１スイッチング素子Ｕ１及び第２スイッチング素子Ｕ２が同時に第１所定期間オン状態にされた場合に、通常動作（つまり、不具合が生じていない）であれば、電流センサ６で所定の電流値（例えば、図４）が計測されると推定される。これに対し、第１制御により第１スイッチング素子Ｕ１及び第２スイッチング素子Ｕ２が同時に第１所定期間オン状態にされた場合であっても、電流センサ６で所定の電流値が計測されない場合には、第１スイッチング素子Ｕ１または第２スイッチング素子Ｕ２の少なくとも一方に開放故障（オープン破壊）が生じている、或いは、Ｕ相を駆動する駆動部２１に不具合が生じていると判定される。
【００５３】
また、第２制御により第１スイッチング素子Ｕ１（または第２スイッチング素子Ｕ２）を第１所定期間オン状態にされた場合、他方の第２スイッチング素子Ｕ２（または第１スイッチング素子Ｕ１）はオフ状態にされているので、通常動作（つまり、不具合が生じていない）であれば、電流センサ６で電流値は計測されないことが推定される。これに対し、第２制御により第１スイッチング素子Ｕ１（または第２スイッチング素子Ｕ２）が第１所定期間オン状態にされた場合に、電流センサ６で図４に示すような電流値が計測された場合には、他方の第２スイッチング素子Ｕ２（または第１スイッチング素子Ｕ１）に短絡故障（短絡破壊）が生じている、或いは、Ｕ相を駆動する駆動部２１に不具合が生じていることと判定される。
【００５４】
こうして、Ｕ相に対して第１制御及び第２制御を行い、不具合が生じていると判定された場合には、判定処理を終了して、現在のインバータ回路３及び駆動部２１に不具合があることとして、判定する。
Ｕ相に対する第１制御及び第２制御で不具合が検出されない場合には、続いてＶ相について同様に第１制御及び第２制御を行い、Ｖ相においても不具合が検出されない場合にはＷ相について同様に第１制御及び第２制御を行う。
【００５５】
なお、インバータ制御装置２は、不具合判定を行う「テストモード」と、不具合判定を行わない「通常モード」とを有しており、切替部２４によって「テストモード」と「通常モード」とが切り替え可能とされている。なお、テストモードが選択される場合には、不具合判定用のテストプログラムのみが稼働するようにしている。
切替部２４は、例えば、室外機２０に設けられるスイッチとし、管理者によってスイッチが押下されることによってテストモードと通常モードとが切り替えられてもよいし、リモコン４０の操作部４７においてテストモードを起動するためのボタン押下（例えば、通常モードでは使わない組み合わせでボタンを押下する等）によってテストモードと通常モードとが切り替えられてもよい。
【００５６】
不具合判定部２３による不具合の判定は、切替部２４によって「テストモード」が選択された場合のみ有効とされることにより、通常の空調運転の際に、不必要に短絡電流を流すことがなく、安全である。
【００５７】
以下に本実施形態に係るインバータ制御装置２の作用について図５から図７を用いて説明する。
管理者により、インバータ回路３の不具合判定を行うテストモードが選択されると、インバータ制御装置２において、不具合判定を行うための制御プログラムが読み出される。
Ｕ相の第１スイッチング素子Ｕ１及び第２スイッチング素子Ｕ２が第１所定期間オン状態に制御される（図５のステップＳＡ１）。過電流が検出されたか否かが判定され（図５のステップＳＡ２）、過電流が検出されなかった場合には、第１スイッチング素子Ｕ１または第２スイッチング素子Ｕ２が開放故障している、或いは、第１スイッチング素子Ｕ１または第２スイッチング素子Ｕ２を駆動させる駆動部２１が不良であると判定し（図５のステップＳＡ３）、本処理を終了する。
【００５８】
図５のステップＳＡ２において、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｕ１及び第２スイッチング素子Ｕ２をオフ状態にし（図５のステップＳＡ４）、続いて、Ｖ相の第１スイッチング素子Ｖ１及び第２スイッチング素子Ｖ２が第１所定期間オン状態にされる（図５のステップＳＡ５）。過電流が検出されたか否かが判定され（図５のステップＳＡ６）、過電流が検出されなかった場合には、第１スイッチング素子Ｖ１または第２スイッチング素子Ｖ２が開放故障している、或いは、第１スイッチング素子Ｖ１または第２スイッチング素子Ｖ２を駆動させる駆動部２１が不良であると判定し（図５のステップＳＡ７）、本処理を終了する。
【００５９】
図５のステップＳＡ６において、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｖ１及び第２スイッチング素子Ｖ２をオフ状態にし（図５のステップＳＡ８）、続いてＷ相の第１スイッチング素子Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｗ２が第１所定期間オン状態にされる（図５のステップＳＡ９）。過電流が検出されたか否かが判定され（図５のステップＳＡ１０）、過電流が検出されなかった場合には、第１スイッチング素子Ｗ１または第２スイッチング素子Ｗ２が開放故障している、或いは、第１スイッチング素子Ｗ１または第２スイッチング素子Ｗ２を駆動させる駆動部２１が不良であると判定し（図５のステップＳＡ１１）、本処理を終了する。
図５のステップＳＡ１０において、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｗ２をオフ状態にし、第１制御を終了し（図５のステップＳＡ１２）、続いて第２制御としてＵ相から判定を進める（図６に進む）。
【００６０】
本実施形態に係る第２制御では、第２スイッチング素子のオン制御より先に第１スイッチング素子をオン制御しているが、第１スイッチング素子のオン制御より先に第２スイッチング素子のオン制御することとしてもよい。
Ｕ相の第１スイッチング素子Ｕ１を第１所定期間オン状態にし、第２スイッチング素子Ｕ２はオフ状態のままとする（図６のステップＳＡ１３）。過電流が検出されたか否かが判定され（図６のステップＳＡ１４）、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし（図６のステップＳＡ１５）、同相の他のスイッチング素子、即ち、第２スイッチング素子Ｕ２が短絡故障、或いは第２スイッチング素子Ｕ２を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図６のステップＳＡ１６）、本処理を終了する。
【００６１】
図６のステップＳＡ１４において、過電流が検出されない場合には、第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし、続いて、第２スイッチング素子Ｕ２を第１所定期間オン状態にする（図６のステップＳＡ１７）。過電流が検出されたか否かが判定され（図６のステップＳＡ１８）、過電流が検出された場合には、第２スイッチング素子Ｕ２をオフ状態にし（図６のステップＳＡ１９）、他方のスイッチング素子、即ち、第１スイッチング素子Ｕ１が短絡故障、或いは第１スイッチング素子Ｕ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図６のステップＳＡ２０）、本処理を終了する。
【００６２】
図６のステップＳＡ１８で過電流が検出されない場合には、第２スイッチング素子Ｕ２がオフ状態にされ、続いてＶ相の第１スイッチング素子Ｖ１が第１所定期間オン状態にされる（図６のステップＳＡ２１）。過電流が検出されるか否かが判定され（図６のステップＳＡ２２）、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｖ１をオフ状態にし（図６のステップＳＡ２３）、同相で他方のスイッチング素子、即ち、第２スイッチング素子Ｖ２が短絡故障、或いは第２スイッチング素子Ｖ２を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図６のステップＳＡ２４）、本処理を終了する。
図６のステップＳＡ２２において、過電流が発生していない場合には、第１スイッチング素子Ｖ１をオフ状態にし、続いて第２スイッチング素子Ｖ２を第１所定期間オン状態にする（図６のステップＳＡ２５）。
【００６３】
過電流が検出されたか否かが判定され（図７のステップＳＡ２６）、過電流が検出された場合には、第２スイッチング素子Ｖ２をオフ状態にし（図７のステップＳＡ２７）、同相で他方のスイッチング素子、即ち第１スイッチング素子Ｖ１が短絡故障、或いは、第１スイッチング素子Ｖ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図７のステップＳＡ２８）、本処理を終了する。
【００６４】
図７のステップＳＡ２６で過電流が検出されない場合には、第２スイッチング素子Ｖ２をオフ状態にし、続いてＷ相の第１スイッチング素子Ｗ１を第１所定期間オン状態にする（図７のステップＳＡ２９）。過電流が検出されるか否かが判定され（図７のステップＳＡ３０）、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｗ１がオフ状態にされ（図７のステップＳＡ３１）、同相で他方のスイッチング素子、即ち、第２スイッチング素子Ｗ２が短絡故障している、或いは第２スイッチング素子Ｗ２を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図７のステップＳＡ３２）、本処理を終了する。
【００６５】
図７のステップＳＡ３０で過電流が検出されない場合には、第１スイッチング素子Ｗ１をオフ状態にし、第２スイッチング素子Ｗ２を第１所定期間オン状態にする（図７のステップＳＡ３３）。過電流が検出されたか否かが判定され（図７のステップＳＡ３４）、過電流が検出された場合には、第２スイッチング素子Ｗ２をオフ状態にし（図７のステップＳＡ３５）、同相で他方のスイッチング素子、即ち、第１スイッチング素子Ｗ１が短絡故障している、或いは、第１スイッチング素子Ｗ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定し（図７のステップＳＡ３６）、本処理を終了する。
なお、図７のステップＳＡ３４において、過電流が検出されなかった場合には、インバータ回路３は正常であると判定し、本処理を終了する（図７のステップＳＡ３７）。
【００６６】
判定結果は、室外機２０の基板上のＬＥＤ，７セグメントＬＥＤ等の表示部８で不具合（故障）表示するようにしてもよいし、通信を介して室内機３０に不具合（故障）の情報を送信して表示部３１上で表示させてもよいし、通信を介してリモコン４０に不具合（故障）の情報を送信して表示部４６上で表示させてもよい。
これにより、室外機２０、室内機３０、及びリモコン４０のいずれかを確認することにより、管理者が不具合の有無を速やかに把握できる。
【００６７】
以上説明してきたように、本実施形態に係るインバータ制御装置２、それを備えた空気調和装置１００、及び故障検出方法並びにプログラムによれば、各半導体モジュール５において、第１制御をすると、不具合がなければ、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とを通じて電流が流れるので、インバータ回路３には電流が流れることが推定されるが、所望の電流値が検出されなければ不具合（例えば、開放故障または駆動部２１の故障）が生じていると判定される。また、各半導体モジュール５において、第２制御をすると、圧縮機モータ４はインバータ回路３と未接続状態とされており、不具合がなければ、一方のスイッチング素子がオフ状態にされているので、インバータ回路３に電流が流れないことが推定されるが、電流が検出されれば不具合（例えば、短絡故障または駆動部２１の故障）が生じていると判定される。
【００６８】
このように、本実施形態によれば、第１制御または第２制御を行った場合に検出されるインバータ回路３の電流値に基づいて、簡便にインバータ回路３の不具合有無を検出できる。また、本実施形態によれば、従来用いていた異常判定機器が不要となるので、異常判定機器の配備やメンテナンスが不要になり、異常判定機器の費用も不要となる。
また、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１または第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の１つずつをオン状態に切り換えて故障を検出する第２制御においては、不具合箇所が明確になり、確実な検査を行うことができる。
なお、第２制御より第１制御を先に行う方が、不具合（故障）有無の切り分けを簡便にすることができるので、本実施形態においては、第２制御よりも先に第１制御を行っている。
【００６９】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１、図２及び図８から図１１を用いて説明する。本実施形態は、インバータ制御装置２において故障検出をするにあたり、インバータ回路３と圧縮機モータ４とが接続状態とされている点と第３制御を行う点で、上述した第１の実施形態と異なる。以下、本実施形態について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００７０】
本第２の実施形態においては、インバータ制御装置２において故障検出をするにあたり、インバータ回路３と圧縮機モータ４とは接続状態とされている。
【００７１】
不具合判定部２３は、各半導体モジュール５ｕ，５ｖ，５ｗにおいて、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が、同時に第１所定期間オン状態にされる第１制御、及びいずれか一の半導体モジュール５ｕ，５ｖ，５ｗの上アーム下アームどちらか一方のスイッチング素子が第１所定期間オン状態にされる第２制御によって検出される電流値に基づいて、不具合の有無を判定する。
また、不具合判定部２３は、いずれか一の半導体モジュール５ｕ，５ｖ，５ｗの上アーム下アームどちらか一方のスイッチング素子を第１所定期間オン状態にしても第１所定値以上の電流値が検出されない場合には、第１所定期間より長い期間である第２所定期間オン状態にする第３制御をし、第３制御の結果、第２所定値以上の電流値が検出されれば、他の半導体モジュール５ｕ，５ｖ，５ｗの（オン状態にしたスイッチング素子のアームとは逆側の）スイッチング素子に不具合があると判定する。
【００７２】
ここで、第１所定期間は、インバータ回路３に与えられるキャリア周波数を所定数で分割した場合の１パルス分の期間とし、第２所定期間は、１パルス分の期間を第１所定期間より長く設定する（図８参照）。
なお、本実施形態においては、第２所定期間は、１パルス分の期間を第１所定期間より長く設定することとして説明するが、これに限定されず、例えば、第１所定期間で与えられる１パルスを複数パルス（例えば、１０パルス）与え、第２所定期間としてもよい。
【００７３】
図９には、第３制御において、第２所定期間スイッチング素子をオン状態にした場合に得られる時間と電流値との関係の一例が示されている。
上述したように、第３制御をする場合には、各相と圧縮機モータ４とが図２に示されるように接続状態にされているので、例えば、Ｕ相の第２スイッチング素子Ｕ２をオフ状態にし、第１スイッチング素子Ｕ１を第２所定期間オン状態にした場合に、正常動作（つまり、不具合がない）の場合には電流センサ６による電流値は検出されないが、圧縮機モータ４を介して接続される他相（例えば、Ｖ相、Ｗ相）に短絡故障が生じている場合には、電流センサ６によって電流値が検出される。このとき、圧縮機モータ４を通して電流が流れると、インダクタンス成分等の影響によって、電流センサ６から検出される電流値は徐々に上昇する（図９参照）。
【００７４】
このように、第３制御の場合に検出される電流値の時間変化は、第１制御及び第２制御と比較して緩やかになるので、第３制御における電流値の時間変化に基づいて過電流か否かを判定する場合には、この点を勘案するとよい。なお、第３制御における電流値の時間変化（つまり、時間に対する電流値の傾き）は、インバータ回路３に接続されるモータに応じて制御チューニングする必要がある。
【００７５】
以下に本実施形態に係るインバータ制御装置２の作用について図２から図１０及び図１１を用いて説明する。なお、本実施形態における第１制御は、第１の実施形態と同様であるため（図５参照）、説明を省略し、本実施形態の第２制御の開始から説明をする。
第１制御で不具合がないと判定されると（図５参照）、図１０に進み、Ｕ相の第１スイッチング素子Ｕ１を第１所定期間オン状態にする（図１０のステップＳＢ１）。過電流が検出されたか否かが判定され（図１０のステップＳＢ２）過電流が検出された場合には第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし（図１０のステップＳＢ３）、同相の他方のスイッチング素子、即ち第２スイッチング素子Ｕ２が短絡故障している、或いは第２スイッチング素子Ｕ２を駆動させる駆動部２１が不良であると判定され（図１０のステップＳＢ４）、本処理を終了する。
【００７６】
図１０のステップＳＢ２において、過電流が検出されない場合には、第１スイッチング素子Ｕ１を一旦オフ状態にし、第１スイッチング素子Ｕ１を第２所定期間オン状態にする（図１０のステップＳＢ５）。第２所定期間オン状態にすることにより過電流が検出されたか否かが判定され（図１０のステップＳＢ６）、過電流が検出された場合には、第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし（図１０のステップＳＢ７）、他相かつ他アームのスイッチング素子、即ち、圧縮機モータ４を介して接続状態にされるＶ相の第２スイッチング素子Ｖ２またはＷ相の第２スイッチング素子Ｗ２が短絡故障している、或いは、Ｖ相の第２スイッチング素子Ｖ２またはＷ相の第２スイッチング素子Ｗ２を駆動する駆動部２１が不良であると判定される（図１０のステップＳＢ８）。
【００７７】
図１０のステップＳＢ６において、過電流が検出されない場合には、第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし、第２スイッチング素子Ｕ２を第１所定期間オン状態にする（図１０のステップＳＢ９）。過電流が検出されるか否かが判定され（図１１のステップＳＢ１０）、過電流が検出された場合には、第２スイッチング素子Ｕ２をオフ状態にし（図１１のステップＳＢ１１）、同相で他方のスイッチング素子、即ち、第１スイッチング素子Ｕ１が短絡故障している或いは第１スイッチング素子Ｕ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定される（図１１のステップＳＢ１２）。
【００７８】
図１１のステップＳＢ１０において、過電流が検出されない場合には、第２スイッチング素子Ｕ２を一旦オフ状態にし、その後第２スイッチング素子Ｕ２の第２所定期間オン状態にする（図１１のステップＳＢ１３）。過電流が検出されたか否かが判定され（図１１のステップＳＢ１４）、過電流が検出された場合には、第２スイッチング素子Ｕ２をオフ状態にし（図１１のステップＳＢ１５）、他相の第１スイッチング素子Ｖ１または第１スイッチング素子Ｗ１が短絡故障している、或いは他相の第１スイッチング素子Ｖ１または第１スイッチング素子Ｗ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定される（図１１のステップＳＢ１６）。
なお、図１１のステップＳＢ１４において、過電流が検出されない場合には、インバータ回路３は正常であると判定され（図１１のステップＳＢ１７）、本処理を終了する。
【００７９】
以上説明してきたように、本実施形態に係るインバータ制御装置２、それを備えた空気調和装置１００、及び故障検出方法並びにプログラムによれば、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とが直列に接続された半導体モジュール５が複数備えられ、正負の直流母線Ｌから供給された直流電力を交流電力に変換して圧縮機モータ４に電力供給するインバータ回路３のインバータ制御装置２は各半導体モジュール５において、第１制御をすると不具合がなければ、第１スイッチング素子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と第２スイッチング素子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２とを通じて電流が流れるので、インバータ回路３には電流が流れることが推定されるが、所望の電流値が検出されなければ不具合（例えば、開放故障）が生じていると判定される。
【００８０】
また、各半導体モジュール５において、第２制御をすると、同相の他方のスイッチング素子はオフ状態にされているので、不具合がなければ、インバータ回路３に電流が流れないことが推定されるが、電流が検出されれば不具合（例えば、短絡故障）が生じていると判定される。
さらに、第２制御によって電流が検出されなくても、第３制御によって電流が検出されると、他相の半導体モジュール５を構成するスイッチング素子に電流が流れることを示すので、こうした場合には他の半導体モジュール５を構成するスイッチング素子に不具合（例えば、短絡故障）が含まれると判定される。なお、このとき検出される電流は、接続される圧縮機モータ４のインダクタンス成分等の影響により、第１制御及び第２制御より緩やかな変化率となる。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、インバータ回路３を構成する半導体モジュール５を第１制御、第２制御、及び第３制御し、インバータ回路３に流れる電流値に基づいて、簡便にインバータ回路３の不具合有無を検出できる。
本実施形態の構成では、インバータ回路３に圧縮機モータ４を接続したまま検査することができるので、第１の実施形態で示される圧縮機モータ４を未接続として検査する場合と比較して、圧縮機モータ４を取り外す作業が省略でき、不具合検出手順が簡便となる。
【００８２】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１、図２及び図１１を用いて説明する。本実施形態に係るインバータ制御装置２は、第２制御において、スイッチング素子をオン状態にする場合のパルスのオン期間を指定せず、過電流が検出された場合に過電流が検出された期間の長さに応じて不具合箇所の判定を異ならせる点で、上述した第１の実施形態、第２の実施形態と異なる。以下、本実施形態について、第１の実施形態、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００８３】
不具合判定部２３は、電流値が第１所定値以上となるまでの期間である第２所定期間が所定時間未満であれば、オン状態にしたスイッチング素子と同一の半導体モジュール５ｕ，５ｖ，５ｗにおけるオフ状態のスイッチング素子の不具合と判定し、第２所定期間が所定時間以上であれば、オン状態にしたスイッチング素子と異なる半導体モジュール５における（オン状態にしたアームと逆側のアームの）スイッチング素子の不具合と判定する。
【００８４】
以下に本実施形態に係るインバータ制御装置２の作用について図２及び図１２を用いて説明する。なお、本実施形態における第１制御は、第１の実施形態、第２の実施形態と同様であるため、説明を省略し（図５参照）、本第３実施形態の第２制御の開始から説明をする。
第１制御により不具合がないと判定されると（図５参照）、続いて、Ｕ相の第１スイッチング素子Ｕ１がオン状態にされる（図１２のステップＳＣ１）。過電流が検出されたか否かが判定され（図１２のステップＳＣ２）、過電流が検出された場合に第１スイッチング素子Ｕ１がオフ状態にされる（図１２のステップＳＣ３）。検出された過電流が所定時間内か否かが判定され（図１２のステップＳＣ４）、過電流が流れた時間が所定時間未満であれば、第２スイッチング素子Ｕ２が短絡破壊または第２スイッチング素子Ｕ２を駆動する駆動部２１が不良であると判定され（図１２のステップＳＣ５）、本処理を終了する。
【００８５】
また、過電流が流れた時間が所定時間以上である場合には、オン状態にされたスイッチング素子とは異なる相の他方のスイッチング素子（例えば、Ｖ相の第２スイッチング素子Ｖ２またはＷ相の第２スイッチング素子Ｗ２）において、短絡破壊またはそれらスイッチング素子を駆動する駆動部２１が不良であると判定される（図１２のステップＳＣ６）。
また、図１２のステップＳＣ２において、過電流が発生していないと判定された場合には、第１スイッチング素子Ｕ１をオフ状態にし、第２スイッチング素子Ｕ２をオン状態にする（図１２のステップＳＣ７）。過電流が検出されたか否かが判定され（図１２のステップＳＣ８）、過電流が発生した場合には、第２スイッチング素子Ｕ２がオフ状態にされ（図１２のステップＳＣ９）過電流が所定時間内か否かが判定される（図１２のステップＳＣ１０）。
【００８６】
過電流が所定時間未満であれば、他方のスイッチング素子である第１スイッチング素子Ｕ１の短絡破壊、または第１スイッチング素子Ｕ１を駆動する駆動部２１が不良であると判定される（図１２のステップＳＣ１１）。図１２のステップＳＣ１０において、過電流が所定時間以上であると判定された場合には、他相の他アームのスイッチング素子であるＶ相の第１スイッチング素子Ｖ１またはＷ相の第１スイッチング素子Ｗ１が短絡故障しているか、駆動させる駆動部２１が不良であると判定される（図１２のステップＳＣ１２）。
なお、図１２のステップＳＣ８において、過電流が検出されなかった場合には、インバータ回路３は正常であると判定される（図１２のステップＳＣ１３）。
【００８７】
以上説明してきたように、本実施形態に係るインバータ制御装置２、それを備えた空気調和装置１００、及び故障検出方法並びにプログラムによれば、第２所定期間が、所定値未満であれば、オン状態に制御した半導体モジュール５と同じ半導体モジュール５の他のスイッチング素子に不具合があると判定され、第２所定期間が所定値以上であれば、オン状態に制御した半導体モジュール５と異なる半導体モジュール５における他のアーム側のスイッチング素子に不具合があると判定される。
このように、本実施形態によれば、インバータ回路３を構成する半導体モジュールの第１半導体素子及び第２半導体素子を同時に第１所定期間オン状態、或いは一方を第２所定期間オン状態に切り替えた場合に検出されるインバータ回路３の電流値に基づいて、簡便にインバータ回路の不具合有無を検出できる。
【００８８】
また、本発明によれば、従来用いていた異常判定機器が不要となるので、異常判定機器の配備やメンテナンスが不要になり、異常判定機器の費用も不要となる。
また、本実施形態のように、スイッチング素子に与えるパルスは時間を指定しなくても、所望の過電流が検出された時点でスイッチング素子をオフにして、それまでにパルスがオンされた時間を遡って確認するので、パルスの時間制御をする必要がなく、簡便に検査できる。
また、本第３の実施形態の構成に示したように、インバータ回路３に圧縮機モータ４を接続したまま検査することができるので、圧縮機モータ４が未接続となっている検査の場合と比較して、圧縮機モータ４を取り外す作業が省略でき、不具合検出手順が簡便となる。
【００８９】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００９０】
２  インバータ制御装置（故障検出装置を含む）
３  インバータ回路
４  圧縮機モータ
５ｕ，５ｖ，５ｗ  半導体モジュール（素子対）
６  電流センサ
２１  駆動部
２２  電流検出部
２３  不具合判定部
２４  切替部
Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１  第１スイッチング素子
Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２  第２スイッチング素子
【図１】
0006396177.tif 000002
【図２】
0006396177.tif 000003
【図３】
0006396177.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006396177.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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