(57)【要約】【課題】  低コストで高精度にコイル温度を検出する。【解決手段】  シャント抵抗４の端子間電圧を入力として電流検出を行う電流検出回路５と、３相インバータ２の各相出力電圧を入力とし、かつ最高回転周波数よりも低い帯域のＲＣフィルタ６１、６２を含む相電圧検出回路６と、検出電流値、検出相電圧値を入力として所定の演算を行って３相モータ３のコイル抵抗を算出し、算出されたコイル抵抗と予め保持しているコイル抵抗の温度特性とに基づいてコイル温度を検出するコイル温度検出部８とを有している。【選択図】  図２
2005218275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを制御するインバータと、インバータが出力している相電圧を検出する相電圧検出手段と、相電流検出手段と、検出された相電圧および相電流からコイル温度を算出するコイル温度算出手段とを有することを特徴とするモータのコイル温度検出装置。
【請求項２】
前記相電圧検出手段は、最高回転周波数よりも低い帯域を有するフィルタを含んでいる請求項１に記載のコイル温度検出装置。
【請求項３】
前記相電圧検出手段は、検出電圧範囲が回転制御中に出力可能な電圧範囲よりも小さく選ばれているものである請求項１または請求項２に記載のコイル温度検出装置。
【請求項４】
モータの回転制御中以外の期間に直流電流を流すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含む請求項１から請求項３の何れかに記載のコイル温度検出装置。
【請求項５】
相電圧検出手段により相電圧を検出するときに、相電圧を検出する相の平均電圧が電圧の基準となる信号線の電位に近くなるようにＰＷＭデューティーを調節すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含む請求項１から請求項４の何れかに記載のコイル温度検出装置。
【請求項６】
コイル温度検出のために使用されるコイル温度用電流検出手段をさらに含む請求項１から請求項５の何れかに記載のコイル温度検出装置。
【請求項７】
前記コイル温度用電流検出手段は、１キャリア周期あたりの平均電流を検出するものである請求項６に記載のコイル温度検出装置。
【請求項８】
前記コイル温度用電流検出手段は、ＯＮ時間もしくは、ＯＦＦ時間の中央で電流検出を行うものである請求項６に記載のコイル温度検出装置。
【請求項９】
前記コイル温度算出手段は、検出された相電圧値、電流値からコイル抵抗値を求め、コイル抵抗の温度特性からコイル温度を算出するものである請求項１から請求項８の何れかに記載のコイル温度検出装置。
【請求項１０】
前記コイル温度算出手段は、電源線の抵抗値による補正をさらに行うものである請求項１から請求項９の何れかに記載のモータコイル温度検出装置。
【請求項１１】
インバータの出力電圧を制御するパルス振幅変調回路をさらに含む請求項１から請求項１０の何れかに記載のモータコイル温度検出装置。
【請求項１２】
前記モータのコイルは、圧縮機のケーシング内に収容された圧縮機駆動用モータのコイルである請求項１から請求項１１の何れかに記載のモータコイル温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータのコイル温度を検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータにおいては、コイルが発熱するため、モータ設置箇所などにおける冷却効果との釣り合いがとれた状態で温度が一定になる。しかし、何らかの原因によって冷却効果が低下し、または冷却効果が無くなると、コイル温度が上昇する。そして、コイル温度が高くなりすぎると、コイルが焼けてしまい、モータが動作しなくなってしまうことになる。
【０００３】
そこで、モータのコイル温度を検出し、コイル温度が予め設定された所定温度を超えた場合に、コイルへの通電を停止してモータを停止させることによって、コイル焼けを防止することができる。
【０００４】
そして、このようにコイル温度を検出するために、従来から、モータのケーシングの内部にサーミスタなどを挿入することなどが提案されている。
【０００５】
また、従来から、空気調和装置においては、モータにより駆動される圧縮機を有しているため、油が希釈して焼付きなどの原因になるというような不都合の発生を防止することが必要であり、このため、予熱運転をどこまで行うかの指標として圧縮機の内部温度を検出することが必要になる。
【０００６】
そして、この要求を実現するために、圧縮機の内部に熱電対などを挿入して内部温度を測定すると大幅なコストアップを招くので、圧縮機の吐出管温度を検出し、この温度から圧縮機の内部温度を推定することが提案され、実用に供されている。
【０００７】
また、駆動力を発生しない程度に圧縮機駆動用モータに通電し、通電状態におけるモータのコイル抵抗を検出し、コイル抵抗の温度特性からコイル温度を検出することも提案されている（特許文献１参照）。
具体的には、図１に示すように、交流出力を圧縮機駆動モータに供給するインバータの直流部の端子間に分圧抵抗を接続するとともに、分圧抵抗の一方と並列にコンデンサを接続して直流電圧検出回路を構成し、インバータの直流部の一方の端子に直列にシャント抵抗を接続し、シャント抵抗の端子間電圧からモータ電流を検出する電流検出回路を設けている。
【特許文献１】特開２０００−２４３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
モータのケーシングの内部にサーミスタなどを挿入する構成を採用した場合には、コストアップを招いてしまうという不都合がある。
【０００９】
また、圧縮機の吐出管温度から圧縮機の内部温度を推定する方法を採用した場合には、停止時の予熱運転時などには温度推定誤差が大きくなってしまうという不都合がある。
【００１０】
この不都合を解消するために、サーミスタを設けて直接に圧縮機の胴体温度を測定することが考えられるが、この場合には、コストアップを招いてしまうことになる。
【００１１】
モータにより駆動される他の装置においても同様の不都合がある。
【００１２】
特許文献１の方法を採用した場合には、モータに対する通電を制御する通電制御部に含まれるトランジスタ、ダイオードなどの温度特性の影響を受けて検出精度が低下することになってしまう。また、通常の運転状態とコイル温度検出時とではモータ電圧が大幅に異なるため、コイル温度検出時におけるモータ電圧測定が大きなばらつきを有することになり、ひいては検出精度が低下してしまうことになってしまう。さらに、コイル温度検出時に、通電制御部におけるスイッチングに起因する騒音が発生してしまう。
【００１３】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで高精度にコイル温度を検出することができるモータのコイル温度検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明のモータのコイル温度検出装置は、モータを制御するインバータと、インバータが出力している相電圧を検出する相電圧検出手段と、相電流検出手段と、検出された相電圧および相電流からコイル温度を算出するコイル温度算出手段とを有するものである。
ここで、前記相電圧検出手段としては、最高回転周波数よりも低い帯域を有するフィルタを含んでいるもの、または検出電圧範囲が回転制御中に出力可能な電圧範囲よりも小さく選ばれているものであることが好ましい。
【００１５】
また、モータの回転制御中以外の期間に直流電流を流すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含むことが好ましく、また、相電圧検出手段により相電圧を検出するときに、相電圧を検出する相の平均電圧が電圧の基準となる信号線の電位に近くなるようにＰＷＭデューティーを調節すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含むことが好ましい。
【００１６】
さらに、コイル温度検出のために使用されるコイル温度用電流検出手段をさらに含むことが好ましく、この前記コイル温度用電流検出手段としては、１キャリア周期あたりの平均電流を検出するもの、またはＯＮ時間もしくは、ＯＦＦ時間の中央で電流検出を行うものであることが好ましい。
【００１７】
さらにまた、前記コイル温度算出手段としては、検出された相電圧値、電流値からコイル抵抗値を求め、コイル抵抗の温度特性からコイル温度を算出するものであることが好ましく、電源線の抵抗値による補正をさらに行うものであることがさらに好ましい。
【００１８】
また、インバータの出力電圧を制御するパルス振幅変調回路をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
さらには、前記モータのコイルとしては、圧縮機のケーシング内に収容された圧縮機駆動用モータのコイルであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のモータのコイル温度検出装置は、熱電対などを用いることなく、インバータが出力している相電圧および相電流を検出してコイル温度を検出できるという特有の効果を奏する。
【００２１】
前記相電圧検出手段として最高回転周波数よりも低い帯域を有するフィルタを含んでいるものを採用する場合には、ノイズの影響を排除して、モータ相電圧の検出精度を高めることができる。
【００２２】
前記相電圧検出手段として、検出電圧範囲が回転制御中に出力可能な電圧範囲よりも小さく選ばれているものを採用する場合には、分解能を高めることができ、モータ相電圧の検出精度を高めることができる。
【００２３】
モータの回転制御中以外の期間に直流電流を流すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含む場合には、モータを回転させることなくコイル温度を検出することができる。
【００２４】
相電圧検出手段により相電圧を検出するときに、相電圧を検出する相の平均電圧が電圧の基準となる信号線の電位に近くなるようにＰＷＭデューティーを調節すべくインバータを制御するインバータ制御手段をさらに含む場合には、検出電圧を小さくすることができる。
【００２５】
コイル温度検出のために使用されるコイル温度用電流検出手段をさらに含む場合には、電流検出の分解能を高めることができ、電流の検出精度を高めることができる。
前記コイル温度用電流検出手段として、１キャリア周期あたりの平均電流を検出するものを採用する場合には、電流検出のばらつきを解消することができる。
前記コイル温度用電流検出手段として、ＯＮ時間もしくは、ＯＦＦ時間の中央で電流検出を行うものを採用する場合には、平均電流を検出しない状態においても電流検出のばらつきを解消することができる。
【００２６】
前記コイル温度算出手段として、検出された相電圧値、電流値からコイル抵抗値を求め、コイル抵抗の温度特性からコイル温度を算出するものを採用する場合には、簡単な演算でコイル温度を算出することができる。
【００２７】
前記コイル温度算出手段として、電源線の抵抗値による補正をさらに行うものを採用する場合には、コイル抵抗の算出精度を一層高めることができ、コイル温度の検出精度を一層高めることができる。
【００２８】
インバータの出力電圧を制御するパルス振幅変調回路をさらに含む場合には、インバータのトランジスタをスイッチングすることなくインバータの出力電圧を制御することができ、スイッチングに起因するチョッピング音の発生を防止することができる。
【００２９】
前記モータのコイルとして、圧縮機のケーシング内に収容された圧縮機駆動用モータのコイルを採用する場合には、コイル温度から直接的に圧縮機の内部温度を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図２はこの発明のモータのコイル温度検出装置の一実施形態を示す電気回路図である。
【００３１】
この装置は、直流電源１を入力とする３相インバータ２と、３相インバータ２の３相出力が供給される３相モータ３と、直流電源１と３相インバータ２との間に接続されたシャント抵抗４と、シャント抵抗４の端子間電圧を入力として電流検出を行う電流検出回路５と、３相インバータ２の各相出力電圧を入力とし、かつ最高回転周波数よりも低い帯域のフィルタ（例えば、ＲＣフィルタ６１、６２）を含む相電圧検出回路６と、電流検出回路５から出力される検出電流値（アナログ値）、および相電圧検出回路６から出力される検出相電圧値（アナログ値）を入力としてアナログ／デジタル変換処理を行い、検出電流値（デジタル値）、検出相電圧値（デジタル値）を出力するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７から出力されるデジタル値を入力として所定の演算を行って３相モータ３のコイル抵抗を算出し、算出されたコイル抵抗と予め保持しているコイル抵抗の温度特性とに基づいてコイル温度を検出するコイル温度検出部８とを有している。
【００３２】
前記３相インバータ２は、直流電源１の＋側端子と−側端子との間に、互いに直列接続された３対のトランジスタを有しているとともに、各トランジスタと逆極性となるよう並列接続された還流ダイオードを有し、各対のトランジスタどうしの接続点を３相インバータ２の出力端子としている。そして、＋側端子に接続されたトランジスタを上アームのトランジスタと、−側端子に接続されたトランジスタを下アームのトランジスタと、それぞれ称する。
【００３３】
前記３相モータ３は、圧縮機９のケーシングの内部に収容され、圧縮機の駆動源として作用する。
【００３４】
なお、図２には、圧縮機９を駆動すべく３相モータ３を制御するために３相インバータ２を制御するインバータ制御部は従来公知であり、図示を省略している。
【００３５】
上記の構成のモータのコイル温度検出装置の作用は次のとおりである。
【００３６】
３相モータ３が回転しない程度のデューティーを設定して３相インバータ２のトランジスタをスイッチングさせる。この場合には、低いデューティーの矩形電圧波形が３相インバータの出力端子から出力される。そして、この矩形電圧波形が相電圧検出回路６に供給されれば、最高回転周波数よりも低い帯域のフィルタ処理が施されることにより平均化された直流電圧波形が得られる。
【００３７】
また、シャント抵抗４の端子間電圧を入力として電流検出回路５によりモータ電流が得られる。
【００３８】
そして、得られた直流電圧、およびモータ電流をＡ／Ｄ変換器７によりデジタル値に変換してコイル温度検出部８に供給する。
【００３９】
コイル温度検出部８においては、例えば、直流電圧をモータ電流で除算することにより３相モータ３のコイル抵抗を算出し、算出されたコイル抵抗とコイル抵抗の温度特性とを用いてコイル温度を検出する。
【００４０】
この場合には、相電圧検出回路６の電圧検出範囲を最大電圧出力時（圧縮機運転中）の電圧範囲よりも小さく設定できるので、分解能を高めることができ、ひいてはコイル温度の検出精度を高めることができる。
【００４１】
ただし、ａ、ｂをキャリブレーションによって決まる定数、Ｒを測定された（算出された）コイル抵抗値とした場合に、Ｔ＝ａ×Ｒ＋ｂの演算を行ってコイル温度を算出することもできる。この場合において、キャリブレーション時の温度をｔ0、キャリブレーション時の測定された抵抗値をＲt0、機種毎に異なる温度係数をα、電源線の抵抗値（カタログ値、測定値などであってもよい）をβとした場合に、
ａ＝｛１／（Ｒt0−β）｝｛（１／α）＋（ｔ0−２０）｝
ｂ＝ｔ0−ａ×Ｒt0
とすることが好ましく、電源線の抵抗値の影響を排除してコイル温度の検出精度を一層高めることができる。
【００４２】
以上の説明においては、３相インバータの各相のトランジスタのスイッチングを特には説明していない。ただし、図３に示すように、電圧ベクトルτ0、τ4、τ6、τ7を選択することによって、３相モータ３に直流電圧を印加し、モータ電流を流すことができる。
【００４３】
この場合において、τ0の時間を長く、τ7の時間を短くすることが好ましく、検出電圧を小さくすることができる（換言すれば、相電圧を検出する相の平均電圧が電圧の基準となる信号線の電位に近くなるようにＰＷＭデューティーを調節することができる）。
【００４４】
さらに、例えば、図３に示す電圧ベクトルτ0、τ4、τ6、τ7のうち、τ0の時間とτ7の時間とを互いに等しくし、同じスイッチングパターンを繰り返すことによって３相モータ３に直流電流を流すことができ、３相モータ３を回転させることなく、コイル温度を検出することが可能になる。
【００４５】
また、シャント抵抗４の端子間電圧（シャント抵抗４の電圧降下）により電流を検出し、検出電流を図示しない平均化処理回路に供給して平均化することが好ましく、直流電圧のＯＮ期間、ＯＦＦ期間における電流変動に拘らず、検出電流のばらつきを排除することができる。
【００４６】
さらに、直流電圧のＯＮ期間、ＯＦＦ期間における電流変動が図４に示すようにもたらされるのであるから、ＯＮ時間もしくはＯＦＦ時間の中央（ＯＮ時間もしくはＯＦＦ時間の１／２のタイミング）で電流検出を行うことが好ましく、平均電流を検出しない場合であっても、検出電流のばらつきを排除することができる。
【００４７】
以上には、運転期間中にも使用される電流検出回路５を用いて電流検出を行うようにしている。しかし、コイル温度検出動作時にのみ動作する電流検出回路を別途設けることが好ましく、電流検出の分解能を高めることができる。
【００４８】
さらに、図５に示すように、パルス振幅変調（ＰＡＭ）回路を用いることが好ましい。具体的には、交流電源１１を入力とする全波整流回路１２の一方の出力端子と３相インバータ２の対応する入力端子との間にリアクトル１３および順接続のダイオード１４を互いに直列接続し、３相インバータ２の入力端子間にコンデンサ１５を接続し、リアクトル１３およびダイオード１４の接続点と全波整流回路１２の他方の出力端子との間にトランジスタ１６を接続している。
【００４９】
この構成を採用した場合には、３相インバータ２のトランジスタをスイッチングする必要がなくなるので、チョッピング音をなくすることができる。
【００５０】
また、前記３相インバータ２のトランジスタをマイコンなどを用いてＯＮ／ＯＦＦ制御するに当たって、キャリア信号を用いることが一般的である。この場合において、キャリア信号の周波数（キャリア周波数）に対する騒音測定値の関係を考慮して、騒音を低減する観点から見れば、キャリア周波数を上げることが好ましい。具体的には、キャリア周波数を１０００Ｈｚ以上に設定することが好ましい。
【００５１】
しかし、キャリア周波数を上げていくと、スイッチングのＯＮ時間が必然的に短くなるので、シャント抵抗を用いて電流検出を行う場合には、ＯＮ時間を所定時間以上にしなければならないことを考慮すれば、キャリア周波数には上限がある。換言すれば、キャリア周波数を上げることによる騒音低減には限界がある。
【００５２】
このような点を考慮すれば、ＤＣＣＴを用いて電流検出を行うことが好ましく、上述の制約を排除してキャリア周波数を上げることができ、ひいては騒音を十分に低減することができる。
【００５３】
以上のようにして圧縮機駆動モータのコイル温度が検出されれば、コイル焼け、異常加熱などの故障検知に使用することができる。また、コイル温度から直接に圧縮機内部温度を検出することができる。
【００５４】
以上の実施形態では、モータとして圧縮機駆動モータを例にとって説明したが、圧縮機駆動モータに限定されず、種々のモータに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来装置の構成を示す電気回路図である。
【図２】この発明のモータのコイル温度検出装置の一実施形態を示す電気回路図である。
【図３】３相インバータの各相のトランジスタのスイッチングの一例を示す図である。
【図４】直流電圧のＯＮ期間、ＯＦＦ期間における電流変動の一例を示す図である。
【図５】この発明のモータのコイル温度検出装置の他の実施形態の要部を示す電気回路図である。
【符号の説明】
【００５６】
２  ３相インバータ
３  ３相モータ
４  シャント抵抗
５  電流検出回路
６  相電圧検出回路
８  コイル温度検出部
１３  リアクトル
１４  ダイオード
１５  コンデンサ
１６  トランジスタ
【図１】
2005218275.tif 000003
【図２】
2005218275.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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