(57)【要約】【課題】従来では電動機やインバータ及び電流検出抵抗が異なる場合には基板毎に過電流検出手段の回路定数を設定する必要があり、基板の種類が増えて共用化ができないという問題が生じていた。また、近年では電動機、例えばＤＣブラシレスモータの磁石を安価な材料に変更したことで電動機（ＤＣブラシレスモータ）の磁石が減磁する電流レベルが大きく低下するため、その都度、電動機に合わせて過電流設定値を変更していた。【解決手段】制御手段が設定する過電流設定値となるように過電流検出レベル作成手段の出力である比較手段の基準信号を可変できる機能を備え、過電流検出手段からの入力信号に合わせて過電流検出レベル作成手段の基準信号を調整し、自由に過電流レベルを設定できる手段を有するものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に電力変換するコンバータと、
生成された直流を交流に変換して電動機の運転周波数を可変して駆動するインバータと、
前記コンバータ又はインバータを流れる過電流を検出する過電流検出手段と、
前記コンバータ又はインバータを制御する制御手段と、
前記制御手段で設定された過電流設定値に関する情報を入力とし、それまで保持していた過電流設定値を更新する過電流検出レベル作成手段と、
前記過電流検出手段の出力である入力信号と前記制御手段が設定した過電流設定値に変換された前記過電流検出レベル作成手段の出力である基準信号とを比較する比較手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記入力信号が前記基準信号と比較して所定の条件を満たすこととなった場合に、前記コンバータ又は前記インバータを停止するための信号を前記制御手段に送信することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御手段は、予め前記電動機の電流や温度に応じて設定された過電流設定値を運転状況により可変することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記基準信号を前記制御手段にフィードバック入力することを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記インバータ装置外部のサイクル制御基板から、新たな過電流設定値を前記制御手段に送信することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置及び冷凍装置に用いられるインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機の制御装置を備える空気調和機においては、ＩＰＭ（インテリジェント・パワー・モジュール）や該ＩＰＭを駆動するドライバ回路を用いてインバータを構成し、電動機を駆動している。インバータの過電流設定値は該ＩＰＭの定格１００％又は定格の１３０〜１５０％に設定されることが多いが電動機（例えばＤＣブラシレスモータ）の磁石が減磁しない電流以下に設定する必要がある。過電流設定値は従来、過電流検出レベル作成手段が分圧抵抗によって固定値として比較器に入力されることから、該ＩＰＭや電動機，電流検出抵抗が異なる毎に過電流検出レベル作成手段の回路定数を設定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−５９２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１に記載の装置から過電流検出レベル作成手段は抵抗又はサーミスタで構成される基準信号と、電流検出手段からの入力信号を比較して基準信号を超えた場合に過電流が検出されたと判断することが知られている。よって従来では電動機やインバータ及び電流検出抵抗が異なる場合には基板毎に回路定数を設定する必要があり、基板の種類が増えて共用化ができないという問題が生じていた。また、近年では電動機（ＤＣブラシレスモータ）の磁石を安価な材料に変更した場合に、磁石が減磁する電流レベルが大きく低下するため、その都度、電動機に合わせて過電流設定値を変更しなければならない。
【０００５】
本発明の目的は、インバータ装置、すなわちインバータ基板の種類を低減し、共用化を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、交流を直流に電力変換するコンバータと、生成された直流を交流に変換して電動機の運転周波数を可変して駆動するインバータと、前記コンバータ又はインバータを流れる過電流を検出する過電流検出手段と、前記コンバータ又はインバータを制御する制御手段と、前記制御手段から出力された過電流設定値を変換する過電流検出レベル作成手段と、過電流検出手段の出力と過電流検出レベル作成手段の出力を比較する比較手段を有するインバータ装置において、前記制御手段が設定する過電流設定値となるように前記比較手段の基準信号である過電流検出レベル作成手段の出力を可変できる機能を備え、過電流検出手段からの入力信号と比較して設定された過電流レベルになるように基準信号を調整し、自由に過電流レベルを設定できる手段を有するものである。
【０００７】
また、上記に記載のものにおいて、前記制御手段は比較手段の基準信号である過電流検出レベル作成手段の出力を検知し、要求される基準信号となるよう調整することが望ましい。
【０００８】
また、サイクル制御基板にて予め電動機及びインバータや電流検出抵抗，電流や温度に応じて過電流設定値を設定しておき、過電流設定値のみを前記制御回路に送信することにより、前記制御手段は過電流設定値を考慮する必要が無いことが望ましい。
【０００９】
また、上記目的は、
交流を直流に電力変換するコンバータと、
生成された直流を交流に変換して電動機の運転周波数を可変して駆動するインバータと、
前記コンバータ又はインバータを流れる過電流を検出する過電流検出手段と、
前記コンバータ又はインバータを制御する制御手段と、
前記制御手段で設定された過電流設定値に関する情報を入力とし、それまで保持していた過電流設定値を更新する過電流検出レベル作成手段と、
前記過電流検出手段の出力である入力信号と前記制御手段が設定した過電流設定値に変換された前記過電流検出レベル作成手段の出力である基準信号とを比較する比較手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記入力信号が前記基準信号と比較して所定の条件を満たすこととなった場合に、前記コンバータ又は前記インバータを停止するための信号を前記制御手段に送信することによって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、インバータ装置、すなわちインバータ基板を共用化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の空気調和機の冷凍サイクル図。
【図２】実施例を説明するインバータ装置のブロック図。
【図３】本発明の実施例を説明する過電流検出回路のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施例を図１〜図３により説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明によるインバータ装置の実施例を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、一実施の形態による冷凍装置の冷凍サイクル系統図であり、圧縮機１０１，室外四方弁１１２，室内熱交換器１０２，室内膨張弁１０４，室外熱交換器１０５，アキュームレータ１０７を順次連結して冷媒を循環させ冷凍サイクルを形成している。そして、室内を冷房する場合、圧縮機１０１で圧縮された冷媒は室外熱交換器１０５で凝縮して液化した後、室内膨張弁１０４で減圧し、室内熱交換器１０２で蒸発して圧縮機１０１に戻る。室内送風機１０３は室内機１０９の熱交換を促進し、室外送風機１０６は室外機１０８の熱交換を促進する。
【００１５】
圧縮機１０１は、冷凍サイクルに必要とされる能力に関連して運転周波数を可変制御される電動機１１１により駆動され、運転周波数はインバータ装置２１０により制御される。
【００１６】
冷凍サイクルは、圧縮機１０１の回転数以外に冷媒流量を調整する室内膨張弁１０４、あるいは室外膨張弁（図示せず）の開度、室内送風機１０３及び室外送風機１０６の回転数、冷房／暖房の運転モードを切り換える室外四方弁１１２などが制御され、そのための情報として運転モード，温度設定などを行うリモコンによる操作指令信号，各部の温度（圧縮機の吐出ガス温度，外気温度，熱交換器温度，蒸発温度，吸込温度，吹出温度，凍結温度，ガス管温度など）及び圧力（圧縮機の吸入圧力，吐出圧力など）を検出した信号などが図２に示すサイクル制御基板２５０へ入力される。
【００１７】
また、インターフェイス用コネクタ２４０を介してサイクル制御基板２５０から出力されたインバータ要求周波数が入力されると共に、インバータ装置２１０からサイクル制御基板２５０へ運転周波数及び電動機運転電流を出力する。
【００１８】
サイクル制御基板２５０へ入力される検出信号及び指令信号は、インターフェイス用コネクタ２４０を介してマイクロコンピュータ（マイコン）２３１へ入力されることにより、冷凍サイクル制御をインバータ装置２１０にて行い、各種制御機構（室外膨張弁，室外送風機１０６，冷房／暖房の運転モードを切り換える室外四方弁１１２）を制御する。
【００１９】
図２は、インバータ装置２１０のブロック図を示す。インバータ装置２１０は、能動素子を用いて単相交流電源２５１からの交流電圧を直流にするアクティブコンバータ２２５と、生成された直流を交流に変換して電動機１１１を駆動するインバータ２２１と、アクティブコンバータ２２５に流れる電源電流を検出するシャント抵抗２２８を有する電源電流検出回路２３６と、インバータ２２１に流れる直流電流を検出するシャント抵抗２２４を有する直流電流検出回路２３３と、アクティブコンバータ２２５にて生成された直流電圧を検出する直流電圧検出回路２３８と、アクティブコンバータ２２５とインバータ２２１を制御するマイコン２３１と、インバータパワー半導体をスイッチング動作させるインバータ用ドライバ回路２３２と、アクティブコンバータパワー半導体をスイッチング動作させるアクティブコンバータ用ドライバ回路２３５と、アクティブコンバータ２２５に流れる過大な電源電流を検出する過電流検出回路２３７と、サイクル制御基板２５０との通信をする通信回路２３９と、マイコン２３１及びインバータ用電流検出回路２３３，アクティブコンバータ用電流検出回路２３６，インバータ用ドライバ回路２３２，アクティブコンバータ用ドライバ回路２３５，アクティブコンバータ用過電流検出回路２３６，通信回路２３９とに制御電源を供給する電源回路２３４とが実装されたインバータ制御基板２３０とから構成される。
【００２０】
アクティブコンバータ２２５で生成された直流の一部は、電源回路２３４で高電圧から５Ｖまたは１５Ｖ等の制御電源に調整されて、マイコン２３１，インバータ用ドライバ回路２３２，インバータ用電流検出回路２３３，電圧検出回路２３８，アクティブコンバータ用ドライバ回路２３５，アクティブコンバータ用電流検出回路２３６，アクティブコンバータ用過電流検出回路２３７，通信回路２３９に供給される。
【００２１】
アクティブコンバータ２２５は、複数の整流素子２２９がブリッジ結線された回路と、スイッチング素子２２６とファーストリカバリーダイオード２２７を設けた昇圧チョッパ回路で構成され、電源力率を改善し高調波を抑制する機能を有する。直流／交流変換器であるインバータ２２１は、スイッチング素子２２２が三相ブリッジ結線された電力変換手段である。
【００２２】
単相交流電源２５１からの交流電圧はアクティブコンバータ２２５にて直流にされ、直流／交流変換器であるインバータ２２１がマイコン２３１で交流周波数として制御され、電動機１１１が駆動される。
【００２３】
アクティブコンバータ２２５において、交流電圧は、複数の整流素子２２９にて整流され、圧縮機１０１に内蔵された電動機１１１を運転または停止する電磁接触器２５３，力率改善用リアクトル２５２，スイッチング素子２２６，ファーストリカバリー素子２２７を介し、平滑コンデンサ２７０に至る。
【００２４】
また、電源投入時などに閉路する電磁接触器２５３が平滑コンデンサ２７０に流れる過大な突入電流で溶着しないよう電磁接触器２５３と並列に突入電流制限抵抗器２５４を設ける。インバータ２２１においては、スイッチング素子２２２がスイッチング時に発生する逆起電力を回生するためにスイッチング素子２２２と併設してフライホイール素子２２３が設けられる。
【００２５】
電動機１１１に供給される電流は、インバータ用シャント抵抗２２４にてインバータパワー半導体に流れる直流電流を検出し、電流検出回路２３３にて電流を増幅してマイクロコンピュータ２３１に取り込まれ、マイクロコンピュータ２３１にて電動機に出力している正弦波交流電流を再現して監視される。
【００２６】
また、単相交流電源２５１から入力される電流は、アクティブコンバータ用シャント抵抗２２８にて直流電流を検出し、アクティブコンバータ用電流検出回路２３６によって検出された電流はマイクロコンピュータ２３１に取り込まれ、マイクロコンピュータ２３１にて監視される。更に、単相交流電源２５１から入力される電流は、アクティブコンバータ用シャント抵抗２２８にて直流電流として検出され、アクティブコンバータ用過電流検出回路２３７にて過電流の判定が行われ、マイコン２３１にて監視される。
【００２７】
マイコン２３１とスイッチング素子２２２との間にはマイコン２３１からの微弱な信号にてスイッチング素子２２１を駆動できるレベルまで増幅するインバータ用ドライバ回路２３２が設けられる。さらに、マイコン２３１とアクティブ用スイッチング素子２２６との間にはマイコン２３１からの微弱な信号にてスイッチング素子２２６を駆動できるレベルまで増幅するアクティブコンバータ用ドライバ回路２３５が設けられる。
【００２８】
通信回路２３９はサイクル制御基板２５０からの信号が入力されるインターフェイス用コネクタ２４０と、入力された信号をマイコン２３１へ光信号により伝達するフォトカプラ２４１とから構成され、電気的隔離が得られた状態で送受信する。
【００２９】
インバータ２２１、つまりＩＰＭ（インテリジェント・パワー・モジュール）は入力された直流を交流に変換し、電動機の運転周波数を可変速で駆動する。またインバータ装置２１０は過電流に対する保護機能と制御電源電圧の低下に対して、インバータ２２１を停止するという保護機能を備えている。各保護機能が作動した時には異常信号をマイコンへ出力し、インバータ２２１を停止させる。インバータはドライバ回路２３２によって制御されているが、ドライバ回路２３２からインバータ２２１へのパルス信号を停止することでインバータ２２１は停止する。
【００３０】
電流検出回路２３６はアクティブコンバータ用シャント抵抗２２８に流れる直流電流を検出し、その電流値は常にマイコンに入力されている。
【００３１】
過電流検出回路２３７はアクティブコンバータ用シャント抵抗２２８とインバータ２２１の保護電流と電動機１１１の減磁電流から算出した過電流設定値になるよう分圧抵抗にて基準信号を生成し、比較手段に入力する。アクティブコンバータ用シャント抵抗２２８に流れた電流によって発生した入力信号が基準信号に達した場合に、過電流が流れたと判断し、マイコン２３１へ過電流信号を送信する。過電流信号が送信されるとマイコンは過電流保護機能を作動させインバータ２２１を停止させる。
【００３２】
上記のように、アクティブコンバータ２２５に流れる電流を監視して過電流が流れていないかを見ているが、同様にインバータ２２１に流れる電流を監視し過電流が流れていないかを見ることもできる。つまり、シャント抵抗２２４に流れる電流を監視し、過電流が流れていないかを確認することも可能である。シャント抵抗２２４に流れる電流を監視し、シャント抵抗２２４に設定値以上の電流値が流れた場合に、過電流が流れたとすることも可能である。
【００３３】
あるいは、電流検出回路２３６又は過電流検出回路２３７をアクティブコンバータ２２５又はインバータ２２１が内蔵しており、過電流検出を行う構成にすることも可能である。このような構成においては、過電流を検出した場合には、過電流信号をマイコン２３１に送信し、マイコン２３１は保護機能を作動させインバータ２２１を停止させる。
【００３４】
そしてインバータ装置２１０が停止したという過電流信号をマイコン２３１へ送信し、マイコン２３１は過電流信号を受信したという信号をサイクル制御基板２５０に送信する。サイクル制御基板２５０はインバータ装置２１０が故障しているのかどうかの判断をするため何度かリトライを試みて、所定の回数のリトライを試みても保護機能が作動するようであれば故障であると判断される。
【００３５】
図３は、過電流検出回路２３７のブロック図を示す。アクティブコンバータ２２５又はインバータ２２１を流れる過電流を検出する過電流検出手段３０１は電流検出抵抗や電流センサ等があり、電流を電圧に変換するものをいう。入力信号が微小の場合には増幅回路にて増幅して比較手段３０３に入力する。過電流設定値は上位であるサイクル制御基板２５０が電動機１１１やインバータ２２１の容量から算出して伝送にてインバータ基板のマイコン２３１である制御手段３０４に送信する場合と、インバータ基板の制御手段３０４が電動機１１１やインバータ２２１の容量から算出し、設定する場合がある。
【００３６】
前者のようにインバータ装置２１０の外部のサイクル制御基板２５０から、新たな過電流設定値を制御手段３０４に送信する方がサイクル制御基板２５０により過電流設定値が変更できることから自由度が高く、制御手段３０４内の制御ソフトを簡素化することができる。
【００３７】
制御手段３０４は過電流設定値に相当する信号を過電流検出レベル作成手段３０２に入力する。入力された信号は過電流検出レベル作成手段３０２により比較手段３０３の基準信号となるように変換される。例えば制御手段３０４からＰＷＭ信号を過電流検出レベル作成手段３０２に入力し、過電流検出レベル作成手段３０２にて平滑することにより一定の電圧を比較手段３０３に基準信号として入力することが可能となり、ＰＷＭ信号のDutyを変化させることで自由に基準信号のレベルを調整できる。制御手段３０４は、予め電動機１１１の電流や温度に応じて設定された過電流設定値を運転状況により可変、つまり変更，更新することができる。過電流設定値では、インバータ装置を停止する値である。
【００３８】
また、誤差を補正するために、基準信号をＦ／Ｂ信号として制御手段３０４にフィードバック入力する。
【００３９】
前述した特許文献１ではサーミスタにより電動機の温度を検出し、その抵抗値から基準信号を生成しているので電動機が変更となり減磁電流が異なればその都度、抵抗値を再設定せねばならない。
【００４０】
一方、本実施例のような構成によれば、基準信号のレベルを自由に調整できることで温度ではなく電流設定値にて精度良く過電流保護を制御できることになり、過電流検出回路及び基板の共用化を実現することができる。また、制御手段３０４は過電流検出レベル作成手段３０２の出力を検知し、要求される基準信号となるように補正することでより精度の良い過電流検出が可能となる。
【００４１】
このように、空気調和機，冷凍機などの冷凍装置に用いられるインバータ装置２１０において、過電流検出レベル作成手段３０２の出力を自由に可変することができることにより、電動機（ＤＣブラシレスモータ）の磁石の減磁電流低下や電流検出抵抗の変更する毎に設定していた基板の種類を低減し、共用することができる。
【００４２】
過電流設定値が高いインバータで小型の電動機を駆動する場合には、過電流発生時に電動機（ＤＣブラシレスモータ）の磁石が減磁することから使用が困難であったが、本実施例を適用することにより簡易で自由に過電流設定値を可変することができるので、過電流設定値を低く設定することができ、延いては斯様な小型電動機であっても使用することが可能となり、汎用性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１  圧縮機
１０２  室内熱交換器
１０３  室内送風機
１０４  室内膨張弁
１０５  室外熱交換器
１０６  室外送風機
１０７  アキュームレータ
１０８  室外機
１０９  室内機
１１０  空気調和機
１１１  圧縮機用電動機
２１０  インバータ装置
２２０  パワー素子搭載基板
２２１  インバータ
２２２  インバータ用スイッチング素子
２２３  フライホイール素子
２２４  インバータ用シャント抵抗
２２５  アクティブコンバータ
２２６  アクティブコンバータ用スイッチング素子
２２７  ファーストリカバリーダイオード
２２８  アクティブコンバータ用シャント抵抗
２２９  整流素子
２３０  インバータ制御基板
２３１  マイクロコンピュータ（マイコン）
２３２  インバータ用ドライバ回路
２３３  インバータ用電流検出回路
２３４  電源回路
２３５  アクティブコンバータ用ドライバ回路
２３６  アクティブコンバータ用電流検出回路
２３７  アクティブ用過電流検出回路
２３８  電圧検出回路
２３９  通信回路
２４０  インターフェイス用コネクタ
２４１  フォトカプラ
２５０，２５５  サイクル制御基板
２５１  単相交流電源
２５２  リアクトル
２５３  電磁接触器
２５４  電流制限抵抗器
２６０  電源入力端子台
２６１  電動機出力端子台
２６２  ケース
２６３  ケースフタ
２６４  リードピン
２６５  放熱フィン
３０１  過電流検出手段
３０２  過電流検出レベル作成手段
３０３  比較手段
３０４  制御手段
【図１】
2012070531.tif 000003
【図２】
2012070531.tif 000004
【図３】
2012070531.tif 000005