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公開番号2020145904
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2019042873
出願日20190308
発明の名称減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラム
出願人三菱重工サーマルシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02H 7/085 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】モータのΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に測定することのできる減磁保護回路を提供する。
【解決手段】減磁保護回路は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出する電流検出部、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出する電流検出部、
を備える減磁保護回路。
続きを表示(約 560 文字)【請求項2】
前記複数の巻線どうしの接続を切り替えることによって、前記Δ結線とY結線とを切り替える切替スイッチ、
を備え、
前記電流検出部は、
前記切替スイッチと前記複数の巻線のうちの少なくとも1つとの間に流れる電流を直接検出する、
請求項1に記載の減磁保護回路。
【請求項3】
前記電流検出部が検出した電流の値に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制限するか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制御する制御部と、
を備える請求項1または請求項2に記載の減磁保護回路。
【請求項4】
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の減磁保護回路と、
Δ結線が可能な巻線を有するモータと、
を備えるモータシステム。
【請求項5】
モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出すること、
を含む保護方法。
【請求項6】
減磁保護回路のコンピュータに、
モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出すること、
を実行させるプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラムに関する。
続きを表示(約 9,200 文字)【背景技術】
【0002】
Δ結線された巻線を有するモータをインバータから出力される三相交流電力を用いて動作させる場合、インバータに流れる電流から巻線に流れる電流を予測して過電流が流れていると判定した場合に減磁保護を行う減磁保護回路を設ける場合がある。
特許文献1には、関連する技術として、インバータから電源側に戻るリターン電流に基づいてモータの巻線に過電流が流れるか否かを判定し過電流が流れたと判定した場合に減磁保護を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2008−228513号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、インバータに流れる電流は、Δ結線された巻線の1つに流れる電流と異なる。また、モータのΔ結線された巻線には、還流電流が流れる可能性がある。そのため、特許文献1に記載の技術を用いて、インバータに流れる電流からモータのΔ結線された巻線に流れる電流を予測する場合、モータのΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に予測できない可能性がある。そして、モータのΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に予測できない場合、減磁保護を適切に実行できない可能性がある。
そのため、モータのΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に測定することのできる技術が求められている。
【0005】
本発明は、上記の課題を解決することのできる減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラム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】
【0006】
本発明の第1の態様によれば、減磁保護回路は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出する電流検出部、を備える。
【0007】
本発明の第2の態様によれば、第1の態様における減磁保護回路は、前記複数の巻線どうしの接続を切り替えることによって、前記Δ結線とY結線とを切り替える切替スイッチ、を備え、前記電流検出部は、前記切替スイッチと前記複数の巻線のうちの少なくとも1つとの間に流れる電流を直接検出するものであってもよい。
【0008】
本発明の第3の態様によれば、第1の態様または第2の態様における減磁保護回路は、前記電流検出部が検出した電流の値に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制限するか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記モータに供給する電流の大きさを制御する制御部と、を備えるものであってもよい。
【0009】
本発明の第4の態様によれば、モータシステムは、第1の態様から第3の態様の何れか一における減磁保護回路と、Δ結線が可能な巻線を有するモータと、を備える。
【0010】
本発明の第5の態様によれば、保護方法は、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出すること、を含む。
【0011】
本発明の第6の態様によれば、プログラムは、減磁保護回路のコンピュータに、モータにおいてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出すること、を実行させる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施形態による減磁保護回路、モータシステム、保護方法及びプログラムによれば、モータのΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本発明の第1実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態によるインバータの構成の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態によるモータの構成の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態による電流検出部の構成の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態による制御部の構成の一例を示す図である。
本発明の第1実施形態によるモータシステムの処理フローを示す図である。
本発明の第2実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態によるモータの構成の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態による電流検出部の構成の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態による制御部の構成の一例を示す図である。
本発明の第2実施形態によるモータシステムの処理フローを示す図である。
少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の第1実施形態によるモータシステム1の構成について説明する。
モータシステム1は、例えば、空気調和機の圧縮機において使用されるモータシステムである。モータシステム1は、図1に示すように、インバータ10、モータ20、圧縮機30、電流検出部40(減磁保護回路の一例)、制御部50(減磁保護回路の一例)を備える。
【0015】
インバータ10は、制御部50による制御に基づいて、供給される直流電力からモータ20を駆動する三相交流電力を生成する。
例えば、インバータ10は、図2に示すように、6つのトランジスタスイッチ101、102、103、104、105、106から成る回路である。6つのトランジスタスイッチ101、102、103、104、105、106のそれぞれが、制御部50が出力する制御信号sig1に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、インバータ10は、三相交流電力を生成する。この場合の制御信号sig1は、例えば、6つのトランジスタスイッチ101、102、103、104、105、106のそれぞれに応じたPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
インバータ10は、生成した三相交流電力をモータ20に出力する。
【0016】
モータ20は、例えば、図3に示すように、Δ結線された巻線201、202、203を備えるモータである。モータ20は、例えば、コンプレッサモータである。
【0017】
圧縮機30は、例えば、空気調和機において使用される圧縮機である。圧縮機30は、空気調和機における冷媒を圧縮する。
【0018】
電流検出部40は、モータ20のΔ結線された巻線の1つに流れる電流を直接検出する検出部である。電流検出部40は、巻線の1つに流れる電流を直接検出することで、Δ結線された巻線に流れる還流電流を含めて、巻線の1つに流れる電流を正確に検出することができる。
例えば、電流検出部40は、抵抗401、差動アンプ402を備える。
抵抗401は、例えば、図4に示すように、巻線201に直列に接続される。
差動アンプ402は、抵抗401の両端の電位差に応じた電圧を制御部50に出力する。差動アンプ402の出力電圧は、抵抗401の両端の電位差に応じた電圧である。そのため、差動アンプ402の出力電圧と抵抗401の抵抗値から、抵抗401に流れる電流を算出することができる。なお、抵抗401の抵抗値は、予め決定された値である。つまり、差動アンプ402の出力電圧値を取得することは、巻線の1つに流れる電流の値を検出することに等しい。
また、例えば、電流検出部40は、巻線の1つ(例えば、巻線201)に流れる電流を直接測定する電流センサである。
電流検出部40は、検出した巻線の1つに流れる電流の値を制御部50に出力する。
【0019】
制御部50は、図5に示すように、第1制御部501、保護判定部502を備える。
第1制御部501は、直流電力から三相交流電力を生成させる制御信号sig1をインバータ10に出力する。制御信号sig1は、例えば、PWM信号である。
【0020】
保護判定部502は、電流検出部40から受ける巻線の1つに流れる電流の値に基づいて、減磁保護を実行する。
例えば、保護判定部502は、電流検出部40の検出した電流の値が所定のしきい値を超える場合に、減磁保護を実行すると判定する。
保護判定部502が減磁保護を実行すると判定した場合、第1制御部501は、電流が制限された三相交流電力を出力させる制御信号sig1をインバータ10に出力する。
【0021】
次に、本発明の第1実施形態によるモータシステム1の処理について説明する。
ここでは、図6に示すモータシステム1の処理フローについて説明する。
なお、第1制御部501は、巻線の1つに流れる電流の値が所定のしきい値以下であると保護判定部502が判定している場合には、インバータ10の出力電流の大きさを制限せずに(すなわち、減磁保護を実行せずに)インバータ10を制御しているものとする。
【0022】
電流検出部40は、Δ結線された巻線の1つに流れる電流を検出する(ステップS1)。電流検出部40は、所定の短い時間間隔ごとに、検出した電流の値を制御部50に出力する(ステップS2)。
【0023】
保護判定部502は、電流検出部40から電流の値を示すデータを受ける(ステップS3)。
保護判定部502は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値を超えているか否かを判定する(ステップS4)。
保護判定部502は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値以下であると判定した場合(ステップS4においてNO)、ステップS4の処理に戻す。
また、保護判定部502は、受けたデータが示す電流の値が所定のしきい値を超えていると判定した場合(ステップS4においてYES)、巻線の1つに流れる電流の値が所定のしきい値を超えたことを知らせる報知信号を第1制御部501に出力する(ステップS5)。
【0024】
第1制御部501は、保護判定部502から報知信号を受ける(ステップS6)。第1制御部501は、報知信号を受けると、インバータ10の出力電流の大きさを制限する制御信号sig1をインバータ10に出力する(ステップS7)。
【0025】
以上、本発明の第1実施形態によるモータシステム1について説明した。
本発明の第1実施形態によるモータシステム1において、電流検出部40は、モータ20においてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出する。
このようにモータシステム1の電流検出部40がモータ20においてΔ結線された複数の巻線のうちの少なくとも1つに流れる電流を直接検出することで、モータ20のΔ結線された巻線の1つに流れる電流を正確に測定することができる。
【0026】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態によるモータシステム1の構成について説明する。
モータシステム1は、図7に示すように、インバータ10、モータ20、圧縮機30、電流検出部40、制御部50、巻線切替スイッチ60を備える。
【0027】
インバータ10は、制御部50による制御に基づいて、供給される直流電力からモータ20を駆動する三相交流電力を生成する。
インバータ10は、生成した三相交流電力を、巻線切替スイッチを介してモータ20に出力する。
【0028】
モータ20は、図8に示すように、巻線切替スイッチ60におけるスイッチが切り替わることによって、複数の巻線の結線がΔ結線とY結線とで切り替わるモータである。モータ20の回転数が相対的に高い領域で巻線をΔ結線とし、モータ20の回転数が相対的に低い領域で巻線をY結線とすることで、巻線をΔ結線とY結線とを切り替えないモータに比べて、モータ20の回転数の広い領域で効率的にモータ20を動作させることができる
圧縮機30は、例えば、空気調和機において使用される圧縮機である。
【0029】
巻線切替スイッチ60は、制御部50からの制御信号sig2に基づいて、モータ20における巻線どうしの接続を切り替えるスイッチである。巻線切替スイッチ60は、例えば、機械式スイッチを含むリレー、トランジスタスイッチなどである。制御信号sig2は、巻線切替スイッチ60を制御する信号であり、巻線切替スイッチ60にモータ20における巻線どうしの接続を切り替えさせる信号である。
巻線切替スイッチ60におけるスイッチのそれぞれが、制御信号sig2に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、モータ20における巻線どうしの接続が切り替わり、Δ結線とY結線とを切り替えることができる。モータ20は、例えば、コンプレッサモータである。
【0030】
電流検出部40は、1つの検出部で、モータ20のΔ結線された巻線の1つに流れる電流、及び、モータ20のY結線された巻線の1つに流れる電流の両方を検出する検出部である。電流検出部40は、巻線の1つに流れる電流を検出することで、Δ結線された巻線に流れる還流電流を含めて、巻線の1つに流れる電流を正確に検出することができる。
例えば、電流検出部40は、抵抗401、差動アンプ402を備える。
抵抗401は、例えば、図9に示すように、巻線切替スイッチ60と巻線201との間に流れる電流を直接検出する。
電流検出部40は、検出した巻線の1つに流れる電流の値を制御部50に出力する。
【0031】
制御部50は、図10に示すように、第1制御部501、保護判定部502、第2制御部503を備える。
第1制御部501は、直流電力から三相交流電力を生成させる制御信号sig1をインバータ10及び第2制御部503に出力する。制御信号sig1は、例えば、PWM信号である。
【0032】
保護判定部502は、電流検出部40から受ける巻線の1つに流れる電流の値に基づいて、減磁保護を実行する。
例えば、保護判定部502は、電流検出部40の検出した電流の値が所定のしきい値を超える場合に、減磁保護を実行すると判定する。
保護判定部502が減磁保護を実行すると判定した場合、第1制御部501は、電流が制限された三相交流電力を出力させる制御信号sig1をインバータ10に出力する。
【0033】
第2制御部503は、モータ20の回転数に基づいて、巻線切替スイッチ60におけるスイッチの接続を制御する。
例えば、モータ20の回転数は、インバータ10の出力電圧と現在の巻線の接続状態とから推定することができる。また、インバータ10の出力電圧は、インバータ10に入力される直流電圧と制御信号sig1とから推定できる。そのため、第2制御部503は、電圧検出部70から受ける検出電圧の値と制御信号sig1とに基づいて、モータ20の回転数を推定する。そして、第2制御部503は、推定したモータ20の回転数が所定のしきい値以下である場合にモータ20の巻線がY結線とし、推定したモータ20の回転数が所定のしきい値を超える場合にモータ20の巻線がΔ結線とする制御信号sig2を、巻線切替スイッチ60に出力する。
【0034】
電圧検出部70は、インバータ10に供給される電圧の値を検出する。電圧検出部70は、検出した電圧の値を制御部50に出力する。
【0035】
次に、本発明の第2実施形態によるモータシステム1の処理について説明する。
ここでは、図11に示すモータシステム1の処理フローについて説明する。
なお、第1制御部501は、巻線の1つに流れる電流の値が所定のしきい値以下であると保護判定部502が判定している場合には、インバータ10の出力電流の大きさを制限せずに(すなわち、減磁保護を実行せずに)インバータ10を制御しているものとする。また、第2制御部503は、電圧検出部70から受ける検出電圧の値と制御信号sig1とに基づいて、モータ20の回転数を推定し、推定したモータ20の回転数に応じた結線(Δ結線またはY結線)となるように制御信号sig2を巻線切替スイッチ60に出力しているものとする。
【0036】
電流検出部40は、モータ20の巻線の1つに流れる電流を検出する(ステップS11)。電流検出部40は、所定の短い時間間隔ごとに、検出した電流の値を制御部50に出力する(ステップS2)。
以下、モータシステム1は、図6に示した本発明の第1実施形態によるモータシステム1と同様に、ステップS3〜ステップS7の処理を行う。
【0037】
以上、本発明の第2実施形態によるモータシステム1について説明した。
本発明の第2実施形態によるモータシステム1において、モータ20は、巻線切替スイッチ60におけるスイッチが切り替わることによって、複数の巻線の結線がΔ結線とY結線とで切り替わるモータである。電流検出部40は、1つの検出部で、モータ20のΔ結線された巻線の1つに流れる電流、及び、モータ20のY結線された巻線の1つに流れる電流の両方を検出する。
このようにモータシステム1の電流検出部40が1つの検出部で、モータ20のΔ結線された巻線の1つに流れる電流、及び、モータ20のY結線された巻線の1つに流れる電流の両方を検出することで、モータ20がΔ結線とY結線とで切り替わる巻線切替モータである場合にも、1つの検出部で巻線の1つに流れる電流を正確に測定することができる。
【0038】
なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。
【0039】
本発明の実施形態における記憶部や記憶装置(レジスタ、ラッチを含む)のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部や記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
【0040】
本発明の実施形態について説明したが、上述の制御部50、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図12は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ5は、図12に示すように、CPU6、メインメモリ7、ストレージ8、インターフェース9を備える。
例えば、上述の制御部50、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ5に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ8に記憶されている。CPU6は、プログラムをストレージ8から読み出してメインメモリ7に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU6は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ7に確保する。
【0041】
ストレージ8の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ8は、コンピュータ5のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース9または通信回線を介してコンピュータ5に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ5に配信される場合、配信を受けたコンピュータ5が当該プログラムをメインメモリ7に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ8は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0042】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
【0043】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。
【符号の説明】
【0044】
1・・・モータシステム
5・・・コンピュータ
6・・・CPU
7・・・メインメモリ
8・・・ストレージ
9・・・インターフェース
10・・・インバータ
20・・・モータ
30・・・圧縮機
40・・・電流検出部
50・・・制御部
60・・・巻線切替スイッチ
101、102、103、104、105、106・・・トランジスタスイッチ
201、202、203・・・巻線
401・・・抵抗
402・・・差動アンプ
501・・・第1制御部
502・・・保護判定部

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