JP2009017690A - インバータ制御装置及びヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ制御装置を簡易にして低コストで保護することができるインバータ制御装置、及びそのインバータ制御装置を備えたヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】交流電源(14)から電力の供給を受け、負荷に応じてモータ(22)の運転周波数(24)を可変制御するインバータ制御装置(1)であって、モータの運転回転数(N_R)を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段にて検出された運転回転数に応じた出力デューティ(D)と、モータの目標回転数(N_S)に応じた基準デューティ(D_T)との比較に基づいて運転周波数を制御するコントローラ(20)とを具備し、コントローラは、運転回転数が目標回転数より小さいとき、目標回転数に応じた規制デューティ(D_R)を取得し、出力デューティが規制デューティ以上となるときには、モータの過負荷低減処理を実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、インバータ制御装置、及びそのインバータ制御装置を備えたヒートポンプ式給湯機に関する。

従来のインバータ制御装置としては、例えば、インバータ回路に交流電源から供給される運転電流値を検出する電流検出器を備え、この電流検出器にて検出された運転電流値と、モータを駆動する運転周波数に応じた基準電流値とを比較することにより上記運転周波数を制御し、更に上記運転電流値を監視することによりモータの過負荷状態の判定を行い、インバータ制御装置を保護する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１４０１５１号公報

しかしながら、上記従来技術は、電流検出器を要すると共に、これに伴いインバータ回路の回路構成も複雑になるため、インバータ制御装置がコスト高となって好ましくない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、インバータ制御装置を簡易にして低コストで保護することができるインバータ制御装置、及びそのインバータ制御装置を備えたヒートポンプ式給湯機を提供する。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のインバータ制御装置は、交流電源から電力の供給を受け、負荷に応じてモータの運転周波数を可変制御するインバータ制御装置であって、モータの運転回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段にて検出された運転回転数に応じた出力デューティと、モータの目標回転数に応じた基準デューティとの比較に基づいて運転周波数を制御するコントローラとを具備し、コントローラは、運転回転数が目標回転数より小さいとき、目標回転数に応じた規制デューティを取得し、出力デューティが規制デューティ以上となるときには、モータの過負荷低減処理を実施することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１において、コントローラは、少なくとも目標回転数及び規制デューティの所定数のデータからなるテーブルを有し、テーブルを参照すると共に所定数のデータを用いた補間処理を実施して規制デューティを取得することを特徴としている。
更に、請求項３記載のヒートポンプ式給湯機は、モータは圧縮機モータであって、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置を備えることを特徴としている。

請求項１記載の本発明のインバータ制御装置によれば、コントローラはモータの運転回転数に応じた出力デューティとモータの目標回転数に応じた基準デューティとの比較に基づいてモータの運転周波数を制御し、モータの運転回転数が目標回転数より小さいとき、目標回転数に応じた規制デューティを取得し、出力デューティが規制デューティ以上となるときには、モータの過負荷低減処理を実施する。これにより、電流検出器等の過負荷検出手段を別途設けなくとも、モータの過負荷状態を容易に検出できるため、このような過負荷検出手段を削減できると共にインバータ制御装置の構成を簡素化でき、インバータ制御装置を簡易にして低コストで保護することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、規制デューティの取得に際し、目標回転数及び規制デューティの所定数のデータからなるテーブルを利用した補間処理を実施することにより、テーブルに使用するデータ数を低減できるため、テーブルの作成によって占有されるコントローラの記憶メモリを低減でき、ひいてはインバータ制御装置の更なる低コスト化を実現することができる。

更に、請求項３記載のヒートポンプ式給湯機によれば、モータは圧縮機モータであって、上記した構成のインバータ制御装置を備えることにより、ヒートポンプ式給湯機を構成する圧縮機の過負荷状態を容易に検出できるため、ヒートポンプ式給湯機を簡易にして低コストで保護することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明のインバータ制御装置１を概略的に示すブロック図である。この装置１は、例えば、図示しないヒートポンプ式給湯機（以下、給湯機という）に備えられ、コンバータ部２とインバータ部４とを含むインバータ回路６から構成されている。
コンバータ部２は、ノイズフィルタ８、リアクトル１０、整流器１２から構成され、２００Ｖの２相交流となる商用電源ユニット（交流電源）１４から電力供給されており、供給された電力を変換、整流して直流電力を形成し、インバータ部４側に供給している。なお、コンバータ部２とインバータ部４との間にはコンデンサ１６が設けられている。

インバータ部４は、ＩＰＭ（Intelligent-Power-Module）１８、ＭＣＵ（Main-Control-Unit）（コントローラ）２０から構成され、ＩＰＭ１８は圧縮機モータ（モータ）２２に駆動電力（３相、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を供給し、一方、ＭＣＵ２０はＩＰＭ１８にＰＷＭ（Pulse-Width-Modulation）制御信号（運転周波数）２４を供給している。
ＰＷＭ制御信号２４は、周期的に発生されるパルスであって、ＭＣＵ２０は、このパルスのパルス幅を変化させることにより、ＩＰＭ１８がモータ２２に実際に印加する電圧を制御し、モータ２２の回転数を制御している。

このように、ＭＣＵ２０にて実施されるモータ回転数制御により、ＩＰＭ１８に対してＰＷＭ制御信号２４が供給され、所定の周波数の駆動電圧がモータ２２に印加されることにより、モータ２２によって駆動される圧縮機（図示しない）の圧縮能力が適宜変化し、ひいては給湯機に備えられ、例えばＣＯ_２ガスを冷媒とする冷媒回路（図示しない）の冷媒循環量が制御され、外部環境等の負荷に応じて給湯機を好適に運転することができる。

ところで、モータ回転数制御は、ＰＷＭ制御信号２４たるパルス信号の出力デューティＤをモータ２２の目標回転数Ｎ_Ｓに応じて変更することにより、ＭＣＵ２０にて算出されたモータ２２の運転回転数Ｎ_Ｒを目標回転数Ｎ_Ｓに一致させている（回転数検出手段）。
詳しくは、一般に、パルス信号のオン時間とオフ時間との比率を設定することによって単位時間あたりのパルス幅が決定されることから、この比率をいわゆる出力デューティＤ（％）としてＭＣＵ２０にて設定し、出力デューティＤをＰＷＭ制御信号２４としてＩＰＭ１８に供給することにより、モータ２２を所望の回転数で駆動することができる。なお、出力デューティＤが大きい程、ＰＷＭ制御信号２４の単位時間あたりのパルス幅が大きくなるため、モータ２２へ供給される平均電圧が増加してモータ２２はより高回転域で回転する。

更に、本実施形態のモータ回転数制御では、モータ２２の過負荷状態を検出するために、目標回転数Ｎ_Ｓに応じた規制デューティＤ_Ｒが予め設定されている。
詳しくは、図２のモータ回転数制御を実施する際に使用するテーブル２６を参照すると、テーブル２６は、ＭＣＵ２０の記憶メモリに予め格納され、目標回転数Ｎ_Ｓ、例えば１０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍ（１０００ｒｐｍ間隔）にそれぞれ対応する基準デューティＤ_Ｔ１％〜Ｄ_Ｔ８％及び規制デューティＤ_Ｒ１％〜Ｄ_Ｒ８％が参照可能に構成されている。

基準デューティＤ_Ｔ１％〜Ｄ_Ｔ８％は、モータ２２が許容範囲内の負荷で駆動される条件下において、それぞれ目標回転数１０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍでモータ２２を駆動できるとした場合の理論上の出力デューティＤである。
一方、規制デューティＤ_Ｒ１％〜Ｄ_Ｒ８％は、それぞれ目標回転数１０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍに対応する基準デューティＤ_Ｔに所定の安全率を考慮した値であって、運転回転数Ｎ_Ｒを目標回転数Ｎ_Ｓに一致させるべく、実際の出力デューティＤが基準デューティＤ_Ｔを超え、更に規制デューティＤ_Ｒ以上に増加した場合に、モータ２２が過負荷状態にあると判定するための指標となっている。

ここで、基準デューティＤ_Ｔ及び規制デューティＤ_Ｒは、テーブル２６にて１０００ｒｐｍ間隔で規定された１０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍの各目標回転数Ｎ_Ｓに限らず、より小さな回転数間隔で基準デューティＤ_Ｔ及び規制デューティＤ_Ｒを算出可能とするために、いわゆる補間処理が実施される。
以下、図３に示されるフローチャートを参照して、ＭＣＵ２０において、テーブル２６を参照して実行されるモータ回転数制御の制御ルーチンについて詳しく説明する。

先ず、本制御ルーチンがスタートすると、Ｓ１（Ｓはステップを表し、以下も同様とする）において、運転回転数Ｎ_Ｒが目標回転数Ｎ_Ｓより小さいか否か判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）で運転回転数Ｎ_Ｒが目標回転数Ｎ_Ｓより小さいと判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で運転回転数Ｎ_Ｒが目標回転数Ｎ_Ｓ以上であると判定された場合にはＳ３に移行する。なお、運転回転数Ｎ_Ｒが目標回転数Ｎ_Ｓより小さいか否か判定する代わりに、テーブル２６を参照して、出力デューティＤが基準デューティＤ_Ｔより小さいか否かを判定しても良い。

Ｓ２に移行した場合には、テーブル２６を参照し、目標回転数Ｎ_Ｓに対応する規制デューティＤ_Ｒの値を取得し、Ｓ４に移行する。
一方、Ｓ３に移行した場合には、出力デューティＤを減じる処理（出力デューティ減算処理）を実施し、本制御ルーチンをリターンする。
Ｓ４では、出力デューティＤが規制デューティＤ_Ｒより小さいか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）で出力デューティＤが規制デューティＤ_Ｒより小さいと判定された場合にはＳ５に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で出力デューティＤが規制デューティＤ_Ｒ以上であると判定された場合には、モータ２２が過負荷状態であると判定してＳ６に移行する。

Ｓ５に移行した場合には、出力デューティＤを増加する処理（出力デューティ加算処理）を実施し、本制御ルーチンをリターンする。
一方、Ｓ６に移行した場合には、モータ２２の過負荷状態を低減する処理（過負荷状態低減処理）を実施し、本制御ルーチンをリターンする。
こうして、モータ２２が過負荷状態に至らない場合には、運転回転数Ｎ_Ｒを目標回転数Ｎ_Ｓに一致させるように出力デューティＤの減算処理又は加算処理が実施され、一方、モータ２２が過負荷状態になると、例えばモータ２２の目標回転数Ｎ_Ｓをより低く設定したり、或いは、図示しない電子膨張弁を制御したりといった過負荷状態低減処理が実施される。

以上のように、本実施形態では、運転回転数Ｎ_Ｒと目標回転数Ｎ_Ｓとの比較に基づいて出力デューティＤを減算又は加算することにより、モータ２２の回転数に応じてＰＭＷ制御信号２４を適切に制御し、モータ回転数制御を実施する。
具体的には、運転回転数Ｎ_Ｒに応じた出力デューティＤと目標回転数Ｎ_Ｓに応じた基準デューティＤ_Ｔとの比較に基づいて出力デューティＤを減算又は加算し、モータ２２の運転回転数Ｎ_Ｒが目標回転数Ｎ_Ｓより小さいとき、目標回転数Ｎ_Ｓに対応する規制デューティＤ_Ｒを取得し、出力デューティＤが規制デューティＤ_Ｒ以上となるときには、モータ２２の過負荷低減処理を実施している。これにより、インバータ回路６に電流検出器等の過負荷検出手段を別途設けなくとも、モータ２２の過負荷状態を容易に検出できるため、このような過負荷検出手段を削減できると共に、インバータ回路６の回路構成を簡素化でき、モータ２２及びインバータ回路６を簡易にして低コストで保護することができる。

しかも、規制デューティＤ_Ｒの取得に際し、目標回転数Ｎ_Ｓに対応する基準デューティＤ_Ｔ１％〜Ｄ_Ｔ８％及び規制デューティＤ_Ｒ１％〜Ｄ_Ｒ８％の所定数のデータからなるテーブル２６を利用した補間処理を実施することにより、テーブル２６に使用するデータ数を低減できるため、テーブル２６の作成によって占有されるＭＣＵ２０の記憶メモリを低減でき、ひいては装置１の更なる低コスト化を実現することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、装置１はヒートポンプ式給湯機に備えられ、これにより、ヒートポンプ式給湯機を構成する圧縮機の過負荷状態を容易に検出できるため、ヒートポンプ式給湯機を簡易にして低コストで保護することができる。しかし、これに限定されるものではなく、装置１を例えば冷凍空調機等に用いても同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係るインバータ制御装置を概略的に示したブロック図である。 図１のＭＣＵに格納されるテーブルを概略的に示した図である。 図１のＭＣＵで実行されるモータ回転数制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１ インバータ制御装置
１４ 商用電源ユニット（交流電源）
２０ ＭＣＵ（コントローラ）
２２ 圧縮機モータ（モータ）
２４ ＰＷＭ制御信号（運転周波数）
２６ テーブル
Ｎ_Ｒ 運転回転数
Ｎ_Ｓ 目標回転数
Ｄ 出力デューティ
Ｄ_Ｔ 基準デューティ
Ｄ_Ｒ 規制デューティ

Claims (3)

1. 交流電源から電力の供給を受け、負荷に応じてモータの運転周波数を可変制御するインバータ制御装置であって、
   前記モータの運転回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段にて検出された運転回転数に応じた出力デューティと、前記モータの目標回転数に応じた基準デューティとの比較に基づいて前記運転周波数を制御するコントローラとを具備し、
   前記コントローラは、前記運転回転数が前記目標回転数より小さいとき、該目標回転数に応じた規制デューティを取得し、前記出力デューティが前記規制デューティ以上となるときには、前記モータの過負荷低減処理を実施することを特徴とするインバータ制御装置。
2. 前記コントローラは、少なくとも前記目標回転数及び前記規制デューティの所定数のデータからなるテーブルを有し、該テーブルを参照すると共に前記所定数のデータを用いた補間処理を実施して前記規制デューティを取得することを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
3. 前記モータは圧縮機モータであって、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置を備えることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。

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