JP7511753B2 - モータ駆動装置およびそれを有する空気調和装置の室外機 - Google Patents

Description

本開示は、モータを駆動するモータ駆動装置およびそれを有する空気調和装置の室外機に関する。

従来、圧縮機の過負荷を防止するために、圧縮機のモータを駆動する半導体素子と、半導体素子に直流電源を供給する電源回路と、圧縮機の外郭の熱を検知する温度センサとを有する圧縮機駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された圧縮機駆動装置において、温度センサは、電源回路から半導体素子に直流電源が供給されるラインに接続されている。温度センサは、検知する温度が所定の温度以上になると、直流電源を遮断する。これにより、圧縮機の運転が停止する。

特許文献１に開示された圧縮機駆動装置の過熱保護手段は、圧縮機外郭の温度が所定の温度以上になったときに動作するが、温度センサが検知する温度はモータの外郭の温度であり、実際の内部のモータの巻線の温度との誤差が大きい場合がある。例えば、圧縮機の周囲の温度が高い場合、モータの巻線の温度が低くても、温度センサが検知する温度が所定の温度以上になり、圧縮機の運転が停止してしまうことがある。

過熱保護手段の別の例として、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）において、電磁接触器とサーマルリレーとが組み合わされた電磁開閉器が用いられている（例えば、特許文献２参照）。圧縮機の過熱保護手段として特許文献２の電磁接触器を用いる場合、インバータとモータとの間の電力線にサーマルリレーの電流検知部と、電磁接触器とが取り付けられる。電力線に過電流が流れると、サーマルリレー内の電流検知部が作動し、サーマルリレーのリレー部が動作する。リレー部の動作によって、電磁接触器が作動することで、インバータとモータとの間の電力線が遮断される。

特開２０１４－１７７８８０号公報 特開平６－１３９８９３号公報

特許文献１に開示された過熱保護手段においては、圧縮機の周囲の温度である環境温度の影響が大きいという問題があった。一方、特許文献２に開示された電磁開閉器においては、電力線の遮断に電磁接触器が用いられているため、圧縮機のモータを駆動する装置の製造コストが高くなるという問題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、環境温度による影響が小さく、かつ、製造コストを低減したモータ駆動装置およびそれを有する空気調和装置の室外機を提供するものである。

本開示に係るモータ駆動装置は、モータを駆動するインバータ回路と、交流電源から制御用電圧を生成する電源回路と、前記電源回路から前記制御用電圧が供給されると動作し、前記インバータ回路に前記モータを駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、前記電源回路から前記駆動回路への前記制御用電圧の供給を遮断するリレーと、を有し、前記リレーは、前記インバータ回路から前記モータに出力されるモータ電流を検知し、前記モータ電流が予め決められた第１閾値以上になると、前記電源回路から前記駆動回路へ供給されている前記制御用電圧の供給を遮断するものであり、前記インバータ回路から前記モータ電流が前記モータに供給される電力線に設けられ、前記モータ電流が前記第１閾値以上になると変形する電流検知部と、前記電流検知部が変形すると、前記駆動回路に前記制御用電圧が供給される２本の電源線のうち、一方の電源線を接続状態から開放状態に切り替えるリレー部と、を有するサーマルリレーであり、前記２本の電源線のうち、前記一方の電源線が前記リレー部を介して接続される第１端子および、前記２本の電源線のうち、他方の電源線が接続される第２端子を有するコネクタと、前記コネクタから分岐して出力される前記制御用電圧に基づく動作用電圧が供給され、前記駆動回路を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記サーマルリレーが前記制御用電圧を遮断すると、前記駆動回路に対する制御を停止するものである。

本開示に係る空気調和装置の室外機は、冷凍サイクル回路の一部を構成するアクチュエータと、前記アクチュエータに設けられたモータと、前記モータを駆動する上記のモータ駆動装置と、を有するものである。

本開示によれば、モータ電流がモータに供給される電力線にモータ電流を遮断する電磁接触器が設けられていなくても、モータ電流が第１閾値以上になると、リレーが駆動回路への制御用電圧の供給を遮断することで、インバータ回路の出力を停止することができる。そのため、製品の製造コストを低減できるだけでなく、環境温度による影響が小さく、過電流に対する保護の信頼性が向上する。

実施の形態１に係る室外機を含む空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係るモータ駆動装置を含む制御装置の一構成例を示す図である。 図２に示したインバータ回路の一構成例を示す回路図である。 リレー部の動作原理の一例を示す模式図である。

実施の形態１．
本実施の形態１の空気調和装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る室外機を含む空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。図２は、実施の形態１に係るモータ駆動装置を含む制御装置の一構成例を示す図である。

図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１と、室内機２とを有する。室外機１は、圧縮機３と、熱源側熱交換器４と、ファン５と、四方弁６と、膨張弁８と、制御装置１２とを有する。室内機２は、負荷側熱交換器７と、ファン９とを有する。膨張弁８は、例えば、電子膨張弁である。制御装置１２は、図に示さない配線を介して、圧縮機３、ファン５、四方弁６、膨張弁８およびファン９と接続されている。圧縮機３は吸入する冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機３は、例えば、容量を変えることができるインバータ圧縮機である。ファン５は、外気を熱源側熱交換器４に供給する。熱源側熱交換器４は、冷媒を外気と熱交換させる熱交換器である。

圧縮機３、熱源側熱交換器４、膨張弁８および負荷側熱交換器７が冷媒配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路１０が構成される。圧縮機３、熱源側熱交換器４、ファン５、膨張弁８、負荷側熱交換器７およびファン９は、冷凍サイクル回路を構成する。

図２を参照して、本実施の形態１の制御装置１２の構成を説明する。制御装置１２は、外部の電源系統１１と接続されるノイズフィルタ回路３１と、メイン基板１３と、モータ１６を駆動するモータ駆動装置１５とを有する。モータ１６は、図１に示した圧縮機３およびファン５のアクチュエータのうち、一方または両方のモータとして用いられる。

電源系統１１は、交流電源である。図２は、電源系統１１が三相３線式の電源であることを示しているが、三相４線式であってもよく、単相であってもよい。また、電源系統１１の電圧は、例えば、２００Ｖであるが、４００Ｖ以上であってもよい。電源系統１１の電圧によって、制御装置１２の内部の部品の耐圧が異なるが、本実施の形態１においては、内部の部品の仕様を考慮することを省略し、単に電源電圧として説明する。

ノイズフィルタ回路３１は、電源系統１１からの雷等のサージ電圧によってメイン基板１３およびモータ駆動装置１５が破壊されることを防ぐ雷サージ対策素子（図示せず）と、インバータの半導体スイッチングによって発生するノイズを除去するノイズ対策素子（図示せず）とを有する。雷サージ対策素子は、例えば、アレスタ、バリアブルレジスタおよびヒューズなどである。ノイズ対策素子は、例えば、コモンモードチョークコイルおよび高耐電圧フィルムコンデンサなどである。

ノイズフィルタ回路３１は、３本の入力線を介して電源系統１１と接続され、３本の出力線を介してモータ駆動装置１５と接続されている。ノイズフィルタ回路３１の３本の出力線のうち、２本の出力線を介してメイン基板１３が、モータ駆動装置１５と並列にノイズフィルタ回路３１に接続されている。

メイン基板１３は、メインコントローラ３３と、メイン電源回路３２とを有する。モータ駆動装置１５は、モータ駆動部２１と、インバータ制御部２２と、リレー１７とを有する。モータ駆動部２１は、整流ダイオード５８と、直流リアクタ５７と、主電解コンデンサ５６と、インバータ回路５５とを有する。リレー１７は、モータ駆動部２１とモータ１６との間に設けられている。リレー１７は、モータ駆動部２１からモータ１６に直流電圧が供給される電力線と接続されている。本実施の形態１においては、リレー１７がサーマルリレーの場合で説明する。

インバータ制御部２２は、モータコントローラ４３と、モータ制御用電源回路５２と、駆動回路５３と、平滑化コンデンサ６４と、過電流検知回路６５と、リセット回路６６と、ラッチ回路６７と、電流検知回路７０と、母線電圧検知回路７１と、コネクタ５１とを有する。メインコントローラ３３とモータコントローラ４３とは通信線１４で接続され、互いに通信線１４を介して情報を送受信する。

はじめに、メイン基板１３の構成を説明する。メイン電源回路３２は、ノイズフィルタ回路３１から２本の出力線を介して供給される一相の電圧を、メインコントローラ３３用の電圧であるメイン制御用電圧と、モータ駆動装置１５用の電圧であるモータ制御用電圧６２とに変換する。メイン電源回路３２は、メイン制御用電圧をメインコントローラ３３に供給する。メイン制御用電圧は、例えば、３．３Ｖまたは５Ｖである。メイン電源回路３２は、モータ駆動装置１５に第１電源線４４および第２電源線４５を介して、モータ制御用電圧６２を供給する。モータ制御用電圧６２は、例えば、インバータ回路５５の動作に必要な１５～２０Ｖである。第２電源線４５が接地電位の場合、第１電源線４４には、＋１５Ｖ～２０Ｖが印加される。

空気調和装置１００の室外機１には、動作のために電圧を必要とするアクチュエータが複数設けられている。動作のために電圧を必要とするアクチュエータは、圧縮機３およびファン５のモータ１６の他にも、例えば、図に示さない電子膨張弁、電磁弁、リレーおよびマグネットなどがある。メイン電源回路３２は、これらのアクチュエータに必要な電圧を生成するが、モータ駆動装置１５と直接関係がないため、その詳細な説明を省略する。

このように、メイン電源回路３２は、複数のアクチュエータの電源と、駆動回路５３およびモータコントローラ４３のそれぞれを動作させる電源の元になるモータ制御用電圧６２を生成する。なお、メイン電源回路３２は、モータ駆動装置１５に設けられていてもよい。

メインコントローラ３３は、例えば、マイクロコンピュータである。メインコントローラ３３は、モータ駆動装置１５のモータコントローラ４３と、シリアル通信等で通信線１４を介して情報を送受信する。メインコントローラ３３からモータコントローラ４３に送信される情報は、例えば、空気調和装置１００の運転に関する設定情報、ならびに圧縮機３およびファン５のモータ１６を駆動するためのパラメータ等の情報である。

次に、モータ駆動装置１５の構成を説明する。はじめに、モータ駆動部２１の構成を説明する。整流ダイオード５８は、ノイズフィルタ回路３１を介して、電源系統１１から供給される交流電圧を直流の母線電圧に変換する。直流リアクタ５７は、インバータ回路５５が動作したときに発生する高調波電流が電源系統１１に流出することを抑制する。主電解コンデンサ５６は、整流ダイオード５８から２本の母線を介して出力される母線電圧を平滑化する。主電解コンデンサ５６の端子間の電位差の情報が信号線（図示せず）を介して母線電圧検知回路７１に入力される。

インバータ回路５５は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子で構成される複数のスイッチング素子を有する。スイッチング素子の数は、モータ１６の相数に対応している。例えば、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相インバータの場合、インバータ回路５５は６つのスイッチング素子を有する。単相インバータの場合、インバータ回路５５は４つのスイッチング素子を有する。

図３は、図２に示したインバータ回路の一構成例を示す回路図である。図３に示すインバータ回路５５は、６つのスイッチング素子２３を有する三相インバータの場合である。各スイッチング素子２３は、図２に示した駆動信号線５４を介して、駆動回路５３から入力される駆動信号にしたがって動作する。駆動信号は、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号である。スイッチング素子２３がＰＷＭ制御信号にしたがってスイッチング動作することで、インバータ回路５５は、ＰＷＭ制御信号に対応した電圧の交流電圧をモータ１６に供給し、モータ１６を駆動させる。

整流ダイオード５８およびインバータ回路５５間の２本の母線のうち、１本の母線に母線電流検知部６８が設けられている。母線電流検知部６８は、例えば、シャント抵抗またはホール効果素子である。母線電流検知部６８は、母線の過電流を検知する。母線電流検知部６８は、インバータ制御部２２の過電流検知回路６５と接続されている。母線電流検知部６８は、母線に流れる電流の情報を過電流検知回路６５に出力する。

インバータ回路５５とモータ１６との間に電流検知部６９ａおよび６９ｂが設けられている。電流検知部６９ａおよび６９ｂは、インバータ制御部２２の電流検知回路７０と接続されている。電流検知部６９ａおよび６９ｂは、インバータ回路５５からモータ１６に供給される電流であるモータ電流を検知して、検知した情報を電流検知回路７０に出力する。電流検知部６９ａおよび６９ｂは、例えば、抵抗素子である。

次に、インバータ制御部２２の構成を、図２を参照して説明する。コネクタ５１は、第１端子４６および第２端子４７を有する。第１端子４６に、メイン電源回路３２から延びる第１電源線４４および第２電源線４５の２本の電源線のうち、第１電源線４４がリレー１７を介して接続されている。また、第２端子４７に、第２電源線４５が接続されている。コネクタ５１に対して駆動回路５３およびモータ制御用電源回路５２が並列に接続されている。つまり、コネクタ５１と駆動回路５３とを接続する２本の電源線が途中で分岐して、モータ制御用電源回路５２に接続されている。コネクタ５１から駆動回路５３に供給されるモータ制御用電圧６２をインバータ駆動電圧６１と称し、コネクタ５１からモータ制御用電源回路５２に供給されるモータ制御用電圧６２をインバータ制御電圧６３と称する。

平滑化コンデンサ６４は、インバータ制御電圧６３を平滑化する。モータ制御用電源回路５２は、コネクタ５１を介して入力されるインバータ制御電圧６３をモータコントローラ４３の動作用電圧に変換し、変換した動作用電圧をモータコントローラ４３に供給する。動作用電圧は、例えば、３．３Ｖまたは５Ｖである。

モータコントローラ４３は、母線電圧検知回路７１、ラッチ回路６７、電流検知回路７０、リセット回路６６および駆動回路５３と接続されている。母線電圧検知回路７１は、主電解コンデンサ５６の電位差の情報をモータコントローラ４３に出力する。

過電流検知回路６５は、ラッチ回路６７と接続されている。過電流検知回路６５は、母線電流が過電流であるか否かの判定基準である第２閾値を予め保持している。過電流検知回路６５は、母線電流が第２閾値以上であるか否かを判定し、母線電流が第２閾値以上である場合、過電流検知信号をラッチ回路６７に出力する。ラッチ回路６７は、過電流検知回路６５から過電流検知信号を受信すると、過電流検知信号を保持し、過電流検知信号をモータコントローラ４３および駆動回路５３に出力する。

電流検知回路７０は、電流検知部６９ａおよび６９ｂからモータ電流の情報を受信すると、モータ電流の情報をモータコントローラ４３に送信する。また、電流検知回路７０は、モータ電流が過電流であるか否かの判定基準である第３閾値を予め保持している。電流検知回路７０は、モータ電流が第３閾値以上であるか否かを判定し、モータ電流が第３閾値以上である場合、過電流検知信号をモータコントローラ４３に出力する。リセット回路６６は、外部からリセット信号が入力されると、リセット信号をモータコントローラ４３に送信する。

モータコントローラ４３は、例えば、マイクロコンピュータである。モータコントローラ４３は、空気調和装置１００に関する設定情報およびモータ１６を駆動するためのパラメータの情報と、母線電圧検知回路７１から受信する電位差の情報と、電流検知回路７０から受信するモータ電流の情報とに基づいて、駆動回路５３を制御する。例えば、モータコントローラ４３は、母線電圧検知回路７１から受信する電位差が決められた基準範囲になるようにするとともに、モータ電流を設定情報に対応した値に近づけるパラメータ情報を含む制御情報を生成し、生成した制御情報を駆動回路５３に送信する。

モータコントローラ４３は、ラッチ回路６７または電流検知回路７０から過電流検知信号を受信すると、駆動回路５３に停止することを指示する旨の停止信号を駆動回路５３に送信する。モータコントローラ４３は、モータ制御用電源回路５２からの動作用電圧の供給が停止すると、駆動回路５３に対する制御を停止する。モータコントローラ４３は、通信線１４を介して、母線電圧およびモータ電流などモータ駆動装置１５の動作に関する情報およびモータ１６の制御に対するフィードバック情報をリアルタイムでメインコントローラ３３に送信する。

駆動回路５３には、コネクタ５１を介して、インバータ駆動電圧６１が供給される。駆動回路５３は、図に示さない電力線を介して、インバータ駆動電圧６１をインバータ回路５５に供給する。駆動回路５３は、設定情報に対応してモータ１６を駆動させるＰＷＭ制御信号を、モータコントローラ４３から受信する制御情報に基づいて生成する。駆動回路５３は、ＰＷＭ波形信号を、駆動信号線５４を介してインバータ回路５５に出力する。

駆動回路５３は、モータコントローラ４３から停止信号を受信すると、ＰＷＭ波形信号を出力する動作を停止する。駆動回路５３は、ラッチ回路６７から過電流検知信号を受信すると、ＰＷＭ波形信号を出力する動作を停止する。モータコントローラ４３またはラッチ回路６７が故障しても、インバータ回路５５の出力を停止させることができる。

駆動回路５３は、モータコントローラ４３から停止信号を受信し、ラッチ回路６７から過電流検知信号を受信すると、これらの信号のうち、早く受信した信号にしたがって動作を停止する。駆動回路５３は、早く受信した異常通知信号によってＰＷＭ波形信号を出力する動作を停止するので、より早くインバータ回路５５の出力を停止させることができる。

次に、図２に示したリレー１７の構成を説明する。リレー１７は、電流検知部９１と、リレー部９２とを有する。電流検知部９１は、インバータ回路５５からモータ電流がモータ１６に供給される電力線に設けられている。電流検知部９１の材料は、発熱によって線形に変形する特性を持つものである。電流検知部９１の材料は、例えば、バイメタルである。電流検知部９１は、モータ電流が予め決められた第１閾値以上になったときの発熱によって変形する。

リレー部９２は、駆動回路５３に制御用電圧が供給される第１電源線４４および第２電源線４５からなる２本の電源線のうち、第１電源線４４を接続状態または開放状態に切り替える。リレー部９２は、電流検知部９１が変形すると、第１電源線４４を接続状態から開放状態に切り替える。

図４は、リレー部の動作原理の一例を示す模式図である。図４において、説明の便宜上、方向を定義する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の矢印を表示している。図４は、リレー部周辺を拡大して示す。電流検知部９１はバイメタル９３で構成される。バイメタル９３は３本の電力線のそれぞれに設けられているが、ここでは、説明を簡単にするために、電力線が１本の場合で説明する。リレー部９２は、バイメタル９３の一端に絶縁体９４を介して金属板９５が取り付けられた構成を有する。絶縁体９４は、例えば、合成樹脂である。

図４の接続状態においては、メイン電源回路３２からリレー部９２に延びる第１電源線４４ａが、リレー部９２からコネクタ５１に延びる第１電源線４４ｂと金属板９５を介して電気的に接続されている。また、リレー部９２の状態をラッチするラッチピン９６が設けられている。ラッチピン９６は、絶縁性の棒形状であり、予め決められた方向にだけ可撓性のあるピンである。図４を参照して説明すると、ラッチピン９６は図４のＸ軸矢印方向には曲がるが、図４のＸ軸矢印の反対方向には曲がらない構成である。図４のラッチピン９６は、図に示さない絶縁性の板に固定されている。

図４の接続状態に示す状態から、モータ電流が第１閾値以上になると、バイメタル９３が発熱により変形して湾曲する。その結果、図４の開放状態に示すように、絶縁体９４および金属板９５が第１電源線４４ａおよび第１電源線４４ｂから離れ、金属板９５がラッチピン９６の位置を超える。金属板９５が元の位置に戻ろうとしても、その移動がラッチピン９６によって妨げられる。第１電源線４４ａおよび第１電源線４４ｂが金属板９５から離れた状態が維持される。このようにして、メイン電源回路３２からコネクタ５１への電力供給が遮断される。第１電源線４４ａおよび４４ｂに流れる電流はインバータ回路５５から電力線を介してモータ１６に流れるモータ電流に比べて小さい。そのため、図４に示すように、第１電源線４４ａおよび４４ｂが金属板９５から離れて、接続状態から開放状態になっても、モータ駆動装置１５の内部回路への影響が小さくてすむ。

サーマルリレーには、自動復帰型および手動復帰型がある。自動復帰型は、モータ電流が予め決められた閾値より小さくなることで温度が下がると、リレーの接点が復帰して、モータへのモータ電流の供給が再度、開始されるものである。図４に示すリレー１７は、手動復帰型のサーマルリレーである。そのため、図４を参照して説明したように、リレー１７は、一度、開放状態になるとラッチ機能が働くため、モータ電流が下がってバイメタル９３の温度が低下しても、接点が復帰しない構成である。手動復帰型のリレーの場合、作業者が手動でラッチを解除しなければ、接点が復帰しない。リレーが自動復帰型の場合、リレーによって電流供給が遮断されても、自動的に接点が復帰するので、モータに何度も大きな電流が流れて、モータが過熱してしまうおそれがある。これに対して、本実施の形態１では、リレー１７が手動復帰型なので、モータ１６に大きな電流が何度も流れてしまうことを防止できる。

なお、図４を参照して、リレー１７がサーマルリレーの場合で説明したが、リレー１７は、ソフトウェアによらずに、モータ電流が過剰になると、駆動回路５３への制御用電圧の供給を遮断する機能を備えていればよく、本実施の形態１のリレー１７はサーマルリレーに限らない。また、図４はリレー１７の動作原理を説明するための図であり、リレー１７は図４に示す構成に限定されない。

次に、本実施の形態１のモータ駆動装置１５の動作を説明する。電源系統１１の交流の電源電圧が制御装置１２に供給されると、電源電圧がノイズフィルタ回路３１を通過する。ノイズフィルタ回路３１を通過した電源電圧は、整流ダイオード５８によって交流から直流に変換される。直流に変換された電源電圧は、主電解コンデンサ５６によって平滑化され、滑らかなインバータ回路５５のための母線電圧となる。

メイン電源回路３２は、ノイズフィルタ回路３１から供給される一相の電圧を、モータ駆動装置１５用の電圧であるモータ制御用電圧６２に変換し、モータ制御用電圧６２をモータ駆動装置１５に供給する。メイン電源回路３２から第１電源線４４および第２電源線４５を介して、モータ制御用電圧６２がモータ駆動装置１５に供給される。モータ制御用電圧６２はリレー１７およびコネクタ５１を介して、駆動回路５３に供給される。また、モータ制御用電圧６２は、コネクタ５１から分岐してモータ制御用電源回路５２に供給され、モータ制御用電源回路５２から動作用電圧がモータコントローラ４３に供給される。

モータコントローラ４３は、モータ電流を設定情報に対応した値に近づけるパラメータ情報を含む制御情報を生成し、生成した制御情報を駆動回路５３に送信する。駆動回路５３は、設定情報に対応してモータ１６を駆動させるＰＷＭ制御信号を、モータコントローラ４３から受信する制御情報に基づいて生成する。駆動回路５３は、ＰＷＭ波形信号を、駆動信号線５４を介してインバータ回路５５に出力する。インバータ回路５５は、電力線を介してＰＷＭ制御信号に対応した電圧の交流電圧をモータ１６に供給し、モータ１６を駆動させる。

次に、リレー１７の動作について説明する。電流検知部９１は、インバータ回路５５からモータ電流が第１閾値以上になると、発熱によって変形する。リレー部９２は、電流検知部９１が変形すると、第１電源線４４を接続状態から開放状態に切り替える。これにより、第１電源線４４および第２電源線４５を介して駆動回路５３およびモータ制御用電源回路５２に供給されるモータ制御用電圧６２の供給が遮断され、駆動回路５３およびモータコントローラ４３への電力供給が停止する。これにより、駆動回路５３およびモータコントローラ４３の一方または両方が動作を停止し、インバータ回路５５の出力が停止する。その結果、モータ電流の過電流によってモータ１６が損傷することを防止することができる。

ここで、過電流の発生の有無を判定する基準となる各閾値の関係を説明する。上述したように、本実施の形態１のモータ駆動装置１５は、過電流の発生の有無が３カ所で判定される。具体的には、リレー１７は、電流検知部９１によって検知されるモータ電流が第１閾値以上か否かを判定する。過電流検知回路６５は、母線電流検知部６８によって検知される電流が第２閾値以上か否かを判定する。電流検知回路７０は、電流検知部６９ａおよび６９ｂによって検知されるモータ電流が第３閾値以上であるか否かを判定する。

本実施の形態１において、第１閾値をＴｈｃ１とし、第２閾値をＴｈｃ２とし、第３閾値をＴｈｃ３とし、モータ１６の巻線の絶縁性が確保される電流の上限値をＭａｘｃとすると、これらの値の関係は、式（１）で表される関係であることが望ましい。
Ｔｈｃ３＜Ｔｈｃ２＜Ｔｈｃ１＜Ｍａｘｃ・・・（１）

式（１）のように設定することで、インバータ回路５５が正常に動作しているとき、リレー１７によって駆動回路５３への電力供給が停止されることがない。また、モータ１６の巻線の絶縁性が熱で劣化しても、巻線が地絡する前にモータ１６を停止できる。

本実施の形態１において、モータ１６が異常動作した場合の動作例を説明する。圧縮機３またはファン５のモータ１６がロック状態になった場合、脱調状態となり、モータ１６の巻線に過電流が流れる。基本的には、過電流検知回路６５および電流検知回路７０のうち、一方または両方によって過電流が検知され、モータ１６は安全に停止することができる。しかしながら、過電流検知回路６５、電流検知回路７０およびモータコントローラ４３の故障などにより、これらの回路による電気的な異常回避手段による保護が機能しないおそれがある。これらの電気的な異常回避手段が機能しない場合でも、本実施の形態１においては、リレー１７が動作する。ソフトウェアおよびセンサに頼らずに、リレー１７による機械的な異常回避手段が確実に動作するため、上述したように、駆動回路５３およびモータコントローラ４３への電力供給が停止し、モータ１６を安全に停止させることができる。

本実施の形態１のモータ駆動装置１５は、モータ１６を駆動するインバータ回路５５と、制御用電圧が供給され、インバータ回路５５に駆動信号を出力する駆動回路５３と、駆動回路５３への制御用電圧の供給を遮断するリレー１７とを有する。リレー１７は、インバータ回路５５からモータ１６に出力されるモータ電流を検知し、モータ電流が第１閾値以上になると、駆動回路５３への制御用電圧の供給を遮断する。

本実施の形態１によれば、モータ電流がモータに供給される電力線にモータ電流を遮断する電磁接触器が設けられていなくても、モータ電流が第１閾値以上になると、リレー１７が駆動回路５３への制御用電圧の供給を遮断することで、インバータ回路５５の出力を停止することができる。電磁接触器が設けられていないので、過熱保護手段を簡素化でき、モータ駆動装置１５の製造コストを低減できる。また、モータ１６の外郭の温度を検知せず、モータ電流を検知しているので、環境温度による影響が小さく、過電流に対する保護の信頼性が向上する。

また、本実施の形態１において、母線に流れる電流が第２閾値以上である場合に過電流検知信号をモータコントローラ４３に出力する過電流検知回路６５と、モータ電流が第３閾値以上である場合に過電流検知信号をモータコントローラ４３に出力する電流検知回路７０とを有していてもよい。この場合、過電流検知回路６５および電流検知回路７０を含む電気的な異常回避手段と、リレー１７による機械的な異常回避手段とが組み合わせされた構成によって、モータ１６が保護される。基本的には、電気的な異常回避手段が機能するが、ソフトウェアの異常およびセンサの故障等が原因で電気的な異常回避手段が機能しなくても、ソフトウェアおよびセンサに頼らずに、機械的な異常回避手段が確実に動作する。そのため、モータ１６を確実に保護できる。

従来、圧縮機およびファンのモータの外郭の温度によって過電流の有無を閾値によって判定する過熱保護装置は、アクチュエータの周囲の温度である環境温度の影響により誤動作することがある。例えば、ファンに設けられるモータは、ファンの発生する風がモータの表面を冷やすため、モータの巻線の実際の温度とモータの外郭の温度との誤差が大きいことがある。モータの巻線の実際の温度よりもモータの外郭の温度が低くなる場合がある。この場合、モータの巻線の温度とモータの外郭の温度との温度差を考慮して閾値を設定しないと、過熱保護装置による保護が働く前にモータの巻線が焼損してしまうおそれがある。

また、アクチュエータが圧縮機である場合、内部の冷媒によりモータの巻線が冷却され、モータの巻線の温度に十分な余裕があるにもかかわらず、圧縮機の周囲の温度が高い場合など、モータの外郭の温度が高くってしまうことがある。この場合、従来の過熱保護装置は、過電流が発生するときよりも早くモータを停止させてしまうことになる。

これに対して、本実施の形態１の空気調和装置１００の室外機１は、圧縮機またはファンなどのアクチュエータの環境温度による影響が小さいので、異常が発生したとき、適切に保護動作が働く。そのため、従来の過熱保護装置よりも信頼性が向上する。

本実施の形態１で説明したように、モータ駆動装置１５は、図１に示した空気調和装置１００において、圧縮機３に設けられたモータ１６を駆動する装置およびファン５に設けられたモータ１６を駆動する装置に適用される。以下では、圧縮機３に設けられたモータ１６を駆動するモータ駆動装置１５を第１モータ駆動装置と称し、ファン５に設けられたモータ１６を駆動するモータ駆動装置１５を第２モータ駆動装置と称する。第１モータ駆動装置に設定される第１閾値Ｔｈｃ１である圧縮機リレー閾値は、第２モータ駆動装置に設定される第１閾値Ｔｈｃ１であるファンリレー閾値よりも大きい値に設定されることが望ましい。以下に、理由を説明する。

圧縮機３はファン５に比べてモータ１６に流れる電流が大きいので、圧縮機３の第１モータ駆動装置に設けられるリレー１７には、ファン５の第２モータ駆動装置に設けられリレー１７よりも耐電流特性の大きいものが使用される。そのため、圧縮機リレー閾値がファンリレー閾値以下の値に設定されると、圧縮機３のモータ１６において、電流供給を遮断すべきときにリレー１７が機能しないことがある。また、電流供給を遮断する必要がないのにリレー１７が頻繁に遮断してしまうこともある。このようなことを防止するために、圧縮機リレー閾値はファンリレー閾値よりも大きい値に設定される。

以上、本実施の形態１に係る空気調和装置１００について、図面を参照して説明したが、上述の実施の形態の説明により、過熱保護手段に関する特徴が限定されるものではない。

１ 室外機、２ 室内機、３ 圧縮機、４ 熱源側熱交換器、５ ファン、６ 四方弁、７ 負荷側熱交換器、８ 膨張弁、９ ファン、１０ 冷媒回路、１１ 電源系統、１２ 制御装置、１３ メイン基板、１４ 通信線、１５ モータ駆動装置、１６ モータ、１７ リレー、２１ モータ駆動部、２２ インバータ制御部、２３ スイッチング素子、３１ ノイズフィルタ回路、３２ メイン電源回路、３３ メインコントローラ、４３ モータコントローラ、４４、４４ａ、４４ｂ 第１電源線、４５ 第２電源線、４６ 第１端子、４７ 第２端子、５１ コネクタ、５２ モータ制御用電源回路、５３ 駆動回路、５４ 駆動信号線、５５ インバータ回路、５６ 主電解コンデンサ、５７ 直流リアクタ、５８ 整流ダイオード、６１ インバータ駆動電圧、６２ モータ制御用電圧、６３ インバータ制御電圧、６４ 平滑化コンデンサ、６５ 過電流検知回路、６６ リセット回路、６７ ラッチ回路、６８ 母線電流検知部、６９ａ、６９ｂ 電流検知部、７０ 電流検知回路、７１ 母線電圧検知回路、９１ 電流検知部、９２ リレー部、９３ バイメタル、９４ 絶縁体、９５ 金属板、９６ ラッチピン、１００ 空気調和装置。

Claims (8)

1. モータを駆動するインバータ回路と、
   交流電源から制御用電圧を生成する電源回路と、
   前記電源回路から前記制御用電圧が供給されると動作し、前記インバータ回路に前記モータを駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、
   前記電源回路から前記駆動回路への前記制御用電圧の供給を遮断するリレーと、を有し、
   前記リレーは、
   前記インバータ回路から前記モータに出力されるモータ電流を検知し、前記モータ電流が予め決められた第１閾値以上になると、前記電源回路から前記駆動回路へ供給されている前記制御用電圧の供給を遮断するものであり、
   前記インバータ回路から前記モータ電流が前記モータに供給される電力線に設けられ、前記モータ電流が前記第１閾値以上になると変形する電流検知部と、
   前記電流検知部が変形すると、前記駆動回路に前記制御用電圧が供給される２本の電源線のうち、一方の電源線を接続状態から開放状態に切り替えるリレー部と、を有するサーマルリレーであり、
   前記２本の電源線のうち、前記一方の電源線が前記リレー部を介して接続される第１端子および、前記２本の電源線のうち、他方の電源線が接続される第２端子を有するコネクタと、
   前記コネクタから分岐して出力される前記制御用電圧に基づく動作用電圧が供給され、前記駆動回路を制御するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記サーマルリレーが前記制御用電圧を遮断すると、前記駆動回路に対する制御を停止する、
   モータ駆動装置。
2. 前記交流電源から供給される交流電圧を直流の母線電圧に変換する整流ダイオードを有し、
   前記コネクタは、前記交流電源と前記整流ダイオードとの間から分岐して接続され、前記交流電圧を前記制御用電圧に変換する前記電源回路から前記制御用電圧が供給され、
   前記第１端子は、前記一方の電源線によって、前記リレー部を介して前記電源回路と接続され、
   前記第２端子は、前記他方の電源線によって前記電源回路と接続されている、
   請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記整流ダイオードから前記母線電圧が前記インバータ回路に供給される母線に流れる電流が予め決められた第２閾値以上か否かを判定し、前記母線に流れる電流が前記第２閾値以上である場合に過電流検知信号を前記コントローラに出力する過電流検知回路と、
   前記インバータ回路から前記モータに供給される前記モータ電流が予め決められた第３閾値以上か否かを判定し、前記モータ電流が前記第３閾値以上である場合に過電流検知信号を前記コントローラに出力する電流検知回路と、を有し、
   前記コントローラは、前記過電流検知回路または前記電流検知回路から前記過電流検知信号を受信すると、前記駆動回路を停止させる、
   請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記過電流検知回路と前記コントローラとの間に設けられ、前記過電流検知回路から受信する前記過電流検知信号を保持し、前記過電流検知信号を前記コントローラおよび前記駆動回路に出力するラッチ回路を有し、
   前記コントローラは、前記過電流検知信号を受信すると、前記駆動回路を停止させる停止信号を送信し、
   前記駆動回路は、前記コントローラからの前記停止信号の受信および前記ラッチ回路からの前記過電流検知信号の受信のうち、早く受信した信号にしたがって動作を停止する、
   請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記第１閾値、前記第２閾値および前記第３閾値の関係が、前記第１閾値＞前記第２閾値＞前記第３閾値である、
   請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
6. 冷凍サイクル回路を構成するアクチュエータの１つである圧縮機に設けられる前記モータを駆動するものであり、
   前記圧縮機に設けられる前記モータを駆動する場合の前記第１閾値は、前記冷凍サイクル回路を構成するアクチュエータの１つがファンである場合に設定される前記第１閾値よりも大きい、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 冷凍サイクル回路の一部を構成するアクチュエータと、
   前記アクチュエータに設けられたモータと、
   前記モータを駆動する請求項１～５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
   を有する空気調和装置の室外機。
8. 前記冷凍サイクル回路の一部を構成するアクチュエータとして、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記冷媒を外気と熱交換させる熱源側熱交換器、および前記熱源側熱交換器に前記外気を供給するファンを有し、
   前記圧縮機に設けられたモータを駆動する前記モータ駆動装置である第１モータ駆動装置と、
   前記ファンに設けられたモータを駆動する前記モータ駆動装置である第２モータ駆動装置と、を有し、
   前記第１モータ駆動装置に設定される前記第１閾値である圧縮機リレー閾値が前記第２モータ駆動装置に設定される前記第１閾値であるファンリレー閾値よりも大きい、
   請求項７に記載の空気調和装置の室外機。

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