JP2007028737A - モータ駆動装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータの駆動周波数を順次的に変化させた場合であっても、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制したモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 制御部１０５は、電流検出部１０４１により検出された直流モータ２０１に流れる電流の値が所定の許容値を超えた場合、インバータ回路１０４のスイッチング周波数を低下させることで直流モータ２０１の駆動周波数を低下させ、該駆動周波数が、直流モータ２０１の固有振動数を中心にして定めた禁止周波数帯内に入った時点で、駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に再設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ駆動装置に係り、特に該モータ駆動装置によるインバータ制御の下でモータの駆動力により配管内の冷媒を圧縮して循環させる圧縮機を備える空気調和機に関する。

近年、空気調和機、冷蔵庫等で、小型化、省電力化等のために、インバータ回路のスイッチング周波数を変更することにより負荷に応じて直流モータの駆動周波数、すなわち回転数を制御することが一般的となっている。例えば、空気調和機では、運転条件、環境条件、負荷状態等に応じて、圧縮機の直流モータ、送風ファンの直流モータ等の回転数が制御される。

ここで、直流モータ及び該直流モータにより駆動される機構部品には、固有の共振周波数（固有振動数）が存在する。該固有振動数を予め測定し、固有振動数と一致しないように直流モータの駆動周波数を設定することで、振動、騒音等の問題を回避することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１０７９６３号公報

しかし、直流モータ及びインバータ回路に流れる駆動電流の値が所定の許容値を超えたことが検出された場合、モータ駆動装置の制御部は、インバータ回路のスイッチング周波数を低下させることで直流モータの駆動周波数を低下させて、駆動電流が上記所定の許容値以下になるよう制御を行う。

このとき、制御部にて、直流モータの駆動周波数を順次的（又は段階的）に低下させる設定がされていた場合、上記固有振動数と一致しないように直流モータの駆動周波数が予め設定されていたとしても、上記固有振動数の近傍で駆動周波数が持続して設定される可能性があり、この結果として、振動、騒音等の問題が発生する虞がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの駆動周波数を順次的に変化させた場合であっても、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制したモータ駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、モータの電流値が許容値を超えたために、モータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制したモータ駆動装置を提供することにある。

本発明の更なる他の目的は、前記モータ駆動装置を空気調和機の圧縮機に適用したとき、配管温度が許容温度を超えたために、圧縮機のモータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制した空気調和機を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るモータ駆動装置は、交流電源からの交流電力を整流回路により直流電力に変換し、該直流電力をインバータ回路により断続的にモータに供給することで、該モータを駆動制御するモータ駆動装置において、前記モータに流れる電流の値を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された電流の値に基づき、前記インバータ回路のスイッチング周波数を変化させることで前記モータの駆動周波数を順次的に変化させるとともに、前記駆動周波数が前記モータの固有振動数を中心にして定めた禁止周波数帯内に入ったとき、前記駆動周波数を該禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、制御手段が、モータの駆動周波数を順次的に変化させた場合でも、駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することで、固有振動数を避けてモータを駆動することができる。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流の値が所定の許容値を超えた場合、前記駆動周波数を低下させ、該駆動周波数が前記禁止周波数帯内に入った時点で、前記駆動周波数を前記禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することを特徴とする。

本発明にあっては、モータに流れる電流の値が所定の許容値を超えたため、制御手段が、モータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することで、固有振動数を避けてモータを駆動することができる。

また、本発明に係る空気調和機は、前記モータ駆動装置によるインバータ制御の下で前記モータの駆動力により配管内の冷媒を圧縮して循環させる圧縮機を備える空気調和機において、少なくとも配管温度、室内温度及び室外温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された室内温度と室外温度との差に基づき、前記インバータ回路のスイッチング周波数を変化させることで前記モータの駆動周波数を順次的に変化させるとともに、前記温度検出手段により検出された配管温度が所定の許容温度を超えた場合、前記駆動周波数を低下させ、該駆動周波数が前記禁止周波数帯内に入った時点で、前記駆動周波数を前記禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することを特徴とする。

本発明にあっては、前記モータ駆動装置を空気調和機の圧縮機に適用したとき、配管温度が許容温度を超えたために、制御手段が、圧縮機のモータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することで、固有振動数を避けてモータを駆動することができる。

本発明によれば、モータの駆動周波数を順次的に変化させた場合でも、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制することが可能になる。

また、モータの電流値が許容値を超えたために、モータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制することが可能になる。

更に、前記モータ駆動装置を空気調和機の圧縮機に適用したとき、配管温度が許容温度を超えたために、圧縮機のモータの駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、モータ及び機構部品の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制することが可能になる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒循環回路の模式図である。なお、図１中、実線矢印Ａは冷房運転時の冷媒の循環方向を、破線矢印Ｂは暖房運転時の冷媒の循環方向を示している。

本実施の形態の空気調和機３は、室内ユニット１と室外ユニット２とを備える。室外ユニット２は、圧縮機２０、四方弁２１、室外熱交換器２２、膨張弁２３等を備えており、圧縮機２０及び四方弁２１、四方弁２１及び室外熱交換器２２、室外熱交換器２２及び膨張弁２３はそれぞれ配管によって連結されている。また、室内ユニット１の室内熱交換器１４は、室外ユニット２の四方弁２１及び膨張弁２３とそれぞれ配管によって連結されており、これらの配管内には冷媒が循環させてある。なお、図１では、室内熱交換器１４及び四方弁２１を連結する配管と、室内熱交換器１４及び膨張弁２３を連結する配管とをそれぞれ異なるパイプＰ１、Ｐ２内に通した構成を示しているが、１つのパイプ内に２つの配管を通した構成としてもよい。

上述した構成により、空気調和機３が冷房運転を行う場合、実線矢印Ａに示すように、圧縮機２０によって配管内の冷媒が高圧に圧縮され、四方弁２１を介して室外熱交換器２２へ搬送される。冷媒は、室外熱交換器２２で室外空気へ放熱しながら凝縮し、膨張弁２３で減圧された後、パイプＰ１内の配管を通って室内ユニット１へ搬送される。冷媒は、室内熱交換器１４で室内空気から吸熱しながら蒸発し、パイプＰ２内の配管を通って室外ユニット２へ搬送され、四方弁２１を介して再び圧縮機２０で圧縮される。このような冷媒の循環によって、室内ユニット１内に設けられた送風ファン（図示せず）を回転させることにより、室内へ冷風を吹き出すことができる。

一方、空気調和機３が暖房運転を行う場合、四方弁２１の冷媒流路が切り換えられ、破線矢印Ｂに示すように、圧縮機２０によって高圧に圧縮された配管内の冷媒は、四方弁２１を介してパイプＰ２内の配管を通って室内ユニット１へ搬送される。冷媒は、室内熱交換器１４で室内空気へ放熱しながら凝縮し、パイプＰ１内の配管を通って室外ユニット２へ搬送される。冷媒は、膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２２で室外空気から吸熱しながら蒸発し、四方弁２１を再び圧縮機２０で圧縮される。このような冷媒の循環によって、室内ユニット１内に設けられた送風ファン（図示せず）を回転させることにより、室内へ温風を吹き出すことができる。

図２は、図１に示す空気調和機に適用した、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態のモータ駆動装置は、交流電源１０１と、整流回路１０２と、コンバータ回路１０３と、インバータ回路１０４と、制御部１０５と、電源回路１０６とを備えている。交流電源１０１からの交流電力は整流回路１０２により直流電力に変換され、コンバータ回路１０３により負荷の駆動に必要な電圧に昇圧され、インバータ回路１０４により直流電力がスイッチングされて圧縮機２０（図１）の直流モータ２０１に供給される。

インバータ回路１０４は、３相フルブリッジ回路と、駆動回路と、電流検出部１０４１とを備えている。３相フルブリッジ回路は、ダイオードが逆並列接続されたパワースイッチング素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：ＩＧＢＴ）を２個直列に接続した直列接続体を３個備えており、各直列接続体の出力端子は、直流モータ２０１の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）巻線にそれぞれ接続されている。なお、直流モータ２０１は、３相直流ブラシレスモータとして構成してある。

インバータ回路１０４の駆動回路は、制御部１０５から駆動制御信号を受けて、３相フルブリッジ回路を構成するパワースイッチング素子のゲートにＰＷＭ駆動信号を供給する。電流検出部１０４１は、直流モータ２０１に流れる電流の値を検出して、検出した電流の値を電流検出信号として制御部１０５に出力する。

制御部１０５は、ＣＰＵ又はＭＰＵ、記憶素子、ＲＯＭ等で構成され、電源回路１０６により生成された電源電圧により動作し、インバータ回路１０４を制御するとともに、四方弁２１（図１）の駆動回路２１ａに切換信号を送り、駆動回路２１ａにより四方弁２１を切換動作させることで、空気調和機の冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り換える。また、制御部１０５は、膨張弁２３（図１）の開度、送風ファンモータ２４の回転数を制御する。温度検出部１０７は、配管温度、室内温度、室外温度等を検出し、検出した温度を制御部１０５に出力する。

制御部１０５は、配管温度Ｔの許容温度Ｔｔｈ、直流モータ２０１の許容電流値Ｉｔｈ、直流モータ２０１の固有振動数ｆｃを中心として禁止周波数幅Δｆを有する禁止周波数帯ｆｂの最大周波数及ｆｍａｘ及び最小周波数ｆｍｉｎを内部の記憶素子に格納している。

上述した構成により、モータ駆動装置が圧縮機２０の直流モータ２０１を駆動制御する場合、制御部１０５は、直流モータ２０１の駆動周波数（以下、運転周波数ともいう）を、運転条件、負荷状態等に応じて変化させる。具体的には、以下の通りである。

室内温度がユーザによって予め設定された目標温度に対して所定範囲内に近付いたときに、室内温度を目標温度にするために室内熱交換器１４が熱交換する必要がある熱量は、温度検出部１０７により検出された室内温度と室外温度との差に基づき算出される。熱交換に必要な熱量（運転条件）と圧縮機２０の直流モータ２０１の駆動力（駆動周波数及びＰＷＭのデューティ比に対応）とを対応付けたテーブルが、制御部１０５内の記憶素子（図示せず）に予め格納されている。

制御部１０５は、記憶素子に格納されている上記テーブルを参照して、運転条件に応じた駆動周波数及びＰＷＭのデューティ比を駆動制御信号によりインバータ回路１０４に設定し、インバータ回路１０４は、設定された駆動周波数（設定周波数）ｆｓ及びＰＷＭのデューティ比で直流モータ２０１を駆動する。

制御部１０５の記憶素子は、配管温度の許容温度Ｔｔｈを格納しており、温度検出部１０７により検出された配管温度Ｔが上記許容温度Ｔｔｈを超えた場合、制御部１０５は、配管温度を低下させるべく、駆動制御信号により直流モータ２０１の駆動周波数ｆｄを設定周波数ｆｓから順次的（又は、段階的）に低下させる。

また、制御部１０５の記憶素子は、直流モータ２０１に流れる電流の許容電流値Ｉｔｈを格納しており、インバータ回路１０４内に設けられた電流検出部１０４１により検出された電流値が上記許容電流値Ｉｔｈを超えた場合、制御部１０５は、電流値を低下させるべく、駆動制御信号により直流モータ２０１の駆動周波数ｆｄを設定周波数ｆｓから順次的（又は、段階的）に低下させる。

このように、制御部１０５が、温度検出部１０７からの配管温度及び電流検出部１０４１からの電流値に応じて、直流モータ２０１の駆動周波数ｆｄを設定周波数ｆｓから順次的（又は、段階的）に低下させていき、駆動周波数ｆｄが予め設定された禁止周波数帯ｆｂに入ったとき、制御部１０５は、駆動周波数ｆｄを、直流モータ２０１の固有振動数ｆｃを中心とした禁止周波数幅Δｆを有する禁止周波数帯ｆｂの最大周波数ｆｍａｘ又は最小周波数ｆｍｉｎに再設定する。図３は、直流モータ２０１の駆動周波数ｆｄを禁止周波数帯ｆｂの最小周波数ｆｍｉｎに再設定する様子を示すタイミングチャート、図４は、直流モータ２０１の駆動周波数ｆｄを禁止周波数帯ｆｂの最大周波数ｆｍａｘに再設定する様子を示すタイミングチャートである。

なお、送風ファンモータ２４についても上記と同様の駆動制御を適用することができる。送風ファンモータ２４は、回転数制御装置を内蔵しており、制御部１０５は、送風ファンモータ２４の固有振動数ｆｃａを中心とした禁止周波数幅Δｆａを有する禁止周波数帯ｆｂａの最大周波数ｆｍａｘａ又は最小周波数ｆｍｉｎａを内部の記憶素子に格納している。運転条件に応じて、送風ファンモータ２４の回転数に対応する駆動周波数が変化して、禁止周波数帯ｆｂａに入ったとき、制御部１０５は、送風ファンモータ２４の駆動周波数を禁止周波数帯ｆｂａの最大周波数ｆｍａｘａ又は最小周波数ｆｍｉｎａに再設定する。

以上のように、本実施の形態によれば、直流モータ２０１に流れる電流の値が所定の許容値を超えた、又は配管温度が許容温度を超えたため、制御部１０５が、直流モータ２０１の駆動周波数を順次的に低下させた場合でも、駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することで、固有振動数を避けてモータを駆動することができる。これにより、直流モータ２０１の固有振動数に起因した振動及び騒音を抑制することが可能になる。

なお、本実施の形態では、圧縮機２０の直流モータ２０１の固有振動数に対して禁止周波数帯及び禁止周波数幅を設定したが、直流モータ２０１により駆動される圧縮機２０の機構部品の固有振動数に対して禁止周波数帯及び禁止周波数幅を設定してもよい。

また、本実施の形態では、制御部１０５内の記憶素子に、配管の許容温度、直流モータ２０１の許容電流値、禁止周波数帯の最大周波数及び最小周波数を格納する構成としたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、制御部１０５の外部に設けた記憶素子に、配管の許容温度、直流モータ２０１の許容電流値、禁止周波数帯の最大周波数及び最小周波数を格納する構成としてもよい。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷媒循環回路の模式図である。 図１に示す空気調和機に適用した、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。 直流モータの駆動周波数を禁止周波数帯の最小周波数に再設定する様子を示すタイミングチャートである。 直流モータの駆動周波数を禁止周波数帯の最大周波数に再設定する様子を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 室内ユニット
２ 室外ユニット
３ 空気調和機
１４ 室内熱交換器
２０ 圧縮機
２１ 四方弁
２２ 室外熱交換器
２３ 膨張弁
２４ 送風ファンモータ
１０１ 交流電源
１０２ 整流回路
１０３ コンバータ回路
１０４ インバータ回路
１０５ 制御部
１０６ 電源回路
１０７ 温度検出部
２０１ 直流モータ
１０４１ 電流検出部

Claims (3)

1. 交流電源からの交流電力を整流回路により直流電力に変換し、該直流電力をインバータ回路により断続的にモータに供給することで、該モータを駆動制御するモータ駆動装置において、
   前記モータに流れる電流の値を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段により検出された電流の値に基づき、前記インバータ回路のスイッチング周波数を変化させることで前記モータの駆動周波数を順次的に変化させるとともに、前記駆動周波数が前記モータの固有振動数を中心にして定めた禁止周波数帯内に入ったとき、前記駆動周波数を該禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定する制御手段とを備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流の値が所定の許容値を超えた場合、前記駆動周波数を低下させ、該駆動周波数が前記禁止周波数帯内に入った時点で、前記駆動周波数を前記禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置によるインバータ制御の下で前記モータの駆動力により配管内の冷媒を圧縮して循環させる圧縮機を備える空気調和機において、
   少なくとも配管温度、室内温度及び室外温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された室内温度と室外温度との差に基づき、前記インバータ回路のスイッチング周波数を変化させることで前記モータの駆動周波数を順次的に変化させるとともに、前記温度検出手段により検出された配管温度が所定の許容温度を超えた場合、前記駆動周波数を低下させ、該駆動周波数が前記禁止周波数帯内に入った時点で、前記駆動周波数を前記禁止周波数帯の最大周波数又は最小周波数に設定することを特徴とする空気調和機。

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