JP2007151207A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラスレスＤＣモータ制御装置において安定したトルク制御と効率改善と高速回転を行う、インバータ制御装置を供給すること。
【解決手段】昇圧用のコンデンサ４容量Ｃ１とコンデンサ５容量Ｃ２と平滑用のコンデンサ６容量Ｃ３とコンデンサ１０容量Ｃ４との間に切り換え手段１１を備え、該切り換え手段により、コンデンサ容量を調整し、直流電圧ＶＤＣを増減させ、安定したトルク制御や中速領域での高効率化や高速化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１ピストンロータリーコンプレッサを用いた空気調和機の係り、インバータの入力電圧を可変制御し、制御の安定と効率改善を目標としたインバータ制御装置の関するものである。

ブラシレスＤＣモータの回転数制御するモータ制御装置として、従来１２０゜通電制御の方式（特許文献１参照）と、正弦波１８０゜通電制御（特許文献２，３参照）がある。

従来のブラシレスＤＣモータ駆動装置によるモータ駆動においては、ブラシレスＤＣモータに印加される負荷トルクが小トルクのもとでは、ブラシレスＤＣモータは本来のトルク性能を発揮し、良好な速度制御性能と、かなりの速度脈動に対しても速度追従性がよく、十分な高速応答性を確保することが可能である。制御回路の構成とモータ運転プログラムも簡単なため、制御回路を含めたシステム全体の低コストが図れるという大きなメリットがある。
特許第２６４２３５７号公報 特開平７−２４５９８２号公報 特開平７−３３７０７９号公報

しかしながら、ブラシレスＤＣモータが低速領域であったり、過負荷時には、モータの騒音・振動が増加してくるため、トルクゲインを大きく設定し、振動抑制を行うが、ゲインを大きくするとモータに流れる電流が増加してくる。このような状況下では駆動効率の悪化・熱の発生・パワー部品の燃損、最悪の場合は脱調し、モータ機器の破損へとつながる。
そのため、直流電圧ＶＤＣのリップルを軽減するために平滑用のコンデンサの容量を大きくする必要があった。

しかし、コンプレッサの全速度領域で直流電圧ＶＤＣが高く一定であると、最適な効率で制御することができなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、直流電圧ＶＤＣを可変することで、トルクゲインを大きく設定し、モータ電流が増加するトルク制御運転領域では平滑用のコンデンサの容量を増加させることにより、安定したトルク制御運転を行うことを可能とし、トルク制御が終了する中速運転領域では、直流電圧ＶＤＣを降下させ、モータ鉄損の軽減やスイッチング素子のロス軽減により、高効率が可能となり、また、直流電圧ＶＤＣを増加させ、高速化を可能としたインバータ制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、昇圧用のコンデンサと平滑用のコンデンサの間に切り換え手段を設け、直流電圧ＶＤＣを可変しようとしたものである。

これによって、ブラシレスＤＣモータが低速のトルク制御運転領域では、平滑用のコンデンサ容量を増加させることにより、信頼性の高い１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転が可能となり、トルク制御運転領域が終了する中速運転領域では、直流電圧ＶＤＣを降下させ高効率化が可能となり、直流電圧ＶＤＣを増加させることで、高速領
域までの運転が可能となる。

本発明は、ブラシレスＤＣモーターが低速領域時に信頼性の高い１ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転をすることができ、中速領域時には高効率運転をすることができ、さらに、高速領域まで運転させることができる。

第１の発明は、昇圧用のコンデンサと平滑用のコンデンサの間に切り換え手段を設け、切り換え手段により、ブラシレスＤＣモータが低速でトルク制御運転時に、平滑用のコンデンサを増加させ、直流電圧ＶＤＣのリップルを低減させ、安定な制御を行うことができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の切り換え手段により、１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動が所定値を超えると、平滑用のコンデンサ容量を増加させることによりリップルの増加を抑え、安定したトルク制御を行うことができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の切り換え手段により、ブラシレスＤＣモータが中速領域時に、昇圧用のコンデンサ容量を増加させることにより、直流電圧ＶＤＣを降下させ高効率運転が可能となり、ブラシレスＤＣモータが高速領域時に平滑用のコンデンサ容量を増加させ、直流電圧ＶＤＣを増加させ、高速領域まで運転する事ができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１，図２，図３を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１は本発明の制御ブロック図である。従来例の図４の構成に平滑用のコンデンサ６容量Ｃ３とコンデンサ１０容量Ｃ４の２個直列にして、昇圧用のコンデンサ４容量Ｃ１とコンデンサ５容量Ｃ２間と平滑用のコンデンサ６容量Ｃ３とコンデンサ１０容量Ｃ４間に切り換え手段１１を設け、インバータ８からの圧縮機モータ回転数情報１２に基づいて、切換えを指示する切り換え指示手段１３を有する構成となっている。
ここで、Ｃ１＝Ｃ２、３２０μＦ≦Ｃ１≦１３００μＦ、
Ｃ３＝Ｃ４、３６０μＦ≦Ｃ３≦９００μＦとする。

以上のように構成された制御ブロックについて、以下その動作、作用を説明する。
まず、インバータ８からの圧縮機モータ回転数情報１２を得る。ブラシレスＤＣモータのトルク変動が所定値を超えるトルク制御回転領域では、切り換え手段１１の端子Ｓ１と端子Ｓ２をオープンとして、平滑用のコンデンサの容量＝Ｃ３／２として安定したトルク制御を行う。そして、前記情報から圧縮機モータ回転数がトルク制御領域を抜け中速領域であると切り換え手段１１が判断した場合に、切り換え手段１１の端子Ｓ１と端子Ｓ２を接続し、倍電圧コンデンサを容量Ｃ１＋Ｃ３と容量Ｃ２＋Ｃ４として、倍電圧用のコンデンサの総容量を増加することができ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣ１４を降下させることができる。

また、直流電圧ＶＤＣ１４の変化を図２より説明する。

図２のように、Ｔ＝０で電源投入を行い、電源立ち上り期間は、ある一定の傾きＶＤＣＴ１／Ｔ１で増加していき、時間Ｔ１後に目標電圧ＶＤＣＴ１に達する。そして、Ｔ２ま
での間、直流電圧ＶＤＣＴ１で安定運転を行う。そして、インバータ８からの回転数情報１２により、トルク制御が終了した回転領域であると判断した場合、切り換え手段１１が働き、昇圧用のコンデンサ容量が増加して、直流電圧ＶＤＣ１４は、ある傾き−（ＶＤＣＴ１−ＶＤＣＴ３）／（Ｔ３−Ｔ２）で降下して、ＶＤＣＴ３となる。

さらに、負荷により、高速領域の運転が必要な場合は切り換え手段１１の端子Ｓ１と端子Ｓ２をオープンにして平滑用のコンデンサ容量＝Ｃ３／２と増加させ、倍電圧用のコンデンサ容量＝Ｃ１＝Ｃ２と減少させ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣ１４を上昇させることができる。

また、直流電圧ＶＤＣの変化を図３より説明する。ここで、直流電圧ＶＤＣの電圧立ち上がりから安定までの制御は、図２と同じとする。

直流電圧ＶＤＣ１４は、目標電圧ＶＤＣＴ３で安定している。そして、時間Ｔ４で、インバータ８からの回転数情報１２により、高速領域の運転が必要であると判断した場合、切り換え手段１１が働き、平滑用のコンデンサ容量が増加して、直流電圧ＶＤＣ１４は、ある傾き（ＶＤＣＴ５−ＶＤＣＴ３）／（Ｔ５−Ｔ４）で増加して、ＶＤＣＴ５となる。ここで、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３、０＜Ｔ１＜Ｔ４＜Ｔ５であり、
０＜ＶＤＣＴ３＜ＶＤＣＴ１、０＜ＶＤＣＴ３＜ＶＤＣＴ５である。

以上のように、本実施の形態１では、切り換え手段により、トルク制御領域では、平滑用のコンデンサ容量を増加させ、安定したトルク制御を行うことができ、切換え手段により、昇圧用のコンデンサ容量を増加させることで、直流電圧ＶＤＣを降下させ、圧縮機モータが中速回転領域で、高効率化を行うことができ、また、切り換え手段により、平滑用のコンデンサ容量を増加させることで、直流電圧ＶＤＣを上昇させ、圧縮機モータの高速化を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機のインバータ制御は、ブラシレスＤＣモータの安定したトルク制御運転と中速回転領域での高効率化と、高速化が可能となるので、効率改善を目標としたインバータ制御装置開発等の用途にも適応できる。

実施の形態１に記載のブラシレスＤＣモータのインバータ回路ブロック図 実施例１に記載の直流電圧ＶＤＣの減少グラフ 実施例１に記載の直流電圧ＶＤＣの増加グラフ 従来のＤＣブラシレスモータのインバータ回路ブロック図

符号の説明

１ 商用交流電圧
２ リアクタ容量Ｌ１
３ ダイオードブリッジ
４ コンデンサ容量Ｃ１
５ コンデンサ容量Ｃ２
６ コンデンサ容量Ｃ３
７ 整流回路
８ インバータ
９ ブラシレスＤＣモータ
１０ コンデンサ容量Ｃ４
１１ 切換え手段
１２ 圧縮機モータ情報
１３ 切換え指示手段
１４ 直流電圧ＶＤＣ

Claims (3)

1. 商用電源からの商用交流電圧がリアクタを介して、ダイオードブリッジと昇圧用のコンデンサからなる整流回路で整流され、平滑用コンデンサで平滑されて直流電圧が形成され、その形成された直流電圧を電源電圧にするインバータと、前記インバータにより駆動される圧縮機用モータとを備えた空気調和機で、特にブラシレスＤＣモータに連結された１ピストンロータリーコンプレッサのブラシレスＤＣモータ制御装置において、前記１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して、前記昇圧用のコンデンサと前記平滑用のコンデンサの間に切り換え手段を設け、コンデンサ容量を可変させることとした空気調和機の制御装置。
2. 前記昇圧用のコンデンサと平滑用のコンデンサの間に設けられた切り換え手段により、前記１ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動が所定値を超えると、平滑用のコンデンサ容量を増加させることとした請求項１に記載の空気調和機の制御装置。
3. 前記昇圧用のコンデンサと平滑用のコンデンサの間に設けられた切り換え手段によりブラシレスＤＣモータが中速運転速度領域では、昇圧用のコンデンサ容量を増加させ、高速運転領域では、平滑用のコンデンサ容量を増加させることとした請求項１に記載の空気調和機の制御装置。

Images