JP2009216324A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 星形結線と三角結線を運転状態を考慮した最適なタイミングで切換えることができ、これによりエネルギー消費効率ＣＯＰの大幅な向上が図れる省エネルギー性にすぐれた空気調和機を提供する。
【解決手段】 インバータに対する相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続と星形結線接続とを選択的に切換えるための巻線切換ユニット５を設ける。圧縮機２０を定格能力で運転する場合、巻線切換ユニット５により、三角結線接続を選択する。定格能力の半分の中間能力で運転する場合は、巻線切換ユニット５により、星形結線接続を選択し、かつインバータの出力周波数に基づくブラシレスＤＣモータＭの回転速度をインバータの予め定められている最大出力電圧の範囲で制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の相巻線を有するモータおよびこのモータにより駆動される圧縮機構部からなる圧縮機を備えた空気調和機に関する。

一般に、家庭用の空気調和機は、省エネルギー法の規制対象となっており、地球環境の視点からＣＯ₂排出削減が義務づけられた商品である。技術の進歩により、圧縮機の圧縮効率、圧縮機モータの運転効率、熱交換器の熱伝達率等が改善され、空気調和機のエネルギー消費効率ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）は年々向上し、ランニングコスト（消費電力＝ＣＯ₂排出量）も低減してきた。

一方、空気調和機のエネルギー消費効率ＣＯＰを向上させる技術としては、定格能力運転時の一点の負荷での効率向上に注力していた。しかしながら、地球規模での省エネルギーを推進する上では、実運転頻度の高い負荷でもエネルギー消費効率ＣＯＰを向上させる必要がある。

概して、実運転頻度の高い負荷とは、空気調和機の性能に対応する定格負荷（ＪＩＳ：冷房時の室内／外温度27℃／35℃、暖房時の室内／外温度20℃／7℃）より外気の温度が低く（冷房）、能力も低い負荷のことである。近年、省エネルギー法の評価基準も見直され、定格能力のみの機器効率基準から、定格能力のほぼ半分（１／２）の中間能力の機器効率も加えた年間エネルギー消費効率が基準化された。

このような実情から、実運転負荷に即した効率向上が求められ、製品技術も中間運転時の機器効率向上が技術的課題となっている。そうした事情を踏まえ、従来、高負荷領域でモータ効率のピークをもつ星形結線（スター結線ともいう）と低負荷領域でモータ効率のピークをもつ三角結線（デルタ結線ともいう）の切換ができ、モータの効率を広範囲で向上させることが可能な巻線切換方式が提案されている（例えば特許文献１，２）。
特開２００６−２４６６７４号公報 特開２００５−１３０５７３号公報

しかしながら、星形結線と三角結線を単に高負荷か低負荷かに応じて切換えるだけでは、エネルギー消費効率ＣＯＰの十分な向上は望めない。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、星形結線と三角結線を運転状態を考慮した最適なタイミングで切換えることができ、これによりエネルギー消費効率ＣＯＰの大幅な向上が図れる省エネルギー性にすぐれた空気調和機を提供することにある。

請求項１に係る発明の圧縮機駆動装置は、複数の相巻線を有するモータおよびこのモータにより駆動される圧縮機構部からなる圧縮機と、この圧縮機を駆動するための所定周波数の三相交流電圧を出力するインバータとを備え、このインバータの出力周波数の制御に基づく前記モータの回転速度変化により前記圧縮機の運転能力が変化するものであって、前記インバータと前記モータとの間に設けられ、前記インバータに対する前記各相巻線の三角結線接続と星形結線接続とを選択的に切換える切換手段と、前記圧縮機を定格能力で運転する場合に、前記切換手段により前記三角結線接続を選択する制御手段と、前記圧縮機を前記定格能力の半分の中間能力で運転する場合に、前記切換手段により前記星形結線接続を選択し、かつ前記インバータの出力周波数に基づく前記モータの回転速度を前記インバータの予め定められている最大出力電圧の範囲で制御する制御手段と、を備える。

この発明の空気調和機によれば、星形結線と三角結線を運転状態を考慮した最適なタイミングで切換えることができる。これにより、エネルギー消費効率ＣＯＰの大幅な向上が図れる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１の交流電圧が整流回路２および平滑コンデンサ３で直流電圧に変換され、その直流電圧がスイッチング回路４に印加される。スイッチング回路４は、印加される直流電圧の正側に位置するスイッチング素子と負側に位置するスイッチング素子との直列回路をＵ，Ｖ，Ｗの３相分有するもので、Ｕ相の正側にスイッチング素子Ｕ＋、負側にスイッチング素子Ｕ−、Ｖ相の正側にスイッチング素子Ｖ＋、負側にスイッチング素子Ｖ−、Ｗ相の正側にスイッチング素子Ｗ＋、負側にスイッチング素子Ｗ−を備え、入力される直流電圧をスイッチングにより３相の所定周波数の擬似三相交流電圧に変換して出力する。このスイッチング回路４、上記整流回路２および平滑コンデンサ３により、インバータが構成される。そして、スイッチング回路４のスイッチング素子Ｕ＋，Ｕ−の相互接続点、スイッチング素子Ｖ＋，Ｖ−の相互接続点、およびスイッチング素子Ｗ＋，Ｗ−の相互接続点に３本の通電ラインＸを介して巻線切換ユニット５の入力側が接続され、その巻線切換ユニット５の出力側に６本の引出し線Ｙを介して圧縮機２０のブラシレスＤＣモータ（永久磁石モータともいう）Ｍが接続されている。

圧縮機２０は、図２に示すように、ブラシレスＤＣモータＭおよびこのブラシレスＤＣモータＭにより駆動される圧縮機構部２４を密閉ケース２０ａに収容している。ブラシレスＤＣモータＭは、密閉ケース２０ａの内周面に接して設けられた円筒型のステータ２１、このステータ２１の内側に回転可能に設けられた円筒状のロータ２２、このロータ２２と一体に固定され、その回転中心軸となるシャフト２３を備え、ステータ２１の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの通電により生じる磁界とロータ２２に埋設されている複数の永久磁石が作る磁界との相互作用により、ロータ２２が回転する。このロータ２２の回転動力がシャフト２３により圧縮機構部２４に伝達される。この圧縮機構部２４は２つのシリンダーを有するいわゆる２シリンダータイプである。

密閉ケース２０ａの下部には各シリンダーに対する吸込管２５ａ，２５ｂが設けられ、その吸込管２５ａ，２５ｂにアキュームレータ２６が接続されている。密閉ケース２０ａの上部には吐出管２７および２つの密封端子部（ガラス端子部）２８が設けられ、密封端子部２８の下面側にターミナル端子とブラシレスＤＣモータＭのステータ２１の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗとが複数本の引出し線により接続されている。２つの密封端子部２８と６本の引出し線Ｙとの接続状態を図３に示している。

吐出管２７には四方弁３１を介して室外熱交換器３２の一端が配管接続され、その室外熱交換器３２の他端が減圧器たとえば膨張弁３３を介して室内熱交換器３４の一端に配管接続され、その室内熱交換器３４の他端が上記四方弁３１およびアキュームレータ２６を介して吸込管２５ａ，２５ｂに配管接続されている。すなわち、冷媒が吸込管２５ａ，２５ｂを通して圧縮機構部２４に吸込まれ、それが圧縮機構部２４で圧縮されて吐出管２７から吐出される。吐出された冷媒は、冷房時は四方弁３１、室外熱交換器３２、膨張弁３３、室内熱交換器３４、四方弁３１、およびアキュームレータ２６を通り、吸込管２５ａ，２５ｂに再び吸込まれる。暖房時は、四方弁３１の切換えにより、吐出された冷媒が四方弁３１、室内熱交換器３４、膨張弁３３、室外熱交換器３２、四方弁３１、およびアキュームレータ２６を通って吸込管２５ａ，２５ｂに吸込まれる。これら圧縮機２０、四方弁３１、室外熱交換器３２、膨張弁３３、室内熱交換器３４により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。なお、室内熱交換器３４の近傍に、被空調室内の温度Ｔａを検知する室内温度センサ３５が設けられている。

上記巻線切換ユニット５は、上記インバータ（スイッチング回路４）に対する相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続と星形結線接続とを３本の通電ラインＸおよび６本の引出し線Ｙを通じて且つ後述の制御部１０からの指令に応じて選択的に切換えるもので、図４に示すように、リレー５１，５２およびこれらリレーの常開接点５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃを有している。すなわち、制御部１０から三角結線接続の指令を受けると、リレー５１を消勢してリレー５２を付勢し、常開接点５１ａ，５１ｂ，５１ｃの開放と常開接点５２ａ，５２ｂ，５２ｃの閉成により、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗをスイッチング回路４に対して三角結線接続する。制御部１０から星形結線接続の指令を受けると、リレー５１を付勢してリレー５２を消勢し、常開接点５１ａ，５１ｂ，５１ｃの閉成と常開接点５２ａ，５２ｂ，５２ｃの開放により、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗをスイッチング回路４に対して星形結線接続する。

三角結線接続と星形結線接続の切換えができない通常の圧縮機の場合、密閉ケースから導出される引出し線は３本である。これに対し、上記圧縮機２０の密閉ケース２０ａから導出される引出し線Ｙは６本と多く、製造時にスイッチング回路４との誤接続を生じる心配があることから、６本の引出し線Ｙのそれぞれの被覆部材の色を互いに異ならせている。

上記巻線切換ユニット５とスイッチング回路４との間の通電ラインＸに、電圧検出部６が接続される。電圧検出部６は、上記インバータ（スイッチング回路４）の出力電圧を検出するとともに、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのうち非通電状態の相巻線に誘起する電圧（ブラシレスＤＣモータＭの回転速度に応じた周期で振幅が変化する正弦波電圧）を検出する。これら検出電圧が制御部１０に供給される。また、インバータにおける平滑コンデンサ３とスイッチング回路との間の通電路に電流検知器７が設けられ、この電流検知器７の検知結果が制御部１０に供給される。

さらに、制御部１０に、受光部８、上記四方弁３１、および上記室内温度センサ３５が接続される。受光部８は、運転条件設定用のリモートコントロール装置９から送出される赤外線光を受光する。リモートコントロール装置９は、図５に示すように、運転状態／条件表示用の液晶表示部９１、運転条件設定用の操作部９２、開閉カバー９３、内面操作部９４を有し、開閉カバー９３を下方にスライドして開くことにより内面操作部９４が露出するとともに、上記星形結線接続への切換を優先的に指定するための操作手段としてエコボタン９２ａを操作部９２に設けている。

そして、制御部１０は、制御の中枢を担うＣＰＵ、プ口グラムや初期値などを予め格納したＲＯＭ、データの書込み及び読出しが自在なＲＡＭ、信号の受け渡しや信号レベルの整合を担うインターフェース（Ｉ／Ｆ）などで構成され、主要な機能として次の（１）〜（７）の手段を有している。
（１）リモートコントロール装置９で設定される運転モード（冷房／暖房／除湿等）に応じて上記四方弁３１を切換制御する制御手段。

（２）リモートコントロール装置９で設定される室内温度Ｔｓと室内温度センサ３５の検知温度Ｔａとの差（運転負荷）ΔＴに応じてインバータ（スイッチング回路４）の出力周波数Ｆを制御し、これによりブラシレスＤＣモータＭの回転速度つまり圧縮機２０の運転能力を変化させる制御手段。なお、圧縮機２０の運転能力は、暖房時の定格能力が冷房時の定格能力の１．０〜１．２倍となるように制御される。

（３）暖房運転の開始時に巻線切換ユニット５により相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続を選択する制御手段。

（４）巻線切換ユニット５による相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの星形結線接続から三角結線接続への切換えが必要な場合に、その切換えを、インバータの出力電圧が予め定められている最大値に達したまま所定時間が経過したときに実行する制御手段。

（５）巻線切換ユニット５による相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続から星形結線接続への切換えが必要な場合に、その切換えを、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度（電圧検出部６の検出回転速度）が所定値以下のまま所定時間が経過したときに実行する制御手段。

（６）巻線切換ユニット５による相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続と星形結線接続の切換えが必要な場合に、その切換をインバータの出力を一旦停止した状態で実行する制御手段。一旦停止の時間は、頻繁な圧縮機の運転停止を防止するために圧縮機２０の停止から再起動までに確保されるいわゆるハンチング防止の一般的な再起動待機時間よりも短い時間に設定されている。

（７）リモートコントロール装置９のエコボタン９２ａが押圧操作されたとき、巻線切換ユニット５による相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの星形結線接続を強制的に設定する制御手段。

スイッチング回路４の各スイッチング素子に対する駆動信号（ＰＷＭ信号；パルス幅変調信号）が制御部１０で生成され、その駆動信号が同各スイッチング素子に供給される。これにより、スイッチング回路４における１つの直列回路のそれぞれスイッチング素子がオン，オフして別の１つの直列回路のスイッチング素子がオンする２相通電が順次に切換わり、ブラシレスＤＣモータＭの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗにそれぞれ正弦波状の電流が流れ、ブラシレスＤＣモータＭが動作する。

このとき、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度に応じた周期で振幅変化する正弦波電圧が電圧検出部６で検出され、その検出電圧の周波数に同期したＰＷＭ信号が制御部１０で生成される。この生成に際し、ＰＷＭ信号のオン，オフデューティが、リモートコントロール装置９で設定される室内温度Ｔｓと室内温度センサ３５の検知温度Ｔａとの差（運転負荷）ΔＴに応じて調整される。これにより、運転負荷に対応する回転速度でブラシレスＤＣモータＭが動作し、圧縮機２０から空調負荷に対応する運転能力が発揮される。

ここで、ブラシレスＤＣモータＭの諸特性について説明する。図６はブラシレスＤＣモータＭの回転速度Ｎ（＝運転負荷）と効率ηとの関係、およびブラシレスＤＣモータＭの回転速度Ｎとインバータ（スイッチング回路４）の出力電圧Ｖとの関係を、三角結線接続の場合に効率ηｄ・出力電圧Ｖｄ、星形結線接続の場合に効率ηｓ・出力電圧Ｖｓとして示している。出力電圧Ｖｄ，Ｖｓと回転速度Ｎとは比例関係にあり、三角結線接続の場合は回転速度Ｎを出力電圧Ｖｄが予め定められている最大出力電圧に達するまでの範囲で（回転速度Ｎｄまで）、星形結線接続の場合は回転速度Ｎを出力電圧Ｖｓが予め定められている最大出力電圧に達するまでの範囲で（回転速度Ｎｓまで）、それぞれの最大トルク以下の運転負荷において、制御することができる。回転速度ＮをＮｄ，Ｎｓより高めるには、出力電圧Ｖｄ，Ｖｓを最大出力電圧に抑える弱め界磁制御、すなわち、ロータの永久磁石位置とインバータのPWM信号の出力タイミングを進み方向にずらせた制御を行いながら、スイッチング素子駆動用のＰＷＭ信号のオン，オフデューティを増大する。

三角結線接続および星形結線接続の最大トルクについては、いずれの接続においても、回転速度Ｎの増加とともに低下する。三角結線接続の効率ηｄおよび星形結線接続の効率ηｓについては、回転速度Ｎの増加と共に増加し、出力電圧Ｖｄ，Ｖｓが最大出力電圧に到達する回転速度Ｎｄ，Ｎｓでほぼピークを迎え、その後、弱め界磁制御の領域で次第に低下する。インバータ効率を含めた総合効率（モータ効率×インバータ効率）でも同様の曲線を示す。

また、ブラシレスＤＣモータＭの発生トルクは非通電状態の相巻線に誘起する電圧と電流の積であり、星形結線接続の場合の誘起電圧は三角結線接続の場合の誘起電圧の√３倍となる。したがって、誘起電圧が高い方の星形結線接続では、誘起電圧が低い方の三角結線接続に比べ、電流が低くなってインバータ損失が低減し、よってインバータ効率が低速回転速度域で高効率となるが、低トルク仕様のため最大回転速度は低い。逆に、誘起電圧が低い方の三角結線接続では、誘起電圧が高い方の星形結線接続に比べ、電流が大きくなりインバータ効率が悪化するが、高トルク仕様のため最大回転速度は高い。

モータ効率についても、星形結線接続の方が、スイッチング回路４の各スイッチング素子に対するオン，オフデューティの関係で電流高調波成分が減少して高調波損失が低減するため、三角結線接続に比べて高くなる。つまり、モータ効率を高くするには星形結線接続が適しており、反面、星形結線接続では回転速度を高くできない。逆に、回転速度を高くするには三角結線接続が適しており、反面、三角結線接続ではモータ効率が低くなる。

このような三角結線接続および星形結線接続の特徴を考慮し、ブラシレスＤＣモータＭを低めの回転速度N１またはその付近で動作させて圧縮機２０を定格能力の半分の中間能力で運転する冷房中間能力運転時、およびブラシレスＤＣモータＭを低めの回転速度N２またはその付近で動作させて圧縮機２０を定格能力の半分の中間能力で運転する暖房中間能力運転時の高い効率ηを確保しながら、ブラシレスＤＣモータＭを高めの回転速度N３またはその付近で動作させて圧縮機２０を定格能力で運転する冷房定格能力運転時、およびブラシレスＤＣモータＭを高めの回転速度N４またはその付近で動作させて圧縮機２０を定格能力で運転する暖房定格能力運転時の高い効率ηも確保するように相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻数が設定されている。具体的には、冷房中間能力運転および暖房中間能力運転では星形結線接続が選択され、かつインバータの出力周波数Ｆに基づくブラシレスＤＣモータＭの回転速度Ｎがインバータの予め定められている最大出力電圧の範囲で制御される。これにより、星形結線接続における最高の効率ηｓが得られる。冷房定格能力運転および暖房定格能力運転では、星形結線接続の場合よりも高い効率ηｄが得られる三角結線接続が選択される。

図７は、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度Nと負荷トルクとの関係を示している。熱交換器等の大きさ（熱交換率の大きさ）によって負荷特性は異なるが、空気調和機の暖房定格能力を冷房定格能力のほぼ１．０〜１．２倍にした場合、暖房中間能力運転と冷房中間能力運転の負荷トルクがほぼ同じになる。そこで、空気調和機の暖房定格能力を冷房定格能力のほぼ１．０〜１．２倍に設定し、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを、星形結線接続でこの暖房中間能力運転と冷房中間能力運転の負荷トルクが出力できるだけの巻数に設定する。このため、暖房中間能力運転および冷房中間能力運転を星形結線接続で実施した場合、暖房中間能力運転でのブラシレスＤＣモータＭの回転速度N２と冷房中間能力運転でのブラシレスＤＣモータＭの回転速度N１との関係は、N１×（１．０〜１．２）＝Ｎ２となる。この回転速度Ｎ１，Ｎ２での総合効率ηは図８に示すようにほぼ同じになり、ブラシレスＤＣモータＭの最大効率点近くで暖房中間能力運転と冷房中間能力運転が可能になる。その結果、図９に示すように、エネルギー消費効率ＣＯＰ（および通年エネルギー消費効率ＡＰＦ）の向上が図れる。

住宅の高気密高断熱化が進む中、暖房負荷は比較的低くなりつつある。その反面、窓の大形化が進んで窓上寸法が縮小化し、袖壁の半間スペースが縮小化する傾向にあって、その半間スペースに収まる小形の室内機の要求が増えている。この室内機の小形化に伴い、熱交換器が小さくなる傾向にある。このような状況において、暖房定格能力を冷房定格能力のほぼ１．０〜１．２倍にすれば、実使用で最も発生頻度の多い負荷いわゆる冷房中間能力運転および暖房中間能力運転でのブラシレスＤＣモータＭの回転速度がほぼ同じになり、その回転速度領域においてモータ効率およびインバータ効率がピークになるように設計できる。これにより、通年エネルギー消費効率ＡＰＦを落とさず、室内機が部屋の袖壁の半間スペースに収まるサイズまでコンパクト化が図れる効果がある。

一方、三角結線接続と星形結線接続との切換えタイミングについては、従来のように高負荷か低負荷かに応じた単純な切換ではなく、種々の条件が考慮されている。
すなわち、三角結線接続のときの効率ηｄのカーブおよび星形結線接続のときの効率ηｓのカーブは室外温度、室内温度、室内ファン風量など運転条件により大きく変化し、その効率ηｄ，ηｓが交わる点の回転速度は一義的には決まらないのが実情である。このため、単に回転速度を基準にして三角結線接続と星形結線接続とを切換えるだけでは、場合によっては効率の悪い側の結線接続で運転が行われてしまう可能性がある。また、結線接続の頻繁な切換動作が発生して、快適性に悪影響を与える可能性がある。
要するに、三角結線接続と星形結線接続の効率ηｄ，ηｓをそれぞれ活かしつつ、結線接続のより安全かつスムーズな切換えを行う必要がある。
そこで、運転中、星形結線接続から三角結線接続への切換えが必要な場合は、その切換えが、星形結線接続で運転中のインバータの出力電圧が予め定められている最大値、すなわち、弱め界磁を行なわないでインバータの出力がデューティ１００％の矩形波出力に達したまま所定時間が経過したときに実行される。これは、弱め界磁を行なうと効率が低下していくためである。効率向上を目的としているので、星形結線接続では弱め界磁制御は行わず、運転中のインバータの出力電圧が予め定められている最大値に達した状態（もっとも効率のよい状態）から、トルクのある三角結線接続に移行するようにしている。なお、この切換え時のブラシレスＤＣモータＭの回転速度は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻数設定によって暖房中間能力運転および冷房中間能力運転時の回転数よりも高い値になる。

一方、三角結線接続から星形結線接続への切換えが必要な場合は、その切換えが、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度（電圧検出部６の検出回転速度）が所定値以下のまま所定時間が経過したときに実行される。この切換え時のブラシレスＤＣモータＭの回転速度も、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻数設定によって暖房中間能力運転および冷房中間能力運転時の回転数よりも高い値になる。すなわち、三角結線接続から星形結線接続への切換え及び星形結線接続から三角結線接続への切換えが行なわれる回転速度は、空気調和機の暖房定格能力及び冷房定格能力が得られる回転速度と暖房中間能力及び冷房中間能力が得られる回転速度との間にある。三角結線接続から星形結線接続への切換えが必要な場合は、空調負荷が低下してきて室温が設定温度に近づいてきている状態であり、一般にこの後に空調負荷が急激に重くなる可能性は低いので、星形結線接続へ移行しても当面、三角結線接続への移行は発生しないため、頻繁な切換えは生じない。

なお、三角結線接続において運転中に空調負荷が重く、出力電圧が予め定められている最大値で運転しても目標とする回転数まで到達できない場合は、効率よりも空調能力発揮を優先し、弱め界磁制御が実施される。

また、運転開始時は、負荷の詳細な検出が困難であるため、空調負荷が比較的大きい暖房運転では三角結線接続で運転起動した方が空調に対してはより安全である。そこで、暖房運転の開始時、三角結線接続が選択される。一方、除湿運転や冷房運転では暖房運転に比べ、空調負荷が軽い場合が多いため、結線切換えの頻度を少なくすると共に効率向上のため、星形結線接続で運転起動する。

さらに、運転中に結線接続を切換える場合、ブラシレスＤＣモータＭへの電力供給を停止せずに連続的にリレー接点を切換えることが理想であるが、機器の信頼性や安全性の面から、電力供給を一旦停止せざるを得ない。

そこで、三角結線接続と星形結線接続の切換えが必要な場合に、その切換がインバータの出力を一旦停止した状態で実行される。ただし、空調の快適性（室温変動）への悪影響を抑制するためには、再起動までの時間が短いほどよい。この点を考慮し、一旦停止の時間が、圧縮機２０の停止から再起動までに確保されるＯＮ／ＯＦＦ切換えの頻発防止、いわゆるハンチング防止の一般的な再起動待機時間よりも短い時間に設定されている。

以上をまとめると、まず、暖房運転では、運転開始時に巻線切換ユニット５により三角結線接続が選択され、運転が行われる。その後、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度が所定値以下のまま所定時間が経過した時は、インバータの出力を一旦停止して巻線切換ユニット５により三角結線接続から星形結線接続への切換えが行なわれる。その後、負荷変動によってインバータの出力電圧が予め定められている最大値に達したまま所定時間が経過した場合は、インバータの出力を一旦停止して巻線切換ユニット５により星形結線接続から三角結線接続への切換えが行なわれる。

一方、除湿運転や冷房運転時では、運転開始時に巻線切換ユニット５により星形結線接続が選択され、運転が行われる。この運転中、負荷が重くインバータの出力電圧が予め定められている最大値に達したまま所定時間が経過した場合は、インバータの出力を一旦停止して巻線切換ユニット５により星形結線接続から三角結線接続への切換えが行なわれる。三角結線接続で再び運転開始後、ブラシレスＤＣモータＭの回転速度が所定値以下のまま所定時間が経過した時は、インバータの出力を一旦停止して巻線切換ユニット５により三角結線接続から星形結線接続への切換えが行なわれる。

以上の動作において、一時的な切換え状態での運転は除き、連続的運転状態においては、冷暖房運転のいずれでも、定格能力での運転は、三角結線接続で行なわれ、定格能力の半分の中間能力での運転は、星形結線接続で行われるようにブラシレスＤＣモータＭの相巻線の巻数が設定されている。さらに、相巻線の巻数設定は、星形結線接続で行なわれる定格能力の半分の中間能力での運転において弱め界磁は行なわないで回転させることができるだけ値に設定される。この結果、制御部１０は、圧縮機２０を定格能力で運転する場合に、巻線切換ユニット５により相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの三角結線接続を選択し、圧縮機２０を定格能力の半分の中間能力で運転する場合に、巻線切換ユニット５により相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの星形結線接続を選択することになる。かつ制御部１０は、星形結線接続時にはインバータの出力周波数に基づくブラシレスＤＣモータＭの回転速度をインバータの予め定められている最大出力電圧の範囲で制御し、弱め界磁は行なわない。

また、省エネルギー思考のユーザのために、リモートコントロール装置９のエコボタン９２ａが用意されている。このエコボタン９２ａが押圧操作されると、最大能力は発揮できないものの低負荷領域で常時効率のよい運転が可能な星形結線接続に固定されたエコ運転モードが選択される。このエコ運転モードは、エコボタン９２ａが再び押圧操作されたとき、あるいは運転が停止されたとき、解除される。エコ運転モード時には図５に示すように、液晶表示部９１にその時の圧縮機又は空気調和機の瞬時運転電力が表示される。なお、この瞬時運転電力は電流検知器７等の出力を用いて算出される。

なお、上記実施形態では、２つのリレーを用いた巻線切換ユニット５を例に説明したが、その巻線切換ユニット５の構成について限定はなく、半導体スイッチを用いることも可能であり、適宜に変更可能である。その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

一実施形態の構成を示すブロック図。 一実施形態における圧縮機の内部構成を示す図。 一実施形態における圧縮機の密封端子部と６本の引出し線との接続状態を示す図。 一実施形態における巻線切換ユニットの構成を示す図。 一実施形態におけるリモートコントロール装置の外観を示す図。 一実施形態における回転速度と効率との関係および回転速度とインバータの出力電圧との関係を、三角結線接続と星形結線接続とに分けて示す図。 一実施形態における回転速度と負荷トルクとの関係を示す図。 一実施形態における暖房中間能力運転での回転速度と冷房中間能力運転での回転速度との関係を示す図。 一実施形態における回転速度とエネルギー消費効率ＣＯＰとの関係を示す図。

符号の説明

１…商用交流電源、２…整流回路、３…平滑コンデンサ、４…スイッチング回路、５…巻線切換ユニット、５１，５２…リレー、６…電圧検出部、７…電流検知器、８…受光部、９…リモートコントロール装置、９２ａ…エコボタン、Ｘ…通電ライン、Ｙ…引出し線、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…相巻線、２０…圧縮機、２０ａ…密閉ケース、２１…ステータ、２２…ロータ、２３…シャフト、２４…圧縮機構部、２５ａ，２５ｂ…吸込管、２６…アキュームレータ、２７…吐出管、２８…密封端子部、６…ターミナル端子、７…コネクタ、１０…永久磁石モータ、１１…ステータ、１２…ロータ、１３…シャフト、２０…圧縮機構部、３１…四方弁、３２…室外熱交換器、３３…膨張弁（減圧器）、３４…室内熱交換器、３５…室内温度センサ

Claims (5)

1. 複数の相巻線を有するモータおよびこのモータにより駆動される圧縮機構部からなる圧縮機と、この圧縮機を駆動するための所定周波数の三相交流電圧を出力するインバータとを備え、このインバータの出力周波数の制御に基づく前記モータの回転速度変化により前記圧縮機の運転能力が変化する空気調和機において、
   前記インバータと前記モータとの間に設けられ、前記インバータに対する前記各相巻線の三角結線接続と星形結線接続とを選択的に切換える切換手段と、
   前記圧縮機を定格能力で運転する場合に、前記切換手段により前記三角結線接続を選択する制御手段と、
   前記圧縮機を前記定格能力の半分の中間能力で運転する場合に、前記切換手段により前記星形結線接続を選択し、かつ前記インバータの出力周波数に基づく前記モータの回転速度を前記インバータの予め定められている最大出力電圧の範囲で制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 暖房運転の開始時に前記切換手段により前記三角結線接続を選択する制御手段、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記切換手段による前記星形結線接続から前記三角結線接続への切換えが必要な場合に、その切換えを、前記インバータの出力電圧が予め定められている最大値に達したまま所定時間が経過したときに実行する制御手段、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 前記切換手段による前記三角結線接続から前記星形結線接続への切換えが必要な場合に、その切換えを、前記モータの回転速度が所定値以下のまま所定時間が経過したときに実行する制御手段、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
5. 前記空気調和機の能力は、暖房時の定格能力が冷房時の定格能力の１．０〜１．２倍であることを特徴とする請求項１ないし請求項４に係る発明のいずれかに記載の空気調和機。

Images