JP2011158170A

JP2011158170A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2011158170A
Application number: JP2010020055A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Niwa; 守丹羽; Satoshi Kida; 聡木田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】ＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機においては、モータ駆動のキャリア周波数が大きくなればモータ駆動部内のＩＧＢＴ等のパワーデバイスのスイッチング損失が大きくなり省エネ性が失われ、キャリア周波数が小さくなれば騒音や振動が発生することから、省エネ性、低騒音を両立したキャリア周波数の選択が必要となっているが、使用される環境によってキャリア周波数によるノイズ音が騒音になる場合とならない場合があり、必要以上に高いキャリア周波数を選択することにより省エネ性が失われている。
【解決手段】空気調和機が使用される環境を検知し、騒音が許容されない静かな環境下ではモータ駆動のキャリア周波数を高くし、騒音が許容される環境下においてはキャリア周波数を低くする構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータをＰＷＭ方式にて制御する空気調和機に関するものである。

従来のＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機において、ＩＧＢＴ等のパワーデバイス、論理回路を含むモータ駆動部、モータ駆動部を制御する制御部、及び圧縮機等のモータが搭載されている。図１３は従来のＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機の例である。

電源は、室内機２の電源コンセント１から室内機制御部３を経由して室外機５の室外機制御部６やコンバータ部７に供給されており、通常、室外機５では、コンバータ部７にて交流電圧を直流電圧に変換した後、モータ駆動部９にその直流電圧を供給し、モータ１０を駆動する構成となっている。モータ駆動は、モータ駆動部９に供給される直流電圧を室外機制御部６によって制御されたキャリア周波数でチョッピングして、モータ１０に印加される電圧を電圧型ＰＷＭ方式のインバータによって制御する。

上記ＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機においては、モータ駆動のキャリア周波数が大きくなれば低騒音であるがモータ駆動部内のＩＧＢＴ等のパワーデバイスのスイッチング損失が大きくなり、省エネ性が失われる。一方で、キャリア周波数が小さくなれば、パワーデバイスのスイッチング損失が小さくなる反面、騒音や振動が発生し、異常音による問題が発生する。以上のことから、省エネ性、低騒音を両立したキャリア周波数の選択が必要となっている。

特許文献１記載のＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機は、低消費電力の範囲の中で異常音を聞きにくくするようなキャリア周波数の選定について、記載されている。

また特許文献２記載のエンジンと電気モータと電源とを搭載したハイブリット車両の制御装置においては、エンジン回転数が低いとインバータのキャリア周波数を高く、エンジン回転数が高いとキャリア周波数を低くすることにより、搭乗者の聴覚に違和感を与えず、インバータのスイッチング素子の損失を減じる手法が記載されている。

特開昭６１−１０６０９３号公報特開２００４−４８８４４号公報

しかしながら、前記した従来の技術によるＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機、例えば特許文献１記載の空気調和機では、空気調和機が使用される環境によっては騒音と感じられないレベルのノイズ音に対しても、静かな環境下では騒音と感じられるためにキャリア周波数を必要以上に上げ、スイッチング損失により省エネ性が損なわれている問題がある。また、特許文献２記載の方法では、ハイブリッド車両のような、自らの動作による騒音により、キャリア周波数による騒音が搭乗者の聴覚に違和感を与えない場合は良いが、空気調和機においては、空気調和機の動作音よりも使用環境の騒音が支配的となり、応用することができない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機
において、インバータのキャリア周波数による騒音が周辺の者の聴覚に違和感を与えることなく、スイッチング素子の損失を低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機は、使用環境に応じて、騒音が許容されない静かな環境下ではキャリア周波数を高く、騒音が許容される環境下においてはキャリア周波数を低くする構成としたものである。

本発明のＰＷＭインバータ装置内蔵の空気調和機は、使用環境に応じてインバータのキャリア周波数を変更させることにより、騒音が許容されない静かな環境下ではキャリア周波数を上げることで周辺の者の聴覚に違和感を与えることをなくし、騒音が許容される環境下においてはキャリア周波数を低くすることにより、スイッチング損失を低減することにより、インバータのキャリア周波数による騒音が周辺の者の聴覚に違和感を与えることなく、スイッチング素子の損失を低減することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図本発明の実施の形態２における空気調和機の構成図本発明の実施の形態２における空気調和機の構成図本発明の実施の形態２におけるキャリア周波数を決定するチャート本発明の実施の形態３における空気調和機の構成図本発明の実施の形態３における空気調和機の構成図本発明の実施の形態３におけるキャリア周波数を決定するチャート本発明の実施の形態４における空気調和機の構成図本発明の実施の形態４におけるキャリア周波数を決定するチャート本発明の実施の形態５における空気調和機の構成図本発明の実施の形態５におけるキャリア周波数を決定するチャート本発明の実施の形態６における空気調和機の構成図従来の空気調和機の構成図

第１の発明は、交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧を、キャリア周波数でチョッピングして、モータを駆動するためにモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータを備えた空気調和機において、ＰＷＭ制御する際のキャリア周波数について、室内機または室外機に搭載された使用環境検知部により空気調和機が使用されている環境を検知し、騒音が許容されない静かな環境下ではインバータのキャリア周波数を高くし、騒音が許容される環境下においてはキャリア周波数を低くすることにより、インバータのキャリア周波数による騒音が周辺の者の聴覚に違和感を与えることなく、スイッチング素子の損失を低減することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明で、空気調和機が使用されている環境を検知する際に使用環境の明暗を検知し、使用環境が所定の明るさよりも明るい場合は前記モータ駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、使用環境が所定の明るさよりも暗い場合は前記キャリア周波数を高くする制御とすることにより、騒音が許容される昼の時間帯でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、夜の騒音が許容されない時間帯での低騒音化が可能となる。

第３の発明は、第１の発明で、空気調和機が使用されている環境を検知する際に空気調和機周辺に人がいるかいないかを検知し、所定の範囲内に人がいる場合は前記モータ駆動
用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を高くし、所定の範囲内に人がいない場合は前記キャリア周波数を低くする制御とすることにより、周囲に人がいない騒音が許容される場合のスイッチング素子の損失を低減するとともに、周囲に人がいる場合での低騒音化が可能となる。

第４の発明は、第１の発明で、空気調和機が使用されている環境を検知する際に室外機周辺に物体が存在するかしないかを検知し、所定の範囲内に物体が存在する場合は前記モータ駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を高くし、所定の範囲内に物体が存在しない場合は前記キャリア周波数を低くする制御とすることにより、室外機周辺に家屋等が存在しない等の騒音が許容される場合のスイッチング素子の損失を低減するとともに、室外機から近距離に家屋が存在する場合や室外機周辺に家屋が密集している場合等の低騒音化が可能となる。

第５の発明は、第１の発明で、空気調和機が使用されている環境を検知する際に使用されている時点の時刻を検知し、時刻が所定の範囲内であれば前記モータ駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を高くし、時刻が所定の範囲外であれば前記キャリア周波数を低くする制御とすることにより、所定の範囲を夜の時間帯に設定した場合、騒音が許容される昼の時間帯でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、夜の騒音が許容されない時間帯での低騒音化が可能となる。

第６の発明は、第１の発明で、空気調和機が使用されている環境を検知する際に外部からの制御信号を検知し、前記制御信号は騒音が許容される環境であるか、許容されない環境であるかを空気調和機に伝達するものであり、騒音が許容される環境であることを伝える制御信号を受信した場合は前記モータ駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、騒音が許容されない環境であることを伝える制御信号を受信した場合は前記キャリア周波数を高くする制御とすることにより、騒音が許容される使用環境でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、騒音が許容されない使用環境での低騒音化が可能となる。

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は本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図である。

図１において、電源は、室内機２の電源コンセント１から室内機制御部３を経由して室外機５の室外機制御部６やコンバータ部７に供給されており、室外機５では、コンバータ部７にて交流電圧を直流電圧に変換した後、ＩＧＢＴ等のパワーデバイス、論理回路を含むモータ駆動部９にその直流電圧を供給し、モータ１０を駆動する構成となっている。モータ駆動は、モータ駆動部９に供給される直流電圧を室外機制御部６によって制御されたキャリア周波数でチョッピングして、モータ１０に印加される電圧を電圧型ＰＷＭ方式のインバータによって制御する。ＰＷＭ制御する際のキャリア周波数は、室内機２に搭載された室内使用環境検知部１１または室外機５に搭載された室外使用環境検知部１２により空気調和機が使用されている環境を検知し、騒音が許容されない静かな環境下ではインバータのキャリア周波数を高くし、騒音が許容される環境下においてはキャリア周波数を低くする構成としている。

このことにより、インバータのキャリア周波数による騒音が周辺の者の聴覚に違和感を与えることなく、モータ駆動部９のスイッチング素子の損失を低減することが可能となる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における空気調和機の構成図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図２において、室内機２に搭載された室内照度検知部１３によって、室内使用環境の明暗を検知し、室内使用環境が所定の明るさよりも明るい場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、使用環境が所定の明るさよりも暗い場合は前記キャリア周波数を高くする構成としている。

また、図３も本発明の実施の形態２における空気調和機の構成図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において、室外機５に搭載された室外照度検知部１４によって、室外使用環境の明暗を検知し、室外使用環境が所定の明るさよりも明るい場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、使用環境が所定の明るさよりも暗い場合は前記キャリア周波数を高くする構成としている。

図４は本実施の形態におけるモータ１０の駆動ＰＷＭキャリア周波数を決定する方法を示したフローチャートである。

室内または室外照度検知手段（Ｓ３１）により検知された使用環境の明るさが、所定の明るさより明るいかどうか判定（Ｓ３２）し、所定の明るさ以下であると判定された場合はモータのキャリア周波数を高い値（Ｓ３４）、所定の明るさより明るいと判定された場合はモータのキャリア周波数を低い値（Ｓ３３）をモータ駆動ＰＷＭキャリア周波数として決定（Ｓ３５）する。

このことにより、室内機２または室外機５に搭載された、室内照度検知部１３または室外照度検知部１４によって昼夜を区別し、騒音が許容される昼の時間帯でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、騒音が許容されない夜の時間帯での低騒音化が可能となる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における空気調和機の構成図である。図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図５において、室内機２に搭載された室内側人在不在検知部１５によって、室内の所定の範囲内に人が存在するかしないかを検知し、所定の範囲内に人が存在しない場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、所定の範囲内に人が存在する場合は前記キャリア周波数を高くする構成としている。

また、図６も本発明の実施の形態３における空気調和機の構成図である。図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図６において、室外機５に搭載された室外側人在不在検知部１６によって、室外の所定の範囲内に人が存在するかしないかを検知し、所定の範囲内に人が存在しない場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、所定の範囲内に人が存在する場合は前記キャリア周波数を高くする構成としている。

図７は本実施の形態におけるモータ１０の駆動ＰＷＭキャリア周波数を決定する方法を
示したフローチャートである。

室内または室外人在不在検知手段（Ｓ４１）により室内または室外の所定の範囲内に人が存在するかしないかを検知（Ｓ４２）し、所定の範囲内に人が存在すると判定された場合はモータのキャリア周波数を高い値（Ｓ４４）、所定の範囲内に人が存在しないと判定された場合はモータのキャリア周波数を低い値（Ｓ４３）をモータ駆動ＰＷＭキャリア周波数として決定（Ｓ４５）する。

このことにより、室内機２または室外機５に搭載された、室内側人在不在検知部１５または室外側人在不在検知部１６によって空気調和機の周辺に人が存在するかしないかを判定し、周囲に人がいない騒音が許容される場合のスイッチング素子の損失を低減するとともに、周囲に人がいる場合での低騒音化が可能となる。

（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における空気調和機の構成図である。図８において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図８において、室外機５に搭載された室外側物体検知部１７によって、室外の所定の範囲内に物体が存在するかしないかを検知し、所定の範囲内に物体が存在しない場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を下げ、所定の範囲内に物体が存在する場合は前記キャリア周波数を上げる制御とする構成としている。

図９は本実施の形態におけるモータ１０の駆動ＰＷＭキャリア周波数を決定する方法を示したフローチャートである。

室外物体位置検知手段（Ｓ５１）により室外の所定の範囲内に物体が存在するかしないかを検知（Ｓ５２）し、所定の範囲内に物体が存在すると判定された場合はモータのキャリア周波数を高い値（Ｓ５４）、所定の範囲内に物体が存在しないと判定された場合はモータのキャリア周波数を低い値（Ｓ５３）をモータ駆動ＰＷＭキャリア周波数として決定（Ｓ５５）する。

このことにより、室外機５に搭載された室外側物体検知部１７によって、空気調和機の周辺に家屋等の物体が存在するかしないかを判定し、室外機周辺に家屋等が存在しない等の騒音が許容される場合のスイッチング素子の損失を低減するとともに、室外機から近距離に家屋が存在する場合や室外機周辺に家屋が密集している場合等の低騒音化が可能となる。

（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５における空気調和機の構成図である。図１０において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１０において、室内機２に搭載された時刻検知部１８によって、空気調和機が使用されている時点の時刻を検知し、時刻が所定の範囲内であればモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を高くし、時刻が所定の範囲外であればキャリア周波数を低くする構成としている。

図１１は本実施の形態におけるモータ１０の駆動ＰＷＭキャリア周波数を決定する方法を示したフローチャートである。

時刻検知手段（Ｓ６１）により空気調和機が使用されている時点の時刻が所定の範囲内
か否かを検知（Ｓ６２）し、所定の範囲内と判定された場合はモータのキャリア周波数を高い値（Ｓ６４）、所定の範囲内ではないと判定された場合はモータのキャリア周波数を低い値（Ｓ６３）をモータ駆動ＰＷＭキャリア周波数として決定（Ｓ６５）する。

このことにより、上記所定の範囲を夜の時間帯に設定した場合、騒音が許容される昼の時間帯でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、夜の騒音が許容されない時間帯での低騒音化が可能となる。

（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態６における空気調和機の構成図である。図１２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１２において、室内機２に搭載された受信部１９によって、リモコン２０からの制御信号を検知し、リモコンからの制御信号は騒音が許容される環境であるか、許容されない環境であるかを空気調和機に伝達するものであり、騒音が許容される環境であることを伝える制御信号を受信した場合はモータ１０駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を低くし、騒音が許容されない環境であることを伝える制御信号を受信した場合はキャリア周波数を高くする構成としている。

このことにより、騒音が許容される使用環境でのスイッチング素子の損失を低減するとともに、騒音が許容されない使用環境での低騒音化が可能となる。

本発明にかかる空気調和機は、ＰＷＭ方式のインバータによってモータを駆動する全ての空気調和機に適用できる。

１電源コンセント
２室内機
３室内機制御部
４通信線
５室外機
６室外機制御部
７コンバータ部
９モータ駆動部
１０モータ
１１室内使用環境検知部
１２室外使用環境検知部
１３室内照度検知部
１４室外照度検知部
１５室内側人在不在検知部
１６室外側人在不在検知部
１７室外側物体検知部
１８時刻検知部
１９受信部
２０リモコン

Claims

交流電源の電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電圧をキャリア周波数でチョッピングして、冷媒を圧縮する圧縮機のモータを駆動するためにモータに印加される電圧を制御する電圧型ＰＷＭ方式のインバータを備え、ＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を、使用環境に応じて変更するキャリア周波数変更手段を備えた空気調和機。
使用環境の明暗を検知する手段を室内機または室外機に備え、前記キャリア周波数変更手段は、使用環境が明るい場合は前記モータ駆動用のＰＷＭ制御する際のキャリア周波数を下げ、使用環境が暗い場合は前記キャリア周波数を上げることを特徴とした請求項１記載の空気調和機。
人が所定の範囲内に存在するかしないかを検知することができる人検知手段を室内機または室外機に備え、前記キャリア周波数変更手段は、人が存在しないと検知した場合は前記キャリア周波数を下げ、人が存在すると検知した場合は前記キャリア周波数を上げることを特徴とした請求項１記載の空気調和機。
物体が所定の範囲内に存在するかしないかを検知することができる手段を室外機に備え、前記キャリア周波数変更手段は、物体が存在しないと検知した場合は前記キャリア周波数を下げ、物体が存在すると検知した場合は前記キャリア周波数を上げることを特徴とした請求項１記載の空気調和機。
機器内に時刻を検知する手段を備え、前記キャリア周波数変更手段は、所定の時刻の間は前記キャリア周波数を下げ、それ以外の時刻は前記キャリア周波数を上げることを特徴とした請求項１記載の空気調和機。
前記キャリア周波数変更手段は、外部からの制御信号により、前記キャリア周波数が変更可能であることを特徴とした請求項１記載の空気調和機。