JP2012145315A

JP2012145315A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2012145315A
Application number: JP2011006338A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Iwasaki; 善宏岩崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: JP5501987B2

Abstract

【課題】着霜などの緩やかな負荷変動に追従した運転中に急激な負荷変動が発生した場合において、過電流保護停止機能等が働くのを防止して運転を継続できる空気調和機を得ること。
【解決手段】本発明にかかる空気調和機は、室外熱交換器に送風する室外ファンが接続されたモータと、モータを駆動するインバータと、インバータの直流部電流に基づいてインバータで出力する電圧の周波数を制御するインバータ制御部９とを備え、インバータ制御部９は、直流部電流のピーク値の変化量を算出する電流ピーク値変化量導出部１１と、モータの周波数を下げる調整が必要と判断した場合に、算出された変化量と想定される動作環境に応じて決定しておいた複数のしきい値とを比較し、比較結果に応じて選択した変更幅でインバータを制御するためのＰＷＭ駆動信号の周波数を低下させる制御を行う周波数変更部１２と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機に関する。

従来の空気調和機の一例として、特許文献１に記載のファンモータ制御装置を備えてファンモータを駆動する構成の空気調和機が存在している。この空気調和機において、ファンモータ制御装置は、室外ファンモータにかかる負荷を検知し、所定負荷以上ならファンモータの回転数を低下させ、所定負荷以下なら回転数を上昇させるよう制御することにより、外部負荷に対する制御性を高めるとともに保護を行っている。

特開２００１−２８６１７９号公報（第１頁、第９−１３頁、第８図）

しかしながら、従来の空気調和機は、負荷の変化スピードによる考慮はされていないため、例えば、ゆっくり変化する室外熱交換器着霜時負荷に制御を追従させた場合、急激に変化する突風時などの負荷変動に追従できずファンの過電流保護停止が発生してしまう等の問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、突風などによる急激な負荷変動や暖房低温時の着霜などによる緩やかな負荷変動に追従して動作する空気調和機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、室外熱交換器に送風する室外ファンが接続されたモータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータの直流部電流に基づいて前記インバータで出力する電圧の周波数を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、前記直流部電流の所定期間におけるピーク値の変化量を算出する電流ピーク値変化量導出部と、前記モータの周波数を下げる調整の必要性を前記直流部電流に基づいて判断し、調整が必要と判断した場合には、前記算出された変化量と想定される動作環境に応じて決定しておいた複数のしきい値とを比較し、当該比較結果に応じて、予め決定されている３種類以上の変更幅の中のいずれか１つの変更幅を選択し、当該選択した変更幅で前記インバータを制御するためのＰＷＭ駆動信号の周波数を低下させる制御を行う周波数変更部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電流ピーク値の変化量を監視し、変化量（急激な変化か緩やかな変化かなど）に応じて、異なる変更幅でモータ回転数変化スピードを変更することとしたので、暖房低温の着霜時は運転可能な最大の回転数で室外ファンを回して効率良い熱交換を行って能力向上することができ、かつ、突風などに伴う負荷の急激な変動が発生した場合においても、負荷変動に追従したモータ制御が可能となり、保護機能が働くのを防止して運転を継続できる強固な制御性が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる空気調和機の実施の形態１の構成例を示す図である。図２は、インバータ制御部の構成例を示す図である。図３は、インバータの制御動作の一例を示すフローチャートである。図４は、インバータの制御動作の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる空気調和機の実施の形態１の構成例を示す図である。図示したように、空気調和機は、室外ファン２、モータ４、インバータ５、直流電源６、電流検出部７、ピークホールド回路８およびインバータ制御部９を備えている。

室外ファン２はモータ４と接続されており、室外熱交換器１に送風し熱交換を行う。モータ４は、室外ファン２の回転動作（回転子の位置）を検知するホールセンサ３を備えている。また、モータ４に電圧を供給し駆動するインバータ５は直流電源６により電源を得て動作し、インバータ５の制御入力端はインバータ制御部９と接続されている。電流検出部７はインバータ５と直流電源６の間に設けられており、インバータ５に流れる直流部電流を検出する。また、電流検出部７は、ピーク値を保持するピークホールド回路８を介してインバータ制御部９に接続されている。ピークホールド回路８は、電流検出部７による電流検出値のピーク値を保持し、保持している値をインバータ制御部９に出力する。なお、所定のタイミングでリセットされる（一定周期毎にリセットされる）。インバータ制御部９は、ピークホールド回路８で保持されているピーク値、およびホールセンサ３の出力に基づいて、インバータ５を制御する。なお、図示は省略しているが、空気調和機は、何らかの理由によりインバータ５に過電流が流れ込むのを防止するための回路（保護回路）を備えており、過電流を検出した場合には運転動作を停止する。

図２は、インバータ制御部９の構成例を示す図である。インバータ制御部９は、電流ピーク値記憶部１０、電流ピーク値変化量導出部１１および周波数変更部１２を備える。電流ピーク値記憶部１０は、ピークホールド回路８が検出したピーク値（電流検出部７による電流検出値のピーク値）を記憶する。電流ピーク値変化量導出部１１は、ピークホールド回路８が検出したピーク値の変化量を算出する。周波数変更部１２は、電流ピーク値変化量導出部１１により算出された変化量と、ホールセンサ３からの出力値に基づいて、インバータ５がモータ４に対して出力する電圧の周波数を変更させるためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動信号を生成し、インバータ５に出力する。

続いて、空気調和機の動作について説明する。

図１に示した空気調和機においては、電流検出部７の検出ピーク値をピークホールド回路８において保持し、その電流ピーク値によって制御を行う。図３は、この制御動作の一例を示すフローチャートである。

本発明にかかる空気調和機におけるインバータ制御動作において、インバータ制御部９は、まず、ピークホールド回路８からの出力値（電流検出部７で検出された電流のピーク値）を電流ピーク値記憶部１０が記憶し（ステップＳ１）、次に、電流ピーク値変化量導出部１１が、記憶している電流ピーク値が周波数低下判定値に達しているかどうか判断する（ステップＳ２）。周波数低下判定値は、室外ファンモータにかかる負荷の変動発生を検知し、モータ４の回転数を低下させるようインバータ５を制御する必要があるかどうかを判断するためのしきい値であり、たとえば、シミュレーションなどにより予め求め、電流ピーク値変化量導出部１１に保持させておく。判断の結果、電流ピーク値が周波数低下判定値に達していない場合、何も行わない、すなわち、モータ４の回転数を低下させるための制御をインバータ５に対して実施しない（ステップＳ２：Ｎｏ）。この場合、ステップＳ１およびこれに続く処理を繰り返し実行する。たとえば、所定時間が経過後にステップＳ１およびこれに続く処理を再度実行する。一方、電流ピーク値が周波数低下判定値に達している場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ３〜ステップＳ８の処理を実行してモータ４の回転数を低下させる際の制御幅を決定する。以下、ステップＳ３以降の処理を詳しく説明する。

電流ピーク値が周波数低下判定値に達している場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、電流ピーク値変化量導出部１１は、前回の電流ピーク値（前回の制御動作におけるステップＳ１で電流ピーク値記憶部１０が記憶した電流ピーク値）と今回の電流ピーク値との変化量を求める（ステップＳ３）。また、求めた変化量を周波数変更部１２へ出力する。なお、電流ピーク値記憶部１０は、ピークホールド回路８から出力された電流ピーク値を複数記憶しておく（少なくとも２つ、すなわち、今回および前回出力された電流ピーク値を記憶しておく）。電流ピーク値変化量導出部１１は、電流ピーク値記憶部１０から前回の電流ピーク値および今回の電流ピーク値を受け取って変化量を算出してもよいし、電流ピーク値記憶部１０から前回の電流ピーク値を受け取り、これとピークホールド回路８の出力値（今回の電流ピーク値）から変化量を算出してもよい。

次に、周波数変更部１２が、電流ピーク値変化量導出部１１から受け取った変化量（ステップＳ３で求めた変化量）を、着霜時変化量および突風時変化量と比較し（ステップＳ４，Ｓ５）、比較結果に基づいて、モータ４の回転数を低下させるようインバータ５を制御する際の制御幅を、３段階の低下量（低下幅）のうちのいずれか１つの低下量に決定する。

具体的には、周波数変更部１２は、まず、受け取った変化量が着霜時変化量以下かどうかを判断し（ステップＳ４）、着霜時変化量以下であれば（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、インバータ５へ出力する電圧の周波数低下量を第１の低下量（Ｌｏ）に決定する（ステップＳ６）。決定した後は、決定結果に従い、インバータ５へ出力するＰＷＭ駆動信号を調整する。なお、調整は、モータ４の回転数を低下させる必要が無くなったと判断するまで継続する（決定した周波数低下量で調整を行う）。この判断は、電流ピーク値から判断する。例えば、上述した周波数低下判定値よりも低い値の周波数上昇判定値を用い、電流ピーク値が周波数上昇判定値以下となるまで、周波数を低下させる調整動作を継続する。また、上述した周波数低下判定値を用い、電流ピーク値が周波数上昇判定値以下となるまで調整動作を継続するようにしてもよい。一方、電流ピーク値変化量導出部１１から受け取った変化量と着霜時変化量とを比較した結果、変化量が着霜時変化量以下でなければ（ステップＳ４：Ｎｏ）、さらに、変化量が突風時変化量以下かどうかを判断し（ステップＳ５）、突風時変化量以下であれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、インバータ５へ出力する電圧の周波数低下量を第２の低下量（Ｍｉ）に決定する（ステップＳ７）。また、突風時変化量以下でなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、インバータ５へ出力する電圧の周波数低下量を第３の低下量（Ｈｉ）に決定する（ステップＳ８）。ステップＳ７，Ｓ８を実行した場合には、上記ステップＳ６で周波数低下量を決定した場合と同様に、インバータ５へ出力するＰＷＭ駆動信号を調整する（モータ４の回転数を低下させる必要が無くなったと判断するまで調整動作を継続する）。

ここで、上記の着霜時変化量と突風時変化量は、上記の周波数低下量を決定するためのしきい値であり、これらの変化量の関係は「着霜時変化量＜突風時変化量」であるものとする。また、これら２つの変化量の値（しきい値）は、想定される運転環境に応じて、シミュレーション等により予め決定しておくものとする。着霜時変化量は、着霜発生に伴って負荷変動が発生した場合の電流変化量に基づいて決定する。この着霜時変化量は、着霜（またはこれに相当するような他の要因）に伴う緩やかな負荷変動が発生しているのかそれとも他の要因（突風などを含む）により大きな負荷変動が発生しているのか（ｓ単位かそれともｍｓ単位以上か）を判定するために使用する。すなわち、電流ピーク値の変化量が着霜時変化量以下であれば、着霜などに伴う負荷変動（緩やかな負荷変動）であると判断する。一方、突風時変化量は、突風発生に伴って負荷変動が発生した場合の電流変化量に基づいて決定する。この突風時変化量は、着霜や突風のなどの要因以外により中程度の速度での負荷変動が発生しているのかそれとも突風などに伴う急激な負荷変動が発生しているのか（ｍｓ単位かそれともｎｓ単位以上か）を判定するために使用する。すなわち、電流ピーク値の変化量が突風時変化量を越えていれば、突風などに伴う負荷変動（急激な負荷変動）であると判断する。また、上記３段階の低下量の関係は「第１の低下量（Ｌｏ）＜第２の低下量（Ｍｉ）＜第３の低下量（Ｈｉ）」であるものとする。

上記のような制御動作を適用すると、電流ピーク値変化量が着霜時となった場合は周波数を徐々に低下させることになる。すなわち、図４（ａ）に示すように、モータ回転数（実線で示したモータ回転数）が着霜時負荷に追従してダウンすることになり、従来制御（破線で示したモータ回転数）と比較して、着霜時のモータ回転数を高く保つことができる。一方、突風時などの場合（負荷が急激に変動した場合）には、図４（ｂ）に示すようにモータ回転数（実線）が突風時負荷に追従してダウンすることになり、従来制御（破線）と比較して、モータ回転数をより急峻に低下させること、すなわち、従来よりも短い時間でモータ回転数を下限値まで下げることができる。この結果、過電流による保護機能の動作が必要以上に発生してしまうのを防止できる。

なお、上記説明では、モータ回転数を下げる場合の制御について示したが、モータ回転数を上げる場合の制御については、従来と同様の制御である。すなわち、インバータ制御部９は、例えば、電流ピーク値が周波数上昇判定値以下となったことを検出した場合にモータ回転数を上昇させるようインバータ５を制御する（図４参照）。電流ピーク値が周波数上昇判定値以下となったかどうかの判定は、インバータ制御部９の電流ピーク値変化量導出部１１が行ってもよいし、図示を省略している他の構成要素で行うようにしてもよい。周波数上昇判定値は、上述した周波数低下判定値と同様に、シミュレーションなどにより予め求めておく。

このように、本実施の形態の空気調和機は、電流ピーク値の変化量を監視し、変化量（急激な変化か緩やかな変化か）に応じて、異なる変化量でモータ回転数変化スピードを変更することとした。これにより、暖房低温の着霜時は運転可能な最大の回転数で室外ファン２を回し、効率良い熱交換を行って能力向上を図ることができる。加えて、突風や室外熱交換器１へのゴミ付着時などに伴う負荷の変動が発生した場合においても、変動に追従したモータ制御が可能となり、保護機能（たとえば過電流保護停止機能）が働くのを防止して運転を継続できる強固な制御性が得られる。

なお、図１に示した構成からピークホールド回路８を削除し、電流検出部７による電流検出結果をインバータ制御部９に直接入力させる構成としてもよい。

また、上記説明では、電流ピーク値の変化量を判定するためのしきい値（着霜時変化量など）を２つとした場合の動作例について説明したが、３つ以上のしきい値を使用し、周波数低下量の値を４種類以上としてもよい。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、モータを駆動するインバータに流れる電流の検出値に基づいてインバータを制御する構成の空気調和機として有用である。

１室外熱交換器
２室外ファン
３ホールセンサ
４モータ
５インバータ
６直流電源
７電流検出部
８ピークホールド回路
９インバータ制御部
１０電流ピーク値記憶部
１１電流ピーク値変化量導出部
１２周波数変更部

Claims

室外熱交換器に送風する室外ファンが接続されたモータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータの直流部電流に基づいて前記インバータで出力する電圧の周波数を制御するインバータ制御部とを備え、
前記インバータ制御部は、
前記直流部電流の所定期間におけるピーク値の変化量を算出する電流ピーク値変化量導出部と、
前記モータの周波数を下げる調整の必要性を前記直流部電流に基づいて判断し、調整が必要と判断した場合には、前記算出された変化量と想定される動作環境に応じて決定しておいた複数のしきい値とを比較し、当該比較結果に応じて、予め決定されている３種類以上の変更幅の中のいずれか１つの変更幅を選択し、当該選択した変更幅で前記インバータを制御するためのＰＷＭ駆動信号の周波数を低下させる制御を行う周波数変更部と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
前記電流ピーク値変化量導出部は、
前記ピーク値を所定のタイミングで確認し、前記直流部電流が前記モータの周波数を下げる調整の必要性を判断するためのしきい値に達した場合に、当該しきい値に達した時点のピーク値と当該しきい値に達する直前のピーク値の変化量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記直流部電流のピーク値を検出して最新のピーク値を出力し続けるピークホールド回路
をさらに備え、
前記電流ピーク値変化量導出部は、前記ピークホールド回路から出力されるピーク値の変化量を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
前記周波数変更部は、
前記複数のしきい値として、第１のしきい値と当該第１のしきい値よりも大きな値の第２のしきい値とを使用し、
前記変化量が第１のしきい値以下の場合は第１の変更幅で前記周波数を低下させ、前記変化量が第１のしきい値よりも大きくかつ前記第２のしきい値以下の場合は第２の変更幅で前記周波数を低下させ、前記変化量が第２のしきい値よりも大きい場合は第３の変更幅で前記周波数を低下させることとし、
前記第１の変更幅、第２の変更幅および第３の変更幅は、「第１の変更幅＜第２の変更幅＜第３の変更幅」の関係を有する
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の空気調和機。
前記第１のしきい値を着霜に伴う負荷変動発生の有無を判別するためのしきい値とし、前記第２のしきい値を突風に伴う負荷変動発生の有無を判別するためのしきい値とする
ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。