JP2014088969A - 制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室外ＤＣファンモータを安定して駆動すること。
【解決手段】交流電源電圧を直流電圧に変換する第１の整流回路３と、第１の整流回路３の出力端子間に直列に接続される２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と、第１の整流回路３の交流側の一方の入力端子と第１のコンデンサＣ１及び第２のコンデンサＣ２の接続点との間を開閉可能に設けられ、第１の整流回路３を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替部４とを備える空気調和装置の電源装置１００に適用される、空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータ８の制御装置１０であって、切替部４が閉状態とされ、第１の整流回路３が倍電圧整流回路とされる場合に、切替部４が閉状態に切り替えられる前に、室外ＤＣファンモータ８に入力する指令電圧を低減するように調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた空気調和装置に関するものである。

例えば、空気調和装置の高効率を実現する電源回路としては、入力電圧を１００〔Ｖ〕から２００〔Ｖ〕のように、倍に昇圧する倍電圧整流回路が用いられている。
特許文献１の図１において、空気調和装置におけるブリッジ整流回路１６の一方の入力端とコンデンサ１７，１８の接続点との間に接続されたＳＷ２５と、ブリッジ整流回路１６のもう一方の入力端とコンデンサ１７，１８の接続点との間に接続されたＳＷ２６と、空気調和装置の圧縮機の回転数を検知する手段とを設け、圧縮機回転数の情報に基づき、低回転時にはＳＷ２５とＳＷ２６の制御により全波整流モードにし、高回転時には倍電圧整流モードにて運転することにより、出力電圧の可変範囲を拡大する技術が開示されている。

特開２００４−１２５２８２号公報

ところで、上記特許文献１の図１で示されるような倍電圧整流回路の直流側に、空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを駆動する室外ＤＣファンモータが接続された場合を検討すると、全波整流モードから倍電圧整流モードに切り替えられ直流側の電圧が倍になると、室外ＤＣファンモータを駆動させる指令電圧が変化していないにも関わらず、印加される電圧が倍になるので、室外ＤＣファンモータの回転数が急激に上昇することとなり、室外ＤＣファンモータが安定して駆動できない。

しかしながら、上記特許文献１では、倍電圧整流回路を圧縮機モータの駆動に使用する場合について示されているものの、倍電圧整流回路と室外ＤＣファンモータとを組み合わせて使用する方法は示されておらず、倍電圧整流回路と室外ＤＣファンモータとを組み合わせた場合に、室外ＤＣファンモータを安定して駆動することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、室外ＤＣファンモータを安定して駆動することのできる制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の交流側の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御装置であって、前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する制御装置を提供する。

このような構成によれば、交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、整流回路の出力端間に直列に接続される複数のコンデンサと、整流回路の一方の入力端子と第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御装置であって、切替手段が閉状態とされることで整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、切替手段が閉状態に切り替えられる前に、室外ＤＣファンモータに入力される指令電圧が、低減されるように調整される。

このように、整流回路が、全波整流回路（１倍圧）から倍電圧整流回路（２倍圧）に切り替えられる前後で、室外ＤＣファンモータの指令電圧が同じである場合には、室外ＤＣファンモータの回転数が急激に上昇してしまうが、本発明では、全波整流回路（１倍圧）から倍電圧整流回路（２倍圧）に切り替えられる前に、室外ＤＣファンモータの指令電圧を低減させることにより、室外ＤＣファンモータの回転数が急激に変動（上昇）することを防ぐ。これにより、風切音が低減され、室外ＤＣファンモータを安定して駆動することができる。

上記制御装置において、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧は、前記室外ＤＣファンモータの回転数が、前記室外ＤＣファンモータが停止する回転数となる停止領域以上であり、現在の前記室外ＤＣファンモータの回転数より小さい回転数となる値に設定されることが好ましい。

これにより、室外ＤＣファンモータを停止させることなく、室外ＤＣファンモータの回転数が急変しないように調整できる。

上記制御装置において、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）パルスを調整することにより、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を調整することとしてもよい。

ＰＷＭパルスの制御により、室外ＤＣファンモータの指令電圧が簡便に調整できる。

本発明は、上記いずれかに記載の制御装置を備える空気調和装置を提供する。

本発明は、交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御方法であって、前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する制御方法を提供する。

本発明は、交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御プログラムであって、前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラムを提供する。

本発明は、室外ＤＣファンモータを安定して駆動することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の電源装置の概略構成の一例を示した図である。 室外ＤＣファンモータに入力される指令電圧と室外ＤＣファンモータとの関係の一例を示した図である。

以下に、本発明に係る制御装置及び方法並びにプログラム、それを備えた空気調和装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る空気調和装置の電源装置１００の概略構成を示した図である。
図１に示されるように、空気調和装置に適用される電源装置１００は、交流電源１、部分スイッチング方式の昇圧回路（以下「部分スイッチング回路」という）２、複数のダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有する第１の整流回路（整流回路）３、倍電圧用コンデンサ（第１のコンデンサ）Ｃ１、倍電圧用コンデンサ（第２のコンデンサ）Ｃ２、及び切替部（切替手段）４を備えている。
交流電源１は、部分スイッチング回路２を介して、第１の整流回路３の交流入力側に接続されている。

部分スイッチング回路２は交流電源１の一のラインに直列に介挿されたリアクトルＬ１、及びリアクトルＬ１の負荷側と交流電源１の他のラインとの間に複数のダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８を有する第２の整流回路５を備えている。また、第２の整流回路５の直流側は、ＩＧＢＴ（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１が設けられている。部分スイッチング回路２は、ＩＧＢＴＱ１のゲート制御によって接続状態にまたは非接続状態にされる。

ＩＧＢＴＱ１は、交流電源１のゼロクロス点に同期して、所定期間オン状態にさせるパルス信号が入力され、制御される。そうすると、リアクトルＬ１を介して第２の整流回路５及びＩＧＢＴＱ１を通り、交流電源１を短絡させる電流が流れるので、入力電流は交流電源１のゼロクロス点から流れ始める。そして、ＩＧＢＴＱ１がオフ状態になると、電流は、リアクトルＬ１、第１の整流回路３、及び倍電圧用コンデンサＣ１，Ｃ２を流れる。この結果、電流導通角を大きく拡大させることができ、力率を改善することができる。

また、部分スイッチング回路２は、交流電源１の電圧の半サイクルの所定タイミングでＩＧＢＴＱ１をオン状態にされると交流リアクトルＬ１にエネルギを蓄積し、所定時間経過後にＩＧＢＴＱ１をオフ状態にされると、交流リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギによる逆起電力による電圧と交流電源１の電圧とが加算されて第２の整流回路５に加わり、昇圧が行われる。なお、この部分スイッチング回路２は、交流電源電圧の昇圧が必要となる運転領域でのみ動作する。

第１の整流回路３は、複数のダイオードにより整流回路を構成し、交流電源１から供給される交流電源電圧を直流電圧に変換する。また、第１の整流回路３の出力端子間には、直列に２つの倍電圧用コンデンサＣ１，Ｃ２が接続されている。
切替部４は、倍電圧用コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点（中点）と、第１の整流回路の交流側の一端との間に設けられ、開閉可能にされている。切替部４は、制御装置１０から取得する閉切替指令に基づいて接続状態にし、制御装置１０から取得する開切替指令に基づいて非接続状態にする。
切替部４が開状態にされることで第１の整流回路３は全波整流回路とされ、切替部４が閉状態にされることで第１の整流回路３は倍電圧整流回路とされ、このように全波整流回路と倍電圧整流回路とが切り替え可能にされている。

また、図１に示されるように、本実施形態の電源装置１００は、コンプレッサモータ７を駆動するインバータ６、及び室外ＤＣファンモータ８と接続されている。また、電源装置１００及び室外ＤＣファンモータ８は、それぞれ制御装置１０と各種情報の授受可能に接続されている。
インバータ６は、所定の制御によって可変周波数を出力するインバータであり、この出力によって、空気調和機の圧縮機（図示略）を駆動するコンプレッサモータ７を駆動する。
室外ＤＣファンモータ８は、制御装置１０から取得する指令電圧に基づいて、空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを駆動させる。また、室外ＤＣファンモータ８の回転数の情報は、制御装置１０にフィードバックされるようになっている。これにより、制御装置１０は、フィードバックされた回転数の情報に基づいて、指令電圧を調整することもできるようになっている。

ここで、室外ＤＣファンモータ８と接続される端子間電圧をＶｏとし、交流電源１の電圧をＶｉとすると、切替部４が開状態とされ、第１の整流回路３が全波整流回路とされる場合には、ＶｏとＶｉには、以下の（１）式が成立する。
Ｖｏ＝√２Ｖｉ （１）
また、切替部４が閉状態とされ、第１の整流回路３が倍電圧整流回路とされる場合には、ＶｏとＶｉには、以下の（２）式が成立する。
Ｖｏ＝２√２Ｖｉ （２）

図１に示されるように、室外ＤＣファンモータ８のＤＣ電圧プラス端子は、倍電圧用コンデンサＣ１と接続されるラインと接続され、室外ＤＣファンモータ８のＤＣ電圧マイナス端子は、倍電圧用コンデンサＣ２と接続されるラインと接続されている。

制御装置１０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラム（例えば、制御プログラム）の形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。

具体的には、制御装置１０は、切替部４が閉状態に切り替えられる前（例えば、数ミリ秒前）に、室外ＤＣファンモータ８に入力する指令電圧を低減するように調整する。具体的には、制御装置１０は、室外ＤＣファンモータ８に入力する指令電圧は、室外ＤＣファンモータ８の回転数が、室外ＤＣファンモータ８が停止する回転数となる停止領域以上であり、現在の室外ＤＣファンモータ８の回転数より小さい回転数となる値に設定される。また、制御装置１０から室外ＤＣファンモータ８に入力する指令電圧は、ＰＷＭパルスにより、調整される。
例えば、調整されるＰＷＭパルスは、以下の（３）式により算出する。
切替後パルスカウンタ値＝｛（切替前パルスカウンタ値）−（停止領域となる最大パルスカウンタ値）｝／２＋（停止領域となる最大パルスカウンタ値） （３）

なお、上記（３）式の例においては、室外ＤＣファンモータ８が停止する回転数となる停止領域以上から、現在の室外ＤＣファンモータ８の回転数より小さい回転数の間の中間点を採用する（つまり、２で除算する）ことにより、切替後パルスカウンタ値を算出しているが、どの回転数まで低減するかは、限定されない。しかしながら、２で除算して、室外ＤＣファンモータ８が駆動できるパルスカウンタの中間点の回転数を採用することにより、１倍圧から２倍圧への切り替え前後で、室外ＤＣファンモータ８の回転数が維持できる。

また、制御装置１０から出力されるＰＷＭパルスは、コンデンサＣ３において平滑化され、安定した電圧となり、指令電圧として室外ＤＣファンモータ８に入力されるようになっている。

図２は、横軸に室外ＤＣファンモータ８に指令電圧を与えるためのＰＷＭパルスのカウンタ値（カウンタ値：０〜２５５）、縦軸に室外ＤＣファンモータ８の回転数〔ｒｐｍ〕を示している。本実施形態に係る室外ＤＣファンモータ８を使用した場合には、カウンタ値が０〜１３０の区間では、室外ＤＣファンモータが駆動せず停止領域であることを示している。カウンタ値が１３０以降では、整流回路を１倍圧（全波整流回路）で使用すると、室外ＤＣファンモータ８は実線で示される回転数で駆動され、整流回路を２倍圧（倍電圧整流回路）で使用すると、室外ＤＣファンモータ８は点線で示される回転数で駆動されることを示している。

なお、本実施形態においては、停止領域となる最大カウンタ値を１３０としているが、図２は本実施形態で用いる室外ＤＣファンモータの場合の一例を示しており、最大カウンタ値はこれに限定されず、使用するファンモータにより決定されるものである。

次に、本実施形態に係る制御装置１０の作用について、図１及び図２を用いて説明する。
切替部４が開状態（非接続状態）にされ、整流回路３が全波整流回路とされていると、直列に接続された倍電圧用コンデンサＣ１及びＣ２の両端は全波整流された電圧によって充電され、１倍圧整流が行われる。このとき、制御装置１０から出力される指令電圧を制御するＰＷＭパルスのカウンタ値が１９０である場合には、室外ＤＣファンモータ８の回転数は、１倍圧ラインに示される切替前Ａ点の回転数である。

本発明に係る制御装置１０による制御がなされない場合には、切替部４を閉状態にする条件となった時、制御装置１０から切替部４に閉切替指令が出力され、切替部４が閉状態（接続状態）となり第１の整流回路３が倍電圧整流回路にされる。倍電圧用コンデンサＣ１及びＣ２の両端は２倍圧整流されるが、ＰＷＭパルスカウンタ値は、１倍圧から２倍圧への切替前と同じ１９０のままであるため、室外ＤＣファンモータ８の回転数は、２倍圧ラインに示される切替後Ｂ点の回転数に急激に上昇する。

これに対し、本発明の制御装置１０による制御がなされる場合について説明する。切替部４を閉状態にする条件となった時、制御装置１０から切替部４に閉切替指令が出力される前（例えば、数ミリ秒前）に、上記（３）式に基づいて、１倍圧から２倍圧に切替後のＰＷＭパルスカウンタ値が算出され（例えば、（１９０−１３０）／２＋１３０＝１６０）、算出されたＰＷＭパルスカウンタ値（例えば、１６０）が、室外ＤＣファンモータ８側に与えられる。

その後、制御装置１０から切替部４に閉切替指令が出力される。このとき、室外ＤＣファンモータ８は、既にＰＷＭパルスカウンタ値が１６０に制御され、指令電圧が１倍圧から２倍圧に変更する前よりも低減するように制御されているので、室外ＤＣファンモータ８の回転数は、２倍圧ラインに示される切替後Ｃ点の回転数となる。このように、１倍圧から２倍圧に切り替えられる前に、室外ＤＣファンモータ８の指令電圧（ＰＷＭパルスカウンタ値）を使用可能領域の半分の回転数に低減するように調整しているので、室外ＤＣファンモータ８の回転数は、切り替え前の回転数に維持できる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る制御装置１０及び方法並びにプログラム、それを備えた空気調和装置によれば、第１の整流回路３が、全波整流回路（１倍圧）から倍電圧整流回路（２倍圧）に切り替えられる前に、室外ＤＣファンモータ８の指令電圧を低減させることにより、室外ＤＣファンモータ８の回転数が急激に上昇することを防ぐ。これにより、風切音が低減され、室外ＤＣファンモータを安定して駆動することができる。
また、室外ＤＣファンモータ８に入力する指令電圧は、室外ＤＣファンモータ８の回転数が、室外ＤＣファンモータ８が停止する回転数となる停止領域以上であり、現在の室外ＤＣファンモータ８の回転数より小さい回転数となる値に設定されるので、室外ＤＣファンモータ８を停止させることなく、室外ＤＣファンモータ８の回転数が急変しないように調整できる。

３ 第１の整流回路
４ 切替部
８ 室外ＤＣファンモータ
１０ 制御装置
１００ 電源装置
Ｃ１，Ｃ２ 倍電圧用コンデンサ

Claims (6)

1. 交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端子間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の交流側の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御装置であって、
   前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する制御装置。
2. 前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧は、前記室外ＤＣファンモータの回転数が、前記室外ＤＣファンモータが停止する回転数となる停止領域以上であり、現在の前記室外ＤＣファンモータの回転数より小さい回転数となる値に設定される請求項１に記載の制御装置。
3. ＰＷＭパルスを調整することにより、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を調整する請求項１または請求項２に記載の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の制御装置を備える空気調和装置。
5. 交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御方法であって、
   前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する制御方法。
6. 交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路の出力端間に直列に接続される複数のコンデンサと、前記整流回路の一方の入力端子と第１の前記コンデンサおよび第２の前記コンデンサの接続点との間を開閉可能に設けられ、前記整流回路を全波整流回路と倍電圧整流回路とに切り替える切替手段とを備える空気調和装置の電源装置に適用される、前記空気調和装置の室外熱交換器に送風する室外ファンを回転させる室外ＤＣファンモータの制御プログラムであって、
   前記切替手段が閉状態とされることで、前記整流回路が倍電圧整流回路とされる場合に、前記切替手段が閉状態に切り替えられる前に、前記室外ＤＣファンモータに入力する指令電圧を低減するように調整する処理をコンピュータに実行させるための制御プログラム。

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