JP3394858B2 - 空気調和機の冷媒流量制御方法 - Google Patents

空気調和機の冷媒流量制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスDCモ
ータを駆動源とする圧縮機を備えた空気調和機における
冷媒流量制御方法に関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、ブラシレスDCモータは、整流
子とブラシを電子回路に置き換えた構造とされ、回転子
(ロータ)の位置をホール素子等の位置センサで検出
し、このロータ位置信号に基づいて固定子(ステータ)
の巻線への通電タイミングを決めることによって駆動さ
れる。 【0003】しかしながら、位置センサや電子回路への
信号線がモータの小型化や薄型化を妨げる要因となった
り、また空気調和機の圧縮機等のように特殊な環境で使
用する場合には位置センサの設置が容易でないとの理由
から、位置センサを廃止したブラシレスDCモータが提
案されている。 【0004】この種のブラシレスDCモータにおいて
は、ステータの巻線誘起電圧を検出し、この巻線誘起電
圧から得られるロータ位置信号に基づいてステータの巻
線への通電タイミングを決めるセンサレス駆動を採用し
ている。そして、モータの始動時には、巻線誘起電圧を
検出できないので、低周波数で転流を行い同期モータと
して強制的に回転させる強制転流駆動を行っており、巻
線誘起電圧の検出が可能となった時点で定常のセンサレ
ス駆動に切換えている。 【0005】従来、このようなブラシレスDCモータを
駆動源とした圧縮機を備えた空気調和機では、圧縮機の
始動すなわちモータの強制転流駆動時にも、膨張弁やキ
ャピラリチューブによりモータの回転数に応じた冷媒流
量に制御されていた。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ブラシレスDCモータ
の強制転流駆動時には、モータにかかる負荷が小さいほ
ど安定してモータを駆動することができる。しかしなが
ら従来の空気調和機では、モータの強制転流駆動時にも
モータの回転数に応じた冷媒流量に制御されて圧力バラ
ンスがモータの回転数に相応したものになるため、モー
タの強制転流駆動中にモータにかかる負荷が徐々に大き
くなり、圧縮機の始動時におけるモータの駆動が不安定
となって、モータの強制転流駆動からセンサレス駆動へ
のスムーズな切換え、すなわち圧縮機の始動から通常運
転へのスムーズな移行がなされないといった不具合があ
った。 【0007】本発明は、上記に鑑み、圧縮機のブラシレ
スDCモータの強制転流駆動からセンサレス駆動へのス
ムーズな切換え可能にし、良好な始動特性を得ることが
できる冷媒流量制御方法の提供を目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、ブラシレスDCモータを駆動源とする圧縮機と、
冷媒流量を調整する膨張弁とを備え、前記圧縮機は、低
周波数で転流を行う強制転流駆動により前記ブラシレス
DCモータを駆動することによって始動され、巻線誘起
電圧から得られる回転子位置信号に基づいて巻線への通
電タイミングを決めるセンサレス駆動により前記ブラシ
レスDCモータを駆動することによって通常運転に移行
する空気調和機において、前記ブラシレスDCモータの
強制転流駆動時に前記膨張弁の開度を全開にし、前記巻
線誘起電圧の検出により強制転流駆動が適切に行われて
いるか否かを確認して、強制転流駆動からセンサレス駆
動へ切換えるものである。そして、強制転流駆動が適切
に行われていないとき、ブラシレスDCモータを一旦停
止して再始動を行うものである。 【0009】具体的には、ブラシレスDCモータおよび
膨張弁を制御する制御部は、前記ブラシレスDCモータ
の強制転流駆動時に膨張弁の開度を全開にする機能と、
前記巻線誘起電圧の検出により前記ブラシレスDCモー
タの強制転流駆動が適切に行われているか否かを確認す
る機能と、強制転流駆動が適切に行われていることが確
認されると前記ブラシレスDCモータを強制転流駆動か
らセンサレス駆動に切換える機能と、前記ブラシレスD
Cモータの強制転流駆動が適切に行われていないと前記
ブラシレスDCモータを一旦停止して再始動を行う機能
とを備えている。これにより、ブラシレスDCモータの
強制転流駆動時にブラシレスDCモータにかかる負荷を
最小限に抑えて圧縮機の始動時の安定化を図り、ブラシ
レスDCモータを強制転流駆動からセンサレス駆動にス
ムーズに切換える。 【0010】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における空気
調和機の構成を図2に基づいて説明する。図2は空気調
和機のサイクルを示す構成図であり、図2中、1はブラ
シレスDCモータを駆動源とする圧縮機、2は室内用熱
交換器、3は室外用熱交換器、4は冷媒流量を調整する
減圧器である膨張弁、5は冷媒の流れる方向を切換える
四方弁である。ここで、圧縮機1の駆動源としてエネル
ギー変換効率の高いDCモータを使用しているので、省
電力を達成できる。なお、室内用熱交換器2および室外
用熱交換器3に設けられたファンの駆動源としてもDC
モータが使用されている。 【0011】この空気調和機においては、図2の矢印A
に示すように、圧縮機1で圧縮されて高温高圧の気体と
なった冷媒が四方弁5を介して室外用熱交換器3に到達
し、室外用熱交換器3で冷却されて低温高圧の液体とな
り、膨張弁4で減圧かつ流量が調整されて、室内用熱交
換器2で蒸発する際に室内空気の熱を奪って低温低圧の
気体となり、再び圧縮機1に戻るといった冷房サイクル
を構成したり、また図2の矢印Bに示すように、圧縮機
1で圧縮されて高温高圧の気体となった冷媒が四方弁5
を介して室内用熱交換器2に到達し、室内用熱交換器2
で室内空気に冷却されて(室内空気を暖めて)低温高圧
の液体となり、膨張弁4で減圧かつ流量が調整されて、
室外用熱交換器3で蒸発して低温低圧の気体となり、再
び圧縮機1に戻るといった暖房サイクルを構成する。な
お、四方弁5を切換えることによって、冷房サイクルま
たは暖房サイクルに切換えられる。 【0012】前記圧縮機1のブラシレスDCモータは、
同期モータと同様の形態で、電機子巻線を有するステー
タと、界磁用永久磁石であるロータとを備え、ロータの
回転位置を検出する位置センサが廃止されている。そし
て、圧縮機1は、低周波数で転流を行う強制転流駆動に
よりブラシレスDCモータを駆動することによって始動
され、ステータの巻線誘起電圧から得られるロータ位置
信号に基づいて巻線への通電タイミングを決めるセンサ
レス駆動によりブラシレスDCモータを駆動することに
よって通常運転に移行するようになっており、強制転流
駆動およびセンサレス駆動は、マイクロコンピュータか
らなる制御部6によって制御されている。 【0013】強制転流駆動においては、モータ始動時の
巻線誘起電圧を検出できずセンサレス駆動ができない
間、ブラシレスDCモータを同期モータとして強制的に
回転させる。また、センサレス駆動においては、フィル
タを用いて巻線端子電圧を波形整形してロータ位置信号
を得たり(アナログ方式)、またカウンタを用いて誘起
電圧信号の生成とロータ位置信号の生成を行っている
(デジタル方式)。 【0014】前記膨張弁4は、圧縮機1や各熱交換器
2,3等に配された温度センサからの温度情報や圧縮機
1の運転状態に適合した冷媒流量になるように弁の開度
を調整するものであり、開度調整はステッピングモータ
の駆動により行われる。 【0015】前記制御部6は、圧縮機1のブラシレスD
Cモータの駆動に応じて膨張弁4のステッピングモータ
の駆動を制御するよう構成されており、ブラシレスDC
モータの強制転流駆動時に膨張弁4の開度を全開にする
ようステッピングモータを駆動制御する機能と、巻線誘
起電圧の検出によりブラシレスDCモータの強制転流駆
動が適切に行われているか否かを確認する機能と、強制
転流駆動が適切に行われていることが確認されて巻線誘
起電圧が検出されるとブラシレスDCモータを強制転流
駆動からセンサレス駆動に切換える機能と、ブラシレス
DCモータのセンサレス駆動への切換えを確認するとブ
ラシレスDCモータの回転数に応じて膨張弁4の開度を
設定するようステッピングモータを駆動制御する機能
と、ブラシレスDCモータの強制転流駆動が適切に行わ
れていないとブラシレスDCモータを一旦停止して再始
動を行う機能とを備えている。 【0016】上記構成において、図1,3に示すよう
に、空気調和機に通電されると、圧縮機1のブラシレス
DCモータが駆動する前に、膨張弁4のステッピングモ
ータが駆動して冷媒流量が最大になるよう膨張弁4を全
開にする(図1中、Iの領域)。そして、圧縮機1のブ
ラシレスDCモータが強制転流駆動を開始して圧縮機1
が始動する(図1中、IIの領域)。このとき、膨張弁4
が全開となっているので、ブラシレスDCモータにかか
る負荷が小さくなってブラシレスDCモータを安定して
駆動することができる。 【0017】その後、ブラシレスDCモータの強制転流
駆動が適切に行われていて、ブラシレスDCモータの回
転数が上がって巻線誘起電圧の検出が可能となると、ブ
ラシレスDCモータを強制転流駆動からセンサレス駆動
に切換えて、圧縮機1を通常運転に移行する(図1中、
IIIの領域)。このとき、膨張弁4のステッピングモー
タが駆動して膨張弁4を全閉させた後、ブラシレスDC
モータの回転数に応じて開度を設定し、冷媒流量を制限
する。そして、四方弁5の方向に応じて室内の冷房ある
いは暖房がなされる。なお、ブラシレスDCモータの強
制転流駆動が適切に行われていない場合は、ブラシレス
DCモータを一旦停止して再始動を行う。 【0018】このように、ブラシレスDCモータの強制
転流駆動時に冷媒流量が最大になるよう膨張弁4を全開
にしているので、ブラシレスDCモータにかかる負荷を
最小限に抑えてブラシレスDCモータを安定して駆動す
ることができ、圧縮機1の始動の安定化を図ることがで
きる。このため、ブラシレスDCモータの強制転流駆動
からセンサレス駆動へのスムーズな切換え、すなわち圧
縮機1の始動から通常運転へのスムーズな移行が可能と
なる。 【0019】また、ブラシレスDCモータのセンサレス
駆動時には、膨張弁4の開度をブラシレスDCモータの
回転数に応じて設定するので、圧縮機1の通常運転に伴
って空気調和(冷暖房)が可能となり、空気調和機とし
ての立ち上がりを良好にすることができる。 【0020】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、ブラシレスDCモータの強制転流駆動時には、冷媒
流量を最大にするために、圧縮機1、室内用熱交換器2
および室外用熱交換器3等における冷媒の流れを制御す
る部材での冷媒流量を最大としてもよい。 【0021】 【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、ブラシレスDCモータの強制転流駆動時に冷媒
流量が最大になるようにしているので、ブラシレスDC
モータにかかる負荷を最小限に抑えてブラシレスDCモ
ータを安定して駆動することができ、圧縮機の始動の安
定化を図ることができる。このため、ブラシレスDCモ
ータの強制転流駆動からセンサレス駆動へのスムーズな
切換え、すなわち圧縮機の始動から通常運転へのスムー
ズな移行が可能となる。 【0022】また、ブラシレスDCモータのセンサレス
駆動時には、冷媒流量をブラシレスDCモータの回転数
に応じて設定するので、圧縮機の通常運転に伴って空気
調和(冷暖房)が可能となり、空気調和機としての立ち
上がりを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の空気調和機の始動時のブラシレスDC
モータの回転数と膨張弁の開度との関係を示す図 【図2】空気調和機のサイクルを示す図 【図3】空気調和機の圧縮機始動時のフローチャート 【符号の説明】 1 圧縮機 2 室内用熱交換器 3 室外用熱交換器 4 膨張弁 5 四方弁 6 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 1/00 351

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ブラシレスDCモータを駆動源とする圧
    縮機と、冷媒流量を調整する膨張弁とを備え、前記圧縮
    機は、低周波で転流を行う強制転流駆動により前記ブラ
    シレスDCモータを駆動することによって始動され、巻
    線誘起電圧から得られる回転子位置信号に基づいて巻線
    への通電タイミングを決めるセンサレス駆動により前記
    ブラシレスDCモータを駆動することによって、通常運
    転に移行する空気調和機において、前記ブラシレスDC
    モータの強制転流駆動時に前記膨張弁の開度を全開に
    し、前記巻線誘起電圧の検出により強制転流駆動が適切
    に行われているか否かを確認して、強制転流駆動からセ
    ンサレス駆動へ切換えることを特徴とする空気調和機の
    冷媒流量制御方法。
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