JP4294112B2

JP4294112B2 - 室外ファンの制御装置

Info

Publication number: JP4294112B2
Application number: JP03204198A
Authority: JP
Inventors: 伸次江平; 正坂口; 詳浩森尾; 俊彰佐藤
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH11211192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セパレート形空気調和機における室外ファンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セパレート形空気調和機の室外機には室外熱交換器と室外ファンとが内装され、この室外ファンの駆動にＤＣモータが用いられるようになってきている。この場合の回路構成の一例について、本発明の説明図である図２を参照して説明する。同図において、４は室外ファン２に直結されたＤＣモータから成るファンモータであり、このファンモータ４には、ファンドライバ８を通して電力が供給される。このファンドライバ８はファン駆動用の専用ＩＣから成るもので、ＡＣ１００Ｖ（又は２００Ｖ）の商用電源から、整流・平滑回路６によってＤＣ２８０Ｖに変換された直流電圧が入力される。
【０００３】
また、ファンドライバ８には、ファンマイコン１２から回転数制御信号Ｓ_Fが入力され、この信号Ｓ_Fに応じたチョッパ制御により、ドライブ電流が制御された駆動電力が、ファンドライバ８からファンモータ４に出力されて、室外ファン２が回転数制御信号Ｓ_Fに応じた回転数で駆動される。
【０００４】
なお、ファンモータ４には回転数を検出するためのホールＩＣから成る回転数検出センサ１３が付設されており、このセンサ１３で検出される回転数に基づいて回転数制御信号Ｓ_Fがフィードバック制御され、これによって、検出回転数が目標回転数に維持されるようになっている。
【０００５】
上記したファンドライバ８は、その発熱に伴う温度上昇を抑えるために、放熱フィン９を介して回路基板に固定され、室外機に内装されている。
【０００６】
ところで、屋外に設置される室外機は使用環境の変化が大きく、これに伴ってファンモータ４に対する負荷変動幅も大きなものとなる。例えば、室外機が屋上に設置されている場合等には、室外ファン２による送風方向に対して逆向きの風（逆風）が吹くと、その風力に応じてモータ負荷が増大し、また、室外熱交換器への異物の付着等によって外気の流通路が閉塞される状態が生じることも想定され、このときもモータ負荷が大きく増加する。
【０００７】
このような場合、モータ負荷の増加に応じた回転数の低下が前記のフィードバック制御によって自動的に補正され、これによって、室外ファン２の回転数が所望の回転数に維持される。このとき、ファンドライバ８からファンモータ４に供給される駆動電力も大きくなり、これに伴ってファンドライバ８の発熱量も増加する。
【０００８】
したがって、従来は、前述したようにモータ負荷が増加して一時的に過負荷状態となった場合でも、ファンドライバ８に過度の温度上昇が生じないように、このファンドライバ８として電流容量の大きなファン駆動用ＩＣが選定され、また、形状が大きく放熱効率の良好な放熱フィンを設けて構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一時的な過負荷状態にも対応するために、上記のように電流容量の大きなファン駆動用ＩＣを選定したり、形状の大きな放熱フィンを設けた構成とするのでは製作費が高くなり、また、全体的な形状が大形化するという問題を生じる。
【００１０】
この発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的は、製作費をより安価になし得ると共に、形状の小形化が可能な室外ファンの制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の室外ファンの制御装置は、室外ファン２を駆動するＤＣモータから成るファンモータ４と、入力される回転数制御信号に応じた電力をファンモータ４に供給するファン駆動用ＩＣから成るファンドライバ８とを備える室外ファンの制御装置であって、ファンドライバ８近傍温度を検出する温度検出手段１４と、この温度検出手段１４での検出温度と外気温センサ１１で検出した外気温との温度差が上限基準温度差を超えたときに、室外ファン２の回転数を低下させるべく変更した回転数制御信号をファンドライバ８に出力する回転数制御手段１２とを設けていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成においては、モータ負荷が過大になってファンドライバ８での発熱量が増加し、温度検出手段１４での検出温度と外気温との温度差が上限基準温度差を超えるときには、室外ファン２の回転数を低下させる制御、すなわち、ファンドライバ８を通してファンモータ４に供給する電力を低下させる制御が行われる。これにより、ファンドライバ８での発熱量が小さくなって過熱状態になることが防止される。
【００１３】
また、例えば冬場などの外気温が低いときには、ファンドライバ８での発熱量が大きくとも、温度検出手段１４での検出温度自体はファンドライバ８の使用温度条件未満で維持される状態を生じ得るが、この場合の過負荷状態も、外気温との温度差の監視によって判別され、これによってファンモータ４への供給電力を低下させる制御が行われる。したがって、ファンモータ４への過大な電力供給状態が継続することはなく、この結果、ファンドライバ８やファンモータ４の寿命が向上し、長期にわたって安定した動作状態を維持することができる。
【００１４】
このように、上記では、ＤＣモータから成るファンモータ４と、ファン駆動用ＩＣから成るファンドライバ８とを設けて室外ファン２を駆動する構成とする場合に、ファンドライバ８近傍温度を検出する温度検出手段１４を設け、外気との温度差を監視することによって、過負荷状態が生じる場合には自動的に低電力供給状態に切換えるので、過大なモータ負荷を見込んだ仕様のファン駆動用ＩＣや放熱フィンを設ける必要はなく、したがって、全体の製作費をより安価なものとすることができ、また、全体形状をより小形化することができる。
【００１５】
なお、上記温度検出手段１４としては、請求項２のように、ファンドライバ８が固定される放熱フィン９の温度をファンドライバ８近傍温度として検出すべく、放熱フィン９にサーミスタを取付けて構成することができる。
【００１６】
このように放熱フィン９へのサーミスタの取付けは製作が容易であり、したがって、温度検出手段１４を付加する構成でも全体の製作費をより安価なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
図２には、本実施形態に係るセパレート形空気調和機の室外機に内装された圧縮機１と室外ファン２との制御構成を示している。圧縮機１には圧縮機駆動モータ３が内蔵され、また、室外ファン２にはファンモータ４が直結されている。一方、ＡＣ１００Ｖまたは２００Ｖの商用電源がメインリレー５を介して入力される整流・平滑回路６が設けられており、この回路６を通してＤＣ２８０Ｖに変換された直流電圧が出力される。そして、この直流電圧電源が、圧縮機駆動モータ３にはパワートランジスタを用いて構成されたトランジスタモジュール（ＴＲＭ）７を介して、また、ファンモータ４にはファンドライバ８を介してそれぞれ供給されることにより、圧縮機１および室外ファン２が駆動される。
【００１９】
したがって、上記のファンモータ４は高圧ＤＣモータから成っており、その定格電流は１Ａ程度である。この場合、このファンモータ４へのドライブ電流を制御するファンドライバ８は、ファン駆動用の専用ＩＣにて構成されている。このファン駆動用ＩＣを放熱フィン９に取り付け、この放熱フィン９を介して、室外機に内装された回路基板（図示せず）に固定された構成となっている。
【００２０】
上記回路基板には、この空気調和機の全体を監視しながら空調運転を制御するマイクロコンピュータから成る制御装置（以下、本体マイコンという）１０が取付けられている。この本体マイコン１０に、利用者からの要求に応じて空調運転開始信号が入力されると、前記メインリレー５が閉成され、これによって、整流・平滑回路６を通して前記した直流電源がＴＲＭ７とファンドライバ８とに供給される。
【００２１】
本体マイコン１０では、その後、サーミスタから成る外気温センサ１１や、図示しない室内温度センサなどで検出される情報に基づいて、空調負荷に応じた圧縮機１の回転数や室外ファン２の回転数を求め、そして、圧縮機１については、空調負荷に対応する回転数制御信号Ｓ_Cを本体マイコン１０内で発生し、これをＴＲＭ７に出力することによって、ＴＲＭ７から、上記回転数制御信号Ｓ_Cに応じた駆動電流が圧縮機駆動モータ３に供給され、圧縮機１が駆動される。
【００２２】
一方、室外ファン２に対しては、マイクロコンピュータから成るファン制御装置（回転数制御手段、以下、ファンマイコンという）１２が専用に設けられ、このファンマイコン１２によって室外ファン２の駆動が制御される。すなわち、本体マイコン１０では、空調負荷に対応する室外ファン２の回転数を求めるが、これは要求回転数Ｖ_Rとしてファンマイコン１２に送信される。そして、この要求回転数Ｖ_Rに応じた回転数制御信号Ｓ_Fをファンマイコン１２内で発生し、これをファンドライバ８に出力することで、ファンドライバ８から、上記回転数制御信号Ｓ_Fに応じたドライブ電流がファンモータ４に供給されて、室外ファン２が駆動される。
【００２３】
なお、ファンモータ４には、室外ファン２の回転数を検出するためのホールＩＣから成る回転数検出センサ１３が付設され、これによって検出されるファン回転数Ｒ_Fがファンマイコン１２に入力されるようになっている。また、ファンドライバ８が固定されている放熱フィン９には、サーミスタから成るフィン温度センサ（温度検出手段）１４が取付けられており、このセンサ１４で検出される放熱フィン９の温度（以下、フィン温度Ｔ_Fという）は、本体マイコン１０に一旦入力された後、前記した外気温センサ１１で検出される外気温Ｔ_Oと共に、本体マイコン１０からファンマイコン１２に送信されるようになっている。
【００２４】
そして、ファンマイコン１２では、前記した要求回転数Ｖ_Rに応じた室外ファン２の制御を、上記のファン回転数Ｒ_Fや、フィン温度Ｔ_F・外気温Ｔ_Oを監視しながら行うようになっており、以下、その具体的な制御手順について図３の制御フローチャートを参照して説明する。
【００２５】
前記本体マイコン１０によって空調運転が開始されると、ファンマイコン１２では、まず、ステップＳ１において、制御モード判別フラッグＦに、後述する通常制御に対応する値“０”を初期設定する。その後、上記したフィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとを、本体マイコン１０を介して取り込む処理を行い（ステップＳ２）、次いで、フィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴを算出する（ステップＳ３）。
【００２６】
その後、ステップＳ４において、制御モード判別フラッグＦが０か否かを判別する。この値が上記した初期設定値“０”のままであれば、ステップＳ５において、上記の温度差ΔＴを上限基準温度差ΔＴ_S（例えば４５℃）と比較する。
【００２７】
ΔＴがΔＴ_S以下であれば、ステップＳ６において、通常制御モードによる室外ファン２の駆動制御を行い、その後、前記ステップＳ２に戻る処理を行う。したがって、以降は、逐次取り込まれるフィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴが上限基準温度差ΔＴ_S以下である間、上記した通常制御モードでの室外ファン２の駆動が継続される。
【００２８】
通常制御モードは、室外ファン２に対する本体マイコン１０からの要求回転数Ｖ_Rに応じた回転数となるように、ファンモータ４へのドライブ電流を制御するもので、起動時には、ファンドライバ８へ入力する回転数制御信号Ｓ_Fを、要求回転数Ｖ_R（例えば５００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍ程度）に対応する値となるまで次第に増加させ、これに伴って、ファンドライバ８からファンモータ４に供給されるドライブ電流も次第に増加し、室外ファン２の回転数が上昇する。そして、前記回転数検出センサ１３で検出される回転数が要求回転数Ｖ_Rに達した後には、回転数制御信号Ｓ_Fが検出回転数と要求回転数Ｖ_Rとの差に応じてフィードバック制御され、これによって、検出回転数が要求回転数Ｖ_Rで保持される。
【００２９】
このような運転の継続に伴い、ファンドライバ８は上記のドライブ電流値に応じて発熱し、このファンドライバ８と、これが取付けられている放熱フィン９との温度が外気温よりも高くなる。
【００３０】
その上昇温度は、ファンドライバ８でのドライブ電流に応じた発熱量と、放熱フィン９からの周囲雰囲気への放熱量とがバランスする温度になるが、ファンドライバ８が取付けられている回路基板は、室外機内において、室外ファン２および室外熱交換器が配設された熱交換室からは区画されたほぼ密閉状の電装品箱内に設けられているために、ファンドライバ８や放熱フィン９周囲の雰囲気温度は、外気温の変化と共に大きく変動する。したがって、上記した上昇温度は、例えば夏と冬とではドライブ電流値が同じであっても大きく相違するものとなる。
【００３１】
これに対し、外気温との温度差は、外気温の変化によらずに、ドライブ電流値にほぼ対応するものとなり、通常の空調負荷変動に応じた運転状態では、年間を通してフィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴが、１０℃〜４０℃程度の範囲で保持される。
【００３２】
一方、前述した室外熱交換器（図示せず）への異物の付着等によってモータ負荷が増大した場合には、室外ファン２の回転数を要求回転数Ｖ_Rで維持するためにファンモータ４に供給するドライブ電流が過度に大きくなり、このときのファンドライバ８での発熱量も大きくなって、フィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴが上記範囲を超えるようになる。
【００３３】
したがって、このようなモータ負荷の増加が生じた場合、これが、ステップＳ５において、フィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴを上限基準温度差ΔＴ_Sと比較することによって判別され、ΔＴがΔＴ_Sを超えたときに、このステップＳ５からＳ７に移行する。このステップでは、前記制御モード判別フラッグＦに“１”をセットし、次いで、ステップＳ８で後述する回転数低下制御を実施した後、ステップＳ２に戻る処理を行う。
【００３４】
回転数低下制御は、ファンドライバ８への回転数制御信号Ｓ_Fを、要求回転数Ｖ_Rに対応したレベルから、室外ファン２の回転数が予め定めた低速設定回転数となるように変更し、室外ファン２の回転数を上記低速設定回転数で保持するもので、この低速設定回転数としては、室外熱交換器を通過する風量が空調運転に必要な最小風量を確保し得る例えば４００ｒｐｍが設定されている。
【００３５】
このように室外ファン２の回転数を低下させる制御により、ファンモータ４に供給するドライブ電流の低下に伴ってファンドライバ８での発熱量も小さくなる。この結果、フィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差も次第に低下していくことになる。
【００３６】
この回転数低下制御を継続している間は、前記ステップＳ２・Ｓ３でフィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとを取り込んでその温度差ΔＴを算出した後、制御モード判別フラッグＦが１であることによって、ステップＳ４からステップＳ９に移行する。このステップでは、上記の温度差ΔＴを解除基準温度差ΔＴ_C（例えば４０℃）と比較する。ΔＴがΔＴ_Cよりも高い間は、ステップＳ８を経てＳ２に戻る処理が行われ、これによって、ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ９・Ｓ８の処理が繰り返されて回転数低下制御が続行される。
【００３７】
一方、この回転数低下制御を継続中に、ステップＳ９において、ΔＴがΔＴ_C以下となったことが判別されると、ステップＳ１０で制御モード判別フラッグＦに“０”をセットした後、ステップＳ６に移行し、これにより、前記した通常制御による室外ファン２の駆動制御に復帰する。
【００３８】
図１には、上記制御におけるフィン温度Ｔ_Fと、ファン制御モードの切換との関係を示している。図のように、室外ファン２を本体マイコン１０からの要求回転数Ｖ_Rに応じた回転数（５００〜８００ｒｐｍ）で駆動する通常制御を行っているときに、フィン温度Ｔ_Fが次第に大きくなって外気温Ｔ_O＋上限基準温度差ΔＴ_S（＝４５℃）を超える状態が発生すると、この時点で、通常制御から回転数低下制御に切換わる。これに伴って、フィン温度Ｔ_Fの上昇が抑えられて次第に低下する。そして、この制御の継続に伴ってフィン温度Ｔ_Fが外気温Ｔ_O＋解除基準温度Ｔ_C（＝４０℃）まで低下した時に、回転数低下制御が中止され、通常制御に復帰する。
【００３９】
以上の説明のように、本実施形態においては、モータ負荷が過大になってファンドライバ８での発熱量が増加し、フィン温度センサ１４で検出されるフィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴが上限基準温度差ΔＴ_Sを超えるときには、ファンドライバ８を通してファンモータ４に供給する電力を低下させる制御が行われので、ファンドライバ８での発熱量が小さくなって過熱状態となることが防止される。
【００４０】
また、例えば冬場などにおいては、過負荷状態でファンドライバ８を通して大きな電力がファンモータ４に供給されている場合でも、検出されるフィン温度Ｔ_F自体はファンドライバ８の使用温度条件に対応する温度未満の状態が生じ得るが、この場合も外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴは大きなものとなるので、このときの過負荷状態も判別される。したがって、この場合もファンモータ４への供給電力を低下させる制御が行われることで、ファンモータ４への過大なドライブ電流の供給状態が継続することはなく、これによって、ファンドライバ８やファンモータ４の寿命が向上し、長期にわたって安定した動作状態を維持することが可能となる。
【００４１】
このように、上記では、ファンドライバ８が取付けられるフィン温度Ｔ_Fを検出し、これと外気との温度差を監視することによって、過負荷状態が生じる場合には自動的に低電力供給状態に切換わるので、過大なモータ負荷を見込んだ仕様のファン駆動用ＩＣや放熱フィンを設ける必要はなく、したがって、全体の製作費をより安価なものとすることができ、また、全体形状をより小形化することができる。
【００４２】
また、上記では、放熱フィン９にサーミスタから成るフィン温度センサ１４を設けてフィン温度Ｔ_Fを検出する構成としており、このような放熱フィン９へのサーミスタの取付けはその製作も容易である。したがって、ファンドライバ８近傍温度を検出する構成を負荷しても、全体の製作費をより安価なものとすることができる。
【００４３】
なお、ファンドライバ８での発熱量は、直接的にはこれを流れる電流に対応することから、電流検出センサを設け、検出される電流値の増加によって、上記のような過熱状態や過電流状態を生じる過負荷時の判別を行う構成とすることも考えられる。しかしながら、このような電流検出センサは高価である。これに対し、上記のようにサーミスタから成るフィン温度センサ１４を設け、これで検出される温度と外気温との温度差を監視する構成とすることによって、過熱状態になることを防止することができ、しかも、外気温が低い場合の過電流状態も判別してこれを防止することができる。したがって、これによっても、全体的な製作費をより安価にし得るものとなっている。
【００４４】
また、上記では、フィン温度Ｔ_Fと外気温Ｔ_Oとの温度差ΔＴが上限基準温度差ΔＴ_Sを超えたとき、室外ファン２は、室外熱交換器を通過する風量が空調運転に必要な最小風量を確保し得る低速設定回転数（例えば４００ｒｐｍ）で駆動され、したがって空調運転は継続されるので、空調快適性の低下を極力抑え得るものともなっている。
【００４５】
以上にこの発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更することができる。例えば、上記では温度差ΔＴが上限基準温度差ΔＴ_Sを超えたときの制御モード切換時に、室外ファン２を予め設定した低速設定回転数までステップ状に低下させるように制御する例を挙げたが、例えば、制御モード切換時からの温度差ΔＴの変化を監視しながら回転数を徐々に低下させる等のその他の制御構成とすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１の室外ファンの制御装置においては、ファン駆動用ＩＣから成るファンドライバの近傍温度を検出する温度検出手段を設け、その検出温度と外気温との温度差が上限基準温度差を超えたときに、ファンモータへの低電力供給状態に切換えるようになっているので、過大なモータ負荷を見込んだ仕様のファン駆動用ＩＣや放熱フィンを設ける必要はなく、したがって、全体の製作費をより安価なものとすることができ、また、全体形状をより小形化することが可能となる。
【００４７】
請求項２の室外ファンの制御装置においては、放熱フィンにサーミスタを取付けてファンドライバ近傍温度を検出する構成で、このように放熱フィンへのサーミスタの取付けは製作が容易であり、したがって、温度センサを付加する構成でも全体の製作費をより安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における室外ファンの制御装置での放熱フィン温度変化と制御モード切換えのタイミングとを示すタイムチャートである。
【図２】上記制御装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】上記制御装置におけるファンマイコンで行われる制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２室外ファン
４ファンモータ
８ファンドライバ
９放熱フィン
１１外気温センサ
１２ファンマイコン（回転数制御手段）
１３回転数検出センサ
１４フィン温度センサ（温度検出手段）

Claims

室外ファン（２）を駆動するＤＣモータから成るファンモータ（４）と、入力される回転数制御信号に応じた電力をファンモータ（４）に供給するファン駆動用ＩＣから成るファンドライバ（８）とを備える室外ファンの制御装置であって、ファンドライバ（８）近傍温度を検出する温度検出手段（１４）と、この温度検出手段（１４）での検出温度と外気温センサ（１１）で検出した外気温との温度差が上限基準温度差を超えたときに、室外ファン（２）の回転数を低下させるべく変更した回転数制御信号をファンドライバ（８）に出力する回転数制御手段（１２）とを設けていることを特徴とする室外ファンの制御装置。
ファンドライバ（８）が固定される放熱フィン（９）の温度を上記ファンドライバ（８）近傍温度として検出すべく、サーミスタから成る温度検出手段（１４）を放熱フィン（９）に取付けていることを特徴とする請求項１の室外ファンの制御装置。