JP5882023B2 - ファン制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ファン駆動用のモータを制御するファン制御装置およびファン制御方法に関し、さらに、このファン制御装置を備えた空気調和機などの冷凍サイクルシステムに関する。

空気調和機の室外ファンを駆動するためにブラシレスモータが多く用いられている。室外ファンは、ブラシレスモータによって回転駆動されていないときには、自然風などの外力によって自由に回転できる。この自然風を利用して回転する方が、電力の消費を減らす観点からは有利な場合がある。

特開２０００−１２５５８４号公報（特許文献１）は、自然風などの外的な要因によって回転している場合にでも、制動、停止、位置決めの制御が可能なブラシレスモータの駆動装置について開示する。

特開２００３−１４８７８８号公報（特許文献２）に記載の空気調和機用の室外機では、ファンモータの起動前において、自然風によってフリーに回転しているモータの回転数がホール素子などの回転位置検出回路によって検出される。そして、検出されたモータ回転数が室外機の運転に十分な回転数の場合には、そのままファンモータを起動せずに圧縮機などの運転が開始される。ファンモータ自らが回転して自然風に対抗するよりも、自然風をそのまま利用した方が熱交換の効率がよく、無駄な電力を削減できるメリットがあるからである。

特開２０００−１２５５８４号公報 特開２００３−１４８７８８号公報

上記の特開２００３−１４８７８８号公報（特許文献２）に記載された方法は、ファンモータの起動前において室外ファンがフリーに回転しているときの回転数に基づいて自然風の強さを検出する。そのため、ファンモータを起動させて回転駆動させている間は、ファンモータの回転数による自然風の観測ができない。したがって、ファンモータの起動後に自然風が吹き付けた場合には電力を無駄に消費することになる。

そこで、この発明は、従来よりも自然風を無駄なく利用することが可能なファン制御装置および方法、ならびにこのファン制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のファン制御装置は、ファンを駆動する交流モータと、交流モータに電源を供給することによって交流モータを回転させる電源部と、電源部による電源供給を制御する制御部と、室外熱交換器の温度を取得する取得部とを備え、制御部は、電源部に電源供給を開始または再開させてから所定の判定間隔が経過すると電源供給を制御してファン回転数を変化させ、ファン回転数の変化前後における室外熱交換器の温度変化が一定以上であるか判定する温度観測部と、温度観測部による判定結果に応じて電源部への電源供給を制御する供給制御部とを含む。

また、温度観測部は、所定の判定間隔が経過すると、電源供給の制御によりファン回転数を一定数減少させ、減少前および減少後の室外熱交換器の温度の差分が一定以上であるか判定し、供給制御部は、温度観測部により肯定的な判定がなされた場合に、電源部への電源供給を停止することとしてもよい。

また、温度観測部は、冷房運転であるか否かを判断し、冷房運転であると判断された場合は、ファン回転数の減少前の室外熱交換器の温度から減少後のものを減算し、冷房運転でないと判断された場合は、ファン回転数の減少後の室外熱交換器の温度から減少前のものを減算し、減算結果が所定値以上であるか判定することとしてもよい。

また、制御部は、電源部に電源供給を開始または再開させてから、室外熱交換器の温度を所定温度と比較し、比較結果に基づいて、判定間隔を拡張しまたは短縮させることとしてもよい。

また、取得部は、室外温度を取得し、制御部は、室外熱交換器の温度と室外温度との差分である温度差が一定以上であれば、判定間隔を短縮させることとしてもよい。

また、温度観測部は、冷房運転であるか否かを判断し、所定温度との比較とは、冷房運転であると判断された場合は、室外熱交換器の温度が所定温度を上回っているか比較することであり、冷房運転でないと判断された場合は、室外熱交換器の温度が所定温度を下回っているか比較することであることとしてもよい。

また、制御部は、監視用周期カウンタを含み、室外熱交換器の温度と所定温度との比較結果に基づいて監視用周期カウンタのカウントアップ値を決定するとともに、監視用周期カウンタが所定値に達した時に判定が行われることで判定間隔の拡張または短縮がなされることとしてもよい。

また、本発明は、交流モータによって駆動されるファンを制御するための方法であって、交流モータへの電源供給を開始または再開してから所定の判定間隔が経過すると、交流モータへの電源供給を制御してファン回転数を変化させるファン回転数制御ステップと、ファン回転数の変化前後における室外熱交換器の温度変化が一定以上であるか判定する温度観測ステップと、温度観測ステップによる判定結果に応じて交流モータへの電源供給を制御する供給制御ステップと、を含むファン制御方法でもある。

また、本発明は、冷媒と室内の空気との熱交換を行なう室内熱交換器と、冷媒と室外の空気との熱交換を行なう室外熱交換器と、室内熱交換器および室外熱交換器の一方を通過した冷媒を圧縮して他方に供給する圧縮機と、室内熱交換器と室外熱交換器との間の冷媒の経路に設けられた膨張弁と、室外熱交換器の熱交換を促進するためのファンと、ファンを駆動制御する上記に記載のファン制御装置と、を備える冷凍サイクルシステムでもある。

この発明によれば、ファンモータの回転数を所定の周期で変化させ、熱交換器の温度変化に基づいて、ファンの送風に対する自然風の逆風の影響を観測する。すなわち、自然風の逆風の影響が強い場合は、ファンの回転数が少ないほど自然風による熱交換改善効果が高まり、熱交換器の温度が理想状態に移行することを利用する。

このように、本発明では、ファンモータを回転駆動中であっても、自然風の影響が強いか観測できる。自然風の影響の強さによっては、モータを停止して電力の消費を抑えることができる。そのため、本発明は従来よりも自然風を無駄なく利用することが可能となる。

この発明の実施の形態１によるファン制御装置が適用される空気調和機５０の全体構成を示す図である。 図１に示す空気調和機５０に用いられる室外機６１の主要部の一例で構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によるファン制御装置１の構成を示すブロック図である。 図３の抵抗素子Ｒ１で検出されるＵ相電流Ｉｕの波形の一例を示す図である。 図３のＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。 ＰＷＭ制御部６による室外熱交換器温度の観測処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるＰＷＭ制御部６の動作を示すフローチャートである。 ＰＷＭ制御部６が室外熱交換器温度に応じて監視用周期カウンタの加算を制御する処理を示すフローチャートである。 実施の形態３におけるＰＷＭ制御部６が室外熱交換器温度と室外温度とに応じて監視用周期カウンタの加算を制御する処理を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［空気調和機の全体構成］
図１は、この発明の実施の形態１によるファン制御装置が適用される空気調和機５０の全体構成を示す図である。空気調和機５０は冷凍サイクルシステムの一例として示されている。

図１を参照して、空気調和機５０は、圧縮機５３と、四方弁５４と、室外熱交換器５５と、膨張弁５６と、室内熱交換器５７と、室外ファン装置５８と、室内ファン装置５９とを含む。圧縮機５３、四方弁５４、室外熱交換器５５、膨張弁５６、および室内熱交換器５７によって冷凍サイクル（ヒートポンプサイクルとも称する）が構成される。四方弁５４を切替えることによって、冷房運転時には図１の実線の矢印ＣＬで示した経路で冷媒が循環し、暖房運転時には破線の矢印ＨＴで示した経路で冷媒が循環する。室外ファン装置５８および室内ファン装置５９は、それぞれ室外熱交換器５５および室内熱交換器５７における熱交換を促進するために設けられている。

空気調和機５０は、さらに、インバータ回路５２，２，６０と、これらのインバータ回路および膨張弁５６などを制御する制御部５１とを含む。制御部５１は、室外ファン装置５８の制御を行なう室外ファン制御部９と、空気調和機５０全体の運転制御を行なう室内機制御部１０とを含む。制御部５１は、室外熱交換器の温度を観測して温度変化が一定以上か判断する温度観測部７１と、室外熱交換器の温度を取得する温度取得部７２を含む。詳しくは後述する。

インバータ回路５２，２，６０の各々には、交流電源４からの交流電圧がコンバータ回路３によって直流電圧に変換されて供給される。インバータ回路５２，２，６０は、コンバータ回路３から受けた直流電圧を交流電圧に変換して圧縮機５３、室外ファン装置５８、および室内ファン装置５９にそれぞれ供給する。

図２は、図１に示す空気調和機５０に用いられる室外機６１の主要部の一例で構成を示す断面図である。

図２を参照して、室外機６１には、室外熱交換器５５、圧縮機５３、および室外ファン装置５８が装着されている。室外機６１の正面（図２の下方）から見て、室外熱交換器５５は室外機６１内の左側部と後背部とに略直角に曲げて配置される。圧縮機５３は室外機６１内の右側部に配置される。室外ファン装置５８は、ファン８Ｆと、ファン８Ｆを回転駆動する交流モータ８Ｍとを有する。室外ファン装置５８は、室外熱交換器５５の前面側に配置され、回転時に、図２の背面方向（Ａ方向）および左側面方向（Ｂ方向）から外気を吸い込み正面方向（Ｃ方向）に吐出する。これにより、室外熱交換器５５の熱交換が促進される。

［ファン制御装置の構成］
図３は、この発明の実施の形態１によるファン制御装置１の構成を示すブロック図である。図３を参照して、ファン制御装置１は、コンバータ回路３と、インバータ回路２と、交流モータ８Ｍと、室外ファン制御部９とを含み、図２のファン８Ｆを回転駆動する。図３の場合には、交流モータ８Ｍは三相同期モータである。たとえば、永久磁石同期モータ（ブラシレスモータとも称する）が好適に用いられる。

インバータ回路２は、三相ブリッジ接続されたパワーバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ６と、これらのトランジスタＱ１〜Ｑ６にそれぞれ逆並列に接続されたダイオード第１〜Ｄ６と、交流モータ８Ｍの電機子電流を検出するための抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ４および抵抗素子Ｒ１は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｕ相アームを構成する。正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間には、コンバータ回路３から直流電圧が印加される。同様に、トランジスタＱ２，Ｑ５および抵抗素子Ｒ２は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｖ相アームを構成する。トランジスタＱ３，Ｑ６および抵抗素子Ｒ３は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｗ相アームを構成する。トランジスタＱ１，Ｑ４の接続ノードＮｕ、トランジスタＱ２，Ｑ５の接続ノードＮｖ、およびトランジスタＱ３，Ｑ６の接続ノードＮｗは、それぞれ交流モータ８ＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線と接続される。

制御部５１は、室外ファン装置５８の制御を行なう室外ファン制御部９と、空気調和機全体の運転制御を行なう室内機制御部１０とを含む。この室外ファン制御部９および室内機制御部１０とから温度観測部７１が構成される。また、室内機制御部１０は、温度取得部７２を含む。

室内機制御部１０は、ユーザの起動操作および停止操作に応じてファンモータの起動命令および停止命令を室外ファン制御部９のＰＷＭ（pulse width modulation）制御部６に出力する。室内機制御部１０は、外気温や室外熱交換器の温度を取得する温度取得部７２を含み、外気温や室外熱交換器の温度などに応じてファンモータの回転数指令値を室外ファン制御部９のＰＷＭ制御部６に出力する。

室外ファン制御部９は、電流検出回路５、ＰＷＭ制御部６、およびＰＷＭ信号発生回路７を含む。電流検出回路５は、トランジスタＱ４がオン状態のときに流れるＵ相電流を抵抗素子Ｒ１に生じた電圧Ｖｕｓとして検出するとともに、トランジスタＱ５がオン状態のときに流れるＶ相電流を抵抗素子Ｒ２に生じた電圧Ｖｖｓとして検出する。電流検出回路５は、これらの電圧Ｖｕｓ，Ｖｖｓをアンプ（図示省略）によって増幅し、増幅された信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器（図示省略）によってデジタル信号に変換する。

ＰＷＭ制御部６は、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ：Micro Control Unit）によって構成され、ＭＣＵがプログラムに従って演算処理を実行することによって以下の機能を実現する。

まず、ＰＷＭ制御部６は、電流検出回路５から受取った電圧Ｖｕｓ，Ｖｖｓを表わすデジタル信号に基づいてＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを算出する。Ｗ相電流Ｉｗは、
Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ） …(1)
によって算出される。

さらに、ＰＷＭ制御部６は、算出した各相の電機子電流、ならびに室内機制御部１０から受取ったファンモータの起動命令、停止命令、および回転数指令値に基づいて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々に対応するＰＷＭ信号のパルス幅の指令値（デューティ比の指令値）を生成してＰＷＭ信号発生回路７に送出する。

また、ＰＷＭ制御部６は、室外熱交換器温度を室内機制御部１０から取得して、その温度変化に基づいてファンモータの回転等を制御する。詳しくは後述する。

ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６から受取ったパルス幅の指令値に応じたパルス信号を生成してトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートに出力する。たとえば、三角波比較方式の場合、ＰＷＭ制御部６は、ＰＷＭ信号のパルス幅の指令値に対応する電圧指令信号を生成してＰＷＭ信号発生回路７に出力する。ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６から受取った電圧指令信号を三角波信号（キャリア信号）と比較することによって電圧指令信号に応じたデューティ比のパルス信号を生成する。この結果、電圧指令信号に応じた駆動電圧がインバータ回路２から交流モータ８Ｍに出力される。

［フリーラン中のモータ回転数の検出］
交流モータ８Ｍへの電源供給の停止時には、図２のファン８Ｆに自然風が吹き付けると、交流モータ８Ｍはファン８Ｆとともにフリーランする。このとき、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６のゲートへ互いに同じタイミングで互いに同じデューティ比（たとえば、１０％程度の適度な大きさ）のパルス信号を出力すると、交流モータ８Ｍにはブレーキ力が働く（以下、「制動動作」と称する）。上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３はオフ状態のままである。デューティ比が適度な大きさであれば、無風および微弱な自然風の場合には交流モータ８Ｍは完全に停止するが、それ以外の場合には自然風の強さに応じた回転数で交流モータ８Ｍは回転を続ける。

交流モータ８Ｍの回転子が外力（自然風）によって回転しているときには、交流モータ８Ｍの各相の電機子巻線には誘導起電力が生じる。制動動作中で下アーム側の各トランジスタＱ４〜Ｑ６がオン状態のときには、この誘導起電力によって抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３にそれぞれＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ（電機子電流）が流れる。これらの電機子電流は回転子の回転数に応じた周期の交流となるので、電機子電流の周期を検出することによって交流モータ８Ｍの回転数を算出することができる。

図４は、図３の抵抗素子Ｒ１で検出されるＵ相電流Ｉｕの波形の一例を示す図である。図３で説明したように抵抗素子Ｒ１を流れる電流は、ＰＷＭ制御部６を構成するＭＣＵに取り込まれる。ＭＣＵは、図４に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの最初のゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間Ｔ１［秒］（半周期に相当）をＭＣＵに内蔵されたタイマにより計測する。交流モータが極対数がｐ（極数＝２ｐ）であれば、回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、
Ｎ＝６０／（２×ｐ×Ｔ１） …(2)
によって算出される。

交流モータ８Ｍにブレーキ力を働かせる制動動作を行なう場合、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６に代えて、上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３のゲートへ互いに同じタイミングで互いに同じデューティ比（たとえば、１０％程度の適度な大きさ）のパルス信号を出力するようにしてもよい。このとき、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６はオフ状態のままである。ただし、上アームをオン状態にしたときに電機子電流を検出するためには、図３の場合とは逆に、上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタと正極側ノードＮｐとの間にそれぞれ抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を設ける必要がある。

上記の電機子電流を利用する方法に代えて、回転子の磁極位置を検出するホール素子を用いることによって自然風によるフリーラン中のモータ回転数を検出してもよい。この場合には、上記の制動動作は必要でない。

［ファンモータの制御手順］
図５は、図３のＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。図５の初期状態では、交流モータ８Ｍは停止状態である。自然風の方向は、交流モータ８Ｍの回転を妨げる方向（図２のＣからＡに向かう逆風）であるとする。

図３、図５を参照して、ステップＳ１で、ＰＷＭ制御部６は、外部（室内機制御部１０）から起動命令を受けたか否かを判断する。ＰＷＭ制御部６は、起動命令を受取ったと判断した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、処理をステップＳ２へ進め、そうではないときはステップＳ１を繰返す。

ステップＳ２で、ＰＷＭ制御部６は、３相ブリッジ回路の下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６へそれぞれ同値で適度なデューティ比（たとえば、１０％）でＰＷＭパルスを出力するようにＰＷＭ信号発生回路７へ命令する。ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６からの命令に応じたパルス幅の信号を下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６に出力する（制動動作）。

次のステップＳ３で、ＰＷＭ制御部６は、電流検出回路５からＵ相電流の検出値を受け、Ｕ相電流の最初のゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間（半周期）に基づいて自然風による交流モータ８Ｍの回転数を算出する。

次のステップＳ４で、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ３で算出した回転数が所定の回転数（たとえば２００ｒｐｍ）より上であるかどうかを判断する。ここで例示した２００ｒｐｍは、これほどの自然風があれば、それに対抗して自己回転するよりも自然風を利用してフリーランさせたほうが放熱（熱交換）が促進されると予め実験により実証された値である。ＰＷＭ制御部６は、回転数が所定値（２００ｒｐｍ）より上の場合（ステップＳ４でＹＥＳ）処理をステップＳ１３へ進め、交流モータ８Ｍを起動しないで自然風を利用する。ＰＷＭ制御部６は、回転数が所定値（２００ｒｐｍ）以下の場合に（ステップＳ４でＮＯ）処理をステップＳ５へ進める。

ステップＳ５で、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ２で下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６へＰＷＭ信号を出力し始めて（制動動作の開始）からの時間が、所定時間（たとえば、３秒）経過したかどうかを判断する。この３秒の時間は、制動動作時に交流モータ８Ｍの回転数が安定するまでに要する待ち時間である。ＰＷＭ制御部６は、所定時間（３秒）経過していなければ（ステップＳ５でＮＯ）処理をステップＳ３に戻し、所定時間（３秒）経過していれば（ステップＳ５でＹＥＳ）処理をステップＳ６へ進める。

ステップＳ６で、ＰＷＭ制御部６は、位置決めのために３相巻線に適度なＤＣ電流が流れるように３相ブリッジ回路のトランジスタＱ１〜Ｑ６をパルス制御する。

次のステップＳ７で、ＰＷＭ制御部６は、交流モータ８Ｍが同期運転を保った状態で、３相巻線へ供給される交流周波数をＤＣから徐々に上昇しつつ電流が一定に保たれるように、トランジスタＱ１〜Ｑ６をパルス制御する。

次のステップＳ８で、ＰＷＭ制御部６は、位相制御などにより無効電力をなくすような通常制御の運転を開始する。さらに、ＰＷＭ制御部６は、逆風監視用周期カウンタのカウント数を０に初期化（クリア）する。さらに、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウント（時間計測）を開始する。

次のステップＳ９で、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウントが１秒を経過したかどうかを判断する。１秒経過した場合は（ステップＳ９でＹＥＳ）ステップＳ１０へ処理が進み、１秒経過していない場合はステップＳ９が繰返される。ステップＳ１０で、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウントを０へ初期化し、ステップＳ１１へ処理を進める。ステップＳ１１で、ＰＷＭ制御部６は監視カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップし、ステップＳ１２へ処理を進める。ステップＳ９〜Ｓ１１の処理手順によって、１秒ごとに監視カウンタのカウント数が１ずつカウントアップされる。

ステップＳ１２で、ＰＷＭ制御部６は、監視カウンタのカウント数が所定の値（たとえば、６００）を超えたかどうかを判断し、超えていれば（ステップＳ１２でＹＥＳ）ステップＳ２００へ処理を進め、所定の値（６００）以下であれば（ステップＳ１２でＮＯ）ステップＳ１６へ処理を進める。

ステップＳ２００では、詳しくは後述するが、ＰＷＭ制御部６は、室外ファン装置５８のファン８Ｆの回転数を所定数減少させ、室外熱交換器５５の温度である室外熱交換器温度の温度変化を所定時間観測する。次のステップＳ１５で、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ２００において温度変化が一定以上であったと判断した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、交流モータ８Ｍを起動しないで自然風を利用する。ステップＳ２００において温度変化が一定以上でなかったと判断すると（ステップＳ１５でＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、処理をステップＳ１６へ進める。

ステップＳ１６で、ＰＷＭ制御部６は、外部（室内機制御部１０）からファン停止命令を受けたか否か判断する。ＰＷＭ制御部６は、ファン停止命令を受取ったと判断した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１３へ処理を進め、そうではない場合はステップＳ９を繰返す。

ステップＳ１３で、ＰＷＭ制御部６は、３相ブリッジ回路の全トランジスタＱ１〜Ｑ６をオフ状態にすることによって、インバータ回路２から交流モータ８Ｍへの電源供給を停止させる。続くステップＳ１４で、ＰＷＭ制御部６は、１０秒間待機した後ステップＳ１へ処理を戻す。以下、上記で説明した各ステップが繰返される。

［ステップＳ２００の室外熱交換器温度観測処理の詳細］
上述のステップＳ２００における室外熱交換器温度の観測処理について説明する。

図６は、ＰＷＭ制御部６による室外熱交換器温度の観測処理を示すフローチャートである。

図６に示すように、ＰＷＭ制御部６は、観測処理開始時の室外熱交換器温度を室内機制御部１０から取得して、監視前室外熱交換器温度（Ｔ１）として記憶する（ステップＳ１７）。

ステップＳ１８で、ＰＷＭ制御部６は、ファン８Ｆの回転数を所定回転数だけ減少させる（ステップＳ１８）。例えば、規定の回転数よりも１００ｒｐｍ減少させるように、適度なデューティ比でＰＷＭパルスを出力するようＰＷＭ制御部６がＰＷＭ信号発生回路７へ命令する。このとき、サイクル状態を安定させるため、圧縮機５３の回転数や膨張弁５６の膨張弁開度などは極力変化させないようにしてもよい。

次に、ＰＷＭ制御部６は、温度変化を観測するための一定期間のインターバルが経過するまで待機する（ステップＳ１９）。例えば１０秒間程度を観測期間とする。

ステップＳ１９における一定期間のインターバルが経過すると、ＰＷＭ制御部６は、室外熱交換器温度を室内機制御部１０から取得して、監視後室外熱交換器温度（Ｔ２）として記憶する（ステップＳ２０）。

ＰＷＭ制御部６は、空調調和機５０が冷房運転であるか暖房運転かを判断し（ステップＳ２１）、冷房運転であれば（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、記憶している監視前室外熱交換器温度（Ｔ１）から監視後室外熱交換器温度（Ｔ２）を減算してＴ１とＴ２の温度の差分値が所定値（例えば、５度）より大きいか判断する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２において、肯定的な判断結果であれば、ＰＷＭ制御部６は、温度変化が一定以上とする判断結果を記憶する（ステップＳ２５）。ステップＳ２２において、否定的な判断結果であれば、ＰＷＭ制御部６は、温度変化が一定以上でないとする判断結果を記憶する（ステップＳ２４）。

また、ステップＳ２１において暖房運転と判断された場合は（ステップＳ２１：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、記憶している監視後室外熱交換器温度（Ｔ２）から監視前室外熱交換器温度（Ｔ１）を減算してＴ２とＴ１の温度の差分値が所定値（例えば、５度）より大きいか判断する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３において、肯定的な判断結果であれば、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ２５に進み、温度変化が一定以上とする判断結果を記憶する。また、ステップＳ２２において、否定的な判断結果であれば、ＰＷＭ制御部６は、温度変化が一定以上でないとする判断結果を記憶する（ステップＳ２４）。

以上のように、実施の形態１の説明では、空調調和機５０は、ファンモータが回転駆動している間において自然風が吹き付けた場合においても、ファンを回転させたまま、モータ駆動を規定の回転数から減少させることで、自然風の大きさを監視することができる。これは、室外ファンがある回転数で回転している場合の送風よりも自然風の逆風の方が強い場合は、ファンの回転数を下げることにより、自然風の逆風によって熱交換が改善されるためである。このようにして熱交換が改善され、熱交換器の温度が熱交換の効率性の観点から望ましい方へと移行していく（冷房運転時は熱交換器の温度が低温側へ移行し、暖房運転時は高温側へ移行する）ことを本発明では利用している。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１においては、室外ファンが回転駆動してから所定期間が経過すると、室外熱交換器温度を観測して室外熱交換器温度の変化に基づいて自然風による逆風の強さを判定し、ファンの駆動を制御してきた。

実施の形態２では、ファン制御装置は、室外熱交換器温度に応じて、室外熱交換器温度の温度変化の観測処理（ステップＳ２００）を実行するまでの期間を短くすることがある。具体的には、実施の形態２では、本発明は、室外熱交換器温度が何度であるかに応じて、監視用周期カウンタの加算値を変動させる。

以下、具体的に説明する。
図７は、本発明の実施の形態２におけるＰＷＭ制御部６の動作を示すフローチャートである。

図５と同一の部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、実施の形態２では、ステップＳ１からステップＳ１０までの処理は実施の形態１と同様である。実施の形態２では、ステップＳ３００において、ＰＷＭ制御部６は、室外熱交換器温度に応じて監視用周期カウンタの加算値を制御する（ステップＳ３００）。その他の処理は実施の形態１と同様であるため説明を省略し、ステップＳ３００の処理について詳しく説明する。

［ステップＳ３００の処理の詳細］
図８は、ＰＷＭ制御部６が室外熱交換器温度に応じて監視用周期カウンタの加算を制御する処理を示すフローチャートである。

図８に示すように、ＰＷＭ制御部６は、空調調和機５０が冷房運転であるか暖房運転かを判断し（ステップＳ３１）、冷房運転であれば（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、室外熱交換器温度を室内機制御部１０から取得し、室外熱交換器温度が所定温度より高いか判断する（ステップＳ３２）。例えば、室外熱交換器温度が５０度より高いか判断する。

ステップＳ３２において肯定的な判断結果であれば（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋２だけカウントアップする（ステップＳ３４）。

ステップＳ３２において、否定的な判断結果であれば（ステップＳ３２：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップする（ステップＳ３５）。

また、ステップＳ３１において暖房運転と判断された場合は（ステップＳ３１：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、室外熱交換器温度を室内機制御部１０から取得し、室外熱交換器温度が所定温度より低いか判断する（ステップＳ３２）。例えば、室外熱交換器温度が０度より低いか判断する。

ステップＳ３３において、肯定的な判断結果であれば（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋２だけカウントアップする（ステップＳ３４）。

ステップＳ３３において、否定的な判断結果であれば（ステップＳ３２：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップする（ステップＳ３５）。

＜実施の形態３＞
実施の形態３について説明する。

実施の形態３では、ＰＷＭ制御部６の動作は実施の形態２で示した図７とほぼ同様であり、ステップＳ３００の詳細が異なる。実施の形態２では、室外熱交換器温度が何度であるかに応じて監視用周期カウンタの加算値を変動させているが、実施の形態３では、室外熱交換器温度が室外温度と比べてどれだけ温度差があるか、室外温度との差分に基づいて監視用周期カウンタの加算値を変動させている。

実施の形態３におけるステップＳ３００の処理について説明する。
［ステップＳ３００の処理の詳細］
図９は、実施の形態３におけるＰＷＭ制御部６が室外熱交換器温度と室外温度とに応じて監視用周期カウンタの加算を制御する処理を示すフローチャートである。

図９に示すように、ＰＷＭ制御部６は、空調調和機５０が冷房運転であるか暖房運転かを判断し（ステップＳ３１）、冷房運転であれば（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、室外熱交換器温度および室外温度を室内機制御部１０から取得し、室外熱交換器温度から室外温度を減算した差分値が所定値より大きいか判断する（ステップＳ３６）。例えば、差分値が”１０”より大きいか（室外熱交換器温度が室外温度より１０度を超えて高いか）判断する。

ステップＳ３６において肯定的な判断結果であれば（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋２だけカウントアップする（ステップＳ３４）。

ステップＳ３６において、否定的な判断結果であれば（ステップＳ３６：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップする（ステップＳ３５）。

また、ステップＳ３１において暖房運転と判断された場合は（ステップＳ３１：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、室外熱交換器温度および室外温度を室内機制御部１０から取得し、室外熱交換器温度から室外温度を減算した差分値が所定値より小さいか判断する（ステップＳ３７）。例えば、差分値が”−１０”を超えて小さいか（室外熱交換器温度が室外温度より１０度を超えて低いか）判断する。

ステップＳ３７において、肯定的な判断結果であれば（ステップＳ３７：ＹＥＳ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋２だけカウントアップする（ステップＳ３４）。

ステップＳ３７において、否定的な判断結果であれば（ステップＳ３７：ＮＯ）、ＰＷＭ制御部６は、監視用周期カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップする（ステップＳ３５）。

以上のように各実施の形態について説明してきた。上記のステップＳ９〜Ｓ１５、ステップＳ２００の手順によれば、監視カウンタのカウント数が所定の値（たとえば、６００）になると、すなわち、インバータ回路２から交流モータ８Ｍに電源供給を開始または再開してから所定の判定間隔が経過すると、ステップＳ２００によりファン８Ｆの回転数を減少させて室外熱交換器温度の観測が所定の期間、行われる。

その結果、室外熱交換器温度の温度変化が一定以上あると観測されると、室外熱交換器温度が理想状態へ移行中であることが検知されたことになる。すなわち、ファン８Ｆの回転を停めたとしても熱交換や送風に十分な強さの自然風が吹き付けており、その自然風をそのまま熱交換や送風に利用することで従来よりも消費電力を削減することができる。

また、例えば冷房運転時に自然風が強い、つまり室外熱交換器５５や室外ファン装置５８の負荷が大きいと、室外熱交換器温度が高くなる。自然風が小さいと、室外熱交換器５５や室外ファン装置５８の負荷が相対的に小さくなり、室外熱交換器温度が比較的低くなる。この特性を利用して、実施の形態２や３では、室外熱交換器温度に応じて監視用周期カウンタの増減幅を制御する。例えば冷房運転時に室外熱交換器温度がある水準よりも高ければ、上記の室外熱交換器温度の観測開始までの周期を短くし、一方で低い水準であれば、室外熱交換器温度の観測開始までの周期を長くすることができる。これにより無駄なモータ停止を低減することができる。

＜変形例＞
本発明では、ステップＳ２００において、所定間隔ごとにファン回転数を減少させ、室外熱交換器温度の変化をもとに自然風の影響を観測している。これは上記のように、室外ファンがある回転数で回転している場合の送風よりも自然風の逆風の方が強い場合は、ファンの回転数を下げることにより、自然風の逆風によって熱交換が改善されるためである。このようにして熱交換が改善され、熱交換器の温度が熱交換の効率性の観点から望ましい方へと移行していく（冷房運転時は熱交換器の温度が低温側へ移行し、暖房運転時は高温側へ移行する）ことを本発明では利用している。そのため、ステップＳ２００において、所定間隔ごとにファン回転数を増加させ、これにより室外熱交換器温度に基づいて熱交換の効率性が悪化しているかによって自然風の影響を観測してもよい。

また、上記の実施の形態２や３では、監視用周期カウンタのカウントアップ値の増加幅を制御する（ステップＳ２００を実行するまでの判定間隔を短縮）こととしていたが、監視用周期カウンタの値を減算する等により、ステップＳ２００を実行するまでの判定間隔を拡張することとしてもよい。

ＰＷＭ制御部６は、制動動作中に生じた交流モータ８Ｍの電機子電圧のゼロクロス周期に基づいて、自然風によってファン８Ｆとともに回転する交流モータ８Ｍの回転数を算出するようにしてもよい。この場合、ファン制御装置には、さらに、交流モータ８Ｍの各相の電機子巻線に生じた電圧を検出するための電圧計が設けられる。

より簡単にはゼロクロス周期を検出せずに、ＰＷＭ制御部６は、交流モータ８Ｍの電機子電流または電機子電圧の検出値が所定の基準値以下となったときにインバータ回路から交流モータ８Ｍへの電源供給を再開するようにしてもよい。

他の変形例として、既に説明したが、回転子の磁極位置を検出する位置センサ（たとえば、ホール素子）を設けてもよい。ＰＷＭ制御部６は、この位置センサの出力に基づいて、自然風によるフリーラン中の交流モータ８Ｍの回転数を検出する。この場合には、実施の形態１で述べた制動動作は必要でない。

さらに他の変形例として、自然風の強さを検出するための風速計を設けてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、空気清浄機や空気調和機などの送風機能を有する家庭用の電気機器に適用される。

１ ファン制御装置、２，５２，６０ インバータ回路、３ コンバータ回路、４ 交流電源、５ 電流検出回路、６ ＰＷＭ制御部、７ ＰＷＭ信号発生回路、８Ｆ ファン、８Ｍ 交流モータ、９ 室外ファン制御部、１０ 室内機制御部、５０ 空気調和機、５１ 制御部、５３ 圧縮機、５４ 四方弁、５５ 室外熱交換器、５６ 膨張弁、５７ 室内熱交換器、５８ 室外ファン装置、５９ 室内ファン装置、７１ 温度観測部、７２ 温度取得部、第１〜Ｄ６ ダイオード、Ｑ１〜Ｑ６ パワーバイポーラトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗素子。

Claims (5)

1. ファンを駆動する交流モータと、
   前記交流モータに電源を供給することによって前記交流モータを回転させる電源部と、
   前記電源部による電源供給を制御する制御部と、
   室外熱交換器の温度を取得する取得部とを備え、
   前記制御部は、
   前記電源部に電源供給を開始または再開させてから所定の判定間隔が経過すると前記電源供給を制御してファン回転数を変化させ、前記ファン回転数の変化前後における前記室外熱交換器の温度変化が一定以上であるか判定する温度観測部と、
   前記温度観測部による判定結果に応じて前記電源部への電源供給を制御する供給制御部とを含み、
   前記温度観測部は、前記所定の判定間隔が経過すると、前記電源供給の制御によりファン回転数を一定数減少させ、減少前および減少後の室外熱交換器の温度の差分が一定以上であるか判定し、
   前記供給制御部は、前記温度観測部により肯定的な判定がなされた場合に、前記電源部への電源供給を停止し、
   前記温度観測部は、冷房運転であるか否かを判断し、冷房運転であると判断された場合は、前記ファン回転数の減少前の室外熱交換器の温度から減少後のものを減算し、冷房運転でないと判断された場合は、前記ファン回転数の減少後の室外熱交換器の温度から減少前のものを減算し、減算結果が所定値以上であるか判定する、ファン制御装置。
2. ファンを駆動する交流モータと、
   前記交流モータに電源を供給することによって前記交流モータを回転させる電源部と、
   前記電源部による電源供給を制御する制御部と、
   室外熱交換器の温度を取得する取得部とを備え、
   前記制御部は、
   前記電源部に電源供給を開始または再開させてから所定の判定間隔が経過すると前記電源供給を制御してファン回転数を変化させ、前記ファン回転数の変化前後における前記室外熱交換器の温度変化が一定以上であるか判定する温度観測部と、
   前記温度観測部による判定結果に応じて前記電源部への電源供給を制御する供給制御部とを含み、
   前記制御部は、前記電源部に電源供給を開始または再開させてから、前記室外熱交換器の温度を所定温度と比較し、比較結果に基づいて、前記判定間隔を拡張しまたは短縮させる、ファン制御装置。
3. 前記取得部は、室外温度を取得し、
   前記制御部は、前記室外熱交換器の温度と前記室外温度との差分である温度差が一定以上であれば、前記判定間隔を短縮させる、
   請求項２記載のファン制御装置。
4. 前記温度観測部は、冷房運転であるか否かを判断し、前記所定温度との比較とは、冷房運転であると判断された場合は、前記室外熱交換器の温度が所定温度を上回っているか比較することであり、冷房運転でないと判断された場合は、前記室外熱交換器の温度が所定温度を下回っているか比較することである、
   請求項２記載のファン制御装置。
5. 前記制御部は、監視用周期カウンタを含み、前記室外熱交換器の温度と所定温度との比較結果に基づいて前記監視用周期カウンタのカウントアップ値を決定するとともに、前記監視用周期カウンタが所定値に達した時に前記判定が行われることで前記判定間隔の拡張または短縮がなされる、
   請求項２記載のファン制御装置。

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