JP5924250B2

JP5924250B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5924250B2
Application number: JP2012263721A
Authority: JP
Inventors: 恵望古市
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: JP2014110678A

Description

本発明は、空気調和機の室内機に用いられるファンモーターの過熱保護に関するものである。

モーターを用いた各種装置では、モーターを装置に組み込んだ状態において、モーターの定格温度を超えないように運転されているが、モーターは回転数を高くすると発熱量が増加し、回転数を低くすると発熱量が減少する特性があることから、モーター性能の最大回転数で使用した際に、放熱対策などを講じても定格温度を満たすことが出来ない時には
、モーターの回転数に制限を設けて定格温度を満たすように過熱保護を行う場合がある。

図１は、モーターの回転数上限値の試験例を説明する温度と時間の特性図である。図１（Ａ）は定格温度が９０℃のモーターを、周囲温度４０℃の環境で、そのモーターの最大回転数である１５００ｒｐｍで動作させた場合に時間の経過とともに生じる温度変化を示している。この例では、モーター起動時４０℃であった温度が時間の経過とともに急上昇し、Ｔ点に示す時刻に定格温度を超え、その後も緩やかに温度上昇を続けた後に温度上昇が飽和状態となるため、定格温度を満たすようにモーターの回転数を制限して過熱保護を行う必要があることが判る。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）と同様に定格温度が９０℃のモーターを、周囲温度が４０℃の環境で、そのモーターの最大回転数よりも低い１２００ｒｐｍで動作させた場合に時間の経過とともに生じる温度変化を示している。この例では、モーターの温度が時間の経過とともに急上昇するものの、定格温度に到達する前に温度上昇が飽和状態となるため、回転数を制限したこの条件では定格温度を満たせることが判る。

図１（Ａ）と（Ｂ）のような試験を行い、モーターの回転数に一律の上限値を設けることで定格温度を超えないように過熱保護を行う装置があるが、例えばその装置の使用条件である上限温度の４０℃よりも低い３０℃の環境で利用している時にも、上限温度の４０℃で利用した場合を基準とする過熱保護が行われるため、実際に利用する際の周囲温度が低いほど、本来は必要としないモーターの回転数制限が行われ、モーターの能力を十分に利用することが出来なかった。

このような背景から、モーターの能力をより引き出すことができるモーターの過熱保護装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。また、圧縮機の過電流検知レベルを切り換えて回転数を制限することでインバータおよびモーターの保護を行う空気調和機が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。また、モーターを停止させずに、モーターの温度上昇を抑制する温度保護制御装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−３５５９５９号公報（第３頁、図３）特開２００５−３０８２３３号公報（第４頁、図２）特開２００８−１０４２９９号公報（第５〜６頁、図９）

特許文献１〜３は、いずれもモーターの過熱保護を行いつつ、モーターを最大回転で動作させる技術であるが、特許文献１は回転電機のステータコイルエンドやステータコア端面に、特許文献２は圧縮機に、特許文献３はモーターに、それぞれ温度検出手段が設けられ、モーターの温度を検知することで実現しているものである。しかしながら空気調和機のファンモーターに特許文献１〜３の技術を適用する場合、新たに温度検出手段を設けなければならずコストアップとなるという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決し、ファンモーターの回転数に一律の上限値を設けて過熱保護を行う空気調和機に対し、ファンモーターの温度検出を行うことなく回転数の制限を緩和することができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、ファンと、前記ファンを駆動するファンモーターと、周囲温度を検出する周囲温度検出部と、計時部と
、それぞれを制御する制御部とを備えた空気調和機において、前記制御部は、前記ファンモーターの起動時に周囲温度を取り込み、前記周囲温度が所定の温度未満の場合、前記ファンモーターの回転数を前記ファンモーターの最大回転数まで許可し、前記周囲温度が所定の温度以上の場合、周囲温度に応じて予め定められた第一の所定時間は前記ファンモーターの回転数を最大回転数まで許可するとともに、前記第一の所定時間経過後は前記ファンモーターの回転数の上限を予め定められた前記ファンモーターの最大回転数より低い上限回転数に制限することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の発明は、前記計時部は、前記ファンモーターが停止後
、起動するまでの停止時間を計時し、前記制御部は、前記停止時間が第二の所定時間以下である場合、前記ファンモーターの起動時に前記ファンモーターの回転数を予め定められた前記ファンモーターの最大回転数より低い上限回転数以下に制限することを特徴とする
。

本発明による空気調和機によれば、ファンモーターの温度検出を行わなくても、運転が開始される時の周囲温度に応じてファンモーターの最大回転数の能力を活かした制御を行うことができ、回転数に一律の上限値を設けた従来の空気調和機よりも運転開始から設定温度に達するまでの時間を短縮することができる。

モーターの回転数上限値の試験例を説明する温度と時間の特性図である。本発明の空気調和機を示すブロック図である。周囲温度別にファンモーターの温度変化を示した説明図である。本発明によるファンモーターの過熱保護に用いる設定データを説明する説明図である。本発明によるファンモーターの過熱保護に関する運転を選択する処理を示すフローチャートである。本発明による空気調和機の最大回転数を許可した運転から許可時間に達した時の処理を示すフローチャートである。本発明による空気調和機の過熱保護制御における効果を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図２は、本発明の空気調和機を示すブロック図である。図２において空気調和機１は、熱交換された空気を空気調和機１の外へ送り出すファン１０と、ファン１０を駆動するファンモーター１１と、時間を計時する計時部１２と、利用者が操作する図示しないリモコンとの通信を行う通信部１３と、空気調和機１の周囲温度を検出する周囲温度検出部１４と、ファンモーターの過熱保護に関する設定データなどを記憶する記憶部１５と、これらを制御する制御部１６を備えている。

本発明の空気調和機１はこのような構成によって、通信部１３を介してリモコンを操作する利用者から運転開始の指示を受信するなど、ファンモーター１１を起動する時、周囲温度検出部１４で周囲温度を検出し、ファンモーター１１の回転数を最大回転数まで許可した運転を開始する。そして検出した周囲温度に応じた記憶部１５の設定データを参照し常時ファンモーター１１の回転数を最大回転数まで許可する運転、または計時部１２で最大回転数まで許可する運転を行った時間を計時し、所定時間経過後、回転数の上限を最大回転数より低い上限回転数に制限する運転を行う。なお、記憶部１５の過熱保護に関する設定データの詳細については後述する。

図３は、ファンモーターを起動する時の周囲温度別にファンモーターの温度変化を示した説明図である。図３のグラフは縦軸に温度、横軸に時間を示し、定格温度が９０℃でかつ最大回転数が１５００ｒｐｍのファンモーターを周囲温度４０℃で起動し１５００ｒｐｍで運転を続けた時の温度変化を曲線ａで示し、同じファンモーターを周囲温度３０℃で起動し１５００ｒｐｍで運転を続けた時の温度変化を曲線ｂで示し、同じファンモーターを周囲温度２０℃で起動し１５００ｒｐｍで運転を続けた時の温度変化を曲線ｃで示している。また、ファンモーターの定格温度である９０℃よりも僅かに低い温度（例えば、ファンモーターへ回転数を下げる指示をしてから実際に回転数が下がるまでの遅延時間に発生する温度上昇の差異を考慮した８８℃など）をＸ℃で示している。なお図３のグラフの前提条件として周囲温度とファンモーターの温度は一致しているものとする。

説明図の曲線ａは、動作時間の経過とともにファンモーターの温度が上昇し定格温度を超えることから、周囲温度が４０℃の時にファンモーターを起動する場合には回転数を制限する必要があるが、Ｘ℃に到達するまでの経過時間はＴａであるため、起動からＴａまでの間は最大回転数で駆動しても、Ｔａとなるタイミングから回転数を制限することで、定格温度を超えない範囲で最大回転数を許可できる時間を定めることができる。また、曲線ｂも曲線ａと同様に、動作時間の経過とともに定格温度を超えてファンモーターの温度が上昇するため、周囲温度が３０℃の時にファンモーターを起動する場合には、同Ｘ℃に到達するまでの経過時間であるＴｂが、定格温度を超えない範囲で最大回転数を許可できる時間となる。また、曲線ｃは、動作時間が経過しても同Ｘ℃を超えずにファンモーターの温度上昇が飽和状態となることから、周囲温度が２０℃の時にファンモーターを起動する場合には最大回転数での駆動を継続できることが判る。本発明はこのような周囲温度別のファンモーターの温度変化を試験により予め測定しておくことで、周囲温度に応じてファンモーターを最大回転数で駆動できる時間を定めるようにする。

図４は、本発明によるファンモーターの過熱保護に用いる設定データを説明する説明図である。この設定データは、図３で説明した試験による測定結果を基に作成され、図２の空気調和機１に備わる記憶部１５に予め記憶され、ファンモーターを起動時に制御部１６によって参照される。

設定データの項目は、ファンモーター起動時の周囲温度である「周囲温度」と、その周囲温度から最大回転数でファンモーターを駆動した時に定格温度に到達するか否かの測定結果によって定める、最大回転数による駆動の「時間制限の要否」と、Ｘ℃に到達するまでの経過時間の測定結果によって定める、最大回転数による駆動の「許可時間」で構成され、この設定データの範囲は時間制限を不要とする最高温度から、空気調和機の使用環境として想定される最高温度までとする。なお、図４では２０℃から４０℃までの初期温度を５℃刻みとした設定データを示しているが、例えば、周囲温度が２７℃の場合には、設定データ内に同一の周囲温度が存在しないため３０℃の周囲温度を検出した場合と同様の扱いとすることから、最大回転数による駆動をより長く行うためには、多くの周囲温度による測定結果を基に細分化された設定データを作成することが望ましい。

図５は、本発明によるファンモーターの過熱保護に関する運転を選択する処理を示すフローチャートである。図５の処理が開始される条件として空気調和機１に備わる通信部１３がリモコンからの運転開始信号を受信したものとする。なお、フローチャートに記載のＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を、またＹはＹｅｓを、ＮはＮｏをそれぞれ表している。

制御部１６は、通信部１３を介してリモコンからの運転開始信号を受信すると、周囲温度検出部１４から周囲温度を検出し、記憶部１５に記憶されたファンモーター回転数の過熱保護に用いる設定データの中から検出した周囲温度に応じた項目を参照する（ＳＴ１）
。続いて、記憶部１５に記憶された前回の運転停止時刻から、所定時間（例えば運転停止後にファンモーター１１が周囲温度と同温度となるまでの３０分間など）を経過しているか否かを確認する（ＳＴ２）。なお、ＳＴ２で説明した所定時間を本発明の第二の所定時間としている。

制御部１６はＳＴ２において、第二の所定時間を経過している場合（ＳＴ２−Ｙ）、設定データから参照した周囲温度の“時間制限の要否”項目は“不要”であるか否かを確認する（ＳＴ３）。“時間制限の要否”項目は“不要”である場合（ＳＴ３−Ｙ）、常時ファンモーターを最大回転数まで許可する運転を選択する（ＳＴ４）。そして処理を終了する。

制御部１６はＳＴ３において、周囲温度の“時間制限の要否”項目は“不要”では無い場合（ＳＴ３−Ｎ）、所定の時間だけファンモーターを最大回転数まで許可する運転を選択する（ＳＴ５）。続いて、参照した許可時間を開始値として、計時部１２のタイマーによりカウントダウンを開始させる（ＳＴ６）。そして処理を終了する。なお、ＳＴ６で参照した許可時間を本発明の第一の所定時間としている。また、計時部１２はカウントダウンが終了すると制御部１６へカウントダウン終了の割込み信号を通知する。

制御部１６はＳＴ３において、第二の所定時間を経過していない場合（ＳＴ２−Ｎ）、最大回転数よりも低い予め定めた上限回転数に制限する運転を選択する（ＳＴ７）。そして処理を終了する。その後選択した運転を開始する。

図６は、本発明による空気調和機の最大回転数を許可した運転から許可時間に達した時の処理を示すフローチャートである。図６の処理が開始される条件として空気調和機１に備わる計時部１２が図５で説明した最大回転数を許可する許可時間のカウントダウンを終了し、制御部１６へカウントダウン終了の割込み信号を通知したものとする。なお、フローチャートに記載のアルファベット及び数字は図５の説明と同様である。

制御部１６は、計時部１２から最大回転数を許可する許可時間のカウントダウン終了が通知されると、ファンモーター１１を最大回転数まで許可する運転から最大回転数よりも低い予め定めた上限回転数に制限した運転へと切替る（ＳＴ１１）。そして、その時にファンモーター１１を切替えた運転の上限回転数を超えて動作させているか否かを確認する（ＳＴ１２）。切替えた運転の上限回転数を超えて動作させている場合（ＳＴ１２−Ｙ）
、ファンモーター１１へファンモーターの回転数を切替えた運転の上限回転数に制限する要求を行う（ＳＴ１３）。そして処理を終了する。また、ＳＴ１２において、切替えた運転の上限回転数を超えて動作させていない場合（ＳＴ１２−Ｎ）、処理を終了する。なお
、この処理を終了した制御部１６は最大回転数よりも低い予め定めた上限回転数に制限した運転を継続する。

図７は、本発明による空気調和機の過熱保護制御における効果を説明する説明図である
。図７の説明図は、横軸に空気調和機の運転開始から運転停止までの時間の経過を示しており、常時ファンモーターの回転数を最大回転数よりも低い回転数以下に制限した従来の過熱保護のパターンを“Ｘ”、常時ファンモーターの回転数を最大回転数まで許可した本発明の過熱保護のパターンを“Ｙ”、運転開始から周囲温度に応じた所定の時間だけ一時的にファンモーターの回転数を最大回転数まで許可した本発明のもう一つの過熱保護のパターンを“Ｚ”とし、各パターンにおけるファンモーター回転数の状態と、それに応じた暖房時と冷房時との運転開始時の室温から設定温度の室温に至るまでの室温の変化をグラフ上の曲線“Ｘ”、“Ｙ” 、“Ｚ”で示している。またパターン“Ｚ”においてファンモーターの回転数を例えば上限１５００ｒｐｍまでから上限１２００ｒｐｍまでへと切替えるタイミングをＰ点として破線で示している。

また、暖房運転時においては、室温が１０℃の部屋で設定温度が２３℃に設定されている場合を示し、冷房運転時においては、室温が３３℃の部屋で設定温度が２７℃に設定されている場合を示し、パターン“Ｘ”の運転により設定温度に達する時間を“Ｔｘ”同様にパターン“Ｙ”と“Ｚ”の運転により設定温度に達する時間を“Ｔｙ”と“Ｔｚ”で示している。なお、図７は運転開始から設定温度に達するまでの運転において、それぞれの上限となるファンモーターの回転数で運転した場合の室温の変化を示している。

はじめに暖房運転時の室温の変化について説明する。パターン“Ｘ”では常時ファンモーターの回転数を所定の上限値（１２００ｒｐｍ）に制限するため、その他のパターンと比較して緩やかな室温上昇となり、設定温度に達する時間“Ｔｘ”は最長となる。パターン“Ｙ”と“Ｚ”ではＰ点となる時間まではファンモーターの回転数を最大回転数（１５００ｒｐｍ）で運転が行われるため、パターン“Ｘ”よりも早い室温上昇となり、Ｐ点を超えてもこの運転が継続されるパターン“Ｙ”では設定温度に達する時間“Ｔｙ”は最短となる。またＰ点を境にファンモーターの回転数を所定の上限値（１２００ｒｐｍ）に制限するパターン“Ｚ”はＰ点を超えてからの室温上昇がパターン“Ｙ”よりも緩やかになるため、設定温度に達する時間“Ｔｚ”は“Ｔｙ”よりも長く“Ｔｘ”よりも短くなる。

次に冷房運転時の室温の変化について説明する。パターン“Ｘ”ではその他のパターンと比較して緩やかな室温下降となり、設定温度に達する時間“Ｔｘ”は最長となる。パターン“Ｙ”と“Ｚ”ではＰ点となる時間までは、パターン“Ｘ”よりも早い室温下降となり、Ｐ点を超えてもファンモーターの回転数を最大回転数（１５００ｒｐｍ）で運転が行われるパターン“Ｙ”の設定温度に達する時間“Ｔｙ”は最短となる。またＰ点を境にファンモーターの回転数を所定の上限値（１２００ｒｐｍ）に制限するパターン“Ｚ”はＰ点を超えてからの室温下降がパターン“Ｙ”よりも緩やかになり、設定温度に達する時間“Ｔｚ”は“Ｔｙ”よりも長く“Ｔｘ”よりも短くなる。

このように、本発明によるファンモーターの過熱保護制御では、運転開始時の周囲温度に応じてファンモーターの回転数を最大回転数まで許可するため、従来の過熱保護制御よりも運転開始から設定温度に到達するまでの時間を短縮することができる。なお、図７のグラフではパターン“Ｙ”がパターン“Ｚ”よりも短い時間で設定温度に到達する例を説明したが、室温が設定温度に近づいた際にファンモーターの回転数を段階的に下げる制御が行われた場合には、同じ時間で設定温度に到達する結果となることもある。

１空気調和機
１０ファン
１１ファンモーター
１２計時部
１３通信部
１４周囲温度検出部
１５記憶部
１６制御部

Claims

ファンと、前記ファンを駆動するファンモーターと、周囲温度を検出する周囲温度検出部と、計時部と、それぞれを制御する制御部とを備えた空気調和機において、前記制御部は、前記ファンモーターの起動時に周囲温度を取り込み、前記周囲温度が所定の温度未満の場合、前記ファンモーターの回転数を前記ファンモーターの最大回転数まで許可し、前記周囲温度が所定の温度以上の場合、周囲温度に応じて予め定められた第一の所定時間は前記ファンモーターの回転数を最大回転数まで許可するとともに、前記第一の所定時間経過後は前記ファンモーターの回転数の上限を予め定められた前記ファンモーターの最大回転数より低い上限回転数に制限することを特徴とする空気調和機。
前記計時部は、前記ファンモーターが停止後、起動するまでの停止時間を計時し、前記制御部は、前記停止時間が第二の所定時間以下である場合、前記ファンモーターの起動時に前記ファンモーターの回転数を予め定められた前記ファンモーターの最大回転数より低い上限回転数以下に制限することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。