JP6559058B2 - 制御装置、空気調和装置、制御方法 - Google Patents
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Description
ここで、前記電圧供給手段は、前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給し、前記算出手段は、前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出し、前記設定手段は、算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定するものであってもよい。
また、本発明は、冷媒を介して熱交換を行う熱交換部と、回転することで前記熱交換部に風を送る送風部と、固定される固定子と当該固定子に対して回転可能に設けられる回転子とを備え、当該回転子によって前記送風部を回転駆動する同期電動機と、前記同期電動機を起動する際に、当該同期電動機のd軸に交流電圧を供給する電圧供給手段と、前記交流電圧と当該交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出する算出手段と、前記同期電動機のインダクタンスが算出される毎に、前記交流電圧の大きさを増加させるように変更する変更手段と、前記交流電圧の増加に伴う、前記流入電流の変化に対するインダクタンスの変化が飽和した状態におけるインダクタンスの値を、前記同期電動機のd軸インダクタンスに設定するとともに、当該交流電圧の大きさの増加を停止させるように設定する設定手段とを含む空気調和装置を提供する。
ここで、前記電圧供給手段は、前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給し、前記算出手段は、前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出し、前記設定手段は、算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定するものであってもよい。
さらに、本発明は、インダクタンスの大きさが不明な同期電動機を起動する際に、当該同期電動機のd軸に交流電圧を供給するステップと、前記交流電圧と当該交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出するステップと、前記同期電動機のインダクタンスが算出される毎に、前記交流電圧の大きさを増加させるように変更するステップと、前記同期電動機に供給する交流電圧の大きさを、段階的に変更するステップと、前記交流電圧の増加に伴う、前記流入電流の変化に対するインダクタンスの変化が飽和した状態におけるインダクタンスの値を、前記同期電動機のd軸インダクタンスに設定するとともに、当該交流電圧の大きさの増加を停止させるように設定するステップとを含む制御方法を提供する。
ここで、前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給するステップと、前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出するステップと、算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定するステップとをさらに含むものであってもよい。
[空気調和装置の全体構成]
図1は、本実施の形態が適用される空気調和装置1の全体構成を示した図である。
この空気調和装置1は、屋内(室内)に設置される室内機10と、屋外に設置される室外機20と、室内機10と室外機20とを接続する配管30とを備えている。そして、この空気調和装置1は、室内機10と室外機20との間で、配管30を用いて冷媒(図示せず)を循環させるとともに、室内機10および室外機20のそれぞれにおいて冷媒の熱交換を行わせることで、室内機10が配置された室内を冷房あるいは暖房する。
送風部の一例としての室内ファン12は、回転可能に設けられており、室内の空気を室内熱交換器11に送り込むとともに、室内熱交換器11に供給されることで冷やされあるいは暖められた空気を室内に送り出す。
室内ファン駆動装置13は、室内ファン12の回転駆動を行う。この室内ファン駆動装置13は、室内ファン12を回転させる際に、室内ファン12の単位時間あたりの回転数を調整する。
室内温度センサ14は、室内の温度を測定する。
制御装置あるいはインダクタンス推定装置の一例としての室内機制御装置15は、室内機10を構成する各部の動作を制御する。また、室内機制御装置15は、室外機20に設けられた室外機制御装置28(詳細は後述する)を介して、室外機20を構成する各部の動作を制御する。
室内筐体16は、上述した室内熱交換器11、室内ファン12、室内ファン駆動装置13、室内温度センサ14および室内機制御装置15を内部に収容する。
リモコン17は、室内筐体16の外部に設けられており、室内機制御装置15に対し、赤外線や電波等を用いて、起動/停止(電源のオン/オフ)、設定温度、タイマ等の指示を出力する。
室外ファン22は、回転可能に設けられており、屋外の空気を室外熱交換器21に送り込む。
室外ファン駆動装置23は、室外ファン22の回転駆動を行う。この室外ファン駆動装置23は、室外ファン22を回転させる際に、室外ファン22の単位時間あたりの回転数を調整する。
室外温度センサ24は、屋外の温度を測定する。
膨張弁25は、二方弁からなるものであって、冷房運転時には、室内機10の室内熱交換器11から配管30を介して流入してくる冷媒を減圧し、室外熱交換器21に送り出す。また、膨張弁25は、暖房運転時には、室外機20の室外熱交換器21から流入してくる冷媒を加圧し、配管30を介して室内機10の室内熱交換器11に送り出す。
圧縮機26は、室外熱交換器21から四路切換弁27を介して流入してくる冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。また、圧縮機26は、配管30を介して室内機10と室外機20との間で冷媒を循環させるための搬送力を、冷媒に付与する機能も有している。
四路切換弁27は、四方弁からなるものであって、冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器11または室外熱交換器21から圧縮機26に供給されてくる冷媒の流路を切り換える。
室外機制御装置28は、室内機10に設けられた室内機制御装置15による制御の下、室外機20を構成する各部の動作を制御する。
室外筐体29は、上述した室外熱交換器21、室外ファン22、室外ファン駆動装置23、室外温度センサ24、膨張弁25、圧縮機26、四路切換弁27および室外機制御装置28を内部に収容する。
図2は、図1に示す室内機10における室内ファン駆動装置13の構成を示した図である。
この室内ファン駆動装置13は、整流回路131と、平滑化回路132と、逆変換回路133と、同期電動機134と、電流計測器135とを備えている。
平滑化回路132は、コンデンサ等で構成されており、整流回路131から供給される直流(脈流)を平滑化する。
逆変換回路133は、半導体素子等で構成されており、平滑化回路132から供給される直流を、目的とする周波数および電圧値に設定された三相交流(U相、V相、W相)に変換する。この逆変換回路133は、出力する三相交流の周波数および電圧値を、動作中に変更できるようになっている。
同期電動機134は、逆変換回路133から供給される三相交流によって、室内ファン12を回転させる。なお、本実施の形態では、同期電動機134として、界磁に永久磁石(強磁性体)を採用した永久磁石同期電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor:PMSM)を用いている。
電流計測器135は、逆変換回路133から同期電動機134に供給される三相交流の電流値を、相毎に計測する。
なお、ここでは詳細な説明を行わないが、室外機20における室外ファン駆動装置23も、室内ファン駆動装置13と同様の構成を有している。
図3は、室内ファン駆動装置13で用いられる同期電動機134の構成を模式的に示した図である。ここで、図3(a)は同期電動機134が表面磁石形永久磁石同期電動機(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor:SPMSM)である場合を、図3(b)は同期電動機134が内部磁石形永久磁石同期電動機(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor:IPMSM)である場合を、それぞれ示している。なお、図3(a)および図3(b)は、それぞれ、同期電動機134の極数を2つとした場合を例示している。
固定子41は、内部に円柱状の空間が形成された構造を有しており、直接あるいは間接的に室内筐体16(図1参照)に固定されている。
回転子42は、円柱状の形状を有するものであって、固定子41の内部に形成された空間に配置されており、固定子41に対し、シャフト42cを介して回転可能に取り付けられている。なお、このシャフト42cには、図2等に示す室内ファン12が装着されており、回転子42が回転すると、シャフト42cを介して室内ファン12が回転する。
U相コイル43は、固定子41のうち内部に形成された空間と対向する位置に取り付けられている。そして、U相コイル43は、逆変換回路133(図2参照)から供給される三相交流のうちのU相と接続される。
V相コイル44は、固定子41のうち内部に形成された空間と対向するとともに、U相コイル43から周方向に120°ずれた位置に取り付けられている。そして、V相コイル44は、逆変換回路133(図2参照)から供給される三相交流のうちのV相と接続される。
W相コイル45は、固定子41のうち内部に形成された空間と対向するとともに、V相コイル44から周方向に120°ずれた位置(U相コイル43から周方向に−120°ずれた位置)に取り付けられている。そして、W相コイル45は、逆変換回路133(図2参照)から供給される三相交流のうちのW相と接続される。
なお、ここでは、図面の記載を簡略化するために、固定子41に対し、U相コイル43、V相コイル44およびW相コイル45をそれぞれ集中巻きした場合を例示しているが、これら各コイルを分布巻きとしてもかまわない。また、同期電動機134の極数を、4つ以上としてもかまわない。
図4は、空気調和装置1の制御系を説明するためのハードウェアブロック図である。
本実施の形態の制御系は、室内機10側に設けられて室内機10内の各部を制御する室内機制御装置15と、室外機20側に設けられて室外機20内の各部を制御する室外機制御装置28と、室内機制御装置15と室外機制御装置28とを接続し、両者の間で信号の授受を行う通信経路とを有している。
位置決め電流指示部52は、指示受付部51が電源オンの指示を受け付けた場合に、同期電動機134のインダクタンスを算出する際に、固定子41に対する回転子42(ともに図3参照)の位置決め(位置固定)を行うための位置決め電流(固定電流の一例)を設定する。そして、位置決め電流指示部52は、設定した位置決め電流を、逆変換回路133に指示する。
変更手段の一例としての印加電圧設定部53は、位置決め電流の供給に伴って同期電動機134における回転子42が固定子41(ともに図3参照)に対して位置決め(位置固定)された状態で、同期電動機134に印加する電圧(交流電圧の一例)を設定する。
電圧供給手段の一例としての印加電圧指示部54は、印加電圧設定部53が設定した印加電圧を、逆変換回路133に指示する。
計測電流取得部55は、電流計測器135が計測した、逆変換回路133から同期電動機134に流れる電流(計測電流と呼ぶ:流入電流の一例)を取得する。
推定手段の一例としてのインダクタンス算出部56は、印加電圧設定部53が設定した印加電圧と、計測電流取得部55が取得した計測電流とを用いて、同期電動機134のインダクタンスを算出する。
記憶部57は、インダクタンス算出部56が算出した、同期電動機134のインダクタンスを記憶する。
判断部58は、インダクタンス算出部56によって算出され、記憶部57に記憶されるインダクタンスが適正なものであるか否かを判断する。また、判断部58は、記憶部57に記憶されるインダクタンスが適正なものではないと判断した場合に、印加電圧設定部53に、印加電圧を変更させるための指示を出力する。
ベクトル制御部59は、同期電動機134のインダクタンスが決定された後に、このインダクタンスを含む同期電動機134のモータ定数を用いて、同期電動機134のベクトル制御を行う。
なお、本実施の形態では、インダクタンス算出部56および判断部58が、設定手段として機能している。
ここで、本実施の形態の空気調和装置1の動作を、冷房動作を例として説明する。
リモコン17から出力された、冷房の起動を要求する指示信号を、室内機10に設けられた室内機制御装置15が受信すると、室内機制御装置15は、室内ファン駆動装置13を起動させる。これに伴い、室内ファン駆動装置13は、室内ファン12を回転駆動する。また、指示信号を受信した室内機制御装置15は、室外機20に設けられた室外機制御装置28に起動要求信号を出力する。この起動要求信号を受け取った室外機制御装置28は、室外ファン駆動装置23を起動させるとともに、膨張弁25、圧縮機26および四路切換弁27のそれぞれを、冷房時の状態に設定する。これにより、配管30を介して、室内機10の室内熱交換器11と室外機20の室外熱交換器21との間を、図示しない冷媒が循環搬送される。その結果、室内熱交換器11にて屋内(室内)には冷気が導入され、室外熱交換器21にて屋外には暖気が排出される。このとき、室内機10では、室内ファン駆動装置13によって室内ファン12が回転駆動されることで、室内熱交換器11によって導入された冷気が室内に拡散される。一方、室外機20では、室外ファン駆動装置23によって室外ファン22が回転駆動されることで、室外熱交換器21によって導入された暖気が屋外に拡散される。また、室内機10では、室内機制御装置15が、リモコン17によって設定された設定温度と室内温度センサ14による室内温度測定結果とに基づいて、室内ファン駆動装置13の回転速度制御を行い、室外機20では、室外機制御装置28が、リモコン17によって設定された設定温度と室外温度センサ24による室外温度測定結果とに基づいて、室内ファン駆動装置13の回転速度制御や、圧縮機26による冷媒(図示せず)の流量制御を行う。これにより、室内機10が配置された室内は、リモコン17によって設定された設定温度となるように冷房される。この間、室内機10に設けられた室内機制御装置15(ベクトル制御部59)は、逆変換回路133を介して、同期電動機134をベクトル制御する。
図6および図7は、室内機10における同期電動機134の起動処理の手順を示すフローチャートである。本実施の形態の空気調和装置1では、リモコン17からの空気調和装置1(室内機10および室外機20)の起動に関する指示を室内機制御装置15が受信した後、この室内機制御装置15が室内ファン駆動装置13における同期電動機134のベクトル制御を開始するまでの間に、この同期電動機134のインダクタンスの算出を行う。
Vh:d軸印加電圧Vdsのピーク値
ΔV:電圧を印加する位相における電圧誤差成分
Ih:d軸計測電流Idmのピーク値
R :同期電動機の推定インピーダンス
ω :d軸印加電圧Vdsの角周波数
Vh:q軸印加電圧Vqsのピーク値
ΔV:電圧を印加する位相における電圧誤差成分
Ih:q軸計測電流Iqmのピーク値
R :同期電動機の推定インピーダンス
ω :q軸印加電圧Vqsの角周波数
図8は、同期電動機134における計測電流値(d軸計測電流Idm、q軸計測電流Iqm)とインダクタンスの推定値(d軸インダクタンスLd、q軸インダクタンスLq)との関係を示す図である。
Claims (6)
- インダクタンスの大きさが不明な同期電動機を起動する際に、当該同期電動機のd軸に交流電圧を供給する電圧供給手段と、
前記交流電圧と当該交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出する算出手段と、
前記同期電動機のインダクタンスが算出される毎に、前記交流電圧の大きさを増加させるように変更する変更手段と、
前記交流電圧の増加に伴う、前記流入電流の変化に対するインダクタンスの変化が飽和した状態におけるインダクタンスの値を、前記同期電動機のd軸インダクタンスに設定するとともに、当該交流電圧の大きさの増加を停止させるように設定する設定手段と
を含む制御装置。 - 前記電圧供給手段は、前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給し、
前記算出手段は、前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出し、
前記設定手段は、算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定することを特徴とする請求項1記載の制御装置。 - 冷媒を介して熱交換を行う熱交換部と、
回転することで前記熱交換部に風を送る送風部と、
固定される固定子と当該固定子に対して回転可能に設けられる回転子とを備え、当該回転子によって前記送風部を回転駆動する同期電動機と、
前記同期電動機を起動する際に、当該同期電動機のd軸に交流電圧を供給する電圧供給手段と、
前記交流電圧と当該交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出する算出手段と、
前記同期電動機のインダクタンスが算出される毎に、前記交流電圧の大きさを増加させるように変更する変更手段と、
前記交流電圧の増加に伴う、前記流入電流の変化に対するインダクタンスの変化が飽和した状態におけるインダクタンスの値を、前記同期電動機のd軸インダクタンスに設定するとともに、当該交流電圧の大きさの増加を停止させるように設定する設定手段と
を含む空気調和装置。 - 前記電圧供給手段は、前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給し、
前記算出手段は、前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出し、
前記設定手段は、算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定することを特徴とする請求項3記載の空気調和装置。 - インダクタンスの大きさが不明な同期電動機を起動する際に、当該同期電動機のd軸に交流電圧を供給するステップと、
前記交流電圧と当該交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出するステップと、
前記同期電動機のインダクタンスが算出される毎に、前記交流電圧の大きさを増加させるように変更するステップと、
前記同期電動機に供給する交流電圧の大きさを、段階的に変更するステップと、
前記交流電圧の増加に伴う、前記流入電流の変化に対するインダクタンスの変化が飽和した状態におけるインダクタンスの値を、前記同期電動機のd軸インダクタンスに設定するとともに、当該交流電圧の大きさの増加を停止させるように設定するステップと
を含む制御方法。 - 前記同期電動機の前記d軸インダクタンスが設定された後、q軸に対応する位相に、当該d軸インダクタンスが設定されたときに供給していた大きさの交流電圧である、d軸設定時の交流電圧を供給するステップと、
前記d軸設定時の交流電圧と当該d軸設定時の交流電圧が供給された前記同期電動機に流れる流入電流とを用いて、当該同期電動機のインダクタンスを算出するステップと、
算出された前記インダクタンスの値を、前記同期電動機のq軸インダクタンスに設定するステップと
をさらに含む請求項5記載の制御方法。
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