JP6652657B2 - 空気調和機および空気調和機の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の他の態様に係る空気調和機は、運転指示信号を受信する信号受信部と、コイルを有する電動機を有する圧縮機と、前記コイルに接続されたインバータと、前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、前記空気調和機の起動時に、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である前記電動機に印加される電圧を昇圧させるコンバータと、前記インバータ及び前記結線切り替え部を制御する制御装置とを有し、前記信号受信部が運転停止信号を受信した場合、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替える。
本発明の他の態様に係る空気調和機は、運転指示信号を受信する信号受信部と、コイルを有する電動機を有する圧縮機と、前記コイルに接続されたインバータと、前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、前記インバータ及び前記結線切り替え部を制御する制御装置とを有し、前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態であり、前記信号受信部が運転停止信号を受信した場合、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替える。
本発明の他の態様に係る空気調和機の制御方法は、コイルを有する電動機と前記コイルに接続されたインバータとを備えた空気調和機の制御方法であって、前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップとを備え、前記第2の結線状態における前記インバータの線間電圧は、前記第1の結線状態における前記インバータの線間電圧よりも低い。
本発明の他の態様に係る空気調和機の制御方法は、コイルを有する電動機を備えた空気調和機の制御方法であって、前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップと、前記空気調和機の起動時に、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である前記電動機に印加される電圧を昇圧させるステップとを備える。
本発明の他の態様に係る空気調和機の制御方法は、コイルを有する電動機を備えた空気調和機の制御方法であって、前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップとを備え、前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態である。
<電動機の構成>
本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の電動機1の構成を示す断面図である。この電動機1は、永久磁石埋込型電動機であり、例えばロータリー圧縮機に用いられる。電動機1は、ステータ10と、ステータ10の内側に回転可能に設けられたロータ20とを備えている。ステータ10とロータ20との間には、例えば0.3〜1mmのエアギャップが形成されている。なお、図1は、ロータ20の回転軸に直交する面における断面図である。
次に、電動機1を用いたロータリー圧縮機8について説明する。図2は、ロータリー圧縮機8の構成を示す断面図である。ロータリー圧縮機8は、シェル80と、シェル80内に配設された圧縮機構9と、圧縮機構9を駆動する電動機1とを備えている。ロータリー圧縮機8は、さらに、電動機1と圧縮機構9とを動力伝達可能に連結するシャフト90(クランクシャフト)を有している。シャフト90は、電動機1のロータ20のシャフト孔27(図1)に嵌合する。
(2)また、組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えばR1270(プロピレン)を用いてもよい。R1270のGWPは3であり、HFO−1234yfより低いが、可燃性はHFO−1234yfより高い。
(3)また、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素または組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えばHFO−1234yfとR32との混合物を用いてもよい。上述したHFO−1234yfは低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル(特に蒸発器)の性能低下を招く可能性がある。そのため、HFO−1234yfよりも高圧冷媒であるR32またはR41との混合物を用いることが実用上は望ましい。
次に、実施の形態1の駆動装置を含む空気調和機5について説明する。図3は、空気調和機5の構成を示すブロック図である。空気調和機5は、室内(空調対象空間)に設置される室内機5Aと、屋外に設置される室外機5Bとを備えている。室内機5Aと室外機5Bとは、冷媒が流れる接続配管40a,40bによって接続されている。接続配管40aには、凝縮器を通過した液冷媒が流れる。接続配管40bには、蒸発器を通過したガス冷媒が流れる。
次に、電動機1を駆動する駆動装置100について説明する。図6は、駆動装置100の構成を示すブロック図である。駆動装置100は、電源101の出力を整流するコンバータ102と、電動機1のコイル3に交流電圧を出力するインバータ103と、コイル3の結線状態を切り替える結線切り替え部60と、制御装置50とを備えて構成される。コンバータ102には、交流(AC)電源である電源101から電力が供給される。
図10〜12は、空気調和機5の基本動作を示すフローチャートである。空気調和機5の制御装置50は、信号受信部56によりリモコン55から起動信号を受信することにより、運転を開始する(ステップS101)。ここでは、制御装置50のCPU57が起動する。後述するように、空気調和機5は、前回終了時にコイル3の結線状態をデルタ結線に切り替えて終了しているため、運転開始時(起動時)にはコイル3の結線状態がデルタ結線となっている。
以上の空気調和機5の動作において、コイル3の結線状態の切り替え要否の判断(ステップS107,S108)は、例えば、電動機1の回転速度、またはインバータ出力電圧に基づいて判断することもできる。但し、電動機1の回転速度は短い時間で変動する可能性があるため、回転速度が閾値以下(または閾値以上)である状態が一定時間継続するか否かを判断する必要がある。インバータ出力電圧についても同様である。
上記の通り、実施の形態1の空気調和機5は、運転起動信号を受信して電動機1を起動する際には、コイル3の結線状態をデルタ結線として制御を開始する。また、空気調和機5の運転停止時には、コイル3の結線状態はデルタ結線に切り替えられる。
次に、電動機効率および電動機トルクの改善について説明する。一般に、家庭用の空気調和機は、省エネルギー法の規制対象となっており、地球環境の視点からCO2排出削減が義務づけられている。技術の進歩により、圧縮機の圧縮効率、圧縮機の電動機の運転効率、および熱交換器の熱伝達率等が改善され、空気調和機のエネルギー消費効率COP(Coefficient Of Performance)は年々向上し、ランニングコスト(消費電力)およびCO2排出量も低減している。
以上説明したように、実施の形態1では、室内温度Taに基づいてコイル3の結線状態を切り替えているため、短い時間で結線状態を切り替えることができる。そのため、例えば部屋の窓を開けた場合のような空気調和機5の急激な負荷変動に対して、圧縮機41の運転状態を迅速に対応させることができ、快適性を向上することができる。
次に、実施の形態1の第1の変形例について説明する。上記の実施の形態1では、コイルの結線状態をY結線からデルタ結線に切り替える回転数N0(すなわち、温度差ΔTと閾値ΔTrとが同じになるときの回転数)と、デルタ結線からY結線に切り替える回転数N0(温度差)とが同じであったが、異なる回転数であってもよい。
次に、実施の形態1の第2の変形例について説明する。上記の実施の形態1では、コンバータ102の母線電圧を2段階(V1/V2)に切り替えたが、図32に示すように、3段階に切り替えてもよい。
次に、実施の形態1の第3の変形例について説明する。上記の実施の形態1では、コイル3の結線状態をY結線とデルタ結線とで切り替えた。しかしながら、コイル3の結線状態を直列接続と並列接続とで切り替えてもよい。
上述した実施の形態1では、室内温度センサ54によって検出した室内温度Taと設定温度Tsとの差ΔTの絶対値を閾値ΔTrと比較して、コイル3の結線状態およびコンバータ102の母線電圧を切り替えたが、室内温度Taに基づいて空調負荷を算出し、空調負荷に基づいてコイル3の結線状態およびコンバータ102の母線電圧を切り替えてもよい。
上述した実施の形態1では、室内温度センサ54によって検出した室内温度Taと設定温度Tsとの温度差ΔTに基づいてコイル3の結線状態およびコンバータ102の母線電圧を切り替えたが、電動機1の回転数に基づいてコイル3の結線状態およびコンバータ102の母線電圧を切り替えてもよい。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
図37は、実施の形態2の空気調和機500の構成を示すブロック図である。図38は、実施の形態2の空気調和機500の制御系を示すブロック図である。図39は、実施の形態2の駆動装置100aの制御系を示すブロック図である。実施の形態2の空気調和機500は、圧縮機状態検出部としての圧縮機温度センサ71をさらに備える。圧縮機温度センサ71は、ロータリー圧縮機8の状態を示す圧縮機温度TCを検出する温度センサである。ただし、圧縮機状態検出部は、ロータリー圧縮機8の状態を検出可能な検出器であればよく、温度センサに限られない。
次に、実施の形態2の空気調和機500の基本動作(電動機1、ロータリー圧縮機8および空気調和機500の制御方法)について説明する。
図40は、実施の形態2の空気調和機500の基本動作を示すフローチャートである。
実施の形態2によれば、コイル3の結線状態を考慮して、圧縮機温度閾値を用いて電動機1を制御する。例えば、圧縮機温度センサ71によって検出された検出値が圧縮機温度閾値よりも大きいとき、圧縮機温度TC(すなわち、ロータリー圧縮機8内の温度)が低下するように電動機1が制御される。これにより、電動機1における減磁を防ぐことができ、ロータリー圧縮機8の状態に応じて、電動機1を適切に制御することができる。
次に、本発明の実施の形態2の変形例について説明する。上記の実施の形態2は、実施の形態1(各変形例を含む)と組み合わせることができる。そこで、実施の形態2の変形例では、実施の形態2で説明した空気調和機の動作(電動機1、ロータリー圧縮機8および空気調和機500の制御方法)の他の例について説明する。実施の形態2の変形例の空気調和機の構成は、実施の形態2の空気調和機500の構成と同じである。したがって、実施の形態2の変形例の空気調和機を、空気調和機500と称する。
Claims (19)
- 運転指示信号を受信する信号受信部と、
コイルを有する電動機を有する圧縮機と、
前記コイルに接続されたインバータと、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
前記インバータ及び前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を有し、
前記第2の結線状態における前記インバータの線間電圧は、前記第1の結線状態における前記インバータの線間電圧よりも低く、
前記信号受信部が運転停止信号を受信した場合、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替える
空気調和機。 - 前記空気調和機の起動時に、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である前記電動機に印加される電圧を昇圧させるコンバータをさらに有する請求項1に記載の空気調和機。
- 前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、
前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、
前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態である
請求項1又は2に記載の空気調和機。 - 空気調和機であって、
運転指示信号を受信する信号受信部と、
コイルを有する電動機を有する圧縮機と、
前記コイルに接続されたインバータと、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
前記空気調和機の起動時に、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である前記電動機に印加される電圧を昇圧させるコンバータと、
前記インバータ及び前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を有し、
前記信号受信部が運転停止信号を受信した場合、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替える
空気調和機。 - 前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、
前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、
前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態である
請求項4に記載の空気調和機。 - 運転指示信号を受信する信号受信部と、
コイルを有する電動機を有する圧縮機と、
前記コイルに接続されたインバータと、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と第2の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
前記インバータ及び前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を有し、
前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、
前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、
前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態であり、
前記信号受信部が運転停止信号を受信した場合、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替える
空気調和機。 - 前記信号受信部が前記空気調和機の前記運転停止信号を受信した場合、前記制御装置が前記電動機を停止させる請求項1から6のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記コイルの結線状態が、前記第1の結線状態から前記第2の結線状態に切り替わった後、前記空気調和機の運転が停止する請求項1から7のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記電動機が停止した後、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である請求項1から8のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記空気調和機の起動時は、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態であり、前記空気調和機の起動後に、前記結線切り替え部は、前記コイルの結線状態を前記第2の結線状態から前記第1の結線状態に切り替える請求項1から9のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記電動機の回転数が予め定められた回転数に到達したときに、前記結線切り替え部は前記コイルの結線状態を前記第2の結線状態から前記第1の結線状態に切り替える請求項10に記載の空気調和機。
- 前記コイルは、3相コイルである請求項1から11のいずれか1項に記載の空気調和機。
- 前記第1の結線状態は、前記3相コイルがY結線によって結線された状態である請求項12に記載の空気調和機。
- 前記第2の結線状態は、前記3相コイルがΔ結線によって結線された状態である請求項12又は13に記載の空気調和機。
- 前記空気調和機の起動時は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態である請求項13又は14に記載の空気調和機。
- 前記信号受信部を有する室内機と、
前記圧縮機と前記結線切り替え部とを有する室外機と
をさらに備える請求項1から15のいずれか1項に記載の空気調和機。 - コイルを有する電動機と前記コイルに接続されたインバータとを備えた空気調和機の制御方法であって、
前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、
前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップと
を備え、
前記第2の結線状態における前記インバータの線間電圧は、前記第1の結線状態における前記インバータの線間電圧よりも低い
空気調和機の制御方法。 - コイルを有する電動機を備えた空気調和機の制御方法であって、
前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、
前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップと、
前記空気調和機の起動時に、前記コイルの結線状態が前記第2の結線状態である前記電動機に印加される電圧を昇圧させるステップと
を備える空気調和機の制御方法。 - コイルを有する電動機を備えた空気調和機の制御方法であって、
前記空気調和機の運転停止信号を受信するステップと、
前記運転停止信号に基づいて、前記コイルの結線状態を第1の結線状態から第2の結線状態に切り替えるステップと
を備え、
前記コイルは、Y結線またはΔ結線によって結線された3相コイルであり、
前記第1の結線状態は、前記3相コイルが相毎に直列に結線された状態であり、
前記第2の結線状態は、前記3相コイルが相毎に並列に結線された状態である
空気調和機の制御方法。
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