JPH0237190A - 空調機におけるコンプレッサのシャフト位置検出方法及び装置並びにそれを用いた空調機の停止制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、固定周波数の交流電源に接続される誘導電動
機によって駆動される空調機用コンプレッサのシャフト
位置検出方法及び装置並びにそれを用いた空調機の停止
制御装置に関する。

（従来の技術） 冷凍サイクル内に冷媒を循環させるためのコンプレッサ
を誘導電動機によって駆動すると共に、この誘導電動機
を固定周波数の交流電源によって駆動する、周波数固定
型の空調機においては、実際の室温を設定温度と比較し
、その偏差をゼロとするようにコンプレッサつまりは誘
導電動機をオン・オフすることによつて温度制御を行っ
ている。

これに対してインバータエアコンと言われる空調機にお
いては、インバータおよび交流電動機を介してコンプレ
ッサを可変速運転することにより空調能力を加減して、
より適切な温度制御を行うようにしている。

いずれにしろコンプレッサの停止は電動機オフによって
行われる。その場合、周波数固定型の空調機においては
、固定周波数、たとえば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに対応
する比較的高い回転速度から停止させられるのに対して
、インバータエアコンにおいては比較的低い周波数に対
応する比較的低い回転速度から停止させられる。

（発明が解決しようとする課題） 空調機用コンプレッサの負荷すなわち駆動用電動機の負
荷は、１回転中でコンプレッサ吐出直前の最大トルクと
コンプレッサ吸込み開始時の最少トルクとの間で大きく
変化する。それに対応してコンプレッサ停止時のシャフ
ト位置によっては大きな振動が発生する。そのため、特
に例えば周波数固定のウィンドウ型空調機などの場合、
電動機電源をオフにすると、商用周波数に対応する比較
的高い回転速度から急速に停止して大きな振動が発生し
、機器保守上からも騒音防止上からも好ましくない。

コンプレッサのシャフト位置を検出し、振動が最小とな
るシャフト位置で停止させるようにすることも考えられ
るが、従来技術では例えばホール素子を用いるなど、特
に密閉型に構成されるコンプレッサでは取付けが難し〈
実施困難である。

したがって本発明の第１の目的は、周波数固定型の空調
機におけるコンプレッサのシャフト位置を検出する方法
及び装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、周波数固定型の空調機における
コンプレッサ停止時の振動を抑制し得る空調機の停止制
御装置を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、固定周波数の交流
電源に接続され冷凍サイクル内に冷媒を循環させるため
のコンプレッサを駆動する誘導電動機の電圧と電流間の
位相差に基づいてコンプレッサのシャフト位置を検出す
ることを特徴とする空調機におけるコンプレッサのシャ
フト位置検出方法を提案するものである。

さらに本発明は、固定周波数の交流電源に接続され冷凍
サイクル内に冷媒を循環させるためのコンプレッサを駆
動する誘導電動機の電圧と電流間の位相差に応じた大き
さの電圧信号を出力するサンプルホールド回路と、この
サンプルホールド回路にホールドされた電圧信号が予め
定められた所定値となったとき位相信号を出力する位相
信号出力手段とを備えたことを特徴とする空調機におけ
るコンプレッサのシャフト位置検出装置を提案するもの
である。

さらにまた本発明は、上記シャフト位置検出装置と、コ
ンプレッサを停止させるためのコンプレッサオフ指令が
発せられたときにシャフト位置検出装置によって検出さ
れた誘導電動機の電圧と電流間の位相差が予め定められ
た特定値になるところでオフ制御信号を出力するオフ信
号出力手段と、このオフ信号出力手段からのオフ制御信
号によって交流電源をオフとするスイッチ手段とを備え
たことを特徴とする空調機の停止制御装置を提案するも
のである。

（作　用） コンプレッサを駆動する誘導電動機はコンプレッサと直
結されているため、１回転中でコンプレッサ吐出直前の
最大トルクとコンプレッサ吸込み開始の最小トルクとの
間で大きく脈動する。一方、駆動電動機として誘導電動
機を用いる場合、電動機にすべりが発生するため、この
トルク脈動は電源電圧の正弦波状変化とは一致せず、た
とえある時点で相対位相が一致していたとしても、その
時点以後、徐々にずれが生じて大きくなり、再び一致点
が生ずる。このような変化を周期的に繰返すことになる
。仮に電動機が５％のすべりを伴った状態で運転されて
いるものとすれば、電源電圧の２０サイクルに１回の割
合で電源電圧変化とトルク脈動との相対関係が同一とな
る。他方、誘導電動機の一次電流は、瞬時トルクの大小
により電源電圧位相との間の位相差に変化を生ずる。す
なわち、トルクが大きいときは位相差も大となり、トル
クが小さいときは位相差も小となる。この事実を利用す
れば、誘導電動機の入力電圧と入力電流との間の位相差
を検出することにより、コンプレッサの瞬時シャフト位
置を知ることができることになる。

本発明はコンプレッサのシャフト位置検出を以上の原理
に基づいて行う。この位置検出方式ではコンプレッサの
内部またはその近くに特定の検出部品を配置する必要が
無く、外部から電動機の電圧・電流に基づいて容易に位
置検出を行うことができる。

上記位置検出の原理を用い特定の位相差点で電動機電源
をオフとすることによって、コンプレッサを特定のシャ
フト位置で停止させることができ、したがってコンプレ
ッサの停止時振動を最小とすることができる。位相差の
特定値としては、ウィンドウ型空調機の場合についての
実験によれば、位相差の最小点近傍で停止させたときに
最も少ない振動になるという結果が得られた。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すものである。

第１図においては、空調機の冷媒が循環する冷凍サイク
ルとしてコンプレッサ（ＣＰ）２のみが示されている。

コンプレッサ２はこれに直結された誘導電動機（ＩＭ）
４によって駆動される。誘導電動機４には固定周波数の
交流電源６、例えば５０Ｈｚの商用電源によりスイッチ
手段として設けられたトライアック８を介して駆動電力
が供給される。トライアック８は制御装置の出力端に設
けられている発光素子１１からトリガ光を受ける双方向
性受光素子１２によってトリガされる。発光素子１１お
よび受光素子１２は第１のホトカブラ１０を構成してい
る。交流電源６には抵抗１３を介して発光ダイオード１
５が接続され、負の半サイクルに電流が流れて発光する
。発光ダイオード１５からの光はホトトランジスタ１６
によって受光され、これをオン状態に制御する。発光ダ
イオード１５およびホトトランジスタ１６によって第２
のホトカブラ１４が構成されている。ホトトランジスタ
１６は、抵抗１８を介して充電されるコンデンサ１９に
並列に接続されている。抵抗１８およびコンデンサ１９
は充電電圧形成回路１７を構成する。コンデンサ１９の
充電電圧はサンプルホールド回路２０にサンプル電圧と
して入力される。

誘導電動機４の電流（−次電流）が電流検出器２１によ
って検出され、電流に対応する電圧信号として比較回路
２２の第１の入力端子に入力される。比較回路２２の第
２の入力端子にはゼロ信号が入力される。比較回路２２
の出力側にはコンデンサ２４および抵抗２５からなる微
分回路２３が接続され、その出力から得られるパルス信
号がサンプリング信号としてサンプルホールド回路２０
に導かれる。

ここで以上の回路構成部分によりサンプルホールド回路
２０の出力として得られる信号ｖｈについて説明する。

第２図（ａ）において、実線は交流電源６の電圧Ｖｓを
示し、破線は電動機電流１ｍを示している。同図（ｂ）
に示すように、交流電源６の電圧の正の半波区間では発
光ダイオード１５に電流が流れず発光しない。そのため
ホトトランジスタ１６はオフ状態にあり、コンデンサ１
９は、コンデンサ電圧Ｖｃとして示すように、抵抗１８
を介して充電される。電流が負から正へと移行するゼロ
点で比較回路２１および微分回路２４はパルス信号を出
力し、これをサンプリング信号としてサンプルホールド
回路２０はその瞬間の入力コンデンサ電圧Ｖｃをサンプ
リングし、サンプルホールド電圧ｖｈとしてホールドす
る。このサンプルホ−ルド電圧ｖｈは、電圧Ｖｃと電流
１ｍとの間の位相差の関数として表現できるものであっ
て、本発明においては位相差を表す信号として用いられ
る。電圧Ｖｓが負になると発光ダイオード１５に電流が
流れ発光する。その光を受けてホトトランジスタ１６が
オン状態となり、コンデンサ１９を放電させ、これをゼ
ロ電圧とする。このような過程を各サイクルごとに繰返
す。

以上のサンプリング動作を繰返すことにより、第３図に
示すように、交流電源６の周波数を基準として誘導電動
機４のすベリＳの逆数１／Ｓに相当するサイクルを１サ
イクルとするサンプルホールド電圧ｖｈが第３図に示す
ように得られる。例えば、誘導電動機４のすベリＳを５
％とすれば、交流電源６の２０サイクルを１サイクルと
するサンプルホールド電圧ｖｈが得られる。このサンプ
ルホールド電圧ｖｈの特定の位相点の値が誘導電動機４
ないしコンプレッサ２のシャフト位置を表す指標として
用いられる。

このようにしてサンプルホールド回路２０によって得ら
れたサンプルホールド電圧ｖｈは、第１の比較回路２６
の第１の入力端に入力され、その最大値Ｖｘが最大値ホ
ールド回路２７によってホールドされると共に、最小値
Ｖｎが最小値ホールド回路２８によってホールドされる
。最小値Ｖｎと最大値Ｖｘとの間の中間の値にコンプレ
ッサ停止位置に対応して設定される比較基準電圧Ｖａが
抵抗２９および抵抗３０からなる分圧器によって得られ
、比較回路２６の第２の入力端に入力される。比較回路
２６は、第１の入力端に入力されるサンプルホールド電
圧ｖｈと比較基準電圧Ｖａとを比較し、出力信号Ｓａを
位相信号として、Ｖｈ＞Ｖａの領域で′Ｈ″信号を出力
し、Ｖｈ＜Ｖａの領域で“Ｌ”信号を出力する。

比較回路２６の出力信号ＳａはＤ型フリップフロップ（
ＦＦ）３１のＣ入力端子にクロック信号として入力され
る。Ｄ型フリップフロップ３１のＤ入力端子にはコンプ
レッサオンオフ指令Ｓｏが入力される。Ｄ型フリップフ
ロップ３１のＱ出力として得られる出力信号は遅延回路
３２を介してＯＲ回路３３に第１の入力信号として入力
される。

ＯＲ回路３３の第２の入力信号はコンプレッサオンオフ
指令ＳＯである。Ｓｏｍ’Ｈ’であれば、それはコンプ
レッサオンを意味する指令であり、Ｓｏ−“Ｌ”であれ
ば、それはコンプレッサオフを意味する指令である。遅
延回路３２には遅延時間として１サイクル弱の時間Ｔｄ
が設定される。

ＯＲ回路３３の出力としてコンプレッサオンオフ制御信
号Ｓｃが出力さ−れ、このコンプレッサオンオフ制御信
号Ｓｃによりホトカブラ１０を介してトライアック８が
制御される。

次に第１図の制御装置の動作について第４図を参照して
説明する。

すでに述べたように比較回路２６は、サンプルホールド
回路２０にホールドされたサンプルホールド電圧Ｖｈと
比較基準電圧Ｖａとを比較し、出力信号Ｓａとして、Ｖ
ｈ＞Ｖａの領域で“Ｈ“信号を出力し、Ｖｈ＜Ｖａの領
域で“Ｌ″信号出力する。この出力信号ＳａはＤ型フリ
ップフロップ３１のＣ入力として用いられており、これ
が“Ｌ″から“Ｈ“に変わる立ち上がり（矢印参照）の
時点でＤ入力端子に入力されているコンプレッサオンオ
フ指令Ｓｏが、Ｓｏ＝　”Ｈ”であれば、誘導電動機４
すなわちコンプレッサ４はそのまま運転を継続する。コ
ンプレッサオンオフ指令ＳＯが、Ｓｏ−“Ｌ２となって
も、Ｄ型フリップフロップ３１は、それによって出力を
変えることはない。ＤＩ２フリップフロップ３１の出力
が“Ｌ”に変わるのは、コンプレッサオンオフ指令ＳＯ
が“Ｌ”になった後、比較回路２６の出力信号Ｓａが“
Ｌ”から“Ｈ”に立ち上がった時点であり、その時点か
らさらに遅延回路３２に設定された遅延時間Ｔｄが経過
してからＯＲ回路３３の出力信号として小力されるコン
プレッサオンオフ制御信号Ｓｃが“Ｌゝになる。それに
よりトライアック８のトリガ信号が発生されなくなり、
その直後に現れる電流ゼロ点以降、もはや電流が流れな
くなる。言替えると、その電流ゼロ点で電流を遮断する
ことができる。しかるに、この電流ゼロ点というのは、
コンプレッサ２の停止に際して振動が最も小さくなる電
動機回転子の位置すなわちコンプレッサ２のシャフト位
置に対応しており、コンプレッサ２を振動が極小となる
条件下で停止させることができる。

実験によれば、トルク脈動の１周期を８段階に分けて各
点で停止させた場合、位相差の最小点近傍で振動加速度
の最小点をとることが判明した。

その場合、最小点と最大点との間には１：２程度の振動
加速度の相違があった。したがって、本発明によれば、
常に振動最小点で停止させることができ、それにより実
質的に小振動の空調機とすることができる。

上記実施例においては誘導電動機４に対する電源のオン
オフ用スイッチ素子としてトライアックを用いた例を示
した。このトライアックは強制消弧手段を備えない限り
現に通流中の電流を遮断することはできないので、同実
施例では電流の自然ゼロ点を待って自然遮断させるため
に約１サイクルの遅延時間をおいて遮断させるようにし
た。トライアックの代わりにターンオフ制御の可能な素
子を用いれば、１サイクル待つということなしに、つま
り遅延回路３２を設けることなしに、直ちに遮断させる
ことができるし、また、この方が停止精度を向上させる
ことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、コンプレッサ駆動用
電動機の入力側電圧及び電流間の位相差がコンプレッサ
のシャフト位置によるトルク脈動に関連していることを
利用してコンプレッサのシャフト位置を検出するので、
コンプレッサの外部から電気的に容易に検出することが
できる。

この検出結果を用いて電動機電源を特定の位相点でオフ
とすることにより、空調機振動の最小点で停止させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図における電動機の入力側電圧および電流間の位相
差とサンプルホールド回路の出力信号との関係を説明す
るための波形図、第３図はサンプルホールド回路の出力
信号をより多くのサンプリング区間にわたって示す波形
図、第４図は第１図の制御装置の動作例を説明するため
のタイムチャートである。 ２・・・コンプレッサ、４・・・誘導電動機、６・・・
交流電源、８・・・トライアック、１０・・・ホトカプ
ラ、１１・・・発光素子、１２・・・受光素子、１４・
・・ホトカプラ、１５・・・発光ダイオード、１６・・
・ホトトランジスタ、１７・・・充電電圧形成回路、１
９・・・コンデンサ、２０・・・サンプルホールド回路
、２１・・・電流検出器、２２・・・比較回路、２３・
・・微分回路、２６・・・比較回路、２７・・・最大値
ホールド回路、２８・・・最小値ホールド回路、２９．
３０・・・抵抗、３１・・・Ｄ型フリップフロップ、３
２・・・遅延回路、３３・・・ＯＲ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定周波数の交流電源に接続され冷凍サイクル内に
   冷媒を循環させるためのコンプレッサを駆動する誘導電
   動機の電圧と電流間の位相差を検出することにより前記
   コンプレッサのシャフト位置を検出することを特徴とす
   る空調機におけるコンプレッサのシャフト位置検出方法
   。 ２、固定周波数の交流電源に接続され冷凍サイクル内に
   冷媒を循環させるためのコンプレッサを駆動する誘導電
   動機の電圧と電流間の位相差に応じた大きさの電圧信号
   を出力するサンプルホールド回路と、このサンプルホー
   ルド回路にホールドされた電圧信号が予め定められた所
   定値となったとき位相信号を出力する位相信号出力手段
   とを備えたことを特徴とする空調機におけるコンプレッ
   サのシャフト位置検出装置。 ３、請求項２記載のシャフト位置検出装置と、コンプレ
   ッサを停止させるためのコンプレッサオフ指令が発せら
   れたときに前記シャフト位置検出装置によって検出され
   た誘導電動機の電圧と電流間の位相差が予め定められた
   特定値になるところでオフ制御信号を出力するオフ信号
   出力手段と、このオフ信号出力手段からのオフ制御信号
   によって前記交流電源をオフとするスイッチ手段とを備
   えたことを特徴とする空調機の停止制御装置。