JPH03212181A - 誘導電動機の拘束方法およびこの方法を採用した空気調和装置 - 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） この発明は、誘導電動機の拘束方法およびこの方法を採
用した空気調和装置に関するものである。

（従来の技術） ヒートポンプ式空気調和装置の室外ファンを駆動する電
動機として、例えば、第８図に示すようにコンデンサ誘
導電動機と呼ばれる単相誘導電動機１が用いられる。こ
の単相誘導電動機１は主巻線２、補助巻線３を有してい
る。このうち、主巻線２の一端は電源スィッチ６を介し
て交流電源７の一端に接続され、主巻線２の他端は交流
電源７の他端に直接接続されている。また、補助巻線３
の一端は進相用のコンデンサ５を介して主巻線２の一端
に接続され、この補助巻線３の他端は交流電源７の他端
に直接接続されている。そして、この単相誘導電動機１
のロータ４には図示省略の室外ファンか結合されている
。

かかる構成により、電源スィッチ６を閉成すれば、主巻
線２に流れた電流によって発生する磁束に対して、補助
巻線３に流れた電流によって発生する磁束の位相かほぼ
９０度進み、これによって、決められた方向の回転磁界
が得られると共に、室外ファンを所定の方向に回転させ
ることができる。

（発明か解決しようとする課題） 一般に空気調和装置の室外機はその性質上、風の吹込み
易い場所に設置されることが多い。従って、熱交換促進
動作の不要時に第８図に示す電源スィッチ６を開放した
状態で室外ファンに風か当たれば、ロータ４は自由に回
転すると共に、この室外ファンを通り抜けた風による放
熱によって冷凍サイクルが不安定になる他、台風等によ
り室外ファンが高速回転せしめられ、室外ファン自体か
損壊することがあった。

本来、ロータを容易に拘束することができるならば、か
かる室外ファンの損壊を未然に防止することができる。

しかし、ロータの回転の拘束には、軸を固定するという
ような機械的方法しかなく、この方法は構造か複雑化す
ると共に、コスト高が避けられず、そのため空気調和装
置には適用し難かった。

かくして、従来は誘導電動機を容易に拘束することがで
きず、またそのため、空気調和装置の室外ファンを停止
させるべきときに、風が室外ファンを回転させながら熱
交換を促進させて冷凍サイクルの安定を乱すと共に、風
によって室外ファンが損壊するという問題点があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになさ゛れたも
ので、実用的な誘導電動機のロータ拘束方法、および、
風による冷凍サイクルの不安定化、室外ファンの損壊を
未然に防止することのできる空気調和装置を得ることを
目的とする。

〔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、第１の発明は、誘導電動機
の固定子巻線に直流電圧を印加してロータの回転を拘束
することを特徴とするものである。

また、第２の発明は、前記直流電圧として交流を整流し
て得られる脈動電圧を用いたことを特徴としている。

さらにまた、第３の発明は、誘導電動機で駆動される室
外ファンによって室外熱交換器の熱交換を促進し、冷房
運転中に一時的に前記室外ファンによる熱交換促進動作
を停止させる空気調和装置において、冷凍サイクルを形
成する圧縮機の吐出側の圧力が所定値以下であることを
検出する圧力検出手段と、熱交換促進動作の停止中に前
記圧力検出手段が圧力低下を検出したとき、前記誘導電
動機の固定子巻線に直流電圧を印加してロータの回転を
拘束するロータ拘束手段とを備えた構成としている。

（作　用） この第１の発明においては、固定子巻線に直流電圧を印
加して固定子を電磁石としてロータを拘束させるため、
直流電源と電源スィッチがあればよく、実用的価値は極
めて大きい。

また、第２の発明においては、交流を整流して得られる
脈流を用いているため、例えば、制御整流素子を用いて
誘導電動機を制御する場合にはその制御方法を変更する
だけで済む。

さらに、第３の発明においては、冷凍サイクルを形成す
る圧縮機の吐出側の圧力が所定値以下になって冷凍サイ
クルが不安定になりやすいときに、誘導電動機の固定子
巻線に直流電圧を印加してロータの回転を拘束するよう
にしたので、風による冷凍サイクルの不安定化、室外フ
ァンの損壊を未然に防止することができる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。図中
、第８図と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要
素を示している。そして交流電源７に代えて可変電圧形
の直流電源８を接続した点が第８図と異っている。これ
は、単相誘導電動機１のロータを拘束するとき、電源ス
ィッチ６を閉成して主巻線２に電圧調整された直流電圧
を印加し、この主巻線２から発生する適当な強さの磁束
によってロータ４を拘束しようとするものである。

この場合、ロータ４は完全拘束されるわけではなく、制
動をかけながら停止させた上での拘束となるため、緩く
回転しているロータでもこれを円滑に拘束することがで
きる。

第２図はこの拘束方法を実施する他の実施例で、特に、
第８図中の電源スィッチ６の代わりに室外ファンを速度
制御するためのトライアック９をそのまま使用している
。また、補助巻線３に電流が流れることを阻止するため
、圧縮機の吐出側圧力か所定値低下になったことを検出
する圧力検出リレー４０の常閉接点４０ｂを補助巻線３
に直列接続したものである。ここで、トライアック９は
、第３図（ａ）に示すように、商用電源電圧のゼロクロ
ス点からそれぞれαだけ点弧角を遅らせた電圧Ｖ１を主
巻線２と、補助巻線３およびコンデンサ５の直列接続回
路とに供給してロータ４を回転させると共に、回転速度
を制御している。このように、第８図中の電源スィッチ
６に代えて可変速用のトライアック９を備えておれば、
トライアック９のゲートを制御することによって容易に
脈動電圧が得られ、これによってもロータ４を拘束する
ことができる。すなわち、第２図（ｂ）に示すように、
交流波形を整流すると同時に、整流された半波について
αだけ点弧角を遅らせることによって所望の制動を加え
ながらロータ４を拘束することができる。なお、第３図
（ｂ）に示した電圧■１の基本波成分が補助巻線３に流
れると、ロータ４か低速回転することがある。これを防
ぐために、圧力検出リレー４０の接点４０ｂにより補助
巻線３の回路電流を遮断している。ところで、この第３
図（ｂ）に示したような、交流波形の半波を位相制御し
て得られた電圧Ｖ１によってロータを拘束制御する代わ
りに、第３図（ｃ）に示す如く、時刻１０から時刻ｔ１
まで正の半波を供給し、時刻ｔ　から時刻ｔ２まで負の
半波を供給する動作を繰り返すことにより、実質的に直
流もしくは脈流と見做すことのできる電圧によってもロ
ータ４を拘束することができる。

かくして、これらの実施例によれば、誘導電動機の一つ
の巻線に直流電圧を印加する手法を採るため、構成を複
雑にすることなく容易にロータを拘束することができる
。また、一定の制動を加えた上での拘束制御が可能であ
るため、緩く回転しでいるロータでもこれを円滑に拘束
することかできる。

なお、上記各実施例はコンデンサ単相誘導電動機の主巻
線２に直流電圧を印加したが、この代わりに補助巻線３
に直流電圧を印加してもこれと同様のロータ拘束制御が
できることは明らかであり、必要によっては主巻線２お
よび補助巻線３の両方に直流電圧を印加して拘束力を高
めることも勿論可能である。

なおまた、上記実施例ではコンデンサ単相誘導電動機に
ついて説明したが、固定子巻線に直流電圧を印加してロ
ータを拘束する方法はこれ以外の殆どの誘導電動機に適
用することができる。

第４図は上述した誘導電動機の拘束方法を採用した空気
調和装置の概略構成図である。これはマルチエアコンと
称されるもので、１台の室外機１０に、冷媒を分配する
ヘッダー１８および冷媒の量、圧力を制御するマルチコ
ントローラ２０を介して、複数台の室内ユニット３０が
接続されている。このうち、室外機１０は圧縮機１１、
四方弁１２、室外熱交換器１３、室外ファン１４および
アキュムレータ１５を含んでなり、冷房時には圧縮機１
１で圧縮された冷媒が四方弁１２を通って室外熱交換器
１３に供給されてここで凝縮され、室内ユニット３０で
気化された後、四方弁１２を通ってアキュムレータ１５
で気液分離されて圧縮機１１に戻る。これとは反対に暖
房時には圧縮機１１で圧縮された冷媒は四方弁１２を通
って室内ユニット３０に供給されてここで凝縮され、さ
らに、室外熱交換器１３で気化された後、四方弁１２を
通ってアキュムレータ１５で気液分離されて圧縮機１１
に戻る。

ここで、室外ファン１４は室外熱交換器１３の熱交換動
作を促進するものである。この室外熱交換器１３は、圧
縮機１１を制御するインバータ１７と併せて制御装置］
００によって制御される。

この制御装置１００には、室内温度を検出する温度セン
サ、室内熱交換器の温度を検出する温度センサ、室内温
度を設定する温度設定器等から出力される各種の温度信
号が取り込まれる他、圧縮機１１の吐出側の圧力を検出
する圧力検出器１６の出力信号も取り込まれている。

また、制御装置１００はマイクロコンピュータを含んで
なり、各種温度信号に基づいてインバータ１７を制御す
ることにより、空気調和負荷に比例するように圧縮機１
１の速度を制御する。なお、この圧縮機１１の能力制御
については各種提案されて公知であるのでその説明を省
略し、中間期冷房運転時における室外ファン１４の制御
について説明する。

外気温度が寒暖のほぼ中間にある、いわゆる、中間期に
冷房運転すると室外熱交換器１３の放熱効果が高まって
圧縮機１１の吐出側の圧力が低下する。この圧力は室外
ファン１４の速度を調整することによって一定の範囲に
保つことかでき、場合によっては停止させる。しかし、
室外ファン１４の電源を遮断して室外ファンを停止させ
ても風が吹くと、この風がファンを回転させると共に、
室外熱交換器に当たって室外熱交換器１３の放熱を促進
させ、冷媒圧力を低下させて冷凍サイクル系統の安定化
を乱したり、風が強い場合にはファンを損壊させたりす
る。

そこで、第４図に示した実施例においては、圧力検出器
１６の出力を制御装置１００に取り込み、圧縮機１１の
吐出側の圧力が所定値以下になったことを低圧検知手段
１０１で検知する。また、冷房運転中に圧縮機１１の吐
出側の圧力が所定値以下になったとき、室外ファン拘束
手段１０２がコンデンサ単相誘導電動機を有する室外フ
ァン１４の主巻線に上述した第３図（ｂ）または（Ｃ）
に示した電圧を印加して室外ファン１４を拘束する。

このようにして、室外ファン１４の回転を拘束すれば、
この室外ファン１４を通る風が遮断され、室外熱交換器
１３の熱交換促進動作が抑制される。

また、強風による室外ファン１４の損壊も免れる。

第５図はこれらの制御に対応するマイクロコンピュータ
の処理手順を示すフローチャートである。

この場合、最初に冷房運転モードか否かを判定しくステ
ップ１１１）、冷房運転モードであったとすれば、圧縮
機１１の吐出側の圧力Ｐ　が設定値Ｐｌより小さいかど
うかを判定する（ステップ１１２）。そして、圧力Ｐ　
が設定値Ｐ１より小さいときに限り室外ファン１４を拘
束する（ステップ１１３）。

かくして、この実施例によれば、中間期冷房運転中、室
外熱交換器による熱交換抑制中に、室外ファン１４を電
気的に拘束するため、風による冷凍サイクルの不安定化
、室外ファンの損壊を未然に防止することができる。

第６図は本発明の他の実施例の概略構成図で、特に、各
室内ユニットの個別の要求に応じて同時に冷房運転と暖
房運転かできる空気調和装置を例示したものである。

これはインバータ１７で能力制御される圧縮機１１の吐
出側か、三方弁２１Ａを介して室外熱交換器１３Ａの一
端に接続されると共に、二方弁２１Ｂを介して、室外補
助熱交換器１３Ｂの一端に接続されている。室外熱交換
器１３Ａの他端は、冷媒受入用の逆止弁２’２Ａ、暖房
用膨脹弁２３、および電磁弁２４を介して、リキッドタ
ンク２７の一端に接続されている。また、この室外熱交
換器１３Ａの他端は冷媒送出用の逆止弁２２Ｂ１電子流
量制御弁２５、および、逆止弁２６を介して同じくリキ
ッドタンク２７の一端に接続されている。このリキッド
タンク２７の他端は接続管３１によりマルチコントロー
ラ２０に接続されている。

マルチコントローラ２０にはこの他に、接続管３２によ
り圧縮機１１の吐出側に、接続管３３によりアキュムレ
ータ１５の入側にそれぞれ接続されている。また、室外
熱交換器１３Ａの一端は二方弁２８および逆止弁２９を
介して、アキュムレ−タ１５の入側に接続されている。

なお、室外補助熱交換器１３Ｂの他端は前述した逆止弁
２２Ｂと電子流量制御弁２５との間に接続されている。

方、制御装置１００は前述の低圧検知手段１０１、室外
ファン拘束手段１０２の他に補助熱交駆動手段１０３を
備えている。

かかる構成により、暖房運転中は二方弁２１Ａに方弁２
１Ｂ、電子流量制御弁２５は閉じられ、暖房用膨張弁２
３、電磁弁２４、二方弁２８は開かれる。従って、冷媒
は、破線矢印で示すように、圧縮機１１−マルチコント
ローラ２〇−室内ユニット−マルチコントローラ２０−
リキッドタンク２７−電磁弁２４−暖房用膨張弁２３−
逆上弁２２Ａ−室外熱交換器１３Ａ→二方弁２８−逆止
弁２９−アキュムレータ１５−圧縮機１１の経路で循環
する。一方、冷房運転中は二方弁２１Ｂ、暖房用膨張弁
２３、電磁弁２４、二方弁２８は閉じられ、電子流量制
御弁２５が開かれる。従って、冷媒は、実線の矢印で示
したように、圧縮機１１−二方弁２１Ａ−室外熱交換器
１３Ａ−逆止弁２２Ｂ−電子流量制御弁２５−逆止弁２
６−リキッドタンク２フ→マルチコントローラ２０−室
内ユニット−マルチコントローラ２０→アキユムレータ
１５−圧縮機１１の経路で循環する。

ここで、複数の室内ユニットのうち、とれか一つが暖房
運転され、残りが冷房運転されたとすれば、室外機１０
は冷房運転モードとなり、実線の矢印で示した経路で冷
媒は循環する。この場合の暖房能力は次の制御によって
確保される。

室外ファン１４は圧力検出器１６の検出値が所定値以下
にならないように速度制御される。

しかし、外気温度が低下すると、室外ファン１４を停止
しても、風等で室外ファン１４が回転すれば室外熱交換
器１３Ａでの排熱が大きくなる。

そこでこの実施例では低圧検知手段１０１が、高圧側圧
力が所定値以下になったことを検知し、上述した方法に
より室外ファン拘束手段１０２か室外ファン１４の回転
を拘束する。また、補助熱交駆動手段１０３は二方弁２
１Ａを閉じると共に、二方弁２１Ｂを開く。二方弁２１
Ａ、２１Ｂの開閉を切替えると、圧縮機１１から吐出さ
れた冷媒は、室外補助熱交換器１３Ｂに入り、ここで放
熱した後、電子流量制御弁２５、逆止弁２６、リキッド
タンク２７を経てマルチコントローラ２０に流れる。

このとき、補助熱交換器１３Ｂの容量は室外熱交換器１
３より小さいため高圧が上昇して凝縮温度が高くなり、
室内の暖房能力の低下を防ぐことができる。

このようにして高圧が上昇して、低圧検出値よりもディ
ファレンシャルを大きくとった所定値を超えると、室外
熱交換器１３Ａを使用するパターンに戻る。

第７図はこれらの制御に対応するマイクロコンピュータ
の処理手順を示すフローチャートである。

この場合、最初に冷房運転モードか否かを判定しくステ
ップ１２１）、冷房運転モードであったとすれば、圧縮
機１１の吐出側の圧力Ｐ　が設定値Ｐｌより小さいかど
うかを判定する（ステップ１２２）。そして、圧力Ｐ　
が設定値Ｐ１より小さいときに限り室外ファン１４を拘
束しくステップ１２３）、続いて、二方弁２１Ｂおよび
三方弁２１Ｂの開閉を切替えることにより室外補助熱交
換器１３Ｂを動作させる（ステップ１２４）。

かくして、この実施例によれば、中間期冷房運転中に、
風の影響を受けないシステムを構築できると共に、空気
調和装置の低外気冷房運転範囲を拡大できるという効果
がある。

ところで、コンデンサ単相誘導電動機１で室外ファンを
速度制御する一般的な回路は第９図に示すように、交流
電源７に対して電源スィッチ６およびトライアック９を
介在させることが多い。

ここで、室外ファンを駆動中もしくは風によって回転中
の回転数を知りたい場合がある。この回転数の検出は、
原理的には、電源回路を開放した時点の残留磁気により
補助巻線３に発生する電圧により換算できるとされるが
、この電圧は極めて不安定でしかも値が小さいため実用
的ではなかった。

かかる要求は、第１０図に示すように、電源回路に切替
えスイッチ４１を、コンデンサ５と直列にスイッチ４２
をそれぞれ挿入し、例えば、第１１図のフローチャート
に示す処理手順にてその回転数を知ることかできる。

すなわち、電源スィッチ６を開放して単相誘導電動機１
への通電を遮断して室外ファンを停止させ（ステップ１
２１）、次いで、室外ファンの回転数検出指令を与える
（ステップ１２２）。そして、この回転指令に応動して
電源スィッチ６を閉成すると共に、スイッチ４２を開放
し、トライアック９を制御して主巻線２に第１２図に示
すような直流電圧を印加する（ステップ１２２）。次に
、スイッチ４１をａ側からｂ側に切替えて、主巻線２に
発生する電圧をＡ／Ｄ変換して図示省略のマイクロコン
ピュータに取り込み、その電圧値から室外ファンの回転
数を推定する（ステップ１２５）。

第１３図（ａ）は交流電源回路を単に遮断した場合に、
主巻線２に誘起される電圧をオシロスコープに表した電
圧波形であり、第１３図（ｂ）は直流電圧を印加した場
合に、主巻線２に誘起される電圧をオシロスコープに表
した電圧波形である。

これらの電圧波形から明らかなように、直流励磁をしな
かった場合の１５００［ｒｐｍｌに対応する電圧が住か
１　［ｖ］であるのに対して、直流電圧を印加した場合
には３［Ｖ］とすることができ、これによって室外ファ
ンの回転数を確実に検出することができる。　かかる室
外ファンの回転数検出は、第４図または第６図に示した
実施例中の制御装置１００を構成するマイクロコンピュ
ータのプログラムを追加するだけで良く、しかも、この
回転数から風速の推定も可能である点で実用的価値も大
きい。

なお、上記の各実施例では、室外ファンをコンデンサ単
相誘導電動機で駆動する場合について説明したか、本発
明はこれに限定されるものではなく、一般の誘導電動機
およびこの電動機を使用した空気調和装置の殆どに適用
できることは言うまでもない。

なおまた、上記実施例では圧縮機１１の圧力検出器１６
の出力信号を制御装置１００に取り込んで、吐出側の圧
力が所定値以下であることを検出したが、この代わりに
、室外ユニットが設置された環境の外気温度または圧縮
機の吐出側もしくは吸込み側の配管温度を検出する温度
センサを設け、この温度センサの出力信号をに基づいて
、吐出側の圧力が所定値以下であることを検出しても、
上述したと同様な動作を行なわせることかできる。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、第１の発明によれ
ば、固定子巻線に直流電圧を印加して固定子を電磁石に
してロータを拘束させるため極めて実用的である。

また、第２の発明によれば、制御整流素子を用いて誘導
電動機を制御する場合にはその制御方法を変更するたけ
で済むため、ハードウェアの変更なして実現できる。

さらに、第３の発明によれば、冷凍サイクルを形成する
圧縮機の吐出側の圧力が所定値以下になって冷凍サイク
ルが不安定になりやすいときに、誘導電動機の固定子巻
線に直流電圧を印加してロータの回転を拘束するように
したので、風による冷凍サイクルの不安定化、室外ファ
ンの損壊を未然に防止することかできている。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明に対応する実施例の概略構成図、第
２図は同じく第２の発明に対応する実施例の概略構成図
、第３図（ａ）〜（ｃ）は同実施例の動作を説明するた
めの電圧波形図、第４図は第３の発明に対応する実施例
の概略構成図、第５図は同実施例の動作を説明するため
のフローチャート、第６図は同じく第３の発明に対応す
る他の実施例の概略構成図、第７図は同実施例の動作を
説明するためのフローチャート、第８図は従来の空気調
和装置の室外ファン駆動回路図、第９図は従来の空気調
和装置の実際の室外ファン駆動回路図、第１０図は本発
明を応用して、室外ファンの回転数を検出する回転数検
出回路図、第１１図はその動作を説明するための波形図
、第１２図は同じくその動作を説明するためのフローチ
ャート、第１３図は同じくその動作を説明するためのオ
ンロスコープの表示画面例である。 １・・・単相誘導電動機、２・・・主巻線、３・・・補
助巻線、４・・・ロータ、５・・コンデンサ。６・・電
源スィッチ、８・・・直流電源、９・・・トライアック
、１０・・・室外機、１１・・・圧縮機。１２・・四方
弁、１３゜１３Ａ・・室外熱交換器、１３Ｂ・・・室外
補助熱交換器、１４・・・室外ファン、１５・・・アキ
ュムレータ、］６・・・圧力検出器、１７・・・インバ
ータ、２０・・・マルチコントローラ、２１Ａ　　２１
Ｂ　　２４　２８方弁、２３・・暖房用膨張弁、２５・
・・電子流量制御弁、３０・・・室内ユニット、４０・
・・圧力検出リレー、１００・・・制御装置、１０１・
・・低圧検知手段、１０２・・・室外ファン拘束手段、
１０３・・・補助熱交駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、誘導電動機の固定子巻線に直流電圧を印加してロー
   タの回転を拘束することを特徴とする誘導電動機の拘束
   方法。 ２、前記直流電圧は交流を整流して得られる脈動電圧で
   あることを特徴とする請求項１記載の誘導電動機の拘束
   方法。 ３、誘導電動機で駆動される室外ファンによって室外熱
   交換器の熱交換を促進し、冷房運転中に一時的に前記室
   外ファンによる熱交換促進動作を停止させる空気調和装
   置において、冷凍サイクルを形成する圧縮機の吐出側の
   圧力が所定値以下であることを検出する圧力検出手段と
   、熱交換促進動作の停止中に前記圧力検出手段が圧力低
   下を検出したとき、前記誘導電動機の固定子巻線に直流
   電圧を印加してロータの回転を拘束するロータ拘束手段
   とを備えたことを特徴とする空気調和装置。