JPWO2019021374A1 - 駆動装置、空気調和機および駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<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、コンバータ102から出力される電流(母線電流)を検出する電流センサ108と、制御装置50とを備える。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9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。
次に、Y結線からデルタ結線への切り替え前に電動機1の回転数を上昇させる(図11のステップS131)ことによる効果について説明する。
上述した図9のステップS106〜S108では、電動機1の回転数に基づいてコイル3の結線状態を切り替えている。電動機1の回転数は、電流センサ108に検出される電流値に基づいて検出される回転数であるため、電動機1の運転周波数とも言うことができる。
図15は、室内温度センサ54によって検出された室内温度Taと設定温度Tsとの温度差ΔTに基づいて結線切り替えを行う場合の基本動作を示すフローチャートである。
図16は、電動機効率(すなわち電動機1の効率)に基づいて結線切り替えを行う動作を示すフローチャートである。ここでは、制御装置50は、電流センサ108で検出される電流値(電動機1の回転数に対応)と電動機効率との対応関係を、Y結線の場合とデルタ結線の場合のそれぞれについて、例えばグラフとして予め記憶している。
図17は、インバータ103の出力電圧に基づいて結線切り替えを行う動作を示すフローチャートである。インバータ103の出力電圧は、制御装置50が、室内温度Taと設定温度Tsとの温度差ΔTから算出したインバータ出力電圧指令値によって決まる。そのため、制御装置50は、自らが算出したインバータ出力電圧指令値に基づいて、インバータ103の出力電圧を把握することができる。
図18は、インバータ103による弱め界磁制御の開始に基づいて結線切り替えを行う動作を示すフローチャートである。インバータ103から出力される線間電圧は、電動機1の回転数の上昇と共に高くなるが、インバータ最大出力に達すると、それ以上は高くならない。そのため、電動機1の回転数がさらに上昇すると、インバータ103による弱め界磁制御が開始される。
次に、インバータによる弱め界磁制御およびコンバータによる母線電圧の昇圧について説明する。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、本発明の実施の形態1では、コイル3の結線状態がY結線(第1の結線状態)であって、電動機1の回転数Nが第1の回転数(すなわち設定回転数N0)以上になった場合に、電動機1を第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、結線切り替え部60によりコイル3の結線状態をY結線からデルタ結線(第2の結線状態)に切り替える。そのため、結線切り替えの前に、空気調和機5の能力(すなわち暖房能力または冷房能力)を一時的に高めることができる。その結果、結線切り替え時に電動機1の回転数を低下させ、これにより空気調和機5の能力が一時的に低下しても、快適性の低下を抑制することができる。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では、Y結線からデルタ結線への切り替えの前に、電動機1の回転数を上昇させた。これに対し、この実施の形態2では、Y結線からデルタ結線への切り替えの前に、電動機1の回転数を上昇させると共に、コンバータ102による昇圧を行う。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。上述した実施の形態1では、半導体スイッチ61,62,63を有する結線切り替え部60を用いた。これに対し、この実施の形態3では、リレー接点で構成されたスイッチ71,72,73を有する結線切り替え部70を用いる。
次に、本発明の実施の形態4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。
Claims (24)
- コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記電動機および前記結線切り替え部を制御する制御装置と、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出部と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記回転数検出部に検出された回転数が第1の回転数以上になった場合に、前記電動機を前記第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記電動機および前記結線切り替え部を制御する制御装置と、
前記電動機の運転周波数を取得する運転周波数取得部と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記運転周波数取得部に取得された運転周波数が第1の運転周波数以上になった場合に、前記電動機を前記第1の運転周波数に対応する第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記電動機および前記結線切り替え部を制御する制御装置と、
室内温度を検出する温度センサと
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記温度センサに検出された室内温度と設定温度との温度差が設定温度差以上になった場合に、前記電動機を、前記温度差が前記設定温度差以上になったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記電動機および前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記第1の結線状態での電動機効率が前記第2の結線状態での電動機効率よりも低くなった場合に、前記電動機を、前記第1の結線状態での前記電動機効率が前記第2の結線状態での前記電動機効率よりも低くなったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルに電圧を出力して前記電動機の回転を制御するインバータと、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記インバータおよび前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記インバータの出力電圧が設定電圧以上になった場合に、前記インバータにより、前記電動機を、前記インバータの出力電圧が前記設定電圧以上になったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルに電圧を出力して前記電動機の回転を制御するインバータであって、前記電動機の回転数に応じて弱め界磁制御を行うインバータと、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記インバータおよび前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記インバータによる弱め界磁制御が開始された場合に、前記インバータにより、前記電動機を、前記弱め制御が開始されたときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動装置であって、
前記コイルの結線状態を、第1の結線状態と、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態とで切り替える結線切り替え部と、
前記電動機および前記結線切り替え部を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記コイルの結線状態が前記第1の結線状態であるときに、前記コイルの結線状態を前記第2の結線状態に切り替えるトリガとなる信号を受信した場合に、前記電動機を、前記信号を受信したときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させたのち、前記結線切り替え部により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
駆動装置。 - 前記第2の回転数は、前記第1の回転数の1.2倍以上である
請求項1から7までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 前記制御装置は、前記電動機を前記第2の回転数で回転させたのち、前記電動機を前記第1の回転数よりも低い第3の回転数で回転させてから、前記結線切り替え部により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
請求項1から8までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 前記制御装置は、前記電動機を前記第2の回転数で回転させたのち、前記電動機を停止してから、前記結線切り替え部により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
請求項1から8までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 母線電圧を生成するコンバータと、前記母線電圧を変換して前記コイルに出力するインバータとをさらに備え、
前記制御装置は、前記電動機を前記第2の回転数で回転させる場合、前記コンバータが生成する母線電圧を、前記電動機を前記第1の回転数で回転させる場合よりも高くする
請求項1、2、3、4および7の何れか1項に記載の駆動装置。 - 母線電圧を生成して前記インバータに供給するコンバータをさらに備え、
前記制御装置は、前記電動機を前記第2の回転数で回転させる場合に、前記コンバータが生成する母線電圧を、前記電動機を前記第1の回転数で回転させる場合よりも高くする
請求項5または6に記載の駆動装置。 - 前記コイルは、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Y結線によって結線された状態であり、前記第2の結線状態は、前記3相コイルがデルタ結線によって結線された状態である
請求項1から12までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 前記コイルは、Y結線またはデルタ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から12までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 前記結線切り替え部は、リレー接点を有する
請求項1から14までの何れか1項に記載の駆動装置。 - 前記結線切り替え部は、半導体素子を有する
請求項1から15までの何れか1項に記載の駆動装置。 - コイルを有する電動機と、
前記電動機によって駆動される圧縮機と、
前記電動機を駆動する、請求項1から16までのいずれか1項に記載の駆動装置と
を備えた空気調和機。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動方法であって、
前記電動機の回転数を検出するステップと、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記回転数を検出するステップで検出した回転数が第1の回転数以上になった場合に、前記電動機を、前記第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動方法であって、
前記電動機の運転周波数を取得するステップと、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記運転周波数を取得するステップで取得した運転周波数が第1の運転周波数以上になった場合に、前記電動機を、前記第1の運転周波数に対応する第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動方法であって、
室内温度を検出するステップと、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記室内温度を検出するステップで検出した室内温度と設定温度との温度差が設定温度差以上になった場合に、前記電動機を、前記温度差が前記設定温度差以上になったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動方法であって、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記第1の結線状態における電動機効率が、前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態での電動機効率よりも低くなった場合に、前記電動機を、前記第1の結線状態での前記電動機効率が前記第2の結線状態での前記電動機効率よりも低くなったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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ステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を、インバータを用いて駆動する駆動方法であって、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記インバータの出力電圧が設定電圧以上になった場合に、前記インバータにより、前記電動機を、前記インバータの出力電圧が前記設定電圧以上になったときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を、インバータを用いて駆動する駆動方法であって、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに、前記インバータによる弱め界磁制御が開始された場合に、前記インバータにより、前記電動機を、前記弱め制御が開始されたときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるステップと
を有する駆動方法。 - コイルを有する電動機を駆動する駆動方法であって、
前記コイルの結線状態を第1の結線状態から前記第1の結線状態よりも線間電圧が低い第2の結線状態に切り替えるトリガとなる信号を受信するステップと、
前記コイルの結線状態が第1の結線状態であるときに前記信号を受信した場合に、前記電動機を、前記信号を受信したときの第1の回転数よりも高い第2の回転数で回転させるステップと、
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ステップと
を有する駆動方法。
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