WO2007125967A1

WO2007125967A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2007125967A1
Application number: PCT/JP2007/058970
Authority: WO
Inventors: Yukiko Takeshima; Harunobu Nukushina; Takahisa Endo
Original assignee: Toshiba Carrier Corporation
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2007-11-08
Also published as: JPWO2007125967A1; CN101432960A

Description

明細書

空気調和機

技術分野

[0001] この発明は、室内機に収容された横流ファン、およびこの横流ファンを駆動するブラシレス DCモータを備えた空気調和機に関する。

背景技術

[0002] 空気調和機における DCモータを用いたファンモータのベクトル制御として、起動時にファンモータの回転数を検出し、検出した回転数に応じてその回転数を上昇させるように拾、上げたり、ファンがー且停止するようにファンモータへの通電を行ってその強制停止後に起動を開始する例がある（例えば特開 2005— 171843号公報）このベクトル制御は、空気調和機の室外ファンを対象としており、このような制御をそのまま室内機の横流ファンに適用すると様々な問題がある。

[0003] 例えば、ユーザがリモコン等で横流ファンを停止させる操作 (空気調和機の指示)を行い、実際に横流ファンが停止する前に再び横流ファンを起動する操作 (空気調和機の運転開始)を行うと、惰性で回転しているモータのロータ位置および回転数を推定し、その状態に合わせて通電を開始する。この際、ファンモータの推定ロータ位置と実ロータ位置との間に誤差が生じ易ぐその誤差が原因となり、モータへの通電パターンが最適な値力ずれることで振動がファンモータに生じる。

[0004] また、停止の操作力少し時間が経過し、惰性で回転して、る横流ファンの回転数が低くなつたところで起動の操作を行った場合には、ファンモータに対して強制停止させる通電がなされ、その強制停止後に起動が開始されることになるが、その強制停止のための通電に際し、回転して、るファンモータにブレーキをかけることによる振動が生じる。

[0005] このような振動は慣性質量が大きくて剛性の高い室外ファンを駆動する場合には問題とならない。

発明の開示

[0006] ところが、横流ファンは横長の壁掛け型室内機に合わせて横長形状を有しており、一端がファンモータに支持され他端が軸受けを介して室内機の後板に支持される構造になっている。し力も、後板は、室内壁面に固定される据付板に引っ掛けられて固定されている。したがって、後板の固定はそれほど強固でなぐこのため横流ファンやファンモータ力発生する振動が室内機の筐体全体に伝わり、室内機の筐体に振動および騒音が発生するという問題がある。

[0007] また、目標回転数に対するファンモータの回転数の追従性を高めるために速度応答性が高く設定されていると、起動時の制御において、慣性質量が小さい横流ファンでは、ファンモータの出力トルク変化に対する回転数変化の応答が良すぎてしま、、その結果、回転数変化が速すぎて振動を発生させるという問題もある。

[0008] この発明の一態様の目的は、室内機の横流ファン用のブラシレス DCモータをべクトル制御により駆動する際の振動および騒音を低減することが可能な空気調和機を提供することである。

[0009] この発明の一態様の空気調和機は、室内機に収容された横流ファン、およびこの横流ファンを駆動するブラシレス DCモータを備えたものであって、

前記ブラシレス DCモータをベクトル制御により駆動する駆動制御手段と、前記駆動制御手段による前記ブラシレス DCモータの駆動停止力所定時間はその駆動制御手段による前記ブラシレス DCモータの駆動を禁止する制御手段と、を備えている。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態における室内機の筐体の構成を分解して示す図である。

[図 2]図 2は、一実施形態における室内機に収容された電気回路を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、一実施形態におけるインバータおよび駆動制御部の具体的な構成を示す図である。

[図 4]図 4は、一実施形態の作用を説明するためのタイムチャートである。

[図 5]図 5は、一実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態 [0011] 以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

[0012] 図 1に示すように、室内壁面に据付板 1が固定され、その据付板 1に後板 2が引つ掛け固定される。そして、後板 2の内側に横長形状の横流ファン 3が設けられる。この横流ファン 3は、一端がファンモータであるブラシレス DCモータ 3Mに支持され、他端が軸受け 3aに支持される。後板 2には、さらに、横流ファン 3を囲むように熱交 4が設けられ、その熱交 4を被う状態に前板 5が設けられる。そして、前板 5にィ匕粧板 6が設けられ、その前板 5と化粧板 6との間にフィルタ 7が着脱自在に装着される。そして、前板 5の下部およびィ匕粧板 6の下部に形成される吹出口に、垂直ルーバー 8および水平ルーバー 9が設けられる。

この据付板 1から水平ルーバー 9により、室内機が構成されている。この室内機に図 2の電気回路が収容される。

[0013] 商用交流電源 20に室内制御部 30およびインバータ 40が接続され、その室内制御部 30に室内温度センサ 31、受光部 32、および駆動制御部 50が接続される。受光部 32は、リモートコントロール式の操作器 (以下、リモコンという） 33から発せられる赤外線光を受ける。インバータ 40は、商用交流電源 20の電圧を整流し、この整流により得られる直流電圧を駆動制御部 50からの指令に応じたスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換して出力する。この出力が、 3相のブラシレス DCモータ 3Mに駆動電力として供給される。

[0014] インバータ 40および駆動制御部 50は、ブラシレス DCモータ 3Mをベクトル制御の通電により駆動 (速度制御の実行を含む)する駆動手段であり、図 3に示す構成を有している。

まず、インバータ 40は、商用交流電源 20の電圧を整流して直流電圧に変換する直流電源 41、この直流電源 41の直流電圧を平滑する平滑コンデンサ 42、この平滑された直流電圧を駆動制御部 50からの指令に応じたスイッチングにより所定周波数の 3相交流電圧に変換して出力するスイッチング回路 43、このスイッチング回路 43からブラシレス DCモータ 3Mの各相（U, V, W)に流れる電流を検出するための検出用抵抗 44, 45, 46、直流電源 41の直流電圧を検出する直流電圧検出回路 47を有している。 [0015] 次に、駆動制御部 50について説明する。

目標回転数切換部 51は、後述の停止検知部 71から何も指令を受けていない場合は室内制御部 30から供給される目標回転数 ω reflをそのまま目標回転数 ω refとして出力し、停止検知部 71から強制停止指令を受けている間は目標回転数 co ref= "零" を出力する。この出力が減算器 23に供給される。

[0016] 電流検出部 53は、上記検出用抵抗 44, 45, 46に生じる電圧力もブラシレス DCモータ 3Mの各相に流れる電流を検出し、その検出結果および後述の積分部 55から供給されるロータ推定位置 Θ estに基づく演算により、ブラシレス DCモータ 3Mのロータ軸上の座標に換算されたトルク成分電流 Iqおよび励磁成分電流 Idを求める。この演算結果がロータ速度推定演算部 54に供給される。ロータ速度推定演算部 54は、直流電圧検出部 47で検出された直流電圧、電流検出部 53の演算結果であるトルク成分電流 Iqと励磁成分電流 Id、および後述の PI制御部 61, 62から供給される電圧指令値の d軸成分 Vdと q軸成分 Vqに基づく演算により、ブラシレス DCモータ 3Mの口ータの推定回転数 ω estを求める。この演算結果が上記減算器 52および積分部 55 に供給される。

[0017] 減算器 52は、目標回転数切換部 51から出力される目標回転数 co refとロータ速度推定演算部 54から供給される推定回転数 co estとの差を算出する。この算出結果が PI制御部 56に供給される。積分部 55は、ロータ速度推定演算部 54から供給される推定回転数 w estを積分することにより、ブラシレス DCモータ 3Mのロータ推定位置 Θ estを得る。このロータ推定位置 Θ estが、上記電流検出部 53および波形合成部 63 に供給される。

[0018] PI制御部 56は、減算器 52で算出される回転数差を操作量とする PI制御により、トルク成分電流の目標値 Iqrel^得る。このトルク成分電流の目標値 Iqre 減算器 57 および演算部 58に供給される。減算器 57は、トルク成分電流の目標値 Iqrefと電流検出部 53の演算により求められたトルク成分電流 Iqとの差を算出する。この算出結果が PI制御部 61に供給される。

[0019] 演算部 58は、 PI制御部 56から供給されるトルク成分電流の目標値 Iqrefに係数 Kを乗算して励磁成分電流の目標値 Idr_e 算出する。この励磁成分電流の目標値 Idref が減算器 59に供給される。減算器 59は、励磁成分電流の目標値 Idrefと電流検出部 53で演算された励磁成分電流 Idとの差を算出する。この算出結果が PI制御部 62に供給される。

[0020] PI制御部 61は、減算器 57の算出結果（トルク成分電流の目標値 Iqrefとトルク成分電流 Iqとの差)を操作量とする PI制御により、電圧指令値の q軸成分 Vqを得る。 PI制御部 62は、減算器 59の算出結果 (励磁成分電流の目標値 Idrefと励磁成分電流 Idとの差)を操作量とする PI制御により、電圧指令値の d軸成分 Vdを得る。こうして得られる電圧指令値の q軸成分 Vqおよび d軸成分 Vdが、波形合成部 63に供給される。

[0021] 波形合成部 63は、電圧指令値の q軸成分 Vqと d軸成分 Vd、直流電圧検出部 47の検出結果、積分部 55からのロータ推定位置 Θ estに基づく演算により、ブラシレス DC モータ 3Mに対する駆動電圧 Vu, Vv, Vwを求め、その駆動電圧をインバータ 40から出力させるための駆動信号を生成する。

[0022] また、室内制御部 30から供給される目標回転数 coreflが、停止検知部 71に供給される。停止検知部 71は、目標回転数 corefl力零"以外から"零"に変化した場合に、それをブラシレス DCモータ 3Mの駆動停止として検知し、その検知力所定時間 (例えば 15秒程度) tslにわたり目標回転数切換部 51に強制停止指令を供給する。目標回転数切換部 51は、強制停止指令を受けている間、目標回転数 coref= "零"を出力する。すなわち、目標回転数出力部 51および停止検知部 71により、ブラシレス DC モータ 3Mの駆動停止から所定時間 tslにわたつてブラシレス DCモータ 3Mの駆動を禁止する制御手段、が構成されている。

[0023] さらに、目標回転数出力部 51から出力される目標回転数 core 起動検知部 72 に供給される。起動検知部 72は、目標回転数 corefl力零"から"零"以外に変化した場合に、それをブラシレス DCモータ 3Mの起動として検知する。この検知結果がゲイン切換部 73に供給される。ゲイン切換部 73は、ブラシレス DCモータ 3Mの起動が検知されると、それ力も所定時間 (例えば 50秒程度) ts2にわたり PI制御部 56の速度制御ゲインを低、値に設定して、当該駆動制御部 50のベクトル制御による速度制御の応答性を低くし、その所定時間 ts2の経過後に PI制御部 56の速度制御ゲインを高い値に切換えて当該駆動制御部 50のベクトル制御による速度制御の応答性を高くする。すなわち、起動検知部 72およびゲイン切換部 73により、当該駆動制御部 50のべタトル制御による速度制御の応答性を、ブラシレス DCモータ 3Mの起動力所定時間 ts2は低くし、その所定時間 ts2の経過後に高くする制御手段、が構成されている。

[0024] つぎに、上記の構成の作用を、図 4のタイムチャートおよび図 5のフローチャートを参照しながら説明する。

[0025] ブラシレス DCモータ 3Mの運転中（ステップ 101の YES)、リモコン 33から停止信号が発せられると、目標回転数 coreflカ '零"以外から"零"に変化し、ブラシレス DC モータ 3Mに対する駆動が停止される。このとき、駆動制御部 50において、目標回転数 coreflの"零"への変化がブラシレス DCモータ 3Mの駆動停止として検知され (ステップ 102の YES)、この検知に伴いタイムカウント tlが実行されるとともに（ステップ 10 3)、目標回転数切換部 51から出力される目標回転数 corel^"零"となってブラシレス

DCモータ 3Mの駆動が禁止される（ステップ 104)。そして、タイムカウント tlと所定時間 tslとが比較される (ステップ 105)。タイムカウント tlが所定時間 tslに達しないうちは（ステップ 105の NO)、ブラシレス DCモータ 3Mの駆動禁止が維持される。

[0026] つまり、ブラシレス DCモータ 3Mの駆動が停止された後、実際に横流ファン 3の回転が止まるまでの少なくとも所定時間 tslは、たとえユーザによる運転開始操作がなされても、ブラシレス DCモータ 3Mの駆動が禁止される。

[0027] なお、運転開始操作がなされた時点で、室内機の水平ルーバー 9が初期位置まで駆動される。

[0028] タイムカウント tlが所定時間 tslに達すると (ステップ 105の YES)、タイムカウント tl カ^リアされる (ステップ 106)。その後、リモコン 33から運転信号が発せられて目標回転数 corel^"零"以外になると、それがブラシレス DCモータ 3Mの起動として検知される（ステップ 107の YES)。この検知に伴いタイムカウント t2が実行されるとともに (ステツプ 108)、速度制御ゲインが低い値に設定される (ステップ 109)。これにより、駆動制御部 50のベクトル制御による速度制御の応答性が低くなる。そして、タイムカウン 2と所定時間 ts2とが比較される (ステップ 110)。

[0029] タイムカウント t2が所定時間 ts2に達すると（ステップ 110の YES)、タイムカウント t2 カ^リアされるとともに (ステップ 111)、速度制御ゲインが高い値に設定される (ステツプ 112)。これにより、駆動制御部 50のベクトル制御による速度制御の応答性が高くなる。

[0030] 以上のように、ブラシレス DCモータ 3Mの駆動が停止された後、実際に横流ファン 3 の回転が止まるまでの少なくとも所定時間 tslは、たとえユーザによる運転開始操作がなされても、ブラシレス DCモータ 3Mの駆動が禁止されるので、その後のブラシレス DCモータ 3Mの駆動に際して、従来のような推定ロータ位置と実ロータ位置との誤差を原因とする振動がブラシレス DCモータ 3Mに生じることはなぐひいては室内機の筐体の振動や騒音を防ぐことができる。

[0031] 一般に、位置センサレスベクトル制御は、通常、停止時や低速域では、位置推定ができないため、特定位相の電圧ベクトルをモータに印加し、モータに電流を流すことでロータ位置を固定し、そこ力モータ駆動電圧ベクトルの周波数を上げることでモータを起動している。しかし、ファンが慣性回転中に、再度、運転指令を受信すると、慣性回転中のロータにモータ回転数と異なる周波数の電圧ベクトルを印加することになるため、モータの発生トルクが大きく変動し、モータが振動し、その振動が筐体に伝わり、筐体振動が発生する。そこで、停止信号の受信後にタイムカウント tlを行い、特定位相の電圧を印加してもモータに大きな振動が発生しないだけの回転数までモータ回転数が自然降下するのに必要な少なくとも所定時間 tslは、モータの再起動を待つことにより、筐体振動を回避することができる。

[0032] なお、停止直前の回転数が高いほどモータが自然停止するまでの時間が長くなるので、停止直前に回転数が低い場合は再起動までの所定時間 tslを短くすることにより、筐体振動を押さえながら、運転信号に対する応答が速くなり、ユーザに与える違和感を小さくすることが可能である。

[0033] また、ブラシレス DCモータ 3Mに対する速度制御の応答性を、ブラシレス DCモータ 3Mの起動力所定時間 ts2にわたり低く設定するので、たとえ横流ファン 3の慣性質量が小さくても、従来のような回転数変化が速すぎて振動が発生するという不具合を解消することができる。

し力も、ブラシレス DCモータ 3Mの起動力も所定時間 ts2が経過した後は、ブラシレス DCモータ 3Mに対する速度制御の応答性を高く設定するので、目標回転数 coref に対するブラシレス DCモータ 3Mの回転数の追従性を高めることができる。

[0034] なお、ブラシレス DCモータ 3Mに対する速度制御の応答性を低く設定する期間として、起動後のタイムカウント tに基づく所定時間 ts2を用いた力ブラシレス DCモータ 3Mの実回転数が所定値 (例えば 200rps)に達するまでの期間を定めてもよい。

[0035] 一般に、モータのベクトル制御では、モータを指定された目標回転数で回すために、実際のモータ回転数と目標回転数とのずれに応じてモータ発生トルクを制御している。モータを目標回転数に素早く到達させるためには、この回転数のずれを早期に収束させることが必要となる。回転数のずれの量に応じてモータの発生トルクを大きく変動させれば、モータ回転数の応答を速くすることができる力発生トルクの変動はモータ加速度の変化となって現われ、この変化が大き!/、ほどモータに大きな振動が発生する。このため、同じ応答性が得られるように制御した場合でも振動が大きくなる。そこで、モータ起動時の速度応答性を、起動後に比べて低く設定することで、起動時のモータ振動を下げると同時に、起動後の応答性を速くすることができる。この応答を切換える手段として、モータ起動からの時間経過で判断する方法と、モータ回転数で判断する方法がある。また、回転数が低いときほど同じ応答での振動が大きくなるので、回転数により 3つ以上の応答性を切換えることで、振動を押さえながら、応答性をさらに改善することが可能である。

[0036] なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

産業上の利用可能性

[0037] この発明は、室内機の横流ファン用のブラシレス DCモータをベクトル制御により駆動する空気調和機への利用が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] ファン用のブラシレス DCモータを備えた空気調和機であって、

[2] 請求項 1に記載の空気調和機において、前記ファンが収容される室内機、をさらに備えている。

[3] 請求項 2に記載の空気調和機において、前記ファンは、横流ファンである。

[4] ファン用のブラシレス DCモータを備えた空気調和機であって、

前記ブラシレス DCモータに対する目標回転数と前記ブラシレス DCモータの推定回転数との差に基づくベクトル制御により、前記ブラシレス DCモータの速度制御を実行する駆動制御手段と、

前記速度制御の応答性を、前記ブラシレス DCモータの起動力所定時間は低くし、その所定時間の経過後に高くする制御手段と、

を備えている。

[5] 請求項 4に記載の空気調和機において、前記ファンが収容される室内機、をさらに備えている。

[6] 請求項 5に記載の空気調和機において、前記ファンは、横流ファンである。

[7] ファン用のブラシレス DCモータを備えた空気調和機であって、

前記ブラシレス DCモータをベクトル制御により駆動する駆動制御部と、前記駆動制御部による前記ブラシレス DCモータの駆動停止力所定時間はその駆動制御部による前記ブラシレス DCモータの駆動を禁止する制御部と、

を備えている。

[8] 請求項 7に記載の空気調和機において、前記ファンが収容される室内機、をさらに備えている。

[9] 請求項 8に記載の空気調和機において、前記ファンは、横流ファンである。