WO2020234955A1 - 室外機、空気調和装置および空気調和装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

室外機は、熱交換器と、コイルを有する電動機を備え、熱交換器に送風する送風機と、コイルの結線状態を、第１の結線状態と、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、温度を検知する温度センサとを有する。電動機の停止時には、結線切り替え部は、コイルの結線状態を第２の結線状態とする。電動機の回転時には、結線切り替え部は、温度センサによる検知温度が閾値以上の場合にはコイルの結線状態を第１の結線状態とし、検知温度が閾値未満の場合にはコイルの結線状態を第２の結線状態とする。

Description

室外機、空気調和装置および空気調和装置の運転制御方法

　本発明は、室外機、空気調和装置および空気調和装置の運転制御方法に関する。

　空気調和装置の室外機では、送風機の駆動源として電動機が用いられる。また、近年、電動機のコイルの結線状態をＹ結線とデルタ結線とで切り替えることも提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－０５７１１４号公報（図１参照）

　室外機では、送風機の停止時に、外風によって送風機が回転する場合がある。外風によって送風機が回転すると、電動機が発電機となって誘起電圧が発生する。そのため、このときの誘起電圧が電動機の駆動回路の耐電圧を超えないように、電動機におけるコイルの巻き数が制限される。一方、電動機の運転効率を向上するためには、コイルの巻き数を多くすることが必要であるため、上記のようにコイルの巻き数が制限されると、電動機の運転効率の向上の妨げになる。

　また、外気温が低温の場合には、室外機に設けられた熱交換器のフィンに空気中の水分が付着して凍結する、着霜という現象が発生する。着霜が発生すると、フィンの通風抵抗が増加して熱交換器の運転能力が低下する。そのため、着霜の発生時には電動機の回転数を増加させ、送風量を増加させる必要がある。

　しかしながら、電動機電圧は、商用電源の電圧によって規定される最大電圧を超えることができない。電動機の運転効率の向上のためにコイルの巻き数を増加させると、電動機電圧が最大電圧に達しやすくなるため、着霜時の送風量の増加が難しくなる。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電動機の運転効率を向上させながら、外風による誘起電圧の上昇を抑制し、且つ着霜時の送風量の増加を可能にすることを目的とする。

　本発明の室外機は、熱交換器と、コイルを有する電動機を備え、熱交換器に送風する送風機と、コイルの結線状態を、第１の結線状態と、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、温度を検知する温度センサとを有する。電動機の停止時には、結線切り替え部は、コイルの結線状態を第２の結線状態とする。電動機の回転時には、結線切り替え部は、温度センサによる検知温度が閾値以上の場合にはコイルの結線状態を第１の結線状態とし、検知温度が閾値未満の場合にはコイルの結線状態を第２の結線状態とする。

　本発明によれば、電動機の停止時に、コイルの結線状態が第２の結線状態であるため、外風によって電動機が回転した場合の誘起電圧の上昇が抑制される。そのため、コイルの巻き数を増加させることが可能になり、電動機の運転効率を向上することができる。また、温度センサによる検知温度と閾値との比較結果に応じてコイルの結線状態が切り換えられるため、着霜が発生しやすい温度では誘起電圧の上昇を抑制しながら送風量を増加させ、着霜が発生しにくい温度では電動機の運転効率を向上することができる。

実施の形態１の電動機を示す断面図である。 実施の形態１の空気調和装置を示す模式図である。 実施の形態１の空気調和装置を示す図（Ａ）および室外送風機を示す断面図（Ｂ）である。 実施の形態１の室外機の熱交換器の一部を示す模式図である。 実施の形態１の電動機とインバータとを示すブロック図である。 実施の形態１の電動機を駆動する駆動装置を示すブロック図である。 実施の形態１の電動機を駆動する駆動装置を示すブロック図である。 実施の形態１のコイルの結線状態を示す模式図（Ａ），（Ｂ）である。 実施の形態１の空気調和装置の動作を示すフローチャートである。 比較例の電動機を駆動する駆動装置を示すブロック図である。 外風による比較例の電動機の回転数と、誘起電圧との関係を示すグラフである。 外風による実施の形態１の電動機の回転数と、誘起電圧との関係を示すグラフである。 実施の形態１の変形例の空気調和装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の空気調和装置のリモコンの表示画面の例を示す模式図である。 実施の形態２の空気調和装置のリモコンの表示画面の例を示す模式図である。 実施の形態２の空気調和装置のリモコンの表示画面の例を示す模式図である。 変形例のコイルの結線状態の切り替え動作を示す模式図（Ａ）、（Ｂ）である。 コイルの結線状態の切り替え動作の他の例を示す模式図（Ａ）、（Ｂ）である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
＜電動機の構成＞
　図１は、実施の形態１の空気調和装置の室外機に用いられる電動機１を示す断面図である。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とを有する。ステータ１０とロータ２０との間には、例えば０．３～１．０ｍｍのエアギャップが形成されている。

　以下では、ロータ２０の回転軸を規定する軸線を、軸線Ｃ１とする。また、軸線Ｃ１の方向を「軸方向」と称する。また、軸線Ｃ１を中心とする周方向を「周方向」と称する。軸線Ｃ１を中心とする径方向を「径方向」と称する。なお、図１は、軸線Ｃ１に直交する面における断面図である。

　ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１に巻き付けられたコイル３とを備えている。ステータコア１１は、厚さ０．２～０．５ｍｍの複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。

　ステータコア１１は、環状のヨーク１２と、ヨーク１２から径方向内側に突出する複数のティース１３とを有している。ティース１３の数は、ここでは１２であるが、これに限定されるものではなく、２以上であればよい。各ティース１３は、径方向内側の先端に、周方向の幅の広い歯先部を有する。

　各ティース１３には、図示しない絶縁体を介して、コイル３が巻き付けられている。コイル３は、例えば、アルミニウムまたは銅で形成された導線で構成され、各ティース１３に集中巻きで巻かれている。より具体的には、コイル３は、線径（直径）が０．２～０．５ｍｍのマグネットワイヤで構成される。

　コイル３は、Ｕ相のコイル３Ｕと、Ｖ相のコイル３Ｖと、Ｗ相のコイル３Ｗとで構成されている。コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのそれぞれの両端子は、開放されている。すなわち、コイル３は、合計６つの端子を有している。コイル３の結線状態は、後述するように、Ｙ結線とデルタ結線とで切り替え可能である。

　ロータ２０は、円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１の中心に取り付けられたシャフト２２と、ロータコア２１の外周に取り付けられた永久磁石２３ａ，２３ｂとを有する。

　ロータコア２１は、厚さ０．２～０．５ｍｍの複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメ等により締結したものである。ロータコア２１の径方向中心には、シャフト２２が固定されるシャフト孔が形成されている。シャフト孔には、シャフト２２が、焼嵌または圧入等によって固定されている。

　永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂは、周方向に交互に配置されている。ここでは、永久磁石２３ａがＮ極であり、永久磁石２３ｂがＳ極である。永久磁石２３ａおよび永久磁石２３ｂは、いずれも５個であり、従って極数は１０である。但し、極数は、１０に限定されるものではない。永久磁石２３ａ，２３ｂは、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を含有する希土類磁石で構成されている。

　ロータコア２１の表面に永久磁石２３ａ，２３ｂが固定された電動機を、表面磁石型（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｎｇｅｔ）と称する。但し、電動機１はＳＰＭ型に限らず、ロータコア２１の磁石挿入孔に永久磁石２３が埋め込まれた埋込磁石型（ＩＰＭ：Ｉｎｎｅｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）であってもよい。

＜空気調和装置の構成＞
　図２は、実施の形態１の空気調和装置５を示す模式図である。空気調和装置５は、室外に設置される室外機５Ａと、空調対象である室内に設置される室内機５Ｂとを有する。室外機５Ａと室内機５Ｂとは、冷媒配管５０によって接続されている。

　空気調和装置５は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機５１と、冷媒と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器５２と、冷媒を減圧する減圧装置としての膨張弁５３と、冷媒と外気との熱交換を行う熱交換器としての室外熱交換器６とを備える。これら圧縮機５１、室内熱交換器５２、膨張弁５３および室外熱交換器６は、冷媒配管５０によって接続され、冷媒回路を構成する。

　暖房運転時には、圧縮機５１から吐出された冷媒が、室内熱交換器５２、膨張弁５３および室外熱交換器６の順に流れる。冷房運転時には、図示しない冷媒流路切替弁（四方弁）によって流路を逆方向に切り替える。

　室外機５Ａは、上述した圧縮機５１および室外熱交換器６と、送風機としての室外送風機４とを有する。室外送風機４は、室外熱交換器６に送風する。室外機５Ａは、さらに、空気調和装置５の運転を制御する制御装置１１０を有する。

　室内機５Ｂは、上述した室内熱交換器５２と、室内送風機８とを有する。室内送風機８は、室内熱交換器５２により熱交換された空気を室内に供給する。室内機５Ｂは、さらに、操作装置としてのリモコン９から送信された信号を受信する信号受信部１０８を有する。

　暖房運転時には、圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス冷媒が、冷媒配管５０を通って流れ、室内機５Ｂの室内熱交換器５２に流入する。室内熱交換器５２は凝縮器として動作する。室内送風機８により送風された空気が室内熱交換器５２を通過する際に、熱交換により冷媒から凝縮熱を奪い、加熱された空気が室内に供給される。また、冷媒は凝縮して高圧低温の液冷媒となり、冷媒配管５０を通って室外機５Ａの膨張弁５３に流入し、膨張弁５３で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。

　膨張弁５３を通過した冷媒は、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６は蒸発器として動作する。室外送風機４により送風された空気が室外熱交換器６を通過する際に、熱交換により冷媒に蒸発熱を奪われる。冷媒は蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機５１で再び高温高圧な冷媒に圧縮される。

　図３（Ａ）は、室外機５Ａおよび室内機５Ｂの各構成要素を示す模式図である。室外機５Ａの室外送風機４は、羽根車４１と、羽根車４１を回転させる電動機１とを有する。電動機１は、図１を参照して説明した構成を有する。羽根車４１は、ハブ４２により、電動機１のシャフト２２に固定されている。

　図３（Ｂ）は、室外機５Ａを示す断面図である。室外熱交換器６は、電動機１の軸方向において、室外送風機４に対向するように配置されている。室外送風機４の送風により、室外熱交換器６を通過する空気流が生成される。なお、室外熱交換器６は、必ずしも室外送風機４に対向している必要はなく、室外送風機４の風路内にあればよい。

　室外機５Ａは、また、室外熱交換器６のフィン６１（図４）の表面温度を測定する温度センサとしてのフィン温度センサ６５を有する。フィン温度センサ６５は、例えばサーミスタで構成される。但し、サーミスタ以外のセンサを用いてもよい。

　室内機５Ｂの室内送風機８は、羽根車８２と、羽根車８２を回転させる電動機８１とを有する。羽根車８２は、例えばクロスフローファンで構成される。電動機８１は、室外送風機４の電動機１（図１）と同じ構成を有していてもよいが、これに限定されるものではない。室内送風機８の送風により、室内熱交換器５２（図２）を通過する空気流を生成する。

　図４は、室外熱交換器６の一部を拡大して示す模式図である。室外熱交換器６は、例えば、フィンアンドチューブ型の熱交換器である。具体的には、室外熱交換器６は、図４中で上下方向に長く、左右方向に等間隔に配列された複数のフィン６１を有する。フィン６１は、平板状であり、アルミニウム等の金属で形成されている。

　各フィン６１には、長手方向に等間隔に複数の穴が形成されており、それぞれの穴には伝熱管６２が挿入されている。伝熱管６２は、フィン６１の長手方向と直交する方向に長く、フィン６１の配列方向と直交する方向に等間隔に配列されている。伝熱管６２は、内側に冷媒の流路６２ａが形成されたチューブであり、アルミニウム等の金属で形成されている。フィン６１および伝熱管６２は、電動機１の軸方向に対して直交する面に沿って配列されていることが望ましい。

　隣り合うフィン６１の間を流れる空気と、伝熱管６２内を流れる冷媒との間で、熱交換が行われる。フィン６１および伝熱管６２の数は、室外熱交換器６に要求される能力に応じて決定される。なお、図４に示したフィン６０の構成はあくまでも一例であり、他の構成のフィンを用いてもよい。

＜駆動装置の構成＞
　図５は、電動機１とこれを駆動するインバータ１０３とを示すブロック図である。インバータ１０３は、直流電圧である入力電圧Ｖを交流電圧に変換し、電動機１のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに出力する。

　インバータ１０３は、上アーム１３１と下アーム１３２とを有する。上アーム１３１および下アーム１３２は、いずれもＵ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング素子を有する。これらのＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング素子は、制御装置１１０（図６）からの制御信号によってＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。

　図６は、上記のインバータ１０３を含む駆動装置１００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７と、制御装置１１０とを有する。

　電源１０１は、例えば２００Ｖ（実効電圧）の交流電源であり、例えば商用電源である。コンバータ１０２は、電源１０１から供給された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路である。コンバータ１０２から出力される電圧を、母線電圧とも称する。

　インバータ１０３は、図５を参照して説明した構成を有する。インバータ１０３は、コンバータ１０２から母線電圧を供給され、電動機１のコイル３に線間電圧（電動機電圧とも称する）を出力する。インバータ１０３には、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗにそれぞれ接続された配線１０４，１０５，１０６が接続されている。

　コイル３Ｕは、端子３１Ｕ，３２Ｕを有する。コイル３Ｖは、端子３１Ｖ，３２Ｖを有する。コイル３Ｗは、端子３１Ｗ，３２Ｗを有する。配線１０４は、コイル３Ｕの端子３１Ｕに接続されている。配線１０５は、コイル３Ｖの端子３１Ｖに接続されている。配線１０６は、コイル３Ｗの端子３１Ｗに接続されている。

　結線切り替え部７は、スイッチ要素７１，７２，７３を有する。スイッチ要素７１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを、配線１０５および中性点３３の何れかに接続する。スイッチ要素７２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを、配線１０６および中性点３３の何れかに接続する。スイッチ要素７３は、コイル３Ｖの端子３２Ｗを、配線１０４および中性点３３の何れかに接続する。スイッチ要素７１，７２，７３は、ここでは機械式スイッチすなわちリレー接点で構成されているが、半導体スイッチで構成してもよい。

　制御装置１１０は、コンバータ１０２、インバータ１０３および結線切り替え部７を制御する。制御装置１１０には、室内機５Ｂの信号受信部１０８が受信したリモコン９からの運転指示信号と、フィン温度センサ６５が検知したフィン６１の表面温度と、室内温度センサが検知した室内温度とが入力される。

　リモコン９は、表示部９１と、操作部９２とを有する。表示部９１は、例えば液晶ディスプレイであり、空気調和装置５の運転状態またはメニュー画面を表示する。操作部９２は、例えばキー等であり、空気調和装置５の起動および停止、運転モードの切り替え、並びに運転内容の設定を行う部分である。運転モードには、例えば、暖房運転および冷房運転がある。運転内容には、例えば、設定温度および風速がある。

　制御装置１１０は、これらの入力情報に基づき、インバータ１０３にインバータ駆動信号を出力し、結線切り替え部７に結線切り替え信号を出力する。

　図６に示した状態では、スイッチ要素７１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを中性点３３に接続しており、スイッチ要素７２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを中性点３３に接続しており、スイッチ要素７３は、コイル３Ｗの端子３２Ｗを中性点３３に接続している。すなわち、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗはインバータ１０３に接続され、端子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは中性点３３に接続されている。

　図７は、駆動装置１００において、結線切り替え部７のスイッチ要素７１，７２，７３が切り替えられた状態を示すブロック図である。図７に示した状態では、スイッチ要素７１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを配線１０５に接続しており、スイッチ要素７２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを配線１０６に接続しており、スイッチ要素７３は、コイル３Ｗの端子３２Ｗを配線１０４に接続している。

　図８（Ａ）は、スイッチ要素７１，７２，７３が図６に示した状態にあるときのコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を示す模式図である。コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗは、それぞれ端子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗにおいて中性点３３に接続されている。そのため、コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗの結線状態は、Ｙ結線（スター結線）となる。

　図８（Ｂ）は、スイッチ要素７１，７２，７３が図７に示した状態にあるときのコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を示す模式図である。コイル３Ｕの端子３２Ｕは、配線１０５（図７）を介してコイル３Ｖの端子３１Ｖに接続される。コイル３Ｖの端子３２Ｖは、配線１０６（図７）を介してコイル３Ｗの端子３１Ｗに接続される。コイル３Ｗの端子３２Ｗは、配線１０４（図７）を介してコイル３Ｕの端子３１Ｕに接続される。そのため、コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗの結線状態は、デルタ結線（三角結線）となる。

　電動機１の回転数を同じとすると、コイル３の結線状態がＹ結線の場合の線間電圧は、デルタ結線の場合の線間電圧よりも高い。Ｙ結線は第１の結線状態に相当し、デルタ結線は第２の結線状態に相当する。結線切り替え部７は、スイッチ要素７１，７２，７３の切り替えにより、電動機１のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を、第１の結線状態としてのＹ結線と、第２の結線状態としてのデルタ結線との間で切り替える。

　なお、図１に示したように電動機１は１２のティース１３を有し、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはそれぞれ４つのティース１３に巻かれている。すなわち、図８（Ａ）および（Ｂ）に示したコイル３Ｕは、４つのティース１３に巻かれたＵ相のコイル部分を直列に接続したものである。同様に、コイル３Ｖは、４つのティース１３に巻かれたＶ相のコイル部分を直列に接続したものである。また、コイル３Ｗは、４つのティース１３に巻かれたＷ相のコイル部分を直列に接続したものである。

＜空気調和装置の動作＞
　図９は、空気調和装置５の動作を、室外機５Ａの動作を中心として示すフローチャートである。空気調和装置５の制御装置１１０は、信号受信部１０８によりリモコン９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）。この時点では、後述するように、室外送風機４の電動機１のコイル３の結線状態は、デルタ結線である。

　制御装置１１０は、室外機５Ａのフィン温度センサ６５により検知されたフィン６１の表面温度（検知温度Ｔｆと称する）を取得し、閾値Ｔ以上か否かを判断する（ステップＳ１０２）。閾値Ｔは、フィン６１の着霜が生じ得る温度であり、例えば０℃である。

　検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上であれば、電動機１のコイル３の結線状態をデルタ結線からＹ結線に切り替える（ステップＳ１０３）。一方、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満であれば、電動機１のコイル３の結線状態をデルタ結線のまま維持する。

　その後、制御装置１１０は、電動機１を駆動し、室外送風機４による送風を開始する（ステップＳ１０４）。同時に、制御装置１１０は、室内送風機８の電動機８１および圧縮機５１の電動機を駆動する。

　これにより、図２を参照して説明したように、圧縮機５１から冷媒が吐出され、室内熱交換器５２、膨張弁５３および室外熱交換器６の順に流れる。また、室外熱交換器６には、室外送風機４の送風によって空気が供給され、室内熱交換器５２には、室内送風機８の送風により空気が供給される。

　室外送風機４の電動機１および室内送風機８の電動機８１は、いずれも、予め設定された回転数で回転する。制御装置１１０は、室内温度と設定温度との温度差に応じて、圧縮機５１の電動機８１の回転数を制御するが、これについては説明を省略する。

　制御装置１１０は、信号受信部１０８がリモコン９から停止信号を受信すると（ステップＳ１０５）、インバータ１０３に停止信号を出力する（ステップＳ１０６）。

　電動機１のコイル３に流れる電流が０になると、電動機１は停止またはフリーラン状態となる。制御装置１１０は、電流が０になったことを検知すると（ステップＳ１０７）、電動機１のコイル３の結線状態がＹ結線かデルタ結線かを判断する（ステップＳ１０８）。

　電動機１のコイル３の結線状態がＹ結線であった場合には、制御装置１１０は、結線切り替え部７によりデルタ結線への切り替えを行う（ステップＳ１０９）。電動機１のコイル３の結線状態がデルタ結線であった場合には、コイル３の結線状態をデルタ結線のまま維持する。そのため、電動機１が完全に停止した状態では、コイル３の結線状態はデルタ結線である。　

　なお、制御装置１１０は、ステップＳ１０６で電動機１を停止する際には、室内送風機８の電動機８１および圧縮機５１の電動機を停止する。これにより、冷媒配管５０内の冷媒の循環、並びに室外熱交換器６および室内熱交換器５２への送風が停止する。

＜空気調和装置の作用＞
　次に、実施の形態１による空気調和装置の作用について説明する。一般に、ステータ１０のコイル３の巻き数を増加させるほど、必要なトルクを得るための電流が少なくて済むため、インバータ１０３の通電による損失が減少し、電動機１の運転効率が向上する。また、コイル３の巻き数を増加させるほどインダクタンスが向上し、キャリア高調波に起因する鉄損が減少するため、電動機効率も向上する。

　室外送風機４にも用いられる電動機１の場合、電動機１の停止時に外風によって羽根車４１が回転すると、電動機１が発電機となり、回転数とコイル３の巻き数に比例した誘起電圧が発生する。そのため、外風に起因して発生する誘起電圧が、インバータ１０３等の駆動回路の耐電圧を超えないように、コイル３の巻き数が制限される。そのため、上述した電動機１の運転効率の向上と、外風による誘起電圧の抑制との両立が課題となる。

　また、外気温が低い環境では、室外熱交換器６のフィン６１に空気中の水分が付着して凍結する、着霜という現象が発生する。着霜が発生すると、フィン６１の通風抵抗が増加し、室外熱交換器６の運転能力が低下するため、これを補うために電動機１の回転数を増加させる必要がある。

　しかしながら、電動機１の回転数を増加させると、回転数に比例して誘起電圧が高くなり、誘起電圧に支配される電動機電圧（線間電圧）が高くなる。電動機電圧は、インバータ１０３への入力電圧Ｖ（図５）を超えることができず、この入力電圧Ｖは電源１０１（商用電源）の電圧によって決まるため、電動機１の最大回転数が制限される。電動機電圧は、コイル３の巻き数に比例するため、巻き数が増加するほど、電動機１の最大回転数が低下することになる。そのため、上述した電動機１の運転効率の向上と、着霜による室外熱交換器６の運転効率低下の抑制との両立が課題となる。

　ここで、比較例の室外送風機の電動機１の駆動装置１００Ａについて説明する。図１０は、比較例の室外送風機の電動機１の駆動装置１００Ａを示すブロック図である。

　比較例の室外送風機の電動機１の駆動装置１００Ａは、コンバータ１０２、インバータ１０３、信号受信部１０８および制御装置１１０を有する。但し、比較例の駆動装置１００Ａは、結線切り替え部７（図６）を有さず、電動機１のコイル３の結線状態はＹ結線に固定されている。

　図１１は、比較例の室外送風機において、外風によって回転する電動機１の回転数と、電動機１のコイル３に発生する誘起電圧との関係を示すグラフである。コイル３の巻き数を一定とすると、電動機１の回転数すなわち外風の風速と比例して、誘起電圧が高くなる。そのため、想定される風速に対して、誘起電圧が耐電圧に達しないように、コイル３の巻き数を制限する必要がある。

　図１２は、実施の形態１の室外送風機において、外風によって回転する電動機１の回転数と、電動機１のコイル３に発生する誘起電圧との関係を示すグラフである。実施の形態１では、上記の通り、結線切り替え部７が、電動機１のコイル３の結線状態をＹ結線とデルタ結線とで切り替える。

　コイル３の結線状態がデルタ結線である場合、外風に起因して発生する誘起電圧は、外風の風速およびコイル３の巻き数を同じとすると、Ｙ結線である場合の１／√３倍となる。そのため、電動機１の停止時にコイル３の結線状態をデルタ結線とすることにより、誘起電圧が耐電圧に到達するときの外風の風速Ｖ２は、Ｙ結線の場合の風速Ｖ１の√３倍となる。

　すなわち、電動機１の停止時にコイル３の結線状態をデルタ結線とすることにより、誘起電圧が耐電圧を超えないようにしながら、電動機１をより高速で回転させることが可能になる。従って、比較例の電動機１と比較して、コイル３の巻き数を多くすることが可能になる。

　そのため、上述したようにコイル３の巻き数を増加させ、これによりインバータ１０３の通電による損失を低減し、電動機１の運転効率を向上させることができる。また、コイル３の巻き数を増加させることで、キャリア高調波に起因する鉄損を低減し、電動機効率を向上させることができる。

　さらに、電動機１の停止時にはコイル３の結線状態をデルタ結線とし、電動機１の回転開始前にフィン温度センサ６５による検知温度Ｔｆと閾値Ｔとを比較し、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上であればＹ結線への切り替えを行い、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満であればデルタ結線を維持する。

　コイル３の結線状態がデルタ結線である場合、電動機１の回転によって発生する誘起電圧は、回転数およびコイル３の巻き数を同じとすると、Ｙ結線である場合の１／√３倍となる。そのため、フィン６１の表面温度が着霜が生じる温度である場合には、電動機１をデルタ結線で回転させることにより、誘起電圧の上昇を抑えながら、着霜による室外熱交換器６の運転能力の低下を補うように電動機１を高回転数で回転させることができる。

　また、フィン６１の表面温度が着霜が生じる温度でない場合には、電動機１を高効率なＹ結線で回転させることにより、電動機１の運転効率を向上することができる。

　このように、実施の形態１では、外風に起因する誘起電圧の上昇を抑制しながら、コイル３の巻き数を多くして電動機１の運転効率を向上し、なお且つ、着霜による室外熱交換器６の運転応力の低下を抑制することができる。

　なお、ここでは、フィン６１の表面温度（検知温度Ｔｆ）に基づいてコイル３の結線状態を切り替えたが、フィン６１の表面温度に限らず、フィン６１の着霜状態に影響する温度であればよい。例えば、伝熱管６２の温度、あるいは室外機５Ａの周囲の環境温度に応じてコイル３の結線状態を切り替えてもよい。　

＜実施の形態１の効果＞
　以上説明したように、実施の形態１の室外機５Ａは、室外熱交換器６と、室外熱交換器６に送風する室外送風機４と、コイル３の結線状態を切り替える結線切り替え部７と、フィン温度センサ６５とを有する。電動機１の停止時には、結線切り替え部７がコイル３の結線状態をデルタ結線とする。電動機１の回転時には、結線切り替え部７は、フィン温度センサ６５による検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上の場合にはコイル３の結線状態をＹ結線とし、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満の場合にはコイル３の結線状態をデルタ結線とする。これにより、電動機１の停止時の外風による誘起電圧の上昇を抑制しながら、コイル３の巻き数を多くして電動機１の運転効率を向上し、なお且つ、着霜による室外熱交換器６の運転応力の低下を抑制することができる。

　また、フィン温度センサ６５により、室外熱交換器６のフィン６１の表面温度を検知するため、フィン６１の着霜の発生しやすさに合わせて、コイル３の結線状態を切り替えることができる。

　また、電動機１の回転開始前に検知温度Ｔｆと閾値Ｔとを比較し、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上の場合にはコイル３の結線状態をＹ結線に切り替え、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満の場合にはコイル３の結線状態をデルタ結線のまま維持する。そのため、フィン６１の着霜の発生しやすさに応じた結線状態で、電動機１の回転を開始することができる。

　また、電動機１の停止前に、結線切り替え部７が、コイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替えるため、電動機１の停止時にはコイル３の結線状態を確実にデルタ結線とすることができ、外風に起因する誘起電圧の上昇を抑制することができる。

　また、コイル３が３相コイルであり、Ｙ結線とデルタ結線との間で結線切り替えが行われるため、着霜が発生しやすい状況であれば誘起電圧が上昇しにくいデルタ結線を選択し、そうでなければ高効率なＹ結線を選択することができる。

　また、実施の形態１の運転制御方法によれば、フィン温度センサ６５による検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上の場合にはコイル３の結線状態をＹ結線とし、検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満の場合にはコイル３の結線状態をデルタ結線として電動機１を回転させ、電動機１が停止する前にコイル３の結線状態をデルタ結線状態とするため、電動機１の停止時の外風による誘起電圧の上昇を抑制しながら、コイル３の巻き数を多くして電動機１の運転効率を向上し、なお且つ、着霜による室外熱交換器６の運転応力の低下を抑制することができる。

変形例．
　次に、実施の形態１の変形例について説明する。上述した実施の形態１では、電動機１の回転開始時に、フィン温度センサ６５の検知温度Ｔｆと閾値Ｔとを比較し、その比較結果に基づいてコイル３の結線状態を選択した。

　一方、電動機１の回転開始後に外気温が上昇し、これによりフィン６１の温度も上昇して着霜が解消される場合もある。そこで、この変形例では、電動機１の回転開始後にもフィン温度センサ６５の検知温度Ｔｆと閾値Ｔとを比較し、その比較結果に基づいてコイル３の結線状態を選択する。

　図１３は、実施の形態１の変形例の空気調和装置の動作を説明するためのフローチャートである。電動機１の回転開始までの処理（ステップＳ１０１～Ｓ１０４）は、実施の形態１と同様である。

　制御装置１１０は、電動機１の回転開始からの経過時間が規定時間に達すると（ステップＳ２０１）、フィン温度センサ６５によりフィン６０の表面温度すなわち検知温度Ｔｆを取得し、閾値Ｔ以上か否かを判断する（ステップＳ２０２）。規定時間は、例えば１時間であるが、これに限定されるものではない。

　検知温度Ｔｆが閾値Ｔ以上であれば、電動機１のコイル３の結線状態を確認し（ステップＳ２０３）、コイル３の結線状態がデルタ結線であれば、インバータ１０３に停止信号を送信して電動機１の回転を停止したのち（ステップＳ２０４）、Ｙ結線への切り替えを行う（ステップＳ２０５）。切り替え完了後、電動機１の回転を再開する（ステップＳ２０６）。一方、コイル３の結線状態がＹ結線であれば、Ｙ結線のまま維持する。その後の処理（ステップＳ１０５～Ｓ１０９）は、実施の形態１で説明した通りである。

　ステップＳ２０４で電動機１の回転を一旦停止するのは、結線切り替え部７のスイッチ要素７１，７２，７３（図６）を構成するリレー接点の信頼性を確保するためである。結線切り替え部７のスイッチ要素７１，７２，７３が半導体スイッチで構成されている場合には、電動機１を回転させたまま結線切り替えを行っても良い。

　この変形例によれば、電動機１の回転開始後に外気温が上昇して着霜が解消された場合には、コイル３の結線状態が高効率なＹ結線に切り替えられるため、電動機１の運転効率をさらに向上することができる。

実施の形態２．
　次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２は、リモコン９の表示画面に関するものである。図１４は、リモコン９を示す模式図である。リモコン９は、実施の形態１で説明したように、ユーザが空気調和装置５を操作するために使用する操作装置である。

　リモコン９は、表示部９１と操作部９２とを有する。操作部９２は、例えば、オンオフスイッチ９３と、設定ボタン９４とを有する。表示部９１は、例えば液晶ディスプレイであり、空気調和装置５の運転状態またはメニュー画面を表示する。オンオフスイッチ９３は、空気調和装置５の起動および停止時に操作される。設定ボタン９４は、表示部９１のメニュー画面に示された運転内容の設定を変更し、また確定する部分である。

　上述した実施の形態１では、電動機１の回転開始時にフィン６１の検知温度Ｔｆと閾値Ｔとを比較し、その比較結果に応じてＹ結線またはデルタ結線を選択した。しかしながら、リモコン９で空気調和装置５を起動したユーザは、電動機１のコイル３の結線状態を把握することができない。

　そこで、この実施の形態２では、結線切り替え部７が電動機１のコイル３の結線状態をデルタ結線からＹ結線に切り替えた場合に（図９のステップＳ１０３）、制御装置１１０がリモコン９の表示部９１の表示画面９５に、Ｙ結線への切り替えが行われたことを示すメッセージを表示する。

　具体的には、リモコン９の表示部９１の表示画面９５に、図１４に示すように、「省エネモードに切り替えました」というメッセージを表示する。これにより、ユーザは、電動機１のコイル３の結線状態がデルタ結線から高効率のＹ結線に切り替えられたことを把握することができる。

　また、電動機１の回転開始時にフィン６１の検知温度Ｔｆが閾値Ｔ未満、すなわち着霜が生じる温度であった場合には、電動機１のコイル３の結線状態がデルタ結線のまま維持される。このときには、リモコン９の表示部９１の表示画面９５に、図１５に示すように、「着霜のためハイパワーモードに切り替えました」というメッセージを表示する。これにより、ユーザは、コイル３の結線状態がデルタ結線のまま電動機１の回転が開始されたことを把握することができる。

　また、実施の形態１の変形例において、コイル３の結線状態の切り替えのために電動機１の回転を一旦停止する場合（図１３のステップＳ２０４）には、リモコン９の表示部９１の表示画面９５に、図１６に示すように、「運転モードを切り替えます。一時停止をします。」というメッセージを表示する。

　なお、図１４～図１６に示した表示画面９５の表示例はあくまでも一例であり、適宜変更することができる。

　以上説明したように、実施の形態２では、結線切り替え部７によりコイル３の結線状態の切り替えが行われる場合に、操作装置であるリモコン９の表示部９１の表示画面９５に、結線切り替えを示すメッセージが表示される。そのため、ユーザは、コイル３の結線状態の切り替えが行われたことを把握することができる。

変形例．
　次に、実施の形態１，２の変形例について説明する。上記の実施の形態１，２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ることも可能である。

　図１７（Ａ）および（Ｂ）は、変形例のコイル３の結線状態の切り替えを説明するための模式図である。

　図１７（Ａ）では、コイル３Ｕ，３Ｖ，３ＷはＹ結線により結線されている。コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄは、直列に接続されている。同様に、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは直列に接続されており、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄは直列に接続されている。この結線状態は、第１の結線状態に相当する。

　一方、図１７（Ｂ）では、コイル３Ｕ，３Ｖ，３ＷはＹ結線により結線されているが、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄは並列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは並列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄは並列に接続されている。言い換えると、コイル３の各相のコイル部分は並列に接続されている。この結線状態は、第２の結線状態に相当する。

　図１７（Ｂ）において各相の並列接続されたコイル部分の数（すなわち列数）をｎとすると、直列接続（図１７（Ａ））から並列接続（図１７（Ｂ））に切り替えることにより、線間電圧は１／ｎ倍に低下する。従って、電動機１の停止時に、コイル３の結線状態を図１７（Ｂ）に示した結線状態とすることにより、外風による誘起電圧の上昇を抑制することができる。ｎは、ここでは４であるが、２以上であればよい。

　図１７（Ａ）および（Ｂ）に示したコイル３の結線状態の切り替えは、例えば、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの各コイル部分に切り替えスイッチを設けることによって、実現することができる。

　図１８（Ａ）および（Ｂ）は、変形例の別の構成例を説明するための模式図である。図１８（Ａ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはデルタ結線により結線されている。さらに、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄは直列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは直列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄは直列に接続されている。すなわち、コイル３の各相のコイル部分は直列に接続されている。この結線状態は、第１の結線状態に相当する。

　一方、図１８（Ｂ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはデルタ結線により結線されているが、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄは並列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは並列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄは並列に接続されている。すなわち、コイル３の各相のコイル部分は並列に接続されている。この結線状態は、第２の結線状態に相当する。

　この場合も、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）を参照して説明したように、直列接続（図１８（Ａ））から並列接続（図１８（Ｂ））に切り替えることにより、線間電圧は１／ｎ倍に低下する。従って、電動機１の停止時に、コイル３の結線状態を図１７（Ｂ）に示した結線状態とすることにより、外風による誘起電圧の上昇を抑制することができる。

　図１７（Ａ）および（Ｂ）に示した結線状態の切り替え、並びに、図１８（Ａ）および（Ｂ）に示した結線状態の切り替えによっても、Ｙ結線とデルタ結線との切り替えと同様の作用効果を奏することができる。

　以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変形を行なうことができる。

　１　電動機、　３，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ　コイル、　４　室外送風機（送風機）、　５　空気調和装置、　５Ａ　室外機、　５Ｂ　室内機、　６　室外熱交換器（熱交換器）、　７　結線切り替え部、　８　室内送風機、　９　リモコン（操作装置）、　１０　ステータ、　１１　ステータコア、　２０　ロータ、　２１　ロータコア、　２２　シャフト、　２３，２３ａ，２３ｂ　永久磁石、　３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ，３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ　端子、　３３　中性点、　４１　羽根車、　５０　冷媒配管、　５１　圧縮機、　５２　室内熱交換器、　５３　膨張弁、　５５　ハウジング、　６１　フィン、　６２　伝熱管、　６５　フィン温度センサ（温度センサ）、　７１，７２，７３　スイッチ要素、　８１　電動機、　８２　羽根車、　１００，１００Ａ　駆動装置、　１０１　電源、　１０２　コンバータ、　１０３　インバータ、　１０８　信号受信部、　１１０　制御装置。
 

Claims (17)

1. 　熱交換器と、
   　コイルを有する電動機を備え、前記熱交換器に送風する送風機と、
   　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、
   　温度を検知する温度センサと
   　を有し、
   　前記電動機の停止時には、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の結線状態とし、
   　前記電動機の回転時には、前記結線切り替え部は、前記温度センサによる検知温度が閾値以上の場合には前記コイルの結線状態を第１の結線状態とし、前記検知温度が前記閾値未満の場合には前記コイルの結線状態を第２の結線状態とする
   　　室外機。
2. 　前記熱交換器は、フィンを有し、
   　前記温度センサは、前記熱交換器の前記フィンの温度を検知する
   　請求項１に記載の室外機。
3. 　制御部をさらに備え、
   　前記制御部は、前記電動機の回転開始前に前記検知温度と前記閾値とを比較し、前記検知温度が前記閾値以上の場合には、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の結線状態とし、前記検知温度が前記閾値未満の場合には、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２の結線状態とする
   　請求項１または２に記載の室外機。
4. 　前記制御部は、さらに前記電動機の回転開始後に前記検知温度と前記閾値とを比較し、前記検知温度が前記閾値以上の場合には、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の結線状態とし、前記検知温度が前記閾値未満の場合には、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２の結線状態とする
   　請求項３に記載の室外機。
5. 　前記電動機を停止するときには、前記結線切り替え部が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てから、前記電動機を停止する
   　請求項１から４までの何れか１項に記載の室外機。
6. 　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５までの何れか１項に記載の室外機。
7. 　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コイル部分を有する状態であり、
   　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コイル部分を有する状態である
   　請求項１から５までの何れか１項に記載の室外機。
8. 　前記結線切り替え部は、機械式スイッチまたは半導体スイッチを有する
   　請求項１から７までの何れか１項に記載の室外機。
9. 　前記電動機は、ロータコアと、前記ロータコアに取り付けられた永久磁石とを有するロータを有する
   　請求項１から８までの何れか１項に記載の室外機。
10. 　前記電動機は、ステータコアを有し、
    　前記コイルは、前記ステータコアに集中巻で巻かれている
    　請求項１から９までの何れか１項に記載の室外機。
11. 　請求項１から１０までの何れか１項に記載の室外機と、
    　前記室外機と冷媒配管を介して接続された室内機と
    　を備えた空気調和装置。
12. 　表示部を備えた操作装置を有し、
    　前記結線切り替え部が前記コイルの結線状態を切り替える場合には、前記操作装置の前記表示部が前記コイルの結線状態の切り替えを示す情報を表示する
    　請求項１１に記載の空気調和装置。
13. 　熱交換器と、
    　コイルを有する電動機を備え、前記熱交換器に送風する送風機と、
    　前記熱交換器の温度を検知する温度センサと
    　を備えた室外機を有する空気調和装置の運転制御方法であって、
    　前記温度センサによる検知温度が閾値以上の場合には前記コイルの結線状態を第１の結線状態とし、前記検知温度が前記閾値未満の場合には前記コイルの結線状態を第２の結線状態として、前記電動機を回転させ、
    　前記電動機が停止する前に、前記コイルの結線状態を前記第２の結線状態とする
    　空気調和装置の運転制御方法。
14. 　前記空気調和装置は、表示部を備えた操作装置を有し、
    　前記コイルの結線状態を切り替える場合には、前記操作装置の前記表示部に、前記コイルの結線状態の切り替えを示す情報を表示する
    　請求項１３に記載の空気調和装置の運転制御方法。
15. 　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場合には、前記操作装置の前記表示部に、前記第１の結線状態への切り替えを示す情報を表示する
    　請求項１４に記載の空気調和装置の運転制御方法。
16. 　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場合には、前記操作装置の前記表示部に、前記第２の結線状態への切り替えを示す情報を表示する
    　請求項１４または１５に記載の空気調和装置の運転制御方法。
17. 　前記コイルの結線状態を切り替える場合には、前記操作装置の前記表示部に、空気調和装置の運転を一時停止することを示す情報を表示する
    　請求項１４から１６までの何れか１項に記載の空気調和装置の運転制御方法。
    　
     

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