JPH01150732A - ブラッシュレス直流モータにより駆動される冷却コンプレッサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に、可変速モータにより駆動されるコンプ
レッサを有する冷却システムに関し、特に、電子的に整
流される永久磁石の直流モータによって駆動されるコン
プレッサを有する冷却システムに関する。

〔従来の技術〕

多くの冷却システムにおける温度調節の要求度は非常に
高い。この事は、ニアコンディショナーやヒートポンプ
に見られるような、季節の変化、湿度の変化、日々の変
化、更には住人の変化といった具合に、住居に使用する
場合にも、企業に使用する場合にも当てはまる。その結
果、その要求を充足するために、システムの容量を変化
させる方法が、従来、開発されてきた。その１つの方法
は、比較的有効で、多様性のあるものとして現れ、シス
テムの冷却コンプレッサの速度を調整することによって
その容量を変化させるようにしたものである。

［発明が解決しようとする課題］ コンプレッサの速度を変化させる最も一般的な方法は、
インバータで駆動される交流誘導モータによるものであ
る。そのコンプレッサの速度は、インバータがコンプレ
ッサのモータへ供給される電流の周波数を変化させる時
に変化する。インバータで駆動されるモータが多年にわ
たって使用されてきたけれども、それに伴う欠点のいく
つかは、今だに解決されていない。

インパークは比較的高価で大型の回路を必要とし、多く
の場合、他の駆動体より多く、線の干渉を生じさせる。

さらにインバータで駆動される多くの誘導モータは、可
変速直流モータより有効性が低い。

通常の直流モータの速度は、その直流供給電圧の大きさ
を変えることにより簡単に変化する。そのモータは、直
流供給電流を機械的に整流することによりモータの速度
と同期をなすようにする整流器及びブラシを有する。不
都合なことに、機械的手段を使ってモータを整流すると
、問題が生じる。ブラシは摩耗し、それを冷却コンプレ
ッサの密閉シェル内に備え付けると、取り替えができな
い。さらに、整流器とブラシとの間に生じる電流によっ
て電気ノイズが発生し、密閉シェル内の冷媒に化学的不
純物が生じる。

そこで、モータを機械的に整流することに伴う諸問題を
克服するために、永久磁石のブラシレス直流モータは電
子式整流法を用いる。その電子式整流法は、ブラシと整
流器に代えて、ロータの位置に応答してモータの電線に
供給される電圧を切りかえるような、電子スイッチ装置
を使用する。

電子式に整流されるモータの速度は多分に予想できる電
圧と速度との関係に関連して直流供給電圧を変化させる
ことによってコントロールされる。

しかしながら、この関係は、それがモータにかかる負荷
によって影古される時に変化する。その結果、仮定に基
づく電圧と速度との関係に基づく速度調節機構は、例え
ばニアコンディショナーやヒートポンプのような広範囲
の負荷を受けるシステムには不適切である。モータの負
荷をその速度とトルクを乗じたものに等しくするには、
その他にセンサーを要し、さらに高価となる。

そこで本発明の目的は、モータがその安全な操作範囲に
ある場合、そのモータにかかる実際の瞬間的な負荷を顧
慮することなしに、コンプレッサの実際の速度と冷却シ
ステムに関連する温度誤差に応答してモータ駆動体をコ
ントロールし、電子的に整流される直流モータにより駆
動される可変速コンプレッサを有する冷却システムを提
供することである。

本発明のもうひとつの目的は、ロータ位置フィードバッ
クと、コンプレッサ速度フィードバックと、温度フィー
ドバックとを含む多数フィードバツク式制御機構を有す
る温度調節システムへ、電子的に整流されるモータを一
体的に組込むことである。

本発明のもうひとつの目的は、インバータで駆動される
誘導モータに関連して生じる高価な費用と非効率性を排
除することである。

本発明のもうひとつの目的は、直流モータの機械的整流
器に伴って一般的に生じる電気ノイズを排除することで
ある。

本発明のさらにもうひとつの目的は、電子的に整流され
るモータによって駆動される冷却コンプレッサの密閉シ
ェルの内部に過誤スイッチ及びタコメータを使用しない
ことである。

本発明のもうひとつの目的は、可変速コンプレッサと可
変速ファンとの両方を有する冷却システムを提供するこ
とである。

本発明のさらにもうひとつの目的は、可変速コンプレッ
サと可変速屋内ファンとをヒートポンプシステムに備え
、コンプレッサ速度に対するファン速度の比率が加熱様
式の場合より冷却様式〇場合の方が高くなるようにそれ
らの速度をコントロールすることである。

本発明のもうひとつの目的は、好ましくないロータ位置
及び熱力学的な状態に応答して、コンプレッサの始動を
妨げ、モータの始動を試みさせ、そのように試みる始動
と始動との間で前記好ましくない状態を変化させること
を反復して行わせる冷却システムコントローラを提供す
ることである。

本発明のもうひとつの目的は、同一パルス幅調整信号（
Ｐｕｌｓｅ−ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｓｉｇ
ｎａｌ）を使って冷却コンプレッサの速度と屋内ファン
の速度をｍ節することである。

本発明のもうひとつの目的は、信号の中断時にモータを
停止させるようなパルス幅調整制御信号によってモータ
駆動体を制御することである。

本発明のもうひとつの目的は、コンプレッサの実際の速
度を正確にモニターしながら、また、膨張弁により蒸発
器を通る冷媒の流れを調整しながら、冷媒コンプレッサ
・の速度を変化させることによって快適ゾーンの温度を
厳密に調整することである。

本発明のこれらの目的及び他の目的は、添付図面及び次
の好ましい実施例の説明から明らかとなるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

この冷却システムの容量は、電子的に整流されるブラシ
レス直流モータにより駆動される密閉コンプレッサの速
度を変化させることによって変わる。このシステムの容
量とモータの速度は３個のフィードバック信号を使って
３個の相互に関連した閉鎖ループを有する制＃Ｓ機構に
より調整される。

これらのフィードバック信号は、モータの実際速度、ロ
ータの回転位置及び冷却システムにより調整されるゾー
ンの温度を表わす。

〔実施例〕

第１図は冷却システムコントローラー１２によって制御
されるヒートポンプシステム１０を有する本発明の概略
図である。ヒートポンプ１０は可変速コンプレッサ１４
と、屋外熱交換器１６と、膨張弁１８と、屋内熱交換器
２０とを有し、それらの全部は、密閉シールされた冷却
口Ｎ２２を通って冷媒を循環させるために連続して接続
する。

このヒートポンプシステムはまた、逆転弁２４を有し、
この弁は膨張弁１８と側熱交換器１６゜２０を通って流
れる冷媒の流動方向を決定する。

この流れの方向は、このシステムが冷却様式で作動する
か、或いは加熱様式で作動するかを決定する。弁２４は
それが第１図に示すように位置する時、そのシステムを
冷却様式にする。言い換えれば、屋内熱交換器２０は蒸
発器として機能し、屋内ファン２６と共働して、快適ゾ
ーンに冷却効果を与える。加熱効果を与えるには、弁２
４は図示の位置から９０’回転して、熱交換器１６を蒸
発器として機能させ、熱交換器２０をコンデンサーとし
て機能させ、それによってシステム１０は加熱様式とな
る。

第１図に示すシステムはヒートポンプであるけれども、
逆転弁２４を使用する必要のない冷却様式のみで作動す
る冷却システムを使用ｆることも本発明の範囲内にある
。その他多くの変形例、例えば、逆転弁を使わないで適
切な回転コンプレッサの回転方向を逆にするとか、可変
速屋内ファンの代わりに、一定速屋内ファンを使うとか
、膨張弁を例えば毛細管やオリフィスのような種々の膨
張装置のいづれか１つに置きかえるといったことも、本
発明の範囲内にある。しかしながら、その中でも膨張弁
が好ましい。なぜなら、それは圧力や熱のような冷媒の
変化する熱力学的状態に応答して流れを調節できるから
である。第１図に示す冷媒回路２２は概略図であって、
通常では２個の膨張装置とそれらの適切なバイパス逆止
弁との配置を有するが、ここでは膨張装置は１個だけし
か示されていない。

ヒートポンプ及び他の冷却回路の基本的操作原理はこの
技術に熟達した人々にとってよく知られているので、そ
の詳細については説明しない。しかしながら、本発明の
１つの特徴を述べれば、コンプレッサの冷媒圧縮能力を
変化させることによって、システム１０の温度調節能力
を調節することにある。これはコンプレッサ１４の速度
を変化させることによって行われる。

コンプレッサ１４は可変速コンプレッサ駆動装置２７に
より駆動され、その駆動装置２７はその電気の供給３０
をモータ駆動体３２から受ける永久磁石のプラッシュレ
ス直流モータで成る。モータ駆動体３２の目的は、モー
タの電気供給３０の電圧と周波数を変化させることによ
ってモータ２８を電子的に整流し、その速度を変化させ
ることである。通常の直流モータのように、モータ２８
の速度はその供給電圧３４の高さと共に速くなる。

モータ駆動体３２は、モータの供給電圧３４の相対的極
性を交互にし、モータの回転子の回転位置と極性の変化
を同期的にすることによってモータ２８を整流する。モ
ータ２８の整流は、そのモータ内に配置されたローフ位
置センサーに応答して電子的に行われる。この位置セン
サーは、好ましい実施例におけるように、電気機械的、
又は近接型スイッチのようなロータ位置フィードバック
信号を出すようになったいかなるロータ位置感知装置で
あってもよいが、位置フィードバック信号３６は非加勢
状態のモータ巻き３日によってモータ２８内から発生す
る。これは３本のモータ供給線４０で示され、それらの
うち２本が一度に加勢される。

位置フィードバック信号３６を運ぶ非加勢状態の巻き３
日は、ロータの回転時、３本の電線４０への供給を連続
的に変化させる。この方法を使用すると、コンプレッサ
の密閉シェルを通過させなければならない電線の数を最
少限にすることができる。この典型的なモータ駆動体３
２と、ロータ位置を感知する手段やモータ速度を変化さ
せる手段のようなその基本的操作原理の説明とは、本文
に引用している米国特許第４，１６２．４３５号に開示
されている。本発明の好ましい実施例に使用しているモ
ータ駆動体３２は、ゼネラルエレクトリックモデルＸ−
８７９４７００ＡＨＧＯ３である。

モータ駆動体３２はロータ位置フィードバック信号３６
に応答してモータ２８を電子的に整流し、比較的低い電
圧速度命令信号４２に応答してモータの供給電圧３４を
コントロールする。その命令信号４２はオプトカプラー
（ｏｐｔｃｏｕｐｌｅｒ　）によって供給電圧３４から
電気的に絶縁される。約５〜２４ポルトの一定の大きさ
の直流電圧を有し、可変仕事率周期を有する速度命令信
号４２は、マイクロコンピュータ回路４６とインターフ
ェイス回路４８とで成るコントローラー１２によって生
しる。好ましい実施例では、三菱５７４３マイクロコン
ピユータを使用しているけれども、インテル８７５１及
び８０２２もまた、有効に使用されており、その他、種
々のマイクロコンピュータも使用できる。回路４８はマ
イクロコンピュータ４６と例えば温度設定点信号５０の
ような種りのインプット信号との間にインターフェイス
を与える。

インターフェイス回路４８は比較的複雑でない回路であ
るので、第１図に示すその制御図から容易に理解できる
ものである。回路４８は別個の集積回路部材の組合わせ
を有する。しかしながら、別個の電子部材だけを使って
基本的にはこれと同じ回路を再現できることも、この技
術に熟達した人々にとって明らかであろう。回路４８は
快適ゾーンの実際の温度を、所望のゾーン温度を表わす
設定点温度に比較する合計用中継部５２を有する。

この好ましい実施例において、ゾーン温度は、快適ゾー
ンに関連したサーミスターによって生じるゾーン温度フ
ィードバック信号５４によってインターフェイス回路４
８へ送られ、温度設定点信号５０を出す手段としてデジ
タルキーボード５６が使用される。しかしながら、ゾー
ン温度を感知し、温度の設定点信号を出すために多数の
等しく有効な手段があることは、この技術に熟達した人
々にとって明白であろう。

ゾーン温度をその設定点に比較する際、合計用中継部５
２は、ゾーン温度とその設定点との間の差異を表わす温
度誤差信号５８を発生する。その温度誤差信号５８は移
送機能部６０．６２へ送られ、その誤差信号５８に基づ
いて移送機能部は、それぞれ、冷却用と加熱用の所望の
コンプレッサ速度信号６４．６４’を発生させる。移送
機能６０゜６２の特性は単なる設計選択の問題であり、
特定の冷却システムの据え付は次第で′決まるものであ
る。有効な移送機能の簡単な例は、温度誤差５８にゲイ
ンを乗じて、そこで生じた積に既定の定数を加えるとい
う比例コントロールである。その他の有効な移送ａ能と
しては、インテグラルコントロール、”ＰＩＤ”、ルッ
クアップテーブル、或いはこの好ましい実施例における
ように、比例プラスインテグラルコントロールが含まれ
る。

様弐選沢スイッチ６６の位置次第で、所望のコンプレッ
サの速度信号６４又は６４′の１つがパルス幅調整（Ｐ
　Ｗ　Ｍ　）インプット信号としてマイクロコンピュー
タ回路４６へ送られる。マイクロコンピュータ回路４６
はまた、コンプレッサ１４の実際の速度を表わす速度フ
ィードバック信号６８を受信する。コンプレッサの速度
を感知し、それに応答してフィードバック信号を発生さ
せる手段はいろいろある。その１つの例が、コンプレッ
サか、或いはそのモータに接続した発電機型、又は交流
発電器型タコメータによるものである。そのタコメータ
は、その振幅や周波数がコンプレッサの速度に比例する
よう・な電圧を発生させる。もうひとつの例は、光学的
センサーを使ったり、或いは成る他の型の近接センサ、
例えばホール効果を用いたものを使用することによって
時間との関係でロータの回転を計数するデジタルタコメ
ータである。この好ましい実施例に使用した方法は、駆
動装置２７がモータの供給線４０の中で電気の供給３０
を切り換える時、コンプレッサ駆動装置２７内から生じ
た電気パルスを成る時間にわたって計数することを伴う
。

所望のコンプレッサ速度信号６４又は６４′とコンプレ
ッサフィードバック信号６８とに応答して、コントロー
ラ１２はＰＷＭ速度命令信号４２を発生させ、この信号
は、第２図に示す関数に従ってコンプレッサ１４の速度
を制御する。この図面において、パルス幅が３０％とい
う既定の最小値より小さいか又は９０％という既定の最
大値より大きい時、速度命令信号４２がゼロとなる点で
、この関数は不連続であることがわかる。その結果、コ
ンプレッサ１４は速度命令信号４２を運ぶ電線が短絡す
る時又は接続を断つ時、停止する。この特徴は、コンプ
レッサを停止させる簡単な手段を提供するばかりでなく
、極端な温度、圧力或いは電流に応答してコンプレッサ
を停止させる直列で接続したトリップスイッチ７０を設
置するた゛めに都合のよい位置づけを与える。温度がモ
ニターされる所は、コンプレッサシェルの外面、コンプ
レッサシェルに取付けられた端子箱、モータ駆動体３２
に含まれる電子装置であるが、この他にもある。しかし
ながら、トリップスイッチ７０は、５〜２４ボルトを運
ぶ低電圧ラインでもある速度フィードバックライン６８
に位置づけることもできる。また３０％値と９０％値は
０％〜１００％のいかなる既定値にも変えることができ
る。

速度命令信号４２を出すために、コントローラ１２は、
第３図に示すアルゴリズムに従って作動する。このアル
ゴリズムに入ると、制御ブロック７２はモータの過誤の
有無を決定する。もし過誤があれば、フローチャートの
最後へ制御が向けられ、そこで種々のタイマー及びカウ
ンターがブロック？４，７６．７８の所でゼロにリセッ
トされる。プログラムの終わり８０に達すると、自動的
に中断が始まり、そのプログラムは再びブロック７２に
入る。この周期はモータの過誤が手でリセットされるま
で、即ち過誤が直るまで反復する。

モータの過誤が設定されなければ、ブロック８２と８４
でそれぞれ示される変数ＴＲｌｌ５ＰＤとＣ？ＩＤ５Ｐ
Ｄは、初期速度値、ゼロとなる。　ＴＲＵＳＰＤはコン
プレッサ１４の実際の速度を表わすデジタル値であり、
ＣＭＤＳＰＤはモータ駆動体３２へ送られる速度命令信
号４２に対応し、前記モータ駆動体３２はコンプレッサ
モータ２８の速度を制御する。次のブロック８６は速度
カウンタを開始させ、これはモータ駆動体３２がモータ
２８を整流する時、そのモータ駆動体３２が出すパルス
を連続的に計数する。

モータ２８の速度に比例した周波数で発生するパルスは
、モータ速度フィードバック信号６日を表わす。コンプ
レッサの速度（ＴＲＵＳＰＤ）は、決定ブロック９０に
よって示されるように、０．９秒間にわたってパルスを
計数することによって決定される。ブロック９２には、
変数”　ＰＵＬＳＥＳ″が示され、その値は最後の０．
９秒間のインターバルで計数されたパルスの数を表わす
。この値はそれからブロック９４で速度（ＴＲＵＳＰＤ
）に変換される。ブロック９６．９８は０．９秒タイマ
ーと速度カウンタをゼロにリセットし、その速度カウン
タは自動的にもうひとつの組のパルスを計数し始め、次
のコンプレッサの速度の読みを決定する。

−旦、ＴＲＩＪＳＰＤが決定されると、決定ブロック１
００と１０２はコンプレッサの速度が１８００〜７２０
０ＰＰＭの所定の速度制限の範囲内にあるか否かを決定
する。もし範囲内になければ、速度問題が生じ、その極
端な速度状態が後述するように、速度の上限に達するコ
ンプレッサ速度か、下限に達するコンプレッサ速度かに
よって、ブロック１４２，１４４，１４６，１４８．１
５０か、或いはブロック１４２，１２６のいづれかによ
って矯正作用が行われる。ＴＲＵＳＰＤが１８００〜７
２００ＰＰＭの範囲内にあるとすれば、決定ブロック１
０６は０．２秒毎に、速度制御作用が行われるようにす
る。

即ち、新しい命令速１１　（ＣＭＤＳＰＤ）が計算され
、それは０．２秒毎に、モータ２８の速度を変えるため
にモータ駆動体３２へ供給される。０．２秒の間隔毎に
、０．２秒タイマーがブロック１０８によってゼロにリ
セットされ、マイクロコンピュータ回路４６はインター
フェイス回路４８が出す所望の速度信号６４又は６４′
を読みとり、ブロック１１０の変数５ＥＴＳＰＤへその
デジタル値を与える。ブロック１１２，１１４は５ＥＴ
ＳＰＤ値を制限して、１９５０〜６９５０ＲＰＭの範囲
内にとどまるようにする。ブロック１１６は変数５ＰＤ
ＥＲＲをＲＴＵＳＰＤ−（マイナス）　５ＥＴＳＰＤに
等しくなるように定める。

これは実際のコンプレッサ速度ＴＲＵＳＰＤと所望の速
度５ＥＴＳＰＤとの間の差を表わす。５ＰＤＥＲＲが許
容範囲、即ちデッドバンドの範囲内にあれば、＋４〜−
４のデッドバンドを有する決定ブロック１１８で示すよ
うに速度制御を変化させる必要はない。このデッドバン
ドをこえると、ＣＭ［１ＳＰＤは別の段階で適切に増減
するが、その新しい値は１８００及び７２００ＲＰＭに
対応するデジタル値として保管される速度制限の範囲内
に制限される。ＣＭＤＳＰＤの新しい値の計算は、制御
ブロック１２０，１２２゜１２４．１２６，１２８によ
って行われ、その後、制御はブロック１３０へ移る。ブ
ロック１３０は速度の過誤を取り除いて、過誤カウンタ
ーをゼロにリセットする。速度の過誤とカウンターにつ
いては、後述する。計算されたＣＭＤＳＰＤがブロック
１３２によってＰＷＭ信号４２に変換され、ブＩコック
１３４の結果、モータ駆動体３２へ送られる前に、コン
プレッサ２８が実際に作動しているが否かを確かめるた
めにコントローラをチェンジする。これは外部の゛°コ
ンプレッサ、ＯＮ’”信号がマイクロコンピュータ４６
へ送られたかどうかを決定する決定ブロック１３６によ
って達成される。

コンプレンサＯＮ信号が存在しなければ、ＣＨＤＳＰＤ
はブロック１３８の所でゼロに変わり、そのコンプレッ
サはブロック１３８，１３２，１３４により停止するよ
うに命令される。その後、速度の過誤が存在しなければ
、制ｊ１１はその後、決定ブロック１４０を通ってブロ
ック９０へ戻る。コンプレッサＯＮ信号が存在すれば、
ＣＭＤＳＰＤはブロック１２２．１２４，１２６．１２
８によって計算された値を保持し、ＣＭＤＳＰＤは、Ｐ
ＷＭ信号４２に変換され、この信号はブロック１３２，
１３４で示すようにモータ駆動体３２へ送られる。速度
過誤が存在しなければ、制御はそれからブロック９０へ
戻る。

前述のように、速度問題は決定ブロック１００゜１０２
によって決定される。決定ブロック１００によって認識
されるように、過速度状態が生じる場合、決定ブロック
１４２が制御を矯正作用へ向ける、即ち、制御ブロック
１２６によってコンプレッサ速度を減退させるようにす
る。しかしながら、たとえＣＨＤＳＰＤが１８０ＯＲＰ
Ｍの設計上の最低限界まで低下しても過速度状態が尚、
存在するといった具合に、次の速度チエツクでその試み
がうまくいかなかったことが判った場合、決定ブロック
１４２はその制御をブロック１４４へ向ける。

ブロック１４４は速度過誤を設定し、ブロック１４６は
速度過誤カウンタのカウントを増加させる。そのカウン
タの値がブロック１４Ｂで示すように、１０という所定
の制限値をこえると、ブロック１５０はモータの過誤を
設定し、これがコンプレッサを停止させる。そのプログ
ラムは再び、ブロック７４．７６．７８．８０へ入り、
もうひとつの中断を開始する。しかしながら、コンプレ
ッサはモータの過誤が手でリセットされるまでは再び始
動することはない、過誤カウンタの値が１０より小さい
場合、ブロック１３８はＣＨＤＳＰＤにゼロ値を割当て
るので、これによってコンプレッサが停止するが、それ
はブロック１４０，１５２で示すように、７分間の所定
の時間の遅延の間だけである。、７分間経過すると、コ
ンプレッサは、コンプレッサＯＮ信号が存在する限り、
自動的に再始動する。

決定ブロック１０２によって決定されるように、速度不
足状態が存゛在する場合、速度を上げる試みは行われず
、コンプレッサは決定ブロック１４８次第で、ブロック
１４４，１４６，１４８，１３８゜１３２．１３４を介
して、或いはブロック１４４゜１４６．１４８，１５．
０を介して停止する。速度不足状態となると、不適切な
潤滑によってｔｎ　Ｑする可能性をな（すために、コン
プレッサは直ちに停止される。

前述のアルゴリズムは好ましい実施例の総合的制御機構
を説明しており、種々のハードウェア及びソフトウェア
の変形も本発明の範囲内にあることは、この技術に熟達
した人々にとって明らかである６例えば、アルゴリズム
の多くの部分はマイクロコンピュータそれ自体により容
易に分層され、ブロック１４４，１４６，１４８．１５
０で成るモータ過誤回路のような周囲回路に含まれ、ブ
ロック１５２が７分間の時間的遅延を生じ、ブロック１
１０．１３４によって達成されるように、デジタル信号
がパルス幅調整信号に変換され、或いはその逆も行われ
、さらに、制御アルゴリズムを開始させる中断が外部で
行われる、例えば、インターフェイス回路４８に関連し
た制御アルゴリズムが第３図のアルゴリズムのために中
断を与え、これが順次回路４８のために中断を与える。

ブロック８２，８４，９０，１００，１０２，１０６゜
１１２．１１４，１１８．１４８に限定されるもののよ
うに、所定のデジタル値の多くを変化させうることもま
た、明らかであり、そうすることが好ましい場合もある
。

前述の制御機構は冷却システムの診断様式中に無効にす
ることもできる。その診断様式において、技師が通常コ
ントローラ１２から出る信号４２を取り出し、これを容
易に入手できる供給源からの低電圧交流信号（２５ボル
ト以下）に置きかえる。

モータ駆動体３２と直列をなすダイオードが、前記交流
信号を７、約５０％の一定の仕事率周期をもつパルス直
流信号に変換する。

ここで第１図を参照すれば、本発明の好ましい実施例が
示され、それは可変速屋内ファン２６をコンプレッサモ
ータ２８に類似した第２プラツシユレス直流モータ１５
４で駆動することによって変形することができる。ファ
ンモータ１５４はコントローラ１２が出す第２ＰＷＭ速
度命令信号１５Ｂに応答してその速度を変えるためにモ
ータ駆動装置１５６によって電子的に整流される。ファ
ン２６の速度は、第４図に示すように、コンブレッサ速
度の関数として制御される。冷却様式の関数１６０（第
４図）はインプット１６２（第１図）により与えられ、
加熱様式の関数１６４（第４図）は、インプット１６６
（第１図）によって与えられる。様式選択スイッチ１６
８は、モータ駆動装置Ｅ１５６へのファン速度命令信号
（コンプレッサのＣＭＤＳＰＤに似た）１５８を計算す
るためにいずれの関数１６０か１６４を使用するがを決
定する。

第４図に示すように、関数１６０と１６４は目的に異な
る傾斜を存し、傾斜１７４は傾斜１７６より大きい。言
い換えれば、コンプレッサ速度に対するファン速度の比
は、冷却様式の方が加熱様式の場合より大きい、この事
は冷却様式において、冷却容量に対する屋内ファンの空
気の流量比の比率をほぼ一定にしくＣＦＭ／ＴＯＨの比
が一定）、加熱様式において、屋内気流の温度をほぼ一
定にする。

第１図に示すように、この基本的冷却システムは、その
速度が、コンプレッサ１４の速度を制御するのに使用さ
れるのと同じ信号であるＰＷＭ速度命令信号４２に応答
して制御されるようになった可変速屋外ファン１７　’
０を含むようにさらに変形される。

本発明は好ましい実施例に関連して説明されているけれ
ども、その変形例はこの技術に熟達した人々にとって明
らかであろう。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲
によって決定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略模式図、 第２図はコンプレッサの速度とその制御用ＰＷ１１信号
との間の関係を示すグラフ、 第３図は本発明の制御アルゴリズム、 第４図は冷却様式と加熱様式との両方において、屋内フ
ァンの速度とコンプレッサの速度との間の関係を示すグ
ラフである。 〔符　　号　　の　　説　　明〕 １０・・・ヒートポンプシステム １２・・・冷却システムのコントローラ１４・・・可変
速コンプレッサ １６・・・屋外熱交換器　　　１８・・・膨張弁２０・
・・屋内熱交換器　　　２２・・・冷却回路２４・・・
逆転弁 ２７・・・可変速コンプレッサ駆動装置２８・・・ブラ
シレス直流モータ ３０・・・電気供給体　　　　３２・・・モータ駆動体
３４・・・供給電圧 ３６・・・位置フィードバック信号 ３８・・・巻き　　　　　　　４０・・・供給線４２・
・・速度命令信号 ４６・・・マイクロコンピュータ回路 ４８・・・インターフェイス回路 ５０・・・温度設定点信号　　５２・・・合計用中継部
５８・・・温度誤差信号　　　６０．６２・・・移送機
能部７０・・・トリップスイッチ ７２．１２０，１２２，１２４，１２６，１２８・・・
制御卸フ゛ロック７４．７６．７８・・・ブロック ９０、１００．１０２．１０６．１１８・・・決定ブロ
ック９２．９４．９６，９８，１０８，１１０．１１２
，１１４，１２６，１４２，１４４゜１４６、１４８．
１５０　・・・ブロックＰｆＴ望い層内ファン遠度 ＣＦＭ コツプレー、す。速度命令 ＰＰＭ　　（ＣＨＤＳＰＣ）） ン゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）密閉シェルに配置されるコンプレッサと、屋外
   熱交換器と、膨張装置と、屋内熱交換器と、それらの全
   ては直列で接続し、快適ゾーンの温度を調節するため密
   閉シールされた冷却回路で成る事と、 ｂ）ゾーン温度の設定点と、前記快適ゾーンの温度とに
   応答してパルス幅調整速度命令信号を発生させる冷却シ
   ステムコントローラーと、ｃ）前記パルス幅調整速度命
   令信号に応答して以下のようになるように制御される可
   変速コンプレッサモータと、 ｉ）前記速度命令信号のパルス幅が所定の下方パルス幅
   範囲内にある時、前記モータが非加勢状態にあり、 ｉｉ）前記速度命令信号の前記パルス幅が所定の上方パ
   ルス幅範囲内にある時、前記モータが非加勢状態にあり
   、 ｉｉｉ）前記速度命令信号の前記パルス幅が前記上方範
   囲と下方範囲との間にある所定の中間範囲内にある時、
   前記パルス幅の関数として前記モータの速度が変化する
   ように制御される事とで成る、冷却システム。 ２、前記屋内熱交換器に関連した可変速屋内ファンを有
   し、そのファンの速度は、第２パルス幅調整速度命令信
   号に応答して変化する事を特徴とする、請求項２に記載
   の冷却システム。 ３、前記システムは、加熱様式、又は冷却様式で選択的
   に作動し、前記コントローラは前記コンプレッサモータ
   の速度と前記屋内ファンの速度を制御して、コンプレッ
   サ速度に対するファン速度の比率が前記冷却様式の場合
   における方が前記加熱様式の場合よりも大きくなるよう
   にすることを特徴とする、請求項２に記載の冷却システ
   ム。 ４、前記パルス幅調整速度命令信号が直流信号であるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。 ５、前記システムは診断様式で選択的に作動し、前記コ
   ンプレッサのモータは前記冷却システムが前記診断様式
   にある時、交流速度命令信号に応答して制御されること
   を特徴とする、請求項４に記載の冷却システム。 ６、前記パルス幅調整速度命令信号はオプトカプラーを
   横切って運ばれることを特徴とする、請求項１に記載の
   冷却システム。 ７、前記パルス幅調整速度命令信号は、前記冷却システ
   ムに生じる過誤に応答して開くトリップスイッチを介し
   て運ばれることを特徴とする、請求項１に記載の冷却シ
   ステム。 ８、前記パルス幅調整信号に応答してその速度が変化す
   る可変速屋外ファンを有することを特徴とする、請求項
   ２に記載の冷却システム。 ９、ａ）密閉シェルに配置されたコンプレッサと、屋外
   熱交換器と、膨張装置と、屋内熱交換器と、それらの全
   ては連続して接続し、快適ゾーンの温度を調節するため
   密閉シール冷却回路で成る事と、ｂ）前記快適ゾーンの
   温度を表わす温度フィードバック信号を出す温度センサ
   ーと、 ｃ）前記ゾーンの所望の温度を表わす温度設定点信号を
   出す装置と、 ｄ）前記コンプレッサを駆動する可変速電気モータの実
   際の回転速度を感知し、モータの実際の回転速度を表わ
   すモータ速度フィードバック信号を出す速度感知装置と
   、 ｅ）前記温度フィードバック信号、前記温度設定点信号
   及び前記モータ速度フィードバック信号に応答してその
   パルス幅が変化するようなパルス幅調整信号を発生する
   装置と、 ｆ）前記モータのロータの回転位置を感知し、その回転
   位置に応答してロータの位置フィードバック信号を出す
   位置感知装置と、 ｇ）前記モータへ供給電気を運び、前記パルス幅調整信
   号と前記ロータの位置フィードバック信号とに応答して
   前記供給電気を調節するモータ駆動体とで成る冷却シス
   テム。 １０、前記モータ駆動体は前記パルス幅調整信号に応答
   して前記モータの速度を変化させ、前記ロータの位置フ
   ィードバック信号に応答して前記モータを電子的に整流
   することを特徴とする、請求項９に記載の冷却システム
   。 １１、前記モータ駆動体は、前記パルス幅調整信号のパ
   ルス幅が所定の最低幅より小さい時、その電気供給を中
   断することによって前記モータを停止させることを特徴
   とする、請求項９に記載の冷却システム。 １２、前記モータ駆動体は、前記パルス幅調整信号のパ
   ルス幅が所定の最大幅より大きい時、その電気供給を中
   断することによって前記モータを停止させることを特徴
   とする、請求項９に記載の冷却システム。 １３、前記パルス幅調整信号はオプトカプラーによって
   モータの電気供給から隔離されることを特徴とする、請
   求項９に記載の冷却システム。 １４、前記冷却システムに生じる過誤に応答して前記パ
   ルス幅調整信号を中断するため前記モータの電気供給か
   ら切り離された低電圧ラインに接続したトリップスイッ
   チを有することを特徴とする、請求項９に記載の冷却シ
   ステム。 １５、前記過誤は冷媒圧が所定の圧力限界に達した状態
   であることを特徴とする、請求項１４に記載の冷却シス
   テム。 １６、前記トリップスイッチは所定の温度の限界の感知
   に応答して開くようになった温度応答スイッチであるこ
   とを特徴とする、請求項１４に記載の冷却システム。 １７、前記過誤はモータの電気供給の電流が所定の電流
   限界をこえたこととして限定されることを特徴とする、
   請求項１４に記載の冷却システム。 １８、前記システムはそこを通って熱力学的状態が変化
   するような冷媒を含み、さらに、前記モータで駆動され
   るコンプレッサを始動させるように試みる装置を含むが
   、その装置は前記モータが前記速度感知装置によって指
   示されるように連続回転しない場合には、所定の時間の
   経過後に前記試みを断ち、前記モータの始動時、次の試
   みを行う前にもうひとつの所定の期間を自動的に待つよ
   うになっており、それによって、前記モータの始動を反
   復して試み、前記モータが連続的に回転するか、又は、
   不成功の始動試みの数がシステムの過誤を示す所定数に
   達するか、そのいずれが生じてもとにかく両者のうち早
   い方が生じるまで、前記冷媒の前記熱力学的状態と前記
   ロータの回転位置とを不成功の始動試みの間で変化させ
   ることができることを特徴とする、請求項９に記載の冷
   却システム。 １９、前記屋内熱交換器に関連した可変速ファンをさら
   に含み、そのファンは第２パルス幅調整信号に応答して
   その速度が変化するブラシレス直流電気モータによって
   駆動されることを特徴とする、請求項９に記載の冷却シ
   ステム。 ２０、その速度が前記パルス幅調整信号に応答して変化
   する可変速屋外ファンをさらに含むことを特徴とする、
   請求項９に記載の冷却システム。 ２１、前記システムは加熱様式で、或いは冷却様式で選
   択的に作動し、前記ファンと前記コンプレッサとの速度
   に関して、コンプレッサの速度に対するファン速度の割
   合は前記冷却様式の場合の方が前記加熱様式の場合より
   大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の冷却シス
   テム。 ２２、ａ）快適ゾーンの温度を感知し、 ｂ）前記快適ゾーンの温度を所望のゾーン温度に比較す
   ることによって温度誤差を決定し、ｃ）その温度誤差の
   関数として所望のコンプレッサ速度を誘導し、 ｄ）可変速・ブラシレス直流電気モータによって駆動さ
   れる冷却コンプレッサの実際の速度を感知し、 ｅ）モータの非加勢状態の巻きによって生じる位置フィ
   ードバック信号を感知することによって直流モータのロ
   ータの回転位置を決定し、ｆ）ロータの回転位置に応答
   してモータを電子的に整流し、 ｇ）所望のコンプレッサ速度を表わす第１デジタル値を
   、実際のコンプレッサ速度を表わす第２デジタル値に比
   較し、それによって、コンプレッサに、別個の制限のあ
   るインクレメントの速度で作動するように命令するデジ
   タル命令速度値を誘導する事と、 ｈ）所定の速度制限を表わす第３デジタル値をマイクロ
   コンピュータに保管し、 ｉ）モータの実際速度が所定の速度制限に達することを
   特徴とするような極端な速度状態が生じた場合には、そ
   れを認識し、 ｊ）極端な速度状態が存在しない場合、デジタル命令速
   度値を、制限のある別個のインクレメントに変化させる
   ことによってコンプレッサの速度を変化させ、 ｋ）極端な速度状態が存在する場合、デジタル命令速度
   値を別個のインクレメントに変化させることによってそ
   の極端な速度状態の矯正を試み、ｌ）極端な速度状態を
   矯正する試みの段階が不成功に終わる場合、モータを非
   加勢状態にする段階で成る冷却システムの制御方法。 ２３、冷媒の熱力学的状態に応答して冷却システムを通
   る冷媒の流れを調整するため膨張弁を使用する段階を含
   むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。 ２４、コンプレッサの実際の速度を感知する段階は、モ
   ータを電子的に整流した結果複数のモータ供給線の中で
   、そのモータへ運ばれる電気供給を切りかえる度数を或
   る時間にわたって計数することを含むことを特徴とする
   、請求項２２に記載の方法。 ２５、コンプレッサの速度がパルス幅調整信号に応答し
   て変化するように、デジタル命令速度値をパルス幅調整
   信号に変換する段階をさらに含むことを特徴とする、請
   求項２２に記載の方法。 ２６、パルス幅調整信号のパルス幅が所定の最低パルス
   幅より小さい時、モータは非加勢状態にされることを特
   徴とする、請求項２５に記載の方法。 ２７、パルス幅調整信号のパルス幅が所定の最大パルス
   幅より大きい時、モータは非加勢状態にされることを特
   徴とする、請求項２５に記載の方法。 ２８、パルス幅調整信号はオプトカプラーによってモー
   タの電気供給から隔離されていることを特徴とする、請
   求項２５に記載の方法。 ２９、冷却システムに生じる過誤に応答するトリップス
   イッチによりモータの電気供給を中断する段階をさらに
   含み、前記トリップスイッチは、モータの電気供給電圧
   より低い電圧をもった低電圧ラインに接続していること
   を特徴とする、請求項２２に記載の方法。 ３０、前記トリップスイッチは所定の温度限界の感知に
   応答して開くことを特徴とする、請求項２９に記載の方
   法。 ３１、冷却システムの冷媒圧が所定の圧力限界に達する
   ことを過誤と限定することを特徴とする、請求項２９に
   記載の方法。 ３２、前記過誤は、モータの電気供給の電流が所定の電
   流限界をこえたことと限定されることを特徴とする、請
   求項２９に記載の方法。 ３３、冷却システムはそこを通って変化するような熱力
   学的状態を有する冷媒を含み、さらに、モータで駆動さ
   れるコンプレッサを始動させるように試みる段階を有す
   るが、それは、速度感知段階によって指示されるように
   、モータが連続回転しない場合、所定の時間の経過後、
   その試みを断ち、そしてモータの始動時、次の試みをす
   る前にもうひとつの所定の時間だけ自動的に待機し、そ
   れによって、モータで駆動されるコンプレッサの始動を
   反復して試み、その始動試みの不成功の数がシステムの
   過誤を指示する所定数に達するまで、いずれが先であっ
   ても、冷媒の熱力学的状態と、モータの回転位置とを、
   不成功の始動試みの間で変化させることができることを
   特徴とする、請求項２２に記載の方法。 ３４、冷却システムは屋内熱交換器に関連した屋内ファ
   ンを有し、さらに、第２パルス幅調整信号に応答して前
   記ファンの速度を変化させる段階を含むことを特徴とす
   る、請求項２５に記載の方法。 ３５、前記ファンは第２ブラシレス直流モータによって
   駆動されることを特徴とする、請求項３４に記載の方法
   。 ３６、冷却システムは加熱様式で、又は冷却様式で選択
   的に作動し、さらにコンプレッサ速度に対するファン速
   度の比率が冷却様式の場合の方が加熱様式の場合より大
   きくなるように、コンプレッサとファンとの速度を変化
   させる段階を有することを特徴とする、請求項３４に記
   載の方法。 ３７、冷却システムは屋外ファンを有し、さらに、前記
   パルス幅調整信号に応答して屋外ファンの速度を変化さ
   せる段階を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の
   方法。 ３８、極端な速度状態の矯正を試みる前記段階は、モー
   タの速度を所定の速度限界より小さい速度に低下させる
   試みを伴うことを特徴とする、請求項２２に記載の方法
   。 ３９、極端な速度状態の矯正を試みる前記段階は、モー
   タの速度を所定の速度限界より大きい速度まで上げる試
   みを伴うことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。 ４０、ａ）蒸発器として機能する熱交換器を通って冷媒
   の流れを調整する膨張弁と、 ｂ）前記膨張弁と直列で接続し、快適ゾーンの温度を調
   整するため屋内ファンと共働する屋内熱交換器と、 ｃ）前記屋内熱交換器と直列で接続した屋外熱交換器と
   、 ｄ）前記屋内熱交換器を通って連続流で運ばれる冷媒を
   圧縮する能力に、その速度が影響するような、密閉シー
   ルされた冷却コンプレッサと、ｅ）種々の容量を出すよ
   うに種々の速度で前記コンプレッサを駆動するように接
   続した可変速コンプレッサ駆動体と、そのコンプレッサ
   駆動体は、モータ駆動体に電気的に接続したブラシレス
   直流モータで成ることと、 ｆ）前記快適ゾーンの温度を感知する温度センサーと、 ｇ）前記快適ゾーンに所望の温度設定点を与える装置と
   、 ｈ）前記コンプレッサ駆動体と、前記温度センサーと、
   所望の設定点温度を設定する前記装置とに電気的に接続
   したコントローラと、そのコントローラは、そのコント
   ローラに相互に関連する第１、第２、第３の閉鎖ループ
   と、前記モータ駆動体と、前記直流モータと、前記温度
   センサーとを含む制御機構内で作動する事と、 ｉ）前記第１閉鎖ループは次のもので成る、即ち、 前記コントローラによって発生し、前記 コンプレッサ駆動体へ運ばれる速度命令信号と、前記直
   流モータへ送られ、前記速度命令 信号に応答して変化する電圧及び周波数を有する電気供
   給と、それによって前記コンプレッサの速度は前記速度
   命令信号に応答して変化する事と、前記冷却システムに
   よって発生し、前記 屋内ファンと共働する前記屋内熱交換器によりその温度
   を調整するため前記快適ゾーンに作用する温度調節効果
   と、その温度調節効果は前記コンプレッサの速度と共に
   増大する事と、 前記快適ゾーンの温度を表わし、前記温 度センサーによって生じるゾーン温度フィードバック信
   号と、そのゾーン温度フィードバック信号は前記速度命
   令信号に影響するように前記コントローラへ戻され、そ
   れによって前記第１閉鎖ループを閉鎖する事と、 ｉｉ）前記第２閉鎖ループは、前記コンプレッサの実際
   の速度を表わす速度フィードバック信号に応答する前記
   速度命令信号で成り、前記速度フィードバック信号は前
   記コンプレッサ駆動体によって生じ、前記コントローラ
   へ戻され、それによって前記第２閉鎖ループを閉鎖する
   事と、 ｉｉｉ）前記第３閉鎖ループは、前記モータのロータの
   回転位置を示すロータ位置フィードバック信号に応答し
   て前記モータ駆動体から前記モータへ運ばれる前記電気
   供給で成り、前記ロータ位置フィードバック信号は前記
   モータ内から発生し、前記モータ駆動体へ戻され、それ
   によって前記第３閉鎖ループを閉鎖すること；とで成る
   、３つの相互に関係した制御閉鎖ループのもとで作動す
   る冷却システム。 ４１、前記速度命令信号はパルス幅調整信号であること
   を特徴とする、請求項４０に記載の冷却システム。 ４２、前記パルス幅調整信号のパルス幅が所定の最低パ
   ルス幅より小さい時、前記モータは非加勢状態におかれ
   ることを特徴とする、請求項４１に記載の冷却システム
   。 ４３、前記パルス幅調整信号のパルス幅が所定の最大パ
   ルス幅より大きい時、前記モータは非加勢状態にされる
   ことを特徴とする、請求項４１に記載の冷却システム。 ４４、前記モータへ送られる前記電気供給から前記パル
   ス幅調整信号を隔離するオプトカプラーをさらに含むこ
   とを特徴とする、請求項４１に記載の冷却システム。 ４５、前記冷却システムで生じる過誤に応答して前記モ
   ータを非加勢状態にするため前記電気供給から分離され
   た低電圧ラインに接続したトリップスイッチをさらに含
   むことを特徴とする、請求項４０に記載の冷却システム
   。 ４６、前記トリップスイッチは前記速度命令信号を運ぶ
   ように接続していることを特徴とする、請求項４５に記
   載の冷却システム。 ４７、前記トリップスイッチは前記速度フィードバック
   信号を運ぶように接続していることを特徴とする、請求
   項４５に記載の冷却システム。 ４８、前記コントローラは前記コンプレッサを始動させ
   るように試みるが、前記速度フィードバック信号によっ
   て示されるように、前記モータが連続的に回転しない場
   合には、所定の時間経過した後、その試みを断つように
   なっており、前記コントローラはさらに前記コンプレッ
   サの始動時、次の試みを行う前にもうひとつの所定の時
   間だけ自動的に待つことによって前記モータをゆすり、
   そして、前記モータが連続回転するまで、又は不成功の
   始動試みの回数がシステムの過誤を示す所定数に達する
   まで、そのいずれか先のものが生じるまで前記冷媒の熱
   力学的状態と、前記ロータの回転位置とを、不成功の始
   動試みの間で変化させることができるようになっている
   事を特徴とする、請求項４０に記載の冷却システム。 ４９、前記屋内ファンは、その速度が第２パルス幅調整
   信号に応答して変化するような第２ブラシレス直流電気
   モータによって駆動されることを特徴とする、請求項４
   ０に記載の冷却システム。 ５０、前記冷却システムは加熱様式又は冷却様式で選択
   的に作動し、前記ファンの速度と前記コンプレッサの速
   度とは、コンプレッサの速度に対するファン速度の比率
   が前記加熱様式の場合より、前記冷却様式の場合の方が
   大きくなるように制御されることを特徴とする、請求項
   ４９に記載の冷却システム。