JPH02114875A - 空気調和機の制御装置 - 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） 本発明は固定周波数の交流電源で駆動される空気調和機
の制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、空気調和機においては冷凍サイクル内に冷媒を循
環させるために固定周波数の電源でコンプレッサに連結
された交流電動機を駆動する。この交流電動機は室内温
度と設定温度との偏差か零となるように断続的に運転さ
れる。

上記した固定周波数の電動機を停止トさせる場合は、固
定周波数、即ち、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚに対応した比
較的高い一定の回転速度から停止される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のような構成の空気調和機において
、コンプレッサに連結している電動機の負荷は一回転中
でコンプレッサの吐出直前の最大トルクと、コンプレッ
サの吸込み開始時の最小トルクとの間で大きく変化する
。したがって、コンプレッサが停止する時にコンプレッ
サの回転軸の位置によっては大きな振動を生ずる。特に
、周波数固定型のウィンドウ型空気調和機では電源を切
ると、急速に停止して大きな振動を生ずることがある。

そこで、同一出願人がすでに出願した特願昭６３−１８
６３６８号には、コンプレッサの振動を小さくするため
に、交流電源波形の電圧ゼロクロス点から電流ゼロクロ
ス点までの位相差を検出し、電流ゼロクロス点でスイッ
チング手段をオフにする信号を出力するものがあるが、
この場合スイッチング手段のオフは半周期ずれることに
なる。半周期ずれる結果、誘導電動機の滑りが一定して
いないときには極くわすかであるが停止時のコンプレッ
サのシャフト位置にずれを生ずる場合がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、空気調和機を停止させる時の振動を小さくする空気調
和機の制御装置を提供す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） 上記の目的を達成するために本発明は、固定周波数の交
流電源から給電されて冷凍サイクルに冷媒を循環させる
ためのコンプレッサを駆動する誘導電動機と、この誘導
電動機と交流電源の間に挿入されたスイッチング手段と
、誘導電動機にかかる交流電源電圧の位相タイミングで
誘導電動機の電流値を検出し、この電流値に対応したサ
ンプリング信号を電源電圧の一周期毎に順次出力するサ
ンプル発生器と、誘導電動機の停止指令が発せられたと
きにサンプル発生器から出力されたサンプリング信号が
予め定められた特定値になったところでスイッチング手
段に交流電源を開放するためのオフ制御信号を出力する
制御信号発生器とを備えたものである。

（作　用） 上記のような構成における空気調和機の制御装置におい
て、誘導電動機はコンプレッサに直結されているために
、１回転中で吐出直前の最大トルクと吸込み開始の最小
トルクの間で誘導電動機とコンプレッサは大きく脈動す
る。また、直結されたコンプレッサのために誘導電動機
には滑りが発生し、この滑りのために上記した脈動は電
源電圧の正弦波と一致せず、たとえある時点で相対位相
が一致していたとしても、その時点以降、脈動と正弦波
は徐々にずれが生じて大きくなり、その後小さくなる。

そして脈動と正弦波は再び一致してこの変化を周期的に
繰返すことになる。例えば誘導電動機が５％の滑りを伴
った状態で運転されているものとすれば、電源電圧２０
サイクルに１回の割合で電源電圧の正弦波と脈動の相対
関係が同一となる。また、誘導電動機の一次電流は瞬時
トルクの大小により電源の電圧位相との間に位相差の変
化を生ずる。即ち、トルクが大きいときは位相差は大と
なり、トルクが小さいときは位相差は小となる。この位
相差の最大、最小、増加、および減少の傾向により電源
波形の各サイクルにおけるシャフトの角度が推定できる
ことに加え、電圧波形のゼロクロス点で電流値を検出す
ることによって電流がゼロになる前にコンプレッサを停
止させる信号を出力する。

本発明において、サンプル発生器は誘導電動機にかかる
電圧を基準にして電流値を検出し、この電流値の大きさ
に応じたサンプリング信号を出力する。制御信号発生器
ではサンプル検出器から出力されたサンプリング信号が
予め定められた特定値になったところでスイッチング手
段にオフ制御信号を与えて交流電源を開放し、誘導電動
機を停止させることによってコンプレッサのシャツＩ・
を特定の位置に停止させる。

（実施例） 以下に本発明の空気調和機の制御装置を図面に基づいて
説明する。第１図は空気調和機の制御装置（以下、制御
装置という）の一実施例を示している。この制御装置１
には冷凍サイクルに冷媒を循環させるためのコンプレッ
サを駆動する誘導電動機２が力率を補正するランニング
キャパシタ３と共に接続されている。誘導電動機２は固
定周波数の交流電源４、例えば５０Ｈｚの商用電源に接
続され、駆動電力がスイッチ手段として使用されるトラ
イアック５を介して供給される。交流電源４には電圧セ
ンサ６と電流センサ７が取付けられ、この電圧センサ６
と電流センサ７は第２図に示すように位相のすれた電圧
Ｖｓと電流ｌｌ１１を検知する。電圧センサ６によって
検知された電圧Ｖｓはゼロクロス検出回路８に、電流セ
ンサ７によって検知された電流１ｍは電流検出回路９に
与えられる。電圧センサ６とゼロクロス検出回路８は図
示しないホトカプラによって結合され、電圧センサ６の
発光部は交流電圧波形の負の半サイクルで電流が流れて
発光し、この光信号をゼロクロス検出回路８に与える。

ゼロクロス検出回路８は光信号の開始時点または終了時
点のゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点に対応し
たゼロクロス信号Ｖｏを出力する。一方、電流検出回路
９は電流１ｍをこれに対応した電圧信号Ｖｉに変換し、
この電圧信号Ｖ１を出力する。この電圧信号Ｖｊとゼロ
クロス信号Ｖｏはサンプルホールド回路１０に与えられ
、サンプルホールド回路１０はゼロクロス信号ＶＯを受
けた時点、即ち、交流電源波形か負から正に変わる時点
で、電流検出回路９から与えられた電圧信号の大きさ、
１′替えれば電流値を求め、この電圧信号の大きさに応
じたサンプルホールド信号Ｖｔ＋を形成する。このサン
プルホールド信号Ｖｈは第３図（ｃ）に示す電源交流波
形に対して第３図（ａ）に示す波形となり、電流Ｉｍに
対応した信号となる。なお、第３図（ｂ）に示す波形は
サンプルホールド回路］０によって形成され、サンプル
ボールド信号Ｖｌ＋が得られたとき、即ち、電圧ゼロク
ロス点で電流値を検出したときの電流ゼロクロス点まで
の遅れ時間を示している。第３図（ａ）および第３図（
Ｃ）に示す波形の関係は後で詳しく説明する。このよう
にゼロクロス検出回路８、電流検出回路９、およびサン
プルホールド回路１０によってサンプル発生器１３を構
成している。

ここでサンプルホールド信号Ｖｈについて説明すると、
このサンプルホールド信号ｖｈの出力は電源交流波形の
各サイクル毎に繰返される。しかし、通常、誘導電動機
２には滑りが生じ、誘導電動機２か２極で滑りが５％で
回転しているとすれば、電圧波形の１サイクル当りのシ
ャフト回転数は０．９５回転となる。一方、電圧波形の
１サイクルに対応する電流波形は電圧波形の周期よりも
５％だけずれた負荷トルクの影響を受けた波形となる。

このずれは電圧波形の１サイクル毎に５％ずつ累積され
るので、第３図（Ｃ）に示す交流電源波形に対して第３
図（ａ）に示すように交流電源４の２０サイクルを１サ
イクルとするサンプリング信号ｖｈが得られる。この２
０サイクルの間に変化する電圧波形と電流波形の状態は
シャフトの回転位置に対応したものである。

サンプルホールド回路１０で形成されたサンプルホール
ド信号Ｖｈはサンプルホールド回路１０でホールドされ
ると共に最大値保持回路１１と最小値保持回路１２に与
えられ、そして後述する比較回路１４にも与えられる。

最大値保持回路１］と最小値保持回路１２は受けたサン
プルホールド信号ｖｈのうちの最大値ＶＸと最小値Ｖｎ
をそれぞれホールドすると同時に最大値ＶＸを分圧回路
１５の一方の入力端子に、そして最小値Ｖｎを他方の入
力端子に与える。最大値保持回路１１は電圧ゼロクロス
時の最大トルクに対応した信号を検出し、最小値保持回
路１２は電圧位相値の最小トルクに対応した信号を検出
している。分圧回路１５は抵抗素子からなり、この抵抗
素子は最大値Ｖｘと最小値Ｖｎとの間の中間値に対応す
る比較基準電圧信号Ｖａが得られるように構成されたも
のである。比較基準電圧信号Ｖａは最大値ＶＸと最小値
Ｖｎを分圧するために圧縮機の負荷に影響されることな
くシャフト位置に対応する。この比較基準電圧信号Ｖａ
は比較回路１４の一方の入力端子に与えられ、比較回路
１４の他方の入力端子には上記したようにサンプルホー
ルド信号ＶＩ＋が与えられている。比較回路］４ではサ
ンプルホー］０ ルト信号Ｖｈと比較基準電圧信号Ｖａとか比較され、サ
ンプルホールド信号Ｖｈが比較基準電圧信号Ｖａよりも
大きいとぎはＨ状態の位置指示信号Ｓａを出力し、サン
プルホールド信号Ｖｈか比較基準電圧信号Ｖａよりも小
さいとぎはＬ状態の位置指示信＋３’　Ｓ　＋１を出力
する。この位置指示信号Ｓａは電圧セロクロス点て検出
された電流値に基づいた信号であって、この位置指示信
号Ｓａを得た時点は電流値か次第に増加に向かう時点で
あり、このＩＫ買誘導′屯動機２の負荷トルクか最大と
判断され、この時の誘導電動機２に直結されているコン
プレッサのシャフト位置がコンプレッサの吐出直前の最
大トルクの位置として定められる。このように最大値保
持回路１１、最小値保持回路］２、分圧回路１５、およ
び比較回路１４によって制御信号発生器１６を構成して
いる。

位置指示信号Ｓａはエツジ検出回路１７にＪうえられる
。このエツジ検出回路１７はコンプレ・ンサオンオフ指
令Ｓｏを受けるようになっており、エツジ検出回路］７
にコンプレッサオンオフ指令Ｓｏかｌう、えられると、
エツジ検１１１回路］７は矩形波の位置指示信号Ｓａの
前エツジ、または後エツジを検出し、この前エツジ、ま
たは後エツジのいずれかのタイミングで誘導電動機２を
オフにするオフ制御信号Ｓｃを出力する。

なお、コンプレッサオンオフ指令ＳＯは室内温度による
サーモオフまたは手動スイッチによる停止信号で発生ず
るコンブＩノッザをオフにする指令信号である。

このオフ制御（ｒｉ号Ｓｃは交流電源４の導線に直列に
接続されたトライアック５に与えられる。このトライア
ック５とエツジ検出回路１７との間は図示しないホトカ
プラによって結合されている。

したかって、オフ制御信号Ｓ（↓はエツジ検出回路１７
の発光部から光信号として出力され、トライアック５の
受光部に与えられることにより誘導電動機２をオフにす
る。

次に、第１図の制御装置１の動作を第４図に基ついて説
明する。なお、サンプルホールド信号Ｖｈは第３図（ａ
）の階段状の波形を正弦波状の波形に簡略化して示して
いる。

すでに述べたように比較回路１４ではサンプルホールド
信号Ｖｈと比較基準電圧イ菖号Ｖａか比較され、サンプ
ルホールド信号Ｖｈか比較基準電圧信号Ｖａよりも大き
いときに位置指示信号Ｓａを１１４力する。この位置指
示信号Ｓａか出力されるときにＬ状態からＨ状態に変わ
る時点てコンプレッサオンオフ指令ＳｏかＨ状態ならば
誘導電動機２は回転し続け、即ち、コンプレッサを運転
し続ける。位置指示信号ＳａかＬ状態からＨ状態に変わ
る時点でコンプレッサオンオフ指令ＳｏかＬ状態ならば
位置指示信号Ｓａの前エツジ、または後エツジのいずれ
かの時点でＬ状態のオフ制御信号Ｓｃを形成し、このオ
フ制御信号Ｓｃをトライアック５にＩｊえる。このこと
によってトライアック５は誘導電動機２への電力を遮断
する。

この電力の遮断は電源電圧波形の電圧ゼロクロス点に是
ついてなされる。即ち、ザンプルホールド回路１０にお
いて、電圧Ｖｓの電圧セロクロス点のときの電流１ｍの
大きさを検出し、電流１ｍの大ぎさに対応するサンプル
ホールド信号Ｖｈに括づいて位置指示信号Ｓ　ａ　％お
よびオフ制御信号Ｓｃを形成するので、電圧セロクロス
点から電流の位相遅れ時間の間に誘導電動機２への電力
か遮断される。

実験ではトルク脈動の１周期を８段階に分けて各点で停
止させた場合、位相差の最小点近傍で振動加速度の最小
点をとることか判明した。この場合、最小点と最大点と
の間には１２程度の振動加速度の相違かあった。なお、
振動を最小とするシャフト位置は圧縮機の大きさ等で実
験により求め、その結果に基づいて分圧回路１５を調整
し、比較基準電圧信号Ｖａを定めればよい。以上のよう
に、本発明てはコンプレッサの停止時に振動の小さい空
気調和機をｉ＋することかできる。

第５図は本発明の制御装置１の他の実施例を示している
。この実施例は空気調和機を冷房、暖房、および除霜等
のそれぞれの運転を行なうときに弁の切換えをするので
、その時に生ずる騒計を小さくしようとするものである
。即ち、誘導電動機２］３ に直結されたコンプレッサのシャフト位置か特定の時点
で弁を切換えたならば弁の冷媒流入側と流出側との間の
圧力差が最小であるから弁切換えによって生ずる騒音を
最小にすることかできる。

第５図に示す制御装置１について説明すると、この制御
装置１は第１図に基づいてすでに説明したものと共通の
構成を有するので、この構成には同じ符号を（ｔ　Ｌ詳
細な説明は省略する。この制御装置１のうち上記の実施
例と異なる構成はエツジ検出回路］７の出力端子に順序
制御回路１８の一方の入力端子が接続され、さらに順序
制御回路１８の出力端子には弁切換回路１９接続されて
いることであり、順序制御回路１８の他方の入力端子に
は他の回路から弁切換信号Ｂａを受けるようになってい
る。したかって、この場合の制御装置１は交流電源波形
の電圧ゼロクロス点で電流値を検出し、この電流値に対
応するサンプルホールド信号ｖｈに基づいてコンプレッ
サのシャフト位置がコンプレッサの吐出側の圧力を最小
にする弁切換指示信号Ｂｉを形成するものである。順序
制御回路１８と弁切換回路１つは弁毎に複数組設けられ
、上記の弁切換指示信号Ｂ１は複数の順序制御回路］８
毎に与えられる。弁切換回路１９は弁を開閉、または一
方から他方に切換えるときに弁の作動コイルへの通電を
オンオフするものである。

弁の作動コイルへの通電をオンにするときは、まずＣ端
子にＨ状態の弁切換信号Ｂａが与えられる。Ｃ端子にＨ
状態の弁切換信号Ｂａが与えられている間に、エツジ検
出回路１７がら弁切換指示信号Ｂｊが出力され、これが
順序制御回路１８のＤ端子に１ｊえられると、そのＱ端
子はＨ状態となる。このＨ信号は弁切換回路１９に与え
られ、弁の作動コイルを通電状態にする。この時の弁切
換指示信号Ｂｉはコンプレッサの吐出側の圧力が最小と
なったときのシャフト位置の（Ｍ号であるがら、弁の空
気流入側と流出側の圧力差は最小となるので弁の切換え
の時の騒音は小さくなる。

一方、弁の作動コイルへの通電をオフにするときは、Ｃ
端子にＬ状態の弁切換信号Ｂａが与えられ、Ｃ端子にＬ
状態の弁切換１５号Ｂ　＋１が与えられている間に、Ｄ
端子に弁切換指示信号Ｂｊが与えられると、Ｑ端子はＬ
状態となる。このＬ信号が弁切換回路］９に与えられ、
弁の作動コイルの通電状態を断つ。この時、上記したも
のと同じように弁の冷媒流入側と流出側の圧力差が最小
となって切換えの騒音は小さくなる。

なお、上記の実施例ではスイッチング手段としてトライ
アック５を使用したが、ターンオフ制御の可能な素子も
使用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の空気調和機の制御装置は、誘
導電動機にかかる電圧の位相を基準にして電流値を検出
し、この電流値に応じたサンプリング信号を出力し、誘
導電動機の停止指令が発せられたときに、サンプリング
信号か予め定められた特定値になった電流周期でスイッ
チング手段にオフ制御信号を与えるため誘導電導機が停
止する時の振動を小さくすることができると共に電圧ゼ
ロクロス点から電流の位相遅れ時間の間でオフ制御信号
を発生し、電流ゼロクロス点のところで誘導電導機を停
止させることができ、滑りによるずれを生じさせること
なくコンプレッサのシャフトを最適位置で停止させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における空気調和機の制御装置を示す回
路構成図、第２図は交流電源の電圧および電流の波形を
示す波形図、第３図はサンプルホールド信号、電流の遅
れ時間、および交流電源の波形との関係を示す波形図、
第４図は制御装置の動作を示す波形図、第５図は本発明
の他の実施例を示す回路構成図である。 １・・・制御装置、２・・・誘導電動器、４・・・交流
電源、５・・・スイッチング手段（トライアック）、６
・・・電圧センサ、７・・・電流センサ、１Ｂ・・・サ
ンプル発生器、１６・・・制御（Ｋ号発生器、１７・・
・エツジ検出回路、Ｖｌｌ・・・サンプリング信号（サ
ンプルホールド信号）、Ｓａ・・・位置指示信号、Ｓｏ
・・・停止指令（コンプレッサオンオフ信号）、Ｓｃ・
・・オフ制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　固定周波数の交流電源から給電されて冷凍サイクルに
   冷媒を循環させるためのコンプレッサを駆動する誘導電
   動機と、 この誘導電動機と前記交流電源との間に挿入されたスイ
   ッチング手段と、 前記誘導電動機にかかる交流電源電圧の特定位相タイミ
   ングで前記誘導電動機の電流値を検出し、この電流値に
   対応したサンプリング信号を電源電圧の一周期毎に順次
   出力するサンプル発生器と、前記誘導電動機の停止指令
   が発せられたときに前記サンプル発生器から出力された
   前記サンプリング信号が予め定められた特定値になった
   ところで前記スイッチング手段に前記交流電源を開放す
   るためのオフ制御信号を出力する制御信号発生器とを備
   えたことを特徴とする空気調和機の制御装置。