JPH10201281A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機を用いた空気調和装置において、圧縮
機モータ電流の位相をずらして制御しても暖房立ち上げ
時間の短縮にほとんど寄与せず、暖房運転時の快適性を
向上させるためには更なる対策が必要であった。 【解決手段】 インバータ制御部に、１サイクルを６ス
テップに分割し、或るサイクルでは第１のステップにお
いて通常の６ステップ１２０度通電方式の通電パターン
の第２〜第６のステップの何れかのステップの通電パタ
ーンを出力すると共に他のステップにおいては前記６ス
テップ１２０度通電方式の通電パターンを出力し、次の
サイクルでは第２のステップにおいて前記６ステップ１
２０度通電方式の通電パターンの前記第２〜第６のステ
ップの何れかのステップの次のステップの通電パターン
を出力すると共に他のステップにおいては前記６ステッ
プ１２０度通電方式の通電パターンを出力し、順次この
手順を繰り返してアーム駆動信号を生成するアーム駆動
信号生成手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧縮機を用いた
空気調和装置に係り、暖房立ち上げ時間の短縮を図るた
めの制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機を用いた空気調和装置の暖房能力
を増大させる方法として、例えば特開平５−２７２８２
３号公報に開示示されたものがある。以下、図を用いて
この従来技術の構成および制御方法を説明する。図６は
前記特開平５−２７２８２３号公報に示された従来のブ
ラシレスＤＣモータの駆動装置の構成図である。図にお
いて、１は商用交流電源で、その商用交流電源１をダイ
オードブリッジからなる整流回路２で整流し、平滑用コ
ンデンサ３で平滑することにより直流電圧ＶDCを生成し
ている。４はインバータ回路であり、直流電圧ＶDCを制
御部６からの制御指令を受けて３相直流ブラシレスモー
タ５を駆動する３相交流に変換している。

【０００３】図７は図６のように構成された回路の各部
の動作波形であり、モータ逆起電圧（相電圧）ＶU 、相
電流ｉU 、実効値電流ｉU(rms)および電流位相を進めた
ときの相電流ｉU■、実効値電流ｉU■(rms) の関係を示
している。このように、従来の制御方法ではモータ電流
の位相をずらすことによりモータ電流を増加させ、この
電流増加によるモータコイルでの発熱を図８の圧縮機の
断面構成図に示すように冷媒に吸収させることで暖房能
力を増大させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和装置の
制御方法は上記のようになされているので、暖房立ち上
げ時潤滑油および冷媒温度が低く圧縮機の発熱により潤
滑油が温度上昇するまで圧縮機を低能力運転するように
強いれられている時は、圧縮機モータ電流の位相をずら
して制御しても電流増加分はわずかであり暖房能力はほ
とんど向上しない。

【０００５】また、負荷が軽い霜取り運転時も、圧縮機
モータ電流の位相をずらして制御しても電流増加分はわ
ずかであり暖房能力つまり霜取り能力はほとんど向上し
ない。

【０００６】つまり、これらの区間では前記特開平５−
２７２８２３号公報に開示された制御方法を行っても暖
房立ち上げ時間の短縮にそれ程効果がなく、暖房運転時
の快適性を向上させるためには更なる対策が必要であっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る空
気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に収納
され、圧縮機を駆動する三相電動機と、スイッチング素
子を組み合わせて疑似三相交流電力を出力し、三相電動
機を駆動するインバータ部と、インバータ部を制御する
インバータ制御部と、インバータ制御部に設けられ、１
サイクルを６ステップに分割し、或るサイクルでは第１
のステップにおいて通常の６ステップ１２０度通電方式
の通電パターンの第２〜第６のステップの何れかのステ
ップの通電パターンを出力すると共に他のステップにお
いては前記６ステップ１２０度通電方式の通電パターン
を出力し、次のサイクルでは第２のステップにおいて前
記６ステップ１２０度通電方式の通電パターンの前記第
２〜第６のステップの何れかのステップの次のステップ
の通電パターンを出力すると共に他のステップにおいて
は前記６ステップ１２０度通電方式の通電パターンを出
力し、順次この手順を繰り返してアーム駆動信号を生成
するアーム駆動信号生成手段とを備えたものである。

【０００８】請求項２の発明に係る空気調和装置は、請
求項１記載の空気調和装置において、三相電動機は、直
流ブラシレスモータで構成されたものである。

【０００９】請求項３の発明に係る空気調和装置は、請
求項１記載の空気調和装置において、アーム駆動信号生
成手段は、或るサイクルでは第１のステップにおいて前
記６ステップ１２０度通電方式の通電パターンにおける
第２のステップの通電パターンを出力すると共に他のス
テップにおいては前記６ステップ１２０度通電方式の通
電パターンを出力し、次のサイクルでは第２のステップ
において前記６ステップ１２０度通電方式の通電パター
ンにおける第３のステップの通電パターンを出力すると
共に他のステップにおいては前記６ステップ１２０度通
電方式の通電パターンを出力し、順次この手順を繰り返
して前記アーム駆動信号を生成するものである。

【００１０】請求項４の発明に係る空気調和装置は、請
求項１記載の空気調和装置において、アーム駆動信号に
おける６ステップ１２０度通電方式の通電パターンと異
なる通電パターンの電圧値を、６ステップ１２０度通電
方式の通電パターンの電圧値と異なるように構成したも
のである。

【００１１】請求項５の発明に係る空気調和装置は、請
求項１記載の空気調和装置において、アーム駆動信号に
おける６ステップ１２０度通電方式の通電パターンと異
なる通電パターンの幅を、６ステップ１２０度通電方式
の通電パターンの幅と異なるように構成したものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図を用
いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による
空気調和装置のブロック図である。図において、７は圧
縮機であり、冷媒を高温高圧のガス状態に圧縮して循環
させている。８は四方弁であり、冷媒の循環方向を変え
る役割をしている。９は室外熱交換器、１０は膨張弁、
１１は室内熱交換器、１２はサーミスタであり、室外熱
交換器９の温度を検出している。

【００１３】冷房運転時は、冷媒が図１の実線矢印で示
すように、圧縮機７→四方弁８→室外熱交換器９→膨張
弁１０→室内熱交換器１１→圧縮機７のように流れる。
また、暖房運転時は、冷媒が図１の点線矢印で示すよう
に、圧縮機７→四方弁８→室内熱交換器１１→膨張弁１
０→室外熱交換器９→圧縮機７のように流れる。

【００１４】冷房運転時は、圧縮機７により高温高圧の
ガス状態に圧縮された冷媒は室外熱交換器９で冷却され
て液状態になる。そして、膨張弁１０で減圧され低温低
圧の液状態にされた冷媒は室内熱交換器１１の周囲から
熱を吸収することにより蒸発し、ガス状態になり再び圧
縮機７に戻される。このサイクルが繰り返されることに
より、室外側は室外熱交換器９にファン（図示せず）で
外気を送風することにより熱を放出し、室内側は室内熱
交換器１１にファン（図示せず）で送風することにより
冷却される。

【００１５】暖房運転時は、冷房運転時の室外熱交換器
９と室内熱交換器１１の役割が逆になる。つまり、室外
側は室外熱交換器９にファン（図示せず）で外気を送風
することにより熱を吸収し、室内側は室内熱交換器１１
にファン（図示せず）で送風することにより暖められ
る。

【００１６】暖房運転時、サーミスタ１２の検出温度が
例えば−５℃以下だと室外熱交換器９の霜付きが多いと
判断して、四方弁８を切り換えて冷房運転を行い、室外
熱交換器９の霜を取る運転を行っている（以下、「霜取
り運転」と呼ぶ）。そして、サーミスタ１２の検出温度
が例えば５℃以上になったら、室外熱交換器９の霜が取
れたと判断して、四方弁８を切り換えて暖房運転に戻し
ている。

【００１７】図２は、この発明の実施の形態１による空
気調和装置の圧縮機駆動装置のブロック図である。図に
おいて、１は商用交流電源であり、コンバータ回路１３
で直流電源に変換している。４はインバータ部であるイ
ンバータ回路であり、前記直流電源を三相電動機である
３相直流ブラシレスモータ５を駆動する３相交流に変換
している。このインバータ回路４は、６個のスイッチン
グ素子であるトランジスタを３相ブリッジ接続し、さら
に各トランジスタにダイオード（図示せず）が逆並列接
続された構成となっている。１４は直流ブラシレスモー
タ５の永久磁石回転子（図示せず）の磁極位置を検出す
る磁極位置検出回路である。この磁極位置検出回路１４
はホール素子などのセンサを用いたセンサ式位置検出方
式でも誘起電圧などにより磁極位置を検出するセンサレ
ス位置検出方式でもどちらでもよい。１５は磁極位置検
出回路１４の磁極位置信号を基にインバータ回路４を制
御するアーム駆動信号ＵＰ〜ＷＮをアーム駆動信号生成
手段から出力するインバータ制御部であるインバータ制
御回路である。圧縮機７はこの直流ブラシレスモータ５
を駆動源として動作している。

【００１８】図３は、この発明の実施の形態１の空気調
和装置の圧縮機駆動装置のアーム駆動信号ＵＰ〜ＷＮの
通電パターンと相電流ｉU 、ｉV 、ｉW の関係を示す図
である。図において、点線は通常運転時の動作波形であ
り、６ステップ１２０度通電方式の通電パターンで直流
ブラシレスモータ５を制御した場合のものである。実線
はモータ効率が悪くなるように直流ブラシレスモータ５
を制御したときの動作波形であり、最初のサイクルのス
テップ（１）では通常運転時のステップ４の通電パター
ンを、次のサイクルのステップ（２）では通常運転時の
ステップ５の通電パターンを出力し、部分的にモータの
回転方向とは逆のトルクを掛けることでモータ効率が悪
くなるように直流ブラシレスモータ５を制御する。図示
してはいないが、さらに次のサイクルでは、ステップ
（３）に通常運転時のステップ６の通電パターンを出力
するというように、順次ずらしていく。

【００１９】このように通常運転時とは異なる相似形で
ない通電パターンで直流ブラシレスモータ５を制御する
ことにより、モータ回転数が低下しないようにした場合
全体的にモータ電流を増加することができる。そして、
この場合のように通常運転時とは異なる通電パターンの
位置をずらして出力すると、モータ電流を各相均等に増
加させることができ、しかも、音、振動の共振防止対策
としても有効である。

【００２０】また、通常運転時の通電パターンとは異な
る通電パターンを出力するときの電圧量を通常運転時の
通電パターンを出力しているときの電圧量と変えること
により、圧縮機モータの電流増加分を調整することがで
きる。そして、このモータ電流増加分によるモータ発熱
を冷媒に吸収させることで暖房能力を増大することがで
きる。

【００２１】この制御方式は、暖房立ち上げ時圧縮機７
を低能力運転するように強いれられている時や負荷が軽
い霜取り運転時でも有効な手段であり、暖房立ち上げ時
間の短縮しいては暖房運転時の快適性を向上させること
になる。

【００２２】上述の実施の形態では、最初のサイクルの
ステップ（１）で通常運転時のステップ４の通電パター
ンを出力するものを説明したが、ステップ４に限らずス
テップ２〜６の何れの通電パターンを出力しても同様の
効果を奏する。但し、最初のサイクルのステップ（１）
で通常運転時のステップ２の通電パターンを出力するも
のについては、次の実施の形態２で説明する。

【００２３】上述の実施の形態では、圧縮機駆動装置の
駆動源としてブラシレスＤＣモータを使用した場合に付
いて説明したが、ＡＣモータでもモータ効率が悪くなる
ような通電パターンで圧縮機モータを制御すれば同様の
効果が得られることは言うまでもない。

【００２４】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図を用いて説明する。図４は、この発明の実施の
形態２による空気調和装置の圧縮機駆動装置のアーム駆
動信号ＵＰ〜ＷＮの通電パターンと相電流ｉU 、ｉV 、
ｉW の関係を示す図である。図において、点線は通常運
転時の動作波形であり、６ステップ１２０度通電方式の
通電パターンで直流ブラシレスモータ５を制御した場合
のものである。最初のサイクルの実線はステップ（１）
では通常運転時のステップ２の通電パターンを、次のサ
イクルのステップ（２）では通常運転時のステップ３の
通電パターンを出力し、部分的にモータの回転方向とは
逆のトルクを掛けることでモータ効率が悪くなるように
直流ブラシレスモータ５を制御したときの動作波形であ
る。図示してはいないが、さらに次のサイクルでは、ス
テップ（３）に通常運転時のステップ４の通電パターン
を出力するというように、順次ずらしていく。

【００２５】このように通常運転時の通電パターンを飛
ばして成る通電パターンで直流ブラシレスモータ５を制
御することで、制御のソフトウェアを簡単にすることが
できる。そして、実施の形態１と同様に、モータ回転数
が低下しないようにした場合全体的にモータ電流を増加
することができる。そして、この場合のように通常運転
時とは異なる通電パターンの位置をずらして出力する
と、モータ電流を各相均等に増加させることができ、し
かも、音、振動の共振防止対策としても有効である。

【００２６】また、通常運転時の通電パターンとは異な
る通電パターンを出力するときの電圧量を通常運転時の
通電パターンを出力しているときの電圧量と変えること
により、圧縮機モータの電流増加分を調整することがで
きる。そして、このモータ電流増加分によるモータ発熱
を冷媒に吸収させることで暖房能力を増大することがで
き、暖房立ち上げ時間の短縮しいては暖房運転時の快適
性を向上させることが可能となることも実施の形態１と
同様である。

【００２７】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図を用いて説明する。図５は、この発明の実施の
形態３による空気調和装置の圧縮機駆動装置のアーム駆
動信号ＵＰ〜ＷＮの通電パターンと相電流ｉU 、ｉV 、
ｉW の関係を示す図である。図において、点線は通常運
転時の動作波形であり、６ステップ１２０度通電方式の
通電パターンで圧縮機モータを制御した場合のものであ
る。

【００２８】実線はステップ（１）では通常運転時のス
テップ１の通電パターンの幅を短く、ステップ（２）で
は通常運転時のステップ２の通電パターンの幅を短く出
力し、部分的にモータの回転方向とは逆のトルクを掛け
ることでモータ効率が悪くなるようにに直流ブラシレス
モータ５を制御したときの動作波形である。

【００２９】このように構成することにより、インバー
タ回路４の各相のトランジスタの短絡を抑制することが
できる。

【００３０】そして、通常運転時の通電パターンの幅を
可変して成る通電パターンで直流ブラシレスモータ５を
制御することで、モータ回転数が低下しないようにした
場合全体的にモータ電流を増加することができる。そし
て、この場合のように通常運転時とは異なる通電パター
ンの位置をずらして出力すると、モータ電流を各相均等
に増加させることができ、しかも、音、振動の共振防止
対策としても有効である。

【００３１】また、通常運転時の通電パターンとは異な
る通電パターンを出力するときの電圧量を通常運転時の
通電パターンを出力しているときの電圧量と変えること
により、直流ブラシレスモータ５の電流増加分を調整す
ることができる。そして、このモータ電流増加分による
モータ発熱を冷媒に吸収させることで暖房能力を増大す
ることができ、暖房立ち上げ時間の短縮しいては暖房運
転時の快適性を向上させることが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１、２の発明に係る空気調和装置
は、暖房立ち上げ時圧縮機を低能力運転するように強い
れられている時や負荷が軽い霜取り運転時でも、モータ
電流を増加させ、その電流増加分によるモータ発熱を冷
媒に吸収させることで暖房能力を増大させ、暖房立ち上
げ時間を短縮させるというものである。これにより、暖
房運転時の快適性を向上させることが可能となる。

【００３３】請求項３の発明に係る空気調和装置は、請
求項１の効果に加え、制御のソフトウェアを簡単にでき
るという効果を奏する。

【００３４】請求項４の発明に係る空気調和装置は、圧
縮機モータの電流増加分を調整することができるので、
このモータ電流増加分によるモータ発熱を冷媒に吸収さ
せることで暖房能力を増大することができる。

【００３５】請求項５の発明に係る空気調和装置は、イ
ンバータ部のスイッチング素子の短絡を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による空気調和装置
の冷媒回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による空気調和装置
の圧縮機駆動装置のブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による空気調和装置
の圧縮機駆動装置のアーム駆動信号の通電パターンと相
電流の関係図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による空気調和装置
の圧縮機駆動装置のアーム駆動信号の通電パターンと相
電流の関係図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による空気調和装置
の圧縮機駆動装置のアーム駆動信号の通電パターンと相
電流の関係図である。

【図６】 従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置の構
成図である。

【図７】 従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のモ
ータ逆起電圧と、相電流、実効値電流の関係図である。

【図８】 従来の圧縮機の断面構成図である。

【符号の説明】

１ 商用交流電源、２ 整流回路、３ 平滑コンデン
サ、４ インバータ回路、５ ブラシレスＤＣモータ、
６ 制御部、７ 圧縮機、８ 四方弁、９ 室外熱交換
器、１０ 膨張弁、１１ 室内熱交換器、１２ サーミ
スタ、１３ コンバータ回路、１４ 磁極位置検出回
路、１５ インバータ制御回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機に収納され、前記圧縮機を駆動する三相電動
   機と、 スイッチング素子を組み合わせて三相交流電力を出力
   し、前記三相電動機を駆動するインバータ部と、 前記インバータ部を制御するインバータ制御部と、 前記インバータ制御部に設けられ、１サイクルを６ステ
   ップに分割し、或るサイクルでは第１のステップにおい
   て通常の６ステップ１２０度通電方式の通電パターンの
   第２〜第６のステップの何れかのステップの通電パター
   ンを出力すると共に他のステップにおいては前記６ステ
   ップ１２０度通電方式の通電パターンを出力し、次のサ
   イクルでは第２のステップにおいて前記６ステップ１２
   ０度通電方式の通電パターンの前記第２〜第６のステッ
   プの何れかのステップの次のステップの通電パターンを
   出力すると共に他のステップにおいては前記６ステップ
   １２０度通電方式の通電パターンを出力し、順次この手
   順を繰り返してアーム駆動信号を生成するアーム駆動信
   号生成手段と、を備えたことを特徴とする空気調和装
   置。
2. 【請求項２】 前記三相電動機は、直流ブラシレスモー
   タで構成されたことを特徴とする請求項１記載の空気調
   和装置。
3. 【請求項３】 前記アーム駆動信号生成手段は、或るサ
   イクルでは第１のステップにおいて前記６ステップ１２
   ０度通電方式の通電パターンにおける第２のステップの
   通電パターンを出力すると共に他のステップにおいては
   前記６ステップ１２０度通電方式の通電パターンを出力
   し、次のサイクルでは第２のステップにおいて前記６ス
   テップ１２０度通電方式の通電パターンにおける第３の
   ステップの通電パターンを出力すると共に他のステップ
   においては前記６ステップ１２０度通電方式の通電パタ
   ーンを出力し、順次この手順を繰り返して前記アーム駆
   動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の空気
   調和装置。
4. 【請求項４】 前記アーム駆動信号における前記６ステ
   ップ１２０度通電方式の通電パターンと異なる通電パタ
   ーンの電圧値を、前記６ステップ１２０度通電方式の通
   電パターンの電圧値と異なるように構成したことを特徴
   とする請求項１記載の空気調和装置。
5. 【請求項５】 前記アーム駆動信号における前記６ステ
   ップ１２０度通電方式の通電パターンと異なる通電パタ
   ーンの幅を、前記６ステップ１２０度通電方式の通電パ
   ターンの幅と異なるように構成したことを特徴とする請
   求項１記載の空気調和装置。