特許 5779527 空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5779527

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/02 20060101AFI20150827BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20150827BHJP

【ＦＩ】

   F24F11/02 102E

   H02P7/63 303

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-52471(P2012-52471)

(22)【出願日】2012年3月9日

(65)【公開番号】特開2013-185778(P2013-185778A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立アプライアンス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】奥山 敦

(72)【発明者】

【氏名】梅下 貴明

(72)【発明者】

【氏名】黒崎 真由

(72)【発明者】

【氏名】ビスワス スワパン

(72)【発明者】

【氏名】小倉 洋寿

【審査官】 久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０６５５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１１２９６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ １１／０２

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

指令回転数に基づいて圧縮機を駆動する圧縮機モータと、
前記指令回転数の下限値を第１の回転数とする指令回転数補正手段と、
室内温度を検出する室内温度検出手段と、
設定温度を設定する室内温度設定手段と、
室外温度を検出する室外温度検出手段と、
前記室内温度検出手段で検出した室内温度と前記室内温度設定手段で設定した設定温度との差及び前記室外温度検出手段で検出した室外温度に基づいて前記第１の回転数を可変する補正手段と、を備えた空気調和機。

【請求項2】

前記補正手段は、前記室内温度検出手段で検出した室内温度と前記室内温度設定手段で設定した設定温度との差が小さいほど前記第１の回転数を低くすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【請求項3】

前記第１の回転数よりも高い第２の回転数と、
前記室内温度検出手段で検出した室内温度と前記室内温度設定手段で設定した設定温度との差及び前記室外温度検出手段で検出した室外温度に基づいて前記圧縮機モータの負荷を検出する負荷検出手段と、を備え、
前記補正手段は、前記負荷検出手段が検出した前記圧縮機モータの負荷が設定値以上の場合は前記第１の回転数を第２の回転数とすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

【請求項4】

指令回転数に基づいて圧縮機を駆動する圧縮機モータと、
前記指令回転数の下限値を第１の回転数とする指令回転数補正手段と、
室内温度を検出する室内温度検出手段と、
室外温度を検出する室外温度検出手段と、
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、
圧縮機モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記吐出温度検出手段で検出した吐出温度及び前記回転数検出手段で検出した回転数に基づいて前記第１の回転数を可変する補正手段と、を備えた空気調和機。

【請求項5】

前記第１の回転数が最低回転数以下である場合に前記第１の回転数を前記最低回転数とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和機。

【請求項6】

サーモオフを行った後の前記指令回転数を前記最低回転数とすることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。

【請求項7】

前記第１の回転数は、冷房モード、暖房モード、除湿モードの各運転モードによって異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の空気調和機。

【請求項8】

室外に位置する室外マイコンを備え、
前記室外マイコンは前記第１の回転数及び前記補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の空気調和機。

【請求項9】

室外に位置する室外マイコンと、
室内に位置する室内マイコンと、を備え、
前記室内マイコンは前記第１の回転数を有し、
前記室外マイコンは前記第２の回転数及び前記補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ブラシレスモータの駆動装置に回転指令を入力すると、回転指令に応じてブラシレスモータが回転する。しかし、過負荷である時や急激に回転速度を変化させた時には回転指令に応じて回転せず、脱調が生じる。

【0003】

特許文献１は、目標加速度を実現するトルク指令量と吐出圧力値が一定値を超えると目標回転数に補正回転数を加算する技術を開示している。特許文献１によれば、負荷が増大する前に最低回転数を上げることができるので、モータの脱調を防ぐことができる。

【0004】

特許文献２に記載の技術に係る空気調和機の制御装置を示すブロック図である。特許文献２は、湿度検出手段で検出された湿度が高い場合は圧縮機モータの最低回転数を増加させ、湿度が低い場合は減少させる技術を開示している。特許文献２によれば、室温検出手段で検出された室温が室温設定手段で設定された温度に近づいても除湿能力低下を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−９８８７１号公報

【特許文献2】特開２００３−６５５８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の電動機駆動装置は、脱調は防止できるものの、回転数を上げる必要がない場合にも目標回転数を上げるので、設定温度を維持するために運転を停止させる制御（以下「サーモオフ」という。）の回数の増加を招き快適性が損なわれる。

【0007】

また、特許文献２の空気調和機は、過負荷状態の低速回転のときに脱調したり、トルク制御を行った結果ピーク電流が伸び、過電流停止したりする。また、脱調しないように最低回転数を上げた場合はサーモオフが多くなり快適性が損なわれる。

【0008】

本発明の目的は、低速領域でのモータの脱調を防ぎ、且つ、サーモオフを少なくする空気調和機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は指令回転数に基づいて圧縮機を駆動する圧縮機モータと、指令回転数の下限値を第１の回転数とする指令回転数補正手段と、室内温度を検出する室内温度検出手段と、設定温度を設定する室内温度設定手段と、室外温度を検出する室外温度検出手段と、室内温度検出手段で検出した室内温度と室内温度設定手段で設定した設定温度との差及び室外温度検出手段で検出した室外温度に基づいて第１の回転数を可変する補正手段と、を備えた。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、低速領域でのモータの脱調を防ぎ、且つ、サーモオフを少なくする空気調和機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例１における空気調和機。

【図2】本発明の実施例１における空気調和機の制御ブロック図。

【図3】従来制御における回転数制御のタイムチャート。

【図4】本発明の実施例１における回転数制御のタイムチャート。

【図5】本発明の実施例２における空気調和機の制御ブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施例では、直流ブラシレスモータとして永久磁石型同期電動機（以下、「ＰＭモータ」という。）を用いて説明するが、巻線型同期電動機、リラクタンスモータ等の他の同期電動機にも、同様に適用することができる。

【0013】

また、１回転中に発生する負荷トルク変動が大きい１ピストンロータリ圧縮機を用いて説明するが、１回転中にトルク変動が発生する他の圧縮機にも同様に適用することができる。

【実施例1】

【0014】

以下、本発明の実施例１を図面を用いて説明する。図２は本発明の実施例１に係る空気調和機１００の制御装置を示すブロック図である。回転数指令生成手段３は室温検出手段１によって検出された室内温度と室温設定手段２によって設定された設定温度の差から圧縮機モータ９の指令回転数を生成する。インバータ制御手段７はインバータ８に信号を出力し、インバータ８は圧縮機モータ９を駆動する。

【0015】

図１に示すように、空気調和機１００は室外機１０１と室内機１０２を備え、空気調和機１００の冷凍サイクルは、圧縮機１０４、四方弁、室外熱交換器１０５、電動膨張弁、室内熱交換器１０６を有しており、これら構成要素がこの順で配管１０３によって接続されている。冷房運転時の冷凍サイクルの動作を説明する。圧縮機１０４によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷房運転側に切り替えられた四方弁を介して室外熱交換器１０５に流入し、この室外熱交換器１０５で外気に熱を放出することで凝縮して高圧の液冷媒となる。この冷媒は電動膨張弁を通過することで減圧されて低温低圧の冷媒となって室内熱交換器１０６に流入する。室内熱交換器１０６では、冷却や除湿の対象となる部屋の空気が送風機１０７によって室内熱交換器１０６に送られ、冷媒と熱交換することで、冷たい空気を室内へ送ることができる。

【0016】

また、冷媒温度が流入空気の露点以上であれば流入空気を冷却し、冷媒温度が流入空気の露点以下であれば流入空気中の水分を液化してドレン水として室外に排出することで渇いた空気を室内へ送ることができる。

【0017】

また、指令回転数が第１の回転数以下の場合、指令回転数は第１の回転数に置き換えられる。

【0018】

ここで、図３を用いて、従来の制御における冷房運転のときの室内温度と設定温度、指令回転数、及び圧縮機モータ９の負荷の関係について説明する。室内温度と設定温度の差が大きい場合は指令回転数が大きく、差が小さい場合は指令回転数が小さい。回転数指令生成手段により計算された回転数が第１の回転数より小さい場合は第１の回転数に置き換えられ圧縮機１０４は運転される。第１の回転数を圧縮機モータ９が脱調しない値に設定することで、脱調を防止することができる。

【0019】

さらに、負荷検出手段５によって圧縮機モータ９の負荷を検出する。そして、補正手段６は圧縮機モータ９の負荷に基づいて第１の回転数４を変更し、インバータ制御手段７に伝達する。

【0020】

しかし、図３に記載の従来の制御では、負荷に応じて第１の回転数４が変化しない。一方、圧縮機モータ９の負荷が小さいほど、脱調しない回転数の下限値は低い。従って、図３に記載の従来の制御では、圧縮機モータ９の負荷が小さく、回転数指令生成手段により計算された回転数を第１の回転数４に置き換える必要がない場合にも、第１の回転数４に置き換えるので、サーモオフの回数の増加を招く。

【0021】

次に、図４を用いて、本発明の制御における冷房運転のときの室内温度と設定温度、指令回転数、及び圧縮機モータ９の負荷の関係について説明する。負荷検出手段が検出した圧縮機モータ９の負荷が軽いほど第１の回転数４を低くする。圧縮機モータ９の負荷が重い間は第１の回転数４を上げて、脱調しないようにする。室内温度と設定温度が離れている間の空気調和機１００の動作は図３に記載の従来の制御と変わりないが、室内温度と設定温度が近くなると回転数を下げていくときに脱調しない回転数で運転を維持する。負荷が軽くなったときは第１の回転数４を下げ、圧縮機１０４の運転範囲を広げより低い能力が出せるようにする。従って、室内温度を検出する室温検出手段１と、設定温度を設定する室温設定手段２と、を備え、設定温度と室内温度との差に基づいて圧縮機モータ９の負荷を検出することで、サーモオフを減らし、より快適な空気調和機１００を実現できる。

【0022】

また、一般にインバータで圧縮機駆動用ブラシレスモータまたは誘導電動機の回転数を制御する場合、特に圧縮機構部の潤滑油を摺動部に供給し得る最低回転数が存在する。

【0023】

したがって、インバータによって０から無段階に回転数制御可能であったとしても必ず最低回転数が存在する。また、圧縮機１０４がスクロール圧縮機である場合、冷媒を含有した潤滑油を背圧室に供給することで、背圧を制御する。そのため、背圧を制御するために所定量の潤滑油をスクロール圧縮機に供給しなければならず、最低回転数が存在する。本発明は、圧縮機構部の潤滑油を摺動部に供給し得る回転数以上の値として最低回転数を備え、第１の回転数４が最低回転数以下である場合に第１の回転数を最低回転数とすることで、圧縮機構部の潤滑油を摺動部に供給するのを維持することができる。

【0024】

また、室内温度が設定温度付近に到達し、室内温度を設定温度付近に維持する際は、第１の回転数４での運転とサーモオフとを繰り返す運転を行う。サーモオフを繰り返す運転を行う場合、圧縮機モータ９の負荷は低い。従って、一度サーモオフを行った後は、第１の回転数４を最低回転数としてもよい。第１の回転数４を最低回転数まで下げることで、サーモオフを減らすことができる。サーモオフを減らすことで、室内温度をより設定温度付近に維持しやすくなり、また、消費電力の削減にも寄与することができる。

【0025】

なお、負荷検出手段５で検出された負荷が軽い場合に補正手段６は第１の回転数４を減少させるようにしてもよい。負荷が軽い場合にだけ最低回転数を下げることで安定性を損なうことなく、サーモオフが少なくなり室内の快適性を保つことができる。

【0026】

また、負荷検出手段５で検出された負荷が重い場合に補正手段６は第１の回転数４を増加させるようにしてもよい。負荷が重い場合にだけ安定性を重視した運転とすることで室内の快適性をできるだけ保つことができる。

【0027】

また、第１の回転数４は、冷房モード、暖房モード、除湿モード等のいずれかの運転モードで変えたものである。圧縮機モータ９の負荷の重さと回転数の関係は各運転モードにより異なるので第１の回転数４を運転モードに応じて変えることで、より室内の快適性を増すことができる。

【0028】

また、室外に位置する室外マイコンを備え、室外マイコンは第１の回転数、最低回転数及び補正手段６を備える。また、第１の回転数４は室内マイコンが備え、最低回転数の補正限界と最低回転数補正部は、室外マイコンが備える。室外機１０１にある圧縮機モータ９を室外機１０１にある室外マイコンで制御するため、最終的な最低回転数の決定を室外マイコンが行うことで、室内マイコンを介さずに済み、室内機のマイコンのソフトを変更する必要がない。

【0029】

また、第１の回転数４及び最低回転数選択部を、室内マイコンが備えるものである。最終的な最低回転数の決定を室内マイコンが行うことで室外機１０１のマイコンのソフトを変更することなく本発明を実施することができる。

【0030】

以上のように、指令回転数に基づいて圧縮機１０４を駆動する圧縮機モータ９と、指令回転数を生成する指令回転数生成手段と、指令回転数が第１の回転数以下である場合に指令回転数を第１の回転数とする補正手段６と、圧縮機モータ９の負荷を検出する負荷検出手段と、負荷検出手段が検出した圧縮機モータ９の負荷により第１の回転数を可変する補正手段６と、を備えることで、低速での脱調の防止とサーモオフの低減を両立することができる。

【0031】

また、空気調和機１００において圧縮機モータ９の負荷を検出する手段として圧縮機モータ９のトルクを演算するトルク演算部と回転数を検出する回転数検出部を備え、圧縮機モータ９のトルクと回転数から負荷の重さを判断する。圧縮機モータ９の負荷の増大に比例して圧縮機モータ９に流れる電流が増大する。トルク演算部は、圧縮機モータ９に流れる電流に基づいて圧縮機モータ９の負荷を演算する。正確に圧縮機モータ９の負荷の重さを知ることにより、より正確に負荷の重さを判断することができる。

【0032】

また、圧縮機モータ９の負荷を検出する手段として室外機１０１の温度を検出する外気温検出手段を備え、室内機の温度と室外機１０１の温度から負荷の重さを判断する。一般に空気調和機１００は室内温度を検出する室温検出手段と室外機１０１の温度を検出する外気温検出部を備えているので新たな検出手段を増やすことなく負荷の重さを判断することができる。

【0033】

また、冷房時に室外温度が高いとき、及び、暖房時に室外温度が低いときは、圧縮機モータ９の負荷が重くなるので、最低回転数を上げ、脱調しないようにする。冷房時に室外温度が低いとき、及び、暖房時に室外温度が高いときは、脱調しない範囲で最低回転数を下げることによっても、サーモオフを減らすことができる。従って、室外温度を検出する外気温検出手段を備え、室外温度に基づいて圧縮機モータ９の負荷を検出することで、新たな検出手段を増やすことなく負荷の重さを判断することができる。

【0034】

また、設定温度と室内温度との差及び室外温度に基づいて圧縮機モータ９の負荷を検出してもよい。

【0035】

また、圧縮機１０４の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機モータ９の回転数を検出する回転数検出部を備え、吐出温度検出手段により検出した吐出温度と回転数検出部により検出した回転数から圧縮機モータ９の負荷の重さを判断する。一般に空気調和機１００は圧縮機１０４の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機モータ９の回転数を検出する回転数検出部を備えているので新たな検出手段を増やすことなく負荷の重さを判断することができる。

【0036】

冷房運転における場合について説明したが、暖房運転及び除湿運転においても同様に、本発明の制御を適用することができる。

【実施例2】

【0037】

実施例２について図５を用いて説明する。実施例２の空気調和機１００は第１の回転数４と第１の回転数４より高い第２の回転数１０を備え、補正手段６は、圧縮機モータ９の負荷が設定値以上の場合は第１の回転数を第２の回転数とする。負荷検出手段５によって検出された圧縮機モータ９の負荷が設定値以下の場合、第１の回転数４を選択し、圧縮機モータ９の負荷が重い場合、第２の回転数１０を選択する選択手段１１を持ち、最低回転数をインバータ制御手段７に伝達する。２種類の最低回転数をあらかじめもつことでより簡単に制御の安定性と室内の快適性を両立した空気調和機１００を実現することができる。

【0038】

また、第１の回転数４及び第２の回転数１０は、冷房モード、暖房モード、除湿モード等のいずれかの運転モードで変えたものである。圧縮機モータ９の負荷の重さと回転数の関係は各運転モードにより異なるので、運転モードに応じて第１の回転数４を変えることで、より室内の快適性を増すことができる。

【0039】

また、室外に位置する室外マイコンを備え、室外マイコンは第１の回転数、最低回転数及び補正手段６を備える。また、第１の回転数４は室内マイコンが備え、第２の回転数１０と最低回転数選択部は、室外マイコンが備える。室外機１０１にある圧縮機モータ９を室外機１０１にある室外マイコンで制御するため、最終的な最低回転数の決定を室外マイコンが行うことで、室内マイコンを介さずに済み、室内機のマイコンのソフトを変更する必要がない。

【0040】

また、第１の回転数４あるいは第２の回転数１０あるいはその第１と第２の回転数１０両方と最低回転数選択部とを、室内マイコンが備えるものである。最終的な最低回転数の決定を室内マイコンが行うことで室外機１０１のマイコンのソフトを変更することなく本発明を実施することができる。

【0041】

また、室内温度が設定温度付近に到達し、室内温度を設定温度付近に維持する際は、第１の回転数４での運転とサーモオフとを繰り返す運転を行う。一度サーモオフを行った後は、第１の回転数４を指令回転数とすることで、サーモオフを減らすことができる。

【0042】

また、室外に位置する室外マイコンを備え、室外マイコンは第１の回転数４、第２の回転数１０及び選択手段１１を備える。また、第１の回転数４は室内マイコンが備え、最低回転数の補正限界と最低回転数補正部は、室外マイコンが備える。室外機１０１にある圧縮機モータ９を室外機１０１にある室外マイコンで制御するため、最終的な最低回転数の決定を室外マイコンが行うことで、室内マイコンを介さずに済み、室内機のマイコンのソフトを変更する必要がない。

【符号の説明】

【0043】

１ 室温検出手段
２ 室温設定手段
３ 回転数指令生成手段
４ 第１の回転数
５ 負荷検出手段
６ 補正手段
７ インバータ制御手段
８ インバータ
９ 圧縮機モータ
１０ 第２の回転数
１１ 選択手段
１００ 空気調和機
１０１ 室外機
１０２ 室内機
１０３ 配管
１０４ 圧縮機
１０５ 室外熱交換器
１０６ 室内熱交換器
１０７ 送風機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】