特開 2022-98287 空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022098287

(43)【公開日】2022-07-01

(54)【発明の名称】空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F24F 11/86 20180101AFI20220624BHJP

   F24F 11/64 20180101ALI20220624BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20220624BHJP

   F24F 140/60 20180101ALN20220624BHJP

【ＦＩ】

F24F11/86

F24F11/64

F25B1/00 361D

F25B1/00 371N

F24F140:60

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020211741

(22)【出願日】2020-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(72)【発明者】

【氏名】野島 利哉

【テーマコード（参考）】

3L260

【Ｆターム（参考）】

3L260AB02

3L260BA49

3L260CB61

3L260CB78

3L260EA07

3L260FB04

3L260FC32

(57)【要約】

【課題】入力電流を検出するカレントトランスを用いないで電流レリース処理を行う。
【解決手段】室外機４０は位相制御部２１が出力するモーター９ａのＵ相電圧値と、Ｕ相電流検出部８が検出したＵ相電流値と、Ｕ相電圧とＵ相電流との位相差とに基づいてモーター９ａの消費電力であるモーター消費電力値を算出し、モーター消費電力値を含む一次側消費電力値が予め定めた電力閾値を超えた時にモーター９ａの回転数を低減させる電力制限部３０を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源に接続されたコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電源で動作するインバータ部と、前記インバータ部を用いて駆動される圧縮機のモーターとを備えた室外機を含む空気調和機であって、
前記室外機は、前記インバータを介して前記モーターの回転数を制御する室外機制御部を備え、
前記室外機制御部は、
前記モーターの電圧と電流とに基づいて前記モーターの消費電力であるモーター消費電力値を算出し、前記コンバータ部が消費する一次側の消費電力の値であり前記モーター消費電力値を含む一次側消費電力値が予め定めた電力閾値を超えた時に前記モーターの回転数を低減させる電力制限手段を備えたことを特徴とする空気調和機。

【請求項2】

前記電力制限手段は、前記室外機制御部で消費する消費電力である制御部消費電力値を予め記憶する固定電力値記憶部を備え、
前記モーター消費電力値と前記制御部消費電力値との合算値を前記一次側消費電力値とすることを特徴とする請求項１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、空気調和機に係わり、より詳細には、室外機の入力電流が過電流とならないように、室外機に内蔵された圧縮機の回転数を制限する電流制限処理（以下、電流レリース処理と呼称する）を行う場合の判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空気調和機は、入力電流があらかじめ定めた閾値を超えて過電流と判断した時、圧縮機の回転数を一時的に低減させて入力電流を閾値以下にする電流レリース処理を実行している（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

この空気調和機は交流電源が接続されるＡＣ入力端と、電源回路に備えられた整流器の入力側の間の一次側の回路にカレントトランス等の電流検出器を備えており、ここで検出されるＡＣ入力電流値が予め定めた過電流の閾値を超えた場合に圧縮機の回転数を一時的に低減させている。

【0004】

しかしながら、一般的に業務用の空気調和機の一次側は５０アンペア以上のＡＣ電流が流れ、これに対応したカレントトランスは非常に高価であるためコストアップを招いていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５－１９９７９５号公報（段落番号００２９～００３２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は以上述べた問題点を解決し、入力電流を検出するカレントトランスを用いないで電流レリース処理を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は上述の課題を解決するため、本発明に記載の発明は、
交流電源に接続されたコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電源で動作するインバータ部と、前記インバータ部を用いて駆動される圧縮機のモーターとを備えた室外機を含む空気調和機であって、
前記室外機は、前記インバータを介して前記モーターの回転数を制御する室外機制御部を備え、
前記室外機制御部は、
前記モーターの電圧と電流とに基づいて前記モーターの消費電力であるモーター消費電力値を算出し、前記コンバータ部が消費する一次側の消費電力の値であり前記モーター消費電力値を含む一次側消費電力値が予め定めた電力閾値を超えた時に前記モーターの回転数を低減させる電力制限手段を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、圧縮機のモーターの消費電力を用いて電流レリース処理を行うため、入力電流を検出するカレントトランスを用いないで電流レリース処理を行うことができ、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。

【図2】モーターの駆動パラメータと三相交流電源の線間電流及び線間電圧の関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本発明と直接関係がない冷媒回路等の図示と説明を省略する。

【実施例0011】

図１は本発明による空気調和機１の実施例を示すブロック図である。
空気調和機１は室内機５０と室外機４０を備えている。なお、この空気調和機１は、三相交流電源で動作し、定格電圧（線間電圧の実効値）が４００ボルトであり、定格電圧範囲における上限電圧が４４０ボルト、また、下限電圧が３６０ボルトである。なお、本実施例では三相交流電源におけるある相の線間電圧をＡＣ線間電圧、また、三相交流電源におけるある相の線間電流をＡＣ線間電流と呼称する。

【0012】

室外機４０は、三相交流電源２が接続され内部に平滑コンデンサ３ａを備えたコンバータ部３と、コンバータ部３から出力される直流電源の電圧である、平滑コンデンサ３ａの両端電圧を検出して直流電圧値として出力する直流電圧検出部５と、直流電圧から制御用の低電圧を生成する制御電源部６と、直流電圧が正極入力端と負極入力端に印加されるインバータ部７と、インバータ部７の出力端の接続されるＵ相ラインとＶ相ラインとＷ相ラインに接続された圧縮機９のモーター９ａと、ファンモーター１０とファンモーター１１と、室外機制御部２０を備えている。
なお、モーター９ａは埋込磁石同期モーター（ＩＰＭＳＭ：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。

【0013】

また、室外機４０は、インバータ部７の出力端Ｕとモーター９ａの間のＵ相ラインに直列に接続され、検出した瞬時のＵ相電流値を出力するＵ相電流検出部８と、コンバータ部３の正極出力端とインバータ部７の正極入力端との間に直列に接続され、インバータ部７へ供給される直流電圧を切断/接続するスイッチ４を備えている。

【0014】

そして、室外機制御部２０は、ファンモーター１０とファンモーター１１を駆動するファンモーター駆動部２２と、下限電圧検出部２３と、位相制御部２１と、電力制限部（電力制限手段）３０と、これらを制御するマイコン２４を備えている。なお、室外機制御部２０はモーター９ａの相電流とモーター９ａの相電圧の位相差によって回転を制御する力率制御（電圧・電流の位相差制御）によりインバータ部７を介してモーター９ａの回転を制御している。

【0015】

ファンモーター駆動部２２は、コンバータ部３が出力する直流電圧が入力されており、この直流電圧を用いてファンモーター１０とファンモーター１１を駆動する。ファンモーター駆動部２２は、マイコン２４から出力される回転指示信号が入力されており、この回転指示信号の指示に従ってファンモーター１０とファンモーター１１を駆動する。

【0016】

また、下限電圧検出部２３は、直流電圧検出部５から出力される直流電圧値が入力され、予め定めた下限電圧閾値よりもこの直流電圧値が小さくなった場合にマイコン２４へ運転停止指示信号を出力する。なお、下限電圧閾値はＡＣ入力電圧の実効値である定格電圧範囲の下限値である３６０ボルトと対応する直流電圧値であり、直流電圧値がこれより小さくなった時、停止指示信号を出力する。この停止指示信号が入力されたマイコン２４は、室外機４０の運転を停止し、スイッチ４を開にする。

【0017】

なお、下限電圧閾値は、定格電圧範囲の下限値である３６０ボルトにおけるモーター９ａが最大消費電力となった時の直流電圧、つまり、モーター９ａが最大負荷となった時の電圧降下も考慮した値である。

【0018】

一方マイコン２４は、モーター９ａの回転数を指示する回転数指令値を位相制御部２１へ出力する。なおマイコン２４は、モーター９ａの回転を開始させる前に、スイッチ信号によりスイッチ４を閉にしてインバータ部７へ直流電圧を印加する。そしてマイコン２４は、室外機４０の運転を停止した後、スイッチ信号によりスイッチ４を開にしてインバータ部７へ供給される直流電圧を切断する。なお、マイコン２４は室内機５０と通信接続されている。

【0019】

一方、電力制限部３０は内部に位相差抽出部３１を備えている。位相差抽出部３１は、位相制御部２１が出力するＵ相電圧値とモーター９ａのＵ相電流値とからＵ相電圧とＵ相電流の位相差を求め、この位相差を位相差信号として位相制御部２１へ出力する。
位相制御部２１は、指示された回転数において、この位相差が所定の位相差となるように各相の相電圧を決定し、この相電圧と対応したインバータ制御信号を生成してインバータ部７へ出力する。

【0020】

電力制限部３０は、位相差抽出部３１と、電圧実効値算出部３２と、電流実効値算出部３３と、一次側電力算出部３４と、固定電力値記憶部３５と、レリース判定部３６を備えている。

【0021】

位相差抽出部３１は前述したように、入力されたＵ相電圧値とＵ相電流値とからＵ相電圧とＵ相電流の位相差を求め、この位相差を位相差信号として位相制御部２１と一次側電力算出部３４へ出力する。
電圧実効値算出部３２は、入力されたＵ相電圧値（瞬時値）を積分して電圧の実効値を算出し、電圧実効値として一次側電力算出部３４へ出力する。電流実効値算出部３３は、入力されたＵ相電流値（瞬時値）を積分して電流の実効値を算出し、電流実効値として一次側電力算出部３４へ出力する。

【0022】

固定電力値記憶部３５は、室外機制御部２０で消費される消費電力（２１１ワット）と、ファンモーター１０とファンモーター１１が消費する平均の消費電力（７５０ワット）の合計値である９６１ワットを、モーター９ａの消費電力を含まない室外機の消費電力である制御部消費電力値として予め記憶しており、これを一次側電力算出部３４へ出力している。

【0023】

一次側電力算出部３４は、入力された電圧実効値と電流実効値とそれぞれの位相差とから以下に示す式１を用いてモーター９ａの消費電力を求める。

式１と式２において、Ｐはモーター９ａの消費電力（単位：Ｗ）を、Ｖ１はモーター９ａの実効値の相電圧（単位：Ｖ）を、Ｖ２はモーター９ａの実効値の線間電圧（単位：Ｖ）を、Ｉはモーター９ａの実効値の相電流（線間電流と同じ）（単位：Ａ）を、θはモーター９ａの相電流（線間電流）と、相電圧又は線間電圧との位相差を示している。
なお、本実施例においては相電圧と相電流を用いて説明している。

【0024】

一次側電力算出部３４は、前述の式１によりモーター９ａの消費電力を算出した後、固定電力値記憶部３５から入力された制御部消費電力値とモーター９ａの消費電力を合算し、合算した結果を一次側電力値としてレリース判定部３６へ出力する。レリース判定部３６は予め定められた、電力に基いた電流レリース値の閾値である電力レリース閾値（電力閾値）を記憶している。本実施例において電力レリース閾値は３５．１ＫＷ（キロワット）であり、レリース判定部３６は電力レリース値よりも入力された一次側電力値が大きくなった場合、レリース指示の信号をマイコン２４へ出力する。

【0025】

レリース指示の信号が入力されたマイコン２４は電流レリース処理を行うために現在出力している回転数指令値の値を小さくして位相制御部２１へ出力する。マイコン２４は室内機５０からの要求に従ってモーター９ａの回転数を決定して運転しているが、前述のように電力レリース閾値を超えて運転することはない。

【0026】

本実施例では一次側電力値による電力レリース値に基づいて電流レリース処理を行うことが特徴である。インバータ制御において一次側電力値はその値が一定である時、入力ＡＣ電圧（ＡＣ線間電圧）の変化によって入力電流（ＡＣ線間電流）も変化する。そして、室外機４０の一次側電力値が最大で、かつ一定である時、定格電圧範囲の下限電圧で最大の入力電流が流れる。当然のことながら定格電圧範囲の下限電圧よりもさらに低い電圧であればさらに入力電流が増加する。しかしながら、定格電圧範囲の下限電圧より低い電圧になれば前述したように下限電圧検出部２３から運転停止指示が出力される。こため、定格電圧範囲の下限電圧以下ではインバータ部７やモーター９ａの運転は行わないので過電流から部品が保護される。

【0027】

図２は定格電圧範囲における各部の電圧や電流、消費電力などを表にしたものであり、電流、電圧、消費電力は全て実効値である。
図２の（１）は定格電圧時、つまりＡＣ入力電圧が４００Ｖ時であり、（２）は定格電圧範囲の上限時、つまりＡＣ入力電圧が４４０Ｖ時であり、（３）は定格電圧範囲の下限時、つまりＡＣ入力電圧が３６０Ｖ時である場合を示している。なお、各場合においてモーター９ａは最大負荷で動作しており、その消費電力は３４．１２４ＫＷである。

【0028】

また、図２の縦方向は項目を示している。制御部消費電力は固定電力値記憶部３５に記憶されている値である。位相差は位相差抽出部３１から出力される値である。相電圧は電圧実効値算出部３２から出力される値である。相電流は電流実効値算出部３３から出力される値である。モーター消費電力は式１を用いて算出したモーター９ａの消費電力である。一次側消費電力は一次側電力算出部３４が出力する値である。コンバータの力率はコンバータ部３で電力変換した場合の力率である。ＡＣ線間電圧は入力電圧であり、ＡＣ線間電流は入力電流である。

【0029】

図２の（１）に示すようにＡＣ線間電圧が４００Ｖ時、ＡＣ線間電流は５６Ａになる。そして（２）に示すようにＡＣ線間電圧が４４０Ｖ時、ＡＣ線間電流は５１Ａになる。さらに、（３）に示すようにＡＣ線間電圧が３６０Ｖ時、ＡＣ線間電流は６３Ａになる。
つまり、一次側消費電力値を用いて電力値に基いた電流レリース処理を行うことでＡＣ線間電流が６３Ａを超えることがないようにできるため、結果的に電流レリースを行うことになる。このため、従来機種に存在した高価なカレントトランスを削除でき、コストダウンを図ることができる。

【0030】

以上説明したように、室外機４０は位相制御部２１が出力するモーター９ａのＵ相電圧値と、Ｕ相電流検出部８が検出したＵ相電流値と、Ｕ相電圧とＵ相電流との位相差とに基づいてモーター９ａの消費電力であるモーター消費電力値を算出し、モーター消費電力値を含む一次側消費電力値が予め定めた電力閾値を超えた時にモーター９ａの回転数を低減させる電力制限部３０を備えている。
このため、一次側の入力電流を検出するカレントトランスを用いないで電流レリース処理を行うことができ、コストダウンを図ることができる。
なお、Ｕ相に変えてＶ相やＷ相の各電圧や電流を用いてもよい。また、モーター消費電力値を含む一次側消費電力値とは、モーター消費電力値以外に室外機４０で消費される何らかの消費電力値が含まれる場合もあることを示している。モーター消費電力値以外に室外機４０で消費される消費電力値としては、例えば室外機制御部２０で消費される電力や、ファンモーター１０や１１で消費される電力を示している。

【0031】

また、電力制限部３０は固定電力値記憶部３５を備え、室外機制御部２０で消費される電力値を予め記憶しており、この値を一次側電力算出部３４内でモーター９ａの消費電力と合算して一次側電力値を算出するため、より正確な電流レリース処理を行うことが出来る。

【0032】

なお、本実施例では相電圧を用いてモーター９ａの消費電力を算出しているが、これに限るものでなく、Ｕ相電圧の代わりに位相制御部２１からＵ相の線間電圧を位相差抽出部３１へ出力する。そして、一次側電力算出部３４において、式１の代わりに式２を用いても同様の効果を得ることができる。
当然のことながらＵ相でなくＶ相やＷ相の各電圧や電流を用いても同様の効果を得ることが出来る。

【0033】

また、本実施例では一次側電力算出部３４において、制御部消費電力値をモーター９ａの消費電力値に加算したものを一次側消費電力値としているが、これに限るものでなく、簡易的にはモーター９ａの消費電力値のみを用いて一次側消費電力値としてもよいし、モーター９ａの消費電力値に予め定めた係数を乗じて一次側消費電力値としてもよい。

【0034】

また、本実施例では電力制限部３０をハードウェアとして説明しているが、これに限るものでなく、ソフトウェアで実現してもよい。
また、本実施例では力率制御（電圧・電流の位相差制御）によりモーター９ａの回転を制御する例を示しているが、他の制御方式、例えばベクトル方式の正弦波制御方式であっても、位相差やモーター駆動電圧や電流を簡単に求めることができる。このため、本発明はモーターの制御方式を限定するものではない。

【符号の説明】

【0035】

１ 空気調和機
２ 三相交流電源
３ コンバータ部
３ａ 平滑コンデンサ
４ スイッチ
５ 直流電圧検出部
６ 制御電源部
７ インバータ部
８ Ｕ相電流検出部
９ 圧縮機
９ａ モーター
１０ ファンモーター
１１ ファンモーター
２０ 室外機制御部
２１ 位相制御部
２２ ファンモーター駆動部
２３ 下限電圧検出部
２４ マイコン
３０ 電力制限部（電力制限手段）
３１ 位相差抽出部
３２ 電圧実効値算出部
３３ 電流実効値算出部
３４ 一次側電力算出部
３５ 固定電力値記憶部
３６ レリース判定部
４０ 室外機
５０ 室内機

【図1】

【図2】