(57)【要約】【課題】  周波数指令で交流電圧の位相と周波数を同時に変化させ、ファンモータの、速度制御範囲の拡張と消費電力の低減を図った空気調和機のファンモータの速度制御装置を提供する。【解決手段】  固定子と誘導回転子間に設置された永久磁石回転子を有するファンモータ１００を含む空気調和機のファンモータの速度制御装置を、制御信号でＡＣ電源の電圧位相と周波数を同時に変化させる事によって変化する電圧をファンモータ１００に印加する周波数と電圧位相変換器２０３と、ＡＣ電源に接続し、ＡＣ電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器２０１と、ゼロ電圧検出器２０１と周波数と電圧位相変換器２０３とに電気的に接続され、ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する制御信号を発生し、制御信号を周波数と電圧位相変換器２０３に出力するマイクロコンピュータ２０２とを含んで構成する。【選択図】      図１
2006149179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、誘導回転子と、前記固定子と前記誘導回転子との間に設置された永久磁石回転子とを有するファンモータを含む空気調和機であって、
制御信号によって、常用交流電源の電圧位相及び周波数を同時に変化させ、前記周波数及び電圧位相の変化によって変化する電圧を、前記空気調和機のファンモータに印加する周波数及び電圧位相変換器と、
前記常用交流電源を受信し、前記常用交流電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器と、
前記ゼロ電圧検出器と前記周波数及び電圧位相変換器とに電気的に接続され、前記ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する前記制御信号を発生し、前記制御信号を前記周波数及び電圧位相変換器に出力するマイクロコンピュータと、
を含むことを特徴とする空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項２】
前記マイクロコンピュータは、出力電圧の周波数が低くなると、前記出力電圧の点弧角を増加させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項３】
前記マイクロコンピュータは、出力電圧の周波数が増加すると、前記出力電圧の波形の点弧角を反比例的に減少させ、前記出力電圧の周波数が減少すると、前記出力電圧の波形の点弧角を反比例的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項４】
前記周波数及び電圧位相変換器は、
第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と直列に接続される第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子と並列に接続される第３スイッチング素子と、
前記第３スイッチング素子と直列に接続され、前記第２スイッチング素子と並列に接続される第４スイッチング素子とから構成され、
前記ファンモータは、前記第１スイッチング素子と第２スイッチング素子間の第１アクセスポイント、及び前記第３スイッチング素子と第４スイッチング素子間の第２アクセスポイントに電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項５】
前記第１〜第４スイッチング素子のそれぞれは、トライアックであることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項６】
前記第１〜第４スイッチング素子のそれぞれは、インバータであることを特徴とする請求項３に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項７】
前記周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電源の周波数を維持するための周波数指令が入力されると、前記常用交流電源の電圧波形の全周期の間に、予め設定された点弧角によって、前記第１及び第４スイッチング素子のみをターンオンさせることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項８】
前記周波数スイッチングパターンは、
常用交流電源の周波数(ｆ)をｆ＊２／３周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、
一周期の間に第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第１段階と、
次の半周期(１／２周期)の間に前記第１及び第４スイッチング素子をターンオフさせる第２段階と、
次の一周期の間に第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階とを行い、
予め設定された点弧角によって前記第１〜第３段階を行い、前記予め設定された点弧角は、出力電圧の周波数が減少すると増加することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項９】
前記周波数スイッチングパターンは、
常用交流電源の周波数(ｆ)をｆ／２周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、
一周期の間に第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第１段階と、
次の一周期の間に第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階とを行い、
予め設定された点弧角によって前記第１及び第２段階を行い、前記予め設定された点弧角は、出力電圧の周波数が減少すると増加することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１０】
前記周波数スイッチングパターンは、
常用交流電源の周波数(ｆ)をｆ／２周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、
半周期の間に第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第１段階と、
次の半周期の間に前記第１及び第４スイッチング素子をターンオフさせる第２段階と、
次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階と、
次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子をターンオフさせる第４段階とを行い、
予め設定された点弧角によって前記第１〜第４段階を行い、前記予め設定された点弧角は、出力電圧の周波数が減少すると増加することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１１】
前記周波数スイッチングパターンは、
常用交流電源の周波数(ｆ)をｆ／３周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、
半周期の間に第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第１段階と、
次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階と、
次の一周期の間に前記第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第３段階と、
次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階と、
次の半周期の間に前記第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第５段階とを行い、
予め設定された点弧角によって前記第１〜第５段階を行い、前記予め設定された点弧角は、出力電圧の周波数が減少すると増加することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１２】
前記周波数スイッチングパターンは、
常用交流電源の周波数(ｆ)をｆ／３周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、
半周期の間に第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第１段階と、
次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階と、
次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子をターンオフさせる第３段階と、
次の半周期の間に前記第１及び第４スイッチング素子をターンオンさせる第４段階と、
次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子をターンオンさせて電圧を反転させる第５段階と、
次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子をターンオフさせる第６段階とを行い、
予め設定された点弧角によって前記第１〜第６段階を行い、前記予め設定された点弧角は、出力電圧の周波数が減少すると増加することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１３】
固定子と、誘導回転子と、前記固定子と前記誘導回転子との間に設置された永久磁石回転子とを有するファンモータを含む空気調和機であって、
制御信号によって、常用交流電源の電圧位相及び周波数を同時に変化させ、前記周波数及び電圧位相の変化によって変化する電圧を、前記空気調和機のファンモータに印加する周波数及び電圧位相変換器と、
前記常用交流電源を受信し、前記常用交流電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器と、
前記ゼロ電圧検出器と前記周波数及び電圧位相変換器とに電気的に連結され、前記ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する前記制御信号を発生し、前記制御信号を前記周波数及び電圧位相変換器に出力するマイクロコンピュータとを含み、
前記周波数及び電圧位相変換器は、
第１トライアックと、
前記第１トライアックと直列に接続される第２トライアックと、
前記第１トライアックと並列に接続される第３トライアックと、
前記第３トライアックと直列に接続され、前記第２トライアックと並列に接続される第４トライアックとから構成され、
前記ファンモータは、前記第１トライアックと第２トライアック間の第１アクセスポイント、及び前記第３トライアックと第４トライアック間の第２アクセスポイントに電気的に接続されることを特徴とする空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１４】
前記マイクロコンピュータは、前記周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを保存するメモリをさらに含むことを特徴とする請求項１または１３に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【請求項１５】
前記マイクロコンピュータは、出力電圧の周波数が増加すると、前記出力電圧の波形の点弧角を減少させ、前記出力電圧の周波数が減少すると、前記出力電圧の波形の点弧角を増加させることを特徴とする請求項１３に記載の空気調和機のファンモータの速度制御装置。
【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、詳しくは、空気調和機のファンモータの速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空気調和機のファンモータとしては、単相誘導電動機が使用されるが、前記単相誘導電動機は、回転トルクを発生するために、回転磁界を発生する磁化電流と回転子から発生する誘導電流を共に外部電源端子に接続された巻線に供給する。
【０００３】
このような単相誘導電動機は、固定子の１次銅損及び回転子の２次銅損により、効率を向上させるのに限界があった。そこで、このような限界を解決するために、最近、空気調和機のファンモータとして、図５及び図６に示すようなハイブリッド誘導モータ(以後ＨＩＭという)が使用されている。
【０００４】
図５は、従来のＨＩＭの縦断面図であり、図６は、図５のＨＩＭのＢ−Ｂ’線における断面図である。
【０００５】
図５及び図６に示すように、従来のＨＩＭ１００のブラケット１０４の内部には、固定子１０５が設置され、固定子１０５の内側には、誘導回転子１０１が設置される。且つ、固定子１０５の内側には、複数のスロット１０８が突成され、これらのスロット１０８には、電流を印加するコイル１０３がそれぞれ巻回される。
【０００６】
また、誘導回転子１０１の縁部に上下方向に形成された複数の空隙１１１に、アルミニウム回転子バー１１２が上下方向にそれぞれ挿入され、これらのアルミニウム回転子バー１１２は、端絡環(end ring)１０２により互いに接続される。
【０００７】
且つ、誘導回転子１０１の中心に形成された空隙１１０には、誘導回転子１０１の回転力を外部に伝達するための回転軸１０９が設置され、回転軸１０９は、ブラケット１０４に設置された無給油軸受１０７により回転自在になっている。
【０００８】
また、固定子１０５と誘導回転子１０１との間には、固定子１０５から発生する回転磁界により回転しながら、強い磁束で誘導回転子１０１を回転させるための永久磁石回転子１０６が設置される。
【０００９】
このように構成された従来のＨＩＭに交流電圧が印加されると、固定子１０５のコイル１０３に印加される電流により、永久磁石回転子１０６が回転し、回転する永久磁石回転子１０６から強い磁束を有する回転磁界がさらに発生することによって、誘導回転子１０１が回転する。このとき、固定子１０５の回転磁界により、ファン(図示せず)から分離されて低慣性状態の永久磁石回転子１０６が回転し、永久磁石回転子１０６の回転磁界により、誘導回転子１０１にトルク発生用磁束が供給されることによって、前記誘導回転子１０１が回転する。即ち、分布巻線の固定子１０５から発生する楕円状の回転磁界により永久磁石回転子１０６を回転させると、永久磁石回転子１０６が強い磁束を有する回転磁界をさらに発生して誘導回転子１０１を回転させることにより、ＨＩＭが高効率及び低騒音で運転される。
【００１０】
以下、従来の空気調和機のファンモータの速度制御装置、並びに、ＨＩＭ及び一般誘導電動機の速度特性を図７及び図８に基づいて説明する。
【００１１】
図７は、従来の空気調和機のファンモータ(ＨＩＭ)の速度制御装置の構成を示す回路図で、図８は、従来のＨＩＭ及び一般誘導電動機の速度特性を示すグラフである。
【００１２】
即ち、図７に示すように、１つのトライアックにより、ファンモータ(ＨＩＭ)に印加される電圧の位相を制御することにより、ファンモータの回転速度を制御する速度制御装置を、ＨＩＭに適用したとき、図８に示すように、電圧による速度制御範囲(例えば、７９０〜８８０ｒｐｍ(revolution per minute))が制限された。即ち、永久磁石回転子１０６により、速度制御範囲が７９０〜８８０ｒｐｍ(９０ｒｐｍ)に制限された。
【００１３】
その他、従来の空気調和機のファンモータとして使用される誘導電動機については、２００４年１１月１６日付で特許登録された特許文献１にも記載されている。
【特許文献１】米国特許６,８１９,０２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このような従来の速度制御装置においては、１００ｒｐｍ以上の速度制御範囲を必要とする空気調和機には適用できないという問題点があった。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、使用者の周波数指令によって、交流電圧の位相及び周波数を同時に変化させることにより、空気調和機のファンモータの速度制御範囲を拡張できる空気調和機のファンモータの速度制御装置を提供することを目的とする。 
また、本発明の他の目的は、使用者の周波数指令によって、交流電圧の位相及び周波数を同時に変化させることにより、空気調和機のファンモータの消費電力を減少できる空気調和機のファンモータの速度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置は、制御信号によって、常用交流電源の電圧位相及び周波数を同時に変化させ、周波数及び電圧位相の変化によって変化する電圧を、空気調和機のファンモータに印加する周波数及び電圧位相変換器と、常用交流電源を受信し、常用交流電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器と、ゼロ電圧検出器と周波数及び電圧位相変換器とに電気的に連結され、ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する制御信号を発生し、制御信号を前記周波数及び電圧位相変換器に出力するマイクロコンピュータとから構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置は、固定子と、誘導回転子と、固定子と誘導回転子との間に設置された永久磁石回転子とを有するファンモータを含む空気調和機であって、制御信号によって、常用交流電源の電圧位相及び周波数を同時に変化させ、周波数及び電圧位相の変化によって変化する電圧を、空気調和機のファンモータに印加する周波数及び電圧位相変換器と、常用交流電源を受信し、常用交流電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器と、ゼロ電圧検出器と周波数及び電圧位相変換器とに電気的に接続され、ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する制御信号を発生し、制御信号を周波数及び電圧位相変換器に出力するマイクロコンピュータとを含み、ここで、周波数及び電圧位相変換器は、第１トライアックと、第１トライアックと直列に接続される第２トライアックと、第１トライアックと並列に接続される第３トライアックと、第３トライアックと直列に接続され、第２トライアックと並列に接続される第４トライアックとから構成され、ここで、ファンモータは、第１トライアックと第２トライアック間の第１アクセスポイント、及び第３トライアックと第４トライアック間の第２アクセスポイントに電気的に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置においては、４つのトライアックを利用して、使用者の周波数指令によって、常用交流電圧の位相及び周波数を同時に変化させることにより、ＨＩＭの速度制御範囲を拡張させると共に、ＨＩＭの消費電力を減少できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、使用者の周波数指令によって、交流電圧の位相及び周波数を同時に変化させることにより、空気調和機のファンモータの速度制御範囲を拡張できると共に、ファンモータの消費電力を減少できる空気調和機のファンモータの速度制御装置の好ましい実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置は、制御信号によって、常用交流電源の電圧位相及び周波数を同時に変化させ、周波数及び電圧位相の変化によって変化する電圧を、空気調和機のファンモータ(ＨＩＭ)１００に印加する周波数及び電圧位相変換器２０３と、常用交流電源(ＡＣ電源)に接続し、常用交流電源の電圧波形のゼロ電圧を検出するゼロ電圧検出器２０１と、ゼロ電圧検出器２０１と周波数及び電圧位相変換器２０３とに電気的に接続され、ゼロ電圧の発生時点を基準に、周波数指令によって予め決定された周波数スイッチングパターンを提供する制御信号を発生し、この制御信号を周波数及び電圧位相変換器２０３に出力するマイクロコンピュータ２０２とから構成される。
【００２２】
ここで、本発明による空気調和機のファンモータ１００として使用されるモータは、ＨＩＭである。また、マイクロコンピュータ２０２は、メモリ(図示せず)をさらに含み、このメモリには、周波数指令によってファンモータ１００の速度を制御する周波数を実現するための周波数スイッチングパターンが予め保存される。
【００２３】
且つ、マイクロコンピュータ２０２は、出力電圧波形の周波数が低くなると、出力電圧波形の点弧角を増加させる。例えば、マイクロコンピュータ２０２は、出力電圧波形の周波数が増加すると、出力電圧波形の点弧角を反比例的に減少させ、出力電圧波形の周波数が減少すると、出力電圧波形の点弧角を反比例的に増加させる。
【００２４】
図２は、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器の具体的な構成を示すブロック図である。
【００２５】
図２に示すように、周波数及び電圧位相変換器２０３は、第１スイッチング素子２０３Ａと、第１スイッチング素子２０３Ａと直列に接続される第２スイッチング素子２０３Ｃと、第１スイッチング素子２０３Ａと並列に接続される第３スイッチング素子２０３Ｂと、第３スイッチング素子２０３Ｂと直列に接続され、第２スイッチング素子２０３Ｃと並列に接続される第４スイッチング素子２０３Ｄとから構成され、ここで、ファンモータ１００は、第１スイッチング素子２０３Ａと第２スイッチング素子２０３Ｃ間の第１アクセスポイント、及び第３スイッチング素子２０３Ｂと第４スイッチング素子２０３Ｄ間の第２アクセスポイントに電気的に接続される。即ち、第１及び第４スイッチング素子２０３Ａ、２０３Ｄは、ファンモータ１００に対し順方向に設置され、第２及び第３スイッチング素子２０３Ｂ、２０３Ｃは、ファンモータ１００に対し逆方向に設置される。且つ、第１〜第４スイッチング素子２０３Ａ〜２０３Ｄとしては、トライアックまたはインバータを使用することが好ましく、本発明による第１〜第４スイッチング素子２０３Ａ〜２０３Ｄは、それぞれトライアックＴｒｉａｃ１〜Ｔｒｉａｃ４により構成される。
【００２６】
以下、このように構成された本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置の動作を、図１及び図２に基づいて説明する。
【００２７】
まず、マイクロコンピュータ２０２は、使用者により、ファンモータ１００の速度を制御するための周波数指令が発生すると、周波数指令に対応する予め決定された周波数スイッチングパターンを図示しないメモリから選択した後、ゼロ電圧検出器２０１により検出されたゼロ電圧の発生時点を基準に、選択された周波数スイッチングパターンを提供する制御信号を、周波数及び電圧位相変換器２０３に出力する。
【００２８】
次いで、周波数及び電圧位相変換器２０３は、制御信号によって、４つのトライアックＴｒｉａｃ１〜Ｔｒｉａｃ４をターンオン／ターンオフ制御することにより、ファンモータ１００の速度を制御する。ここで、周波数スイッチングパターンは、周波数指令によって多様に決定することができる。
【００２９】
以下、周波数指令による周波数スイッチングパターンの６つの実施例を図３(Ａ)〜(Ｆ)に基づいて説明する。
【００３０】
図３(Ａ)〜(Ｆ)は、本発明による周波数スイッチングパターンの６つの実施例を示す周波数波形図である。
【００３１】
即ち、図３(Ａ)に示すように、第１の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電圧の周波数ｆ(例えば、６０Ｈｚ)を維持させるための周波数指令が入力されると、常用交流電圧波形の全周期の間に、予め設定された第１点弧角(例えば、１０°)によって、第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３のみをターンオンさせる段階を行う。即ち、常用交流電圧波形の点弧角が１０°のとき、第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３のみをターンオンさせることにより、図３(Ａ)に示すような周波数波形を発生することができる。
【００３２】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第１の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は２１９Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は８５５ｒｐｍであった。
【００３３】
また、図３(Ｂ)に示すように、第２の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電圧の周波数ｆをｆ＊２／３(例えば、４０Ｈｚ)周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、一周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第１段階と、次の半周期(１／２周期)の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオフさせる第２段階と、次の一周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階とを行い、このとき、予め設定された第２点弧角(例えば、２０°)によって、第１〜第３段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｂ)に示すような周波数波形を発生する。例えば、常用交流電圧波形の点弧角が２０°のとき、第１〜３段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｂ)に示すような周波数波形を発生することができる。
【００３４】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第２の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は１３８Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は６１３ｒｐｍであった。
【００３５】
図３(Ｃ)に示すように、第３の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電源の周波数ｆをｆ／２(例えば、３０Ｈｚ)周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、一周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第１段階と、次の一周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階とを行い、このとき、予め設定された第３点弧角(例えば、５０°)によって、第１及び第２段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｃ)に示すような周波数波形を発生する。例えば、常用交流電圧波形の点弧角が５０°のとき、第１〜２段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｃ)に示すような周波数波形を発生することができる。
【００３６】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第３の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は１１９Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は４９２ｒｐｍであった。
【００３７】
一方、第３の周波数スイッチングパターンによって発生した電圧をファンモータ１００に印加すると、逆起電力により、トライアックＴｒｉａｃ１〜Ｔｒｉａｃ４の両端電圧の位相が遅れ、これにより、アームショット及び駆動エラーが発生する恐れがある。従って、以下の第４の周波数スイッチングパターンによって発生した電圧をファンモータ１００に印加することが好ましい。
【００３８】
図３(Ｄ)に示すように、第４の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電源の周波数ｆをｆ／２(例えば、３０Ｈｚ)周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、半周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第１段階と、次の半周期の間に前記第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオフさせる第２段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階と、次の半周期の間に前記第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオフさせる第４段階とを行い、このとき、予め設定された第４点弧角(例えば、４０°)によって第１〜第４段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｄ)に示すような周波数波形を発生する。例えば、常用交流電圧波形の点弧角が４０°のとき、第１〜第４段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｄ)に示すような周波数波形を発生することができる。即ち、第４の周波数スイッチングパターンを使用すると、アームショット及び駆動エラーが発生しない。予め設定された第４点弧角は、アームショット及び駆動エラーを防止するために、予め設定された第３点弧角よりも小さく設定することが好ましい。
【００３９】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第４の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は１１１Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は４９７ｒｐｍであった。
【００４０】
図３(Ｅ)に示すように、第５の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電源の周波数ｆをｆ／３(例えば、２０Ｈｚ)周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、半周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第１段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階と、次の一周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第３段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第３段階と、次の半周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第５段階とを行い、予め設定された第５点弧角(例えば、７０°)によって第１〜第５段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｅ)に示すような周波数波形を発生する。例えば、常用交流電圧波形の点弧角が７０°のとき、第１〜５段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｅ)に示すような周波数波形を発生することができる。
【００４１】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第５の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は９１Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は３５５ｒｐｍであった。
【００４２】
一方、第５の周波数スイッチングパターンによって発生した電圧をファンモータ１００に印加すると、逆起電力により、トライアックＴｒｉａｃ１〜Ｔｒｉａｃ４の両端電圧の位相が遅れ、これにより、アームショット及び駆動エラーが発生する恐れがある。従って、以下の第６の周波数スイッチングパターンによって発生した電圧をファンモータ１００に印加することが好ましい。
【００４３】
図３(Ｆ)に示すように、第６の周波数スイッチングパターンは、使用者により、常用交流電源の周波数ｆをｆ／３(例えば、２０Ｈｚ)周波数に変換させるための周波数指令が入力されると、半周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第１段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第２段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオフさせる第３段階と、次の半周期の間に第１及び第４スイッチング素子Ｔｒｉａｃ１、Ｔｒｉａｃ３をターンオンさせる第４段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオンさせて電圧を反転させる第５段階と、次の半周期の間に第２及び第３スイッチング素子Ｔｒｉａｃ２、Ｔｒｉａｃ４をターンオフさせる第６段階とを行い、予め設定された第５点弧角よりも大きい予め設定された第６点弧角(例えば、６０°)によって、第１〜第６段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｆ)に示すような周波数波形を発生する。例えば、常用交流電圧波形の点弧角が６０°のとき、第１〜第６段階を繰り返して行うことにより、図３(Ｆ)に示すような周波数波形を発生することができる。即ち、第６の周波数スイッチングパターンを使用すると、アームショット及び駆動エラーが発生しない。予め設定された第６点弧角は、アームショット及び駆動エラーを防止するために、予め設定された第５点弧角よりも小さく設定することが好ましい。
【００４４】
ここで、常用交流電圧を２２０Ｖに設定し、常用交流電圧の周波数ｆを６０Ｈｚに設定した後、第６の周波数スイッチングパターンによって、本発明による速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器２０３を動作させたとき、実験を通して測定されたＨＩＭ１００に印加される電圧は８４Ｖで、ＨＩＭ１００の速度は３５７ｒｐｍであった。
【００４５】
図４は、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置をＨＩＭ１００に適用したとき、ＨＩＭ１００の消費電力及び回転数を従来技術と比較して示すグラフである。
【００４６】
図４に示すように、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置は、４つのトライアックを利用して、使用者の指令によって、常用交流電圧の位相及び周波数を同時に変化させることにより、空気調和機のファンモータの速度制御範囲を拡張させると共に消費電力を減少させる。
【００４７】
例えば、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置をＨＩＭ１００に適用させたとき、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御範囲は、３５５、３５７、４９２、４９７、６１３、８５５ｒｐｍであるので(本発明によるＨＩＭの速度制御範囲は３５５〜８５５ｒｐｍである)、１００ｒｐｍ以上の速度制御範囲を必要とする空気調和機に適用することができる。また、本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置をＨＩＭ１００に適用させたとき、本発明による空気調和機のファンモータの消費電力を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置の周波数及び電圧位相変換器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】(Ａ)〜(Ｆ)は、本発明による周波数スイッチングパターンの６つの実施例を示す周波数波形図である。
【図４】本発明による空気調和機のファンモータの速度制御装置をＨＩＭに適用したとき、前記ＨＩＭの消費電力及び回転数を従来技術と比較して示すグラフである。
【図５】従来のＨＩＭの縦断面図である。
【図６】図５のＨＩＭのＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図７】従来の空気調和機のファンモータ(ＨＩＭ)の速度制御装置の構成を示す回路図である。
【図８】従来のＨＩＭ及び一般誘導電動機の速度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１００    ファンモータ(ＨＩＭ)
２０１    ゼロ電圧検出器
２０２    マイクロコンピュータ
２０３    周波数及び電圧位相変換器
【図１】
2006149179.tif 000003
【図２】
2006149179.tif 000004
【図３】
2006149179.tif 000005
【図４】
2006149179.tif 000006
【図５】
2006149179.tif 000007
【図６】
2006149179.tif 000008
【図７】
2006149179.tif 000009
【図８】
2006149179.tif 000010