(57)【要約】【課題】  自然風によってファンが回転している状態で起動制御したとしても、モータの永久磁石の減磁及びインバータの負側のスイッチング素子の破壊を未然に防止することのできるファン制御装置、冷凍サイクル装置及びファン回転数推定方法を提供する。【解決手段】  ファン制御装置は、ファン８Ｆを駆動するセンサレスのモータ８Ｍと、スイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚが３相ブリッジ接続され、モータに３相交流電力を供給するインバータ１０と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段１１と、起動時にインバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値よりも低く設定された保護レベルを超えたとき、３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止する制御手段１３とを備える。【選択図】  図３
2005124330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを駆動するセンサレスのモータと、
スイッチング素子が３相ブリッジ接続され、前記モータに３相交流電力を供給するインバータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
起動時に前記インバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における前記電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値よりも低く設定された保護レベルを超えたとき、前記３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止する制御手段と、
を備えたファン制御装置。
【請求項２】
前記インバータの正側アームを形成する３相分のスイッチング素子を駆動する駆動回路の電源として、負側アームのオン時に充電されるコンデンサを備えた請求項１に記載のファン制御装置。
【請求項３】
圧縮機、室外熱交換器及びその熱交換を促進する室外ファンを含む冷凍サイクルと、
前記室外ファンを駆動するセンサレスのモータと、
スイッチング素子が３相ブリッジ接続され、前記モータに３相交流電力を供給するインバータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
起動時に前記インバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における前記電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値よりも低く設定された保護レベルを超えたとき、前記３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させることにより、前記ファンの起動を停止するファンの起動制御と、ファン停止中に前記圧縮機を運転する有風ファン停止制御とを実行し、前記ファンの起動を停止してから所定の時間の経過後に前記ファンの起動制御を繰り返して実行する制御手段と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項４】
圧縮機、室外熱交換器及びその熱交換を促進する室外ファンを含む冷凍サイクルと、
前記室外ファンを駆動するセンサレスのモータと、
スイッチング素子が３相ブリッジ接続され、前記モータに３相交流電力を供給するインバータと、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
起動時に前記インバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における前記電流検出手段の電流検出値に基づいて前記ファンの回転数を推定し、推定された回転数が所定値以上であれば、前記３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させることにより、前記ファンの起動を停止するファンの起動制御と、ファン停止中に前記圧縮機の運転を開始する有風ファン停止制御とを実行し、前記ファンの起動を停止してから所定の時間の経過後に前記ファンの起動制御を繰り返して実行する制御手段と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御手段は、起動時に前記インバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における前記電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値以上であるとき、前記圧縮機を停止状態に保持する請求項３又は４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記制御手段は、負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態にした場合の前記電流検出手段の電流検出値を監視し、３相分の全ての電流波形が正弦波でない場合又は３相分の全ての電流検出値が略０でない場合、前記モータの巻線異常として圧縮機を起動しないか又はその運転を停止する請求項３乃至５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
ファンを駆動するセンサレスのモータに３相交流電力を供給するようにスイッチング素子が３相ブリッジ接続されたインバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態にするステップと、
前記３相分のスイッチング素子のオン状態時に前記モータに流れる電流を検出するステップと、
検出された電流値に基づいて前記ファンの回転数を推定するステップと、
を順次実行するファン回転数推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外的な要因によって回転することのあるファンの起動制御に係り、このファンの制御装置、その制御を採用した冷凍サイクル装置及び制御時のファン回転数推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外ファン等はファンモータを駆動していない状態で自然風によって回転する。従来、ブラシレス直流モータを用いたファン駆動装置は、ホール素子等のロータの回転位置を検出するセンサを設け、ファンの起動時にはこのセンサの出力信号に基づいてロータの回転位置を検出し、この回転位置に合わせてインバータを構成する各スイッチング素子への通電を制御してファンを一旦停止させてモータを位置決めした後、起動を開始していた（例えば、特許文献１参照。）。この際、自然風で回転しているファンの回転数が高い場合にはファンの起動制御をせずにそのまま圧縮機を駆動していた。
【特許文献１】特開２０００−１２５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、モータを駆動するに当たり、ロータの回転位置を検出するホール素子などのセンサをなくし、部品点数を削減して部品故障による信頼性低下を抑制すると共に、コストダウンを図る方式が採用されてきている。例えば、圧縮機用のモータ駆動装置では、各相の巻線に流れる電流を検出し、その電流値から回転数を算出すると共に、ロータの位置をも推定して駆動するベクトル制御を採用している。
【０００４】
しかし、上述したファンモータの場合、圧縮機とは異なりファンそのものの負荷が軽いため、運転の停止中も自然風によって勝手に回転してしまう。このようなモータにセンサレスのモータを採用しようとすると、起動後においてはモータに流れる電流値から回転数を推定することができるが、起動前にはファンの回転状態が全く分からない状態から起動制御を実行することになる。その場合、自然風が強く、ファンが高速で回転しているときにモータの起動を開始すると、モータ巻線に生じている誘起電圧により巻線及びインバータを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れ、ロータの永久磁石が減磁されたり、スイッチング素子が破壊されたりするというような問題があった。このため、ファンモータにはセンサレスのモータを採用することができず、回転位置センサを設けざるを得ない状況にあった。
【０００５】
また、インバータにおいて、スイッチング素子としてＦＥＴやＩＧＢＴが使用される場合、正側（以下、上相とも称する）アームを構成する３相分のスイッチング素子の駆動電源として負側（以下、下相とも称する）アームを構成するスイッチング素子をオン状態にしたときに流れる電流によって充電されるコンデンサを設けることにより、スイッチング素子を駆動する電源回路を簡素化したものが一般的に使用されている。
【０００６】
このような回路を備えたインバータ装置では、起動時あるいは駆動制御に入る前に下相のスイッチング素子をオン状態とし、上相のスイッチング素子の電源となるコンデンサをチャージアップする必要がある。ところが、このチャージアップ時に下相のスイッチング素子をオン状態にしておいて、ファンが高速で回転していると、上述したと同様に過電流によってロータの永久磁石が減磁されたりスイッチング素子が破壊されたりするという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、自然風によってファンが回転している状態で起動制御したとしても、モータの永久磁石の減磁及びインバータの負側のスイッチング素子の破壊を未然に防止することのできるファン制御装置、冷凍サイクル装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、自然風の強い状態で空調運転を開始した後に自然風が弱まった場合に冷凍サイクルが過負荷状態になることを防止することのできる冷凍サイクル装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つ他の目的は、回転位置の検出素子なしで回転数を推定することのできるファン回転数推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、ファンを駆動するセンサレスのモータと、スイッチング素子が３相ブリッジ接続され、モータに３相交流電力を供給するインバータと、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、起動時にインバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値よりも低く設定された保護レベルを超えたとき、３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止する制御手段とを備えたファン制御装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、圧縮機、室外熱交換器及びその熱交換を促進する室外ファンを含む冷凍サイクルと、室外ファンを駆動するセンサレスのモータと、スイッチング素子が３相ブリッジ接続され、モータに３相交流電力を供給するインバータと、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、起動時にインバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態とし、このオン状態における電流検出手段の電流検出値がアーム短絡と判定される値よりも低く設定された保護レベルを超えたとき、３相分のスイッチング素子をオフ状態に復帰させることにより、ファンの起動を停止するファンの起動制御と、ファン停止中に圧縮機を運転する有風ファン停止制御とを実行し、ファンの起動を停止してから所定の時間の経過後にファンの起動制御を繰り返して実行する制御手段とを備えた冷凍サイクル装置である。
【００１２】
請求項７に係る発明は、ファンを駆動するセンサレスのモータに３相交流電力を供給するようにスイッチング素子が３相ブリッジ接続されたインバータの負側アームを形成する３相分のスイッチング素子をオン状態にするステップと、３相分のスイッチング素子のオン状態時にモータに流れる電流を検出するステップと、検出された電流値に基づいてファンの回転数を推定するステップと、
を順次実行するファン回転数推定方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上記のように構成したことにより、自然風によってファンが回転している状態で起動制御したとしても、モータの永久磁石の減磁及びインバータの負側のスイッチング素子の破壊を未然に防止することができる。また、起動前にファンの回転数を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るファン制御装置、冷凍サイクル装置及びファン回転数推定方法を実施する第１の実施形態として、空気調和機の制御部の概略構成を示した図である。同図において、交流電源１にインバータ２が接続されている。インバータ２は交流を整流、平滑し、得られた直流を可変電圧可変周波数の交流に変換して出力するもので、その構成及び動作については周知であるので詳しい説明を省略するが、これに冷凍サイクルを構成する圧縮機３が接続されている。冷凍サイクルは圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張弁６、室内熱交換器７、室外ファン８及び室内ファン９によって構成されている。室外ファン８は後述するようにファン８Ｆとモータ８Ｍとでなり、モータ８Ｍを制御するためのインバータ１０を備えている。インバータ１０はモータ８Ｍの巻線電流を検出する電流検出回路１１を付帯している。また、室内ファン９の速度を制御するために速度制御回路１２が設けられている。さらに、上述したインバータ２及び１０を制御し、速度制御回路１２に速度指令を与える制御部１３を備え、この制御部１３にはリモコン装置１６からの信号を受信する受光部１４と、異常を表示するための異常表示部１５とが接続されている。制御部１３はマイクロコンピュータユニット（以下、ＭＣＵと略称する）を含み、後述する演算処理を実行する。
【００１５】
図２は室外機１７の主要部の構成を示す横断面図であり、その正面（図面の下方）から見て、左側部と後背部に室外熱交換器５が略直角に曲げて配置され、右側部に圧縮機３が配置されており、室外熱交換器５の内側にファン８Ｆをモータ８Ｍが駆動する室外ファン８が装着され、Ａ及びＢ矢印方向から外気を吸い込みＣ矢印方向に吐出することによって室外熱交換器５の熱交換を促進するように構成されている。
【００１６】
図３はインバータ１０の詳細な構成を、部分的にブロックで示した回路図である。同図において、例えば、ＩＧＢＴでなる６個のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚが３相ブリッジ接続されている。すなわち、スイッチング素子Ｕ及びＸの直列接続回路と、スイッチング素子Ｖ及びＹの直列接続回路と、スイッチング素子Ｗ及びＺの直列接続回路とが並列接続され、その一端が直流電源２１の正極に接続され、他端が直流電源２１の負極に接続されている。このうち、スイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗが上相アームを構成し、スイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚが下相アームを構成している。また、スイッチング素子Ｕ及びＸの相互接続点、スイッチング素子Ｖ及びＹの相互接続点、スイッチング素子Ｗ及びＺの相互接続点が、星形接続されたモータ８ＭのＵ，Ｖ，Ｗ相の外部接続導線に接続されている。
【００１７】
スイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗの各ゲートには、駆動回路２２が接続されている。そして、各駆動回路２２の駆動電力を蓄えるために、一端が駆動回路２２に接続され、他端がスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗのソース（負電圧側）にそれぞれ接続されたコンデンサＣが設けられ、これのコンデンサをチャージアップするために、その負極が直流電源２１の負極に接続され、その正極が、逆流防止用のダイオードＤを介して、コンデンサＣの一端に接続された直流電源Ｅが設けられている。なお、スイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚの各ゲートにもそれぞれ駆動回路２２が接続されるが、説明及び図面の簡単化のためにそれらを省略している。
【００１８】
一方、モータ８Ｍの各相巻線に流れる電流を検出するために、スイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚのソースと直流電源２１の負極との間に抵抗Ｒが接続され、この抵抗Ｒのスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚ側に発生する電圧をそれぞれ増幅するオペアンプ２３が設けられ、これら３個の抵抗Ｒと３個のオペアンプ２３とで前述の電流検出回路１１が構成されている。制御部１３は後述する制御停止レベルである保護レベルＩｓや繰返し周期Ｔｖ等を記憶させてあるＥＥＰＲＯＭ２４と、このＥＥＰＲＯＭ２４の記憶データ及びオペアンプ２３の出力に基づいてスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの各駆動回路２２にオン、オフ制御信号を加えると共に、図１に示すインバータ２、速度制御回路１２及び異常表示部１５に制御信号を加えるＭＣＵ２５を備えている。
【００１９】
上記のように構成された本実施形態について、図４乃至図６をも参照してその原理を説明した後で、その動作を説明することとする。室外ファンが停止状態にあればモータの相巻線に電圧は誘起されないので、インバータのスイッチング素子の電流は０である。しかし、自然風によって室外ファンが回転している場合にはモータの巻線に電圧が誘起され、スイッチング素子をオン状態にすれば、モータの相巻線に正弦波電流が流れる。
【００２０】
本発明は、室外ファンの起動前にその回転している状態を検出するために、所定時間Ｔ１だけインバータの下相のスイッチング素子をオン状態にする。この際に、室外ファンが回転していたとすると、各相の巻線電流は図４の実線ａ１又はその途中から飽和する破線ａ２に示したように変化する。また、下相のスイッチング素子をオン状態にした時に対応する上相のスイッチング素子のいずれか１つが短絡する、いわゆる、アーム短絡時の電流値の変化を直線ｂに示す。
【００２１】
直線ｂに示すようなアーム短絡時には、短絡と判定する閾値Ｉｂを超える極めて大きい電流が流れる。そのため、閾値Ｉｂを超えると即座にスイッチング素子の全てをオフ状態にして異常停止させる。空気調和機の室外ファンにこの異常停止を適用した場合にはそれ以後、圧縮機の運転を行わず、異常表示等を行う。なお、この際に流れる電流は上相のスイッチング素子から下相のスイッチング素子に流れるので巻線に流れる電流は略０である。
【００２２】
一方、室外ファンの回転数が低い場合には実線ａ１の途中から飽和する破線ａ２に示したようにＴ１時間を経過した時点の電流はＡ２しか流れないが、実線ａ１に示したように室外ファンの回転数が高い状態では時間の経過に従って直線的に増加し、Ｔ１時間を経過した時点の電流はＡ１の高い値に到達する。この時刻Ｔ１の電流値は図５に示したように回転数に比例して大きくなる。最終的な電流値はモータ巻線のインダクタンスと誘起電圧との関係で決まる。室外ファンが回転して巻線に電圧が誘起されておれば、電流値の増加率（傾き）はモータ巻線のインダクタンスで決まるため同じように増加するが、回転数が低く誘起電圧が小さい場合には早い段階で電流の増加は停止し、その値を維持する。回転数が高ければ電流は増加し続け、最終的に高い値に到達する。したがって、ある程度の時間をおけば、その時点の電流値によってその時点の室外ファンの回転数を推定することができる。
【００２３】
ここで、モータの特性によっては実線ａ１のケースのように巻線に流れる電流が大きい場合、Ｔ１時点ではロータの永久磁石が減磁する可能性がある。また、スイッチング素子も過電流によって破壊に至る可能性がある。そこで、ロータの永久磁石が減磁するレベルの電流値又はスイッチング素子が破壊に至る過電流値のいずれか低い方の値よりも低い保護レベルＩｓに達した場合はその時点で下相のスイッチング素子をオフ状態に復帰させて、減磁や素子破壊を未然に防止する。すなわち、実線ａ１の場合、時刻ｔにて下相のスイッチング素子をオフ状態にする。モータやインバータの仕様にもよるが、一般には素子破壊に至る電流値よりも減磁に至る電流値の方が低いため、減磁電流値を基準にしてこれより低い保護レベルＩｓに設定するのが一般的である。
【００２４】
なお、図４の実線ａ１の電流パターンでは保護レベルＩｓを超えた状態も参考的に示しているが実際の制御においては保護レベルＩｓを超えた時刻ｔで下相のスイッチング素子をオフ状態にするため、保護レベルＩｓより大きくならない。また、アーム短絡時の電流増加の状態を示す直線ｂのケースにおいては、保護レベルＩｓを超えて大きな電流が流れるが、この場合は極めて短時間に大電流が流れるため、保護レベルＩｓを設定しても応答できず、アーム短絡検出用の閾値Ｉｂにて下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚがオフ状態に復帰される。例えば、アーム短絡時の電流Ｉｂに到達する前に保護レベルＩｓに先に到達するが、保護レベルＩｓに到達したことの判断はノイズ対策のために応答を遅くして３るため、アーム短絡時の電流Ｉｂに応答してスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚがオフ状態にされる。
【００２５】
一方、室外ファンの運転開始時にこれが自然風により回転していると、その回転数が大きい場合にはモータによってファンを駆動しなくとも室外熱交換器には十分な通風がなされることから熱交換が可能であり、空調運転を継続することができる。
【００２６】
この空調運転が可能な室外ファンの回転数は、その特性や空気調和機の冷凍サイクルの構成によって異なるが、通常図５において、ファンを駆動することなく空調運転が可能なファンの自然風による回転数の下限値Ｒが対応する、前述の時刻Ｔ１のモータ電流値は、素子破壊に至る電流値や減磁に至る電流値よりも低い値となる。そこで、空調用の室外ファンを駆動するモータでは保護レベルＩｓを、ファン駆動が可能な回転数Ｒに対応する値に設定すれば、素子破壊や減磁がなく、かつ、室外ファンの駆動を停止させたままで空調運転が可能となる。
【００２７】
ファンを駆動しないで空調運転を継続する場合、運転中に自然風が減少し、室外熱交換器における放熱や吸熱が不十分となることが考えられる。このような事態が生じると室外熱交換器での熱交換が不足し、冷凍サイクルの高圧側の圧力が異常に上昇し、機器が故障に至る可能性もある。そこで、起動時に上述の制御によってファンの駆動が不要と判断された場合も所定の繰返し周期Ｔｖごとに下相のスイッチング素子をオン状態にして室外ファンの回転数が低下していないか否かを繰返し判別する。ここで、自然風による室外ファンの回転数が低下している場合には、下相のスイッチング素子のオン状態の電流値が時刻Ｔ１以後においても保護レベルＩｓ未満となるため、室外ファンの起動は停止されず、続いてファン位置決めのための強制停止を行い、続いて、ＰＷＭ駆動を開始する。
【００２８】
ここで、保護レベルＩｓについてまとめると、空気調和機の室外ファンに適用した場合の保護レベルＩｓは、ファンを駆動しなくとも空調運転が可能なファンの自然回転数に見合った値が設定される。それ以外のファンに適用される場合は保護レベルＩｓは、素子破壊に至る電流値と減磁に至る電流値のいずれか低い値に設定される。
【００２９】
図１乃至図３に示した本実施形態は上記の原理に従って構成されたもので、以下にその動作について説明する。リモコン装置１６から運転モード、設定温度、風量等の赤外線信号が出力されると、この赤外線信号が受光部１４で受信されて制御部１３に加えられる。制御部１３は受信信号に応じた制御を実行する前に室外ファン８の回転状態を検出するため、予め定めたＴ１時間だけ下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にする。
【００３０】
室外ファン８の正規の駆動時には、図２に示したように、矢印Ａ，Ｂの２方向から外気を吸い込み矢印Ｃ方向に吐出するが、運転開始時に自然風によって室外ファン８自体が回転している場合がある。下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態したとき、屋外の自然風によって室外ファン８が比較的高速で回転している場合には、モータ８Ｍは発電機として作用するため、図４の実線ａ１に示したように時間に比例して増大する電流Ｉが流れる。回転数が低い場合には実線ａ１の途中から飽和する破線ａ２に示したような電流が流れる。このとき、３個のオペアンプ２３から３相交流電圧が出力され、ＭＣＵ２５に加えられる。
【００３１】
ＭＣＵ２５は全てのオペアンプ２３の出力に基づいて、電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂを超えたか否かを調べ、超えておれば下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態に復帰させ、異常表示部１５に上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１つ又は複数が異常であることを表示して空調動作を停止する。電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂ以下である場合には、電流検出値Ｉが保護レベルＩｓを超えるか否かを調べ、超えていた場合には下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態に復帰させて冷凍サイクルの運転を開始する。また、電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂ以下である場合には、電流検出値Ｉが３相とも正弦波又は０であるか否かを調べ、正弦波でない場合又は０でない場合には下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態に復帰させてモータの巻線に短絡があるか、あるいは、電流検出回路１１に異常があることを異常表示部１５に表示して空調動作を停止する。
【００３２】
そして、電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂ以下で、保護レベルＩｓ以下で、かつ、３相分がともに正弦波であった場合にはＴ１時間を経過した時点で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態に復帰させ、今度は上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオン状態とし、そのときの電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂを超えたか否かを調べ、超えておれば上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオフ状態に復帰させ、異常表示部１５に下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚのいずれか１つ又は複数が異常であることを表示して空調動作を停止する。電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値Ｉｂ以下である場合には、Ｔ１時間を経過した時点でスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオフ状態に復帰させて冷凍サイクルの運転を開始する。
【００３３】
冷凍サイクルの運転は各種提案されて公知であるので概略動作についてのみ説明する。運転モードに応じて四方弁４を励磁又は非励磁状態にすると共に、空調負荷に応じて圧縮機３を能力制御する周波数指令をインバータ２に加える。これにより、冷房モードにおいて実線の矢印で示したように、圧縮機３→四方弁４→室外熱交換器５→膨張弁６→室内熱交換器７→四方弁４→圧縮機３の経路で冷媒が循環され、暖房モードにおいて破線の矢印で示したように、圧縮機３→四方弁４→室内熱交換器７→膨張弁６→室外熱交換器５→四方弁４→圧縮機３の経路で冷媒が循環される。そして、リモコン装置１６で設定された風量になるように速度制御回路１２に速度指令を与えると共に、空調能力に応じた熱交換が行われるように室外ファン８を制御するインバータ１０に指令を与え、さらに、室内熱交換器７での冷媒の状態が適切になるように膨張弁６の開度を制御する。このとき、インバータ１０のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚは予め定められた順序にてオン、オフ制御されるが、下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚがオン状態にされたとき、直列接続関係にある上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗはオフ状態にされ、このオフ状態のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗに対応して設けられたコンデンサＣがチャージアップされ、駆動回路２２の駆動電力を供給する。
【００３４】
図６は本実施形態による代表的な２つの制御例を示したタイムチャートであり、（ａ）は下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にした場合の電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより低い場合であり、（ｂ）は下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にした場合の電流検出値Ｉが保護レベルＩｓを超えていた場合を示している。すなわち、（ａ）に示すように、制御部１３がその動作を開始してから下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にし、Ｔ１時間を経過した時点の電流検出値Ｉが保護レベルＩｓ以下である場合にはその時点で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態にすると共に上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオン状態にして電流検出し、電流検出値Ｉがアーム短絡を判定する閾値ＩｂになっていなければＴ１時間を経過した時点で室外ファン８の減速、停止制御を実行し、室外ファン８が停止した時点でインバータ１０を制御してＰＷＭ電流をモータ８Ｍに与えて室外ファン８の駆動制御を実行する。一方、（ｂ）に示すように、制御部１３がその動作を開始してから下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にし、ｔ時間を経過した時点で電流検出値Ｉが保護レベルＩｓを超えていた場合にはその時点で室外ファン８の停止制御を実行し、制御部１３がその動作を開始してから繰返し周期Ｔｖを経過したときに、電流検出値Ｉが保護レベルＩｓ以下である場合には、（ａ）で説明したと同様にして室外ファン８の駆動制御を実行する。
【００３５】
図７は上述した動作を実行する場合のＭＣＵ２５の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、以下にその処理を説明する。先ず、ステップ３１でＥＥＰＲＯＭ２４に記憶されていたデータ、Ｉｂ，Ｉｓ，Ｔｖを読み込み、ステップ３２で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚを同時にオン状態とし、ステップ３３にて電流検出値Ｉを読み込む。次に、ステップ３４にて電流検出値Ｉが短絡を判定する閾値Ｉｂを超えるか否かを判定し、電流検出値Ｉが閾値Ｉｂより大きくない場合にはステップ３５の処理に進み、電流検出値Ｉが閾値Ｉｂより大きい場合にはステップ５２の処理に進む。３相分の電流Ｉの読み込みは同時であっても、順次に１相ずつ読み込んでも良い。
【００３６】
ステップ３５においては３相分の電流検出値Ｉが全て０か否かを判定し、ゼロでない場合にはステップ３６で３相分の電流検出波形が全て正弦波であるか否かを判定し、正弦波であった場合にはステップ３７にて電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより大きいか否かを判定し、大きくない場合にはステップ３８の処理に進む。なお、ステップ３５にて三相共に電流が０であると判定されたときには直接ステップ３８の処理に進み、ステップ３６にて３相分のいずれか１つ又は複数が正弦波でないと判定された場合にはステップ５４の処理に進む。
【００３７】
ステップ３８においては下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態にしてから所定時間Ｔ１を経過したか否かを調べ、経過していなければステップ３３〜３８の処理を繰り返す。ステップ３８にて所定時間Ｔ１を経過したと判定された段階でステップ３９の処理に進み、ここで下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態に復帰させ、続いてステップ４０で上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオン状態とし、ステップ４１で電流検出値Ｉを読み込む。さらに、ステップ４２で電流検出値Ｉが短絡を判定する閾値Ｉｂを超えるか否かを判定し、電流検出値Ｉが閾値Ｉｂより大きくない場合にはステップ４３の処理に進み、電流検出値Ｉが閾値Ｉｂより大きい場合にはステップ５０の処理に進む。
【００３８】
ステップ４３では上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオン状態にしてから所定時間Ｔ１を経過したか否かを調べ、経過していなければステップ４１〜４３の処理を繰り返す。ステップ４３にて所定時間Ｔ１を経過したと判定された段階でステップ４４の処理に進み、ここで上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオフ状態に復帰させ、続いてステップ４５にて圧縮機３等を動作させることによって冷凍サイクルの運転を開始し、続いてステップ４６でモータ８Ｍの起動制御を開始して周知の空調動作に移る。
【００３９】
一方、ステップ３７にて電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより大きいと判定された場合にはステップ４７で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態にし、次のステップ４８にて圧縮機３等を動作させることによって冷凍サイクルの運転を開始し、ステップ４９で繰返し周期Ｔｖを経過した段階で最初のステップ３１の処理に戻って上記の処理を繰り返す。また、ステップ４２で電流検出値Ｉが短絡を判定する閾値Ｉｂを超えていると判定された場合には、ステップ５０にて上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗをオフ状態にし、続いてステップ５１で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚのいずれか１つ又は複数が異常であることを異常表示部１５に表示させた後、ステップ５６で冷凍サイクルを含む全ての機器を停止する等の異常処理を実行する。
【００４０】
また、ステップ３４で電流検出値Ｉが短絡を判定する閾値Ｉｂを超えると判定された場合にはステップ５２にて下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態にし、続いてステップ５３で上相のスイッチング素子Ｕ，Ｖ，Ｗのいずれか１つ又は複数が異常であることを異常表示部１５に表示させた後、ステップ５６で冷凍サイクルを含む全ての機器を停止する等の異常処理を実行する。また、ステップ３６で三相共に正弦波でないと判定された場合にはステップ５４にて下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオフ状態にして、ステップ５５でモータ巻線が短絡異常を起こしているか、あるいは、電流検出回路１１が異常であめことの表示を行ってステップ５６の処理に進む。
【００４１】
このように、制御部１３を構成するＭＣＵ２５が図７のフローチャートに示した処理を実行することによって、図４ないし図６を用いて説明した制御を実行することができる。
【００４２】
かくして、第１の実施形態によれば、自然風により室外ファンが高速回転状態で制動又はコンデンサ充電のために下相のスイッチング素子をオン状態にした場合の過電流によるモータの永久磁石の減磁及び下相スイッチング素子の破壊を未然に防止することができる。
【００４３】
また、自然風が強い状態では室外ファンの起動を停止してモータの減磁やスイッチング素子の破壊を防止すると共に、室外ファンの駆動を停止したまま圧縮機を運転して空調運転を実施し、自然風が収まったときには室外ファンを駆動するので、室外熱交換器への通風の少ない状態での圧縮機の運転を継続したことによる冷凍サイクルの過負荷状態を防止することができる。
【００４４】
ところで、本発明の原理として説明したように、自然風による室外ファン８の回転数がある程度以上であれば、室外熱交換器５において十分な熱交換が可能である。また、圧縮機３をインバータ２によって可変速駆動するものにおいては圧縮機３の能力制御運転が可能であることから、自然風による室外ファン８の回転数に応じて圧縮機３の回転数を制御すれば、室外ファン８を駆動しないままでの空調運転が可能となる。このように、室外ファン８を駆動しないで空調運転を行うとすれば、モータ８Ｍで消費される電力が不要となり省エネルギー効果も得られる。この場合には室外ファン８の回転数を推定し、その推定結果によって圧縮機３の回転数を制限して過負荷に至らない範囲で空調運転をすることができる。
【００４５】
図８はこの原理に従って制御する空気調和機の第２の実施形態として、制御部を構成するＭＣＵの具体的な処理手順を示すフローチャートである。この場合、ステップ６１で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態とし、ステップ６２でタイマＴをスタートさせ、ステップ６３にて電流Ｉを検出する。そして、ステップ６４にて電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより小さいか否かを判定し、小さい場合にはステップ６５の処理に進み、小さくない場合にはステップ７０の処理に進む。ステップ６５においてはタイマＴの計時時間が所定値Ｔ１以上か否かを判定し、所定値Ｔ１以上でなければステップ６３〜６５の処理を繰り返す。Ｔ１以上である場合にはステップ６６にて、例えば、その時点の電流検出値Ｉに基づいて室外ファン８の回転数ｒを推定する。
【００４６】
次に、ステップ６７において推定回転数ｒが、自然風によって十分な熱交換が行われる最低回転数ｒ１より低いか否かを判定し、低い場合にはステップ６８で室外ファン８の起動制御を行い、ステップ６９にて通常の空調運転を実行する。一方、ステップ６７にて推定回転数ｒがｒ１以上であればステップ７３で推定回転数ｒがより大きな範囲に定めたｒ２よりも低いか否かを判定し、低い場合にはステップ７４で室外ファン８の起動を停止し、圧縮機３の回転数の上限に対応する電源周波数４０Ｈｚに設定してステップ７２の処理に移り、推定回転数ｒがｒ２よりも低くない場合にはステップ７５で室外ファン８の起動を停止し、圧縮機３の回転数の上限に対応する電源周波数４０Ｈｚに設定してステップ７２の処理に移る。
【００４７】
なお、ステップ６４で電流検出値Ｉが保護レベルＩｓ以上であればステップ７０で室外ファン８の起動を停止し、ステップ７１で圧縮機の回転数制限なしで空調運転を実施し、ステップ７２では所定時間Ｔｖを経過したか否かを判定し、経過した段階でステップ６１の処理に戻って、同様な処理を繰返す。
【００４８】
この第２の実施形態によれば、回転位置の検出素子なしで回転数を推定することができ、また、省エネルギー効果も得られる。
【００４９】
上述した第２の実施形態では室外ファン８の回転数を推定したが、この回転数推定方法を除湿運転に活用することもできる。すなわち、除湿運転等では圧縮機３の回転数を低くした運転であるため、室外熱交換器５の熱交換量も小さくて済むことから、室外熱交換器５への通風量は少なくても良い。従って、空調運転において要求される室外熱交換器５の熱交換量（要求熱交換量）を算定し、この要求熱交換量に応じて室外ファン８を駆動する必要があるか否かを推定された室外ファン８の回転数に対応させて決定しても良い。通常空気調和機における要求熱交換量は、圧縮機の回転数や運転モード等をパラメータとして決められる。ここで決定された要求熱交換量に対応した室外ファン８の回転数Ｆ（自然風によって勝手に回転している状態の回転数）を決定し、これを回転数推定値ｒと比較して室外ファン８を起動するか否かを決定する。
【００５０】
図９はこの原理に従って制御する空気調和機の第３の実施形態として、制御部を構成するＭＣＵの具体的な処理手順を示すフローチャートである。この場合、ステップ８１で下相のスイッチング素子Ｘ，Ｙ，Ｚをオン状態とし、ステップ８２でタイマＴをスタートさせ、ステップ８３にて電流Ｉを検出する。そして、ステップ８４にて電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより小さいか否かを判定し、小さい場合にはステップ８５の処理に進み、小さくない場合にはステップ９１の処理に進む。ステップ８５においてはタイマＴの計時時間が所定値Ｔ１以上か否かを判定し、所定値Ｔ１以上でなければステップ８３〜８５の処理を繰り返す。Ｔ１以上である場合にはステップ８６にて室外ファン８の回転数ｒを推定する。
【００５１】
次に、ステップ８７において空気調和機の要求ファン回転数Ｆを決定し、続いて、ステップ８８にて、推定回転数ｒが要求回転数Ｆより低いか否かを判定し、低い場合にはステップ８９で室外ファン８の起動制御を行い、ステップ９０にて通常の空調運転を実行する。一方、ステップ８４にて電流検出値Ｉが保護レベルＩｓより小さくないと判定された場合、及び、ステップステップ８８にて、推定回転数ｒが要求回転数Ｆより低くないと判定された場合、ステップ９１で室外ファン８の起動を停止し、ステップ９２で空調運転を実施し、ステップ９３では所定時間Ｔｖを経過したか否かを判定し、経過した段階でステップ８１の処理に戻って、同様な処理を繰返す。
【００５２】
この第３の実施形態によれば、回転位置の検出素子なしで回転数を推定することができ、また、省エネルギー効果も得られる。
【００５３】
なお、上記の各実施形態においては、冷凍サイクル装置の実施形態として空気調和機について説明したが、空気調和機と同様に構成された室外機及び冷凍サイクルを有する給湯器も市販されつつある。本発明は空気調和機に限らず主要部がこれと同様に構成された給湯器等、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るファン制御装置、冷凍サイクル装置及びファン回転数推定方法を実施する第１の実施形態として、空気調和機の制御部の概略構成を示した図。
【図２】室外機の主要部の構成を示す横断面図。
【図３】室外ファン用インバータの詳細な構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図４】第１の実施形態の動作を説明するために、モータの巻線に流れる電流と時間との関係を示した線図。
【図５】第１の実施形態の動作を説明するために、モータの回転数と巻線に流れる電流との関係を示した線図。
【図６】第１の実施形態による代表的な２つの制御例を示したタイムチャート。
【図７】第１の実施形態の動作を実行する場合のＭＣＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態として、制御部を構成するＭＣＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３の実施形態として、制御部を構成するＭＣＵの具体的な処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５５】
２，１０  インバータ
５  室外熱交換器
７  室内熱交換器
８  室外ファン
８Ｆ  ファン
８Ｍ  モータ
１１  電流検出回路
１３  制御部
１５  異常表示部
２３  オペアンプ
２５  マイクロコンピュータユニット（ＭＣＵ）
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ  スイッチング素子
【図１】
2005124330.tif 000003
【図２】
2005124330.tif 000004
【図３】
2005124330.tif 000005
【図４】
2005124330.tif 000006
【図５】
2005124330.tif 000007
【図６】
2005124330.tif 000008
【図７】
2005124330.tif 000009
【図８】
2005124330.tif 000010
【図９】
2005124330.tif 000011