JP2012130091A - ファン制御装置、ファン制御方法および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも自然風を無駄なく利用することが可能なファン制御装置を提供する。
【解決手段】ファン制御装置は、ファンを駆動する交流モータ８Ｍと、交流モータ８Ｍに電源を供給することによって交流モータ８Ｍを回転させる電源部２と、電源部２による電源供給を制御する制御部９とを備える。制御部９は、電源部２に電源供給を開始または再開させてから設定された判定間隔が経過すると、電源部２に電源供給を一時的に停止させる。そして、制御部９は、電源部２による電源供給の一時的な停止中に、自然風の強さに応じて変化するセンシング信号Ｖｕｓ，Ｖｖｓを受け、このセンシング信号Ｖｕｓ，Ｖｖｓに基づいて電源部２に電源供給を再開させるか否かを判定する。
【選択図】図３

Description

この発明は、ファン駆動用のモータを制御するファン制御装置およびファン制御方法に関し、さらに、このファン制御装置を備えた空気調和機などの冷凍サイクルシステムに関する。

空気調和機の室外ファンを駆動するためにブラシレスモータが多く用いられている。室外ファンは、ブラシレスモータによって回転駆動されていないときには、自然風などの外力によって自由に回転できる。

特開２０００−１２５５８４号公報（特許文献１）は、自然風などの外的な要因によって回転している場合にでも、制動、停止、位置決めの制御が可能なブラシレスモータの駆動装置について開示する。具体的に、この駆動装置は、ブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する単一のホール素子と、インバータ回路と、インバータ回路のスイッチング素子をオン、オフ制御する制御手段とを備える。制御手段は、ブラシレスモータの起動前に、ホール素子の出力信号に同期させて、運転時に切替え通電する複数の通電パターンの少なくとも一つの通電パターンにてＰＷＭ電流をステータ巻線に流すようにスイッチング素子をオン、オフ制御して制動、停止及び位置決めを行なう。

特開２００３−１４８７８８号公報（特許文献２）に記載の空気調和機用の室外機では、ファンモータの起動前において、自然風によってフリーに回転しているモータの回転数がホール素子などの回転位置検出回路によって検出される。そして、検出されたモータ回転数が室外機の運転に十分な回転数の場合には、そのままファンモータを起動せずに圧縮機などの運転が開始される。ファンモータ自らが回転して自然風に対抗するよりも、自然風をそのまま利用した方が熱交換の効率がよく、無駄な電力を削減できるメリットがあるからである。

特開２０００−１２５５８４号公報 特開２００３−１４８７８８号公報

上記の特開２００３−１４８７８８号公報（特許文献２）に記載された方法は、ファンモータの起動前において室外ファンがフリーに回転しているときの回転数を検出するものであるので、ファンモータの回転駆動中には利用することができない。したがって、ファンモータの起動後に自然風が吹き付けた場合には電力を無駄に消費することになる。

この発明は、従来よりも自然風を無駄なく利用することが可能なファン制御装置および方法、ならびにこのファン制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを提供することである。

この発明は一局面によるファン制御装置は、ファンを駆動する交流モータと、交流モータに電源を供給することによって交流モータを回転させる電源部と、電源部による電源供給を制御する制御部とを備える。制御部は、電源部に電源供給を開始または再開させてから設定された判定間隔が経過すると、電源部に電源供給を一時的に停止させる。そして、制御部は、電源部による電源供給の一時的な停止中に、自然風の強さに応じて変化するセンシング信号を受け、このセンシング信号に基づいて電源部に電源供給を再開させるか否かを判定する。

好ましくは、制御部は、電源部による電源供給中に、交流モータの電機子電流の大きさが所定の基準範囲内にあるか否かを判定し、基準範囲内にない場合は基準範囲内にある場合よりも判定間隔を短く設定する。

好ましい実施の一形態において、電源部は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電圧を交流電圧に変換して交流モータに供給するインバータを含む。制御部は、複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することによって、インバータから交流モータへの交流電圧の供給を制御する。そして、制御部は、電源部による電源供給の一時的な停止中に、インバータを構成する上アーム側の全スイッチング素子および下アーム側の全スイッチング素子のうち一方をオフ状態とし他方を所定のデューティ比でオンおよびオフを繰返させる制動動作を行なう。制御部は、制動動作中に自然風を受けてファンが交流モータともに回転することによって生じた交流モータの電機子電流または電機子電圧の検出値を、上記のセンシング信号として受ける。

上記の実施の一形態において、好ましくは、制御部は、制動動作中に生じた交流モータの電機子電流または電機子電圧のゼロクロス周期に基づいて交流モータの回転数を算出し、算出した回転数が所定の基準回転数以下となったときに電源部に電源供給を再開させる。

もしくは、制御部は、制動動作中に生じた交流モータの電機子電流または電機子電圧の大きさが所定の基準値以下となったときに電源部に電源供給を再開させる。

好ましい実施の他の形態において、ファン制御装置は、交流モータの回転子の位置を検出する位置センサをさらに備える。この場合、制御部は、電源部による電源供給の一時的な停止中に自然風を受けてファンが交流モータとともに回転することによって生じた位置センサの出力変動をセンシング信号として受け、位置センサの出力変動に基づいて交流モータの回転数を算出し、算出した回転数が所定の基準回転数以下となったときに電源部に電源供給を再開させる。

好ましい実施のさらに他の形態において、上記のファンは、熱交換器の熱交換を促進するために設けられ、ファンおよび熱交換器は共通の筐体内に収納される。そして、ファン制御装置は、筐体内に収納された風速計をさらに備える。この場合、制御部は、電源部による電源供給の一時的な停止中に風速計の出力をセンシング信号として受け、風速計の出力が所定の基準値以下となったときに電源部に電源供給を再開させる。

この発明は他の局面において、交流モータによって駆動されるファンを制御するための方法である。このファン制御方法は、交流モータへの電源供給を開始または再開してから設定された判定間隔が経過すると、交流モータへの電源供給を一時的に停止するステップと、交流モータへの電源供給の一時的な停止中に、自然風の強さに応じて変化するセンシング信号を受け、このセンシング信号に基づいて交流モータへの電源供給を再開するか否かを判定するステップとを備える。

この発明はさらに他の局面において冷凍サイクルシステムであって、冷媒と室内の空気との熱交換を行なう室内熱交換器と、冷媒と室外の空気との熱交換を行なう室外熱交換器と、室内熱交換器および室外熱交換器の一方を通過した冷媒を圧縮して他方に供給する圧縮機と、室内熱交換器と室外熱交換器との間の冷媒の経路に設けられた膨張弁と、室外熱交換器の熱交換を促進するためのファンと、ファンを駆動制御する上記のファン制御装置とを備える。

この発明によれば、ファンモータを定期的に一旦停止して自然風によるファンの回転を検出することによって自然風の強さを監視する。そして、熱交換や送風に十分な強さの自然風が吹き付けていれば、ファンモータの再起動を行なうことなくその自然風をそのまま熱交換や送風に利用する。このように従来よりも自然風を無駄なく利用することによって消費電力を削減できる。

この発明の実施の形態１によるファン制御装置が適用される空気調和機５０の全体構成を示す図である。 図１に示す空気調和機５０に用いられる室外機６１の主要部の一例で構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によるファン制御装置１の構成を示すブロック図である。 図３の抵抗素子Ｒ１で検出されるＵ相電流Ｉｕの波形の一例を示す図である。 図３のＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるファン制御装置において、ＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［空気調和機の全体構成］
図１は、この発明の実施の形態１によるファン制御装置が適用される空気調和機５０の全体構成を示す図である。空気調和機５０は冷凍サイクルシステムの一例として示されている。

図１を参照して、空気調和機５０は、圧縮機５３と、四方弁５４と、室外熱交換器５５と、膨張弁５６と、室内熱交換器５７と、室外ファン装置５８と、室内ファン装置５９とを含む。圧縮機５３、四方弁５４、室外熱交換器５５、膨張弁５６、および室内熱交換器５７によって冷凍サイクル（ヒートポンプサイクルとも称する）が構成される。四方弁５４を切替えることによって、冷房運転時には図１の実線の矢印ＣＬで示した経路で冷媒が循環し、暖房運転時には破線の矢印ＨＴで示した経路で冷媒が循環する。室外ファン装置５８および室内ファン装置５９は、それぞれ室外熱交換器５５および室内熱交換器５７における熱交換を促進するために設けられている。

空気調和機５０は、さらに、インバータ回路５２，２，６０と、これらのインバータ回路および膨張弁５６などを制御する制御部５１とを含む。インバータ回路５２，２，６０の各々には、交流電源４からの交流電圧がコンバータ回路３によって直流電圧に変換されて供給される。インバータ回路５２，２，６０は、コンバータ回路３から受けた直流電圧を交流電圧に変換して圧縮機５３、室外ファン装置５８、および室内ファン装置５９にそれぞれ供給する。

図２は、図１に示す空気調和機５０に用いられる室外機６１の主要部の一例で構成を示す断面図である。

図２を参照して、室外機６１には、室外熱交換器５５、圧縮機５３、および室外ファン装置５８が装着されている。室外機６１の正面（図２の下方）から見て、室外熱交換器５５は室外機６１内の左側部と後背部とに略直角に曲げて配置される。圧縮機５３は室外機６１内の右側部に配置される。室外ファン装置５８は、ファン８Ｆと、ファン８Ｆを回転駆動する交流モータ８Ｍとを有する。室外ファン装置５８は、室外熱交換器５５の前面側に配置され、回転時に、図２の背面方向（Ａ方向）および左側面方向（Ｂ方向）から外気を吸い込み正面方向（Ｃ方向）に吐出する。これにより、室外熱交換器５５の熱交換が促進される。

［ファン制御装置の構成］
図３は、この発明の実施の形態１によるファン制御装置１の構成を示すブロック図である。図３を参照して、ファン制御装置１は、コンバータ回路３と、インバータ回路２と、交流モータ８Ｍと、室外ファン制御部９とを含み、図２のファン８Ｆを回転駆動する。図３の場合には、交流モータ８Ｍは三相同期モータである。たとえば、永久磁石同期モータ（ブラシレスモータとも称する）が好適に用いられる。

インバータ回路２は、三相ブリッジ接続されたパワーバイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ６と、これらのトランジスタＱ１〜Ｑ６にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６と、交流モータ８Ｍの電機子電流を検出するための抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とを含む。トランジスタＱ１，Ｑ４および抵抗素子Ｒ１は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｕ相アームを構成する。正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間には、コンバータ回路３から直流電圧が印加される。同様に、トランジスタＱ２，Ｑ５および抵抗素子Ｒ２は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｖ相アームを構成する。トランジスタＱ３，Ｑ６および抵抗素子Ｒ３は、この順で正極側ノードＮｐと負極側ノードＮｎとの間に直列に接続され、Ｗ相アームを構成する。トランジスタＱ１，Ｑ４の接続ノードＮｕ、トランジスタＱ２，Ｑ５の接続ノードＮｖ、およびトランジスタＱ３，Ｑ６の接続ノードＮｗは、それぞれ交流モータ８ＭのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子巻線と接続される。

図１で説明した制御部５１は、室外ファン装置５８の制御を行なう室外ファン制御部９と、空気調和機全体の運転制御を行なう室内機制御部１０とを含む。室内機制御部１０は、ユーザの起動操作および停止操作に応じてファンモータの起動命令および停止命令を室外ファン制御部９のＰＷＭ制御部６に出力する。室内機制御部１０は、さらに、外気温や室外熱交換器の温度などに応じてファンモータの回転数指令値を室外ファン制御部９のＰＷＭ制御部６に出力する。

室外ファン制御部９は、電流検出回路５、ＰＷＭ制御部６、およびＰＷＭ信号発生回路７を含む。電流検出回路５は、トランジスタＱ４がオン状態のときに流れるＵ相電流を抵抗素子Ｒ１に生じた電圧Ｖｕｓとして検出するとともに、トランジスタＱ５がオン状態のときに流れるＶ相電流を抵抗素子Ｒ２に生じた電圧Ｖｖｓとして検出する。電流検出回路５は、これらの電圧Ｖｕｓ，Ｖｖｓをアンプ（図示省略）によって増幅し、増幅された信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器（図示省略）によってデジタル信号に変換する。

ＰＷＭ制御部６は、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ：Micro Control Unit）によって構成され、ＭＣＵがプログラムに従って演算処理を実行することによって以下の機能を実現する。

まず、ＰＷＭ制御部６は、電流検出回路５から受取った電圧Ｖｕｓ，Ｖｖｓを表わすデジタル信号に基づいてＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流Ｉｖを算出する。Ｗ相電流Ｉｗは、
Ｉｗ＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ） …(1)
によって算出される。

さらに、ＰＷＭ制御部６は、算出した各相の電機子電流、ならびに室内機制御部１０から受取ったファンモータの起動命令、停止命令、および回転数指令値に基づいて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々に対応するＰＷＭ信号のパルス幅の指令値（デューティ比の指令値）を生成してＰＷＭ信号発生回路７に送出する。

ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６から受取ったパルス幅の指令値に応じたパルス信号を生成してトランジスタＱ１〜Ｑ６のゲートに出力する。たとえば、三角波比較方式の場合、ＰＷＭ制御部６は、ＰＷＭ信号のパルス幅の指令値に対応する電圧指令信号を生成してＰＷＭ信号発生回路７に出力する。ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６から受取った電圧指令信号を三角波信号（キャリア信号）と比較することによって電圧指令信号に応じたデューティ比のパルス信号を生成する。この結果、電圧指令信号に応じた駆動電圧がインバータ回路２から交流モータ８Ｍに出力される。

［フリーラン中のモータ回転数の検出］
交流モータ８Ｍへの電源供給の停止時には、図２のファン８Ｆに自然風が吹き付けると、交流モータ８Ｍはファン８Ｆとともにフリーランする。このとき、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６のゲートへ互いに同じタイミングで互いに同じデューティ比（たとえば、１０％程度の適度な大きさ）のパルス信号を出力すると、交流モータ８Ｍにはブレーキ力が働く（以下、「制動動作」と称する）。上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３はオフ状態のままである。デューティ比が適度な大きさであれば、無風および微弱な自然風の場合には交流モータ８Ｍは完全に停止するが、それ以外の場合には自然風の強さに応じた回転数で交流モータ８Ｍは回転を続ける。

交流モータ８Ｍの回転子が外力（自然風）によって回転しているときには、交流モータ８Ｍの各相の電機子巻線には誘導起電力が生じる。制動動作中で下アーム側の各トランジスタＱ４〜Ｑ６がオン状態のときには、この誘導起電力によって抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３にそれぞれＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ（電機子電流）が流れる。これらの電機子電流（この発明のセンシング信号に相当する）は回転子の回転数に応じた周期の交流となるので、電機子電流の周期を検出することによって交流モータ８Ｍの回転数を算出することができる。

図４は、図３の抵抗素子Ｒ１で検出されるＵ相電流Ｉｕの波形の一例を示す図である。図３で説明したように抵抗素子Ｒ１を流れる電流は、ＰＷＭ制御部６を構成するＭＣＵに取り込まれる。ＭＣＵは、図４に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの最初のゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間Ｔ１［秒］（半周期に相当）をＭＣＵに内蔵されたタイマにより計測する。交流モータが極対数がｐ（極数＝２ｐ）であれば、回転数Ｎ［ｒｐｍ］は、
Ｎ＝６０／（２×ｐ×Ｔ１） …(2)
によって算出される。

交流モータ８Ｍにブレーキ力を働かせる制動動作を行なう場合、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６に代えて、上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３のゲートへ互いに同じタイミングで互いに同じデューティ比（たとえば、１０％程度の適度な大きさ）のパルス信号を出力するようにしてもよい。このとき、下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６はオフ状態のままである。ただし、上アームをオン状態にしたときに電機子電流を検出するためには、図３の場合とは逆に、上アーム側のトランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタと正極側ノードＮｐとの間にそれぞれ抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を設ける必要がある。

上記の電機子電流を利用する方法に代えて、回転子の磁極位置を検出するホール素子を用いることによって自然風によるフリーラン中のモータ回転数を検出してもよい。この場合には、上記の制動動作は必要でない。

［ファンモータの制御手順］
図５は、図３のＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。図５の初期状態では、交流モータ８Ｍは停止状態である。自然風の方向は、交流モータ８Ｍの回転を妨げる方向（図２のＣからＡに向かう逆風）であるとする。

図３、図５を参照して、ステップＳ１で、ＰＷＭ制御部６は、外部（室内機制御部１０）から起動命令を受けたか否かを判断する。ＰＷＭ制御部６は、起動命令を受取ったと判断した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、処理をステップＳ２へ進め、そうではないときはステップＳ１を繰返す。

ステップＳ２で、ＰＷＭ制御部６は、３相ブリッジ回路の下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６へそれぞれ同値で適度なデューティ比（たとえば、１０％）でＰＷＭパルスを出力するようにＰＷＭ信号発生回路７へ命令する。ＰＷＭ信号発生回路７は、ＰＷＭ制御部６からの命令に応じたパルス幅の信号を下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６に出力する（制動動作）。

次のステップＳ３で、ＰＷＭ制御部６は、電流検出回路５からＵ相電流の検出値を受け、Ｕ相電流の最初のゼロクロスから次のゼロクロスまでの時間（半周期）に基づいて自然風による交流モータ８Ｍの回転数を算出する。

次のステップＳ４で、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ３で算出した回転数が所定の回転数（たとえば２００ｒｐｍ）より上であるかどうかを判断する。ここで例示した２００ｒｐｍは、これほどの自然風があれば、それに対抗して自己回転するよりも自然風を利用してフリーランさせたほうが放熱（熱交換）が促進されると予め実験により実証された値である。ＰＷＭ制御部６は、回転数が所定値（２００ｒｐｍ）より上の場合（ステップＳ４でＹＥＳ）処理をステップＳ１３へ進め、交流モータ８Ｍを起動しないで自然風を利用する。ＰＷＭ制御部６は、回転数が所定値（２００ｒｐｍ）以下の場合に（ステップＳ４でＮＯ）処理をステップＳ５へ進める。

ステップＳ５で、ＰＷＭ制御部６は、ステップＳ２で下アーム側のトランジスタＱ４〜Ｑ６へＰＷＭ信号を出力し始めて（制動動作の開始）からの時間が、所定時間（たとえば、３秒）経過したかどうかを判断する。この３秒の時間は、制動動作時に交流モータ８Ｍの回転数が安定するまでに要する待ち時間である。ＰＷＭ制御部６は、所定時間（３秒）経過していなければ（ステップＳ５でＮＯ）処理をステップＳ３に戻し、所定時間（３秒）経過していれば（ステップＳ５でＹＥＳ）処理をステップＳ６へ進める。

ステップＳ６で、ＰＷＭ制御部６は、位置決めのために３相巻線に適度なＤＣ電流が流れるように３相ブリッジ回路のトランジスタＱ１〜Ｑ６をパルス制御する。

次のステップＳ７で、ＰＷＭ制御部６は、交流モータ８Ｍが同期運転を保った状態で、３相巻線へ供給される交流周波数をＤＣから徐々に上昇しつつ電流が一定に保たれるように、トランジスタＱ１〜Ｑ６をパルス制御する。

次のステップＳ８で、ＰＷＭ制御部６は、位相制御などにより無効電力をなくすような通常制御の運転を開始する。さらに、ＰＷＭ制御部６は、逆風監視用周期カウンタのカウント数を０に初期化（クリア）する。さらに、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウント（時間計測）を開始する。

次のステップＳ９で、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウントが１秒を経過したかどうかを判断する。１秒経過した場合は（ステップＳ９でＹＥＳ）ステップＳ１０へ処理が進み、１秒経過していない場合はステップＳ９が繰返される。ステップＳ１０で、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウントを０へ初期化し、ステップＳ１１へ処理を進める。ステップＳ１１で、ＰＷＭ制御部６は監視カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップし、ステップＳ１２へ処理を進める。ステップＳ９〜Ｓ１１の処理手順によって、１秒ごとに監視カウンタのカウント数が１ずつカウントアップされる。

ステップＳ１２で、ＰＷＭ制御部６は、監視カウンタのカウント数が所定の値（たとえば、６００）を超えたかどうかを判断し、超えていれば（ステップＳ１３でＹＥＳ）ステップＳ１３へ処理を進め、所定の値（６００）以下であれば（ステップＳ１３でＮＯ）ステップＳ９へ処理を戻す。

ステップＳ１３で、ＰＷＭ制御部６は、３相ブリッジ回路の全トランジスタＱ１〜Ｑ６をオフ状態にすることによって、インバータ回路２から交流モータ８Ｍへの電源供給を停止させる。続くステップＳ１４で、ＰＷＭ制御部６は、１０秒間待機した後ステップＳ１へ処理を戻す。以下、上記で説明した各ステップが繰返される。

上記のステップＳ９〜Ｓ１４の手順によれば、監視カウンタのカウント数が所定の値（たとえば、６００）になると、すなわち、インバータ回路２から交流モータ８Ｍに電源供給を開始または再開してから所定の判定間隔が経過すると、自然風の強度を判定するために交流モータ８Ｍへの電源供給が一時的に停止される。電源供給の停止中には、自然風による交流モータ８Ｍの回転数が所定値（たとえば、２００ｒｐｍ）を超えているか否かが判定される（ステップＳ４）。そして、ステップＳ４で交流モータ８Ｍの回転数が所定値を超えている（ステップＳ４でＹＥＳ）間は、ステップＳ６以下のモータの再起動は行なわれない。この結果、熱交換や送風に十分な強さの自然風が吹き付けているときには、その自然風をそのまま熱交換や送風に利用することができ、従来よりも消費電力を削減することができる。

＜実施の形態２＞
図６は、この発明の実施の形態２によるファン制御装置において、ＰＷＭ制御部６による交流モータ８Ｍの制御手順を示すフローチャートである。図６の初期状態では、交流モータ８Ｍは停止状態である。自然風の方向は、交流モータ８Ｍの回転を妨げる方向（図２のＣからＡに向かう逆風方向）であるとする。

図６の制御手順は、図５のステップＳ１１に代えてステップＳ１０１〜Ｓ１０３を含む点で図５に示す制御手順と異なる。図６のその他のステップは図５と同じであるので、図５と同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

図３、図６を参照して、ステップＳ１０までは図５の場合と同じである。ステップＳ１０において、ＰＷＭ制御部６は、タイマによるカウントを０へ初期化し、ステップＳ１０１へ処理を進める。

ステップＳ１０１で、ＰＷＭ制御部６は、交流モータ８Ｍの電機子電流（Ｕ相電流）について所定期間（たとえば１０ｍｓ）の２乗平均値（実効値に相当する）を算出する。ＰＷＭ制御部６は、算出した実効値が所定の基準値（たとえば、０．５Ａ）より大きいかどうかを判断する。ＰＷＭ制御部６は、実効値が所定の基準値（０．５Ａ）より大きいと判断した場合は（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０２へ処理を進め、監視カウンタのカウント数を＋２だけカウントアップする。ＰＷＭ制御部６は、基準値（０．５Ａ）以下の場合は（ステップＳ１０１でＮＯ）、ステップＳ１０３へ処理を進め、監視カウンタのカウント数を＋１だけカウントアップする。ステップＳ１０２またはＳ１０３で監視カウンタのカウント数がカウントアップされた後、処理はステップＳ１２へ進められる。ステップＳ１２以降の手順は図５の場合と同じである。

ファンに逆風が吹き付けている場合には交流モータ８Ｍの負荷が大きくなるので、自然風がない場合に比べてモータ電流が増加する。したがって、ファンモータの回転駆動中のモータ電流（電機子電流）を検出することによって、自然風の強さの大まかな目安とすることができる。上記のステップＳ１０１〜Ｓ１０３において、ＰＷＭ制御部６は、ファンに逆風が吹き付けている場合、すなわち、モータ電流が所定の基準値より大きい場合には、監視用周期カウンタのカウントアップ量を大きくする。これによって、ステップＳ１３で交流モータ８Ｍが停止されるまでの期間が通常よりも短くなるので、無駄な電力消費を低減することができる。

上記のステップＳ１０１では１つの閾値によって場合分けしたが、多段階の閾値で場合分けして監視カウンタのカウント数の上昇幅を段階的に変化させるようにしてもよい。

実施の形態２では、自然風の方向は、交流モータ８Ｍの回転を妨げる方向（図２のＣからＡに向かう逆風）であると仮定したが、交流も交流モータ８Ｍの回転をアシストする方向（図２のＡからＣに向かう順風）であっても同様の制御を行なうことができる。ファンに順風が吹き付けている場合には交流モータ８Ｍの負荷が小さくなるので、自然風がない場合に比べてモータ電流が減少する。したがって、図６のステップＳ１０１で、モータ電流が上限と下限の間の適正範囲にあるか否かを判定するようにし、適正範囲外の場合にはステップＳ１０２に進み、適正範囲内の場合にはステップＳ１０３に進むようにすれば、順風、逆風のいずれの場合にも実施の形態２の方法を適用することができる。

＜変形例＞
ＰＷＭ制御部６は、制動動作中に生じた交流モータ８Ｍの電機子電圧のゼロクロス周期に基づいて、自然風によってファン８Ｆとともに回転する交流モータ８Ｍの回転数を算出するようにしてもよい。この場合、ファン制御装置には、さらに、交流モータ８Ｍの各相の電機子巻線に生じた電圧を検出するための電圧計が設けられる。

より簡単にはゼロクロス周期を検出せずに、ＰＷＭ制御部６は、交流モータ８Ｍの電機子電流または電機子電圧の検出値が所定の基準値以下となったときにインバータ回路から交流モータ８Ｍへの電源供給を再開するようにしてもよい。

他の変形例として、既に説明したが、回転子の磁極位置を検出する位置センサ（たとえば、ホール素子）を設けてもよい。ＰＷＭ制御部６は、この位置センサの出力に基づいて、自然風によるフリーラン中の交流モータ８Ｍの回転数を検出する。この場合には、実施の形態１で述べた制動動作は必要でない。

さらに他の変形例として、自然風の強さを検出するための風速計を設けてもよい。この風速計は、省スペースの観点から、図２において室外熱交換器５５、圧縮機５３、および室外ファン装置５８が設けられている室外機６１の筐体内に設置されるのが好ましい。この場合、風速計で自然風の大きさを検出するには、ファン８Ｆの回転を停止するために、インバータ回路から交流モータ８Ｍへの電源供給を一時的に停止する必要がある。ＰＷＭ制御部６は、この電源供給の一時的な停止中における風速計の出力を受け、風速計の出力が所定の基準値以下となったときに電源供給を再開させる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ファン制御装置、２，５２，６０ インバータ回路、３ コンバータ回路、４ 交流電源、５ 電流検出回路、６ ＰＷＭ制御部、７ ＰＷＭ信号発生回路、８Ｆ ファン、８Ｍ 交流モータ、９ 室外ファン制御部、１０ 室内機制御部、５０ 空気調和機、５１ 制御部、５３ 圧縮機、５４ 四方弁、５５ 室外熱交換器、５６ 膨張弁、５７ 室内熱交換器、５８ 室外ファン装置、５９ 室内ファン装置、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、Ｑ１〜Ｑ６ パワーバイポーラトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗素子。

Claims (9)

1. ファンを駆動する交流モータと、
   前記交流モータに電源を供給することによって前記交流モータを回転させる電源部と、
   前記電源部による電源供給を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電源部に電源供給を開始または再開させてから設定された判定間隔が経過すると、前記電源部に電源供給を一時的に停止させ、
   前記制御部は、前記電源部による電源供給の一時的な停止中に、自然風の強さに応じて変化するセンシング信号を受け、前記センシング信号に基づいて前記電源部に電源供給を再開させるか否かを判定する、ファン制御装置。
2. 前記制御部は、前記電源部による電源供給中に、前記交流モータの電機子電流の大きさが所定の基準範囲内にあるか否かを判定し、前記基準範囲内にない場合は前記基準範囲内にある場合よりも前記判定間隔を短く設定する、請求項１に記載のファン制御装置。
3. 前記電源部は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電圧を交流電圧に変換して前記交流モータに供給するインバータを含み、
   前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することによって、前記インバータから前記交流モータへの交流電圧の供給を制御し、
   前記制御部は、前記電源部による電源供給の一時的な停止中に、前記インバータを構成する上アーム側の全スイッチング素子および下アーム側の全スイッチング素子のうち一方をオフ状態とし他方を所定のデューティ比でオンおよびオフを繰返させる制動動作を行ない、
   前記制御部は、前記制動動作中に自然風を受けて前記ファンが前記交流モータとともに回転することによって生じた前記交流モータの電機子電流または電機子電圧の検出値を、前記センシング信号として受ける、請求項１または２に記載のファン制御装置。
4. 前記制御部は、前記制動動作中に生じた前記交流モータの電機子電流または電機子電圧のゼロクロス周期に基づいて前記交流モータの回転数を算出し、前記算出した回転数が所定の基準回転数以下となったときに前記電源部に電源供給を再開させる、請求項３に記載のファン制御装置。
5. 前記制御部は、前記制動動作中に生じた前記交流モータの電機子電流または電機子電圧の大きさが所定の基準値以下となったときに前記電源部に電源供給を再開させる、請求項３に記載のファン制御装置。
6. 前記ファン制御装置は、前記交流モータの回転子の位置を検出する位置センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記電源部による電源供給の一時的な停止中に自然風を受けて前記ファンが前記交流モータとともに回転することによって生じた前記位置センサの出力変動を前記センシング信号として受け、前記位置センサの出力変動に基づいて前記交流モータの回転数を算出し、前記算出した回転数が所定の基準回転数以下となったときに前記電源部に電源供給を再開させる、請求項１または２に記載のファン制御装置。
7. 前記ファンは、熱交換器の熱交換を促進するために設けられ、
   前記ファンおよび前記熱交換器は共通の筐体内に収納され、
   前記ファン制御装置は、前記筐体内に収納された風速計をさらに備え、
   前記制御部は、前記電源部による電源供給の一時的な停止中に前記風速計の出力を前記センシング信号として受け、前記風速計の出力が所定の基準値以下となったときに前記電源部に電源供給を再開させる、請求項１または２に記載のファン制御装置。
8. 交流モータによって駆動されるファンを制御するための方法であって、
   前記交流モータへの電源供給を開始または再開してから設定された判定間隔が経過すると、前記交流モータへの電源供給を一時的に停止するステップと、
   前記交流モータへの電源供給の一時的な停止中に、自然風の強さに応じて変化するセンシング信号を受け、前記センシング信号に基づいて前記交流モータへの電源供給を再開するか否かを判定するステップとを備える、ファン制御方法。
9. 冷媒と室内の空気との熱交換を行なう室内熱交換器と、
   前記冷媒と室外の空気との熱交換を行なう室外熱交換器と、
   前記室内熱交換器および前記室外熱交換器の一方を通過した前記冷媒を圧縮して他方に供給する圧縮機と、
   前記室内熱交換器と前記室外熱交換器との間の前記冷媒の経路に設けられた膨張弁と、
   前記室外熱交換器の熱交換を促進するためのファンと、
   前記ファンを駆動制御する請求項１〜７のいずれか１項に記載のファン制御装置とを備えた冷凍サイクルシステム。

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