JP2021038916A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータの空転時の誘起電圧とモータ電流を抑制する。【解決手段】空気調和機の室外機は、圧縮機モータ２２により駆動される圧縮機と、圧縮機からの冷媒が供給される室外熱交換器へ送風するファンと、圧縮機モータを駆動する圧縮機用インバータ回路部２１と、ファンのファンモータ１２を駆動するファンモータ用インバータ回路部１１と、圧縮機用インバータ回路部およびファンモータ用インバータ回路部へ電源を供給する電源部３１と、圧縮機用インバータ回路部とファンモータ用インバータ回路部と電源部とを制御する制御部１とを備え、制御部は、ファンモータの回転状態が電源部の電源電圧よりも高い誘起電圧を発生させる所定の回転状態になるか判定し、所定の回転状態になると判定した場合、所定の回転状態においてファンモータで生じるモータ電流を圧縮機モータへ通電する際に、圧縮機モータにおける３相のコイルへの通電パターンを切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関する。

室外機のファンが風などの外乱によって回転している状態を、ファンモータ用インバータ回路へ流れる電流値に基づいて演算する技術は知られている（特許文献１，２）。

特許第５８９３１２７号公報 特開２０１５−７３３６１号公報

特許文献２では、モータの固定位相に位置決め電流を与え、シャント抵抗に流れるモータ電流からブラシレスファンモータ制御における回転数（フリーラン含む）や回転方向／位相を検出している。

しかし、ファンモータ起動時のフリーラン状態によっては、ファンモータで生じる誘起電圧が電源電圧である直流電圧値以上となることがあり得る。この場合、誘起電圧が電源回路に設けられている平滑コンデンサの電圧許容値を超えるおそれがある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、ファンモータの誘起電圧が電源電圧よりも高くなると判定すると、ファンモータで生じるモータ電流を抑制できるようにした空気調和機および空気調和機の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う空気調和機は、室内機と室外機を備える空気調和機であって、室外機は、圧縮機モータにより駆動される圧縮機と、圧縮機からの冷媒が供給される室外熱交換器へ送風するファンと、圧縮機モータを駆動する圧縮機用インバータ回路部と、ファンのファンモータを駆動するファンモータ用インバータ回路部と、圧縮機用インバータ回路部およびファンモータ用インバータ回路部へ電源を供給する電源部と、圧縮機用インバータ回路部とファンモータ用インバータ回路部と電源部とを制御する制御部とを備え、制御部は、ファンモータの回転状態が電源部の電源電圧よりも高い誘起電圧を発生させる所定の回転状態になるか判定し、所定の回転状態になると判定した場合、所定の回転状態においてファンモータで生じるモータ電流を前記圧縮機モータへ通電する際に、前記圧縮機モータにおける３相のコイルへの通電パターンを切り替える。

本発明によれば、ファンモータの回転状態が電源部の電源電圧よりも高い誘起電圧を発生させる所定の回転状態になるか判定し、所定の回転状態になると判定した場合、所定の回転状態においてファンモータで生じるモータ電流を抑制することができる。

空気調和機のインバータ制御システムの全体概要を示す構成図である。 空転時（フリーラン時）にファンモータに生じるモータ電流を抑制するための処理を示すフローチャートである。 ファンモータ制御装置の構成図である。 ファンモータに連結された室外ファンを備える空気調和機のシステム構成図である。 ファンモータの３相巻線に流れる相電流の位相角と、３相巻線に流れる電流の向きと、の関係を示す説明図である （ａ）はファンモータの停止中に、室外ファンの空転によって３相巻線に電流が流れている状態を示す説明図であり、（ｂ）は上アームのスイッチング素子をオンにした状態を示す説明図であり、（ｃ）は下アームのスイッチング素子をオンにした状態を示す説明図である。 （ａ）はファンモータの実軸と制御軸との関係を示す説明図であり、（ｂ）はファンモータに位置決め電流を流した際の電流ベクトルを表す説明図である。 ファンモータ制御装置が備える起動時状態推定部の構成図である。 ファンモータ制御装置が実行する処理のフローチャートである。 ファンモータ制御装置が実行する起動時状態推定処理（Ｓ１０２：図９参照）の流れを示すフローチャートである。 （ａ）はｄｑ座標系で位置決め電流をベクトル表示した説明図であり、（ｂ）はファンモータが正転している場合のｑ軸電流の時間的変化を示す説明図であり、（ｃ）はファンモータが停止している場合のｑ軸電流の時間的変化を示す説明図であり、（ｄ）はファンモータが逆転している場合のｑ軸電流の時間的変化を示す説明図である。 フィードバック電流の検出に関する説明図であり、（ａ）はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令タイマカウント値の説明図であり、（ｂ）は各スイッチング素子のオン／オフを示す説明図であり、（ｃ）はシャント抵抗を流れる母線電流の変化を示す説明図である。 位置決め電流指令を入力した場合に流れる３相電流の向きを示す説明図であり、（ａ）は図１２（ｃ）の区間Ｋ２に対応し、（ｂ）は図１２（ｃ）の区間Ｋ３に対応している。 位置決め電流指令を入力した場合に流れる３相電流の向きを示す説明図であり、（ａ）は図１２（ｃ）の区間Ｋ５に対応し、（ｂ）は図１２（ｃ）の区間Ｋ６に対応している。 ファンモータ制御装置が実行する制御モード設定処理（Ｓ１０３：図９参照）のフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。後述するように、本実施形態では、ファンモータ１２の空転（以下、フリーランとも呼ぶ）時に生じる誘起電圧の悪影響を抑制する。

本実施形態では、ファンモータ停止中のフリーラン回転数を定期的に検出し、ファンモータに発生しうる誘起電圧の値を検出した回転数情報から演算し、演算した誘起電圧が電源電圧である直流電圧値以上となるか判定し、誘起電圧が電源電圧を超える前に他の負荷を駆動させて消費する。本実施形態では、空転時のモータ電流を、ファンモータに対するブレーキ動作以外の方法で抑制する。

これにより、本実施形態によれば、風などの外乱によってファンモータが空転している状態であっても、電源電圧回路内の平滑コンデンサの電圧許容値以上に直流電圧が昇圧されるのを抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、平滑コンデンサの寿命を向上することができ、さらに、ファンモータの永久磁石が減磁してしまうのを抑制することができる。この結果、本実施例によれば、ファンモータの性能が低下するのを防止し、空気調和機の信頼性および寿命を向上することができる。

図１〜図１５を用いて実施例を説明する。以下の説明は、本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明は以下の説明に限定されず、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。

図１は、空気調和機ＡＳの室外機ＡＳｏ（いずれも図４参照）のインバータ制御システムの全体概要を示す構成図である。

室外機ＡＳＯのインバータ制御システムは、例えば、室外制御マイクロコンピュータ（以下、室外制御マイコン）１、ファンモータ用インバータ回路１１、ファンモータ１２、圧縮機用インバータ回路２１、圧縮機モータ２２、直流電源３１を備える。ファンモータ用インバータ回路１１は、「ファンモータ用インバータ回路部」に該当する。圧縮機用インバータ回路２１は、「圧縮機用インバータ回路部」に該当する。直流電源３１は、「電源部」に該当する。ファンモータ用インバータ回路１１と圧縮機用インバータ回路２１とは、共通の直流電源３１から給電されるようになっている。

室外制御マイコン１は、「制御部」に該当する。室外制御マイコン１と、インバータ回路１１，２１と、直流電源３１とは、同一の制御ボックスＣＮＴ内に設けられている。制御ボックスＣＮＴは、「同一筐体」に該当する。

ファンモータ用インバータ回路１１に流れる電流値は、シャント抵抗（ファンモータ用シャント抵抗）Ｒ１により検出されて、ファンモータ制御部１０へ入力される。圧縮機用インバータ回路２１に流れる電流値は、他のシャント抵抗（圧縮機用シャント抵抗）Ｒ２により検出されて、圧縮機モータ制御部２０へ入力される。

室外制御マイコン１は、例えば、ファンモータ制御部１０、圧縮機モータ制御部２０、コンバータ制御部３０、冷凍サイクル制御部６０を備える。

ファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２を駆動するファンモータ用インバータ回路１１を制御する回路である。ファンモータ制御部１０の詳細な一例は図３で後述するが、ファンモータ制御部１０は、起動時状態推定部１１５と起動モード設定部１１６とを有する。

起動時状態推定部１１５は、ファンモータ１２の起動時の電流値に基づいて、ファンモータ１２の起動時の状態を推定する。起動モード設定部１１６は、推定された起動時状態に基づいて、ファンモータ１２の起動モードを設定する。さらに、起動モード設定部１１６は、ファンモータ１２の起動時の状態（空転状態）に基づいて、圧縮機モータ制御部２０．コンバータ制御部３０，制御ボックス内ヒータ７０を制御する。

圧縮機モータ制御部２０は、圧縮機４１（図４参照）の圧縮機モータ２２を駆動する圧縮機用インバータ回路２１を制御する回路である。圧縮機モータ制御部２０は、例えば、位置決め電流制御部２０１、微弱電流通電制御部２０２、および通電パターンテーブル２０３を有する。

位置決め電流制御部２０１は、空転時にファンモータ１２で生じるモータ電流を、圧縮機モータ２２の位置決め電流として圧縮機モータ２２へ通電する回路である。微弱電流通電制御部２０２は、空転時にファンモータ１２で生じるモータ電流を、圧縮機モータ２２の位置決め電流よりも小さい微弱電流として圧縮機モータ２２へ通電する回路である。通電パターンテーブル２０３は、圧縮機モータ２２へ位置決め電流を流す際のパターンを定義したテーブルである。通電パターンテーブル２０３は、位置決め電流制御部２０１が固定子の持つ３相のコイルのうち電流を流すコイルを切り換えながら位置決め電流を通電するために用いられる。位置決め時の通電パターンを切り換えながら圧縮機モータ２２を停止させることにより、特定のコイルにのみ位置決め電流が流れるのを防止して、圧縮機モータ２２の寿命を延ばすことができる。

コンバータ制御部３０は、交流電源３１１を直流電源に変換するコンバータとしての直流電源３１を制御する回路である。図１に示すように、コンバータとしての直流電源３１は、例えば、ダイオードブリッジ３１２、平滑コンデンサ３１３、スイッチング素子３１４、ファストリカバリダイオード（ＦＲＤ）３１５、オペアンプ３１６、電流センサ３１７、抵抗Ｒ３、リアクタＬを備える。直流電源３１は、出力すべき直流電圧を直流電圧生成部３０１により決定し、交流電源３１１からの交流電力を直流電力に変換して平滑コンデンサ３１３の両端から出力する。

ファンモータ用インバータ回路１１には、ヒータ用の抵抗７０がスイッチ７１，７１を介して並列に接続されている。スイッチ７１，７１は、常時、抵抗７０をファンモータ用インバータ回路１１から電気的に切り離している。ファンモータ制御部１０からの切換信号によりスイッチ７１，７１が切り換わると、抵抗７０は、ファンモータ用インバータ回路１１へ電気的に接続される。ファンモータ１２の空転時の誘起電圧により生じるモータ電流を抵抗７０に流すことにより、電気エネルギを熱エネルギへ変換させる。抵抗７０が発熱することで、制御ボックスＣＮＴ内を温めることができる。

冷凍サイクル制御部６０は、冷凍サイクルを制御する回路である。冷凍サイクルの制御方法については説明を省略する。

図２は、ファンモータ１２の空転時の誘起電圧により生じるモータ電流を抑制する処理を示すフローチャートである。

ファンモータ制御部１０は、ファンモータ用インバータ回路１１に流れる電流値を定期的に監視しており、その電流値に基づいてファンモータ１２の回転数や回転方向を検出し、ファンモータ１２が空転状態であるか判定する（Ｓ１１）。ファンモータ空転時にファンモータ用インバータ回路１１に流れる微少電流から、ファンモータ１２の空転状態を検出する方法については後述する。

ファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２が空転状態であると判定すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ファンモータ１２により発生する誘起電圧が所定の閾値ＴｈＶ以上となるか判定する（Ｓ１２）。閾値ＴｈＶは、例えば、平滑コンデンサ３１３の耐えうる最大電圧（電圧許容値）と等しいか、または、それよりも少し低い値に設定できる。

ファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の誘起電圧が閾値ＴｈＶ以上になると判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、誘起電圧によりファンモータ１２で生じるモータ電流を抑制するための抑制処理を実行する（Ｓ１３）。

本実施例では、ファンモータ１２の誘起電圧により発生するモータ電流を抑制するための方法として、以下に述べる複数の方法のうちいずれか少なくとも一つを実施可能になっている。以下に列挙する方法のいずれを用いてもよいし、複数の方法を組み合わせて用いてもよい。複数の方法を組み合わせる場合は、複数の方法を同時に実施してもよいし、または、ある方法を実施した後で他の方法を実施してもよい。

第１の抑制方法は、圧縮機用インバータ回路２１により、ファンモータ１２の誘起電圧で生じたモータ電流を、圧縮機モータ２２の位置決め電流として用いることで消費する方法である。第１の抑制方法は、圧縮機モータ制御部２０の位置決め電流制御部２０１により実行される。位置決め電流を圧縮機モータ２２へ通電する際に、３相のコイルへの通電パターンを切り換える。これにより、特定のコイルに位置決め電流が流れて当該コイルが劣化するのを抑制することができる。

第２の抑制方法は、圧縮機用インバータ回路２１により、ファンモータ１２の誘起電圧で生じたモータ電流を、位置決め電流よりも小さい微弱電流として圧縮機モータ２２へ通電することにより消費する方法である。第２の抑制方法は、圧縮機モータ制御部２０の微弱電流通電制御部２０２により実行される。

第３の抑制方法は、直流電源３１の出力する直流電圧を、ファンモータ１２の誘起電圧よりも高く設定することにより、ファンモータ１２の誘起電圧およびモータ電流を抑制する方法である。第３の抑制方法は、コンバータ制御部３０の直流電圧生成部３０１により実行される。

第４の抑制方法は、制御ボックスＣＮＴ内の抵抗７０をファンモータ用インバータ回路１１へ接続し、ファンモータ１２の誘起電圧で生じたモータ電流を抵抗７０に流して発熱させることで消費する方法である。第４の抑制方法は、ファンモータ制御部１０により実行する。制御ボックスＣＮＴ内に設けた抵抗７０をヒータとして機能させることにより、寒冷地などでの温度性能を向上できる。

このように、本実施例では、ファンモータ１２の空転時に生じる誘起電圧に起因するモータ電流を、圧縮機モータ２２のブレーキ動作以外の方法で抑制する。このため、過大なモータ電流が圧縮機モータ２２へ流れるのを抑制することができ、圧縮機モータ２２が減磁してモータ性能が低下するのを防止できる。

なお、第５の抑制方法として、空転時にファンモータ１２からモータ電流が発生すると予測できる場合、圧縮機４１を起動させてもよい。これにより、ファンモータ１２で生じたモータ電流を、圧縮機用インバータ回路２１を介して圧縮機モータ２２へ通電することにより消費できる。この場合、圧縮機４１内部の機構部に油切れが生じないように事前に対策を取ることが望ましい。

第５の抑制方法に関連して、圧縮機４１の作動中に、つまり圧縮機モータ２２の駆動中に、ファンモータ１２が空転して誘起電圧が発生した場合を説明する。この場合、ファンモータ１２のモータ電流は、圧縮機用インバータ回路２１を介して圧縮機モータ２２へ通電され、消費される。

以下、ファンモータ１２を起動する際に、ファンモータ１２の電機子が備える複数相のコイルのうち一相を基準として、ｄｑ座標系でｄ軸に沿う位置決め電流を流す指令をインバータ回路１１へ出力し、当該指令に応じてシャント抵抗Ｒ１で検出される電流値に基づいて、少なくとも前記電機子に流れるモータ電流の位相角及び電気角周波数を推定する方法を説明する。

以下、室内機ＡＳｉと室外機ＡＳｏを有する空気調和機ＡＳ（図４参照）において、室外機ＡＳｏに連結されるファンモータ１２の制御について説明する。

図３は、本実施例に係るファンモータ制御部１０の構成図である。ファンモータ制御部１０は、ファンモータ用インバータ回路１１の直流側に設置されるシャント抵抗Ｒ１の電流検出値に基づき、ファンモータ用インバータ回路１１に制御信号を出力して、ファンモータ１２を位置センサレスで駆動する装置である。

以下では、まず、ファンモータ制御部１０の制御対象であるファンモータ用インバータ回路１１およびファンモータ１２について簡単に説明する。次に、ファンモータ１２に連結される室外ファン１３等について説明し、この室外ファン１３の状態推定に関する概要を説明した後、本実施形態に係るファンモータ制御部１０について詳細に説明する。

図３に示すファンモータ用インバータ回路１１は、直流電源３１から入力される直流電圧（直流電力）を３相交流電圧（３相交流電力）に変換し、この３相交流電圧をファンモータ１２に出力する電力変換器である。ここで、直流電源３１は、交流電源３１１から入力される交流電力が、整流回路３１２および平滑コンデンサ３１３によって直流電力に変換されたものである。

ファンモータ用インバータ回路１１は、スイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕ，Ｔｒ_Ｎｕを備える第１レグと（図６参照）、スイッチング素子Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｎｖを備える第２レグと、スイッチング素子Ｔｒ_Ｐｗ，Ｔｒ_Ｎｗを備える第３レグと、が互いに並列接続されることで構成される。以下では、任意のスイッチング素子を単に「スイッチング素子Ｔｒ」と記すことがあるものとする。 スイッチング素子Ｔｒには、転流によるスイッチング素子Ｔｒの破壊を防止するため、還流ダイオードＤ_Ｐｖ，Ｄ_Ｎｕ等が逆並列に接続されている（図６参照）。

ファンモータ用インバータ回路１１が有する下アームのスイッチング素子Ｔｒ_Ｎｕ，Ｔｒ_Ｎｖ，Ｔｒ_Ｎｗ（図６参照）の共通接続点と、直流電源３１の負極と、の間（つまり、ファンモータ用インバータ回路１１の直流側に接続される母線ＰＬ）には、シャント抵抗Ｒ１（電流検出器）が設置されている。シャント抵抗Ｒ１に流れる電流の検出値は、ファンモータ制御部１０の電流再現処理部１０１に出力される。

ファンモータ１２は、例えば、ブラシレス直流モータであり、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ（図６参照）が巻回される固定子（電機子：図示せず）と、この固定子に対して回転可能に軸支される回転子（永久磁石：図示せず）と、を有している。 ファンモータ用インバータ回路１１が駆動することで、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流の向きが切り替わり、回転子との間で吸引力・反発力が生じるようになっている。ファンモータ１２の回転子の軸１３１は、空気調和機ＡＳの室外ファン１３に連結されている。

図４は、ファンモータ１２に連結された室外ファン１３を備える空気調和機ＡＳのシステム構成図である。図４中の矢印は、冷房運転時に冷媒が流れる向きを表している。 空気調和機ＡＳは、圧縮機４１と、四方弁４２と、室外熱交換器４３と、膨張弁４４と、室内熱交換器４５と、室外ファン１３と、室内ファン１３１と、を備えている。四方弁４２、圧縮機４１、室外熱交換器４３、膨張弁４４、および室内熱交換器４５が環状に順次接続されることで、冷媒回路４０が構成される。

室外ファン１３は、室外熱交換器４３に室外空気を送り込むファンであり、室外機ＡＳｏに設置されている。室外ファン１３が回転することで、室外熱交換器４３を通流する冷媒と、外気と、が熱交換する。上述したように、室外ファン１３には、本実施形態に係るファンモータ１２の回転子（図示せず）が連結されている。

室内ファン４７は、室内熱交換器４５へ室内空気を送り込むファンであり、室内機ＡＳｉに設置されている。室内ファン４７が回転することで、室内熱交換器４５を通流する冷媒と、室内空気と、が熱交換する。室内ファン４７には、別のファンモータ４６が設置されている。

室外機ＡＳｏは屋外に設置されているため、室外ファン１３に向けて自然風が流入することが多い。したがって、ファンモータ１２が停止している状態（つまり、次回起動時）でも、自然風によって室外ファン１３が正転又は逆転していることがある。そこで、本実施形態では、ファンモータ１２の起動前において、ファンモータ１２に流れる電流の位相角等をシャント抵抗Ｒ１の電流検出値に基づいて推定するようにした。以下では、室外ファン１３（つまり、ファンモータ１２の回転子）が空転することを単に、「ファンモータ１２が空転する」と記すことがあるものとする。
＜モータ駆動中の相電流＞

図５は、モータの３相巻線に流れる相電流の位相角と、３相巻線に流れる電流の向きと、の関係を示す説明図である。なお、図５に示す「吸込側」および「吐出側」は、ファンモータ１２を基準とした電流の向きを表している。

ファンモータ制御部１０は、ＰＷＭ制御に基づき、電気角で１２０°ずつ位相角が異なる電流を３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流してファンモータ１２を駆動させる。つまり、ファンモータ制御部１０は、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流が電流位相区間Ｌ０〜Ｌ５の順序で推移するように各スイッチング素子Ｔｒのオンデューティを変化させる。これによって、回転子の磁極との間で吸引力・反発力を生じさせる磁界が３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに発生する。
＜モータの空転に伴う相電流＞

上述したように、ファンモータ１２の駆動を停止させた状態で自然風が吹き込むと、ファンモータ１２の回転子に作用する慣性力・摩擦力や、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに生じる逆起電力に抗して、室外ファン１３が空転（フリーラン）することがある。室外ファン１３が空転すると、この室外ファン１３に連結された回転子も空転し、回転子と固定子との間で生じる逆起電力によって、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに電流が流れる。

図１，図２で述べたように、ファンモータ１２の空転時に生じる逆起電力（誘起電圧）に起因する電流を、圧縮機モータ２２で消費したり、抵抗７０で消費したり、直流電源３１の出力を昇圧させたりする。
＜空転状態の推定処理の概要＞

図６（ａ）は、ファンモータ１２の停止中に、室外ファン１３の空転によって３相巻線に電流が流れている状態を示す説明図である。スイッチング素子Ｔｒが全てオフの状態で室外ファン１３が空転（逆転）すると、ある時刻において図６（ａ）に示す向きの電流が流れる。つまり、直流電源３１の起電力に打ち勝つ逆起電力（誘起電圧。以下同じ）が発生し、母線ＰＬおよび還流ダイオードＤ_Ｎｕを介して、コイルＬｕへＵ相電流Ｉｕが流れ込む。

一方、コイルＬｖを流れるＶ相電流Ｉｖは、還流ダイオードＤ_Ｐｖを介して直流側に押し出される。コイルＬｗを流れるＷ相電流Ｉｗは、還流ダイオードＤ_Ｐｗを介して直流側に押し出される。なお、電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの向きは、回転子の磁極位置に応じて時々刻々と変化する。

次に、ファンモータ１２の駆動を停止した状態で、Ｕ相を基準とする微少な位置決め電流（ｄ軸電流指令）を３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流した場合について考える。つまり、ファンモータ制御部１０によって、Ｕ相を基準としてｄｑ座標系でｄ軸に沿う位置決め電流指令をファンモータ用インバータ回路１１に入力する。

図６（ｂ）は、上アームのスイッチング素子をオンにした状態を示す説明図である。室外ファン１３が空転している状態において、例えば、ディーティ比１０％でスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕをオンにし、ディーティ比５％でスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｐｗをオンにする。

ファンモータ１２が空転していない状態では、図６（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕを流れるＵ相電流ＩｕがコイルＬｕに流入した後、コイルＬｖ，Ｌｗに向けて分流する。コイルＬｖから流出するＶ相電流Ｉｖは、還流ダイオードＤ_Ｐｖを介してスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕに向かう（Ｗ相電流Ｉｗについても同様）。この場合、ファンモータ１２の電機子に逆起電力が発生せず、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗにトルク電流（ｑ軸成分）が流れることはない。

図６（ｃ）に示すように、下アームのスイッチング素子Ｔｒをオンした場合についても同様である（図６（ｂ）、（ｃ）に示す区間Ｋ１，Ｋ２については後記する）。

一方、ファンモータ１２が空転している状態で、上述した位置決め電流を３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流すと、この位置決め電流に対応する電流（ｄ軸成分）のみならず、回転子の空転に伴う逆起電力の影響で、シャント抵抗Ｒ１に電流が流れる。 本実施形態では、このように微少な位置決め電流を与えたときにシャント抵抗Ｒ１に流れる電流を検出し、その電流検出値に基づいて３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流位相角、電気角周波数、および空転の向き（正転／停止／逆転）を推定するようにした。
＜ファンモータ制御部１０の構成＞

再び、図３に戻って説明を続ける。ファンモータ制御部１０は、シャント抵抗Ｒ１から入力される電流検出値Ｉｓｔに基づいてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をファンモータ用インバータ回路１１に出力する装置である。ファンモータ制御部１０は、マイコン１に設けられており、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたコンバータプログラムを読み出してＲＡＭ（Random Access Memory）に展開し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が各種処理を実行するようになっている。ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵについては図示を省略する。

なお、図３に示す構成図のうち、起動時状態推定部１１５および起動モード設定部１１６は、ファンモータ１２を起動する際（つまり、停止中）に用いられ、ファンモータ１２の駆動中は用いられない。

図７（ａ）はモータの実軸と制御軸との関係を示す説明図である。図７（ａ）に示すｄ軸は、永久磁石である回転子の磁束方向を表す軸である。ｑ軸は、ｄ軸と直交する軸である。位置センサレス制御を行う場合、推定されるｄ軸としてのｄｃ軸、および、推定されるｑ軸としてのｑｃ軸上で、電流制御を行う。以下では、ｄ軸およびｑ軸を「実軸」と記し、ｄｃ軸およびｑｃ軸は「制御軸」と記すことがあるものとする。

ファンモータ制御部１０は、主として、電流再現処理部１０１と、３相／２軸変換器１０２と、軸誤差推定器１０３と、電圧指令演算器１１２と、２軸／３相変換器１１３と、ＰＷＭ信号発生器１１４と、起動時状態推定部１１５と、起動モード設定部１１６と、を備えている。

電流再現処理部１０１は、シャント抵抗Ｒ１から入力される電流検出値Ｉｓｔと、ファンモータ用インバータ回路１１が有するスイッチング素子Ｔｒ（図６参照）のＯＮ／ＯＦＦ信号と、からファンモータ１２に流れる３相電流Ｉｕc，Ｉｖc，Ｉｗcを再現する。電流再現処理部１０１は、再現した３相電流Ｉｕc，Ｉｖc，Ｉｗcを３相／２軸変換器１０２に出力する。

３相／２軸変換器１０２は、ファンモータ１２の駆動中において、以下の処理を実行する。すなわち、３相／２軸変換器１０２は、再現された３相電流Ｉｕc，Ｉｖc，Ｉｗcと、積分器１０７から入力される位相θｄｃと、に基づいて、制御系のｄｃ軸電流ｉｄｃおよびｑｃ軸電流ｉｑｃを算出する。

そして、３相／２軸変換器１０２は、ｄｃ軸電流ｉｄｃをｄ軸電流指令発生器１０８へ出力し、ｑｃ軸電流ｉｑｃをｑ軸電流指令発生器１０９へ出力する。また、３相／２軸変換器１０２は、ｄｃ軸電流ｉｄｃおよびｑｃ軸電流ｉｑｃを、軸誤差推定器１０３へ出力する。

なお、図３では、ｄｃ軸電流ｉｄｃの信号線と、ｑｃ軸電流ｉｑｃの信号線と、を途中から同一の信号線として記載しているが、実際にはそれぞれ別の信号として軸誤差推定器１０３等に入力される（後記するＶｄc*，Ｖｑc*についても同様）。

また、３相／２軸変換器１０２は、ファンモータ１２を起動する際（つまり、ファンモータ１２の駆動停止中）、以下の処理を実行する。すなわち、３相／２軸変換器１０２は、電流再現処理部１０１から入力される３相電流Ｉｕc，Ｉｖc，Ｉｗcからフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂを算出する。そして、起動時状態推定部１１５は、算出したフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂを起動時状態推定部１１５に出力する。このように、３相／２軸変換器１０２の処理内容は、モータ起動時と、モータ駆動中と、で異なっている。

軸誤差推定器１０３は、ｄｃ軸電圧指令Ｖｄc*と、ｑｃ軸電圧指令Ｖｑc*と、ｄｃ軸電流ｉｄｃと、ｑｃ軸電流ｉｑｃと、電気角周波数ω１ｃと、に基づいて軸誤差Δθcを推定する。つまり、軸誤差推定器１０３は、ファンモータ１２の実軸と制御軸との軸誤差Δθcを、シャント抵抗Ｒ１から入力される電流値Ｉｓｔに基づいて推定する。なお、当該推定処理についての詳細な説明は省略する。軸誤差推定器１０３は、推定した軸誤差Δθcを符号反転器１０４に出力する。

符号反転器１０４は、軸誤差推定器１０３から入力される軸誤差Δθcの符号を反転させる（つまり、軸誤差指令値であるゼロから軸誤差Δθcを減算する）。符号反転器１０４は、値（−Δθc）をＰＬＬ回路１０５に出力する。

ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１０５は、符号反転器１０４から入力される値（−Δθc）を用いてＰＩ（Proportional Integral）制御を実行し、ファンモータ１２の角周波数補正値Δω１を算出する。ＰＬＬ回路１０５は、算出した角周波数補正値Δω１を加算器１０６に出力する。

加算器１０６は、角周波数指令演算器１１１から入力される電気角周波数指令ω１*と、ＰＬＬ回路１０５から入力される角周波数補正値Δω１と、を加算し、角周波数補正値Δω１を算出する。加算器１０６は、角周波数補正値Δω１を積分器１０７および軸誤差推定器１０３に出力する。

積分器１０７は、加算器１０６から入力される電気角周波数ω１ｃを積分して位相推定値θｄｃを算出する。積分器１０７は、算出した位相推定値θｄｃを３相／２軸変換器１０２および２軸／３相変換器１１３に出力する。

ｄ軸電流指令発生器１０８は、３相／２軸変換器１０２から入力されるｄｃ軸電流ｉｄｃに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ*を算出する。ｄ軸電流指令発生器１０８は、算出したｄ軸電流指令Ｉｄ*を電圧指令演算器１１２に出力する。

ｑ軸電流指令発生器１０９は、３相／２軸変換器１０２から入力されるｑｃ軸電流ｉｑｃに基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ*を算出する。ｑ軸電流指令発生器１０９は、算出したｑ軸電流指令Ｉｑ*を電圧指令演算器１１２に出力する。

また、ｄ軸電流指令発生器１０８およびｑ軸電流指令発生器１０９は、リモコン５から起動指令が入力された際（つまり、実際にファンモータ１２を駆動させる直前に）、所定の位置決め電流を生成する。上述の通り、位置決め電流は、室外ファン１３の空転状態を検出するための微小な電流である。なお、位置決め電流を用いた処理の詳細については後記する。

角周波数指令発生器１１０は、室外熱交換器４３に所定の風量の外気を送り込むように、予め設定されたプログラムに従ってファンモータ１２を駆動させるための角周波数指令ωｒ*を発生させる。角周波数指令発生器１１０は、発生させた角周波数指令ωｒ*を角周波数指令演算器１１１に出力する。

また、角周波数指令発生器１１０は、ファンモータ１２の起動直前に位置決め電流（ｄ軸電流指令）を電機子に流す際、角周波数指令ωｒ*＝０を発生させる。さらに、角周波数指令発生器１１０は、起動時状態推定部１１５によって推定される電気角周波数Ｆｒｑと、起動モード設定部１１６から入力される状態情報と、に基づいて、角周波数指令ωｒ*を生成する。

角周波数指令演算器１１１は、角周波数指令発生器１１０から入力される角周波数指令ωｒ*に、ファンモータ１２の極対数（Ｐ／２）を乗算し、電気角周波数指令ω１*を算出する。角周波数指令演算器１１１は、算出した電気角周波数指令ω１*を加算器１０６および電圧指令演算器１１２に出力する。

電圧指令演算器１１２は、上述したｄ軸電流指令Ｉｄ*と、ｑ軸電流指令Ｉｑ*と、電気角周波数指令ω１*と、に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*を算出する。電圧指令演算器１１２は、算出したｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*を、軸誤差推定器１０３および２軸／３相変換器１１３に出力する。

２軸／３相変換器１１３は、電圧指令演算器１１２から入力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、積分器１０７から入力される位相推定値θｄｃと、に基づいて、ファンモータ１２の３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を算出する。２軸／３相変換器１１３は、算出した３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をＰＷＭ信号発生器１１４に出力する。

ＰＷＭ信号発生器１１４は、２軸／３相変換器１１３から入力される３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいてＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号発生器１１４は、生成したＰＷＭ信号をファンモータ用インバータ回路１１のスイッチング素子Ｔｒ（図６参照）に出力する。

起動時状態推定部１１５は、上述した位置決め電流の入力に伴ってシャント抵抗Ｒ１に流れるフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂに基づき、起動時におけるファンモータ１２の空転状態を推定する。ここで、「ファンモータ１２の空転状態」には、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れるモータ電流の位相角、電気角周波数、および回転子が空転する向き（正転・停止・逆転）が含まれる。

図７（ｂ）は、モータに位置決め電流を流した際の電流ベクトルを表す。ファンモータ１２が空転していない場合、ｄ軸を基準とする位置決め電流に応じた電流Ｉがシャント抵抗Ｒ１に流れる。この場合、ｑ軸成分のフィードバック電流Ｉｑｆｂはゼロになる。

一方、ファンモータ１２が空転している場合、逆起電力による影響分の電流ΔＩが上述した電流Ｉに加わり、ベクトルとして加算された電流（Ｉ＋ΔＩ）がシャント抵抗Ｒ１に流れる。つまり、図７（ｂ）に示すように、ファンモータ１２が空転する速度や向きに応じて電流（Ｉ＋ΔＩ）の位相角が変化する。

このように本実施形態では、シャント抵抗Ｒ１を流れるフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂが室外ファン１３の空転状態に応じて変化することを利用して、ファンモータ１２の空転状態を推定する。

図８は、ファンモータ制御部１０が備える起動時状態推定部の構成図である。起動時状態推定部１１５は、電流位相演算部１１５ａと、ｄ軸位相変換部１１５ｂと、減算器１１５ｃと、位相差演算部１１５ｄと、状態判定部１１５ｅと、周波数演算部１１５ｆと、を有している。

電流位相演算部１１５ａは、ファンモータ１２を起動する際に３相／２軸変換器１０２から入力されるフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂに基づき、モータ電流の位相角を算出する。なお、電流位相演算部１１５ａは、所定周期（例えば、０．０１sec毎）に位相角φを演算する。電流位相φは、以下に示す（数式１）に基づいて算出される。ちなみに、本実施形態でｑ軸基準で演算処理を実行するため、（数式１）では分母をｑ軸のフィードバック電流Ｉｑｆｂとしている。

電流位相演算部１１５ａは、リモコン５（図３参照）から起動指令が入力された後、最初に算出した位相角φをｄ軸位相変換部１１５ｂに出力する。また、所定周期で算出する電流位相φを記憶手段（図示せず）に格納する。

ｄ軸位相変換部１１５ｂは、電流位相演算部１１５ａから入力される電流位相φに基づき、ｄ軸位相θｄを算出する。位置決め電流はｄ軸起動（ｄ軸電流指令Ｉｄ*≠０、ｑ軸電流指令Ｉｑ*＝０）として与えられ、回転周波数指令ωｒ*＝０［Hz］である。したがって、ファンモータ１２の電流位相φと、ｄ軸位相θｄと、は相互に対応していると考えられる。

状態判定部１１５ｅから「正転」を示す情報が入力されると、ｄ軸位相変換部１１５ｂは、以下に示す（数式２）に基づいてｄ軸位相θｄを算出する（図７（ａ）参照）。

また、回転子が逆転（空転）している場合、ｄ軸位相は正転時と比較してπ［rad］だけ位相がずれる。状態判定部１１５ｅから「逆転」を示す情報が入力された場合、ｄ軸位相変換部１１５ｂは、以下に示す（数式３）に基づいてｄ軸位相θｄを算出する。

ｄ軸位相変換部１１５ｂは、算出したｄ軸位相θｄ（つまり、モータ電流の位相角）を、図３に示す積分器１０７に出力する。

減算器１１５ｃは、今回（２回目以後に）算出された位相角φｎと、前回の位相角φｎ−１と、の位相差Δφｎを算出する。減算器１１５ｃは、算出した位相差Δφｎを位相差演算部１１５ｄに出力する。

位相差演算部１１５ｄは、以下に示す（数式４）に基づいて、所定周期で算出される位相差Δφｎに関してＮ個の和をとり、位相差Δφｓｕｍを算出する。上述した値Ｎは、ファンモータ１２の演算精度を確保するために予め設定された値（例えば、Ｎ＝１６）である。すなわち、Ｎ段のバッファ（図示せず）に電流位相を格納して位相差Δφｓｕｍを求めることで、回転子が低速回転で空転している場合でも周波数Ｆｒｑ等を精度良く算出できる。

位相差演算部１１５ｄは、算出した位相差Δφｓｕｍを状態判定部１１５ｅおよび周波数演算部１１５ｆに出力する。状態判定部１１５ｅは、位相差演算部１１５ｄから入力される位相差Δφｓｕｍに基づいて、回転子（つまり、室外ファン１３）が正回転で空転／停止／逆回転での空転のいずれであるかを判定する。位相差Δφｓｕｍと、回転子の状態と、の関係を以下の表１に示す。なお、位相差Δφｓｕｍの絶対値が所定値以下である場合に、状態判定部１１５ｅによって「停止」と判定するようにしてもよい。

状態判定部１１５ｅは、判定した結果をｄ軸位相変換部１１５ｂ、周波数演算部１１５ｆ、および起動モード設定部１１６（図３参照）に出力する。

周波数演算部１１５ｆは、位相差演算部１１５ｄから入力される位相差Δφｓｕｍに基づき、回転子が空転する際の電気角周波数Ｆｒｑを算出する。すなわち、周波数演算部１１５ｆは、上述した値Ｎと、位相角φの演算周期ΔＴと、を乗算した値ＮΔＴで位相差Δφｓｕｍを除算し、さらに所定の定数を掛けることで電気角周波数Ｆｒｑを算出する。周波数演算部１１５ｆは、算出した電気角周波数Ｆｒｑを角周波数指令発生器１１０（図３参照）および起動モード設定部１１６に出力する。

図３に示す起動モード設定部１１６は、起動時状態推定部１１５から入力される電気角周波数Ｆｒｑと、上述した状態情報と、に基づいて、ファンモータ１２の起動モードを設定する。なお、起動モード設定部１１６が実行する処理の詳細については後記する。起動モード設定部１１６は、設定した起動モードを角周波数指令演算器１１１に出力する。
＜ファンモータ制御部１０の動作＞

図９は、ファンモータ制御部１０が実行する処理のフローチャートである。ステップＳ１０１においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の起動指令があったか否かを判定する。なお、ファンモータ１２の起動指令は、リモコン５を介した操作（例えば、冷房運転オン）に応じて、室内機ＡＳｉ側の制御装置（図示せず）から入力される。

ファンモータ１２の起動指令があった場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０２に進む。一方、ファンモータ１２の起動指令がない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０はステップＳ１０１の処理を繰り返す。

ステップＳ１０２においてファンモータ制御部１０は、起動時状態推定処理を実行し、起動直前におけるファンモータ１２の状態を推定する。

ステップＳ１０３においてファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０２の推定結果に基づき、起動モード設定処理を実行する。なお、起動モード設定処理の詳細については後述する。

図１０は、ファンモータ制御部１０が実行する起動時状態推定処理（Ｓ１０２：図９参照）の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１０２１においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の電機子に位置決め電流を流すために位置決め電流指令（Ｉｄ*≠０，Ｉｑ*＝０，ω*＝０）を生成する。この位置決め電流指令をｄｑ座標系で表わすと、図１１（ａ）のようになる。

ファンモータ制御部１０は、位置決め電流を３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流すように、上アームのスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕ，Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｐｗをオンにする（図６（ｂ）参照）。例えば、ファンモータ制御部１０は、ディーティ比１０％でスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕをオンにし、その半分のディーティ比５％で、スイッチング素子Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｐｗをオンにする。

なお、この状態は、回転子に対して微少なブレーキ力として作用する。したがって、ファンモータ１２の空転状態を変化させないようにするために（つまり、位置決め電流を与えることで大きな外乱が発生しないように）、位置決め電流は微少であることが好ましい。この状態は図１２（ｃ）に示す区間Ｋ１に対応している。

次に、ファンモータ制御部１０は、上述した区間Ｋ１の状態からスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕ，Ｔｒ_Ｎｕのオン／オフを切り替える。そうすると、図１３（ａ）に示すように、各コイルに蓄えられていた電気エネルギが放出され、シャント抵抗Ｒ１を介して電流Ｉｕ（＝Ｉｖ＋Ｉｗ）が流れる。この状態は、図１２（ｃ）に示す区間Ｋ２に対応する。

続いて、ファンモータ制御部１０は、上述した区間Ｋ２の状態からスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｎｖのオン／オフを切り替える。そうすると、図１３（ｂ）に示すように、シャント抵抗Ｒ１を介して電流Ｉｗが流れる。この状態は、図１２（ｃ）に示す区間Ｋ３に対応している。

つまり、ファンモータ制御部１０は、Ｕ相のスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕ又はＴｒ_Ｎｕを、Ｖ相およびＷ相に対して２倍のオンディーティで駆動しつつ電流経路を切り替える。このように電流経路を経時的に切り替えることによって、一つのシャント抵抗Ｒ１で、３相分の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに関する情報が得られる。なお、電流Ｉｖは、区間Ｋ２で取得される電流値（Ｉｖ＋Ｉｗ）から、区間Ｋ３で取得される電流値Ｉｗを減算することで得られる。

また、図１２（ａ）に示す時間Δｔは、例えば、ファンモータ制御部１０の回路が組み込まれたマイコンのサンプリング周期（またはその整数倍）である。

次に、ファンモータ制御部１０は、上述した区間Ｋ４の状態（図６（ｃ）、図１２（ｃ）参照）からＵ相のスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｕ，Ｔｒ_Ｎｕのオン／オフを切り替える。そうすると、図１４（ａ）に示すように、各コイルに蓄えられていた電気エネルギが放出され、シャント抵抗Ｒ１を介して電流Ｉｕ（＝Ｉｖ＋Ｉｗ）が流れる。この状態は、図１２（ｃ）に示す区間Ｋ５に対応している。

続いて、ファンモータ制御部１０は、上述した区間Ｋ５の状態からスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｖ，Ｔｒ_Ｎｖのオン／オフを切り替える。そうすると、図１４（ｂ）に示すように、シャント抵抗Ｒ１を介して電流Ｉｗが流れる。この状態は、図１２（ｃ）に示す区間Ｋ６に対応している。

さらにファンモータ制御部１０は、区間Ｋ６の状態からＷ相のスイッチング素子Ｔｒ_Ｐｗ，Ｔｒ_Ｎｗのオン／オフを切り替えて、区間Ｋ１の状態に戻す（図６（ｂ）、図１２（ｃ）参照）。

このようにファンモータ制御部１０は、ファンモータ用インバータ回路１１が有する複数のスイッチング素子Ｔｒのうち、位置決め電流を流すためにオン信号を入力するスイッチング素子Ｔｒを切り替えることで、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流値を算出する。これによって、ｄｑ座標系におけるモータ電流の位相角φを算出できる（図８参照）。

なお、このような一連の処理は、非常に短時間（ＰＷＭ制御の一周期分の時間）で実行される。ファンモータ制御部１０は、ｄ軸電流指令Ｉｄ*（図１１（ａ）参照）を生成しつつ、上述した区間Ｋ１〜Ｋ６を順次推移させるＰＷＭ制御を、所定周期で実行する。そうすると、上述したフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂは、時間の経過とともに以下のように変化する。

すなわち、ファンモータ１２が正方向に空転（正転）している場合、逆起電力の影響でフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂが時々刻々と変化する。例えば、フィードバック電流のｑ軸成分は、時間の経過とともに正弦波状に変化する（図１１（ｂ）参照）。

また、ファンモータ１２が空転していない場合、シャント抵抗Ｒ１には、上述したｄ軸電流指令Ｉｄ*に対応するフィードバック電流（磁束方向であるｄ軸成分）が流れる。なお、ファンモータ１２で逆起電力は発生しておらず、かつ、ｑ軸電流指令Ｉｑ*はゼロである。したがって、フィードバック電流のｑ軸成分Ｉｑｆｂは略ゼロになる（図１１（ｃ）参照）。また、ファンモータ１２が逆方向に空転（逆転）している場合、フィードバック電流のｑ軸成分Ｉｑｆｂは、正転の場合とは逆位相で正弦波状に変化する（図１１（ｄ）参照）。

再び図１０に戻って説明を続ける。ステップＳ１０２２においてファンモータ制御部１０は、値ｎ＝１とする。この値ｎは、ファンモータ１２の電流位相角が算出されるたびにインクリメントされる自然数である（Ｓ１０２５）。

ステップＳ１０２３においてファンモータ制御部１０は、モータ電流の位相角φｎを算出する。すなわちファンモータ制御部１０は、電流位相演算部１１５ａによって、ステップＳ１０２１のｄ軸指令に応じたフィードバック電流Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂに基づき、モータ電流の位相角φｎを算出する。ファンモータ制御部１０は、算出した位相角φｎを記憶手段（図示せず）に格納する。

ステップＳ１０２４においてファンモータ制御部１０は、値ｎ＝１であるか否かを判定する。値ｎ＝１である場合（Ｓ１０２４→ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０２５へ進む。ステップＳ１０２５においてファンモータ制御部１０は、値ｎを１つインクリメントし、ステップＳ１０２３の処理に進む。

一方、値ｎ＝１でない、つまり、値ｎが２以上である場合（Ｓ１０２４：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０２６に進む。ステップＳ１０２６においてファンモータ制御部１０は、減算器１１５ｃによって、今回の位相角φｎから前回の位相角φｎ−１を減算して位相差Δφｎを算出する。

ステップＳ１０２７においてファンモータ制御部１０は、位相差演算部１１５ｄによって、ｎ＝１から今回まで算出した位相差Δφｎの和Δφｓｕｍ（ｎ）を算出する。すなわち、ファンモータ制御部１０は、前回までの和Δφｓｕｍ（ｎ−１）に、今回算出した位相差Δφｎを加算することで、和Δφｓｕｍ（ｎ）を算出する。

ステップＳ１０２８においてファンモータ制御部１０は、ｎ＝Ｎであるか否かを判定する。上述の通り、値Ｎは、演算精度を確保するために設定された値（例えば、Ｎ＝１６）である。ｎ＜Ｎである場合（Ｓ１０２８：ＮＯ）、ステップＳ１０２５においてファンモータ制御部１０は値ｎをインクリメントし、ステップＳ１０２３の処理に進む。

一方、ｎ＝Ｎである場合（Ｓ１０２８：ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０２９に進む。ステップＳ１０２９においてファンモータ制御部１０は、状態判定部１１５ｅによって、ファンモータ１２の状態（正転／停止／逆転）を判定する。当該判定処理は、ステップＳ１０２７で最終的に得られる位相差の総和Δφｓｕｍ（N）の符号に基づいて判定される（表１参照）。

ステップＳ１０３０においてファンモータ制御部１０は、周波数演算部１１５ｆによって、空転または停止しているファンモータ１２の電気角周波数Ｆｒｑを算出する。

このようにしてファンモータ制御部１０は、空転（または停止）しているファンモータ１２の電流位相角、電気角周波数、回転の向き（正転／停止／逆転）を算出する。ファンモータ制御部１０は、これらの算出結果に基づき、ファンモータ１２の起動モードを設定する。

図１５は、ファンモータ制御部１０が実行する制御モード設定処理（Ｓ１０３：図９参照）の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１０３１においてファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０３０（図１０参照）で算出した電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ１以上であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｆｒｑ１は、室外ファン１３が空転することで、室外熱交換器４３を介した熱交換が適切に行われるか否かの判定基準となる閾値である。なお、所定値Ｆｒｑ１以上で室外機ＡＳｏが逆転（空転）している場合でも、室外熱交換器４３を介して空気と冷媒との間で熱交換される。

電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ１以上である場合（Ｓ１０３１：ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３２に進む。ステップＳ１０３２においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ用インバータ回路１１を駆動せずにファンモータ１２の空転を継続させる。

ステップＳ１０３３においてファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０３２の処理を開始してから所定時間Δｔ１が経過したか否かを判定する。所定時間Δｔ１は、空転状態のファンモータ１２を監視する際の周期であり、予め設定されている。

所定時間Δｔ１が経過していない場合（Ｓ１０３３：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３２に進む。一方、所定時間Δｔ１が経過した場合（Ｓ１０３３：ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０の処理は、図１０のステップＳ１０２１に進む。このようにしてファンモータ制御部１０は、所定時間Δｔ１毎にファンモータ１２の空転状態を監視する。

図１５のステップＳ１０３１において電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ１未満である場合（Ｓ１０３１：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３４に進む。ステップＳ１０３４においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２が正転フリーランしているか否かを判定する。当該処理には、上述したステップＳ１０２９（図１０参照）の処理結果が用いられる。

ステップＳ１０３４でファンモータ１２が正転フリーランしていると判定した場合（Ｓ１０３４：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３５においてファンモータ制御部１０は、正転センサレス運転を実行する。つまり、ファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の磁極位置を推定し、上述した軸誤差ΔθをゼロにするようにＰＷＭ制御を実行する。

ステップＳ１０３４でファンモータ１２が正転フリーランしていないと判定した場合（Ｓ１０３４：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３６に進む。ステップＳ１０３６においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２が停止しているか否かを判定する。なお、上述した「停止」には、ファンモータ１２が微動している場合も含まれる。

ファンモータ１２が停止していると判定した場合（Ｓ１０３６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３７においてファンモータ制御部１０は、ブレーキ電流を流すことでファンモータ１２を完全に停止させ、位置決めする。

ステップＳ１０３８においてファンモータ制御部１０は、正転同期運転を実行する。すなわち、ファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０２３で算出した位相角φ１、およびステップＳ１０３０で算出した電気角周波数Ｆｒｑに基づいて同期運転を行い、ファンモータ１２を徐々に加速させる。正転同期運転を行った後、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３５（正転センサレス運転）に進む。

ステップＳ１０３６においてファンモータ１２が停止していない（つまり、逆転フリーランしている）と判定した場合、ファンモータ制御部１０の処理はステップＳ１０３９に進む。

ステップＳ１０３９においてファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０３０（図１０参照）で算出した電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ２以上であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｆｒｑ２（＜Ｆｒｑ１）は、逆転センサレスを行うことなく所定のブレーキ電流でファンモータ１２の空転を停止可能か否かの判定基準となる閾値である。

電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ２以上である場合（Ｓ１０３９：ＹＥＳ）、ファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０４０において逆転センサレス運転を実行する。つまり、ファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の空転（逆転）に抗してファンモータ１２を正転させる電圧指令をファンモータ用インバータ回路１１に出力する。これによってファンモータ１２を逆転させる力が強制的に打ち消され、ファンモータ１２の空転が徐々に減速する。

ステップＳ１０４１においてファンモータ制御部１０は、ファンモータ１２の回転子をいったん停止させ、回転子の位置（機械角）を保持する。このように位置決めした後、ファンモータ制御部１０は、正転同期運転（Ｓ１０３８）および正転センサレス運転（Ｓ１０３５）を順次実行する。

一方、電気角周波数Ｆｒｑが所定値Ｆｒｑ２未満である場合（Ｓ１０３９：ＮＯ）、ファンモータ制御部１０は、ステップＳ１０４２においてブレーキ電流を増加させる。つまり、ファンモータ制御部１０は、回転トルクを与えるｑ軸電流指令Ｉｑ*をゼロとしつつ、ｄ軸電流指令Ｉｄ*を徐々に増加させてファンモータ１２にブレーキ電流を流す。そうすると、例えば、図６（ｂ）または図６（ｃ）に示す向きにブレーキ電流が流れ、ファンモータ１２の空転に対して制動力が発生する。

その後、ファンモータ制御部１０は位置決めした後（Ｓ１０４１）、正転同期運転（Ｓ１０３８）および正転センサレス運転（Ｓ１０３５）を順次実行する。

このようにしてファンモータ制御部１０は、起動時におけるファンモータ１２の空転状態に応じた制御モードを実行して室外ファン１３を駆動したり（Ｓ１０３５）、その空転を継続させたりする（Ｓ１０３２）。その結果、室外熱交換器４３を通流する冷媒と、室外ファン１３から送り込まれる空気と、を適切に熱交換させることができる。
＜効果＞

本実施形態に係るファンモータ制御部１０によれば、ファンモータ１２を起動する際、Ｕ相を基準とする位置決め電流（ｄ軸電流指令Ｉｄ*）をファンモータ用インバータ回路１１に流すことで、ファンモータ１２の空転状態を適切に検出できる。

つまり、ファンモータ１２が空転していない状態で検出されるフィードバック電流（ｄ軸電流Ｉｄｆｂ：図３参照）を基準として空転に伴う電流変動をシャント抵抗Ｒ１で検出し、モータ電流の位相角、電気角周波数、および回転の向きを正確に算出できる。また、当該処理は複雑な演算を要しないため、ファンモータ制御部１０（マイコン）の処理負荷を従来よりも低減できる。ファンモータ１２の空転状態を的確に検出することができるため、空転に伴って生じるモータ電流を圧縮機用インバータ回路２１などで消費させることができ、モータの性能低下を抑制し、空気調和機の信頼性および寿命を向上させることができる。

また、本実施形態では、ファンモータ１２の空転状態を検出するための誘起電圧検出回路が不要であるため、その分ファンモータ制御部１０の回路面積を低減できるとともに、ファンモータ制御部１０（ひいては、空気調和機）の製造コストを削減できる。

また、ファンモータ１２の空転状態（正転／停止／逆転）に応じた制御モードを実行することで、ファンモータ１２を適切かつスムーズに起動させることができる。
≪変形例≫

以上、本発明に係るファンモータ制御部１０について、前記実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更などを行うことができる。

例えば、前記実施形態では、ファンモータ１２の空転状態を推定する際、ファンモータ制御部１０は３相巻線のうちＵ相を基準とするｄ軸電流指令Ｉｄ*を生成する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、Ｖ相またはＷ相を基準とするｄ軸電流指令Ｉｄ*を生成するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、ファンモータ１２の電機子が３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、ファンモータ１２の電機子が２相巻線を有する構成にも、前記実施形態を適用できる。

また、前記実施形態では、ファンモータ用インバータ回路１１の直流側の母線ＰＬにシャント抵抗Ｒ１を設置する場合について説明したが、これに限らない。例えば、シャント抵抗に代えて、電流センサ（電流検出器）を母線ＰＬに設置してもよい。

また、前記実施形態では、ファンモータ制御部１０によって、空気調和機ＡＳの室外ファン１３に連結されるファンモータ１２を制御する場合について説明したが、これに限らない。例えば、洗濯機、乾燥機、掃除機等の家電製品に設置されるファンをファンモータ制御部１０によって制御してもよい。

また、前記実施形態では、ファンモータ制御部１０によって制御されるファンモータ１２がブラシレス直流モータである場合について説明したが、これに限らない。同期モータ等、他の種類のモータにも前記実施形態を適用できる。

また、前記実施形態では、空気調和機ＡＳが四方弁４２（図４参照）を備える構成にについて説明したが、これに限らない。すなわち、四方弁４２を省略し、圧縮機４１と、室外熱交換器４３と、膨張弁４４と、室内熱交換器４５と、が環状に順次接続される構成にしてもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。

１：マイコン、１０：ファンモータ制御部、１１：ファンモータ用インバータ回路、１２：ファンモータ、２０：圧縮機モータ制御部、２１：圧縮機用インバータ回路、２２：圧縮機モータ、３０：コンバータ制御部、６０：冷凍サイクル制御部、７０：抵抗、１１５：起動状態推定部、１１６：起動モード設定部、２０１：位置決め電流制御部、２０２：微弱電流通電制御部、２０３：通電パターンテーブル、３０１：直流電圧生成部、３１１：交流電源、３１２：平滑コンデンサ

Claims (2)

1. 室内機と室外機を備える空気調和機であって、
   前記室外機は、
   圧縮機モータにより駆動される圧縮機と、
   前記圧縮機からの冷媒が供給される室外熱交換器へ送風するファンと、
   前記圧縮機モータを駆動する圧縮機用インバータ回路部と、
   前記ファンのファンモータを駆動するファンモータ用インバータ回路部と、
   前記圧縮機用インバータ回路部および前記ファンモータ用インバータ回路部へ電源を供給する電源部と、
   前記圧縮機用インバータ回路部と前記ファンモータ用インバータ回路部と前記電源部とを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ファンモータの回転状態が前記電源部の電源電圧よりも高い誘起電圧を発生させる所定の回転状態になるか判定し、前記所定の回転状態になると判定した場合、前記所定の回転状態において前記ファンモータで生じるモータ電流を前記圧縮機モータへ通電する際に、前記圧縮機モータにおける３相のコイルへの通電パターンを切り替える、
   空気調和機。
2. 前記制御部は、前記所定の回転状態において前記ファンモータで生じるモータ電流を、前記圧縮機モータの位置決め電流よりも小さい電流値として前記圧縮機モータへ供給することにより消費させる、
   請求項１に記載の空気調和機。

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