JP6696188B2

JP6696188B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP6696188B2
Application number: JP2016012145A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　寛; 佐々木　　寛
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: JP2017135798A

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、インバータによる圧縮機のモータ起動のための構成に関する。

従来、冷蔵庫や空気調和機などに使用されるモータの駆動制御装置としては特許文献１に示す技術が開示されている。特許文献１では冷蔵庫に使用される圧縮機のモータをインバータで駆動しており、ＰＷＭ制御により生成されたスイッチング信号を用いてインバータを制御するようになっている。
また、特許文献１では、この圧縮機のモータの起動時において、スイッチング信号（ＰＷＭ信号）を生成するために用いられるキャリア信号の周波数を、モータの回転数が所定の閾値より低い時は低く、また、回転数が閾値以上になった時点で高くしている。これにより、モータの回転数が所定の閾値より低い時にキャリア信号の周波数を低下せることでスイッチング信号のオン時間を長くしてモータの巻線に発生する誘起電圧から生成されるモータの回転位置信号のパルス幅を広くして回転位置を検出することで、脱調を防止して確実にモータを起動するようになっている。

図５は特許文献１に示す技術を用いた空気調和機９０である。空気調和機９０は、互いに通信接続された室外機８０と室内機５０備えている。
室外機８０は、図示しない交流電源が接続される入力端１と入力端２に接続された整流器４と、整流器４の出力側に接続されたコンバータ５と、コンバータ５の出力端に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機のモータ７と、室内機５０からの指示により室外機８０全体を制御する室外機制御部９と、インバータ６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路８を備えている。また、モータ７は図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線を備えている。

さらに室外機制御部９は、モータ７の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ７の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部１１と、室外機制御部９から指示された回転数指令値に従ってモータ７を駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して駆動回路８へ出力して１２０度通電方式でモータ７を制御するインバータ制御部３と、モータ７の回転数に基づいてスイッチング信号を生成するための２種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部７０と、入力された周波数切替信号によって２種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数でキャリア信号を発生させてインバータ制御部３へ出力するキャリア信号発生部１０を備えている。

インバータ制御部３は、室外機制御部９から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ７が回転するようなスイッチング信号を生成する。インバータ制御部３は、入力された回転位置信号に基づいてモータ７の各巻線の通電相を電気角の６０度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部３は、キャリア信号がキャリア信号発生部１０から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ７の負荷に対応するトルクを発生させるようにスイッチング信号のデューティーを決定して出力する。つまり、インバータ制御部３は、モータ７の負荷が大きくて指示された回転数に達しない場合はスイッチング信号のオンデューティー時間（インバータ６内の図示しないスイッチング素子がオンとなる時間）を長く、モータ７の負荷が小さくて指示された回転数を超える場合はオンデューティー時間を短くする。このようにインバータ制御部３は、指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティーを決定している。
そして、キャリア信号発生部１０は、キャリア周波数切替指示部７０が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に４ｋＨｚ、ローレベルの時に２ｋＨｚの周波数のキャリア信号を出力する。

一方、キャリア周波数切替指示部７０は内部に回転数検出部７１と、切替判断部７２を備えている。キャリア周波数切替指示部７０は、回転位置信号が入力されており、この回転位置信号は回転数検出部７１に入力されている。回転数検出部７１はモータ７が１回転する時間を計測し、１秒をこの計測した時間で除算することで１秒間の回転数（単位：ｒｐｓ）を算出する。

この算出した１秒間の回転数は切替判定部７２に入力されており、切替判定部７２は、この入力された回転数と予め定められた回転数閾値（１０ｒｐｓ）を比較し、入力された回転数が回転数閾値以上になった時に周波数切替信号をハイレベルに、回転数閾値未満の時に周波数切替信号をローレベルにして出力する。このため、インバータ制御部３は、モータ７の回転数が１０ｒｐｓ未満の時に２ｋＨｚ、１０ｒｐｓ以上の時に４ｋＨｚのキャリア周波数のキャリア信号を用いてＰＷＭ制御を実行する。

このように、インバータ制御部３は、回転数が低いモータ７の起動時に低いキャリア周波数を用いてスイッチング信号のオンデューティーの時間を広くすることで、起動時のモータ７の巻線の誘起電圧波形のパルス幅を広くし、回転位置検出部１１で確実に回転位置を検出できるように制御している。一方、インバータ制御部３は、回転数が高いモータ７の通常運転時にキャリア周波数を高くして、通電相を切り替える転流タイミングの検出遅れを防止している。

次に前述した構成の空気調和機９０の動作説明を行なう。一般的な空気調和機は冷房と暖房の両方に対応している機種がほとんどである。このため、空気調和機９０の動作温度範囲、例えば−１０℃〜＋４６℃の範囲のうち空気調和機９０が設置された環境における最低もしくは最高の温度でも動作するようになっており、ある季節において特有の問題が発生する場合がある。

具体的には空気調和機９０の運転時期によって圧縮機のモータ７の起動時間の差が発生する問題がある。冬期にモータ７を起動する場合、圧縮機内の潤滑油の粘度が高くなっているため負荷が重くなる。一方、夏期に起動する場合には潤滑油の粘度が冬期に比べて低いため負荷が軽くなる。このため、冬期においてモータ７の起動時の回転数の上昇速度が夏期に比べて遅くなる。また、運転を停止後にすぐに運転を開始した場合など、まだ冷媒回路内の圧力が高い時にも負荷が重くなる。このため、運転停止から運転再開までに十分に時間をおいた場合に比較してすぐに運転を開始した場合は回転数の上昇速度が遅くなる場合がある。
従って、後で説明するようにキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えるタイミングが遅くなることでキャリア周波数が２ｋＨｚの期間が長くなり、これに対応して騒音の発生期間が長くなる。この動作を図６を用いて説明する。なお、この騒音については後で詳細に説明する。

図６はモータ７の従来の回転制御を説明する説明図である。図６の横軸は時間を示しており、縦軸の図６（１）はスイッチング信号のオンデューティー時間（単位：μＳ（マイクロセカンド））を示しており、実線はモータ７の回転数上昇速度が速い（負荷が軽い）場合を、破線は回転数上昇速度が遅い（負荷が重い）場合をそれぞれ示している。また、図６（２）はモータ７の回転数（単位：ｒｐｓ）を示しており、実線はモータ７の回転数上昇速度が速い（負荷が軽い）場合を、破線は回転数上昇速度が遅い（負荷が重い）場合をそれぞれ示している。なお、ｔ０〜ｔ３は時刻である。

図６において、室外機制御部９から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部３は、モータ７が完全に停止しているｔ０からスイッチング信号のオンデューティー時間を１９μＳ固定として、オープンループ方式によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばｔ１で回転位置信号によるモータ７の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、その後、オンデューティー時間を増加させながら回転数を上昇させる。

一方、キャリア周波数切替指示部７０は回転位置信号が入力されると、回転数検出部７１で現在の回転数を検出して、この回転数を切替判断部７２へ出力する。例えば空気調和機９０が負荷が軽くてモータ７の回転数上昇速度が速い場合は、ｔ２以降で回転数が１０ｒｐｓ以上になる。切替判断部７２はこの回転数が回転数閾値（１０ｒｐｓ）以上になったｔ２で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部１０は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに変更したキャリア信号をインバータ制御部３へ出力する。この結果、インバータ制御部３から出力されるスイッチング信号は、オンデューティー時間が２６μＳから半分の１３μＳになる。

また、例えば空気調和機９０が負荷が重くてモータ７の回転数上昇速度が遅い場合は、ｔ３以降で回転数が１０ｒｐｓ以上になる。切替判断部７２はこの回転数が回転数閾値（１０ｒｐｓ）以上になったｔ３で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部１０は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに変更したキャリア信号をインバータ制御部３へ出力する。この結果、インバータ制御部３から出力されるスイッチング信号は、オンデューティー時間が７０μＳから半分の３５μＳになる。

このようにインバータ制御部３はモータ７の回転数が回転数閾値以上となって、この時に出力しているスイッチング信号のオンデューティー時間が長くなり、この結果、回転位置検出部１１で確実に回転位置が検出可能と思われる回転数（１０ｒｐｓ）になった時、キャリア信号の周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えてモータ７を制御する。

この結果、負荷が軽い場合にはオンデューティー時間が２６μＳとなるｔ２の時にキャリア周波数が切り換えるが、負荷が重い場合にはｔ２の時にはすでにオンデューティー時間が２６μＳ以上になっているにも関わらず、オンデューティー時間が７０μＳとなるｔ３まで待つ必要があり、ｔ２〜ｔ３で２６μＳから７０μＳの差となるオンデューティー時間の４４μＳが過剰なマージンとなっている。このため、負荷が重い場合に空気調和機９０のモータ７を起動する場合、負荷が軽い場合にモータ７を起動する場合に比較してｔ２〜ｔ３の間、キャリア周波数が２ｋＨｚの時に発生する騒音の期間が長いため不快な期間が長くなる。

次にこの騒音の発生メカニズムについて説明する。
モータ７の内部ではモータ７の巻線に流れる電流の変化による騒音が発生しており、この騒音の大きさはスイッチング信号のキャリア周波数が高い場合に比較してキャリア周波数が低い場合に大きくなる傾向がある。
図７はキャリア周波数の違いによる騒音の違いを説明する説明図である。図７の横軸は時間である。縦軸において図７（１）はキャリア周波数が４ｋＨｚでデューティーが５０％の時のスイッチング信号を、図７（２）はキャリア周波数が２ｋＨｚでデューティーが５０％の時のスイッチング信号をそれぞれ示している。なお、図７において破線はモータ７の巻線に流れるリップル電流を示している。

モータの巻線のインダクタンス値と巻線に印加する電圧が同じとした場合、キャリア周波数が低い方が、キャリア周波数が高い方に比較して巻線に流れるリップル電流の周期が長くなる。このため、図６（２）に示すように周期的に変化するモータ７の電流において、キャリア周波数が２ｋＨｚのリップル電流値のピークＩｐ２は、キャリア周波数が４ｋＨｚの電流値のピークＩｐ４よりも大きくなる。
モータ７の巻線に流れる電流の変化が大きいと、この電流変化による巻線の振動も大きくなり、この巻線の振動により騒音が発生する。
従って、このリップル電流の変化によるモータ７の巻線の振動（騒音）は、キャリア周波数が２ｋＨｚの時が４ｋＨｚの時の場合よりも大きい。つまり図６において回転数上昇速度が速い場合は、キャリア周波数が低い起動開始のｔ０からｔ２まではこの騒音が大きく、回転数上昇速度が遅い場合はキャリア周波数が低い起動開始のｔ０からｔ３までこの騒音が大きい。

そして、キャリア周波数を切り替えるための回転数閾値は、同じ回転数でもオンデューティー時間が負荷が重い場合よりも負荷が軽い場合での値を考慮して、キャリア周波数が４ｋＨｚにおいて回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な最小の値に予め決定されている。具体的にはモータ７の回転数上昇速度が速い場合に回転位置を検出可能なキャリア周波数が４ｋＨｚでオンデューティー時間が１３μＳとなる回転数値である１０ｒｐｓに予め決定されている。なお、回転数上昇速度が遅い場合において回転数が１０ｒｐｓの時、切り替えられたキャリア周波数におけるオンデューティー時間が３５μＳであり、回転位置を検出可能な最低限のオンデューティー時間である１３μＳより必要以上に大きく、つまり過剰なマージンとなっている。

そこで、キャリア周波数の切り替えタイミングを回転数で決定するのでなく、スイッチング信号のオンデューティー時間で決定する方法が考えられる。つまり、例えばキャリア周波数切替指示部７０が常にオンデューティー時間を監視し、このオンデューティー時間が４ｋＨｚのキャリア周波数の場合でも回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な時間幅、例えば１３μＳになったらキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替える方法である。
しかしながら、インバータ制御部３が出力するスイッチング信号のオンデューティー時間と回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な誘起電圧の時間幅とは単純な比例関係になく、検出可能な誘起電圧の時間幅はオンデューティー時間と共に回転数にも依存するため、過剰なマージンを避けることを目的とした場合、前述したオンデューティー時間を監視する方法は採用できない。

次に誘起電圧の時間幅とオンデューティー時間と回転数の関係について図４を用いて説明する。
図４（１）は回転位置検出部１１の内部回路を示すブロック図であり、図（２）はその動作を説明する説明図である。
回転位置検出部１１の内部には、モータ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に発生する誘起電圧の仮想中性点の電圧を検出する抵抗１１ａ〜１１ｄと、ノイズ除去用のコンデンサ１１ｈと、コンパレータ１１ｆと、基準電圧発生源１１ｅと、積分回路１１ｇが備えられている。
抵抗１１ａ〜１１ｃの一端はモータ７の巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続され、抵抗１１ａ〜１１ｃの他端は抵抗１１ｄの一端と共に共通に接続され、抵抗１１ｄの他端はグランドに接続されている。また、抵抗１１ｄと並列にコンデンサ１１ｈが接続されている。

一方、コンパレータ１１ｆの＋入力端には抵抗１１ｄの一端が、コンパレータ１１ｆの−入力端には基準電圧源１１ｅがそれぞれ接続され、コンパレータ１１ｆの出力端は積分回路１１ｇの入力端に接続されており、積分回路１１ｇの出力端からは回転位置信号が出力されるようになっている。なお、各抵抗が共通に接続されている仮想中性点に誘起電圧が現れる。

図４（２）は回転位置検出部１１の動作を説明する説明図であり、横軸は時間を示しており、縦軸において図４（２）（Ａ）はスイッチング信号を、図４（２）（Ｂ）はモータ７の回転数が低い場合の仮想中性点の電圧を、図４（２）（Ｃ）は回転数が低い場合のコンパレータ１１ｆの出力信号を、図４（２）（Ｄ）はモータ７の回転数が高い場合の仮想中性点の電圧を、図４（２）（Ｅ）は回転数が高い場合のコンパレータ１１ｆの出力信号を、それぞれ示している。

図４（２）（Ｂ）や図４（２）（Ｄ）に示すように、仮想中性点に現れる誘起電圧はパルス状の波形となるがコンデンサ１１ｈの影響により、その波形の立ち上がりはなだらかに傾斜している。このため、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅はスイッチング信号のオンデューティー時間のみならず、誘起電圧の大きさ、つまり回転数に依存する。図４（２）（Ａ）に示すように、スイッチング信号のオンデューティー時間が同じ場合であっても、図４（２）（Ｂ）や図４（２）（Ｄ）に示すように基準電圧発生源１１ｅから出力される基準電圧と比較される誘起電圧の大きさによって、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は異なり、回転数が高い方が回転数が低い場合よりもコンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は広くなる。つまり、スイッチング信号のオンデューティー時間が短い場合であっても、回転数が高い場合は誘起電圧が高くなり、コンパレータ１１ｆの出力信号は積分回路１１ｇを通過して回転位置信号を出力できる十分なパルス幅となる。

一方、回転数が低くて誘起電圧が低い場合であってもオンデューティー時間が長い時は積分回路１１ｇを通過できる幅の広い波形の出力信号をコンパレータ１１ｆが出力できるため、回転位置検出部１１は回転位置信号を出力できる。

このように、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は、スイッチング信号のオンデューティー時間のみと関係するのでなく、回転数にも対応する関係がある。このため、回転位置検出部１１で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出するためには、オンデューティー時間と回転数の両方の条件を満足させる必要がある。

前述したようにインバータ制御部３は、同じ回転数であっても回転数上昇速度が遅い場合は回転数上昇速度が速い場合に比較してオンデューティー時間を長くしてスイッチング信号を出力する。逆に言うとインバータ制御部３は、オンデューティー時間が回転位置検出部１１で位置検出可能な長さであれば回転数が低い場合であってもキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えても継続して位置検出が可能となる。このため、回転数の閾値だけでキャリア周波数を切り替える従来の方式よりも早くこの切り替えを行なうことができるため、結果的に騒音の発生時間を短縮することができる。

しかしながら、このためには回転数とオンデューティー時間の両方を考慮して、回転位置検出部１１で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出できるタイミングでキャリア周波数を切り替えねばならないが、前述したように空気調和機９０の運転時期やモータ７の負荷条件によりキャリア周波数を切り替えるためのオンデューティー時間が異なるため、最適な、つまり、過剰なマージンを避けたキャリア周波数を切り替えるためのオンデューティー時間を決定することが困難であり、この結果、過剰なマージンを含むオンデューティー時間を閾値としてキャリア周波数を切り替えるため、低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間が長くなる問題があった。

特開平１１−３１８０９７号公報（第７−８頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、低い周波数から高い周波数にキャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時において、個々の空気調和機の負荷の大きさに対応して低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源が接続される入力端と、前記入力端に接続される直流電源部と、同直流電源部の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部と、指示された回転数指令値に従って前記インバータを駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して出力し、前記モータを１２０度通電方式で制御し前記回転位置信号が入力されない時にエラー通知信号を出力する制御手段と、
前記モータを起動可能と判定するための前記スイッチング信号のオンデューティー時間であるオンデューティー時間閾値を前記制御手段が出力する前記エラー通知信号を基に生成して出力するオンデューティー時間閾値生成手段と、
前記スイッチング信号のオンデューティー時間が前記オンデューティー時間閾値生成手段で生成された前記オンデューティー時間閾値以上になった時に前記スイッチング信号を生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を低い周波数から高い周波数に切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示手段と、
入力された前記周波数切替信号に応じたキャリア周波数の前記キャリア信号を発生させて前記制御手段へ出力するキャリア信号発生手段とを備え、
前記制御手段が前記モータを起動する際に、
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記低い周波数のキャリア信号を選択する前記周波数切替信号を出力し、
前記制御手段は前記回転位置信号を用いたクローズドループ方式を用いて前記オンデューティー時間を徐々に増加させながら前記モータの回転数を上昇させ、
前記オンデューティー時間閾値生成手段は、前記キャリア周波数切替指示手段が前記高い周波数を選択する前記周波数切替信号を出力した後に前記エラー通知信号が入力された場合、前記オンデューティー時間閾値を所定時間だけ増加させて記憶し、増加させた前記オンデューティー時間閾値を前記キャリア周波数切替指示手段に出力すると共に、前記制御手段に前記モータの再起動を実行させることを特徴とする。

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、低い周波数から高い周波数にキャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時において、個々の空気調和機の負荷の大きさに対応して低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることができる。

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。本発明によるキャリア周波数切替指示部の内部を示すブロック図である。本発明によるモータの回転制御を説明する説明図である。回転位置検出部の動作を説明する説明図である。従来の空気調和機を示すブロック図である。従来のモータの回転制御を説明する説明図である。キャリア周波数の違いによる騒音の違いを説明する説明図である。

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、本願に関係のない熱交換器や冷媒回路、ファンモータ等は図示と説明を省略する。また、背景技術で説明したブロックにおいて全く同じ機能を有するものに関しては同じ名称と番号を付与する。

図１は本発明による技術を用いた空気調和機２０を示すブロック図である。空気調和機２０は、互いに通信接続された室外機４０と室内機５０を備えている。
室外機４０は、図示しない交流電源が接続される入力端１と入力端２に接続された整流器４と、整流器４の出力側に接続されたコンバータ５と、コンバータ５の出力端に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機のモータ７と、室内機５０からの指示により室外機４０全体を制御する室外機制御部９と、インバータ６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路８を備えている。なお、整流器４とコンバータ５で直流電源部１２を構成している。また、モータ７は図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線を備えている。

さらに室外機制御部９は、モータ７の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ７の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部１１と、室外機制御部９から指示された回転数指令値に従ってモータ７を駆動するスイッチング信号であるＰＷＭ信号を生成して駆動回路８へ出力し１２０度通電方式でモータ７を制御し、キャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えた時に回転位置信号検出ができない状態が発生した時にエラー通知信号を出力するインバータ制御部３と、回転位置信号を基にモータ７を起動可能と判定するために予め内部に記憶しているスイッチング信号のオンデューティー時間であるオンデューティー時間閾値を生成して出力するオンデューティー時間閾値生成部３５（オンデューティー時間閾値生成手段）と、エラー通知信号とオンデューティー時間閾値とスイッチング信号が入力され、２種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部３０（キャリア周波数切替指示手段）と、入力された周波数切替信号に従って２種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数のキャリア信号を発生させてインバータ制御部３へ出力するキャリア信号発生部１０を備えている。

インバータ制御部３は、室外機制御部９から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ７を回転させるようにスイッチング信号を生成する。インバータ制御部３は、入力された回転位置信号に基づいてモータ７の各巻線の通電相を電気角の６０度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部３は、キャリア信号がキャリア信号発生部１０から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ７の回転数が指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティー比を決定して出力する。

そして、キャリア信号発生部１０は、キャリア周波数切替指示部３０が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に４ｋＨｚ、ローレベルの時に２ｋＨｚの周波数のキャリア信号を出力する。
なお、スイッチング信号のデューティーとは、スイッチング信号のハイレベル期間（オン期間）とローレベル期間（オフ期間）の比を意味するものであり、スイッチング信号のオンデューティー時間とはスイッチング信号のハイレベル期間の時間を意味している。そして、このハイレベル期間にインバータ６内の図示しないスイッチング素子がオンとなる。

一方、オンデューティー時間閾値生成部３５は、予め初期値として２４μＳのオンデューティー時間閾値を記憶し、この記憶しているオンデューティー時間閾値をキャリア周波数切替指示部３０へ出力している。そして、キャリア周波数切替指示部３０によってキャリア周波数が２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えられた時にインバータ制御部３が回転位置信号の検出ができないとオンデューティー時間閾値生成部３５にエラー通知信号が入力される。
このエラー通知信号が入力されるとオンデューティー時間閾値生成部３５は、所定時間値（２μＳ）を記憶されているオンデューティー時間閾値に加算し、この加算結果を記憶すると共にキャリア周波数切替指示部３０へ出力する。このようにオンデューティー時間閾値生成部３５は、エラー通知信号が入力される都度、オンデューティー時間閾値を２μＳづつ増加させる。ただし、オンデューティー時間閾値生成部３５は、空気調和機２０を初期化するイニシャルリセット時に初期値として２４μＳのオンデューティー時間閾値を記憶する。
また、オンデューティー時間閾値生成部３５は、エラー通知信号が入力されてから所定待ち時間、この実施例では図示しない冷媒回路の圧力が均衡する３分間だけ待機し、この待ち時間が経過した後、インバータ制御部３へ再起動指示信号を出力する。この再起動指示信号が入力されたインバータ制御部３はモータ７の再起動を実行する。

図２はキャリア周波数切替指示部３０の内部を示すブロック図である。
キャリア周波数切替指示部３０は、オンデューティー時間算出部３１（オンデューティー時間算出手段）と、比較部３２（比較手段）を備えている。また、キャリア周波数切替指示部３０は、エラー通知信号とオンデューティー時間閾値が入力されており、これらの信号は比較部３２に入力されている。

オンデューティー時間算出部３１は、インバータ６内のスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング信号のいずれか１つのスイッチング信号が入力されている。そしてオンデューティー時間算出部３１は、この入力されたスイッチング信号の立ち上がりから立ち下がりまでの時間を検出してオンデューティー時間として比較部３２へ出力する。

比較部３２はオンデューティー時間とオンデューティー時間閾値が入力されており、常にオンデューティー時間とオンデューティー時間閾値を比較し、オンデューティー時間がオンデューティー時間閾値以上となった時、周波数切替信号をハイレベルにする。比較部３２はオンデューティー時間がオンデューティー時間閾値未満の時には周波数切替信号をローレベルにする。なお、比較部３２にはエラー通知信号が入力されており、エラー通知信号がハイレベルからローレベルに変化した時に、周波数切替信号をハイレベルからローレベルにしてキャリア周波数を４ｋＨｚから２ｋＨｚに切り替える。

図３は本発明によるモータ７の起動開始における回転制御を説明する説明図である。
図３の横軸は時間を示しており、縦軸の図３（１）はスイッチング信号のオンデューティー時間（単位：μＳ）を、図３（２）はエラー通知信号を、図３（３）は周波数切替信号を、図３（４）はモータ７の回転を制御する方式の対象期間を、図３（５）はオンデューティー時間閾値生成部３５に記憶されているオンデューティー時間閾値を、図３（６）は再起動指示信号をそれぞれ示している。なお、ｔ１０〜ｔ１６は時刻である。

図３において、室外機制御部９から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部３は、図３（１）に示すようにモータ７が完全に停止しているｔ１０からスイッチング信号のオンデューティー時間を１９μＳ固定として、図３（４）に示すようにオープンループ方式の制御によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばｔ１１で回転位置信号によってモータ７の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、インバータ制御部３はこの制御に切り替えた後、スイッチング信号のオンデューティー時間を増加させながら同時に回転数も上昇させる。

図３（３）に示すように、モータ７の起動を開始したｔ１０の時点ではキャリア周波数切替指示部３０は周波数切替信号をローレベル（キャリア周波数は２ｋＨｚ）で出力している。そして、インバータ制御部３はｔ１１で回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替えると、スイッチング信号のオンデューティー時間を増加させながら回転数を上昇させる。

そして、キャリア周波数切替指示部３０は図３（１）に示すようにオンデューティー時間がｔ１２で、オンデューティー時間閾値の初期値である２４μＳに達したため、周波数切替信号をローレベルからハイレベル、つまり、キャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替える周波数切替信号を出力し、キャリア信号発生部１０はｔ１２から４ｋＨｚのキャリア信号を出力する。このため、インバータ制御部３は４ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。

一方、回転位置検出部１１は、この４ｋＨｚのスイッチング信号によって駆動されたモータ７の回転位置を検出しようとしている。しかし、背景技術で説明したように空気調和機２０のモータ７の負荷が軽い場合はオンデューティー時間が２４μＳであっても仮想中性点の誘起電圧の電圧が低かったり、誘起電圧のパルス幅が狭かったりした場合、回転位置検出部１１のコンパレータ１１ｆの出力信号が積分回路１１ｇを通過することができず、結果的に回転位置検出部１１は回転位置信号を出力できない。

このため、インバータ制御部３はｔ１２でモータ７の回転を停止すると共に、ハイレベルのパルス信号であるエラー通知信号を出力する。このエラー通知信号が入力されたキャリア周波数切替指示部３０は、エラー通知信号がハイレベルからローレベルに変化するｔ１３で周波数切替信号をハイレベル（４ｋＨｚ）からローレベル（２ｋＨｚ）にして出力する。
一方、オンデューティー時間閾値生成部３５は、内部に記憶しているオンデューティー時間閾値（２４μＳ）に所定時間値（２μＳ）を加算してこの算出結果（２６μＳ）を新たなオンデューティー時間閾値として記憶すると共にキャリア周波数切替指示部３０へ出力する。また、オンデューティー時間閾値生成部３５は、図３（６）に示すようにエラー通知信号が入力されてから、つまり、インバータ制御部３がモータ７の回転を停止してから３分間が経過したｔ１４で、ハイレベルのパルス信号である再起動指示信号を出力する。

一方、再起動指示信号が入力されたインバータ制御部３は、モータ７を再起動するためモータ７が完全に停止しているｔ１４からスイッチング信号のオンデューティー時間を１９μＳ固定として、図３（４）に示すようにオープンループ方式の制御によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばｔ１５で回転位置信号によってモータ７の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、インバータ制御部３はこの制御に切り替えた後、スイッチング信号のオンデューティー時間を増加させながら同時に回転数も上昇させる。

図３（３）に示すように、モータ７の起動を開始したｔ１４の時点ではキャリア周波数切替指示部３０は周波数切替信号をローレベル（キャリア周波数は２ｋＨｚ）で出力している。そして、インバータ制御部３はｔ１５で回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替えると、スイッチング信号のオンデューティー時間を増加させながら回転数を上昇させる。

そして、キャリア周波数切替指示部３０は図３（１）に示すようにオンデューティー時間がｔ１６で、入力されているオンデューティー時間閾値である２６μＳに達したため、周波数切替信号をローレベルからハイレベル、つまり、キャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替える周波数切替信号を出力し、キャリア信号発生部１０はｔ１６から４ｋＨｚのキャリア信号を出力する。このため、インバータ制御部３は４ｋＨｚのスイッチング信号を出力する。

前述したように、このモータ７の再起動においてオンデューティー時間閾値生成部３５は再起動に先立ってオンデューティー時間閾値を初回起動時の２４μＳから２６μＳに増加させている。このためｔ１６でキャリア周波数が４ｋＨｚに切り替えられてオンデューティー時間が１３μＳとなる。これは、初回起動時の１２μＳからオンデューティー時間が増加している。このため、この再起動時は回転位置検出部１１のコンパレータ１１ｆの出力信号が積分回路１１ｇを通過することができ、結果的に回転位置信号を出力することができる。従ってインバータ制御部３はモータ７を継続して制御することができる。なお、インバータ制御部３は再起動でも同様に位置検出信号を検出できない場合は、再度、エラー通知信号を出力する。オンデューティー時間閾値生成部３５は、インバータ制御部３がモータ７を正常に起動できるまでｔ１２以降の動作を繰り返す。

以上説明したように、低い周波数から高い周波数にキャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータ６により駆動されるモータ７の起動時において、オンデューティー時間閾値生成部３５は、モータ７の起動時における個々の空気調和機の負荷の大きさに対応して最適なオンデューティー時間閾値を生成することができ、この結果、キャリア周波数が２ｋＨｚで動作する期間が必要最小限で済むため、背景技術で説明した単純に回転数だけでキャリア周波数を切り替える方式に比較して２ｋＨｚのキャリア周波数での騒音発生期間を短縮できる。

なお、本実施例ではキャリア周波数切替指示部３０やオンデューティー時間閾値生成部３５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。

１入力端
２入力端
３インバータ制御部
４整流器
５コンバータ
６インバータ
７モータ
８駆動回路
９室外機制御部
１０キャリア信号発生部
１１回転位置検出部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ抵抗
１１ｅ基準電圧源
１１ｆコンパレータ
１１ｇ積分回路
１２直流電源部
２０空気調和機
３０キャリア周波数切替指示部（キャリア周波数切替指示手段）
３１オンデューティー時間算出部（オンデューティー時間算出手段）
３２比較部（比較手段）
３５オンデューティー時間閾値生成部（オンデューティー時間閾値生成手段）
４０室外機
５０室内機

Claims

交流電源が接続される入力端と、前記入力端に接続される直流電源部と、同直流電源部の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部と、指示された回転数指令値に従って前記インバータを駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して出力し、前記モータを１２０度通電方式で制御し前記回転位置信号が入力されない時にエラー通知信号を出力する制御手段と、
前記モータを起動可能と判定するための前記スイッチング信号のオンデューティー時間であるオンデューティー時間閾値を前記制御手段が出力する前記エラー通知信号を基に生成して出力するオンデューティー時間閾値生成手段と、
前記スイッチング信号のオンデューティー時間が前記オンデューティー時間閾値生成手段で生成された前記オンデューティー時間閾値以上になった時に前記スイッチング信号を生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を低い周波数から高い周波数に切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示手段と、
入力された前記周波数切替信号に応じたキャリア周波数の前記キャリア信号を発生させて前記制御手段へ出力するキャリア信号発生手段とを備え、
前記制御手段が前記モータを起動する際に、
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記低い周波数のキャリア信号を選択する前記周波数切替信号を出力し、
前記制御手段は前記回転位置信号を用いたクローズドループ方式を用いて前記オンデューティー時間を徐々に増加させながら前記モータの回転数を上昇させ、
前記オンデューティー時間閾値生成手段は、前記キャリア周波数切替指示手段が前記高い周波数を選択する前記周波数切替信号を出力した後に前記エラー通知信号が入力された場合、前記オンデューティー時間閾値を所定時間だけ増加させて記憶し、増加させた前記オンデューティー時間閾値を前記キャリア周波数切替指示手段に出力すると共に、前記制御手段に前記モータの再起動を実行させることを特徴とする空気調和機。