KR102278116B1 - 구동 장치, 공기 조화기 및 전동기의 구동 방법 - Google Patents

구동 장치, 공기 조화기 및 전동기의 구동 방법 Download PDF

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Abstract

구동 장치(100)는, 코일(3)을 갖는 전동기(1)를 구동하는 것이다. 구동 장치(100)는, 모선 전압을 생성하는 컨버터(102)와, 모선 전압을 교류 전압으로 변환하여 코일(3)에 공급하는 인버터(103)와, 코일(3)의 결선 상태를 전환하는 결선 전환부(60)를 구비한다. 컨버터(102)가 생성하는 모선 전압은, 코일(3)의 결선 상태에 응하여 전환된다.

Description

구동 장치, 공기 조화기 및 전동기의 구동 방법
본 발명은, 전동기를 구동하는 구동 장치, 전동기를 갖는 공기 조화기 및 전동기의 구동 방법에 관한 것이다.
공기 조화기 등에서 사용되는 전동기에 관해, 저속 회전시 및 고속 회전시의 운전 효율을 향상하기 위해, 전동기의 코일의 결선 상태를 Y결선(스타결선)과 델타결선(삼각결선 또는 Δ결선이라고 칭한다)으로 전환하는 것이 행하여지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
구체적으로는, 전동기의 회전수를 임계치와 비교하여, 회전수가 임계치보다도 큰 또는 작은 상태가 일정 시간 경과한 경우에, Y결선에서 델타결선으로 전환한다는 제어가 행하여지고 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1 : 특개2009-216324호 공보 특허 문헌 2 : 특허 제4619826호 공보
그렇지만, 단지 Y결선과 델타결선을 전환하는 것만으로는, 전동기의 효율을 충분히 향상하기가 어렵다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 전동기의 효율을 충분히 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구동 장치는, 코일을 갖는 전동기를 구동하는 구동 장치로서, 모선( 전압을 생성하는 컨버터와, 모선 전압을 교류 전압으로 변환하여 코일에 공급하는 인버터와, 코일의 결선 상태를 전환하는 결선 전환부를 구비한다. 컨버터가 생성하는 모선 전압은, 코일의 결선 상태에 응하여 전환된다.
본 발명에 의하면, 코일의 결선 상태에 응하여 컨버터의 모선 전압이 전환되기 때문에, 전동기 효율을 충분히 향상할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1의 전동기의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 실시의 형태 1의 로터리 압축기의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 실시의 형태 1의 공기 조화기의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 실시의 형태 1의 공기 조화기의 제어계의 기본 구성을 도시하는 개념도.
도 5는 실시의 형태 1의 공기 조화기의 제어계를 도시하는 블록도(A) 및 실내 온도에 의거하여 압축기의 전동기를 제어하는 부분을 도시하는 블록도(B)
도 6은 실시의 형태 1의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 7은 실시의 형태 1의 구동 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 8은 실시의 형태 1의 코일의 결선 상태의 전환 동작을 도시하는 모식도(A) 및 (B).
도 9는 실시의 형태 1의 코일의 결선 상태를 도시하는 모식도.
도 10은 실시의 형태 1의 공기 조화기의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 11은 실시의 형태 1의 공기 조화기의 결선 전환 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 12는 실시의 형태 1의 공기 조화기의 결선 전환 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 13은 실시의 형태 1의 공기 조화기의 결선 전환 동작의 다른 예를 도시하는 플로우 차트(A) 및 (B).
도 14는 실시의 형태 1의 공기 조화기의 동작의 한 예를 도시하는 타이밍 차트.
도 15는 전동기에서, 코일을 Y결선으로 결선한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 16은 전동기에서, 코일을 Y결선으로 결선하고, 약화 계자 제어를 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 17은 도 16에 도시한 약화 계자 제어를 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 18은 도 16에 도시한 약화 계자 제어를 행한 경우의 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 19는 코일의 결선 상태를 Y결선으로 한 경우와 델타결선으로 한 경우의 각각에서, 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 20은 Y결선에서 델타결선으로의 전환을 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 21은 코일의 결선 상태를 Y결선으로 한 경우와 델타결선으로 한 경우의 각각에서, 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 22는 코일의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 난방 중간 조건보다도 약간 작은 회전수에서 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, Y결선에서 델타결선으로 전환하는 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 23은 코일의 결선 상태를 Y결선으로 한 경우와 델타결선으로 한 경우의 각각에서, 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 24는 코일의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 난방 중간 조건보다도 약간 작은 회전수에서 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, Y결선에서 델타결선으로 전환하는 경우의 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 25는 컨버터에서 모선 전압을 전환하는 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 26은 실시의 형태 1에서, 코일의 결선 상태의 전환과, 컨버터의 모선 전압의 전환을 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 27은 코일의 결선 상태를 Y결선으로 한 경우와 델타결선으로 한 경우의 각각에서, 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 28은 실시의 형태 1에서, 코일의 결선 상태의 전환과, 컨버터의 모선 전압의 전환을 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 29는 코일의 결선 상태를 Y결선으로 한 경우와 델타결선으로 한 경우의 각각에서, 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 30은 실시의 형태 1에서, 코일의 결선 상태의 전환과, 컨버터의 모선 전압의 전환을 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 31은 실시의 형태 1의 제1의 변형례에서의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프(A), (B).
도 32는 실시의 형태 1의 제2의 변형례에서의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프.
도 33은 실시의 형태 1의 제3의 변형례의 코일의 결선 상태의 전환 동작을 설명하기 위한 모식도(A), (B).
도 34는 실시의 형태 1의 제3의 변형례의 코일의 결선 상태의 전환 동작의 다른 예를 설명하기 위한 모식도(A), (B).
도 35는 실시의 형태 1의 제4의 변형례에서의 결선 전환 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 36은 실시의 형태 1의 제5의 변형례에서의 결선 전환 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 37은 실시의 형태 2의 공기 조화기의 구성을 도시하는 블록도.
도 38은 실시의 형태 2의 공기 조화기의 제어계를 도시하는 블록도.
도 39는 실시의 형태 2의 구동 장치의 제어계를 도시하는 블록도.
도 40은 실시의 형태 2의 공기 조화기의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 41은 실시의 형태 2의 변형례의 공기 조화기의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트.
실시의 형태 1.
<전동기의 구성>
본 발명의 실시의 형태 1에 관해 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1의 전동기(1)의 구성을 도시하는 단면도이다. 이 전동기(1)는, 영구자석 매입형 전동기이고, 예를 들면 로터리 압축기에 사용된다. 전동기(1)는, 스테이터(10)와, 스테이터(10)의 내측에 회전 가능하게 마련된 로터(20)를 구비하고 있다. 스테이터(10)와 로터(20)의 사이에는, 예를 들면 0.3∼1㎜의 에어 갭이 형성되어 있다. 또한, 도 1은, 로터(20)의 회전축에 직교하는 면에서의 단면도이다.
이하에서는, 로터(20)의 축방향(회전축의 방향)을, 단지 「축방향」이라고 칭한다. 또한, 스테이터(10) 및 로터(20)의 외주(원주)에 따른 방향을, 단지 「둘레방향」이라고 칭한다. 스테이터(10) 및 로터(20)의 반경 방향을, 단지 「지름방향」이라고 칭한다.
스테이터(10)는, 스테이터 코어(11)와, 스테이터 코어(11)에 휘감겨진 코일(3)을 구비하고 있다. 스테이터 코어(11)는, 두께 0.1∼0.7㎜(여기서는 0.35㎜)의 복수의 전자강판을 회전축 방향으로 적층하고, 코킹에 의해 체결하는 것이다.
스테이터 코어(11)는, 환형상의 요크부(13)와, 요크부(13)로부터 지름방향 내측으로 돌출하는 복수(여기서는 9개)의 티스부(12)를 갖고 있다. 이웃하는 티스부(12)의 사이에는, 슬롯이 형성된다. 각 티스부(12)는, 지름방향 내측의 선단에, 폭(스테이터 코어(11)의 둘레방향의 치수)이 넓은 치선부(齒先部)를 갖고 있다.
각 티스부(12)에는, 절연체(인슐레이터14)를 통하여, 스테이터 코일인 코일(3)이 감겨져 있다. 코일(3)은, 예를 들면, 선경(직경)이 0.8㎜의 마그넷 와이어를, 각 티스부(12)에 집중권으로 110권(110턴) 휘감은 것이다. 코일(3)의 감는수 및 선경은, 전동기(1)에 요구되는 특성(회전수, 토오크 등), 공급 전압, 또는 슬롯의 단면적에 응하여 결정된다.
코일(3)은, U상, V상 및 W상의 3상 코일(코일(3U, 3V, 3W)이라고 칭한다)로 구성되어 있다. 각 상의 코일(3)의 양 단자는 개방되어 있다. 즉, 코일(3)은, 합계 6개의 단자를 갖고 있다. 코일(3)의 결선 상태는, 후술하는 바와 같이, Y결선과 델타결선으로 전환 가능하게 구성되어 있다. 절연체(14)는, 예를 들면, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)에 의해 형성된 필름으로 구성되고, 두께는 0.1∼0.2㎜이다.
스테이터 코어(11)는, 복수(여기서는 9개)의 블록이 박육부를 통하여 연결된 구성을 갖고 있다. 스테이터 코어(11)를 띠형상으로 전개한 상태에서, 각 티스부(12)에 마그넷 와이어를 휘감고, 그 후, 스테이터 코어(11)를 환형상으로 구부려서 양 단부를 용접한다.
이와 같이 절연체(14)를 얇은 필름으로 구성하고, 또한 권선하기 쉽도록 스테이터 코어(11)를 분할 구조로 하는 것은, 슬롯 내의 코일(3)의 감는수를 증가하는데 유효하다. 또한, 스테이터 코어(11)는, 상기한 바와 같이 복수의 블록(분할 코어)이 연결된 구성을 갖는 것으로는 한정되지 않는다.
로터(20)는, 로터 코어(21)와, 로터 코어(21)에 부착된 영구자석(25)을 갖는다. 로터 코어(21)는, 두께 0.1∼0.7㎜(여기서는 0.35㎜)의 복수의 전자강판을 회전축 방향으로 적층하고, 코킹에 의해 체결하는 것이다.
로터 코어(21)는, 원통형상을 갖고 있고, 그 지름방향 중심에는 샤프구멍(27)(중심구멍)이 형성되어 있다. 샤프구멍(27)에는, 로터(20)의 회전축이 되는 샤프트(예를 들면 로터리 압축기(8)의 샤프트(90))가, 수축끼워맞춤 또는 압입 등에 의해 고정되어 있다.
로터 코어(21)의 외주면에 따라, 영구자석(25)이 삽입되는 복수(여기서는 6개)의 자석 삽입구멍(22)이 형성되어 있다. 자석 삽입구멍(22)은 공극이고, 1자극에 1개의 자석 삽입구멍(22)이 대응하고 있다. 여기서는 6개의 자석 삽입구멍(22)이 마련되어 있기 때문에, 로터(20) 전체로 6극이 된다.
자석 삽입구멍(22)은, 여기서는, 둘레방향의 중앙부가 지름방향 내측으로 돌출하는 V자 형상을 갖고 있다. 또한, 자석 삽입구멍(22)은, V자 형상으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 스트레이트 형상이라도 좋다.
하나의 자석 삽입구멍(22) 내에는, 2개의 영구자석(25)이 배치된다. 즉, 1자극에 관해 2개의 영구자석(25)이 배치된다. 여기서는, 상기한 바와 같이 로터(20)가 6극이기 때문에, 합계 12개의 영구자석(25)이 배치된다.
영구자석(25)은, 로터 코어(21)의 축방향으로 길다란 평판형상의 부재이고, 로터 코어(21)의 둘레방향으로 폭을 가지며, 지름방향으로 두께를 갖고 있다. 영구자석(25)은, 예를 들면, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석으로 구성되어 있다.
영구자석(25)은, 두께 방향으로 착자되어 있다. 또한, 하나의 자석 삽입구멍(22) 내에 배치된 2개의 영구자석(25)은, 서로 동일한 자극이 지름방향의 같은 측을 향하도록 착자되어 있다.
자석 삽입구멍(22)의 둘레방향 양측에는, 플럭스 배리어(26)가 각각 형성되어 있다. 플럭스 배리어(26)는, 자석 삽입구멍(22)에 연속하여 형성된 공극이다. 플럭스 배리어(26)는, 이웃하는 자극 사이의 누설 자속(즉, 극간을 통하여 흐르는 자속)을 억제하기 위하는 것이다.
로터 코어(21)에서, 각 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향의 중앙부에는, 돌기인 제1의 자석 유지부(23)가 형성되어 있다. 또한, 로터 코어(21)에서, 자석 삽입구멍(22)의 둘레방향의 양 단부에는, 돌기인 제2의 자석 유지부(24)가 각각 형성되어 있다. 제1의 자석 유지부(23) 및 제2의 자석 유지부(24)는, 각 자석 삽입구멍(22) 내에서 영구자석(25)을 위치 결정하여 유지하는 것이다.
상기한 바와 같이, 스테이터(10)의 슬롯수(즉 티스부(12)의 수)는 9이고, 로터(20)의 극수는 6이다. 즉, 전동기(1)는, 로터(20)의 극수와 스테이터(10)의 슬롯수와의 비가, 2 : 3이다.
전동기(1)에서는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선과 델타결선으로 전환되는데, 델타결선을 이용하는 경우에, 순환전류가 흘러서 전동기(1)의 성능이 저하될 가능성이 있다. 순환전류는, 각 상의 권선에서의 유기전압에 발생하는 3차 고조파에 기인한다. 극수와 슬롯수와의 비가 2 : 3인 집중권인 경우에는, 자기 포화 등의 영향이 없다면, 유기전압에 3차 고조파가 발생하지 않고, 따라서 순환전류에 의한 성능 저하가 생기지 않는 것이 알려져 있다.
<로터리 압축기의 구성>
다음에, 전동기(1)를 이용한 로터리 압축기(8)에 관해 설명한다. 도 2는, 로터리 압축기(8)의 구성을 도시하는 단면도이다. 로터리 압축기(8)는, 셸(80)과, 셸(80) 내에 배설된 압축 기구(9)와, 압축 기구(9)를 구동하는 전동기(1)를 구비하고 있다. 로터리 압축기(8)는, 또한, 전동기(1)와 압축 기구(9)를 동력 전달 가능하게 연결하는 샤프트(90)(크랭크 샤프트)를 갖고 있다. 샤프트(90)는, 전동기(1)의 로터(20)의 샤프구멍(27)(도 1)에 감합 된다.
셸(80)은, 예를 들면 강판으로 형성된 밀폐 용기이고, 전동기(1) 및 압축 기구(9)를 덮는다. 셸(80)은, 상부 셸(80a)과 하부 셸(80b)을 갖고 있다. 상부 셸(80a)에는, 로터리 압축기(8)의 외부로부터 전동기(1)에 전력을 공급하기 위한 단자부로서의 유리 단자(81)와, 로터리 압축기(8) 내에서 압축된 냉매를 외부에 토출하기 위한 토출관(85)이 장착되어 있다. 여기서는, 유리 단자(81)로부터, 전동기(1)(도 1)의 코일(3)의 U상, V상 및 W상의 각각 2개씩에 대응하는, 합계 6개의 인출선이 인출되어 있다. 하부 셸(80b)에는, 전동기(1) 및 압축 기구(9)가 수용되어 있다.
압축 기구(9)는, 샤프트(90)에 따라, 원환형상의 제1 실린더(91) 및 제2 실린더(92)를 갖고 있다. 제1 실린더(91) 및 제2 실린더(92)는, 셸(80)(하부 셸(80b))의 내주부에 고정되어 있다. 제1 실린더(91)의 내주측에는, 원환형상의 제1 피스톤(93)이 배치되고, 제2 실린더(92)의 내주측에는, 원환형상의 제2 피스톤(94)이 배치되어 있다. 제1 피스톤(93) 및 제2 피스톤(94)은, 샤프트(90)와 함께 회전하는 로터리 피스톤이다.
제1 실린더(91)와 제2 실린더(92) 사이에는, 칸막이판(97)이 마련되어 있다. 칸막이판(97)은, 중앙에 관통구멍을 갖는 원판형상의 부재이다. 제1 실린더(91) 및 제2 실린더(92)의 실린더실에는, 실린더실을 흡입측과 압축측으로 나누는 베인(도시 생략)이 마련되어 있다. 제1 실린더(91), 제2 실린더(92) 및 칸막이판(97)은, 볼트(98)에 의해 일체로 고정되어 있다.
제1 실린더(91)의 상측에는, 제1 실린더(91)의 실린더실의 상측을 막도록, 상부 프레임(95)이 배치되어 있다. 제2 실린더(92)의 하측에는, 제2 실린더(92)의 실린더실의 하측을 막도록, 하부 프레임(96)이 배치되어 있다. 상부 프레임(95) 및 하부 프레임(96)은, 샤프트(90)를 회전 가능하게 지지하고 있다.
셸(80)의 하부 셸(80b)의 저부에는, 압축 기구(9)의 각 활주부를 윤활하는 냉동기유(도시 생략)가 저류되어 있다. 냉동기유는, 샤프트(90)의 내부에 축방향으로 형성된 구멍(90a) 내를 상승하고, 샤프트(90)의 복수 개소에 형성된 급유구멍(90b)으로부터 각 활주부에 공급된다.
전동기(1)의 스테이터(10)는, 수축 끼워맞춤에 의해 셸(80)의 내측에 부착되어 있다. 스테이터(10)의 코일(3)에는, 상부 셸(80a)에 부착된 유리 단자(81)로부터, 전력이 공급된다. 로터(20)의 샤프구멍(27)(도 1)에는, 샤프트(90)가 고정되어 있다.
셸(80)에는, 냉매 가스를 저류하는 어큐뮬레이터(87)가 부착되어 있다. 어큐뮬레이터(87)는, 예를 들면, 하부 셸(80b)의 외측에 마련된 유지부(80c)에 의해 유지되어 있다. 셸(80)에는, 한 쌍의 흡입 파이프(88, 89)가 부착되고, 이 흡입 파이프(88, 89)를 통하여 어큐뮬레이터(87)로부터 실린더(91, 92)에 냉매 가스가 공급된다.
냉매로서는, 예를 들면, R410A, R407C 또는 R22 등을 사용하여도 좋지만, 지구 온난화 방지의 관점에서는, 저GWP(지구 온난화 계수)의 냉매를 사용하는 것이 바람직하다. 저GWP의 냉매로서는, 예를 들면, 이하의 냉매를 사용할 수 있다.
(1) 우선, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 할로겐화탄화수소, 예를 들면 HFO(Hydro-Fluoro-Orefin)-1234yf(CF3CF=CH2)를 사용할 수 있다. HFO-1234yf의 GWP는 4이다.
(2) 또한, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 탄화수소, 예를 들면 R1270(프로필렌)를 사용하여도 좋다. R1270의 GWP는 3이고, HFO-1234yf보다 낮지만, 가연성은 HFO-1234yf보다 높다.
(3) 또한, 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 할로겐화탄화수소 또는 조성 중에 탄소의 2중결합을 갖는 탄화수소의 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물, 예를 들면 HFO-1234yf와 R32 혼합물을 사용하여도 좋다. 상술한 HFO-1234yf는 저압 냉매이기 때문에 압손(壓損)이 커지는 경향이 있고, 냉동 사이클(특히 증발기)의 성능 저하를 초래할 가능성이 있다. 그때문에, HFO-1234yf보다도 고압 냉매인 R32 또는 R41과의 혼합물을 사용하는 것이 실용상은 바람직하다.
로터리 압축기(8)의 기본 동작은, 이하와 같다. 어큐뮬레이터(87)로부터 공급된 냉매 가스는, 흡입 파이프(88, 89)를 통과하여 제1 실린더(91) 및 제2 실린더(92)의 각 실린더실에 공급된다. 전동기(1)가 구동되어 로터(20)가 회전하면, 로터(20)와 함께 샤프트(90)가 회전한다. 그리고, 샤프트(90)에 감합되는 제1 피스톤(93) 및 제2 피스톤(94)이 각 실린더실 내에서 편심 회전하여, 각 실린더실 내에서 냉매를 압축한다. 압축된 냉매는, 전동기(1)의 로터(20)에 마련된 구멍(도시 생략)을 통과하여 셸(80) 내를 상승하고, 토출관(85)으로부터 외부로 토출된다.
<공기 조화기의 구성>
다음에, 실시의 형태 1의 구동 장치를 포함하는 공기 조화기(5)에 관해 설명한다. 도 3은, 공기 조화기(5)의 구성을 도시하는 블록도이다. 공기 조화기(5)는, 실내(공조 대상 공간)에 설치되는 실내기(5A)와, 옥외에 설치되는 실외기(5B)를 구비하고 있다. 실내기(5A)와 실외기(5B)는, 냉매가 흐르는 접속 배관(40a, 40b)에 의해 접속되어 있다. 접속 배관(40a)에는, 응축기를 통과한 액냉매가 흐른다. 접속 배관(40b)에는, 증발기를 통과한 가스 냉매가 흐른다.
실외기(5B)에는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(41)와, 냉매의 흐름 방향을 전환하는 4방밸브(냉매 유로 전환 밸브)(42)와, 외기와 냉매와의 열교환을 행하는 실외 열교환기(43)와, 고압의 냉매를 저압으로 감압하는 팽창밸브(감압 장치(44))가 배설되어 있다. 압축기(41)는, 상술한 로터리 압축기(8)(도 2)로 구성되어 있다. 실내기(5A)에는, 실내 공기와 냉매와의 열교환을 행하는 실내 열교환기(45)가 배치된다.
이들 압축기(41), 4방밸브(42), 실외 열교환기(43), 팽창밸브(44) 및 실내 열교환기(45)는, 상술한 접속 배관(40a, 40b)을 포함하는 배관(40)에 의해 접속되고, 냉매 회로를 구성하고 있다. 이들의 구성 요소에 의해, 압축기(41)에 의해 냉매를 순환시키는 압축식 냉동 사이클(압축식 히트 펌프 사이클)이 구성된다.
공기 조화기(5)의 운전을 제어하기 위해, 실내기(5A)에는 실내 제어 장치(50a)가 배치되고, 실외기(5B)에는 실외 제어 장치(50b)가 배치되어 있다. 실내 제어 장치(50a) 및 실외 제어 장치(50b)는, 각각, 공기 조화기(5)를 제어하기 위한 각종 회로가 형성된 제어 기판을 갖고 있다. 실내 제어 장치(50a)와 실외 제어 장치(50b)는, 연락 케이블(50c)에 의해 서로 접속되어 있다. 연락 케이블(50c)은, 상술한 접속 배관(40a, 40b)과 함께 묶여져 있다.
실외기(5B)에는, 실외 열교환기(43)에 대향하도록, 송풍기인 실외 송풍 팬(46)이 배치된다. 실외 송풍 팬(46)은, 회전에 의해, 실외 열교환기(43)를 통과하는 공기흐름을 생성한다. 실외 송풍 팬(46)은, 예를 들면 프로펠러 팬으로 구성된다.
4방밸브(42)는, 실외 제어 장치(50b)에 의해 제어되고, 냉매가 흐르는 방향을 전환한다. 4방밸브(42)가 도 3에 실선으로 도시하는 위치에 있을 때는, 압축기(41)로부터 토출된 가스 냉매를 실외 열교환기(43)(응축기)에 보낸다. 한편, 4방밸브(42)가 도 3에 파선으로 도시하는 위치에 있을 때는, 실외 열교환기(43)(증발기)로부터 유입한 가스 냉매를 압축기(41)에 보낸다. 팽창밸브(44)는, 실외 제어 장치(50b)에 의해 제어되어, 개방도를 변경함에 의해 고압의 냉매를 저압으로 감압한다.
실내기(5A)에는, 실내 열교환기(45)에 대향하도록, 송풍기인 실내 송풍 팬(47)이 배치된다. 실내 송풍 팬(47)은, 회전에 의해, 실내 열교환기(45)를 통과하는 공기흐름을 생성한다. 실내 송풍 팬(47)은, 예를 들면 크로스 플로우 팬으로 구성된다.
실내기(5A)에는, 실내(공조 대상 공간)의 공기 온도인 실내 온도(Ta)를 측정하고, 측정한 온도 정보(정보 신호)를 실내 제어 장치(50a)에 보내는 온도 센서로서의 실내 온도 센서(54)가 마련되어 있다. 실내 온도 센서(54)는, 일반적인 공기 조화기에서 사용되는 온도 센서로 구성하여도 좋고, 실내의 벽 또는 바닥 등의 표면 온도를 검출하는 복사 온도 센서를 사용하여도 좋다.
실내기(5A)에는, 또한, 유저가 조작하는 리모컨(55)(원격 조작 장치)으로부터 발신된 지시 신호(운전 지시 신호)를 수신하는 신호 수신부(56)가 마련되어 있다. 리모컨(55)은, 유저가 공기 조화기(5)에 운전 입력(운전 시작 및 정지) 또는 운전 내용(설정 온도, 풍속 등)의 지시를 행하는 것이다.
압축기(41)는, 통상운전시에는, 20∼130rps의 범위에서 운전 회전수를 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 압축기(41)의 회전수의 증가에 수반하여, 냉매 회로의 냉매 순환량이 증가한다. 압축기(41)의 회전수는, 실내 온도 센서(54)에 의해 얻어지는 현재의 실내 온도(Ta)와, 유저가 리모컨(55)으로 설정한 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)에 응하여, 제어 장치(50)(보다 구체적으로는, 실외 제어 장치(50b))가 제어한다. 온도차(ΔT)가 클수록 압축기(41)가 고회전으로 회전하고, 냉매의 순환량을 증가시킨다.
실내 송풍 팬(47)의 회전은, 실내 제어 장치(50a)에 의해 제어된다. 실내 송풍 팬(47)의 회전수는, 복수단계로 전환 가능하다. 여기서는, 예를 들면, 강풍, 중풍 및 약풍의 3단계로 회전수를 전환할 수 있다. 또한, 리모컨(55)에서 풍속 설정이 자동 모드로 설정되어 있는 경우에는, 측정한 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)에 응하여, 실내 송풍 팬(47)의 회전수가 전환된다.
실외 송풍 팬(46)의 회전은, 실외 제어 장치(50b)에 의해 제어된다. 실외 송풍 팬(46)의 회전수는, 복수단계로 전환 가능하다. 여기서는, 측정된 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)에 응하여, 실외 송풍 팬(46)의 회전수가 전환된다.
실내기(5A)는, 또한, 좌우 풍향판(48)과 상하 풍향판(49)을 구비하고 있다. 좌우 풍향판(48) 및 상하 풍향판(49)은, 실내 열교환기(45)에서 열교환한 조화 공기가 실내 송풍 팬(47)에 의해 실내에 취출될 때의 송풍 방향을 변경하는 것이다. 좌우 풍향판(48)은 취출 방향을 좌우로 변경하고, 상하 풍향판(49)은 취출 방향을 상하로 변경한다. 좌우 풍향판(48) 및 상하 풍향판(49)의 각각의 각도, 즉 취출 기류의 풍향은, 실내 제어 장치(50a)가, 리모컨(55)의 설정에 의거하여 제어한다.
공기 조화기(5)의 기본 동작은, 다음과 같다. 냉방 운전시에는, 4방밸브(42)가 실선으로 도시하는 위치로 전환되고, 압축기(41)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는 실외 열교환기(43)에 유입한다. 이 경우, 실외 열교환기(43)는 응축기로서 동작한다. 실외 송풍 팬(46)의 회전에 의해 공기가 실외 열교환기(43)를 통과할 때에, 열교환에 의해 냉매의 응축열을 빼앗는다. 냉매는 응축되어 고압 저온의 액냉매가 되고, 팽창밸브(44)에서 단열 팽창하여 저압 저온의 2상 냉매가 된다.
팽창밸브(44)를 통과한 냉매는, 실내기(5A)의 실내 열교환기(45)에 유입한다. 실내 열교환기(45)는 증발기로서 동작한다. 실내 송풍 팬(47)의 회전에 의해 공기가 실내 열교환기(45)를 통과할 때에, 열교환에 의해 냉매에 증발열을 빼앗기고, 이에 의해 냉각된 공기가 실내에 공급된다. 냉매는 증발하고 저온 저압의 가스 냉매가 되어, 압축기(41)에서 재차 고온 고압의 냉매로 압축된다.
난방 운전시에는, 4방밸브(42)가 점선으로 도시하는 위치로 전환되고, 압축기(41)로부터 토출된 고온 고압의 가스 냉매는 실내 열교환기(45)에 유입한다. 이 경우, 실내 열교환기(45)는 응축기로서 동작한다. 실내 송풍 팬(47)의 회전에 의해 공기가 실내 열교환기(45)를 통과할 때에, 열교환에 의해 냉매로부터 응축열을 빼앗고, 이에 의해 가열된 공기가 실내에 공급된다. 또한, 냉매는 응축되어 고압 저온의 액냉매가 되고, 팽창밸브(44)에서 단열 팽창하여 저압 저온의 2상 냉매가 된다.
팽창밸브(44)를 통과한 냉매는, 실외기(5B)의 실외 열교환기(43)에 유입한다. 실외 열교환기(43)는 증발기로서 동작한다. 실외 송풍 팬(46)의 회전에 의해 공기가 실외 열교환기(43)를 통과할 때에, 열교환에 의해 냉매에 증발열을 빼앗긴다. 냉매는 증발하여 저온 저압의 가스 냉매가 되고, 압축기(41)에서 재차 고온 고압의 냉매로 압축된다.
도 4는, 공기 조화기(5)의 제어계의 기본 구성을 도시하는 개념도이다. 상술한 실내 제어 장치(50a)와 실외 제어 장치(50b)는, 연락 케이블(50c)을 통하여 서로 정보를 교환하여 공기 조화기(5)를 제어하여 있다. 여기서는, 실내 제어 장치(50a)와 실외 제어 장치(50b)를 합쳐서, 제어 장치(50)라고 칭한다.
도 5(A)는, 공기 조화기(5)의 제어계를 도시하는 블록도이다. 제어 장치(50)는, 예를 들면 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다. 제어 장치(50)에는, 입력 회로(51), 연산 회로(52) 및 출력 회로(53)가 조립되어 있다.
입력 회로(51)에는, 신호 수신부(56)가 리모컨(55)으로부터 수신한 지시 신호가 입력된다. 지시 신호는, 예를 들면, 운전 입력, 운전 모드, 설정 온도, 풍량 또는 풍향을 설정하는 신호를 포함한다. 입력 회로(51)에는, 또한, 실내 온도 센서(54)가 검출한 실내의 온도를 나타내는 온도 정보가 입력된다. 입력 회로(51)는, 입력된 이들의 정보를, 연산 회로(52)에 출력한다.
연산 회로(52)는, CPU(Central Processing Unit)(57)와 메모리(58)를 갖는다. CPU(57)는, 연산 처리 및 판단 처리를 행한다. 메모리(58)는, 공기 조화기(5)의 제어에 이용하는 각종의 설정치 및 프로그램을 기억하고 있다. 연산 회로(52)는, 입력 회로(51)로부터 입력된 정보에 의거하여 연산 및 판단을 행하고, 그 결과를 출력 회로(53)에 출력한다.
출력 회로(53)는, 연산 회로(52)로부터 입력된 정보에 의거하여, 압축기(41), 결선 전환부(60)(후술), 컨버터(102), 인버터(103), 압축기(41), 4방밸브(42), 팽창밸브(44), 실외 송풍 팬(46), 실내 송풍 팬(47), 좌우 풍향판(48) 및 상하 풍향판(49)에, 제어 신호를 출력한다.
상술한 바와 같이, 실내 제어 장치(50a) 및 실외 제어 장치(50b)(도 4)는, 연락 케이블(50c)을 통하여 상호 정보를 교환하고, 실내기(5A) 및 실외기(5B)의 각종 기기를 제어하여 있기 때문에, 여기서는 실내 제어 장치(50a)와 실외 제어 장치(50b)를 합쳐서 제어 장치(50)라고 표현하고 있다. 실제로는, 실내 제어 장치(50a) 및 실외 제어 장치(50b)의 각각이, 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다. 또한, 실내기(5A) 및 실외기(5B)의 어느 일방에만 제어 장치를 탑재하여, 실내기(5A) 및 실외기(5B)의 각종 기기를 제어하도록 하여도 좋다.
도 5(B)는, 제어 장치(50)에서, 실내 온도(Ta)에 의거하여 압축기(41)의 전동기(1)를 제어하는 부분을 도시하는 블록도이다. 제어 장치(50)의 연산 회로(52)는, 수신 내용 해석부(52a)와, 실내 온도 취득부(52b)와, 온도차 산출부(52c)와, 압축기 제어부(52d)를 구비한다. 이들은, 예를 들면, 연산 회로(52)의 CPU(57)에 포함된다.
수신 내용 해석부(52a)는, 리모컨(55)으로부터 신호 수신부(56) 및 입력 회로(51)를 경유하여 입력된 지시 신호를 해석한다. 수신 내용 해석부(52a)는, 해석 결과에 의거하여, 예를 들면 운전 모드 및 설정 온도(Ts)를, 온도차 산출부(52c)에 출력한다. 실내 온도 취득부(52b)는, 실내 온도 센서(54)로부터 입력 회로(51)를 경유하여 입력된 실내 온도(Ta)를 취득하여, 온도차 산출부(52c)에 출력한다.
온도차 산출부(52c)는, 실내 온도 취득부(52b)로부터 입력된 실내 온도(Ta)와, 수신 내용 해석부(52a)로부터 입력된 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)를 산출한다. 수신 내용 해석부(52a)로부터 입력된 운전 모드가 난방 운전인 경우는, 온도차(ΔT)=Ts-Ta로 산출된다. 운전 모드가 냉방 운전인 경우는, 온도차(ΔT)=Ta-Ts로 산출된다. 온도차 산출부(52c)는, 산출한 온도차(ΔT)를, 압축기 제어부(52d)에 출력한다.
압축기 제어부(52d)는, 온도차 산출부(52c)로부터 입력된 온도차(ΔT)에 의거하여, 구동 장치(100)를 제어하여, 이에 의해 전동기(1)의 회전수(즉 압축기(41)의 회전수)를 제어한다.
<구동 장치의 구성>
다음에, 전동기(1)를 구동하는 구동 장치(100)에 관해 설명한다. 도 6은, 구동 장치(100)의 구성을 도시하는 블록도이다. 구동 장치(100)는, 전원(101)의 출력을 정류하는 컨버터(102)와, 전동기(1)의 코일(3)에 교류 전압을 출력하는 인버터(103)와, 코일(3)의 결선 상태를 전환하는 결선 전환부(60)와, 제어 장치(50)를 구비하여 구성된다. 컨버터(102)에는, 교류(AC) 전원인 전원(101)으로부터 전력이 공급된다.
전원(101)은, 예를 들면 200V(실효 전압)의 교류 전원이다. 컨버터(102)는, 정류 회로이고, 예를 들면 280V의 직류(DC) 전압을 출력한다. 컨버터(102)로부터 출력되는 전압을, 모선 전압이라고 칭한다. 인버터(103)는, 컨버터(102)로부터 모선 전압이 공급되고, 전동기(1)의 코일(3)에 선간전압(전동기 전압이라고 칭한다)를 출력한다. 인버터(103)에는, 코일(3U, 3V, 3W)에 각각 접속된 배선(104, 105, 106)이 접속되어 있다.
코일(3U)은, 단자(31U, 32U)를 갖는다. 코일(3V)은, 단자(31V, 32V)를 갖는다. 코일(3W)은, 단자(31W, 32W)를 갖는다. 배선(104)은, 코일(3U)의 단자(31U)에 접속되어 있다. 배선(105)은, 코일(3V)의 단자(31V)에 접속되어 있다. 배선(106)은, 코일(3W)의 단자(31W)에 접속되어 있다.
결선 전환부(60)는, 스위치(61, 62, 63)를 갖는다. 스위치(61)는, 코일(3U)의 단자(32U)를, 배선(105) 및 중성점(33)의 어느 하나에 접속한다. 스위치(62)는, 코일(3V)의 단자(32V)를, 배선(106) 및 중성점(33)의 어느 하나에 접속한다. 스위치(63)는, 코일(3W)의 단자(32W)를, 배선(104) 및 중성점(33)의 어느 하나에 접속한다. 결선 전환부(60)의 스위치(61, 62, 63)는, 여기서는 릴레이 접점으로 구성되어 있다. 단, 반도체 스위치로 구성하여도 좋다.
제어 장치(50)는, 컨버터(102), 인버터(103) 및 결선 전환부(60)를 제어한다. 제어 장치(50)의 구성은, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다. 제어 장치(50)에는, 신호 수신부(56)가 수신한 리모컨(55)으로부터의 운전 지시 신호와, 실내 온도 센서(54)가 검출한 실내 온도가 입력된다. 제어 장치(50)는, 이들의 입력 정보에 의거하여, 컨버터(102)에 전압 전환 신호를 출력하고, 인버터(103)에 인버터 구동 신호를 출력하고, 결선 전환부(60)에 결선 전환 신호를 출력한다.
도 6에 도시한 상태에서는, 스위치(61)는, 코일(3U)의 단자(32U)를 중성점(33)에 접속하고 있고, 스위치(62)는, 코일(3V)의 단자(32V)를 중성점(33)에 접속하고 있고, 스위치(63)는, 코일(3W)의 단자(32W)를 중성점(33)에 접속하고 있다. 즉, 코일(3U, 3V, 3W)의 단자(31U, 31V, 31W)는 인버터(103)에 접속되고, 단자(32U, 32V, 32W)는 중성점(33)에 접속되어 있다.
도 7은, 구동 장치(100)에서, 결선 전환부(60)의 스위치(61, 62, 63)가 전환된 상태를 도시하는 블록도이다. 도 7에 도시한 상태에서는, 스위치(61)는, 코일(3U)의 단자(32U)를 배선(105)에 접속하고 있고, 스위치(62)는, 코일(3V)의 단자(32V)를 배선(106)에 접속하고 있고, 스위치(63)는, 코일(3W)의 단자(32W)를 배선(104)에 접속하고 있다.
도 8(A)는, 스위치(61, 62, 63)가 도 6에 도시한 상태에 있을 때의 코일(3U, 3V, 3W)의 결선 상태를 도시하는 모식도이다. 코일(3U, 3V, 3W)은, 각각 단자(32U, 32V, 32W)에서 중성점(33)에 접속되어 있다. 그때문에, 코일(3U, 3V, 3W)의 결선 상태는, Y결선(스타결선)이 된다.
도 8(B)는, 스위치(61, 62, 63)가 도 7에 도시한 상태에 있을 때의 코일(3U, 3V, 3W)의 결선 상태를 도시하는 모식도이다. 코일(3U)의 단자(32U)는, 배선(105)(도 7)를 통하여 코일(3V)의 단자(31V)에 접속된다. 코일(3V)의 단자(32V)는, 배선(106)(도 7)를 통하여 코일(3W)의 단자(31W)에 접속된다. 코일(3W)의 단자(32W)는, 배선(104)(도 7)을 통하여 코일(3U)의 단자(31U)에 접속된다. 그때문에, 코일(3U, 3V, 3W)의 결선 상태는, 델타결선(삼각결선)이 된다.
이와 같이, 결선 전환부(60)는, 스위치(61, 62, 63)의 전환에 의해, 전동기(1)의 코일(3U, 3V, 3W)의 결선 상태를, Y결선(제1의 결선 상태) 및 델타결선(제2의 결선 상태)의 사이에서 전환할 수 있다.
도 9는, 코일(3U, 3V, 3W)의 각각의 코일 부분을 도시하는 모식도이다. 상술한 바와 같이, 전동기(1)는, 9개의 티스부(12)(도 1)를 갖고 있고, 코일(3U, 3V, 3W)은 각각 3개의 티스부(12)에 감겨져 있다. 즉, 코일(3U)은, 3개의 티스부(12)에 감겨진 U상의 코일 부분(Ua, Ub, Uc)을 직렬로 접속한 것이다. 마찬가지로, 코일(3V)은, 3개의 티스부(12)에 감겨진 V상의 코일 부분(Va, Vb, Vc)을 직렬로 접속한 것이다. 또한, 코일(3W)은, 3개의 티스부(12)에 감겨진 W상의 코일 부분(Wa, Wb, Wc)을 직렬로 접속한 것이다.
<공기 조화기의 동작>
도 10∼12는, 공기 조화기(5)의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 공기 조화기(5)의 제어 장치(50)는, 신호 수신부(56)에 의해 리모컨(55)으로부터 기동 신호를 수신함에 의해, 운전을 시작한다(스텝 S101). 여기서는, 제어 장치(50)의 CPU(57)가 기동한다. 후술하는 바와 같이, 공기 조화기(5)는, 전회 종료시에 코일(3)의 결선 상태를 델타결선으로 전환하여 종료하고 있기 때문에, 운전 시작시(기동시)에는 코일(3)의 결선 상태가 델타결선으로 되어 있다.
다음에, 제어 장치(50)는, 공기 조화기(5)의 기동 처리를 행한다(스텝 S102). 구체적으로는, 예를 들면, 실내 송풍 팬(47) 및 실외 송풍 팬(46)의 각 팬 모터를 구동한다.
다음에, 제어 장치(50)는, 컨버터(102)에 전압 전환 신호를 출력하여, 컨버터(102)의 모선 전압을, 델타결선에 대응한 모선 전압(예를 들면 390V)으로 승압한다(스텝 S103). 컨버터(102)의 모선 전압은, 인버터(103)로부터 전동기(1)에 인가되는 최대 전압이다.
다음에, 제어 장치(50)는, 전동기(1)를 기동한다(스텝 S104). 이에 의해, 전동기(1)는, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선으로 기동된다. 또한, 제어 장치(50)는, 인버터(103)의 출력 전압을 제어하여, 전동기(1)의 회전수를 제어한다.
구체적으로는, 제어 장치(50)는, 온도차(ΔT)에 응하여, 전동기(1)의 회전수를 미리 정하여진 속도로 단계적으로 상승시킨다. 전동기(1)의 회전 속도의 허용 최대 회전수는, 예를 들면 130rps이다. 이에 의해, 압축기(41)에 의한 냉매 순환량을 증가시켜, 냉방 운전인 경우에는 냉방 능력을 높이고, 난방 운전인 경우에는 난방 능력을 높인다.
또한, 공조 효과에 의해 실내 온도(Ta)가 설정 온도(Ts)에 접근하고, 온도차(ΔT)가 감소 경향을 나타내게 되면, 제어 장치(50)는, 온도차(ΔT)에 응하여 전동기(1)의 회전수를 감소시킨다. 온도차(ΔT)가 미리 정하여진 제로 부근 온도(단 0보다 큰)까지 감소하면, 제어 장치(50)는, 전동기(1)를 허용 최소 회전수(예를 들면 20rps)로 운전한다.
또한, 실내 온도(Ta)가 설정 온도(Ts)에 달한 경우(즉 온도차(ΔT)가 0 이하가 된 경우)에는, 제어 장치(50)는, 과냉방(또는 과난방) 방지를 위해 전동기(1)의 회전을 정지한다. 이에 의해, 압축기(41)가 정지한 상태가 된다. 그리고, 온도차(ΔT)가 재차 0보다 커진 경우에는, 제어 장치(50)는 전동기(1)의 회전을 재개한다. 또한, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전과 정지를 단시간에 반복하지 않도록, 전동기(1)의 단시간에서의 회전 재개를 규제한다.
또한, 전동기(1)의 회전수가 미리 설정한 회전수에 달하면, 인버터(103)가 약화 계자 제어를 시작한다. 약화 계자 제어에 관해서는, 도 15∼30을 참조하여 후술한다.
제어 장치(50)는, 리모컨(55)으로부터 신호 수신부(56)를 통하여 운전 정지 신호(공기 조화기(5)의 운전 정지 신호)를 수신하였는지의 여부를 판단한다(스텝 S105). 운전 정지 신호를 수신하지 않은 경우에는, 스텝 S106으로 진행한다. 한편, 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 제어 장치(50)는, 스텝 S109로 진행한다.
제어 장치(50)는, 실내 온도 센서(54)에서 검출한 실내 온도(Ta)와, 리모컨(55)에 의해 설정된 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)를 취득하고(스텝 S106), 이 온도차(ΔT)에 의거하여, 코일(3)의 델타결선에서 Y결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 상기한 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하인지의 여부를 판단한다(스텝 S107). 임계치(ΔTr)는, Y결선으로 전환 가능한 정도로 작은 공조 부하(단지 「부하」라고 칭한다)에 상당하는 온도차이다.
상기한 바와 같이, ΔT는, 운전 모드가 난방 운전인 경우에는 ΔT=Ts-Ta로 표시되고, 냉방 운전인 경우에는 ΔT=Ta-Ts로 표시되기 때문에, 여기서는 ΔT의 절대치와 임계치(ΔTr)를 비교하여 Y결선으로의 전환의 필요여부를 판단하고 있다.
스텝 S107에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하면, 스텝 S121(도 11)로 진행한다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 스텝 S12에서는, 제어 장치(50)는, 인버터(103)에 정지 신호를 출력하여, 전동기(1)의 회전을 정지한다. 그 후, 제어 장치(50)는, 결선 전환부(60)에 결선 전환 신호를 출력하여, 코일(3)의 결선 상태를 델타결선에서 Y결선으로 전환한다(스텝 S122). 계속해서, 제어 장치(50)는, 컨버터(102)에 전압 전환 신호를 출력하여, 컨버터(102)의 모선 전압을 Y결선에 대응한 전압(280V)에 강압하고(스텝 S123), 전동기(1)의 회전을 재개한다(스텝 S124). 그 후, 상술한 스텝 S105(도 10)로 되돌아온다.
상기 스텝 S107에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이 아닌 경우(Y결선인 경우), 또는, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 큰 경우(즉 Y결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S108로 진행한다.
스텝 S108에서는, Y결선에서 델타결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 상기한 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 큰지의 여부를 판단한다.
스텝 S108에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 크면, 스텝 S131(도 12)로 진행한다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 스텝 S13에서는, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전을 정지한다. 그 후, 제어 장치(50)는, 결선 전환부(60)에 결선 전환 신호를 출력하여, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환한다(스텝 S132). 계속해서, 제어 장치(50)는, 컨버터(102)에 전압 전환 신호를 출력하여, 컨버터(102)의 모선 전압을 델타결선에 대응한 전압(390V)으로 승압하고(스텝 S133), 전동기(1)의 회전을 재개한다(스텝 S134).
델타결선인 경우, Y결선에 비하여, 전동기(1)를 보다 높은 회전수까지 구동할 수 있기 때문에, 보다 큰 부하에 대응할 수 있다. 그때문에, 실내 온도와 설정 온도와의 온도차(ΔT)를 단시간에 수속시킬 수 있다. 그 후, 상술한 스텝 S105(도 10)로 되돌아온다.
상기 스텝 S108에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이 아닌 경우(델타결선인 경우), 또는, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하인 경우(즉 델타결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S105로 되돌아온다.
상기한 스텝 S105에서 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 전동기(1)의 회전을 정지한다(스텝 S109). 그 후, 제어 장치(50)는, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환한다(스텝 S110). 코일(3)의 결선 상태가 이미 델타결선인 경우에는, 그 결선 상태를 유지한다. 또한, 도 10에서는 생략하지만, 스텝 S106∼S108의 사이에서도, 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 스텝 S109로 진행하여 전동기(1)의 회전을 정지한다.
그 후, 제어 장치(50)는, 공기 조화기(5)의 정지 처리를 행한다(스텝 S111). 구체적으로는, 실내 송풍 팬(47) 및 실외 송풍 팬(46)의 각 팬 모터를 정지한다. 그 후, 제어 장치(50)의 CPU(57)가 정지하고, 공기 조화기(5)의 운전이 종료된다.
이상과 같이, 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)의 절대치가 비교적 작은 경우(즉 임계치(ΔTr) 이하인 경우)에는, 고효율의 Y결선으로 전동기(1)를 운전한다. 그리고, 보다 큰 부하에의 대응이 필요한 경우, 즉 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 큰 경우에는, 보다 큰 부하에의 대응이 가능한 델타결선으로 전동기(1)를 운전한다. 그때문에, 공기 조화기(5)의 운전 효율을 향상할 수 있다.
또한, Y결선에서 델타결선으로의 전환 동작(도 12)에서, 도 13(A)에 도시하는 바와 같이, 전동기(1)의 회전을 정지하는 스텝 S131 전에, 전동기(1)의 회전수를 검출하고(스텝 S135), 검출한 회전수가 임계치(회전수의 기준치) 이상인지의 여부를 판단하여도 좋다(스텝 S136). 전동기(1)의 회전수는, 인버터(103)의 출력 전류의 주파수로서 검출된다.
스텝 S136에서는, 전동기(1)의 회전수의 임계치로서, 예를 들면, 후술하는 난방 중간 조건에 상당하는 회전수 35rps와 난방 정격 조건에 상당하는 회전수 85rps의 중간인 60rps를 이용한다. 전동기(1)의 회전수가 임계치 이상이면, 전동기(1)의 회전을 정지하여 델타결선으로의 전환을 행하고, 컨버터(102)의 모선 전압을 승압한다(스텝 S131, S132, S133). 전동기(1)의 회전수가 임계치 미만이면, 도 10의 스텝 S105로 되돌아온다.
이와 같이 온도차(ΔT)에 의거한 결선 전환 필요여부의 판단(스텝 S108)에 더하여, 전동기(1)의 회전수에 의거하여 결선 전환 필요여부의 판단을 행함으로써, 결선 전환이 빈번하게 반복되는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 도 13(B)에 도시하는 바와 같이, 전동기(1)의 회전을 정지하는 스텝 S131 전에, 인버터(103)의 출력 전압을 검출하고(스텝 S137), 검출한 출력 전압이 임계치(출력 전압의 기준치) 이상인지의 여부를 판단하여도 좋다(스텝 S138).
도 13(A) 및 (B)에는, Y결선에서 델타결선으로의 전환 동작을 나타냈지만, 델타결선에서 Y결선으로의 전환시에, 전동기(1)의 회전수 또는 인버터(103)의 출력 전압에 의거한 판단을 행하여도 좋다.
도 14는, 공기 조화기(5)의 동작의 한 예를 도시하는 타이밍 차트이다. 도 14에는, 공기 조화기(5)의 운전 상태 및 실외 송풍 팬(46) 및 전동기(1)(압축기(41))의 구동 상태를 나타내고 있다. 실외 송풍 팬(46)은, 공기 조화기(5)의 전동기(1) 이외의 구성 요소의 한 예로서 나타내고 있다.
신호 수신부(56)가 리모컨(55)으로부터 운전 기동 신호(ON 지령)를 수신함에 의해, CPU(57)가 기동하고, 공기 조화기(5)가 기동 상태(ON 상태)가 된다. 공기 조화기(5)가 기동 상태가 되면, 시간(t0)이 경과한 후에, 실외 송풍 팬(46)의 팬 모터가 회전을 시작한다. 시간(t0)은, 실내기(5A)와 실외기(5B) 사이의 통신에 의한 지연 시간이다.
공기 조화기(5)의 기동 후, 시간(t1)이 경과한 후에, 델타결선에 의한 전동기(1)의 회전이 시작된다. 시간(t1)은, 실외 송풍 팬(46)의 팬 모터의 회전이 안정될 때까지의 대기 시간이다. 전동기(1)의 회전 시작 전에 실외 송풍 팬(46)을 회전시킴으로써, 냉동 사이클의 온도가 필요 이상으로 상승하는 것이 방지된다.
도 14의 예에서는, 델타결선에서 Y결선으로의 전환이 행하여지고, 또한 Y결선에서 델타결선으로의 전환이 행하여진 후, 리모컨(55)으로부터 운전 정지 신호(OFF 지령)를 수신하고 있다. 결선이 전환에 필요로 하는 시간(t2)은, 전동기(1)의 재기동에 필요한 대기 시간이고, 냉동 사이클에서의 냉매 압력이 대강 균등하게 될 때까지 필요한 시간으로 설정된다.
리모컨(55)으로부터 운전 정지 신호를 수신하면, 전동기(1)의 회전이 정지하고, 그 후, 시간(t3)이 경과한 후에 실외 송풍 팬(46)의 팬 모터의 회전이 정지한다. 시간(t3)은, 냉동 사이클의 온도를 충분 저하시키기 위해 필요한 대기 시간이다. 그 후, 시간(t4)이 경과한 후, CPU(57)가 정지하고, 공기 조화기(5)가 운전 정지 상태(OFF 상태)가 된다. 시간(t4)은, 미리 설정된 대기 시간이다.
<온도 검출에 의거한 결선 전환에 관해>
이상의 공기 조화기(5)의 동작에서, 코일(3)의 결선 상태의 전환 필요여부의 판단(스텝 S107, S108)은, 예를 들면, 전동기(1)의 회전 속도, 또는 인버터 출력 전압에 의거하여 판단할 수도 있다. 단, 전동기(1)의 회전 속도는 짧은 시간에 변동할 가능성이 있기 때문에, 회전 속도가 임계치 이하(또는 임계치 이상)인 상태가 일정 시간 계속하는지의 여부를 판단할 필요가 있다. 인버터 출력 전압에 대해서도 마찬가지이다.
특히, 리모컨(55)에 의한 설정 온도가 크게 변경된 경우, 또는, 방의 창을 열은 것 등에 의해 공기 조화기(5)의 부하가 급격하게 변화한 경우에는, 코일(3)의 결선 상태의 전환 필요여부의 판단에 시간을 필요로 하면, 부하 변동에 대한 압축기(41)의 운전 상태의 대응이 지연된다. 그 결과, 공기 조화기(5)에 의한 쾌적성이 저하될 가능성이 있다.
이에 대해, 이 실시의 형태에서는, 실내 온도 센서(54)에서 검출한 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)(절대치)를 임계치와 비교하여 있다. 온도는 짧은 시간에서의 변동이 적기 때문에, 온도차(ΔT)의 검출 및 임계치와의 비교를 계속할 필요가 없고, 결선 전환 필요여부의 판단을 짧은 시간에 행할 수 있다. 그때문에, 압축기(41)의 운전 상태를 부하 변동에 신속하게 대응시켜서, 공기 조화기(5)에 의한 쾌적성을 향상할 수 있다.
또한, 상기한 공기 조화기(5)의 동작에서는, 델타결선에서 Y결선으로의 전환 필요여부의 판단(스텝 S107)과, Y결선에서 델타결선으로의 전환 필요여부의 판단(스텝 S108)을 계속해서 행하고 있지만, 델타결선에서 Y결선으로의 전환이 행하여지는 것은, 공조 부하가 저하되어 있는(실내 온도가 설정 온도에 접근하고 있는) 경우이고, 그 후에 공조 부하가 갑자기 증가할 가능성은 낮기 때문에, 결선의 전환이 빈번하게 행하여진다는 사태는 생기기 어렵다.
또한, 상기한 공기 조화기(5)의 동작에서는, 코일(3)의 결선 상태의 전환(스텝 S122, S132)을, 전동기(1)의 회전을 정지한 상태(즉 인버터(103)의 출력을 정지한 상태)에서 행하고 있다. 전동기(1)에의 전력 공급을 계속하면서 코일(3)의 결선 상태를 전환하는 것도 가능하지만, 결선 전환부(60)의 스위치(61, 62, 63)(도 6)를 구성하는 릴레이 접점의 신뢰성의 관점에서, 전동기(1)에의 전력 공급을 정지한 상태에서 전환을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 전동기(1)의 회전수를 충분히 저하시킨 상태에서 코일(3)의 결선 상태의 전환을 행하고, 그 후에 원래의 회전수로 되돌리는 것도 가능하다.
또한, 여기서는 결선 전환부(60)의 스위치(61, 62, 63)를 릴레이 접점으로 구성하고 있지만, 반도체 스위치로 구성한 경우에는, 코일(3)의 결선 상태의 전환시에 전동기(1)의 회전을 정지할 필요는 없다.
또한, 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)(절대치)가 임계치(ΔTr) 이하가 되는 상태가 복수회(미리 설정한 회수) 반복된 경우에, 코일(3)의 결선 상태를 전환하여도 좋다. 이와 같이 하면, 작은 온도 변화에 의해 결선 전환이 반복되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 실내 온도와 설정 온도와의 온도차(ΔT)가 0 이하(ΔT≤0)가 되면, 제어 장치(50)는 과냉방(또는 과난방) 방지를 위해 전동기(1)의 회전을 정지하는데, 이 타이밍에서 코일(3)의 결선 상태를 델타결선에서 Y결선으로 전환하여도 좋다. 구체적으로는, 상술한 스텝 S107에서 온도차(ΔT)가 0 이하인지의 여부를 판단하도록 하고, 온도차(ΔT)가 0 이하인 경우에는 전동기(1)의 회전을 정지하여 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 전환하도록 하면 좋다.
또한, 상기한 공기 조화기(5)의 동작에서는, Y결선에서 델타결선으로의 전환시에, 컨버터(102)의 모선 전압을 승압하고 있기 때문에, 전동기(1)에 의해 높은 토오크를 발생할 수 있다. 그때문에, 실내 온도와 설정 온도와의 차(ΔT)를, 보다 단시간에 수속시킬 수 있다. 컨버터(102)의 모선 전압의 승압에 관해서는, 후술한다.
<기동시의 결선 상태에 관해>
상기한 바와 같이, 실시의 형태 1의 공기 조화기(5)는, 운전 기동 신호를 수신하여 전동기(1)를 기동할 때에는, 코일(3)의 결선 상태를 델타결선으로서 제어를 시작한다. 또한, 공기 조화기(5)의 운전 정지시에는, 코일(3)의 결선 상태는 델타결선으로 전환된다.
공기 조화기(5)의 운전 시작시는 공조 부하의 정확한 검출이 곤란하다. 특히, 공기 조화기(5)의 운전 시작시에는, 실내 온도와 설정 온도와의 차가 크고, 공조 부하가 큰 것이 일반적이다. 그래서, 이 실시의 형태에서는, 코일(3)의 결선 상태를, 보다 큰 부하에 대응 가능한(즉, 보다 고회전수까지 회전 가능한) 델타결선으로 한 상태에서, 전동기(1)를 기동하고 있다. 이에 의해, 공기 조화기(5)의 운전 시작시에, 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 차(ΔT)를, 보다 단시간에 수속시킬 수 있다.
또한, 공기 조화기(5)를 장기간 정지하고, 정지중에 결선 전환부(60)에 이상(예를 들면, 스위치(61∼63)의 릴레이가 달라붙어 동작하지 않게 되는 등)이 발생한 경우에도, 공기 조화기(5)의 운전 정지 전에 Y결선에서 델타결선으로의 전환이 행하여지고 있기 때문에, 델타결선으로 전동기(1)를 기동할 수 있다. 그때문에, 공기 조화기(5)의 능력의 저하를 막을 수 있고, 쾌적성을 손상시키는 일은 없다.
또한, 코일(3)의 결선 상태를 델타결선으로서 전동기(1)를 기동하고, Y결선으로의 전환을 행하지 않는 경우에는, 코일의 결선 상태가 항상 델타결선인 (결선 전환 기능을 갖지 않다) 일반적인 전동기와 동등한 전동기 효율을 얻을 수 있다.
<전동기 효율 및 전동기 토오크>
다음에, 전동기 효율 및 전동기 토오크의 개선에 관해 설명한다. 일반적으로, 가정용의 공기 조화기는, 에너지 절약법의 규제 대상으로 되어 있고, 지구 환경의 시점에서 CO 배출 삭감이 의무되어 있다. 기술의 진보에 의해, 압축기의 압축 효율, 압축기의 전동기의 운전 효율 및 열교환기의 열전달률 등이 개선되고, 공기 조화기의 에너지 소비 효율 COP(Coefficient Of Performance)는 매년 향상하고, 운용 자금(소비 전력) 및 CO 배출량도 저감하고 있다.
COP는, 어느 일정 온도 조건으로 운전한 경우의 성능을 평가하는 것이고, 계절에 응한 공기 조화기의 운전 상황은 가미되어 있지 않다. 그렇지만, 공기 조화기의 실제의 사용시에는, 외기 온도의 변화에 의해, 냉방 또는 난방에 필요한 능력 및 소비 전력이 변화한다. 그래서, 실제의 사용시에 가까운 상태에서의 평가를 행하기 때문에, 어느 모델 케이스를 정하고, 연간을 통한 종합 부하와 총 소비 전력량을 산출하고, 효율을 구하는 APF(Annual Performance Factor : 연중 에너지 소비 효율)가 에너지 절약의 지표로서 사용되고 있다.
특히, 현재의 주류인 인버터 전동기에서는, 압축기의 회전수에 의해 능력이 변화하기 때문에, 정격 조건만으로 실제의 사용에 가까운 평가를 행하는데는 과제가 있다.
가정용의 공기 조화기의 APF는, 냉방 정격, 냉방 중간, 난방 정격, 난방 중간 및 난방 저온의 5개의 평가점에서, 연간의 종합 부하에 응한 소비 전력량을 산출한다. 이 값이 클수록 에너지 절약성이 높다고 평가된다.
연간의 종합 부하의 내역으로서는, 난방 중간 조건의 비율이 매우 크고(50%), 다음에 난방 정격 조건의 비율이 크다(25%). 그때문에, 난방 중간 조건과 난방 정격 조건에서 전동기 효율을 향상시키는 것이, 공기 조화기의 에너지 절약성의 향상에 유효하다.
APF의 평가 부하 조건에서의 압축기의 전동기의 회전수는, 공기 조화기의 능력 및 열교환기의 성능에 의해 변화한다. 예를 들면, 냉동 능력 6.3㎾의 가정용의 공기 조화기에서는, 난방 중간 조건에서의 회전수(N1)(제1의 회전수)가 35rps이고, 난방 정격 조건에서의 회전수(N2)(제2의 회전수)가 85rps이다.
이 실시의 형태의 전동기(1)는, 난방 중간 조건에 상당하는 회전수(N1) 및 난방 정격 조건에 상당하는 회전수(N2)에서, 높은 전동기 효율 및 전동기 토오크를 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 즉, 성능 개선의 대상이 되는 2개의 부하 조건 중, 저속측의 회전수가 N1이고, 고속측의 회전수가 N2이다.
로터(20)에 영구자석(25)을 탑재한 전동기(1)에서는, 로터(20)가 회전하면, 영구자석(25)의 자속이 스테이터(10)의 코일(3)에 쇄교하여, 코일(3)에 유기전압이 발생한다. 유기전압은, 로터(20)의 회전수(회전 속도)에 비례하고, 또한, 코일(3)의 감는수에도 비례한다. 전동기(1)의 회전수가 크고, 코일(3)의 감는수가 많을수록, 유기전압은 커진다.
인버터(103)로부터 출력되는 선간전압(전동기 전압)은, 상기한 유기전압과, 코일(3)의 저항 및 인덕턴스에 의해 생기는 전압과의 합과 동등하다. 코일(3)의 저항 및 인덕턴스는, 유기전압과 비교하면 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 사실상, 선간전압은 유기전압에 지배된다. 또한, 전동기(1)의 마그넷 토오크는, 유기전압과, 코일(3)에 흐르는 전류와의 곱에 비례한다.
유기전압은, 코일(3)의 감는수를 많게 하는 만큼 높아진다. 그때문에, 코일(3)의 감는수를 많게 하는 만큼, 필요한 마그넷 토오크를 발생하기 위한 전류가 적어도 된다. 그 결과, 인버터(103)의 통전에 의한 손실을 저감하고, 전동기(1)의 운전 효율을 향상할 수 있다. 그 한편, 유기전압의 상승에 의해, 유기전압에 지배되는 선간전압이, 보다 낮은 회전수에서 인버터 최대 출력 전압(즉 컨버터(102)로부터 인버터(103)에 공급되는 모선 전압)에 달하여, 회전수를 그 이상 빨리 할 수가 없다.
또한, 코일(3)의 감는수를 적게 하면, 유기전압이 저하되기 때문에, 유기전압에 지배되는 선간전압이 보다 높은 회전수까지 인버터 최대 출력 전압에 도달하지 않아, 고속 회전이 가능해진다. 그렇지만, 유기전압의 저하에 의해, 필요한 마그넷 토오크를 발생하기 위한 전류가 증가하기 때문에, 인버터(103)의 통전에 의한 손실이 증가하고, 전동기(1)의 운전 효율이 저하된다.
또한, 인버터(103)의 스위칭 주파수의 관점에서는, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 가까운 쪽이, 인버터(103)의 스위칭의 ON/OFF 듀티에 기인하는 고조파 성분이 감소하기 때문에, 전류의 고조파 성분에 기인하는 철손을 저감할 수 있다.
도 15 및 도 16은, 전동기(1)에서의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 코일(3)의 결선 상태는, Y결선이라고 한다. 선간전압은, 계자 자계와 회전수와의 곱에 비례한다. 계자 자계가 일정하면, 도 15에 도시하는 바와 같이, 선간전압과 회전수는 비례한다.. 또한, 도 15에서, 회전수(N1)는 난방 중간 조건에 대응하고, 회전수(N2)는 난방 정격 조건에 대응한다.
회전수의 증가와 함께 선간전압도 증가하지만, 도 16에 도시하는 바와 같이, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하면, 그 이상 선간전압을 높게 할 수가 없기 때문에, 인버터(103)에 의한 약화 계자 제어가 시작된다. 여기서는, 회전수(N1, N2) 사이의 회전수에서, 약화 계자 제어를 시작하는 것으로 한다.
약화 계자 제어에서는, 코일(3)에 d축 위상(영구자석(25)의 자속을 지우는 방향)의 전류를 흘림에 의해, 유기전압을 약하게 한다. 이 전류를, 약화 전류라고 칭한다. 통상의 전동기 토오크를 발생시키기 위한 전류에 더하여, 약화 전류를 흘릴 필요가 있기 때문에, 코일(3)의 저항에 기인하는 동손이 증가하고, 인버터(103)의 통전 손실도 증가한다.
도 17은, 도 16에 도시한 약화 계자 제어를 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 전동기 효율은 회전수와 함께 증가하고, 약화 계자 제어를 시작한 직후에, 화살표(P)로 도시하는 바와 같이 전동기 효율이 피크에 달한다.
회전수가 더욱 증가하면, 코일(3)에 흘리는 약화 전류도 증가하기 때문에, 이에 의한 동손이 증가하고, 전동기 효율이 저하된다. 또한, 전동기 효율과 인버터 효율과의 곱인 종합 효율에서도, 도 17과 같은 곡선으로 표시되는 변화가 보여진다.
도 18은, 도 16에 도시한 약화 계자 제어를 행한 경우의 전동기의 최대 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 약화 계자 제어를 시작하기 전은, 전동기의 최대 토오크는 일정하다(예를 들면 전류 임계치에 의한 제약 때문에). 약화 계자 제어를 시작하면, 회전수의 증가와 함께 전동기(1)의 최대 토오크가 저하된다. 전동기(1)의 최대 토오크는, 제품 사용시에서 전동기(1)가 실제로 발생하는 부하(필요하게 되는 부하)보다도 커지도록 설정되어 있다. 이하에서는, 설명의 편의상, 전동기의 최대 토오크를, 전동기 토오크라고 칭한다.
도 19는, Y결선과 델타결선의 각각에 관해, 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 경우의 코일(3)의 상(相) 임피던스는, 감는수를 동수로 하면, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우의 1/√3배가 된다. 그때문에, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 경우의 선간 전압(1점쇄선)은, 회전수를 같게 하면, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우의 선간 전압(실선)의 1/√3배가 된다.
즉, 코일(3)을 델타결선에 의해 결선한 경우, 감는수를 Y결선인 경우의 √3배로 하면, 같은 회전수(N)에 대해, 선간전압(전동기 전압)이 Y결선인 경우와 등가로 되고, 따라서 인버터(103)의 출력 전류도 Y결선인 경우와 등가로 된다.
티스에의 감는수가 수십권 이상이 되는 전동기에서는, 다음과 같은 이유로, 델타결선보다도 Y결선을 채용하는 것이 많다. 하나는, 델타결선은 Y결선에 비하여 코일의 감는수가 많기 때문, 제조 공정에 있어서 코일의 권선에 필요로 하는 시간이 길어진다는 이유이다. 또 하나는, 델타결선인 경우에 순환전류가 발생할 가능성이 있다는 이유이다.
일반적으로, Y결선을 채용하는 전동기에서는, 회전수(N2)(즉, 성능 향상의 대상이 되는 회전수 중, 고속측의 회전수)로, 선간전압(전동기 전압)이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록, 코일의 감는수를 조정하고 있다. 그렇지만, 이 경우, 회전수(N1)(즉, 성능 향상의 대상이 되는 회전수 중, 저속측의 회전수)에서는, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압보다도 낮은 상태에서 전동기를 운전하는 것이 되어, 높은 전동기 효율을 얻기가 어렵다.
그래서, 코일의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수에서 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, 회전수(N2)에 도달할 때까지의 사이에, 코일의 결선 상태를 델타결선으로 전환한다는 제어가 행하여지고 있다.
도 20은, Y결선에서 델타결선으로의 전환을 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 20에 도시한 예에서는, 회전수(N1)(난방 중간 조건)보다도 약간 낮은 회전수(회전수(N11)라고 하다)에 달하면, 상술한 약화 계자 제어를 시작한다. 회전수(N)가 더욱 증가하고 회전수(N0)에 달하면, Y결선에서 델타결선으로의 전환을 행한다. 회전수(N11)는, 여기서는, 회전수(N1)보다도 5% 낮은 회전수(즉 N11=N1×0.95)이다
델타결선으로의 전환에 의해, 선간전압이 Y결선의 1/√3배로 저하되기 때문에, 약화 계자의 정도를 작게 억제할(즉 약화 전류를 작게 할) 수 있다. 이에 의해, 약화 전류에 기인하는 동손을 억제하고, 전동기 효율 및 전동기 토오크의 저하를 억제할 수 있다.
도 21은, Y결선과 델타결선의 각각에 관해, 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 상기한 바와 같이 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수(N11)에서 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고 있기 때문에, 도 21에 실선으로 도시하는 바와 같이, 회전수(N1)에서 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
한편, 코일(3)의 감는수를 동수로 하면, 델타결선인 경우에는, 도 21에 1점쇄선으로 도시하는 바와 같이, 회전수(N2)에서, Y결선인 경우보다도 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다. 그때문에, 도 21에 도시하는 실선과 1점쇄선과의 교점에서 Y결선에서 델타결선으로 전환하면, 회전수(N1)(난방 중간 조건)와 회전수(N2)(난방 정격 조건)의 양방에서 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
그때문에, 도 20을 참조하여 설명한 바와 같이, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N11)(회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수)일 때에 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, 회전수(N1)보다도 높은 회전수(N0)에서 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 제어를 행한다.
그렇지만, 단지 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 것만으로는, 전동기 효율을 충분히 향상할 수가 없다. 이 점에 관해 이하에 설명한다.
도 22는, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N11)일 때에 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, 회전수(N0)에서 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 경우(실선)의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 또한, 파선은, 도 17에 도시한 바와 같이 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 약화 계자 제어를 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다.
선간전압은, 회전수에 비례한다. 예를 들면, 냉동 능력 6.3㎾의 가정용의 공기 조화기에서는, 회전수(N1)(난방 중간 조건)가 35rps이고, 회전수(N2)(난방 정격 조건)가 85rps이기 때문에, 난방 중간 조건에서의 선간전압을 기준으로 하면, 난방 정격 조건에서의 선간전압은, 2.4배(=85/35)가 된다.
코일(3)의 결선 상태를 델타결선으로 전환한 후의, 난방 정격 조건(회전수(N2))에서의 선간전압은, 인버터 최대 출력 전압에 대해 1.4배(=85/35/√3)가 된다. 선간전압을 인버터 최대 출력 전압보다도 크게 할 수 없기 때문에, 약화 계자 제어를 시작한다.
약화 계자 제어에서는, 계자를 약하게 하기 위해 필요한 약화 전류를 코일(3)에 흘리기 때문에, 동손이 증가하고, 전동기 효율 및 전동기 토오크가 저하된다. 그때문에, 도 22에 실선으로 도시한 바와 같이, 난방 정격 조건(회전수(N2))에서의 전동기 효율을 개선할 수가 없다.
난방 정격 조건(회전수(N2))에서의 약화 계자의 정도를 억제하기(약화 전류를 작게 하기) 위해서는, 코일(3)의 감는수를 적게 하여 선간 전압을 낮게 할 필요가 있지만, 그 경우, 난방 중간 조건(회전수(N1))에서의 선간 전압도 저하되어, 결선의 전환에 의한 전동기 효율의 개선 효과가 작아진다.
즉, 성능 개선의 대상이 되는 부하 조건이 2개 있고, 저속측의 회전수(N1)와, 고속측의 회전수(N2)가, (N2/N1)>√3을 만족하는 경우에는, Y결선에서 델타결선으로 전환해도 약화 계자 제어가 필요해지기 때문에, 단지 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 것만으로는, 전동기 효율의 충분한 개선 효과를 얻을 수가 없다.
도 23은, Y결선과 델타결선의 각각에 관해, 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. Y결선인 경우에는, 도 18을 참조하여 설명한 바와 같이, 회전수(N)의 증가에 대해 전동기 토오크는 일정하지만, 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다. 델타결선인 경우에는, Y결선인 경우(N11)보다도 높은 회전수에서 약화 계자 제어를 시작하지만, 약화 계자 제어를 시작하면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다.
도 24는, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N11)(회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수)일 때에 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, 회전수(N1)보다도 높은 회전수(N0)에서 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 경우의 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 24에 도시하는 바와 같이, 회전수가 회전수(N11)에 달하여 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다.
회전수가 더욱 증가하여 회전수(N0)에 달하고, Y결선에서 델타결선으로의 전환이 행하여지면, 약화 계자 제어가 일시적으로 정지하기 때문에, 전동기 토오크는 상승한다. 그렇지만, 회전수(N)가 더욱 증가하여 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다. 이와 같이, 단지 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 것만으로는, 특히 고회전수역에서의 전동기 토오크의 저하를 억제할 수가 없다.
그래서, 이 실시의 형태 1의 구동 장치(100)는, 결선 전환부(60)에 의한 코일(3)의 결선 상태의 전환에 더하여, 컨버터(102)에 의해 모선 전압을 전환하고 있다. 컨버터(102)는, 전원(101)으로부터 전원 전압(200V)이 공급되고, 인버터(103)에 모선 전압을 공급하는 것이다. 컨버터(102)는, 전압 상승(승압)에 수반하는 손실이 작은 소자, 예를 들면 SiC 소자 또는 GaN 소자로 구성하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우의 모선 전압(V1)(제1의 모선 전압)은, 280V(DC)로 설정되어 있다. 이에 대해, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 경우의 모선 전압(V2)(제2의 모선 전압)은, 390V(DC)로 설정되어 있다. 즉, 델타결선인 경우의 모선 전압(V2)은, Y결선인 경우의 모선 전압(V1)의 1.4배로 설정되어 있다. 또한, 모선 전압(V2)은, 모선 전압(V1)에 대해, V2≥(V1/√3)×N2/N1이면 좋다. 컨버터(102)로부터 모선 전압이 공급된 인버터(103)는, 코일(3)에 선간전압을 공급한다. 인버터 최대 출력 전압은, 모선 전압의 1/√2이다.
도 25는, Y결선과 델타결선의 각각에 관해, 컨버터(102)에서 모선 전압을 전환하는 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 25에 도시하는 바와 같이, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우의 선간전압(실선)은, 최대로, 모선 전압(V1)의 1/√2(즉 V1×1/√2)가 된다. 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 경우의 선간전압(1점쇄선)은, 최대로, 모선 전압(V2)의 1/√2(즉 V2×1/√2)가 된다.
도 26은, 결선 전환부(60)에 의한 결선 상태의 전환과, 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 전환을 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 26에 도시하는 바와 같이, 회전수(N1)(난방 중간 조건)를 포함하는 회전수역에서는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이다. 회전수의 증가와 함께 선간전압이 증가하고, 회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수(N11)에서, 선간전압이 인버터 최대 출력(V1×1/√2)에 달한다. 이에 의해, 약화 계자 제어가 시작된다.
회전수가 더욱 상승하여 회전수(N0)에 달하면, 결선 전환부(60)가 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환한다. 동시에, 컨버터(102)가, 모선 전압을 V1부터 V2로 승압한다. 승압에 의해, 인버터 최대 출력은 V2×1/√2가 된다. 이 시점에서는, 선간 전압이 인버터 최대 출력보다도 낮기 때문에, 약화 계자 제어는 행하여지지 않는다.
그 후, 회전수(N)의 증가와 함께 선간전압이 증가하고, 회전수(N2)(난방 정격 조건)보다도 약간 낮은 회전수(N21)에서, 선간전압이 인버터 최대 출력(V2×1/√2)에 달하고, 이에 의해 약화 계자 제어가 시작되다. 또한, 회전수(N21)는, 회전수(N2)보다도 5%낮은 회전수(즉 N21=N2×0.95)이다
이 실시의 형태에서는, 상기한 바와 같이, 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)와 임계치(ΔTr)와의 비교 결과에 의거하여, 코일(3)의 결선 상태를 전환하고 있다. 회전수(N0)에서의 Y결선에서 델타결선으로의 전환은, 도 10의 스텝 S108 및 도 12의 스텝 S131∼S134에 도시한 Y결선에서 델타결선으로의 전환에 대응하고 있다.
이 경우의 전동기 효율의 개선 효과에 관해 설명한다. 도 27은, Y결선과 델타결선의 각각에 관해, 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 27에서, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우의 전동기 효율(실선)은, 도 21에 도시한 Y결선에서의 전동기 효율과 마찬가지이다. 한편, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 경우의 전동기 효율(1점쇄선)은, 컨버터(102)의 모선 전압이 상승하기 때문에, 도 21에 도시한 델타결선에서의 전동기 효율보다도 높다.
도 28은, 결선 전환부(60)에 의한 결선 상태의 전환과, 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 전환을 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N11)(회전수(N1)보다도 약간 낮은 회전수)일 때에 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수가 설정되어 있기 때문에, 회전수(N1)를 포함하는 회전수역에서 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
회전수가 상기한 회전수(N11)에 달하면, 약화 계자 제어가 시작되고, 또한 회전수(N0)에 달하면, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선에서 델타결선으로 전환되고, 또한, 컨버터(102)에 의해 모선 전압이 상승한다.
모선 전압의 상승에 의해 인버터 최대 출력 전압도 상승하기 때문에, 선간전압은 인버터 최대 출력 전압보다도 낮아지고, 그 결과, 약화 계자 제어는 정지한다. 약화 계자 제어의 정지에 의해, 약화 전류에 기인하는 동손이 저감하기 때문에, 전동기 효율은 상승한다.
또한, 회전수(N)가 회전수(N2)(난방 정격 조건)보다도 약간 작은 회전수(N21)에 달하면, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하고, 약화 계자 제어가 시작된다. 약화 계자 제어의 시작에 의해 동손이 증가하지만, 컨버터(102)에 의해 모선 전압이 상승하고 있기 때문에, 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
즉, 도 28에 실선으로 도시하는 바와 같이, 회전수(N1)(난방 중간 조건) 및 회전수(N2)(난방 정격 조건)의 양방에서, 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
다음에, 전동기 토오크의 개선 효과에 관해 설명한다. 도 29는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 경우와 델타결선인 경우의 각각에 관해, 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. Y결선인 경우의 전동기 토오크(실선)는, 도 18과 마찬가지이다. 델타결선인 경우의 전동기 토오크(1점쇄선)는, 회전수(N2)(난방 정격 조건)보다도 약간 낮은 회전수(N21)에서 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 저하된다.
도 30은, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 회전수(N11)일 때에 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하도록 감는수를 조정하고, 회전수(N0)(>N1)에서 Y결선에서 델타결선으로 전환, 또한 모선 전압을 승압시킨 경우의 전동기 토오크와 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 30에 도시하는 바와 같이, 회전수(N1)(난방 중간 조건)보다도 약간 낮은 회전수(N11)에서 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다.
회전수(N)가 더욱 증가하여 회전수(N0)에 달하면, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선에서 델타결선으로 전환되고, 또한 모선 전압이 상승한다. 델타결선으로의 전환과 모선 전압의 상승에 의해, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압보다도 낮아지기 때문에, 약화 계자 제어가 정지한다. 이에 의해, 전동기 토오크는 상승한다. 그 후, 회전수(N2)(난방 정격 조건)보다도 약간 낮은 회전수(N21)에서 약화 계자 제어가 시작되면, 회전수(N)의 증가와 함께 전동기 토오크가 저하된다.
이와 같이, 델타결선으로의 전환 후, 회전수(N)가 회전수(N21)(회전수(N2)보다도 약간 작은 회전수)에 달할 때까지는약화 계자 제어가 행하여지지 않기 때문에, 특히 회전수(N2)(난방 정격 조건)를 포함하는 회전수역에서, 전동기 토오크의 저하를 억제할 수 있다.
즉, 도 30에 실선으로 도시하는 바와 같이, 회전수(N1)(난방 중간 조건) 및 회전수(N2)(난방 정격 조건)의 양방에서, 높은 전동기 토오크를 얻을 수 있다. 즉, 공기 조화기(5)의 난방 중간 조건 및 난방 정격 조건의 양방에서, 높은 성능(전동기 효율 및 전동기 토오크)을 얻을 수 있다.
또한, 컨버터(102)의 전압을 승압하면, 승압에 수반하는 손실이 발생하기 때문에, 전동기 효율에의 기여율이 가장 큰 난방 중간 조건에서의 결선 상태(즉 Y결선)에서는, 전원 전압을 승압하지 않고서 이용하는 것이 바람직하다. 전원(101)의 전원 전압은 200V(실효치)이고, 최대치는 280V(=200V×√2)이다 그때문에, Y결선인 경우의 컨버터(102)의 모선 전압(280V)은, 전원 전압의 최대치와 같다라고 말할 수 있다.
또한, 인버터(103)에 공급되는 모선 전압의 전환은, 전원 전압을 승압 또는 강압시킴에 의해 행하여도 좋다.
또한, 상기한 공기 조화기(5)의 운전 제어에서는, 회전수(N1)(난방 중간 조건)에서 Y결선으로 하고, 회전수(N2)(난방 정격 조건)에서 델타결선으로 하였지만, 구체적인 부하 조건이 정하여지지 않은 경우에는, 회전수(N1)를 Y결선으로 운전하는 최대 회전수로 하고, 회전수(N2)를 델타결선으로 운전하는 최대 회전수로 하여, 전압 레벨을 조정하여도 좋다. 이와 같이 제어하여도, 전동기(1)의 효율을 향상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 가정용의 공기 조화기(5)에서는, 회전수(N1)를 난방 중간 조건의 회전수로 하고, 회전수(N2)를 난방 정격 조건의 회전수로 함으로써, 전동기(1)의 효율을 향상할 수 있다.
<실시의 형태 1의 효과>
이상 설명한 바와 같이, 실시의 형태에서는, 결선 전환부(60)에 의한 코일(3)의 결선 상태의 전환에 응하여, 컨버터(102)가 모선 전압의 크기를 변화시키기 때문에, 결선 상태의 전환의 전후의 어느 것에서도, 높은 전동기 효율 및 높은 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
또한, 코일(3)의 결선 상태를, Y결선(제1의 결선 상태)과, 제1의 결선 상태보다도 선간전압이 낮은 델타결선(제2의 결선 상태)으로 전환하기 때문에, 전동기(1)의 운전 상태에 적합한 결선 상태를 선택할 수 있다.
또한, 이 실시의 형태에서는, 코일(3)의 결선 상태가 제1의 결선 상태일 때에, 컨버터(102)의 모선 전압을 제1의 모선 전압(V1)으로 하고, 코일(3)의 결선 상태가 제2의 결선 상태일 때에, 컨버터(102)의 모선 전압을 제1의 모선 전압(V1)보다도 높은 제2의 모선 전압(V2)으로 하고 있다. 그때문에, 전동기(1)의 회전수가 높아지는 경우에, 선간전압이 낮은 제2의 결선 상태로 전환하고, 또한 모선 전압을 높여서 전동기 효율 및 전동기 토오크를 향상할 수 있다.
또한, 제1의 결선 상태가 Y결선, 제2의 결선 상태가 델타결선이고, 전동기(1)의 제1의 회전수(N1)와 제2의 회전수(N2)가 N2/N1>√3을 만족하는 경우에는, 전동기(1)의 회전수가 제1의 회전수(N1)일 때에, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선으로 하고, 전동기(1)의 회전수가 제2의 회전수(N2)일 때에, 코일(3)의 결선 상태를 델타결선으로 하기 때문에, 회전수(N1, N2)의 어느 것에서도, 전동기 효율 및 전동기 토오크를 향상할 수 있다.
특히, 제1의 모선 전압(V1), 제2의 모선 전압(V2), 제1의 회전수(N1) 및 제2의 회전수(N2)가, V2≥(V1/√3)×N2/N1을 만족함에 의해, 회전수(N1, N2)에서 높은 전동기 효율 및 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
또한, 제1의 회전수(N1)가 난방 중간 조건에 상당하는 회전수이고, 제2의 회전수(N2)가 난방 정격 조건에 상당하는 회전수이기 때문에, 성능 개선의 대상이 되는 난방 중간 조건 및 난방 정격 조건에서, 높은 전동기 효율 및 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
즉, 제1의 회전수(N1)가 연중 에너지 소비 효율(APF)에서의 비율이 가장 높은 운전 조건에 상당하는 회전수이고, 제2의 회전수(N2)가 연중 에너지 소비 효율에서의 비율이 2번째로 높은 운전 조건에 상당하는 회전수이기 때문에, 공기 조화기의 에너지 소비 효율을 향상하는 효과가 크다.
또한, 제1의 모선 전압(V1)이 전원 전압의 실효치의 √2배와 같기 때문에, 코일(3)이 제1의 결선 상태에 있을 때에는, 컨버터(102)가 전원 전압을 승압하지 않고서 이용할 수가 있어서, 에너지 효율을 향상할 수 있다.
또한, 컨버터(102)가 SiC 소자 또는 GaN 소자로 구성되어 있기 때문에, 승압에 수반하는 손실이 작고, 에너지 효율을 더욱 향상할 수 있다.
또한, Y결선(제1의 결선 상태) 및 델타결선(제2의 결선 상태)의 각각에서, 전동기(1)의 회전수에 응하여 약화 계자 제어를 행하기 때문에, 선간전압이 인버터 최대 출력 전압에 달하여도 전동기(1)의 회전수를 상승시킬 수 있다.
또한, 제어 장치(50)가, 리모컨(55)으로부터 신호 수신부(56)를 통하여 운전 정지 신호를 수신한 경우, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선에서 델타결선으로 전환된 후, 제어 장치(50)는 공기 조화기(5)의 운전을 종료시킨다. 코일(3)의 결선 상태가 이미 델타결선인 경우에는, 그 결선 상태가 유지된다. 따라서 공기 조화기(5)의 운전 시작시(기동시)에, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선의 상태에서 공기 조화기(5)의 운전을 시작시킬 수 있다. 이에 의해, 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)가 큰 경우에도, 델타결선의 상태에서 공기 조화기(5)의 운전을 시작시킬 수가 있어서, 실내 온도(Ta)를 신속하게 설정 온도(Ts)에 접근할 수 있다.
제1의 변형례.
다음에, 실시의 형태 1의 제1의 변형례에 관해 설명한다. 상기한 실시의 형태에서는, 코일의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 회전수(N0)(즉, 온도차(ΔT)와 임계치(ΔTr)가 같아질 때의 회전수)와, 델타결선에서 Y결선으로 전환한 회전수(N0)(온도차)가 같았지만, 다른 회전수라도 좋다.
도 31(A) 및 (B)는, 결선 전환부(60)에 의한 결선 상태의 전환 및 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 전환을 행한 경우의 전동기 효율과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 31(A) 및 (B)에 도시하는 바와 같이, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환하는 회전수(N4)와, 델타결선에서 Y결선으로 전환하는 회전수(N5)는, 서로 다르다.
또한, 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 전환은, 코일(3)의 결선 상태의 전환과 동시에 행하여진다. 즉, Y결선에서 델타결선으로 전환하는 회전수(N4)에서는, 모선 전압이 승압된다. 한편, 델타결선에서 Y결선으로 전환하는 회전수(N5)에서는, 모선 전압이 강압된다.
이와 같은 제어는, 예를 들면, 도 10의 스텝 S107의 임계치(ΔTr)와, 스텝 S108의 임계치(ΔTr)를, 서로 다른 값으로 설정함에 의해 실행할 수 있다. 도 31(A) 및 (B)에 도시한 예에서는, Y결선에서 델타결선으로 전환한 회전수(N4)가, 델타결선에서 Y결선으로 전환한 회전수(N5)보다도 크지만, 대소가 반대라도 좋다. 제1의 변형례에서의 다른 동작 및 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이 제1의 변형례에서도, 실내 온도(Ta)에 의거하여 코일(3)의 결선 상태를 전환함으로써, 공기 조화기(5)의 급격한 부하 변동에 대해, 압축기(41)의 운전 상태를 신속하게 대응시킬 수 있다. 또한, 코일(3)의 결선 상태의 전환에 응하여 컨버터(102)의 모선 전압을 전환함에 의해, 높은 전동기 효율을 얻을 수 있다.
제2의 변형례.
다음에, 실시의 형태 1의 제2의 변형례에 관해 설명한다. 상기한 실시의 형태에서는, 컨버터(102)의 모선 전압을 2단계(V1/V2)로 전환하였지만, 도 32에 도시하는 바와 같이, 3단계로 전환하여도 좋다.
도 32는, 제2의 변형례에서, 결선 상태의 전환과, 컨버터(102)의 모선 전압의 전환을 행한 경우의 선간전압과 회전수와의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 32의 예에서는, 난방 중간 조건에 상당하는 회전수(N1)(Y결선)에서는 컨버터(102)의 모선 전압을 V1으로 하여, 회전수(N1)와 회전수(N2)(난방 정격 조건) 사이의 회전수(N6)에서, Y결선에서 델타결선으로 전환하고, 동시에, 모선 전압을 V2로 승압하고 있다.
또한, 회전수(N2)보다도 높은 회전수(N7)에서, 결선 상태는 그대로이고, 컨버터(102)의 모선 전압을 V3으로 승압하고 있다. 이 회전수(N7)로부터 최고 회전수(N8)까지는, 컨버터(102)의 모선 전압은 V3이다. 제2의 변형례에서의 다른 동작 및 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이와 같이, 제2의 변형례에서는, 컨버터(102)의 모선 전압을 V1, V2, V3의 3단계로 전환하고 있기 때문에, 특히 고회전 속도역에서, 높은 전동기 효율 및 높은 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
또한, 모선 전압의 전환은, 2단계 또는 3단계로 한하지 않고, 4단계 이상이라도 좋다. 또한, 제1의 변형례(도 31)에서, 컨버터(102)의 모선 전압을 3단계 이상으로 전환하여도 좋다.
제3의 변형례.
다음에, 실시의 형태 1의 제3의 변형례에 관해 설명한다. 상기한 실시의 형태에서는, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선과 델타결선으로 전환하였다. 그렇지만, 코일(3)의 결선 상태를 직렬 접속과 병렬 접속으로 전환하여도 좋다.
도 33(A) 및 (B)는, 제3의 변형례의 코일(3)의 결선 상태의 전환을 설명하기 위한 모식도이다. 도 33(A)에서는, 3상의 코일(3U, 3V, 3W)은 Y결선에 의해 결선되어 있다. 또한, 코일(3U)의 코일 부분(Ua, Ub, Uc)은 직렬로 접속되고, 코일(3V)의 코일 부분(Va, Vb, Vc)은 직렬로 접속되고, 코일(3W)의 코일 부분(Wa, Wb, Wc)은 직렬로 접속되어 있다. 즉, 코일(3)의 각 상의 코일 부분은 직렬로 접속되어 있다.
한편, 도 33(B)에서는, 3상의 코일(3U, 3V, 3W)은 Y결선에 의해 결선되어 있지만, 코일(3U)의 코일 부분(Ua, Ub, Uc)은 병렬로 접속되고, 코일(3V)의 코일 부분(Va, Vb, Vc)은 병렬로 접속되고, 코일(3W)의 코일 부분(Wa, Wb, Wc)은 병렬로 접속되어 있다. 즉, 코일(3)의 각 상의 코일 부분은 병렬로 접속되어 있다. 도 33(A) 및 (B)에 도시한 코일(3)의 결선 상태의 전환은, 예를 들면, 코일(3U, 3V, 3W)의 각 코일 부분에 전환 스위치를 마련함에 의해, 실현할 수 있다.
각 상에서 병렬 접속된 코일 부분의 수(즉 열수)를 n이라고 하면, 직렬 접속(도 33(A))에서 병렬 접속(도 33(B))으로 전환함에 의해, 선간전압은 1/n배로 저하된다. 따라서, 선간전압이 인버터 최고 출력 전압에 접근한 때에, 코일(3)의 결선 상태를 직렬 접속에서 병렬 접속으로 전환함에 의해, 약화 계자의 정도를 작게 억제할(즉 약화 전류를 작게 할) 수 있다.
성능 개선의 대상이 되는 부하 조건이 2개 있고, 저속측의 회전수(N1)와, 고속측의 회전수(N2)가, (N2/N1)>n을 만족하는 경우에는, 코일(3)의 결선 상태를 직렬 접속에서 병렬 접속으로 전환하는 것만으로는 선간전압이 인버터 최대 출력 전압보다도 커지기 때문에, 약화 계자 제어가 필요해진다. 그래서, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 코일(3)의 결선 상태를 직렬 접속에서 병렬 접속으로 전환하는 동시에, 컨버터(102)의 모선 전압을 승압한다. 이에 의해, 회전수(N1)를 포함하는 회전수역과 회전수(N2)를 포함하는 회전수역의 어느 것에서도, 높은 전동기 효율 및 높은 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
도 34(A) 및 (B)는, 제3의 변형례의 다른 구성례를 설명하기 위한 모식도이다. 도 34(A)에서는, 3상의 코일(3U, 3V, 3W)은 델타결선에 의해 결선되어 있다. 또한, 코일(3U)의 코일 부분(Ua, Ub, Uc)은 직렬로 접속되고, 코일(3V)의 코일 부분(Va, Vb, Vc)은 직렬로 접속되고, 코일(3W)의 코일 부분(Wa, Wb, Wc)은 직렬로 접속되어 있다. 즉, 코일(3)의 각 상의 코일 부분은 직렬로 접속되어 있다.
한편, 도 34(B)에서는, 3상의 코일(3U, 3V, 3W)은 델타결선에 의해 결선되어 있지만, 코일(3U)의 코일 부분(Ua, Ub, Uc)은 병렬로 접속되고, 코일(3V)의 코일 부분(Va, Vb, Vc)은 병렬로 접속되고, 코일(3W)의 코일 부분(Wa, Wb, Wc)은 병렬로 접속되어 있다. 즉, 코일(3)의 각 상의 코일 부분은 병렬로 접속되어 있다.
이 경우도, 도 33(A) 및 (B)에 도시한 예와 마찬가지로, 성능 개선의 대상이 되는 2개의 부하 조건 중, 저속측의 회전수(N1)와 고속측의 회전수(N2)가 (N2/N1)>n을 만족하는 경우에, 코일(3)의 결선 상태를 직렬 접속(도 33(A))에서 병렬 접속(도 33(B))으로 전환하고, 동시에 컨버터(102)의 모선 전압을 승압한다. 제3의 변형례에서의 다른 동작 및 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다. 승압 후의 모선 전압(V2)은, 승압 전의 모선 전압(V1)에 대해, V2≥(V1/n)×N2/N1이면 좋다.
이와 같이, 제3의 변형례에서는, 컨버터(102)의 결선 상태를 직렬 접속과 병렬 접속으로 전환함에 의해, 약화 계자의 정도를 작게 억제하고, 전동기 효율을 향상할 수 있다. 또한, 모선 전압(V1, V2) 및 회전수(N1, N2)가, V2≥(V1/n)×N2/N1을 만족함에 의해, 회전수(N1, N2)에서의 높은 전동기 효율 및 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
또한, 제1의 변형례 및 제2의 변형례에서, 직렬 접속(제1의 결선 상태)과 병렬 접속(제2의 결선 상태)을 전환하여도 좋다.
제4의 변형례.
상술한 실시의 형태에서는, 실내 온도 센서(54)에 의해 검출한 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 차(ΔT)의 절대치를 임계치(ΔTr)와 비교하여, 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환하였지만, 실내 온도(Ta)에 의거하여 공조 부하를 산출하고, 공조 부하에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환하여도 좋다.
도 35는, 제4의 변형례의 공기 조화기의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 스텝 S101∼S105는, 실시의 형태 1과 마찬가지이다. 스텝 S104에서 전동기(1)를 기동한 후, 운전 정지 신호를 수신하지 않았으면(스텝 S105), 제어 장치(50)는, 실내 온도 센서(54)에서 검출한 실내 온도(Ta)와, 리모컨(55)에 의해 설정된 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)를 취득하고(스텝 S201), 이 온도차(ΔT)에 의거하여, 공조 부하를 산출한다(스텝 S202).
다음에, 산출한 공조 부하에 의거하여, 코일(3)의 델타결선에서 Y결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 스텝 S202에서 산출한 공조 부하가 임계치(공조 부하의 기준치) 이하인지의 여부를 판단한다(스텝 S203).
스텝 S203에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이며, 또한 공조 부하가 임계치 이하면, 도 11에 도시한 스텝 S121∼S124의 처리를 행한다. 도 11의 스텝 S121∼S124에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 델타결선에서 Y결선으로의 전환 및 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 승압을 행한다.
상기 스텝 S203에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이 아닌 경우(Y결선인 경우), 또는, 공조 부하가 임계치보다 큰 경우(즉 Y결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S204로 진행한다.
스텝 S204에서는, Y결선에서 델타결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 스텝 S202에서 산출한 공조 부하가 임계치보다 큰지의 여부를 판단한다.
스텝 S204에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 공조 부하가 임계치보다 크면, 도 12에 도시한 스텝 S131∼S134의 처리를 행한다. 도 12의 스텝 S131∼S134에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, Y결선에서 델타결선으로의 전환 및 컨버터(102)에 의한 모선 전압의 강압을 행한다.
상기 스텝 S204에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이 아닌 경우(델타결선인 경우), 또는, 공조 부하가 임계치보다 큰 경우(즉 델타결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S105로 되돌아온다. 운전 정지 신호를 수신한 경우의 처리(스텝 S109∼S111)는, 실시의 형태 1과 마찬가지이다. 제4의 변형례에서의 다른 동작 및 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이와 같이, 제4의 변형례에서는, 실내 온도(Ta)에 의거하여 공조 부하를 산출하고, 산출한 공조 부하에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환하고 있기 때문에, 공기 조화기(5)의 부하 변동에 대해, 압축기(41)의 운전 상태를 신속하게 대응시킬 수 있고, 쾌적성을 향상할 수 있다.
또한, 제1의 변형례, 제2의 변형례 및 제3의 변형례에서, 공조 부하에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압의 전환을 행하여도 좋다.
제5의 변형례.
상술한 실시의 형태에서는, 실내 온도 센서(54)에 의해 검출한 실내 온도(Ta)와 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환하였지만, 전동기(1)의 회전수에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환하여도 좋다.
도 36은, 제5의 변형례의 공기 조화기의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 스텝 S101∼S105는, 실시의 형태 1과 마찬가지이다. 스텝 S104에서 전동기(1)를 기동한 후, 운전 정지 신호를 수신하지 않았으면(스텝 S105), 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전수를 취득한다(스텝 S301). 전동기(1)의 회전수는, 인버터(103)의 출력 전류의 주파수이고, 전동기(1)에 부착한 전류 센서 등을 이용하여 검출할 수 있다.
다음에, 이 전동기(1)의 회전수에 의거하여, 코일(3)의 델타결선에서 Y결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 전동기(1)의 회전수가 임계치(회전수의 기준치) 이하인지의 여부를 판단한다(스텝 S302).
난방 운전인 경우, 스텝 S302에서 이용하는 임계치는, 난방 중간 조건에 상당하는 회전수(N1)와, 난방 정격 조건에 상당하는 회전수(N2) 사이의 값(보다 바람직하게는 중간치)인 것이 바람직하다. 또한, 냉방 운전인 경우, 스텝 S302에서 이용하는 임계치는, 냉방 중간 조건에 상당하는 회전수(N1)와, 냉방 정격 조건에 상당하는 회전수(N2) 사이의 값(보다 바람직하게는 중간치)인 것이 바람직하다.
예를 들면 냉동 능력 6.3㎾의 가정용의 공기 조화기인 경우, 난방 중간 조건에 상당하는 회전수(N1)가 35rps이고, 난방 정격 조건에 상당하는 회전수(N2)가 85rps이기 때문에, 스텝 S302에서 이용하는 임계치는, 회전수(N1)와 회전수(N2)의 중간치인 60rps가 바람직하다.
단, 전동기(1)의 회전수는 변동할 가능성이 있다. 그때문에, 이 스텝 S302에서는, 전동기(1)의 회전수가 임계치 이상인 상태가, 미리 설정한 시간에 걸쳐서 계속하였는지의 여부를 판단한다.
스텝 S302에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이며, 또한 전동기(1)의 회전수가 임계치 이하면, 도 11에 도시한 스텝 S121∼S124의 처리를 행한다. 도 11의 스텝 S121∼S124에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 델타결선에서 Y결선으로의 전환 및 컨버터(102)의 모선 전압의 승압을 행한다.
상기 스텝 S302에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이 아닌 경우(Y결선인 경우), 또는, 전동기(1)의 회전수가 임계치보다 큰 경우(즉 Y결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S303으로 진행한다.
스텝 S303에서는, Y결선에서 델타결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 전동기(1)의 회전수가 임계치보다 큰지의 여부를 판단한다.
스텝 S303에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 전동기(1)의 회전수가 임계치보다 크면, 도 12에 도시한 스텝 S131∼S134의 처리를 행한다. 도 12의 스텝 S131∼S134에서는, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, Y결선에서 델타결선으로의 전환 및 컨버터(102)의 모선 전압의 강압을 행한다.
상기 스텝 S303에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이 아닌 경우(델타결선인 경우), 또는, 전동기(1)의 회전수가 임계치보다 큰 경우(즉 델타결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S105로 되돌아온다. 운전 정지 신호를 수신한 경우의 처리(스텝 S109∼S111)는, 실시의 형태 1과 마찬가지이다. 제5의 변형례에서의 다른 동작 및 구성은, 실시의 형태 1과 마찬가지이다.
이와 같이, 제5의 변형례에서는, 전동기(1)의 회전수에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압을 전환함에 의해, 높은 전동기 효율 및 높은 전동기 토오크를 얻을 수 있다.
또한, 제1의 변형례, 제2의 변형례 및 제3의 변형례에서, 전동기(1)의 회전수에 의거하여 코일(3)의 결선 상태 및 컨버터(102)의 모선 전압의 전환을 행하여도 좋다.
또한, 여기서는, 압축기의 한 예로서 로터리 압축기(8)에 관해 설명하였지만, 각 실시의 형태의 전동기는, 로터리 압축기(8) 이외의 압축기에 적용하여도 좋다.
실시의 형태 2.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 2에 관해 설명한다.
<공기 조화기의 구성>
도 37은, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 38은, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)의 제어계를 도시하는 블록도이다. 도 39는, 실시의 형태 2의 구동 장치(100a)의 제어계를 도시하는 블록도이다. 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)는, 압축기 상태 검출부로서의 압축기 온도 센서(71)를 또한 구비한다. 압축기 온도 센서(71)는, 로터리 압축기(8)의 상태를 나타내는 압축기 온도(TC)를 검출하는 온도 센서이다. 단, 압축기 상태 검출부는, 로터리 압축기(8)의 상태를 검출 가능한 검출기라면 좋고, 온도 센서로 한정되지 않는다.
압축기 온도 센서(71)를 제외하고, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500) 및 구동 장치(100a)의 구성은, 실시의 형태 1의 공기 조화기(5) 및 구동 장치(100)와 각각 마찬가지이다.
도 39에 도시되는 예에서는, 구동 장치(100a)는, 전원(101)의 출력을 정류하는 컨버터(102)와, 전동기(1)의 코일(3)에 교류 전압을 출력하는 인버터(103)와, 코일(3)의 결선 상태를 전환하는 결선 전환부(60)와, 제어 장치(50)와, 압축기 온도 센서(71)를 구비하여 구성된다. 컨버터(102)에는, 교류(AC) 전원인 전원(101)으로부터 전력이 공급된다.
압축기 온도 센서(71)를 제외하고, 실시의 형태 2의 구동 장치(100a)의 구성은, 실시의 형태 1의 구동 장치(100)와 마찬가지이다. 단, 압축기 온도 센서(71)는, 구동 장치(100a)의 구성 요소가 아니라도 좋다. 구동 장치(100a)는, 로터리 압축기(8)와 함께 사용되고, 전동기(1)를 구동한다.
영구자석형 전동기에 사용되는, Nd-Fe-B(네오디뮴-철-붕소)를 주성분으로 하는 네오디뮴 희토류 자석의 보자력은, 온도에 따라 저하되는 성질을 갖는다. 압축기와 같은 140℃의 고온 분위기중에서 네오디뮴 희토류 자석을 사용한 전동기를 사용하는 경우, 자석의 보자력은 온도에 따라 열화(-0.5∼-0.6%/ΔK)되기 때문에, Dy(디스프로슘) 원소를 첨가하여 보자력을 향상시킬 필요성이 있다.
Dy 원소를 자석에 첨가하면, 보자력 특성은 향상하지만, 잔류 자속밀도 특성이 저하된다는 결점이 있다. 잔류 자속밀도가 저하되면, 전동기의 마그넷 토오크가 저하되고, 통전 전류가 증가하기 때문에, 동손이 증가한다. 그때문에, 효율면에서도 Dy 첨가량을 저감하고 싶다는 요구는 크다.
예를 들면, 압축기의 구동중에 있어서의 압축기의 최고 온도를 내리면, 자석 최고 온도를 저감할 수 있고, 자석의 감자를 완화할 수 있다. 그때문에, 압축기의 온도를 제한하기 위한 임계치로서의 압축기 온도 임계치에 의거하여 압축기(예를 들면, 전동기의 회전수)를 제어하는 것이 유효하다.
그렇지만, 압축기 온도 임계치를 낮게 설정하면, 설정치에 따라서는 낮은 부하(공조 부하)의 상태에서, 전동기의 회전수를 내리는 지령, 또는, 전동기를 정지하는 지령이 나오게 되는 일이 있다. 이 경우, 전동기의 최대 운전 범위가 좁아지고, 공기 조화기가 구비된 실내의 상황(예를 들면, 상기한 온도차(ΔT))에 관계없이, 전동기의 운전이 제한된다.
그래서, 실시의 형태 2에서는, 제어 장치(50)는, 코일(3)의 결선 상태에 따라 다른 임계치(압축기 온도 임계치)에 의거하여 전동기(1)의 구동 방법을 변경하는 지령을 발한다. 구체적으로는, 제어 장치(50)는, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 압축기 온도(TC)가, 압축기 온도 임계치보다도 크다고 판정한 경우에, 전동기(1)의 구동 방법을 변경하는 지령을 낸다. 이에 의해, 로터리 압축기(8)의 온도를 저하시켜, 로터리 압축기(8)를 보호한다.
압축기 온도 센서(71)는, 로터리 압축기(8)의 상태를 나타내는 압축기 온도(TC)를 검출한다. 본 실시의 형태에서는, 압축기 온도 센서(71)는, 로터리 압축기(8)의 토출관(85)에 고정되어 있다. 단, 압축기 온도 센서(71)가 고정되는 위치는, 토출관(85)으로 한정되지 않는다.
압축기 온도(TC)는, 예를 들면, 로터리 압축기(8)의 셸(80), 로터리 압축기(8)의 토출관(85)(예를 들면, 토출관(85)의 상부), 로터리 압축기(8) 내의 냉매(예를 들면, 토출관(85)을 통과하는 냉매) 및 로터리 압축기(8)의 내부에 구비된 전동기(1)중의 적어도 하나의 온도이다. 압축기 온도(TC)는, 이들의 요소 이외의 요소의 온도라도 좋다.
압축기 온도(TC)는, 예를 들면, 미리 정하여진 시간 내에서 계측된 최고 온도이다. 압축기 온도(TC)의 측정 대상마다, 미리 계측된 로터리 압축기(8) 내의 온도 데이터와 압축기 온도(TC)와의 상관 관계를, 제어 장치(50) 내의 메모리(58)에 기억시키고 있어도 좋다. 미리 계측된 로터리 압축기(8) 내의 온도 데이터는, 냉매의 순환량 및 전동기(1)의 발열 온도 등에 따라 변동하는 로터리 압축기(8) 내의 온도(최고 온도)를 나타내는 데이터이다. 이 경우, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 압축기 온도(TC)를, 후술하는 제1의 검출치 또는 제2의 검출치로서 이용하여도 좋고, 압축기 온도(TC)와의 상관 관계에 의거하여 산출된 온도 데이터를, 후술하는 제1의 검출치 또는 제2의 검출치로서 이용하여도 좋다.
코일(3)의 결선 상태가 제1의 결선 상태(예를 들면, Y결선)일 때, 제어 장치(50)는, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 제1의 검출치와, 압축기 온도 임계치로서의 임계치(TY)(제1의 임계치)에 의거하여 전동기(1)를 제어한다. 임계치(TY)는, 예를 들면, 90℃이다. 온도 센서 이외의 검출기를 압축기 상태 검출부로서 이용한 경우는, 온도 이외의 값을 임계치로서 설정하여도 좋다.
구체적으로는, 제1의 검출치가 임계치(TY)보다도 큰 때, 제어 장치(50)는, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 적어도 하나의 온도(압축기 온도(TC))가 저하되도록 전동기(1)를 제어한다. 예를 들면, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전수가 적어지도록 전동기(1)의 회전수를 변경하는 지령을 내든지, 또는, 전동기(1)의 구동(회전)을 정지시킨다. 이에 의해, 압축기 온도(TC)를 저하시킬 수 있다.
코일(3)의 결선 상태가 제2의 결선 상태(예를 들면, 델타결선)일 때, 제어 장치(50)는, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 제2의 검출치와, 압축기 온도 임계치로서의 임계치(TΔ)(제2의 임계치)에 의거하여 전동기(1)를 제어한다.
구체적으로는, 제2의 검출치가 임계치(TΔ)보다도 큰 때, 제어 장치(50)는, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 적어도 하나의 온도(압축기 온도(TC))가 저하되도록 전동기(1)를 제어한다. 예를 들면, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전수가 적어지도록 전동기(1)의 회전수를 변경하는 지령을 내든지, 또는, 전동기(1)의 구동(회전)을 정지시킨다. 이에 의해, 압축기 온도(TC)를 저하시킬 수 있다.
전동기(1)는, 전동기(1)의 발열에 의한 온도 변화, 냉매에 의한 냉각 효과 등을 고려하여, 자석이 도달할 수 있는 최고 온도(압축기 온도 임계치)에서 감자하지 않도록 설계되어 있다. 예를 들면, 본 실시의 형태에서는, 전동기(1)의 영구자석(25)은, 자석 최고 온도인 140℃ 부근에서 감자하지 않도록 설계되어 있다. 이 경우, 임계치(TΔ)가 140℃로 설정된다.
결선 전환부(60)에 의해 전환 가능한 코일(3)의 결선 상태 중, 선간전압이 낮은 결선 상태일수록 압축기 온도 임계치를 높게 설정한다. 본 실시의 형태에서는, 델타결선에서의 인버터(103)의 선간전압은, Y결선에서의 인버터(103)의 선간전압보다도 낮다. 따라서 임계치(TΔ)는, 임계치(TY)보다도 커지도록 설정된다. 이에 의해, 전동기(1)의 최대 운전 범위(특히, 델타결선에서의 전동기(1)의 최대 회전수)가 좁아지지 않도록 할 수 있다.
<공기 조화기의 동작>
다음에, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)의 기본 동작(전동기(1), 로터리 압축기(8) 및 공기 조화기(500)의 제어 방법)에 관해 설명한다.
도 40은, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트이다.
스텝 S101∼S105는, 실시의 형태 1(도 10)과 마찬가지이다. 스텝 S105에서 운전 정지 신호를 수신하지 않은 경우에는, 스텝 S401로 진행한다.
결선 전환부(60)는, 상기한 온도차(ΔT) 또는 전동기(1)의 회전수 등에 응하여, 코일(3)의 결선 상태를, 델타결선(본 실시의 형태에서는, 제2의 결선 상태)과 Y결선(본 실시의 형태에서는, 제1의 결선 상태)의 사이에서 전환할 수 있다.
압축기 온도 센서(71)는, 로터리 압축기(8)의 상태를 검출한다(스텝 S401). 본 실시의 형태에서는, 로터리 압축기(8)의 상태를 나타내는 압축기 온도(TC)(예를 들면, 토출관(85)의 온도)를 검출한다.
스텝 S40에서는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선일 때, 압축기 온도(TC)를 제1의 검출치로서 검출한다. 한편, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선일 때, 압축기 온도(TC)를 제2의 검출치로서 검출한다.
또한, 제어 장치(50)는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 압축기 온도(TC)가 임계치(TY)보다도 큰지의 여부를 판단한다(스텝 S402).
스텝 S402에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 압축기 온도(TC)가 임계치(TY)보다도 크면, 스텝 S404로 진행한다.
상기 스텝 S402의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이 아닌 경우(델타결선인 경우), 또는, 압축기 온도(TC)가 임계치(TY) 이하인 경우에는, 스텝 S403으로 진행한다.
스텝 S403에서는, 제어 장치(50)는, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 압축기 온도(TC)가 임계치(TΔ)보다도 큰지의 여부를 판단한다.
스텝 S403에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 압축기 온도(TC)가 임계치(TΔ)보다도 크면, 스텝 S404로 진행한다.
상기 스텝 S403에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이 아닌 경우(Y결선인 경우), 또는, 압축기 온도(TC)가 임계치(TΔ) 이하인 경우에는, 스텝 S105로 되돌아온다.
스텝 S404에서는, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전수를 저하시킨다. 단, 전동기(1)의 회전수를 저하시키는 대신에 전동기(1)를 정지시켜도 좋다. 스텝 S404에서 전동기(1)를 정지시키는 경우는, 코일(3)의 결선 상태를 변경하지 않고 전동기(1)를 정지시킨다. 스텝 S404에서 전동기(1)를 정지시킨 경우는, 예를 들면, 미리 정하여진 시간 경과 후에 전동기(1)를 기동하고 나서 스텝 S105로 되돌아온다.
즉, 스텝 S401∼S404에서는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선일 때, 제1의 검출치와 제1의 임계치(임계치(TY))에 의거하여 전동기(1)를 제어하고, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선일 때, 제2의 검출치와 제2의 임계치(임계치(TΔ))에 의거하여 전동기(1)를 제어한다. 이에 의해, 압축기 온도(TC)가 임계치(TY) 또는 임계치(TΔ)보다도 낮아지도록 로터리 압축기(8)를 제어할 수 있다.
상기한 스텝 S105에서 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전을 정지한다(스텝 S109). 또한, 스텝 S404에서 전동기(1)를 정지시킨 상태에서 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 전동기(1)를 정지시킨 상태에서 스텝 S110로 진행한다. 또한, 도 40에서는 생략하지만, 스텝 S401∼S404의 사이에서도, 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 스텝 S109로 진행하여 전동기(1)의 회전을 정지한다.
그 후, 제어 장치(50)는, 공기 조화기(500)의 정지 처리를 행한다(스텝 S110). 구체적으로는, 실내 송풍 팬(47) 및 실외 송풍 팬(46)의 각 팬 모터를 정지한다. 그 후, 제어 장치(50)의 CPU(57)가 정지하고, 공기 조화기(500)의 운전이 종료된다.
스텝 S110에서, 공기 조화기(500)의 정지 처리를 행하는 경우, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선인 것이 바람직하다. 예를 들면, 스텝 S110에서, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선인 때, 제어 장치(50)는, 결선 전환부(60)에 결선 전환 신호를 출력하여, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환한다.
<실시의 형태 2의 효과>
실시의 형태 2에 의하면, 코일(3)의 결선 상태를 고려하여, 압축기 온도 임계치를 이용하여 전동기(1)를 제어한다. 예를 들면, 압축기 온도 센서(71)에 의해 검출된 검출치가 압축기 온도 임계치보다도 큰 때, 압축기 온도(TC)(즉, 로터리 압축기(8) 내의 온도)가 저하되도록 전동기(1)가 제어된다. 이에 의해, 전동기(1)에서의 감자를 막을 수 있고, 로터리 압축기(8)의 상태에 응하여, 전동기(1)를 적절하게 제어할 수 있다.
실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선과 델타결선으로 전환하여 운전하는 구동 장치에서는, 델타결선에서는 종래와 같은 고회전수의 운전을 행하고, Y결선에서는 공조 부하가 작은 저회전수로 운전을 행한다. 그때문에, 코일(3)의 결선 상태를 델타결선에서 Y결선으로 전환함에 의해, 통상 부하 운전을 행할 때의 로터리 압축기(8)의 최고 온도(압축기 온도(TC)의 최대치)에 관해, 델타결선에서의 운전시보다도 Y결선에서의 운전시의 로터리 압축기(8)의 최고 온도의 쪽이 낮아지도록 구성할 수 있다.
예를 들면, 코일(3)의 결선 상태를 고려하지 않고, 미리 정하여진 하나의 압축기 온도 임계치(예를 들면, 임계치(TY)와 같은 값)에 의거하여 전동기(1)를 제어하는 경우, 전동기(1)의 최대 운전 범위(특히, 델타결선에서의 전동기(1)의 최대 회전수)가 좁아지는 경우가 있다. 그래서, 실시의 형태 2에서는, 코일(3)의 결선 상태를 고려하여, 복수의 압축기 온도 임계치를 이용하여 전동기(1)를 제어한다.
구체적으로는, 코일(3)의 결선 상태에 따라 다른 압축기 온도 임계치(예를 들면, 임계치(TY) 및 임계치(TΔ))에 의거하여 전동기(1)를 제어한다. 따라서 압축기 온도 임계치를 델타결선에서의 운전시보다도 Y결선에서의 운전시에서 낮게 설정하여도, 전동기(1)의 최대 운전 범위(특히, 델타결선으로의 전동기(1)의 최대 회전수)가 좁아지지 않도록 할 수 있다.
예를 들면, 실시의 형태 1에서 설명한 코일(3)의 결선 상태의 전환을 행하는 구성에서는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 전동기(1)가 낮은 회전수(난방 중간 조건)일 때에, 선간전압(전동기 전압)이 인버터 최대 출력 전압과 거의 같아지도록 구성하여, 고효율화를 도모하고 있다. 이 경우, 결선 전환 회수를 줄이기 위해, 전동기(1)를 가능한 한 고속 회전까지 회전시키고 싶은 경우가 있다. 그때문에, 약화 계자로 운전이 행하여지지만, 약화 전류가 증가하고, 감자가 악화한다.
온도가 낮은 쪽이 영구자석(25)의 보자력이 높고, 전류를 늘려도 감자되기 어렵게 할 수 있다. 그래서, 실시의 형태 2에 의하면, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선일 때의 압축기 온도 임계치(TY)가, 델타결선일 때의 압축기 온도 임계치(TΔ)보다도 낮게 설정되어 있다. 이에 의해, 델타결선에서의 운전시보다도 Y결선에서의 운전시의 로터리 압축기(8)의 최고 온도의 쪽이 낮아지도록 구성할 수 있다. 따라서 약화 전류가 증가하여도 감자하지 않는 구성으로 할 수가 있어서, 보다 고속 회전까지 Y결선에서의 구동이 가능해지고, 결선의 전환 자유도가 커진다는 이점이 있다. 환언하면, 전동기(1)의 자석의 보자력이 높은 상태에서 전동기(1)를 구동시킬 수 있고, 전동기(1)에 보다 큰 전류를 흘려도 감자되기 어렵게 할 수 있다. 또한, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선일 때에, 약화 계자로 보다 고속 회전까지 전동기(1)를 구동시킬 수 있다.
또한, 결선 전환을 행하지 않는 종래의 코일의 감는수(턴수)와 가까운 감는수인 코일의 Y결선으로부터, 델타결선으로 전환하는 경우, 고속 회전에서의 약화 계자를 억제할 수가 있어서, 종래보다도 델타결선에서 감자에 강한 구성을 얻을 수 있다.
또한, Y결선에서는, 종래보다도 압축기 온도 임계치를 낮게 설정할 수 있기 때문에, Y결선 및 델타결선의 쌍방에서 감자 특성을 향상시킬 수 있고, 디스프로슘(Dy)이 첨가되지 않은 자석을 사용하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 영구자석(25)으로서, 네오디뮴(Nd), 철(Fe) 및 붕소(B)를 주성분으로 하는 희토류 자석을 사용할 수 있고, 이 영구자석(25)은, 보자력을 향상시키기 위한 첨가물로서의 디스프로슘(Dy)를 포함하지 않는다. 이 경우, 영구자석(25)의 잔류 자속밀도는, 1.36T부터 1.42T이고, 보자력은, 1671㎄/m부터 1989㎄/m이고, 최대 에너지 곱은, 354kJ/㎥부터 398kJ/㎥이다
실시의 형태 2의 변형례.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 2의 변형례에 관해 설명한다. 상기한 실시의 형태 2는, 실시의 형태 1(각 변형례를 포함한다)과 조합시킬 수 있다. 그래서, 실시의 형태 2의 변형례에서는, 실시의 형태 2에서 설명한 공기 조화기의 동작(전동기(1), 로터리 압축기(8) 및 공기 조화기(500)의 제어 방법)의 다른 예에 관해 설명한다. 실시의 형태 2의 변형례의 공기 조화기의 구성은, 실시의 형태 2의 공기 조화기(500)의 구성과 같다. 따라서 실시의 형태 2의 변형례의 공기 조화기를, 공기 조화기(500)라고 칭한다.
도 41은, 실시의 형태 2의 변형례의 공기 조화기(500)의 기본 동작을 도시하는 플로우 차트이다.
스텝 S101∼S106은, 실시의 형태 1(도 10)과 마찬가지이다.
스텝 S107에서는, 제어 장치(50)는, 실내 온도 센서(54)에서 검출한 실내 온도(Ta)와, 리모컨(55)에 의해 설정된 설정 온도(Ts)와의 온도차(ΔT)에 의거하여, 코일(3)의 델타결선에서 Y결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 즉, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 상기한 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하인지의 여부를 판단한다(스텝 S107).
스텝 S107에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이고, 또한, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하면, 스텝 S121(도 11)로 진행한다.
상기 스텝 S107에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 델타결선이 아닌 경우(Y결선인 경우), 또는, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 큰 경우(즉 Y결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S108로 진행한다.
스텝 S108에서는, 코일(3)의 Y결선에서 델타결선으로의 전환의 필요여부를 판단한다. 예를 들면, 실시의 형태 1(스텝 S108)과 마찬가지로, 제어 장치(50)는, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 상기한 온도차(ΔT)의 절대치가, 임계치(ΔTr)보다 큰지의 여부를 판단한다.
스텝 S108에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이고, 또한, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr)보다 크면, 스텝 S131(도 12)로 진행한다. 실시의 형태 2의 변형례에서, 도 12에 도시되는 스텝 S131∼S134에서의 처리는, 도 13(A)에 도시되는 처리(스텝 S135, S136 및 S131∼S134), 또는 도 13(B)에 도시되는 처리(스텝 S137, S138 및 S131∼S134)로 치환하여도 좋다.
도 41에 도시되는 스텝 S106∼S108에서의 처리는, 실시의 형태 1의 각 변형에서의 처리(예를 들면, 도 35에 도시되는 스텝 S201∼S204, 또는 도 36에 도시되는 스텝 S301∼S303)로 치환하여도 좋다.
상기 스텝 S108에서의 비교의 결과, 코일(3)의 결선 상태가 Y결선이 아닌 경우(델타결선인 경우), 또는, 온도차(ΔT)의 절대치가 임계치(ΔTr) 이하인 경우(즉 델타결선으로 전환할 필요가 없는 경우)에는, 스텝 S401로 진행한다.
스텝 S401∼S404는, 실시의 형태 2(도 40)와 마찬가지이다.
상기한 스텝 S105에서 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 제어 장치(50)는, 전동기(1)의 회전을 정지한다(스텝 S109). 또한, 스텝 S404에서 전동기(1)를 정지시킨 상태에서 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 전동기(1)를 정지시킨 상태에서 스텝 S110로 진행한다. 또한, 도 41에서는 생략하지만, 스텝 S105∼S108 또는 스텝 S401∼S404에서도, 운전 정지 신호를 수신한 경우에는, 스텝 S109로 진행하여 전동기(1)의 회전을 정지한다.
그 후, 제어 장치(50)(구체적으로는, 결선 전환부(60))는, 코일(3)의 결선 상태를 Y결선에서 델타결선으로 전환한다(스텝 S110). 코일(3)의 결선 상태가 이미 델타결선인 경우에는, 그 결선 상태를 유지한다.
스텝 S111은, 실시의 형태 1(도 10)과 마찬가지이다.
실시의 형태 2의 변형례에 의하면, 실시의 형태 1(각 변형례를 포함한다) 및 실시의 형태 2에서 설명한 효과와 같은 효과를 갖는다.
이상에 설명한 각 실시의 형태 및 각 변형례에서의 특징은, 서로 적절히 조합시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시의 형태에 관해 구제적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지의 개량 또는 변형을 행할 수 있다.
1 : 전동기 3, 3U, 3V, 3W : 코일
5, 500 : 공기 조화기 5A : 실내기
5B : 실외기 8 : 로터리 압축기(압축기)
9 : 압축 기구 10 : 스테이터
11 : 스테이터 코어 12 : 티스부
20 : 로터 21 : 로터 코어
25 : 영구자석 41 : 압축기
42 : 4방밸브 43 : 실외 열교환기
44 : 팽창밸브 45 : 실내 열교환기
46 : 실외 송풍 팬 47 : 실내 송풍 팬
50 : 제어 장치 50a : 실내 제어 장치
50b : 실외 제어 장치 50c : 연락 케이블
51 : 입력 회로 52 : 연산 회로
53 : 출력 회로 54 : 실내 온도 센서
55 : 리모컨 56 : 신호 수신부
57 : CPU 58 : 메모리
60 : 결선 전환부 61, 62, 63 : 스위치
71 : 압축기 온도 센서 80 : 셸
81 : 유리 단자 85 : 토출관
90 : 샤프트 100, 100a : 구동 장치
101 : 전원 102 : 컨버터
103 : 인버터

Claims (17)

  1. 코일을 갖는 전동기를 구동하는 구동 장치로서,
    모선 전압을 생성하는 컨버터와,
    상기 모선 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 코일에 공급하는 인버터와,
    상기 코일의 결선 상태를 전환하는 결선 전환부를 구비하고,
    상기 코일의 결선 상태로는, 제1의 결선 상태와 제2의 결선 상태가 있고,
    상기 코일의 선간 전압은, 상기 전동기의 회전수를 동일하다고 한 경우, 상기 제1의 결선 상태보다도 상기 제2의 결선 상태의 쪽이 낮고,
    상기 코일의 결선 상태가 상기 제1의 결선 상태인 경우에는, 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 제1의 모선 전압(V1)으로 유지하고, 상기 코일의 결선 상태가 상기 제2의 결선 상태인 경우에는, 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 상기 제1의 모선 전압(V1)보다도 높은 제2의 모선 전압(V2)으로 유지하고,
    상기 결선 전환부가 상기 코일의 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로부터 상기 제2의 결선 상태로 전환할 때에 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 상기 제1의 모선 전압(V1)으로부터 상기 제2의 모선 전압(V2)으로 전환하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결선 전환부가 상기 코일의 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로부터 상기 제2의 결선 상태로 전환하는 경우에는, 상기 전동기의 회전을 일단 정지시키고, 당해 회전을 정지시킨 상태에서 상기 결선 전환부가 상기 코일의 결선 상태를 상기 제2의 결선 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일은 3상 코일이고,
    상기 제1의 결선 상태는, 상기 3상 코일이 Y결선에 의해 결선된 상태이고,
    상기 제2의 결선 상태는, 상기 3상 코일이 델타결선에 의해 결선된 상태인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전동기의 제1의 회전수(N1)와 제2의 회전수(N2)가, N2/N1>√3을 만족하고,
    상기 전동기의 회전수가 상기 제1의 회전수(N1)인 경우에, 상기 결선 전환부는 상기 코일의 상기 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로 하고,
    상기 전동기의 회전수가 상기 제2의 회전수(N2)인 경우에, 상기 결선 전환부는 상기 코일의 상기 결선 상태를 상기 제2의 결선 상태로 하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1의 모선 전압(V1), 상기 제2의 모선 전압(V2), 상기 제1의 회전수(N1) 및 상기 제2의 회전수(N2)가,
    V2≥(V1/√3)×N2/N1
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 코일은, Y결선 또는 델타결선에 의해 결선된 3상 코일이고,
    상기 제1의 결선 상태는, 상기 3상 코일이, 직렬로 결선된 제1의 수의 코일 부분을 상마다 갖는 상태이고,
    상기 제2의 결선 상태는, 상기 3상 코일이, 병렬로 결선된 상기 제1의 수의 코일 부분을 상마다 갖는 상태인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1의 수가 「n」으로 표시되고,
    상기 전동기의 제1의 회전수(N1)와 제2의 회전수(N2)가, N2/N1>n을 만족하고,
    상기 전동기의 회전수가 상기 제1의 회전수(N1)인 경우에, 상기 결선 전환부는 상기 코일의 상기 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로 하고,
    상기 전동기의 회전수가 상기 제2의 회전수(N2)인 경우에, 상기 결선 전환부는 상기 코일의 상기 결선 상태를 상기 제2의 결선 상태로 하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1의 모선 전압(V1) 및 상기 제2의 모선 전압(V2), 및 상기 제1의 회전수(N1) 및 상기 제2의 회전수(N2)가,
    V2≥(V1/n)×N2/N1
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 전동기는 공기 조화기에서 이용되는 것이고,
    상기 제1의 회전수(N1)는, 상기 공기 조화기의 난방 중간 조건에 상당하고,
    상기 제2의 회전수(N2)는, 상기 공기 조화기의 난방 정격 조건에 상당하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 전동기는 공기 조화기에서 이용되는 것이고,
    상기 제1의 회전수(N1)는, 상기 공기 조화기의 연중 에너지 소비 효율(APF)에서의 비율이 가장 높은 운전 조건에 상당하고,
    상기 제2의 회전수(N2)는, 상기 공기 조화기의 연중 에너지 소비 효율에서의 비율이 2번째로 높은 운전 조건에 상당하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨버터에 교류의 전원 전압을 공급하는 전원을 더 구비하고,
    상기 제1의 모선 전압(V1)은, 상기 전원 전압의 실효치의 √2배와 같은 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 결선 전환부는,
    상기 전동기의 회전수가 임계치 이하인 경우에, 상기 전동기의 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로 전환하고,
    상기 전동기의 회전수가 상기 임계치보다 큰 경우에, 상기 전동기의 결선 상태를 상기 제2의 결선 상태로 전환하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인버터는, 상기 전동기의 회전수에 응하여 약화 계자 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는, SiC 소자 또는 GaN 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  15. 상기 코일을 갖는 상기 전동기와, 상기 전동기에 의해 구동되는 압축기와, 상기 전동기를 구동하는 제1항 또는 제2항에 기재된 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 조화기.
  16. 코일을 갖는 전동기를, 모선 전압을 생성하는 컨버터와, 상기 모선 전압을 교류 전압으로 변환하여 상기 코일에 공급하는 인버터를 이용하여 구동하는 구동 방법으로서,
    상기 코일의 결선 상태로는, 제1의 결선 상태와 제2의 결선 상태가 있고, 상기 코일의 선간 전압은, 상기 전동기의 회전수를 동일하다고 한 경우, 상기 제1의 결선 상태보다도 상기 제2의 결선 상태의 쪽이 낮고,
    상기 코일의 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로부터 상기 제2의 결선 상태로 전환하는 스텝과,
    상기 코일의 결선 상태가 상기 제1의 결선 상태인 경우에, 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 제1의 모선 전압(V1)으로 유지하는 스텝과,
    상기 코일의 결선 상태가 상기 제2의 결선 상태인 경우에, 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 상기 제1의 모선 전압(V1)보다 높은 제2의 모선 전압(V2)으로 유지하는 스텝과,
    상기 코일의 결선 상태를 상기 제1의 결선 상태로부터 상기 제2의 결선 상태로 전환할 때에, 상기 컨버터가 생성하는 상기 모선 전압을 상기 제1의 모선 전압(V1)으로부터 상기 제2의 모선 전압(V2)으로 전환하는 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 전동기의 구동 방법.
  17. 삭제
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