JP4329842B2 - ファンモータの制御装置および空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、ファンモータの制御装置に関し、特に空気調和機用のファンモータの駆動に好適なファンモータの制御装置およびそれを用いた空気調和機に関する。

従来、ファンモータの制御装置としては、１ホールセンサＤＣ(直流)ファンモータの起動時に、インバータの現在回転数がインバータの出力回転数と一致するまでを同期運転とし、その後に位置信号に基づく位置検出運転に移行する制御を行うものがある(例えば、特開２００６−１７４６４７号公報(特許文献１)参照)。

上記ファンモータの制御装置では、同期運転中は、位置検出運転時のようには位置信号を参照しないので、インバータ出力電圧がファンモータの実際のロータの位相に対してずれが生じた場合、ファンモータのステータコイルに過電流が流れるという問題がある。
特開２００６−１７４６４７号公報

そこで、この発明の課題は、起動時の電流を安定させて過電流を防止できるファンモータの制御装置および空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のファンモータの制御装置は、
ファンモータを駆動するインバータ部と、
上記ファンモータのロータの回転位置を検出する１乃至３つの位置検出センサと、
上記位置検出センサにより検出された上記ロータの回転位置を表す位置信号に基づいて、上記インバータ部の出力を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、
上記ファンモータの起動時、上記インバータ部から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行い、その同期運転中に上記位置検出センサにより検出された上記位置信号から得られる現在回転数と上記インバータ部の出力の回転数が略一致したとき、上記同期運転を終了して上記位置信号に基づく位置検出運転を行う起動制御部と、
上記ファンモータの起動時の同期運転において上記インバータ部から起動用励磁パターンを出力するとき、上記位置検出センサにより検出された上記位置信号の立ち上がりと上記インバータ部の出力電圧の位相が０度の部分との位相がずれないように、上記インバータ部の出力電圧の位相を補正する位相補正か、または、上記位置信号の立ち下がりと上記インバータ部の出力電圧の位相が１８０度の部分との位相がずれないように、上記インバータ部の出力電圧の位相を補正する位相補正の少なくとも一方を行う位相補正部と
を有することを特徴とする。

上記構成のファンモータの制御装置によれば、上記ファンモータの起動時、制御部の起動制御部は、まず、インバータ部から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行う。そして、その同期運転中に位置検出センサにより検出された位置信号から得られる現在回転数とインバータ部の出力の回転数が略一致したとき、制御部は、同期運転を終了して、位置検出センサにより検出された位置信号に基づく位置検出運転を行う。上記同期運転時に、位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がりまたは立ち下がりに基づいて、制御部の位相補正部によりインバータ部の出力電圧の位相を補正する。このとき、位置信号の立ち上がりまたは立ち下がりに合わせて、ファンモータのロータの回転位置に対してインバータ部の出力電圧の位相がずれないようにすることによって、起動時の電流を安定させて過電流を防止できる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置では、上記位置検出センサは２つである。

上記実施形態によれば、ファンモータのロータの回転位置を検出する位置検出センサを２つ用いることによって、２つの位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がり(または立ち下がり)に基づいて、インバータ部の出力電圧の位相を補正するタイミングが増えることにより、位相補正が正確に行える。

例えば、インバータ部の出力電圧が三相交流電圧であり、１つの位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がり(または立ち下がり)に基づいて、インバータ部の出力電圧の位相を補正するときは、その位置信号に同期するインバータ部の出力電圧のうちの一相の位相を補正し、残りの二相の出力電圧は、位置信号から１２０度と２４０度位相のずれたタイミングを推定して位相を補正することになる。このように、位置検出センサが２つに増えることにより、インバータ部の出力電圧の位相を補正するタイミングが増えて、位相補正が正確に行える。

また、一実施形態のファンモータの制御装置では、上記位相補正部は、上記同期運転時、上記位置検出センサにより検出された上記位置信号の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、上記インバータ部の出力電圧の位相を補正する。

上記実施形態によれば、同期運転時、位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、位相補正部によりインバータ部の出力電圧の位相を補正することによって、位置信号を基準にして位相補正が１８０度毎に行えるので、インバータ部の出力電圧の位相補正をより正確に行うことができる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置では、上記起動制御部は、上記同期運転時に上記インバータ部の出力電圧のデューティおよび周波数を一定にする。

上記実施形態によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧のデューティおよび周波数を一定にすることによって、インバータ部の出力電圧の位相のみを補正すればよいので、同期運転の処理が簡略化できる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置では、上記起動制御部は、上記同期運転時に上記インバータ部の出力電圧の周波数を徐々に増加する。

上記実施形態によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧の周波数を徐々に増加することによって、起動時のファンモータの回転数をスムーズに立ち上げることができる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置では、上記起動制御部は、上記同期運転時に上記インバータ部の出力電圧のデューティを徐々に増加する。

上記実施形態によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧のデューティを徐々に増加することによって、起動時の回転トルクの不足を防止できる。

また、この発明の空気調和機では、上記いずれか１つのファンモータの制御装置を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、起動時の電流を安定させて過電流を防止できるファンモータの制御装置を用いることによって、性能のよい空気調和機を実現することができる。

以上より明らかなように、この発明のファンモータの制御装置によれば、起動時の電流を安定させて過電流を防止できるファンモータの制御装置を実現することができる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置によれば、ファンモータのロータの回転位置を検出する位置検出センサを２つ用いて、２つの位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がり(または立ち下がり)に基づいて、インバータ部の出力電圧の位相を補正するタイミングが増えることによって、位相補正が正確に行える。

また、一実施形態のファンモータの制御装置によれば、同期運転時、位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、位相補正部によりインバータ部の出力電圧の位相を補正することによって、位置信号を基準にして位相補正が１８０度毎のタイミングで行えるので、インバータ部の出力電圧の位相補正をより正確に行うことができる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧のデューティおよび周波数を一定にすることによって、インバータ部の出力電圧の位相のみを補正すればよいので、同期運転の処理が簡略化できる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧の周波数を徐々に増加することによって、起動時のファンモータの回転数をスムーズに立ち上げることができる。

また、一実施形態のファンモータの制御装置によれば、同期運転時に起動制御部によりインバータ部の出力電圧のデューティを徐々に増加することによって、起動時の回転トルクの不足を防止できる。

また、この発明の空気調和機によれば、起動時の電流を安定させて過電流を防止できるファンモータの制御装置を用いることによって、性能のよい空気調和機を実現することができる。

以下、この発明のファンモータの制御装置および空気調和機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態の空気調和機に用いられるファンモータの制御装置の構成図であり、１は交流電源１１からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部、２は上記コンバータ部１からの直流電圧を三相交流電圧に変換して出力するインバータ部、３は上記インバータ部２を制御する制御部、４は上記インバータ部２からの三相交流電圧が印加されるファンモータである。

上記コンバータ部１は、交流電源１から入力された交流電圧を全波整流して、整流された直流電圧を出力するダイオードブリッジ１２と、そのダイオードブリッジ１２により整流された直流電圧を平滑にする平滑用コンデンサＣとを有する。

また、上記インバータ部２は、６つのスイッチング素子を有するインバータブリッジ２１と、上記インバータブリッジ２１の各スイッチング素子にゲート信号を出力するゲートドライブ回路２２とを有する。

また、上記ファンモータ４は、インバータ部２からの三相交流電圧が印加される３相スター結線された３相巻線４１とロータ４２とを有し、そのロータ４２の回転軸にファン５を連結している。また、ファンモータ４には、ロータ４２の回転位置を検出する位置検出センサ４３,４４を設けている。上記位置検出センサ４３,４４にホール素子を用いている。

さらに、上記制御部３は、マイクロコンピュータと入出力回路などからなり、ファンモータ４の位置検出センサ４３,４４からの位置信号Ｈu,Ｈvを受けて、ロータ４２の現在位置を表す信号と現在回転数を表す信号を出力する位置・速度検出部３１と、上記位置・速度検出部３１からの現在回転数を表す信号と速度指令信号を受けて、変調率指令信号を出力する速度制御部３２と、上記速度制御部３２からの変調率指令信号と位置・速度検出部３１からのロータ４２の現在位置を表す信号を受けて、Ｕ相デューティ指令信号とＶ相デューティ指令信号とＷ相デューティ指令信号とを出力する正弦波変調部３３と、上記正弦波変調部３３からのＵ相デューティ指令信号とＶ相デューティ指令信号とＷ相デューティ指令信号を受けて、インバータ部２のゲートドライブ回路２２に駆動信号を出力する駆動信号生成回路３４とを有している。

また、上記正弦波変調部３３は、ファンモータ４の起動時、インバータ部２から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行い、その同期運転中に位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvから得られる現在回転数とインバータ部２の出力の回転数が略一致したとき、同期運転を終了して位置信号に基づく位置検出運転を行う起動制御部３３aと、同期運転時に、位置検出センサ４３,４４からの位置信号Ｈu,Ｈvの立ち上がりと立ち下がりに基づいて、インバータ部２の出力電圧の位相を補正する位相補正部３３bとを有する。

上記インバータ部２と位置検出センサ４３,４４と制御部３でファンモータの制御装置を構成している。

なお、制御部は、この実施の形態に限らず、ファンモータの起動時、インバータ部から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行い、その同期運転中に位置検出センサにより検出された位置信号から得られる現在回転数とインバータ部の出力の回転数が略一致したとき、同期運転を終了し記位置信号に基づく位置検出運転を行う起動制御部と、同期運転時に、位置検出センサにより検出された位置信号の立ち上がりまたは立ち下がりに基づいて、インバータ部の出力電圧の位相を補正する位相補正部とを備えたものであればよい。

図２は上記ファンモータの制御装置の起動時の回転数の変化を示している。

上記起動制御部３３aは、図２に示すように、ファンモータ４の起動時、まず、インバータ部２から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行う。この同期運転では、起動用励磁パターンであるインバータ部２の出力電圧は、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相の各相のデューティと周波数を一定にしている。

そして、その同期運転中に位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvから得られる現在回転数とインバータ部２の出力の回転数が略一致したとき、制御部３は、同期運転を終了して、位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvに基づく位置検出運転を行う。

上記同期運転時に、位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvの立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、位相補正部３３bによりインバータ部２の出力電圧の位相を補正する。

図３は上記ファンモータの制御装置のインバータ出力電圧波形とＵ相の位置信号Ｈuを示しており、図３(a)はＵ相電圧波形を示し、図３(b)はＶ相電圧波形を示し、図３(c)はＷ相電圧波形を示し、図３(d)はＵ相の位置信号Ｈuを示している。

図３に示すように、Ｕ相の位置信号Ｈuの立ち上がりおよび立ち下がりに合わせて、正弦波変調部３３によって、ファンモータ４のロータの回転位置に対してインバータ部２の出力電圧の位相がずれないようにしている。

具体的には、Ｕ相の位置信号Ｈuの立ち上がりにおいて、Ｕ相電圧の位相をＯ度とし、そのＵ相電圧に対してＶ相電圧の位相を１２０度遅れの位相とし、Ｕ同様に相電圧に対してＷ相電圧の位相を２４０度遅れの位相とすると共に、Ｕ相の位置信号Ｈuの立ち下がりにおいて、Ｕ相電圧の位相を１８０度とし、そのＵ相電圧に対してＶ相電圧の位相を１２０度遅れの位相とし、同様にＵ相電圧に対してＷ相電圧の位相を２４０度遅れの位相とする。また、図示しないが、Ｖ相の位置信号Ｈvの立ち上がりにおいて、Ｖ相電圧の位相をＯ度とし、そのＶ相電圧に対してＵ相電圧の位相を１２０度進みの位相とし、同様にＶ相電圧に対してＷ相電圧の位相を１２０度遅れの位相とすると共に、Ｖ相の位置信号Ｈvの立ち下がりにおいて、Ｖ相電圧の位相を１８０度とし、そのＶ相電圧に対してＵ相電圧の位相を１２０度進みの位相とし、同様にＶ相電圧に対してＷ相電圧の位相を１２０度遅れの位相とする。

図４は上記ファンモータの制御装置により位相補正をした位置信号波形と電流波形を示している。また、図５は比較のために位相補正をしないときの位置信号波形と電流波形を示している。

図５では、電流波形が安定せずに過電流が流れているのに対して、図４では、位置信号の立ち上がりと立ち下がりの切り替わりでインバータ部２の出力電圧の位相補正をすることにより、電流波形が安定して過電流が流れるのを抑制している。

このように、上記構成のファンモータの制御装置によれば、起動時の電流を安定させて過電流を防止することができる。

上記ファンモータ４のロータ４２の回転位置を検出する位置検出センサ４３,４４を２つ用いて、２つの位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvの立ち上がりと立ち下がりに基づいて、インバータ部２の出力電圧の位相を補正することによって、位相補正が正確に行える。なお、インバータ部２の出力電圧の位相補正は、位置信号Ｈu,Ｈvの立ち上がりまたは立ち下がりの一方により行ってもよいし、１つの位置信号の立ち上がりまたは立ち下がりの少なくとも一方により行ってもよい。

また、同期運転時、位置検出センサ４３,４４により検出された位置信号Ｈu,Ｈvの立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、位相補正部３３bによりインバータ部２の出力電圧の位相を補正することによって、位相補正が一方の位置信号Ｈuを基準にして０度,１２０度,１８０度,２４０度毎のタイミングで行えるので、インバータ部２の出力電圧の位相補正をより正確に行うことができる。

また、上記実施の形態のファンモータの制御装置を室外ファンに用いることによって、室外ファンの起動時の電流を安定させて過電流を防止でき、性能のよい空気調和機を実現することができる。

また、上記実施の形態では、同期運転時に起動制御部３３aによりインバータ部２の出力電圧のデューティおよび周波数を一定にすることによって、インバータ部２の出力電圧の位相のみを補正すればよいので、同期運転の処理が簡略化できる。

また、上記実施の形態では、インバータ部２の出力電圧の周波数を一定としたが、同期運転時に起動制御部３３aによりインバータ部２の出力電圧の周波数を徐々に増加することによって、起動時のファンモータ４の回転数をスムーズに立ち上げることができる。

また、上記実施の形態では、インバータ部２の出力電圧のデューティを一定としたが、同期運転時に起動制御部３３aによりインバータ部２の出力電圧のデューティを徐々に増加することによって、起動時の回転トルクの不足を防止することができる。

さらに、上記実施の形態では、２つの位置検出センサ４３,４４を備えたファンモータの制御装置について説明したが、ファンモータのロータの回転位置を検出する位置検出センサは、１つまたは３つであってもよい。

図１はこの発明の実施の一形態の空気調和機に用いられるファンモータの制御装置の構成図である。 図２は上記ファンモータの制御装置の起動時の回転数の変化を示す図である。 図３は上記ファンモータの制御装置のインバータ出力電圧波形とＵ相の位置信号を示す図である。 図４は上記ファンモータの制御装置により位相補正をした位置信号波形と電流波形を示す図である。 図５は位相補正をしないときの位置信号波形と電流波形を示す図である。

１…コンバータ部
２…インバータ部
３…制御部
４…ファンモータ
５…ファン
１１…交流電源
１２…ダイオードブリッジ
２１…インバータブリッジ
２２…ゲートドライバ回路
３１…位置・速度検出部
３２…速度制御部
３３…正弦波変調部
３３a…起動制御部
３３b…位相補正部
３４…駆動信号生成回路
４１…ステータコイル
４２…ロータ
４３,４４…位置検出センサ

Claims (7)

1. ファンモータ(４)を駆動するインバータ部(２)と、
   上記ファンモータ(４)のロータの回転位置を検出する１乃至３つの位置検出センサ(４３,４４)と、
   上記位置検出センサ(４３,４４)により検出された上記ロータの回転位置を表す位置信号に基づいて、上記インバータ部(２)の出力を制御する制御部(３)と
   を備え、
   上記制御部(３)は、
   上記ファンモータ(４)の起動時、上記インバータ部(２)から起動用励磁パターンを出力する同期運転を行い、その同期運転中に上記位置検出センサ(４３,４４)により検出された上記位置信号から得られる現在回転数と上記インバータ部(２)の出力の回転数が略一致したとき、上記同期運転を終了して上記位置信号に基づく位置検出運転を行う起動制御部(３３a)と、
   上記ファンモータ(４)の起動時の同期運転において上記インバータ部(２)から起動用励磁パターンを出力するとき、上記位置検出センサ(４３,４４)により検出された上記位置信号の立ち上がりと上記インバータ部(２)の出力電圧の位相が０度の部分との位相がずれないように、上記インバータ部(２)の出力電圧の位相を補正する位相補正か、または、上記位置信号の立ち下がりと上記インバータ部(２)の出力電圧の位相が１８０度の部分との位相がずれないように、上記インバータ部(２)の出力電圧の位相を補正する位相補正の少なくとも一方を行う位相補正部(３３b)と
   を有することを特徴とするファンモータの制御装置。
2. 請求項１に記載のファンモータの制御装置において、
   上記位置検出センサ(４３,４４)は２つであることを特徴とするファンモータの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のファンモータの制御装置において、
   上記位相補正部(３３b)は、上記同期運転時、上記位置検出センサ(４３,４４)により検出された上記位置信号の立ち上がりおよび立ち下がりに基づいて、上記インバータ部(２)の出力電圧の位相を補正することを特徴とするファンモータの制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のファンモータの制御装置において、
   上記起動制御部(３３a)は、上記同期運転時に上記インバータ部(２)の出力電圧のデューティおよび周波数を一定にすることを特徴とするファンモータの制御装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のファンモータの制御装置において、
   上記起動制御部(３３a)は、上記同期運転時に上記インバータ部(２)の出力電圧の周波数を徐々に増加することを特徴とするファンモータの制御装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のファンモータの制御装置において、
   上記起動制御部(３３a)は、上記同期運転時に上記インバータ部(２)の出力電圧のデューティを徐々に増加することを特徴とするファンモータの制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のファンモータの制御装置を備えたことを特徴とする空気調和機。

Images