空気調和機
【課題】トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行なうこと。
【解決手段】空気調和機は、四方弁５４に接続されたコンプレッサ２６に直結され且つこのコンプレッサ２６を可変速駆動するブラシレスＤＣモータ２０と、このブラシレスＤＣモータ２０をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段（１８，４２，３２）と、コンプレッサ２６の負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置１０を搭載している。このコンプレッサ駆動制御装置１０は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には四方弁５４の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたものである。
【解決手段】空気調和機は、四方弁５４に接続されたコンプレッサ２６に直結され且つこのコンプレッサ２６を可変速駆動するブラシレスＤＣモータ２０と、このブラシレスＤＣモータ２０をＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段（１８，４２，３２）と、コンプレッサ２６の負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置１０を搭載している。このコンプレッサ駆動制御装置１０は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には四方弁５４の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサの運転に伴って発生するトルクの脈動を抑制する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機においては、例えば特公平４−３６０００号公報、特公平６−４８９１６号公報、特開平１０−１７４４８８号公報、及び特開平１１−４６４９３号公報に見られる如く、ブラシレスＤＣモータ（無整流子直流電動機）を回転させてコンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動制御装置が多用されている。
【０００３】
コンプレッサとしては、１シリンダ構造又は２シリンダ構造のロータリ式の圧縮機構を備えたコンプレッサがあり、このコンプレッサの圧縮機構にブラシレスＤＣモータの回転軸が直結される。このモータは、モータ駆動装置を成すインバータによりＰＷＭ（パルス幅変調）方式で回転駆動されるので、モータの回転と一体にコンプレッサも回転運転される。
【０００４】
このコンプレッサ、とくに、１シリンダ構造のコンプレッサはその運転に伴うトルクの脈動が大きい。この脈動は室外機からの振動や騒音をもたらすので、通常、モータ１回転中の特定位相区間の電圧の通電率（デューティ）を可変し、トルクの脈動を抑制するトルク脈動補正が実施されている。
【０００５】
また、このトルク脈動補正に際し、トルク脈動位相角の判定が行われる。コンプレッサは冷媒流路切換用の電磁制御弁としての四方弁に接続されているが、モータ起動時に四方弁への通電を切り替え、モータ起動直後にトルク脈動位相角の判定を行っている。
【特許文献１】特公平４−３６０００号公報
【特許文献２】特公平６−４８９１６号公報
【特許文献３】特開平１０−１７４４８８号公報
【特許文献４】特開平１１−４６４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のトルク脈動補正にあっては、この補正を実施すると、モータ巻線電流が大きく脈動し、モータ駆動装置、すなわちインバータの入力電流にも脈動を生じ、そのピーク値が大きくなる傾向がある。このため、室内外の温度や設定温度、及びその他の環境条件に応じて、かかるピーク値がインバータの許容範囲を超えてしまうことがある。このような逸脱が生じると、機器や回路部品が焼損したり、耐寿命性を低下させてしまうという問題が発生する。
【０００７】
また、前述したモータ起動、四方弁への通電、及びトルク脈動位相角判定のタイミング関係によれば、かかる判定中に四方弁が動作することがある。そのような事態に至ると、１回転中のトルク変動が乱れて、トルクの大きい回転位相とトルクの小さい回転位相の速度差が正確に求めることができない。つまり、トルク位相角が正確に判定されず、誤判定に陥るという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされたもので、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行うことを、第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するため、請求項１の発明によれば、四方弁に接続されたコンプレッサに直結され且つ当該コンプレッサを可変速駆動するブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置を搭載した空気調和機において、前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には前記四方弁の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
例えば、請求項２の発明によれば、前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記四方弁に通電を行って当該四方弁の位置を安定させる通電手段と、この通電手段の通電による位置安定後に前記ブラシレスＤＣモータを起動させる起動手段と、この起動後に前記位相検出手段を作動させる作動指令手段とを備える。
【００１１】
これにより、四方弁への通電切替とトルク脈動位相角の判定とを同時に行わないようにでき、トルク脈動位相角の誤判定を防止できる。したがって、より確実なトルク脈動位相角の判定結果をもたらすことができ、この判定結果を反映して的確なトルク脈動補正を行うことができる。
【００１２】
一例として、請求項３の発明では、前記コンプレッサは、１シリンダ構造のロータリ式コンプレッサで構成される。これにより、トルク脈動が大きいコンプレッサであっても、その脈動が的確に補正され、振動や騒音の発生が抑制されるとともに、過電流から回路要素を保護できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る空気調和機を図１〜５を参照して説明する。この空気調和機は、本発明に係るコンプレッサ駆動制御装置を適用して実施されている。
【００１６】
図１に、空気調和機のコンプレッサ駆動制御装置１０を中心とした部分的な構成ブロック図を示す。
【００１７】
このコンプレッサ駆動制御装置１０は、交流電源１２から交流電力が供給される整流回路１４を備える。この整流回路１４の出力端には平滑コンデンサ１６が並列接続されるとともに、駆動手段としてのインバータ１８が接続されている。このインバータ１８は６個のトランジスタと夫々のトランジスタに逆並列接続された６個のダイオードとから成る半導体スイッチ群を備える。各トランジスタのベース電圧は後述するＰＷＭドライバによってＰＷＭ（パルス幅変調）方式で制御される。
【００１８】
インバータ１８の３個の出力端はブラシレスＤＣモータ２０に接続されている。このブラシレスＤＣモータ２０は、３相結線された３本の電機子巻線２２と磁石回転子２４を備える。３本の電機子巻線２２が前述したインバータ１３の出力端に夫々接続される一方、磁石回転子４がコンプレッサ２６の軸に機械的に直結されている。
【００１９】
コンプレッサ２６には、本実施形態では、１シリンダ構造のロータリ式が採用されている。
【００２０】
また、ブラシレスＤＣモータ２０の３本の電機子巻線２２の夫々は回転子位置検出器２８にも電気的に接続され、各電機子巻線２２に誘起される電圧がこの検出器２８により検出される。回転子位置検出器２８はその電圧信号を回転子位置パルス信号に変換して、これを後段のカウンタ３０に出力する。カウンタ３０は回転子位置パルス信号の例えばエッジをカウントし、そのカウント値に応じたカウント信号をコントローラ３２に出力する。
【００２１】
コントローラ３２は、信号の受渡しや信号レベルの整合を担うインタフェース回路３４と、このコンプレッサ駆動制御機能の中枢を担うＣＰＵ３６と、プログラムや初期値などを予め格納しているＲＯＭ３８、及びデータの書込み及び読出しが可能なＲＡＭ４０を備えたマイクロコンピュータで構成されている。
【００２２】
このコントローラ３２には、前記ＣＰＵ３６から供給されるドライブ信号及びＰＷＭ信号に基づき前記インバータ１８の通電状態を変更するドライバ４２が接続されている。
【００２３】
さらに、このコンプレッサ駆動制御装置１０には非接触で電流検出を行う２つの電流検出器４４及び４６が装備されており、一方はインバータ１８の入力側線路に配置され、もう一方は交流電源１２の出力側線路に配置されている。２つの電流検出器４４，４６による電流検出信号はＡ／Ｄ変換器４８，５０を夫々介してコントローラ３２に供給されている。
【００２４】
さらに、コントローラ３２は別のドライバ５２を介して、電磁制御弁の構造を成す四方弁５２のコイルにも接続されている。これにより、四方弁５２に通電してその連結経路を冷房サイクルと暖房サイクルのいずれかに変更できるようになっている。この四方弁５２は冷媒の冷凍サイクルを構成する循環系に挿入されており、前述したコンプレッサ２６にも連結されている。
【００２５】
前記コントローラ３２のＲＯＭ３８に格納されているプログラムには、後述する図２〜３に記載のルーチンが含まれる。これらのルーチン処理を介して、ＰＷＭ方式によるブラシレスＤＣモータ２０の速度制御（すなわち、コンプレッサ２６の運転制御）、コンプレッサ２６のトルク脈動補正、さらには本発明の特徴を成す、トルク脈動補正の補正量の調整処理などの機能がソフトウエア的に実現される。
【００２６】
したがって、特許請求の範囲に記載の構成要件の内、ブラシレスＤＣモータ２０、コンプレッサ２６、及び四方弁５４を除く構成要件は、このＣＰＵ３６を中心とするマイクロコンピュータの一部関与又は全面関与によって機能的に実現され、フローチャートにそれが図示されている（後述の第２，第３の実施形態においても同様である）。また、ＲＯＭ３８は本願発明を実行させるための記録媒体をも成す。
【００２７】
第１の実施形態に戻って、図２及び図３は共にＣＰＵ３６によって実行されるコンプレッサ駆動制御の概略を示す。この内、図２のメイン処理は電源オンに応答して開始され、電源オフまで繰返し実行されるメイン処理の概略を示す。もう一方の図３の処理は、図２のメイン処理の実行中に、一定の微小時間Δｔ毎に実行されるタイマ割込み処理の概略を示す。
【００２８】
図２のメイン処理の概略を説明する。ＣＰＵ３６はその起動後、所定の初期設定処理を行う（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ３６はカウンタ３０から出力されるカウント信号を読み込み、このカウント信号に基づき現在のモータ回転速度、すなわちコンプレッサ２６の現在の運転周波数ｎを検出する（ステップＳ２）。
【００２９】
次いで、ＣＰＵ３６は、外部から指令されている速度指令信号を読み込み、この信号に対応した運転周波数と現在の運転周波数ｎとの差分（速度差）を演算し、この差分値に応じた回転速度指令値ＶＰを演算する（ステップＳ３）。
【００３０】
この後、ＣＰＵ３６は、現在の運転周波数ｎと予め設定してあるトルク脈動補正上限周波数Ｎとについて、ｎ≦Ｎか否かを判断する（ステップＳ４）。一般に、コンプレッサ２６を低い周波数で運転すると、そのトルクの脈動に因って振動や騒音が大きくなるので、この振動及び騒音の抑制範囲を抑制するために、トルク脈動補正上限周波数Ｎが設定されている。すなわち、このトルク脈動補正上限周波数Ｎは、トルク脈動補正を行う最大周波数（最大回転速度）であって、この値よりも低い周波数範囲でトルク脈動補正を行うことを規定するものである。
【００３１】
このステップＳ４の判断がＮＯ、つまりｎ＞Ｎになっているときには次のステップＳ５の処理はスキップされ、その一方で、この判断がＹＥＳ、つまりｎ≦Ｎが成立するときには所定の低周波数範囲であると認識して、ステップＳ５に移行する。このステップにおいて、ＣＰＵ３６は、後述する図３の処理によって略リアルタイムに更新されている現在のトルク脈動補正量ＳＣをＲＡＭ４０内の所定記憶領域から読み出す。
【００３２】
次いで、上述の２つのステップで演算及び読み出した回転速度指令値ＶＰ及びトルク脈動補正量ＳＣに基づくトータルの回転速度指令値Ｖを演算する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ３６は、このトータルの指令値Ｖに応じたドライブ信号とＰＷＭ信号をドライバ４２に出力することで、ドライバ４２に対してブラシレスＤＣモータ２０の回転速度制御を指令する（ステップＳ７）。これにより、ドライバ４２はインバータ１８における通電のデューティ比を指令値Ｖに応じてＰＷＭ制御するので、モータ２０の回転速度、すなわちコンプレッサ２６の運転周波数は指令値Ｖに対応した値に制御される。
【００３３】
この回転速度制御の指令が終わると、ＣＰＵ３６は停止制御を行う（ステップＳ８）。すなわち、所定の停止条件が満足されたか否かを判断し、かかる条件が満足されると、ブラシレスＤＣモータ２０の回転停止に要する指令をドライバ４２に行い、一方、停止条件が満足されないときにはステップＳ２に戻って上述した処理を繰り返す。
【００３４】
一方、図３のタイマ割込み処理は図２のメイン処理が実行されている間、一定時間Δｔ毎に実行される。この割込み処理が起動すると、ＣＰＵ３６はカウンタ３０のカウント信号からブラシレスモータ２０の現在の回転速度（すなわち、コンプレッサの現在の運転周波数ｎ）を検出する（ステップＳ１１）。次いで、この運転周波数ｎについてｎ≦Ｎ（Ｎ：トルク脈動補正上限周波数）か否かを判断する（ステップＳ１２）。この判断でＮＯ、すなわちｎ＞Ｎの場合、何もせずにメイン処理に戻る。
【００３５】
しかし、ＹＥＳの判断、すなわちｎ≦Ｎの条件が成立し、運転周波数ｎが低い領域にあるときには、次いで、その運転周波数ｎに応じてトルク脈動補正量ＳＣを調整し、記憶する処理を行う（ステップＳ１３）。この補正量ＳＣの更新は、一例として、ＲＯＭ３８の所定記憶領域に予め記憶させてあるテーブルを参照して実行される。
【００３６】
このテーブルの例を図４及び図５に示す。両方の図は共に、横軸に運転周波数ｎをとり、縦軸にトルク脈動補正量ＳＣをとっており、このグラフに対応したデータがテーブルとして予め記憶されている。図４のトルク補正量ＳＣのグラフによれば、運転周波数ｎが一定値に達すると最大補正量まで立ち上がり、その後、トルク脈動補正上限周波数Ｎまで直線的に減少する。これに対し、図５のトルク補正量ＳＣのグラフは、運転周波数ｎが一定値に達すると最大補正量まで立ち上がり、その後、トルク脈動補正上限周波数Ｎまで段階的に減少する。
【００３７】
図４又は図５の何れの補正量曲線を採用するかは任意である。また、この補正量ＳＣの更新は必ずしもテーブル参照により求める構成を採らなくてもよく、例えば、その都度、運転周波数ｎを関数とする演算式を解いて求めてもよい。
【００３８】
このため、図４又は図５の何れの補正量曲線に拠っても、現在の運転周波数ｎが高くなるほど小さくなる補正量ＳＣが逐一、更新設定される。当然に、運転周波数ｎが低くなると、補正量ＳＣは高い値に更新設定される。
【００３９】
この補正量ＳＣの更新が終わると、その後の処理はメイン処理に戻される。したがって、前述したメイン処理において呼び出される補正量ＳＣは常にその時点の運転周波数ｎの高低を反映した値に、ほぼリアルタイムに設定されている。
【００４０】
このため、図２のステップＳ７を介して実行されるｎ≦Ｎ時の回転速度制御にあっては、外部から供給される速度指令信号及び現在の運転周波数との差分に基づくＰＷＭデューティ比が、ロータ１回転中の特定の位相にて前述の如く調整されたトルク脈動補正量ＳＣに相当する割合だけアップされ、又は、特定の位相にて前述の如く調整されたトルク脈動補正量ＳＣに相当する割合だけダウンされる。
【００４１】
一般に、モータ回転数（コンプレッサ運転周波数）が高くなると、インバータの入力電流が増加するので、運転周波数の増加に対して従来の如く常に同じ補正量でトルク脈動を補正していると、運転周波数が高くなるほど、インバータの許容値を超えた電流が流れ易くなる。
【００４２】
しかしながら、本実施形態では、従来のように運転周波数が変わっても常に一定の同じ割合でデューティ比をアップ又はダウンさせるという制御法は採らず、上述したように、運転周波数が上昇するにつれて連続的に（図４参照）又は段階的に（図５参照）トルク脈動補正量を低減させている。
【００４３】
このため、例えばコンプレッサ２６を運転している周囲温度などの環境変化に因って負荷トルクが大きくなり、モータ２０の巻線の電流脈動が大きくなっても、インバータ１８の入力電流がその許容電流値を瞬時的に越えるという状態を殆ど確実に防止できる。したがって、瞬時的な電流に因るインバータ１８の回路素子の焼損やダメージなどを殆ど確実に防止でき、これにより、インバータ自体の長寿命化を図ることができる。
【００４４】
コンプレッサ２６の振動や騒音は運転周波数が低いほど顕著に現れるが、本実施形態ではｎ≦Ｎの低い運転周波数領域ではありながら、その領域内の高い方の運転周波数で重点的に補正量を減少させているので、全体としてのトルク脈動補正の効果には殆ど影響しない。したがって、上述のインバータ電流の抑制と並行して、従来と同等の的確なトルク脈動補正を効果的に発揮させ、コンプレッサに起因した振動や騒音を確実に抑制することもできる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る空気調和機を、図６〜９を参照して説明する。この実施形態に係る空気調和機は、前述した図１に示す構成のコンプレッサ駆動制御装置１０を備えており、そのハード的な構成は第１の実施形態のものと同じである。
【００４６】
この第２の実施形態によれば、コントローラ３２のＣＰＵ３６は、そのメイン処理として、前述した図２及び図３に示す処理を行うものの、トルク脈動補正量の更新及びトルク脈動補正に関連した運転制御を、図６に示すタイマ割込み処理によって更に付加的に実行する。つまり、この第２の実施形態では第１の実施形態で発揮される機能に加え、図６に示す処理による機能も得られる。
【００４７】
図６のタイマ割込み処理は一定時間Δｔ毎に実行される。ＣＰＵ３６は、この図６の処理が起動すると、電流検出器４４からの電流検出信号を読み込み、インバータ１８の入力電流ｉが検出され、そのピーク値ｉｐが演算される（ステップＳ２０，Ｓ２１）。
【００４８】
次いで、インバータ１８の許容電流値に対応して予め設定されているしきい値ｉｔｈに対して、このピーク値ｉｐがｉｐ≧ｉｔｈであるか否かを判断する（ステップＳ２２）。このステップでＣＰＵ３６がＮＯ、すなわちｉｐ＜ｉｔｈであると判断したときには、その処理はそのままメイン処理に戻される。
【００４９】
しかし、ＹＥＳ、すなわちｉｐ≧ｉｔｈが成立すると認識したときには、インバータ入力電流ｉの増大分に応じてトルク脈動補正量ＳＣを低減させる処理を行う（ステップＳ２３）。この処理は、例えば図７に示す如く予め設定されているＲＯＭ３８内の記憶テーブルを参照することで行われる。同図のトルク脈動補正量ＳＣの特性よれば、第１の実施形態と同様に運転周波数ｎの増加に伴って補正量ＳＣは低下する一方で、インバータ入力電流が大きくなるほど、補正量ＳＣ全体の値が低減されている。このため、同じ運転周波数ｎであっても、インバータ入力電流ｉが増えると、その増加分に対応した値だけ低下させたトルク脈動補正量ＳＣに更新設定される。
【００５０】
なお、このステップＳ２３で参照するデータは、図７に示す特性の内、インバータ入力電流ｉとトルク脈動補正量ＳＣの関係のみである（運転周波数ｎとトルク脈動補正量ＳＣの関係は前述した図３の処理で既に参照されている）。
【００５１】
この更新設定の後、ＣＰＵ３６は再度、インバータ入力電流ｉを検出し、そのピーク値ｉｐを演算し、さらにピーク値ｉｐが所定値以上低下したか否かを判断する（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。この判断がＹＥＳ（ピーク値ｉｐが所定値以上低下した）となるときには、その時点では、インバータ入力電流に応じて補正量を低減させる処理を行う前の運転周波数でのトルク脈動補正量よりも小さい補正量でトルク脈動補正が掛かっていることになるので、ＣＰＵ３６は、運転周波数を補正量低下に相当する分だけアップさせる（すなわち、モータの回転速度を補正量低下に相当する分だけ上げる）指令を出す。これにより、例えば図８に示す如く、運転周波数がアップされ、コンプレッサ２６の振動や騒音が抑制される。
【００５２】
一般に、このような状態は瞬時に改善されるものではないことを考慮して、ＣＰＵ３６は次いで、次回のコンプレッサ起動時までの間は、その時点のトルク脈動補正量で運転することができる最低周波数以下の値での運転を禁止する（ステップＳ２８：図８参照）。これにより、「運転周波数のダウン、電流脈動の増加、トルク脈動補正量の減少、運転周波数のアップ、そして、脈動電流の低下」と巡るハンチング現象に陥る事態を回避できる。ステップＳ２８の後はメイン処理に戻る。
【００５３】
一方、前述したステップＳ２６でＮＯ、すなわちインバータ入力電流の増加に応じてトルク脈動補正量を低下させても、インバータ入力電流のピーク値が低下しないと判断された場合、ＣＰＵ３６は、トルク脈動補正の中断指令を出す（ステップＳ２９）。次いで、インバータ入力電流ｉを検出し、そのピーク値ｉｐを演算し、さらにピーク値ｉｐが所定値以上低下したか否かを判断する（ステップＳ３０〜Ｓ３２）。この判断がＹＥＳ（ピーク値ｉｐが所定値以上低下した）となるときには、トルク脈動補正の中断に因ってコンプレッサからの振動及び騒音が増加するのを抑えるために、図９に例示する如く、運転周波数をトルク脈動制御上限周波数Ｎまでアップさせる（ステップＳ３３）。この後、メイン処理に戻る。
【００５４】
一方、ステップＳ３２でＮＯ、すなわちトルク脈動補正を中断させてもインバータ入力電流が思うように低下しないときには、ＣＰＵ３６はコンプレッサの運転そのものを中断させる指令を行う（ステップＳ３４）。この後、メイン処理に戻る。
【００５５】
なお、上述したステップＳ２７、Ｓ３３における運転周波数アップは図２の処理で使用する指令値Ｖを更新することで対処され、ステップＳ２８、Ｓ２９、Ｓ３４における運転制御の指令は、図２のステップＳ７の回転速度制御に反映されるパラメータを更新することで対処される。
【００５６】
このように本実施形態によれば、ブラシレスＤＣモータ２０の負荷が大きいことに因り、第１の実施形態による運転周波数ｎに応じて補正量が変化するトルク脈動補正が行われた場合でも、依然として、インバータ１８の入力電流がその許容値を超えてしまいそうな状態を未然に感知して、それを防止することができる。すなわち、インバータ入力電流が大きくなると、トルク脈動補正量を減少させるので、インバータ１８を過大電流に因る破壊などから殆ど確実に防止することができる。
【００５７】
加えて、何らかの事情に因って、このインバータ入力電流の増加に応じた補正量の低減を行っても依然として、インバータ入力電流が所望値以上に低下しないときには、トルク脈動補正の中断やコンプレッサの運転中断などの運転制御を行うので、２重、３重の保護機能を持たせることができる。これにより、インバータ１８及びその周辺回路を過大電流に因る破壊から一層確実に防御することができる。
【００５８】
なお、この第２の実施形態において、図６のステップＳ２３で補正量を低減処理するときの対象信号はインバータ入力電流に限定されること無く、例えば空気調和機の運転電流（セット電流）であってもよい。この運転電流は、図１に示す交流電源側の電流検出器４６による電流検出信号から、前述と同様に検出すればよい。この運転電流が大きくなるにしたがって、例えば図１０に示す如く、トルク脈動補正量ＳＣをテーブル参照法や演算により求めることで、同様の制御を行うことができる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る空気調和機を、図１０〜１３を参照して説明する。この実施形態に係る空気調和機は、前述した図１に示す構成のコンプレッサ駆動制御装置１０を備えており、そのハード的な構成は第１の実施形態のものと同じである。
【００６０】
この第３の実施形態に係るコンプレッサ駆動制御装置は、ブラシレスＤＣモータ２０の起動、四方弁５４の通電切替、及びトルク脈動位相角の判定のタイミングを規制する制御及びこれに関連した運転制御に特徴を有する。
【００６１】
具体的には、コントローラ３２のＣＰＵ３６によって、図１のステップＳ１に関わる初期設定処理の一部として図１１に部分的に示す処理が実行されるとともに、運転制御として図１２に示す微小時間Δｔ毎のタイマ割込み処理が実行される。
【００６２】
図１１の処理によれば、ＣＰＵ３６は、一例として、最初に四方弁５４への通電を切り替えて、安定な流路位置に移動させる（図１３中の（ａ）参照：ステップＳ１ａ、Ｓ１ｂ）。次いで、ブラシレスＤＣモータ２０を起動させる（ステップＳ１ｃ、Ｓ１ｄ）。そしてこの後、トルク脈動補正の位相角判定を行う（ステップＳ１ｅ）。一般に、位相角判定はモータの起動直後に行われるので、ここでも、それに従うシーケンスになっている。
【００６３】
これにより、図１３に示す如く、四方弁への通電が最初に切り替えられ、安定した後に、ブラシレスＤＣモータ２０が起動させられる。そして所定時間経過した後で、トルク脈動位相角の判定に入る。したがって、従来のように、トルク脈動補正の位相角判定中に四方弁２６が作動させられ、１回転中のトルク変動に乱れが生じ、トルクの大きい回転位相とトルクの小さい回転位相との間の速度差が正確に判定できなくなるといった事態を防止できる。
【００６４】
なお、トルク脈動補正の位相角判定が終了した後で、四方弁５４の位置切替用の通電を行ってもよい（図１３中の（ｂ）参照）。
【００６５】
一方、タイマ割込み方式で実行される図１２に記載の処理によれば、ＣＰＵ３６は、現在の運転周波数ｎを検出してｎ≦Ｎか否かを判断する（ステップＳ４１、Ｓ４２）。この判断がＮＯ（ｎ＞Ｎ）のときにはそのままメイン処理に戻るが、ＹＥＳ（ｎ≦Ｎ）のときには引き続いてステップＳ４３〜Ｓ４６の処理を実行する。
【００６６】
すなわち、トルク脈動補正が開始されたときは、トルク脈動補正を行っている位相区間を通過する時間を検出し、その時間の平均状態を求める（ステップＳ４３〜Ｓ４６）。
【００６７】
次いで、トルク脈動補正を実行したことによりトルク脈動が低減したか否かを、演算した平均状態に基づき判断する（ステップＳ４７）。仮に、この位相区間を通過する時間が平均されずに分散される場合（ステップＳ４７でＮＯ）、トルク脈動補正の位相角判定が誤っているので、トルク脈動補正を中断すべくパラメータを設定する（ステップＳ４８）。そして、トルク脈動補正上限周波数Ｎ以下での運転を禁止し、上限周波数Ｎを超える周波数で運転するようにパラメータを制御する（ステップＳ４９）。このステップＳ４９の処理に代えて、トルク脈動補正の位相角判定をやり直す処理を行ってもよい。
【００６８】
このようにトルク脈動補正の位相角判定のタイミングを適正化し、さらに、その位相角判定の合否のチャックし、不備な場合の運転制御法まで提供できるので、前述した実施形態と同等の作用効果に加え、トルク脈動補正を安定的に且つより精度良く実施することができるという効果が得られる。
【００６９】
なお、図４，７，１０の実施形態において、コンプレッサの運転周波数の上昇に伴って調整するトルク脈動補正量は、その運転周波数の変化に拠らずに、常に一定の割合で変化する（補正量の傾きが一定）ように設定しているが、本発明に係る運転周波数とトルク脈動補正量との変化の関係は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す如く変化させてもよい。同図（ａ）に示す関係は、トルク脈動補正量の減少割合を運転周波数が上昇するにつれて指数関数的に減らしたもの、同図（ｂ）に示す関係は、トルク脈動補正量の減少割合を運転周波数が上昇するにつれて逆指数関数的に減らしたもの、さらに、同図（ｃ）に示す関係は運転周波数の上昇の初め付近と終わり付近で、特に、トルク脈動補正量の減少割合を大きくしたものである。これらの特性は、コンプレッサの振動の周波数特性などの応じて適宜に選択でき、これにより設計の自由度が増す。
【００７０】
さらに、前述の実施形態にあっては、コントローラ３２はマイクロコンピュータをその主要素として構成したが、このコントローラは、前述したと同等の機能を持たせるようにデジタル回路やリレー、スイッチ素子などのシーケンス回路を組み合わせて構成することもできる。
【００７１】
上述した各実施形態およびその変形例は単なる例示であって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の記載にしたがって決まるもので、本発明の範囲を逸脱しない範囲において様々な態様のコンプレッサ駆動制御装置、空気調和機、及び記録媒体を実施することができる。
【００７２】
本発明に係るコンプレッサ駆動制御装置及び空気調和機によれば、インバータなどの駆動手段の入力電流の許容値内でトルク脈動補正を最大限に発揮させて振動や騒音を効果的に抑制するとともに、過電流に因る機器や回路部品の焼損などを確実に防止して、高寿命で、性能が安定した装置を提供することができる。また、これに付随して、駆動手段に入力する電流などを抑制する運転上の制御手段を持たせているので、信頼性の高い装置を提供することができる。
【００７３】
また、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態に係る、空気調和機のコンプレッサ駆動制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態においてＣＰＵによって実行されるメイン処理を示す概略フローチャート。
【図３】第１の実施形態においてＣＰＵによって実行されるトルク脈動補正量の更新処理を示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図４】運転周波数とトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図５】運転周波数とトルク脈動補正量の関係に関する別の例を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態においてＣＰＵによって実行されるトルク脈動補正量の更新処理を中心に示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図７】運転周波数、インバータ入力電流、及びトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図８】トルク脈動補正量の時間変化の一例を示す図。
【図９】トルク脈動補正量の時間変化の別の一例を示す図。
【図１０】変形例に係る、運転周波数、セット運転電流、及びトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図１１】第３の実施形態においてＣＰＵにより初期設定処理の一部として実行される処理の概略フローチャート。
【図１２】第３の実施形態においてＣＰＵによって実行される運転制御を示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図１３】起動からトルク脈動補正に至る時間変化の一例を示す図。
【図１４】運転周波数とトルク脈動補正量の関係の別の例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７５】
１０ コンプレッサ駆動制御装置
１８ インバータ
２０ ブラシレスＤＣモータ
２６ コンプレッサ
２８ 回転子位置検出器
３０ カウンタ
３２ コントローラ
３６ ＣＰＵ
３８ ＲＯＭ
４０ ＲＡＭ
４２ ＰＷＭドライバ
４４、４６ 電流検出器
４８、５０ Ａ／Ｄ変換器
５２ ドライバ
５４ 四方弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサの運転に伴って発生するトルクの脈動を抑制する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機においては、例えば特公平４−３６０００号公報、特公平６−４８９１６号公報、特開平１０−１７４４８８号公報、及び特開平１１−４６４９３号公報に見られる如く、ブラシレスＤＣモータ（無整流子直流電動機）を回転させてコンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動制御装置が多用されている。
【０００３】
コンプレッサとしては、１シリンダ構造又は２シリンダ構造のロータリ式の圧縮機構を備えたコンプレッサがあり、このコンプレッサの圧縮機構にブラシレスＤＣモータの回転軸が直結される。このモータは、モータ駆動装置を成すインバータによりＰＷＭ（パルス幅変調）方式で回転駆動されるので、モータの回転と一体にコンプレッサも回転運転される。
【０００４】
このコンプレッサ、とくに、１シリンダ構造のコンプレッサはその運転に伴うトルクの脈動が大きい。この脈動は室外機からの振動や騒音をもたらすので、通常、モータ１回転中の特定位相区間の電圧の通電率（デューティ）を可変し、トルクの脈動を抑制するトルク脈動補正が実施されている。
【０００５】
また、このトルク脈動補正に際し、トルク脈動位相角の判定が行われる。コンプレッサは冷媒流路切換用の電磁制御弁としての四方弁に接続されているが、モータ起動時に四方弁への通電を切り替え、モータ起動直後にトルク脈動位相角の判定を行っている。
【特許文献１】特公平４−３６０００号公報
【特許文献２】特公平６−４８９１６号公報
【特許文献３】特開平１０−１７４４８８号公報
【特許文献４】特開平１１−４６４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のトルク脈動補正にあっては、この補正を実施すると、モータ巻線電流が大きく脈動し、モータ駆動装置、すなわちインバータの入力電流にも脈動を生じ、そのピーク値が大きくなる傾向がある。このため、室内外の温度や設定温度、及びその他の環境条件に応じて、かかるピーク値がインバータの許容範囲を超えてしまうことがある。このような逸脱が生じると、機器や回路部品が焼損したり、耐寿命性を低下させてしまうという問題が発生する。
【０００７】
また、前述したモータ起動、四方弁への通電、及びトルク脈動位相角判定のタイミング関係によれば、かかる判定中に四方弁が動作することがある。そのような事態に至ると、１回転中のトルク変動が乱れて、トルクの大きい回転位相とトルクの小さい回転位相の速度差が正確に求めることができない。つまり、トルク位相角が正確に判定されず、誤判定に陥るという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みてなされたもので、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行うことを、第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するため、請求項１の発明によれば、四方弁に接続されたコンプレッサに直結され且つ当該コンプレッサを可変速駆動するブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置を搭載した空気調和機において、前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には前記四方弁の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
例えば、請求項２の発明によれば、前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記四方弁に通電を行って当該四方弁の位置を安定させる通電手段と、この通電手段の通電による位置安定後に前記ブラシレスＤＣモータを起動させる起動手段と、この起動後に前記位相検出手段を作動させる作動指令手段とを備える。
【００１１】
これにより、四方弁への通電切替とトルク脈動位相角の判定とを同時に行わないようにでき、トルク脈動位相角の誤判定を防止できる。したがって、より確実なトルク脈動位相角の判定結果をもたらすことができ、この判定結果を反映して的確なトルク脈動補正を行うことができる。
【００１２】
一例として、請求項３の発明では、前記コンプレッサは、１シリンダ構造のロータリ式コンプレッサで構成される。これにより、トルク脈動が大きいコンプレッサであっても、その脈動が的確に補正され、振動や騒音の発生が抑制されるとともに、過電流から回路要素を保護できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る空気調和機を図１〜５を参照して説明する。この空気調和機は、本発明に係るコンプレッサ駆動制御装置を適用して実施されている。
【００１６】
図１に、空気調和機のコンプレッサ駆動制御装置１０を中心とした部分的な構成ブロック図を示す。
【００１７】
このコンプレッサ駆動制御装置１０は、交流電源１２から交流電力が供給される整流回路１４を備える。この整流回路１４の出力端には平滑コンデンサ１６が並列接続されるとともに、駆動手段としてのインバータ１８が接続されている。このインバータ１８は６個のトランジスタと夫々のトランジスタに逆並列接続された６個のダイオードとから成る半導体スイッチ群を備える。各トランジスタのベース電圧は後述するＰＷＭドライバによってＰＷＭ（パルス幅変調）方式で制御される。
【００１８】
インバータ１８の３個の出力端はブラシレスＤＣモータ２０に接続されている。このブラシレスＤＣモータ２０は、３相結線された３本の電機子巻線２２と磁石回転子２４を備える。３本の電機子巻線２２が前述したインバータ１３の出力端に夫々接続される一方、磁石回転子４がコンプレッサ２６の軸に機械的に直結されている。
【００１９】
コンプレッサ２６には、本実施形態では、１シリンダ構造のロータリ式が採用されている。
【００２０】
また、ブラシレスＤＣモータ２０の３本の電機子巻線２２の夫々は回転子位置検出器２８にも電気的に接続され、各電機子巻線２２に誘起される電圧がこの検出器２８により検出される。回転子位置検出器２８はその電圧信号を回転子位置パルス信号に変換して、これを後段のカウンタ３０に出力する。カウンタ３０は回転子位置パルス信号の例えばエッジをカウントし、そのカウント値に応じたカウント信号をコントローラ３２に出力する。
【００２１】
コントローラ３２は、信号の受渡しや信号レベルの整合を担うインタフェース回路３４と、このコンプレッサ駆動制御機能の中枢を担うＣＰＵ３６と、プログラムや初期値などを予め格納しているＲＯＭ３８、及びデータの書込み及び読出しが可能なＲＡＭ４０を備えたマイクロコンピュータで構成されている。
【００２２】
このコントローラ３２には、前記ＣＰＵ３６から供給されるドライブ信号及びＰＷＭ信号に基づき前記インバータ１８の通電状態を変更するドライバ４２が接続されている。
【００２３】
さらに、このコンプレッサ駆動制御装置１０には非接触で電流検出を行う２つの電流検出器４４及び４６が装備されており、一方はインバータ１８の入力側線路に配置され、もう一方は交流電源１２の出力側線路に配置されている。２つの電流検出器４４，４６による電流検出信号はＡ／Ｄ変換器４８，５０を夫々介してコントローラ３２に供給されている。
【００２４】
さらに、コントローラ３２は別のドライバ５２を介して、電磁制御弁の構造を成す四方弁５２のコイルにも接続されている。これにより、四方弁５２に通電してその連結経路を冷房サイクルと暖房サイクルのいずれかに変更できるようになっている。この四方弁５２は冷媒の冷凍サイクルを構成する循環系に挿入されており、前述したコンプレッサ２６にも連結されている。
【００２５】
前記コントローラ３２のＲＯＭ３８に格納されているプログラムには、後述する図２〜３に記載のルーチンが含まれる。これらのルーチン処理を介して、ＰＷＭ方式によるブラシレスＤＣモータ２０の速度制御（すなわち、コンプレッサ２６の運転制御）、コンプレッサ２６のトルク脈動補正、さらには本発明の特徴を成す、トルク脈動補正の補正量の調整処理などの機能がソフトウエア的に実現される。
【００２６】
したがって、特許請求の範囲に記載の構成要件の内、ブラシレスＤＣモータ２０、コンプレッサ２６、及び四方弁５４を除く構成要件は、このＣＰＵ３６を中心とするマイクロコンピュータの一部関与又は全面関与によって機能的に実現され、フローチャートにそれが図示されている（後述の第２，第３の実施形態においても同様である）。また、ＲＯＭ３８は本願発明を実行させるための記録媒体をも成す。
【００２７】
第１の実施形態に戻って、図２及び図３は共にＣＰＵ３６によって実行されるコンプレッサ駆動制御の概略を示す。この内、図２のメイン処理は電源オンに応答して開始され、電源オフまで繰返し実行されるメイン処理の概略を示す。もう一方の図３の処理は、図２のメイン処理の実行中に、一定の微小時間Δｔ毎に実行されるタイマ割込み処理の概略を示す。
【００２８】
図２のメイン処理の概略を説明する。ＣＰＵ３６はその起動後、所定の初期設定処理を行う（ステップＳ１）。次いで、ＣＰＵ３６はカウンタ３０から出力されるカウント信号を読み込み、このカウント信号に基づき現在のモータ回転速度、すなわちコンプレッサ２６の現在の運転周波数ｎを検出する（ステップＳ２）。
【００２９】
次いで、ＣＰＵ３６は、外部から指令されている速度指令信号を読み込み、この信号に対応した運転周波数と現在の運転周波数ｎとの差分（速度差）を演算し、この差分値に応じた回転速度指令値ＶＰを演算する（ステップＳ３）。
【００３０】
この後、ＣＰＵ３６は、現在の運転周波数ｎと予め設定してあるトルク脈動補正上限周波数Ｎとについて、ｎ≦Ｎか否かを判断する（ステップＳ４）。一般に、コンプレッサ２６を低い周波数で運転すると、そのトルクの脈動に因って振動や騒音が大きくなるので、この振動及び騒音の抑制範囲を抑制するために、トルク脈動補正上限周波数Ｎが設定されている。すなわち、このトルク脈動補正上限周波数Ｎは、トルク脈動補正を行う最大周波数（最大回転速度）であって、この値よりも低い周波数範囲でトルク脈動補正を行うことを規定するものである。
【００３１】
このステップＳ４の判断がＮＯ、つまりｎ＞Ｎになっているときには次のステップＳ５の処理はスキップされ、その一方で、この判断がＹＥＳ、つまりｎ≦Ｎが成立するときには所定の低周波数範囲であると認識して、ステップＳ５に移行する。このステップにおいて、ＣＰＵ３６は、後述する図３の処理によって略リアルタイムに更新されている現在のトルク脈動補正量ＳＣをＲＡＭ４０内の所定記憶領域から読み出す。
【００３２】
次いで、上述の２つのステップで演算及び読み出した回転速度指令値ＶＰ及びトルク脈動補正量ＳＣに基づくトータルの回転速度指令値Ｖを演算する（ステップＳ６）。そして、ＣＰＵ３６は、このトータルの指令値Ｖに応じたドライブ信号とＰＷＭ信号をドライバ４２に出力することで、ドライバ４２に対してブラシレスＤＣモータ２０の回転速度制御を指令する（ステップＳ７）。これにより、ドライバ４２はインバータ１８における通電のデューティ比を指令値Ｖに応じてＰＷＭ制御するので、モータ２０の回転速度、すなわちコンプレッサ２６の運転周波数は指令値Ｖに対応した値に制御される。
【００３３】
この回転速度制御の指令が終わると、ＣＰＵ３６は停止制御を行う（ステップＳ８）。すなわち、所定の停止条件が満足されたか否かを判断し、かかる条件が満足されると、ブラシレスＤＣモータ２０の回転停止に要する指令をドライバ４２に行い、一方、停止条件が満足されないときにはステップＳ２に戻って上述した処理を繰り返す。
【００３４】
一方、図３のタイマ割込み処理は図２のメイン処理が実行されている間、一定時間Δｔ毎に実行される。この割込み処理が起動すると、ＣＰＵ３６はカウンタ３０のカウント信号からブラシレスモータ２０の現在の回転速度（すなわち、コンプレッサの現在の運転周波数ｎ）を検出する（ステップＳ１１）。次いで、この運転周波数ｎについてｎ≦Ｎ（Ｎ：トルク脈動補正上限周波数）か否かを判断する（ステップＳ１２）。この判断でＮＯ、すなわちｎ＞Ｎの場合、何もせずにメイン処理に戻る。
【００３５】
しかし、ＹＥＳの判断、すなわちｎ≦Ｎの条件が成立し、運転周波数ｎが低い領域にあるときには、次いで、その運転周波数ｎに応じてトルク脈動補正量ＳＣを調整し、記憶する処理を行う（ステップＳ１３）。この補正量ＳＣの更新は、一例として、ＲＯＭ３８の所定記憶領域に予め記憶させてあるテーブルを参照して実行される。
【００３６】
このテーブルの例を図４及び図５に示す。両方の図は共に、横軸に運転周波数ｎをとり、縦軸にトルク脈動補正量ＳＣをとっており、このグラフに対応したデータがテーブルとして予め記憶されている。図４のトルク補正量ＳＣのグラフによれば、運転周波数ｎが一定値に達すると最大補正量まで立ち上がり、その後、トルク脈動補正上限周波数Ｎまで直線的に減少する。これに対し、図５のトルク補正量ＳＣのグラフは、運転周波数ｎが一定値に達すると最大補正量まで立ち上がり、その後、トルク脈動補正上限周波数Ｎまで段階的に減少する。
【００３７】
図４又は図５の何れの補正量曲線を採用するかは任意である。また、この補正量ＳＣの更新は必ずしもテーブル参照により求める構成を採らなくてもよく、例えば、その都度、運転周波数ｎを関数とする演算式を解いて求めてもよい。
【００３８】
このため、図４又は図５の何れの補正量曲線に拠っても、現在の運転周波数ｎが高くなるほど小さくなる補正量ＳＣが逐一、更新設定される。当然に、運転周波数ｎが低くなると、補正量ＳＣは高い値に更新設定される。
【００３９】
この補正量ＳＣの更新が終わると、その後の処理はメイン処理に戻される。したがって、前述したメイン処理において呼び出される補正量ＳＣは常にその時点の運転周波数ｎの高低を反映した値に、ほぼリアルタイムに設定されている。
【００４０】
このため、図２のステップＳ７を介して実行されるｎ≦Ｎ時の回転速度制御にあっては、外部から供給される速度指令信号及び現在の運転周波数との差分に基づくＰＷＭデューティ比が、ロータ１回転中の特定の位相にて前述の如く調整されたトルク脈動補正量ＳＣに相当する割合だけアップされ、又は、特定の位相にて前述の如く調整されたトルク脈動補正量ＳＣに相当する割合だけダウンされる。
【００４１】
一般に、モータ回転数（コンプレッサ運転周波数）が高くなると、インバータの入力電流が増加するので、運転周波数の増加に対して従来の如く常に同じ補正量でトルク脈動を補正していると、運転周波数が高くなるほど、インバータの許容値を超えた電流が流れ易くなる。
【００４２】
しかしながら、本実施形態では、従来のように運転周波数が変わっても常に一定の同じ割合でデューティ比をアップ又はダウンさせるという制御法は採らず、上述したように、運転周波数が上昇するにつれて連続的に（図４参照）又は段階的に（図５参照）トルク脈動補正量を低減させている。
【００４３】
このため、例えばコンプレッサ２６を運転している周囲温度などの環境変化に因って負荷トルクが大きくなり、モータ２０の巻線の電流脈動が大きくなっても、インバータ１８の入力電流がその許容電流値を瞬時的に越えるという状態を殆ど確実に防止できる。したがって、瞬時的な電流に因るインバータ１８の回路素子の焼損やダメージなどを殆ど確実に防止でき、これにより、インバータ自体の長寿命化を図ることができる。
【００４４】
コンプレッサ２６の振動や騒音は運転周波数が低いほど顕著に現れるが、本実施形態ではｎ≦Ｎの低い運転周波数領域ではありながら、その領域内の高い方の運転周波数で重点的に補正量を減少させているので、全体としてのトルク脈動補正の効果には殆ど影響しない。したがって、上述のインバータ電流の抑制と並行して、従来と同等の的確なトルク脈動補正を効果的に発揮させ、コンプレッサに起因した振動や騒音を確実に抑制することもできる。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る空気調和機を、図６〜９を参照して説明する。この実施形態に係る空気調和機は、前述した図１に示す構成のコンプレッサ駆動制御装置１０を備えており、そのハード的な構成は第１の実施形態のものと同じである。
【００４６】
この第２の実施形態によれば、コントローラ３２のＣＰＵ３６は、そのメイン処理として、前述した図２及び図３に示す処理を行うものの、トルク脈動補正量の更新及びトルク脈動補正に関連した運転制御を、図６に示すタイマ割込み処理によって更に付加的に実行する。つまり、この第２の実施形態では第１の実施形態で発揮される機能に加え、図６に示す処理による機能も得られる。
【００４７】
図６のタイマ割込み処理は一定時間Δｔ毎に実行される。ＣＰＵ３６は、この図６の処理が起動すると、電流検出器４４からの電流検出信号を読み込み、インバータ１８の入力電流ｉが検出され、そのピーク値ｉｐが演算される（ステップＳ２０，Ｓ２１）。
【００４８】
次いで、インバータ１８の許容電流値に対応して予め設定されているしきい値ｉｔｈに対して、このピーク値ｉｐがｉｐ≧ｉｔｈであるか否かを判断する（ステップＳ２２）。このステップでＣＰＵ３６がＮＯ、すなわちｉｐ＜ｉｔｈであると判断したときには、その処理はそのままメイン処理に戻される。
【００４９】
しかし、ＹＥＳ、すなわちｉｐ≧ｉｔｈが成立すると認識したときには、インバータ入力電流ｉの増大分に応じてトルク脈動補正量ＳＣを低減させる処理を行う（ステップＳ２３）。この処理は、例えば図７に示す如く予め設定されているＲＯＭ３８内の記憶テーブルを参照することで行われる。同図のトルク脈動補正量ＳＣの特性よれば、第１の実施形態と同様に運転周波数ｎの増加に伴って補正量ＳＣは低下する一方で、インバータ入力電流が大きくなるほど、補正量ＳＣ全体の値が低減されている。このため、同じ運転周波数ｎであっても、インバータ入力電流ｉが増えると、その増加分に対応した値だけ低下させたトルク脈動補正量ＳＣに更新設定される。
【００５０】
なお、このステップＳ２３で参照するデータは、図７に示す特性の内、インバータ入力電流ｉとトルク脈動補正量ＳＣの関係のみである（運転周波数ｎとトルク脈動補正量ＳＣの関係は前述した図３の処理で既に参照されている）。
【００５１】
この更新設定の後、ＣＰＵ３６は再度、インバータ入力電流ｉを検出し、そのピーク値ｉｐを演算し、さらにピーク値ｉｐが所定値以上低下したか否かを判断する（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。この判断がＹＥＳ（ピーク値ｉｐが所定値以上低下した）となるときには、その時点では、インバータ入力電流に応じて補正量を低減させる処理を行う前の運転周波数でのトルク脈動補正量よりも小さい補正量でトルク脈動補正が掛かっていることになるので、ＣＰＵ３６は、運転周波数を補正量低下に相当する分だけアップさせる（すなわち、モータの回転速度を補正量低下に相当する分だけ上げる）指令を出す。これにより、例えば図８に示す如く、運転周波数がアップされ、コンプレッサ２６の振動や騒音が抑制される。
【００５２】
一般に、このような状態は瞬時に改善されるものではないことを考慮して、ＣＰＵ３６は次いで、次回のコンプレッサ起動時までの間は、その時点のトルク脈動補正量で運転することができる最低周波数以下の値での運転を禁止する（ステップＳ２８：図８参照）。これにより、「運転周波数のダウン、電流脈動の増加、トルク脈動補正量の減少、運転周波数のアップ、そして、脈動電流の低下」と巡るハンチング現象に陥る事態を回避できる。ステップＳ２８の後はメイン処理に戻る。
【００５３】
一方、前述したステップＳ２６でＮＯ、すなわちインバータ入力電流の増加に応じてトルク脈動補正量を低下させても、インバータ入力電流のピーク値が低下しないと判断された場合、ＣＰＵ３６は、トルク脈動補正の中断指令を出す（ステップＳ２９）。次いで、インバータ入力電流ｉを検出し、そのピーク値ｉｐを演算し、さらにピーク値ｉｐが所定値以上低下したか否かを判断する（ステップＳ３０〜Ｓ３２）。この判断がＹＥＳ（ピーク値ｉｐが所定値以上低下した）となるときには、トルク脈動補正の中断に因ってコンプレッサからの振動及び騒音が増加するのを抑えるために、図９に例示する如く、運転周波数をトルク脈動制御上限周波数Ｎまでアップさせる（ステップＳ３３）。この後、メイン処理に戻る。
【００５４】
一方、ステップＳ３２でＮＯ、すなわちトルク脈動補正を中断させてもインバータ入力電流が思うように低下しないときには、ＣＰＵ３６はコンプレッサの運転そのものを中断させる指令を行う（ステップＳ３４）。この後、メイン処理に戻る。
【００５５】
なお、上述したステップＳ２７、Ｓ３３における運転周波数アップは図２の処理で使用する指令値Ｖを更新することで対処され、ステップＳ２８、Ｓ２９、Ｓ３４における運転制御の指令は、図２のステップＳ７の回転速度制御に反映されるパラメータを更新することで対処される。
【００５６】
このように本実施形態によれば、ブラシレスＤＣモータ２０の負荷が大きいことに因り、第１の実施形態による運転周波数ｎに応じて補正量が変化するトルク脈動補正が行われた場合でも、依然として、インバータ１８の入力電流がその許容値を超えてしまいそうな状態を未然に感知して、それを防止することができる。すなわち、インバータ入力電流が大きくなると、トルク脈動補正量を減少させるので、インバータ１８を過大電流に因る破壊などから殆ど確実に防止することができる。
【００５７】
加えて、何らかの事情に因って、このインバータ入力電流の増加に応じた補正量の低減を行っても依然として、インバータ入力電流が所望値以上に低下しないときには、トルク脈動補正の中断やコンプレッサの運転中断などの運転制御を行うので、２重、３重の保護機能を持たせることができる。これにより、インバータ１８及びその周辺回路を過大電流に因る破壊から一層確実に防御することができる。
【００５８】
なお、この第２の実施形態において、図６のステップＳ２３で補正量を低減処理するときの対象信号はインバータ入力電流に限定されること無く、例えば空気調和機の運転電流（セット電流）であってもよい。この運転電流は、図１に示す交流電源側の電流検出器４６による電流検出信号から、前述と同様に検出すればよい。この運転電流が大きくなるにしたがって、例えば図１０に示す如く、トルク脈動補正量ＳＣをテーブル参照法や演算により求めることで、同様の制御を行うことができる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る空気調和機を、図１０〜１３を参照して説明する。この実施形態に係る空気調和機は、前述した図１に示す構成のコンプレッサ駆動制御装置１０を備えており、そのハード的な構成は第１の実施形態のものと同じである。
【００６０】
この第３の実施形態に係るコンプレッサ駆動制御装置は、ブラシレスＤＣモータ２０の起動、四方弁５４の通電切替、及びトルク脈動位相角の判定のタイミングを規制する制御及びこれに関連した運転制御に特徴を有する。
【００６１】
具体的には、コントローラ３２のＣＰＵ３６によって、図１のステップＳ１に関わる初期設定処理の一部として図１１に部分的に示す処理が実行されるとともに、運転制御として図１２に示す微小時間Δｔ毎のタイマ割込み処理が実行される。
【００６２】
図１１の処理によれば、ＣＰＵ３６は、一例として、最初に四方弁５４への通電を切り替えて、安定な流路位置に移動させる（図１３中の（ａ）参照：ステップＳ１ａ、Ｓ１ｂ）。次いで、ブラシレスＤＣモータ２０を起動させる（ステップＳ１ｃ、Ｓ１ｄ）。そしてこの後、トルク脈動補正の位相角判定を行う（ステップＳ１ｅ）。一般に、位相角判定はモータの起動直後に行われるので、ここでも、それに従うシーケンスになっている。
【００６３】
これにより、図１３に示す如く、四方弁への通電が最初に切り替えられ、安定した後に、ブラシレスＤＣモータ２０が起動させられる。そして所定時間経過した後で、トルク脈動位相角の判定に入る。したがって、従来のように、トルク脈動補正の位相角判定中に四方弁２６が作動させられ、１回転中のトルク変動に乱れが生じ、トルクの大きい回転位相とトルクの小さい回転位相との間の速度差が正確に判定できなくなるといった事態を防止できる。
【００６４】
なお、トルク脈動補正の位相角判定が終了した後で、四方弁５４の位置切替用の通電を行ってもよい（図１３中の（ｂ）参照）。
【００６５】
一方、タイマ割込み方式で実行される図１２に記載の処理によれば、ＣＰＵ３６は、現在の運転周波数ｎを検出してｎ≦Ｎか否かを判断する（ステップＳ４１、Ｓ４２）。この判断がＮＯ（ｎ＞Ｎ）のときにはそのままメイン処理に戻るが、ＹＥＳ（ｎ≦Ｎ）のときには引き続いてステップＳ４３〜Ｓ４６の処理を実行する。
【００６６】
すなわち、トルク脈動補正が開始されたときは、トルク脈動補正を行っている位相区間を通過する時間を検出し、その時間の平均状態を求める（ステップＳ４３〜Ｓ４６）。
【００６７】
次いで、トルク脈動補正を実行したことによりトルク脈動が低減したか否かを、演算した平均状態に基づき判断する（ステップＳ４７）。仮に、この位相区間を通過する時間が平均されずに分散される場合（ステップＳ４７でＮＯ）、トルク脈動補正の位相角判定が誤っているので、トルク脈動補正を中断すべくパラメータを設定する（ステップＳ４８）。そして、トルク脈動補正上限周波数Ｎ以下での運転を禁止し、上限周波数Ｎを超える周波数で運転するようにパラメータを制御する（ステップＳ４９）。このステップＳ４９の処理に代えて、トルク脈動補正の位相角判定をやり直す処理を行ってもよい。
【００６８】
このようにトルク脈動補正の位相角判定のタイミングを適正化し、さらに、その位相角判定の合否のチャックし、不備な場合の運転制御法まで提供できるので、前述した実施形態と同等の作用効果に加え、トルク脈動補正を安定的に且つより精度良く実施することができるという効果が得られる。
【００６９】
なお、図４，７，１０の実施形態において、コンプレッサの運転周波数の上昇に伴って調整するトルク脈動補正量は、その運転周波数の変化に拠らずに、常に一定の割合で変化する（補正量の傾きが一定）ように設定しているが、本発明に係る運転周波数とトルク脈動補正量との変化の関係は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、図１４（ａ）〜（ｃ）に示す如く変化させてもよい。同図（ａ）に示す関係は、トルク脈動補正量の減少割合を運転周波数が上昇するにつれて指数関数的に減らしたもの、同図（ｂ）に示す関係は、トルク脈動補正量の減少割合を運転周波数が上昇するにつれて逆指数関数的に減らしたもの、さらに、同図（ｃ）に示す関係は運転周波数の上昇の初め付近と終わり付近で、特に、トルク脈動補正量の減少割合を大きくしたものである。これらの特性は、コンプレッサの振動の周波数特性などの応じて適宜に選択でき、これにより設計の自由度が増す。
【００７０】
さらに、前述の実施形態にあっては、コントローラ３２はマイクロコンピュータをその主要素として構成したが、このコントローラは、前述したと同等の機能を持たせるようにデジタル回路やリレー、スイッチ素子などのシーケンス回路を組み合わせて構成することもできる。
【００７１】
上述した各実施形態およびその変形例は単なる例示であって、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の記載にしたがって決まるもので、本発明の範囲を逸脱しない範囲において様々な態様のコンプレッサ駆動制御装置、空気調和機、及び記録媒体を実施することができる。
【００７２】
本発明に係るコンプレッサ駆動制御装置及び空気調和機によれば、インバータなどの駆動手段の入力電流の許容値内でトルク脈動補正を最大限に発揮させて振動や騒音を効果的に抑制するとともに、過電流に因る機器や回路部品の焼損などを確実に防止して、高寿命で、性能が安定した装置を提供することができる。また、これに付随して、駆動手段に入力する電流などを抑制する運転上の制御手段を持たせているので、信頼性の高い装置を提供することができる。
【００７３】
また、トルク脈動位相角の誤判定を防止し、より確実なトルク脈動位相角の判定結果を得て、これに応じて的確なトルク脈動補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態に係る、空気調和機のコンプレッサ駆動制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態においてＣＰＵによって実行されるメイン処理を示す概略フローチャート。
【図３】第１の実施形態においてＣＰＵによって実行されるトルク脈動補正量の更新処理を示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図４】運転周波数とトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図５】運転周波数とトルク脈動補正量の関係に関する別の例を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態においてＣＰＵによって実行されるトルク脈動補正量の更新処理を中心に示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図７】運転周波数、インバータ入力電流、及びトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図８】トルク脈動補正量の時間変化の一例を示す図。
【図９】トルク脈動補正量の時間変化の別の一例を示す図。
【図１０】変形例に係る、運転周波数、セット運転電流、及びトルク脈動補正量の関係の一例を示すグラフ。
【図１１】第３の実施形態においてＣＰＵにより初期設定処理の一部として実行される処理の概略フローチャート。
【図１２】第３の実施形態においてＣＰＵによって実行される運転制御を示すタイマ割込み処理の概略フローチャート。
【図１３】起動からトルク脈動補正に至る時間変化の一例を示す図。
【図１４】運転周波数とトルク脈動補正量の関係の別の例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７５】
１０ コンプレッサ駆動制御装置
１８ インバータ
２０ ブラシレスＤＣモータ
２６ コンプレッサ
２８ 回転子位置検出器
３０ カウンタ
３２ コントローラ
３６ ＣＰＵ
３８ ＲＯＭ
４０ ＲＡＭ
４２ ＰＷＭドライバ
４４、４６ 電流検出器
４８、５０ Ａ／Ｄ変換器
５２ ドライバ
５４ 四方弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四方弁に接続されたコンプレッサに直結され且つ当該コンプレッサを可変速駆動するブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置を搭載した空気調和機において、
前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には前記四方弁の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記四方弁に通電を行って当該四方弁の位置を安定させる通電手段と、この通電手段の通電による位置安定後に前記ブラシレスＤＣモータを起動させる起動手段と、この起動後に前記位相検出手段を作動させる作動指令手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記コンプレッサは、１シリンダ構造のロータリ式コンプレッサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
【請求項１】
四方弁に接続されたコンプレッサに直結され且つ当該コンプレッサを可変速駆動するブラシレスＤＣモータと、このブラシレスＤＣモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの負荷トルクの脈動位相を検出する位相検出手段とを備えたコンプレッサ駆動制御装置を搭載した空気調和機において、
前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記位相検出手段が負荷トルクの脈動位相を検出している期間には前記四方弁の通電状態の変更を禁止する通電禁止手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記コンプレッサ駆動制御装置は、前記四方弁に通電を行って当該四方弁の位置を安定させる通電手段と、この通電手段の通電による位置安定後に前記ブラシレスＤＣモータを起動させる起動手段と、この起動後に前記位相検出手段を作動させる作動指令手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記コンプレッサは、１シリンダ構造のロータリ式コンプレッサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−５５７８３（Ｐ２００９−５５７８３Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０６４３（Ｐ２００８−２９０６４３）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【分割の表示】特願平１１−２９０２４７の分割
【原出願日】平成１１年１０月１２日（１９９９．１０．１２）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【分割の表示】特願平１１−２９０２４７の分割
【原出願日】平成１１年１０月１２日（１９９９．１０．１２）
【出願人】（５０５４６１０７２）東芝キヤリア株式会社 (477)
【Ｆターム（参考）】
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