JP2000291983A - 空気調和機の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動用の電動機の電源に電気二重層
コンデンサ等の大容量コンデンサを使用することによ
り、寿命が長く、かつ、設計・施工に制約の少ない空気
調和機のエンジン始動用の電動機の電源装置を提供す
る。 【解決手段】 エンジン１で駆動される圧縮機を有する
冷凍サイクルを備えた空気調和機の前記エンジン１を始
動する電動機２を駆動するための電源装置１４におい
て、前記電源６は二次電池４と大容量コンデンサ５とを
接続し、エンジン１の始動時前記コンデンサ５に蓄えら
れた電力を電動機２に供給すると共に、エンジン１の運
転中前記電動機２からの回生電力を前記大容量コンデン
サ５に蓄える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン始動用の
電動機の電源に関し、特に電気二重層コンデンサ等の大
容量コンデンサを使用した電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮機の駆動力にエンジンを用い
ている空気調和機の場合、エンジン始動用に電動機を並
設し、この始動用の電動機を駆動させるてエンジンの始
動を行っていた。

【０００３】この電動機には鉛蓄電池等の二次電池を用
いる直流電動機や交流電源を用いる誘導電動機等があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、直流電動機を
使用する場合、直流電動機は大きな始動電流を必要とす
ることから一時的に大電流を流すことができる電源が必
要であった。この電源に鉛蓄電池を使用すると、鉛蓄電
池は大電流の充放電に対して劣化し易く寿命が短くなる
という欠点があり、鉛蓄電池の交換や点検作業に時間と
経費を要した。

【０００５】また、誘導電動機を使用する場合は、始動
電流が直流電動機以上に大きく交流電源のブレーカ落を
招くものであった。

【０００６】ところで、最近、小型で急速充電可能な電
源装置として電気二重層コンデンサを使用することが注
目をされてきている。電気二重層コンデンサは例えば、
電解液に電子伝導性物質を接触させたときに界面に形成
される電気二重層に電荷を静電荷として蓄積するもの
で、ファラッド単位の大きな電気容量が得られる上に、
内部抵抗が小さく、短時間に大電流の充放電が可能であ
る。また、充放電に化学変化が伴わないため、サイクル
寿命が長く、通常の使用条件では劣化しないという特性
を有している。この電気二重層コンデンサを短時間では
あるが、大電力が必要な機器の電源として用いることに
より、電源の小型化、長寿命化ができる。

【０００７】本発明は、エンジン始動用の電動機の電源
に電気二重層コンデンサ等の大容量コンデンサを使用す
ることにより、上述した従来の問題点を解消し、寿命が
長く、かつ、設計・施工に制約の少ない空気調和機のエ
ンジン始動用の電動機の電源装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、エンジンで駆動される圧
縮機を有する冷凍サイクルを備えた空気調和機の前記エ
ンジンを始動する電動機を駆動するための電源装置にお
いて、前記電源は二次電池と大容量コンデンサとを接続
し、エンジンの始動時前記コンデンサに蓄えられた電力
を電動機に供給すると共に、エンジンの運転中前記電動
機からの回生電力を前記大容量コンデンサに蓄えるもの
である。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記大容量コンデンサは電気二重層コ
ンデンサである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面に基づい
て説明する。

【００１１】図１は、第１の実施形態に係る電源装置の
ブロック構成図である。図１において、１は圧縮機を駆
動するガスエンジンである。２はガスエンジン１を始動
するための電動機であり、始動時およびエネルギ回生時
にエンジン１と連結され、それ以外のときには外される
ようになっている。この電動機２は小型高トルクで高効
率が必要なので三相ＤＣブラシレスモータ（以下電動機
という）が使用されている。３は電源の電力を変換する
変換装置で電動機１の始動時に電源から供給される電力
を回転子の回転数に合わせて順に通電される固定子巻線
を切り替えて電動機２に供給するものである。また、こ
の変換装置３は電動機２の始動後に電動機２から回生さ
れる電気エネルギを変換し電源の鉛蓄電池４、コンデン
サ５に回収する機能を兼ねている。鉛蓄電池４は他にニ
ッケルカドニウム電池、ニッケル水素電池などの充放電
可能な二次電池（以下鉛蓄電池という）を用いることが
できる。５は鉛蓄電池４に接続された電気二重層コンデ
ンサなどの大容量コンデンサ（以下電気二重層コンデン
サという）である。鉛蓄電池４と電気二重層コンデンサ
５とが電気的に並列に接続されて電源を構成している。

【００１２】図２は図１のブロック構成図の変換装置を
詳しく示した構成図である。

【００１３】図２において、６は電源であり、鉛蓄電池
４と電気二重層コンデンサ５とが直列に接続されてい
る。３は変換装置であり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
回路７、インバータ回路８およびこれらの回路を制御す
る制御回路９から（電動機２の回転子の架移転位置を検
出する位置検出回路を含む）構成されている。双方向Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ回路７は電源６からの電力を電動機
２を駆動するのに適した電圧に昇圧する機能と、エンジ
ン１の運転時に電動機２から回生された電気エネルギを
電源６への充電に適した電圧に変換する機能を備えてい
る。インバータ回路８は電動機２へ電力を供給する回路
であり、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路７を介して電
源から供給される電力の電圧や電流、電動機２の固定子
巻線への通電切り替えを制御している。電源６と変換装
置３との間には制御回路９により制御される切替スイッ
チ１２が設けられており、鉛蓄電池４および電気二重層
コンデンサ５が直列に変換装置３に接続される側と、電
気二重層コンデンサ５のみ変換装置３に接続される側と
に切り替えることができ制御回路９により切り替えられ
ている。エンジン１の始動時には切替スイッチ１２が鉛
蓄電池４および電気二重層コンデンサ５が直列に変換装
置３に接続される側（以下始動側という）に入れられ、
エンジン１の機械エネルギから回生された電気エネルギ
を変換して電源６に戻す時には電気二重層コンデンサ５
のみ変換装置３に接続される側（以下回生側）に入れら
れる。電気二重層コンデンサ５に電荷が十分に蓄えられ
た後は切替スイッチ１２を始動側へ切り替え鉛蓄電池４
への充電を開始する。

【００１４】次に動作について説明する。

【００１５】エンジン１を始動する場合、切替スイッチ
１２が始動側に入れられ、鉛蓄電池４および電気二重層
コンデンサ５に蓄えられた電力が双方向ＤＣ／ＤＣコン
バータ回路７およびインバータ回路８で所定の電圧・電
流に変換され、電動機２に供給される。電気二重層コン
デンサ５は短時間に大電流を流せることから、電動機２
の始動時には必要とされる始動電流を主に電気二重層コ
ンデンサ５の電荷で賄い、電動機２が始動した後は鉛蓄
電池４の電力で賄っている。エンジン１が始動すると、
空気調和機はこのエンジン１の働きによって通常運転さ
れ、電動機２はエンジン１から外される。

【００１６】エンジン１が通常運転している場合、空調
負荷が減少すると電動機２がエンジン１に連結され、こ
の電動機２が発電機として作用し、エンジン１の機械エ
ネルギが電気エネルギに回生される。この電気エネルギ
が変換装置３を介して電源６の充電に適した電圧・電流
に変換される。このとき切替スイッチ１２は回生側に入
れられ、電気二重層コンデンサ５にのみ接続されるの
で、変換装置３で変換された電力が電気二重層コンデン
サ５に供給され充電される。なお、空気調和機の運転停
止時にもエンジン１の作動が停止するまでの間、回生さ
れた電力が電気二重層コンデンサ５に充電される。

【００１７】第１の実施形態ではエンジン１始動用電動
機２の電源に鉛蓄電池４と電気二重層コンデンサ５とを
併用することで、電動機２の始動時に流れる突入電流を
電気二重層コンデンサ５から供給し、安定状態での運転
電流を鉛蓄電池４から供給する。このようにすることに
より、短時間で大電流を流すことのできる電気二重層コ
ンデンサ５と長時間安定して電力を供給できる鉛蓄電池
４とを併用することで、鉛蓄電池４の負担を減らすこと
ができる。

【００１８】また、エンジン１の通常運転時には、始動
用電動機２が発電機として作用し、エンジン１の機械エ
ネルギが電気エネルギに回生され変換装置３で変換され
て電気二重層コンデンサ５に充電されるので、あらため
て電源に充電する必要がなく、この分省エネが図れる。

【００１９】図３は、第１の実施形態に比べて電源６に
鉛蓄電池等の二次電池４を使用していないときのブロッ
ク構成図である。電気二重層コンデンサ５のみで始動用
の電動機２の電力を賄っている。この電源６は商用電源
１３とに接続されていて、電力の足らないときには商用
電源１３から充電することができる。切替スイッチはな
く、電源装置１４のその他の構成は第１の実施形態と同
様である。

【００２０】図４は図３のブロック構成図の変換装置３
を詳しく示した構成図である。

【００２１】図４において、エンジン１を始動する場
合、電気二重層コンデンサ５に蓄えられた電力が双方向
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路７およびインバータ回路８で
所定の電圧・電流に変換され、電動機２に供給される。
エンジン１が始動すると、空気調和機はこのエンジン１
の働きによって通常運転され、電動機２はエンジン１か
ら外される。

【００２２】エンジン１が通常運転している場合、空調
負荷が減少すると電動機２がエンジン１に連結されれ、
この電動機２が発電機として作用し、エンジン１の機械
エネルギが電気エネルギに回生される。回生された電力
が変換装置３を介して電気二重層コンデンサ５に供給さ
れ充電される。なお、空気調和機の運転停止時にもエン
ジン１の作動が停止するまでの間、電気二重層コンデン
サ５に電力が充電される。

【００２３】第２の実施形態の場合、電気二重層コンデ
ンサ５の電力が足らない場合には商用電源１３から電力
を充電できるようにしており、空気調和機に使用される
電源、例えば、単相１００ボルトの電源からでも充電で
きるようにすることができる。空気調和機に使用される
商用電源の種類に応じて電気二重層コンデンサ５への充
電が可能なので、電源の種類に制約を受けることなく、
機器の設計・施工を行うことができる。

【００２４】また、電気二重層コンデンサ５は蓄えられ
た電力を短時間に大電流にして流せることから、商用電
源系統に負担をかけることなく電動機２の電源として使
用することができる。

【００２５】また、エンジン１の通常運転時には、始動
用電動機２が発電機として作用され、エンジン１の機械
エネルギが電気エネルギに回生され変換装置３で変換さ
れて電気二重層コンデンサ５に充電されるので、この分
省エネが図れる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、エンジン始動用電動機の電源に鉛蓄電池
等の二次電池と大容量コンデンサとを併用することで、
電動機の始動時に必要とされる始動電流を大容量コンデ
ンサの電荷で賄い、電動機が始動した後は、二次電池の
電力で賄うようにして、短時間で大電流を流すことので
きる大容量コンデンサと長時間安定して電力を供給でき
る二次電池とを併用することで、二次電池の負担を減ら
し二次電池の劣化を抑えて長寿命化を図るものである。

【００２７】また、エンジンの通常運転時には、始動用
電動機が発電機として作用し、エンジンの機械エネルギ
が電気エネルギに回生され変換装置で変換されて大容量
コンデンサに充電されるので、あらためて電源に充電す
る必要がなく、この分省エネが図れ運転コストの低減が
図れる。

【００２８】請求項２に記載の発明によれば、大容量コ
ンデンサに電気二重層コンデンサを使用することによ
り、二次電池の容量が小型化でき、また、コストの低減
が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るエンジン駆動式
空気調和機のブロック構成図である。

【図２】図1の電源装置を示す説明図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係るエンジン駆動式
空気調和機のブロック構成図である。

【図４】図３の電源装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 電動機 ３ 変換装置 ４ 鉛蓄電池 ５ 電気二重層コンデンサ ６ 電源 １４ 電源装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンで駆動される圧縮機を有する冷
   凍サイクルを備えた空気調和機の前記エンジンを始動す
   る電動機を駆動するための電源装置において、 前記電源は二次電池と大容量コンデンサとを接続し、エ
   ンジンの始動時前記コンデンサに蓄えられた電力を電動
   機に供給すると共に、エンジンの運転中前記電動機から
   の回生電力を前記大容量コンデンサに蓄えることを特徴
   とする空気調和機の電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記大容量コンデン
   サは電気二重層コンデンサである。