JP2005201587A - 空気調和機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンセント引き抜き時におけるコンセント刃両端電圧の安全性を確保しつつ、待機時における消費電力を低減する空気調和機の制御装置を提供する。
【解決手段】商用電源1のライン間に第１の開閉手段６を介して接続されたゼロクロス検出手段７を有し、空気調和機の待機時において、第１の開閉手段６をオン・オフさせる。さらに、第１の開閉手段６がオンの期間にゼロクロス検出手段７を用いてコンセントが引き抜かれたことを検出して、第１の開閉手段６のオン期間の比率を高く制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、待機時における消費電力を低減でき、かつ、コンセント引き抜き時における差し込み刃間の残留電荷を安全に放電することが可能な空気調和機の制御装置に関するものである。

従来の空気調和機の制御装置では、商用電源の電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）の判定や瞬時停電検出のために、図９に示すような商用電源１の電圧のゼロクロス検出手段７や電源電圧の最大値を検出する回路が商用電源１のライン間に接続されている（例えば、特許文献１参照）。

また、空気調和機の制御装置では、一般に商用電源１のライン間に通称Ｘコンと呼ばれる雑音防止用コンデンサが接続されるが、０．１μＦを越える雑音防止用コンデンサを使用する場合には、安全のため、コンセントの引き抜き後１秒以内に４５Ｖ以下まで放電することが法規で義務づけられており、これを満足するために前記コンデンサ（以後Ｘコンと呼ぶ）に並列に放電抵抗１４が設けられる。

放電抵抗１４には一般的に１ＭΩ程度の抵抗が用いられるが、前述のゼロクロス検出手段７の出力波形（図１０）に示すように、商用電源１のゼロクロス点以外において常に電力が消費されていることから、この放電抵抗１４をゼロクロス検出手段７によって代用されることも多い。

一方、近年の空気調和機は、環境への配慮から、機器を使用していない待機時における消費電力をより小さくすることが求められている。しかしながら、上記のＸコンの放電回路は、空気調和機の運転状態によらず商用電源１のライン間に接続されているため、待機時における消費電力を低減する上でのネックとなっている。

また洗濯機などでは、待機時において商用電源ラインを完全に遮断することで待機時における消費電力をゼロとする方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１２６５３１号公報 特開２０００−２３４７９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、コンセント引き抜き時における差し込み刃間の電圧を安全範囲に保つために、待機時においてもノイズフィルタ部の放電用抵抗等によって電力を消費させるため、無負荷時の消費電力を小さくする上での限界となるという課題を有していた。

また、空気調和機においては、待機時においてもリモコンにて運転開始できるようにリモコン信号の待ち受けのために必要最小限の回路に通電させておく必要があり、商用電源ラインを完全に遮断して待機時の消費電力をゼロとする方式を採用することができない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コンセントの残留電荷を安全に放電し、かつ、無負荷時における消費電力を抑制することが可能な空気調和機の制御装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の制御装置は、前記商用電源のライン間に第１の開閉手段を介してゼロクロス検出手段を備え、待機時において前記第１の開閉手段をオン・オフすることで、消費電力を低減するものである。

また、本発明の空気調和機の制御装置は、待機時においても、前記第１の開閉手段のオンの期間に前記ゼロクロス検出手段を用いて商用電源電圧の有無を判断することから、コンセントが引き抜かれた場合には、これを検出して商用電源のライン間に第２の開閉手段を介して接続された放電手段をオンして、差し込み刃間における残留電荷の放電を加速する手段を備えたことにより、待機時における前記開閉手段のオン期間の比率をより小さく設定することで、さらに待機電力を低減するものである。

また、コンセントが引き抜かれた場合に、前記ゼロクロス検出手段によってこれを検出し、前記第１の開閉手段のオン期間の比率を待機時に比べて高く設定し、もしくは常にオンとすることによって残留電荷の放電を加速する手段を備えたことにより、待機時におけるゼロクロス検出手段の消費電力をさらに低減するものである。

また、第１の開閉手段としてサイリスタ構成を形成し、タイマや制御手段からの信号を必要とせずに、半周期毎に第１の開閉手段をオン・オフすることで、簡単な構成にて、制御手段の消費電力低減効果も含めて待機時における消費電力を低減するものである。

さらに、第１の開閉手段と並列に、第２の抵抗を備えることにより、待機時における消費電力を低減効果とあわせて、コンセント差し込み刃の電圧を完全に放電するもののである。

本発明の空気調和機の制御装置は、コンセントから引き抜かれた場合の差し込み刃間の残留電荷を安全に放電し、かつ、待機時の消費電力を抑制することができる。

第１の発明は、商用電源のライン間に、第１の開閉手段を介してゼロクロス検出手段を接続し、待機時にこれをオン・オフさせ、商用電源のゼロクロス検出手段を間欠動作させることで、待機時の消費電力を低減することができる。

第２の発明は、第１の発明の空気調和機の制御装置の構成に加えて、商用電源のライン間に、第２の開閉手段を介して、放電抵抗を設け、制御装置が商用電源から切り離された場合に、ゼロクロス検出手段を用いてこれを検出し、第２の開閉手段をオンすることによってノイズフィルタ部の容量成分に蓄積されている残留電荷の放電を加速させることができることから、待機時における第１の開閉手段のオン期間の比率をより小さくすることができるため、待機時の消費電力をさらに低減することができる。

第３の発明は、ゼロクロス検出手段によって商用電源電圧の有無を検出し、商用電源電圧が低下した場合に、第１の開閉手段のオン・オフの周期に占めるオン期間の比率を上げてコンセント引き抜き時における残留電荷の放電を加速させることで、待機時におけるオン期間の比率をより低く設定して待機時における消費電力を低減することができる。

第４の発明は、ゼロクロス検出手段によって商用電源電圧の有無を検出し、商用電源電圧が低下した場合に、商用電源電圧が復帰するまで、第１の開閉手段をオンに保持することにより、待機時における第１の開閉手段のオン期間の比率をより低く設定して、待機時の消費電力を低減することが可能となる。

第５の発明は、ゼロクロス検出手段によって商用電源電圧が正常範囲にあると判断される場合に、電源半周期よりも短く設定された所定の期間、第１の開閉手段をオフすることにより、待機時における消費電力をさらに低減することができる。

第６の発明は、第１の開閉手段をサイリスタ構成とすることによって、制御手段からの制御信号を必要とせずに、電源の半周期毎にオン・オフさせることができるため、電源周波数の判定やタイマ機能を必要とせず、簡単な構成にて待機電力の低減を実現することができる。

第７の発明は、第１の開閉手段に並列に第２の抵抗を備えることにより、制御手段に提供される電源電圧が低下した後も第２の抵抗によって残留電荷が放電されるため、コンバータ出力が低下して制御手段が機能しなくなった後も残留電荷の放電が継続され、差し込み刃間電圧を０Ｖまで完全に放電することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の制御装置の構成を示すものである。

図１において、本実施の形態１の空気調和機の制御装置は、商用電源１に接続されるノイズフィルタ部２と、ダイオードブリッジ等で構成される整流手段３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成されるコンバータ手段４を具備し、さらにコンバータ手段４の出力によって駆動され、空気調和機の制御を行う制御手段５を有する。ノイズフィルタ部２は、雑音端子電圧の低減のため、ライン間に接続されて通称Ｘコンとよばれる０．１から１μＦ程度のコンデンサやコモンモードチョーク等から構成される。

さらに、商用電源１のライン間には、第１の開閉手段６を介して、フォトカプラおよび抵抗、ダイオード等から構成されるゼロクロス検出手段７を備える。

本実施の形態における空気調和機の制御装置は、空気調和機が運転されない待機時において、制御手段５を用いて第１の開閉手段６をオン・オフ制御する。

図２は、本実施の形態におけるタイミングチャートである。

図２において制御手段５は、商用電源１の半周期に相当する期間に対して第１の開閉手段６をオンし、商用電源１の１周期に相当する期間オフとする制御を繰り返している。第１の開閉手段６のオン・オフ制御における周期は一定であり、第１の開閉手段６がオフの期間には、ゼロクロス検出手段７は商用電源１から切り離されており、電力を消費しない。第１の開閉手段６のオン期間の比率は、商用電源１の最大振幅位相においてコンセントプラグが抜かれた場合においてもノイズフィルタ部２内のＸコン容量に蓄積される残留電荷が１ｓ以内に放電されて４５Ｖ以下となるように設定される。

通常コンバータ手段４の入力または出力には電解コンデンサがあり、コンセントが引き抜かれてから少なくとも数秒間は安定した電源が制御手段５に供給される。したがって、コンセントが引き抜かれてから差し込み刃の電圧が４５Ｖ以下となるまでの期間、制御手段５は確実に動作し、残留電荷を安全に放電することができる。

また一般的にゼロクロス検出手段７は、制御手段５との絶縁用としてフォトカプラを有しており、フォトカプラを確実に動作させるために、設計マージンを十分考慮した電流を商用電源１のラインよりフォトカプラの１次側に流すために、数ｍＷから１００ｍＷ程度の電力が消費されるが、本制御により、待機時においてゼロクロス検出手段７に電流が流れる期間を必要最小限の期間に制限することができる。

以上のように、本実施の形態１においては、待機時において、ゼロクロス検出手段７を間欠的に動作させるため、待機時における消費電力を低減することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態の空気調和機の制御装置の構成を表すものである。

本発明の第２の実施の形態の空気調和機の制御装置においては、商用電源１のライン間に第２の開閉手段８を介して接続される放電用の第１の抵抗９が備えられており、第２の開閉手段８は、通常動作時および待機時においてはオフされている。制御手段５は、前記ゼロクロス検出手段７の検出結果を用いて、商用電源１よりコンセントプラグが抜かれたと判断される場合に第２の開閉手段８をオンする。

第２の開閉手段８がオンされた場合には、ゼロクロス検出手段７自体のインピーダンスと、追加された放電用の第１の抵抗９とによってノイズフィルタ部２内のＸコンの放電が行われるために放電が加速されるから、ゼロクロス検出手段７における回路インピーダンスを低く設定する必要はなく、制御手段５との絶縁に用いられるフォトカプラをオンさせるのに必要最低限の電流をフォトカプラの一次側に流すのに必要とされる程度の高抵抗とすることができる。

待機時においては、第２の開閉手段８は常にオフであることから、ゼロクロス検出手段７における電力消費が減少することにより、さらに待機時における消費電力を低減することが可能となる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態の空気調和機の制御装置の開閉手段の制御を表すタイミングチャートである。なお、本発明の第３の実施の形態における構成は図１と同じであるため、省略する。

本実施の形態３における空気調和機の制御装置では、制御手段５は、第１の開閉手段６がオンとなっている期間のゼロクロス検出手段７の出力を検出しており、商用電源１の電圧が低下し、ゼロクロス検出手段７の出力が反転しなくなった場合に、コンセントプラグが抜かれた可能性があると判断し、第１の開閉手段６のオン期間の比率を増加させる。図４では、待機時において商用電源１の半周期毎にオン・オフしているが、ゼロクロス検出手段７の出力反転がなくなった時点より、第１の開閉手段６をオンする期間をそれまでの２倍としてオン期間の比率を増加させている。

これにより、商用電源１の電圧低下の場合にノイズフィルタ部２のＸコンデンサの放電を加速することができるため、結果として、待機時における第１の開閉手段６のオン期間の比率を小さく設定することが可能となる。

したがって、実施の形態１に比べて待機時における消費電力をさらに低くすることができる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における制御装置の第１の開閉手段６の制御を表すタイミングチャートである。なお、制御装置の構成については、実施の形態３と同じ構成であるため、省略する。

図５に示すように、制御手段５は、商用電源１の電源電圧が低下し、ゼロクロス検出手段７の出力が反転しなくなった場合に、コンセントが引き抜かれた可能性があると判断し、ゼロクロス検出手段７の出力が復帰するまで、第１の開閉手段６をオン状態を保持する。

第１の開閉手段６がオン状態の場合には、常にゼロクロス検出手段７を通じてノイズフィルタ部２のＸコンデンサの放電が加速されるため、結果として、待機時における第１の開閉手段６のオン期間の比率をさらに小さく設定することが可能となり、その結果、制御回路の待機時における消費電力を低くすることができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の第５の実施の形態における第１の開閉手段６の制御に関するタイミングチャートを示したものである。

本実施の形態における構成は、実施の形態１と同じ構成であるため、説明を省略する。

制御手段５は、商用電源１の半周期に相当するオン期間と、商用電源１の１周期に相当するオフ期間とからなるサイクルを１周期とし、第１の開閉手段６のオン・オフ制御を行っている。さらに、第１の開閉手段６のオン期間のうち、ゼロクロス検出手段７によって商用電源１が接続されていることを検出した場合には、その時点から商用電源１の半周期よりも短く設定された所定の期間（２〜５ｍｓ程度）だけ第１の開閉手段６をオフするものである。

第１の開閉手段６をオンからオフとした場合には、ゼロクロス検出手段７の出力は、ゼロクロス点を意味する出力レベル（図６ではＨｉレベル）となるため、制御手段５は、第１の開閉手段６をオフしている期間においてゼロクロス検出手段７の出力を無視している。

これにより、本制御を行っても、商用電源１のゼロクロス点の検出および、電源半周期以上の瞬時停電の検出についてはいずれも可能であり、ゼロクロス検出手段７の本来の機能を損なうものではない。

以上の作用により、ゼロクロス検出手段７に通電されるオン期間の比率がさらに低下するため、待機時における消費電力のさらなる低減が可能となる。

（実施の形態６）
図７は、本発明の第６の実施の形態における制御装置の構成を表す図である。

本実施の形態６では、第１の開閉手段かつ制御手段５との絶縁伝達手段としてフォトサイリスタカプラ１０が用いられる。抵抗１１は、フォトサイリスタカプラ１０の一次側電流調整用の抵抗であり、スナバ回路１２は、フォトサイリスタカプラ１０の誤動作防止用である。

第１の開閉手段６としてフォトサイリスタカプラ１０の一次側ダイオードは、抵抗１１によって常に一定の電流が流されている。フォトサイリスタカプラ１０の一次側ダイオードを常にオンとしても、スイッチ部であるサイリスタ部は、電源の半周期毎に自動的に転
流されることにより、商用電源１の電源周期にて第１の開閉手段６をオン・オフさせることができるため、第１の開閉手段６のオン・オフ制御を行う周期を制御手段５におけるタイマを用いて算出する必要がない。

以上の構成により、制御手段５からの特別な制御信号を必要とせず、より簡単な構成において待機電力の低減を実現することができる。

また、フォトサイリスタカプラ１０の一次側電流のオン・オフを制御手段５によって行うこともできる。このような構成とすれば、制御手段５は、あまり精度のよくないタイマしかない場合でも、転流作用を利用することによって、正確に商用電源１の半周期の整数倍の周期で制御することが可能である。

（実施の形態７）
図８は、本発明の第７の実施の形態における空気調和機の制御装置の構成を示すものである。

本実施の形態の空気調和機の制御装置は、第１の実施の形態の構成に加え、第１の開閉手段６と並列に第２の抵抗１３が接続される。

第２の抵抗１３を設けることにより、第１の開閉手段６のオフ期間においてもゼロクロス検出手段７を通じて電流が流れる。第２の抵抗１３がない場合においては、コンセントの引き抜きから１ｓ後に少なくとも差し込み刃の電圧は４５Ｖ以下となった後は、コンバータ手段４の出力電圧が低下し、制御手段５が動作しない電圧に達して第１の開閉手段６がオフする時点で、差し込み刃間の電圧低下は停止することになる。

実際、コンバータ手段４は、コンセントが引き抜かれてから数十秒から数分間以上安定した出力電圧を保持するため、差し込み刃間の電圧は極めて低い値まで低下するため問題ないが、コンバータ手段４内のコンデンサの容量が極めて小さく、数秒で制御手段５が動作しなくなるような場合においては、第２の抵抗１３を設けることによって、コンセントの引き抜き後、コンバータ手段４の出力電圧が低下し、制御手段５が動作しない電圧に達して、第１の開閉手段６が再びオフとなった後もＸコンの残留電荷の放電が行われるため、コンセントの差し込み刃の両端電圧をほぼ０Ｖまで低下させることが可能となる。

また、同様の効果を得る方法として、商用電源１のライン間に直接数ＭΩ〜数十ＭΩの高抵抗からなる放電抵抗を接続してもよい。同様にして、コンセントの引き抜き後、コンバータ手段４の出力電圧が低くなり、制御手段５が動作しない電圧まで低下し、第１の開閉手段６が再びオフとなった後もコンセント両端間の残留電荷の放電が行われるため、同様にコンセントの差し込み刃の両端電圧をほぼ０Ｖまで低下させることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機の制御装置は、簡易な構成によりコンセント引き抜き時における残留電荷に対する安全性を確保しつつ、待機時における消費電力を抑制することが可能となるので、テレビやＶＴＲ等のリモコンによって受信する機器の制御装置などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における空気調和機の制御装置の第１の開閉手段の制御を表すタイミングチャート 本発明の実施の形態２における空気調和機の制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３における空気調和機の制御装置の第１の開閉手段の制御を表すタイミングチャート 本発明の実施の形態４における空気調和機の制御装置の第１の開閉手段の制御を表すタイミングチャート 本発明の実施の形態５における空気調和機の制御装置の第１の開閉手段の制御を表すタイミングチャート 本発明の実施の形態６における空気調和機の制御装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態７における空気調和機の制御装置の構成を示すブロック図 従来の空気調和機の制御装置におけるゼロクロス検出手段の構成を示すブロック図 従来の空気調和機の制御装置におけるゼロクロス検出手段の出力波形図

符号の説明

１ 商用電源
２ ノイズフィルタ部
３ 整流手段
４ コンバータ手段
５ 制御手段
６ 第１の開閉手段
７ ゼロクロス検出手段
８ 第２の開閉手段
９ 第１の抵抗
１０ フォトサイリスタカプラ
１１ 抵抗
１２ スナバ回路
１３ 第２の抵抗

Claims (7)

1. 商用電源に接続され、前記商用電源のライン間に容量性のインピーダンスを有するノイズフィルタ部と、前記ノイズフィルタ部に接続された整流手段と、前記整流手段に接続されたコンバータ手段と、前記コンバータ手段の出力電圧によって動作する制御手段とを備え、前記商用電源のライン間に第１の開閉手段を介して、前記商用電源のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段を備えた空気調和機の制御装置であって、前記第１の開閉手段は、前記空気調和機の待機時において、前記制御手段によって断続的にオン・オフされることを特徴とする空気調和機の制御装置。
2. 商用電源のライン間に第２の開閉手段を介して第１の抵抗が設けられており、制御手段は、第１の開閉手段のオン期間におけるゼロクロス検出手段の検出結果を用いて、所定の期間、前記商用電源が所定以下の電圧となっていることを検出した場合に、前記第２の開閉手段をオンすることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御装置。
3. 制御手段は、第１の開閉手段のオン期間におけるゼロクロス検出手段の検出結果を用いて、所定の期間、商用電源が所定以下の電圧となっていることを検出した場合に、前記第１の開閉手段のオン・オフの繰り返し周期中のオン時間の比率を高く制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和機の制御装置。
4. 制御手段は、第１の開閉手段のオン期間におけるゼロクロス検出手段の検出結果を用いて、所定の期間、商用電源が所定以下の電圧となっていることを検出した場合に、前記第１の開閉手段をオン状態に保つことを特徴とする請求項１〜３記載の空気調和機の制御装置。
5. 制御手段は、商用電源の半周期の整数倍の周期によって第１の開閉手段をオン・オフし、かつ、ゼロクロス検出手段において前記商用電源のゼロクロス点を検出した後、電源の半周期よりも短い所定の期間、前記第１の開閉手段をオフ状態に保つことを特徴とする請求項１〜４記載の空気調和機の制御装置。
6. 第１の開閉手段は、フォトサイリスタカプラとすることを特徴とする請求項１〜３記載の空気調和機の制御装置。
7. 第１の開閉手段の両端に第２の抵抗を備えたことを特徴とする請求項１〜６記載の空気調和機の制御装置。

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