JP2012202620A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】入力交流電圧の変動や平滑コンデンサに残留電圧がある場合でも正確なリレーの故障判定が可能であり、かつ、メインリレーと突入電流防止リレーとにおける故障原因を特定できる空気調和機を提供する。
【解決手段】制御部は、メインリレーと突入電流防止リレーとをすべてオフにし、電源電圧を検出した場合、メインリレー、又は突入電流防止リレーのいずれかの接点が溶着と判断し、次に突入電流防止リレーをオンにして電源電圧を未検出の場合、突入電流防止リレー不動作と判断し、次にメインリレーをオンにした後、突入電流防止リレーをオフし、電源電圧を未検出の場合、メインリレーの不動作と判断する。室外機の運転を停止する場合、メインリレーをオフにし、電源電圧を検出した場合、メインリレーの接点が溶着と判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、室外機の交流電源を制御するリレーの故障検知に関する。

従来、空気調和機の室外機は、例えば図４に示すものが開示されている。この室外機の電源装置９１は、圧縮機のモータＭを駆動するものであり、整流回路ＲＣと、メインリレーＲＬ１と、コンデンサＣと、電圧検出回路ＶＤＣと、突入電流防止用抵抗素子Ｒ１（以下、単に抵抗素子Ｒ１という）と、突入電流防止用リレーＲＬ２と、ダイオードＤと、放電抵抗素子Ｒ２と、インバータ回路９３と、制御部９２とを備えて構成されている。

整流回路ＲＣは、商用電源等の外部電源Ｅの出力端子Ｔ１〜Ｔ３に接続されており、外部電源Ｅから出力される交流電力を整流するものである。整流回路ＲＣはダイオードブリッジ回路からなる。コンデンサＣ及びメインリレーＲＬ１は整流回路ＲＣに対して直列に接続されている。コンデンサＣは、平滑回路を構成し、整流回路ＲＣの出力電圧を平滑化するものである。

メインリレーＲＬ１は、整流回路ＲＣからコンデンサＣへの電流経路のオンオフを行うものである。すなわち、メインリレーＲＬ１がオンされると、整流回路ＲＣからコンデンサＣへの電流経路が導通されて、整流回路ＲＣの出力電圧がコンデンサＣに供給される一方、メインリレーＲＬ１がオフされると、整流回路ＲＣからコンデンサＣへの電流経路が遮断されて、整流回路ＲＣの出力電圧がコンデンサＣに供給されない。

電圧検出回路ＶＤＣは、コンデンサＣの両極間の電圧を検出するものであり、検出した電圧を電圧信号として制御部９２に出力する。放電抵抗素子Ｒ２は、コンデンサＣが放電動作を行うときの放電電流の電流量を制限するためのものである。インバータ回路９３は、コンデンサＣの両端電圧を入力し、制御部９２から出力されるモータ駆動信号に従って交流電力を生成し、この交流電力をモータＭに出力するものである。

このような構成において、外部電源Ｅに接続された図示しないブレーカが予めオフされ、且つ、メインリレーＲＬ１及び突入電流防止用リレーＲＬ２にオフ信号を制御部９２から予め出力した状態で、ブレーカがオンされた場合に、そのオンタイミングから所定時間経過後のコンデンサＣの電圧Ｖｃと閾値Ｖｔｈ１とを比較する。

メインリレーＲＬ１及び突入電流防止用リレーＲＬ２がオフとなっている状態でコンデンサＣの電圧Ｖｃが閾値Ｖｔｈ１よりも大きい場合、メインリレーＲＬ１及び突入電流防止用リレーＲＬ２のうち少なくとも一方のリレーの接点に溶着が発生していると判断できる。

このような方法を採用することで、この溶着検出処理をソフトウェアによって実現することができるとともに、比較的簡単な処理で、メインリレーＲＬ１及び突入電流防止用リレーＲＬ２のうち少なくとも一方における溶着の有無を判定している（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、この従来技術ではリレーの制御に対応した平滑コンデンサの電圧変化が、予め予想される変化と異なることでリレーの故障を判定しているため、平滑コンデンサに残留電圧がある場合や入力交流電圧が変動し、これに伴って平滑コンデンサの電圧が変動する場合は正確な判定ができない。また、パワーリレーと突入電流防止リレーのどちらが故障したか、また、その故障原因を特定できない。

リレーの故障については、接点が溶着する場合とリレーが動作しない場合（リレー駆動信号を印加しても接点がオンにならない）とがあり、さらに、メインリレー及び突入電流防止用リレーとで、それぞれ、前述した原因があるため、各リレーと各原因との組合せにより４つの故障パターンが発生する可能性がある。このため、正確な故障原因をサービスマンに伝えなければならないが、従来技術ではその一部のみしか対応していない。

特開２０１０−１７８４１４号公報（第１５頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、入力交流電圧の変動や平滑コンデンサに残留電圧がある場合でも正確なリレーの故障判定が可能であり、かつ、メインリレーと突入電流防止リレーとにおける故障原因を特定できる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、請求項１に係わる発明は、交流電源が接続される室外機を備えた空気調和機であって、
前記室外機は、前記交流電源を整流して直流電源を出力する主整流器と、前記直流電源を用いて駆動される圧縮機のモータと、前記交流電源の一方のラインと前記主整流器の一方の入力端との間に直列に接続されたスイッチと、同スイッチと前記主整流器との間で、かつ、前記主整流器の入力端に接続されて交流電圧の印加の有無に対応して電源電圧検出信号を出力する電源電圧検出部と、前記交流電源を整流して直流電源を出力する補助整流器と、同補助整流器の直流電源を用いて動作し、前記スイッチのオンオフを制御すると共に前記電源電圧検出信号を入力する制御部とを備え、
前記制御部は、前記スイッチをオン又はオフに制御した後に検出した前記電源電圧検出信号による前記交流電圧の印加の有無により、前記スイッチが故障か否かを判断することを特徴とする。

請求項２に係わる発明は、前記制御部は、前記スイッチをオンに制御した後に前記交流電圧の印加を検出できない場合、前記スイッチが不動作であると判断し、前記スイッチをオフに制御した後に前記交流電圧の印加を検出した場合、前記スイッチが溶着であると判断することを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、請求項１に係わる発明は、交流電源から出力される交流電圧の有無でスイッチ（リレー）の故障を検知するため、入力交流電圧の変動や平滑コンデンサに残留電圧がある場合でも、従来の直流電圧を検出する場合よりも正確なスイッチの故障判定が可能である。

請求項２に係わる発明は、スイッチ（リレー）のオン／オフ毎に故障を判断するため、スイッチの故障原因を特定できる。

本発明による空気調和機の実施例を示す要部ブロック図である。 本発明の動作原理を説明する説明図である。 本発明による室外機の動作を説明するフローチャートである。 従来の空気調和機の電源装置を示す要部ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による空気調和機の実施例を示す要部ブロック図である。
この空気調和機は、室外機１と室内機２とで構成され、これらは通信線１７で通信接続されている。また、室外機１には交流電源３が接続されている。室内機２からは室外機１に対して運転の開始、運転の停止や運転能力の変更などの指示が通信データとして送信され、室外機１から室内機２に対しては外気温や各種の故障通知を含む室外機１の状態データが送信される。

室外機１は、交流電源３からの電圧を供給／切断するスイッチとしてのメインリレー４と、直列に突入電流防止抵抗６を接続したスイッチとしての突入電流防止リレー５と、交流電源３の供給の有無を検出して検出信号を出力する電源電圧検出部（スイッチ故障判定用信号部）７と、交流電源３からの電圧を整流する主整流器としてのブリッジダイオード８と、ブリッジダイオード８から出力された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ９と、平滑コンデンサ９で平滑された電圧を入力し、指示されたタイミングで入力電圧をスイッチングして３相電圧にして出力するインバータ１０と、図示しない圧縮機に内蔵されたモータ１１と、交流電源３の電圧を整流する補助整流器としてのダイオード１２及びダイオード１３と、これらのダイオードで整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ１４と、平滑コンデンサ１４で平滑された電圧を入力してロジック用の低電圧を出力するロジック用電源１５と、インバータ１０を制御すると共に、電源電圧検出部７の検出信号を入力する制御部１６とを備えている。

交流電源３の一方のラインはメインリレー４と直列に接続され、電源電圧検出部７の一端とブリッジダイオード８の入力の一端とに接続され、交流電源３の他方のラインは電源電圧検出部７の他端とブリッジダイオード８の入力の他端とに接続されている。また、直列に突入電流防止抵抗６を接続した突入電流防止リレー５が、メインリレー４と並列に接続されている。そして、ブリッジダイオード８の出力の正極は平滑コンデンサ９の正極とインバータ１０の正極側入力に接続されている。同様にブリッジダイオード８の出力の負極は平滑コンデンサ９の負極とインバータ１０の負極側入力に接続されている。また、インバータ１０の３つの出力は圧縮機用のモータ１１に接続されている。

また、交流電源３の一方のラインはダイオード１２のアノード側に、交流電源３の他方のラインはダイオード１３のアノード側にそれぞれ接続され、それぞれのダイオードのカソード側は、平滑コンデンサ１４の正極とロジック用電源１５の入力の正極側とにそれぞれ接続されている。また、平滑コンデンサ１４の負極側とロジック用電源１５の負極側とはアースにそれぞれ接続されている。なお、平滑コンデンサ９の負極側もアースに接続されている。ロジック用電源１５から出力される直流電源は電源電圧検出部７や制御部１６や図示しない他の回路に供給されている。

以上のように構成されているため、交流電源３に室外機１が接続されていれば、メインリレー４や突入電流防止リレー５の状態に関係なく制御部１６にロジック用電源１５から電源が供給され、制御部１６が室外機１の制御を行うことができる。制御部１６は室内機２と通信線１７を介して通信を行うだけでなく、インバータ１０の制御や電源電圧検出部７からの電源電圧検出信号の入力やメインリレー４と突入電流防止リレー５の開閉制御など、室外機１全体の制御も行っている。

なお、電源電圧検出部７の出力信号は電源割り込み信号としても用いられており、従来の空気調和機でも瞬断検出などのために搭載されている回路であり、本発明のために新たに設けるものではない。また、電源電圧検出部７はスイッチ故障判定用信号部としての機能、つまり、交流電圧の有無を検出できる回路であれば本実施例のように周期的な信号でなくてもよい。

次に図２の動作原理を説明する説明図を用いて、本発明に係わる動作を説明する。
図２（１）は交流電源３の電源電圧を、図２（２）は電源電圧検出部７で検出した電源電圧検出信号を、図２（３）は突入電流防止リレー５の駆動信号を、図２（４）はメインリレー４の駆動信号を、それぞれ示している。

図２（１）に示すように室外機１に接続された交流電源３は正弦波の電圧波形になっている。この電圧が電源電圧検出部７に印加された場合、この電圧は電源電圧検出部７内部で全波整流された後、閾値と比較されて閾値以上になっている期間にハイレベルとなる電源電圧検出信号を出力する。従って、電源電圧検出信号は交流電源電圧に同期して、交流電源電圧の半周期ごとにハイレベルとなる矩形波として出力される。この信号が図２（２）の電源電圧検出信号である。

ただし、電源電圧検出部７はメインリレー４と突入電流防止リレー５とを介して交流電源３に接続されているため、これらのリレーの状態によっては意図しない電源電圧検出信号となる場合がある。本発明では各リレーを順次駆動し、その時の電源電圧検出信号を確認し、意図しない電源電圧検出信号となった時にリレー、もしくはリレーの駆動回路が故障したと判断している。

室外機１が交流電源３に接続されてロジック用電源１５から制御部１６に電源が供給された時、まず最初に制御部１６は、メインリレー４と突入電流防止リレー５とをすべてオフとする。そして、交流電源電圧の半周期、例えば交流電源３が５０Ｈｚ（ヘルツ）の場合、１０ｍＳ（ミリセカンド）の間、電源電圧検出部７からの電源電圧検出信号を監視する。二つのリレーはオフであるため、本来は電源電圧検出信号はローレベルであるはずだが、もし、ハイレベル、つまり、電源電圧を検出した場合、それはメインリレー４、又は突入電流防止リレー５のいずれかの接点が溶着（リレーの駆動回路が駆動状態のままの場合も含む）であるため、『メインリレー、又は突入電流防止リレーが溶着』のエラーメッセージを室内機２に通知して室外機１の運転を中止する。

上記エラーでない場合、制御部１６は次に突入電流防止リレー５をオンにする。そして、交流電源電圧の半周期の間、電源電圧検出部７からの電源電圧検出信号を監視する。突入電流防止リレー５をオンにした結果、交流電源３の交流電源電圧は電源電圧検出部７に印加されて電源電圧検出信号はハイレベルであるはずだが、もし、ローレベル、つまり、電源電圧を検出しなかった場合、それは突入電流防止リレー５（リレーの駆動回路も含む）の不動作であるため、『突入電流防止リレーが不動作』のエラーメッセージを室内機２に通知して室外機１の運転を中止する。

このエラーでない場合、制御部１６は次にメインリレー４をオンにした後、突入電流防止リレー５をオフにする。そして、交流電源電圧の半周期の間、電源電圧検出部７からの電源電圧検出信号を監視する。メインリレー４をオンにした結果、交流電源３の交流電源電圧は電源電圧検出部７に印加され続け、電源電圧検出信号はハイレベルであるはずだが、もし、ローレベル、つまり、電源電圧を検出しなかった場合、それはメインリレー４（リレーの駆動回路も含む）の不動作であるため、『メインリレーが不動作』のエラーメッセージを室内機２に通知して室外機１の運転を中止する。

このエラーでなかった場合、制御部１６は各リレーが正常であると判断し、通常の運転を開始する。一方、操作者の指示より室外機１の運転を停止する場合、制御部１６はモータ１１の回転を停止した後、メインリレー４をオフにする。そして、交流電源電圧の半周期の間、電源電圧検出部７からの電源電圧検出信号を監視する。

２つのリレーはオフであるため、本来は電源電圧検出信号はローレベルであるはずだが、もし、ハイレベル、つまり、電源電圧を検出した場合、それはメインリレー４の接点が溶着（リレーの駆動回路が駆動状態のままの場合も含む）であるため、『メインリレーが溶着』のエラーメッセージを室内機２に通知して室外機１の運転を中止する。上記エラーでない場合は正常に運転を停止する。

このように運転停止時にメインリレー４の溶着チェックを行っているため、最初に説明した『メインリレー、又は突入電流防止リレーが溶着』のエラーは、『突入電流防止リレーの溶着』としてもよい。
なお、各エラーの通知を受け取った室内機２は、図示しない表示部に各エラー内容を表示して操作者に報知する。

以上説明したように、本発明による空気調和機によれば、交流電源３から出力される交流電圧の有無でリレー（スイッチ）の溶着や不動作などの故障を検知するため、入力交流電圧の変動や平滑コンデンサ９に残留電圧がある場合でも、従来の直流電圧を検出する方法よりも正確なリレーの故障判定が可能である。
また、各リレー（スイッチ）のオン／オフ毎に故障を判断するため、各スイッチの故障原因を特定できる。

次に、室外機１に関する動作を図３に示す制御部１６の処理を表すフローチャートを用いて説明する。図３に記載のＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を、また、ＹはＹｅｓを、ＮはＮｏをそれぞれ表している。

制御部１６は、まず最初にメインリレー４と突入電流防止リレー５とを共にオフにする（ＳＴ１）。そして、電源電圧検出部７を介して電源電圧を検出したか確認する（ＳＴ２）。電源電圧を検出する場合、少なくとも交流電源の周波数における半周期の時間だけ電源電圧検出信号の監視を継続し、この期間内に電源電圧検出信号が一度もハイレベルにならなかった時を電源電圧の未検出として判定を行う。電源電圧を検出した場合（ＳＴ２−Ｙ）、メインリレー４、又は、突入電流防止リレー５の溶着エラーを室内機２へ通知し（ＳＴ１２）、エラー停止処理を実行するため（１）へ処理を移す。（１）では全ての運転を中止して、また、全てのリレーをオフにして（ＳＴ１９）処理を終了する。

電源電圧を検出できなかった場合（ＳＴ２−Ｎ）、次に室内機２からの受信データがあるか確認する（ＳＴ３）。室内機２からの受信データがない場合（ＳＴ３−Ｎ）、現在の状態（運転中、又は運転停止中）を継続する（ＳＴ１３）。そしてＳＴ３へジャンプする。

一方、室内機２からの受信データがある場合（ＳＴ３−Ｙ）、受信データは運転停止指示か確認する（ＳＴ４）。受信データが運転停止指示でない場合（ＳＴ４−Ｎ）、受信データは運転開始指示か確認する（ＳＴ５）。受信データが運転開始指示でない場合（ＳＴ５−Ｎ）、受信データの指示に従って室外機１を運転する（ＳＴ１７）。そしてＳＴ３へジャンプする。

受信データが運転停開始指示の場合（ＳＴ５−Ｙ）、突入電流防止リレー５をオンにする（ＳＴ６）。そして電源電圧検出部７を介して電源電圧を検出したか確認する（ＳＴ７）。電源電圧を検出できなかった場合（ＳＴ７−Ｎ）、突入電流防止リレー５の不動作エラーを室内機２へ通知し（ＳＴ１８）、ＳＴ１９へジャンプする。

電源電圧を検出できた場合（ＳＴ７−Ｙ）、メインリレー４をオンした後、突入電流防止リレー５をオフする（ＳＴ８）。そして、電源電圧検出部７を介して電源電圧を検出したか確認する（ＳＴ９）。電源電圧を検出できた場合（ＳＴ９−Ｙ）、全てのリレーが正常であるため、受信データの指示に従って通常の運転を開始する（ＳＴ１０）。そしてＳＴ３へジャンプする。

電源電圧を検出できなかった場合（ＳＴ９−Ｎ）、メインリレー４の不動作エラーを室内機２へ通知し（ＳＴ１１）、ＳＴ１９へジャンプする。

一方、受信データが運転停止指示の場合（ＳＴ４−Ｙ）、圧縮機のモータ１１を停止した後、メインリレー４をオフする（ＳＴ１４）。そして、電源電圧検出部７を介して電源電圧を検出したか確認する（ＳＴ１５）。電源電圧を検出できなかった場合（ＳＴ１５−Ｎ）、メインリレー４は正常なのでＳＴ３へジャンプする。電源電圧を検出した場合（ＳＴ１５−Ｙ）、メインリレー４の溶着エラーを室内機２へ通知し（ＳＴ１６）、ＳＴ１９へジャンプする。

なお、本実施例では交流電源３が単相交流の場合を説明しているが、これに限るものでなく、３相交流電源であってもよい。また、本実施例ではモータ１１の駆動にインバータ駆動方式を用いた場合を説明しているが、これに限るものでなく、一定速度型の駆動方式を用いたものであってもよい。
また、本実施例では各エラーを室内機２に通知しているが、これに限るものでなく、室外機１にエラーの報知手段を設けてエラーを報知するようにしてもよい。
また、本実施例ではリレーを用いて説明しているがこれに限るものでなく、電子式のリレーやトライアックなどに置き換えた場合でも同様な効果を得ることができる。

１ 室外機
２ 室内機
３ 交流電源
４ メインリレー（スイッチ）
５ 突入電流防止リレー（スイッチ）
６ 突入電流防止抵抗
７ 電源電圧検出部（スイッチ故障判定用信号部）
８ ブリッジダイオード（主整流器）
９ 平滑コンデンサ
１０ インバータ
１１ モータ
１２、１３ ダイオード（補助整流器）
１４ 平滑コンデンサ
１５ ロジック用電源
１６ 制御部
１７ 通信線

Claims (2)

1. 交流電源が接続される室外機を備えた空気調和機であって、
   前記室外機は、前記交流電源を整流して直流電源を出力する主整流器と、前記直流電源を用いて駆動される圧縮機のモータと、前記交流電源の一方のラインと前記主整流器の一方の入力端との間に直列に接続されたスイッチと、同スイッチと前記主整流器との間で、かつ、前記主整流器の入力端に接続されて交流電圧の印加の有無に対応して電源電圧検出信号を出力する電源電圧検出部と、前記交流電源を整流して直流電源を出力する補助整流器と、同補助整流器の直流電源を用いて動作し、前記スイッチのオンオフを制御すると共に前記電源電圧検出信号を入力する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記スイッチをオン又はオフに制御した後に検出した前記電源電圧検出信号による前記交流電圧の印加の有無により、前記スイッチが故障か否かを判断することを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御部は、前記スイッチをオンに制御した後に前記交流電圧の印加を検出できない場合、前記スイッチが不動作であると判断し、前記スイッチをオフに制御した後に前記交流電圧の印加を検出した場合、前記スイッチが溶着であると判断することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。

Images