JP2012237533A - 空気調和装置用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空気調和装置の圧縮機又は送風機のモータを駆動するためのインバータ装置及びインバータ装置によって発生する高調波を抑制する高調波抑制装置20の少なくとも一方の主回路部品として設けられたリアクタR及びスイッチング素子Sと、スイッチング素子Sの発熱を放熱するためのヒートシンクHと、リアクタRの温度を検出する温度検出素子Tとを備え、リアクタRを風路上流側に、ヒートシンクHを風路下流側に配置すると共に、スイッチング素子Sをワイドバンドギャップ半導体で構成し、更に、温度検出素子Tの検出温度に基づいてリアクタRの過熱保護を行う制御回路を備えたものである。
【選択図】図5
Description
図1は、この発明の一実施の形態に係る空気調和装置用制御装置の構成を示した図である。図2は、図1の要部であるリアクタと温度検出素子、制御回路、スイッチング素子の接続関係を示す図である。
図1の空気調和装置用制御装置は、インバータ装置10と、高調波抑制装置20と、これらを制御する制御回路30とを備えている。インバータ装置10は、3相交流電源1の交流電圧を直流電圧に変換する整流器11と、力率改善を行うためのリアクタ12と、平滑コンデンサ13と、インバータ主回路14とを備えており、空気調和装置の圧縮機のモータ15に接続されている。
空気調和装置用制御装置のインバータ装置10及び高調波抑制装置20はそれぞれ、主回路部品としてリアクタR及びスイッチング素子Sを備えており、更に、リアクタRの温度を検出する温度検出素子Tを備えた構成を有していることは上述の通りである。そして、スイッチング素子Sを備えたモジュールMには、スイッチング素子Sの熱を放熱させるヒートシンクHが取り付けられている。
図4に示すように、室外機には、筐体内にモータ15により駆動される圧縮機15aと、インバータ装置10を備えた制御機器31と、高調波抑制装置20とが配置され、筐体上部にはファン32が設けられ筐体内の空気を吸い込んで外部(上部)に放出する。制御機器31や高調波抑制装置20は、雨水の跳ね返りによる下方からの水滴侵入や室外機筐体内への積雪時の雪侵入を防止するため、室外機の上方に配置している。
高調波抑制装置20の筐体20a内下部にはファン26が配置され、吸気孔27を介してファン26により吸い込まれた筐体20a外の空気は、図5中矢印で示すように筐体20a内を流れてまずはリアクタR(23a〜23c)を冷却し、その後、スイッチ回路24を有するモジュールMに取り付けられたヒートシンクHを冷却し、排気孔28を介して筐体20a外部に排気される。なお、図5において29はノイズフィルタ21及びリプルフィルタ22が実装されたフィルタ基板であり、吸気孔27から吸い込まれた空気はリアクタR側に向かう空気とは別にフィルタ基板29の表面を流れてフィルタ基板29を冷却し、その後、モジュールMを冷却後の空気と合流して排気孔28から筐体20a外に排気される。
図3の配置とすることにより、(a)に示すインバータ装置10、(b)に示す高調波抑制装置20のどちらにおいても、リアクタRの温度を、入力全体に渡ってモジュールM側に比べて低くすることが可能となっている。なお、図3と逆の配置とした場合には、モジュールMに比べてリアクタR側の温度が高くなっている。
図7のリアクタRは、絶縁した導線51を鉄心コア50との間に空間を設けた状態で鉄心コア50にコイル状に巻いた構成を有している。そして、温度検出素子Tは、鉄心コア50と導線(巻線)51との間の空間内に位置して鉄心コア50にねじ留めされている。温度検出素子Tが取り付けられたリアクタRは、温度検出素子Tが風路下流側となるように、鉄心コア50に一体に形成された台座52によって図3に示すように風路に固定されている。このように温度検出素子Tを風路下流側とすることで、風路上流側とする場合に比べて温度の高くなる部分での温度検出を行うようにしている。また、図7(a)に示したリアクタRと風向きとの位置関係の位置からリアクタRを90度回転させ、鉄心コア50から突出している両方の巻線51に同時に風があたるようにリアクタRを風路内に配置した場合でも、温度検出素子Tは巻線51の内側にあるため、冷却用の風が直接温度検出素子Tに当たることを避けることができ、リアクタRの高温部分の温度を正確に検出することができる。
図8のリアクタRは、ドーナツ状のコアケース53に、絶縁した導線51をコイル状に巻回し、台座52上に配置した構成を有するもので、台座52の中央には、コアケース53の中心部に向けて突出する中央突出部52aが一体的に形成されている。中央突出部52aの中央には温度検出素子取付用の空間を有している。中央突出部52aの内面と温度検出素子Tの外面には、互いに係合する係合部55、56が設けられており、中央突出部52aの上部開口から温度検出素子Tを挿入することで係合部55、56同士が係合し、温度検出素子Tが中央突出部52a内に離脱不能に固定されている。
図10は、この発明の一実施の形態に係る空気調和装置用制御装置における過熱保護の流れを示すフローチャートである。図10における所定値A及び所定値Bは、過熱保護の段階に応じて予め設定された温度であり、A<Bの関係にあるものとする。
温度検出素子TはリアクタRの温度TRを検出する(S100)。このステップS100は定期的に実行され、温度検出素子Tにより検出されたリアクタ温度TRは制御回路30に出力される。制御回路30は温度検出素子Tからのリアクタ温度TRに基づいてステップS101、S103の温度判断を行い、判断結果に応じて過熱保護処理を行う。
制御回路30は温度検出素子Tからのリアクタ温度TRが所定値Aを超え且つ所定値B以下の場合(S101)、スイッチング素子Sの発生損失を低下させる制御を行う(S102)。このステップS101及びS102の処理は、具体的にはインバータ装置10側について言えば、インバータ装置10の温度検出素子12Aにより検出されたリアクタ温度TRが所定値Aを超え且つ所定値B以下の場合、インバータ主回路14への入力電流を絞るためにインバータ周波数を低下させる制御を行う。その結果、インバータ主回路14のスイッチング素子Sの発生損失を低下させることができる。また、高調波抑制装置20側について言えば、温度検出素子23A〜23Cの何れかにより検出されたリアクタ温度TRが所定値Aを超え且つ所定値B以下の場合、高調波抑制装置20へ流入する入力電流を絞ることで、高調波抑制能力を低下させる制御を行う。その結果、スイッチ回路24のスイッチング素子Sの発生損失を低下させることができる。
制御回路30は、温度検出素子Tからのリアクタ温度TRが所定値Bを超えた場合(S103)、スイッチング素子Sの動作を停止させる。ステップS103の判断がNOの場合、つまりリアクタ温度TRが所定値A以下の場合には過熱状態ではなく正常状態であるため、過熱保護の処理は行わない。
温度検出素子TはリアクタRの温度TRを検出する(S200)。このステップS200は定期的に実行され、温度検出素子Tにより検出されたリアクタ温度TRは制御回路30に出力される。制御回路30は温度検出素子Tからのリアクタ温度TRが所定値Cを超えているか否かを判断し(S201)、リアクタ温度TRが所定値Cを超えていると判断した場合、続いて室外機入力が所定入力未満か否かを判断する(S202)。この所定入力は図3に示した風路内に冷却風を送風するファン(図5に示した高調波抑制装置20においてはファン26に相当)が正常に動作して所定の風速が得られている場合に、リアクタ温度TRが所定値Cの温度となるときの室外機入力に相当し、図6に示した相関関係に基づき予め求められる。なお、この相関関係は制御回路30に予め記憶されている。
Claims (12)
- 空気調和装置の圧縮機又は送風機のモータを駆動するためのインバータ装置及び前記インバータ装置によって発生する高調波を抑制する高調波抑制装置の少なくとも一方の主回路を構成するリアクタ及びスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の発熱を放熱するためのヒートシンクと、
前記リアクタの温度を検出する温度検出素子とを備え、
前記リアクタを風路上流側に、前記ヒートシンクを風路下流側に配置すると共に、前記スイッチング素子をワイドバンドギャップ半導体で構成し、更に、前記温度検出素子の検出温度に基づいて前記リアクタの過熱保護を行う制御回路を備えたことを特徴とする空気調和装置用制御装置。 - 前記ヒートシンクは、平板状のベース部の一方の面上に複数のフィンを並設した構成を有し、前記ベース部は前記複数のフィンよりも上流側に延びており、その延出部分上に前記リアクタを配置したことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記リアクタは絶縁した導線をコイル状に巻いた構成を有し、その巻線の内側に前記温度検出素子を配置したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記リアクタは、絶縁した導線を鉄心コアとの間に空間を設けた状態で前記鉄心コアにコイル状に巻いた構成を有し、前記空間内に前記温度検出素子を位置させて前記鉄心コアに取り付けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記温度検出素子が風路下流側となるように前記リアクタを風路内に取り付けたことを特徴とする請求項4記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記リアクタは、ドーナツ状のコアケースに絶縁した導線をコイル状に巻いた構成を有し、前記コアケースの中心部に前記温度検出素子を配置したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記リアクタの端子部を前記温度検出素子よりも風路の下流側に配置したことを特徴とする請求項6記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記制御回路は、前記温度検出素子の検出温度が、過熱保護を必要とする所定値よりも高い温度範囲を2つに分割した温度範囲に属することを検知すると、前記検出温度が属する温度範囲に応じた過熱保護を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記制御回路は、前記温度検出素子の検出温度が、前記2つの温度範囲のうち低い温度範囲内のとき、前記スイッチング素子の発生損失を低下させるように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする請求項8記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記制御回路は、前記温度検出素子の検出温度が、前記2つの温度範囲のうち高い温度範囲内のとき、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させることを特徴とする請求項8又は請求項9記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記制御回路は、空気調和装置用制御装置を備えた室外機内において前記風路に冷却風を送風するファンの正常時における室外機入力と前記温度検出素子の検出温度との相関関係を予め記憶し、前記温度検出素子の検出温度と前記相関関係とに基づいて風速異常を検知することを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の空気調和装置用制御装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、SiC、GaN又はダイヤモンドの何れかであることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか1項に記載の空気調和装置用制御装置。
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