JP2013165641A - 冷凍装置の電力制御基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1インターフェース11a〜11cは、電源スイッチ22及びインバータ部21aが実装された複数のインバータ基板P21A〜P21Cと接続される。異常検知スイッチS11〜S13は、圧縮機に関する異常が有ればオフ、異常がなければオンとなる。状態変化スイッチS15〜S17は、第1インターフェース11a〜11cを介して電源スイッチ22と接続され、異常検知スイッチS11〜S13のオン/オフに応じてオン/オフして、電源スイッチ22をオン/オフに変化させる。異常検知スイッチS11〜S13の少なくとも1つがオンからオフとなった時、状態変化スイッチS15〜S17は、インバータ基板P21〜P21C全ての電源スイッチ22をオンからオフに変化させる。漏洩電流用スイッチS14は、漏洩電流値が基準値よりも高い場合、状態変化スイッチS15〜S17をオンからオフへと変化させて、全てのインバータを停止させる。
【選択図】図2
Description
(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る電力制御基板P1を備えたモータ駆動システム101の構成図である。モータ駆動システム101は、複数のモータM21A,M21B,M21Cと、複数のインバータ基板P21A,P21B,P21Cと、1つの電力制御基板P1とを備える。
以下では、各基板に実装されている回路構成について詳述する。
図2は、電力制御基板P1に実装されている回路構成を概略的に示した図である。図2に示すように、電力制御基板P1は、主として、3つの第1インターフェース11a,11b,11c(接続部に相当)、3つの異常検知スイッチS11,S12,S13、漏洩電流検知回路14、1つの漏洩電流用スイッチS14、3つの状態変化スイッチS15,S16,S17、1つの遅延対策用コンデンサC11(遅延部に相当)、2つの逆流防止用ダイオードD11,D12(逆流防止部に相当)、及び3つの第2インターフェース18a,18b,18cを備える。
第1インターフェース11a〜11cは、電力制御基板P1を各インバータ基板P21A〜P21Cと電気的に接続するためのものであって、1枚の電力制御基板P1上に3つ設けられている。つまりは、本実施形態のモータ駆動システム101では、インバータ基板P21A〜P21Cが3つ含まれているから、第1インターフェース11a〜11cも該インバータ基板P21A〜P21Cの数に対応して3つ設けられている。第1インターフェース11a〜11cは、それぞれ各インバータ基板P21A〜P21Cから延びる2本のハーネスの先端部分が接続されるコネクタで構成されており、後に述べる状態変化スイッチS15〜S17とも配線によって電気的に接続されている。
3つの異常検知スイッチS11〜S13は、約16Vの電源ラインL11上に設けられたソケットS11a,S12a,S13aを介して、直列に接続される。異常検知スイッチS11〜S13は、室外機の圧縮機の数に対応して3つ設けられており、対応する各圧縮機の異常を検知する。具体的に、対応する圧縮機によって圧縮された後の冷媒の圧力が、該圧縮機に関する何らかの原因によって正常な圧力範囲を外れてしまい、該圧力範囲の高圧側の所定値よりも高い高圧状態となってしまった場合、異常検知スイッチS11〜S13は動作して該スイッチ自身の状態が変化する。つまり、本実施形態に係る異常検知スイッチS11〜S13は、高圧圧力スイッチ(即ち、HPS:High Pressure Switch)である。
漏洩電流検知回路14は、コンパレータ等で構成されている。漏洩電流検知回路14は、モータM21A〜M21Cまたは圧縮機からの様々な信号が入力され、これらの信号に基づきモータM21A〜M21Cまたは圧縮機における漏洩電流の値を検知する。漏洩電流検知回路14によって検知された漏洩電流の値は、漏洩電流用スイッチS14に出力される。
状態変化スイッチS15〜S17は、第1インターフェース11a〜11cそれぞれを介して各インバータ基板P21A〜P21Cの電源スイッチ22(図3参照)と電気的に接続される。状態変化スイッチS15〜S17は、異常検知スイッチS11〜S13のオン/オフに応じてオン/オフすることで、各インバータ基板P21A〜P21Cの電源スイッチ22をオン状態またはオフ状態に変化させる。言い換えると、状態変化スイッチS15〜S17は、異常検知スイッチS11〜S13の動作に連動してオン状態またはオフ状態を採る。
遅延対策用コンデンサC11は、一端が接続ポイントsa側に接続され、他端がGND側に接続されている。遅延対策用コンデンサC11は、各リレーコイルS15a〜S17aに対し並列に接続されている。
逆流防止用ダイオードD11は、異常検知スイッチS11〜S13と状態変化スイッチS15〜S17との間に接続されている。具体的には、逆流防止用ダイオードD11のアノード側は接続ポイントsaに接続されており、カソード側は遅延対策用コンデンサC11とリレーコイルS15a〜S17aとの接続ポイントsbに接続されている。即ち、逆流防止用ダイオードD11は、リレーコイルS15a〜S17aに直列に接続されている。
第2インターフェース18a〜18cは、第1インターフェース11a〜11cと同様、電力制御基板P1を各インバータ基板P21A〜P21Cと電気的に接続するためのものであって、1つの電力制御基板P1上に3つ設けられている。第2インターフェース18a〜18cは、第1インターフェース11a〜11c及びインバータ基板P21A〜P21C間のハーネスとは別途、各インバータ基板P21A〜P21Cから延びる1本のハーネスの先端部分と接続されるべく、コネクタで構成されている。第2インターフェース18a〜18cは、接続ポイントsaの電圧値を各インバータ基板P21A〜P21Cに送信するための、電力制御基板P1とインバータ基板P21A〜P21Cとのインターフェースである。
図3は、本実施形態に係るインバータ基板P21A〜P21Cに実装されている回路構成を概略的に示した図である。ここで、本実施形態においては、3つのインバータ基板P21A〜P21Cは、全て同じ回路構成を有している。そのため、図3では、各インバータ基板P21A〜P21Cの詳細な構成に対してはインバータ基板P21A〜P21C毎に異なる符号を付すのではなく、同じ符号を付している。
インバータ用MPU21は、コネクタIF21A,IF21B,IF21C(図4参照)を介して対応するモータM21A〜M21Cに接続されている。インバータ用MPU21は、電源スイッチ22の一端、異常検知回路25の出力、及びスイッチ制御回路23の入力とも接続されている。インバータ用MPU21は、商用電源51からの電力を受けてモータの駆動制御等を行う半導体チップであり、主として、インバータ部21a及び電圧印加制御部21bとして機能する。
電源スイッチ22は、モータM21A〜M21Cへの電力供給をオン/オフさせるためのものである。電源スイッチ22は、1つのリレーコイル22a(電源用リレーコイルに相当)と2つのリレースイッチ22b,22c(電源用リレースイッチに相当)とで構成されている。
スイッチ制御回路23は、インバータ基板P21A〜P21Cに対しては外部の接点である電力制御基板P1側の状態変化スイッチS15〜S17と、コネクタ24を介して電気的に接続される。スイッチ制御回路23は、状態変化スイッチS15〜S17のオン状態またはオフ状態に基づいて、電源スイッチ22によるモータM21A〜M21Cへの電力供給のオン/オフ、つまりはリレースイッチ22b,22cのオン/オフを制御する。具体的に、スイッチ制御回路23は、状態変化スイッチS15〜S17がオン状態を採る場合には、リレースイッチ22b,22cをオンにする。逆に、スイッチ制御回路23は、状態変化スイッチS15〜S17がオフ状態を採る場合には、リレースイッチ22b,22cをオフにする。
異常検知回路25は、リレーコイル22aの両端電圧の値を用いて、圧縮機の異常や漏洩電流を含む空気調和装置の異常の有無を検知するためのものある。異常検知回路25は、主として、フォトカプラ25a及び2つの抵抗R25a,R25bで構成されている。
次に、本実施形態に係る電力制御基板P1及びインバータ基板P21A〜P21Cにおける各スイッチの動作及びモータの動作について説明する。
図5,6は、各基板P1,P21A〜P21Cにおける動作の流れを示すフロー図であり、それぞれ空気調和装置に異常がある場合、及び空気調和装置に異常がない場合を示している。ここで、まずは、3つの圧縮機全ては正常であり、漏洩電流は生じておらず、かつサーモオンの状態で空気調和装置が運転をしているとする。つまり、各基板P1,P21A〜P21C上のスイッチS11〜S17,22,23a全てはオンしており、モータM21A〜M21Cは、駆動電圧SU〜SWに基づき駆動しているとする。
(3−2−1)正常時の一例
図7は、空気調和装置に異常が生じていない場合(つまり、正常時)の、各基板P1,P21A〜P21C上の各スイッチ及び回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
図8は、3つのうち1つの圧縮機において異常が生じた場合の、各基板P1,P21A〜P21C上の各スイッチ及び回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。
(4−1)
本実施形態に係る電力制御基板P1によると、少なくとも1つの異常検知スイッチS11〜S13がオン状態からオフ状態へと変化した場合、状態が変化した異常検知スイッチS11〜S13の状態変化に連動して、状態変化スイッチS15〜S17全てがオンからオフに変化し、インバータ基板P21A〜P21C全ての電源スイッチ22がオン状態からオフ状態に変化する。これにより、少なくとも1つの異常検知スイッチS11〜S13が圧縮機の異常を検知した場合においても、全モータM21A〜M21Cへの電力供給が断たれるようになる。従って、安価かつ簡単な手法により、確実にモータへの電源供給を遮断することができる。
また、本実施形態に係る電力制御基板P1には、遅延対策用コンデンサC11が設けられている。この遅延対策用コンデンサC11によると、少なくとも1つの異常検知スイッチS11〜S13がオン状態からオフ状態へと変化するのと同時に状態変化スイッチS15〜S17全てがオン状態からオフ状態へと変化するのではなく、少なくとも1つの異常検知スイッチS11〜S13がオン状態からオフ状態へと変化した後に、状態変化スイッチS15〜S17全てがオン状態からオフ状態へと変化するようになる。これにより、電力制御基板P1は、全てのインバータ基板P21A〜P21C側の電源スイッチ22がオフしてしまう前に、インバータ基板P21A〜P21Cに接続ポイントsaの電圧値を何らかの異常を検知するための電圧として送ることができる。従って、全てのインバータ基板P21A〜P21Cのインバータ部21aは、それぞれ電源スイッチ22がオフしてしまう前に駆動電圧SU〜SWのモータM21A〜M21Cへの出力を停止することができる。そのため、インバータ部21aのトランジスタQ31a〜Q33bや電源スイッチ22(より具体的には、電源スイッチ22のリレースイッチ22b,22c)において溶着が生じてしまうのを防ぐことができる。
また、本実施形態に係る電力制御基板P1では、異常検知スイッチS11〜S13に約30Vよりも低い電圧として、約16Vの電圧が印加される、いわゆる弱電回路の構成が採られている。従って、遅延対策用コンデンサC11として、耐圧の比較的高くない弱電用のコンデンサを使用することが可能となる。
また、本実施形態に係る電力制御基板P1によると、少なくとも1つの異常検知スイッチS11〜S13がオン状態からオフ状態へと変化した時に各リレーコイルS15a〜S17aにおいて逆起電力が生じても、逆流防止用ダイオードD11,D12により、この逆起電力に伴う電流の逆流が防がれる。従って、各リレーコイルS15a〜S17aに発生した逆起電力に伴う電流の逆流により、電力制御基板P1上に実装されている素子が破壊されてしまうのを防ぐことができる。
また、本実施形態に係る電力制御基板P1によると、異常検知スイッチS11〜S13だけではなく、漏洩電流に基づきオン/オフする漏洩電流用スイッチS14によっても、各状態変化スイッチS15〜S17がオン/オフされる。これにより、例えばモータM21A〜M21Cのいずれかにおいて異常が発生し漏洩電流が流れているが、異常検知スイッチS11〜S13は該漏洩電流を異常とは検知できないとしても、漏洩電流用スイッチS14によって全ての状態変化スイッチS15〜S17がオフされることとなる。従って、より確実に、各モータM21A〜M21Cに供給される電源を遮断することができる。
特に、本実施形態に係る電力制御基板P1には、3つのインバータ基板P21A〜P21Cが接続されている。これらのインバータ基板P21A〜P21Cの電源スイッチ22は、状態変化スイッチS15〜S17の採り得る状態、または該状態変化スイッチS15〜S17とは別のコイル電力スイッチ23aの採り得る状態により、商用電源51からモータM21A〜M21Cへの電力供給を遮断する。ここで、コイル電力スイッチ23aは、既に述べているように、圧縮機の異常や漏洩電流が発生しておらず正常である場合に、例えばサーモオフの指示に基づき電源スイッチ22をオフにすることができるスイッチである。これにより、インバータ基板P21A〜P21Cは、簡単な構成で、空気調和装置に関する異常がある場合及びない場合のいずれにおいても、モータM21A〜M21Cに供給される電源を確実に遮断することができる。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、圧縮機の台数が3台である場合について説明した。しかし、圧縮機の台数はこれに限定されず、何台であってもよい。
上記実施形態では、電力制御基板P1の遅延対策用コンデンサC11が、3つの状態変化スイッチS15〜S17に対し1つ設けられている場合について説明した。しかし、遅延対策用コンデンサは、3つの状態変化スイッチS15〜S17それぞれに対応するようにして3つ設けられていても良い。この場合の電力制御基板P1の回路構成の一例を、図9に示す。
上記実施形態では、異常検知スイッチS11〜S13が圧縮機の異常を検出する場合について説明した。しかし、異常検知スイッチS11〜S13が検出する異常は、空気調和装置を構成する機器に関する異常であればよく、圧縮機の異常に限定されない。異常検知スイッチS11〜S13が検出する異常の他の例としては、例えば室外ファンの回転異常や、室外機の発火による室内機全体の熱異常等が挙げられる。
上記実施形態では、冷凍装置が空気調和装置である場合を例に採り説明した。しかし、冷凍装置は、例えばヒートポンプ装置等であることができ、空気調和装置以外であってもよい。
上記実施形態では、図3に示すように、各インバータ基板P21A〜P21C側のインバータ部21a及び電圧印加制御部21bが、1つのインバータ用MPU21で構成される場合について説明した。しかし、インバータ部21a及び電圧印加制御部21bは、1つのMPUで構成されていなくともよく、機能毎に別々のMPUで構成されていてもよい。
上記実施形態では、図3に示すように、コイル電力スイッチ23aと状態変化スイッチS15〜S17のコネクタ24との間に、電源スイッチ22のリレーコイル22aが電気的に接続される場合について説明した。しかし、コイル電力スイッチ23a及び状態変化スイッチS15〜S17のコネクタ24は、リレーコイル22aに対し電気的に直列に接続されていればよく、リレーコイル22aを挟むように電気的に接続されていなくともよい。
上記実施形態では、異常検知回路25がフォトカプラ25a等によって構成されている場合について説明した。しかし、異常検知回路25は、スイッチ制御回路23に電気的に接続された状態変化スイッチS15〜S17の状態変化に基づいて空気調和装置の異常の発生を検知できればよく、具体的な構成は図3に限定されない。
上記実施形態では、スイッチ制御回路23及び異常検知回路25に供給される電源がそれぞれ約15V,約5Vである場合について説明した。しかし、スイッチ制御回路23及び異常検知回路25に供給される電源は、これらの値に限定されず、例えば約10V,約3Vなどであることができる。
M21A,M21B,M21C モータ
P1 電力制御基板
S11,S12,S13 異常検知スイッチ
S14 漏洩電流用スイッチ
14 漏洩電流検出回路
C11 遅延対策用コンデンサ
D11,D12 逆流防止用ダイオード
S15,S16,S17 状態変化スイッチ
S15a,S16a,S17a リレーコイル
S15b,S16b,S17b リレースイッチ
P21A,P21B,P21C インバータ基板
21 インバータ用MPU
21a インバータ部
21b 電圧印加制御部
22 電源スイッチ
22a リレーコイル
22b,22c リレースイッチ
23 スイッチ制御回路
23a コイル電力スイッチ
24 状態変化スイッチとスイッチ制御回路とを繋ぐコネクタ
25 異常検知回路
Claims (5)
- 冷凍装置に含まれる機器の駆動源であるモータ(M21A〜M21C)への電力供給をオン/オフさせる電源スイッチ(22)及び前記モータに駆動電圧を出力するインバータ(21a)が実装された複数のインバータ基板(P21A〜P21C)と接続される、複数の接続部(11a〜11c)と、
前記冷凍装置に関する異常が有る場合にはオフ状態を採り、前記冷凍装置に関する異常がない場合にはオン状態を採る複数の異常検知スイッチ(S11〜S13)と、
各前記接続部を介して各前記インバータ基板の前記電源スイッチと電気的に接続されており、前記異常検知スイッチのオン/オフに応じてオン/オフすることで前記電源スイッチをオン状態またはオフ状態に変化させる状態変化スイッチ(S15〜S17)と、
前記モータまたは前記冷凍装置に含まれる機器における漏洩電流の値に基づいて、前記状態変化スイッチをオン/オフさせることが可能な漏洩電流用スイッチ(S14)と、
を備え、
複数の前記異常検知スイッチの少なくとも1つがオン状態からオフ状態となった時、前記状態変化スイッチは複数の前記インバータ基板全ての前記電源スイッチをオン状態からオフ状態に変化させ、
前記漏洩電流用スイッチ(S14)は、前記漏洩電流の値が基準値よりも高い場合には、全ての前記状態変化スイッチをオン状態からオフ状態へと変化させることで、複数の前記インバータ基板全てにおける前記インバータに対して前記駆動電圧の出力動作を停止させる、
冷凍装置の電力制御基板(P1)。 - 前記異常検知スイッチがオン状態からオフ状態へと変化した後に前記電源スイッチがオン状態からオフ状態へと変化するように、前記状態変化スイッチがオン状態からオフ状態へと変化するタイミングを遅延させる遅延部(C11)、
を更に備える、
請求項1に記載の冷凍装置の電力制御基板(P1)。 - 前記異常検知スイッチには、約30Vよりも低い電圧が印加されている、
請求項1または2に記載の冷凍装置の電力制御基板(P1)。 - 前記状態変化スイッチ(S15〜S17)は、状態変化用リレースイッチ(S15b〜S17b)と、前記異常検知スイッチに直列に接続された状態変化用リレーコイル(S15a〜S17a)とで構成されており、
前記状態変化用リレーコイルに並列または直列に接続されており、前記異常検知スイッチがオン状態からオフ状態へと変化した時に前記状態変化用リレーコイルに発生する逆起電力による電流が逆流するのを防止する逆流防止部(D11,D12)、
を更に備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍装置の電力制御基板(P1)。 - 前記電源スイッチ(22)は、前記状態変化スイッチと電気的に直列に接続される電源用リレーコイル(22a)、及び商用電源と前記モータとの間に配置された電源用リレースイッチ(22b,22c)を有しており、
各前記インバータ基板には、
前記電源用リレーコイルと直列に接続されており、前記電源用リレーコイルへの電源供給をオン/オフするコイル電力スイッチ(23a)、が更に実装されており、
前記状態変化スイッチがオフ状態を採るかまたは前記コイル電力スイッチがオフである場合の前記電源用リレーコイルの両端電圧に基づき、前記電源用リレースイッチがオフとなる、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍装置の電力制御基板(P1)。
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