JP2014165945A

JP2014165945A - 圧縮機モータの駆動装置及び空気調和機

Info

Publication number: JP2014165945A
Application number: JP2013032186A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakamoto; 浩坂本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】リレーの設置数を削減するとともに、一部のリレーの容量を小さくすることを目的とする。
【解決手段】三相交流電源２と整流回路４との間のＲ相には第１リレーＲＹ１が、Ｓ相に第２リレーＲＹ２が設けられている。第１リレーＲＹ１には、突入電流抑制抵抗３０が並列接続され、突入電流抑制抵抗３０には第３リレーＲＹ３が直列接続されている。入力制御装置２０は、冷凍サイクルの高圧側圧力に応じて作動する高圧スイッチ２５と、第４スイッチＲＹ４とが設けられた通電路Ｌｑを有する。入力制御装置２０は、インバータ回路５の起動時において、第３リレーＲＹ３を閉成状態とし、インバータ制御装置６から平滑コンデンサ１２の充電状態に関する信号を受信した場合に、第４スイッチＲＹ４を作動させて、第１リレーＲＹ１と第２リレーＲＹ２とを閉成状態とし、その後、第３リレーＲＹ３を開放状態とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機モータの駆動装置及びそれを備える空気調和機に関するものである。

従来、冷凍サイクルの高圧側配管に、冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇を検知して作動する圧力スイッチが設けられた空気調和機が知られている。例えば、特許文献１には、冷凍サイクルの高圧側配管に、交流電源に接続された高圧スイッチを取り付け、その高圧スイッチの動作に伴って、圧縮機モータに給電するインバータ回路の動作を停止させる技術が開示されている。

また、一般的に、空気調和機に用いられる圧縮機モータの駆動装置では、起動時における突入電流を抑制するために、突入電流抑制抵抗が設けられている。例えば、図６に、従来の圧縮機モータの駆動装置の構成を示す。図６に示すように、三相交流電源２と整流回路４とを接続するＲ相の電力線Ｌｒには、２つのリレー５１、５２が直列的に設けられているとともに、Ｓ相及びＴ相の電力線Ｌｓ、Ｌｔには、リレー５３、５４がそれぞれ設けられている。Ｒ相におけるリレー５２には、突入電流抑制抵抗５５が並列接続されている。このような構成を備える圧縮機モータの駆動装置においては、インバータ回路５の起動時に、リレー５１、５３が閉成状態とされる。これにより、突入電流抑制抵抗５５によって抑制された電流によって平滑コンデンサ１２が充電される。平滑コンデンサ１２が充電されることにより、インバータ回路５の入力電圧が所定値に達すると、更にリレー５２、５４が閉成状態とされ、インバータ回路５の駆動が開始される。

特開２００７−２８２３１８号公報

上述した従来の圧縮機モータの駆動装置では、４つのリレー５１〜５４が必要であり、また、いずれのリレー５１〜５４も各相電流が流れる電力線に設けられているために、比較的大容量のリレーが必要とされた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、リレーの設置数を削減するとともに、一部のリレーの容量を小さくすることのできる圧縮機モータの駆動装置及び空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、空気調和機が備える圧縮機モータを駆動するための圧縮機モータの駆動装置であって、３相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する第１制御手段と、前記整流回路と前記インバータ回路との間に設けられた平滑コンデンサと、前記３相交流電力の第１相の電力線に設けられた常開型の第１リレーと、前記３相交流電力の第２相の電力線に設けられた常開型の第２リレーと、前記第１リレーと並列に接続された突入電流抑制抵抗と、前記突入電流抑制抵抗に直列に接続された常開型の第３スイッチ手段と、前記第１リレー、前記第２リレー、及び前記第３スイッチ手段を制御する第２制御手段と、前記第１リレー及び前記第２リレーの通電路に設けられ、前記空気調和機の冷凍サイクルの高圧側圧力に応じて作動する常閉型の高圧スイッチと、前記第１リレー及び前記第２リレーの通電路に設けられた第４スイッチ手段とを備え、前記第２制御手段は、前記インバータ回路の起動時において、前記第３スイッチ手段を閉成状態とし、前記第１制御手段から平滑コンデンサの充電状態に関する信号を受信した場合に、前記第４スイッチ手段を作動させて、前記第１リレーと前記第２リレーとを閉成状態とし、その後、前記第３スイッチ手段を開放状態とする圧縮機モータの駆動装置を提供する。
上記圧縮機モータの駆動装置は、空気調和機に適用されて好適なものである。

本発明によれば、第１リレーと並列に突入電流抑制抵抗を接続し、更に、突入電流抑制抵抗と直列に第３リレーを接続した構成をとるので、突入電流が流れる可能性のある期間においては第３リレーを閉成状態として突入電流抑制抵抗を介して電流を流し、突入電流が流れない状態においては、第１リレーを閉成状態、第３リレーを開放状態とすることで、第１リレーを介して電流を流すことが可能となる。これにより、第３リレーには常に突入電流抑制抵抗によって抑制された電流が流れることとなり、第３リレーの容量を低下させることが可能となる。更に、本発明によれば、第３相の電力線にリレーを設ける必要がなくなり、リレーの設置数を削減することが可能となる。更に、高圧スイッチを第１リレー及び第２リレーの給電路に設けているので、圧力スイッチが作動した場合には、第１リレー及び第２リレーの給電を速やかに遮断することができ、ソフトウェアを用いた処理としてではなく、機械的に第１リレー及び第２リレーを開放状態とすることができる。

本発明によれば、リレーの設置数を削減できるとともに、一部のリレーの容量を小さくすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置の概略構成を示した図である。インバータ回路起動時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。インバータ回路停止時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。高圧スイッチの作動時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。従来の整流回路の入力側構成と、本発明の一実施形態に係る整流回路の入力側構成とを比較して示した図である。従来の圧縮機モータの駆動装置の概略構成を示した図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置及び空気調和機について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置１の概略構成を示した図である。図１に示すように、圧縮機モータの駆動装置１は、３相交流電源２からの三相交流電力を直流電力に変換する整流回路４と、整流回路４から出力される直流電力を三相交流電力に変換するインバータ回路５とを備えている。
整流回路４は、例えば、６つのダイオードを備えるブリッジ型の全波整流回路である。インバータ回路５は、例えば、各相に対応して設けられた上下アームを有し、上下アームに設けられたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を駆動することにより、直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ回路５は、インバータ制御装置（第１制御手段）６により制御される。

インバータ回路５から出力された三相交流電力は、圧縮機モータ８に供給され、圧縮機（図示略）が駆動される。この圧縮機は、空気調和機の冷凍サイクルを構成する一構成要素であり、例えば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器がこの順番で冷媒配管に接続されている。なお、冷凍サイクルについては、公知の技術であるためここでの説明を省略する。
整流回路４とインバータ回路５との間には、平滑回路７が設けられている。この平滑回路７は、インダクタ１１と、平滑コンデンサ１２とを備えている。平滑コンデンサ１２は、例えば、電解コンデンサである。

三相交流電源２から出力される三相交流電力のＲ相（第１相）の電力線Ｌｒには、常開型の第１リレーＲＹ１が設けられ、Ｓ相（第２相）に対応する電力線Ｌｓには、常開型の第２リレーＲＹ２が設けられている。電力線Ｌｒにおいて、第１リレーＲＹ１には、突入電流抑制抵抗３０が並列に接続されている。更に、突入電流抑制抵抗３０には、常開型の第３リレー（第３スイッチ手段）ＲＹ３が直列に接続されている。なお、本実施形態では、突入電流抑制抵抗３０に直列接続されるスイッチ手段として、リレーを採用しているが、この例に限定されるものではない。

第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３は、例えば、電磁リレーである。具体的には、第１リレーＲＹ１は、コイル２１ｂに電流が流れることで閉成状態とされ、第２リレーＲＹ２は、コイル２２ｂに電流が流れることで閉成状態とされ、第３リレーＲＹ３は、コイル２３ｂに電流が流れることで閉成状態とされる。
第１リレーＲＹ１、第２リレーＲＹ２、第３リレーＲＹ３の開閉は、入力制御装置（第２制御手段）２０によって制御される。入力制御装置２０とインバータ制御装置６とは、双方向通信が可能な構成とされている。

入力制御装置２０において、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２の通電路Ｌｑには、第４スイッチ（第４スイッチ手段）ＲＹ４と、高圧スイッチ２５が設けられている。本実施形態では、第４スイッチＲＹ４として、電磁リレーを採用しているが、この例に限定されない。第４スイッチＲＹ４は、常開型のリレーであり、コイル２４ｂに電流が流れることにより、閉成状態とされる。
高圧スイッチ２５は、冷凍サイクルの高圧側圧力に応じて作動する、常閉型のスイッチである。例えば、冷凍サイクルの高圧側圧力が予め設定されている所定の圧力を超えた場合に作動し、開放状態となる。

このような通電路Ｌｑにおいて、第４スイッチＲＹ４及び高圧スイッチ２５が閉成状態の場合、コイル２１ｂ、２２ｂに電流が流れ、励磁状態となる。これにより、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が閉成状態とされる。本実施形態において、コイル２１ｂ、２２ｂには、三相交流のＲ相及びＳ相からの電流が流れるような構成とされているが、給電元はこの例に限定されない。
また、図示は省略するが、入力制御装置２０は、第３リレーＲＹ３のコイル２３ｂに通電させるための通電路及び第４スイッチＲＹ４のコイル２４ｂに通電させるための通電路を備えている。

次に、圧縮機モータの駆動装置１の作動について、図１から図４を参照して説明する。
まず、インバータ回路５の起動時における各リレーの開閉制御について、図３を参照して説明する。図３は、インバータ回路５の起動時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。

まず、インバータ回路５の起動指令が上位装置（図示略）から入力制御装置２０に入力されると、入力制御装置２０は、コイル２３ｂに電流を流すことにより、第３リレーＲＹ３を閉成状態とする（図２の時刻ｔ１）。これにより、Ｒ相の電流が突入電流抑制抵抗３０を経由して流れ、平滑コンデンサ１２が充電される。平滑コンデンサ１２が充電され、インバータ回路５の入力電圧が予め設定された所定の電圧に達すると、インバータ制御装置６はこれを検知し、その旨を入力制御装置２０に対して通知する。

入力制御装置２０は、インバータ回路５の入力電圧が所定値に達した旨の通知を受け取ると、コイル２４ｂに電流を流すことにより、第４スイッチＲＹ４を閉成状態とする（図２の時刻ｔ２）。これにより、コイル２１ｂ、２２ｂに電流が流れ、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が閉成状態とされる（図２の時刻ｔ３）。このとき、高圧スイッチ２５は、閉成状態が維持されている。
これにより、三相交流電力が整流回路４に供給され、整流回路４にて三相交流から直流に変換され、更に、平滑回路７により平滑化された直流電力がインバータ回路５に供給される。インバータ回路５において、直流電力は所定の三相交流電力に変換され、圧縮機モータ８に供給される。
入力制御装置２０は、第４スイッチＲＹ４の作動開始（図２の時刻ｔ２）から所定の時間経過後に、コイル２３ｂの通電を遮断し、第３リレーＲＹ３を開放状態とする（図２の時刻ｔ４）。

次に、インバータ５の停止時における各リレーの開閉制御について、図３を参照して説明する。図３は、インバータ５の停止時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。
インバータ回路５の停止指令が上位装置（図示略）から入力制御装置２０に入力されると、入力制御装置２０は、コイル２４ｂの通電を遮断し、第４スイッチＲＹ４を開放状態とする（図３の時刻ｔ１）。これにより、コイル２１ｂ、２２ｂへの通電が遮断され、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が開放状態となる（図３の時刻ｔ２）。このとき、第３リレーＲＹ３は、開放状態が維持され、高圧スイッチ２５は閉成状態が維持されている。
第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が開放状態とされることにより、平滑コンデンサ１２への電流が遮断されると、平滑コンデンサ１２の両端電圧が低下し、インバータ回路５が停止する。

次に、高圧スイッチ２５の作動時における各リレーの開閉制御について、図４を参照して説明する。図４は、高圧スイッチ２５の作動時における各リレーのタイミングチャートを示した図である。
第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が閉成状態とされている場合に、高圧スイッチ２５が作動して開放状態となると（図４の時刻ｔ１）、コイル２１ｂ、２２ｂへの通電が遮断され、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が開放状態となる（図４の時刻ｔ２）。このとき、第３リレーＲＹ３は開放状態が維持され、第４スイッチＲＹ４は閉成状態が維持されている。
第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２が開放状態とされることにより、平滑コンデンサ１２への電流が遮断されると、平滑コンデンサ１２の両端電圧が低下し、インバータ回路５が停止する。

次に、本実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置１及び空気調和機の効果について、図５を参照して説明する。図５は、従来の圧縮機モータの駆動装置における整流回路４の入力側構成（図５（ａ））と、本実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置１における整流回路４の入力側構成（図５（ｂ））とを比較して示した図である。図５に示すように、従来は、４つのリレー５１〜５４が必要であったところ、本実施形態に係る構成によれば、３つのリレーＲＹ１〜ＲＹ３で足り、リレーの設置数を削減することが可能となる。

更に、従来は、全てのリレー５１〜５４が各相電流の流れる電力線に設けられていたため、比較的大容量のリレーが必要とされた。これに対し、本実施形態では、第３リレーＲＹ３については、突入電流抑制抵抗３０と直列に接続されていることから、三相交流電流に比べて小さな電流が流れることとなる。従って、第３リレーＲＹ３の容量を比較的小さなものに変更することができ、コストの低下や素子の小型化を図ることが可能となる。

更に、本実施形態に係る圧縮機モータの駆動装置１によれば、図１に示すように、高圧スイッチ２５を第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２の通電路Ｌｑに設けている。これにより、高圧スイッチ２５が作動した場合には、コイル２１ｂ、２２ｂへの通電を機械的に遮断して、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２を開放状態とすることができる。このように、高圧スイッチ２５が作動した場合には、ソフトウェアによる処理ではなく、ハードウェア的な働きにより、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２を開放状態とすることができ、安全面上、好ましい。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。

１圧縮機モータの駆動装置
２三相交流電源
４整流回路
５インバータ回路
６インバータ制御装置
７平滑回路
８圧縮機モータ
１１インダクタ
１２平滑コンデンサ
２０入力制御装置
２１ｂ〜２４ｂコイル
２５高圧スイッチ
３０突入電流抑制抵抗
Ｌｑ通電路
ＲＹ１第１リレー
ＲＹ２第２リレー
ＲＹ３第３リレー
ＲＹ４第４スイッチ
ＬｒＲ相の電力線
ＬｓＳ相の電力線
ＬｔＴ相の電力線

Claims

空気調和機が備える圧縮機モータを駆動するための圧縮機モータの駆動装置であって、
３相交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
前記直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する第１制御手段と、
前記整流回路と前記インバータ回路との間に設けられた平滑コンデンサと、
前記３相交流電力の第１相の電力線に設けられた常開型の第１リレーと、
前記３相交流電力の第２相の電力線に設けられた常開型の第２リレーと、
前記第１リレーと並列に接続された突入電流抑制抵抗と、
前記突入電流抑制抵抗に直列に接続された常開型の第３スイッチ手段と、
前記第１リレー、前記第２リレー、及び前記第３スイッチ手段を制御する第２制御手段と、
前記第１リレー及び前記第２リレーの通電路に設けられ、前記空気調和機の冷凍サイクルの高圧側圧力に応じて作動する常閉型の高圧スイッチと、
前記第１リレー及び前記第２リレーの通電路に設けられた第４スイッチ手段と
を備え、
前記第２制御手段は、前記インバータ回路の起動時において、前記第３スイッチ手段を閉成状態とし、前記第１制御手段から平滑コンデンサの充電状態に関する信号を受信した場合に、前記第４スイッチ手段を作動させて、前記第１リレーと前記第２リレーとを閉成状態とし、その後、前記第３スイッチ手段を開放状態とする圧縮機モータの駆動装置。
請求項１に記載の圧縮機モータの駆動装置を備える空気調和機。