JP2016052159A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサの中点電圧を制御用電源として使用する電源装置を備えた空気調和機において、低消費電力モード（スリープモード）でのバランス抵抗の消費電力を低減させる。【解決手段】室外機制御部２７が、室外機２の消費電力を低減させるスリープモードを指示するモード信号をスイッチ制御部４０へ出力した時、スイッチ制御部４０は、スイッチ１１とスイッチ１２とスイッチ１４を開とすると共にスイッチ１３を閉とする。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、直列に接続された平滑コンデンサの中点の電圧から制御用電圧を生成する室外機用の電源装置に関する。

従来、直列に接続された平滑コンデンサの中点電圧を制御用電圧として使用する電源装置としては、特許文献１に記載された図４に示すものが開示されている。
図４の電源装置は、交流電圧Ｖａｃが入力されるダイオードブリッジＤＲと、ダイオードブリッジＤＲの正極端と負極端との間に、直列に接続された抵抗ＲＢ１と抵抗ＲＢ２、及び直列に接続された平滑コンデンサＣＢ１と平滑コンデンサＣＢ２が、それぞれ並列に接続されている。そして平滑コンデンサＣＢ１と平滑コンデンサＣＢ２の接続点Ａが抵抗Ｒ１を介して制御部（ＣＴＲＬ）の電源端子に接続されている。

接続点Ａの電圧はバランス抵抗として機能する抵抗ＲＢ１と抵抗１ＲＢ２によって、平滑コンデンサＣＢ１の両端電圧と平滑コンデンサＣＢ２の両端電圧はほぼ同じ電圧になっている。制御部（ＣＴＲＬ）はスイッチング素子Ｍのスイッチングを制御するだけの機能を持つものであり、その動作によって大きく消費電流が変化することがない。従って、制御部（ＣＴＲＬ）に多少の負荷変動が有ったとしても、前述したように平滑コンデンサＣＢ１の両端電圧と平滑コンデンサＣＢ２の両端電圧は大きく異なる事がなく、このためそれぞれのコンデンサの寿命もほぼ同じになる。なお、このように平滑コンデンサを直列にして用いる理由はコストである。コンデンサは、一般的にその耐圧が４５０ボルトを超えると価格が急激に上昇し、空気調和機の電源回路のように二次側の直流電圧が５００ボルト以上となる電圧が印加される回路には安価な低耐圧の平滑コンデンサを直列にして用いることでコストの低減を図っている。

しかしながら、このように直列に接続された平滑コンデンサの中点電圧を制御用電源として使用する構成を空気調和機の室外機に用いた場合、待機電力が低減できない問題がある。室外機から室内機へ電源を供給する方式の場合、室外機自体を低消費電力モード（スリープモード）に移行させる必要があるが、制御部のみをスリープモードに移行させてもバランス抵抗自身が消費する電力（４〜１０ワット）については低減させることができなかった。このため、海外で規制が始まった待機電力の規格（室内機と室外機との合計が３ワット以下）に対応することができなかった。

特開２００３−３３９１６４号公報（第３−４頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、平滑コンデンサの中点電圧を制御用電源として使用する電源装置を備えた空気調和機において、低消費電力モード（スリープモード）でのバランス抵抗の消費電力を低減させ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、本発明の請求項１に記載の発明は、室外機を備えた空気調和機であって、
前記室外機は、交流電源が入力端に接続された整流器と、
同整流器の正極端と負極端に正極入力端と負極入力端がそれぞれ接続されたインバータ部と、
前記整流器の正極端と前記インバータ部の前記正極入力端の間に直列に配置される第１スイッチ素子と、
前記インバータ部の前記正極入力端と前記負極入力端の間に並列に接続された、第１抵抗と第２抵抗の直列回路及び第１コンデンサと第２コンデンサの直列回路と、
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記整流器の正極端との間に直列に接続された第２スイッチ素子及び第３抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗の接続点と前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点との間に接続された第３スイッチ素子と、
前記第２コンデンサの正極と負極に正極電源入力端と負極電源入力端がそれぞれ対応して接続されて前記室外機に制御用電圧を供給する制御用電源と、
前記室外機を制御する室外機制御手段と、
前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子と前記第３スイッチ素子を開閉制御するスイッチ制御手段とを備え、
前記室外機制御手段は、前記室外機の消費電力を低減させるスリープモードを指示するモード信号を前記スイッチ制御手段へ出力し、
前記スリープモードを指示された前記スイッチ制御手段は、前記第１スイッチ素子と前記第３スイッチ素子を開とすると共に前記第２スイッチ素子を閉と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、室外機制御手段が消費電力を低減させるスリープモードを指示を出力した時、制御用電源が室外機の各部に制御用電圧を供給しつつ、スイッチ制御手段が整流器から第１コンデンサと第１抵抗と第２抵抗へ印加される電圧を遮断するため、室外機がスリープモード時に消費電力を低減することができる。

本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。 本発明によるスイッチパターン記憶部に記憶されているスイッチパターンのテーブルである。 本発明によるスイッチ制御部の動作を説明する説明図である。 従来の電源装置を示すブロック図である。

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。なお、空気調和機には熱交換機や送風ファンモータ、圧縮機や電磁弁などを備えているが、これらは本願と直接的な関係がないため図示と説明を省略する。

図１は本発明による空気調和機１の実施例を示すブロック図である。
この空気調和機１は室外機２と室内機３を備えており、室外機２には三相交流電源４が接続されている。

室外機２は、三相交流電源４が入力端に接続された整流器１５と、整流器１５の正極端と負極端に、正極入力端と負極入力端がそれぞれ接続されたインバータ部２５と、インバータ部２５の出力に接続された圧縮機のモータ２６とを備えている。また、整流器１５の正極端とインバータ部２５の正極入力端の間に直列に接続されたスイッチ１１と抵抗２４と、直列に接続されたスイッチ１１と抵抗２４の両端に並列に接続されたスイッチ１２（第１スイッチ素子）とを備えている。インバータ部２５の正極入力端と負極入力端の間には、抵抗１９（第１抵抗）と抵抗２０（第２抵抗）の直列回路、及びコンデンサ１７（第１コンデンサ）とコンデンサ１８（第２コンデンサ）の直列回路とがそれぞれ並列に接続されている。

また、室外機２は、抵抗１９と抵抗２０の接続点とコンデンサ１７とコンデンサ１８の接続点との間に接続されたスイッチ１４（第３スイッチ素子）とを備えている。また、コンデンサ１７とコンデンサ１８の接続点と整流器１５の正極端との間に直列に接続されたスイッチ１３（第２スイッチ素子）と抵抗２３（第３抵抗）とを備えている。さらに室外機２は、コンデンサ１８の正極と負極に、正極電源入力端と負極電源入力端がそれぞれ対応して接続されて室外機２の内部の制御機器に制御用電圧を供給する制御用電源１６とを備えている。また、整流器１５の負極端はグランドに接続されている。

なお、本実施例において各スイッチはリレーで構成されており、スイッチ１３はノーマルクローズのリレーである。このため、スイッチ１３を駆動する信号がハイレベルの時にこのリレーの接点が開となる。一方、スイッチ１３以外はノーマルオープンのリレーである。このため、これらのスイッチを駆動する信号がハイレベルの時にこのリレーの接点が閉となる。

また、室外機２は、室内機３と通信接続されて室外機２を制御する室外機制御部２７（室外機制御手段）と、スイッチ１１〜スイッチ１４を開閉制御するスイッチ制御部４０（スイッチ制御手段）とを備えている。

室外機制御部２７は、インバータ部２５を制御するインバータ制御信号をインバータ部２５へ出力する。また、室外機制御部２７は、室内機３から送信された通信信号による運転指示に基づいて室外機２の動作状態を決定するモード信号、具体的には室外機２を低消費電力にするスリープモード、コンデンサ１７とコンデンサ１８に充電してインバータ部２５を駆動可能にする待機モード、インバータ部２５を駆動する運転モードを決定する各モード信号をスイッチ制御部４０へ出力する。

スイッチ制御部４０は、室外機制御部２７が出力するモード信号が入力され、このモード信号に従ってスイッチ１１〜スイッチ１４の制御信号（開閉指示）を出力するスイッチパターン選択部４１と、モード信号に対応して予めテーブル化したスイッチパターンを記憶したスイッチパターン記憶部４２と、スイッチパターンと共に記憶されている各スイッチの制御信号の出力を遅らせる遅延時間を計時するタイマー部４３とを備えている。

スイッチパターン選択部４１はモード信号に対応したスイッチパターンをスイッチパターン記憶部４２から選択し、このスイッチパターンの内容に従って各スイッチの開閉を決定する。このスイッチパターンのテーブルを図２に示す。

図２の横の項目はモード信号で表される室外機２の動作状態を示しており、左から順にスリープ、スリープから待機、待機から運転、運転から待機への各モードを規定しており、各モードには出力すべき各スイッチの制御信号のレベルを示す『信号』の項と、その制御信号を出力するまでの遅延時間を示す『遅延』の項が規定されている。『信号』の項のＨはハイレベルを、Ｌはローレベルを示している。ただし、前述したようにスイッチ１３に関しては、ローレベルでリレーの接点が閉に、ハイレベルでリレーの接点が開になる。スイッチ１３以外のスイッチは、ローレベルでリレーの接点が開に、ハイレベルでリレーの接点が閉になる。一方、『遅延』の項は遅延時間（単位：ミリセカンド）を示している。

例えば室外機２が待機モードの時に、室外機制御部２７からモード信号として「運転」が入力されたスイッチパターン選択部４１は、スイッチパターン記憶部４２から「待機から運転」と対応する各スイッチの「信号」であるＬ、Ｈ、Ｈ、Ｈと、各スイッチの「遅延」である１０、０、０、０ミリセカンドとを読み出し、読み出した「信号」のレベルになるようにスイッチ１１制御信号〜スイッチ１４制御信号を出力する。ただし、スイッチ１１の「遅延」のみが０ミリセカンドでなく、１０ミリセカンドであるため、スイッチ１１制御信号は他の制御信号よりも１０ミリセカンド後に出力する。スイッチパターン選択部４１は、この１０ミリセカンドをタイマー部４３で計時する。

図３は本発明によるスイッチ制御部４０の動作を説明する説明図である。
図３は横軸が時間であり、縦軸において図３（１）は室外機制御部２７が出力するモード信号を、図３（２）〜図３（５）はスイッチ制御部４０が出力するスイッチ１１制御信号〜スイッチ１４制御信号を、図３（６）は室内機３が出力する通信信号を、図３（７）は室外機制御部２７が出力するインバータ制御信号を、それぞれ示している。なお、ｔ１〜ｔ１２は時刻である。

なお、前提条件として室外機２はスリープモードになっており、各スイッチの制御信号とインバータ制御信号、また図示しない駆動信号もすべてローレベルになっている。従ってスイッチ１３の接点は閉になっているため、整流器１５の正極端から出力される電圧はスイッチ１３と抵抗２３を介して制御用電源１６の入力端とコンデンサ１８の正極端に印加され、制御用電源１６は入力された電圧を降圧して制御用電圧、例えばロジック回路で使用される＋５ボルトや、リレーやソレノイドを駆動する＋１２ボルト等の電圧を出力している。

一方、スイッチ１３以外の各スイッチの接点はすべて開になっている。また、室外機制御部２７もスリープモードで動作しているが、室内機３からの通信信号を受信した時にウェイクアップして動作を開始するようになっている。

以上の前提条件で室外機２がスリープモードとなっている時、図３（６）に示すようにｔ１で室内機３から『運転開始』の信号が送信されると、これを受信した室外機制御部２７はウェイクアップして動作を開始し、図３（１）に示すようにｔ２でスイッチ制御部４０に対して『待機』のモード信号を出力する。

この『待機』のモード信号が入力されたスイッチパターン選択部４１は、スイッチパターン記憶部４２から『スリープから待機』のモード信号と対応する各スイッチの『信号』と『遅延』の項目内容を読み出す。この場合、スイッチパターン選択部４１は、スイッチ１１と１４にハイレベル、スイッチ１２と１３にローレベルの各制御信号を出力する。なお、『遅延』の項目内容はすべてゼロであるため、スイッチパターン選択部４１は各スイッチの制御信号を遅延時間無しで出力する。

この結果、スイッチ１１と１４との接点が閉となり、コンデンサ１７に抵抗２４を介して充電が開始される。抵抗２４は突入電流防止用の抵抗であり、コンデンサ１７には徐々に電流が流れる。待機モードはこの充電時間の完了を待つモードである。なお、スイッチ制御部４０は、コンデンサ１７が充電完了となった時に、コンデンサ１７とコンデンサ１８の各電圧のバランスを取り、いつでもインバータ部２５を駆動できる状態にするためにスイッチ１４を閉とする。

そして、図３（１）に示すように室外機制御部２７がｔ３で『運転』のモード信号を出力すると、この『運転』のモード信号が入力されたスイッチ制御部４０は、スイッチパターン記憶部４２から『待機から運転』のモード信号と対応する各スイッチの『信号』と『遅延』の項目内容を読み出す。この場合、スイッチパターン選択部４１は、スイッチ１１にローレベル、また、スイッチ１２、１３、１４にハイレベルの各制御信号を出力する。ただし、スイッチ１１の『遅延』項目内容のみ１０ミリセカンドであるためスイッチパターン選択部４１は、『運転』のモード信号が入力されてから１０ミリセカンド後にスイッチ１１にローレベルの制御信号を出力する。その他のスイッチは『遅延』の項目内容はすべてゼロであるため、スイッチパターン選択部４１は各スイッチの制御信号を遅延時間無しで出力する。

運転モードへ移行すると、前述のようにスイッチ制御部４０によってスイッチ１１又はスイッチ１２が閉となるため、コンデンサ１８の両端には制御用電源１６を動作させるために必要な電圧が印加されている。従って、抵抗２３を介しての制御用電源１６への電圧供給が不要となるため、スイッチ制御部４０はスイッチ１３を開にする。

そして図３（６）に示すようにｔ４で室内機３から圧縮機運転の通信信号が送信されると、これを受信した室外機制御部２７は、図３（７）に示すようにｔ５でインバータ制御信号をハイレベルにして圧縮機の運転を開始する。また、図３（６）に示すようにｔ６で室内機３から圧縮機停止の通信信号が送信されると、これを受信した室外機制御部２７は、図３（７）に示すようにｔ８でインバータ制御信号をローレベルにして圧縮機の運転を停止する。

そして図３（１）に示すように室外機制御部２７がｔ９で『待機』のモード信号を出力すると、この『待機』のモード信号が入力されたスイッチ制御部４０は、スイッチパターン記憶部４２から『運転から待機』のモード信号と対応する各スイッチの『信号』と『遅延』の項目内容を読み出す。この場合、スイッチパターン選択部４１は、スイッチ１１と１４にハイレベル、スイッチ１２と１３にローレベルの各制御信号を出力する。

ただし、スイッチ１２の『遅延』項目内容のみ１０ミリセカンドであるためスイッチパターン選択部４１は、『運転』のモード信号が入力されてから１０ミリセカンド後にスイッチ１２にローレベルの制御信号を出力する。その他のスイッチは『遅延』の項目内容はすべてゼロであるため、スイッチパターン選択部４１は各スイッチの制御信号を遅延時間無しで出力する。

そして図３（６）に示すようにｔ１１で室内機３から運転停止の通信信号が送信されると、これを受信した室外機制御部２７は、図３（１）に示すようｔ１２で『スリープ』のモード信号を出力する。この『スリープ』のモード信号が入力されたスイッチ制御部４０は、スイッチパターン記憶部４２から『スリープ』のモード信号と対応する各スイッチの『信号』と『遅延』の項目内容を読み出す。この場合、スイッチパターン選択部４１は、スイッチ１１〜スイッチ１４に対してローレベルの制御信号を出力する。なお、『遅延』の項目内容はすべてゼロであるため、スイッチパターン選択部４１は各スイッチの制御信号を遅延時間無しで出力する。

このように、スイッチ制御部４０はスリープモードにおいて、スイッチ１４を開とするため、抵抗１９と抵抗２０の接続点がＣ点から切り離されており、また、スイッチ制御部４０はスリープモードにおいて、スイッチ１１とスイッチ１２を共に開とするため、抵抗１９と抵抗２０が整流器１５の正極端から切り離されている。このため、スリープモードにおいて、抵抗１９と抵抗２０に電流は流れない。一方、スイッチ制御部４０はスリープモードにおいてスイッチ１３を必ず閉となるように制御しており、また、スイッチ１３はノーマルクローズのリレーであるため、スリープモードにおいてスイッチ１３を駆動する電流は流れない。このため、スリープモードにおいて消費電流を従来よりも低減させることができる。

なお、スリープモードにおいて、スイッチ１３と抵抗２３を介して整流器１５の正極端から供給される電圧によって制御用電源１６を動作させ、スリープモードで必要な電力を確保するようになっている。なお、運転モード時はスイッチ１３が開となるが、代わりにスイッチ１２が閉となり、コンデンサ１７とコンデンサ１８で分圧された電圧が制御用電源１６に供給されるようになっている。

なお、本実施例では、スイッチ制御部４０は、待機モードにおいてスイッチ１３を閉にしたままとしているが、これに限るものでなく、スイッチ１１やスイッチ１２が閉となって制御用電源１６に必要な電圧が供給できるなら待機モードにおいてスイッチ１３を開としてもよい。

また、本実施例において各スイッチをリレーとして説明しているが、これに限るものでなく、トランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。また、スイッチ１３としてノーマルクローズのリレーを用いているが、これに限るものでなく、スイッチ１３としてノーマルオ−プンのリレーを用いて、スリープモード中に常時、接点が接続されるように駆動しておいてもよい。同様にスイッチ１３としてスイッチング素子を用いた場合、スリープモード中に常時、オンオフされる端子をオンとなるように駆動しておいてもよい。
また、本実施例においては三相用の電源回路として説明しているが、これに限るものでなく、単相用の電源回路に用いてもよい。

また、本実施例では力率改善回路については説明していないが、整流回路１５の入力端と交流電源４の各相の間に図示しないリアクタを設けてもよいし、また、整流回路１５の正極端とインバータ部２５の正極入力端との間に図示しないインダクタと逆流防止ダイオードと、さらに、このインダクタと逆流防止ダイオードの接続点と整流回路１５の負極端を開閉する図示しないスイッチング素子とを備えたＰＦＣコンバータを設けても本願の構成を用いることができる。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 三相交流電源
１１ スイッチ
１２ スイッチ（第１スイッチ素子）
１３ スイッチ（第２スイッチ素子）
１４ スイッチ（第３スイッチ素子）
１５ 整流器
１６ 制御用電源
１７ コンデンサ（第１コンデンサ）
１８ コンデンサ（第２コンデンサ）
１９ 抵抗（第１抵抗）
２０ 抵抗（第２抵抗）
２３ 抵抗
２４ 抵抗
２５ インバータ部
２６ モータ
２７ 室外機制御部（室外機制御手段）
４０ スイッチ制御部（スイッチ制御手段）
４１ スイッチパターン選択部
４２ スイッチパターン記憶部
４３ タイマー部

Claims (1)

1. 室外機を備えた空気調和機であって、
   前記室外機は、交流電源が入力端に接続された整流器と、
   同整流器の正極端と負極端に正極入力端と負極入力端がそれぞれ接続されたインバータ部と、
   前記整流器の正極端と前記インバータ部の前記正極入力端の間に直列に配置される第１スイッチ素子と、
   前記インバータ部の前記正極入力端と前記負極入力端の間に並列に接続された、第１抵抗と第２抵抗の直列回路及び第１コンデンサと第２コンデンサの直列回路と、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記整流器の正極端との間に直列に接続された第２スイッチ素子及び第３抵抗と、
   前記第１抵抗と前記第２抵抗の接続点と前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点との間に接続された第３スイッチ素子と、
   前記第２コンデンサの正極と負極に正極電源入力端と負極電源入力端がそれぞれ対応して接続されて前記室外機に制御用電圧を供給する制御用電源と、
   前記室外機を制御する室外機制御手段と、
   前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子と前記第３スイッチ素子を開閉制御するスイッチ制御手段とを備え、
   前記室外機制御手段は、前記室外機の消費電力を低減させるスリープモードを指示するモード信号を前記スイッチ制御手段へ出力し、
   前記スリープモードを指示された前記スイッチ制御手段は、前記第１スイッチ素子と前記第３スイッチ素子を開とすると共に前記第２スイッチ素子を閉とすることを特徴とする空気調和機。

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