JP3794304B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房・暖房を切り換える四方弁（電磁弁）のコイルの駆動方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、空気調和機の高効率化・小型化・低コスト化には目ざましい進歩がある。小型化のために特開平６−１４７６０７号公報等に記載の発明が提案されている。
【０００３】
以下、従来の空気調和機について図５を用いて説明する。
【０００４】
図５に示すように、商用電源１と、整流回路２と、平滑コンデンサ３と、インバータ４と、インバータ制御回路５と、圧縮機６と、リレー７と、四方弁コイル８とで構成していた。
【０００５】
以下、その動作について説明する。
【０００６】
商用電源１を整流回路２と平滑コンデンサ３で直流に整流した電源を用いてインバータ４にて圧縮機６の駆動を制御し、同じく整流した電源を用いてリレー７にて四方弁８を制御していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、四方弁８を単一の直流電源で駆動しているため四方弁コイル（リレー７）の駆動電力が大きくなり損失が大きいという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、開閉器の直流駆動として特開２００１−９１０１３号公報で提案された電源電圧を切り換える方式を大電力の電磁弁に応用し損失低減を図ると共に直流電源を簡略化するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、四方弁の駆動電力を切り換えることで損失低減を図るとともに、四方弁とインバータの電源を同一の電源より供給することで小型化が図れるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の本発明は、四方弁コイルの駆動を第１の直流電源と第２の直流電源にて駆動することで四方弁の駆動電力を切り換えることができ、第２の直流電源から３相インバータの制御電源を供給することで第２の直流電源を共用化できるものである。
【００１１】
さらに３相インバータの高圧側駆動電源をブートストラップ電源で構成し、ブートストラップ電源の初期充電期間と第１のスイッチのオフが同時に発生しない駆動シーケンスとしたことで、第２の直流電源の最大出力を抑制でき、電源を小型化することが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明は、トランジスタとリレーの直列体で第１のスイッチを構成し、リレーをオンした後トランジタをオンし所定時間後トランジスタをオフした後にリレーをオフする駆動シーケンスとしたことでリレーのバウンスやチャタリングによって第１の直流電源のオンオフが繰り返されるのを防止できかつリレーをオフすることでトランジスタの漏れ電流を遮断できるものである。
【００１３】
請求項３に記載の本発明は、第１のスイッチを接点近傍に磁石を有したリレーとすることでアークが長時間リレーに流れるのを防止でき大電力の直流を確実にオフすることができるものである。
【００１４】
請求項４に記載の本発明は、暖房運転時に四方弁を駆動することによって第２の直流電源にて四方弁を駆動する期間を周囲温度の低い暖房時とすることができ第２の電源をさらに小型化することができるものである。
【００１５】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１に示すように、商用電源１１と、整流回路１２と平滑コンデンサ１３とで整流した第１の直流電源１４と、３相インバータ１５と、３相インバータ制御回路１６と、圧縮機１７と、第１の直流電源１４を四方弁コイル１８に供給する第１のスイッチ（本実施の形態ではリレー）１９と、第２の直流電源２０（本実施の形態では電源電圧約１８Ｖ）と、第２の直流電源２０を四方弁コイル１８に供給する第２のスイッチ２１（本実施の形態ではリレー）と、逆電流防止用のダイオード２２と還流電流用のダイオード２３で構成している。また３相インバータ１５内の高電圧側の駆動電源は抵抗２４、ダイオード２５、電解コンデンサ２６からなるブートストラップ電源１５ａで構成している（３相インバータ１５には３相分のブートストラップ電源が存在するが説明は１相分で行い他は省略する）。２７は四方弁、２７ａは四方弁２７内の電磁弁であるプランジャーである。
【００１６】
以下、その動作について説明する。
【００１７】
商用電源１１を整流回路１２と平滑コンデンサ１３とで直流に整流し第１の直流電源１４を構成している。圧縮機の駆動に関しては第１の直流電源１４を３相インバータ１５にて３相に変換し圧縮機１７を駆動している。
【００１８】
３相インバータ１５は３相インバータ制御回路１６で制御し、３相インバータ１５と３相インバータ制御回路１６の基準電位を同一とする非絶縁構成としている。
【００１９】
次に、四方弁２７の駆動に関して図２も用いて説明する。第１のスイッチ１９を所定時間駆動し四方弁コイル１８に高電圧である第１の直流電源１４を印加して四方弁２７内の電磁弁であるプランジャー２７ａを移動させている。次に、第１のスイッチ１９をオフさせて第２の直流電源２０を第２のスイッチ２１にて四方弁コイル１８に供給しプランジャー２７ａ位置を保持させている。
【００２０】
第２のスイッチ２１は第１のスイッチ１９がオフするタイミングでオンすればよいのであるが、本実施の形態ではリレーの動作時間を考慮して第１のスイッチ１９のオフと第２のスイッチ２１のオンとの間に無通電時間が生じてプランジャー２７ａ位置が元に戻るのを防止するため、第２のスイッチ２１を前もって第１のスイッチ１９と同時にオンさせている。
【００２１】
また、３相インバータ１５と３相インバータ制御回路１６の基準電位を同一とし、同一基準電位の第２の直流電源２０から３相インバータ制御回路１６の電源と３相インバータ１５のブートストラップ電源１５ａを供給している。３相インバータ１５の動作開始前はブートストラップ電源１５ａの電解コンデンサ２６の両端電圧は０Ｖである。まず、初期充電として３相インバータ１５の低電圧側のスイッチング素子（図面省略）をオンさせてブートストラップ電源１５ａを充電する。
【００２２】
この時、図２に示すように抵抗２４と電解コンデンサ２６で決まる時定数で電解コンデンサ２６に初期充電電流が流れる。本実施の形態ではピーク電流約０．６Ａの大きな電流が流れている。
【００２３】
また、第１のスイッチ１９をオフした時にも四方弁コイル１８に流れていた電流が四方弁コイル１８のインダクタンス分によって第２のスイッチ２１に転流し、ピーク電流約０．６Ａの大きな電流が流れる。
【００２４】
駆動シーケンスとして、ブートストラップ電源１５ａを初期充電完了後に四方弁コイル１８への通電を開始させている。
【００２５】
以上のように本実施の形態では四方弁コイル１８への印加電圧を第１の直流電源１４から第２の直流電源に切り換えることで四方弁コイル１８の駆動電力を大幅に低減している（商用電源を２００Ｖとすると印加電圧は約２８０Ｖから約１８Ｖに低下し消費電力は１００分の１以下に低減している）。
【００２６】
また、第２の直流電源２０から３相インバータ制御回路１６の電源を供給しているので低電圧の電源が１個で構成できている。
【００２７】
さらに、ブートストラップ電源１５ａの初期充電期間が完了してから四方弁コイル１８を駆動するシーケンスとすることで、ブートストラップ電源１５ａの初期充電期間と、第１のスイッチ１９のオフタイミングをずらすことができ、双方約０．６Ａの大きなピーク電流が重なることがなく、第２の直流電源２０は瞬時出力容量が最大０．６Ａの小さな電源で構成できている。
【００２８】
尚、本実施の形態では第１の直流電源１４を商用電源１１の全波整流による電源としたが、商用電源１１の倍電圧やアクティブフィルタを含むコンバータの出力等でも同様の動作であることは言うまでもない。
【００２９】
また、第２の直流電源２０を用いて本実施の形態以外の負荷（例えば膨張弁コイル等）を駆動する場合は、同様に駆動タイミングをずらすシーケンスとすることにより同様の効果が得られることは言うまでもない。
（実施の形態２）
図３、４を用いて説明を行うが、実施の形態１と同一番号を付した構成要素は同様の動作であり説明を省略する。
【００３０】
図３にて、実施の形態１と異なる所は第１のスイッチ１９をトランジスタ１９ａとリレー１９ｂの直列体で構成していることである。また、ブートストラップ電源１５ａについては本発明と無関係のため省略している。
【００３１】
図４にて駆動シーケンスについて説明する。まず、リレー１９ｂ、リレー２１をオンさせる。この時、トランジスタ１９ａはオフしているので四方弁コイル１８には第２の直流電源２０が印加されるが、約１８Ｖの電圧であるため四方弁内のプランジャーは移動しない。
【００３２】
次にトランジスタ１９ａをオンさせ、四方弁コイル１８に第１の直流電源１４を印加し四方弁内のプランジャーを移動させる。所定時間後、トランジスタ１９ａをオフさせて四方弁コイル１８への、第１の直流電源１４の印加を停止させ、四方弁コイル１８へは第２のスイッチ２１を介して第２の直流電源２０が印加される。その後、リレー１９ｂをオフさせている。
【００３３】
以上の動作より、リレー１９ｂをオンさせてからトランジスタ１９ａをオンさせ、またリレー１９ｂをオフさせてからトランジスタ１９ａをオフさせているので、リレー１９ｂのチャタリングやバウンスが発生しないタイミングで第１の直流電流１４をオンオフでき、第２の直流電源２０から大きな電流が流れるのはトランジスタ１９ａをオフさせた時の１度のみとすることができる。
【００３４】
従って、第２の直流電源２０に所定容量以上の電解コンデンサを付加するだけで第２の直流電源２０の最大電流容量を小さくすることがきる。具体的には第２の直流電源２０をスイッチング電源で構成し出力に４７０μＦのコンデンサを付加することで、電源の最大電流容量を２００ｍＡに抑制することができている。
【００３５】
また、リレー１９ｂをオフさせることで、トランジスタ１９ａの漏れ電流を遮断できるので四方弁コイル１８への通電を０Ｖすることができ、四方弁を確実にオフすることができている。
【００３６】
図面は省略するが、実施の形態１および２における第１のスイッチ１９、リレー１９ｂを接点近傍に磁石を配置したリレーを用いることで、アーク放電が所定時間以上継続せずリレーの耐久性を大幅に向上している。
【００３７】
さらに、四方弁コイル１８への通電を周囲温度の低い暖房運転時に行うことで第２の直流電源２０の温度上昇許容値を緩和でき、第２の直流電源２０の各部品を小型化することができている。
【００３８】
【発明の効果】
上記実施の形態から明らかなように、本発明によれば電圧帰還コンデンサを備えたことでヒステリシスの電圧変化を急峻にすることができる。
【００３９】
また、第２の電圧帰還抵抗を備えたことでヒステリシスの変化量を所望の変化量とするこができ、かつ電圧帰還コンデンサの接続位置によって任意のヒステリシス波形とすることができる。
【００４０】
以上のヒステリシスを設けることでノイズに強くすることができる。
【００４１】
また、中性点検知回路に時定数５μｓ以下のコンデンサを接続することで、ノイズに強くかつ安定した位置検知を行うことができる。
【００４２】
また、電圧変換回路を設けたことで、比較回路とマイクロコンピュータを同じ基準電位としても異なる電源電圧で動作でき、検知精度のよい位置検知を低コストで行うことができる。
【００４３】
以上のノイズに強くかつ検知精度のよい位置検知によって３相ＤＣブラシレスモータを安定して回転させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す空気調和機の回路図
【図２】同動作波形図
【図３】同動作波形図
【図４】本発明の実施の形態を示す空気調和機の回路図と動作波形図
【図５】従来例を示す空気調和機の回路図
【符号の説明】
８ 四方弁コイル
１４ 第１の直流電源
１９ 第１のスイッチ
２０ 第２の直流電源
２１ 第２のスイッチ
１７ 圧縮機
１５ ３相インバータ
１５ａ ブートストラップ電源

Claims (4)

1. 四方弁コイルと、第１の直流電源と、前記第１の直流電源を前記四方弁コイルに印加する第１のスイッチと、第２の直流電源と、前記第２の直流電源を前記四方弁コイルに印加する第２のスイッチと、圧縮機と、前記圧縮機を駆動する３相インバータを有し、前記第１のスイッチは数秒の所定時間のみオンさせ、その後第２のスイッチをオンし続けることで四方弁を駆動し、前記３相インバータの高圧側駆動電源をブートストラップ電源で構成し、前記ブートストラップ電源の初期充電期間と前記第１のスイッチのオフが同時に発生しない駆動シーケンスとした空気調和機。
2. 四方弁コイルと、第１の直流電源と、第１の直流電源を前記四方弁コイルに印加するトランジスタとリレーの直列体からなる第１のスイッチと、第２の直流電源と、第２の直流電源を前記四方弁コイルに印加する第２のスイッチとを有し、前記第１のスイッチは前記リレーをオンした後前記トランジタをオンし、所定時間後前記トランジスタをオフした後に前記リレーをオフする駆動シーケンスとする空気調和機。
3. 第１のスイッチを接点近傍に磁石を有したリレーとする請求項１または２記載の空気調和機。
4. 暖房運転時に四方弁を駆動するようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の空気調和機。

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