JP3831740B2 - 漏洩電流抑制回路、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、装置内で発生したノイズが複数のパスを介して筺体に流れ、その後大地に流れてなる漏洩電流を抑制することが可能な漏洩電流抑制回路に関する。また、漏洩電流を抑制することが可能な空気調和機に関する。

今日、空気調和機等において用いられている圧縮機は、圧縮機構及び当該圧縮機構に駆動力を与えるモータ等により構成され、これらがケース内に収納されている。そして、モータからの駆動力を受けて圧縮機構が冷媒を吸引し、圧縮した後、圧縮機外に吐出す圧縮サイクルを行っている。

このような圧縮機には、ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機が近年主流となっているが、かかる圧縮機においては、圧縮された冷媒を一旦ケース内に吐出し（ケース内の雰囲気となる）、当該ケースに固着されている配管を介して外部に吐出す構成が一般的である。従って、ケース内は圧縮された高圧冷媒により満たされるので、当該ケースは密閉ケースとなっている。

このような、密閉ケースに収納するモータには、直流モータ及び交流モータがあるが、無騒音駆動、制御の容易性、装置の小型化等の観点からインバータ駆動の直流モータが用いられるようになっており、また密閉ケースであることからブラシの補修等が不用なブラシレス直流モータが用いられている。

かかるインバータ駆動を行う駆動回路の一例を図３に示す。当該駆動回路は、コモンモードノイズを減衰させるノイズフィルタ回路１１、アクティブフィルタ回路１２、三相インバータ回路１３を主要回路とし、アクティブフィルタ回路１２は、交流電圧を直流電圧にチョッパーで昇圧（チョッパー周期は例えば、３０ｋＨｚ）しながら平滑化し、また三相インバータ回路１３はアクティブフィルタ回路１２からの直流電圧を所定の周期（例えば、５ｋＨｚ）でスイッチングして直流モータＭに電力を供給している。なお、符号ｋは密閉ケースを示し、符号Ａは空気調和機等の筺体を示している。

しかしながら、上記構成において、近年オゾンホール発生の一因として問題になっているＲ−２２等の冷媒（以下、旧冷媒という）からＨＦＣ等の冷媒（以下、新冷媒という）に切替えると、漏洩電流が大きくなる問題があった。

通常、圧縮機が配設される空気調和機等は感電防止等の安全性の観点から筺体が接地され、駆動回路等の電子回路は安定動作等の観点から筐体が接地されている。なお、本明細書では圧縮機や電子回路を総称して電気機器という。

圧縮機の密閉ケースｋには、上述したように図示しない金属製の配管が溶接等により固着されており、当該配管が筺体Ａと電気的接触を持つため、当該密閉ケースｋは筺体Ａを介して接地状態となっている。

このような状況で三相インバータ回路１３により高速スイッチングされた断続的な直流電流が直流モータＭに供給されると、当該直流電流が流れ密閉ケースｋ内の電力ラインや巻線（直流モータＭの固定子）が新冷媒を介して当該密閉ケースｋと容量結合してしまう。かかる容量結合により流れる電流は、高周波のノイズであり漏洩電流となる。

このような容量結合は、旧冷媒を用いた圧縮機においても生じていた。かかる容量結合に起因した漏洩電流を低減するために、コモンモードフィルタ及びモータでアースする圧縮式冷却装置が、特許文献１に記載されている。
特開平１−２４３８４３号公報

新冷媒は旧冷媒に比べ抵抗率が低く、また誘電率が大きいため容量結合が大きくなり、漏洩電流に関する法規制値（１ｍＡ）をクリアすることが困難になっている。

そこで、本発明は、新冷媒を用いた場合であっても簡単な構成で漏洩電流を容易に小さくして、規制値がクリアできるようにした漏洩電流抑制回路を提供することを目的とする。また、漏洩電流を小さくすることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の漏洩電流抑制回路は、電気機器を備えた装置内で発生したノイズが２以上のパスを介して当該装置の筺体に流れ、当該筺体から接地ラインを介して大地に流れる漏洩電流を抑制する漏洩電流抑制回路であって、前記複数のパスのうち少なくとも１つのパスに、前記装置の電気機器に電力を供給する交流ラインに直列接続された複数のコンデンサと、交流ラインに接続されたコイルからなるコモンモードフィルタと、前記複数のコンデンサの接続点と筺体との間に双方向に接続されたツェナーダイオードを備える。

上記の漏洩電流抑制回路においては、ツェナーダイオードが設けられたパスを介して前記筺体に流れる電流と、他のパスを介して前記筺体に流れる電流とが存在し、これらの電流が相互に干渉することにより漏洩電流が抑制される。そして、コモンモードフィルタのコンデンサ容量や、ツェナーダイオードのツェナー電圧などを変えることにより、前記ツェナーダイオードが設けられたパスを流れる電流の位相や大きさを調整することができる。したがって、コンデンサ容量やツェナー電圧を調整することにより、２つのパスの電流間に生じる干渉の状態を変えることができ、筺体から大地に流れる漏洩電流をより小さくすることができる。

本発明の空気調和機は、圧縮機及びこれを駆動するための駆動回路を含む電気機器と、接地された筐体を備えている。電気機器を備えた装置内で発生したノイズは、２以上のパスを介して前記筺体に流れ、前記複数のパスのうち少なくとも１つのパスに、前記電気機器に電力を供給する交流ラインに直列接続された複数のコンデンサと、交流ラインに接続されたコイルからなるコモンモードフィルタと、前記複数のコンデンサの接続点と筺体との間に双方向に接続されたツェナーダイオードを備える。

この空気調和機によれば、上記の漏洩電流抑制回路と同様、コモンモードフィルタのコンデンサ容量や、ツェナーダイオードのツェナー電圧などを変えることで、前記ツェナーダイオードが設けられたパスを介して筺体に流れ込む電流の位相や大きさを調整することができ、筺体から大地に流れる漏洩電流をより小さくすることができる。

本発明の漏洩電流抑制回路によれば、筺体から大地に流れる漏洩電流をより小さくすることができる。

本発明の空気調和機によれば、筺体から大地に流れる漏洩電流をより小さくすることができる。

本発明の実施の形態を図に基づき説明する。なお、従来と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。

実施形態の説明に先立ち、本発明の作用原理を簡単に説明する。図３に示すような回路において、圧縮機の密閉ケースｋは筺体Ａと接続状態にあり、またノイズフィルタ回路１１は筺体Ａに接続されている。このため、筺体Ａには、ノイズフィルタ回路１１からのラインを介して流れる電流パスと密閉ケースｋからの電流パスとが存在する。

当該２つのパスを介して流れる電流は、装置内で発生するノイズであり、一般にスイッチング周波数ノイズであるため、筺体Ａで合流して漏洩電流となって大地に流れる際に干渉する。従って、これらの電流が逆位相のとき相互に干渉して漏洩電流は最も小さくなると考えられる。

また、より直接的に２つの電流を遮断することも漏洩電流の減少には有効と考えられる。但し、ノイズフィルタ回路１１からの電流を完全に遮断すると、当該ノイズフィルタ回路１１が機能しなくなり雑音端子電圧等のＥＭＩノイズが増加するので、当該ノイズフィルタ回路１１の機能が維持できる程度に電流を流す必要があると考えられる。

図１は、以上の考察に基づき構成した電流抑制回路２０を持つ駆動回路１０の回路図で、当該駆動回路１０は、ノイズフィルタ回路１１、アクティブフィルタ回路１２、三相インバータ回路１３及び本発明に係る電流抑制回路２０からなっている。

ノイズフィルタ回路１１は、コモンモードノイズを減衰させるように、Ｘコンデンサ（交流ライン間に接続されたコンデンサ）２１、Ｙコンデンサ（交流ライン間に直列に接続された２つのコンデンサ）２２、これらの間に設けられたコモンモードリアクトルコイル２３とを主要構成としている。

電流抑制回路２０は、双方向接続されたツェナーダイオード２５ａ、２５ｂを有し、当該回路はＹコンデンサ２２における接続点と筺体Ａとの間に設けられている。

なお、上記説明及び以下の説明では、筺体Ａに流れ込む電流パスをノイズフィルタ回路１１からのパスと密閉ケースｋからのパスの２つについて限定するが、現実には種々のパスが存在する。しかし、このような場合でも本発明の一般性は失わないことを敢て付言する。

上記構成で、電流抑制回路２０におけるツェナーダイオード２５ａ、２５ｂのツェナー電圧を変化させた場合の漏洩電流の測定結果を図２に示す。同図から、ツェナー電圧が特定の電圧値（図２では約２０Ｖ）の時に漏洩電流が極小値を持つことがわかる。

なお、図２においては、漏洩電流の単位が電圧となっているが、これは漏洩電流測定規格に従った漏洩電流測定装置で測定した値をそのまま示したためである。当該漏洩電流測定装置では、測定電圧が１Ｖのときに漏洩電流が１ｍＡであり、漏洩電流の規制値は１ｍＡである。

このようにツェナー電圧を変化させることは以下の意味を持つ。即ち、図２における測定では、ツェナーダイオード２５ａ、２５ｂを交換するによりツェナー電圧を変えている。

ツェナーダイオード２５ａ、２５ｂは、高濃度のＰＮ接合により形成され、ツェナー電圧は当該濃度を変えることにより変化する。ところが、ＰＮ接合の濃度を変えると（ツェナー電圧を変えると）接合容量も変化する。

従って、図２に示す測定結果は、当該ツェナー電圧を変えた効果と接合容量を変えた効果とが重なり合ったものと考えられる。

ツェナー電圧を換えた効果は、ノイズフィルタ回路１１の機能を維持しながら当該ノイズフィルタ回路１１から筺体Ａに流れる電流を抑制している。また、接合容量を変えた効果は、筺体Ａに流れ込む２つの電流の位相を変化させている。そして、これらの結果として漏洩電流に極小値が生じたと判断する。

なお、現実の空気調和機等の装置においては、ツェナーダイオード２５ａ、２５ｂの接合容量で筺体Ａに流れ込む電流の位相が略逆位相になるとは限らない。

このような場合には、別途位相調整回路を設けて、現実に設けられた接地ラインで逆位相になるようにすることが好ましい。

無論、図１に示すノイズフィルタ回路１１に用いられているＹコンデンサ２２の容量、コモンモードリアクトルコイル２３のインダクタンス等の構成部品の特性値を筺体Ａに流れ込む電流の位相が略逆位相になるようにすることも含めて最適化した構成とすることも可能である。

この場合、Ｙコンデンサ２２、コモンモードリアクトルコイル２３が位相調整回路２６として作用することになるので、独立した回路を設ける必要がなくなる利点がある。

本発明にかかる漏洩電流抑制回路を具備した駆動回路図である。 ツェナー電圧を変えたときの漏洩電流の測定結果を示す図である。 従来の技術の説明に適用される駆動回路図である。

符号の説明

１０ 駆動回路
１１ ノイズフィルタ回路
２０ 電流抑制回路
２２ Ｙコンデンサ
２３ コモンモードリアクトルコイル
２５ａ、２５ｂ ツェナーダイオード
２６ 位相調整回路
Ｍ 直流モータ
ｋ 密閉ケース
Ａ 筺体

Claims (2)

1. 電気機器を備えた装置内で発生したノイズが２以上のパスを介して当該装置の筺体に流れ、当該筺体から接地ラインを介して大地に流れる漏洩電流を抑制する漏洩電流抑制回路であって、
   前記複数のパスのうち少なくとも１つのパスに、
   前記装置の電気機器に電力を供給する交流ラインに直列接続された複数のコンデンサと、交流ラインに接続されたコイルからなるコモンモードフィルタと、
   前記複数のコンデンサの接続点と筺体との間に双方向に接続されたツェナーダイオードとを備えたことを特徴とする、漏洩電流抑制回路。
   
2. 圧縮機及びこれを駆動するための駆動回路を含む電気機器と、接地された筐体を備えた空気調和機において、
   電気機器を備えた装置内で発生したノイズは、２以上のパスを介して前記筺体に流れ、
   前記複数のパスのうち少なくとも１つのパスに、
   前記電気機器に電力を供給する交流ラインに直列接続された複数のコンデンサと、交流ラインに接続されたコイルからなるコモンモードフィルタと、
   前記複数のコンデンサの接続点と筺体との間に双方向に接続されたツェナーダイオードとを備えたことを特徴とする、空気調和機。
   

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