JP4623221B2

JP4623221B2 - 電源回路

Info

Publication number: JP4623221B2
Application number: JP2009101325A
Authority: JP
Inventors: 博孝猿渡; 圭介嶋谷; 達八木; 裕子中下
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP2010252580A

Description

本発明は、インバータモータを備える空気調和機の電源回路の技術に関する。

圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、および利用側熱交換器が配管接続された冷媒回路に冷媒を循環させて冷凍サイクルを実行する空気調和機の電源回路は、当該電源回路に接続され圧縮機等を駆動するインバータモータへの通電を遮断し、当該インバータモータを停止するために、当該電源回路の電流経路にメインリレーを備えている。従来、当該メインリレーは、前記電源回路において、外部電源と交流電力を整流する整流回路との間の交流電流経路上に設けられていた（例えば特許文献１参照（空気調和機メインスイッチ２１））。

特開２００１−４５６７９号公報

特許文献１に示すような、前記メインリレーが交流電流経路上に設けられている電源回路の場合、外部電源に接続される各相の交流電源線各々に当該メインリレーが必要となるので、当該電源回路のサイズアップやコストアップを招く。

前記メインリレーを、整流回路と平滑部との間の直流電流経路上に設けるようにすれば、各相の交流電源線にメインリレーを設ける必要がなくなり、電源回路のサイズダウンやコストダウンが可能となる。しかしながら、この場合には、以下の理由によりメインリレーの劣化や溶着の可能性が増加する。

前記電源回路にはインバータモータが接続されているので、当該インバータモータの駆動時には、当該電源回路内の前記電流経路に大電流が流れる。したがって、例えば冷凍サイクルの異常発生時に、駆動中の当該インバータモータを停止させるために前記メインリレーを開放する場合、通電状態で当該メインリレーを開放すると、当該メインリレーの接点に大きな負担がかかり、当該メインリレーの接点が劣化したり、溶着したりするおそれがある。

前記メインリレーが、交流電流経路上に設けられている電源回路では、前記外部電源から供給される交流電力のゼロクロスポイントで当該メインリレーを開放することで、非通電状態で当該メインリレーを開放し、当該メインリレーの接点の劣化や溶着を防ぐことができる。

一方、前記メインリレーが、直流電流経路上に設けられている電源回路では、ゼロクロスポイントで当該メインリレーを開放することができないため、メインリレーの劣化や溶着の可能性が増加するのである。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、冷凍サイクルの異常発生時に、メインリレーの接点が劣化もしくは溶着することを防止できる電源回路を、低コストで提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係る空気調和機の電源回路は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、および利用側熱交換器が配管接続された冷媒回路に冷媒を循環させて冷凍サイクルを実行する空気調和機の電源回路であって、
外部電源（Ｅ）から供給される交流電力を整流する整流回路（ＲＣ）と、
前記整流回路（ＲＣ）の出力を平滑化する平滑部（Ｃ）と、
前記整流回路（ＲＣ）と前記平滑部（Ｃ）との間の電流経路上に設けられたメインリレー（１０）と、
前記平滑部（Ｃ）と負荷であるインバータモータ（Ｍ）との間に接続され、当該インバータモータ（Ｍ）に供給する交流電力を生成するインバータ回路（３０）と、
前記メインリレーの開閉動作および前記インバータ回路の動作を制御する制御部（１００）と、を備え、
前記制御部（１００）は、
前記メインリレー（１０）に開閉を指示する制御信号を出力するメインリレー開閉制御部（１２０）と、
前記インバータ回路（３０）に駆動信号を出力するインバータ回路制御部（１１０）と、
前記冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に高圧圧力スイッチ（３００）が出力する前記メインリレーを開状態とさせる高圧遮断信号を受信する異常信号受信部（１３０）とを備え、
さらに、前記高圧圧力スイッチ（３００）から出力される前記高圧遮断信号が入力され、当該高圧遮断信号を予め定められた時間だけ遅延させて前記メインリレー（１０）に出力する遅延回路（４０）を備え、
前記異常信号受信部（１３０）が前記高圧遮断信号を受信した場合に、前記インバータ回路制御部（１１０）は前記インバータ回路（３０）を停止させる駆動信号を出力し、当該出力から予め定められた第１遅延時間の後に、前記メインリレー開閉制御部（１２０）は、前記メインリレー（１０）を開状態とする制御信号を出力し、
前記遅延回路（４０）は、前記高圧遮断信号が入力されたとき、当該入力から前記第１遅延時間よりも長い予め定められた第２遅延時間を前記予め定められた時間として、当該高圧遮断信号を前記メインリレー（１０）に出力するものとされている。

この構成によれば、前記メインリレーは、前記整流回路と前記平滑部との間の直流電流経路上に設けられ、当該電流経路を開閉する。そのため、外部電源に接続される各相の交流電源線各々に前記メインリレーが必要となる前記メインリレーが整流回路よりも外部電源側の交流電源線上に設けられる場合とは異なり、各相の交流電源線に前記メインリレーを設ける必要がなくなるので、電源回路のサイズダウンやコストダウンが可能となる。

さらに、この構成によれば、前記異常信号受信部が前記高圧遮断信号を受信した場合に、前記インバータ回路制御部は前記インバータ回路を停止させる駆動信号を出力し、当該出力から予め定められた第１遅延時間の後に、前記メインリレー開閉制御部は、前記メインリレーを開状態とする制御信号を出力する。したがって、前記インバータモータが停止した後に、すなわち当該メインリレーに通電していない状態で、当該メインリレーが開放される。したがって、冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に前記メインリレーを開放する場合に、メインリレーの接点の劣化および溶着を防止することができる。

これにより、前記冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に、確実に圧縮機を停止させて冷凍サイクルを停止させることができるので、空気調和機の安全性を向上させることができる。

上記構成において、前記インバータ回路が接続される前記インバータモータは、前記圧縮機を駆動するインバータモータであることが好ましい。この構成によれば、冷凍サイクルの異常発生時に前記圧縮機が停止するので、異常が生じている冷凍サイクルを停止させることができる。

本発明に係る空気調和機の電源回路によれば、冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に、通電状態でメインリレーが開放されることがなくなるので、メインリレーの接点の劣化および溶着を防止することができる。したがって、前記メインリレーの長寿命化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る電源回路を示す回路図である。図１に示す電源回路の冷凍サイクルの異常発生時における動作を示すタイムチャートである。（Ａ）は異常フラグの状態、（Ｂ）は電源回路から出力される電流の波形出力の状態、（Ｃ）は電磁接触器の開閉状態、の経時変化をそれぞれ示す。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態に係る電源回路１および電源回路１の制御プログラムにつき詳細に説明する。図１は、電源回路１を示す回路図である。電源回路１は、例えば図略の空気調和機に備えられる圧縮機のインバータモータＭを駆動する電源装置であり、整流回路ＲＣと、コイルＬと、メインリレー１０と、コンデンサＣ（平滑部）と、電圧検出回路２０と、シャント抵抗Ｒ３と、インバータ回路３０と、遅延回路４０と、マイコン１００（制御部）とを備えて構成されている。

整流回路ＲＣは、例えばダイオードブリッジ回路からなり、例えば商用電源である外部電源Ｅの出力端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、外部電源Ｅから出力される交流電力を整流する。

コイルＬ、メインリレー１０、およびコンデンサＣは直列に接続されている。この直列回路の両端子は、整流回路ＲＣの各出力端子にそれぞれ接続されている。コンデンサＣは、平滑回路を構成し、整流回路ＲＣの出力を平滑化する。コイルＬは、インバータ回路３０の力率改善のために設けられたリアクトルである。

メインリレー１０は、電磁接触器１１（５２Ｃ）と図略のサーマルリレーを備える。メインリレー１０、より正しくは電磁接触器１１は、整流回路ＲＣとコンデンサＣとの間の電流経路上に設けられ、当該電流経路を開閉する。ここで、メインリレー１０を、整流回路ＲＣよりも外部電源Ｅ側の交流電源線上に設ける場合を想定する。この場合、外部電源Ｅに接続される各相の交流電源線各々にメインリレー１０が必要となるので、電源回路１のサイズアップやコストアップを招く。一方、本実施形態では、メインリレー１０は、整流回路ＲＣとコンデンサＣとの間の電流経路上、すなわち直流側に設けられているので、各相の交流電源線にメインリレー１０を設ける必要がなくなる。そのため、電源回路のサイズダウンやコストダウンが可能となる。

電圧検出回路２０は、コンデンサＣの両極間の電圧を検出するために、２つの分圧抵抗Ｒ１およびＲ２がコンデンサＣの両極間に直列に接続された回路である。分圧抵抗Ｒ１と分圧抵抗Ｒ２との接続点は、信号線Ｌ１１を介してマイコン１００が備えるインバータ回路制御部１１０と接続され、当該接続点における電圧値がインバータ回路制御部１１０に出力される。

シャント抵抗Ｒ３は、インバータモータＭを駆動するための電流をモニタリングするために、コンデンサＣとインバータ回路３０との間の電流経路上に接続され、シャント抵抗Ｒ３を通過後の電流値が、信号線Ｌ１２を介してインバータ回路制御部１１０に出力される。

インバータ回路３０は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）であるスイッチング素子やダイオード等から構成され、コンデンサＣから出力された直流電力を予め定められた周波数を有する交流電力に変換してインバータモータＭを駆動させる。インバータ回路３０は、インバータ回路制御部１１０から出力され、信号線Ｌ１５を介してインバータ回路３０に入力されるＰＷＭ信号である駆動信号を受けて、前記ＩＧＢＴをオンオフさせることで、前記の直流電力から交流電力への変換を行う。

マイコン１００は、圧縮機を駆動するインバータモータＭおよびファンモータの駆動や空気調和機が備える複数の電動弁の開度を制御することで当該空気調和機の運転を制御する。マイコン１００は、インバータ回路制御部１１０、メインリレー開閉制御部１２０、および異常信号受信部１３０を備える。

インバータ回路制御部１１０は、信号線Ｌ１１を介して分圧抵抗Ｒ１とＲ２との接続点と接続され、信号線Ｌ１２を介してシャント抵抗Ｒ３と接続され、信号線Ｌ１３を介してインバータ回路３０と接続され、信号線Ｌ１１〜Ｌ１３を介して送出される種々の電気信号をモニタリングする。当該電気信号に基づいて、インバータ回路制御部１１０は、インバータモータＭの駆動周波数が予め定められた値となるように、信号線Ｌ１５を介してインバータ回路３０にＰＷＭ信号である駆動信号を出力し、インバータ回路３０を制御する。

メインリレー開閉制御部１２０は、信号線Ｌ１６を介して電磁接触器１１の開閉を指示する開閉制御信号をメインリレー１０に出力し、整流回路ＲＣとコンデンサＣとの間の電流経路上に設けられた電磁接触器１１を開閉する。空気調和機の運転開始時や異常解消後の復帰時に、メインリレー開閉制御部１２０は電磁接触器１１を閉状態とする。このとき前記電流経路は導通状態となり、整流回路ＲＣからの出力がコンデンサＣやインバータ回路３０に供給され、インバータモータＭは駆動を開始する。一方、空気調和機の運転停止時や異常検知時に、メインリレー開閉制御部１２０は電磁接触器１１を開状態とする。このとき前記電流経路は遮断され、整流回路ＲＣからの出力がコンデンサＣやインバータ回路３０に供給されず、インバータモータＭは停止する。

異常信号受信部１３０は、冷凍サイクルの異常を検出する異常検知部２００が当該異常を検知した場合に出力する異常信号を、信号線Ｌ１４を介して受信する。異常信号受信部１３０は、前記異常信号を受信すると異常フラグを出力し、当該異常フラグをトリガーにして、インバータ回路制御１１０部はインバータ回路３０を停止させる駆動信号を出力し、当該異常フラグをトリガーにして、メインリレー開閉制御部１２０は、当該出力から予め定められた、例えば１０ｍｓの第１遅延時間の後に、メインリレー１０の電磁接触器１１を開状態とする制御信号を出力する。

なお、メインリレー１０には、冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇を検出する高圧圧力スイッチ３００が当該高圧圧力の異常上昇を検知した場合に出力する信号であって、電磁接触器１１を開状態とする制御信号である高圧遮断信号も、信号線Ｌ１７を介して入力される。さらに、信号線Ｌ１７は分岐されて異常信号受信部１３０にも接続され、前記高圧遮断信号は、異常信号受信部１３０にも入力される。当該高圧遮断信号を受信した異常信号受信部１３０は、当該高圧遮断信号を前記異常信号として処理し、異常フラグを出力する。

遅延回路４０は、メインリレー１０に接続される信号線Ｌ１７に設けられた、例えば抵抗とコンデンサとから構成されるＲＣ回路である。高圧圧力スイッチ３００がメインリレー１０に出力する前記高圧遮断信号は、まず遅延回路４０に入力され、当該入力から予め定められた第１遅延時間よりも長い第２遅延時間の後に、遅延回路４０は当該高圧遮断信号をメインリレー１０に出力する。

そのため、マイコン１００の制御プログラムのエラー発生時に高圧圧力の異常上昇が発生し、第１遅延時間後にメインリレー１０の電磁接触器１１が開放されない場合にも、第２遅延時間の後に電磁接触器１１が開放されるので、インバータモータＭを確実に停止させて冷凍サイクルを停止させることができる。したがって、空気調和機の安全性を向上させることができる。

次に、図２に示すタイムチャートに基づいて、冷凍サイクルの異常発生時における電源回路１の動作を説明する。図２（Ａ）は異常フラグの状態、図２（Ｂ）は電源回路から出力される電流の波形出力の状態、図２（Ｃ）は電磁接触器の開閉状態、の経時変化をそれぞれ示す。

冷凍サイクルに異常が発生し、異常検知部２００が出力した前記異常信号が異常信号受信部１３０に入力されると、異常信号受信部１３０は、当該異常信号とノイズとを判別する異常確定を行った後、異常フラグを出力する（図２（Ａ））。当該異常フラグをトリガーにして、インバータ回路制御１１０部はインバータ回路３０を停止させる駆動信号を出力するので、電源回路１からの波形出力が停止し（図２（Ｂ））、インバータモータＭの駆動も停止する。一方、当該異常フラグをトリガーにして、メインリレー開閉制御部１２０は、当該出力から１０ｍｓの第１遅延時間の後に、メインリレー１０の電磁接触器１１を開状態とする制御信号を出力するので、電源回路１からの波形出力が停止した後、すなわち非通電状態で電磁接触器１１は開放される（図２（Ｃ））。なお、電源回路１からの波形出力停止後に再び出力されている波形は、安全のためにコンデンサＣに帯電していた電力をインバータモータＭに出力して放電するコンデンサ放電による波形である（図２（Ｃ））。

インバータモータＭの駆動時には、電磁接触器１１に大電流が流れる。したがって、メインリレー１０を整流回路ＲＣよりも外部電源Ｅ側の交流電源線上に設け、電磁接触器１１を開放することで駆動中のインバータモータＭを停止させる場合、外部電源Ｅから供給される交流電力のゼロクロスポイントで電磁接触器１１を開放しなければ、電磁接触器１１の接点に大きな負担がかかり、電磁接触器１１の接点が劣化したり、溶着したりするおそれがある。しかし、前記ゼロクロスポイントを検出するためには、ある程度の時間が必要である。そのため、この構成では、冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に電磁接触器１１を即時に開放してインバータモータＭを停止させることが困難である。

一方、電源回路１においては、インバータ回路３０を停止させる駆動信号をインバータ回路制御部１１０が出力することで、インバータモータＭを停止させる。そのため、冷凍サイクルの異常発生時にインバータモータＭを即時に停止させて冷凍サイクルを停止させることができる。

上記実施形態によれば、冷凍サイクルの異常発生時、すなわち異常信号受信部１３０が前記異常信号を受信した場合に、インバータ回路制御部１１０はインバータ回路３０を停止させる駆動信号を出力し、当該出力から予め定められた第１遅延時間（上記実施形態では１０ｍｓ）の後に、メインリレー開閉制御部１２０は、メインリレー１０の電磁接触器１１を開状態とする制御信号を出力する。したがって、インバータモータＭが停止した後に、すなわち電磁接触器１１に通電していない状態で、電磁接触器１１が開放される。したがって、冷凍サイクルの異常発生時に電磁接触器１１を開放する場合に、電磁接触器１１の接点の劣化および溶着を防止することができる。しかも、前記第１遅延時間は、上記実施形態で１０ｍｓであるように、ゼロクロスポイントの判定時間よりも短い時間とすることができる。

さらに上記実施形態によれば、冷凍サイクルの異常発生時に圧縮機を駆動するインバータモータＭが停止するので、異常が生じている冷凍サイクルを停止させ、空気調和機を保護することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る電源回路１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取ることもできる。

（１）上記実施形態では、冷凍サイクルの異常発生時に、インバータモータＭを停止させ、電磁接触器１１を非通電状態とした後に電磁接触器１１を開放することで、電磁接触器１１の接点の劣化および溶着を防止している。これに換えて、冷凍サイクルの異常発生時にインバータモータＭを停止させる点では上記実施形態と同様であるが、冷凍サイクルの異常発生時に、メインリレー開閉制御部１２０は、メインリレー１０の電磁接触器１１を開状態とする制御信号は出力せず、電磁接触器１１を閉状態に維持するようにしても、電磁接触器１１が通電時に開放されることで発生する電磁接触器１１の接点の劣化および溶着を防止することができる。この構成によれば、圧縮機のインバータモータＭとともに電源回路１に接続されている図略の熱交換器のファンモータの駆動は可能であるという利点がある。

（２）大容量の電源回路の場合には、メインリレー１０を並列に複数設けるようにしてもよい。これにより、大容量用のメインリレーを使用する必要がなくなるので、メインリレーの調達が容易となり、コストダウンも可能となる。

Ｃコンデンサ（平滑部）
Ｅ外部電源
Ｍインバータモータ
ＲＣ整流回路
１電源回路
１０メインリレー
１１電磁接触器
３０インバータ回路
４０遅延回路
１００マイコン（制御部）
１１０インバータ回路制御部
１２０メインリレー開閉制御部
１３０異常信号受信部
２００異常検知部
３００高圧圧力スイッチ

Claims

圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、および利用側熱交換器が配管接続された冷媒回路に冷媒を循環させて冷凍サイクルを実行する空気調和機の電源回路であって、
外部電源（Ｅ）から供給される交流電力を整流する整流回路（ＲＣ）と、
前記整流回路（ＲＣ）の出力を平滑化する平滑部（Ｃ）と、
前記整流回路（ＲＣ）と前記平滑部（Ｃ）との間の電流経路上に設けられたメインリレー（１０）と、
前記平滑部（Ｃ）と負荷であるインバータモータ（Ｍ）との間に接続され、当該インバータモータ（Ｍ）に供給する交流電力を生成するインバータ回路（３０）と、
前記メインリレーの開閉動作および前記インバータ回路の動作を制御する制御部（１００）と、を備え、
前記制御部（１００）は、
前記メインリレー（１０）に開閉を指示する制御信号を出力するメインリレー開閉制御部（１２０）と、
前記インバータ回路（３０）に駆動信号を出力するインバータ回路制御部（１１０）と、
前記冷凍サイクルの高圧圧力の異常上昇時に高圧圧力スイッチ（３００）が出力する前記メインリレーを開状態とさせる高圧遮断信号を受信する異常信号受信部（１３０）とを備え、
さらに、前記高圧圧力スイッチ（３００）から出力される前記高圧遮断信号が入力され、当該高圧遮断信号を予め定められた時間だけ遅延させて前記メインリレー（１０）に出力する遅延回路（４０）を備え、
前記異常信号受信部（１３０）が前記高圧遮断信号を受信した場合に、前記インバータ回路制御部（１１０）は前記インバータ回路（３０）を停止させる駆動信号を出力し、当該出力から予め定められた第１遅延時間の後に、前記メインリレー開閉制御部（１２０）は、前記メインリレー（１０）を開状態とする制御信号を出力し、
前記遅延回路（４０）は、前記高圧遮断信号が入力されたとき、当該入力から前記第１遅延時間よりも長い予め定められた第２遅延時間を前記予め定められた時間として、当該高圧遮断信号を前記メインリレー（１０）に出力するものとされた電源回路。
前記インバータ回路（３０）が接続される前記インバータモータは、前記圧縮機を駆動するインバータモータ（Ｍ）である請求項１に記載の電源回路。