JP4792849B2 - 空気調和機の直流電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換して負荷に供給する直流電源装置に関するものである。
従来、交流電源の電圧を直流電圧に変換して負荷へ供給する直流電源装置として、交流電源のゼロクロス点を検出し、交流電源のゼロクロス点付近で、交流電源をリアクトルを介して一定時間短絡することで力率を改善しつつ、高い直流出力電圧を得ることができるものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
図５は、特許文献１に記載された従来の直流電源装置の構成図である。図５に示す従来の直流電源装置は、直流電圧を所定の目標電圧と等しくするようにフィードバック制御されるため、交流電源１の電源電圧が変動しても圧縮機２０を駆動するのに必要な直流電圧をほぼ一定に保つことができるため、システムとして安定性に優れる。
特開２００４−７２８０６号公報
一般に、図５に示すタイプの従来の直流電源装置は、目標電圧を高く設定するにつれて短絡素子における損失が増加し、短絡素子の温度が上昇する。特に、直流電圧によるフィードバック制御を行う直流電源装置では、交流電源の電源電圧が低下した場合に、直流電圧を目標電圧まで引き上げるために、短絡手段の短絡時間が長くなり、短絡素子の温度上昇が顕著になりやすい。
したがって、設定可能な目標電圧の上限は、直流電源装置の最大使用温度に応じて制約を受ける。そのため、冷暖房運転が可能な空気調和機では、冷房運転時における高外気温での使用を想定して直流電圧の設定を行う必要がある。
一方、空気調和機は、暖房運転時において冷房運転時に比べて低い外気温条件にて使用される。希土類やフェライト等の一般的な磁石を用いた圧縮機モータの誘起電圧は、低温ほど高くなる性質を有する。したがって、圧縮機を同じ回転数で駆動する場合、冷房運転時よりも高い直流電圧を必要とする。
したがって、圧縮機の回転数や入力電流に応じて目標電圧が決定される従来の空気調和機の直流電源装置では、冷房運転時の直流電源装置の温度上昇によって、暖房運転時における直流電源装置の昇圧性能、すなわち、圧縮機の高速性能が制限されるという課題があった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷房・暖房といった空気調和機の運転モードに応じて圧縮機を必要な回転数で駆動するのに必要な直流電圧を最大限供給することが可能な空気調和機の直流電源装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の直流電源装置は、圧縮機の回転数と運転モードとによって直流電源装置の目標電圧を決定し、かつ、暖房運転時における目標電圧を、同一の圧縮機回転数における冷房運転時よりも高い電圧に設定するものである。
また本発明の空気調和機の直流電源装置は、圧縮機の回転数と周囲温度とによって直流電源装置の目標電圧を決定し、かつ、周囲温度が低いほど、目標電圧を高く設定するものである。
本発明の直流電源装置は、暖房運転時における目標電圧を同一の圧縮機回転数における冷房運転時よりも高く設定することにより、室外気温が高いために厳しくなる冷房運転時の直流電源装置の温度上昇に余裕を持たせることができる。また室外気温が低い暖房運転時には、目標電圧を高く設定することで、短絡素子の温度上昇限界まで昇圧性能を引き出すことができ、同時に圧縮機モータの誘起電圧の上昇に対応することが可能となる。
上記の効果は、省エネ目的などで圧縮機モータを巻き込むことでモータの誘起電圧が上昇し、高い直流電圧でモータ駆動する必要がある場合に特に有効である。
第１の発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、直流電源装置は、圧縮機の回転数と空気調和機の運転モードとに基づいて予め定められる目標電圧に、直流電圧が等しくなるようにフィードバック制御されるとともに、暖房運転時の目標電圧を暖房運転時の室外気温と冷房運転時の室外気温との差に見合う目標電圧の増加分だけ、前記冷房運転時よりも高く設定することによって、特に暖房運転時における直流電源装置の温度上昇限界まで利用することができるため、暖房運転時における圧縮機の最高回転数を引きあげることができる。
第２の発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、直流電源装置は、圧縮機の回転数と周囲温度とに基づいて予め定められる目標電圧に、直流電圧が等しくなるようにフィードバック制御されるとともに、前記目標電圧は、周囲温度の複数の所定温度幅に応じて設定され、直流電源装置の周囲温度が所定温度幅に応じて低くなるほど目標電圧を高く設定することで、空気調和機の使用環境に応じて最大限の高速性能を引き出すことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における直流電源装置の構成図である。図１に示すように、本発明の直流電源装置は、交流電源１にその一端が接続されたリアクトル２と、リアクトル２を介して交流電源１を短絡する短絡手段３と、リアクトル２の他端に接続された整流回路４と、整流回路４の直流出力両端に、直列に接続されたコンデンサ５およびコンデンサ６と、交流電源１のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路７と、短絡手段３を駆動する制御手段８を備え、直流電圧を、圧縮機９（圧縮機モータ）とこれを駆動するインバータ回路１０から成る負荷１１へ供給する。
制御手段８は、マイコン等で構成されており、ゼロクロス検出回路７にて検出されたゼロクロス点をトリガとして、短絡手段３を駆動する駆動信号を生成し、電源半周期毎に少なくとも１回短絡手段３を短絡・開放する。制御手段８は、圧縮機９の回転数と、空気調和機の運転モードとから直流電源装置の目標電圧を決定し、インバータ回路１０へ供給する直流電圧が所定の電圧(目標電圧)になるように短絡手段３の短絡回数や短絡時間、短絡位置を調整するフィードバック動作を行う。
図２は、本発明の実施の形態１の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図である。直流電源装置の目標電圧は、空気調和機の運転モード、すなわち冷房運転時と暖房運転時で異なっており、図２に示すように、圧縮機９の回転数がω０のときには、冷房運転時には図２中のＬ１で表される電圧Ｖ１が、暖房運転時には図２中のＬ２（＞Ｌ1）で表される電圧Ｖ２が目標電圧として選択される。すなわち、暖房運転時の目標電圧は、同一の圧縮機回転数における冷房運転時の目標電圧以上の値に設定される。
暖房運転時は、冷房運転時よりも想定される室外気温が低く、冷房運転時よりも直流電源装置の温度上昇に余裕があることから、周囲温度の差に見合うだけ、暖房運転時における目標電圧を高く設定することが可能となる。
また、希土類やフェライト等の一般的な磁石を用いた圧縮機モータにおいて、その誘起電圧は、低温になるほど高くなる性質を有することから、等しい圧縮機９の回転数に対して、暖房運転時に冷房運転時よりも目標電圧を高く設定することによって、圧縮機９の駆動に必要最小限の直流電圧の確保しつつ、短絡素子３等の温度上昇を極力抑えた直流電源装置を構成することが可能となる。
圧縮機モータでは、低温になるほどモータの誘起電圧が高くなるため、周囲温度が低くなるほど直流電源装置の目標電圧を高く設定することによって、空気調和機の負荷条件に応じた必要な直流電圧を常に負荷へ供給することができるようになる
なお、本実施の形態では、圧縮機９の回転数と空気調和機の運転モードによって目標電圧を選択したが、圧縮機９の回転数の代わりに、交流電源１からの入力電流や圧縮機モータ９のモータ電流で代用しても同様の効果を得ることができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における直流電源装置の構成図である。図３に示すように、本発明の直流電源装置は、交流電源１にその一端が接続されたリアクトル２と、リアクトル２の他端に接続された整流回路４と、整流回路４の直流出力両端に接続された平滑コンデンサ１２と、前記リアクタの他端と整流回路４の負極側出力端との間に直列接続された短絡手段３とコンデンサ１３とを備えており、さらに、交流電源１のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路７と、短絡手段３を駆動する制御手段８を備えて、直流電圧を、圧縮機９（圧縮機モータ９）これを駆動するインバータ回路１０から成る負荷１１へ供給する。
制御手段８は、ゼロクロス検出回路７にて検出されたゼロクロス点をトリガとして、短絡手段３を駆動する駆動信号を生成し、電源半周期毎に少なくとも１回短絡手段３を短絡・開放する。制御手段８は、圧縮機９の回転数と、空気調和機内に備えられた温度検出手段１４によって検出される室外気温とから直流電源装置の目標電圧を決定し、インバータ回路１０へ供給する直流電圧が所定の電圧(目標電圧)になるように短絡手段３の短絡回数や短絡時間、短絡位置を調整するフィードバック動作を行う。
図４は、本発明の実施の形態２の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図である。目標電圧は、予め定められて記憶された、圧縮機９の回転数と室外気温の関数として求められて、室外気温がｔ1未満の場合には、目標電圧は図４上Ｌａで表される電圧Ｖａに、室外気温がｔ１以上ｔ２未満の場合には、目標電圧は図４上Ｌｂで表されるＶｂに、室外気温がｔ２以上の場合には、目標電圧は図４上Ｌｃで表されるＶｃが選択される（ｔ１＜ｔ２，Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ）。すなわち、同一圧縮機回転数において、室外気温が低くなるほど目標電圧は高く設定される。
一般に空気調和機は、氷点下から４０度を越える広範囲な気温条件にわたって使用される。直流電源装置の温度上昇余裕は周囲温度が低くなるほど大きくなるので、同じ運転モード、同じ圧縮機９の回転数動作においても、周囲温度(気温)が低いほど目標電圧を高く設定することにより、常に直流電源装置の昇圧性能を、空気調和機の動作条件に応じて最大限利用することが可能となる。
なお、図４に示すように、圧縮機９の回転数が比較的低い領域では、圧縮機９のモータを駆動するのにさほど高い直流電圧を必要としない場合には、直流電源装置の目標電圧を室外気温によらず、一定の値Ｖ０としてもよい。
また、目標電圧を、圧縮機９の回転数と周囲温度だけでなく、運転モードとの組み合わせによって決定しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
以上のように、本発明にかかる空気調和機の直流電源装置は、使用雰囲気温度に応じて直流電源装置の電圧を最大限出力可能な電圧まで出すことができるので、モータ負荷を有するヒートポンプ給湯機や冷蔵庫、洗濯機などの電化製品への用途に適用できる。
本発明の実施の形態１における空気調和機の直流電源装置の構成を示す構成図 本発明の実施の形態１の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図 本発明の実施の形態２における空気調和機の直流電源装置の構成を示す構成図 本発明の実施の形態２の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図 従来の直流電源装置における構成を示す構成図
符号の説明
１ 交流電源
９ 圧縮機
１１ 負荷
１４ 温度検出手段

Claims (2)

  1. 交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、負荷に供給する直流電圧は、圧縮機の回転数と空気調和機の運転モードとに基づいて予め定められる目標電圧に等しくなるようにフィードバック制御され、かつ、前記運転モードが暖房運転時の目標電圧は、前記暖房運転時の室外気温と冷房運転時の室外気温との差に見合う目標電圧の増加分だけ、前記冷房運転時の目標電圧以上の値に設定されることを特徴とする空気調和機の直流電源装置。
  2. 交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、負荷に供給する直流電圧は、圧縮機の回転数と空気調和機内に備えられた温度検出手段によって検出される周囲温度とに基づいて予め定められる目標電圧に等しくなるようにフィードバック制御され、かつ、前記目標電圧は、周囲温度の複数の所定温度幅に応じて設定され、周囲温度が所定温度幅に応じて低くなるにつれて目標電圧が高く設定される領域を備えたことを特徴とする空気調和機の直流電源装置。
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