JP5920709B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。

下記特許文献に開示されるように、室内の空気調整を図る空気調和装置では、電源に接続する電源回路に、リアクトルと部分スイッチング回路とが設けられて、電力の力率改善や直流電圧の昇圧が行われている。

また、従来技術では、大電流から部分スイッチング回路上の素子を保護するために、部分スイッチング回路にヒューズを設けることがあった。なお、部分スイッチング回路上のヒューズが溶断すると、素子の保護を図れるものの、部分スイッチング回路によるスイッチング機能が動作しない。そのため、電力の力率改善や直流電圧の昇圧を行うことができないという不具合が生じていた。

特開２００３−１５３５４３号公報

しかしながら、従来の空気調和装置によれば、部分スイッチング回路が故障しても、所望の回転速度でモータを駆動させると過負荷となると制御部により判定されない限り、エラーとして処理されなかった。
そのため、部分スイッチング回路が故障しても、制御部により負荷が軽負荷と判定された場合には、空気調和装置の運転が継続されて、部分スイッチング回路の故障がユーザに報知されないという問題があった。

一方で、部分スイッチング回路が故障するとともに負荷が重負荷であるため、所望の回転速度でモータを駆動させると過負荷となると制御部により判定された場合には、エラーとして処理され、インバータの出力電力が遮断して空気調和装置の運転が停止していた。
そのため、空気調和装置にエラーが生じたとして、部分スイッチング回路の故障をユーザに報知させることができたが、空気調和装置の運転が継続されないという問題があった。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、部分スイッチング回路が故障しても、ユーザへの報知と運転の継続が可能な空気調和装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明に係る空気調和装置は、電源に接続されて直流電力を供給する電源回路と、前記電源回路から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、モータを有し、冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記冷媒が送り込まれて熱交換する熱交換器と、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備える空気調和装置であって、前記電源回路は、前記電源の一端に接続されて電磁エネルギとして蓄積可能なリアクトルと、前記リアクトルの他端に一端が接続されたヒューズと、前記ヒューズの他端と前記電源の他端との間の短絡／開放を逐次実行する部分スイッチング回路と、前記ヒューズの他端と前記電源の他端との間の電圧を観測することにより、前記短絡／開放を検出する通電検出手段とを備え、前記通電検出手段が前記短絡／開放の遷移停止を検出すると、前記部分スイッチング回路の故障を報知させる報知部を備えることを特徴とする。また、前記電源は、商用電源又は内部直流電源であることを特徴とする。

本願発明の空気調和装置によれば、通電検出手段により、短絡／開放の遷移停止、つまり、ヒューズが溶断して、部分スイッチング回路がスイッチング機能しない状態であることを検出できる。そのため、空気調和装置は、報知部を起動させることで、ユーザに部分スイッチング回路の故障を認識させることができる。
また、通電検出手段により、部分スイッチング回路の故障に対応して、制御部がモータの回転速度を抑制可能に構成することで、空気調和装置の継続運転が確保される。

また、前記する空気調和装置は、前記通電検出手段が前記遷移停止を検出した場合に、前記モータの出力が低出力となるように前記モータの回転速度を抑制することが好ましい。

前記する空気調和装置によれば、前記モータの回転速度が抑制されるため、モータが低出力ながら空気調和装置の運転の継続が可能となる。

以上、本発明によれば、部分スイッチング回路が故障したとき、ユーザへの報知と運転の継続が可能な空気調和装置を提供することができる。

本実施形態に係る空気調和装置の全体構成を示す構成図である。 制御部の構成を示す構成図である。 変形例に係る空気調和装置の全体構成を示す構成図である。

つぎに、本発明の実施形態に係る空気調和装置について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、実施形態の空気調和装置の説明において、技術的に同一要素であるものについては、同一の符号を付している。

図１に示すように、本実施形態の空気調和装置１は、コンプレッサ２と、室内空気と熱交換する室内用熱交換器３と、室外空気と熱交換する室外用熱交換器４と、報知機能を有する報知部３ａと、冷媒の減圧を行う膨張弁５と、四方弁６と、商用電源１１に接続する電源回路７と、インバータ８と、制御部９と、を備えている。
そして、空気調和装置１は、例えば、室内空気を暖房する暖房運転の場合、四方弁６を介してコンプレッサ２の吐出側から吐出される冷媒を室内用熱交換器３に送り込み、室内空気と冷媒との間で熱交換されることで、室内空気の温度が上昇して室内温度の調整を図るものである。
なお、室内用熱交換器３で熱交換された冷媒は、膨張弁５を介して室外用熱交換器４へ送られて再び熱交換された後に、四方弁６を介してコンプレッサ２の吸入側に戻る。

コンプレッサ２は、冷媒を高圧・高温にするためのものであって、インバータ８から供給される電力により駆動して、冷媒の圧縮を行う三相交流モータＭを備えている。
また、四方弁６は、冷媒の流路を切り替えるためのものであって、暖房運転の際に、コンプレッサ２により圧縮された冷媒を室内用熱交換器３に送り込み、冷房運転の際には、コンプレッサ２により圧縮された冷媒を室外用熱交換器４に送り込んでいる。

室内用熱交換器３と室外用熱交換器４とには、熱交換量を調節する送風機（不図示）が設けられており、熱交換量が制御可能に構成されている。
報知部３ａは、室内に設けられて、制御部９からのヒューズ溶断信号を受信した場合にユーザに故障を報知させるためのものである。報知部３ａによるユーザへの報知方法は、音による報知、表示による報知などが挙げられる。

インバータ８は、直流電力を任意の周波数の三相交流電力に変換可能なスイッチング回路（不図示）を備えており、電源回路７から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、コンプレッサ２の三相交流モータＭに三相交流電力を供給している。

電源回路７は、商用電源１１とインバータ８とを接続して、商用電源１１から供給される電力をインバータ８に直流電力に変換して出力するための回路であって、商用電源１１の一端に接続されたリアクトル１２と、リアクトル１２に対してインバータ８側に接続された部分スイッチング回路１３と、部分スイッチング回路１３に対しインバータ８側に接続された全波整流化を行うダイオードブリッジ１４と、全波整流化された電流の平滑化を行う平滑器１５と、通電検出手段１６とが設けられている。

部分スイッチング回路１３は、ダイオードブリッジ１３ａとトランジスタ１３ｂとを備え、短絡又は開放を逐次実行可能に構成された回路である。そして、トランジスタ１３ｂのスイッチング機能がオン時に、部分スイッチング回路１３が短絡してリアクトル１２に電磁エネルギが蓄積され、トランジスタ１３ｂのスイッチング機能がオフ時に、リアクトル１２から電磁エネルギが放出する。
なお、トランジスタ１３ｂのベース側は、制御部９の後記するスイッチング回路制御部２６に接続されて、トランジスタ１３ｂのスイッチング機能がスイッチング回路制御部２６により制御されている。

また、部分スイッチング回路１３上には、一端がリアクトル１２の他端側（インバータ８側）に接続し、他端がダイオードブリッジ１３ａに接続するヒューズ１３ｄが設けられている。このヒューズ１３ｄは、部分スイッチング回路１３に所定値以上の電流が流れた場合に溶断して、部分スイッチング回路１３を構成する素子を保護するための素子である。なお、部分スイッチング回路１３には、トランジスタ１３ｂに並列接続されて電流の逆流を防止するダイオード１３ｃがさらに設けられている。

通電検出手段１６は、ヒューズ１３ｄが溶断しているか否かを検出するためのものである。本実施形態の通電検出手段１６は、一端がヒューズ１３ｄとダイオードブリッジ１３ａとの間に接続され、他端が商用電源１１の他端側（リアクトル１２が設けられていない側）に接続されて、ヒューズ１３ｄとリアクトル１２と商用電源１１とを含んでなる検出用の回路を備えている。

また、ヒューズ１３ｄとリアクトル１２と商用電源１１とを含む検出用の回路には、プルダウン用の抵抗器１６ｅと、ダイオード１６ｄとが設けられており、商用電源１１の交流電圧である交流信号が半波整流化されて信号（以下、「パルス信号」という）に変換されるように構成されている。
さらに、通電検出手段１６の検出用の回路上のヒューズ１３ｄとダイオード１６ｄとの間には、フォトカプラ１６ａの発光ダイオードが設けられている。なお、フォトカプラ１６ａのフォトトランジスタのエミッタ側は接地されており、フォトトランジスタのコレクタ側が定電圧電源１６ｂに接続されている。さらに、定電圧電源１６ｂとフォトカプラ１６ａとの間には、プルダウン用の抵抗器１６ｃは配設されている。
この通電検出手段１６によれば、検出用の回路に商用電源１１のパルス信号が入力されることで、フォトカプラ１６ａの発光ダイオードが発光し、フォトカプラ１６ａのフォトトランジスタ側で、コレクタ側からエミッタ側に定電圧電源１６ｂの印加による電流が流れる。

また、通電検出手段１６において、フォトカプラ１６ａのフォトダイオードのコレクタ側には、制御部９の後記する通電検出部２２が接続されている。そのため、フォトカプラ１６ａに、商用電源１１からのパルス信号が入力されない場合、通電検出部２２に電流が流れ込むように構成されている。

以上、通電検出手段１６によれば、商用電源１１からパルス信号の周期に対応して、通電検出部２２に断続的に電流が流れ込み、一方で、検出用の回路上のヒューズ１３ｄが溶断した場合には、商用電源１１からパルス信号が入力されず、通電検出部２２に電流が継続的に流れ込む。

図２に示すように、制御部９は、三相交流モータＭの負荷状態を判定する負荷状態判定部２１と、三相交流モータＭの回転速度を制御するベクトル制御部２３と、部分スイッチング回路１３により昇圧されてインバータ８に印加される直流電圧の値を設定する出力電圧値設定部２４と、通電検出手段１６による信号を検出する通電検出部２２と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２５と、部分スイッチング回路１３を制御するスイッチング回路制御部２６と、モータ保護部２７とを備えている。

負荷状態判定部２１は、図示しない圧力検出手段により検出されたコンプレッサ２の吐出側の冷媒圧力値を検出し、三相交流モータＭの負荷状態を判定する。なお、三相交流モータＭの負荷情報は、モータ保護部２７に出力される。

モータ保護部２７は、負荷状態判定部２１から出力される三相交流モータＭの負荷情報に基づいて、ベクトル制御部２３が生成する３相電圧指令及び周波数指令で三相交流モータＭを駆動させた場合に、三相交流モータＭが過負荷となるか否かについての判定を行う。
そして、モータ保護部２７は、たとえば、三相交流モータＭが重負荷状態であり、目標回転速度に対応する回転速度で駆動させると三相交流モータＭが過負荷状態となると判定した場合に、エラーとして処理し、インバータ８を停止させる。これにより、過負荷状態で三相交流モータＭが駆動して故障することを回避できる。

通電検出部２２は、通電検出手段１６からの信号によりヒューズ１３ｄが溶断しているか否かを判定する。そして、通電検出部２２は、ヒューズ１３ｄが溶断していると判定した場合には、ヒューズ１３ｄが溶断しているという情報を含んだヒューズ溶断信号をベクトル制御部２３と出力電圧値設定部２４と報知部３ａとに出力している。

ベクトル制御部２３は、ユーザからの運転命令信号に含まれる運転命令にしたがって、三相交流モータＭの回転速度を目標回転速度に近づけるような周波数である３相電圧指令値及び周波数指令値を生成し、生成された３相電圧指令値及び周波数指令値をＰＷＭ信号生成部２５に出力する。
また、ベクトル制御部２３は、ヒューズ溶断信号を受けたときに、モータ保護部２７が機能しない程度の出力、つまり、モータ保護部２７により生成した３相電圧指令値及び周波数指令値で三相交流モータＭを駆動させても過負荷となると判定されない程度に、
三相交流モータＭの回転速度が抑制された３相電圧指令値及び周波数指令値を生成するにように構成されている。
この三相交流モータＭの回転速度が抑制された３相電圧指令値及び周波数指令値によれば、三相交流モータＭの出力が低出力となるものの、モータ保護部２７によりインバータ８からの交流電力の供給が遮断されることがない。

出力電圧値設定部２４は、インバータ８からコンプレッサ２の三相交流モータＭに出力される電圧の最大値を適切にするために、負荷状態判定部２１から送られる負荷情報を基に、部分スイッチング回路１３による昇圧後の電圧値を設定するものである。
また、三相交流モータＭが重負荷の場合に、出力電圧値設定部２４が設定する電圧値は、三相交流モータＭが高出力のときに必要となる高い電圧値に設定している。
一方で、三相交流モータＭが軽負荷の場合には、三相交流モータＭが低出力でも足りる低い電圧値に設定して、インバータ８のスイッチング損失（電力ロス）を低減するようになっている。
なお、出力電圧値設定部２４は、ヒューズ溶断信号を受信した場合には、部分スイッチング回路１３による昇圧ができないため、昇圧しない場合の電圧の値を設定する。

ＰＷＭ信号生成部２５は、３相電圧指令値に相当する交流電圧及び周波数指令値の等価正弦波のＰＷＭ信号を生成して、生成したＰＷＭ信号をインバータ８に出力する。また、スイッチング回路制御部２６は、出力電圧値設定部２４が設定した電圧値となるように、部分スイッチング回路１３のトランジスタ１３ｂによるスイッチング機能を制御する。

以上、本実施形態に係る空気調和装置１は、上記する構成を基本的構成としている。つぎに、ヒューズ１３ｄが溶断した場合の空気調和装置１の動作について説明する。
なお、通常運転時においては、部分スイッチング回路１３のパルス信号により電力の力率改善又は電圧の昇圧が行われる。また、商用電源１１から出力されるパルス信号を通電検出手段１６が検出し、通電検出部２２は、部分スイッチング回路１３が正常に機能すると判定される。

本実施形態において、ヒューズ１３ｄが溶断した場合、通電検出手段１６は、商用電源１１の交流信号を半波整流したパルス信号を検出しない。
そのため、通電検出部２２は、ヒューズ１３ｄが溶断して、部分スイッチング回路１３が機能しないと判定して、ヒューズ溶断信号をベクトル制御部２３と室内用熱交換器３の報知部３ａとに送信する。
そして、ヒューズ溶断信号を受信した報知部３ａは、報知機能を起動させることで、部分スイッチング回路１３が故障したことをユーザに認識させる。

一方で、ヒューズ溶断信号を受信したベクトル制御部２３は、三相交流モータＭの目標回転速度を抑制した３相電圧指令値及び周波数指令値を生成する。これによって、モータ保護部２７により、３相電圧指令値及び周波数指令値で三相交流モータＭを駆動させても過負荷となると判定されないため、インバータ８からの交流電力の供給が遮断されることなく、三相交流モータＭが駆動する。
その結果、目標とする回転速度よりも抑制された回転速度で、コンプレッサ２の三相交流モータＭが駆動して、空気調和装置１の運転が継続される。

以上、実施形態における空気調和装置１の動作について説明したが、上記する空気調和装置１によれば、ヒューズ１３ｄが溶断して、部分スイッチング回路１３が機能しない場合、つまり、部分スイッチング回路１３が故障した場合に、報知部３ａがユーザに部分スイッチング回路１３が故障したことを報知するため、ユーザは部分スイッチング回路１３が故障したことを認識できる。
また、部分スイッチング回路１３が故障したとしても、空気調和装置１の運転が継続されるため、室内をユーザが要望する室内環境とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
たとえば、図３に示すように、空気調和装置１ａがダイオードブリッジ１４により全波整流化された直流電力を昇圧させる部分スイッチング回路１３Ａを備える場合に、通電検出手段１６Ａを、部分スイッチング回路１３Ａのヒューズ１３ｄが溶断しているか否かを検出可能に構成してもよい。
なお、変形例に係る部分スイッチング回路１３Ａは、トランジスタ１３ｂとダイオード１３ｃとを備えているとともに、一端がリアクトル１２の他端に接続されており、他端側がダイオードブリッジ１４の他端（リアクトル１２が設けられていない側）に接続されてなる回路である。

この変形例の場合において、通電検出手段１６Ａは、一端がヒューズ１３ｄとトランジスタ１３ｂとの間に接続され、他端が電源回路７ａのリアクトル１２が設けられていない側に接続されて、ヒューズ１３ｄとリアクトル１２とを含んでなる検出用の回路を備えている。
そして、変形例の通電検出手段１６Ａの検出用の回路には、プルダウン用の抵抗器１６ｅが設けられて、直流電圧である直流信号が入力されるように構成されている。
また、通電検出手段１６Ａの検出用の回路上のヒューズ１３ｄと抵抗器１６ｅとの間には、パルス信号を検出するためのフォトカプラ１６ａの発光ダイオードが設けられている。なお、フォトカプラ１６ａのフォトトランジスタ側の接続は、実施形態の通電検出手段１６と同一であるため、詳細な説明を省略する。

この変形例の通電検出手段１６Ａによれば、ヒューズ１３ｄが溶断しない限り、直流信号が入力されてフォトカプラ１６ａの発光ダイオードが発光し、フォトカプラ１６ａのフォトトランジスタ側で、コレクタ側からエミッタ側に定電圧電源１６ｂの印加による電流が流れる。
よって、通電検出部２２は、直流信号が断続的に入力されている場合には、部分スイッチング回路１３Ａの故障していないことを判定し、一方で、直流信号が入力されない場合には、ヒューズ１３ｄが溶断して、部分スイッチング回路１３Ａが機能しないため、故障していると判定することができる。

以上、変形例の空気調和装置１ａによれば、ヒューズ１３ｄが溶断して、部分スイッチング回路１３が機能しない場合、つまり、部分スイッチング回路１３が故障した場合に、報知部３ａがユーザに部分スイッチング回路１３が故障したことを報知するため、ユーザは部分スイッチング回路１３が故障したことを認識できる。また、部分スイッチング回路１３が故障したとしても、空気調和装置１の運転の継続が確保されることとなる。

１、１ａ 空気調和装置
３ａ 報知部
９ 制御部
１２ リアクトル
１３、１３Ａ 部分スイッチング回路
１６、１６Ａ 通電検出手段
２２ 通電検出部

Claims (4)

1. 電源に接続されて直流電力を供給する電源回路と、
   前記電源回路から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   モータを有し、冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記冷媒が送り込まれて熱交換する熱交換器と、
   前記モータの駆動を制御する制御部と、を備える空気調和装置であって、
   前記電源回路は、
   前記電源の一端に接続されて電磁エネルギとして蓄積可能なリアクトルと、
   前記リアクトルの他端に一端が接続されたヒューズと、
   前記ヒューズの他端と前記電源の他端との間の短絡／開放を逐次実行する部分スイッチング回路と、
   前記ヒューズの他端と前記電源の他端との間の電圧を観測することにより、前記短絡／開放を検出する通電検出手段と、を備え、
   前記通電検出手段が前記短絡／開放の遷移停止を検出すると、前記部分スイッチング回路の故障を報知させる報知部を備えることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記通電検出手段は、フォトカプラを用いていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記通電検出手段が前記遷移停止を検出した場合に、
   前記モータの出力が低出力となるように前記モータの回転速度を抑制することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記電源は、商用電源又は内部直流電源であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空気調和装置。

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