JP6421663B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、動作中の電磁接触器が駆動電圧低下により過電流で破損する障害を防止する構成に関する。

従来、空気調和機は例えば図５に示す構成となっている。
この空気調和機６０は室内機２と室外機７０とが通信接続されている。室外機７０は図示しない２２０ボルト（実効値）の交流電源のＲ相に接続される入力端２１とＳ相に接続される入力端２２とＴ相に接続される入力端２３と、これらの各端子に接続されるフィルタ回路２４と、このフィルタ回路２４を介して入力端２１と入力端２２と入力端２３と対応して入力端２５ａと入力端２５ｂと入力端２５ｃがそれぞれ接続される三相用の整流器２５を備えている。

さらに室外機７０は、整流器２５の出力端が入力端に接続されるインバータ３２と、インバータ３２の出力に接続された圧縮機用のモータ３３とを備えている。なお、整流器２５の正極側の出力端２５ｄとインバータ３２の入力端３２ａは抵抗２８を介して直列に接続され、また、整流器２５の負極側の出力端２５ｅとインバータ３２の入力端３２ｂが接続されている。

また、室外機７０は、入力端２１と入力端２３の相間電圧からなる駆動電圧で駆動され、抵抗２８の両端を短絡／開放する電磁接触器２７と、電磁接触器２７の駆動電圧を接続／切断するリレー２６と、リレー２６を駆動するリレー駆動部３９と、インバータ３２の入力端３２ａと入力端３２ｂの間にそれぞれ接続される電圧検出部２９と平滑コンデンサ３０と制御回路用の低電圧を出力する制御用電源部３１を備えている。

なお、フィルタ回路２４は入力端２１と入力端２２の間に接続されるコンデンサ２４ａと、入力端２２と入力端２３の間に接続されるコンデンサ２４ｂと、入力端２１と入力端２３の間に接続されるコンデンサ２４ｃをそれぞれ備えている。
また、電磁接触器２７は駆動電圧が印加されるコイル２７ａとコイル２７ａで発生する磁力により開閉される接点２７ｂを備えている。

また、室外機７０は、電圧検出部２９で検出された検出電圧をＡ／Ｄ変換してＤＣ電圧値として出力するＡ／Ｄ変換部３４と、平滑コンデンサ３０の両端電圧が入力されるファンモータ制御部３５と、ファンモータ制御部３５で制御されるファンモータ３６と、ＤＣ電圧値が入力されインバータ３２を制御するインバータ制御部３７を備えている。

さらに室外機７０は、入力されたＤＣ電圧値が所定電圧以上となった時にリレー駆動部３９を介してリレー２６を閉とする突入電流防止部８０と、室内機２と通信接続されてファンモータ制御部３５とインバータ制御部３７に運転指示信号を出力すると共に、室外機７０全体を制御する室外機制御部３８を備えている。
このような室外機給電型の室外機７０は図示しないブレーカで交流電源が投入されると、平滑コンデンサ３０へ流れ込む突入電流が減少した後に突入電流防止部８０で電磁接触器２７が駆動され、次に交流電源が投入されるまで電磁接触器２７はその状態、つまり、接点２７ｂを閉のまま維持している。

ところで、例えば電磁接触器２７はリレーと同じ働きをするものであるが、電磁接触器２７は内部にコイル２７ａが巻かれた図示しない固定鉄心からなる交流電磁石と、一方の接点２７ｂを備えた図示しない可動鉄心を備えており、コイル２７ａに駆動用の交流電圧（駆動電圧）を印加することで、固定鉄心が可動鉄心を吸引して一方の接点２７ｂを他方の接点２７ｂに接続する。また、駆動電圧の印加を停止することで、可動鉄心に備えられているバネの反発力で一方の接点２７ｂと他方の接点２７ｂが離れる構造になっている。このように交流電磁石を用いることで強力な磁力を発生し、大電流を開閉できる接点を駆動できるという利点がある。

一般的に電磁接触器２７などに使用される交流電磁石は、固定鉄心が可動鉄心を吸引した状態のときにコイル２７ａのインピーダンスが最も大きくなり、この時、コイル２７ａに定格の駆動電流が流れるように設計されている。逆に可動鉄心が固定鉄心から離れたときにコイル２７ａのインピーダンスは最も小さくなる。
このため、コイル２７ａに駆動電流が流れている場合、可動鉄心が固定鉄心から離れた状態ではコイル２７ａに流れる電流が最も大きくて吸引力は最も弱いが、固定鉄心が可動鉄心を吸引後は吸引力が最も強くなり、コイル２７ａに流れる電流は最も小さくなる性質がある。

このため、コイル２７ａに電流を流して固定鉄心が可動鉄心を吸引している時にコイル２７ａに印加されている電圧が低下した場合、交流電磁石の吸引力よりもバネの反発力が大きくなり、固定鉄心に吸引されていた可動鉄心が固定鉄心から離れる。この結果、コイル２７ａのインピーダンスが低下し、コイル２７ａに過電流が流れてコイル２７ａが焼損するという問題があった。

特に図５の空気調和機７０はフィルタ回路２４を備えているため、コンデンサ２４ａとコンデンサ２４ｂとコンデンサ２４ｃが同じ容量の場合、例えばＲ相が欠相すると電磁接触器２７のコイル２７ａには、コンデンサ２４ａとコンデンサ２４ｃで分圧されたＳ相−Ｔ相の相間電圧（２２０ボルト）の半分である１１０ボルトが、定格電圧が２２０ボルトのＲ相−Ｔ相間の相間電圧の代わりに印加されることになる。

この分圧された電圧は定格電圧が２２０ボルトの電磁接触器２７において定格電圧の５０％に相当する。一般的な電磁接触器ではコイルの駆動電圧が定格電圧の７０％〜６５％以下に低下した時、前述したように電磁接触器２７内の固定鉄心から可動鉄心が離れてしまうことでコイル２７ａに過電流が流れてコイル２７ａが焼損する問題が発生する。また、このような欠相状態であっても平滑コンデンサ３０の両端電圧は少し電圧が低下する程度であり、モータ３３やファンモータ３６は通常通りに制御される。

このような欠相状態で空気調和機７０を継続運転すると、電磁接触器２７の焼損だけでなく、抵抗２８に流れる電流で抵抗２８が焼損する問題がある。また、欠相した相で供給されるはずの電力が他の相から負荷に供給されるため、結果的に他の相の電流が増加することで整流器２５に設計値以上の電流が流れて焼損する問題もある。
従ってこのような電磁接触器２７内の固定鉄心から可動鉄心が離れてしまう現象、例えば交流電源の電圧低下や欠相などが発生した場合、すぐに空気調和機の運転を中止する必要がある。

このように印加されている駆動電圧が低下した時に、電磁接触器内の接点が離れてしまう現象を検出するものとして特許文献１に示すものが開示されている。特許文献１では負荷制御装置において電源線を切断／開放するため電磁接触器を使用しており、この電磁接触器は、実際に電源線を切断／開放する接点として用いられる主接点と、この主接点と連動して動作する補助接点が設けられている。
この負荷制御装置は電磁接触器の主接点の状態を監視するため、補助接点に検出用の電圧を印加しており、この印加電圧を監視することで補助接点がチャタリング状態になったり、完全に接点が離れた場合にユーザーにエラーを通知するようになっている。

しかしながら、このような補助接点が設けられた電磁接触器は補助接点が無いものに比較して高価であり、また、この補助接点を監視する回路が必要となるためコストアップとなる問題があった。

また、特許文献１の構成を電源投入時以降に電磁接触器を閉としたままにする図５の空気調和機に適用することで、前述した電磁接触器内の接点が離れてしまう現象を検出できる。
しかしながら、図５の空気調和機は家庭用でなくビルなどに設置される業務用として使用される場合が多く、夜間や休日ではユーザーが不在となる場合もある。このようなユーザー不在の場合に電源電圧が低下して前述した電磁接触器の接点が離れる現象が発生した場合、空気調和機からこの発生を通知したとしても、ユーザーによって空気調和機の電源を切るなどの対応ができなかった。

特開平５−２７６６９２号公報（第２−３頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、従来の空気調和機に備えられている回路を用いることでコストアップを招くことなく、また、空気調和機が停止している時に電磁接触器の接点が離れていても電磁接触器のコイルに流れる過電流を防止することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、
入力された交流電圧を整流して出力する整流器と、
前記整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
前記整流器と前記平滑コンデンサとの間に直列に接続された抵抗と、
前記抵抗の両端を短絡／開放する接点が備えられ前記交流電圧である駆動電圧で駆動される電磁接触器と、
前記駆動電圧を接続／切断するリレーを駆動するリレー駆動部と、
前記平滑コンデンサの両端電圧、もしくは、前記抵抗の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記平滑コンデンサの両端電圧を用いてモータを駆動するモータ制御部と、
前記モータの運転／停止を制御する運転指示信号を出力する制御部と、
前記電磁接触器を前記駆動電圧による過電流から保護する電磁接触器保護手段とを備え、
前記電磁接触器保護手段は、
前記電磁接触器の駆動中における前記電磁接触器の接点の開放を前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて検出する電磁接触器異常開放検出手段と、
前記リレー駆動部を制御するリレー制御手段と、
前記運転指示信号の前記モータ制御部への出力を禁止／許可する運転許可手段とを備え、
前記リレー制御手段は、前記モータが停止中は前記駆動電圧を切断し、前記モータが運転中の場合は前記駆動電圧を接続し、
前記電磁接触器異常開放検出手段は、前記モータが運転中に前記接点の開放が発生した場合、前記リレー制御手段を介して前記駆動電圧を切断すると共に、前記モータ制御部による前記モータの運転を前記運転許可手段を介して禁止させる。

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、
請求項１に係わる発明は、電磁接触器保護手段がモータの運転中に電磁接触器を介して抵抗の両端を短絡し、モータの停止中に抵抗の両端を開放し、モータが運転中の時に電磁接触器の接点開放が発生した場合、電磁接触器の駆動電圧を切断すると共に、モータの運転を禁止する。
このため、従来の空気調和機に備えられている回路を流用することでコストアップを招くことなく、また、空気調和機を停止している時には電磁接触器の駆動を行なわないため、電磁接触器の接点が離れることによる過電流を防止することができる。

本発明による空気調和機の実施例を示すハードウェアブロック図である。 本発明による電磁接触器保護手段の機能を説明する機能ブロック図である。 本発明による電磁接触器保護手段の動作を説明する説明図である。 本発明による電磁接触器保護手段の他の動作を説明する説明図である。 従来の空気調和機を示すハードウェアブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、図１に示す空気調和機には熱交換機や送風ファン、電磁弁などを備えているが、これらは本願と直接的な関係がないため図示と説明を省略する。

図１は本発明による空気調和機１の実施例を示すハードウェアブロック図である。なお、図５で説明したものと同じ構成については同じ番号を付与している。
この空気調和機１は室内機２と室外機３とが通信接続されている。室外機３は図示しない２２０ボルト（実効値）の交流電源のＲ相に接続される入力端２１とＳ相に接続される入力端２２とＴ相に接続される入力端２３と、これらの各端子に接続されるフィルタ回路２４と、このフィルタ回路２４を介して入力端２１と入力端２２と入力端２３と対応して入力端２５ａと入力端２５ｂと入力端２５ｃがそれぞれ接続される三相用の整流器２５を備えている。

さらに室外機３は、整流器２５の出力端が入力端に接続されるインバータ３２と、インバータ３２の出力に接続された圧縮機用のモータ３３とを備えている。なお、整流器２５の正極側の出力端２５ｄとインバータ３２の入力端３２ａは抵抗２８を介して直列に接続され、また、整流器２５の負極側の出力端２５ｅとインバータ３２の入力端３２ｂが接続されている。

また、室外機３は、入力端２１と入力端２３の相間電圧からなる駆動電圧で駆動され、抵抗２８の両端を短絡／開放する電磁接触器２７と、電磁接触器２７の駆動電圧を接続／切断するリレー２６と、リレー２６を駆動するリレー駆動部３９と、インバータ３２の入力端３２ａと入力端３２ｂの間にそれぞれ接続される電圧検出部２９と平滑コンデンサ３０と制御回路用の低電圧を出力する制御用電源部３１を備えている。

なお、フィルタ回路２４は入力端２１と入力端２２の間に接続されるコンデンサ２４ａと、入力端２２と入力端２３の間に接続されるコンデンサ２４ｂと、入力端２１と入力端２３の間に接続されるコンデンサ２４ｃをそれぞれ備えている。
また、電磁接触器２７は駆動電圧が印加されるコイル２７ａとコイル２７ａで発生する磁力により開閉される接点２７ｂを備えている。

また、室外機３は、電圧検出部２９で検出された検出電圧をＡ／Ｄ変換してＤＣ電圧値として出力するＡ／Ｄ変換部３４と、平滑コンデンサ３０の両端電圧が入力されるファンモータ制御部３５と、ファンモータ制御部３５で制御されるファンモータ３６と、ＤＣ電圧値が入力されインバータ３２を制御するインバータ制御部３７を備えている。

さらに室外機３は、室内機２と通信接続されてファンモータ制御部３５とインバータ制御部３７に運転指示信号を出力すると共に、室外機３全体を制御する室外機制御部３８と、ＤＣ電圧値が入力され、リレー駆動部３９へリレー開閉信号を出力し、室外機制御部３８がファンモータ制御部３５とインバータ制御部３７へ出力する運転指示信号を禁止／許可する電磁接触器保護手段４０を備えている。なお、電磁接触器保護手段４０から室外機制御部３８へ電磁接触器２７の異常を通知する異常通知信号が出力されている。

図２は本発明による電磁接触器保護手段４０の機能を説明する機能ブロック図である。
電磁接触器保護手段４０は、ＤＣ電圧値が入力される突入電流減少監視手段４１と、ＤＣ電圧値が入力される電磁接触器異常開放検出手段４４と、リレー駆動部３９を制御するリレー制御手段４２と、入力されたインバータ運転指示信号のインバータ制御部３７への出力、及び、入力されたファンモータ運転指示信号のファンモータ制御部３５への出力を禁止／許可する運転許可手段４７と、入力された信号を所定の遅延時間（３０ミリセカンド）だけ遅延させる電磁接触器動作完了待手段４３と、論理和手段４５（オア回路）と、論理積手段４６（アンド回路）と、論理否定手段４８（ノット回路）を備えている。なお、各手段は室外機制御部３８が制御している。

論理和手段４５と運転許可手段４７にはインバータ運転指示信号とファンモータ運転指示信号がそれぞれ入力されている。運転許可手段４７からはインバータ運転指示信号とファンモータ運転指示信号に対応してインバータ運転信号とファンモータ運転信号が出力されている。一方、論理和手段４５から出力される運転指示信号は、リレー制御手段４２と論理積手段４６にそれぞれ入力されている。

また、突入電流減少監視手段４１は突入電流減少の信号をリレー制御手段４２へ出力し、リレー制御手段４２はリレー開閉信号をリレー駆動部３９へ出力すると共に、電磁接触器動作完了待手段４３へ出力し、電磁接触器動作完了待手段４３は、入力されたリレー開閉信号を遅延させた電磁接触器動作中の信号を論理積手段４６と電磁接触器異常開放検出手段４４へ出力する。そして論理積手段４６から運転許可手段４７へ運転許可信号が出力されている。また、電磁接触器異常開放検出手段４４は異常通知の信号を室外機制御部３８へ出力すると共にリレー制御手段４２へ出力する。また、異常通知の信号は論理否定手段４８を介して論理積手段４６へ出力されている。

次に上記の手段を用いた電磁接触器保護手段４０の動作を説明する。
突入電流減少監視手段４１は、ＤＣ電圧値を常に監視しており、入力されたＤＣ電圧値が予め定めた所定電圧（２５０ボルト）以上になると平滑コンデンサ３０に流れ込む突入電流が減少していると判断し、突入電流が減少したことを示す突入電流減少信号をローレベルからハイレベルにする。なお、この所定電圧は実験的に測定した突入電流とＤＣ電圧値との関係から予め決定する。

リレー制御手段４２は、入力された突入電流減少信号がハイレベルの時で、かつ、論理和手段４５から出力される運転指示信号がローレベルからハイレベル、つまり、インバータ運転指示信号、または、ファンモータ運転指示信号が運転開始になった時、運転開始に先立って抵抗２８の両端を短絡するためリレー開閉信号をローレベルからハイレベルにして出力する。この結果、リレー２６の接点が短絡され、電磁接触器２７の接点２７ｂが短絡される。ただし、リレー２６が動作した後に電磁接触器２７の接点２７ｂが短絡されるまでの動作には、例えば合計１０〜２０ミリセカンド程度の機械的な時間遅れが発生する。

このため、電磁接触器動作完了待手段４３は、入力されたリレー開閉信号を前述した機械的な時間遅れより長い時間からなり、予め定めた所定時間だけ遅延させて論理積手段４６へ電磁接触器動作中の信号を出力する。論理積手段４６は運転指示信号と電磁接触器動作中の信号が共にハイレベルで、かつ、異常通知信号がローレベルなら運転許可信号をハイレベルにして運転許可手段４７へ出力する。運転許可手段４７は、入力されたインバータ運転指示信号とファンモータ運転指示信号の状態（ローレベル又はハイレベル）をそのまま出力する。

一方、電磁接触器異常開放検出手段４４は、電磁接触器動作中の信号がローレベルからハイレベルになると入力されたＤＣ電圧値を所定時間、例えば１ミリセカンド毎に監視し、１ミリセカンド前に検出したＤＣ電圧値と今回検出したＤＣ電圧値とを比較し、所定電圧差、例えば４ボルト以上低下したか確認する。つまり、電磁接触器異常開放検出手段４４は、１ミリセカンドの間にＤＣ電圧値が４ボルト以上低下する急激な電圧低下が発生した場合は、電磁接触器２７の接点２７ｂが何らかの原因で開放されて抵抗２８の両端電圧が大きくなり、この結果、ＤＣ電圧の低下が発生したと認識する。この場合、電磁接触器異常開放検出手段４４は、異常通知信号をローレベルからハイレベルにして出力する。
このように電磁接触器異常開放検出手段４４は、時間的に近接している２つの時刻でＤＣ電圧値をそれぞれ測定し、その電圧の差、つまり、抵抗２８の両端電圧を擬似的に測定し、抵抗２８の両端電圧が所定電圧以上になることを検出することで電磁接触器２７の接点２７ｂの異常開放を検出している。

このハイレベルの異常通知信号が入力されたリレー制御手段４２は、リレー開閉信号をハイレベルからローレベルにして電磁接触器２７の駆動を中止する。一方、このハイレベルの異常通知信号が入力された論理否定手段４８はローレベルの信号を論理積手段４６へ出力し、このローレベルの信号が入力された論理積手段４６は運転許可信号をローレベルにする。この結果、運転許可手段４７は、インバータ運転信号とファンモータ運転信号を両方共、ローレベルにして出力する。つまり、電磁接触器２７の駆動中に電磁接触器２７の接点２７ｂが開放された場合、電磁接触器保護手段４０は電磁接触器２７の駆動を中止し、同時にファンモータ制御部３５とインバータ制御部３７の運転を中止する。

図３は本発明による電磁接触器保護手段４０の動作を説明する説明図であり、電磁接触器２７の接点２７ｂの異常開放が発生しない場合を示した図である。図３の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。縦軸の図３（１）は入力される交流電源の交流電圧の実効値の変化を表す模式図、図３（２）は平滑コンデンサ３０の両端電圧であるＤＣ電圧、図３（３）は制御用電源部の出力電圧、図３（４）は突入電流減少信号、図３（５）はファンモータ運転指示信号、図３（６）はインバータ運転指示信号、図３（７）は運転指示信号、図３（８）はファンモータ運転信号、図３（９）はインバータ運転信号、図３（１０）はリレー開閉信号、図３（１１）は電磁接触器２７の接点２７ｂの接点状態、図３（１２）は電磁接触器動作中の信号、図３（１３）は運転許可信号、図３（１４）は異常通知信号をそれぞれ示している。なお、ｔ０〜ｔ１０は時刻である。

図３（１）に示すようにｔ０で空気調和機１に交流電圧が印加されると、図３（２）に示すようにＤＣ電圧は徐々に上昇する。そしてＤＣ電圧がｔ１で１５０ボルトまで上昇すると図３（３）に示すように制御用電源は所定電圧に達して室外機３の各制御部が動作を開始する。動作を開始した室外機制御部３８は、室外機３の運転を開始するため、図３（５）に示すようにｔ２でファンモータ運転指示信号をローレベルからハイレベルにしてファンモータ運転の開始を指示する。しかしながらＤＣ電圧はまだ上昇途中であり、平滑コンデンサ３０への突入電流が流れている状態であるため、突入電流減少監視手段４１は図３（４）に示すように突入電流減少信号をローレベルのままにしている。

突入電流減少監視手段４１は、ＤＣ電圧がさらに上昇し、所定電圧（２５０ボルト）以上になると、平滑コンデンサ３０への突入電流が減少していると判断し、図３（４）に示すようにｔ３で突入電流減少信号をローレベルからハイレベルにする。

リレー制御手段４２はｔ３において、突入電流減少信号がハイレベルで、かつ、図３（７）に示すように論理和手段４５から出力される運転指示信号がハイレベルであるため、図３（１０）に示すようにリレー開閉信号をｔ３でハイレベルにして電磁接触器２７の接点２７ｂを閉にする。ただし、前述したように機械的な動作遅延があるため、実際に接点２７ｂが閉になるのは図３（１１）に示すｔ４からである。

一方、電磁接触器動作完了待手段４３は、リレー開閉信号がハイレベルになってから所定時間（３０ミリセカンド）の経過を待ってから図３（１２）に示すようにｔ５で電磁接触器動作中の信号をローレベルからハイレベルにして出力する。ｔ５の時点では電磁接触器異常開放検出手段４４は図３（１４）に示すように異常通知信号をローレベル（異常なし）にして出力している。

従って論理積手段４６の３つの入力信号はすべてハイレベルになるため、論理積手段４６は、運転許可信号を図３（１３）に示すようにｔ５でローレベルからハイレベル（運転許可）にして出力する。運転許可手段４７は、入力された運転許可信号がハイレベルになったため、入力されているインバータ運転指示信号とファンモータ運転指示信号をそのまま出力する。従って、図３（８）に示すように運転許可手段４７は、ｔ５でファンモータ運転信号をローレベルからハイレベルにする。

このように運転許可手段４７は運転許可信号がハイレベルの間、入力されたインバータ運転指示信号とファンモータ運転指示信号をそのまま、インバータ運転信号とファンモータ運転信号として出力するため、図３（６）に示すように室外機制御部３８がｔ６でインバータ運転指示信号をローレベルからハイレベルに、また、ｔ７でインバータ運転指示信号をハイレベルからローレベルにした場合、運転許可手段４７はこれに対応してｔ６でインバータ運転信号をローレベルからハイレベルに、また、ｔ７でインバータ運転信号をハイレベルからローレベルにして出力する。

一方、図３（５）に示すようにｔ８で室外機制御部３８がファンモータ運転指示信号をハイレベルからローレベルにすると、図３（７）に示すように論理和手段４５はｔ８で運転指示信号をハイレベルからローレベルにする。この運転指示信号が入力されたリレー制御手段４２は図３（１０）に示すようにｔ８でリレー開閉信号をハイレベルからローレベルにする。この結果、電磁接触器２７の接点２７ｂは機械的な遅延時間が経過したｔ９で開となる。

一方、運転指示信号は論理積手段４６にも入力されているため、ローレベルの運転指示信号が入力された論理積手段４６は図３（１３）に示すようにｔ８で運転許可信号をハイレベルからローレベルにする。この結果、運転許可手段４７は図３（８）と図３（９）に示すようにｔ８でインバータ運転信号とファンモータ運転信号をローレベルにする。前述したように電磁接触器２７には機械的な動作遅延時間があるため、ｔ８で運転許可信号をハイレベルからローレベルにすることで電磁接触器２７の接点２７ｂが開になるｔ９の前にインバータ制御部３７とファンモータ制御部３５を介してそれぞれのモータの運転を停止させることができる。

図４は本発明による電磁接触器保護手段４０の動作を説明する説明図であり、電磁接触器２７の接点の異常開放が発生した場合を示した図である。図４の横軸は時間であり、縦軸は電圧である。縦軸の図４（１）は入力される交流電源の交流電圧の実効値の変化を表す模式図、図４（２）は平滑コンデンサ３０の両端電圧であるＤＣ電圧、図４（３）は制御用電源部の出力電圧、図４（４）は突入電流減少信号、図４（５）はファンモータ運転指示信号、図４（６）はインバータ運転指示信号、図４（７）は運転指示信号、図４（８）はファンモータ運転信号、図４（９）はインバータ運転信号、図４（１０）はリレー開閉信号、図４（１１）は電磁接触器２７の接点２７ｂの接点状態、図４（１２）は電磁接触器動作中の信号、図４（１３）は運転許可信号、図４（１４）は異常通知信号をそれぞれ示している。なお、ｔ２０〜ｔ２９は時刻である。

図４においてｔ２０〜ｔ２６までは図３におけるｔ０〜ｔ６までと同じであるため説明を省略する。ここではファンモータ３６と圧縮機のモータ３３が共に運転中の場合、つまり、ファンモータ運転信号とインバータ運転信号、及びファンモータ運転指示信号とインバータ運転指示信号と、リレー開閉信号と電磁接触器動作中の信号と運転許可信号と突入電流減少信号と運転指示信号が全てハイレベルとなり、異常通知信号がローレベルなっている状態を前提として説明を行なう。

この状態の時に図４（１）に示すように交流電圧のうちＲ相がｔ２７で欠相となった場合、前述したようにＲ相の欠相により、電磁接触器２７のコイル２７ａには、コンデンサ２４ａとコンデンサ２４ｃで分圧されたＳ相−Ｔ相の相間電圧（２２０ボルト）の半分である１１０ボルトが、Ｒ相−Ｔ相間の相間電圧として印加されることになる。電磁接触器２７はこの１１０ボルトでは接点２７ｂを閉の状態に維持できないため、図４（１１）で示すように電磁接触器２７の接点２７ｂはｔ２７で開となる。

このため、電磁接触器２７のコイル２７ａには過電流が流れ始め、徐々にコイル２７ａの温度が上昇する。ただし、周囲温度にもよるがコイル２７ａが焼損するまでは十数分程度の時間がかかる。一方、ファンモータ３６と圧縮機のモータ３３で消費される電流は全て抵抗２８を流れることになり、抵抗２８の両端電圧が急激に上昇する。例えば抵抗２８が１オームで、ファンモータ３６と圧縮機のモータ３３で消費される電流の合計が１０アンペアの場合、抵抗２８の両端電圧の上昇によりＤＣ電圧は約１０ボルトの電圧低下が発生する。

電磁接触器異常開放検出手段４４は、この急激な電圧低下が１ミリセカンド前のＤＣ電圧値よりも所定電圧差の４ボルトより大きい１０ボルトであるため、図４（１４）に示すようにｔ２７で異常通知信号をローレベルからハイレベルにして出力する。この結果、リレー制御手段４２は図４（１０）に示すようにｔ２７で、リレー開閉信号をハイレベルからローレベルにして出力する。この結果、電磁接触器２７のコイル２７ａに流れていた過電流が流れなくなり、電磁接触器２７が過電流から保護されたことになる。

また、論理積手段４６は論理否定手段４８の出力信号がローレベルになるため、図４（１３）に示すようにｔ２７で運転許可信号をハイレベルからローレベルにして出力する。
運転許可手段４７は運転許可信号がローレベルとなったため、図４（８）と図４（９）に示すようにｔ２７でインバータ運転信号とファンモータ運転信号を共にローレベルにして出力する。この結果、モータ３３とファンモータ３６の運転が中止され、電磁接触器２７の接点２７ｂが開であっても抵抗２８には大きな電流が流れなくなる。

一方、異常通知信号がローレベルからハイレベルなったので室外機制御部３８は、ファンモータ運転指示信号とインバータ運転指示信号を図４（５）と図４（６）に示すようにｔ２９でハイレベルからローレベルにする。そして、電磁接触器２７が異常状態になったことを室内機２へ通知して、室内機２からユーザーにエラーとして報知してユーザーの障害対応を待つ。

なお、夜間や休日などユーザーが不在の場合には空気調和機１の運転が停止になっている。この時、例えば交流電圧のＲ相が欠相した場合、欠相した時点ではこの異常を電磁接触器異常開放検出手段４４は検出できない。しかし、例えば休日が明けて出社してきたユーザーが空気調和機１の運転を開始させ、これによって室外機制御部３８がモータ３３やファンモータ３６の運転を開始した直後、前述したように、この交流電圧のＲ相の欠相を電磁接触器異常開放検出手段４４は検出し、電磁接触器保護手段４０がモータ３３やファンモータ３６の運転を停止させ、さらに、電磁接触器２７が異常状態になったことを室内機２へ通知して、室内機２からユーザーにエラーとして報知する。
この場合は夜間や休日と異なり、空気調和機１の運転を開始させたユーザーがいるため、適切な障害対応を受けることができる。

以上説明したように、電磁接触器保護手段４０がモータ３３やファンモータ３６の運転中に電磁接触器を介して抵抗２８の両端を短絡し、モータ３３とファンモータ３６の停止中に抵抗２８の両端を短絡から開放し、これらのモータが運転中の時に電磁接触器２７の接点２７ｂの開放が発生した場合、リレー２６を切断して電磁接触器２７の駆動電圧を切断すると共に、モータ３３とファンモータ３６の運転を禁止する。

このため、電磁接触器保護手段４０をソフトウェアを用いて構成すれば、従来の空気調和機に備えられている回路を流用することでコストアップを招くことなく、また、空気調和機１が停止している時には電磁接触器２７の駆動を行なわないため、電磁接触器２７の接点２７ｂが離れることによる過電流を防止することができる。

なお、本実施例では、電磁接触器異常開放検出手段４４を電圧検出部２９で検出したＤＣ電圧の急激な低下を監視することで実現しているが、これに限るものでなく、抵抗２８の両端電圧を検出する回路を設け、この検出電圧が所定電圧より高くなった時に異常通知信号をハイレベルにしてもよい。

また、整流器２５の出力端２５ｄと出力端２５ｅの間の電圧を検出する電圧検出回路を設け、この電圧検出回路で検出した検出電圧と電圧検出部２９で検出した検出電圧との電圧差が所定電圧より大きくなった時に異常通知信号をハイレベルにしてもよい。このように抵抗２８の両端電圧を検出する方法は、本実施例で説明した方法よりもコストは増加するが、より正確に電磁接触器２７の接点２７ｂの開放を検出することができる。

また、本実施例では三相交流電源を用いる構成を説明しているが、これに限るものでなく、単相の交流電源を用いる場合でも、この交流電源の電圧低下による電磁接触器の焼損を防止することができる。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
２１ 入力端
２２ 入力端
２３ 入力端
２４ フィルタ回路
２４ａ コンデンサ
２４ｂ コンデンサ
２４ｃ コンデンサ
２５ 整流器
２５ａ 入力端
２５ｂ 入力端
２５ｃ 入力端
２５ｄ 出力端
２５ｅ 出力端
２６ リレー
２７ 電磁接触器
２７ａ コイル
２７ｂ 接点
２８ 抵抗
２９ 電圧検出部
３０ 平滑コンデンサ
３１ 制御用電源部
３２ インバータ
３２ａ 入力端
３２ｂ 入力端
３３ モータ
３４ Ａ／Ｄ変換部
３５ ファンモータ制御部
３６ ファンモータ
３７ インバータ制御部
３８ 室外機制御部
３９ リレー駆動部
４０ 電磁接触器保護手段
４１ 突入電流減少監視手段
４２ リレー制御手段
４３ 電磁接触器動作完了待手段
４４ 電磁接触器異常開放検出手段
４５ 論理和手段
４６ 論理積手段
４７ 運転許可手段
４８ 論理否定手段
７０ 室外機

Claims (1)

1. 入力された交流電圧を整流して出力する整流器と、
   前記整流された電圧を平滑する平滑コンデンサと、
   前記整流器と前記平滑コンデンサとの間に直列に接続された抵抗と、
   前記抵抗の両端を短絡／開放する接点が備えられ前記交流電圧である駆動電圧で駆動される電磁接触器と、
   前記駆動電圧を接続／切断するリレーを駆動するリレー駆動部と、
   前記平滑コンデンサの両端電圧、もしくは、前記抵抗の両端電圧を検出する電圧検出部と、
   前記平滑コンデンサの両端電圧を用いてモータを駆動するモータ制御部と、
   前記モータの運転／停止を制御する運転指示信号を出力する制御部と、
   前記電磁接触器を前記駆動電圧による過電流から保護する電磁接触器保護手段とを備え、
   前記電磁接触器保護手段は、
   前記電磁接触器の駆動中における前記電磁接触器の接点の開放を前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて検出する電磁接触器異常開放検出手段と、
   前記リレー駆動部を制御するリレー制御手段と、
   前記運転指示信号の前記モータ制御部への出力を禁止／許可する運転許可手段とを備え、
   前記リレー制御手段は、前記モータが停止中は前記駆動電圧を切断し、前記モータが運転中の場合は前記駆動電圧を接続し、
   前記電磁接触器異常開放検出手段は、前記モータが運転中に前記接点の開放が発生した場合、前記リレー制御手段を介して前記駆動電圧を切断すると共に、前記モータ制御部による前記モータの運転を前記運転許可手段を介して禁止させることを特徴とする空気調和機。

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