JP6466023B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、誤配線により低電圧端子に高電圧が印加されたときの保護機能を有する空気調和機に関する。
従来の空気調和機は、誤配線により低電圧制御回路に高電圧電源が印加された場合を想定して誤配線保護手段を備える。一般的な誤配線保護手段は、電圧検出により高電圧を検出した場合に回路保護を行うことを想定した構成であるが、回路構成が複雑かつ部品数の増加を伴うためコスト増加が懸念される。また高電圧の印加により回路が破損した際、交換を要するヒューズを代表とする保護部品を用いることも考えられるが、当該保護部品は部品交換および修理サービスを伴うため、大きな手間とコストがかかることが懸念される。
この問題に対して、特許文献1の従来技術では、空気調和機の室内機と室外機との間を繋ぐ電力供給線および信号伝送線のそれぞれの接続部に開閉器を設け、誤配線時に開閉器を開状態となることで回路基板を保護している。また特許文献2の従来技術では、空気調和機において、三相200Vの高電圧電源が入力される三相電源制御回路と単相100Vの低電圧電源が入力される電源制御回路とのそれぞれに開閉器を設け、誤配線時に開閉器が開状態となることで回路基板を保護している。
このように特許文献1および特許文献2に記載の誤配線保護は、空気調和機の低電圧制御回路への導入を想定しており、誤配線時に高電圧が印加されるおそれがある全ての回路に対して、本来想定する低電圧で低電圧制御回路が動作すること以外に、高電圧が印加された場合にも低電圧制御回路が破壊されないことを目的として誤配線対策を講じている。
特開2007−113856号公報 特開昭63−116318号公報
しかし特許文献1の従来技術は、空気調和機の室内機と室外機との間における誤配線のみを想定したものであるため、室内機以外の外部機器との接続を想定した誤配線対策に対する配慮がされていない。
また特許文献2の従来技術は、特許文献1と同様に室内機以外の外部機器との接続を想定した誤配線対策に対する配慮がされていないだけでなく、三相200Vの高電圧電源の電源線と単相100Vの低電圧電源の電源線との誤配線を想定したものであり、単相200Vの高電圧電源の電圧が単相100Vの低電圧制御回路に印加されることに対する配慮がなされていない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低電圧端子に高電圧が印加された場合でも部品の破損を防止できる空気調和機を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る空気調和機は、低電圧を出力する低電圧回路と、低電圧端子と、高電圧端子と、低電圧回路と低電圧端子との間に配置され、交流電圧が高電圧端子に印加されているときには低電圧回路と低電圧端子とを接続状態にし、交流電圧が高電圧端子に印加されていないときには低電圧回路と低電圧端子とを非接続状態にする開閉部と、低電圧端子に接続されるサブ基板用の第1の低電圧端子と、デマンド信号送信機に接続されるサブ基板用の第2の低電圧端子と、高電圧端子に接続されるサブ基板用の高電圧端子と、第1の低電圧端子と第2の低電圧端子との間に配置され、交流電圧がサブ基板用の高電圧端子に印加されているときには第1の低電圧端子と第2の低電圧端子とを接続状態にし、交流電圧がサブ基板用の高電圧端子に印加されていないときには第1の低電圧端子と第2の低電圧端子とを非接続状態にするサブ基板用の開閉部とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る空気調和機は、低電圧端子に高電圧が印加された場合でも部品の破損を防止できるという効果を奏する。
本発明の実施の形態1に係る家電機器が有する回路の構成図 図1に示す電源回路の構成図 本発明の実施の形態1に係る家電機器において誤配線時の動作を説明するための図 本発明の実施の形態2に係る空気調和機が有する回路の構成図 図4に示すメイン基板に搭載される電源回路の構成図 本発明の実施の形態2に係る空気調和機において誤配線時の動作を説明するための図
以下に、本発明の実施の形態に係る家電機器および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る家電機器が有する回路の構成図である。実施の形態1に係る家電機器100−1は、単相の商用電源1と外部機器2とが接続されるメイン基板3を備える。家電機器100−1としては冷蔵庫、空気調和機またはテレビを例示できる。図1では家電機器100−1が備えるメイン基板3以外の構成要素の図示を省略している。メイン基板3以外の構成要素とは、家電機器100−1が冷蔵庫であれば、冷蔵庫の外郭を構成する筐体、筐体内に設けられる冷凍サイクル機構、電動機、電動機駆動装置および送風ファンといった部品である。
メイン基板3は、低電圧を出力する低電圧回路8と、低電圧が印加される低電圧端子5と、低電圧より高い交流電圧であって単相の商用電源1の電圧が印加される高電圧端子4と、電源回路7と、開閉部6とを備える。本実施の形態ではメイン基板3に高電圧端子4および低電圧端子5が設けられているが、高電圧端子4および低電圧端子5はメイン基板3以外の場所に設けられていてもよく、例えば家電機器100−1が空気調和機である場合、空気調和機の室外機に設置される電気品箱内にメイン基板3が設置されているときには、当該電気品箱の筐体に高電圧端子4および低電圧端子5を固定してもよい。この場合、筐体に固定された高電圧端子4および低電圧端子5には、メイン基板3と高電圧端子4とを接続する配線と、メイン基板3と低電圧端子5とを接続する配線とが設けられる。
図1では、商用電源1に繋がる配線1aが高電圧端子4に接続され、家電機器100−1の外部に配置される外部機器2に繋がる配線2aが低電圧端子5に接続されている。本実施の形態では図1に示すように配線1a,2aが接続された状態を正常配線と称する。一方、配線1aが低電圧端子5に接続された状態を誤配線と称する。
開閉部6は、誤配線保護手段であり、誤配線により配線1aが低電圧端子5に接続されたときに低電圧回路8を含むメイン基板3上の回路部品の破損を防ぐために設けられている。開閉部6は、低電圧回路8と低電圧端子5との間に配置され、商用電源1の交流電圧が高電圧端子4に印加されているときには低電圧回路8と低電圧端子5とを接続状態にし、商用電源1の交流電圧が高電圧端子4に印加されていないときには低電圧回路8と低電圧端子5とを非接続状態にする。
開閉部6は、電源回路7から出力される電圧により駆動するスイッチ回路であれば如何なる構成でもよく、開閉部6としては電磁リレー、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)またはフォトカプラを例示できる。開閉部6が電磁リレーである場合、電磁リレーはコイルおよびプランジャを備え、電源回路7から電圧が出力されていないときには、コイルが励磁されずプランジャが駆動しないため低電圧回路8が低電圧端子5に接続されず、電源回路7から一定値以上の電圧が出力されているときには、コイルが励磁されることでプランジャが駆動して低電圧回路8が低電圧端子5に接続される。
図2は図1に示す電源回路の構成図である。電源回路7は、ノイズフィルタ71、ダイオードブリッジ72、リアクタ73、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)74、シャント抵抗75、整流ダイオード76、電解コンデンサ77、インバータ回路78およびDCDC(Direct Current−Direct Current)回路79を有する。
ノイズフィルタ71の入力側は高電圧端子4に接続され、ノイズフィルタ71は電源回路7で発生した伝導性ノイズが配線1aを介して外部へ伝播し周辺機器に影響を与えるのを防止するために設けてある。
ダイオードブリッジ72は4つのダイオードを組み合わせて構成された全波整流回路である。ダイオードブリッジ72の構成はこれに限定されるものではなく、単方向導通素子であるMOSFETを組み合わせて構成してもよい。
正極側直流母線Pに配置されるリアクタ73の一端はダイオードブリッジ72に接続され、リアクタ73の他端は整流ダイオード76のアノードとIGBT74との接続端に接続される。
IGBT74のコレクタは整流ダイオード76のアノードに接続され、IGBT74のエミッタはシャント抵抗75の一端に接続される。IGBT74のゲートには図示しない制御回路が接続される。シャント抵抗75の他端は負極側直流母線Nに接続される。電解コンデンサ77の一端は正極側直流母線Pに接続され、電解コンデンサ77の他端は負極側直流母線Nに接続される。
インバータ回路78は図示しない6つのスイッチング素子を有し、正極側直流母線P側に配置された3つのスイッチング素子が上アームスイッチング素子群を構成し、負極側直流母線N側に配置された3つのスイッチング素子が下アームスイッチング素子群を構成する。上アームスイッチング素子群と下アームスイッチング素子群との接続端には図示しない交流電動機に接続される。
インバータ回路78を構成する6つのスイッチング素子はDIPIPM(Dual Inline Package Intelligent Power Module)、IPM(Inteligent Power Module)、IGBT、MOSFET、IGCT(Insulated Gate Controlled Thyristor)、またはFET(Field Effect Transistor)といった半導体スイッチである。
DCDC回路79は、直流母線に印加される直流電圧を所望の値の電圧に変換して、低電圧回路8内のマイコン81と開閉部6とに対して出力する。低電圧回路8内のマイコン81は、DCDC回路79から供給される直流電力を用いて外部機器2を駆動する電力を生成して出力する。なお図2には、DCDC回路79から供給される電力で開閉部6を動作させる構成例を示すが、ノイズフィルタ71から開閉部6に交流電力を供給することで高電圧端子4に商用電源1が接続されているときには開閉部6を動作させる構成としてもよい。
次に正常配線された場合の動作を説明する。
図1において、高電圧端子4に商用電源1の配線1aが接続され、低電圧端子5に外部機器2の配線2aが接続されることにより正常配線状態である場合、商用電源1の電圧が高電圧端子4を介して電源回路7に印加される。
電源回路7に印加された交流電圧はダイオードブリッジ72で全波整流され、IGBT74がオンオフ動作を複数回繰り返すことにより、インバータ回路78およびDCDC回路79には電解コンデンサ77で平滑された直流電圧が印加される。インバータ回路78に印加された直流電圧は、インバータ回路78のスイッチング素子がスイッチング動作することにより交流電圧に変換されて負荷へ供給される。またDCDC回路79に印加された直流電圧は、DCDC回路79が動作することにより所望の値の直流電圧に降圧されてマイコン81および開閉部6に印加される。これにより開閉部6が閉状態になり、低電圧端子5と低電圧回路8とが接続状態になる。その結果、低電圧回路8と外部機器2が接続され、メイン基板3および外部機器2が正常に動作する。
次に誤配線された場合の動作を説明する。
図3は本発明の実施の形態1に係る家電機器において誤配線時の動作を説明するための図である。図3に示すように、高電圧端子4に外部機器2の配線2aが接続され、低電圧端子5に商用電源1の配線1aが接続されることにより誤配線されたとき、電源回路7には電源が供給されない状態となる。この場合、直流母線には直流電圧が印加されず、DCDC回路79にも直流電圧が印加されてない。そのためマイコン81および開閉部6に直流電圧が印加されず、開閉部6が開状態になり、低電圧端子5と低電圧回路8とが非接続状態になる。その結果、商用電源1の高い電圧が低電圧端子5を介して低電圧回路8に印加されることを防止できる。なお図3では、外部機器2の配線2aが高電圧端子4に接続されているが、外部機器2の配線2aが低電圧端子5に接続されている場合も開閉部6が開状態になるため、この場合でも商用電源1の電圧が低電圧端子5を介して低電圧回路8に印加されることを防止できる。
以上のように本実施の形態の家電機器100−1は、誤配線時に開閉部6が低電圧端子5と低電圧回路8とを非接続状態にするように構成されている。そのため低電圧端子5に高電圧が印加された場合でも部品の破損を防止できる。また家電機器100−1によれば、誤配線保護対策のために追加する必要のある部品が開閉部6のみで済み、回路構成が単純であり、かつ、追加部品の数が少なくてよいため、誤配線保護対策のためのコストの増加を抑制できると共に信頼性の低下を抑制できる。また誤配線時に交換を要するヒューズを代表とする保護部品が不要であるため、部品交換および修理サービスにかかる手間とコストも削減することができる。
実施の形態2.
図4は本発明の実施の形態2に係る空気調和機が有する回路の構成図である。実施の形態1では、様々な外部機器2の接続を想定した誤配線保護機能を有する家電機器100−1を説明したが、実施の形態2はDRED(Demand Response Enabling Device)と呼ばれる機器であるデマンド信号送信機との接続を想定した誤配線保護機能を有する空気調和機100−2を説明する。
DREDとは、空気調和機において、電力会社から送信されるデマンド要求に応じたデマンド管理制御を行うための信号送信機である。以下でDREDの背景技術について解説する。近年、地球温暖化対策への取り組みが世界的に進められており、その一環として各家電の省エネルギー化が求められている。その中で空気調和機に対しては最大需要電力の増大に伴い、電力需要に応じた使用電力のデマンド管理への需要が高まりつつあり、ビルまたは大型の建物で使用される業務用の空気調和機に対してだけではなく、家庭用の空気調和機に対してもデマンド管理が求められている。なかでもオーストラリアではオーストラリア規格[AS4755]に基づいたデマンド管理が施行されている。オーストラリア規格[AS4755]では、DREDと呼ばれる装置と空気調和機を接続することが定められている。デマンド信号送信機の動作としては、まず、電力供給者側の遠隔操作装置からDREDに使用電力の制限要求、すなわちデマンド要求が入ると、DREDは空気調和機に使用電力の制限およびその制限要求レベルの信号、すなわちデマンド信号を送信する。空気調和機はデマンド信号を受信すると、その制限要求レベルに応じて、空気調和機の電力使用量を制限する。これにより電力需要が集中することを緩和することができる。
図4には実施の形態2に係る空気調和機100−2の室外機が備えるメイン基板3およびサブ基板10と、サブ基板10に接続されるDRED20とが示される。メイン基板3の構成は実施の形態1と同様であるが、サブ基板10はDRED20の信号受信回路としての機能を有する。以下では実施の形態1と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
サブ基板10は、配線12aを介してメイン基板3の低電圧端子5に接続され、低電圧が印加されるサブ基板10用の第1の低電圧端子12と、配線14aを介してメイン基板3の高電圧端子4に接続され、単相の商用電源1の電圧が印加される高電圧端子14とを備える。
またサブ基板10は、低電圧回路11と、電源回路13と、DRED20が接続され、低電圧回路11から出力される低電圧の電力をDRED20に供給するサブ基板10用の第2の低電圧端子16と、開閉部15とを備える。
図4では、第1の低電圧端子12に繋がる配線12aが低電圧端子5に接続され、商用電源1に繋がる配線1aが高電圧端子4に接続され、高電圧端子14に繋がる配線14aが高電圧端子4に接続され、DRED20に繋がる配線20aが第2の低電圧端子16に接続される。本実施の形態では図4に示すように配線1a、配線14aおよび配線12aが接続された状態を正常配線と称する。一方、配線1aが低電圧端子5に接続された状態を誤配線と称する。
開閉部15は、サブ基板10に設けられた誤配線保護手段であり、誤配線により配線1aが低電圧端子5に接続されたときに、低電圧回路8を含むメイン基板3上の回路部品の破損を防ぐと共に、サブ基板10に接続されるDRED20の破損を防止するために設けられている。
開閉部15は、第1の低電圧端子12と第2の低電圧端子16との間に配置され、商用電源1の交流電圧が高電圧端子14に印加されているときには第1の低電圧端子12と第2の低電圧端子16とを接続状態にし、商用電源1の交流電圧が高電圧端子14に印加されていないときには第1の低電圧端子12と第2の低電圧端子16とを非接続状態にする。
開閉部15は、高電圧端子14を介して電源回路13に印加される交流電圧により駆動するスイッチ回路であれば如何なる構成でもよく、開閉部15としては電磁リレー、MOSFETまたはフォトカプラを例示できる。開閉部15が電磁リレーである場合、電磁リレーはコイルおよびプランジャを備え、高電圧端子14に電圧が印加されていないときにはコイルが励磁されずプランジャが駆動しないため第1の低電圧端子12が第2の低電圧端子16に接続されず、高電圧端子14に一定値以上の電圧が印加されているときにはコイルが励磁されることでプランジャが駆動して第1の低電圧端子12が第2の低電圧端子16に接続される。すなわち正常配線時には、単相の商用電源1がメイン基板3の高電圧端子4に接続されると共にサブ基板10の高電圧端子14に接続される。また正常配線時には、DRED20、配線20a、第2の低電圧端子16、第1の低電圧端子12、配線12aおよび低電圧端子5が接続される。
図5は図4に示すメイン基板に搭載される電源回路の構成図である。図5に示す電源回路7は、実施の形態1と同様の回路を有する。サブ基板10には、開閉部15、電源回路13および低電圧回路11が搭載される。メイン基板3の開閉部6には電源回路7内の回路を介して商用電源1の電力が供給され、サブ基板10の開閉部15には電源回路7内の回路を介さずに商用電源1の電力が供給される。
次に正常配線された場合の動作を説明する。
図4において、高電圧端子4に商用電源1の配線1aが接続され、低電圧端子5に配線12aが接続されることにより正常配線状態である場合、商用電源1の電圧が高電圧端子4を介して電源回路7に印加され、さらに開閉部15に印加される。
電源回路7に印加された交流電圧はダイオードブリッジ72で全波整流され、IGBT74がオンオフ動作を複数回繰り返すことにより、インバータ回路78およびDCDC回路79には電解コンデンサ77で平滑された直流電圧が印加される。インバータ回路78に印加された直流電圧は、インバータ回路78のスイッチング素子がスイッチング動作することにより交流電圧に変換されて負荷50へ供給される。負荷50としては三相同期交流モータまたは三相誘導交流モータを例示できる。
またDCDC回路79に印加された直流電圧は、DCDC回路79が動作することにより所望の値の直流電圧に降圧されてマイコン81および開閉部6に印加される。これにより開閉部6が閉状態になり、低電圧端子5と低電圧回路8とが接続状態になる。またサブ基板10の開閉部15は、高電圧端子14を介して印加された電圧により閉状態になり、低電圧回路11と第2の低電圧端子16とが接続状態になる。その結果、低電圧回路8とDRED20が接続され、電源回路7およびサブ基板10が正常に動作し、またDRED20との通信が正常に行われる。
次に誤配線された場合の動作を説明する。
図6は本発明の実施の形態2に係る空気調和機において誤配線時の動作を説明するための図である。図6に示すように、高電圧端子4に配線12aが接続され、低電圧端子5に商用電源1の配線1aが接続されることにより誤配線されたとき、メイン基板3の電源回路7には電源が供給されない状態となる。そのため直流母線には直流電圧が印加されず、DCDC回路79にも直流電圧が印加されてない。そのためマイコン81および開閉部6に直流電圧が印加されず、開閉部6が開状態になり、低電圧端子5と低電圧回路8とが非接続状態になる。その結果、商用電源1の高い電圧が低電圧端子5を介して低電圧回路8に印加されることを防止できる。
また図6に示すように誤配線されたとき、サブ基板10の開閉部15には電圧が印加されず、開閉部15が開状態になり、第1の低電圧端子12と第2の低電圧端子16とが非接続状態になる。その結果、商用電源1の高い電圧が第2の低電圧端子16を介してDRED20に印加されることを防止できる。なお図6では、DRED20がサブ基板10を介して高電圧端子4に接続されているが、サブ基板10の配線12aが低電圧端子5に接続されている場合も開閉部15は開状態であるため、この場合でも商用電源1の電圧がDRED20に印加されることを防止できる。
以上のように本実施の形態の空気調和機100−2は、誤配線時に開閉部6が低電圧端子5と低電圧回路8とを非接続状態にし、さらに開閉部15が第1の低電圧端子12と第2の低電圧端子16とを非接続状態にするように構成されている。そのため低電圧端子5に高電圧が印加された場合でも実施の形態1と同様にメイン基板3の回路部品の破損を防止できるだけでなく、第2の低電圧端子16に接続されるDRED20の破損を防止できる。また実施の形態2の空気調和機100−2によれば、誤配線保護対策のために追加する必要のある部品が開閉部6および開閉部15のみで済み、回路構成が単純であり、かつ、追加部品の数が少なくてよいため、誤配線保護対策のためのコストの増加を抑制できると共に信頼性の低下を抑制できる。また誤配線時に交換を要するヒューズを代表とする保護部品が不要であるため、部品交換および修理サービスにかかる手間とコストも削減することができる。
なお実施の形態1,2では単相交流電源である商用電源1で動作する家電機器100−1および空気調和機100−2の構成例を説明したが、家電機器100−1および空気調和機100−2は三相交流電源で動作する構成でもよく、この場合にも実施の形態1,2と同様の効果を得ることができる。
また実施の形態1ではDCDC回路79の出力電圧を用いて開閉部6を動作させる構成例を説明し、実施の形態2ではDCDC回路79の出力電圧を用いて開閉部6を動作させると共に商用電源1の電圧を用いて開閉部15を動作させる構成例を説明したが、開閉部6および開閉部15は、マイコン81から出力される電圧で動作するよう構成してもよい。マイコン81から電圧が出力されるタイミングを制御することにより、開閉部6および開閉部15の動作タイミングを任意に設定することができるため、実施の形態1の外部機器2または実施の形態2のDRED20との接続タイミングを任意に制御することが可能となる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 商用電源、1a,2a,12a,14a,20a 配線、2 外部機器、3 メイン基板、4,14 高電圧端子、5 低電圧端子、6,15 開閉部、7,13 電源回路、8,11 低電圧回路、10 サブ基板、12 第1の低電圧端子、16 第2の低電圧端子、50 負荷、71 ノイズフィルタ、72 ダイオードブリッジ、73 リアクタ、74 IGBT、75 シャント抵抗、76 整流ダイオード、77 電解コンデンサ、78 インバータ回路、79 DCDC回路、81 マイコン、100−1 家電機器、100−2 空気調和機。

Claims (3)

  1. 低電圧を出力する低電圧回路と、
    低電圧端子と、
    高電圧端子と、
    前記低電圧回路と前記低電圧端子との間に配置され、交流電圧が前記高電圧端子に印加されているときには前記低電圧回路と前記低電圧端子とを接続状態にし、前記交流電圧が前記高電圧端子に印加されていないときには前記低電圧回路と前記低電圧端子とを非接続状態にする開閉部と、
    前記低電圧端子に接続されるサブ基板用の第1の低電圧端子と、
    デマンド信号送信機に接続されるサブ基板用の第2の低電圧端子と、
    前記高電圧端子に接続されるサブ基板用の高電圧端子と、
    前記第1の低電圧端子と前記第2の低電圧端子との間に配置され、前記交流電圧が前記サブ基板用の高電圧端子に印加されているときには前記第1の低電圧端子と前記第2の低電圧端子とを接続状態にし、前記交流電圧が前記サブ基板用の高電圧端子に印加されていないときには前記第1の低電圧端子と前記第2の低電圧端子とを非接続状態にするサブ基板用の開閉部と
    を備えたことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記交流電圧は三相交流電圧であることを特徴とする請求項に記載の空気調和機。
  3. 前記開閉部および前記サブ基板用の開閉部は、前記空気調和機に搭載されるマイコンの出力電圧で動作することを特徴とする請求項または請求項に記載の空気調和機。
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