JP7133638B2 - 弁駆動装置、及び、これを備える冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁駆動装置等に関する。

コイルへの通電によって、四方弁の弁体を移動させる四方弁駆動回路が知られている。このような四方弁駆動回路として、例えば、特許文献１には、交流電源と自己保持型四方弁の四方弁コイルとの電気的接続／遮断を行う双方向半導体スイッチを備えた四方弁駆動回路について記載されている。

特許第４９０７４２６号公報

特許文献１に記載の技術では、交流電源の電圧がそのまま四方弁駆動回路に印加される。そうすると、例えば、交流電源の電圧が一時的に低下した場合、四方弁コイルに流れる電流が小さくなり、四方弁の弁体を移動させる際の電磁力が弱くなる可能性がある。また、交流電源の電圧の大きさ（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に対応して、使用可能な四方弁の型式が制限されるという事情もある。特許文献１に記載の技術に関して、さらに低コスト化を図り、また、信頼性を高めることが求められている。

そこで、本発明は、低コストで信頼性の高い弁駆動装置等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、本発明に係る弁駆動装置は、電力の順変換を行う順変換回路から直流電圧が印加され、コイルへの通電によって電磁弁の弁体を移動させる弁駆動回路と、前記弁駆動回路を制御する制御回路と、を備え、前記弁駆動回路は、前記コイルを有するとともに、当該コイルを介した所定の電流経路に設けられるスイッチング素子を有し、前記制御回路は、パルス幅変調制御に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御し、前記コイルに通電させ、前記コイルを介して、所定の向きに電流が流れる第１電流経路と、前記コイルを介して、前記所定の向きとは逆向きに電流が流れる第２電流経路と、が前記電流経路に含まれ、前記第１電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第１スイッチング素子と、前記第２電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第２スイッチング素子と、が前記スイッチング素子に含まれ、前記第１電流経路及び前記第２電流経路のうち、電流を流す経路を選択的に切り替える機械式のリレーをさらに備え、前記リレーは、第１固定接点と、第２固定接点と、を有するとともに、前記第１固定接点及び前記第２固定接点の一方に電気的に接続される可動接点を有し、前記第１固定接点と前記第２固定接点とを接続する配線に前記コイルが設けられ、前記配線において前記コイルよりも前記第１固定接点側は、前記第１スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、前記配線において前記コイルよりも前記第２固定接点側は、前記第２スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、前記可動接点は、前記順変換回路の正側に接続され、前記制御回路は、前記第１電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第１スイッチング素子のオン／オフを制御し、前記第２電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第２スイッチング素子のオン／オフを制御することとした。

本発明によれば、低コストで信頼性の高い弁駆動装置等を提供できる。

本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置を備える空気調和機の構成図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置を備える空気調和機の電力系の構成図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置が備える四方弁駆動回路の回路図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置が備える四方弁駆動回路の第１電流経路の説明図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置が備える四方弁駆動回路の第２電流経路の説明図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置において、暖房運転から冷房運転に切り替える際の電源電圧、直流電圧、通電管理信号、リレーコイルへの通電、制御回路の出力電圧、及び四方弁コイルの駆動電流を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置において、冷房運転から暖房運転に切り替える際の電源電圧、直流電圧、通電管理信号、リレーコイルへの通電、制御回路の出力電圧、及び四方弁コイルの駆動電流を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置の制御回路によるＰＷＭ制御のオンデューティの設定に関する説明図である。

≪実施形態≫
＜空気調和機の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る四方弁駆動装置を備える空気調和機Ｓの構成図である。なお、図１の実線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。
一方、図１の破線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
空気調和機Ｓ（冷凍サイクル装置）は、冷房運転や暖房運転等の空調を行う機器である。図１に示すように、空気調和機Ｓは、圧縮機１１と、室外熱交換器１２と、室外ファン１３と、室内熱交換器１４と、室内ファン１５と、膨張弁１６と、四方弁１７（電磁弁）と、を備えている。

さらに空気調和機Ｓは、後記するコンバータ回路１（順変換回路：図２参照）と、インバータ回路２（図２参照）と、四方弁駆動回路３（弁駆動回路：図２参照）と、制御回路４（図２参照）と、を備えている。
なお、図１に示す例では、圧縮機１１、室外熱交換器１２、室外ファン１３、膨張弁１６、及び四方弁１７が、室外機Ｕｏに設けられている。また、室内熱交換器１４及び室内ファン１５は、室内機Ｕｉに設けられている。

圧縮機１１は、ガス状の冷媒を圧縮する機器であり、駆動源である圧縮機モータ１１ａを備えている。このような圧縮機１１として、例えば、スクロール圧縮機やロータリ圧縮機が用いられる。図１に示すように、圧縮機１１の吐出側は、吐出管ｋａを介して、四方弁１７の高圧側接続口ｈａに接続されている。一方、圧縮機１１の吸入側は、吸入管ｋｂを介して、四方弁１７の低圧側接続口ｈｂに接続されている。

室外熱交換器１２は、その伝熱管（図示せず）を通流する冷媒と、室外ファン１３から送り込まれる外気と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。室外熱交換器１２の一端ｍは、配管ｋｃを介して、四方弁１７の室外側接続口ｈｃに接続されている。また、室外熱交換器１２の他端ｎは、配管ｋｄを介して、室内熱交換器１４の他端ｑに接続されている。
室外ファン１３は、室外熱交換器１２に外気を送り込むファンであり、室外熱交換器１２の付近に設置されている。

室内熱交換器１４は、その伝熱管（図示せず）を通流する冷媒と、室内ファン１５から送り込まれる室内空気（空調対象空間の空気）と、の間で熱交換が行われる熱交換器である。室内熱交換器１４の一端ｐは、配管ｋｅを介して、四方弁１７の室内側接続口ｈｅに接続されている。また、室内熱交換器１４の他端ｑは、前記したように、配管ｋｄを介して、室外熱交換器１２の他端ｎに接続されている。
室内ファン１５は、室内熱交換器１４に室内空気を送り込むファンであり、室内熱交換器１４の付近に設置されている。

膨張弁１６は、「凝縮器」（室外熱交換器１２及び室内熱交換器１４の一方）で凝縮した冷媒を減圧する弁であり、配管ｋｄに設けられている。なお、膨張弁１６によって減圧された冷媒は、配管ｋｄを介して「蒸発器」（室外熱交換器１２及び室内熱交換器１４の他方）に導かれる。

四方弁１７は、空気調和機Ｓの運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。図１に示すように、四方弁１７は、本体１７ａと、弁体１７ｂと、を備えている。
本体１７ａは、弁体１７ｂを収容する殻状部材である。本体１７ａの上部には、前記した高圧側接続口ｈａが設けられている。一方、本体１７ａの下部には、前記した室外側接続口ｈｃ、低圧側接続口ｈｂ、及び室内側接続口ｈｅが、横並びで設けられている。

弁体１７ｂは、その移動によって四方弁１７の流路を切り替えるものであり、縦断面視で上に凸の∩状を呈している。そして、後記する四方弁コイル３６（コイル：図２参照）への通電によって、本体１７ａ内で弁体１７ｂが左右方向に移動するようになっている。

例えば、冷房運転が行われる際には、弁体１７ｂの位置が、図１の実線で示す「第１の位置」に配置される。これによって、高圧側接続口ｈａと室外側接続口ｈｃとが、弁体１７ｂの外側（上側）の空間を介して連通する。また、室内側接続口ｈｅと低圧側接続口ｈｂとが、弁体１７ｂの内側（下側）の空間を介して連通する。

そして、圧縮機１１、室外熱交換器１２（凝縮器）、膨張弁１６、及び室内熱交換器１４（蒸発器）が、四方弁１７を介して順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて、冷凍サイクルで冷媒が循環する（図１の実線矢印）。

一方、暖房運転が行われる際には、弁体１７ｂの位置が、図１の二点鎖線で示す「第２の位置」に配置される。これによって、高圧側接続口ｈａと室内側接続口ｈｅとが、弁体１７ｂの外側（上側）の空間を介して連通する。また、室外側接続口ｈｃと低圧側接続口ｈｂとが、弁体１７ｂの内側（下側）の空間を介して連通する。

そして、圧縮機１１、室内熱交換器１４（凝縮器）、膨張弁１６、及び室外熱交換器１２（蒸発器）が、四方弁１７を介して順次接続されてなる冷媒回路Ｑにおいて、冷凍サイクルで冷媒が循環する（図１の破線矢印）。

＜空気調和機の電力系＞
図２は、空気調和機Ｓの電力系の構成図である。
なお、図２では、圧縮機モータ１１ａや四方弁１７を駆動するための回路を図示し、他の機器に接続される配線等の図示を省略している。図２に示すように、空気調和機Ｓは、コンバータ回路１と、インバータ回路２と、四方弁駆動回路３と、制御回路４と、を備えている。

コンバータ回路１は、電力の順変換を行う順変換回路である。つまり、コンバータ回路１は、商用の交流電源Ｅから印加される交流電圧を直流電圧に変換する機能を有している。コンバータ回路１は、図示は省略するが、上・下アームのスイッチング素子が接続されてなるスイッチングレグを２つ備えるとともに、電圧の平滑化に用いられる平滑コンデンサや、昇圧等に用いられるリアクトルを備えている。前記した上・下アームの接続点は、配線ｉａ，ｉｂを介して交流電源Ｅに接続されている。また、２つのスイッチングレグは並列接続され、その接続点は、配線ｉｃ，ｉｄを介してインバータ回路２に接続されている。

インバータ回路２は、電力の逆変換を行う逆変換回路である。つまり、インバータ回路２は、コンバータ回路１から印加される直流電圧を交流電圧に変換する機能を有している。インバータ回路２は、図示は省略するが、上・下アームのスイッチング素子が接続されてなるスイッチングレグを３つ備えている。前記した３つのスイッチングレグは並列接続され、その接続点は、配線ｉｃ，ｉｄを介してコンバータ回路１に接続されている。また、３つのスイッチングレグにおいて、上・下アームのスイッチング素子の接続点は、配線ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを介して、圧縮機モータ１１ａの三相の巻線ｊｕ，ｊｖ，ｊｗに接続されている。

そして、ＰＷＭ制御（Pulse Width Modulation：パルス幅変調制御）に基づいて、インバータ回路２の各スイッチング素子が所定に制御されることで、圧縮機モータ１１ａに３相交流電力が出力されるようになっている。これによって、圧縮機モータ１１ａが駆動される。なお、前記したコンバータ回路１やインバータ回路２の構成は一例であり、これに限定されるものではない。

四方弁駆動回路３は、四方弁コイル３６への通電によって四方弁１７の弁体１７ｂを移動（つまり、四方弁１７を駆動）させる回路である。四方弁駆動回路３の入力の正側は、配線ｉｅを介して別の配線ｉｃに接続され、負側は配線ｉｆを介して別の配線ｉｄに接続されている。別の観点から説明すると、コンバータ回路１の出力側が、インバータ回路２に接続されるとともに、四方弁駆動回路３にも接続されている。

そして、コンバータ回路１から四方弁駆動回路３に所定の直流電圧が印加されるようになっている。なお、図２では便宜的に、四方弁駆動回路３の外側に四方弁コイル３６を図示しているが、四方弁コイル３６も四方弁駆動回路３の構成に含まれている。

制御回路４は、例えば、マイコン（Microcomputer）であり、図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種インタフェース等の電子回路を含んで構成されている。そして、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、ＣＰＵが各種処理を実行するようになっている。制御回路４は、コンバータ回路１、インバータ回路２、四方弁駆動回路３等を制御する。

なお、四方弁１７を駆動する四方弁駆動装置Ｇ（弁駆動装置）は、図２に示す四方弁駆動回路３と、制御回路４と、を含んで構成される。

図３は、四方弁駆動装置Ｇが備える四方弁駆動回路３の回路図である。
図３に示すように、四方弁駆動回路３は、リレー３１と、トランジスタ３２，３３と、ＭＯＳＦＥＴ３４，３５と、四方弁コイル３６と、を備えている。また、四方弁駆動回路３は、前記した構成の他に、ダイオードＤａ，Ｄｂと、バリスタＨと、抵抗Ｒ１～Ｒ１１と、を備えている。

リレー３１は、四方弁駆動回路３の電流経路を選択的に切り替える機械式のリレーである。リレー３１は、固定接点３１ａ，３１ｂと、可動接点３１ｃと、リレーコイル３１ｄと、を備えている。そして、リレーコイル３１ｄへの通電中、バネ（図示せず）の付勢力に抗して、可動接点３１ｃが固定接点３１ｂ（ｂ接点ともいう）から離れた後、他方の固定接点３１ａ（ａ接点ともいう）に接触するようになっている。

リレー３１において、固定接点３１ａは、四方弁コイル３６や抵抗Ｒ１０が設けられた配線ｆａを介して、他方の固定接点３１ｂに接続されている。また、リレー３１の可動接点３１ｃは、配線ｉａを介して、コンバータ回路１の正側（接地とは反対側）に接続されている。

四方弁コイル３６は、電流の変化に伴って所定の電磁力を発生させ、四方弁１７の弁体１７ｂを移動させるものであり、弁体１７ｂの付近に設置されている。四方弁コイル３６は、前記したように、固定接点３１ａ，３１ｂを接続する配線ｆａに設けられている。

トランジスタ３２は、制御回路４からＰＷＭ制御に基づく所定電圧が印加された場合、スイッチング機能によって、コレクタ・エミッタ間が導通するｐｎｐ型トランジスタである。トランジスタ３２のコレクタ・エミッタ間が導通すると、後記するように、ＭＯＳＦＥＴ３４がオン状態に切り替わる。

図３に示す例では、トランジスタ３２のベースは、抵抗Ｒ１が設けられた配線ｆｂを介して、制御回路４に接続されている。トランジスタ３２のベース・エミッタ間は、抵抗Ｒ２を介して接続されている。トランジスタ３２のコレクタは、直列接続された２つの抵抗Ｒ３，Ｒ４を順次に介して接地されている。

ＭＯＳＦＥＴ３４（第１スイッチング素子）は、「第１電流経路」（図４の破線矢印の経路）を介した電流の通電／遮断を切り替えるスイッチング素子である。なお、「第１電流経路」を介した通電は、四方弁１７の弁体１７ｂを冷房運転時の「第１の位置」（図１の実線で示す弁体１７ｂの位置）に切り替える際に行われる。

ＭＯＳＦＥＴ３４は、その内部に寄生ダイオード３４Ｄを有している。この寄生ダイオード３４Ｄは、ＭＯＳＦＥＴ３４のソースとドレインの間に存在するｐｎ接合の部分であり、ＭＯＳＦＥＴ３４の製造過程において形成される。

図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲートは、前記した抵抗Ｒ３，Ｒ４の間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３４のソースは、配線ｆｃ等を介して、コンバータ回路１の負側（接地側）に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３４のドレインは、配線ｆａにおいて四方弁コイル３６と固定接点３１ａとの間に接続されている。なお、抵抗Ｒ５や抵抗Ｒ１０は、四方弁１７を保護するために電流調整用として接続されている。

そして、可動接点３１ｃが固定接点３１ｂに接触している状態で、トランジスタ３２のコレクタ・エミッタ間が導通すると、電圧Ｖ１に略等しい電圧が２つの抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧される。さらに、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧比に基づく所定電圧が、ＭＯＳＦＥＴ３４のゲート・ソース間に印加される。これによって、ＭＯＳＦＥＴ３４がオフ状態からオン状態に切り替わり、四方弁コイル３６を介して、所定の向きに電流が流れるようになっている（図４の破線矢印を参照）。

図３に示すトランジスタ３３は、制御回路４からＰＷＭ制御に基づく所定電圧が印加された場合、スイッチング機能によって、コレクタ・エミッタ間が導通するｐｎｐ型トランジスタである。トランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間が導通すると、後記するように、ＭＯＳＦＥＴ３５がオン状態に切り替わる。

図３に示すように、トランジスタ３３のベースは、抵抗Ｒ６が設けられた配線ｆｅを介して、制御回路４に接続されている。トランジスタ３３のベース・エミッタ間は、抵抗Ｒ７を介して接続されている。トランジスタ３３のコレクタは、直列接続された２つの抵抗Ｒ８，Ｒ９を順次に介して接地されている。

ＭＯＳＦＥＴ３５（第２スイッチング素子）は、「第２電流経路」（図５の破線矢印の経路）を介した電流の通流／遮断を切り替えるスイッチング素子である。なお、「第２電流経路」を介した通電は、四方弁１７の弁体１７ｂを暖房運転時の「第２の位置」（図１の二点鎖線で示す弁体１７ｂの位置）に切り替える際に行われる。

図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３５は、その内部に寄生ダイオード３５Ｄを有している。ＭＯＳＦＥＴ３５のゲートは、前記した抵抗Ｒ８，Ｒ９の間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３５のソースは、配線ｆｃ等を介してコンバータ回路１の負側（接地側）に接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ３５のドレインは、配線ｆａにおいて四方弁コイル３６と固定接点３１ｂとの間に、別の配線ｆｇを介して接続されている。なお、配線ｆａにおいて、前記した配線ｆｇとの接続箇所よりも固定接点３１ｂ側には、ドレイン電流等を調整するための抵抗Ｒ１０が設けられている。

そして、可動接点３１ｃが固定接点３１ａに接触している状態（図５参照）で、トランジスタ３３のコレクタ・エミッタ間が導通すると、電圧Ｖ２に略等しい電圧が２つの抵抗Ｒ８，Ｒ９で分圧される。さらに、抵抗Ｒ８，Ｒ９の分圧比に基づく所定電圧が、ＭＯＳＦＥＴ３５のゲート・ソース間に印加される。これによって、ＭＯＳＦＥＴ３５がオフ状態からオン状態に切り替わり、四方弁コイル３６を介して、所定の向きに電流が流れるようになっている（図５の破線矢印を参照）。

このように、四方弁駆動回路３は、四方弁コイル３６を有するとともに、この四方弁コイル３６を介した所定の電流経路に設けられるＭＯＳＦＥＴ３４，３５を有している。この電流経路には、第１電流経路（図４の破線矢印を参照）と、第２電流経路（図５の破線矢印を参照）と、が含まれている。

前記した第１電流経路は、四方弁コイル３６を介して、所定の向き（図４の紙面上向き）に電流が流れる経路である。一方、第２電流経路は、四方弁コイル３６を介して、前記した所定の向きとは逆向き（図５の紙面下向き）に電流が流れる経路である。そして、制御回路４が、第１電流経路及び第２電流経路のうち、電流を流す経路をリレー３１によって選択的に切り替えるようになっている。

図３に示すダイオードＤａは、ＭＯＳＦＥＴ３４がオンからオフに切り替わったときの電流経路を確保するための素子であり、配線ｆｈに設けられている。なお、配線ｆｈの一端は、配線ｆａにおいて固定接点３１ａの付近に接続され、他端は、コンバータ回路１の正側の配線ｉａに接続されている。

他方のダイオードＤｂは、ＭＯＳＦＥＴ３５がオンからオフに切り替わったときの電流経路を確保するための素子であり、配線ｆｉに設けられている。なお、配線ｆｉの一端は、配線ｆａにおいて固定接点３１ｂの付近に接続され、他端は、コンバータ回路１の正側の配線ｉａに接続されている。また、ダイオードＤａのアノード・カソードを接続する配線ｆｊには、保護用の抵抗Ｒ１１が設けられている。

バリスタＨは、電子部品を高電圧から保護するための素子であり、配線ｆｋに設けられている。なお、配線ｆｋの一端は、コンバータ回路１の正側の配線ｉａに接続され、他端は負側（接地側）の配線ｉｂに接続されている。

＜四方弁駆動回路の動作＞
図４は、四方弁駆動回路３の第１電流経路の説明図である。
例えば、四方弁１７の弁体１７ｂが、暖房運転時の「第２の位置」から冷房運転時の「第１の位置」に切り替えられる場合には、リレーコイル３１ｄへの通電は行われない。前記したように、リレーコイル３１ｄへの通電がなければ、バネ（図示せず）の付勢力によって、可動接点３１ｃが固定接点３１ｂに接触した状態で維持されるからである。

そして、第１電流経路を介して電流を流す場合、制御回路４は、ＰＷＭ制御に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３４（第１スイッチング素子）のオン／オフを制御する。具体的に説明すると、制御回路４は、ＰＷＭ制御に基づいて、オン／オフが小刻みに切り替わる矩形波状の電圧をトランジスタ３２に印加する。これによって、トランジスタ３２のコレクタ・エミッタ間の導通／遮断が繰り返され、それに伴い、ＭＯＳＦＥＴ３４のオン／オフが繰り返される。

その結果、第１電流経路（図４の破線矢印を参照）を介して、大きさが変化する電流が流れる。このように、トランジスタ３２の制御によってＭＯＳＦＥＴ３４のオン／オフが間接的に切り替えられる処理も、制御回路４による「ＭＯＳＦＥＴ３４の制御」に含まれる。なお、他方のＭＯＳＦＥＴ３５は、第１電流経路に含まれていないため、オフ状態のままでよい。

第１電流経路について説明すると、図４の破線矢印に示すように、コンバータ回路１からリレー３１の固定接点３１ｂ、抵抗Ｒ１０、四方弁コイル３６、抵抗Ｒ５、及びＭＯＳＦＥＴ３４を順次に介して、電流が流れる。このように四方弁コイル３６を介して所定の向き（図４の紙面上向き）に脈流波形の電流が流れることで、電磁力によって、四方弁１７の弁体１７ｂが「第１の位置」（冷房運転時の位置）に移動する。

図５は、四方弁駆動回路３の第２電流経路の説明図である。
四方弁１７の弁体１７ｂを冷房運転時の「第１の位置」から暖房運転時の「第２の位置」に切り替える場合、制御回路４は、リレーコイル３１ｄに通電する。これよって、リレー３１の可動接点３１ｃが、バネ（図示せず）の付勢力に抗して、固定接点３１ａに接触する。

そして、第２電流経路を介して電流を流す場合、制御回路４は、前記したリレー３１の状態を維持しつつ、ＰＷＭ制御に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３５（第２スイッチング素子）のオン／オフを制御する。その結果、第２電流経路（図５の破線矢印を参照）を介して、大きさが変化する電流が流れる。

第２電流経路について説明すると、図５の破線矢印に示すように、コンバータ回路１からリレー３１の固定接点３１ａ、四方弁コイル３６、及びＭＯＳＦＥＴ３５を順次に介して、電流が流れる。このように四方弁コイル３６を介して、前記した所定の向きとは逆向き（図５の紙面下向き）に脈流波形の電流が流れることで、電磁力によって、四方弁１７の弁体１７ｂが「第２の位置」（暖房運転時の位置）に移動する。

このように制御回路４は、ＰＷＭ制御に基づいて、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ３４又はＭＯＳＦＥＴ３５のオン／オフを制御し、四方弁コイル３６に通電させる。

なお、ＰＷＭ制御に基づくトランジスタ３３への電圧の印加が終了した後、制御回路４は、四方弁コイル３６への通電を止めた後、リレーコイル３１ｄへの通電も止める。その結果、リレー３１は、バネ（図示せず）の付勢力によって、固定接点３１ｂに接触した状態に戻る（図３参照）。この時点において四方弁１７の弁体１７ｂは、既に「第２の位置」に移動しているため、リレー３１が固定接点３１ｂに接触した状態で暖房運転等を継続しても特に問題はない。

図６は、暖房運転から冷房運転に切り替える際の電源電圧、直流電圧、通電管理信号、リレーコイルへの通電、制御回路の出力電圧、及び四方弁コイルの駆動電流を示す説明図である（適宜、図２、図３を参照）。
図６の上から順に説明すると、「電源電圧」は交流電源Ｅの電圧であり、「直流電圧」はコンバータ回路１の出力電圧である。また、「通電管理信号」は、ＰＷＭ制御に基づく電圧印加の有無を制御回路４が時間的に管理するための信号であり、「リレーコイルへの通電」は、リレーコイル３１ｄへの通電の有無を示している。
「制御回路の出力電圧」は、ＰＷＭ制御に基づき、制御回路４からトランジスタ３２（図４参照）又はトランジスタ３３（図５参照）に出力される電圧である。また、「四方弁コイルの駆動電流」は、四方弁１７の弁体１７ｂを移動させる際、四方弁コイル３６に流れる電流である。なお、図６の各横軸は、時間である。

図６に示す正弦波状の電源電圧は、コンバータ回路１（図２参照）によって、所定の直流電圧Ｖａに変換される。そして、所定の時刻ｔ０において、四方弁１７の切替えを要求する信号が、室内機Ｕｉから室外機Ｕｏに入力されたとする。つまり、四方弁１７の弁体１７ｂを「第１の位置」（冷房運転時の位置）に移動させる旨の要求信号が、室内機Ｕｉから室外機Ｕｏに入力されたとする。この場合において制御回路４は、時刻ｔ０から所定時間Ｔ×５の間、通電管理信号をオンにする。なお、所定時間Ｔ（例えば、１ｓｅｃ）は、事前の実験に基づいて予め設定されている。

また、四方弁１７の弁体１７ｂを「第１の位置」（冷房運転時の位置）に切り替える際には、リレーコイル３１ｄへの通電を行う必要はない。前記したように、リレーコイル３１ｄへの通電がなければ、バネ（図示せず）の付勢力によって、可動接点３１ｃが固定接点３１ｂに接触した状態で維持され、第１電流経路（図４の破線矢印を参照）を介して電流を流すことが可能になる。

時刻ｔ０から所定時間Ｔが経過した後、制御回路４は、ＰＷＭ制御に基づくトランジスタ３２への電圧の印加（ＰＷＭ出力）を時刻ｔ１から所定時間Ｔだけ継続する。なお、図６に示す「制御回路の出力電圧」の波形は模式的なものであり、実際には、電圧Ｖｓと電圧ゼロの状態が、ＰＷＭ制御に基づく所定のオンデューティで小刻みに切り替わる。

さらに、これに伴って、ＭＯＳＦＥＴ３４のオン／オフも小刻みに切り替わる。その結果、「四方弁コイルの駆動電流」に示すように、脈流波形（全波整流波形）の駆動電流が四方弁コイル３６を介して所定の向きに流れ、四方弁１７の弁体１７ｂが「第１の位置」に移動する。

このような制御を所定時間Ｔだけ継続した後、制御回路４は、出力電圧（ＰＷＭ出力）を所定時間Ｔの間いったんゼロにする（時刻ｔ２～ｔ３）。その後、制御回路４、再び所定時間ＴだけＰＷＭ制御に基づく電圧を出力する。このように、四方弁コイル３６への通電が２回行われるため、四方弁１７の弁体１７ｂが動きにくい場合でも、弁体１７ｂを確実に移動させることができる。なお、弁体１７ｂを移動させる際のＰＷＭ制御の回数は、１回であってもよいし、また、３回以上であってもよい。

そして、再度のＰＷＭ出力を所定時間Ｔだけ継続し（時刻ｔ３～ｔ４）、さらに所定時間Ｔが経過した後（時刻ｔ５）、制御回路４は、通電管理信号をオフにする。これによって、四方弁１７の弁体１７ｂを「第１の位置」に移動させるための一連の処理が終了する。

図７は、冷房運転から暖房運転に切り替える際の電源電圧、直流電圧、通電管理信号、リレーコイルへの通電、制御回路の出力電圧、及び四方弁コイルの駆動電流を示す説明図である（適宜、図２、図３を参照）。
四方弁１７の弁体１７ｂを「第２の位置」（暖房運転時の位置）に移動させる旨の信号が、時刻ｔ０において室内機Ｕｉから室外機Ｕｏに入力されたとする。この場合において制御回路４は、時刻ｔ０から所定時間Ｔ×５の間、通電管理信号をオンにするとともに、この通電管理信号に同期してリレーコイル３１ｄへの通電を行う。これによって、前記した第２電流経路（図５の破線矢印を参照）を介して電流を流すことが可能になる。なお、その他の各制御については図６と同様であるから、説明を省略する。

図８は、制御回路によるＰＷＭ制御のオンデューティの設定に関する説明図である（適宜、図３、図６、図７を参照）。
なお、図８に示す一点鎖線は、四方弁コイル３６の駆動電流の目標値を示している。すなわち、図６や図７の時刻ｔ１～ｔ２、ｔ３～ｔ４において四方弁コイル３６に流れる脈流波形（全波整流波形）の駆動電流に関して、ひと山ぶんの駆動電流の目標値が、図８に示す一点鎖線である。また、図８に示す階段状の実線は、四方弁１７の駆動の際に生成されるＰＷＭ信号のオンデューティを示している。なお、図８の横軸は時間である。

図８に示すように、四方弁１７の駆動電流の目標値に基づいて、ＰＷＭ制御の時々刻々のオンデューティが予め設定され、制御回路４に記憶されている。すなわち、駆動電流の目標値が大きいほど、ＰＷＭ制御のオンデューティが大きな値になるように予め設定されている。このオンデューティの大きさは、所定のデューティ更新周期Ｔ２ごとに変化（更新）される。

＜効果＞
本実施形態によれば、１個のリレー３１の他、トランジスタ３２，３３やＭＯＳＦＥＴ３４，３５を用いて、四方弁コイル３６に所定の駆動電流が流される。したがって、２個のリレー（図示せず）を用いて、四方弁コイル３６の駆動電流の経路が切り替えられる従来の構成に比べて、低コスト化を図ることができる。なお、１個のリレーよりも数個のスイッチング素子の方が安価である。

また、制御回路４によるＰＷＭ制御に基づき、四方弁コイル３６の駆動電流が流されるため、電源電圧の大きさに制限されることなく、四方弁１７を幅広い範囲で選択することが可能になる。例えば、交流電源Ｅの電圧がＡＣ２００Ｖであっても、四方弁コイル３６に通電する際のオンデューティを制御回路４が適宜に調整することで、ＡＣ１００Ｖ用の四方弁１７も使用可能になる。

また、交流電源Ｅの電源電圧が一時的に変動しても、コンバータ回路１の出力側の直流電圧は略一定であるため、四方弁１７の弁体１７ｂを適切に移動させることができる。このように本実施形態では、四方弁１７の弁体１７ｂを移動させる際、電源事情の影響を受けにくいという利点がある。

さらに、四方弁駆動回路３が備えるリレー３１の個数は１個で足りるため、２個以上のリレーを設ける構成に比べて、リレー３１の接点溶着が起こる可能性が低くなる。したがって、本実施形態によれば、四方弁駆動装置Ｇを含む空気調和機Ｓの信頼性を従来よりも高めることができる。

≪変形例≫
以上、本発明に係る四方弁駆動装置Ｇについて実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、実施形態では、電力の順変換を行う「順変換回路」がコンバータ回路１（図２参照）である場合について説明したが、これに限らない。すなわち、「順変換回路」として、複数のダイオード（図示せず）がブリッジ形に接続されてなる回路、及び平滑コンデンサ（図示せず）を備えた整流回路を用いてもよい。つまり、コンバータ回路１の代わりに整流回路を備えている機種の空気調和機にも、実施形態を適用できる。

また、コンバータ回路１の出力側の直流電圧に基づいて、制御回路４がＰＷＭ制御を行う際のオンデューティを調整するようにしてもよい。例えば、コンバータ回路１の出力側の直流電圧が所定範囲内である場合、制御回路４は、図８の階段状の実線で示す基準オンデューティに基づいて、ＰＷＭ制御を実行する。
また、コンバータ回路１の出力側の直流電圧が、前記した所定範囲よりも高い場合、制御回路４は、図８に示す時々刻々の基準オンデューティに所定値（１よりも小さい値）を乗算してなる第２のオンデューティ（図示せず）に基づいて、ＰＷＭ制御を実行する。

つまり、制御回路４は、コンバータ回路１の出力側の直流電圧が高いほど、ＰＷＭ制御を行う際のオンデューティを所定の基準オンデューティ（図８の階段状の実線）よりも小さくする。これによって、直流電圧が比較的高い場合でも、適切な大きさの電磁力で四方弁１７の弁体１７ｂを移動させることができる。なお、コンバータ回路１の出力側には、直流電圧を検出する直流電圧検出部（図示せず）が設けられているものとする。

また、実施形態では、四方弁コイル３６を介した電流の通電／遮断を切り替える「スイッチング素子」がＭＯＳＦＥＴ３４，３５である場合について説明したが、これに限らない。例えば、前記した「スイッチング素子」として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といった他の種類の能動素子を用いてもよい。なお、トランジスタ３２，３３についても同様のことがいえる。

また、実施形態では、四方弁駆動回路３がトランジスタ３２，３３を備える構成について説明したが、これに限らない。すなわち、トランジスタ３２，３３に替えて、周知のドライバＩＣ（Integrated Circuit）を用いてもよい。

また、四方弁１７の定格電圧等が既知であれば、設計者が制御回路４に各設定値を記憶させる際、次のように設定してもよい。すなわち、四方弁１７の定格電圧が低いほど、ＰＷＭ制御を行う際のオンデューティを所定の基準オンデューティ（図８の階段状の実線）よりも小さくするように制御回路４が設定されてもよい。例えば、ＡＣ２００Ｖの交流電源Ｅ（図２参照）を用いて、ＡＣ１００Ｖ用の四方弁１７を駆動する場合、ＭＯＳＦＥＴ３４，３５のＰＷＭ制御を行う際のオンデューティが、所定の基準オンデューティ（図８の階段状の実線）の５０％程度に設定されてもよい。これによって、ＡＣ２００Ｖの交流電源Ｅを用いて、ＡＣ１００Ｖ用の四方弁１７を駆動できる。

また、交流電源Ｅ（図２参照）の電源電圧を検出する電源電圧検出部（図示せず）を設けるとともに、四方弁コイル３６を介した駆動電流を検出する駆動電流検出部（図示せず）を設けてもよい。そして、前記した電源電圧検出部や駆動電流検出部の検出値に基づいて、制御回路４が、四方弁コイル３６の抵抗値を算出し、四方弁１７の型式（定格電圧等）を特定するようにしてもよい。この場合において、制御回路４は、電源電圧や四方弁１７の型式に基づき、ＭＯＳＦＥＴ３４，３５のＰＷＭ制御を行う際のオンデューティを調整する。

また、実施形態で説明した四方弁駆動回路３の構成は、四方弁１７の他にも、三方弁（図示せず）といった他の種類の「電磁弁」にも適用可能である。
また、実施形態では、室内機Ｕｉ（図１参照）及び室外機Ｕｏ（図１参照）が一台ずつ設けられた構成の空気調和機Ｓについて説明したが、これに限らない。例えば、複数台の室外機を備えるマルチ型の空気調和機にも各実施形態を適用できる。

また、実施形態では、四方弁駆動回路３を備える空気調和機Ｓ（冷凍サイクル装置：図１参照）について説明したが、給湯機や空調給湯装置といった他の「冷凍サイクル装置」にも適用可能である。

また、実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した機構や構成は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての機構や構成を示しているとは限らない。

１ コンバータ回路（順変換回路）
２ インバータ回路
３ 四方弁駆動回路（弁駆動回路）
４ 制御回路
１１ 圧縮機
１２ 室外熱交換器（凝縮器／蒸発器）
１３ 室外ファン
１４ 室内熱交換器（蒸発器／凝縮器）
１５ 室内ファン
１６ 膨張弁
１７ 四方弁（電磁弁）
１７ａ 本体
１７ｂ 弁体
３１ リレー
３１ａ 固定接点（第１固定接点）
３１ｂ 固定接点（第２固定接点）
３１ｃ 可動接点
３２ トランジスタ
３３ トランジスタ
３４ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子、第１スイッチング素子）
３５ ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子、第２スイッチング素子）
３６ 四方弁コイル（コイル）
Ｅ 交流電源
ｆａ 配線
Ｇ 四方弁駆動装置
Ｑ 冷媒回路
Ｓ 空気調和機（冷凍サイクル装置）

Claims (4)

1. 電力の順変換を行う順変換回路から直流電圧が印加され、コイルへの通電によって電磁弁の弁体を移動させる弁駆動回路と、
   前記弁駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記弁駆動回路は、前記コイルを有するとともに、当該コイルを介した所定の電流経路に設けられるスイッチング素子を有し、
   前記制御回路は、パルス幅変調制御に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御し、前記コイルに通電させ、
   前記コイルを介して、所定の向きに電流が流れる第１電流経路と、
   前記コイルを介して、前記所定の向きとは逆向きに電流が流れる第２電流経路と、が前記電流経路に含まれ、
   前記第１電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第１スイッチング素子と、
   前記第２電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第２スイッチング素子と、が前記スイッチング素子に含まれ、
   前記第１電流経路及び前記第２電流経路のうち、電流を流す経路を選択的に切り替える機械式のリレーをさらに備え、
   前記リレーは、第１固定接点と、第２固定接点と、を有するとともに、前記第１固定接点及び前記第２固定接点の一方に電気的に接続される可動接点を有し、
   前記第１固定接点と前記第２固定接点とを接続する配線に前記コイルが設けられ、
   前記配線において前記コイルよりも前記第１固定接点側は、前記第１スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、
   前記配線において前記コイルよりも前記第２固定接点側は、前記第２スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、
   前記可動接点は、前記順変換回路の正側に接続され、
   前記制御回路は、
   前記第１電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第１スイッチング素子のオン／オフを制御し、
   前記第２電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第２スイッチング素子のオン／オフを制御する弁駆動装置。
2. 前記制御回路は、前記順変換回路の出力側の直流電圧が高いほど、前記パルス幅変調制御を行う際のオンデューティを所定の基準オンデューティよりも小さくすること
   を特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
3. 前記電磁弁の定格電圧が低いほど、前記パルス幅変調制御を行う際のオンデューティを所定の基準オンデューティよりも小さくするように前記制御回路が設定されていること
   を特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
4. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が、四方弁を介して順次接続されてなる冷媒回路と、
   前記四方弁を駆動する弁駆動装置と、を含み、
   前記弁駆動装置は、
   電力の順変換を行う順変換回路から直流電圧が印加され、コイルへの通電によって前記四方弁の弁体を移動させる弁駆動回路と、
   前記弁駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記弁駆動回路は、前記コイルを有するとともに、当該コイルを介した所定の電流経路に設けられるスイッチング素子を有し、
   前記制御回路は、パルス幅変調制御に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御し、前記コイルに通電させ、
   前記コイルを介して、所定の向きに電流が流れる第１電流経路と、
   前記コイルを介して、前記所定の向きとは逆向きに電流が流れる第２電流経路と、が前記電流経路に含まれ、
   前記第１電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第１スイッチング素子と、
   前記第２電流経路を介した電流の通電／遮断を切り替える第２スイッチング素子と、が前記スイッチング素子に含まれ、
   前記第１電流経路及び前記第２電流経路のうち、電流を流す経路を選択的に切り替える機械式のリレーをさらに備え、
   前記リレーは、第１固定接点と、第２固定接点と、を有するとともに、前記第１固定接点及び前記第２固定接点の一方に電気的に接続される可動接点を有し、
   前記第１固定接点と前記第２固定接点とを接続する配線に前記コイルが設けられ、
   前記配線において前記コイルよりも前記第１固定接点側は、前記第１スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、
   前記配線において前記コイルよりも前記第２固定接点側は、前記第２スイッチング素子を介して、前記順変換回路の負側に接続され、
   前記可動接点は、前記順変換回路の正側に接続され、
   前記制御回路は、
   前記第１電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第１スイッチング素子のオン／オフを制御し、
   前記第２電流経路を介して電流を流す場合には、前記パルス幅変調制御に基づいて、前記第２スイッチング素子のオン／オフを制御する冷凍サイクル装置。

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