JP7395029B2 - 電力変換装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、平滑コンデンサを有する電力変換装置及び空気調和装置に関する。

空気調和装置は、室内機及び室外機におけるそれぞれの熱交換機の間で、冷媒を循環させることで室外と室内との間の熱交換を実現している。冷媒は、主に空気調和装置の室外機に搭載される圧縮器によって圧縮される。圧縮機は、インバータ回路で駆動される。インバータ回路は、直流電圧を交流電圧に変換する回路である。インバータ回路には、入力電圧である母線電圧を安定化する目的で平滑コンデンサが並列に接続される。平滑コンデンサは、高耐圧且つ大容量であることが要求される。この要求のため、平滑コンデンサには、電解コンデンサが用いられることが多い。

電解コンデンサは、他の種類のコンデンサに比べてサイズが大型化する。また、インバータ回路の出力電力が大きくなる程、大容量の電解コンデンサが必要になる。コンデンサの容量を大きくする場合、通常はコンデンサを並列に接続する。一方、インバータ回路を含む電力変換主回路を搭載するプリント基板の大きさは、空気調和装置の筐体の物理的なサイズ制限を受ける。また、プリント基板では、取り数を最大にするために、経済寸法という概念の制約が発生する。取り数とは、１つの定尺の基板から取得できるプリント基板の数である。これらの制約から、インバータ回路の出力電力が大きくなると、母線電圧を安定化する電解コンデンサが１枚の基板に搭載できないという課題が発生することがある。この課題に対し、下記特許文献１には、第１の基板とは異なる第２の基板にコンデンサを搭載する構成が開示されている。即ち、特許文献１の技術では、基板の制約に対応するため、コンデンサを搭載する別基板が設けられている。

特開２０１４－１３８４４２号公報

インバータ回路を含む電力変換主回路が搭載されるメイン基板と、コンデンサが搭載されるコンデンサ基板とを分離すると、互いの基板間で配線接続を誤るリスクが生じる。一方、メイン基板とコンデンサ基板との間の配線が外れていたとしても、動作の安定性は損なわれるが、空気調和装置として動作を継続する場合がある。その理由は、インバータ回路に入力される母線電圧は、コンデンサによる平滑が不十分ではあるものの、インバータ回路には空気調和装置の動作に必要な電力が供給されるからである。

上記のような、配線接続が不良の状態で空気調和装置を動作させた場合、突発的な動作停止、故障の発生、製品寿命の劣化といった様々な不具合が発生するリスクがある。この種の不具合は、空気調和装置の施工後に顕在化する不具合であり、未然に防ぐことが求められる。なお、母線電圧を監視するという手法で対応することも考えられる。しかしながら、空気調和装置が軽負荷で動作している場合には、母線電圧の変動が小さくなるので、装置の動作は正常であると判断してしまう懸念があり、十分な対応策とは言い難い。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑コンデンサが複数の基板に搭載される電力変換装置において、基板間の配線接続不良に起因する不具合を未然に防止できる電力変換装置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、本開示に係る電力変換装置は、コンバータ回路、平滑コンデンサ、インバータ回路及び制御部を備える。コンバータ回路は、交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサは、コンバータ回路の出力を平滑する。インバータ回路は、平滑コンデンサから得られる直流電圧を負荷への交流電圧に変換する。制御部は、少なくともインバータ回路の動作を制御する。平滑コンデンサは、第１の基板に搭載される第１のコンデンサと、第１の基板とは異なる第２の基板に搭載される第２のコンデンサとを有する。第２のコンデンサの動作状態を表す物理量の検出値が制御部に入力され、制御部は、物理量の検出値に基づいてインバータ回路を駆動する駆動信号の出力を許可するか否かを決定する。

本開示に係る電力変換装置によれば、平滑コンデンサが複数の基板に搭載される電力変換装置において、基板間の配線接続不良に起因する不具合を未然に防止できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態１における誤接続検出処理の説明に供するフローチャート 実施の形態１における制御部の機能を実現するハードウェア構成の例を示す図 実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す図 実施の形態２における誤接続検出処理の説明に供するフローチャート 実施の形態３に係る空気調和装置の構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る電力変換装置及び空気調和装置について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置５０の構成例を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置５０は、交流電源１から印加される電源電圧を所望の振幅及び周波数を有する交流電圧に変換して負荷４０に印加する。負荷４０は、モータ７を備える。負荷４０の一例は空気調和装置であり、モータ７の例は空気調和装置に搭載される圧縮機モータ又はファンモータである。

図１において、電力変換装置５０における主要な回路である電力変換主回路の構成要素は、第１の基板であるメイン基板１２と、第２の基板であるコンデンサ基板１３とに分けて搭載されている。具体的に、メイン基板１２には、コンバータ回路２０と、第１のコンデンサである平滑コンデンサ４と、インバータ回路３０と、制御部５とが搭載されている。また、コンデンサ基板１３には、第２のコンデンサである平滑コンデンサ１７が搭載されている。制御部５の図示しない基準端子は、平滑コンデンサ４の負極と同電位に接続される。

平滑コンデンサ１７は、平滑コンデンサ４の容量を増やすために設けられており、平滑コンデンサ４に対して電気的に並列に接続される。負荷４０が空気調和装置である場合、平滑コンデンサ４，１７には数１００Ｖの電圧が印加されるので、大容量のものが必要とされる。このため、平滑コンデンサ４，１７には、電解コンデンサが使用されることが多い。

平滑コンデンサ１７を設けることで、インバータ回路３０に印加される直流電圧が安定化する。また、平滑コンデンサ１７を設けると、平滑コンデンサ４に流出入する電流のリップルが分散される。このため、平滑コンデンサ１７がない場合と比較して、平滑コンデンサ４の発熱が抑制される。

コンバータ回路２０は、交流電源１から印加される交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサ４，１７は、コンバータ回路２０の出力を平滑する。インバータ回路３０は、平滑コンデンサ４，１７から得られる直流電圧を負荷４０への交流電圧に変換する。制御部５は、コンバータ回路２０及びインバータ回路３０の動作を制御する。

コンバータ回路２０は、整流回路２と、昇圧回路３とを有する。整流回路２は、ブリッジ接続される整流ダイオード２ａを複数用いて構成される。なお、整流回路２における整流ダイオード２ａの配置及び接続は公知であり、ここでの説明は省略する。昇圧回路３は、整流回路２が出力する整流電圧を昇圧する機能を有する。

昇圧回路３は、リアクトル８と、スイッチング素子９と、ゲート駆動回路１０と、逆流防止用ダイオード１１とを有する。ゲート駆動回路１０の図示しない基準端子は接地される。スイッチング素子９及び逆流防止用ダイオード１１は、高電位側の直流母線２２ａ上に配置される。リアクトル８は、一端が整流回路２に接続され、他端が逆流防止用ダイオード１１のアノードに接続される。スイッチング素子９は、一端がリアクトル８と逆流防止用ダイオード１１との接続点に接続され、他端が低電位側の直流母線２２ｂに接続される。直流母線２２ｂは接地される。

スイッチング素子９の一例はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、スイッチング素子９の他の例はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子９がＩＧＢＴである場合、一端はコレクタであり、他端はエミッタである。スイッチング素子９がＭＯＳＦＥＴである場合、一端はドレインであり、他端はソースである。

昇圧回路３では、ゲート駆動回路１０から出力される駆動信号によって、スイッチング素子９がオン又はオフに制御される。ゲート駆動回路１０の動作は、制御部５によって制御される。即ち、スイッチング素子９のオン動作又はオフ動作は、制御部５から出力される制御信号に基づいて制御される。

スイッチング素子９がオンに制御されると、整流電圧はリアクトル８を介して短絡される。この動作は「電源短絡動作」と呼ばれる。スイッチング素子９がオフに制御されると、整流電圧は、リアクトル８及び逆流防止用ダイオード１１を介して平滑コンデンサ４，１７に印加される。この動作は通常の整流動作である。このとき、リアクトル８にエネルギーが蓄積されていれば、整流電圧とリアクトル８に発生する電圧とが加算された電圧が平滑コンデンサ４，１７に印加される。

昇圧回路３は、電源短絡動作と整流動作とを交互に繰り返すことによって、整流電圧を昇圧する。この動作は「昇圧動作」と呼ばれる。昇圧動作によって、平滑コンデンサ４，１７の電圧は、交流電源１の電圧である電源電圧よりも高い電圧に昇圧される。また、昇圧動作によって、交流電源１とコンバータ回路２０との間に流れる電流の力率が改善される。一方、スイッチング素子９が常時オフの場合、整流回路２から出力される電圧は昇圧されずに出力される。なお、整流電圧を昇圧する必要がない場合、昇圧回路３は省略してもよい。

インバータ回路３０は、平滑コンデンサ４，１７から得られる直流電圧を負荷４０への交流電圧に変換して、負荷４０のモータ７に印加する。インバータ回路３０は、トランジスタ素子とダイオードとが逆並列に接続されたスイッチング素子６を複数用いて構成される。図示のモータ７は三相モータであり、インバータ回路３０には上下アームのスイッチング素子６が直列に接続されたレグが３つ構成され、３つのレグが互いに並列に接続される。３つのレグを構成する６個のスイッチング素子６は、１つのパッケージに封止されてＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）モジュールとして構成されることが多いが、これに限定されない。６個のスイッチング素子６は、一つずつが独立したディスクリート部品であってもよい。

インバータ回路３０がＩＰＭである場合、ＩＰＭ内のスイッチング素子６を駆動する駆動信号は、制御部５から出力される。即ち、スイッチング素子６のオン動作又はオフ動作は、制御部５から出力される駆動信号によって制御される。

メイン基板１２は、第１の端子１４ａと、第２の端子１４ｂと、第６の端子１４ｃとを有する。コンデンサ基板１３は、第３の端子１５ａと、第４の端子１５ｂと、第５の端子１５ｃとを有する。また、コンデンサ基板１３は、第３の端子１５ａと第４の端子１５ｂとの間に直列に接続される分圧抵抗である抵抗１６ａ，１６ｂを有する。

第１の端子１４ａは、平滑コンデンサ４の正極と同電位に接続される。第２の端子１４ｂは、平滑コンデンサ４の負極と同電位に接続される。第３の端子１５ａは、平滑コンデンサ１７の正極と同電位に接続される。第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとは、第１の配線である配線１９ａで接続される。第４の端子１５ｂは、平滑コンデンサ１７の負極と同電位に接続される。第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとは、第２の配線である配線１９ｂで接続される。第５の端子１５ｃは、抵抗１６ａと抵抗１６ｂとの接続点と同電位に接続される。第６の端子１４ｃと第５の端子１５ｃとは、第３の配線である配線１９ｃで接続される。第６の端子１４ｃは、制御部５と接続される。

図１では、第３の端子１５ａと第４の端子１５ｂとの間に直列に接続される抵抗の数を２としているが、これに限定されない。平滑コンデンサ１７の電圧の分圧電圧が得られる構成であれば、どのような構成でもよい。即ち、抵抗の数は複数であればよい。なお、抵抗の数が３以上である場合、分圧電圧を得る抵抗同士の接続点から見て、高電位側に位置する抵抗を「第１の抵抗」と呼び、低電位側に位置する抵抗を「第２の抵抗」と呼ぶことがある。

上記のように、実施の形態１に係る電力変換装置５０では、インバータ回路３０に安定した直流電圧を印加する平滑コンデンサの構成要素が、メイン基板１２とコンデンサ基板１３とに分けて搭載されている。このため、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との接続に誤りが生じるおそれがある。ところが、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との接続に誤りがあり、平滑コンデンサ４と平滑コンデンサ１７とが電気的に並列に接続されていない場合でも、インバータ回路３０に直流電圧を印加する回路構成は成立してしまう。以下、電力変換装置５０を空気調和装置に用いた場合について考える。

メイン基板１２とコンデンサ基板１３との接続が誤っている状態で空気調和装置を動作させた場合、平滑コンデンサ４の容量が小さい程、又は圧縮機モータであるモータ７に流れる電流が増加する程、平滑コンデンサ４の電圧変動が大きくなる。ところが、空気調和装置が軽負荷で動作している場合、平滑コンデンサ４の電圧変動が小さくなり、装置の動作は正常であると判断して、モータ７を駆動し続ける可能性がある。モータ７を駆動し続けると、平滑コンデンサ４に流れるリップル電流は想定より多く流れることになり、平滑コンデンサ４の温度が上昇する。平滑コンデンサ４に多用される電解コンデンサは、有寿命部品である。電解コンデンサは、一般的に温度が１０℃上昇すると寿命が半減するというアレニウスの式に従うと言われている。従って、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との接続に誤りがあると、モータ７が正常に駆動できない懸念があり、仮に、モータ７を駆動できても製品寿命が著しく劣化する原因となる。このため、実施の形態１に係る電力変換装置５０には、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との間の誤接続を検出する機能が付加されている。

次に、実施の形態１における誤接続検出処理について説明する。図２は、実施の形態１における誤接続検出処理の説明に供するフローチャートである。図２の処理は、制御部５の制御下で実施される。

まず、制御部５は、コンデンサ基板１３における第５の端子１５ｃの電圧情報を取得する（ステップＳ１１）。

前述したとおり、第５の端子１５ｃは、抵抗１６ａと抵抗１６ｂとの接続点に接続されている。ここで、抵抗１６ａ，１６ｂの抵抗値を、それぞれ「Ｒａ」、「Ｒｂ」とし、平滑コンデンサ１７の両端電圧を「Ｖａ」とする。このとき、第４の端子１５ｂを基準とする第５の端子１５ｃの電圧Ｖｃは、以下の（１）式で表すことができる。

Ｖｃ＝Ｖａ×Ｒｂ÷（Ｒａ＋Ｒｂ）…（１）

実施の形態１において、第４の端子１５ｂを基準とする第５の端子１５ｃの電圧Ｖｃは、平滑コンデンサ１７の動作状態を表す物理量の一例である。

前述したように、第６の端子１４ｃは、第５の端子１５ｃと配線で接続され、且つ制御部５とも接続されている。これにより、制御部５は、第６の端子１４ｃを介して、平滑コンデンサ１７の電圧情報となる第５の端子１５ｃの電圧Ｖｃを常時取得することができる。

制御部５は、取得した電圧情報が既定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。取得した電圧情報が既定の範囲内にない場合（ステップＳ１２、Ｎｏ）、制御部５は、ステップＳ１１に戻って電圧情報の取得処理を継続する。一方、取得した電圧情報が既定の範囲内にある場合（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、インバータ回路３０に対する駆動信号の出力が許可され（ステップＳ１３）、電力変換装置５０は通常制御モードに移行する（ステップＳ１４）。これにより、制御部５の内部で生成された駆動信号はインバータ回路３０に出力され、インバータ回路３０が動作を開始する。

第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとを接続する配線１９ａの接続が不良である場合、若しくは外れている場合、平滑コンデンサ１７を充電する電流経路がなくなるので、平滑コンデンサ１７は充電されない。従って、平滑コンデンサ１７の両端電圧Ｖａは“０Ｖ”であり、制御部５に入力される電圧情報である第５の端子１５ｃの電圧Ｖｃも“０Ｖ”である。このため、取得した電圧情報が既定の範囲内にないので、インバータ回路３０を駆動する駆動信号は制御部５から出力されない。第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとを接続する配線１９ｂの接続が不良である場合、若しくは外れている場合も同様である。

また、第６の端子１４ｃと第５の端子１５ｃとを接続する配線１９ｃの接続が不良である場合、若しくは外れている場合、配線１９ａ，１９ｂの接続が不良でなければ、平滑コンデンサ１７は充電される。しかしながら、平滑コンデンサ１７の電圧情報が制御部５に伝達されないので、制御部５の認識値は“０Ｖ”になる。従って、制御部５が認識する電圧情報が既定の範囲内にないので、インバータ回路３０を駆動する駆動信号は制御部５から出力されない。

なお、図１ではメイン基板１２とコンデンサ基板１３とを接続するための各端子は、全て独立した形態で図示しているが、これに限定されない。同じ基板中の各端子は、複数極を有するコネクタでまとめることもできる。この際、例えば第１の端子１４ａ、第２の端子１４ｂ及び第６の端子１４ｃを１つのコネクタとしてもよい。或いは、第１の端子１４ａ及び第２の端子１４ｂを１つのコネクタに纏め、第６の端子１４ｃを独立したコネクタとして合計２個のコネクタで構成してもよい。また、他の形態でもよく、組み合わせは任意である。

また、平滑コンデンサ１７は、一般的に電解コンデンサを使用することが多い。電解コンデンサには極性が有るため、電解コンデンサに逆極性の電圧を印加すると、破裂又は膨張弁の開放により、気化した電解液の噴出が発生することがある。このため、更に極性の誤接続を防止する施策を講じることが望ましい。

まず、基板間の接続において、上述した誤接続が発生する可能性を施工手順書等に記載しておくことが望ましい。施工手順書等に記載しておくことで、製品の製造時にメイン基板１２とコンデンサ基板１３との間の配線接続に不備があった場合でも、施工時に修理することが可能となる。

また、例えば、第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとを接続する配線１９ａと、第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとを接続する配線１９ｂとを異なる配線色にすることが考えられる。この例によれば、施工業者に注意喚起を促すことができる。

また、例えば、第１の端子１４ａ及び第３の端子１５ａにはねじで締結する端子を使用し、第２の端子１４ｂ及び第４の端子１５ｂには雌雄のコネクタで勘合する構造を採用してもよい。或いは、これらの端子間では、対応するねじ径が異なる端子の組み合わせにするようにしてもよいし、異なる組み合わせでは物理的に接続できない構造としてもよい。即ち、第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとによる組み合わせ、及び第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとによる組み合わせに対し、これらの各端子間では、異なる組み合わせでは物理的に接続できない構造とする。このような構造とすれば、誤接続が生起する可能性を更に小さくすることができる。

また、前述したように、第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとは配線１９ａで接続され、第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとは配線１９ｂで接続される。このとき、例えば第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとによる端子対、及び第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとによる端子対に対し、配線１９ａ，１９ｂのうちの少なくとも一方の配線は、接続が想定されていない端子対には接続できないように構成してもよい。このように構成しても、誤接続が生起する可能性を更に小さくすることができる。

次に、実施の形態１における制御部５の機能を実現するハードウェア構成について説明する。図３は、実施の形態１における制御部５の機能を実現するハードウェア構成の例を示す図である。

実施の形態１における制御部５の機能を実現する場合には、図３に示されるように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、信号の入出力を行うインタフェース２０４、及び判定結果を表示する表示器２０５を含む構成とすることができる。

プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

メモリ２０２には、実施の形態１における制御部５の機能を実行するプログラム、誤接続を判定するための判定値が保存されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行し、メモリ２０２に格納された判定値をプロセッサ２００が参照することにより、上述した誤接続検出処理を行う。プロセッサ２００による演算結果は、メモリ２０２に記憶することができる。また、プロセッサ２００の処理結果を表示器２０５に表示することもできる。なお、表示器２０５は、制御部５の外部に備えられていてもよい。

表示器２０５の典型的な例は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）表示器又は７セグメント表示器である。取得した電圧情報が既定の範囲内にない場合、ＬＥＤを点灯させたり、７セグメント表示器にエラーコードを表示させたりすることで、施工業者に対し、簡易且つ迅速に異常の有無を報知することができる。なお、これらの表示器に代え、又は、これらの表示器と併用して液晶ディスプレイなどを用いてもよい。

以上に説明した仕組みにより、メイン基板１２とコンデンサ基板１３とが正しく配線で接続され、平滑コンデンサ１７が設定された電圧に充電されたときにのみ、インバータ回路３０の駆動が可能になる。これにより、施工業者が試運転を行う際に、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との間の接続不良を認識することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換装置は、平滑コンデンサは、第１及び第２のコンデンサを有し、第１のコンデンサは第１の基板に搭載され、第２のコンデンサは第１の基板とは異なる第２の基板に搭載される。制御部は、第２のコンデンサの動作状態を表す物理量の検出値に基づいて、インバータ回路を駆動する駆動信号の出力を許可するか否かを決定する。これにより、基板間の配線接続不良に起因する不具合を未然に防止できるという効果を得ることができる。なお、実施の形態１において、物理量の検出値は、コンデンサ基板における第５の端子の電圧、即ち第２のコンデンサの両端電圧の分圧電圧とすることができる。これにより、物理量の検出値を簡易、且つ確実に取得することができる。

また、実施の形態１に係る電力変換装置によれば、物理量の検出値が既定の範囲内にない場合、その旨を表す情報を表示器に表示することができる。これにより、実施の形態１に係る電力変換装置が搭載された製品を設置する施工業者に対し、誤配線の発生の有無を簡易且つ迅速に報知することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る電力変換装置５０Ａの構成例を示す図である。実施の形態２に係る電力変換装置５０Ａでは、図１に示す実施の形態１に係る電力変換装置５０の構成において、メイン基板１２がメイン基板１２Ａに置き替えられ、コンデンサ基板１３がコンデンサ基板１３Ａに置き替えられ、制御部５が制御部５Ａに置き替えられている。メイン基板１２Ａでは第６の端子１４ｃが削除され、コンデンサ基板１３Ａでは第５の端子１５ｃが削除されている。また、メイン基板１２Ａとコンデンサ基板１３Ａとの間では、配線１９ｃが削除される一方で、配線１９ａには電流センサ１８が設けられている。その他の構成は、図１に示す電力変換装置５０と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。

図４の構成において、電流センサ１８は、配線１９ａに流れる電流、即ち第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとの間に流れる電流を検出する。電流センサ１８によって検出された電流情報は、制御部５Ａに入力される。電流センサ１８としては、直流電流トランス（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＤＣＣＴ）又は交流電流トランス（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＡＣＣＴ）を用いることができる。

次に、実施の形態２における誤接続検出処理について説明する。図５は、実施の形態２における誤接続検出処理の説明に供するフローチャートである。図５の処理は、制御部５の制御下で実施される。

まず、制御部５は、電流センサ１８によって検出される電流情報を取得する（ステップＳ２１）。実施の形態２において、配線１９ａに流れる電流は、平滑コンデンサ１７の動作状態を表す物理量の一例である。

前述したように、電流センサ１８の検出値は、制御部５に入力されるように構成されている。これにより、制御部５は、電流センサ１８を介して、平滑コンデンサ１７の動作状態を表す電流情報を常時取得することができる。

制御部５は、取得した電流情報が既定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。取得した電流情報が既定の範囲内にない場合（ステップＳ２２、Ｎｏ）、制御部５は、ステップＳ２１に戻って電流情報の取得処理を継続する。一方、取得した電流情報が既定の範囲内にある場合（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）、インバータ回路３０に対する駆動信号の出力が許可され（ステップＳ２３）、電力変換装置５０は通常制御モードに移行する（ステップＳ２４）。これにより、制御部５の内部で生成された駆動信号はインバータ回路３０に出力され、インバータ回路３０が動作を開始する。

第１の端子１４ａと第３の端子１５ａとを接続する配線１９ａの接続が不良である場合、若しくは外れている場合、平滑コンデンサ１７を充電する電流経路がなくなるので、平滑コンデンサ１７は充電されない。従って、平滑コンデンサ１７には充電電流が流れず、制御部５に入力される電流センサ１８の検出値は“０Ａ”である。このため、取得した電流情報が既定の範囲内にないので、インバータ回路３０を駆動する駆動信号は制御部５から出力されない。第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとを接続する配線１９ｂの接続が不良である場合、若しくは外れている場合も同様である。

なお、図４では、電流センサ１８は配線１９ａに流れる電流を検出するように構成されているが、これに限定されない。この構成に代え、電流センサ１８は、配線１９ｂ、即ち第２の端子１４ｂと第４の端子１５ｂとの間に流れる電流を検出するように構成されていてもよい。

以上に説明した仕組みにより、メイン基板１２とコンデンサ基板１３とが正しく配線で接続され、平滑コンデンサ１７が設定された電圧に充電されたときにのみ、インバータ回路３０の駆動が可能になる。これにより、施工業者が試運転を行う際に、メイン基板１２とコンデンサ基板１３との間の接続不良を認識することができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る電力変換装置は、平滑コンデンサは、第１及び第２のコンデンサを有し、第１のコンデンサは第１の基板に搭載され、第２のコンデンサは第１の基板とは異なる第２の基板に搭載される。制御部は、第２のコンデンサの動作状態を表す物理量の検出値に基づいて、インバータ回路を駆動する駆動信号の出力を許可するか否かを決定する。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態２において、物理量の検出値は、メイン基板における第１の端子とコンデンサ基板における第３の端子との間に流れる電流、又はメイン基板における第２の端子とコンデンサ基板における第４の端子との間に流れる電流とすることができる。これにより、物理量の検出値を簡易、且つ確実に取得することができる。

また、実施の形態２に係る電力変換装置によれば、物理量の検出値が既定の範囲内にない場合、その旨を表す情報を表示器に表示することができる。これにより、実施の形態２に係る電力変換装置が搭載された製品を設置する施工業者に対し、誤配線の発生の有無を簡易且つ迅速に報知することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２で説明した電力変換装置を、空気調和装置に適用した例について説明する。図６は、実施の形態３に係る空気調和装置１００の構成例を示す図である。空気調和装置１００は、室外機６７と、室内機６８と、空調制御部６９と、を備える。室外機６７は、交流電源１に接続されている。室外機６７は、電力変換装置５０と、圧縮機６０と、四方弁６２と、熱源側熱交換器６３と、熱源側膨張弁６４と、を備える。室内機６８は、負荷側膨張弁６５と、負荷側熱交換器６６と、を備える。圧縮機６０は、モータ７を駆動源とする圧縮要素６１を備える。図６では、電力変換装置５０を例示しているが、実施の形態２で説明した電力変換装置５０Ａに置き替えてもよい。

空気調和装置１００では、圧縮機６０、四方弁６２、熱源側熱交換器６３、熱源側膨張弁６４、負荷側膨張弁６５、負荷側熱交換器６６、四方弁６２、そして、圧縮機６０の順に冷媒配管７０によって接続された冷媒回路が構成されている。空気調和装置１００では、冷媒回路に冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。空気調和装置１００は、圧縮機６０によって冷凍サイクルの冷媒を圧縮する。図６では図示していないが、圧縮機６０の吸入側に過剰な冷媒を貯留するアキュームレータを設けてもよい。冷媒回路を制御するにあたり、空調制御部６９は、四方弁６２、熱源側膨張弁６４、及び負荷側膨張弁６５を制御する。なお、図６に示す冷凍サイクルの構成は一例であり、必ずしも同じ冷凍サイクルの構成でなくてもよい。

次に、図６に示される空気調和装置１００の動作について、冷房運転を例に説明する。暖房運転については詳細を省略するが、四方弁６２における流路の切り替えによって暖房運転も実現できる。冷房運転に際し、四方弁６２は予め圧縮機６０から吐出された冷媒が熱源側熱交換器６３へ向かうように、且つ、負荷側熱交換器６６から流出した冷媒が圧縮機６０へ向かうように流路を切り替えているものとする。

電力変換装置５０によってモータ７を駆動することで、モータ７に連結した圧縮要素６１が冷媒を高温高圧の冷媒に圧縮する。圧縮機６０は、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機６０から吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁６２を経由して、熱源側熱交換器６３へ流入し、熱源側熱交換器６３において外部の空気と熱交換して放熱される。熱源側熱交換器６３から流出した冷媒は、熱源側膨張弁６４において膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった冷媒は、負荷側膨張弁６５において膨張及び減圧されて、負荷側熱交換器６６へ流入し、空調対象空間の空気と熱交換して蒸発し、低温低圧の冷媒となって、負荷側熱交換器６６から流出する。負荷側熱交換器６６から流出した冷媒は、四方弁６２を経由して、圧縮機６０に吸入され、再び圧縮される。空気調和装置１００では、以上の動作が繰り返される。

なお、電力変換装置５０の主にインバータ回路３０を冷却する目的で、インバータ回路３０が搭載されるメイン基板１２を冷却プレートに接触させてもよい。更に、この冷却プレートに冷媒配管７０を接触させて、冷媒配管７０に流れる冷媒にインバータ回路３０における発熱を吸熱させるようにしてもよい。このようにすれば、インバータ回路３０の温度上昇を効率的に抑制できる。

また、図６に示す空気調和装置１００では、熱源側膨張弁６４を室外機６７に備え、負荷側膨張弁６５を室内機６８に備える構成としている。これらの構成は、電力変換装置５０の冷却能力を２つの膨張弁である熱源側膨張弁６４及び負荷側膨張弁６５のそれぞれで独立に制御可能なようにするためである。これらの構成は、冷媒を細やかに制御するのに適しており、冷媒を効率よく制御できる。なお、図６の構成は一例であり、必ずしも２つの膨張弁を備える構成にしなくてもよく、膨張弁を室内機６８又は室外機６７のうちの何れか一方に備える構成としてもよい。

実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２に係る電力変換装置５０，５０Ａを、空気調和装置１００に適用した例を示したが、これらに限定されない。実施の形態１及び実施の形態２に係る電力変換装置５０，５０Ａを、空気調和装置１００の他、ヒートポンプ装置、冷凍装置などの冷凍サイクルを有する機器に適用することができる。また、モータの回転力によって駆動力を得る乾燥機、洗濯機、掃除機などの圧縮機を搭載していない製品への適用も可能であり、ファンモータなどへの適用も可能である。

以上説明したように、実施の形態３に係る空気調和装置によれば、実施の形態１及び実施の形態２に係る電力変換装置を適用することで、空気調和装置を大容量化でき、空調能力が高く、且つ、損失の小さい空気調和装置を実現することができるという効果が得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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 交流電源、２ 整流回路、２ａ 整流ダイオード、３ 昇圧回路、４，１７ 平滑コンデンサ、５，５Ａ 制御部、６，９ スイッチング素子、７ モータ、８ リアクトル、１０ ゲート駆動回路、１１ 逆流防止用ダイオード、１２，１２Ａ メイン基板、１３，１３Ａ コンデンサ基板、１４ａ 第１の端子、１４ｂ 第２の端子、１４ｃ 第６の端子、１５ａ 第３の端子、１５ｂ 第４の端子、１５ｃ 第５の端子、１６ａ，１６ｂ 抵抗、１８ 電流センサ、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ 配線、２０ コンバータ回路、２２ａ，２２ｂ 直流母線、３０ インバータ回路、４０ 負荷、５０，５０Ａ 電力変換装置、６０ 圧縮機、６１ 圧縮要素、６２ 四方弁、６３ 熱源側熱交換器、６４ 熱源側膨張弁、６５ 負荷側膨張弁、６６ 負荷側熱交換器、６７ 室外機、６８ 室内機、６９ 空調制御部、７０ 冷媒配管、１００ 空気調和装置、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０４ インタフェース、２０５ 表示器。

Claims (7)

1. 交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、前記コンバータ回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサから得られる直流電圧を負荷への交流電圧に変換するインバータ回路と、少なくとも前記インバータ回路の動作を制御する制御部とを備えた電力変換装置であって、
   前記平滑コンデンサは、第１の基板に搭載される第１のコンデンサと、前記第１の基板とは異なる第２の基板に搭載される第２のコンデンサとを有し、
   前記第２のコンデンサの動作状態を表す物理量の検出値が前記制御部に入力され、
   前記制御部は、前記物理量の検出値に基づいて前記インバータ回路を駆動する駆動信号の出力を許可するか否かを決定する
   電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記物理量の検出値が既定の範囲内にない場合、その旨を表す情報を表示器に表示する
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１の基板は、第１、第２及び第６の端子を有し、
   前記第２の基板は、第３、第４及び第５の端子を有すると共に、前記第３の端子と前記第４の端子との間に直列に接続される複数の抵抗を有し、
   前記第１の端子は、前記第１のコンデンサの正極と同電位に接続され、
   前記第２の端子は、前記第１のコンデンサの負極と同電位に接続され、
   前記第３の端子は、前記第２のコンデンサの正極と同電位に接続されると共に、前記第１の端子とは第１の配線で接続され、
   前記第４の端子は、前記第２のコンデンサの負極と同電位に接続されると共に、前記第２の端子とは第２の配線で接続され、
   前記第５の端子は、前記複数の抵抗のうちの第１の抵抗と第２の抵抗との接続点と同電位に接続されると共に、前記第６の端子とは第３の配線で接続され、
   前記物理量の検出値は、前記接続点において検出される電圧であり、
   前記制御部は、前記電圧が予め定めた範囲内にある場合には、前記駆動信号の出力を許可する
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１の基板は、第１及び第２の端子を有し、
   前記第２の基板は、第３及び第４の端子を有し、
   前記第１の端子は、前記第１のコンデンサの正極と同電位に接続され、
   前記第２の端子は、前記第１のコンデンサの負極と同電位に接続され、
   前記第３の端子は、前記第２のコンデンサの正極と同電位に接続されると共に、前記第１の端子とは第１の配線で接続され、
   前記第４の端子は、前記第２のコンデンサの負極と同電位に接続されると共に、前記第２の端子とは第２の配線で接続され、
   前記物理量の検出値は、前記第１の端子と前記第３の端子との間に流れる電流、又は前記第２の端子と前記第４の端子との間に流れる電流であり、
   前記制御部は、前記電流が予め定めた範囲内にある場合には、前記駆動信号の出力を許可する
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
5. 前記第１の端子と、前記第１の端子に前記第１の配線で接続される前記第３の端子とによる端子対、及び前記第２の端子と、前記第２の端子に前記第２の配線で接続される前記第４の端子とによる端子対に対し、前記第１及び第２の配線のうちの少なくとも一方の配線は、接続が想定されていない端子対には接続できないように構成されている
   請求項３又は４に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の端子と前記第３の端子とによる組み合わせ、及び前記第２の端子と前記第４の端子とによる組み合わせに対し、前記第１から第４の端子は、異なる組み合わせでは物理的に接続できない構造とされている
   請求項３又は４に記載の電力変換装置。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載の電力変換装置を備えた空気調和装置。

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