JPH11325657A - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JPH11325657A
JPH11325657A JP10133516A JP13351698A JPH11325657A JP H11325657 A JPH11325657 A JP H11325657A JP 10133516 A JP10133516 A JP 10133516A JP 13351698 A JP13351698 A JP 13351698A JP H11325657 A JPH11325657 A JP H11325657A
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switching
switching valve
inverter
air conditioner
voltage
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JP10133516A
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Akihiro Maejima
章宏 前島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回路構成が比較的簡単で専用の電源回路やスイ
ッチ素子を省略することができる低コストの切換弁駆動
装置を具備した空気調和機を提供する。 【解決手段】冷凍サイクルの運転モードが選択されたと
きに、インバータ装置23の整流部51からの直流電圧
を、その選択された運転モードに対応する極性に切換え
て四方弁(切換弁)の励磁コイル49に通電する切換弁
駆動装置21を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷房や暖房等の運
転モードを主に切り換える四方弁等切換弁の駆動装置を
改良した空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、冷暖房自在のヒートポンプ式空
気調和機では、冷凍サイクルを循環する冷媒の循環方向
を四方弁(切換弁)により切り換えることにより、冷房
や暖房等の運転モードを切り換えている。一般に、四方
弁は冷媒流路を切り換える弁体とその弁体を駆動する励
磁コイルとを有し、この励磁コイルの通電極性を、切換
弁駆動装置により切り換えることにより、弁体の切換動
作を制御するようになっている。
【0003】図5はこの種の従来の切換弁駆動装置1の
要部電気回路図であり、この四方弁駆動装置1は、電源
回路2と切換弁駆動回路3を備えている。
【0004】電源回路2は、密閉型圧縮機等のモータ4
に給電される交流の電圧と周波数を制御することによ
り、圧縮機モータ4の単位時間当りの回転数を制御して
圧縮能力を制御するインバータ5の整流部5aからの直
流を電源とすると共に、この整流部5aからの直流を、
電磁切換弁である四方弁の励磁コイル6に印加する所定
の直流電圧(例えばDC12V)に変換するDC−DC
コンバータ等の専用の電源回路であり、この電源回路2
から励磁コイル6に通電される直流の極性を切換弁駆動
回路3により制御するようになっている。
【0005】切換弁駆動回路3は、例えばトランジスタ
等からなる第1のスイッチ素子SW1と、第4のスイッ
チ素子SW4とを同時にオンすることにより、励磁コイ
ル6の図5中左端側を正(+)極にする一方、第2のス
イッチ素子SW2と第3のスイッチ素子SW3とを同時
にオンすることにより、励磁コイル6の図5中右端側を
正(+)極に切り換え、この励磁コイル6により励磁さ
れる四方弁の弁体を回動させて、冷媒流路を運転モード
に対応して切換るようになっている。
【0006】図6は他の従来の切換弁駆動装置7の電気
回路図である。この切換弁駆動装置7は、AC100V
または200Vの商用電源等の交流電源8からの交流電
圧のゼロクロスを検出するフォトトランジスタ9と、そ
のゼロクロスのタイミングでフォトトライアック10を
オンオフ制御して四方弁の励磁コイル11を半波通電す
るマイクロコンピュータ(CPU)12とを有する。
【0007】すなわち、図7に示すように交流電源8か
らの交流の正の半波を、四方弁の励磁コイル11に通電
することにより、例えば四方弁を暖房運転モードに切り
換える一方、負の半波を励磁コイル11に通電すること
により冷房運転モードに切り換えるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5で
示す従来の切換弁駆動装置1では、切換弁である四方弁
の励磁コイル6の消費電流が数百mA〜数Aと大きいの
で、インバータ装置5の整流部5aからの低い直流電圧
で駆動する場合は、電源回路2の容量の大形化または専
用の電源回路が必要となる。
【0009】さらに、専用の切換弁駆動回路3が必要で
あるので、コストアップを招くうえに、これらを実装す
る制御基板のスペースも増大してしまうという課題があ
る。
【0010】また、図6で示す従来の切換弁駆動装置7
では商用電源等の交流電源8を使用するので、100V
機種または200V機種といった異電圧毎に四方弁励磁
コイル11の巻線仕様を変更したり、フォトトライアッ
ク10等の駆動回路を変更する必要があり、共通化する
ことができないので、コストアップを招くという課題が
ある。
【0011】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、回路構成が比較的簡単で専用の
電源回路やスイッチ素子を省略することができる低コス
トの切換弁駆動装置を具備した空気調和機を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、圧縮
機、切換弁、室内熱交換器、減圧装置および室外熱交換
器を配管により連通させてなる冷凍サイクルと、交流電
源からの交流を直流に変換する整流部およびこの整流部
からの直流をスイッチ素子のオンオフ制御により可変電
圧・可変周波数に変換する逆変換部を有し、上記圧縮機
または上記室外熱交換器の室外ファンの回転数を制御す
るインバータ装置と、を備え、上記切換弁は、励磁コイ
ルおよびその通電極性の切り換えにより上記冷凍サイク
ルの運転モードを切換える弁体を有する空気調和機にお
いて、上記冷凍サイクルの運転モードが選択されたとき
に、上記インバータ装置の整流部からの直流電圧を、そ
の選択された運転モードに対応する極性に切換えて上記
励磁コイルに通電する切換弁駆動装置を設けたことを特
徴とする空気調和機である。
【0013】この発明によれば、切換弁駆動用の電源電
圧として、圧縮機用等のインバータ装置の整流部からの
直流電圧を使用するので、切換弁駆動用専用の電源回路
または電源容量アップを不要にすることができる。
【0014】また、インバータ装置整流部に印加される
交流電源電圧が切換弁励磁コイルの巻線仕様と相違する
場合には、励磁コイルへの通電時間を調整することによ
り、巻線仕様に容易に対応させることができるので、励
磁コイルやその駆動回路を共通化することができ、コス
ト低減と小形化とを共に図ることができる。
【0015】請求項2の発明は、切換弁駆動装置は、励
磁コイルに通電される直流電流の極性を、インバータ装
置逆変換部のスイッチ素子をオンオフ制御することによ
り切換える切換弁制御手段を具備していることを特徴と
する空気調和機である。
【0016】この発明によれば、切換弁励磁コイルの通
電極性を、インバータ装置逆変換部のスイッチ素子のオ
ンオフ制御により切換えるので、切換弁専用のスイッチ
素子を含む専用の駆動回路を削減することができ、コス
ト低減と小形化とを共に図ることができる。
【0017】請求項3の発明は、切換弁駆動装置は、励
磁コイルに直流電圧を印加する前に、インバータ装置逆
変換部のスイッチ素子の故障の有無を検出する故障検出
手段を具備していることを特徴とする空気調和機であ
る。
【0018】この発明によれば、励磁コイルに直流電圧
を印加する前に、インバータ装置逆変換部のスイッチ素
子の故障の有無を検出するので、切換弁への過電流通電
や連続通電による励磁コイルの焼損等を未然に防止する
ことができる。
【0019】請求項4の発明は、切換弁駆動装置は、イ
ンバータ装置の整流部と逆変換部との間に直列に挿入さ
れた過電流検出素子と、この過電流検出素子に流れる過
電流を検出する過電流検出回路と、を具備していること
を特徴とする空気調和機である。
【0020】この発明によれば、抵抗等の過電流検出素
子に流れる過電流を過電流検出回路により検出すること
により、インバータ逆変換部のスイッチ素子のショート
等の故障を高精度で確実に検出することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1〜
図4に基づいて説明する。なお、これらの図中、同一又
は相当部分には同一符号を付している。
【0022】図1は本発明の第1の実施形態に係る切換
弁駆動装置21の要部電気回路図、図2は図1で示す切
換弁駆動装置21のマイクロプロセッサー22の制御プ
ログラムのフローチャート、図3は図1で示すインバー
タ装置23を具備したヒートポンプ式空気調和機24の
冷凍サイクル図である。
【0023】図3に示すように空気調和機24は、例え
ば図示しない密閉容器内にモータとこれにより駆動され
て冷媒を圧縮する圧縮機構とを内蔵した圧縮機25、切
換弁である四方弁26、室外ファン27を備えた室外側
熱交換器28、減圧器である膨張弁29、室内ファン3
0を備えた室内側熱交換器31を冷媒配管32により、
この順に順次、かつ環状に接続して連通させ、冷媒を可
逆的に循環させる閉じた冷凍サイクルを構成している。
【0024】この冷凍サイクルは四方弁26の切換操作
により、冷媒を図中実線矢印方向に循環させると、冷房
運転され、図中破線矢印方向に循環させると、暖房運転
されるように構成されている。圧縮機25は上記インバ
ータ装置23により単位時間当りの回転数が制御され、
圧縮能力が適宜制御されるようになっている。
【0025】四方弁26は図4(a)〜(c)に示すよ
うに構成され、例えば図3で示す圧縮機25の密閉ケー
ス内に内蔵され、その密閉ケース内に内蔵された弁体3
3を回動させることにより、密閉ケース外へ吐出される
高圧冷媒の吐出流路および圧縮部への低圧冷媒の吸い込
み流路を切り換えるようになっている。
【0026】すなわち、四方弁26は弁ベース34に、
3つのポート35,36,37を偏心軸線Lの回りに例
えば約55゜間隔で穿設している。これらポート35〜
37のうち中間に位置するポート36は図3で示すよう
に圧縮機25の吸込管25aに接続される低圧ガス用ポ
ートであり、この両側に位置する残りの2つのポート3
5,37は、それぞれ図3で示す室外熱交換器28、室
内熱交換器31に接続される第1、第2の接続ポートで
ある。
【0027】また、弁体33は、図4(b)に示すよう
に、弁ベース34の下面に取り付けられており、この弁
体33が回動駆動されることで3つのポート35〜37
のうちの2つの選択的に連通させる切換通路38と、こ
の切換通路38を保持する保持部39とからなる。この
切換通路38は、図4(a)に点線で示すように、上記
ポート35〜37間の間隔に対応する55゜に亘る長さ
で形成されている。
【0028】また、弁体33の下側には、保持部39の
下面に突設された突起40によってこの弁体33と回転
方向に一体的にかつ軸方向には若干量移動可能に組み合
わされた磁石部材41が設けられている。この磁石部材
41は、カップ状のホルダ42と、このホルダ42の内
面に固着された永久磁石43とを有する。この永久磁石
43は、図4(c)に示すように、周方向に2分割さ
れ、N極部43aとS極部43bとから構成されてい
る。
【0029】図4(b)に示すように、弁体33と磁石
部材41は、その間に、弁体33を弁ベース34に対し
て付勢するための波ワッシャ44を介在させた状態で組
み合わされ、ボルト45によって弁ベース34の下面に
回転自在に取着されている。
【0030】また、ボルト45には、カラー46が外挿
され、磁石部材41と弁ベース34との間に弁体33の
上下移動を可能とするスペースを確保するようになって
いる。
【0031】さらに、磁石部材41内には、永久磁石4
3との吸着あるいは反発力により、この磁石部材41お
よび弁体33を回動駆動する電磁石47が収納されてい
る。電磁石47は、鉄心48の外面に励磁コイル49を
巻回しており、励磁コイル49に通電される通電極性に
よって、鉄心48の一端部48aと他端部48bの磁極
(S,N極)を変えて、永久磁石43のN極部43aと
S極部43bとの吸着、反撥により磁石部材41および
弁体33を回転駆動し、冷媒流路を制御するようになっ
ている。
【0032】電磁石47は、図4(a),(b)で示す
連結シャフト50によって弁ベース34に固定され、磁
石部材41内で回転不能に保持されている。この連結シ
ャフト50は、磁石部材41に設けられたスリット(図
示せず)を貫通して設けられ、弁体33および磁石部材
41が弁ベース34に対して回動駆動された際に、この
スリットの周方向一端部あるいは他端部と当接すること
で、弁体33の回動角度を55゜に規制するようになっ
ている。
【0033】次に、このように構成された切換弁である
四方弁26を駆動する切換弁駆動装置21の構成を図1
に基づいて説明する。
【0034】切換弁駆動装置21は、四方弁26の励磁
コイル49に印加される直流電圧として、圧縮機25の
モータ25bの回転数を制御するインバータ装置23の
整流部51からの直流電圧を使用すると共に、この励磁
コイル49に通電される通電極性の制御を、インバータ
装置23の逆変換部52のトランジスタ等からなるU,
V,W各相のスイッチ素子53U,53V,53Wと、
トランジスタ等からなるX,Y,Z各相のスイッチ素子
54X,54Y,54Zとを使用する点に特徴がある。
【0035】すなわち、インバータ装置23は、交流1
00Vまたは200Vの商用電源等の交流電源55から
の交流をダイオードブリッジ回路等により直流に変換す
る整流部51と、この整流部51からの直流を、U〜Z
相の各スイッチ素子53U〜54Zのオンオフ制御によ
り可変電圧・可変周波数の交流に逆変換して、図3で示
す圧縮機25のモータ25bの単位時間当りの回転数を
制御する逆変換部52とを有する。
【0036】そこで、切換弁駆動装置21は、逆変換部
52の例えばU相のスイッチ素子53Uの出力側と、V
相のスイッチ素子53Vの出力側との間に、常開リレー
56を介して四方弁26の励磁コイル49を直列に挿入
している。
【0037】また、整流部51と逆変換部52との間に
直列に挿入された過電流検出用抵抗57に、過電流検出
回路58を介して、切換弁制御手段であるマイクロプロ
セッサー22を電気的に接続し、さらに、このマイクロ
プロセッサー22には逆変換部52のU〜Z相のスイッ
チ素子53U〜54Zのオンオフ制御を行なう駆動回路
59を電気的に接続している。
【0038】図2はこのマイクロプロセッサー22の制
御プログラムのフローチャートであり、図中S1〜S1
2はフローチャートのステップである。
【0039】まず、マイクロプロセッサー22は、この
制御プログラムをスタートさせた後、S1で、逆変換部
52の各相U〜Zのスイッチ素子53U〜54Zが故障
しているか否か判定するために、まず、下相アームのみ
の全スイッチ素子54X,54Y,54Zを駆動回路5
9を介して同時にオンさせる。このとき、上相アームU
〜Wのスイッチ素子53U,53V,53Wのいずれか
がショートしている等により故障している場合には、過
電流検出用抵抗57に過電流が流れ、過電圧が発生す
る。
【0040】そこで、次のS2で、この過電流検出用抵
抗57に過電流が流れているか否かを、過電流検出回路
58が検出しているか否かを読み込み、故障の有無を判
断する。
【0041】S3で過電流検出回路58が過電流を検出
している場合には、上相アームU〜Wのスイッチ素子5
3U,53V,53Wのいずれかがショートしている等
により故障している旨のアラーム等を出力し、以後の制
御ステップを停止させる。
【0042】しかし、S2で、過電流検出回路58が過
電流を検出していない場合には、上相アームU〜Wのス
イッチ素子53U,53V,53Wが正常であると判断
し、次のS4で、今度は上相アームU〜Wの全スイッチ
素子53U〜53Zを駆動回路59を介して同時にオン
させる。
【0043】S5で、再び過電流検出回路58が過電流
を検出しているか否かを読み込み判断し、過電流を検出
しているときは、S6で下相アームX〜Zのスイッチ素
子54X,54Y,54Zのいずれかがショート等によ
り故障していると判断して、アラーム等を出力し、以後
の制御ステップを停止させる。
【0044】しかし、S5で、過電流検出器回路58が
過電流を検出していない場合には、下相アームX〜Zの
スイッチ素子54X,54Y,54Zが正常であると判
断し、次のS7で、常開リレー49をオンする。
【0045】次のS8では、リモコン等を介してユーザ
により選択された運転モードが暖房運転であるか、また
は冷房運転であるかを室内制御器等から読み込み、励磁
コイル49の通電極性が、選択された運転モードに対応
するように逆変換部52のスイッチ素子53U〜54Z
の所要のものをオンする。
【0046】例えば冷房運転モードが選択されていると
きは、S9へ進み、ここでV相とX相のスイッチ素子5
3V,54Xを同時に例えば数秒間オンさせる。する
と、整流部51からの直流電圧が四方弁26の励磁コイ
ル49に所定時間(数秒間)通電される。これにより、
四方弁26の励磁コイル49の図1中右端側が正極
(+)で左端側が負極(−)となり、例えば図4で示す
ように励磁コイル49の鉄心48の一端部48aがS
極、他端48bがN極に励磁されるので、永久磁石43
のN極とS極とで吸着ないし反撥されて磁石部材41に
固定されている弁体33が回動する。これにより、図3
に示すように圧縮機25の吸込配管25aが室内熱交換
器31に連通される一方、圧縮機25の吐出配管が室外
熱交換器28に連通され、冷媒が図3中実線矢印方向に
循環し、冷房運転される。
【0047】しかし、S8で暖房運転が選択されている
ときは、S10へ進み、ここでU相とY相のスイッチ素
子53U,54Yを同時に例えば数秒間オンさせる。す
ると、整流部51からの直流電圧が四方弁26の励磁コ
イル49に印加され、その図1中左端側が正極(+)、
右端側が負極(−)にそれぞれ通電される。このため
に、例えば図4で示すように励磁コイル49の鉄心48
の一端部48aがN極、他端48bがS極に励磁され
て、弁体33が逆転する。これにより、図3に示すよう
に圧縮機25の吸込配管25aが室外熱交換器28に連
通される一方、圧縮機25の吐出配管が室内熱交換器3
1に連通され、冷媒が図3中破線矢印方向に循環し、暖
房運転される。
【0048】そして、S9またはS10で励磁コイル4
9を所定時間通電して四方弁26を切換えた後は、S1
1で、図1で示す常開リレー56をオフにして、励磁コ
イル49への直流通電を停止させる。したがって、図2
中、破線矩形枠で示すS7〜S10で四方弁26が駆動
される。
【0049】この後、S12で圧縮機25または室外フ
ァン28のファンモータの運転を開始させて終了させ
る。
【0050】したがって、この空気調和機24によれ
ば、四方弁26駆動用の電源電圧として、圧縮機25用
のインバータ装置23の整流部51からの直流電圧を使
用するので、四方弁26駆動用専用の電源回路または電
源容量アップを不要にすることができる。
【0051】また、インバータ装置整流部51に印加さ
れる交流電源電圧が四方弁26の励磁コイル49の巻線
仕様と相違する場合には、励磁コイル49への通電時間
を調整することにより、巻線仕様に容易に対応させるこ
とができるので、励磁コイルやその駆動回路を共通化す
ることでき、コスト低減と小形化とを共に図ることがで
きる。
【0052】さらに、四方弁26の励磁コイル49の通
電極性を、インバータ装置逆変換部52のスイッチ素子
53U〜54Zのオンオフ制御により切換えるので、四
方弁26専用のスイッチ素子を含む専用の駆動回路を削
減することができ、コスト低減と小形化とを共に図るこ
とができる。
【0053】そして、励磁コイル49に直流電圧を通電
する前に、インバータ装置逆変換部52のスイッチ素子
53U〜54Zの故障の有無を検出するので、四方弁2
6への過電流通電や連続通電による励磁コイル49の焼
損等を未然に防止することができる。
【0054】また、インバータ装置整流部51に印加さ
れる交流電源電圧が切換弁励磁コイル49の巻線仕様と
相違する場合には、励磁コイル49への通電時間を調整
することにより、巻線仕様に容易に対応させることがで
きるので、励磁コイル49やその駆動回路を共通化する
ことができ、コスト低減と小形化とを共に図ることがで
きる。
【0055】また、過電流検出用抵抗等の過電流検出素
子に流れる過電流を検出する過電流検出回路58が過電
流を検出したか否かを切換弁制御手段であるマイクロプ
ロセッサー22により読み込むことにより、インバータ
逆変換部26のスイッチ素子53U〜54Zのショート
等の故障を高精度で確実に検出することができる。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、切換弁駆
動用の電源電圧として、圧縮機用等のインバータ装置の
整流部からの直流電圧を使用するので、切換弁駆動用専
用の電源回路または電源容量アップを不要にすることが
できる。
【0057】また、インバータ装置整流部に印加される
交流電源電圧が切換弁励磁コイルの巻線仕様と相違する
場合には、励磁コイルへの通電時間を調整することによ
り、巻線仕様に容易に対応させることができるので、励
磁コイルやその駆動回路を共通化することができ、コス
ト低減と小形化とを共に図ることができる。
【0058】請求項2の発明によれば、切換弁励磁コイ
ルの通電極性を、インバータ装置逆変換部のスイッチ素
子のオンオフ制御により切換えるので、切換弁専用のス
イッチ素子を含む専用の駆動回路を削減することがで
き、コスト低減と小形化とを共に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る空気調和機に組
み込まれる切換弁駆動装置の概略電気回路図。
【図2】図1で示す切換弁駆動装置の制御プログラムの
フローチャート。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る空気調和機の冷
凍サイクル図。
【図4】(a)は図3等で示す四方弁(切換弁)の平面
図、(b)は同(a)のIVB−IVB線断面図、(c)は
同(a)の底面図。
【図5】従来の切換弁駆動装置の概略電気回路図。
【図6】他の従来の切換弁駆動装置の概略電気回路図。
【図7】図6で示す従来の切換弁駆動装置により切換弁
に半波通電される電源交流の波形図。
【符号の説明】
21 切換弁駆動装置 22 マイクロプロセッサー 23 インバータ装置 24 空気調和機 25 圧縮機 26 四方弁(切換弁) 33 弁体 47 四方弁の電磁石 49 四方弁の励磁コイル 51 整流部 52 逆変換部 57 過電流検出用抵抗 58 過電流検出器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、切換弁、室内熱交換器、減圧装
    置および室外熱交換器を配管により連通させてなる冷凍
    サイクルと、 交流電源からの交流を直流に変換する整流部およびこの
    整流部からの直流をスイッチ素子のオンオフ制御により
    可変電圧・可変周波数に変換する逆変換部を有し、上記
    圧縮機または上記室外熱交換器の室外ファンの回転数を
    制御するインバータ装置と、を備え、 上記切換弁は、励磁コイルおよびその通電極性の切り換
    えにより上記冷凍サイクルの運転モードを切換える弁体
    を有する空気調和機において、 上記冷凍サイクルの運転モードが選択されたときに、上
    記インバータ装置の整流部からの直流電圧を、その選択
    された運転モードに対応する極性に切換えて上記励磁コ
    イルに通電する切換弁駆動装置を設けたことを特徴とす
    る空気調和機。
  2. 【請求項2】 切換弁駆動装置は、励磁コイルに通電さ
    れる直流電流の極性を、インバータ装置逆変換部のスイ
    ッチ素子をオンオフ制御することにより切換える切換弁
    制御手段を具備していることを特徴とする請求項1記載
    の空気調和機。
  3. 【請求項3】 切換弁駆動装置は、励磁コイルに直流電
    圧を印加する前に、インバータ装置逆変換部のスイッチ
    素子の故障の有無を検出する故障検出手段を具備してい
    ることを特徴とする請求項2記載の空気調和機。
  4. 【請求項4】 切換弁駆動装置は、インバータ装置の整
    流部と逆変換部との間に直列に挿入された過電流検出素
    子と、この過電流検出素子に流れる過電流を検出する過
    電流検出回路と、を具備していることを特徴とする請求
    項3記載の空気調和機。
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