WO2020079822A1 - 弁駆動装置、及び、これを備える冷凍サイクル装置 - Google Patents

弁駆動装置、及び、これを備える冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2020079822A1
WO2020079822A1 PCT/JP2018/038923 JP2018038923W WO2020079822A1 WO 2020079822 A1 WO2020079822 A1 WO 2020079822A1 JP 2018038923 W JP2018038923 W JP 2018038923W WO 2020079822 A1 WO2020079822 A1 WO 2020079822A1
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WO
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way valve
coil
circuit
valve drive
current path
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Application number
PCT/JP2018/038923
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English (en)
French (fr)
Inventor
上田 和弘
英司 菅原
Original Assignee
日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid

Definitions

  • the present invention relates to a valve drive device and the like.
  • Patent Document 1 discloses a four-way valve drive circuit including a bidirectional semiconductor switch for electrically connecting / disconnecting an AC power source and a four-way valve coil of a self-holding four-way valve. Have been described.
  • the voltage of the AC power supply is applied as it is to the four-way valve drive circuit. Then, for example, when the voltage of the AC power supply is temporarily reduced, the current flowing through the four-way valve coil may be reduced, and the electromagnetic force when moving the valve body of the four-way valve may be weakened.
  • the type of usable four-way valve is limited depending on the magnitude of the voltage of the AC power supply (for example, AC200V). With respect to the technique described in Patent Document 1, it is required to further reduce the cost and improve the reliability.
  • an object of the present invention is to provide a low cost and highly reliable valve drive device and the like.
  • a valve drive device is a valve drive circuit in which a DC voltage is applied from a forward conversion circuit that performs a forward conversion of electric power, and a valve element of an electromagnetic valve is moved by energizing a coil.
  • a control circuit for controlling the valve drive circuit wherein the valve drive circuit has the coil and a switching element provided in a predetermined current path through the coil, and the control circuit has On / off of the switching element is controlled based on the pulse width modulation control, and the coil is energized.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a four-way valve drive circuit included in the four-way valve drive device according to the embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the 1st electric current path of the four-way valve drive circuit with which the four-way valve drive device which concerns on embodiment of this invention is equipped. It is explanatory drawing of the 2nd electric current path of the four way valve drive circuit with which the four way valve drive device which concerns on embodiment of this invention is equipped.
  • the power supply voltage when switching from the heating operation to the cooling operation, the DC voltage, the energization management signal, the energization to the relay coil, the output voltage of the control circuit, and the driving of the four-way valve coil It is explanatory drawing which shows an electric current.
  • the power supply voltage when switching from the cooling operation to the heating operation, the DC voltage, the energization management signal, the energization of the relay coil, the output voltage of the control circuit, and the driving of the four-way valve coil It is explanatory drawing which shows an electric current. It is explanatory drawing regarding the setting of the on-duty of PWM control by the control circuit of the four-way valve drive device which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner S including a four-way valve drive device according to an embodiment of the present invention.
  • the solid line arrow in FIG. 1 indicates the flow of the refrigerant during the cooling operation.
  • the broken line arrow in FIG. 1 indicates the flow of the refrigerant during the heating operation.
  • the air conditioner S (refrigeration cycle device) is a device that performs air conditioning such as cooling operation and heating operation. As shown in FIG. 1, the air conditioner S includes a compressor 11, an outdoor heat exchanger 12, an outdoor fan 13, an indoor heat exchanger 14, an indoor fan 15, an expansion valve 16, and a four-way valve 17. (Solenoid valve).
  • the air conditioner S includes a converter circuit 1 (forward conversion circuit: see FIG. 2), an inverter circuit 2 (see FIG. 2), a four-way valve drive circuit 3 (valve drive circuit: see FIG. 2), which will be described later. And a circuit 4 (see FIG. 2).
  • the compressor 11, the outdoor heat exchanger 12, the outdoor fan 13, the expansion valve 16, and the four-way valve 17 are provided in the outdoor unit Uo.
  • the indoor heat exchanger 14 and the indoor fan 15 are provided in the indoor unit Ui.
  • the compressor 11 is a device that compresses a gaseous refrigerant, and includes a compressor motor 11a that is a drive source.
  • a compressor 11 for example, a scroll compressor or a rotary compressor is used.
  • the discharge side of the compressor 11 is connected to the high pressure side connection port ha of the four-way valve 17 via a discharge pipe ka.
  • the suction side of the compressor 11 is connected to the low pressure side connection port hb of the four-way valve 17 via a suction pipe kb.
  • the outdoor heat exchanger 12 is a heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant flowing through the heat transfer pipe (not shown) and the outside air sent from the outdoor fan 13.
  • One end m of the outdoor heat exchanger 12 is connected to the outdoor side connection port hc of the four-way valve 17 via a pipe kc.
  • the other end n of the outdoor heat exchanger 12 is connected to the other end q of the indoor heat exchanger 14 via the pipe kd.
  • the outdoor fan 13 is a fan that sends outside air to the outdoor heat exchanger 12, and is installed near the outdoor heat exchanger 12.
  • the indoor heat exchanger 14 performs heat exchange between the refrigerant flowing through the heat transfer pipe (not shown) and the indoor air (air in the air-conditioned space) sent from the indoor fan 15. Is.
  • One end p of the indoor heat exchanger 14 is connected to the indoor side connection port he of the four-way valve 17 via a pipe ke.
  • the other end q of the indoor heat exchanger 14 is connected to the other end n of the outdoor heat exchanger 12 via the pipe kd as described above.
  • the indoor fan 15 is a fan that sends indoor air to the indoor heat exchanger 14, and is installed near the indoor heat exchanger 14.
  • the expansion valve 16 is a valve for reducing the pressure of the refrigerant condensed in the "condenser” (one of the outdoor heat exchanger 12 and the indoor heat exchanger 14), and is provided in the pipe kd.
  • the refrigerant decompressed by the expansion valve 16 is guided to the “evaporator” (the other of the outdoor heat exchanger 12 and the indoor heat exchanger 14) via the pipe kd.
  • the four-way valve 17 is a valve that switches the flow path of the refrigerant according to the operation mode of the air conditioner S.
  • the four-way valve 17 includes a main body 17a and a valve body 17b.
  • the main body 17a is a shell-shaped member that houses the valve body 17b.
  • the above-mentioned high-pressure side connection port ha is provided on the upper part of the main body 17a.
  • the outdoor side connection port hc, the low pressure side connection port hb, and the indoor side connection port he are provided side by side.
  • the valve body 17b switches the flow path of the four-way valve 17 by its movement, and has a ⁇ shape that is convex upward in a vertical cross-sectional view.
  • a four-way valve coil 36 coil: see FIG. 2
  • the valve body 17b moves in the left-right direction inside the main body 17a.
  • the position of the valve body 17b is arranged at the “first position” shown by the solid line in FIG.
  • the high pressure side connection port ha and the outdoor side connection port hc communicate with each other via the space outside (upper side) the valve body 17b.
  • the indoor side connection port he and the low pressure side connection port hb communicate with each other through a space inside (lower side) of the valve body 17b.
  • the position of the valve body 17b is arranged at the "second position" shown by the chain double-dashed line in FIG.
  • the high pressure side connection port ha and the indoor side connection port he communicate with each other through the space outside (upper side) the valve body 17b.
  • the outdoor side connection port hc and the low pressure side connection port hb communicate with each other through the space inside (the lower side) of the valve body 17b.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a power system of the air conditioner S. Note that, in FIG. 2, a circuit for driving the compressor motor 11a and the four-way valve 17 is illustrated, and wirings connected to other devices are not illustrated. As shown in FIG. 2, the air conditioner S includes a converter circuit 1, an inverter circuit 2, a four-way valve drive circuit 3, and a control circuit 4.
  • the converter circuit 1 is a forward conversion circuit that performs forward conversion of electric power. That is, the converter circuit 1 has a function of converting an AC voltage applied from the commercial AC power source E into a DC voltage.
  • the converter circuit 1 includes two switching legs to which switching elements of upper and lower arms are connected, a smoothing capacitor used for smoothing a voltage, and a reactor used for boosting. ing.
  • the above-mentioned connection points of the upper and lower arms are connected to the AC power source E via the wirings ia and ib. Further, the two switching legs are connected in parallel, and the connection point is connected to the inverter circuit 2 via the wirings ic and id.
  • the inverter circuit 2 is an inverse conversion circuit that performs inverse conversion of electric power. That is, the inverter circuit 2 has a function of converting the DC voltage applied from the converter circuit 1 into an AC voltage.
  • the inverter circuit 2 includes three switching legs to which the switching elements of the upper and lower arms are connected. The above-mentioned three switching legs are connected in parallel, and the connection point is connected to the converter circuit 1 via the wirings ic and id. Further, in the three switching legs, the connection points of the switching elements of the upper and lower arms are connected to the three-phase windings ju, jv, jw of the compressor motor 11a via the wirings iu, iv, iw. .
  • each switching element of the inverter circuit 2 is controlled in a predetermined manner so that three-phase AC power is output to the compressor motor 11a. ing. As a result, the compressor motor 11a is driven.
  • PWM control Pulse Width Modulation
  • the four-way valve drive circuit 3 is a circuit that moves the valve body 17b of the four-way valve 17 (that is, drives the four-way valve 17) by energizing the four-way valve coil 36.
  • the positive side of the input of the four-way valve drive circuit 3 is connected to another wiring ic via the wiring ie, and the negative side is connected to another wiring id via the wiring if.
  • the output side of the converter circuit 1 is connected to the inverter circuit 2 and also to the four-way valve drive circuit 3.
  • a predetermined DC voltage is applied from the converter circuit 1 to the four-way valve drive circuit 3.
  • the four-way valve coil 36 is shown outside the four-way valve drive circuit 3 for convenience in FIG. 2, the four-way valve coil 36 is also included in the configuration of the four-way valve drive circuit 3.
  • the control circuit 4 is, for example, a microcomputer, and is configured to include electronic circuits such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and various interfaces, which are not shown. Has been done. Then, the program stored in the ROM is read and expanded in the RAM, and the CPU executes various processes.
  • the control circuit 4 controls the converter circuit 1, the inverter circuit 2, the four-way valve drive circuit 3, and the like.
  • the four-way valve drive device G (valve drive device) that drives the four-way valve 17 is configured to include the four-way valve drive circuit 3 and the control circuit 4 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the four-way valve drive circuit 3 included in the four-way valve drive device G.
  • the four-way valve drive circuit 3 includes a relay 31, transistors 32 and 33, MOSFETs 34 and 35, and a four-way valve coil 36.
  • the four-way valve drive circuit 3 includes diodes Da and Db, a varistor H, and resistors R1 to R11 in addition to the above-described configuration.
  • the relay 31 is a mechanical relay that selectively switches the current path of the four-way valve drive circuit 3.
  • the relay 31 includes fixed contacts 31a and 31b, a movable contact 31c, and a relay coil 31d. While the relay coil 31d is energized, the movable contact 31c is separated from the fixed contact 31b (also referred to as b contact) against the biasing force of a spring (not shown), and then the other fixed contact 31a (a contact). Also called).
  • the fixed contact 31a is connected to the other fixed contact 31b via the wiring fa provided with the four-way valve coil 36 and the resistor R10.
  • the movable contact 31c of the relay 31 is connected to the positive side (the side opposite to the ground) of the converter circuit 1 via the wiring ia.
  • the four-way valve coil 36 generates a predetermined electromagnetic force according to a change in current and moves the valve body 17b of the four-way valve 17, and is installed near the valve body 17b.
  • the four-way valve coil 36 is provided on the wiring fa that connects the fixed contacts 31a and 31b, as described above.
  • the transistor 32 is a pnp-type transistor that conducts between the collector and the emitter by a switching function when a predetermined voltage based on PWM control is applied from the control circuit 4.
  • the MOSFET 34 is turned on as described later.
  • the base of the transistor 32 is connected to the control circuit 4 via the wiring fb provided with the resistor R1.
  • the base and emitter of the transistor 32 are connected via a resistor R2.
  • the collector of the transistor 32 is grounded via two resistors R3 and R4 connected in series in order.
  • the MOSFET 34 (first switching element) is a switching element that switches on / off of a current via a “first current path” (path indicated by a dashed arrow in FIG. 4).
  • the energization via the "first current path” is performed when the valve body 17b of the four-way valve 17 is switched to the "first position" (the position of the valve body 17b shown by the solid line in Fig. 1) during the cooling operation. Be seen.
  • the MOSFET 34 has a parasitic diode 34D inside.
  • the parasitic diode 34D is a pn junction existing between the source and the drain of the MOSFET 34, and is formed in the manufacturing process of the MOSFET 34.
  • the gate of the MOSFET 34 is connected between the resistors R3 and R4 described above.
  • the source of the MOSFET 34 is connected to the negative side (ground side) of the converter circuit 1 via the wiring fc and the like.
  • the drain of the MOSFET 34 is connected between the four-way valve coil 36 and the fixed contact 31a in the wiring fa.
  • the resistors R5 and R10 are connected for current adjustment in order to protect the four-way valve 17.
  • the transistor 33 shown in FIG. 3 is a pnp-type transistor that conducts between the collector and the emitter by a switching function when a predetermined voltage based on PWM control is applied from the control circuit 4.
  • the MOSFET 35 is turned on as described later.
  • the base of the transistor 33 is connected to the control circuit 4 via the wiring fe provided with the resistor R6.
  • the base and emitter of the transistor 33 are connected via a resistor R7.
  • the collector of the transistor 33 is grounded via two resistors R8 and R9 connected in series one after another.
  • the MOSFET 35 (second switching element) is a switching element that switches between conduction and interruption of current through the “second current path” (path indicated by the broken line arrow in FIG. 5).
  • the energization through the "second current path” is performed when the valve body 17b of the four-way valve 17 is switched to the "second position" (position of the valve body 17b shown by the chain double-dashed line in FIG. 1) during heating operation. To be done.
  • the MOSFET 35 has a parasitic diode 35D inside.
  • the gate of the MOSFET 35 is connected between the resistors R8 and R9 described above.
  • the source of the MOSFET 35 is connected to the negative side (ground side) of the converter circuit 1 via the wiring fc and the like.
  • the drain of the MOSFET 35 is connected to the wiring fa between the four-way valve coil 36 and the fixed contact 31b via another wiring fg.
  • a resistor R10 for adjusting the drain current and the like is provided on the fixed contact 31b side of the connection point with the wiring fg.
  • the four-way valve drive circuit 3 has the four-way valve coil 36 and the MOSFETs 34 and 35 provided in a predetermined current path via the four-way valve coil 36.
  • This current path includes a first current path (see the broken line arrow in FIG. 4) and a second current path (see the broken line arrow in FIG. 5).
  • the above-mentioned first current path is a path through which the current flows through the four-way valve coil 36 in a predetermined direction (upward in the plane of FIG. 4).
  • the second current path is a path through which the current flows through the four-way valve coil 36 in the direction opposite to the predetermined direction (downward in the plane of FIG. 5).
  • the control circuit 4 is configured to selectively switch the path through which the current flows among the first current path and the second current path by the relay 31.
  • the diode Da shown in FIG. 3 is an element for ensuring a current path when the MOSFET 34 is switched from on to off, and is provided in the wiring fh.
  • One end of the wiring fh is connected to the wiring fa near the fixed contact 31a, and the other end is connected to the positive wiring ia of the converter circuit 1.
  • the other diode Db is an element for ensuring a current path when the MOSFET 35 is switched from on to off, and is provided in the wiring fi.
  • one end of the wiring fi is connected to the wiring fa near the fixed contact 31 b, and the other end is connected to the positive wiring ia of the converter circuit 1.
  • a protection resistor R11 is provided on the wiring fj that connects the anode and cathode of the diode Da.
  • the varistor H is an element for protecting electronic components from high voltage, and is provided on the wiring fk.
  • One end of the wiring fk is connected to the positive wiring ia of the converter circuit 1, and the other end is connected to the negative (ground side) wiring ib.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the first current path of the four-way valve drive circuit 3.
  • the relay coil 31d is not energized. This is because, as described above, if the relay coil 31d is not energized, the movable contact 31c is kept in contact with the fixed contact 31b by the urging force of a spring (not shown).
  • the control circuit 4 controls ON / OFF of the MOSFET 34 (first switching element) based on PWM control. More specifically, the control circuit 4 applies a rectangular wave voltage whose on / off is switched in small steps to the transistor 32 based on the PWM control. As a result, conduction / interruption between the collector and emitter of the transistor 32 is repeated, and accordingly, the MOSFET 34 is repeatedly turned on / off.
  • the current from the converter circuit 1 is sequentially passed through the fixed contact 31b of the relay 31, the resistor R10, the four-way valve coil 36, the resistor R5, and the MOSFET 34. Flowing. As described above, the pulsating current flows in the predetermined direction (upward in the plane of FIG. 4) through the four-way valve coil 36, and the electromagnetic force causes the valve body 17b of the four-way valve 17 to move to the “first position” ( Move to the position for cooling operation).
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the second current path of the four-way valve drive circuit 3.
  • the control circuit 4 controls ON / OFF of the MOSFET 35 (second switching element) based on the PWM control while maintaining the state of the relay 31 described above. .
  • a current of varying magnitude flows through the second current path (see the dashed arrow in FIG. 5).
  • a current flows from the converter circuit 1 sequentially through the fixed contact 31a of the relay 31, the four-way valve coil 36, and the MOSFET 35, as shown by the dashed arrow in FIG.
  • a current having a pulsating flow waveform flows through the four-way valve coil 36 in the direction opposite to the above-described predetermined direction (downward in the plane of FIG. 5), whereby the valve body 17 b of the four-way valve 17 is moved by electromagnetic force. Move to the "second position" (position during heating operation).
  • control circuit 4 controls ON / OFF of the MOSFET 34 or the MOSFET 35, which is a switching element, based on the PWM control, and energizes the four-way valve coil 36.
  • the control circuit 4 stops the energization of the four-way valve coil 36 and then the energization of the relay coil 31d.
  • the relay 31 returns to the state of being in contact with the fixed contact 31b by the urging force of the spring (not shown) (see FIG. 3). Since the valve body 17b of the four-way valve 17 has already moved to the "second position" at this point, there is no particular problem even if the heating operation or the like is continued while the relay 31 is in contact with the fixed contact 31b.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the power supply voltage, the DC voltage, the energization management signal, the energization of the relay coil, the output voltage of the control circuit, and the drive current of the four-way valve coil when switching from the heating operation to the cooling operation (as appropriate).
  • the “power supply voltage” is the voltage of the AC power supply E
  • the “DC voltage” is the output voltage of the converter circuit 1.
  • the “energization management signal” is a signal for the control circuit 4 to temporally manage the presence or absence of voltage application based on PWM control
  • the “energization to the relay coil” is the presence or absence of energization to the relay coil 31d.
  • the “output voltage of the control circuit” is a voltage output from the control circuit 4 to the transistor 32 (see FIG. 4) or the transistor 33 (see FIG. 5) based on the PWM control.
  • the “drive current of the four-way valve coil” is a current flowing through the four-way valve coil 36 when the valve body 17b of the four-way valve 17 is moved.
  • each horizontal axis of FIG. 6 is time.
  • the sinusoidal power supply voltage shown in FIG. 6 is converted into a predetermined DC voltage Va by the converter circuit 1 (see FIG. 2). Then, at a predetermined time t0, it is assumed that a signal requesting switching of the four-way valve 17 is input from the indoor unit Ui to the outdoor unit Uo. That is, it is assumed that a request signal for moving the valve body 17b of the four-way valve 17 to the "first position" (position during cooling operation) is input from the indoor unit Ui to the outdoor unit Uo. In this case, the control circuit 4 turns on the energization management signal for a predetermined time T ⁇ 5 from the time t0. It should be noted that the predetermined time T (for example, 1 sec) is set in advance based on a preliminary experiment.
  • the control circuit 4 continues to apply the voltage (PWM output) to the transistor 32 based on the PWM control for a predetermined time T from the time t1.
  • the waveform of the “output voltage of the control circuit” shown in FIG. 6 is a schematic waveform, and in reality, the states of the voltage Vs and the voltage zero are switched in small steps at a predetermined on-duty based on the PWM control.
  • the control circuit 4 After continuing such control for a predetermined time T, the control circuit 4 once sets the output voltage (PWM output) to zero for the predetermined time T (time t2 to t3). After that, the control circuit 4 outputs the voltage based on the PWM control again for the predetermined time T.
  • the valve body 17b since the four-way valve coil 36 is energized twice, the valve body 17b can be reliably moved even when the valve body 17b of the four-way valve 17 is difficult to move.
  • the number of times of PWM control when moving the valve body 17b may be once, or may be three or more times.
  • the PWM output is continued again for a predetermined time T (time t3 to t4), and after the predetermined time T has passed (time t5), the control circuit 4 turns off the energization management signal.
  • a series of processes for moving the valve body 17b of the four-way valve 17 to the "first position" is completed.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the power supply voltage, the DC voltage, the energization management signal, the energization of the relay coil, the output voltage of the control circuit, and the drive current of the four-way valve coil when switching from the cooling operation to the heating operation (as appropriate). , FIG. 2 and FIG. 3). It is assumed that a signal to move the valve body 17b of the four-way valve 17 to the "second position" (position during heating operation) is input from the indoor unit Ui to the outdoor unit Uo at time t0.
  • control circuit 4 turns on the energization management signal for a predetermined time T ⁇ 5 from time t0, and energizes the relay coil 31d in synchronization with the energization management signal. This allows a current to flow through the second current path (see the dashed arrow in FIG. 5) described above.
  • the other controls are the same as those in FIG. 6, and thus the description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram regarding the setting of the on-duty of the PWM control by the control circuit (see FIGS. 3, 6, and 7 as appropriate).
  • the alternate long and short dash line shown in FIG. 8 indicates the target value of the drive current of the four-way valve coil 36. That is, regarding the drive current of the pulsating flow waveform (full-wave rectified waveform) flowing through the four-way valve coil 36 at the times t1 to t2 and t3 to t4 in FIG. 6 and FIG. It is a dashed-dotted line shown.
  • the stepwise solid line shown in FIG. 8 indicates the on-duty of the PWM signal generated when the four-way valve 17 is driven.
  • the horizontal axis of FIG. 8 is time.
  • the on-duty of PWM control is set in advance based on the target value of the drive current of the four-way valve 17, and stored in the control circuit 4. That is, the larger the target value of the drive current, the larger the on-duty of the PWM control.
  • the magnitude of the on-duty is changed (updated) every predetermined duty update cycle T2.
  • a predetermined drive current is supplied to the four-way valve coil 36 by using the transistors 32, 33 and the MOSFETs 34, 35 in addition to the one relay 31. Therefore, the cost can be reduced as compared with the conventional configuration in which the path of the drive current of the four-way valve coil 36 is switched by using two relays (not shown). It should be noted that several switching elements are less expensive than one relay.
  • the four-way valve 17 can be selected in a wide range without being limited by the magnitude of the power supply voltage. For example, even if the voltage of the AC power source E is AC200V, the control circuit 4 appropriately adjusts the on-duty when the four-way valve coil 36 is energized, so that the AC100V four-way valve 17 can be used.
  • the present embodiment has an advantage that when the valve body 17b of the four-way valve 17 is moved, it is unlikely to be affected by power supply conditions.
  • the reliability of the air conditioner S including the four-way valve drive device G can be increased more than ever before.
  • the four-way valve drive device G has been described above with reference to the embodiment, the present invention is not limited to these descriptions, and various modifications can be made.
  • the “forward conversion circuit” that performs the forward conversion of power is the converter circuit 1 (see FIG. 2), but the invention is not limited to this. That is, as the "forward conversion circuit", a rectifier circuit including a circuit in which a plurality of diodes (not shown) are connected in a bridge shape and a smoothing capacitor (not shown) may be used. That is, the embodiment can be applied to an air conditioner of a model including a rectifier circuit instead of the converter circuit 1.
  • the on-duty when the control circuit 4 performs the PWM control may be adjusted based on the DC voltage on the output side of the converter circuit 1. For example, when the DC voltage on the output side of the converter circuit 1 is within the predetermined range, the control circuit 4 executes the PWM control based on the reference on-duty shown by the stepwise solid line in FIG. When the DC voltage on the output side of the converter circuit 1 is higher than the above-mentioned predetermined range, the control circuit 4 multiplies the reference on-duty shown in FIG. 8 by a predetermined value (a value smaller than 1). The PWM control is executed based on the second on-duty (not shown) that is obtained.
  • the control circuit 4 makes the on-duty when performing PWM control smaller than a predetermined reference on-duty (the stepwise solid line in FIG. 8).
  • a predetermined reference on-duty the stepwise solid line in FIG. 8
  • a DC voltage detector (not shown) that detects a DC voltage is provided on the output side of the converter circuit 1.
  • the “switching elements” that switch the energization / cutoff of the current through the four-way valve coil 36 are the MOSFETs 34 and 35, but the invention is not limited to this.
  • the switching element another type of active element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be used. The same applies to the transistors 32 and 33.
  • the configuration in which the four-way valve drive circuit 3 includes the transistors 32 and 33 has been described, but the configuration is not limited to this. That is, a well-known driver IC (Integrated Circuit) may be used instead of the transistors 32 and 33.
  • a well-known driver IC Integrated Circuit
  • the designer may set the following values when the control circuit 4 stores each set value. That is, as the rated voltage of the four-way valve 17 is lower, the control circuit 4 may be set so that the on-duty when performing the PWM control is smaller than the predetermined reference on-duty (the stepwise solid line in FIG. 8). .
  • the AC 200V AC power source E see FIG. 2
  • the on-duty when performing PWM control of the MOSFETs 34 and 35 is a predetermined reference on-duty (see FIG. 8). It may be set to about 50% of the stepwise solid line).
  • the AC 200V AC power supply E can be used to drive the AC 100V four-way valve 17.
  • a power supply voltage detection unit (not shown) that detects the power supply voltage of the AC power supply E (see FIG. 2) is provided, and a drive current detection unit (not shown) that detects the drive current through the four-way valve coil 36. May be provided. Then, the control circuit 4 calculates the resistance value of the four-way valve coil 36 based on the detection values of the power supply voltage detection unit and the drive current detection unit described above, and identifies the model (rated voltage etc.) of the four-way valve 17. You may In this case, the control circuit 4 adjusts the on-duty when performing the PWM control of the MOSFETs 34 and 35 based on the power supply voltage and the type of the four-way valve 17.
  • the configuration of the four-way valve drive circuit 3 described in the embodiment can be applied to not only the four-way valve 17 but also other types of “electromagnetic valves” such as a three-way valve (not shown).
  • the air conditioner S having the configuration in which the indoor unit Ui (see FIG. 1) and the outdoor unit Uo (see FIG. 1) are provided one by one has been described, but the present invention is not limited to this.
  • each embodiment can be applied to a multi-type air conditioner including a plurality of outdoor units.
  • the air conditioner S (refrigeration cycle device: see FIG. 1) including the four-way valve drive circuit 3 has been described, but it is also applicable to other "refrigeration cycle device” such as a water heater or an air conditioning water heater. is there.
  • the embodiments are described in detail for the purpose of explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to add / delete / replace another configuration with respect to a part of the configuration of the embodiment.
  • the above-mentioned mechanisms and configurations are shown to be necessary for explanation, and not all the mechanisms and configurations are shown in the product.

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Abstract

低コストで信頼性の高い弁駆動装置等を提供する。四方弁駆動装置(G)は、四方弁駆動回路(3)と、制御回路(4)と、を備えている。四方弁駆動回路(3)は、四方弁コイル(36)を有するとともに、四方弁コイル(36)を介した所定の電流経路に設けられるMOSFET(34,35)を有している。制御回路(4)は、パルス幅変調制御に基づいて、MOSFET(34,35)のオン/オフを制御し、四方弁コイル(36)に通電させる。

Description

弁駆動装置、及び、これを備える冷凍サイクル装置
 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
 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
 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 (5)

  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る弁駆動装置。
  2.  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
     を特徴とする請求項1に記載の弁駆動装置。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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る冷凍サイクル装置。
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