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発明の名称 空気調和機の直流電源装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−28781(P2007−28781A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−206437(P2005−206437)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 京極 章弘
要約 課題
空気調和機の負荷に合わせて昇圧能力を最大限に利用できる直流電源装置を提供する。

解決手段
交流電源1からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷11に供給する、空気調和機の直流電源装置において、圧縮機9の回転数と空気調和機の運転モードによって定められる目標電圧に、その直流電圧が等しくなるように、直流電源装置をフィードバック動作させるとともに、暖房運転時の目標電圧を冷房運転時の目標電圧よりも高く設定することにより、高外気温条件での動作が必要な冷房運転時にも、低外気温動作により高い直流電圧が要求される暖房運転時にも必要十分な直流電圧を供給する。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、負荷に供給する直流電圧は、圧縮機の回転数と空気調和機の運転モードとに基づいて予め定められる目標電圧に等しくなるようにフィードバック制御され、かつ、暖房運転時の目標電圧は、冷房運転時の目標電圧以上の値に設定されることを特徴とする空気調和機の直流電源装置。
【請求項2】
交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、負荷に供給する直流電圧は、圧縮機の回転数と空気調和機内に備えられた温度検出手段によって検出される周囲温度とに基づいて予め定められる目標電圧に等しくなるようにフィードバック制御され、かつ、周囲温度が低くなるにつれて目標電圧が高く設定される領域を備えたことを特徴とする空気調和機の直流電源装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換して負荷に供給する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、交流電源の電圧を直流電圧に変換して負荷へ供給する直流電源装置として、交流電源のゼロクロス点を検出し、交流電源のゼロクロス点付近で、交流電源をリアクトルを介して一定時間短絡することで力率を改善しつつ、高い直流出力電圧を得ることができるものが提案されている。(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図5は、特許文献1に記載された従来の直流電源装置の構成図である。図5に示す従来の直流電源装置は、直流電圧を所定の目標電圧と等しくするようにフィードバック制御されるため、交流電源1の電源電圧が変動しても圧縮機20を駆動するのに必要な直流電圧をほぼ一定に保つことができるため、システムとして安定性に優れる。
【特許文献1】特開2004−72806号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般に、図5に示すタイプの従来の直流電源装置は、目標電圧を高く設定するにつれて短絡素子における損失が増加し、短絡素子の温度が上昇する。特に、直流電圧によるフィードバック制御を行う直流電源装置では、交流電源の電源電圧が低下した場合に、直流電圧を目標電圧まで引き上げるために、短絡手段の短絡時間が長くなり、短絡素子の温度上昇が顕著になりやすい。
【0005】
したがって、設定可能な目標電圧の上限は、直流電源装置の最大使用温度に応じて制約を受ける。そのため、冷暖房運転が可能な空気調和機では、冷房運転時における高外気温での使用を想定して直流電圧の設定を行う必要がある。
【0006】
一方、空気調和機は、暖房運転時において冷房運転時に比べて低い外気温条件にて使用される。希土類やフェライト等の一般的な磁石を用いた圧縮機モータの誘起電圧は、低温ほど高くなる性質を有する。したがって、圧縮機を同じ回転数で駆動する場合、冷房運転時よりも高い直流電圧を必要とする。
【0007】
したがって、圧縮機の回転数や入力電流に応じて目標電圧が決定される従来の空気調和機の直流電源装置では、冷房運転時の直流電源装置の温度上昇によって、暖房運転時における直流電源装置の昇圧性能、すなわち、圧縮機の高速性能が制限されるという課題があった。
【0008】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷房・暖房といった空気調和機の運転モードに応じて圧縮機を必要な回転数で駆動するのに必要な直流電圧を最大限供給することが可能な空気調和機の直流電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機の直流電源装置は、圧縮機の回転数と運転モードとによって直流電源装置の目標電圧を決定し、かつ、暖房運転時における目標電圧を、冷房運転時よりも高い電圧に設定するものである。
【0010】
また本発明の空気調和機の直流電源装置は、圧縮機の回転数と周囲温度とによって直流電源装置の目標電圧を決定し、かつ、周囲温度が低いほど、目標電圧を高く設定するものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の直流電源装置は、暖房運転時における目標電圧を冷房運転時よりも高く設定することにより、室外気温が高いために厳しくなる冷房運転時の直流電源装置の温度上昇に余裕を持たせることができる。また室外気温が低い暖房運転時には、目標電圧を高く設定することで、短絡素子の温度上昇限界まで昇圧性能を引き出すことができ、同時に圧縮機モータの誘起電圧の上昇に対応することが可能となる。
【0012】
上記の効果は、省エネ目的などで圧縮機モータを巻き込むことでモータの誘起電圧が上昇し、高い直流電圧でモータ駆動する必要がある場合に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
第1の発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、直流電源装置は、圧縮機の回転数と空気調和機の運転モードとに基づいて予め定められる目標電圧に、直流電圧が等しくなるようにフィードバック制御されるとともに、暖房運転時の目標電圧を冷房運転時よりも高く設定することによって、特に暖房運転時における直流電源装置の温度上昇限界まで利用することができるため、暖房運転時における圧縮機の最高回転数を引きあげることができる。
【0014】
第2の発明は、交流電源からの交流電圧を所望の直流電圧に整流して負荷に供給する、空気調和機の直流電源装置において、直流電源装置は、圧縮機の回転数と周囲温度とに基づいて予め定められる目標電圧に、直流電圧が等しくなるようにフィードバック制御されるとともに、直流電源装置の周囲温度が低くなるほど目標電圧を高く設定することで、空気調和機の使用環境に応じて最大限の高速性能を引き出すことが可能となる。
【0015】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0016】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における直流電源装置の構成図である。図1に示すように、本発明の直流電源装置は、交流電源1にその一端が接続されたリアクトル2と、リアクトル2を介して交流電源1を短絡する短絡手段3と、リアクトル2の他端に接続された整流回路4と、整流回路4の直流出力両端に、直列に接続されたコンデンサ5およびコンデンサ6と、交流電源1のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路7と、短絡手段3を駆動する制御手段8を備え、直流電圧を、圧縮機9(圧縮機モータ)とこれを駆動するインバータ回路10から成る負荷11へ供給する。
【0017】
制御手段8は、マイコン等で構成されており、ゼロクロス検出回路7にて検出されたゼロクロス点をトリガとして、短絡手段3を駆動する駆動信号を生成し、電源半周期毎に少なくとも1回短絡手段3を短絡・開放する。制御手段8は、圧縮機9の回転数と、空気調和機の運転モードとから直流電源装置の目標電圧を決定し、インバータ回路10へ供給する直流電圧が所定の電圧(目標電圧)になるように短絡手段3の短絡回数や短絡時間、短絡位置を調整するフィードバック動作を行う。
【0018】
図2は、本発明の実施の形態1の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図である。直流電源装置の目標電圧は、空気調和機の運転モード、すなわち冷房運転時と暖房運転時で異なっており、図2に示すように、圧縮機9の回転数がω0
のときには、冷房運転時には図2中のL1で表される電圧V1が、暖房運転時には図2中のL2(>L1)で表される電圧V2が目標電圧として選択される。
【0019】
暖房運転時は、冷房運転時よりも想定される室外気温が低く、冷房運転時よりも直流電源装置の温度上昇に余裕があることから、周囲温度の差に見合うだけ、暖房運転時における目標電圧を高く設定することが可能となる。
【0020】
また、希土類やフェライト等の一般的な磁石を用いた圧縮機モータにおいて、その誘起電圧は、低温になるほど高くなる性質を有することから、等しい圧縮機9の回転数に対して、暖房運転時に冷房運転時よりも目標電圧を高く設定することによって、圧縮機9の駆動に必要最小限の直流電圧の確保しつつ、短絡素子3等の温度上昇を極力抑えた直流電源装置を構成することが可能となる。
【0021】
圧縮機モータでは、低温になるほどモータの誘起電圧が高くなるため、周囲温度が低くなるほど直流電源装置の目標電圧を高く設定することによって、空気調和機の負荷条件に応じた必要な直流電圧を常に負荷へ供給することができるようになる
なお、本実施の形態では、圧縮機9の回転数と空気調和機の運転モードによって目標電圧を選択したが、圧縮機9の回転数の代わりに、交流電源1からの入力電流や圧縮機モータ9のモータ電流で代用しても同様の効果を得ることができる。
【0022】
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態における直流電源装置の構成図である。図3に示すように、本発明の直流電源装置は、交流電源1にその一端が接続されたリアクトル2と、リアクトル2の他端に接続された整流回路4と、整流回路4の直流出力両端に接続された平滑コンデンサ12と、前記リアクタの他端と整流回路4の負極側出力端との間に直列接続された短絡手段3とコンデンサ13とを備えており、さらに、交流電源1のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路7と、短絡手段3を駆動する制御手段8を備えて、直流電圧を、圧縮機9(圧縮機モータ9)これを駆動するインバータ回路10から成る負荷11へ供給する。
【0023】
制御手段8は、ゼロクロス検出回路7にて検出されたゼロクロス点をトリガとして、短絡手段3を駆動する駆動信号を生成し、電源半周期毎に少なくとも1回短絡手段3を短絡・開放する。制御手段8は、圧縮機9の回転数と、空気調和機内に備えられた温度検出手段14によって検出される室外気温とから直流電源装置の目標電圧を決定し、インバータ回路10へ供給する直流電圧が所定の電圧(目標電圧)になるように短絡手段3の短絡回数や短絡時間、短絡位置を調整するフィードバック動作を行う。
【0024】
図4は、本発明の実施の形態2の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図である。目標電圧は、予め定められて記憶された、圧縮機9の回転数と室外気温の関数として求められて、室外気温がt1未満の場合には、目標電圧は図4上Laで表される電圧Vaに、室外気温がt1以上t2未満の場合には、目標電圧は図4上Lbで表されるVbに、室外気温がt2以上の場合には、目標電圧は図4上Lcで表されるVcが選択される(t1<t2,Va>Vb>Vc)。すなわち、同一圧縮機回転数において、室外気温が低くなるほど目標電圧は高く設定される。
【0025】
一般に空気調和機は、氷点下から40度を越える広範囲な気温条件にわたって使用される。直流電源装置の温度上昇余裕は周囲温度が低くなるほど大きくなるので、同じ運転モード、同じ圧縮機9の回転数動作においても、周囲温度(気温)が低いほど目標電圧を高く設定することにより、常に直流電源装置の昇圧性能を、空気調和機の動作条件に応じて最大限利用することが可能となる。
【0026】
なお、図4に示すように、圧縮機9の回転数が比較的低い領域では、圧縮機9のモータを駆動するのにさほど高い直流電圧を必要としない場合には、直流電源装置の目標電圧を室外気温によらず、一定の値V0としてもよい。
【0027】
また、目標電圧を、圧縮機9の回転数と周囲温度だけでなく、運転モードとの組み合わせによって決定しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0028】
以上のように、本発明にかかる空気調和機の直流電源装置は、使用雰囲気温度に応じて直流電源装置の電圧を最大限出力可能な電圧まで出すことができるので、モータ負荷を有するヒートポンプ給湯機や冷蔵庫、洗濯機などの電化製品への用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施の形態1における空気調和機の直流電源装置の構成を示す構成図
【図2】本発明の実施の形態1の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図
【図3】本発明の実施の形態2における空気調和機の直流電源装置の構成を示す構成図
【図4】本発明の実施の形態2の空気調和機の直流電源装置における圧縮機の回転数と目標電圧の関係図
【図5】従来の直流電源装置における構成を示す構成図
【符号の説明】
【0030】
1 交流電源
9 圧縮機
11 負荷
14 温度検出手段




 

 


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