(57)【要約】  電力変換装置は、第１の電力変換回路（３）と、第２の電力変換回路（４）と、第１の充放電部（１）と、第２の充放電部（２）とを備えている。第１の電力変換回路（３）および第２の電力変換回路（４）は、電源（１３０）の電力を負荷に出力する電力に変換する。第１の充放電部（１）は第１の電力変換回路（３）に、第２の充放電部（２）は第２の電力変換回路（４）にそれぞれ接続され、電源（１３０）により充電される。第２の充放電部（２）の静電容量は、第１の充放電部（１）の静電容量より小さい。
2018020657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続され、前記電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第１の電力変換回路と、
前記電源に接続され、前記電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第２の電力変換回路と、
前記第１の電力変換回路に接続され、前記電源により充電される第１の充放電部と、
前記第２の電力変換回路に接続され、前記電源により充電される第２の充放電部と、
を備え、
前記第２の充放電部の静電容量は、前記第１の充放電部の静電容量より小さい、電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路が変換した電力を出力する前記負荷は、モータである、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の充放電部の入力側にリアクタをさらに備えている、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第２の充放電部の出力側に開閉回路をさらに備えている、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路のそれぞれを制御する制御部をさらに備えている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記負荷に必要な電力が、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路の出力電力より小さい場合、前記第１の充放電部に接続される前記第１の電力変換回路を停止させる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記電源の電圧が一定値以下に低下することで、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路の電圧が一定値以下になった場合、前記第２の電力変換回路を停止させる一方、前記第１の充放電部に接続される前記第１の電力変換回路を運転させる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記開閉回路は、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路を停止した場合に、開放する、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記開閉回路は、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路を運転する場合に、閉じる、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記モータは、電気的に独立した第１の巻線および第２の巻線を有し、
前記第１の巻線は前記第１の電力変換回路に、前記第２の巻線は前記第２の電力変換回路にそれぞれ接続されている、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記モータは、圧縮機を動作させる、請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記圧縮機は、空気調和装置に用いられる、請求項１１記載の電力変換装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の前記電力変換装置と、
前記電力変換装置が出力する電力によって駆動されるモータと、
前記モータによって動作する圧縮機とを備えている、空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータなどの負荷に出力する電力を変換する複数の電力変換回路を備えている電力変換装置、および当該電力変換装置を含む空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータで駆動される装置では、信頼性を確保するため、複数の巻線を用いたモータが使用されることがあった。例えば、巻線を２重にした２重３相モータを使用した装置では、一方の巻線に問題が発生した場合でも、他方の巻線を使用してモータを駆動させることができ運転を継続させることができる。特に、２重３相モータを使用した装置では、電気的に独立したそれぞれの巻線に対して、インバータである電力変換装置をそれぞれ接続することで、信頼性を確保した装置を構成することができる。特許文献１では、２重３相モータの第１巻線に第１インバータを、第２巻線に第２インバータをそれぞれ電気的に接続した装置が開示されている。なお、特許文献１では、第１インバータに平滑コンデンサとして第１コンデンサが、第２インバータに平滑コンデンサとして第２コンデンサがそれぞれ接続される構造が開示されている。【０００３】
モータで駆動される装置が信頼性を確保するためには、モータの巻線を複数にする以外に、電力変換装置自体の信頼性を確保する必要がある。例えば、電力変換装置は、インバータの入力部に接続される平滑コンデンサを、フィルムコンデンサにする。なお、フィルムコンデンサは、その構造から電解コンデンサに比べて信頼性が高く、寿命も長い。特許文献２では、インバータのダイオードブリッジ後段に接続された平滑用コンデンサがフィルムコンデンサである構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９８５４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２重３相モータに接続される従来の電力変換装置は、平滑コンデンサに大容量な電解コンデンサを使用する場合が多い。従来の電力変換装置は、平滑コンデンサに大容量な電解コンデンサを使用することで、電力変換装置に接続する電源で瞬時電圧低下が発生した場合でも電解コンデンサに蓄えた電荷を使って入力電圧を維持していた。しかし、電解コンデンサは、体積が大きいため、電力変換装置のサイズが大形化する問題があった。また、電解コンデンサは、大容量になるほど価格は高くなるため、電力変換装置のコストが高くなる問題があった。さらに、電解コンデンサは、フィルムコンデンサに比べ熱に弱く、発熱するモータの近くに配置されると寿命が短くなりやすいという問題があった。【０００６】
平滑コンデンサにフィルムコンデンサを使用した場合、電力変換装置は、信頼性を確保することができる以外に、装置の小型化、低コスト化を図ることが可能になる。しかし、フィルムコンデンサは、電解コンデンサに比べて容量が小さい。そのため、平滑コンデンサにフィルムコンデンサを使用した場合、電源で瞬時電圧低下が発生する度に電力変換装置の入力電圧が急激に低下することになる。従来の電力変換装置をモータに接続した場合、電源で瞬時電圧低下が発生する度に、モータの駆動が停止することになる。特に、空気調和装置の圧縮機に用いるモータに従来の電力変換装置を接続した場合、電源で瞬時電圧低下が発生する度に、空気調和装置の運転が停止して使用者に不快感を与えることになる。特に、電源で瞬時電圧低下の発生頻度が高い地域では、満足に空気調和装置を運転できない問題があった。【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するための発明であって、装置の小型化、低コスト化を図りつつ、電源で瞬時電圧低下が発生した場合であっても入力電圧を維持することが可能な電力変換装置、および当該電力変換装置を含む空気調和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】
【０００８】
本発明の電力変換装置は、電源に接続され、電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第１の電力変換回路と、電源に接続され、電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第２の電力変換回路と、第１の電力変換回路に接続され、電源により充電される第１の充放電部と、第２の電力変換回路に接続され、電源により充電される第２の充放電部と、を備え、第２の充放電部の静電容量は、第１の充放電部の静電容量より小さい。【０００９】
本発明の空気調和装置は、前述の電力変換装置と、電力変換装置が出力する電力によって駆動されるモータと、モータによって動作する圧縮機とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電力変換装置は、第２の充放電部で装置の小型化、低コスト化を図りつつ、電源で瞬時電圧低下が発生した場合であっても第１の充放電部で入力電圧を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の充放電部の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置において電源で瞬時電圧低下が発生した場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の別構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る別構成の電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態７に係る空気調和装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。図１に示す電力変換装置は、電源１３０から供給される電力を変換してモータ７の駆動用電力を生成する。電源１３０と、２重３相モータ７の第１巻線５に接続された第１電力変換回路３と、２重３相モータ７の第２巻線６に接続された第２電力変換回路４とを備えている。さらに、電力変換装置は、第１電力変換回路３の入力側に接続される第１充放電部１と、第２電力変換回路４の入力側に接続される第２充放電部２とを備えている。第１電力変換回路３および第２電力変換回路４は、共通の電源１３０に並列に接続されている。なお、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４は、それぞれ別々の電源１３０に接続されてもよい。
【００１３】
第１電力変換回路３および第２電力変換回路４は、例えば、インバータ回路で構成され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応する上下二つのスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)など）を有している。なお、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４は、３相インバータ回路に限らず、２相モータに接続するのであれば２相インバータ回路などでもよい。
【００１４】
第１充放電部１（第１の充放電部）および第２充放電部２（第２の充放電部）は充放電部品を１つずつ有しており、第２充放電部２は、第１充放電部１に比べて静電容量が小さい。つまり、第１充放電部１には、例えば大容量の電解コンデンサが使用され、第２充放電部２には、例えば小容量のフィルムコンデンサが使用される。なお、充放電部品には、電解コンデンサおよびフィルムコンデンサが使用されているが、充放電可能な他の部品、例えば電気二重層キャパシタ等でもよい。
【００１５】
電力変換装置は、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４のそれぞれを制御する制御部１２をさらに備えている。制御部１２は、第１電力変換回路３の出力電流を検出する第１電流センサ８および第２電流センサ９の検出結果に基づき第１電力変換回路３を制御し、第２電力変換回路４の出力電流を検出する第３電流センサ１０および第４電流センサ１１の検出結果に基づき第２電力変換回路４を制御している。
【００１６】
図１に示す電力変換装置では、電気的に独立した巻線の数、および電力変換回路の数が２の場合について本実施の形態の具体例として説明するが、これに限定されない。電気的に独立した巻線の数、および電力変換回路の数がｎ（は２以上の自然数）の電力変換装置に適用してもよい。また、電力変換回路の数がｎとなる場合、充放電部の数もｎとなる。このｎ個の充放電部のうち、第（ｍ＋１）充放電部（ｍ＜ｎ、ｍは自然数）から第ｎ充放電部までのそれぞれの静電容量が、第１充放電部から第ｍ充放電部までのそれぞれの静電容量より小さくなっている。
【００１７】
本実施の形態に係る電力変換装置は、電気的に独立した巻線（第１巻線５および第２巻線６）持つモータ７にそれぞれ第１電力変換回路３、第２電力変換回路４を接続し、第１電力変換回路３の入力部に第１充放電部１、第２電力変換回路４の入力部に第２充放電部２を接続した構成である。
【００１８】
第１充放電部１および第２充放電部２は、図１で示したように単体の充放電部品で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。図２は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の充放電部の一例を示す回路図である。図２に示す第１充放電部１は、複数の充放電部品が直列または並列に接続されている。具体的に、第１充放電部１は、第１電解コンデンサ１ａと第２電解コンデンサ１ｂとが直列に接続され、第３電解コンデンサ１ｃと第４電解コンデンサ１ｄとが直列に接続され、第１電解コンデンサ１ａと第３電解コンデンサ１ｃとが並列に接続され、第２電解コンデンサ１ｂと第４電解コンデンサ１ｄとが並列に接続されている。さらに、第１充放電部１では、付随する受動素子である第１バランス抵抗１ｅおよび第２バランス抵抗１ｆが、第１電解コンデンサ１ａおよび第２電解コンデンサ１ｂと並列に接続されている。
【００１９】
図２に示す第１充放電部１のように構成することで、第１充放電部１の耐圧を高耐圧化させることができる。つまり、低耐圧のコンデンサを複数組み合わせることで、充放電部の全体とし高耐圧化することができ、高価な高耐圧コンデンサを使用せずに済み、コストを低減することができる。具体的に、耐圧が２００Ｖの電力変換装置を、耐圧が４００Ｖの電力変換装置に変更する場合、耐圧が２００Ｖの充放電部（コンデンサ）を耐圧が４００Ｖの充放電部（コンデンサ）に変更するのではなく、図２に示すように耐圧が２００Ｖの充放電部（コンデンサ）を複数組み合わせる。これにより、使用する部品数は増えるが、単価の安い部品を使用し、かつ部品を複数の装置で共通化することでコストを低減することができる。なお、図２では第１充放電部１について説明したが、第２充放電部２に対しても図２に示した構成を適用してもよい。また、図２では複数の電解コンデンサを組み合わせた構成について説明したが、フィルムコンデンサなどの他の充放電部品を組み合わせて構成してもよい。
【００２０】
次に、電源１３０で瞬時電圧低下が発生した場合、本実施の形態に係る電力変換装置の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置において電源１３０で瞬時電圧低下が発生した場合の動作を示すタイミングチャートである。本実施の形態に係る電力変換装置において、電源１３０で瞬時電圧低下が発生した場合、第２電力変換回路４は、第２充放電部２の静電容量が小さいため当該瞬時電圧低下による入力電圧の変化をカバーできずに停止し、図３に示すように発生するトルクが０（ゼロ）になる。一方、第１電力変換回路３は、第１充放電部１の静電容量が大きいので当該瞬時電圧低下によっても入力電圧の変化をカバーして、発生するトルクを維持する。また、第１電力変換回路３は、第２電力変換回路４が停止してもモータ７の回転数を維持しようと制御を行うため一時的に発生するトルクが高くなる。
【００２１】
しかし、制御部１２は、モータ７の回転数を低下させるので、第１電力変換回路３の発生するトルクを元のトルクに戻す。モータ７の回転数は、電源１３０で瞬時電圧低下が発生した時から低下し始め、一定の停電保護回転数まで低下する。当該瞬時電圧低下が発生している期間中、モータ７の回転数は、停電保護回転数を維持し、当該瞬時電圧低下が解消した場合に通常の回転数に戻る。つまり、制御部１２は、当該瞬時電圧低下が解消した場合、第２電力変換回路４の動作を再開する。
【００２２】
さらに、本実施の形態に係る電力変換装置の動作を、フローチャートを用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。はじめに、制御部１２は、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４が停止状態の時に、制御部１２に入力された電力の出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量より小さいか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
【００２３】
制御部１２は、出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量より小さい場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、第１電力変換回路３を停止させたまま第２電力変換回路４のみを起動する（ステップＳ１０１ａ）。制御部１２は、ステップＳ１０１ａ後に処理をステップＳ１０１に戻し、出力指令値に変化がないかを判断する。制御部１２は、出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量以上の場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４を起動する（ステップＳ１０２）。
【００２４】
次に、制御部１２は、電源１３０で瞬時電圧低下が発生したか否かを検出する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部１２は、図１に示すように第１充放電部１および第２充放電部２の電圧を監視することで、電源１３０で瞬時電圧低下が発生したか否かを検出している。なお、制御部１２は、第１充放電部１および第２充放電部２の電圧を監視するのではなく、電源１３０の電圧を直接検出してもよい。
【００２５】
制御部１２は、電源１３０で瞬時電圧低下が発生したことを検出しない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、処理をステップＳ１０３に戻し、電源１３０での瞬時電圧低下の発生を監視する。一方、制御部１２は、電源１３０で瞬時電圧低下が発生したことを検出した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第２電力変換回路４の運転を停止する（ステップＳ１０３ａ）。そして、制御部１２は、図３で説明したようにモータ７の回転数を停電保護回転数まで低下させる保護運転モードを開始する（ステップＳ１０３ｂ）。
【００２６】
次に、制御部１２は、電源１３０で発生した瞬時電圧低下から復帰したか否かを検出する（ステップＳ１０４）。具体的には、制御部１２は、図１に示すように第１充放電部１および第２充放電部２の電圧を監視することで、電源１３０で発生した瞬時電圧低下から復帰したか否かを検出している。
【００２７】
制御部１２は、電源１３０で発生した瞬時電圧低下から復帰したことを検出した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、第２電力変換回路４を起動する（ステップＳ１０３ｃ）。そして、制御部１２は、保護運転モードを終了しモータ７の回転数を通常の回転数まで戻す（ステップＳ１０３ｄ）。一方、制御部１２は、電源１３０で発生した瞬時電圧低下から復帰したことを検出できない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部１２は、ステップＳ１０３ｂでの処理時に保護運転時間を計時するタイマを起動し、当該タイマが計時した時間が保護運転可能時間を超過したか否かを判断する。
【００２８】
制御部１２は、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理をステップＳ１０４に戻し、保護運転モードでの運転時間を監視する。一方、制御部１２は、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、第１電力変換回路３の運転を停止する（ステップＳ１０６）。そして、制御部１２は、停電異常が発生したことを通知する（ステップＳ１０７）。具体的には、制御部１２は、接続されたモニタ（図示せず）にエラーコードを表示したり、スピーカ（図示せず）にエラーメッセージを出力したりすることで停電異常が発生したことを通知する。
【００２９】
以上のように、本実施の形態に係る電力変換装置は、第１電力変換回路３に接続された第１充放電部１と、第２電力変換回路４に接続された第２充放電部２とを備えている。第１電力変換回路３および第２電力変換回路４は、電源１３０に接続され、電源１３０の電力をモータ７（負荷）に出力する電力に変換する。第１充放電部１および第２充放電部２は、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４の各々に接続され、電源１３０により充電される。第２充放電部２の静電容量は、第１充放電部１の静電容量より小さい。そのため、本実施の形態に係る電力変換装置は、第２充放電部２で装置の小型化、低コスト化を図りつつ、電源１３０で瞬時電圧低下が発生した場合であっても第１充放電部１でモータ７の回転を継続することができる入力電圧を維持することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態に係る電力変換装置では、第１充放電部１および第２充放電部２と充放電部が２個の場合について説明したが、第１充放電部から第ｎ充放電部までのｎ個の充放電部に一般化してもよい。電力変換装置は、ｎ個の充放電部にした場合、各々の充放電部に電力変換回路が接続されるため、電力変換回路もｎ個必要である。また、第（ｍ＋１）充放電部から第ｎ充放電部までのそれぞれの静電容量は、第１充放電部から第ｍ充放電部までのそれぞれの静電容量より小さい。
【００３１】
また、本実施の形態に係る電力変換装置は、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４のそれぞれを制御する制御部をさらに備えている。そのため、当該電力変換装置は、負荷に必要な出力電圧に応じて必要となる電力変換回路を起動、停止することができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態に係る電力変換装置は、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４が変換した電力を出力する負荷は、モータ７であると説明したが、これに限定されずモータ以外の負荷であっても同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る電力変換装置は、制御部１２は、モータ７の必要な電力が、第２電力変換回路４の出力電力より小さい場合、第１電力変換回路３を停止させるので、消費するエネルギーを低減することができる。なお、第１電力変換回路３から第ｎ電力変換回路までのｎ個の電力変換回路に一般化すると、制御部１２は、モータ７の必要な電力が、第（ｍ＋１）電力変換回路から第ｎ電力変換回路までを合計した出力電力より小さい場合、第１電力変換回路３から第ｍ電力変換回路までを停止させる。
【００３４】
さらに、本実施の形態に係る電力変換装置は、制御部１２は、電源１３０の電圧が一定値以下に低下すること（例えば、瞬時電圧低下）で、第２充放電部２の電圧が一定値以下になった場合、第２電力変換回路４を停止させる一方、第１電力変換回路３を運転させるので、モータ７の回転数を停電保護回転数に維持できる。なお、第１電力変換回路３から第ｎ電力変換回路までのｎ個の電力変換回路に一般化すると、制御部１２は、電源１３０の電圧が一定値以下に低下することで、第（ｍ＋１）充放電部から第ｎ充放電部までの電圧が一定値以下になった場合、第（ｍ＋１）電力変換回路から第ｎ電力変換回路までを停止させる一方、第１電力変換回路３から第ｍ電力変換回路までを運転させる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る電力変換装置は、モータ７が、電気的に独立した第１巻線５および第２巻線６を有し、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４が、第１巻線５および第２巻線６のそれぞれに接続されているので、一方の電力変換回路が停止してもモータ７を駆動することができる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態１に係る電力変換装置では、第１充放電部１および第２充放電部２のそれぞれが電源１３０に接続する構成であった。本発明の実施の形態２に係る電力変換装置では、充放電部が整流回路を介して交流電源に接続される構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。なお、図５において、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３７】
図５に示す係る電力変換装置では、第１充放電部１が整流回路１４を介して単相の交流電源１３に接続され、第２充放電部２が整流回路１５を介して交流電源１３に接続されている。整流回路１４，１５は、例えば、交流電源１３から供給された交流入力電圧を全波整流するためのダイオードブリッジで構成された全波整流回路である。整流回路１４，１５の入力は１つの交流電源１３に接続されているが、それぞれ別の交流電源が接続されてもよい。
【００３８】
本実施の形態に係る電力変換装置は、第２充放電部２の出力側に開閉回路をさらに設けることができる。図６は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の別構成を示すブロック図である。なお、図６において、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置および図５に示す電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３９】
図６に示す係る電力変換装置では、第２電力変換回路４と第２充放電部２との間に開閉回路が設けられている。開閉回路は、整流回路１５を構成するダイオードのカソード側に接続された配線上に設けられたスイッチ回路１６である。図６に示す係る電力変換装置では、第２電力変換回路４を停止した際に、負荷であるモータ７からの回生電流が第２充放電部２に向かって流れようとしても、スイッチ回路１６により遮断することができる。そのため、図６に示す係る電力変換装置では、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生して第２電力変換回路４が停止した場合に、モータ７からの回生電流をスイッチ回路１６で遮断することによって、第２充放電部２の電圧が上昇して、耐圧を超えて破壊されることを防止することができる。つまり、スイッチ回路１６は、回生電流が流れることを阻止して第２充放電部２を保護している。
【００４０】
次に、図６に示す係る電力変換装置の動作を、フローチャートを用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る別構成の電力変換装置の動作を示すフローチャートである。なお、図７において、図４に示した本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートと同じ処理については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。はじめに、制御部１２は、入力された電力の出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量より小さいか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
制御部１２は、出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量より小さい場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、第１電力変換回路３を停止させたまま第２電力変換回路４のみを起動する（ステップＳ１０１ａ）。制御部１２は、出力指令値が第２電力変換回路４の出力電力容量以上の場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４を起動する（ステップＳ１０２）。
【００４２】
次に、制御部１２は、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生したか否かを検出する（ステップＳ１０３）。制御部１２は、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生したことを検出しない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、処理をステップＳ１０３に戻し、交流電源１３での瞬時電圧低下の発生を監視する。一方、制御部１２は、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生したことを検出した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、第２電力変換回路４の運転を停止する（ステップＳ１０３ａ）。さらに、制御部１２は、第２充放電部２への回生電流を遮断するためにスイッチ回路１６を開放する（ステップＳ１０３ｅ）。そして、制御部１２は、モータ７の回転数を停電保護回転数まで低下させる保護運転モードを開始する（ステップＳ１０３ｂ）。
【００４３】
次に、制御部１２は、交流電源１３で発生した瞬時電圧低下から復帰したか否かを検出する（ステップＳ１０４）。制御部１２は、交流電源１３で発生した瞬時電圧低下から復帰したことを検出した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、第２電力変換回路４に電力を供給するためにスイッチ回路１６を閉じる（短絡させる）（ステップＳ１０３ｆ）。さらに、制御部１２は、第２電力変換回路４を起動する（ステップＳ１０３ｃ）。そして、制御部１２は、保護運転モードを終了しモータ７の回転数を通常の回転数まで戻す（ステップＳ１０３ｄ）。一方、制御部１２は、交流電源１３で発生した瞬時電圧低下から復帰したことを検出できない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。
【００４４】
制御部１２は、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、処理をステップＳ１０４に戻し、保護運転モードでの運転時間を監視する。一方、制御部１２は、保護運転モードでの運転時間が保護運転可能時間を超過した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、第１電力変換回路３の運転を停止する（ステップＳ１０６）。そして、制御部１２は、停電異常が発生したことを通知する（ステップＳ１０７）。
【００４５】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る別構成の電力変換装置では、第２充放電部２の出力側にスイッチ回路１６をさらに備えているので、第２充放電部２への回生電流を遮断することができ、第２充放電部２を保護することができる。なお、第１充放電部１から第ｎ充放電部までのｎ個の充放電部に一般化すると、制御部１２は、第（ｍ＋１）充放電部から第ｎ充放電部までのそれぞれの充放電部の出力側に開閉回路をさらに備えている。
【００４６】
また、本発明の実施の形態２に係る別構成の電力変換装置では、スイッチ回路１６が、第２電力変換回路４を停止した場合に、開放するので、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生して第２電力変換回路４が停止した場合に、モータ７からの回生電流をスイッチ回路１６で遮断することができ、第２充放電部２が破壊されることを防止することができる。なお、第１電力変換回路３から第ｎ電力変換回路までのｎ個の電力変換回路に一般化すると、開閉回路は、第（ｍ＋１）電力変換回路から第ｎ電力変換回路までを停止した場合に、開放する。
【００４７】
さらに、本発明の実施の形態２に係る別構成の電力変換装置では、スイッチ回路１６が、第２電力変換回路４を運転する場合に、閉じるので、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生して第２電力変換回路４が停止した場合以外に、交流電源１３で第２電力変換回路４を運転することができる。なお、第１電力変換回路３から第ｎ電力変換回路までのｎ個の電力変換回路に一般化すると、開閉回路は、第（ｍ＋１）電力変換回路から第ｎ電力変換回路までを運転する場合に、閉じる。
【００４８】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る電力変換装置では、第１充放電部１および第２充放電部２に接続する整流回路を共通にする構成について説明する。図８は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。なお、図８において、本発明の実施の形態１，２に係る電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
図８に示す電力変換装置では、第１充放電部１および第２充放電部２の入力側に接続される整流回路１４を共通する。図８に示す電力変換装置は、共通の整流回路１４に接続された第１充放電部１および第２充放電部２のそれぞれに、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４が接続され、モータ７に電力を供給する。
【００５０】
図８に示す電力変換装置においても、交流電源１３で瞬時電圧低下が発生して第２電力変換回路４が停止した場合、モータ７からの回生電流が流れるが、第１充放電部１の入力側にリアクタ１７を設けてあるので、リアクタ１７を通って第１充放電部１で回生電流を吸収する。そのため、モータ７からの回生電流がリアクタ１７を通って第１充放電部１に吸収されることによって、第２充放電部２の電圧が上昇して、耐圧を超えて破壊されることを防止することができる。つまり、リアクタ１７は、回生電流から第２充放電部２を保護している。
【００５１】
以上のように、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置は、第１充放電部１の入力側にリアクタ１７をさらに備えているので、回生電流を第１充放電部１で吸収することができ、第２充放電部２を保護することができる。さらに、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置では、回生電流を利用して第１充放電部１の充電を行うことができ、電力を有効に利用することができる。なお、第１充放電部１から第ｎ充放電部までのｎ個の充放電部に一般化すると、第１充放電部１から第ｍ充放電部までのうち、少なくとも１つの充放電部の入力側にリアクタをさらに備えている。
【００５２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る電力変換装置では、独立した複数の負荷に電力を供給する構成について説明する。図９は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。なお、図９において、本発明の実施の形態１〜３に係る電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
図９に示す電力変換装置では、第１電力変換回路３がモータ１８に接続され、第２電力変換回路４がモータ１８と独立したモータ１９に接続される。これにより、図９に示す電力変換装置は、１つの電力変換装置により、独立した複数のモータ（負荷）を駆動することができる。
【００５４】
なお、第１電力変換回路３から第ｎ電力変換回路までのｎ個の電力変換回路に一般化すると、ｎ個の電力変換回路の各々に独立したモータを接続する。なお、ｎ個の電力変換回路を複数のグループに分け、各々のグループに独立したモータを接続してもよい。例えば、第１電力変換回路３から第ｍ電力変換回路までの第１グループにモータ１８を接続し、第（ｍ＋１）電力変換回路から第ｎ電力変換回路までの第２グループにモータ１９を接続してもよい。
【００５５】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る電力変換装置では、電源に３相交流電源を使用する構成について説明する。図１０は、本発明の実施の形態５に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。なお、図１０において、本発明の実施の形態１〜４に係る電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５６】
図１０に示す電力変換装置では、第１充放電部１および第２充放電部２に共通の整流回路１４に接続される電源が３相交流電源１３ａである。図１０に示す電力変換装置では、３相交流電源１３ａの電力が第１電力変換回路３および第２電力変換回路４で変換され、モータ７に供給される。このように、図１０に示す電力変換装置で、さまざまな種類の電源を使用することができる。
【００５７】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る電力変換装置では、負荷に２相モータを使用する構成について説明する。図１１は、本発明の実施の形態６に係る電力変換装置の構成および適用例を示すブロック図である。なお、図１１において、本発明の実施の形態１〜５に係る電力変換装置で説明した構成と同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
図１１に示す電力変換装置では、第１電力変換回路３および第２電力変換回路４に接続される負荷が２重２相モータ７ａである。具体的に、２重２相モータ７ａは、電気的に独立した第１巻線５ａおよび第２巻線６ａから構成され、第１巻線５ａが第１電力変換回路３に、第２巻線６ａが第２電力変換回路４にそれぞれ接続されている。このように、図１１に示す電力変換装置では、さまざまな種類の負荷に電力を供給することができる。なお、図１１に示す電力変換装置では、単相の交流電源１３を使用しているが、３相交流電源を使用してもよい。
【００５９】
実施の形態７．
次に、空気調和装置の圧縮機に用いされるモータを、本発明の実施の形態１〜６に係る電力変換装置が出力する電力によって駆動する場合について説明する。図１２は、本発明の実施の形態７に係る空気調和装置１００を示す概略図である。空気調和装置１００は、圧縮機１Ａと、四方弁２Ａと、室外熱交換器３Ａと、膨張弁４Ａと、室内熱交換器５Ａとを備えている。空気調和装置１００では、圧縮機１Ａと、四方弁２Ａと、室外熱交換器３Ａと、膨張弁４Ａと、室内熱交換器５Ａとを順に配管で接続することで冷媒回路９０Ａを構成している。
【００６０】
圧縮機１Ａは、吸入された冷媒を圧縮することで高温および高圧の冷媒として吐出することができる可変容量の圧縮機である。圧縮機１Ａは、モータ（図示せず）で動作し、当該モータは、図示していないが本発明の実施の形態１〜６に係る電力変換装置に接続され、当該電力変換装置から供給される電力によって駆動される。四方弁２Ａは、運転に応じて圧縮機１Ａから吐出される冷媒の流れる方向を切替可能な切替部である。
【００６１】
室外熱交換器３Ａは、冷房運転を行う場合に凝縮器として機能し、暖房運転を行う場合に蒸発器として機能する熱交換器である。室外側ファン３１Ａは、室外熱交換器３Ａに外気を供給し、空気流を形成する送風部である。
【００６２】
膨張弁４Ａは、冷房運転を行う場合、室外熱交換器３Ａから流出した冷媒を減圧膨張し、暖房運転を行う場合、室内熱交換器５Ａから流出した冷媒を減圧膨張する。
【００６３】
室内熱交換器５Ａは、冷房運転を行う場合に蒸発器として機能し、暖房運転を行う場合に凝縮器として機能する熱交換器である。室内側ファン５１Ａは、室内熱交換器５Ａに外気を供給し、空気流を形成する送風部である。
【００６４】
室外側冷媒温度センサ３２Ａは、室外熱交換器３Ａを流れる冷媒の温度を検出する温度検出部である。室内側冷媒温度センサ５２Ａは、室内熱交換器５Ａを流れる冷媒の温度を検出するセンサである。
【００６５】
室外温度センサ３３Ａは、室外熱交換器３Ａの周辺の室外温度を検出する温度検出部である。制御部８０Ａは、四方弁２Ａを制御して、圧縮機１Ａから吐出される冷媒の流れる方向を切替える。
【００６６】
以上のように、本発明の実施の形態７に係る空気調和装置１００は、本発明の実施の形態１〜６に係る電力変換装置と、電力変換装置が出力する電力によって駆動されるモータと、モータによって動作する圧縮機とを備えている。そのため、空気調和装置１００では、第２充放電部２で電力変換装置の小型化、低コスト化を図りつつ、電源で瞬時電圧低下が発生した場合であっても電力変換装置が第１充放電部１でモータの回転を継続することができる入力電圧を維持するので、冷房運転や暖房運転を停止させることなく運転を継続することができる。また、空気調和装置１００では、電源で瞬時電圧低下が発生する度に運転を停止させることがないので、使用者が快適に利用することができる。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１  第１充放電部、２  第２充放電部、３  第１電力変換回路、４  第２電力変換回路、５，５ａ  第１巻線、６，６ａ  第２巻線、７，７ａ，１８，１９  モータ、８  第１電流センサ、９  第２電流センサ、１０  第３電流センサ、１１  第４電流センサ、１２  制御部、１３  交流電源、１３ａ  ３相交流電源、１４，１５  整流回路  １６  スイッチ回路、１７  リアクタ。
【図１】
2018020657.tif 000003
【図２】
2018020657.tif 000004
【図３】
2018020657.tif 000005
【図４】
2018020657.tif 000006
【図５】
2018020657.tif 000007
【図６】
2018020657.tif 000008
【図７】
2018020657.tif 000009
【図８】
2018020657.tif 000010
【図９】
2018020657.tif 000011
【図１０】
2018020657.tif 000012
【図１１】
2018020657.tif 000013
【図１２】
2018020657.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月22日(2018.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に独立した第１の巻線および第２の巻線を有する負荷および電源に接続された電力変換装置であって、
前記第１の巻線に接続され、前記電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第１の電力変換回路と、
前記第２の巻線に接続され、前記電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第２の電力変換回路と、
前記第１の電力変換回路に接続され、前記電源により充電される第１の充放電部と、
前記第２の電力変換回路に接続され、前記電源により充電される第２の充放電部と、
を備え、
前記第２の充放電部の静電容量は、前記第１の充放電部の静電容量より小さい、電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路が変換した電力を出力する前記負荷は、モータである、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の充放電部の入力側にリアクタをさらに備えている、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第２の充放電部の出力側に開閉回路をさらに備えている、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路のそれぞれを制御する制御部をさらに備えている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記負荷に必要な電力が、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路の出力電力より小さい場合、前記第１の充放電部に接続される前記第１の電力変換回路を停止させる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記電源の電圧が一定値以下に低下することで、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路の電圧が一定値以下になった場合、前記第２の電力変換回路を停止させる一方、前記第１の充放電部に接続される前記第１の電力変換回路を運転させる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記開閉回路は、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路を停止した場合に、開放する、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記開閉回路は、前記第２の充放電部に接続される前記第２の電力変換回路を運転する場合に、閉じる、請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記モータは、圧縮機を動作させる、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記圧縮機は、空気調和装置に用いられる、請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の前記電力変換装置と、
前記電力変換装置が出力する電力によって駆動されるモータと、
前記モータによって動作する圧縮機とを備えている、空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の電力変換装置は、電気的に独立した第１の巻線および第２の巻線を有する負荷および電源に接続された電力変換装置であって、第１の巻線に接続され、電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第１の電力変換回路と、第２の巻線に接続され、電源の電力を負荷に出力する電力に変換する第２の電力変換回路と、第１の電力変換回路に接続され、電源により充電される第１の充放電部と、第２の電力変換回路に接続され、電源により充電される第２の充放電部と、を備え、第２の充放電部の静電容量は、第１の充放電部の静電容量より小さい。
【国際調査報告】
2018020657.tif 000015
2018020657.tif 000016
2018020657.tif 000017
2018020657.tif 000018