(57)【要約】  【課題】一次側にコモンモードチョークコイルを備えた空気調和機において地絡検出手段のコストを低減させることを目的とする。  【解決手段】地絡検出部２０は、コモンモードチョークコイル４のコア４ａに発生する磁束を検出するホール素子２１と、ホール素子２１で検出した検知信号を増幅する増幅部２２と、増幅部２２が出力する磁束信号が入力されるコンパレータ２４と、予め定めた地絡閾値と対応する基準電圧をコンパレータ２４へ出力する基準電源２３を備えている。コンパレータ２４は、ホール素子２１で検出した磁束の大きさが地絡閾値以上になった時、地絡の発生を示す地絡検出信号を制御部１０へ出力する。【選択図】図１
2019100579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が交流電源に接続されるコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルの他端に接続される整流器と、
筐体がアースに接続されるとともに前記整流器から出力される直流電圧を用いて駆動される圧縮機と、
地絡検出手段とを備えた空気調和機であって、
前記地絡検出手段は、
前記コモンモードチョークコイルに発生する磁束を検出する磁気センサを備え、
前記磁気センサで検出した磁束の大きさが予め定めた地絡閾値以上になった時、地絡の発生を示す地絡検出信号を出力することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地絡を検出する手段を有する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機は圧縮機を備えており、この圧縮機はインバータで制御される場合が多い。また、圧縮機は安全上の理由から圧縮機の筐体をアースに接続している。そして、圧縮機の内部には数百ボルトの電圧で駆動されるモータが内蔵されている。このため、モータの巻線の絶縁不良や、パワー素子とヒートシンクの絶縁不良、一次側の回路部品などの絶縁不良により地絡が発生する場合があり、空気調和機には地絡を検出する回路が設けられている場合が多い。
【０００３】
地絡を検出する回路としては図４に示すものがある。図４（１）において図示しない交流電源は入力端子２ａと入力端子２ｂの間に接続されている。そして、入力端子２ａと整流器８の一方の入力側の間にコモンモードチョークコイル４の一方の巻線が直列に接続され、また、入力端子２ｂと整流器８の他方の入力側の間にコモンモードチョークコイル４の他方の巻線が直列に接続されている。なお、整流器８の出力側は負荷８３に接続されている。
【０００４】
そして、交流電流検出部８１は、入力端子２ａとコモンモードチョークコイル４の一方の巻線の間に直列に設けられている。また、交流電流検出部８２は、入力端子２ｂとコモンモードチョークコイル４の他方の巻線の間に直列に設けられている。そして、比較部８０は、それぞれの交流電流検出部の出力が接続されている。比較部８０は入力された２つの電流値を比較する。次に比較部８０は、２つの電流値が不一致の場合、地絡検出信号をハイレベルにして地絡の発生を報知する。つまり、比較部８０は、入力端子２ａから流れ込む電流と、入力端子２ｂから流れ出す電流が異なる場合、差異の電流分が地絡によってアースに流れている状態を検出する構成になっている。当然のことながら、コモンモードチョークコイル４には交流電圧が印加されるため、交流電圧の極性により入力端子２ａから流れ出る電流と、入力端子２ｂから流れ込む電流も存在するが、地絡の検出原理が前述と同じため説明を省略する。
【０００５】
一方、図４（２）において、図示しない交流電源は入力端子２ａと入力端子２ｂの間に接続されている。そして、入力端子２ａと整流器８の一方の入力側が接続されている。また、入力端子２ｂと整流器８の他方の入力側が接続されている。そしてコモンモードチョークコイル４の一方の巻線は、整流器８の一方の出力側と負荷９２の一端の間に直列に接続されている。また、コモンモードチョークコイル４の他方の巻線は、整流器８の他方の出力側と負荷９２の他端の間に直列に接続されている。
【０００６】
そして、直流電圧検出部９１は、コモンモードチョークコイル４の他方の巻線の整流器8と負荷９２の間に並列に接続されている。また、直流電圧検出部９１の検出信号は地絡検出部９０へ接続されている。地絡検出部９０は入力された検出信号が０ボルトの時、リターン電流が無くなった、つまり、地絡が発生したとして地絡検出信号をハイレベルにして地絡の発生を報知する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、図４（１）の構成では交流電流を検出するため、単相交流電源でも２つの電流検出回路が必要である。交流電流を検出するためには２つの高価なカレントトランスが必要であり、コストアップとなる問題があった。
一方、図４（２）の構成では二次側の電流を検出するため安価ではあるが、二次側にコモンモードチョークコイル４を配置すると、一次側の地絡が検出できないと言う問題があった。
また、これらの方法とは別に地絡を検出できる零相変流器を用いる方法もあるが、これを機器に組み込むとコストアップとなる問題があった。
さらに、コモンモードチョークコイルに零相変流器で採用されている地絡検出用のコイルを設ける方法も考えられる。しかしながら、このコモンモードチョークコイルは、特殊なコモンモードチョークコイルとなってしまう。このため、このコモンモードチョークコイルは、汎用性がなくて高価となる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１０９７４８号公報（段落番号００２２〜００２４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は以上述べた問題点を解決し、一次側にコモンモードチョークコイルを備えた空気調和機において地絡検出手段のコストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、
一端が交流電源に接続されるコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルの他端に接続される整流器と、
筐体がアースに接続されるとともに前記整流器から出力される直流電圧を用いて駆動される圧縮機と、
地絡検出手段とを備えた空気調和機であって、
前記地絡検出手段は、
前記コモンモードチョークコイルに発生する磁束を検出する磁気センサを備え、
前記磁気センサで検出した磁束の大きさが予め定めた地絡閾値以上になった時、地絡の発生を示す地絡検出信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、
背景技術で説明した高価なカレントトランスや零相変流器を用いる必要がなく、また、地絡検出用の検知コイルなどを組み込んだ特殊なコモンモードチョークコイルを用いる必要がない。このため安価な空気調和機を実現可能できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による空気調和機の室外機の実施例を示すブロック図である。
【図２】地絡を検出する原理を説明する説明図である。
【図３】本発明による地絡検出部の動作を説明する説明図である。
【図４】従来の地絡検出方法を示す要部ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明による空気調和機である室外機１の実施例を示すブロック図である。なお、冷媒回路や室内機については本願と直接関係ないため図示を省略している。
【００１５】
図１において室外機１は、図示しない交流電源が接続される入力端子２ａと入力端子２ｂと、内部にコア４ａを備えたコモンモードチョークコイル４と、入力された交流電源を整流する整流器８と、整流器８が出力する直流電圧が入力される昇圧チョッパー９と、昇圧チョッパー９が出力する直流電圧が入力されるインバータ１１と、インバータ１１で駆動される圧縮機１２を備えている。なお、圧縮機１２の金属製の筐体はアースに接続されている。また、室外機１は昇圧チョッパー９の出力電圧で駆動される図示しないファンモータも備えている。なお、コモンモードチョークコイル４は室外機１の一次側に備えられており、制御部１０から発生するノイズやインバータ１１から発生するノイズが室外機１の外部に流出することを防止している。また、コモンモードチョークコイル４は外部からのノイズの侵入を防止する機能もある。
【００１６】
コモンモードチョークコイル４は、コア４ａに同じ方向に巻線が巻かれて形成された、コイル４ｂとコイル４ｃを備えている。入力端子２ａは、コモンモードチョークコイル４のコイル４ｂの一端に接続されている。また、コイル４ｂの他端は、整流器８の入力端８ａに接続されている。一方、入力端子２ｂは、コモンモードチョークコイル４のコイル４ｃの一端に接続されている。また、コイル４ｃの他端は、整流器８の入力端８ｂに接続されている。
そして整流器８の正極出力端８ｃと負極出力端８ｄは、昇圧チョッパー９の入力端にそれぞれ接続されている。昇圧チョッパー９の２つの出力端は、インバータ１１の入力端にそれぞれ出力されている。また、インバータ１１の三相出力が圧縮機１２に接続されている。
【００１７】
さらに、室外機１は、ノイズ除去用のコンデンサ３とコンデンサ５とコンデンサ６とコンデンサ７を備えている。コンデンサ３は、入力端子２ａと入力端子２ｂの間に備えられている。また、コンデンサ５は、整流器８の入力端８ａと入力端８ｂの間に備えられている。さらに、直列に接続されたコンデンサ６とコンデンサ７はコンデンサ５と並列に接続されている。また、コンデンサ６とコンデンサ７の接続点はアースに接続されている。
【００１８】
また、室外機１は、地絡検出信号を出力する地絡検出部（地絡検出手段）２０と、室外機１を制御する制御部１０を備えている。制御部１０は地絡検出信号が入力されている。また、制御部１０は、昇圧チョッパー９の図示しないスイッチング素子を制御するスイッチングパルス信号を昇圧チョッパー９へ出力している。また、制御部１０は、圧縮機１２の図示しないモータを回転させるための駆動信号をインバータ１１へ出力している。なお、地絡の検出対象は、交流電源に関連する回路、例えばコンデンサ６やコンデンサ７、及び整流器８が出力する直流電圧に関連する回路、例えば昇圧チョッパー９やインバータ１１や圧縮機１２である。
【００１９】
ところで、空気調和機のような機器は、本来であれば入力端子２ａを介して室外機１へ流れ込む電流と、室外機１から入力端子２ｂを介して流れ出す電流の大きさが等しく、コモンモードチョークコイル４に流れる電流の方向が逆である。しかしながら、機器の回路の不具合により入力端子２ａを介して室外機１へ流れ込む電流のすべて、又は、その一部がアースを介して交流電源へ帰る場合があり、これを地絡と呼んでいる。この地絡は、室外機１の絶縁不良が原因であり、パワー系の素子とそのヒートシンク（アースされている室外機１の筐体に装着）との絶縁不良や、モータ類の巻線とそのモータの筐体（アースされている室外機１の筐体に装着）の絶縁不良などが主な原因である。なお、当然のことながら、コモンモードチョークコイル４には交流電圧が印加されるため、交流電圧の極性により入力端子２ａから流れ出る電流と、入力端子２ｂから流れ込む電流も存在するが、地絡の発生原因が前述と同じため説明を省略する。このため、本実施例では入力端子２ｂから流れ込む電流については説明を省略する。
【００２０】
このような地絡を検出するため地絡検出部２０は、コイル４ｂ、コイル４ｃに交流電流が流れることにより発生する磁束を検出して検知信号（電圧信号）として出力するホール素子（磁気センサ）２１と、入力された検知信号を全波整流したのち増幅して磁束信号として出力する増幅部２２と、地絡閾値を電圧として出力する基準電源２３と、磁束信号と地絡閾値の電圧を比較し、磁束信号の電圧が地絡閾値以上の時にハイレベルの地絡検出信号を出力するコンパレータ２４を備えている。なお、地絡検出部２０は地絡検出信号を制御部１０へ出力している。また、ホール素子２１は、コモンモードチョークコイル４のコア４ａの表面に配置され、コア４ａを貫く磁束を検出している。さらにホール素子２１は、コイル４ｂとコイル４ｃからほぼ均等に離れた位置に固定されている。
【００２１】
前述したように地絡が発生していない場合、入力端子２ａから室外機１に流れ込む電流は、室外機１から入力端子２ｂへ流れ出す電流と同じ大きさでコモンモードチョークコイル４においてその方向が逆である。そしてコモンモードチョークコイル４の２つのコイルは、巻方向が同じになっている。従ってこの２つのコイルよって発生しコア４ａを貫く磁束の大きさは同じあり、その磁束の方向は逆になる。このため、コア４ａを貫く磁束は結果的に打ち消される。もし、地絡が発生して機器に流れ込む電流と流れ出す電流がアンバランスになった場合、これに対応してコア４ａを貫く磁束の大きさもアンバランスとなる。これを検知したホール素子２１は、このアンバランスとなった磁束の大きさと対応する検知信号を出力する。なお、このアンバランスとなった磁束の大きさは入力端子２ａから室外機１に流れ込む電流と対応している。
【００２２】
図２は地絡を検出する原理を説明するコモンモードチョークコイル４の説明図であり、図２（１）は地絡が未発生の場合を、図２（２）は地絡が発生した場合をそれぞれ示している。
図２において入力端子２ａは、コモンモードチョークコイル４のコイル４ｂの一端に接続され、コイル４ｂの他端は、図示しない負荷（例えば図１の昇圧チョッパー９の出力電圧で駆動されるインバータ１１や圧縮機１２などからなる電力系統全体）の一端へ接続される。また、入力端子２ｂは、コモンモードチョークコイル４のコイル４ｃの一端に接続され、コイル４ｃの他端は、図示しない負荷の他端へ接続されている。なお、各コイルはドーナッツ状のコア４ａに巻かれており、さらに、互いのコイルが最も離れるように配置されている。
【００２３】
図２（１）は地絡が発生していない状態を示し、入力端子２ａから室外機１に流れ込む交流電流Ｉｆは、矢印に示すようにコイル４ｂを通過して図示しない負荷の一端に流れる。さらに交流電流Ｉｆは、この負荷を破線で示すように流れる。次に交流電流Ｉｆは、負荷の他端からリターン電流Ｉｒとなってコイル４ｃを通過して入力端子２ｂから流れ出す。この場合、交流電流Ｉｆによってコア４ａに発生する磁束Ｍｆは、コア４ａ内で時計方向に発生しようとする。一方、リターン電流Ｉｒによってコア４ａに発生する磁束Ｍｒは、コア４ａ内で反時計方向に発生しようとする。この結果、磁束Ｍｆと磁束Ｍｒは、コア４ａ内で互いに打ち消しあって結果的に磁束は発生しない。
【００２４】
一方、図２（２）は地絡が発生した状態を示し、入力端子２ａから室外機１に流れ込む交流電流Ｉｆは、矢印に示すようにコイル４ｂを通過して図示しない負荷の一端に到達する。その後、交流電流Ｉｆは、地絡となった経路を介してアースへ流れ込む。このため、前述したリターン電流Ｉｒが発生しない。このため、交流電流Ｉｆによってコア４ａに発生する磁束Ｍｆのみがコア４ａ内で時計方向に発生する。従って、この時の磁束Ｍｆを前述したホール素子２１で検出することで地絡の発生を知ることができる。なお、例えば入力端子２ａから室外機１に流れ込む電流が直流電流に変換され、この直流電流がアースに流れる電流と、リターン電流Ｉｒに分流された場合、コア４ａ内ではアースに流れだす電流と対応する磁束が発生するため、地絡検出部２０は部分的な漏洩電流でも検出することができる。
【００２５】
次に図1のブロック図と図３の説明図を用いて地絡検出部２０の動作を説明する。図３において横軸は時間である。縦軸に関して図３（１）は入力端子２ａから流れ込む交流電流Ｉｆを、図３（２）は入力端子２ｂから流れ出すリターン電流Ｉｒを、図３（３）は磁束信号を、図３（４）は地絡検出信号を、それぞれ示している。なお、ｔ０〜ｔ７は時刻である。
【００２６】
図３（１）において、入力端子２ａから流れ込む交流電流Ｉｆは、ｔ０〜ｔ２を一周期とするサイン波である。同様に図３（２）に示すリターン電流Ｉｒは、ｔ０〜ｔ１まではサイン波である。しかし、ｔ１で地絡が発生したためリターン電流Ｉｒは、ｔ１以降において流れない。
【００２７】
一方、図３（３）に示すようにｔ０〜ｔ１まで、コンデンサ6とコンデンサ７や、圧縮機１２、図示しないファンモータなどで発生する漏洩電流を合計したわずかな電流よるアンバランス電流による磁束のみが発生している。このため、磁束信号は、ｔ０〜ｔ１まで地絡閾値よりも小さい値となっている。しかし、ｔ１で地絡が発生したため、ｔ１以降はリターン電流Ｉｒが流れない。このため、コア４ａには交流電流Ｉｆのみに対応する磁束が発生し、この磁束と対応する検知信号がホール素子２１から出力される。増幅部２２は、この交流電流Ｉｆと対応する磁束信号をｔ１以降出力する。
【００２８】
図３（４）に示すように、この地絡検出信号が入力されたコンパレータ２４は、地絡検出信号が地絡閾値以上となったｔ３で地絡検出信号をローレベルからハイレベル（地絡検出）にして出力する。なお、ｔ４で磁束信号が地絡閾値未満となるため、コンパレータ２４は、ｔ４以降は地絡検出信号をハイレベルからローレベルにして出力し、以下これを繰り返す。制御部１０は、この地絡検出信号がｔ３でローレベルからハイレベルになった時、スイッチングパルス信号と駆動信号のなどの出力を停止して室外機１を停止させる。なお制御部１０はｔ４以降に発生する地絡検出信号を無視する。
【００２９】
以上説明したように、地絡検出部２０は、室外機１に備えられているコモンモードチョークコイル４を利用して地絡を検出する。このため、背景技術で説明した高価なカレントトランスや零相変流器を用いる必要がないため安価である。また、本発明はコモンモードチョークコイル４の磁束の変化を検出する方式である。このため、設計者はコモンモードチョークコイル４の選択を地絡検出手段と切り離して考えることが可能であり、豊富な種類の汎用のコモンモードチョークコイル４を従来通り採用することができる。さらに、地絡検出用の検知コイルなどを組み込んだ特殊なコモンモードチョークコイルを用いる必要がない。このため安価な空気調和機を実現可能できる。
【００３０】
本実施例では地絡検出部２０をハードウェアのみで構成した例を説明しているが、これに限るものでなく、ソフトウェアを用いた構成にしてもよい。また、本実施例では単相交流電源を用いた例を説明しているが、これに限るものでなく、三相交流電源を用いた場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  室外機（空気調和機）
２ａ  入力端子
２ｂ  入力端子
３、５、６、７  コンデンサ
４  コモンモードチョークコイル
４ａ  コア
４ｂ、４ｃ  コイル
８  整流器
８ａ、８ｂ  入力端
８ｃ  正極出力端
８ｄ  負極出力端
９  昇圧チョッパー
１０  制御部
１１  インバータ
１２  圧縮機
２０  地絡検出部（地絡検出手段）
２１  ホール素子（磁気センサ）
２２  増幅部
２３  基準電源
２４  コンパレータ
【図１】
2019100579.tif 000003
【図２】
2019100579.tif 000004
【図３】
2019100579.tif 000005
【図４】
2019100579.tif 000006