(57)【要約】【課題】インバータを用いたモータ制御装置の入力電圧を可変制御し、効率改善と高速回転を可能とする電源装置を供給する。【解決手段】昇圧用コンデンサ４（容量Ｃ１）とコンデンサ５（容量Ｃ２）と平滑用コンデンサ７（容量Ｃ４）とコンデンサ１２（容量Ｃ５）との間に第１の切り替え手段１１を備え、該切り替え手段により、コンデンサ容量を調整し、直流電圧ＶＤＣを増減させ、低速から中速領域での高効率化や高速化が可能となる。【選択図】図２
2005295759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源からの交流電圧がリアクタを介して、ダイオードブリッジと昇圧用コンデンサからなる整流回路で整流され、平滑用コンデンサで平滑されて直流電圧ＶＤＣが形成され、その形成された直流電圧ＶＤＣを電源電圧にするインバータと、前記インバータにより駆動される圧縮機用モータとを備えた空気調和機において、前記昇圧用コンデンサと前記平滑用コンデンサの間に切り替え手段を設け、コンデンサ容量を可変することを特徴とする空気調和機の電源装置。
【請求項２】
昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に設けられた切り替え手段により昇圧用コンデンサ容量を増加することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の電源装置。
【請求項３】
昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に設けられた切り替え手段と、リアクタにも切り替え手段を設け、昇圧用コンデンサ容量とリアクタのインダクタンス値を増加することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の電源装置。
【請求項４】
昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に設けられた切り替え手段により昇圧用コンデンサ容量を減少させ、平滑コンデンサ容量を増加することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の電源装置。
【請求項５】
昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に設けられた切り替え手段と、リアクタにも切り替え手段を設け、昇圧用コンデンサ容量とリアクタのインダクタンス値を減少させ、平滑コンデンサ容量を増加することを特徴とする請求項３に記載の空気調和機の電源装置。
【請求項６】
昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に設けられた切り替え手段を２個備え、それぞれを切り替えることで、コンデンサ容量を可変することとした請求項５に記載の空気調和機の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ方式のモータ駆動装置を用いた空気調和機に係り、インバータの入力電圧を可変制御し効率改善を目標とした電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の空気調和機の電源装置では、商用電源からの商用交流電圧がリアクタを介してダイオードブリッジと昇圧用コンデンサからなる整流回路で整流され、平滑コンデンサで平滑されて直流電圧ＶＤＣが形成される。この直流電圧ＶＤＣは、電源電圧として、インバータから圧縮機用モータに供給される。(例えば特許文献１参照)
図１０に示すように商用交流電源１と、リアクタ２と、ダイオードブリッジ３と昇圧用コンデンサ４（容量Ｃ１）とコンデンサ５（容量Ｃ２）からなる整流回路６と、平滑用コンデンサ７（容量Ｃ３）と、インバータ８と、圧縮機用モータ９から構成されている。
【特許文献１】特開昭５９−１８１９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の電源装置では、整流回路と平滑コンデンサより形成される直流電圧ＶＤＣを可変することができなかった。そのため、圧縮機用モータが全速度領域で直流電圧ＶＤＣが一定で、最適な効率で制御することができなかった。また、直流電圧ＶＤＣが一定ということで、圧縮機用モータを高速領域まで運転させることが困難であるという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、直流電圧ＶＤＣを可変することで、低速から中速回転領域では、直流電圧ＶＤＣを降下させ、モータ鉄損の軽減や、スイッチング素子のロス軽減により、高効率化が可能となり、また、高速領域では直流電圧ＶＤＣを増加させ、高速化を可能とした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】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機用の電源装置は、昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に切り替え手段を設け、直流電圧ＶＤＣを可変するものである。
【０００６】
これによって、圧縮機用モータが低速から中速領域では、直流電圧ＶＤＣを降下させ高効率化が可能となり、直流電圧ＶＤＣを増加させることで、高速領域までの運転が可能となる。
【０００７】
また、本発明は、リアクタにも切り替え手段を設け、さらに大きな直流電圧ＶＤＣの可変を行うことが可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、空気調和機の電源装置を圧縮機用モータが低速から中速領域時に高効率にさせることができ、さらに、高速領域まで運転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、昇圧用コンデンサと平滑用コンデンサの間に切り替え手段を設け、切り替え手段により昇圧用コンデンサと平滑コンデンサの容量を調整して、直流電圧ＶＤＣを可変することができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の切り替え手段により、圧縮機が低速から中速領域時に、昇圧用コンデンサを増加させ、直流電圧ＶＤＣを降下させ、高効率にすることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第２の発明に加え、リアクタのインダクタンス値を可変する切り替え手段を設け、リアクタのインダクタンス値を増加させ、さらに直流電圧ＶＤＣを降下させ、高効率にすることができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１の発明の切り替え手段により、平滑用コンデンサを増加させ、直流電圧ＶＤＣを上昇させ、高速領域まで運転する事ができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第４の発明に加え、リアクタのインダクタンス値を可変する切り替え手段を設け、リアクタのインダクタンス値を減少させ、さらに直流電圧ＶＤＣを上昇させ、高速領域まで運転することができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１、４、６、８を用いて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機用の電源装置の制御ブロック図である。
【００１７】
従来例の図１０において、平滑用コンデンサ７（容量Ｃ３）とコンデンサ１２（容量Ｃ５）とＣ５の２個直列にして、昇圧用コンデンサ４（容量Ｃ１）とコンデンサ５（容量Ｃ２）間と平滑用コンデンサ７（容量Ｃ３）とコンデンサ１２（容量Ｃ５）間に第１の切り替え手段１１を設け、インバータ８からの圧縮機用モータ回転数情報１３に基づいて、切り替えを指示する切り替え指示手段１４を有する構成となっている。ここで、Ｃ１＝Ｃ２、３２０μＦ≦Ｃ１≦１３００μＦ、Ｃ３＝Ｃ４、３６０μＦ≦Ｃ３≦９００μＦとする。
【００１８】
以上のように構成された制御ブロックについて、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
まず、インバータ８からの圧縮機用モータ回転数情報１３を得る。前記情報から圧縮機用モータ回転数が低速から中速領域であると切り替え指示手段１４が判断した場合に、第１の切り替え手段１１の端子Ｓ１と端子Ｓ２を接続し、昇圧用のコンデンサを容量Ｃ１＋Ｃ３と容量Ｃ２＋Ｃ４として、昇圧用のコンデンサの総容量を増加することができ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣを降下させることができる。
【００２０】
また、直流電圧ＶＤＣの変化を図４より説明する。
図４において、Ｔ＝０で電源投入を行い、電源立ち上り期間は、ある一定の傾きＶＤＣ１／Ｔ１で増加していき、時間Ｔ１後に目標電圧ＶＤＣ１に達する。そして、Ｔ２までの間、直流電圧ＶＤＣ１で安定運転を行う。そして、インバータ８からの回転数情報１３により、低速から中速回転領域であると判断した場合、第１の切り替え手段１１が働き、昇圧用コンデンサ容量が増加して、直流電圧ＶＤＣは、一定の傾き(ＶＤＣ１−ＶＤＣ３)／(Ｔ３−Ｔ２)で降下して、ＶＤＣ３となる。
【００２１】
さらに、負荷により、高速領域の運転が必要な場合は、第１の切り替え手段１１の端子
Ｓ１と端子Ｓ２をオープンにして、平滑用コンデンサの容量＝Ｃ３／２と増加させ、倍電圧コンデンサ容量＝Ｃ１＝Ｃ２と減少させ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣを上昇させることができる。
【００２２】
また、直流電圧ＶＤＣの変化を図６より説明する。ここで、直流電圧ＶＤＣの電圧立ち上りから安定までの制御は、図４と同じとする。
【００２３】
直流電圧ＶＤＣは、ある一定の傾きＶＤＣ１／Ｔ１で増加していき、時間Ｔ１後に目標電圧ＶＤＣ１に達する。そして、時間Ｔ５で、インバータ８からの回転数情報１３により、高速領域の運転が必要であると判断した場合、第１の切り替え手段１１が働き、平滑用コンデンサ容量が増加して、直流電圧ＶＤＣは、一定の傾き(ＶＤＣ６−ＶＤＣ１)／(Ｔ６−Ｔ５)で増加して、ＶＤＣ６となる。ここで、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３、０＜Ｔ１＜Ｔ５＜Ｔ６であり、０＜ＶＤＣ３＜ＶＤＣ１、０＜ＶＤＣ１＜ＶＤＣ６である。
【００２４】
以上のように、本実施の形態１では、切り替え手段により、昇圧用コンデンサ容量を増加させることで、直流電圧ＶＤＣを降下させ、圧縮機用モータが低速から中速回転領域で、高効率化を行うことができ、また、切り替え手段により、平滑用コンデンサ容量を増加させることで、直流電圧ＶＤＣを上昇させ、圧縮機用モータの高速化を行うことができる。
【００２５】
(実施の形態２)
図２、５、７を用いて本発明の実施の形態２における空気調和機の電源装置を説明する。
【００２６】
図２は同電源装置の制御ブロック図である。実施の形態１の図１のブロック図に、リアクタ１６容量Ｌ２を設け、リアクタのインダクタンス値を可変できるように、第２の切り替え手段１５を設けた構成である。ここで、Ｌ１＝Ｌ２、１ｍＨ≦Ｌ１≦１０ｍＨとする。以上のように構成された制御ブロックについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
インバータ８からの圧縮機モータ回転数情報１３により、低速から中速領域では、この第２の切り替え手段１５で端子Ｓ３と端子Ｓ６を接続して、リアクタのインダクタンス値＝２ＸＬ２(＝２ＸＬ１)として増加させ、直流電圧ＶＤＣを降下させる。前記第１の切り替え手段１１と組み合せることで、より効果的に直流電圧ＶＤＣを降下させることができる。この時、第１の切り替え手段１１で、端子Ｓ１とＳ２が接続され、昇圧用コンデンサ容量＝Ｃ１＋Ｃ４＝Ｃ２＋Ｃ５である。
【００２８】
直流電圧ＶＤＣの変化を図５より説明する。なお、電源投入から安定までの制御は、図４と同じとする。目標電圧ＶＤＣ１は、一定の傾き(ＶＤＣ１−ＶＤＣ４)／(Ｔ４−Ｔ２)で降下して、時間Ｔ４には、ＶＤＣ４となる。
【００２９】
さらに、負荷により、高速領域の運転が必要な場合は、第２の切り替え手段１５で端子Ｓ３と端子Ｓ４および端子Ｓ５と端子Ｓ６を接続して、リアクタを並列接続として、リアクタのインダクタンス値＝Ｌ１／２(＝Ｌ２／２)として、半分に減少させ、直流電圧ＶＤＣを上昇させることができる。前記第１の切り替え手段１１と組み合せることで、より効果的に直流電圧ＶＤＣを上昇させることができる。この時、第１の切り替え手段１１は端子Ｓ１とＳ２がオープンとなっており、昇圧用コンデンサの容量＝Ｃ１＝Ｃ２と減少しており、平滑用コンデンサの容量＝Ｃ４／２(＝Ｃ５／２)と増加している。
【００３０】
直流電圧ＶＤＣの変化を図７より説明する。なお、電源投入から安定までの制御は図４と同じである。目標電圧ＶＤＣ１は、一定の傾き(ＶＤＣ７−ＶＤＣ１)／(Ｔ７−Ｔ５)で
上昇して、時間Ｔ７には、ＶＤＣ７となる。ここで、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３、０＜Ｔ１＜Ｔ５＜Ｔ７であり、０＜ＶＤＣ４＜ＶＤＣ１、０＜ＶＤＣ１＜ＶＤＣ７である。また、実施の形態１と比べると、０＜ＶＤＣ４＜ＶＤＣ３＜ＶＤＣ１、０＜ＶＤＣ１＜ＶＤＣ６＜ＶＤＣ７である。
【００３１】
以上のように、本実施の形態２では、実施の形態１に加え、切り替え手段により、リアクタのインダクタンス値を増加させることで、直流電圧ＶＤＣをさらに降下させ、圧縮機用モータが低速から中速回転領域で、高効率化を行うことができ、また、切り替え手段により、リアクタのインダクタンス値を減少させることで、直流電圧ＶＤＣをさらに上昇させ、圧縮機用モータの高速化を行うことができる。
【００３２】
(実施の形態３)
図３、８、９を用いて本発明の実施の形態３における空気調和機の電源装置を説明する。
【００３３】
図３は同電源装置の制御ブロック図である。実施の形態２の図２のブロック図のコンデンサの容量を可変する第１の切り替え手段１１の代わりに、第３の切り替え手段１７と第４の切り替え手段１８の二つを設けた構成である。以上のように構成された制御ブロックについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
前記実施の形態の様に、圧縮機用モータが低速から中速回転領域である場合、第３の切り替え手段１７で端子Ｓ７と端子Ｓ９を接続し、第４の切り替え手段１８で、端子Ｓ１１と端子Ｓ１２を接続して、昇圧用のコンデンサを容量Ｃ１＋Ｃ４と容量Ｃ２＋Ｃ５として、昇圧用のコンデンサの総容量を増加することができ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣを降下させることができる。この時、第２の切り替え手段１５は、端子Ｓ３とＳ６が接続され、リアクタのインダクタンス値＝Ｌ１＋Ｌ２である。直流電圧ＶＤＣの変化を図８より説明する。なお、電源投入から安定までの制御は図４と同じである。目標電圧ＶＤＣ１は、一定の傾き(ＶＤＣ１−ＶＤＣ９)／(Ｔ９−Ｔ８)で降下して、時間Ｔ９には、ＶＤＣ９になる。
【００３５】
さらに、負荷から圧縮機用モータに高速化を必要としている場合は、第３の切り替え手段１７で端子Ｓ７と端子Ｓ８を接続し、第４の切り替え手段１８で端子Ｓ１０と端子Ｓ１２を接続し、昇圧用コンデンサの容量＝Ｃ１＝Ｃ２と減少させ、平滑用コンデンサ容量＝Ｃ４＋Ｃ５と増加させ、整流回路で形成される直流電圧ＶＤＣを上昇させることができ、高速化が可能となる。この時、第２の切り替え手段１５は、端子Ｓ３とＳ４が接続され、端子Ｓ５とＳ６が接続され、リアクタのインダクタンス値＝Ｌ１／２(＝Ｌ２／２)である。
【００３６】
直流電圧ＶＤＣの変化を図９より説明する。なお、電源投入から安定までの制御は図４と同じである。目標電圧ＶＤＣ１は、一定の傾き(ＶＤＣ１１−ＶＤＣ１)／(Ｔ１１−Ｔ１０)で上昇して、時間Ｔ１１には、ＶＤＣ１１となる。ここで、０＜Ｔ１＜Ｔ８＜Ｔ９、０＜Ｔ１＜Ｔ１０＜Ｔ１１であり、０＜ＶＤＣ９＜ＶＤＣ１、０＜ＶＤＣ１＜ＶＤＣ１１である。また、実施の形態１と比べると、０＜ＶＤＣ９＜ＶＤＣ４＜ＶＤＣ１、０＜ＶＤＣ１＜ＶＤＣ６＜ＶＤＣ１１である。
【００３７】
さらに、直流電圧ＶＤＣを上昇させる時に、実施の形態１では、コンデンサ７（容量Ｃ３）とコンデンサ１２（容量Ｃ４）が直列接続となり、コンデンサ容量がＣ３／２となるが、本実施の形態３では、コンデンサ７（容量Ｃ４）とコンデンサ１２（容量Ｃ５）が並列接続になるため、コンデンサ容量がＣ４＋Ｃ５となり、平滑用としてのコンデンサ容量が大きくなり、リプル電圧を抑えることができる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態３では、２つのコンデンサの切り替え手段により、昇圧用コンデンサ容量を増加させ、また、リアクタの切り替え手段で、リアクタのインダクタンス値を増加させることで、直流電圧ＶＤＣをより大きく降下させ、圧縮機用モータが低速から中速回転領域で、高効率化を行うことができ、また、２つのコンデンサの切り替え手段により、昇圧用コンデンサの容量を減少させ、平滑用コンデンサ容量を大幅に増加させ、また、リアクタの切り替え手段により、リアクタのインダクタンス値を低下させ、直流電圧ＶＤＣをより大きく上昇させ、圧縮機用モータの高速化を行うことができる。さらに、リプル電圧を抑えることができるため、脱調に強い信頼性の高い電源装置を供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる空気調和機の電源装置は、圧縮機用モータの低速と中速回転領域での高効率化と高速化が可能となるので、空気調和機以外にも圧縮機を用い効率改善を目標とした冷蔵庫等の冷蔵・冷凍機器の用途にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における電源装置の構成ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２における電源装置の構成ブロック図
【図３】本発明の実施の形態３における電源装置の構成ブロック図
【図４】本発明の実施の形態１における直流電圧ＶＤＣの減少グラフ
【図５】本発明の実施の形態２における直流電圧ＶＤＣの減少グラフ
【図６】本発明の実施の形態１における直流電圧ＶＤＣの増加グラフ
【図７】本発明の実施の形態２における直流電圧ＶＤＣの増加グラフ
【図８】本発明の実施の形態３における直流電圧ＶＤＣの減少グラフ
【図９】本発明の実施の形態３における直流電圧ＶＤＣの増加グラフ
【図１０】従来の電源装置の構成ブロック図
【符号の説明】
【００４１】
１  商用交流電源
２  リアクタのインダクタンス値Ｌ１
３  ダイオードブリッジ
４  コンデンサ（容量Ｃ１）
５  コンデンサ（容量Ｃ２）
６  整流回路
７  コンデンサ（容量Ｃ４）
８  インバータ
９  圧縮機用モータ
１０  直流電圧ＶＤＣ
１１  第１の切り替え手段
１２  コンデンサ（容量Ｃ５）
１３  圧縮機用モータ回転数情報
１４  切り替え指示手段
１５  第２の切り替え手段
１６  リアクタのインダクタンス値Ｌ２
１７  第３の切り替え手段
１８  第４の切り替え手段
【図１】
2005295759.tif 000003
【図２】
2005295759.tif 000004
【図３】
2005295759.tif 000005
【図４】
2005295759.tif 000006
【図５】
2005295759.tif 000007
【図６】
2005295759.tif 000008
【図７】
2005295759.tif 000009
【図８】
2005295759.tif 000010
【図９】
2005295759.tif 000011
【図１０】
2005295759.tif 000012