(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流手段と、
前記整流手段から出力された直流電圧をオン、オフして送風機用モータに供給するスイッチング手段と、
前記整流手段から出力された直流電圧を低圧の直流電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段から出力された直流電圧を駆動電源として、回転数指令に応じたデューティ比のパルス幅変調電圧が前記送風機用モータに供給されるように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
前記制御手段に対する直流電圧経路に設けられた開閉手段と、
前記電圧変換手段から出力された直流電圧を駆動電源として、空調運転の開始指令を受け取って前記制御手段に前記回転数指令を出力するとともに、空調運転の停止時に前記開閉手段を開放するマイクロコンピュータユニットと、
を備えた空気調和機。
【請求項２】
請求項1記載の空気調和機において、さらに前記スイッチング手段に対する直流電圧経路に開閉手段を設け、
前記マイクロコンピュータユニットは、空調運転の停止時に前記２つの開閉手段を開放することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源の交流電圧を整流し、得られた直流電圧をオン、オフして室内ユニットの送風機用モータを駆動する空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の送風機用モータとして、インバータ主回路とも称されるスイッチング回路及びこれを駆動する制御回路をモータの本体部に内蔵させてなるＰＷＭ直流モータが使用されるようになってきた。
図４はこのＰＷＭ直流モータを駆動する室内ユニットの制御系統を示した回路図である。同図において、交流の商用電源１に室内制御部１０Ａが接続され、さらに、室内制御部１０ＡにＰＷＭ直流モータ２０が接続されている。
【０００３】
室内制御部１０Ａは全波整流回路１１を備え、その交流端子間に商用電源１が接続され、直流端子間に平滑コンデンサ１２が接続されている。従って、平滑コンデンサ１２の両端に商用電源１の交流電圧に対応した高圧の直流電圧ＶH が発生する。この直流電圧ＶH はモータ駆動電源としてＰＷＭ直流モータ２０に供給される。平滑コンデンサ１２の両端にはＤＣ−ＤＣコンバータとして知られるスイッチング電源回路１３が接続されている。
【０００４】
このスイッチング電源回路１３は直流電圧ＶH を交流に変換した後、低圧の交流電圧に変換し、この交流電圧を整流して低圧の直流を発生するもので、その出力経路に逆流防止用のダイオード１４と平滑コンデンサ１５とが接続され、この平滑コンデンサ１５の両端に安定化された低圧の直流電圧ＶL が得られる。この直流電圧ＶL はマイクロコンピュータユニット（以下、ＭＣＵと略記する）１６Ａの動作電源として供給されると共に、後述するモータドライブＩＣ２２の動作電源として供給される。また、商用電源１の交流電圧を検出する入力電圧検出器１７が設けられ、その検出値がＭＣＵ１６Ａに加えられる。また、ＭＣＵ１６Ａに異常表示ランプ１８が接続されている。
【０００５】
ＰＷＭ直流モータ２０はトランジスタを三相ブリッジ接続してなるスイッチング回路２１を備え、その直流入力端に前述した平滑コンデンサ１２の両端が接続され、交流出力端に三相の送風機用ブラシレスモータ２３が接続されている。送風機用ブラシレスモータ２３は磁石回転子を有し、電機子巻線との相対的位置を検出するために、電機子巻線に誘起される電圧信号を磁極の位置検出信号ｐdet としてモータドライブＩＣ２２にフィードバックしている。モータドライブＩＣ２２はＭＣＵ１６Ａから出力される回転数指令ｎref に従ってスイッチング回路２１の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって、ＰＷＭ信号を送風機用ブラシレスモータ２３の電機子巻線に印加する。モータドライブＩＣ２２はさらに、送風機用ブラシレスモータ２３の位置検出信号ｐdet から実際の回転数を求め、回転数信号ｎfbとしてＭＣＵ１６Ａにフィードバックしている。なお、ＰＷＭ直流モータ２０を構成するスイッチング回路２１及びモータドライブＩＣ２２は送風機用ブラシレスモータ２３のモータ本体部に内蔵されている。
【０００６】
上記の構成により、商用電源１がＡＣ１００Ｖの電圧を供給すると約１４１Ｖの直流電圧ＶH がＰＷＭ直流モータ２０に印加される。また、スイッチング電源回路１３の出力を平滑コンデンサ１５によって平滑することによって、ＤＣ５Ｖの電圧がＭＣＵ１６Ａ及びモータドライブＩＣ２２の動作電源として供給される。ＭＣＵ１６Ａは空調負荷あるいは設定された回転数が得られるように回転数信号ｎfbを監視しながら回転数指令ｎref を出力してモータドライブＩＣ２２に加える。モータドライブＩＣ２２は送風機用ブラシレスモータ２３の磁極の位置検出信号ｐdet に同期し、かつ、回転数指令ｎref に従ったＰＷＭ電圧を出力するようにスイッチング回路２１の各スイッチング素子をオン、オフ制御する。また、ＭＣＵ１６Ａは入力電圧検出器１７の検出値に基づいて、定格電圧に対応した電圧の商用電源１に接続されたか否かを判定し、定格電圧に対応しない電源に接続されたとき、接続異常状態を異常表示ランプ１８に表示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＰＷＭ直流モータ２０は、例えばＤＣ１２Ｖの直流電源によって動作する低圧ＰＷＭ直流モータと比較して格段に高い電圧が印加されることから高圧ＰＷＭ直流モータとも呼ばれている。従って、室内制御部１０Ａを商用電源１に接続している限り、高圧の直流電圧がＰＷＭ直流モータ２０に印加され、スイッチング回路２１には僅かであるが漏洩電流が流れる。このため、空調運転の停止中であっても１〜２Ｗ程度の電力を消費し続けることになる。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、第１の目的は運転停止中の消費電力を抑制することのできる空気調和機を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
商用電源の交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流手段と、
前記整流手段から出力された直流電圧をオン、オフして送風機用モータに供給するスイッチング手段と、
前記整流手段から出力された直流電圧を低圧の直流電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段から出力された直流電圧を駆動電源として、回転数指令に応じたデューティ比のパルス幅変調電圧が前記送風機用モータに供給されるように前記スイッチング手段を制御する制御手段と、
前記制御手段に対する直流電圧経路に設けられた開閉手段と、
前記電圧変換手段から出力された直流電圧を駆動電源として、空調運転の開始指令を受け取って前記制御手段に前記回転数指令を出力するとともに、空調運転の停止時に前記開閉手段を開放する制御するマイクロコンピュータユニットと、
を備えた空気調和機である。
【００１０】
この発明によれば、待機時を含めた空調運転の停止時に、送風機用モータにパルス幅変調電圧を供給するスイッチング手段を制御する制御手段に対する直流電圧の入力経路を開放するので、運転停止中の消費電力を抑制することができる効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る空気調和機の一実施形態の構成を示す回路図であり、図中、従来装置として示した図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は圧縮機用ブラシレスモータの制御系統をも併せて示したものである。ここで、商用電源１には、電源リレー３１の一対の接点３１ａ及びノイズフィルタ３２を介して倍電圧整流回路３４が接続されている。電源リレー３１は空調運転時に励磁され、接点３１ａを閉成させて後続の回路に動作電力を供給するものであり、ノイズフィルタ３２はスイッチング回路等のオン、オフに伴うノイズが商用電源１側に漏れるのを防ぐものである。倍電圧整流回路３４は直列接続された２個の中間コンデンサを含み、正の半サイクルと負の半サイクルとでそれぞれ異なる中間コンデンサを充電し、これらの中間コンデンサの和の電圧を平滑する平滑コンデンサ３５を備えている。
【００１２】
平滑コンデンサ３５の両端にはトランジスタを三相ブリッジ接続してなるインバータ主回路とも呼ばれるスイッチング回路３６の直流入力端が接続され、その交流出力端に三相の圧縮機用ブラシレスモータ３８が接続されている。圧縮機用ブラシレスモータ３８は磁石回転子を有し、電機子巻線との相対的位置を検出するために、電機子巻線に誘起される電圧信号を磁極の位置検出信号Ｐdet としてモータドライブ回路３７にフィードバックしている。モータドライブ回路３７はＭＣＵ１６Ｂから出力される回転数指令Ｎref に従ってスイッチング回路３６の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによってＰＷＭ信号を圧縮機用ブラシレスモータ３８の電機子巻線に印加する。モータドライブ回路３７はさらに、圧縮機用ブラシレスモータ３８の位置検出信号Ｐdet から実際の回転数を求め、回転数信号ＮfbとしてＭＣＵ１６Ａにフィードバックしている。
【００１３】
一方、室内制御部１０Ｂの平滑コンデンサ１２の両端に発生する直流電圧をＰＷＭ直流モータ２０に供給する一方の経路に開閉制御手段としての第１リレー４１の常開接点４１ａが接続されている。スイッチング電源回路１３はＭＣＵ１６Ｂの駆動電圧と、制御手段としてのモータドライブＩＣ２２の駆動電圧とを別個の出力端子から出力するようになっている。このうちの一方の出力端子には逆流防止用のダイオード１４を介して平滑コンデンサ１５が接続され、この平滑コンデンサ１５で平滑された低圧の直流電圧ＶL1がＭＣＵ１６Ｂの動作電源として供給される。また、他方の出力端子には、第２リレー４２の常開接点４２ａ及び逆流防止用のダイオード４３を介して、平滑コンデンサ４４が接続され、この平滑コンデンサ４４で平滑された低圧の直流電圧ＶL2がモータドライブＩＣ２２の動作電源として供給される。
【００１４】
また、第１リレー４１の一端がＭＣＵ１６Ｂの直流出力端子に接続され、第１リレー４１の他端が第２リレー４２の一端に接続されている。この第２リレー４２の他端はトランジスタ４５のコレクタに接続され、このトランジスタ４５のエミッタは接地されている。そして、ＭＣＵ１６Ｂがトランジスタ４５のベース電流を供給するようになっている。
【００１５】
なお、大きな入力電流に起因する圧縮機用ブラシレスモータ３８の過熱又は商用電源１に接続するコネクタの過熱によって溶断する温度ヒューズ３９が設けられ、この温度ヒューズ３９を介してＭＣＵ１６Ｂが電源リレー３１を励磁する構成になっている。
【００１６】
上記のように構成された本実施形態の動作について、特に、図４に示した従来装置と異なる部分を中心にして、図２のフローチャートをも参照して以下に説明する。
先ず、空調運転の停止中、商用電源１の交流電圧は全波整流回路１１によって全波整流された後、平滑コンデンサ１２によって平滑されてスイッチング電源回路１３に加えられる。スイッチング電源回路１３は接地点に対して２個の出力端子を有し、一方の出力端子の直流電圧はダイオード１４を介して平滑コンデンサ１５に加えられ、安定化された直流電圧ＶL1がＭＣＵ１６Ｂに供給される。従って、コネクタ等により空調ユニットを商用電源１に接続している限り、ＭＣＵ１６Ｂは常時動作し続けることになる。このとき、ＭＣＵ１６Ｂはトランジスタ４５をオフ状態にするべく、そのベース電流を零に保持する。従って、第１リレー４１及び第２リレー４２はいずれも非励磁状態にされ、接点４１ａ及び４２ａは開放されたままとなる。また、空調運転の停止中、ＭＣＵ１６Ｂは電源リレー３１をも非励磁状態にして接点３１ａを開放状態に保持する。
【００１７】
しかして、ＰＷＭ直流モータ２０を構成するスイッチング回路２１に対する直流電圧ＶH の供給経路は接点４１ａによって遮断される。また、スイッチング電源回路１３の他方の出力端子から出力され、ダイオード４３を介して平滑コンデンサ４４によって平滑される直流電圧も接点４２ａによって遮断されるため、ＰＷＭ直流モータ２０を構成するモータドライブＩＣ２２に対して直流電圧ＶL2が供給されることはない。さらに、接点３１ａの開放によって、商用電源１の交流電圧がノイズフィルタ３２以降の回路に供給されることもない。この結果、運転停止中の消費電力を実質的に零に抑制することができる。
【００１８】
次に、空調運転の開始指令が、図示省略の経路にてＭＣＵ１６Ｂに加えられると、ＭＣＵ１６Ｂはトランジスタ４５にベース電流を供給してトランジスタ４５をオン状態にする。これによって、第１リレー４１及び第２リレー４２の両方が励磁され、ＰＷＭ直流モータ２０を構成するスイッチング回路２１に直流電圧ＶH が供給され、モータドライブＩＣ２２に直流電圧ＶL2が供給される。これによって、図４を用いて説明したと同様な動作が行われる。
【００１９】
また、空調運転の開始指令がＭＣＵ１６Ｂに加えられると、ＭＣＵ１６Ｂは電源リレー３１を励磁してその接点３１ａを閉成させる。これによって、倍電圧整流回路３４から商用電源１の交流電圧の振幅の約２倍の直流電圧が出力され、平滑コンデンサ３５によって平滑されてスイッチング回路３６に加えられる。
【００２０】
このとき、ＭＣＵ１６Ｂは空調負荷に応じた回転数が得られるように回転数信号Ｎfbを監視しながら回転数指令Ｎref を出力してモータドライブ回路３７に加える。モータドライブ回路３７は圧縮機用ブラシレスモータ３８の磁極の位置検出信号Ｐdet に同期し、かつ、回転数指令Ｎref に従ったＰＷＭ電圧が出力されるようにスイッチング回路３６の各スイッチング素子をオン、オフ制御する。また、ＭＣＵ１６Ｂは電圧検出手段としての入力電圧検出器１７の検出値に基づいて、商用電源１の交流電圧が、過電圧を判定するために予め設定した基準値を超えるか否かを判定し、基準値を超えた場合にトランジスタ４５のベース電流を遮断してこのトランジスタ４５をオフ状態とし、第１リレー４１及び第２リレー４２を非励磁状態にする。この結果、電圧の異なる交流電源への空調ユニットの誤接続の可能性があっても比較的低耐圧のＩＣ等を採用することができ、また、制御部を構成するＩＣ等を確実に保護することができる。
【００２１】
一方、本実施形態は圧縮機用ブラシレスモータ３８又は商用電源１に対する接続コネクタが過熱すると、温度ヒューズ３９が溶断するため、電源リレー３１が非励磁状態にされて、その接点を開放するため、圧縮機用ブラシレスモータ３８の運転が停止される。この場合、ＭＣＵ１６Ｂは温度ヒューズ３９が溶断したか否かを判定する機能を備え、溶断と判定した場合にはトランジスタ４５のベース電流を遮断して、接点４１ａ及び接点４２ａを開放する。この結果、温度ヒューズ３９の溶断に伴う圧縮機用ブラシレスモータ３８の停止時には、ＰＷＭ直流モータ２０のスイッチング回路２１に対する直流電圧ＶH 及びモータドライブＩＣ２２に対する直流電圧ＶL2の両方が遮断され、無駄な電力消費を回避するとともに、モータドライブＩＣ２２を確実に保護することができる。
【００２２】
図２はＭＣＵ１６Ｂが備える種々の機能のうち、特に、第１リレー４１及び第２リレー４２を制御する具体的な処理手順を示すフローチャートである。同図において、ステップ101 にて運転開始の指令が与えられたか又は運転継続状態であるか否かを判定し、運転開始の指令が与えらたり、あるいは、運転継続中であればステップ102 にて第１リレー４１及び第２リレー４２を励磁してその常開接点接点４１ａ及び接点４２ａを閉成させて送風機用ブラシレスモータ２３及びモータドライブＩＣ２２の動作電圧を供給する。次のステップ103 にてモータドライブＩＣ２２に対して回転数指令ｎref を与え、送風機用ブラシレスモータ２３の回転数を制御せしめる。次のステップ104 では、商用電源１から供給される電圧、すなわち、入力電圧が過電圧を判定する基準値を外れているか否か、すなわち、１００Ｖ機種で有れば１３０Ｖを超えているか否か、２００Ｖ機種であれば１７０Ｖ以下か否かを判定し、これらの基準値を外れていない場合にはステップ105 にて温度ヒューズ３９が溶断したか否かを判定し、溶断していない場合はにステップ101 の処理に戻る。
【００２３】
一方、ステップ101 にて運転開始の指令が与えられておらず、また、運転継続状態でもないと判定した場合にはステップ106 で運転停止の指令、すなわち、零の回転数指令ｎref を出力し、ステップ107Aにて、回転数リターンとも呼ばれるフィードバック回転数信号ｎfbに基づいて送風機用ブラシレスモータ２３が停止したか否かを判定し、停止するまでステップ101 〜107Aの処理を繰返す。そして、送風機用ブラシレスモータ２３が停止したと判定すればステップ108 にてステップ109 にて第１リレー４１及び第２リレー４２を非励磁状態にしてその常開接点接点４１ａ及び接点４２ａを開放させて送風機用ブラシレスモータ２３及びモータドライブＩＣ２２の動作電圧の供給を遮断してステップ101 の処理に戻る。なお、ステップ104 にて入力電圧が、過電圧又は不足電圧を判定する基準値を外れていると判定した場合、あるいは、ステップ105 にて温度ヒューズ３９が溶断したと判定した場合には、ステップ108 にて第１リレー４１及び第２リレー４２を非励磁状態にしてその常開接点接点４１ａ及び接点４２ａを開放させて送風機用ブラシレスモータ２３及びモータドライブＩＣ２２の動作電圧の供給を遮断してステップ101 の処理に戻る。
【００２４】
なお、上記実施形態ではＭＣＵ１６ＢがモータドライブＩＣ２２に対して回転数指令ｎref を、モータドライブ回路３７に対して回転数指令Ｎref をそれぞれ与える場合について説明したが、これらの回転数指令の代わりにオンデューティ比指令を出力し、モータドライブＩＣ２２及びモータドライブ回路３７がそれぞれオンデューティ比指令に従ってスイッチング回路２１及びスイッチング回路３６をそれぞれオン、オフ制御する構成のものにも本発明を適用することができる。
【００２５】
図３は本発明の第２の実施形態に対応するＭＣＵ１６Ｂの具体的な処理手順を示すフローチャートである。図中、ステップ101 〜106 及びステップ108 の処理は図２で説明したと全く同様であるのでそれらの説明を省略する。この実施形態は図２中のステップ107Aの処理に変えてステップ107Bの処理を実行する点が異なっている。すなわち、ステップ106 にて送風機用ブラシレスモータ２３に対する運転停止の指令が出力されたとすると、その特性に応じた一定の時間の経過後に送風機用ブラシレスモータ２３は停止する。そこで、運転停止の指令が出力されてから停止までの時間を予め設定し、ステップ107Bにて設定時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定した段階にてステップ108 の処理に進むようにする。この結果、図２に示したと略同様な制御が行われる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、待機時を含めた空調運転の停止中の消費電力を抑制することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る空気調和機の一実施形態の構成を示す回路図。
【図２】  図１に示した実施形態を構成するマイクロコンピュータユニットの主要な処理手順を示すフローチャート。
【図３】  本発明に係る空気調和機の他の実施形態を、マイクロコンピュータユニットの主要な処理手順を用いて示したフローチャート。
【図４】  従来の空気調和機を構成するＰＷＭ直流モータを駆動する室内ユニットの制御系統を示した回路図。
【符号の説明】
１  商用電源
１０Ｂ  室内制御部
１１  全波整流回路
１２，１５，４４  平滑コンデンサ
１３  スイッチング電源回路
１６Ｂ  マイクロコンピュータユニット（ＭＣＵ）
２０  ＰＷＭ直流モータ
２１  スイッチング回路
２２  モータドライブＩＣ
２３  送風機用ブラシレスモータ
３１  電源リレー
３４  倍電圧整流回路
３６  スイッチング回路
３７  モータドライブ回路
３８  圧縮機用ブラシレスモータ
４１  第１リレー
４２  第２リレー
４５  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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