(57)【要約】【課題】平常時の電流値および地絡の双方を検出でき、且つ駆動回路の小規模化が可能な冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置は、作動ガスを圧縮する圧縮機２１、及び圧縮機２１により圧縮された作動ガスを膨張させて冷熱を取り出す膨張機を備える冷凍機と、圧縮機２１に交流電圧Ｖａｃを供給する駆動回路３とを備える。駆動回路３は、直流電源電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖａｃに変換するインバータ回路３２と、インバータ回路３２から圧縮機２１へ交流電圧Ｖａｃを導く一対の配線３３ａ，３３ｂと、一対の配線３３ａ，３３ｂが共に挿通された一つのトロイダルコア３５ａ、及びトロイダルコア３５ａに巻回されて磁束を検出する巻線３５ｂを含む電流変成器３５とを有し、トロイダルコア３５ａに対する、一方の配線３３ａの挿通回数と他方の配線３３ｂの挿通回数とが互いに異なる。【選択図】図２
2009192173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスを圧縮する圧縮機、及び前記圧縮機により圧縮された作動ガスを膨張させて冷熱を取り出す膨張機を備える冷凍機と、
前記圧縮機に交流電圧を供給する駆動回路と
を備え、
前記駆動回路は、
直流電源電圧を前記交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から前記圧縮機へ前記交流電圧を導く一対の配線と、
前記一対の配線が共に挿通された一つのトロイダルコア、及び前記トロイダルコアに巻回されて磁束を検出する巻線を含む電流変成器と
を有し、
前記トロイダルコアに対する、前記一対の配線のうち一方の配線の挿通回数と他方の配線の挿通回数とが互いに異なることを特徴とする、冷凍装置。
【請求項２】
前記トロイダルコアに対する前記一方の配線の挿通回数が一回であり、前記他方の配線の挿通回数が二回であることを特徴とする、請求項１に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置に用いられる駆動回路の例として、例えば特許文献１に記載されたモータ駆動回路がある。このモータ駆動回路は、交流モータに電流を供給するＨブリッジと、このＨブリッジと接地電位線との間に接続された電流検出抵抗とを備えている。そして、この電流検出抵抗における電圧降下を測定することにより、モータに流れる電流の大きさを知得している。
【特許文献１】特開２００７−２０２２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
駆動回路と交流モータとを繋ぐ配線や交流モータの内部では、配線と接地電位部分との短絡（以下、地絡という）が発生することがある。駆動回路では、このような地絡を検出して安全のための措置をとることが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載された電流検出方式では、地絡が生じた場合に電流検出抵抗には電流が流れないので、電流供給の停止と地絡の発生とを区別することができず、地絡の発生を検出することが困難である。
【０００４】
このような問題点を解決するための回路として、例えば図４（ａ）に示すような回路構成が考えられる。図４（ａ）に示される駆動回路１００は、Ｈブリッジ１０２と交流モータ１０４とを接続する一対の配線１０６ａ，１０６ｂのうち一方の配線１０６ｂに電流変成器１０８を設け、この配線１０６ｂを流れる電流を検出するように構成されている。このような構成において配線１０６ｂと交流モータ１０４との間（点Ａ）に地絡が生じると、他方の配線１０６ａから配線１０６ｂへ電流Ｉｐが流れる半周期では電流変成器１０８において電流が検出されないが、配線１０６ｂから配線１０６ａへ電流Ｉｎが流れる半周期では電流変成器１０８において過大な電流が検出される。すなわち、電流変成器１０８において検出される電流波形は図５（ａ）のようになり、実効電流値としては通常より大きな値が検出されるので、点Ａにおける地絡を発見することができる。
【０００５】
しかし、配線１０６ａと交流モータ１０４との間（点Ｂ）に地絡が生じると、配線１０６ａから配線１０６ｂへ電流Ｉｐが流れる半周期で電流が検出されず、配線１０６ｂから配線１０６ａへ電流Ｉｎが流れる半周期では電流変成器１０８において本来の大きさの電流が検出される。すなわち、電流変成器１０８において検出される電流波形は図５（ｂ）のようになり、実効電流値としては通常より小さな値しか検出されず、制御により電流量を低下させたのか、或いは地絡が生じたのか区別が困難である。したがって、一対の配線１０６ａ、１０６ｂのそれぞれに電流変成器を設ける必要があり、回路の小規模化を妨げてしまう。
【０００６】
このような問題点に対し、例えば図４（ｂ）に示すような回路構成も考えられる。図４（ｂ）に示される駆動回路１１０では、Ｈブリッジ１０２と交流モータ１０４とを接続する一対の配線１０６ａ、１０６ｂの双方を電流変成器１１２に挿通している。このような構成において配線１０６ｂと交流モータ１０４との間（点Ａ）に地絡が生じると、配線１０６ａから配線１０６ｂへ電流Ｉｐが流れる半周期では電流変成器１１２において本来の大きさの電流が検出され、配線１０６ｂから配線１０６ａへ電流Ｉｎが流れる半周期では電流変成器１１２において過大な電流が検出される。すなわち、電流変成器１１２において検出される電流波形は図６（ａ）のようになり、実効電流値としては通常より大きな値が検出されるので、点Ａにおける地絡を発見することができる。
【０００７】
また、配線１０６ａと交流モータ１０４との間（点Ｂ）に地絡が生じると、配線１０６ａから配線１０６ｂへ電流Ｉｐが流れる半周期で過大な電流が検出され、配線１０６ｂから配線１０６ａへ電流Ｉｎが流れる半周期では本来の大きさの電流が検出される。すなわち、電流変成器１１２において検出される電流波形は図６（ｂ）のようになり、実効電流値としては通常より大きな値が検出されるので、点Ｂにおける地絡を発見することができる。
【０００８】
しかし、図４（ｂ）に示した駆動回路１１０では、地絡等が生じていない平常時に、配線１０６ａを流れる電流による磁束と配線１０６ｂを流れる電流による磁束とが相互に打ち消し合うため、平常時の電流値を検出できない。したがって、平常時の電流値を検出するための電流検出手段が別途必要となり、結局、回路の小規模化を妨げてしまう。
【０００９】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、平常時の電流値および地絡の双方を検出でき、且つ駆動回路の小規模化が可能な冷凍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】
【００１０】
上記した課題を解決するために、本発明による冷凍装置は、作動ガスを圧縮する圧縮機、及び圧縮機により圧縮された作動ガスを膨張させて冷熱を取り出す膨張機を備える冷凍機と、圧縮機に交流電圧を供給する駆動回路とを備え、駆動回路は、直流電源電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、インバータ回路から圧縮機へ交流電圧を導く一対の配線と、一対の配線が共に挿通された一つのトロイダルコア、及びトロイダルコアに巻回されて磁束を検出する巻線を含む電流変成器とを有し、トロイダルコアに対する、一対の配線のうち一方の配線の挿通回数と他方の配線の挿通回数とが互いに異なることを特徴とする。
【００１１】
この冷凍装置においては、一対の配線の双方が一つのトロイダルコアに共に挿通されているので、何れかの配線と圧縮機との間に地絡が生じた場合に、一方の配線から他方の配線へ電流が流れる半周期、及び他方の配線から一方の配線へ電流が流れる半周期の双方において電流変成器が過大な電流を検出でき、地絡を発見することができる。また、地絡等が生じていない平常時には、トロイダルコアへの挿通回数が多い配線を流れる電流による磁束が、挿通回数が少ない配線を流れる電流による逆向きの磁束より大きくなり、これらの合成磁束は電流の大きさに比例する。したがって、短絡等が生じていない平常時の電流値も好適に検出できる。すなわち、上記した冷凍装置によれば、平常時の電流値および地絡の双方を一つのトロイダルコアを含む電流変成器によって検出できるので、駆動回路の小規模化を実現できる。
【００１２】
また、冷凍装置は、トロイダルコアに対する一方の配線の挿通回数が一回であり、他方の配線の挿通回数が二回であることを特徴としてもよい。これにより、上記した冷凍装置を好適に実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の冷凍装置によれば、平常時の電流値および地絡の双方を検出でき、且つ駆動回路の小規模化を可能にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による冷凍装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示す冷凍装置１は、冷凍機２及び駆動回路３を備えている。冷凍機２は、例えばスターリングサイクルを利用したスターリング冷却機であり、圧縮機２１と、コールドヘッド（膨張機）２２と、圧縮機２１およびコールドヘッド２２を互いに接続する配管（ガス流路）２３とを備えている。圧縮機２１は、交流電圧によって動作するモータ２１ａと、このモータ２１ａによって駆動されるシリンダとを含んで構成されており、シリンダ内で圧縮された作動ガスを、配管２３を介してコールドヘッド２２へ送る。コールドヘッド２２は、圧縮機２１により圧縮された作動ガスを膨張させて冷熱を取り出す。
【００１６】
駆動回路３は、圧縮機２１のモータ２１ａに交流電圧を供給するための回路である。図２は、駆動回路３の内部構成を示す回路図である。図２に示すように、駆動回路３は、直流電源電圧Ｖｄｃを発生する直流電源３１と、直流電源３１から提供された直流電源電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖａｃに変換するインバータ回路３２と、このインバータ回路３２からモータ２１ａへ交流電圧Ｖａｃを導く一対の配線３３ａ，３３ｂと、一対の配線３３ａ，３３ｂ上に設けられたフィルタ回路３４とを有している。
【００１７】
インバータ回路３２は、例えばＨブリッジ型インバータ回路によって構成されており、４つのスイッチング素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，及び３２ｄを含んでいる。スイッチング素子３２ａ〜３２ｄは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等のトランジスタによって構成される。スイッチング素子３２ａのドレインはインバータ回路３２の一方の入力に接続されており、スイッチング素子３２ａのソースはインバータ回路３２の一方の出力およびスイッチング素子３２ｃのドレインに接続されている。スイッチング素子３２ｃのソースはインバータ回路３２の他方の入力に接続されている。また、スイッチング素子３２ｂのドレインはインバータ回路３２の一方の入力に接続されており、スイッチング素子３２ｂのソースはインバータ回路３２の他方の出力およびスイッチング素子３２ｄのドレインに接続されている。スイッチング素子３２ｄのソースはインバータ回路３２の他方の入力に接続されている。スイッチング素子３２ａ〜３２ｄの各々のゲートは、図示しない制御部に接続されている。制御部は、スイッチング素子３２ａ〜３２ｄを例えばＰＷＭ方式により駆動するための電気信号を生成する。
【００１８】
配線３３ａは、その一端がインバータ回路３２の一方の入力に接続されており、他端がモータ２１ａのコイルの一端に接続されている。また、配線３３ｂは、その一端がインバータ回路３２の他方の入力に接続されており、他端がモータ２１ａのコイルの他端に接続されている。なお、図２に示すように、配線３３ａ，３３ｂは、インバータ回路３２と駆動回路３の出力端子３ａ，３ｂとを接続する配線、および出力端子３ａ，３ｂとモータ２１ａとを接続する別の配線によって構成されていてもよい。
【００１９】
フィルタ回路３４は、配線３３ａ上に設けられたコイル３４ａと、配線３３ｂ上に設けられたコイル３４ｂと、配線３３ａ及び３４ａの間に接続されたコンデンサ３４ｃとを含んで構成されている。このフィルタ回路３４によって、インバータ回路３２からの矩形波状のＰＷＭ変調された電圧が正弦波状の交流電圧Ｖａｃに成形される。
【００２０】
本実施形態の駆動回路３は、上記構成に加え、更に電流変成器（カレントトランスフォーマー）３５を有している。電流変成器３５は、一つのトロイダルコア３５ａと、巻線３５ｂとを含んで構成されている。トロイダルコア３５ａは、フェライト等の強磁性材料により形成された環状の外形を有しており、環の内側を一対の配線３３ａ，３３ｂが共に挿通されている。そして、配線３３ａ，３３ｂを流れる電流によって、トロイダルコア３５ａの内部に環状の磁束が形成される。巻線３５ｂは、トロイダルコア３５ａの一部に巻回されており、トロイダルコア３５ａに形成される磁束に比例する起電力を発生する。この巻線３５ｂの両端には電流検出回路３５ｃが接続されており、巻線３５ｂに生じる電流をこの電流検出回路３５ｃによって検出することにより、トロイダルコア３５ａの磁束の大きさ、すなわち配線３３ａ，３３ｂを流れる電流の大きさを検出する。
【００２１】
一対の配線３３ａ，３３ｂとトロイダルコア３５ａとの関係を更に詳しく説明する。配線３３ａ及び３３ｂは、或る向きの電流が配線３３ａ及び３３ｂに流れた場合に、配線３３ａにおける電流の向きと、配線３３ｂにおける電流の向きとがトロイダルコア３５ａの内側において互いに逆向きとなるように、トロイダルコア３５ａにそれぞれ挿通されている。そして、トロイダルコア３５ａに対する配線３３ａの挿通回数と配線３３ｂの挿通回数とが互いに異なっており、配線３３ａの挿通回数が一回であるのに対し、配線３３ｂの挿通回数は二回となっている。
【００２２】
このような構成を有する駆動回路３において、地絡等が生じていない平常時には、トロイダルコア３５ａへの挿通回数が多い配線３３ｂを流れる電流によりトロイダルコア３５ａに生じる磁束は、挿通回数が少ない配線３３ａを流れる電流によりトロイダルコア３５ａに生じる逆向きの磁束より大きくなる。本実施形態では、配線３３ａの挿通回数が一回であり配線３３ｂの挿通回数が二回なので、配線３３ｂを流れる電流により生じる磁束は、配線３３ａを流れる電流により生じる逆向きの磁束の２倍となる。したがって、これらの合成磁束（すなわち、配線３３ｂにより生じる磁束から配線３３ａにより生じる磁束を差し引いた磁束）は、配線３３ｂのみがトロイダルコア３５ａに挿通されている場合に生じる磁束と等しくなり、モータ２１ａに供給される電流の大きさを好適に検出できる。
【００２３】
また、配線３３ａとモータ２１ａとの間（点Ｃ）に地絡が生じると、配線３３ａから配線３３ｂへ（すなわち正の向きの）電流Ｉｐが流れる半周期では、配線３３ａを通ってトロイダルコア３５ａの内側を過大な電流が流れるので、電流変成器３５において過大な電流が検出される。また、配線３３ｂから配線３３ａへ（すなわち負の向きの）電流Ｉｎが流れる半周期では、配線３３ｂを通ってトロイダルコア３５ａの内側を平常時と同じ大きさの電流が流れる一方、配線３３ａには電流が流れないので、電流変成器３５において本来の２倍の大きさの電流として検出される。したがって、電流変成器３５において検出される電流波形は図３（ａ）のようになり、実効電流値として平常時より過大な値が検出されるので、点Ｃにおける地絡を発見できる。なお、図３（ａ）における破線は、平常時における電流波形を示している。
【００２４】
また、配線３３ｂとモータ２１ａとの間（点Ｄ）に地絡が生じると、配線３３ａから配線３３ｂへ（すなわち正の向きの）電流Ｉｐが流れる半周期では、配線３３ａを通ってトロイダルコア３５ａの内側を平常時と同じ大きさの電流が流れる一方、配線３３ｂには電流が流れないので、電流変成器３５において本来と同じ大きさで且つ逆向きの電流として検出される。また、配線３３ｂから配線３３ａへ（すなわち負の向きの）電流Ｉｎが流れる半周期では、配線３３ｂを通ってトロイダルコア３５ａの内側を過大な電流が流れるので、電流変成器３５において過大な電流が検出される。したがって、電流変成器３５において検出される電流波形は図３（ｂ）のようになり、実効電流値として平常時より過大な値が検出されるので、点Ｄにおける地絡を発見できる。
【００２５】
このように、駆動回路３においては、一対の配線３３ａ，３３ｂの双方が一つのトロイダルコア３５ａに共に挿通されているので、何れかの配線とモータ２１ａとの間に地絡が生じた場合に、地絡を容易に発見できる。また、地絡等が生じていない平常時においても、モータ２１ａへ供給される電流値を好適に検出できる。すなわち、本実施形態の冷凍装置１によれば、平常時の電流値および地絡の双方を一つのトロイダルコア３５ａを含む電流変成器３５によって好適に検出できるので、駆動回路３の小規模化を実現できる。
【００２６】
本発明による冷凍装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では一方の配線がトロイダルコアに一度だけ挿通され、他方の配線がトロイダルコアに二度挿通されている例を示したが、本発明における各配線の挿通回数はこれらに限られるものではなく、それぞれの挿通回数が互いに異なっていれば何度挿通されていてもよい。また、本発明は一つのトロイダルコアを用いて平常時の電流値と短絡の発生とを検出し得るものであるが、他のトロイダルコアを更に追加する構成を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】駆動回路の内部構成を示す回路図である。
【図３】（ａ）一方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。（ｂ）他方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。
【図４】（ａ）従来の冷凍装置が有する課題を解決するために考え得る回路の一例である。（ｂ）従来の冷凍装置が有する課題を解決するために考え得る回路の別の例である。
【図５】（ａ）図４（ａ）に示した回路において、一方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。（ｂ）図４（ａ）に示した回路において、他方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。
【図６】（ａ）図４（ｂ）に示した回路において、一方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。（ｂ）図４（ｂ）に示した回路において、他方の配線と圧縮機のモータとの間に地絡が生じた場合に、電流変成器において検出される電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…冷凍装置、２…冷凍機、３…駆動回路、２１…圧縮機、２１ａ…モータ、２２…コールドヘッド、２３…配管、３１…直流電源、３２…インバータ回路、３２ａ〜３２ｄ…スイッチング素子、３３ａ，３３ｂ…配線、３４…フィルタ回路、３５…電流変成器、３５ａ…トロイダルコア、３５ｂ…巻線、３５ｃ…電流検出回路、Ｖａｃ…交流電圧、Ｖｄｃ…直流電源電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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