(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段を備えたコンバータと、前記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、このインバータにより駆動される圧縮機と、前記圧縮機が指令の速度で運転するようにインバータへの通流率を変更することによりインバータ出力周波数またはインバータ出力電圧を制御する速度制御手段を搭載したインバータエアコン。
【請求項２】
双方向スイッチ駆動信号生成手段は入力電圧ゼロクロスのΔｄ（０≦ｄ）後にオン信号を生成し、そのΔｔ（０≦ｔ）後にオフ信号を生成して交流電源から流入する入力電流の高調波と平滑コンデンサの両端電圧である出力電圧を制御することを特徴とした請求項１に記載のインバータエアコン。
【請求項３】
コンバータの直流出力電圧を検出するコンバータ出力電圧検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段にあらかじめ一定の目標出力電圧を記憶させた記憶手段を有し、コンバータ出力電圧が目標電圧以下であればΔｔを増加し、コンバータ出力電圧が目標電圧を超えていればΔｔを減少することで、コンバータ出力電圧が常に目標電圧の近傍に近づくようにΔｔを制御する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項４】
入力電流を検出する入力電流検出手段を備え、かつ前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ入力電流に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶させた記憶手段を有し、前記入力電流検出手段の出力に基づき前記記憶手段から入力電流に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項５】
入力電流検出手段の出力が一定値に達した時点で入力電流がより小さくなるようにΔｄとΔｔの組み合わせを選択する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項６】
圧縮機回転数を検出する圧縮機回転数検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ前記圧縮機回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶する記憶手段を有し、前記圧縮機回転数検出手段の出力に基づき前記記憶手段から回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択する請求項２に記載のインバータエアコン。
【請求項７】
双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ圧縮機指令回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶する記憶手段を有し、圧縮機指令回転数に基づいてΔｄとΔｔの組み合わせを選択する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項８】
コンバータの負荷を検出する負荷検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ圧縮機の回転数または圧縮機の指令回転数または負荷検出手段の出力の少なくとも１つに応じたコンバータの目標出力電圧を記憶させた記憶手段を有し、出力電圧検出手段の出力に基づき前記記憶手段に記憶された目標出力電圧に近づくようにΔｔを選択し、かつ圧縮機の速度制御手段がインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、前記インバータへの通流率を固定し、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段が圧縮機回転数検出手段の出力に基づきΔｔを増減することによりコンバータ出力電圧を可変して圧縮機の回転数を制御する第二の領域と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段におけるΔｔとインバータへの通流率を同時に可変することにより圧縮機の回転数を制御する第三の領域を有する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項９】
双方向スイッチ駆動信号生成手段はコンバータ出力電圧が記憶手段にあらかじめ定められた所定値になるようにΔｔを０≦Δｔ≦ｔ１の範囲で選択し、かつインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、Δｔをｔ１に固定して、インバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を可変する第二の領域を有する請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項１０】
圧縮機速度制御手段におけるインバータへの通流率の増減速度が、双方向スイッチ駆動信号生成手段におけるΔｔの増減速度を常に上回る請求項２記載のインバータエアコン。
【請求項１１】
Δｔの増減速度と前記インバータへの、通流率の変更速度の少なくとも一方を、圧縮機の回転数、または圧縮機の指令回転数または負荷検出手段の出力の少なくとも１つに応じて変更する請求項１０記載のインバータエアコン。
【請求項１２】
入力電流を検出する入力電流検出手段を備え、入力電流が所定値を超えていれば前記Δｔ＞０の状態、所定値以下であればΔｔ＝０の状態とする請求項２〜請求項１１いずれかに記載のインバータエアコン。
【請求項１３】
入力電流の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なる請求項１２記載のインバータエアコン。
【請求項１４】
圧縮機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、圧縮機の回転数が所定値を超えていれば前記Δｔ＞０、所定値以下であればΔｔ＝０とする請求項２〜請求項１１いずれかに記載のインバータエアコン。
【請求項１５】
圧縮機回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なる請求項１４記載のインバータエアコン。
【請求項１６】
双方向スイッチ駆動信号生成手段によるオフ信号の生成において、圧縮機の指令回転数が所定値を越えていればΔｔ＞０の状態、所定値以下であればΔｔ＝０とする請求項２〜請求項１１いずれかに記載のインバータエアコン。
【請求項１７】
圧縮機指令回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なる請求項１６記載のインバータエアコン。
【請求項１８】
電源周波数を検出する電源周波数検出手段を備え、前記電源周波数検出手段の出力に基づき電源周波数に応じたΔｄを選択する請求項２〜請求項１７いずれかに記載のインバータエアコン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用いたコンバータを備えるインバータエアコンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンバータとしてダイオードを利用した整流回路を搭載したインバータエアコンが知られている。図２１、図２２にブリッジ整流回路を利用した全波整流回路を備えたインバータエアコンの回路構成の一例を示す。本図に示した全波整流回路は、４つのダイオード２〜５で構成されたブリッジ整流回路６を備えている。１１はインバータ部、１５は圧縮機部を示している。
【０００３】
図２１は、交流電源１からの交流が正の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード２、平滑コンデンサ７、ダイオード５の順に流れるので、正の電圧Ｖｏを取り出すことができる。
【０００４】
図２２は、交流電源１からの交流が負の半周期の間における電流の流れを示している。電流は矢印で示したように、ダイオード４、平滑コンデンサ７、ダイオード３の順に流れるので、正の電圧Ｖｏを取り出すことができる。すなわち、交流電源１からの交流入力は全波整流され、正の直流電圧が得られることになる。
【０００５】
図２３は図２１、図２２に示すインバータエアコンにおける出力電圧と圧縮機の回転数およびインバータへの通流率の関係を示している。出力電圧は電源電圧と負荷によって定まる固定値であるため、圧縮機の回転数はインバータへの通流率を可変することによって制御される。したがってインバータへの通流率が上限値に達した時点が圧縮機の最高回転数である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来のコンバータを備えたインバータエアコンでは、交流電源１の電圧が直流出力電圧より高い期間しか入力電流が流れないため力率が低く、電源高調波も大きくなるとともに、負荷が上昇するに伴い出力電圧が下降するため、圧縮機の最高回転数が上昇しないという問題があった。
【０００７】
通常高調波の改善策としては交流電源１とブリッジ整流回路６との間にリアクタを接続する方法が用いられるが、この方法では高調波は抑制できても力率が約７０％程度しか得られないため、電源系統に負担をかけるという課題があった。
【０００８】
また出力電圧を上昇させるための改善策としては、高周波スイッチング式の昇圧型コンバータを搭載する方法が用いられるが、この方式では高周波スイッチング用の素子を用いることによるコストアップおよび高周波スイッチングに伴う発生ノイズの増加という課題があった。
【０００９】
本発明のインバータエアコンは、前記のような従来の課題を解決するものであり、高力率、高調波抑制と出力電圧の上昇による圧縮機の最高回転数の増加が実現できるインバータエアコンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のインバータエアコンは、交流電源とブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサを設けたコンバータ部を有するものである。
【００１１】
コンバータを搭載し、双方向スイッチを適切な位相および導通幅で導通させることにより、入力電流の高調波の抑制と高力率化が両立でき、かつ交流電源の電圧ピーク値以上の直流出力電圧が得られ、しかもその出力電圧値が制御可能となるため圧縮機の最大回転数が増加する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するため、請求項１記載の本発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有するコンバータであって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段を備えたものである。
【００１３】
このような構成により前記双方向スイッチを適切な位相および導通幅で導通させることで、入力電流の高調波の抑制と高力率化が両立でき、かつ交流電源の電圧ピーク値以上の直流出力電圧が得られ、しかもその出力電圧が制御可能となるため、圧縮機の最高回転数を向上することができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、双方向スイッチ駆動信号生成手段は入力電圧ゼロクロスのΔｄ（０≦ｄ）後にオン信号を生成し、そのΔｔ（０≦ｔ）後にオフ信号を生成して交流電源から流入する入力電流の高調波と平滑コンデンサの両端電圧である出力電圧を制御するものである。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、出力電圧を検出する手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段は前記出力電圧検出手段の出力が常に一定となるようにΔｔを選択するものであり、これにより負荷変動が発生した場合でも安定した出力電圧が得られることになり、安定した圧縮機回転数制御が可能となる。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、かつ前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ入力電流に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶させた記憶手段を有し、前記入力電流検出手段の出力に基づき前記記憶手段から入力電流に応じたΔｄ、Δｔの組み合わせを選択するものである。
【００１７】
これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することができるため、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００１８】
請求項５記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、前記入力電流検出手段の出力が一定値に達した時点でΔｄもしくはΔｔを入力電流がより小さくなるように選択するものであり、これにより高負荷時に最高力率点でコンバータを駆動することが可能となるため、コンセントの最大容量を効率的に活用することができ、エアコンの最高能力を向上することができる。
【００１９】
請求項６記載の本発明は、圧縮機回転数の検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ圧縮機回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶する記憶手段を有し、前記圧縮機回転数検出手段の出力に応じて前記記憶手段から回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択するもので、これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００２０】
請求項７記載の本発明は、双方向スイッチ駆動信号生成回路の内部にあらかじめ圧縮機の指令回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶させた記憶手段を有し、前記記憶手段から圧縮機の指令回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択するもので、これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００２１】
請求項８記載の本発明は、出力電圧検出手段の出力に基づき、出力電圧が常に一定となるようにΔｔを選択し、かつインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、ＰＷＭ制御のインバータへの通流率を固定し、かつ出力電圧を可変して圧縮機の回転数を制御する第二の領域と、出力電圧を可変するとともにＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変して圧縮機の回転数を可変する第三の領域を有するものである。
【００２２】
これにより比較的軽負荷の領域では安定した圧縮機の回転数制御が可能となる。また高負荷の領域では出力電圧を上昇させることにより圧縮機の最高回転数を増加することができるため、エアコンの最高能力が向上する。
【００２３】
請求項９記載の本発明は、出力電圧が常に一定になるようにΔｔを０≦Δｔ≦ｔ１の範囲で選択し、かつＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を可変する第一の領域と、Δｔをｔ１に固定して、ＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を可変する第二の領域を有するものであり、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００２４】
請求項１０記載の本発明は、ＰＷＭ制御におけるインバータの通流率の増減速度が、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段におけるΔｔの増減速度を常に上回るもので、これにより安定した圧縮機回転数制御を実現することができる。
【００２５】
請求項１１記載の本発明は、Δｔの増減速度とインバータへの通流率の増減速度との少なくとも１つを、圧縮機の回転数、または圧縮機の指令回転数、または負荷検出手段の出力の少なくとも１つに応じて切り替えるものであり、負荷に応じた最適な圧縮機の回転数の変更速度と安定した圧縮機の回転数制御をともに実現することができる。
【００２６】
請求項１２記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、入力電流が所定値を超えていればΔｔ＞０、所定値以下であればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００２７】
請求項１３記載の本発明は、入力電流の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００２８】
請求項１４記載の本発明は、圧縮機回転数の検出手段を備え圧縮機回転数が所定値を超えていればΔｔ＞０、所定値以下であればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００２９】
請求項１５記載の本発明は、圧縮機回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００３０】
請求項１６記載の本発明は、圧縮機の指令回転数が所定値を越えていればΔｔ＞０、所定値いかであればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上に出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００３１】
請求項１７記載の本発明は、圧縮機の指令回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００３２】
請求項１８記載の本発明は、電源周波数検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部に、あらかじめ電源周波数に応じたΔｄを記憶させた記憶手段を有し、前記電源周波数検出手段の出力に基づき前記記憶手段から電源周波数に応じたΔｄを選択するものであり双方向スイッチの制御を容易にするものである。
【００３３】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。従来例と同一構成のものは、同一番号を付して説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は本発明に係るインバータエアコンの構成の実施の形態１を示している。
【００３４】
図１〜図４に示したインバータエアコンのコンバータは、４つのダイオード２〜５で形成されたブリッジ整流回路６と、交流電源１とを備えている。交流電源１とブリッジ整流回路６の交流入力端との間にはリアクタ８が、ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間にはコンデンサ１０が接続されている。
【００３５】
図１、図２に示した構成図では、コンデンサ１０はブリッジ整流回路６の交流入力端６ａまたは６ｂと、負の直流出力端６ｃとの間に双方向スイッチ９を介して接続されており、図３、図４に示した構成図では、コンデンサ１０はブリッジ整流回路６の交流入力端６ａまたは６ｂと、正の直流出力端６ｄとの間に接続されている。
【００３６】
また、ブリッジ整流回路６の正の直流出力端６ｄと、負の直流出力端６ｃとの間には、平滑コンデンサ７が接続されている。この平滑コンデンサ７により、ブリッジ整流回路６によって得られた変化の激しい直流を滑らかな直流にすることができる。
【００３７】
さらに、交流電源１の電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段１２と、前記ゼロクロス検出手段１２の出力に基づき、双方向スイッチ９の駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段１３と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段１３の出力に基づき双方向スイッチ９の駆動を行う双方向スイッチ駆動手段１４を有している。
【００３８】
なお、図２〜図４ではゼロクロス検出手段１２、双方向スイッチ駆動信号生成手段１３、双方向スイッチ駆動手段１４の記載を省略している。
【００３９】
以下、図５〜図８を用いて、図１に示したコンバータの動作について説明する。図５、図６は、交流入力電圧Ｖｉが正の半周期の間を示し、図７、図８は、負の半周期の間を示している。また、図９、図１０は図１に示したコンバータについてＶｉを２００Ｖ、Ｌを１０ｍＨ、Ｃを３００μＦ、Ｃｏを１８００μＦとした場合の実施例の各波形を示したものである。
【００４０】
図９は、交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ８を流れる電流（交流入力電流）ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ９の駆動信号Ｖｇの各波形を、図３（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ１０を流れる電流Ｉｃ、およびコンデンサ１０両端間の電圧Ｖｃの各波形を示している。
【００４１】
以上の構成において、交流入力電圧Ｖｉの、正の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９がオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード２、５が逆バイアスされているため入力電流は流れない。
【００４２】
なお、この時コンデンサ１０は前周期で充電された結果、図示の極性で電圧Ｖｃ１を有する。交流入力電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間Δｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１５により双方向スイッチ９がオンされると、図５の矢印に示すように電流が流れる。
【００４３】
すなわち交流電源１から順に、リアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、コンデンサ１０に電流が流れ、コンデンサ１０は放電してその電圧はＶｃ１より低下する。なお、この双方向スイッチ９のオン時点で交流入力電圧Ｖｉとコンデンサ１０の電圧Ｖｃ１の和が平滑コンデンサ７の電圧Ｖｏより大きくなるようにΔｄを選ぶものとする。
【００４４】
そして、双方向スイッチ９のオン時点から時間Δｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１５により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０はその時点の電圧Ｖｃ２を保持しながら、電流は図６に示すように交流電源１からリアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、ダイオード５の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【００４５】
交流入力電圧Ｖｉの、負の交流半周期のゼロクロス直後では、双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード３、４が逆バイアスされているため入力電流は流れない。
【００４６】
交流入力電圧Ｖｉの正から負へのゼロクロス点からΔｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１５により双方向スイッチ９がオンされると、図７の矢印に示すように電流が流れる。
【００４７】
すなわち交流電源１から順に、コンデンサ１０、ダイオード３、リアクタ８と電流が流れ、コンデンサ１０は充電される。そして、双方向スイッチ９のオン時点からΔｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１５により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０は電圧Ｖｃ１まで充電された状態でその電圧を保持し、電流は図８に示すように交流電源１から、ダイオード４、平滑コンデンサ７、ダイオード３、リアクタ８の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【００４８】
以上のようにコンデンサ１０を充放電させることにより、従来例より入力電圧のゼロクロスに近いところから入力電流を流せることとなるため、高力率化が図れる。
【００４９】
また、Δｔを増加することによりリアクタ８への磁気エネルギー蓄積量およびコンデンサ１０への充電量を増加させ、出力電圧Ｖｏを増加することができる。同様にΔｔを減少させることにより出力電圧Ｖｏを減少させることができ、Δｔの増減により出力電圧Ｖｏを可変できることとなる。
【００５０】
さらに、電流はリアクタ８と、コンデンサ１０または平滑コンデンサ７との直列共振電流となるため、昇圧回路で一般的に用いられるリアクタの短絡回路より電流の急増が抑制でき、リアクタ８のうなりを抑制できることとなる。さらに電流はリアクタ８と、コンデンサ１０または平滑コンデンサ７との直列共振電流となり、高周波のリンギング成分を含まないため、リアクタ８のインダクタンスＬとコンデンサ１０のキャパシタンスＣ、Δｄ、Δｔを適当に選ぶことにより、高調波を適切に抑制することができる。
【００５１】
図１１に入力電流の高調波成分と高調波規制国内ガイドライン１５との比較の一例を示している。本図では、横軸が高調波の次数、縦軸が電流値を示している。
【００５２】
なお、図１に示したコンバータの動作について説明したが、図２〜図４に示したいずれのコンバータについても動作は同様である。
【００５３】
以上の動作により、出力電圧Ｖｏを増加することにより圧縮機の最高回転数を上昇させることができ、エアコンの最大能力が上昇する。
【００５４】
また、エアコンの最大入力電力は一般的に
（最大入力電力）＝（入力電圧）×（最大入力電流）×（力率）
で表される。入力電圧は固定であり、最大入力電流はコンセントの最大容量で制限されるため、力率を向上させることにより最大入力電力が上昇する。その結果として、エアコンの最大能力を向上させることができる。
（実施の形態２）
図１３は図１に出力電圧検出手段１７を追加し、その出力に基づき双方向スイッチ駆動信号生成手段１４がΔｔを設定するものである。
【００５５】
圧縮機の回転数制御の安定性は出力電圧の変動に大きな影響を受ける。従って上記構成において出力電圧検出手段１７は出力電圧を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段１４はあらかじめ定められた出力電圧になるようにΔｔを設定する。
【００５６】
そして圧縮機の速度制御手段はインバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する。
【００５７】
以上の動作により、負荷変動・電源電圧変動の有無にかかわらず出力電圧を一定にすることができ、安定した圧縮機回転数制御が可能となる。
（実施の形態３）
図１４は図１に負荷検出手段１６と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段１４の内部にΔｄおよびΔｔを記憶する記憶手段１４ａを追加したものである。
【００５８】
以上の構成において、前記記憶手段１４ａには、負荷の大きさに応じて最適なΔｄ、Δｔの値をあらかじめ求めたテーブルを記憶させておき、負荷検出手段１６の出力を受けて、負荷の大きさに応じたΔｄ、Δｔをテーブルから読み出し、それらに基づき双方向スイッチ駆動信号を生成する。そして、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９を駆動するものである。
【００５９】
以上の動作により、あらゆる負荷に対して最適な力率と出力電圧値、および高調波抑制効果が得られることとなる。
（実施の形態４）
図１４の構成において、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は負荷検出手段１６の出力を受けて、前記出力があらかじめ定められた大きさに達した場合、ΔｔもしくはΔｄを増減することにより、前記出力がより小さくなる組み合わせを選択し、それに基づき双方向スイッチ駆動信号を生成する。
【００６０】
以上の動作により、特に高負荷時に最適な力率を得ることができ、電源容量を有効利用することができ、エアコンの最大能力を向上することができる。
（実施の形態５）
図１５は図１４に圧縮機回転数検出手段１８を追加したものである。
【００６１】
以上の構成において、記憶手段１４ａには、圧縮機の回転数に応じて最適なΔｄ、Δｔの値をあらかじめ求めたテーブルを記憶させておき、圧縮機回転数検出手段の出力を受けて、回転数に応じたΔｄ、Δｔをテーブルから読み出し、それらに基づき双方向スイッチ駆動信号を生成する。そして、双方向スイッチ駆動手段１５により双方向スイッチ９を駆動するものである。
【００６２】
以上の動作により、あらゆる回転数に対して最適な力率と出力電圧値、および高調波抑制効果が得られることとなる。
（実施の形態６）
図１６は図１５の構成において、圧縮機の回転数に応じて双方向スイッチ駆動信号生成手段１４がΔｔを設定し出力電圧を所定値に制御しながら、インバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、インバータへの通流率を固定し出力電圧を可変することにより圧縮機の回転数を制御する第二の領域と、出力電圧とインバータへの通流率を共に可変して圧縮機の回転数を制御する第三の領域とを備えた場合の出力電圧とインバータへの通流率および圧縮機回転数の関係を示したものである。
【００６３】
上記構成において第一の領域では出力電圧検出手段１７はコンバータの直流出力電圧を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段１４はあらかじめ定められた出力電圧になるようにΔｔを設定する。
【００６４】
また第二の領域では、圧縮機回転数検出手段１８は圧縮機の回転数を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は圧縮機１２が所定の回転数になるようにΔｔを設定する。
【００６５】
第三の領域では、圧縮機回転数検出手段１８は圧縮機の回転数を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は圧縮機１２が所定の回転数になるようにΔｔを設定するとともに、インバータ制御におけるインバータへの通流率をΔｔの増減に併せて増減させる。
【００６６】
以上の動作により、第一の領域では負荷変動、出力電圧変動の有無にかかわらず出力電圧を一定にすることができ、安定した圧縮機回転数制御が可能となる。
【００６７】
また、各回転数においてコンバータおよびインバータのトータル効率が最適となるような出力電圧をあらかじめ定めておくことにより、エアコンの高効率化が実現できる。
【００６８】
第二の領域では、インバータへの通流率が１００％の状態で圧縮機の回転数制御を行うことができるため、インバータのスイッチング素子の損失が減少し、高効率化を図ることができるとともに、出力電圧を上昇させることにより回転数を増加することができるため、圧縮機の最高回転数が上昇し、エアコンの最大能力が上昇する。
【００６９】
第三の領域では、インバータへの通流率と出力電圧を共に上昇させることにより、インバータへの通流率のみで圧縮機の回転数を制御する領域と、出力電圧のみで圧縮機の回転数を制御する領域の端境期を設けることで、領域間の移行時にも、圧縮機の回転数をスムーズに変化させることができる。
（実施の形態７）
図１７は図１５の構成において、出力電圧が常に一定となるよう双方向スイッチ駆動信号生成手段１４がΔｔを０≦Δｔ≦ｔ１において設定し、インバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、Δｔをｔ１に固定し、インバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する第二の領域とを備えた場合のΔｔと出力電圧およびインバータへの通流率の関係を示したものである。
【００７０】
上記構成において出力電圧検出手段１７はコンバータの直流出力電圧を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段は出力電圧があらかじめ定められた所定値になるように０≦Δｔ≦ｔ１の範囲でΔｔを設定する。第一の領域では、コンバータの出力電圧はあらかじめ定められた所定値に制御され、インバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する。
【００７１】
負荷が上昇していく場合、Δｔを増加させることによってコンバータの直流出力電圧を所定値に制御するため、ある負荷ではΔｔ＝ｔ１に到達し、第二の領域に移行する。第二の領域では、コンバータの出力電圧はあらかじめ定められた所定値よりも低い電圧であるが、それにかかわらず双方向スイッチ駆動信号生成手段１４はΔｔ＝ｔ１に固定し、インバータへの通流率を可変することにより圧縮機の回転数を制御する。
【００７２】
Δｔをｔ１に固定した状態で負荷が下降することによりコンバータの出力電圧が上昇し、あらかじめ定められた所定値に到達すると、第二の領域から第一の領域に移行する。上記構成により、Δｔの上限値を定めることにより、高調波電流を適切に抑制しながら、出力電圧が必要以上に上昇するのを防止することができる。
【００７３】
また、双方向スイッチの最大容量はΔｔの最大値に依存するため、Δｔの上限値を定めることにより、双方向スイッチの最大容量を制限することができ、素子の小型化・コストダウンが可能となる。さらに、Δｔを固定した領域では、インバータへの通流率のみで圧縮機の回転数を制御できるため、圧縮機の回転数制御が簡略化できる。
（実施の形態８）
図１３の構成において、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４はあらかじめ定められた出力電圧になるようにΔｔを設定し、インバータへの通流率を増減することにより圧縮機の回転数を制御した場合の、圧縮機の回転数を制御するインバータへの通流率の増減速度と、コンバータの直流出力電圧を制御するΔｔの増減速度が圧縮機の回転数に及ぼす影響について説明する。
【００７４】
例えばインバータへの通流率を増加させて圧縮機の回転数を上昇させた時、同時に負荷が上昇するため、出力電圧が減少する。そこで、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は、あらかじめ定められた出力電圧になるようΔｔを増加させて、出力電圧を上昇させる。
【００７５】
この際に、インバータへの通流率の増減速度が遅い場合、出力電圧の上昇に対してインバータへの通流率の減少が間に合わず、圧縮機の回転数がさらに上昇し、定められた回転数を超えてしまう場合が生じ、安定した回転数制御が困難となるという様に、コンバータの直流出力電圧制御とインバータの圧縮機回転数制御が互いに干渉しあう可能性がある。
【００７６】
そこで、インバータの通流率の増減速度を、Δｔの増減による直流出力電圧の上昇・下降速度を充分上回る速度に設定することにより、圧縮機の回転数は直流出力電圧の変化に極めて短時間で対応することが可能となり、安定した回転数制御が可能となる。
（実施の形態９）
図１８は図１４の構成において、入力電流値が所定値以下であればΔｔ＝０、所定値を超えていればΔｔ＞０とした場合の入力電流とΔｔの関係を示したものである。
【００７７】
負荷が小さい場合、Δｔ＝０とすることにより、直流出力電圧が必要以上に上昇する可能性がある。以上の構成において、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は入力電流検出手段１６から伝達された入力電流が所定値以下であればΔｔ＝０を選択し、所定値を超えていればΔｔ＞０を選択することにより、直流出力電圧の異常な上昇を防止することができる。
（実施の形態１０）
図１９は図１５の構成において、圧縮機の回転数が所定値以下であればΔｔ＝０、所定値を超えていればΔｔ＞０とした場合の圧縮機の回転数とΔｔの回転数の関係を示したものである。
【００７８】
以上の構成において、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は圧縮機回転数検出手段から伝達された回転数が所定値以下であればΔｔ＝０を選択し、所定値を超えていればΔｔ＞０を選択することにより、直流出力電圧の異常な上昇を防止することができる。
（実施の形態１１）
図２０は図１３に電源周波数検出手段１３ａを追加し、その出力に基づき双方向スイッチ駆動信号生成手段１４がΔｄを設定するものである。
【００７９】
前記Δｄは特定の負荷変動範囲においては、負荷に応じて細かな調整をせず一定値としても適切な力率と高調波抑制効果が得られる。一方、電源周波数に対しては５０Ｈｚ、６０Ｈｚに応じてそれぞれ適切な値に切り換える必要がある。
【００８０】
従って上記構成において電源周波数検出手段１３ａは電源周波数を検出し、双方向スイッチ駆動信号生成手段１４に伝達する。そして双方向スイッチ駆動信号生成手段１４は電源周波数に応じてあらかじめ定められたΔｄを設定し、それに基づいて双方向スイッチ駆動手段１５が双方向スイッチ９を駆動する。
【００８１】
以上の動作により、特定の負荷領域においてΔｄを一定値とすることができ、制御を簡単にすることができ、かつ電源周波数のいかんにかかわらず適切な力率と出力電圧値、および高調波抑制効果が得られることとなる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明のインバータエアコンによれば、コンバータのブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介してコンデンサを接続し、双方向スイッチを適切に駆動し、圧縮機の回転数制御方式を適切に切り替えることにより高力率と高調波抑制とを両立させることができ、かつエアコンの最大能力を向上することができる。
【００８３】
以上のように、請求項１記載の本発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する4個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサとを有するコンバータであって、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端と直流出力端との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段を備えたものである。
【００８４】
このような構成により前記双方向スイッチを適切な位相および導通幅で導通させることで、入力電流の高調波の抑制と高力率化が両立でき、かつ交流電源の電圧ピーク値以上の直流出力電圧が得られ、しかもその出力電圧が制御可能となるため、圧縮機の最高回転数を向上することができる。
【００８５】
請求項３記載の本発明は、出力電圧を検出する手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段は前記出力電圧検出手段の出力が常に一定となるようにΔｔを選択するものであり、これにより負荷変動が発生した場合でも安定した出力電圧が得られることになり、安定した圧縮機回転数制御が可能となる。
【００８６】
請求項４記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、かつ前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ入力電流に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶させた記憶手段を有し、前記入力電流検出手段の出力に基づき前記記憶手段から入力電流に応じたΔｄ、Δｔの組み合わせを選択するものである。
【００８７】
これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することができるため、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００８８】
請求項５記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、前記入力電流検出手段の出力が一定値に達した時点でΔｄもしくはΔｔを入力電流がより小さくなるように選択するものであり、これにより高負荷時に最高力率点でコンバータを駆動することが可能となるため、コンセントの最大容量を効率的に活用することができ、エアコンの最高能力を向上することができる。
【００８９】
請求項６記載の本発明は、圧縮機回転数の検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部にあらかじめ圧縮機回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶する記憶手段を有し、前記圧縮機回転数検出手段の出力に応じて前記記憶手段から回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択するもので、これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００９０】
請求項７記載の本発明は、双方向スイッチ駆動信号生成回路の内部にあらかじめ圧縮機の指令回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを記憶させた記憶手段を有し、前記記憶手段から圧縮機の指令回転数に応じたΔｄとΔｔの組み合わせを選択するもので、これにより負荷変動に対し常に最適な動作点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００９１】
請求項８記載の本発明は、出力電圧検出手段の出力に基づき、出力電圧が常に一定となるようにΔｔを選択し、かつインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を制御する第一の領域と、ＰＷＭ制御のインバータへの通流率を固定し、かつ出力電圧を可変して圧縮機の回転数を制御する第二の領域と、出力電圧を可変するとともにＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変して圧縮機の回転数を可変する第三の領域を有するものである。
【００９２】
これにより比較的軽負荷の領域では安定した圧縮機の回転数制御が可能となる。また高負荷の領域では出力電圧を上昇させることにより圧縮機の最高回転数を増加することができるため、エアコンの最高能力が向上する。
【００９３】
請求項９記載の本発明は、出力電圧が常に一定になるようにΔｔを０≦Δｔ≦ｔ１の範囲で選択し、かつＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を可変する第一の領域と、Δｔをｔ１に固定して、ＰＷＭ制御のインバータへの通流率を可変することによって圧縮機の回転数を可変する第二の領域を有するものであり、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００９４】
請求項１０記載の本発明は、ＰＷＭ制御におけるインバータの通流率の増減速度が、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段におけるΔｔの増減速度を常に上回るもので、これにより安定した圧縮機回転数制御を実現することができる。
【００９５】
請求項１１記載の本発明は、Δｔの増減速度とインバータへの通流率の増減速度との少なくとも１つを、圧縮機の回転数、または圧縮機の指令回転数、または負荷検出手段の出力の少なくとも１つに応じて切り替えるものであり、負荷に応じた最適な圧縮機の回転数の変更速度と安定した圧縮機の回転数制御をともに実現することができる。
【００９６】
請求項１２記載の本発明は、入力電流の検出手段を備え、入力電流が所定値を超えていればΔｔ＞０、所定値以下であればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００９７】
請求項１３記載の本発明は、入力電流の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【００９８】
請求項１４記載の本発明は、圧縮機回転数の検出手段を備え圧縮機回転数が所定値を超えていればΔｔ＞０、所定値以下であればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上にコンバータの直流出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【００９９】
請求項１５記載の本発明は、圧縮機回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【０１００】
請求項１６記載の本発明は、圧縮機の指令回転数が所定値を越えていればΔｔ＞０、所定値いかであればΔｔ＝０とするもので、軽負荷時に必要以上に出力電圧が上昇することを防止しており、インバータエアコンの電子制御装置における各素子の耐圧破壊を防止することができる。
【０１０１】
請求項１７記載の本発明は、圧縮機の指令回転数の所定値が冷房運転時と暖房運転時で異なるもので、それぞれの運転時において最適な切り替え点でコンバータを駆動することが可能であり、エアコンの消費電力を低減することができる。
【０１０２】
請求項１８記載の本発明は、電源周波数検出手段を備え、かつ双方向スイッチ駆動信号生成手段の内部に、あらかじめ電源周波数に応じたΔｄを記憶させた記憶手段を有し、前記電源周波数検出手段の出力に基づき前記記憶手段から電源周波数に応じたΔｄを選択するものであり双方向スイッチの制御を容易にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータエアコンの構成図
【図２】同インバータエアコンの構成図
【図３】同インバータエアコンの構成図
【図４】同インバータエアコンの構成図
【図５】同インバータエアコンのコンバータの動作説明図
【図６】同インバータエアコンのコンバータの動作説明図
【図７】同インバータエアコンのコンバータの動作説明図
【図８】同インバータエアコンのコンバータの動作説明図
【図９】同インバータエアコンに係る波形図
【図１０】同インバータエアコンに係る波形図
【図１１】同インバータエアコンに係る高調波規制国内ガイドラインを示す説明図
【図１２】本発明の実施の形態１および２に係るコンバータの特性図
【図１３】本発明の実施の形態２に係るインバータエアコンの構成図
【図１４】本発明の実施の形態３および４に係るインバータエアコンの構成図
【図１５】本発明の実施の形態５に係るインバータエアコンの構成図
【図１６】本発明の実施の形態６に係るインバータエアコンの制御説明図
【図１７】本発明の実施の形態７に係るインバータエアコンの制御説明図
【図１８】本発明の実施の形態９に係るインバータエアコンの特性図
【図１９】本発明の実施の形態１０に係るインバータエアコンの特性図
【図２０】本発明の実施の形態１１に係るインバータエアコンの構成図
【図２１】従来のインバータエアコンにおけるコンバータの回路図
【図２２】同コンバータの回路図
【図２３】同インバータエアコンにおける制御説明図
【符号の説明】
１  交流電源
２、３、４、５  ダイオード
６  ブリッジ整流回路
７  平滑コンデンサ
８  リアクタ
９  双方向スイッチ
１０  コンデンサ
１１  圧縮機駆動手段
１２  圧縮機
１３  ゼロクロス検出手段
１４  双方向スイッチ駆動信号生成手段
１５  双方向スイッチ駆動手段
１６  負荷検出手段
１７  出力電圧検出手段
１８  圧縮機回転数検出手段
１３ａ  電源周波数検出手段
１４ａ  記憶手段
【図１】
0003783598.tif 000002
【図２】
0003783598.tif 000003
【図３】
0003783598.tif 000004
【図４】
0003783598.tif 000005
【図５】
0003783598.tif 000006
【図６】
0003783598.tif 000007
【図７】
0003783598.tif 000008
【図８】
0003783598.tif 000009
【図９】
0003783598.tif 000010
【図１０】
0003783598.tif 000011
【図１１】
0003783598.tif 000012
【図１２】
0003783598.tif 000013
【図１３】
0003783598.tif 000014
【図１４】
0003783598.tif 000015
【図１５】
0003783598.tif 000016
【図１６】
0003783598.tif 000017
【図１７】
0003783598.tif 000018
【図１８】
0003783598.tif 000019
【図１９】
0003783598.tif 000020
【図２０】
0003783598.tif 000021
【図２１】
0003783598.tif 000022
【図２２】
0003783598.tif 000023
【図２３】
0003783598.tif 000024