JPH05168172A - 空気調和機の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機を運転しない時に太陽電池で発電され
る電力で事故が生じるのを防止する。同時に太陽電池の
発電量が小さい時の太陽電池のストレスを軽減する。 【構成】 太陽電池パネル２８の発電電流が小さい時、
圧縮機１４が停止している時に切換接片４０，４１を切
換え、太陽電池パネル２８の出力を抵抗４２を介して短
絡し、商用交流電源１５から圧縮機１４に至る電源ライ
ンにＤＣ／ＤＣコンバータ２９からの高電圧が加えられ
ないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は商用電源からの交流電力
を整流平滑して得られる直流電力と、太陽電池で発電さ
れた直流電力とを併用して用いる空気調和機の電源装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の商用電源からの交流電力と太陽電
池からの直流電力とを用いて電動機を駆動するように成
したものとしては、実開昭５６−１４６８４７号公報に
記載されたようなものがあった。この公報に記載された
ものは商用交流電源と、直流電力源（太陽電池電源）と
を備え、商用交流電源と直流電力源とのいずれかを用い
て空気調和機用の圧縮機（電動機）を駆動するようにし
たものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
では、直流電力源の出力が少なく空気調和機を運転する
に足りない時は、商用交流電源を用いて空気調和機の運
転を行い直流電力源の出力が充分にあるときは、この直
流電力源の出力を用いて空気調和機の運転を行うもので
あった。

【０００４】すなわち、常に商用交流電源または直流電
力源のいずれか一方のみが空気調和機の運転に用いられ
ているものであった。このため、直流電力源の出力が少
ないときにはその出力が遮断され、直流電力源の利用効
率が低くなり、この直流電力源を最大限に利用できない
ものであった。

【０００５】このような問題点に対して、特開昭６２−
２２１０１３号公報に記載されているようなものが試み
られた。この公報に記載されているものは、商用交流電
源と直流電力源（太陽電池）とを併用して用い直流電力
の出力が低下した際には商用交流電源から不足分を補っ
て圧縮機の運転を行うようにしたものであった。

【０００６】このように構成した場合、圧縮機の運転を
行なわない時、すなわち空気調和機の運転を行なわない
時にも太陽電池から圧縮機の駆動回路に直流電力が供給
されることになる。通常圧縮機の駆動に用いられる直流
電力は約直流２８０〔Ｖ〕であり、保守点検の際に管理
者やサービスマンが誤って触れ感電する危険があった。

【０００７】また、この時は太陽電池の出力電圧が実質
的に２８０〔Ｖ〕の開放状態になるため、太陽電池にか
かるストレスが大きく太陽電池の寿命を短くする欠点が
あった。

【０００８】さらに、太陽電池の発電電流が所定値より
小さい時には、コンバータ回路で昇圧が充分に行なえず
駆動回路への直流電力の供給が実質的に行なえなくな
り、太陽電池にとっては前記圧縮機が停止した状態と同
等になり太陽電池のストレスが増加するものであった。

【０００９】本発明はこのような問題点に対して、空気
調和機の停止時の安全性と太陽電池のストレスの低減を
図った電源装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は交流電源から供
給される交流電力を直流電力に整流し平滑して出力する
整流平滑回路、及びこの直流電力を任意の周波数の交流
電力に変換して圧縮機に供給する駆動回路を有する空気
調和機の電源装置において、太陽電池と、この太陽電池
で発電された直流電力を前記整流平滑回路から得られる
直流電力の電圧より高い電圧の直流電力に変換して出力
するＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータ回路と、前記
太陽電池の発電電流を検出する電流検出回路と、この電
流検出回路の検出した発電電流が所定値より大きい際に
前記コンバータ回路から出力される直流電力を前記整流
平滑回路から出力される直流電力に加え、前記電流値が
前記所定値より小さい際に前記コンバータ回路から出力
される直流電力を遮断させると共に前記太陽電池の出力
を短絡させる制御回路とを備えたものである。

【００１１】また、駆動回路は直流電力を電動圧縮機の
夫々の固定子巻線にこの圧縮機の回転角に基づいて予め
定められた順序で供給するものである。

【００１２】また制御回路は空気調和機の運転停止時に
も前記コンバータ回路から出力される直流電力を遮断さ
せると共に前記太陽電池の出力を短絡させる安全制御回
路を備えたものである。

【００１３】

【作用】このように構成された空気調和機の電源装置を
用いると、空気調和機の運転が停止している時は太陽電
池から駆動回路に高圧の直流電圧が供給されることがな
くなる。また太陽電池の電池の発電を必要としない時に
は、太陽電池の出力を短絡して太陽電池のストレスを軽
減できるものである。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の実施例を示す電源装置を用いて圧縮
機用の電動機を駆動するように成した分離型の空気調和
機の要部電気回路図（主に室外ユニットの空気回路図）
である。

【００１５】この図において１は室内ユニットであり、
室外ユニットのマイクロプロセッサ２へシリアル信号回
路３と信号線を介して制御データの送受が行えるように
接続されている。室内ユニット１は圧縮機を運転させる
時にスイッチ接片１ａ，１ｂを閉じて商用交流電源１５
からの交流電力を室外ユニットへ供給させる。

【００１６】室内ユニット１から送られてくるデータ
は、圧縮機に供給する疑似正弦波の交流電力の周波数を
決める周波数信号Ｆ（Ｆ＝０で圧縮機の停止）、冷房／
暖房信号（四方弁を切り換える信号）などである。

【００１７】反対に室外ユニット（マイクロプロセッサ
２）から室内ユニット１へ送られるデータとしては、外
気温度データ、現在出力している交流電力の周波数（圧
縮機用電動機の回転数）、室外ユニットが異常状態にな
ったときの異常を示すデータなどである。

【００１８】４〜６は夫々室外側熱交換器に送風できる
ように設けられたファンを駆動するための単相誘導電動
機（運転コンデンサは省略）、暖房運転時に圧縮機から
吐出された高温冷媒の一部を蒸発器に戻すためのバイパ
ス管を開く電磁弁、冷凍サイクルを逆転して冷房運転／
暖房運転の切り換えを行う四方弁であり商用交流電源の
電源母線間に接続されている。

【００１９】誘導電動機４には直列に開閉接片７と切り
換え接片８とが直列に接続されている。切り換え接片８
を切り換えることによって、誘導電動機４の回転数を高
速と低速との２段階に変えることができる。この開閉接
片７、切り換え接片８の動作はマイクロプロセッサ２に
よって制御されている。

【００２０】９，１０はフォトトライアックでありその
ＯＮ／ＯＦＦはマイクロプロセッサ２によって制御され
ている。このフォトトライアックがＯＮ／ＯＦＦするこ
とによって電磁弁５、四方弁６の通電が行われる。尚、
このフォトトライアック９，１０のＯＮ／ＯＦＦはマイ
クロプロセッサ２によって制御されている。

【００２１】１１，１２，１３は温度センサであり、夫
々外気温度、室外側熱交換器の温度、圧縮機１４の温度
を検出する。マイクロプロセッサ２は外気温度と室外側
熱交換器の温度に基づいて切り換え接片８を切り換えて
誘導電動機の回転数を制御し、圧縮機１４の温度に基づ
いてこの温度が所定値を越えないように圧縮機１４に供
給される交流電力の周波数を強制的に減少させる保護動
作を行う。

【００２２】この圧縮機１４は三つの固定子巻線３７，
３８，３９をスター状に結線した三相誘導電動機を駆動
源として用いている。

【００２３】商用交流電源１５から供給される交流電力
は、バリスタ１６、ノイズフィルタ１７，チョークコイ
ル１８を介して整流回路（ダイオードブリッジ）１９に
与えられる。この整流回路１９では商用交流電源１５か
ら供給される交流電力（実効値１００Ｖの交流電力）を
コンデンサ２０，２１と共に倍電圧整流して２８０Ｖの
直流電力を得ている。２２はノイズフィルタであり、２
３は平滑用のコンデンサである。この整流回路１９と平
滑用コンデンサ２３とから整流平滑回路を構成してい
る。尚、２４は電流ヒューズである。

【００２４】２５はインバータ回路（駆動回路）であ
り、三相ブリッジ状に結線された６個のスイッチング素
子（トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴなど）とこれらの
スイッチング素子を個々にＯＮ／ＯＦＦさせるドライブ
回路２６とから成っている。

【００２５】ドライブ回路２６はマイクロプロセッサ２
からのスイッチング信号に応じてスイッチング素子のＯ
Ｎ／ＯＦＦを制御（マイクロプロセッサ２からのスイッ
チング信号をスイッチング素子を充分にドライブできる
程度まで電力増幅する）する。従って、インバータ回路
２５の夫々のスイッチング素子はマイクロプロセッサ２
からの信号でＯＮ／ＯＦＦすることになる。

【００２６】マイクロプロセッサ２は室内ユニットから
与えられた周波数信号の交流電力が圧縮機１４に供給さ
れるようにインバータ回路２５へスイッチング信号を出
力する。このスイッチング信号はＰＷＭ理論（搬送波と
周波数信号の周波数の変調波との大小から生成する。）
に基づいてマイクロプロセッサ２が演算して求めたスイ
ッチング信号である。

【００２７】従って、圧縮機１４へは任意の周波数の交
流電力（疑似正弦波による交流電力）を供給することが
できる。この交流電力の周波数を変えることによって圧
縮機を駆動する電動機の回転数が変わり圧縮機の能力を
変えることができることは言うまでもない。

【００２８】２７はスイッチング電源であり、２８０Ｖ
の直流電力をマイクロプロセッサ２や他の電子回路の動
作に必要な低電圧まで降下させるものである。

【００２９】２８は太陽電池パネル（複数の太陽電池を
接続してパネルにしたもの）であり、例えば最大出力が
約６００Ｗである。（本実施例では圧縮機１４の最大消
費電力の約１／３であり、最大消費電力の大きさに合わ
せて適当に設定する）太陽電池パネル２８で発電された
直流電力は切換接片４０，４１がＤＣ／ＤＣコンバータ
回路２９側にある時はＤＣ／ＤＣコンバータに供給さ
れ、抵抗４２側にある時は抵抗４２に供給される。尚、
この切換接片４０，４１は制御回路４３で切換えられ、
非通電状態（制御回路に電力が供給されていない時）は
抵抗４２側である。

【００３０】ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は太陽電池パネ
ル２８からの出力を２９０Ｖに昇圧（または降圧）する
ものである。この２９０Ｖはこの電圧に限るものでなく
整流回路１９、コンデンサ２０，２１で倍電圧整流され
た電圧（２８０Ｖ）より高い電圧（ダイオード３０によ
る電圧降下を引いた後の電圧）であればよい。

【００３１】このように電圧を設定することによってＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ２９の直流出力をインバータ回路２
５に供給できる。すなわち、整流平滑回路の直流出力に
加えることができると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９
の出力、すなわち太陽電池の出力が低下したときなど太
陽電池の出力が不足し電力電圧が低下するような時に
は、交流電源１５からの電力が供給されて、インバータ
回路２５には常に必要な電力が供給されるものである。

【００３２】３０は逆流防止用のダイオードであり、太
陽電池パネル２８の出力が低下したとき、また圧縮機１
４の消費電力が増加して太陽電池パネル２８の出力が不
足したときに倍電圧整流による直流電力が太陽電池パネ
ル２８に逆流するのを防止するものである。

【００３３】４４は電流検出器であり、太陽電池パネル
２８で発電された直流電力の電流値を検出する。この直
流電流を検出センサとしては、例えば直流Ｃ．Ｔ（ホー
ル素子を用いたもの）の出力電圧の変化から直流電流を
検出するものを用いれば、太陽電池パネル２８の出力電
圧を低下させることなく、かつ検出用の抵抗を挿入する
ことなく直流電流を検出することができる。

【００３４】制御回路４３は電流検出器４４の検出した
直流電流の値に応じて切換接片４０，４１を切換えるも
のである。電流検出器４４の検出する電流が所定値（太
陽電池パネル２８の最大出力約６００〔Ｗ〕に対して、
約１０〔Ｗ〕程度の出力に相当する電流値約１００〔ｍ
Ａ〕に設定しているが、太陽電池パネル２８の最大出力
及び圧縮機の消費電力に応じて任意に設定する。）以上
の際に太陽電池パネル２８で発電された直流電力をＤＣ
／ＤＣコンバータ２９側へ供給する。

【００３５】また、電流検出器４４の検出する電流値が
所定値より小さい際は太陽電池パネル２８で発電される
直流電力を抵抗４２側へ供給させる。すなわち、太陽電
池パネル２８の出力を抵抗４２で短絡する。この抵抗４
２は太陽電池パネル２８の出力電圧が大きくならない
値、最大で３０〜４０〔Ｖ〕程度に収まるような抵抗値
に設定されている。

【００３６】また制御回路４３はマイクロプロセッサ２
から停止信号が与えられた時は、切換接片４０，４１を
抵抗４２側へ切り換える。尚、この切換接片４０，４１
は商用交流電源１５が遮断された時、すなわち室外ユニ
ットの停止時には抵抗４２側になるように設定されてい
る。

【００３７】従って、圧縮機１４が停止している時、空
気調和機を使用していない時、さらに夜間等の太陽電池
パネル２８の発電量が少ない時には切換接片４０，４１
が抵抗４２側になるものである。

【００３８】図２は図１に示した室外ユニットの主な動
作を示すフローチャートである。この図において、ステ
ップＳ１で室外ユニットに商用交流電源１５から電力が
供給されているか否かを確認する。電力がない場合はス
テップＳ２へ進む。ステップＳ２で切換接片４０，４１
を抵抗４２側へ設定する。尚、この切換接片４０，４１
の位置は室外ユニットに電力が供給されていない時の位
置である。

【００３９】電力が供給されている時はステップＳ３へ
進んでマイクロプロセッサ２のイニシャライズが行なわ
れ、続いてステップＳ４で室外ユニットの運転制御が行
なわれる。この運転制御は室内ユニット１からの制御信
号に基づいて圧縮機１４の運転／停止や運転能力（圧縮
機１４に供給する疑似正弦波の周波数）などを変える制
御である。

【００４０】次いでステップＳ５、ステップＳ６の条件
を判断して太陽電池パネル２８で発電された電力を使用
するか否かの判断を行なう。まずステップＳ５では圧縮
機１４が運転しているか否かの判断を行ない、圧縮機１
４が運転している時にはさらにステップＳ６へ進んで太
陽電池パネル２８の発電電流Ｔが所定値より小さいか否
かの判断を行なう。

【００４１】従って、ステップＳ５、ステップＳ６の判
断から、圧縮機１４が運転しており、同時に太陽電池パ
ネル２８の発電電流Ｔが所定値以上の時にステップＳ９
へ進み切換接片４０，４１をＤＣ／ＤＣコンバータ２９
側へ切換えるものである。すなわち、太陽電池パネル２
８から発電された直流電力を昇圧して整流平滑回路の出
力電力に加えられるものである。

【００４２】また、圧縮機１４が停止している時、及び
太陽電池パネル２８の発電電流が所定値より小さい時に
はステップＳ７へ進み切換接片４０，４１を抵抗４２側
へ設定するものである。すなわち、太陽電池パネル２８
の出力を抵抗４２を介して短絡するものである。

【００４３】以上のように構成された電源装置では、太
陽電池パネル２８の発電電流が小さい際は、太陽電池の
発電を利用せず太陽電池のストレスを軽減する。またＤ
Ｃ／ＤＣコンバータ２９の動作電力に太陽電池パネル２
８の出力を用いた場合は太陽電池パネル２８の発電力が
低下しこの動作電力が不足する時（２９０〔Ｖ〕まで昇
圧できない時）にＤＣ／ＤＣコンバータ２９の動作を停
止させることができる。

【００４４】また、圧縮機１４が停止している際は、太
陽電池パネル２８の出力を抵抗４２を介して短絡するこ
とができる。すなわち、太陽電池パネル２８で発電され
た電力を抵抗４２で消費でき、無負荷（出力端の実施的
な開放）による太陽電池のストレスを無くすことができ
る。

【００４５】さらに室外ユニットに商用交流電源１５か
ら交流電力が供給されていない際は、太陽電池パネル２
８の出力を抵抗４２を介して短絡することができる。す
なわち、室外ユニットの整流平滑回路とインバータ装置
とを接続する電力線やインバータ装置と圧縮機とを接続
する電力線などの電位を０にすることができる。従っ
て、室外ユニット内には、２８０〔Ｖ〕の高電圧になる
所がなく、保守、点検時に作業者が誤って触れても感電
することがなくなるものである。

【００４６】以上の実施例では、室外ユニットへの電力
の供給は室内ユニットの接片１ａ，１ｂで制御され、室
外ユニットに電力が供給されている時のみマイクロプロ
セッサ２が動作するように構成されているが、室外ユニ
ットに常に電力が供給されマイクロプロセッサ２が常に
動作状態にあるように構成してもよい。この時は圧縮機
の停止時に２８０〔Ｖ〕の高電圧が生じないように整流
平滑回路にスイッチを設けると良い。

【００４７】図３は本発明の他の実施例を示す要部電気
回路図である。この図において図１に示した電気回路図
との違いは圧縮機が直流ブラシレスモータを用いる点
と、インバータ装置２５に供給する直流電力の電圧をス
イッチング電源２７で変える点と、圧縮機１４の回転角
を検出器５０で検出し、マイクロプロセッサ２が通電す
る固定子巻線を切換える点にある。直流ブラシレスモー
タの同期回転数（圧縮機の運転能力）は固定子巻線に印
加する電圧に応じて変化する。従って、スイッチング電
源２７でマイクロプロセッサ２の駆動用の直流電力を作
ると共に可変電圧の直流電力を作りインバータ装置２５
に供給する。この可変電圧はマイクロプロセッサ２から
の信号によって設定される。

【００４８】検出器５０は圧縮機１４の固定子巻線３
７，３８，３９に回転子の回転によって生じる誘起電圧
の変化から回転子の回転角を判断するため信号をマイク
ロプロセッサに出力する。マイクロプロセッサ２はこの
信号に基づいて通電する固定子巻線を選択し、この選択
された固定子巻線が通電されるようにインバータ装置２
５のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを求め、このスイ
ッチング信号をドライブ回路２６を介してインバータ装
置２５へ出力する。従って、固定子巻線３７，３８，３
９は回転子の回転角に応じて選択されて通電されるもの
である。

【００４９】

【発明の効果】本発明は太陽電池と交流電源とを用いて
圧縮機を駆動する空気調和機の電源装置において、太陽
電池の発電電流が所定値より大きい時に、太陽電池で発
電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧して圧縮機
の駆動用電力として用い、太陽電池の発電電流が小さい
時には太陽電池の出力を短絡させるので、太陽電池は常
に閉ループを形成することができ太陽電池のストレスを
防止することができる。

【００５０】また圧縮機が運転していない時、及び室外
ユニットに商用交流電力が供給されていない時は、太陽
電池の出力を短絡して室外ユニット内に高電圧が生じる
のを防止でき、保守点検の際の作業者の感電を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を用いた空気調和機の要部電気
回路図である。

【図２】本発明の実施例の主な動作を示すフローチャー
トである。

【図３】本発明の他の実施例を示す空気調和機の要部電
気回路図である。

【符号の説明】

１４ 圧縮機 １５ 交流電源 ２５ インバータ回路 ２８ 太陽電池パネル ２９ ＤＣ／ＤＣコンバータ ３０ ダイオード ３７ 固定子巻線 ３８ 固定子巻線 ３９ 固定子巻線 ４０ 切換接片 ４１ 切換接片 ４２ 抵抗 ４３ 制御回路 ４４ 電流検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 健一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源から供給される交流電力を直流
   電力に整流し平滑して出力する整流平滑回路、及びこの
   直流電力を任意の周波数の交流電力に変換して圧縮機に
   供給する駆動回路を有する空気調和機の電源装置におい
   て、太陽電池と、この太陽電池で発電された直流電力を
   前記整流平滑回路から得られる直流電力の電圧より高い
   電圧の直流電力に変換して出力するＤＣ／ＤＣ（直流／
   直流）コンバータ回路と、前記太陽電池の発電電流を検
   出する電流検出回路と、この電流検出回路の検出した発
   電電流が所定値より大きい際に前記コンバータ回路から
   出力される直流電力を前記整流平滑回路から出力される
   直流電力に加え、前記発電電流が前記所定値より小さい
   際に前記コンバータ回路から出力される直流電力を遮断
   させると共に前記太陽電池の出力を短絡させる制御回路
   とを備えたことを特徴とする空気調和機の電源装置。
2. 【請求項２】 交流電源から供給される交流電力を直流
   電力に整流し平滑して出力する整流平滑回路、及びこの
   直流電力を電動圧縮機の夫々の固定子巻線にこの圧縮機
   の回転角に基づいて予め定められた順序で供給する駆動
   回路を有する空気調和機の電源装置において、太陽電池
   と、この太陽電池で発電された直流電力を前記整流平滑
   回路から得られる直流電力の電圧より高い電圧の直流電
   力に変換して出力するＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバ
   ータ回路と、前記太陽電池の発電電流を検出する電流検
   出回路と、この電流検出回路の検出した発電電流が所定
   値より大きい際に前記コンバータ回路から出力される直
   流電力を前記整流平滑回路から出力される直流電力に加
   え、前記発電電流が前記所定値より小さい際に前記コン
   バータ回路から出力される直流電力を遮断させると共に
   前記太陽電池の出力を短絡させる制御回路とを備えたこ
   とを特徴とする空気調和機の電源装置。
3. 【請求項３】 制御回路は空気調和機の運転停止時にも
   前記コンバータ回路の直流電力の出力を停止すると共に
   前記太陽電池の出力を短絡させる安全制御回路を備えた
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気
   調和機の電源装置。