JP3215302B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷に応じて最適
な能力が得られるように室外機の圧縮機の周波数を変化
させるインバータ回路を備えた空気調和機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器
等を順次動作させることにより冷凍サイクルを実現する
空気調和機が知られている。近年の空気調和機は、圧縮
機に交流の駆動電力を供給するインバータ回路を備え、
負荷に応じてインバータ回路の出力周波数を制御してい
る。これにより、負荷に対する最適な空気調和機の運転
能力が得られ、空調の快適さ、省エネルギー効果等の向
上が図られている。

【０００３】従来の空気調和機は、商用電源の交流出力
電圧をブリッジ整流回路等で整流して平滑コンデンサで
平滑することにより直流電圧を得て、この直流電圧をイ
ンバータ回路で任意の周波数の交流電圧に変換して圧縮
機に与えている。このような空気調和機では、コンデン
サインプット型の回路が形成されるので、入力電流が、
入力電圧の整流波形における頂部付近でしか流れない。
このため、電源の力率が小さくなるとともに高調波電流
が多くなり、電力損失が増大するだけでなく、電力供給
ラインに高調波電流による悪影響が及ぶという問題があ
った。

【０００４】このような事情を鑑み、ＩＥＣ(Internati
onal Electrotechnical Commission) では、１９９６年
より電源の高調波電流を規制する動きがある。したがっ
て、このような規制に対しては何らかの対策を施す必要
がある。

【０００５】高調波電流を抑制する技術としては、特開
平４−２６３７４号公報、特開平５−６８３７６号公報
等において、アクティブフィルタを備えた空気調和機が
提案されている。アクティブフィルタは、整流後の電圧
を断続するスイッチング素子を備えており、そのスイッ
チング素子を入力電流波形に合わせて適切にオン・オフ
させることで平滑コンデンサの充電電流波形を入力電流
波形に近づけるようになっている。このようなアクティ
ブフィルタにより、電源電流の高調波成分を少なくし、
かつ力率を高めることができる。

【０００６】次に、アクティブフィルタを備えた従来の
空気調和機の一例について説明する。

【０００７】この空気調和機においては、図１０に示す
ように、交流の商用電源７１の出力が、ブリッジ整流回
路７２により全波整流され、アクティブフィルタ７３を
経た電圧が平滑コンデンサ７４で平滑されて直流電圧に
なる。この直流電圧は、パワーモジュール（インバータ
回路）７５で任意の周波数の交流電圧に変換されて、負
荷となる圧縮機７６に与えられる。

【０００８】アクティブフィルタ７３は、チョークコイ
ル７７、高速リカバリーダイオード７８およびパワート
ランジスタ７９とを備えており、パワートランジスタ７
９のスイッチングにより平滑コンデンサ７４への入力電
流量を制御している。パワートランジスタ７９は、スイ
ッチング波形発生部８０で発生したスイッチング波形に
よりオン・オフが制御される。スイッチング波形発生部
８０は、アクティブフィルタ７３への入力電流波形およ
び入力電圧波形に基づいて上記のスイッチング波形を発
生する。

【０００９】パワートランジスタ７９は、上記のスイッ
チング波形により、平滑コンデンサ７４の充電電流の波
形を入力電流波形に近づけるように動作する。これによ
り、電源電流の高調波成分が低減するとともに力率が向
上する。

【００１０】また、上記の空気調和機では、入力電流波
形を入力電圧波形に近づけるように動作するので、アク
ティブフィルタ７３からの出力電圧Ｖ_O が商用電源７１
の実効値電圧より高くなるように制御される。このた
め、スイッチング波形発生部８０は、実効値電圧からの
出力電圧Ｖ_O の昇圧値が常に一定となるように出力電圧
Ｖ_O をフィードバック制御している。詳しくは、誤差ア
ンプ８１で求められた出力電圧Ｖ_O と基準電源８２から
の基準電圧との差が求められ、スイッチング波形発生部
８０にて、その差に基づいてスイッチング波形が決定さ
れる。

【００１１】また、上記の空気調和機は、回路の過熱保
護機能を備えている。この過熱保護機能は、サーミスタ
８３と抵抗８４とで検出されたアクティブフィルタ７３
の温度に基づいて動作する。基準電源８５からの基準電
圧に基づく基準温度に対する検出温度の誤差が、誤差ア
ンプ８６により出力され、温度上昇検値出部８７によ
り、その誤差に基づいて温度上昇値が検出される。する
と、昇圧停止信号発生部８８が、その温度上昇値によ
り、アクティブフィルタ７３がパワートランジスタ７９
の温度が所定値以上に上昇したと判定すると、スイッチ
ング波形発生部８０によりスイッチング波形の出力が停
止する。

【００１２】これにより、パワートランジスタ７９が停
止し、パワートランジスタ７９、高速リカバリーダイオ
ード７８等の損失による発熱でアクティブフィルタ７３
が異常に過熱することが防止される。

【００１３】上記の空気調和機は、他に過電圧保護機能
および過電流保護機能を備えている。過電圧保護機能
は、過電圧検出部８９によりアクティブフィルタ７３か
らの出力電圧が過電圧になっていることが検出される
と、スイッチング波形発生部８０によりスイッチング波
形の出力を停止させるものである。過電流保護機能は、
過電流検出部９０によりアクティブフィルタ７３への入
力電流が過電流になっていることが検出されると、スイ
ッチング波形発生部８０によりスイッチング波形の出力
を停止させるものである。

【００１４】また、上記の空気調和機では、運転時の運
転条件に応じて運転周波数設定回路９１からパワーモジ
ュール７５に対してインバータ制御波形が出力される。
すると、パワーモジュール７５は、その波形に基づいて
アクティブフィルタ７３からの出力電圧をチョッピング
することで、圧縮機７６に設定された運転周波数の駆動
電圧を印加する。

【００１５】パワーモジュール７５では、各スイッチン
グ素子の損失により熱が発生するが、その発熱量はサー
ミスタ９２の電圧降下として検出される。具体的には、
上記の発熱量（温度）は、サーミスタ９２と抵抗９３と
で分圧される電圧として誤差アンプ９４に入力される。
誤差アンプ９４では、基準電圧（基準電源９５の出力）
に対する上記の電圧の誤差が求められ、その誤差が運転
停止信号発生部９６に出力される。運転停止信号発生部
９６は、上記の誤差量に基づいて温度が異常に上昇して
いることを検出すれば、運転周波数設定回路９１に運転
停止の指示を与える。

【００１６】これにより、パワーモジュール７５に温度
異常が生じている場合には、運転周波数設定回路９１が
パワーモジュール７５のチョッピング動作を停止させ
る。このようにして、パワーモジュール７５内の各スイ
ッチング素子が過熱により破壊しないように保護され
る。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
空気調和機では、アクティブフィルタ７３の各部を過熱
から保護するための過熱保護機能が設けられている。し
かしながら、空気調和機の室外機は、屋外に設置される
ので、夏期の気温が高い時期において直射日光が照り付
けるなどによって異常に高温になることがある。この場
合、サーミスタ８３による検出温度が、アクティブフィ
ルタ７３の自己発熱による温度より高くなる。このた
め、アクティブフィルタ７３の自己発熱が過大でない状
態でも、昇圧停止信号発生部８８がアクティブフィルタ
７３を停止させるおそれがある。

【００１８】また、上記の空気調和機では、パワーモジ
ュール７５の各部を過熱から保護するための過熱保護機
能が設けられているが、上記のように室外機が異常に高
温になったときには、サーミスタ９２による検出温度
が、パワーモジュール７５の自己発熱による温度より高
くなる。このため、パワーモジュール７５の自己発熱が
過大でない状態でも、運転停止信号発生部９６がパワー
モジュール７５を停止させるおそれがある。

【００１９】上記の空気調和機では、商用電源７１の出
力が不安定であるために、アクティブフィルタ７３への
入力電圧が低くなっているときは、アクティブフィルタ
７３の昇圧値が空気調和機の運転負荷の変化に対して不
安定になる。このため、圧縮機７６に印加される電圧が
変動して正常な運転状態を維持することが困難になる。

【００２０】上記の空気調和機では、圧縮機７６に印加
される電圧は、パワーモジュール７５により運転時の運
転条件に基づいて制御されている。ところが、アクティ
ブフィルタ７３から出力される電圧の値が運転条件に関
わらず一定であるため、運転条件に対して必要とされる
以上の電圧が圧縮機７６に印加されることがある。この
ような場合、パワーモジュール７５のチョッピング動作
時に余分な損失が生じて消費電力の増大を招くという問
題がある。

【００２１】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、温度異常や電圧の不安定な上昇において
も、良好な運転状態を維持することができる空気調和機
を提供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
空気調和機は、上記の課題を解決するために、交流電源
から出力された交流電圧を整流する整流手段と、整流さ
れた交流電圧を直流電圧となるように平滑する平滑手段
と、この平滑手段からの直流電圧をチョッピングするこ
とにより電圧および周波数が可変の交流電圧に変換して
圧縮機に印加する逆変換手段と、上記整流手段と上記平
滑手段との間に設けられ、スイッチング素子のスイッチ
ングにより上記平滑手段に流れ込む電流量を調整するこ
とにより、入力電流を入力電圧とほぼ同位相となりかつ
ほぼ正弦波となる波形に整形するアクティブフィルタ
と、上記アクティブフィルタの温度を検出する温度検出
手段と、上記アクティブフィルタの出力電圧を目標値と
なるように上記スイッチング素子のスイッチングを制御
するとともに、上記アクティブフィルタの温度が所定値
以上であるときに上記スイッチング素子を停止させるス
イッチング制御手段とを備えた空気調和機において、上
記温度検出手段により検出された温度に応じて上記目標
値を補正する補正手段とを備えていることを特徴として
いる。

【００２３】上記の請求項１に係る空気調和機では、温
度検出手段によりアクティブフィルタの温度が検出され
ると、補正手段により、その温度に応じて目標値が補正
される。例えば、アクティブフィルタの温度が上昇した
場合、温度の上昇に応じて目標値が低くなるように補正
がなされる。これにより、アクティブフィルタの出力電
圧が低くなってスイッチング素子に流れる電流量が少な
くなる。そして、この結果、アクティブフィルタの自己
発熱が抑えられて温度検出手段による検出温度が低下す
る。

【００２４】したがって、アクティブフィルタの温度
が、外気温度が異常に高くなるなどによってアクティブ
フィルタの自己発熱による温度より高くなっても、スイ
ッチング制御手段によりスイッチング素子が停止させら
れる頻度を大幅に低下させることができる。

【００２５】本発明の請求項２に係る空気調和機は、上
記の第１の空気調和機において、上記アクティブフィル
タの出力電圧に応じて上記周波数の最大値を規定する最
大周波数規定手段を備えている。

【００２６】このため、上記のように目標値が低下する
ことにより、アクティブフィルタの出力電圧が低下する
と、最大周波数規定手段により、それに応じて周波数の
最大値が設定される。例えば、アクティブフィルタの出
力電圧が低下すると、その低下に応じて周波数の最大値
が低くなるように補正がなされる。これにより、逆変換
手段による圧縮機の最大駆動能力すなわち空気調和機の
最大運転能力が低下するので、アクティブフィルタの出
力電圧が低下しても、それに応じた能力で圧縮機を駆動
することができる。

【００２７】本発明の請求項３に係る空気調和機は、上
記の課題を解決するために、交流電源から出力された交
流電圧を整流する整流手段と、整流された交流電圧を直
流電圧となるように平滑する平滑手段と、上記平滑手段
からの直流電圧をチョッピングすることにより電圧およ
び周波数が可変の交流電圧に変換して圧縮機に印加する
逆変換手段と、上記圧縮機の駆動に必要とされる駆動能
力に応じて上記周波数を設定するパワー制御手段と、上
記整流手段と上記平滑手段との間に設けられ、スイッチ
ング素子のスイッチングにより上記平滑手段に流れ込む
電流量を調整することにより、入力電流を入力電圧とほ
ぼ同位相となりかつほぼ正弦波となる波形に整形するア
クティブフィルタと、上記アクティブフィルタの出力電
圧を目標値となるように上記スイッチング素子のスイッ
チングを制御するスイッチング制御手段と、上記パワー
制御手段により設定された周波数に応じて上記目標値を
補正する補正手段とを備えていることを特徴としてい
る。

【００２８】上記の請求項３に係る空気調和機では、補
正手段により、パワー制御手段で設定された周波数に応
じて目標値が補正される。これにより、逆変換手段によ
る圧縮機の駆動能力（空気調和機の運転能力）に応じて
アクティブフィルタの出力電圧が制御される。それゆ
え、アクティブフィルタの出力電圧が逆変換手段が必要
とする以上に高くなることがなく、逆変換手段のチョッ
ピング動作における損失を低減することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕 本発明の第１の実施の形態について図１および図２に基
づいて説明すれば、以下の通りである。

【００３０】本実施の形態に係る空気調和機（室外機）
は、図１に示すように、電源系として、ブリッジ整流回
路２、平滑コンデンサ３、パワーモジュール４およびア
クティブフィルタ５を備えている。また、本空気調和機
は、制御系として、インバータ制御部と、アクティブフ
ィルタ制御部とを備えている。

【００３１】電源系は、商用電源１からの交流電圧をブ
リッジ整流回路２で整流し、さらに平滑コンデンサ３で
平滑することにより直流電圧を生成するようになってい
る。また、電源系は、その直流電圧を基にしてパワーモ
ジュール４で３相の交流電圧を発生して圧縮機６に与え
るようになっている。

【００３２】逆変換手段としてのパワーモジュール４
は、６個のトランジスタ１１〜１６と６個のダイオード
２１〜２６とを備えている。トランジスタ１１・１２、
トランジスタ１３・１４およびトランジスタ１５・１６
は、それぞれ２本の電源ライン間に直列に接続されてい
る。一方、ダイオード２１〜２６は、トランジスタ１１
〜１６の個々に並列に接続されている。逆変換手段とし
てのパワーモジュール４は、後述する運転周波数設定回
路４２からのインバータ制御波形に基づいて、トランジ
スタ１１〜１６がスイッチングすることにより３相の交
流電圧を出力するようになっている。

【００３３】圧縮機６は、トランジスタ１１・１２、ト
ランジスタ１３・１４およびトランジスタ１５・１６の
それぞれの接続点に接続されている。この圧縮機６は、
パワーモジュール４からの３相の交流電圧により駆動さ
れる。

【００３４】また、電源系においては、整流手段として
のブリッジ整流回路２と平滑手段としての平滑コンデン
サ３との間にアクティブフィルタ５が設けられている。
アクティブフィルタ５は、チョークコイル７と、高速リ
カバリーダイオード（以降、高速ダイオードと称する）
８と、パワートランジスタ９とを有している。本実施例
では、パワートランジスタ９として、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタを用いているが、他の高速スイッチン
グ素子であってもよい。

【００３５】チョークコイル７および高速ダイオード８
は、整流側の電源ラインの一方に直列に設けられてい
る。スイッチング素子としてのパワートランジスタ９
は、コレクタがチョークコイル７の一端と高速ダイオー
ド８のアノードとの接続点に接続され、エミッタが整流
側の電源ラインの他方（接地側）に接続されている。

【００３６】上記のアクティブフィルタ５は、チョーク
コイル７および高速ダイオード８を介して平滑コンデン
サ３に流れ込む電流に対して、パワートランジスタ９の
スイッチングにより、チョークコイル７に流れる電流量
を制御するようになっている。

【００３７】インバータ制御部は、最大周波数設定部３
１と、運転周波数設定回路３２とを有している。

【００３８】最大周波数規定手段としての最大周波数設
定部３１は、アクティブフィルタ５の出力電圧Ｖ_O の大
きさに応じて本空気調和機の最大運転周波数を設定する
ようになっている。パワー制御手段としての運転周波数
設定回路３２は、上記の最大運転周波数に基づいて、パ
ワーモジュール４におけるスイッチング周波数やインバ
ータ電圧（圧縮機６への入力電圧）が所定値以上に上昇
しないような制御波形（インバータ波形）を出力するよ
うになっている。これにより、圧縮機６の運転能力が制
限される。

【００３９】また、アクティブフィルタ制御部は、サー
ミスタ３３と、抵抗３４と、誤差アンプ３５と、基準電
源３６と、出力電圧設定部３７と、基準電源３８と、誤
差アンプ３９と、スイッチング波形発生部４０とを有し
ている。

【００４０】温度検出手段としてのサーミスタ３３は、
アクティブフィルタ５に近接して設けられており、特
に、高速ダイオード８およびパワートランジスタ９の損
失による発熱を検出するようになっている。このサーミ
スタ３３は、抵抗３４と直列に接続されるとともに、一
端が接地されている。抵抗３４の他端は、直流電圧を出
力する電源に接続されている。サーミスタ３３と抵抗３
４とにより形成される回路は、温度に応じて抵抗値が変
化するサーミスタ３３と抵抗３４とで分圧された上記の
直流電圧を検出電圧として出力することで、アクティブ
フィルタ５の温度を検出するようになっている。

【００４１】サーミスタ３３と抵抗３４との接続点は、
誤差アンプ３５の一方の入力端子に接続されている。ま
た、誤差アンプ３５の他方の入力端子には、基準電源３
６が接続されている。この基準電源３６は、基準温度を
定める基準電圧Ｖ_ref1を発生するようになっている。誤
差アンプ３５は、上記の検出電圧の基準電圧Ｖ_ref1に対
する誤差を誤差電圧として出力するようになっている。

【００４２】補正手段としての出力電圧設定部３７は、
誤差アンプ３５からの誤差電圧に基づいて基準電源３８
からの基準出力電圧Ｖ_Orefを補正するようになってい
る。出力電圧設定部３７は、具体的には、誤差電圧が大
きい、すなわち検出温度と基準温度との差が大きいとき
に、目標値としての基準出力電圧Ｖ_Orefをその温度差に
応じて低くなるように補正する。誤差アンプ３９は、出
力電圧設定部３７で補正された基準出力電圧Ｖ_Orefに対
する出力電圧Ｖ_O の誤差を誤差電圧として出力するよう
になっている。

【００４３】スイッチング制御手段としてのスイッチン
グ波形発生部４０は、出力電圧設定部３７からの誤差電
圧に基づいてパワートランジスタ９の制御電極に与える
スイッチング波形すなわちパルス状のスイッチング制御
信号のパルス幅を制御するようになっている。これによ
り、アクティブフィルタ５の出力電圧が制御される。ま
た、スイッチング波形発生部４０は、アクティブフィル
タ５への入力電流の波形および入力電圧の波形に基づい
て、入力電流波形を入力電圧波形に近づけるように、ス
イッチング制御信号を発生するようになっている。

【００４４】上記のように構成される本空気調和機にお
いては、高速ダイオード８やパワートランジスタ９の損
失による発熱でアクティブフィルタ５の温度が上昇する
と、サーミスタ３３の抵抗値が低下する。このため、誤
差アンプ３５に入力される検出電圧が低下するので、基
準電圧Ｖ_ref1に対する検出電圧の誤差が大きくなり、誤
差アンプ３５から出力される誤差電圧が増大する。

【００４５】出力電圧設定部３７では、基準出力電圧Ｖ
_Orefが、大きくなった誤差電圧に応じて低くなるように
補正される。具体的には、基準出力電圧Ｖ_Orefは、図２
に示すように、誤差電圧（温度差）が標準値までは一定
である。一方、基準出力電圧Ｖ_Orefは、温度差がその標
準値を越える場合、同図中に実線で示すように温度差が
増大するにつれて低下する反比例の関係で補正される
か、または同図中に破線で示すように段階的に低下する
ように補正される。

【００４６】すると、補正後の基準出力電圧Ｖ_Orefに対
する出力電圧Ｖ_O の誤差が大きくなるので、誤差アンプ
３９からの誤差電圧が大きくなる。そして、スイッチン
グ波形発生部４０は、上記の誤差がなくなるようなスイ
ッチング波形を発生する。

【００４７】これにより、パワートランジスタ９のスイ
ッチング電圧およびスイッチング回数が低下してパワー
トランジスタ９のスイッチング動作が制限されて、高速
ダイオード８に流れる電流が少なくなる。この結果、高
速ダイオード８およびパワートランジスタ９の発熱量が
減少するとともに、出力電圧Ｖ_O が低下する。

【００４８】また、アクティブフィルタ５の自己発熱が
過大になった場合は、検出温度が所定値以上に上昇すれ
ば、スイッチング波形発生部４０がパワートランジスタ
９のスイッチングを停止させるようにスイッチング波形
を発生する。これにより、異常な温度上昇による高速ダ
イオード８およびパワートランジスタ９の動作異常や破
壊を防止することができる。

【００４９】一方、パワーモジュール４は、最大周波数
設定部３１および運転周波数設定回路３２により、出力
電圧Ｖ_O に基づいて圧縮機６の駆動能力が制限される。
したがって、出力電圧Ｖ_O が上記のように低下しても、
インバータ電圧が不足することがなく、圧縮機６の運転
を正常に保つことができる。

【００５０】このように、本空気調和機では、アクティ
ブフィルタ５の温度上昇に応じて、アクティブフィルタ
５の出力電圧Ｖ_O を低下させるように、パワートランジ
スタ９のスイッチングが制御される。それゆえ、高速ダ
イオード８やパワートランジスタ９の発熱を抑えること
ができる。したがって、外気温度の上昇などにより本空
気調和機が異常に高温になっても、サーミスタ３３によ
る検出温度の異常な上昇を抑えることができる。その結
果、本空気調和機を不要に停止させる頻度を大幅に低減
させることができる。

【００５１】本実施の形態の参考例について図３および
図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、
本参考例において、前記第１の実施の形態における構成
要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の
符号を付記してその説明を省略する。

【００５２】本参考例に係る空気調和機は、図３に示す
ように、ブリッジ整流回路２、平滑コンデンサ３、パワ
ーモジュール４およびアクティブフィルタ５を備えた電
源系と、インバータ制御部と、アクティブフィルタ制御
部とを備えている。

【００５３】インバータ制御部は、入力電圧検出回路４
１と、最大周波数設定部４２と、運転周波数設定回路３
２とを有している。

【００５４】入力電圧検出回路４１は、アクティブフィ
ルタ５への入力電圧Ｖ_inの平均値を出力するようになっ
ている。最大周波数設定部４２は、アクティブフィルタ
５の出力電圧Ｖ_O の大きさに応じて本空気調和機の最大
運転周波数を決定するようになっている。また、最大周
波数設定部４２は、出力電圧Ｖ_O および上記の平均値の
少なくとも一方がそれぞれの標準値より低いときに最大
運転周波数を低い値に決定するようになっている。入力
電圧Ｖ_inの平均値を最大運転周波数を決定するために用
いるのは、入力電圧Ｖ_inが出力電圧Ｖ_O を決定する大き
な要素となっていることに基づいている。

【００５５】アクティブフィルタ制御部は、基準電源３
８と、誤差アンプ３９と、スイッチング波形発生部４０
とを有している。誤差アンプ３９は、基準電源３８から
の基準電圧に対する出力電圧Ｖ_O の誤差を誤差電圧とし
て出力するようになっている。

【００５６】上記のように構成される本空気調和機で
は、ブリッジ整流回路２からの出力電圧すなわちアクテ
ィブフィルタ５への入力電圧Ｖ_inが入力電圧検出回路４
１に入力されると、入力電圧検出回路４１から入力電圧
Ｖ_inの平均値が出力される。最大周波数設定部４２で
は、出力電圧Ｖ_O に基づいて最大運転周波数が設定され
る。

【００５７】このとき、出力電圧Ｖ_O が標準値より低け
れば、最大運転周波数が低く設定される。また、上記の
平均値が標準値より低いときにも、最大運転周波数が低
く設定される。具体的には、最大運転周波数は、図４に
示すように、出力電圧Ｖ_O （検出電圧）または上記の平
均値（検出電圧）がそれぞれの標準値以上の範囲では一
定値に設定される。一方、最大運転周波数は、検出電圧
がそれぞれの標準値より低い範囲では、同図中に実線で
示すように検出電圧が低下するにつれて低くなる比例の
関係で補正されるか、または同図中に破線で示すように
段階的に低くなるように補正される。

【００５８】すると、運転周波数設定回路３２では、入
力された最大運転周波数より低い領域で実際の運転周波
数が設定される。これにより、パワーモジュール４は、
入力電圧Ｖ_inが低くなっている場合でも、許容しうる負
荷変動の範囲や最大運転周波数の範囲内で圧縮機６を駆
動する。それゆえ、入力電圧Ｖ_inの変動によらず安定し
て運転を維持することができる。

【００５９】このように、本参考例の空気調和機は、交
流電源から出力された交流電圧を整流する整流手段と、
整流された交流電圧を直流電圧となるように平滑する平
滑手段と、この平滑手段からの直流電圧をチョッピング
することにより電圧および周波数が可変の交流電圧に変
換して圧縮機に印加する逆変換手段と、上記整流手段と
上記平滑手段との間に設けられ、スイッチング素子のス
イッチングにより上記平滑手段に流れ込む電流量を調整
することにより、入力電流を入力電圧とほぼ同位相とな
りかつほぼ正弦波となる波形に整形するアクティブフィ
ルタと、上記交流電圧または上記アクティブフィルタの
出力電圧に応じて上記周波数の最大値を規定する周波数
設定手段とを備えている。

【００６０】上記の空気調和機では、周波数設定手段に
より、交流電圧またはアクティブフィルタの出力電圧に
応じて、逆変換手段における周波数の最大値が設定され
る。交流電圧が低い場合は、アクティブフィルタの出力
電圧が低くなりがちである。特に、空気調和機の運転負
荷が重い場合は、その傾向が顕著になる。

【００６１】そこで、交流電圧またはアクティブフィル
タの出力電圧が低下すると、周波数がそれに応じて低く
なるように設定されることにより、逆変換手段による圧
縮機の駆動能力が低下するので、負荷変動が生じてもア
クティブフィルタの出力電圧不足（昇圧不足）により圧
縮機の動作が不安定になることはない。

【００６２】したがって、交流電圧が不安定で低くなる
ことが多い場合でも、空気調和機を安定して運転するこ
とができる。

【００６３】他の参考例について図５および図６に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。なお、本参考例に
おいて、前記第１の実施の形態における構成要素と同等
の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記
してその説明を省略する。

【００６４】本参考例に係る空気調和機は、図５に示す
ように、ブリッジ整流回路２、平滑コンデンサ３、パワ
ーモジュール４およびアクティブフィルタ５を備えた電
源系と、インバータ制御部と、アクティブフィルタ制御
部とを備えている。

【００６５】インバータ制御部は、サーミスタ５１と、
抵抗５２と、誤差アンプ５３と、基準電源５４と、最大
周波数設定部５５と、運転周波数設定回路３２とを有し
ている。また、アクティブフィルタ制御部は、図３のア
クティブフィルタ制御部と同様に構成されている。

【００６６】温度検出手段としてのサーミスタ５１は、
パワーモジュール４に近接して設けられており、特に、
パワーモジュール４におけるスイッチング損失による発
熱を検出するようになっている。このサーミスタ５１
は、抵抗５２と直列に接続されるとともに、一端が接地
されている。抵抗５２の他端は、直流電圧を出力する電
源に接続されている。

【００６７】サーミスタ５１と抵抗５２とにより形成さ
れる回路は、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ
５１と抵抗５２とで分圧された上記の直流電圧を検出温
度として出力することで、パワーモジュール４の温度を
検出するようになっている。

【００６８】サーミスタ５１と抵抗５２との接続点は、
誤差アンプ５３の一方の入力端子に接続されている。ま
た、誤差アンプ５３の他方の入力端子には、基準電源５
４が接続されている。誤差アンプ５３は、基準電源５４
からの基準電圧Ｖ_ref2（基準温度を定める電圧）に対す
る上記の検出電圧の誤差を誤差電圧として出力するよう
になっている。

【００６９】最大周波数規定手段としての最大周波数設
定部５５は、誤差アンプ５３からの誤差電圧の大きさに
応じて本空気調和機の最大運転周波数を決定するように
なっている。最大周波数設定部５５は、具体的には、誤
差電圧が大きい、すなわち検出温度と基準温度との差が
大きいときに、その温度差に応じて最大運転周波数が低
い値となるように決定する。

【００７０】上記のように構成される本空気調和機にお
いては、パワーモジュール４におけるスイッチングの損
失による発熱でパワーモジュール４の温度が上昇する
と、サーミスタ５１の抵抗値が低下する。このため、誤
差アンプ５３に入力される検出電圧が低下するので、基
準電圧Ｖ_ref2に対する検出電圧の誤差が大きくなり、誤
差アンプ５３から出力される誤差電圧が増大する。

【００７１】最大周波数設定部５５では、最大運転周波
数が大きくなった誤差電圧に応じて低くなるように設定
される。具体的には、最大運転周波数は、図６に示すよ
うに、誤差電圧（温度差）が標準値以下では一定であ
る。一方、最大運転周波数は、温度差がその標準値を越
える場合、同図中に実線で示すように温度差が増大する
につれて低下する反比例の関係で補正されるか、または
同図中に破線で示すように段階的に低下するように補正
される。すると、運転周波数設定回路３２では、低い値
となった最大運転周波数に応じてインバータ波形が生成
される。

【００７２】これにより、パワーモジュール４の運転能
力が抑えられ、パワーモジュール４のスイッチング損失
による発熱量を低減させることができる。それゆえ、外
気温度の上昇などにより本空気調和機が異常に高温にな
っても、アクティブフィルタ５の異常な温度上昇を抑え
ることができる。

【００７３】また、本空気調和機では、パワーモジュー
ル４の自己発熱が過大になった場合は、検出温度が所定
値以上に上昇すれば、運転周波数設定回路３２がパワー
モジュール４の各素子のスイッチングを停止させるよう
にインバータ波形を発生する。これにより、異常な温度
上昇による上記各素子の動作異常や破壊を防止すること
ができる。

【００７４】したがって、上記のようにアクティブフィ
ルタ５の異常な温度上昇を抑えることにより、本空気調
和機を不要に停止させる頻度を大幅に低減させることが
できる。

【００７５】本参考例の空気調和機は、交流電源から出
力された交流電圧を整流する整流手段と、整流された交
流電圧を直流電圧となるように平滑する平滑手段と、こ
の平滑手段からの直流電圧をチョッピングすることによ
り電圧および周波数が可変の交流電圧に変換して圧縮機
に印加する逆変換手段と、上記逆変換手段の温度を検出
する温度検出手段と、上記圧縮機の駆動に必要とされる
駆動能力に応じて上記周波数を設定するとともに、上記
温度検出手段により検出された温度が所定値以上である
ときに上記逆変換手段を停止させるパワー制御手段と、
上記温度検出手段により検出された温度に応じて上記パ
ワー制御手段で設定される上記周波数の最大値を規定す
る最大周波数規定手段とを備えている。

【００７６】上記の空気調和機では、逆変換手段が周波
数設定手段により設定された周波数に基づいて直流電圧
をチョッピングして、その電圧で圧縮機を駆動する。一
方、温度検出手段により逆変換手段の温度が検出される
と、最大周波数規定手段により、その温度に応じて周波
数の最大値が規定される。すなわち、逆変換手段の温度
に応じて周波数が制限されることになる。

【００７７】例えば、逆変換手段の温度が上昇すれば、
それに応じて周波数が低下するように最大値が設定され
ると、逆変換手段による圧縮機の最大駆動能力すなわち
空気調和機の最大運転能力が低下するので、逆変換手段
の発熱が減少する。それゆえ、逆変換手段の温度が、外
気温度が異常に高くなるなどによって逆変換手段の自己
発熱による温度より高くなっても、パワー制御手段によ
り逆変換手段が停止させられる頻度を大幅に低下させる
ことができる。したがって、上記のような外気の異常高
温時においても空気調和機の連続運転を維持することが
できる。

【００７８】続いて、本参考例の他の空気調和機につい
て説明する。

【００７９】本空気調和機は、図７に示すように、運転
周波数設定回路３２を有するインバータ制御部と、以下
の構成によるアクティブフィルタ制御部とを有してい
る。

【００８０】アクティブフィルタ制御部は、サーミスタ
５１と、抵抗５２と、誤差アンプ５３と、基準電源５４
と、出力電圧設定部３７と、基準電源３８と、誤差アン
プ３９と、スイッチング波形発生部４０とを有してい
る。

【００８１】出力電圧設定部３７は、誤差アンプ５３か
らの誤差電圧に基づいて基準電源３８からの基準出力電
圧Ｖ_Orefを補正するようになっている。出力電圧設定部
３７は、具体的には、誤差電圧が大きい、すなわち検出
温度と基準温度との差が大きいときに、その温度差に応
じて所定の範囲内で基準出力電圧Ｖ_Orefが高くなるよう
に補正する。これは、基準出力電圧Ｖ_Orefの補正範囲に
制限を設けないと、温度差が異常に大きくなった場合、
基準出力電圧Ｖ_Orefが高くなりすぎて出力電圧設定部３
７の後段の回路素子の耐圧をオーバーするという不都合
があるからである。

【００８２】上記のように構成される本空気調和機にお
いては、前記の空気調和機と同様に、サーミスタ５１に
より検出されたパワーモジュール４の温度と基準温度
（基準電圧Ｖ_ref2）との差が求められる。

【００８３】出力電圧設定部３７では、その差が大きく
なると、基準出力電圧Ｖ_Orefがそれに応じて高くなるよ
うに補正される。具体的には、基準出力電圧Ｖ_Orefは、
図８に示すように、誤差電圧（温度差）が標準値以下で
は一定である。一方、基準出力電圧Ｖ_Orefは、温度差が
その標準値を越える場合、同図中に実線で示すように温
度差が増大するにつれて上昇する比例の関係で補正され
るか、または同図中に破線で示すように段階的に上昇す
るように補正される。なお、いずれの場合も、基準出力
電圧Ｖ_Orefが上限値を越えない範囲で補正がなされる。

【００８４】すると、スイッチング波形発生部４０から
は、誤差アンプ３９から出力された基準出力電圧Ｖ_Oref
に対する出力電圧Ｖ_O の誤差に基づいて、その誤差がな
くなるようなスイッチング波形が出力される。

【００８５】これにより、パワートランジスタ９のスイ
ッチング電圧およびスイッチング回数が上昇して、アク
ティブフィルタ５の出力電圧Ｖ_O が上昇する。この結
果、パワーモジュール４に印加される電圧が高くなるの
で、パワーモジュール４に流れる電流が減少する。した
がって、パワーモジュール４のスイッチング損失による
発熱量を低減させることができる。したがって、上記の
構成によっても、本空気調和機が異常に高温になった場
合に、パワーモジュール４の異常な温度上昇を抑えるこ
とができ、本空気調和機を不要に停止させる頻度を大幅
に低減させることができる。

【００８６】本参考例の空気調和機は、交流電源から出
力された交流電圧を整流する整流手段と、整流された交
流電圧を直流電圧となるように平滑する平滑手段と、こ
の平滑手段からの直流電圧をチョッピングすることによ
り電圧および周波数が可変の交流電圧に変換して圧縮機
に印加する逆変換手段と、上記整流手段と上記平滑手段
との間に設けられ、スイッチング素子のスイッチングに
より上記平滑手段に流れ込む電流量を調整することによ
り、入力電流を入力電圧とほぼ同位相となりかつほぼ正
弦波となる波形に整形するアクティブフィルタと、この
アクティブフィルタの出力電圧を目標値となるように上
記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチ
ング制御手段と、上記逆変換手段の温度を検出する温度
検出手段と、この温度検出手段により検出された温度に
応じて上記目標値を補正する補正手段とを備えている。

【００８７】上記の空気調和機では、温度検出手段によ
り逆変換手段の温度が検出されると、補正手段により、
その温度に応じて目標値が補正される。例えば、逆変換
手段 の温度が上昇した場合、温度の上昇に応じて目標値
が高くなるように補正がなされる。これにより、アクテ
ィブフィルタの出力電圧が高くなり、逆変換手段に流れ
る電流を少なくすることができる。このため、スイッチ
ング素子の自己発熱が抑えられて温度検出手段による検
出温度が低下する。

【００８８】これにより、逆変換手段の温度が、外気温
度が異常に高くなるなどによって逆変換手段の自己発熱
による温度より高くなっても、パワー制御手段により逆
変換手段が停止させられる頻度を大幅に低下させること
ができる。したがって、外気の異常高温時においても空
気調和機の連続運転を維持することができるという効果
を奏する。

【００８９】〔実施の形態２〕 本発明の第２の実施の形態について図９に基づいて説明
すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態におい
て、前記第１の実施の形態における構成要素と同等の機
能を有する構成要素については、同一の符号を付記して
その説明を省略する。

【００９０】本実施の形態に係る空気調和機は、図９に
示すように、ブリッジ整流回路２、平滑コンデンサ３、
パワーモジュール４およびアクティブフィルタ５を備え
た電源系と、運転周波数設定回路３２を有するインバー
タ制御部と、アクティブフィルタ制御部とを備えてい
る。

【００９１】アクティブフィルタ制御部は、出力電圧設
定部６１と、基準電源３８と、誤差アンプ３９と、スイ
ッチング波形発生部４０とを有している。補正手段とし
ての出力電圧設定部６１は、運転周波数設定回路３２か
らの運転周波数情報に応じて基準電源３８からの基準出
力電圧Ｖ_Orefを設定するようになっている。

【００９２】上記のように構成される本空気調和機にお
いては、出力電圧設定部６１から、上記の運転周波数情
報に応じた基準出力電圧Ｖ_Orefが出力される。すると、
誤差アンプ３９からの誤差電圧に基づいて、スイッチン
グ波形発生部４０からスイッチング波形が出力される。
これにより、アクティブフィルタ５の出力電圧Ｖ_O が基
準出力電圧Ｖ_Orefに等しくなるように制御される。

【００９３】このように、本空気調和機によれば、運転
周波数に応じて出力電圧Ｖ_O が制御されるので、パワー
モジュール４に適した印加電圧すなわち運転能力に最小
限必要な電圧を得ることができる。それゆえ、パワーモ
ジュール４におけるスイッチング損失を最小にすること
ができる。

【００９４】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に係る
空気調和機は、交流電源から出力された交流電圧を整流
する整流手段と、整流された交流電圧を直流電圧となる
ように平滑する平滑手段と、この平滑手段からの直流電
圧をチョッピングすることにより電圧および周波数が可
変の交流電圧に変換して圧縮機に印加する逆変換手段
と、上記整流手段と上記平滑手段との間に設けられ、ス
イッチング素子のスイッチングにより上記平滑手段に流
れ込む電流量を調整することにより、入力電流を入力電
圧とほぼ同位相となりかつほぼ正弦波となる波形に整形
するアクティブフィルタと、上記アクティブフィルタの
温度を検出する温度検出手段と、上記アクティブフィル
タの出力電圧を目標値となるように上記スイッチング素
子のスイッチングを制御するとともに、上記アクティブ
フィルタの温度が所定値以上であるときに上記スイッチ
ング素子を停止させるスイッチング制御手段と、上記温
度検出手段により検出された温度に応じて上記目標値を
補正する補正手段とを備えている構成である。

【００９５】これにより、アクティブフィルタの温度が
検出され、その温度に応じて目標値が補正されるので、
例えば、アクティブフィルタの温度上昇に応じて目標値
が低くなるように補正がなされると、スイッチング素子
に流れる電流量が少なくなる。それゆえ、アクティブフ
ィルタの自己発熱が抑えられて温度検出手段による検出
温度が低下する。このため、アクティブフィルタの温度
が、外気温度が異常に高くなるなどによってアクティブ
フィルタの自己発熱による温度より高くなっても、スイ
ッチング制御手段によりスイッチング素子が停止する頻
度を大幅に低下させることができる。したがって、上記
のような外気の異常高温時においても空気調和機の連続
運転を維持することができるという効果を奏する。

【００９６】本発明の請求項２に係る空気調和機は、上
記の第１の空気調和機において、上記アクティブフィル
タの出力電圧に応じて上記周波数の最大値を規定する最
大周波数規定手段を備えている構成である。

【００９７】これにより、上記のように目標値が低下す
ることにより、アクティブフィルタの出力電圧が低下す
ると、それに応じて周波数の最大値が設定されるので、
例えば、アクティブフィルタの出力電圧の低下に応じて
周波数の最大値が低くなるように補正がなされる。それ
ゆえ、逆変換手段による圧縮機の最大駆動能力すなわち
空気調和機の最大運転能力が低下するので、アクティブ
フィルタの出力電圧が低下しても、それに応じた能力で
圧縮機を駆動することができる。したがって、アクティ
ブフィルタの出力電圧の変化によらず空気調和機を安定
して運転することができるという効果を奏する。

【００９８】本発明の請求項３に係る空気調和機は、交
流電源から出力された交流電圧を整流する整流手段と、
整流された交流電圧を直流電圧となるように平滑する平
滑手段と、上記平滑手段からの直流電圧をチョッピング
することにより電圧および周波数が可変の交流電圧に変
換して圧縮機に印加する逆変換手段と、上記圧縮機の駆
動に必要とされる駆動能力に応じて上記周波数を設定す
るパワー制御手段と、上記整流手段と上記平滑手段との
間に設けられ、スイッチング素子のスイッチングにより
上記平滑手段に流れ込む電流量を調整することにより、
入力電流を入力電圧とほぼ同位相となりかつほぼ正弦波
となる波形に整形するアクティブフィルタと、上記アク
ティブフィルタの出力電圧を目標値となるように上記ス
イッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング
制御手段と、上記パワー制御手段により設定された周波
数に応じて上記目標値を補正する補正手段とを備えてい
る構成である。

【００９９】これにより、設定された周波数に応じて目
標値が補正されるので、逆変換手段による圧縮機の駆動
能力（空気調和機の運転能力）に応じてアクティブフィ
ルタの出力電圧が制御される。それゆえ、アクティブフ
ィルタの出力電圧が逆変換手段が必要とする以上に高く
なることがなく、逆変換手段のチョッピング動作におけ
る損失を低減することができる。したがって、不要な電
力消費を低減させて、空気調和機を高効率で運転するこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機の
構成を示す回路図である。

【図２】図１の空気調和機におけるアクティブフィルタ
の温度と基準温度との温度差に基づく基準出力電圧の補
正を示すグラフである。

【図３】参考例に係る空気調和機の構成を示す回路図で
ある。

【図４】図３の空気調和機における検出電圧に基づく最
大運転周波数の補正を示すグラフである。

【図５】他の参考例に係る空気調和機の構成を示す回路
図である。

【図６】図５の空気調和機におけるインバータモジュー
ルの温度と基準温度との温度差に基づく最大運転周波数
の補正を示すグラフである。

【図７】さらに他の参考例に係る他の空気調和機の構成
を示す回路図である。

【図８】図７の空気調和機におけるインバータモジュー
ルの温度と基準温度との温度差に基づく基準出力電圧の
補正を示すグラフである。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る空気調和機の
構成を示す回路図である。

【図１０】従来の空気調和機の構成を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 商用電源（交流電源） ２ ブリッジ整流回路（整流手段） ３ 平滑コンデンサ（平滑手段） ４ パワーモジュール（逆変換手段） ５ アクティブフィルタ ６ 圧縮機 ９ パワートランジスタ（スイッチング
素子） ３１・４２・５５ 最大周波数設定部（最大周波数規
定手段） ３２ 運転周波数設定回路（パワー制御
手段） ３３・５１ サーミスタ（温度検出手段） ３７・６１ 出力電圧設定部（補正手段） ４０ スイッチング波形発生部（スイッ
チング制御手段） ４１ 入力電圧検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 7/48 H02P 7/63 302

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源から出力された交流電圧を整流す
   る整流手段と、 整流された交流電圧を直流電圧となるように平滑する平
   滑手段と、 上記平滑手段からの直流電圧をチョッピングすることに
   より電圧および周波数が可変の交流電圧に変換して圧縮
   機に印加する逆変換手段と、 上記整流手段と上記平滑手段との間に設けられ、スイッ
   チング素子のスイッチングにより上記平滑手段に流れ込
   む電流量を調整することにより、入力電流を入力電圧と
   ほぼ同位相となりかつほぼ正弦波となる波形に整形する
   アクティブフィルタと、 上記アクティブフィルタの温度を検出する温度検出手段
   と、 上記アクティブフィルタの出力電圧を目標値となるよう
   に上記スイッチング素子のスイッチングを制御するとと
   もに、上記アクティブフィルタの温度が所定値以上であ
   るときに上記スイッチング素子を停止させるスイッチン
   グ制御手段とを備えた空気調和機において、 上記温度検出手段により検出された温度に応じて上記目
   標値を補正する補正手段とを備えていることを特徴とす
   る空気調和機。
2. 【請求項２】上記アクティブフィルタの出力電圧に応じ
   て上記周波数の最大値を規定する最大周波数規定手段を
   備えていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和
   機。
3. 【請求項３】交流電源から出力された交流電圧を整流す
   る整流手段と、 整流された交流電圧を直流電圧となるように平滑する平
   滑手段と、 上記平滑手段からの直流電圧をチョッピングすることに
   より電圧および周波数が可変の交流電圧に変換して圧縮
   機に印加する逆変換手段と、 上記圧縮機の駆動に必要とされる駆動能力に応じて上記
   周波数を設定するパワー制御手段と、 上記整流手段と上記平滑手段との間に設けられ、スイッ
   チング素子のスイッチングにより上記平滑手段に流れ込
   む電流量を調整することにより、入力電流を入力電圧と
   ほぼ同位相となりかつほぼ正弦波となる波形に整形する
   アクティブフィルタと、 上記アクティブフィルタの出力電圧を目標値となるよう
   に上記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイ
   ッチング制御手段と、 上記パワー制御手段により設定された周波数に応じて上
   記目標値を補正する補正 手段とを備えていることを特徴
   とする空気調和機。