JP5169660B2 - 制御装置及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、特に空気清浄機など一般家庭で使用される家庭用の空気調和機と、この空気調和機に適用される制御装置に関する。

従来、家庭用の空気調和機には、商用電源（例えば商用電圧ＡＣ１００Ｖ）からスイッチ電源回路を介して入力された電圧を所定の電圧（例えば５〜６ｋＶ）まで昇圧する高圧電源ユニットが搭載される場合がある。例えば空気清浄機であれば、作業者が前面パネルを開いて商用電源とスイッチ電源回路との電気的な接続が解除された後も、スイッチ電源回路が動作し、高圧電源ユニットが駆動する場合がある。このような高圧電源ユニットの駆動は、作業者が前面パネルを開いて行う保守管理等において高圧電源ユニットの高圧部分に触れる危険な状態（感電等）を生じさせる。このような危険な状態を回避するために、商用電源から供給される電圧が所定の電圧範囲を横切るゼロクロスポントを検知するゼロクロス回路（例えば、特許文献１参照）を搭載し、このゼロクロスポントの検知結果に基づいて商用電源とスイッチ電源回路との接続状態を判断する場合がある。そして、商用電源とスイッチ電源回路との接続解除が検出された場合に、高圧電源ユニットの駆動が停止される。

特開２００５−１１７８１３号公報

ところで、上述した空気調和機では、ゼロクロス回路を動作させるために、例えば２０ｍＡ程度の消費電流が必要となる。したがって、商用電源とスイッチ電源回路が電気的に接続された後であって高圧電源ユニットの駆動停止中も常時ゼロクロス回路を動作させた場合、空気調和機で消費される電力を節減できないという問題がある。

本発明は、ユーザの作業上の安全面を確保しつつ、消費電力を節減可能な制御装置及び空気調和機を提供することである。

第１の発明に係る制御装置では、外部電源から供給される電圧を変換した後で電気機器に出力する電圧変換手段と、外部電源と前記電圧変換手段との接続状態を切り換える切換手段と、外部電源と電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検出する状態検出手段と、前記状態検出手段に電源を供給する状態と電源を供給しない状態とを切り換えるリレー回路を駆動する電源供給手段とを備え、外部電源側の回路と電気機器側の回路とが絶縁されたものであって、電源供給手段は、電気機器が駆動されている間は状態検出手段に電源を供給すると共に、外部電源と電圧変換手段とが接続されない状態から接続される状態に変化することで電源の供給が開始された後であって電気機器が駆動されない状態に対応した期間に含まれる所定期間は状態検出手段に対する電源供給を停止する。

この制御装置では、外部電源と電圧変換手段とが接続されない状態から接続される状態に変化することで状態検出手段への電源供給開始後であって電気機器が駆動されない状態に対応した期間に含まれる所定期間は状態検出手段に対する電源供給を停止する。つまりは、従来のように、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって電気機器の駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

第２の発明に係る制御装置では、第１の発明に係る制御装置において、状態検出手段は、外部電源のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出手段を備え、ゼロクロス検出手段の検出結果に基づいて外部電源と電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検出する。

この制御装置では、状態検出手段を、外部電源から供給される電圧が所定の電圧範囲を横切るゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出手段として構成することで、外部電源と電圧変換手段との接続状態を容易に検知できる。この構成によれば、例えば、ゼロクロスポイントの前回検出時から所定期間が経過しても、次回のゼロクロスポイントを検知しない場合に、外部電源と電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検知可能である。

第３の発明に係る制御装置では、第１または２の発明に係る制御装置において、電気機器は高圧電源ユニットである。

この制御装置では、電気機器が切換手段を介して電圧変換手段から入力された電圧を高電圧（例えば５〜６ｋＶ）まで昇圧する高圧電源ユニットとして構成される場合であっても、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって高圧電源ユニットの駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

第４の発明に係る空気調和機では、第１〜第３の発明のいずれかに係る制御装置を制御する。

この空気調和機では、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって電気機器の駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、外部電源と電圧変換手段とが接続されない状態から接続される状態に変化することで状態検出手段への電源供給開始後であって電気機器が駆動されない状態に対応した期間に含まれる所定期間は状態検出手段に対する電源供給を停止する。つまりは、従来のように、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって電気機器の駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

また、第２の発明では、状態検出手段を、外部電源から供給される電圧が所定の電圧範囲を横切るゼロクロスポイントを検出可能なゼロクロス検出手段として構成することで、外部電源と電圧変換手段との接続状態を容易に検知できる。この構成によれば、例えば、ゼロクロスポイントの前回検出時から所定期間が経過しても、次回のゼロクロスポイントを検知しない場合に、外部電源と電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検知可能である。

また、第３の発明では、電気機器が切換手段を介して電圧変換手段から入力された電圧を高電圧（例えば５〜６ｋＶ）まで昇圧する高圧電源ユニットとして構成される場合であっても、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって高圧電源ユニットの駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

また、第４の発明では、外部電源と電圧変換手段が電気的に接続された後であって電気機器の駆動停止中に、常時、状態検出手段に電源を供給することを防止できる。したがって、従来に比して空気調和機で消費される電力を節減できる。

以下、本発明の制御装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

空気清浄機１００（空気調和機）に搭載された制御装置１００ａは、安全スイッチ２（切換手段）、スイッチ電源回路３（電圧変換手段）、高圧電源ユニット４（電気機器）、リレー回路５、リレー駆動回路６（電源供給手段）、ゼロクロス検知回路７（状態検出手段）及びマイコン８を有している。安全スイッチ２は、端子２ａ、２ｂを有する２端子式の切換スイッチとして形成される。この端子２ａ、２ｂは、商用電圧ＡＣ（例えば１００Ｖ）の商用電源１（外部電源）の送電側Ｈ及び接地側Ｃにそれぞれ接続される。

スイッチ電源回路３は、全波整流器９、トランス１０、コンデンサＣ_１、Ｃ_２、ダイオードＤ及びインダクタンスＬを有している。全波整流器９の各入力は、安全スイッチ２の端子２ｂ及び商用電源１の接地側Ｃにそれぞれ接続される。全波整流器９の各出力は、コンデンサＣ_１が介装された接続ノード１１、１２にそれぞれ接続される。

トランス１０の各入力は、接続ノード１１、１２にそれぞれ接続される。トランス１０の出力は、ダイオードＤのアノード側に接続される。ダイオードＤのカソード側は、接続ノード１３に接続される。トランス１０は、接続ノード１１、１２を介して入力された電圧を所定の直流電圧Ｖoutに変換し、変換した直流電圧Ｖoutを接続ノード１３に出力する。コンデンサＣ_２は、接続ノード１３と接地線ＧＮＤとの間に接続される。インダクタンスＬは、接続ノード１３と高圧電源ユニット４の入力４ａとの間に接続される。

高圧電源ユニット４は、スイッチ電源３から入力された直流電圧Ｖoutに応じて駆動する。リレー回路５は、スイッチ部１４及びコイル部１５を有している。スイッチ部１４は、端子１４ａ、１４ｂを有する２端子式の切換スイッチとして形成される。この端子１４ａ、１４ｂは、商用電源１の接地側Ｃ及び抵抗Ｒの一端にそれぞれ接続される。電磁石として機能するコイル部１５の端子１５ａは、トランジスタＴｒ_１として形成されたリレー駆動回路６のドレインに接続される。一方、コイル部１５の端子１５ｂは接地線ＧＮＤに接続される。

リレー駆動回路６のソースは、ソース電圧線Ｖ_ＳＳ（例えば１２Ｖ）に接続される。リレー駆動回路６のゲートは、マイコン８の出力ポートに接続される。リレー駆動回路６は、ゼロクロス信号Ｓｚの検知を許可する信号（以下、検知許可信号ＤＥ）をマイコン８の出力ポートから受信する。リレー駆動回路６は、例えば検知許可信号ＤＥの高レベル（”Ｈ”）に応答して、ソース電圧線Ｖ_ＳＳをコイル部１５を介して接地線ＧＮＤに接続する。この接続によってコイル部１５に電流が流れ、スイッチ部１４の接点が閉じると共に、ゼロクロス検知回路７によるゼロクロス信号Ｓｚの検知が開始される。

ゼロクロス検知回路７は、並列に接続されたフォトダイオードＰＤ_１、ＰＤ_２と、フォトトランジスタＰＴｒとを有している。ゼロクロス回路７の入力端子７ａは安全スイッチ２の端子２ｂに、入力端子７ｂは抵抗Ｒの他端にそれぞれ接続される。また、ゼロクロス回路７の出力端子７ｃはマイコン８の入力ポート８ａに、出力端子７ｄは接地線ＧＮＤにそれぞれ接続される。

フォトダイオードＰＤ_１、ＰＤ_２は、入力端子７ａ、７ｂを介して入力された電気信号を光信号に光電変換し、光電変換した光信号をフォトトランジスタＰＴｒに出力する。そして、フォトトランジスタＰＴｒは、受信した光信号を電気信号に光電変換し、光電変換した電気信号をゼロクロス信号Ｓｚとしてマイコン８に出力する。

マイコン８の出力ポート８ｂは、トランジスタＴｒ_２のゲートに接続される。トランジスタＴｒ_２のドレインは接地線ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ_２のソースは、高圧電源ユニット４の入力に接続される。トランジスタＴｒ_２は、高圧電源ユニット４の入力４ｂと接地線ＧＮＤとの接続を許可する信号（以下、接続許可信号ＣＥ）をマイコン８の出力ポート８ｂから受信する。トランジスタＴｒ_２は、例えば接続許可信号ＣＥの高レベル（”Ｈ”）に応答して、高圧電源ユニット４の入力４ｂと接地線ＧＮＤとを接続する。この接続によって高圧電源ユニット４が駆動を開始し、スイッチ電源３から入力された電圧Ｖoutを所定電圧に昇圧する。

図２は、ゼロクロス信号Ｓｚの検知動作を示す説明図である。図２（ａ）は、一定周期（例えば周波数が５０Ｈｚであれば１周期２０mｓ）で振幅を繰り返す商用電圧ＡＣの波形を、図２（ｂ）はゼロクロス検知回路７の出力（ゼロクロス信号Ｓｚ）を、図２（ｃ）はスイッチ電源回路３の出力（直流電圧Ｖout）を示す。また、図２（ｄ）はリレー回路５のオン／オフを、図２（ｅ）は接続許可信号ＣＥをそれぞれ示す。

この例では、初期状態（時刻ｔ_０）において、空気清浄機１００の電源プラグはコンセントに差し込まれ、商用電源１とスイッチ電源回路３は安全スイッチ２を介して電気的に接続される。また、この初期状態において、接続許可信号ＣＥは高レベル（”Ｈ”）に設定され、高圧電源ユニット４は駆動中であると共に、リレー回路５はオンし、マイコン８によってゼロクロス検知回路７の出力（ゼロクロス信号Ｓｚ）に基づくゼロクロスポイントの検知が行われる。

このゼロクロスポイントは、商用電圧ＡＣが基準電圧値（例えば０Ｖ）を含む所定の電圧範囲を横切るポイントを示す。そして、マイコン８は、この検知結果に基づいて商用電源１とスイッチ電源回路３が電気的に接続されているか否か判断する。具体的には、マイコン８は、ゼロクロスポイントの前回検知時から半周期（例えば１０mｓ）以上経過しても、次回のゼロクロスポイントを検知しない場合に、商用電源１とスイッチ電源回路３が電気的に接続されていないと判断する。

時刻ｔ_１において、ユーザによって空気清浄機１００の前面パネルが開かれ、マイコン８は、ゼロクロス信号Ｓｚに基づいて商用電源１とスイッチ電源回路３との電気的な接続が解除されたと判断する。

そして、時刻ｔ_２において、マイコン８は、商用電源１とスイッチ電源回路３との電気的な接続が解除されたことに応答して、接続許可信号ＣＥを低レベル（”Ｌ”）に設定し、高圧電源ユニット４の入力と接地線ＧＮＤとの接続を解除すると共に、この接続解除によって高圧電源ユニット４は駆動を停止する。

そして、時刻ｔ_２から遅延時間ｔａが経過した時刻ｔ_３において、高圧電源ユニット４の駆動が停止したことに応答して、リレー回路５がオフし、ゼロクロス検知回路７によるゼロクロス信号Ｓｚの検知が終了する。この遅延時間ｔａは、高圧電源ユニット４の駆動をより確実に停止させるために設定される。

時刻ｔ_１から時間ｔｂが経過した時刻ｔ_４において、スイッチ電源回路３に内蔵されたコンデンサＣ_１、Ｃ_２に蓄積された電荷の放電が完了する。そして、時刻ｔ_４から所定時間経過後の時刻ｔ_５において、ユーザが空気清浄機１００の前面パネルを閉じることによって、商用電源１とスイッチ電源回路３が電気的に接続され、時刻ｔ_６において、スイッチ電源回路３による直流電圧Ｖoutの出力が開始される。

時刻ｔ_７において、スイッチ電源回路３による直流電圧Ｖoutの出力開始に応答して、リレー回路５がオンし、ゼロクロス検知回路７がゼロクロス信号Ｓｚの検知を開始する。

そして、時刻ｔ_８において、空気清浄機１００の動作モードが待機モードに突入する。マイコン８は、この待機モードへの突入に同期して、検知許可信号ＤＥを低レベル（”Ｌ”）に設定すると共に、ソース電圧線Ｖ_ＳＳと接地線ＧＮＤとの接続解除によってリレー回路５をオフし、ゼロクロス検知回路７によるゼロクロス信号Ｓｚの検知を終了させる。

そして、時刻ｔ_９において、マイコン８は、空気清浄機１００の運転開始要求に応答して、検知許可信号ＤＥを高レベル（”Ｈ”）に設定すると共に、ソース電圧線Ｖ_ＳＳと接地線ＧＮＤとの接続によってリレー回路５をオンし、ゼロクロス検知回路７によるゼロクロス信号Ｓｚの検知を開始させる。その後の時刻ｔ_１０において、マイコン８は、接続許可信号ＣＥを高レベル（”Ｈ”）に設定し、高圧電源ユニット４の入力と接地線ＧＮＤとを接続すると共に、この接続によって高圧電源ユニット４の駆動を開始させる。

以上、本実施形態では、空気清浄機１００が待機モードに突入する時刻ｔ_８から、空気清浄機１００の運転開始要求を受け付ける時刻ｔ_９までの期間（所定期間）に、リレー回路５をオフし、ゼロクロス検知回路７によるゼロクロス信号Ｓｚの検知を終了させることによって、待機モード中におけるリレー回路５、リレー駆動回路６及びゼロクロス検知回路７の消費電力を節減できる。したがって、高圧電源ユニット４の駆動停止後も常時ゼロクロス検知回路７を動作させる従来の空気清浄機に比して、空気清浄機１００の消費電力を節減できる。

また、ユーザによって空気清浄機１００の前面パネルが開かれた場合に、マイコン８が、ゼロクロス信号Ｓｚに基づいて商用電源１とスイッチ電源回路３との電気的な接続が解除されたと判断し、高圧電源ユニット４の駆動を停止させることで、つまり、商用電源１とスイッチ電源回路３との電気的な接続が解除された後も高圧電源ユニット４が駆動することを防止することで、ユーザが空気清浄機１００の前面パネルを開いて空気清浄機１００の保守管理等の作業を行う場合に、ユーザが高圧電源ユニット４の高圧部分に触れることによる感電事故等の危険を回避できる。

一般的に、高圧電源ユニットを搭載し、前面パネルの検知によって電源を遮断する構造となっているものとしては空気清浄機が代表的である。また、空気清浄機には仕向け地が多く、待機電力に対する規制がある。また、床置式の空気清浄機であれば、ユーザが触れやすく、運転中に前面パネルを開く事態が発生しやすい。したがって、本発明の制御装置１００ａを空気清浄機１００に適用した場合、特に有効である。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

なお、上述した実施形態では、ユーザによって空気清浄機１００の前面パネルが開かれた場合に、高圧電源ユニット４の駆動を停止する例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、ユーザによって空気清浄機１００の電源プラグがコンセントから抜かれた場合に、高圧電源ユニット４の駆動を停止させてもよい。

なお、上述した実施形態では、高圧電源ユニット４の駆動が停止する時刻ｔ_２から遅延時間ｔａが経過したタイミングで（時刻ｔ_３において）、リレー回路５をオフする例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、高圧電源ユニット４の駆動停止後にリレー回路５、リレー駆動回路６及びゼロクロス検知回路７で消費される電力をより確実に低下させるために、高圧電源ユニット４の駆動停止に同期したタイミングで（時刻ｔ_２において）、リレー回路５をオフしてもよい。

なお、上述した実施形態では、制御装置１００ａを空気清浄機１００に搭載する例について述べた。本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。制御装置１００ａをその他の空気調和機に用いてもよい。例えば、本発明の制御装置を扇風機に適用し、機械的に危険な扇風機のファン駆動装置に応用した場合、特に有効である。

本発明を利用すれば、ユーザの作業上の安全面を確保しつつ、消費電力を節減可能な制御装置及び空気調和機を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を適用した空気清浄機の構成を示すブロック図である。 ゼロクロス信号の検知動作を示す説明図である。

１ 商用電源（外部電源）
２ 安全スイッチ（切換手段）
３ スイッチ電源回路（電圧変換手段）
４ 高圧電源ユニット（電気機器）
６ リレー駆動回路（電源供給手段）
７ ゼロクロス検知回路（状態検出手段）
８ マイコン
１００ 空気清浄機
１００ａ 制御装置

Claims (4)

1. 外部電源から供給される電圧を変換した後で電気機器に出力する電圧変換手段と、
   前記外部電源と前記電圧変換手段との接続状態を切り換える切換手段と、
   前記外部電源と前記電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検出する状態検出手段と、
   前記状態検出手段に電源を供給する状態と電源を供給しない状態とを切り換えるリレー回路を駆動する電源供給手段とを備え、
   外部電源側の回路と電気機器側の回路とが絶縁されたものであって、
   前記電源供給手段は、前記電気機器が駆動されている間は前記状態検出手段に電源を供給すると共に、前記外部電源と前記電圧変換手段とが接続されない状態から接続される状態に変化することで電源の供給が開始された後であって前記電気機器が駆動されない状態に対応した期間に含まれる所定期間は前記状態検出手段に対する電源供給を停止することを特徴とする制御装置。
2. 前記状態検出手段は、前記外部電源のゼロクロスポイントを検出するゼロクロス検出手段を備え、前記ゼロクロス検出手段の検出結果に基づいて前記外部電源と前記電圧変換手段とが接続されていない状態であることを検出することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記電気機器は高圧電源ユニットであることを特徴とする請求項１または２記載の制御装置。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の制御装置を制御することを特徴とする空気調和機。
   

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