JPH04255428A - 電動機駆動用の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
を整流平滑した直流電力と、太陽電池で発電された直流
電力とから、ＰＷＭ理論による疑似正弦波の交流電力を
電動機に供給する電源装置において、太陽電池からの余
剰電力の利用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】このように構成された空気調和機では空気
調和機を運転している時には、太陽電池の直流出力を充
分に利用することができるが、空気調和機を運転してい
ないときには太陽電池を利用できないものであった。例
えばこの空気調和機を例に取れば、一般の冷房専用の空
気調和機では冷房運転を行う期間は１年の内７月から９
月まででの３ケ月間であり、冷房、ドライと称する機種
では６月から９月までの４ケ月間であり、暖房、冷房、
ドライと称する機種では６月から９月までと１２月から
３月までの合計８ケ月間が空気調和機の一般的な運転期
間、すなわち太陽電池を利用できる期間であった。従っ
て、通常時には１年の内の１／３〜２／３は太陽電池が
利用されていないものであった。

【０００７】本発明はこのような問題点に対して、電動
機（例えば空気調和機の圧縮機の駆動用電動機など）が
運転しないときに、太陽電池によって発電される余剰の
電力を有効に利用できるようにした電源装置を提供する
ものである。

【０００８】

【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する整流平
滑回路及び、この直流電力をＰＷＭ理論に基づいた任意
の周波数の疑似正弦波に変換するインバータ回路を有し
、この疑似正弦波の交流電力を電動機に供給するように
成した電源装置において、太陽電池と、この太陽電池の
直流電力を前記直流電力の電圧とほぼ等しい電圧、また
は前記直流電力の電圧よりわずかに高い電圧に変換して
前記インバータ回路に供給する電圧制御回路と、　前記
電動機を運転しない際にコンデンサ及び前記電動機の固
定子巻線を用いて構成されるローパスフィルタ回路と、
前記電動機を運転しない時に前記電圧制御回路から出力
される直流電力をインバータ回路で疑似正弦波の交流電
力に変換した後前記ローパスフィルタを介して他の交流
負荷に供給可能にしたものである。

【０００９】また、太陽電池の発電電力を蓄える蓄電池
と、この蓄電池の電力を前記直流電力の電圧とほぼ等し
い電圧、または前記直流電力の電圧よりわずかに高い電
圧の直流電力に変換して前記インバータ回路に供給する
電圧制御回路と、前記電動機を運転しない際にコンデン
サ及び前記電動機の固定子巻線を用いて接続されるロー
パスフィルタ回路とを備え、前記電動機を運転しない時
に前記電圧制御回路から出力される直流電力を前記イン
バータ回路で疑似正弦波の交流電力に変換した後前記ロ
ーパスフィルタを介して他の交流負荷に供給可能にした
ものである。

【００１０】

【作用】このように構成された電源装置を用いると、電
動機を運転していないときに、太陽電池で発電された電
力を交流電力に変換して一般の交流負荷に供給すること
ができる。この際、電動機の固定子巻線をローパスフィ
ルタとして利用することによって容量の大きいインダク
タンス素子を付加することなく交流電力の一般の交流負
荷への供給が可能になるものである。

【００１１】

【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電気回路図）
である。

【００１２】この図において１は室内ユニットデあり、
室外ユニットのマイクロプロセッサ２ヘシリアル信号回
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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】この圧縮機１４は三つの固定子巻線をスタ
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。

【００２０】１５は商用交流電源であり、この電源から
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１０
０Ｖ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、２３は平滑用のコンデンサである。 尚、２４は電流ヒューズである。

【００２１】２５はインバータ回路であり、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。

【００２２】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。

【００２３】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ヘ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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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）２９はＤＣ／ＤＣコンバータ（電
圧制御回路）であり太陽電池パネル２８からの出力を２
９０Ｖに降圧（または昇圧）するものである。この２９
０Ｖ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。

【００２７】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に供給できると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータの２９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２
５には常に必要な電力が供給されるものである。

【００２８】３０は逆流防止用のダイオードであり、太
陽電池パネルの出力が低下したとき、また圧縮機１４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２
８に逆流するのを防止するものである。

【００２９】３１は蓄電池（第２の実施例で接続される
）であり、太陽電池の余剰電力を蓄えるものである。

【００３０】３２，３３は連動する切り換え接片であり
、マイクロプロセッサ２によって切り換りが制御される
ものである。この切り換え接片３２，３３はインバータ
回路２５と圧縮機１４の電動機の固定子巻線との間に接
続されている。この切り換え接片３２，３３が図１に示
す状態にあるときはインバータ回路２５からの疑似正弦
波による交流電力が圧縮機１４に供給され、切り換え接
片３２，３３が図１に示す状態と反対の状態にあるとき
はインバータ回路２５からの疑似正弦波による交流電力
はコンデンサ３４を介して交流出力端子３５，３６から
他の交流負荷に供給される。

【００３１】圧縮機１４の固定子巻線を夫々３７，３８
，３９とすると、インバータ回路２５からの出力される
交流電力の流れは図２に示す実線のようになる。尚、こ
の時インバータ回路２５は周波数５０ヘルツ（または６
０ヘルツ）の単相の疑似正弦波の交流電力が固定子巻線
３７，３９に対応する端子から出力されるようにマイク
ロプロセッサ２がスイッチング信号を出力するものであ
る。

【００３２】図において、まずインバータ回路２５から
出力された単相交流は実線矢印で示すように、インバー
タ回路２５→切り換え接片３２→端子３５→他の交流負
荷→切り換え接片３３→固定巻線３９→固定巻線３７→
インバータ回路２５の順に流れる。この時コンデンサ３
４が出力端子３５と出力端子３６との間に接続されて固
定子巻線３７，３９とともにローパスフィルタを構成し
ている。このローパスフィルタの結線を図３に示す。

【００３３】図３は図２に示す切り換え接片３２，３３
が図に示す状態にあるときに形勢されるローパスフィル
タの電気回路図である。この回路図において圧縮機１４
の固定子巻線３７，３９はその固定子鉄心と共にチョー
クコイルとして作用する。出力端子３５，３６にはイン
バータ回路２５が許す範囲の消費電力までの交流負荷を
接続することができる。従って、このローパスフィルタ
もこの消費電力を許容できる容量が必要になる。この実
施例では、太陽電池２８の発電力と交流電源の出力とを
合わせて圧縮機１４に供給する最大出力が１．２キロワ
ットまで可能であるチョークコイルも同等の容量が必要
になる。しかし、圧縮機１４の容量がこの容量に対応し
ているため圧縮機１４の固定子巻線をチョークコイルと
して用いた場合、このチョークコイルが容量オーバーに
なることはない。従って、１．２キロワットの出力に対
応するような大きな容量のチョークコイルを新たに設け
ることなくローパスフィルタを構成することができる。

【００３４】インバータ回路２５から出力される疑似正
弦波の交流電力をローパスフィルタを介して他の交流負
荷に供給することによって疑似正弦波に含まれる高調波
成分を遮断することができ、通常の商用交流電源と同様
に交流負荷を駆動することができるものである。

【００３５】図４は図１に示したマイクロプロセッサ２
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、まずステップＳ１にてマイクロプロセッサ２の運転
が開始されると次いでステップＳ２でマイクロプロセッ
サ２のイニシャライズが行われる。次にステップＳ３で
この空気調和機が運転状態にあるか否かの判断を行う。 例えば運転スイッチがＯＮになっているか否かの判断、
運転スイッチがプッシュスイッチやタクトスイッチの際
はマイクロプロセッサ２が運転モードに成っているか停
止モードになっているかの判断を行うものである。

【００３６】次にこのステップＳ３で運転状態が判断さ
れたときには、ステップＳ４、ステップＳ５に進む。こ
れらのステップでは、切り換え接片３２，３３を図１に
示す状態に設定して通常の運転を行う。すなわち、室内
ユニット１から送られてくる周波数信号に基づいた周波
数の疑似正弦波の交流電力をインバータ回路２５から圧
縮機１４へ出力するものである。この際、太陽電池で発
電された電力と交流電源からの電力とを用いて疑似正弦
波が作られるものである。

【００３７】ステップＳ３で空気調和機が運転状態にな
いと判断されたとき、すなわち圧縮機を駆動する必要が
ないと判断されたときはステップＳ６、ステップＳ７を
行い、切り換え接片３２，３３を図２に示す状態に切り
換えた後、室内ユニットから送られてくる周波数信号を
５０ヘルツに固定する。

【００３８】次いでステップＳ１０へ進み周波数が５０
ヘルツの単相の疑似正弦波の交流を出力する。尚、単相
の疑似正弦波を得るためにはインバータ回路２５の三相
ブリッジを構成する６個のスイッチング素子のうちの２
個のスイッチング素子を常にＯＦＦ状態に設定し、単相
ブリッジを構成する４個のスイッチング素子をＯＮ／Ｏ
ＦＦさせて単相出力を得るものである。

【００３９】このように制御することによって太陽電池
パネル２８で発電された電力と、交流電源からの電力と
を用いて出力端子３５，３６から５０ヘルツの単相交流
電力が負荷へ供給されるものである。

【００４０】次に第２の実施例を説明すると、この第２
の実施例は図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ２９に太
陽電池パネル２８で発電された電力の内の余剰電力を蓄
える蓄電池３１を接続すると共に（この蓄電池は前記実
施例で用いてもよい）、ダイオード３０のカソードの接
続点を電流ヒューズ２４とインバータ回路２５との間に
接続し、さらに電流ヒューズ２５と同等の位置に開閉器
を挿入して交流電源１５の電力がインバータ回路２５に
供給されないようにしたものである。

【００４１】図５はこの実施例の動作を示すフローチャ
ートであり、図４に示した前記実施例との違いはステッ
プＳ８とステップＳ９とを挿入した点にある。

【００４２】ステップＳ８、ステップＳ９では、太陽電
池パネル２８の発電力が出力端子３５，３６に接続され
た交流負荷の消費電力に耐え得うるか否かを判断し、太
陽電池パネル２８の発電力が不足し出力端子３５，３６
に電圧降下が生じるようなときにはインバータ回路２５
を駆動せず交流電力の出力を停止する。この判断は、例
えばインバータ回路２５に印加される直流電力の電圧降
下の大きさから判断する。この時太陽電池パネルの発電
量不足を表す表示を行なってもよい。

【００４３】また、この太陽電池パネル２８の発電力が
出力端子３５，３６に接続された交流負荷の消費電力を
上回る場合は、この余剰電力がそのまま熱エネルギー等
に変換されて放出される。この余剰エネルギーを有効に
利用するために蓄電池３１にこの余剰電力を蓄える。こ
の蓄電池を用いることによって交流電源に頼ることなく
太陽電池パネル２８の発電力が小さいときや夜間でも交
流負荷の使用が可能になるものである。

【００４４】以上のような実施例において、ローパスフ
ィルタに用いるチョークコイルを圧縮機の固定子巻線と
固定子鉄心とから構成しているが、本来この固定子巻線
と固定子鉄心とはチョークコイル用に設計されておらず
、疑似正弦波の交流電力を供給した際に、渦電流や熱な
どによる損失が生じる。このような損失は疑似正弦波を
生成する際の搬送波の周波数を固定子鉄心が磁気飽和し
ない程度に高くすることによって減らすことができる。 従って、この損失を考慮する際はＦＥＴ（フィールドエ
フェクトトランジスタ）やＩＧＢＴ（インシュレーテッ
ドゲートバイポーラトランジスタ）などの高周波対応型
のスイッチング素子を用いてインバータ回路２５を構成
して搬送波の周波数を高くすればよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明は太陽電池と商用の交流電源とを
用いてＰＷＭ理論に基づいて生成された疑似正弦波の交
流電力を電動機に供給する電源装置において、電動機を
駆動しないときに、コンデンサと電動機の固定巻線を用
いてローパスフィルタを構成し、疑似正弦波の交流電力
をこのローパスフィルタを用いて他の交流負荷に供給す
るように成したので、ローパスフィルタを構成するため
のチョークコイルを新たに設けることなく、疑似正弦波
の交流電力の一般交流負荷への供給が可能になるもので
ある。従って、大きな出力に耐えうる大きさのチョーク
コイルを設けるスペースが不要になり装置の小型化が可
能になるものである。同時に、電動機を駆動しないとき
にも太陽電池が有効に利用し電気エネルギーの利用効率
を高めることができるものである。

【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電気回路
図である。

【図２】図１に示した切り換え接片の他の状態を示す電
気回路図である。

【図３】図２に示した電気回路図の等価回路図である。

【図４】図１に示したマイクロプロセッサの動作を示す
フローチャートである。

【図５】本発明の他の実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【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 ３２　　　　切り換え接片 ３３　　　　切り換え接片 ３４　　　　コンデンサ ３５　　　　出力端子 ３６　　　　出力端子 ３７　　　　固定子巻線 ３８　　　　固定子巻線 ３９　　　　固定子巻線

Claims (4)

【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する整流平滑回路及び、この直流電
   力をＰＷＭ理論に基づいた任意の周波数の疑似正弦波に
   変換するインバータ回路を有し、この疑似正弦波の交流
   電力を電動機に供給するように成した電源装置において
   、太陽電池と、この太陽電池の直流電力を前記直流電力
   の電圧とほぼ等しい電圧、または前記直流電力の電圧よ
   りわずかに高い電圧に変換して前記インバータ回路に供
   給する電圧制御回路と、前記電動機を運転しない際にコ
   ンデンサ及び前記電動機の固定子巻線を用いて構成され
   るローパスフィルタ回路と、前記電動機を運転しない時
   に前記電圧制御回路から出力される直流電力をインバー
   タ回路で疑似正弦波の交流電力に変換した後前記ローパ
   スフィルタを介して他の交流負荷に供給するすることを
   特徴とする電動機駆動用の電源装置。
2. 【請求項２】　　他の交流負荷に供給される疑似正弦波
   の交流電力の周波数は５０ヘルツまたは６０ヘルツであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動用の電
   源装置。
3. 【請求項３】　　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する整流平滑回路及び、この直流電
   力をＰＷＭ理論に基づいた任意の周波数の疑似正弦波に
   変換するインバータ回路を有し、この疑似正弦波の交流
   電力を電動機に供給するように成した電源装置において
   、太陽電池と、この太陽電池の発電を蓄える蓄電池と、
   この蓄電池に蓄えられた電力を前記直流電力の電圧とほ
   ぼ等しい電圧、または前記直流電力の電圧よりわずかに
   高い電圧の直流電力に変換して前記インバータ回路に供
   給する電圧制御回路と、前記電動機を運転しない際にコ
   ンデンサ及び前記電動機の固定子巻線を用いて構成され
   るローパスフィルタ回路とを備え、前記電動機を運転し
   ない時に前記電圧制御回路から出力される直流電力を前
   記インバータ回路で疑似正弦波の交流電力に変換した後
   前記ローパスフィルタを介して他の交流負荷に供給する
   ことを特徴とする電動機駆動用の電源装置。
4. 【請求項４】　　ＰＷＭ理論に基づいて疑似正弦波の交
   流を生成する際の搬送波の周波数を変調波の周波数より
   充分に高い周波数に設定したことを特徴とする請求項１
   ないし請求項３に記載された電動機駆動用の電源装置。