壓縮機的控制裝置的製作方法
2023-10-05 18:27:19
專利名稱：壓縮機的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種壓縮機的控制裝置。產生在收容壓縮機本體的空調器等金屬制框體內的共模態噪聲(對地噪聲)，可以利用壓縮機本體與大地間的靜電電容(懸浮電容)，來抑制從框體流向大地的漏電流。並且可以抑制從控制裝置透過電源線流向商用交流電源的噪聲(亦即噪聲端子電壓)。
在上述的壓縮機有往復式壓縮機、旋轉式壓縮機或渦卷式壓縮機等。但近年來，旋轉式壓縮機或渦卷式壓縮機是成為主流。在此種壓縮機中，被壓縮的冷媒一但被吐出到壓縮機本體(也即金屬制機殼)內，冷媒會曝曬於機殼內的周圍氣體。接著，高溫高壓化的冷媒透過固定在機殼上的冷媒配管(特別是排出管)，被排放到壓縮機本體外部。壓縮機以後的循環冷媒迴路的構成則為一般架構。因此，在壓縮機運轉之中，壓縮機本體(金屬制機殼)內充滿被壓縮的高壓冷媒，故機殼通常是密閉的。
如上述，收容在密閉機殼中的馬達有直流馬達與交流馬達。但從無噪音驅動、控制的容易性與裝置的小型化等觀點來看，則使用反相器驅動的直流馬達。此外，從壓縮機本體為密閉式機殼這件事來看，則使用不需要維修電刷的無電刷馬達。近年來，越來越多使用上述的直流無電刷馬達。
圖9繪示壓縮機控制裝置的例子，其具備驅動電路，用以反相器驅動上述的直流無電刷馬達。該控制裝置包括三相交流電源1；用以反相器驅動直流無電刷馬達的驅動電路2；收納該馬達的壓縮機本體(也就是金屬制機殼)9；以及構成空調機本體，用以收納圖未繪示的凝縮機、送風機與各種控制電路的金屬制框體10。圖未繪示的金屬制管路通過溶接等方式，固定於壓縮機本體9上。
上述的驅動電路2由第一噪聲濾波器3，其用以減低機器本身產生的噪聲或發生在大地或金屬框體10與電源線間的對地訊，亦即減低共模態噪聲；將三相交流電源整流成直流電源的二極體電橋4；第二噪聲濾波器6；整流電容器7；以及三相反相器電路8構成其主要電路。
整流二極體橋4、第二噪聲濾波器6以及整流電容器7將交流電壓平整為直流電壓。此外，三相反相電路8將來自整流電容7的直流電壓切換成預定的頻率(切換頻率例如是5kHz)，再提供驅動電力給直流無電刷馬達。此外，壓縮機本體9以及金屬框體10，分別連接於串聯在三相交流電源1的電源線間的第二電容器Cy1、Cy2、Cy3。此外，從驅動電路2的穩定操作等觀點以及從接觸到框體10可能性的對人體的觸電防止等的安全性觀點來看，將漏電流抑制電路5、壓縮機本體9以及金屬框體10加以接地。
因此在此情形下，當被三相反相器高速切換成斷續的直流電壓供應給直流無電刷馬達時，直流電流流動，金屬制機殼9內的電源線或卷線(更詳細為直流無電刷馬達的定子卷線)透過封入壓縮機內的冷媒，與該機殼9做電容耦合。透過該冷媒，電源線與機殼9間產生的耦合電容量(懸浮電容量)在R410A等的新冷媒來說，是傾向於比舊冷媒還大。此乃因為相較於舊冷媒，新冷媒的阻抗率較低且介電常數較大之故。受到此阻抗率與界電常數的影響，便可以推知其耦合電容便較大。
漏電流有電器用品管理法等的法定規定值。因此，在此電器用品管理法下，漏電流的規定值為1mA以下。特別是將冷媒從就冷媒替換到新冷媒時，圖9所示的驅動電路2中的漏電流很難通過上述的規定值(1mA以下)。
雖然在日本特開平11-146557號公報公開出一種漏電流亦致電路，但在採用圖9所示的三相交流電源時，相較於上述公報所公知所使用單相交流電源的情形，漏電流確實會變大。在經濟性優先考慮下，近年來的壓縮機控制裝置均很難通過法定規定值。
另一方面，不論採用哪一種措施來通過對此漏電流的法定規定值，顯示機器本身的噪聲往電源線的特性的噪聲端子電壓也會增加。而從噪聲端子電壓的法定規定值的邊界會變小的觀點來看，令人感到憂慮。順道一提，在頻率為526.5kHz以上且5MHz以上的範圍內，電器用品管理法的噪聲端子電壓的規定值56dB以下；而當頻率超過5MHz但30MHz以下時，規定值則在60dB以下。
為達成上述與其它目的，本發明提出一種壓縮機控制裝置，其包括商用電源；馬達，用以驅動一壓縮機構；反相器電路，將一商用頻率轉換成一驅動頻率，以控制該馬達；以及噪聲濾波器，配置在該反相器電路的輸入端，以抑制該商用電源與該反相器電路的一共模態噪聲，其中該噪聲濾波器經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端。上述的噪聲濾波器還包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間。並且，在該組第二電容器間的連接點與該金屬框體之間，設置一漏電流抑制電路，其具有一箝制電路，用以箝制電壓。
本發明提出第二種壓縮機控制裝置，其包括商用電源；馬達，用以驅動一壓縮機構；反相器電路，將一商用頻率轉換成一驅動頻率，以控制該馬達；以及噪聲濾波器，配置在該反相器電路的輸入端，以抑制該商用電源與該反相器電路的一共模態噪聲，其中該噪聲濾波器經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端。其中該噪聲濾波器更包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間。並且，在該組第二電容器間的連接點與該金屬框體之間，設置漏電流抑制電路，其具有箝制電路，用以箝制電壓；以及第三電容器，與箝制電路並聯連接。
本發明還提出了第三種的壓縮機控制裝置，設置在第二電容器間的連接點與上述金屬框體間，用來箝制電壓的箝制電路將曾那二極體反向連接而成。
本發明提出了第四種的壓縮機控制裝置，其中反向連接的曾那二極體的曾那電壓設定成從10V至30V的範圍。
發明提出了第五種的壓縮機控制裝置，與箝制電路並聯的第三電容器的電容量設定在470pF至10000pF的範圍。
為讓本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明。
接著以實施例來更進一步詳細說明本發明，但並非用以限制本發明。以下，依據
圖1至圖8來說明本發明知實施例。圖1依據本發明所繪示的壓縮機控制裝置的電路圖，其具有由箝制電路與第三電容器所構成的漏電流抑制電路的驅動電路。圖2繪示圖1中的頻率與噪聲端子電壓關係的特性曲線圖。圖3繪示圖1中的電路的運轉頻率與漏電流關係的特性曲線圖。圖4繪示當改變第三電容器的電容量時，漏電流的量測結果。圖5繪示當改變曾納(Zener)電壓(箝制電壓)時，漏電流的量測結果。圖6依據本發明所繪示的壓縮機控制裝置的電路圖，其具有由箝制電路所構成的漏電流抑制電路的驅動電路。圖7繪示圖6中的頻率與噪聲端子電壓關係的特性曲線圖。圖8繪示圖6中的電路的運轉頻率與漏電流關係的特性曲線圖。此外，與公知為同一構件部分使用相同的標號。
如圖1所示，壓縮機控制裝置包含三相交流電源1；驅動電路2，用以反相器驅動直流無電刷馬達；壓縮機本體(也即金屬制的機殼)9，以收納上述的馬達；以及金屬制框體10，其構成空調機本體，並且用以收納圖未繪示的凝縮機、送風機、與各種控制電路等。在此，圖未繪示的金屬制管路通過溶接等方式，固定於壓縮機本體9上。
上述的驅動電路2由第一噪聲濾波器3，其用以減低機器本身產生的噪聲或發生在大地或金屬框體10與電源線間的對地訊，也即減低共模態噪聲；將三相交流電源整流成直流電源的二極體電橋4；第二噪聲濾波器6；整流電容器7；以及三相反相器電路8構成其主要電路。
整流二極體橋4、第二噪聲濾波器6以及整流電容器7將交流電壓平整為直流電壓。此外，三相反相電路8將來自整流電容7的直流電壓切換成預定的頻率(切換頻率例如是5kHz)，再提供驅動電力給直流無電刷馬達。
第一噪聲濾波器3具備連接在三相交流電源1的電源線間的六個第一電容器(X電容器)Cx1、Cx2、Cx3、Cx4、Cx5、Cx6；串聯在三相交流電源1的電源線間的三個第二電容器(Y電容器)Cy1、Cy2、Cy3；以及連接在第一與第二電容器間的三個共模態反應線圈(common mode reactor coil)L1。
第二噪聲濾波器6將位在經過整流二極體電橋4被直流化的電源線間的兩個電容器(X電容器)Cx7、Cx8以及線圈L2做成π型連接；並且具有將從三相反相電路8往電源側逆流的噪聲加以衰減的功能。
壓縮機本體9以及金屬框體10經過本發明知最大特徵的漏電流抑制電路5，分別連接於串聯在三相交流電源1的電源線間的第二電容器Cy1、Cy2、Cy3。此外，從驅動電路2的穩定操作等觀點以及從接觸到框體10可能性的對人體的觸電防止等的安全性觀點來看，將漏電流抑制電路5、壓縮機本體9以及金屬框體10加以接地。
漏電流抑制電路5由箝制電路C1，其設置在第二電容器Cy1_Cy2間、Cy2_Cy3間與Cy3_Cy1間的連接點以及金屬框體10之間，並做為電壓箝制之用；以及與該箝制電路C1並聯連接的第三電容器(Z電容器)Cz所構成。特別是，箝制電路C1由兩個曾納二極體Zd1、Zd2，反向連接而成。
利用以上的構成，依據圖2至圖5，來借著簡單說明壓縮機控制裝置(更詳細為漏電流抑制電路5)的各種動作，使運轉頻率改變時的噪聲端子電壓的改變，使電源頻率改變時的漏電流的變化，以及其處理等等。
首先，說明與本發明相關的噪聲端子電壓特性(電壓抑制)。在比較對應於本發明控制裝置的第一實施例的圖1所示電路的噪聲端子電壓特性(圖2)、對應於第二實施例的圖6所示電路的噪聲端子電壓特性(圖7)與對應公知的圖10所示電路的噪聲端子電壓特性(圖10)，而加以說明之後，其不同點便可以很明確地看出。在圖2、圖7與圖10中，縱軸為噪聲端子電壓(1dBuV～90dBuV的範圍)，橫軸為頻率(0.5MHz～30MHz的範圍)。此外，中央粗線的矩形波型為法定規定值(在5MHz以下的區域56dB以下，超過5MHz且在30MHz以下的區域60dB以下)。再者，從後述的電壓範圍與電容量範圍中，以箝制電路C1(更詳細為曾納二極體)的箝制電壓(更詳細為曾納電壓)為15V且第三電容器Cz的電容為2200pF，來進行測定。
在此三個圖式的特性曲線的最大不同點在0.5MHz～4MHz的範圍(範圍A)以及10MHz～30MHz的範圍(範圍B)。也即，在範圍A中，噪聲端子電壓最低為公知的例子，接著端子電壓以第一實施例與第二實施例的順序而上升。此外，在範圍B中，噪聲端子電壓最低為第二實施例，接著端子電壓以公知例子與第一實施例的順序而上升。在範圍B中，任何一個電路均具有充分的邊界，以通過法定規定值(60dB)；但在範圍A中，因為將第三電容器與箝制電路C1並聯插入，使得比未插入箝制電路的公知例子還差，但是還是具有邊界而通過法定規定值(56dB)。也即，隨著箝制電路C1的插入，利用額外並聯第三電容器(Z電容器)，便可以抑制噪聲端子電壓的上升。
接著說明本發明的漏電流的抑制。與噪聲端子電壓特性時相同，比較對應於第一實施例的漏電流(圖3)、對應於第二實施例的漏電流(圖8)與對應於公知例子的漏電流(圖11)，再加以說明後，其不同點便可以更加明確了解。若從將該些圖呈現一起的圖4來看的話，可以更加明白其間的差異性。也即，在圖3、圖4、圖8與圖11中，縱軸表示漏電流(0mA～1.0mA的範圍，法定規定值為1mA以下)，橫軸為運轉頻率(0Hz～150Hz的範圍)。漏電流最小的是第二實施例(也即，Cz＝0時)，接著以第一實施例(特別是圖4，Cz越小越好)與公知例子的順序，漏電流隨著增大。
任何一個電流曲線均以運轉頻率70Hz為中心(最大值)，而成為一向上彎曲的曲線。在一般交流電源頻率50Hz～60Hz的範圍內，具有1％的邊界(margin)，以通過規定值。特別是，當將第三電容器(Z電容器)Cz的電容量設定為2200pF以下時，規定值具有25％以上的邊界，以通過規定值。第三電容器(Z電容器)Cz的電容量設定在10000pF以下(漏電流比未設漏電流抑制電路5的情形還低)，且比Cz＝0還大的某一值(本實施例為470pF)以上，會較有效果。
藉此可以了解到，為了抑制噪聲端子電壓的上升，第三電容器(Z電容器)Cz的電容量是越大越有效果。為了抑制(降低)漏電流，第三電容器(Z電容器)Cz的電容量是越小越有效果。
此外，如圖4所示，在比較Cz＝0、Cz＝470pF與Cz＝2200pF時的電流特性後，由於漏電流之值並未有很大的差距(約0.03mA左右之差)，當噪聲端子電壓以及漏電流的各特性的測量時，在考慮第一噪聲濾波器3的Y電容器Cy1、Cy2、Cy3的電容量的相關關係的話，便採用與其大致相近的電容量(Cz＝2200pF)的Z電容器。
接著，如圖5所示，其繪示使箝制電路(詳細為曾那二極體)C1的箝制電壓(詳細為曾那電壓)改變時，漏電流的量測結果。縱軸是電壓值，其可以轉換成阻抗為1kΩ的測量電路中的電流值，用以量測漏電流值(此稱為電壓換算值，在0mV～1400mV的範圍，法定規定值為1000mV以下)；橫軸則表示曾那電壓(0～70V的範圍)。該電壓曲線呈現出以約曾那電壓17V為中心，向下彎曲的曲線。從圖5可以了解，若曾那電壓在5～30V的範圍時，便能夠以略低於10％左右之值，而通過漏電流的規定值。在本實施例中，各曾那二極體的曾那電壓設定在15V。
如前所述，改變曾那電壓具有以下的意義。也就是，圖5所示的測量結果顯示出改變曾那電壓的效果與改變耦合電容的效果是相同而重疊的。詳細地來說，利用變換曾那電壓，一邊可以維持第一噪聲濾波器3的功能，並且同時抑制從該第一噪聲濾波器3流到金屬框體10的電流。此外，利用改變耦合電容量，可以使流入金屬框體10的兩個電流的相位產生改變。而由此結果，可以判斷出漏電流可以被抑制在極小值。
再者，在實際的壓縮機控制裝置中，可以使流入金屬框體10的電流的相位略為反相的方式，並不只限定於選擇曾那二極體Zd1、Zd2的耦合容量。在此情形下，也可以另外配置相位調整電路，使接地線成為相反相位。當然，也可以將圖1的第一噪聲濾波器3的Y電容器Cy1、Cy2、Cy3的電容量以及共模態反應線圈L1的電感值等的構成零件的特性值，使之與流入金屬框體10的電流的相位略為反相，以構成一最佳化結構。特別是在本實施例中，因為Y電容器Cy1、Cy2、Cy3、共模態反應線圈L1具有相位調整電路的作用，故具有不需要獨立設置電路的優點。
因此，通過漏電流抑制電路5的電流以及隨著懸浮電容量而通過壓縮基本體的電流，會在金屬框體10合流(會合)，而該控制裝置的漏電流便會流向大地。而此相位若相反的話，電流會互相干涉而變小。此時，後者的電流會因應冷媒的種類而改變，因為利用反相器電路8的切換周期使相位略為一定，前者的電流若是相反相位的話，漏電流便可以變小。
如以上的說明，本發明的壓縮機控制裝置，用以抑制電源以及反相器電路的共模態噪聲的噪聲濾波器，經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端。此外，噪聲濾波器還包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間。並且，在該組第二電容器間的連接點與金屬框體之間，設置漏電流抑制電路，其具有箝制電路，用以箝制電壓。因此，透過壓縮基本體內的冷媒，由電源線與本體間產生的懸浮電容量所造成的漏電流，可以通過箝制電路來調整相位，以抑制被減少的方向，故而漏電流可以維持在規定值(1mA)以下。
本發明所提供的壓縮機控制裝置，用以抑制電源以及反相器電路的共模態噪聲的噪聲濾波器，經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端。此外，噪聲濾波器還包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間。並且，在該組第二電容器間的連接點與該金屬框體之間，設置漏電流抑制電路，其具有一箝制電路，用以箝制電壓；以及第三電容器，其與箝制電路並聯連接。因此，透過壓縮基本體內的冷媒，由電源線與本體間產生的懸浮電容量所造成的漏電流，可以通過箝制電路來調整相位而降低；此外，也可以抑制因箝制電路而上升的噪聲端子電壓(特別是在1MHz以下的低頻範圍內的噪聲端子電壓)。因此，可以同時通過漏電流與噪聲端子電壓兩者的法定規定值。
本發明所提供的壓縮機控制裝置，因為漏電流抑制電路的箝制電路將曾那二極體反向連接而成，故而比曾那電壓更低的電壓所造成的漏電流並不會從噪聲濾波器流入框體，故至少比曾那電壓低的電壓所產生的漏電流可以被截止，而使得漏電流變小。
本發明所提供的壓縮機控制裝置，通過將曾那二極體的曾那電壓設定成從10V至30V的範圍，漏電流可以更有效率地降低。特別是，即使利用三相交流電源做為電源時，漏電流也可以抑制在規定值以下。
本發明所提供的壓縮機控制裝置，通過將第三電容器的電容量設定在470pF至10000pF的範圍的話，因為可以抑制箝制電路(曾那二極體)造成的噪聲端子電壓的上升，故而漏電流與噪聲端子電壓兩者均可以具有邊界而通過的法定規定值。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定為準。
權利要求
1.一種壓縮機控制裝置，其特徵在於包括一商用電源；一馬達，驅動一壓縮機構；一反相器電路，將一商用頻率轉換成一驅動頻率，以控制該馬達；一噪聲濾波器，配置在該反相器電路的輸入端，以抑制該商用電源與該反相器電路的一共模態噪聲，其中該噪聲濾波器經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端，其中該噪聲濾波器還包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間，其中在該組第二電容器間的連接點與該金屬框體之間，設置一漏電流抑制電路，其具有一箝制電路，箝制電壓。
2.如權利要求1所述的壓縮機控制裝置，其特徵在於其中該漏電流抑制電路的該箝制電路將曾那二極體反向連接而成。
3.如權利要求2所述的壓縮機控制裝置，其特徵在於其中該曾那二極體的該曾那電壓設定成從10V至30V的範圍。
4.一種壓縮機控制裝置，其特徵在於包括一商用電源；一馬達，驅動一壓縮機構；一反相器電路，將一商用頻率轉換成一驅動頻率，以控制該馬達；一噪聲濾波器，配置在該反相器電路的輸入端，以抑制該商用電源與該反相器電路的一共模態噪聲，其中該噪聲濾波器經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端，其中該噪聲濾波器還包括一組第一電容器，連接於複數個交流電源線之間；一組第二電容器，串聯連接於該些交流電源線之間；以及一組共模態反應線圈，連接於該組第一與該組第二電容器之間，並且其中在該組第二電容器間的連接點與該金屬框體之間，設置一漏電流抑制電路，其具有一箝制電路，用以箝制電壓；以及一第三電容器，與該箝制電路並聯連接。
5.如權利要求4所述的壓縮機控制裝置，其特徵在於其中該漏電流抑制電路的該箝制電路將曾那二極體反向連接而成。
6.如權利要求5所述的壓縮機控制裝置，其特徵在於其中該曾那二極體的該曾那電壓設定成從10V至30V的範圍。
7.如權利要求4所述的壓縮機控制裝置，其特徵在於其中該第三電容器的電容量設定在470pF至10000pF的範圍。
全文摘要
本發明公開了一種壓縮機控制裝置。其中的噪聲濾波器配置在反相器電路的輸入端，以抑制商用電源與反相器電路的共模態噪聲，其中該噪聲濾波器經過收容壓縮機本體的金屬制框體，連接到接地端。反相器電路將商用頻率轉換成驅動頻率，以控制用來驅動壓縮機構的馬達。噪聲濾波器具備線圈，其連接至串聯於交流電源線之間的第一與第二電容器。噪聲濾波器更具有設置在第二電容器間的連接點與該金屬框體之間的箝制電路，用以箝制電壓；以及第三電容器，其與箝制電路並聯連接。藉此，即使使用如RA410A等的新冷媒與三相交流電源時，也可以簡單的架構來減少漏電流，並且抑制噪聲端子電壓的上升，進而通過兩者的法定規定值。
文檔編號H02M5/00GK1417916SQ02141849
公開日2003年5月14日 申請日期2002年8月23日 優先權日2001年10月30日
發明者加藤秀明, 野本哲男, 伊澤雄一, 松尾隆壽, 牧野康弘, 太田垣和久 申請人:三洋電機株式會社