(57)【要約】  この発明は、圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することを目的とする。インバータ制御部１２は、インバータ９の各スイッチング素子１６ａ〜１６ｆに対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号をインバータ９の対応するスイッチング素子１６ａ〜１６ｆへ出力することにより、インバータ９に高周波交流電圧を発生させる。特に、インバータ制御部１２は、インバータ９の正電圧側又は負電圧側の３つのスイッチング素子１６ａ〜１６ｃ又は１６ｄ〜１６ｆの全てをオンの状態とするスイッチングパターンＡの次には、前記３つのスイッチング素子１６ａ〜１６ｃ又は１６ｄ〜１６ｆのうち２つのスイッチング素子をオンの状態とし、１つのスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンＢの駆動信号を生成する。
2012107987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
前記モータに所定の電圧を印加するインバータであって、２つのスイッチング素子の直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部であって、前記三相インバータの正電圧側又は負電圧側の３つのスイッチング素子の全てをオンの状態とするスイッチングパターンＡの駆動信号を生成するとともに、前記スイッチングパターンＡの駆動信号の次には、前記３つのスイッチング素子のうち２つ以上のスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンの駆動信号を生成することなく、前記３つのスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンの状態とし、１つのスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンＢの駆動信号を生成するインバータ制御部と
を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、
所定の周波数の基準信号に同期して、３つの電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊それぞれを予め設定された２つの値に順に切り替えて選択する電圧指令選択部と、
前記電圧指令選択部が選択した３つの電圧指令値と前記基準信号とを比較して、前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記基準信号は、時間に対する値の変化における頂と谷とが特定可能な信号であり、
前記電圧指令選択部は、前記基準信号の頂と底との両方のタイミングで前記３つの電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊それぞれを切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータ制御部は、前記圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モードと、前記圧縮機を加熱する加熱運転モードとのいずれかで運転し、前記圧縮運転モードで運転する場合には、前記モータが回転する周波数の交流電圧を前記三相インバータに発生させ、前記加熱運転モードで運転する場合には、前記圧縮運転モードの場合に発生させる交流電圧の周波数より高く、前記モータが回転しない周波数の前記高周波交流電圧を前記三相インバータに発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
前記三相インバータへ電圧を印加する電源部であって、前記インバータ制御部が前記加熱運転モードで運転する場合には、前記インバータ制御部が前記圧縮運転モードで運転する場合よりも低い電圧を前記三相インバータへ印加する電源部
を備えることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記電源部は、
三相四線式の交流電源と、
前記交流電源の三相交流出力を入力として整流する第１整流器と、
前記交流電源のいずれか一相と中性点との出力を入力として整流する第２整流器と、
前記インバータ制御部が前記圧縮運転モードで運転する場合には、前記第１整流器で整流された電圧を前記三相インバータへ印加し、前記インバータ制御部が前記加熱運転モードで運転する場合には、前記第２整流器で整流された電圧を前記三相インバータへ印加するように切り替える切替部と
を備えることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記三相インバータを構成するスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体である
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記ワイドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンドのいずれかである
ことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記三相インバータを構成するスイッチング素子は、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、第１熱交換器と、膨張機構と、第２熱交換器とが配管により順次接続された冷媒回路を備えるヒートポンプ装置と、前記冷媒回路に接続された前記第１熱交換器で冷媒と熱交換された流体を利用する流体利用装置とを備えるヒートポンプシステムであり、
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
前記モータに所定の電圧を印加するインバータであって、２つのスイッチング素子の直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部であって、前記三相インバータの正電圧側又は負電圧側の３つのスイッチング素子の全てをオンの状態とするスイッチングパターンＡの駆動信号を生成するとともに、前記スイッチングパターンＡの駆動信号の次には、前記３つのスイッチング素子のうち２つ以上のスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンの駆動信号を生成することなく、前記３つのスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンの状態とし、１つのスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンＢの駆動信号を生成するインバータ制御部と
を備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項１１】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
前記モータに所定の電圧を印加するインバータであって、２つのスイッチング素子の直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと
を備えるヒートポンプ装置における前記三相インバータの制御方法であり、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御工程であって、前記三相インバータの正電圧側又は負電圧側の３つのスイッチング素子の全てをオンの状態とするスイッチングパターンＡの駆動信号を生成するとともに、前記スイッチングパターンＡの駆動信号の次には、前記３つのスイッチング素子のうち２つ以上のスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンの駆動信号を生成することなく、前記３つのスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンの状態とし、１つのスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンＢの駆動信号を生成するインバータ制御工程
を備えることを特徴とする三相インバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプ装置に使用される圧縮機の加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、暖房時の運転停止中に高周波の低電圧を圧縮機に供給することが記載されている。特許文献２には、空気調和機の周囲温度が低温状態になった場合に、通常運転時より高周波数の単相交流電圧を圧縮機に供給することが記載されている。
特許文献１及び特許文献２では、外気温度の低下に応じて圧縮機に高周波の交流電圧を印加することにより、圧縮機を加熱もしくは保温し、圧縮機内部の潤滑作用を円滑にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６０−６８３４１号公報
【特許文献２】特開昭６１−９１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、高周波の低電圧についての詳細な記載がない。そのため、どのような高周波の低電圧を圧縮機に供給するかがわからない。
特許文献２には、２５ｋＨｚといった高周波の単相交流電源を印加することが記載されている。高周波の単相交流電源であるため、特許文献２の図３に示されるように、全てのスイッチング素子がオフとなる全オフ区間が比較的長く発生することになる。全オフ区間では、高周波電流は還流ダイオードを介してモータへ還流せずに、直流電源に回生される。そのため、全オフ区間では、電流の減衰が早く、モータに効率的に高周波電流が流れないため、圧縮機の加熱効率が悪くなってしまう。
この発明は、圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係るヒートポンプ装置は、
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
前記モータに所定の電圧を印加するインバータであって、２つのスイッチング素子の直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部であって、前記三相インバータの正電圧側又は負電圧側の３つのスイッチング素子の全てをオンの状態とするスイッチングパターンＡの駆動信号を生成するとともに、前記スイッチングパターンＡの駆動信号の次には、前記３つのスイッチング素子のうち２つ以上のスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンの駆動信号を生成することなく、前記３つのスイッチング素子のうち２つのスイッチング素子をオンの状態とし、１つのスイッチング素子をオフの状態とするスイッチングパターンＢの駆動信号を生成するインバータ制御部と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係るヒートポンプ装置では、高周波電圧を三相インバータに印加するため、モータの鉄損と、巻き線に流れる電流により発生する銅損とによって、圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することができる。
特に、この発明に係るヒートポンプ装置では、正電圧側の３つのスイッチング素子の全てがオンの状態から、前記正電圧側の３つのスイッチング素子のうち２つ以上のスイッチング素子が同時にオフになることなく、１つのスイッチング素子がオフになる。そのため、モータに電流を効率的に流すことができ、結果として圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１におけるヒートポンプ装置１００の構成を示す図。
【図２】ＰＷＭ信号生成部１５の入出力波形を示す図。
【図３】８通りのスイッチングパターンを示す図。
【図４】インバータ制御部１２の動作を示すフローチャート。
【図５】キャリア信号の頂（山）及び底（谷）のタイミングで、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を交互に切り替えた場合のタイミングチャート。
【図６】図５に示す電圧ベクトルの変化の説明図。
【図７】図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合における出力電圧とモータ８に流れる電流との説明図。
【図８】キャリア信号の頂及び底のタイミングで、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を交互に切り替えた場合における図５とは異なるタイミングチャート。
【図９】図８に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合における出力電圧とモータ８に流れる電流との説明図。
【図１０】インバータ９の電源部３０の構成例を示す図。
【図１１】実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図。
【図１２】図１１に示すヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるヒートポンプ装置１００の構成を示す図である。
ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張機構４、熱交換器５が冷媒配管６によって順次接続された冷凍サイクルを備える。圧縮機１の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構７と、圧縮機構７を動作させるモータ８とが設けられている。
また、モータ８に電圧を与え駆動させるインバータ９は、モータ８と電気的に接続されている。インバータ９の直流電源１０には、その電圧である母線電圧を検出する母線電圧検出部１１が設けられている。インバータ９の制御入力端は、インバータ制御部１２と接続されている。インバータ制御部１２は、加熱判定部１３、電圧指令生成部１４（電圧指令選択部）、ＰＷＭ信号生成部１５（駆動信号生成部）を備える。
【０００９】
インバータ９は、２つのスイッチング素子（１６ａと１６ｄ、１６ｂと１６ｅ、１６ｃと１６ｆ）の直列接続回路が、三相分並列接続された三相インバータである。インバータ９は、インバータ制御部１２から送られたＰＷＭ信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮ（駆動信号）により、それぞれに対応したスイッチング素子（ＵＰは１６ａ、ＶＰは１６ｂ、ＷＰは１６ｃ、ＵＮは１６ｄ、ＶＮは１６ｅ、ＷＮは１６ｆ）を駆動する。
インバータ制御部１２は、加熱判定部１３が圧縮機１内に液冷媒が滞留した状態（冷媒が寝込んだ状態）であると判断した場合に、電圧指令生成部１４にてモータ８に印加する電圧の指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求める。そして、電圧指令生成部１４が求めた電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を元に、ＰＷＭ信号生成部１５にてＰＷＭ信号を生成する。
【００１０】
ＰＷＭ信号生成部１５のＰＷＭ信号の基本的な生成方法について説明する。
図２は、ＰＷＭ信号生成部１５の入出力波形を示す図である。
例えば、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を式（１）〜式（３）のように位相が２π／３づつ異なる正弦波と定義する。但し、θは電圧指令値の位相（運転指令の一例）、Ａは電圧指令値の振幅である。
（１）Ｖｕ＊＝Ａｃｏｓθ
（２）Ｖｖ＊＝Ａｃｏｓ（θ−（２／３）π）
（３）Ｖｗ＊＝Ａｃｏｓ（θ＋（２／３）π）
電圧指令生成部１４は、電圧位相指令θと振幅Ａとに基づき、式（１）〜式（３）により電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算し、計算した電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＰＷＭ信号生成部１５へ出力する。ＰＷＭ信号生成部１５は、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、所定の周波数で振幅Ｖｄｃ／２のキャリア信号（基準信号）とを比較し、相互の大小関係に基づきＰＷＭ信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮを生成する。なお、Ｖｄｃは、母線電圧検出部１１にて検出される母線電圧である。
例えば、電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも大きい場合には、ＵＰはスイッチング素子１６ａをオンにする電圧を出力し、ＵＮはスイッチング素子１６ｄをオフにする電圧を出力する。また、電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも小さい場合には、逆に、ＵＰはスイッチング素子１６ａをオフにする電圧を出力し、ＵＮはスイッチング素子１６ｄをオンにする電圧を出力する。他の信号についても同様であり、電圧指令値Ｖｖ＊とキャリア信号との比較によりＶＰ、ＶＮが決定され、電圧指令値Ｖｗ＊とキャリア信号との比較によりＷＰ、ＷＮが決定される。
一般的なインバータの場合、相補ＰＷＭ方式を採用しているため、ＵＰとＵＮ、ＶＰとＶＮ、ＷＰとＷＮは互いに逆の関係となる。そのため、スイッチングパターンは全部で８通りとなり、８通りのスイッチングパターンを組み合わせることでインバータは電圧を出力する。
【００１１】
図３は、８通りのスイッチングパターンを示す図である。なお、図３では、各スイッチングパターンで発生する電圧ベクトルにＶ０〜Ｖ７の符号を付している。また、各電圧ベクトルの電圧の方向を±Ｕ，±Ｖ，±Ｗ（電圧が発生しない場合には０）で表している。ここで、＋Ｕとは、Ｕ相を介してモータ８へ流入し、Ｖ相及びＷ相を介してモータ８から流出するＵ相方向の電流を発生させる電圧であり、−Ｕとは、Ｖ相及びＷ相を介してモータ８へ流入し、Ｕ相を介してモータ８から流出する−Ｕ相方向の電流を発生させる電圧である。±Ｖ，±Ｗについても同様の解釈である。
図３に示すスイッチングパターンを組み合わせて電圧ベクトルを出力することでインバータ９に所望の電圧を出力させることができる。このときに位相θを高速で変化させ、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を定義する変調波（図２では３つの正弦波）の周波数を高くすることにより、高周波の電圧を出力することが可能となる。
なお、電圧が発生しない電圧ベクトルＶ０、Ｖ７をゼロベクトルと呼び、他の電圧ベクトルを実ベクトルと呼ぶ。
【００１２】
式（１）〜式（３）以外にも二相変調や、三次高調波重畳変調、空間ベクトル変調等により電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を求めてもよい。
【００１３】
次に、インバータ制御部１２の動作について説明する。
図４は、インバータ制御部１２の動作を示すフローチャートである。
（Ｓ１：加熱判断ステップ）
加熱判定部１３は、圧縮機１の運転停止中に、圧縮機１内に冷媒が滞留したか否かにより、電圧指令生成部１４を動作させるかを判断する。
圧縮機１内に冷媒が滞留したため電圧指令生成部１４を動作させると加熱判定部１３が判断した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、処理をＳ２へ進め、予熱用のＰＷＭ信号を発生させる加熱運転モードへ移行する。一方、圧縮機１内に冷媒が滞留していないため電圧指令生成部１４を動作させないと加熱判定部１３が判断した場合（Ｓ１でＮＯ）、所定時間経過後に、再び電圧指令生成部１４を動作させるかを判断する。
（Ｓ２：電圧指令値生成ステップ）
電圧指令生成部１４は、電圧位相指令θと振幅Ａとに基づき、式（１）〜式（３）により電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算し、計算した電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＰＷＭ信号生成部１５へ出力する。
（Ｓ３：ＰＷＭ信号生成ステップ）
ＰＷＭ信号生成部１５は、電圧指令生成部１４が出力した電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をキャリア信号と比較して、ＰＷＭ信号ＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮを得て、インバータ９へ出力する。これにより、インバータ９のスイッチング素子１７ａ〜１７ｆを駆動してモータ８に高周波電圧を印加する。
モータ８に高周波電圧を印加することにより、モータ８の鉄損と、巻線に流れる電流にて発生する銅損とで効率よくモータ８が加熱される。モータ８が加熱されることにより、圧縮機１内に滞留する液冷媒が加熱されて気化し、圧縮機１の外部へと漏出する。
所定の時間経過後、再びＳ１へ戻りさらに加熱が必要かを判定する。
【００１４】
なお、圧縮動作時（圧縮運転モード）の運転周波数以上の高周波電圧をモータ８に印加すれば、モータ８内のロータが周波数に追従できなくなり、回転や振動が発生することが無くなる。一般に、圧縮動作時の運転周波数は、高々１ｋＨｚである。そのため、１ｋＨｚ以上の高周波電圧をモータ８に印加すればよい。さらに、１４ｋＨｚ以上の高周波電圧をモータ８に印加すれば、モータ８の鉄心の振動音がほぼ可聴周波数上限に近づくため、騒音の低減にも効果がある。
【００１５】
ここで、一般的なインバータの場合、キャリア信号の周波数であるキャリア周波数はインバータのスイッチング素子のスイッチングスピードにより上限が決まっている。そのため、搬送波であるキャリア周波数以上の高周波電圧を出力することは困難である。なお、一般的なＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の場合、スイッチングスピードの上限は２０ｋＨｚ程度である。
また、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を定義する変調波の周波数がキャリア周波数の１／１０程度になると、高周波電圧の波形出力精度が悪化し直流成分が重畳するなど悪影響を及ぼす虞がある。この点を考慮し、キャリア周波数を２０ｋＨｚとした場合に、変調波の周波数をキャリア周波数の１／１０の２ｋＨｚ以下とすると、高周波電圧の周波数は可聴周波数領域となり、騒音悪化が懸念される。
【００１６】
そこで、加熱運転モードでは、電圧指令生成部１４は、図２に基づき説明した方法により電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を計算するのではなく、キャリア信号に同期させて電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＨｉ（ここでは、＋Ａ）とＬｏ（ここでは、−Ａ）とに交互に切り替える。
図５は、キャリア信号の頂（山）及び底（谷）のタイミングで、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を交互に切り替えた場合のタイミングチャートである。なお、図５では、キャリア信号の底から頂までの区間（以下、前半と呼ぶ）で、電圧指令値Ｖｕ＊をＬｏ、電圧指令値Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＨｉとし、キャリア信号の頂から底までの区間（以下、後半と呼ぶ）で、電圧指令値Ｖｕ＊をＨｉ、電圧指令値Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＬｏとしている。また、ＵＰとＵＮ、ＶＰとＶＮ、ＷＰとＷＮはそれぞれオン／オフ状態が逆であり、一方がわかれば他方もわかるため、ここではＵＰ、ＶＰ、ＷＰのみを示している。
図５に示す電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をキャリア信号と比較すると、図５に示すようにＰＷＭ信号が変化する。そして、電圧ベクトルは、Ｖ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ４（ＵＰ＝１、ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ７（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ３（ＵＰ＝０、ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）、・・・の順で変化する。
【００１７】
図６は、図５に示す電圧ベクトルの変化の説明図である。なお、図６では、破線で囲まれたスイッチング素子１６がオン、破線で囲まれていないスイッチング素子１６がオフの状態であることを表している。
図６に示すように、Ｖ０ベクトル、Ｖ７ベクトル印加時はモータ８の線間が短絡状態となり、電圧が出力されない。この場合、モータ８のインダクタンスに蓄えられたエネルギーが電流となって短絡回路中を流れる。つまり、インバータ９のスイッチング素子１６ａ〜１６ｆの逆並列に接続されたダイオード１７により、モータ８とインバータ９とを循環する還流電流が流れる。また、Ｖ４ベクトル印加時には、Ｕ相を介してモータ８へ流入し、Ｖ相及びＷ相を介してモータ８から流出するＵ相方向の電流（＋Ｉｕの電流）が流れ、Ｖ３ベクトル印加時には、Ｖ相及びＷ相を介してモータ８へ流入し、Ｕ相を介してモータ８から流出する−Ｕ相方向の電流（−Ｉｕの電流）がモータ８の巻線に流れる。つまり、Ｖ４ベクトル印加時と、Ｖ３ベクトル印加時とでは逆方向の電流がモータ８の巻線に流れる。そして、電圧ベクトルがＶ０、Ｖ４、Ｖ７、Ｖ３、Ｖ０、・・・の順で変化するため、＋Ｉｕの電流と−Ｉｕの電流とが交互にモータ８の巻線に流れることになる。特に、図５に示すように、Ｖ４ベクトルとＶ３ベクトルとが１キャリア周期（１／ｆｃ）の間に現れるため、キャリア周波数ｆｃに同期した交流電圧をモータ８の巻線に印加することが可能となる。
また、Ｖ４ベクトル（＋Ｉｕの電流）とＶ３ベクトル（−Ｉｕの電流）とが交互に出力されるため、正逆のトルクが瞬時切り替わる。そのため、トルクが相殺されることによりロータの振動を抑えた電圧の印加が可能となる。
【００１８】
図７は、図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合における出力電圧とモータ８に流れる電流との説明図である。
図７に示すように、モータ８に流れる電流は、電圧ベクトルＶ４の時に増加し、電圧ベクトルＶ３の時に減少する。また、ゼロベクトルである電圧ベクトルＶ０、Ｖ７の時は、上述したように、インバータ９のスイッチング素子１６ａ〜１６ｆの逆並列に接続されたダイオード１７により、モータ８とインバータ９とを循環する還流電流が流れる。
【００１９】
なお、スイッチング素子全てをオフにすると、上述した還流電流は流れることができず、逆並列に接続されたダイオードのみに電流が流れ、直流電源１０へ電流が流れ込む回生モードとなる。直流電源１０は、電荷を蓄積するコンデンサで構成されることが一般的であるため、回生モードの場合、モータ８に流れている電流は急峻に減衰する。そのため、スイッチング素子１６ａ〜１６ｆをオンする時間を長くする必要がある。スイッチング素子１６ａ〜１６ｆに、ダイオードよりオン電圧（閾値電圧）の高いＩＧＢＴなどを利用している場合、スイッチング素子１６ａ〜１６ｆをオンする時間を長くすると、電流が流れることで発生する通流損などが増加してしまう。
【００２０】
実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００では、スイッチング素子全てをオフにせず、ゼロベクトルという電流がモータ８を還流する状態を利用することにより、圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することができる。
【００２１】
図８は、キャリア信号の頂及び底のタイミングで、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を交互に切り替えた場合における図５とは異なるタイミングチャートである。図５と図８との違いは、キャリア周波数の位相と電圧指令（Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊）の位相との関係が反転している点である。つまり、図８では、キャリア信号の前半で、電圧指令値Ｖｕ＊をＨｉ、電圧指令値Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＬｏとし、キャリア信号の後半で、電圧指令値Ｖｕ＊をＬｏ、電圧指令値Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をＨｉとしている。
図８に示す電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をキャリア信号と比較すると、図８に示すようにＰＷＭ信号が変化する。そして、電圧ベクトルは、Ｖ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ３（ＵＰ＝０、ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ７（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ４（ＵＰ＝１、ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）・・・の順で変化する。
つまり、図５では、図６に示す電圧ベクトルがＶ０から時計回りに変化していた。これに対して、図８では、図６に示す電圧ベクトルがＶ０から反時計回りに変化する。
【００２２】
図９は、図８に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合における出力電圧とモータ８に流れる電流との説明図である。なお、図９において、破線は、図７に示す（つまり、図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合における）出力電圧とモータ８に流れる電流とを示す。
図９に示すように、実ベクトルである電圧ベクトルＶ３、Ｖ４にて電流が反転して交流の高周波電流が生成される。しかし、図８に示す位相関係の場合は、図５に示す位相関係の場合に比べて、出力電圧の立ち上りが遅く、電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に対し出力電圧が低くなる現象が発生する。その結果、モータ８に流れる電流の極性変化が遅れ、モータ８に流れる電流量が、図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合と比較して少なくなる（破線参照）。
したがって、図８に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合、図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合に比べて、モータ８を予熱する電力が小さくなり、同じ電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊にも拘らず予熱量が減少してしまう。
【００２３】
図８に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合、出力電圧の立ち上りが遅くなる理由について説明する。
図８に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合、電圧ベクトルは、Ｖ０、Ｖ３、Ｖ７、Ｖ４、Ｖ０、・・・と順に変化する。この電圧ベクトルの軌跡においては、Ｖ０からＶ３へ変化する場合と、Ｖ７からＶ４へ変化する場合とにおいて、正電圧側又は負電圧側の２相分のスイッチング素子が同時に変化する２相スイッチングが発生している（図６参照）。つまり、ゼロベクトルから実ベクトルへ変化する場合において、２相スイッチングが発生している。
図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合でも２相スイッチングは発生している。しかし、図５に示すＰＷＭ信号でインバータ９を動作させた場合、電圧ベクトルは、Ｖ０、Ｖ４、Ｖ７、Ｖ３、Ｖ０、・・・と順に変化する。そのため、２相スイッチングが発生するのは、Ｖ４からＶ７へ変化する場合と、Ｖ３からＶ０へ変化する場合とである（図６参照）。つまり、実ベクトルからゼロベクトルへ変化する場合において、２相スイッチングが発生している。
２相スイッチングが発生した場合、スイッチング素子１６を構成するアームが２つ同時に変化する。例えば、Ｖ０からＶ３へ変化する場合、ＶＰ＝ＷＰ＝０がＶＰ＝ＷＰ＝１に変化する。すなわち、スイッチング素子１６ｅ、１６ｆがオンからオフになり、スイッチング素子１６ｂ、１６ｃがオフからオンなる。
【００２４】
ゼロベクトル出力時は、電流の変化は、モータ８のインピーダンス消費による減衰だけであるため、時間当たりの電流の変化の大きさを示す電流時間変化率ｄｉ／ｄｔは小さい。一方、実ベクトル出力時は、電流の極性を変化させており、電流時間変化率ｄｉ／ｄｔは大きい。
ここで、２相スイッチングが発生すると電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなる場合がある。
実ベクトルからゼロベクトルに変化する場合、電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが大きい状態から小さい状態に変化する。この場合、２相スイッチングが発生して電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなったとしても、もともと電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さい状態に変化する場合であるため、影響は少ない。しかし、ゼロベクトルから実ベクトルに変化する場合は、電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さい状態から大きい状態に変化する場合である。この場合、２相スイッチングが発生して電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなると、電流時間変化率ｄｉ／ｄｔを大きい状態に変化させようとしているにも関わらず、電流時間変化率ｄｉ／ｄｔが小さくなってしまうため、影響が大きい。つまり、電流を大きく変化させる状態に変化させようとしているにも関わらず、電流を大きく変化させることができなくなってしまうこの影響により、モータ８電流の極性変化が遅れる。
そのため、ゼロベクトルから実ベクトルに変化する場合に２相スイッチングが発生すると、モータ８に流れる電流の極性変化が遅れてしまう。
【００２５】
また、高周波電圧を印加することで、モータ８のインダクタンス成分が大きくなり、巻線インピーダンスが高くなるため、巻線に流れる電流が少なくなり、インバータ９に流れる電流も少なくなる。ここで、２相スイッチングが発生する場合、モータ８に流れる電流は、２つのスイッチング素子に分流して流れていたものが同時オフして、逆並列に接続されたダイオード１７へ転流することになる。しかし、上述したように、インバータ９に流れる電流が少ないため、スイッチング素子１６をオフした時のテールが発生し、電流が０になるまでに時間がかかる。そのため、２相スイッチングが発生すると、出力電圧の立ち上りが遅くなり、モータ８に流れる電流の極性変化が遅れてしまう。
【００２６】
そこで、電圧指令生成部１４は、ゼロベクトルから実ベクトルに変化する場合に、２相スイッチングが発生するような電圧指令値を生成せず、実ベクトルからゼロベクトルへの変化する場合のみ、２相スイッチングが発生するような電圧指令値を生成する。
これにより、スイッチング素子１６のオンオフ切替えによる電流の転流をスムーズに行うことができる。その結果、出力電圧の立ち上りの遅れが抑制でき、電圧指令値通りの出力電圧が得られ、予熱量を確保できる。
なお、インバータ９には一般的にＴｄと呼ばれる上下アーム短絡防止時間が設定されている。Ｔｄ期間中は、スイッチング素子全てがオフとなり、還流電流が流れる。そのため、Ｔｄ期間中は、ゼロベクトル時より電流減衰が早く、図９に基づき説明した出力電圧歪みが発生し易い。したがって、Ｔｄを有するインバータを用いた場合、ゼロベクトルから実ベクトルに変化する場合に、２相スイッチングが発生するような電圧指令値を生成しないことによる効果が顕著に現れる。
【００２７】
以上のように、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００は、高周波電圧をモータ８に印加することで、モータの鉄損と、巻き線に流れる電流により発生する銅損とによって、圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することができる。特に、ゼロベクトルから実ベクトルへ変化する場合における２相スイッチングが発生するような電圧指令値の生成を禁止しているため、モータに電流を効率的に流すことができ、結果として圧縮機内に滞留した冷媒を効率よく加熱することができる。
また、高周波電圧をモータ８に印加しているため、回転トルクや振動が発生することがない。
【００２８】
なお、近年のヒートポンプ装置用の圧縮機のモータには高効率化のためＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）構造のモータや、コイルエンドが小さく巻線抵抗の低い集中巻きモータが広く用いられる。集中巻きモータは、巻線抵抗が小さく銅損による発熱量が少ないため、巻線に多量の電流を流す必要がある。巻線に多量の電流を流すと、インバータ９に流れる電流も多くなり、インバータ損失が大きくなる。
そこで、上述した高周波電圧印加による加熱を行うと、高周波数によるインダクタンス成分が大きくなり、巻線インピーダンスが高くなる。そのため、巻線に流れる電流が小さくなり銅損は減るものの、その分高周波電圧印加による鉄損が発生し効果的に加熱することができる。さらに、巻線に流れる電流が小さくなるため、インバータに流れる電流も小さくなり、インバータ９の損失も低減でき、より効率の高い加熱が可能となる。
また、上述した高周波電圧印加による加熱を行うと、圧縮機がＩＰＭ構造のモータである場合、高周波磁束が鎖交するロータ表面も発熱部となる。そのため、冷媒接触面増加や圧縮機構への速やかな加熱が実現されるため効率の良い冷媒の加熱が可能となる。
【００２９】
また、圧縮運転モードにおける直流電圧より、加熱モードにおける直流電圧を低くしてもよい。これにより、高周波によるスイッチング損失を低減できる。
図１０は、インバータ９の電源部３０の構成例を示す図である。なお、図１では、電源部３０を直流電源１０として示していた。
電源部３０は、三相四線式の交流電源３１と、交流電源３１の三相交流出力を整流する三相整流器３２（第１整流器）と、ＤＣＬ３３と、三相整流器３２の出力を平滑する平滑コンデンサ３４と、ＡＣＬ３５と、交流電源３１のいずれか一相と中性点との出力を入力として整流する単相整流器３６（第２整流器）と、単相整流器３６の出力を平滑する平滑コンデンサ３７と、平滑コンデンサ３４と平滑コンデンサ３７とのいずれからインバータ９へ電圧を出力するかを切り替える切替部３８とを備える。
【００３０】
交流電源３１は、三相四線式であるため、平滑コンデンサ３４と平滑コンデンサ３７の両端電圧は異なる。平滑コンデンサ３７の両端電圧は、平滑コンデンサ３４の両端電圧の１／√３倍である。
圧縮運転モードでは、平滑コンデンサ３４の両端電圧を用いてインバータ９を駆動する。しかし、加熱運転モードでは、平滑コンデンサ３４の両端電圧を用いてインバータ９を駆動すると、高周波化によりモータ８のインダクタンス成分によって電流が低減して電流が流れることによる導通損失は低減できるが、スイッチング損失自体は増加してしまう。なお、スイッチング損失はインバータ９の入力電圧に依存する。
そこで、加熱運転モードでは、平滑コンデンサ３４の両端電圧ではなく、平滑コンデンサ３７の両端電圧を用いてインバータ９を駆動する。つまり、圧縮運転モードにおいては、平滑コンデンサ３４からインバータ９へ電圧を出力し、加熱運転モードにおいては、平滑コンデンサ３７からインバータ９へ電圧を出力するように切替部３８を切り替える。上述したように、平滑コンデンサ３７の両端電圧は、平滑コンデンサ３４の両端電圧の１／√３倍である。したがって、圧縮運転モード時よりも、加熱運転モード時におけるインバータ９の入力電圧を低下させることができ、スイッチング損失を低減することができる。
【００３１】
これにより、加熱運転モードにおけるインバータ９におけるスイッチング損失を低減でき、インバータ９の効率を向上させ、消費電力を低減できる。また、電圧が低下したことによりスイッチングノイズも低減でき、ノイズ対策を安価に実現できる。
【００３２】
もちろん、図１０に基づき説明した方法ではなく、他の方法により圧縮運転モードにおける電圧よりも加熱運転モードにおける直流電圧を低下させてもよい。
【００３３】
また、インバータ９を構成するスイッチング素子１６ａ〜１６ｆと、これに並列に接続されたダイオード１７ａ〜１７ｆには、現在一般的には珪素（Ｓｉ）を材料とする半導体を用いるのが主流である。しかし、これに代えて、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドを材料とするワイドバンドギャップ半導体を用いても良い。
このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高い。そのため、スイッチング素子やダイオード素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子やダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。
また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、耐熱性も高い。そのため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。
さらに、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子やダイオード素子は、電力損失が低い。そのため、スイッチング素子やダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
【００３４】
なお、スイッチング素子１６ａ〜１６ｆ及びダイオード１７ａ〜１７ｆの両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体よって形成されていてもよい。
また、上側スイッチング素子１６ａ〜１６ｃもしくは下側スイッチング素子１６ｄ〜１６ｆだけをワイドバンドギャップ半導体で構成してもよい。この場合、ゼロベクトルとなる電圧ベクトルをワイドバンドギャップ半導体で構成した側に合わせて配置することにより、電流が流れることにより発生する通流損失を低減することができる。
また、スイッチング素子１６ａ〜１６ｆと逆並列に接続されているダイオード１７のみワイドバンドギャップ半導体で構成してもよい。これは、還流電流がモータ８のインピーダンスだけで流れるためである。特に、還流電流が流れる時間が長くなるような電圧指令値の低い場合に効果が大きい。
【００３５】
また、ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、耐熱性が向上するため、加熱運転モードにおける高周波電圧の印加時には、空冷のためのファンモータを停止してもよい。特に、モータ８の運転停止時に冷媒が圧縮機１に滞留することを防止するための予熱通電を行うため、運転停止時（運転待機時）の消費電力をファンモータ駆動分だけさらに削減できる。これにより、一層の待機電力削減が実現できる。
【００３６】
その他、高効率なスイッチング素子として知られているスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることでも同様の効果を得ることが可能である。
【００３７】
また、スクロール機構の圧縮機は、圧縮室の高圧リリーフが困難である。そのため、他の方式の圧縮機に比べ、液圧縮した場合に圧縮機構に過大なストレスが掛かり破損する可能性が高い。しかし、実施の形態１のヒートポンプ装置１００では、圧縮機１の効率の良い加熱が可能であり、圧縮機１内の液冷媒の滞留を抑制することできる。そのため、液圧縮を防止することができるので、圧縮機１としてスクロール圧縮機を用いた場合にも効果的である。
【００３８】
また、周波数１０ｋＨｚ、出力５０Ｗを超える加熱機器の場合、法令による制約を受ける場合もある。そのため、事前に５０Ｗを超えないよう電圧指令値の振幅の調整や、流れる電流や電圧を検出して５０Ｗ以下となるようフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００３９】
なお、インバータ制御部１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ（マイコン）、電子回路などで構成される。
【００４０】
次に、ヒートポンプ装置１００の回路構成の一例について説明する。
なお、例えば、図１では、圧縮機１と、四方弁２と、熱交換器３と、膨張機構４と、熱交換器５とが配管により順次接続されたヒートポンプ装置１００について示した。ここでは、より具体的な構成のヒートポンプ装置１００について説明する。
【００４１】
図１１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図である。
図１２は、図１１に示すヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図１２において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
ヒートポンプ装置１００は、圧縮機４１と、熱交換器４２と、膨張機構４３と、レシーバ４４と、内部熱交換器４５と、膨張機構４６と、熱交換器４７とが配管により順次接続され、冷媒が循環する主冷媒回路４８を備える。なお、主冷媒回路４８において、圧縮機４１の吐出側には、四方弁４９が設けられ、冷媒の循環方向が切り替え可能となっている。また、熱交換器４７の近傍には、ファン５０が設けられる。また、圧縮機４１は、上記実施の形態で説明した圧縮機１であり、インバータ９によって駆動されるモータ８と圧縮機構７とを有する圧縮機である。
さらに、ヒートポンプ装置１００は、レシーバ４４と内部熱交換器４５との間から、圧縮機４１のインジェクションパイプまでを配管により繋ぐインジェクション回路５２を備える。インジェクション回路５２には、膨張機構５１、内部熱交換器４５が順次接続される。
熱交換器４２には、水が循環する水回路５３が接続される。なお、水回路５３には、給湯器、ラジエータや床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。
【００４２】
まず、ヒートポンプ装置１００の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁４９は実線方向に設定される。なお、この暖房運転とは、空調で使われる暖房だけでなく、水に熱を与えて温水を作る給湯も含む。
【００４３】
圧縮機４１で高温高圧となった気相冷媒（図１２の点１）は、圧縮機４１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器４２で熱交換されて液化する（図１２の点２）。このとき、冷媒から放熱された熱により、水回路５３を循環する水が温められ、暖房や給湯に利用される。
熱交換器４２で液化された液相冷媒は、膨張機構４３で減圧され、気液二相状態になる（図１２の点３）。膨張機構４３で気液二相状態になった冷媒は、レシーバ４４で圧縮機４１へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される（図１２の点４）。レシーバ４４で液化された液相冷媒は、主冷媒回路４８と、インジェクション回路５２とに分岐して流れる。
主冷媒回路４８を流れる液相冷媒は、膨張機構５１で減圧され気液二相状態となったインジェクション回路５２を流れる冷媒と内部熱交換器４５で熱交換されて、さらに冷却される（図１２の点５）。内部熱交換器４５で冷却された液相冷媒は、膨張機構４６で減圧されて気液二相状態になる（図１２の点６）。膨張機構４６で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器４７で外気と熱交換され、加熱される（図１２の点７）。そして、熱交換器４７で加熱された冷媒は、レシーバ４４でさらに加熱され（図１２の点８）、圧縮機４１に吸入される。
一方、インジェクション回路５２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構５１で減圧されて（図１２の点９）、内部熱交換器４５で熱交換される（図１２の点１０）。内部熱交換器４５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機４１のインジェクションパイプから圧縮機４１内へ流入する。
圧縮機４１では、主冷媒回路４８から吸入された冷媒（図１２の点８）が、中間圧まで圧縮、加熱される（図１２の点１１）。中間圧まで圧縮、加熱された冷媒（図１２の点１１）に、インジェクション冷媒（図１２の点１０）が合流して、温度が低下する（図１２の点１２）。そして、温度が低下した冷媒（図１２の点１２）が、さらに圧縮、加熱され高温高圧となり、吐出される（図１２の点１）。
【００４４】
なお、インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構５１の開度を全閉にする。つまり、インジェクション運転を行う場合には、膨張機構５１の開度が所定の開度よりも大きくなっているが、インジェクション運転を行わない際には、膨張機構５１の開度を所定の開度より小さくする。これにより、圧縮機４１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しない。
ここで、膨張機構５１の開度は、マイクロコンピュータ等の制御部により電子制御により制御される。
【００４５】
次に、ヒートポンプ装置１００の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁４９は破線方向に設定される。なお、この冷房運転とは、空調で使われる冷房だけでなく、水から熱を奪って冷水を作ることや、冷凍等も含む。
【００４６】
圧縮機４１で高温高圧となった気相冷媒（図１２の点１）は、圧縮機４１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器４７で熱交換されて液化する（図１２の点２）。熱交換器４７で液化された液相冷媒は、膨張機構４６で減圧され、気液二相状態になる（図１２の点３）。膨張機構４６で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器４５で熱交換され、冷却され液化される（図１２の点４）。内部熱交換器４５では、膨張機構４６で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器４５で液化された液相冷媒を膨張機構５１で減圧させて気液二相状態になった冷媒（図１２の点９）とを熱交換させている。内部熱交換器４５で熱交換された液相冷媒（図１２の点４）は、主冷媒回路４８と、インジェクション回路５２とに分岐して流れる。
主冷媒回路４８を流れる液相冷媒は、レシーバ４４で圧縮機４１に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される（図１２の点５）。レシーバ４４で冷却された液相冷媒は、膨張機構４３で減圧されて気液二相状態になる（図１２の点６）。膨張機構４３で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器４２で熱交換され、加熱される（図１２の点７）。このとき、冷媒が吸熱することにより、水回路５３を循環する水が冷やされ、冷房や冷凍に利用される。
そして、熱交換器４２で加熱された冷媒は、レシーバ４４でさらに加熱され（図１２の点８）、圧縮機４１に吸入される。
一方、インジェクション回路５２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構５１で減圧されて（図１２の点９）、内部熱交換器４５で熱交換される（図１２の点１０）。内部熱交換器４５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機４１のインジェクションパイプから流入する。
圧縮機４１内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。
【００４７】
なお、インジェクション運転を行わない際には、暖房運転時と同様に、膨張機構５１の開度を全閉にして、圧縮機４１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しないようにする。
【００４８】
また、上記説明では、熱交換器４２は、冷媒と、水回路５３を循環する水とを熱交換させるプレート式熱交換器のような熱交換器であるとして説明した。熱交換器４２は、これに限らず、冷媒と空気を熱交換させるものであってもよい。
また、水回路５３は、水が循環する回路ではなく、他の流体が循環する回路であってもよい。
【００４９】
以上のように、ヒートポンプ装置１００は、空気調和機、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、冷凍機等のインバータ圧縮機を用いたヒートポンプ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  圧縮機、２  四方弁、３  熱交換器、４  膨張機構、５  熱交換器、６  冷媒配管、７  圧縮機構、８  モータ、９  インバータ、１０  直流電源、１１  母線電圧検出部、１２  インバータ制御部、１３  加熱判定部、１４  電圧指令生成部、１５  ＰＷＭ信号生成部、１６  スイッチング素子、１７  ダイオード、３０  電源部、３１  交流電源、３２  三相整流器、３３  ＤＣＬ、３４  平滑コンデンサ、３５  ＡＣＬと、３６  単相整流器、３７  平滑コンデンサ、３８  切替部、４１  圧縮機、４２，４７  熱交換器、４３，４６，５１  膨張機構、４４  レシーバ、４５  内部熱交換器、４８  主冷媒回路、４９  四方弁、５０  ファン、５２  インジェクション回路、５３  水回路、１００  ヒートポンプ装置。
【図１】
2012107987.tif 000003
【図２】
2012107987.tif 000004
【図３】
2012107987.tif 000005
【図４】
2012107987.tif 000006
【図５】
2012107987.tif 000007
【図６】
2012107987.tif 000008
【図７】
2012107987.tif 000009
【図８】
2012107987.tif 000010
【図９】
2012107987.tif 000011
【図１０】
2012107987.tif 000012
【図１１】
2012107987.tif 000013
【図１２】
2012107987.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月12日(2013.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
正電圧側および負電圧側の２つのスイッチング素子からなる直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部と、
を備え、
前記インバータ制御部は、
前記駆動信号を生成する際に、３つの前記直列接続部の正電圧側あるいは負電圧側のうちの一方の前記各スイッチング素子が全てオン、他方の前記各スイッチング素子が全てオフとなるゼロベクトルの状態から、前記各直列接続部のうちの１つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えて、前記ゼロベクトル以外の実ベクトルの状態に遷移させ、前記実ベクトルから、前記各直列接続部のうちの２つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を同時に切り替えて、前記ゼロベクトルの状態に遷移させる
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、
所定の周波数の基準信号に同期して、３つの電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊それぞれを予め設定された２つの値に順に切り替えて選択する電圧指令選択部と、
前記電圧指令選択部が選択した３つの電圧指令値と前記基準信号とを比較して、前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記基準信号は、時間に対する値の変化における頂と谷とが特定可能な信号であり、
前記電圧指令選択部は、前記基準信号の頂と底との両方のタイミングで前記３つの電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊それぞれを切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータ制御部は、前記圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モードと、前記圧縮機を加熱する加熱運転モードとのいずれかで運転し、前記圧縮運転モードで運転する場合には、前記モータが回転する周波数の交流電圧を前記三相インバータに発生させ、前記加熱運転モードで運転する場合には、前記圧縮運転モードの場合に発生させる交流電圧の周波数より高く、前記モータが回転しない周波数の前記高周波交流電圧を前記三相インバータに発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、前記三相インバータへ電圧を印加する電源部を備え、
前記電源部は、
前記インバータ制御部が前記加熱運転モードで運転する場合には、前記インバータ制御部が前記圧縮運転モードで運転する場合よりも低い電圧を前記三相インバータへ印加する
ことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記電源部は、
三相四線式の交流電源と、
前記交流電源の三相交流出力を入力として整流する第１整流器と、
前記交流電源のいずれか一相と中性点との出力を入力として整流する第２整流器と、
前記インバータ制御部が前記圧縮運転モードで運転する場合には、前記第１整流器で整流された電圧を前記三相インバータへ印加し、前記インバータ制御部が前記加熱運転モードで運転する場合には、前記第２整流器で整流された電圧を前記三相インバータへ印加するように切り替える切替部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記三相インバータを構成するスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体である
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記ワイドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンドのいずれかである
ことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記三相インバータを構成するスイッチング素子は、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、第１熱交換器と、膨張機構と、第２熱交換器とが配管により順次接続された冷媒回路を備えるヒートポンプ装置と、前記冷媒回路に接続された前記第１熱交換器で冷媒と熱交換された流体を利用する流体利用装置とを備えるヒートポンプシステムであり、
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
正電圧側および負電圧側の２つのスイッチング素子からなる直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部と、
を備え、
前記インバータ制御部は、
前記駆動信号を生成する際に、３つの前記直列接続部の前記正電圧側あるいは前記負電圧側のうちの一方の前記各スイッチング素子が全てオン、他方の前記各スイッチング素子が全てオフとなるゼロベクトルの状態から、前記各直列接続部のうちの１つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えて、前記ゼロベクトル以外の実ベクトルの状態に遷移させ、前記実ベクトルから、前記各直列接続部のうちの２つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を同時に切り替えて、前記ゼロベクトルの状態に遷移させる
ことを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項１１】
冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、
前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、
正電圧側および負電圧側の２つのスイッチング素子からなる直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、
前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部と、
を備えるヒートポンプ装置の三相インバータ制御方法であって、
３つの前記直列接続部の前記正電圧側あるいは前記負電圧側のうちの一方の前記各スイッチング素子が全てオン、他方の前記各スイッチング素子が全てオフとなるゼロベクトルの状態から、前記各直列接続部のうちの１つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えて、前記ゼロベクトル以外の実ベクトルの状態に遷移させるステップと、
前記実ベクトルから、前記各直列接続部のうちの２つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を同時に切り替えて、前記ゼロベクトルの状態に遷移させるステップと、
を有することを特徴とする三相インバータの制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
この発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機と、前記圧縮機が有する前記圧縮機構を動作させるモータと、正電圧側および負電圧側の２つのスイッチング素子からなる直列接続部を３個並列に接続して構成された三相インバータと、前記三相インバータの各スイッチング素子に対応する６つの駆動信号を生成し、生成した各駆動信号を前記三相インバータの対応するスイッチング素子へ出力することにより、前記三相インバータに高周波交流電圧を発生させるインバータ制御部と、を備え、前記インバータ制御部は、前記駆動信号を生成する際に、３つの前記直列接続部の正電圧側あるいは負電圧側のうちの一方の前記各スイッチング素子が全てオン、他方の前記各スイッチング素子が全てオフとなるゼロベクトルの状態から、前記各直列接続部のうちの１つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を切り替えて、前記ゼロベクトル以外の実ベクトルの状態に遷移させ、前記実ベクトルから、前記各直列接続部のうちの２つを構成する各スイッチング素子のオン／オフ状態を同時に切り替えて、前記ゼロベクトルの状態に遷移させることを特徴とする。
【国際調査報告】
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