(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御装置において、
商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段と、
前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段と、
前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、
前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、パルス幅変調方式を採用する場合において、そのＰＷＭデューティ比（振幅を変化させるための条件）が特定値を越える場合、当該ＰＷＭデューティ比に応じて基準信号の振幅を変化させる制御を行い、
前記基準信号発生手段は、前記制御手段の制御により指定された振幅の、方形波の基準信号を生成することを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項２】
永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御装置において、
商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段と、
前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段と、
前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、
前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機駆動手段の出力周波数（振幅を変化させるための条件）が特定値を越える場合、当該圧縮機駆動手段の出力周波数に応じて基準信号の振幅を変化させる制御を行い、
前記基準信号発生手段は、前記制御手段の制御により指定された振幅の、方形波の基準信号を生成することを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項３】
永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御装置において、
商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段と、
前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段と、
前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、
前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記比較信号に基づいて前記圧縮機の回転速度を検出する場合において、当該圧縮機の回転速度（振幅を変化させるための条件）が特定値を越える場合、当該圧縮機の回転速度に応じて基準信号の振幅を変化させる制御を行い、
前記基準信号発生手段は、前記制御手段の制御により指定された振幅の、方形波の基準信号を生成することを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項４】
永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御装置において、
商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段と、
前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段と、
前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、
前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機駆動手段の入力電流を検出する場合において、当該圧縮機駆動手段の入力電流（振幅を変化させるための条件）が特定値を越える場合、当該圧縮機駆動手段の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させる制御を行い、
前記基準信号発生手段は、前記制御手段の制御により指定された振幅の、方形波の基準信号を生成することを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項５】
永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御装置において、
商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段と、
前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段と、
前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段と、
前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、
前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、空気調和機の入力電流を検出する場合において、当該空気調和機の入力電流（振幅を変化させるための条件）が特定値を越える場合、当該空気調和機の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させる制御を行い、
前記基準信号発生手段は、前記制御手段の制御により指定された振幅の、方形波の基準信号を生成することを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項６】
前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を個別に検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項７】
前記基準信号発生手段は、前記振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、母線電圧の１／２の電圧値から、前記方形波に切り替えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項８】
前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を合成し、当該合成電圧を検出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項９】
前記基準信号を、前記母線電圧の１／２より高い一定の電圧値からなる第１の基準信号と、前記母線電圧の１／２より低い一定の電圧値からなる第２の基準信号と、で構成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機に用いられる圧縮機制御装置に関するものであり、特に、永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備える圧縮機を、前記複数相の巻線に発生する端子電圧に基づく比較信号により駆動する圧縮機制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の圧縮機制御装置について説明する。図１１は、インバータ制御装置を搭載した、従来の冷凍サイクルの圧縮機制御装置の構成を示す図である。図１１において、１は商用電源であり、２は商用電源１を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換するコンバータ回路（交流直流変換器）であり、３は直流を交流に変換するインバータ回路（直流交流変換器）であり、４は、回転子およびＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を持つ固定子を備えたＤＣブラシレスモータ、および圧縮要素、で構成され、この構成を用いて冷凍サイクル（冷媒を加圧し循環させる処理）を実行する圧縮機であり、５は冷媒と室外空気の熱交換を行う室外熱交換器であり、６は冷媒の絞り量を調整する電磁膨張弁であり、７は冷媒と室内空気の熱交換を行う室内熱交換器であり、８は圧縮機４の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを検出する電圧検出部であり、９は母線電圧Ｖｄｃの２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧値である基準信号を生成する基準信号発生部であり、１０は基準信号と端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとを比較して比較信号を得る比較部であり、１１は比較信号をもとに圧縮機の回転速度を算出してインバータ駆動信号を出力するインバータ制御部である。
【０００３】
つぎに、上記圧縮機制御装置の動作について説明する。まず、コンバータ回路２が、商用電源１から得られる交流電圧を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換する。つぎに、インバータ回路３が、インバータ制御部１１からのインバータ駆動信号にしたがって、コンバータ回路２の出力する母線電圧Ｖｄｃから任意電圧を出力し、圧縮機４を運転する。
【０００４】
圧縮機４の運転が開始されると、冷媒が高温高圧に圧縮され、配管を通って室外熱交換器５を流れる。ここで、室外熱交換器５が、室外空気との熱交換を行い、冷媒を冷却する。つぎに、冷却された冷媒は、電磁膨張弁６で絞られ、さらに、低圧となって室内熱交換器７に流れ、ここで、室内熱交換器７が、室内空気との熱交換を行い、室内空気を冷却する。
【０００５】
つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法について説明する。図１２は、基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧のゼロクロスポイントを示す図である。比較部１０には、電圧検出部８で検出された圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相端子電圧が随時入力される。そして、図１２に示すように、この端子電圧に現れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線の誘起電圧と基準信号（Ｖｄｃ／２）とを比較する。この基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点をゼロクロスポイントといい、ゼロクロスポイントは、圧縮機回転子の回転位置と対応している。そのため、ゼロクロスポイントを回転位置検出タイミングとして利用でき、このゼロクロスポイントで比較部１０の出力する比較信号のレベルが変化する。インバータ制御部１１では、この比較信号のレベル変化により、圧縮機４の回転位置を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来の圧縮機制御装置においては、以下に示すような問題点があった。
【０００７】
たとえば、ＤＣブラシレスモータを備えた圧縮機の特性として、印加する電圧によって回転速度が一義的に定まるため、圧縮機の回転数は、母線電圧Ｖｄｃと、インバータ回路の出力する印加電圧のＰＷＭデューティ比と、圧縮負荷トルクによって定まる。また、空気調和機の母線電圧Ｖｄｃは、商用電源電圧および素子の耐圧等により上限が定まるため、ＰＷＭデューティ比が飽和した場合には、それ以上圧縮機の回転速度を上昇させることはできない。
【０００８】
圧縮機の中には、高効率かつ高回転で駆動するために、インバータ印加電圧位相を圧縮機の誘起電圧位相より進めた位置で通電することが必要な圧縮機が存在する。しかしながら、圧縮機の回転位置は、図１２に示すとおりに、巻線に通電が行われていない通電休止区間内に現れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の誘起電圧を観測し、そのゼロクロスポイントから判断されため、この方法では、ゼロクロスポイントよりも転流タイミングを早めることができない、という問題があった。
【０００９】
また、ゼロクロスポイントが通電休止区間外に存在するときは、圧縮機の回転位置を検出できないため、ゼロクロスポイントは、常に通電休止区間内に存在しなければならない。そのため、インバータ印加電圧位相を、ゼロクロスポイントを超えて進めることができない、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ印加電圧位相をゼロクロスポイントより進めることよって圧縮機の高効率運転および高回転を実現するとともに、最大能力を向上させることが可能な圧縮機制御回路を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる圧縮機制御装置にあっては、永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する構成として、たとえば、商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する電圧変換手段（後述する実施の形態のコンバータ回路２に相当）と、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段（インバータ回路３に相当）と、前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出する電圧検出手段（電圧検出部８に相当）と、前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段（基準信号発生部９ａに相当）と、前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段（比較部１０に相当）と、前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段（インバータ制御部１１ａに相当）と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、インバータ印加電圧の位相を、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点（ゼロクロスポイント）より進めることができる。
【００１３】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を個別に検出することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を個別に検出し、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点よりも転流タイミングを進める。
【００１５】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記基準信号発生手段は、前記制御手段がパルス幅変調方式を採用する場合、ＰＷＭデューティ比（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ＰＷＭデューティ比に応じて基準信号の振幅を変化させることで、ＰＷＭデューティ比に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００１７】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記基準信号発生手段は、前記インバータの出力周波数（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、インバータの出力周波数に応じて基準信号の振幅を変化させることで、インバータの出力周波数に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００１９】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記比較信号に基づいて前記圧縮機の回転速度を検出する場合、前記基準信号発生手段は、当該圧縮機の回転速度（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、圧縮機の回転速度に応じて基準信号の振幅を変化させることで、圧縮機の回転速度に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００２１】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記圧縮機駆動手段の入力電流を検出する場合、前記基準信号発生手段は、前記圧縮機駆動手段の入力電流（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、圧縮機駆動手段の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させることで、圧縮機駆動手段の入力電流に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００２３】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、空気調和機の入力電流を検出する場合、前記基準信号発生手段は、前記空気調和機の入力電流（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、空気調和機の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させることで、空気調和機の入力電流に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００２５】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記基準信号発生手段は、前記振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、前記基準信号の振幅を変化させることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に基準信号の振幅を変化させることで、振幅を変化させるための条件に対する最適なタイミングで転流を行う。
【００２７】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記基準信号発生手段は、前記振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前記母線電圧の１／２の電圧値から、前記方形波に切り替えることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前記母線電圧の１／２の電圧値から前記方形波に切り替えることにより、最適なタイミングで転流を行う。
【００２９】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置において、前記電圧検出手段（電圧検出部８ａに相当）は、前記圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を合成し、当該合成電圧を検出することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、たとえば、圧縮機のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを合成電圧ＶUVWに合成することで、回路素子数を抑える。
【００３１】
つぎの発明にかかる圧縮機制御装置にあっては、前記基準信号を、前記母線電圧の１／２より高い一定の電圧値からなる第１の基準信号と、前記母線電圧の１／２より低い一定の電圧値からなる第２の基準信号と、で構成することを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、基準信号を、方形波ではなく、電圧値Ｖｄｃ／２より高い電圧値の第１の基準信号および電圧値Ｖｄｃ／２より低い電圧値の第２の基準信号とすることで、インバータ印加電圧の位相を従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点より進める。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる圧縮機制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態１の構成を示す図である。図１において、１は商用電源であり、２は商用電源１を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換するコンバータ回路（交流直流変換器）であり、３は直流を交流に変換するインバータ回路（直流交流変換器）であり、４は、回転子およびＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を持つ固定子を備えたＤＣブラシレスモータ、および圧縮要素、で構成され、この構成を用いて冷凍サイクル（冷媒を加圧し循環させる処理）を実行する圧縮機であり、５は冷媒と室外空気の熱交換を行う室外熱交換器であり、６は冷媒の絞り量を調整する電磁膨張弁であり、７は冷媒と室内空気の熱交換を行う室内熱交換器であり、８は圧縮機４の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを検出する電圧検出部であり、９ａは内部で生成した方形波と母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧とを重畳して基準信号を生成する基準信号発生部であり、１０は基準信号と端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとを比較して比較信号を得る比較部であり、１１ａは比較信号をもとに圧縮機の回転速度を算出してインバータ駆動信号を出力し、さらに基準信号発生部９ａに通電モード情報と基準信号振幅ΔＶｔｈとを出力するインバータ制御部である。
【００３５】
本実施の形態では、コンバータ回路２とインバータ回路３と電圧検出部８と基準信号発生部９ａと比較部１０とインバータ制御部１１ａで、圧縮機制御装置を構成する。
【００３６】
また、上記インバータ回路３において、１２，１３，１４は上アームスイッチング素子であり、１３，１４，１５は下アームスイッチング素子である。
【００３７】
つぎに、上記空気調和機の基本動作について説明する。まず、コンバータ回路２が、商用電源１から得られる交流電圧を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換する。つぎに、インバータ回路３が、制御部１１ａからのインバータ駆動信号にしたがって、コンバータ回路２の出力する母線電圧Ｖｄｃから任意電圧を出力し、圧縮機４を運転する。圧縮機４が運転されると、冷媒が高温高圧に圧縮され、配管を通って室外熱交換器５を流れる。ここで、室外熱交換器５が、室外空気との熱交換を行い、冷媒を冷却する。つぎに、冷却された冷媒は、電磁膨張弁６で絞られさらに、低圧となって室内熱交換器７に流れ、ここで、室内熱交換器７が、室内空気との熱交換を行い、室内空気を冷却する。
【００３８】
つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法について説明する。図１中のインバータ制御部１１ａでは、インバータ回路３に対してインバータ駆動信号を出力すると同時に、基準信号発生部９ａに対して通電モード情報を出力する。通電モード情報とは、インバータ回路３から圧縮機４内のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相巻線にどのような交流電流が出力されているかを表すものである。
【００３９】
ここで、上記通電モード情報について説明する。図２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧と通電モードとの関係を示す図である。たとえば、３相ＤＣブラシレスモータの場合、上アームスイッチング素子１２〜１４のいずれか１つがオンするとともに、下アームスイッチング素子１５〜１７の上アームスイッチング素子とは異なる相の１つがオンをする。そして、各スイッチング素子１２〜１７が、１２０ [deg]オン→２４０[deg]オフのオンオフ周期で制御される。これにより、圧縮機４の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相が、互いに１２０[deg]の位相差をもって順次繰り返し通電／駆動され、図２に示したような端子電圧波形が現れる。すなわち、１周期３６０[deg] 内に６０[deg]毎に異なった６つの通電モードがあることになる。
【００４０】
つぎに、基準信号発生部９ａでは、インバータ制御部１１ａからの通電モード情報に基づいて、図２に示すように、通電モードが奇数の時は方形波Ｈｉｇｈ、通電モードが偶数の時は方形波Ｌｏｗとなるように、方形波の交流電圧パターンが作成される。この方形波は、誘起電圧が立ち上がるときにＬｏｗレベル、立ち下がるときにＨｉｇｈレベル、となるように作成される。次にこの方形波を用いて作成された基準信号について図３を用いて説明する。
【００４１】
図３は、基準信号と端子電圧波形とを示す図である。基準信号発生部９ａでは、作成した方形波の交流電圧パターンを、母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧と重畳し、方形波の振幅の中心値が母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧になるように、基準信号を生成する。
【００４２】
比較部１０では、電圧検出部８で検出された圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を随時受け取り、この誘起電圧と基準信号とを、図３のように比較する。ここでは、この端子電圧に現れるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線の誘起電圧と基準信号とが交差する時点（ゼロクロスポイント）で、比較信号のＨｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転する。その結果、従来のように母線電圧の１／２（Ｖｄｃ／２）に対応する基準信号で誘起電圧と比較した場合よりも、本実施の形態のように方形波の基準信号を用いて比較した方が、ゼロクロスポイントが時間的にΔｔだけ早いことがわかる（図３の拡大図参照）。このゼロクロスポイントは、圧縮機回転子の回転位置と対応した位置検出タイミングであるため、比較部１０では、このタイミングに基づいて生成された比較信号を、インバータ制御部１１ａに対して出力する。
【００４３】
また、図３の拡大図から、基準信号振幅ΔＶｔｈを制御することによって、Δｔを制御できることもわかる。そこで、本実施の形態においては、インバータ制御部１１ａが、圧縮機４の回転速度に応じて運転効率が最大となるように、あらかじめ記憶している基準信号振幅ΔＶｔｈを、基準信号発生部９ａに対して出力し、Δｔを制御する。
【００４４】
このように、本実施の形態の圧縮機制御装置では、図３のように、基準信号を方形波にすることにより、誘起電圧とＶｄｃ／２との交点よりもΔｔだけゼロクロスポイントを進めることができ、この進んだ時間分だけ、転流開始タイミングを進めることができる。また、基準信号の振幅ΔＶｔｈを変化させることで、より広い範囲でゼロクロスポイントを制御することができる。すなわち、図３中のａ点−ｂ点の間であれば、自由にゼロクロスポイントを制御することができる。
【００４５】
したがって、本実施の形態の圧縮機制御装置では、誘起電圧とＶｄｃ／２との交点より位相を進めたインバータ印加電圧を、圧縮機４の固定子に印加できる。
【００４６】
その結果、圧縮機４では、巻線に流れる電流の位相がすすみ、同時に固定子が発生する磁束も進み位相となり、さらに、磁束の進み成分が回転子の永久磁石の磁束を弱めるように作用し、固定子巻線に誘起される誘起電圧が減少する。そして、誘起電圧が減少した分だけ、トルクを発生するために用いられる電圧が増加し、回転速度が加速することとなる。
【００４７】
このように、本実施の形態においては、インバータ印加電圧位相を従来のゼロクロスポイントより進める構成としたため、圧縮機の高速回転範囲の拡大および運転効率の改善を実現でき、ひいては空気調和機の高性能化かつ高効率化を実現できる。
【００４８】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態２の構成を示す図である。図４において、１８は、母線電圧Ｖｄｃの電圧値を検出し、後述するインバータ制御部１１ｂへ母線電圧値を出力する母線電圧検出部であり、１１ｂは、比較信号から算出された圧縮機回転速度と母線電圧検出部１８から得られた母線電圧値からインバータ駆動信号を出力し、それと同時に、基準信号発生部９ａに通電モード情報と基準信号振幅ΔＶｔｈとを出力するインバータ制御部である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、上記空気調和機の基本動作についても前述の実施の形態１と同様のためその説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態では、コンバータ回路２とインバータ回路３と電圧検出部８と基準信号発生部９ａと比較部１０とインバータ制御部１１ｂと母線電圧検出部１８で、圧縮機制御装置を構成する。
【００５０】
また、図５は、上記インバータ制御部１１ｂの構成を示す図である。図５において、２１は比較部８の出力する比較信号から圧縮機４内の回転子位置を認識し、位置信号θを出力する位置検出部であり、２２は比較部８の出力する比較信号から圧縮機４の回転速度を検出し、速度信号ｆを出力する速度検出部であり、２３は母線電圧検出部１８の出力する母線電圧値と速度検出部２２の出力する速度信号をもとに、ＰＷＭ（パルス幅変調方式）デューティ比と基準信号の振幅変化量ΔＶｔｈとを生成／出力する演算部であり、２４は演算部２３の出力するＰＷＭデューティ比と位置検出部２１の出力する位置信号θをもとに、インバータ駆動信号と通電モード情報とを生成／出力する駆動信号発生部である。
【００５１】
つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法について説明する。まず、母線電圧検出部１８では、母線電圧Ｖｄｃを受け取り、検出した母線電圧値をインバータ制御部１１ｂに対して出力する。また、基準信号発生部９ａでは、基準信号を得るために母線電圧値を受け取る。
【００５２】
比較部１０では、電圧検出部８で検出された圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを随時受け取り、この誘起電圧と基準信号発生部９ａから出力された基準信号とを図３のように比較し、その結果である比較信号をインバータ制御部１１ｂに対して出力する。
【００５３】
インバータ制御部１１ｂでは、受け取った比較信号と母線電圧値に基づいて、インバータ駆動信号と通電モード情報とを生成し、当該インバータ駆動信号をインバータ回路３内のスイッチング素子に対して出力し、通電モード情報を基準信号発生部９ａに対して出力する。なお、インバータ制御部１１ｂ内部で計算されたＰＷＭデューティ比が９０％を超える場合には、後述する基準信号の振幅ΔＶｔｈを基準信号発生部９ａに対して出力する。
【００５４】
基準信号発生部９ａでは、図２に示すように、インバータ制御部１１ｂからの通電モード情報に基づいて、通電モードが奇数のときに方形波Ｈｉｇｈ、通電モードが偶数のときに方形波Ｌｏｗとなるように、方形波の交流電圧パターンを作成する。そして、基準信号発生部９ａでは、この方形波と電圧Ｖｄｃ／２とを重畳し、基準信号を生成する。なお、上記インバータ制御部１１ｂから振幅ΔＶｔｈを受け取った場合には、振幅ΔＶｔｈの基準信号を生成する。
【００５５】
比較部１０では、受け取った基準信号と誘起電圧とを比較し、前述の実施の形態と同様の処理で比較信号を生成し、当該比較信号をインバータ制御部１１ｂに対して出力する。
【００５６】
つぎに、インバータ制御部１１ｂの動作について説明する。まず、位置検出部２１では、比較部１０から得られる比較信号に基づいて、圧縮機４の回転子の現在位置を確定し、駆動信号発生部２４に対して位置信号θを出力する。また、速度検出部２２では、比較部１０から得られる比較信号に基づいて、圧縮機回転速度ｆを算出し、演算部２３に対して圧縮機回転速度を出力する。
【００５７】
演算部２３では、母線電圧検出部１８から得られた母線電圧値と圧縮機回転速度ｆに基づいて、目標の圧縮機回転速度を実現するために必要な印加電圧を算出する。そして、算出された必要電圧からＰＷＭデューティ比を計算し、駆動信号発生手段２４に対して出力する。ただし、計算されたＰＷＭデューティ比が９０％を超えていた場合には、当該ＰＷＭデューティ比に応じてあらかじめ設定しておいた基準信号の振幅ΔＶｔｈを、基準信号発生部９ａに対して出力する。
【００５８】
駆動信号発生部２４では、受け取った位置信号θとＰＷＭデューティ比に基づいて駆動信号を生成し、インバータ回路３に対して出力する。また、同時に、通電モード情報を生成し、基準信号発生部９ａに対して出力する。
【００５９】
このように、本実施の形態においては、前記インバータ回路の出力電圧を制御するインバータ制御部１１ｂがパルス幅変調方式（ＰＷＭ）を採用する場合に、ＰＷＭデューティ比に応じて基準信号の振幅を変化させる構成としたため、ＰＷＭデューティ比に対する最適なタイミングで転流が行える。これにより、圧縮機の高回転化および高効率化を実現でき、さらには空気調和機の能力を改善することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、ＰＷＭデューティ比を用いて振幅ΔＶｔｈを定めているが、ＰＷＭデューティ比の代わりに、たとえば、インバータ回路３の出力周波数、圧縮機４の回転速度、インバータ回路３の入力電流、または空気調和機の入力電流を用いて、振幅ΔＶｔｈを定めることとしてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態においては、上記インバータの出力周波数、ＤＣブラシレスモータの回転速度、インバータの入力電流、または空気調和機の入力電流が、所定値以上となった場合に、上記基準信号の振幅を変化させることとしてもよい。
【００６２】
また、上記ＰＷＭデューティ比、インバータの出力周波数、ＤＣブラシレスモータの回転速度、インバータの入力電流、または空気調和機の入力電流が、所定値以上となった場合に、たとえば、電圧値Ｖｄｃ／２に対応する基準信号から、上記方形波の基準信号に変更することとしてもよい。
【００６３】
実施の形態３．
図６は、本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態３の構成を示す図である。図６において、８ａは圧縮機４の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を合成した合成電圧ＶUVWを検出する電圧検出部であり、１０ａは基準信号と合成電圧ＶUVWとを比較して比較信号を得る比較部である。なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、上記空気調和機の基本動作についても前述の実施の形態１および２と同様のためその説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態では、コンバータ回路２とインバータ回路３と電圧検出部８ａと基準信号発生部９ａと比較部１０ａとインバータ制御部１１ａで、圧縮機制御装置を構成する。
【００６５】
以下、前述までの実施の形態と異なる部分について説明する。まず、誘起電圧の検出方法について説明する。図７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧とその合成電圧ＶUVWとの関係を示す図である。電圧検出部８ａでは、圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを随時受け取る。そして、本実施の形態においては、ここでＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を一つの波形に合成する。その合成波形が図示の合成電圧ＶUVWに相当する。端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと合成電圧ＶUVWを比較すると、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れている誘起電圧波形が、合成電圧ＶUVWにも現れており、この合成電圧ＶUVWを用いた場合においても、前述同様、誘起電圧を観測できることがわかる。
【００６６】
つぎに、合成電圧ＶUVWと基準信号との比較方法について説明する。図８は、基準信号と合成電圧ＶUVWのゼロクロスポイントを示す図である。比較部１０ａでは、合成電圧ＶUVWと基準信号発生部９ａから出力された基準信号とを図８のように比較する。ここでは、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れる誘起電圧が、合成電圧ＶUVWにも同様に現れていることから、基準信号とのゼロクロスポイントを位置検出タイミングとすることができる。また、比較信号は、前述同様、ゼロクロスポイントでＨｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転するようになっている。
【００６７】
このように、本実施の形態においては、前述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを合成電圧ＶUVWに合成する構成としたため、回路素子数が抑えられ、低コスト化が実現できる。
【００６８】
なお、上記の説明では、実施の形態１の構成に電圧検出部８ａおよび比較部１０ａを適用した場合について説明したが、これに限らず、本実施の形態の特徴となる電圧検出部８ａおよび比較部１０ａについては、実施の形態２の構成にも適用可能である。この場合、実施の形態２の電圧検出部８と本実施の形態の電圧検出部８ａを置き換え、さらに、実施の形態２の比較部１０と本実施の形態の比較部１０ａを置き換える。
【００６９】
実施の形態４．
図９は、本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態４の構成を示す図である。図９において、９ｂはＶｄｃ／２より高い一定電圧値をもつ第１の基準信号とＶｄｃ／２より低い一定電圧値をもつ第２の基準信号とを生成する基準信号発生部であり、１０ｂは前記第１および第２の基準信号と合成電圧ＶUVWとを比較して比較信号を得る比較部である。なお、前述の実施の形態１、２または３と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、上記空気調和機の基本動作についても前述の実施の形態１と同様のためその説明を省略する。また、本実施の形態の特徴的な構成については、前述のすべての実施の形態に適用可能である。
【００７０】
本実施の形態では、コンバータ回路２とインバータ回路３と電圧検出部８ａと基準信号発生部９ｂと比較部１０ａとインバータ制御部１１ａで、圧縮機制御装置を構成する。
【００７１】
以下、前述までの実施の形態と異なる部分について説明する。ここでは、前述の実施の形態１〜３と異なる基準信号について説明する。図１０は、第１および第２の基準信号と合成電圧ＶUVWとの関係を示す図である。基準信号発生部９ｂでは、基準信号として、前述までの実施の形態の方形波の代わりに、第１および第２の基準信号を作成する。第１と第２の基準電圧は、母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧値から等電位だけ高低に異なった値をもつ。すなわち、基準信号発生部９ｂでは、電圧値Ｖｄｃ／２よりΔｖｔｈだけ高い第１の基準信号と、電圧値Ｖｄｃ／２よりΔｖｔｈだけ低い第２の基準信号を生成する。
【００７２】
また、比較部１０ｂでは、電圧検出部８ａにて合成された合成電圧ＶUVWと、上記第１および第２の基準信号と、を比較し、比較信号を出力する。ただし、比較信号は、合成電圧ＶUVWに現れるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線の誘起電圧と、第１および第２の基準信号と、が最初に交差する時点（ゼロクロスポイント）で、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転する。すなわち、誘起電圧が立ち下がるときは第１の基準信号との交差する時点、立ち上がるときは第２の基準信号との交差する時点、をゼロクロスポイントとする。
【００７３】
このように、本実施の形態においては、基準信号を、前述までの方形波ではなく、電圧値Ｖｄｃ／２より高い電圧値の第１の基準信号および電圧値Ｖｄｃ／２より低い電圧値の第２の基準信号を用いたが、ここでも、誘起電圧と電圧値Ｖｄｃ／２との交点よりも転流タイミングを進めることができるため、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、インバータ印加電圧の位相を、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点（ゼロクロスポイント）より進める構成としたため、圧縮機の高速回転範囲の拡大および運転効率の改善を実現することができ、ひいては空気調和機の高性能化かつ高効率化を実現することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００７５】
つぎの発明によれば、圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を個別に検出する構成とした。これにより、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点よりも転流タイミングを進めることができるため、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００７６】
つぎの発明によれば、ＰＷＭデューティ比に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、ＰＷＭデューティ比に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００７７】
つぎの発明によれば、インバータの出力周波数に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、インバータの出力周波数に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００７８】
つぎの発明によれば、圧縮機の回転速度に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、圧縮機の回転速度に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００７９】
つぎの発明によれば、圧縮機駆動手段の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、圧縮機駆動手段の入力電流に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００８０】
つぎの発明によれば、空気調和機の入力電流に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、空気調和機の入力電流に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００８１】
つぎの発明によれば、振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、前記基準信号の振幅を変化させる構成とした。これにより、振幅を変化させるための条件に対する最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００８２】
つぎの発明によれば、振幅を変化させるための条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前記母線電圧の１／２の電圧値から、方形波に切り替える構成とした。これにより、最適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００８３】
つぎの発明によれば、たとえば、圧縮機のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを合成電圧ＶUVWに合成する構成とした。これにより、回路素子数を抑え、低コスト化を実現することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００８４】
つぎの発明によれば、基準信号を、方形波ではなく、電圧値Ｖｄｃ／２より高い電圧値の第１の基準信号および電圧値Ｖｄｃ／２より低い電圧値の第２の基準信号とした。これにより、インバータ印加電圧の位相を、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点より進めることができるため、圧縮機の高速回転範囲の拡大および運転効率の改善を実現することができ、ひいては空気調和機の高性能化かつ高効率化を実現することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】  Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧と通電モードとの関係を示す図である。
【図３】  基準信号と端子電圧波形とを示す図である。
【図４】  本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の実施の形態２の構成を示す図である。
【図５】  インバータ制御部の構成を示す図である。
【図６】  本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の実施の形態３の構成を示す図である。
【図７】  Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧とその合成電圧ＶUVWとの関係を示す図である。
【図８】  基準信号と合成電圧ＶUVWのゼロクロスポイントを示す図である。
【図９】  本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調和機の実施の形態４の構成を示す図である。
【図１０】  第１および第２の基準信号と合成電圧ＶUVWとの関係を示す図である。
【図１１】  従来の圧縮機制御装置の構成を示す図である。
【図１２】  基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧のゼロクロスポイントを示す図である。
【符号の説明】
１  商用電源、２  コンバータ回路、３  インバータ回路、４  圧縮機、５  室外熱交換器、６  電磁膨張弁、７  室内熱交換器、８，８ａ  電圧検出部、９ａ、９ｂ  基準信号発生部、１０，１０ａ，１０ｂ  比較部、１１ａ，１１ｂ  インバータ制御部、１８  母線電圧検出部、２１  位置検出部、２２  速度検出部、２３  演算部、２４  駆動信号発生部。
【図１】
0003650012.tif 000002
【図２】
0003650012.tif 000003
【図３】
0003650012.tif 000004
【図４】
0003650012.tif 000005
【図５】
0003650012.tif 000006
【図６】
0003650012.tif 000007
【図７】
0003650012.tif 000008
【図８】
0003650012.tif 000009
【図９】
0003650012.tif 000010
【図１０】
0003650012.tif 000011
【図１１】
0003650012.tif 000012
【図１２】
0003650012.tif 000013