(57)【要約】  本発明にかかる電動機駆動装置は、冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、電動機は、第１の巻線部（８ａ）および第２の巻線部（８ｂ）を備え、第１の巻線部（８ａ）の複数の相のそれぞれに第１の電力を出力するインバータ（１０）と、第２の巻線部（８ｂ）の複数の相のそれぞれに第２の電力を出力するインバータ（１１）と、を備え、冷媒を加熱するための加熱モードにおいて、複数の相に出力される第１の電力の電圧値を成分とする第１のベクトルと、複数の相に出力される第２の電力の電圧値を成分とする第２のベクトルと、は方向が異なる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の巻線部および第２の巻線部を備え、前記第１の巻線部および前記第２の巻線部は、各々が、複数の相の相ごとに１つ以上のコイルを有し冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電動機、を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、
前記第１の巻線部の前記複数の相のそれぞれに第１の電力を出力する第１のインバータと、
前記第２の巻線部の前記複数の相のそれぞれに第２の電力を出力する第２のインバータと、
を備え、
冷媒を加熱するための加熱モードにおいて、前記複数の相に出力される前記第１の電力の電圧値を成分とする第１のベクトルと、前記複数の相に出力される前記第２の電力の電圧値を成分とする第２のベクトルと、は方向が異なる電動機駆動装置。
【請求項２】
前記加熱モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、方向が逆方向である請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記加熱モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、絶対値が同一である請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記冷媒に対する加熱量が多くなるにつれて前記第１のインバータおよび前記第２のインバータから出力される電圧の周波数が低下する請求項１、２または３に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
通常運転モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、方向が同一である請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記第１および第２のインバータを構成するスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素である請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の電動機駆動装置と、
前記電動機駆動装置により駆動される電動機を有する圧縮機と、
を備え、
前記電動機は、第１の巻線部および第２の巻線部を備え、前記第１の巻線部および前記第２の巻線部は、各々が、相ごとに１つ以上のコイルを有する冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項８に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機に用いられる電動機を駆動する電動機駆動装置、圧縮機を備える冷凍サイクル装置および圧縮機を備える空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機を用いる冷凍サイクル装置において、通常運転を行わない期間で、圧縮機を加熱または保温することで、圧縮機内部の潤滑作用を円滑にする技術がある。例えば、特許文献１には、空気調和機の周囲温度が低温状態を検知した際に、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技術が開示されている。【０００３】
また、特許文献２には、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御を用いて、回転子が回転しないような高周波電流を圧縮機に供給することにより圧縮機を加熱する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−９１４４５号公報
【特許文献２】特許第５３６２０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、２５ｋＨｚといった高周波の単相交流電源で圧縮機を駆動することが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、高周波の単相交流電源を用いるため、特許文献１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電動機を還流せずに直流電源に回生される。したがって、特許文献１に記載の技術では、全オフ区間の電流の減衰が早く、電動機に効率的に高周波電流が流れずに圧縮機の加熱効率が悪くなるという課題があった。【０００６】
特許文献２に記載の技術では、高周波電流を電動機に流すことで固定子側を発熱させ、しかも回転子は回転しないようにＰＷＭ制御を工夫し、キャリア周波数と印加する高周波電流の周波数とを一致させている。しかしながら、このＰＷＭ制御方法では、２つのスイッチング素子が同時にオンオフする２相スイッチングと言う現象が生じる。２相スイッチングは、スイッチングノイズが大きく、スイッチング損失も大きいという課題を有する。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチングノイズおよびスイッチング損失を抑制しつつ、圧縮機の加熱を効率的に行うことができる電動機駆動装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電動機駆動装置は、冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、電動機は、第１の巻線部および第２の巻線部を備え、第１の巻線部および第２の巻線部は、各々が、複数の相の相ごとに１つ以上のコイルを有する。本発明にかかる電動機駆動装置は、第１の巻線部の複数の相のそれぞれに第１の電力を出力する第１のインバータと、第２の巻線部の複数の相のそれぞれに第２の電力を出力する第２のインバータと、を備える。本発明にかかる電動機駆動装置は、冷媒を加熱するための加熱モードにおいて、複数の相に出力される第１の電力の電圧値を成分とする第１のベクトルと、複数の相に出力される第２の電力の電圧値を成分とする第２のベクトルと、は方向が異なる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる電動機駆動装置は、スイッチングノイズおよびスイッチング損失を抑制しつつ、圧縮機の加熱を効率的に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置の構成例を示す図
【図２】図１に記載されたモータと２つのインバータとを示す図
【図３】各インバータの回路構成例を示す図
【図４】通常運転モードにおける２つのインバータにそれぞれ対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図
【図５】加熱運転モードにおける２つのインバータにそれぞれ対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図
【図６】２つのインバータでキャリア周波数の位相を反転させた例を示す図
【図７】図６に示したキャリア周波数が合成された一例を示す図
【図８】２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図
【図９】２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図
【図１０】制御回路の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動装置、冷凍サイクル装置および空気調和機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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置の構成例を示す図である。図１に示す冷凍サイクル装置１００は、例えば、セパレート形の空気調和機を構成する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００が空気調和機を構成する例を説明するが、冷凍サイクル装置１００は空気調和機に限定されず、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、室内熱交換器５、冷媒配管６および電動機駆動装置１０１を備える。冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４および室内熱交換器５が冷媒配管６を介して取り付けられた冷凍サイクルを構成する。また、冷凍サイクル装置１００の圧縮機１内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構７とこれを動作させるモータ８とが設けられている。また、圧縮機１のモータ８は、電動機駆動装置１０１と電気的に接続されている。電動機駆動装置１０１は、冷媒を圧縮する圧縮機１に用いられる電動機であるモータ８を駆動するために用いられる。
【００１４】
電動機駆動装置１０１は、モータ８に電圧を与え駆動させるインバータ１０およびインバータ１１と、インバータ１０およびインバータ１１を制御するインバータ制御部１２とを備える。
【００１５】
図２は、図１に記載されたモータ８とインバータ１０およびインバータ１１とを示す図である。図２に示すように、本実施の形態のモータ８には、第１の巻線部８ａ、および第２の巻線部８ｂを備える。第１の巻線部８ａおよび第２の巻線部８ｂは、それぞれが、三相巻線されている。すなわち、第１の巻線部８ａおよび第２の巻線部８ｂは、それぞれＵ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部を備える。Ｕ相巻線部、Ｖ相巻線部およびＷ相巻線部は、それぞれが１つ以上のコイルを有する。すなわち、第１の巻線部８ａおよび第２の巻線部８ｂは、各々が、複数の相の相ごとに１つ以上のコイルを有する。また、モータ８は図示しない固定子および回転子を備える。
【００１６】
なお、図２ではモータ８が三相モータである例を示しており、第１の巻線部８ａおよび第２の巻線部８ｂは、それぞれが三相巻線されているが、モータ８の相数は３に限定されず２相以上であればよい。また、図２では、モータ８が、３相巻線された巻線部を２つ備える例を示しているが、モータ８が備える巻線部の数は３以上であってもよい。
【００１７】
図２に示すように、インバータ１０は第１の巻線部８ａに接続され、インバータ１１は第２の巻線部８ｂに接続されている。インバータ１０は、第１の巻線部８ａの複数の相のそれぞれに第１の電力を出力する第１のインバータである。第１の巻線部８ａと第２の巻線部８ｂとは、各々に接続されるインバータ１０およびインバータ１１により、互いに独立して制御される。インバータ１１は、第２の巻線部８ｂの複数の相のそれぞれに第２の電力を出力する第２のインバータである。
【００１８】
永久磁石電動機の一般的な、電圧電流方程式は、ｄｑ座標系で下記式（１）のように表される。これに対し、本実施の形態のモータ８内部では第１の巻線部８ａと第２の巻線部８ｂとがモータ８の固定子で磁気的に結合しているため、本実施の形態のモータ８における電圧電流方程式は、ｄｑ座標系で以下の式（２）のように表される。なお、Ｍは結合インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、ｐは微分演算子、Ｖｄはｄ軸電圧、Ｖｑはｑ軸電圧、ｉｄはｄ軸電流、ｉｑはｑ軸電流、Ｖdj（ｊ＝１，２）は第ｊの巻線部のｄ軸電圧、Ｖqj（ｊ＝１，２）は、第ｊの巻線部のｑ軸電圧、ｉdj（ｊ＝１，２）は第ｊの巻線部のｄ軸電流、ｉqj（ｊ＝１，２）は第ｊの巻線部のｑ軸電流、Ｒは抵抗、ωは回転子の電気角速度、φは鎖交磁束である。
【００１９】
【数１】
2017187536.tif 000003
【００２０】
【数２】
2017187536.tif 000004
【００２１】
上記のように、本実施の形態のモータ８では第１の巻線部８ａと第２の巻線部８ｂとは磁気的に結合しているが、第１の巻線部８ａと第２の巻線部８ｂとは、それぞれ単体モータとして取り扱うことが可能である。従って、モータ８を駆動させる制御においては、あたかも、第１の巻線部８ａを有するモータと第２の巻線部８ｂを有するモータとの２つのモータを２つのインバータで動作させているかのように扱うことができる。
【００２２】
図３は、インバータ１０およびインバータ１１の回路構成例を示す図である。なお、図３では、インバータ１０およびインバータ１１に、直流電源２０および２１が接続される例を記載しているが、直流電源の替わりに交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する変換部を用いてもよい。直流電源２０とインバータ１０との間には平滑コンデンサ２２が配置され、直流電源２１とインバータ１１との間には平滑コンデンサ２３が配置される。
【００２３】
インバータ１０と第１の巻線部８ａとの間には、第１の巻線部８ａを流れる電流すなわち第１のモータ電流を計測する電流計測器１３，１４が設けられている。インバータ１１と第２の巻線部８ｂとの間には、第２の巻線部８ｂを流れる電流すなわち第２のモータ電流を計測する電流計測器１５，１６が設けられている。電圧検出器１７は、平滑コンデンサ２２の電圧である第１の直流電圧を検出し、電圧検出器１８は、平滑コンデンサ２３の電圧である第２の直流電圧を検出する。
【００２４】
なお、図３の例では、直流電源２０と直流電源２１とを、それぞれ異なる電源としているが、インバータ１０およびインバータ１１で電源を同一としてもよい。
【００２５】
インバータ１０は、第１の巻線部８ａのＵ相巻線部、Ｖ相巻線部、Ｗ相巻線部に電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１をそれぞれ印加する。インバータ１０は、Ｕ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１０ａ，１０ｂと、Ｖ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１０ｃ，１０ｄと、Ｗ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１０ｅ，１０ｆとを備える。同一相に対応するスイッチング素子１０ａとスイッチング素子１０ｂとの対をアームと定義する。同様に、スイッチング素子１０ｃとスイッチング素子１０ｄとの対、およびスイッチング素子１０ｅとスイッチング素子１０ｆとの対もそれぞれアームである。
【００２６】
インバータ１１は、第２の巻線部８ｂのＵ相巻線部、Ｖ相巻線部、Ｗ相巻線部に電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２をそれぞれ印加する。インバータ１１は、Ｕ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１１ａ，１１ｂと、Ｖ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１１ｃ，１１ｄと、Ｗ相に対応する直列接続されたスイッチング素子群であるスイッチング素子１１ｅ，１１ｆとを備える。同一相に対応するスイッチング素子１１ａとスイッチング素子１１ｂとの対をアームと定義する。同様に、スイッチング素子１１ｃとスイッチング素子１１ｄとの対、およびスイッチング素子１１ｅとスイッチング素子１１ｆとの対もそれぞれアームである。
【００２７】
本実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、モータ８を通常回転させるための通常運転モードと後述するように冷媒を加熱するための加熱運転モードとを有する。
【００２８】
インバータ制御部１２は、通常運転モードにおいては、電流計測器１３，１４により計測された第１のモータ電流と電圧検出器１７により検出された第１の直流電圧Ｖｄｃ１とに基づいて、第１の巻線部８ａへ電圧を印加するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ１０へ出力する。具体的には、インバータ制御部１２は、電流計測器１３，１４により計測された第１のモータ電流に基づいてｄｑ座標系の電圧指令ベクトルを生成し、電圧指令ベクトルに基づいて、相ごとのスイッチング素子のオンオフ状態をＰＷＭ制御するための駆動信号を生成してインバータ１０へ出力する。駆動信号は、インバータ１０の各スイッチング素子のオンオフ状態を制御するためのＰＷＭ信号であり、スイッチング素子をオンすなわち閉とすることを示す値と、スイッチング素子をオフすなわち開とすることを示す値とのいずれかの値をとるパルス状の信号である。
【００２９】
同様に、インバータ制御部１２は、通常運転モードにおいては、電流計測器１５，１６により計測された第２のモータ電流と電圧検出器１８により検出された第２の直流電圧Ｖｄｃ２とに基づいて、第２の巻線部８ｂへ電圧を印加するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ１１へ出力する。
【００３０】
インバータ制御部１２は、通常運転モードにおいては、後述するように、第１の巻線部８ａへ印加される電力の電圧ベクトルと、第２の巻線部８ｂへ印加される電力の電圧ベクトルとで向きが同一となるようにＰＷＭ信号を生成する。一方、インバータ制御部１２は、加熱運転モードにおいては、後述するように、第１の巻線部８ａへ印加される電力の電圧ベクトルと、第２の巻線部８ｂへ印加される電力の電圧ベクトルとで向きが異なるようにＰＷＭ信号を生成する。
【００３１】
インバータ１０を構成する各スイッチング素子は、駆動信号に応じてスイッチング動作することにより、第１の巻線部８ａへ電力を印加する。インバータ１１を構成する各スイッチング素子は、駆動信号に応じてスイッチング動作することにより、第２の巻線部８ｂへ電力を印加する。スイッチング素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆとしては、どのような素子を用いてもよいが、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。
【００３２】
ここで、加熱運転モードについて説明する。一般に、冷凍サイクルに組み込まれている圧縮機には、冷媒の他に回転軸の摩耗を防止するための潤滑油が封入されている。冷媒はガス状態と液状態の２つの状態になり得るが、液状態の冷媒は潤滑油と混ざるため、冷媒が液状態となると油が圧縮機の外側に持ち出されてしまう。油不足になると回転軸部が焼付いたり、摩耗したりして圧縮機の故障の原因となるので、冷凍サイクル装置では、一般に液状態の冷媒を加熱し、ガス化させることで圧縮機の品質を守っている。
【００３３】
冷媒が液状態になり、圧縮機の内部に液状態の冷媒が増えるのは、外気よりも圧縮機の温度が低い場合である。一般に、冷凍サイクル装置では、電動機駆動装置は上位システムから加熱指示が来た場合に、冷媒を加熱するための加熱運転を実施する。加熱運転時、すなわち加熱運転モードが必要な時は、モータが回転すると、潤滑油が圧縮部外部へ持ち出されてしまうため、モータを回転させずに加熱する必要がある。
【００３４】
モータを回転させることなく、モータを加熱する技術として、通常運転の周波数より高い周波数である高周波電流をモータへ印加する方法がある。モータは圧縮機内部に配置されているため、冷媒と接触しており、モータを加熱することで等価的に冷媒を加熱している。
【００３５】
本実施の形態では、上述したように、２つの巻線部および２つのインバータを備えている。モータ８を回転させる通常運転モードでは、インバータ制御部１２は、２つの巻線部をそれぞれ制御する２つのインバータの電圧ベクトルが同一方向となるように制御する。これにより、モータ８を効率よく回転させることができる。
【００３６】
一方、以下に述べるように、冷媒を加熱する加熱運転モードにおいては、インバータ制御部１２は、インバータ１０およびインバータ１１の電圧ベクトルの方向が異なるように電圧指令を生成する。したがって、インバータ１０から出力される第１の電力の相ごとの電圧値を成分とする第１のベクトルとインバータ１１から出力される第２の電力の相ごとの電圧値を成分とする第２のベクトルとも方向が異なることになる。このため、高周波電流を用いずに、モータ８を回転させることなく加熱することが可能になる。
【００３７】
すなわち、本実施の形態の電動機駆動装置１０１は、冷媒を加熱するための加熱モードすなわち加熱運転モードにおいて、複数の相のそれぞれに出力される第１の電力のそれぞれの電圧値を成分とする第１のベクトルと、複数の相のそれぞれに出力される第２の電力のそれぞれの電圧値を成分とする第２のベクトルと、は方向が異なる
【００３８】
図４は、通常運転モードにおける２つのインバータにそれぞれ対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図である。図４では、電圧指令ベクトルをαβ座標系で示している。第１の巻線部８ａ，第２の巻線部８ｂに対する出力電圧、すなわちインバータ１０，１１から出力される出力電圧にそれぞれ対応する電圧指令ベクトルをＶ１*，Ｖ２*とすると、この２つのベクトルを同一方向で同じ周波数、同じ出力電圧値で回転させることでモータ８を駆動する。これにより、第１の巻線部８ａ，第２の巻線部８ｂに対する出力電圧が、同一方向に回転することでモータ８に電流が流れて、回転磁界が発生し、モータ８を回転させることができる。なお、図４の例では、通常運転モードにおける２つの電圧指令ベクトルの絶対値を同一としているが、この２つの電圧指令ベクトルは方向が同一であればよく、絶対値は異なっていてもよい。また、電圧指令ベクトルの方向が多少異なっている、または、多少の角度を有している状態であっても、モータ８を回転させることができる方向であれば、ここでは同一の方向と略同じとして扱っても差し支えなく、同様の効果を奏する。
【００３９】
図５は、加熱運転モードにおける２つのインバータにそれぞれ対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図である。図５では、電圧指令ベクトルをαβ座標系で示している。上述した通常運転モードに対し、加熱運転モードでは、２つの電圧指令ベクトルＶ１*，Ｖ２*は、同じ周波数、同じ出力電圧値すなわち同じ絶対値で、方向が逆方向となるようにして、回転させる。このように、電圧指令ベクトルを生成することで、第１の巻線部８ａ，第２の巻線部８ｂに対して出力される３相の各相の電圧値を成分とする電圧ベクトルも、方向が異なることになる。これにより、２つの巻線部による回転磁界は相殺されてモータ８には出力トルクが発生せず、モータ８が回転しない状態を作り出せる。
【００４０】
以上の動作により、本実施の形態では、加熱運転モードにおいて、モータ８が回転しないような高周波電圧を印加する必要はなく、周波数に対する制約がなくなる。したがって、１つの巻線部を有するモータ８に高周波電圧を印加することで冷媒を加熱する場合に比べて、自由度を増した加熱運転を実現できる。
【００４１】
図示していないが、冷凍サイクル装置１００において、冷媒が滞留する状態すなわち寝込み状態を検出する寝込み検出手段を設ければ、寝込み検出手段により寝込み状態にあると判別された場合に、インバータ制御部１２は、加熱運転モードへ遷移する。寝込み検出手段は、冷凍サイクル装置１００内にあってもよく、冷凍サイクル装置１００外にあってもよい。
【００４２】
本実施の形態では、交流磁束が鎖交することで、モータ８の固定子側および回転子側の鉄の部位を誘導加熱することができる。これにより冷媒接触面増加および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。
【００４３】
モータ８はインダクタンス負荷（一般的にＬ負荷と称す）であるから、インピーダンスはωＬが支配的である。近年、地球環境への負荷軽減からモータの高効率化が進み、巻線抵抗の低いモータが主流になっている。巻線抵抗が低い場合、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り、インバータに流れる電流も大きくなり、インバータ損失が過大となる。
【００４４】
これに対し、本実施の形態のモータ８および電動機駆動装置１０１を用いると、印加する電圧における周波数の制約が無くなるため、モータ８のインピーダンスであるωＬを自在に可変でき、冷媒を加熱する加熱運転の自由度を向上できる。電流を少なくしてインバータ損失を控える場合は、ωに含まれる周波数項を高くすれば電流を抑制でき、一度に加熱をして冷媒をガス化したい場合には、周波数を低くして電圧を印加することで一気に冷媒を加熱できる。すなわち、冷媒に対する加熱量が多くなるにつれてインバータ１０およびインバータ１１から出力される電圧の周波数が低下するようにすればよい。
【００４５】
以上のように、本実施の形態では、モータ８に複数の巻線部を設け、加熱運転モードでは、巻線部ごとに方向が正反対の電圧を印加することで、回転トルクおよび振動が発生すること無く、交流電圧印加での誘導加熱によるモータ鉄損と、巻線に流れる電流にて発生する銅損、所謂ジュール熱とにより、効率よくモータ８の加熱をすることが可能となる。このモータ加熱により圧縮機１内に滞留する液冷媒が加熱されて気化し、圧縮機１外部へと漏出する。寝込み検出手段がこの冷媒漏出が行われたか否かを判別し、すなわち寝込み状態から正常状態への復帰を判別し、モータ加熱を終了することができる。
【００４６】
スクロール機構の圧縮機では、圧縮室の高圧リリーフが困難であるため液冷媒が入った場合に圧縮機構に過大なストレスが掛かり破損する恐れがある。本実施の形態によれば圧縮室内の効率の良い加熱が可能であり、破損の防止に対して有効である。
【００４７】
また、各巻線部へ印加する電圧の周波数を高くすればするほど、周波数による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小さくなり銅損は減るものの、その分、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いため、インバータの損失も小さくなり、より損失を低減した加熱が可能となる。
【００４８】
さらに、周波数１０ｋＨｚ、出力５０Ｗを超える加熱機器の場合、電波法百条による制約がある。本実施の形態では、各巻線部へ印加する電圧の周波数に制約がないため、周波数１０ｋＨｚ以下で加熱運転モードを実現することができる。また、各巻線部へ印加する電圧の周波数が１０ｋＨｚを超える場合でも、事前に５０Ｗを超えないよう電圧指令の振幅の調整し、流れる電流を検出して５０Ｗ以下となるようにフィードバックすることで、電波法を遵守した圧縮機の加熱が可能となる。
【００４９】
また、５０Ｗ以上加熱したい場合は、本実施の形態では、各巻線部へ印加する電圧の周波数に制約がないため、周波数を１０ｋＨｚ未満にして、モータ８を回転させることなく加熱することができるため、冷媒の加熱時間を短時間化できる。
【００５０】
さらに、各巻線部へ印加する電圧の周波数を１０ｋＨｚ未満にした場合、可聴域となり、騒音が発生する可能性がある。しかしながら、本実施の形態では、インバータが２台あるため、２台のインバータでのキャリア周波数の位相を反転させることで、キャリア周波数が合成されて、実質キャリア周波数を２倍にしたことと同義となるため、キャリア周波数を、実質の周波数の半分の周波数とすることができる。
【００５１】
図６は、インバータ１０およびインバータ１１でキャリア周波数の位相を反転させた例を示す図である。図６は、インバータ１０およびインバータ１１の加熱運転モードにおけるキャリアの一例を示しており、このように、インバータ１０およびインバータ１１で周波数を同一で位相を反転させる。図７は、図６に示したキャリア周波数が合成された一例を示す図である。図７に示すように、２つのキャリア周波数が合成されて、実質キャリア周波数を２倍にしたことと同義となり、更に加算された電流のピークは小さくなる。これにより、非可聴領域とされる１４ｋＨｚ以上の制約は、本実施の形態ではその半分すなわち７ｋＨｚ以上とすればよいことになる。また、キャリア周波数の合成により電流のピークが小さくなることから、音質レベルも小さくすることができる。上述したように、周波数が高くなると巻線インピーダンスが高くなり電流が減るが、本実施の形態では、実質的な周波数を非可聴域としつつ、巻線インピーダンスを低くすることができ、効率的な加熱を行うことができる。
【００５２】
さらに、通常の１つの巻線部を備えるモータにおいて高周波電圧により冷媒を加熱する場合には、２相のスイッチング素子を同時にスイッチングする２相スイッチングが発生する。２相スイッチングが発生すると、ノイズが大きくなり、スイッチング損失も大きくなる。これに対し、本実施の形態では、各インバータを通常のインバータ制御と同様に制御することができるため、２相スイッチングを行う必要がない。これにより、本実施の形態では、２相スイッチングを行う場合に比べて、ノイズを小さくし、スイッチング損失を小さくすることができる。
【００５３】
なお、図５の例では、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルを逆方向とする例を説明したが、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルは、モータ８が回転しないまたは回転したとしてもほとんど回転しないように生成されればよく、図５の例に限定さない。
【００５４】
図８，図９は、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルの一例を示す図である。図８に示した例では、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルを同一方向とした状態から、回転方向を互いに逆方向となるよう回転させている。図８に示した例では、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルを異なる方向とした状態から、回転方向を互いに逆方向となるよう回転させている。電動機駆動装置１００が、図８，図９に示したような電圧指令ベクトルを用いる場合にも、モータ８のトルクは逆方向に出力されるのでモータ８を回転させることなく、冷媒を加熱できる。なお、図５に示した例を用いると図８および図９に示した例を用いる場合に比べて、振動を少なくすることができる。加熱運転モードにおいて、２つのインバータに対応する電圧指令ベクトルは、一時的には方向は同一となることはあるが、ほとんどの場合において方向は異なっている。
【００５５】
また、モータが巻線部を３つ以上備える場合にも同様に、電動機駆動装置は、巻線部ごとにインバータを備え、加熱運転モードにおいて、各インバータの出力電圧に対応する電圧指令ベクトルをモータが回転しないようにそれぞれ生成すればよい。
【００５６】
次に、本実施の形態のインバータ制御部１２のハードウェア構成について説明する。インバータ制御部１２は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）ともいう）とを備える制御回路であってもよい。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等が該当する。
【００５７】
インバータ制御部１２が、専用のハードウェアで実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものである。
【００５８】
インバータ制御部１２がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１０に示す構成の制御回路２００である。図１０に示すように制御回路２００は、ＣＰＵであるプロセッサ２０１と、メモリ２０２とを備える。インバータ制御部１２が図１０に示すように制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２０１がメモリ２０２に記憶された、インバータ制御部１２の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
【００５９】
以上のように、本実施の形態では、２重構造モータ、すなわち２つの巻線部を備えるモータ８を用いて、加熱運転モードにおいて、２つのインバータの電圧指令ベクトルの向きが異なるようにした。このため、冷媒を加熱する加熱運転の自由度が増し、圧縮機仕様や設置時の配管の長さなどに応じてきめ細やかに加熱量を変化させることが可能となり、圧縮機の加熱を効率的に行うことができるとともに、圧縮機の信頼性を大幅に高めることができる。また、２相スイッチングを行う必要がないため、スイッチングノイズおよびスイッチング損失を抑制することができる。
【００６０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  圧縮機、２  四方弁、３  室外熱交換器、４  膨張弁、５  室内熱交換器、６  冷媒配管、７  圧縮機構、８  モータ、８ａ  第１の巻線部、８ｂ  第２の巻線部、１０，１１  インバータ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ  スイッチング素子、１２  インバータ制御部、１７，１８  電圧検出器、１３，１４，１５，１６  電流検出器、２０，２１  直流電源、２２，２３  平滑コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月19日(2018.7.19)
【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】
第１の巻線部および第２の巻線部を備え、前記第１の巻線部および前記第２の巻線部は、各々が、複数の相の相ごとに１つ以上のコイルを有し冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電動機、を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、
前記第１の巻線部の前記複数の相のそれぞれに第１の電力を出力する第１のインバータと、
前記第２の巻線部の前記複数の相のそれぞれに第２の電力を出力する第２のインバータと、
を備え、
冷媒を加熱するための加熱モードにおいて、前記複数の相に出力される前記第１の電力の電圧値成分と、前記複数の相に出力される前記第２の電力の電圧値成分と、は方向が異なる電動機駆動装置。
【請求項２】
前記加熱モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、方向が逆方向である請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記加熱モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、絶対値が同一である請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記冷媒に対する加熱量が多くなるにつれて前記第１のインバータおよび前記第２のインバータから出力される電圧の周波数が低下する請求項１、２または３に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
通常運転モードにおいて、前記第１のインバータに対応する電圧指令ベクトルと前記第２のインバータに対応する電圧指令ベクトルとは、方向が同一である請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記第１および第２のインバータを構成するスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素である請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の電動機駆動装置と、
前記電動機駆動装置により駆動される電動機を有する圧縮機と、
を備え、
前記電動機は、第１の巻線部および第２の巻線部を備え、前記第１の巻線部および前記第２の巻線部は、各々が、相ごとに１つ以上のコイルを有する冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項８に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電動機駆動装置は、冷媒を圧縮する圧縮機に用いられる電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、電動機は、第１の巻線部および第２の巻線部を備え、第１の巻線部および第２の巻線部は、各々が、複数の相の相ごとに１つ以上のコイルを有する。本発明にかかる電動機駆動装置は、第１の巻線部の複数の相のそれぞれに第１の電力を出力する第１のインバータと、第２の巻線部の複数の相のそれぞれに第２の電力を出力する第２のインバータと、を備える。本発明にかかる電動機駆動装置は、冷媒を加熱するための加熱モードにおいて、複数の相に出力される第１の電力の電圧値成分と、複数の相に出力される第２の電力の電圧値成分と、は方向が異なる。
【国際調査報告】
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