(57)【要約】  【課題】  空気調和機において、外気温度が低いときに、暖房能力を増加し、快適性の向上を図る。  【解決手段】  電動機１１１により回転される圧縮機１０１を有する冷凍サイクルと、電動機の運転周波数を可変して駆動し、交流電源を直流に変換するコンバータ回路２２２ａと直流／交流変換器であるインバータ回路２２１ａとを有するインバータ装置２１０と、を備えた空気調和機において、電動機を三相の交流電流で駆動するインバータ回路２２１ａと、インバータ回路の出力電流を検出し、三相から二相の電流成分に変換する三相−ｄｑ変換３０３と、を備え、三相−ｄｑ変換３０３で変換された二相の電流成分が所定量の位相差を持つように制御する。【選択図】  図３
2006250449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転される圧縮機を有する冷凍サイクルと、前記電動機の運転周波数を可変して駆動し、交流電源を直流に変換するコンバータ回路と直流／交流変換器であるインバータ回路とを有するインバータ装置と、を備えた空気調和機において、
前記電動機を三相の交流電流で駆動する前記インバータ回路と、
前記インバータ回路の出力電流を検出し、三相から二相の電流成分に変換する三相−ｄｑ変換と、
を備え、前記三相−ｄｑ変換で変換された二相の電流成分が所定量の位相差を持つように制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、冷房運転時には前記位相差が０となるようにして前記電動機に流れる電流が最小となるように制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記インバータ回路はパワー半導体により構成され、暖房運転時の前記電動機に流れる電流値を前記パワー半導体の最大電流となるようにすることを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、暖房運転時に増加させたい能力値の情報を前記インバータ回路へ送信し、該能力値の情報に基づいて前記電動機に流れる電流を制御することを特徴とする空気調和機。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記コンバータ回路はパワー半導体によって、アクティブ回路で構成されることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転数が可変可能な圧縮機モ−タを搭載する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機において、圧縮機が冷えると冷媒の中に潤滑油が溶け込んでしまい、そのまま運転を始めると圧縮機の寿命に悪影響を及ぼすため、圧縮機を暖める手段としてクランクケースヒータを備えることが知られている。また、インバータによりモータを回転させることなく、圧縮機内の電動機の巻線に直流電流を流すことで巻線を発熱させ、圧縮機を停止させたまま暖めることが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、暖房時の立ち上がりを向上するために、停止中の圧縮機を暖めるものであり、特に低外気温度では充分でなく、圧縮機の運転中は暖房効率が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、空気調和機の運転時、特に暖房能力が必要となる外気温度が低いときに、暖房能力を増加し、快適性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、電動機により回転される圧縮機を有する冷凍サイクルと、前記電動機の運転周波数を可変して駆動し、交流電源を直流に変換するコンバータ回路と直流／交流変換器であるインバータ回路とを有するインバータ装置と、を備えた空気調和機において、前記電動機を三相の交流電流で駆動する前記インバータ回路と、前記インバータ回路の出力電流を検出し、三相から二相の電流成分に変換する三相−ｄｑ変換と、を備え、前記三相−ｄｑ変換で変換された二相の電流成分が所定量の位相差を持つように制御するものである。
【０００７】
また、上記のものにおいて、冷房運転時には前記位相差が０となるようにして前記電動機に流れる電流が最小となるように制御することが望ましい。  
さらに、上記のものにおいて、前記インバータ回路はパワー半導体により構成され、暖房運転時の前記電動機に流れる電流値を前記パワー半導体の最大電流となるようにすることが望ましい。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、暖房運転時に増加させたい能力値の情報を前記インバータ回路へ送信し、該能力値の情報に基づいて前記電動機に流れる電流を制御することが望ましい。  
さらに、上記のものにおいて、前記コンバータ回路はパワー半導体によって、アクティブ回路で構成されることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮機の電動機に流れる電流が最小となる電流位相に対し、所定量位相を保つように制御するので、圧縮機の温度を上昇させ、暖房能力を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明の一実施の形態を説明する。  
【実施例１】
【００１１】
図１は、一実施の形態による冷凍装置の冷凍サイクル系統図であり、圧縮機１０１、室内熱交換器１０２、室内膨張弁１０４、室外熱交換器１０５、アキュ−ムレ−タ１０７を順次連結して冷媒を循環させ冷凍サイクルを形成している。室内を冷房する場合、圧縮機１０１で圧縮された冷媒は、室外熱交換器１０５で凝縮して液化した後、室内膨張弁１０４で減圧し、室内熱交換器１０２で蒸発して圧縮機１０１に戻る。室内送風機用電動機１０３は室内機１０９の熱交換を促進し、室外送風機用電動機１０６は室外機１０８の熱交換を促進する。
【００１２】
圧縮機１０１は、冷凍サイクルに必要とされる能力に関連して運転周波数を可変制御される電動機１１１により駆動され、運転周波数はインバータ装置２１０により制御される。  
冷凍サイクルは、圧縮機１０１の回転数以外に冷媒流量を調整する室内膨脹弁１０４、あるいは室外膨脹弁（図示せず）の開度、室内送風機用電動機１０３及び室外送風機用電動機１０６の回転数、冷房／暖房の運転モードを切り換える四方弁（図示せず）などが制御され、そのための情報として運転モード、温度設定などを行うリモコンによる操作指令信号、各部の温度（圧縮機の吐出ガス温度、外気温度、熱交換器温度、蒸発温度、吸込温度、吹出温度、凍結温度、ガス管温度など）及び圧力（圧縮機の吸入圧力、吐出圧力）を検出した信号などがサイクル制御基板２５４へ入力される。
【００１３】
また、インタ−フェイス用コネクタ２４２を介してサイクル制御基板２５４から出力されたインバ−タ要求周波数が入力されると共に、インバ−タ装置２１０からサイクル制御基板２５４へ運転周波数及び電動機運転電流を出力する。
【００１４】
さらに、サイクル制御基板２５４へ入力される検出信号及び指令信号はインタ−フェイス用コネクタ２４２を介してマイクロコンピュータ２３１へ入力されることにより、冷凍サイクルの制御をインバ−タ装置２１０にて行い、各種制御機構（室外膨脹弁、室外送風機用電動機１０６、冷房／暖房の運転モードを切り換える四方弁）が制御される。これにより、冷凍サイクル全体としての制御回路を簡略化して配線等も少なくなり、小型化することができる。
【００１５】
図２は、インバータ装置２１０のブロック図を示し、交流電源２５０からの交流電圧を直流にするコンバータ２２２ａと直流／交流変換器であるインバータ２２１ａとを構成するパワー半導体と、インバ−タパワ−半導体に流れる直流電流を検出するシャント抵抗２２５が実装され、実装面の反対面に銅製またはアルミ製の放熱フィンが密着される第１の基板（金属基板）２２０を有する。そして、マイクロコンピュータ（マイコン）２３１と、シャント抵抗２２５にて検出した検出値を処理する電流検出回路２３４と、インバ−タパワ−半導体をスイッチング動作させるドライバ回路２３２と、サイクル制御基板２３４との通信をする通信回路２４１と、マイクロコンピュータ（マイコン）２３１及び電流検出回路２３４、ドライバ回路２３２、通信回路２４１とに制御電源を供給する電源回路２３３が実装された第２の基板（制御基板）２３０を設けている。
【００１６】
交流電源２５０からの交流電圧はコンバータ２２２ａ（複数の整流素子２２２がブリッジ結線）で直流にされ、直流／交流変換器であるインバータ２２１ａ（スイッチング素子２２１が三相ブリッジ結線された電力変換手段）がマイクロコンピュータ２３１で交流周波数として制御され、電動機１１１が駆動される。  
コンバータ２２２ａにおいて、交流電圧は、複数の整流素子２２２にて整流され、圧縮機１０１を運転または停止するマグネットスイッチ２５３、力率改善用リアクトル２５２を介し、平滑用コンデンサ２５１に至る。  
また、コンバータ２２２ａは、パワー半導体によって、アクティブ回路で構成しても良く、この場合は高調波ノイズを低減し、小型化するうえでは有利である。  
また、電源投入時などに閉路するマグネットスイッチ２５３は、電解コンデンサ２５１に流れる過大な突入電流で溶着する恐れがあるので、マグネットスイッチ２５３と並列に突入抑制抵抗２４４を設けて過大電流の発生を防いでいる。
【００１７】
インバータ２２１ａではスイッチング素子２２１がスイッチング時に発生する電動機１１１から発生する逆起電力を回生するためにスイッチング素子２２１と併設してフライホイール素子２２３が設けられ、共に第１の基板２２０に実装される。  
電動機１１１に供給される電流は、シャント抵抗２２５にてインバ−タパワ−半導体に流れる直流電流として検出され、電流検出回路２３４にて増幅されてマイクロコンピュータ２３１に取り込まれ、マイクロコンピュータ２３１にて電動機に出力している交流電流を再現して監視される。
【００１８】
マイクロコンピュータ２３１とスイッチング素子２２１との間にはマイクロコンピュータ２３１からの微弱な信号にてスイッチング素子２２１を駆動できるレベルまで増幅するドライバ回路２３２が設けられる。  
通信回路２４１はサイクル制御基板２３４からの信号が入力されるインタフェイス用コネクタ２４２と、入力された信号をマイクロコンピュータ２３１へ光信号により伝達するフォトカプラ２４３とから構成され、電気的隔離が得られた状態で送受信される。
【００１９】
第１の基板２２０において、コンバータ２２２ａで生成された直流の一部は、電源回路２３３でインバータ２２１ａにて使用される高電圧から５Ｖまたは１５Ｖ等の制御電源に調整されてマイクロコンピュータ（マイコン）２３１及び電流検出回路２３４、ドライバ回路２３２、通信回路２４１に供給される。  
また、第２の基板（制御基板）２３０に圧縮機の運転周波数を可変及び固定できる周波数切替スイッチ２３５を設けることで、運転周波数に対する性能評価が可能である。
【００２０】
第２の基板（制御基板）２３０に不揮発メモリを配置し、シャント抵抗２２５を第１の基板（金属基板）２２０に実装した場合の検出ゲイン（所定の電流をシャント抵抗２２５に流した際に、電流検出回路２３４を介してマイクロコンピュータ２３１に取り込まれた検出値と、０Ａをシャント抵抗２２５に流した際に、電流検出回路２３４を介してマイクロコンピュータ２３１に取り込まれた検出値とを結んだ直線の傾き）のデ−タを不揮発メモリに記憶保持し、保持した値に基づいて、シャント抵抗２２５及び電流検出回路２３４での検出バラツキを抑制する。
【００２１】
図３は、インバータ制御のブロック図を示し、インバータ２２１ａの出力電流３０２を検出し、三相からｄｑ二相変換３０３によりＩｄｃ（３０４）、Ｉｑｃ（３０５）の電流成分とし、Ｉｑｃ（３０５）にゲイン３０６を掛けてＩｑ＊（３０１）を算出する。また、周波数指令ωｒ＊（３０７）に対し、電動機の極数変換ゲイン３０８を掛けて速度指令ω１＊（３０９）を算出する。
【００２２】
つぎに、Ｉｄｃ（３０４）とＩｑ＊（３０１）とω１＊（３０９）とＩｄ＊（３００）を用いて電圧指令演算３１０を行い、電圧指令Ｖｄｃ＊（３１１）、Ｖｑｃ＊（３１２）を求め、これをｄｑ二相から三相変換３１３により各相の電圧指令を求める。そして、各相の電圧指令をＰＷＭ変換３１４して、インバータのスイッチング素子２１１ａ６素子を駆動し、電動機１１１を回転させる。インバータ出力電流３０２は電動機１１１の回転によって発生する。
【００２３】
図４は電動機に流れる電流が最小となるようにする場合のｄ軸（無効電流）とｑ軸（有効電流）の関係を示し、電圧指令演算３１０に入力されるＩｄ＊（３００）は、電動機を効率良く運転するために電流位相が通常０となるようにしている。それに対して、本実施例では圧縮機の運転中に所定量の電流位相を与えるため、図５に示すように、Ｉｄ＊（３００）にマイナスの電流値を与え、インバータ出力電流３０２の電流値を大きくしている。これにより、電動機１１１の鉄損及び銅損が増加し、発熱するため、圧縮機１０１の温度を上昇させることができる。そして、圧縮機１０１の温度が上昇すれば図６に示すように暖房能力を増加することができる。
【００２４】
つまり、図６のモリエル線図において、空気調和機の冷凍サイクルは、圧縮３２０、凝縮３２１、膨張３２２、蒸発３２３を繰り返し、暖房能力は凝縮３２１の横軸の長さで示され、長いほど暖房能力が高い。そこで、圧縮機１０１の温度が上昇することから圧縮３２０の工程が右にずれることになり、暖房能力を表す凝縮３２１が右にその分長くなり、暖房能力増加３２４が得られる。
【００２５】
また、上位制御基板からインバータ装置２１０へ通信することにより冷房運転、暖房運転の違いを知らせ、冷房運転時には電動機に流れる電流が最小となるように制御し、暖房運転時には電動機に流れる電流を増やすように制御する。これにより、外気温度が低い場合などのように暖房能力が不足するおそれがあるときに、暖房能力が増加し、能力が暖房に比べて出易い冷房運転では効率の良い運転とすることができる。
【００２６】
さらに、暖房運転時の電動機に流れる電流を、インバータを構成するパワー半導体の最大電流となるようにすれば、パワー半導体の大きさを不必要に大きくすることなく、価格、小型化等の点で有利となる。さらに、上位制御基板から暖房運転時に増加させたい能力をインバータ装置２１０へ通信すれば、電動機に流れる電流をこの情報により制御することとなり、必要に応じて能力可変範囲の広いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態による冷凍装置の冷凍サイクル図。
【図２】本発明の一実施の形態によるインバ−タ装置のブロック図。
【図３】本発明の一実施の形態によるインバ−タ制御のブロック図。
【図４】電動機に流れる電流を最小とした場合のｄ軸（無効電流）とｑ軸（有効電流）の関係を示すグラフ。
【図５】電動機に所定量の電流位相を与えた場合のｄ軸（無効電流）とｑ軸（有効電流）の関係を示すグラフ。
【図６】本発明の一実施の形態により暖房能力が増加することを説明するモリエル線図。
【符号の説明】
【００２８】
101…圧縮機、102…室内熱交換器、104…室内膨張弁、105…室外熱交換器、108…室外機、109…室内機、111…電動機、210…インバータ装置、220…第１の基板、221…スイッチング素子、221a…インバータ、222…整流素子、222a…コンバータ、223…フライホイ−ル素子、224…リードピン、225…シャント抵抗、231…マイクロコンピュータ、232…ドライバ回路、233…電源回路、234…電流検出回路、235…周波数切替スイッチ、236…不揮発メモリ、241…通信回路、242…インタ−フェイス用コネクタ、243…フォトカプラ、250…三相交流電源、300…ｄ軸電流指令、301…ｑ軸電流指令、302…インバータ出力電流、303…三相−ｄｑ変換、304…ｄ軸電流（推定）、305…ｑ軸電流（推定）、306…一次遅れゲイン、307…周波数指令、308…極数変換ゲイン、309…速度指令、310…電圧指令演算、311…ｄ軸電圧指令、312…ｑ軸電圧指令、313…ｄｑ−三相変換、314…ＰＷＭ変換、320…圧縮、321…凝縮、322…膨張、323…蒸発、324…暖房能力増加分。
【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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