(57)【要約】圧縮機３と、圧縮機３を駆動するインバータ２と、インバータ２を出力過電流から保護するための過電流保護装置とを備える。周囲温度に応じて変化する温度特性を有する過電流保護装置の作動電流値に対してインバータ２の入力電流が越えないように、制御部６は、温度センサ７により検出された周囲温度に基づいて圧縮機３の起動時のインバータ２の出力電圧を制御する。これにより、起動負荷が増大する低温起動時に、過電流保護装置を作動させることなくインバータ出力電圧を高くすることにより起動トルクを増大させることができる圧縮機ユニットおよびそれを用いた冷凍機を提供する。
2003085265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３）と、上記圧縮機（３）を駆動するインバータ（２）と、上記インバータ（２）を出力過電流から保護するための過電流保護装置とを備えた圧縮機ユニットにおいて、
上記過電流保護装置の作動電流値は、周囲温度に応じて変化する温度特性を有すると共に、
周囲温度を検出する温度センサ（７）と、
上記温度センサ（７）により検出された周囲温度に基づいて、上記圧縮機（３）の起動時の上記インバータ（２）の出力電圧を制御する制御部（６）とを備えたことを特徴とする圧縮機ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機ユニットにおいて、
上記制御部（６）は、上記インバータ（２）の出力電流または入力電流が、上記温度センサ（７）により検出された周囲温度における上記過電流保護装置の作動電流値未満かつその作動電流値近傍になるように、上記温度センサ（７）により検出された周囲温度に基づいて起動時のインバータ出力電圧を決定することを特徴とする圧縮機ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧縮機ユニットにおいて、
上記過電流保護装置の作動電流値は、上記周囲温度が低いほど大きくなり、上記周囲温度が高いほど小さくなる温度特性を有し、
上記制御部（６）は、上記温度センサ（７）により検出された周囲温度が低いほど起動時のインバータ出力電圧が高くなるように、かつ、上記温度センサ（７）により検出された周囲温度が高いほど起動時のインバータ出力電圧が低くなるように、上記温度センサ（７）により検出された周囲温度に基づいて起動時のインバータ出力電圧を決定することを特徴とする圧縮機ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧縮機ユニットを用いたことを特徴とする冷凍機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、圧縮機ユニットおよびそれを用いた冷凍機に関する。
背景技術
従来、圧縮機ユニットとしては、冷媒回路を備えた冷凍機に用いられるものがある。この圧縮機ユニットは、圧縮機と、その圧縮機を駆動するインバータと、上記インバータを出力過電流から保護するための過電流保護装置とを備えている。上記圧縮機の起動時、インバータ出力電圧は、過電流保護装置の作動電流値に合わせて設定される。すなわち、インバータ出力電流が過電流保護装置の作動電流値を越えず、かつ、最も大きい起動トルクが得られるように、インバータ出力電圧が設定されるのである。ところが、上記過電流保護装置は、図６に示すように、周囲温度が高いときは作動電流値が小さくなり、周囲温度が低いときは作動電流値が大きくなるという特性を有しているため、周囲温度が低いときに起動した場合、インバータ出力電圧を上げて起動トルクを増大できる余地があるにも関わらず、インバータ出力電圧を上げることができないという問題がある。特に、圧縮機の低温起動時は、圧縮機内のオイル粘度の増大や液冷媒溜りなどによって負荷が増大するため、起動トルクは大きいほどよい。
発明の開示
そこで、この発明の目的は、起動負荷が増大する低温起動時に、過電流保護装置を作動させることなくインバータ出力電圧を高くすることにより起動トルクを増大させることができる圧縮機ユニットおよびそれを用いた冷凍機を提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明の圧縮機ユニットは、圧縮機と、上記圧縮機を駆動するインバータと、上記インバータを出力過電流から保護するための過電流保護装置とを備えた圧縮機ユニットにおいて、上記過電流保護装置の作動電流値は、周囲温度に応じて変化する温度特性を有すると共に、周囲温度を検出する温度センサと、上記温度センサにより検出された周囲温度に基づいて、上記圧縮機の起動時の上記インバータの出力電圧を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。
上記構成の圧縮機ユニットによれば、上記過電流保護装置の作動電流値が周囲温度に応じて変化する温度特性を有する場合に、例えば、その作動電流値の比較対象となるインバータの出力電流または入力電流が周囲温度毎の作動電流値を越えないインバータ出力電圧で圧縮機を起動することによって、起動負荷が増大する低温起動時に、過電流保護装置を作動させることなくインバータ出力電圧を高くすることができ、起動トルクを増大させて圧縮機の起動を容易にすることができる。
また、一実施形態の圧縮機ユニットは、上記制御部は、上記インバータの出力電流または入力電流が、上記温度センサにより検出された周囲温度における上記過電流保護装置の作動電流値未満かつその作動電流値近傍になるように、上記温度センサにより検出された周囲温度に基づいて起動時のインバータ出力電圧を決定することを特徴としている。
上記実施形態の圧縮機ユニットによれば、上記インバータの出力電流または入力電流が、上記温度センサにより検出された周囲温度における上記過電流保護装置の作動電流値未満かつその作動電流値近傍になるインバータ出力電圧を上記温度センサにより検出された周囲温度に基づいて決定するので、上記過電流保護装置の作動電流値の温度特性に応じてできる限り起動時のインバータ出力電圧を高くできる。
また、一実施形態の圧縮機ユニットは、上記過電流保護装置の作動電流値は、上記周囲温度が低いほど大きくなり、上記周囲温度が高いほど小さくなる温度特性を有し、上記制御部は、上記温度センサにより検出された周囲温度が低いほど起動時のインバータ出力電圧が高くなるように、かつ、上記温度センサにより検出された周囲温度が高いほど起動時のインバータ出力電圧が低くなるように、上記温度センサにより検出された周囲温度に基づいて起動時のインバータ出力電圧を決定することを特徴としている。
上記実施形態の圧縮機ユニットによれば、上記周囲温度が低いほど上記過電流保護装置の作動電流値が大きくなり、上記周囲温度が高いほど上記過電流保護装置の作動電流値が小さくなる場合に、上記温度センサにより検出された周囲温度が低いほど起動時のインバータ出力電圧が高くなるように、かつ、上記温度センサにより検出された周囲温度が高いほど起動時のインバータ出力電圧が低くなるようにすることによって、上記過電流保護装置の作動電流値の温度特性に応じてできる限り起動時のインバータ出力電圧を高くできる。
また、この発明の冷凍機は、上記圧縮機ユニットを用いたことを特徴としている。
上記構成の冷凍機によれば、起動負荷が増大する低温起動時に、過電流保護装置を作動させることなくインバータ出力電圧を高くすることができ、起動トルクを増大させて圧縮機を容易に起動できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明の圧縮機ユニットおよびそれを用いた冷凍機を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の一形態の空気調和機に用いられる圧縮機ユニットの概略構成図であり、この圧縮機ユニットは、交流電源（図示せず）が接続された整流回路１と、上記整流回路１からの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ２と、上記インバータ２からの出力電圧により駆動される圧縮機３とを備えている。上記整流回路１の正極側出力端子をインバータ２の一方の入力端子に接続し、整流回路１の負極側出力端子を電流シャント抵抗４を介してインバータ２の他方の入力端子に接続している。上記整流回路１の両出力端子間に平滑コンデンサＣを接続している。また、上記電流シャント抵抗４のインバータ２側の一端をフォトカプラ５の一方の入力端子（内蔵発光ダイオードのアノード側）に抵抗Ｒ１を介して接続し、電流シャント抵抗４の整流回路１側の他端をフォトカプラ５の他方の入力端子（内蔵発光ダイオードのカソード側）に接続している。上記フォトカプラ５の両入力端子間に抵抗Ｒ２を接続している。さらに、上記フォトカプラ５の一方の出力端子（内蔵出力トランジスタのコレクタ側）を制御部６の入力端子に抵抗Ｒ３を介して接続し、フォトカプラ５の他方の出力端子（内蔵出力トランジスタのエミッタ側）をグランドに接続している。上記制御部６の入力端子に周囲温度を検出する温度センサ７を接続している。
また、上記制御部６は、マイクロコンピュータと入出力回路等からなり、インバータ２の出力電圧を制御する。上記シャント抵抗４，フォトカプラ５，抵抗Ｒ１〜Ｒ４で過電流保護装置を構成している。上記インバータ２により圧縮機３を運転中にインバータ２の入力電流が所定電流よりも増大すると、電流シャント抵抗４の両端電圧が高くなり、フォトカプラ５がオンすることによって、過電流保護装置が作動したことを制御部２に知らせる。そして、過電流保護装置が動作すると制御部２は、インバータ２の出力電圧をオフするかまたは低下させることによって、インバータ２が出力過電流により損傷するのを防止する。なお、上記構成の過電流保護装置では、フォトカプラ５の温度特性により作動電流値がばらつき、図６に示すように、周囲温度が低いほど作動電流値が大きく周囲温度が高いほど作動電流値が小さい温度特性となる。
上記構成の圧縮機ユニットにおいて、圧縮機３の起動時、図２のフローチャートに従って制御部６が動作してインバータ２の出力電圧を制御する。図２において、まず、処理がスタートすると、ステップＳ１で温度センサ７により周囲温度を検出する。次に、ステップＳ２に進み、上記温度センサ７により検出された周囲温度に応じてインバータ２の出力電圧を選択する。そして、ステップＳ３に進み、ステップＳ２で選択された出力電圧をインバータ２から出力させて圧縮機３を駆動する。
ここで、上記温度センサ７により検出する周囲温度は、電装品（図示せず）の温度を検出するのが好ましいが、外気温度、圧縮機３の吐出管温度、熱交換器温度または放熱フィン（インバータのパワートランジスタ用）の温度などでもよい。
また、ステップＳ２におけるインバータ２の出力電圧の選択には、過電流保護装置の作動電流値の温度特性（図６に示す）に基づいて、作動電流値を下回るインバータ出力電圧を周囲温度毎に予め決定しておく。すなわち、インバータ出力電圧と周囲温度との関係が過電流保護装置の作動電流値の温度特性と同様の関係になるようにするのである。例えば、図３Ａに示すように、インバータ出力電圧と周囲温度との関係を示す曲線に近似する１次式で表された直線の特性になるようにインバータ出力電圧を決定してもよいし、図３Ｂに示すように、ある温度範囲毎にインバータ出力電圧を決定してもよい。このようにして、上記インバータ２の入力電流が、温度センサ７により検出された周囲温度における過電流保護装置の作動電流値未満かつその作動電流値近傍になるように、起動時のインバータ出力電圧を決定する。
また、上記のように決定されたインバータ出力電圧を圧縮機３の起動時にそのまま出力してもよいが、図４に示すように、決定されたインバータ出力電圧よりもさらに低い電圧から徐々に上昇させてもよい。上記圧縮機３の起動時の最初の電圧を出力する時間は、圧縮機３内のモータが回転するまでの時間であるから、１００ｍｓｅｃ程度の短時間でよいが、状況に応じて長くすることは、低温起動時のオイル粘度増や液冷媒溜りに対応する上で有効となる。
また、上記圧縮機３内のモータに誘導電動機を使用している場合、インバータ出力電圧と運転周波数はリニアな関係の特性（以下、ＶＦ特性という）となり、そのＶＦ特性に従ってインバータ出力電圧が決定される。最初のインバータ出力電圧を周囲温度に応じて変化させると、上記ＶＦ特性との間にずれが生じるが、図５に示すように、起動時の周波数ｆ１におけるインバータ出力電圧が周囲温度によってａ，ｂ，ｃと変化する場合、上記ＶＦ特性を周波数ｆ２（圧縮機３の運転領域外）におけるインバータ出力電圧ｄと、周波数ｆ１におけるインバータ出力電圧ａ，ｂ，ｃを結ぶ線に切り換える。これにより、最初の周囲温度に応じて変化させたインバータ出力電圧と上記ＶＦ特性との間に生じるずれを解決する。
上記実施の形態では、冷凍機としての空気調和機に用いた圧縮機ユニットについて説明したが、空気調和機に限らず他の冷凍機にこの発明の圧縮機ユニットを用いてもよい。
また、上記実施の形態において、シャント抵抗４により検出されるインバータ入力電流はパルス波形であり、３相交流電圧出力のインバータ２から圧縮機３に流れるインバータ出力電流は交流波形となるが、このインバータ出力電流のピーク値は、シャント抵抗４により検出されるパルス波形のインバータ入力電流のピーク値と略同じになる。この原理的に基づいて、シャント抵抗４によりモータ電流のピーク値を読み取ることができる。
また、上記実施の形態では、シャント抵抗４をインバータ２の負極側に設けたが、インバータの正極側に設けてインバータ入力電流を検出するようにしてもよい。また、上記シャント抵抗４，フォトカプラ５，抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成された過電流保護装置を用いたが、過電流保護装置はこれに限らず、他の構成の過電流保護装置や作動電流値の温度特性が異なる過電流保護装置を用いてもよい。さらに、上記実施の形態では、シャント抵抗４により検出されたインバータ２の入力電流で過電流保護を行ったが、インバータの出力側に電流検出手段を設けて、その電流検出手段により検出されたインバータ出力電流で過電流保護を行ってもよい。この実施形態では、インバータの正極側での電流計測は、電流値のドリフト（ふらつき）が大きくなり、また、インバータの出力側での電流計測は、検出回路が複雑になるため、負極側で検出している。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施の一形態の圧縮機ユニットの概略構成図である。
図２は上記圧縮機ユニットの制御部の動作を説明するフローチャートである。
図３Ａ，図３Ｂは圧縮機の起動時のインバータ出力電圧を決定するための周囲温度とインバータ出力との関係を示す図である。
図４は起動時における初期のインバータ出力電圧の時間変化を示す図である。
図５は運転周波数とインバータ出力電圧との関係を示す図である。
図６は過電流保護装置の作動電流値の温度特性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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