(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極位置センサを用いないセンサレスベクトル制御が可能なモータが備えられた圧縮機を有するヒートポンプ装置であって、
前記モータに流れる電流を検出するＡＣＣＴと、
前記モータに電圧を印加するインバータ部と、
前記インバータ部へ駆動信号を出力す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ＡＣＣＴが検出した電流に基づいて前記インバータ制御部内で使用する電流値を算出する電流演算部と、
前記電流演算部からの信号に基づいて電圧指令値を算出する第１の演算部と、
前記電圧指令値に基づいて前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記モータの回転数または負荷を演算する第２の演算部と、
高周波ノイズを除去する複数のフィルタ回路を有し、前記モータの回転速度または負荷の高低に応じて前記フィルタ回路の切り換えを行うフィルタ機能付検出回路と、を備え、
前記ＡＣＣＴは、前記ＡＣＣＴの二次側に並列に二次側抵抗が接続可能に構成され、前記二次側抵抗は、抵抗値の異なる２つの抵抗である第１の抵抗及び前記第１の抵抗よりも抵抗値の低い第２の抵抗であり、前記ＡＣＣＴは、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗のうちのいずれかを切り換えて接続可能であり、
前記フィルタ機能付検出回路に具備される複数の前記フィルタ回路のうちの第１のフィルタ回路は、前記第１の抵抗の後段において前記第１の抵抗に並列に接続され、複数の前記フィルタ回路のうちの第２のフィルタ回路は、前記第２の抵抗の後段において前記第２の抵抗に並列に接続され、前記第２の抵抗により検出される出力を増幅するものであり、
前記第２の演算部は、前記モータの回転数または負荷が設定値以下であるか否かに応じて、前記フィルタ回路及び前記二次側抵抗の切り換えを行い、前記モータの回転数または負荷が設定値以下の場合には、前記二次側抵抗を前記第２の抵抗に切り換えて前記第２のフィルタ回路を動作させるヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記フィルタ機能付検出回路のフィルタ回路は、前記ＡＣＣＴからの信号の高周波ノイズを除去または低減するデジタルフィルタまたはアナログフィルタである請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記インバータ部に備えられたスイッチング素子のうち、少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体で形成されている請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータ部に備えられたスイッチング素子を構成するダイオードが、ワイドバンドギャップ半導体で形成されている請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、
炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項３または請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置を備える空気調和機。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置を備える冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を用いたヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ装置の圧縮機においては、圧縮機に備えられた永久磁石同期モータの磁極位置をセンサレスで制御するに際して、一般的にベクトル制御が用いられている。ベクトル制御では、モータの電流をｄ軸成分とｑ軸成分に分離し、ロータの位置に応じた最適な電流値を算出し、トルク変動の少ない高効率な制御ができる。【０００３】
このようなベクトル制御を行うためにはロータの磁極位置を把握することを要する。磁極位置センサを用いない高速用センサレスベクトル制御では、モータに流れる電流（モータ電流）値により磁極位置を推定する。すなわち、モータ電流を電流センサにより検出し、検出した電流を励磁電流（ｄ軸電流Ｉｄ）とトルク電流（ｑ軸電流Ｉｑ）とに分離して磁極位置の推定を行う。【０００４】
実際のベクトル制御では、ロータの磁極位置が実角度θｄの回転位置となるｄ−ｑ回転座標系に対して、制御系にて推定角度θｄｃとなるｄｃ−ｑｃ回転座標系を仮定し、それらの軸誤差Δθを推定演算する。そして、この軸誤差Δθをゼロにするようにインバータの電圧指令値をフィードバック修正することにより、実際の磁極位置と制御上の磁極位置を一致させるように制御している。【０００５】
このようなベクトル制御によれば、モータを駆動する電流の大きさ及び位相をモータの回転速度（回転数）または負荷の高低に応じてインバータによって理想的に制御し、高トルク・高応答・高性能・高精度に制御することができる。しかし、モータに流れる電流を利用できない起動時にはセンサレスベクトル制御は利用できない。そこで、起動から低速運転までの区間と低速運転を超える区間とで制御方式を切り替える方式などが検討されている。例えば、特許文献１には、起動時から低速動作時には磁極位置検出が不要なＶ／Ｆ一定制御を行い、所定の回転速度（回転数）または負荷を超えて高速動作する時には予め設定しておいた初期の磁極位置を用いてベクトル制御に移行する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４８８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モータが低回転速度（小回転数）で運転する場合または低負荷状態である場合には、モータ電流（トルク電流成分と界磁電流成分の総和）も小さくなる。そのため、モータ電流を検出する電流センサの出力の起磁力が弱まり、出力波形に歪みが生じ、または検出したモータ電流の位相が実電流の位相に対して進んでしまう。また、電流センサからの信号を検出する検出回路においても、検出電流が小さいことで部品の較差などによる検出誤差が拡大する。マイコンへと入力されるこれらの出力波形が実際の出力波形に対して歪むこと、また位相が進むことは、磁極位置の推定を失敗させて脱調を引き起こし、モータを強制停止させてしまう。【０００８】
モータ電流が小さい場合であっても十分な起磁力を得るには、変圧器の巻数を増加させればよいが、コストの増加を招いてしまう。従って、従来の技術によれば、コスト増加を抑制しつつ、低速（または低負荷）時にセンサレスベクトル制御を良好に行うことは困難であった。【０００９】
なお、特許文献１に開示された技術によれば、Ｖ／Ｆ一定制御とベクトル制御を使い分けることはできるが、モータが低回転速度（小回転数）で運転する場合または低負荷状態である場合にセンサレスベクトル制御を行うことは困難である。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コスト増加を抑制しつつ、低回転速度（小回転数）または低負荷であっても、正確な電流検出を行うことによりセンサレスベクトル制御が可能なヒートポンプ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】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、磁極位置センサを用いないセンサレスベクトル制御が可能なモータが備えられた圧縮機を有するヒートポンプ装置であって、前記モータに流れる電流を検出するＡＣＣＴと、前記モータに電圧を印加するインバータ部と、前記インバータ部へ駆動信号を出力す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ＡＣＣＴが検出した電流に基づいて前記インバータ制御部内で使用する電流値を算出する電流演算部と、前記電流演算部からの信号に基づいて電圧指令値を算出する第１の演算部と、前記電圧指令値に基づいて前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記モータの回転数または負荷を演算する第２の演算部と、高周波ノイズを除去する複数のフィルタ回路を有し、前記モータの回転速度または負荷の高低に応じて前記フィルタ回路の切り換えを行うフィルタ機能付検出回路と、を備え、前記ＡＣＣＴは、前記ＡＣＣＴの二次側に並列に二次側抵抗が接続可能に構成され、前記二次側抵抗は、抵抗値の異なる２つの抵抗である第１の抵抗及び前記第１の抵抗よりも抵抗値の低い第２の抵抗であり、前記ＡＣＣＴは、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗のうちのいずれかを切り換えて接続可能であり、前記フィルタ機能付検出回路に具備される複数の前記フィルタ回路のうちの第１のフィルタ回路は、前記第１の抵抗の後段において前記第１の抵抗に並列に接続され、複数の前記フィルタ回路のうちの第２のフィルタ回路は、前記第２の抵抗の後段において前記第２の抵抗に並列に接続され、前記第２の抵抗により検出される出力を増幅するものであり、前記第２の演算部は、前記モータの回転数または負荷が設定値以下であるか否かに応じて、前記フィルタ回路及び前記二次側抵抗の切り換えを行い、前記モータの回転数または負荷が設定値以下の場合には、前記二次側抵抗を前記第２の抵抗に切り換えて前記第２のフィルタ回路を動作させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コスト増加を抑制しつつ、低回転速度（小回転数）または低負荷においても、正確な電流検出を行うことによりセンサレスベクトル制御が可能なモータが備えられた圧縮機を有するヒートポンプ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】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置の一構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置の一部を成すインバータ部、インバータ制御部及び圧縮機の一構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係るモータが低回転速度（小回転数）または低負荷である場合におけるモータ電流波形と電流センサ（ＡＣＣＴ）の出力波形の関係を示す比較図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る、検出回路抵抗値１ｋΩ時のモータ電流の波形と検出回路出力の波形を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る、検出回路抵抗値１０Ω時のモータ電流の波形と検出回路出力の波形を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る回転数または負荷演算部の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態１に係る、電流センサと周辺回路の一構成例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係るＳｉデバイスとＳｉＣデバイスの耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。
【図９−１】図９−１は、暖房運転時の実施の形態３に係るヒートポンプ装置を備えた機器の構成例を示す図である。
【図９−２】図９−２は、冷房運転時の実施の形態３に係るヒートポンプ装置を備えた機器の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る図９−１及び図９−２に示したヒートポンプ装置の冷媒についてのモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかるヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機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。
【００１５】
実施の形態１．
本実施の形態では、本発明のヒートポンプ装置の構成及び動作について図１乃至図６を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態のヒートポンプ装置の一構成例であるヒートポンプ装置１００を示す図である。図１に示すヒートポンプ装置１００は、冷凍サイクル部２０と、インバータ部９と、インバータ制御部１０と、を備える。ヒートポンプ装置１００は、例えば、空気調和機または冷凍機に適用される。
【００１７】
冷凍サイクル部２０は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張機構４及び熱交換器５を備え、これらが冷媒配管６を介して接続されている。
【００１８】
圧縮機１は、圧縮機構７及びモータ８を内部に備える。圧縮機構７は、冷媒を圧縮する。モータ８は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線を有する３相モータであり、圧縮機構７を動作させる。
【００１９】
電源である直流電力（母線電圧Ｖｄｃ）が接続されたインバータ部９は、電流センサ２６ａ，２６ｂを備える。なお、インバータ部９に接続される電源は、直流電力を供給可能なものであればよく、特定のものに限定されない。インバータ部９に接続される電源として、太陽電池、整流器が付加された交流電源などを例示することができる。
【００２０】
インバータ制御部１０は、冷媒圧縮運転モード制御部１１と駆動信号生成部１４を備える。冷媒圧縮運転モード制御部１１は、ｄ軸，ｑ軸電流検出部１２と、電圧指令演算部１３と、回転数または負荷演算部１６と、を備える。駆動信号生成部１４は、振幅位相決定部１５とＰＷＭ信号生成部２４を備える。
【００２１】
インバータ部９は、電気的に接続されたモータ８に交流電力を供給して、モータ８を駆動する。
【００２２】
インバータ部９は、モータ８のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線のそれぞれに、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ及びＷ相電圧Ｖｗをそれぞれ印加する。
【００２３】
インバータ部９が備える電流センサ２６ａ，２６ｂは、磁極位置を推定するために、モータ８に流れる電流（モータ電流）を検出する。電流センサ２６ａ，２６ｂが検出した電流（信号）は、ｄ軸，ｑ軸電流検出部１２に出力される。
【００２４】
インバータ制御部１０は、圧縮機１の必要冷媒圧縮量からインバータ駆動信号（例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号）を生成し、電気的に接続されたインバータ部９に出力する。
【００２５】
冷媒圧縮運転モード制御部１１は、ヒートポンプ装置１００の冷媒圧縮動作を制御する。冷媒圧縮運転モード制御部１１は、駆動信号生成部１４を制御して、モータ８を駆動するインバータ駆動信号（例えばＰＷＭ信号）をインバータ制御部１０から出力させる。このとき、電圧指令演算部１３は、ｄ軸，ｑ軸電流検出部１２から出力されたｄ軸の電流信号（Ｉｄ）とｑ軸の電流信号（Ｉｑ）に基づいてモータ８の磁極位置を推定し、駆動信号生成部１４に制御信号を出力する。なお、ｄ軸の電流信号（Ｉｄ）とｑ軸の電流信号（Ｉｑ）は、インバータ部９が有する電流センサ２６ａ，２６ｂにて検出されたモータ８のモータ電流に基づくものである。そして、駆動信号生成部１４が、電圧指令演算部１３から出力された制御信号に基づいて、インバータ部９を駆動する信号（例えばＰＷＭ信号）を生成して出力する。
【００２６】
図２は、ヒートポンプ装置１００が備える圧縮機１、インバータ部９及びインバータ制御部１０の一構成例を示す図である。
【００２７】
インバータ部９は、６つのスイッチング素子２７ａ〜２７ｆを備え、２つのスイッチング素子を含む直列接続部が並列に３つ接続されている。スイッチング素子２７ａ〜２７ｆのそれぞれには、ダイオード素子が備えられている。インバータ部９は、インバータ制御部１０から入力される駆動信号としてのＰＷＭ信号（ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮ）によって、それぞれに対応するスイッチング素子を駆動することで３相の電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、モータ８のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線のそれぞれに対応する電圧を印加する。
【００２８】
ｄ軸，ｑ軸電流検出部１２は、フィルタ機能付検出回路１７と、相電流演算部１８と、３相２相変換部１９と、を備える。
【００２９】
フィルタ機能付検出回路１７は、電流センサ２６ａ，２６ｂがモータ電流を検出して出力した信号の高周波ノイズを除去する。フィルタ機能付検出回路１７は、アナログフィルタであってもよいし、デジタルフィルタであってもよい。 
【００３０】
相電流演算部１８は、電流センサ２６ａ，２６ｂからの信号（フィルタ機能付検出回路１７にて高周波ノイズを除去された信号）を基に、Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷを算出し、３相２相変換部１９に出力する。ここで、相電流演算部１８が電流センサ２６ａ，２６ｂから得る信号は、少なくとも２相分あればよい。それぞれの相電流の位相が１２０°ずれていることを利用することで、相電流演算部１８は、残りの相の電流値を算出できるからである。
【００３１】
３相２相変換部１９は、相電流演算部１８により得られたＵ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷを、励磁電流（ｄ軸電流Ｉｄ）とトルク電流（ｑ軸電流Ｉｑ）に座標変換して電圧指令演算部１３に出力する。
【００３２】
回転数または負荷演算部１６は、フィルタ機能付検出回路切換部３０と、二次側抵抗切換部３１と、を備える。
【００３３】
フィルタ機能付検出回路切換部３０は、モータ８の回転速度（回転数）または負荷の高低に応じてフィルタ回路の切り換えを行う。二次側抵抗切換部３１は、モータ８の回転速度（回転数）または負荷の高低に応じて電流センサ２６ａ，２６ｂ内の検出回路（二次側抵抗）の切り換えを行う。また、回転数または負荷演算部１６は記憶領域を有することが望ましく、該記憶領域にはモータ８の回転速度（回転数）または負荷の高低に対応して、選択すべきフィルタ回路及び検出回路と、二次側抵抗の抵抗値に応じた補正信号値と、をテーブルデータ（テーブル１６ａ）として記憶していればよい。ここで、テーブル１６ａとして記憶される値は、予め計測した値である。
【００３４】
駆動信号生成部１４は、２相３相変換部２５を備える。
【００３５】
２相３相変換部２５は、電圧指令演算部１３からの２相信号を３相信号に変換してＰＷＭ信号生成部２４に出力する。すなわち、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換してＰＷＭ信号生成部２４に出力する。
【００３６】
ＰＷＭ信号生成部２４は、２相３相変換部２５からの３相の電圧指令値を基に、インバータ部９を駆動するＰＷＭ信号を生成する。インバータ部９は、ＰＷＭ信号生成部２４で生成して出力したＰＷＭ信号を基に、モータ８を駆動する。
【００３７】
ところで、モータ８が低回転速度（小回転数）または低負荷であると、電流センサであるＡＣＣＴ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の出力波形が歪む現象が確認されている。
【００３８】
図４，５は、モータ８が低回転速度（小回転数）または低負荷の場合の検出回路（ＡＣＣＴ）の検出波形を示す。図４は、二次側抵抗が１ｋΩであるときのアンプ出力波形４０と、実電流波形４１と、ＡＣＣＴ出力波形４２と、を示し、図５は、二次側抵抗が１０Ωであるときのアンプ出力波形４０ａと、実電流波形４１ａと、ＡＣＣＴ出力波形４２ａと、を示す。
【００３９】
図４では、二次側抵抗値が１ｋΩと大きいため、ＡＣＣＴにて電流が飽和し、実電流波形４１に対してＡＣＣＴ出力波形４２が歪んでいる。図４では、実電流波形４１とＡＣＣＴ出力波形４２の位相差は約５．０ｍｓ（５４．２ｄｅｇ）である。この位相差に起因する電流変動によって、モータ８の磁極位置の推定に誤差が生じることになる。
【００４０】
一方、図５では、二次側抵抗値が１０Ωと適正値であるため、ＡＣＣＴにて電流が飽和せず、ＡＣＣＴ出力波形４２ａと実電流波形４０ａが概ね一致しており、実電流波形４０ａとＡＣＣＴ出力波形４２ａの位相差は約１．２ｍｓ（１３．０ｄｅｇ）まで低減されている。このように、二次側抵抗値を適正値とすると位相差が補償され、モータ８の磁極位置の正確な推定が可能となる。
【００４１】
そこで、本実施の形態のヒートポンプ装置では、回転数または負荷演算部１６によって、フィルタ回路と検出回路を切り換えて、モータ８の磁極位置を正確に推定可能とする。ここで、フィルタ回路及び検出回路の切り換えのタイミングは、回転数または負荷演算部１６に設けられたテーブル１６ａを参照して決定する。テーブル１６ａの値は、予め計測した値である。
【００４２】
次に、回転数または負荷演算部１６の動作について、図６を参照して説明する。図６は、回転数または負荷演算部１６の動作を説明するフローチャートである。
【００４３】
まず、動作を開始すると、モータ８の回転速度（回転数または周波数）が設定値以下かであるか否か、またはモータ８の負荷が設定値以下であるか否かを判定する（Ｓ１）。モータ８の回転速度（回転数）または負荷が設定値以下である場合には、切り換え制御を行って（Ｓ２）からセンサレスベクトル制御を行い（Ｓ３）、設定値以下でない場合には、切り換え制御を行わずにセンサレスベクトル制御を行う（Ｓ３）。
【００４４】
このようにセンサレスベクトル制御を行った後、再び、モータ８の回転速度（回転数）が設定値以下かであるか否か、またはモータ８の負荷が設定値以下であるか否かを判定するステップ（Ｓ１）に戻る。
【００４５】
また、モータ８の回転速度（回転数）または負荷が設定値以下である場合にフィルタ回路及び検出回路の切り換えを行うと、モータ８が低回転速度（小回転数）で運転する場合またはモータ８が低負荷で運転する場合であっても、電流センサ２６ａ，２６ｂに高巻数の電流センサを使用せずとも、各電流センサは、モータ８に流れる電流を正確に検出することができる。すなわち、コストの増加を抑えつつ、モータ８に流れる電流を正確に検出することが可能となり、モータ８の磁極位置の推定を正確に行うことができる。そのため、磁極位置の検出の失敗またはずれに起因する脱調現象を防止または抑制することができる。
【００４６】
以上説明したように、本発明によって、従来よりも低回転速度（回転数）または低負荷でモータ８を問題なく駆動することができ、ヒートポンプ装置１００の消費電力を削減することができる。
【００４７】
ここで、本発明のヒートポンプ装置が備える電流センサ２６ａ，２６ｂについて、図７を参照して説明する。
【００４８】
図７は、電流センサとその周辺回路の一構成例を示す図である。図７に示す構成では、電流センサ２６ａ，２６ｂは検出回路を備え、該検出回路を経て出力された信号が、フィルタ回路を介してマイコン４５に入力される構成である。図７に示す電流センサ２６ａ，２６ｂは、ＡＣＣＴの二次側抵抗を、電流センサ２６ａ，２６ｂに含まれる低抵抗な抵抗素子４３ａ（例えば１０Ω）またはフィルタ機能付検出回路１７に含まれる高抵抗な抵抗素子４３ｂ（例えば１ｋΩ）とするよう、切り換え可能な構成である。なお、マイコン４５は、図２の相電流演算部１８等に相当する。
【００４９】
ＡＣＣＴの二次側抵抗の抵抗値が低い場合（Ｒａ）には出力電圧が低くなるため、増幅器４４が二次側出力後段に備えられている。マイコン４５に入力する電圧を入力可能な電圧まで増幅するためである。なお、増幅器４４として、図７ではオペアンプを例示しているが、これに限定されない。
【００５０】
二次側抵抗の抵抗値が高い場合（Ｒｂ）にはマイコン４５に入力可能な電圧を出力するため、増幅器４４を用いずともマイコン４５に入力可能な十分に高い電圧を出力することができる。
【００５１】
ここで、起磁力ＮＩは、磁気抵抗Ｒｍと磁束φを用いて、ＮＩ＝Ｒｍφと表される。二次側抵抗の抵抗値が高いと、同じ磁束（電流）をＡＣＣＴに与えた場合に起磁力が高く、磁気飽和するため、出力波形が歪んでしまう。
【００５２】
図３は、モータ８が低回転速度（小回転数）または低負荷の場合におけるモータ電流波形３４（正弦波状の実電流波形）とＡＣＣＴの出力波形３５の関係を示す図である。なお、図３において、モータ電流波形３４は実線で示し、ＡＣＣＴの出力波形３５は破線で示している。
【００５３】
図７に示す構成例では、二次側抵抗の抵抗値が高い場合（Ｒｂ）には、一定の磁束（一定の電流）における起磁力ＮＩが高くなってしまい、磁気飽和が生じる。磁気飽和が生じると、出力波形が歪んでしまい、位相誤差が生じることになる。
【００５４】
そこで、図７に示す構成例では、回転数または負荷演算部１６によってフィルタ機能付検出回路を切り換える。切り換えに用いる信号については、抵抗値が高い抵抗素子４３ｂを適用した場合の回転速度（回転数）または負荷に応じた値を予め取得してこれをテーブルデータとして記憶させておき、切り換えを行う際にはこれを参照するとよい。切り換え信号を記憶させる記憶領域の構成などは特に限定されず、例えば、冷媒圧縮運転モード制御部１１に記憶領域を設け、該記憶領域には、切り換えに用いる値がテーブルデータとして記憶されていればよい。ここで、切り換え制御に用いる値は回転数または負荷により決定される。
【００５５】
なお、磁気飽和が生じる場合には、波形の歪みにより高周波成分が重畳する。そのため、図７の構成例では、ＡＣＣＴの二次側出力の後段に抵抗素子と容量素子を含むフィルタ回路が設けられており、フィルタ回路は、高周波成分を低減し、または除去することができる。 
【００５６】
なお、フィルタ回路が設けられていなくてもよい。フィルタ回路が設けられていない場合には、マイコン４５に電流値を取り込んだ後に、前段の値を参考にして平均化を行うことで高周波成分を低減し、または除去すればよい。 
【００５７】
図７の構成を採用すると、回転数、及び負荷に応じて、最適な、フィルタ回路と検出回路を採用可能となり、低負荷及び低回転速度における波形の歪みの問題も解消する。これにより、低回転速度域においても、ＡＣＣＴの高巻数化によるコスト増加を抑制しながらも精度の高い電流検出を行うことで、より安定的にモータ８を駆動可能となる。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態のヒートポンプ装置１００は、フィルタ回路及び検出回路を含み、高周波ノイズを除去するフィルタ機能付検出回路１７を備え、回転数または負荷演算部１６が、モータ８の回転数または負荷が設定値以下であるか否かに応じて、前記フィルタ機能付検出回路１７のフィルタ回路及び検出回路の切り換えを行い、モータ８の回転数または負荷が設定値以下である場合には、フィルタ機能付検出回路１７の出力信号の位相差を補正するものである。
【００５９】
実施の形態２．
本実施の形態では、本発明のヒートポンプ装置１００の好ましい形態について説明する。本実施の形態では、ヒートポンプ装置１００に設けられるスイッチング素子２７ａ〜２７ｆ（図２）にワイドバンドギャップ半導体を用いる。
【００６０】
スイッチング素子２７ａ〜２７ｆにワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング素子２７ａ〜２７ｆにおける素子損失を低減し、電流を増大させることができる。そのため、ワイドバンドギャップ半導体を用いない場合よりも放熱フィンを小型化または除去することが可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態において用いることのできるワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素（シリコンカーバイド、ＳｉＣとも呼ぶ。）、ダイヤモンドまたは窒化ガリウム系材料（窒化ガリウムを主成分とする材料）などを例示することができる。
【００６２】
図８は、シリコンデバイス（Ｓｉデバイス）と炭化珪素デバイス（ＳｉＣデバイス）の耐圧とオン抵抗の関係を示す図である。耐圧とオン抵抗の間には、耐圧が向上するとオン抵抗が増加し、オン抵抗を低減すると耐圧が低下するというトレードオフの関係がある。しかし、ＳｉＣデバイスのバンドギャップはＳｉデバイスのバンドギャップよりも大きいため、任意のオン抵抗値において比較すると、ＳｉＣデバイスの耐圧はＳｉデバイスの耐圧よりも非常に高いものとなる（図８を参照）。従って、ＳｉＣデバイスを用いることで、耐圧とオン抵抗のトレードオフを大幅に改善することができる。例えば、現在のＳｉデバイスを用いた誘導加熱調理器では冷却装置または放熱フィンが必要であるが、ＳｉＣデバイスを用いることにより素子損失を大幅に低減することが可能であるため、従来の冷却装置または放熱フィンを小型化し、または削除することが可能となる。従って、装置自体の大幅な低コスト化も可能となる。
【００６３】
また、スイッチング素子２７ａ〜２７ｆにワイドバンドギャップ半導体を用いることで、高周波でのスイッチングが可能となるため、モータ８に更に高周波の電流を流すことができる。そのため、モータ８の巻線インピーダンス増加による巻線電流の低減によりインバータ部９に流入する電流を低減し、より高効率なヒートポンプ装置を得ることが可能となる。
【００６４】
実施の形態１で説明したように本発明のヒートポンプ装置では、切換部による補正制御により低速運転時においても安定した動作が可能であるが、たとえセンサ情報を正確に取得しても、低速、高負荷の場合に、多量の電流が流れると素子損失が増大し、高温動作となってしまう。
【００６５】
しかし、スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体、特にＳｉＣデバイスを使用することで、従来のＳｉデバイスを用いる場合に比べて素子損失を抑制しつつ多量の電流を流すことができる。そのため、温度の上昇を抑制し、冷却装置または放熱フィンを小型化し、または削除することが可能となる。
【００６６】
なお、スイッチング素子２７ａ〜２７ｆの構成としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、スーパージャンクション構造のパワーＭＯＳＦＥＴなどを例示することができるが、これらに限定されず、その他の絶縁ゲート半導体素子またはバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００６７】
なお、インバータ部９に備えられたスイッチング素子２７ａ〜２７ｆのダイオードのみをワイドバンドギャップ半導体としてもよい。また、スイッチング素子２７ａ〜２７ｆに設けられるスイッチング素子の一部（少なくとも１つ）のみにワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。一部の素子にのみワイドバンドギャップ半導体を適用した場合にも上記の効果を得ることができる。
【００６８】
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態１及び２にて説明したヒートポンプ装置１００を適用した機器（空気調和機または冷凍機など）について説明する。
【００６９】
図９−１及び図９−２は、ヒートポンプ装置１００を備えた機器の一構成例を示す図である。図９−１は暖房運転時の一構成例を示し、図９−２は冷房運転時の一構成例を示す。なお、図９−１と図９−２では冷媒の循環方向が異なり、この切り換えは後述する四方弁５７により行われる。図１０は、図９−１及び図９−２に示したヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図を示す図である。図１０において、横軸は比エンタルピｈであり、縦軸は冷媒圧力Ｐである。
【００７０】
圧縮機４９、熱交換器５０、膨張機構５１、レシーバ５２、内部熱交換器５３、膨張機構５４及び熱交換器５５は、それぞれ配管によって接続されており、該配管を冷媒が循環する主冷媒回路を構成している。該主冷媒回路は、図９−１及び図９−２のそれぞれにおいて、主冷媒回路５６ａ〜５６ｋに区分けされている。なお、圧縮機４９の吐出側には四方弁５７が設けられており、冷媒の循環方向の切り替えが可能である。また、熱交換器５５の近傍には、ファン５８が設けられている。
【００７１】
圧縮機４９は、実施の形態１及び２における圧縮機１に相当し（図１参照）、インバータ部９によって駆動されるモータ８及び圧縮機構７を有する。さらに、ヒートポンプ装置１００には、レシーバ５２と内部熱交換器５３の間から圧縮機４９のインジェクションパイプまでを接続するインジェクション回路６０ａ〜６０ｃ（太線にて表す。）が備えられている。インジェクション回路６０ａ〜６０ｃには、膨張機構５９と内部熱交換器５３が接続されている。
【００７２】
熱交換器５０には、水回路６１ａ及び水回路６１ｂにより構成される水回路（太線にて表す。）が接続され、水が循環している。なお、水回路６１ａ及び水回路６１ｂには、給湯器、ラジエータまたは床暖房などが備える放熱器などの水を利用する装置が接続されている。
【００７３】
次に、ヒートポンプ装置１００の動作について説明する。まず、ヒートポンプ装置１００が暖房運転する際（給湯器として運転する際）の動作について、図９−１を参照して説明する。
【００７４】
まず、圧縮機４９で気相状態の冷媒が圧縮されることで高温高圧状態となる（図１０の点Ａ）。
【００７５】
そして、高温高圧状態の冷媒は、圧縮機４９から主冷媒回路５６ａに吐出される。主冷媒回路５６ａの冷媒は四方弁５７へと移送され、四方弁５７を経由した主冷媒回路５６ｂの冷媒は熱交換器５０へと移送される。移送された主冷媒回路５６ｂの冷媒は、熱交換器５０で熱交換により冷却されて液化する（図１０の点Ｂ）。すなわち、熱交換器５０は、主冷媒回路において凝縮器であり放熱器として機能する。このとき、水回路６１ａの水は、主冷媒回路の冷媒から放熱された熱によって温められる。温められた水回路６１ｂの水は、暖房または給湯などに利用される。
【００７６】
熱交換器５０で液化された主冷媒回路５６ｃの冷媒は、膨張機構５１へと移送され、膨張機構５１で減圧されることで、気液二相状態になる（図１０の点Ｃ）。
【００７７】
気液二相状態の主冷媒回路５６ｄの冷媒は、レシーバ５２へと移送され、レシーバ５２で圧縮機４９に移送される冷媒（主冷媒回路５６ｊから主冷媒回路５６ｋに移送される冷媒）と熱交換され、冷却されて液化する（図１０の点Ｄ）。
【００７８】
レシーバ５２で液化された主冷媒回路５６ｅの冷媒は、図９−１の点Ｐにおいて、主冷媒回路５６ｆとインジェクション回路６０ａに分岐する。主冷媒回路５６ｆから内部熱交換機５３に流れる冷媒は、内部熱交換器５３において、インジェクション回路６０ｂからインジェクション回路６０ｃに移送される冷媒と熱交換されてさらに冷却される（図１０の点Ｅ）。なお、インジェクション回路６０ｂを流れる冷媒は、膨張機構５９で減圧されて気液二相状態である。
【００７９】
内部熱交換器５３で冷却された主冷媒回路５６ｇの冷媒は、膨張機構５４へと移送されて減圧され、気液二相状態になる（図１０の点Ｆ）。
【００８０】
膨張機構５４で気液二相状態になった主冷媒回路５６ｈの冷媒は、熱交換器５５に移送され、熱交換器５５において外気と熱交換され、加熱される（図１０の点Ｇ）。すなわち、熱交換器５５は主冷媒回路において蒸発器として機能する。
【００８１】
そして、熱交換器５５で加熱された主冷媒回路５６ｉの冷媒は、四方弁５７へと移送され、四方弁５７を経由した主冷媒回路５６ｊの冷媒はレシーバ５２へと移送されてレシーバ５２でさらに加熱され（図１０の点Ｈ）、加熱された主冷媒回路５６ｋの冷媒は圧縮機４９に移送される。
【００８２】
一方、点Ｐにて分岐したインジェクション回路６０ａの冷媒（インジェクション冷媒（図１０の点Ｄ））は、膨張機構５９で減圧され（図１０の点Ｉ）、減圧されたインジェクション回路６０ｂの冷媒は、内部熱交換器５３で熱交換され、気液二相状態となる（図１０の点Ｊ）。内部熱交換器５３で熱交換されたインジェクション回路６０ｃの冷媒は、圧縮機４９のインジェクションパイプから圧縮機４９内へ移送される。
【００８３】
圧縮機４９では、主冷媒回路５６ｋからの冷媒（図１０の点Ｈ）が、中間圧まで圧縮され、加熱される（図１０の点Ｋ）。中間圧まで圧縮され、加熱された主冷媒回路５６ｋからの冷媒はインジェクション回路６０ｃの冷媒（図１０の点Ｊ）と合流し、主冷媒回路５６ｋからの冷媒の温度は低下する（図１０の点Ｌ）。そして、温度が低下した冷媒（図１１の点Ｌ）が、圧縮機４９によりさらに圧縮され、加熱されて高温高圧となり（図１０の点Ａ）、圧縮機４９から主冷媒回路５６ａに吐出される。
【００８４】
なお、本発明のヒートポンプ装置１００は、インジェクション運転を行わなくてもよい。インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構５９を閉じ、圧縮機４９のインジェクションパイプへ冷媒を流入させなければよい。なお、膨張機構５９の開度は、マイコンなどにより制御すればよい。
【００８５】
次に、ヒートポンプ装置１００が冷房運転する際（冷凍器として運転する際）の動作について、図１０−２を参照して説明する。
【００８６】
まず、圧縮機４９で気相状態の冷媒が圧縮されることで高温高圧となる（図１０の点Ａ）。
【００８７】
そして、高温高圧状態の冷媒は、圧縮機４９から主冷媒回路５６ａに吐出され、四方弁５７を経由し、四方弁５７を経由した主冷媒回路５６ｂの冷媒は熱交換器５５へと移送される。移送された主冷媒回路５６ｂの冷媒は、熱交換器５５で熱交換により冷却されて液化する（図１０の点Ｂ）。すなわち、熱交換器５５は、主冷媒回路において凝縮器及び放熱器として機能する。
【００８８】
熱交換器５５で液化された主冷媒回路５６ｃの冷媒は、膨張機構５４へと移送されて減圧されることで、気液二相状態になる（図１０の点Ｃ）。
【００８９】
気液二相状態になった主冷媒回路５６ｄの冷媒は、内部熱交換器５３へと移送され、内部熱交換器５３でインジェクション回路６０ｂからインジェクション回路６０ｃへと移送される冷媒と熱交換され、冷却されて液化する（図１０の点Ｄ）。ここで、インジェクション回路６０ｂから移送される冷媒は、膨張機構５９で減圧されて気液二相状態である（図１０の点Ｉ）。内部熱交換器５３で熱交換された主冷媒回路５６ｅの冷媒（図１０の点Ｄ）は、図９−２の点Ｐにおいて、主冷媒回路５６ｆとインジェクション回路６０ａに分岐する。
【００９０】
主冷媒回路５６ｆの冷媒は、レシーバ５２において、主冷媒回路５６ｊから主冷媒回路５６ｋに移送される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される（図１０の点Ｅ）。
【００９１】
レシーバ５２で冷却された主冷媒回路５６ｇの冷媒は、膨張機構５１で減圧されて気液二相状態になる（図１０の点Ｆ）。
【００９２】
膨張機構５１で気液二相状態になった主冷媒回路５６ｈの冷媒は、熱交換器５０で熱交換され、加熱される（図１０の点Ｇ）。このとき、水回路６１ａの水は冷却され、冷却された水回路６１ｂの水は、冷房または冷凍に利用される。すなわち、熱交換器５０は、主冷媒回路において蒸発器として機能する。
【００９３】
そして、熱交換器５０で加熱された主冷媒回路５６ｉの冷媒は四方弁５７を経由し、四方弁５７を経由した主冷媒回路５６ｊの冷媒はレシーバ５２へ流入し、さらに加熱される（図１０の点Ｈ）。レシーバ５２で加熱された主冷媒回路５６ｋの冷媒は、圧縮機４９に移送される。
【００９４】
一方、図９−２の点Ｐにて分岐したインジェクション回路６０ａの冷媒は、膨張機構５９で減圧される（図１０の点Ｉ）。膨張機構５９で減圧されたインジェクション回路６０ｂの冷媒は、内部熱交換器５３で熱交換されて気液二相状態となる（図１０の点Ｊ）。そして、内部熱交換器５３で熱交換されたインジェクション回路６０ｃの冷媒は、圧縮機４９のインジェクションパイプから圧縮機４９内へ移送される。その後の圧縮機４９における圧縮動作は、暖房運転時と同様である。すなわち、圧縮され、加熱されて高温高圧となった冷媒（図１０の点Ａ）が、圧縮機４９から主冷媒回路５６ａに吐出される。
【００９５】
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５９を閉じ、圧縮機４９のインジェクションパイプへ冷媒を流入させなければよい。なお、膨張機構５９の開度は、マイコンなどにより制御すればよい。
【００９６】
なお、上記の説明では、熱交換器５０は、主冷媒回路の冷媒と水回路の水を熱交換させる熱交換器（例えば、プレート式熱交換器）であるとして説明した。しかし、熱交換器５０は、これに限定されず、冷媒と空気を熱交換させるものであってもよい。また、水回路には、水ではなく、他の流体が流れていてもよい。
【００９７】
以上説明したように、本発明にかかるヒートポンプ装置は、空気調和機及び冷凍機などのインバータ圧縮機を用いた様々なヒートポンプ装置に適用することができる。なお、これに限定されず、本発明にかかるヒートポンプ装置は、ヒートポンプ給湯機及び冷蔵庫に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１，４９  圧縮機、２，５７  四方弁、３，５，５０，５５  熱交換器、４，５１，５４，５９  膨張機構、６  冷媒配管、７  圧縮機構、８  モータ、９  インバータ部、１０  インバータ制御部、１１  冷媒圧縮運転モード制御部、１２  ｄ軸，ｑ軸電流検出部、１３  電圧指令演算部、１４  駆動信号生成部、１５  振幅位相決定部、１６  回転数または負荷演算部、１６ａ  テーブル、１７  フィルタ機能付検出回路、１８  相電流演算部、１９  ３相２相変換部、２０  冷凍サイクル部、２４  ＰＷＭ信号生成部、２５  ２相３相変換部、２６ａ，２６ｂ  電流センサ、２７ａ〜２７ｆ  スイッチング素子、３０  フィルタ機能付検出回路切換部、３１  二次側抵抗切換部、３４  モータ電流波形、３５  ＡＣＣＴの出力波形、４０，４０ａ  アンプ出力波形、４１，４１ａ  実電流波形、４２，４２ａ  ＡＣＣＴ出力波形、４３ａ，４３ｂ  抵抗素子、４４  増幅器、４５  マイコン、５２  レシーバ、５３  内部熱交換器、５６ａ〜５６ｋ  主冷媒回路、５８  ファン、６０ａ〜６０ｃ  インジェクション回路、６１ａ，６１ｂ  水回路、１００  ヒートポンプ装置、Ｓ１〜Ｓ３  ステップ。
【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】
0006480859.tif 000009
【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０】
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