(57)【要約】  冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１を駆動するモータ８と、２つのスイッチング素子を直列に接続したスイッチング素子対を複数備え、複数のスイッチング素子対を並列に接続したブリッジ回路をモータ８の相数分有して構成し、モータ８が回転しない周波数の高周波電圧をモータ８に印加するインバータ装置９と、インバータ装置９を制御するインバータ制御部１０と、を備える。
2016071965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するモータと、
２つのスイッチング素子を直列に接続したスイッチング素子対を複数備え、複数の前記スイッチング素子対を並列に接続したブリッジ回路を前記モータの相数分有して構成し、前記モータが回転しない周波数の高周波電圧を当該モータに印加するインバータと、
前記インバータを制御するインバータ制御部と、
を備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、前記圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モードで運転する場合には、前記モータが回転する周波数の交流電圧を前記インバータに発生させ、前記圧縮機を加熱する加熱運転モードで運転する場合には、前記高周波電圧を前記インバータに発生させる請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記圧縮運転モードでは、複数の前記スイッチング素子対のうちの全てのスイッチング素子対を制御する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータ制御部は、前記加熱運転モードでは、複数の前記スイッチング素子対のうちの一部のスイッチング素子対を制御する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記インバータ制御部は、スイッチング制御するスイッチング素子対をブリッジ回路内で設定シーケンスに従って切り替える請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記インバータ制御部は、スイッチング制御するスイッチング素子対をブリッジ回路内でランダムに切り替える請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記インバータ制御部は、スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング制御するスイッチング素子対を決定する請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記インバータを構成するスイッチング素子の少なくとも１つ、または、前記インバータを構成するダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成される請求項１から７の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
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８に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えた空気調和機。
【請求項１１】
請求項１から９の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯機。
【請求項１２】
請求項１から９の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えた冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を加熱する制御を行うヒートポンプ装置ならびに、当該ヒートポンプ装置を備えた空気調和機、ヒートポンプ給湯機および冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、圧縮機における冷媒の滞留（いわゆる「寝込み」）を解消するため、インバータが圧縮機を駆動するときの周波数（以下「インバータ周波数」と称する）よりも高い周波数の電圧（以下、適宜「高周波電圧」と称する）を圧縮機に印加して、当該高周波電圧で圧縮機を加熱（以下、適宜「高周波加熱」と称する）する技術が開示されている。【０００３】
インバータには複数のスイッチング素子が搭載される。スイッチング素子をチップとして実装する場合、チップ面積を大きくすると歩留りが悪化する。チップ面積を小さくすると、ウェハから取り出す際の歩留りを向上させることができるため、低価格化を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１０７９８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術によれば、スイッチング素子をチップとして実装する場合、チップ面積を小さくすると、インバータの低価格化を実現できる。しかしながら、チップ面積を小さくすると電流容量が低下する。このため、圧縮機駆動用のインバータにおいて、低価格化と大電流化とはトレードオフの関係にあり、低価格化と大電流化を両立させることが難しいという問題がある。【０００６】
また、チップ面積の小さなスイッチング素子を使用するにしても、上記特許文献１に示される圧縮機駆動用のインバータは、電流容量が確保されたスイッチング素子、すなわちチップ面積の大きなスイッチング素子を使用することが前提である。このため、上記特許文献１に示される高周波加熱技術を単純に適用することができないことが当然に予想される。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、チップ面積の小さなスイッチング素子を使用する構成のインバータにて駆動される圧縮機に対して高周波加熱を行うことができるヒートポンプ装置ならびに、当該ヒートポンプ装置を備えた空気調和機、ヒートポンプ給湯機および冷凍機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、本発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するモータと、２つのスイッチング素子を直列に接続したスイッチング素子対を複数備え、複数の前記スイッチング素子対を並列に接続したブリッジ回路を前記モータの相数分有して構成し、前記モータが回転しない周波数の高周波電圧を当該モータに印加するインバータと、前記インバータを制御するインバータ制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、チップ面積の小さなスイッチング素子を使用する構成のインバータにて駆動される圧縮機に対し高周波加熱を行うことができる、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に係るヒートポンプ装置の一構成例を示す図
【図２】実施の形態１に係るインバータ装置の一構成例を示す図
【図３】実施の形態１に係るインバータ制御部の一構成例を示す図
【図４】スイッチング素子を並列接続しない一般的な構成のインバータ回路を示す図
【図５】図４に示すインバータ装置をスイッチング制御する際の電圧指令値およびゲート駆動信号の波形例を示す図
【図６】インバータ装置に印加する８種類の電圧ベクトルと当該電圧ベクトルを出力する際のスイッチングパターンを示す図
【図７】実施の形態１に係るインバータ装置の圧縮運転モードにおける電流の流れを示す図
【図８】実施の形態１に係るインバータ装置の加熱運転モードにおける電流の流れを示す図
【図９】実施の形態１に係るインバータ装置を制御する場合のゲート駆動信号の流れを示す図
【図１０】実施の形態１に係るインバータ装置を制御する場合の図９とは異なるゲート駆動信号の流れを説明する図
【図１１】実施の形態１に係るインバータ装置を加熱運転する際の電圧ベクトルの推移を説明するタイミングチャート
【図１２】実施の形態１に係るインバータ装置にＶ０ベクトルを印加するときの電流の流れを示す図
【図１３】実施の形態１に係るインバータ装置にＶ４ベクトルを印加するときの電流の流れを示す図
【図１４】実施の形態１に係るインバータ装置にＶ７ベクトルを印加するときの電流の流れを示す図
【図１５】実施の形態１に係るインバータ装置にＶ３ベクトルを印加するときの電流の流れを示す図
【図１６】図１１に示す電圧ベクトルの印加順序でインバータ装置を駆動した場合の動作波形例を示す図
【図１７】図１６とは異なる設定シーケンスでインバータ装置を駆動した場合の動作波形例を示す図
【図１８】実施の形態２に係るヒートポンプ装置の回路構成図
【図１９】図１８に示すヒートポンプ装置の冷媒の状態についてのモリエル線図
【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係るヒートポンプ装置ならびに、当該ヒートポンプ装置を備えた空気調和機、ヒートポンプ給湯機および冷凍機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の一構成例を示す図である。実施の形態１におけるヒートポンプ装置１００は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張機構４および熱交換器５が、冷媒配管６を介して順次接続された冷凍サイクルを備える。圧縮機１の内部には冷媒を圧縮する圧縮機構７と、この圧縮機構７を動作させるモータ８とが設けられている。モータ８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の巻き線を有する三相モータである。
【００１３】
モータ８に電圧を与え駆動させるインバータ装置９は、モータ８と電気的に接続されている。インバータ装置９は、モータ８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻き線に電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをそれぞれ印加する。
【００１４】
インバータ装置９には、モータ８を加熱する必要があるか否かを判定する加熱判定部１２と、高周波電圧をモータ８に印加するための制御を行う高周波電圧発生部１１とを備えるインバータ制御部１０が電気的に接続されている。
【００１５】
インバータ制御部１０は、圧縮機１に冷媒を圧縮させる圧縮運転モードと、圧縮機１を加熱する加熱運転モードとの何れかで運転する制御を行う。圧縮運転モードで運転する場合には、モータ８が回転する周波数の交流電圧をインバータ装置９に発生させ、加熱運転モードで運転する場合には、圧縮運転モードの場合に発生させる交流電圧の周波数よりも高く、モータ８が回転しない周波数の交流電圧である高周波電圧をインバータ装置９に発生させる。
【００１６】
高周波電圧発生部１１には、インバータ装置９の電源電圧である母線電圧Ｖｄｃがインバータ装置９から伝達される。加熱判定部１２は、モータ８を加熱する必要があると判定した場合にはオン（ＯＮ）信号を高周波電圧発生部１１に出力し、モータ８を加熱する必要がないと判定した場合にはオフ（ＯＦＦ）信号を高周波電圧発生部１１に出力する。高周波電圧発生部１１は、加熱判定部１２からオン信号が出力された場合に、入力された母線電圧Ｖｄｃに基づいて、高周波電圧をモータ８に印加するためのゲート駆動信号を生成してインバータ装置９へ出力する。
【００１７】
図２は、実施の形態１に係るインバータ装置９の一構成例を示す図である。インバータ装置９は、交流電源１４から印加される電圧を整流する整流器１５と、整流器１５で整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサ１６と、平滑コンデンサ１６で生成された直流電圧Ｖｄｃを検出しインバータ制御部１０へ出力する電圧検出部１７と、直流電圧Ｖｄｃを電源電圧として動作するインバータ２０とを備える。インバータ２０は、Ｕ相インバータ２０ｕ、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗに区分されて構成される。なお、電圧検出部１７が検出する直流電圧Ｖｄｃは、インバータ２０に印加される母線電圧と等価であり、以下「母線電圧Ｖｄｃ」として説明する。
【００１８】
Ｕ相インバータ２０ｕは、２つのスイッチング素子（図２では、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を例示）が直列に接続されたスイッチング素子対、すなわちスイッチング素子１８ｕｐ１と１８ｕｎ１の組、スイッチング素子１８ｕｐ２と１８ｕｎ２の組、スイッチング素子１８ｕｐ３と１８ｕｎ３の組による各素子対が３個並列に接続されたＵ相ブリッジ回路を構成する。なお、スイッチング素子対によって構成される回路部は「アーム」と称され、上側に位置する高圧側のスイッチング素子は「上アーム」、下側に位置する低圧側のスイッチング素子は「下アーム」と称される。
【００１９】
Ｕ相ブリッジ回路において、スイッチング素子１８ｕｐ１と１８ｕｎ１との接続点、スイッチング素子１８ｕｐ２と１８ｕｎ２との接続点および、スイッチング素子１８ｕｐ３と１８ｕｎ３との接続点は引き出されて電気的に接続され、Ｕ相交流端子を構成する。各スイッチング素子１８ｕｐ１，１８ｕｐ２，１８ｕｐ３，１８ｕｎ１，１８ｕｎ２，１８ｕｎ３のそれぞれには、逆並列、すなわち電流の流れる方向が逆向きとなるように接続された還流ダイオード１９ｕｐ１、１９ｕｐ２，１９ｕｐ３，１９ｕｎ１，１９ｕｎ２，１９ｕｎ３が設けられる。
【００２０】
Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗも、Ｕ相インバータ２０ｕと同様に構成される。以下同様に説明すると、Ｖ相インバータ２０ｖは、スイッチング素子１８ｖｐ１と１８ｖｎ１の組、スイッチング素子１８ｖｐ２と１８ｖｎ２の組、スイッチング素子１８ｖｐ３と１８ｖｎ３の組による各素子対が３個並列に接続されたＶ相ブリッジ回路を構成する。Ｖ相ブリッジ回路において、スイッチング素子１８ｖｐ１と１８ｖｎ１との接続点、スイッチング素子１８ｖｐ２と１８ｖｎ２との接続点および、スイッチング素子１８ｖｐ３と１８ｖｎ３との接続点は引き出されて電気的に接続され、Ｖ相交流端子を構成する。各スイッチング素子１８ｖｐ１，１８ｖｐ２，１８ｖｐ３，１８ｖｎ１，１８ｖｎ２，１８ｖｎ３のそれぞれには、逆並列に接続された還流ダイオード１９ｖｐ１，１９ｖｐ２，１９ｖｐ３，１９ｖｎ１，１９ｖｎ２，１９ｖｎ３が設けられる。
【００２１】
Ｗ相インバータ２０ｗは、スイッチング素子１８ｗｐ１と１８ｗｎ１の組、スイッチング素子１８ｗｐ２と１８ｗｎ２の組、スイッチング素子１８ｗｐ３と１８ｗｎ３の組による各素子対が３個並列に接続されたＷ相ブリッジ回路を構成する。Ｗ相ブリッジ回路において、スイッチング素子１８ｗｐ１と１８ｗｎ１との接続点、スイッチング素子１８ｗｐ２と１８ｗｎ２との接続点および、スイッチング素子１８ｗｐ３と１８ｗｎ３との接続点は引き出されて電気的に接続され、Ｗ相交流端子を構成する。各スイッチング素子１８ｗｐ１，１８ｗｐ２，１８ｗｐ３，１８ｗｎ１，１８ｗｎ２，１８ｗｎ３のそれぞれには、逆並列に接続された還流ダイオード１９ｗｐ１，１９ｗｐ２，１９ｗｐ３，１９ｗｎ１，１９ｗｎ２，１９ｗｎ３が設けられる。
【００２２】
Ｕ相インバータ２０ｕには、インバータ制御部１０よりＵ相に対するゲート駆動信号であるＵ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３が入力される。Ｕ相インバータ２０ｕは、これらＵ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３に応じて、それぞれに対応したスイッチング素子を制御する。具体的に説明するとＵＰ１はスイッチング素子１８ｕｐ１、ＵＰ２はスイッチング素子１８ｕｐ２、ＵＰ３はスイッチング素子１８ｕｐ３、ＵＮ１はスイッチング素子１８ｕｎ１、ＵＮ２はスイッチング素子１８ｕｎ２、ＵＮ３はスイッチング素子１８ｕｎ３をそれぞれ制御する。
【００２３】
Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗにおいても同様である。Ｖ相インバータ２０ｖには、Ｖ相に対するゲート駆動信号であるＶ相駆動信号ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＮ１，ＶＮ２，ＶＮ３が入力され、Ｗ相インバータ２０ｗには、Ｗ相に対するゲート駆動信号であるＷ相駆動信号ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３，ＷＮ１，ＷＮ２，ＷＮ３が入力される。Ｖ相インバータ２０ｖにおいて、ＶＰ１はスイッチング素子１８ｖｐ１、ＶＰ２はスイッチング素子１８ｖｐ２、ＶＰ３はスイッチング素子１８ｖｐ３、ＶＮ１はスイッチング素子１８ｖｎ１、ＶＮ２はスイッチング素子１８ｖｎ２、ＶＮ３はスイッチング素子１８ｖｎ３をそれぞれ制御する。また、Ｗ相インバータ２０ｗにおいて、ＷＰ１はスイッチング素子１８ｗｐ１、ＷＰ２はスイッチング素子１８ｗｐ２、ＷＰ３はスイッチング素子１８ｗｐ３、ＷＮ１はスイッチング素子１８ｗｎ１、ＷＮ２はスイッチング素子１８ｗｎ２、ＷＮ３はスイッチング素子１８ｗｎ３をそれぞれ制御する。
【００２４】
以上の制御により、Ｕ相インバータ２０ｕ、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗにおいては、オン制御されるスイッチング素子を通じた電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが出力され、モータ８におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に印加される。
【００２５】
上記のように、実施の形態１に係るインバータ２０では、スイッチング素子を並列化して構成している。例えばＵ相インバータ２０ｕにおいて、上アームを構成するスイッチング素子１８ｕｐ１，１８ｕｐ２，１８ｕｐ３および下アームを構成するスイッチング素子１８ｕｎ１，１８ｕｎ２，１８ｕｎ３の一つ一つの電流容量が小さい場合でも、スイッチング素子１８ｕｐ１と１８ｕｎ１の組、スイッチング素子１８ｕｐ２と１８ｕｎ２の組および、スイッチング素子１８ｕｐ３と１８ｕｎ３の組を並列化することにより大電流容量を実現することができる。また、背景技術の項でも説明したが、電流容量を小さくすることにより、チップ面積を小さくすることができ、ウェハから取り出す際の歩留りを向上させることができる。
【００２６】
なお、Ｕ相インバータ２０ｕ、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗの各々を、モジュール化することが効果的である。Ｕ相インバータ２０ｕ、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗの各々は、一般的な３相用の１つのモジュールと同様な回路構成であり、従来のモジュールの構造をそのまま、もしくは簡易な変更により用いることができ、設計が容易になる。また、従来のモジュールの構造を用いることで、安価に製造することができる。
【００２７】
図３は、実施の形態１に係るインバータ制御部１０の一構成例を示す図である。上述したように、インバータ制御部１０は、高周波電圧発生部１１と加熱判定部１２とを備える。加熱判定部１２については後述し、ここでは高周波電圧発生部１１について説明する。
【００２８】
高周波電圧発生部１１は、指令値出力部２２、積分器２４、電圧指令生成部２５およびゲート駆動信号生成部２６を備える。指令値出力部２２は、電圧指令値Ｖ＊および回転数指令値ω＊を出力する。積分器２４は、指令値出力部２２が出力した回転数指令値ω＊から電圧位相θを求める。電圧指令生成部２５は、指令値出力部２２が出力した電圧指令値Ｖ＊と、積分器２４が求めた電圧位相θとを入力として、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成してゲート駆動信号生成部２６に出力する。ゲート駆動信号生成部２６は、電圧指令生成部２５が生成した電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、入力される母線電圧Ｖｄｃとに基づいて、上述したＵ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３、Ｖ相駆動信号ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３，ＶＮ１，ＶＮ２，ＶＮ３および、Ｗ相駆動信号ＷＰ１，ＷＰ２，ＷＰ３，ＷＮ１，ＷＮ２，ＷＮ３を生成し、インバータ２０へ出力する。
【００２９】
なお、図３の構成において、指令値出力部２２は、例えば加熱判定部１２の必要な加熱量を演算し、指令値出力部２２に電圧指令値Ｖ＊および回転数指令値ω＊を入力する構成としてもよい。また、図３では、インバータ制御部１０の内部に構成しているが、インバータ制御部１０の外部から値を入力するような構成としてもよい。
【００３０】
次に、インバータ制御における電圧ベクトルについて説明する。図４は、スイッチング素子を並列接続しない一般的な構成のインバータ回路を示す図である。
【００３１】
図４に示すように、スイッチング素子を並列接続しない一般的な構成のインバータ２０では、スイッチング素子１８ａと１８ｄの組、スイッチング素子１８ｂと１８ｅの組、スイッチング素子１８ｃと１８ｆの組による各素子対が３個並列に接続され、各スイッチング素子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆのそれぞれには、逆並列に接続された還流ダイオード１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆが設けられる。
【００３２】
なお、一例を挙げると、図４に示すような一般的な構成のインバータ２０は、定格電流容量が比較的小さい家庭用の空気調和機に用いることができ、図２に示すような並列構成のインバータ２０は、定格電流容量が比較的大きい業務用の空気調和機に用いることができる。
【００３３】
次に、図４のように構成されたインバータ２０を駆動する際のスイッチング制御について説明する。まず、インバータ制御部１０は、インバータ２０に対し、以下の（式１）から（式３）に従う、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成して制御する。
【００３４】
Ｖｕ＊＝Ｖ＊・ｃｏｓθ                    …（式１）
Ｖｖ＊＝Ｖ＊・ｃｏｓ｛θ−（２／３）π｝  …（式２）
Ｖｗ＊＝Ｖ＊・ｃｏｓ｛θ＋（２／３）π｝  …（式３）
【００３５】
上記（式１）から（式３）に示されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊は、位相が２π／３ずつ異なる余弦波とした場合の一例である。ここで、（式１）から（式３）において、“Ｖ＊”は電圧指令値の振幅、“θ”は電圧指令値の位相であり、図３の構成であれば、指令値出力部２２から出力される。なお、余弦波に代えて正弦波を用いてもよい。
【００３６】
図５は、図４に示すインバータ装置をスイッチング制御する際の電圧指令値およびゲート駆動信号の波形例を示す図である。図５の上段部には、振幅がＶｄｃ／２であり、設定された周波数で変動する基準信号としてのキャリア信号および、上記（式１）から（式３）に示されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が示されている。キャリア信号の大きさとＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊の大きさとがそれぞれ比較され、相互の大小関係に基づいて、Ｕ相駆動信号ＵＰ，ＵＮ、Ｖ相駆動信号ＶＰ，ＶＮおよびＷ相駆動信号ＷＰ，ＷＮが生成される。図５の下段部に、これらＵ相駆動信号ＵＰ，ＵＮ、Ｖ相駆動信号ＶＰ，ＶＮおよびＷ相駆動信号の波形を示している。例えば、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも大きい場合、ＵＰとしてはスイッチング素子１８ａをオンにするレベル“Ｈｉｇｈ”の電圧が出力され、ＵＮとしては、スイッチング素子１８ｄをオフにするレベル“Ｌｏｗ”の電圧が出力される。一方、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも小さい場合、ＵＰとしてはスイッチング素子１８ａをオフにするレベル“Ｌｏｗ”の電圧が出力され、ＵＮとしてはスイッチング素子１８ｄをオンにするレベル“Ｈｉｇｈ”の電圧が出力される。他の信号についても同様であり、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊とキャリア信号との比較によりＶＰ，ＶＮが決定され、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊とキャリア信号との比較によりＷＰ，ＷＮが決定される。
【００３７】
一般的なインバータの場合、相補的な制御方式を採用しているため、ＵＰとＵＮ、ＶＰとＶＮ、ＷＰとＷＮは互いに逆の関係となる。そのため、スイッチングパターンは全部で８通りとなる。
【００３８】
なお、図５に示すキャリア信号の周波数は一例であり、設定周波数の中から任意の周波数を選択することが可能である。また、キャリア信号の波形も一例であり、波形上の頂部および底部の双方が識別できる波形であれば、どのような波形を用いてもよい。
【００３９】
図６は、８種類の電圧ベクトルと当該電圧ベクトルを出力する際のスイッチングパターンを示す図である。なお、図６では、各スイッチングパターンで発生する電圧ベクトルにＶ０からＶ７の記号を付している。また、各電圧ベクトルの電圧の方向を“±”の符号を付し、電圧が発生しない場合には“０”で表している。具体的に説明すると、例えば“＋Ｕ”とは、Ｕ相を介してモータ８へ流入し、Ｖ相およびＷ相を介してモータ８から流出するＵ相方向の電流を発生させる電圧である。また、“−Ｕ”とは、Ｖ相およびＷ相を介してモータ８へ流入し、Ｕ相を介してモータ８から流出するＵ相方向とは逆向きの電流を発生させる電圧である。“±Ｖ”，“±Ｗ”についても同様の解釈である。
【００４０】
図６に示すスイッチングパターンを組み合わせて電圧ベクトルを出力することでインバータ２０に所望の電圧を印加することができる。なお、圧縮運転モードにおいて、一般的な圧縮機１の冷媒を、圧縮動作させる場合には、１ｋＨｚ以下で動作することが一般的である。
【００４１】
図７は、実施の形態１に係るインバータ装置９の圧縮運転モードにおける電流の流れを示す図である。図７において、破線で囲まれたスイッチング素子（図７の例では、スイッチング素子１８ｕｐ１，１８ｕｐ２，１８ｕｐ３，１８ｖｎ１，１８ｖｎ２，１８ｖｎ３，１８ｗｎ１，１８ｗｎ２，１８ｗｎ３）がオン、破線で囲まれていないスイッチング素子がオフの状態であることを表している。図７に示すように、実施の形態１に係るインバータ装置９を圧縮運転モードで動作させる場合には、並列接続されるスイッチング素子の全てをオン動作させる制御を行う。このように制御することで、モータ８に流れる電流は、並列接続される３つのスイッチング素子に流れる電流の和となり、電流容量の小さな素子を並列して用いる構成であっても、圧縮動作に必要なモータ電流を確保することが可能となる。
【００４２】
なお、図７は、Ｕ相の上側アーム、Ｖ相の下側アームおよびＷ相の下側アームをオンに制御するモード、すなわちモータ８に電圧ベクトルＶ４を印加する場合を例示したものである。圧縮運転モードにおいて、図６に示される他の電圧ベクトルを印加する場合にも、図７と同様に、並列接続されるスイッチング素子の全てをオン動作させる制御を行う。
【００４３】
次に、実施の形態１に係るインバータ装置９の加熱運転モード時における動作について説明する。図８は、実施の形態１に係るインバータ装置９の加熱運転モード時における電流の流れを示す図である。なお、図８の例も、図７と同様に電圧ベクトルＶ４を印加する場合を例示したものである。
【００４４】
図８において、破線で囲まれたスイッチング素子（図８の例では、スイッチング素子１８ｕｐ１，１８ｖｎ１，１８ｗｎ１）がオン、破線で囲まれていないスイッチング素子がオフの状態であることを表している。図８に示すように、実施の形態１に係るインバータ装置９を加熱運転モードで動作させる場合には、並列接続されるスイッチング素子の全てをオン動作させず、各相における１つのスイッチング素子、すなわち３アーム中の１アームのみをオン動作させる制御を行う。
【００４５】
加熱運転モードの場合、モータ８に通電する電流は、モータ８を圧縮動作させる場合の電流よりも小さくてよい。各スイッチング素子は、モータ８を圧縮運転するときの出力電流範囲にて高効率に駆動されるように設計されるため、従来の考え方では、加熱運転時の出力電流範囲では高効率な駆動は難しい。このような関係は、大出力機種程顕著となる。一方、インバータ２０を図２に示すような並列接続の構成とすれば、１つのスイッチング素子の電流容量を低減しつつ、１相あたりの電流容量を確保することができ、圧縮運転時と加熱運転時との間の出力電流の差異を吸収することができ、圧縮運転時のみならず、加熱運転時の出力電流範囲も好適に設計することが可能となる。
【００４６】
なお、加熱運転モードにおいて、図７に示すように、並列接続される全てのスイッチング素子をオン動作させると、３つのアームに電流が分流して各スイッチング素子に流れる電流が小さくなる。このため、ゼロベクトルから実ベクトルへ変化する際に、オンオフ切り替え時における電流の転流がスムーズに行われず、出力電圧歪みが発生しやすい。一方、並列接続される全てのアーム分のスイッチング素子をオン動作させず、例えば図８に示すように、１アーム分のスイッチング素子のみをオン動作させるようにすれば、各相内における電流の分流が抑制され、１つのスイッチング素子に流れる電流を確保することができる。図８では、１アーム分のスイッチング素子のみをオン動作させるようにしているが、３アーム（３並列）中における２アーム（２並列）分のスイッチング素子をオン動作させてもよい。一般化すれば、ｎアーム（ｎ並列）中におけるｍアーム（ｍ並列）（ｎは２以上の整数、ｍは１以上ｎ未満の整数）分のスイッチング素子をオン動作させてもよい。このような制御を行えば、各相内における電流の分流が抑制されるので、転流特性の悪化を抑制することができ、その結果、出力電圧歪みの発生も抑制することが可能となる。
【００４７】
図９は、実施の形態１に係るインバータ装置９を制御する場合のゲート駆動信号の流れを示す図である。なお、図９では、１相分のインバータ、具体的には、Ｕ相インバータ２０ｕを示している。
【００４８】
圧縮運転モードの場合、上述のように、駆動しないアームについては全てオフに制御する必要があるため、図９に示すように、インバータ制御部１０から全てのスイッチング素子にゲート駆動線を設けるように構成する。図９の構成の場合、１つの相につき６個のゲート駆動線が必要となり、Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相では、１８個のゲート駆動線が必要となる。このように構成された場合、インバータ制御部１０はＵ相インバータ２０ｕに対し、Ｕ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３を出力する。図示していないが、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗに対しても同様である。
【００４９】
図１０は、実施の形態１に係るインバータ装置９を制御する場合の図９とは異なるゲート駆動信号の流れを説明する図である。図１０では、インバータ装置９とインバータ制御部１０との間にゲートブロック回路３０を設けている。図１０の構成の場合、インバータ制御部１０はゲートブロック回路３０に対し、オンさせるアームのみを指示する構成である。すなわち、インバータ制御部１０はゲートブロック回路３０に対してはＵ相駆動信号ＵＰ，ＵＮを出力する。ゲートブロック回路３０は、Ｕ相駆動信号ＵＰ，ＵＮに基づき、圧縮運転モードであれば、Ｕ相の各アームを構成する３つのスイッチング素子をオンまたはオフ動作させるＵ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３を出力し、加熱運転モードであれば、Ｕ相の各アームを構成する３つのスイッチング素子のうちの１つをオン動作させるＵ相駆動信号ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３を出力する。ゲートブロック回路３０を設けるようにすれば、インバータ制御部１０は、一般的な構成のインバータを制御するときと同じインタフェースを使用することができ、また、駆動信号用出力ポートも従来のものを使用することができるので、コストの上昇を抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、実施の形態１に係る上述の例では、１相分のインバータ回路が３個のスイッチング素子対で構成される例を示したが、上述の例に限定されず、複数個（２個または４個以上）のスイッチング素子対で１相分のインバータ回路を構成してもよい。また、実施の形態１に係る上述の例では、モータ８が３相モータである場合を例示したが、３相モータに限定されず、多相モータを使用してもよい。この場合、相数分のインバータ回路が構成されることは言うまでもない。
【００５１】
次に、加熱運転モード時における電圧ベクトルの推移について説明する。図１１は、加熱運転モード時における電圧ベクトルの推移を説明するタイミングチャートである。
【００５２】
図１１において、ｆｃはキャリア信号の周波数である。よって１／ｆｃはキャリア周期を表している。また、図１１において、波形Ｋ１はキャリア信号の波形、波形Ｋ２は電圧指令値Ｖ＊の波形、波形Ｋ３はＵ相電圧指令値Ｖｕ＊の波形、破線で示す波形Ｋ４はＶ相電圧指令値Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊の波形である。なお、図１１の例では、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊とＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とは常時同じ値をとる場合である。また、波形Ｋ５は位相θを表しており、キャリア信号の頂部または底部で位相θの値を切り替えている。波形Ｋ６から波形Ｋ８は、それぞれＵ相駆動信号ＵＰ、Ｖ相駆動信号ＶＰおよびＷ相駆動信号ＷＰを表している。なお、Ｕ相駆動信号ＵＰとＵ相駆動信号ＵＮ、Ｖ相駆動信号ＶＰとＶ相駆動信号ＶＮ、Ｗ相駆動信号ＷＰとＷ相駆動信号ＷＮは、夫々のオン状態とオフ状態とが逆の関係にあり、一方が分かれば他方も分かるため、図１１では、Ｕ相駆動信号ＵＰ、Ｖ相駆動信号ＶＰ、Ｗ相駆動信号ＷＰのみを示している。また、図１１では、デッドタイムは考慮してない。
【００５３】
図１１に示すようにＵ相駆動信号ＵＰ、Ｖ相駆動信号ＶＰ、Ｗ相駆動信号ＷＰが変化するとき、電圧ベクトルはＶ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ４（ＵＰ＝１、ＶＰ＝ＷＰ＝０）、Ｖ７（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ３（ＵＰ＝０、ＶＰ＝ＷＰ＝１）、Ｖ０（ＵＰ＝ＶＰ＝ＷＰ＝０）、……の順で変化する。
【００５４】
図１２は、電圧ベクトルＶ０（以下「Ｖ０ベクトル」と表記、他の場合も同じ）が印加されるときの電流の流れを示す図である。なお、図１２において、破線で囲まれたスイッチング素子がオンの状態であり、破線で囲まれていないスイッチング素子がオフの状態であることを示している。
【００５５】
Ｖ０ベクトルが印加されるとき、図示のように、直前の電圧ベクトル（図１１の例では、Ｖ３ベクトル）印加時に流れたモータ電流は、下アームの素子を通じて還流する。このように、実ベクトルが印加されていない状態でも、モータ８に電流を流すことができるので、モータ８を効率よく加熱することができる。
【００５６】
図１３は、Ｖ４ベクトルが印加されるときの電流の流れを示す図である。Ｖ４ベクトルが印加されるとき、図示のように、モータ８に流れる電流は平滑コンデンサ１６から供給され、Ｕ相インバータ２０ｕの上アームから供給された電流がモータ８のＵ相巻線に流れ込み、モータ８のＶ相巻線およびＷ相巻線から流れ出した電流がＶ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗの下アームを通じて平滑コンデンサ１６に戻る。このような電流により、モータ８を加熱することができる。
【００５７】
図１４は、Ｖ７ベクトルが印加されるときの電流の流れを示す図である。Ｖ７ベクトルが印加されるとき、図示のように、直前の電圧ベクトル（図１１の例では、Ｖ４ベクトル）印加時に流れたモータ電流は、上アームの素子を通じて還流する。このように、実ベクトルが印加されていない状態でも、モータ８に電流を流すことができるので、モータ８を効率よく加熱することができる。
【００５８】
図１５は、Ｖ３ベクトルが印加されるときの電流の流れを示す図である。Ｖ３ベクトルが印加されるとき、図示のように、モータ８に流れる電流は平滑コンデンサ１６から供給され、Ｖ相インバータ２０ｖおよびＷ相インバータ２０ｗの上アームから供給された電流がモータ８のＶ相巻線およびＵ相巻線に流れ込み、モータ８のＵ相巻線から流れ出した電流がＵ相インバータ２０ｕの下アームを通じて平滑コンデンサ１６に戻る。このような電流により、モータ８を加熱することができる。
【００５９】
なお、上記の例では、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ０……の順で変化する電圧ベクトルを印加する場合を示したが、例えばＶ０→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ４→Ｖ０……の順で変化する電圧ベクトルを印加するようにしてもよい。実施の形態１のインバータ２０では、圧縮運転モード時においては、並列接続された全てのスイッチング素子に電流を流し、加熱運転モード時においては、並列接続されたスイッチング素子のうちの１つのスイッチング素子のみに電流を流すようにしているので、並列接続されないインバータを使用した場合との比較において、加熱運転モード時に流す電流を大きくすることができ、ゼロベクトルから実ベクトルへ変化する際のオンオフ切り替え時における電流の転流をスムーズに行うことができ、出力電圧歪みの発生を抑制することが可能となる。
【００６０】
また、上記の例では、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊とＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とが常時同じ値をとる場合を示したが、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊とＷ相電圧指令値Ｖｗ＊とが常時同じ値をとるように制御してもよい。この場合には、実ベクトルとして、Ｖ２ベクトルおよびＶ５ベクトルを印加することができる。また、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊とＶ相電圧指令値Ｖｖ＊とが常時同じ値をとるように制御してもよい。この場合には、実ベクトルとして、Ｖ１ベクトルおよびＶ６ベクトルを印加することができる。
【００６１】
図１６は、図１１に示す電圧ベクトルの印加順序でインバータ装置を駆動した場合の動作波形例を示す図である。図１６では、各相においては１つのアームのみを動作させ、他の２つのアームは動作させない場合の一例である。例えばＵ相においては、ＵＰ１，ＵＮ１のみを出力し、ＵＰ２，ＵＮ２，ＵＰ３，ＵＮ３は出力していない。Ｖ相およびＷ相においても同様であり、ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１のみを出力し、ＶＰ２，ＶＮ２，ＶＰ３，ＶＮ３，ＷＰ２，ＷＮ２，ＷＰ３，ＷＮ３は出力していない。なお、図１６では、デッドタイムを考慮しており、Ｔｄとして示した区間がデッドタイムである。
【００６２】
図１６の上段部には、モータ８に流れるＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流の波形を示しているが、デッドタイムの区間を含め、電流が途切れることなく流れており、加熱運転が効果的に行われていることが理解できる。なお、図１６の例では、１つのアームのみを動作させる場合を例示しているが、他のアームを動作させてもよいことは言うまでもない。
【００６３】
図１７は、オン動作させるアームを設定シーケンスで切り替えた場合の動作波形例を示す図である。図１７の上段部にも、モータ８に流れるＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流の波形を示しているが、図１６の場合、すなわち１つのアームのみを動作させる場合のときと同様な電流波形が示されており、加熱運転を効果的に行うことができている。動作させるアームを固定せずに、ローテーションするようにすれば、スイッチング素子の温度上昇の偏りを抑制することができる。また、温度上昇の偏りの抑制により、スイッチング素子間の寿命を均等化することができ、装置の信頼性の向上を図ることができる。なお、オン動作させるアームを設定シーケンスではなく、ランダムに切り替えてもよい。
【００６４】
なお、図２等には図示していないが、スイッチング素子の温度を計測するための温度センサを設けるようにしてもよい。温度センサを有する場合には、スイッチング素子の推定温度に応じて、動作させるスイッチング素子を選定することができる。スイッチング素子の推定温度が低いアームを動作させるアームとして選定すれば、スイッチング素子の温度上昇の偏りを抑制することができる。なお、この場合、必ずしも同一アームのスイッチング素子対を動作対として選定する必要はない。例えば図２に示すＵ相インバータ２０ｕにおいて、スイッチング素子１８ｕｐ１を動作させるときに、異なるアームのスイッチング素子１８ｕｎ２またはスイッチング素子１８ｕｎ３を動作対として選定してもよい。
【００６５】
次に、インバータ２０に用いるスイッチング素子について説明する。上述したように、スイッチング素子をチップとして実装する場合に、チップ面積を小さくすれば、ウェハから取り出す際の歩留りを向上させることができる。この性質は、スイッチング素子の素材に依らない事項である。このため、インバータのスイッチング素子としては、どのような素材の素子を用いてもよい。
【００６６】
なお、最近の技術動向として、高耐圧および低損失の素子であり、且つ、高電流、高温度および高周波での動作が可能である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が注目されている。ワイドバンドギャップ半導体を用いてインバータを構成する場合、特に、高温度での動作が可能であり、また、高耐圧および低損失の素子であるため、冷却器を含めた電力変換装置の構成を簡素化および軽量化するには格好の材料である。
【００６７】
ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子はウェハが非常に高価であり、また、ＳｉＣなどは結晶欠陥が多い。このため、チップ面積を小さくすることの要請は、Ｓｉなどのナローバンドギャップ半導体よりもワイドバンドギャップ半導体の方が大きく、電流容量の小さな素子による並列構成は、ワイドバンドギャップ半導体を用いてインバータを構成する場合に好適である。
【００６８】
以上説明したように、実施の形態１に係るヒートポンプ装置によれば、２つのスイッチング素子を直列に接続したスイッチング素子対の複数個が並列に接続されたブリッジ回路をモータの相数分有するインバータを構成したので、電流容量の小さなスイッチング素子を用いることができ、ウェハの歩留りを向上することができる。
【００６９】
また、実施の形態１に係るヒートポンプ装置によれば、加熱運転モード時においては、複数のスイッチング素子対のうちの一部のスイッチング素子対を制御するようにしているので、電流容量の小さな素子を並列して用いる構成のインバータにて駆動される圧縮機であっても、高周波加熱を効果的に行うことができる。
【００７０】
また、実施の形態１に係るヒートポンプ装置によれば、電流容量の小さなスイッチング素子を用いてインバータを構成したので、圧縮運転時と加熱運転時との間の出力電流の差異を吸収することができ、インバータを高効率に駆動することができる。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態２では、ヒートポンプ装置１００の回路構成の一例について説明する。なお、例えば、図１等では、圧縮機１と、四方弁２と、熱交換器３と、膨張機構４と、熱交換器５とが配管により順次接続されたヒートポンプ装置１００について示した。実施の形態２では、より具体的な構成のヒートポンプ装置１００について説明する。
【００７２】
図１８は、実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００の回路構成図である。図１９は、図１８に示すヒートポンプ装置１００の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図１９において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
【００７３】
ヒートポンプ装置１００は、圧縮機５１と、熱交換器５２と、膨張機構５３と、レシーバ５４と、内部熱交換器５５と、膨張機構５６と、熱交換器５７とが配管により順次接続され、冷媒が循環する主冷媒回路５８を備える。なお、主冷媒回路５８において、圧縮機５１の吐出側には、四方弁５９が設けられ、冷媒の循環方向が切り替え可能となっている。また、熱交換器５７の近傍には、ファン６０が設けられる。また、圧縮機５１は、上記実施の形態１で説明した圧縮機１であり、インバータ装置９によって駆動されるモータ８と圧縮機構７とを有する圧縮機である。さらに、ヒートポンプ装置１００は、レシーバ５４と内部熱交換器５５との間から、圧縮機５１のインジェクションパイプまでを配管により繋ぐインジェクション回路６２を備える。インジェクション回路６２には、膨張機構６１、内部熱交換器５５が順次接続される。
【００７４】
熱交換器５２には、水が循環する水回路６３が接続される。なお、水回路６３には、給湯器、ラジエータ、床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。
【００７５】
まず、ヒートポンプ装置１００の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁５９は実線方向に設定される。なお、この暖房運転とは、空調で使われる暖房だけでなく、水に熱を与えて温水を作る給湯も含む。
【００７６】
圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図１９の点１）は、圧縮機５１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器５２で熱交換されて液化する（図１９の点２）。このとき、冷媒から放熱された熱により、水回路６３を循環する水が温められ、暖房および給湯に利用される。
【００７７】
熱交換器５２で液化された液相冷媒は、膨張機構５３で減圧され、気液二相状態になる（図１９の点３）。膨張機構５３で気液二相状態になった冷媒は、レシーバ５４で圧縮機５１へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される（図１９の点４）。レシーバ５４で液化された液相冷媒は、主冷媒回路５８と、インジェクション回路６２とに分岐して流れる。
【００７８】
主冷媒回路５８を流れる液相冷媒は、膨張機構６１で減圧され気液二相状態となったインジェクション回路６２を流れる冷媒と内部熱交換器５５で熱交換されて、さらに冷却される（図１９の点５）。内部熱交換器５５で冷却された液相冷媒は、膨張機構５６で減圧されて気液二相状態になる（図１９の点６）。膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器５７で外気と熱交換され、加熱される（図１９の点７）。そして、熱交換器５７で加熱された冷媒は、レシーバ５４でさらに加熱され（図１９の点８）、圧縮機５１に吸入される。
【００７９】
一方、インジェクション回路６２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構６１で減圧されて（図１９の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図１９の点１０）。内部熱交換器５５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機５１のインジェクションパイプから圧縮機５１内へ流入する。
【００８０】
圧縮機５１では、主冷媒回路５８から吸入された冷媒（図１９の点８）が、中間圧まで圧縮、加熱される（図１９の点１１）。中間圧まで圧縮、加熱された冷媒（図１９の点１１）に、インジェクション冷媒（図１９の点１０）が合流して、温度が低下する（図１９の点１２）。そして、温度が低下した冷媒（図１９の点１２）が、さらに圧縮、加熱され高温高圧となり、吐出される（図１９の点１）。
【００８１】
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６１の開度を全閉にする。つまり、インジェクション運転を行う場合には、膨張機構６１の開度が所定の開度よりも大きくなっているが、インジェクション運転を行わない際には、膨張機構６１の開度を所定の開度より小さくする。これにより、圧縮機５１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しない。ここで、膨張機構６１の開度は、マイクロコンピュータ等の制御部により電子制御により制御される。
【００８２】
次に、ヒートポンプ装置１００の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁５９は破線方向に設定される。なお、この冷房運転とは、空調で使われる冷房だけでなく、水から熱を奪って冷水を作ること、冷凍することなども含む。
【００８３】
圧縮機５１で高温高圧となった気相冷媒（図１９の点１）は、圧縮機５１から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器５７で熱交換されて液化する（図１９の点２）。熱交換器５７で液化された液相冷媒は、膨張機構５６で減圧され、気液二相状態になる（図１９の点３）。膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器５５で熱交換され、冷却され液化される（図１９の点４）。内部熱交換器５５では、膨張機構５６で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器５５で液化された液相冷媒を膨張機構６１で減圧させて気液二相状態になった冷媒（図１９の点９）とを熱交換させている。内部熱交換器５５で熱交換された液相冷媒（図１９の点４）は、主冷媒回路５８と、インジェクション回路６２とに分岐して流れる。
【００８４】
主冷媒回路５８を流れる液相冷媒は、レシーバ５４で圧縮機５１に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される（図１９の点５）。レシーバ５４で冷却された液相冷媒は、膨張機構５３で減圧されて気液二相状態になる（図１９の点６）。膨張機構５３で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器５２で熱交換され、加熱される（図１９の点７）。このとき、冷媒が吸熱することにより、水回路６３を循環する水が冷やされ、冷房、冷凍などに利用される。そして、熱交換器５２で加熱された冷媒は、レシーバ５４でさらに加熱され（図１９の点８）、圧縮機５１に吸入される。
【００８５】
一方、インジェクション回路６２を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構６１で減圧されて（図１９の点９）、内部熱交換器５５で熱交換される（図１９の点１０）。内部熱交換器５５で熱交換された気液二相状態の冷媒（インジェクション冷媒）は、気液二相状態のまま圧縮機５１のインジェクションパイプから流入する。圧縮機５１内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。
【００８６】
なお、インジェクション運転を行わない際には、暖房運転時と同様に、膨張機構６１の開度を全閉にして、圧縮機５１のインジェクションパイプへ冷媒が流入しないようにする。
【００８７】
また、上記説明では、熱交換器５２は、冷媒と、水回路６３を循環する水とを熱交換させるプレート式熱交換器のような熱交換器であるとして説明した。熱交換器５２は、これに限らず、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６３は、水が循環する回路ではなく、他の流体が循環する回路であってもよい。
【００８８】
以上のように、ヒートポンプ装置１００は、空気調和機、ヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、冷凍機等のインバータ圧縮機を用いたヒートポンプ装置に利用することができる。
【００８９】
なお、以上の実施の形態１，２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】
【００９０】
１  圧縮機、２  四方弁、３  熱交換器、４  膨張機構、５  熱交換器、６  冷媒配管、７  圧縮機構、８  モータ、９  インバータ装置、１０  インバータ制御部、１１  高周波電圧発生部、１２  加熱判定部、１４  交流電源、１５  整流器、１６  平滑コンデンサ、１７  電圧検出部、１８ｕｐ１，１８ｕｐ２，１８ｕｐ３，１８ｕｎ１，１８ｕｎ２，１８ｕｎ３  スイッチング素子（Ｕ相）、１８ｖｐ１，１８ｖｐ２，１８ｖｐ３，１８ｖｎ１，１８ｖｎ２，１８ｖｎ３  スイッチング素子（Ｖ相）、１８ｗｐ１，１８ｗｐ２，１８ｗｐ３，１８ｗｎ１，１８ｗｎ２，１８ｗｎ３  スイッチング素子（Ｗ相）、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ  スイッチング素子、１９ｕｐ１，１９ｕｐ２，１９ｕｐ３，１９ｕｎ１，１９ｕｎ２，１９ｕｎ３  還流ダイオード（Ｕ相）、１９ｖｐ１，１９ｖｐ２，１９ｖｐ３，１９ｖｎ１，１９ｖｎ２，１９ｖｎ３  還流ダイオード（Ｖ相）、１９ｗｐ１，１９ｗｐ２，１９ｗｐ３，１９ｗｎ１，１９ｗｎ２，１９ｗｎ３  還流ダイオード（Ｗ相）、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ  還流ダイオード、２０  インバータ、２０ｕ  Ｕ相インバータ、２０ｖ  Ｖ相インバータ、２０ｗ  Ｗ相インバータ、２２  指令値出力部、２４  積分器、２５  電圧指令生成部、２６  ゲート駆動信号生成部、３０  ゲートブロック回路、５１  圧縮機、５２  熱交換器、５３  膨張機構、５４  レシーバ、５５  内部熱交換器、５６  膨張機構、５７  熱交換器、５８  主冷媒回路、５９  四方弁、６０  ファン、６１  膨張機構、６２  インジェクション回路、６３  水回路、１００  ヒートポンプ装置。
【図１】
2016071965.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2016071965.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2016071965.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月24日(2016.10.24)
【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】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するモータと、
ワイドバンドギャップ半導体で構成されたスイッチング素子を２つ直列に接続したスイッチング素子対を複数備え、複数の前記スイッチング素子対を並列に接続したブリッジ回路を前記モータの相数分有して構成し、前記モータが回転しない周波数の高周波電圧を当該モータに印加するインバータと、
前記インバータを制御するインバータ制御部と、
を備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、前記圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モードで運転する場合には、前記モータが回転する周波数の交流電圧を前記インバータに発生させ、前記圧縮機を加熱する加熱運転モードで運転する場合には、前記高周波電圧を前記インバータに発生させる請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記圧縮運転モードでは、複数の前記スイッチング素子対のうちの全てのスイッチング素子対を制御する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記インバータ制御部は、前記加熱運転モードでは、複数の前記スイッチング素子対のうちの一部のスイッチング素子対を制御する請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記インバータ制御部は、スイッチング制御するスイッチング素子対をブリッジ回路内で設定シーケンスに従って切り替える請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記インバータ制御部は、スイッチング制御するスイッチング素子対をブリッジ回路内でランダムに切り替える請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記インバータ制御部は、スイッチング素子の温度に基づいて、スイッチング制御するスイッチング素子対を決定する請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
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７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えた空気調和機。
【請求項１０】
請求項１から８の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯機。
【請求項１１】
請求項１から８の何れか１項に記載のヒートポンプ装置を備えた冷凍機。
【国際調査報告】
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