(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の駆動用モータを加熱する拘束通電制御を行う圧縮機駆動装置であって、
直流を交流に変換して前記駆動用モータに交流電圧を印加するインバータ主回路と、
前記インバータ主回路に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記インバータ主回路に流れる電流を検出する電流検出器と、
外気温を検出する第一の温度検出器と、
前記圧縮機の温度を検出する第二の温度検出器と、
前記直流電圧検出器の検出値、前記電流検出器の検出値及びキャリアに基づいて前記インバータ主回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御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、前記直流電圧検出器の検出値、前記第一の温度検出器の検出値、及び前記第二の温度検出器の検出値に基づいて拘束通電電圧を決定し、決定した前記拘束通電電圧に基づいて空間ベクトル変調方式における空間ベクトルを算出し、算出した前記空間ベクトルの両側に位置する２つの電圧ベクトルである第一及び第二の電圧ベクトルと、前記第一の電圧ベクトルを基準に前記空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第三の電圧ベクトルと、前記第二の電圧ベクトルを基準に前記空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第四の電圧ベクトルと、を選択し、選択された前記第一、第二、第三及び第四の電圧ベクトルに２つの零ベクトルである第一及び第二の零ベクトルを加えた６つの電圧ベクトルを、前記キャリアの１周期内で、前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、及び前記第一の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する
ことを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項２】
前記インバータ制御部は、
前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、及び前記第一の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する第一の制御と、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第一の零ベクトル、前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、及び前記第二の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する第二の制御と、を具備し、
一定の間隔毎に前記第一の制御と前記第二の制御とを切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ制御部は、前記拘束通電制御の実施中に前記キャリアの周波数を一定の周期又はランダムに変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ主回路の半導体スイッチング素子を冷却する放熱器の温度を検出する第三の温度検出器を備え、
前記インバータ制御部は、前記第三の温度検出器の検出値と第一の閾値との比較結果に基づいて、前記拘束通電制御の実施の有無を判定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項５】
前記インバータ制御部は、前記第三の温度検出器の検出値が前記第一の閾値以下の場合、さらに前記第三の温度検出器の検出値を、前記第一の閾値よりも小さい第二の閾値と比較し、前記第三の温度検出器の検出値と前記第二の閾値との比較結果に基づいて、通電時間を制御した拘束通電制御の実施の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項６】
前記インバータ主回路のスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体で形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項に記載の圧縮機駆動装置を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のヒートポンプ装置を備えることを特徴とする空気調和機。
【請求項１０】
請求項８に記載のヒートポンプ装置を備えることを特徴とする冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置、当該圧縮機駆動装置を備えるヒートポンプ装置、並びに当該ヒートポンプ装置を備える空気調和機及び冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機及び冷凍機では、外気の低温状態において、装置が停止している間に、熱容量の大きい圧縮機内に冷媒が溜まりこむ現象が知られている。この現象は、「冷媒寝込み」、又はより簡略化して「寝込み」と呼ばれている。圧縮機内に溜まりこんだ冷媒は、圧縮機内の潤滑油に溶け込む。これにより潤滑油の濃度が低下し、潤滑油の粘度が低下する。この状態で圧縮機を起動すると、粘度の低い潤滑油が圧縮機の回転軸又は圧縮機の圧縮部へ供給され、潤滑不良により圧縮機内の摺動部分が焼き付く可能性がある。【０００３】
冷媒の寝込みに対しては、圧縮機の駆動用モータに駆動電流に比べて微弱な電流を通電させて圧縮機を加熱し、液冷媒を気化させる拘束通電が行われる。拘束通電に関しては、従来から種々の技術が提案されている。【０００４】
下記特許文献１には、暖房時の運転停止中に高周波の低電圧を圧縮機に供給する技術が開示されている。【０００５】
また、下記特許文献２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。【０００６】
さらに、下記特許文献３には、圧縮機の駆動用モータに直流電流を流す拘束通電を行うことにより、モータ巻線に銅損を発生させて加熱を行う技術が開示されている。なお、直流電流を流す拘束通電は、「直流励磁式拘束通電」とも呼ばれている。また、圧縮機の駆動用モータに交流電流を流す拘束通電を行うことにより、モータ巻線に銅損及び鉄損を発生させて加熱を行う「交流励磁式拘束通電」と呼ばれる手法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６０−６８３４１号公報
【特許文献２】特開昭６１−９１４４５号公報
【特許文献３】特開２００７−１６６７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１には、高周波の低電圧について詳細な記載がなく、圧縮機内部の潤滑作用を円滑にするための具体的な手段又は手法が示されていないという課題がある。【０００９】
また、上記特許文献２には、２５ｋＨｚ程度の高周波の単相交流電源にて電圧を印加することが記載されている。高周波化により、可聴域を外れることによる騒音抑制、共振周波数を外れることによる振動抑制、巻線のインダクタンス分による小電流化での入力低減と温度上昇防止、圧縮機の回転部の回転抑制といった効果が示されている。【００１０】
しかしながら、上記特許文献２の技術では、高周波の単相交流電源であるため、この文献の図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。このとき、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、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る。さらに、特許文献２の手法は、交流励磁式拘束通電であり、電波法による規制の対象になるという不利点がある。【００１１】
また、上記特許文献３では、拘束通電を行う場合、モータへ供給される三相交流電力の電圧指令を二相変調としている。二相変調の場合、三相の電圧指令のうち、一相のスイッチングは停止している。従って、インバータ主回路を構成する６つのスイッチング素子の駆動に偏りが生じ、特定のスイッチング素子に負荷が集中して当該特定のスイッチング素子の寿命が低下するという課題がある。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特定のスイッチング素子に負荷が集中するのを回避しつつ、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することができる圧縮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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る圧縮機駆動装置は、圧縮機の駆動用モータを加熱する拘束通電制御を行う圧縮機駆動装置は、直流を交流に変換して駆動用モータに交流電圧を印加するインバータ主回路、インバータ主回路に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出器、インバータ主回路に流れる電流を検出する電流検出器、外気温を検出する第一の温度検出器、圧縮機の温度を検出する第二の温度検出器、並びに、直流電圧検出器の検出値、電流検出器の検出値及びキャリアに基づいてインバータ主回路のスイッチング素子をＰＷＭ制御するインバータ制御部を備える。インバータ制御部は、直流電圧検出器の検出値、第一の温度検出器の検出値、及び第二の温度検出器の検出値に基づいて拘束通電電圧を決定し、決定した拘束通電電圧に基づいて空間ベクトル変調方式における空間ベクトルを算出する。インバータ制御部は、算出した空間ベクトルの両側に位置する２つの電圧ベクトルである第一及び第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトルを基準に空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第三の電圧ベクトル、及び第二の電圧ベクトルを基準に空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第四の電圧ベクトルを選択する。インバータ制御部は、選択された第一、第二、第三及び第四の電圧ベクトルに２つの零ベクトルである第一及び第二の零ベクトルを加えた６つの電圧ベクトルを、キャリアの１周期内で、第一の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序でインバータ主回路に出力する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定のスイッチング素子に負荷が集中するのを回避しつつ、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る圧縮機駆動装置が適用されるヒートポンプ装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１に係る圧縮機駆動装置の構成を示す回路図
【図３】実施の形態１におけるモータ制御部の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１におけるＰＷＭ制御部の構成を示すブロック図
【図５】インバータ出力電圧ベクトルの定義を示す図
【図６】空間ベクトル変調方式におけるインバータ出力電圧ベクトルと各相上アームのスイッチング素子のオン又はオフの状態との関係をベクトル平面に示した図
【図７】実施の形態１における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法を示すフローチャート
【図８】実施の形態１における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図
【図９】図８に従って選択した電圧ベクトルを発生するための電圧指令の一例と当該電圧指令によって生成されるＰＷＭ信号を示すタイムチャート
【図１０】電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ６との間の中間に位置する空間ベクトルによって加熱するときの様子を模式的に示す図
【図１１】実施の形態１の手法を用いて加熱するときの様子を模式的に示す図
【図１２】実施の形態１におけるモータ制御部の機能を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図
【図１３】実施の形態２における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図
【図１４】実施の形態３における冷媒加熱用の電圧ベクトルの出力順序の説明に供する図
【図１５】実施の形態４に係る圧縮機駆動装置の構成を示す回路図
【図１６】実施の形態４に係る圧縮機駆動装置の動作説明に供するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る圧縮機駆動装置、ヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機につ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。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る圧縮機駆動装置３０が適用されるヒートポンプ装置１００の構成を示す図である。ヒートポンプ装置１００は、空気調和機及び冷凍機に適用することができる。
【００１８】
図１において、ヒートポンプ装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機１０１と、冷媒ガスの向きを変える四方弁１０２と、熱交換器１０３，１０４と、膨張機構１０５と、冷媒配管１０６とを備える。圧縮機１０１と、四方弁１０２と、熱交換器１０３，１０４と、膨張機構１０５とは、冷媒配管１０６を介して順次接続されて冷凍サイクルを構成している。四方弁１０２により冷媒ガスの向きが切り替えられる。四方弁１０２を実線のように切り替えることにより、熱交換器１０３が蒸発器になり、熱交換器１０４が凝縮器になる。また、四方弁１０２を破線のように切り替えることにより、熱交換器１０３が凝縮器になり、熱交換器１０４が蒸発器になる。
【００１９】
圧縮機１０１は、冷媒を圧縮する圧縮機構１０７と、圧縮機構１０７を動作させるモータ４とを備える。モータ４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の巻線を有する三相モータである。モータ４には、圧縮機駆動装置３０から交流電圧が印加される。すなわち、モータ４は、圧縮機駆動装置３０によって駆動される。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係る圧縮機駆動装置３０の構成を示す回路図である。実施の形態１に係る圧縮機駆動装置３０は、圧縮機１０１の駆動用モータであるモータ４を拘束通電して加熱し、圧縮機１０１の冷媒寝込みを解消するための拘束通電制御を行う装置である。圧縮機駆動装置３０は、図２に示すように、直流電力の供給源である直流電源１と、直流を交流に変換してモータ４に交流電圧を印加するインバータ主回路２と、インバータ主回路２を制御するインバータ制御部２０とを備える。
【００２１】
図２に示す圧縮機駆動装置３０において、インバータ主回路２は、スイッチング素子５ａ〜５ｆと、スイッチング素子５ａ〜５ｆに並列接続されたダイオード６ａ〜６ｆとを備える。スイッチング素子５ａ〜５ｆのうち、スイッチング素子５ａ，５ｂ，５ｃは上アームのスイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子５ｄ，５ｅ，５ｆは下アームのスイッチング素子と呼ばれることがある。
【００２２】
圧縮機駆動装置３０には、インバータ主回路２に印加される直流電源１の電圧を検出する直流電圧検出器７と、インバータ主回路２に流れる電流を検出する電流検出器８と、が設けられる。圧縮機駆動装置３０の外部には、外気温を検出する外気温検出器５１が設けられる。圧縮機１０１には、圧縮機１０１の温度を検出する圧縮機温度検出器５２が設けられる。外気温検出器５１及び圧縮機温度検出器５２の一例はサーミスタであり、他の一例は熱電対である。なお、外気温検出器５１を「第一の温度検出器」と呼び、圧縮機温度検出器５２を「第二の温度検出器」と呼ぶ場合がある。
【００２３】
直流電圧検出器７が検出した電圧情報である電圧Ｖｄｃ、電流検出器８が検出した電流情報である電流Ｉｄｃ、外気温検出器５１の検出値である第一温度Ｔｅ１、及び圧縮機温度検出器５２の検出値である第二温度Ｔｅ２は、インバータ制御部２０に出力される。なお、インバータ制御部２０への伝達手段は、任意であり、有線であっても無線であってもよい。
【００２４】
インバータ制御部２０は、モータ制御部９と、ＰＷＭ制御部１０と、を備える。モータ制御部９は、外気温検出器５１の検出値である第一温度Ｔｅ１と、圧縮機温度検出器５２の検出値である第二温度Ｔｅ２とに基づいて、冷媒の寝込みを検出する。冷媒が寝込んでいるか否かの判定は、圧縮機１０１の停止中に行われる。なお、冷媒の寝込みを検出する方法は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２５】
ＰＷＭ制御部１０は、直流電圧検出器７が検出した電圧情報である電圧Ｖｄｃと、電流検出器８が検出した電流情報である電流Ｉｄｃとに基づいて、インバータ主回路２のスイッチング素子５ａ〜５ｆを駆動するためのパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下「ＰＷＭ」と表記）信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮを生成する。
【００２６】
ＰＷＭ制御部１０は、生成したＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮをインバータ主回路２に出力する。インバータ主回路２のスイッチング素子５ａ〜５ｆは、ＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮによって駆動される。ＰＷＭ制御部１０によって制御されたインバータ主回路２は、指令された交流電圧をモータ４に印加する。
【００２７】
なお、図２の構成において、直流電源１は、交流電源の交流電圧を交流直流変換装置によって直流電圧に変換する構成が一般的である。交流直流変換装置の一例は、ダイオードブリッジで構成された整流回路である。交流直流変換装置の他の例は、昇圧コンバータ又は昇降圧コンバータ回路である。なお、交流直流変換装置を用いずに、太陽電池又はバッテリに代表される直流電源を直接用いてもよい。
【００２８】
また、図２の構成において、電流検出器８は、インバータ主回路２の入力側に設けられているが、この構成には限定されない。電流検出器８は、インバータ主回路２とモータ４との間に設けられていてもよい。この構成では、モータ４の各相であるＵ相、Ｖ相及びＷ相に流れる電流を検出することができる。また、電流検出器８は、スイッチング素子５ｄ〜５ｆの負極側に設けられていてもよい。この構成でも、モータ４の各相に流れる電流を検出することができる。
【００２９】
次に、モータ制御部９及びＰＷＭ制御部１０の構成及び動作について説明する。まず、図３は、実施の形態１におけるモータ制御部９の構成を示すブロック図である。モータ制御部９は、電流復元部１１と、座標変換部１２と、推定部１３と、速度制御部１４と、電流制御部１５と、電圧指令演算部１６とを備える。
【００３０】
電流復元部１１は、電流検出器８の検出値である電流Ｉｄｃからモータ４に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを復元する。なお、モータ４に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを直接検出した場合には、電流復元部１１による復元は不要である。
【００３１】
座標変換部１２は、復元された相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、及び、モータ４のロータ磁極位置θに基づき、座標変換によって、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを生成する。ｄ軸電流Ｉｄは、ｄｑ座標軸におけるｄ軸方向の電流成分である。ｑ軸電流Ｉｑは、ｄｑ座標軸におけるｑ軸方向の電流成分である。ロータ磁極位置θは、推定部１３によって生成される。座標変換部１２によって変換されたｄ軸電流及びｑ軸電流は、推定部１３と、電流制御部１５とに出力される。
【００３２】
推定部１３は、ｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑと、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*と、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*とに基づいて、速度推定値ω及びロータ磁極位置θを推定する。ｄ軸電圧指令Ｖｄ*及びｑ軸電圧指令Ｖｑ*は、電流制御部１５によって生成される。推定部１３によって推定された速度推定値ωは、速度制御部１４に出力される。推定部１３によって推定されたロータ磁極位置θは、前述した座標変換部１２と、電圧指令演算部１６とに出力される。
【００３３】
速度制御部１４は、速度指令値ω*及び速度推定値ωに基づき、速度推定値ωが速度指令値ω*に一致するようなｑ軸電流指令Ｉｑ*を算出する。速度制御部１４によって算出されたｑ軸電流指令Ｉｑ*は、電流制御部１５に出力される。
【００３４】
電流制御部１５は、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ*に一致するようなｄ軸電圧指令Ｖｄ*と、ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ*に一致するようなｑ軸電圧指令Ｖｑ*と、を生成する。電流制御部１５によって生成されたｄ軸電圧指令Ｖｄ*は、推定部１３と、電圧指令演算部１６とに出力される。電流制御部１５によって生成されたｑ軸電圧指令Ｖｑ*も、推定部１３と、電圧指令演算部１６とに出力される。
【００３５】
電圧指令演算部１６は、直流電圧検出器７が検出した電圧Ｖｄｃ、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*及びロータ磁極位置θに基づいて、Ｕ相電圧指令Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令Ｖｖ*、及びＷ相電圧指令Ｖｗ*と、電圧位相θｖとを生成する。Ｕ相電圧指令Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令Ｖｖ*、及びＷ相電圧指令Ｖｗ*は、ＵＶＷの各相における電圧指令である。電圧位相θｖは、Ｕ相電圧指令Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令Ｖｖ*、及びＷ相電圧指令Ｖｗ*を出力する際の基準となる位相角である。
【００３６】
図４は、実施の形態１におけるＰＷＭ制御部１０の構成を示すブロック図である。ＰＷＭ制御部１０は、キャリア生成部１７と、キャリア比較部１８とを備える。キャリア生成部１７は、電圧位相θｖに基づいてキャリアを生成する。キャリア比較部１８は、キャリア及び電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいて、ＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮを生成する。
【００３７】
次に、ＰＷＭ変調による各相のスイッチング素子５ａ〜５ｆの駆動信号を生成する空間ベクトル変調方式について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、インバータ出力電圧ベクトルの定義を示す図である。図６は、空間ベクトル変調方式におけるインバータ出力電圧ベクトルと各相上アームのスイッチング素子５ａ，５ｂ，５ｃのオン又はオフの状態との関係をベクトル平面に示した図である。図５及び図６では、各相上アームのスイッチング素子５ａ，５ｂ，５ｃがオン状態である場合を“１”、オフ状態である場合を“０”と表記している。インバータ出力電圧ベクトルとは、インバータ主回路２に印加する出力電圧を、空間ベクトル変調方式におけるベクトル空間で表したときのベクトルである。この意味で、インバータ出力電圧ベクトルは、「空間ベクトル」とも呼ばれる。
【００３８】
図５に示すように、スイッチング素子５ａ〜５ｆの状態は、オン状態である“１”と、オフ状態である“０”との２通りが存在する。また、短絡電流が流れるのを防止するため、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同時にオン状態になることはない。このため、スイッチング素子５ａ〜５ｆのオン状態及びオフ状態の組み合わせに対しては、図５に示す８種類の電圧ベクトルが定義できる。
【００３９】
前述の通り、上アームのスイッチング素子に対して、下アームのスイッチング素子は従属関係にあるため、電圧ベクトルは、上アームのスイッチング素子の状態で表すことができる。そこで、電圧ベクトルを（“Ｕ相上アームのスイッチング素子５ａの状態”，“Ｖ相上アームのスイッチング素子５ｂの状態”，“Ｗ相上アームのスイッチング素子５ｃの状態”）の形式で表すことにする。このとき、電圧ベクトルは、Ｖ０（０００），Ｖ１（００１），Ｖ２（０１０），Ｖ３（０１１），Ｖ４（１００），Ｖ５（１０１），Ｖ６（１１０），Ｖ７（１１１）という８通りで表記することができる。これら８通りの電圧ベクトルのうち、大きさを持たないＶ０（０００）及びＶ７（１１１）は、零ベクトルと呼ばれる。また、大きさが等しく、隣接するベクトル間で６０°の位相差を持つ、Ｖ１（００１），Ｖ２（０１０），Ｖ３（０１１），Ｖ４（１００），Ｖ５（１０１），Ｖ６（１１０）は、実ベクトルと呼ばれる。
【００４０】
図６において、隣接する電圧ベクトル間では、スイッチング素子の状態を表す数値の並びは、同時に２つの変化が起こらない並びとなっている。すなわち隣接する電圧ベクトル間では、“０”から“１”への変化、又は“１”から“０”への変化は、同時に起こらない。具体的に、Ｖ４（１００）とＶ６（１１０）とで見れば、スイッチング素子５ｂがオンからオフ、又はオフからオンに変化し、スイッチング素子５ａ，５ｃの状態は変化しない。また、Ｖ２（０１０）とＶ３（０１１）とで見れば、スイッチング素子５ｃがオンからオフ、又はオフからオンに変化し、スイッチング素子５ａ，５ｂの状態は変化しない。このため、図６のベクトル平面に従って、隣接する電圧ベクトルを順次選択して行けば、複数の相のスイッチング素子の状態が同時に変化することはない。これにより、複数の相のスイッチング素子の状態が同時に変化することに起因する騒音又は振動の発生が抑制される。
【００４１】
モータ制御部９は、零ベクトルＶ０，Ｖ７、及び実ベクトルＶ１〜Ｖ６を任意に組み合わせることで、任意の電圧指令Ｖ*を合成することができる。モータ制御部９にて合成された電圧指令Ｖ*は、三相の電圧指令であるＵ相電圧指令Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令Ｖｖ*、及びＷ相電圧指令Ｖｗ*に変換され、電圧位相θｖと共に、ＰＷＭ制御部１０に出力される。前述の通り、ＰＷＭ制御部１０は、電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に基づいて、ＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮを生成する。
【００４２】
次に、実施の形態１における冷媒加熱用の電圧指令の生成方法について、図７から図９の図面を参照して説明する。図７は、実施の形態１における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法を示すフローチャートである。図８は、実施の形態１における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図である。図９は、図８に従って選択した電圧ベクトルを発生するための電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*の一例と当該電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*によって生成されるＰＷＭ信号を示すタイムチャートである。
【００４３】
図７のフローにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０７，Ｓ１０９，Ｓ１１０の処理はモータ制御部９によって実行され、ステップＳ１０８の処理はＰＷＭ制御部１０によって実行される。
【００４４】
図７において、ステップＳ１０１では、圧縮機１０１が停止中であるか否かが判定される。圧縮機１０１が停止中でなければ（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０１の判定処理を継続する。圧縮機１０１が停止中であれば（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。
【００４５】
ステップＳ１０２では、冷媒寝込み量が推定される。冷媒寝込み量の推定方法は公知であり、ここでは概略について説明する。冷媒寝込み量の推定には、外気温検出器５１が検出した第一温度Ｔｅ１と、圧縮機温度検出器５２が検出した第二温度Ｔｅ２とが用いられる。
【００４６】
冷凍サイクルを循環する冷媒は、冷凍サイクルを形成する構成部のうち、最も温度の低い箇所で凝縮して溜まり込んでいく。圧縮機１０１は、冷凍サイクルを形成する各構成部の中で最も熱容量が大きいため、外気温である第一温度Ｔｅ１の上昇に対して、圧縮機温度である第二温度Ｔｅ２が遅れて上昇して最も温度が低くなる。その結果、圧縮機１０１の内部に液冷媒が滞留する。このため、第一温度Ｔｅ１と第二温度Ｔｅ２と冷媒寝込み量との関係を、予め実験又はシミュレーションにより求め、求めた冷媒寝込み量をテーブルにして保持しておく。テーブルにして保持しておくことにより、常時の参照が可能になる。
【００４７】
なお、圧縮機１０１の熱容量を予め把握している場合には、第一温度Ｔｅ１のみを検出し、第一温度Ｔｅ１の変化に対して圧縮機１０１の温度がどの程度遅れて変化するのかを推定することにより、単位時間当たりの冷媒寝込み量を推定できる。この場合には、圧縮機温度検出器５２を削減することができ、コストの削減が可能となる。
【００４８】
ステップＳ１０３では、圧縮機１０１の加熱が必要であるか否か、すなわち加熱の要否が判定される。加熱の要否の判定には、ステップＳ１０２で推定した冷媒寝込み量が用いられる。加熱が不要と判定された場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。加熱が必要と判定された場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に進む。
【００４９】
ステップＳ１０４では、拘束通電電圧ΣＶが算出される。ステップＳ１０５では、拘束通電電圧ΣＶに基づく空間ベクトルが選択される。拘束通電電圧ΣＶに基づく空間ベクトルの一例が、図８に示されている。従来の直流励磁式拘束通電（上記特許文献３参照）においては、図示のように、電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ６との間で中間に位置する空間ベクトルが選択され、当該空間ベクトルを用いて加熱を行っていた。中間に位置する空間ベクトルには、電圧ベクトルＶ２からの位相角と、電圧ベクトルＶ６からの位相角とが等しくなる向きのベクトルが採用されていた。
【００５０】
これに対して、実施の形態１では、ステップＳ１０６からステップＳ１０８の処理が追加される。ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で選択された空間ベクトルに基づいて４つの電圧ベクトルが選択される。図８の例で説明すると、電圧ベクトルＶ２及び電圧ベクトルＶ６と、電圧ベクトルＶ３と、電圧ベクトルＶ４とによる４つの電圧ベクトルが選択される。電圧ベクトルＶ２及び電圧ベクトルＶ６は、拘束通電電圧ΣＶを表す空間ベクトルの両側に位置する実ベクトルである。電圧ベクトルＶ３は、電圧ベクトルＶ２を基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する実ベクトルである。電圧ベクトルＶ４は、電圧ベクトルＶ６を基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する実ベクトルである。なお、実施の形態１において、ステップＳ１０５で選択される空間ベクトルは、電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ６との間の中間に位置する空間ベクトルである必要はなく、任意の方向の空間ベクトルの選択が可能である。
【００５１】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で選択された４つの電圧ベクトルに、２つの零ベクトルを加えた６つの電圧ベクトルの出力順序が決定される。図８の例で説明すると、選択された４つの電圧ベクトルＶ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６に、２つの零ベクトルＶ０，Ｖ７を加えた６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７の出力順序が決定される。
【００５２】
図８において、６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７を反時計周りに選択するものとすれば、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７の順に選択される。また、図８において、６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７を時計周りに選択するものとすれば、Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順に選択される。なお、電圧ベクトルを選択する際の要点については、後述する。
【００５３】
ステップＳ１０８では、ステップＳ１０７で決定された出力順序に従って、スイッチング素子５ａ〜５ｆが駆動される。ステップＳ１０９では、加熱の要否が再度判定される。加熱が不要と判定された場合（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１１０に進む。一方、加熱が必要と判定された場合（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１０４からステップＳ１０８の処理が繰り返される。
【００５４】
ステップＳ１１０では、加熱を停止する。ステップＳ１１０の処理が終了すると、ステップＳ１０１に戻る。以降、ステップＳ１０１からステップＳ１１０の処理が繰り返される。
【００５５】
図９の上側には、図８に従って選択した電圧ベクトルを発生するための電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*の一例とキャリアとが示されている。また、図９の下側には、上側に示す電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*によって生成されるＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰが示されている。
【００５６】
図９では、Ｕ相電圧指令Ｖｕ*と、Ｖ相電圧指令Ｖｖ*と、Ｗ相電圧指令Ｖｗ*とが示されている。Ｕ相電圧指令Ｖｕ*は、キャリア周波数ｆｃのキャリアのゼロクロスのタイミングに同期して正値“Ａ”及び負値“−Ａ”をとるように変化する電圧指令である。Ｖ相電圧指令Ｖｖ*は、キャリアに対して変化せずに一定の正値“Ｂ”をとり続ける電圧指令である。Ｗ相電圧指令Ｖｗ*は、キャリアに対して変化せずに一定の負値“−Ｃ”をとり続ける電圧指令である。なお、図９において、Ａ，Ｂ，Ｃの間には、Ａ＞Ｂ＝Ｃの関係がある。
【００５７】
電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*の各値とキャリアの値とは、大小関係が比較される。キャリアの値の方が大きければ、“Ｌｏｗ”のＰＷＭ信号が生成される。キャリアの値の方が小さければ“Ｈｉｇｈ”のＰＷＭ信号が生成される。その結果、図示のＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰが生成される。
【００５８】
図９において、キャリアの山からスタートした直後では、ＵＰ＝０、ＶＰ＝０、ＷＰ＝０であるため、時間幅Ｔ１のＶ０（０００）が出力される。次いで、キャリアの値がＵ相電圧指令Ｖｕ*よりも小さくなるとＵＰ＝１、ＶＰ＝０、ＷＰ＝０であるため、時間幅Ｔ２のＶ４（１００）が出力される。以降、同様な処理が行われ、時間幅Ｔ３のＶ６（１１０）、時間幅Ｔ４のＶ２（０１０）、時間幅Ｔ５のＶ３（０１１）、時間幅Ｔ６のＶ７（１１１）が順次出力される。なお、時間幅Ｔ１〜Ｔ６は、電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*の大きさであるＡ，Ｂ，Ｃの値により変更可能である。
【００５９】
上述の処理の結果、キャリア周期Ｔｃの前半の半周期Ｔｃ／２では、図８及び図９に示すように、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７の順序で電圧ベクトルが選択される。キャリア周期Ｔｃの後半の半周期Ｔｃ／２では、図８及び図９に示すように、Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順序で電圧ベクトルが選択される。キャリアの２周期目では、１周期目の動作が繰り替えされる。すなわち、キャリアの２周期目では、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順序で電圧ベクトルが選択される。
【００６０】
次に、実施の形態１に係る圧縮機駆動装置の駆動方法によって得られる効果について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ６との間の中間に位置する空間ベクトルによって加熱するときの様子を模式的に示す図である。図１１は、実施の形態１の手法を用いて加熱するときの様子を模式的に示す図である。
【００６１】
電圧ベクトルＶ２と電圧ベクトルＶ６との間の中間に位置する空間ベクトルによって加熱する場合、図１０に示すように、楕円で囲んでいるスイッチング素子５ｂ，５ｆのみが通電される。このため、特定のスイッチング素子であるスイッチング素子５ｂ，５ｆに負荷が集中し、当該特定のスイッチング素子の寿命が低下するという問題が起こる。また、特定のスイッチング素子に発熱が集中するので、スイッチング素子を搭載するモジュールの冷却用フィンの間に設けられる冷却用シリコーンがポンプアウト現象を引き起こし易いという課題がある。更に、銅損によるモータ４の発熱が、ハッチングで示したＶ相巻線４Ｖ及びＷ相巻線４Ｗのみに生じる。このため、モータ４の局所発熱となり、発熱が圧縮機内で均一化されるまでに時間を要するという課題がある。
【００６２】
これに対して、実施の形態１の手法によれば、図１１に示すように、楕円で囲んでいる全てのスイッチング素子５ａ〜５ｆが通電する。このため、特定のスイッチング素子のみに負荷が集中することはない。また、銅損によるモータ４の発熱が、ハッチングで示したＵ相巻線４Ｕ、Ｖ相巻線４Ｖ及びＷ相巻線４Ｗすなわち全ての巻線に生じる。このため、モータ４の発熱が均一化され、当該発熱が圧縮機内で均一化されるまでに要する時間が、特定のスイッチング素子のみに通電される場合に比べて短縮されるという効果がある。
【００６３】
なお、電圧ベクトルをＶ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７と変化させると、巻線が発生する磁界によって生じたトルクの影響で、騒音及び振動が発生する可能性がある。これは、電圧ベクトルを空間に対して１回転させなくてもモータ４にイナーシャが生じるためである。一方、電圧ベクトルをＶ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７と変化させた後に、同じキャリア周期内で、Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０と反対方向に変化させると、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７で発生したトルクを打ち消す方向に新たな磁界が働く。このため、騒音及び振動の発生が抑制される。すなわち、キャリアの１周期内で、電圧ベクトルをＶ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７と変化させた後に、逆順でＶ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０と変化させることにより、モータ４の回転及び振動を抑制しつつ、モータ４を発熱させることが可能となる。
【００６４】
また、上述したように、拘束通電には、直流励磁式拘束通電と交流励磁式拘束通電とがある。交流励磁式拘束通電の場合、キャリア周波数又は拘束通電電力によっては、電波法の規制対象となる。ここで、実施の形態１の手法は、図８に示されるように、電圧ベクトルを３６０度あるベクトル平面のうちの半分の平面、すなわち１８０度平面で変化させている。このため、拘束通電電圧ΣＶに基づく空間ベクトルに対して、当該空間ベクトルの向きを逆向きにする電圧ベクトルの射影成分はない。従って、実施の形態１の手法は、直流励磁式拘束通電に含まれると言える。すなわち、実施の形態１の手法は、モータ電流にリプル成分が含まれるものの、モータ電流自体は直流電流であり、直流励磁式拘束通電に該当するので、電波法による規制の対象とはならないという利点がある。なお、モータ電流にリプル成分が含まれる場合、ロータの微小な脈動も考えられるが、モータ４のインダクタンス容量、重量又は機械的構造ごとに、最適なキャリア周波数を選択するようにすれば、ロータの脈動を抑えることが可能となる。
【００６５】
なお、拘束通電を行う際に、キャリア周波数を一定の周期毎に変更することが好ましい。キャリア周波数を変更することにより、拘束通電中における振動又は騒音が抑制されるという効果がある。
【００６６】
実施の形態１の最後では、上述した実施の形態１の機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。図１２は、実施の形態１におけるモータ制御部９の機能を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【００６７】
実施の形態１におけるモータ制御部９の機能を実現する場合には、図１２に示すように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２、及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。
【００６８】
プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又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  Ｄｉｓｃ）を例示することができる。
【００６９】
メモリ２０２には、モータ制御部９の機能を実行するプログラム及びプロセッサ２００によって参照されるテーブルが格納されている。プロセッサ２００は、インタフェース２０４を介して必要な情報を授受し、メモリ２０２に格納されたプログラムをプロセッサ２００が実行し、メモリ２０２に格納されたテーブルをプロセッサ２００が参照することにより、上述した演算処理を行うことができる。プロセッサ２００による演算結果は、メモリ２０２に記憶することができる。
【００７０】
上述したように、実施の形態１に係る圧縮機駆動装置によれば、圧縮機の加熱が必要な場合に、インバータ主回路に印加する電圧ベクトルを、キャリアの１周期内でＶ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順に変化させて圧縮機の駆動用のモータを駆動するので、インバータ主回路における特定のスイッチング素子への負荷の集中が回避される。これにより、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することが可能となる。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態１では、インバータ主回路２に印加する電圧ベクトルを、キャリアの１周期内でＶ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順に変化させる例を示したが、実施の形態２では、他の例について説明する。図１３は、実施の形態２における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図である。なお、実施の形態２に係る圧縮機駆動装置の構成は、実施の形態１と同一である。
【００７２】
図１３では、図８とは異なる拘束通電電圧ΣＶ’が算出され、当該拘束通電電圧ΣＶ’に基づく空間ベクトルが選択される。具体的には、４つの電圧ベクトルＶ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５が選択される。従って、図１３の例では、４つの電圧ベクトルＶ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５に、２つの零ベクトルＶ０，Ｖ７を加えた６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７の出力順序が決定される。
【００７３】
図１３において、６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７を時計周りに選択するものとすれば、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ１→Ｖ３→Ｖ７の順に選択される。また、図１３において、６つの電圧ベクトルＶ０，Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ７を反時計周りに選択するものとすれば、Ｖ７→Ｖ３→Ｖ１→Ｖ５→Ｖ４→Ｖ０の順に選択される。従って、実施の形態２では、インバータ主回路２に印加する電圧ベクトルを、キャリアの１周期内でＶ０→Ｖ４→Ｖ５→Ｖ１→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ１→Ｖ５→Ｖ４→Ｖ０の順に変化させる動作となる。
【００７４】
実施の形態１と実施の形態２の概念を組み合わせれば、３６０度あるベクトル平面のうちの半分の１８０度平面内にある４つの電圧ベクトルを選択し、選択した４つの電圧ベクトルに２つの零ベクトルを加えた６つの電圧ベクトルを図６のベクトル平面に従って、順次選択して行く動作となる。選択される６つの電圧ベクトルのうちの４つの実ベクトルは、第一及び第二の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、及び第四の電圧ベクトルである。第一及び第二の電圧ベクトルは、拘束通電電圧を表す空間ベクトルの両側に位置する２つの電圧ベクトルである。第三の電圧ベクトルは、当該第一の電圧ベクトルを基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する電圧ベクトルである。第四の電圧ベクトルは、当該第二の電圧ベクトルを基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する電圧ベクトルである。
【００７５】
図８に示す実施の形態１の例では、第一の電圧ベクトルはＶ２又はＶ６に対応し、第二の電圧ベクトルはＶ６又はＶ２に対応する。また、第三の電圧ベクトルはＶ３又はＶ４に対応し、第四の電圧ベクトルはＶ４又はＶ３に対応する。また、図１３に示す実施の形態２の例では、第一の電圧ベクトルはＶ１又はＶ５に対応し、第二の電圧ベクトルはＶ５又はＶ１に対応する。また、第三の電圧ベクトルはＶ３又はＶ４に対応し、第四の電圧ベクトルはＶ４又はＶ３に対応する。
【００７６】
なお、零ベクトルＶ０を第一の零ベクトルと呼び、零ベクトルＶ７を第二の零ベクトルと呼べば、実施の形態１及び実施の形態２において、インバータ主回路２に印加される電圧ベクトルは、第一の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序となる。或いは、第一の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序となる。
【００７７】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、インバータ主回路２に印加する電圧ベクトルを、キャリアの１周期内で、第一の零ベクトルであるＶ０からスタートし、第二の零ベクトルであるＶ７を間に挟んで、第一の零ベクトルであるＶ０で終了する例を示したが、実施の形態３では、他の例について説明する。図１４は、実施の形態３における冷媒加熱用の電圧ベクトルの出力順序の説明に供する図である。なお、実施の形態３に係る圧縮機駆動装置の構成は、実施の形態１と同一である。
【００７８】
図１４には、左右２つの図が示されている。左側の図は、図８に示したものと同じである。また、右側の図は、電圧ベクトルの選択順序を左側とは逆順にしたものである。ここで、左側の図に示される選択順序を「第一の選択順序」と呼び、右側の図に示される選択順序を「第二の選択順序」と呼ぶ。また、第一の選択順序によって制御される周期を「第一の周期」と呼び、第二の選択順序によって制御される周期を「第二の周期」と呼ぶ。また、第一の周期による制御を「第一の制御」と呼び、第二の周期による制御を「第二の制御」と呼ぶ。
【００７９】
第一の制御は、前述の通り、Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７→Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０の順で電圧ベクトルを推移させる。また、第二の制御では、Ｖ７→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ６→Ｖ４→Ｖ０→Ｖ０→Ｖ４→Ｖ６→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ７の順で電圧ベクトルを推移させる。実施の形態３では、一定の間隔毎に、第一の制御と第二の制御とを切り替える。一定の間隔は、数十秒から数分のオーダである。
【００８０】
次に、実施の形態３に係る圧縮機駆動装置の駆動方法によって得られる効果について説明する。
【００８１】
直流励磁式拘束通電では、モータの抵抗値成分が小さい場合、又は、大容積の圧縮機の場合、母線電圧又は母線電圧に近い電圧をモータに印加すると、圧縮機の損傷が想定される。ここで言う母線電圧とは、図１の構成の場合、直流電源１の電圧である。
【００８２】
このため、直流励磁式拘束通電では、モータに印加する電圧は、母線電圧にくらべて非常に小さな値であることが多い。その結果、スイッチング素子に対する制御はオン時間が短く、オフ時間が長いＰＷＭ信号となり、インバータ損失及びインバータ主回路での発熱は、オフ時間に流れる回生電流の方が大きくなる。従来技術の場合、回生電流は、特定のダイオードに集中するため、局所発熱の問題が起こり、ダイオードの低寿命化の原因にもなる。
【００８３】
一方、実施の形態３によれば、一定の間隔毎に、第一の制御と第二の制御とを切り替えるようにしているので、ＰＷＭ制御のオフ時間に特定のダイオードに回生電流が通電されるのを防ぐことができる。これにより、特定のダイオードに回生電流が集中するのを抑制でき、インバータ主回路での発熱が均一化され、特定のダイオードの寿命の低下を抑止することができる。
【００８４】
実施の形態４．
図１５は、実施の形態４に係る圧縮機駆動装置の構成を示す回路図である。図１５に示す実施の形態４では、図２に示す実施の形態１の構成において、インバータ主回路２の半導体素子を冷却するための放熱器５６の温度を検出する放熱器温度検出器５３が追加された構成となっている。なお、その他の構成は、図２に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、同一の符号を付して重複する説明は割愛する。
【００８５】
放熱器温度検出器５３の一例はサーミスタであり、他の一例は熱電対である。なお、放熱器温度検出器５３を「第三の温度検出器」と呼ぶ場合がある。放熱器温度検出器５３の検出値である第三温度Ｔｅ３は、インバータ制御部２０に出力される。
【００８６】
モータ制御部９は、実施の形態１と同様に、圧縮機１０１の停止中において、外気温検出器５１の検出値である第一温度Ｔｅ１と、圧縮機温度検出器５２の検出値である第二温度Ｔｅ２とに基づいて、冷媒の寝込みを検出する。実施の形態４では、更に放熱器温度検出器５３の検出値である第三温度Ｔｅ３に基づく処理が追加される。
【００８７】
インバータ主回路２のスイッチング素子５ａ〜５ｆのそれぞれと、並列に接続されるダイオード６ａ〜６ｆのそれぞれとを電気的に接続するためのワイヤボンディングは、ある回数以上のヒートショックを受けることにより、接合面が破断する可能性が高くなる。ここで言うヒートショックは、半導体の接合部の限界使用温度など高負荷領域での使用後、圧縮機を停止した際に半導体が室温付近まで冷却されるといった半導体の温度環境によって決まってくる。スイッチング素子５ａ〜５ｆ及びダイオード６ａ〜６ｆを搭載するモジュールの仕様書には、ΔＴ［Ｋ］のサイクルがＮ回許容されるといったようなパワーサイクルに関する記載がされることが多々ある。この趣旨に鑑み、実施の形態４では、放熱器温度検出器５３の検出値に基づく処理が追加されている。
【００８８】
次に、実施の形態４に係る圧縮機駆動装置の動作について、図１６を参照して説明する。図１６は、実施の形態４に係る圧縮機駆動装置の動作説明に供するフローチャートである。図１６のフローは、モータ制御部９によって実行される。また、図１６のフローは、図７におけるステップＳ１０３とステップＳ１０４との間に追加することができる。
【００８９】
ステップＳ２０１では、放熱器温度検出器５３の検出値である第三温度Ｔｅ３と第一の閾値である第一の設定値Ｔｓｅｔ１とが比較される。第三温度Ｔｅ３が第一の設定値Ｔｓｅｔ１よりも高い場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、モジュールの温度がパワーサイクルの許容値よりも高いと判断し、拘束通電は実施せずに図１６のフローを抜け出る。
【００９０】
一方、第三温度Ｔｅ３が第一の設定値Ｔｓｅｔ１以下の場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、第三温度Ｔｅ３と第二の閾値である第二の設定値Ｔｓｅｔ２とが比較される。第二の設定値Ｔｓｅｔ２は、第一の設定値Ｔｓｅｔ１よりも低い値である。第三温度Ｔｅ３が第二の設定値Ｔｓｅｔ２以下の場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、モジュールの温度がパワーサイクルの許容値よりも低いと判断し、拘束通電が通常通り実施される。拘束通電の実施後、図１６のフローを抜け出る。
【００９１】
一方、第三温度Ｔｅ３が第二の設定値Ｔｓｅｔ２よりも高い場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、通電時間を制限した拘束通電が実施される。ステップＳ２０４の処理は、冷媒が寝込む可能性と、モジュールに対するヒートショックとの双方を考慮した処理である。ステップＳ２０４の処理により、モジュール内の素子の温度がある温度範囲内に入るように制御される。これにより、冷媒の寝込みを防ぎつつ、モジュール内の素子の保護が可能になるという効果がある。
【００９２】
実施の形態５．
実施の形態５では、インバータ主回路２のスイッチング素子５ａ〜５ｆ及びダイオード６ａ〜６ｆを形成する素材について説明する。スイッチング素子５ａ〜５ｆ及びダイオード６ａ〜６ｆを形成する素材は、珪素（Ｓｉ）が一般的であるが、近年注目されている炭化珪素（ＳｉＣ）を用いてもよい。
【００９３】
炭化珪素を素材とするＳｉＣ素子は、珪素を素材とするＳｉ素子と比較して、熱伝達率が大きく、高温での動作が可能といった優れた特性を持っている。スイッチング素子５ａ〜５ｆ及びダイオード６ａ〜６ｆにＳｉＣ素子を用いることでＳｉＣ素子の恩恵を受けることができる。すなわち、ＳｉＣ素子は高温での動作が可能であるため、拘束通電時の通電量を大きくすることができる。これにより、拘束通電を効率的に実施することが可能となる。
【００９４】
なお、ＳｉＣ素子は、Ｓｉ素子よりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このＳｉＣ素子以外にも、例えば窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性もＳｉＣに類似した点が多い。従って、ＳｉＣ以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。
【００９５】
また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を搭載したパワーモジュールの小型化が可能となる。
【００９６】
なお、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、変更又は追加することも可能である。例えば、モータ４の巻線の温度を検出する巻線温度検出器が設けられていてもよい。モータ４の巻線の抵抗値は、巻線の温度及び巻線に流れる電流によって変化する。従って、電流検出器８の検出値である電流Ｉｄｃと、圧縮機温度検出器５２の検出値である第二温度Ｔｅ２とに加え、巻線温度検出器の検出値を用いれば、モータ４の相抵抗値を決定することができる。モータ４の相抵抗値を決定することができれば、相抵抗値が変化しても、拘束通電のための電力を安定的に供給することが可能となる。
【符号の説明】
【００９７】
１  直流電源、２  インバータ主回路、４  モータ、４Ｕ  Ｕ相巻線、４Ｖ  Ｖ相巻線、４Ｗ  Ｗ相巻線、５ａ〜５ｆ  スイッチング素子、６ａ〜６ｆ  ダイオード、７  直流電圧検出器、８  電流検出器、９  モータ制御部、１０  ＰＷＭ制御部、１１  電流復元部、１２  座標変換部、１３  推定部、１４  速度制御部、１５  電流制御部、１６  電圧指令演算部、１７  キャリア生成部、１８  キャリア比較部、２０  インバータ制御部、３０  圧縮機駆動装置、５１  外気温検出器、５２  圧縮機温度検出器、５３  放熱器温度検出器、５６  放熱器、１００  ヒートポンプ装置、１０１  圧縮機、１０２  四方弁、１０３，１０４  熱交換器、１０５  膨張機構、１０６  冷媒配管、１０７  圧縮機構、２００  プロセッサ、２０２  メモリ、２０４  インタフェース。
【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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【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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