(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を蒸発する蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられ冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機と、順変換器および逆変換器として動作できる電力変換器を含み、前記膨張機と動力軸を介して直結されている回転機の回転数を制御する回転機制御手段とを備え、前記圧縮機が停止した直後から所定時間が経過するまで、前記回転機制御手段によって、前記回転機に直流電流を流すことで前記膨張機を拘束させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記回転機に流す直流電流の大きさを、経過する時間に対して段階的に大きくさせることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記回転機に流す直流電流の大きさを、経過する時間に対して大きくさせることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記回転機に流す直流電流の大きさは、前記回転機の減磁電流よりも小さくなるように予め設定された上限値を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記回転機制御手段は、前記回転機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記回転機に印加する印加電圧の値と前記電流検出手段によって検出された電流値とから前記回転機に発生する誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、前記誘起電圧推定手段によって推定された誘起電圧値に基づいて前記回転機の回転子磁極位置を推定する回転子位置速度検出手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記圧縮機が運転している間は、前記回転機制御手段によって前記回転機を回生運転することで前記膨張機から動力を回収し、回収された動力を前記圧縮機を駆動するための補助動力として利用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和機における圧縮機などの電動機を駆動する装置においては、地球環境保護の観点から消費電力を低減する必要性が大きくなっている。その消費電力を低減する技術の一つとして、冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機から動力を回収し、圧縮機を駆動するための補助動力として、その回収した動力を利用する冷凍サイクル装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置のシステム構成図である。図３において、この冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒を凝縮する凝縮器３、冷媒を蒸発する蒸発器４、凝縮器３と蒸発器４の間に設けられ冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機２の膨張タービン２ａから構成されており、膨張タービン２ａは、動力軸２ｃを介して発電機２ｄと直結されている。交流電源１１からの交流電力は第１コンバータ３１で直流電力に変換され、この直流電力はインバータ１６によって交流電力に変換され圧縮機１が駆動される。
【０００４】
一方、冷媒の膨張エネルギーによって駆動された膨張タービン２ａは動力軸２ｃを介して発電機２ｄを駆動し、発電機２ｄから得られる交流電力が第２コンバータ３２へ入力される。この第２コンバータ３２では発電機２ｄから得られた交流電力を直流電力に変換し、この直流電力は、圧縮機１を駆動するための補助動力として利用される。
【０００５】
しかしながら、この構成では、膨張タービン２ａ（すなわち、動力軸２ｃを介して発電機２ｄ）の回転数を制御する手段がないため、冷凍サイクルにおいて最適となるような回転数で膨張タービン２ａ（すなわち、動力軸２ｃを介して発電機２ｄ）を動作させることが不可能であるという課題を有していた。
【０００６】
そこで、発電機２ｄの回転数を制御する手段が必要となるが、近年、地球環境保護の観点から発電機としては、回転子に永久磁石を配した高効率な同期発電機が用いられており、その同期発電機の回転数を制御するためには、回転子の位置情報に基づいてＰＷＭ制御を行う可変速コンバータ（以下、ＰＷＭコンバータ）などが必要である。特に特許文献１に記載の冷凍サイクル装置の膨張機における発電機に適用する場合、回転子の磁極位置を検出するための位置センサを取り付けることが困難であるため、同期発電機の固定子巻線に生じる誘起電圧を推定することによって回転子の磁極位置を推定する方法が考案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
図４は、非特許文献１に記載の風力発電システムの構成図である。図４において、埋込磁石同期発電機４２（図面の記号はＩＰＭＳＧ）はギアを介して接続された風車４１により駆動される。ここで、位置・速度推定部４４では、電流検出器２０ａ、２０ｂからの検出電流ｉｕ、ｉｖを推定位置θで座標変換したγ−δ軸電流と電圧指令値から内部に有する埋込磁石同期発電機４２のモデルを用いて、埋込磁石同期発電機４２の誘起電圧を推定することによって埋込磁石同期発電機４２の回転子の位置・速度を推定する。埋込磁石同期発電機４２の推定速度ωから最大電力追従制御部４５によってトルク指令Ｔｇ＊を導出し、トルク指令Ｔｇ＊から最大効率制御部４６によって埋込磁石同期発電機４２の損失が最小となるような電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊を導出する。埋込磁石同期発電機４２に流れる電流は電圧指令作成部４７で電流フィードバック制御され、ＰＷＭコンバータ４３により
駆動される。
【特許文献１】特開昭６１−２９６４７号公報
【非特許文献１】「電気学会全国大会講演論文集」、平成１４年、第４分冊、Ｐ２０９〜２１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１に記載のシステム構成を、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置に適用する場合、冷凍サイクルにおいて最適となる回転数で膨張タービン（すなわち動力軸を介して発電機）の回転数を制御することが可能となるが、運転状態にある圧縮機が停止しても膨張エネルギーはすぐには消滅せず、膨張エネルギーが存在する間は、膨張タービン（すなわち、動力軸を介して発電機）が駆動され続けてしまう。ここでＰＷＭコンバータを動作し続ける場合には、発電機の回転数は制御されながら電気エネルギーが取り出されるが、電気エネルギーの消費先である圧縮機が停止していると、取り出される電気エネルギーは蓄積され続けて、その蓄積された電気エネルギーがＰＷＭコンバータなどの素子の許容値を超えた場合には素子が破壊されてしまうという課題を有していた。
【０００９】
また、圧縮機の停止とともにＰＷＭコンバータの動作を停止させる場合には、膨張タービンはフリーラン状態となり、膨張エネルギーが存在する間は回転数が増大し続けてしまうため、回転数が膨張タービンの許容値を超えた場合には膨張タービンが破壊されてしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、膨張機に備えられた回転機の回転子の磁極位置を推定することによって回転機の回転数を制御し、かつ停止を含めた信頼性の高い膨張機の駆動を実現するための冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を蒸発する蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられ冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機と、順変換器および逆変換器として動作できる電力変換器を含み、前記膨張機と動力軸を介して直結されている回転機の回転数を制御する回転機制御手段とを備え、前記圧縮機が停止した直後から所定時間が経過するまで、前記回転機制御手段によって、前記回転機に直流電流を流すことで前記膨張機を拘束させることを特徴とするものである。
【００１２】
これによって、圧縮機が停止した際に、冷凍サイクルに存在している膨張エネルギーによって膨張機の回転数が増大し続けることや、回転機制御手段による回生運転で得られる電気エネルギーが蓄積され続けて電力変換機などの素子が破壊されることを防止でき、安全な膨張機の停止を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の冷凍サイクル装置は、膨張機に備えられた回転機の回転子の磁極位置を推定することによって回転機の回転数を制御し、かつ停止を含めた信頼性の高い膨張機の駆動を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒を蒸発する蒸発器と、前記凝縮器と前記蒸発器との間に設けられ冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機と、順変換器および逆変換器として動作できる電力変換器を含み、前記膨張機と動力軸を介して直結されている回転機の回転数を制御する回転機制御手段とを備え、前
記圧縮機が停止した直後から所定時間が経過するまで、前記回転機制御手段によって、前記回転機に直流電流を流すことで前記膨張機を拘束させることにより、圧縮機が停止した際に、冷凍サイクルに存在している膨張エネルギーによって膨張機の回転数が増大し続けることや、回転機制御手段による回生運転で得られる電気エネルギーが蓄積され続けて電力変換機などの素子が破壊されることを防止でき、安全な膨張機の停止を実現できる。
【００１５】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記回転機に流す直流電流の大きさを、経過する時間に対して段階的に大きくさせることにより、回転機に流す直流電流の変化を緩やかにすることで、膨張機を拘束させる際に膨張機の機構に与える物理的なストレスを軽減することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に第１の発明において、前記回転機に流す直流電流の大きさを、経過する時間に対して大きくさせることにより、回転機に流す直流電流の変化を連続的に滑らかにすることで、膨張機を拘束させる際に膨張機の機構に与える物理的なストレスをさらに軽減することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、前記回転機に流す直流電流の大きさは、前記回転機の減磁電流よりも小さくなるように予め設定された上限値を備えることによって、膨張機を拘束させる際に確実に回転機の減磁を防ぐことができる。
【００１８】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、前記回転機制御手段は、前記回転機の固定子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記回転機に印加する印加電圧の値と前記電流検出手段によって検出された電流値とから前記回転機に発生する誘起電圧を推定する誘起電圧推定手段と、前記誘起電圧推定手段によって推定された誘起電圧値に基づいて前記回転機の回転子磁極位置を推定する回転子位置速度検出手段とを備えることにより、エンコーダやレゾルバといった回転子の磁極位置を検出する位置センサを取り付けることが不要のため、コスト低減と信頼性の向上を図ることができる。
【００１９】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明において、前記圧縮機が運転している間は、前記回転機制御手段によって前記回転機を回生運転することで前記膨張機から動力を回収し、回収された動力を前記圧縮機を駆動するための補助動力として利用することにより、圧縮機の動力を大幅に低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置のシステム構成を示す。この冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒を凝縮する凝縮器３と、冷媒を蒸発する蒸発器４と、凝縮器３と蒸発器４の間に設けられ、冷媒の膨張エネルギーによって駆動される膨張機２の膨張タービン２ａから構成されており、膨張タービン２ａは動力軸２ｃを介して回転機２ｂと直結されている。
【００２２】
また、交流電源１１からの交流電力は整流回路１２で直流電力に変換され、平滑コンデンサ１３で電圧が平滑された後、この直流電力は、直流電力を交流電力に変換するインバータ１６と、運転司令部１４からの圧縮機１の回転数指令値に基づいてインバータ１６を駆動するためのドライブ信号を生成するインバータ制御部１７とから構成されている圧縮機制御装置１５によって交流電力に変換され圧縮機１が駆動される。
【００２３】
一方、冷媒の膨張エネルギーいよって駆動された膨張タービン２ａは動力軸２ｃを介して回転機２ｂを駆動することで交流電力が発生する。発生した交流電力は、運転司令部１４からの回転機２ｂの回転数指令値に基づいて、回転機制御装置１８によって回生運転が行われて直流電力に変換され、この直流電力は圧縮機１を駆動するための補助動力として利用されるため、電解コンデンサ１３の両端に配線されている。
【００２４】
ここで、回転機制御装置１８では指令通りの回転数を満足するため、目標回転数（回転機２ｂの回転数指令値）と現在の速度ω（回転子磁極位置速度検出手段２４により推定された推定速度の現在値）との速度誤差と、電流検出器２０ａ、２０ｂおよび電流検出部２１によって検出された回転機２ｂの相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、回転子磁極位置速度検出手段２４によって推定された磁極位置θから回転機２ｂの印加電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する正弦波駆動部２２と、電流検出値と電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に基づいて、回転機２ｂの固定子巻線の各相に生じた誘起電圧を推定する誘起電圧推定部２３と、誘起電圧推定部２３によって推定された誘起電圧を用いて回転機２ｂにおける回転子の磁極位置および速度を推定する回転子位置速度検出部２４と、電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を電力変換器１９を駆動するためドライブ信号に変換するＰＷＭ信号生成部２５と、順変換器および逆変換器として動作できる電力変換器１９から構成されている。
【００２５】
ここで、回転機制御装置１８によって回転機２ｂの回転数を制御する場合、膨張エネルギーの大きさに応じて力行運転または回生運転が行われるため、どちらの運転モードでも回転機２ｂにおける回転子の磁極位置が推定できなければならない。以下では、回転機２ｂを力行運転する場合について回転機制御装置１８の具体的な動作を説明した後で、回生運転する場合については力行運転する場合との相違点のみ説明する。
【００２６】
まず、正弦波駆動部２２では、運転司令部１４から与えられる回転機２ｂの回転数指令値ω＊と推定速度ωとの速度誤差がゼロになるように、速度制御ゲイン（ＫＰＷ：速度制御比例ゲイン、ＫＩＷ：速度制御積分ゲイン）を用いて、式（１）で表されるＰＩ制御により電流指令値Ｉ＊を演算する。
【００２７】
【数１】
0004682869.tif 000002
【００２８】
次に、演算された電流指令値Ｉ＊と電流指令位相βＴとを用いて式（２）、式（３）の演算によりｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）を求める。
【００２９】
【数２】
0004682869.tif 000003
【００３０】
また、固定子巻線の相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）は、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）と現在の磁極位置θ（回転子磁極位置速度推定手段２４により推定された推定位置の現在値）を用いて式（４）〜式（６）の演算により２相−３相変換を行うことで求める。なお、２相−３相変換については公知のため、その説明は省略する。
【００３１】
【数３】
0004682869.tif 000004
【００３２】
そこで、相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）と電流検出器２０ａ，２０ｂおよび電流検出部２１から得られる相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）との電流誤差がゼロとなるように、電流制御ゲイン（ＫＰＫｎ、ＫＩＫｎ、ｎ＝１、２、３（３相分））を用いて式（７）〜式（９）で表されるＰＩ制御により電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を演算する。
【００３３】
【数４】
0004682869.tif 000005
【００３４】
なお、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を３相−２相変換してｄｑ軸電流検出値（ｉｄ、ｉｑ）を求め、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）とｄｑ軸電流検出値（ｉｄ、ｉｑ）との電流誤差がゼロとなるようにＰＩ制御によりｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を求めてから、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換して相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を求めても良い。ここで、３相−２相変換についても２相−３相変換と同様に公知のため、その説明は省略する。
【００３５】
具体的には、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ、ｉｑ）は式（１０）、式（１１）の演算により求められる。
【００３６】
【数５】
0004682869.tif 000006
【００３７】
また、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）は電流制御ゲイン（ＫＰＤ：ｄ軸電流比例ゲイン、ＫＩＤ：ｄ軸電流積分ゲイン、ＫＰＱ：ｑ軸電流比例ゲイン、ＫＩＱ：ｑ軸電流積分ゲイン）を用いて式（１２）、式（１３）の演算により求められる。
【００３８】
【数６】
0004682869.tif 000007
【００３９】
そこで、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を２相−３相変換することで相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）は式（１４）〜式（１６）の演算により求められる。
【００４０】
【数７】
0004682869.tif 000008
【００４１】
次に、本発明の第１の実施の形態における回転機２ｂの誘起電圧の推定方法について説明する。各相の巻線に誘起される誘起電圧値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）は、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）と、相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を用いて式（１７）〜式（１９）の演算により求められる。
【００４２】
【数８】
0004682869.tif 000009
【００４３】
ここで、Ｒは回転機２ｂの巻線一相あたりの抵抗、Ｌはそのインダクタンスである。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔはそれぞれｉｕ、ｉｖ、ｉｗの時間微分であり、式（１７）〜式（１９）を展開すると次式を得る。
【００４４】
【数９】
0004682869.tif 000010
【００４５】
【数１０】
0004682869.tif 000011
【００４６】
【数１１】
0004682869.tif 000012
【００４７】
ここで、Ｒは巻線一相あたりの抵抗、ｌａは巻線一相あたりの漏れインダクタンス、Ｌａは巻線一相あたりの有効インダクタンスの平均値、Ｌａｓは巻線一相あたりの有効インダクタンスの振幅である。また、ｄ（ｉｕ）／ｄｔ、ｄ（ｉｖ）／ｄｔ、ｄ（ｉｗ）／ｄｔは、１次オイラー近似で求める。なお、ｕ相電流ｉｕは、ｖ相電流ｉｖとｗ相電流ｉｗとの和の符号を変えたものとする。さらに、式（２０）〜式（２２）を簡略化すると、以下に示す式（２３）〜式（２５）を得る。ここでは、相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）が正弦波であると仮定し、電流指令振幅Ｉ＊と電流指令位相βＴとから相電流検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）を作成して簡略化した。本実施形態において、誘起電圧推定部２３では、式（２３）〜式（２５）により誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を求める。
【００４８】
【数１２】
0004682869.tif 000013
【００４９】
次に、回転子位置速度推定部２４では、誘起電圧推定値（ｅｕ、ｅｖ、ｅｗ）を用いて回転機２ｂにおける回転子の磁極位置および速度を推定する。回転子位置速度推定部２４は、回転機制御装置１８が認識している推定位置θを誘起電圧の誤差を用いて補正することにより、推定位置θを真値に収束させて求める。また、そこから、推定速度ωを生成する。そこで、各相の誘起電圧基準値（ｅｕｍ、ｅｖｍ、ｅｗｍ）を次式により求める。ただし、誘起電圧振幅値ｅｍは、ｅｕ、ｅｖ、ｅｗの振幅値と一致させることにより求める。
【００５０】
【数１３】
0004682869.tif 000014
【００５１】
このようにして求めた誘起電圧基準値ｅｓｍ（ｓ＝ｕ、ｖ、ｗ（ｓは相を表す））と、誘起電圧推定値ｅｓとの偏差εを求め、この偏差εが０になれば推定位置θが真値になるので、偏差εを０に収斂させるように、推定位置θを、偏差εを用いたＰＩ演算などを行って求める。また、推定位置θの変動値を演算することにより、推定速度ωを求める。
【００５２】
【数１４】
0004682869.tif 000015
【００５３】
最後に、ＰＷＭ信号生成部１３では、正弦波駆動部２２で導出された相電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）に基づいて電力変換器１９を駆動するためのドライブ信号に変換される。このドライブ信号により電力変換器１９が動作する。
【００５４】
なお、回転機２ｂに印加する電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）の位相を変化させることで、力行運転から回生運転への切り替えが可能であり、具体的には力行運転時の電流指令位相βＴの代わりに（−βＴ）を用いることで、回生運転時でも回転機２ｂにおける磁極位置および速度を推定することができる。ただし、圧縮機制御装置１５によって圧縮機１が駆動された後で、膨張エネルギーによって膨張タービン２ａが駆動され始めると推定速度ωが大きくなっていくため、電流指令値Ｉ＊が減少してその符号が逆転した時点で、力行運転から回生運転への切り替えが行われるため、そのタイミングに応じて電流指令位相βＴの符号を変える必要がある。
【００５５】
以上の構成により、回転機制御装置１８では相電圧方程式に基づいたモデルにより導出された誘起電圧推定値と誘起電圧基準値との偏差εを用いて推定位置θを生成し、正弦波状の相電流を流すことで力行運転および回生運転ができる位置センサレス正弦波駆動を実現しており、エンコーダやレゾルバといった回転子の磁極位置を検出する位置センサを取り付けることが不要のため、コスト低減と信頼性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置１８では、図２（ａ）に示すように圧縮機１が停止した直後から所定時間が経過するまで回転機２ｂに一定の直流電流Ｉｓを流し続けることで膨張機２（膨張タービン２ａ）を拘束させるものであり、例えば、固定子巻線の相電流指令値（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）をｉｕ＊＝Ｉｓ、ｉｖ＊＝ｉｗ＊＝−Ｉｓ／２と設定し、（７）式〜（９）式を用いて直流電流を流すのに必要な電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）を導出する。これによって、圧縮機１が停止した際に、冷凍サイクルに存在している膨張エネルギーによって膨張機２（膨張タービン２ａ）の回転数が増大し続けることや、回転機制御装置１８による回生運転で得られる電気エネルギーが蓄積され続けて電力変換器１９などの素子が破壊されることを防止することができる。
【００５７】
また、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置１８では、図２（ｂ）に示すように圧縮機１が停止した直後から経過する時間に対して段階的に直流電流を大きくするのが好ましい。これによって、回転機２ｂに流す直流電流の変化を緩やかにすることで、膨張機２（膨張タービン２ａ）を拘束させる際に膨張機２（膨張タービン２ａ）の機構に与える物理的なストレスを軽減することができる。
【００５８】
なお、図２（ｂ）は直流電流値Ｉｓ０（経過時間Ｔ１以下）→Ｉｓ１（経過時間Ｔ２以下）→Ｉｓ２（経過時間Ｔ２より大）と３段階としているが、さらに段数を増やしても良いことは言うまでもない。
【００５９】
また、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置１８では、図２（ｃ）に示すように圧縮機１が停止した直後から経過する時間に対して比例して直流電流を大きくするのが好ましい。これによって、回転機２ｂに流す直流電流の変化を連続的に滑らかにすることで、膨張機２（膨張タービン２ａ）を拘束させる際に膨張機２（膨張タービン２ａ）の機構に与える物理的なストレスを図２（ｂ）の場合よりもさらに軽減する
ことができる。
【００６０】
なお、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、回転機２ｂに流す直流電流の大きさは、回転機２ｂの減磁電流よりも小さくなるように予め設定された上限値を備えるものであり、これによって、膨張機２（膨張タービン２ａ）を拘束させる際に確実に回転機２ｂの減磁を防ぐことができる。
【００６１】
さらに、圧縮機制御装置１５によって圧縮機１が起動された後は、回転機制御装置１８によって回転機２ｂを回生運転することで膨張機２から動力を回収し、回収された動力を圧縮機１を駆動するための補助動力として利用することで、圧縮機１の動力を大幅に低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００６２】
なお、図１では回転機２ｂの電流を検出する２つの電流検出器２０ａ、２０ｂを備え、回転子の磁極位置および速度の推定に使用しているが、電力変換器１９の直流電流（電力変換器１９と平滑コンデンサ１３との配線に流れる電流）から回転機２ｂの電流を検出するなどの手段を用いても良いことは言うまでもない。
【００６３】
また、図１では運転指令部１４から与えられた回転機２ｂの回転数指令値に対して、回転機２ｂの回転数が追従するように回転数制御が行われているが、回転機２ｂのトルクを制御するなどの形態を取っても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、膨張機に備えられた回転機の回転子の磁極位置を推定することによって回転機の回転数を制御し、かつ停止を含めた信頼性の高い膨張機の駆動を実現することができるため、炭酸ガス冷媒のヒートポンプ式給湯器等の製品にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置のシステム構成図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置の動作説明図（ｂ）本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置の動作説明図（ｃ）本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置の回転機制御装置の動作説明図
【図３】従来の冷凍サイクル装置のシステム構成図
【図４】従来の風力発電システムのシステム構成図
【符号の説明】
【００６６】
１  圧縮機
２  膨張機
２ａ  膨張タービン
２ｂ  回転機
２ｃ  動力軸
２ｄ  発電機
３  凝縮器
４  蒸発器
１１  交流電源
１２  整流回路
１３  平滑コンデンサ
１４  運転指令部
１５  圧縮機制御装置
１６  インバータ
１７  インバータ制御部
１８  回転機制御装置
１９  電力変換器
２０  ａ、２０ｂ  電流検出器
２１  電流検出部
２２  正弦波駆動部
２３  誘起電圧推定部
２４  回転子位置速度検出部
２５  ＰＷＭ信号生成部
２６  異常判定部
３１  第１コンバータ
３２  第２コンバータ
４１  風車
４２  埋込磁石同期発電機（ＩＰＭＳＧ）
４３  ＰＷＭコンバータ
４４  位置・速度推定部
４５  最大電力追従制御部
４６  最大効率制御部
４７  電圧指令作成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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