(57)【要約】  本発明にかかる冷凍サイクル装置は、２以上の整数である第１の数の巻線部（３，４）を有する二重三相モータ（２）を備えた圧縮機（１）を含む冷凍サイクル回路と、第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータ（１１，１２）と、を備え、巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、第１の数と第２の数が同じであり、冷凍サイクル回路が対象物の温度調整を行い、対象物の温度と目標温度との差の絶対値がしきい値以下の場合、第３の数のインバータの運転を停止し、第３の数は１以上前記第２の数未満である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備え、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
前記冷凍サイクル回路が対象物の温度調整を行い、前記対象物の温度と目標温度との差の絶対値がしきい値以下の場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
前記第３の数は１以上前記第２の数未満である、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記インバータの累積運転時間をインバータごとに算出し、停止させるインバータを各インバータの累積運転時間に基づいて決定する、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記インバータのうち、少なくとも一つのインバータがワイドバンドギャップ半導体で構成されている、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記インバータの各々がワイドバンドギャップ半導体で構成されている、
請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置。
【請求項６】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備えた空気調和装置であって、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
定格能力の中間値以下の能力で空気調和を行う場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
前記第３の数は１以上前記第２の数未満である、
空気調和装置。
【請求項７】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備えた空気調和装置であって、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
空気調和の快適性よりも省エネ性を優先させる省エネモードで空気調和を行う場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
前記第３の数は１以上前記第２の数未満である、
空気調和装置。
【請求項８】
前記インバータの累積運転時間をインバータごとに算出し、停止させるインバータを各インバータの累積運転時間に基づいて決定する、
請求項６または７に記載の空気調和装置。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置を備えたヒートポンプ冷温水発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置、空気調和装置およびヒートポンプ冷温水発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置に適用可能な従来の同期電動機を備えた同期電動機駆動システムが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の同期電動機駆動システムは同期電動機および駆動装置を備えている。同期電動機は、回転子と固定子とを備え、少なくとも一組の隣接する２個の固定子ティースは、それぞれ先端にスリットを有し、複数の固定子ティースには、それぞれ集中巻に巻回された主巻線が配設され、さらに、各固定子ティースのスリットには、隣接する２個の固定子ティース間を架け渡すように巻回された副巻線が配設されている。駆動装置は、前記主巻線に流す電流と前記副巻線に流す電流とを個別に制御し、要求トルクが所定値未満の場合には前記主巻線のみに電流を流し、要求トルクが所定値以上の場合には前記主巻線および前記副巻線の両方に電流を流すように制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０２１１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の同期電動機駆動システムにおいては、要求トルクに応じて主巻線のみに電流を流すか主巻線および副巻線の両方に電流を流すかを決めており、低回転かつ高トルクの場合、主巻線および副巻線の両方に電流を流している。空気調和装置などに搭載される冷凍サイクル装置では、冷凍サイクル負荷が安定している状態、例えば、空気調和装置における暖房中間条件および冷房中間条件のような条件では、低回転かつ高トルクになる場合がある。そのため、この条件で圧縮機モータを駆動すると、主巻線および副巻線の両方に電流を流す場合があり、モータで発生する鉄損が大きくなる。すなわち、主巻線および副巻線の両方に電流を流す方が、主巻線のみに電流を流す場合よりも損失が大きくなってしまうという問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、巻線を複数備えたモータで発生する損失を小さくすることが可能な冷凍サイクル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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、を備える。巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、第１の数と第２の数が同じであり、冷凍サイクル回路が対象物の温度調整を行い、対象物の温度と目標温度との差の絶対値がしきい値以下の場合、第３の数のインバータの運転を停止し、第３の数は１以上第２の数未満である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、巻線を複数備えたモータで発生する損失を小さく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】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置の構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかる室外機制御部が実行するインバータ制御動作の一例を示すフローチャート
【図３】実施の形態１にかかる室外機制御部が実行するインバータ制御動作の他の例を示すフローチャート
【図４】実施の形態１にかかる室外機制御部が実行するインバータ制御動作の他の例を示すフローチャート
【図５】実施の形態２にかかる冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置の構成例を示す図
【図６】実施の形態２にかかる室外機制御部が第１のインバータの累積運転時間を計測する動作の一例を示すフローチャート
【図７】実施の形態２にかかる室外機制御部が実行するインバータ制御動作の一例を示すフローチャート
【図８】実施の形態１および２にかかる室外機制御部のハードウェア構成例を示す図
【図９】実施の形態１および２にかかる室外機制御部のハードウェア構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置、空気調和装置およびヒートポンプ冷温水発生装置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。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置の構成例を示す図である。
【００１１】
図１に示した空気調和装置１００は、屋外に設置される室外機１５と、屋内に設置される室内機１６と、室外機１５および室内機１６により形成された空気調和装置本体に対する指示を外部すなわちユーザーから受け付けるコントローラ１９と、を備える。
【００１２】
室外機１５は、冷凍サイクル回路を形成する圧縮機１、電子膨張弁５、室外熱交換器６および四方弁８と、室外熱交換器６に対して送風を行う室外ファン９と、室外機１５の各部を制御する室外制御基板１４と、を備える。
【００１３】
圧縮機１は、電気的に独立した第１巻線部３および第２巻線部４の２つの巻線部を有する三相モータである二重三相モータ２を備える。第１巻線部３および第２巻線部４の各巻線部は、三相、すなわちＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれに対応する３つの巻線を備えて構成されている。
【００１４】
室外制御基板１４は、二重三相モータ２の第１巻線部３に接続された第１のインバータ１１と、二重三相モータ２の第２巻線部４に接続された第２のインバータ１２と、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２を制御する制御部として動作するとともに室外機１５内の各部を制御する室外機制御部１３と、を備える。
【００１５】
ここで、第１のインバータ１１を構成しているスイッチング素子およびダイオード素子といった半導体素子を、ＧａＮ（Gallium  Nitride、窒化ガリウム）、ＳｉＣ（Silicon  Carbide、シリコンカーバイド）又はダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成する。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およびダイオード素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高い。そのため、スイッチング素子およびダイオード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およびダイオード素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュール、すなわち第１のインバータ１１の小型化が可能となる。
【００１６】
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およびダイオード素子は、耐熱性も高い。そのため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。
【００１７】
さらに、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およびダイオード素子は、電力損失が低い。そのため、スイッチング素子およびダイオード素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
【００１８】
一方、第２のインバータ１２を構成しているスイッチング素子およびダイオード素子については、Ｓｉ（Silicon、珪素）半導体により形成する。
【００１９】
また、室内機１６は、冷凍サイクル回路を形成する室内熱交換器７と、室内熱交換器７に対して送風を行う室内ファン１０と、室内機１６の各部を制御する室内制御基板１７と、を備える。室内制御基板１７は、コントローラ１９および室外機制御部１３と通信を行うとともに室内ファン１０を制御する室内機制御部１８を備える。
【００２０】
室内機制御部１８と室外機制御部１３は有線の通信回路で通信できるようになっている。なお、室内機制御部１８と室外機制御部１３が無線で通信する構成としてもよい。
【００２１】
コントローラ１９は、赤外線通信またはワイヤレスＬＡＮ（Local  Area  Network）といった無線通信を使用して室内機制御部１８と通信可能に構成されている。なお、コントローラ１９と室内機制御部１８は有線の通信回路で接続されてもよい。コントローラ１９は、室温を設定するための機能を含む各種機能をユーザーに対して提供し、室温設定およびその他の各種設定を受け付ける。
【００２２】
また、圧縮機１、電子膨張弁５、室外熱交換器６、室内熱交換器７および四方弁８は冷媒配管により接続されて冷凍サイクルを形成し、これらの各部を冷媒が循環するように構成されている。なお、図１に示した室外機１５の各部および室内機１６の各部が実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置５０を形成する。
【００２３】
また、二重三相モータ２の図示を省略しているロータおよびステータで発生する銅損および鉄損は、空気調和装置１００の中間負荷条件において、ロータおよびステータの鉄損が銅損の２倍になるように設計されている。中間負荷条件とは、空気調和装置１００の出力が定格能力の中間値すなわち中間能力となる条件である。このような二重三相モータ２では、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２のいずれか一方のインバータで運転した場合に、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２の双方で運転した場合よりも鉄損が小さくなる。なお、二重三相モータ２のロータおよびステータの鉄損が銅損の２倍以上になるように設計されていればよく、鉄損が銅損の２倍になるロータおよびステータに限定するものではない。
【００２４】
次に、空気調和装置１００の動作について説明する。実施の形態１にかかる空気調和装置１００の室外機１５において、室外機制御部１３は、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２を制御することにより二重三相モータ２を駆動させる。これにより、二重三相モータ２を備えた圧縮機１が動作して冷媒を圧縮する。また、室外機制御部１３は室外ファン９を動作させて室外熱交換器６に送風を行い、室外熱交換器６が熱を交換する。また、室内機１６において、室内機制御部１８は、室内ファン１０を動作させて室内熱交換器７に送風を行い、室内熱交換器７が熱を交換する。なお、図１では、室内機が１台の場合の構成を示しているが、この構成に限定するものではなく、室内機を複数備えた構成としてもよい。室内機の数に応じて冷凍サイクル回路上の部品を複数備えてもよい。また、ストレーナ、アキュームレーターおよびマフラーといった部品を備えた構成としてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
また、室外機制御部１３は、室外熱交換器６および室内熱交換器７の温度と、冷媒の流量および圧力とを調整するように電子膨張弁５の弁を開閉する。また、室外機制御部１３は、冷房運転の場合と暖房運転の場合とで冷媒が流れる向きが逆となるように四方弁８の弁を制御する。
【００２６】
次に、室外機制御部１３が第１のインバータ１１および第２のインバータ１２の運転を制御する動作について、図２を参照しながら説明する。なお、図２は、実施の形態１にかかる室外機制御部１３が実行するインバータ制御動作の一例を示すフローチャートである。
【００２７】
室外機制御部１３は、図２に示した動作を開始すると、室内機制御部１８からの定時通信または割り込みの通信といった室内機制御部１８との通信が発生するのを待つ。室外機制御部１３は、室内機制御部１８との通信が発生すると、室内制御装置１８から空調運転停止指示を受けたか否かを確認する（ステップＳ１）。室外機制御部１３は、空調運転停止指示を受けた場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２を停止させる（ステップＳ１０）。室外機制御部１３は、空調運転停止指示とは異なる指示、例えば、空調運転の開始指示、運転モードの変更指示など、運転の開始または継続を示す内容の指示を受けた場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、第１のインバータ１１が停止中か否かを確認する（ステップＳ２）。
【００２８】
室外機制御部１３は、第１のインバータ１１が停止中の場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、第１のインバータ１１の運転を開始させ（ステップＳ３）、室温および設定温度のデータを取得する（ステップＳ４）。一方、室外機制御部１３は、第１のインバータ１１が停止中ではない、すなわち動作中の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、室温および設定温度のデータを取得する（ステップＳ４）。なお、室外機制御部１３は、ステップＳ４において、室内機制御部１８からの定時通信および割り込みの通信等で送信されてくるデータの中から、設定温度および現在の室内温度のデータを取得する。室外機制御部１３は、設定温度および現在の室内温度のデータを送信するように室内機制御部１８に要求し、これらのデータを取得するようにしてもよい。
【００２９】
次に、室外機制御部１３は、ステップＳ４で取得した設定温度と現在の室内温度との差を算出し、算出した差が±２℃以下か否かを確認する（ステップＳ５）。このステップＳ５の処理は、室内温度が目標温度である設定温度に近づいた状態か否かを室外機制御部１３が判断する処理である。室内温度が目標温度である設定温度に近づくと冷凍サイクル回路は軽負荷状態になる。よって、ステップＳ５の処理は、冷凍サイクル回路が軽負荷状態か否かを判別するための処理といえる。なお、室外機制御部１３は、上記のステップＳ４において、設定温度と現在の室内温度との差のデータを取得してもよい。すなわち、室内機制御部１８が設定温度と現在の室内温度との差を算出し、算出した差のデータを室外機制御部１３へ送信するようにしてもよい。
【００３０】
室外機制御部１３は、設定温度と現在の室内温度との差が±２℃以下の場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２が運転中か否かを確認する（ステップＳ６）。室外機制御部１３は、第２のインバータ１２が運転中の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２を停止させ（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻る。すなわち、室外機制御部１３は、次の室内機制御部１８との通信が発生するのを待つ。室外機制御部１３は、第２のインバータ１２が運転中ではない、すなわち停止中の場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００３１】
また、室外機制御部１３は、設定温度と現在の室内温度との差が±２℃以下ではない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、第２のインバータ１２が停止中か否かを確認する（ステップＳ８）。室外機制御部１３は、第２のインバータ１２が停止中の場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２の運転を開始させ（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻る。室外機制御部１３は、第２のインバータ１２が停止中ではない、すなわち運転中の場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００３２】
以上のように、室外機制御部１３は、図２に示した制御動作では、設定温度と、温度調整対象物の温度である室内温度との差に基づいて、第２のインバータ１２の運転状態を変更する。具体的には、室外機制御部１３は、設定温度と室内温度との差の絶対値が予め決められたしきい値以下の場合は第２のインバータ１２を停止させ、設定温度と室内温度との差の絶対値が予め決められたしきい値よりも大きい場合は第２のインバータ１２を動作させる。
【００３３】
また、図３に示すように、空気調和装置１００の空調負荷条件が中間負荷条件、すなわち冷房中間条件または暖房中間条件の場合に、第２のインバータ１２の運転状態を変更する制御としてもよい。中間負荷条件は、空気調和装置１００の出力が定格能力の中間値となる条件である。
【００３４】
図３は、実施の形態１にかかる室外機制御部１３が実行するインバータ制御動作の他の例を示すフローチャートである。図３に示したフローチャートは、図２に示したフローチャートのステップＳ４およびＳ５をステップＳ４ａおよびＳ５ａに置き換えたものである。その他の各ステップは図２の同じステップ番号を付したステップと同様であるため、それらの各ステップの処理の説明は省略する。
【００３５】
図３に示したインバータ制御動作のステップＳ４ａにおいて、室外機制御部１３は、空気調和装置１００の空調条件のデータを取得する。具体的には、室外機制御部１３は、室内機制御部１８からの定時通信および割り込みの通信等で送信されてくるデータの中から、空調条件のデータを取得する。室外機制御部１３は、空調条件のデータを送信するように室内機制御部１８に要求し、このデータを取得するようにしてもよい。
【００３６】
ステップＳ５ａにおいて、室外機制御部１３は、空気調和装置１００の空調条件が、冷房運転中であれば冷房中間条件以下か否かを確認し、暖房運転中であれば暖房中間条件以下か否かを確認する。冷房中間条件以下か否かの確認では、冷房定格条件の中間値以下か否か、すなわち、冷房定格能力の中間値以下の能力で冷房を行うか否かを確認する。また、暖房中間条件以下か否かの確認では、暖房定格条件の中間値以下か否か、すなわち、暖房定格能力の中間値以下の能力で暖房を行うか否かを確認する。
【００３７】
室外機制御部１３は、空調条件が中間条件以下の場合、すなわち、冷房中間条件以下または暖房中間条件以下の場合（ステップ５ａ：Ｙｅｓ）、ステップＳ６へ進む。一方、室外機制御部１３は、空調条件が中間条件以下ではない、すなわち、冷房中間条件よりも大きいまたは暖房中間条件よりも大きい場合（ステップＳ５ａ：Ｎｏ）、ステップＳ８へ進む。
【００３８】
また、図２に示した設定温度と室温との差に基づくインバータ制御動作、図３に示した空調負荷条件に基づくインバータ制御動作に代えて、使用者の省エネ要求に基づくインバータ制御動作を行うようにしてもよい。例えば、使用者が快適性よりも省エネ性、すなわち電気代の節約を優先させる省エネモードを選択するための機能をコントローラ１９に設けておき、使用者が省エネモードを選択したか否かに応じて、室内機制御部１８は、第２のインバータの動作を変更する。この制御動作とする場合のフローチャートを図４に示す。
【００３９】
図４は、実施の形態１にかかる室外機制御部１３が実行するインバータ制御動作の他の例を示すフローチャートである。図４に示したフローチャートは、図２に示したフローチャートのステップＳ４およびＳ５をステップＳ４ｂおよびＳ５ｂに置き換えたものである。その他の各ステップは図２の同じステップ番号を付したステップと同様であるため、それらの各ステップの処理の説明は省略する。
【００４０】
図４に示したインバータ制御動作のステップＳ４ｂにおいて、室外機制御部１３は、空気調和装置１００の運転モードのデータを取得する。具体的には、室外機制御部１３は、室内機制御部１８からの定時通信および割り込みの通信等で送信されてくるデータの中から、運転モードのデータを取得する。室外機制御部１３は、運転モードのデータを送信するように室内機制御部１８に要求し、このデータを取得するようにしてもよい。
【００４１】
ステップＳ５ｂにおいて、室外機制御部１３は、空気調和装置１００の運転モードが省エネモードか否かを確認し、省エネモードの場合（ステップＳ５ｂ：Ｙｅｓ）、ステップＳ６へ進み、省エネモードではない場合（ステップＳ５ｂ：Ｎｏ）、ステップＳ８へ進む。
【００４２】
なお、図２から図４に示した制御動作においては、第１のインバータ１１を常時運転させ、規定の条件を満たした場合に第２のインバータ１２を停止させる例を説明したが、第２のインバータ１２を常時運転させ、規定の条件を満たした場合に第１のインバータ１１を停止させるようにしてもよい。また、規定の条件を満たした場合に第１のインバータ１１を停止させるのか第２のインバータ１２を停止させるのか、すなわち、常時動作させるインバータと停止させることがあるインバータとをある条件で入れ替えるようにしてもよい。また、インバータが３台以上ある構成、すなわち、圧縮機１が備えている三相モータの巻線部の数が３以上であり、三相モータの複数の巻線部のそれぞれにインバータが個別に接続されている構成であっても同様に、空調負荷に合わせて運転するインバータの台数を損失が低減するように制御してもよい。三相モータの巻線の数を第１の数、インバータの数を第２の数とした場合、第１の数と第２の数が同じであり、空調負荷が軽負荷状態の場合、１台以上かつ第２の数未満のインバータを停止させればよい。
【００４３】
本実施の形態では、第１のインバータ１１を構成する半導体素子をＳｉＣ半導体といったワイドバンドギャップ半導体で構成し、第２のインバータ１２を構成する半導体素子をＳｉ半導体で構成しているため、インバータ１台で運転する場合に、第１のインバータ１１を運転するようにしているが、これに限定するわけではなく、第２のインバータ１２の半導体素子もワイドバンドギャップ半導体で構成するようにしてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態では冷凍サイクル装置５０が空気調和装置１００を構成する場合の例について説明したが、冷凍サイクル装置５０が、ヒートポンプ給湯機およびチラーなどのヒートポンプ冷温水発生装置を構成する場合であっても同様の制御が可能である。具体的には、目標温度と、現在の冷温水の温度、すなわち温度調整対象物の温度との差に基づいて、差の絶対値が予め決められたしきい値以下の場合に第２のインバータ１２を停止させ、差の絶対値がしきい値よりも大きい場合に第２のインバータ１２を動作させるなどの制御運転が可能である。
【００４５】
以上のように、本実施の形態にかかる空気調和装置１００の冷凍サイクル装置５０は、冷凍サイクル回路の負荷に応じて、具体的には、冷凍サイクル回路が軽負荷の場合には第１のインバータ１１だけを動作させて第２のインバータ１２を停止させるようにしたので、冷凍サイクル回路の負荷が軽負荷で安定している状態において、二重三相モータ２で発生する損失を小さくすることができる。
【００４６】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置の構成例を示す図である。
【００４７】
実施の形態２にかかる空気調和装置１００ａは、実施の形態１にかかる空気調和装置１００の冷凍サイクル装置５０を冷凍サイクル装置５０ａに置き換えたものである。冷凍サイクル装置５０ａは、冷凍サイクル５０の室外機１５を室外機１５ａに置き換えたものである。また、室外機１５ａは、実施の形態１で説明した室外機１５の室外制御基板１４を室外制御基板１４ａに置き換えたものである。そのため、本実施の形態では、実施の形態１にかかる空気調和装置１００と異なる構成である室外制御基板１４ａについて説明を行い、空気調和装置１００と同じ構成要素については説明を省略する。
【００４８】
室外制御基板１４ａは、実施の形態１で説明した室外制御基板１４の室外機制御部１３を室外機制御部１３ａに置き換え、さらに記憶部２１を追加したものである。ただし、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２は同じ半導体で構成されているものとする。すなわち、第１のインバータ１１がワイドバンドギャップ半導体で構成されている場合、第２のインバータ１２も同じワイドバンドギャップ半導体で構成されているものとする。
【００４９】
室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２を制御する制御部として動作するとともに室外機１５内の各部を制御する。また、室外機制御部１３ａは、さらに、カウンタ部２０を使用して第１のインバータ１１および第２のインバータ１２の運転時間を個別に計測する機能と、第１のインバータ１１の運転時間および第２のインバータ１２の運転時間に基づいて一方のインバータを停止させる機能と、を有する。なお、室外制御基板１４ａは、室外機制御部１３ａの外部に記憶部２１を備える構成としたが、室外機制御部１３ａの内部に記憶部２１を備える構成としてもよい。カウンタ部２０は複数のカウンタを含んで構成されているものとする。記憶部２１は、第１のインバータ１１の累積運転時間および第２のインバータ１２の累積運転時間を記憶する。
【００５０】
図５に示した空気調和装置１００ａの室外機１５ａにおいては、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２の各インバータの累積運転時間に応じてインバータの運転方法を変更する。具体的には、室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２のうちの一方を停止させる条件を満たした場合、累積運転時間が長い方のインバータを停止させる。なお、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２のうちの一方を停止させる条件は、実施の形態１にかかる空気調和装置１００において第２のインバータ１２を停止させる条件と同じ条件とする。すなわち、図２のステップＳ５に示した条件、図３のステップＳ５ａに示した条件、または、図４のステップＳ５ｂに示した条件とする。
【００５１】
図６は、実施の形態２にかかる室外機制御部１３ａが第１のインバータ１１の累積運転時間を計測する動作の一例を示すフローチャートである。
【００５２】
室外機制御部１３ａは、例えば、一定時間ごとに割り込みを発生させ、図６に示したステップＳ２１〜Ｓ２５までの一連の処理を実行する。処理の割込の時間間隔については、精度にもよるが、比較的長い例えば１０秒毎でもよい。なお、第１のインバータ１１の運転時間カウンタの初期値は０である。
【００５３】
室外機制御部１３ａは、まず、第１のインバータ１１が停止中か否かを確認し（ステップＳ２１）、第１のインバータ１１が停止中の場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、第１のインバータの運転時間カウンタを停止する（ステップＳ２２）。なお、室外機制御部１３ａは、カウンタ部２０を構成している複数のカウンタの中の１つを第１のインバータの運転時間カウンタとして使用する。
【００５４】
室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が動作中の場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、第１のインバータの運転時間カウンタが停止中か否かを確認する（ステップＳ２５）。室外機制御部１３ａは、第１のインバータの運転時間カウンタが停止中の場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、第１のインバータの運転時間カウンタによるカウントを開始し（ステップＳ２６）、処理を終了する。
【００５５】
室外機制御部１３ａは、ステップＳ２２で第１のインバータの運転時間カウンタを停止すると、次に、第１のインバータ１１の累積運転時間を算出する（ステップＳ２３）。具体的には、室外機制御部１３ａは、第１のインバータの運転時間カウンタのカウント値を、それまでの第１のインバータ１１の累積運転時間、すなわち記憶部２１が記憶している第１のインバータ１１の累積運転時間に加算し、第１のインバータ１１の累積運転時間を更新する。室外機制御部１３ａは、更新後の第１のインバータ１１の累積運転時間を記憶部２１へ出力し、記憶させる。
【００５６】
室外機制御部１３ａは、ステップＳ２３で第１のインバータ１１の累積運転時間を算出すると、次に、第１のインバータ１１の運転時間カウンタをクリア、すなわち初期化し（ステップＳ２４）、処理を終了する。なお、室外機制御部１３ａは、上述したステップＳ２６においてカウントを開始する際に、第１のインバータ１１の運転時間カウンタをクリアしてからカウントを開始するようにしてもよい。この場合、室外機制御部１３ａは、ステップＳ２３を実行後、ステップＳ２４を実行することなく処理を終了する。
【００５７】
第１のインバータ１１の累積運転時間を算出する処理について説明したが、室外機制御部１３ａは、同様の手順により、第２のインバータ１２の累積運転時間についても算出する。図６に示した第１のインバータ１１の累積運転時間の算出方法は一例であり、他の方法により算出するようにしてもよい。
【００５８】
上述したように、室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２のどちらか一方を運転させ、他方を停止させる場合、第１のインバータ１１の累積運転時間と、第２のインバータ１２の累積運転時間とを比べて、累積運転時間が長い方のインバータを停止して、圧縮機１を運転させる。このような運転とする理由は、インバータの運転に伴い発生する熱により半導体チップが劣化する温度サイクル寿命を延ばすとともに、半導体チップおよび周辺の部品などが熱膨張し、半導体チップ周辺のワイヤおよびはんだが応力等を受けて劣化するのを先延ばしにするためである。複数のインバータで多重三相モータを駆動して圧縮機を動作させる場合、インバータの運転および停止の回数が、１台のインバータで三相モータを駆動して圧縮機を動作させる場合よりも多くなり、劣化が早まる。そのため、室外機制御部１３ａは、各インバータの累積運転時間を考慮し、停止させるインバータを決定する。
【００５９】
また、複数のインバータの入力に接続されるそれぞれの電解コンデンサおよびフィルムコンデンサの寿命は、通電電流の大きさ、通電時間および周辺温度の影響を受けて変化する。そのため、複数のインバータの累積運転時間を平準化することにより、電解コンデンサおよびフィルムコンデンサ等の電子部品の寿命を長くすることができ、第１のインバータ１１および第２のインバータ１２、すなわち室外制御基板１４の信頼性を向上させることができる。また、適切に寿命設計することで、寿命部品のコストを低減することができる。
【００６０】
次に、室外機制御部１３ａが第１のインバータ１１および第２のインバータ１２の運転を制御する動作について、図７を参照しながら説明する。なお、図７は、実施の形態２にかかる室外機制御部１３ａが実行するインバータ制御動作の一例を示すフローチャートである。
【００６１】
室外機制御部１３ａは、規定の割り込みが発生すると図７に示した動作を実行する。図７に示した動作を開始するトリガとなる規定の割り込みは一定時間ごとに発生する。すなわち、室外機制御部１３ａは、図７に示した動作を一定時間ごとに繰り返し実行する。なお、図７に示した動作で使用する、規定時間が経過したか否かを示す最長運転時間インバータ確定フラグの初期値、および、規定時間をカウントするための最長運転時間インバータ確定時間カウンタの初期値は、共に０である。
【００６２】
室外機制御部１３ａは、図７に示した動作を開始すると、まず、一部のインバータを停止させる条件である一部インバータ停止条件を満たしているか否かを確認する（ステップＳ３１）。室外機制御部１３ａは、一部インバータ停止条件を満たしている場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、最長運転時間インバータ確定フラグを確認する（ステップＳ３２）。室外機制御部１３ａは、最長運転時間インバータ確定フラグが０（最長運転時間インバータ確定フラグ＝０）の場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、最長運転時間インバータ確定フラグを１に設定（最長運転時間インバータ確定フラグ＝１）する（ステップＳ３３）。ここで、最長時間運転インバータ確定フラグを設けているのは、複数のインバータ（第１のインバータ１１，第２のインバータ１２）の運転時間を比べるだけだと、複数のインバータの累積運転時間が近い場合に、停止するインバータの入れ替えがハンチングしてしまうので、各インバータの累積運転時間の比較を規定時間毎に行うものとして、一方のインバータが規定時間にわたって運転し続けるようにするためである。
【００６３】
次に、室外機制御部１３ａは、最長運転時間インバータ確定時間カウンタによるカウントを開始し（ステップＳ３４）、第１のインバータ１１の累積運転時間と第２のインバータ１２の累積運転時間とを比較する（ステップＳ３５）。
【００６４】
室外機制御部１３ａは、「（第１のインバータ１１の累積運転時間）≧（第２のインバータ１２の累積運転時間）」の場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、累積運転時間が短い第２のインバータ１２を運転させ、第１のインバータ１１の運転を停止させることに決定してステップＳ３６〜Ｓ３９の処理を実行する。すなわち、室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が停止中か否かを確認し（ステップＳ３６）、第２のインバータ１２が停止中の場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２の運転を開始させ（ステップＳ３７）、第１のインバータ１１が運転中か否かを確認する（ステップＳ３８）。また、室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が運転中の場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、第１のインバータ１１が運転中か否かを確認する（ステップＳ３８）。
【００６５】
室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が運転中の場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）、第１のインバータ１１を停止させ（ステップＳ３９）、処理を終了する。室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が停止中の場合（ステップＳ３８：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００６６】
これに対して、室外機制御部１３ａは、「（第１のインバータ１１の累積運転時間）＜（第２のインバータ１２の累積運転時間）」の場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、累積運転時間が短い第１のインバータ１１を運転させ、第２のインバータ１２の運転を停止させることに決定してステップＳ４０〜Ｓ４３の処理を実行する。すなわち、室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が停止中か否かを確認し（ステップＳ４０）、第１のインバータ１１が停止中の場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、第１のインバータ１１の運転を開始させ（ステップＳ４１）、第２のインバータ１２が運転中か否かを確認する（ステップＳ４２）。また、室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が運転中の場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、第２のインバータ１２が運転中か否かを確認する（ステップＳ４２）。
【００６７】
室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が運転中の場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２を停止させ（ステップＳ４３）、処理を終了する。室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が停止中の場合（ステップＳ４２：Ｎｏ）、処理を終了する。
【００６８】
なお、図７は、インバータが２台の場合の動作例を示したものであるが、インバータが３台以上の場合、累積運転時間が最も長いインバータから順番に停止させるようにすればよい。
【００６９】
また、室外機制御部１３ａは、最長運転時間インバータ確定フラグが０ではない場合（最長運転時間インバータ確定フラグ＝１）の場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、最長運転時間インバータ確定時間カウンタが規定時間以上を示しているか否かを確認する（ステップＳ４４）。
【００７０】
室外機制御部１３ａは、「（最長運転時間インバータ確定時間カウンタ）≧（規定時間）」の場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、最長運転時間インバータ確定時間カウンタをクリアし（ステップＳ４５）、最長運転時間インバータ確定フラグを０に設定して（ステップＳ４６）処理を終了し、「（最長運転時間インバータ確定時間カウンタ）＜（規定時間）」の場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、処理を終了する。これらのステップＳ４４〜Ｓ４６を設けた理由は、一方のインバータで運転を開始後、長い時間同じ条件が続いた場合、一方のインバータのみで運転し続けてしまうが、この処理を設けることで、規定時間が経過する毎に累積運転時間を確認し、累積運転時間が長いインバータを停止することができる。一般的に、空気調和装置は２４時間圧縮機を停止させずに連続運転することもあるため、例えば、規定時間を２４時間とする。この値は一例であり、規定時間は２４時間よりも短い時間としてもよいし、長い時間としてもよい。
【００７１】
また、室外機制御部１３ａは、一部インバータ停止条件を満たしていない場合、すなわち、全てのインバータを運転させる場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、最長運転時間インバータ確定時間カウンタをクリア、すなわち停止させるとともに最長運転時間インバータ確定時間カウンタを０にする（ステップＳ４７）。次に、室外機制御部１３ａは、最長運転時間インバータ確定フラグを０に設定（最長運転時間インバータ確定時間カウンタ＝０）し（ステップＳ４８）、第１のインバータ１１が停止中か否かを確認する（ステップＳ４９）。
【００７２】
室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が停止中の場合（ステップＳ４９：Ｙｅｓ）、第１のインバータ１１の運転を開始させ（ステップＳ５０）、第２のインバータ１２が停止中か否かを確認する（ステップＳ５１）。室外機制御部１３ａは、第１のインバータ１１が運転中の場合（ステップＳ４９：Ｎｏ）、第２のインバータ１２が停止中か否かを確認する（ステップＳ５１）。
【００７３】
室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が停止中の場合（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、第２のインバータ１２の運転を開始させ（ステップＳ５２）、処理を終了する。室外機制御部１３ａは、第２のインバータ１２が運転中の場合（ステップＳ５１：Ｎｏ）、処理を終了する。なお、図７は、インバータが２台の場合の動作例を示したものであるが、インバータが３台以上の場合、ステップＳ４９〜Ｓ５２と同様の処理を全てのインバータを対象として実行し、全てのインバータを動作させるようにする。
【００７４】
また、図７はインバータが２台の場合の動作例を示したものであり、一部インバータ停止条件を満たしている場合に累積運転時間が最長のインバータ１台を停止させているが、インバータが３台以上の場合にも同様の制御を実施してもよい。例えば、空気調和装置がインバータをＮ台備え（Ｎは３以上の整数）、一部インバータ停止条件を満たした場合、累積運転時間が最も長いインバータから順番に、１台〜Ｎ−１台のインバータを停止させるようにしてもよい。
【００７５】
以上のように、本実施の形態にかかる空気調和装置１００ａの冷凍サイクル装置５０ａは、冷凍サイクル回路の負荷に応じて、具体的には、軽負荷の場合には一部のインバータだけを動作させ、残りのインバータを停止させる。また、動作させるインバータを、各インバータの累積運転時間に基づいて決定する、具体的には、累積運転時間が短いインバータを動作させることに決定する。これにより、実施の形態１にかかる冷凍サイクル装置５０と同様の効果が得られるとともに、機器の寿命を延ばすことができ、信頼性の向上およびコストの削減を実現できる。
【００７６】
ここで、実施の形態１で説明した室外機制御部１３および実施の形態２で説明した室外機制御部１３ａのハードウェア構成について説明する。図８は、室外機制御部１３および室外機制御部１３ａのハードウェア構成例を示す図である。室外機制御部１３および室外機制御部１３ａは、図８に示した制御回路２００、すなわちプロセッサ２０１およびメモリ２０２により実現することができる。プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large  Scale  Integration）などである。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）等の、不揮発性また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、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）等である。
【００７７】
室外機制御部１３および室外機制御部１３ａは、プロセッサ２０１が、メモリ２０２で記憶されている、室外機制御部１３または室外機制御部１３ａとして動作するためのプログラムを読み出して実行することにより実現される。メモリ２０２は、プロセッサ２０１が各種処理を実行する際の一時メモリとしても使用される。また、メモリ２０２は記憶部２１を実現する。
【００７８】
また、室外機制御部１３、室外機制御部１３ａおよび記憶部２１を専用のハードウェアで実現してもよい。図９は、室外機制御部１３、室外機制御部１３ａおよび記憶部２１を専用のハードウェアで実現する場合のハードウェア構成例を示す図である。図９に示した処理回路２０３は、図８に示したプロセッサ２０１およびメモリ２０２と同様の機能を実現する専用のハードウェアである。処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。
【００７９】
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、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  圧縮機、２  二重三相モータ、３  第１巻線部、４  第２巻線部、５  電子膨張弁、６  室外熱交換器、７  室内熱交換器、８  四方弁、９  室外ファン、１０  室内ファン、１１  第１のインバータ、１２  第２のインバータ、１３，１３ａ  室外機制御部、１４，１４ａ  室外制御基板、１５，１５ａ  室外機、１６  室内機、１７  室内制御基板、１８  室内機制御部、１９  コントローラ、２０  カウンタ部、２１  記憶部、５０，５０ａ  冷凍サイクル装置、１００，１００ａ  空気調和装置。
【図１】
2018037458.tif 000003
【図２】
2018037458.tif 000004
【図３】
2018037458.tif 000005
【図４】
2018037458.tif 000006
【図５】
2018037458.tif 000007
【図６】
2018037458.tif 000008
【図７】
2018037458.tif 000009
【図８】
2018037458.tif 000010
【図９】
2018037458.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月9日(2019.1.9)
【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】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備え、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
定格能力の中間値以下の能力で空気調和を行う場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
ワイドバンドギャップ半導体で構成されていないインバータの運転を停止し、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているインバータの運転を継続する、
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置。
【請求項３】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備えた空気調和装置であって、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
定格能力の中間値以下の能力で空気調和を行う場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
前記第３の数は１以上前記第２の数未満であり、
前記定格能力の中間値以下の能力で空気調和を行う場合、ワイドバンドギャップ半導体で構成されていないインバータの運転を停止し、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているインバータの運転を継続する、
空気調和装置。
【請求項４】
２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、
前記第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、
を備えた空気調和装置であって、
前記巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、
前記第１の数と前記第２の数が同じであり、
空気調和の快適性よりも省エネ性を優先させる省エネモードで空気調和を行う場合、第３の数の前記インバータの運転を停止し、
前記第３の数は１以上前記第２の数未満であり、
前記省エネモードで空気調和を行う場合、ワイドバンドギャップ半導体で構成されていないインバータの運転を停止し、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているインバータの運転を継続する、
空気調和装置。
【請求項５】
請求項１に記載の冷凍サイクル装置を備えたヒートポンプ冷温水発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、２以上の整数である第１の数の巻線部を有する三相モータを備えた圧縮機を含む冷凍サイクル回路と、第１の数の巻線部のいずれか１つと１対１で接続された第２の数のインバータと、を備える。巻線部は、三相のそれぞれに対応する３つの巻線を備え、第１の数と第２の数が同じであり、定格能力の中間値以下の能力で空気調和を行う場合、第３の数のインバータの運転を停止し、ワイドバンドギャップ半導体で構成されていないインバータの運転を停止し、ワイドバンドギャップ半導体で構成されているインバータの運転を継続する。
【国際調査報告】
2018037458.tif 000012
2018037458.tif 000013
2018037458.tif 000014
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