(57)【要約】【課題】インバータ１３での電力損失を低減すると共に、効率を高めることができるようにした空気調和機を提供すること【解決手段】上記目的を達成するために、ＰＡＭ（Palse Amplitude modulation）制御で圧縮機駆動用電動機１４を回転数可変制御すると共に、暖房運転時における冷媒流路の前記室内熱交換器１０１の下流側に室内補助熱交換器１２６を配置して凝縮圧力を低くし、電動機１４の回転数が所定の回転数未満では、第２のスイッチ素子のオン期間の電流をチョッパ制御した出力電圧で電動機１４を駆動し、上記電動機１４の回転数が所定の回転数を超える場合は、上記第１のスイッチ素子６のオン，オフ通電率を制御して回転数に応じた出力電圧とし且つ、第２のスイッチ素子のオン期間の通電率を１００％にした出力電圧で電動機を駆動する空気調和機とする。【選択図】図１
2007255884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有する空気調和機において、
該電力変換器の出力直流電圧を可変する機能を有し、該電力変換器の該出力直流電圧を高めることにより、該インバータの通電率を変化させるときの該圧縮機用電動機の回転数よりも高い回転数で該圧縮機用電動機を回転させ、
該室内側熱交換器は、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有する空気調和機において、
該電力変換器の出力直流電圧を可変する機能を有し、該電力変換器の該出力直流電圧を高めることにより、該インバータの通電率を変化させるときの該圧縮機用電動機の回転数よりも高い回転数で該圧縮機用電動機を回転させ、
該室内側熱交換器は、室外温度が−１０℃の暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有する空気調和機において、
該電力変換器の出力直流電圧を可変する機能を有し、該電力変換器の該出力直流電圧を高めることにより、該インバータの通電率を変化させるときの該圧縮機用電動機の回転数よりも高い回転数で該圧縮機用電動機を回転させ、
該室内側熱交換器は、室外温度が−１５℃以下の暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有する空気調和機において、
該電力変換器の出力直流電圧を可変する機能を有し、該電力変換器の該出力直流電圧を高めることにより、該インバータの通電率を変化させるときの該圧縮機用電動機の回転数よりも高い回転数で該圧縮機用電動機を回転させ、
該室内側熱交換器は、暖房運転時の冷媒流路の出口側の流路面積を小さくして、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項５】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有する空気調和機において、
該電力変換器の出力直流電圧を可変する機能を有し、該電力変換器の該出力直流電圧を高めることにより、該インバータの通電率を変化させるときの該圧縮機用電動機の回転数よりも高い回転数で該圧縮機用電動機を回転させ、
該室内側熱交換器は、暖房運転時の出口側の冷媒流路を一系統として入口側の冷媒流路を二系統以上とし、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有し、
該電力変換器は、その出力直流電圧を可変とし、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該室内熱交換器よりも風上側である室内空気の吸込口側に配置された暖房運転時過冷却用となる補助熱交換器とを有し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項７】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有し、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該電力変換器は、その出力直流電圧を可変とし、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該室内熱交換器よりも風上側である室内空気の吸込口側に配置された暖房運転時過冷却用となる補助熱交換器とを有し、室外温度が−１０℃の暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項８】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有し、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該室内熱交換器よりも風上側である室内空気の吸込口側に配置された暖房運転時過冷却用となる補助熱交換器とを有し、室外温度が−１５℃の暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を最大にして該圧縮機用電動機を最高回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項９】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有し、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と該室内熱交換器よりも風上側である室内空気の吸込口側に配置された暖房運転時過冷却用となる補助熱交換器とを有し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１０】
冷媒圧縮用の圧縮機，冷暖房運転状態を切り換える四方弁，室外熱交換器，膨張弁及び室内側熱交換器を接続配管により環状に接続してなる冷凍サイクルと、圧縮機用電動機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置とを備え、
該圧縮機用電動機駆動装置は、
入力交流電圧を整流・平滑して出力直流電圧を生成し、かつ該出力直流電圧を可変に制御する電力変換器と、
該電力変換器の出力直流電圧を電源電圧とし、該圧縮機用電動機の回転数を可変に駆動するインバータと
を有し、
該室内側熱交換器は、室内熱交換器と、該室内熱交換器よりも風上側である室内空気の吸込口側に配置され、かつ冷媒通路上該室内熱交換器よりも下流側に配置された流路面積の小さい暖房運転時過冷却用の過冷却用補助熱交換器とを有し、室外温度が低い暖房運転時に、該電力変換器の出力直流電圧を高くして該圧縮機用電動機を高い回転数で運転しても、制限電流よりも低い運転電流を維持する冷媒凝縮量を有する大きさとしたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータで回転数可変に駆動される圧縮機を用いた空気調和機に係り、特に暖房運転開始後に設定温度になるまでの所要時間を短縮するようにする、或いは、寒冷地における快適な暖房を可能にする電動機駆動装置及び冷凍サイクルを組合せた空気調和機と、この空気調和機に用いる電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機は、年間の電力消費を少なくするために、比較的大きな能力を必要としない圧縮機回転数の低い範囲で性能を向上させるようにしていた。かかる性能の向上をするための最近の技術としては、ＰＷＭ（Palse Width Modulation）制御インバータにより、圧縮機駆動用電動機の回転数を可変制御するものが挙げられる。このＰＷＭ制御での回転数制御は、駆動トルクをあまり大きくしないで、効率を上げるようにしているものである。
【０００３】
また、運転負荷に対応した冷媒圧縮容量の大きな圧縮機を用いて、外気温が比較的低い場合や、暖房運転負荷の大きい場合に対応する空気調和機がある。
【０００４】
室外気温が低い場合や、必要な暖房能力が大きい場合は、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くなって、室内熱交換器の凝縮圧力も高くなる。この凝縮圧力を小さくするためには、室内熱交換器の伝熱面積を大きくして、冷媒ガスを凝縮し易くすることによって、上記凝縮圧力が小さくなり、電動機の駆動トルクを小さくして効率を上げることが考えられる。
【０００５】
上記効率を上げるように電動機の回転数を制御する従来技術としては、例えば、入力電流の高調波を抑制する高力率な電力変換器を電源とした電動機駆動装置が、特公平７−８９７４３号公報に示されている。図１０はかかる従来の電動機駆動装置を示すブロック図であって、１は交流電源、２は整流器、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはダイオード、３はリアクトル、４はダイオード、５はコンデンサ、６はスイッチ素子、７は電圧比較器、８は掛算器、９は負荷電流検出器、１０は電流比較器、１１は発振器、１２は駆動回路、１３はインバータ、１４は電動機、１５はマイコン、１６はインバータ駆動回路、１７は変調器である。
【０００６】
同図において、整流器２、リアクトル３、ダイオード４、コンデンサ５、スイッチ素子６、電圧比較器７、掛算器８、負荷電流検出器９、電流比較器１０、発振器１１、駆動回路１２及び変調器１７からなる部分は電力変換器を構成しており、インバータ１３はこの電力変換器を電源としている。
【０００７】
まず、この電力変換器について説明する。
【０００８】
交流電源１からの交流電源電圧は、ダイオード２ａ〜２ｄからなる整流器２で全波整流されて、整流電圧Ｅｓに変換される。この整流電圧Ｅｓはリアクトル３とダイオード４を介してコンデンサ５に印加され、平滑された直流電圧Ｅｄが得られる。これらダイオード４とコンデンサ５とに並列にスイッチ素子６が設けられている。
【０００９】
コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄは抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されて直流電圧Ｅｄ’が形成され、これと基準電圧Ｅｏとの偏差値が電圧比較器７で求められて電圧制御信号Ｖｅが作成される。
【００１０】
整流器２で正弦波状の交流電源電圧を全波整流して得られる整流電圧Ｅｓは、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧されて正弦波同期信号Ｅｓ’が得られ、この正弦波同期信号Ｅｓ’と電圧比較器７からの電圧制御信号Ｖｅとが掛算器８で演算されて電流基準信号Ｖｉ’が形成される。この電流基準信号Ｖｉ’は負荷電流検出器９で得られる電流信号Ｖｉと電流比較器１０で比較され、変調信号Ｖｋが得られる。この変調信号Ｖｋは変調器１７に供給されて発振器１１からの鋸歯波状や三角波状の搬送波Ｖｋ’を変調し、この変調信号Ｖｋに応じてデューティ比が変化するＰＷＭ波のスイッチング駆動信号Ｖｇが作成される。このスイッチング駆動信号Ｖｇにより、駆動回路１２がスイッチング素子６をオン，オフ駆動する。
【００１１】
以上のように、この従来例は、正弦波状の整流電圧Ｅｓの波形に追従させながらスイッチング素子６をオン，オフさせるものであって、これにより、入力交流電流ｉを高力率で高調波の少ない正弦波状の電流とすることができ、また、基準電圧Ｅｏと直流電圧Ｅｄとの偏差値に応じてスイッチング素子６の通流比を変化させており、これにより、負荷の変動にかかわらず、安定した直流電圧Ｅｄが得られる。従って、基準電圧Ｅｏや抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値を適宜設定することにより、直流電圧Ｅｄを所望の電圧値にすることができ、入力交流電力を直流出力に変換することができると記載されている。
【００１２】
次に、図１０での電動機駆動回路について説明する。
【００１３】
上記の電力変換器で作成された直流電力はインバ−タ１３で交流電力に逆変換され、電動機１４に供給されてこれを駆動する。また、速度指令に基づいてマイコン１５から演算出力されるＰＷＭ信号がインバータ駆動回路１６を介してこのインバータ１３に供給され、これによってこのインバータ１３が駆動されて、そのスイッチング素子（図示せず）が所定の通流率でオン，オフ動作する。
【００１４】
次に室内熱交換器の伝熱面積を大きくした従来の空気調和機が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１５】
この非特許文献１に記載のように、最近では、室内熱交換器を室内機の前面から背面にかけて設けた構造にしたり、さらには暖房運転時における室内熱交換器の下流側に過冷却器として使用する室内補助熱交換器を設けた空気調和機が開発されている。
【非特許文献１】「新除湿方式を採用した省エネルギー型エアコンＧＤシリーズ」：東芝レビュー，Vol.51，No.2，1996、第67頁から第70頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記各従来技術は、以下の問題点を有している。
【００１７】
１）上記運転負荷の大きい場合、特に、寒冷地等の室外気温が−１０℃，−１５℃等のように極めて低い気温の地域で暖房運転する場合、及び、運転開始時に室内温度が極めて低く壁や家具等が冷えきっているような場合には、上記ＰＷＭ制御による駆動トルクをあまり大きくしないで、効率を上げるようにする回転数制御では、駆動トルクが不足して必要な高い回転数まで回転させることができず、設定室温にできなかった若しくは長時間要していた。
【００１８】
２）運転負荷に対応した冷媒圧縮容量の大きな圧縮機を用いた場合は、外気温が比較的高く、暖房運転負荷の小さくなった場合に、運転能力が余って圧縮機が断続してしまう。この断続運転した場合は、消費電力が大きくなってしまうと共に、室温が上下して快適性が損なわれていた。
【００１９】
３）家庭用の空気調和機においては、平均的なブレーカ容量を考慮して、空気調和機の入力電流に上限を設けた設計になっている。このような理由からも、上記駆動トルクをあまり大きくできなかった。
【００２０】
４）室外気温が低い場合は、必要な暖房能力が大きいことから、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くなって、室内熱交換器の凝縮圧力も高くなっていた。この凝縮圧力が高いと圧縮機の圧縮仕事量が大きくなるので、消費電力の増加に繋がっていた。
【００２１】
５）この消費電力を少なくするには、上記凝縮圧力を小さくすることが必要である。このためには、室内熱交換器の伝熱面積を大きくして、冷媒ガスを凝縮し易くすることが考えられる。しかし、空気調和機は、据付け性及び室内の広さを考慮した標準的な室内機の寸法が定着していることから、室内機の寸法に直接的に関係する室内熱交換器の伝熱面積を大きくすることは難しかった。
【００２２】
以上のように、室内機において室内熱交換器を十分大きくしたり、さらには室内補助熱交換器を設けた空気調和機の場合にも、室内熱交換器の配管構成やこれと空気流との関係等を工夫して、冷房、暖房の各運転において室内熱交換器での伝熱性能をできるだけ良くし、冷凍サイクルの性能を十分高く保つ必要がある。
【００２３】
更に具体的に説明すると、上記従来例の電動機駆動装置では、直流電圧Ｅｄは、入力交流電源電圧が変化しても、安定して得られるが、入力交流電源電圧の電圧値に応じてこの直流電圧Ｅｄを変化させたい場合には、回路定数を修正する必要がある。特に、上記従来例では、昇圧方式の電力変換器であるため、安定した制御を行なうためには、次式
直流電圧Ｅｄ≧交流電源電圧×１．４１＋１０〔Ｖ〕
により、入力交流電源電圧が１００Ｖの場合には、１５０Ｖ以上の直流電圧Ｅｄに、また、入力交流電源電圧が２００Ｖの場合には、３００Ｖ以上の直流電圧Ｅｄに夫々設定する。
【００２４】
従って、交流電源１が１００Ｖと２００Ｖのどちらでも使用できる電力変換器とする場合には、直流電圧Ｅｄの設定値を３００Ｖ以上にする必要がある。
【００２５】
例えば、１００Ｖの入力交流電源電圧の場合には、直流電圧Ｅｄを３００Ｖ程度の一定電圧とし、インバータ１３を任意の通電率でチョッパ駆動して回転数制御を行なうよりも、１５０Ｖ以上の任意の直流電圧Ｅｄで、１００％通電率のチョッパなしで制御する方が損失を少なくすることが考えられるが、上記従来例では、その点が考慮されていないため、必要以上に損失が大きくなるという問題が生じる。
【００２６】
また、上記従来例は、交流電源１からの交流電源電圧を全波整流して得られる正弦波状の整流電圧Ｅｓを抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して正弦波同期信号Ｅｓ’を形成し、これと電圧制御信号Ｖｅとを掛算器８で演算して電流基準信号Ｖｉ’を作成し、この電流基準信号Ｖｉ’を参照して入力交流電流を正弦波状に制御する方式であるため、交流電源電圧が１００Ｖと２００Ｖの場合では、整流電圧Ｅｓが異なるため、正弦波の形状や値が両者で著しく異なる。このため、交流電源電圧を１００Ｖと２００Ｖで共用すると、力率が悪く、高調波の含有率が高い電力変換器になる。
【００２７】
また、以上の電力変換器を用いた電動機駆動装置及び空気調和機では、交流電源電圧に１００Ｖと２００Ｖとを使用する場合、夫々に対応した仕様の電力変換器にしなければならない。従って、機種の増加を招き、生産効率が低下するなどの問題が生じる。
【００２８】
さらに、入力交流電流が小さく、特に、上記の制御を行なう必要がない場合、逆に、低入力電流時の制御の不安定動作や損失，ノイズなどを排除することについては考慮されていない。
【００２９】
例えば、負荷電流検出器９として抵抗を用い、両端に発生する電圧により、電流信号Ｖｉを得ようとする場合、微小な電流に対しても、制御のためには充分な電圧を発生させる必要があり、具体的には、この抵抗の抵抗値を大きく設定することが必要である。この場合、負荷電流が大きくなると、この抵抗で消費される電力が大きくなり、損失の増大を招くことになる。
【００３０】
さらにまた、インバータ１３では、その直流電源電圧Ｅｄを一定とし、この直流電源電圧Ｅｄをマイコン１５からのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた通電率でチョッピングすることにより、このデューティ比に応じた所定の回転数で電動機１４が回転するようにしている。このデューティ比を変化させることにより、電動機１４の回転数が変化することになるが、かかる従来の電動機駆動装置では、このように、常時インバータ１３がチョッパ駆動されるため、これによる電力損失（チョッパ損失）が生じて効率が低くならざるを得なかった。
【００３１】
本発明の目的は、かかる問題のうち、インバータでの電力損失を低減すると共に室内熱交換器での凝縮圧力を低くして、効率を高めることができるようにした空気調和機を提供すること、及びインバータでの電力損失を低減する電動機駆動装置を備えた空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記目的を達成するために、ＰＡＭ（Palse Amplitude modulation）制御で圧縮機駆動用電動機を回転数可変制御すると共に、暖房運転時における冷媒流路の前記室内熱交換器の下流側に室内補助熱交換器を配置して凝縮圧力を低くすることが考えられる。
【００３３】
即ち、上記目的は、冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機からの冷媒が流入する室内熱交換器と、暖房運転時における冷媒流路の前記室内熱交換器の下流側に配置された室内補助熱交換器と、上記圧縮機を駆動するための電動機と、この電動機に交流電圧を供給して駆動する電動機駆動装置とを備え、上記電動機駆動装置が、入力交流電圧を整流する整流器と、該整流器の整流出力をオン，オフして電圧制御する第１のスイッチ素子とを有する電力変換器と、上記電圧制御された出力電圧を入力電圧とし、この入力電圧をオン，オフして交流に変換する第２のスイッチ素子を有し、この交流電圧で電動機を駆動するインバータと、上記第１のスイッチ素子のオン，オフ通電率の制御と第２のスイッチ素子のオン，オフ制御及びオン期間の電流をチョッパ制御するための制御手段とから成り、この制御手段は、上記電動機の回転数が所定の回転数未満では、第２のスイッチ素子のオン期間の電流をチョッパ制御した出力電圧で電動機を駆動し、上記電動機の回転数が所定の回転数を超える場合は、上記第１のスイッチ素子のオン，オフ通電率を制御して回転数に応じた出力電圧とし且つ、第２のスイッチ素子のオン期間の通電率を１００％にした出力電圧で電動機を駆動する空気調和機とすることにより、達成される。
【００３４】
上記他の目的は、入力交流電圧を整流する整流器と、該整流器の整流出力をオン，オフして電圧制御する第１のスイッチ素子とを有する電力変換器と、上記電圧制御された出力電圧を入力電圧とし、この入力電圧をオン，オフして交流に変換する第２のスイッチ素子を有し、この交流電圧で圧縮機駆動用の電動機を駆動するインバータと、上記第１のスイッチ素子のオン，オフ通電率の制御と第２のスイッチ素子のオン，オフ制御及びオン期間の電流をチョッパ制御するための制御手段とを備えた空気調和機において、上記制御手段は、上記電動機の回転数が所定の回転数未満では、第２のスイッチ素子のオン期間の電流をチョッパ制御した出力電圧で上記電動機を駆動し、上記電動機の回転数が所定の回転数を超える場合は、上記第１のスイッチ素子のオン，オフ通電率を制御して回転数に応じた出力電圧とし且つ、第２のスイッチ素子のオン期間の通電率を１００％にした出力電圧で上記電動機を駆動する空気調和機とすることにより、達成される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の空気調和機によれば、暖房運転時における加熱器の下流側に室内補助熱交換器を設けたサイクル構成にして凝縮圧力を小さくし、しかも、インバータの所定の低い電源電圧ではチョッパ動作により、電動機の回転数制御を行ない、インバータでのチョッパ動作での通電率が１００％になると、インバータの電源電圧の制御により電動機の回転数を制御するものであるから、コンパクトな室内機でも、冷房及び暖房運転においては、伝熱面積を十分大きくでき、特に暖房運転では室内補助熱交換器を過冷却器として有効に使用することができるから、凝縮圧力を低く抑えて性能を向上すると共に省電力を図ることができる。
【００３６】
また、本発明によれば、例えば、３００Ｖ程度の一定直流電圧でもってインバータを任意の通電率でチョッパ動作させ、回転数制御を行なうよりも、１５０Ｖ以上の任意の直流電圧でもって１００％通電率のチョッパなしで制御する方が損失を少なくすることができるため、高効率化に有効である。
【００３７】
さらにまた、本発明によれば、インバータの所定の低い電源電圧ではチョッパ動作により、電動機の回転数制御を行なうとともに、インバータでのチョッパ動作での通電率が１００％になると、インバータの電源電圧の制御により電動機の回転数を制御するものであるから、インバータのチョッパ損失や電動機での損失を大幅に低減できて、効率を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００３９】
図１は本発明による空気調和機の第１の実施形態を示すブロック図であって、１８は直流電圧切換スイッチ、１９はトリガ素子、２０は同期信号切換スイッチ、２１は電圧指令切換スイッチ、２２はドライブ信号切換スイッチ、２３は入力電流検出器、２４はアクティブコンバータブロック、２５はＬＰＦ（ローパスフィルタ）であり、図１０に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００４０】
図１において、コンデンサ５で平滑して得られる直流電圧Ｅｄは抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６からなる分圧回路で分圧され、直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２が形成される。ここで、
Ｅｄ１＝Ｅｄ×（Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）
Ｅｄ２＝Ｅｄ×Ｒ６／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）
であり、Ｅｄ１＞Ｅｄ２である。
【００４１】
直流電圧Ｅｄ１は直流電圧切換スイッチ１８の接点Ｂに、直流電圧Ｅｄ２はこの切換スイッチの接点Ａに夫々供給される。この直流電圧切換スイッチ１８は、マイコン１５により、直流電圧Ｅｄの分圧電圧Ｅｄ１に応じて切換制御され、この直流電圧切換スイッチ１８からは直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２のうちの選択された方が直流電圧Ｅｄ１’として出力される。
【００４２】
直流電圧切換スイッチ１８の出力直流電圧Ｅｄ１’は電圧指令切換スイッチ２１の接点Ｂに供給される。また、この電圧指令切換スイッチ２１の接点Ａには、マイコン１５から出力される電動機１４の速度制御のためのＰＷＭ信号がＬＰＦ２５で平滑処理されて形成される直流電圧Ｅｄ２’が供給される。この電圧指令切換スイッチ２１もマイコン１５によって切換制御され、通電率が１００％よりも小さい電動機負荷のときには、接点Ｂ側が、また、電動機負荷が大きくて通電率が１００％のときには、接点Ａ側が夫々選択される。
【００４３】
電圧指令切換スイッチ２１で選択された直流電圧Ｅｄ１’，Ｅｄ２’のいずれかは、直流電圧Ｅｄ’として電圧比較器７に供給され、基準電圧Ｅｏとの偏差値が求められて電圧制御信号Ｖｅが形成される。
【００４４】
図１０で示した従来例では、この電圧制御信号Ｖｅは、コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄを分圧して得られる１種類の直流電圧Ｅｄ’を、基準電圧Ｅｏと比較することにより得ていたが、この第１の実施形態では、直流電圧Ｅｄを分圧して得られる２種類の直流電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２とＬＰＦ２５から得られる直流電圧Ｅｄ２’とのいずれかを上記の直流電圧Ｅｄ’とし、これと基準電圧Ｅｏと比較することにより得ている。
【００４５】
一方、整流器２から出力される正弦波の全波整流波形の整流電圧Ｅｓは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる分圧回路で分圧され、電圧Ｅｓ１，Ｅｓ２が形成される。ここで、
Ｅｓ１＝Ｅｓ×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
Ｅｓ２＝Ｅｄ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
であり、Ｅｓ１＞Ｅｓ２である。
【００４６】
電圧Ｅｓ１は同期信号切換スイッチ２０の接点Ｂに、また、電圧Ｅｓ２はこの同期信号切換スイッチ２０の接点Ａに夫々供給される。この同期信号切換スイッチ２０も、マイコン１５により、直流電圧切換スイッチ１８と同様に、コンデンサ５で平滑された直流電圧Ｅｄの分圧電圧Ｅｄ１に応じて切換え制御され、この同期信号切換スイッチ２０から出力される電圧Ｅｓ１またはＥｓ２は、正弦波同期信号Ｅｓ’として掛算器８に供給される。
【００４７】
掛算器８からは電流基準信号Ｖｉ’が得られ、これを用いて、図１０に示した従来例と同様にして、スイッチ素子６のオン，オフ制御が行なわれる。
【００４８】
以上のようにして、この第１の実施形態においても、正弦波の全波整流波形の整流電圧Ｅｓの波形に追従させながらスイッチ素子６をオン，オフするものであり、これにより、高力率で高調波の少ない正弦波状の入力交流電流にすることができ、また、基準電圧Ｅｏと直流電圧Ｅｄ’の偏差値に応じてスイッチ素子６の通流率を変化させるものであるから、負荷の変動にかかわらず、安定した直流電圧Ｅｄが得られる。従って、基準電圧Ｅｏと抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値を適宜設定することにより、直流電圧Ｅｄを所望の電圧値とすることができる。
【００４９】
ここで、マイコン１５は、また、入力電流検出器２３により、入力交流電流Ｉｓを検出しており、この入力交流電流Ｉｓの電流値が所定値以上となるまでの期間”Ｌ”（ローレベル）のトリガ信号ＶＴをトリガ素子１９に供給する。このトリガ素子１９は、このトリガ信号ＶＴの”Ｌ”期間駆動回路１２を制御し、スイッチ素子６をオフ状態にする。トリガ信号ＶＴが”Ｌ”から”Ｈ”（ハイレベル）に変化すると、この時点でトリガ素子１９がスイッチ素子６を動作状態にする。
【００５０】
また、マイコン１５から出力されるＰＷＭ信号は、通常設定Ａ側に閉じているドライブ信号切換スイツチ２２を介してインバータ駆動回路１６に供給され、このインバータ駆動回路１６は、このＰＷＭ信号のデューティ比に応じた通電率でインバータ１３の図示しないスイッチ素子をオン，オフ制御する。これにより、インバータ１３では、コンデンサ５から供給される直流電圧Ｅｄの直流電力がこの通電率でチョッピングされて交流電力に変換され、電動機１４に供給してＰＷＭ信号のデューティ比に応じた回転数で回転させる。
【００５１】
次に、国内の場合を例にして、この第１の実施形態の制御動作方法について、図２により説明する。なお、国内の場合には、交流電源電圧は、１００Ｖと２００Ｖとの２種類がある。
【００５２】
まず、電源がオンすると（ステップ１００）、マイコン１５が初期状態に設定され、これにより、マイコン１５は、直流電圧切換スイッチ１８，同期信号切換スイッチ２０及び電圧指令切換スイッチ２１を接点Ｂ側に、ドライブ信号切換スイッチ２２を接点Ａ側に夫々閉じる。これにより、直流電圧切換スイッチ１８は直流電圧Ｅｄ１を選択し、電圧比較器７には、次式の直流電圧Ｅｄ’、
Ｅｄ’＝Ｅｄ×（Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）
が供給される。また、同期信号切換スイッチ２０では、正弦波同期信号Ｅｓ１が選択される。
【００５３】
かかる状態でコンデンサ５で充電動作を開始し、マイコン１５はコンデンサ５の直流電圧Ｅｄの分圧電圧Ｅｄ１を検出する（ステップ１０１）。この検出した直流電圧Ｅｄ１の電圧値から、
Ｅｄ＝Ｅｄ１×（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）／（Ｒ５＋Ｒ６）
により、直流電圧Ｅｄが、例えば、１６０Ｖより高ければ（ステップ１０２）、入力交流電源電圧は２００Ｖであると判断し、直流電圧切換スイッチ１８を接点Ａに切り換える（ステップ１０３）。これにより、直流電圧Ｅｄ’は直流電圧Ｅｄ２となり、コンデンサ５に得られる直流電圧Ｅｄは、
Ｅｄ＝Ｅｄ２×｛１＋（Ｒ５＋Ｒ４）／Ｒ６｝
となる。
【００５４】
また、同期信号切換スイッチ２０を接点Ａに切り換える（ステップ１０４）。従って、このときの正弦波同期信号Ｅｓ’は、
Ｅｓ’＝Ｅｓ×Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
となる。
【００５５】
一方、直流電圧Ｅｄが、例えば、１２０Ｖより低ければ（ステップ１０２）、入力交流電源電圧は１００Ｖであると判断し、直流電圧切換スイッチ１８を接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステップ１１０）。従って、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄは、
Ｅｄ＝Ｅｄ１×｛１＋Ｒ４／（Ｒ５＋Ｒ６）｝
となる。
【００５６】
また、同期信号切換スイッチ２０を接点Ｂに閉じた状態のままとする（ステップ１１１）。従って、このときの正弦波同期信号Ｅｓ’は、
Ｅｓ’＝Ｅｓ×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
となる。
【００５７】
このように、入力交流電源電圧の大きさに応じて直流電圧切換スイッチ１８，同期信号切換スイッチ２０を切換え制御することにより、入力交流電源電圧が２００Ｖのときには、直流電圧Ｅｄ’や正弦波同期信号Ｅｓ’を夫々低い方の直流電圧Ｅｄ２，Ｅｓ２とし、入力交流電源電圧が１００Ｖのときには、直流電圧Ｅｄ’や正弦波同期信号Ｅｓ’を夫々高い方の直流電圧Ｅｄ１，Ｅｓ１とする。
【００５８】
これにより、入力交流電源電圧が１００Ｖのときと２００Ｖのときとでの直流電圧Ｅｄ’の違いを押さえることができ、電圧制御信号Ｖｅの振幅が大きくなり過ぎて飽和してしまうことによる制御の不安定や、正弦波同期信号Ｅｓ’及び電圧制御信号Ｖｅから演算される電流基準信号Ｖｉ’が乱れて電流波形が正弦波でなくなるなどの不具合を防ぐことができる。
【００５９】
なお、この実施形態では、入力交流電源電圧を１００Ｖと２００Ｖとの２種類としているが、一般に、入力交流電源電圧をＶ１，Ｖ２，……，Ｖｎのｎ種類とし、かつ直流電圧Ｅｄ’，Ｅｓ’も同様にｎ種類として、入力交流電源電圧がＶ１，Ｖ２，……，Ｖｎのいずれてあるかを判定し、この判定結果に応じて、この入力交流電源電圧に対応する直流電圧Ｅｄ’，Ｅｓ’とすることにより、同様の効果が得られる。
【００６０】
ステップ１０２で入力交流電源電圧が２００Ｖであると判断した場合には、また、電圧指令切換スイッチ２１を接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステップ１０５）。このとき、ほぼＥ０＝Ｅｄ’となり、従って、直流電圧Ｅｄは、
Ｅｄ＝Ｅ０×｛１＋（Ｒ５＋Ｒ４）／Ｒ６｝
となる。この場合、例えば、Ｅｄ＝３００Ｖである。
【００６１】
また、このとき、ドライブ信号切換スイツチ２２は接点Ａ側に閉じたままの状態とされ（ステップ１０５）、マイコン１５から出力されるＰＷＭ信号がこのドライブ信号切換スイツチ２２を介してインバータ駆動回路１６に供給される。
【００６２】
以上の動作により、電力変換器で作成された直流電力Ｅｄがインバ−タ１３で交流に逆変換され、これにより、電動機１４が駆動させる（ステップ１０６）。マイコン１５は、図１０に示した従来例と同様に、速度指令に基づく演算によって上記のＰＷＭ信号を生成して出力し、これにより、インバータ駆動回路１６を介してインバータ１３が駆動され、このインバータ１３のスイッチ素子をこのＰＷＭ信号のデューティ比に応じた所定の通流率でオン，オフして電動機１４の回転数制御を行なう。
【００６３】
なお、一般に、交流電源電圧が上記のＶ１，Ｖ２，……，ＶｎのいずれかＶｊ（ｊ＝１，２，……，ｎ）である場合、この入力交流電源電圧Ｖｊに対応する直流電圧Ｅｄ’と一定の基準電圧Ｅｏとを比較して、この入力交流電源電圧Ｖｊを整流平滑して得られる直流電圧Ｅｄを任意の一定値（例えば、３００Ｖ）に設定し、インバータ１３のスイッチ素子を任意の通電率でオン、オフさせる。
【００６４】
昇圧回路において、この直流電圧Ｅｄを入力交流電源電圧の全波整流電圧Ｅｓ以下に下げると、力率低下や入力電流波形の乱れを生じる。この不具合を回避するために、２００Ｖと判定した場合には、Ｅｄ＝３００Ｖ一定にして制御を行なう。勿論、Ｅｄ＝３００Ｖで充分電動機１４は所望の回転数が得られることが条件であり、３００Ｖ以上に昇圧しても、本発明の主旨は損なわれない。
【００６５】
マイコン１５は、入力電流検出器２３で入力交流電流Ｉｓを検出し（ステップ１０７）、この入力交流電流Ｉｓが大きい期間”Ｈ”のトリガ信号ＶＴをトリガ素子１９に出力し、この期間スイッチ素子６がオン，オフ動作するようにして（ステップ１０８）、運転を継続する（ステップ１０９）。
【００６６】
また、ステップ１０２で入力交流電源電圧が１００Ｖであると判断した場合でも、電圧指令切換スイッチ２１は接点Ｂ側に閉じた状態のままとする（ステップ１１２）。従って、上記と同様に、ほぼＥ０＝Ｅｄ’となり、直流電圧Ｅｄは、
Ｅｄ＝Ｅ０×｛１＋Ｒ４／（Ｒ５＋Ｒ６）｝
となり、この場合、例えば、Ｅｄ＝１５０Ｖである。このように、基準電圧Ｅ０を共用しながら、コンデンサ５での直流電圧Ｅｄを、入力交流電源電圧が２００Ｖである場合とは異なる電圧値に設定できる。
【００６７】
このとき、インバ−タ１３の通電率が１００％未満の場合には（ステップ１１６）、ステップ１０５，１０６と同様にして、電動機１４を駆動させ（ステップ１１２，１１３）、また、ステップ１０７，１０８と同様にして、スイッチ素子６のオン，オフ動作を行なわせて（ステップ１１４，１１５）、運転をそのまま継続する（ステップ１１８）。
【００６８】
しかし、入力交流電源電圧が１００Ｖで動作中、例えば、電動機負荷が大きくなり、インバータ１３でのスイッチ素子の通電率が１００％になる場合には（ステップ１１６）、電圧指令切換スイッチ２１を接点Ａ側に、また、ドライブ信号切換スイツチ２２を接点Ｂ側に夫々切り換える（ステップ１１７）。
【００６９】
これにより、速度指令に基づいて演算されたマイコン１５からのスイッチ素子駆動信号（ＰＷＭ信号）がＬＰＦ２５によって平滑処理された直流電圧Ｅｄ２’が電圧指令切換スイッチ２１から直流電圧Ｅｄ’として出力され、この直流電圧Ｅｄ’から形成された電圧制御信号Ｖｅが電圧比較器７に供給される。これに応じて、コンデンサ５での直流電圧Ｅｄが、例えば、１５０Ｖ以上の任意の電圧になるように、スイッチ素子６のオン，オフ制御がなされる。また、これと同時にドライブ信号切換スイツチ２２が接点Ｂ側に切り換えられたことにより、インバータ１３を通電率１００％で駆動するための電圧Ｅｉがこのドライブ信号切換スイツチ２２を介してインバータ駆動回路１６に供給される。
【００７０】
ここで、入力交流電源電圧が１００Ｖである場合のかかるこの実施形態の上記動作を、空気調和機の暖房運転の場合を例にとして、図３によりさらに詳細に説明する。なお、図３は、室温センサ２９が付加して示している以外、図１と同じである。
【００７１】
同図において、空気調和機には、室温センサ２９が設けられており、マイコン１５は、この室温センサ２９によって室内の温度を検出し（この検出される温度を、以下、計測室温という）、これをユーザによって設定された希望の室温（設定室温）と比較し、計測室温が低くて設定室温に達していないときには、これらの差に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を高め、インバータ１３でのスイッチ素子の通電率を高めて電動機１４の回転数を高めるようにする。
【００７２】
このとき、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄ、即ち、インバータ１３の直流電源電圧は１５０Ｖに固定されており、インバータ１３のスイッチ素子がチョッパ動作しているが、上記ＰＷＭ信号のデューティ比が１００％となっても、計測室温が設定室温に達していないと、マイコン１５は、上記ステップ１１７で説明したように、ドライブ信号切換スイッチ２２を接点Ｂ側に切り換えて、一定電圧Ｅｉをインバータ駆動回路１６に供給するようにすることにより、インバータ１３のスイッチ素子の通電率を１００％に保持し、これとともに、電圧指令切換スイッチ２１を接点Ａ側に切り換えて、ＰＷＭ信号をＬＰＦ２５で平滑して得られる電圧Ｅｄ２’を電圧Ｅｄ’として電圧比較器７に供給するようにする。そして、このＰＷＭ信号のデューティ比を１００％よりも小さくしていって、電圧Ｅｄ’が基準電圧Ｅｏよりも順次小さくなるようにしていく。
【００７３】
これにより、スイッチ素子６の通電率が、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄが１５０Ｖであるときの通電率よりも大きくなっていき、これにより、コンデンサ５の直流電圧Ｅｄが１５０Ｖから順次増大していって電動機１４の回転数が増加していく。そして、これとともに、室温がさらに高くなり、計測室温が設定室温に達するようになる。
【００７４】
以上のように、入力交流電源電圧が１００Ｖの場合には、各スイッチを切り換えることにより、スイッチ素子６とインバータ１３の駆動制御信号を、マイコン１５から単一ポートで出力することが可能となり、インバータ１３のスイッチ素子の通電率が１００％の場合には、このインバータ１３の電源電圧としての直流電圧Ｅｄを変化させる指令電圧Ｅｄ２’（ＰＷＭ信号）を出力し、１００％未満の場合には、インバータ１３を駆動する制御電圧（ＰＷＭ信号）を出力させる。そして、これら各々の場合について、インバータ１３の駆動回路１６に入力する信号として、通電率１００％でインバータ１３のスイッチ素子を駆動するための所定の一定電圧か、マイコン１５の単一ポートからのインバータ駆動信号（ＰＷＭ信号）かを切り換えて出力する手段（ドライブ信号切換スイッチ２２）とを備えることにより、マイコン１５として比較的低機能で廉価なマイコンを使用しても、上記の制御が可能となり、安価な製品を供給することができる。
【００７５】
また、通電率が１００％になった場合には、コンデンサ５で得られるの直流電圧Ｅｄを制御することにより、電動機１４の回転数制御が行われる。
【００７６】
従って、インバータ１３のスイッチ素子のオン，オフの通電率が１００％未満であるときには、直流電圧Ｅｄ１’を一定の基準電圧Ｅｏと比較しながら、１５０Ｖ程度という比較的低い任意の一定値に設定した上で、インバータ１３のスイッチ素子を任意の通電率でオン，オフさせて電動機１４の回転数を制御するものであるから、インバータ１３あるいは電動機１４での損失が低減してその効率を向上させることができる。
【００７７】
さらに、インバータ１３のスイッチ素子の通電率が１００％であるときには、直流電圧Ｅｄ１’の代わりに、任意の指令電圧Ｅｄ２’を切り換えて電圧比較器７に供給して基準電圧Ｅｏと比較し、電動機１４の所望の回転数に応じて指令電圧Ｅｄ２’を変化させ、このようにして、インバータ１３でチョッパが行なわれず、直流電圧値Ｅｄを大小制御することにより、電動機１４の回転数を高低に制御するようにしているので、インバータ１３でのチョッパ損失を低減することができる。
【００７８】
かかる回転制御により、インバータ１３でのスイッチング損失低減，低直流電圧での電動機１４のインバータ駆動による効率向上が実現でき、高効率化が図れることになる。
【００７９】
図４はある電動機負荷のときでのこの実施形態と従来の空気調和機との電動機回転数と効率との関係を比較して示す図であり、Ａは入力交流電源電圧が１００Ｖであるときの上記動作をなすこの実施形態の特性を示し、Ｂはインバータの直流電源電圧が一定に保持される従来の空気調和機、または、入力交流電圧が２００Ｖであるときの上記動作をなすこの実施形態の特性を夫々示している。
【００８０】
同図において、インバータの直流電源電圧を、例えば、３００Ｖと一定に保持し、インバータのチョッパの通電率の制御により電動機の回転数を制御する空気調和機（以下、公知の空気調和機という）では、電動機の回転数ｎ（ｒｐｍ）に対して、その効率が特性Ｂのように変化する。回転数ｎの増加とともに効率が上昇するのは、インバータのチョッパの通電率が上昇することによるものである。
【００８１】
これに対し、入力交流電源電圧が１００Ｖであって、上記のように、インバータのチョッパの通電率が１００％未満では、インバータの直流電源電圧を１５０Ｖ一定にしてインバータでチョッパの通電率の制御により電動機の回転数制御を行ない、この通電率が１００％となると、インバータの直流電源電圧を制御することにより電動機の回転数制御を行なう実施形態（以下、入力１００Ｖの実施形態）というでは、電動機の回転数ｎに対して、その効率が特性Ａのように変化し、従来の空気調和機の効率Ｂよりもかなり高いものとなる。
【００８２】
ここで、領域Ｎ1を入力１００Ｖの実施形態でのインバータでチョッパの通電率が１００％未満の領域、また、領域Ｎ2を入力１００Ｖの実施形態でのインバータでチョッパの通電率が１００％の領域とし、ここでの電動機負荷に対し、領域Ｎ1，Ｎ2の境界で、即ち、インバータの直流電源電圧が１５０Ｖでインバータがチョッパ駆動されるときでの電動機が取り得る最大の回転数を４０００（ｒｐｍ）としている。また、いずれのものにおいても、インバータの直流電源電圧が３００Ｖで、インバータのスイッチ素子の通電が１００％であるとき、電動機の回転数が９０００（ｒｐｍ）としている。
【００８３】
公知の空気調和機では、領域Ｎ1，Ｎ2を含む全領域でインバータの直流電源電圧を３００Ｖとし、インバータのスイッチ素子の通電率の制御により、電動機の回転数制御が行なわれる。これに対し、入力１００Ｖの実施形態では、領域Ｎ1においては、インバータの直流電源電圧を３００Ｖの半分の１５０Ｖとして、インバータのスイッチ素子の通電率の制御により、電動機の回転数制御が行なわれる。従って、このインバータの直流電源電圧が低い分、入力１００Ｖの実施形態の効率が高くなる。
【００８４】
また、領域Ｎ2では、入力１００Ｖの実施形態では、インバータのスイッチ素子の通電率を１００％として、インバータでチョッパが行なわれず、このインバータの直流電源電圧を制御することにより、電動機の回転数制御が行なわれる。このため、効率はほぼ一定となるが、特性Ａとして示すように、ほぼインバータでチョッパが行なわれない分、公知の空気調和機よりも高い効率となっている。
【００８５】
なお、電動機の回転数がほぼ９０００（ｒｐｍ）になると、入力１００Ｖの実施形態においては、インバータの通電率が１００％でその直流電源電圧が３００Ｖとなり、公知の空気調和機でのインバータの通電率が１００％となったときと同じ状態となるので、特性Ａ，Ｂは一致する。
【００８６】
図１に示した第１の実施形態では、また、以上の手順で電力変換器の制御を行ない、正弦波同期信号Ｅｓ’については、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を、直流電圧Ｅｄ’については、抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の抵抗値を夫々適正に設定することにより、入力交流電源電圧が１００Ｖの場合でも、また、２００Ｖの場合でも、夫々に任意の直流電圧Ｅｄが得られ、また、高調波の少ない高力率な電力変換器となる。
【００８７】
このとき、入力電流検出器２３の検出出力電圧はマイコン１５に供給され、これが所定の値以上となった場合には、マイコン１５からスイッチ素子６（第１のスイッチ素子）の駆動トリガ信号ＶＴを出力し、そのスイッチング動作を開始させる。従って、供給電流の大きい場合には、安定した高力率が得られる。
【００８８】
例えば、負荷電流検出器９として抵抗を用い、その両端に生ずる電圧により、電流信号Ｖｉを得ようとする場合、微小な電流に対しても、制御のために充分な電圧を発生させる必要があり、具体的には、その抵抗値を大きく設定することが必要である。この場合、負荷電流が大きくなると、この抵抗からなる負荷電流検出器９で消費される電力が大きくなり、損失の増大を招くことになる。従って、この損失を低減するためには、その抵抗値を極力小さくし、しかも、低負荷電流時の微小検出電圧に対して不安定な動作をさせないようにするために、入力電流検出器２３の検出出力値が所定の値より小さい場合には、スイッチ素子６の駆動を禁止する。このようにして、低入力電流時の不安定動作を回避し、かつ高入力時の損失の低減を実現する。また、低入力電流時には、スイッチ素子６のチョッパ動作が行なわれないようにすることより、これも損失を低減することが可能となり、かつノイズを低減せしめる。
【００８９】
なお、図１において、アクティブコンバータブロック２４は、アクティブコンバータの駆動部，１００Ｖ／２００Ｖによる回路切換部，インバータドライブ信号と直流電圧指令信号の切換部などをブロック化し、同一基板上にまとめたものである。
【００９０】
このアクティブコンバータブロック２４を他の回路と独立した基板構成にすることにより、図５に示すように、コンデンサ２６やリアクトル２７，ダイオード２８などのまるごと受動素子により構成された力率改善回路Ｑとの置き換えが可能であり、マイコン１５などを含めた周辺回路基板の共用化が図れる。
【００９１】
図６は図５で示したような受動素子で構成された回路を用いた空気調和機と、能動素子を用い、インバータの直流電源電圧に応じて電動機の回転数を制御するようにした図１で示した第１の実施形態とでの電動機の出力範囲を比較して示す図であって、横軸に電動機の回転数Ｎを、縦軸に負荷トルクＴを夫々とっており、電動機の出力ＷはＮ×Ｔで表わされる。
【００９２】
同図において、家庭用ブレーカの容量（例えば、２０Ａ）により、入力電流が制限され、図５に示した回路を用いる空気調和機では、力率９０％程度であるため、Ｙ線よりも下側の領域に入力制限範囲（即ち、電動機の出力の取り得る範囲）が規制される。これに対し、上記第１の実施形態では、上記のように、力率が改善されてほぼ１００％となっているので、Ｘ線よりの下側の領域が入力制限範囲となり、図５に示した回路を用いる空気調和機に比べて、電動機に与える有効電力がほぼ１０％アップする。そして、特に、電動機の負荷トルクが大きい場合には、かかる入力制限範囲によって制限される。
【００９３】
また、電動機の回転数が高くなると、電動機の最大出力範囲がインバータの直流電源電圧Ｅｄによって制限される。図５に示した回路を用いる空気調和機では、この直流電源電圧Ｅｄは、例えば、ほぼ２３０Ｖから最大でもほぼ２８０Ｖであり、Ｅｄ＝２３０Ｖのときの制限範囲をＹ’線で示している。このＹ’線の左側の範囲しか電動機の出力を取り得ないことになる。これに対し、上記第１の実施形態では、この直流電源電圧Ｅｄは、上記の例では、３００Ｖであるし、また、１５０Ｖから３００Ｖまで可変であり、最大の３００Ｖでの制限範囲をＸ’線で示している。このことからして、電動機の出力範囲が拡大したことになる。
【００９４】
図７は本発明による空気調和器の第２の実施形態を示すブロック図であって、３０は交流電源電圧検出器であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００９５】
同図において、図１に示した第１の実施形態と異なる点は、交流電源電圧検出器３０を設けた点であって、交流電源１からの入力交流電源電圧を交流電源電圧検出器３０が検出し、その検出出力信号Ｖｓ’をもとにマイコン１５が入力交流電源電圧を判別する。そして、この判別結果に応じて、直流電圧切換スイッチ１８や同期信号切換スイッチ２０が、第１の実施形態と同様に、切り換え制御される。
【００９６】
なお、これら第１，第２の実施形態は、入力交流電源電圧の判定や制御信号の出力をマイコン１５のソフトで行なっているが、ハード回路で行なうようにしてもよく、同様の効果を得られることは明らかである。
【００９７】
図８は本発明による空気調和機の第３の実施形態を示すブロック図であって、３１は交直流切換スイッチ、３２は直流電源であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００９８】
同図において、この第３の実施形態では、整流器２の代わりに、ソーラー電源などの直流電源３２（例えば、１５０Ｖ程度）も設け、これからの直流電源電圧ＥＡと整流器２からの整流電圧Ｅｓとのいずれかを交直流切換スイッチ３１で選択することができるようにしたものであり、直流電圧の昇圧回路として機能することが可能としている。
【００９９】
直流電源３２を選択した場合には、図２において、マイコン１５がコンデンサ５の直流電圧を１６０Ｖ以下と判定したとき（ステップ１０２）と同様の動作を行なう。従って、この第３の実施形態は、低い電圧の直流電源３２でもって電動機１４を駆動することが可能となる。
【０１００】
リアクトル３の電源側に太陽電池などの直流電源を接続すると、直流電源電圧の変動があっても、所望の直流電圧Ｅｄに安定化させることができる。これにより、太陽電池などの電源電圧変動や直流電源の種類（太陽電池，蓄電池，燃料電池など）を問わず接続することが可能となる。また、スイッチ素子６のコレクタ，エミッタ間に太陽電池などの直流電源を、ダイオードとリアクトルを介して、接続した場合でも、同様の効果が得られる。
【０１０１】
直流電源３２の出力直流電圧ＥＡが交流電源１からの入力交流電源電圧を全波整流して得られる直流電圧Ｅｄより高い場合には、交直流切換スイッチ３１を切り換えて、この直流電源３２により電動機制御を行なってもよいし、予め、手動操作によって回路の切換を行なうことも可能である。
【０１０２】
また、平滑コンデンサ５に太陽電池などの直流電源をダイオードを介して接続すると（図示せず）、この直流電源の出力電圧が上記の所望の直流電圧に達している場合には、この直流電源から電力を供給し、この所望の直流電圧に達していない場合には、交流電源から電力を供給して所望の直流電圧まで昇圧し、これにより、インバータ１３のスイッチ素子をオン，オフさせて電動機１４の回転数を制御することにより、商用交流電源と上記直流電源との併用化が可能となり、省電力化が図れる。
【０１０３】
図９は本発明による空気調和機の第４の実施形態を示すブロック図であって、図１に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。
【０１０４】
同図において、図１に示した第１の実施形態と異なる点は、マイコン１５が、直流電圧切替スイッチ１８，電圧指令切替スイッチ２１及びドライブ信号切替スイッチ２２の機能も有し、また、インバータ駆動回路１６への出力ポートと、電圧比較器７への出力ポートを独立に備えた点である。
【０１０５】
マイコン１５は、第１の実施形態と同様に、入力電源電圧に応じて、同期信号切替スイッチ２０を切り替える信号を出力するとともに、マイコン１５内で直流電圧Ｅｄの分圧直流電圧Ｅｄ１をＡ／Ｄ変換して読み込む。そして、この分圧直流電圧Ｅｄ１の値に応じて、１００Ｖの入力交流電源電圧か２００Ｖの入力交流電源電圧かに対応する直流電圧Ｅｄ’を求め、積分して得られる直流電圧がこの直流電圧Ｅｄ’となるようなデューティ比のＰＷＭ信号を形成して出力する。このＰＷＭ信号はローパスフィルタ２５で平滑されて直流電圧Ｅｄ’となり、これが電圧比較器７に供給される。
【０１０６】
かかるソフトウエアによる動作は、先の第１の実施形態などでの平滑コンデンサ５での直流電圧Ｅｄに応じて直流電圧切替スイッチ１８や電圧指令切替スイッチ２１，ドライブ信号切替スイッチ２２を切換制御し、分圧電圧Ｅｄ１，Ｅｄ２のいずれかを選択するというハードウエアによる動作に相当するものであり、かかるハードウエアによる動作の場合と比べて、構成が簡略化されて同様の制御動作を行なうことができる。
【０１０７】
マイコン１５がインバータ駆動部１６に供給する信号としては、インバータ１３のスイッチ素子（第２のスイッチ素子）の通電率が１００％の場合には、所定値の一定電圧Ｅｉとし、また、この通電率が１００％未満の場合には、インバータ１３を駆動する制御電圧（ＰＷＭ信号）とする。
【０１０８】
また、電圧比較器７に供給される直流電圧Ｅｄ’としても、上記の通電率が１００％の場合には、直流電圧Ｅｄを変化させる指令電圧Ｅｄ２’（ＰＷＭ信号）とする。このＰＷＭ信号はローパスフィルタ２５によって平滑されて直流電圧Ｅｄ’とし、これが電圧比較器７に供給される。
【０１０９】
一方、上記通電率が１００％未満の場合には、マイコン１５は、分圧直流電圧Ｅｄ２（または、直流電圧Ｅｄ）から所定の低直流電圧Ｅｄ’を求め、積分してこの低直流電圧Ｅｄ’となるデューティ比のＰＷＭ信号を発生して出力する。このＰＷＭ信号は、ローパスフィルタ２５によって平滑されて直流電圧Ｅｄ’となり、これが電圧比較器７に供給される。
【０１１０】
従って、電圧切換えのためのスイッチなどの周辺回路は、これと同様の機能をマイコン１５に持たせることにより、特に、多段階の切換えを要する場合には、部品点数を大幅に削減することが可能となり、かつ、各スイッチへの配線の引き回しも少なくなるので、耐ノイズ性の向上も含め、信頼性が向上大幅に向上することになる。
【０１１１】
なお、図７〜図９に示した実施形態においても、図１に示した実施形態と同様、図２，図３で説明した動作をなし、図４，図６で説明した効果が得られることはいうまでもない。
【０１１２】
上記のとおり、電動機負荷の大きい場合、例えば室外気温が−１０℃，−１５℃等の低い状態等の暖房負荷が大きい条件では、暖房能力を大きくするために上記したＰＡＭ制御により圧縮機駆動用電動機を回転数可変制御して、必要な高い回転数（実施例では設定最高回転数の９０００ｒｐｍ）で連続運転できた。上記したＰＡＭ制御により圧縮機駆動用電動機の回転数可変制御は、図１１に図示のとおり、暖房負荷の大小変化に対応した制御ができる。
【０１１３】
これに対して、各種圧縮機による暖房能力は、図１１に図示のように、ＰＷＭ制御による電動機の駆動では、室外気温が低いときに駆動トルクが不足して、必要な回転数まで充分駆動することができない。また、大容量の圧縮機を用いた場合は、室外気温が低いときでも、必要な回転数まで回転駆動することができるが、室外気温の高いとき等の負荷の小さい条件の場合は、暖房能力が余って、運転の断続を頻繁に繰り返すことに成り、室温の上下変動が頻繁に発生して快適性を損なうと共に消費電力を大きくしてしまう。以上を、暖房で説明したが、冷房時でも、程度の差はあるが、同様な傾向が示される。
【０１１４】
また、インバータにＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の両方を併用できる回路構成にすることにより、低負荷時の省電力な運転と、高負荷時の高能力運転ができる。すなわち、室外気温の高い低負荷時には、ＰＷＭ制御による駆動電圧の低い・低回転数でモータ効率の良い状態で圧縮機駆動用電動機を運転して、消費電力の小さな運転ができる。室外気温の低い時には、ＰＡＭ制御に切り換えて駆動電圧を高くして圧縮機駆動用電動機を高回転数で運転し、必要な暖房能力での運転が可能である。
【０１１５】
図１２はアクティブコンバータとして作動前後の交流電源入力波形である。（ａ）の作動前と比較すると（ｂ）作動後の波形は、入力電圧の正弦波に追従させて電流波形を成形するので、力率が略１００％であり、作動前は７０％以下である。（ｃ）はアナログ方式の力率改善であり、力率９０％程度である。
【０１１６】
図１３はＰＷＭ／ＰＡＭ切り換え前後のリアクタ３電流及びインバータ電流（コンデンサ５→インバータ１３の流れ）を示す。（ａ）は比較的低回転数で低負荷の場合であり、切り換え前のリアクタ電流である。ＯＮはスイッチ素子のオン時間を示し、チョッパ周期はアクティブコンバータチョッパ周期である。
【０１１７】
（ｂ）は切り換え前のインバータ電流であり、チョッパ周期とはインバータのチョッパで、ｒはチョッパ成分のリップルである。（ｃ）は比較的高回転数で高負荷の場合であり、切り換え後のリアクタ電流の波形である。（ａ）と同様の波形である。（ｄ）はインバータ電流で、切り換え後のインバータ電流であり、滑らかな曲線の波形になっている。
【０１１８】
図１４は負荷変動に対し、ＰＷＭ制御で電圧を１５０Ｖ一定に制御した場合のリアクタ電流の波形である。（ａ）は軽負荷の場合にを示しており、この（ａ）のｂ部の時間軸を拡大図を（ｂ）に示す。（ｃ）は高負荷の場合を示しており、この（ｃ）のｄ部の時間軸を拡大図を（ｄ）に示す。この図１４から明らかなように、直流電圧が同じ（１５０Ｖ）であれば、コンバータのスイッチ素子のデューティは同じであり、負荷の大きさによって電流の波形高さが変わる。
【０１１９】
図１５は直流電圧に対するリアクタ電流の波形を示しており、（ａ）は比較的低回転数で一定電圧（１５０Ｖ）のＰＷＭ領域を示すものである。この（ａ）のｂ部の時間軸を拡大図を（ｂ）に示す。（ｃ）は高負荷の比較的高回転数で電圧可変（１５０〜３００Ｖ）のＰＡＭ制御領域を示している。この（ｃ）のｄ部の時間軸を拡大図を（ｄ）に示す。（ｃ）（ｄ）の波形を比較すると、ＰＡＭ制御領域ではＯＮデューティは広がる。ＰＡＭ制御領域では無負荷であっても、直流電圧を上げるため、ＯＮデューティは広がる。
【０１２０】
上記本発明の電動機駆動装置を備える空気調和機の実施例に組み合わせて、寒冷地（寒冷地以外の運転開始に暖房負荷の大きい場合を含む）における快適且つ消費電力の少ない暖房運転の実現及び冷媒の凝縮圧力低く抑えることにより、圧縮機の冷媒吐出圧力が高くなった場合の圧縮仕事量の増大を防止し、消費電力を少なくすることを目的とし、これを可能とするための冷凍サイクルを備える空気調和機の一実施の形態を図１６、図１７、及び図１８に示す。図１６は本実施の形態である室内機の側断面を示す図である。図１６において、１０１は室内機内に組み込まれた多段（３段）曲げ構造の室内熱交換器であり、熱的な切断線１２４により、室内機における前面下段部分１０２と前面側上段部分１０３から背面部分１０４にかけての部分とに熱的に分離されて構成されている。また、１２６は冷媒流路において、除湿運転あるいは冷房運転の時には室内熱交換器１０１の上流側になり、暖房運転の時には室内熱交換器１０１の下流側になる位置に設けた室内補助熱交換器である。これらの熱交換器において、○印で示した１２０は、複数枚の放熱フィン１２３を貫通するように設けられた伝熱管、１２１及び破線１２２は伝熱管１２０同士の接続管である。さらに、１０５は除湿運転時に絞り作用を行う除湿用絞り装置であり、室内熱交換器１０１における前面上段部分１０３と背面部分１０４が熱的に一体に結合され接続配管１０６により除湿用絞り装置１０５の一方の接続口に接続され、除湿用絞り装置１０５の他方の接続口は接続配管１０７を介して熱的に分離された室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２に接続されている。
【０１２１】
また、１０９は貫流ファンタイプの室内ファン、１１０は前面吸込グリル、１１１は全面上部吸込グリル、１１２は上面背面側吸込グリル、１１３はフィルタ、１１４は背面ケーシング、１１５は吹出口、１１６は吹出口風向板であり、室内空気は、室内ファン９により、矢印１９１、１９２、１９３のように、それぞれ前面吸込グリル１１０、全面上部吸込グリル１１１及び上面背面側吸込グリル１１１２からフィルタ１１３を通って吸い込まれ、多段曲げ室内熱交換器１０１で冷媒と熱交換したあと、室内ファン１０９を通り、吹出口１１５から室内に吹き出される。
【０１２２】
１１７は多段曲げ室内熱交換器１０１の前面側部分１０２及び１０３に対する露受皿、１１８は多段曲げ室内熱交換器１０１の背面部分１０４に対する露受皿であり、冷房運転や除湿運転の時に生じる除湿水を受ける働きをする。
【０１２３】
図１７は、図１６における除湿用絞り装置１０５の一実施の形態を示す図であり、このうち図１７（ａ）は除湿運転時の除湿用絞り装置１０５の動作状態を示す図、図１７（ｂ）は冷房及び暖房運転時の除湿用絞り装置１０５の動作状態を示す図である。これらの図において、１３０は弁本体、１３１は弁座、１３２は弁体、１３３は弁体１３２の弁部、１３４、１３５は接続管、１３６は弁体１３２を動かす電磁モ−タであり、さらに大きい矢印１３８、１３９は冷媒流方向（配管方向）、矢印１４０は除湿運転時の冷媒流方向を示す。
【０１２４】
そして除湿運転時には、図１７（ａ）のように、弁体１３２は電磁モ−タ１３６により閉じられた状態になっている。この時、凝縮器となる室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３及び１０４を通過した高圧の凝縮液冷媒は、接続管１３４から流入し、弁部１３３と弁座１３１との隙間で構成される狭い通路１３７を矢印１４０のように流れ、ここで絞り作用を受け低圧・低温の冷媒となった後、接続管１３５を通って蒸発器となる室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２に流入する。
【０１２５】
この結果、室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３及び１０４が加熱器（再熱器）、前面下段部分１０２が冷却器となって、室内空気を加熱すると同時に冷却・除湿する除湿運転が可能になる。
【０１２６】
また冷房及び暖房運転時には、図１７（ｂ）のように、除湿用絞り装置１０５は、電磁モータ１３６により弁体１３２が引き上げられ全開の状態になる。この結果、接続管１３４と１３５はほとんど流通抵抗なしで連通し、冷媒はほとんど抵抗なしで流れることになる。
【０１２７】
図１８は、本実施の形態の全体のサイクル構成を示す図であり、１５０は回転数制御等により能力可変とした冷媒圧縮用の圧縮機、１５１は運転状態を切り換える四方弁、１５２は室外熱交換器、１５３は絞り作用の無い全開状態が可能な電動膨張弁で、さらに前述の室内補助熱交換器１２６、多段曲げ室内熱交換器１０１、及び除湿用絞り装置１０５を加えて、これらが接続配管により環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。また図１８においては、室内補助熱交換器１２６及び多段曲げ室内熱交換器１０１の伝熱管の流路状態の一実施の形態を模式的に示してある。そして室内補助熱交換器１２６は、伝熱管が一系統の冷媒流路１５９で構成され、接続管１２９により室内熱交換器１０１に接続されている。
【０１２８】
室内熱交換器１０１は、前面上段部分１０３と背面部分１０４が一体に接続され伝熱管が二系統の冷媒流路１５４、１５５となるように構成され、さらに切断線１２４により熱的に分離された下段熱交換器部分１０２が１５６、１５７の二冷媒流路から構成されている。さらにはこれらの伝熱管冷媒流路の１５４、１５５と１５６、１５７は除湿用絞り装置１０５を介して接続管１０６及び１０７により接続されている。さらに１５８は室外ファンである。
【０１２９】
以上の室内機構造及び冷凍サイクル構成において、除湿運転時には、四方弁１０２を冷房運転時と同様に切り換え、除湿用絞り装置１０５を適当に絞り電動膨張弁１５３を全開にすることにより、冷媒を一点鎖線で示すように圧縮機１５０、四方弁１５１、室外熱交換器１５２、電動膨張弁１５３、室内補助熱交換器１２６、室内熱交換器１０１の前面上段部分１０３及び背面部分１０４、除湿用絞り装置１０５、室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２、四方弁１５１、圧縮機１５０の順に循環させ、室外熱交換器１５２が上流側の凝縮器、室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器１０１の前面上段部分１０３と背面部分１０４が下流側の凝縮器、室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２が蒸発器となるように運転する。
【０１３０】
そして、室内空気を室内ファン１０９により矢印１９１、１９２、１９３で示すように流すと、室内空気は蒸発器として作用する前面下段熱交換器部分１０２で冷却・除湿されたると同時に、下流側の凝縮器すなわち加熱器となる室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器の前面上段部分１０３と背面部分１０４で加熱され、さらにこれらの空気が混合されて室内に吹き出される。
【０１３１】
この場合、回転数を制御して圧縮機１５０の能力や室内ファン１９及び室外ファン１５８の送風能力を制御することにより、冷却器１０２及び加熱器１２６、１０３、１０４の能力を調節することができ、除湿量や吹出空気温度を広い範囲で変えることができる。
【０１３２】
さて、前述したように、除湿運転時、室内補助熱交換器１２６がない場合、再熱器として作用する室内熱交換器１０１の前面上段部分１０３と背面部分１０４が存在するにも拘わらず、室温が低下してしまう理由を説明する。図１６を参照して、このようなファン構造では、矢印１９１、１９２及び１９３の吸込み空気の７０％がパネル前面からの矢印１９１からの空気であり、残りの３０％が矢印１１９２及び１９３からの空気であり、冷却器として作用する熱交換器を上段に配置し再熱器を下段に配置すると除１湿水が再熱器によって再び蒸発して除湿しないことから、冷却器として作用する熱交換器は前面下段部分に配置しなければならず、図１６に示すように、再熱器と冷却器を配置する必要があり、この再熱器として作用する前面上段部分１０３と背面部分１０４を流れる空気は、冷却器として作用する前面下段部分１０２を流れる空気よりも少なく、その分外気温が低い場合は、室温が低下するという問題があった。
【０１３３】
本実施形態では、除湿運転時、再熱器として作用する室内補助熱交換器１２６を通風路に設けたので、除湿運転時における温度の低下を抑制することができる。また、再熱側にこの室内補助熱交換器を設けたので再熱器の熱交換量が増大し、冷媒の凝縮量が増え、サイクル全体の能力が向上すると共に、除湿用絞り装置１０５に、冷媒流動音の原因となる気液２相流の気相が減少して、除湿用絞り装置１０５の動作時（除湿運転時）における冷媒流動音を低減することができる。
【０１３４】
以上のように、本実施の形態によれば、除湿運転時には、室内補助熱交換器、及び熱的に二分割された室内熱交換器における除湿用絞り装置の上流側がそれぞれ加熱器１０１、加熱器１０２、除湿用絞り装置の下流側が冷却器となり、室内機に吸い込まれた空気は加熱器１０１および加熱器１０２で暖められると同時に冷却器で冷やされて湿気が除去されたあと混合されて吹き出され、冷え過ぎの無い快適な除湿運転を行うことができる。特に加熱器が２個になり、加熱器の伝熱面積が冷却器の伝熱面積に比べて十分大きくなって加熱能力が増すため、より冷え過ぎの無い快適な除湿運転が可能になる。
【０１３５】
さらに冷却器（室内熱交換器の前面下段部分１０２）の下側に加熱器（室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器の前面上段から背面にかけての部分１０３、１０４）が配置されないことから冷却器で生じた除湿水が加熱器にかかって再蒸発することがない。
【０１３６】
次に冷房運転時には、除湿用絞り装置１０５を開き電動膨張弁１５３を適当に絞り、冷媒を実線の矢印で示すように循環させることにより、室外熱交換器１５２を凝縮器、室内補助熱交換器１２６及び多段曲げ室内熱交換器１０１を蒸発器として室内の冷房を行う。
【０１３７】
暖房運転時には、四方弁１５１を切り換え除湿用絞り装置１０５を開き電動膨張弁１５３を適当に絞り、冷媒を破線の矢印で示すように循環させることにより、多段曲げ室内熱交換器１０１を凝縮器、室内補助熱交換器１２６を過冷却器、室外熱交換器１５２を蒸発器として室内の暖房を行う。
【０１３８】
そして冷房、暖房の各運転に対してもサイクル性能及び多段曲げ室内熱交換器１０１や室内補助熱交換器１２６での熱交換性能を確保して効率良く運転する必要がある。
【０１３９】
以下に、この方法について説明する。
【０１４０】
まず図１８において、冷房運転では冷媒が室内補助熱交換器１２６から多段曲げ室内熱交換器１０１に流れ、これらの両熱交換器とも低圧でガス冷媒の比容積が大きくて体積流量が多くなる蒸発器となるため、流路面積が小さいとここでの圧力損失が大きくなってサイクルの性能が低下する。そこで図１８においては、主熱交換器である多段曲げ室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３、１０４と前面下段部分１０２の各冷媒流路をそれぞれ１５４、１５５と１５６、１５７の二系統にしてある。この結果、冷媒流路での圧力損失が十分小さくなり、これによる性能低下を十分小さくできる。更には室内補助熱交換器１２６を設けたり、室内熱交換器１を前面から背面にかけて設けて蒸発器としての伝熱面積を十分大きくできることから性能を向上でき、トータルとしては性能向上を図ることが可能である。
【０１４１】
また暖房運転での性能を向上するためには、凝縮器となる室内側の熱交換器の出口で十分な過冷却を取る必要がある。そしてこの過冷却域では、冷媒が液状態であると同時に冷媒温度が凝縮温度から徐々に下がることから、液冷媒流の速度を速めて伝熱管内の熱伝達率を高めてやると共に、伝熱管が風上側になるようにして熱交換前の比較的温度の低い空気流と熱交換するようにする必要がある。またさらには室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２における暖房運転時の入口部分では高温ガス冷媒の温度が凝縮温度まで低下するため、この部分でも冷媒流と空気流とが対向流になるようにするとよい。
【０１４２】
上記室内補助熱交換器１２６は、室内熱交換器１０１と間に１ｍｍから５ｍｍの隙間をあけて配置するとよい。このように隙間をあけることで、室内熱交換器１０１との間に冷房時に結露する露が両熱交換器間に架橋することを防止され、熱交換器の通風抵抗の増大を防止して冷房能力の低下防止及び送風音の増大防止ができる。
【０１４３】
また、配置する位置を上面背面側の熱交換器に気流方向に重ねるようにすると、気流の風速が遅くなってファンに向かって露が落下しにくくなるので、背面側の熱交換器の傾斜角度を大きくして、熱交換器の鉛直方向の寸法を小さくできる。これによって、室内機の高さ寸法を小さくできる若しくはその文熱交換器の大きさを大きくできる。さらに、配置する位置を上面背面側の熱交換器に気流方向に重ねるようにすると、上部前面側の熱交換器の前側に空気清浄フィルターや消臭フィルターを配置する場合に、風速分布の均一化をはかれ、熱交換性能の低下を抑制できる。
【０１４４】
図１８において、凝縮器の出口側は室内補助熱交換器１２６であり、この部分は、冷媒流路が一系統で流路面積を十分小さくできることから冷媒流速を速くして熱伝達率を十分高くでき、さらに室内熱交換器１０１の風上側に配置してある。したがって室内補助熱交換器１０１は過冷却器として十分な性能を発揮できる。また冷媒流路を１５６、１５７の二系統にした室内熱交換器前面下段部分１０２において、暖房運転時の高温ガス冷媒流の入口側を空気流の風下側に設けた配管構成にし、この熱交換器部分２では冷媒流と空気流とが対向流になるようにしてあり、熱交換性能を向上できる。
【０１４５】
ここで室内機寸法を十分大きくできない時には、室内補助熱交換器１２６を暖房運転における過冷却器として十分な大きさにできない場合がある。この問題を解決できる一実施の形態を図１８に示す。
【０１４６】
図１９においては、多段曲げ室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３、１０４を、風上側に設けた一系統の冷媒流路部分１６０と二系統の冷媒流路部分１６１、１６２から構成する。さらに室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２の冷媒流路を１５６、１５７の二系統にすると同時に前面下段部分１０２における暖房運転時の冷媒流入口部分を空気流の風下側に設けた配管構成にしてある。また図１８と同一番号を付けたものは同一部分を示す。
【０１４７】
このサイクル構成により、暖房運転においては、圧縮機１５０を出て四方弁１５１を通った後の高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１に入り、前面下段部分１０２の冷媒流路が二系統の伝熱管１５６、１５７を分流して通った後、全開となっている除湿用絞り装置１０５を通って室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３、１０４に入り、冷媒流路が二系統の伝熱管１６１、１６２を分流して流れ、この後合流して冷媒流路が一系統の伝熱管１６０を流れ、さらに冷媒流路が１系統の室内補助熱交換器１２６を流れる。
【０１４８】
この場合、室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２では高温のガス冷媒が流れる入口側が空気流の風下側になり二相冷媒の流れる出口側が温度の低い空気流の風上側になるため、前面下段部分１０２では冷媒流と空気流とが熱交換性能の優れた対向流状態となる。また多段曲げ室内熱交換器１０１の前面上段から背面にかけての部分１０３、１０４の冷媒流出口側の伝熱管１６０及び室内補助熱交換器１２６の伝熱管１５９が一系統冷媒流路となっており、さらに飽和温度から徐々に温度の下がるサブクール域となるこれらの伝熱管１６０及び１５９は温度の低い上流側空気流と熱交換をするため、十分なサブクールが取れ、室内機から室外機に向かう冷媒温度はほぼ室温となるので、暖房性能を向上することができる。
【０１４９】
さらに冷房運転においては、電動膨張弁１５３で絞られ低圧・低温になった二相冷媒は、最初室内補助熱交換器１２６に入って冷媒流路が一系統の伝熱管１５９を通り、次に室内熱交換器１０１に入り、前面上段から背面にかけての熱交換器部分１０３、１０４において一系統の伝熱管１６０を通ったあと分流して二系統の伝熱管１６１、１６２に入り、さらに除湿用絞り装置１０５を通って前面下段部分１０２に入り二系統の伝熱管１５６、１５７に分流して流れる。この場合、伝熱管１５９及び１６０では冷媒の乾き度が比較的小さいため一系統の冷媒流路でも圧力損失は比較的小さい。また乾き度が比較的大きい伝熱管１６１、１６２と１５６、１５７の部分では冷媒流路をそれぞれ二系統にしたことから圧力損失が十分小さくなる。この結果、圧力損失による冷房性能の低下を防ぐことができる。さらに室内補助熱交換器１２６を設けたことにより、蒸発器としての伝熱面積が増加し、冷房性能が向上する。
【０１５０】
ここで、図１８及び図１９に示す実施の形態では、室内熱交換器１０１の伝熱管を二系統に分ける場合及び一系統と二系統を組み合わせた場合を示したが、これらに限るものではなく、冷媒流路をさらに多くの系統に分ける事も可能であり、この場合も室内熱交換器１０１での冷媒流圧力損失を低減し、特に冷房性能の低下を防止できる。但し、冷媒流路をあまり多系統にすると、冷媒流の圧力損失は低下するが、熱伝達率の低下が著しく、冷房運転及び暖房運転における能力や動作係数といった空気調和機全体の性能が低下してしまうため、最適な系統数の冷媒流路に設定する必要があり、この系統数は主に冷媒配管の内径に応じて決定される。また室内熱交換器１０１で、多系統の冷媒流路にした所を管径の太い伝熱管とし一系統の冷媒流路にしても（図示省略）同様の効果が得られる。すなわち管径を太くしたことにより、冷媒流の流速が遅くなり、特に冷房運転での性能低下を防止できる。
【０１５１】
さらに図１６、１８、１９における室内補助熱交換器１２６は、空気流に対して室内熱交換器１０１の風上側に設けてあるため、室内補助熱交換器１２６と室内熱交換器１０１の重なった部分では通風抵抗の増大により風量が減少し伝熱性能が低下してしまう。そこで室内補助熱交換器１２６は、室内熱交換器１０１に対して通風抵抗の小さいものにする必要がある。このためには、室内補助熱交換器１２６は、室内熱交換器１０１に比べて、フィンピッチを大きくしたり、あるいは奥行き寸法（風の流れる方向の寸法）を薄くしたり、あるいは室内熱交換器１０１が伝熱性能を上げるためにフィンにスリットを設けるのに対してスリットを設けない構造にする（図示省略）。
【０１５２】
次に図１６の室内機構造において、多段曲げ室内熱交換器１０１における矢印１９１、１９２、１９３で示す吸込空気の風速分布は、前面下段部分１０２に相当する１９１が比較的早い。さらにデザインの点から、図１９に示すように、室内機の前面において上方部分１８０は塞いで空気吸込口とせず、下方部分のみを吸込グリル１８１とする室内機構造にする場合があり、この場合、矢印１９１、１９２、１９３で示す吸込空気流の風速分布は前面下方吸込グリル１８１に相当する矢印１９１の風速分布が最も速い。なお図２０において、図１６と同一番号を付したものは同一部分を示す。
【０１５３】
こうした場合、代表例を図２０に示すように、補助熱交換器１２６を多段曲げ室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２の風上側に設けることにより、冷房及び暖房の性能をさらに向上することができる。すなわち冷房及び暖房運転において、矢印１９１に相当する風量が比較的多いことから、この風量に対応した室内補助熱交換器１２６及び室内熱交換器の前面下段部分１０２からなる熱交換器部分が風の流れる奥行き方向に厚くなっても、この熱交換器部分の温度効率は比較的高く保たれる。さらに室内熱交換器１０１における風速分布の速いところに（多少）通風抵抗となる補助熱交換器１２６を設けたことから、室内熱交換器１０１全体の前面における吸込風速分布がより均一になる。これらの結果、図２０の室内機構造は、図１６の室内機構造に比べて冷房及び暖房の性能を向上することができる。
【０１５４】
また図２０の構造における除湿運転の性能は、実測によると、図１６の室内機構造と大差はなく（除湿量はやや減少する傾向にあるが、逆に吹出空気温度は上昇する傾向になる）、冷え過ぎを抑制した快適な除湿運転を行うことがきる。
【０１５５】
またさらには、室内機の構造上の制約から、室内補助熱交換器１２６を、室内熱交換器の背面部分１０４の風上側や前面下段部分１０２の風上側におけない場合には、、室内熱交換器の前面上段部分１０３の風上側においても、多少性能は低下するかも知れないがこれまで述べてきた除湿、冷房及び暖房の運転における補助熱交換器の効果を得ることができる。
【０１５６】
なお図１８及び図１９のサイクル構成においても、図２０の室内機構造あるいは室内補助熱交換器１２６を室内熱交換器の前面上段部分１０３の風上側に設けた室内機構造を適用でき、同様の効果を得ることができる（図示省略）。
【０１５７】
ところで図１６、図１８、図１９、図２０の実施の形態では室内熱交換器１０１を、前面下段部分１０２、前面上段部分１０３、背面部分１０４の三段に曲げた場合を示したが、これに限るものではなく、各部分を必要に応じてそれぞれ多段に構成しても良い。図２１には熱的な切断線１６３の下段部分である室内熱交換器１０１の前面下段部分１０２’を１６４、１６５、１６６の３段にした場合を示す。これにより伝熱面積を図１８より大きくできる。さらには図２２に示すように前面下段から前面上段、背面までを折れ線でなく連続した曲線にした一体構造にして、さらに除湿運転時に加熱器となる前面上段から背面にかけての部分と冷却器となる前面下段部分とを、切断線１６７により１６８と１６９の二つに熱的に分離した構造にしても良く、同様に伝熱面積を大きくすることができる。特に小形の空気調和機であるルームエアコン等では、室内熱交換器を収納するスペースが十分に取れないことが多く、この場合には室内熱交換器の曲げ回数を多くしたり、曲線状にすることにより、狭いスペースに十分な伝熱面積を持つ室内熱交換器を収納できる。そしてこれらの室内熱交換器の場合にも、図１６あるいは図２０等のように、室内熱交換器の風上側に室内補助熱交換器を設けて、同様の効果を得ることができる。
【０１５８】
また図１６、図１８、図１９、図２０における除湿用絞り装置１０５や電動膨張弁１５３はキャピラリーチューブあるいは通常の膨張弁と二方弁とを並列に設けた構成のものにしてもよく（図示省略）、二方弁の開閉によりこれまでの実施の形態と同様の作用を実現することができる。
【０１５９】
ここで、これまでは室内熱交換器としては室内機の前面から背面にかけて設けた構造を考えてきたが、これに限らず、室内熱交換器を室内機の前面にだけ設けて背面には設けない構造にし、この風上側に補助熱交換器を設けた室内機構造の場合にも（図示省略；例えば図１６あるいは図２０において室内熱交換器１０１の背面部分１０４を設けない場合等に相当）、これまでの説明と同様な室内補助熱交換器１２６の効果を得ることができる。
【０１６０】
また、室内熱交換器の前面部分及び背面部分の冷媒流路をそれぞれ二系統以上にしたり、室内補助熱交換器１２６の冷媒流路を一系統にすると同時に室内熱交換器の風上側に配置することにより、冷房運転や暖房運転において圧力損失を低減できると共に冷媒流と空気流とを対向流にでき、さらには暖房運転時において室内補助熱交換器１２６が過冷却器として作用し効率良く十分な過冷却をとることができる。したがって、冷房運転及び暖房運転において、図１６から図２０で述べた実施の形態と同様に、十分効率の良い運転を行うことができる。
【０１６１】
ところで以上説明した実施の形態においては、空気調和機でよく使用されるＨＣＦＣ２２（ハイドロクロロフルオロカーボン２２の略）等の単一冷媒を使用する場合に付いて説明してきた。しかし最近は、オゾン層破壊や地球温暖化の点からＨＣＦＣ２２に代わる代替冷媒の研究が盛んになっており、代替冷媒としては単一冷媒だけでなく、混合冷媒の使用が検討されている。これに対して、図１６から図２０に示す実施の形態で述べてきた室内機の構造、サイクル構成、運転の制御方法を適用できることは明らかであり、同様の効果が得られる。
【０１６２】
上記室内補助熱交換器１２６を搭載した空気調和機での実験によれば、−１０℃と−１５℃では−１０℃の方が冷媒ガスの吸込密度が小さくなり、圧縮仕事量が小さくなったことにより、圧縮機駆動用電動機の回転数が長時間にわたって高い回転数で運転できた。これは、室内補助熱交換器１２６による冷媒凝縮量の増加により、圧縮機に吸い込まれる冷媒ガスの圧力が上昇を抑制若しくは下がることで圧縮機の仕事量が小さくなって、これによって運転電流値が下がり、設定された最高回転数（９０００ｒｐｍ）での運転を長時間行なっても制限電流値に達しないようになる。
【０１６３】
これによって、ＰＡＭ制御のみの場合の実験では、室外気温が−１０℃及び−１５℃の条件で、室内温度が設定温度２３℃に達する前に凝縮圧力が大きくなって制限電流に達して、回転数を５０００から７０００ｒｐｍの間に抑える制御になってしまい、設定温度になるまでに極めて長い時間を要することがあったが、これをなくすことができた。これは、室外気温−１５℃のときでも石油ファンヒータと同等の暖房能力であり、しかも、電気料金も石油ファンヒータの石油代と同等にできた。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明による空気調和機の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示した第１の実施形態の制御方法を示すフローチャート図である。
【図３】図１に示した第１の実施形態の入力交流電源電圧が１００Ｖの場合の図２に示した制御方法を説明するための図である。
【図４】図３で説明した制御方法による効果を従来例と比較して示す図である。
【図５】図１に示した第１の実施形態の一変形例を示すブロック図である。
【図６】図１に示した第１の実施形態と図５に示した回路を用いる空気調和機との効果を比較して示す図である。
【図７】本発明による空気調和機の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明による空気調和機の第３の実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明による空気調和機の第４の実施形態を示すブロック図である。
【図１０】従来の空気調和機での電動機駆動装置の回路構成図である。
【図１１】外気温度に対する暖房特性を示す図である。
【図１２】本発明の一実施の形態でアクティブコンバータとして作動直後の交流電源入力波形を示す図である。
【図１３】ＰＷＭ／ＰＡＭ切り換え前後のリアクタ３電流及びインバータ電流を示す図である。
【図１４】負荷作動に対する利芥３電流の波形を示す図である。
【図１５】直流電圧に対するリアクタ電流の波形を示す図である。
【図１６】本発明の一実施の形態である空気調和機の室内機構造を示す図である。
【図１７】図１における除湿用絞り装置の一例の構造及動作状態を示す図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である空気調和機のサイクル構成を示す図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態である室内熱交換器の配管構成を示す図である。
【図２０】本発明の他の実施の形態である空気調和機の室内機構造を示す図である。
【図２１】本発明の他の実施の形態である室内熱交換器の形状を示す図である。
【図２２】本発明のさらに他の実施の形態である室内熱交換器の形状を示す図である。
【符号の説明】
【０１６５】
２  整流器
３  リアクトル
４  ダイオード
５  コンデンサ
６  スイッチ素子
７  電圧比較器
８  掛算器
９  負荷電流検出器
１０  電流比較器
１１  発振器
１２  駆動回路
１３  インバータ
１４  電動機
１５  マイコン
１６  インバータ駆動回路
１８  直流電圧信号切換スイッチ
１９  トリガ素子
２０  同期信号切換スイッチ
２１  電圧指令切換スイッチ
２２  ドライブ信号切換スイッチ
２３  供給電流検出器
２４  アクティブコンバータブロック
２５  ローパスフィルタ
２６  電源キャパシタ
２７  リアクトル
２８  ダイオード
２９  室温センサ
３０  交流電源電圧検出器
３１  交流直流切換スイッチ
３２  直流電源
Ｑ  力率改善回路
１０１  室内熱交換器
１０２，１０２’  室内熱交換器の前面下段部分
１０３  室内熱交換器の前面上段部分
１０４  室内熱交換器の背面部分
１０５  除湿用絞り装置
１０６，１０７，１２７，１２８，１２９  接続配管
１０９  室内ファン
１１０  前面吸込グリル
１１１  上面吸込グリル
１１２  背面吸込グリル
１１３  フィルタ
１１４  背面ケーシング
１１５  吹出口
１１６  吹出口風向版
１１７  前面露受皿
１１８  背面露受皿
１２０  伝熱管
１２１，１２２  伝熱管の接続配管
１２３  放熱フィン
１２４，１６３，１６７  熱的切断線
１２６  室内補助熱交換器
１３０  弁本体
１３１  弁座
１３２  弁体
１３３  弁部
１３４，１３５  接続管
１３６  電磁モータ
１３７  除湿運転時の冷媒流路
１５０  圧縮機
１５１  四方弁
１５２  室外熱交換器
１５３  電動膨張弁
１５４，１５５，１５６，１５７，１５９，１６０，１６１，１６２  冷媒流路
１５８  室外ファン
１６４，１６５，１６６，１６８，１６９  熱交換器部分
１８０  前面上段パネル
１８１  前面下段吸込グリル
１９１，１９２，１９３  室内機吸込空気流。
【図１】
2007255884.tif 000003
【図２】
2007255884.tif 000004
【図３】
2007255884.tif 000005
【図４】
2007255884.tif 000006
【図５】
2007255884.tif 000007
【図６】
2007255884.tif 000008
【図７】
2007255884.tif 000009
【図８】
2007255884.tif 000010
【図９】
2007255884.tif 000011
【図１０】
2007255884.tif 000012
【図１１】
2007255884.tif 000013
【図１２】
2007255884.tif 000014
【図１３】
2007255884.tif 000015
【図１４】
2007255884.tif 000016
【図１５】
2007255884.tif 000017
【図１６】
2007255884.tif 000018
【図１７】
2007255884.tif 000019
【図１８】
2007255884.tif 000020
【図１９】
2007255884.tif 000021
【図２０】
2007255884.tif 000022
【図２１】
2007255884.tif 000023
【図２２】
2007255884.tif 000024