CN103988030A - 热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机 - Google Patents

热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机，该热泵装置能够根据所需要的加热量效率良好地对压缩机实施加热，由此能够可靠地防止制冷剂滞留于压缩机内部，并且实现待机电力的削减。逆变器控制部（10）包括：限制通电控制部（12），其在压缩机（1）的运转待机期间，基于在压缩机（1）内的制冷剂休眠量，判断是否需要加热压缩机（1），并且在判断为需要加热压缩机（1）的情况下，根据制冷剂休眠量，选择对电动机（8）供给直流电压的直流通电和对电动机（8）供给频率比通常运转时高的高频电压的高频通电中的任一方，输出用于实施电动机（8）的限制通电的限制通电指令；以及驱动信号生成部（13），其基于限制通电指令，生成驱动信号。

Description

热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机
技术领域
本发明涉及热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机。
背景技术
一直以来，作为在空调机等中使用的热泵装置的运转停止期间防止液态制冷剂滞留于压缩机内部的技术，不驱动压缩机内部的电动机而是通过对电动机绕组进行通电(以下称为“限制通电”)来加热压缩机，使液态制冷剂气化并排出。例如公开了如下技术：在检测出空调机周围的温度为低温状态时，对压缩机供给频率高于通常运转时的通常频率的、约为25kHz的单相交流电压，来抑制噪音或振动、过大的温度上升、以及压缩机的旋转部的旋转，并且防止液态制冷剂滞留于压缩机内部，从而使压缩机内部的润滑作用顺利进行(例如专利文献1)。
另外，还公开了如下技术：例如，根据外部空气温度使直流电流流过电动机绕组，利用由此在电动机的绕组中产生的铜损，无需使转子旋转就能够进行电动机的预热(例如专利文献2)。
专利文献1：日本特开昭61-91445号公报
专利文献2：日本特开2007-166766号公报
发明内容
然而，在专利文献1记载的技术中，由于对压缩机供给高频的单相交流电压，所以全部开关元件断开的全断开区间发生时间较长。在这样的全断开区间中，电流经由回流二极管再生为直流电源，因此存在不能使高频电流高效地流过电动机，压缩机的加热效率变差的问题。此外，在使用小型且铁损较小的电动机的情况下，由于发热量相对于施加电压变小，所以有在能够使用的范围内的电压时不能得到所需要的加热量的问题。
此外，如专利文献3所述，在使直流电流流过电动机绕组来进行电动机的预热的情况下，发热量由绕组电阻与电流平方之积得到，但是近年来电动机通过高效率设计而有电动机的绕组电阻变小的趋势，因此相应于绕组电阻减小量，为了获得充分的加热量，需要使流过电动机的电流增加。因此，流过逆变器的电流也增加，存在逆变器的损耗增大而使压缩机的加热效率变差的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机，其能够根据所需要的加热量效率良好地对压缩机实施加热，可靠地防止制冷剂滞留于压缩机内部，并且实现待机电力的削减。
为了解决上述问题，实现发明目的，本发明涉及的热泵装置，其包括：压缩机，其具有对制冷剂进行压缩的压缩机构和驱动上述压缩机构的电动机；热交换器；逆变器，其对上述电动机施加期望的电压；以及逆变器控制部，其生成用于驱动上述逆变器的驱动信号，上述热泵装置的特征在于：上述逆变器控制部包括：限制通电控制部，其在上述压缩机的运转待机期间，基于在上述压缩机内的制冷剂休眠量，判断是否需要加热该压缩机，并且在判断为需要加热该压缩机的情况下，根据上述制冷剂休眠量，选择对上述电动机供给直流电压的直流通电和对上述电动机供给频率比通常运转时高的高频电压的高频通电中的任一方，输出用于实施上述电动机的限制通电的限制通电指令；以及驱动信号生成部，其基于上述限制通电指令，生成上述驱动信号。
根据本发明，起到下述效果：能够根据所需要的加热量效率良好地对压缩机实施加热，可靠地防止制冷剂滞留于压缩机内部，并且实现待机电力的削减。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的热泵装置的一结构示例的图。
图2是表示实施方式1涉及的热泵装置中的逆变器的一结构示例的图。
图3是表示实施方式1涉及的热泵装置中的逆变器控制部的一结构示例的图。
图4是表示实施方式1涉及的热泵装置中的限制通电控制部的一结构示例的图。
图5是用于说明实施方式1涉及的热泵装置中的加热判断部的运作的图。
图6是表示实施方式1涉及的热泵装置中的制冷剂休眠量输出部的不同的结构示例的图。
图7是表示实施方式1涉及的热泵装置中的直流通电指令生成部的一结构示例的图。
图8是表示实施方式1涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的一结构示例的图。
图9是表示实施方式1涉及的热泵装置中的8种开关模式的图。
图10是表示在实施方式1涉及的热泵装置中选择直流通电的情况下的各信号波形的图。
图11是表示在实施方式1涉及的热泵装置中选择高频通电的情况下的各信号波形的图。
图12是实施方式1涉及的热泵装置的制冷剂加热运作处理的流程图。
图13是表示实施方式2涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的一结构示例的图。
图14是表示实施方式2涉及的热泵装置的高频通电时的各信号波形的图。
图15是表示与各电压矢量对应的逆变器内的各开关元件的ON/OFF(导通/断开)状态的图。
图16是表示高频通电时的IPM电动机的转子停止位置的一例的图。
图17是表示转子位置与各相电流的关系的图。
图18是表示使基准相位θf变化的情况下的施加电压的图。
图19是表示基准相位θf为0°、30°、60°的情况下的各相电流波形的图。
图20是表示实施方式4涉及的制冷循环的一结构示例的图。
图21是表示图20所示的制冷循环中的制冷剂的状态迁移的莫里尔(Mollier)图。
符号说明
1 压缩机
2 四通阀
3 热交换器
4 膨胀机构
5 热交换器
6 制冷剂配管
7 压缩机构
8 电动机
9 逆变器
10 逆变器控制部
11 直流电压源
12 限制通电控制部
13 驱动信号生成部
14 加热判断部
15 直流通电指令生成部
16、16a 高频通电指令生成部
17 加热指令部
18 通电切换部
19 电压指令计算部
20 PWM信号生成部
21 温度检测部
22 制冷剂休眠量推断部
23 制冷剂休眠量检测部
24 制冷剂休眠判断切换部
25 加热与否判定部
26 加热量运算部
27 通电切换判断部
28 直流电压指令运算部
29 直流电压相位指令运算部
30 高频电压指令运算部
31 高频电压相位指令运算部
32 高频相位切换部
33 通电切换控制部
40、40a、40b 制冷剂休眠量输出部
50、50a 制冷循环
51 压缩机
52、57 热交换器
53、56、61 膨胀机构
54 接收器
55 内部热交换器
58 主制冷剂回路
59 四通阀
60 风扇
62 喷射回路
63 水回路
70a～70f 开关元件
80a～80f 回流二极管
100 热泵装置
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式涉及的热泵装置、具有热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机进行说明。此外，本发明不限于以下所示的实施方式。
实施方式1
图1是表示实施方式1涉及的热泵装置的一结构示例的图。如图1所示，实施方式1涉及的热泵装置100通过制冷剂配管6将压缩机1、四通阀2、热交换器3、膨胀机构4和热交换器5依序连接，形成制冷循环50。此外，在图1所示的示例中，示出了形成制冷循环50的基本结构，并且图中省略了一部分结构要素。
在压缩机1的内部，设置有对制冷剂进行压缩的压缩机构7和使该压缩机构7运作的电动机8。电动机8是具有U相、V相、W相的三相绕组的三相电动机。
逆变器9与电动机8电连接。逆变器9与直流电压源11连接，以从直流电压源11供给的直流电压(母线电压)Vdc为电源，分别对电动机8的U相、V相、W相的绕组施加电压Vu、Vv、Vw。
此外，逆变器控制部10与逆变器9电连接。逆变器控制部10对逆变器9输出用于驱动逆变器9的驱动信号。该逆变器控制部10具有通常运转模式和加热运转模式的2种运转模式。
在通常运转模式中，逆变器控制部10生成并输出用于对电动机8进行旋转驱动的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号(驱动信号)。此外，在加热运转模式中，逆变器控制部10与通常运转模式中不同，是在运转待机期间以不会使电动机8旋转驱动的方式通电来加热电动机8，使得滞留于压缩机1内部的液态制冷剂变热气化并排出的运转模式。在该加热运转模式中，通过使直流电流或电动机8无法跟随的高频电流流过电动机8，利用在电动机8产生的热，对滞留于压缩机1内部的液态制冷剂进行加热。在本实施方式中，以下，将在该加热运转模式中，以不会使电动机8旋转驱动的方式通电来进行加热称为“限制通电”。此外，以下将使直流电流流过电动机8而实施限制通电称为“直流通电”，以下将使高频电流流过电动机8而实施限制通电称为“高频通电”。此外，在本实施方式中，以下对实现加热运转模式的结构部和运作进行说明。
逆变器控制部10具有限制通电控制部12和驱动信号生成部13作为实现加热运转模式的结构部。限制通电控制部12具有加热判断部14、直流通电指令生成部15和高频通电指令生成部16。此外，这里，图中省略了用于实现通常运转模式的一部分结构要素。
图2是表示实施方式1涉及的热泵装置中的逆变器9的一结构示例的图。如图2所示，逆变器9包括：进行桥式接线的开关元件70a～70f、以及分别与各开关元件70a～70f并联连接的回流二极管80a～80f。该逆变器9与直流电压源11连接，以母线电压Vdc作为电源，利用从逆变器控制部10传送的PWM信号(UP、VP、WP、UN、VN、WN)对分别对应的开关元件(UP对应开关元件70a，VP对应开关元件70b，WP对应开关元件70c，UN对应开关元件70d，VN对应开关元件70e，WN对应开关元件70f)进行驱动，产生分别施加于电动机8的U相、V相、W相的绕组的三相电压Vu、Vv、Vw。
图3是表示实施方式1涉及的逆变器控制部的一结构示例的图。如上所述，逆变器控制部10由限制通电控制部12和驱动信号生成部13构成，限制通电控制部12具有加热判断部14、直流通电指令生成部15和高频通电指令生成部16。加热判断部14具有加热指令部17和通电切换部18。此外，驱动信号生成部13具有电压指令计算部19和PWM信号生成部20。
直流通电指令生成部15基于从加热指令部17输出的加热量H*，生成包含直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc的直流通电指令，高频通电指令生成部16基于从加热指令部17输出的加热量H*，生成包含高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac的高频通电指令。
加热指令部17推断滞留于压缩机1内的液态制冷剂的休眠量，向驱动信号生成部13输出是否需要加热，并且求取驱离液态制冷剂所需要的加热量H*，输出到直流通电指令生成部15和高频通电指令生成部16，并且将用于对直流通电指令和高频通电指令进行切换的通电切换信号输出到通电切换部18，其中，直流通电指令包含作为直流通电指令生成部15的输出的直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc，高频通电指令包含作为高频通电指令生成部16的输出的高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac。
通电切换部18选择直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc、以及高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac中的任一方、即选择直流通电指令和高频通电指令中的任一方，作为包含电压指令V*和电压相位指令θ的限制通电指令输出到驱动信号生成部13。
电压指令计算部19基于电压指令V*和电压相位指令θ，生成三相(U相、V相、W相)电压指令Vu*、Vv*、Vw*。PWM信号生成部20基于三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*和母线电压Vdc，生成用于驱动逆变器9的PWM信号(UP、VP、WP、UN、VN、WN)。
接着，参照图4～图6，对实施方式1涉及的热泵装置100中的限制通电控制部12的详细结构和运作进行说明。
图4是表示实施方式1涉及的热泵装置中的限制通电控制部的一结构示例的图。此外，图5是用于说明实施方式1涉及的热泵装置中的加热判断部的运作的图。图5(a)表示压缩机1周边的环境温度(例如外部空气温度)Tc及压缩机1的温度(压缩机温度)To与时间的关系，图5(b)表示每单位时间的制冷剂休眠量，图5(c)表示每单位时间的加热量H*。此外，图6是表示实施方式1涉及的热泵装置中的加热判断部的不同的结构示例的图。
如上所述，限制通电控制部12具有加热判断部14、直流通电指令生成部15和高频通电指令生成部16，加热判断部14具有加热指令部17和通电切换部18。如图4所示，加热指令部17由制冷剂休眠量输出部40、加热与否判定部25、加热量运算部26和通电切换判断部27构成。制冷剂休眠量输出部40具有温度检测部21和制冷剂休眠量推断部22。此外，通电切换部18和通电切换判断部27构成通电切换控制部33。
温度检测部21检测压缩机1周边的环境温度(例如外部空气温度)Tc和压缩机1的温度(压缩机温度)To，制冷剂休眠量推断部22基于环境温度Tc和压缩机温度To，推断滞留于压缩机1内的液态制冷剂的休眠量。这里，在制冷循环50中循环的制冷剂在形成制冷循环50的各结构部中的温度最低的部位冷凝并积存。由于在形成制冷循环50的各结构部中压缩机1的热容量最大，所以如图5(b)所示，相对于环境温度Tc的上升，压缩机温度To上升缓慢，其温度为最低。因此，液态制冷剂滞留于压缩机1的内部。在本实施方式中，制冷剂休眠量推断部22例如基于预先通过实验等求出的环境温度Tc与压缩机温度To的关系，如图5(b)所示那样推断每单位时间t的制冷剂休眠量。此外，在预先把握压缩机1的热容量的情况下，仅检测环境温度Tc，并且对相对于环境温度Tc的变化压缩机温度To以何种程度缓慢变化进行推断，由此能够推断每单位时间t的制冷剂休眠量。在这种情况下，能够削减检测压缩机温度To的传感器，从而能够削减成本。此外，即使对形成制冷循环50的各结构部中热容量比压缩机1小的热交换器3等的温度进行检测而不检测环境温度Tc，显然也能够同样地推断每单位时间t的制冷剂休眠量。
此外，如图6(a)所示，制冷剂休眠量输出部40a设置有对压缩机1内部的制冷剂休眠量进行检测的制冷剂休眠量检测部23，来取代在图5中进行了说明的温度检测部21和制冷剂休眠量推断部22。这样，如果更直接地检测制冷剂休眠量，则能够把握更精确的制冷剂休眠量。此外，作为检测压缩机1内部的制冷剂休眠量的传感器，有测量液体量的静电容传感器、通过激光或声音、电磁波等测量压缩机1的上部与制冷剂的液面之间的距离的传感器等。此外，如图6(b)所示，也可以构成为设置制冷剂休眠量输出部40b，其具有温度检测部21、制冷剂休眠量推断部22、制冷剂休眠量检测部23和制冷剂休眠判断切换部24，用于选择制冷剂休眠量的推断值和检测值中的任一个，进而也可以使用制冷剂休眠量的推断值和检测值的双方进行以后的控制。
加热与否判定部25基于作为制冷剂休眠量输出部40(或40a、或40b)的输出的制冷剂休眠量，判断是否需要加热压缩机1。在需要加热压缩机1、即液态制冷剂滞留于压缩机1内部的情况或者推断为液态制冷剂滞留于压缩机1内部的情况下，加热与否判定部25对PWM信号生成部20输出ON(开启)信号，并且对加热量运算部26指示开始计算为了驱离滞留于压缩机1内部的液态制冷剂所需要的加热量H*，在不需要加热压缩机1、即液态制冷剂未滞留于压缩机1内部的情况或者推断为液态制冷剂未滞留于压缩机1内部的情况下，加热与否判定部25对PWM信号生成部20输出OFF(停止)信号。
当加热与否判定部25指示开始计算加热量H*时，加热量运算部26根据作为制冷剂休眠量输出部40(或40a、或40b)的输出的制冷剂休眠量，计算为了驱离滞留于压缩机1内部的液态制冷剂所需要的加热量H*，并输出到直流通电指令生成部15、高频通电指令生成部16和通电切换判断部27。该加热量H*根据压缩机1的种类或大小不同而变化，在压缩机1较大的情况或者采用热量难以传导的原材料、形状的情况下，将加热量H*设定得较高即可。
如图5(c)所示，通电切换判断部27预先具有决定进行直流通电还是进行高频通电的阈值，基于加热量H*为阈值以上还是不到阈值来控制通电切换部18。在加热量H*为阈值以上的情况下，通电切换判断部27控制通电切换部18，使其选择从直流通电指令生成部15输出的直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc(以下称为“选择直流通电”)作为电压指令V*和电压相位指令θ输出，在加热量H*不到阈值的情况下，通电切换判断部27控制通电切换部18，使其选择从高频通电指令生成部16输出的高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac(以下称为“选择高频通电”)作为电压指令V*和电压相位指令θ输出。
接着，参照图7，对实施方式1涉及的热泵装置中的直流通电指令生成部15的详细结构和运作进行说明。图7是表示实施方式1涉及的热泵装置中的直流通电指令生成部的一结构示例的图。如图7所示，直流通电指令生成部15由直流电压指令运算部28和直流电压相位指令运算部29构成。
直流电压指令运算部28将加热量H*与直流电压指令Vdc*的关系预先存储为表数据，根据从加热量运算部26输入的加热量H*，计算并输出直流电压指令Vdc*。此外，在上述示例中将加热量H*作为输入，但是显然也能够使用上述压缩机1周边的环境温度(例如外部空气温度)Tc、压缩机温度To、与压缩机1的结构相关的信息等各种数据，来提高直流电压指令Vdc*的可靠性。
此外，直流电压相位指令运算部29求取对电动机8通电的直流电压相位指令θdc。这里，为了施加直流电压，直流电压相位指令θdc使用固定值，例如在电动机8的0°的位置进行通电的情况下，输出θdc＝0。但是，在以固定值连续通电的情况下仅电动机8的特定部分发热，因此在本实施方式中，使直流电压相位指令θdc随着时间的推移而变化，对电动机8均匀地进行加热。
接着，参照图8对实施方式1涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部16的详细结构和运作进行说明。图8是表示实施方式1涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的一结构示例的图。高频通电指令生成部16由高频电压指令运算部30和高频电压相位指令运算部31构成。
高频电压指令运算部30将加热量H*与高频电压指令Vac*的关系预先存储为表数据，根据从加热量运算部26输入的加热量H*，计算并输出高频电压指令Vac*。此外，在上述示例中将加热量H*作为输入，但是与直流电压指令运算部28同样，显然也能够使用压缩机1周边的环境温度(例如外部空气温度)Tc、压缩机温度To、与压缩机1的结构相关的信息等各种数据，来提高高频电压指令Vac的可靠性。
此外，高频电压相位指令运算部31求取对电动机8通电的高频电压相位指令θac。这里，为了施加高频电压，使高频电压相位指令θac在0°～360°的范围内连续地变化。这里，通过缩短高频电压相位指令θac在0°～360°的范围内发生变化的周期，能够增加高频电压的频率。
这里，对在实施方式1涉及的热泵装置100中根据加热量切换直流通电和高频通电的要旨进行说明。
在进行直流通电的情况下，通过使直流电流Idc流过电动机8，使得在电动机8的绕组产生与构成电动机8的绕组的电阻R和Idc成比例的铜损，由此能够加热滞留于电动机8内部的液态制冷剂。
此外，通过以增加直流电流Idc的方式驱动逆变器9，能够获得较大的发热量，能够在短时间内排出滞留于压缩机1内部的液态制冷剂。但是，近年来电动机通过高效率设计而有绕组的电阻值变小的趋势，因此相应于相比现有技术绕组的电阻值减小的量，为了获得充分的加热量，需要使直流电流Idc增加。由此，逆变器9的损耗增大，使得电动机8的加热效率变差，消耗电力增加，所以并非是适合于在运转待机期间长时间对制冷剂进行加热的通电方法。
另一方面，在进行高频通电的情况下，通过逆变器9使高频电流Iac流过电动机8，使得在作为构成电动机8的定子和转子的材料的磁性体产生涡流损耗和磁滞损耗等铁损，由此能够加热滞留于电动机8内部的液态制冷剂。
此外，通过提高高频电流Iac的角频率ω，能够使铁损增加从而提高发热量，进而还能够提高电动机8的电感的阻抗，因此能够抑制高频电流Iac，减少逆变器9的损耗并且能够对滞留于电动机8内部的液态制冷剂进行高效率的加热，所以适合于在运转待机期间长时间对制冷剂进行加热。因此，能够因待机电力的削减而实现节能化，能够有助于防止地球温暖化。但是，在进行高频通电的情况下，如果通电频率在可听声频率范围内，则由电动机8的电磁声引起的噪音成为问题，因此需要使其接近作为可听声频率界限的20kHz。此外，在使用铁损较小的小型电动机8的情况或者使用电感较大的电动机8的情况下，发热量相对于施加电压变小。
因此，在本实施方式中，在加热量H*较大的情况下，通过进行直流通电来提高加热量，能在短时间内进行液态制冷剂的排出，在加热量H*较小的情况下，通过进行高频通电来实现消耗电力的削减。这样，通过根据加热量H*的大小来切换直流通电和高频通电，能够可靠地排出滞留于压缩机1内部的液态制冷剂，从而不仅使削减消耗电力而有助于防止地球温暖化的制冷剂加热运转成为可能，而且能够缩短较大的直流电流Idc流过逆变器9的时间，因此能够提高可靠性，并能够简化逆变器9的散热结构来削减成本。
接着，参照图9～图11，对电压指令计算部19的电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的生成方法和PWM信号生成部20的PWM信号的生成方法进行说明。
在电动机8为三相电动机的情况下，通常U相、V相和W相的各相位相互相差120°(＝2π/3)。因此，如下述式(1)～(3)所示那样将各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*定义为相位分别相差2π/3的余弦波(正弦波)。
Vu*＝V*×cosθ…(1)
Vv*＝V*×cos(θ—(2/3)π)…(2)
Vw*＝V*×cos(θ+(2/3)π)…(3)
电压指令计算部19基于电压指令V*和电压相位指令θ，使用上述式(1)～(3)计算各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*并输出到PWM信号生成部20。PWM信号生成部20对各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*与规定频率且振幅值为±(Vdc/2)的载波信号(基准信号)进行比较，基于相互的大小关系生成各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。
此外，在上述式(1)～(3)中，用简单的三角函数求取各电压指令Vu*、Vv*、Vw*，但是在上述方法以外，还可以使用两相调制、三次谐波叠加调制、空间矢量调制等其他方法，求取电压指令Vu*、Vv*、Vw*。
这里，在电压指令值Vu*大于载波信号的情况下，将UP设为使开关元件70a导通的电压，将UN设为使开关元件70d断开的电压。此外，在电压指令值Vu*小于载波信号的情况下则相反，将UP设为使开关元件70a断开的电压，将UN设为使开关元件70d导通的电压。其他信号也同样如此，通过比较电压指令值Vv*与载波信号来决定VP和VN，通过比较电压指令值Vw*与载波信号来决定WP和WN。
在通常的逆变器的情况下，由于采用互补PWM方式，所以UP与UN、VP与VN、WP与WN分别形成彼此逻辑相反的关系。因此，开关模式全部有8种。
图9是表示实施方式1涉及的热泵装置中的8种开关模式的图。此外，在图9中，对在各开关模式中产生的电压矢量标注V0～V7的符号。此外，用±U、±V、±W(不产生电压的情况下为0)表示各电压矢量的电压的方向。这里，+U是使通过U相流入电动机8而通过V相和W相从电动机8流出的U相方向的电流产生的电压，－U是使通过V相和W相流入电动机8而通过U相从电动机8流出的－U相方向的电流产生的电压。关于±V、±W也是同样的解释。
通过组合图9所示的开关模式，能够使逆变器9输出所期望的电压。例如在进行通常的压缩运作的通常运转模式中，一般在数10Hz～数kHz的范围内运作。这里，通过使电压相位指令θ为固定值，能够在加热运转模式中进行直流通电，通过使电压相位指令θ与通常运转模式相比高速地变化，能够在加热运转模式中进行高频通电。
图10是表示在实施方式1涉及的热泵装置中选择直流通电的情况下的各信号波形的图。在设定为θ＝90°的情况下，如图10所示，Vu*＝0，Vv*＝-0.5V*，Vw*＝0.5V*，与基准信号进行比较，结果得到图10所示的各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN，输出图9的电压矢量V0(0电压)、V2(+V电压)、V6(-W电压)、V7(0电压)，能够使直流电流流过电动机8。
此外，图11是表示在实施方式1涉及的热泵装置中选择高频通电的情况下的各信号波形的图。在高频通电中，由于设定为电压相位指令θ＝0°～360°，所以如图11所示那样Vu*、Vv*、Vw*为相位分别相差120°的正弦(余弦)波，与基准信号进行比较，结果得到图11所示的各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN，电压矢量随着时间变化而变化，能够使高频电流流过电动机8。
接着，参照图12对实施方式1涉及的热泵装置100的制冷剂加热运作处理进行说明。图12是实施方式1涉及的热泵装置的制冷剂加热运作处理的流程图。如图12所示，实施方式1涉及的热泵装置的制冷剂加热运作处理分成4个步骤，即加热判断步骤、通电切换步骤、电压指令值计算步骤和PWM信号生成步骤。
在运转待机期间，加热与否判定部25判断是否需要加热压缩机1(步骤ST101)。如上所述，在本实施方式中，加热与否判定部25基于作为制冷剂休眠量输出部40的输出的制冷剂休眠量，判断是否需要加热压缩机1。
在不需要加热压缩机1、即液态制冷剂未滞留于压缩机1内部的情况或者推断为液态制冷剂未滞留于压缩机1内部的情况(步骤ST101：“否”)下，加热与否判定部25对PWM信号生成部20输出OFF(停止)信号，反复实施该加热与否判定步骤直至需要加热压缩机1为止。
在需要加热压缩机1、即液态制冷剂滞留于压缩机1内部的情况或者推断为液态制冷剂滞留于压缩机1内部的情况(步骤ST101：“是”)下，加热与否判定部25对PWM信号生成部20输出ON(开启)信号，并且对加热量运算部26指示开始计算为了驱离滞留于压缩机1内部的液态制冷剂所需要的加热量H*。
当加热与否判定部25指示开始计算加热量H*时，加热量运算部26根据制冷剂休眠量计算加热量H*，并输出到直流通电指令生成部15、高频通电指令生成部16和通电切换判断部27(步骤ST102)。
接着，直流通电指令生成部15根据加热量H*，生成直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc，高频通电指令生成部16根据加热量H*，生成高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac(步骤ST103)。
接着，通电切换判断部27判断加热量H*为阈值以上还是不到阈值(步骤ST104)。在加热量H*为阈值以上的情况下，通电切换判断部27控制通电切换部18，使其选择直流通电(步骤ST104：“是”)，并输出从直流通电指令生成部15输出的直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc，在加热量H*不到阈值的情况下，通电切换判断部27控制通电切换部18，使其选择高频通电(步骤ST104：“否”)，并输出从高频通电指令生成部16输出的高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac。
在选择了直流通电的情况(步骤ST104：“是”)下，电压指令计算部19基于作为直流通电指令的直流电压指令Vdc*和直流电压相位指令θdc，计算各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*并输出到PWM信号生成部20(步骤ST105a)。
此外，在选择了高频通电的情况(步骤ST104：“否”)下，电压指令计算部19基于作为高频通电指令的高频电压指令Vac*和高频电压相位指令θac，计算各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*并输出到PWM信号生成部20(步骤ST105b)。
PWM信号生成部20基于各电压指令值Vu*、Vv*、Vw*，生成各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN并输出到逆变器9的各开关元件70a～70f(步骤ST106)，返回步骤ST101，反复实施步骤ST101～步骤ST106的处理直至开始通常运转模式的运转。
如以上说明的那样，根据实施方式1的热泵装置，在压缩机的运转待机期间，在液态制冷剂滞留于压缩机内部的情况或者推断为液态制冷剂滞留于压缩机内部的情况下，基于检测或推断出的制冷剂休眠量，求取为了使滞留于压缩机内部的液态制冷剂气化并排出所需要的加热量，在该加热量为预先设定的阈值以上的情况下，通过施加直流电压来实施限制通电即直流通电，在该加热量不到阈值的情况下，通过施加高频电压来实施限制通电即高频通电，因此在加热量较大的情况下，通过进行能够获得较大的发热量的直流通电，能够在短时间内可靠地防止制冷剂滞留于压缩机内部，在加热量较小的情况下，通过进行能够高效率地加热的高频通电，能够削减运转待机期间的消耗电力。这样，通过根据所需要的加热量效率良好地对压缩机进行加热，能够可靠地防止制冷剂滞留于压缩机内部，并且实现待机电力的削减，因待机电力的削减而能够实现节能化，能够有助于防止地球温暖化。
此外，在实施直流通电的情况下，通过使直流电流流过电动机，能够利用直流励磁将电动机的转子固定于规定位置，因此不会产生转子的旋转或振动。
此外，在实施高频通电的情况下，如果对电动机施加频率为压缩运作时的运转频率以上的高频电压，则电动机内的转子无法跟随高频电压，不会产生旋转或振动。因此，优选逆变器输出的电压的频率为压缩运作时的运转频率以上。
一般而言，由于压缩运作时的运转频率最高为1kHz左右，所以在压缩机的运转待机期间实施高频通电的情况下，对电动机施加作为压缩运作时的运转频率的1kHz以上的高频电压即可。此外，如果对电动机施加例如14kHz以上的高频电压，则电动机的铁芯的振动声大致接近可听声频率的上限，因此在降低噪音方面也具有效果。这里，如果为例如可听声频率之外的20kHz左右的高频电压，则能够进一步降低噪音，但是在实施高频通电时，为了确保可靠性，优选施加逆变器内的开关元件的最大额定频率以下的高频电压。
此外，在压缩机的电动机为IPM(Interior Permanent Magnet，内置式永磁)结构的磁铁嵌入式电动机的情况下，当实施高频通电时，高频磁通交链的转子表面也成为发热部分。这样，由于制冷剂接触面的增加，能够实现对压缩机构的快速加热，能够更高效地对制冷剂进行加热。
此外，在上述实施方式1中，对根据为了使滞留于压缩机内部的液态制冷剂气化并排出所需要的加热量来切换直流通电和高频通电的示例进行了说明，但是也能够以使直流电流和高频电流同时流过的方式构成逆变器控制部，在这种情况下，能够进行限制通电，其兼具作为上述直流通电的优点的大发热量和作为高频通电的优点的低损耗。
实施方式2
在实施方式1中，对在高频通电中使电压相位指令θ在0°～360°的范围内连续变化的示例进行了说明，但是在本实施方式中，对通过与载波频率同期地使电压相位反转来实施频率与载波频率相等的高频通电的示例进行说明。
图13是表示实施方式2涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的一结构示例的图。另外，图14是表示实施方式2涉及的热泵装置的高频通电时的各信号波形的图。此外，实施方式2涉及的热泵装置的整体结构与实施方式1涉及的热泵装置的整体结构相同，所以这里省略说明。
如图13所示，实施方式2中的高频通电指令生成部16a除了在实施方式1中说明的结构以外，还具有高频相位切换部32，其使高频电压相位指令运算部31的输出与载波信号同期地反转。
这里，对在实施方式2涉及的热泵装置100中与载波频率同期地使电压相位反转的要旨进行说明。
在通常的逆变器的情况下，作为载波信号的频率的载波频率由逆变器的开关元件的开关速度决定其上限。因此，难以输出载波的载波频率以上的高频电压。此外，在通常的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)的情况下，开关速度的上限是20kHz左右。
此外，如果高频电压的频率达到载波频率的1/10左右以上，则可能带来高频电压的波形输出精度劣化、直流分量叠加等不好影响。考虑到这一点，如果使高频电压的频率为载波频率的1/10以下，则例如在载波频率为20kHz的情况下，高频电压的频率为2kHz以下，在可听声频率范围内，因此由电动机的电磁声引起的噪音成为问题。
因此，在本实施方式中，构成为：使从高频电压相位指令运算部31输出的电压相位(以下称为“基准相位”)为固定值，如图14所示那样，在载波信号的从峰的顶点至谷的顶点的期间、即载波频率fc的1周期(1/fc)内，使高频电压相位指令运算部31的输出反转180°。通过采用这样的结构，在后级的电压指令计算部19中得到与载波信号同期地反转的电压指令Vu*、Vv*、Vw*，进而在后级的PWM信号生成部20中生成与载波信号同期的高精度的各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。此时，电压矢量按V0(UP＝VP＝WP＝0)、V4(UP＝1，VP＝WP＝0)、V7(UP＝VP＝WP＝1)、V3(UP＝0，VP＝WP＝1)、V0(UP＝VP＝WP＝0)、…的顺序变化。
图15是表示与各电压矢量对应的逆变器内的各开关元件的ON/OFF(导通/断开)状态的图。在图15所示的各电路图中，表示由虚线包围的开关元件导通、除此以外的开关元件断开。此外，表示电压矢量的变化顺序的粗箭头的旋转方向(电压矢量V0→V4→V7→V3→V0…的旋转方向)与图14所示的示例对应。
在图15所示的示例中，各PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN在1个载波周期内图15的4个电路状态循环1次。由此，形成以1个载波周期为1周期的电流流过电动机8。
如图15所示，V0矢量、V7矢量施加时电动机8的线间成为短路状态，不输出电压。在这种情况下，电动机8的电感中存储的能量形成电流，在短路电路中流过。此外，在V4矢量施加时，通过U相流入电动机8且通过V相和W相从电动机8流出的U相方向的电流(+Iu)流过，在V3矢量施加时，通过V相和W相流入电动机8且通过U相从电动机8流出的-U相方向的电流(-Iu)流过电动机8的绕组。也就是说，在V4矢量施加时和V3矢量施加时，在电动机8的绕组中流过相反方向的电流。而且，由于电压矢量按V0、V4、V7、V3、V0、…的顺序变化，所以+Iu和-Iu交替流过电动机8的绕组。其结果，如图15所示，由于V4矢量和V3矢量在1个载波周期的期间内出现，所以能够对电动机8的绕组施加与载波信号的频率同期的高频电压。
此外，由于交替输出V4矢量和V3矢量，并且+Iu和-Iu交替流过电动机8的绕组，所以正反转矩瞬间转换。这样，由于正反转矩相抵，能够施加可抑制转子振动的电压。
如以上说明的那样，根据实施方式2的热泵装置，通过使从高频电压相位指令运算部输出的基准相位为固定值并且与载波信号的频率同期地反转来实施频率与载波频率相等的高频通电，因此能够对电动机的绕组施加与载波信号的频率同期的高精度的高频电压，能够抑制由电动机的电磁声引起的噪音。
此外，使基准相位在0°和180°之间反转，由此隔着V0矢量和V7矢量交替输出V4矢量和V3矢量，U相电流的方向瞬间转换，也就是说，正反转矩瞬间转换，由于正反转矩相抵，所以能够抑制转子的振动。
实施方式3
在实施方式2中，对使从高频电压相位指令运算部输出的电压相位(基准相位)为固定值的示例进行了说明，但是在本实施方式中对使基准相位随着时间的推移而变化的示例进行说明。此外，实施方式3涉及的热泵装置的整体结构、逆变器控制部的结构和限制通电控制部的结构与实施方式1涉及的热泵装置的整体结构相同，所以这里省略说明。此外，实施方式3涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的结构与实施方式2涉及的热泵装置中的高频通电指令生成部的结构相同，所以这里省略说明。
图16是表示高频通电时的IPM电动机的转子停止位置的一例的图。如图16所示，在电动机8是IPM电动机(Interior Permanent Magnet Motor：内置式永磁电动机)的情况下，电动机8的转子停止位置由转子的N极朝向偏离U相方向的角度φ的大小来表示。
图17是表示转子位置与各相电流的关系的图。在IPM电动机的情况下，高频通电时的绕组电感值取决于转子位置。因此，由电气角频率ω与绕组电感值的积表示的绕组阻抗，与转子位置相应地变动。因此，在运转待机期间实施直流通电时，即使在施加相同电压的情况下，也会由于转子停止位置的不同，而流过电动机8的绕组的电流变化，并且加热量也变化。其结果是，根据转子停止位置的不同，为了得到所需要的加热量，存在消耗大量电力的可能性。
因此，在本实施方式中，通过使从高频电压相位指令运算部31输出的电压相位(设为基准相位＝θf)随着时间的推移而变化，均匀地对转子整体施加电压。
图18是表示使基准相位θf变化的情况下的施加电压的图。在图18(a)所示的示例中，示出基准相位θf＝0°的情况下的示例。在这种情况下，作为高频通电指令生成部16a的输出的高频电压相位指令θac在0°和180°之间进行切换。在图18(b)所示的示例中，示出θf＝45°的情况下的示例。在这种情况下，θac在45°和225°之间进行切换。在图18(c)所示的示例中，示出θf＝90°的情况下的示例。在这种情况下，θac在90°和270°之间进行切换。在图18(d)所示的示例中，示出θf＝135°的情况下的示例。在这种情况下，θac在135°和315°之间进行切换。
也就是说，如图18所示，通过使基准相位θf随着规定时间的推移而每次变化45°，与载波信号同期地反转的高频电压相位指令θac也每次变化45°，因此能够不取决于转子停止位置，而是均匀地对转子整体施加电压，从而能够效率良好地对滞留于压缩机1内部的液态制冷剂进行加热。
图19是表示基准相位θf为0°、30°、60°的情况下的各相电流波形的图。图19(a)表示θf＝0°的情况下的各相电流波形，图19(b)表示θf＝30°的情况下的各相电流波形，图19(c)表示θf＝60°的情况下的各相电流波形。
如图15所示，在θf＝0°的情况下，在V0矢量和V7矢量之间仅产生1个其他的电压矢量(正电压侧的开关元件1个和负电压侧的开关元件2个、或者正电压侧的开关元件2个和负电压侧的开关元件1个为导通状态的电压矢量)。在这种情况下，如图19(a)所示那样，各相电流波形为梯形，成为谐波分量较少的电流。
此外，在θf＝60°的情况下，也与θf＝0°的情况同样，在V0矢量和V7矢量之间仅产生1个其他的电压矢量，因此如图19(c)所示那样，各相电流波形为梯形，成为谐波分量较少的电流。
然而，在θf＝30°的情况下，在V0矢量和V7矢量之间产生2个不同的电压矢量，如图19(b)所示那样，各相电流波形畸变，成为谐波分量较多的电流。该各相电流波形的畸变可能成为电动机噪音和电动机轴振动等主要的原因。
也就是说，如果以60°的n倍(n为0以上的整数)切换基准相位θf，则高频电压相位指令θac也总是成为60°的倍数，并且总是在0°与180°之间、60°与240°之间、120°与300°之间转换。这样，由于在V0矢量和V7矢量之间仅产生1个其他的电压矢量，所以各相电流波形为梯形，成为谐波分量较少的电流。另一方面，在以60°的n倍以外的角度切换基准相位θf的情况下，由于高频电压相位指令θac不是60°的倍数，所以在V0矢量和V7矢量之间产生2个其他的电压矢量，各相电流波形畸变，成为谐波分量较多的电流。因此，优选使基准相位θf按0°、60°、120°…这样以60°的倍数变化。
如以上说明的那样，根据实施方式3的热泵装置，使从高频电压相位指令运算部输出的基准相位每隔规定时间变化，在实施高频通电时，由于使高频交流电压的通电相位每隔规定时间变化，所以能够排除转子停止位置对电感特性的影响，能够不取决于转子停止位置，而是效率良好且均匀地对滞留于压缩机内部的液态制冷剂进行加热。
此外，如果使基准相位每隔规定时间以60°的倍数变化，则能够抑制各相电流波形的谐波分量，并且能够防止产生电动机噪音和电动机轴振动。
实施方式4
在本实施方式中，对能够应用实施方式1～3中记载的热泵装置的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机进行说明。
这里，参照图20、图21对实施方式4涉及的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机的制冷循环的更具体的结构和通常运转模式的运作进行说明。
图20是表示实施方式4涉及的制冷循环的一结构示例的图。此外，图21是表示图20所示的制冷循环中的制冷剂的状态迁移的莫里尔(Mollier)图。在图21中，横轴表示比焓，纵轴表示制冷剂压力。
实施方式4涉及的制冷循环50a具备使制冷剂循环的主制冷剂回路58，其利用配管将压缩机51、热交换器52、膨胀机构53、接收器54、内部热交换器55、膨胀机构56和热交换器57依序连接而成。此外，在主制冷剂回路58中，在压缩机51的排出侧设置有四通阀59，能够切换制冷剂的循环方向。此外，在热交换器57的附近，设置有风扇60。此外，在压缩机51的内部设置有对制冷剂进行压缩的压缩机构7和使该压缩机构7运作的电动机8。进而，制冷循环50a具有喷射回路62，其利用配管从接收器54和内部热交换器55之间连接到压缩机51的喷射管而成。在喷射回路62中，膨胀机构61、内部热交换器55依序连接。
水在其中循环的水回路63与热交换器52连接。此外，热水器(未图示)、暖气片(未图示)和地板供暖等散热器(未图示)等利用水的装置与水回路63连接。
首先，对制冷循环50a的制热运转时的运作进行说明。在制热运转时，四通阀59沿图20中的实线方向设定。此外，该制热运转不仅是指空调机的制热运转，而且还包含热泵热水器中的对水提供热来生成热水的供给热水运转。
在图21中，在压缩机51成为高温高压的气相制冷剂(图21的点A)从压缩机51排出，在作为冷凝器即散热器的热交换器52进行热交换而液化(图21的点B)。此时，利用从制冷剂散发的热，将在水回路63中循环的水加热，用于空调机的制热运转和热泵热水器的供给热水运转。
在热交换器52液化的液相制冷剂，在膨胀机构53被减压，成为气液两相状态(图21的点C)。在膨胀机构53成为气液两相状态的制冷剂，在接收器54与被吸入至压缩机51的制冷剂进行热交换，被冷却后液化(图21的点D)。在接收器54液化的液相制冷剂，分岔流向主制冷剂回路58和喷射回路62。
在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂，在内部热交换器55与在膨胀机构61被减压而成为气液两相状态的在喷射回路62中流动的制冷剂进行热交换，进一步被冷却(图21的点E)。在内部热交换器55冷却后的液相制冷剂，在膨胀机构56被减压而成为气液两相状态(图21的点F)。在膨胀机构56成为气液两相状态的制冷剂，在作为蒸发器的热交换器57与外部空气进行热交换，被加热(图21的点G)。然后，在热交换器57被加热的制冷剂，在接收器54进一步被加热(图21的点H)，被吸入压缩机51。
另一方面，在喷射回路62中流动的制冷剂，如上所述，在膨胀机构61被减压(图21的点I)后，在内部热交换器55进行热交换(图21的点J)。在内部热交换器55进行了热交换的气液两相状态的制冷剂(喷射制冷剂)，维持气液两相状态不变，从压缩机51的喷射管流入压缩机51内。
在压缩机51，从主制冷剂回路58吸入的制冷剂(图21的点H)，被压缩至中间压力并被加热(图21的点K)。喷射制冷剂(图21的点J)与被压缩至中间压力并被加热的制冷剂(图21的点K)合流，温度降低(图21的点L)。然后，温度降低后的制冷剂(图21的点L)进一步被压缩、加热，成为高温高压而被排出(图21的点A)。
此外，在不进行喷射运转的情况下，使膨胀机构61的开度为全闭。也就是说，在进行喷射运转的情况下，膨胀机构61的开度比规定开度大，但是在不进行喷射运转时，使膨胀机构61的开度比规定开度小。由此，制冷剂不流入压缩机51的喷射管。此外，膨胀机构61的开度由微型计算机等的控制部(未图示)通过电子控制来进行控制。
接着，对制冷循环50a的制冷运转时的运作进行说明。在制冷运转时，四通阀59沿图20中的虚线方向设定。此外，该制冷运转不仅是指空调机的制冷运转，而且还包括冰箱中从水获取热来生成冷水或制冷机的制冷运转。
在压缩机51成为高温高压的气相制冷剂(图21的点A)，从压缩机51排出，在作为冷凝器即散热器的热交换器57进行热交换而液化(图21的点B)。在热交换器57液化的液相制冷剂，在膨胀机构56被减压，成为气液两相状态(图21的点C)。在膨胀机构56成为气液两相状态的制冷剂，在内部热交换器55进行热交换，被冷却后液化(图21的点D)。在内部热交换器55中，在膨胀机构56成为气液两相状态的制冷剂与使在内部热交换器55液化的液相制冷剂在膨胀机构61被减压而成为气液两相状态的制冷剂(图21的点I)进行热交换。在内部热交换器55进行了热交换的液相制冷剂(图21的点D)，分岔流向主制冷剂回路58和喷射回路62。
在主制冷剂回路58中流动的液相制冷剂，在接收器54与被吸入至压缩机51的制冷剂进行热交换，进一步被冷却(图21的点E)。在接收器54冷却后的液相制冷剂，在膨胀机构53被减压而成为气液两相状态(图21的点F)。在膨胀机构53成为气液两相状态的制冷剂，在作为蒸发器的热交换器52进行热交换，被加热(图21的点G)。此时，通过制冷剂吸收热，将在水回路63中循环的水冷却，用于空调机的制冷运转和制冷机的制冷运转。
然后，在热交换器52被加热的制冷剂，在接收器54进一步被加热(图21的点H)，被吸入压缩机51。
另一方面，在喷射回路62中流动的制冷剂，如上所述，在膨胀机构61被减压(图21的点I)后，在内部热交换器55进行热交换(图21的点J)。在内部热交换器55进行了热交换的气液两相状态的制冷剂(喷射制冷剂)，维持气液两相状态不变，从压缩机51的喷射管流入压缩机51内。
在压缩机51内的压缩运作与制热运转时同样，因此这里省略。
此外，在不进行喷射运转时，与制热运转时同样，使膨胀机构61的开度为全闭，使得制冷剂不流入压缩机51的喷射管。
此外，在上述说明中，将热交换器52作为使制冷剂与在水回路63中循环的水进行热交换的板式热交换器这样的热交换器并进行了说明。热交换器52并不限定于此，也可以是使制冷剂与空气进行热交换的热交换器。
此外，水回路63也可以并非是使水循环的回路，而是使其他流体循环的回路。
如以上说明的那样，根据实施方式4的空调机、热泵热水器、冰箱和制冷机，通过应用上述实施方式1～3中记载的热泵装置，能够得到在实施方式1～3中说明的效果，能够通过待机电力的削减来实现节能化，能够有助于防止地球温暖化。
此外，作为构成上述实施方式中的逆变器的开关元件和与其并联连接的回流二极管，一般而言使用以硅(Si)为材料的Si类半导体是主流，但是也可以使用以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石为材料的宽禁带(WBG)半导体。
由这样的WBG半导体形成的开关元件和二极管元件，耐电压性高，且容许电流密度也高。因此，能够实现开关元件和二极管元件的小型化，通过使用这些小型化的开关元件和二极管元件，能够使组装了这些元件的半导体模块小型化。
此外，由这样的WBG半导体形成的开关元件和二极管元件，耐热性也高。因此，能够使散热器的散热片小型化，能够进行水冷部的气冷化，所以能够使半导体模块进一步小型化。
进而，由这样的WBG半导体形成的开关元件和二极管元件的电力损耗低。因此，能够实现开关元件和二极管元件的高效率化，进而能够实现半导体模块的高效率化。
此外，由于能够以更高的频率进行切换，所以能够使更高频率的电流流过电动机，因电动机的绕组阻抗增加而引起绕组电流减少，能够降低流向逆变器的电流，因此能够得到效率更高的热泵装置。进而，由于高频化容易实现，所以能够设定为可听声频率范围以上的频率，具有容易应对噪音等优点。
此外，还具有如下优点：在直流通电期间，由于电力损耗减小，所以不仅发热减少，而且即使在假设流过大电流的情况下，也由于较高的高耐热性能，所以能够得到可靠性高的热泵装置等。
此外，虽然优选开关元件和二极管元件双方都由WBG半导体形成，但是也可以使任一方的元件由WBG半导体形成，能够得到上述实施方式中的效果。
除WBG半导体以外，使用作为高效率的开关元件而公知的超级结构造的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，也能够得到同样的效果。
此外，涡旋机构的压缩机中，压缩室的高压释放难以进行。因此，与其他方式的压缩机相比，在液体压缩的情况下对压缩机构施加过大的压力的可能性较高。然而，在上述实施方式涉及的热泵装置中，能够效率良好地对压缩机进行加热，能够抑制液态制冷剂滞留于压缩机内部。因此，能够防止液体压缩，所以在使用涡旋机构的压缩机的情况下也是有效的。
进而，在实施高频通电的情况下，若为频率为10kHz、输出超过50W的加热设备的情形，有可能受到法律限制。因此，可以事先以不超过50W的方式调整电压指令V*，或者检测流过的电流或电压，以成为50W以下的方式进行反馈控制。
此外，逆变器控制部能够由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)或DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、微处理器(microcomputer)的离散系统构成，除此以外也可以由模拟电路或数字电路等的电路元件等构成。
此外，以上实施方式所示的结构是本发明的结构的一个示例，显然也能够与其他的公知技术组合，并且也能够在不脱离本发明的要旨的范围内省略一部分等进行变更而构成。

Claims (16)

1. 一种热泵装置，其包括：压缩机，其具有对制冷剂进行压缩的压缩机构和驱动所述压缩机构的电动机；热交换器；逆变器，其对所述电动机施加期望的电压；以及逆变器控制部，其生成用于驱动所述逆变器的驱动信号，所述热泵装置的特征在于：
所述逆变器控制部包括：
限制通电控制部，其在所述压缩机的运转待机期间，基于在所述压缩机内的制冷剂休眠量，判断是否需要加热该压缩机，并且在判断为需要加热该压缩机的情况下，根据所述制冷剂休眠量，选择对所述电动机供给直流电压的直流通电和对所述电动机供给频率比通常运转时高的高频电压的高频通电中的任一方，输出用于实施所述电动机的限制通电的限制通电指令；以及
驱动信号生成部，其基于所述限制通电指令，生成所述驱动信号。
2. 根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于：
所述限制通电控制部包括：
制冷剂休眠量输出部，其推断或检测所述制冷剂休眠量并将其输出；
加热量运算部，其计算对应于所述制冷剂休眠量的加热量；
直流通电指令生成部，其基于所述加热量，生成包含用于实施所述直流通电的直流电压指令和直流电压相位指令的直流通电指令；
高频通电指令生成部，其基于所述加热量，生成包含用于实施所述高频通电的高频电压指令和高频电压相位指令的高频通电指令；以及
通电切换判断部，其基于所述加热量，切换所述直流通电指令和所述高频通电指令作为所述限制通电指令输出。
3. 根据权利要求2所述的热泵装置，其特征在于：
所述通电切换判断部将预先设定的阈值与所述加热量进行比较，在所述加热量为所述阈值以上的情况下，所述通电切换判断部进行将所述直流通电指令作为所述限制通电指令输出的控制，在所述加热量不到所述阈值的情况下，所述通电切换判断部进行将所述高频通电指令作为所述限制通电指令输出的控制。
4. 根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：
所述高频通电指令生成部，使所述高频电压相位指令与所述逆变器的载波信号同期地反转。
5. 根据权利要求4所述的热泵装置，其特征在于：
所述高频通电指令生成部每隔规定时间使基准相位变化，该基准相位用于使所述高频电压相位指令反转。
6. 根据权利要求5所述的热泵装置，其特征在于：
所述高频通电指令生成部每隔所述规定时间使所述基准相位以60°的倍数变化。
7. 根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：
所述制冷剂休眠量输出部对构成该热泵装置的任一部件或结构要素的温度和环境温度中的至少一个温度进行检测，来推断所述制冷剂休眠量。
8. 根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：
所述制冷剂休眠量输出部对滞留于所述压缩机内部的液态制冷剂的液量或液面进行检测，来检测所述制冷剂休眠量。
9. 根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：
所述加热量运算部根据所述压缩机的特性来计算所述加热量。
10. 根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于：
构成所述逆变器的开关元件中的至少一个由宽禁带半导体形成。
11. 根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于：
构成所述逆变器的二极管由宽禁带半导体形成。
12. 根据权利要求10或11所述的热泵装置，其特征在于：
所述宽禁带半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
13. 一种空调机，其特征在于：
具有权利要求1～12中任一项所述的热泵装置。
14. 一种热泵热水器，其特征在于：
具有权利要求1～12中任一项所述的热泵装置。
15. 一种冰箱，其特征在于：
具有权利要求1～12中任一项所述的热泵装置。
16. 一种制冷机，其特征在于：
具有权利要求1～12中任一项所述的热泵装置。
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