CN104641550A - 热泵装置、空调机和制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有压缩机的热泵装置，该压缩机具备能够抑制成本并且即使在低转速或者低负载的情况下也能够进行无传感器矢量控制的电动机。本发明的热泵装置包括：制冷剂的压缩机（14），其由电动机（21）驱动；逆变器部（12），其对电动机（21）施加电压；电动机电流的电流传感器（26a、26b）；以及逆变器控制部（13），其向逆变器部（12）输出驱动信号，逆变器控制部（13）包括：电压指令运算部（25）和驱动信号生成部（23），驱动信号生成部（23）具备振幅相位决定部（33），其根据来自电流传感器（26a、26b）的信号，决定压缩机（14）的所需制冷剂压缩量，并且决定振幅和相位使驱动信号生成部（23）生成驱动信号，电压指令运算部（25）在电动机（21）为低转速或低负载的情况下，根据该转速或该负载对来自电流传感器（26a、26b）的信号进行校正。

Description

热泵装置、空调机和制冷机
技术领域
本发明涉及使用压缩机的热泵装置、空调机和制冷机。
背景技术
在以往的热泵装置的压缩机中，在以无传感器方式控制压缩机具备的永久磁铁同步电动机的磁极位置时，通常采用矢量控制。在矢量控制中，将电动机的电流分离成d轴分量和q轴分量，计算与转子位置对应的最佳的电流值，能够进行转矩变动较少的高效率的控制。
为了进行这样的矢量控制，需要把握转子的磁极位置。在不使用磁极位置传感器的高速用无传感器矢量控制中，基于流过电动机的电流(电动机电流)值推定磁极位置。即，利用电流传感器检测电动机电流，并将检测出的电流分离成励磁电流(d轴电流Id)和转矩电流(q轴电流Iq)来进行磁极位置的推定。
在实际的矢量控制中，相对于转子的磁极位置成为实际角度θd的旋转位置的d-q旋转坐标系，在控制系统中假定成为推定角度θdc的dc-qc旋转坐标系，并推定运算它们的轴误差△θ。然后，进行如下控制：对逆变器的电压指令值进行反馈校正以使该轴误差△θ为0，由此使实际的磁极位置与控制上的磁极位置一致。
通过这样的矢量控制，由逆变器根据电动机的转速(转数)或负载的高低理想地控制用于驱动电动机的电流的大小和相位，能够实现高转矩、高响应、高性能、高精度的控制。然而，在不能利用流过电动机的电流的启动期间，无法使用无传感器矢量控制。因此，一直以来在研究通过从启动至低速运转的区间和超过低速运转的区间这两个区间切换控制方式的方法等。例如在专利文献1中公开了如下技术：在从启动时至低速动作时，进行不需要检测磁极位置的V/F恒定控制，而在超过规定的转速(转数)或负载进行高速动作时，使用预先设定的初始磁极位置转换为矢量控制。
专利文献1：日本特开2004-48886号公报
发明内容
在电动机以低转速(转数小)运转的情况或者处于低负载状态的情况下，电动机电流(转矩电流分量和励磁电流分量的总和)也较小。因此，用于检测电动机电流的电流传感器的输出的磁动势减弱，输出波形产生失真，或者检测出的电动机电流的相位相对于实际电流的相位超前。输出波形的失真和相位的超前使磁极位置的推定失败而引起失步，会使电动机强制停止。
为了在电动机电流较小的情况下也获得足够的磁动势，可考虑增加变压器的匝数或提高电流传感器的分辨率等。然而，无论哪种方式都会增加成本。因此，根据以往的技术，难以在抑制成本增加的同时顺利进行低速(或者低负载)时的无传感器矢量控制。
此外，根据专利文献1所示的技术，虽然能够区别使用V/F恒定控制和矢量控制，但是在电动机以低转速(转数小)运转的情况或者处于低负载状态的情况下难以进行无传感器矢量控制。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制成本增加、并且即使在低转速(转数小)或者低负载的情况下也能够进行无传感器矢量控制的热泵装置。
为了解决上述问题、实现发明目的，本发明的热泵装置包括：压缩机，其由电动机驱动，对制冷剂进行压缩；逆变器部，其对上述电动机施加电压；电流传感器，其检测流过上述电动机的电流；以及逆变器控制部，其向上述逆变器部输出驱动信号，上述逆变器控制部包括：电压指令运算部，其计算电压指令值；以及驱动信号生成部，其基于上述电压指令值生成上述驱动信号，其中,上述驱动信号生成部具备振幅相位决定部，其根据来自上述电流传感器的信号，决定上述压缩机的所需制冷剂压缩量，并且基于上述所需制冷剂压缩量决定振幅和相位，使上述驱动信号生成部生成上述驱动信号，上述电压指令运算部在上述电动机为设定值以下的转速或负载状态的情况下，使用根据该转速或该负载状态预先测量的相位补偿量，对来自上述电流传感器的信号进行校正。
根据本发明，起到能够获得具有如下压缩机的热泵装置的效果：该压缩机具备能够抑制成本增加、并且即使在低转速(转数小)或者低负载的情况下也能够进行无传感器矢量控制的电动机。
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是表示构成实施方式1涉及的热泵装置的一部分的逆变器部、逆变器控制部和压缩机的一结构示例的图。
图3是表示在实施方式1涉及的电动机为低转速(小转数)或者低负载的情况下电动机电流波形和电流传感器(ACCT)的输出波形的关系的比较图。
图4是表示实施方式1涉及的图3的电动机电流波形(正弦波状的实际电流波形)的d-q转换结果的图。
图5是表示实施方式1涉及的图3的失真的ACCT的输出波形的d-q转换结果的图。
图6是说明实施方式1涉及的电压指令运算部的动作的流程图。
图7是表示实施方式2涉及的ACCT的二次侧电阻使用低电阻的电阻元件的情况下的一结构示例的图。
图8是表示实施方式2涉及的ACCT的二次侧电阻使用高电阻的电阻元件的情况下的一结构示例的图。
图9是表示实施方式3涉及的Si元件及SiC元件的耐压与导通电阻的关系的图。
图10-1是表示具备实施方式4涉及的热泵装置的设备在制热运转时的结构示例的图。
图10-2是表示具备实施方式4涉及的热泵装置的设备在制冷运转时的结构示例的图。
图11是关于实施方式4涉及的图10-1和图10-2所示的热泵装置的制冷剂的莫里尔图。
(符号说明)
10热泵装置；11制冷循环部；12逆变器部；13逆变器控制部；14、49压缩机；15、57四通阀；16、18、50、55热交换器；17、51、54、59膨胀机构；19制冷剂配管；20压缩机构；21电动机；22制冷剂压缩运转模式控制部；23驱动信号生成部；24d轴与q轴电流检测部；25电压指令运算部；25a校正控制部；25aa表；26a、26b电流传感器；27a～27f开关元件；28、47LPF；29相电流运算部；30三相两相转换部；31两相三相转换部；32PWM信号生成部；33振幅相位决定部；34电动机电流波形；35ACCT的输出波形；36、38d轴电流；37、39q轴电流；43、46二次侧电阻；44放大器；45、48微机；52接收器；53内部热交换器；56a～56k主制冷剂回路；58风扇；60a～60c注入回路；61a、61b水回路；S1第一步骤；S2第二步骤；S3第三步骤。
具体实施方式
下面，基于附图来详细说明本发明涉及的热泵装置的实施方式。此外，本发明并不由该实施方式限定。
实施方式1
在本实施方式中，参照图1～图6来说明本发明的热泵装置的结构和动作。
图1是表示作为本实施方式的热泵装置的一结构示例的热泵装置10的图。图1所示的热泵装置10具备制冷循环部11、逆变器部12和逆变器控制部13。热泵装置10例如应用于空调机或制冷机。
在制冷循环部11中，具备压缩机14、四通阀15、热交换器16、膨胀机构17和热交换器18，它们通过制冷剂配管19连接。
压缩机14在内部具备压缩机构20和电动机21。压缩机构20对制冷剂进行压缩。电动机21是具有U相、V相、W相的三相绕组的三相电动机，使压缩机构20动作。
逆变器部12具备电流传感器26a和电流传感器26b(参照图2)。这里，逆变器部12与电动机21电连接，供给交流电力来驱动电动机21。
为了推定磁极位置，电流传感器26a和电流传感器26b检测流过电动机21的电流(电动机电流)。由电流传感器26a和电流传感器26b检测出的信号被输出到逆变器控制部13具备的制冷剂压缩运转模式控制部22中包含的d轴与q轴电流检测部24。
在逆变器部12中，供给有直流电力(母线电压Vdc)。此外，逆变器部12的电源只要能够供给直流电力即可，也可以是太阳能电池或者带有整流器的交流电源等。逆变器部12分别向电动机21的U相、V相、W相的各绕组施加U相电压Vu、V相电压Vv和W相电压Vw。
逆变器控制部13具备制冷剂压缩运转模式控制部22和驱动信号生成部23。逆变器控制部13与逆变器部12电连接，基于压缩机14的所需制冷剂压缩量生成逆变器驱动信号(例如PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号)，输出到逆变器部12。
制冷剂压缩运转模式控制部22具备d轴与q轴电流检测部24和电压指令运算部25。制冷剂压缩运转模式控制部22在热泵装置10的制冷剂压缩动作中使用。制冷剂压缩运转模式控制部22控制驱动信号生成部23，从逆变器控制部13输出用于驱动电动机21的逆变器驱动信号(例如PWM信号)。此时，电压指令运算部25基于从d轴与q轴电流检测部24输出的d轴的电流信号(Id)和q轴的电流信号(Iq)推定电动机21的磁极位置，向驱动信号生成部23输出控制信号。此外，d轴的电流信号(Id)和q轴的电流信号(Iq)是基于由逆变器部12具有的电流传感器26a和电流传感器26b检测出的电动机21的电动机电流而得到的。然后，驱动信号生成部23基于从电压指令运算部25输出的控制信号，生成并输出用于驱动逆变器部12的信号(例如PWM信号)。
图2是作为热泵装置10的一部分的详细结构而表示逆变器部12、逆变器控制部13和压缩机14的一结构示例的图。
在逆变器部12中，具备6个开关元件27a～27f，并联地连接有3个串联连接部,各串联连接部包含2个开关元件。在各开关元件中具备二极管元件。逆变器部12根据从逆变器控制部13输入的作为驱动信号的PWM信号(图2的UP、UN、VP、VN、WP、WN)，驱动与各PWM信号对应的开关元件，由此生成三相电压Vu、Vv、Vw，向电动机21的U相、V相、W相的各绕组施加对应的电压。
d轴与q轴电流检测部24具备LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)28、相电流运算部29和三相两相转换部30。
LPF28将电流传感器26a和电流传感器26b检测电动机电流而输出的信号的谐波噪音去除。LPF28既可以是模拟滤波器，也可以是数字滤波器。
相电流运算部29基于来自电流传感器26a和电流传感器26b的信号(用LPF28去除了谐波噪音的信号)，计算U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw，将其输出到三相两相转换部30。这里，相电流运算部29从电流传感器26a和电流传感器26b获得的信号至少有两相即可。这是由于只要相电流运算部29利用各个相电流的相位偏移120°这一点，就能够计算出其余的相的电流值。
三相两相转换部30对由相电流运算部29得到的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw进行坐标转换使其变成励磁电流(d轴电流Id)和转矩电流(q轴电流Iq)输出。
电压指令运算部25基于d轴电流Id和q轴电流Iq推定电动机21的磁极位置。此外，电压指令运算部25具有校正控制部25a，其根据电动机21的转速(转数)或负载的高低进行各种信号的校正控制。校正控制部25a将来自电流传感器26a和电流传感器26b的信号分离成d轴分量和q轴分量之后根据电动机21的转速进行校正。此外，电压指令运算部25优选具有存储区域，在该存储区域中存储有用于校正控制的值的表25aa即可。这里，用于校正控制的值是相位补偿量△θ，作为与电动机21的转速(转数)或负载的高低对应的相位补偿量△θ，使用预先测量的值。
驱动信号生成部23具备PWM信号生成部32、两相三相转换部31和振幅相位决定部33。
两相三相转换部31将来自电压指令运算部25的两相信号转换为三相信号并输出到PWM信号生成部32。即，将d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*转换为U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*和W相电压指令值Vw*并输出到PWM信号生成部32。
PWM信号生成部32基于来自两相三相转换部31的电压指令值，生成用于驱动逆变器部12的PWM信号。逆变器部12基于由PWM信号生成部32生成并输出的PWM信号来驱动电动机21。
在后文中说明关于振幅相位决定部33的动作。
然而，当电动机21为低转速(小转数)或低负载时，可确认作为电流传感器的ACCT(Alternating Current Current Transducer，交流电流互感器)的输出波形失真的现象。
图3是表示在电动机21为低转速(转数小)或者低负载的情况下电动机电流波形34(正弦波状的实际电流波形)和ACCT的输出波形35的关系的图。在图3中，电动机电流波形34由实线表示，ACCT的输出波形35由虚线表示。
图4是表示图3的电动机电流波形34的d-q转换结果的图。图5是表示图3的ACCT的输出波形35的d-q转换结果的图。在图4中，在d轴电流36和q轴电流37中几乎看不到由相位差引起的电流变化，但是在图5中任意角度下的d轴电流38和q轴电流39中产生相位差。由该相位差引起的电流变动使得电动机21的磁极位置的推定产生误差。
因此，在本实施方式的热泵装置中，在电压指令运算部25中使用相位补偿量△θ来校正实际电流波形与输出波形的相位误差，从而能够精确地推定电动机的磁极位置。这里，关于用于校正的相位补偿量△θ，可以预先获取与转速(转数)或负载对应的值，将其作为表数据存储。对于存储相位补偿量△θ的存储区域的结构等没有特别限定，例如在电压指令运算部25内设置存储区域将其存储在该存储区域内即可。
逆变器控制部13的振幅相位决定部33根据来自电流传感器26a和电流传感器26b的信号，基于压缩机14的所需制冷剂压缩量来决定相位和振幅，并且PWM信号生成部32基于决定出的相位和振幅生成驱动信号。
接着，参照图6来说明电压指令运算部25的动作。图6是说明电压指令运算部25的动作的流程图。
首先，判断电动机21的转速(转数)是否在设定值以下或者电动机21的负载是否在设定值以下(第一步骤S1)。在转速(转数)或负载在设定值以下的情况下前进至进行相位误差的校正的第二步骤S2，在并非在设定值以下的情况下直接前进至作为无传感器矢量控制的第三步骤S3。
在从第一步骤S1直接前进至第三步骤S3的情况(电动机21的转速(转数)或负载并非在设定值以下的情况)下不进行相位误差的校正。因此，电压指令运算部25不进行相位误差校正地推定磁极位置，来计算用于驱动电动机21的d轴电压指令值Vd*和q轴电压指令值Vq*。这样，进行无传感器矢量控制，然后返回第一步骤S1，再次进行第一步骤S1的判定。
在根据第一步骤S1的判定结果前进至第二步骤S2的情况(电动机21的转速(转数)或负载在设定值以下的情况)下对d轴电流Id和q轴电流Iq进行相位误差的校正。这样，进行无传感器矢量控制，然后返回第一步骤S1，再次进行第一步骤S1的判定。
此外，在进行相位误差的校正时，为了校正超前相位而进行使相位延迟的校正。于是，在电动机21以低转速(转数小)运转的情况或者电动机21以低负载运转的情况下，即使不提高电流传感器26a和电流传感器26b的分辨率或者不使用高匝数的电流传感器，各电流传感器也能够精确地检测流过电动机21的电流。即，能够抑制成本的增加，并且精确地检测流过电动机21的电流。
如果精确地检测到电动机21的电动机电流，则能够精确地进行电动机21的磁极位置的推定。通过精确地进行磁极位置的推定，能够防止或抑制由于磁极位置检测的失败或不准确而引起的失步现象。
因此，与现有技术相比，能够在低转速(转数)或低负载的情况下顺利地驱动电动机21，能够削减热泵装置10的消耗电力。
实施方式2
在实施方式1中对本发明的热泵装置进行了说明，在本实施方式中参照图7和图8来说明本发明的热泵装置具备的电流传感器(实施方式1中的电流传感器26a和电流传感器26b)。
图7是表示热泵装置10具备的ACCT的二次侧电阻43使用低电阻的电阻元件(例如10Ω)的情况下的电流传感器26a和电流传感器26b的一结构示例的图。
在ACCT的二次侧电阻43的电阻值较低的情况下输出电压较低。因此，在图7所示的结构示例中，在二次侧输出后级具备放大器44，用于放大至可输入到微机45的电压。然而，在图7所示的结构示例中，因放大器44而使成本增加，并且使电流传感器26a和电流传感器26b的占有面积增大。而且，由于放大器44也放大噪音，所以电流传感器26a和电流传感器26b的检测精度下降。此外，在图7的ACCT中例示了运算放大器作为放大器44，不过并不限定于此。
图8是表示热泵装置10具备的ACCT的二次侧电阻46使用高电阻的电阻元件(例如1kΩ)的情况下的电流传感器26a和电流传感器26b的一结构示例的图。
在二次侧电阻46的电阻值较高的情况下输出到微机48的电压较高。因此，在图8所示的结构示例中，即使不像图7所示那样使用放大器44，也能够输出可输入到微机的足够高的电压。
这里，使用磁阻Rm和磁通φ，将磁动势NI表示为NI＝Rmφ。由于二次侧负载电阻较高，所以在向ACCT提供相同的磁通(电流)的情况下磁动势增加而产生磁饱和，因此存在如图3所示那样ACCT输出波形失真的问题。
在图8所示的结构示例中，由于二次侧电阻46的电阻值较高，所以以固定磁通(固定电流)进行比较的话，ACCT的磁动势NI较高，产生磁饱和。如果产生磁饱和，则输出波形失真。如果输出波形失真，则如实施方式1中说明的那样，d轴电流Id和q轴电流Iq产生相位误差。
因此，在图8所示的结构示例中，在电压指令运算部25中对相位误差进行校正。关于用于校正的校正信号△θ，预先获取与在应用了电阻值较高的二次侧电阻46的情况下的转速(转数)或负载对应的值并将其作为表数据存储，在进行校正时参照它即可。对于存储校正信号△θ的存储区域的结构等没有特别限定，例如在电压指令运算部25内设置存储区域，与实施方式1同样将用于校正控制的值的表25aa存储在该存储区域内即可。这里，用于校正控制的值是校正信号△θ，作为与电动机21的转速(转数)或负载的高低对应的相位补偿量△θ，使用预先测量的、与在应用了电阻值较高的二次侧电阻的情况下的转速(转数)或负载对应的值。
此外，在由磁饱和引起波形失真时，因波形失真而导致谐波分量叠加。因此，在图8的结构示例中，在ACCT的二次侧输出的后级设置有使用电阻元件和电容元件的LPF47，能够减少或去除谐波分量。
此外，也可以不设置LPF47。在不设置LPF47的情况下采用如下结构即可：将电流值读取到微机48中之后，通过参考前级的值进行平均化来减少或去除高频分量。此外，LPF47与实施方式1的LPF28相当。
如果采用图8的结构作为ACCT并且进行相位误差的校正，则ACCT能够不使用放大器而输出可输入到微机中的足够的电压，还能够消除由波形失真引起的问题。此外，在图8的结构中，由于不使用放大器，所以能够抑制ACCT的占有面积的增大，并且维持较高的检测精度。而且，还能够组合本实施方式的结构和实施方式1的结构。
此外，本发明的热泵装置具备的电流传感器26a和电流传感器26b，既可以采用图7的结构，也可以采用图8的结构。
实施方式3
在本实施方式中，对本发明的热泵装置10的优选方式进行说明。在本实施方式中，设置在热泵装置10中的开关元件27a～27f(图2)使用宽禁带半导体。
通过在使开关元件27a～27f中使用宽禁带半导体，能够减少开关元件27a～27f的元件损耗，增大电流。因此，与不使用宽禁带半导体的情况相比，能够使散热片小型化或将其去除。
此外，作为能够在本实施方式中使用的宽禁带半导体，可以例举碳化硅(silicon carbide，也称为SiC)、金刚石或氮化镓类材料(以氮化镓为主要成分的材料)等。
图9是表示硅元件(Si元件)及碳化硅元件(SiC元件)的耐压与导通电阻的关系的图。在耐压与导通电阻之间存在如下无法兼顾的(trade-off)关系：如果耐压提高则导通电阻增加，如果导通电阻减小则耐压下降。然而，由于SiC元件的禁带比Si元件的禁带大，所以在任意的导通电阻值下进行比较，则SiC元件的耐压比Si元件的耐压高很多(参照图9)。因此，通过使用SiC元件，能够大幅改善耐压与导通电阻的兼顾性。例如在使用现有的Si元件的感应加热烹调器中需要冷却装置或散热片，但是通过使用SiC元件能够大幅减小元件损耗，因此能够使以往的冷却装置或散热片小型化或将其去除。因此，也能够大幅降低装置本身的成本。
此外，通过在开关元件27a～27f中使用宽禁带半导体，能够实现高频开关，因此能够使频率更高的电流流过电动机21。因此，电动机21的绕组阻抗增加而使得绕组电流减小，由此流入逆变器部12的电流减小，能够得到更高效率的热泵装置。
如实施方式1中说明的那样，在本发明的热泵装置中，通过进行校正控制，使得在低速运转时也能够进行稳定的动作，但是即使精确地获取传感器信息，在低速、高负载的情况下，当流过大量的电流时元件损耗也增大，导致在高温下动作。
但是，开关元件使用宽禁带半导体、特别是SiC元件时，与以往的使用Si元件的情况相比，能够在抑制元件损耗的同时流过大量的电流。因此，能够抑制温度的上升，使冷却装置或散热片小型化或将其去除。
此外，作为开关元件27a～27f的结构，可以例举IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)、超级结构造的功率MOSFET等，但是不限定于此，也可以使用其他的绝缘栅半导体元件或双极晶体管。
此外，也可以仅逆变器部12具备的开关元件27a～27f的二极管使用宽禁带半导体。此外，也可以仅设置在开关元件27a～27f中的一部分开关元件(至少1个)使用宽禁带半导体。在仅在一部分元件中使用宽禁带半导体的情况下也能够得到上述效果。
实施方式4
在本实施方式中，对应用了实施方式1～3中说明的热泵装置10的设备(空调机或制冷机等)进行说明。
图10-1和图10-2是表示具备热泵装置10的设备的一结构示例的图。图10-1表示制热运转时的一结构示例，图10-2表示制冷运转时的一结构示例。此外，在图10-1和图10-2中制冷剂的循环方向不同，该切换由后述的四通阀57进行。图11表示关于图10-1和图10-2所示的热泵装置10的制冷剂的状态的莫里尔图。在图11中，横轴是比焓h，纵轴是制冷剂压力P。
压缩机49、热交换器50、膨胀机构51、接收器52、内部热交换器53、膨胀机构54和热交换器55彼此由配管连接，构成使制冷剂在该配管中循环的主制冷剂回路。该主制冷剂回路在图10-1和图10-2各图中被划分为主制冷剂回路56a～56k。此外，在压缩机49的排出侧设置有四通阀57，能够切换制冷剂的循环方向。此外，在热交换器55的附近设置有风扇58。
压缩机49与实施方式1～3中的压缩机14相当(参照图1)，具有由逆变器部12驱动的电动机21和压缩机构20。而且，在热泵装置10中，具备从接收器52与内部热交换器53之间连接到压缩机49的注入管的注入回路60a～60c(用粗线表示)。在注入回路60a～60c之间，连接有膨胀机构59和内部热交换器53。
热交换器50与由水回路61a和水回路61b构成的水回路(由粗线表示)连接，水在其中循环。此外，水回路61a和水回路61b与热水器、暖气片或地暖设备等具备的散热器等使用水的装置连接。
接着，说明热泵装置10的动作。首先，参照图10-1来说明热泵装置10进行制热运转时(作为热水器运转时)的动作。
首先，通过压缩机49压缩气相状态的制冷剂，使其变成高温高压状态(图11的点A)。
然后，将高温高压状态的制冷剂从压缩机49排出到主制冷剂回路56a。主制冷剂回路56a中的制冷剂被输送到四通阀57，经过四通阀57后的主制冷剂回路56b中的制冷剂被输送到热交换器50。被输送的主制冷剂回路56b中的制冷剂在热交换器50中进行热交换，被冷却而液化(图11的点B)。即，热交换器50在主制冷剂回路中是冷凝器，作为散热器发挥功能。此时，从主制冷剂回路的制冷剂释放的热量将水回路61a的水加热。加热后的水回路61b中的水用于供暖或者热水供应等。
在热交换器50液化的主制冷剂回路56c中的制冷剂被输送到膨胀机构51，在膨胀机构51中减压，成为气液两相状态(图11的点C)。
气液两相状态的主制冷剂回路56d中的制冷剂被输送到接收器52，在接收器52中与被输送到压缩机49的制冷剂(从主制冷剂回路56j输送到主制冷剂回路56k的制冷剂)进行热交换，被冷却而液化(图11的点D)。
在接收器52中液化的主制冷剂回路56e中的制冷剂在图10-1的点P，分流成主制冷剂回路56f和注入回路60a。从主制冷剂回路56f流到内部热交换器53的制冷剂在内部热交换器53中，与从注入回路60b被输送到注入回路60c的制冷剂进行热交换而进一步被冷却(图11的点E)。此外，流过注入回路60b的制冷剂在膨胀机构59中减压，成为气液两相状态。
在内部热交换器53中被冷却的主制冷剂回路56g的制冷剂被输送到膨胀机构54而减压，成为气液两相状态(图11的点F)。
在膨胀机构54中成为气液两相状态的主制冷剂回路56h的制冷剂被输送到热交换器55，在热交换器55中与外部空气进行热交换而被加热(图11的点G)。即，热交换器55在主制冷剂回路中作为蒸发器发挥功能。
然后，在热交换器55中被加热的主制冷剂回路56i的制冷剂被输送到四通阀57，经过四通阀57后的主制冷剂回路56j的制冷剂被输送到接收器52，并在接收器52中进一步被加热(图11的点H)，加热后的主制冷剂回路56k的制冷剂被输送到压缩机49。
另一方面，在点P分支的注入回路60a中的制冷剂(注入制冷剂(图11的点D))在膨胀机构59中减压(图11的点I)，减压后的注入回路60b中的制冷剂在内部热交换器53中进行热交换，成为气液两相状态(图11的点J)。在内部热交换器53中进行了热交换的注入回路60c的制冷剂从压缩机49的注入管被输送到压缩机49内。
在压缩机49中，来自主制冷剂回路56k的制冷剂(图11的点H)被压缩到中间压力并被加热(图11的点K)。被压缩到中间压力且被加热的来自主制冷剂回路56k的制冷剂与注入回路60c的制冷剂(图11的点J)合流，来自主制冷剂回路56k的制冷剂的温度下降(图11的点L)。然后，温度下降后的制冷剂(图11的点L)进一步被压缩机49压缩并被加热，成为高温高压(图11的点A)，从压缩机49排出到主制冷剂回路56a。
此外，本发明的热泵装置10也可以不进行注入运转。在不进行注入运转的情况下，关闭膨胀机构59，不使制冷剂流入压缩机49的注入管即可。此外，通过微机等控制膨胀机构59的开度即可。
接着，参照图10-2来说明热泵装置10在进行制冷运转时(作为制冷机运转时)的动作。
首先，通过压缩机49压缩气相状态的制冷剂，使其成为高温高压(图11的点A)。
然后，将高温高压状态的制冷剂从压缩机49排出到主制冷剂回路56a并经过四通阀57，经过四通阀57后的主制冷剂回路56b中的制冷剂被输送到热交换器55。被输送的主制冷剂回路56b的制冷剂在热交换器55中进行热交换，被冷却而液化(图11的点B)。即，热交换器55在主制冷剂回路中作为冷凝器和散热器发挥功能。
通过热交换器55液化的主制冷剂回路56c中的制冷剂被输送到膨胀机构54，减压而成为气液两相状态(图11的点C)。
成为气液两相状态的主制冷剂回路56d中的制冷剂被输送到内部热交换器53，在内部热交换器53中与从注入回路60b被输送到注入回路60c的制冷剂进行热交换，被冷却而液化(图11的点D)。这里，从注入回路60b被输送的制冷剂在膨胀机构59中减压而成为气液两相状态(图11的点I)。在内部热交换器53中进行了热交换的主制冷剂回路56e中的制冷剂(图11的点D)在图10-2的点P分流成主制冷剂回路56f和注入回路60a。
主制冷剂回路56f的制冷剂在接收器52中与从主制冷剂回路56j被输送到主制冷剂回路56k的制冷剂进行热交换，被进一步冷却(图11的点E)。
在接收器52中被冷却的主制冷剂回路56g中的制冷剂在膨胀机构51中减压，成为气液两相状态(图11的点F)。
在膨胀机构51中成为气液两相状态的主制冷剂回路56h中的制冷剂在热交换器50中进行热交换而被加热(图11的点G)。此时，水回路61a中的水被冷却，被冷却后的水回路61b中的水用于制冷或冷冻。即，热交换器50在制冷剂回路中作为蒸发器发挥功能。
然后，在热交换器50中被加热的主制冷剂回路56i中的制冷剂经过四通阀57，经过四通阀57后的主制冷剂回路56j中的制冷剂流入接收器52，进一步被加热(图11的点H)。在接收器52中加热后的主制冷剂回路56k中的制冷剂被输送到压缩机49。
另一方面，在图10-2的点P分支的注入回路60a中的制冷剂在膨胀机构59中减压(图11的点I)。在膨胀机构59中减压后的注入回路60b中的制冷剂在内部热交换器53中进行热交换，成为气液两相状态(图11的点J)。然后，在内部热交换器53中进行了热交换的注入回路60c中的制冷剂从压缩机49的注入管被输送到压缩机49内。之后的压缩机49的压缩动作与制热运转时相同。即，被压缩并加热而成为高温高压的制冷剂(图11的点A)从压缩机49排出到主制冷剂回路56a。
此外，在不进行注入运转的情况下，关闭膨胀机构59，不使制冷剂流入压缩机49的注入管即可。此外，通过微机等控制膨胀机构59的开度即可。
此外，在上述说明中，设热交换器50为使主制冷剂回路的制冷剂与水回路的水进行热交换的热交换器(例如板式热交换器)而进行了说明。然而，热交换器50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，在水回路中，流动的也可以不是水，而是其他流体。
如上所述，本发明的热泵装置能够应用于空调机、热泵式热水器、冰箱、制冷机等的使用了逆变器压缩机的各种热泵装置。

Claims (11)

1.一种热泵装置，其特征在于，包括：
压缩机，其由电动机驱动，对制冷剂进行压缩；
逆变器部，其对所述电动机施加电压；
电流传感器，其检测流过所述电动机的电流；以及
逆变器控制部，其向所述逆变器部输出驱动信号，其中,
所述逆变器控制部包括：
电压指令运算部，其计算电压指令值；以及
驱动信号生成部，其基于所述电压指令值生成所述驱动信号，
所述驱动信号生成部具备振幅相位决定部，其根据来自所述电流传感器的信号，决定所述压缩机的所需制冷剂压缩量，并且基于所述所需制冷剂压缩量决定振幅和相位，使所述驱动信号生成部生成所述驱动信号，
所述电压指令运算部在所述电动机为设定值以下的转速或负载状态的情况下，使用根据该转速或该负载状态预先测量的相位补偿量，对来自所述电流传感器的信号进行校正。
2.根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于：
所述电压指令运算部使用与设置在所述电流传感器的二次侧的二次侧电阻的电阻值对应的校正信号，对来自所述电流传感器的信号进行校正。
3.根据权利要求1或2所述的热泵装置，其特征在于：
所述电压指令运算部具有校正控制部，
所述校正控制部在将来自所述电流传感器的信号分离成d轴分量和q轴分量之后，根据所述电动机的转速进行校正。
4.根据权利要求3所述的热泵装置，其特征在于：
所述电压指令运算部在所述校正控制部具有存储区域，
在所述存储区域中，作为表数据存储有与所述转速或所述负载状态对应的相位补偿量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵装置，其特征在于：
所述电压指令运算部具有存储区域，
在所述存储区域中，作为表数据存储有与所述二次侧电阻的电阻值对应的校正信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热泵装置，其特征在于：
所述逆变器控制部具备模拟滤波器或数字滤波器，用于去除或减少来自所述电流传感器的信号的谐波噪声。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热泵装置，其特征在于：
所述逆变器部具备的开关元件中的至少1个开关元件由宽禁带半导体形成。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的热泵装置，其特征在于：
构成所述逆变器部具备的开关元件的二极管由宽禁带半导体形成。
9.根据权利要求7或8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。
10.一种空调机，其特征在于：
具备权利要求1至9中任一项所述的热泵装置。
11.一种制冷机，其特征在于：
具备权利要求1至9中任一项所述的热泵装置。
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