CN114945780A - 热泵装置 - Google Patents

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Abstract

具备：压缩机(1)，包括压缩部件(7)以及马达(8)；热交换器(3)；逆变器(9)，对马达(8)施加所期望的电压；电流检测部(31)，检测马达(8)中流过的电流；驱动信号生成部(15)，生成逆变器(9)的驱动信号；磁极位置推测部(12)，在将高频电压从驱动信号生成部(15)施加到马达(8)而对压缩机(1)进行加热时，使高频电压的电压指令值的电压相位变化，推测得到最大加热量的磁极位置；稳定加热控制部(13)，在将高频电压从驱动信号生成部(15)施加到马达(8)而对压缩机(1)进行加热时，从得到最大加热量的磁极位置以及所规定的所需加热量决定电压指令值的振幅以及电压相位；以及控制切换判定部(14)，使磁极位置推测部(12)或者稳定加热控制部(13)的一方进行动作。

Description

热泵装置
技术领域
本公开涉及使用了压缩机的热泵装置。
背景技术
以往，为了在热泵装置中提高空气调节机的制热开始时的上升速度，对压缩机进行加热，从而避免制冷剂滞留现象。例如，在专利文献1中公开了热泵装置在空气调节机的制热时的压缩机运转停止过程中，不论压缩机的马达所具备的转子的停止位置如何都稳定地对压缩机进行加热的技术。专利文献1所记载的热泵装置对马达施加马达不旋转的程度的高频电压，将因高频电压的施加而产生的马达的铁损作为主要的加热源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/102999号
发明内容
在进行基于马达铁损的加热的情况下，加热量根据转子的电感而变化。转子的电感根据转子的停止位置而变化。因此，为了得到最大加热量，需要检测或者推测转子的停止位置，根据转子的停止位置适当地进行通电。另外，在压缩机停止过程中的加热控制中，在由于连接于制冷环路的配管间的阀的开闭而在压缩机的排放口以及吸入口间产生压力差的情况以及压力差发生变化的情况下，在转子中产生转矩，转子的停止位置有可能会发生变化。因此，为了得到最大加热量，最好始终推测转子的停止位置。
在专利文献1中记载了为了检测转子的停止位置而检测马达的电流以及电压的电路。在此，作为用于在热泵装置中使马达旋转的技术，广泛知晓使用了马达电流的矢量控制手法。马达电流还用于转子的停止位置的推测以外。另一方面，马达电压仅用于转子的停止位置的推测。这样，专利文献1所记载的热泵装置需要用于推测转子的停止位置的马达电压检测电路，存在电路规模增大、导致装置变大这样的问题。
本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于得到能够抑制电路规模的增大，并高效地对压缩机进行加热的热泵装置。
为了解决上述课题，达到目的，本公开提供一种热泵装置，具备：压缩机，包括压缩部件和马达，所述压缩部件对制冷剂进行压缩，所述马达具有转子并驱动压缩部件；热交换器；逆变器，对马达施加所期望的电压；电流检测部，检测从逆变器流到马达的电流；驱动信号生成部，生成逆变器的驱动信号；磁极位置推测部，在将无法旋转驱动马达的高频电压从驱动信号生成部施加到马达而对压缩机进行加热时，使以正弦波表达的高频电压的电压指令值的电压相位变化，根据由电流检测部检测到的电流值推测表示转子的停止位置的磁极位置，推测得到最大加热量的磁极位置；稳定加热控制部，在将高频电压从驱动信号生成部施加到马达而对压缩机进行加热时，根据得到最大加热量的磁极位置以及所规定的所需加热量决定电压指令值的振幅以及电压相位；以及控制切换判定部，使磁极位置推测部或者稳定加热控制部的一方进行动作。
本公开的热泵装置起到能够抑制电路规模的增大，并高效地对压缩机进行加热这样的效果。
附图说明
图1是示出实施方式1的热泵装置的结构例的图。
图2是示出实施方式1的热泵装置的主要部分结构的一个例子的图。
图3是示出实施方式1的热泵装置的马达所具备的转子的结构例的图。
图4是示出在实施方式1的热泵装置中从马达的定子侧观察时的绕组电感的特性的图。
图5是示出在实施方式1的热泵装置中与图4所示的绕组电感特性对应的电流特性的图。
图6是示出实施方式1的热泵装置所具备的逆变器控制部的动作的流程图。
图7是示出实施方式1的热泵装置中的磁极位置推测部的控制所实现的加热量以及稳定加热控制部的加热目标值的图。
图8是示出从实施方式1的热泵装置的磁极位置推测部输出的电压指令值以及电压相位的图像的图。
图9是示出实现实施方式1的热泵装置所具备的逆变器控制部的硬件结构的一个例子的图。
图10是示出实施方式2的热泵装置所具备的逆变器控制部的动作的流程图。
图11是示出实施方式3的热泵装置的主要部分结构的一个例子的图。
图12是示出实施方式3的热泵装置所具备的逆变器控制部的动作的流程图。
图13是示出实施方式4的热泵装置所具备的逆变器控制部的动作的流程图。
(符号说明)
1：压缩机；2：四通阀；3、5：热交换器；4：膨胀机构；6：制冷剂配管；7：压缩部件；8：马达；9：逆变器；9a～9f：开关元件；10、10a：逆变器控制部；11：通常运转控制部；12：磁极位置推测部；13、13a：稳定加热控制部；14：控制切换判定部；15：驱动信号生成部；20：推测部；21：推测用通电相位指令部；22：推测用电压指令部；23：加热用通电相位指令部；24：加热用电压指令部；25：电压指令值生成部；26：PWM信号生成部；30：电压传感器；31：电流检测部；40：加热用电流指令部；41：电流控制部；100、100a：热泵装置；120：转子；121：铁芯；122：磁体。
具体实施方式
以下，根据附图详细地说明本公开的实施方式的热泵装置。此外，该公开并不限于该实施方式。
实施方式1.
图1是示出实施方式1的热泵装置100的结构例的图。图2是示出实施方式1的热泵装置100的主要部分结构的一个例子的图。热泵装置100例如构成空气调节机。热泵装置100具备压缩机1、四通阀2、热交换器3、膨胀机构4以及热交换器5经由制冷剂配管6依次连接而成的制冷环路。在压缩机1的内部设置有对制冷剂进行压缩的压缩部件7和驱动压缩部件7的马达8。马达8具有未图示的转子。马达8是具有U相、V相以及W相这三相的绕组的三相马达。
另外，热泵装置100具备逆变器9、逆变器控制部10、电压传感器30以及电流检测部31。逆变器9与马达8电连接。逆变器9对马达8施加所期望的电压。具体而言，逆变器9对马达8的U相、V相以及W相的绕组分别施加对应的三相电压Vu、Vv以及Vw。逆变器控制部10电连接于逆变器9。逆变器控制部10生成作为用于驱动逆变器9的驱动信号的逆变器驱动信号、例如PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号而输出到逆变器9。
逆变器9具备6个开关元件9a、9b、9c、9d、9e、9f，是由两个开关元件构成的串联连接部被并联地连接3个而成的电路。逆变器9将母线电压Vdc作为电源，依照从逆变器控制部10输出的逆变器驱动信号即PWM信号UP、UN、VP、VN、WP、WN，驱动与各自对应的开关元件9a、9b、9c、9d、9e、9f。由此，逆变器9产生三相电压Vu、Vv以及Vw来对马达8的U相、V相以及W相的绕组分别施加电压。
构成逆变器9的开关元件9a～9f例如是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体开关元件。逆变器9也可以以抑制开关所致的浪涌电压为目的，采用将未图示的续流二极管并联地连接于半导体开关元件的结构。此外，续流二极管也可以是半导体开关元件的寄生二极管，但在MOSFET的情况下，还能够通过在续流的定时设为接通状态而实现同样的功能。另外，构成半导体开关元件的材料不仅是硅Si，还使用作为宽带隙半导体的碳化硅SiC、氮化镓GaN、氧化镓Ga2O3、金刚石的物质，从而能够实现低损耗化、高速开关化。
电压传感器30设置于逆变器9的输入侧即母线电压Vdc的供给侧来检测母线电压Vdc。电压传感器30将检测到的母线电压Vdc输出到逆变器控制部10。
电流检测部31设置于逆变器9的输出侧，检测从逆变器9流到马达8的三相马达电流iu、iv、iw。电流检测部31既可以是通过在逆变器9的三相下侧的开关元件与各连接点之间设置电阻来检测电流的结构，也可以是通过在三相下侧的开关元件的连接点与母线电压Vdc的负侧之间设置电阻来检测电流的结构。关于电流检测部31的结构，除了从电阻的两端电压检测的方法之外，还能够通过利用使用了电流互感器等的电流传感器来实现。电流检测部31将检测到的三相马达电流iu、iv、iw的电流值即三相的量的电流值输出到逆变器控制部10。
详细地说明逆变器控制部10的结构。逆变器控制部10具备通常运转控制部11、磁极位置推测部12、稳定加热控制部13、控制切换判定部14以及驱动信号生成部15。此外，在图2中，仅记载在本实施方式的热泵装置100中进行特征性的动作的构成要素，省略了关于图1所示的通常运转控制部11的记载。
通常运转控制部11在热泵装置100进行通常的动作的情况下使用。通常运转控制部11通过控制驱动信号生成部15，从而使用于使马达8旋转驱动的PWM信号作为逆变器驱动信号而输出。
磁极位置推测部12将无法旋转驱动马达8的高频电压从驱动信号生成部15施加到马达8而对压缩机1进行加热时，使以正弦波表达的高频电压的电压指令值Va＊的电压相位θa＊变化。磁极位置推测部12根据由电流检测部31检测到的电流值推测表示马达8所具备的转子的停止位置的磁极位置，推测得到最大加热量的磁极位置。磁极位置推测部12具备推测部20、推测用通电相位指令部21以及推测用电压指令部22。推测部20从电流检测部31获取电流值，根据由电流检测部31检测到的电流值，推测表示马达8所具备的转子的停止位置的磁极位置。另外，推测部20根据由电流检测部31检测到的电流值以及推测出的磁极位置，推测得到最大加热量的磁极位置。在以后的说明中，有时如最大加热量可获取磁极位置那样表达得到最大加热量的磁极位置。
在此，说明马达8所具备的转子的结构。图3是示出实施方式1的热泵装置100的马达8所具备的转子120的结构例的图。马达8的转子120构成为包括铁芯121以及磁体122。在这样的转子120的结构中，空隙的长度即磁体122与马达8的未图示的定子的距离因马达8中的转子120的停止位置而发生变化。因此，从定子侧观察的情况下的马达8的绕组电感如图4所示变化。
图4是示出在实施方式1的热泵装置100中从马达8的定子侧观察时的绕组电感的特性的图。在图4中，横轴表示由磁极位置推测部12的推测部20推测出的表示转子120的停止位置的磁极位置，纵轴表示马达8的绕组电感。另外，在图4中，Lq表示图3所示的马达8的q轴方向的电感，Ld表示图3所示的马达8的d轴方向的电感。当如图4所示绕组电感发生变化时，马达8的绕组中流过的电流值也如图5所示变化。
图5是示出在实施方式1的热泵装置100中与图4所示的绕组电感特性对应的电流特性的图。在图5中，横轴表示由磁极位置推测部12的推测部20推测出的表示转子120的停止位置的磁极位置，纵轴表示由电流检测部31检测到的电流值即电流有效值的平均值。在热泵装置100中，当如图4那样绕组电感发生变化时，由电流检测部31检测的电流值也如图5那样变化。这样，由电流检测部31检测的电流值即马达8中流过的电流也因表示转子120的停止位置的磁极位置而发生变化。当马达8中流过的电流发生变化时，逆变器9能够施加到压缩机1的加热量即压缩机1的发热量也会发生变化。
此外，在本实施方式中，如图3所示，设想转子120所具备的磁体122的数量是4个的情况，但是是一个例子，不限于此。转子120所具备的磁体122的数量也可以为4个以外。转子120所具备的磁体122的数量越多，则在图4以及图5所示的正弦波中，波峰与波峰的间隔以及波谷与波谷的间隔越窄。另外，转子120所具备的磁体122的数量越少，则在图4以及图5所示的正弦波中波峰与波峰的间隔以及波谷与波谷的间隔越窄。
返回到图1以及图2的说明。推测用通电相位指令部21当在磁极位置推测部12中推测表示转子120的停止位置的磁极位置时，控制用于使高频电压从驱动信号生成部15输出的电压指令值Va＊的电压相位θa＊。推测用电压指令部22当在磁极位置推测部12中推测表示转子120的停止位置的磁极位置时，控制用于使高频电压从驱动信号生成部15输出的电压指令值Va＊的振幅。
稳定加热控制部13在对压缩机1进行加热的情况下使用。稳定加热控制部13在将高频电压从驱动信号生成部15施加到马达8而对压缩机1进行加热时，根据得到最大加热量的磁极位置以及所规定的所需加热量决定电压指令值Vb＊的振幅以及电压相位θb＊。稳定加热控制部13通过控制驱动信号生成部15，从而输出马达8无法追随的高频电压，不会旋转驱动马达8而使用于对压缩机1进行加热的PWM信号作为逆变器驱动信号输出。稳定加热控制部13具备加热用通电相位指令部23和加热用电压指令部24。加热用通电相位指令部23当在稳定加热控制部13中对压缩机1进行加热时，根据磁极位置推测部12的推测结果，控制用于使高频电压从驱动信号生成部15输出的电压指令值Vb＊的电压相位θb＊。加热用电压指令部24当在稳定加热控制部13中对压缩机1进行加热时，控制用于使高频电压从驱动信号生成部15输出的电压指令值Vb＊的振幅。这样，稳定加热控制部13根据磁极位置推测部12推测出的表示马达8的转子120的停止位置的磁极位置的推测结果来控制电压指令值Vb＊的电压相位θb＊，使滞留于压缩机1的液态制冷剂在短时间变热而使其汽化，向压缩机1的外部排放。
控制切换判定部14使磁极位置推测部12或者稳定加热控制部13的一方进行动作。控制切换判定部14生成用于选择使磁极位置推测部12或者稳定加热控制部13中的哪一方进行动作的模式切换信号而输出。控制切换判定部14根据模式切换信号，切换将从磁极位置推测部12输出的电压相位θa＊以及电压指令值Va＊或者从稳定加热控制部13输出的电压相位θb＊以及电压指令值Vb＊各自的哪一方输出到驱动信号生成部15。控制切换判定部14在使磁极位置推测部12进行动作的情况下，将从磁极位置推测部12获取到的电压指令值Va＊以及电压相位θa＊作为电压指令值V＊以及高频相位指令θk＊而输出。控制切换判定部14在使稳定加热控制部13进行动作的情况下，将从稳定加热控制部13获取到的电压指令值Vb＊以及电压相位θb＊作为电压指令值V＊以及高频相位指令θk＊而输出。控制切换判定部14根据由电流检测部31检测到的三相马达电流iu、iv、iw的电流值，决定模式切换信号的内容。另外，控制切换判定部14根据在稳定加热控制部13的动作过程中由电流检测部31检测到的电流值，判定是否进行向磁极位置推测部12的动作的切换。
驱动信号生成部15根据作为来自控制切换判定部14的输出的电压指令值V＊和由电压传感器30检测到的母线电压Vdc，生成高频电压指令Vk＊。具体而言，驱动信号生成部15通过以下的式(1)来生成高频电压指令Vk＊。
Vk＊＝V＊×√2/Vdc…(1)
驱动信号生成部15具备电压指令值生成部25和PWM信号生成部26。电压指令值生成部25根据高频电压指令Vk＊以及作为来自控制切换判定部14的输出的高频相位指令θk＊，生成三相各自的三相电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊。PWM信号生成部26根据三相电压指令值Vu＊、Vv＊、Vw＊，生成PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。驱动信号生成部15将PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN输出到分别对应的开关元件9a、9b、9c、9d、9e、9f而驱动逆变器9，从而对马达8施加电压。此时，驱动信号生成部15通过施加如马达8的转子120不旋转那样的高频电压，能够对具备马达8的压缩机1进行加热。
此外，驱动信号生成部15在热泵装置100通过通常运转控制部11的控制进行动作的情况下还生成PWM信号。该情况下的驱动信号生成部15中的PWM信号的生成方法与进行加热控制的情况下的生成方法相同。即，只是从通常运转控制部11输出到驱动信号生成部15的信息、在上述例子中与高频电压指令Vk＊以及高频相位指令θk＊相当的信息不同。
说明逆变器控制部10的动作。图6是示出实施方式1的热泵装置100所具备的逆变器控制部10的动作的流程图。图6所示的流程图详细而言示出逆变器控制部10所具备的磁极位置推测部12、稳定加热控制部13以及控制切换判定部14的动作。
当在逆变器控制部10中开始压缩机1的加热时，首先，控制切换判定部14输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。在磁极位置推测部12中，推测用通电相位指令部21作为输出到控制切换判定部14的电压指令值Va＊的电压相位而设定电压相位θa＊＝0°(步骤S101)。另外，推测用电压指令部22将输出到控制切换判定部14的电压指令值Va＊的振幅设定为Va＊(步骤S102)。在此，将电压指令值Va＊的振幅记载为Va＊。
在此，说明基于推测用电压指令部22的电压指令值Va＊的振幅的决定方法。推测用电压指令部22根据用户通过实验等预先求出的磁极位置推测用的加热量Ha的特性，决定电压指令值Va＊的振幅。如图7所示，加热量Ha的大小因磁极位置而发生变化。图7是示出实施方式1的热泵装置100中的磁极位置推测部12的控制所实现的加热量Ha以及稳定加热控制部13的加热目标值Hb的图。在图7中，横轴表示由磁极位置推测部12的推测部20推测出的表示转子120的停止位置的磁极位置，纵轴表示加热量的大小。推测用电压指令部22决定如在任意的磁极位置都使磁极位置推测部12的控制所实现的加热量Ha成为稳定加热控制部13的加热目标值Hb以下的大小那样的电压指令值Va＊的振幅。此外，在本实施方式中，逆变器控制部10的控制所实现的向马达8的加热量与马达8中的发热量相同。
返回到图6的流程图的说明。推测部20获取在上述设定中由电流检测部31检测到的电流值(步骤S103)。推测用电压指令部22将输出到控制切换判定部14的电压指令值Va＊的振幅设定为－Va＊(步骤S104)。关于电压指令值Va＊的振幅，将使Va＊旋转180°时的振幅记载为－Va＊。推测部20获取在上述设定中由电流检测部31检测到的电流值(步骤S105)。推测用通电相位指令部21增加输出到控制切换判定部14的电压指令值Va＊的电压相位θa＊(步骤S106)。推测用通电相位指令部21既可以使电压相位θa＊的增加量增加预先规定的量，也可以根据由推测部20获取到的电流值来改变增加量。
图8是示出从实施方式1的热泵装置100的磁极位置推测部12输出的电压指令值Va＊以及电压相位θa＊的图像的图。磁极位置推测部12将电压指令值Va＊的振幅在正方向以及负方向上切换并交替地输出，且在0～360°的范围适当地使电压相位θa＊变化。通过这样的控制得到的每个通电相位的马达电流有效值的平均值受到每个磁极位置的电感特性的影响，成为如前述的图5所示的特性。由此，磁极位置推测部12不会使压缩机1以及马达8过度地加热，能够检测马达电流有效值最大即加热量最大的电压相位。
返回到图6的流程图的说明。在由推测用通电相位指令部21增加的电压相位θa＊为360°以下的情况下(步骤S107：否)，磁极位置推测部12返回到步骤S102而进行与前述同样的动作。在由推测用通电相位指令部21增加的电压相位θa＊超过360°的情况下(步骤S107：是)，推测部20决定电流值最大的电压相位θb＊(步骤S108)。
此外，磁极位置推测部12使电压指令值Va＊的极性反转，所以与使电压指令值Va＊的振幅旋转180°而输出的情况相同。因此，关于电压相位θa＊的变化量，磁极位置推测部12也可以设为0～180°的范围。关于180～360°的部分，能够通过使电压指令值Va＊的极性反转来应对。另外，如图4、图5以及图7等所示，各图的特性的变化因转子120所具备的磁体122的数量而不同。因此，在图4、图5以及图7等所示的特性的情况下，关于电压相位θa＊的变化量，磁极位置推测部12也可以设为0～90°的范围。在该情况下，磁极位置推测部12例如能够检测在图5中成为最大加热量的磁极位置、或者从成为最大加热量的磁极位置偏离90°的磁极位置即成为最小加热量的磁极位置。磁极位置推测部12在检测到成为最大加热量的磁极位置的情况下直接使用。磁极位置推测部12在检测到成为最小加热量的磁极位置的情况下，将从成为最小加热量的磁极位置偏离90°的磁极位置用作成为最大加热量的磁极位置。
这样，磁极位置推测部12根据所需加热量决定电压指令值Va＊的振幅，使电压指令值Va＊的电压相位θa＊在所规定的范围变化，切换电压指令值Va＊的正负而交替地输出。另外，磁极位置推测部12将从电流检测部31获取到的电流值成为最大的磁极位置推测为得到最大加热量的磁极位置。在以后的说明中，有时将电压指令值Va＊的振幅称为第1振幅。
控制切换判定部14从磁极位置推测部12的推测用通电相位指令部21获取电压相位θa＊，所以能够判定电压相位θa＊是否超过360°。控制切换判定部14在电压相位θa＊超过360°的情况下，在经过磁极位置推测部12的推测部20在步骤S108中决定电压相位θb＊的处理时间之后，停止输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。
接下来，控制切换判定部14输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。在稳定加热控制部13中，加热用通电相位指令部23根据从磁极位置推测部12的推测部20获取到的电压相位θb＊，设定电压相位θb＊作为输出到控制切换判定部14的电压指令值Vb＊的电压相位(步骤S201)。此外，也可以使稳定加热控制部13的加热用通电相位指令部23进行步骤S108中的电流值成为最大的电压相位θb＊的决定。加热用电压指令部24将输出到控制切换判定部14的电压指令值Vb＊的振幅设定为Vb＊(步骤S202)。在此，将电压指令值Vb＊的振幅记载为Vb＊。这样，稳定加热控制部13在由磁极位置推测部12得到的马达电流有效值成为最大的电压相位θb＊上输出电压指令值Vb＊而进行加热控制。此外，加热控制的具体的方法不被限定，也可以与以往同样的方法例如前述的专利文献1所记载的方法相同。
控制切换判定部14获取在上述设定中由电流检测部31检测到的电流值(步骤S301)。加热用电压指令部24将输出到控制切换判定部14的电压指令值Vb＊的振幅设定为－Vb＊(步骤S203)。关于电压指令值Vb＊的振幅，将使Vb＊旋转180°时的振幅记载为－Vb＊。控制切换判定部14获取在上述设定中由电流检测部31检测到的电流值(步骤S302)。
在压缩机1的加热未完成的情况下(步骤S204：否)，控制切换判定部14判定在步骤S301以及步骤S302中获取到的电流值是否小于预先规定的第1阈值(步骤S303)。即，控制切换判定部14判定在由稳定加热控制部13进行加热的过程中作为转子120的停止位置的磁极位置是否因压缩机1的压力差等而发生变化。与第1阈值进行比较的对象的电流值设为电流有效值的平均值。如图5所示，在由稳定加热控制部13进行加热的过程中的电压相位θb＊处于成为最大加热量的磁极位置的情况下，马达电流有效值的平均值成为最大。因此，在因压缩机1的压力差等而磁极位置发生变化的情况下，电压相位θb＊从成为最大加热量的磁极位置偏离，即向马达电流的有效值变小的方向变化。因此，控制切换判定部14在马达电流有效值小于第1阈值的情况下，再次使磁极位置推测部12进行动作，再次推测磁极位置。第1阈值在图5的例子中是比0.2Arms小的0.18Arms。第1阈值越接近成为最大加热量的磁极位置处的电流有效值的平均值，则控制切换判定部14越能够精度良好地检测磁极位置的变化。
在电流值为第1阈值以上的情况下(步骤S303：否)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置未发生变化或者变化量小到能够忽略的程度，继续输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。稳定加热控制部13反复实施前述的动作。在电流值小于第1阈值的情况下(步骤S303：是)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置发生变化，停止输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。然后，控制切换判定部14为了再次推测表示马达8所具备的转子120的停止位置的磁极位置，输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。磁极位置推测部12反复实施前述的动作。这样，控制切换判定部14在稳定加热控制部13的动作过程中，在电流值的平均值小于所规定的第1阈值的情况下，使稳定加热控制部13的动作停止，使磁极位置推测部12进行动作。此外，控制切换判定部14也可以以在磁极位置推测部12与稳定加热控制部13之间的动作的转变中不产生波动的方式，对第1阈值设置滞后(hysteresis)。
在压缩机1的加热完成的情况下(步骤S204：是)，稳定加热控制部13停止输出向控制切换判定部14的电压相位θb＊以及电压指令值Vb＊，使动作停止(步骤S205)。这样，稳定加热控制部13根据得到最大加热量的磁极位置以及所需加热量决定电压指令值Vb＊的振幅，切换电压指令值Vb＊的正负而交替地输出。在以后的说明中，有时将电压指令值Vb＊的振幅称为第2振幅。第2振幅与前述的第1振幅的关系是第2振幅≥第1振幅。
此外，关于步骤S204中的压缩机1的加热是否完成的判定，既可以是稳定加热控制部13进行，也可以是控制切换判定部14进行。
接着，说明热泵装置100所具备的逆变器控制部10的硬件结构。图9是示出实现实施方式1的热泵装置100所具备的逆变器控制部10的硬件结构的一个例子的图。逆变器控制部10通过处理器91以及存储器92来实现。
处理器91是CPU(还称为Central Processing Unit，中央处理装置、处理装置、运算装置、微型处理器、微型计算机、处理器、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器))或者系统LSI(Large Scale Integration，大规模集成)。关于存储器92，能够例示RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、闪存存储器、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦可编程只读存储器)、EEPROM(注册商标)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)这样的非易失性或者易失性的半导体存储器。另外，存储器92不限定于这些，也可以是磁盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘或者DVD(Digital Versatile Disc，数字多功能光盘)。
如以上说明，根据本实施方式，在热泵装置100中，磁极位置推测部12根据由电流检测部31检测到的电流值推测转子120的停止位置，推测得到最大加热量的磁极位置。稳定加热控制部13在由磁极位置推测部12推测出的得到最大加热量的磁极位置处进行加热控制。由此，热泵装置100能够抑制电路规模的增大，并高效地对压缩机1进行加热。热泵装置100无需使用马达8的感应电压信息，仅凭马达电流信息就能够检测表示转子120的停止位置的磁极位置的变化。热泵装置100能够在压缩机1的加热控制中稳定地得到最大加热量。
另外，在热泵装置100中，控制切换判定部14在磁极位置发生变化的情况下，再次使磁极位置推测部12推测得到最大加热量的磁极位置。由此，热泵装置100能够将电压相位快速地变更为得到最大加热量的电压相位。在本实施方式中，在热泵装置100中，磁极位置推测部12推测得到最大加热量的磁极位置，之后，稳定加热控制部13在得到最大加热量的磁极位置处进行加热控制，但根据需要，磁极位置推测部12也可以再次推测得到最大加热量的磁极位置。这样，热泵装置100利用廉价的电路结构，不论压缩机1的马达8的转子120的停止位置即磁极位置如何，都能够稳定且高效地对压缩机1进行加热，避免制冷剂滞留现象。
实施方式2.
在实施方式2中，关于控制切换判定部14中的磁极位置是否发生变化的判定方法，说明与实施方式1不同的判定方法。
当在由稳定加热控制部13进行加热的过程中因压缩机1的压力差等而转子120的停止位置即磁极位置发生变化的情况下，马达8的感应电压因变化时的转速而发生变化。另外，与转子120的停止位置即磁极位置的变化相伴地，如图4所示，马达8的绕组电感发生变化。由于感应电压以及绕组电感的变化，马达8的三相电流中的最大电流流经的相与除此以外的其它2相的电流比率发生变化。因此，控制切换判定部14通过使用电流比率的变化量，能够检测转子120的停止位置即磁极位置是否发生变化。
图10是示出实施方式2的热泵装置100所具备的逆变器控制部10的动作的流程图。图10所示的流程图相对于图6所示的实施方式1时的流程图，将步骤S303的动作替换为步骤S304的动作。
在压缩机1的加热未完成的情况下(步骤S204：否)，控制切换判定部14根据在步骤S301以及步骤S302中获取到的电流值，判定与根据电流值得到的马达8的电流的其它2相的电流相对最大相电流的比率是否偏离用所规定的第2阈值表示的范围(步骤S304)。在转子120的停止位置即磁极位置发生变化的情况下，马达8的三相电流中的最大电流流经的相与除此以外的其它2相的电流比率因最大电流流经的相而有时变大有时变小。因此，在本实施方式中，第2阈值表示相对于电流比率的范围。
在电流比率处于用第2阈值表示的范围内的情况下(步骤S304：否)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置未发生变化或者变化量小到能够忽略的程度，继续输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。稳定加热控制部13反复实施前述的动作。在电流比率偏离用第2阈值表示的范围的情况下(步骤S304：是)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置发生变化，停止输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。然后，控制切换判定部14为了重新推测表示马达8的转子120的停止位置的磁极位置，输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。磁极位置推测部12反复实施前述的动作。
如以上说明，根据本实施方式，控制切换判定部14当在稳定加热控制部13的动作过程中根据电流值得到的马达8的电流的其它2相的电流相对最大相电流的比率偏离用所规定的第2阈值表示的范围的情况下，使稳定加热控制部13的动作停止，使磁极位置推测部12进行动作。在该情况下，热泵装置100也能够得到与实施方式1时同样的效果。
实施方式3.
在实施方式3中，关于控制切换判定部14中的磁极位置是否发生变化的判定方法，说明与实施方式1、2不同的判定方法。
图11是示出实施方式3的热泵装置100a的主要部分结构的一个例子的图。相对于图2所示的实施方式1时的热泵装置100，在热泵装置100a中将逆变器控制部10替换为逆变器控制部10a。相对于图2所示的实施方式1时的逆变器控制部10，在逆变器控制部10a中将稳定加热控制部13替换为稳定加热控制部13a。稳定加热控制部13a具备加热用通电相位指令部23、加热用电流指令部40以及电流控制部41。
加热用电流指令部40输出用于得到稳定加热控制部13a进行动作时的加热目标值Hb的电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊。电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊与图7所示的加热量特性同样地，通过实验预先求出每个电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊的加热量特性，根据所期望的加热量决定即可。
电流控制部41从加热用电流指令部40获取电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊，从电流检测部31获取电流值。电流控制部41以使电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊与电流值一致的方式，输出电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊。电流控制部41例如能够通过一般的PI(Proportional Integral，比例积分)控制，求出电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊。
控制切换判定部14根据从电流控制部41获取到的电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊生成与实施方式1、2的电压指令值Vb＊相当的电压指令值。
热泵装置100a具备电流控制部41，从而即使在马达8的电阻值等存在偏差的情况下，也能够控制成所期望的电流值，所以能够抑制逆变器9的过电流产生，进行稳定的加热控制。另外，在如前述那样伴随转子120的停止位置即磁极位置的变化而电流值的比率发生变化的情况下，电流控制部41如电流指令值Ibu＊、Ibv＊、Ibw＊那样控制。在该情况下，作为电流控制部41的输出的电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊也发生变化。因此，热泵装置100a也可以在实施电流控制的情况下，使用电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊的变化量来检测转子120的停止位置即磁极位置的变化。
图12是示出实施方式3的热泵装置100a所具备的逆变器控制部10a的动作的流程图。相对于图6所示的实施方式1时的流程图，在图12所示的流程图中将步骤S303的动作替换为步骤S305的动作。
在压缩机1的加热未完成的情况下(步骤S204：否)，控制切换判定部14判定电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊的变化量是否偏离用所规定的第3阈值表示的范围(步骤S305)。在转子120的停止位置即磁极位置发生变化的情况下，电压指令值Vbu＊、Vbv＊、Vbw＊的变化量有时变大有时变小。因此，在本实施方式中，第3阈值表示相对于变化量的范围。
在变化量处于用第3阈值表示的范围内的情况下(步骤S305：否)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置未发生变化或者变化量小到能够忽略的程度，继续输出对稳定加热控制部13a指示动作的模式切换信号。稳定加热控制部13a反复实施前述的动作。在变化量偏离用第3阈值表示的范围的情况下(步骤S305：是)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置发生变化，停止输出对稳定加热控制部13a指示动作的模式切换信号。然后，控制切换判定部14为了重新推测表示马达8的转子120的停止位置的磁极位置，输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。磁极位置推测部12反复实施前述的动作。
如以上说明，根据本实施方式，控制切换判定部14当在稳定加热控制部13a的动作过程中热泵装置100a所具备的电流控制部41的输出值的变化量偏离用所规定的第3阈值表示的范围的情况下，使稳定加热控制部13a的动作停止，使磁极位置推测部12进行动作。在该情况下，热泵装置100也能够得到与实施方式1时同样的效果。
实施方式4.
在实施方式4中，关于控制切换判定部14中的磁极位置是否发生变化的判定方法，进一步说明还使用电流值等的变化的斜率的情况。
由于压缩机1以及马达8的温度上升，马达8的电阻、电感等发生变化，马达8中流过的电流即由电流检测部31检测的电流值有时发生变化。一般而言，温度变化所致的由电流检测部31检测的电流值的变化的时间常数比转子120的停止位置即磁极位置的变化所致的由电流检测部31检测的电流值的变化长。因此，控制切换判定部14除了与在实施方式1至3中说明的阈值的比较之外，还使用电流值等的变化的斜率，从而能够精度良好地检测转子120的停止位置即磁极位置的变化的有无。
图13是示出实施方式4的热泵装置100所具备的逆变器控制部10的动作的流程图。相对于图6所示的实施方式1时的流程图，在图13所示的流程图中追加有步骤S306的动作。
在电流值小于第1阈值的情况下(步骤S303：是)，控制切换判定部14进而判定电流值的变化的斜率是否偏离用所规定的第4阈值表示的范围(步骤S306)。在变化的斜率处于用第4阈值表示的范围内的情况下(步骤S306：否)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置未发生变化或者变化量小到能够忽略的程度，继续输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。稳定加热控制部13反复实施前述的动作。在变化的斜率偏离用第4阈值表示的范围的情况下(步骤S306：是)，控制切换判定部14视为马达8的转子120的停止位置发生变化，停止输出对稳定加热控制部13指示动作的模式切换信号。然后，控制切换判定部14为了重新推测表示马达8的转子120的停止位置的磁极位置，输出对磁极位置推测部12指示动作的模式切换信号。磁极位置推测部12反复实施前述的动作。
此外，以实施方式1为例而进行了说明，但还能够应用于实施方式2、3。在应用于实施方式2的情况下，在图10所示的步骤S304：是之后追加步骤S306的动作。在该情况下，变化的斜率的对象成为电流比率。另外，在应用于实施方式3的情况下，在图12所示的步骤S305：是之后追加步骤S306的动作。在该情况下，变化的斜率的对象成为电压指令值的变化量。
如以上说明，根据本实施方式，控制切换判定部14进而在电流值的变化的斜率偏离用所规定的第4阈值表示的范围的情况下，使稳定加热控制部13的动作停止，使磁极位置推测部12进行动作。由此，与实施方式1至3的情况相比，热泵装置100能够精度良好地检测转子120的停止位置即磁极位置的变化的有无。
实施方式5.
在实施方式5中，关于磁极位置推测部12以及稳定加热控制部13中的电压指令值的输出方法，说明与实施方式1至4不同的输出方法。
磁极位置推测部12也可以在将电压指令值Va＊的极性从正切换到负时以及从负切换到正时中间输出零矢量。同样地，稳定加热控制部13也可以在将电压指令值Vb＊的极性从正切换到负时以及从负切换到正时中间输出零矢量。零矢量能够在使逆变器9的上支路或者下支路的所有的开关元件成为导通的情况下得到。
由此，热泵装置100能够活用回流状态而使输出电流值从三角波成为梯形波状。其结果，热泵装置100能够增加马达8的铜损分量所致的加热量，能够增加最大加热量。此外，磁极位置推测部12以及稳定加热控制部13既可以是在切换电压指令值的极性时始终输出零矢量的设计，也可以切换为不输出零矢量的设计。在该情况下，在逆变器控制部10中，也可以使未图示的上位的控制部将切换零矢量输出的有无的信号输出到磁极位置推测部12以及稳定加热控制部13。
说明了在由磁极位置推测部12以及稳定加热控制部13将电压指令值的极性从正切换到负或者从负切换到正时输出零矢量的情况，但不限定于此。在逆变器控制部10中，也可以是驱动信号生成部15的PWM信号生成部26在从根据正的电压指令值生成的PWM信号切换到根据负的电压指令值生成的PWM信号而输出时或者从根据负的电压指令值生成的PWM信号切换到根据正的电压指令值生成的PWM信号而输出时，输出使逆变器9的上支路或者下支路的所有的开关元件成为导通的PWM信号。即，PWM信号生成部26在作为根据由磁极位置推测部12或者稳定加热控制部13生成的电压指令值生成的PWM信号的驱动信号的输出方向发生变化时输出零矢量。此外，PWM信号生成部26既可以是在作为PWM信号的驱动信号的输出方向发生变化时始终输出零矢量的设计，也可以切换为不输出零矢量的设计。在该情况下，在逆变器控制部10中，也可以使未图示的上位的控制部将切换零矢量输出的有无的信号输出到PWM信号生成部26。
以上的实施方式所示的结构表示一个例子，既能够与其它公知的技术进行组合，也能够将实施方式彼此进行组合，还能够在不脱离要旨的范围省略、变更结构的一部分。

Claims (8)

1.一种热泵装置，具备：
压缩机，包括压缩部件和马达，所述压缩部件对制冷剂进行压缩，所述马达具有转子并驱动所述压缩部件；
热交换器；
逆变器，对所述马达施加所期望的电压；
电流检测部，检测从所述逆变器流到所述马达的电流；
驱动信号生成部，生成所述逆变器的驱动信号；
磁极位置推测部，在将无法旋转驱动所述马达的高频电压从所述驱动信号生成部施加到所述马达而对所述压缩机进行加热时，使以正弦波表达的所述高频电压的电压指令值的电压相位变化，根据由所述电流检测部检测到的电流值推测表示所述转子的停止位置的磁极位置，推测得到最大加热量的磁极位置；
稳定加热控制部，在将所述高频电压从所述驱动信号生成部施加到所述马达而对所述压缩机进行加热时，根据得到所述最大加热量的磁极位置以及所规定的所需加热量决定所述电压指令值的振幅以及电压相位；以及
控制切换判定部，使所述磁极位置推测部或者所述稳定加热控制部的一方进行动作。
2.根据权利要求1所述的热泵装置，其中，
所述磁极位置推测部根据所述所需加热量决定所述电压指令值的第1振幅，使所述第1振幅的电压指令值的电压相位在所规定的范围变化，切换所述第1振幅的电压指令值的正负而交替地输出，将所述电流值最大的磁极位置推测为得到所述最大加热量的磁极位置。
3.根据权利要求2所述的热泵装置，其中，
所述稳定加热控制部根据得到所述最大加热量的磁极位置以及所述所需加热量决定所述第1振幅以上的第2振幅，切换所述第2振幅的电压指令值的正负而交替地输出。
4.根据权利要求1至3中的任意一个所述的热泵装置，其中，
所述控制切换判定部当在所述稳定加热控制部的动作过程中所述电流值的平均值小于所规定的第1阈值的情况下，使所述稳定加热控制部的动作停止，使所述磁极位置推测部进行动作。
5.根据权利要求1至3中的任意一个所述的热泵装置，其中，
所述控制切换判定部当在所述稳定加热控制部的动作过程中根据所述电流值得到的所述马达的电流的其它2相的电流相对于最大相电流的比率偏离用所规定的第2阈值表示的范围的情况下，使所述稳定加热控制部的动作停止，使所述磁极位置推测部进行动作。
6.根据权利要求1至3中的任意一个所述的热泵装置，其中，
所述控制切换判定部当在所述稳定加热控制部的动作过程中所述热泵装置所具备的电流控制部的输出值的变化量偏离用所规定的第3阈值表示的范围的情况下，使所述稳定加热控制部的动作停止，使所述磁极位置推测部进行动作。
7.根据权利要求4至6中的任意一个所述的热泵装置，其中，
所述控制切换判定部进而在所述电流值的变化的斜率偏离用所规定的第4阈值表示的范围的情况下，使所述稳定加热控制部的动作停止，使所述磁极位置推测部进行动作。
8.根据权利要求1至7中的任意一个所述的热泵装置，其中，
所述驱动信号生成部在根据所述电压指令值生成的驱动信号的输出方向发生变化时输出零矢量。
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