CN1625038B - 冷冻装置和逆变装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有设置压缩机的冷冻环路、驱动压缩机的电动机、可变控制该电动机的运转频率的逆变装置的冷冻装置。该逆变装置具有来自交流电源的交流电压成为直流的转换电路、直流/交流变换装置即逆变电路、检测流向逆变电路的开关元件的直流电流的分流电阻。分流电阻检测直流电流，与开关元件的动作关联，把检测的直流电流值作为电动机的正弦交流电流而演算。

Description

冷冻装置和逆变装置
技术领域
本发明涉及搭载转速可变的压缩机电机的冷冻装置和其中使用的逆变装置。
背景技术
以往在冷冻装置和其中使用的逆变装置中，为了实现小型化的同时，提高冷冻环路的可靠性，知道用箱形的容器包围安装功率半导体和微型计算机的衬底，并阶梯式地配置，以使接口用连接衬底变为最上部，例如记载在JP-A-2003-289675中。
在所述以往技术中，使用检测提供给电动机的电路的电流传感器(电流检测机构)，所以需要大的安装面积。即电流传感器是一旦把电动机输出电路取入主体中，就把握流动的电路中产生的磁通量，换算为电压，向控制衬底输出的高功能的零件，零件自身大，对整体的小型化成为障碍。
此外，在冷冻装置(空调机、冷冻机)等中，使用电力比较大，常常用3相电源驱动电动机，但是为了逆变装置控制，至少有必要检测电动机输出电流的2相(例如，输出3相(U相、V相、W相)内的2相(U相、V相))，在控制衬底上设置该空间对小型化、可靠性的提高上不利。
发明内容
本发明的目的在于：伴随着空调机、冷冻机等冷冻装置，特别是室外机的小型化，使逆变装置更小型化、薄型化，并且提高可靠性，使其更适合于故障诊断。
为了实现所述目的，本发明的一种冷冻装置，具有具备压缩机的冷冻环路，所述压缩机由通过逆变装置可变控制运转频率的电动机驱动，其特征在于：所述逆变装置具有使来自交流电源的交流电压成为直流的转换电路、直流/交流变换装置即逆变电路、检测流向所述逆变电路的开关元件的直流电流的分流电阻(shunt resistance)，与所述开关元件的动作关联，将由该分流电阻检测的直流电流值作为所述电动机的正弦波交流电流而演算。
此外，所述逆变装置具有：安装有所述分流电阻，在其相反面紧贴着散热片的第一衬底；具有控制所述开关元件的微型计算机、处理由所述分流电阻检测的检测值的电流检测电路、使所述开关元件进行开/关工作的驱动电路、进行与上级控制衬底的通信的通信电路和接口用连接器、以及对所述微型计算机、所述电流检测电路、所述驱动电路、所述通信电路供给控制电源的电源电路的第二衬底；以及覆盖所述第一衬底的侧面，设置有电源输入用和电动机输出用的端子盘的容器；从所述容器的底面以第一衬底、第二衬底的顺序配置为阶梯状，所述第一衬底、第二衬底由导销彼此连接，在所述第一衬底的功率半导体面上填充有凝胶。
所述运转频率通过所述接口用连接器向上级控制衬底输出。
通过所述接口用连接器输入冷冻环路信息(温度、压力、膨胀阀开度、送风机转速)，通过所述微型计算机进行冷冻环路的控制。
在所述第二衬底上配置非易失性存储器，在所述非易失性存储器中存储并保持所述分流电阻的检测增益的数据。
冷冻装置具有构成有源电路的有源用开关元件以及检测单相电源输入的电路的分流电阻，在所述转换电路中输入单相电源。
此外，本发明的可变控制电动机的运转频率的逆变装置，其特征在于包括：使来自交流电源的交流电压成为直流的转换电路、直流/交流变换装置即逆变电路、检测流向所述逆变电路的开关元件的直流电流的分流电阻，与所述开关元件的动作关联，将由该分流电阻检测的直流电流值作为所述电动机的正弦波交流电流而演算。
上述逆变装置希望包括：安装有所述分流电阻，在其相反面紧贴着散热片的第一衬底；具有控制所述开关元件的微型计算机、处理由所述分流电阻检测的检测值的电流检测电路、使所述开关元件进行开/关工作的驱动电路、进行与上级控制衬底的通信的通信电路和接口用连接器、以及对所述微型计算机、所述电流检测电路、所述驱动电路、所述通信电路供给控制电源的电源电路的第二衬底；以及覆盖所述第一衬底的侧面，设置电源输入用和电动机输出用的端子盘的容器；从所述容器的底面以第一衬底、第二衬底的顺序配置为阶梯状，所述第一衬底、第二衬底由导销彼此连接，在所述第一衬底的功率半导体面上填充有凝胶。
在所述第二衬底上设置能变更或固定所述压缩机的运转频率的频率切换机构。
在所述第二衬底上配置非易失性存储器，在所述非易失性存储器中存储并保持所述分流电阻的检测增益的数据。
上述逆变装置具有：在所述转换电路中输入单相电源并且构成有源电路的有源用开关元件、检测所述单相电源输入的电流的分流电阻。
根据本发明，把变换功率半导体过电流保护用的分流电阻作为变换控制用的电流检测部件代用，所以能使逆变装置特别薄，能进一步提高可靠性。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是本发明的一实施例的冷冻装置的冷冻环路图。
图2是本发明的一实施例的逆变装置的框图。
图3是表示本发明的一实施例的逆变装置的组装方法的立体图。
图4是表示本发明的一实施例的逆变装置的组装状态的立体图。
图5(a)是本发明的一实施例的逆变装置的剖视图。
图5(b)是本发明的一实施例的逆变装置的剖视图。
图6是本发明的一实施例的电流检测部件的说明图。
图7是本发明的一实施例的电流再现部件的说明图。
图8是其他实施例的单相输入逆变装置的框图。
图9是表示其他实施例的组装方法的立体图。
具体实施方式
伴随着空调机、冷冻机等冷冻装置，特别是室外机的小型化，在使逆变装置小型化的基础上，如果能用过电流保护用分流电阻把握电动机输出电流，就能消除电流传感器，能使控制衬底小型化，并且综合逆变装置的衬底的功能，能削减衬底的数。
下面，参照附图，说明本发明实施例。
图1是一实施例的冷冻装置的冷冻环路系统图，依次连结压缩机101、室内热变换器102、室内膨胀阀104、室外热交换器105、蓄电池107，使制冷剂循环，形成冷冻环路。而且，当使室内变冷时，由压缩机101压缩的制冷剂由室外热交换器105凝结、液化后，由室内膨胀阀104减压，由室内热变换器102蒸发，回到压缩机101。室内送风机用电动机103促进室内机109的热交换，室外送风机用电动机106促进室外机108的热交换。
压缩机101与冷冻环路所必要的能力关联，由可变控制运转频率的电动机111驱动，运转频率由逆变装置210控制。
在冷冻环路中，在压缩机101的转速以外还控制：调整制冷剂流量的室内膨胀阀104、或室外膨胀阀105(未图示)的开度、室内送风机用电动机103以及室外送风机用电动机106的转速、切换冷风/暖风的运转模式的四通阀(未图示)等，作为用于控制的信息，把进行运转模式和温度设定的基于遥控器的操作指令信号、各部的温度(压缩机的喷出气体温度、外部空气温度、热交换器温度、蒸发温度、吸入温度、吹出温度、冻结温度、气体管温度)信号和压力(压缩机的吸入压力、喷出压力)信号等向循环控制衬底254输入。
此外，输入通过接口用连接器242从循环控制衬底254输出的变换要求频率，并且从逆变装置210向循环控制衬底254输出运转频率和电动机运转电流。
向循环控制衬底254输入的检测信号和指令信号通过接口用连接器242向微型计算机31输入，进行冷冻环路控制。通过逆变装置210，能控制各种控制机构(室外膨胀阀、室外送风机用电动机106、切换冷风/暖风的运转模式的四通阀)，简化作为冷冻环路整体的控制电路，布线也减少，变得小型化。
图2表示逆变装置的框图。逆变装置210具有第一衬底(金属衬底)220和第二衬底(控制衬底)230。在第一衬底220上安装：具有整流元件222的把来自交流电源250的交流电压变为直流的转换器222a；包含开关元件221，构成变换功率半导体的直流/交流变换器即逆变器221a；检测流向开关元件221的直流电流的分流电阻225。在安装面的反面紧贴着铜制或氧化铝制的散热片。在第二衬底230上安装：微型计算机231；处理由分流电阻225检测的检测值的电流检测电路234；使变换功率半导体开关的驱动电路232；进行与循环控制衬底254的通信的通信电路241；对微型计算机231、电流检测电路234、驱动电路232、通信电路241供给控制电源的电源电路233。
来自交流电源250的交流电压由转换器222a(桥连接多个整流元件222)变为直流，直流/交流变换器即逆变器221a(把开关元件221三相桥连接的电力变换部件)由微型计算机231进行交流频率控制，驱动电动机111。
在转换器222a中，交流电压由多个整流元件222整流，通过使压缩机111运转或停止的电磁开关253、通过功率改善因数用电抗器252，到达平滑用电容器251。
此外，与电磁开关253并联设置冲击抑制电阻244，从而在电源接通时闭合的电磁开关253不会由于流入电容器251的过大冲击电流而熔化。
此外，在逆变器221a中，为了再生开关元件221的开关时产生的来自电动机的反电动势，设置与开关元件221并联的旁路元件223，都安装在第一衬底220上。
提供给电动机111的电流由分流电阻225作为流向变换功率半导体的直流电流检测，由电流检测电路234放大，取入到微型计算机231中，由微型计算机231作为输出到电动机的正弦交流电路演算，再现，监视或控制。
在微型计算机231和开关元件221之间设置把来自微型计算机231的微弱信号放大到能驱动开关元件221的水平的驱动电路232。
通信电路241由输入来自循环控制衬底254的信号的接口用连接器242、把输入的信号作为光信号传递给微型计算机231的光电耦合器243构成，在取得电隔离的状态下收发信号。
在第一衬底220中，由转换器222a生成的直流的一部分由设置在第二衬底230上的电源电路233从逆变器221a中使用的高电压调整为5V或15V的控制电源，提供给微型计算机231、电流检测电路234、驱动电路232、通信电路241。
此外，通过在第二衬底(控制衬底)230上设置能变更和固定压缩机的运转频率的频率切换开关235，对运转频率的性能评价成为可能。
在第二衬底(控制衬底)230上配置非易失性存储器236，把在第一衬底(金属衬底)220上安装分流电阻225时的检测增益(连接使给定电流流向分流电阻225时通过电流检测电路234取入微型计算机231中的检测值、电流不流向分流电阻225的状态下的取入微型计算机231中的检测值的2点的直线的斜率)存储保持在非易失性存储器236中，抑制分流电阻225和电流检测电路234中的检测偏移。
图3表示逆变装置的组装方法，图4表示最终的组装状态，图5(a)、(b)表示逆变装置的剖视图。
覆盖第一衬底220的侧面设置容器262，在容器262内从底面按顺序把第一衬底220、第一衬底230配置为阶梯状。此外，在底面的反安装面上紧贴着把转换器222a和逆变器221a的热散热的散热片。
在图5(a)所示的例子中，第一衬底220、第一衬底230彼此以导销224连接，在第一衬底220的功率半导体面上填充凝胶264，在填充后安装盖子265。即第二衬底230配置在盖子265之上。第二衬底230的外形比容器262的外形小。
此外，图5(b)所示的例子中，不设置盖子265，把第二衬底230配置为内置在容器262中，从填充的凝胶264的上表面到第二衬底230的上表面封入树脂材料266。据此，即使把逆变装置安装到空调机的室外机上，也能消除无用的空间。
能用搭载在金属衬底上的过电流保护用的分流电阻把握输出到电动机的电流，能消除电流传感器。因此，当削减安装电流传感器的区域，使控制衬底小型化。此外，分流电阻不追加零件，所以金属衬底不会变大。控制衬底上搭载的电流检测机构(电流检测电路)是在使用电流传感器的电流检测中必要的电路，不是由分流电阻进行电路检测而追加的零件，所以控制衬底不会增大。即能谋求组装作业工作量的减少和零件安装面积的小型化，并且通过把变换功率半导体过电流保护用的分流电阻作为逆变器控制用的电流检测部件使用，能削减以往具有的电流传感器，能降低原价。
此外，把第一衬底220、第二衬底230接近阶梯状压缩配置，所以能缩短噪声发生的可能性大的部分的布线，即能减少噪声发生的要因。
在电磁噪声的影响大例如来自需要大电流的压缩机101的影响大的比较微弱的通信信号中，光信号通过光电耦合器243向微型计算机231传递，所以能消除噪声的混入引起的错误动作，提高冷冻环路的可靠性。
图6表示电流检测部件的说明图，图7表示用分流电阻检测电流，把该电流作为向电动机输出的正弦交流电流演算的电流再现部件的说明图。
在分流电阻225中，按照开关元件221的开关动作，电流(直流电流Idc)流动。开关元件由6元件构成，由U相上臂元件、U相下臂元件、V相上臂元件、V相下臂元件、W相上臂元件、W相下臂元件构成。此外，开关动作由载波频率(三角波)和U相、V相、W相的基波(正弦波)决定。
在图6中，电压最大相为U相，电压中间相为V相，电压最小相为W相时，电压最小相电流是U相上臂元件导通，V相上臂元件导通，W相下臂元件导通时，流向U相上臂元件的电流通过电动机流向V相上臂元件和W相下臂元件。因此，W相(电压最小相)的电流Iw流向分流电阻225。
此外，电压最大相电流为U相上臂元件导通，V相下臂元件导通，W相下臂元件导通时，流向U相上臂的电流通过电动机流向V相下臂和W相下臂。因此，U相(电压最大相)的电流Iu流向分流电阻225。
图7是电流再现的流动，但是由分流电阻225检测的电流(直流电流Idc)由电流检测电路234放大，取入微型计算机231中。
在微型计算机231中，取入的电流(直流电流Idc)和微型计算机231自身能用PWM(Pulse Width Modulati，脉宽调制)控制的信息(哪相为最大相、中间相、最小相，哪个元件导通的信息)，能把握怎样程度的电流流向哪相。因此，通过连续把握电流，能把握向电动机输出的三相正弦交流电流(电流再现)。
此外，在矢量控制(决定提供给电动机的电压的大小和相位，从而使电动机的转子磁通量和定子电流相位的关系变为扭矩最大的控制)中充分利用电流再现的信息。因此，与用电流传感器检测的电流值的逆变器控制同等的控制成为可能。
参照图8、图9说明本发明的逆变装置的实施例2。图9表示单相输入逆变装置的框图。逆变装置具有第一衬底(金属衬底)220、第二衬底(控制衬底)230。在第一衬底220上安装把单相交流电源251的交流电压变为直流的转换器222a、直流/交流变换器即逆变器221a(变换功率半导体)、改善电源功率因数的有源电路270a、检测流向变换功率半导体的直流电流的分流电阻225、检测从单相交流电源251输入的直流电流的分流电阻272。在安装面的相反面紧贴着铜制或氧化铝制的散热片。在第二衬底230上安装：微型计算机231；处理由分流电阻225检测的检测值的电流检测电路234；处理由分流电阻272检测的检测值的有源用电流检测电路274、使变换功率半导体开关的驱动电路232；使有源功率半导体开关的有源用驱动电路273；进行与循环控制衬底254的通信的通信电路241；对微型计算机231、电流检测电路234、有源用电流检测电路274、驱动电路232、有源用驱动电路273、通信电路241供给控制电源的电源电路233。
来自单相交流电源251的交流电压由转换器222a(桥接多个整流元件222)变为直流，由有源电路270a(在电抗器252尔次一侧(+)线和转换器222a输出一侧(-)线之间配置开关元件270)改善电源功率因数，直流/交流变换器即逆变器221a(把开关元件221三相桥连接的电力变换部件)进行交流频率控制，驱动电动机111。
交流电压在转换器222a中由多个整流元件222整流，通过运转或停止压缩机101的电磁开关253、功率因数改善用电抗器252、有源电路的开关元件270、第一恢复元件271到达平滑用电容器251。
此外，与电磁开关253并联设置冲击抑制电阻244，从而在电源接通时闭合的电磁开关253不会由于流入电容器251的过大冲击电流而熔化。
在逆变器221a中，为了再生开关元件221的开关时产生的来自电动机111的反电动势，设置与开关元件221并联的旁路元件223，都安装在第一衬底220上。
提供给电动机111的电流由分流电阻225作为流向变换功率半导体的直流电流检测，由电流检测电路234放大，取入微型计算机231中，用微型计算机231作为输出到电动机的交流电流再现、监视。
从单相交流电源251输入的电流由有源用分流电阻272作为直流电流检测，由有源用电流检测电路274放大，取入微型计算机231中，用微型计算机231监视。
在微型计算机231和开关元件221之间设置把来自微型计算机231的微弱信号放大到能驱动开关元件221的水平的驱动电路232。在微型计算机231和有源用开关元件270之间设置把来自微型计算机231的微弱信号放大到能驱动开关元件270的水平的有源用驱动电路273。
通信电路241由输入来自循环控制衬底254的信号的接口用连接器242、把输入的信号作为光信号向微型计算机231传递的光电耦合器243构成，在取得电隔离的状态下收发信号。
在第一衬底220中，由转换器222a生成的直流的一部分由设置在第二衬底230上的电源电路233从逆变器221a中使用的高电压调整为5V或15V的控制电源，提供给微型计算机231、电流检测电路234、有源用电流检测电路274、驱动电路232、有源用驱动电路273、通信电路241。
通过在第二衬底(控制衬底)230上设置能变更和固定压缩机的运转频率的频率切换开关235，对运转频率的性能评价成为可能。
在第二衬底(控制衬底)230上配置非易失性存储器，把在第一衬底(金属衬底)220上安装分流电阻225时的检测增益(连接使给定电流流向分流电阻225时通过电流检测电路234取入微型计算机231中的检测值、使0安培流向分流电阻225时通过电流检测电路234取入微型计算机231中的检测值的直线的斜率)的数据、把在第一衬底(金属衬底)220上安装有源用分流电阻272时的检测增益(连接使给定电流流向有源用分流电阻272时通过有源用电流检测电路274取入微型计算机231中的检测值、使0安培流向有源用分流电阻272时通过有源用电流检测电路274取入微型计算机231中的检测值的直线的斜率)的数据存储保持在非易失性存储器236中，抑制分流电阻225和电流检测电路234中的检测偏移、有源用分流电阻272以及有源用电流检测电路274中的检测偏移。

Claims (9)

1.一种冷冻装置，具有具备压缩机的冷冻环路，所述压缩机由通过逆变装置可变控制运转频率的电动机驱动，其特征在于，
所述逆变装置具有：
使来自单相交流电源的交流电压成为直流的转换电路；
直流/交流变换装置即逆变电路；
连接于上述转换电路与上述逆变电路之间，由有源用开关元件构成、改善电源功率因数的有源电路；
检测流向所述逆变电路的开关元件的直流电流的分流电阻；
检测从上述单相交流电源输入的电流的分流电阻；以及
各电流检测电路，将由各上述分流电阻检测出的电流值作为监视信号，分别输出给微型计算机，该监视信号是用于抑制各上述分流电阻的检测增益的数据的检测偏移。
2.根据权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于所述逆变装置具有：
安装有所述分流电阻，在其相反面紧贴着散热片的第一衬底；
具有控制所述开关元件的微型计算机、使所述开关元件进行开/关工作的驱动电路、进行与上级控制衬底的通信的通信电路和接口用连接器、以及对所述微型计算机、所述各电流检测电路、所述驱动电路、所述通信电路供给控制电源的电源电路的第二衬底；以及
覆盖所述第一衬底的侧面，设置有电源输入用和电动机输出用的端子盘的容器；
从所述容器的底面以第一衬底、第二衬底的顺序把第一衬底、第二衬底配置为阶梯状，所述第一衬底、第二衬底由导销彼此连接，在所述第一衬底的功率半导体面上填充有凝胶。
3.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
所述运转频率通过所述接口用连接器向上级控制衬底输出。
4.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
通过所述接口用连接器输入冷冻环路信息，通过所述微型计算机进行冷冻环路的控制，其中该冷冻环路信息包括温度、压力、膨胀阀开度、送风机转速。
5.根据权利要求2所述的冷冻装置，其特征在于：
在所述第二衬底上配置非易失性存储器，在所述非易失性存储器中存储并保持所述分流电阻的检测增益的数据。
6.一种逆变装置，可变控制电动机的运转频率，其特征在于，包括：
使来自单相交流电源的交流电压成为直流的转换电路；
直流/交流变换装置即逆变电路；
连接于上述转换电路与上述逆变电路之间，由有源用开关元件构成、改善电源功率因数的有源电路；
检测流向所述逆变电路的开关元件的直流电流的分流电阻；
检测从上述单相交流电源输入的电流的分流电阻；以及
各电流检测电路，将由各上述分流电阻检测出的电流值作为监视信号，分别输出给微型计算机，该监视信号是用于抑制各上述分流电阻的检测增益的数据的检测偏移。
7.根据权利要求6所述的逆变装置，其特征在于包括：
安装有所述分流电阻，在其相反面紧贴着散热片的第一衬底；
具有控制所述开关元件的微型计算机、使所述开关元件进行开/关工作的驱动电路、进行与上级控制衬底的通信的通信电路和接口用连接器、以及对所述微型计算机、所述各电流检测电路、所述驱动电路、所述通信电路供给控制电源的电源电路的第二衬底；以及
覆盖所述第一衬底的侧面，设置有电源输入用和电动机输出用的端子盘的容器；
从所述容器的底面以第一衬底、第二衬底的顺序把第一衬底、第二衬底配置为阶梯状，所述第一衬底、第二衬底由导销彼此连接，在所述第一衬底的功率半导体面上填充有凝胶。
8.根据权利要求7所述的逆变装置，其特征在于：
在所述第二衬底上设置能变更或固定所述压缩机的运转频率的频率切换机构。
9.根据权利要求7所述的逆变装置，其特征在于：
在所述第二衬底上配置非易失性存储器，在所述非易失性存储器中存储并保持所述分流电阻的检测增益的数据。
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