JP2002101691A

JP2002101691A - 圧縮機制御装置

Info

Publication number: JP2002101691A
Application number: JP2000289256A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Mineshima; 一朗峰島; Isao Kawasaki; 功川崎; Yuichi Itoi; 裕一糸井; Takahiro Ishigami; 貴裕石上; Masato Mori; 真人森; Hitoshi Tanifuji; 仁谷藤; Yoshihiro Iwasaki; 善宏岩崎; Yoshihiko Yoshikawa; 芳彦吉川; Hiroaki Suzuki; 宏昭鈴木; Makoto Tanigawa; 誠谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP3650012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮機の高効率運転および高回転を実現する
とともに、最大能力を向上させることが可能な圧縮機制
御回路を得ること。【解決手段】永久磁石を有する回転子と複数相の巻線
を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する構成とし
て、たとえば、商用電源からの入力を直流電圧（母線電
圧）に変換するコンバータ回路２と、前記直流電圧を交
流電圧に変換して前記圧縮機を駆動するインバータ回路
３と、前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を
検出する電圧検出部８と、前記母線電圧の１／２に対応
する電圧値を中心とした振幅を持つ方形波の基準信号を
発生する基準信号発生部９ａと、前記圧縮機の回転位置
を検出するために、前記検出した端子電圧と前記基準信
号とを比較する比較部１０と、前記比較結果として得ら
れた比較信号に応じて、前記圧縮機を駆動するための駆
動信号を生成するインバータ制御部１１ａと、を備える
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機に用い
られる圧縮機制御装置に関するものであり、特に、永久
磁石を有する回転子と複数相の巻線を有する固定子とを
備える圧縮機を、前記複数相の巻線に発生する端子電圧
に基づく比較信号により駆動する圧縮機制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の圧縮機制御装置について説
明する。図１１は、インバータ制御装置を搭載した、従
来の冷凍サイクルの圧縮機制御装置の構成を示す図であ
る。図１１において、１は商用電源であり、２は商用電
源１を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換するコンバー
タ回路（交流直流変換器）であり、３は直流を交流に変
換するインバータ回路（直流交流変換器）であり、４
は、回転子およびＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を持つ固定子
を備えたＤＣブラシレスモータ、および圧縮要素、で構
成され、この構成を用いて冷凍サイクル（冷媒を加圧し
循環させる処理）を実行する圧縮機であり、５は冷媒と
室外空気の熱交換を行う室外熱交換器であり、６は冷媒
の絞り量を調整する電磁膨張弁であり、７は冷媒と室内
空気の熱交換を行う室内熱交換器であり、８は圧縮機４
の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを
検出する電圧検出部であり、９は母線電圧Ｖｄｃの２分
の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧値である基準信号を
生成する基準信号発生部であり、１０は基準信号と端子
電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとを比較して比較信号を得る比較
部であり、１１は比較信号をもとに圧縮機の回転速度を
算出してインバータ駆動信号を出力するインバータ制御
部である。

【０００３】つぎに、上記圧縮機制御装置の動作につい
て説明する。まず、コンバータ回路２が、商用電源１か
ら得られる交流電圧を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変
換する。つぎに、インバータ回路３が、インバータ制御
部１１からのインバータ駆動信号にしたがって、コンバ
ータ回路２の出力する母線電圧Ｖｄｃから任意電圧を出
力し、圧縮機４を運転する。

【０００４】圧縮機４の運転が開始されると、冷媒が高
温高圧に圧縮され、配管を通って室外熱交換器５を流れ
る。ここで、室外熱交換器５が、室外空気との熱交換を
行い、冷媒を冷却する。つぎに、冷却された冷媒は、電
磁膨張弁６で絞られ、さらに、低圧となって室内熱交換
器７に流れ、ここで、室内熱交換器７が、室内空気との
熱交換を行い、室内空気を冷却する。

【０００５】つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法につ
いて説明する。図１２は、基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘
起電圧のゼロクロスポイントを示す図である。比較部１
０には、電圧検出部８で検出された圧縮機４のＵ相，Ｖ
相，Ｗ相の各相端子電圧が随時入力される。そして、図
１２に示すように、この端子電圧に現れるＵ相、Ｖ相、
Ｗ相の巻線の誘起電圧と基準信号（Ｖｄｃ／２）とを比
較する。この基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差
する時点をゼロクロスポイントといい、ゼロクロスポイ
ントは、圧縮機回転子の回転位置と対応している。その
ため、ゼロクロスポイントを回転位置検出タイミングと
して利用でき、このゼロクロスポイントで比較部１０の
出力する比較信号のレベルが変化する。インバータ制御
部１１では、この比較信号のレベル変化により、圧縮機
４の回転位置を検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記、
従来の圧縮機制御装置においては、以下に示すような問
題点があった。

【０００７】たとえば、ＤＣブラシレスモータを備えた
圧縮機の特性として、印加する電圧によって回転速度が
一義的に定まるため、圧縮機の回転数は、母線電圧Ｖｄ
ｃと、インバータ回路の出力する印加電圧のＰＷＭデュ
ーティ比と、圧縮負荷トルクによって定まる。また、空
気調和機の母線電圧Ｖｄｃは、商用電源電圧および素子
の耐圧等により上限が定まるため、ＰＷＭデューティ比
が飽和した場合には、それ以上圧縮機の回転速度を上昇
させることはできない。

【０００８】圧縮機の中には、高効率かつ高回転で駆動
するために、インバータ印加電圧位相を圧縮機の誘起電
圧位相より進めた位置で通電することが必要な圧縮機が
存在する。しかしながら、圧縮機の回転位置は、図１２
に示すとおりに、巻線に通電が行われていない通電休止
区間内に現れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の誘起電圧を観測し、
そのゼロクロスポイントから判断されため、この方法で
は、ゼロクロスポイントよりも転流タイミングを早める
ことができない、という問題があった。

【０００９】また、ゼロクロスポイントが通電休止区間
外に存在するときは、圧縮機の回転位置を検出できない
ため、ゼロクロスポイントは、常に通電休止区間内に存
在しなければならない。そのため、インバータ印加電圧
位相を、ゼロクロスポイントを超えて進めることができ
ない、という問題があった。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、インバータ印加電圧位相をゼロクロスポイントよ
り進めることよって圧縮機の高効率運転および高回転を
実現するとともに、最大能力を向上させることが可能な
圧縮機制御回路を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明にかかる圧縮機制御装置
にあっては、永久磁石を有する回転子と複数相の巻線を
有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する構成として、
たとえば、商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）
に変換する電圧変換手段（後述する実施の形態のコンバ
ータ回路２に相当）と、前記直流電圧を交流電圧に変換
して前記圧縮機を駆動する圧縮機駆動手段（インバータ
回路３に相当）と、前記複数相の巻線に発生する電圧
（端子電圧）を検出する電圧検出手段（電圧検出部８に
相当）と、前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中
心とした振幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信
号発生手段（基準信号発生部９ａに相当）と、前記圧縮
機の回転位置を検出するために、前記検出した端子電圧
と前記基準信号とを比較する比較手段（比較部１０に相
当）と、前記比較結果として得られた比較信号に応じ
て、前記圧縮機を駆動するための駆動信号を生成する制
御手段（インバータ制御部１１ａに相当）と、を備える
ことを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、インバータ印加電圧の
位相を、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交
差する時点（ゼロクロスポイント）より進めることがで
きる。

【００１３】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複数相の巻線に
発生する端子電圧を個別に検出することを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、圧縮機の複数相の巻線
に発生する端子電圧を個別に検出し、従来の基準信号
（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点よりも転流タ
イミングを進める。

【００１５】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記基準信号発生手段は、前記制御手段がパルス幅
変調方式を採用する場合、ＰＷＭデューティ比（振幅を
変化させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化
させることを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、ＰＷＭデューティ比に
応じて基準信号の振幅を変化させることで、ＰＷＭデュ
ーティ比に対する最適なタイミングで転流を行う。

【００１７】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記基準信号発生手段は、前記インバータの出力周
波数（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号
の振幅を変化させることを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、インバータの出力周波
数に応じて基準信号の振幅を変化させることで、インバ
ータの出力周波数に対する最適なタイミングで転流を行
う。

【００１９】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記比較信号に基づいて前記圧縮機の回転速度を検
出する場合、前記基準信号発生手段は、当該圧縮機の回
転速度（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信
号の振幅を変化させることを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、圧縮機の回転速度に応
じて基準信号の振幅を変化させることで、圧縮機の回転
速度に対する最適なタイミングで転流を行う。

【００２１】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記圧縮機駆動手段の入力電流を検出する場合、前
記基準信号発生手段は、前記圧縮機駆動手段の入力電流
（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振
幅を変化させることを特徴とする。

【００２２】この発明によれば、圧縮機駆動手段の入力
電流に応じて基準信号の振幅を変化させることで、圧縮
機駆動手段の入力電流に対する最適なタイミングで転流
を行う。

【００２３】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、空気調和機の入力電流を検出する場合、前記基準信
号発生手段は、前記空気調和機の入力電流（振幅を変化
させるための条件）に応じて基準信号の振幅を変化させ
ることを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、空気調和機の入力電流
に応じて基準信号の振幅を変化させることで、空気調和
機の入力電流に対する最適なタイミングで転流を行う。

【００２５】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記基準信号発生手段は、前記振幅を変化させるた
めの条件が所定値以上となった場合に、前記基準信号の
振幅を変化させることを特徴とする。

【００２６】この発明によれば、振幅を変化させるため
の条件が所定値以上となった場合に基準信号の振幅を変
化させることで、振幅を変化させるための条件に対する
最適なタイミングで転流を行う。

【００２７】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記基準信号発生手段は、前記振幅を変化させるた
めの条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前
記母線電圧の１／２の電圧値から、前記方形波に切り替
えることを特徴とする。

【００２８】この発明によれば、振幅を変化させるため
の条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前記
母線電圧の１／２の電圧値から前記方形波に切り替える
ことにより、最適なタイミングで転流を行う。

【００２９】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置におい
て、前記電圧検出手段（電圧検出部８ａに相当）は、前
記圧縮機の複数相の巻線に発生する端子電圧を合成し、
当該合成電圧を検出することを特徴とする。

【００３０】この発明によれば、たとえば、圧縮機のＵ
相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを合成電圧
Ｖ_UVWに合成することで、回路素子数を抑える。

【００３１】つぎの発明にかかる圧縮機制御装置にあっ
ては、前記基準信号を、前記母線電圧の１／２より高い
一定の電圧値からなる第１の基準信号と、前記母線電圧
の１／２より低い一定の電圧値からなる第２の基準信号
と、で構成することを特徴とする。

【００３２】この発明によれば、基準信号を、方形波で
はなく、電圧値Ｖｄｃ／２より高い電圧値の第１の基準
信号および電圧値Ｖｄｃ／２より低い電圧値の第２の基
準信号とすることで、インバータ印加電圧の位相を従来
の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点よ
り進める。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる圧縮機制
御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるもの
ではない。

【００３４】実施の形態１．図１は、本発明にかかる圧
縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態１の構成
を示す図である。図１において、１は商用電源であり、
２は商用電源１を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変換す
るコンバータ回路（交流直流変換器）であり、３は直流
を交流に変換するインバータ回路（直流交流変換器）で
あり、４は、回転子およびＵ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線を持
つ固定子を備えたＤＣブラシレスモータ、および圧縮要
素、で構成され、この構成を用いて冷凍サイクル（冷媒
を加圧し循環させる処理）を実行する圧縮機であり、５
は冷媒と室外空気の熱交換を行う室外熱交換器であり、
６は冷媒の絞り量を調整する電磁膨張弁であり、７は冷
媒と室内空気の熱交換を行う室内熱交換器であり、８は
圧縮機４の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖ
ｖ，Ｖｗを検出する電圧検出部であり、９ａは内部で生
成した方形波と母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対
応する電圧とを重畳して基準信号を生成する基準信号発
生部であり、１０は基準信号と端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖ
ｗとを比較して比較信号を得る比較部であり、１１ａは
比較信号をもとに圧縮機の回転速度を算出してインバー
タ駆動信号を出力し、さらに基準信号発生部９ａに通電
モード情報と基準信号振幅ΔＶｔｈとを出力するインバ
ータ制御部である。

【００３５】本実施の形態では、コンバータ回路２とイ
ンバータ回路３と電圧検出部８と基準信号発生部９ａと
比較部１０とインバータ制御部１１ａで、圧縮機制御装
置を構成する。

【００３６】また、上記インバータ回路３において、１
２，１３，１４は上アームスイッチング素子であり、１
３，１４，１５は下アームスイッチング素子である。

【００３７】つぎに、上記空気調和機の基本動作につい
て説明する。まず、コンバータ回路２が、商用電源１か
ら得られる交流電圧を直流電圧（母線電圧Ｖｄｃ）に変
換する。つぎに、インバータ回路３が、制御部１１ａか
らのインバータ駆動信号にしたがって、コンバータ回路
２の出力する母線電圧Ｖｄｃから任意電圧を出力し、圧
縮機４を運転する。圧縮機４が運転されると、冷媒が高
温高圧に圧縮され、配管を通って室外熱交換器５を流れ
る。ここで、室外熱交換器５が、室外空気との熱交換を
行い、冷媒を冷却する。つぎに、冷却された冷媒は、電
磁膨張弁６で絞られさらに、低圧となって室内熱交換器
７に流れ、ここで、室内熱交換器７が、室内空気との熱
交換を行い、室内空気を冷却する。

【００３８】つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法につ
いて説明する。図１中のインバータ制御部１１ａでは、
インバータ回路３に対してインバータ駆動信号を出力す
ると同時に、基準信号発生部９ａに対して通電モード情
報を出力する。通電モード情報とは、インバータ回路３
から圧縮機４内のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相巻線にどのよ
うな交流電流が出力されているかを表すものである。

【００３９】ここで、上記通電モード情報について説明
する。図２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧と通電モー
ドとの関係を示す図である。たとえば、３相ＤＣブラシ
レスモータの場合、上アームスイッチング素子１２〜１
４のいずれか１つがオンするとともに、下アームスイッ
チング素子１５〜１７の上アームスイッチング素子とは
異なる相の１つがオンをする。そして、各スイッチング
素子１２〜１７が、１２０ [deg]オン→２４０[deg]オ
フのオンオフ周期で制御される。これにより、圧縮機４
の巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相が、互いに１２０[deg]の位相
差をもって順次繰り返し通電／駆動され、図２に示した
ような端子電圧波形が現れる。すなわち、１周期３６０
[deg] 内に６０[deg]毎に異なった６つの通電モードが
あることになる。

【００４０】つぎに、基準信号発生部９ａでは、インバ
ータ制御部１１ａからの通電モード情報に基づいて、図
２に示すように、通電モードが奇数の時は方形波Ｈｉｇ
ｈ、通電モードが偶数の時は方形波Ｌｏｗとなるよう
に、方形波の交流電圧パターンが作成される。この方形
波は、誘起電圧が立ち上がるときにＬｏｗレベル、立ち
下がるときにＨｉｇｈレベル、となるように作成され
る。次にこの方形波を用いて作成された基準信号につい
て図３を用いて説明する。

【００４１】図３は、基準信号と端子電圧波形とを示す
図である。基準信号発生部９ａでは、作成した方形波の
交流電圧パターンを、母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／
２）に対応する電圧と重畳し、方形波の振幅の中心値が
母線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧にな
るように、基準信号を生成する。

【００４２】比較部１０では、電圧検出部８で検出され
た圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を随時受け取
り、この誘起電圧と基準信号とを、図３のように比較す
る。ここでは、この端子電圧に現れるＵ相，Ｖ相，Ｗ相
の巻線の誘起電圧と基準信号とが交差する時点（ゼロク
ロスポイント）で、比較信号のＨｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転
する。その結果、従来のように母線電圧の１／２（Ｖｄ
ｃ／２）に対応する基準信号で誘起電圧と比較した場合
よりも、本実施の形態のように方形波の基準信号を用い
て比較した方が、ゼロクロスポイントが時間的にΔｔだ
け早いことがわかる（図３の拡大図参照）。このゼロク
ロスポイントは、圧縮機回転子の回転位置と対応した位
置検出タイミングであるため、比較部１０では、このタ
イミングに基づいて生成された比較信号を、インバータ
制御部１１ａに対して出力する。

【００４３】また、図３の拡大図から、基準信号振幅Δ
Ｖｔｈを制御することによって、Δｔを制御できること
もわかる。そこで、本実施の形態においては、インバー
タ制御部１１ａが、圧縮機４の回転速度に応じて運転効
率が最大となるように、あらかじめ記憶している基準信
号振幅ΔＶｔｈを、基準信号発生部９ａに対して出力
し、Δｔを制御する。

【００４４】このように、本実施の形態の圧縮機制御装
置では、図３のように、基準信号を方形波にすることに
より、誘起電圧とＶｄｃ／２との交点よりもΔｔだけゼ
ロクロスポイントを進めることができ、この進んだ時間
分だけ、転流開始タイミングを進めることができる。ま
た、基準信号の振幅ΔＶｔｈを変化させることで、より
広い範囲でゼロクロスポイントを制御することができ
る。すなわち、図３中のａ点−ｂ点の間であれば、自由
にゼロクロスポイントを制御することができる。

【００４５】したがって、本実施の形態の圧縮機制御装
置では、誘起電圧とＶｄｃ／２との交点より位相を進め
たインバータ印加電圧を、圧縮機４の固定子に印加でき
る。

【００４６】その結果、圧縮機４では、巻線に流れる電
流の位相がすすみ、同時に固定子が発生する磁束も進み
位相となり、さらに、磁束の進み成分が回転子の永久磁
石の磁束を弱めるように作用し、固定子巻線に誘起され
る誘起電圧が減少する。そして、誘起電圧が減少した分
だけ、トルクを発生するために用いられる電圧が増加
し、回転速度が加速することとなる。

【００４７】このように、本実施の形態においては、イ
ンバータ印加電圧位相を従来のゼロクロスポイントより
進める構成としたため、圧縮機の高速回転範囲の拡大お
よび運転効率の改善を実現でき、ひいては空気調和機の
高性能化かつ高効率化を実現できる。

【００４８】実施の形態２．図４は、本発明にかかる圧
縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態２の構成
を示す図である。図４において、１８は、母線電圧Ｖｄ
ｃの電圧値を検出し、後述するインバータ制御部１１ｂ
へ母線電圧値を出力する母線電圧検出部であり、１１ｂ
は、比較信号から算出された圧縮機回転速度と母線電圧
検出部１８から得られた母線電圧値からインバータ駆動
信号を出力し、それと同時に、基準信号発生部９ａに通
電モード情報と基準信号振幅ΔＶｔｈとを出力するイン
バータ制御部である。なお、前述の実施の形態１と同様
の構成については、同一の符号を付してその説明を省略
する。また、上記空気調和機の基本動作についても前述
の実施の形態１と同様のためその説明を省略する。

【００４９】本実施の形態では、コンバータ回路２とイ
ンバータ回路３と電圧検出部８と基準信号発生部９ａと
比較部１０とインバータ制御部１１ｂと母線電圧検出部
１８で、圧縮機制御装置を構成する。

【００５０】また、図５は、上記インバータ制御部１１
ｂの構成を示す図である。図５において、２１は比較部
８の出力する比較信号から圧縮機４内の回転子位置を認
識し、位置信号θを出力する位置検出部であり、２２は
比較部８の出力する比較信号から圧縮機４の回転速度を
検出し、速度信号ｆを出力する速度検出部であり、２３
は母線電圧検出部１８の出力する母線電圧値と速度検出
部２２の出力する速度信号をもとに、ＰＷＭ（パルス幅
変調方式）デューティ比と基準信号の振幅変化量ΔＶｔ
ｈとを生成／出力する演算部であり、２４は演算部２３
の出力するＰＷＭデューティ比と位置検出部２１の出力
する位置信号θをもとに、インバータ駆動信号と通電モ
ード情報とを生成／出力する駆動信号発生部である。

【００５１】つぎに、圧縮機４の回転位置検出方法につ
いて説明する。まず、母線電圧検出部１８では、母線電
圧Ｖｄｃを受け取り、検出した母線電圧値をインバータ
制御部１１ｂに対して出力する。また、基準信号発生部
９ａでは、基準信号を得るために母線電圧値を受け取
る。

【００５２】比較部１０では、電圧検出部８で検出され
た圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，
Ｖｗを随時受け取り、この誘起電圧と基準信号発生部９
ａから出力された基準信号とを図３のように比較し、そ
の結果である比較信号をインバータ制御部１１ｂに対し
て出力する。

【００５３】インバータ制御部１１ｂでは、受け取った
比較信号と母線電圧値に基づいて、インバータ駆動信号
と通電モード情報とを生成し、当該インバータ駆動信号
をインバータ回路３内のスイッチング素子に対して出力
し、通電モード情報を基準信号発生部９ａに対して出力
する。なお、インバータ制御部１１ｂ内部で計算された
ＰＷＭデューティ比が９０％を超える場合には、後述す
る基準信号の振幅ΔＶｔｈを基準信号発生部９ａに対し
て出力する。

【００５４】基準信号発生部９ａでは、図２に示すよう
に、インバータ制御部１１ｂからの通電モード情報に基
づいて、通電モードが奇数のときに方形波Ｈｉｇｈ、通
電モードが偶数のときに方形波Ｌｏｗとなるように、方
形波の交流電圧パターンを作成する。そして、基準信号
発生部９ａでは、この方形波と電圧Ｖｄｃ／２とを重畳
し、基準信号を生成する。なお、上記インバータ制御部
１１ｂから振幅ΔＶｔｈを受け取った場合には、振幅Δ
Ｖｔｈの基準信号を生成する。

【００５５】比較部１０では、受け取った基準信号と誘
起電圧とを比較し、前述の実施の形態と同様の処理で比
較信号を生成し、当該比較信号をインバータ制御部１１
ｂに対して出力する。

【００５６】つぎに、インバータ制御部１１ｂの動作に
ついて説明する。まず、位置検出部２１では、比較部７
から得られる比較信号に基づいて、圧縮機４の回転子の
現在位置を確定し、駆動信号発生部２４に対して位置信
号θを出力する。また、速度検出部２２では、比較部７
から得られる比較信号に基づいて、圧縮機回転速度ｆを
算出し、演算部２３に対して圧縮機回転速度を出力す
る。

【００５７】演算部２３では、母線電圧検出部１８から
得られた母線電圧値と圧縮機回転速度ｆに基づいて、目
標の圧縮機回転速度を実現するために必要な印加電圧を
算出する。そして、算出された必要電圧からＰＷＭデュ
ーティ比を計算し、駆動信号発生手段２４に対して出力
する。ただし、計算されたＰＷＭデューティ比が９０％
を超えていた場合には、当該ＰＷＭデューティ比に応じ
てあらかじめ設定しておいた基準信号の振幅ΔＶｔｈ
を、基準信号発生部９ａに対して出力する。

【００５８】駆動信号発生部２４では、受け取った位置
信号θとＰＷＭデューティ比に基づいて駆動信号を生成
し、インバータ回路３に対して出力する。また、同時
に、通電モード情報を生成し、基準信号発生部９ａに対
して出力する。

【００５９】このように、本実施の形態においては、前
記インバータ回路の出力電圧を制御するインバータ制御
部１１ｂがパルス幅変調方式（ＰＷＭ）を採用する場合
に、ＰＷＭデューティ比に応じて基準信号の振幅を変化
させる構成としたため、ＰＷＭデューティ比に対する最
適なタイミングで転流が行える。これにより、圧縮機の
高回転化および高効率化を実現でき、さらには空気調和
機の能力を改善することができる。

【００６０】なお、本実施の形態においては、ＰＷＭデ
ューティ比を用いて振幅ΔＶｔｈを定めているが、ＰＷ
Ｍデューティ比の代わりに、たとえば、インバータ回路
３の出力周波数、圧縮機４の回転速度、インバータ回路
３の入力電流、または空気調和機の入力電流を用いて、
振幅ΔＶｔｈを定めることとしてもよい。

【００６１】また、本実施の形態においては、上記イン
バータの出力周波数、ＤＣブラシレスモータの回転速
度、インバータの入力電流、または空気調和機の入力電
流が、所定値以上となった場合に、上記基準信号の振幅
を変化させることとしてもよい。

【００６２】また、上記ＰＷＭデューティ比、インバー
タの出力周波数、ＤＣブラシレスモータの回転速度、イ
ンバータの入力電流、または空気調和機の入力電流が、
所定値以上となった場合に、たとえば、電圧値Ｖｄｃ／
２に対応する基準信号から、上記方形波の基準信号に変
更することとしてもよい。

【００６３】実施の形態３．図６は、本発明にかかる圧
縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態３の構成
を示す図である。図６において、８ａは圧縮機４の巻線
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を合成した合成電圧Ｖ_UVW
を検出する電圧検出部であり、１０ａは基準信号と合成
電圧Ｖ_UVWとを比較して比較信号を得る比較部である。
なお、前述の実施の形態１と同様の構成については、同
一の符号を付してその説明を省略する。また、上記空気
調和機の基本動作についても前述の実施の形態１および
２と同様のためその説明を省略する。

【００６４】本実施の形態では、コンバータ回路２とイ
ンバータ回路３と電圧検出部８ａと基準信号発生部９ａ
と比較部１０ａとインバータ制御部１１ａで、圧縮機制
御装置を構成する。

【００６５】以下、前述までの実施の形態と異なる部分
について説明する。まず、誘起電圧の検出方法について
説明する。図７は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧とその
合成電圧Ｖ_UVWとの関係を示す図である。電圧検出部８
ａでは、圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，
Ｖｖ，Ｖｗを随時受け取る。そして、本実施の形態にお
いては、ここでＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧を一つの波
形に合成する。その合成波形が図示の合成電圧Ｖ_UVWに
相当する。端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと合成電圧Ｖ_UVW
を比較すると、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れている
誘起電圧波形が、合成電圧Ｖ_UVWにも現れており、この
合成電圧Ｖ_UVWを用いた場合においても、前述同様、誘
起電圧を観測できることがわかる。

【００６６】つぎに、合成電圧Ｖ_UVWと基準信号との比
較方法について説明する。図８は、基準信号と合成電圧
Ｖ_UVWのゼロクロスポイントを示す図である。比較部１
０ａでは、合成電圧Ｖ_UVWと基準信号発生部９ａから出
力された基準信号とを図８のように比較する。ここで
は、端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れる誘起電圧が、合
成電圧Ｖ_UVWにも同様に現れていることから、基準信号
とのゼロクロスポイントを位置検出タイミングとするこ
とができる。また、比較信号は、前述同様、ゼロクロス
ポイントでＨｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転するようになってい
る。

【００６７】このように、本実施の形態においては、前
述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さ
らに、圧縮機４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖ
ｖ，Ｖｗを合成電圧Ｖ_UVWに合成する構成としたため、
回路素子数が抑えられ、低コスト化が実現できる。

【００６８】なお、上記の説明では、実施の形態１の構
成に電圧検出部８ａおよび比較部１０ａを適用した場合
について説明したが、これに限らず、本実施の形態の特
徴となる電圧検出部８ａおよび比較部１０ａについて
は、実施の形態２の構成にも適用可能である。この場
合、実施の形態２の電圧検出部８と本実施の形態の電圧
検出部８ａを置き換え、さらに、実施の形態２の比較部
１０と本実施の形態の比較部１０ａを置き換える。

【００６９】実施の形態４．図９は、本発明にかかる圧
縮機制御装置を持つ空気調和機の、実施の形態４の構成
を示す図である。図９において、９ｂはＶｄｃ／２より
高い一定電圧値をもつ第１の基準信号とＶｄｃ／２より
低い一定電圧値をもつ第２の基準信号とを生成する基準
信号発生部であり、１０ｂは前記第１および第２の基準
信号と合成電圧Ｖ_UVWとを比較して比較信号を得る比較
部である。なお、前述の実施の形態１、２または３と同
様の構成については、同一の符号を付してその説明を省
略する。また、上記空気調和機の基本動作についても前
述の実施の形態１と同様のためその説明を省略する。ま
た、本実施の形態の特徴的な構成については、前述のす
べての実施の形態に適用可能である。

【００７０】本実施の形態では、コンバータ回路２とイ
ンバータ回路３と電圧検出部８ａと基準信号発生部９ｂ
と比較部１０ａとインバータ制御部１１ａで、圧縮機制
御装置を構成する。

【００７１】以下、前述までの実施の形態と異なる部分
について説明する。ここでは、前述の実施の形態１〜３
と異なる基準信号について説明する。図１０は、第１お
よび第２の基準信号と合成電圧Ｖ_UVWとの関係を示す図
である。基準信号発生部９ｂでは、基準信号として、前
述までの実施の形態の方形波の代わりに、第１および第
２の基準信号を作成する。第１と第２の基準電圧は、母
線電圧の２分の１（Ｖｄｃ／２）に対応する電圧値から
等電位だけ高低に異なった値をもつ。すなわち、基準信
号発生部９ｂでは、電圧値Ｖｄｃ／２よりΔｖｔｈだけ
高い第１の基準信号と、電圧値Ｖｄｃ／２よりΔｖｔｈ
だけ低い第２の基準信号を生成する。

【００７２】また、比較部１０ｂでは、電圧検出部８ａ
にて合成された合成電圧Ｖ_UVWと、上記第１および第２
の基準信号と、を比較し、比較信号を出力する。ただ
し、比較信号は、合成電圧Ｖ_UVWに現れるＵ相，Ｖ相，
Ｗ相の巻線の誘起電圧と、第１および第２の基準信号
と、が最初に交差する時点（ゼロクロスポイント）で、
Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗが逆転する。すなわち、誘起電圧が立
ち下がるときは第１の基準信号との交差する時点、立ち
上がるときは第２の基準信号との交差する時点、をゼロ
クロスポイントとする。

【００７３】このように、本実施の形態においては、基
準信号を、前述までの方形波ではなく、電圧値Ｖｄｃ／
２より高い電圧値の第１の基準信号および電圧値Ｖｄｃ
／２より低い電圧値の第２の基準信号を用いたが、ここ
でも、誘起電圧と電圧値Ｖｄｃ／２との交点よりも転流
タイミングを進めることができるため、実施の形態１〜
３と同様の効果を得ることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、インバータ印加電圧の位相を、従来の基準信号（Ｖ
ｄｃ／２）と誘起電圧の交差する時点（ゼロクロスポイ
ント）より進める構成としたため、圧縮機の高速回転範
囲の拡大および運転効率の改善を実現することができ、
ひいては空気調和機の高性能化かつ高効率化を実現する
ことが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、とい
う効果を奏する。

【００７５】つぎの発明によれば、圧縮機の複数相の巻
線に発生する端子電圧を個別に検出する構成とした。こ
れにより、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の
交差する時点よりも転流タイミングを進めることができ
るため、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さ
らには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機
制御装置を得ることができる、という効果を奏する。

【００７６】つぎの発明によれば、ＰＷＭデューティ比
に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これ
により、ＰＷＭデューティ比に対する最適なタイミング
で転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転で
き、さらには空気調和機の能力を改善することが可能な
圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を奏す
る。

【００７７】つぎの発明によれば、インバータの出力周
波数に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。
これにより、インバータの出力周波数に対する最適なタ
イミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率
に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善すること
が可能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効
果を奏する。

【００７８】つぎの発明によれば、圧縮機の回転速度に
応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。これに
より、圧縮機の回転速度に対する最適なタイミングで転
流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、
さらには空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮
機制御装置を得ることができる、という効果を奏する。

【００７９】つぎの発明によれば、圧縮機駆動手段の入
力電流に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とし
た。これにより、圧縮機駆動手段の入力電流に対する最
適なタイミングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ
高効率に運転でき、さらには空気調和機の能力を改善す
ることが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、と
いう効果を奏する。

【００８０】つぎの発明によれば、空気調和機の入力電
流に応じて基準信号の振幅を変化させる構成とした。こ
れにより、空気調和機の入力電流に対する最適なタイミ
ングで転流が行え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運
転でき、さらには空気調和機の能力を改善することが可
能な圧縮機制御装置を得ることができる、という効果を
奏する。

【００８１】つぎの発明によれば、振幅を変化させるた
めの条件が所定値以上となった場合に、前記基準信号の
振幅を変化させる構成とした。これにより、振幅を変化
させるための条件に対する最適なタイミングで転流が行
え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらに
は空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御
装置を得ることができる、という効果を奏する。

【００８２】つぎの発明によれば、振幅を変化させるた
めの条件が所定値以上となった場合に、基準信号を、前
記母線電圧の１／２の電圧値から、方形波に切り替える
構成とした。これにより、最適なタイミングで転流が行
え、圧縮機をより高回転かつ高効率に運転でき、さらに
は空気調和機の能力を改善することが可能な圧縮機制御
装置を得ることができる、という効果を奏する。

【００８３】つぎの発明によれば、たとえば、圧縮機の
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを合成電
圧Ｖ_UVWに合成する構成とした。これにより、回路素子
数を抑え、低コスト化を実現することが可能な圧縮機制
御装置を得ることができる、という効果を奏する。

【００８４】つぎの発明によれば、基準信号を、方形波
ではなく、電圧値Ｖｄｃ／２より高い電圧値の第１の基
準信号および電圧値Ｖｄｃ／２より低い電圧値の第２の
基準信号とした。これにより、インバータ印加電圧の位
相を、従来の基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧の交差
する時点より進めることができるため、圧縮機の高速回
転範囲の拡大および運転効率の改善を実現することがで
き、ひいては空気調和機の高性能化かつ高効率化を実現
することが可能な圧縮機制御装置を得ることができる、
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調
和機の実施の形態１の構成を示す図である。

【図２】Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧と通電モードと
の関係を示す図である。

【図３】基準信号と端子電圧波形とを示す図である。

【図４】本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調
和機の実施の形態２の構成を示す図である。

【図５】インバータ制御部の構成を示す図である。

【図６】本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調
和機の実施の形態３の構成を示す図である。

【図７】Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子電圧とその合成電圧
Ｖ_UVWとの関係を示す図である。

【図８】基準信号と合成電圧Ｖ_UVWのゼロクロスポイ
ントを示す図である。

【図９】本発明にかかる圧縮機制御装置を持つ空気調
和機の実施の形態４の構成を示す図である。

【図１０】第１および第２の基準信号と合成電圧Ｖ
_UVWとの関係を示す図である。

【図１１】従来の圧縮機制御装置の構成を示す図であ
る。

【図１２】基準信号（Ｖｄｃ／２）と誘起電圧のゼロ
クロスポイントを示す図である。

【符号の説明】

１商用電源、２コンバータ回路、３インバータ回
路、４圧縮機、５室外熱交換器、６電磁膨張弁、７
室内熱交換器、８，８ａ電圧検出部、９ａ、９ｂ
基準信号発生部、１０，１０ａ，１０ｂ比較部、１１
ａ，１１ｂインバータ制御部、１８母線電圧検出部、
２１位置検出部、２２速度検出部、２３演算部、
２４駆動信号発生部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｐ 6/08 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ａ (72)発明者糸井裕一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者石上貴裕東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者森真人東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者谷藤仁東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者岩崎善宏東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者吉川芳彦東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者鈴木宏昭東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者谷川誠東京都千代田区大手町二丁目６番２号三菱電機エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3H021 AA01 BA11 BA13 BA20 CA04 CA07 DA04 DA06 DA07 EA05 EA07 EA08 3H045 AA02 AA09 AA12 AA27 BA28 BA31 BA33 CA09 CA21 DA05 DA07 DA08 EA17 EA20 EA34 5H560 AA02 BB04 BB12 DA13 DB20 DC01 DC13 EB01 RR04 RR05 SS07 TT07 UA02 XA12 XA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を有する回転子と複数相の巻線
を有する固定子とを備えた圧縮機を駆動する圧縮機制御
装置において、商用電源からの入力を直流電圧（母線電圧）に変換する
電圧変換手段と、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記圧縮機を駆動す
る圧縮機駆動手段と、前記複数相の巻線に発生する電圧（端子電圧）を検出す
る電圧検出手段と、前記母線電圧の１／２に対応する電圧値を中心とした振
幅を持つ方形波の基準信号を発生する基準信号発生手段
と、前記圧縮機の回転位置を検出するために、前記検出した
端子電圧と前記基準信号とを比較する比較手段と、前記比較結果として得られた比較信号に応じて、前記圧
縮機を駆動するための駆動信号を生成する制御手段と、を備えることを特徴とする圧縮機制御装置。
【請求項２】前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複数
相の巻線に発生する端子電圧を個別に検出することを特
徴とする請求項１に記載の圧縮機制御装置。
【請求項３】前記基準信号発生手段は、前記制御手段
がパルス幅変調方式を採用する場合、ＰＷＭデューティ
比（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の
振幅を変化させることを特徴とする請求項１または２に
記載の圧縮機制御装置。
【請求項４】前記基準信号発生手段は、前記インバー
タの出力周波数（振幅を変化させるための条件）に応じ
て基準信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項
１または２に記載の圧縮機制御装置。
【請求項５】前記比較信号に基づいて前記圧縮機の回
転速度を検出する場合、前記基準信号発生手段は、当該
圧縮機の回転速度（振幅を変化させるための条件）に応
じて基準信号の振幅を変化させることを特徴とする請求
項１または２に記載の圧縮機制御装置。
【請求項６】前記圧縮機駆動手段の入力電流を検出す
る場合、前記基準信号発生手段は、前記圧縮機駆動手段
の入力電流（振幅を変化させるための条件）に応じて基
準信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の圧縮機制御装置。
【請求項７】空気調和機の入力電流を検出する場合、
前記基準信号発生手段は、前記空気調和機の入力電流
（振幅を変化させるための条件）に応じて基準信号の振
幅を変化させることを特徴とする請求項１または２に記
載の圧縮機制御装置。
【請求項８】前記基準信号発生手段は、前記振幅を変
化させるための条件が所定値以上となった場合に、前記
基準信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項３
〜７のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項９】前記基準信号発生手段は、前記振幅を変
化させるための条件が所定値以上となった場合に、基準
信号を、前記母線電圧の１／２の電圧値から、前記方形
波に切り替えることを特徴とする請求項３〜７のいずれ
か一項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項１０】前記電圧検出手段は、前記圧縮機の複
数相の巻線に発生する端子電圧を合成し、当該合成電圧
を検出することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一
項に記載の圧縮機制御装置。
【請求項１１】前記基準信号を、前記母線電圧の１／
２より高い一定の電圧値からなる第１の基準信号と、前
記母線電圧の１／２より低い一定の電圧値からなる第２
の基準信号と、で構成することを特徴とする請求項１〜
１０のいずれか一項に記載の圧縮機制御装置。