JP2015161433A - 空気調和機及び動力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転時だけでなく、年間を通じて回生エネルギーを利用することができ、直接、回生エネルギーを電気エネルギーとして長期間保存可能で、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果が高い空気調和機の提供。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、圧縮機を駆動するモータ４は、複数の磁石が配設された回転子を有する空気調和機。磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、可変磁石を増磁又は減磁する磁力増減回路１９と、モータ４が発電した電力を直流に変換する変換回路１２と、変換回路１２が変換した電力を蓄電する蓄電池１１と、モータ４及び変換回路間１２を接続／遮断するスイッチ１３とを備える構成である。【選択図】図２

Description

本発明は、モータにより駆動され冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成する空気調和機、及び蓄電池の出力電力により車両を駆動する動力用のモータを備える動力装置に関するものである。

近時、室外機のコンプレッサ（圧縮機）の運転時に発生した熱を、蓄熱槽に蓄熱して利用することにより、暖房性能を向上させる空気調和機（エアコン）が市販されている。蓄熱槽の熱を利用して室外ユニットの霜を解かすことにより、室内を暖房しながら、霜取り運転を実施することが可能となり、また、暖房運転の立上り時には、蓄熱槽の熱を利用することにより、パワフル運転時の暖房立上り性能が向上する。
また、電気自動車及びハイブリッド車の動力用のモータでは、制動時にモータが発電した電力（回生エネルギー）を回収して利用することにより、エネルギーの利用効率を向上させている。

特許文献１には、商用電源と電力変換器と圧縮機モータとを順に接続し、圧縮機モータに２次電力を供給する蓄電池を設けて、蓄電池の利用効率を向上させ、蓄電池の容量及びサイズを小さくする蓄電式空気調和装置が開示されている。地域の空調負荷が大きいときには、商用電力の入力を遮断して、蓄電池から圧縮機モータへ給電するピークカット運転を行う。空調負荷が小さいときには、商用電力の入力電力量を所定値以下に抑制して、商用電力を圧縮機モータに供給すると共に、蓄電池から圧縮機モータへ給電するピークシフト運転を行う。

特許文献２には、電力遮断時の様々な対策を講じるために使用する電力を供給する補助電源を、簡便な構成で実現し、大型化及びコストアップを抑制する空気調和装置が開示されている。熱電素子が圧縮機の近傍のような高温となる場所に設置されており、室外機への電力遮断発生時に、熱電素子で発電した電圧で室外機制御部を駆動させ、電力遮断発生時の圧縮機の回転数及び室外膨張弁の開度等の運転状態を記憶させ、室外膨張弁の閉止等、室外機の運転停止を処理させる。

特開平１１−７２２５３号公報 特開２０１２−２３３６００号公報 特開２０１１−１１７１４号公報

上述した蓄熱槽を備えた空気調和機では、蓄熱エネルギーは暖房運転にしか使用できない、蓄熱エネルギーは長時間の保存ができず、エネルギーの利用効率が低いという問題がある。
また、電気自動車及びハイブリッド車の動力用のモータでは、モータとして使用する場合は、弱め界磁制御により、エネルギーの利用効率を向上させているが、発電している場合には、そのような制御は行われていないという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、暖房運転時だけでなく、年間を通じて回生エネルギーを利用することができ、直接、回生エネルギーを電気エネルギーとして長期間保存可能で、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果が高い空気調和機を提供することを目的とする。
また、本発明は、電気自動車及びハイブリッド車の制動時に、動力用のモータを磁束制御することにより、エネルギーの利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる動力装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機を駆動するモータは、複数の磁石が配設された回転子を有する空気調和機において、前記磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、該可変磁石を増磁又は減磁する磁力増減回路と、前記モータが発電した電力を直流に変換する変換回路と、該変換回路が変換した電力を蓄電する蓄電池と、前記モータ及び変換回路間を接続／遮断するスイッチとを備えることを特徴とする。

この空気調和機では、圧縮機が冷媒を圧縮し、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、圧縮機を駆動するモータは、複数の磁石が配設された回転子を有する。磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁し、変換回路がモータによって発電された電力を直流に変換する。変換回路が変換した電力を蓄電池が蓄電し、スイッチがモータ及び変換回路間を接続／遮断するので、モータが発電した回生電力を蓄電地に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記回転子の回転数を検出する回転数検出器を更に備え、前記スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、前記回転数検出器が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するように構成してもよい。

この空気調和機では、回転数検出器が回転子の回転数を検出する。スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、回転数検出器が検出した回転数に応じて、磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するので、モータが効率良く発電した回生電力を蓄電地に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、前記回転子が高速に回転する程、前記磁力増減回路が可変磁石を減磁するように構成してもよい。

この空気調和機では、スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、回転子が高速に回転する程、磁力増減回路が可変磁石を減磁するので、モータの弱め磁束制御を行うことができる。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機を駆動するモータは、インバータ回路により回転駆動される空気調和機において、前記インバータ回路と並列に接続され、スイッチ及び蓄電池が直列に接続された蓄電回路を備えることを特徴とする。

この空気調和機では、圧縮機が冷媒を圧縮し、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、圧縮機を駆動するモータは、インバータ回路より回転駆動される。スイッチ及び蓄電池が直列に接続された蓄電回路が、インバータ回路と並列に接続されている。

本発明に係る空気調和機は、前記モータへの給電が停止され、前記モータが減速回転しているときに、前記スイッチを接続するように構成してもよい。

この空気調和機では、モータへの給電が停止され、モータが減速回転しているときに、蓄電回路のスイッチを接続するので、モータが発電した回生電力を蓄電地に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記インバータ回路への入力電圧値を検出する電圧検出器と、前記モータへ給電されているときに、前記電圧検出器が検出した入力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が低いと判定したときは、前記スイッチを接続するように構成してもよい。

この空気調和機では、電圧検出器がインバータ回路への入力電圧値を検出し、モータへ給電されているときに、判定する手段が、電圧検出器が検出した入力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する。判定する手段が、低いと判定したときは、蓄電回路のスイッチを接続するので、回生電力を利用して、停電時及び瞬時停電時に、蓄電回路からモータへ給電することができる。

本発明に係る空気調和機は、前記蓄電池の出力電圧を変換して出力する電圧変換回路を更に備えてもよい。

この空気調和機では、電圧変換回路が蓄電池の出力電圧を変換して出力するので、回生電力を利用して、モータ以外の直流機器へも給電することができる。

本発明に係る空気調和機は、前記インバータ回路の出力端子に接続された第２スイッチを更に備え、該第２スイッチを通じて、前記モータ以外へ交流電圧を出力するように構成してもよい。

この空気調和機では、第２スイッチがインバータ回路の出力端子に接続され、第２スイッチを通じて、モータ以外へ交流電圧を出力するので、モータ以外の交流機器へも給電することができる。

本発明に係る動力装置は、蓄電池の出力電力により車両を駆動する動力用のモータを備え、該モータは、複数の磁石が配設された回転子を有する動力装置において、前記磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、該可変磁石を増磁又は減磁する磁力増減回路と、前記モータが発電した電力を直流に変換する変換回路と、該変換回路が変換した電力を変圧し前記蓄電池へ蓄電する電圧変換回路と、前記モータ及び変換回路間を接続／遮断するスイッチとを備え、該スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、前記回転子が高速に回転する程、前記磁力増減回路が可変磁石を減磁するように構成してあることを特徴とする。

この動力装置では、蓄電池の出力電力により車両を駆動する動力用のモータが、複数の磁石が配設された回転子を有している。磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁する。変換回路が、モータにより発電された電力を直流に変換し、電圧変換回路が、変換回路により変換された電力を変圧し蓄電池へ蓄電する。スイッチが、モータ及び変換回路間を接続／遮断する。スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、回転子が高速に回転する程、磁力増減回路が可変磁石を減磁する。

本発明に係る動力装置は、前記回転子の回転数を検出する回転数検出器を更に備え、前記スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、前記回転数検出器が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するように構成してもよい。

この動力装置では、回転数検出器が、モータの回転子の回転数を検出する。スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、回転数検出器が検出した回転数に応じて、磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するので、モータが効率良く発電した回生電力を蓄電池に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機によれば、暖房運転時だけでなく、年間を通じて回生エネルギーを利用することができ、直接、回生エネルギーを電気エネルギーとして長期間保存可能で、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果が高い空気調和機を実現することができる。

本発明に係る動力装置によれば、電気自動車及びハイブリッド車の制動時に、動力用のモータを磁束制御することにより、エネルギーの利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる動力装置を実現できる。

本発明に係る空気調和機の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 圧縮機を駆動するモータ及びその周辺装置の概略構成例を示すブロック図である。 モータのロータ（回転子）及びステータ（固定子）の概略構成例を示す説明図である。 ロータに埋設された磁石の磁場の変化を示す説明図である。 モータのロータの各回転数における最も高い発電効率と、その最も高い発電効率をもたらすロータの磁力の強さを示す特性図である。 本発明に係る空気調和機の圧縮機を駆動するモータ及びその周辺装置の概略構成例を示すブロック図である。 本発明に係る動力装置の実施の形態を備える車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る動力装置を構成するモータ及びモータ駆動装置の概略構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る空気調和機の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
この空気調和機は、室外機１及び室内機２から構成され、室外機１は、モータ４により駆動する圧縮機３、膨張弁５、熱交換器６及び室外ファン８を備え、室内機２は、熱交換器７及び室内ファン９を備えている。また、室外機１及び室内機２間を接続し、圧縮機３、熱交換器７、膨張弁５、熱交換器６、圧縮機３の順又は逆順で冷媒を循環させる配管１０を備えている。
室外ファン８及び室内ファン９は、熱交換器６及び熱交換器７における熱交換を促進する。

空気調和機の冷房運転時、モータ４が駆動する圧縮機３が、冷媒を圧縮して高温高圧の半液体状態にし、配管１０を通じて、熱交換器６を送る。熱交換器６では、室外ファン８の風により冷媒が冷却されて液体化が進み、配管１０を通じて、膨張弁５へ送られる。
膨張弁５では、冷媒が微小なノズル穴から噴射されて気化し低温となって、熱交換器７へ送られる。熱交換器７では、室内ファン９の風が冷媒により冷却されて室内温度を低下させ、温められた冷媒は、配管１０を通じて、圧縮機３へ送られる。

圧縮機３では、再び、冷媒を圧縮して高温高圧の半液体状態にし、配管１０を通じて、熱交換器６を送る。
空気調和機の暖房運転時には、冷媒が冷房運転時とは逆方向に循環して上記とは逆になり、熱交換器７では、室内ファン９の風が冷媒により温められ室内温度を上昇させる。

図２は、圧縮機３を駆動するモータ４及びその周辺装置の概略構成例を示すブロック図である。
モータ４は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）モータであり、インバータ回路１４が生成し出力した三相交流電力により駆動する。インバータ回路１４は、ＮＰＮ型トランジスタが２つ直列に接続され、各トランジスタには環流ダイオードが逆並列に接続された３つの直列回路が並列に接続されており、直列に接続された２つのトランジスタの各接続節点から、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の交流電力を出力する。

インバータ回路１４は、電源回路１６が出力し、平滑コンデンサ１５が平滑した直流電力を、制御回路１７が各トランジスタをオン／オフ制御することにより、三相交流電力に変換し出力する。
ロータ位置検出器４ａは、モータ４のロータ（回転子）の回転位置を検出して、その検出信号を制御回路１７へ与える。制御回路１７は、与えられた検出信号に基づき、インバータ回路１４の各トランジスタをオン／オフ制御することにより三相交流電力を出力させる。

制御回路（回転数検出器）１７は、また、ロータ位置検出器４ａから与えられた検出信号に基づき、ロータの回転数を算出し、算出した回転数及びロータ位置に基づき、磁力増減回路１９に短時間の可変パルス電流を出力させることにより、後述する可変磁力磁石２２（図３）を増磁又は減磁する。
モータ４の三相入力端子は、切替スイッチ１３により、インバータ回路１４又は整流回路（変換回路）１２に切替接続される。整流回路１２は、順接続された２つのダイオードの直列回路が３つ並列に接続されたダイオードブリッジであり、順接続された２つのダイオードの各接続節点に、モータ４が発電した３相の回生電力がそれぞれ入力される。

整流回路１２は、入力された回生電力を整流して出力し、蓄電池１１に充電する。蓄電池１１には、出力電圧値を検出する電圧検出器１８が設けられ、電圧検出器１８が検出した電圧値は、制御回路１７に与えられる。
蓄電池１１の出力電圧は、スイッチ２０を通じて、電源回路１６が内蔵する制御用電源回路に与えられる。
制御回路１７は、与えられた電圧検出器１８の検出電圧値が、制御用電圧値以上であるとき、スイッチ２０をオンにして、蓄電池１１の出力電力を制御用電源として利用する。

図３は、モータ４のロータ（回転子）２４及びステータ（固定子）２５の概略構成例を示す説明図である。
ロータ２４は、円柱形状に形成されており、６個の高保磁力を有する固定磁力磁石２１が、ロータ２４内部の同心円の周方向に等間隔に埋設されている。固定磁力磁石２１の各磁場ＭＦ３は、それぞれ同じ強さで交互にロータ２４の径方向の逆向きとなるように形成されている。
ロータ２４には、更に、６個の低保磁力を有する可変磁力磁石（可変磁石）２２が、隣り合う各２個の固定磁力磁石２１と等距離で外側の位置に埋設されている。可変磁力磁石２２の各磁場ＭＦ２は、それぞれ同じ強さで交互にロータ２４の周方向の逆向きとなるように、磁力増減回路１９により増減される。

モータ４のステータ２５は、円筒形状を有しており、円筒の内側に、中心へ向かって突き出すように設けられた２４個のティース２３が周設されており、各ティース２３には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の図示しないコイルが一相ずつ順番に巻回されている。
ステータ２５には、更に、２４個のティース２３の内の２つ置きのティース２３ａに巻回された６対の図示しない磁力増減用のコイルが設けられている。磁力増減用のコイルは、１対毎に発生させる磁場ＭＦ１の方向が交互に逆になるように巻回されている。磁力増減回路１９が短時間の可変パルス電流を流すことにより、可変磁力磁石２２の各磁場ＭＦ２を増磁（強化）又は減磁（弱化）させる。

制御回路１７は、算出したロータ２４の回転数及びロータ位置に基づき、ロータ２４の回転数が低いときは、磁力増減用のコイルの１対毎に発生させる各磁場ＭＦ１が、各可変磁力磁石２２を直角に貫くロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路１９に短時間の可変パルス電流を流させて、可変磁力磁石２２を増磁する。これにより、可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２が増磁され、磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ａに示すように増磁され、モータ４の出力が増加する。

制御回路１７は、算出したロータ２４の回転数及びロータ位置に基づき、ロータ２４の回転数が高いときは、各磁場ＭＦ１が各可変磁力磁石２２を直角に貫くロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路１９に短時間の可変パルス電流（増磁のときとは逆方向）を流させて、各可変磁力磁石２２を減磁する。これにより、可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２が減磁され、磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ｂに示すように減磁され、モータ４の逆起電力が減少して、モータ４の回転効率が向上する（弱め磁束制御）。

図５は、モータ４のロータ２４の各回転数における最も高い発電効率と、その最も高い発電効率をもたらすロータ２４の磁力の強さを示す特性図である。
制御回路１７は、内蔵するメモリに図５に示すような特性図を記憶しており、インバータ回路１４を停止し、切替スイッチ１３を整流回路１２に切替接続しているときは、ロータ２４の各回転数に基づき、図５に示す特性に応じて、磁力増減回路１９に合成磁場ＭＦ４を増磁又は減磁させる。

このような構成の空気調和機では、制御回路１７は、自動運転によりロータ２４の回転数が低いときは、各磁場ＭＦ１が各可変磁力磁石２２を直角に貫く（１対の磁力増減用の各コイルと可変磁力磁石２２との各距離が等しくなる）ロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路１９に短時間の可変パルス電流を流させて、各可変磁力磁石２２を増磁する。これにより、増磁された可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ａに示すように増磁され、モータ４の出力が増加する。
尚、磁力増減回路１９が流す短時間の可変パルス電流を、ロータ２４の回転数に応じて、段階的に増加させることにより、可変磁力磁石２２を段階的に増磁することも可能である。

制御回路１７は、自動運転によりロータ２４の回転数が高いときは、各磁場ＭＦ１が各可変磁力磁石２２を直角に貫く（１対の磁力増減用の各コイルと可変磁力磁石２２との各距離が等しくなる）ロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路１９に短時間の可変パルス電流（増磁のときとは逆方向）を流させて、各可変磁力磁石２２を減磁する。これにより、減磁された可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ｂに示すように減磁され、モータ４の逆起電力が減少して、モータ４の回転効率が向上する（弱め磁束制御）。
尚、磁力増減回路１９が流す短時間の可変パルス電流（増磁のときとは逆方向）を、ロータ２４の回転数に応じて、段階的に増加させることにより、可変磁力磁石２２を段階的に減磁することも可能である。

制御回路１７は、空気調和機の自動運転等により、インバータ回路１４を停止しているときは、切替スイッチ１３を整流回路１２に切替接続する。整流回路１２は、モータ４が発電した３相の回生電力を整流し、整流した回生電力を蓄電池１１に充電する。
制御回路１７は、インバータ回路１４を停止しているときは、算出したロータ２４の回転数に基づき、図５に示す特性に応じて、磁力増減回路１９に可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２を増磁又は減磁させることにより、合成磁場ＭＦ４を増磁又は減磁させる。これにより、モータ４は、回転数に応じて効率良く回生電力を発電することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明に係る空気調和機の圧縮機を駆動するモータ及びその周辺装置の概略構成例を示すブロック図である。本発明に係る空気調和機の概略構成及び動作は、実施の形態１に記載しているため（図１）、説明を省略する。
モータ４は、例えば、センサレス方式のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）モータであり、インバータ回路３７が生成し出力した三相交流電力により駆動する。

インバータ回路３７は、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)Ｔ１，Ｔ２の直列回路、ＩＧＢＴＴ３，Ｔ４の直列回路、及びＩＧＢＴＴ５，Ｔ６の直列回路が並列に接続されている。
インバータ回路３７は、各トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６に、それぞれ環流ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６が逆並列に接続され、直列に接続された２つのトランジスタの各接続節点から、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の交流電力を出力する。

電源３０が出力した交流電力を、ダイオードブリッジで構成される整流回路３１が整流し、整流された直流電力は、平滑コンデンサ３３により平滑されてインバータ回路３７に与えられる。
インバータ回路３７は、制御部４０が各トランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６をオン／オフ制御することにより、与えられた直流電力を三相交流電力に変換し出力する。

電圧検出器４１が、平滑コンデンサ３３の両端電圧値を検出し、検出した両端電圧値は制御部４０に与えられる。
平滑コンデンサ３３が平滑した直流電力は、スイッチ３２を通じて蓄電池３４（蓄電回路）に充電され、スイッチ３２は、制御部４０によりオン／オフ制御される。
電圧検出器４２が、蓄電池３４の出力電圧値を検出し、検出した出力電圧値は制御部４０に与えられる。

インバータ回路３７に与えられる直流電力は、スイッチ３５を通じてスイッチング電源回路３６にも与えられ、スイッチング電源回路（電圧変換回路）３６は、与えられた直流電力をスイッチングにより降圧又は昇圧し、降圧又は昇圧された直流電力はＤＣ出力端子から出力される。スイッチ３５は、制御部４０によりオン／オフ制御される。
インバータ回路３７のＵ相出力端子及びモータ４のＵ相入力端子間には、スイッチ３８が接続され、スイッチ３８は、制御部４０によりオン／オフ制御される。
インバータ回路３７のＵ相出力端子は、スイッチ（第２スイッチ）３９を通じて、ＡＣ出力端子に接続され、スイッチ３９は、制御部４０によりオン／オフ制御される。ＡＣ出力端子からは、単相交流電力が出力される。

このような構成の空気調和機では、制御部４０は、自動運転によりインバータ回路３７を停止したときは、スイッチ３２をオンにする。インバータ回路３７が停止しても、暫らくモータ４は惰力で回転（減速回転）しており、その際にモータ４が発電した回生電力は、環流ダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５及びスイッチ３２を通じて、蓄電池３４を充電する。制御部４０は、この充電中に、電圧検出器４２が検出した蓄電池３４の出力電圧値が、蓄電池３４の過充電直前を示す電圧値Ｖ１に達すると、スイッチ３２をオフにする。

制御部４０は、スイッチ３２をオフにしているときに、電圧検出器４２が検出した蓄電池３４の出力電圧値が、蓄電池３４の過放電直前を示す電圧値Ｖ２（＜Ｖ１）に達すると、スイッチ３２をオンにして、蓄電池３４を充電する。この充電中に、電圧検出器４２が検出した蓄電池３４の出力電圧値が、所定の電圧値Ｖ３（Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２）に達すると、スイッチ３２をオフにする。

制御部４０は、インバータ回路３７が運転中であるときに、電圧検出器４１が検出したインバータ回路３７への入力電圧値が、電圧値（所定電圧値）Ｖ４（Ｖ３＞Ｖ４＞Ｖ２）より低くなると、スイッチ３２をオンにして、蓄電池３４から放電させ、蓄電池３４を停電時の非常用電源（無停電電源装置）として利用する。
外部からの操作により、制御部４０がスイッチ３５をオンにしているときは、スイッチング電源回路３６が作動し、ＤＣ出力端子から直流電力を出力することが可能となる。

外部からの操作により、制御部４０がスイッチ３８をオフにし、スイッチ３９をオンにすると、モータ４が駆動停止し、ＡＣ出力端子から単相交流電力を出力することが可能となる。
無停電電源装置は、停電などで入力電源が切れた場合に、入力電源の代わりに接続機器に電力を供給し、瞬時電圧低下及び停電が接続機器に起きないように用いられる。無停電電源装置は、単独ユニットとして構成されているものが主流であり、接続機器とは別に設置する必要がある。

そのため、無停電電源装置は、接続する機器とは別に購入する必要があり、一般家庭において導入することは困難であり、また、雷サージ等を受けると故障するので、別途、サージ防護機器と併せて使用する必要があり、設置費用が嵩むという問題がある。

そこで、空気調和機の室外機に蓄電池を搭載し、回路を共通化することで、無停電電源装置の設置費用を大幅に低減することが可能となる。
無停電電源装置は、従来は接続された機器に対して電力を供給する目的で使用されているが、無停電電源機能を備える空気調和機は、自身の無停電電源装置としての他に、ＡＣ出力（１００Ｖ／２００Ｖ，５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）、ＤＣ出力（５Ｖ／１２Ｖ等）の電源装置としても使用可能であり、ユーザの目的に合わせて任意に切替えることが可能である。
また、蓄電池の充電に、モータ減速時に発生する回生エネルギーを利用することで、従来無駄であったエネルギーを有効に活用することが可能となる。

（実施の形態３）
図７は、本発明に係る動力装置の実施の形態３を備える車両の概略構成を示すブロック図である。
この車両は、電気自動車（ＥＶ（Electric Vehicle））であり、前輪４９，４９、後輪５０，５０、モータ４５、モータ駆動装置４６、蓄電池４７及び充放電装置４８を備えている。

蓄電池４７は、充放電装置４８が外部の商用電源から変圧し整流した電力を充電される。また、充放電装置４８は、必要に応じて、蓄電池４７が放電した電力を交流に変換し変圧して、外部の商用電源系統へ出力する。
モータ駆動装置４６は、蓄電池４７が出力した電力を、図示しないアクセルペダルの操作状況に応じた周波数の例えば三相交流に変換して、モータ４５を回転駆動させる。モータ４５の回転は、駆動輪である前輪４９，４９へ伝達される。

図８は、本発明に係る動力装置を構成するモータ４５及びモータ駆動装置４６の概略構成例を示すブロック図である。
モータ４５は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）モータであり、インバータ回路５４が生成し出力した三相交流電力により駆動する。インバータ回路５４は、ＮＰＮ型トランジスタが２つ直列に接続され、各トランジスタには環流ダイオードが逆並列に接続された３つの直列回路が並列に接続されており、直列に接続された２つのトランジスタの各接続節点から、Ｕ，Ｖ，Ｗ三相の交流電力を出力する。

インバータ回路５４は、蓄電池４７が出力した直流電力を、制御回路５７が各トランジスタをオン／オフ制御することにより、三相交流電力に変換し出力する。
ロータ位置検出器４５ａは、モータ４５のロータ（回転子）の回転位置を検出して、その検出信号を制御回路５７へ与える。制御回路５７は、外部から与えられたアクセルペダルの操作信号、及びロータ位置検出器４５ａから与えられた検出信号に基づき、インバータ回路５４の各トランジスタをオン／オフ制御することにより三相交流電力を出力させる。

制御回路（回転数検出器）５７は、また、ロータ位置検出器４５ａから与えられた検出信号に基づき、ロータの回転数を算出し、算出した回転数及びロータ位置に基づき、磁力増減回路５８に短時間の可変パルス電流を出力させることにより、後述する可変磁力磁石２２（図３）を増磁又は減磁する。
モータ４５の三相入力端子は、切替スイッチ５３により、インバータ回路５４又は整流回路（変換回路）５２に切替接続される。整流回路５２は、順接続された２つのダイオードの直列回路が３つ並列に接続されたダイオードブリッジであり、順接続された２つのダイオードの各接続節点に、モータ４５が発電した３相の回生電力がそれぞれ入力される。

整流回路５２は、入力された回生電力を整流して出力し、出力された回生電力は、平滑コンデンサ５１により平滑される。平滑された回生電力は、スイッチング電源回路５６により、蓄電池４７へ充電可能な電圧値に変換され、スイッチ５５を通じて、蓄電池４７へ充電される。
制御回路５７は、切替スイッチ５３を整流回路５２側に切替接続しているときに、スイッチ５５をオンにして、回生電力を蓄電池４７へ充電可能にする。

モータ４５のロータ（回転子）及びステータ（固定子）の概略構成例及び動作の例は、上述した図３、図４、図５での説明と同様であるため、説明を省略する。尚、図３、図４、図５での説明におけるモータ４、ロータ位置検出器４ａ、制御回路１７及び磁力増減回路１９は、本実施の形態３におけるモータ４５、ロータ位置検出器４５ａ、制御回路５７及び磁力増減回路５８に相当する。

このような構成の動力装置では、制御回路５７は、車両の運転状況により、ロータ２４の回転数が低いときは、各磁場ＭＦ１が各可変磁力磁石２２を直角に貫く（１対の磁力増減用の各コイルと可変磁力磁石２２との各距離が等しくなる）ロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路５８に短時間の可変パルス電流を流させて、各可変磁力磁石２２を増磁する。これにより、増磁された可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ａに示すように増磁され、モータ４５の出力が増加する。
尚、磁力増減回路５８が流す短時間の可変パルス電流を、ロータ２４の回転数に応じて、段階的に増加させることにより、可変磁力磁石２２を段階的に増磁することも可能である。

制御回路５７は、車両の運転状況により、ロータ２４の回転数が高いときは、各磁場ＭＦ１が各可変磁力磁石２２を直角に貫く（１対の磁力増減用の各コイルと可変磁力磁石２２との各距離が等しくなる）ロータ位置となるタイミングで、磁力増減回路５８に短時間の可変パルス電流（増磁のときとは逆方向）を流させて、各可変磁力磁石２２を減磁する。これにより、減磁された可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２と固定磁力磁石２１の磁場ＭＦ３との合成磁場ＭＦ４が、図４Ｂに示すように減磁され、モータ４の逆起電力が減少して、モータ４の回転効率が向上する（弱め磁束制御）。
尚、磁力増減回路５８が流す短時間の可変パルス電流（増磁のときとは逆方向）を、ロータ２４の回転数に応じて、段階的に増加させることにより、可変磁力磁石２２を段階的に減磁することも可能である。

制御回路５７は、車両の制動運転時でインバータ回路５４を停止しているときは、切替スイッチ５３を整流回路５２側に切替接続し、スイッチ５５をオンにする。整流回路５２は、制動されながら回転する前輪４９，４９の回転力を受けて、モータ４５が発電した３相の回生電力を整流し、整流された回生電力は、平滑コンデンサ５１により平滑される。
スイッチング電源回路５６は、平滑コンデンサ５１により平滑された回生電力を、蓄電池４７へ充電可能な電圧値に変換して、蓄電池４７へ充電する。

制御回路５７は、インバータ回路５４を停止しているときは、算出したロータ２４の回転数に基づき、図５に示す特性に応じて、磁力増減回路５８に可変磁力磁石２２の磁場ＭＦ２を増磁又は減磁させることにより、合成磁場ＭＦ４を増磁又は減磁させる。これにより、モータ４５は、回転数に応じて効率良く回生電力を発電することができ、蓄電池４７は、効率良く回生電力を回収することができる。
尚、本実施の形態３では、電気自動車について説明したが、動力用のモータを備えたハイブリッド車の動力装置においても、同様の構成及び動作が可能である。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機（３）を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機（３）を駆動するモータ（４）は、複数の磁石（２１，２２）が配設された回転子（２４）を有する空気調和機において、前記磁石（２１，２２）は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石（２２）を含んでおり、該可変磁石（２２）を増磁又は減磁する磁力増減回路（１９）と、前記モータ（４）が発電した電力を直流に変換する変換回路（１２）と、該変換回路（１２）が変換した電力を蓄電する蓄電池（１１）と、前記モータ（４）及び変換回路（１２）間を接続／遮断するスイッチ（１３）とを備えることを特徴とする。

この空気調和機では、圧縮機（３）が冷媒を圧縮し、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、圧縮機（３）を駆動するモータ（４）は、複数の磁石（２１，２２）が配設された回転子（２４）を有する。磁石（２１，２２）は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石（２２）を含んでおり、磁力増減回路（１９）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁し、変換回路（１２）がモータ（４）が発電した電力を直流に変換する。変換回路（１２）が変換した電力を蓄電池（１１）が蓄電し、スイッチ（１３）がモータ（４）及び変換回路（１２）間を接続／遮断するので、モータ（４）が発電した回生電力を蓄電地（１１）に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記回転子（２４）の回転数を検出する回転数検出器（１７）を更に備え、前記スイッチ（１３）がモータ（４）及び変換回路（１２）間を接続しているときは、前記回転数検出器（１７）が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路（１９）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁するように構成してあることを特徴とする。

この空気調和機では、回転数検出器（１７）が回転子（２４）の回転数を検出する。スイッチ（１３）がモータ（４）及び変換回路（１２）間を接続しているときは、回転数検出器（１７）が検出した回転数に応じて、磁力増減回路（１９）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁するので、モータ（４）が効率良く発電した回生電力を蓄電地（１１）に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記スイッチ（１３）がモータ（４）及び変換回路（１２）間を遮断しているときは、前記回転子（２４）が高速に回転する程、前記磁力増減回路（１９）が可変磁石（２２）を減磁するように構成してあることを特徴とする。

この空気調和機では、スイッチ（１３）がモータ（４）及び変換回路（１２）間を遮断しているときは、回転子（２４）が高速に回転する程、磁力増減回路（１９）が可変磁石（２２）を減磁するので、モータ（４）の弱め磁束制御を行うことができる。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機（３）を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機（３）を駆動するモータ（４）は、インバータ回路（３７）により回転駆動される空気調和機において、前記インバータ回路（３７）と並列に接続され、スイッチ（３２）及び蓄電池（３４）が直列に接続された蓄電回路を備えることを特徴とする。

この空気調和機では、圧縮機（３）が冷媒を圧縮し、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、圧縮機（３）を駆動するモータ（４）は、インバータ回路（３７）より回転駆動される。スイッチ（３２）及び蓄電池（３４）が直列に接続された蓄電回路が、インバータ回路（３７）と並列に接続されている。

本発明に係る空気調和機は、前記モータ（４）への給電が停止され、前記モータ（４）が減速回転しているときに、前記スイッチ（３２）を接続するように構成してあることを特徴とする。

この空気調和機では、モータ（４）への給電が停止され、モータ（４）が減速回転しているときに、蓄電回路のスイッチ（３２）を接続するので、モータ（４）が発電した回生電力を蓄電地（３４）に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。

本発明に係る空気調和機は、前記インバータ回路（３７）への入力電圧値を検出する電圧検出器（４１）と、前記モータ（４）へ給電されているときに、前記電圧検出器（４１）が検出した入力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する手段（４０）とを更に備え、該手段（４０）が低いと判定したときは、前記スイッチ（３２）を接続するように構成してあることを特徴とする。

この空気調和機では、電圧検出器（４１）がインバータ回路（３７）への入力電圧値を検出し、モータ（４）へ給電されているときに、判定する手段（４０）が、電圧検出器（４１）が検出した入力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する。判定する手段（４０）が、低いと判定したときは、蓄電回路のスイッチ（３２）を接続するので、回生電力を利用して、停電時及び瞬時停電時に、蓄電回路からモータ（４）へ給電することができる。

本発明に係る空気調和機は、前記蓄電池（３４）の出力電圧を変換して出力する電圧変換回路（３６）を更に備えることを特徴とする。

この空気調和機では、電圧変換回路（３６）が蓄電池（３４）の出力電圧を変換して出力するので、回生電力を利用して、モータ（４）以外の直流機器へも給電することができる。

本発明に係る空気調和機は、前記インバータ回路（３７）の出力端子に接続された第２スイッチ（３９）を更に備え、該第２スイッチ（３９）を通じて、前記モータ（４）以外へ交流電圧を出力するように構成してあることを特徴とする。

この空気調和機では、第２スイッチ（３９）がインバータ回路（３７）の出力端子に接続され、第２スイッチ（３９）を通じて、モータ（４）以外へ交流電圧を出力するので、モータ（４）以外の交流機器へも給電することができる。

本発明に係る動力装置は、蓄電池（４７）の出力電力により車両（４４）を駆動する動力用のモータ（４５）を備え、該モータ（４５）は、複数の磁石（２１，２２）が配設された回転子（２４）を有する動力装置において、前記磁石（２１，２２）は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石（２２）を含んでおり、該可変磁石（２２）を増磁又は減磁する磁力増減回路（５８）と、前記モータ（４５）が発電した電力を直流に変換する変換回路（５２）と、該変換回路（５２）が変換した電力を変圧し前記蓄電池（４７）へ蓄電する電圧変換回路（５６）と、前記モータ（４５）及び変換回路（５２）間を接続／遮断するスイッチ（５３）とを備え、該スイッチ（５３）がモータ（４５）及び変換回路（５２）間を遮断しているときは、前記回転子（２４）が高速に回転する程、前記磁力増減回路（５８）が可変磁石を減磁するように構成してあることを特徴とする。

この動力装置では、蓄電池（４７）の出力電力により車両（４４）を駆動する動力用のモータ（４５）が、複数の磁石（２１，２２）が配設された回転子（２４）を有している。磁石（２１，２２）は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石（２２）を含んでおり、磁力増減回路（５８）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁する。変換回路（５３）が、モータ（４５）により発電された電力を直流に変換し、電圧変換回路（５６）が、変換回路（５２）により変換された電力を変圧し蓄電池（４７）へ蓄電する。スイッチ（５３）が、モータ（４５）及び変換回路（５３）間を接続／遮断する。スイッチ（５３）がモータ（４５）及び変換回路（５２）間を遮断しているときは、回転子（２４）が高速に回転する程、磁力増減回路（５８）が可変磁石を減磁する。

本発明に係る動力装置は、前記回転子（２４）の回転数を検出する回転数検出器（４５ａ）を更に備え、前記スイッチ（５３）がモータ（４５）及び変換回路（５２）間を接続しているときは、前記回転数検出器（４５ａ）が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路（５８）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁するように構成してあることを特徴とする。

この動力装置では、回転数検出器（４５ａ）が、モータ（４５）の回転子（２４）の回転数を検出する。スイッチ（５３）がモータ（４５）及び変換回路間（５２）を接続しているときは、回転数検出器（４５ａ）が検出した回転数に応じて、磁力増減回路（５８）が可変磁石（２２）を増磁又は減磁するので、モータ（４５）が効率良く発電した回生電力を蓄電池（４７）に蓄電でき、エネルギー利用効率及び省エネルギー効果を高めることができる。
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

３ 圧縮機
４，４５ モータ
４ａ，４５ａ ロータ位置検出器
５ 膨張弁
６，７ 熱交換器
１０ 配管
１１，３４，４７ 蓄電池
１２，５２ 整流回路（変換回路）
１３，５３ 切替スイッチ（スイッチ）
１４，３７，５４ インバータ回路
１６ 電源回路
１７，５７ 制御回路（回転数検出器）
１８，４１，４２ 電圧検出器
１９，５８ 磁力増減回路
２０，３２，３５，３８，５５ スイッチ
２１ 固定磁力磁石
２２ 可変磁力磁石（可変磁石）
２４ ロータ（回転子）
２５ ステータ（固定子）
３０ 電源
３６，５６ スイッチング電源回路（電圧変換回路）
３９ スイッチ（第２スイッチ）
４０ 制御部
４６ モータ駆動装置
４９ 前輪

Claims (10)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機を駆動するモータは、複数の磁石が配設された回転子を有する空気調和機において、
   前記磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、該可変磁石を増磁又は減磁する磁力増減回路と、前記モータが発電した電力を直流に変換する変換回路と、該変換回路が変換した電力を蓄電する蓄電池と、前記モータ及び変換回路間を接続／遮断するスイッチとを備えることを特徴とする空気調和機。
2. 前記回転子の回転数を検出する回転数検出器を更に備え、前記スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、前記回転数検出器が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するように構成してある請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、前記回転子が高速に回転する程、前記磁力増減回路が可変磁石を減磁するように構成してある請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 冷媒を圧縮する圧縮機を備え、循環する冷媒を圧縮／膨張させることにより、ヒートポンプサイクルを形成し、前記圧縮機を駆動するモータは、インバータ回路により回転駆動される空気調和機において、
   前記インバータ回路と並列に接続され、スイッチ及び蓄電池が直列に接続された蓄電回路を備えることを特徴とする空気調和機。
5. 前記モータへの給電が停止され、前記モータが減速回転しているときに、前記スイッチを接続するように構成してある請求項４に記載の空気調和機。
6. 前記インバータ回路への入力電圧値を検出する電圧検出器と、前記モータへ給電されているときに、前記電圧検出器が検出した入力電圧値が所定電圧値より低いか否かを判定する手段とを更に備え、該手段が低いと判定したときは、前記スイッチを接続するように構成してある請求項４又は５に記載の空気調和機。
7. 前記蓄電池の出力電圧を変換して出力する電圧変換回路を更に備える請求項４から６の何れか１項に記載の空気調和機。
8. 前記インバータ回路の出力端子に接続された第２スイッチを更に備え、該第２スイッチを通じて、前記モータ以外へ交流電圧を出力するように構成してある請求項４から７の何れか１項に記載の空気調和機。
9. 蓄電池の出力電力により車両を駆動する動力用のモータを備え、該モータは、複数の磁石が配設された回転子を有する動力装置において、
   前記磁石は、増磁及び減磁が可能な複数の可変磁石を含んでおり、該可変磁石を増磁又は減磁する磁力増減回路と、前記モータが発電した電力を直流に変換する変換回路と、該変換回路が変換した電力を変圧し前記蓄電池へ蓄電する電圧変換回路と、前記モータ及び変換回路間を接続／遮断するスイッチとを備え、該スイッチがモータ及び変換回路間を遮断しているときは、前記回転子が高速に回転する程、前記磁力増減回路が可変磁石を減磁するように構成してあることを特徴とする動力装置。
10. 前記回転子の回転数を検出する回転数検出器を更に備え、前記スイッチがモータ及び変換回路間を接続しているときは、前記回転数検出器が検出した回転数に応じて、前記磁力増減回路が可変磁石を増磁又は減磁するように構成してある請求項９に記載の動力装置。

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