JP7361798B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本開示は、圧縮機を用いたヒートポンプ装置に関する。

従来、ヒートポンプ装置には、空気調和機の暖房開始時の立ち上がりスピードを向上させるため、圧縮機を加熱することで冷媒寝こみ現象を回避するものがある。例えば、特許文献１には、ヒートポンプ装置が、空気調和機の暖房時の圧縮機運転停止中に、圧縮機のモータが備えるロータの停止位置によらず安定的に圧縮機を加熱する技術が開示されている。特許文献１に記載のヒートポンプ装置は、モータに対してモータが回転しない程度の高周波電圧を印加し、高周波電圧の印加によって生じるモータの鉄損を主な加熱源としている。

国際公開第２０１３／１０２９９９号

モータ鉄損による加熱を行う場合、加熱量は、ロータのインダクタンスに応じて変化する。ロータのインダクタンスは、ロータの停止位置に応じて変化する。そのため、最大加熱量を得るためには、ロータの停止位置を検出または推定し、ロータの停止位置に応じて適切に通電する必要がある。また、圧縮機停止中の加熱制御においては、冷凍サイクルの配管間に接続される弁の開閉によって圧縮機の吐出口および吸込口間に圧力差が生じている場合、および圧力差が変化する場合、ロータにトルクが発生し、ロータの停止位置が変化する可能性がある。そのため、最大加熱量を得るためには、ロータの停止位置を常時推定することが望ましい。

特許文献１には、ロータの停止位置を検出するため、モータの電流および電圧を検出する回路が記載されている。ここで、ヒートポンプ装置においてモータを回転させるための技術として、モータ電流を用いたベクトル制御手法が広く知られている。モータ電流は、ロータの停止位置の推定以外にも使用される。一方、モータ電圧は、ロータの停止位置の推定のみに使用される。このように、特許文献１に記載のヒートポンプ装置は、ロータの停止位置を推定するためのモータ電圧検出回路が必要であり、回路規模が増大し、装置の大型化につながる、という問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模の増大を抑制しつつ、効率的に圧縮機を加熱可能なヒートポンプ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機構、およびロータを有し圧縮機構を駆動するモータを含む圧縮機と、熱交換器と、モータに所望の電圧を印加するインバータと、インバータからモータに流れる電流を検出する電流検出部と、インバータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号生成部からモータが回転駆動不可能な高周波電圧をモータに印加して圧縮機を加熱する際、正弦波で表現される高周波電圧の電圧指令値の電圧位相を変化させ、電流検出部で検出された電流値からロータの停止位置を示す磁極位置を推定し、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する磁極位置推定部と、駆動信号生成部から高周波電圧をモータに印加して圧縮機を加熱する際、最大加熱量が得られる磁極位置および規定された必要加熱量から、電圧指令値の振幅および電圧位相を決定する定常加熱制御部と、磁極位置推定部または定常加熱制御部の一方を動作させるかを選択するためのモード切替信号を生成して出力する制御切替判定部と、を備える。磁極位置推定部は、必要加熱量から電圧指令値の第１の振幅を決定し、第１の振幅の電圧指令値の電圧位相を規定された範囲で変化させ、第１の振幅の電圧指令値の正負を切り替えて交互に出力し、電流値が最大となる磁極位置を最大加熱量が得られる磁極位置と推定する。

本開示に係るヒートポンプ装置は、回路規模の増大を抑制しつつ、効率的に圧縮機を加熱できる、という効果を奏する。

実施の形態１に係るヒートポンプ装置の構成例を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置の要部構成の一例を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置のモータが備えるロータの構成例を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置においてモータの固定子側から見た巻線インダクタンスの特性を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置において図４に示す巻線インダクタンス特性に対応する電流特性を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が備えるインバータ制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態１に係るヒートポンプ装置における磁極位置推定部の制御による加熱量および定常加熱制御部の加熱目標値を示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置の磁極位置推定部から出力される電圧指令値および電圧位相のイメージを示す図 実施の形態１に係るヒートポンプ装置が備えるインバータ制御部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２に係るヒートポンプ装置が備えるインバータ制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態３に係るヒートポンプ装置の要部構成の一例を示す図 実施の形態３に係るヒートポンプ装置が備えるインバータ制御部の動作を示すフローチャート 実施の形態４に係るヒートポンプ装置が備えるインバータ制御部の動作を示すフローチャート

以下に、本開示の実施の形態に係るヒートポンプ装置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開示が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の要部構成の一例を示す図である。ヒートポンプ装置１００は、例えば、空気調和機を構成する。ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１、四方弁２、熱交換器３、膨張機構４、および熱交換器５が、冷媒配管６を介して順次接続された冷凍サイクルを備える。圧縮機１の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構７と、圧縮機構７を駆動するモータ８と、が設けられている。モータ８は、図示しないロータを有する。モータ８は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の三相の巻線を有する三相モータである。

また、ヒートポンプ装置１００は、インバータ９、インバータ制御部１０、電圧センサ３０、および電流検出部３１を備える。インバータ９は、モータ８と電気的に接続されている。インバータ９は、モータ８に所望の電圧を印加する。具体的には、インバータ９は、モータ８のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線に、対応する三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗをそれぞれ印加する。インバータ９には、インバータ制御部１０が電気的に接続されている。インバータ制御部１０は、インバータ９を駆動するための駆動信号であるインバータ駆動信号、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してインバータ９へ出力する。

インバータ９は、６つのスイッチング素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆを備え、２つのスイッチング素子からなる直列接続部が並列に３個接続された回路である。インバータ９は、母線電圧Ｖｄｃを電源として、インバータ制御部１０から出力されたインバータ駆動信号であるＰＷＭ信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮに従って、それぞれに対応したスイッチング素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆを駆動する。これにより、インバータ９は、三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、およびＶｗを発生させ、モータ８のＵ相、Ｖ相、およびＷ相の巻線それぞれに電圧を印加する。

インバータ９を構成するスイッチング素子９ａ～９ｆは、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子である。インバータ９は、スイッチングによるサージ電圧を抑制する目的で、図示しない環流ダイオードを半導体スイッチング素子に並列に接続した構成としてもよい。なお、環流ダイオードについては、半導体スイッチング素子の寄生ダイオードであってもよいが、ＭＯＳＦＥＴの場合は環流のタイミングでＯＮ状態とすることにより同様の機能を実現することも可能である。また、半導体スイッチング素子を構成する材料は、ケイ素Ｓｉだけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素ＳｉＣ、窒化ガリウムＧａＮ、酸化ガリウムＧａ２Ｏ３、ダイヤモンドのものを用いることで、低損失化、高速スイッチング化を実現できる。

電圧センサ３０は、インバータ９の入力側、すなわち母線電圧Ｖｄｃの供給側に設けられ、母線電圧Ｖｄｃを検出する。電圧センサ３０は、検出した母線電圧Ｖｄｃをインバータ制御部１０へ出力する。

電流検出部３１は、インバータ９の出力側に設けられ、インバータ９からモータ８に流れる三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。電流検出部３１は、インバータ９の三相下側のスイッチング素子と各接続点との間に抵抗を設けることで電流を検出する構成でもよいし、三相下側のスイッチング素子の接続点と母線電圧Ｖｄｃの負側との間に抵抗を設けることで電流を検出する構成でもよい。電流検出部３１の構成については、抵抗の両端電圧から検出する方法の他、カレントトランスなどを用いた電流センサを用いることでも実現できる。電流検出部３１は、検出した三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの電流値、すなわち三相分の電流値をインバータ制御部１０へ出力する。

インバータ制御部１０の構成について詳細に説明する。インバータ制御部１０は、通常運転制御部１１と、磁極位置推定部１２と、定常加熱制御部１３と、制御切替判定部１４と、駆動信号生成部１５と、を備える。なお、図２においては、本実施の形態のヒートポンプ装置１００において特徴的な動作を行う構成要素のみを記載するようにしており、図１に示した通常運転制御部１１については記載を省略している。

通常運転制御部１１は、ヒートポンプ装置１００が通常の動作を行う場合に使用される。通常運転制御部１１は、駆動信号生成部１５を制御することによって、モータ８を回転駆動させるためのＰＷＭ信号をインバータ駆動信号として出力させる。

磁極位置推定部１２は、駆動信号生成部１５からモータ８が回転駆動不可能な高周波電圧をモータ８に印加して圧縮機１を加熱する際、正弦波で表現される高周波電圧の電圧指令値Ｖａ＊の電圧位相θａ＊を変化させる。磁極位置推定部１２は、電流検出部３１で検出された電流値からモータ８が備えるロータの停止位置を示す磁極位置を推定し、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する。磁極位置推定部１２は、推定部２０と、推定用通電位相指令部２１と、推定用電圧指令部２２と、を備える。推定部２０は、電流検出部３１から電流値を取得し、電流検出部３１で検出された電流値に基づいて、モータ８が備えるロータの停止位置を示す磁極位置を推定する。また、推定部２０は、電流検出部３１で検出された電流値、および推定した磁極位置に基づいて、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する。以降の説明において、最大加熱量が得られる磁極位置のことを最大加熱量取得可能磁極位置のように表現する場合がある。

ここで、モータ８が備えるロータの構成について説明する。図３は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００のモータ８が備えるロータ１２０の構成例を示す図である。モータ８のロータ１２０は、鉄心１２１および磁石１２２を含んで構成される。このようなロータ１２０の構成では、モータ８でのロータ１２０の停止位置によって、空隙の長さ、すなわち磁石１２２とモータ８の図示しない固定子との距離が変化する。そのため、固定子側から見た場合のモータ８の巻線インダクタンスは、図４に示すように変化する。

図４は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００においてモータ８の固定子側から見た巻線インダクタンスの特性を示す図である。図４において、横軸は磁極位置推定部１２の推定部２０で推定されたロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を示し、縦軸はモータ８の巻線インダクタンスを示す。また、図４において、Ｌｑは図３に示すモータ８のｑ軸方向のインダクタンスを示し、Ｌｄは図３に示すモータ８のｄ軸方向のインダクタンスを示す。図４に示すように巻線インダクタンスが変化すると、モータ８の巻線に流れる電流値も図５に示すように変化する。

図５は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００において図４に示す巻線インダクタンス特性に対応する電流特性を示す図である。図５において、横軸は磁極位置推定部１２の推定部２０で推定されたロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を示し、縦軸は電流検出部３１で検出された電流値である電流実効値の平均値を示す。ヒートポンプ装置１００では、図４のように巻線インダクタンスが変化すると、電流検出部３１で検出される電流値も図５のように変化する。このように、ロータ１２０の停止位置を示す磁極位置によって、電流検出部３１で検出される電流値、すなわちモータ８に流れる電流も変化する。モータ８に流れる電流が変化すると、インバータ９が圧縮機１に印加できる加熱量、すなわち圧縮機１の発熱量も変化することになる。

なお、本実施の形態では、図３に示すように、ロータ１２０が備える磁石１２２の数が４つの場合を想定しているが、一例であり、これに限定されない。ロータ１２０が備える磁石１２２の数は４つ以外でもよい。ロータ１２０が備える磁石１２２の数が多くなるほど、図４および図５に示す正弦波において、山と山との間隔および谷と谷との間隔は狭くなる。また、ロータ１２０が備える磁石１２２の数が少なくなるほど、図４および図５に示す正弦波において、山と山との間隔および谷と谷との間隔は広くなる。

図１および図２の説明に戻る。推定用通電位相指令部２１は、磁極位置推定部１２においてロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を推定する際、駆動信号生成部１５から高周波電圧を出力させるための電圧指令値Ｖａ＊の電圧位相θａ＊を制御する。推定用電圧指令部２２は、磁極位置推定部１２においてロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を推定する際、駆動信号生成部１５から高周波電圧を出力させるための電圧指令値Ｖａ＊の振幅を制御する。

定常加熱制御部１３は、圧縮機１を加熱する場合に使用される。定常加熱制御部１３は、駆動信号生成部１５から高周波電圧をモータ８に印加して圧縮機１を加熱する際、最大加熱量が得られる磁極位置および規定された必要加熱量から、電圧指令値Ｖｂ＊の振幅および電圧位相θｂ＊を決定する。定常加熱制御部１３は、駆動信号生成部１５を制御することによって、モータ８が追従できない高周波電圧を出力させ、モータ８を回転駆動させることなく圧縮機１を加熱するためのＰＷＭ信号をインバータ駆動信号として出力させる。定常加熱制御部１３は、加熱用通電位相指令部２３と、加熱用電圧指令部２４と、を備える。加熱用通電位相指令部２３は、定常加熱制御部１３において圧縮機１を加熱する際、磁極位置推定部１２の推定結果に基づいて、駆動信号生成部１５から高周波電圧を出力させるための電圧指令値Ｖｂ＊の電圧位相θｂ＊を制御する。加熱用電圧指令部２４は、定常加熱制御部１３において圧縮機１を加熱する際、駆動信号生成部１５から高周波電圧を出力させるための電圧指令値Ｖｂ＊の振幅を制御する。このように、定常加熱制御部１３は、磁極位置推定部１２がモータ８のロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を推定した推定結果に基づいて電圧指令値Ｖｂ＊の電圧位相θｂ＊を制御し、圧縮機１に滞留した液冷媒を短時間で温めて気化させ、圧縮機１の外部へ排出させる。

制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２または定常加熱制御部１３の一方を動作させる。制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２または定常加熱制御部１３のどちらか一方を動作させるかを選択するためのモード切替信号を生成して出力する。制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２から出力される電圧位相θａ＊および電圧指令値Ｖａ＊、または定常加熱制御部１３から出力される電圧位相θｂ＊および電圧指令値Ｖｂ＊のそれぞれどちらを駆動信号生成部１５に対して出力するのかをモード切替信号に応じて切り替える。制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２を動作させている場合、磁極位置推定部１２から取得した電圧指令値Ｖａ＊および電圧位相θａ＊を、電圧指令値Ｖ＊および高周波位相指令θｋ＊として出力する。制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３を動作させている場合、定常加熱制御部１３から取得した電圧指令値Ｖｂ＊および電圧位相θｂ＊を、電圧指令値Ｖ＊および高周波位相指令θｋ＊として出力する。制御切替判定部１４は、電流検出部３１で検出された三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの電流値に基づいて、モード切替信号の内容を決定する。また、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３が動作中に電流検出部３１で検出された電流値に基づいて、磁極位置推定部１２への動作の切替を行うか否かを判定する。

駆動信号生成部１５は、制御切替判定部１４からの出力である電圧指令値Ｖ＊と、電圧センサ３０で検出された母線電圧Ｖｄｃとに基づいて、高周波電圧指令Ｖｋ＊を生成する。具体的には、駆動信号生成部１５は、以下の式（１）によって高周波電圧指令Ｖｋ＊を生成する。
Ｖｋ＊＝Ｖ＊×√２／Ｖｄｃ …（１）

駆動信号生成部１５は、電圧指令値生成部２５と、ＰＷＭ信号生成部２６と、を備える。電圧指令値生成部２５は、高周波電圧指令Ｖｋ＊、および制御切替判定部１４からの出力である高周波位相指令θｋ＊に基づいて、三相それぞれの三相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。ＰＷＭ信号生成部２６は、三相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、ＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮを生成する。駆動信号生成部１５は、ＰＷＭ信号ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮを、それぞれに対応したスイッチング素子９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆへ出力してインバータ９を駆動することによって、モータ８に電圧を印加させる。このとき、駆動信号生成部１５は、モータ８のロータ１２０が回転しないような高周波電圧を印加させることで、モータ８を備える圧縮機１を加熱することができる。

なお、駆動信号生成部１５は、ヒートポンプ装置１００が通常運転制御部１１の制御で動作する場合にもＰＷＭ信号を生成する。この場合の駆動信号生成部１５におけるＰＷＭ信号の生成方法は、加熱制御を行う場合の生成方法と同様である。すなわち、通常運転制御部１１から駆動信号生成部１５へ出力される情報、上記の例では高周波電圧指令Ｖｋ＊および高周波位相指令θｋ＊に相当する情報が異なるだけである。

インバータ制御部１０の動作について説明する。図６は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００が備えるインバータ制御部１０の動作を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、詳細には、インバータ制御部１０が備える磁極位置推定部１２、定常加熱制御部１３、および制御切替判定部１４の動作を示すものである。

インバータ制御部１０において圧縮機１の加熱を開始する際、まず、制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。磁極位置推定部１２において、推定用通電位相指令部２１は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖａ＊の電圧位相として電圧位相θａ＊＝０°を設定する（ステップＳ１０１）。また、推定用電圧指令部２２は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖａ＊の振幅をＶａ＊に設定する（ステップＳ１０２）。ここでは、電圧指令値Ｖａ＊の振幅をＶａ＊と表記する。

ここで、推定用電圧指令部２２による電圧指令値Ｖａ＊の振幅の決定方法について説明する。推定用電圧指令部２２は、ユーザが実験などによって予め求めた磁極位置推定用の加熱量Ｈａの特性に基づいて、電圧指令値Ｖａ＊の振幅を決定する。加熱量Ｈａは、図７に示すように、磁極位置によって大きさが変化する。図７は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００における磁極位置推定部１２の制御による加熱量Ｈａおよび定常加熱制御部１３の加熱目標値Ｈｂを示す図である。図７において、横軸は磁極位置推定部１２の推定部２０で推定されたロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を示し、縦軸は加熱量の大きさを示す。推定用電圧指令部２２は、どの磁極位置においても磁極位置推定部１２の制御による加熱量Ｈａが定常加熱制御部１３の加熱目標値Ｈｂ以下の大きさになるような電圧指令値Ｖａ＊の振幅を決定する。なお、本実施の形態では、インバータ制御部１０の制御によるモータ８への加熱量は、モータ８における発熱量と同じであるとする。

図６のフローチャートの説明に戻る。推定部２０は、上記の設定において電流検出部３１で検出された電流値を取得する（ステップＳ１０３）。推定用電圧指令部２２は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖａ＊の振幅を－Ｖａ＊に設定する（ステップＳ１０４）。電圧指令値Ｖａ＊の振幅については、Ｖａ＊を１８０°回転させたときの振幅を－Ｖａ＊と表記する。推定部２０は、上記の設定において電流検出部３１で検出された電流値を取得する（ステップＳ１０５）。推定用通電位相指令部２１は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖａ＊の電圧位相θａ＊を増加する（ステップＳ１０６）。推定用通電位相指令部２１は、電圧位相θａ＊の増加量について、予め規定された量を増加させてもよいし、推定部２０で取得された電流値に応じて増加量を変えてもよい。

図８は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００の磁極位置推定部１２から出力される電圧指令値Ｖａ＊および電圧位相θａ＊のイメージを示す図である。磁極位置推定部１２は、電圧指令値Ｖａ＊の振幅を正方向および負方向に切り替えて交互に出力し、かつ、０～３６０°の範囲で適宜電圧位相θａ＊を変化させていく。このような制御によって得られる通電位相ごとのモータ電流実効値の平均値は、磁極位置ごとのインダクタンス特性の影響を受けて、前述の図５に示すような特性となる。これにより、磁極位置推定部１２は、圧縮機１およびモータ８を過剰に加熱させることなく、モータ電流実効値が最大、すなわち加熱量が最大となる電圧位相を検出することができる。

図６のフローチャートの説明に戻る。推定用通電位相指令部２１で増加された電圧位相θａ＊が３６０°以下の場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、磁極位置推定部１２は、ステップＳ１０２に戻って前述と同様の動作を行う。推定用通電位相指令部２１で増加された電圧位相θａ＊が３６０°を超えた場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、推定部２０は、電流値が最大となる電圧位相θｂ＊を決定する（ステップＳ１０８）。

なお、磁極位置推定部１２は、電圧指令値Ｖａ＊の極性を反転させているため、電圧指令値Ｖａ＊の振幅を１８０°回転させて出力していることと同じことをしている。そのため、磁極位置推定部１２は、電圧位相θａ＊の変化量については０～１８０°の範囲にしてもよい。１８０～３６０°の部分については、電圧指令値Ｖａ＊の極性を反転させることで対応可能である。また、図４、図５および図７などに示すように、各図の特性の変化は、ロータ１２０が備える磁石１２２の数によって異なってくる。そのため、図４、図５および図７などに示す特性の場合、磁極位置推定部１２は、電圧位相θａ＊の変化量については０～９０°の範囲にしてもよい。この場合、磁極位置推定部１２は、例えば、図５において最大加熱量となる磁極位置、または最大加熱量となる磁極位置から９０°ずれた磁極位置、すなわち最小加熱量となる磁極位置を検出できる。磁極位置推定部１２は、最大加熱量となる磁極位置を検出した場合はそのまま使用する。磁極位置推定部１２は、最小加熱量となる磁極位置を検出した場合、最小加熱量となる磁極位置から９０°ずれた磁極位置を最大加熱量となる磁極位置として使用する。

このように、磁極位置推定部１２は、必要加熱量から電圧指令値Ｖａ＊の振幅を決定し、電圧指令値Ｖａ＊の電圧位相θａ＊を規定された範囲で変化させ、電圧指令値Ｖａ＊の正負を切り替えて交互に出力する。また、磁極位置推定部１２は、電流検出部３１から取得した電流値が最大となる磁極位置を最大加熱量が得られる磁極位置と推定する。以降の説明において、電圧指令値Ｖａ＊の振幅のことを第１の振幅と称することがある。

制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２の推定用通電位相指令部２１から電圧位相θａ＊を取得しているので、電圧位相θａ＊が３６０°を超えたか否かを判定することができる。制御切替判定部１４は、電圧位相θａ＊が３６０°を超えた場合、磁極位置推定部１２の推定部２０がステップＳ１０８で電圧位相θｂ＊を決定する処理時間経過後、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号の出力を停止する。

つぎに、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。定常加熱制御部１３において、加熱用通電位相指令部２３は、磁極位置推定部１２の推定部２０から取得した電圧位相θｂ＊に基づいて、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖｂ＊の電圧位相として電圧位相θｂ＊を設定する（ステップＳ２０１）。なお、ステップＳ１０８における電流値が最大となる電圧位相θｂ＊の決定については、定常加熱制御部１３の加熱用通電位相指令部２３が行うようにしてもよい。加熱用電圧指令部２４は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖｂ＊の振幅をＶｂ＊に設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、電圧指令値Ｖｂ＊の振幅をＶｂ＊と表記する。このように、定常加熱制御部１３は、磁極位置推定部１２で得られたモータ電流実効値が最大となる電圧位相θｂ＊上に電圧指令値Ｖｂ＊を出力して加熱制御を行う。なお、加熱制御の具体的な方法は限定されず、従来同様の方法、例えば、前述の特許文献１に記載の方法と同様でもよい。

制御切替判定部１４は、上記の設定において電流検出部３１で検出された電流値を取得する（ステップＳ３０１）。加熱用電圧指令部２４は、制御切替判定部１４へ出力する電圧指令値Ｖｂ＊の振幅を－Ｖｂ＊に設定する（ステップＳ２０３）。電圧指令値Ｖｂ＊の振幅については、Ｖｂ＊を１８０°回転させたときの振幅を－Ｖｂ＊と表記する。制御切替判定部１４は、上記の設定において電流検出部３１で検出された電流値を取得する（ステップＳ３０２）。

圧縮機１の加熱が完了していない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２で取得した電流値が、予め規定された第１の閾値未満か否かを判定する（ステップＳ３０３）。すなわち、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３による加熱中に圧縮機１の圧力差などによりロータ１２０の停止位置である磁極位置が変化したか否かを判定する。第１の閾値と比較する対象の電流値は、電流実効値の平均値とする。図５に示すように、定常加熱制御部１３による加熱中の電圧位相θｂ＊が最大加熱量となる磁極位置にある場合、モータ電流実効値の平均値は最大となる。そのため、圧縮機１の圧力差などによって磁極位置が変化した場合、電圧位相θｂ＊が最大加熱量となる磁極位置から外れる、すなわちモータ電流の実効値が小さくなる方向に変化する。そのため、制御切替判定部１４は、モータ電流実効値が第１の閾値未満になった場合、再度磁極位置推定部１２を動作させ、磁極位置を再度推定させる。第１の閾値は、図５の例では、０．２Ａｒｍｓより小さい０．１８Ａｒｍｓである。制御切替判定部１４は、第１の閾値が最大加熱量となる磁極位置での電流実効値の平均値に近いほど、精度良く磁極位置の変化を検出することができる。

電流値が第１の閾値以上の場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化していない、または変化量が無視できる程度に小さいとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を継続する。定常加熱制御部１３は、前述の動作を繰り返し実施する。電流値が第１の閾値未満の場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化しているとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を停止する。そして、制御切替判定部１４は、モータ８が備えるロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を再度推定するため、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。磁極位置推定部１２は、前述の動作を繰り返し実施する。このように、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３の動作中において、電流値の平均値が規定された第１の閾値未満になった場合、定常加熱制御部１３の動作を停止させ、磁極位置推定部１２を動作させる。なお、制御切替判定部１４は、磁極位置推定部１２と定常加熱制御部１３との間の動作の遷移でハンチングが発生しないように、第１の閾値にヒステリシスを設けてもよい。

圧縮機１の加熱が完了した場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、定常加熱制御部１３は、制御切替判定部１４への電圧位相θｂ＊および電圧指令値Ｖｂ＊の出力を停止し、動作を停止する（ステップＳ２０５）。このように、定常加熱制御部１３は、最大加熱量が得られる磁極位置および必要加熱量から、電圧指令値Ｖｂ＊の振幅を決定し、電圧指令値Ｖｂ＊の正負を切り替えて交互に出力する。以降の説明において、電圧指令値Ｖｂ＊の振幅のことを第２の振幅と称することがある。第２の振幅と前述の第１の振幅との関係は、第２の振幅≧第１の振幅となる。

なお、ステップＳ２０４における圧縮機１の加熱が完了したか否かの判定については、定常加熱制御部１３が行ってもよいし、制御切替判定部１４が行ってもよい。

つづいて、ヒートポンプ装置１００が備えるインバータ制御部１０のハードウェア構成について説明する。図９は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００が備えるインバータ制御部１０を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。インバータ制御部１０は、プロセッサ９１及びメモリ９２により実現される。

プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、またはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ９２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリを例示できる。また、メモリ９２は、これらに限定されず、磁気ディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）でもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒートポンプ装置１００において、磁極位置推定部１２は、電流検出部３１で検出された電流値からロータ１２０の停止位置を推定し、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する。定常加熱制御部１３は、磁極位置推定部１２で推定された最大加熱量が得られる磁極位置で加熱制御を行う。これにより、ヒートポンプ装置１００は、回路規模の増大を抑制しつつ、効率的に圧縮機１を加熱することができる。ヒートポンプ装置１００は、モータ８の誘起電圧情報を用いることなく、モータ電流情報のみでロータ１２０の停止位置を示す磁極位置の変化を検出することができる。ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１の加熱制御において安定して最大加熱量を得ることができる。

また、ヒートポンプ装置１００において、制御切替判定部１４は、磁極位置が変化した場合、再度、磁極位置推定部１２に最大加熱量が得られる磁極位置を推定させることとした。これにより、ヒートポンプ装置１００は、電圧位相を最大加熱量が得られる電圧位相に速やかに変更することが可能となる。本実施の形態では、ヒートポンプ装置１００において、磁極位置推定部１２が、最大加熱量が得られる磁極位置を推定し、その後、定常加熱制御部１３が、最大加熱量が得られる磁極位置で加熱制御を行うが、必要に応じて、磁極位置推定部１２が、再度、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する。このように、ヒートポンプ装置１００は、安価な回路構成で、圧縮機１のモータ８のロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置によらず、安定的かつ効率的に圧縮機１を加熱して冷媒寝こみ現象を回避できる。

実施の形態２．
実施の形態２では、制御切替判定部１４における磁極位置が変化したか否かの判定方法について、実施の形態１と異なる判定方法を説明する。

定常加熱制御部１３による加熱中に圧縮機１の圧力差などによってロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置が変化した場合、変化したときの回転速度によってモータ８の誘起電圧が変化する。また、ロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化に伴い、図４に示すように、モータ８の巻線インダクタンスが変化する。誘起電圧および巻線インダクタンスの変化によって、モータ８の三相電流における最大電流が流れている相と、それ以外の他の２相との電流比率が変化する。そのため、制御切替判定部１４は、電流比率の変化量を用いることで、ロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置が変化したか否かを検出することができる。

図１０は、実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００が備えるインバータ制御部１０の動作を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、図６に示す実施の形態１のときのフローチャートに対して、ステップＳ３０３の動作をステップＳ３０４の動作に置き換えたものである。

圧縮機１の加熱が完了していない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２で取得した電流値に基づいて、電流値から得られるモータ８の電流の最大相電流に対する他の２相の電流比率が規定された第２の閾値で示される範囲から外れたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置が変化した場合、モータ８の三相電流における最大電流が流れている相と、それ以外の他の２相との電流比率は、最大電流が流れている相によって、大きくなることも小さくなることもある。そのため、本実施の形態において、第２の閾値は電流比率に対する範囲を示すものとする。

電流比率が第２の閾値で示される範囲内の場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化していない、または変化量が無視できる程度に小さいとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を継続する。定常加熱制御部１３は、前述の動作を繰り返し実施する。電流比率が第２の閾値で示される範囲から外れた場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化しているとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を停止する。そして、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を改めて推定するため、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。磁極位置推定部１２は、前述の動作を繰り返し実施する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３の動作中において、電流値から得られるモータ８の電流の最大相電流に対する他の２相の電流の比率が規定された第２の閾値で示される範囲から外れた場合、定常加熱制御部１３の動作を停止させ、磁極位置推定部１２を動作させることとした。この場合においても、ヒートポンプ装置１００は、実施の形態１のときと同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、制御切替判定部１４における磁極位置が変化したか否かの判定方法について、実施の形態１，２と異なる判定方法を説明する。

図１１は、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１００ａの要部構成の一例を示す図である。ヒートポンプ装置１００ａは、図２に示す実施の形態１のときのヒートポンプ装置１００に対して、インバータ制御部１０をインバータ制御部１０ａに置き換えたものである。インバータ制御部１０ａは、図２に示す実施の形態１のときのインバータ制御部１０に対して、定常加熱制御部１３を定常加熱制御部１３ａに置き換えたものである。定常加熱制御部１３ａは、加熱用通電位相指令部２３と、加熱用電流指令部４０と、電流制御部４１と、を備える。

加熱用電流指令部４０は、定常加熱制御部１３ａ動作時の加熱目標値Ｈｂを得るための電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊を出力する。電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊は、図７に示す加熱量特性と同様、電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊ごとの加熱量特性を実験により予め求めておき、所望の加熱量に応じて決定すればよい。

電流制御部４１は、加熱用電流指令部４０から電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊を取得し、電流検出部３１から電流値を取得する。電流制御部４１は、電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊と電流値とが一致するように、電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊を出力する。電流制御部４１は、例えば、一般的なＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御によって、電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊を求めることができる。

制御切替判定部１４は、電流制御部４１から取得した電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊から、実施の形態１，２の電圧指令値Ｖｂ＊に相当する電圧指令値を生成する。

ヒートポンプ装置１００ａは、電流制御部４１を備えることによって、モータ８の抵抗値などにばらつきがあった場合においても、所望の電流値に制御が可能となるため、インバータ９の過電流発生を抑制し、安定した加熱制御を行うことができる。また、前述のようにロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化に伴って電流値の比率が変化した場合、電流制御部４１は、電流指令値Ｉｂｕ＊，Ｉｂｖ＊，Ｉｂｗ＊のとおりに制御しようとする。この場合、電流制御部４１の出力である電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊も変化する。そのため、ヒートポンプ装置１００ａは、電流制御を実施している場合、電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊の変化量を用いてロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化を検出してもよい。

図１２は、実施の形態３に係るヒートポンプ装置１００ａが備えるインバータ制御部１０ａの動作を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、図６に示す実施の形態１のときのフローチャートに対して、ステップＳ３０３の動作をステップＳ３０５の動作に置き換えたものである。

圧縮機１の加熱が完了していない場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊の変化量が規定された第３の閾値で示される範囲から外れたか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置が変化した場合、電圧指令値Ｖｂｕ＊，Ｖｂｖ＊，Ｖｂｗ＊の変化量は、大きくなることも小さくなることもある。そのため、本実施の形態において、第３の閾値は変化量に対する範囲を示すものとする。

変化量が第３の閾値で示される範囲内の場合（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化していない、または変化量が無視できる程度に小さいとして、定常加熱制御部１３ａに対して動作を指示するモード切替信号の出力を継続する。定常加熱制御部１３ａは、前述の動作を繰り返し実施する。変化量が第３の閾値で示される範囲から外れた場合（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化しているとして、定常加熱制御部１３ａに対して動作を指示するモード切替信号の出力を停止する。そして、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を改めて推定するため、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。磁極位置推定部１２は、前述の動作を繰り返し実施する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御切替判定部１４は、定常加熱制御部１３ａの動作中において、ヒートポンプ装置１００ａが備える電流制御部４１の出力値の変化量が規定された第３の閾値で示される範囲から外れた場合、定常加熱制御部１３ａの動作を停止させ、磁極位置推定部１２を動作させることとした。この場合においても、ヒートポンプ装置１００は、実施の形態１のときと同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、制御切替判定部１４における磁極位置が変化したか否かの判定方法について、さらに電流値などの変化の傾きも用いる場合について説明する。

圧縮機１およびモータ８の温度上昇によって、モータ８の抵抗、インダクタンスなどが変化し、モータ８に流れる電流、すなわち電流検出部３１で検出される電流値が変化する場合がある。一般的に、温度変化による電流検出部３１で検出される電流値の変化は、ロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化による電流検出部３１で検出される電流値の変化よりも時定数が長い。そのため、制御切替判定部１４は、実施の形態１から３で説明した閾値との比較に加えて、電流値などの変化の傾きを用いることによって、精度よくロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化の有無を検出することができる。

図１３は、実施の形態４に係るヒートポンプ装置１００が備えるインバータ制御部１０の動作を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、図６に示す実施の形態１のときのフローチャートに対して、ステップＳ３０６の動作を追加したものである。

電流値が第１の閾値未満の場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、制御切替判定部１４は、さらに、電流値の変化の傾きが規定された第４の閾値で示される範囲から外れたか否かを判定する（ステップＳ３０６）。変化の傾きが第４の閾値で示される範囲内の場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化していない、または変化量が無視できる程度に小さいとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を継続する。定常加熱制御部１３は、前述の動作を繰り返し実施する。変化の傾きが第４の閾値で示される範囲から外れた場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置が変化しているとして、定常加熱制御部１３に対して動作を指示するモード切替信号の出力を停止する。そして、制御切替判定部１４は、モータ８のロータ１２０の停止位置を示す磁極位置を改めて推定するため、磁極位置推定部１２に対して動作を指示するモード切替信号を出力する。磁極位置推定部１２は、前述の動作を繰り返し実施する。

なお、実施の形態１を例にして説明したが、実施の形態２，３にも適用可能である。実施の形態２に適用する場合、図１０に示すステップＳ３０４：Ｙｅｓの後にステップＳ３０６の動作を追加する。この場合、変化の傾きの対象は電流比率になる。また、実施の形態３に適用する場合、図１２に示すステップＳ３０５：Ｙｅｓの後にステップＳ３０６の動作を追加する。この場合、変化の傾きの対象は電圧指令値の変化量になる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御切替判定部１４は、さらに、電流値の変化の傾きが規定された第４の閾値で示される範囲から外れた場合、定常加熱制御部１３の動作を停止させ、磁極位置推定部１２を動作させることとした。これにより、ヒートポンプ装置１００は、実施の形態１から３の場合と比較して、精度よくロータ１２０の停止位置、すなわち磁極位置の変化の有無を検出することができる。

実施の形態５．
実施の形態５では、磁極位置推定部１２および定常加熱制御部１３における電圧指令値の出力方法について、実施の形態１から４と異なる出力方法を説明する。

磁極位置推定部１２は、電圧指令値Ｖａ＊の極性を、正から負に切り替える際、および負から正に切り替える際、間にゼロベクトルを出力してもよい。同様に、定常加熱制御部１３は、電圧指令値Ｖｂ＊の極性を、正から負に切り替える際、および負から正に切り替える際、間にゼロベクトルを出力してもよい。ゼロベクトルは、インバータ９の上アームまたは下アームの全てのスイッチング素子をオンにした場合に得られるものである。

これにより、ヒートポンプ装置１００は、還流状態を活用して出力電流値を三角波から台形波状にすることができる。この結果、ヒートポンプ装置１００は、モータ８の銅損成分による加熱量を増加させることができ、最大加熱量を増加することができる。なお、磁極位置推定部１２および定常加熱制御部１３は、電圧指令値の極性を切り替える際に常にゼロベクトルを出力する仕様であってもよいし、ゼロベクトルを出力しない仕様と切り替えられるようにしてもよい。この場合、インバータ制御部１０において、図示しない上位の制御部が、ゼロベクトル出力の有無を切り替える信号を磁極位置推定部１２および定常加熱制御部１３へ出力するようにしてもよい。

磁極位置推定部１２および定常加熱制御部１３で電圧指令値の極性を正から負または負から正に切り替える際にゼロベクトルを出力する場合について説明したが、これに限定されない。インバータ制御部１０では、駆動信号生成部１５のＰＷＭ信号生成部２６が、正の電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号から負の電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号に切り替えて出力する際、または負の電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号から正の電圧指令値に基づいて生成されたＰＷＭ信号に切り替えて出力する際、インバータ９の上アームまたは下アームの全てのスイッチング素子をオンにするＰＷＭ信号を出力してもよい。すなわち、ＰＷＭ信号生成部２６は、磁極位置推定部１２または定常加熱制御部１３で生成された電圧指令値から生成されるＰＷＭ信号である駆動信号の出力方向が変化する際にゼロベクトルを出力する。なお、ＰＷＭ信号生成部２６は、ＰＷＭ信号である駆動信号の出力方向が変化する際に常にゼロベクトルを出力する仕様であってもよいし、ゼロベクトルを出力しない仕様と切り替えられるようにしてもよい。この場合、インバータ制御部１０において、図示しない上位の制御部が、ゼロベクトル出力の有無を切り替える信号をＰＷＭ信号生成部２６へ出力するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３，５ 熱交換器、４ 膨張機構、６ 冷媒配管、７ 圧縮機構、８ モータ、９ インバータ、９ａ～９ｆ スイッチング素子、１０，１０ａ インバータ制御部、１１ 通常運転制御部、１２ 磁極位置推定部、１３，１３ａ 定常加熱制御部、１４ 制御切替判定部、１５ 駆動信号生成部、２０ 推定部、２１ 推定用通電位相指令部、２２ 推定用電圧指令部、２３ 加熱用通電位相指令部、２４ 加熱用電圧指令部、２５ 電圧指令値生成部、２６ ＰＷＭ信号生成部、３０ 電圧センサ、３１ 電流検出部、４０ 加熱用電流指令部、４１ 電流制御部、１００，１００ａ ヒートポンプ装置、１２０ ロータ、１２１ 鉄心、１２２ 磁石。

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機構、およびロータを有し前記圧縮機構を駆動するモータを含む圧縮機と、
   熱交換器と、
   前記モータに所望の電圧を印加するインバータと、
   前記インバータから前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記インバータの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記駆動信号生成部から前記モータが回転駆動不可能な高周波電圧を前記モータに印加して前記圧縮機を加熱する際、正弦波で表現される前記高周波電圧の電圧指令値の電圧位相を変化させ、前記電流検出部で検出された電流値から前記ロータの停止位置を示す磁極位置を推定し、最大加熱量が得られる磁極位置を推定する磁極位置推定部と、
   前記駆動信号生成部から前記高周波電圧を前記モータに印加して前記圧縮機を加熱する際、前記最大加熱量が得られる磁極位置および規定された必要加熱量から、前記電圧指令値の振幅および電圧位相を決定する定常加熱制御部と、
   前記磁極位置推定部または前記定常加熱制御部の一方を動作させるかを選択するためのモード切替信号を生成して出力する制御切替判定部と、
   を備え、
   前記磁極位置推定部は、前記必要加熱量から前記電圧指令値の第１の振幅を決定し、前記第１の振幅の電圧指令値の電圧位相を規定された範囲で変化させ、前記第１の振幅の電圧指令値の正負を切り替えて交互に出力し、前記電流値が最大となる磁極位置を前記最大加熱量が得られる磁極位置と推定する、
   ヒートポンプ装置。
2. 前記定常加熱制御部は、前記最大加熱量が得られる磁極位置および前記必要加熱量から、前記第１の振幅以上の第２の振幅を決定し、前記第２の振幅の電圧指令値の正負を切り替えて交互に出力する、
   請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記制御切替判定部は、前記定常加熱制御部の動作中において、前記電流値の平均値が規定された第１の閾値未満になった場合、前記定常加熱制御部の動作を停止させ、前記磁極位置推定部を動作させる、
   請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記制御切替判定部は、前記定常加熱制御部の動作中において、前記電流値から得られる前記モータの電流の最大相電流に対する他の２相の電流の比率が規定された第２の閾値で示される範囲から外れた場合、前記定常加熱制御部の動作を停止させ、前記磁極位置推定部を動作させる、
   請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記制御切替判定部は、前記定常加熱制御部の動作中において、前記ヒートポンプ装置が備える電流制御部の出力値の変化量が規定された第３の閾値で示される範囲から外れた場合、前記定常加熱制御部の動作を停止させ、前記磁極位置推定部を動作させる、
   請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記制御切替判定部は、さらに、前記電流値の変化の傾きが規定された第４の閾値で示される範囲から外れた場合、前記定常加熱制御部の動作を停止させ、前記磁極位置推定部を動作させる、
   請求項３から５のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。
7. 前記駆動信号生成部は、前記電圧指令値から生成される駆動信号の出力方向が変化する際にゼロベクトルを出力する、
   請求項１から６のいずれか１つに記載のヒートポンプ装置。

Images