JPWO2017163451A1 - ヒートポンプ機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避できるヒートポンプ機器を提供する。【解決手段】ヒートポンプ機器は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、交流電源２の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータ１１と、コンバータ１１の直流出力を交流に変換して圧縮機３に供給するインバータ１３と、コンバータ１１の入力電圧を検出する電圧検出部３６と、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる停止制御部４３と、共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する指令を行う制限制御部４５と、制限制御部４５を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部４６と、を備えている。

Description

本発明の実施形態は、圧縮機を用いた冷凍サイクルを備えたヒートポンプ機器に関する。
系統電源である三相交流電源に接続したコンバータから所望の電圧に昇圧した直流をインバータに供給し、このインバータでヒートポンプ機器の圧縮機のモータを可変速駆動するヒートポンプ機器が知られている。
このようなヒートポンプ機器のコンバータおよびインバータでは、電流経路に設けられたスイッチング素子が高周波数でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）している。ここで、コンバータは、その出力電圧が所望の目標電圧となるように、スイッチング素子のスイッチング、すなわち、オン、オフのタイミングやその期間を調整するフィードバック制御を行っている。同様に、インバータは、圧縮機の回転速度が目標値に合致するようにスイッチング素子のスイッチングをフィードバック制御している。これらのスイッチング回路では、スイッチング素子のスイッチングによって高調波電流が発生する。
系統電源の負荷である機器で発生する高調波は、系統電源のインピーダンスの状態によっては系統電源側に共振を発生させることがある。そこで、系統電源の共振発生を検出し、これを抑制するように無効電力抑制用進相コンデンサを投入開放するスイッチに、投入開放信号を与える系統電源共振抑制装置が知られている。
この系統電源共振抑制装置は、高調波電圧および高調波電流を捉え、無効電力抑制用進相コンデンサで共振周波数をずらす。無効電力抑制用進相コンデンサは、相互に異なるコンデンサ容量を有する３種類のコンデンサを含む。無効電力抑制用進相コンデンサは、これら３種類のコンデンサを組み合わせて進相コンデンサ全体でのコンデンサ容量を段階的に変化させる。これにより従来の系統電源共振抑制装置は、電流経路のインピーダンスを変化させ、共振の発生を防止する。
特開平９−９３８１３号公報
上述の系統電源共振抑制装置は、複数のコンデンサを必要とし、部品点数の増加、実装スペースの増加、コストの増加などを招く。
また、従来の系統電源共振抑制装置は、進相コンデンサのコンデンサ容量を変化させると、少なくとも１つのコンデンサが系統から切り離される。この系統から切り離されたコンデンサは、系統に接続が復帰されない限り余分な部品でしかなくなり、余分なスペースを占有し、余分なコストになる。
そこで、本発明に係る実施形態は、部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避できるヒートポンプ機器を提案する。
本実施形態に係るヒートポンプ機器は、冷媒を圧縮する圧縮機と、交流電源の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータと、前記コンバータの直流出力を交流に変換して圧縮機に供給するインバータと、前記コンバータの入力電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出する電圧に共振が発生した場合には、前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させる停止制御部と、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限する指令を行う制限制御部と、前記制限制御部を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部と、を備える冷媒を圧縮する圧縮機と、を備えている。
また、本実施形態に係るヒートポンプ機器の前記入力部は複数の操作釦を備えた前記ヒートポンプ機器のリモートコントローラであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記リモートコントローラの操作釦の特殊操作によるもの、および前記入力部は前記ヒートポンプ機器の制御器に設けられる切換スイッチであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記切換スイッチの操作によるもの、のいずれか一方または両方であっても良い。
また、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、前記停止制御部が前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させた後、前記動作の指令を受け取るまで前記コンバータおよび前記インバータの再運転を禁止する運転禁止部を備えていても良い。
また、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、前記制限制御部から前記制限の指令を受け前記インバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御し、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限するインバータ制御部を備えていても良い。
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の共振対策を概念的に示す図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の電源電圧に共振が生じた状態を示す波形図。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の運転制御のフローチャート。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御のフローチャート。 本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御の概念を示す図。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図。 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の運転再開制御のフローチャート。
以下、本発明に係るヒートポンプ機器の実施の形態について、図１から図８を参照して説明する。
本実施形態に係るヒートポンプ機器１０１は、冷暖房もしくは冷却を行うための冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルは、吸熱する熱交換器１０２と、放熱する熱交換器１０３と、両熱交換器１０２、１０３の間に設けられた膨張装置１０５と、冷媒を各熱交換器１０２、１０３および膨張装置１０５に流通させる圧縮機３、を備えている。圧縮機３は、ＤＣブラシレスモータ６によって駆動される。
［第１の実施形態］
本発明に係るヒートポンプ機器の第１実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の圧縮機を駆動させる回路およびその制御ブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、ヒートポンプ機器の圧縮機３内の圧縮機構を回転させるＤＣブラシレスモータ６（以下、「モータ６」または「ＤＣモータ６」という）を駆動する。駆動装置１は、交流電源２の電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧をモータ６の駆動電力として出力する。
交流電源２は商用三相交流電源である。交流電源２にはインピーダンス５（以下、「電源インピーダンス５」と言う。）が存在する。電源インピーダンス５は、地域や場所、接続されている設備等によって相違する。
モータ６は、複数の相巻線Ｌｕ（図示省略）、Ｌｖ（図示省略）、Ｌｗ（図示省略）を有するステータ（電機子、図示省略）、および複数、例えば４極の永久磁石が埋設されたロータ（回転子、図示省略）を備えている。ロータは、相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに電流が流れることにより生じる磁界とステータの各永久磁石が作る磁界との相互作用によって回転する。
駆動装置１は、コンバータ１１、平滑コンデンサ１２、インバータ１３、および制御部としてのコントローラ１５（ＭＣＵ: Micro Control Unit）を備えている。
コンバータ１１は、スイッチングにより交流電源２の電圧を昇圧した直流電圧に変換する。コンバータ１１は、出力電圧の昇圧、力率改善、および高周波低減のいずれかを行うものであれば良い。コンバータ１１は、例えばチョッパ方式の昇圧型コンバータや、ＰＷＭコンバータである。本実施形態に係るコンバータ１１は、チョッパ方式の昇圧型コンバータである。
コンバータ１１は、ＥＭＩ除去フィルタ２１と、ＥＭＩ除去フィルタ２１を介して交流電源２に接続されるダイオード２２〜ダイオード２７を有する整流回路２９と、整流回路２９に接続される昇圧チョッパ回路３１と、を備えている。
コンバータ１１は、交流電源２の出力電圧を整流回路２９で全波整流し、昇圧チョッパ回路３１で昇圧して直流電圧に変換する。コンバータ１１は、昇圧チョッパ回路３１のスイッチングを停止させ、整流回路２９で全波整流した直流の出力も可能である。
整流回路２９は、直列に接続されるダイオード２２、２３の組と、直列に接続されるダイオード２４、２５の組と、直列に接続されるダイオード２６、２７の組と、を含み、これら３組が並列に接続されたものである。それぞれ直列に接続されるダイオードの組の接続点に、交流電源２の三相電力のうちの各１相分が供給されている。また、それぞれの直列接続におけるダイオードのカソード端側が、整流回路２９の正側出力端に共通に接続され、それぞれの直列接続におけるアノード端側が、整流回路２９の負側出力端に共通に接続されている。
昇圧チョッパ回路３１は、整流回路２９の出力に接続され、電流を蓄積するリアクトル３２と、コントローラ１５によって出力されるパルス信号のパルス幅に応じてリアクトル３２に蓄積される電流の充放電を制御（PWM制御、Pulse Width Modulation）するスイッチング素子３３と、出力側へ電流を流し、逆に出力側からの電流の逆流を防止する逆流阻止ダイオード３４（チョッパダイオード）と、を備えている。スイッチング素子３３は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。スイッチング素子３３は自己消弧型半導体素子であればよく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタなどでも良い。
リアクトル３２の一端側には、整流回路２９の正側出力端が接続されている。リアクトル３２の他端側、スイッチング素子３３のドレイン側、および逆流阻止ダイオード３４のアノード側は、相互に接続されている。スイッチング素子３３のソース側には、整流回路２９の負側出力端が接続されている。なお、スイッチング素子３３には、寄生ダイオードが並列に接続されている。スイッチング素子３３としてＭＯＳＦＥＴを使用する場合は、寄生ダイオードが逆流防止ダイオードとして機能する。
コンバータ１１の出力を平滑化させる平滑コンデンサ１２が、昇圧チョッパ回路３１のチョッパダイオード３４のカソード端と整流回路２９の負側出力端との間に接続されている。
インバータ１３は、コンバータ１１の出力電圧を交流電圧に変換し、その交流電圧をモータ６に供給する。インバータ１３は、コンバータ１１の出力電圧（平滑コンデンサ１２の電圧）を所定の周波数の三相交流電圧に変換して出力する。インバータ１３の出力周波数は、冷凍サイクル側の熱負荷に応じて上位にあるヒートポンプ機器１０１の制御器（図示省略）から指示される。
インバータ１３の出力端は、モータ６の相巻線Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに接続されている。
整流回路２９の正側出力端と昇圧チョッパ回路３１のリアクトル３２との間の通電路には、電流検出部３５が設けられている。電流検出部３５は、整流回路２９の出力電流を検出し、この出力電流に対応する検出信号をコントローラ１５へ出力する。
電流検出部３５で検出される電流値（直流電流Ｉ）は、コンバータ１１およびインバータ１３の制御に用いられる。
コンバータ１１には、整流回路２９の三相中のいずれか一相に電圧検出部３６が並列に設けられている。電圧検出部３６は、整流回路２９に入力される電圧（交流電源２の出力電圧であって、ＥＭＩ除去フィルタ２１を通過した電圧）を検出し、この入力電圧に対応する検出信号をコントローラ１５へ出力する。
電圧検出部３６は、直列接続した２個以上の抵抗３７、３８を整流回路２９に並列に取り付け、その内の１個の抵抗の両端の電圧を差動アンプあるいは絶縁アンプ等で検出する。電圧検出部３６で検出される電圧値は、電源電圧に共振が発生しているか否かの判断に用いられている。
なお、電圧検出部３６は、整流回路２９の三相中の全て、またはいずれか二相に設けられていても良い。また、電圧検出部３６は、電圧に共振が発生しているか否かを判定できる程度において、駆動装置１の何れの部位に設けられていても良い。
コントローラ１５は、コンバータ１１およびインバータ１３の動作を制御する。コントローラ１５は、コンバータ１１を制御するコンバータ制御部４１と、インバータ１３を制御するインバータ制御部４２と、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる停止制御部４３と、を備えている。なお、各種部品定格を超えないように、コントローラ１５は予め電流上限値Ｉｓを記憶し、あるいは上位のヒートポンプ機器の制御器から指令を受け取る。コントローラ１５は、電流検出部３５で検出される電流が電流上限値Ｉｓを超えないようにコンバータ１１およびインバータ１３を制御する。電流検出部３５で検出される電流が電流上限値Ｉｓと実質的に同じになる時の運転が、ヒートポンプ機器の最大能力（最大負荷）である。
また、コントローラ１５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する指令（制限指令ＲＯ）を行う制限制御部４５と、制限制御部４５を動作させる指令（制限指令ＲＯ）を行う手動操作可能な入力部４６と、を備えている。
コントローラ１５には、外部から駆動装置１のオン／オフの指示が運転制御指令として入力されている。この指示は、一般に上位側の機器の制御器、例えば、ヒートポンプ機器の制御器（図示省略）からコントローラ１５に送られてくる。
また、コントローラ１５には、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようヒートポンプ機器への入力を制限値Ｉｒに制限する制限指令ＲＯが入力されている。制限指令ＲＯは、入力部４６からコントローラ１５に送られる。換言すると、コントローラ１５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する制限指令ＲＯを入力部４６から受信可能である。コントローラ１５は、入力部４６が発信する制限指令ＲＯを制限制御部４５で受信する。
入力部４６は、複数の操作釦（図示省略）を備えたヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１であって、制限指令ＲＯはリモートコントローラ５１の操作釦の特殊操作によって発生する。また、入力部４６は、安易に操作ができないヒートポンプ機器の筐体内部に収納された制御器に設けられる切換スイッチ５２であって、制限指令ＲＯは切換スイッチ５２の操作によるものであっても良い。入力部４６は、これらのいずれか一方または両方である。
リモートコントローラ５１の特殊操作とは、使用者が通常行う操作とは異なり、リモートコントローラ５１の複数のスイッチ（押しボタン）を予め定める順番で操作したり、連続して複数回操作したりする行為である。
制限指令ＲＯは、リモートコントローラ５１および切換スイッチ５２から制限制御部４５を経てインバータ制御部４２に供給されている。制限指令ＲＯは、制限値Ｉｒの指令を含む。制限値Ｉｒは、ヒートポンプ機器の出力の上限制限値を意味している。具体的には、制限値Ｉｒは、ヒートポンプ機器の最大能力(最大負荷)、すなわち圧縮機の最大回転数、よりも小さく、電圧の共振を回避できる程度、例えば最大負荷の５０％や、７５％に予め設定されていても良いし、入力部４６から任意に、または択一的な選択で設定できるものであっても良い。なお、ヒートポンプ機器の負荷と圧縮機の回転数および入力電流値は、ほぼ比例関係にあるので、交流電源からヒートポンプ機器に供給される入力電流の上限を制限する制限値Ｉｒとして最大負荷に対応する電流上限値Ｉｓの５０％や、７５％に設定しても良いし、圧縮機の回転数、すなわちインバータ１１の出力周波数を最大回転数の５０％や、７５％に制限するように設定しても良い。要するに、電流上限値Ｉｓ＞制限値Ｉｒの関係にあって、制限値Ｉｒは、電圧の共振を回避できるだけの低い値の範囲内で、できるだけ高い値が望ましい。
コンバータ制御部４１は、コンバータ１１の出力電圧が目標値になるようにコンバータ１１のスイッチング素子３３をＰＷＭ制御してコンバータ１１を昇圧動作させる。
インバータ制御部４２は、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る運転制御指令中で要求能力として指示される圧縮機３の目標回転数指令に基づいてモータ６が同目標回転数になるようにインバータ１３を制御する。
また、インバータ制御部４２は、入力部４６から制限指令ＲＯを受信した場合には、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを制限値Ｉｒに変更し、電流検出部３５で検出される電流値Ｉが制限値Ｉｒ以下となるようにインバータ１３の出力周波数を制御する。インバータ制御部４２は、制限値Ｉｒに変更された電流上限値Ｉｓ（＝制限値Ｉｒ）の範囲内でインバータ１３を運転することによって、共振を避けるようコンバータ１１への入力電流を制限する。
停止制御部４３は、電圧検出部３６の検出結果を監視して電圧に共振が発生しているか否かを判断している。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を即座に停止させ、かつ共振発生によってコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させたことを、リモートコントローラ５１の表示部（図示省略）や、ヒートポンプ機器の制御器の表示部（図示省略）に表示する。
つまり、ヒートポンプ機器の使用者や設備業者は、共振を検出した停止制御部４３によってコンバータ１１およびインバータ１３が停止したことを表示部の表示（異常表示）によって知ることができる。
図２は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の共振対策を概念的に示す図である。
図２は、ヒートポンプ機器のＤＣモータ６への入力電流と、コンバータ１１の出力電圧との関係を表す線図である。
本実施形態に係る駆動装置１は、モータ６への入力電流（図２の横軸）がモータ６の最大負荷（入力電流＝１００％）の４０数％（図２中の昇圧動作ＯＮ閾値α）より小さい低負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＦＦ（停止）に維持した状態で、整流回路２９によって全波整流された直流電圧をモータ６に供給する。昇圧チョッパ３１は、もともと、モータ６が、高回転においては、逆起電力が大きくなり、インバータ１１から十分な電流を流せなくなり、回転数が頭打ちになってしまうことを防止するために設けられている。このため、昇圧を行わなくともモータ６を目標回転数に制御できる低回転数の領域（つまり低負荷領域）においては、昇圧は不要である。昇圧を行った場合は、スイッチング素子３３のオン、オフ動作によるスイッチングロスやその駆動回路における電力ロスが生じる。このため、負荷が軽い、すなわち回転数が低い領域（つまり低負荷領域）においては、昇圧チョッパ３１を不動作にすることが省エネの観点からは望ましい。これらのため、上述のように入力電流値または圧縮機の回転数が昇圧動作ＯＮ閾値αより小さい低負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＦＦさせる。
他方、駆動装置１は、モータ６の最大負荷の４０数％（図２中の昇圧動作ＯＮ閾値α）以上から最大負荷までの高負荷領域ではコンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１をＯＮ（動作）にして昇圧された直流電圧をＤＣモータ６に供給する。この結果、インバータ１１はモータ６の最大負荷、すなわち最大回転数まで圧縮機３を駆動することができる。
駆動装置１の電圧に共振が生じるのは、コンバータ１１に流れる電流が大きい時であり、特に、問題となる大きな電圧共振が生じるのは、コンバータ１１の昇圧チョッパ回路３１で昇圧動作を行う高負荷領域のうちＸ％（例えば８０％＞α）より高負荷側の領域βである。
そこで、駆動装置１は、電圧に共振が生じた場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を一旦停止させ、外部からの指令（制限指令ＲＯ）に基づいてヒートポンプ機器への入力電流を制限し、以後の共振を回避する。制限値Ｉｒは、高負荷領域のうちＸ％よりも小さい、例えば定格負荷の７５％程度であったり、５０％程度であったりする。
図３は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器の電源電圧に共振が生じた状態を示す波形図である。
図３のＲＳ１は交流電源２側の第一相と第二相との線間相関電圧を示し、ＳＴ１は交流電源２側の第二相と第三相との線間相関電圧を示し、ＴＲ１は交流電源２側の第三相と第一相との線間相関電圧を示している。
また、図３のＲＳ２は駆動装置１側の第一相と第二相との線間相関電圧を示し、ＳＴ２は駆動装置１側の第二相と第三相との線間相関電圧を示し、ＴＲ２は駆動装置１側の第三相と第一相との線間相関電圧を示している。
ＲＳ１、ＳＴ１、ＴＲ１、ＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２は、縦軸を同じスケールで描いている。
さらに、図３のＩ−ＲＥＡＣは、コンバータ１１のリアクトル３２に流れる電流を示している。
なお、交流電源２側の線間相関電圧ＲＳ１、ＳＴ１、およびＴＲ１は、電源インピーダンス５よりも交流電源２側における検出結果である。駆動装置１側の線間相関電圧ＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２は、電源インピーダンス５よりも駆動装置１側における検出結果である。
図３に示すように、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、電圧に共振が発生すると、交流電源２側のＲＳ１、ＳＴ１、およびＴＲ１に比べて駆動装置１側のＲＳ２、ＳＴ２、およびＴＲ２でピーク値が拡大してしまう。図３は一例であるが、ピーク値が２倍程度まで拡大している。例えば交流電源２の電圧が２００Ｖの場合には、駆動装置１入口側の電圧のピーク値が４００Ｖ程度に達することになる。
このように駆動装置１側の電圧が共振すると、ヒートポンプ機器内で交流電源２から電力供給を受けているファンモータ等の他の電気部品が破壊されたり、同じ交流電源２に接続される他の機器に悪影響を及ぼしたりする。
そこで、コントローラ１５の停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を即座に停止させる。
図４は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における運転制御のフローチャートである。
図４に示すように、本実施形態に係る駆動装置１のコントローラ１５は、ヒートポンプ機器の制御器から送られる運転制御指令を監視している（ステップＳ１ Ｎｏ）。コントローラ１５は、ヒートポンプ機器の制御器から運転制御指令を受け取った場合には（ステップＳ１ Ｙｅｓ）、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきているか否かを判定する（ステップＳ２）。
コントローラ１５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ２ Ｎｏ）、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを変更せずに、そのまま入力電流Ｉの電流上限値Ｉｓに設定する（ステップＳ３）。
他方、コントローラ１５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、ヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓを制限値Ｉｒに変更し、変更後の電流上限値Ｉｓを入力電流Ｉの上限値に設定する（ステップＳ４）、つまり制限値Ｉｒを入力電流Ｉの上限値に設定する。これにより以後は電源電圧の共振は発生しなくなる。
次いで、コントローラ１５は、駆動装置１を運転する（ステップＳ５）。具体的には、コンバータ制御部４１はコンバータ１１を運転し（ステップＳ５）、インバータ制御部４２は、入力電流Ｉが電流上限値Ｉｓに収まる範囲で、モータ６の回転数が目標回転数に最も近い回転数になるようにインバータ１３を運転する（ステップＳ５からステップＳ８）。つまり、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ２ Ｎｏ）、インバータ制御部４２は、モータ６がヒートポンプ機器の制御器から受け取る電流上限値Ｉｓ（許容最大電流）に収まる最大回転数になるようにインバータ１３を運転する。この場合、許容最大電流が設定されていることから、インバータ１３は、全運転範囲で運転可能であり、モータ６は目標回転数で運転される。
他方、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、インバータ制御部４２は、制限値Ｉｒに変更された電流上限値Ｉｓ（＝制限値Ｉｒ）の範囲内で最も目標回転数に近い回転数となるようにインバータ１３を運転する。
具体的な動作として、インバータ制御部４２は、電流検出部３５の検出結果、つまりコンバータ１１の出力電流（直流電流Ｉ）が電流上限値Ｉｓよりも大きい場合には（ステップＳ６ Ｙｅｓ）、インバータ１３の出力周波数を低下させる一方（ステップＳ７）、電流検出部３５の検出結果が電流上限値Ｉｓよりも小さい場合には（ステップＳ６ Ｎｏ）、インバータ１３の出力周波数を目標回転数を上限として維持または増加させる（ステップＳ８）。
なお、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、ステップＳ６からステップＳ８においてインバータ制御部４２によってインバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御するが、ステップＳ６からステップＳ８に代えてヒートポンプ機器の弁（図示省略）を調整して負荷（モータ６）の増減することによってインバータ１３の出力周波数を調整しても良い。
そして、コントローラ１５の停止制御部４３は、コンバータ１１およびインバータ１３を運転している最中（ステップＳ５からステップＳ８）、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生しているか否かを判断する（ステップＳ９）。
停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生していない場合、つまり電圧が正常な場合には（ステップＳ９ Ｎｏ）、ステップＳ５に戻ってコンバータ１１およびインバータ１３の運転を継続する（ステップＳ５からステップＳ８）。
他方、停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生していることを検出した場合には（ステップＳ９ Ｙｅｓ）、コンバータ１１およびインバータ１３を停止させ、かつ共振が発生したためコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させたことを、リモートコントローラ５１の表示部（図示省略）や、ヒートポンプ機器の制御器の表示部（図示省略）に表示して（ステップＳ１０）運転制御を終了する。なお、上述したとおり電流上限値Ｉｓが制限値Ｉｒに変更された後は、問題となるような大きな共振は発生しないため、ステップＳ９の判断は、必ずＮｏとなる。したがって、制限値Ｉｒの設定が適切な場合には、ステップＳ９でＹｅｓとなるのは、電流上限値Ｉｓが当初の許容最大電流値のままである場合のみである。
ヒートポンプ機器の使用者、サービスマンや設備業者は、表示部の表示（異常表示）から電圧の共振によってコンバータ１１およびインバータ１３が停止したことを知り、電源電圧の共振発生の原因となる電源インピーダンスの改善を検討する。検討の結果、電源インピーダンスの改善が困難で、かつ、使用者がヒートポンプ機器の再運転（再始動、再起動）を所望する場合、使用者等は、ヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１を特殊操作したり、制御基板の切換スイッチ５２を操作したりして制限制御部４５に制限指令ＲＯを発令する。
その後、リモートコントローラ５１により運転を指示すれば、ステップＳ２での判断がＹｅｓとなり、電流上限値Ｉｓが制限値Ｉｒに変更される（ステップＳ４）。駆動装置１に流れる電流が小さい値に制限されるため、以後は電源電圧の共振が発生しなくなり、継続して運転が可能となる。
このように、本第１実施形態に係るヒートポンプ機器の駆動装置１は、電圧に共振が発生した場合には、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させる保護制御が運転制御に組み込まれていることによって、万一、発振が発生した場合であってもヒートポンプ機器の制御器の誤動作、および制御器の部品破壊を回避し、かつ交流電源２に接続されるヒートポンプ機器以外の他の機器への影響を抑制できる。
さらに、本第１実施形態に係るヒートポンプ機器の駆動装置１は、ヒートポンプ機器のリモートコントローラ５１の特殊操作や、切換スイッチ５２の操作によって、インバータ１３の電流上限値Ｉｓを下げる保護制御を行うことができるので、ヒートポンプ機器に別途の外部機器の接続等せずに電源電圧の共振が発生しない正常な運転を再開することができる。
次いで、停止制御部４３による電圧の共振判定制御について説明する。共振判定制御は、図４のステップＳ９で行われる。
図５は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御のフローチャートである。
図６は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ機器における共振判定制御の概念を示す図である。
図５および図６に示すように、本実施形態に係る駆動装置１の停止制御部４３は、共振判定制御を開始するとカウント値を零値化（リセット）し（ステップＳ２１）、カウントアップタイマーを開始する（ステップＳ２２）。カウントアップタイマーは、共振判定時間Ｔの経過を判定するための計時処理に用いられている。
次いで、停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａと共振検出閾値電圧Ｖｓとを比較する（ステップＳ２３）。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓを超えていれば（ステップＳ２３ Ｙｅｓ）カウント値を「１値」加算する（ステップＳ２４）。停止制御部４３は、電圧検出部３６が検出する電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓを超えていなければ（ステップＳ２３ Ｎｏ）、つまり電圧Ｖａが共振検出閾値電圧Ｖｓ以下であればカウント値の加算処理（ステップＳ２４）を迂回する。
次いで、停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達しているか否かを判定する（ステップＳ２５）。停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達するまでステップＳ２３からステップＳ２４を繰り返す（ステップＳ２５ Ｎｏ）。他方、停止制御部４３は、カウントアップタイマーが共振判定時間Ｔに達すると（ステップＳ２５ Ｙｅｓ）、カウントアップタイマーを初期化して零値に戻す（ステップＳ２６）。
そして、停止制御部４３は、カウント値が予め定める共振判定数Ｎより小さい場合には（ステップＳ２７ Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻って共振判定制御を継続する。他方、停止制御部４３は、カウント値が予め定める共振判定数Ｎ以上の場合には（ステップＳ２７ Ｙｅｓ）、共振の発生を判定する（ステップＳ２８）。
共振判定時間Ｔは、ピーク電圧を捉えることができるよう、例えば電源周期に応じて定められている。
データサンプリング間隔Ｓは、共振判定時間Ｔよりもかなり短く、ピーク電圧の前後で複数のデータを取得することができるよう定められている。
共振検出閾値電圧Ｖｓは、電圧検出部３６が検出する電圧の共振現象を捉えられる程度、例えば、非共振時（通常時）のピーク電圧の１．５倍から１．８倍程度に設定されている。
共振判定数Ｎは、１以上、かつ共振判定時間Ｔ÷データサンプリング間隔Ｓより小さい整数であって適宜に定められる。
［第２の実施形態］
次いで、本発明に係るヒートポンプ機器の第２実施形態について、図７および図８を参照して説明する。この実施形態は第１実施形態の制限制御部４５に運転禁止制御部５５を加えたものである。
図７は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ機器の回路および制御ブロック図である。
本実施形態に係るヒートポンプ機器において第１実施形態のヒートポンプ機器と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図７に示すように、本実施形態に係る駆動装置１にコントローラ１５Ａは、停止制御部４３がコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限指令ＲＯを受け取るまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する運転禁止制御部５５を備えている。
運転禁止制御部５５は、停止制御部４３および入力部４６からの入力を受け、インバータ制御部４２およびコンバータ制御部４１に出力を行うよう接続されている。運転禁止制御部５５は、停止制御部４３が共振の発生によりコンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限制御部４５が入力部４６から制限指令ＲＯを受信するまではコンバータ制御部４１およびインバータ制御部４２のそれぞれに運転禁止指令ＰＯを送信してコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する。したがって、本実施形態に係るヒートポンプ機器は、電圧検出部３６が検出する電圧に共振が発生しコンバータ１１およびインバータ１３が停止すると、リモートコントローラ５１により運転を指示しても、制限指令ＲＯが出るまでは、運転を再開することができない。
そして、運転禁止制御部５５は、制限制御部４５が入力部４６から制限指令ＲＯを受信すると運転禁止指令ＰＯの送信を停止してコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可する。また、制限制御部４５は、電圧検出部３６が検出する電圧の共振を避けるようコンバータ１１への入力を制限するため、制限指令ＲＯをインバータ制御部４２に供給する。換言すると、運転禁止制御部５５は、制限制御部４５に付加される機能であって、コンバータ１１およびインバータ１３の運転禁止および再運転許可するものである。
図８は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ機器の共振検出による停止後の運転再開制御のフローチャートである。
図８に示すように、本実施形態に係る駆動装置１の運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきているか否かを判定する（ステップＳ３１）。
運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきていない場合には（ステップＳ３１ Ｎｏ）、コンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可することなく、停止の状態を維持したまま制限指令ＲＯを待ち続ける。
他方、運転禁止制御部５５は、入力部４６から制限指令ＲＯが送られてきている場合には（ステップＳ３１ Ｙｅｓ）、インバータ制御部４２に設定されている電流上限値Ｉｓと制限値Ｉｒとを比較する（ステップＳ３２）。
運転禁止制御部５５は、制限値Ｉｒが電流上限値Ｉｓよりも小さい場合には（ステップＳ３２ Ｙｅｓ）、表示部の表示（異常表示）を消し（ステップＳ３３）、図４の運転制御に戻る。この場合は、電流上限値Ｉｓが共振を避けることのできる制限値Ｉｒに制限されるため、以後、問題となるような大きな共振は起こらない。
他方、運転禁止制御部５５は、制限値Ｉｒが電流上限値Ｉｓ以上の場合、すなわち、制限値の変更指示がない場合には（ステップＳ３２ Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻って適切な制限値Ｉｒを受け取るまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を許可することなく、停止の状態を維持したまま制限指令ＲＯを待ち続ける。したがって、一旦共振の発生が検知された場合は、使用者等が、入力部４６を操作して制限値Ｉｒを入力しない限り再運転が行えないようになっており、共振の発生を極力なくしている。
本第２実施形態に係るヒートポンプ機器は、コンバータ１１およびインバータ１３の運転を停止させた後、制限指令ＲＯを受信するまでコンバータ１１およびインバータ１３の再運転を禁止する制御を付加することによって、再運転後の共振の発生を極力防ぐことができる。
以上のとおり、本実施形態に係るヒートポンプ機器によれば、部品点数、実装スペース、およびコストの増加を抑制して電源の共振を回避した運転をすることができる。
なお、上述の実施形態においては、制限指令ＲＯによってコンバータ１１の入力電流が制限値以下となるようにインバータ１３の出力周波数を制御したが、商用電源２の定格電圧は一定であるため、コンバータ１１への入力電力が制限値以下となるようにしても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…駆動装置、２…交流電源、３…圧縮機、５…インピーダンス、６…ＤＣモータ、１１…コンバータ、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ、１５、１５Ａ…コントローラ、２１…ＥＭＩ除去フィルタ、２２〜２７…ダイオード、２９…整流回路、３１…昇圧チョッパ回路、３２…リアクトル、３３…スイッチング素子、３４…チョッパダイオード、３５…電流検出部、３６…電圧検出部、３７…抵抗、４１…コンバータ制御部、４２…インバータ制御部、４３…停止制御部、４５…制限制御部、４６…入力部、５１…リモートコントローラ、５２…切換スイッチ、５５…運転禁止制御部。

Claims (4)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    交流電源の電圧をスイッチングにより昇圧した直流に変換するコンバータと、
    前記コンバータの直流出力を交流に変換して圧縮機に供給するインバータと、
    前記コンバータの入力電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部が検出する電圧に共振が発生した場合には、前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させる停止制御部と、
    前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限する指令を行う制限制御部と、
    前記制限制御部を動作させる指令を行う手動操作可能な入力部と、を備えるヒートポンプ機器。
  2. 前記入力部は複数の操作釦を備えた前記ヒートポンプ機器のリモートコントローラであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記リモートコントローラの操作釦の特殊操作によるもの、および
    前記入力部は前記ヒートポンプ機器の制御器に設けられる切換スイッチであって、前記制限制御部への前記動作の指令は前記切換スイッチの操作によるもの、のいずれか一方または両方である請求項１に記載のヒートポンプ機器。
  3. 前記停止制御部が前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させた後、前記動作の指令を受け取るまで前記コンバータおよび前記インバータの再運転を禁止する運転禁止部を備えた請求項１または２に記載のヒートポンプ機器。
  4. 前記制限制御部から前記制限の指令を受け前記インバータの入力電流が所定値を超えないように出力周波数を制御し、前記共振を避けるよう前記コンバータへの入力電流を制限するインバータ制御部を備えた請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ機器。
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