WO2017183274A1

WO2017183274A1 - 電動機駆動装置および冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2017183274A1
Application number: PCT/JP2017/005759
Authority: WO
Inventors: 周作中▲瀬▼; 真作楠部
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2017-10-26
Also published as: WO2017183179A1; JPWO2017183274A1

Abstract

この発明に係る電動機駆動装置は、圧縮機モータに電力供給を行う圧縮機モータ電力変換装置と、ファンモータに電力供給を行うファンモータ電力変換装置と、圧縮機モータ電力変換装置およびファンモータ電力変換装置に、昇圧した電圧を印加する昇圧装置と、圧縮機モータの回転数を第１回転数以上にするかどうかの判定およびファンモータの回転数を第２回転数以上にするかどうかの判定を行い、圧縮機モータの回転数を第１回転数以上にする、または、ファンモータの回転数を第２回転数以上の回転数にすると判定すると、昇圧装置に昇圧させる制御装置とを備えるものである。

Description

電動機駆動装置および冷凍サイクル装置

　この発明は、電動機（モータ）を駆動する電動機駆動装置および冷凍サイクル装置に関するものである。特にモータに、電圧変換した電圧を印加することができる電動機駆動装置に関するものである。

　近年、空気調和装置、冷凍空調装置などの装置では、省エネルギーに対する要求が大きくなってきている。特に通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）を高くするには、装置内の圧縮機について、たとえば夏季および冬季のような高負荷における場合だけでなく、軽負荷（低回転）における場合でも効率を高める必要がある。そこで、圧縮機を駆動させる圧縮機モータのモータ巻線を巻き込むことで、低回転側における圧縮機モータの効率を高めている。ここで、モータの性質上、モータ巻線を巻き込むと、高回転側では電圧が不足して効率が低下する。そこで、電力を供給して圧縮機モータを駆動させる電動機駆動装置においては、効率低下を防ぐ対策として、たとえば、電源による印加電圧を昇圧して高くした電圧を印加する昇圧手段を備える構成としている（たとえば、特許文献１参照）。そして、圧縮機を高回転させるとき、昇圧手段が昇圧した電圧を、圧縮機モータに印加することで、圧縮機の不足電圧分を補っている。

特開２０１５－１４４５３０号公報

　一方、空気調和装置、冷凍空調装置などの装置は、熱交換器において、空気などの流体と冷媒との熱交換を促すためのファンを有している。従来、ファンを回転駆動させるファンモータについては、基本的に圧縮機モータと電動機駆動装置を共用している。このため、ファンモータに印加される電圧は、圧縮機モータと同じ電圧が印加される。

　ここで、特許文献１などの電動機駆動装置においては、圧縮機モータに関しては、昇圧による効率化は行われていたが、ファンモータについては、昇圧された電圧での効率化対策は行われていなかった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、昇圧を利用して、ファンモータを効率よく利用することができる電動機駆動装置および冷凍サイクル装置を提供するものである。

　また、この発明に係る冷凍サイクル装置は、この発明に係る電動機駆動装置を、圧縮機およびファンを駆動するために備えるものである。

　この発明によれば、ファンモータの回転数に基づいて、昇圧装置に昇圧させるかどうかの判定を行うようにしたので、ファンモータの回転数の広い範囲において効率よく駆動する電動機駆動装置などを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置１を中心とする構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係るインバータ部１２０およびインバータ部２１０の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る圧縮機側駆動制御部１５０の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係るファン側駆動制御部２２０の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る運転指令装置３００の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る圧縮機モータ３の回転数と効率との関係を示す図である。この発明の実施の形態１に係るファンモータ４の回転数と効率との関係を示す図である。この発明の実施の形態１における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態１に係る昇圧制御部１５４の処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態１に係る圧縮機モータ３の回転数とファンモータ４の回転数との関係の一例を示す図である。この発明の実施の形態２に係るファンモータ４の回転数と誘起電圧との間の関係を示す図である。この発明の実施の形態２に係るファンモータ４の回転数と直流電圧Ｖｄｃとの間の関係を示す図である。この発明の実施の形態２における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態２に係る直流電圧Ｖｄｃとファンモータ４の回転数との関係の一例について示す図である。この発明の実施の形態３における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態３に係る昇圧制御部１５４の処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態３に係る直流電圧Ｖｄｃとファンモータ４の回転数との関係の一例について示す図である。この発明の実施の形態５における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態５に係るファンモータ駆動装置２００のファン側駆動制御部２２０における処理の流れを説明する図である。この発明の実施の形態６に係る空気調和装置の構成例を表す図である。

　以下、発明の実施の形態に係る電動機駆動装置などについて図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、電圧、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置１を中心とする構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る電動機駆動装置１は、圧縮機駆動装置１００、ファンモータ駆動装置２００および運転指令装置３００を備えている。

　圧縮機駆動装置１００は、運転指令装置３００から送られる圧縮機回転数指令信号などに基づいて、圧縮機モータ３の駆動制御などを行う。実施の形態１の圧縮機駆動装置１００は、コンバータ部１１０、インバータ部１２０、コンデンサ部１３０、昇圧部１４０、圧縮機側駆動制御部１５０、インバータ出力部１６０、昇圧出力部１７０、電流検出部１８０および電圧検出部１９０を有している。コンバータ部１１０は、交流電源２により印加された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ部１１０を構成する素子として、たとえば、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）などのパワー半導体が用いられる。ここで、交流電源２は、３相３線、３相４線などの交流電源が用いられる。また、コンデンサ部１３０は、コンバータ部１１０において変換された直流電圧を平滑にする。

　電圧変換装置となる昇圧部１４０は、少なくとも昇圧用スイッチング素子１４１およびコイル（インダクタ）１４２を有する。昇圧出力部１７０から送られる信号に基づいて、昇圧用スイッチング素子１４１がオンまたはオフすることで、コイル１４２に蓄えられたエネルギーが放出され、直流電圧を昇圧する。昇圧部１４０が昇圧することにより、交流電圧から得られる直流電圧以上の電圧をインバータ部１２０などに印加することができる。また、インバータ部１２０は、直流電圧を交流電圧に変換し、変換に係る電力を圧縮機モータ３に供給する圧縮機モータ電力変換装置となる。インバータ部１２０の構成については、後述する。

　インバータ出力部１６０は、圧縮機側駆動制御部１５０から送られる出力電圧指令を含む信号を、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の信号に変換する。後述するように、インバータ部１２０が有する各スイッチング素子は、インバータ出力部１６０がＰＷＭ変換した信号に基づいてスイッチング動作し、直流電圧を交流電圧に変換する。また、昇圧出力部１７０は、圧縮機側駆動制御部１５０から送られる昇圧指令の信号をＰＷＭ変換し、昇圧用スイッチング素子１４１をスイッチング動作させる信号を昇圧部１４０に送る。

　電流検出部１８０は、インバータ部１２０から出力された電流を検出する。そして、検出した電流値を示す信号を圧縮機側駆動制御部１５０に送る。また、電圧検出部１９０は、インバータ部１２０に印加される、母線電圧となる直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧検出装置となる。そして、検出した電圧値を示す信号を圧縮機側駆動制御部１５０に送る。圧縮機側駆動制御部１５０は、圧縮機回転数指令信号などに基づいて、インバータ部１２０および昇圧部１４０の制御を行う。圧縮機側駆動制御部１５０の構成などについては後述する。

　また、実施の形態１の電動機駆動装置１は、ファンモータ駆動装置２００を備えている。ファンモータ駆動装置２００は、運転指令装置３００から送られるファン回転数指令信号などに基づいて、ファンモータ４の駆動を制御する。ファンモータ駆動装置２００は、インバータ部２１０、ファン側駆動制御部２２０、インバータ出力部２３０、ファン回転数検出部２４０および電圧検出部２５０を有している。

　インバータ部２１０は、インバータ部１２０と同様に、直流電圧を交流電圧に変換して、変換に係る電力をファンモータ４に供給するファンモータ電力変換装置となる。また、ファン側駆動制御部２２０は、ファン回転数指令信号などに基づいて、インバータ部２１０の制御を行う。ファン側駆動制御部２２０の構成などについては後述する。

　インバータ出力部２３０は、ファン側駆動制御部２２０から送られる出力電圧指令を含む信号を、ＰＷＭの信号に変換する。インバータ部２１０の各スイッチング素子は、インバータ出力部２３０が変換した信号に基づいてスイッチング動作し、直流電圧を交流電圧に変換する。ファン回転数検出部２４０は、ファン（図示せず）の回転数を検出する。電圧検出部２５０は、ファンモータ駆動装置２００側に印加される直流電圧を検出する。ここで、実施の形態１では、交流電源２による電圧変動、風などによるファンの回転変動による電圧の変化に対して素早く対応できるように、圧縮機駆動装置１００およびファンモータ駆動装置２００のそれぞれにおいて、直流電圧の検出を行っている。

　実施の形態１の電動機駆動装置１は、さらに運転指令装置３００を備えている。運転指令装置３００は、たとえば、空気調和装置などの冷凍サイクル装置全体の制御を行う装置である。運転指令装置３００は、圧縮機側駆動制御部１５０およびファン側駆動制御部２２０とそれぞれ通信接続されており、信号の送受を行うことができる。特に、実施の形態１では、空調負荷などに基づいて、圧縮機モータ３の回転数（駆動周波数）を決定し、決定した回転数を圧縮機回転数指令信号に含めて圧縮機駆動装置１００に送る。また、ファンモータ４の回転数を決定し、決定した回転数をファン回転数指令信号に含めてファンモータ駆動装置２００のファン側駆動制御部２２０に送る。運転指令装置３００の構成については、後述する。

　図２は、この発明の実施の形態１に係るインバータ部１２０およびインバータ部２１０の構成を示す図である。インバータ部１２０およびインバータ部２１０は、それぞれ上アーム４００と下アーム４１０とを有している。上アーム４００のスイッチング素子と下アーム４１０のスイッチング素子とは対になっている。実施の形態１では、圧縮機モータ３、ファンモータ４の各相に対応して、三対のスイッチング素子を有している。

　上アーム４００は、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、第３スイッチング素子ＳＷ３、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２および第３ダイオードＤ３を有している。第１ダイオードＤ１は、第１スイッチング素子ＳＷ１に並列に接続され、第２ダイオードＤ２は、第２スイッチング素子ＳＷ２に並列に接続され、第３ダイオードＤ３は、第３スイッチング素子ＳＷ３に並列に接続されている。

　また、下アーム４１０は、第４スイッチング素子ＳＷ４、第５スイッチング素子ＳＷ５、第６スイッチング素子ＳＷ６、第４ダイオードＤ４、第５ダイオードＤ５および第６ダイオードＤ６を有している。第４ダイオードＤ４は、第４スイッチング素子ＳＷ４に並列に接続され、第５ダイオードＤ５は、第５スイッチング素子ＳＷ５に並列に接続され、第６ダイオードＤ６は、第６スイッチング素子ＳＷ６に並列に接続されている。各素子には、たとえば、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウムなどを材料として使用したパワー半導体が用いられている。

　図３は、この発明の実施の形態１に係る圧縮機側駆動制御部１５０の構成を示す図である。実施の形態１の圧縮機側駆動制御部１５０は、インバータ制御部１５１、電圧判定部１５２、運転指令判定部１５３および昇圧制御部１５４を有している。インバータ制御部１５１は、運転指令判定部１５３の判定結果と電流検出部１８０の検出に係る電流の電流値とに基づいて、出力電圧指令の信号をインバータ出力部１６０に送り、インバータ部１２０の駆動動作を制御する。また、昇圧を行うかどうかの判定を行い、昇圧するものと判定すると、昇圧制御部１５４が有する昇圧動作指令フラグ１５５をオンする。電圧判定部１５２は、電圧検出部１９０が検出した直流電圧Ｖｄｃの判定を行う。そして、判定結果をインバータ制御部１５１に送る。運転指令判定部１５３は、圧縮機回転数指令信号に基づいて、指示された圧縮機モータ３の回転数を判定する。そして、判定結果をインバータ制御部１５１に送る。昇圧制御部１５４は、昇圧動作指令フラグ１５５を有している。そして、昇圧動作指令フラグ１５５がオンされると、昇圧指令の信号を昇圧出力部１７０に送り、昇圧部１４０の駆動動作を制御する。

　図４は、この発明の実施の形態１に係るファン側駆動制御部２２０の構成を示す図である。インバータ制御部２２１、電圧判定部２２２および運転指令判定部２２３を有している。運転指令判定部２２３の判定結果とファン回転数検出部２４０の検出に係るファン回転数とに基づいて、出力電圧指令の信号をインバータ出力部２３０に送り、インバータ部２１０の駆動動作を制御する。電圧判定部２２２は、電圧検出部２５０が検出したファンモータ駆動装置２００における直流電圧の判定を行う。そして、判定結果をインバータ制御部２２１に送る。運転指令判定部２２３は、ファン回転数指令信号に基づいて、指示されたファンモータ４の回転数を判定する。そして、判定結果をインバータ制御部２２１に送る。

　図５は、この発明の実施の形態１に係る運転指令装置３００の構成を示す図である。実施の形態１における運転指令装置３００は、圧縮機回転数決定部３１０、ファン回転数決定部３２０および昇圧判定部３３０を備えている。圧縮機回転数決定部３１０は、圧縮機モータ３の回転数を決定し、決定した回転数をデータとして含む圧縮機回転数指令信号を圧縮機駆動装置１００に送る。また、ファン回転数決定部３２０は、ファンモータ４の回転数を決定し、決定した回転数をデータとして含むファン回転数指令信号をファンモータ駆動装置２００に送る。昇圧判定部３３０は、ファンモータ４の回転数に基づいて、昇圧部１４０に昇圧動作を行わせるかどうかの判定処理を行う。

　ここで、圧縮機側駆動制御部１５０、ファン側駆動制御部２２０および運転指令装置３００については、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの制御演算処理装置を有するマイクロコンピュータなどで構成されている。また、記憶装置（図示しない）を有しており、制御などに係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて各部の処理を実行して制御を実現する。また、各部をそれぞれ異なる専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。

　図６は、この発明の実施の形態１に係る圧縮機モータ３の回転数と効率との関係を示す図である。たとえば、実施の形態１における圧縮機駆動装置１００では、あらかじめ規定した第１回転数となる圧縮機モータ３の回転数ＣＯＭＰ＿Ｆ以上の回転数を示す圧縮機回転数指令信号が運転指令装置３００から送られた場合、または、圧縮機モータ３の駆動変調度（＝圧縮機モータ３に印加する電圧／直流電圧Ｖｄｃ）が１以上の場合に、昇圧部１４０を動作させて昇圧を行う。

　たとえば、図６のように、最大効率となる回転数をｂ［ｒｐｍ］とすると、昇圧部１４０を有していない場合、最も効率をよくしようとする回転数であるｂ［ｒｐｍ］において最大効率（駆動変調度１付近）となるようにする。この場合、最大効率となる回転数は１つである。

　一方、圧縮機駆動装置１００が昇圧部１４０を有し、昇圧させることが可能である場合、昇圧しない場合には、ｂ［ｒｐｍ］より低いａ［ｒｐｍ］（昇圧しない場合の駆動変調度が１となる）の回転数において、最大効率となるように圧縮機モータ３の設計などを行う。そして、昇圧した方が効率がよい場合には、昇圧部１４０が昇圧動作を行うことで、直流電圧を高い電圧にし、ｂ［Ｈｚ］（昇圧した場合の駆動変調度が１となる）の回転数において、最大効率となるようにする。

　したがって、昇圧を行う場合と昇圧を行わない場合とで、最大効率となる回転数が複数ある。このため、低回転側における圧縮機モータ３の効率を改善することができるとともに、高回転側において最も効率をよくしようとする回転数においても、効率を維持または効率を高めることができ、広範囲の回転数にわたって高い効率を得ることができる。

　図７は、この発明の実施の形態１に係るファンモータ４の回転数と効率との関係を示す図である。実施の形態１では、さらに、ファンモータ４についても、昇圧されない場合だけでなく、昇圧が行われたときに最大効率となる回転数が存在するようにする。そして、たとえば、圧縮機モータ３を昇圧する必要のない場合でも、ファンモータ４を高回転で回転させる必要がある場合は、昇圧部１４０を昇圧動作させることによって、ファンモータ４の効率を上げるようにする。

　図８は、この発明の実施の形態１における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。図８に基づいて、実施の形態１における昇圧部１４０の昇圧動作に関して説明する。この処理は、空気調和装置、冷凍空調装置などの装置の運転中または運転前に行う。運転指令装置３００は、圧縮機モータ３の回転数ＣＯＭＰ＿Ｆおよび第２回転数となるファンモータ４の回転数ＦＡＮ＿Ｆを決定する（ステップＳ１）。そして、圧縮機モータ３の回転数をデータとして含む圧縮機回転数指令信号を圧縮機駆動装置１００の圧縮機側駆動制御部１５０に送る。また、ファンモータ４の回転数をデータとして含むファン回転数指令信号をファンモータ駆動装置２００のファン側駆動制御部２２０に送る（ステップＳ２）。

　運転指令装置３００は、決定したファンモータ４の回転数が、あらかじめ定めた回転数の閾値Ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ３）。ファンモータ４の回転数が、閾値Ａより少ない回転数であると判定すると、処理を終了する。また、ファンモータ４の回転数が、閾値Ａ以上の回転数であると判定すると、昇圧動作指令フラグ１５５をオンにする信号を圧縮機側駆動制御部１５０に送り（ステップＳ４）、処理を終了する。

　一方、圧縮機側駆動制御部１５０のインバータ制御部１５１は、運転指令判定部１５３が判定した圧縮機モータ３の回転数に基づいて、指示された圧縮機モータ３の回転数があらかじめ定めた回転数の閾値ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。閾値ａ以上でない（閾値ａより少ない）と判定すると、さらに、圧縮機モータ３の駆動変調度が１以上であるかどうか判定する（ステップＳ１２）。圧縮機モータ３の駆動変調度が１以上でない（１より小さい）と判定すると、昇圧せずに圧縮機モータ３を駆動する。

　ステップＳ１１において、閾値ａ以上であると判定する、または、ステップＳ１２において、圧縮機モータ３の駆動変調度が１以上であると判定すると、昇圧制御部１５４が有する昇圧動作指令フラグ１５５をオンにする（ステップＳ１３）。

　図９は、この発明の実施の形態１に係る昇圧制御部１５４の処理の流れを説明する図である。昇圧制御部１５４は、昇圧動作指令フラグ１５５がオンであるかどうかを判定する（ステップＳ２１）。昇圧動作指令フラグ１５５がオンであると判定すると、昇圧指令の信号を送り、昇圧部１４０に昇圧動作を行わせる（ステップＳ２２）。昇圧動作指令フラグ１５５がオンでない（オフである）と判定すると、ステップＳ２１に戻る。

　図１０は、この発明の実施の形態１に係る圧縮機モータ３の回転数とファンモータ４の回転数との関係の一例を示す図である。ここで、昇圧部１４０を駆動させる閾値となる圧縮機モータ３の回転数の閾値ａを６０ｒｐｍsとする。また、閾値となるファンモータ４の回転数の閾値Ａを７００ｒｐｍとする。たとえば、運転指令装置３００が決定した圧縮機モータ３の回転数ＣＯＭＰ＿Ｆが、６０ｒｐｍs以上である場合は、圧縮機駆動装置１００側が昇圧動作を行う判定を行う。

　一方、たとえば、空気調和装置、冷凍装置などの冷凍サイクル装置において、熱交換器の霜取りを行うデフロスト運転を行うような場合、圧縮機を駆動する前に、ファンモータ４を、たとえば、７５０ｒｐｍ以上で回転させる場合がある。そこで、運転指令装置３００が決定したファンモータ４の回転数ＦＡＮ＿Ｆが、７００ｒｐｍ以上である場合は、運転指令装置３００側が昇圧動作を行う判定を行う。そして、昇圧部１４０を動作させて昇圧を行うことで、図１０に示すように、広い回転数でファンモータ４を効率よく回転させることができる。

　以上のように、実施の形態１の電動機駆動装置１によれば、昇圧する場合と昇圧しない場合とにおける最大効率となる回転数が異なるようなファンモータ４を有し、運転指令装置３００は、決定したファンモータ４の回転数に基づいて、昇圧部１４０に昇圧動作を行わせるかどうかの判定を行うようにしたので、回転数の広い範囲において効率のよいファンモータ４の駆動を行うことができる。

実施の形態２．
　実施の形態２においては、母線電圧となる直流電圧Ｖｄｃを、昇圧した電圧でファンモータ４を駆動させるかどうかの判定材料として加えたものである。そして、直流電圧Ｖｄｃを利用した昇圧の判定処理は、運転指令装置３００が行う。

　図１１は、この発明の実施の形態２に係るファンモータ４の回転数と誘起電圧との間の関係を示す図である。誘起電圧はモータが本来もっている特性である。そして、モータを回転させるときには誘起電圧以上の電圧を印加することが必要であることは一般的に知られている。モータの回転数が上がると誘起電圧も上昇する。したがって、モータを高回転させたいときには、モータに印加する電圧を上げる必要がある。

　図１２は、この発明の実施の形態２に係るファンモータ４の回転数と直流電圧Ｖｄｃとの間の関係を示す図である。ファンモータ４に印加する電圧は、直流電圧Ｖｄｃに依存する。また、直流電圧Ｖｄｃは、交流電源２が印加する電源電圧に依存する。このため、電源電圧が低い場合は直流電圧Ｖｄｃも低くなる。たとえば、直流電圧Ｖｄｃが低いと誘起電圧の上昇が制限されるので、最大回転数が制限されてしまう。たとえば、空気調和装置の場合、ファンを回転させることで、冷媒と空気との熱交換を行っている。したがって、ファンモータの回転数が低下すると、十分な熱交換を行うことができず、効率が低下する可能性がある。

　一方で、直流電圧Ｖｄｃが低い場合に、モータの回転数を上げるためには、モータの誘起電圧を下げる必要がある。ここで、モータの誘起電圧は磁束に比例する。そのため、モータに印加する電圧の位相を進め、励磁する磁束を弱めることで誘起電圧を下げて、モータの回転数を上げることは一般的に知られている。

　磁束を弱める前後で同じトルクを得るために、磁束を弱めた分、モータに流す電流を増加させる必要がある。モータの特性として、不可逆減磁する電流値を持っており、モータ電流を増加させることで減磁電流値を超えてモータが破損する可能性がある。このため、磁束を弱めることに制限があることについても一般的に知られている。

　そこで、実施の形態２の電動機駆動装置１は上記のような課題を解決するため、たとえば、デフロスト運転の場合、圧縮機の負荷が軽い場合（室内機の運転台数が少ない場合）などにおいて、直流電圧Ｖｄｃ（電源電圧）が低下した場合でも、ファンモータ４の高回転側における最大回転数を維持、拡張できるようにするものである。

　図１３は、この発明の実施の形態２における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。図１３に基づいて、実施の形態２における昇圧部１４０の昇圧動作に関して説明する。図１３において、図８に記載したステップ番号と同じステップ番号の処理については、実施の形態１において行った処理と同じである。

　ステップＳ２を終了した後、運転指令装置３００は、圧縮機駆動装置１００の電圧検出部１９０が検出した直流電圧Ｖｄｃが、あらかじめ定められた母線電圧設定閾値Ｅより低いかどうかを判定する（ステップＳ３１）。母線電圧設定閾値Ｅについては、たとえば５００Ｖとする。そして、直流電圧Ｖｄｃが母線電圧設定閾値Ｅより低いと判定すると、決定したファンモータ４の回転数が、あらかじめ定めた回転数の閾値Ａ以上であるかどうかを判定する（ステップＳ３）。閾値Ａについては、たとえば７００ｒｐｍとする。

　ステップＳ３１において、直流電圧Ｖｄｃが、母線電圧設定閾値Ｅ以上である、または、ステップＳ３において、ファンモータ４の回転数が、閾値Ａより少ない回転数であると判定すると、処理を終了する。ファンモータ４の回転数が、閾値Ａ以上の回転数であると判定すると、昇圧動作指令フラグ１５５をオンにする信号を圧縮機側駆動制御部１５０に送り（ステップＳ４）、処理を終了する。圧縮機側駆動制御部１５０が行う処理については、実施の形態１において説明したステップＳ１１～ステップＳ１３と同じ処理を行う。

　図１４は、この発明の実施の形態２に係る直流電圧Ｖｄｃとファンモータ４の回転数との関係の一例について示す図である。実施の形態２の電動機駆動装置１によれば、直流電圧Ｖｄｃが低く、ファンモータ４が高い回転数で駆動する必要があるときには、昇圧部１４０に昇圧させるようにしたので、直流電圧Ｖｄｃを高くすることができ、ファンモータ４の回転に必要な電圧を印加することができるので、回転数の範囲を拡大することができる。

実施の形態３．
　実施の形態３においては、圧縮機を高回転させるときに昇圧する場合の電圧幅（昇圧幅）と、ファンを高回転させるときに昇圧する場合の昇圧幅とが異なるようにしたものである。ここで、圧縮機を高回転させるときの電圧を昇圧電圧Ｖ１とし、ファンを高回転させるときの電圧を昇圧電圧Ｖ２とする。そして、昇圧電圧Ｖ１＞昇圧電圧Ｖ２である。たとえば、昇圧電圧Ｖ１を７００Ｖとし、昇圧電圧Ｖ２を６００Ｖとする。また、実施の形態３における昇圧制御部１５４は、ファン用昇圧動作指令フラグ１５５Ｆおよび圧縮機用昇圧動作指令フラグ１５５Ｃを有しているものとする。

　図１５は、この発明の実施の形態３における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。図１５に基づいて、実施の形態３における昇圧部１４０の昇圧動作に関して説明する。図１５において、図８および図１３に記載したステップ番号と同じステップ番号の処理については、実施の形態１および実施の形態２において行った処理と同じである。

　運転指令装置３００は、ステップＳ３を終了した後、ファンモータ４の回転数が、閾値Ａ以上の回転数であると判定すると、ファン用昇圧動作指令フラグ１５５Ｆをオンにする信号を圧縮機側駆動制御部１５０に送り（ステップＳ４１）、処理を終了する。

　一方、圧縮機側駆動制御部１５０のインバータ制御部１５１は、ステップＳ１１において、閾値ａ以上であると判定する、または、ステップＳ１２において、圧縮機モータ３の駆動変調度が１以上であると判定すると、圧縮機用昇圧動作指令フラグ１５５Ｃをオンにする（ステップＳ５１）。

　図１６は、この発明の実施の形態３に係る昇圧制御部１５４の処理の流れを説明する図である。昇圧制御部１５４は、圧縮機用昇圧動作指令フラグ１５５Ｃがオンであるかどうかを判定する（ステップＳ６１）。そして、圧縮機用昇圧動作指令フラグ１５５Ｃがオンであると判定すると、昇圧指令の信号を送り、昇圧電圧Ｖ１となるように、昇圧部１４０に昇圧動作を行わせる（ステップＳ６３）。

　また、圧縮機用昇圧動作指令フラグ１５５Ｃがオンでない（オフである）と判定すると、さらに、ファン用昇圧動作指令フラグ１５５Ｆがオンであるかどうかを判定する（ステップＳ６２）。ファン用昇圧動作指令フラグ１５５Ｆがオンであると判定すると、昇圧指令の信号を送り、昇圧電圧Ｖ２となるように、昇圧部１４０に昇圧動作を行わせる（ステップＳ６４）。ファン用昇圧動作指令フラグ１５５Ｆがオンでない（オフである）と判定すると、ステップＳ６１に戻る。

　図１７は、この発明の実施の形態３に係る直流電圧Ｖｄｃとファンモータ４の回転数との関係の一例について示す図である。たとえば、実施の形態２のように、圧縮機モータ３に係る場合と同じ電圧（たとえば７００Ｖ）に昇圧して印加する場合、ファンモータ４自体については、回転数を拡大することができる（たとえば、１２００ｒｐｍ）。しかし、実際の空気調和装置、冷凍空調装置などにおいて、ファンモータ４の回転数が増えると、モータのトルクが増加し、モータ電流も増加する。モータ電流が増加すると、モータの減磁電流値に近づく。したがって、高回転側におけるモータの回転数は、モータ電流により制限される。このため、実際のファンモータ４の駆動は、昇圧せずに駆動した場合の回転数と比較して、２０％～３０％増加した回転数での駆動が限界となる。

　そこで、実施の形態３では、電源電圧が定格電圧から低下（たとえば、電圧降下、三相アンバランス状態での低下）した場合でも、所定の回転数が確保できるような昇圧を行うようにする。ファンモータ４における昇圧は、定格電圧を確保するレベルとすることで、ファンモータ４の運転範囲を確保できる。

　以上のように、実施の形態３の電動機駆動装置１によれば、圧縮機モータ３による昇圧電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ１より低いファンモータ４による昇圧電圧Ｖ２とに分けるようにしたので、昇圧部１４０を動作させることによる昇圧部１４０の損失を低減し、かつ、ファンモータ４の回転数の範囲を確保することができる。

実施の形態４．
　上述した実施の形態１～実施の形態３においては、圧縮機モータ３に係る昇圧の判定処理は、圧縮機側駆動制御部１５０が行い、ファンモータ４に係る昇圧の判定処理は運転指令装置３００が行ったが、これに限定するものではない。たとえば、運転指令装置３００が、圧縮機モータ３に係る昇圧の判定処理についても行うようにしてもよい。また、ファンモータ駆動装置２００が、ファンモータ４に係る昇圧の判定処理を行うようにしてもよい。

　実施の形態５．
　上述した実施の形態１～実施の形態４においては、ファンモータ４に係る昇圧を行った。実施の形態５の電動機駆動装置は、ファンモータ４に係る昇圧を行う際、ファンモータ４のキャリア周波数を変化させるようにしたものである。

　前述した各実施の形態で示したように、昇圧することでファンモータ４の回転数を高回転側まで広げることができる。このため、空気調和装置の効率を改善することができる。一方で、ファンモータ４を高回転させることで、ファンモータ４の出力電圧および出力電流が増加し、ファンモータ４の出力電力が増加する。

　ファンモータ駆動装置２００のインバータ部２１０にはスイッチング素子が用いられるが、スイッチング素子の損失は、以下の（１）式～（４）式で表される関係となることが、一般的に知られている。ここで、Ｆｃは、キャリア周波数である。また、Ｅ（ＯＮ）ＩＭは、電流ＩＭ時の損失である。さらに、Ｅ（ＯＦＦ）ＩＭは電流ＩＭ時の損失である。
　　スイッチング損失＝ターンオン損失＋ターンオフ損失＋定常損失　…（１）
　　ターンオン損失＝Ｆｃ×Ｅ（ＯＮ）ＩＭ　／２　　　　　　　　　…（２）
　　ターンオフ損失＝Ｆｃ×Ｅ（ＯＦＦ）ＩＭ／２　　　　　　　　　…（３）
　　定常損失＝スイッチング素子の飽和電圧×モータ出力電流　　　　…（４）

　スイッチング素子の損失は、ファンモータ駆動装置２００内での消費電力（損失）となるので、効率が悪くなる。また、損失は熱を発生させる。したがって、ファンモータ４を高回転させると、出力電流が増加し、ファンモータ駆動装置２００の損失を増加させ、ひいては空気調和装置の効率を悪くさせる。それとともに、ファンモータ駆動装置２００に適切な放熱装置を設置するなど、放熱対策が必要となる。

　そこで、実施の形態５では、上述した内容を鑑み、昇圧することで、ファンモータ４が高回転で駆動する場合、ファンモータ駆動装置２００のキャリア（搬送信号）におけるキャリア周波数を変化させる。そして、ファンモータ４を高回転させたときのファンモータ駆動装置２００の効率の悪化を防ぐとともに、ファンモータ駆動装置２００に対する放熱対策を不要とするものである。

　上述した（２）式および（３）式から、たとえば、キャリア周波数が高いと損失が増加し、低いと損失が減少することがわかる。一方で、キャリア周波数が低いと、インバータ制御で生成される正弦波波形が粗くなることが一般的に知られている。

　空気調和装置においては、ファンおよびファンモータ４が回転することにより発生する騒音が問題となる。キャリア周波数が低く、インバータ制御で生成される正弦波が粗くなると、ファンの回転数が一定にならず、回転ムラが発生し、騒音が大きくなる。特に、ファンの回転数が低い場合は顕著に騒音が大きくなる。したがって、通常、ファンモータ４を駆動させるときのキャリア周波数は、ある程度高めに設定されている。このときのキャリア周波数は、たとえば、１３～１６ｋＨｚである。

　一方で、ファンモータ４の回転が高いときは、元々、ファンの騒音が大きい。したがって、キャリア周波数を低く変更しても騒音への影響は低い。そこで、たとえば、キャリア周波数を８～１２ｋＨｚへ変更してもよい。

　図１８は、この発明の実施の形態５における昇圧に係る処理の流れを説明する図である。図１８に基づいて、実施の形態５における昇圧部１４０の昇圧動作とともに行うキャリア周波数の変更について説明する。図１８において、図８に記載したステップ番号と同じステップ番号の処理については、実施の形態１において行った処理と同じである。

　ステップＳ４を終了した後、運転指令装置３００は、ファンモータ駆動装置２００のファン側駆動制御部２２０に対し、変更前となる通常よりも低い低側キャリア周波数（たとえば、１０ｋＨｚ）に変更する変更信号を送る（ステップＳ５）。

　図１９は、この発明の実施の形態５に係るファンモータ駆動装置２００のファン側駆動制御部２２０における処理の流れを説明する図である。ファン側駆動制御部２２０は、変更信号を受信したかどうかを判定する（ステップＳ６１）。変更信号を受信したと判定すると、低側キャリア周波数に変更する（ステップＳ６２）。変更信号を受信していないと判定すると、ステップＳ６１に戻る。

　以上のように、実施の形態５の電動機駆動装置１によれば、ファンモータ４が高回転で駆動する場合には、ファンモータ駆動装置２００のインバータ部２１０におけるキャリア周波数を低く変更するようにしたので、ファンモータ駆動装置２００の効率の悪化を防ぎ、ファンモータ駆動装置２００の放熱対策を不要とすることができる。

実施の形態６．
　図２０は、この発明の実施の形態６に係る空気調和装置の構成例を表す図である。ここで、図２０では空気調和装置を冷凍サイクル装置の例として示している。図２０において、図１などにおいて説明したものについては、同様の動作を行うものとする。図２０の空気調和装置は、室外ユニット５００と室内ユニット６００とをガス冷媒配管７００、液冷媒配管８００により配管接続する。室外ユニット５００は、圧縮機５１０、四方弁５２０、室外熱交換器５３０および膨張弁５４０を有している。また、室外側ファン５５０を有している。

　圧縮機５１０は、実施の形態１～実施の形態５において説明した圧縮機モータ３の回転により駆動し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。電動機駆動装置１の圧縮機駆動装置１００が、圧縮機モータ３の回転数を制御することで、圧縮機５１０の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる。また、四方弁５２０は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。

　実施の形態６における室外熱交換器５３０は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。絞り装置、流量制御手段などの膨張弁５４０は冷媒を減圧して膨張させる。たとえば、電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。

　室外側ファン５５０は、実施の形態１～実施の形態５において説明したファンモータ４の回転により駆動し、室外熱交換器５３０において冷媒と熱交換する空気を送り込む。電動機駆動装置１のファンモータ駆動装置２００が、ファンモータ４の回転数を制御することで、ファンの風量を変化させることができる。

　また、室内ユニット６００は、室内熱交換器６１０を有している。室内熱交換器６１０は、たとえば空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。

　以上のように、空気調和装置を構成し、室外ユニット５００の四方弁５２０により冷媒の流れを切り換えることで、暖房運転および冷房運転を実現することができる。

　上述の実施の形態６では、冷凍サイクル装置の例として空気調和装置について説明したが、これに限定するものではない。たとえば冷蔵装置、冷凍装置など、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。

　１　電動機駆動装置、２　交流電源、３　圧縮機モータ、４　ファンモータ、１００　圧縮機駆動装置、１１０　コンバータ部、１２０　インバータ部、１３０　コンデンサ部、１４０　昇圧部、１４１　昇圧用スイッチング素子、１４２　コイル、１５０　圧縮機側駆動制御部、１５１　インバータ制御部、１５２　電圧判定部、１５３　運転指令判定部、１５４　昇圧制御部、１５５　昇圧動作指令フラグ、１５５Ｃ　圧縮機用昇圧動作指令フラグ、１５５Ｆ　ファン用昇圧動作指令フラグ、１６０　インバータ出力部、１７０　昇圧出力部、１８０　電流検出部、１９０　電圧検出部、２００　ファンモータ駆動装置、２１０　インバータ部、２２０　ファン側駆動制御部、２２１　インバータ制御部、２２２　電圧判定部、２２３　運転指令判定部、２３０　インバータ出力部、２４０　ファン回転数検出部、２５０　電圧検出部、３００　運転指令装置、３１０　圧縮機回転数決定部、３２０　ファン回転数決定部、３３０　昇圧判定部、４００　上アーム、４１０　下アーム、５００　室外ユニット、５１０　圧縮機、５２０　四方弁、５３０　室外熱交換器、５４０　膨張弁、５５０　室外側ファン、６００　室内ユニット、６１０　室内熱交換器、７００　ガス冷媒配管、８００　液冷媒配管、ＳＷ１　第１スイッチング素子、ＳＷ２　第２スイッチング素子、ＳＷ３　第３スイッチング素子、ＳＷ４　第４スイッチング素子、ＳＷ５　第５スイッチング素子、ＳＷ６　第６スイッチング素子、Ｄ１　第１ダイオード、Ｄ２　第２ダイオード、Ｄ３　第３ダイオード、Ｄ４　第４ダイオード、Ｄ５　第５ダイオード、Ｄ６　第６ダイオード。

Claims

　圧縮機モータに電力供給を行う圧縮機モータ電力変換装置と、
　ファンモータに電力供給を行うファンモータ電力変換装置と、
　前記圧縮機モータ電力変換装置および前記ファンモータ電力変換装置に、昇圧した電圧を印加する昇圧装置と、
　前記圧縮機モータの回転数を第１回転数以上にするかどうかの判定および前記ファンモータの回転数を第２回転数以上にするかどうかの判定を行い、前記圧縮機モータの回転数を第１回転数以上にする、または、前記ファンモータの回転数を第２回転数以上の回転数にすると判定すると、前記昇圧装置に昇圧させる制御装置と
を備える電動機駆動装置。
　前記圧縮機モータ電力変換装置および前記ファンモータ電力変換装置に印加される母線電圧を検出する電圧検出装置をさらに備え、
　前記制御装置は、前記電圧検出装置が検出する電圧が閾値電圧より低いと判定すると、前記昇圧装置に昇圧させる請求項１に記載の電動機駆動装置。
　前記制御装置は、
　前記圧縮機モータに係る判定により昇圧を行うときと、前記ファンモータに係る判定により昇圧を行うときとで、前記昇圧装置に昇圧させる電圧が異なる制御を行う請求項２に記載の電動機駆動装置。
　前記制御装置は、前記ファンモータの回転数を前記第２回転数以上の回転数にすると判定すると、前記ファンモータ電力変換装置におけるキャリア周波数を、変更前よりも低い前記キャリア周波数に変更する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載された電動機駆動装置。
　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載された電動機駆動装置を、圧縮機およびファンを駆動するために備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。