WO2021048895A1 - 圧縮機駆動装置および空気調和装置 - Google Patents

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WO2021048895A1
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compressor
energization
control unit
frequency
inverter control
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PCT/JP2019/035357
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴彦 小林
和徳 畠山
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a compressor drive device and an air conditioner that drive a compression mechanism that compresses a refrigerant.
  • Patent Document 1 discloses a technique for heating the compressor during standby for operation in order to prevent the refrigerant from staying in the heat pump device composed of the compressor drive device.
  • the heat pump device described in Patent Document 1 determines whether or not heating of the compressor is necessary based on the amount of refrigerant sunk in the compressor while the compressor is on standby.
  • the heat pump device described in Patent Document 1 supplies a direct current to the compressor motor according to the amount of refrigerant sunk, or has a higher frequency than during normal operation.
  • the compressor is heated by selecting one of the high-frequency energizations that supply the high-frequency current.
  • Patent Document 1 When the technique described in Patent Document 1 is applied to a device having a large heat capacity of a compressor and composed of a plurality of compressors, the total amount of electric power required to heat the refrigerant inside the compressor during operation standby is increased. Increases with the number of compressors. In the case of the heating method in which high-frequency energization is performed, although the heating efficiency is high, there is a problem that noise increases when high-frequency energization is performed on a plurality of compressors at the same time.
  • Air conditioners tend to be equipped with a compressor drive device that drives a plurality of compressors in order to increase the output. Air conditioners are required to suppress noise and standby power during standby, which increases in proportion to the number of compressors.
  • the present invention has been made in view of the above, and when heating a plurality of compressors in operation standby, it is possible to suppress an increase in standby power due to direct current energization while suppressing an increase in noise due to high frequency energization.
  • the purpose is to obtain a compressor drive device.
  • the present invention compresses a compressor that is connected to a power source and includes a compressor that compresses a refrigerant and a compressor motor that operates the compression mechanism. It is a machine drive device.
  • Each compressor drive device includes a plurality of inverters that convert the electric power of the power source into a desired voltage and apply the power to the compressor motor, and an inverter control unit that generates a drive signal for driving the plurality of inverters. ..
  • the inverter control unit When heating the refrigerant inside a plurality of compressors in standby operation, the inverter control unit energizes a compressor motor included in at least one of the plurality of compressors by using a direct current.
  • DC energization or low-frequency energization which is energization using a low-frequency current with an operating frequency within the specified range, is performed, and the compressor is used for the compressor motor of other compressors among multiple compressors. It is controlled to perform high-frequency energization, which is energization using a high-frequency current having an operating frequency higher than the low-frequency current, which is a current having an operating frequency that the motor cannot follow.
  • the compressor drive device has an effect of suppressing an increase in standby power due to direct current energization while suppressing an increase in noise due to high-frequency energization when heating a plurality of compressors in operation standby. ..
  • FIG. 1 A flowchart showing a refrigerant heating operation during standby operation of the compressor drive device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an air conditioner 100 including a compressor drive device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the air conditioner 100 includes a compressor drive device 1 and a refrigeration cycle 30.
  • the refrigeration cycle 30 includes compressors 2a and 2b, a four-way valve 32, a heat exchanger 33a, an expansion device 34, and a heat exchanger 33b.
  • the refrigerant pipes are connected in the order of the compressors 2a and 2b, the four-way valve 32, the heat exchanger 33a, the expansion device 34, the heat exchanger 33b, the four-way valve 32, and the compressors 2a and 2b.
  • the refrigerant circuit 31 is configured by connecting each configuration via the structure.
  • the compressor 2a includes a compression mechanism 21a that compresses the refrigerant in the refrigeration cycle 30, and a compressor motor 22a that operates the compression mechanism 21a.
  • the compressor 2b includes a compression mechanism 21b that compresses the refrigerant in the refrigeration cycle 30, and a compressor motor 22b that operates the compression mechanism 21b.
  • the compressor motors 22a and 22b are three-phase motors having U-phase, V-phase, and W-phase three-phase windings. In the following description, when the compressors 2a and 2b are not distinguished, they are referred to as the compressor 2, when the compression mechanisms 21a and 21b are not distinguished, they are referred to as the compression mechanism 21, and when the compressor motors 22a and 22b are not distinguished, they are referred to as the compressor.
  • the compressors 2a and 2b are connected in parallel on the same refrigerant circuit 31.
  • the compressors 2a and 2b may be connected to different refrigerant circuits. Further, in the air conditioner 100, the number of compressors 2 is not limited to two, and may be three or more.
  • the “refrigerant” may be referred to as “liquid refrigerant”, and the same shall apply hereinafter.
  • the compressor drive device 1 targets the refrigeration cycle 30, specifically, the compressors 2a and 2b.
  • the compressor drive device 1 compresses the refrigerant flowing through the refrigerant circuit 31 of the air conditioner 100 will be described, but this is an example, and the present invention is not limited thereto.
  • the compressor drive device 1 can also target a device other than the air conditioner 100, for example, a refrigerant circuit such as a refrigerator, a dehumidifier, a water heater using a heat pump device, a drying washing machine, and a refrigerating device.
  • the configuration of the refrigeration cycle 30 shown in FIG. 1 is an example, and the present invention is not limited to this. Even if the refrigeration cycle 30 has a configuration different from that of FIG. 1, the same effect as when the compressor drive device 1 is applied to the air conditioner 100 can be obtained.
  • the compressor drive device 1 includes an inverter 11a that is electrically connected to the compressor motor 22a and drives the compressor motor 22a, and an inverter 11b that is electrically connected to the compressor motor 22b and drives the compressor motor 22b.
  • the inverter control unit 12 generates a drive signal for driving the inverters 11a and 11b and controls the inverters 11a and 11b.
  • the inverter 11a is connected to the power source 3, converts the power of the power source 3 into a desired voltage, and applies the power to the compressor motor 22a. Specifically, the inverter 11a applies a voltage Vu to the U-phase winding of the compressor motor 22a, applies a voltage Vv to the V-phase winding, and applies a voltage Vw to the W-phase winding.
  • the inverter 11b is connected to the power source 3, converts the power of the power source 3 into a desired voltage, and applies the power to the compressor motor 22b. Specifically, the inverter 11b applies a voltage Vu to the U-phase winding of the compressor motor 22b, applies a voltage Vv to the V-phase winding, and applies a voltage Vw to the W-phase winding.
  • the inverters 11a and 11b when they are not distinguished, they may be referred to as an inverter 11.
  • the power source 3 may be a DC power source including a battery, a battery, or the like, or an AC direct current power source including a well-known converter for converting AC power supplied from a three-phase or single-phase AC power source into DC power, a reactor, and a smoothing capacitor. It may be a converter.
  • the well-known converter may be a diode bridge.
  • the compressor drive device 1 has a configuration in which a booster circuit such as a well-known DC (Direct Current) -DC converter is inserted into the DC bus between the AC / DC power converter and the inverter 11 to boost the DC voltage. But it may be. Further, the compressor drive device 1 may be configured to include the above-mentioned AC / DC power converter, booster circuit, and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an inverter 11 constituting the compressor drive device 1 according to the first embodiment. From FIG. 1, the compressor drive device 1 and the portion of the configuration connected to the compressor drive device 1 are extracted. As shown in FIG. 2, the inverters 11a and 11b have a bridge-connected switching element and a freewheeling diode connected in parallel to each of the switching elements.
  • the inverter control unit 12 that controls the inverters 11a and 11b is electrically connected to the inverters 11a and 11b.
  • the inverter control unit 12 performs control calculation, control processing, and the like for driving the inverters 11a and 11b, and PWM (Pulse Width Modulation) signals UP, VP, WP, UN, VN, which are drive signals for each inverter 11.
  • WN is generated and output to the inverters 11a and 11b.
  • the PWM signal UP drives the switching element UP1
  • the PWM signal VP drives the switching element VP1
  • the PWM signal WP drives the switching element WP1
  • the PWM signal UN drives the switching element UN1
  • the PWM signal The switching element VN1 is driven by the VN
  • the switching element WN1 is driven by the PWM signal WN.
  • the inverter 11a generates three-phase voltages Vu, Vv, and Vw applied to the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the compressor motor 22a.
  • the PWM signal UP drives the switching element UP2
  • the PWM signal VP drives the switching element VP
  • the PWM signal WP drives the switching element WP2
  • the PWM signal UN drives the switching element UN2.
  • the switching element VN2 is driven by the VN
  • the switching element WN2 is driven by the PWM signal WN.
  • the inverter 11b generates three-phase voltages Vu, Vv, and Vw applied to the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the compressor motor 22b.
  • the inverter control unit 12 individually controls the inverters 11a and 11b, and individually outputs a PWM signal for outputting the voltage to be output by each of the inverters 11a and 11b to the inverters 11a and 11b.
  • the inverter control unit 12 has two operation modes, a normal operation mode and a heating operation mode, as an operation mode for controlling the inverters 11a and 11b to operate the compressors 2a and 2b.
  • a normal operation mode the inverter control unit 12 generates a PWM signal as a drive signal for driving the compressor motors 22a and 22b and outputs the PWM signal to the inverters 11a and 11b.
  • the heating operation mode the inverter control unit 12 heats and compresses the compressor motors 22a and 22b by energizing the compressor motors 22a and 22b in operation standby so as not to rotate them, unlike the normal operation mode.
  • the refrigerant staying inside the machines 2a and 2b is warmed, vaporized and discharged.
  • the inverter control unit 12 utilizes the heat generated in the compressor motors 22a and 22b by passing a direct current or a high frequency current that the compressor motors 22a and 22b cannot follow in the compressor motors 22a and 22b. Then, the refrigerant staying inside the compressors 2a and 2b is heated.
  • energizing the compressor motors 22a and 22b so as not to rotate them in the heating operation mode to perform heating is referred to as restraint energization.
  • passing a direct current through the compressor motors 22a and 22b to perform restraint energization is referred to as direct current energization.
  • Direct current energization is energization using a direct current.
  • the inverter control unit 12 may perform low-frequency energization, which is energization using a low-frequency current having an operating frequency within a specified range, for the compressor motors 22a and 22b instead of direct current energization. Good. Further, passing a high-frequency current through the compressor motors 22a and 22b to perform restraint energization is called high-frequency energization.
  • the high-frequency energization is a current having an operating frequency that the compressor motor 22 cannot follow, and is an energization using a high-frequency current having an operating frequency higher than the low-frequency current.
  • the inverter control unit 12 is based on an internal calculation of the inverter control unit 12 or a signal from an upper control unit such as an external controller (not shown) that controls the air conditioner 100 while the compressors 2a and 2b are on standby for operation. Then, it is determined whether or not the compressors 2a and 2b need to be heated. When the inverter control unit 12 determines that heating is required, the inverter control unit 12 shifts to the heating operation mode and controls the compressor motors 22a and 22b so as to flow a direct current or a high frequency current that the compressor motors 22a and 22b cannot follow.
  • an upper control unit such as an external controller (not shown) that controls the air conditioner 100 while the compressors 2a and 2b are on standby for operation.
  • the drive signal based on the control is output to the inverters 11a and 11b.
  • the inverter control unit 12 determines that heating is unnecessary, the inverter control unit 12 does not output a drive signal to the inverters 11a and 11b, and maintains the operation standby state of the inverters 11a and 11b.
  • the inverter control unit 12 determines whether or not the compressors 2a and 2b need to be heated.
  • the compressors 2a and 2b have the largest heat capacity in each configuration of the refrigeration cycle 30, and the temperature is delayed with respect to an increase in the ambient temperature.
  • the inverter control unit 12 estimates the refrigerant retention state inside the compressors 2a and 2b based on the change in the ambient temperature after the compressors 2a and 2b enter the operation standby state, and the compressor 12 based on the estimation result. It suffices to judge whether or not heating to 2a and 2b is necessary.
  • the inverter control unit 12 can detect the ambient temperature by, for example, a well-known temperature sensor (not shown) provided around the compressors 2a and 2b.
  • V * is a voltage command
  • is a voltage phase command.
  • Vu * V * ⁇ sine ⁇ ...
  • Vv * V * ⁇ sin ( ⁇ -2 ⁇ / 3)...
  • Vw * V * ⁇ sin ( ⁇ + 2 ⁇ / 3)...
  • the inverter control unit 12 calculates each voltage command Vu *, Vv *, Vw * using the equations (1) to (3) based on the voltage command V * and the voltage phase command ⁇ .
  • the inverter control unit 12 compares each voltage command Vu *, Vv *, Vw * with a carrier signal having an amplitude value of ⁇ Vdc / 2 at a specified frequency (hereinafter referred to as a reference signal), and determines the magnitude of each other. Based on the relationship, PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, WN are generated.
  • Vdc is a voltage on the DC bus side corresponding to the power source 3 side when viewed from the inverters 11a and 11b.
  • the inverter control unit 12 obtains each voltage command Vu *, Vv *, Vw * by a simple trigonometric function using equations (1) to (3), but two-phase modulation other than the above-mentioned method. , Third-order harmonic modulation, spatial vector modulation, and other methods may be used to obtain the respective voltage commands Vu *, Vv *, and Vw *.
  • the inverter 11a will be described as an example.
  • the PWM signal UP is a drive signal that turns on the switching element UP1
  • the PWM signal UN is a drive signal that turns off the switching element UN1.
  • the PWM signal UP is a drive signal that turns off the switching element UP1
  • the PWM signal UN is a drive signal that turns on the switching element UN1.
  • the PWM signals VP and VN are determined by comparing the voltage command Vv * with the carrier signal
  • the PWM signal WP by comparing the voltage command Vw * with the carrier signal.
  • WN is determined.
  • a general inverter adopts a complementary PWM method, and in the inverter 11, the PWM signal UP and the PWM signal UN, the PWM signal VP and the PWM signal VN, and the PWM signal WP and the PWM signal WN have a well-known short-circuit prevention time. Excluding them, they ideally have a logically inverted relationship with each other.
  • the well-known short-circuit prevention time is a period during which the P-side and N-side switching elements of the same phase are turned off at the same time, that is, a dead time. Therefore, in the inverter 11, there are a total of eight switching patterns for each switching element.
  • FIG. 3 is a diagram showing eight switching patterns in the inverters 11a and 11b of the compressor drive device 1 according to the first embodiment.
  • the signal when the corresponding switching element is turned on is set to "1"
  • the signal when the corresponding switching element is turned off is set to "0".
  • the voltage vectors generated in each switching pattern are designated by V0 to V7.
  • the voltage direction of each voltage vector is represented by ⁇ U, ⁇ V, ⁇ W, and is represented by 0 when no voltage is generated.
  • + U is a voltage that generates a current in the + U phase direction that flows into the compressor motor 22 via the U phase and flows out from the compressor motor 22 via the V phase and the W phase.
  • —U is a voltage that generates a current in the ⁇ U phase direction that flows into the compressor motor 22 via the V phase and the W phase and flows out from the compressor motor 22 via the U phase. The same applies to ⁇ V and ⁇ W.
  • the compressor drive device 1 can output a desired voltage from the inverters 11a and 11b and apply a voltage to the compressor motors 22a and 22b by combining the switching patterns shown in FIG.
  • the compressor drive device 1 is generally operated in a range of several Hz to several kHz in a normal operation mode in which a normal compression operation is performed, for example.
  • the compressor drive device 1 can perform direct current energization in the heating operation mode by setting the voltage phase command ⁇ to a fixed value as described later. Further, the compressor drive device 1 inverts the voltage phase command ⁇ by 180 ° in synchronization with the frequency of the carrier signal of the inverter 11 (hereinafter referred to as the carrier frequency), or makes the voltage phase command ⁇ faster than the normal operation mode.
  • the carrier frequency the frequency of the carrier signal of the inverter 11
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of each signal waveform when the compressor drive device 1 according to the first embodiment is energized with direct current.
  • the inverters 11a and 11b turn on and off the switching element according to the PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, WN, and the voltage vectors V0 (0 voltage), V1 (+ W voltage), V5 ( ⁇ V voltage) shown in FIG. , V7 (0 voltage) is output.
  • the inverters 11a and 11b flow into the compressor motors 22a and 22b through the W phase on average with respect to the compressor motors 22a and 22b, and flow out from the compressor motors 22a and 22b via the V phase. It is possible to pass a direct current that does.
  • two of the three phases, here the V phase and the W phase are the energized phases, and the remaining one phase, here the U phase, is the non-energized phase.
  • the inverter control unit 12 can uniformly heat the compressor motors 22a and 22b without being biased to a specific portion by sequentially changing the voltage phase command ⁇ with the passage of time.
  • the inverter control unit 12 may set the value of the voltage phase command ⁇ to an integral multiple of 60 °, and the non-energized phase can be sequentially transitioned. It is possible to suppress uneven heat generation due to the parts of the compressor motors 22a and 22b.
  • the inverter control unit 12 controls so that two of the three phases are energized phases, the remaining one phase is a non-energized phase, and the phases that become non-energized phases are exchanged.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of each signal waveform when the compressor drive device 1 according to the first embodiment is energized with high frequency.
  • FIG. 5 shows an example in which high frequency energization equal to the carrier frequency is performed by inversion of the voltage phase command ⁇ by 180 °, that is, ⁇ in synchronization with the carrier frequency.
  • the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, Vw * for the U phase, the V phase, and the W phase can be expressed as equations (4) to (6).
  • Vu * V * ⁇ sine ⁇ ... (4)
  • Vv * V * ⁇ sin ( ⁇ + ⁇ )... (5)
  • Vw * V * ⁇ sin ( ⁇ + ⁇ )... (6)
  • the inverter control unit 12 can obtain voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * that are inverted in synchronization with the carrier signal.
  • the inverters 11a and 11b turn on and off the switching element according to the PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, WN, and the voltage vectors V0 (0 voltage), V4 (+ U voltage), V7 (0 voltage), shown in FIG. It changes in the order of V3 (-U voltage) and V0 (0 voltage), and outputs a voltage in which this change is repeated.
  • FIG. 6 is a diagram showing a change in the voltage vector when the compressor drive device 1 according to the first embodiment is energized at a high frequency, and an on / off state of each switching element of the inverter 11 corresponding to each voltage vector.
  • the switching element circled by the broken line is on, and the other switching elements are off.
  • the rotation direction of the thick arrow indicating the order of change of the voltage vector that is, the rotation direction of the voltage vector V0 ⁇ V4 ⁇ V7 ⁇ V3 ⁇ V0 corresponds to the example of FIG.
  • the inverter control unit 12 generates PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, and WN so as to transition the four circuit states shown in FIG. 6 in one carrier cycle.
  • the inverter control unit 12 can pass a high-frequency current having one carrier cycle as one cycle to the compressor motors 22a and 22b via the inverters 11a and 11b.
  • the current (-Iu) in the -U phase direction that flows into the compressor motors 22a and 22b via the V phase and the W phase and flows out from the compressor motors 22a and 22b via the U phase is compressed. It flows through the windings of the machine motors 22a and 22b.
  • the magnitude of the current flowing in the U phase is twice the magnitude of the current flowing in the other V phase and the W phase, and the high frequency current flows mainly in the U phase.
  • the voltage of the V4 vector and the voltage of the V3 vector are alternately output from the inverters 11a and 11b, and the current in the + U phase direction (+ Iu) and the current in the ⁇ U phase direction ( ⁇ Iu) are alternately output from the compressor motor 22a.
  • the forward and reverse torques are switched instantly. Therefore, the forward and reverse torques are canceled out, and the inverter control unit 12 can apply a voltage that suppresses the vibration of the rotor.
  • the inverter control unit 12 is repeatedly changed in the order of, for example, V0 (0 voltage), V2 (+ V voltage), V7 (0 voltage), V5 (-V voltage), and V0 (0 voltage) from the inverters 11a and 11b. By controlling the voltage to be output, a high-frequency current can be mainly passed through the V phase. Further, the inverter control unit 12 repeatedly changes the inverter 11a, for example, in the order of V0 (0 voltage), V1 (+ W voltage), V7 (0 voltage), V6 ( ⁇ W voltage), V0 (0 voltage). By controlling the voltage to be output from 11b, a high frequency current can be mainly passed through the W phase.
  • the inverter control unit 12 can uniformly heat the compressors 2a and 2b without being biased to a specific portion by appropriately changing the selection operation of a series of voltage vectors.
  • the inverter control unit 12 has equations (1) to (3) representing the three-phase voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * described above.
  • the voltage phase command ⁇ in the above may be continuously changed in the range of 0 ° to 360 ° to shorten the changing period, thereby increasing the frequency of the high frequency voltage and performing high frequency energization.
  • the inverter control unit 12 When the inverter control unit 12 continuously changes the voltage phase command ⁇ in the equations (1) to (3) in the range of 0 ° to 360 ° at high speed, the voltage commands Vu *, Vv *, and Vw * are changed. Each becomes a sine wave with a phase difference of 120 °.
  • the inverter control unit 12 obtains PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, WN by comparing each voltage command Vu *, Vv *, Vw * with a reference signal, and the voltage vector changes with time. Since it changes, it becomes possible to pass a high frequency current through the compressor motors 22a and 22b. In this method, since the three-phase current is balanced and the high-frequency current flows, the inverter control unit 12 can uniformly heat the compressors 2a and 2b without being biased to a specific portion.
  • the inverter control unit 12 can realize low frequency energization by lengthening the period in which the voltage phase command ⁇ changes.
  • the resistance component becomes dominant in the impedance components of the compressor motors 22a and 22b, so that the heating effect due to low frequency energization becomes equivalent to the heating effect due to direct current energization.
  • the frequency component of the sound caused by the constrained energization is mainly a component related to the carrier frequency, a component related to the frequency of the high frequency voltage of the high frequency energization, a component related to the frequency of the low frequency voltage of the low frequency energization, and the like.
  • the component related to the frequency of the high frequency voltage of the high frequency energization and the component related to the frequency of the low frequency voltage of the low frequency energization are, that is, the components related to the frequency that changes the voltage phase command ⁇ .
  • the upper limit of the carrier frequency is determined by the switching speed of the switching element of the inverter.
  • the upper limit of the switching speed is about 20 kHz in the case of the well-known IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and several hundred kHz in the case of SiC, GaN, and diamond, which are wide-gap semiconductors.
  • the upper limit of the human audible frequency is set. It is desirable that the frequency exceeds 20 kHz.
  • the upper limit of the switching speed is about 20 kHz, and it is difficult to set the switching speed to exceed the upper limit of the human audible frequency. Therefore, the setting is set to 5 kHz to 20 kHz.
  • the frequency of the high-frequency voltage that is, the frequency at which the voltage phase command ⁇ is changed is 1/10 of the carrier frequency. If it exceeds the level, the waveform output accuracy of the high frequency voltage deteriorates, and there is a risk that DC components will be superimposed.
  • the frequency of the high frequency voltage is 1/10 or less of the carrier frequency, for example, when the carrier frequency is 20 kHz, the frequency of the high frequency voltage is 2 kHz or less, and the frequency of the high frequency voltage is within the audible frequency band.
  • the frequency is in the range of 1 kHz to 5 kHz, which is particularly sensitive, there is a concern about noise due to the electromagnetic noise of the compressor motor.
  • the carrier frequency can be raised to several hundred kHz, and even if the frequency of the high frequency voltage is 1/10 or less of the carrier frequency, it can be set to several tens of kHz. From this, the high-frequency energization method based on the equations (1) to (3) is suitable when a wide-gap semiconductor is used for the switching element of the inverter that can set the frequency of the high-frequency voltage outside the audible frequency band.
  • low frequency energization preferably 1 kHz or less on the lower limit side, which is particularly sensitive, and more preferably 20 Hz or less, which is lower than the lower limit of human audible frequency, are suitable.
  • the operating frequency in DC energization or low frequency energization is 0 Hz or more and less than 1 kHz, and the operating frequency in high frequency energization is 5 kHz or more.
  • the operating frequency is 0 Hz in the case of direct current energization, and the range is larger than 0 Hz and less than 1 kHz in the case of low frequency energization.
  • the total amount of electric power required to heat the refrigerant inside the compressor during operation standby is proportional to the number of compressors when performing restraint energization. Will increase.
  • the heating efficiency is high, but when a high-frequency voltage is applied to a plurality of compressors at the same time, the amount of high-frequency power generated and noise also increase and exist outside the device. There is a risk of noise affecting other devices.
  • the inverter control unit 12 passes a direct current through the compressor motors 22a and 22b to square the magnitude of the direct current and the windings constituting each of the compressor motors 22a and 22b.
  • a copper loss proportional to the resistance value is generated in the windings of the compressor motors 22a and 22b, and the refrigerant staying inside the compressors 2a and 2b can be heated by the heat generated by the copper loss.
  • the inverter control unit 12 can control the amount of heat generated by controlling the magnitude of the current flowing through the compressor motors 22a and 22b by using the inverters 11a and 11b.
  • a large current, that is, a large calorific value can be obtained at a low voltage, and the refrigerant retained inside the compressors 2a and 2b can be discharged in a short time.
  • DC energization is not an energization method suitable for heating a number of compressors with refrigerant at the same time for a long time during standby operation.
  • the inverter control unit 12 is a material such as a stator and a rotor constituting the compressor motors 22a and 22b by passing a high-frequency current from the inverters 11a and 11b to the compressors 2a and 2b. Iron losses such as eddy current loss and hysteresis loss can be generated in the magnetic material, and the refrigerant retained inside the compressors 2a and 2b can be heated.
  • the inverter control unit 12 can increase the iron loss and increase the amount of heat generated by increasing the frequency of the high-frequency current, and further increase the impedance due to the inductance of the compressor motors 22a and 22b. Can be done. Therefore, the inverter control unit 12 can suppress the high-frequency current, reduce the loss of the inverters 11a and 11b, and enable highly efficient heating of the refrigerant retained inside the compressors 2a and 2b.
  • High-frequency energization is an energization method that has a small standby power and is suitable for heating the refrigerant for a long time during standby operation.
  • the heating efficiency is high, when a high-frequency voltage is applied to a plurality of compressors 2 at the same time, the amount of high-frequency power generated and noise also increase, and other devices existing outside the device, especially electronic devices, are affected. On the other hand, there is a risk of being affected by noise. Further, when the compressor motors 22a and 22b having a small iron loss are used, the calorific value becomes small, and there are cases where the calorific value required for warming and vaporizing the retained refrigerant and discharging the refrigerant cannot be obtained.
  • the inverter control unit 12 heats a plurality of compressors 2 at the same time by the same energization method in either the DC energization method or the high frequency energization method, the above-mentioned problems occur. From this, when a plurality of compressors 2 are heated by restraint energization, for example, when the compressor 2a is heated by direct current energization using the inverter 11a, the inverter control unit 12 compresses by using the inverter 11b in parallel. The machine 2b is controlled to be heated by high frequency energization.
  • the inverter control unit 12 makes the energization method different for each compressor 2.
  • the inverter control unit 12 can appropriately obtain the merits of each of the two energization methods, and can reduce the influence on the problems of each method.
  • the direct current energization may be replaced with the above-mentioned low frequency energization that can obtain the same heating effect.
  • the inverter control unit 12 heats at least one compressor 2 by direct current energization, and at least one of the remaining compressors 2 is energized by high frequency. Heat.
  • the inverter control unit 12 heats the remaining compressor 2 with high-frequency energization if the influence of efficiency is dominant, and heats with direct current energization if the influence of noise is dominant.
  • the restraint energization method may be individually selected in consideration of the balance between the above. A preferred embodiment when the number of such compressors 2 is 3 or more will be described later.
  • the inverter control unit 12 heats the compressor 2a with direct current, for example, using the inverter 11a, and in parallel, the compressor using the inverter 11b. Heating 2b with high-frequency energization is carried out for a predetermined period T1, and the restraint energization method is replaced after the elapse of the period T1.
  • the inverter control unit 12 then uses the inverter 11a to heat the compressor 2a with high-frequency energization, and in parallel, heats the compressor 2b with the inverter 11b with direct current energization during the period T1. carry out.
  • the inverter control unit 12 controls each compressor 2 so as to alternately perform DC energization or low frequency energization and high frequency energization.
  • the inverter control unit 12 can make the total amount of heat generated in each compressor 2 the same, so that the heating amount of each compressor 2 can be averaged, and the refrigerant can be heated without variation for each compressor 2. Become.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a refrigerant heating operation during operation standby of the compressor drive device 1 according to the first embodiment.
  • the inverter control unit 12 heats the compressors 2a and 2b based on a signal from an external upper control unit such as an internal calculation or a controller that controls the air conditioner 100. Is necessary or not (step S1).
  • the inverter control unit 12 determines that heating is unnecessary (step S1: No)
  • the inverter control unit 12 maintains the operation standby state of the compressors 2a and 2b.
  • step S1 When the inverter control unit 12 determines that heating is necessary (step S1: Yes), the inverter control unit 12 shifts to the heating operation mode, and uses the inverter 11a as the first restraint energization to the compressor 2a, which is the first compressor. DC energization is started, and in parallel, high-frequency energization is started in the compressor 2b, which is the second compressor, using the inverter 11b (step S2).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not a predetermined period T1 has elapsed after the start of the first restraint energization (step S3). When the predetermined period T1 has not elapsed (step S3: No), the inverter control unit 12 maintains the state of the first restraint energization. During the period T1, the inverter control unit 12 appropriately changes the selection operation of a series of voltage vectors in high-frequency energization as described above, and sequentially changes the voltage phase command ⁇ with the passage of time in DC energization.
  • the compressors 2a and 2b are heated uniformly without being biased to a specific portion.
  • the inverter control unit 12 stops the first restraint energization, that is, direct current energization to the compressor 2a using the inverter 11a and the inverter 11b.
  • the high-frequency energization of the used compressor 2b is stopped (step S4).
  • the inverter control unit 12 starts high-frequency energization of the compressor 2a, which is the first compressor, using the inverter 11a, and in parallel, the second compressor uses the inverter 11b.
  • DC energization is started in a certain compressor 2b (step S5).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not a predetermined period T1 has elapsed after the start of the second restraint energization (step S6). When the predetermined period T1 has not elapsed (step S6: No), the inverter control unit 12 maintains the state of the second restraint energization. During the period T1, the inverter control unit 12 appropriately changes the selection operation of a series of voltage vectors in high-frequency energization as described above, and sequentially changes the voltage phase command ⁇ with the passage of time in DC energization.
  • the compressors 2a and 2b are heated uniformly without being biased to a specific portion.
  • step S6 the inverter control unit 12 stops the second restraint energization, that is, energizes the compressor 2a using the inverter 11a with high frequency, and turns the inverter 11b on.
  • the direct current energization of the used compressor 2b is stopped (step S7). If the inverter control unit 12 does not shift to the normal operation mode, the inverter control unit 12 returns to step S1 and repeats the same operation as described above.
  • the inverter control unit 12 controls so that the execution period of DC energization or low frequency energization is the same as the implementation period of high frequency energization.
  • the above is an explanation of a series of flows in the refrigerant heating operation processing during the operation standby of the compressor drive device 1.
  • the inverter control unit 12 may replace the direct current energization with the above-mentioned low frequency energization that can obtain the same heating effect.
  • the inverter control unit 12 when the inverter control unit 12 heats the refrigerant inside the plurality of compressors 2 in the operation standby, the inverter control unit 12 refers to the compressor motor 22 included in at least one of the plurality of compressors 2. , DC energization using direct current or low frequency energization using low frequency current, and high frequency energization using high frequency current to the compressor motor of other compressors among multiple compressors. To control.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the inverter control unit 12 included in the compressor drive device 1 according to the first embodiment.
  • the inverter control unit 12 is realized by the processor 201 and the memory 202.
  • the processor 201 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), or system LSI (Large Scale Integration).
  • the memory 202 is non-volatile or volatile such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), and EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
  • EEPROM registered trademark
  • the semiconductor memory of the above can be illustrated.
  • the memory 202 is not limited to these, and may be a magnetic disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the inverter control unit 12 heats a plurality of compressors 2 while the compressor 2 is on standby to prevent the refrigerant from staying.
  • the compressor drive device 1 is connected to a plurality of compressors 2, it suppresses an increase in noise due to high-frequency energization due to an increase in the number of compressors 2, and is a self-device or another device caused by noise. It is possible to prevent malfunctions and suppress an increase in standby power due to direct current energization.
  • the inverter control unit 12 can average the heating amount of each compressor 2 by alternately performing direct current energization and high frequency energization for the same compressor 2, and the amount of heating varies from compressor to compressor 2. No refrigerant heating can be performed.
  • Embodiment 2 when the inverter control unit 12 simultaneously performs restraint energization on the two compressors 2, the period of high-frequency energization and the period of direct current energization are the same period T1.
  • the second embodiment while direct current energization can obtain a large amount of heat generation in a short time, it does not contribute to the heating of the compressor 2, and the inverter loss that increases in proportion to the energization current is large, which is not suitable for long-term energization.
  • the period of direct current energization for the period T1 of high frequency energization is shorter than the period T1.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a refrigerant heating operation during operation standby of the compressor drive device 1 according to the second embodiment.
  • the inverter control unit 12 heats the compressors 2a and 2b based on a signal from an external upper control unit such as an internal calculation or a controller that controls the air conditioner 100. Is necessary or not (step S11).
  • step S11 the inverter control unit 12 determines that heating is unnecessary (step S11: No)
  • the inverter control unit 12 maintains the operation standby state of the compressors 2a and 2b.
  • step S11 When the inverter control unit 12 determines that heating is necessary (step S11: Yes), the inverter control unit 12 shifts to the heating operation mode, and uses the inverter 11a to send the compressor 2a, which is the first compressor, as the first restraint energization.
  • DC energization is started, and in parallel, high-frequency energization is started in the compressor 2b, which is the second compressor, using the inverter 11b (step S12).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not a predetermined period T0 has elapsed after the start of the first restraint energization (step S13).
  • the period T0 is shorter than the above-mentioned period T1.
  • the inverter control unit 12 maintains the state of the first restraint energization.
  • the inverter control unit 12 heats the compressor 2a uniformly without being biased to a specific portion by sequentially changing the voltage phase command ⁇ with the passage of time in DC energization as described above during the period T0.
  • the predetermined period T0 elapses (step S13: Yes)
  • the inverter control unit 12 stops the direct current energization of the compressor 2a, which is the first compressor using the inverter 11a (step S14).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not the predetermined period T1 has elapsed (step S15). When the predetermined period T1 has not elapsed (step S15: No), the inverter control unit 12 maintains a state of high-frequency energization of the compressor 2b using the inverter 11b. During the period T1, the inverter control unit 12 appropriately heats the compressor 2b without being biased to a specific portion by appropriately changing the selection operation of a series of voltage vectors in high-frequency energization as described above.
  • step S15 the inverter control unit 12 stops the high-frequency energization of the compressor 2b, which is the second compressor using the inverter 11b (step S16).
  • step S16 the inverter control unit 12 starts high-frequency energization of the compressor 2a, which is the first compressor, using the inverter 11a, and in parallel, the second compressor uses the inverter 11b.
  • DC energization is started in a certain compressor 2b (step S17).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not a predetermined period T0 has elapsed after the start of the second restraint energization (step S18). When the predetermined period T0 has not elapsed (step S18: No), the inverter control unit 12 maintains the state of the second restraint energization. As described above, the inverter control unit 12 heats the compressor 2b uniformly without being biased to a specific portion by sequentially changing the voltage phase command ⁇ with the passage of time in DC energization as described above during the period T0. When the predetermined period T0 elapses (step S18: Yes), the inverter control unit 12 stops the direct current energization of the compressor 2b, which is the second compressor using the inverter 11b (step S19).
  • the inverter control unit 12 determines whether or not the predetermined period T1 has elapsed (step S20). When the predetermined period T1 has not elapsed (step S20: No), the inverter control unit 12 maintains a state of high-frequency energization of the compressor 2a using the inverter 11a. During the period T1, the inverter control unit 12 appropriately heats the compressor 2a without being biased to a specific portion by appropriately changing the selection operation of a series of voltage vectors in high-frequency energization as described above.
  • step S20 When the predetermined period T1 elapses (step S20: Yes), the inverter control unit 12 stops high-frequency energization of the compressor 2a, which is the first compressor using the inverter 11a (step S21). If the inverter control unit 12 does not shift to the normal operation mode, the inverter control unit 12 returns to step S11 and repeats the same operation as described above.
  • the inverter control unit 12 controls so that the execution period of DC energization or low frequency energization is shorter than the implementation period of high frequency energization.
  • the above is an explanation of a series of flows in the refrigerant heating operation processing during the operation standby of the compressor drive device 1.
  • the inverter control unit 12 may replace the direct current energization with the above-mentioned low frequency energization that can obtain the same heating effect.
  • the inverter control unit 12 heats a plurality of compressors 2 while the compressor 2 is on standby to prevent the refrigerant from staying.
  • a plurality of compressors 2 are heated at the same time by different restraint energization methods, but the period of direct current energization is shortened with respect to high frequency energization.
  • the compressor drive device 1 can shorten the time of direct current energization, which has a feature of having a problem in heating efficiency, prevent heating exceeding a required heating amount, and suppress an increase in standby power.
  • Embodiment 3 In the first and second embodiments, the case where the compressor driving device 1 is specifically connected to two compressors 2 has been described. In the third embodiment, a case where the compressor driving device is connected to three or more compressors 2 will be described.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of an inverter 11 constituting the compressor drive device 1a according to the third embodiment.
  • the compressor drive device 1a includes an inverter 11a, 11b, an inverter 11c that is electrically connected to the compressor motor 22c to drive the compressor motor 22c, an inverter control unit 12a that controls the inverters 11a, 11b, and 11c.
  • the compressor drive device 1a is a compressor drive device provided by an air conditioner (not shown) including three compressors 2.
  • FIG. 10 shows an example of a compressor driving device 1a connected to three compressors 2. As shown in FIG.
  • the inverters 11a, 11b, 11c have a bridge-connected switching element and a freewheeling diode connected in parallel to each of the switching elements. Further, the inverters 11a, 11b, 11c are connected to the power source 3. The inverter 11c has the same configuration as the inverters 11a and 11b. Further, the compressor motor 22c connected to the inverter 11c has the same configuration as the compressor motors 22a and 22b.
  • the inverter 11 when the inverters 11a, 11b, 11c are not distinguished, the inverter 11 is referred to, and when the compressor motors 22a, 22b, 22c are not distinguished, the compressor motor 22 is referred to. Further, for convenience of explanation, a compressor 2 (not shown) including the compressor motor 22c is referred to as a compressor 2c. When the compressors 2a, 2b, and 2c are not distinguished, they may be referred to as the compressor 2.
  • the voltage detection unit 4 for measuring the bus voltage on the DC bus that is, the voltage of the power source 3
  • the current detection unit for detecting the bus current Although an example in which 5 is connected to the compressor drive device 1a is shown, the configuration for obtaining the power output from the power source 3 is not limited to the example of FIG. Further, in FIG. 10, the current detection unit 5 may be connected to the positive side of the generatrix instead of the negative side of the generatrix.
  • the inverter control unit 12a when three or more compressors 2 are connected to the compressor driving device 1a and the inverter control unit 12a heats the refrigerant inside the compressor 2 while the compressor 2 is on standby for operation, the inverter control unit 12a is described as follows. Such control is performed. That is, the inverter control unit 12a controls the compressor motor 22 provided in one compressor 2 among the plurality of compressors 2 so as to carry out direct current energization. Further, the inverter control unit 12a controls the compressor motor 22 provided in the other compressor 2 so as to carry out high-frequency energization. Further, the inverter control unit 12a controls the compressor motor 22 provided in the remaining compressor 2 so as to select the energization method based on the electric power output from the power source 3.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a refrigerant heating operation during operation standby of the compressor drive device 1a according to the third embodiment.
  • the inverter control unit 12a is based on a signal from an external higher control unit such as an internal calculation or a controller that controls the air conditioner 100, and the compressors 2a, 2b, It is determined whether or not heating to 2c is necessary (step S31).
  • the inverter control unit 12a determines that heating is unnecessary (step S31: No)
  • the inverter control unit 12a maintains the operation standby state of the compressors 2a, 2b, and 2c.
  • step S31 When the inverter control unit 12a determines that heating is necessary (step S31: Yes), the inverter control unit 12a shifts to the heating operation mode, and uses the inverter 11a to send the compressor 2a, which is the first compressor, as the first restraint energization.
  • DC energization is started, and in parallel, the inverter 11b is used to start high-frequency energization of the second compressor, the compressor 2b, and the inverter 11c is used to energize the third compressor, the compressor 2c. Is started (step S32).
  • the inverter control unit 12a gives priority to high efficiency, that is, control to reduce standby power by using one compressor 2 for direct current energization and two compressors 2 for high frequency energization.
  • the inverter control unit 12a increases the power used for restraint energization up to the permissible standby power and generates heat. You may try to increase the amount.
  • the inverter control unit 12a may change one of the two compressors that perform high-frequency energization to direct current energization.
  • the inverter control unit 12a After shifting to the heating operation mode, the inverter control unit 12a obtains the output power, which is the power output from the power source 3, and compares the output power of the power source 3 with the allowable power W0 (step S33). The inverter control unit 12a captures the output power of the power source 3 from the voltage value of the power source 3 which is the bus voltage detected by the voltage detection unit 4 and the value of the bus current detected by the current detection unit 5. , Can be obtained by performing arithmetic processing. The inverter control unit 12a may be provided with a measurement unit on the output side of each inverter 11 and may use the measurement result of the electric power used in the restraint energization.
  • step S33: Yes When the output power of the power source 3 is smaller than the allowable power W0 (step S33: Yes), the inverter control unit 12a changes the high-frequency energization of the compressor 2b by the inverter 11b to DC energization (step S34). In the case of step S33: Yes, the inverter control unit 12a may change the high-frequency energization of the compressor 2c by the inverter 11c to DC energization.
  • the inverter control unit 12a may return the DC energization of the inverter 11b to the compressor 2b to the high frequency energization again.
  • a margin may be provided in the value of the power W0 so that there is no problem even if the power W0 is exceeded by changing in advance.
  • the inverter control unit 12a determines whether or not a predetermined period T1 has elapsed after the start of the first restraint energization (step S35). When the predetermined period T1 has not elapsed (step S35: No), the inverter control unit 12a maintains the state of the first restraint energization. When the predetermined period T1 has elapsed (step S35: Yes), the inverter control unit 12a stops the first restraint energization (step S36). The inverter control unit 12a uses the time point of step S32 after shifting to the heating operation mode as a reference for the period T1, but may use the time point of step S34 as which the energization method is changed as a reference.
  • the inverter control unit 12a appropriately changes the selection operation of a series of voltage vectors in high-frequency energization as described above, and sequentially changes the voltage phase command ⁇ with the passage of time in DC energization.
  • the compressors 2a, 2b, and 2c are uniformly heated without being biased to a specific portion.
  • the flowchart shown in FIG. 11 describes from the start of the first restraint energization to the process of stopping the restraint energization after the lapse of the period T1, but the present invention is not limited to this.
  • the inverter control unit 12a repeats the flowchart shown in FIG. 11 by exchanging the restraint energization method for each compressor for the purpose of averaging the heating amount of each compressor as in the first and second embodiments. It may be carried out.
  • the inverter control unit 12a starts DC energization to the compressor 2b, which is the second compressor, by using the inverter 11b as the second restraint energization, and in parallel. Then, the inverter 11c is used to start high-frequency energization of the compressor 2c, which is the third compressor, and the inverter 11a is used to start high-frequency energization of the compressor 2a, which is the first compressor. Further, the inverter control unit 12a sets the change target to the compressor 2c, which is the third compressor, in step S34.
  • step S32 of the processing of the third flowchart the inverter control unit 12a starts DC energization to the compressor 2c, which is the third compressor, using the inverter 11c as the third restraint energization, and parallel Then, the inverter 11a is used to start high-frequency energization of the compressor 2a, which is the first compressor, and the inverter 11b is used to start high-frequency energization of the compressor 2b, which is the second compressor. Further, the inverter control unit 12a sets the change target to the compressor 2a, which is the first compressor, in step S34.
  • the inverter control unit 12a energizes the compressor motor 22 included in one of the plurality of compressors 2 by direct current or has a low frequency. Energize.
  • the inverter control unit 12a simultaneously performs high-frequency energization on the compressor motor 22 included in the other compressor 2, and the electric power output from the power source 3 for the compressor motor 22 included in the remaining compressor 2. Select the energization method based on.
  • the above is an explanation of a series of flows in the refrigerant heating operation processing during the operation standby of the compressor drive device 1a.
  • the inverter control unit 12a may be replaced with the above-mentioned low-frequency energization that can obtain the same heating effect for the direct current energization.
  • the inverter control unit 12a gives priority to the amount of heat generated, and has two compressors 2 for direct current energization and one compressor 2 for high-frequency energization, and is the output power of the power source 3 and the permissible power during restraint energization.
  • the number of each energization method may be adjusted in comparison with W0.
  • the inverter control unit 12a has a configuration of four or more compressors 2, for example, two compressors 2 for direct current energization and a compressor 2 for high frequency energization can be used to determine the state at the time of transition to the heating operation mode.
  • the number of each energization method may be adjusted by comparing the output power of the power source 3 at the time of restraint energization with the permissible power W0.
  • the inverter control unit 12a is subject to restraint energization when there are three or more compressors 2 connected to the compressor drive device 1a. It is possible to secure the maximum amount of heat generated by the restraint energization of each compressor 2 within the range of the allowable standby power for the required power.
  • Embodiment 4 In the fourth embodiment, the case where the compressor motor 22 connected to the compressor drive device is an independent winding type motor will be described.
  • the independent winding type motor is suitable for increasing the capacity of the compressor 2 because a higher voltage is applied and the motor output can be increased as compared with the compressor motor driven by one inverter described above. There is.
  • the increase in capacity of the independent winding type motor the total amount of electric power required for heating the refrigerant inside the compressor during operation standby and the noise also increase, and these problems tend to become remarkable. Become.
  • FIG. 12 shows a configuration example of the compressor drive device 1b and the compressor motors 22d, 22e when the compressor motors 22d, 22e connected to the compressor drive device 1b according to the fourth embodiment are independent winding type motors. It is a figure which shows.
  • the compressor drive device 1b is electrically connected to the compressor motor 22d and is electrically connected to the inverters 11a and 11b for driving the compressor motor 22d, and an inverter electrically connected to the compressor motor 22e to drive the compressor motor 22e. It includes 11c and 11d, and an inverter control unit 12b that controls the inverters 11a, 11b, 11c and 11d.
  • the compressor drive device 1b is a compressor drive device provided by an air conditioner (not shown) including two compressors 2.
  • the inverters 11a, 11b, 11c, 11d have a bridge-connected switching element and a freewheeling diode connected in parallel to each of the switching elements. Further, the inverters 11a, 11b, 11c, 11d are connected to the power source 3. The inverter 11d has the same configuration as the inverters 11a, 11b, 11c.
  • inverters 11a, 11b, 11c, and 11d when the inverters 11a, 11b, 11c, and 11d are not distinguished, they are referred to as an inverter 11, and when the compressor motors 22d and 22e are not distinguished, they are referred to as a compressor motor 22. Further, for convenience of explanation, the compressor 2 not shown with the compressor motor 22d is referred to as the compressor 2d, and the compressor 2 not shown with the compressor motor 22e is referred to as the compressor 2e. When the compressors 2d and 2e are not distinguished, they may be referred to as the compressor 2.
  • the compressor motor 22d is an independent winding type motor in which both ends of the windings of each of the U phase, V phase, and W phase are opened, and inverters 11a and 11b are individually connected to both ends of each winding.
  • the compressor motor 22e is an independent winding type motor in which both ends of the windings of the U-phase, V-phase, and W-phase are opened, and inverters 11c and 11d are individually connected to both ends of each winding.
  • the inverters 11a and 11b are connected to both ends of the winding of the compressor motor 22d which is an independent winding type motor, and the inverters 11c and 11d are the compressor motors 22e which are independent winding type motors. It is connected to both ends of the winding.
  • the inverter control unit 12b controls the inverters 11a, 11b, 11c, 11d.
  • the inverter control unit 12b uses two inverters 11 to drive one compressor motor 22. Specifically, the inverter control unit 12b uses the inverters 11a and 11b to drive the compressor motor 22d, and the inverters 11c and 11d to drive the compressor motor 22e.
  • the inverter control unit 12b receives the combined voltage of the two inverters 11 connected to both ends. Considering that it is applied to the compressor motors 22d and 22e, the following control is performed in both cases of direct current energization and high frequency energization.
  • the inverter control unit 12b when the compressor motor 22d is constrained by the inverter control unit 12b, one of the inverters 11a is operated in the same manner as in the above-described embodiment according to the restraint energization method, and the other inverter.
  • the output voltage of 11b may be controlled so as to invert the polarity with respect to the output voltage of the inverter 11a. That is, in other words, the inverter control unit 12b may shift the voltage phase command ⁇ by 180 ° between the two inverters 11.
  • the inverter control unit 12b uses the inverters 11c and 11d to constrain and energize the compressor motor 22e.
  • the inverter control unit 12b selects so that one inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V0 and the other inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V7. Further, the inverter control unit 12b selects so that one inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V1 and the other inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V6. Further, the inverter control unit 12b selects so that one inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V2 and the other inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V5.
  • the inverter control unit 12b selects so that one inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V3 and the other inverter 11 outputs the voltage of the voltage vector V4. However, since the combined voltage of the two inverters 11 is twice the output voltage of one inverter 11, the inverter control unit 12b appropriately adjusts the voltage command V * so that the amount of heat generated is required for heating the refrigerant. To do.
  • the inverter control unit 12b averages the heating amount of each compressor 2, and the compressor motor 22d is similar to the first to third embodiments so that the refrigerant can be heated without variation for each compressor 2.
  • DC energization and high-frequency energization may be exchanged between the compressor motor 22e and the compressor motor 22e to perform restraint energization.
  • the inverter control unit 12b compresses the compressor motors 22d and 22e to prevent the refrigerant from staying even if the compressor motors 22d and 22e are independent winding type motors.
  • a plurality of compressors 2 are heated to vaporize the refrigerant while the machine 2 is on standby for operation, it is decided to heat the plurality of compressors 2 at the same time by different restraint energization methods.
  • the compressor drive device 1b is connected to a plurality of compressors 2, it suppresses an increase in noise due to high-frequency energization due to an increase in the number of compressors 2, and the own device or another device caused by noise. It is possible to prevent malfunctions and suppress an increase in standby power due to direct current energization.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 1,1a, 1b Compressor drive 2a, 2b Compressor, 3 Power source, 4 Voltage detector, 5 Current detector, 11a, 11b, 11c, 11d Inverter, 12, 12a, 12b Inverter control unit, 21a, 21b compression mechanism, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e compressor motor, 30 refrigeration cycle, 31 refrigerant circuit, 32 four-way valve, 33a, 33b heat exchanger, 34 expansion device, 100 air conditioner.

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Abstract

電力源(3)に接続され、冷媒を圧縮する圧縮機構(21a,21b)と圧縮機構(21a,21b)を動作させる圧縮機モータ(22a,22b)とを備える圧縮機(2a,2b)を駆動対象とする圧縮機駆動装置(1)であって、各々が、電力源(3)の電力を所望の電圧に変換して圧縮機モータ(22a,22b)に印加するインバータ(11a,11b)と、インバータ(11a,11b)を駆動する駆動信号を生成するインバータ制御部(12)と、を備え、インバータ制御部(12)は、運転待機中の複数の圧縮機(2a,2b)の内部の冷媒を加熱する場合、圧縮機(2a,2b)のうち少なくとも1つの圧縮機が備える圧縮機モータに対して直流通電または低周波通電を実施し、圧縮機(2a,2b)のうち他の圧縮機が備える圧縮機モータに対して高周波通電を実施するように制御する。

Description

圧縮機駆動装置および空気調和装置
 本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機構を駆動する圧縮機駆動装置および空気調和装置に関する。
 従来、空気調和装置などに用いられる圧縮機駆動装置の運転停止中において、圧縮機内部への冷媒の滞留を防止する技術として、圧縮機内部のモータを駆動することなくモータ巻線に通電(以下、拘束通電という。)し、圧縮機を加熱することによって冷媒を気化させて排出するものがある。
 特許文献1には、圧縮機駆動装置から構成されるヒートポンプ装置において、冷媒の滞留を防止するため、運転待機中に圧縮機への加熱を実施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、圧縮機の運転待機中において、圧縮機への冷媒寝込量に基づいて圧縮機への加熱が必要か否かを判定する。特許文献1に記載のヒートポンプ装置は、圧縮機への加熱が必要と判定した場合、冷媒寝込量に応じて、圧縮機モータに直流電流を供給する直流通電、または通常運転時よりも高い周波数の高周波電流を供給する高周波通電のうちいずれか一方を選択して、圧縮機への加熱を実施する。
特許第5937619号公報
 特許文献1に記載の技術を、圧縮機の熱容量が大きく、複数台の圧縮機で構成される装置に適用した場合、運転待機中における圧縮機内部の冷媒への加熱に必要な電力の総量が圧縮機の数に応じて増加する。高周波通電を行う加熱方式の場合、加熱効率が高いものの、複数台の圧縮機に対して同時に高周波通電を行うとノイズが大きくなる、という問題があった。また、直流通電を行う加熱方式の場合、加熱量を大きく取れるものの、加熱効率に課題があるので複数台の圧縮機に対して同時に直流通電を行うと待機電力の総量が増加する、という問題があった。
 近年の空気調和装置は、高出力化のため、複数の圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置を備える傾向にある。空気調和装置では、圧縮機の数に比例して増加する運転待機中のノイズおよび待機電力の抑制が求められている。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、運転待機中の複数の圧縮機を加熱する場合において、高周波通電によるノイズの増大を抑制しつつ、直流通電による待機電力の増大を抑制可能な圧縮機駆動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、本発明は、電力源に接続され、冷媒を圧縮する圧縮機構と圧縮機構を動作させる圧縮機モータとを備える圧縮機を駆動対象とする圧縮機駆動装置である。圧縮機駆動装置は、各々が、電力源の電力を所望の電圧に変換して圧縮機モータに印加する複数のインバータと、複数のインバータを駆動する駆動信号を生成するインバータ制御部と、を備える。インバータ制御部は、運転待機中の複数の圧縮機の内部の冷媒を加熱する場合、複数の圧縮機のうち少なくとも1つの圧縮機が備える圧縮機モータに対して、直流電流を用いた通電である直流通電、または規定された範囲内の運転周波数の低周波電流を用いた通電である低周波通電を実施し、複数の圧縮機のうち他の圧縮機が備える圧縮機モータに対して、圧縮機モータが追従できない運転周波数の電流であって低周波電流よりも高い運転周波数の高周波電流を用いた通電である高周波通電を実施するように制御する。
 本発明に係る圧縮機駆動装置は、運転待機中の複数の圧縮機を加熱する場合において、高周波通電によるノイズの増大を抑制しつつ、直流通電による待機電力の増大を抑制できる、という効果を奏する。
実施の形態1に係る圧縮機駆動装置を含む空気調和装置の構成例を示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置を構成するインバータの構成例を示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置のインバータにおける8通りのスイッチングパターンを示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置の直流通電時の各信号波形の例を示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置の高周波通電時の各信号波形の例を示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置の高周波通電時の電圧ベクトルの変化、および各電圧ベクトルに対応するインバータの各スイッチング素子のオンオフ状態を示す図 実施の形態1に係る圧縮機駆動装置の運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャート 実施の形態1に係る圧縮機駆動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に係る圧縮機駆動装置の運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャート 実施の形態3に係る圧縮機駆動装置を構成するインバータの構成例を示す図 実施の形態3に係る圧縮機駆動装置の運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャート 実施の形態4に係る圧縮機駆動装置に接続される圧縮機モータが独立巻線型モータである場合の圧縮機駆動装置および圧縮機モータの構成例を示す図
 以下に、本発明の実施の形態に係る圧縮機駆動装置および空気調和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発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1を含む空気調和装置100の構成例を示す図である。空気調和装置100は、圧縮機駆動装置1と、冷凍サイクル30と、を備える。冷凍サイクル30は、圧縮機2a,2bと、四方弁32と、熱交換器33aと、膨張装置34と、熱交換器33bと、を備える。図1に示すように、冷凍サイクル30では、圧縮機2a,2b、四方弁32、熱交換器33a、膨張装置34、熱交換器33b、四方弁32、圧縮機2a,2bの順に冷媒配管を介して各構成が接続されることで冷媒回路31が構成される。
 圧縮機2aは、冷凍サイクル30の冷媒を圧縮する圧縮機構21aと、圧縮機構21aを動作させる圧縮機モータ22aと、を備える。圧縮機2bは、冷凍サイクル30の冷媒を圧縮する圧縮機構21bと、圧縮機構21bを動作させる圧縮機モータ22bと、を備える。圧縮機モータ22a,22bは、U相、V相、およびW相の三相巻線を有する三相モータである。以降の説明において、圧縮機2a,2bを区別しない場合は圧縮機2と称し、圧縮機構21a,21bを区別しない場合は圧縮機構21と称し、圧縮機モータ22a,22bを区別しない場合は圧縮機モータ22と称することがある。圧縮機2a,2bは、同一の冷媒回路31上に、並列に接続されている。圧縮機2a,2bは、それぞれ別の冷媒回路に接続されていてもよい。また、空気調和装置100において、圧縮機2の台数は2台に限らず、3台以上であってもよい。なお、「冷媒」については「液冷媒」と表記してもよく、以降においても同様とする。
 圧縮機駆動装置1は、冷凍サイクル30、具体的には、圧縮機2a,2bを駆動対象としている。本実施の形態では、圧縮機駆動装置1が、空気調和装置100の冷媒回路31を流れる冷媒を圧縮する例について説明するが、一例であり、これに限定されない。圧縮機駆動装置1は、空気調和装置100以外の装置、例えば、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ装置を用いる給湯機、乾燥洗濯機、冷凍装置などの冷媒回路を対象にすることも可能である。また、図1に示す冷凍サイクル30の構成は一例であり、これに限定されない。図1とは異なる構成の冷凍サイクル30であっても、圧縮機駆動装置1を空気調和装置100に適用した場合と同様の効果が得られる。
 圧縮機駆動装置1は、圧縮機モータ22aに電気的に接続され、圧縮機モータ22aを駆動するインバータ11aと、圧縮機モータ22bに電気的に接続され、圧縮機モータ22bを駆動するインバータ11bと、インバータ11a,11bを駆動する駆動信号を生成し、インバータ11a,11bを制御するインバータ制御部12と、を備える。インバータ11aは、電力源3に接続され、電力源3の電力を所望の電圧に変換して圧縮機モータ22aに印加する。具体的には、インバータ11aは、圧縮機モータ22aのU相の巻線に電圧Vuを印加し、V相の巻線に電圧Vvを印加し、W相の巻線に電圧Vwを印加する。また、インバータ11bは、電力源3に接続され、電力源3の電力を所望の電圧に変換して圧縮機モータ22bに印加する。具体的には、インバータ11bは、圧縮機モータ22bのU相の巻線に電圧Vuを印加し、V相の巻線に電圧Vvを印加し、W相の巻線に電圧Vwを印加する。以降の説明において、インバータ11a,11bを区別しない場合はインバータ11と称することがある。
 電力源3は、電池、バッテリなどを含む直流電源でもよいし、三相または単相の交流電源から供給される交流電力を直流電力へ変換する周知のコンバータとリアクトルと平滑コンデンサとを含む交直電力変換器でもよい。周知のコンバータは、ダイオードブリッジでもよい。圧縮機駆動装置1は、先述の交直電力変換器とインバータ11との間の直流母線に周知のDC(Direct Current)-DCコンバータのような昇圧回路を挿入し、直流電圧を昇圧するような構成でもよい。また、圧縮機駆動装置1は、先述の交直電力変換器、昇圧回路などを含むような構成でもよい。
 図2は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1を構成するインバータ11の構成例を示す図である。図1から、圧縮機駆動装置1、および圧縮機駆動装置1に接続される構成の部分を抜粋したものである。図2に示すように、インバータ11a,11bは、ブリッジ結線されたスイッチング素子、および各スイッチング素子の各々に並列接続された還流ダイオードを有している。
 インバータ11a,11bには、インバータ11a,11bを制御するインバータ制御部12が電気的に接続されている。インバータ制御部12は、インバータ11a,11bを駆動するための制御演算、制御処理などを行い、各インバータ11用の駆動信号であるPWM(Pulse Width Modulation)信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成してインバータ11a,11bへ出力する。
 インバータ11aでは、PWM信号UPによってスイッチング素子UP1が駆動され、PWM信号VPによってスイッチング素子VP1が駆動され、PWM信号WPによってスイッチング素子WP1が駆動され、PWM信号UNによってスイッチング素子UN1が駆動され、PWM信号VNによってスイッチング素子VN1が駆動され、PWM信号WNによってスイッチング素子WN1が駆動される。インバータ11aは、圧縮機モータ22aのU相、V相、およびW相の各巻線に印加する三相の電圧Vu,Vv,Vwを発生させる。
 インバータ11bでは、PWM信号UPによってスイッチング素子UP2が駆動され、PWM信号VPによってスイッチング素子VP2が駆動され、PWM信号WPによってスイッチング素子WP2が駆動され、PWM信号UNによってスイッチング素子UN2が駆動され、PWM信号VNによってスイッチング素子VN2が駆動され、PWM信号WNによってスイッチング素子WN2が駆動される。インバータ11bは、圧縮機モータ22bのU相、V相、およびW相の各巻線に印加する三相の電圧Vu,Vv,Vwを発生させる。
 インバータ制御部12は、インバータ11a,11bを個別に制御し、各々のインバータ11a,11bが出力すべき電圧を出力するためのPWM信号をインバータ11a,11bへ個別に出力する。
 インバータ制御部12は、インバータ11a,11bを制御して圧縮機2a,2bを運転させる運転モードとして、通常運転モードおよび加熱運転モードの2つの運転モードを有している。インバータ制御部12は、通常運転モードでは、圧縮機モータ22a,22bを駆動するための駆動信号としてPWM信号を生成してインバータ11a,11bに出力する。インバータ制御部12は、加熱運転モードでは、通常運転モードとは異なり、運転待機中の圧縮機モータ22a,22bを回転駆動させないように通電することによって圧縮機モータ22a,22bの加熱を行い、圧縮機2a,2b内部に滞留した冷媒を温め気化させて排出させる。
 インバータ制御部12は、加熱運転モードでは、圧縮機モータ22a,22bに直流電流、または圧縮機モータ22a,22bが追従できない高周波電流を流すことによって、圧縮機モータ22a,22bに発生する熱を利用して、圧縮機2a,2b内部に滞留した冷媒を加熱する。本実施の形態において、加熱運転モードによって圧縮機モータ22a,22bを回転駆動させないように通電して加熱を行うことを拘束通電と呼ぶ。また、圧縮機モータ22a,22bに直流電流を流して拘束通電を実施することを直流通電と呼ぶ。直流通電は、直流電流を用いた通電である。なお、インバータ制御部12は、直流通電に替えて、圧縮機モータ22a,22bに対して、規定された範囲内の運転周波数の低周波電流を用いた通電である低周波通電を実施してもよい。また、圧縮機モータ22a,22bに高周波電流を流して拘束通電を実施することを高周波通電と呼ぶ。高周波通電は、圧縮機モータ22が追従できない運転周波数の電流であって、低周波電流よりも高い運転周波数の高周波電流を用いた通電である。
 次に、加熱運転モードにおけるインバータ制御部12の動作について説明する。インバータ制御部12は、圧縮機2a,2bの運転待機中において、インバータ制御部12の内部演算、または空気調和装置100を制御する外部からの不図示のコントローラなどの上位制御部からの信号に基づいて、圧縮機2a,2bへの加熱要否を判断する。インバータ制御部12は、加熱要と判断した場合、加熱運転モードに移行し、圧縮機モータ22a,22bに直流電流または圧縮機モータ22a,22bが追従できない高周波電流を流すように制御を行い、当該制御に基づく駆動信号をインバータ11a,11bへ出力する。インバータ制御部12は、加熱不要と判断した場合、インバータ11a,11bへ駆動信号を出力せず、インバータ11a,11bの運転待機状態を維持する。
 インバータ制御部12は、圧縮機2a,2bへの加熱要否の判断において、圧縮機2a,2bが冷凍サイクル30の各構成の中で最も熱容量が大きく、周囲温度の上昇に対して遅れて温度が上昇するので相対的に温度が低くなること、および、最も温度の低い箇所で凝縮して溜まり込んでいく冷媒の性質を鑑みる。インバータ制御部12は、例えば、圧縮機2a,2bが運転待機状態に入ってからの周囲温度の変化に基づいて圧縮機2a,2b内部の冷媒滞留状態を推定し、推定結果に基づいて圧縮機2a,2bへの加熱要否を判断すればよい。インバータ制御部12は、周囲温度について、例えば、圧縮機2a,2bの周囲に設けられた図示しない周知の温度センサによって検出することが可能である。
 次に、先述の通り定義した直流通電および高周波通電の詳細について、主に各通電方式におけるインバータ制御部12からインバータ11a,11bに出力される駆動信号であるPWM信号の生成方法について説明する。
 圧縮機モータ22a,22bが三相モータの場合、一般的には、U相、V相、およびW相の各位相は、互いに120°(=2π/3)ずつ異なる。そのため、U相、V相、およびW相に対する三相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を、式(1)から式(3)のように位相が2π/3ずつ異なる正弦波と定義する。ここで、V*は電圧指令、θは電圧位相指令である。
 Vu*=V*・sinθ …(1)
 Vv*=V*・sin(θ-2π/3) …(2)
 Vw*=V*・sin(θ+2π/3) …(3)
 インバータ制御部12は、電圧指令V*および電圧位相指令θに基づいて、式(1)から式(3)を用いて各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を算出する。インバータ制御部12は、各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*と、規定された周波数で振幅値が±Vdc/2のキャリア信号(以下、基準信号とする)とを比較し、相互の大小関係に基づいて、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。Vdcは、インバータ11a,11bから見て電力源3側に相当する直流母線側の電圧である。
 なお、インバータ制御部12は、式(1)から式(3)を用いて単純な三角関数で各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を求めているが、先述の方法以外の二相変調、三次高調波重畳変調、空間ベクトル変調といった他の方法を用いて、各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を求めてもよい。
 ここで、インバータ11aを例にして説明すると、電圧指令Vu*がキャリア信号よりも大きい場合には、PWM信号UPはスイッチング素子UP1をオン、PWM信号UNはスイッチング素子UN1をオフにする駆動信号とする。逆に、電圧指令Vu*がキャリア信号よりも小さい場合には、PWM信号UPはスイッチング素子UP1をオフ、PWM信号UNはスイッチング素子UN1をオンにする駆動信号とする。他の信号についても同様であり、インバータ制御部12において、電圧指令Vv*とキャリア信号との比較によってPWM信号VP,VNが決定され、電圧指令Vw*とキャリア信号との比較によってPWM信号WP,WNが決定される。
 一般的なインバータは相補PWM方式を採用しており、インバータ11では、PWM信号UPとPWM信号UN、PWM信号VPとPWM信号VN、およびPWM信号WPとPWM信号WNは、周知の短絡防止時間を除くと、それぞれ理想的に互いに論理反転した関係となる。周知の短絡防止時間は、同相のP側およびN側のスイッチング素子が同時にオフになる期間、すなわちデッドタイムである。そのため、インバータ11において、各スイッチング素子のスイッチングパターンは全部で8通りとなる。
 図3は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1のインバータ11a,11bにおける8通りのスイッチングパターンを示す図である。図3では、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNについて、対応するスイッチング素子をオンさせるときの信号を「1」とし、対応するスイッチング素子をオフさせるときの信号を「0」としている。図3において、各スイッチングパターンで発生する電圧ベクトルにV0からV7の符号を付している。また、各電圧ベクトルの電圧の方向を±U,±V,±Wで表し、電圧が発生しない場合には0で表している。
 ここで、+Uとは、U相を介して圧縮機モータ22へ流入し、V相およびW相を介して圧縮機モータ22から流出する+U相方向の電流を発生させる電圧である。また、-Uとは、V相およびW相を介して圧縮機モータ22へ流入し、U相を介して圧縮機モータ22から流出する-U相方向の電流を発生させる電圧である。±V,±Wについても同様である。
 圧縮機駆動装置1は、図3に示すスイッチングパターンを組み合わせることによって、インバータ11a,11bから所望の電圧を出力し、圧縮機モータ22a,22bに電圧を印加することができる。圧縮機駆動装置1は、例えば、通常の圧縮動作を行う通常運転モードでは、数Hzから数kHzの範囲で動作させることが一般的である。ここで、圧縮機駆動装置1は、後述のように電圧位相指令θを固定値にすることによって、加熱運転モードにおける直流通電を行うことができる。また、圧縮機駆動装置1は、インバータ11のキャリア信号の周波数(以下、キャリア周波数とする)に同期して電圧位相指令θを180°反転させたり、電圧位相指令θを通常運転モードよりも高速で変化させたりすることによって、加熱運転モードにおける高周波通電を行うことができる。
 図4は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1の直流通電時の各信号波形の例を示す図である。電圧位相指令θ=0°に設定すると、図4に示すように、Vu*=0、Vv*=-0.5V*、Vw*=0.5V*となり、インバータ制御部12は、基準信号と比較した結果、図4に示すようなPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成し、インバータ11a,11bに出力する。インバータ11a,11bは、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNに従ってスイッチング素子をオンオフし、図3に示す電圧ベクトルV0(0電圧)、V1(+W電圧)、V5(-V電圧)、V7(0電圧)の電圧を出力する。これにより、インバータ11a,11bは、圧縮機モータ22a,22bに対して、平均的にW相を介して圧縮機モータ22a,22bへ流入し、V相を介して圧縮機モータ22a,22bから流出するような直流電流を流すことが可能となる。図4の例では、平均的に三相のうちの二相、ここではV相およびW相が通電相となり、残りの一相、ここではU相が無通電相となる。
 インバータ制御部12は、電圧位相指令θ=0°以外の位相に固定し、三相とも通電相となるような直流電流を流してもよいが、三相のうち二相を通電相とすることで、単位時間当たりの発熱量の総量が上がり短時間で効果的に発熱させることができる。
 ただし、インバータ制御部12は、電圧位相指令θを固定値で連続通電を行った場合、圧縮機モータ22a,22bの特定部分のみが発熱することになる。そのため、インバータ制御部12は、時間の経過と共に電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機モータ22a,22bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱することができる。
 インバータ制御部12は、無通電相を直流通電のタイミング毎に入れ替えるためには、電圧位相指令θの値を60°の整数倍に設定すればよく、逐次無通電相を遷移させることができ、圧縮機モータ22a,22bの部位による発熱ムラを抑制することができる。インバータ制御部12は、直流通電を実施する場合、三相のうち二相を通電相とし、残り一相を無通電相とし、無通電相になる相を入れ替えながら実施するように制御する。
 図5は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1の高周波通電時の各信号波形の例を示す図である。図5は、キャリア周波数に同期して電圧位相指令θを180°すなわちπ反転させることにより、キャリア周波数に等しい高周波通電を実施する例を示している。この場合、例えば、U相、V相、およびW相に対する三相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を、式(4)から式(6)のように表すことができる。
 Vu*=V*・sinθ …(4)
 Vv*=V*・sin(θ+π) …(5)
 Vw*=V*・sin(θ+π) …(6)
 インバータ制御部12は、式(4)から式(6)において、例えば、電圧位相指令θを図5におけるキャリア信号の山の頂点から谷の頂点に至るまでの期間において電圧位相指令θ=90°、山の頂点から谷の頂点に至るまでの期間において電圧位相指令θ=270°といったようにキャリア周波数fcの半周期、すなわち0.5/fc毎に電圧位相指令θを180°反転させる。これにより、インバータ制御部12は、キャリア信号に同期して反転する電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を得ることができる。
 電圧位相指令θ=90°の場合はVu*=V*、Vv*=Vw*=-V*となり、電圧位相指令θ=270°の場合はVu*=-V*、Vv*=Vw*=V*となり、インバータ制御部12は、基準信号と比較した結果、図5に示すようなPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成し、インバータ11a,11bに出力する。インバータ11a,11bは、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNに従ってスイッチング素子をオンオフし、図3に示す電圧ベクトルV0(0電圧)、V4(+U電圧)、V7(0電圧)、V3(-U電圧)、V0(0電圧)の順で変化し、この変化が繰り返される電圧を出力する。
 図6は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1の高周波通電時の電圧ベクトルの変化、および各電圧ベクトルに対応するインバータ11の各スイッチング素子のオンオフ状態を示す図である。図6では、破線の丸で囲まれたスイッチング素子がオンであり、それ以外のスイッチング素子がオフであることを示している。また、図6において、電圧ベクトルの変化順序を示す太矢印の回転方向、すなわち電圧ベクトルV0→V4→V7→V3→V0の回転方向は、図5の例に対応している。
 インバータ制御部12は、図6に示す例では、1キャリア周期で図6に示す4つの回路状態を遷移するように、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。これにより、インバータ制御部12は、インバータ11a,11bを介して、1キャリア周期を1周期とする高周波電流を圧縮機モータ22a,22bに流すことができる。
 図6に示すように、V0,V7ベクトル印加時、圧縮機モータ22a,22bの線間が短絡状態となり、インバータ11a,11bから電圧が出力されない。この場合、圧縮機モータ22a,22bのインダクタンスに蓄えられたエネルギーが電流となって短絡回路中を流れる。また、V4ベクトル印加時には、U相を介して圧縮機モータ22a,22bへ流入し、V相およびW相を介して圧縮機モータ22a,22bから流出する+U相方向の電流(+Iu)が、圧縮機モータ22a,22bの巻線に流れる。V3ベクトル印加時には、V相およびW相を介して圧縮機モータ22a,22bへ流入し、U相を介して圧縮機モータ22a,22bから流出する-U相方向の電流(-Iu)が、圧縮機モータ22a,22bの巻線に流れる。この場合、U相に流れる電流の大きさはその他のV相およびW相に流れる電流の2倍となり、主にU相に高周波電流が流れる動作となる。
 すなわち、V4ベクトル印加時と、V3ベクトル印加時とでは、逆方向の電流が圧縮機モータ22a,22bの巻線に流れる。そして、電圧ベクトルがV0,V4,V7,V3,V0…の順で繰り返し変化するため、+U相方向の電流(+Iu)と-U相方向の電流(-Iu)とが交互に圧縮機モータ22a,22bの巻線に流れることになる。この結果、インバータ制御部12は、図6に示すようにV4ベクトルとV3ベクトルとが1キャリア周期の間に現れるため、キャリア信号の周波数に同期した高周波電圧を圧縮機モータ22a,22bの巻線に印加でき、高周波電流を流すことができる。
 また、インバータ11a,11bからV4ベクトルの電圧とV3ベクトルの電圧とが交互に出力され、+U相方向の電流(+Iu)と-U相方向の電流(-Iu)とが交互に圧縮機モータ22a,22bの巻線に流れるため、正逆のトルクが瞬時に切り替わる。このため、正逆のトルクが相殺され、インバータ制御部12は、ロータの振動を抑えた電圧の印加が可能となる。
 インバータ制御部12は、例えば、V0(0電圧)、V2(+V電圧)、V7(0電圧)、V5(-V電圧)、V0(0電圧)の順で繰り返し変化させてインバータ11a,11bから電圧を出力させるように制御することで、主にV相に高周波電流を流すことができる。また、インバータ制御部12は、例えば、V0(0電圧)、V1(+W電圧)、V7(0電圧)、V6(-W電圧)、V0(0電圧)の順で繰り返し変化させてインバータ11a,11bから電圧を出力させるように制御することで、主にW相に高周波電流を流すことができる。インバータ制御部12は、一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更することによって、圧縮機2a,2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱することができる。
 以上、圧縮機駆動装置1の高周波通電動作の一例を示したが、インバータ制御部12は、先述の三相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*を表す式(1)から式(3)における電圧位相指令θを0°から360°の範囲で連続的に変化させ、変化する周期を短くすることによって、高周波電圧の周波数を増加させ、高周波通電を行うようにしてもよい。
 インバータ制御部12は、式(1)から式(3)における電圧位相指令θを0°から360°の範囲で連続的に高速で変化させると、各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*はそれぞれ120°位相差の正弦波となる。インバータ制御部12は、各電圧指令Vu*,Vv*,Vw*と基準信号とを比較することでPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNが得られ、時間の変化とともに電圧ベクトルが変化するため、圧縮機モータ22a,22bに高周波電流を流すことが可能となる。この方法では、三相電流がバランスして高周波電流が流れることから、インバータ制御部12は、圧縮機2a,2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱することができる。
 インバータ制御部12は、先述とは反対に、電圧位相指令θの変化する周期を長くすれば、低周波通電を実現できる。特に0Hzに近づくに従って、圧縮機モータ22a,22bのインピーダンス成分において抵抗成分が支配的となるため、低周波通電による加熱効果は、直流通電による加熱効果と同等となる。
 拘束通電は、直流通電、低周波通電、高周波通電などに関係なく圧縮機2a,2bの運転待機中に行われるため、周囲に音の発生源がなく、拘束通電に起因する音が人間に対して耳障りとならない、さらに望ましくは可聴周波数帯域外となるようにすることが望ましい。拘束通電に起因する音が有する周波数成分は、主にキャリア周波数に係る成分、高周波通電の高周波電圧の周波数に係る成分、低周波通電の低周波電圧の周波数に係る成分などである。高周波通電の高周波電圧の周波数に係る成分および低周波通電の低周波電圧の周波数に係る成分は、すなわち、電圧位相指令θを変化させる周波数に係る成分である。
 一般的なインバータの場合、キャリア周波数は、インバータのスイッチング素子のスイッチングスピードによって上限が決まる。スイッチングスピードの上限は、周知のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の場合は20kHz程度であり、ワイドギャップ半導体であるSiC、GaN、ダイヤモンドの場合は数百kHzである。
 高周波通電において、キャリア周波数に等しい前者の高周波通電の場合、人間の可聴周波数帯域内で特に敏感とされる1kHzから5kHzの範囲を外した5kHz以上が望ましく、さらに望ましくは、人間の可聴周波数上限を超える20kHz以上が望ましい。ただし、先述のIGBTの場合、スイッチングスピードの上限が20kHz程度であり、人間の可聴周波数上限を超える設定が難しいことから、5kHzから20kHzの設定とする。
 また、三相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*がキャリア周波数に同期しない後者の高周波通電方式の場合、高周波電圧の周波数、すなわち電圧位相指令θを変化させる周波数がキャリア周波数の1/10程度以上になると、高周波電圧の波形出力精度が悪化し、直流成分が重畳するなど影響を及ぼすおそれがある。この点を鑑みて、高周波電圧の周波数をキャリア周波数の1/10以下とすると、例えば、キャリア周波数が20kHzの場合、高周波電圧の周波数が2kHz以下となり、高周波電圧の周波数が可聴周波数帯域内で、かつ、特に敏感とされる1kHzから5kHzの範囲となるため、圧縮機モータの電磁音による騒音が懸念される。
 ワイドギャップ半導体の場合、キャリア周波数が数百kHzまで上げられ、高周波電圧の周波数をキャリア周波数の1/10以下としても数十kHzに設定できる。このことから、式(1)から式(3)に基づく高周波通電方式は、高周波電圧の周波数を可聴周波数帯域外に設定できるインバータのスイッチング素子にワイドギャップ半導体を用いた場合に好適となる。
 低周波通電において、望ましくは特に敏感とされる下限側1kHz以下、さらに望ましくは、人間の可聴周波数下限より低い20Hz以下が適している。以上のことから、インバータ制御部12において、直流通電または低周波通電における運転周波数は0Hz以上1kHz未満とし、高周波通電における運転周波数は5kHz以上とする。なお、直流通電または低周波通電における運転周波数の0Hz以上1kHz未満については、直流通電の場合が運転周波数0Hzであり、低周波通電の場合が0Hzより大きく1kHz未満の範囲である。
 ここまでで、インバータ11a,11bによって圧縮機モータ22a,22bに対して直流通電および高周波通電を行う方法について説明した。次に、本実施の形態の特徴である、複数の圧縮機モータ22a,22bに対して、運転待機中に直流通電および高周波通電の通電方式を用いて、適切に拘束通電を行う方法について説明する。
 複数の圧縮機で構成される装置、例えば、空気調和装置の場合、拘束通電を行うにあたり、圧縮機の台数に比例して運転待機中における圧縮機内部の冷媒への加熱に必要な電力の総量が増加する。特に、高周波通電を行う加熱方式の場合、加熱効率が高いものの、複数台の圧縮機に対して同時に高周波の電圧を印加すると、高周波電力の発生量およびノイズも大きくなり、装置の外部に存在する他の装置に対してノイズによる影響を及ぼすおそれがある。また、直流電圧を供給する直流通電の場合、加熱量を大きく取れるものの、加熱効率に課題があり、複数台の圧縮機に対して同時に直流通電を行うと待機電力の総量が増加する。したがって、運転待機中に複数の圧縮機に同時に拘束通電を行い、冷媒を気化させる際には、適切に直流通電と高周波通電とを使い分ける必要がある。
 ここで、各通電方式の特徴を述べた上で、圧縮機駆動装置1において、複数台の圧縮機に対して同時に拘束通電を行う一連の流れ、および主旨について説明する。
 直流通電の場合、インバータ制御部12は、圧縮機モータ22a,22bに対して直流電流を流すことにより、直流電流の大きさの2乗と圧縮機モータ22a,22bの各々を構成する巻線の抵抗値とに比例した銅損を圧縮機モータ22a,22bの巻線に発生させ、銅損による発熱によって圧縮機2a,2bの内部に滞留した冷媒を加熱することができる。インバータ制御部12は、圧縮機モータ22a,22bに流す電流の大きさをインバータ11a,11bを用いて制御することで、発熱量を制御でき、特に通常運転モードおよび高周波通電の場合と比較して、低い電圧で大きな電流、すなわち大きな発熱量を得ることができ、圧縮機2a,2bの内部に滞留した冷媒を短時間で排出できる。
 しかし、近年のモータは、高効率設計によって巻線の抵抗値が小さくなる傾向があり、従来よりも巻線の抵抗値が小さくなった分、十分な加熱量を得るためには、直流電流を増加させる必要がある。このため、圧縮機2への加熱に寄与しない、かつ、通電電流に比例して増加するインバータ11a,11bの損失も増大して圧縮機2a,2bの加熱効率が悪化し、消費電力が増加する。そのため、直流通電は、運転待機中に長時間、かつ、何台もの圧縮機を同時に冷媒加熱するのに適した通電方式ではない。
 一方、高周波通電の場合、インバータ制御部12は、インバータ11a,11bから圧縮機2a,2bに高周波電流を流すことによって、圧縮機モータ22a,22bを構成する固定子、回転子などの材料である磁性体に渦電流損、ヒステリシス損といった鉄損を発生させ、圧縮機2a,2b内部に滞留した冷媒を加熱することができる。
 また、インバータ制御部12は、高周波電流の周波数を高くすることによって、鉄損が増加して発熱量を大きくすることができ、さらには、圧縮機モータ22a,22bのインダクタンスによるインピーダンスを高くすることができる。そのため、インバータ制御部12は、高周波電流を抑制することができ、インバータ11a,11bの損失を低減しつつ、圧縮機2a,2b内部に滞留した冷媒への高効率な加熱が可能となる。高周波通電は、待機電力が小さく、運転待機中に長時間冷媒加熱を行うのに適した通電方式である。
 しかし、加熱効率が高い反面、複数台の圧縮機2に対して同時に高周波の電圧を印加すると高周波電力の発生量、およびノイズも大きくなり、装置の外部に存在するその他の装置、特に電子機器に対してノイズによる影響を及ぼすおそれがある。また、鉄損が小さい圧縮機モータ22a,22bを用いた場合、発熱量が小さくなり、滞留した冷媒を温め気化させて排出するのに必要な発熱量を得られないケースもある。
 したがって、インバータ制御部12は、直流通電または高周波通電のいずれの拘束通電方式においても、複数台の圧縮機2に対して同時に同じ通電方式で加熱すると、先述のような課題が生じる。このことから、複数の圧縮機2を拘束通電によって加熱する場合、インバータ制御部12は、例えば、インバータ11aを用いて圧縮機2aを直流通電で加熱する際、並行してインバータ11bを用いて圧縮機2bを高周波通電で加熱するように制御する。すなわち、インバータ制御部12は、並行して複数の圧縮機2を同時に拘束通電によって加熱する場合、圧縮機2毎に通電方式を異なるようにする。これにより、インバータ制御部12は、2つの通電方式の各々のメリットが適切に得られ、また、各方式の課題に係る影響も小さくすることができる。なお、直流通電については、同等の加熱効果が得られる先述の低周波通電に置き換えてもよい。
 インバータ制御部12は、圧縮機2の台数が3台以上の場合、少なくとも1台の圧縮機2は直流通電で加熱し、残りの圧縮機2のうち少なくとも1台の圧縮機2は高周波通電で加熱する。インバータ制御部12は、残りの圧縮機2については、効率面の影響が支配的であれば高周波通電で加熱し、ノイズの影響が支配的であれば直流通電で加熱するように、メリットと課題のバランスを鑑みながら個別に拘束通電方式を選択すればよい。このような圧縮機2の台数が3台以上の場合の好適な実施の形態については後述する。
 ただし、先述の通り、拘束通電方式によって圧縮機2の加熱量に差異がある。そのため、加熱対象の圧縮機2に対して常に同じ拘束通電方式で加熱すると、通電方式の差異によって圧縮機2毎に発熱量が異なり、加熱バラツキが発生する。各圧縮機2に対して個体差なく均一に加熱するため、インバータ制御部12は、例えば、インバータ11aを用いて圧縮機2aを直流通電で加熱し、並行して、インバータ11bを用いて圧縮機2bを高周波通電で加熱することを、予め定められた期間T1の間実施し、期間T1経過後に拘束通電方式を入れ替える。すなわち、インバータ制御部12は、次に、インバータ11aを用いて圧縮機2aを高周波通電で加熱し、並行して、インバータ11bを用いて圧縮機2bを直流通電で加熱することを期間T1の間実施する。インバータ制御部12は、各圧縮機2に対して、直流通電または低周波通電と、高周波通電とを交互に実施するように制御する。これにより、インバータ制御部12は、各圧縮機2における発熱量の総量を同じにできることから、各々の圧縮機2の加熱量を平均化でき、圧縮機2毎にバラツキの無い冷媒加熱が可能となる。
 図7は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1の運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャートである。圧縮機2a,2bの運転待機中において、インバータ制御部12は、内部演算または空気調和装置100を制御するコントローラなどの外部の上位制御部からの信号に基づいて、圧縮機2a,2bへの加熱が必要か否かを判断する(ステップS1)。インバータ制御部12は、加熱不要と判断した場合(ステップS1:No)、圧縮機2a,2bの運転待機中状態を維持する。インバータ制御部12は、加熱が必要と判断した場合(ステップS1:Yes)、加熱運転モードに移行し、1回目の拘束通電として、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに直流通電を開始し、並行して、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに高周波通電を開始する(ステップS2)。
 インバータ制御部12は、1回目の拘束通電開始後、予め定められた期間T1が経過したか否かを判断する(ステップS3)。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過していない場合(ステップS3:No)、1回目の拘束通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T1の間、先述の通り、高周波通電における一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更し、また、直流通電において時間の経過とともに電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機2a,2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過した場合(ステップS3:Yes)、1回目の拘束通電を停止、すなわち、インバータ11aを用いた圧縮機2aへの直流通電、およびインバータ11bを用いた圧縮機2bへの高周波通電を停止する(ステップS4)。インバータ制御部12は、2回目の拘束通電として、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに高周波通電を開始し、並行して、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに直流通電を開始する(ステップS5)。
 インバータ制御部12は、2回目の拘束通電開始後、予め定められた期間T1が経過したか否かを判断する(ステップS6)。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過していない場合(ステップS6:No)、2回目の拘束通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T1の間、先述の通り、高周波通電における一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更し、また、直流通電において時間の経過とともに電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機2a,2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過した場合(ステップS6:Yes)、2回目の拘束通電を停止、すなわち、インバータ11aを用いた圧縮機2aへの高周波通電、およびインバータ11bを用いた圧縮機2bへの直流通電を停止する(ステップS7)。インバータ制御部12は、通常運転モードに移行しない場合、ステップS1に戻って、先述と同様の動作を繰り返し実施する。インバータ制御部12は、直流通電または低周波通電の実施期間が、高周波通電の実施期間と同じになるように制御する。
 以上、圧縮機駆動装置1の運転待機中の冷媒加熱動作処理における一連の流れの説明である。なお、インバータ制御部12は、直流通電については、同等の加熱効果が得られる先述の低周波通電に置き換えてもよい。
 このように、インバータ制御部12は、運転待機中の複数の圧縮機2の内部の冷媒を加熱する場合、複数の圧縮機2のうち少なくとも1つの圧縮機2が備える圧縮機モータ22に対して、直流電流を用いた直流通電または低周波電流を用いた低周波通電を実施し、複数の圧縮機のうち他の圧縮機が備える圧縮機モータに対して高周波電流を用いた高周波通電を実施するように制御する。
 つづいて、圧縮機駆動装置1が備えるインバータ制御部12のハードウェア構成について説明する。図8は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置1が備えるインバータ制御部12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12は、プロセッサ201及びメモリ202により実現される。
 プロセッサ201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202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202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、圧縮機駆動装置1において、インバータ制御部12は、冷媒の滞留防止のために圧縮機2の運転待機中に複数の圧縮機2を加熱して冷媒を気化させる場合、異なる拘束通電方法で複数の圧縮機2を同時に加熱することとした。これにより、圧縮機駆動装置1は、複数の圧縮機2と接続する場合においても、圧縮機2の数の増加に伴う高周波通電によるノイズの増大を抑制してノイズに起因する自装置または他装置の誤動作を防止でき、直流通電による待機電力の増大を抑制することができる。
 また、インバータ制御部12は、同一の圧縮機2に対して、直流通電と高周波通電とを交互に行うことで、各々の圧縮機2の加熱量を平均化でき、圧縮機2毎にバラツキの無い冷媒加熱を行うことができる。
実施の形態2.
 実施の形態1では、インバータ制御部12は、2台の圧縮機2に対して同時に拘束通電を行う場合、高周波通電を行う期間および直流通電を行う期間は同じ期間T1であった。実施の形態2では、直流通電が短時間で大きな発熱量を得られる一方、圧縮機2の加熱に寄与しない、かつ、通電電流に比例して増加するインバータ損失が大きく長時間通電には適切でない特質を鑑みて、高周波通電を行う期間T1に対して直流通電を行う期間を、期間T1より短くする。
 実施の形態2において、空気調和装置100の構成は、実施の形態1のときの空気調和装置100の構成と同様である。図9は、実施の形態2に係る圧縮機駆動装置1の運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャートである。圧縮機2a,2bの運転待機中において、インバータ制御部12は、内部演算または空気調和装置100を制御するコントローラなどの外部の上位制御部からの信号に基づいて、圧縮機2a,2bへの加熱が必要か否かを判断する(ステップS11)。インバータ制御部12は、加熱不要と判断した場合(ステップS11:No)、圧縮機2a,2bの運転待機中状態を維持する。インバータ制御部12は、加熱が必要と判断した場合(ステップS11:Yes)、加熱運転モードに移行し、1回目の拘束通電として、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに直流通電を開始し、並行して、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに高周波通電を開始する(ステップS12)。
 インバータ制御部12は、1回目の拘束通電開始後、予め定められた期間T0が経過したか否かを判断する(ステップS13)。期間T0は、先述の期間T1よりも短い期間とする。インバータ制御部12は、予め定められた期間T0が経過していない場合(ステップS13:No)、1回目の拘束通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T0の間、先述の通り、直流通電において時間の経過とともに電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機2aを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T0が経過した場合(ステップS13:Yes)、インバータ11aを用いた第1の圧縮機である圧縮機2aへの直流通電を停止する(ステップS14)。
 インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過したか否かを判断する(ステップS15)。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過していない場合(ステップS15:No)、インバータ11bを用いた圧縮機2bへの高周波通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T1の間、先述の通り、高周波通電における一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更することで、圧縮機2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過した場合(ステップS15:Yes)、インバータ11bを用いた第2の圧縮機である圧縮機2bへの高周波通電を停止する(ステップS16)。インバータ制御部12は、2回目の拘束通電として、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに高周波通電を開始し、並行して、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに直流通電を開始する(ステップS17)。
 インバータ制御部12は、2回目の拘束通電開始後、予め定められた期間T0が経過したか否かを判断する(ステップS18)。インバータ制御部12は、予め定められた期間T0が経過していない場合(ステップS18:No)、2回目の拘束通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T0の間、先述の通り、直流通電において時間の経過とともに電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機2bを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T0が経過した場合(ステップS18:Yes)、インバータ11bを用いた第2の圧縮機である圧縮機2bへの直流通電を停止する(ステップS19)。
 インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過したか否かを判断する(ステップS20)。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過していない場合(ステップS20:No)、インバータ11aを用いた圧縮機2aへの高周波通電の状態を維持する。インバータ制御部12は、期間T1の間、先述の通り、高周波通電における一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更することで、圧縮機2aを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。インバータ制御部12は、予め定められた期間T1が経過した場合(ステップS20:Yes)、インバータ11aを用いた第1の圧縮機である圧縮機2aへの高周波通電を停止する(ステップS21)。インバータ制御部12は、通常運転モードに移行しない場合、ステップS11に戻って、先述と同様の動作を繰り返し実施する。インバータ制御部12は、直流通電または低周波通電の実施期間が、高周波通電の実施期間より短くなるように制御する。
 以上、圧縮機駆動装置1の運転待機中の冷媒加熱動作処理における一連の流れの説明である。なお、インバータ制御部12は、直流通電については、同等の加熱効果が得られる先述の低周波通電に置き換えてもよい。
 以上説明したように、本実施の形態によれば、圧縮機駆動装置1において、インバータ制御部12は、冷媒の滞留防止のために圧縮機2の運転待機中に複数の圧縮機2を加熱して冷媒を気化させる場合、異なる拘束通電方法で複数の圧縮機2を同時に加熱するが、高周波通電に対して直流通電を行う期間を短くすることとした。これにより、圧縮機駆動装置1は、加熱効率に課題のある特徴を有する直流通電の時間を短縮でき、必要とする加熱量以上の加熱を防止し、待機電力の増大を抑制することができる。
実施の形態3.
 実施の形態1,2では、圧縮機駆動装置1が具体的に2台の圧縮機2に接続される場合について説明した。実施の形態3では、圧縮機駆動装置が3台以上の圧縮機2に接続される場合について説明する。
 図10は、実施の形態3に係る圧縮機駆動装置1aを構成するインバータ11の構成例を示す図である。圧縮機駆動装置1aは、インバータ11a,11bと、圧縮機モータ22cに電気的に接続され、圧縮機モータ22cを駆動するインバータ11cと、インバータ11a,11b,11cを制御するインバータ制御部12aと、を備える。圧縮機駆動装置1aは、圧縮機2を3台備える図示しない空気調和装置が備える圧縮機駆動装置である。図10では、3台の圧縮機2に接続される圧縮機駆動装置1aの例を示している。図10に示すように、インバータ11a,11b,11cは、ブリッジ結線されたスイッチング素子、および各スイッチング素子の各々に並列接続された還流ダイオードを有している。また、インバータ11a,11b,11cは、電力源3に接続される。インバータ11cは、インバータ11a,11bと同様の構成である。また、インバータ11cに接続される圧縮機モータ22cは、圧縮機モータ22a,22bと同様の構成である。
 以降の説明において、インバータ11a,11b,11cを区別しない場合はインバータ11と称し、圧縮機モータ22a,22b,22cを区別しない場合は圧縮機モータ22と称することがある。また、説明の便宜上、圧縮機モータ22cを備える図示しない圧縮機2を圧縮機2cとする。圧縮機2a,2b,2cを区別しない場合は圧縮機2と称することがある。
 図10では、電力源3から出力される電力を求めるための構成として、直流母線に母線電圧、すなわち電力源3の電圧を計測するための電圧検出部4、および母線電流を検出する電流検出部5が圧縮機駆動装置1aに接続される例を示しているが、電力源3から出力される電力を求めるための構成は、図10の例に限定されない。また、図10では、電流検出部5は、母線負側ではなく母線正側に接続されていてもよい。
 本実施の形態において、インバータ制御部12aは、圧縮機駆動装置1aに3台以上の圧縮機2が接続され、圧縮機2の運転待機中に圧縮機2内部の冷媒へ加熱する場合、次のような制御を行う。すなわち、インバータ制御部12aは、複数ある圧縮機2のうち、1台の圧縮機2に備わる圧縮機モータ22に対して直流通電を実施するように制御する。また、インバータ制御部12aは、もう1台の圧縮機2に備わる圧縮機モータ22に対して高周波通電を実施するように制御する。また、インバータ制御部12aは、残りの圧縮機2に備わる圧縮機モータ22に対しては、電力源3から出力される電力に基づいて通電方式を選択するように制御する。
 図11は、実施の形態3に係る圧縮機駆動装置1aの運転待機中の冷媒加熱動作を示すフローチャートである。圧縮機2a,2b,2cの運転待機中において、インバータ制御部12aは、内部演算または空気調和装置100を制御するコントローラなどの外部の上位制御部からの信号に基づいて、圧縮機2a,2b,2cへの加熱が必要か否かを判断する(ステップS31)。インバータ制御部12aは、加熱不要と判断した場合(ステップS31:No)、圧縮機2a,2b,2cの運転待機中状態を維持する。インバータ制御部12aは、加熱が必要と判断した場合(ステップS31:Yes)、加熱運転モードに移行し、1回目の拘束通電として、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに直流通電を開始し、並行して、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに高周波通電を開始し、インバータ11cを用いて第3の圧縮機である圧縮機2cに高周波通電を開始する(ステップS32)。
 インバータ制御部12aは、直流通電を行う圧縮機2を1台、高周波通電を行う圧縮機2を2台とすることで、高効率、すなわち、待機電力を小さくする制御を優先する。なお、インバータ制御部12aは、許容される待機電力に対して、拘束通電に必要な電力源3から出力される電力が小さい場合、許容される待機電力まで拘束通電で使用する電力を増やし、発熱量を増やすようにしてもよい。具体的には、インバータ制御部12aは、高周波通電を行う圧縮機2台のうちの1台を直流通電へ変更すればよい。
 インバータ制御部12aは、加熱運転モード移行後、電力源3から出力される電力である出力電力を求め、電力源3の出力電力と、許容される電力W0とを比較する(ステップS33)。インバータ制御部12aは、電力源3の出力電力について、電圧検出部4で検出された母線電圧である電力源3の電圧の値と、電流検出部5で検出された母線電流の値とを取り込み、演算処理を行って求めることができる。なお、インバータ制御部12aは、各インバータ11の出力側に計測部を設けて、拘束通電で使用される電力の計測結果を用いてもよい。インバータ制御部12aは、電力源3の出力電力が許容される電力W0より小さい場合(ステップS33:Yes)、インバータ11bによる圧縮機2bへの高周波通電を直流通電に変更する(ステップS34)。インバータ制御部12aは、ステップS33:Yesの場合、インバータ11cによる圧縮機2cへの高周波通電を直流通電へ変更してもよい。
 なお、インバータ制御部12aは、ステップS34による変更によって、電力源3の出力電力が許容される電力W0を超過した場合、インバータ11bによる圧縮機2bへの直流通電を再度高周波通電へ戻してもよいし、あらかじめ変更により電力W0を超えても問題ないように電力W0の値にマージンを持たせてもよい。インバータ制御部12aは、電力源3の出力電力が許容される電力W0以上の場合(ステップS33:No)、ステップS34の動作を省略する。
 インバータ制御部12aは、1回目の拘束通電開始後、予め定められた期間T1が経過したか否かを判断する(ステップS35)。インバータ制御部12aは、予め定められた期間T1が経過していない場合(ステップS35:No)、1回目の拘束通電の状態を維持する。インバータ制御部12aは、予め定められた期間T1が経過した場合(ステップS35:Yes)、1回目の拘束通電を停止する(ステップS36)。インバータ制御部12aは、期間T1について、加熱運転モードに移行したステップS32の時点を基準にしているが、通電方式を変更したステップS34の時点を基準にしてもよい。インバータ制御部12aは、期間T1の間、先述の通り、高周波通電における一連の電圧ベクトルの選択動作を適宜変更し、また、直流通電において時間の経過とともに電圧位相指令θを逐次変化させることで、圧縮機2a,2b,2cを特定部分に偏ることがなく均一に加熱する。
 図11に示すフローチャートは、1回目の拘束通電開始から期間T1経過後に拘束通電を停止させる処理までを記載しているが、これに限定されない。インバータ制御部12aは、この後、実施の形態1,2と同様、各々の圧縮機の加熱量を平均化させる目的で、各圧縮機に対する拘束通電方式を入れ替えて、図11に示すフローチャートを繰り返し実施してもよい。
 例えば、インバータ制御部12aは、2回目のフローチャートの処理のステップS32において、2回目の拘束通電として、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに直流通電を開始し、並行して、インバータ11cを用いて第3の圧縮機である圧縮機2cに高周波通電を開始し、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに高周波通電を開始する。また、インバータ制御部12aは、ステップS34において変更対象を第3の圧縮機である圧縮機2cとする。次に、インバータ制御部12aは、3回目のフローチャートの処理のステップS32において、3回目の拘束通電として、インバータ11cを用いて第3の圧縮機である圧縮機2cに直流通電を開始し、並行して、インバータ11aを用いて第1の圧縮機である圧縮機2aに高周波通電を開始し、インバータ11bを用いて第2の圧縮機である圧縮機2bに高周波通電を開始する。また、インバータ制御部12aは、ステップS34において変更対象を第1の圧縮機である圧縮機2aとする。
 このように、複数の圧縮機2の数が3以上の場合、インバータ制御部12aは、複数の圧縮機2のうち、1つの圧縮機2が備える圧縮機モータ22に対して直流通電または低周波通電を実施する。インバータ制御部12aは、他の1つの圧縮機2が備える圧縮機モータ22に対して高周波通電を同時に実施し、残りの圧縮機2が備える圧縮機モータ22については電力源3から出力される電力に基づいて通電方式を選択する。
 以上、圧縮機駆動装置1aの運転待機中の冷媒加熱動作処理における一連の流れの説明である。なお、インバータ制御部12aは、直流通電については、同等の加熱効果が得られる先述の低周波通電に置き換えてもよい。
 また、図11に示すフローチャートでは、加熱運転モード移行時の状態として、直流通電を行う圧縮機2を1台、高周波通電を行う圧縮機2を2台としていたが、これに限定されない。インバータ制御部12aは、発熱量を優先し、直流通電を行う圧縮機2を2台、高周波通電を行う圧縮機2を1台として、拘束通電時の電力源3の出力電力と許容される電力W0とを比較して、各通電方式の台数を調整してもよい。
 また、インバータ制御部12aは、圧縮機2が4台以上の構成においても、例えば、加熱運転モード移行時の状態を、直流通電を行う圧縮機2を2台、高周波通電を行う圧縮機2を2台として、拘束通電時の電力源3の出力電力と許容される電力W0とを比較して、各通電方式の台数を調整してもよい。
 以上説明したように、本実施の形態によれば、圧縮機駆動装置1aにおいて、インバータ制御部12aは、圧縮機駆動装置1aに接続される圧縮機2が3台以上の場合において、拘束通電に必要な電力を、許容される待機電力の範囲内で各圧縮機2に対する拘束通電の発熱量を最大限に確保することができる。
実施の形態4.
 実施の形態4では、圧縮機駆動装置に接続される圧縮機モータ22が独立巻線型モータの場合について説明する。
 従来、独立巻線型モータは、各相巻線の両端にそれぞれ2台インバータが接続され、2台のインバータの合成電圧によって駆動する。そのため、独立巻線型モータは、先述の1台のインバータで駆動する圧縮機モータと比較して、高い電圧が印加され、モータ出力を大きく取ることができ、圧縮機2の大容量化に適している。一方で、独立巻線型モータは、大容量化に伴って、運転待機中の圧縮機内部の冷媒への加熱に必要な電力の総量、およびノイズも大きくなり、これらの課題が顕著となる傾向となる。
 図12は、実施の形態4に係る圧縮機駆動装置1bに接続される圧縮機モータ22d,22eが独立巻線型モータである場合の圧縮機駆動装置1bおよび圧縮機モータ22d,22eの構成例を示す図である。圧縮機駆動装置1bは、圧縮機モータ22dに電気的に接続され、圧縮機モータ22dを駆動するインバータ11a,11bと、圧縮機モータ22eに電気的に接続され、圧縮機モータ22eを駆動するインバータ11c,11dと、インバータ11a,11b,11c,11dを制御するインバータ制御部12bと、を備える。圧縮機駆動装置1bは、圧縮機2を2台備える図示しない空気調和装置が備える圧縮機駆動装置である。図12では、2台の圧縮機2に接続される圧縮機駆動装置1bの例を示している。図12に示すように、インバータ11a,11b,11c,11dは、ブリッジ結線されたスイッチング素子、および各スイッチング素子の各々に並列接続された還流ダイオードを有している。また、インバータ11a,11b,11c,11dは、電力源3に接続される。インバータ11dは、インバータ11a,11b,11cと同様の構成である。
 以降の説明において、インバータ11a,11b,11c,11dを区別しない場合はインバータ11と称し、圧縮機モータ22d,22eを区別しない場合は圧縮機モータ22と称することがある。また、説明の便宜上、圧縮機モータ22dを備える図示しない圧縮機2を圧縮機2dとし、圧縮機モータ22eを備える図示しない圧縮機2を圧縮機2eとする。圧縮機2d,2eを区別しない場合は圧縮機2と称することがある。
 圧縮機モータ22dは、U相、V相、およびW相の各相の巻線の両端が開放され、各巻線の両端に個別にインバータ11a,11bが接続された独立巻線型モータである。圧縮機モータ22eは、U相、V相、およびW相の各相の巻線の両端が開放され、各巻線の両端に個別にインバータ11c,11dが接続された独立巻線型モータである。
 図12に示す圧縮機駆動装置1bでは、インバータ11a,11bが独立巻線型モータである圧縮機モータ22dの巻線の両端に接続され、インバータ11c,11dが独立巻線型モータである圧縮機モータ22eの巻線の両端に接続されている。インバータ制御部12bは、インバータ11a,11b,11c,11dを制御する。インバータ制御部12bは、2つのインバータ11を用いて1つの圧縮機モータ22を駆動する。具体的には、インバータ制御部12bは、インバータ11a,11bを用いて圧縮機モータ22dを駆動し、インバータ11c,11dを用いて圧縮機モータ22eを駆動する。
 実施の形態1から実施の形態3のように独立巻線型モータである圧縮機モータ22d,22eに拘束通電を行う場合、インバータ制御部12bは、両端に接続される2つのインバータ11の合成電圧が圧縮機モータ22d,22eに印加されることを鑑みて、直流通電および高周波通電のいずれの場合でも、以下のような制御を行う。
 具体的には、インバータ制御部12bは、例えば、圧縮機モータ22dに拘束通電を行う場合、一方のインバータ11aには拘束通電方式に応じて先述の実施の形態と同様に動作させ、他方のインバータ11bの出力電圧をインバータ11aの出力電圧に対して極性を反転させるように制御すればよい。すなわち、インバータ制御部12bは、言い換えると、2台のインバータ11の間で電圧位相指令θを180°をずらせばよい。インバータ制御部12bが、インバータ11c,11dを用いて圧縮機モータ22eに拘束通電を行う場合も同様である。
 これを電圧ベクトルの選択方法で説明すると、インバータ制御部12bは、一方のインバータ11が電圧ベクトルV0の電圧を出力し、他方のインバータ11が電圧ベクトルV7の電圧を出力するように選択する。また、インバータ制御部12bは、一方のインバータ11が電圧ベクトルV1の電圧を出力し、他方のインバータ11が電圧ベクトルV6の電圧を出力するように選択する。また、インバータ制御部12bは、一方のインバータ11が電圧ベクトルV2の電圧を出力し、他方のインバータ11が電圧ベクトルV5の電圧を出力するように選択する。また、インバータ制御部12bは、一方のインバータ11が電圧ベクトルV3の電圧を出力し、他方のインバータ11が電圧ベクトルV4の電圧を出力するように選択する。ただし、2台のインバータ11の合成電圧は1台のインバータ11の出力電圧の2倍になるため、インバータ制御部12bは、冷媒加熱に必要な発熱量となるように電圧指令V*を適宜調整する。
 また、インバータ制御部12bは、各圧縮機2の加熱量を平均化し、圧縮機2毎にバラツキの無い冷媒加熱を行えるように、実施の形態1から実施の形態3と同様、圧縮機モータ22dと圧縮機モータ22eとの間で、直流通電および高周波通電を入れ替えて拘束通電を行うようにすればよい。
 以上説明したように、本実施の形態によれば、圧縮機駆動装置1bにおいて、インバータ制御部12bは、圧縮機モータ22d,22eが独立巻線型モータであっても、冷媒の滞留防止のため圧縮機2の運転待機中に複数の圧縮機2を加熱して冷媒を気化させる場合、異なる拘束通電方法で複数の圧縮機2を同時に加熱することとした。これにより、圧縮機駆動装置1bは、複数の圧縮機2と接続する場合においても、圧縮機2の数の増加に伴う高周波通電によるノイズの増大を抑制してノイズに起因する自装置または他装置の誤動作を防止でき、直流通電による待機電力の増大を抑制することができる。
 以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の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、本発明の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。
 1,1a,1b 圧縮機駆動装置、2a,2b 圧縮機、3 電力源、4 電圧検出部、5 電流検出部、11a,11b,11c,11d インバータ、12,12a,12b インバータ制御部、21a,21b 圧縮機構、22a,22b,22c,22d,22e 圧縮機モータ、30 冷凍サイクル、31 冷媒回路、32 四方弁、33a,33b 熱交換器、34 膨張装置、100 空気調和装置。

Claims (9)

  1.  電力源に接続され、冷媒を圧縮する圧縮機構と前記圧縮機構を動作させる圧縮機モータとを備える圧縮機を駆動対象とする圧縮機駆動装置であって、
     各々が、前記電力源の電力を所望の電圧に変換して前記圧縮機モータに印加する複数のインバータと、
     前記複数のインバータを駆動する駆動信号を生成するインバータ制御部と、
     を備え、
     前記インバータ制御部は、運転待機中の複数の圧縮機の内部の冷媒を加熱する場合、前記複数の圧縮機のうち少なくとも1つの圧縮機が備える圧縮機モータに対して、直流電流を用いた通電である直流通電、または規定された範囲内の運転周波数の低周波電流を用いた通電である低周波通電を実施し、前記複数の圧縮機のうち他の圧縮機が備える圧縮機モータに対して、前記圧縮機モータが追従できない運転周波数の電流であって前記低周波電流よりも高い運転周波数の高周波電流を用いた通電である高周波通電を実施するように制御する圧縮機駆動装置。
  2.  前記インバータ制御部において、前記直流通電または前記低周波通電における運転周波数は0Hz以上1kHz未満とし、前記高周波通電における運転周波数は5kHz以上とする請求項1に記載の圧縮機駆動装置。
  3.  前記インバータ制御部は、各圧縮機に対して、前記直流通電または前記低周波通電と、前記高周波通電とを交互に実施するように制御する請求項1または2に記載の圧縮機駆動装置。
  4.  前記インバータ制御部は、前記直流通電または前記低周波通電の実施期間が、前記高周波通電の実施期間と同じになるように制御する請求項3に記載の圧縮機駆動装置。
  5.  前記インバータ制御部は、前記直流通電または前記低周波通電の実施期間が、前記高周波通電の実施期間より短くなるように制御する請求項3に記載の圧縮機駆動装置。
  6.  前記圧縮機モータは三相モータであり、
     前記インバータ制御部は、前記直流通電を実施する場合、三相のうち二相を通電相とし、残り一相を無通電相とし、前記無通電相になる相を入れ替えながら実施するように制御する請求項1から5のいずれか1つに記載の圧縮機駆動装置。
  7.  前記複数の圧縮機の数は3以上であり、
     前記インバータ制御部は、前記複数の圧縮機のうち、1つの圧縮機が備える圧縮機モータに対して前記直流通電または前記低周波通電を実施し、他の1つの圧縮機が備える圧縮機モータに対して前記高周波通電を同時に実施し、残りの圧縮機が備える圧縮機モータについては前記電力源から出力される電力に基づいて通電方式を選択する請求項1または2に記載の圧縮機駆動装置。
  8.  前記圧縮機モータは独立巻線型モータであり、
     前記インバータ制御部は、2つのインバータを用いて1つの圧縮機モータを駆動する請求項1から6のいずれか1つに記載の圧縮機駆動装置。
  9.  請求項1から8のいずれか1つに記載の圧縮機駆動装置と、
     圧縮機モータを備える圧縮機と、
     を備え、
     前記圧縮機によって冷凍サイクルの冷媒を圧縮する空気調和装置。
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