专利名称：空气调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气调节器中使用的压缩机的加热方法。
背景技术：
在以往的空气调节器中，为了防止在压缩机停止时由压缩机内液体制冷剂的滞留所致的液体压缩，当滞留于压缩机内的液体制冷剂量成为规定值以上时输出信号，控制装置在输入了该信号时对马达的绕组接通微弱的高频缺相电流而加热马达绕组，防止休眠状态下(dormant state)即压缩机内的液体制冷剂处于低温滞留状态下的由开始运转所致的液体压缩，从而防止压缩机的破损(例如，参照专利文献1)。另外，通过对开关元件的接通(ON) /断开(OFF)周期进行控制而使马达的定子线圈中流过的电流的朝向周期性地成为逆方向，从而不仅由于以往的电阻损耗而进行发热而且还由于磁滞损耗而进行发热，而且通过减少每单位时间的开关次数，能够通过非常少的消耗电流来进行充分的预热，提高了功率效率(例如，参照专利文献2)。专利文献1 日本特开平8-226714号公报(第1页 第3页、图1 图2)专利文献2 日本特开平11-159467号公报(第3页、第5页 第6页、图1 图 6)
发明内容
但是，关于专利文献1记载的以往技术，由于流过缺相电流而产生不会流过电流的绕组，因此无法均勻地加热压缩机，另外，要使用逆变器而使缺相电流在具有凸极比 (salient pole ratio)的永磁同步型同步马达中流动的情况下，存在绕组电感的转子位置依赖性，根据转子位置有时在所有相中流过电流，所以存在难以使缺相电流流动这样的问题。另外，在专利文献2记载的以往技术中，使一端连接到电源侧的开关元件中的某一个在规定时间的期间以规定周期反复进行接通/断开，同时使一端连接到接地侧的开关元件中的某二个在该规定时间的期间成为接通状态，然后以使定子线圈中流过的电流成为逆方向的方式进行对应，所以存在如下问题无法将绕组中流过的电流的频率进行高频化， 在由于高频化而产生的铁损中存在界限，不仅无法提高效率，而且接通/断开频率与对人类来说刺耳的频率大致一致，从而产生噪音等。本发明是为了适应上述那样的问题、以及近年来严格的环境考虑设计基准即欧州 EuP指令(Directive on Eco-Design of Energy-using Products 能源使用产品生态设计指令)、澳洲MEPS (MinimumEnergy Performance Mandards 最低能效标准)而完成的，其目的在于实现待机中的高效的制冷剂加热方法以及压缩机内轴承振动和噪音的降低。本发明的空气调节器具备压缩机，对制冷剂进行压缩；马达，驱动压缩机；逆变器，对马达施加期望的电压；逆变器控制单元，控制逆变器；以及母线电压检测单元，检测逆变器的电源即母线电压，逆变器控制单元具备制冷剂休眠检测单元，检测压缩机内的制冷剂的休眠状态；高频交流电压产生单元，根据制冷剂休眠检测单元的输出和从外部输入的振幅以及相位，对马达的绕组中的二相或者三相，输出马达的压缩动作时的运转频率范围外的高频交流电压指令；以及PWM信号生成单元，根据高频交流电压产生单元的输出和母线电压检测单元的输出，生成PWM信号并输出到逆变器，从而使逆变器产生高频交流电压，其中，在PWM信号生成单元将PWM信号输出到逆变器时，通过马达中产生的铁损和铜损， 对压缩机内的制冷剂进行加热。根据本发明，由于高频交流电压产生单元输出马达的压缩动作时的运转频率范围外的频率分量，所以加热时来自压缩机的机械振动被抑制，轴承的磨损以及噪音被抑止。另夕卜，PWM生成单元通过产生高频电流而在压缩机的马达中产生铁损，能够高效地加热马达。
图1是示出本发明的实施方式1中的空气调节器的结构的图。图2是示出本发明的各实施方式中的PWM信号生成单元的动作的图。图3是本发明的实施方式2中的空气调节器的结构图。图4是示出本发明的实施方式2的逆变器控制单元的动作的图。图5是本发明的实施方式2的逆变器动作的一个例子。图6是示出本发明的实施方式2的另一个逆变器控制单元的动作的图。图7是示出基于IPM马达的转子位置的电流变化的图。图8是示出本发明的实施方式3中的空气调节器的结构的图。图9是示出本发明的实施方式3的逆变器控制单元的动作的图。图10是本发明的实施方式4中的空气调节器的结构图。图11是示出本发明的实施方式4的动作的图。附图标记说明1 压缩机；2 四通阀；3 室外热交换器；4 膨胀阀；5 室内热交换器；6 制冷剂配管；7 压缩机构；8 马达；9 逆变器；10 母线电压检测单元；11 逆变器控制单元；12 休眠检测单元；13 高频交流电压产生单元；14 积分器；15 :PWM信号生成单元；16、16a 16f 开关元件；17 相位切换单元；18 振幅切换单元；19 加法器。
具体实施例方式实施方式1.图1是示出本发明的实施方式1中的空气调节器的结构的图。在图1中，具有压缩机1、四通阀2、室外热交换器3、膨胀阀4、室内热交换器5经由制冷剂配管6安装而成的冷冻环路，构成了分离型空气调节器。另外，在压缩机1的内部， 设置有对制冷剂进行压缩的压缩机构7和使该压缩机构7动作的马达8。另外，对马达8提供电压来进行驱动的逆变器9与马达8电连接，具备对作为逆变器9的电源电压的母线电压Vdc进行检测的母线电压检测单元10。另外，逆变器9的控制输入端与逆变器控制单元 11连接。在逆变器控制单元11内，设置有休眠检测单元12、高频交流电压产生单元13、积分器14、PWM信号生成单元15。它们能够通过微型计算机或者DSP执行存储器上的控制程序来实现。
逆变器9具有桥接的开关元件16a 16f，根据从逆变器控制单元11发送的PWM 信号(UP、VP、WP、UN、VN、WN)，对与各个PWM信号对应的开关元件(UP为16a、VP为16b、WP 为16c、UN为16d、VN为16e、WN为16f)进行驱动。在逆变器控制单元11中，当休眠检测单元12检测到在压缩机1内制冷剂休眠了的情况下，高频交流电压产生单元13求出对马达8施加的电压的指令值Num職信号生成单元15根据该电压指令值Vu *、Vv *、Vw*而生成PWM信号。示出PWM信号生成单元15的信号生成方法。图2是示出PWM信号生成单元15的输入输出波形的图。例如，如下式那样定义电压指令信号Vu *、Vv *、Vw *。其中，A是电压指令的振幅，θ是电压指令的相位。V* = Acose(1)
* 「 2 Vv ^ Acos(2)
Γ 2 1Vw = Acos ^ +(3)将通过式(1) 式(3)得到的电压指令信号与规定频率且振幅为Vdc/2(此处Vdc 是由母线电压检测单元10检测到的母线电压)的载波信号进行比较，根据相互的大小关系，生成 P丽信号 UP、VP、WP、UN、VN、WN。除了式(1) 式(3)以外，即使通过二相调制、三次高次谐波重叠调制、空间矢量调制等来求出电压指令信号W、仏当然也没有问题。接下来，说明本实施方式1的动作。在这样构成的逆变器控制单元11中，在压缩机1的运转停止中，休眠检测单元12 根据冷冻环路的温度以及经过时间的信息来进行是否为休眠状态的判定，在检测到是休眠状态的情况下，逆变器控制单元11产生预热用的PWM信号。此时，在高频交流电压产生单元13中，使用由积分器14对通过用户操作等而从外部提供的振幅A与转速指令ω *进行积分而得到的电压相位指令θ，根据式⑴ 式(3)而得到电压指令Vv \ Vw\接下来，通过PWM信号生成单元15将所得到的电压指令Vu *、Vv *、Vw *与载波进行比较而得到PWM信号，对逆变器9的开关元件16a 16f进行驱动从而对马达8施加电压。另外，通过以比压缩动作时的运转频率( IkHz)还高的频率进行动作而对马达8 施加高频电压，从而不会产生旋转扭矩、振动，另外通过利用由于施加高频电压而产生的马达8的铁损和由于绕组中流过的电流而产生的铜损，能够高效地加热马达8。由于上述马达 8的加热，使滞留于压缩机1内的液体制冷剂被加热而汽化，向压缩机1的外部泄漏。休眠检测单元12判断该制冷剂泄漏为规定量或者该制冷剂泄漏进行了规定时间的情形来辨别从休眠状态向正常状态的恢复，并结束马达8的加热。另外，如果将上述施加的高频电压的频率设为14kHz以上，则马达8的铁芯的振动音大致成为听觉范围外，所以对噪音的降低也有效。另外，在压缩机1是磁铁嵌入型马达的情况下，高频磁通交链的转子表面也成为发热部，所以实现了制冷剂接触面增加、向压缩机构7的迅速的加热，因此能够高效地加热制冷剂。另外，关于马达8的定子绕组方向，是将马达8的相端子侧作为卷绕始端，将中性点侧(neutral point side)作为卷绕终端。通过向马达8施加电压，利用绕组的铜损和铁损这2个损耗进行加热，但在定子的线圈末端小且绕组电阻低的集中绕组马达的情况下， 绕组电阻小且由于铜损引起的发热量少。因此，为了增大发热量，需要使大量的电流流过绕组，流过逆变器9的电流也变大，其结果，逆变器损耗变得过大。根据本实施方式1，由于通过施加高频电压来进行加热，所以高频所致的电感分量变大，绕组阻抗变高，因此虽然流过绕组的电流变小而使铜损减少，但相应地，高频电压施加所致的铁损增大，能够高效地进行加热。而且，由于流过绕组的电流小，所以逆变器9的损耗也变小，能够实现进一步降低了损耗的加热。另外，在滚动机构的压缩机1中，由于压缩室的高压释放困难，所以在液体制冷剂进入了的情况下压缩机构被施加过大的压力而有可能会破损。根据本实施方式1，通过施加高频电压，马达8的铁损会高效地加热，所以能够实现压缩室1内的高效的加热，通过使压缩室1内的液体制冷剂蒸发而泄漏到外部，从而大幅减少压缩室1内的液体制冷剂量，所以有效地防止压缩机1的破损。而且，在频率超过10kHz、输出超过50W的加热设备的情况下，存在无线电法 (radio act)第100条中的制约，所以通过事先调整电压指令的振幅以使不超过50W、或检测所流过的电流并以使得成为50W以下的方式进行反馈，从而能够实现遵守无线电法的压缩机1的加热。实施方式2.在一般的逆变器的情况下，由逆变器9的开关元件的开关速度决定载波频率的上限，在一般的IGBT的情况下是20kHz左右。因此，难以输出载波频率以上的作为载波的高频电压，如果高频电压的频率成为载波频率的1/10左右，则高频电压的波形输出精度有可能变差而引起直流分量重叠等恶劣影响。例如，如果将载波频率设为20kHz，则高频电压的频率成为1/10的2kHz这样的听觉频率区域，而担心噪音恶化。实施方式2以解决上述问题为目的，说明以下内容。图3是示出本发明的实施方式2中的空气调节器的结构的图。代替积分器14而设置了相位切换单元17，除此以外与实施方式1相同，因此附加同一符号并省略说明，仅说明变更点。在实施方式1中通过积分器14对从外部提供的转速指令ω *进行积分而求出电压指令的相位θ，相对于此，通过相位切换单元17交替地切换从外部提供的Θ1和θ 2这两种相位。关于相位切换单元17的相位切换定时，通过按照载波的波峰或者波谷、波峰以及波谷的定时进行，从而能够输出与载波同步的PWM信号。接下来，说明本实施方式2的动作。在这样构成的逆变器控制单元11中，在压缩机1的运转停止中，休眠检测单元12 根据冷冻环路的温度以及经过时间的信息来进行是否为休眠状态的判定，在检测到是休眠状态的情况下，逆变器控制单元11产生预热用的PWM信号。此时，在高频交流电压产生单元13中，使用通过由相位切换单元17选择根据用户操作等从外部提供的相位Θ1和θ 2 中的某一方而得到的θ、和根据用户操作等而从外部提供的振幅Α，通过式(1) 式(3)而得到电压指令Vu *、Vv\Nw\接下来，由PWM信号生成单元15将所得到的电压指令Vu *、 Vv\ Vw*与载波进行比较而得到PWM信号，对逆变器9的开关元件16a 16f进行驱动从而对马达8施加电压。通过以上的动作，在设定为例如θ 1 = 0[度]、Θ2 = 180[度]的情况下，在图4所示的时序图中，对开关元件16a 16f进行驱动的PWM信号发生变化，电压矢量按照VO (UP =VP = WP = 0) — V4 (UP = 1、VP = WP = 0) — V7 (UP = VP = WP = 1) — V3 (UP = 0、VP =WP = 1) ^ VO (UP = VP = WP = 0)...的顺序发生变化。于是，如图5所示，在施加V4矢量时流过+Iu的电流，在施加V3矢量时-Iu的电流流过马达8的绕组。如图4所示，在1个载波周期(1/fc)的期间出现该V4和V3的矢量模式，所以能够产生与载波频率fc同步的交流电流。另外，如果以在载波的波谷处切换Θ1和θ 2的方式进行控制，则如图6所示像V 0 —V4 —V7 —V7 —V3 —V0 —V0 —V3 —V7 —V7 —V4 —V0...那样，以 2个载波周期来输出 V4矢量和V3矢量，所以能够对马达8的绕组施加1/2载波频率的交流电压。另外，通过以比压缩动作时的运转频率( IkHz)还高的频率进行动作，并对马达 8施加高频电压，从而不会产生旋转扭矩、振动，另外通过利用由于施加高频电压而产生的马达8的铁损和由于绕组中流过的电流而产生的铜损，能够高效地加热马达8。由于上述马达8的加热，使滞留于压缩机1内的液体制冷剂被加热而汽化，向压缩机1的外部泄漏。休眠检测单元12判断该制冷剂泄漏为规定量或者该制冷剂泄漏进行了规定时间的情形来辨别从休眠状态向正常状态的恢复，并结束马达8的加热。根据现状IGBT的开关速度，载波频率的上限是20kHz左右，所以如果将载波频率设定为20kHz，则能够通过在载波的波峰和波谷处切换相位θ，从而对马达8施加20kHz的交流电压，通过高频化来产生铁损而能够高效地加热，并且，通过增加马达8的绕组阻抗还能够降低流过逆变器的电流并实现逆变器损耗的降低，所以能够抑制(X)2的排放量，对地球变暖对策有效。另外，如果上述施加的高频电压的频率是14kHz以上，则马达8的铁芯的振动音大致成为听觉范围外，所以对噪音的降低也有效。另外，在压缩机1是磁铁嵌入型马达的情况下，高频磁通交链的转子表面也成为发热部，所以实现了制冷剂接触面增加、向压缩机构7 的迅速的加热，因此能够高效地加热制冷剂。另外，通过向马达8施加电压，利用绕组的铜损和铁损这2个损耗进行加热，但在线圈末端小且绕组电阻低的集中绕组马达的情况下，绕组电阻小且由于铜损引起的发热量少。因此，为了增大发热量，需要使大量的电流流过绕组，流过逆变器9的电流也变大，其结果，逆变器损耗变得过大。根据本实施方式2，由于通过施加高频电压来进行加热，所以高频所致的电感分量变大，绕组阻抗变高，因此虽然流过绕组的电流变小而使铜损减少，但相应地，高频电压施加所致的铁损增大，能够高效地进行加热。而且，由于流过绕组的电流小，所以逆变器9的损耗也变小，能够实现进一步降低了损耗的加热。另外，在滚动机构的压缩机1中，由于压缩室的高压释放困难，所以在液体制冷剂进入了的情况下压缩机构7被施加过大的压力而有可能会破损。根据本实施方式2，通过施加高频电压，马达8的铁损会高效地加热，所以能够实现压缩室1内的高效的加热，通过使压缩室1内的液体制冷剂蒸发而泄漏到外部，从而大幅减少压缩室1内的液体制冷剂量，所以有效地防止压缩机1的破损。
而且，在频率超过10kHz、输出超过50W的加热设备的情况下，存在无线电法第100 条中的制约，所以通过事先调整电压指令的振幅以使不超过50W、或检测所流过的电流并以使得成为50W以下的方式进行反馈，从而能够实现遵守无线电法的压缩机1的加热。实施方式3.在IPM(嵌入磁铁型)马达的情况下，具有由于绕组电感的旋转位置所致的依赖性，绕组电感的阻抗利用电角度频率ω X电感值来表示，所以存在如下问题如图7所示， 当电感值根据转子位置而变化时阻抗会变化，即使在施加了同一电压的情况下，流过马达绕组的电流也会变动。实施方式3以解决上述问题为目的，说明以下内容。图8是示出本发明的实施方式3中的空气调节器的结构的图。除了追加振幅切换单元18以外，与实施方式2相同，所以附加同一符号并省略说明，仅说明变更点。在实施方式2中，采用了通过针对电压指令的相位θ由相位切换单元17与载波同步地选择θ 1以及θ 2中的某一方从而施加载波频率或者1/2载波频率的交流电压的方式，但关于电压指令的振幅Α，由于是固定的，所以仅能够施加交流分量。因此，在本实施方式3中，通过由振幅切换单元18来切换根据用户操作等而从外部提供的振幅A和振幅B，由此使直流分量重叠于所施加的交流电压。由此，能够利用直流分量来固定转子并且利用交流电压来加热压缩机1。接下来，说明本实施方式3的动作。在这样构成的逆变器控制单元11中，在压缩机1的运转停止中，休眠检测单元12 根据冷冻环路的温度以及经过时间的信息来进行是否为休眠状态的判定，在检测到是休眠状态的情况下，逆变器控制单元11产生预热用的PWM信号。此时，在高频交流电压产生单元13中，通过振幅切换单元18来切换振幅A和振幅B，并且通过相位切换单元17来求出相位θ，根据式⑴ 式⑶而得到电压指令接下来，由PWM信号生成单元15将所得到的电压指令Vu *、Vv *、Vw *与载波进行比较而得到PWM信号，对逆变器9的开关元件16a 16f进行驱动从而对马达8施加电压。通过以上的动作，如图9所示，对于针对载波的每个波峰和每个波谷所产生的每一个控制，切换振幅(在图9的例子中，针对载波的每个波峰，切换为相位θ 1和振幅Α，针对载波的每个波谷，切换为相位θ 2和振幅B)，其结果，V4矢量与V3矢量的比例发生变化， 例如通过使V4的比例与V3相比变大，从而较多地输出U相方向的电压，并较少地输出-U 相方向的电压，所以能够输出正向偏置的交流电压。其结果，利用由偏置所产生的直流分量，通过直流励磁来固定转子位置并施加交流电压，从而能够始终在期望的转子位置进行压缩机1的加热。另外，通过以比压缩动作时的运转频率( IkHz)还高的频率进行动作，并对马达 8施加高频电压，从而不会产生旋转扭矩、振动，另外通过利用由于施加高频电压而产生的马达8的铁损和由于绕组中流过的电流而产生的铜损，能够高效地加热马达8。由于上述马达8的加热，使滞留于压缩机1内的液体制冷剂被加热而汽化，向压缩机1的外部泄漏。休眠检测单元12判断该制冷剂泄漏为规定量或者该制冷剂泄漏进行了规定时间的情形来辨别从休眠状态向正常状态的恢复，并结束马达8的加热。根据现状IGBT的开关速度，载波频率的上限是20kHz左右，所以如果将载波频率设定为20kHz，则能够通过在载波的波峰和波谷处切换相位θ，从而对马达8施加20kHz的交流电压，通过高频化使铁损增大而能够高效地加热，并且，通过增加马达8的绕组阻抗还能够降低流过逆变器9的电流并实现逆变器损耗的降低，所以能够抑制(X)2的排放量，对地球变暖对策有效。另外，如果上述施加的高频电压的频率是14kHz以上，则马达8的铁芯的振动音大致成为听觉范围外，所以对噪音的降低也有效。另外，在压缩机1是磁铁嵌入型马达的情况下，高频磁通交链的转子表面也成为发热部，所以实现了制冷剂接触面增加、向压缩机构7 的迅速的加热，因此能够高效地加热制冷剂。另外，通过向马达8施加电压，利用绕组的铜损和铁损这2个损耗进行加热，但在线圈末端小且绕组电阻低的集中绕组马达的情况下，绕组电阻小且由于铜损引起的发热量少。因此，为了增大发热量，需要使大量的电流流过绕组，流过逆变器9的电流也变大，其结果，逆变器损耗变得过大。根据本实施方式3，由于通过施加高频电压来进行加热，所以高频所致的电感分量变大，绕组阻抗变高，因此虽然流过绕组的电流变小而使铜损减少，但相应地，高频电压施加所致的铁损增大，能够高效地进行加热。而且，由于流过绕组的电流小，所以逆变器9的损耗也变小，能够实现进一步降低了损耗的加热。另外，在滚动机构的压缩机1中，由于压缩室的高压释放困难，所以在液体制冷剂进入了的情况下压缩机构7被施加过大的压力而有可能会破损。根据本实施方式3，通过施加高频电压，马达8的铁损会高效地加热，所以能够实现压缩室1内的高效的加热，通过使压缩室1内的液体制冷剂蒸发而泄漏到外部，从而大幅减少压缩室1内的液体制冷剂量，所以有效地防止压缩机1的破损。而且，在频率超过10kHz、输出超过50W的加热设备的情况下，存在无线电法第100 条中的制约，所以通过事先调整电压指令的振幅以使不超过50W、或检测所流过的电流并以使得成为50W以下的方式进行反馈，从而能够实现遵守无线电法的压缩机1的加热。实施方式4.说明用于解决图7所示的转子位置所致的电感值的变化的另一个方法。图10是示出本发明的实施方式4中的空气调节器的结构的图。除了追加加法器19以外，与其他实施方式相同，所以附加同一符号并省略说明，仅说明变更点。在实施方式2中，采用了通过针对电压指令的相位θ由相位切换单元17与载波同步地选择θ 1以及θ 2中的某一方从而施加载波频率或者1/2载波频率的交流电压的方式，但通电相位限定于θ 1以及相对θ 1具有180°相位差的θ 2这二个相位，所以根据上述转子位置而施加了同一电压的情况下的电流值不同，有可能接通所需以上的功率。因此，在本实施方式4中，通过加法机19将相位变化量θ plus加到θ 1以及θ 2。 由此，通过使相位θ随着时间的经过而发生变化，从而能够不依赖于转子位置而均勻地加热压缩机1。接下来，说明本实施方式4的动作。在这样构成的逆变器控制单元11中，在压缩机1的运转停止中，休眠检测单元12 根据冷冻环路的温度以及经过时间的信息来进行是否为休眠状态的判定，在检测到是休眠状态的情况下，逆变器控制单元11产生预热用的PWM信号。此时，在高频交流电压产生单元13中，求出振幅A以及通过加法机19对相位切换单元17的输出相加相位变化量θ plus 而求出相位θ，根据式⑴ 式⑶而得到电压指令接下来，由PWM信号生成单元15将所得到的电压指令HW与载波进行比较而得到PWM信号，对逆变器9的开关元件16a 16f进行驱动从而对马达8施加电压。通过以上的动作，如图11所示，通过使θ plus随着时间的经过而如0度一45度 —90度一135度一...那样发生变化，关于电压指令的相位θ，如0度一180度一45度 —225度一90度一270度一135度一315度一...那样，能够一边施加高频交流电压一边使通电相位变化，能够不依赖于转子位置而加热压缩机1。另外，通过以比压缩动作时的运转频率( IkHz)还高的频率进行动作，并对马达 8施加高频电压，从而不会产生旋转扭矩、振动，另外通过利用由于施加高频电压而产生的马达8的铁损和由于绕组中流过的电流而产生的铜损，能够高效地加热马达8。由于上述马达8的加热，使滞留于压缩机1内的液体制冷剂被加热而汽化，向压缩机1的外部泄漏。休眠检测单元12判断该制冷剂泄漏为规定量或者该制冷剂泄漏进行了规定时间的情形来辨别从休眠状态向正常状态的恢复，并结束马达8的加热。根据现状IGBT的开关速度，载波频率的上限是20kHz左右，所以如果将载波频率设定为20kHz，则能够通过在载波的波峰和波谷处切换相位θ，从而对马达8施加20kHz的交流电压，通过高频化来增大铁损而能够高效地加热，并且，通过增加马达8的绕组阻抗还能够降低流过逆变器9的电流并实现逆变器损耗的降低，所以能够抑制(X)2的排放量，对地球变暖对策有效。但是，当使θ plus变化时，与变化的频率对应的低频分量重叠到高频交流电压， 有可能会产生声音，所以通过以使低频分量成为听觉频率范围外的20Hz以下的方式设定 θ plus，不但能够均勻地加热压缩机1，并且还能够降低噪音。另外，如果上述施加的高频电压的频率是14kHz以上，则马达8的铁芯的振动音大致成为听觉范围外，所以对噪音的降低也有效。另外，在压缩机1是磁铁嵌入型马达的情况下，高频磁通交链的转子表面也成为发热部，所以实现了制冷剂接触面增加、向压缩机构7 的迅速的加热，因此能够高效地加热制冷剂。另外，通过向马达8施加电压，利用绕组的铜损和铁损这2个损耗进行加热，但在线圈末端小且绕组电阻低的集中绕组马达的情况下，绕组电阻小且由于铜损引起的发热量少。因此，为了增大发热量，需要使大量的电流流过绕组，流过逆变器9的电流也变大，其结果，逆变器损耗变得过大。根据本实施方式4，由于通过施加高频电压来进行加热，所以高频所致的电感分量变大，绕组阻抗变高，因此虽然流过绕组的电流变小而使铜损减少，但相应地，高频电压施加所致的铁损增大，能够高效地进行加热。而且，由于流过绕组的电流小，所以逆变器9的损耗也变小，能够实现进一步降低了损耗的加热。另外，在滚动机构的压缩机1中，由于压缩室的高压释放困难，所以在液体制冷剂进入了的情况下压缩机构7被施加过大的压力而有可能会破损。根据本实施方式4，通过施加高频电压，马达8的铁损会高效地加热，所以能够实现压缩室1内的高效的加热，通过使压缩室1内的液体制冷剂蒸发而泄漏到外部，从而大幅减少压缩室1内的液体制冷剂量，所以有效地防止压缩机1的破损。
而且，在频率超过10kHz、输出超过50W的加热设备的情况下，存在无线电法第100 条中的制约，所以通过事先调整电压指令的振幅以使不超过50W、或检测所流过的电流并以使得成为50W以下的方式进行反馈，从而能够实现遵守无线电法的压缩机1的加热。产业上的可利用件作为本发明的运用例，除了空气调节器以外，当然还能够应用于电冰箱、冷冻机、 热泵式热水供应器等使用逆变器压缩机的冷冻环路。将以上的产品总称为设备。
权利要求
1.一种空气调节器，其特征在于，具备 压缩机，对制冷剂进行压缩；马达，驱动该压缩机；逆变器，对该马达施加期望的电压；逆变器控制单元，控制该逆变器；以及母线电压检测单元，检测所述逆变器的电源即母线电压，所述逆变器控制单元具备制冷剂休眠检测单元，检测所述压缩机内的制冷剂的休眠状态； 高频交流电压产生单元，根据该制冷剂休眠检测单元的输出和从外部输入的振幅以及相位，对所述马达的绕组中的二相或者三相，输出所述马达的压缩动作时的运转频率范围外的高频交流电压指令；以及PWM信号生成单元，根据该高频交流电压产生单元的输出和所述母线电压检测单元的输出，生成PWM信号并输出到所述逆变器，从而使所述逆变器产生高频交流电压，其中，在所述PWM信号生成单元将所述PWM信号输出到所述逆变器时，通过所述马达中产生的铁损和铜损，对所述压缩机内的制冷剂进行加热。
2.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压产生单元对从外部输入的马达的转速指令进行积分而计算所述相位。
3.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压产生单元具备相位切换单元，该相位切换单元从外部输入第1相位和与该第1相位相差大致180度的第2相位，并从所述第1相位和所述第2相位中选择某一方作为第3相位，所述PWM信号生成单元将从所述高频交流电压产生单元输出的三相的电压指令与载波信号进行比较，并且在所述载波信号的波峰和波谷的定时，切换第1电压矢量和第2电压指令矢量，生成所述PWM信号，其中，所述第1电压矢量由通过所述相位切换单元选择的所述第1相位与所述振幅构成，所述第2电压指令矢量由所述第2相位与所述振幅构成。
4.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于， 所述高频交流电压产生单元具备相位切换单元，从外部输入第1相位和与该第1相位相差大致180度的第2相位，并从所述第1相位和所述第2相位中选择某一方作为第3相位；以及振幅切换单元，从来自外部的第1振幅和能够产生将所述马达的转子位置进行固定的制动扭矩的第2振幅中选择某一方作为第3振幅，其中，所述PWM信号生成单元将从所述高频交流电压产生单元输出的三相的电压指令与载波信号进行比较，并且在载波信号的波峰和波谷的定时，切换第1电压指令矢量和第2 电压指令矢量，生成PWM信号，从而使所述逆变器产生重叠了直流分量的高频交流电压，其中，所述第1电压指令矢量由通过所述相位切换单元选择的所述第1相位与所述第1振幅构成，所述第2电压指令矢量由所述第2相位与所述第2振幅构成。
5.根据权利要求1 4中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压的频率为构成所述逆变器的开关元件的开关频率上限值以下。
6.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压产生单元具备相位切换单元，该相位切换单元从外部输入第1相位和与该第1相位相差大致180度的第2相位，并从所述第1相位和所述第2相位中选择某一方作为第3相位，所述PWM信号生成单元将从所述高频交流电压产生单元输出的三相的电压指令与载波信号进行比较，并且在所述载波信号的第奇数次的波峰或者波谷以及第偶数次的波峰或者波谷的定时，切换第1电压矢量和第2电压指令矢量，生成所述PWM信号，从而使所述逆变器产生高频交流电压，其中，所述第1电压矢量由通过所述相位切换单元选择的所述第1 相位与所述振幅构成，所述第2电压指令矢量由所述第2相位与所述振幅构成。
7.根据权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压产生单元具备相位切换单元，从外部输入第1相位和与该第1相位相差大致180度的第2相位，并从所述第1相位和所述第2相位中选择某一方作为第3相位；以及振幅切换单元，从来自外部的第1振幅和能够产生将所述马达的转子位置进行固定的制动扭矩的第2振幅中选择某一方作为第3振幅，其中，所述PWM信号生成单元将从所述高频交流电压产生单元输出的三相的电压指令与载波信号进行比较，并且在所述载波信号的第奇数次的波峰或者波谷和第偶数次的波峰或者波谷的定时，切换第1电压矢量和第2电压指令矢量，生成所述PWM信号，从而使所述逆变器产生重叠了直流分量的高频交流电压，其中，所述第1电压矢量由通过所述相位切换单元选择的所述第1相位和通过所述振幅切换单元选择的所述第1振幅构成，所述第2 电压指令矢量由所述第2相位和所述第2振幅构成。
8.根据权利要求6或者7所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压的频率的上限是构成所述逆变器的开关元件的开关频率上限值的 1/2以下。
9.根据权利要求3 8中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，具备加法器，该加法器对所述相位切换单元的输出追加随着时间经过而变化的第4相位。
10.根据权利要求1 9中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，所述高频交流电压的频率的下限是比所述马达的压缩动作时的运转频率高的值。
11.根据权利要求1 10中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，所述马达的转子是IPM构造。
12.根据权利要求1 11中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，所述马达的定子绕组是集中绕组。
13.根据权利要求1 12中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，关于所述马达的定子绕组方向，是将马达的相端子侧作为卷绕始端、并将中性点侧作为卷绕终端。
14.根据权利要求1 13中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，所述休眠检测单元根据冷冻环路的温度是规定以下且经过了规定时间的情形，来检测所述压缩机的制冷剂的休眠状态。
15.根据权利要求1 14中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于， 所述压缩机构是滚动型。
16.根据权利要求1 15中的任意一项所述的空气调节器，其特征在于，在所述高频交流电压的频率超过IOkHz的情况下，将所述马达的输入功率控制为50W 以下。
全文摘要
为了能够适合环境考虑设计基准，实现待机中的高效的制冷剂加热方法以及压缩机内轴承振动以及噪音的降低。具备压缩机(1)；马达(8)，驱动压缩机(1)；逆变器(9)，对马达(8)施加期望的电压；逆变器控制单元(11)，控制逆变器(9)；及母线电压检测单元(10)，检测逆变器(9)的母线电压，逆变器控制单元(11)具备制冷剂休眠检测单元(12)，检测压缩机(1)内的制冷剂的休眠状态；高频交流电压产生单元(13)，根据制冷剂休眠检测单元(12)的输出和振幅信息以及相位信息，对马达(8)的绕组输出马达(8)的压缩动作时的运转频率范围外的高频交流电压指令；以及PWM信号生成单元(15)，根据高频交流电压产生单元(13)的输出和母线电压检测单元(10)的输出，生成PWM信号而使逆变器(9)产生高频交流电压。
文档编号H02M7/48GK102472532SQ20108003540
公开日2012年5月23日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年8月10日
发明者坂廼边和宪, 松下真也, 牧野勉, 畠山和德 申请人:三菱电机株式会社