制冷装置的制作方法

专利名称：制冷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制冷装置。
背景技术：
迄今为止，在使制冷剂循环来进行蒸气压缩式制冷循环的制冷装置中，安装有直交流转换电路等电路，以控制压缩机的电动机的运转状态。一般而言，该直交流转换电路用会产生大量热的功率元件构成。因此，设置对功率元件进行冷却的机构，以免该功率元件的温度达到比可工作的温度高的值(参照例如专利文献I)。在专利文献I中记载有下述结构，该结构是使在制冷剂回路的膨胀阀和室外侧热交换器之间流动的制冷剂所流通的制冷剂冷却器与功率元件接触，利用在制冷剂冷却器 中流动的制冷剂对功率元件进行冷却。专利文献I :日本公开特许公报特开2010 - 25374号公报

发明内容
一发明要解决的技术问题一功率兀件中存在IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor :绝缘栅双极型晶体管)裸芯片、散热器(heat spreader)、内部电极、绝缘板和金属板等层叠而收纳在一个封装体内的功率元件。在具有该结构的功率元件中，功率元件内部的内部电极和金属板之间会形成以绝缘板为介电质的电容器。并且，若将功率元件安装在由导电体形成的制冷剂冷却器上，位于功率元件内部的金属板和制冷剂冷却器之间就会形成以封装体为介电质的电容器，这些电容器便会串联在一起。制冷剂冷却器与制冷剂管道连接，经壳体或接地线等接地。在此，若构成功率元件的开关元件进行开关工作，则因为内部电极的对地电位发生变动，所以高频电流会流经形成在开关元件和制冷剂冷却器之间的电容器。该高频电流流经壳体和接地线等流向装置外部。若这样流到装置外部的高频电流超过规定量，该高频电流就有可能成为端子骚扰电压(传导发射)或漏电流等噪音问题的原因。针对于此，能够想到通过设置噪音滤波器来减小因漏电流而产生的噪音的方案，但是该方案会导致成本的上升，因而不是个好方法。本发明正是鉴于上述问题而完成的。其目的在于当用在制冷剂回路中流动的制冷剂在内部流通的制冷剂冷却器对开关元件进行冷却时，有效地减少从制冷剂冷却器中漏出的高频电流。—用以解决技术问题的技术方案一本发明以下述制冷装置为对象，该制冷装置包括制冷剂回路10，该制冷剂回路10通过压缩机11、热源侧热交换器12、膨胀机构13和利用侧热交换器14连接而构成，该制冷剂回路10进行制冷循环。本发明采用了下述解决方案。也就是说，在第一方面的发明中，制冷装置包括制冷剂回路10，该制冷剂回路10通过压缩机11、热源侧热交换器12、膨胀机构13和利用侧热交换器14连接而构成，该制冷剂回路10进行制冷循环，所述制冷装置还包括电源模块61、驱动马达18、整流电路32、制冷剂冷却器81和控制机构60，该电源模块61包括将输入电压转换成具有规定频率和规定电压值的交流电压的多个开关元件37，该驱动马达18驱动所述压缩机11，该整流电路32向所述电源模块61供给直流环节(DC link)电压vdc,所述制冷剂回路10中的制冷剂在该制冷剂冷却器81的内部流通，该制冷剂冷却器81对所述电源模块61进行冷却，该控制机构60控制各个所述开关元件37的驱动，来进行存在不进行开关的载波周期T的控制。根据第一方面的发明，通过控制多个开关元件37的驱动，输入电压就转换成具有规定频率和规定电压值的交流电压。各个开关元件37向在制冷剂冷却器81的内部流通的制冷剂放热，由此被冷却。控制机构60对各个开关元件37进行存在不进行开关的载波周期的控制。通过构成为上述结构，则当用制冷剂冷却器81对开关元件37进行冷却时，能够有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流。 具体而言，若将开关元件37安装在由导电体形成的制冷剂冷却器81上，电源模块61和制冷剂冷却器81之间就会形成以构成电源模块61的、是一种树脂注塑成形品的封装体为介电质的电容器。所述电容器经制冷剂冷却器81的制冷剂管道接地。在此，若开关元件37进行开关工作，则因为开关元件37的内部电极的对地电位发生变动，所以高频电流会流经所述电容器。该高频电流经收纳有热源侧热交换器12和压缩机11等的壳体和接地线等流向装置外部。特别是当使压缩机11以高输出功率运转时，因为浪涌电压伴随输出电流的增加而增大，所以流到装置外部的高频电流量有可能超过规定量，该高频电流有可能成为端子骚扰电压(传导发射)或漏电流等噪音问题的原因。相对于此，在本发明中，因为存在不进行开关的载波周期，所以开关元件37的开关次数会减少，高频电流的电平会下降。第二方面的发明，是在第一方面的发明中，所述控制机构60进行控制，来使马达端子电压的波形成为对基波成分叠加谐波而生成的波形，该谐波是使通过该叠加而生成的波形的、位于马达端子电压的基波的峰值附近和底值附近的部分的振幅增大到直流环节电压vdc，并使其它部分的振幅减小的谐波，所述控制机构60进行保持所述基波的振幅且与正弦波驱动时相比不进行所述开关的载波周期T增加的控制。在该结构下，通过对马达端子电压的基波成分叠加谐波，所述马达端子电压就暂时上升。由此，能够产生不进行开关的载波周期。第三方面的发明，是在第一或第二方面的发明中，所述控制机构60，通过使所述开关元件37的通电区间比180°短来使通电时的电压增加，进行存在不进行所述开关的载波周期T的控制。在该结构下，通过使通电区间比180°短，来产生不需要进行开关的区间。第四方面的发明，是在第一到第三方面中任一方面的发明中，所述驱动马达18是内置式永磁(IPM :Interior Permanent Magnet)马达,所述控制机构60对向所述驱动马达18施加的电压相位或电流相位进行控制，来调节相同运转状态下的所述马达端子电压。在该结构下，通过对向所述驱动马达18施加的电流相位或电压相位进行控制，来调节马达端子电压，从而产生不需要进行开关的区间。
第五方面的发明，是在第一到第四方面中任一方面的发明中，当所述马达端子电压的目标值超过了所述直流环节电压vdc时，所述控制机构60不进行所述开关。在该结构下，在所述马达端子电压的目标值超过了直流环节电压vdc的载波周期T内不进行开关，由此产生不需要进行开关的区间。因此，能够可靠且容易地实现第一方面的发明。一发明的效果一根据本发明，当用制冷剂冷却器81对开关元件37进行冷却时，能够有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流，来减小因漏电流而产生的噪音。



图I是回路图，示出本发明的实施方式所涉及的制冷装置的一例即空调装置的概略结构。图2是电路图，示出供电装置的驱动电路的概略结构。图3是剖视图，示出开关元件和制冷剂冷却器的附近。图4 (A)示出在每个载波周期内进行开关时的相电压波形之例，图4 (B)示出已对电源模块的输出电压的基波成分叠加谐波时的相电压波形之例。图5是曲线图，示出压缩机的转速和变频损耗之间的关系。图6示出马达端子电压的基波成分超过直流环节电压的情况下的相电压波形。图7示出第一实施方式中的共模等效电路。图8示出非接地式供电装置中的共模等效电路。图9示出通过模拟试验求出在图7和图8中的各个等效电路中产生的高频电流的结果。图10 (A)和图10 (B)是示出对应于图9中的各模拟试验的开关模式的图。图11是回路图，示出变形例I所涉及的空调装置的概略结构。图12是剖视图，示出开关元件和制冷剂冷却器的附近。图13是用来说明变形例2所涉及的开关模式的时序图，图13 (A)示出正弦波驱动时的U相电压波形，图13 (B)示出正弦波驱动时的V相电压波形，图13 (C)示出直交流转换电路的输出线电压(U相和V相之间)。图14是用来说明使通电区间比180°短的情况下的开关模式的时序图，图14 (A)示出已缩短进行开关来控制电压的区间的情况下的U相电压波形，图14 (B)示出已缩短进行开关来控制电压的区间的情况下的V相电压波形，图14 (C)示出直交流转换电路的输出线电压(U相和V相之间)。图15是马达端子电压的矢量图，图15 (A)是最大效率控制时的矢量图，图15 (B)是已让电流相位从最大效率控制状态迟延的情况下的矢量图。(符号说明)I 一空调装置(制冷装置)；10 —制冷剂回路；11 一压缩机；12 —热源侧热交换器；13 一膨胀阀(膨胀机构)；14 一利用侧热交换器；18 —驱动马达；37 —开关元件；60 —控制装置(控制机构)；81 一制冷剂冷却器。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式加以说明。应予说明，以下实施方式是本质上优选之例，没有意图对本发明、本发明的应用对象或其用途的范围加以限制。—整体结构一图I是回路图，示出本发明的实施方式所涉及的制冷装置的一例即空调装置的概略结构。如图I所示，本发明的实施方式所涉及的空调装置I包括进行蒸气压缩式制冷循环的制冷剂回路10。所述制冷剂回路10是压缩机11、热源侧热交换器12、膨胀阀13和利用侧热交换器14通过制冷剂管道依次连接而构成。制冷剂回路10包括四通换向阀17，构成为制冷剂的循环方向可逆。在此，在图I中包括四通换向阀17，构成为制冷剂的循环方向可逆，但也可以构成为不包括四通换向阀17的、制冷剂循环方向不可逆的结构。
所述压缩机11的喷出一侧经喷出管21与四通换向阀17的第一阀口连接。四通换向阀17的第二阀口与气侧管22的一端连接。气侧管22的另一端与热源侧热交换器12的气侧端部连接。所述热源侧热交换器12由例如管片型热交换器或水热交换器等构成。热源侧热交换器12构成为在其附近设置有作为使制冷剂进行热交换的机构的风扇(省略图示)，或者水在该热源侧热交换器12内流动。应予说明，设置风扇或使水流动的结构只不过是一例而已，并不限于该方式。热源侧热交换器12的液侧端部与液侧管23的一端连接。在所述液侧管23上设置有膨胀阀13。在液侧管23的比膨胀阀13还靠近热源侧热交换器12 —侧的位置上设置有用来对后述的开关元件37进行冷却的制冷剂冷却器81。液侧管23的另一端与利用侧热交换器14的液侧端部连接。所述利用侧热交换器14由例如管片型热交换器或水热交换器等构成。利用侧热交换器14构成为在其附近设置有作为使制冷剂进行热交换的机构的风扇(省略图示)，或者水在该利用侧热交换器14内流动。应予说明，设置风扇或使水流动的结构只不过是一例而已，并不限于该方式。利用侧热交换器14的气侧端部与气侧连接管24的一端连接。气侧连接管24的另一端与四通换向阀17的第四阀口连接。所述四通换向阀17包括第一到第四阀口，四通换向阀17构成为能够在第一状态(在图I中以实线所示的状态)和第二状态(在图I中以虚线所示的状态)之间切换，该第一状态是第一阀口和第二阀口连通且第三阀口和第四阀口连通的状态，该第二状态是第一阀口和第四阀口连通且第二阀口和第三阀口连通的状态。所述四通换向阀17的第三阀口与吸入管25的一端连接。吸入管25的另一端与压缩机11连接。在吸入管25的管道中途设置有气液分离器15，该气液分离器15用来除去含在制冷剂中的液态制冷剂，以保证压缩机11仅吸入气态制冷剂。〈供电装置〉在所述空调装置I中设置有供电装置30，该供电装置30用来向制冷剂回路10的各个构成部件的各个驱动部供电。图2是电路图，示出供电装置的驱动电路的概略结构。如图2所示，供电装置30包括用来对供向压缩机11的驱动马达18等各个驱动部的功率进行控制、转换等的驱动电路31。应予说明，在图2中，作为驱动电路31的一例示出了与压缩机11的驱动马达18连接的压缩机11用驱动电路31。应予说明，驱动马达18由IPM马达(Interior PermanentMagnet Motor :内置式永磁马达)构成。在IPM马达的转子中埋入有永久磁铁,在定子上绕有线圈。所述驱动电路31包括与商用电源38连接的整流电路32和与为驱动部的压缩机11的驱动马达18连接的直交流转换电路34。所述整流电路32与为交流电源的商用电源38连接。整流电路32是用来对商用电源38的交流电压进行整流的电路。在此，称已用整流电路32进行了整流的电压为直流环节电压vdc。所述直交流转换电路34将已用整流电路32进行了整流的电压转换成交流电压，将通过转换而产生的交流电压供向成为负载的驱动马达18。在直交 流转换电路34中，开关元件37以三相桥式连接方式连接在一起。开关元件37与卷绕在驱动马达18的定子上的线圈(省略图示)连接。应予说明，作为开关元件37使用的是例如IGBT (Insulated GateBipolar Transistor :绝缘栅双极型晶体管)或 MOS-FET (Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor :金属氧化物半导体场效应晶体管)等。开关元件37并非一定需要以三相桥式连接方式连接在一起，开关元件37只要以适合于驱动马达18的相数和连接方式构成即可。在直交流转换电路34中，通过对开关元件37的开关进行控制，来使输出给驱动马达18的交流电的电压和频率增减，从而对驱动马达18的转速进行调节。应予说明，开关元件37的开关由控制装置60控制。作为驱动电路31的除图2的结构以外的结构能够想到从商用电源38仅经由开关元件37后直接向驱动马达18供电的结构等。当如上所述仅由开关元件37构成驱动电路31时，也会有用双向元件作为开关元件37的情况。在该结构下，直流环节电压vdc的概念变化，当进行在马达端子电压的目标值超过了输入电压的载波周期内不进行开关的控制时，得到与本发明一样的效果。根据上述结构，在供电装置30中，在驱动电路31中将商用电源38的交流电压转换成具有所希望的频率的交流电压，然后将该已转换的功率供向压缩机11的驱动马达18等驱动部。 应予说明，如图3所示，在本实施方式中，压缩机11和各个构成部件的驱动电路31的各个开关元件37聚在一起，并通过树脂注塑被封装，由此形成一个电源模块61。应予说明，电源模块61并非一定需要聚在一起并被封装。电源模块61与其他电气元件(省略图示)一起安装在基板71上。〈制冷剂冷却器〉所述开关元件37在工作时会产生大量热。因此，设置有用来利用在制冷剂回路10中流动的制冷剂对开关元件37进行冷却的制冷剂冷却器81。应予说明，如上所述，在本实施方式中，各个构成部件的开关元件37聚在一起并被封装，由此构成一个电源模块61。如图3所示，电源模块61安装为与制冷剂冷却器81接触。在此，电源模块61和制冷剂冷却器81之间会形成以电源模块61的封装体为介电质的电容器。所述制冷剂冷却器81例如由铝等金属(即导电体)形成为扁平长方体状，在该制冷剂冷却器81的内部形成有制冷剂流路81a，该制冷剂流路81a用来使制冷剂在其内部流通。制冷剂流路81a可以通过使制冷剂管道的一部分插入并贯穿制冷剂冷却器81而形成，也可以通过使对制冷剂冷却器81进行切削形成的管状通孔与制冷剂管道连接而形成。在本实施方式中，制冷剂流路81a由插入并贯穿制冷剂冷却器81的液侧管23的一部分，即位于制冷剂回路10的热源侧热交换器12和膨胀阀13之间的部分形成(参照图I)。根据上述结构，制冷剂冷却器81构成为能够使在制冷剂回路10中流动的制冷剂在该制冷剂冷却器81内流通。制冷剂冷却器81由铝等金属形成，由此构成为在该制冷剂冷却器81的内部流通的制冷剂的冷热(cold heat)传递到外表面。由此，在使电源模块61与制冷剂冷却器81接触后，该电源模块61与在制冷剂冷却器81的内部流通的制冷剂进行热交换而被冷却。〈控制装置〉在所述空调装置I中设置有用来对制冷剂回路10的各个构成部件的驱动部的驱动进行控制的控制装置60。控制装置60向驱动电路31输出驱动信号。
所述控制装置60，通过对构成功率元件的开关元件37的开关工作进行控制，来对供向各个驱动部的交流电的电压和频率进行控制。具体而言，控制装置60向各个驱动部的驱动电路31输出驱动信号，以让各个驱动部成为所希望的状态(例如，当对马达的驱动部进行控制时使马达成为所希望的转速、或者转速及转矩)。驱动信号输入给各个开关元件37的基电路(省略图示)，各个开关元件37的接通(ON)和切断(OFF)被控制。在本实施方式中，控制装置60通过PWM (Pulse Width Modulation :脉冲宽度调制)控制对开关兀件37的接通和切断进行控制。在PWM控制下，利用载波信号作为接通/切断控制的基准。由此，供向各个驱动部的交流电压被控制为所希望的电压和频率，例如驱动马达18等的转速成为所希望的转速。所述控制装置60构成为通过对马达端子电压的基波成分叠加谐波，来使马达端子电压暂时上升，由此能够实现进行使指令电压超过直流环节电压的载波周期增加的控制。在此，指令电压是指马达端子电压的目标值，即直交流转换电路34的输出电压的目标值。通过构成为上述结构，则当用制冷剂冷却器81对封装有开关元件37的电源模块61进行冷却时，能够有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流。具体而言，电源模块61和制冷剂冷却器81之间会形成以电源模块61的封装体为介电质的电容器。所述电容器经制冷剂冷却器81的制冷剂管道接地。在此，若开关元件37进行开关工作，则因为开关元件37的内部电极的对地电位发生变动，所以高频电流会流经所述电容器。供电装置30即电源模块61与热源侧热交换器12和压缩机11等一起收纳在壳体(省略图示)内，流到所述电容器中的高频电流经所述壳体或接地线等流向装置外部，如在下文中详细说明。特别是当使压缩机11以高输出功率运转时，因为浪涌电压伴随输出电流的增加而增大，所以流到装置外部的高频电流量有可能超过规定量，该高频电流有可能成为端子骚扰电压(传导发射)或漏电流等噪音问题的原因。相对于此，在本发明中，在用制冷剂冷却器81对开关元件37进行冷却时，对马达端子电压叠加谐波，由此能够减少开关次数。此时的开关波形从图4 (A)的状态成为图4 (B)的状态，进行存在不进行开关的载波周期T的控制。在此，为了简化说明，在图4 (A)和图4 (B)中示出的是单相直交流转换器的波形。如图4 (A)所示，当未对输出电压叠加谐波时，在所有载波周期内都进行开关；如图4 (B)所示，当对马达端子电压的基波成分叠加了谐波时，会存在不进行开关的载波周期。在图4 (B)中示出的是叠加5倍谐波成分而生成的波形，但波形只要是叠加下述谐波而生成的波形即可，该谐波是使通过该叠加而生成的波形的、位于马达端子电压的基波中振幅较大的部分的部分的振幅增大到直流环节电压vdc，并使位于该基波中振幅较小的部分的部分的振幅减小的谐波。一般称为过调制的波形也是上述波形之一例。在此，存在不进行开关的载波周期T的控制是指下述控制，即通过向直交流转换电路的任意输出线之间施加I个载波周期以上的已由整流电路32整流的电压(直流环节电压)，来例如在如本实施方式那样的三相直交流转换器中产生两相以上的开关元件不进行开关的载波周期。如上所述，能够不改变载波频率地减少开关次数。应予说明，如在下文中详细说明，通过使通电区间比180°短来使通电时所需要的电压增加，从而进行存在不进行开关的载波周期的控制即可。在在最大效率控制下不能够实现指令电压超过直流环节电压vdc的状态的速度和负载情况下，通过使电流相位迟延，来使指令电压上升，从而做到能够在输出线之间施加I个载波周期以上的直流环节电压vdc即可。
如上所述，能够伴随开关次数的减少有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流。其结果是，能够减小因漏电流而产生的噪音，并能够减少开关元件37的发热量。如图5所示，可知在压缩机11的高速旋转区域，与不进行过调制控制的情况相比，通过进行过调制控制来减少了开关次数的情况下的变频损耗更少。在此，在图6中示出过调制控制时的开关波形。对于马达端子电压的基波成分超过直流环节电压的载波周期，用于PWM的指令电压也被设定为超过直流环节电压，当施加了超过直流环节电压的指令电压时不进行开关，由此减少开关次数。—运转动作一接着，对所述空调装置I的运转动作进行说明。该空调装置I通过切换四通换向阀17来进行制冷运转和制热运转。〈制冷循环〉当进行制冷运转时，四通换向阀17成为第一状态(在图I中用实线所示的状态)，压缩机11的喷出一侧和热源侧热交换器12相连通，并且压缩机11的吸入一侧和利用侧热交换器14相连通。然后，驱动压缩机11。其结果是，制冷剂朝向图I中的实线箭头所示的方向循环，进行热源侧热交换器12起到冷凝器的作用且利用侧热交换器14起到蒸发器的作用的蒸气压缩式制冷循环。另一方面，当进行制热运转时，四通换向阀17成为第二状态(在图I中用虚线所示的状态)，压缩机11的喷出一侧和利用侧热交换器14相连通，并且压缩机11的吸入一侧和热源侧热交换器12相连通。然后，驱动压缩机11。其结果是，制冷剂朝向图I中的虚线箭头所示的方向循环，进行利用侧热交换器14起到冷凝器的作用且热源侧热交换器12起到蒸发器的作用的蒸气压缩式制冷循环。在此，当进行制冷运转时，已在热源侧热交换器12中冷凝的制冷剂在所述制冷剂冷却器81内的制冷剂流路内流动，而当进行制热运转时，在利用侧热交换器14中冷凝后再通过膨胀阀13减压后的制冷剂在所述制冷剂冷却器81内的制冷剂流路内流动。虽然在制冷剂冷却器81内流动的制冷剂的温度根据运转条件和外气条件等的不同而不同，但该温度在进行制冷运转时为例如50°C左右，在进行制热运转时为例如5°C左右。另一方面，开关元件37在工作时发热，其温度升到例如80°C左右。因此，与在制冷剂冷却器81内流动的制冷剂相比开关元件37达到更高的温度。开关元件37向在形成于制冷剂冷却器81中的制冷剂流路内流动的低温制冷剂放热，由此被冷却。〈空调装置I的高频电流〉在进行所述制冷循环的期间内，从供电装置30向驱动马达18供电。这时，在直交流转换电路34中进行通过PWM控制来在OV和直流环节电压vdc之间切换输出电压的开关工作。在本实施方式中，在直交流转换电路34中对开关元件37进行矩形波驱动。由此，在直交流转换电路34中发生电压的急剧上升和急剧下降，该电压施加在驱动马达18上。在供电装置30中，会形成以开关元件37的内部电极和制冷剂冷却器81作为电极 且以电源模块61的封装体作为介电质的电容器(以下，称其为寄生电容C)。若在开关元件37中发生电压的包括急剧上升和急剧下降的变化，高频电流(漏电流)就会从电源模块61一侧经寄生电容C流向制冷剂冷却器81 —侧。因为制冷剂冷却器81经液侧管23等与所述壳体电连接，所以所述高频电流会以液侧管23等作为传递路径而流向所述壳体，再从与所述壳体连接的接地线等漏向外部。漏到空调装置I外部的高频电流需要应对法律规制等被抑制到规定值以下的值。一般而言，150kHz 30MHz的频带作为端子骚扰电压会成为问题。本申请发明人发现了以下现象，即在包括制冷剂冷却器的空调装置中，当已使制冷剂冷却器接地时，会形成制冷剂冷却器的电感L成分和寄生电容C占优势的谐振电路，所述高频电流会在该谐振电路的作用下在为规定频率时形成峰值。图7示出包括已接地的制冷剂冷却器的空调装置I的共模等效电路。因为制冷剂冷却器接地，所以该共模等效电路成为制冷剂冷却器的电感L成分和寄生电容C与接地线连接的电路。图8示出具有带非接地的冷却器的电源模块的供电装置(称其为非接地式供电装置，以便说明)的共模等效电路。与图7所示的情况不同，因为冷却器是非接地的，所以可以不考虑冷却器的电感L成分和寄生电容C。本申请发明人用本实施方式中的共模等效电路和所述非接地式供电装置的共模等效电路进行了高频电流的特性的模拟试验。在该模拟试验中，对在各个共模等效电路中示出的、设置在各个电路的输入端的端子骚扰电压测量部所测得的电压进行评价。图9示出通过模拟试验求出在图7和图8中的各等效电路中产生的高频电流的结果。在图9中，横轴表示频率，纵轴表示端子骚扰电压，即高频电流的电平(以分贝表示)。应予说明，如图7等所示，虽然驱动马达18的模式中也含有LC (电感电容)成分，但该LC成分较小，因而可以不考虑该LC成分对30MHz以下的较低频率的影响。在图9中示出了使用本实施方式中的供电装置30时的高频电流、使用未采取任何对策的带制冷剂冷却器的供电装置(以下，称其为无对策供电装置)时的高频电流、以及使用所述非接地式供电装置时的高频电流。应予说明，无对策供电装置的高频电流的电平(噪音电平)，是在本实施方式中的控制装置60进行通常的开关工作，即该控制装置60在所有载波周期内都进行开关的前提下计算出的。由图9可知，若不采取任何对策，高频电流就会在所述谐振电路的作用下在为规定频率时形成峰值。该峰值的频率主要根据制冷剂冷却器81的LC成分决定。因此，在空调装置I的某些设计规格下，该峰值有可能在于在上述法律规制等方面成为问题的频带。在该例中，该LC成分的谐振点在于会在端子骚扰电压方面成为问题的、30MHz以下的较低频率值。因此，在进行使用制冷剂冷却器81的冷却(制冷剂冷却)时，该噪音有可能成为问题。针对具有上述峰值的高频电流，能够想到设置所谓的噪音滤波器以采取对策。然而，噪音滤波器的追加会导致装置的大型化或成本的上升，因而不是个好对策。图10 (A)和图10 (B)是示出对应于图9中的各模拟试验的开关模式的图。在该例中，作为驱动驱动马达18时的一例设想的是在马达的一转(360° )电角度中具有20个载波周期的波形。并且，在该例中设想的是单相直交流转换器的开关模式，对减少了开关次数时的噪音减小效果进行验证。在使用所述非接地式供电装置的情况下，在20个载波周期中的所有载波周期内都进行开关时，频率越高，端子骚扰电压的电平就越低(参照图9中的线A)。示出此时的相电压波形的图就是图10 (A)0然而，虽然无对策供电装置(上述的使用已接地的制冷剂冷却器且未采取任何对策的供电装置)处于与所述非接地式供电装置相同的开关状态，但是无对策供电装置的噪 音电平则增加。再加上，在使用所述非接地式供电装置时，频率越高，噪音电平就越低，而相对于此，当使用无对策供电装置时，在为某个频率(在图9的例子中为6. SMHz左右)时形成峰值(参照图9中的线B)。该噪音电平的峰值频率就是制冷剂冷却器81的LC成分的谐振频率。另一方面，在本实施方式中，将开关次数减到最低极限驱动驱动马达18时的噪音电平是图9中的线C。已将开关次数减到最低极限的状态是对马达电角度的半个周期生成一个矩形波运转的模式，相电压波形如图10(B)所示。若驱动开关元件37生成图10(B)所示的波形，开关次数减到在每个载波周期内都进行开关的情况的二十分之一。在本实施方式中，开关次数减少，因而整体的噪音电平随之下降。在图9所示的例子中，大致减少26dB。可知即使是在会在制冷剂冷却器81的LC谐振的作用下形成峰值的频率时，也能够将噪音电平降低到接近使用所述非接地式供电装置并在20个载波周期中的所有载波周期内都进行开关的情况下的噪音电平的值。一实施方式的效果一如上所述，在本实施方式中，在用制冷剂冷却器81对开关元件37进行冷却的空调装置I中，设定有不进行开关的载波周期，来减少开关元件37的开关次数。其结果是，在本实施方式中，能够有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流，并能够减小因漏电流而产生的噪音。因为通过开关的控制来谋求所述高频电流的减少，所以几乎不追加噪音滤波器等新部件。也就是说，能够做到不会有噪音滤波器等新部件的追加所导致的、整个装置的大型化或成本的上升等缺点，并且减少所述高频电流。本实施方式特别是对使用噪音滤波器的对策会导致更为深刻的大型化或成本的上升的空调装置有用的技术，如为确保较大的功率而需要较高的电压的空调装置等。如上所述，在本实施方式中，因为减少了开关元件37的开关次数，所以成为噪音的原因的能量会在较大的频带范围内减小。因此，在本实施方式中，不是像噪音滤波器那样仅对某个频带发挥减少高频电流的效果，而是能够对更大的频带范围发挥减少高频电流的效果。
(实施方式的变形例I)图11是回路图，示出本实施方式的变形例I所涉及的空调装置的概略结构。如图11所示，在液侧管23上设置有膨胀阀13。还有，在液侧管23上连接有使流向膨胀阀13的制冷剂的一部分分支出的分支回路26。在该分支回路26中设置有用来对开关元件37进行冷却的制冷剂冷却器81。再说，在分支回路26的位于制冷剂冷却器81的两端侧的部位分别连接有用来对制冷剂冷却器81进行温度控制的膨胀阀13a。图12是剖视图，示出开关元件和制冷剂冷却器的附近。如图12所示，电源模块61通过布线与基板71连接，并安装为与制冷剂冷却器81接触。所述制冷剂冷却器81例如由铝等金属形成为扁平长方体状，在该制冷剂冷却器81的内部形成有制冷剂流路81a，该制冷剂流路81a用来使制冷剂在其内部流通。应予说明，电源模块61的个数和制冷剂流路81a的条数等只不过是一例而已，并不限于此。
(实施方式的变形例2)利用与上述对马达端子电压的基波成分叠加谐波的方法不同的方法，也能够减少开关元件37的开关次数。图13 (A) 图13 (C)和图14 (A) 图14 (C)是用来说明变形例2所涉及的开关模式的时序图，图13 (A)示出正弦波驱动时的U相电压波形，图13 (B)示出正弦波驱动时的V相电压波形，图13 (C)示出直交流转换电路34的输出线电压(U相和V相之间)。在该变形例中，作为供电装置30对三相直交流转换器的相电压波形进行研究。当供电装置30输出正弦波电压时，不能除去进行开关来控制电压的区间(图13
(A)中的SW(开关)区间(l)a和SW区间(2)a)。因此，波形成为连续进行开关的相电压波形(参照图13 (A)和图13 (B))。此时，U相和V相的线电压波形如图13 (C)所示，供电装置30所输出的电压中线电压也是正弦波。应予说明，在此所说的通电区间是输出线电压的区间。例如在图13 (C)中，在输出线电压时也连续进行开关。因此，当进行正弦波驱动时具有180°的通电区间。图14 (A) 图14 (C)是用来说明使通电区间比180°短的情况下的开关模式的时序图，图14 (A)示出已缩短进行开关来控制电压的区间的情况下的U相电压波形，图14
(B)示出已缩短进行开关来控制电压的区间的情况下的V相电压波形，图14(C)示出直交流转换电路34的输出线电压(U相和V相之间)。在该图中所示的是，在已缩短为正弦波驱动所需的SW区间(I) a和SW区间(2) a,由此已使SW区间内的输出电压上升的状态下，在SW区间(I) d和SW区间(2) d内输出100%的电压的状态(在SW区间(I) d和SW区间(2)d的某些设定下，也有可能在该区间内进行开关)。这么一来，U相和V相的线电压如图14
(C)所示。通过使通电区间比180°短，来产生不需要进行开关的区间。因此，在本变形例中，能够有效地减少从制冷剂冷却器81中漏出的高频电流。〈实施方式的第三变形例〉在第三变形例中，对着眼于IPM马达的特征进行的控制之例加以说明。图15是马达端子电压的矢量图，图15 (A)是最大效率控制时的矢量图，图15 (B)是已让电流相位从最大效率控制状态迟延的情况下的矢量图。应予说明，假设为驱动马达18的线圈电阻成分R较小，在该图中未示出R项。如IPM马达那样的磁铁马达的电压方程如下。V = -yf (VdA2 + VgA2) (Vd=RId- ω Lqlq> Vq=RIq+ ω LdId+ ω φ)
I = ^J~(IdA2 + IqA2) (Id=-Isin β、Iq=Icos β)在此，上述算式的参数是V为马达端子电压；Vd为d轴电压；Vq为q轴电压；I为马达电流；Id为d轴电流；Iq为q轴电流洱为马达线圈电阻；Ld为马达d轴感应系数；Lq为马达q轴感应系数；Φ为马达磁链(flux linkage) ； ω为转速；β为电流相位。例如，当设想在电流相位=20°时成为最大效率控制的驱动马达18时，在上述算式中，《Ldld项朝向抵消因磁铁磁通而产生的电压ω φ的方向起到作用，使马达端子电压下降。另一方面，通过使电流相位从最大效率控制即β =20°迟延，矢量图就成为图15
(B)所示的图。在图15(B)中，作为一例示出了 β = 0°的情况,在该例中不会发生oLdld项。因此，不再存在抵消磁铁磁通的ω φ项的项，因而能够使马达端子电压上升。应予说 明，在图15 (A)和图15 (B)中示出的是转速和转矩固定的条件下的情况。如上所述，即使是当在最大效率控制下不能够实现指令电压超过直流环节电压Vdc的状态时，也能够使马达端子电压上升，来实现指令电压超过直流环节电压Vdc的状态。通过使用感应系数较大的IPM马达，控制了电流相位时的ω LdId成分的变动就会变大。因此，若采用IPM马达，就会成为对马达端子电压的上升而言更为有效的结构。在此所举出的是对电流相位进行控制的例子，为了使马达端子电压上升所控制的可以是电流相位，也可以是电压相位。应予说明，从实现“存在不进行开关的载波周期T的控制”的角度来看，采用IPM马达作为驱动马达18的优点如下所述。〈1〉ΙΡΜ马达的感应系数比较大。因此，能够使当进行存在不进行开关的载波周期的控制时会成为问题的电流脉动(ripple)较小。由此，当使用IPM马达时,能够减小电流量的增加所造成的发热量增大、效率下降等弊害。〈2〉因为IPM马达的感应系数比较大，所以当希望控制相位来使马达端子电压上升时，与感应系数较小的马达相比能够通过相位的小变化来实现马达端子电压的更大的变化。因此，当使用IPM马达时，能够很容易地控制马达端子电压。〈其他实施方式〉应予说明，在本实施方式中，作为本发明所涉及的制冷装置之一例对空调装置I进行了说明，但本发明所涉及的制冷装置并不限于此。例如，本发明所涉及的制冷装置也可以是对冷藏库内或冷冻库内进行冷却的制冷装置。将制冷剂引向制冷剂冷却器81内的位置和方法等也并不限于上述位置、方法等，只要是将制冷剂回路10的制冷剂管道和制冷剂冷却器81连接在一起的结构，任何结构就都可以。当在供电装置30中采用将交流电转换成直流电的功率转换电路(例如，所谓的PWM (Pulse Width Modulation :脉冲宽度调制)交直流转换器等)时，也能够将本发明应用于该功率转换电路的控制。一产业实用性一综上所述，根据本发明，当用在制冷剂回路中流动的制冷剂在内部流通的制冷剂冷却器对开关元件进行冷却时，能够得到能够有效地减少从制冷剂冷却器中漏出的高频电流这个实用性很高的效果，因而本发明很有用，本发明的产业实用性很高。
权利要求
1.一种制冷装置，该制冷装置包括制冷剂回路(10)，该制冷剂回路(10)通过压缩机(11 )、热源侧热交换器(12)、膨胀机构(13)和利用侧热交换器(14)连接而构成，该制冷剂回路(10)进行制冷循环，其特征在于 所述制冷装置还包括 电源模块(61)，其包括将输入电压转换成具有规定频率和规定电压值的交流电压的多个开关元件(37)， 驱动马达(18)，其驱动所述压缩机(11)， 整流电路(32 )，向所述电源模块(61)供给直流环节电压(vdc )， 制冷剂冷却器(81 )，所述制冷剂回路(10)中的制冷剂在该制冷剂冷却器(81)的内部流通，该制冷剂冷却器(81)对所述电源模块(61)进行冷却，以及 控制机构(60)，其控制各个所述开关元件(37)的驱动，来进行存在不进行开关的载波周期(T)的控制。
2.根据权利要求I所述的制冷装置，其特征在于 所述控制机构(60)进行控制，来使马达端子电压的波形成为对基波成分叠加谐波而生成的波形，该谐波是使通过该叠加而生成的波形的、位于马达端子电压的基波的峰值附近和底值附近的部分的振幅增大到直流环节电压(vdc)，并使其它部分的振幅减小的谐波， 所述控制机构(60)进行保持所述基波的振幅且与正弦波驱动时相比不进行所述开关的载波周期(T)增加的控制。
3.根据权利要求I所述的制冷装置，其特征在于 所述控制机构(60)，通过使所述开关元件(37)的通电区间比180°短来使通电时的电压增加，进行存在不进行所述开关的载波周期(T )的控制。
4.根据权利要求I所述的制冷装置，其特征在于 所述驱动马达(18)是内置式永磁马达， 所述控制机构(60)对向所述驱动马达(18)施加的电压相位或电流相位进行控制，来调节相同运转状态下的所述马达端子电压。
5.根据权利要求I所述的制冷装置，其特征在于 当所述马达端子电压的目标值超过了所述直流环节电压(vdc )时，所述控制机构(60 )不进行所述开关。
全文摘要
本发明公开了一种制冷装置。将电源模块(61)安装为与制冷剂冷却器(81)接触，使电源模块(61)向在制冷剂冷却器(81)的内部流通的制冷剂放热，由此对电源模块(61)进行冷却。此时，用控制装置(60)向驱动电路(31)输出驱动信号，由此进行减少开关元件(37)的开关次数的控制。
文档编号H02P27/06GK102844980SQ20118001906
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月28日 优先权日2010年5月6日
发明者原田佳幸, 前田敏行 申请人:大金工业株式会社