熱泵裝置、熱泵系統、空調機和製冷的製造方法
2023-05-30 23:37:21 2
熱泵裝置、熱泵系統、空調機和製冷的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種熱泵裝置，其包括：壓縮機（1），其對製冷劑進行壓縮；電動機（8），其驅動壓縮機；繞組切換部（33），其切換電動機（8）的繞組結構；逆變器（9），其對電動機（8）施加期望的電壓；以及逆變器控制部（10），其生成用於驅動逆變器（9）的PWM信號，作為運轉模式其具有使壓縮機（1）進行加熱運轉的加熱運轉模式和使壓縮機（1）進行通常運轉來壓縮製冷劑的通常運轉模式，並且根據運轉模式來控制繞組切換部（33）的切換動作。
【專利說明】熱泵裝置、熱泵系統、空調機和制冷機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具有壓縮機的熱泵裝置、熱泵系統、空調機和制冷機。
【背景技術】
[0002] 現有在制熱時的運轉停止期間向壓縮機供給高頻低電壓的裝置（例如參照專利 文獻1)。
[0003] 此外，還有在檢測到空調機的環境溫度為低溫狀態時向壓縮機供給頻率高於通常 運轉期間的單相交流電壓的裝置（例如參照專利文獻2)。
[0004] 還有通過進行使直流電流流過的限制通電來用電動機繞組的銅損進行預熱的裝 置（例如參照專利文獻3)。
[0005] 此外，還有通過與基準信號同步的驅動信號來驅動逆變器，而不依賴於供給的電 壓值能夠以恆定電力、低噪音地進行加熱的裝置（參照專利文獻4)。
[0006] 專利文獻1 :日本實開昭60-68341號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特開昭61-91445號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開2007-166766號公報
[0009] 專利文獻4 :日本特開2011-38689號公報
【發明內容】
[0010] 然而，專利文獻1所示的技術對高頻低電壓沒有詳細記載，無法解決不受製造差 異和環境差異的影響而使壓縮機的加熱量保持穩定、這種由於施加高頻低電壓而引起的問 題。
[0011] 此外，在專利文獻2中記載了以例如25kHz的高頻單相交流電源進行施加的技術。 在專利文獻2中示出了下述效果：通過高頻化，可避開可聽聲頻率範圍從而抑制噪音、避開 諧振頻率從而抑制振動、基於繞組的電感量的小電流化而減少輸入並防止溫度上升、以及 抑制壓縮機的旋轉部的旋轉。
[0012] 然而，在專利文獻2記載的技術中，由於使用高頻的單相交流電源，所以如專利文 獻2的圖3所示那樣，所產生的全部開關元件斷開的全斷開區間比較長。此時，存在下述問 題：高頻電流經由回流二極體，不會回流於電動機，而是再生為直流電源，並且斷開區間的 電流的衰減快，高頻電流無法高效率地流過電動機，從而壓縮機的加熱效率惡化。此外，無 法解決不受製造差異和環境差異的影響而使壓縮機的加熱量保持穩定、這種由於施加高頻 電壓引起的問題。此外，在使用小型且鐵損較小的電動機的情況下，存在相對於施加電壓的 發熱量較小、無法以可使用範圍內的電壓獲得所需要的加熱量的問題。
[0013] 此外，在專利文獻3中公開了下述技術：通過如專利文獻3的圖4所示那樣進行使 直流電流流過電動機繞組的限制通電，能夠使轉子固定不旋轉地進行預熱。
[0014] 但是，隨著近年的電動機的高效率設計，電動機的繞組電阻具有減小的趨勢，所以 在如專利文獻3所示的使直流電流流過電動機繞組的預熱方法的情況下，發熱量是通過繞 組電阻與電流的平方來得出的，因此繞組電阻減少的話則電流必須相應地增加，這樣因逆 變器的損耗增大而導致的發熱就成為問題，而存在可靠性下降、散熱結構成本增加等問題。
[0015] 在專利文獻4記載的技術中，在電動機的阻抗較高的情況下相對於輸出電壓流過 的電流較小，因此無法充分地輸入電力。此外，在阻抗較低的情況下，雖然由於相對於輸出 電壓流過的電流較大，能夠以較小的電壓得到電力，但是反而電壓的輸出精度惡化，而存在 下述問題：由於因正負輸出電壓不平衡引起的直流電壓疊加、因輸出電壓下降導致逆變器 的PWM(PulseWidthModulation，脈寬調製）寬度變窄而流過的電流的脈衝狹窄，導致逆變 器損耗惡化等。
[0016] 本發明鑑於上述情況而完成，其目的在於提供一種能夠抑制噪音並且高效地加熱 滯留在壓縮機內的製冷劑的熱泵裝置、熱泵系統、空調機和制冷機。
[0017] 為了解決上述問題、實現發明目的，本發明提供一種熱泵裝置，其特徵在於，包括： 壓縮機，其對製冷劑進行壓縮；電動機，其驅動上述壓縮機；繞組切換部，其切換上述電動 機的繞組結構；逆變器，其對上述電動機施加期望的電壓；以及逆變器控制部，其生成用於 驅動上述逆變器的PWM信號，作為運轉模式其具有使上述壓縮機進行加熱運轉的加熱運轉 模式和使上述壓縮機進行通常運轉來壓縮製冷劑的通常運轉模式，並且根據運轉模式來控 制繞組切換部的切換動作。
[0018] 本發明涉及的熱泵裝置，能夠生成波形輸出精度較高的高頻電壓，並且能夠抑制 噪音的產生且高效地加熱滯留在壓縮機內的製冷劑。
[0019] 此外，本發明涉及的熱泵裝置，能夠不依賴於供給到逆變器的電壓值而總是向電 動機輸入穩定的電力，而能夠防止加熱不足所導致的壓縮機破損。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1是表示實施方式1的熱泵裝置的結構示例的圖。
[0021] 圖2是表示實施方式1的逆變器的結構的圖。
[0022] 圖3是表示實施方式1的逆變器控制部的結構示例的圖。
[0023] 圖4-1是表示繞組切換部的結構示例的圖。
[0024] 圖4-2是用於說明繞組切換部的動作的圖。
[0025] 圖4-3是用於說明繞組切換部的動作的圖。
[0026] 圖5是表示實施方式1的加熱判斷部的結構示例的圖。
[0027] 圖6是表示外部空氣溫度及壓縮機溫度與製冷劑休眠量的時間變化的一個示例 的圖。
[0028] 圖7是表示直流通電部的結構示例的圖。
[0029] 圖8是表示高頻通電部的結構示例的圖。
[0030] 圖9是表不實施方式1的8種開關模式的一個不例的圖。
[0031] 圖10是表示由通電切換部選擇直流通電時的動作波形的一個示例的圖。
[0032] 圖11是表示由通電切換部選擇高頻通電時的動作波形的一個示例的圖。
[0033] 圖12是表不具有1?頻相位切換部的1?頻通電部的結構不例的圖。
[0034] 圖13是表示設V*為任意值、設高頻相位指令運算部的輸出為0°時的動作的圖。
[0035] 圖14是圖13所示的電壓矢量變化的說明圖。
[0036] 圖15是IPM電動機的轉子位置的說明圖。
[0037] 圖16是表示基於IPM電動機的轉子位置產生的電流變化的圖。
[0038] 圖17是表示使Θf隨著時間的推移而變化的情況下的施加電壓的圖。
[0039] 圖18是表示Θf為〇度、30度、60度時電動機的UVW各相中流過的電流的一個示 例的圖。
[0040] 圖19是表示實施方式1的逆變器控制部的運作的一個示例的流程圖。
[0041] 圖20是表示實施方式2的繞組切換部的結構示例的圖。
[0042] 圖21是表示電感L與最大電力Pmax的關係的一個示例的圖。
[0043] 圖22是表示電壓指令Vk相對於電感L的一個示例的圖。
[0044] 圖23-1是表示計算誤差對線間電壓的影響的示意圖。
[0045] 圖23-2是表示計算誤差對線間電壓的影響的示意圖。
[0046] 圖24是表示使用CR濾波器的情況下的檢測電流的一個示例的圖。
[0047] 圖25是表示實施方式3的熱泵裝置的結構示例的圖。
[0048] 圖26是關於圖25所示的熱泵裝置的製冷劑的狀態的莫裡爾（Mollier)圖。
[0049] 符號說明
[0050] 1、51壓縮機
[0051] 2、59 四通閥
[0052] 3、5、52、57 熱交換器
[0053] 4、53、56、61 膨脹機構
[0054]6製冷劑配管
[0055]7壓縮機構
[0056] 8電動機
[0057]9逆變器
[0058]10逆變器控制部
[0059]11通常運轉模式控制部 [0060] 12加熱運轉模式控制部
[0061] 13驅動信號生成部
[0062] 14加熱判斷部
[0063]15直流通電部
[0064]16高頻通電部
[0065] 17加熱指令部
[0066] 18通電切換部
[0067]19電壓指令生成部
[0068] 20PWM信號生成部
[0069]21溫度檢測部
[0070] 22休眠量推定部
[0071] 23休眠量檢測部
[0072] 24休眠判斷切換部
[0073] 25加熱與否判定部
[0074] 26加熱指令運算部
[0075] 27通電切換判斷部
[0076] 28直流電壓指令運算部
[0077] 29直流相位指令運算部
[0078] 30高頻電壓指令運算部
[0079] 31高頻相位指令運算部
[0080] 32高頻相位切換部
[0081] 33繞組切換部
[0082] 34繞組切換判斷部
[0083] 91a?91f開關元件
[0084] 92a?92f回流二極體
[0085] 54接收器
[0086] 55內部熱交換器
[0087] 58主製冷劑迴路
[0088] 60 風扇
[0089]62噴射迴路
[0090] 63水迴路
[0091] 100熱泵裝置
【具體實施方式】
[0092] 下面，基於附圖來詳細說明本發明涉及的熱泵裝置、熱泵系統、空調機和制冷機的 實施方式。此外，本發明不限定於該實施方式。
[0093] 實施方式1
[0094] 圖1是表示本發明涉及的熱泵裝置的實施方式1的結構示例的圖。如圖1所示， 本實施方式的熱泵裝置100具備通過製冷劑配管6將壓縮機1、四通閥2、熱交換器3、膨脹 機構4和熱交換器5依次連接而成的製冷循環系統。在壓縮機1的內部設置有對製冷劑進 行壓縮的壓縮機構7和使該壓縮機構7動作的電動機8。電動機8是具有U相、V相、W相 的三相繞組的三相電動機。
[0095] 對電動機8供給電壓將其驅動的逆變器9經由繞組切換部33與電動機8電連接。 逆變器9以直流電壓（母線電壓）Vdc作為電源分別對電動機8的U相、V相、W相的繞組施 加電壓Vu、Vv、Vw。
[0096] 此外，逆變器9與逆變器控制部10電連接，逆變器控制部10具有分別與通常運轉 模式、加熱運轉模式這2個運轉模式對應的通常運轉模式控制部11和加熱運轉模式控制部 12,將用於驅動逆變器9的信號例如PWM信號輸出到逆變器9,並且輸出用於切換繞組切換 部33的信號。
[0097] 通常運轉模式控制部11輸出PWM信號對電動機8進行旋轉驅動。由於加熱運轉 模式控制部12具有加熱判斷部14、直流通電部15、高頻通電部16,所以其不同於通常運轉 模式，通過使直流電流或者電動機8無法跟隨的高頻電流流過電動機8,不使電動機8旋轉 驅動而進行加熱，由此加熱滯留在壓縮機1內的液態製冷劑使其氣化來進行排出。
[0098] 圖2是表示本實施方式的逆變器9的結構的圖。逆變器9是如下所述的電路：以母 線電壓Vdc作為電源，將3個由2個開關元件（91a和91d、91b和91e、91c和91f)構成的串 聯連接部並聯連接，並且具有分別與各開關元件91a?91f並聯連接的回流二極體92a? 92f。逆變器9利用從逆變器控制部10傳送的PWM信號UP、VP、WP、UN、VN、WN對分別對應 的開關元件（UP對應91a，VP對應91b，WP對應91c，UN對應9ld，VN對應9Ie，WN對應9If) 進行驅動，由此產生三相電壓Vu、Vv、Vw，經由繞組切換部33分別施加於電動機8的U相、 V相、W相的繞組。
[0099] 圖3是表示本實施方式的逆變器控制部10的結構示例的圖。逆變器控制部10具 有加熱運轉模式控制部12、驅動信號生成部13和繞組切換判斷部34。繞組切換判斷部34 基於運轉模式信息（表示是通常運轉模式和加熱運轉模式中的哪個模式的信息），輸出使 繞組切換部33動作的信號。
[0100] 加熱運轉模式控制部12具有加熱判斷部14、直流通電部15和高頻通電部16。加 熱判斷部14具有加熱指令部17和通電切換部18。加熱指令部17求取驅出休眠製冷劑所 需要的需要加熱量H*。直流通電部15基於H*，生成直流電壓指令Vdc*和直流相位指令 Θdc。高頻通電部16生成用於生成高頻交流電壓的高頻電壓指令Vac*和高頻相位指令 Θac。此外，加熱指令部17通過向通電切換部18發送切換信號，來控制選擇Vdc*、Θdc和 Vac*、0ac*中的哪一方作為電壓指令V*、相位指令Θ並將信號發送給驅動信號生成部13。 [0101] 驅動信號生成部13由電壓指令生成部19和PWM信號生成部20構成。電壓指令 生成部19基於電壓指令V*、相位指令Θ，生成三相（U相、V相、W相）電壓指令Vu*、Vv*、Vw*。PWM信號生成部20基於三相電壓指令Vu*、Vv*、Vw*和母線電壓Vdc，生成用於驅動逆 變器9的PWM信號（UP、VP、WP、UN、VN、WN)，由此對電動機8施加電壓來加熱壓縮機1。
[0102] 下面，對詳細動作進行說明。圖4-1?圖4-3是用於說明繞組切換部33的動作的 圖。首先，使用示出了結構示例的圖4-1來說明基於繞組切換判斷部34的繞組切換部33 的動作。繞組切換部33在設U相繞組的兩端為a-a'、V相繞組的兩端為b-b'、W相繞組的 兩端為c-c'的情況下，如果使接點33B導通（0N，閉合）並且使接點33A斷開（0FF，開路）， 則各相繞組的一端a'、b'和c'連接，如圖4-2所示那樣形成Y形連接。另一方面，在使接 點33B斷開並且使設定33A導通的情況下，a與b'、b與c'、c與a'連接，如圖4-3所示那 樣形成三角形連接，因此通過切換電動機繞組的連接，從逆變器的角度來看若以Y形連接 為基準，則電動機繞組的各相阻抗相當於1/#倍。
[0103] 這裡，由於通常運轉模式下的運轉頻率最高為數百Hz，而加熱運轉模式下則以頻 率為數kHz以上的運轉頻率來動作，所以加熱運轉模式下的電動機8的繞組阻抗比通常運 轉模式大，相對於逆變器9的輸出電壓，電流難以流過。一般而言，由於大部分是設計成適 合於消耗電力較大的通常運轉，而並非適合加熱運轉的設計，所以存在因電流減少而難以 加熱壓縮機的情況。於是，在加熱運轉模式時通過繞組切換部33切換連接使電動機8的阻 抗成為最優，從而能夠成為適合於加熱運轉模式的繞組阻抗，所以能夠增加加熱量。此外， 在直流通電中，由於阻抗減小，所以也能夠增加可輸入的電力，能夠增加加熱量。此外，繞組 切換部33的結構不限定於上述示例。
[0104] 接著，使用圖5來詳細說明加熱判斷部14。圖5是表示本實施方式的加熱判斷部 14的結構示例的圖。加熱判斷部14由加熱指令部17和通電切換部18構成，加熱指令部 17包括：溫度檢測部21、休眠量推定部22、休眠量檢測部23、休眠判斷切換部24、加熱與否 判定部25、加熱指令運算部26和通電切換判斷部27。
[0105] 溫度檢測部21檢測外部空氣溫度（Tc)和壓縮機1的溫度（To)。休眠量推定部 22基於外部空氣溫度和壓縮機1的溫度（壓縮機溫度），對滯留在壓縮機1內的液態製冷 劑量進行推定。這裡，由於壓縮機1在製冷循環系統中熱容量最大，相對於外部空氣溫度的 上升，壓縮機溫度延遲上升，所以在製冷循環系統中溫度為最低。因此，呈如圖6所示那樣 的溫度關係。圖6是表示外部空氣溫度及壓縮機溫度與製冷劑休眠量的時間變化的一個示 例的圖。
[0106] 如圖6所示，對於壓縮機溫度，製冷劑在製冷循環系統中溫度最低的地方滯留作 為液態製冷劑積存，所以在溫度上升時製冷劑積存在壓縮機1內（圖6的休眠發生區間）。 因此，休眠量推定部22能夠基於例如通過實驗求出的外部空氣溫度與壓縮機溫度的關係， 來推定單位時間的製冷劑休眠量。例如基於外部空氣溫度與壓縮機溫度之差或壓縮機溫 度從開始加熱起的變化量來推定休眠量。此外，即使僅檢測外部空氣溫度，只要知道壓縮機 1的熱容量，也能夠推定相對於外部空氣溫度的變化，壓縮機溫度以何種程度延遲變化。這 樣，採用不檢測壓縮機1的溫度、而檢測外部空氣溫度的結構，還能夠削減傳感器數量從而 削減成本。此外，通過檢測以熱交換器3為代表的構成製冷循環系統的部件的溫度，當然也 能夠進行同樣的推定。
[0107] 此外，作為休眠量檢測部23,通過設置檢測休眠量的傳感器來直接檢測製冷劑的 休眠量，能夠更精確地把握休眠量。此外，作為檢測休眠量的傳感器，有測量液體量的靜電 容傳感器、通過雷射或聲音、電磁波等測量壓縮機1的上部與製冷劑的液面之間的距離的 傳感器等。此外，可以採用由休眠判斷切換部24選擇休眠量推定部22和休眠量檢測部23 的輸出中的某一個輸出的結構，當然也可以使用雙方的休眠量來進行控制。
[0108] 加熱與否判定部25在基於作為休眠判斷切換部24的輸出的休眠量而判斷為需要 加熱的情況下，輸出ON(開啟）信號（表示要進行加熱運轉），在判斷為不需要加熱的情況 下，輸出OFF(停止）信號（表示不進行加熱運轉）。此外，加熱指令運算部26根據休眠量 計算驅離休眠的製冷劑所需要的加熱指令H*。根據壓縮機1的種類和大小來改變加熱指令 H*，在較大的情況以及採用難以傳遞熱量的原材料和形狀的情況下，通過將加熱指令H*設 定得較高，能夠可靠地排出液態製冷劑。此外，通電切換判斷部27在需要加熱量H*為規定 的切換閾值以上的情況下對通電切換部18輸出切換成直流通電的信號，在需要加熱量H* 小於切換閾值的情況下對通電切換部18輸出切換成高頻通電的信號，由此切換通電方法。
[0109] 接著，使用圖7來說明直流通電部15。圖7是表示直流通電部15的結構示例的 圖。直流通電部15由直流電壓指令運算部28和直流相位指令運算部29構成。直流電壓 指令運算部28基於需要加熱量H*，輸出發熱所需要的直流電壓指令Vdc*。直流電壓指令 運算部28例如將需要加熱量H*與直流電壓指令Vdc*的關係預先存儲為表數據，從而能夠 得到直流電壓指令Vdc*。此外，雖然這裡將需要加熱量H*作為輸入進行說明，但是顯然還 可以將外部空氣溫度或壓縮機溫度、壓縮機結構信息等各種數據作為輸入來求取直流電壓 指令Vdc*，由此能夠得到更精確的值，能夠提高可靠性。
[0110] 此外，直流相位指令運算部29求取用於對電動機8通電的相位Θdc。為了施加直 流電壓而使Qdc為固定值，例如在電動機8的0°的位置進行通電的情況下，輸出Qdc= 0。但是，在以固定值進行連續通電的情況下存在僅有電動機8的特定部分發熱的可能性， 因此使Θdc隨著時間的推移而變化，由此能夠對電動機8均勻地進行加熱。
[0111] 這裡，在直流通電的情況下，通過使直流電流Idc流過電動機8,能夠基於構成電 動機8的繞組的電阻R，利用與R和Idc成比例的銅損所產生的發熱來加熱壓縮機1，因此 通過使直流電流Idc增加的方式驅動逆變器9,能夠獲得較大的發熱量，而能夠在短時間內 排出液化的製冷劑。然而，隨著近年的電動機8的高效率設計，繞組電阻R具有減小的趨 勢，為了獲得相同的發熱量，對應於R的減小需要相應地增加Idc，其結果，流過逆變器9的 電流變大，所以不僅擔心因損耗惡化而導致逆變器9的發熱，而且還由於消耗電力增加而 難以長時間進行直流通電。
[0112] 接著，使用圖8來說明高頻通電部16。圖8是表示高頻通電部16的結構示例的 圖。高頻通電部16由高頻電壓指令運算部30和高頻相位指令運算部31構成。高頻電壓 指令運算部30基於需要加熱量H*，輸出發熱所需要的高頻電壓指令Vac*。高頻電壓指令 運算部30例如將需要加熱量H*與高頻電壓指令Vac*的關係預先存儲為表數據，從而能夠 得到高頻電壓指令Vac*。此外，雖然以需要加熱量H*作為輸入，但是顯然也可以基於外部 空氣溫度或壓縮機溫度、壓縮機結構信息等各種數據來求取高頻電壓指令Vac*，由此能夠 得到更精確的值，能夠提高可靠性。
[0113] 此外，高頻相位指令運算部31求取用於對電動機8通電的相位Θac。為了施加高 頻電壓，使9ac在0°?360°的範圍內相對於時間連續地變化，來產生高頻電壓。這裡， 通過縮短在0°?360°的範圍內的變化的周期，能夠增加高頻電壓的頻率。
[0114] 相對於直流通電，在高頻通電的情況下，通過逆變器9使高頻電流Iac流過電動機 8,使得在作為構成電動機8的定子和轉子的材料的磁性體產生渦流損耗和磁滯損耗等鐵 損，由此能夠加熱電動機8。此外，在提1--頻電流的角頻率ω的情況下，不僅因鐵損增加 而能夠提1?發熱量，而且能夠提1?電動機8的電感L的阻抗，還能夠抑制流過的電流lac。 因此，能夠減少逆變器9的損耗並且能夠加熱電動機8,從而能夠實現節能化並且能夠有助 於防止地球溫暖化。然而，因為在進行高頻通電時會產生由電動機8的電磁聲引起的噪音， 所以需要使其接近可聽聲頻率的20kHz。因此，在使用鐵損較小的小型電動機或電感較大的 電動機的情況下，存在無法獲得所需要的加熱量的問題。
[0115] 於是，在本實施方式中，在需要加熱量H*較大的情況下，通過進行直流通電來提 高加熱量，能在短時間內進行液態製冷劑的排出。在需要加熱量H*較小的情況下，通過進 行高頻通電來進行可削減消耗電力的加熱，不僅能夠可靠地排出液態製冷劑從而提高可靠 性，而且能夠實現削減消耗電力而有助於防止地球溫暖化的運轉。因此，通電切換判斷部27 在需要加熱量H*為切換閾值以上的情況下通過通電切換部18切換為直流通電，在需要加 熱量H*小於切換閾值的情況下通過通電切換部18切換為高頻通電，由此得到電壓指令V* 和相位指令Θ*，基於這樣的結構能夠獲得上述的效果。
[0116] 已經說明了電壓指令V*和相位指令Θ*的獲取方法，接下來對電壓指令生成部19 的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*的生成方法和PWM信號生成部20的PWM信號的生成方法進行 說明。
[0117] 在電動機8為三相電動機的情況下，通常UVW相的相位相互相差120° (= 2π/3)。因此，如下述式⑴?式（3)所示那樣將電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*定義為相位分 別相差2 31 /3的餘弦波（正弦波）。
[0118] Vu* =V*XcosΘ...(1)
[0119] Vv* =V*Xcos(Θ-（2/3)π) ...(2)
[0120] Vw* =V*Xcos(Θ+ (2/3)π) ... (3)
[0121] 電壓指令生成部19基於電壓指令值V*和相位指令θ，利用式（1)?式（3)計算 電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*，將算出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*輸出到PWM信號生成部20。 PWM信號生成部20對電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與規定頻率且振幅為Vdc/2的載波信號（基 準信號）進行比較，基於相互的大小關係生成PWM信號UP、VP、WP、UN、VN、WN。
[0122] 此外，在式（1)?式（3)中，是用簡單的三角函數求取電壓指令Vu*、Vv*、Vw*的， 不過除此以外，還可以使用兩相調製、三次諧波疊加調製、空間矢量調製等求取電壓指令 Vu*、Vv*、Vw* 的方法。
[0123] 這裡，在電壓指令值Vu*大於載波信號的情況下，將UP設為使開關元件91a導通 的電壓，而將UN設為使開關元件91d斷開的電壓。此外，在電壓指令值Vu*小於載波信號 的情況下則相反，將UP設為使開關元件91a斷開的電壓，而將UN設為使開關元件91d導通 的電壓。其他信號也同樣如此，通過比較電壓指令值Vv*與載波信號來決定VP和VN，通過 比較電壓指令值Vw*與載波信號來決定WP和WN。
[0124] 在通常的逆變器的情況下，由於採用互補PWM方式，所以UP與UN、VP與VN、WP與 WN成為彼此相反的關係。因此，開關模式全部有8種。
[0125] 圖9是表示本實施方式的8種開關模式的一個示例的圖。此外，在圖9中對在各 開關模式中產生的電壓矢量標註VO?V7的符號。此外，用±U、土V、±W(不產生電壓的 情況下為〇)表示各電壓矢量的電壓的方向。這裡，+U是使經由U相流入電動機8而經由V 相和W相從電動機8流出的U相方向的電流產生的電壓，一U是使經由V相和W相流入電 動機8而經由U相從電動機8流出的一U相方向的電流產生的電壓。關於土V、±W也同樣 地表不各相電壓的方向。
[0126] 通過組合圖9所示的開關模式輸出電壓矢量，能夠使逆變器9輸出期望的電壓。 在通過電動機8對壓縮機1的製冷劑進行壓縮運作的情況（通常運轉模式）下，一般在數 10?數kHz以下運作。在通常運轉模式下施加電壓為數10?數kHz時，在加熱運轉模式下 通過使相位Θ為固定值而能夠產生直流電壓來加熱壓縮機1，此外通過使Θ高速地變化來 輸出超過數kHz的高頻電壓（高頻交流電壓），能夠對壓縮機1通電並進行加熱。此外，高 頻電壓既可以施加於三相，也可以施加於兩相。
[0127] 圖10是表示由通電切換部18選擇直流通電時的動作波形的一個示例的圖。在設 定為Θ= 90。的情況下，Vu* = 0,Vv* = -0· 5V*，Vw* = 0· 5V*，與載波信號（基準信號） 進行比較，結果得到圖10所示的PWM信號，輸出圖9的電壓矢量VO(0電壓）、V2 (+V電壓）、 V6 (-W電壓）、V7 (0電壓），能夠使直流電流流過電動機8。
[0128] 此外，圖11是表示由通電切換部18選擇高頻通電時的動作波形的一個示例的圖。 由於設定為Θ=0°?360°，所以Vu*、Vv*、Vw*為相位分別相差120°的正弦（餘弦） 波，與載波信號（基準信號）進行比較，結果得到圖11所示的PWM信號，電壓矢量隨著時間 變化而變化，能夠使高頻電流流過電動機8。
[0129] 但是，在通常的逆變器的情況下，作為載波信號的頻率的載波頻率的上限由逆變 器的開關元件的開關速度決定。因此，難以輸出載波亦即載波頻率以上的高頻電壓。此外， 在通常的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體）的情況下，開 關速度的上限是20kHz左右。
[0130] 此外，如果高頻電壓的頻率達到載波頻率的1/10左右，則存在帶來高頻電壓的波 形輸出精度劣化、直流分量疊加等不良影響的可能性。考慮到這一點，在載波頻率為20kHz 的情況下，如果使高頻電壓的頻率為載波頻率的1/10即2kHz以下，則高頻電壓的頻率在可 聽聲頻率範圍內，可能導致噪音增強。
[0131] 因此,高頻通電部16可以構成為：如圖12所示那樣，將高頻相位指令運算部31的 輸出與切換輸出0°或180°的高頻相位切換部32的輸出相加，來作為高頻相位指令Θac 輸出。圖12是表示上述的高頻通電部16的結構示例的圖。在圖12的結構示例中，高頻相 位指令運算部31輸出固定值，並且僅輸出對電動機8的哪個相位通電。高頻相位切換部32 在載波信號的頂點或底點的時刻切換成〇°或180°，與載波信號同步地進行正負電壓的 輸出，由此能夠輸出與載波頻率同等頻率的電壓。
[0132] 圖13是表示V*為任意值、高頻相位指令運算部31的輸出為0°時的動作的 圖。通過在載波信號的頂點或底點、頂點和底點的時刻將高頻相位指令eac切換成〇°或 180°，能夠輸出與載波信號同步的PWM信號。此時，電壓矢量按VO(UP=VP=WP=O)、 V4(UP=I,VP=WP= 0),V7(UP=VP=WP=I) ,V3(UP= 0,VP=WP=I) ,V0(UP=VP =WP= 0)、…的順序變化。
[0133] 圖14是圖13所示的電壓矢量變化的說明圖。此外，在圖14中示出了被虛線包圍 的開關元件91為導通狀態、沒有被虛線包圍的開關元件91為斷開狀態。如圖14所示，在 施加VO矢量、V7矢量時，電動機8的線間為短路狀態，不輸出電壓。在這種情況下，電動機 8的電感中蓄積的能量形成電流，在短路電路中流過。此外，在施加V4矢量時，經由U相流 入電動機8且經由V相和W相從電動機8流出的U相方向的電流（+Iu的電流）流過，在施 加V3矢量時，經由V相和W相流入電動機8且經由U相從電動機8流出的-U相方向的電 流（-Iu的電流）流過電動機8的繞組。也就是說，在施加V4矢量時和施加V3矢量時，反方 向的電流流過電動機8的繞組。而且，由於電壓矢量按￥0、￥4、￥7、￥3、￥0、一的順序變化， 所以+Iu的電流和-Iu的電流受替流過電動機8的繞組。特別是，如圖13所不，由於V4矢 量和V3矢量在1個載波周期（1/fc)的期間內出現，所以能夠對電動機8的繞組施加與載 波頻率fc同步的交流電壓。
[0134] 此外，由於交替輸出V4矢量（+Iu的電流）和V3矢量Hu的電流），所以正反轉 矩瞬間轉換。這樣，由於轉矩相抵，能夠施加可抑制轉子振動的電壓。
[0135] 圖15是IPM(InteriorPermanentMagnet:內置式永磁）電動機的轉子位置（轉 子的停止位置）的說明圖。這裡，IPM電動機的轉子位置Φ由轉子的N極的朝向由從U相 方向偏離的角度的大小來表示。
[0136]圖16是表示基於IPM電動機的轉子位置產生的電流變化的圖。在電動機8是IPM 電動機的情況下，繞組電感取決於轉子位置。因此，由電氣角頻率ω與電感值之積表示的 繞組阻抗，與轉子位置相應地變動。因此，即使在施加相同電壓的情況下，也會由於轉子位 置不同，而導致流過電動機8的繞組的電流變化，並且加熱量也變化。其結果，由於轉子位 置的不同，為了得到所需要的加熱量，可能會消耗較多的電力。
[0137]因此，在本實施方式中，通過使高頻相位指令運算部31的輸出（設為Θf)隨著時 間的推移而變化，均勻地對轉子整體施加電壓。圖17是表示使隨著時間的推移而變化 的情況下的施加電壓的圖。這裡，使Sf隨著時間的推移按0度、45度、90度、135度、…每 45度地變化。如果0f是〇度，則電壓指令值的相位Θ是〇度、180度，如果0f是45度， 則電壓指令值的相位Θ是45度、225度，如果0f是90度，則電壓指令值的相位Θ是90 度、270度，如果0f是135度，則電壓指令值的相位Θ是135度、315度。
[0138]也就是說，初始，將Θf設定為〇度，以規定時間將電壓指令值的相位Θ與載波信 號同步地切換成0度或180度。然後，將Θf切換為45度，以規定時間將電壓指令值的相 位Θ與載波信號同步地切換成45度或225度。然後，將0f切換為90度…像這樣，每隔 規定時間將電壓指令值的相位Θ按0度和180度、45度和225度、90度和270度、135度和 315度…進行切換。由此，由於高頻交流電壓的通電相位隨著時間的推移而變化，所以能夠 排除轉子停止位置對電感特性的影響，能夠不取決於轉子位置地均勻加熱壓縮機1。
[0139] 圖18是表示Θf為〇度（U相（V4)方向為0度）、30度、60度時電動機8的UVW 各相中流過的電流的一個示例的圖。在Θf為0度的情況下，如圖18所示，在VO和V7之 間僅產生1個其他的電壓矢量（開關元件91a?91f的正電壓側1個和負電壓側2個、或 者正電壓側2個和負電壓側1個為導通狀態的電壓矢量）。在這種情況下，電流波形為梯 形，成為諧波分量較少的電流。
[0140]然而，在0f為30度的情況下，在VO和V7之間產生2個不同的電壓矢量。在這 種情況下，電流波形失真，成為諧波分量較多的電流。該電流波形的失真可能帶來電動機噪 音和電動機軸振動等不良影響。
[0141]此外，在0f為60度的情況下，與為〇度的情況同樣，在VO和V7之間僅產生 1個其他的電壓矢量。在這種情況下，電流波形為梯形，成為諧波分量較少的電流。
[0142]如上所述，在基準相位Qf為60度的η倍（η為0以上的整數）的情況下，由於電 壓相位Θ是60度的倍數（這裡，θρ = 〇[度]、θη = 180[度])，所以在VO和V7之間 僅產生1個其他的電壓矢量。然而，在基準相位θ?·為60度的η倍以外的情況下，由於電 壓相位Θ不是60度的倍數，所以在VO和V7之間產生2個其他的電壓矢量。如果在VO和 V7之間產生2個其他的電壓矢量，則電流波形失真，成為諧波分量較多的電流，可能帶來電 動機噪音和電動機軸振動等不良影響。因此，最好是基準相位Θf按0度、60度、…這樣以 60度的η倍為單位進行變化。
[0143]接著，對逆變器控制部10的動作進行說明。圖19是表示本實施方式的逆變器控 制部10的運作的一個示例的流程圖。在壓縮機1的運轉停止期間，加熱判斷部14判斷是 否通過上述的動作使加熱運轉模式運作（步驟Sl:加熱判斷步驟）。
[0144]在加熱與否判定部25判斷為使加熱運轉模式運作的情況（步驟Sl:"是"）下，繞 組切換判斷部34將處於加熱模式作為運轉模式信息通知給繞組切換部33,繞組切換判斷 部34使繞組切換部33動作，將電動機繞組從Y形連接切換為三角形連接（步驟S2 :繞組 切換步驟）。
[0145]接著，判斷作為加熱指令運算部26的輸出的需要加熱量Η*是否在閾值以上（步 驟S3 :通電切換步驟），在需要加熱量Η*為閾值以上的情況（步驟S3 :"是"）下，通過通電 切換部18選擇直流通電，通過通電切換部18切換為高頻通電，使Vdc*和Θdc作為V*和 θ，通過電壓指令生成部19計算電壓指令Vu*、Vv*、Vw* (步驟S4)。然後，PWM信號生成部 20將電壓指令生成部19輸出的電壓指令值Vu*、Vv*、Vw*與載波信號進行比較，得到PWM 信號UP、VP、WP、UN、VN、WN並輸出到逆變器9 (步驟S5)，返回步驟Sl。
[0146] 在步驟Sl中，在加熱與否判定部25判斷為不進行加熱運轉模式運作的情況（步 驟Sl:"否"）下，返回步驟S1，在經過規定時間之後，再次判斷是否進行加熱運轉模式運作。
[0147] 在步驟S3中，在判斷為需要加熱量H*不到閾值的情況（步驟S3 :"否"）下，通過 通電切換部18切換為高頻通電，使Vac*和Θac作為V*和Θ，通過電壓指令生成部19計 算電壓指令Vu*、Vv*、Vw* (步驟S6)，並且前進至步驟S5。
[0148] 通過上述的動作，在加熱運轉模式下，驅動逆變器9的開關元件91a?91f以使直 流電流或高頻電流流過電動機8。在選擇直流通電的情況下，電動機8因直流電流產生的銅 損而發熱，而且能夠輸入大功率。因此，能夠在短時間內加熱電動機8,能夠對滯留在壓縮機 1內的液態製冷劑進行加熱使其氣化，並且在短時間內排出到壓縮機1的外部。此外，在選 擇高頻通電的情況下，電動機8不僅因高頻電流產生的鐵損、還因流過繞組的電流產生的 銅損而能夠高效地加熱電動機8。因此，能夠以必要最小限度的消耗電力加熱電動機8,能 夠對滯留在壓縮機1內的液態製冷劑進行加熱使其氣化，從而能夠排出到壓縮機1的外部。
[0149] 如上所述，在本實施方式涉及的熱泵裝置100中，在處於液態製冷劑滯留在壓縮 機1內的狀態的情況下，通過直流通電或高頻通電使可聽聲頻率（20?20kHz)之外的頻率 的電流流過電動機8,來抑制噪音，並且根據需要切換通電、即在需要加熱量較大的情況下 切換為直流通電、在需要加熱量較小的情況下切換為高效率的高頻通電，由此能夠高效地 加熱電動機8。由此，能夠高效地加熱滯留在壓縮機1內的製冷劑，能夠將滯留的製冷劑排 出到壓縮機1的外部。
[0150] 在直流通電的情況下，通過使直流電流流過電動機，能夠利用直流勵磁將電動機8 的轉子固定在規定位置，所以電動機不會產生旋轉或振動。
[0151] 此外，如果在高頻通電時對電動機8施加壓縮運作時的運轉頻率以上的高頻電 壓，則電動機8內的轉子無法跟隨頻率，這樣就不會產生旋轉或振動。因此，優選逆變器9 輸出的電壓的頻率為壓縮運作時的運轉頻率以上。
[0152] -般而言，壓縮運作時的運轉頻率最高為1kHz。因此，只要對電動機8施加IkHz 以上的高頻電壓即可。此外，如果對電動機8施加14kHz以上的高頻電壓，則電動機8的鐵 芯的振動聲大致接近可聽聲頻率的上限，因此在降低噪音方面也具有效果。因此，例如輸出 可聽聲頻率範圍之外的20kHz左右的高頻電壓。
[0153] 然而，如果商頻電壓的頻率超過開關兀件91a?9If的最大額定頻率，則存在由於 開關元件91a?91f損壞而導致發生負載或電源短路，以至於冒煙或起火的可能性。因此， 為了確保可靠性，優選高頻電壓的頻率為最大額定頻率以下。
[0154] 此外，近年來熱泵裝置使用的壓縮機1的電動機8,為了高效率化，廣泛採用IPM構 造的電動機、線圈端小且繞組電阻低的集中繞組電動機。集中繞組電動機由於繞組電阻小 且銅損引起的發熱量少，所以需要繞組中流通大量的電流。如果繞組中流通大量的電流，則 逆變器9中流過的電流也增加，逆變器損耗增加。
[0155] 因此，通常在加熱運轉模式下如果通過高頻通電進行加熱，則高頻引起的電感分 量變大，繞組阻抗變高。因此，雖然繞組中流過的電流減小且銅損減少，但是相應地會因施 加高頻電壓產生鐵損，因而能夠有效地進行加熱。進而，由於繞組中流過的電流減小，所以 逆變器中流過的電流也減小，逆變器9的損耗能夠降低，因而能夠更高效地進行加熱。
[0156] 此外，如果通過上述的高頻通電進行加熱，則在壓縮機1為IPM構造的電動機的情 況下，高頻磁通交鏈的轉子表面也成為發熱部。因此，能夠實現製冷劑接觸面增加、對壓縮 機構的快速的加熱，所以能夠高效地對製冷劑進行加熱。但是，在高頻通電的情況下，如果 阻抗變得過高，則難以得到所需要的加熱量，所以在需要較大的加熱量的情況下，通過切換 成直流通電，能夠可靠地使滯留在壓縮機1內的液態製冷劑氣化，排出到壓縮機1的外部。
[0157] 除了切換成直流通電或高頻通電之外，也可以使逆變器控制部10以同時流過直 流和高頻電流的方式運作，在這種情況下，能夠實現兼具上述的直流通電的優點即加熱量 大、以及高頻通電的優點即損耗小的通電。此外，在加熱運轉模式下不進行直流通電而是進 行高頻通電的情況下，也可以使用本實施方式的繞組切換。
[0158]此外，構成逆變器9的開關元件91a?91f和與其並聯連接的回流二極體91a? 91f，現在一般而言使用以矽（Si)為材料的半導體是主流。不過取而代之，也可以使用以碳 化矽（SiC)、氮化鎵（GaN)、金剛石為材料的寬禁帶半導體。
[0159] 由上述的寬禁帶半導體形成的開關元件和二極體元件，耐電壓性高，且容許電流 密度也高。因此，能夠實現開關元件和二極體元件的小型化，通過使用這些小型化的開關元 件和二極體元件，能夠使組裝了這些元件的半導體模塊小型化。
[0160] 此外，由上述的寬禁帶半導體形成的開關元件和二極體元件，耐熱性也高。因此， 能夠使散熱器的散熱片小型化，能夠進行水冷部的氣冷化，所以能夠使半導體模塊進一步 小型化。
[0161] 進而，由上述的寬禁帶半導體形成的開關元件和二極體元件的電力損耗低。因此， 能夠實現開關元件和二極體元件的高效率化，進而能夠實現半導體模塊的高效率化。
[0162] 此外，由於能夠實現高頻率的開關，而能夠使頻率更高的電流流過電動機8,且由 於電動機8的繞組阻抗增加使繞組電流降低，而流入逆變器9的電流減小，因此能夠獲得更 高效率的熱泵裝置。進而，由於高頻化變得較為容易，所以還具有易於設定超過可聽聲頻率 的頻率、易於採取噪音對策的優點。
[0163] 此外，還具有下述優點：在直流通電期間，由於電力損耗減小，所以不僅發熱減少， 而且即使在較大電流流過的情況下，也由於較高的高耐熱性能，而難以產生因發熱導致的 損壞等。
[0164] 此外，雖然優選開關元件和二極體元件雙方都由寬禁帶半導體形成，但是也可以 使任一方的元件由寬禁帶半導體形成，也能夠得到該實施例中記載的效果。
[0165] 除此以外，使用作為高效率的開關元件而公知的超級結構造的MOSFET(Metal-Oxi de-SemiconductorField-EffectTransistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體），也能夠 得到同樣的效果。
[0166] 此外，渦旋機構的壓縮機中，壓縮室的高壓釋放難以進行。因此，與其他方式的壓 縮機相比，在液體壓縮的情況下對壓縮機構施加過大的壓力而發生破損的可能性較高。然 而，在本實施方式的熱泵裝置100中，能夠高效率地對壓縮機1進行加熱，而能夠抑制壓縮 機1內的液態製冷劑的滯留。因此，能夠防止液體壓縮，所以在使用渦旋壓縮機作為壓縮機 1的情況下也是有效的。
[0167] 進而，在實施高頻通電的情況下，如果是頻率超過10kHz、輸出超過50W的加熱設 備的情況下，則有可能受到法律限制。因此，可事先以不超過50W的方式調整電壓指令V*， 或者檢測流過的電流或電壓，以成為50W以下的方式進行反饋控制。
[0168] 此外，在本實施方式中是切換成高頻通電或直流通電，不過也可以是僅實施其中 任一種方法的方式。
[0169] 此外，逆變器控制部10可以由CPU(CentralProcessingUnit,中央處理單元）或 DSP(DigitalSignalProcessor，數位訊號處理器）、微處理器（microcomputer)等離散系 統構成。除此以外也可以由模擬電路或數字電路等的電路元件等構成。
[0170] 實施方式2
[0171] 圖20是表示本發明涉及的熱泵裝置的實施方式2的繞組切換部33a的結構示例 的圖。本實施方式的熱泵裝置，除了將繞組切換部33替換為繞組切換部33a以外，與實施 方式1的熱泵裝置是相同的。對具有與實施方式1同樣功能的結構要素標註與實施方式1 相同的符號，並省略重複的說明。
[0172] 圖21是表示基於高頻通電的加熱運轉模式下的阻抗的主要因素即電感L與最大 電力Pmax的關係的一個示例的圖。在圖21中，假設母線電壓Vdc-定。圖22是表示電壓 指令Vk(調製度）相對於電感L的一個示例的圖。在圖22中，假設電力P-定。圖23-1、 圖23-2是表示計算誤差對線間電壓的影響的示意圖。
[0173] 如圖21、22所示，由於電感L越大電力的輸入量（加熱量）越小，所以與Y形連接 (低阻抗）相比三角形連接（高阻抗）輸入的電力較大，用於獲得相同電力的電壓指令Vk 較小。因此，在阻抗較小（輸出較高）的電動機中，由於電力輸入量較大，所以在以低電力實 施加熱時需要減小電壓指令來運轉。此時，如果電壓指令低於圖22的Lim，則如圖23-1所 示那樣，線間電壓的脈衝寬度變窄，容易較大地受到由於離散地進行運算的微處理器（安 裝有逆變器控制部10)等的運算時機產生的影響。因此，正負輸出電壓變得不平衡，導致流 過電動機繞組的電流不平衡從而因直流電流的疊加等使損耗增加。
[0174] 在電壓指令低於Lim的情況下，通過圖20的繞組切換部33a將逆變器的U相、V 相、W相與電動機繞組的連接從a'、b'、c'切換成a"、b"、c"以使得繞組阻抗變大，由此能 夠如圖23-2所示那樣提高為了獲得相同的電力所需要的電壓指令。即，各相繞組的一端與 各相繞組的中間點分別與繞組切換部33a連接，繞組切換部33a構成為將連接切換成各相 的一端或中間點，在通常運轉模式下，繞組切換部33a將連接切換成各相的一端。而在加熱 運轉模式下電壓指令為Lim以上的情況下，將連接對象切換為各相的中間點。進而，在加熱 運轉模式下電壓指令低於Lim的情況下，逆變器控制部10控制繞組切換部33a，將繞組切換 部33a的連接切換成各相的一端。由此，能夠提高為了獲得相同的電力所需要的電壓指令， 而能夠相對難以受到由於微處理器等離散運算系統產生的誤差的影響，從而能夠使用廉價 的微處理器且有助於削減成本。此外，同樣地，在實施方式1中對Y形連接或三角形連接進 行切換的情況下，在加熱控制模式下電壓指令低於Lim時可以進行控制以成為Y形連接。
[0175] 這裡，雖然使繞組切換部33a的連接點在各相為一端或中間點這2個點，不過也可 以使連接點為3個點以上，通過對3個以上的連接點進行切換，能夠更細緻地實施阻抗切 換。
[0176] 這樣，根據本實施方式的加熱方法，由於難以受到微處理器等產生的誤差的影響， 所以能夠提高電壓輸出精度，抑制電流的不平衡來減少逆變器的損耗。
[0177] 此外，根據本實施方式的加熱方法，能夠抑制在電壓指令值較低的情況下由於恢 復而產生的脈衝狹窄的電流，並減少逆變器的損耗。
[0178] 此外，在輸入較低的加熱量的情況下，被輸入到保護電路中的電壓的時間縮短，因 此在使用去除噪音用的例如作為由電容器C和電阻R構成的LPF(lowpassfilter，低通濾 波器）的CR濾波器的情況下，通過CR濾波器之後的輸出波形有時會鈍化，使得原本應檢測 出的電壓變得無法檢測出。圖24是表示使用CR濾波器的情況下的檢測電流的一個示例的 圖。如圖24所示，如果電壓輸出時間短（脈衝寬度狹窄）則波形鈍化，而無法檢測出原本 應該檢測出的電壓，而相對於此在本實施方式中，如圖24的右側所示，由於能夠延長電壓 輸出時間，所以能夠可靠地檢測電壓，從而能夠提高可靠性。
[0179] 此外，在輸入較高的加熱量的情況下，雖然通過加熱指令部將通電方法切換成直 流通電來實施加熱，但是在阻抗較低的電動機中，電流相對於電壓的變動較大，難以控制電 流而難以調整加熱量。因此，通過用繞組切換部33a切換電動機繞組，能夠提高繞組電阻 值，抑制電流的變動，因而能夠提高加熱量的控制性能，高精度地輸入過熱所需要的電力， 因此能夠可靠地排出液態製冷劑，從而能夠防止壓縮機的破損並提高可靠性。
[0180] 此外，在本實施方式中，繞組切換判斷部34根據運轉模式來切換繞組切換部33， 不過也可以基於電壓指令值、電流、相位等至少一種以上的信息，來判斷是否實施繞組切 換。例如在判斷為電流較小且輸入的電力較小的情況下，進行控制使阻抗變小以增大流過 的電流，由此能夠可靠地確保排出液態製冷劑所需要的電力，而能夠提高可靠性。
[0181] 此外，設計成能夠根據電動機8的阻抗通過繞組切換來改變阻抗，從而在通常運 轉模式時和在加熱運轉模式時都能夠調整為適合的阻抗。此外，實施方式的繞組切換部33 的抽頭數為2個，不過通過採用3個以上或者使阻抗連續變化的結構，能夠進一步根據各狀 況選定最優的阻抗。此外，繞組切換部33的結構不限定於本實施方式中所述的結構。
[0182]實施方式3
[0183] 圖25是表示本發明涉及的熱泵裝置的實施方式3的結構示例的圖。在本實施方 式中，對將實施方式1、2中說明的熱泵裝置搭載於空調機、熱泵式熱水器、冰箱、制冷機等 時的具體結構和動作的一個示例進行說明。
[0184] 圖26是關於圖25所示的熱泵裝置100的製冷劑的狀態的莫裡爾（Mollier)圖。 在圖26中，橫軸表示比焓，縱軸表示製冷劑壓力。
[0185] 本實施方式的熱泵裝置100具備通過配管將壓縮機51、熱交換器52、膨脹機構53、 接收器54、內部熱交換器55、膨脹機構56和熱交換器57依序連接而成的、使製冷劑循環的 主製冷劑迴路58。此外，在主製冷劑迴路58中，在壓縮機51的排出側設置有四通閥59,能 夠切換製冷劑的循環方向。此外，在熱交換器57的附近，設置有風扇60。此外，壓縮機51 是上述實施方式中進行了說明的壓縮機1，是具有由逆變器9驅動的電動機8和壓縮機構7 的壓縮機。
[0186] 進而，熱泵裝置100具備通過配管從接收器54和內部熱交換器55之間連接到壓 縮機51的噴射管而成的噴射迴路62。在噴射迴路62中，膨脹機構61、內部熱交換器55依 序連接。水在其中循環的水迴路63與熱交換器52連接。此外，熱水器、暖氣片和地板供暖 等散熱器等利用水的裝置與水迴路63連接。
[0187] 首先，對本實施方式的熱泵裝置100的制熱運轉時的動作進行說明。在制熱運轉 時，四通閥59沿實線方向設定。此外，該制熱運轉不僅是指用於空調的制熱，而且還包含對 水供應熱量來生成熱水的供給熱水。
[0188]在壓縮機51成為高溫高壓的氣相製冷劑（圖26的點1)，從壓縮機51排出，在作 為冷凝器且作為散熱器的熱交換器52進行熱交換而液化（圖26的點2)。此時，利用從制 冷劑散發的熱，將在水迴路63中循環的水加熱，用於制熱和供給熱水。
[0189] 在熱交換器52液化的液相製冷劑，在膨脹機構53被減壓，成為氣液兩相狀態（圖 26的點3)。在膨脹機構53成為氣液兩相狀態的製冷劑，在接收器54與被吸入壓縮機51 的製冷劑進行熱交換，被冷卻後液化（圖26的點4)。在接收器54液化的液相製冷劑，分岔 流向主製冷劑迴路58和噴射迴路62。
[0190] 在主製冷劑迴路58中流動的液相製冷劑，在內部熱交換器55與在膨脹機構61被 減壓而成為氣液兩相狀態的在噴射迴路62中流動的製冷劑進行熱交換，進一步被冷卻（圖 26的點5)。在內部熱交換器55冷卻後的液相製冷劑，在膨脹機構56被減壓而成為氣液兩 相狀態（圖26的點6)。在膨脹機構56成為氣液兩相狀態的製冷劑，在作為蒸發器的熱交 換器57與外部空氣進行熱交換，被加熱（圖26的點7)。然後，在熱交換器57被加熱的制 冷劑，在接收器54進一步被加熱後（圖26的點8)，被壓縮機51吸入。
[0191] 另一方面，在噴射迴路62中流動的製冷劑，如上所述，在膨脹機構61被減壓後 (圖26的點9)，在內部熱交換器55進行熱交換（圖26的點10)。在內部熱交換器55進 行了熱交換的氣液兩相狀態的製冷劑（噴射製冷劑），維持氣液兩相狀態不變，從壓縮機51 的噴射管流入壓縮機51內。
[0192] 在壓縮機51，從主製冷劑迴路58吸入的製冷劑（圖26的點8)，被壓縮至中間壓力 並被加熱（圖26的點11)。噴射製冷劑（圖26的點10)與被壓縮至中間壓力並被加熱的 製冷劑（圖26的點11)合流，溫度降低（圖26的點12)。然後，溫度降低後的製冷劑（圖 26的點12)進一步被壓縮、加熱，成為高溫高壓而被排出（圖26的點1)。
[0193] 此外，在不進行噴射運轉的情況下，使膨脹機構61的開度為全閉。也就是說，在進 行噴射運轉的情況下，膨脹機構61的開度比規定開度大，但是在不進行噴射運轉時，使膨 脹機構61的開度比規定開度小。由此，製冷劑不流入壓縮機51的噴射管。
[0194] 這裡，膨脹機構61的開度由微處理器等的控制部通過電子控制來進行控制。
[0195] 接著，對熱泵裝置100的製冷運轉時的動作進行說明。在製冷運轉時，四通閥59 沿虛線方向設定。此外，該製冷運轉不僅是指用於空調的製冷，而且還包含從水中吸取熱量 來生成冷水或進行冷凍等。
[0196] 在壓縮機51成為高溫高壓的氣相製冷劑（圖26的點1)，從壓縮機51排出，在作 為冷凝器且作為散熱器的熱交換器57進行熱交換而液化（圖26的點2)。在熱交換器57 液化後的液相製冷劑，在膨脹機構56被減壓，成為氣液兩相狀態（圖26的點3)。在膨脹機 構56成為氣液兩相狀態的製冷劑，在內部熱交換器55進行熱交換，被冷卻後液化（圖26的 點4)。在內部熱交換器55中，在膨脹機構56成為氣液兩相狀態的製冷劑與使在內部熱交 換器55液化的液相製冷劑在膨脹機構61被減壓而成為氣液兩相狀態的製冷劑（圖26的 點9)進行熱交換。在內部熱交換器55進行了熱交換的液相製冷劑（圖26的點4)，分岔流 向主製冷劑迴路58和噴射迴路62。
[0197] 在主製冷劑迴路58中流動的液相製冷劑，在接收器54與被吸入壓縮機51的製冷 劑進行熱交換，進一步被冷卻（圖26的點5)。在接收器54冷卻後的液相製冷劑，在膨脹機 構53被減壓而成為氣液兩相狀態（圖26的點6)。在膨脹機構53成為氣液兩相狀態的制 冷劑，通過作為蒸發器的熱交換器52進行熱交換而被加熱（圖26的點7)。此時，通過制 冷劑吸收熱，將在水迴路63中循環的水冷卻，用於製冷和冷凍。這樣，本實施方式的熱泵裝 置100與利用水迴路63中循環的水（流體）的流體利用裝置一起，構成熱泵系統，該熱泵 系統能夠應用於空調機、熱泵式熱水器、冰箱、制冷機等。
[0198] 然後，在熱交換器52被加熱的製冷劑，在接收器54進一步被加熱後（圖26的點 8)，被壓縮機51吸入。
[0199] 另一方面，在噴射迴路62中流動的製冷劑，如上所述，在膨脹機構61被減壓後 (圖26的點9)，在內部熱交換器55進行熱交換（圖26的點10)。在內部熱交換器55進 行了熱交換的氣液兩相狀態的製冷劑（噴射製冷劑），維持氣液兩相狀態不變，從壓縮機51 的噴射管流入。在壓縮機51內的壓縮動作與制熱運轉時同樣。
[0200] 此外，在不進行噴射運轉時，與制熱運轉時同樣，使膨脹機構61的開度為全閉，使 得製冷劑不流入壓縮機51的噴射管。
[0201] 此外，在上述說明中，將熱交換器52作為使製冷劑與在水迴路63中循環的水進行 熱交換的板式熱交換器這樣的熱交換器並進行了說明。熱交換器52不限定於此，也可以是 使製冷劑與空氣進行熱交換的熱交換器。此外，水迴路63也可以並非是使水循環的迴路， 而是使其他流體循環的迴路。
[0202] 如上所述，熱泵裝置100能夠作為空調機、熱泵式熱水器、冰箱、制冷機等的採用 了逆變器壓縮機的熱泵裝置使用。
[0203] 如上所述，本發明涉及的熱泵裝置，對空調機、熱泵式熱水器、冰箱、制冷機等是有 效的，特別適合於通過高頻通電對壓縮機進行加熱的熱泵裝置。
【權利要求】
1. 一種熱泵裝置，其特徵在於，包括： 壓縮機，其對製冷劑進行壓縮； 電動機，其驅動所述壓縮機； 繞組切換部，其切換所述電動機的繞組結構； 逆變器，其對所述電動機施加期望的電壓；以及 逆變器控制部，其生成用於驅動所述逆變器的PWM信號，作為運轉模式其具有使所述 壓縮機進行加熱運轉的加熱運轉模式和使所述壓縮機進行通常運轉來壓縮製冷劑的通常 運轉模式，並且根據運轉模式來控制繞組切換部的切換動作。
2. 根據權利要求1所述的熱泵裝置，其特徵在於： 所述電動機根據與所述繞組切換部的連接狀態，形成阻抗較大的第一繞組結構和阻抗 比第一繞組結構小的第二繞組結構中的任一種繞組結構， 所述逆變器控制部在所述通常運轉模式下控制所述繞組切換部使所述電動機形成所 述第一繞組結構，而在所述加熱運轉模式下控制所述繞組切換部使所述電動機形成所述第 二繞組結構。
3. 根據權利要求2所述的熱泵裝置，其特徵在於： 所述逆變器控制部在所述加熱運轉模式期間輸出電壓指令為規定值以下的情況下，控 制所述繞組切換部使所述電動機形成所述第一繞組結構。
4. 根據權利要求2所述的熱泵裝置，其特徵在於： 設所述電動機為三相電動機，所述電動機的各相繞組的兩個端子與所述繞組切換部連 接，所述繞組切換部通過切換所述端子的連接，來切換成作為所述第一繞組結構的Y形連 接或作為所述第二繞組結構的三角形連接。
5. 根據權利要求2所述的熱泵裝置，其特徵在於： 設所述電動機為三相電動機，各相繞組的一端和各相繞組的中間點與所述繞組切換部 連接，所述繞組切換部通過切換所述端子的連接，來切換成所述第一繞組結構或所述第二 繞組結構。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的熱泵裝置，其特徵在於： 所述逆變器控制部在所述加熱運轉模式下，通過比較電壓指令值和三角波載波信號來 生成PWM信號，以對所述電動機繞組中的兩相或三相施加頻率高於所述通常運轉模式下的 運轉頻率的高頻交流電壓，所述電壓指令值在載波信號的頂點和底點的時刻，交替地切換 成相對於施加在所述電動機的電壓的基準相位具有大致0°或大致180°的相位差的電壓 相位。
7. 根據權利要求6所述的熱泵裝置，其特徵在於： 所述逆變器控制部在所述加熱運轉模式下，根據需要加熱量切換成是對所述電動機繞 組施加高頻交流電壓的高頻通電，或是對所述電動機繞組施加直流電流的直流通電。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的熱泵裝置，其特徵在於： 構成所述逆變器的開關元件是寬禁帶半導體。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的熱泵裝置，其特徵在於： 構成所述逆變器的二極體是寬禁帶半導體。
10. 根據權利要求8或9所述的熱泵裝置，其特徵在於： 所述寬禁帶半導體是碳化矽、氮化鎵類材料和金剛石中的任一種。
11. 根據權利要求1至7中任一項所述的熱泵裝置，其特徵在於： 構成所述逆變器的開關元件是超級結構造的MOSFET。
12. -種熱泵系統，其包括：熱泵裝置，其具備通過配管將具有對製冷劑進行壓縮的壓 縮機構的壓縮機、第一熱交換器、膨脹機構和第二熱交換器依序連接而成的製冷劑迴路；以 及流體利用裝置，其利用在與所述製冷劑迴路連接的所述第一熱交換器與製冷劑進行了熱 交換的流體，所述熱泵系統的特徵在於： 所述熱泵裝置包括： 壓縮機，其對製冷劑進行壓縮； 電動機，其驅動所述壓縮機； 繞組切換部，其切換所述電動機的繞組結構； 逆變器，其對所述電動機施加期望的電壓；以及 逆變器控制部，其生成用於驅動所述逆變器的PWM信號，作為運轉模式其具有使所述 壓縮機進行加熱運轉的加熱運轉模式和使所述壓縮機進行通常運轉來壓縮製冷劑的通常 運轉模式，並且根據運轉模式來控制繞組切換部的切換動作。
13. -種空調機，其特徵在於： 具有權利要求1?11中任一項所述的熱泵裝置。
14. 一種制冷機，其特徵在於： 具有權利要求1?11中任一項所述的熱泵裝置。
【文檔編號】H02P27/02GK104412049SQ201280074287
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】山川崇, 畠山和德, 神谷莊太, 松下真也, 楠部真作, 牧野勉 申請人:三菱電機株式會社