CN2011800631554A 热泵装置、热泵系统和逆变器的控制方法 1-48

(10)申请公布号 CN 103314265 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103314265 A *CN103314265A* (21)申请号 201180063155.4 (22)申请日 2011.04.28 F25B 1/00(2006.01) H02M 7/48(2007.01) (71)申请人 三菱电机株式会社 地址 日本国东京都 (72)发明人 畠山和德 下麦卓也 松下真也 楠部真作 牧野勉 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 楼高潮 (54) 发明名称 热泵装置、 热泵系统和逆变器的控制方法 (57) 摘要 本发明的目的在于， 提供一种不受到因制造 偏差或环境偏差造成的影响， 而能够在压缩运转 停止时加热压缩机的情况下使加热量保持恒定的 技术。逆变器控制部 （10） 使逆变器产生高频交流 电压， 该高频交流电压在从逆变器对电动机施加 的电压为正的区间与电压为负的区间之间具有电 压为零的无通电区间。此时， 逆变器控制部 （10） 在检测区间中对流过上述逆变器的电流值进行检 测， 并且使逆变器产生根据检测出的电流值调整 的高频交流电压， 其中， 上述检测区间为从无通电 区间即将开始之前到上述无通电区间刚结束之后 为止的期间。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.06.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/060396 2011.04.28 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/147192 JA 2012.11.01 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 18 页 附图 26 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书18页 附图26页 (10)申请公布号 CN 103314265 A CN 103314265 A *CN103314265A* 1/3 页 2 1. 一种热泵装置， 其特征在于， 包括 ： 压缩机， 其具有对制冷剂进行压缩的压缩机构 ； 电动机， 其使所述压缩机具有的所述压缩机构动作 ； 逆变器， 其对所述电动机施加规定电压 ； 以及 逆变器控制部， 其使所述逆变器产生高频交流电压， 该高频交流电压在从所述逆变器 对所述电动机施加的电压为正的区间与所述电压为负的区间之间具有所述电压为零的无 通电区间， 所述逆变器控制部包括 ： 电流值检测部， 其在检测区间中对流过所述逆变器的电流值进行检测， 所述检测区间 为从所述无通电区间即将开始之前到所述无通电区间刚结束之后为止的期间 ； 以及 高频电压发生部， 其使所述逆变器产生与所述电流值检测部检测出的电流值对应的高 频交流电压。 2. 根据权利要求 1 所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述电流值检测部在所述检测区间中对从所述逆变器流向所述电动机的电流进行检 测。 3. 根据权利要求 1 所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述电流值检测部在所述检测区间内所述无通电区间即将开始之前和所述无通电区 间刚结束之后中的至少任一定时， 对流过所述逆变器的直流电流进行检测。 4. 根据权利要求 1 所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述逆变器具有将 2 个开关元件直接连接而成的串联连接部， 所述电流值检测部在所述检测区间内所述无通电区间刚结束之后和从所述无通电区 间即将开始之前起至所述无通电区间结束为止中的至少任一定时， 对所述逆变器具有的串 联连接部中流过的电流进行检测。 5. 根据权利要求 4 所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述电流值检测部对所述串联连接部的 2 个开关元件中的负电压侧开关元件的负电 压侧部分中流过的电流进行检测。 6. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述逆变器是将 2 个开关元件的串联连接部以 3 个并联连接而形成的三相逆变器， 所述无通电区间是所述三相逆变器的正电压侧的开关元件和负电压侧的开关元件中 一方全部导通、 另一方全部断开的区间。 7. 根据权利要求 1 至 6 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述高频电压发生部使所述逆变器产生以使所述电流值成为规定值的方式调整振幅 而得到的高频交流电压。 8. 根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述高频电压发生部使所述逆变器产生以使所述高频交流电压的对所述电动机的通 电相位成为预先确定的多个通电相位中所述电流值为最大的通电相位的方式进行调整而 得到的高频交流电压。 9. 根据权利要求 1 至 8 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述电流值检测部在所述规定的定时对所述电流值为正的情况下的正电流值和所述 权 利 要 求 书 CN 103314265 A 2 2/3 页 3 电流值为负的情况下的负电流值进行检测， 所述高频电压发生部使所述逆变器产生以使所述正电流值和所述负电流值的平均值 接近于零的方式进行调整而得到的高频交流电压。 10. 根据权利要求 1 至 9 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述逆变器控制部还包括判定部， 其基于所述电流值推定所述电动机的绕组温度， 在 推定的绕组温度比规定的温度阈值高的情况下， 停止所述高频电压发生部使所述逆变器产 生高频交流电压。 11. 根据权利要求 1 至 10 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述逆变器具有由宽禁带半导体构成的开关元件。 12. 根据权利要求 11 所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述宽禁带半导体是 SiC、 GaN 和金刚石中的任一种。 13. 根据权利要求 1 至 10 中任一项所述的热泵装置， 其特征在于 ： 所述逆变器具有由超级结构造的 MOSFET 构成的开关元件。 14. 一种热泵系统， 包括 ： 热泵装置， 其具备用配管将具有对制冷剂进行压缩的压缩机 构的压缩机、 第一热交换器、 膨胀机构和第二热交换器依序连接而成的制冷剂回路 ； 以及流 体利用装置， 其对在与所述制冷剂回路连接的所述第一热交换器而与制冷剂进行热交换的 流体进行利用， 所述热泵系统的特征在于 ： 所述热泵装置还包括 ： 电动机， 其使所述压缩机具有的所述压缩机构动作 ； 逆变器， 其对所述电动机施加规定电压 ； 以及 逆变器控制部， 其使所述逆变器产生高频交流电压， 该高频交流电压在从所述逆变器 对所述电动机施加的电压为正的正区间与所述电压为负的负区间之间具有所述电压为零 的无通电区间， 所述逆变器控制部包括 ： 电流值检测部， 其在检测区间中对流过所述逆变器的电流值进行检测， 所述检测区间 为从所述无通电区间即将开始之前到所述无通电区间刚结束之后为止的期间 ； 以及 高频电压发生部， 其使所述逆变器产生与所述电流值检测部检测出的电流值对应的高 频交流电压。 15. 一种逆变器的控制方法， 其对热泵装置中的所述逆变器进行控制， 所述热泵装置包 括 ： 压缩机， 其具有对制冷剂进行压缩的压缩机构 ； 电动机， 其使所述压缩机具有的所述压 缩机构动作 ； 以及逆变器， 其对所述电动机施加规定电压， 所述逆变器的控制方法的特征在 于， 包括 ： 高频电压发生步骤， 使所述逆变器产生高频交流电压， 该高频交流电压在从所述逆变 器对所述电动机施加的电压为正的正区间与所述电压为负的负区间之间具有所述电压为 零的无通电区间 ； 以及 电流值检测步骤， 在检测区间中对流过所述逆变器的电流值进行检测， 所述检测区间 为在所述高频电压发生步骤中产生的所述高频交流电压的从所述无通电区间即将开始之 前到所述无通电区间刚结束之后为止的期间， 在所述高频电压发生步骤中， 使所述逆变器产生与所述电流值检测部检测出的电流值 权 利 要 求 书 CN 103314265 A 3 3/3 页 4 对应的高频交流电压。 权 利 要 求 书 CN 103314265 A 4 1/18 页 5 热泵装置、 热泵系统和逆变器的控制方法 技术领域 0001 本发明涉及热泵装置使用的压缩机的加热方法。 背景技术 0002 在专利文献 1 中有如下记载 ： 制暖时在运转停止期间对压缩机供给高频低电压。 在专利文献 2 中有如下记载 ： 在空调机的周围为较低温度的情况下， 对压缩机供给频率比 通常运转时高的 25kHz 的单相交流电压。 0003 专利文献 1 和专利文献 2 中记载的技术， 都通过与外部气温的降低对应地对压缩 机施加高频交流电压来加热压缩机或将其保温， 并且使压缩机内部的润滑作用顺畅。 0004 专利文献 0005 专利文献 1 ： 日本实开昭 60-68341 号公报 0006 专利文献 2 ： 日本特开昭 61-91445 号公报 发明内容 0007 在对压缩机供给高频交流电压的情况下， 难以精确地计测压缩机中流过的电流 值， 而难以不受到因制造偏差或环境偏差造成的影响， 适当地控制加热量。在专利文献 1、 2 中并没有记载在对压缩机供给高频交流电压的情况下， 如何适当地控制加热量。 0008 本发明的目的在于， 提供一种在对压缩机供给高频交流电压来加热压缩机的情况 下， 不受到因制造偏差或环境偏差造成的影响， 而能够使压缩机的加热量保持恒定的技术。 0009 本发明涉及的热泵装置， 其特征在于， 包括 ： 压缩机， 其具有对制冷剂进行压缩的 压缩机构 ； 电动机， 其使上述压缩机具有的上述压缩机构动作 ； 逆变器， 其对上述电动机施 加规定电压 ； 以及逆变器控制部， 其使上述逆变器产生高频交流电压， 该高频交流电压在从 上述逆变器对上述电动机施加的电压为正的区间与上述电压为负的区间之间具有上述电 压为零的无通电区间， 上述逆变器控制部包括 ： 电流值检测部， 其在检测区间中对流过上述 逆变器的电流值进行检测， 上述检测区间为从上述无通电区间即将开始之前到上述无通电 区间刚结束之后为止的期间 ； 以及高频电压发生部， 其使上述逆变器产生与上述电流值检 测部检测出的电流值对应的高频交流电压。 0010 在本发明涉及的热泵装置中， 在从无通电区间即将开始之前到无通电区间刚结束 之后为止的期间检测电流值。 由此， 能够检测在施加了高频交流电压的情况下的电流峰值。 根据该峰值控制高频交流电压， 从而能够使流过电动机的电流为所期望的值。 其结果， 不会 受到因制造偏差或环境偏差造成的影响， 而能够使压缩机的加热量保持恒定。 附图说明 0011 图 1 是表示实施方式 1 的热泵装置 100 的结构的图。 0012 图 2 是表示实施方式 1 的逆变器 9 的结构的图。 0013 图 3 是表示实施方式 1 的逆变器控制部 10 的结构的图。 说 明 书 CN 103314265 A 5 2/18 页 6 0014 图 4 是表示实施方式 1 的 PWM 信号生成部 26 的输入输出波形的图。 0015 图 5 是表示实施方式 1 的 8 种开关模式的图。 0016 图 6 是表示实施方式 1 的加热判定部 12 的结构的图。 0017 图 7 是表示实施方式 1 的逆变器控制部 10 的动作的流程图。 0018 图 8 是表示实施方式 2 的逆变器控制部 10 的结构的图。 0019 图 9 是选择部 23 在载波信号的峰顶和谷底的定时交替切换相位 p 和相位 n 的情况下的时序图。 0020 图 10 是图 9 所示的电压矢量的变化的说明图。 0021 图 11 是选择部 23 在载波信号的谷底的定时交替切换相位 p 和相位 n 的情况 下的时序图。 0022 图 12 是 IPM 电动机的转子位置的说明图。 0023 图 13 是表示由转子位置引起的电流变化的图。 0024 图 14 是表示使 f 随着时间的经过而变化的情况下的施加电压的图。 0025 图 15 是表示 f 为 0 度 （U 相 （V4） 方向为 0 度） 、 30 度、 60 度时电动机 8 的 UVW 各 相中流过的电流的图。 0026 图 16 是表示实施方式 3 的逆变器控制部 10 的结构的图。 0027 图 17 是在图 9 所示的时序图中表示流过电动机 8 的电压、 电流的图。 0028 图 18 是表示实施方式 3 的加热判定部 12 的结构的图。 0029 图 19 是表示为了排出滞留于压缩机 1 中的液体制冷剂所需要的电力和为了获得 该电力所需要的电流值的关系的图。 0030 图 20 是在电动机电流与直流偏移相叠加的情况下的处理的说明图。 0031 图 21 是表示实施方式 4 的逆变器 9 的结构的图。 0032 图 22 是在图 9 所示的时序图中表示流过电动机 8 的电压、 电流和直流电流检测部 42 检测的电流的图。 0033 图 23 是表示实施方式 5 的逆变器 9 的结构的图。 0034 图 24 是在图 9 所示的时序图中表示流过电动机 8 的电压、 电流和逆变器电流检测 部 43 检测的电流的图。 0035 图 25 是表示实施方式 6 涉及的热泵装置 100 的回路结构图。 0036 图 26 是关于图 25 所示的热泵装置 100 的制冷剂的状态的莫里尔 （Mollier） 图。 0037 符号的说明 0038 1 压缩机 0039 2 四通阀 0040 3 热交换器 0041 4 膨胀机构 0042 5 热交换器 0043 6 制冷剂配管 0044 7 压缩机构 0045 8 电动机 0046 9 逆变器 说 明 书 CN 103314265 A 6 3/18 页 7 0047 10 逆变器控制部 0048 11 高频电压发生部 0049 12 加热判定部 0050 13 交流电源 0051 14 整流器 0052 15 平滑电容器 0053 16 母线电压检测部 0054 17 开关元件 0055 18 回流二极管 0056 19 电压施加部 0057 20 电流检测部 0058 21 表数据 0059 22 外部输入部 0060 23 选择部 0061 24 积分器 0062 25 电压指令生成部 0063 26PWM 信号生成部 0064 27 电流比较部 0065 28 电压比较部 0066 29 温度检测部 0067 30 温度比较部 0068 31 第一逻辑积计算部 0069 32 休眠判定部 0070 33 经过时间计测部 0071 34 时间比较部 0072 35 复位部 0073 36 逻辑和计算部 0074 37 第二逻辑积计算部 0075 38 加热量判断部 0076 39 加法部 0077 40 高频电流检测部 0078 41 加热量调整部 0079 42 直流电流检测部 0080 43 逆变器电流检测部 0081 51 压缩机 0082 52、 57 热交换器 0083 53、 56、 61 膨胀机构 0084 54 接收器 0085 55 内部热交换器 说 明 书 CN 103314265 A 7 4/18 页 8 0086 58 主制冷剂回路 0087 59 四通阀 0088 60 风扇 0089 62 喷射回路 0090 63 水回路 0091 100 热泵装置 具体实施方式 0092 （实施方式 1） 0093 在实施方式 1 中， 对热泵装置 100 的基本结构和动作进行说明。 0094 图 1 是表示实施方式 1 的热泵装置 100 的结构的图。 0095 实施方式 1 的热泵装置 100 具备通过制冷剂配管 6 将压缩机 1、 四通阀 2、 热交换 器 3、 膨胀机构 4、 热交换器 5 依序连接而成的制冷循环。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 动作的电动机 8。电动机 8 是具有 U 相、 V 相、 W 相的三相绕组的三相电动机。 0096 对电动机 8 供给电压将其驱动的逆变器 9 与电动机 8 电连接。逆变器 9 分别对电 动机 8 的 U 相、 V 相、 W 相的绕组施加电压 Vu、 Vv、 Vw。 0097 逆变器 9 与具备高频电压发生部 11 和加热判定部 12（状态检测部） 的逆变器控 制部 10 电连接。逆变器控制部 10 基于从逆变器 9 输送的逆变器 9 的电源电压即母线电压 Vdc 和电动机 8 中流过的电流 I 的值， 判断是否需要加热电动机 8， 并且在需要加热电动机 8 的情况下， 向逆变器 9 输出 PWM（Pulse Width Modulation， 脉冲宽度调制） 信号 （驱动信 号） 。 0098 图 2 是表示实施方式 1 的逆变器 9 的结构的图。 0099 逆变器 9 包括 ： 交流电源 13 ； 对从交流电源 13 供给的电压进行整流的整流器 14 ； 使由整流器14整流的电压平滑而生成直流电压 （母线电压Vdc） 的平滑电容器15 ； 和检测由 平滑电容器 15 生成的母线电压 Vdc 并将其输出到逆变器控制部 10 的母线电压检测部 16。 0100 此外， 逆变器 9 具备将母线电压 Vdc 作为电源的电压施加部 19。电压施加部 19 是 将 2 个开关元件 （17a 和 17d、 17b 和 17e、 17c 和 17f） 的串联连接部以 3 个并联连接， 并且 具备分别与各开关元件 17a 17f 并联连接的回流二极管 18a 18f 的电路。电压施加部 19 根据由逆变器控制部 10 传送的 PWM 信号 UP、 VP、 WP、 UN、 VN、 WN， 对分别对应的开关元件 （UP 对应 17a， VP 对应 17b， WP 对应 17c， UN 对应 17d， VN 对应 17e， WN 对应 17f） 进行驱动。 而且， 电压施加部 19 分别对电动机 8 的 U 相、 V 相、 W 相的绕组施加与驱动的开关元件 17 对 应的电压 Vu、 Vv、 Vw。 0101 而且， 逆变器 9 还具备电流检测部 20， 其通过对电动机 8 的 U 相、 V 相、 W 相的绕组 施加电压 Vu、 Vv、 Vw， 检测从逆变器 9 流向电动机 8 的电流 I， 并将其输出到逆变器控制部 10。 0102 图 3 是表示实施方式 1 的逆变器控制部 10 的结构的图。 0103 如上所述， 逆变器控制部 10 具备高频电压发生部 11 和加热判定部 12。加热判定 部 12 将在后文中描述， 这里对高频电压发生部 11 进行说明。 说 明 书 CN 103314265 A 8 5/18 页 9 0104 高频电压发生部 11 包括表数据 21、 外部输入部 22、 选择部 23、 积分器 24、 电压指 令生成部 25、 以及 PWM 信号生成部 26。 0105 选择部23选择从加热判定部12输出的电压指令值Vc、 表数据21中记录的电压指 令值 Vt 和从外部输入部 22 输入的电压指令值 Va 中的任一个值作为电压指令值 V* 输出。 此外， 选择部 23 选择表数据 21 中记录的转速指令值 t 和从外部输入部 22 输入的转速指 令值 a 中的任一个值作为转速指令值 * 输出。 0106 积分器 24 基于选择部 23 输出的转速指令值 * 求取电压相位 。 0107 电压指令生成部 25 以选择部 23 输出的电压指令值 V* 和积分器 24 求出的电压相 位 为输入， 生成并输出电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*。 0108 PWM 信号生成部 26 基于电压指令生成部 25 输出的电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 和母 线电压 Vdc， 生成 PWM 信号 （UP、 VP、 WP、 UN、 VN、 WN） ， 输出到逆变器 9。 0109 对电压指令生成部 25 生成电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 的方法和 PWM 信号生成部 26 生成 PWM 信号的方法进行说明。 0110 图 4 是表示实施方式 1 的 PWM 信号生成部 26 的输入输出波形的图。 0111 例如如式 （1） 式 （3） 所示那样将电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 定义为相位各相差 2/3 的余弦波 （正弦波） 。其中， V* 是电压指令值的振幅， 是电压指令值的相位。 0112 （1） Vu*=V*cos 0113 （2） Vv*=V*cos（ （2/3） ） 0114 （3） Vw*=V*cos（ （2/3） ） 0115 电压指令生成部 25 基于选择部 23 输出的电压指令值 V* 和积分器 24 求出的电压 相位 ， 根据式 （1） 式 （3） 计算电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*， 将计算出的电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 输出到 PWM 信号生成部 26。PWM 信号生成部 26 将电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 与规 定频率且振幅为 Vdc/2 的载波信号 （基准信号） 进行比较， 基于相互的大小关系生成 PWM 信 号 UP、 VP、 WP、 UN、 VN、 WN。 0116 例如在电压指令值 Vu* 比载波信号大的情况下， 将 UP 设为使开关元件 17a 导通的 电压， 将UN设为使开关元件17d断开的电压。 此外， 在电压指令值Vu*比载波信号小的情况 下则相反， 将 UP 设为使开关元件 17a 断开的电压， 将 UN 设为使开关元件 17d 导通的电压。 关于其他信号也同样如此， 通过比较电压指令值 Vv* 与载波信号来决定 VP、 VN， 通过比较电 压指令值 Vw* 与载波信号来决定 WP、 WN。 0117 在通常的逆变器的情况下， 由于采用互补 PWM 方式， 所以 UP 与 UN、 VP 与 VN、 WP 与 WN 成为相互相反的关系。因此， 开关模式全部为 8 种。 0118 图 5 是表示实施方式 1 的 8 种开关模式的图。此外， 在图 5 中对在各开关模式产 生的电压矢量标注 V0 V7 的符号。此外， 用 U、 V、 W（不产生电压的情况下为 0） 表 示各电压矢量的电压的方向。这里， U 是指使通过 U 相流入电动机 8 且通过 V 相和 W 相 从电动机 8 流出的 U 相方向的电流产生的电压， U 是指使通过 V 相和 W 相流入电动机 8 且通过 U 相从电动机 8 流出的 U 相方向的电流产生的电压。关于 V、 W 也是同样的解 释。 0119 通过组合图5所示的开关模式输出电压矢量， 能够使逆变器9输出所期望的电压。 此时， 通过使相位 高速地变化， 能够输出高频电压。 说 明 书 CN 103314265 A 9 6/18 页 10 0120 此外， 除式 （1） 式 （3） 以外， 也可以通过两相调制、 三次谐波叠加调制、 空间矢量 调制等求取电压指令信号 Vu*、 Vv*、 Vw*。 0121 图 6 是表示实施方式 1 的加热判定部 12 的结构的图。 0122 加热判定部 12 基于逆变器 9 的母线电压检测部 16 检测出的母线电压 Vdc、 逆变 器 9 的电流检测部 20 检测出的电流 I 等， 控制高频电压发生部 11 的动作状态 （ON/OFF， 导 通 / 断开） 。 0123 加热判定部 12 包括电流比较部 27、 电压比较部 28、 温度检测部 29、 温度比较部 30、 第一逻辑积计算部31、 休眠判定部32、 经过时间计测部33、 时间比较部34、 复位部35、 逻 辑和计算部 36、 第二逻辑积计算部 37、 以及加热量判断部 38。 0124 电流比较部 27 在由电流检测部 20 检测并输出的电流 I 为 Imin I Imax 的状 态时判断为正常状态并输出 1， 在除此以外的情况下输出 0。 0125 这里， Imax 为电流上限值， Imin 为电流下限值。在流过 Imax 以上的过大的正电流 或 Imin 以下的过大的负电流的情况下， 电流比较部 27 判断为异常状态并输出 0， 由此进行 停止加热的操作。 0126 电压比较部 28 在由母线电压检测部 16 检测出的母线电压 Vdc 为 Vdc_min Vdc Vdc_max 的状态时判断为正常状态并输出 1， 在除此以外的情况下输出 0。 0127 这里， Vdc_max 为母线电压上限值， Vdc_min 为母线电压下限值。在 Vdc_max 以上 的过大的母线电压或Vdc_min以下的过小的母线电压的情况下， 电压比较部28判断为异常 状态并输出 0， 由此进行停止加热的操作。 0128 温度检测部 29 对电压施加部 19 的温度即逆变器温度 Tinv、 压缩机 1 的温度 Tc、 外部气温 To 进行检测。 0129 温度比较部 30 比较预先设定的逆变器的保护温度 Tp_inv 与逆变器温度 Tinv， 并 且比较预先设定的压缩机1的保护温度Tp_c与压缩机温度Tc。 而且， 温度比较部30在Tp_ inv Tinv 的状态并且 Tp_c Tc 的状态下判断为正常运作并输出 1， 在除此以外的情况 下输出 0。 0130 这里， 在 Tp_inv Tinv 的情况下， 逆变器温度变成高温， 此外， 在 Tp_c Tc 的情 况下， 压缩机 1 内的电动机 8 的绕组温度变成高温， 可能导致绝缘不良等。因此， 温度比较 部 30 判断为危险并输出 0， 而进行停止加热的操作。这里， 压缩机 1 与电动机 8 的绕组相比 热容量较大， 温度的上升速度比绕组慢， 需要考虑上述方面来设定 Tp_c。 0131 第一逻辑积计算部31输出上述的电流比较部27、 电压比较部28、 以及温度比较部 30的输出值的逻辑积。 在电流比较部27、 电压比较部28、 温度比较部30的输出值中的任一 个值为异常状态的 0 的情况下， 第一逻辑积计算部 31 都输出 0， 而进行停止加热的操作。 0132 此外， 这里虽然说明了使用电流 I、 母线电压 Vdc、 温度 Tinv、 Tc 来停止加热的方 法， 但是也可以不使用上述全部的值。 此外， 也可以为使用这里所述的参数之外的参数来停 止加热的结构。 0133 接着， 基于由温度检测部 29 检测出的压缩机 1 的温度 Tc 和外部气温 To， 由休眠 判定部 32 判断是否为液体制冷剂滞留于压缩机 1 内的压缩机 1 内的状态 （制冷剂休眠的状 态） 。 0134 压缩机 1 在制冷循环中热容量最大， 相对于外部气温 To 的上升， 压缩机温度 Tc 上 说 明 书 CN 103314265 A 10 7/18 页 11 升得较慢， 所以温度变成最低。 制冷剂在制冷循环中滞留于温度最低的场所， 由于作为液体 制冷剂积存， 所以在温度上升时制冷剂积存于压缩机 1 内。因此， 休眠判定部 32 在 To Tc 的情况下， 判断为制冷剂滞留于压缩机 1 内并输出 1， 开始进行加热， 在 To Tc 的情况下， 停止加热。 0135 此外， 也可以控制为在To具有上升倾向时或者Tc具有上升倾向时开始加热， 由于 在 Tc 或 To 的检测难以进行的情况下能够使用任一个进行控制， 所以能够实现可靠性较高 的控制。 0136 这里， 在无法检测压缩机温度 Tc 和外部气温 To 二者的情况下， 压缩机 1 的加热 可能无法进行。于是， 经过时间计测部 33 对不加热压缩机 1 的时间 （Elapse_Time） 进行计 测， 在超过由时间比较部 34 预先设定的限制时间 Limit_Time 的情况下输出 1， 开始进行压 缩机 1 的加热。这里， 由于一天的温度变化是从太阳升起的早晨起整个白天里温度上升， 从 日落起整个夜间温度降低， 所以大致以 12 小时为周期反复温度的上升、 下降。因此例如将 Limit_Time 设定为 12 小时左右即可。 0137 此外， Elapse_Time 在对压缩机 1 进行加热的情况下， 由复位部 35 将 Elapse_Time 设定为 0。 0138 逻辑和计算部 36 输出上述的休眠判定部 32 与时间比较部 34 的输出值的逻辑和。 在休眠判定部 32 和时间比较部 34 的输出值中的任一个值为表示加热开始的 1 的情况下， 逻辑和计算部 36 都输出 1， 并开始对压缩机 1 进行加热。 0139 第二逻辑积计算部 37 将第一逻辑积计算部 31 与逻辑和计算部 36 的输出值的逻 辑积作为加热判定部 12 的输出值输出。在输出值为 1 的情况下， 使高频电压发生部 11 动 作， 进行加热压缩机 1 的操作。另一方面， 在输出值为 0 的情况下， 不使高频电压发生部 11 动作， 不进行加热压缩机 1 的操作， 或者使高频电压发生部 11 的动作停止， 使压缩机 1 的加 热操作停止。 0140 由于第二逻辑积计算部 37 输出逻辑积， 所以在第一逻辑积计算部 31 输出对压缩 机1的加热停止的信号0的情况下， 即使逻辑和计算部36输出加热开始的信号1， 也能够使 加热停止。因此， 能够获得可确保可靠性并且将待机时的消耗电力抑制为最小限度的热泵 装置。 0141 此外， 休眠判定部32基于压缩机温度Tc和外部气温To， 检测液体制冷剂滞留于压 缩机 1 内的状态。进而， 加热量判断部 38 基于压缩机温度 Tc 和外部气温 To， 确定滞留于压 缩机 1 内的液体制冷剂的量。而且， 加热量判断部 38 根据所确定的液体制冷剂的量， 计算 并输出为了将制冷剂排出到压缩机 1 的外部所需要的电压指令值 Vc。由此， 能够以所需最 小限度的电力消除液体制冷剂滞留于压缩机 1 内的状态， 能够通过消耗电力削减而减少对 地球温暖化的影响。 0142 接着， 对逆变器控制部 10 的动作进行说明。 0143 图 7 是表示实施方式 1 的逆变器控制部 10 的动作的流程图。 0144 （S1 ： 加热判断步骤） 0145 加热判定部 12 在压缩机 1 的运转停止期间根据上述动作判断是否使高频电压发 生部 11 动作。 0146 在加热判定部 12 判断为使高频电压发生部 11 动作的情况、 即加热判定部 12 的输 说 明 书 CN 103314265 A 11 8/18 页 12 出值为 1（ON, 导通） 的情况下 （S1 为 “是” ） ， 使处理前进至 S2， 产生用于预热的 PWM 信号。 另一方面， 在加热判定部 12 判断为不使高频电压发生部 11 动作的情况、 即加热判定部 12 的输出值为 0（OFF, 断开） 的情况下 （S1 为 “否” ） ， 在经过规定时间之后， 再次判断是否使高 频电压发生部 11 动作。 0147 （S2 ： 电压指令值生成步骤） 0148 选择部 23 选择电压指令值 V* 和转速指令值 *， 积分器 24 基于选择部 23 选择 的转速指令值 *， 求取电压相位 。然后， 电压指令生成部 25 基于选择部 23 选择的电压 指令值 V* 和积分器 24 求出的电压相位 ， 根据式 （1） 式 （3） 计算电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*， 并将计算出的电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 输出到 PWM 信号生成部 26。 0149 （S3 ： PWM 信号生成步骤） 0150 PWM 信号生成部 26 将电压指令生成部 25 输出的电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw* 与载波 信号进行比较而得到 PWM 信号 UP、 VP、 WP、 UN、 VN、 WN， 并输出到逆变器 9。由此， 驱动逆变器 9 的开关元件 17a 17f， 对电动机 8 施加高频电压。 0151 通过对电动机 8 施加高频电压， 利用电动机 8 的铁损和因绕组中流过电流而产生 的铜损高效地加热电动机 8。通过加热电动机 8， 将滞留于压缩机 1 内的液体制冷剂加热使 其气化， 排出到压缩机 1 的外部。 0152 经过规定时间后， 再次返回 S1 判断是否还需要进一步加热。 0153 如上所述， 在实施方式 1 涉及的热泵装置 100 中， 在为液体制冷剂滞留于压缩机 1 内的状态的情况下， 由于对电动机 8 施加高频电压， 所以能够抑制噪音， 高效率地加热电动 机 8。由此， 能够高效率地加热滞留于压缩机 1 内的制冷剂， 能够使滞留的制冷剂排出到压 缩机 1 的外部。 0154 此外， 如果对电动机8施加压缩动作时的运转频率以上的高频电压， 则电动机8内 的转子无法跟随频率， 不产生旋转和振动。因此， 在 S2 中， 选择部 23 输出成为压缩动作时 的运转频率以上的转速指令 * 较好。 0155 一般而言， 压缩动作时的运转频率最高是 1kHz。因此， 对电动机 8 施加 1kHz 以上 的高频电压即可。此外， 如果对电动机 8 施加 14kHz 以上的高频电压， 则电动机 8 的铁芯的 振动声大致接近可听声频率的上限， 因此在降低噪音方面也具有效果。 因此， 例如选择部23 输出成为 20kHz 左右的高频电压那样的转速指令 *。 0156 然而， 如果高频电压的频率超过开关元件17a17f的最大额定频率， 则存在由于 开关元件 17a 17f 损坏， 导致产生负载或电源短路， 以至于冒烟或起火的可能性。因此， 为了确保可靠性， 优选使高频电压的频率为最大额定频率以下。 0157 此外， 近年来热泵装置使用的压缩机的电动机， 为了高效率化， 广泛采用 IPM （Interior Permanent Magnet， 内置式永磁） 构造的电动机、 线圈端小且绕组电阻低的集中 绕组电动机。集中绕组电动机由于绕组电阻小且铜损引起的发热量少， 所以需要在绕组中 流过大量的电流。如果绕组中流过大量的电流， 则逆变器 9 中流过的电流也增加， 逆变器损 失增加。 0158 因此， 如果通过施加上述的高频电压进行加热， 则高频引起的电感分量变大， 绕组 阻抗变高。 因此， 虽然绕组中流过的电流减小且铜损减少， 但是相应地因施加高频电压产生 铁损， 能够有效地进行加热。进而， 由于绕组中流过的电流减小， 所以逆变器中流过的电流 说 明 书 CN 103314265 A 12 9/18 页 13 也减小， 逆变器 9 的损耗也能够降低， 能够更高效地进行加热。 0159 此外， 如果通过施加上述的高频电压进行加热， 则在压缩机为 IPM 构造的电动机 的情况下， 高频磁通交链的转子表面也成为发热部分。因此， 实现制冷剂接触面增加、 对压 缩机构的快速加热， 所以能够高效地对制冷剂进行加热。 0160 此外， 构成逆变器 9 的开关元件 17a 17f 和与其并联连接的回流二极管 18a 18f， 现在一般使用以硅 （Si） 为材料的半导体是主流。然而， 也可以取而代之， 使用以碳化 硅 （SiC） 、 氮化镓 （GaN） 、 金刚石为材料的宽禁带半导体。 0161 由这样的宽禁带半导体形成的开关元件和二极管元件， 耐电压性高， 且容许电流 密度也高。 因此， 开关元件和二极管元件能够小型化， 通过使用这些小型化的开关元件和二 极管元件， 能够使组装了这些元件的半导体模块小型化。 0162 此外， 由这样的宽禁带半导体形成的开关元件和二极管元件耐热性也高。 因此， 能 够使散热器的散热片小型化， 能够进行水冷部的空冷化， 所以能够使半导体模块进一步小 型化。 0163 进而， 由这样的宽禁带半导体形成的开关元件和二极管元件的电力损耗低。 因此， 能够使开关元件和二极管元件高效率化， 进而能够使半导体模块高效率化。 0164 此外， 虽然优选开关元件和二极管元件双方都由宽禁带半导体形成， 但是也可以 任一方的元件由宽禁带半导体形成， 能够得到本实施方式中记载的效果。 0165 除 此 以 外， 使 用 作 为 高 效 率 的 开 关 元 件 公 知 的 超 级 结 构 造 的 MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor， 金属氧化物半导体场效应晶体 管） ， 也能够得到同样的效果。 0166 此外， 涡旋机构的压缩机中， 难以释放压缩室的高压。因此， 与其他方式的压缩机 相比， 在液体压缩的情况下对压缩机构施加过大的压力而发生破损的可能性较高。 然而， 在 实施方式 1 的热泵装置 100 中， 能够进行压缩机 1 的效率良好的加热， 能够抑制压缩机 1 内 的液体制冷剂的滞留。因此， 能够防止液体压缩， 所以在使用涡旋式压缩机作为压缩机 1 的 情况下也是有效果的。 0167 进而， 在为频率 10kHz、 输出超过 50W 的加热设备的情况下， 存在受到法律限制的 情况。因此， 可以事先调整电压指令值的振幅以使输出不超过 50W， 或者检测流过的电流或 电压， 进行反馈控制以使输出为 50W 以下。 0168 此外， 逆变器控制部 10 由 CPU（Central Processing Unit， 中央处理单元） 或 DSP （Digital Signal Processor， 数字信号处理器） 、 微型计算机 （microcomputer） 、 电子电路 等构成。 0169 （实施方式 2） 0170 在实施方式 2 中对高频电压的生成方法进行说明。 0171 在通常的逆变器的情况下， 作为载波信号频率的载波频率由逆变器的开关元件的 切换速率决定上限。 因此， 难以输出载波的载波频率以上的高频电压。 此外， 在通常的IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor， 绝缘栅双极型晶体管） 的情况下， 切换速率的上限 是 20kHz 左右。 0172 此外， 如果高频电压的频率为载波频率的 1/10 左右， 则可能产生高频电压的波形 输出精度劣化、 直流分量叠加等不好影响。考虑到这一点， 在使载波频率为 20kHz 的情况 说 明 书 CN 103314265 A 13 10/18 页 14 下， 如果使高频电压的频率为载波频率的1/10即2kHz以下， 则高频电压的频率为可听声频 率的区域， 可能导致噪音恶化。 0173 图 8 是表示实施方式 2 的逆变器控制部 10 的结构的图。 0174 实施方式2的逆变器控制部10， 除了高频电压发生部11具备将基准相位f与通 过选择部 23 切换后的相位 p 和相位 n 相加作为电压相位 的加法部 39 来取代积分 器 24（参照图 3） 以外， 与图 3 所示的实施方式 1 的逆变器控制部 10 相同。因此， 标注相同 的符号并省略说明， 仅说明变更点。 0175 在实施方式 1 中， 利用积分器 24 对转速指令 * 进行积分， 求出电压相位 。与 此相对， 在实施方式 2 中， 选择部 23（相位切换部） 交替切换相位 p 和与相位 p 大致相 差 180 度的相位 n 这两种电压相位。然后， 加法部 39 将基准相位 f 与选择部 23 选择 的相位 p 或相位 n 相加作为电压相位 。 0176 此外， 在以下的说明中， 设 p=0 度 、 n=180 度 ， 进行说明。 0177 接着， 对逆变器控制部 10 的动作进行说明。 0178 此外， 除了图 7 所示的 S2 的动作以外， 与实施方式 1 的逆变器控制部 10 相同， 因 此省略说明。 0179 在 S2 中， 选择部 23 在载波信号的顶 （峰） 或底 （谷） 的定时或者在峰顶和谷底的定 时交替切换相位 p 和相位 n。然后， 加法部 39 将基准相位 f 与选择部 23 选择的相位 p 或相位 n 相加作为电压相位 ， 输出到电压指令生成部 25。电压指令生成部 25 使用 电压相位 和电压指令值 V*， 根据式 （1） 式 （3） 得到电压指令值 Vu*、 Vv*、 Vw*， 输出到 PWM 信号生成部 26。 0180 通过选择部23在载波信号的峰顶或谷底、 峰顶和谷底的定时切换相位p和相位 n， 能够输出与载波信号同步的 PWM 信号。 0181 图 9 是选择部 23 在载波信号的峰顶和谷底的定时交替切换相位 p 和相位 n 的情况下的时序图。此外， UP 与 UN、 VP 与 VN、 WP 与 WN， 分别为相反的导通 / 断开状态， 如果知道一方的状态， 则也知道另一方的状态， 所以这里仅示出 UP、 VP、 WP。此外， 这里设 f=0 度 。 0182 在这种情况下， PWM信号如图9所示那样变化。 而且， 电压矢量按V0 （UP=VP=WP=0） 、 V4（UP=1， VP=WP=0） 、 V7（UP=VP=WP=1） 、 V3（UP=0， VP=WP=1） 、 V0（UP=VP=WP=0） 、的顺序 变化。 0183 图 10 是图 9 所示的电压矢量的变化的说明图。此外， 在图 10 中表示被虚线包围 的开关元件 17 导通， 未被虚线包围的开关元件 17 断开的状态。 0184 如图 10 所示， V0 矢量、 V7 矢量施加时， 电动机 8 的线间成为短路状态， 是不输出电 压的无通电区间。在这种情况下， 电动机 8 的电感中积蓄的能量形成电流， 在短路电路中流 过。此外， 在 V4 矢量施加时， 通过 U 相流入电动机 8 且通过 V 相和 W 相从电动机 8 流出的 U 相方向的电流 （+Iu 的电流） 流过， 在 V3 矢量施加时， 通过 V 相和 W 相流入电动机 8 且通过 U 相从电动机 8 流出的 -U 相方向的电流 （-Iu 的电流） 在电动机 8 的绕组中流过。也就是 说， 在 V4 矢量施加时和 V3 矢量施加时， 在电动机 8 的绕组中流过相反方向的电流。而且， 由于电压矢量按 V0、 V4、 V7、 V3、 V0、的顺序变化， 所以 +Iu 的电流和 -Iu 的电流交替在 电动机 8 的绕组中流过。特别是， 如图 9 所示， 由于 V4 矢量和 V3 矢量在 1 个载波周期 （1/ 说 明