專利名稱：空調機及空調機中所使用的變換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及空調機及空調機中所使用的變換裝置。
背景技術：
在以往的具備電動機的控制裝置的空調機中，公知有從高效率化的觀點出發使用具備永久磁鐵的永久磁鐵同步馬達的空調機。當驅動永久磁鐵同步馬達時，在馬達產生與驅動頻率成比例的感應電壓，因此，馬達施加電壓與驅動頻率成比例地增加。當驅動頻率超過預定頻率時，馬達施加電壓由與變換控制電路連接的直流電壓限制。因此，為了進一步高速驅動馬達，通常應用削弱磁場控制方式等。在削弱磁場控制下，進行如下控制使無效電流流過，以使得即使在電壓飽和區域 中驅動頻率仍上升，因此，結果是有助于馬達的產生轉矩的電流減少。因此，在電壓飽和區域，最大輸出轉矩與頻率一起減少。在這樣使用削弱磁場控制的空調機中，例如為了提高供暖時的啟動能力，需要確保高速且高負載的輸出。為此，公知有將空調機中使用的電動機的施加電壓處于飽和區域的頻率偏移到高速側的方法。或者，在控制馬達的變換電路中使用額定電流大的半導體功率元件，確保高速且高負載的輸出。另一方面，若增大內置于馬達的磁鐵的磁通密度、或者卷入定子繞組而提高電感特性的話，則能夠實現重視低速的高效率馬達，但相對地永久磁鐵的退磁電流減少。對于這種馬達，若在驅動時從過度的負載變動或瞬時的停電中恢復時永久磁鐵同步馬達中流過過大的電流的話，會產生如下現象由于該過大的電流而導致變換控制電路的過電流破壞，或由于過大電流產生的磁場而導致馬達中內置的永久磁鐵退磁。為了避免該現象，使用過電流檢測電路而具備防止過電流的保護功能即可。例如在專利文獻I中，除了過電流檢測電路外，求出與運轉電流的失真相關聯的值，當該值為設定值以下的情況下切斷對電動機的輸出。專利文獻I日本特開2008-148366號公報如上所述，在以往的空調機中，將飽和區域的頻率偏移至高速側來使用馬達，因此，在空調機的通常運轉(低速)區域中，電壓利用率降低，效率降低。圖I中示出使用這種變換控制裝置驅動永久磁鐵同步馬達的示例的綜合效率。圖I中，橫軸為頻率，縱軸為綜合效率。圖I中，在低速區域，相對于整體輸出，半導體功率元件的開關損失以及流通路徑的電阻成分引起的銅損、鐵損的損失的比例增加，效率降低。此外，若僅以將永久磁鐵同步馬達的飽和區域的頻率偏移到低速側的方式卷入馬達繞組，則馬達中內置的永久磁鐵的退磁電流降低。因此，在從過度的負載變動或瞬停中恢復的情況下，馬達繞組中流過過大的電流，因該過大電流產生的磁場，會引起永久磁鐵的退磁。

發明內容
本發明就是鑒于上述現有技術的不良情況而完成的，其目的在于，在具備變換驅動裝置的冷凍裝置中，確保高速且高負載的輸出，并且實現低速時的高效率化。為了解決上述課題，在本發明的空調機中，重視永久磁鐵同步馬達中的通常運轉(低速)區域的效率，將電壓飽和區域的頻率偏移到低速側，提高低速時的電壓利用率。另外，其特征在于，相對于重視低速的永久磁鐵同步馬達，通過組合提高變換器的施加電壓的控制，從而確保高速且高負載的輸出。另外，其特征在于，在上述過電流檢測電路中，通過保護功能直接立即使變換電路停止，并且，對輸出驅動變換電路的控制信號的運算器也通知過電流狀態，立即使控制信號 停止。即，一種變換裝置，該變換裝置中附設有與直流電源連接的永久磁鐵同步馬達，該變換裝置具有驅動上述永久磁鐵同步馬達的變換電路；檢測上述永久磁鐵同步馬達的電流或直流電流的電流檢測單元；以及使用該電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制上述永久磁鐵同步馬達的控制單元，其特征在于，該變換裝置中設有過電流檢測電路，該過電流檢測電路對上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測；以及保護單元，當該過電流檢測電路檢測到電流檢測值成為上述設定值以上的情況下，該保護單元使上述變換電路停止。進而，在該特征中，優選上述永久磁鐵同步馬達卷入有繞組，以使得電感比預定值大，期望在上述電流檢測單元檢測到的馬達電流或直流電流成為上述設定值以上的情況下，上述過電流檢測電路不經由上述控制裝置的微型計算機或DSP (數字信號處理器)等運算器而輸出過電流檢測信號。并且，在上述特征中，上述控制裝置在被輸入上述過電流檢測電路輸出的過電流檢測信號時使上述變換電路停止即可，上述設定值是設定于上述變換電路的允許值和上述永久磁鐵馬達開始退磁的電流值中的較低一方的電流值即可。另外，一種空調機，該空調機具有室內機和室外機，上述室外機具有室外熱交換器和壓縮機，上述室內機具有室內熱交換器和膨脹單元，與直流電源連接的永久磁鐵同步馬達驅動上述壓縮機，該空調機具有變換裝置，該變換裝置具有驅動上述永久磁鐵同步馬達的變換電路；檢測上述永久磁鐵同步馬達的電流或上述直流電流的電流檢測單元；以及使用上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制上述永久磁鐵同步馬達的控制單元，該變換裝置中設有過電流檢測電路，該過電流檢測電路對上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測，當該過電流檢測電路檢測到過電流的情況下，將過電流檢測信號輸入至上述變換電路，使上述變換電路停止。根據本發明，在具備變換驅動裝置的冷凍裝置中，確保高速且高負載的輸出，并且能夠實現低速時的高效率化。


圖I是說明永久磁鐵同步馬達的綜合效率與頻率的關系的圖。圖2是本發明的冷凍裝置的一個實施方式的框圖。圖3是圖2所示的冷凍裝置所具備的馬達的控制裝置的框圖。
符號說明I冷凍裝置2壓縮機3、4熱交換器5室內膨脹閥6儲氣筒7、8風扇馬達9永久磁鐵同步馬達 10馬達驅動裝置11永久磁鐵同步馬達12直流電源13變換器14直流電壓檢測器15母線電流檢測器16控制器(控制單元)17過電流檢測器18分流電阻
具體實施例方式下面，根據圖2 圖3說明本發明的具體實施例。圖2是本發明的冷凍裝置的第一實施方式的框圖。冷凍裝置I通過依次連接壓縮機2、室內熱交換器3、室內膨脹閥5、室外熱交換器
4、儲氣筒6而構成，制冷劑在冷凍裝置I的內部循環而形成冷凍循環。在該冷凍裝置I中，在對室內進行制冷的情況下，利用室外熱交換器3對由壓縮機2壓縮的制冷劑進行冷凝而使其液化，然后利用室內膨脹閥5對其進行減壓。然后，利用室內熱交換器4使制冷劑蒸發，并使蒸發后的制冷劑返回到壓縮機2。室內送風機7為了促進室內的熱交換，室外送風機8為了促進室外的熱交換，室內送風機7和室外送風機8分別設于冷凍裝置I中。另外，在壓縮機2的內部配置有永久磁鐵同步馬達9。在該永久磁鐵同步馬達9連接有馬達驅動裝置10。壓縮機2由永久磁鐵同步馬達9驅動。永久磁鐵同步馬達9由馬達驅動裝置10控制，與冷凍循環所需的能力相關聯地使壓縮機2的運轉頻率變化。圖3示出本發明的第一實施方式的馬達驅動裝置10的框圖。該馬達驅動裝置10具備永久磁鐵同步馬達11、直流電源12、將直流變換成交流的變換器13、直流電壓檢測器
14、設于變換器13的直流側的母線電流檢測器15、控制器16、過電流檢測電路17以及分流電阻18。直流電源12是將外部的交流電源變換為直流的換流器(整流器)或電池，向變換器13的直流側供給電力。控制器16使用微型計算機或DSP (數字信號處理器)等半導體運算元件對直流電壓檢測器14和母線電流檢測器15的檢測信號進行處理，輸出構成變換器13的半導體功率元件的接通/斷開控制信號。變換器13通過來自控制器16的控制信號將直流變換為交流，以可變速的方式驅動永久磁鐵同步馬達11的運轉頻率。過電流檢測電路17在檢測到的母線電流成為設定值以上的情況下，將過電流檢測信號輸出至變換器13，不管來自控制器16的接通/斷開控制信號如何，都強制地使半導體功率元件停止。由此，不會受到控制器16的運算或輸入輸出的延遲的影響，瞬間使變換器13停止。由于母線電流而在分流電阻18的兩端產生電壓，該分流電阻18的兩端產生的電壓由母線電流檢測器15放大，然后控制器16檢測馬達電流。并且，過電流檢測電路17將分流電阻18的產生電壓與基準電壓進行比較，當超過預定值時作為過電流狀態，輸出過電流信號。過電流檢測電路17中使用比較器。根據本實施例，將過電流檢測水平設定為構成變換器13的半導體功率元件不發生破壞的水平、或者永久磁鐵同步馬達不發生退磁的水平中低的一方，即便在從過度的負載變動或瞬時的停電中恢復時變換電路和永久磁鐵同步馬達中流過過大的電流，也能實現安全且可靠性高的保護。并且，根據本實施例，卷入永久磁鐵同步馬達的繞組以增大電感，并使電壓飽和區 域偏移至低速側來進行變換驅動，因此，能夠在空調機的通常運轉區域(低速區域)進行高效率驅動。另外，由于卷入馬達的繞組，因此，即便馬達中內置的永久磁鐵的退磁水平降低，上述保護裝置也是在退磁電流以下而相對于過電流進行保護，因此，在退磁水平小的馬達中也能實現安全且可靠性高的保護。另外，在以往的具有永久磁鐵同步馬達的空調機中，通常運轉區域(低速)的半導體功率元件的開關損失、負過電流的流通路徑的銅損、鐵損等的損失的比例相對增加，低速時的綜合效率降低，無法進行高效的馬達驅動。為了降低該損失，即便僅卷入永久磁鐵同步馬達的定子繞組來提高電壓利用率，馬達中內置的永久磁鐵的退磁電流也降低，在通常運轉時從過度的負載變動或瞬時停電中恢復時，馬達繞組中流過過大的電流，由于該過大電流產生的磁場，會引起永久磁鐵的退磁。與此相對，根據本實施例的附設有永久磁鐵的變換裝置，具有驅動與直流電源連接的永久磁鐵同步馬達的變換電路；檢測馬達電流或直流電流的電流檢測單元；以及使用電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制永久磁鐵同步馬達的控制單元，并具有過電流檢測電路，該過電流檢測電路對電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測，由此能夠消除上述不良情況。即，過電流檢測電路具有保護單元，在電流檢測單元檢測到的馬達電流或直流電流成為設定值以上的情況下，該保護單元使變換電路停止，因此，形成針對退磁的保護。并且，為了增大電感，卷入繞組來提高低速時的電壓利用率，因此，具有永久磁鐵同步馬達的變換裝置的低速時的馬達電流發生降低，低速時的變換效率提高，電感增大。由此，對馬達電流進行脈沖寬度調制(PWM)時的脈動影響小，鐵損減少，馬達效率也提高。另外，本發明不限于空調機，也可以應用于冷藏庫或冷凍設備等其他冷凍裝置。
權利要求
1.一種變換裝置，該變換裝置中附設有與直流電源連接的永久磁鐵同步馬達，該變換裝置具有驅動上述永久磁鐵同步馬達的變換電路；檢測上述永久磁鐵同步馬達的電流或直流電流的電流檢測單元；以及使用該電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制上述永久磁鐵同步馬達的控制單元，其特征在于， 該變換裝置中設有過電流檢測電路，該過電流檢測電路對上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測；以及保護單元，當該過電流檢測電路檢測到電流檢測值成為上述設定值以上的情況下，該保護單元使上述變換電路停止。
2.根據權利要求I所述的變換裝置，其特征在 于， 上述永久磁鐵同步馬達卷入繞組，以使得電感比規定值大。
3.根據權利要求I所述的變換裝置，其特征在于， 在上述電流檢測單元檢測到的馬達電流或直流電流成為上述設定值以上的情況下，上述過電流檢測電路不經由上述控制裝置的運算器而輸出過電流檢測信號。
4.根據權利要求I所述的變換裝置，其特征在于， 上述過電流檢測電路在檢測到過電流時，將過電流檢測信號輸入至上述變換電路，來使該變換電路停止。
5.根據權利要求I 4中的任一項所述的變換裝置，其特征在于， 上述設定值是設定于上述變換電路的允許值和上述永久磁鐵馬達開始退磁的電流值中的較低一方的電流值。
6.一種空調機，其特征在于，該空調機具有室內機和室外機，上述室外機具有室外熱交換器和壓縮機，上述室內機具有室內熱交換器和膨脹單元，與直流電源連接的永久磁鐵同步馬達驅動上述壓縮機， 該空調機具有變換裝置，該變換裝置具有驅動上述永久磁鐵同步馬達的變換電路；檢測上述永久磁鐵同步馬達的電流或上述直流電流的電流檢測單元；以及使用上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制上述永久磁鐵同步馬達的控制單元，該變換裝置中設有過電流檢測電路，該過電流檢測電路對上述電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測，當該過電流檢測電路檢測到過電流的情況下，將過電流檢測信號輸入至上述變換電路，使上述變換電路停止。
全文摘要
在具備變換驅動裝置的冷凍裝置中，確保高速且高負載的輸出，并實現低速時的高效率化。在變換裝置中附設有永久磁鐵同步馬達(11)。進而，變換裝置具有驅動與直流電源(12)連接的永久磁鐵同步馬達的變換電路(13)；檢測馬達電流或直流電流的電流檢測單元(14)；以及使用電流檢測單元檢測到的電流檢測值控制永久磁鐵同步馬達的控制單元。另外，變換裝置中設有過電流檢測電路(17)，該過電流檢測電路(17)對電流檢測單元檢測到的電流檢測值成為設定值以上的情況進行檢測；以及保護單元，當過電流檢測電路檢測到過電流的情況下，該保護單元使變換電路停止。
文檔編號F24F11/00GK102739135SQ20121000576
公開日2012年10月17日 申請日期2012年1月10日 優先權日2011年3月30日
發明者三浦健太郎, 三浦真, 大田將志, 大石孝, 安藤達夫, 山本裕二, 木下健, 深澤芳行, 笠原勵 申請人:日立空調·家用電器株式會社