JP5899824B2

JP5899824B2 - Preheating device

Info

Publication number: JP5899824B2
Application number: JP2011243074A
Authority: JP
Inventors: 川嶋　玲二; 玲二川嶋; 薫隅田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-11-07
Also published as: JP2013099220A

Description

本発明は、モータを予熱する予熱装置に関するものである。 The present invention relates to a preheating device for preheating a motor.

冷媒を圧縮する電動圧縮機では、冷媒とともに潤滑油（冷凍機油）を循環させて、モータの軸受などの摺動部分の摩擦を軽減させている。しかしながら、冷媒は低温時には冷凍機油に溶けやすいという性質があるので、低温時にモータの駆動を開始すると、冷凍機油の濃度が低下した状態でモータが回転することになる。これでは、摺動部分の摩擦が大きくなり、好ましくない。これに対しては、モータの周囲にヒータを設けたり、モータが回転しない条件でインバータ回路からモータに電流を流したりして予熱運転を行うようにした例がある（例えば、特許文献１，２を参照）。また、冷媒が寝込んだ状態（後述）で予熱を行う場合に、漏れ電流の対策を行う目的で、通常運転時のキャリア周波数よりも低いキャリア周波数で、インバータ回路からモータに電流を供給して予熱を行うものがある（例えば特許文献３，４を参照）。 In an electric compressor that compresses a refrigerant, lubricating oil (refrigeration oil) is circulated together with the refrigerant to reduce friction of sliding portions such as motor bearings. However, since the refrigerant has a property that it is easily dissolved in the refrigerating machine oil at a low temperature, when the motor is started at a low temperature, the motor rotates with the concentration of the refrigerating machine oil lowered. This is not preferable because the friction of the sliding portion increases. In response to this, there is an example in which a preheating operation is performed by providing a heater around the motor or by passing a current from the inverter circuit to the motor under the condition that the motor does not rotate (for example, Patent Documents 1 and 2). See). In addition, when preheating is performed with the refrigerant stagnation (described later), preheating is performed by supplying current from the inverter circuit to the motor at a carrier frequency lower than the carrier frequency during normal operation in order to prevent leakage current. (For example, refer to Patent Documents 3 and 4).

特開２００１-２８６１８３号公報JP 2001-286183 A 特開２００２-１０６９０９号公報JP 2002-106909 A 国際公開ＷＯ２００７／０５２４９３International Publication WO2007 / 052493 特許第４１２４２０５号公報Japanese Patent No. 4124205

しかしながら、モータの巻線の抵抗は一般的には数Ω以下であるので、従来の予熱運転では低電圧・大電流での予熱動作となり、その条件ではインバータ回路の変換効率が低く、該インバータ回路において不要なデバイス損失が多く発生する。 However, since the resistance of the motor winding is generally several Ω or less, the conventional preheating operation is a preheating operation at a low voltage and a large current, and under that condition, the conversion efficiency of the inverter circuit is low. Many unnecessary device losses occur.

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、モータを効率的に予熱できるようにすることを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described problems, and has an object to efficiently preheat a motor.

前記の課題を解決するため、第１の発明は、
モータ（7）を予熱する予熱装置であって、
キャリア信号に同期して直流をスイッチングし、前記モータ（7）を駆動する所定周波数及び所定電圧の交流に変換するインバータ回路（4）と、
前記モータ（7）の予熱を行う制御部（5）と
を備え、
前記モータ（7）は、冷媒を圧縮する電動圧縮機（8）を駆動するモータであり、
前記制御部（5）は、前記キャリア信号の周波数（fc）が前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも低い期間（A）を設けて前記インバータ回路（4）から前記モータ（7）に交流を供給させた後に前記キャリア信号の周波数（fc）を前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも高い周波数（fc3）にして前記インバータ回路（4）から前記モータ（7）に交流を供給させ、前記モータ（7）の予熱を行う制御と、前記キャリア信号の周波数（fc）が前記駆動時の周波数（fc1）よりも低い期間（A）を設けずに前記キャリア信号の周波数（fc）を前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも高い周波数（fc3）にして予熱を行う制御とが可能であり、前記電動圧縮機（8）の冷凍機油の温度、又は外気温に応じてこれらの制御を選択することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the first invention
A preheating device for preheating the motor (7),
An inverter circuit (4) for switching direct current in synchronization with a carrier signal and converting the alternating current to a predetermined frequency and a predetermined voltage for driving the motor (7) ;
With control unit for preheating before SL motor (7) and (5),
The motor (7) is a motor that drives an electric compressor (8) that compresses refrigerant,
The control unit (5) provides a period (A) in which the frequency (fc) of the carrier signal is lower than the frequency (fc1) at the time of driving the motor (7), and the motor ( After the alternating current is supplied to 7), the frequency (fc) of the carrier signal is set to a frequency (fc3) higher than the frequency (fc1) at the time of driving the motor (7) from the inverter circuit (4) to the motor ( 7) Supplying alternating current and preheating the motor (7), and the carrier signal without providing a period (A) in which the frequency (fc) of the carrier signal is lower than the frequency (fc1) during driving. The signal frequency (fc) can be controlled to be preheated with a frequency (fc3) higher than the frequency (fc1) when the motor (7) is driven, and the refrigerating machine oil of the electric compressor (8) can be controlled. and characterized by selecting these control temperature, or depending on the outside temperature That.

この構成では、インバータ回路（4）の出力電流の周波数が、モータ（7）の駆動時よりも高くなる。例えば銅線では、表皮深さは、電流の周波数が高くなるほど小さくなる。そのため、銅線のコイルでは、電流の周波数が高いほど電気抵抗が大きくなる。したがって、モータ（7）のコイルで予熱を行う場合、一定の予熱電力を得るための電流値は、電流の周波数が高いほど小さくなる傾向がある。つまり、モータ（7）に流す電流の周波数が高いほど電流値は小さくなる。一般的に、インバータ回路（4）では、電流が小さくなるにつれてスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）の損失が小さくなるので、本発明では、モータ電流の周波数が高くなると電流が低減して、インバータ回路（4）の損失は低減することになる。 In this configuration, the frequency of the output current of the inverter circuit (4) is higher than when the motor (7) is driven. For example, in a copper wire, the skin depth decreases as the current frequency increases. Therefore, in a copper wire coil, the electrical resistance increases as the current frequency increases. Therefore, when preheating is performed with the coil of the motor (7), the current value for obtaining a constant preheating power tends to be smaller as the current frequency is higher. That is, the current value decreases as the frequency of the current passed through the motor (7) increases. In general, in the inverter circuit (4), the loss of the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) decreases as the current decreases. Therefore, in the present invention, the current increases as the motor current frequency increases. As a result, the loss of the inverter circuit (4) is reduced.

また、この構成では、キャリア周波数（fc）を低下させて所定の期間予熱を行うので、電動圧縮機（8）において冷媒が寝込んでいても漏れ電流を防止できる。そして、その後は前記発明と同様に、インバータ回路（4）の損失が小さな状態で予熱運転が行われる。 Further, in this configuration, since it lowers the carrier frequency (fc) performing a predetermined period preheating, the electric compressor leakage current even stagnated refrigerant in (8) can be prevented. Thereafter, the preheating operation is performed in a state where the loss of the inverter circuit (4) is small as in the above-described invention.

また、第２の発明は、
第１の発明の予熱装置において、
前記インバータ回路（4）は、ワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）によって前記変換を行うことを特徴とする。 In addition, the second invention,
In the preheating device of the first invention ,
The inverter circuit (4) is characterized in that the conversion is performed by switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) whose main material is a wide band gap semiconductor.

この構成では、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）がワイドバンドギャップ半導体を主材料とした半導体で構成されているので、スイッチングを高周波化した場合の各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）におけるスイッチング損失の増加を低く抑えられ、高周波化による予熱電力の低減効果がより大きくなる。 In this configuration, each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is composed of a semiconductor whose main material is a wide band gap semiconductor, so each switching element (Su , Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), the increase in switching loss can be kept low, and the effect of reducing the preheating power by increasing the frequency becomes larger.

第１の発明によれば、インバータ回路（4）の損失が低減するので、モータ（7）を効率的に予熱することが可能になる。 According to the first invention, since the loss of the inverter circuit (4) is reduced, the motor (7) can be efficiently preheated.

また、第１の発明によれば、電動圧縮機（8）において、漏れ電流を防止と、モータ（7）（電動圧縮機（8））の予熱の効率化を両立させることが可能になる。 Further, according to the first invention, in the electric compressor (8), it is possible to prevent leakage current and improve the efficiency of preheating of the motor (7) (electric compressor (8)).

また、第２の発明によれば、より効果的にモータ（7）を予熱することが可能になる。 Moreover, according to 2nd invention, it becomes possible to pre-heat a motor (7) more effectively.

図１は、関連技術１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to Related Technology 1 . 図２は、関連技術１におけるキャリア周波数の制御を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the control of the carrier frequency in the related technique 1 . 図３は、従来の予熱装置におけるキャリア周波数の制御を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the control of the carrier frequency in the conventional preheating device. 図４は、（ａ）は従来の予熱装置におけるインバータ回路の出力波形を例示する図であり、（ｂ）は関連技術１のインバータ回路の出力波形を例示する図である。4A is a diagram illustrating the output waveform of the inverter circuit in the conventional preheating device, and FIG. 4B is a diagram illustrating the output waveform of the inverter circuit of Related Art 1. FIG. 図５は、銅線の表皮深さと電流の周波数の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the skin depth of the copper wire and the frequency of the current. 図６は、一定の予熱電力を得る際の電流値と電流の周波数との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a current value and a current frequency when obtaining a constant preheating power. 図７は、関連技術１における、電流の周波数とインバータ回路の損失の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between current frequency and inverter circuit loss in the related technique 1 . 図８は、関連技術１の予熱装置における消費電力を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the power consumption in the preheating device of Related Art 1 . 図９は、関連技術２におけるキャリア周波数の制御を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining carrier frequency control in the related technique 2 . 図１０は、関連技術２における、インバータ回路の損失と電流の周波数の関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the loss of the inverter circuit and the current frequency in the related technique 2 . 図１１は、関連技術２の予熱装置における消費電力を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating power consumption in the preheating device of the related technique 2 . 図１２は、通常運転終了後にキャリア周波数低下期間を設けない場合のキャリア周波数の制御を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating control of the carrier frequency when no carrier frequency reduction period is provided after the end of normal operation.

以下、本発明の予熱装置の実施形態として、該予熱装置を備えた電力変換装置の例を説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, as an embodiment of the preheating device of the present invention, an example of a power conversion device including the preheating device will be described. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

《発明の関連技術１》
〈全体構成〉
図１は、本発明の関連技術１に係る電力変換装置（1）の構成を示すブロック図である。同図に示すように電力変換装置（1）は、コンバータ回路（2）、直流リンク部（3）、インバータ回路（4）、及び制御部（5）を備え、三相交流電源（6）から供給された交流を所定の周波数の交流に変換して、電動圧縮機（8）のモータ（7）に供給するようになっている。なお、本関連技術のモータ（7）には、いわゆるＩＰＭモータ（Interior Permanent MagnetMotor）など、コイルを有した種々のモータを採用できる。電動圧縮機（8）は、例えば空気調和機の冷媒回路（図示は省略）に設けられ、冷媒を圧縮する。 < Related Art 1 of Invention>
<overall structure>
FIG. 1: is a block diagram which shows the structure of the power converter device (1) which concerns on the related technique 1 of this invention. As shown in the figure, the power conversion device (1) includes a converter circuit (2), a DC link unit (3), an inverter circuit (4), and a control unit (5). From the three-phase AC power source (6) The supplied alternating current is converted into alternating current with a predetermined frequency and supplied to the motor (7) of the electric compressor (8). Various motors having coils, such as a so-called IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor), can be adopted as the motor (7) of the related technology . The electric compressor (8) is provided, for example, in a refrigerant circuit (not shown) of the air conditioner, and compresses the refrigerant.

〈コンバータ回路（2）〉
コンバータ回路（2）は、三相交流電源（6）に接続され、三相交流電源（6）が出力した三相交流を全波整流する。この例では、コンバータ回路（2）は、複数（本関連技術では６つ）のダイオード（D1〜D6）がブリッジ状に結線されたダイオードブリッジ回路である。 <Converter circuit (2)>
The converter circuit (2) is connected to the three-phase AC power source (6), and full-wave rectifies the three-phase AC output from the three-phase AC power source (6). In this example, the converter circuit (2) is a diode bridge circuit in which a plurality of (six in the related technology ) diodes (D1 to D6) are connected in a bridge shape.

〈直流リンク部（3）〉
直流リンク部（3）は、コンデンサ（3a）を備えている。コンデンサ（3a）は、コンバータ回路（2）の出力ノードにリアクトル（L1）を介して並列接続されている。このコンデンサ（3a）は、インバータ回路（4）の入力ノード間に接続され、該コンデンサ（3a）の両端に生じた直流電圧（直流リンク電圧（Ed））が、インバータ回路（4）に入力されている。コンデンサ（3a）は、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサによって構成する。 <DC link (3)>
The DC link part (3) includes a capacitor (3a). The capacitor (3a) is connected in parallel to the output node of the converter circuit (2) via the reactor (L1). This capacitor (3a) is connected between the input nodes of the inverter circuit (4), and the DC voltage (DC link voltage (Ed)) generated across the capacitor (3a) is input to the inverter circuit (4). ing. The capacitor (3a) is constituted by, for example, an electrolytic capacitor or a film capacitor.

〈インバータ回路（4）〉
インバータ回路（4）は、直流リンク部（3）の出力をスイッチングして三相交流に変換し、モータ（7）に供給するようになっている。インバータ回路（4）は、複数のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）がブリッジ結線されて構成されている。この例では、それぞれのスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）は、シリコン(Ｓｉ)を主材料としたＦＥＴ（Field effect transistor）である。 <Inverter circuit (4)>
The inverter circuit (4) switches the output of the DC link part (3) to convert it into a three-phase AC and supplies it to the motor (7). The inverter circuit (4) is configured by a plurality of switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) being bridge-connected. In this example, each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is a field effect transistor (FET) whose main material is silicon (Si).

このインバータ回路（4）は、三相交流をモータ（7）に出力するので、６個のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）を備えている。詳しくは、インバータ回路（4）は、２つのスイッチング素子を互いに直列接続した３つのスイッチングレグを備えている。各スイッチングレグにおいて上アームのスイッチング素子（Su,Sv,Sw）と下アームのスイッチング素子（Sx,Sy,Sz）との中点は、それぞれモータ（7）の各相のコイル（図示は省略）に接続されている。 Since this inverter circuit (4) outputs three-phase alternating current to the motor (7), it has six switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Specifically, the inverter circuit (4) includes three switching legs in which two switching elements are connected to each other in series. In each switching leg, the midpoint of the upper arm switching elements (Su, Sv, Sw) and the lower arm switching elements (Sx, Sy, Sz) is the coil of each phase of the motor (7) (not shown) It is connected to the.

また、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）には、還流ダイオード（DD）が逆並列に接続されている。インバータ回路（4）は、これらのスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）のオンオフ動作によって、直流リンク部（3）から入力された直流をスイッチングして三相交流電圧に変換する。なお、このオンオフ動作の制御は、制御部（5）が行う。 Each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is connected in reverse parallel with a free-wheeling diode (DD). The inverter circuit (4) switches the direct current input from the direct current link (3) and converts it into a three-phase alternating current voltage by turning on and off these switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). To do. The control unit (5) controls the on / off operation.

〈制御部（5）〉
制御部（5）は、マイクロコンピュータとそれを動作させるプログラムを含み、キャリア信号に同期して、ＰＷＭ制御方式により前記スイッチングを制御している。そして、制御部（5）は、電動圧縮機（8）の予熱運転の制御も行うようになっている。制御部（5）及びインバータ回路（4）によって、予熱装置（10）を構成している。予熱装置（10）による予熱運転は、例えば外気温が所定値以下になった場合に実施される。 <Control part (5)>
The control unit (5) includes a microcomputer and a program for operating the microcomputer, and controls the switching by a PWM control method in synchronization with the carrier signal. And a control part (5) controls the preheating operation of an electric compressor (8). The controller (5) and the inverter circuit (4) constitute a preheating device (10). The preheating operation by the preheating device (10) is performed, for example, when the outside air temperature becomes a predetermined value or less.

予熱運転では、制御部（5）は、インバータ回路（4）からモータ（7）のコイル（銅線）に、該モータ（7）が回転しない大きさの電流を流し、該コイルの発熱によってモータ（7）を加熱、すなわち電動圧縮機（8）を加熱する。より詳しくは、制御部（5）は、予熱運転時には、キャリア信号の周波数（キャリア周波数（fc））を、モータ（7）の駆動時(以下では説明の便宜上、通常運転時とよぶ)のキャリア周波数（fc1）よりも高いキャリア周波数（fc3）に制御する。この例では、通常運転時のキャリア周波数（fc1）は、５ｋＨｚであり、予熱運転時のキャリア周波数（fc3）は１００ｋＨｚである。 In the preheating operation, the control unit (5) causes a current that does not rotate the motor (7) to flow from the inverter circuit (4) to the coil (copper wire) of the motor (7). Heat (7), that is, heat the electric compressor (8). More specifically, the control unit (5) sets the carrier signal frequency (carrier frequency (fc)) during the preheating operation to the carrier when the motor (7) is driven (hereinafter referred to as normal operation for convenience of explanation). The carrier frequency (fc3) is controlled to be higher than the frequency (fc1). In this example, the carrier frequency (fc1) during normal operation is 5 kHz, and the carrier frequency (fc3) during preheating operation is 100 kHz.

〈予熱運転〉
電動圧縮機（8）が用いられた空気調和機（図示は省略)では、設置されて初めて電源が投入された場合や、通常運転の終了時に外気温が低い場合などに、予熱運転が行われる。図２は、関連技術１におけるキャリア周波数（fc）の制御を説明する図である。また、図３は、従来の予熱装置におけるキャリア周波数の制御を説明する図である。この従来の予熱装置では、予熱運転時にキャリア周波数（fc）を通常運転時よりも低いキャリア周波数（fc0）、もしくは同じキャリア周波数に制御している。 <Preheating operation>
In an air conditioner (not shown) using an electric compressor (8), preheating operation is performed when the power is turned on for the first time after installation or when the outside air temperature is low at the end of normal operation. . FIG. 2 is a diagram for explaining the control of the carrier frequency (fc) in the related technique 1 . Moreover, FIG. 3 is a figure explaining control of the carrier frequency in the conventional preheating apparatus. In this conventional preheating device, the carrier frequency (fc) is controlled to a lower carrier frequency (fc0) than that during normal operation, or the same carrier frequency during preheating operation.

空気調和機では、例えば、初めて電力が供給された際に予熱運転が実施される。この予熱運転では、制御部（5）は、図２に示すように、キャリア周波数（fc）を通常運転時のキャリア周波数（fc1）よりも高いキャリア周波数（fc3）にして、インバータ回路（4）からモータ（7）に交流を供給させる。 In the air conditioner, for example, a preheating operation is performed when power is supplied for the first time. In this preheating operation, as shown in FIG. 2, the control unit (5) sets the carrier frequency (fc) to a carrier frequency (fc3) higher than the carrier frequency (fc1) during normal operation, and the inverter circuit (4). Supply AC to the motor (7).

図４は、（ａ）は従来の予熱装置におけるインバータ回路の出力波形を例示する図であり、（ｂ）は関連技術１のインバータ回路（4）の出力波形を例示する図である。図４の（ａ）では、上段から、スイッチング素子（Su）のオンオフ状態、スイッチング素子（Sy）のオンオフ状態、Ｕ相とＶ相の線間電圧（Vuv）、Ｕ相の電流（Iu）をそれぞれ示している。また、図４の（ｂ）では、上段から、Ｕ相とＶ相の線間電圧（Vuv）、Ｕ相の電流（Iu）をそれぞれ示している。図４に示すように、本関連技術の予熱装置（10）の方が電流の周波数が高くなっている。 4A is a diagram illustrating an output waveform of an inverter circuit in a conventional preheating device, and FIG. 4B is a diagram illustrating an output waveform of the inverter circuit (4) of Related Art 1. FIG. In (a) of FIG. 4, from the upper stage, the on / off state of the switching element (Su), the on / off state of the switching element (Sy), the line voltage (Vuv) between the U phase and the V phase, and the current (Iu) of the U phase are shown. Each is shown. In FIG. 4B, the U-phase and V-phase line voltage (Vuv) and the U-phase current (Iu) are respectively shown from the top. As shown in FIG. 4, the frequency of the current is higher in the preheating device (10) of the related technology .

予熱装置（10）によってモータ（7）のコイルに電力が供給されると、該コイルが発熱する。電動圧縮機（8）では、運転が一度も行われていない場合（例えば設置直後）や、低温状態で停止していた場合などには、冷凍機油に冷媒が溶け込んだ状態になる。このときは、モータ（7）等の摺動部における冷凍機油の濃度が低下しているので、これらの摺動部の潤滑を十分に行えない可能性がある。ここで、予熱運転によってモータ（7）のコイルが発熱すると、冷凍機油の温度が上昇して冷媒の溶解度が低下する。そうすると、冷凍機油の濃度が実質的に上昇する。これにより、前記摺動部における冷凍機油の濃度が上昇し、十分な潤滑が可能な状態になる。なお、予熱時間（t3）は、冷凍機油の濃度が十分に上昇するのに必要な時間を予め実験などで求めておいて、制御部（5）に設定しておくとよい。制御部（5）では、例えばタイマーを用いて、設定された時間の予熱が行われるようにインバータ回路（4）を制御する。 When electric power is supplied to the coil of the motor (7) by the preheating device (10), the coil generates heat. In the electric compressor (8), when the operation has never been performed (for example, immediately after installation) or when the operation is stopped at a low temperature, the refrigerant is in a state where the refrigerant is dissolved in the refrigerating machine oil. At this time, since the concentration of the refrigerating machine oil in the sliding portion such as the motor (7) is lowered, there is a possibility that the sliding portion cannot be sufficiently lubricated. Here, when the coil of the motor (7) generates heat by the preheating operation, the temperature of the refrigerating machine oil increases and the solubility of the refrigerant decreases. If it does so, the density | concentration of refrigerating machine oil will raise substantially. Thereby, the density | concentration of the refrigerator oil in the said sliding part rises, and it will be in the state which can fully lubricate. Note that the preheating time (t3) may be set in the control unit (5) by previously obtaining the time required for the concentration of the refrigerating machine oil to sufficiently increase through experiments or the like. The control unit (5) controls the inverter circuit (4) using a timer, for example, so as to perform preheating for a set time.

制御部（5）は、リモートコントローラーなどを介してユーザーから空気調和機の運転開始が指示されると、十分な予熱が行われていた場合には、通常運転状態にインバータ回路（4）等を制御する。制御部（5）は、通常運転状態では、キャリア周波数（fc）をｆｃ１に制御する。 When the control unit (5) is instructed to start the air conditioner by a user via a remote controller or the like, the inverter circuit (4) and the like are put into a normal operation state when sufficient preheating is performed. Control. The control unit (5) controls the carrier frequency (fc) to fc1 in the normal operation state.

−予熱電力−
図５は、銅線の表皮深さ（表面に電流が集中する表皮効果を生ずる深さ）と電流の周波数の関係を示す図である。図５に示すように、銅線の表皮深さ（d）は、電流の周波数（f）が高くなるほど小さくなる。また、図６は、モータ（7）のコイルで一定の予熱電力を得る際の電流値（I）と電流の周波数（f）との関係を示す図である。銅線では、電流の周波数が高いほど電気抵抗が大きくなるので、図６に示すように、一定の予熱電力を得るための電流値は、電流の周波数が高いほど小さくなる。したがって、モータ（7）のコイルでも、電流の周波数が高いほど電流値は小さくなる。 -Preheating power-
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the skin depth of a copper wire (the depth at which the skin effect that current concentrates on the surface) and the frequency of the current. As shown in FIG. 5, the skin depth (d) of the copper wire decreases as the current frequency (f) increases. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the current value (I) and the current frequency (f) when a constant preheating power is obtained by the coil of the motor (7). In copper wires, the higher the current frequency, the greater the electrical resistance. Therefore, as shown in FIG. 6, the current value for obtaining a constant preheating power decreases as the current frequency increases. Accordingly, even in the coil of the motor (7), the current value decreases as the current frequency increases.

一般的にインバータ回路では、電流が小さくなるにつれてスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）の損失が小さくなる。そして、モータ（7）のコイルでは、表皮効果によって、モータ電流の周波数が高くなると電流が低減する。それゆえ、インバータ回路（4）では、モータ電流の周波数増加に伴って損失が低減することになる。図７は、関連技術１における、電流の周波数（f）とインバータ回路（4）の損失（loss）の関係を示す図である。図７に示すように、電流の周波数（f）がある程度以上高くなると、損失（loss）は低減し、この例では、１００ｋＨｚのときの損失は、５ｋＨｚのときの損失よりも４５％改善している。 Generally, in an inverter circuit, the loss of switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) decreases as the current decreases. In the coil of the motor (7), the current decreases as the frequency of the motor current increases due to the skin effect. Therefore, in the inverter circuit (4), the loss is reduced as the frequency of the motor current increases. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the current frequency (f) and the loss (loss) of the inverter circuit (4) in the related art 1 . As shown in FIG. 7, when the frequency (f) of the current becomes higher than a certain level, the loss is reduced. In this example, the loss at 100 kHz is improved by 45% from the loss at 5 kHz. Yes.

図８は、関連技術１の予熱装置（10）における消費電力を示す図である。図８では、実線が本関連技術の予熱装置（10）を用いた場合の消費電力（w3）を示し、破線が従来の予熱装置を用いた場合の消費電力（w0）を示している。なお、通常運転時は、運転状態によって消費電力が異なるため、図８では、通常運転中の消費電力の図示を省略してある。 FIG. 8 is a diagram showing power consumption in the preheating device (10) of the related technique 1 . In FIG. 8, the solid line shows the power consumption (w3) when the preheating device (10) of the related technology is used, and the broken line shows the power consumption (w0) when the conventional preheating device is used. Note that during normal operation, power consumption varies depending on the operating state, and therefore, power consumption during normal operation is not shown in FIG.

本関連技術では、前記のように、インバータ回路（4）の損失（loss）は、通常運転時のキャリア周波数（fc1）(この例では５ｋＨｚ)よりも高いキャリア周波数（fc3）（１００ｋＨｚ)とすることで低減する。そのため、予熱運転中の消費電力（w3）は、図８に示すように、本関連技術の予熱装置（10）の方が、通常運転時のキャリア周波数（fc1）よりも低いキャリア周波数、もしくは同じキャリア周波数で予熱運転を行う従来の予熱装置よりも小さくなる。 In this related technology , as described above, the loss (loss) of the inverter circuit (4) is a carrier frequency (fc3) (100 kHz) higher than the carrier frequency (fc1) during normal operation (5 kHz in this example). To reduce. Therefore, the power consumption (w3) during the preheating operation is lower than or equal to the carrier frequency (fc1) during the normal operation in the preheating device (10) of the related technology as shown in FIG. It becomes smaller than the conventional preheating apparatus which performs the preheating operation at the carrier frequency.

〈本関連技術における効果〉
以上のように、本関連技術によれば、キャリア周波数（fc）を通常運転時よりも高めることでインバータ回路（4）の損失が低減し、冷媒を圧縮する電動圧縮機（8）のモータ（7）を効率的に予熱することが可能になる。例えば、本関連技術の予熱装置（10）によって従来の予熱装置と同じ予熱量を発生させるとすれば、キャリア周波数（fc）の高周波化により予熱時の消費電力を低減することが可能になる。また、予熱時の消費電力を従来と同じにすれば、キャリア周波数（fc）の高周波化により、予熱量を増やして予熱時間を短縮することが可能になる。 <Effects of this related technology >
As described above, according to this related technology , the loss of the inverter circuit (4) is reduced by increasing the carrier frequency (fc) compared to that during normal operation, and the motor (8) of the electric compressor (8) compressing the refrigerant ( 7) It becomes possible to preheat efficiently. For example, if the preheating device (10) of the related technology generates the same amount of preheating as that of the conventional preheating device, the power consumption during preheating can be reduced by increasing the carrier frequency (fc). Further, if the power consumption during preheating is made the same as before, the preheating time can be shortened by increasing the preheating amount by increasing the carrier frequency (fc).

《発明の関連技術２》
関連技術２の予熱装置（10）は、予熱運転時におけるキャリア周波数（fc）の制御方法が関連技術１とは異なっている。図９は、関連技術２におけるキャリア周波数（fc）の制御を説明する図である。図９に示すように、本関連技術では、制御部（5）は、予熱運転時は、キャリア信号の周波数を通常運転時よりも高く制御する期間（B）の前に、キャリア周波数（fc）を、通常運転時のキャリア周波数（fc1）よりも低いキャリア周波数（fc2）にする期間(以下、キャリア周波数低下期間（A）と呼ぶ)を設けてインバータ回路（4）からモータ（7）に交流を供給させる。キャリア周波数（fc2）は、例えば、従来の予熱装置で採用されていたｆｃ０とすることが考えられる。 << Related art 2 of invention >>
The preheating device (10) of the related technique 2 is different from the related technique 1 in the control method of the carrier frequency (fc) during the preheating operation. FIG. 9 is a diagram for explaining the control of the carrier frequency (fc) in the related technique 2. As shown in FIG. 9, in this related technology , the control unit (5), during the preheating operation, before the period (B) during which the frequency of the carrier signal is controlled to be higher than that during the normal operation, the carrier frequency (fc) Is set to a carrier frequency (fc2) lower than the carrier frequency (fc1) during normal operation (hereinafter referred to as the carrier frequency lowering period (A)), and AC is transferred from the inverter circuit (4) to the motor (7). To supply. For example, the carrier frequency (fc2) may be fc0 employed in a conventional preheating device.

また、本関連技術では、インバータ回路（4）のスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）に、ワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子を採用している。具体的には、各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）は、ＳｉＣ（Silicon Carbide：炭化ケイ素）を主材料としたスイッチング素子である。なお、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）には、ＳｉＣの他に、例えばＧａＮ（Gallium Nitride：窒化ガリウム）等のワイドバンドギャップ半導体を採用してもよい。図１０は、関連技術２における、インバータ回路（4）の損失（loss）と電流の周波数（f）の関係を示す図である。図１０に示すように、スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）にワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子を採用したことにより、本関連技術のインバータ回路（4）では１００ｋＨｚのときの損失が、５ｋＨｚのときの損失よりも８１％改善している。すなわち、本関連技術のインバータ回路（4）は、関連技術１のインバータ回路（4）よりも高効率である。 In this related technology , a switching element mainly composed of a wide band gap semiconductor is employed as the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) of the inverter circuit (4). Specifically, each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is a switching element whose main material is SiC (Silicon Carbide). For the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), wide band gap semiconductors such as GaN (Gallium Nitride) may be employed in addition to SiC. FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the loss (loss) of the inverter circuit (4) and the current frequency (f) in the related technique 2. As shown in FIG. 10, the switching elements (Su, Sv, Sw, Sx , Sy, Sz) by which the wide band gap semiconductor adopting a switching element as a main material, the present related art inverter circuit (4) The loss at 100 kHz is 81% better than the loss at 5 kHz. That is, the inverter circuit of the present related technique (4) is more efficient than the inverter circuit of the related art 1 (4).

〈本関連技術における効果〉
図１１は、関連技術２の予熱装置（10）における消費電力を示す図である。図１１に示すように、キャリア周波数低下期間（A）の消費電力（w2）は、キャリア周波数（fc）の周波数が通常運転時よりも高い期間（B）の消費電力（w3）よりも大きくなっている。これは、キャリア周波数低下期間（A）は、インバータ回路（4）の損失が大きくなるからである。 <Effects of this related technology >
FIG. 11 is a diagram showing power consumption in the preheating device (10) of the related technique 2. As shown in FIG. 11, the power consumption (w2) during the carrier frequency reduction period (A) is greater than the power consumption (w3) during the period (B) when the frequency of the carrier frequency (fc) is higher than during normal operation. ing. This is because the loss of the inverter circuit (4) increases during the carrier frequency decrease period (A).

しかしながら、冷媒が寝込んだ状態（液状の冷媒と潤滑油（冷凍機油）とが分離した状態）では、電動圧縮機の構造によってはモータの端子等で絶縁性が低下し、その状態で高周波のスイッチングを行うと、漏れ電流の発生に繋がる可能性がある。電動圧縮機で漏れ電流が発生すると、ブレーカが作動して空気調和装置への通電が遮断されるという不具合が発生する。そこで、本関連技術では、予熱開始直後の冷媒が寝込んでいると考えられる期間は、キャリア周波数（fc）を低下させて、漏れ電流を防止しつつ予熱を行い、電動圧縮機（8）の温度がある程度以上になって絶縁性が向上してから、キャリア周波数（fc）を通常運転時よりも高めるように、制御部（5）によって制御する。本関連技術では各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）がワイドバンドギャップ半導体を主材料とした半導体で構成されているので、スイッチングを高周波化した場合の各スイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）におけるスイッチング損失の増加を低く抑えられ、高周波化による予熱電力の低減効果がより大きくなる。 However, in the state where the refrigerant is stagnation (the state where the liquid refrigerant and the lubricating oil (refrigeration oil) are separated), depending on the structure of the electric compressor, the insulation is reduced at the motor terminal, etc., and high-frequency switching is performed in that state. Doing so may lead to leakage current. When a leakage current is generated in the electric compressor, there is a problem that the breaker is activated and the energization to the air conditioner is interrupted. Therefore, in this related technology , during the period in which the refrigerant immediately stagnates immediately after the start of preheating, the carrier frequency (fc) is reduced to perform preheating while preventing leakage current, and the temperature of the electric compressor (8) Is controlled by the control unit (5) so that the carrier frequency (fc) is higher than that during normal operation after the insulation has improved to some extent. In this related technology , each switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) is composed of a semiconductor whose main material is a wide bandgap semiconductor. Therefore, each switching element (Su , Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), the increase in switching loss can be kept low, and the effect of reducing the preheating power by increasing the frequency becomes larger.

以上のように、本関連技術では、キャリア周波数低下期間（A）の消費電力は従来の予熱装置と同程度になるものの、予熱期間全体でみると消費電力の低減が可能になる。すなわち、本関連技術では、漏れ電流の防止と、モータ（7）（電動圧縮機（8））の予熱の効率化を両立させることが可能になる。 As described above, in the related technology , the power consumption during the carrier frequency reduction period (A) is approximately the same as that of the conventional preheating device, but the power consumption can be reduced in the entire preheating period. That is, in this related technology , it is possible to achieve both prevention of leakage current and efficiency of preheating of the motor (7) (electric compressor (8)).

《発明の実施形態》
本発明の実施形態では、通常運転終了後の予熱運転では、キャリア周波数低下期間（A）を設けずに、通常運転時よりも高いキャリア周波数（fc3）で予熱を行うようにしている。図１２は、通常運転終了後にキャリア周波数低下期間（A）を設けない場合のキャリア周波数（fc）の制御を示す図である。キャリア周波数低下期間（A）を設けるか否かは、例えば冷凍機油の温度や外気温などに応じて適宜選択すればよい。 << Embodiment of the Invention >>
In an embodiment of the present invention, the preheating operation after normal operation completion, without providing the carrier frequency reduction period (A), and to perform the preheating at a high carrier frequency (fc3) than during normal operation. FIG. 12 is a diagram illustrating control of the carrier frequency (fc) when the carrier frequency decrease period (A) is not provided after the normal operation is completed. Whether or not the carrier frequency reduction period (A) is provided may be appropriately selected according to, for example, the temperature of the refrigerating machine oil or the outside air temperature.

《その他の実施形態》
なお、必ずしも、通常運転終了後に予熱運転に移行する必要はない。例えば、冷凍機油の温度が所定値よりも低下した場合のみ予熱運転に移行するようにすることが考えられる。 << Other Embodiments >>
Note that it is not always necessary to shift to the preheating operation after the end of the normal operation. For example, it is conceivable to shift to the preheating operation only when the temperature of the refrigeration oil is lower than a predetermined value.

また、インバータ回路（4）の形式は例示である。 The format of the inverter circuit (4) is an example.

また、通常運転時や予熱運転時に採用したキャリア周波数（fc）の値も例示である。 Moreover, the value of the carrier frequency (fc) adopted at the time of normal operation or preheating operation is also an example.

本発明は、冷媒用の電動圧縮機のモータを予熱する予熱装置として有用である。 The present invention is useful as a preheating device for preheating a motor of an electric compressor for refrigerant.

４インバータ回路
５制御部
７モータ
８電動圧縮機
１０予熱装置
4 Inverter circuit 5 Control unit 7 Motor 8 Electric compressor 10 Preheating device

Claims

モータ（7）を予熱する予熱装置であって、
キャリア信号に同期して直流をスイッチングし、前記モータ（7）を駆動する所定周波数及び所定電圧の交流に変換するインバータ回路（4）と、
前記モータ（7）の予熱を行う制御部（5）と
を備え、
前記モータ（7）は、冷媒を圧縮する電動圧縮機（8）を駆動するモータであり、
前記制御部（5）は、前記キャリア信号の周波数（fc）が前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも低い期間（A）を設けて前記インバータ回路（4）から前記モータ（7）に交流を供給させた後に前記キャリア信号の周波数（fc）を前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも高い周波数（fc3）にして前記インバータ回路（4）から前記モータ（7）に交流を供給させ、前記モータ（7）の予熱を行う制御と、前記キャリア信号の周波数（fc）が前記駆動時の周波数（fc1）よりも低い期間（A）を設けずに前記キャリア信号の周波数（fc）を前記モータ（7）の駆動時の周波数（fc1）よりも高い周波数（fc3）にして予熱を行う制御とが可能であり、前記電動圧縮機（8）の冷凍機油の温度、又は外気温に応じてこれらの制御を選択することを特徴とする予熱装置。 A preheating device for preheating the motor (7),
An inverter circuit (4) for switching direct current in synchronization with a carrier signal and converting the alternating current to a predetermined frequency and a predetermined voltage for driving the motor (7) ;
With control unit for preheating before SL motor (7) and (5),
The motor (7) is a motor that drives an electric compressor (8) that compresses refrigerant,
The control unit (5) provides a period (A) in which the frequency (fc) of the carrier signal is lower than the frequency (fc1) at the time of driving the motor (7), and the motor ( After the alternating current is supplied to 7), the frequency (fc) of the carrier signal is set to a frequency (fc3) higher than the frequency (fc1) at the time of driving the motor (7) from the inverter circuit (4) to the motor ( 7) Supplying alternating current and preheating the motor (7), and the carrier signal without providing a period (A) in which the frequency (fc) of the carrier signal is lower than the frequency (fc1) during driving. The signal frequency (fc) can be controlled to be preheated with a frequency (fc3) higher than the frequency (fc1) when the motor (7) is driven, and the refrigerating machine oil of the electric compressor (8) can be controlled. and characterized by selecting these control temperature, or depending on the outside temperature That preheating device.

請求項１の予熱装置において、
前記インバータ回路（4）は、ワイドバンドギャップ半導体を主材料としたスイッチング素子（Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz）によって前記変換を行うことを特徴とする予熱装置。 The preheating device of claim 1 ,
The said inverter circuit (4) performs the said conversion by the switching element (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) which made the wide band gap semiconductor the main material, The preheating apparatus characterized by the above-mentioned.