特許 6182462 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6182462

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20170807BHJP

   H02M 7/5387 20070101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/12 S

   H02M7/12 B

   H02M7/5387 Z

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-1635(P2014-1635)

(22)【出願日】2014年1月8日

(65)【公開番号】特開2015-130759(P2015-130759A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2016年8月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 圭一

(72)【発明者】

【氏名】久保田 洋平

(72)【発明者】

【氏名】野田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】温品 治信

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−００６０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２９３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０６５６５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００ − １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リアクタ、このリアクタを介して交流電源に接続されるダイオード、このダイオードに並列接続されるスイッチング素子を有し、前記交流電源の電圧を昇圧および直流変換するコンバータと、
前記コンバータの出力端に接続された平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をヒートポンプ式冷凍サイクルの圧縮機モータに対する駆動電力として出力するインバータと、
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける四方弁の流路切換がない場合に前記コンバータを昇圧ありのモードで動作させ、前記四方弁の流路切換に際し前記コンバータを昇圧なしのモードで動作させる制御手段と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記コンバータは、前記交流電源の各相に対応する複数のスイッチング素子を有し、
前記制御手段は、
前記四方弁の流路切換がない場合、前記コンバータの各スイッチング素子のうち前記交流電源の複数の相に対応するスイッチング素子をＰＷＭ信号によりオン，オフするＰＷＭ整流モードで動作させ、
前記四方弁の流路切換に際し、前記コンバータの各スイッチング素子をオン，オフしないダイオード整流モード、または前記コンバータのスイッチング素子のうち前記交流電源の１つの相に対応するスイッチング素子をＰＷＭ信号によりオン，オフするＰＷＭ整流モードで動作させる、
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記コンバータおよび前記インバータの放熱用部材と、
前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの室外熱交換器に外気を供給するとともに、前記放熱用部材に冷却風を供給する室外ファンと、
前記制御手段は、前記四方弁の流路切換に際し前記コンバータを昇圧なしのモードで動作させるとともに、前記室外ファンの非動作時に前記コンバータを昇圧なしのモードで動作させる、
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御手段は、前記圧縮機モータの起動に際し、前記コンバータを昇圧なしのモードで動作させて前記インバータを起動し、次に前記コンバータを昇圧ありのモードで動作させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記圧縮機モータの起動に際し、前記コンバータを昇圧なしのモードで動作させながら前記インバータを起動して前記圧縮機モータの回転位置を推定し、推定した回転位置に応じたパルス幅のＰＷＭ信号により前記インバータのスイッチング素子をオン，オフ駆動し、前記回転位置の推定が安定した後に前記コンバータを昇圧ありのモードで動作させる、
ことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記制御手段は、前記圧縮機モータのトルク脈動に対応するトルク電流成分を検出し、検出したトルク電流成分に応じて前記圧縮機モータのトルクに対するトルク補正量を決定し、決定したトルク補正量に応じて前記ＰＷＭ信号のオン，オフデューティを調整し、前記決定したトルク補正量が所定値未満に低下した場合に前記回転位置の推定が安定したと判定する、
ことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流電源の電圧を直流に変換し、変換した直流電圧を所定周波数の交流電圧に変換する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

交流電源の電圧をコンバータで直流に変換し、変換した直流電圧を平滑コンデンサに印加し、この平滑コンデンサの電圧をインバータで所定周波数の交流電圧に変換して出力する電力変換装置が知られている。

【0003】

また、交流電源の電圧を直流変換するコンバータとして、リアクタ、ダイオード、スイッチング素子を有し、交流電源の電圧を昇圧および直流変換する昇圧型のコンバータがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２２９３４２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１１０１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

インバータの出力でヒートポンプ式冷凍サイクルの圧縮機モータを駆動する場合、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける四方弁の流路が切換わるとき、冷凍サイクル中の高圧側と低圧側が入れ替わるため、圧縮機モータに加わる圧力が大きく変動し、インバータの負荷が急減する。この負荷の急減に伴い、コンバータの出力電圧が異常上昇して平滑コンデンサの耐圧を超えてしまう可能性がある。

【0006】

本実施形態の目的は、負荷の急減に伴うコンバータの出力電圧の異常上昇を防ぐことができ、これにより回路部品の安全を確保できる電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１の電力変換装置は、コンバータ、平滑コンデンサ、インバータ、および制御手段を備える。コンバータは、リアクタ、このリアクタを介して交流電源に接続されるダイオード、このダイオードに並列接続されるスイッチング素子を有し、前記交流電源の電圧を昇圧および直流変換する。平滑コンデンサは、コンバータの出力端に接続される。インバータは、平滑コンデンサの電圧を所定周波数の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をヒートポンプ式冷凍サイクルの圧縮機モータに対する駆動電力として出力する。制御手段は、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける四方弁の流路切換がない場合にコンバータを昇圧ありのモードで動作させ、前記四方弁の流路切換に際しコンバータを昇圧なしのモードで動作させる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図。

【図2】同実施形態の制御を示すフローチャート。

【図3】同実施形態における負荷トルクの脈動を示す図。

【図4】同実施形態における四方弁の動作とコンバータの整流モードとの関係を示す図。

【図5】同実施形態におけるコンバータへの入力電圧・入力電流とコンバータの出力電圧との関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用の三相交流電源１の相ラインＲ，Ｓ，Ｔにコンバータ２が接続され、そのコンバータ２の出力端に平滑コンデンサ４が接続される。そして、平滑コンデンサ４にインバータ５が接続され、そのインバータ５の出力端に負荷たとえばブラシレスＤＣモータ（永久磁石同期モータともいう）６の相巻線Ｌｕ．Ｌｖ．Ｌｗが接続される。

【0010】

平滑コンデンサ４にインバータ７が接続され、そのインバータ７の出力端に後述の室外ファン１０５のモータ１０５Ｍが接続される。

【0011】

コンバータ２は、リアクタ２１，２２，２３、これらリアクタ２１，２２，２３を介して三相交流電源１に接続されるダイオード３１ａ〜３６ｂのブリッジ回路、これらダイオード３１ａ〜３６ｂに並列接続されるスイッチング素子たとえばＭＯＳＦＥＴ３１〜３６を有し、三相交流電源１の電圧を昇圧および直流変換する。例えば、１００Ｖの交流電圧を３００Ｖ程度の直流電圧に変換する。

【0012】

ダイオード３１ａ〜３６ｂのブリッジ回路は、ダイオード３１ａ，３２ａの直列回路、ダイオード３３ａ，３４ａの直列回路、ダイオード３５ａ，３６ａの直列回路からなる。ダイオード３１ａ，３２ａの相互接続点が三相交流電源１のＲ相に接続され、ダイオード３３ａ，３４ａの相互接続点が三相交流電源１のＳ相に接続され、ダイオード３５ａ，３６ａの相互接続点が三相交流電源１のＴ相に接続される。ダイオード３１ａ〜３６ｂは、ＭＯＳＦＥＴ３１〜３６の寄生ダイオードである。

【0013】

インバータ５は、ＭＯＳＦＥＴ５１，５２を直列接続しそのＭＯＳＦＥＴ５１，５２の相互接続点がブラシレスＤＣモータ６の相巻線Ｌｕに接続されるＵ相用直列回路、ＭＯＳＦＥＴ５３，５４を直列接続しそのＭＯＳＦＥＴ５３，５４の相互接続点がブラシレスＤＣモータ６の相巻線Ｌｖに接続されるＶ相用直列回路、ＭＯＳＦＥＴ５５，５６を直列接続しそのＭＯＳＦＥＴ５５，５６の相互接続点がブラシレスＤＣモータ６の相巻線Ｌｗに接続されるＷ相用直列回路を含み、平滑コンデンサ４の電圧を各ＭＯＳＦＥＴのスイッチングにより所定周波数の三相交流電圧に変換し各ＭＯＳＦＥＴの相互接続点から出力する。なお、ＭＯＳＦＥＴ５１〜５６は、寄生ダイオード５１ａ〜５６ａを有する。

【0014】

ブラシレスＤＣモータ６は、星形結線された３つの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する固定子、および永久磁石を有する回転子により構成される。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに電流が流れることにより生じる磁界と永久磁石が作る磁界との相互作用により、回転子が回転する。

【0015】

ブラシレスＤＣモータ６は、圧縮機１００の駆動モータ（圧縮機モータ）であり、圧縮機１００のケース内に収容される。圧縮機１００は、冷媒を吸込んで圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。この圧縮機１００の冷媒吐出口に四方弁１０１を介して室外熱交換器１０２が配管接続され、その室外熱交換器１０２に電動膨張弁１０３を介して室内熱交換器１０４が配管接続される。そして、室内熱交換器１０４に四方弁１０１を介して圧縮機１００の冷媒吸込口が配管接続される。室外熱交換器１０２の近傍に室外ファン１０５が配置され、室内熱交換器１０４の近傍に室内ファン１０６が配置される。

【0016】

インバータ７は、平滑コンデンサ４の電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、変換した交流電圧を室外ファン１０５のモータ１０５Ｍへの駆動電力として出力する。

【0017】

室外ファン１０５は、外気を室外熱交換器１０２に供給するとともに、コンバータ２およびインバータ５が装着される放熱用部材であるヒートシンク１０に対し冷却用空気（外気）を供給する。室内ファン１０６は、被空調室内の空気を室内熱交換器１０４を通して循環させる。

【0018】

冷房時は、実線矢印で示すように、圧縮機１００から吐出される冷媒が四方弁１０１を通って室外熱交換器１０２に流れ、その室外熱交換器１０２に流れた冷媒が外気に熱を放出して凝縮する。室外熱交換器１０２を経た冷媒は、電動膨張弁１０３で減圧されて室内熱交換器１０４に流れる。室内熱交換器１０４に流れた冷媒は、室内空気から熱を奪って蒸発し、四方弁１０１を通って圧縮機１００に吸込まれる。

【0019】

暖房時は、四方弁１０１の流路が切換わることにより、破線矢印で示すように、圧縮機１から吐出される冷媒が四方弁１０１を通って室内熱交換器１０４に流れ、その室内熱交換器１０４に流れた冷媒が室内に熱を放出して凝縮する。室内熱交換器１０４を経た冷媒は、電動膨張弁１０３で減圧されて室外熱交換器１０２に流れる。室外熱交換器１０２に流れた冷媒は、外気から熱を汲み上げて蒸発し、四方弁１０１を通って圧縮機１００に吸込まれる。

【0020】

三相交流電源１とリアクタ２１，２２，２３との間の通電路に、入力電流検知用の電流センサ７１，７２，７３が配設される。インバータ５の出力端とブラシレスＤＣモータ６との間の通電路に、出力電流（相巻線電流）検知用の電流センサ８１，８２，８３が配設される。これら電流センサの検知結果が制御部９０に供給される。

【0021】

制御部９０には、運転条件設定用のリモートコントロール式の操作器（リモコンという）９１、コンバータ２、インバータ５、インバータ７、四方弁１０１、電動膨張弁１０３、室内ファン１０６のモータ１０６Ｍが接続される。

【0022】

制御部９０は、主要な機能として次の（１）（２）の手段を有する。
（１）ブラシレスＤＣモータ６の起動（サーモオン）に際し、コンバータ２を昇圧なしのモードで動作させてインバータ５を起動し、次にコンバータ２を昇圧ありのモードで動作させる第１制御手段。

【0023】

（２）四方弁１０１の流路の切換がない場合にコンバータ２を昇圧ありのモードで動作させ、四方弁１０１の流路の切換に際しコンバータ２を昇圧なしのモードで動作させる第２制御手段。

【0024】

なお、（１）の第１制御手段は、具体的には、ブラシレスＤＣモータ６の起動に際し、コンバータ２を昇圧なしのモードで動作させながらインバータ５を起動してブラシレスＤＣモータ６の回転位置を推定し、推定した回転位置に応じたパルス幅のＰＷＭ信号によりインバータ５のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６をオン，オフ駆動し、回転位置の推定が安定した後にコンバータ２を昇圧ありのモードで動作させる。

【0025】

また、第１制御手段は、ブラシレスＤＣモータ６のトルク脈動（トルクリップルともいう）に対応するトルク電流成分Ｉｑを検出し、検出したトルク電流成分Ｉｑの平均値Ｉqaに応じてブラシレスＤＣモータ６のトルクに対するトルク補正量を決定し、決定したトルク補正量に応じて上記ＰＷＭ信号のオン，オフデューティを調整するトルク脈動対応制御を実行するとともに、上記決定したトルク補正量が所定値（例えばＩqa／２）未満に低下した場合に上記回転位置の推定が安定したと判定する。トルク電流成分Ｉｑの平均値Ｉqaは、指定された回転数を維持するのに必要な平均トルクに相当する。

【0026】

コンバータ２の昇圧ありのモードとは、コンバータ２のＭＯＳＦＥＴ３１〜３６のうち三相交流電源１の複数相（２つの相または３つの相）に対応するＭＯＳＦＥＴをＰＷＭ信号によりオン，オフするＰＷＭ整流モード（２相ＰＷＭ整流モードまたは３相ＰＷＭ整流モード）である。コンバータ２の昇圧なしのモードとは、コンバータ２のＭＯＳＦＥＴ３１〜３６をオン，オフしないダイオード整流モード、またはコンバータ２のＭＯＳＦＥＴ３１〜３６のうち三相交流電源１の１つの相に対応するＭＯＳＦＥＴをＰＷＭ信号によりオン，オフするＰＷＭ整流モード（１相ＰＷＭ整流モード）である。

【0027】

次に、制御部９０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
室内温度（室内温度センサの検知温度）とリモコン９１の設定温度との比較に基づくサーモオン時（ステップ２０１のＹＥＳ）、制御部９０は、ブラシレスＤＣモータ６の起動が必要であるとの判断の下に、コンバータ２を昇圧のないダイオード整流モード（または１相ＰＷＭ整流モード）で動作させながらインバータ５を起動する（ステップ２０２）。

【0028】

昇圧のないダイオード整流モードの動作では、三相交流電源１のＲ相電圧が正レベルとなる位相において、三相交流電源１からリアクタ２１および正側ダイオード３１ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３４ａおよびリアクタ２２を通って三相交流電源１のＳ相に戻り、次にＲ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３６ａおよびリアクタ２３を通って三相交流電源１のＴ相に戻る経路が形成される。

【0029】

三相交流電源１のＳ相電圧が正レベルとなる位相において、三相交流電源１からリアクタ２２および正側ダイオード３３ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３６ａおよびリアクタ２３を通って三相交流電源１のＴ相に戻り、次にＳ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３２ａおよびリアクタ２１を通って三相交流電源１のＲ相に戻る経路が形成される。

【0030】

三相交流電源１のＴ相電圧が正レベルとなる位相において、三相交流電源１からリアクタ２３および正側ダイオード３５ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３２ａおよびリアクタ２１を通って三相交流電源１のＲ相に戻り、次にＴ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３４ａおよびリアクタ２２を通って三相交流電源１のＳ相に戻る経路が形成される。

【0031】

Ｒ相入力電圧，Ｓ相入力電圧，Ｔ相入力電圧が負レベルとなる位相では、正負が反対となるだけで、基本的には正レベル期間と同じ動作パターンとなる。よって、その詳細な説明は省略する。

【0032】

インバータ５の起動に伴い、制御部９０は、電流センサ８１，８２，８３の検知電流に基づいてブラシレスＤＣモータ６における回転子の回転位置（ロータ速度ともいう）を推定し、所定周波数のキャリア信号（三角波信号）Ｅｏを上記推定した回転位置に応じた電圧レベルの正弦波信号でパルス幅変調（キャリア信号と正弦波信号とを電圧比較）することによりＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号によりインバータ５のＭＯＳＦＥＴ５１〜５６をオン，オフ駆動する。

【0033】

ところで、ブラシレスＤＣモータ６のトルクには、図３に示すように、負荷である圧縮機１００の吸込み行程・圧縮行程・吐出行程に応じた脈動が一周期ごとに生じる。このトルク脈動（トルクリップルともいう）は、圧縮機１００の振動や騒音となって現れる。

【0034】

この不具合に対処するべく、制御部９０は、ブラシレスＤＣモータ６のトルク脈動に対応するトルク電流成分Ｉｑを電流センサ８１，８２，８３の検知電流から検出し、検出したトルク電流成分Ｉｑの平均値Ｉqaに応じて、ブラシレスＤＣモータ６の回転位置に対応させたブラシレスＤＣモータ６のトルクに対するトルク補正量を決定し、決定したトルク補正量に応じて、上記生成したＰＷＭ信号のオン，オフデューティを調整する。

【0035】

なお、回転数の小さい状態で発生しやすいトルク補正量が大きいうちは、ブラシレスＤＣモータ６の相巻線に流れる電流が小さくなる期間が発生し、その期間は回転位置推定に誤差が生じる。回転位置推定に誤差が生じる状況でコンバータ２を昇圧ありのＰＷＭ整流モードで動作させると、コンバータ２の出力電圧（直流電圧）にインバータ５のスイッチング周期に近い脈動が重畳し、結果として、回転位置推定の誤差が増大してしまう。

【0036】

そこで、制御部９０は、上記決定したトルク補正量と所定値（例えばＩqa／２）とを比較することにより、トルク脈動対応制御が安定したか否かを判定する（ステップ２０３）。

【0037】

トルク補正量が所定値以上の場合、制御部９０は、トルク脈動対応制御が安定域に入っていないとの判定の下に、ひいては回転位置推定が十分に安定していないとの判定の下に（ステップ２０３のＮＯ）、コンバータ２のダイオード整流モードの動作を継続する。

【0038】

トルク補正量が所定値未満に低下した場合、制御部９０は、トルク脈動対応制御が安定域に入ったとの判定の下に、ひいては回転位置推定が安定したとの判定の下に（ステップ２０３のＹＥＳ）、コンバータ２の動作をダイオード整流モードから２相または３相のＰＷＭ整流モードに切換える（ステップ２０４）。

【0039】

ＰＷＭ整流モードにおいて、制御部９０は、所定周波数のキャリア信号（三角波信号）を正弦波信号でパルス幅変調（キャリア信号と正弦波信号とを電圧比較）することによりＰＷＭ信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを生成し、生成したＰＷＭ信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗによりコンバータ２のＭＯＳＦＥＴ３１〜３６をオン，オフ駆動する。正弦波信号Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗは、三相交流電源１のＲ相電圧、Ｓ相電圧、Ｔ相電圧の周期に同期するもので、電流センサ７１，７２，７３の検知結果に基づいて生成する。

【0040】

この場合、三相交流電源１のＲ相電圧が正レベルとなる位相において、三相交流電源１からリアクタ２１および正側ダイオード３１ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３４ａおよびリアクタ２２を通って三相交流電源１のＳ相に戻り、次にＲ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３６ａおよびリアクタ２３を通って三相交流電源１のＴ相に戻る経路が形成される。そして、この動作に加え、制御部９０で生成されるＰＷＭ信号Ｄｕに応じてＭＯＳＦＥＴ３２がオン，オフを繰り返す。ＭＯＳＦＥＴ３２のオン時、ダイオード３１ａ，３２ａの相互接続点がコンバータ２の負側出力端と導通し、三相交流電源１に対してリアクタ２１、ＭＯＳＦＥＴ３２、負側ダイオード３４ａ、リアクタ２２を介した短絡路が形成される。この短絡路の形成により、リアクタ２１，２２にエネルギ（電荷）が蓄えられる。リアクタ２１，２２に蓄えられたエネルギは、ＭＯＳＦＥＴ３２のオフ時に平滑コンデンサ４に供給される。このエネルギ供給により、昇圧がなされる。

【0041】

三相交流電源１のＳ相電圧が正レベルとなる位相では、三相交流電源１からリアクタ２２および正側ダイオード３３ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３６ａおよびリアクタ２３を通って三相交流電源１のＴ相に戻り、次にＳ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３２ａおよびリアクタ２１を通って三相交流電源１のＲ相に戻る経路が形成される。そして、この動作に加え、制御部９０で生成されるＰＷＭ信号Ｄｖに応じてＭＯＳＦＥＴ３４がオン，オフを繰り返す。ＭＯＳＦＥＴ３４のオン時、ダイオード３３ａ，３４ａの相互接続点がコンバータ２の負側出力端と導通し、三相交流電源１に対してリアクタ２２、ＭＯＳＦＥＴ３４、負側ダイオード３６ａ、リアクタ２３を介した短絡路が形成される。この短絡路の形成により、リアクタ２２，２３にエネルギ（電荷）が蓄えられる。リアクタ２２，２３に蓄えられたエネルギは、ＭＯＳＦＥＴ３４のオフ時に平滑コンデンサ４に供給される。このエネルギ供給により、昇圧がなされる。

【0042】

三相交流電源１のＴ相電圧が正レベルとなる位相では、三相交流電源１からリアクタ２３および正側ダイオード３５ａを通って平滑コンデンサ４に電流が流れ、平滑コンデンサ４を経た電流が、先ず負側ダイオード３２ａおよびリアクタ２１を通って三相交流電源１のＲ相に戻り、次にＴ相電圧の位相が進むにつれ、負側ダイオード３４ａおよびリアクタ２２を通って三相交流電源１のＳ相に戻る経路が形成される。そして、この動作に加え、制御部９０で生成されるＰＷＭ信号Ｄｗに応じてＭＯＳＦＥＴ３６がオン，オフを繰り返す。ＭＯＳＦＥＴ３６のオン時、ダイオード３５ａ，３６ａの相互接続点がコンバータ２の負側出力端と導通し、三相交流電源１に対してリアクタ２３、ＭＯＳＦＥＴ３６、負側ダイオード３２ａ、リアクタ２１を介した短絡路が形成される。この短絡路の形成により、リアクタ２３，２１にエネルギ（電荷）が蓄えられる。リアクタ２３，２１に蓄えられたエネルギは、ＭＯＳＦＥＴ３６のオフ時に平滑コンデンサ４に供給される。このエネルギ供給により、昇圧がなされる。

【0043】

Ｒ相入力電圧，Ｓ相入力電圧，Ｔ相入力電圧の各々が負レベルとなる位相では、正側ダイオード３１ａ，３３ａ，３５ａと並列接続のＭＯＳＦＥＴ３１，３３，３５がオン，オフを繰り返す。これらＭＯＳＦＥＴ３１，３３，３５のオン，オフに伴う動作については、正負が反対となるだけで、基本的には正レベル期間と同じ動作パターンとなる。よって、その詳細な説明は省略する。

【0044】

一方、制御部９０は、暖房時、四方弁１０１をオンし、圧縮機１００の吐出冷媒が四方弁１０１、室内熱交換器１０４、電動膨張弁１０３、室外熱交換器１０２、四方弁１０１を通って圧縮機１００に戻る暖房流路を形成する。この暖房時、蒸発器として機能する室外熱交換器１０２の表面に徐々に霜が付着する。

【0045】

そこで、制御部９０は、暖房時（ステップ２０５のＹＥＳ）、室外熱交換器１０２の着霜量をその室外熱交換器１０２の温度（熱交換器温度センサの検知温度）や外気温等から検出し、検出した着霜量から除霜の必要性を判定する（ステップ２０６）。

【0046】

着霜量が一定量以上の場合、制御部９０は、除霜が必要であるとの判定の下に（ステップ２０６のＹＥＳ）、図４に示すように、除霜信号をオンしてインバータ５の出力周波数Ｆを低減する（ステップ２０７）。そして、制御部９０は、四方弁１０１の流路の切換の許容条件である設定値Ｆａ未満まで出力周波数Ｆが低下したとき（ステップ２０８のＹＥＳ）、コンバータ２をＰＷＭ整流モードからダイオード整流モードに切換える（ステップ２０９）。この切換え後、制御部９０は、四方弁１０１をオフして、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおける冷媒の流れを暖房流路から除霜流路（いわゆる逆サイクル除霜の流路）に切換える（ステップ２１０）。

【0047】

除霜流路が形成されると、圧縮機１００から吐出される高温冷媒が四方弁１０１を通って室外熱交換器１０２に直接的に供給され、その高温冷媒の熱で室外熱交換器１０２に着いた霜が除去される。

【0048】

制御部９０は、四方弁１０１をオフした後、インバータ５の出力周波数Ｆを上昇方向に復帰させていき（ステップ２１１）、出力周波数Ｆが設定値Ｆｂ（＞Ｆａ）以上に上昇したとき（ステップ２１２のＹＥＳ）、コンバータ２の動作をダイオード整流モードから２相または３相のＰＷＭ整流モードに切換える（ステップ２１３）。この切換えに伴い、制御部９０は、インバータ５の出力周波数Ｆを除霜負荷に最適な任意の値に設定する。この場合、コンバータ２が昇圧ありのＰＷＭ整流モードで動作しているので、十分な除霜能力を得るための出力をインバータ５から得ることができる。

【0049】

その後、室外熱交換器１０２の温度上昇や圧縮機電流の減少などから、室外熱交換器１０２の着霜がなくなったと判断された場合、制御部９０は、除霜が完了したとの判定の下に（ステップ２１４のＹＥＳ）、除霜信号をオフしてインバータ５の出力周波数Ｆを低減する（ステップ２１５）。そして、制御部９０は、設定値Ｆａ未満まで出力周波数Ｆが低下したとき（ステップ２１６のＹＥＳ）、コンバータ２の動作をＰＷＭ整流モードからダイオード整流モードに切換える（ステップ２１７）。この切換え後、制御部９０は、四方弁１０１をオンして、冷媒の流れを除霜流路から元の暖房流路に切換える（ステップ２１８）。

【0050】

制御部９０は、四方弁１０１をオンした後、インバータ５の出力周波数Ｆを上昇方向に復帰させていき（ステップ２１９）、出力周波数Ｆが設定値Ｆｂ（＞Ｆａ）以上に上昇したとき（ステップ２２０のＹＥＳ）、コンバータ２の動作をダイオード整流モードから２相または３相のＰＷＭ整流モードに切換える（ステップ２２１）。この切換えに伴い、制御部９０は、インバータ５の出力周波数Ｆを暖房負荷（室内温度と設定温度との差）に最適な任意の値に設定する。この場合、コンバータ２が昇圧ありのＰＷＭ整流モードで動作しているので、十分な暖房能力を得るための出力をインバータ５から得ることができる。

【0051】

続いて、制御部９０は、室内温度と設定温度との比較に基づくサーモオフを監視する（ステップ２２２）。サーモオフでない場合（ステップ２２２のＮＯ）、制御部９０は、ステップ２０５に戻って運転モードが暖房であるか否かを判定する。サーモオフの場合（ステップ２２２のＹＥＳ）、制御部９０は、コンバータ２およびインバータ５の動作を停止してブラシレスＤＣモータ６の動作を中断し、ステップ２０１に戻ってサーモオンを監視する。

【0052】

四方弁１０１の流路が切換わるとき、インバータ５の負荷が急減する。負荷が急減すると、図５に示すように、コンバータ２への入力電流Ｉｒ，Ｉｓ，Ｉｔが大きく減少するとともに（コンバータ２への入力電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔは変わらない）、コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃが４００Ｖ程度まで異常上昇して平滑コンデンサ４の耐圧を超えてしまう可能性がある。

【0053】

しかしながら、本実施形態では、四方弁１０１の流路が切換わる前に、コンバータ２を昇圧なしのダイオード整流モードに切換えるので、四方弁１０１の流路の切換に伴って負荷が急減しても、コンバータ２の出力電圧Ｖｄｃが異常上昇しない。これにより、平滑コンデンサ４に耐圧を超えた過電圧が加わることもなく、平滑コンデンサ４をはじめとする回路部品の安全を確保することができる。

【0054】

［変形例］
コンバータ２およびインバータ５が装着されているヒートシンク１０には、室外ファン１０５から冷却風が供給される。室外ファン１０５の非動作時は、ヒートシンク１０に冷却風が供給されないので、コンバータ２およびインバータ５に対する冷却が十分でなくなる可能性がある。

【0055】

そこで、制御部９０は、室外ファン１０５の動作を停止する例えば除霜時、コンバータ２の昇圧作用がなくても十分な除霜能力が得られる状況であれば、コンバータ２を発熱の少ないダイオード整流モードまたは１相のＰＷＭ整流モードで動作させる。

【0056】

コンバータ２の発熱は、スイッチングロスによって生じるため、スイッチング回数が多い２相または３相のＰＷＭ整流モードで動作している場合よりも、スイッチングのないダイオード整流モードやスイッチング回数の少ない１相のＰＷＭ整流モードで動作している場合のほうが少ない。

【0057】

このように、室外ファン１０５の非動作時はコンバータ２を発熱の少ないモードで動作させることにより、ヒートシンク１０に冷却風が供給されなくても、冷却不足は生じない。

【0058】

また、上記実施形態では、負荷がブラシレスＤＣモータ６である場合を例に説明したが、負荷に限定はなく、種々の電気機器への適用が可能である。

【0059】

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１…三相交流電源、２…コンバータ、４…平滑コンデンサ、５…インバータ、６…ブラシレスＤＣモータ（負荷）、２１，２２，２３…リアクタ、３１ａ〜３６ａ…ダイオード、３１〜３６…ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、５１〜５６…ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、７１，７２，７３…電流センサ、８１，８２，８３…電流センサ、９０…制御部、９１…リモコン、１００…圧縮機、１０１…四方弁、１０２…室外熱交換器、１０３…電動膨張弁、１０４…室内熱交換器、１０５…室外ファン、１０６…室内ファン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】