(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電動機が備える電機子巻線に接続され、前記交流電動機を制御するインバータ装置であって、
前記電機子巻線の接続を切り替えることにより前記電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替える巻線切替器に対して、前記第１巻線及び前記第２巻線を相互に切り替えるための巻線切替信号を出力する巻線切替信号発生器を備え、
前記第１巻線は、前記交流電動機の回転子の回転速度が低速領域である場合に選択され、前記第２巻線は、前記回転速度が高速領域である場合に選択されるものであり、
前記巻線切替信号発生器は、前記電機子巻線の現在の状態が前記第２巻線の場合は、前記回転速度が第１回転速度を下回る第１切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、前記電機子巻線の現在の状態が前記第１巻線の場合は、前記回転速度が前記第１回転速度よりも高速の第２回転速度を上回る第２切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、
前記巻線切替信号発生器は、さらに、
現在の前記回転速度が、前記第１回転速度から前記第２回転速度までの速度領域であるヒステリシス領域内にあるか否かを判定するヒステリシス領域判定部と、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち現在の前記電機子巻線の状態である現在巻線と、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線及び現在の前記回転速度に基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である最適巻線と、が同一であるか否かを判定する巻線比較部と、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在巻線と前記最適巻線とが異なる場合に、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する巻線切替信号出力部と、
を備えていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記電機子巻線の状態と、前記交流電動機の回転子の回転速度と、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、該電機子巻線の状態及び該交流電動機の回転子の回転速度に基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である前記最適巻線とが、予め対応付けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記最適巻線は、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線と、現在の前記回転速度と、当該インバータ装置に供給される電源電圧とに基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である、
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記最適巻線は、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線と、現在の前記回転速度と、前記交流電動機を駆動するためのトルク指令あるいは前記交流電動機から出力されるトルクとに基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である、
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記巻線切替信号出力部は、
前記電機子巻線の現在の状態が前記第１巻線の場合において、現在の前記回転速度が上昇して前記第１回転速度を上回って前記ヒステリシス領域に入った場合は、前記巻線切替信号を出力せず、
前記電機子巻線の現在の状態が前記第２巻線の場合において、現在の前記回転速度が低下して前記第２回転速度を下回って前記ヒステリシス領域に入った場合は、前記現在巻線と前記最適巻線とが異なる場合に、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記巻線切替信号発生器は、現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在巻線と前記最適巻線とが異なる状態が所定時間継続するか否かを判定する時間判定部をさらに備え、
前記巻線切替信号出力部は、前記所定時間が継続したと判定された場合に、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記巻線切替信号発生器は、前記最適巻線を決定する巻線決定部をさらに備え、
前記巻線決定部は、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線及び現在の前記回転速度に基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方を前記最適巻線に決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項８】
交流電動機が備える電機子巻線に接続され、前記交流電動機を制御するインバータ装置の制御方法であって、
前記電機子巻線の接続を切り替えることにより前記電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替える巻線切替器に対して、前記第１巻線及び前記第２巻線を相互に切り替えるための巻線切替信号を出力し、
前記第１巻線は、前記交流電動機の回転子の回転速度が低速領域である場合に選択され、前記第２巻線は、前記回転速度が高速領域である場合に選択されるものであり、
前記電機子巻線の現在の状態が前記第２巻線の場合は、前記回転速度が第１回転速度を下回る第１切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、前記電機子巻線の現在の状態が前記第１巻線の場合は、前記回転速度が前記第１回転速度よりも高速の第２回転速度を上回る第２切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、
さらに、
現在の前記回転速度が、前記第１回転速度から前記第２回転速度までの速度領域であるヒステリシス領域内にあるか否かを判定し、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち現在の前記電機子巻線の状態である現在巻線と、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線及び現在の前記回転速度に基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である最適巻線と、が同一であるか否かを判定し、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在巻線と前記最適巻線とが異なる場合に、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する、
ことを特徴とするインバータ装置の制御方法。
【請求項９】
交流電動機と、該交流電動機が備える電機子巻線に接続され該交流電動機を制御するインバータ装置と、該電機子巻線の接続を切り替える巻線切替器とを備える電動機ドライブシステムであって、
前記インバータ装置は、
前記電機子巻線の接続を切り替えることにより前記電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替える巻線切替器に対して、前記第１巻線及び前記第２巻線を相互に切り替えるための巻線切替信号を出力する巻線切替信号発生器を備え、
前記第１巻線は、前記交流電動機の回転子の回転速度が低速領域である場合に選択され、前記第２巻線は、前記回転速度が高速領域である場合に選択されるものであり、
前記巻線切替信号発生器は、前記電機子巻線の現在の状態が前記第２巻線の場合は、前記回転速度が第１回転速度を下回る第１切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、前記電機子巻線の現在の状態が前記第１巻線の場合は、前記回転速度が前記第１回転速度よりも高速の第２回転速度を上回る第２切替タイミングで前記巻線切替信号を出力し、
前記巻線切替信号発生器は、さらに、
現在の前記回転速度が、前記第１回転速度から前記第２回転速度までの速度領域であるヒステリシス領域内にあるか否かを判定するヒステリシス領域判定部と、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち現在の前記電機子巻線の状態である現在巻線と、前記第１巻線及び前記第２巻線のうち、前記現在巻線及び現在の前記回転速度に基づく前記交流電動機のエネルギー効率が高い方の巻線である最適巻線と、が同一であるか否かを判定する巻線比較部と、
現在の前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在巻線と前記最適巻線とが異なる場合に、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する巻線切替信号出力部と、を備え、
前記巻線切替器は、前記巻線切替信号に基づいて、前記交流電動機が備える電機子巻線の状態を前記第１巻線または前記第２巻線に切り替える、
ことを特徴とする電動機ドライブシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置、インバータ装置の制御方法、及び電動機ドライブシステムに関し、特には交流電動機の電機子巻線を切り替える技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電動機の電機子巻線を切り替えることによって、低速領域から高速領域までの広範囲な運転を可能とする巻線切替方式が知られている。
【０００３】
特許文献１には、車両駆動等に適用するインバータ装置による同期電動機の巻線接続を切り替える可変速駆動方法において、巻線接続の切り替えのタイミングにヒステリシス領域をもたせることにより安定した駆動を実現する方法が開示されている。具体的には、上記可変速駆動方法では、スター接続からデルタ接続に切り替えるタイミングを速度レベルＶｏ（基底速度Ｎ１）に設定するのに対して、デルタ接続からスター接続に切り替えるタイミングをＶｏよりも低い速度レベルＶｏ´に設定することにより、切り替えタイミングにヒステリシス領域をもたせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ヒステリシス領域内（Ｖｏ〜Ｖｏ´）では巻線切り替えが行われないため、例えば車両がヒステリシス領域内で継続して運転される場合には、同期電動機のエネルギー効率が低下する場合がある。例えば、車両の速度が上昇して巻線接続が低速巻線から高速巻線に切り替えられ、その後、車両がヒステリシス領域内において高速巻線の状態で長時間継続して運転される場合、低速巻線で運転される場合よりも大きな電流が消費される場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、巻線切り替え特性がヒステリシス特性を有する場合において、ヒステリシス領域内であっても最適な巻線切り替えを行うことが可能なインバータ装置、インバータ装置の制御方法、及び電動機ドライブシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るインバータ装置は、上記課題を解決するために、交流電動機が備える電機子巻線に接続され、前記交流電動機を制御するインバータ装置であって、前記電機子巻線の接続を切り替えることにより前記電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替える巻線切替器に対して、前記交流電動機の回転子の回転速度に基づいて決定される前記第１巻線及び前記第２巻線の切替タイミングにヒステリシス特性をもたせて巻線切替信号を出力する巻線切替信号発生器を備え、前記巻線切替信号発生器は、前記回転速度が、第１の切替タイミング及び第２の切替タイミングで規定されるヒステリシス領域内にあるか否かを判定するヒステリシス領域判定部と、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、現在の巻線と予め設定された最適な巻線とが同一であるか否かを判定する巻線比較部と、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在の巻線と前記最適な巻線とが異なる場合に、前記現在の巻線を前記最適な巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する巻線切替信号出力部と、を備えている。
【０００８】
本発明に係るインバータ装置の制御方法は、上記課題を解決するために、交流電動機を制御するインバータ装置の制御方法であって、前記交流電動機の回転子の回転速度が、前記交流電動機が備える電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替えるための第１の切替タイミング及び第２の切替タイミングで規定されるヒステリシス領域内にあるか否かを判定し、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、現在の巻線と予め設定された最適な巻線とが同一であるか否かを判定し、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在の巻線と前記最適な巻線とが異なる場合に、前記現在の巻線を前記最適な巻線に切り替えるように、前記電機子巻線の状態を前記第１巻線と前記第２巻線との間で相互に切り替える巻線切替器に対して巻線切替信号を出力する。
【０００９】
本発明に係る電動機ドライブシステムは、上記課題を解決するために、交流電動機と、該交流電動機が備える電機子巻線に接続され該交流電動機を制御するインバータ装置と、該電機子巻線の接続を切り替える巻線切替器とを備える電動機ドライブシステムであって、前記インバータ装置は、前記電機子巻線の接続を切り替えることにより前記電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替える前記巻線切替器に対して、前記交流電動機の回転子の回転速度に基づいて決定される前記第１巻線及び前記第２巻線の切替タイミングにヒステリシス特性をもたせて巻線切替信号を出力する巻線切替信号発生器を備え、前記巻線切替信号発生器は、前記回転速度が、第１の切替タイミング及び第２の切替タイミングで規定されるヒステリシス領域内にあるか否かを判定するヒステリシス領域判定部と、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にある場合に、現在の巻線と予め設定された最適な巻線とが同一であるか否かを判定する巻線比較部と、前記回転速度が前記ヒステリシス領域内にあって、かつ前記現在の巻線と前記最適な巻線とが異なる場合に、前記現在の巻線を前記最適な巻線に切り替えるように前記巻線切替信号を出力する巻線切替信号出力部と、を備え、前記巻線切替器は、前記巻線切替信号に基づいて、前記交流電動機が備える電機子巻線の状態を前記第１巻線または前記第２巻線に切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、巻線切り替え特性がヒステリシス特性を有する場合において、ヒステリシス領域内であっても最適な巻線切り替えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係るインバータ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】インバータ装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】巻線切替器の概略構成を示す回路図である。
【図４】巻線切替信号発生器の構成を示すブロック図である。
【図５】テーブルの一例を示す図である。
【図６】最適巻線の決定方法を説明するためのグラフである。
【図７】巻線切替信号発生器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図６のケース３における時間と回転速度との関係を示すグラフである。
【図９】時間と巻線状態との関係を示すグラフである。
【図１０】変形例１に係る巻線切替信号発生器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】最適巻線の決定方法を説明するための図である。
【図１２】定出力制御器の構成を示すブロック図である。
【図１３】電流制御器の構成を示すブロック図である。
【図１４】電流指令演算器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る電動機ドライブシステム１００の概略構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、電動機ドライブシステム１００は、インバータ装置２０と、交流電動機４０と、位置検出器４１と、巻線切替器６０と、直流電圧源８０とを備えている。
【００１５】
インバータ装置２０は、直流電圧源８０から供給される直流電力を三相交流電力へ変換する電力変換装置である。インバータ装置２０は、交流電動機４０が備える各相の電機子巻線（以下、単に「巻線」ともいう。）の一端に設けられた接続端子Ａ１〜Ａ３に接続されている。なお、インバータ装置２０の構成については、図２を用いて後述する。
【００１６】
交流電動機４０は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相の電機子巻線を含む三相交流電動機である。交流電動機４０は、インバータ装置２０から出力される電圧により駆動される。交流電動機４０には、各相における電機子巻線の終端に設けられた接続端子Ａ４〜Ａ６及び中途部（ここでは、中間点）に設けられた接続端子Ｂ１〜Ｂ３を介して巻線切替器６０が接続されている。なお、本実施の形態では、交流電動機４０の一例として、同期電動機について説明するが、交流電動機４０は同期電動機に限定されず、誘導電動機など他の電動機を適用することができる。
【００１７】
位置検出器４１は、交流電動機４０に接続され、交流電動機４０の回転子位相θを検出する検出器である。位置検出器４１としては、例えばエンコーダやレゾルバなどを用いることができる。
【００１８】
直流電圧源８０は、交流電源と整流回路とを備え、インバータ装置２０に直流電力を供給する。直流電圧源８０としては、例えばバッテリなどの、整流回路を伴わない直流電源を用いることもできる。
【００１９】
巻線切替器６０は、各相における電機子巻線の結線を切り替える切替器である。
【００２０】
次に、巻線切替器６０の具体的な構成について図３を用いて説明する。
【００２１】
［巻線切替器６０の構成例］
図３は、巻線切替器６０の概略構成を示す回路図である。巻線切替器６０は、交流電動機４０の接続端子Ｂ１〜Ｂ３に接続される第１切替器６１と、接続端子Ａ４〜Ａ６に接続される第２切替器６２とを備えている。巻線切替器６０は、第１切替器６１及び第２切替器６２を用いて交流電動機４０の電機子巻線の終端あるいは中間点を短絡することによって交流電動機４０の巻線接続を切り替える。
【００２２】
巻線切替器６０は、基本的には特許第３９４８００９号公報の図１に示された巻線切替器の構成と同一である。巻線切替器６０は、第１切替器６１及び第２切替器６２に対してそれぞれコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）及び抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を個別に設け、巻線切替時に放出されるエネルギーによって発生するサージ電圧を効果的に吸収する。
【００２３】
巻線切替器６０は、インバータ装置２０から後述する巻線切替信号を受け取ることによって第１切替器６１のＳＷ１がＯＦＦ、第２切替器６２のＳＷ２がＯＮになると、電機子巻線の終端（接続端子Ａ４〜Ａ６）が短絡されて巻線インピーダンスが最大の状態となる。以下では、この状態を低速モードと称す。一方、巻線切替器６０は、上記巻線切替信号を受け取ることによって第１切替器６１のＳＷ１がＯＮ、第２切替器６２のＳＷ２がＯＦＦになると、電機子巻線の中間点（接続端子Ｂ１〜Ｂ３）が短絡されて巻線インピーダンスが減少する。以下では、この状態を高速モードと称す。以下では、低速モードに対応する巻線状態を低速巻線と称し、高速モードに対応する巻線状態を高速巻線と称す。
【００２４】
このように、巻線切替器６０は、インバータ装置２０から巻線切替信号を受け取ることにより低速巻線及び高速巻線を相互に切り替える。これにより、電動機ドライブシステム１００は、速度に応じて電動機定数を切り替え、全速度領域で効率の良い運転を可能としている。また、電動機ドライブシステム１００では、交流電動機４０の動作の安定性を高めるために、巻線切り替え特性がヒステリシス特性を有している。ヒステリシス特性を有する巻線切り替えの具体的な構成については後述する。
【００２５】
［インバータ装置２０の構成］
インバータ装置２０の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、インバータ装置２０は、トルク指令発生器１と、電流指令演算器２と、電流制御器３と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御器４と、電流検出器５と、Ａ／Ｄ変換器６とを備えている。さらに、インバータ装置２０は、電圧検出器７と、定出力制御器８と、速度演算器９と、巻線切替信号発生器１０と、定数切替器１１と、入力端子１３ａ，１３ｂとを備えている。
【００２６】
トルク指令発生器１は、交流電動機４０から出力されるトルク量の目標値であるトルク指令Ｔ_ｒｅｆを生成して電流指令演算器２及び巻線切替信号発生器１０へ出力する処理部である。
【００２７】
電流指令演算器２は、トルク指令発生器１から出力されるトルク指令Ｔ_ｒｅｆと、定数切替器１１から出力される電動機定数及び制御パラメータと、定出力制御器８から出力される定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとに基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆ及びｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆを生成する処理部である。電流指令演算器２は、生成したｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆ及びｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆを、電流制御器３へ出力する。電流指令演算器２の具体的な構成は、図１４を用いて後述する。
【００２８】
電流制御器３は、電流指令演算器２から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆ及びｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆに応じた電流が交流電動機４０に流れるように制御して電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆを生成する処理部である。また、電流制御器３は、生成した電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆを各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆへ変換する処理も併せて行う。そして、電流制御器３は、電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆを定出力制御器８へ出力し、電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆをＰＷＭ制御器４へ出力する。電流制御器３の具体的な構成は、図１３を用いて後述する。
【００２９】
ＰＷＭ制御器４は、図示しない搬送波信号と、電流制御器３から出力される各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆとに従ってパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行い、交流電動機４０に対して可変周波数の可変電圧を供給する処理部である。ＰＷＭ制御器４は、図示しないスイッチング素子部を備えている。スイッチング素子部は、直流電圧源８０から供給される直流電力を電力変換して交流電動機４０へ供給する。
【００３０】
電流検出器５は、交流電動機４０の巻線に流れる電流を検出する検出器である。電流検出器５によって検出された電流は、Ａ／Ｄ変換器６へ出力される。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器６は、電流検出器５で検出された電流をデジタル信号へ変換する変換器である。Ａ／Ｄ変換器６によってデジタル信号へ変換された電流の検出値Ｉｕ_ｆｂ，Ｉｖ_ｆｂは、電流制御器３へ出力される。
【００３２】
電圧検出器７は、直流電圧源８０の電位、具体的には直流電圧源８０が接続されたインバータ装置２０の入力端子１３ａ，１３ｂ間の電位（電源電圧Ｖ）を検出する検出器である。電圧検出器７は、検出した値を直流電圧値として、定出力制御器８及び巻線切替信号発生器１０へ出力する。
【００３３】
定出力制御器８は、電流制御器３から出力される電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆが、電圧検出器７から出力される直流電圧値に基づく出力可能な最大電圧に達する場合に、これら電圧指令及び最大電圧に基づいて定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃを算出する処理部である。定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは、界磁弱め制御に用いられる。定出力制御器８の具体的な構成については、図１２を用いて後述する。
【００３４】
速度演算器９は、位置検出器４１から出力される回転子位相θに基づいて交流電動機４０の回転子の回転速度ωを演算する演算器である。演算された回転速度ωは、巻線切替信号発生器１０へ出力される。
【００３５】
巻線切替信号発生器１０は、巻線切替器６０に対して巻線切替信号を出力することによって、低速巻線及び高速巻線の相互切り替えを実行させる処理部である。具体的には、巻線切替信号発生器１０は、速度演算器９から出力される回転速度ω、トルク指令発生器１から出力されるトルク指令Ｔ_ｒｅｆ、及び電圧検出器７から出力される直流電圧値等に基づいて最適な巻線を決定し、決定した巻線に切り替えるための巻線切替信号を巻線切替器６０及び定数切替器１１へ出力する。巻線切替信号発生器１０の具体的な構成については後述する。
【００３６】
定数切替器１１は、低速モード（巻線１）用と高速モード（巻線２）用の電動機定数及び制御パラメータ用データを保持しており、巻線切替信号発生器１０から出力される巻線切替信号に従って選択したデータを電流指令演算器２へ出力し、交流電動機４０の巻線状態と一致する電動機定数及び制御パラメータに切り替える。なお、定数切替器１１が保持する電動機定数及び制御パラメータとしては、例えば、トルク−電流換算係数（Ｋ)、電流位相（β）、電機子巻線インダクタンス値（Ｌｄ，Ｌｑ）、電機子鎖交磁束（Φ）、電機子巻線抵抗値（Ｒ）などがある。定数切替器１１は、電動機定数及び制御パラメータ用データの何れか一方を保持していてもよい。
【００３７】
インバータ装置２０は上記構成により、トルク指令Ｔ_ｒｅｆに基づいて交流電動機４０を駆動する。
【００３８】
以下、巻線切替信号発生器１０、定出力制御器８、電流制御器３及び電流指令演算器２の具体的な構成について図４、図１２、図１３、図１４を用いて説明する。
【００３９】
［巻線切替信号発生器１０の構成］
巻線切替信号発生器１０の具体的な構成について図４を用いて説明する。図４は、巻線切替信号発生器１０の構成を示すブロック図である。図４に示すように、巻線切替信号発生器１０は、現在巻線判定部１０１と、速度判定部１０２と、ヒステリシス領域判定部１０３と、巻線決定部１０４と、巻線比較部１０５と、時間判定部１０６と、巻線切替信号出力部１０７とを備えている。
【００４０】
現在巻線判定部１０１は、現在の巻線状態（現在巻線）が低速巻線であるか高速巻線であるかを判定する。例えば、現在巻線判定部１０１は、巻線切替信号に基づいて低速巻線であるか高速巻線であるかを判定する。現在巻線判定部１０１は判定結果を、速度判定部１０２、巻線決定部１０４及び巻線比較部１０５へ出力する。
【００４１】
速度判定部１０２は、現在巻線判定部１０１の判定結果に基づいて、交流電動機４０の回転子の回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回ったか否か、および、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回ったか否かを判定する。具体的には、現在巻線が低速巻線である場合は、速度判定部１０２は、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回ったか否かを判定し、現在巻線が高速巻線である場合は、速度判定部１０２は、回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回ったか否かを判定する。速度判定部１０２は判定結果を、ヒステリシス領域判定部１０３、時間判定部１０６及び巻線切替信号出力部１０７へ出力する。
【００４２】
ここで、第１基準回転速度ωａは、高速巻線から低速巻線へ切り替えられる際の基準（巻線切替タイミング）となる速度である。第２基準回転速度ωｂは、低速巻線から高速巻線へ切り替えられる際の基準（巻線切替タイミング）となる速度である。第１基準回転速度ωａ及び第２基準回転速度ωｂは、交流電動機４０の特性に応じて予め設定される値であり、ωａ＜ωｂの関係を満たす。このように、第１基準回転速度ωａから第２基準回転速度ωｂまでの範囲は、ヒステリシス領域となっている。
【００４３】
ヒステリシス領域判定部１０３は、回転速度ωが、第１基準回転速度ωａから第２基準回転速度ωｂまでの範囲（ヒステリシス領域）内にあるか否かを判定する。ヒステリシス領域判定部１０３は、判定結果を巻線決定部１０４及び時間判定部１０６へ出力する。
【００４４】
巻線決定部１０４は、現在巻線判定部１０１の判定結果と、ヒステリシス領域判定部１０３の判定結果（回転速度ωがヒステリシス領域内にある旨）とを受け取ると、最適な巻線（最適巻線）を決定する。すなわち、巻線決定部１０４は、低速巻線及び高速巻線のうち交流電動機４０のエネルギー効率が最適となる巻線を決定する。具体的には例えば、巻線決定部１０４は、記憶部１０４ａに記憶されているテーブルを参照して最適巻線を決定する。巻線決定部１０４は、決定した最適巻線の情報を巻線比較部１０５へ出力する。
【００４５】
最適巻線の決定は、例えば、現在巻線と、回転速度ω、トルクＴ及び電源電圧Ｖのうちの何れか１つの要素あるいは他の要素（例えば温度）とが対応付けられたテーブルを参照して行われる。図５（ａ）、（ｂ）は、記憶部１０４ａに記憶される、最適巻線を決定するためのテーブルの一例である。図５（ａ）におけるテーブルは、現在巻線、回転速度ω、トルクＴ及び電源電圧Ｖに基づいて最適巻線を決定するためのものであり、図５（ｂ）におけるテーブルは、電源電圧Ｖを一定（Ｖａ）としたものである。図５（ｂ）のテーブルは電源電圧Ｖの変化を無視できる場合、あるいは、電源電圧Ｖが一定になるように制御される場合に用いられる。図５のテーブルは、図６に示す最適巻線を決定するためのマップに基づいて作成される。
【００４６】
図６は、最適巻線の決定方法を説明するためのグラフ（マップの一例）である。このようなマップは、電源電圧Ｖの値ごとに複数種類作成されることが好ましい。電源電圧Ｖに応じて界磁弱め制御を開始する回転速度ωが変化し、これに伴い、交流電動機４０に流れる電流の位相が変化（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑの大きさが変化）する。これにより交流電動機４０のエネルギー効率が変化するため、かかる変化に対応可能にするには、電源電圧Ｖの値ごとにマップが作成されることが好ましい。なお、図６は、例えば電源電圧ＶがＶａの場合を示している。
【００４７】
作成された各マップにおいて、ヒステリシス領域における切替線Ｓ（図６）は、交流電動機４０のエネルギー効率が最適となるように設定される。ヒステリシス領域内において、切替線Ｓよりも右側の領域（回転速度ωが高い高速領域）は、低速巻線よりも高速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高い領域を示し、切替線Ｓよりも左側の領域（回転速度ωが低い低速領域）は、高速巻線よりも低速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高い領域を示している。
【００４８】
次に、図５（ｂ）及び図６を用いて、交流電動機４０の駆動パターンを例に挙げて、最適巻線の決定方法を説明する。図６には、交流電動機４０の駆動パターンの一例としてケース１〜４が示されており、図５（ｂ）のテーブルのケース１〜４に対応している。なお、図５（ｂ）及び図６では、交流電動機４０の回転子の回転速度ω及びトルクＴに基づいて最適巻線を決定する構成を示している。
【００４９】
ケース１では、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回って低速巻線から高速巻線（現在巻線）に切り替わり、その後回転速度ωは、低速側に変化してヒステリシス領域に入り、ヒステリシス領域内の高速領域に留まっている。この場合は、低速巻線よりも高速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高いため、高速巻線が最適巻線に決定される。
【００５０】
ケース２では、現在巻線が低速巻線であり、回転速度ωは、ヒステリシス領域において、切替線Ｓを超えて高速領域に留まっている。この場合は、低速巻線よりも高速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高いため、高速巻線が最適巻線に決定される。
【００５１】
ケース３では、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回って低速巻線から高速巻線（現在巻線）に切り替わり、その後回転速度ωは、低速側に変化してヒステリシス領域に入り、さらに切替線Ｓを超えてヒステリシス領域内の低速領域に留まっている。この場合は、高速巻線よりも低速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高いため、低速巻線が最適巻線に決定される。
【００５２】
ケース４では、現在巻線が低速巻線であり、回転速度ωは、ヒステリシス領域内の低速領域に留まっている。この場合は、高速巻線よりも低速巻線の方が交流電動機４０のエネルギー効率が高いため、低速巻線が最適巻線に決定される。
【００５３】
巻線比較部１０５は、現在巻線判定部１０１により判定された現在巻線と、巻線決定部１０４により決定された最適巻線とを比較し、両巻線が互いに異なるか否かを判定する。巻線比較部１０５は比較結果を時間判定部１０６へ出力する。
【００５４】
時間判定部１０６は、巻線比較部１０５から現在巻線と最適巻線とが互いに異なる旨の判定結果を受け取ると、時間の測定を実施し、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続して予め設定された所定時間経過したか否かを判定する。具体的には、時間判定部１０６は、（ａ）所定時間が経過した場合、（ｂ）速度判定部１０２から回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った旨の判定結果を受け取った場合、（ｃ）ヒステリシス領域判定部１０３から現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在しない旨の判定結果を受け取った場合、及び、（ｄ）巻線比較部１０５から現在巻線が最適巻線と等しい旨の判定結果を受け取った場合のうち少なくとも何れか１つの条件が成立するまで時間を計測する。そして、時間計測値が所定時間と等しい場合は（時間計測値＝所定時間の場合）、所定時間が経過したと判定し、時間計測値が所定時間より短い場合は（時間計測値＜所定時間の場合）、所定時間が経過しなかったと判定する。時間判定部１０６は、判定結果を巻線切替信号出力部１０７へ出力する。
【００５５】
巻線切替信号出力部１０７は、速度判定部１０２の判定結果及び時間判定部１０６の判定結果に基づいて巻線切替タイミングを決定し、巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する。巻線切替信号は、高速巻線を低速巻線に切り替える場合は第１切替器６１のＳＷ１をＯＦＦにし、第２切替器６２のＳＷ２をＯＮ（低速モード）にする信号であり、低速巻線を高速巻線に切り替える場合は第１切替器６１のＳＷ１をＯＮにし、第２切替器６２のＳＷ２をＯＦＦ（高速モード）にする信号である。
【００５６】
例えば、巻線切替信号出力部１０７は、速度判定部１０２の判定結果に基づいて、現在巻線が低速巻線である場合は回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った時点を巻線切替タイミングに決定し、現在巻線が高速巻線である場合は回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回った時点を巻線切替タイミングに決定する。なお、巻線切替信号出力部１０７は、現在巻線が低速巻線である場合において第１基準回転速度ωａを上回った場合、及び、現在巻線が高速巻線である場合において第２基準回転速度ωｂを下回った場合は、それぞれ巻線切替タイミングとみなさない。
【００５７】
また、巻線切替信号出力部１０７は、速時間判定部１０６の判定結果に基づいて、上記所定時間が経過した時点を巻線切替タイミングに決定する。
【００５８】
［巻線切替信号発生器１０の動作］
巻線切替信号発生器１０の動作の一例について図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５９】
初めに、ステップ（以下、Ｓと称す）１１において、現在巻線判定部１０１が、現在巻線が低速巻線か否かを判定する。現在巻線が低速巻線の場合（Ｓ１１にてＹＥＳ）はＳ１２に移行し、現在巻線が高速巻線の場合（Ｓ１１にてＮＯ）はＳ２２に移行する。以下では、説明の便宜上、現在巻線が低速巻線の場合と、現在巻線が高速巻線の場合とに分けて説明する。現在巻線が低速巻線の場合の動作は、図６のケース２，４に対応し、現在巻線が高速巻線の場合の動作は、図６のケース１，３に対応する。
【００６０】
［低速巻線の場合］
現在巻線が低速巻線の場合（Ｓ１１にてＹＥＳ）、速度判定部１０２は、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回ったか否かを判定する（Ｓ１２）。回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回っていない場合（Ｓ１２にてＮＯ）、ヒステリシス領域判定部１０３は、回転速度ωがヒステリシス領域内にあるか否かを判定する（Ｓ１３）。
【００６１】
回転速度ωがヒステリシス領域内にある場合（Ｓ１３にてＹＥＳ）、巻線決定部１０４が記憶部１０４ａのテーブル（例えば図５（ａ））を参照して最適巻線を決定する（Ｓ１４）。一方、回転速度ωがヒステリシス領域内にない場合（Ｓ１３にてＮＯ）、Ｓ１２に戻る。
【００６２】
Ｓ１４にて最適巻線が決定されると、巻線比較部１０５は、現在巻線（低速巻線）と最適巻線とを比較し、両巻線が互いに異なるか否かを判定する（Ｓ１５）。現在巻線（低速巻線）と最適巻線とが互いに異なる場合（Ｓ１５にてＮＯ）、時間判定部１０６が時間の測定を実施する（Ｓ１６）。一方、現在巻線（低速巻線）と最適巻線とが互いに同じ場合（Ｓ１５にてＹＥＳ）、Ｓ１２に戻る。
【００６３】
現在巻線（低速巻線）と最適巻線とが互いに異なる場合に、時間判定部１０６は、時間の計測を実施し（Ｓ１６）、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続して所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ１７）。なお、時間判定部１０６は、Ｓ１６において、（ａ）所定時間が経過した場合（Ｓ１７にてＹＥＳ）、（ｂ）回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）、（ｃ）現在の回転速度ωがヒステリシス領域内から外れた場合（Ｓ１３にてＮＯ）、及び、（ｄ）現在巻線が最適巻線と等しくなった場合（Ｓ１５にてＹＥＳ）のうち少なくとも何れか１つの条件が成立するまで時間を計測する。
【００６４】
所定時間が経過した場合（時間計測値＝所定時間の場合）（Ｓ１７にてＹＥＳ）、すなわち、所定時間が経過するまで、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続した場合、時間判定部１０６は時間計測値をリセットし（Ｓ１８）、その後、巻線切替信号出力部１０７は、所定時間の経過時点を巻線切替タイミングに決定し、高速巻線切り替え用の巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する（Ｓ２０）。一方、所定時間が経過しなかった場合（時間計測値＜所定時間の場合）（Ｓ１７にてＮＯ）、すなわち、所定時間が経過する前に、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内から外れた場合、及び、現在巻線が最適巻線と等しくなった場合のうち少なくとも何れか１つの条件が成立した場合、時間判定部１０６により時間計測値がリセットされた後（Ｓ１９）、Ｓ１２に戻る。
【００６５】
なお、Ｓ１２において、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）、Ｓ２０に移行し、巻線切替信号出力部１０７が、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った時点を巻線切替タイミングに決定し、高速巻線切り替え用の巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する。
【００６６】
［高速巻線の場合］
現在巻線が高速巻線の場合（Ｓ１１にてＮＯ）、速度判定部１０２は、回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回ったか否かを判定する（Ｓ２２）。回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回っていない場合（Ｓ２２にてＮＯ）、ヒステリシス領域判定部１０３は、回転速度ωがヒステリシス領域内にあるか否かを判定する（Ｓ２３）。
【００６７】
回転速度ωがヒステリシス領域内にある場合（Ｓ２３にてＹＥＳ）、巻線決定部１０４が記憶部１０４ａのテーブル（例えば図５（ａ））を参照して最適巻線を決定する（Ｓ２４）。一方、回転速度ωがヒステリシス領域内にない場合（Ｓ２３にてＮＯ）、Ｓ２２に戻る。
【００６８】
Ｓ２４にて最適巻線が決定されると、巻線比較部１０５は、現在巻線（高速巻線）と最適巻線とを比較し、両巻線が互いに異なるか否かを判定する（Ｓ２５）。現在巻線（高速巻線）と最適巻線とが互いに異なる場合（Ｓ２５にてＮＯ）、時間判定部１０６が時間の測定を実施する（Ｓ２６）。一方、現在巻線（高速巻線）と最適巻線とが互いに同じ場合（Ｓ２５にてＹＥＳ）、Ｓ２２に戻る。
【００６９】
現在巻線（高速巻線）と最適巻線とが互いに異なる場合に、時間判定部１０６は、時間の計測を実施し（Ｓ２６）、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続して所定時間経過したか否かを判定する（Ｓ２７）。なお、時間判定部１０６は、Ｓ２６において、（ａ）所定時間が経過した場合（Ｓ２７にてＹＥＳ）、（ｂ）回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）、（ｃ）現在の回転速度ωがヒステリシス領域内から外れた場合（Ｓ２３にてＮＯ）、及び、（ｄ）現在巻線が最適巻線と等しくなった場合（Ｓ２５にてＹＥＳ）のうち少なくとも何れか１つの条件が成立するまで時間を計測する。
【００７０】
所定時間が経過した場合（時間計測値＝所定時間の場合）（Ｓ２７にてＹＥＳ）、すなわち、所定時間が経過するまで、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続した場合、時間判定部１０６は時間計測値をリセットし（Ｓ２８）、その後、巻線切替信号出力部１０７は、所定時間の経過時点を巻線切替タイミングに決定し、低速巻線切り替え用の巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する（Ｓ３０）。一方、所定時間が経過しなかった場合（時間計測値＜所定時間の場合）（Ｓ２７にてＮＯ）、すなわち、所定時間が経過する前に、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合、現在の回転速度ωがヒステリシス領域内から外れた場合、及び、現在巻線が最適巻線と等しくなった場合のうち少なくとも何れか１つの条件が成立した場合、時間判定部１０６により時間計測値がリセットされた後（Ｓ２９）、Ｓ２２に戻る。
【００７１】
なお、Ｓ２２において、回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回った場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）、Ｓ３０に移行し、巻線切替信号出力部１０７が、回転速度ωが第１基準回転速度ωａを下回った時点を巻線切替タイミングに決定し、低速巻線切り替え用の巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する。
【００７２】
次に、図６のケース３を例に挙げて巻線切替信号発生器１０の動作例を説明する。図８は、ケース３における時間ｔと回転速度ωとの関係を示すグラフである。図８に示すように、回転速度ωは、時間ｔ０から時間の経過に伴って大きくなり、時間ｔａに第２基準回転速度ωｂを上回り、時間ｔｂに第２基準回転速度ωｂを下回り、その後ヒステリシス領域内で変動している。
【００７３】
図９は、時間ｔと巻線状態との関係を示すグラフである。ケース３の場合、時間ｔａにおいて、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回り（図７のＳ１２）（図８）、高速巻線切り替え用の巻線切替信号が出力され（Ｓ２０）、高速巻線に切り替えられる（図９）。時間ｔａからｔｂまでは高速巻線において回転速度ωが変動し、時間ｔｂ以降は、回転速度ωがヒステリシス領域内で変動する（Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ２３）（図８）。ここで、ケース３では、図５（ｂ）のテーブルに示すように低速巻線が最適巻線となる（Ｓ２４）。現在巻線（高速巻線）と最適巻線（低速巻線）とが互いに異なるため（Ｓ２５）、回転速度ωにおけるヒステリシス領域内での時間が測定される（Ｓ２６）。そして、回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が継続して所定時間（ｔｂ〜ｔｃ）が経過することにより（Ｓ２７）（図８）、時間ｔｃにおいて低速巻線切り替え用の巻線切替信号が出力され（Ｓ３０）、低速巻線に切り替えられる（図９）。
【００７４】
図６のケース１，２，４では、上記処理と同様の処理により巻線切替信号が出力され、巻線切替動作が行われる。
【００７５】
本実施の形態に係る巻線切替信号発生器１０の構成によれば、交流電動機４０の回転子の回転速度ωがヒステリシス領域内であっても最適な巻線に切り替えることができるため、交流電動機４０のエネルギー効率を高めることができる。
【００７６】
［変形例１］
図１０は、変形例１に係る巻線切替信号発生器１０の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７７】
図７に示した巻線切替信号発生器１０の動作では、現在巻線が低速巻線であって、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回っていない場合（Ｓ１２）に、ヒステリシス領域か否かを判定し最適巻線を決定する処理（Ｓ１３）を行っているが、変形例１係る巻線切替信号発生器１０では、これらの処理が省略されている。
【００７８】
具体的には、図１０に示すように、現在巻線が低速巻線であって（Ｓ１１にてＹＥＳ）、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回っていない場合（Ｓ１２にてＮＯ）、Ｓ１２の判定処理に戻る。一方、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）、Ｓ２０に移行し、巻線切替信号出力部１０７が、回転速度ωが第２基準回転速度ωｂを上回った時点を巻線切替タイミングに決定し、高速巻線切り替え用の巻線切替信号を、巻線切替器６０、定数切替器１１及び現在巻線判定部１０１へ出力する。
【００７９】
本変形例１は、低速から高速へ変化する場合においてヒステリシス領域では常に低速巻線を使用した方が交流電動機４０のエネルギー効率が良い場合に有効である。
【００８０】
［変形例２］
ヒステリシス領域における交流電動機４０の特性において、高速巻線よりも低速巻線の方がエネルギー効率が高い場合は、巻線決定部１０４が、ヒステリシス領域では低速巻線を最適巻線に決定する構成としてもよい。なお、この構成では、ヒステリシス領域であっても低速巻線が最適でないような場合を予めテーブルに記憶しておくことが好ましい。これにより、ヒステリシス領域であってもエネルギー効率を考慮して、高速巻線に切り替えることができる。
【００８１】
上記説明では、交流電動機４０の回転子の回転速度ω及びトルクＴに基づいて最適巻線を決定する方法を例に示したが、最適巻線を決定する方法はこれに限定されない。例えば、トルクＴを考慮せずに、回転速度ωに基づいて最適巻線を決定する構成としてもよい。図１１には、現在巻線、回転速度ω及び電源電圧Ｖに基づいて最適巻線を決定するためのテーブル（図１１（ａ））及びマップ（図１１（ｂ））を示している。なお、図１１（ｂ）に示すマップは、例えば電源電圧ＶがＶｂの場合を示している。図１１（ｂ）のマップでは、切替線Ｓが、図６に示したマップとは異なり、所定の回転速度ωｓに設定されている。図１１（ｂ）には、交流電動機４０の駆動パターンの一例としてケース５〜８が示されており、図１１（ａ）のテーブルのケース５〜８に対応している。図１１（ａ）のテーブルは、図１１（ｂ）のマップに基づいて作成される。
【００８２】
ケース５では、図６のケース１と同様の駆動パターンとなり、高速巻線が最適巻線に決定される。ケース６では、図６のケース２と同様の駆動パターンとなり、高速巻線が最適巻線に決定される。ケース７では、図６のケース３と同様の駆動パターンとなり、低速巻線が最適巻線に決定される。ケース８では、図６のケース４と同様の駆動パターンとなり、低速巻線が最適巻線に決定される。
【００８３】
また、上述したように、最適巻線の決定には、電源電圧Ｖを考慮することが好ましい。具体的には、電源電圧Ｖの値に応じたマップ（図６、図１１（ｂ）参照）に基づいて最適巻線を決定する構成とすることができる。例えば、電源電圧が３２０Ｖの場合は３２０Ｖ用に作成したマップに基づいて最適巻線を決定し、電源電圧が３６０Ｖの場合は３６０Ｖ用に作成したマップに基づいて最適巻線を決定する。なお、電源電圧が３４０Ｖの場合は、３２０Ｖ用のマップ及び３６０Ｖ用のマップから平均値を算出して最適巻線を決定する構成としてもよい。
【００８４】
［定出力制御器８の構成］
定出力制御器８の具体的な構成について図１２を用いて説明する。図１２は、定出力制御器８の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、定出力制御器８は、振幅演算器８１と、減算器８２と、ＰＩ制御器８３と、リミッタ８４と、フィルタ８５とを備えている。
【００８５】
振幅演算器８１は、電流制御器３から出力されるｄ軸電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ及びｑ軸電圧指令Ｖｑ_ｒｅｆに基づいて、交流電動機４０への電圧指令の振幅値（電圧振幅値）を演算し、算出した振幅値を電圧フィードバック値Ｖｆｂとして減算器８２へ出力する。
【００８６】
減算器８２は、制限電圧指令から電圧フィードバック値Ｖｆｂを減算し、減算結果をＰＩ制御器８３へ出力する。ここで、制限電圧指令とは、電圧検出器７から出力される直流電圧値に基づいて定められる。例えば、制限電圧指令は、電圧検出器７から出力される直流電圧値そのものであってもよいし、直流電圧値に所定の係数を乗じた値などであってもよい。
【００８７】
ＰＩ制御器８３は、減算器８２による減算結果をＰ制御あるいはＩ制御を含む制御を行い、電圧フィードバック値Ｖｆｂが制限電圧指令を超えないように動作する。この目的を達するため、リミッタ８４は、ＰＩ制御器８３の出力が正の値は０に制限し、負の値である場合には所定の値で制限し、フィルタ８５へ出力する。リミッタ８４の出力値は、フィルタ８５を介して定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとして電流指令演算器２へ出力される。なお、フィルタ８５を削除し、リミッタ８４の出力を定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとしてもよい。
【００８８】
［電流制御器３の構成］
電流制御器３の具体的な構成について図１３を用いて説明する。図１３は、電流制御器３の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、電流制御器３は、座標変換部３０と、減算器３１，３２と、ｑ軸電流制御器３３と、ｄ軸電流制御器３４と、座標変換器３７とを備える。
【００８９】
座標変換部３０は、Ａ／Ｄ変換器６から出力される電流検出器５の検出値Ｉｕ_ｆｂ，Ｉｖ_ｆｂを回転子の位相θを用いて座標変換して、電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂ，Ｉｑ_ｆｂを生成する。
【００９０】
減算器３１は、電流指令演算器２から出力されるｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆからｑ軸電流フィードバック値Ｉｑ_ｆｂを減算し、減算結果をｑ軸電流制御器３３へ出力する処理部である。また、減算器３２は、電流指令演算器２から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆからｄ軸電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂを減算し、減算結果をｄ軸電流制御器３４へ出力する処理部である。
【００９１】
ｑ軸電流制御器３３、ｄ軸電流制御器３４は、それぞれ減算器３１、減算器３２による減算結果が０になるように制御する制御器である。ｑ軸電流制御器３３、ｄ軸電流制御器３４は、制御結果としての電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆを、座標変換器３９及び定出力制御器８へ出力する。
【００９２】
座標変換器３９は、回転子の位相θに基づいて電圧指令Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆへ変換する処理部であり、変換した電圧指令Ｖｕ_ｒｅｆ，Ｖｖ_ｒｅｆ，Ｖｗ_ｒｅｆをＰＷＭ制御器４へ出力する。
【００９３】
［電流指令演算器２の構成］
電流指令演算器２の具体的な構成について図１４を用いて説明する。図１４は、電流指令演算器２の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、電流指令演算器２は、ｑ軸電流指令演算器２１と、最大効率制御器２２と、加算器２３とを備えている。
【００９４】
ｑ軸電流指令演算器２１は、電機子鎖交磁束（Φ）、ｄ軸の電機子巻線インダクタンス値（Ｌｄ）、ｑ軸の電機子巻線インダクタンス値（Ｌｑ）に基づいて、ｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆを算出する処理部である。
【００９５】
最大効率制御器２２は、トルク−電流換算係数（Ｋ）、主磁束（ｄ軸）方向と直交する方向ベクトルであるｑ軸方向を基準とした電流位相（β）に基づいて、軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆを算出する処理部である。最大効率制御器２２によって算出されたｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆは、加算器２３へ出力される。なお、上記Ｋ，β，Φ，Ｌｄ及びＬｑは、電動機定数または制御パラメータであり、定数切替器１１から入力される。
【００９６】
加算器２３は、最大効率制御器２２から出力されるｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆと定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃとを加算する処理部である。なお、定出力量Ｉｄ_ｒｅｆｃは、電圧指令（Ｖｄ_ｒｅｆ，Ｖｑ_ｒｅｆ）の大きさが直流電圧値を超えないように定出力制御器８により演算され、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆに補正される値である。加算器２３によって算出されたｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆは、ｑ軸電流指令演算器２１へ出力される。
【００９７】
このようにして算出されたｑ軸電流指令Ｉｑ_ｒｅｆ、ｄ軸電流指令Ｉｄ_ｒｅｆが、電流制御器３へ出力される。
【００９８】
上述した最適巻線の決定に用いるトルクＴは、トルク指令発生器１から出力されるトルク指令Ｔ_ｒｅｆを例にして説明しているが、Ｔ＝Φ・Ｉｑ＋（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉｄ・Ｉｑといった演算式により求めたトルクＴを用いることができる。なお、演算式はこれに限定されないし、Ｉｄ，Ｉｑは、指令値Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆであっても、電流フィードバック値Ｉｄ_ｆｂ，Ｉｑ_ｆｂであってもよい。
【００９９】
上述したインバータ装置２０は以下の構成とすることができる。
【０１００】
インバータ装置２０では、最適巻線は回転速度ωに基づいて設定されている構成とすることができる。これにより、最適巻線を容易に決定することができる。
【０１０１】
インバータ装置２０では、最適巻線は回転速度ω及び電源電圧Ｖに基づいて設定されている構成とすることができる。これにより、電源電圧Ｖに応じた最適巻線を決定することができる。
【０１０２】
インバータ装置２０では、最適巻線は回転速度ω及びトルクＴに基づいて設定されている構成とすることができる。これにより、トルクＴに応じた最適巻線を決定することができる。
【０１０３】
インバータ装置２０では、低速巻線は回転速度ωが低速である場合に選択され、高速巻線は回転速度ωが高速である場合に選択されるものであり、巻線切替信号出力部１０７は、回転速度ωが低速から高速に変化してヒステリシス領域に入った場合は、巻線切替信号を出力しない一方、回転速度ωが高速から低速に変化してヒステリシス領域に入った場合は、現在巻線と最適巻線とが異なる場合に、現在巻線を最適巻線に切り替えるように巻線切替信号を出力する構成とすることができる。これにより、低速領域では常に低速巻線による駆動を実現することができる。
【０１０４】
インバータ装置２０では、巻線切替信号発生器１０は、回転速度ωがヒステリシス領域内に存在し、かつ現在巻線が最適巻線と異なる状態が所定時間継続するか否かを判定する時間判定部１０６を備え、巻線切替信号出力部１０７は、所定時間が継続したと判定された場合に、現在巻線を最適巻線に切り替えるように巻線切替信号を出力する構成とすることができる。これにより、一定速度で運転が継続されている場合に、最適な巻線に切り替えることができる。
【０１０５】
インバータ装置２０では、巻線切替信号発生器１０は、最適巻線を決定する巻線決定部１０４を備え、巻線決定部１０４は、低速巻線及び高速巻線のうち、回転速度ωに対応する交流電動機４０のエネルギー効率が高い方を最適巻線に決定する構成とすることができる。これにより、交流電動機４０のエネルギー効率が高めることができる。
【０１０６】
インバータ装置２０では、低速巻線は回転速度ωが低速である場合に選択され、高速巻線は回転速度ωが高速である場合に選択されるものであり、第１の切替タイミングに設定される回転速度ωａは、第２の切替タイミングに設定される回転速度ωｂよりも小さく、巻線切替信号発生器１０は、現在巻線が低速巻線である場合において、回転速度ωが第２のタイミングを上回ったときは、現在巻線を高速巻線に切り替えるように巻線切替信号を出力する一方、現在巻線が高速巻線である場合において、回転速度ωが第１のタイミングを下回ったときは、現在巻線を低速巻線に切り替えるように巻線切替信号を出力する構成とすることができる。これにより、巻線切り替え特性にヒステリシス特性をもたせることができる。
【０１０７】
巻線決定部１０４は、低速巻線及び高速巻線のうち交流電動機４０のエネルギー効率が最適となる巻線を決定するにあたり、テーブル（例えば図５（ａ）、（ｂ）、図１１（ａ））を参照する構成とすることができる。したがって、電気的特性が異なる電動機に適用する場合は、その特性に合うテーブルを準備すればよい。つまり、交流電動機４０は同期電動機に限定されず、誘導電動機など他の電動機であっても全く同様に適用できる。
【０１０８】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で上記実施の形態から当業者が適宜変更した形態も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０９】
１  トルク指令発生器、２  電流指令演算器、３  電流制御器、４  ＰＷＭ制御器、５  電流検出器、６  Ａ／Ｄ変換器、７  電圧検出器、８  定出力制御器、９  速度演算器、１０  巻線切替信号発生器、１１  定数切替器、２０  インバータ装置、４０  交流電動機、４１  位置検出器、６０  巻線切替器、６１  第１切替器、６２  第２切替器、８０  直流電圧源、１００  電動機ドライブシステム、１０１  現在巻線判定部、１０２  速度判定部、１０３  ヒステリシス領域判定部、１０４  巻線決定部、１０５  巻線比較部、１０６  時間判定部、１０７  巻線切替信号出力部
【要約】
【課題】巻線切り替え特性がヒステリシス特性を有する場合において、ヒステリシス領域内であっても最適な巻線切り替えを行うことが可能なインバータ装置を提供する。
【解決手段】交流電動機の回転子の回転速度が、電機子巻線の状態を第１巻線と第２巻線との間で相互に切り替えるための第１及び第２の切替タイミングで規定されるヒステリシス領域内にあって、かつ現在巻線と最適巻線とが異なる場合には、前記現在巻線を前記最適巻線に切り替える。
【選択図】図６【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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