(57)【要約】  電動機駆動装置（２）は、電動機（７）の回転動作中に切替器（６１〜６３）の切替え動作を行うことによって電動機（７）の巻線（７１〜７３）の接続状態を切替える接続切替装置（６０）と、切替器（６１〜６３）を介して巻線（７１〜７３）に交流電圧を印加するとともに、切替器（６１〜６３）を介して回転動作中の電動機（７）の巻線（７１〜７３）から逆起電圧が印加されるインバータ（３０）と、インバータ（３０）及び接続切替装置（６０）を制御することによって電動機（７）の回転動作を制御する制御装置（１００）とを有し、巻線（７１〜７３）に流れる交流電流の第１の実効値が切替器（６１〜６３）の切替え動作の前において巻線（７１〜７３）に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、切替器（６１〜６３）の切替え動作を実行させる。
2019087243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切替器を有し、電動機の回転動作中に前記切替器の切替え動作を行うことによって前記電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、
前記切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、前記切替器を介して回転動作中の前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されるインバータと、
前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、
を有し、
前記巻線に流れる交流電流の第１の実効値が前記切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、前記切替器の切替え動作を実行させる
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電流制御期間において、前記インバータは、前記巻線に交流電圧を印加しており、前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されている
請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記インバータに供給される電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記インバータを制御する
請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記接続状態の切替えは、Ｙ結線とΔ結線との間の切替えである
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記接続状態の切替えは、前記巻線の巻数の切替えである
請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記切替器は、電磁接触器を有し、
前記電磁接触器は、励磁コイルと、前記励磁コイルに流れる電流により駆動される接点とを有し、
前記励磁コイルに供給される電流を制御する
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記切替器は、制御端子に入力される信号より制御される半導体スイッチを有し、
前記制御端子に入力される信号を制御する
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
前記半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体で形成される
請求項７に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
前記電動機は圧縮機に備えられ、
前記電流制御期間は１秒以下である
請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。
【請求項１２】
請求項１０に記載の冷凍サイクル装置を備える給湯機。
【請求項１３】
請求項１０に記載の冷凍サイクル装置を備える冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機の固定子巻線（以下「巻線」とも言う）の結線状態をスター結線（Ｙ結線）及びデルタ結線（Δ結線）のいずれかに切替える場合に、駆動回路の予備負荷に電流を流し、その電流を流している状態で切替える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、電動機の巻線に印加される交流電圧の周波数が所定周波数未満の場合に結線切替リレーを動作させてＹ結線を選択し、周波数が前記所定周波数以上の場合に結線切替リレーを動作させてΔ結線を選択する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８６５８７号公報（例えば、請求項１、図２〜図９）
【特許文献２】特開２００８−２２８５１３号公報（例えば、請求項１、１５、２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、予備負荷に電流を流している状態で巻線の結線状態を切替える。しかし、電動機に大電流が流れる環境下では予備負荷の電力容量を大きくする必要があり、機器の大型化だけでなく予備負荷の発熱の課題がある。【０００６】
特許文献２に記載された技術では、巻線の結線状態を切替える結線切替リレーとしてメカリレー又は半導体リレーが用いられる。しかし、インバータの動作中にメカリレーの接点が切替わると接点間にアーク放電が発生し、接点が溶着して故障に至る可能性がある。また、インバータの動作中に半導体リレーを動作させると、複数の半導体リレーの動作タイミングの差異によって、Ｙ結線でもΔ結線でもない結線状態が発生し、過大な電流が半導体リレーに流れて故障に至る可能性がある。【０００７】
また、結線切替リレーの故障を回避するために電動機の回転動作を停止させた後に結線切替リレーの切替え動作を行う場合には、電動機を用いる装置によって要求される時間（例えば、圧縮機の場合には、冷媒の状態が安定するまでの数分間）が経過した後でなければ、電動機を再始動できないという課題がある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機の巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことができ、且つ接続状態の切替えに起因する故障が生じにくい電動機駆動装置及びそれを備えた装置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】
【０００９】
本発明に係る電動機駆動装置は、切替器を有し、電動機の回転動作中に前記切替器の切替え動作を行うことによって前記電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、前記切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、前記切替器を介して回転動作中の前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されるインバータと、前記インバータ及び前記接続切替装置を制御することによって、前記電動機の回転動作を制御する制御装置と、を有し、前記巻線に流れる交流電流の第１の実効値が前記切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、前記切替器の切替え動作を実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、巻線に流れる交流電流の実効値をゼロに近づけるように制御された電流制御期間内に接続切替装置の切替器の切替え動作を行うので、接続切替装置の故障は発生しにくく、電動機駆動装置の寿命を長くすることができる。【００１１】
また、本発明によれば、電動機の回転動作が停止していない電流制御期間中に、巻線の接続状態を切替える。このため、巻線の接続状態の切替えのために、電動機の回転動作を一時停止させ、その後電動機を再始動させる動作が不要である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態の空気調和機（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。
【図２】実施の形態の給湯器（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。
【図３】実施の形態の冷蔵庫（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１の電動機駆動装置を示す概略配線図である。
【図５】図４のインバータの構成を示す図である。
【図６】図１の電動機の巻線と接続切替装置とを詳細に示す配線図である。
【図７】図４の接続切替装置の切替器の詳細を示す配線図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、電動機の異なる結線状態における巻線を概念的に示す図である。
【図９】実施の形態１で用いられる制御装置の一例を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９の電圧指令演算部を詳細に示す図である。
【図１１】実施の形態１の電動機駆動装置の動作を示す波形図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における電動機の巻線と接続切替装置とを示す配線図である。
【図１３】図１２の接続切替装置の切替器にＭＯＳトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。
【図１４】図１３の切替器のＭＯＳトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における電動機の巻線と接続切替装置とを示す配線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル適用機器である冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫について説明する。なお、以下に示す実施の形態は例に過ぎず、電動機駆動装置及びそれを備えた各装置は、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。なお、以下の説明において、同じ符号が付された構成要素は、同じ又は同様の機能を持つ。
【００１４】
図１は、実施の形態の空気調和機（冷凍サイクル装置９００を含む）の構成例を示す概略図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置９００は、四方弁９０２の切替え動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。
【００１５】
暖房運転時には、実線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内の熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外の熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。冷房運転時には、破線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外の熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内の熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。
【００１６】
暖房運転時には、熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い（室内を暖房し）、熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う（室内を冷房する）。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
【００１７】
図２は、実施の形態のヒートポンプ式給湯器（冷凍サイクル装置９００ａを含む）の構成例を示す概略図である。図２に示されるように、冷凍サイクル装置９００ａでは、熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い（水を温め）、熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
【００１８】
図３は、実施の形態の冷蔵庫（冷凍サイクル装置９００ｂを含む）の構成例を示す概略図である。図３に示されるように、冷凍サイクル装置９００ｂでは、熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う（冷蔵庫内を冷却する）。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
【００１９】
《１》実施の形態１．
《１−１》実施の形態１の概要
図４は、本発明の実施の形態１の電動機駆動装置２を、電動機７及び交流電源４とともに示す概略配線図である。電動機駆動装置２は、電動機７を駆動するためのものである。図４に示されるように、電動機駆動装置２は、インバータ３０と、接続切替装置６０と、制御装置１００とを備える。また、電動機駆動装置２は、交流電源入力端子２ａ，２ｂと、リアクトル８と、整流回路１０と、コンデンサ２０と、制御電源生成回路８０と、母線電流検出手段８５と、電気量検出部９０とを備えてもよい。
【００２０】
接続切替装置６０は、切替器（スイッチ回路）６１〜６３を有し、電動機７の回転動作中に切替器６１〜６３の切替え動作を行うことによって電動機７の巻線７１〜７３の接続状態（結線状態）を切替える。インバータ３０は、切替器６１〜６３を介して巻線７１〜７３に交流電圧を印加するとともに、切替器６１〜６３を介して回転動作中の電動機７の巻線７１〜７３から逆起電圧が印加される。
【００２１】
制御装置１００は、インバータ３０を制御することによって電動機７の回転動作を制御する。また、制御装置１００は、接続切替装置６０に巻線の接続状態の切替えを実行させる。実施の形態１においては、制御装置１００は、巻線７１〜７３に流れる交流電流の値（第１の実効値）が切替器６１〜６３の切替え動作の前において巻線に流れる交流電流の値（第２の実効値）よりゼロに近づけられている電流制御期間Ｐｃ（「ゼロ電流制御期間」とも言う）内に、切替器６１〜６３の切替え動作を実行させる。
【００２２】
なお、本出願において、巻線の接続状態は、巻線の結線状態（例えば、Ｙ結線とΔ結線）と、巻線の巻数との両方を含む。巻線の巻数の切替えについては、実施の形態３で説明する。また、切替器６１〜６３をメカリレーで構成した場合には、電流制御期間Ｐｃは、数百ミリ秒以下に設定できる。切替器６１〜６３を半導体スイッチで構成した場合には、電流制御期間Ｐｃは、数ミリ秒以下に設定できる。また、電動機７を空気調和機、ヒートポンプ式給湯器、冷蔵庫などの冷凍サイクル装置の圧縮機に使用する場合には、電流制御期間Ｐｃは、数ｍ秒から１秒までの範囲内で設定できる。
【００２３】
《１−２》実施の形態１の構成
制御装置１００は、例えば、制御情報をソフトウェアプログラムとして記憶する記憶装置としてのメモリと、このプログラムを実行する情報処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）とを備えたマイコン（マイクロコンピュータ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で構成される。また、制御装置１００は、専用のハードウェア（例えば、処理回路）で構成されていてもよい。以下では、制御装置１００がマイコンで構成されている場合を説明する。
【００２４】
交流電源入力端子２ａ，２ｂは、外部の交流電源４に接続される。交流電源入力端子２ａ，２ｂには、交流電源４から交流電圧が印加される。印加される電圧は、例えば、振幅（実効値）が１００Ｖ又は２００Ｖ等であり、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ等である。
【００２５】
整流回路１０は、交流電源４から入力端子２ａ，２ｂ及びリアクトル８を介して交流電力を受けて整流することで、直流電圧を生成する。整流回路１０は、ダイオード等の整流素子１１〜１４をブリッジ接続することで形成された全波整流回路である。
【００２６】
コンデンサ２０は、整流回路１０で生成された直流電圧を平滑化して、直流電圧Ｖ２０を出力する。
【００２７】
図５は、図４のインバータ３０の構成を示す図である。図５に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０とを有する。インバータ主回路３１０の入力端子は、コンデンサ２０の電極に接続されている。整流回路１０の出力、コンデンサ２０の電極、及びインバータ主回路３１０の入力端子を結ぶ線を、直流母線と言う。
【００２８】
インバータ３０は、制御装置１００によって制御されて、インバータ主回路３１０の６つのアームのスイッチング素子３１１〜３１６がオン、オフ動作する。このオン、オフ動作によって、インバータ３０は、周波数可変で電圧可変の３相交流電流を生成し、この３相交流電流を電動機７に供給する。スイッチング素子３１１〜３１６には、還流用の整流素子３２１〜３２６がそれぞれ並列接続されている。
【００２９】
電動機７は、３相永久磁石同期電動機であり、固定子巻線（以下「巻線」とも言う）の端部が電動機７の外部に引き出されており、スター結線（Ｙ結線）及びデルタ結線（Δ結線）のいずれかへの切替えが可能なものである。この切替えは、接続切替装置６０により行われる。なお、Ｙ結線を第１の結線という場合には、Δ結線が第２の結線であり、Δ結線を第１の結線という場合には、Ｙ結線が第２の結線である。また、巻線の接続状態は、３種類以上であってもよい。
【００３０】
図６は、電動機７の固定子巻線及び接続切替装置６０をより詳細に示す配線図である。図６に示されるように、電動機７の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相から成る３つの相の巻線７１，７２，７３の第１の端部７１ａ，７２ａ，７３ａが、外部端子７１ｃ，７２ｃ，７３ｃにそれぞれ接続されている。電動機７の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線７１，７２，７３の第２の端部７１ｂ，７２ｂ，７３ｂが、外部端子７１ｄ，７２ｄ，７３ｄにそれぞれ接続されている。このように、電動機７は、接続切替装置６０との接続が可能となっている。また、外部端子７１ｃ，７２ｃ，７３ｃには、インバータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線３３１，３３２，３３３が接続されている。
【００３１】
接続切替装置６０は、図示の例では、切替器６１〜６３で構成されている。切替器６１，６２，６３としては、電磁的に接点が開閉する電磁接触器が用いられている。そのような電磁接触器は、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。
【００３２】
図７は、切替器６１〜６３の構成例を示す配線図である。切替器６１〜６３は、例えば、図７に示されるように構成されており、励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流されているときと、電流が流されていないときとで、異なる結線状態を取る。励磁コイル６１１，６２１，６３１は、半導体スイッチ６０４を介して、切替電源電圧Ｖ６０を受けるように接続される。半導体スイッチ６０４の開閉は、制御装置１００から出力される切替制御信号Ｓｃにより制御される。なお、制御装置１００に含まれるマイコンからの電流供給が十分確保されている場合には、マイコンから直接励磁コイルに電流を流すように動作してもよい。
【００３３】
切替器６１の共通接点６１ｃは、リード線６１ｅを介して外部端子７１ｄに接続されている。常閉接点６１ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６１ａは、インバータ３０のＶ相の出力線３３２に接続されている。
【００３４】
切替器６２の共通接点６２ｃは、リード線６２ｅを介して外部端子７２ｄに接続されている。常閉接点６２ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６２ａは、インバータ３０のＷ相の出力線３３３に接続されている。
【００３５】
切替器６３の共通接点６３ｃは、リード線６３ｅを介して外部端子７３ｄに接続されている。常閉接点６３ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６３ａは、インバータ３０のＵ相の出力線３３１に接続されている。
【００３６】
励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流れていないときは、切替器６１，６２，６３が、図７に示されるように、常閉接点側に切替わった状態、即ち、共通接点６１ｃ，６２ｃ，６３ｃが常閉接点６１ｂ，６２ｂ，６３ｂに接続された状態にある。この状態では、電動機７は、Ｙ結線状態にある。
【００３７】
励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流れているときは、切替器６１，６２，６３が図示とは逆に、常開接点側に切替わった状態、即ち、共通接点６１ｃ，６２ｃ，６３ｃが常開接点６１ａ，６２ａ，６３ａに接続された状態にある。この状態では、電動機７は、Δ結線状態にある。
【００３８】
ここで、電動機７としてＹ結線及びΔ結線のいずれかへの切替えが可能なものを用いることの利点について図８（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図８（ａ）は、Ｙ結線としたときの巻線の結線状態、図８（ｂ）は、Δ結線としたときの巻線の結線状態をそれぞれ概念的に示す。
【００３９】
Ｙ結線時の線間電圧をＶＹ、巻線に流れ込む電流をＩＹとし、Δ結線時の線間電圧をＶΔ、巻線に流れ込む電流をＩΔとし、各相の巻線に掛かる電圧が互いに等しいとすると、以下の式（１）及び（２）の関係がある。
ＶΔ＝ＶＹ／√３      （１）
ＩΔ＝√３×ＩＹ      （２）
【００４０】
Ｙ結線時の電圧ＶＹ及び電流ＩＹと、Δ結線時の電圧ＶΔ及び電流ＩΔとが式（１）及び（２）の関係を有するとき、Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機に供給される電力が互いに等しい。つまり、電動機に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線の方が電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。
【００４１】
以上の性質を利用し、負荷条件等に応じて結線状態を選択することが考えられる。例えば、低負荷時には、Ｙ結線で低速運転し、高負荷時には、Δ結線で高速運転することが考えられる。このようにすることで、低負荷時の効率を向上させ、高負荷時の高出力化も可能となる。
【００４２】
以下に、この点について、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機の場合について、さらに詳しく述べる。空気調和機の圧縮機駆動用の電動機７としては、省エネルギー化の要求に応えるため、回転子に永久磁石を備えた同期電動機が広く用いられている。また、近年の空気調和機においては、室温と設定温度との差が大きいときは、電動機７を高速で回転させる高速運転によって室温を設定温度に早く近づけ、室温が設定温度に近いときは、電動機７を低速で回転させる低速運転によって室温を維持するようにしている。このように制御する場合、全運転時間に対する低速運転の時間の占める割合が大きい。
【００４３】
同期電動機を用いた場合、回転数が上がると逆起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。この逆起電力は、上記のようにＹ結線の方がΔ結線に比べて高い。
【００４４】
高速での逆起電力を抑制するために、永久磁石の磁力を小さくしたり、固定子巻線の巻き数を減らしたりすることが考えられる。しかし、そのようにすると、同一出力トルクを得るための電流が増加するため、電動機７及びインバータ３０に流れる電流が増加し、効率が低下する。
【００４５】
そこで、回転数に応じて結線状態を切替えることが考えられる。例えば、高速での運転が必要な場合には、Δ結線状態とする。こうすることで、駆動に必要な電圧を（Ｙ結線に比べ）１／√３にすることができる。このため、巻線の巻数を減らす必要もなく、また弱め磁束制御を用いる必要もなくなる。
【００４６】
一方、低速回転では、Ｙ結線状態とすることでΔ結線に比べて電流値を１／√３にできる。さらに、巻線をＹ結線状態で低速での駆動に適したように設計することが可能となり、Ｙ結線を速度範囲の全域にわたり使用する場合に比べて、電流値を低減することが可能となる。この結果、インバータ３０の損失を低減することができ、効率を高めることが可能となる。
【００４７】
以上説明したように、負荷条件に応じて結線状態を切替えることには意義があり、接続切替装置６０が設けられるのは、このような切替えを可能にするためである。
【００４８】
図４に示される母線電流検出手段８５は、母線電流、即ち、インバータ３０に入力する直流電流Ｉｄｃを検出する。母線電流検出手段８５は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、検出結果を示すアナログ信号を制御装置１００に供給する。この信号（検出信号）は、制御装置１００で図示しないＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置１００の内部での処理に用いられる。
【００４９】
制御装置１００は、上記のように、接続切替装置６０による結線状態の切替えを制御するとともに、インバータ３０の動作を制御する。インバータ３０の制御のため、制御装置１００は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を生成して、インバータ３０に供給する。
【００５０】
図５に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０のほかに、駆動回路３５０を備えており、駆動回路３５０がＰＷＭ信号に基づいて駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６によりスイッチング素子３１１〜３１６のオン、オフを制御し、これにより、周波数可変で電圧可変の３相交流電圧が電動機７に印加される。
【００５１】
ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６が論理回路の信号レベルの大きさ（０〜５Ｖ）のものであるのに対し、駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１〜３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、＋１５Ｖから−１５Ｖまでの大きさを持つ信号である。また、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６が、制御装置１００の接地電位を基準電位とするものであるのに対し、駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子の負側の端子（エミッタ端子）の電位を基準電位とするものである。
【００５２】
図９は、図４の制御装置１００の一例を示す機能ブロック図である。図９に示されるように、制御装置１００は、運転制御部１０２及びインバータ制御部１１０を有する。
【００５３】
運転制御部１０２は、電気量検出部９０から提供される指令信号Ｑｅに基づいて指示信号を出力する。電気量検出部９０は、図示しない温度センサで検出された室温（空調対象空間の温度）を示す電気信号の電気量に基づく指令信号、並びに、図示しない操作部、例えば、リモコンからの指示情報を示す指令信号を受け、空気調和機の各部の動作を制御する。操作部からの指示には、設定温度を示す情報、運転モードの選択、運転開始及び終了の指示等が含まれる。
【００５４】
運転制御部１０２は、例えば、電動機７の固定子巻線をＹ結線とするかΔ結線とするかの決定及び目標回転数の決定を行い、決定に基づいて切替制御信号Ｓｃ及び周波数指令値ω＊を出力する。例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、Δ結線とすることを決め、目標回転数を比較的高い値に設定し、起動後上記の目標回転数に対応する周波数まで徐々に周波数を上昇する周波数指令値ω＊を出力する。
【００５５】
目標回転数に対応する周波数に達したら、室温が設定温度に近づくまで、その状態を維持し、室温が設定温度に近くなったら、一旦電動機を停止させ、Ｙ結線に切替え、比較的低い目標回転数に対応する周波数まで徐々に上昇する周波数指令値ω＊を出力する。目標回転数に対応する周波数に達したら、その後、室温が設定温度に近い状態を維持するための制御を行う。この制御には、周波数の調整、電動機の停止、再始動等が含まれる。
【００５６】
図９に示されるように、インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１、３相２相変換部１１２、周波数補償部１１３、一次周波数演算部１１４、電圧指令演算部１１５、２相３相変換部１１６、ＰＷＭ生成部１１７、電気角位相演算部１１８、及び励磁電流指令制御部１１９を有する。
【００５７】
電流復元部１１１は、母線電流検出手段８５（図４）で検出された直流電流Ｉｄｃの値に基づいて電動機７に流れる相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元する。電流復元部１１１は、母線電流検出手段８５で検出される直流電流Ｉｄｃを、ＰＷＭ生成部１１７から提供されたＰＷＭ信号に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることで、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元する。
【００５８】
３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１により復元された電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、後述の電気角位相演算部１１８で生成される電気角位相θを用いて励磁電流成分（「γ軸電流」とも言う）ｉγ及びトルク電流成分（「δ軸電流」とも言う）ｉδで表わされるγ−δ軸の電流値に変換する。
【００５９】
励磁電流指令制御部１１９は、トルク電流成分（δ軸電流）ｉδを基にして、電動機７を駆動するために最も効率が良くなる最適な励磁電流指令値ｉγ＊を求める。なお、図９においては、トルク電流成分ｉδを基にして励磁電流指令値ｉγ＊を求めているが、励磁電流成分ｉγ、周波数指令値ω＊を基にして励磁電流指令値ｉγ＊を求めても同様の効果を得ることができる。
【００６０】
励磁電流指令制御部１１９では、トルク電流成分ｉδ（又は、励磁電流成分ｉγ、周波数指令値ω＊）に基づいて、出力トルクが予め決められた値以上（あるいは最大）、すなわち電流値が予め決められた値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍ（図示せず）となるような励磁電流指令値ｉγ＊を出力する。
【００６１】
図１０は、図９の電圧指令演算部１１５を詳細に示す図である。図１０に示されるように、電圧指令演算部１１５は、３相２相変換部１１２より得られたγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδと、周波数指令値ω＊と、励磁電流指令制御部１１９より得られた励磁電流指令値ｉγ＊とに基づいて、電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊を出力するよう動作する。
【００６２】
制御器１１５２は、例えば、比例積分（ＰＩ）制御器であり、周波数指令値ω＊と周波数推定部１１５１により生成された周波数推定値ωｅｓｔとの差分（ω＊−ωｅｓｔ）に基づいて、周波数推定値ωｅｓｔが周波数指令値ω＊に一致するようなδ軸電流指令値ｉδ＊を出力する。
【００６３】
周波数推定部１１５１は、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδと電圧指令値Ｖγ＊，Ｖδ＊とに基づいて、電動機７の周波数を推定して、周波数推定値ωｅｓｔを生成する。
【００６４】
切替部１１５５は、δ軸電流指令値ｉδ＊とδ軸電流ｉδとの差分（ｉδ＊−ｉδ）と０とのいずれかからδ軸電流指令値ｉδ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５６は、δ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ＊に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖδ＊を出力する。
【００６５】
切替部１１５３は、γ軸電流指令値ｉγ＊とγ軸電流ｉγとの差分（ｉγ＊−ｉγ）と０とのいずれかからγ軸電流指令値ｉδ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５４は、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ＊に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖγ＊を出力する。
【００６６】
図９に示される２相３相変換部１１６は、電圧指令演算部１１５により得られたγ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊（２相座標系の電圧指令値）を電気角位相演算部１１８により得られた電気角位相θを用いて３相座標系の出力電圧指令値（３相電圧指令値）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換して出力する。
【００６７】
ＰＷＭ生成部１１７は、２相３相変換部１１６より得られる３相電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を基にＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を生成して出力する。
【００６８】
運転制御部１０２から提供される停止信号Ｓｔは、例えば、ＰＷＭ生成部１１７に与えられ、ＰＷＭ生成部１１７は、停止信号Ｓｔを受けると、直ちにＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６の出力を停止する。
【００６９】
図５に示される駆動回路３５０は、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を基に駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６を生成する。
【００７０】
なお、図９の例では、インバータ３０の入力側の直流電流Ｉｄｃから相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを復元する構成を説明しているが、インバータ３０の出力線３３１，３３２，３３３に電流検知器を設け、該電流検知器で相電流を検出するような構成としてもよい。このようにする場合には、上記電流検知器で検出された電流を、電流復元部１１１で復元された電流の代わりに用いればよい。
【００７１】
また、電動機７に３相永久磁石同期電動機を用いた場合、電動機７に過大な電流が流れると永久磁石の不可逆減磁が発生し磁力が低下してしまう。そのような状態が発生すると、同一のトルクを出力するための電流が増加するため、損失が悪化する問題が発生する。そのため、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃを制御装置１００に入力し、電動機７に過大な電流が流れた場合に、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を停止させることで電動機７への通電を停止させることで、不可逆減磁を防止することが可能となる。なお、相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃにノイズを除去するＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を設けることで、ノイズにより誤ってＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を停止させることを防止することが可能であり、より信頼性を向上させることが可能となる。
【００７２】
ここで、電動機７としてＹ結線とΔ結線のいずれかへの切替えが可能なものを用いた場合は、Ｙ結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値（図８のＩＹとＩΔ）が概ね√３倍異なり、Ｙ結線に対してΔ結線の方が√３倍高くなる。そのため、Ｙ結線に合わせて不可逆減磁の保護レベルを設定すると、ＩΔの保護が早くかかることになるため、運転範囲の拡大が困難となる。そのため、制御装置１００内でＹ結線とΔ結線に合わせて保護レベルを切替えることにより、各巻線で確実に不可逆減磁から電動機７を保護することが可能となり、信頼性を向上させた電動機駆動装置を得ることが可能となる。
【００７３】
なお、保護レベルについては、電動機７の初期状態の磁力を１００％と設定し、不可逆減磁が発生した場合に性能に影響を与えない範囲である電流値（例えば、磁力が９７％に低下する電流値）に設定することが挙げられるが、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更しても何ら問題ない。
【００７４】
《１−３》実施の形態１の動作
以下、電動機７の運転中（即ち、回転動作中）に接続切替装置６０の切替器６１〜６３の切替えを実行させた際の電動機駆動装置２の動作について説明する。最初に、従来技術の問題点、即ち、本発明の特徴を備えない電動機駆動装置における動作について、図４を用いて簡単に説明する。
【００７５】
〈比較例の電動機駆動装置の動作〉
電動機が運転中、即ち、接続切替装置６０を構成する切替器６１，６２，６３に電流が流れている状態で、励磁コイル６１１，６２１，６３１に流れる電流を操作した場合、共通接点６１ｃ，６２ｃ，６３ｃは、常閉接点６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ、又は常開接点６１ａ，６２ａ，６３ａに接続が切替わる。切替わりが起きるときに、インバータ３０から電動機７への給電が続いており、電動機７の回転数Ｎｍが未だゼロになっていないとすると、切替器６１，６２，６３の接点間にアーク放電が発生し、これにより接点溶着等の故障が発生する可能性がある。
【００７６】
このような故障を避けるため、接続切替装置６０を動作させる前にインバータ３０から電動機７への給電を停止し、電動機７の回転数Ｎｍがゼロの状態（即ち、回転動作が停止した状態）とすることにより、切替器６１，６２，６３の接点間にアーク放電が発生することなく切替を行うことが可能となる。
【００７７】
しかしながら、電動機７の回転数Ｎｍをゼロにすると、電動機７を再始動させる際に、電動機７にかかる負荷が、例えば、圧縮機９０４（図１）の場合は、冷媒の状態が安定しない状態のため、再始動に必要なトルクが増加し、起動時の電流が増加し、最悪の場合再始動ができない恐れがある。そのため、電動機７を動作させずに十分に冷媒の状態が安定するまで時間が経過した後に、再始動を行う必要がある。そのため、圧縮機９０４により冷媒を加圧することができなくなり、冷房や暖房能力の低下による室温の上昇や低下を招き、室温が一定に保たれない恐れがある。
【００７８】
〈電動機駆動装置２の動作〉
そこで、実施の形態１の電動機７では、電動機７の回転動作中（運転中）に電動機７の巻線又は接続切替装置６０に流れる電流の値（実効値）をゼロに近づけるように制御し、その状態で（電流制御期間Ｐｃ中に）接続切替装置６０の切替器を動作させることで、切替器６１，６２，６３の接点間にアーク放電を発生させることなく切替えを完了させる。
【００７９】
電流制御期間Ｐｃは、インバータが電動機７の回転動作によって発生する逆起電圧を打ち消すように交流電圧を電動機に印加している期間である。このように、電動機７の回転数Ｎｍをゼロにすることなく、即ち、回転動作を停止させることなく、巻線７１〜７３の結線状態を切替えることが可能となる。そのため、空気調和機の場合には、結線状態の切替えに際して電動機７の回転動作を停止させる必要が無いため、回転動作の停止により冷媒が安定するまでの待機時間が不要となり、室温の上昇や低下を抑制することが可能となる。
【００８０】
図１０において、電圧指令演算部１１５は、切替部１１５５によりδ軸電流指令値ｉδ＊＊に０を選択するよう動作させることにより、δ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ＊に一致するような、つまりδ軸電流指令値ｉδ＊＊が０に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖδ＊を出力する。さらに、電圧指令演算部１１５は、切替部１１５３によりγ軸電流指令値ｉγ＊＊に０を選択するよう動作させることにより、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ＊に一致するような、つまりγ軸電流指令値ｉγ＊＊が０に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖγ＊を出力する。
【００８１】
《１−４》実施の形態１の効果
以上の動作により、電動機７の巻線に流れる電流、即ち、切替器６１〜６３に流れる電流の値（実効値）を、図１１に示される電流制御期間Ｐｃのように、ゼロに近づける制御（望ましくは、ゼロにする制御）（以降「ゼロ電流制御」と称す）をさせることができる。よって、切替器６１〜６３に電流が流れていない状態で切替器６１〜６３の切替え動作を行うことができ、切替器６１〜６３の接点間にアーク放電を生じさせることが無い。このため、切替器６１〜６３としてメカリレーを用いた場合に、接点溶着を防止し、信頼性の高い電動機の駆動装置を実現できる。なお、ここで言う「ゼロにする制御」とは、切替器６１〜６３に流れる電流の値（実効値）を正確にゼロにするという意味ではなく、実質的にゼロとみなすことができるほどゼロに近いという意味である。
【００８２】
また、電流制御期間内において切替器６１〜６３の切替え動作を行うと、巻線に供給される駆動電流の大きな電流変化を生じさせること無く切替えることができる。このため、切替えによる電動機７の回転数の急変を抑制することができ、電動機７の騒音及び振動を抑制しながら結線状態を切替えることができる。
【００８３】
巻線に供給される駆動電流を０にする方法としては、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６の出力を停止する方法もあるが、電動機７は、回転数Ｎｍに応じた逆起電圧を発生し続ける。この逆起電圧が、母線電圧Ｖ２０（即ち、コンデンサ２０の両電極間の電圧）よりも高いと、回生電圧として作用し、電動機７から接続切替装置６０及び整流素子３２１〜３２６を介してコンデンサ２０に向かう充電電流が流れる。その状態で接続切替装置６０が動作して切替器６１〜６３の切替え動作が行われると、アーク放電が発生する可能性があり、この場合にも、接点溶着等の故障が発生する可能性がある。
【００８４】
そこで、実施の形態１の制御装置１００は、電動機７が高速で回転しているときに、電動機７又は接続切替装置６０に流れる電流の値（例えば、実効値）をゼロに近づけるように（望ましくは、略０となるように）制御し、その状態で接続切替装置６０の切替器６１〜６３の切替え動作を行うように制御する。このようにすることで、切替器６１〜６３の切替わり動作時の電流の変化による騒音及び振動の発生を抑制できる。また、接続切替装置６０にメカリレーを用いた場合における接点溶着等の故障を防止することが可能となり、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることができる。
【００８５】
言い換えれば、実施の形態１の電動機駆動装置２は、安価な部品で接続切替装置６０を構成した場合であっても、故障発生率の低下及び装置の長寿命化を図ることができるので、製品コストを低下させることができる。
【００８６】
なお、Ｙ結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値が異なるため、Ｙ結線とΔ結線を切替えるタイミングで保護レベルを切替えることで、各巻線に対応した保護が可能となる。しかし、メカリレーを用いた場合には、励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流を流してから、切替器６１，６２，６３が、常開接点６１ａ，６２ａ，６３ａ、または常閉接点６１ｂ，６２ｂ，６３ｂに切り替わるまでに時間遅れが生じる。そのため、例えばＹ結線からΔ結線に切替えた場合には、保護レベルはΔ結線に切り替わっているが、電動機７はΔ結線への切替え移行中であるためＹ結線のままの状態であることが想定される。その場合、誤って過大な電流が流れた場合に、電動機７の不可逆減磁を生じる可能性がある。
【００８７】
そこで、結線の切替え時には電流をゼロにする制御を開始した時点、またはゼロにする制御を開始してから結線を切替えるまでの間に、保護レベルの低いＹ結線の保護レベルに設定しておくことにより、結線の切替え時にＹ結線、Δ結線何れの状態であっても不可逆減磁から保護することが可能となる。なお、結線切替え時には電流をゼロにする制御を行うため、電動機７の運転に何ら影響が無いことは言うまでもない。
【００８８】
また、保護レベルについては、先に説明した通り電動機７の初期状態の磁力を１００％と設定し、不可逆減磁が発生した場合に性能に影響を与えない範囲である電流値（例えば、磁力が９７％に低下する電流値）に設定することが挙げられ、さらにＹ結線に対してΔ結線における電流値を√３倍の値にしておくことで結線状態によらず確実に不可逆減磁から保護することが可能となる。ただし、図８（ｂ）においてＩΔを検出せずに、巻線に流れる電流値を検出して保護を行う場合には、ＩΔ÷√３の電流値（Ｙ結線における保護レベルの電流値と同等）を保護レベルとして設定することが望ましい。なお、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更しても何ら問題ない。
【００８９】
《１−５》実施の形態１の変形例
整流回路１０の整流素子１１〜１４としては、ダイオードなどを用いることが一般的である。しかし、整流回路１０の構成は、図２の例に限定されない。例えば、整流回路１０の整流素子１１〜１４の代わりに、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ素子（半導体スイッチ）を用いて、交流電源４から供給される電圧（入力交流電圧）の極性に合わせてオン状態とすることで、整流を行うように構成してもよい。
【００９０】
インバータ主回路３１０のスイッチング素子３１１〜３１６としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴが用いられるが、本発明はこれに限定されない。スイッチング素子３１１〜３１６は、スイッチングを行うことができる素子であれば、どのようなものを用いてもよい。なお、スイッチング素子３１１〜３１６としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴが構造上寄生ダイオードを有するため、環流用の整流素子３２１〜３２６（図５）を並列接続する必要はない。
【００９１】
整流素子１１〜１４及びスイッチング素子３１１〜３１６を構成する材料については、ケイ素（Ｓｉ）だけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド等を用いたもので構成することにより、損失をより少なくすることが可能となる。
【００９２】
《２》実施の形態２．
本発明の実施の形態２の電動機駆動装置は、接続切替装置６０の代わりに、接続切替装置２６０を用いた点が、実施の形態１の電動機駆動装置と異なる。図４の構成では、接続切替装置６０の切替器６１〜６３は、切替スイッチ（選択スイッチ）を用いている。実施の形態２では、接続切替装置２６０の各切替器を、常閉スイッチと常開スイッチとの組み合わせ、すなわち、オン・オフ式のスイッチの組み合わせで構成している。
【００９３】
図１２は、実施の形態２における電動機７の巻線７１〜７３と接続切替装置２６０とを示す配線図である。図１２の接続切替装置２６０では、切替器６１を常閉スイッチ６１５と常開スイッチ６１６との組合せで構成し、切替器６２を常閉スイッチ６２５と常開スイッチ６２６との組合せで構成し、切替器６３の常閉スイッチ６３５と常開スイッチ６３６との組合せで構成している。
【００９４】
図１２に示されるように、常閉スイッチ６１５，６２５，６３５が閉じ（オンしており）、常開スイッチ６１６，６２６，６３６が開いた（オフしている）状態では、電動機７の巻線７１〜７３はＹ結線状態である。図示の状態とは逆に、常閉スイッチ６１５，６２５，６３５が開き（オフしており）、常開スイッチ６１６，６２６，６３６が閉じた（オンしている）状態では、電動機はΔ結線状態である。
【００９５】
図１２に示されるように、各切替器を常閉スイッチ６１５，６２５，６３５と常開スイッチ６１６，６２６，６３６との組合せで構成する場合にも、各スイッチとして、電磁接触器を用いることができる。電磁接触器は、オン時の導通損失が小さいので好適である。
【００９６】
図１２に示されるように、各切替器を半導体スイッチを用いて構成してもよい。図１３は、図１２の接続切替装置２６０の切替器６１（６２，６３）にＭＯＳトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。図１３には、切替器６１，６２，６３の内の一つが示されている。切替器６１，６２，６３は、互いに同様の構成を持ち、同様に動作する。図１４は、図１３の切替器のＭＯＳトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。
【００９７】
図１３に示されるように、切替器６１（６２，６３）は、リード線６１ｅ（６２ｅ，６３ｅ）と出力線３３２（３３３，３３１）との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１６ａ（６２６ａ，６３６ａ）及びダイオード６１６ｃ（６２６ｃ，６３６ｃ）と、リード線６１ｅ（６２ｅ，６３ｅ）と出力線３３２（３３３，３３１）との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１６ｂ（６２６ｂ，６３６ｂ）及びダイオード６１６ｄ（６２６ｄ，６３６ｄ）とを備えている。
【００９８】
また、切替器６１（６２，６３）は、リード線６１ｅ（６２ｅ，６３ｅ）と中性点ノード６４との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１５ａ（６２５ａ，６３５ａ）及びダイオード６１５ｃ（６２５ｃ，６３５ｃ）と、リード線６１ｅ（６２ｅ，６３ｅ）と中性点ノード６４との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１５ｂ（６２５ｂ，６３５ｂ）及びダイオード６１５ｄ（６２５ｄ，６３５ｄ）とを備えている。
【００９９】
各ＭＯＳトランジスタ６１６ａ（６２６ａ，６３６ａ）、６１６ｂ（６２６ｂ，６３６ｂ）、６１５ａ（６２５ａ，６３５ａ）、６１５ｂ（６２５ｂ，６３５ｂ）は、アノードがダイオードに接続され、カソードがリード線（又は中性点ノード又は出力線）に接続された寄生ダイオードを有している。
【０１００】
図１４に示されるように、ＭＯＳトランジスタ６１６ａ，６２６ａ，６３６ａをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１６ｂ，６２６ｂ，６３６ｂをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ａ，６２５ａ，６３５ａをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ｂ，６２５ｂ，６３５ｂをオフにすることによって、巻線７１〜７３をΔ結線にすることができる。
【０１０１】
また、図１４に示されるように、ＭＯＳトランジスタ６１６ａ，６２６ａ，６３６ａをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１６ｂ，６２６ｂ，６３６ｂをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ａ，６２５ａ，６３５ａをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ｂ，６２５ｂ，６３５ｂをオンにすることによって、巻線７１〜７３をＹ結線にすることができる。
【０１０２】
また、半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタは、ワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で構成されることが望ましい。ＷＢＧ半導体は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドを構成材料として含む半導体である。ＷＢＧ半導体で構成した場合、オン抵抗が小さく、低損失で素子発熱も少なく、また、切替え動作を速やかに行うことができる。
【０１０３】
このように半導体スイッチを用いる場合にも、切替え動作を高速に動作させることが可能であるが、各半導体スイッチで数μｓ程度の動作ばらつきが生じる。そのため、電動機７の巻線抵抗Ｒと巻線インダクタンスＬに基づく時定数Ｌ÷Ｒが非常に小さい場合には、急激な電流変化が生じて電動機７の回転数の急激な変化が発生し振動及び騒音が発生する恐れがあるだけでなく、半導体が発熱し故障する恐れがある。
【０１０４】
そのため、半導体で構成された接続切替装置２６０において、図１１に示される電流制御期間Ｐｃ内において常閉スイッチ６１５，６２５，６３５と常開スイッチ６１６，６２６，６３６の切替え動作を行うことで、大きな電流変化を生じさせることなく、結線状態の切替え動作を行うことができる。このため、切替器における切替え動作による電動機７の回転数の急激な変化を抑制することができる。このため、騒音及び振動を抑制しながら結線状態を切替えることができる。
【０１０５】
また、接続切替装置２６０にメカリレーを用いた場合における接点溶着等の故障を防止することができ、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることができる。
【０１０６】
また、接続切替装置２６０に半導体スイッチを用いた場合における半導体スイッチの発熱に起因する故障を防止することができ、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることができる。
【０１０７】
言い換えれば、実施の形態２の電動機駆動装置は、安価な部品で接続切替装置２６０を構成した場合であっても、故障発生率の低下及び装置の長寿命化を図ることができるので、製品コストを低下させることができる。
【０１０８】
以上の点以外について、実施の形態２の電動機駆動装置は、実施の形態１の電動機駆動装置２と同じである。
【０１０９】
《３》実施の形態３．
実施の形態１及び２では、巻線７１〜７３をＹ結線とΔ結線の間で切替え可能な電動機７に、本発明が適用された電動機駆動装置が接続されている例を説明している。実施の形態３では、巻線７１〜７３の各々の巻数を切替え可能な電動機７ａに、本発明が適用された電動機駆動装置が接続されている例を説明している。実施の形態３では、例えば、各相の巻線７１〜７３が、２以上の巻線部分から成るものを用いる。この場合、各相の巻線７１〜７３を構成する２以上の巻線部分の各々の両端部を、電動機７ａの外部に接続可能として、接続切替装置３６０で固定子巻線７１，７２，７３の接続状態（実施の形態３においては、巻線の巻数）を切替える。また、本発明が適用された接続切替装置は、巻線部分を並列接続及び直列接続のいずれかに切替えることができる電動機にも適用できる。
【０１１０】
図１５には、Ｙ結線された電動機において各相の巻線を２つの巻線部分で構成し、該巻線部分の各々の両端部を、電動機７ａの外部に接続可能として、接続切替装置３６０で接続状態を切替える構成を示す。
【０１１１】
具体的には、Ｕ相の巻線７１が２つの巻線部分７１１，７１２で構成され、Ｖ相の巻線７２が２つの巻線部分７２１，７２２で構成され、Ｗ相の巻線７３が２つの巻線部分７３１，７３２で構成されている。
【０１１２】
巻線部分７１１，７２１，７３１の第１の端部は、外部端子７１ｃ，７２ｃ，７３ｃを介してインバータ３０の出力線３３１，３３２，３３３にそれぞれ接続されている。巻線部分７１１，７２１，７３１の第２の端部は、外部端子７１ｇ，７２ｇ，７３ｇを介して切替スイッチ６１７，６２７，６２７の共通接点にそれぞれ接続されている。
【０１１３】
巻線部分７１２，７２２，７３２の第１の端部は、外部端子７１ｈ，７２ｈ，７３ｈを介して切替スイッチ６１８，６２８，６３８の共通接点にそれぞれ接続されている。巻線部分７１２，７２２，７３２の第２の端部は、外部端子７１ｄ，７２ｄ，７３ｄを介して中性点ノード６４にそれぞれ接続されている。
【０１１４】
切替スイッチ６１７，６２７，６３７の常閉接点は、切替スイッチ６１８，６２８，６３８の常閉接点にそれぞれ接続されている。切替スイッチ６１７，６２７，６３７の常開接点は、中性点ノード６４に接続されている。
【０１１５】
切替スイッチ６１８，６２８，６３８の常開接点は、インバータ３０の出力線３３１，３３２，３３３に接続されている。
【０１１６】
切替スイッチ６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８により、接続切替装置３６０が構成されている。
【０１１７】
このような接続切替装置３６０が使用されている場合にも、実施の形態１及び２で示したものと同様に、電流制御期間Ｐｃに接続切替装置３６０の切替器の切替え動作を行うことで、メカリレー又は半導体スイッチを保護することができる。
【０１１８】
図１５に示される構成の場合、切替スイッチ６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８が図示のように常閉接点側に切替えられた状態では、電動機７ａは、直列接続状態となり、切替スイッチ６１７，６２７，６３７，６１８，６２８，６３８が図示とは逆の常開接点側に切替えられた状態では、電動機７ａは並列接続状態となる。
【０１１９】
なお、実施の形態３においても、実施の形態２で述べたように、切替スイッチの代わりに常閉スイッチと常開スイッチとの組合せを用いることができる。また、常閉スイッチと常開スイッチとを、半導体スイッチとすることができる。
【０１２０】
以上に、Ｙ結線された電動機７ａにおいて、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合について説明したが、Δ結線された電動機の電動機駆動装置において、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合にも、上記と同様に本発明を適用することができる。
【０１２１】
また、Ｙ結線又はΔ結線の状態で巻線に中間タップを設けて巻線の一部をスイッチング手段で短絡することで、駆動に必要な電圧を変更する構成を有する電動機の電動機駆動装置にも、本発明を適用することができる。要するに、本発明は、電動機が、巻線の接続状態が切替え可能で、前記接続状態の切替えにより逆起電圧が切替わるものであれば、適用が可能である。
【０１２２】
以上の点以外について、実施の形態３の電動機駆動装置は、実施の形態１又は２の電動機駆動装置と同じである。
【０１２３】
なお、以上の実施の形態１から３に示した構成は、本発明の構成例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
２  電動機駆動装置、  ４  交流電源、  ７，７ａ  電動機、  ８  リアクトル、  １０  整流回路、  ２０  コンデンサ、  ３０  インバータ、  ６０，２６０，３６０  接続切替装置、  ６１〜６３  切替器、  ７１〜７３  巻線、  ８０  制御電源生成回路、  ８５  母線電流検出手段、  １００  制御装置、  １０２  運転制御部、  １１０  インバータ制御部、  ９００，９００ａ，９００ｂ  冷凍サイクル装置、  ９０２  四方弁、  ９０４  圧縮機、  ９０６  熱交換器、  ９０８  膨張弁、  ９１０  熱交換器。
【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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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月22日(2020.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
切替器を有し、電動機の回転動作中に前記切替器の切替え動作を行うことによって前記電動機の巻線の接続状態をＹ結線とΔ結線の間で切替える接続切替装置と、
前記切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、前記切替器を介して回転動作中の前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されるインバータと、
前記インバータに供給される電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続状態に応じて切替えられる設定電流値である保護レベル以下の電流が前記電動機に流れるように前記インバータを制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、
を有し、
前記巻線に流れる交流電流の第１の実効値が前記切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、前記切替器の切替え動作を実行させ、
前記接続状態が前記Ｙ結線であるときの前記保護レベルである第１の保護レベルは、前記接続状態が前記Δ結線であるときの前記保護レベルである第２の保護レベルよりも低く設定され、
前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づける制御を開始した時点における又は前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づける制御を開始してから前記接続状態の切替えが完了するまでの期間における前記保護レベルは、前記第１の保護レベルに設定される
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電流制御期間において、前記インバータは、前記巻線に交流電圧を印加しており、前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されている
請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記切替器は、電磁接触器を有し、
前記電磁接触器は、励磁コイルと、前記励磁コイルに流れる電流により駆動される接点とを有し、
前記励磁コイルに供給される電流を制御する
請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記切替器は、制御端子に入力される信号より制御される半導体スイッチを有し、
前記制御端子に入力される信号を制御する
請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体で形成される
請求項３に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記電動機は圧縮機に備えられ、
前記電流制御期間は１秒以下である
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項７に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。
【請求項９】
請求項７に記載の冷凍サイクル装置を備える給湯機。
【請求項１０】
請求項７に記載の冷凍サイクル装置を備える冷蔵庫。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る電動機駆動装置は、永久磁石同期電動機を駆動する電動機駆動装置であって、切替器を有し、電動機の回転動作中に前記切替器の切替え動作を行うことによって前記電動機の巻線の接続状態をＹ結線とΔ結線の間で切替える接続切替装置と、前記切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、前記切替器を介して回転動作中の前記電動機の前記巻線から逆起電圧が印加されるインバータと、前記インバータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流に基づいて前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続状態に応じて切替えられる設定電流値である保護レベル以下の電流が前記電動機に流れるように前記インバータを制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、を有し、前記巻線に流れる交流電流の第１の実効値が前記切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、前記切替器の切替え動作を実行させ、前記接続状態が前記Ｙ結線であるときの前記保護レベルである第１の保護レベルは、前記接続状態が前記Δ結線であるときの前記保護レベルである第２の保護レベルよりも低く設定され、前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づける制御を開始した時点における又は前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づける制御を開始してから前記接続状態の切替えが完了するまでの期間における前記保護レベルは、前記第１の保護レベルに設定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
切替部１１５５は、δ軸電流指令値ｉδ＊と０とのいずれかからδ軸電流指令値ｉδ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５６は、δ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ＊＊に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖδ＊を出力する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
切替部１１５３は、γ軸電流指令値ｉγ＊と０とのいずれかからγ軸電流指令値ｉδ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５４は、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ＊＊に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖγ＊を出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
2019087243.tif 000019
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