(57)【要約】  電動機（７）の結線状態を切替える結線切替装置（６０）の電源の電気量又はこれに連動する少なくとも１つの電気量を検出し（９０）、該検出の結果に基づいて、切替電源の電圧の低下を検出又は予測し、さらに、この検出又は予測の結果に基づいて、切替電源の電圧（Ｖ６０）が、結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に電動機を停止させるよう、インバータを制御する。結線切替装置の故障を防止することができる。
2019026125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線の結線状態が切替え可能な電動機の前記結線状態を切替える結線切替装置と、
前記結線切替装置に切替電源を供給する制御電源生成回路と、
前記電動機に周波数及び電圧値が可変の交流電圧を印加するインバータと、
前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御装置と、
前記切替電源の電気量又は該電気量に連動する少なくとも１つの電気量を検出する電気量検出部とを有し、
前記切替電源の電圧が、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記インバータに入力される直流電圧を含み、前記直流電圧が閾値を下回った場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記電動機駆動装置に印加される交流電圧を含み、前記交流電圧がゼロクロス点を含まなくなった場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記電動機駆動装置に印加される交流電圧を含み、前記交流電圧の振幅が閾値よりも小さくなった場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記切替電源の電圧を含むみ、前記電圧が閾値を下回った場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項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】
前記結線切替装置が、励磁コイルと励磁コイルに流れる電流により駆動される接点とを備える電磁接触器を有し、
前記切替電源が、前記励磁コイルに電流を流す電源である
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】
前記結線切替装置が、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、
前記切替電源が、前記制御端子に入力される信号の電源である
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構成されている請求項７に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記切替電源の電圧の低下が検出又は予測されたときに、前記電動機の回転数が所定の回転数以下であれば、前記インバータを直ちに停止させ、
前記切替電源の電圧の低下が検出又は予測されたときに、前記電動機の回転数が所定の回転数よりも高ければ、前記電動機の回転数を徐々に低下させて、前記電動機の回転数が所定の回転数以下の値まで低下した後に、前記インバータを停止させる
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】
前記所定の回転数が、結線の状態に応じて異なる値に定められている請求項９に記載の電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記電動機はスター結線とデルタ結線との切替えが可能であり、
デルタ結線に対する前記所定の回転数は、スター結線に対する前記所定の回転数よりも高い
請求項１０に記載の電動機駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から１１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適用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動装置、及びそれを備えた冷凍サイクル適用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動機の固定子巻線を複数の異なる結線状態のいずれかに切替える結線切替装置と、上記電動機を駆動するインバータと、上記インバータを制御する制御部とを備え、上記制御部が直流母線の過電圧、不足電圧を含む異常電圧を検出して、インバータを停止させる電動機駆動装置が知られている（例えば、特許文献１）。【０００３】
また、磁気軸受によって回転子が支承される交流電動機を駆動し、停電時に交流電動機の回生運転を行うインバータを備え、停電時に回生運転により発生される回生電力を直流母線を介して磁気軸受駆動装置に給電することにより、回転子が安全速度以下に至るまで磁気軸受による回転子の支承を続けることで、高速回転中の回転子が固定部に接触しないようにする磁気浮上回転機も知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２８５１３号公報
【特許文献２】特開平１−７４０８１号公報
【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、結線切替装置として、電磁作用で機械的に接点をオン・オフさせる電磁接触器が用いられることがある。電磁接触器はその電源が喪失した場合には一定の接続状態に戻る。停電などにより交流電源が喪失した場合には、電磁接触器を駆動するための電源も喪失し、電磁接触器の接続状態が切替わることがある。電動機を駆動するインバータが停止する前に電磁接触器が切替わると、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。【０００６】
特許文献２に記載された技術では、交流電動機からの回生電流が直流母線に流れている状態で、停電により他の機器の動作が停止してしまうことがあり、そのために安全に機器を停止することができなくなるおそれがある。【０００７】
以上結線切替装置が電磁接触器で構成されている場合について説明したが、半導体スイッチでも同様の問題がある。即ち、半導体スイッチでは、大きな電流が流れている状態でオン／オフ状態間の切替わりが起きるとサージ電圧が発生して、破壊されるおそれがある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結線切替装置により電動機の巻線の結線状態を切替える電動機駆動装置において、停電などにより切替電源電圧が低下しても、結線切替装置を保護することができ、信頼性の高い電動機駆動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、
巻線の結線状態が切替え可能な電動機の前記結線状態を切替える結線切替装置と、
前記結線切替装置に切替電源を供給する制御電源生成回路と、
前記電動機に周波数及び電圧値が可変の交流電圧を印加するインバータと、
前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御装置と、
前記切替電源の電気量又は該電気量に連動する少なくとも１つの電気量を検出する電気量検出部とを有し、
前記切替電源の電圧が、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、切替電源の電圧が、結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に電動機を停止させるよう、インバータを制御するので、結線切替装置の故障を防止することができる。従って、電動機駆動装置の寿命を長くすることができる。別の見方をすれば、所望の耐久性を達成するためにより安価な部品で結線切替装置を構成することができ、電動機駆動装置のコストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】空気調和機の冷凍サイクルの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１の電動機駆動装置を示す図である。
【図３】図２のインバータの構成を示す図である。
【図４】図１の電動機の巻線と結線切替装置とを詳細に示す配線図である。
【図５】図２の結線切替装置の切替器の詳細を示す配線図である。
【図６】（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７】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８】従来の電動機駆動装置の動作を示す波形図である。
【図９】従来の電動機駆動装置の動作を示す波形図である。
【図１０】実施の形態１における電動機駆動装置のうち、電気量検出部と、電気量検出部に接続された部分を示す図である。
【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における電動機駆動装置のうち、電気量検出部と、電気量検出部に接続された部分を示す図である。
【図１３】実施の形態２の電動機駆動装置の動作を示す波形図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における電動機駆動装置のうち、電気量検出部と、電気量検出部に接続された部分を示す図である。
【図１５】実施の形態３の電動機駆動装置の動作を示す波形図である。
【図１６】実施の形態３の電動機駆動装置の変形例の動作を示す波形図である。
【図１７】電動機の回転数と逆起電力との関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における電動機の巻線と結線切替装置とを示す配線図である。
【図１９】本発明の実施の形態５における電動機の巻線と結線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】
【００１２】
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、及びそれを備えた冷凍サイクル適用機器について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
冷凍サイクル適用機器の一例は、空気調和機であり、以下の実施の形態は、本発明を、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機の駆動装置に適用したものである。
【００１４】
最初に、空気調和機の一例における冷凍サイクルを、図１を参照して説明する。
図１の冷凍サイクル９００は四方弁９０２の切替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、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外熱交換器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、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。
暖房運転時には、室内熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器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、室外熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。
圧縮機９０４は可変速制御される電動機７によって駆動される。
【００１６】
実施の形態１．
図２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とともに示す概略配線図である。
図示の電動機駆動装置２は、電動機７を駆動するためのものであり、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、インバータ３０と、結線切替装置６０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、制御装置１００とを有する。
【００１７】
制御装置１００は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えたマイコン（マイクロコンピュータ）、或いはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で構成されていても良く、専用のハードウェアで構成されていても良い。以下では、マイコンで構成されているものとして説明する。
【００１８】
交流電源入力端子２ａ、２ｂは、外部の交流電源４に接続され、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、２００Ｖ等であり、周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚ等である。
【００１９】
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。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。
【００２０】
コンデンサ２０は、整流回路１０で整流された直流電圧を平滑化して、直流電圧Ｖ２０を出力する。
【００２１】
インバータ３０は、図３に示すように、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０とを有し、インバータ主回路３１０の入力端子がコンデンサ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、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。
【００２２】
インバータ３０は、制御装置１００に制御されて、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、オフ動作し、周波数可変で電圧可変の３相交流電流を生成し、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が並列接続されている。
【００２３】
電動機７は、３相永久磁石同期電動機であり、固定子巻線の端部が電動機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、結線切替装置６０により行われる。
【００２４】
図４に、電動機７の固定子巻線及び結線切替装置６０をより詳細に示す。
図示のように、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がそれぞれ外部端子７１ｃ、７２ｃ、７３ｃに接続され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線７１、７２、７３の第２の端部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂがそれぞれ外部端子７１ｄ、７２ｄ、７３ｄに接続され、電動機７の外部との接続が可能となっている。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。
【００２５】
結線切替装置６０は、図示の例では、切替器６１、６２、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、例えば図５に示す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、異なる接続状態を取る。
励磁コイル６１１、６２１、６３１は、半導体スイッチ６０４を介して、後述の切替電源電圧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。
【００２６】
切替器６１の共通接点６１ｃは、リード線６１ｅを介して端子７１ｄに接続され、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。
切替器６２の共通接点６２ｃは、リード線６２ｅを介して端子７２ｄに接続され、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。
切替器６３の共通接点６３ｃは、リード線６３ｅを介して端子７３ｄに接続され、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。
【００２７】
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が図示のように、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。
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。
【００２８】
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６（ａ）及び（ｂ）を用いて以下説明する。
図６（ａ）はＹ結線としたときの固定子巻線の接続状態、図６（ｂ）はΔ結線としたときの固定子巻線に接続状態をそれぞれ概念的に示す。
Ｙ結線時の線間電圧をＶＹ、流れ込む電流をＩＹとし、Δ結線時の線間電圧をＶΔ、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、
ＶΔ＝ＶＹ／√３    （１）
の関係があり、このとき、
ＩΔ＝√３×ＩＹ    （２）
の関係がある。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
以下この点につき、空調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。
空調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用い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ことで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を低速で回転させて室温を維持するようにしており、このようにする場合、低速で運転される時間の占める割合が大きい。
【００３２】
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。
【００３３】
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すことが考えられる。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、結線切替装置が設けられるのは、このような切替えを可能にするためである。
【００３７】
制御電源生成回路８０は、コンデンサ２０の両電極間の電圧、即ち母線電圧Ｖ２０を受けて降圧し、制御電源及び切替電源を生成し、制御電源を制御装置１００に供給するとともに、切替電源を結線切替装置６０に供給する。例えば、制御電源電圧は５Ｖ、切替電源電圧は１２Ｖである。切替電源は、電動機７の結線状態を切替えるための結線切替装置６０を動作させるための電源であり、図示の例では、切替器６１、６２、６３の、上記の励磁コイル６１１、６２１、６３１に流れる電流を供給する。
【００３８】
母線電流検出手段８５は、母線電流、即ち、インバータ３０の入力電流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。
【００３９】
電気量検出部９０は、電動機駆動装置２内の１以上の部分において１以上の電気量Ｑｅを検出する。ここで言う電気量は電圧、電流又は電力である。
【００４０】
制御装置１００は、上記のように、結線切替装置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信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を生成して、インバータ３０に供給する。
【００４１】
インバータ３０は、上記のようにインバータ主回路３１０のほかに、駆動回路３５０を備えており、該駆動回路３５０がＰＷＭ信号に基づいて駆動信号Ｓｒ１〜Ｓｒ６を生成して、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に印加されるようにする。
【００４２】
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〜−１５Ｖ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。
【００４３】
制御装置１００はまた、電気量検出部９０による電気量Ｑｅの検出の結果に基づいて、交流電源４の喪失等による、切替電源電圧Ｖ６０の低下を検出又は予測したときは、電動機７の制動処理（減速・停止処理）を行う。
制御装置１００は、図７に示すように、運転制御部１０２及びインバータ制御部１１０を有する。
【００４４】
運転制御部１０２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）を示す情報を受け、図示しない操作部、例えばリモコンからの指示を受け、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。
【００４５】
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、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、再起動等が含まれる。
【００４６】
運転制御部１０２はまた、電気量検出部９０による電気量Ｑｅの検出の結果を受け、交流電源４の喪失等による、切替電源電圧Ｖ６０の低下を検出又は予測したときは、電動機７の制動処理を行う。
この制動処理においては、電動機７の回転数が比較的低いときは、直ちに停止させ、電動機７の回転数が比較的高いときは、回転数を徐々に低下させた後に停止させる。
電動機７の回転数を徐々に低下させる処理は、周波数指令値ω＊を徐々に低下させることで行われる。電動機７を停止させる処理は、インバータ３０を停止させる信号（停止信号）Ｓｔをインバータ制御部１１０に与えることで行われる。
【００４７】
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、電圧指令値演算部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。
【００４８】
電流復元部１１１は母線電流検出手段８５で検出された電流値Ｉｄｃ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からの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、相電流を復元する。
【００４９】
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）ｉγ及びトルク電流成分（δ軸電流）ｉδで表わされるγ−δ軸の電流値に変換する。
【００５０】
周波数補償部１１３は３相２相変換部１１２により得られたδ軸電流から回転周波数の補償量ωｄを演算する。
【００５１】
一次周波数演算部１１４は、周波数補償部１１２により得られた周波数補償量ωｄを用いて、運転制御部１０２から与えられる周波数指令値ω＊を補償し、補償された周波数指令値ω１を求める。補償された周波数指令値ω１が一次周波数指令値となる。補償量ωｄによる補償は、周波数指令値ω＊から補償量ωｄを減算することで行われる。
【００５２】
電気角位相演算部１１８は、補償された周波数指令値ω１を積分して電気角位相θを求める。
【００５３】
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７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＊、或いは補償された周波数指令値ω１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。
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＊、若しくは補償された周波数指令値ω１）に基づいて、出力トルクが所定値以上（あるいは最大）、すなわち電流値が所定値以下（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。
【００５４】
電圧指令値演算部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と一次周波数演算部１１４より得られた周波数指令値ω１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＊とから電動機７を駆動するための電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊を演算する。
【００５５】
２相３相変換部１１６は電圧指令値演算部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。
【００５６】
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＊をもとにＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を生成して出力する。
【００５７】
上記の停止信号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。
【００５８】
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。
【００５９】
なお、上記の例では、インバータ３０の入力側の直流電流Ｉｄｃから相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを復元する構成としているが、インバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３に電流検知器を設け、該検知器で相電流を検出するような構成としても良く、そうする場合には、上記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良い。
【００６０】
以下、交流電源４が停電等で喪失した場合の電動機駆動装置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８及び図９を用いて説明する。
交流電源４が停電等により喪失すると、コンデンサ２０への電源の供給が停止する。この状態で、インバータ３０は、コンデンサ２０に蓄積されている電荷を消費しながら運転を継続する。
【００６１】
電荷の消費により、母線電圧Ｖ２０は次第に低くなる。母線電圧Ｖ２０がある値以下になると、コンデンサ２０から供給される電力に基づいて動作する制御電源生成回路８０は電源を生成することができなくなる。例えば、母線電圧Ｖ２０がある値Ｖ２０ａを下回ると、切替電源電圧Ｖ６０も低下を始める。
【００６２】
切替電源電圧Ｖ６０が、結線切替装置６０の動作に必要な最低の電圧（最低電圧）Ｖ６０ｂを下回ると、結線切替装置６０が非動作状態（ＯＦＦ状態）となり、結線切替装置６０の切替器６１〜６３がｂ接点側に接続されることになる。それまでｂ接点側であった場合には、切替わりが起きないが、それまでａ接点側であった場合には切替わりが起きる。
ここで、「動作に必要な最低の電圧」は、切替器６１〜６３をａ接点側に接続することが指示されているときに、ａ接点側への接続を維持できる最低の電圧を意味する。
【００６３】
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６１〜６３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。
【００６４】
このような故障を避けるため、結線切替装置６０の切替わりが起きるよりも前に、即ち、切替電源電圧Ｖ６０が最低電圧Ｖ６０ｂまで低下するよりも前に、インバータ３０を停止させることが考えられる。しかしながら、インバータ３０を停止させても、電動機７の慣性のため、回転数Ｎｍは図９に示すように徐々にしか低下せず、電動機７は、回転数Ｎｍに応じた逆起電力を発生し続ける。この逆起電力が、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から結線切替装置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。図９には充電電流による、母線電圧Ｖ２０の上昇が示されている。
充電電流が流れている状態で、切替電源電圧Ｖ６０が最低電圧Ｖ６０ｂまで下がり、結線切替装置６０が動作状態を維持できなくなって切替わりが起きると、やはり、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。
【００６５】
そこで本発明では、電動機が高速で回転しているときには、インバータの出力電圧の周波数を徐々に低下させることで、電動機７の回転数を徐々に低下させ、逆起電力が十分に低くなった後に、結線切替装置６０の切替わりが起きるように制御することとしている。このようにすることで、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。
【００６６】
電源の喪失は種々の方法で検出し得る。本実施の形態では、切替電源を監視することで電源の喪失を検出する。
【００６７】
実施の形態１では、図１０に示すように、電気量検出部９０が、切替電源電圧検出手段９２を含み、制御電源生成回路８０で生成される切替電源電圧Ｖ６０を、切替電源電圧検出手段９２で検出することで、切替電源の監視を行う。
【００６８】
切替電源電圧検出手段９２は、切替電源電圧Ｖ６０を検出し、検出結果を示すアナログ信号を制御装置１００に供給する。切替電源電圧検出手段９２は、例えば、切替電源電圧Ｖ６０を、直列接続された抵抗で分圧する回路を含み、制御装置１００内のマイコンでの処理に適した電圧、例えば５Ｖ以下の電圧に変換して出力する。この信号（検出信号）は、制御装置１００で図示しないＡ／Ｄ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。
【００６９】
運転制御部１０２（図７）は、切替電源電圧検出手段９２で検出される切替電源電圧Ｖ６０が予め定められた判定閾値Ｖ６０ｔ以上か否かの判定をしており、切替電源電圧Ｖ６０が判定閾値Ｖ６０ｔよりも低くなったと判定したときは、この判定結果に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
電動機７の制動処理においては、電動機７の回転数Ｎｍが所定値Ｎｓ以下である場合には、直ちにインバータ３０を停止させ、電動機７の回転数Ｎｍが所定値Ｎｓよりも高い場合には、回転数Ｎｍを徐々に低下させて、所定値Ｎｓまで低下したときに、インバータ３０を停止させる。
【００７０】
以下、図１１を参照して、実施の形態１における動作を説明する。
即ち、実施の形態１では、運転制御部１０２が、切替電源電圧検出手段９２で検出される切替電源電圧Ｖ６０を受けて、切替電源電圧Ｖ６０が判定閾値Ｖ６０ｔ以上か否かの判定を繰り返し行っており、判定閾値Ｖ６０ｔよりも低くなったと判定したときは、この判定結果に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
【００７１】
運転制御部１０２における、電動機７の制動処理は以下のように行われる。
電動機７の制動処理の開始の時点で、電動機７の回転数Ｎｍが所定値Ｎｓ以下である場合）には、直ちにインバータ３０を停止させる。電動機７の回転数Ｎｍは、周波数指令値ω＊によって推定される。インバータ３０を停止させる処理は、停止信号Ｓｔをインバータ制御部１１０に供給することで行われる。
電動機７の制動処理の開始の時点で、電動機７の回転数Ｎｍが所定値Ｎｓよりも高い場合には、周波数指令値ω＊を、時間の経過とともに次第に小さい値に変化させる。それにより、周波数指令値ω１を次第に小さくし、図１１に示すように、電動機７の回転数Ｎｍを次第に低下させる。回転数Ｎｍが所定値Ｎｓまで低下したら、インバータを停止させる。
【００７２】
電動機７の減速中も、電動機７には逆起電力が発生し、この逆起電力が母線電圧Ｖ２０よりも高ければ、回生電圧として作用し、コンデンサ２０に充電電流が流れ、母線電圧Ｖ２０の低下が抑制される。
周波数指令値ω＊を低下させる処理は、切替電源電圧Ｖ６０が最低電圧Ｖ６０ｂになるよりも前に、電動機７を停止させることができるように行われる。
【００７３】
周波数指令値ω＊を低下させるとき、インバータ３０から電動機７へ印加される電圧も次第に小さくされ、電動機７及び結線切替装置６０へ電流が流れることがなくなる。
また、電動機７を減速することで、逆起電力が母線電圧Ｖ２０よりも高い状態は長くは続かず、やがて終わる。
母線電圧Ｖ２０よりも電動機７の逆起電力の方が低くなれば、電動機７からコンデンサ２０へ充電電流が流れることもなくなる。
この状態になれば、切替電源電圧Ｖ６０が最低電圧Ｖ６０ｂよりも低くなって、切替器の接点の切替わりが起きても、アーク放電が起きない。
【００７４】
周波数指令値ω＊を低下させて電動機７を減速させる際に発生する充電電流により母線電圧Ｖ２０の低下を抑制することができ、母線電圧Ｖ２０により生成される切替電源電圧Ｖ６０の低下を抑制することができ、電動機７の回転数が十分に低くなるまで、結線切替装置６０を動作可能な状態に維持することが可能となる。
【００７５】
なお、判定閾値Ｖ６０ｔは、通常状態での切替電源電圧Ｖ６０のばらつきの範囲の最小値以下であり、かつ結線切替装置６０がその動作に必要な最低の電圧Ｖ６０ｂのばらつきの範囲の最大値よりも大きい値に設定することが望ましい。
【００７６】
実施の形態１では切替電源電圧Ｖ６０を検出していることとしているため、切替電源の生成に用いられる電力がどこから供給されるものであっても（コンデンサ２０以外から供給される場合であっても）、さらに交流電源４の喪失以外の理由で、切替電源電圧Ｖ６０が低下する場合にも、確実に結線切替装置６０を保護することが可能となる。
【００７７】
なお、実施の形態１では、切替電源電圧に基づいて、電動機７の制動処理を行っているが、切替電源電流又は切替電源電力に基づいて電動機７の制動処理を行っても良い。要するに、切替電源の監視の結果として得られる電気量に基づいて電動機７の制動処理を行うこととすればよい。
【００７８】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を、図１２及び図１３を参照して説明する。
実施の形態２の電動機駆動装置２は、実施の形態１に関し、図２〜図７を参照して説明したのと概して同じである。以下では、異なる点を中心として説明する。
【００７９】
図１２は、実施の形態２で用いられる電動機駆動装置２のうち、電気量検出部９０と該電気量検出部９０に接続された部分を示す。図１２に示されるように、実施の形態２の電気量検出部９０は、母線電圧検出手段９４を含む。
【００８０】
実施の形態２では、母線電圧Ｖ２０を検出し、検出結果に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
制御電源生成回路８０は、母線から電力の供給を受けて切替電源を生成しており、従って、母線電圧Ｖ２０が低くなれば、切替電源電圧も低くなる。そこで、母線電圧Ｖ２０が判定閾値Ｖ２０ｔよりも低くなったら、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測する。即ち切替電源電圧Ｖ６０がいずれ最低電圧Ｖ６０ｂよりも低くなるものと予測する。
【００８１】
母線電圧検出手段９４は、コンデンサ２０の両電極間の電圧Ｖ２０を母線電圧として検出する。母線電圧検出手段９４は、例えば、母線電圧Ｖ２０を、直列接続された抵抗で分圧する回路を含み、制御装置１００内のマイコンでの処理に適した電圧、例えば５Ｖ以下の電圧に変換して出力する。この信号（検出信号）は、制御装置１００で図示しないＡ／Ｄ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。
【００８２】
運転制御部１０２（図７）は、電気量検出部９０からの電気量Ｑｅとして、母線電圧Ｖ２０を受け、母線電圧Ｖ２０が判定閾値Ｖ２０ｔ以上か否かの判定を行う。
【００８３】
以下、実施の形態２の動作を、図１３を参照して説明する。
交流電源４が停電等により喪失すると、母線電圧Ｖ２０が次第に低下するが、コンデンサ２０に蓄積されている電荷により、インバータ３０は運転を継続する。
母線電圧Ｖ２０がある値Ｖ２０ａを下回ると、切替電源電圧Ｖ６０も低下を始める。
【００８４】
運転制御部１０２は、母線電圧検出手段８４で検出された母線電圧Ｖ２０が予め定められた判定閾値Ｖ２０ｔ以上か否かの判定を繰り返し行っており、母線電圧Ｖ２０が判定閾値Ｖ２０ｔよりも低くなったと判定したら、この判定結果に基づいて、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測し、この予測に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
電動機７の制動処理は、実施の形態１と同様である。
【００８５】
判定閾値Ｖ２０ｔは、通常状態での母線電圧Ｖ２０のばらつきの範囲の最小値以下であり、かつ、結線切替装置６０がその動作に必要な最低の電圧（最低電圧）Ｖ６０ｂのばらつきの範囲の最大値に対応する母線電圧Ｖ２０よりも高い値に設定されるのが望ましい。
【００８６】
母線電圧Ｖ２０のばらつきは、交流電源４の電圧変動によるばらつき、通常運転における入力端子２ａ、２ｂまでの配線における電圧降下のばらつき等を考慮して推定する必要がある。
【００８７】
以上母線電圧を検出し、検出結果に基づいて切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測することとしたが、母線電流又は母線電力を検出し、検出結果に基づいて切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測することとしても良い。
【００８８】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３を、図１４、図１５及び図１６を参照して説明する。
実施の形態３の電動機駆動装置２は、実施の形態１に関し、図２〜図７を参照して説明したのと概して同じである。以下では、異なる点を中心として説明する。
【００８９】
図１４は、実施の形態３で用いられる電動機駆動装置２のうち、電気量検出部９０と該電気量検出部９０に接続された部分を示す。図１４に示されるように、実施の形態３の電気量検出部９０は、交流電圧検出手段９６を含む。
【００９０】
実施の形態３では、入力端子２ａ、２ｂに印加される交流電圧（入力交流電圧）Ｖ１０を監視し、監視結果に基づいて電動機７の制動処理を行う。
制御電源生成回路８０は、入力端子２ａ、２ｂを介して供給される交流電力を整流回路１０で整流することで得られる直流電力を元にして切替電源を生成しており、従って、交流電源４が喪失すれば、切替電源電圧Ｖ６０が低くなる。そこで、交流電源４の喪失を検出したら、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測する。即ち切替電源電圧Ｖ６０がいずれ最低電圧Ｖ６０ｂよりも低くなるものと予測する。
【００９１】
交流電圧検出手段９６は、入力端子２ａ、２ｂに印加される交流電圧Ｖ１０を入力交流電圧として検出する。交流電圧検出手段９６は、例えば、入力交流電圧Ｖ１０を、直列接続された抵抗で分圧する回路を含み、制御装置１００内のマイコンでの処理に適した電圧、例えば５Ｖ以下の電圧に変換して出力する。この信号（検出信号）は、制御装置１００で図示しないＡ／Ｄ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。
【００９２】
運転制御部１０２（図７）は、電気量検出部９０からの電気量Ｑｅとして、交流電圧検出手段９６からの入力交流電圧Ｖ１０を受け、交流電源４が喪失していないか否かの判定を行う。この判定は、例えば、入力交流電圧Ｖ１０にゼロクロス点が含まれるか否かに基づいて行われる。
【００９３】
以下、実施の形態３において、ゼロクロス点の消失に基づいて電源の喪失を検出する場合の動作を、図１５を参照して説明する。
【００９４】
交流電源４が停電等により喪失すると、母線電圧Ｖ２０が次第に低下するが、コンデンサ２０に蓄積されている電荷により、インバータ３０は運転を継続する。
母線電圧Ｖ２０がある値Ｖ２０ａを下回ると、切替電源電圧Ｖ６０も低下を始める。
【００９５】
運転制御部１０２は、交流電圧検出手段９６で検出される入力交流電圧にゼロクロス点が含まれるか否かの判定を繰り返し行っており、ゼロクロス点が発生しなくなったと判定したら、この判定結果に基づいて、交流電源４が喪失したと判定するとともに、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測し、この予測に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
電動機７の制動処理は、実施の形態１と同様である。
【００９６】
ゼロクロス点の消失の検出に当たっては以下の点に注意を要する。即ち、交流電源４が喪失してもノイズ等の影響により入力交流電圧の瞬時値が変動し、正から負へ、或いは負から正へ切替わったりすることがある。このような変動を、ゼロクロスとは判定しないようにする必要がある。そこで、電圧値０を中心として、±数ボルト程度の変動は、正から負へ、或いは負から正への切替わりとは認定しない（即ち±数ボルト程度の不感帯を設ける）こととしても良い。
【００９７】
例えば、入力交流電圧Ｖ１０の瞬時値がある正の値（正の判定閾値）よりも低い状態から該判定閾値よりも高い状態に移行したときに、負から正への変化があったと認定し、入力交流電圧Ｖ１０の瞬時値がある負の値（負の判定閾値）よりも高い状態から該判定閾値よりも低い状態に移行したときに、正から負への変化があったと認定し、これらの認定に基づいてゼロクロス点の有無を判定することとしても良い。
【００９８】
また、交流電源４の電圧の周波数が分かっている場合には、一度ゼロクロスを検出してから、上記の周波数に対応する時間が経過するまでは次のゼロクロスとは認定しないようにしても良い。
このようにすることで、ノイズに対する耐性を向上させることができる。
【００９９】
以上、入力交流電圧Ｖ１０のゼロクロス点の消失を検出することで、交流電源４の喪失を検出し、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測する例を説明したが、入力交流電圧Ｖ１０の振幅の低下を検出することで、交流電源４の喪失の検出及び切替電源電圧Ｖ６０の低下の予測を行うことも可能である。
この場合、例えば図１６に示すように、入力交流電圧Ｖ１０の振幅が予め定められた判定閾値Ｖ１０ｔ以上か否かの判定を繰り返し行っており、上記の振幅が判定閾値Ｖ１０ｔよりも低くなったら、電源４が喪失したと判定し、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測する。
【０１００】
上記の判定閾値（絶対値）Ｖ１０ｔは、通常状態での交流電源４の電圧変動によるばらつきの範囲の最小値以下であり、かつ、結線切替装置６０がその動作に必要な最低の電圧（最低電圧）Ｖ６０ｂのばらつきの範囲の最大値に対応する入力交流電圧Ｖ１０の値に設定されるのが望ましい。
【０１０１】
入力交流電圧Ｖ１０のばらつきは、交流電源４の電圧変動によるばらつき、通常運転における入力端子２ａ、２ｂまでの配線における電圧降下のばらつき等を考慮して推定する必要がある。
【０１０２】
以上入力交流電圧を検出し、検出結果に基づいて切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測することとしたが、入力交流電流又は入力交流電力を検出し、検出結果に基づいて切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測することとしても良い。
【０１０３】
以上のように、実施の形態１では、切替電源電圧又は電流を検出し、実施の形態２では、母線電圧を検出し、実施の形態３では、入力交流電圧又は入力交流電流を検出し、検出の結果に基づき、切替電源電圧の低下の検出又は予測を行い、この低下の検出又は予測に基づいて電動機７の制動処理を行う。しかしながら、上記の切替電源電圧、切替電源電流、母線電圧、入力交流電圧、及び入力交流電流のうちの２つ以上を検出し、検出の結果に基づいて、電動機７の制動処理を行うこととしても良い。例えば、これらの検出の結果のいずれか１つ以上で、切替電源電圧Ｖ６０の低下が検出又は予測されたら、電動機７の制動処理を行うこととしても良い。
【０１０４】
要するに、電気量検出部９０が、切替電源の電気量又は該電気量に連動する少なくとも一つの電気量を検出し、運転制御部１０２が、電気量検出部９０による検出の結果に基づいて切替電源の電圧Ｖ６０の低下を検出又は予測し、さらに、この検出又は予測の結果に基づいて電動機７の制動処理を行うように構成されていれば良い。
ここで、「連動する」とは、ある電気量の変化が他の電気量の変化の原因となる場合のみならず、ある電気量の変化と他の電気量の変化が、他の共通の原因により、ともに変化する場合をも含む。
【０１０５】
図２では、インバータに流れる電流として、母線電流検出手段８５で直流母線に流れる電流を検出しているが、インバータ電流を他の個所で検出しても良い。即ち、図２に示される位置ではなく、インバータ３０から電動機７に流れる交流電流を検出するものであっても良い。要するに、制御装置１００によるインバータの制御に必要な電流情報が得られるように設けられていれば良い。
【０１０６】
また、母線電流検出手段８５については、外来ノイズ等による誤検知を防止するために、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）等を用いて、ノイズの影響を除去しても良い。但し、その場合、制御装置１００による電動機７の制御に影響を与えない範囲の時定数に設定することが望ましい。例えば、制御装置１００が電動機７の制御を行う周期（制御周期）以下の時定数に設定することにより、制御へ影響を与えることなく、ノイズの影響を除外することが可能となる。
【０１０７】
なお、実施の形態１〜３のいずれにおいても、切替電源電圧Ｖ６０が低下して結線切替装置６０で切替わりが起きる前に電動機７を減速させ、回転数Ｎｍが所定の回転数Ｎｓ以下の値まで低下した後に、インバータ３０を停止させることとしている。ここで、所定の回転数Ｎｓは、以下のような考慮に基づいて定められる。即ち、電動機７は、結線切替装置６０の結線状態により、図１７に示すように逆起電力に差異がある。図１７で、ＥｍＹはＹ結線の場合の逆起電力を示し、ＥｍΔはΔ結線の場合の逆起電力を示す。
【０１０８】
即ち同じ回転数であればＹ結線の方が逆起電力が高い。従って、Ｙ結線の場合には、電動機７をより低い回転数まで減速させたのちにインバータ３０を停止させる必要がある。逆起電力が母線電圧Ｖ２０よりも高く、コンデンサ２０へ充電電流が流れているうちに、結線切替装置６０で切替わると接点溶着等の問題が発生するためである。
逆に、Δ結線の場合には、Ｙ結線の場合よりも高い回転数で、インバータ３０を停止させてもコンデンサ２０への充電電流は流れない。
【０１０９】
そのため、Ｙ結線とΔ結線とでインバータ３０を停止する回転数（上記の「所定の回転数」）Ｎｓを、互いに異なる値に設定しても良い。
例えば、母線電圧Ｖ２０が、Ｙ結線の場合にもΔ結線の場合にも、電源喪失からの時間の経過とともに、同じように低下すると仮定した場合、Δ結線の場合にインバータ３０を停止する回転数ＮｓΔを、Ｙ結線の場合にインバータ３０を停止する回転数ＮｓＹよりも高い値に設定することができる。これによりΔ結線ではインバータ３０を速やかに停止することができ、逆起電力によるコンデンサ２０への充電も防止でき、従って、より信頼性の高い電動機駆動装置を実現できる。
【０１１０】
ただし、Δ結線であるために逆起電力が低い状態でも、切替電源が低下し結線切替装置６０がｂ接点側に切替わり、そのために、Δ結線からＹ結線に切替わると図１７に示すように電圧値が増加する（√３倍になる）ため、Ｙ結線に切替わることにより逆起電力が急に増加することになる。このため、切替わりの瞬間に、大きな充電電流が流れ、アーク放電が発生する可能性がある。
【０１１１】
このような事態の発生を避けるため、結線切替装置を、切替電源電圧の低下により切替わる際には、切替わり後にΔ結線になるような構成（結線切替装置６０がＯＮでＹ結線、ＯＦＦでΔ結線）にしておくのが結線切替装置の保護の観点から望ましい。切替電源電圧の低下でＹ結線からΔ結線に切替わることになり、切替わり後の逆起電力がより低い値となるからである。
【０１１２】
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が、例えばＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ−ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を用いて、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良い。
【０１１３】
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）或いはＭＯＳＦＥＴを想定しているが、本発明はこれに限定されず、スイッチングを行うことが可能な素子であれば、どのようなものを用いても良い。なお、ＭＯＳＦＥＴの場合は、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）を並列接続しなくても同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
実施の形態４．
図２の構成では結線切替装置６０の切替器として、切替スイッチを用いている。代わりに、常閉スイッチと常開スイッチとの組み合わせで各切替器を構成してもよい。その場合の結線切替装置の構成例を図１８に示す。
【０１１６】
図１８の構成では、切替器６１の切替スイッチの代わりに常閉スイッチ６１５と常開スイッチ６１６との組合せが用いられ、切替器６２の切替スイッチの代わりに常閉スイッチ６２５と常開スイッチ６２６との組合せが用いられ、切替器６３の切替スイッチの代わりに常閉スイッチ６３５と常開スイッチ６３６との組合せが用いられている。
【０１１７】
図示のように、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、電動機はＹ結線されており、図示とは逆に、常閉スイッチ６１５、６２５、６３５が開き、常開スイッチ６１６、６２６、６３６が閉じた状態では、電動機はΔ結線されている。
【０１１８】
図１８に示すように、各切替器を常閉スイッチと常開スイッチ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。
【０１１９】
図１８に示すように、各切替器を常閉スイッチと常開スイッチとの組合せで構成する場合、各スイッチとして、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンド等で構成されるワイドバンドギャップ半導体（ＷＢＧ半導体）で構成された半導体スイッチを用いてもよい。これらは、オン抵抗が小さく、低損失で素子発熱も少ない。これらはまた、切替え動作を速やかに行うことができる。
【０１２０】
このように半導体スイッチを用いる場合にも、切替電源電圧が低下すると、以下のような理由で、切替わりが生じる可能性がある。
【０１２１】
即ち、半導体スイッチは、制御端子に入力される信号よりオン、オフが制御されるものであり、半導体スイッチを有する結線切替装置の切替電源とは、半導体スイッチの制御端子に入力される信号の電源である。
半導体スイッチの制御端子に入力される信号の電源の電圧が低下し、動作状態を保つのに必要な最低電圧よりも低くなると、半導体スイッチは非動作状態（ＯＦＦ状態）となり、切替わりが起きる可能性がある。即ち、制御端子がＨｉｇｈのときにＯＮ状態である半導体スイッチ（ノーマリオフ型のスイッチ）がＯＦＦとなり、逆に制御端子がＨｉｇｈのときにＯＦＦ状態である半導体スイッチ（ノーマリオン型のスイッチ）がＯＮとなる可能性がある。このような切替わりが起きると、サージ電圧により素子が破壊される可能性がある。
【０１２２】
従って、電磁接触器を用いる場合と同様に、切替電源電圧Ｖ６０が、結線切替装置６０の動作に必要な最低の電圧（半導体スイッチを動作状態に保つのに必要な最低電圧）よりも低くなるより前に、電動機７の回転数が十分に低くなるようにインバータの制御を行うことが望まれる。
【０１２３】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、固定子巻線をＹ結線又はΔ結線に切替え得る電動機に本発明を適用している。
本発明は、結線の切替えが他の方法で行われる場合にも適用できる。
例えば各相の巻線として２以上の巻線部分から成るものを用い、並列結線及び直列結線のいずれかに切替え得る電動機にも適用できる。
この場合、各相の巻線を構成する２以上の巻線部分の各々の両端部を、電動機７の外部に接続可能として、結線切替装置６０で結線状態を切替える。
【０１２４】
図１９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７の外部に接続可能として、結線切替装置６０で結線状態を切替える構成を示す。
【０１２５】
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。
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の共通接点に接続されている。
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に接続されている。
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。
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。
切替スイッチ６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８により、結線切替装置６０が構成されている。
【０１２６】
このような結線切替装置が使用されている場合にも、実施の形態１〜３で示したのと同様に、結線切替装置６０の保護を行うことができる。
【０１２７】
図１９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、電動機は、直列結線状態となり、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、電動機は並列結線状態となる。回転数が同じであれば、直列結線状態における逆起電力は、並列結線状態における逆起電力の２倍となる。
従って、母線電圧Ｖ２０が、直列結線の場合にも並列結線の場合にも、電源喪失からの時間の経過とともに同じように低下すると仮定した場合、直列結線の場合にインバータ３０を停止する回転数（所定の回転数）Ｎｓを、並列結線の場合にインバータ３０を停止する回転数よりも低い値に、例えば１／２に設定する。
【０１２８】
なお、実施の形態５でも実施の形態４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。
【０１２９】
以上、Ｙ結線された電動機において、直列結線状態と並列結線状態との切替えを行う場合について説明したが、Δ結線された電動機において、直列結線状態と並列結線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。
【０１３０】
以上、Ｙ結線又はΔ結線の各相の巻線を直列又は並列に切替える構成について説明したが、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であって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、巻線の結線状態が切替え可能で、前記結線状態の切替えにより逆起電力が切替わるものであれば、適用が可能である。
【０１３１】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上のように、本発明は、電動機７の巻線を切替えて使用するような、電動機駆動装置、及びそれを備えた冷凍サイクル適用機器に適している。
冷凍サイクル適用機器の一例として空気調和機を挙げたが、本発明はこれに限定されず、例えば冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器などにも適用できる。
【符号の説明】
【０１３３】
２  電動機駆動装置、  ４  交流電源、  ７  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  結線切替装置、  ８０  制御電源生成回路、  ８５  母線電流検出手段、  ９０  電気量検出部、  １００  制御装置、  １０２  運転制御部、  １１０  インバータ制御部、  ９００  冷凍サイクル、  ９０２  四方弁、  ９０４  圧縮機、  ９０６  室内熱交換器、  ９０８  膨張弁、  ９１０  室外熱交換器。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年11月7日(2019.11.7)
【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】
巻線の結線状態が切替え可能な電動機の前記結線状態を切替える結線切替装置と、
前記結線切替装置に切替電源を供給する制御電源生成回路と、
前記電動機に周波数及び電圧値が可変の交流電圧を印加するインバータと、
前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御装置と、
前記切替電源の電気量又は該電気量に連動する少なくとも１つの電気量を検出する電気量検出部とを有し、
前記切替電源の電圧が、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記インバータに入力される直流電圧を含み、前記直流電圧が閾値を下回った場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記電動機駆動装置に印加される交流電圧を含み、前記交流電圧がゼロクロス点を含まなくなった場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記電動機駆動装置に印加される交流電圧を含み、前記交流電圧の振幅が閾値よりも小さくなった場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記電気量検出部で検出される前記少なくとも１つの電気量が、前記切替電源の電圧を含み、前記電圧が閾値を下回った場合、前記結線切替装置の動作に必要な最低の電圧よりも低くなるよりも前に前記電動機を停止させる請求項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】
前記結線切替装置が、励磁コイルと励磁コイルに流れる電流により駆動される接点とを備える電磁接触器を有し、
前記切替電源が、前記励磁コイルに電流を流す電源である
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】
前記結線切替装置が、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、
前記切替電源が、前記制御端子に入力される信号の電源である
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構成されている請求項７に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記切替電源の電圧の低下が検出又は予測されたときに、前記電動機の回転数が所定の回転数以下であれば、前記インバータを直ちに停止させ、
前記切替電源の電圧の低下が検出又は予測されたときに、前記電動機の回転数が所定の回転数よりも高ければ、前記電動機の回転数を徐々に低下させて、前記電動機の回転数が所定の回転数以下の値まで低下した後に、前記インバータを停止させる
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】
前記所定の回転数が、結線の状態に応じて異なる値に定められている請求項９に記載の電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記電動機はスター結線とデルタ結線との切替えが可能であり、
デルタ結線に対する前記所定の回転数は、スター結線に対する前記所定の回転数よりも高い
請求項１０に記載の電動機駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から１１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適用機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
運転制御部１０２は、母線電圧検出手段９４で検出された母線電圧Ｖ２０が予め定められた判定閾値Ｖ２０ｔ以上か否かの判定を繰り返し行っており、母線電圧Ｖ２０が判定閾値Ｖ２０ｔよりも低くなったと判定したら、この判定結果に基づいて、切替電源電圧Ｖ６０の低下を予測し、この予測に基づいて、電動機７の制動処理を行う。
電動機７の制動処理は、実施の形態１と同様である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
上記の判定閾値（絶対値）Ｖ１０ｔは、通常状態での交流電源４の電圧変動によるばらつきの範囲の最小値以下であり、かつ、結線切替装置６０がその動作に必要な最低の電圧（最低電圧）Ｖ６０ｂのばらつきの範囲の最大値に対応する入力交流電圧Ｖ１０よりも大きい値に設定されるのが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2019026125.tif 000022
【国際調査報告】
2019026125.tif 000023
2019026125.tif 000024
2019026125.tif 000025
2019026125.tif 000026