(57)【要約】【課題】直流電圧を昇圧する回路を用いることなく、オープン巻線構造のモータを高回転領域で駆動できる冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】実施形態の冷凍サイクル装置は、３相巻線がそれぞれ独立で６つの巻線端子を備え、１次側インバータと２次側インバータで駆動されるオープン巻線構造のモータにより駆動される圧縮機と、モータに流れる各相電流及び１次側及び２次側インバータの間に流れる零相電流を検出し、各相電流と零相電流とに基づき１次側及び２次側インバータをＰＷＭ制御して、モータを駆動しつつ零相電流量を調整する制御部とを備える。この制御部は、モータの回転数に応じて零相電流量を変更する。【選択図】図１
2019170119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、
前記モータの６つの巻線端子のうち３つの巻線端子に接続される１次側インバータと、
前記モータの巻線端子の残り３つの巻線端子に接続される２次側インバータと、
交流電源の電圧を直流に変換した直流電源を、前記１次側インバータ及び前記２次側インバータに供給するするコンバータと、
前記モータにより駆動される圧縮機と、
前記モータに流れる各相電流を検出する相電流検出部と、
前記１次側及び２次側インバータの間に流れる零相電流を検出する零相電流検出部と、
前記相電流検出部により検出された各相電流と前記零相電流検出部により検出された零相電流とに基づいて、前記１次側及び２次側インバータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して、前記モータを駆動しつつ前記零相電流量を調整する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モータの回転数に応じて前記零相電流量を変更する冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記回転数が閾値以下であれば前記零相電流量をゼロに抑制し、
前記回転数が前記閾値を超えると、前記零相電流量を増加させる請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記回転数が前記閾値を超えると、前記閾値を超過した回転数に比例して前記零相電流量を増加させる請求項２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記回転数が前記閾値よりも高い第２の閾値を超えると、前記零相電流量を増加させる制御を停止させる請求項３記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧縮機をオープン巻線構造のモータによって駆動する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い誘起電圧を発生するモータは、同一のトルクをより少ない電流で発生できるため、中間負荷領域における消費電流を低減して効率を向上させることができる。その一方で、前記モータを高回転領域で使用する際には、昇圧チョッパなどにより直流電圧を上昇させて駆動する必要がある。しかしながら、昇圧チョッパには高コスト部品である高周波リアクトルが必要であり、電解コンデンサやインバータを構成するスイッチング素子の定格により昇圧可能な電圧が決まってしまうなどの制約がある。
【０００３】
そこで、モータ巻線への印加電圧が高くなるオープン巻線構造のモータを用いて高回転領域で使用することが考えられている。このようなオープン巻線構造のモータを駆動するシステムについて、中間負荷領域の効率を向上させる技術として、例えば特許文献１がある。この特許文献１においては、前記モータにＹ結線等価動作状態とΔ結線等価動作状態との中間状態を設定することで、効率の向上を図っている。また、オープン巻線構造のモータを駆動すると零相電流（零軸電流ともいう。）が発生し、効率が低下してしまうという問題があることから、特許文献２では、前記モータを駆動する２台のインバータ間に流れる零相電流を抑制することで効率の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８０４３８１号公報
【特許文献２】特許第３３５２１８２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、零相電流を抑制する際には、電流を生成するために零相電圧を生成させる必要がある。このため、零相電圧分だけモータ駆動用の印加電圧が低下してしまい、結果的に高回転まで駆動することができなくなるという問題がある。
そこで、直流電圧を昇圧する回路を用いることなく、オープン巻線構造のモータを高回転領域で駆動できる冷凍サイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の冷凍サイクル装置は、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの巻線端子を備えるオープン巻線構造のモータと、モータの６つの巻線端子のうち３つの巻線端子に接続される１次側インバータと、モータの巻線端子の残り３つの巻線端子に接続される２次側インバータと、交流電源の電圧を直流に変換した直流電源を、１次側インバータ及び前記２次側インバータに供給するするコンバータと、モータにより駆動される圧縮機とを備える。
【０００７】
さらに、モータに流れる各相電流を検出する相電流検出部と、１次側及び２次側インバータの間に流れる零相電流を検出する零相電流検出部と、相電流検出部により検出された各相電流と零相電流検出部により検出された零相電流とに基づいて、１次側及び２次側インバータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して、モータを駆動しつつ零相電流量を調整する制御部とを備え、この制御部は、モータの回転数に応じて零相電流量を変更する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態であり、モータ駆動システムの回路構成を示す図
【図２】制御装置の内部構成を示す機能ブロック図
【図３】零相電流制御部の詳細構成を示す機能ブロック図
【図４】制御装置において、零相電流指令生成部の処理内容を中心に示すフローチャート
【図５】図４の処理に対応した圧縮機の回転数変化と、零相電流との関係を示す図
【図６】空気調和機の構成を概略的に示す図
【図７】第２実施形態であり、制御装置の内部構成を示す機能ブロック図
【図８】速度・零相電流指令生成部の処理内容を中心に示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１から図６を参照しながら説明する。図６において、ヒートポンプ式冷凍サイクル装置１を構成する圧縮機２は、圧縮機構部３とモータ４を同一の鉄製密閉容器５内に収容して構成され、モータ４のロータシャフトが圧縮機構部３に連結されている。この結果、モータ４の駆動により圧縮機構部３が駆動されて、圧縮運転が行われる。そして、圧縮機２、四方弁６、室内熱交換器７、減圧装置８、室外熱交換器９は、熱伝達媒体流路たるパイプにより閉ループを構成するように接続されている。
【００１０】
圧縮機２は、例えばロータリ型の圧縮機であり、モータ４は、例えば３相ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ，ブラシレスＤＣモータである。モータ４の回転数の変化に応じて圧縮機構部３の吐出冷媒量が変化することで圧縮機２の出力が変化し、冷凍サイクルの能力が可変できる。空気調和機Ｅは、上記のヒートポンプ式冷凍サイクル装置１を有している。
【００１１】
空気調和機Ｅの暖房運転時には、四方弁６は実線で示す状態にあり、圧縮機２の圧縮機構部３で圧縮された高温冷媒は、四方弁６から室内熱交換器７に供給されて凝縮し、その後、減圧装置８で減圧され、低温となって室外熱交換器９に流れ、ここで蒸発して圧縮機２へと戻る。一方、冷房運転時には、四方弁６は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機２の圧縮部３で圧縮された高温冷媒は、四方弁６から室外熱交換器９に供給されて凝縮し、その後、減圧装置８で減圧され、低温となって室内熱交換器７に流れ、ここで蒸発して圧縮機２へと戻る。
【００１２】
室外熱交換器９は、暖房運転時には蒸発器（吸熱器）として、冷房運転時には凝縮器（放射器）として機能し、室内熱交換器７は、逆に、暖房運転時には凝縮器として、冷房運転時には蒸発器として機能するようになっている。そして、室内側、室外側の各熱交換器７，９には、それぞれファン１０，１１により送風が行われ、その送風によって各熱交換器７，９と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われるように構成されている。
【００１３】
室外熱交換器９に送風を行うファン１１はプロペラファンであり、ファンモータ１２により駆動される。ファンモータ１２は、例えばモータ４と同様に効率の高いブラシレスＤＣモータである。室内熱交換器７に送風を行うファン１０は横流ファンであり、ファンモータ１３により駆動される。ファンモータ１３も、ブラシレスＤＣモータが用いられることが望ましい。
【００１４】
図１は、商用の３相交流電源２７に接続されるモータ駆動システムの回路構成を示す図である。圧縮機構部３を駆動するモータ４の３相巻線は、それぞれが互いに結線されず両端子がオープン状態となっているオープン巻線構造であり、モータ４は６つの巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂを備えている。
【００１５】
１次側インバータ２１及び２次側インバータ２２（以下、それぞれをインバータ２１，２２と称する）はそれぞれ、スイッチング素子であるＩＧＢＴ２３を３相ブリッジ接続して構成されており、各ＩＧＢＴ２３には、フリーホイールダイオード２４が逆並列に接続されている。例えばインバータ２１,２２は、それぞれがＩＧＢＴ２３を６個とフリーホイールダイオード２４とを、６個全て同一パッケージに内蔵したモジュール品を用いることができる。さらに、各ＩＧＢＴ２３を、高効率なＳｉＣやＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体で構成しても良い。インバータ２１の各相出力端子はモータ４の巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａにそれぞれ接続され、インバータ２２の各相出力端子はモータ４の巻線端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂにそれぞれ接続されている。
【００１６】
インバータ２１，２２は、コンバータ２５に並列に接続されている。コンバータ２５は、６個のダイオードをブリッジ接続した３相全波整流回路でなり、その３相交流入力端子は、ノイズフィルタ２６を介して３相交流電源２７に接続されている。コンバータ２５，インバータ２１間の正側電源線には、力率改善用の直流リアクトル２８が挿入されている。また、前記正側電源線と負側電源線との間には、直流を平滑化する平滑コンデンサ２９が接続されている。
【００１７】
電流センサ３０（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータ４の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサであり、インバータ２１の３相出力線とモータ４の巻線端子との間に設けられている。なお、電流センサ３０（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、インバータ２２の３相出力線とモータ４の巻線端子との間に設けても良い。電圧センサ３１は、平滑コンデンサ２９の端子電圧である直流電源電圧ＶDCを検出する。
【００１８】
制御装置３３には、モータを駆動するシステムにおける上位の制御装置，例えば空気調和機Ｅの空調制御部から、圧縮機構部３の目標回転数となる速度指令値ωrefが与えられ、速度指令値ωrefに検出したモータ速度ωが一致するように制御を行う。制御装置３３は、電流センサ３０が検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、電圧センサ３１が検出した直流電圧ＶDCとに基づいて、インバータ２１及び２２を構成する各ＩＧＢＴ２３のゲートに与えるスイッチング信号を生成する。制御装置３３は制御部に相当する。
【００１９】
図２は、制御装置３３の内部構成を示す機能ブロック図である。３相／ｄｑ変換部３４は、電流センサ３０を介して検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ電流を、ベクトル制御に用いるｄ，ｑ及び０の各軸座標の電流Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ０に変換する。零相電流Ｉ０については、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの和を取ることで算出される。すなわち、Ｉ０＝Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗとなる。３相／ｄｑ変換部３４が電流検出を行うタイミングは、例えばＰＷＭ制御におけるキャリア周期に同期するように設定されている。同様に、電流センサ３０及び３相／ｄｑ変換部３４は相電流検出部に相当する。また、３相／ｄｑ変換部３４は零相電流検出部に相当する。
【００２０】
速度・位置推定部３５は、モータ４の電圧・電流から速度ω，モータ電流周波数ωｅ及び回転位置θを推定する。回転位置θは、３相／ｄｑ変換部３４及びｄｑ／３相変換部３６に入力される。速度制御部３７は、入力された速度指令ωrefト推定された速度ωとから、例えば両者の差をＰＩ演算することでｑ軸電流指令Ｉqrefを生成して出力する。ｄ軸電流指令生成部３８は、直流電圧ＶDCとｄｑ軸の電圧振幅Ｖdqとから、例えば同様に両者の差をＰＩ演算することでｄ軸電流指令値Ｉdrefを生成して出力する。
【００２１】
電流制御部３９は、ｑ軸電流指令Ｉqrefとｑ軸電流Ｉｑとの差分に応じてｑ軸電圧指令Ｖｑを生成し、ｄ軸電流指令Ｉdrefとｄ軸電流Ｉｄとの差分に応じてｄ軸電圧指令Ｖｄを生成する。零相電流制御部４１は、速度・位置推定部３５より入力されるモータ電流周波数ωｅから零相電流指令Ｉ0refを生成する。零相電流制御部４０は、零相電流指令Ｉ0refと３相／ｄｑ変換部３４より入力される零相電流Ｉ０，及び速度・位置推定部３５より入力される、モータ電流周波数ωｅから零相電圧指令Ｖ０を生成し、１／（√２）倍して出力する。以降、零相電圧指令Ｖ０については、係数１／（√２）を省略する。
【００２２】
ｄｑ／３相変換部３６は、各軸電圧指令Ｖｑ,Ｖｄ,Ｖ０を、２つのインバータ２１及び２２の３相電圧指令値Ｖｕ１,Ｖｖ１,Ｖｗ１,Ｖｕ２,Ｖｖ２,Ｖｗ２に（１）式により変換する。（１）式において、θinv2＝０で変換した電圧が、１次側インバータ２１への電圧指令Ｖｕ１,Ｖｖ１,Ｖｗ１となる。そして、逆位相であるθinv2＝πで変換した電圧が、２次側インバータ２２への電圧指令Ｖｕ２,Ｖｖ２,Ｖｗ２となる。
【００２３】
【数１】
2019170119.tif 000003
【００２４】
変調部４２は、入力された電圧指令値よりインバータ１及び２を構成する各ＩＧＢＴ２３のゲートに与えるスイッチング信号，ＰＷＭ信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２を生成して出力する。変調部４２には、速度・位置推定部３５より速度ωが入力されている。
【００２５】
図３は、零相電流制御部４０の詳細構成を示す機能ブロック図である。減算器４３は、零相電流指令Ｉ0Refと零相電流Ｉ０との差分をとり、増幅器４４及び４５に出力する。増幅器４４は、上記差分信号に比例制御ゲインＫｐを乗じた結果を加算器４６に出力し、増幅器４５は、同差分信号に共振制御ゲインＫｒを乗じた結果を減算器４７に出力する。減算器４７の出力信号は、積分器４８により積分されて加算器４６及び乗算器４９に出力される。
【００２６】
乗算器４９には、モータ電流周波数ωｅの３倍値が入力されており、周波数３ωｅに対して積分器４８の積分結果が乗じられる。モータ電流周波数ωｅの３次高調波成分は、零相電流Ｉ０に相当するものである。乗算器４９の乗算結果は、積分器５０を介して減算器４７に入力される。
【００２７】
減算器４７は、増幅器４５の出力信号より積分器５０の積分結果を減じて積分器４８に出力する。以上の構成において、増幅器４４及び加算器４６を除いた部分が、電流周波数の３次高調波に対する応答性を高めるように制御する共振制御部６１を構成している。加算器４６の加算結果が零相電圧Ｖ０となり、図示しない後段において１／√２倍されてから出力される。
【００２８】
次に、本実施形態の動作と作用について図４及び図５を参照して説明する。図４は、制御装置３３において、零相電流指令生成部４１の処理内容を中心に示すフローチャートである。零相電流指令生成部４１は、モータ電流周波数ωｅに相当する圧縮機２の回転数Ｒが、ゼロ以上、すなわち運転中で且つ第１閾値Ｘ以下であるか否かを判断する（Ｓ１）。
【００２９】
ここで、第１閾値Ｘは、キャリア周波数やモータの極数に応じて設定される。例えば、６極モータでキャリア周波数が４ｋＨｚの場合、第１閾値Ｘは５０〜６０ｒｐｓ程度とし、４極モータでキャリア周波数が４ｋＨｚの場合、第１閾値Ｘ１は７０〜８０ｒｐｓ程度に設定する。また、０≦Ｒ≦Ｘは、図５に示すように「中間負荷領域」に相当する。回転数Ｒがゼロ以上で且つ第１閾値Ｘ以下であれば（Ｓ１；ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0Refをゼロに設定する（Ｓ２）。つまり、零相電流Ｉ０を極力流さないように抑制して、効率を向上させる。
【００３０】
一方、回転数Ｒがゼロ以上で且つ第１閾値Ｘ以下でなければ（Ｓ１；ＮＯ）、回転数Ｒが第１閾値Ｘより高く且つ第２閾値Ｘ１以下であるか否かを判断する（Ｓ３）。第２閾値Ｘ１は、例えば６極モータでキャリア周波数が４ｋＨｚの場合は８０〜９０ｒｐｓ程度とする。回転数Ｒが第１閾値Ｘより高く且つ第２閾値Ｘ１以下であれば（ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0Refを次式で設定する（Ｓ４）。
Ｉ0Ref＝（Ｒ−Ｘ）×ＩM／（Ｘ１−Ｘ）  …（２）
すなわち、図５に示すように、零相電流指令Ｉ0Refを第１閾値Ｘから第２閾値Ｘ１の間で回転数Ｒに比例させて設定する。尚、（２）式中の「ＩM」は、同式及び図５に示すように、零相電流指令Ｉ0Refの傾きを付与する係数であり、零相電流指令Ｉ0Refの上限値である。
【００３１】
ここで、「ＩM」は、事前に空気調和機において試験を行い、インバータ２１及び２２において発生する零相電流の最大値を測定し、これを用いる。図５において、零相電流指令Ｉ0Refが０の状態は零相電流の発生を完全に抑制することを意味し、零相電流指令Ｉ0RefがＩMの状態は零相電流の抑制を行わないことを意味する。言い換えると、零相電流指令Ｉ0Refが０の状態は零相電流の抑制量を最大とし、零相電流指令Ｉ0RefがＩMの状態は零相電流の抑制量を０、すなわち零相電流の抑制を行わないことになる。
そして、回転数Ｒが第２閾値Ｘ１よりも高ければ（Ｓ３；ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0Refを上限値「ＩM」に設定する（Ｓ５）。
【００３２】
つまり、回転数Ｒが第１閾値Ｘを超えると、零相電流Ｉ０の発生量の抑制を緩和していく。すなわち、回転数Ｒの第１閾値Ｘを超えた度合いに応じて抑制効果を低減していく。これにより、回転数Ｒが高くなればなるほど効率は低下するが、モータ４の固定子巻線に印加する電圧が上昇する。よって、モータ４をより高速で回転させることができ、圧縮機２の冷凍能力が向上する。尚、回転数Ｒが第２閾値Ｘ１となった時点で零相電流指令Ｉ0Refが上限値「ＩM」に設定されるため、この時点では零相電流の抑制制御を実施しないことになる。
【００３３】
以上のように本実施形態によれば、冷凍サイクル装置１において、１次側インバータ２１，２次側インバータ２２は、それぞれの各相出力端子がオープン巻線構造モータ４の３つの巻線端子に接続される。コンバータ２５は、交流電源２７の電圧を直流に変換した直流電源をインバータ２１及び２２に供給する。圧縮機２は、モータ４により駆動される。
【００３４】
３相／ｄｑ変換部３４は、モータ４に流れる各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出すると共に、インバータ２１，２２の間に流れる零相電流Ｉ０を検出する。制御装置３３は、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと零相電流Ｉ０とに基づいてモータ４を駆動しつつ、零相電流指令生成部４１及び零相電流制御部４０により零相電流Ｉ０の抑制制御を行うようにインバータ２１及び２２をＰＷＭ制御する。零相電流指令生成部４１は、圧縮機２，モータ４の回転数Ｒに応じて零相電流量を変更する。
【００３５】
具体的には、零相電流指令生成部４１は、回転数Ｒが第１閾値Ｘ以下であれば、零相電流指令Ｉ0Ref＝０とすることで零相電流Ｉ０＝０に抑制し、回転数Ｒが第１閾値Ｘを超えると、零相電流指令Ｉ0Refを（２）式により設定することで、回転数Ｒに比例して零相電流Ｉ０を増加させる。そして、回転数Ｒが第２閾値Ｘ１を超えると、Ｉ0Ref＝ＩMに設定することで零相電流Ｉ０の抑制量を低減する。言い換えると、零相電流を流すことを許容する。
【００３６】
空気調和機Ｅ等の冷凍サイクル装置は、低負荷時の効率と最大冷凍能力とが重視される。このため、低回転領域では零相電流Ｉ０を抑制して効率改善を図る。そして、最大冷凍能力を向上させるため、高回転領域では零相電流Ｉ０の抑制度合いを低下させ、モータ４の駆動に影響を与えない範囲で零相電圧Ｖ０が低くなるように調整することで、空気調和機Ｅに最適な制御ができる。そして、空気調和機Ｅにおいて、圧縮機２の高回転運転が必要な場合は、零相電流Ｉ０の発生を許容してモータ４への印加電圧を上昇させ、昇圧チョッパ回路のように直流電源電圧を昇圧する回路を設けずとも、モータ４の回転数を上昇させて圧縮機２の能力を向上させることができる。
【００３７】
（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図７に示すように、第２実施形態では、零相電流指令生成部４１に替わる速度・零相電流指令生成部５１を備えている。速度・零相電流指令生成部５１には、ＰＷＭ制御におけるデューティ比；Ｄｕｔｙがｄｑ／３相変換部５２より入力されている。また、上位の制御装置からの速度指令ωrefは、速度・零相電流指令生成部５１（以下、指令生成部５１と称す）に入力されている。速度・零相電流指令生成部５１は、制御態様に応じて変更した速度指令ωref’を速度制御部３７に出力する。以上が第２実施形態の制御装置５３を構成している。
【００３８】
次に、第２実施形態の作用について図８を参照して説明する。図８は、指令生成部５１による処理を中心に示すフローチャートである。指令生成部５１は、先ず回転数Ｒが圧縮機２の目標回転数Ｒrefに一致していないか否かを判断する（Ｓ１１）。回転数Ｒ＝Ｒrefであれば（ＮＯ）現時点の回転数Ｒを維持する（Ｓ１８）。一方、回転数Ｒが目標回転数Ｒrefに一致していなければ（Ｓ１１；ＹＥＳ）、回転数Ｒが目標回転数Ｒrefによりも低いか否かを判断する（Ｓ１２）。
【００３９】
ステップＳ１２において、回転数Ｒ＜Ｒrefであれば（ＹＥＳ）回転数Ｒが不足している状態であり、回転数Ｒを上昇させるように速度指令ωref’を出力する（Ｓ１３）。それから、指令生成部５１は、Ｄｕｔｙが第１閾値Ｚ以上か否かを判断する（Ｓ１４）。第１閾値Ｚは、第１実施形態の回転数閾値Ｘに相当する。Ｄｕｔｙが第１閾値Ｚ以上であれば（ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0refの値を増加させる（Ｓ１５）、すなわち零相電流量の許容値を増加させる。そして、零相電流指令Ｉ0refが上限値ＩMに等しくなったか否かを判断し（Ｓ１６）、零相電流指令Ｉ0refが上限値ＩMに達していなければ（ＮＯ）、最初のステップＳ１１に戻る。
【００４０】
また、ステップＳ１４において、Ｄｕｔｙが第１閾値Ｚ未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ１３で行った速度指令ωref’の値の増加による回転数Ｒの上昇により回転数Ｒを上昇させる（Ｓ１９）。それから、回転数Ｒが目標回転数Ｒrefに到達したか否かを判断し（Ｓ２０）、到達していれば（ＹＥＳ）処理を終了して最初のステップＳ１１に戻り、到達していなければ（ＮＯ）ステップＳ１３に戻り、再び速度指令ωref’の値を増加させて回転数Ｒを上昇させる。
【００４１】
ステップＳ１４〜Ｓ１６を繰り返し実行した結果、零相電流指令Ｉ0refが上限値ＩMに等しくなると（Ｓ１６；ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0refの増加は終了し、続いてモータ４は弱め界磁制御へと移行する（Ｓ１７）。すなわち、回転数Ｒが高い運転領域において、零軸電流Ｉ０の発生を意図的に許容することで、モータ４の固定子巻線に発生する誘起電圧振幅を抑制し、回転数Ｒをより高めるようにする。そして、更なる高回転を得るために、図５中においてＤｕｔｙが第２閾値Ｚ１を超えた領域でモータ４に弱め界磁制御を適用し、モータ４の固定子巻線に発生する誘起電圧に打ち勝って、モータ４をより高回転で駆動する。
【００４２】
一方、ステップＳ１２において、回転数Ｒ≧Ｒref、すなわち実際の回転数Ｒが目標回転数Ｒrefよりも高ければ（ＮＯ）、回転数Ｒを低下させるように速度指令ωref’を出力する（Ｓ２１）。空気調和機Ｅの場合、圧縮機２の要求能力、すなわち圧縮機２の回転数指令ωrefは、室温と設定温度との差やその変化度合いで決定される。空気調和機Ｅが運転を継続していると、例えば冷房運転では室温が徐々に室温に近づく。この結果、圧縮機２の回転数指令ωrefを徐々に低下させることになる。この結果、回転数Ｒ≧Ｒrefという状況が生じる。
【００４３】
尚、速度指令ωref’は、最終的に目標回転数Ｒrefに一致することになるが、回転数の増加び低減の過程においては速度指令ωref’の変化スピードを抑制し、圧縮機２の円滑な運転を妨げないような時定数を持って緩やかに変化させるようになっている。ステップＳ２１に続いて、Ｄｕｔｙが第２閾値Ｚ１以下か否かを判断する（Ｓ２２）。回転数Ｒを低下させていく過程でＤｕｔｙは減少していく。第２閾値Ｚ１は、第１実施形態の回転数閾値Ｘ１に相当する。Ｄｕｔｙが第２閾値Ｚ１以下であれば（ＹＥＳ）、零相電流指令Ｉ0refの値を低下、すなわち零相電流量の許容値を低下させて（Ｓ２３）、最初のステップＳ１１に戻る。ここで、零相電流指令Ｉ0refの値を低下させることにより、効率を向上させることができる。
【００４４】
また、ステップＳ２２において、Ｄｕｔｙが第２閾値Ｚ１以下でなければ（ＮＯ）、その時点の零相電流指令Ｉ0refの値を変更せずに最初のステップＳ１１に戻る。そして、再びステップＳ１１で回転数Ｒが目標回転数Ｒrefに到達していれば（ＹＥＳ）回転数Ｒを維持し（Ｓ１８）し、一致していなければ（ＮＯ）ステップＳ１２に移行する。したがって、回転数Ｒが目標回転数Ｒrefに一致するまで、ステップＳ２１、２２及び状況によりステップＳ２３が繰り返され、最終的に回転数Ｒが目標回転数Ｒrefに一致することになる。
【００４５】
以上のように第２実施形態によれば、指令生成部５１は、ｄｑ／３相変換部５２より入力されるデューティ比；Ｄｕｔｙを、それぞれ第１実施形態の回転数閾値Ｘ，Ｘ１に相当するＤｕｔｙ閾値Ｚ，Ｚ１と比較し、その比較結果に基づいて零相電流指令Ｉ0refの値を変化させるようにした。これにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４６】
尚、回転数とＤｕｔｙとは完全に１：１で対応するものではなく、圧縮機２の負荷に応じて若干変化する。たとえば、負荷が重い状態においては、同じ回転数においてもＤｕｔｙは高めに制御される。このため、一般的には、Ｄｕｔｙに基づいて零相電流指令Ｉ0refの値を変更する方が、好ましい場合が多い。
【００４７】
空気調和機Ｅ等のヒートポンプ式の冷凍サイクルＤＥは、圧縮機２が高回転数領域となる高負荷状態の時間割合は少なく、低回転数領域での運転時間割合が高い。しかしながら、運転開始時等でできるだけ急速に室内を空調する必要があるところでは、出来るだけ圧縮機２を高回転で運転する要望がある。そこで、本実施形態においては、運転時間割合が長い低回転数領域では、零相電流をできるだけ抑制して高効率の運転を行い、運転時間割合が短い、一時的な状態ではあるが大能力を必要とする場合は、零相電流の抑制を緩和して効率が低くともできるだけ高い回転数で運転できるようにして、この要望を満たしている。
【００４８】
（その他の実施形態）
第２実施形態において、零相電流指令Ｉ0refが上限値ＩMに等しくなると（Ｓ１６；ＹＥＳ）弱め界磁制御へと移行させ（Ｓ１７）、モータ４をより高回転で駆動することを可能とした。このような制御の組み合わせに関し、零相電流発生による効率低下が弱め界磁制御による効率低下よりも大きい場合には、零相電流の抑制制御の前、すなわち零相電流指令Ｉ0refが上限値ＩMに等しくなる前に弱め界磁制御を開始させても良い。
ノイズフィルタ２６は、必要に応じて設ければ良い。
冷凍サイクル装置は、ヒートポンプ式温水器やチラー等の空気調和機以外に適用されるものでも良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態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。これら新規な実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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】
【００４９】
図面中、１はヒートポンプ式冷凍サイクル装置、２は圧縮機、４はモータ、２１は１次側インバータ、２２は２次側インバータ、２３はＩＧＢＴ、２５はコンバータ、２７は３相交流電源、３０は電流センサ、３２は温度センサ、３３は制御装置、３４は３相／ｄｑ変換部、４０は零相電流制御部、４１は零相電流指令生成部、４２は変調部、５１は速度・零相電流指令生成部、５２は３相／ｄｑ変換部、５３は制御装置を示す。
【図１】
2019170119.tif 000004
【図２】
2019170119.tif 000005
【図３】
2019170119.tif 000006
【図４】
2019170119.tif 000007
【図５】
2019170119.tif 000008
【図６】
2019170119.tif 000009
【図７】
2019170119.tif 000010
【図８】
2019170119.tif 000011