(57)【要約】【課題】低出力時における効率の低下を防止できるモータ駆動システム及びオープン巻線構造モータの結線切り替え方法を提供する。【解決手段】実施形態のモータ駆動システムは、３オープン巻線構造のモータの６つの出力端子に接続される１次側及び２次側インバータと、閉状態になることで２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器と、開閉器の開閉を制御すると共に、１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいてモータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、制御部は、開閉器の開閉状態を切り替える際に前記２次側インバータより出力される線間電圧をゼロにすると共に、開閉器を開から閉に切り替えた際に、モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで２次側インバータのスイッチング動作を停止させる。【選択図】図１
2019062726.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つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器と、
この開閉器の開閉を制御すると共に、ＰＷＭ制御における前記１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記開閉器の開閉状態を切り替える際に前記２次側インバータより出力される線間電圧をゼロにすると共に、前記開閉器を開から閉に切り替えた際に、前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで前記２次側インバータのスイッチング動作を停止させるモータ駆動システム。
【請求項２】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器と、
この開閉器の開閉を制御すると共に、前記開閉器が閉の場合には、前記１次側インバータのみを動作させて前記モータの回転速度を制御し、前記開閉器が開の場合には、前記１次側インバータ及び前記２次側インバータを動作させて前記モータの回転速度を制御する制御部と、
前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備え、
前記制御部は、前記開閉器の開閉状態を切り替える際に前記２次側インバータより出力される線間電圧をゼロにすると共に、前記開閉器を開から閉に切り替えた際に、前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで前記２次側インバータのスイッチング動作を停止させるモータ駆動システム。
【請求項３】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、
閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器とを備え、前記モータの各相巻線を、前記開閉器を開にしているオープン巻線状態からスター結線状態に切り替える際に、
前記２次側インバータで行っている正弦波変調の振幅をゼロに減少させると共に、前記振幅の減少分を前記１次側インバータで行っている正弦波変調の振幅に加算し、
前記２次側インバータが出力する線間電圧がゼロになると、前記開閉器を閉にし、
前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで、前記２次側インバータを構成する全てのスイッチング素子に与える通電信号をオフにするオープン巻線構造モータの結線切り替え方法。
【請求項４】
３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子とに接続される１次側インバータと、
前記モータの出力端子の残り３つの出力端子とに接続される２次側インバータと、
閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器とを備え、前記モータの各相巻線を、前記開閉器を閉にしているスター結線状態からオープン巻線状態に切り替える際に、
前記１次側インバータのみで通電を行い、前記２次側インバータがオフしている状態から、
前記２次側インバータが出力する線間電圧をゼロにして前記開閉器を開にし、
前記２次側インバータで行っている正弦波変調の振幅をゼロから増加させると共に、前記振幅の増加分を、前記１次側インバータで行っている正弦波変調の振幅より減少させるオープン巻線構造モータの結線切り替え方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、オープン巻線構造モータを駆動するシステム，及び前記モータの結線を切り替える方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば永久磁石同期モータ等の交流モータを駆動する際には、インバータを用いて直流電源を３相交流電力に変換する必要がある。しかし、モータが大容量化するのに伴いインバータに流れる電流も増加するので、インバータを構成するパワーデバイスに発熱等の問題が発生する。
【０００３】
この問題に対して、非特許文献１や特許文献１等では、３相モータの巻線をスター状に結線することなくオープン状態として、３相巻線の両端にそれぞれインバータを接続して駆動するシステムが提案されている。このシステムによれば、２台のインバータを用いることで、３相巻線の両端に印加できる電圧が２倍程度に拡張できるため、モータをより高速に駆動できる。または、巻線の巻数を増やすことで、少ない電流で高いトルクを出力するモータを駆動できる。
【０００４】
オープン巻線モータの駆動システムは、その回路構成により図１３から図１５に示す３つの形態をとることが多い。図１３に示す構成は、互いに絶縁された直流電源を２つ設ける必要があるが、インバータの直流電圧を２倍にでき、３相の巻線に共通に流れる零軸電流が原理上は流れないという利点がある。図１４に示す構成は、２台のインバータが直流リンク電圧を共有している。この構成は、電源は１つで良いが、零軸電流が互いのインバータの直流部を介して流れる問題がある。図１５に示す構成は、一方のインバータの電源をコンデンサで構成しているので、やはり電源は１つで良い。しかし、前記コンデンサを充電するために無効電力の制御が必要となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】2002年5月,電気学会Ｄ部門論文誌Vol．122，No.5,p430-438,「オープン巻線交流電動機と２台の空間電圧ベクトル変調インバータを用いた高効率低騒音電動機駆動方式」，川畑良尚，那須基志，川畑隆夫
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０１６／１２５５５７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各構成では、モータを高速で回転させる等インバータの出力電圧を高くする際には有効であるが、逆に、電圧をそれほど必要としない低出力時では２台のインバータにおける導通損失が大きくなるため、インバータの効率が低下する問題がある。このため、機械的スイッチ又は半導体で構成されるスイッチを用いることでインバータとモータの結線方式を切替え、低出力の際にはインバータ１台で運転することでインバータの損失を抑えることが望まれる。しかしながら、モータの駆動中に結線を切り替える際には、電流の不連続性によるトルクリップル，振動などを引き起こす問題がある。
そこで、低出力時における効率の低下を防止できるモータ駆動システム，及びオープン巻線構造モータの結線切り替え方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のモータ駆動システムは、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器と、この開閉器の開閉を制御すると共に、ＰＷＭ制御における前記１次側及び２次側インバータそれぞれの線間デューティ比に基づいて、前記モータに通電する電流及び回転速度を制御する制御部と、前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備える。
【０００９】
前記制御部は、前記開閉器の開閉状態を切り替える際に前記２次側インバータより出力される線間電圧をゼロにすると共に、前記開閉器を開から閉に切り替えた際に、前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで前記２次側インバータのスイッチング動作を停止させる。
【００１０】
また、実施形態のモータ駆動システムは、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器と、この開閉器の開閉を制御すると共に、前記開閉器が閉の場合には、前記１次側インバータのみを動作させて前記モータの回転速度を制御し、前記開閉器が開の場合には、前記１次側インバータ及び前記２次側インバータを動作させて前記モータの回転速度を制御する制御部と、前記モータに通電される電流を検出する電流検出器とを備える。
【００１１】
前記制御部は、前記開閉器の開閉状態を切り替える際に前記２次側インバータより出力される線間電圧をゼロにすると共に、前記開閉器を開から閉に切り替えた際に、前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで前記２次側インバータのスイッチング動作を停止させる。
【００１２】
さらに、実施形態のオープン巻線構造モータの結線切り替え方法は、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力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つの出力端子のうち３つの出力端子に接続される１次側インバータと、前記モータの出力端子の残り３つの出力端子に接続される２次側インバータと、閉状態になることで、前記２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置される開閉器とを備える構成において、前記モータの各相巻線を、前記開閉器を開にしているオープン巻線状態からスター結線状態に切り替える際に、前記２次側インバータで行っている正弦波変調の振幅をゼロに減少させると共に、前記振幅の減少分を前記１次側インバータで行っている正弦波変調の振幅に加算し、前記２次側インバータが出力する線間電圧がゼロになると、前記開閉器を閉にし、前記モータに通電される電流の基本周波数の３倍となる周波数の電流がゼロになるタイミングで、前記２次側インバータを構成する全てのスイッチング素子に与える通電信号をオフにする。
【００１３】
また、実施形態のオープン巻線構造モータの結線切り替え方法は、上記と同じ構成において、前記モータの各相巻線を、前記開閉器を閉にしているスター結線状態からオープン巻線状態に切り替える際に、前記１次側インバータのみで通電を行い、前記２次側インバータがオフしている状態から、前記２次側インバータが出力する線間電圧をゼロにして前記開閉器を開にし、前記２次側インバータで行っている正弦波変調の振幅をゼロから増加させると共に、前記振幅の増加分を、前記１次側インバータで行っている正弦波変調の振幅より減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】空調機の構成を示す図
【図３】開閉器の開閉制御を中心に示すフローチャート
【図４】オープン巻線状態からスター結線状態への切替えシーケンスを説明する図（ステップＡ）
【図５】オープン巻線状態からスター結線状態への切替えシーケンスを説明する図（ステップＢ）
【図６】オープン巻線状態からスター結線状態への切替えシーケンスを説明する図（ステップＣ）
【図７】オープン巻線状態における実際の各信号波形を示す図
【図８】ステップＡに対応する実際の各信号波形を示す図
【図９】ステップＢに対応する実際の各信号波形を示す図
【図１０】ステップＣに対応する実際の各信号波形を示す図
【図１１】第２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１２】第３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１３】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その１）
【図１４】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その２）
【図１５】従来のモータ駆動システムの回路構成を示す図（その３）
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図９を参照して説明する。図１は、本実施形態のモータ駆動システムの回路構成を示す図である。モータＭは、３相の永久磁石同期モータや誘導機などが想定されるが、本実施形態では永久磁石同期モータとする。モータＭ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。つまり、モータＭは６つの巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂを備えている。
【００１６】
１次側インバータ１及び２次側インバータ２はそれぞれ、スイッチング素子であるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３を３相ブリッジ接続して構成されており、これらは直流電源４に並列に接続されている。直流電源４は、交流電源を直流に変換したものでも良い。インバータ１の各相出力端子はモータＭの巻線端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａにそれぞれ接続され、インバータ２の各相出力端子はモータＭの巻線端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂにそれぞれ接続されている。
【００１７】
巻線端子Ｕｂ，Ｖｂ間には第１開閉器５（１）が接続され、巻線端子Ｖｂ，Ｗｂ間には第２開閉器５（２）が接続されている。開閉器５は、リレーやマグネットスイッチ等で構成される切替スイッチであり、オン状態になるとモータＭの２相間巻線の一端をショートさせる。位置センサ６は、モータＭのロータ回転位置や回転速度を検出するセンサであり、電流センサ７（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、モータＭの各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出するセンサであり、電流検出器に相当する。電圧センサ８は、直流電源４の電圧ＶＤＣを検出する。
【００１８】
制御装置１１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から速度指令値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１１は、電流センサ７が検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、電圧センサ８が検出した直流電圧ＶＤＣとに基づいて、インバータ１及び２を構成する各ＦＥＴ３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１１は制御部に相当する。
【００１９】
電流検出・座標変換部１２は、検出した各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ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（１）式により変換する。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
速度・位置検出部１３は、位置センサ６が検出した信号からモータ速度ωとロータ回転位置θを検出する。回転位置θは、電流検出・座標変換部１２及びｄｑ０／３相変換部１７に入力される。また、速度・位置検出部１３は、モータＭの電圧・電流から速度及び位置を推定する構成でも良い。速度制御部１４は、入力された速度指令ωＲｅｆと速度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１５は、弱め界磁制御のためのｄ軸電流指令値を、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演算することで生成して出力する。
【００２２】
電流制御部１６は、入力されるｄ，ｑ，０軸の電流指令ＩｄＲｅｆ,ＩｑＲｅｆ,Ｉ０Ｒｅｆと検出した電流Ｉｄ,Ｉｑ,Ｉ０とから、ｄ，ｑ，０軸電圧指令Ｖｑ,Ｖｄ，Ｖ０を生成して出力する。ｄｑ０／３相変換部１７は、ｄｑ軸電圧指令Ｖｑ,Ｖｄ,Ｖ０を、２つのインバータ１及び２の３相電圧指令値Ｖｕ１,Ｖｖ１,Ｖｗ１,Ｖｕ２,Ｖｖ２,Ｖｗ２に（２）式により変換する。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
切替制御部１８は、前述の制御装置より入力される開閉器５の切替指令に基づいて、インバータ１及び２に対する電圧指令値の割合を変更すると共に、開閉器５に切替信号を出力する。切替制御部１８が割合を変更した電圧指令値はＶｕ１’,Ｖｖ１’,Ｖｗ１’,Ｖｕ２’,Ｖｖ２’,Ｖｗ２’として変調部１９に入力される。変調部１９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ＦＥＴ３のゲートに与えるスイッチング信号，ＰＷＭ信号Ｕ１±，Ｖ１±，Ｗ１±，Ｕ２±，Ｖ２±，Ｗ２±を生成して出力する。
【００２５】
図２は、本実施形態のモータ駆動システムを適用した空調機３０の構成を示す。ヒートポンプシステム３１を構成する圧縮機３２は、圧縮部３３とモータＭを同一の鉄製密閉容器３５内に収容して構成され、モータＭのロータシャフトが圧縮部３３に連結されている。そして、圧縮機３２、四方弁３６、室内側熱交換器３７、減圧装置３８、室外側熱交換器３９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。尚、圧縮機３２は、例えばロータリ型の圧縮機である。空気調和機３０は、上記のヒートポンプシステム３１を有して構成されている。
【００２６】
暖房時には、四方弁３６は実線で示す状態にあり、圧縮機３２の圧縮部３３で圧縮された高温冷媒は、四方弁３６から室内側熱交換器３７に供給されて凝縮し、その後、減圧装置３８で減圧され、低温となって室外側熱交換器３９に流れ、ここで蒸発して圧縮機３２へと戻る。一方、冷房時には、四方弁３６は破線で示す状態に切り替えられる。このため、圧縮機３２の圧縮部３３で圧縮された高温冷媒は、四方弁６から室外側熱交換器３９に供給されて凝縮し、その後、減圧装置３８で減圧され、低温となって室内側熱交換器３７に流れ、ここで蒸発して圧縮機３２へと戻る。そして、室内側、室外側の各熱交換器３７，３９には、それぞれファン４０，４１により送風が行われ、その送風によって各熱交換器３７，３９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。
【００２７】
次に本実施形態の作用について図３から図１０を参照して説明する。オープン巻線モータＭを動作させるには、２つのインバータ１及び２により各端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂに電圧を印加する。速度制御及び電流制御の結果得られた電圧は、ｄｑ０／３相変換部１７でインバータ１及び２への電圧指令に（２）式で分割される。（２）式においてθｉｎｖ２＝０で変換した電圧が、１次側インバータ１への電圧指令Ｖｕ１,Ｖｖ１,Ｖｗ１となる。そして、例えば逆位相であるθｉｎｖ２＝πで変換した電圧が、２次側インバータ２への電圧指令Ｖｕ２,Ｖｖ２,Ｖｗ２となる。これら６つの電圧指令値を、変調部１９で上下アームに対する計１２のスイッチング信号に変換する。このようにして、２つのインバータ１及び２でモータＭに逆位相の電圧を印加することで１相当たりの電圧振幅を増加でき、より高速で回転させることができる。
【００２８】
空調機３０として室温を急激に上げ下げする運転では、圧縮機３２を構成するモータＭを高出力で駆動する必要がある。この場合、開閉器５を開にしてモータＭをオープン巻線状態で駆動する。一方、室温が指定した温度に達した状態では、空調機３０は温度を一定に保つためにモータＭを低出力で運転する。この場合、モータＭの回転数は低速域となるので、駆動に必要な電圧も低下する。このように電圧がそれほど必要でない運転領域では、開閉器５を閉じて端子Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂをショートさせ、モータＭをスター結線状態にしてインバータ１のみで通電し運転を行う。
【００２９】
このような状態で通電を行い、インバータ２を停止させる，オフ状態にすることでインバータ２側の導通損失及びスイッチング損失をゼロにでき、効率向上が図れる。高回転数域では２つのインバータ１及び２を連携して動作させることでモータＭの回転数を可変速し、低回転数領域においては、インバータ１のみを動作させることでモータＭの回転数を可変速する。また、モータ電流は開閉器５を通して流れるが、マグネットスイッチ等の機械式スイッチを用いることで導通損失を大幅に低減できる。
【００３０】
図３は、開閉器５の開閉制御を中心に示すフローチャートである。ステップＳ１では、空調機３０出力が例えば１ｋＷ以下であり、且つインバータ１及び２で印加する電圧が最大で与えられる電圧，つまり変調率の０．５以下であることを条件として「低出力」と判断する。ここで低出力と判断すると（ＹＥＳ）、その時点でモータＭがオープン巻線状態か否かを判断し（Ｓ２）、オープン巻線状態でなければ（ＮＯ）スター結線状態となっているので処理を終了する。オープン巻線状態であれば（ＹＥＳ）、オープン巻線からスター結線への切替シーケンスを実行し（Ｓ３）、モータＭをスター結線状態にする（Ｓ４）。
【００３１】
一方、ステップＳ１において空調機３０が「高出力」、つまり変調率が０．５より大きければ（ＮＯ）、その時点でモータＭがスター結線状態か否かを判断し（Ｓ５）、スター結線状態でなければ（ＮＯ）オープン巻線状態となっているので処理を終了する。スター結線状態であれば（ＹＥＳ）、スター結線からオープン巻線への切替シーケンスを実行し（Ｓ６）、モータＭをオープン巻線状態にする（Ｓ７）。
【００３２】
ここで、モータＭの運転中に高出力運転と低出力運転とが切り替わり、その度にモータＭを停止させて結線状態を切り替えると、モータＭの運転、すなわち空調機３０の運転が一時的に停止してしまうため望ましくない。そこで、本実施形態では、ステップＳ３，Ｓ６の切替シーケンスにおいて、モータＭに通電しながら開閉器５により結線を切り替える。以下、この切替シーケンスについて説明する。
【００３３】
＜オープン巻線状態からスター結線状態への切替え＞
ステップＳ３における切替の場合、初期状態では、オープン巻線状態のモータＭを両インバータ１及び２で駆動しているので、インバータ１及び２のＦＥＴ３がＰＷＭ信号により正弦波変調されスイッチングしている。この状態から、先ず図４に示すように（ステップＡ）、２次側インバータ２の正弦波変調の振幅をゼロまで変化させていく。そして、その分だけ不足する振幅を、１次側インバータ１の変調信号に加算して出力する。つまり、元々両インバータ１及び２で均分していた変調指令を、２次側はゼロに、１次側は倍になるまで変化させる。この結果，２次側インバータ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相のデューティ比は全て５０％になる。これは２次側インバータ２の線間電圧がゼロになる状態である。
【００３４】
次に、モータＭの２次側に接続されている開閉器５を、図５に示すように閉じて（ステップＢ）Ｕ−Ｖ相間，Ｖ−Ｗ相間をショートさせ、モータＭをスター結線状態に変換する。このとき、２次側インバータ２の線間電圧がゼロの状態で開閉器５を閉じるので、電圧差が無い状態のスイッチング，すなわちゼロ電圧スイッチングとなる。したがって、大きな電流や電圧の脈動，損失や開閉器５へのダメージ等が無い状態での切り替えが可能となる。
【００３５】
更に次のステップＣでは、開閉器５が閉じた状態において、図６に示すように２次側インバータ２の全てのＦＥＴ３に対する通電信号をオフする。この際に、電流センサで検出し、（１）式にて変換した零軸電流Ｉ０がゼロとなるタイミングで２次側インバータ２の通電をオフする。本動作中には、モータＭに流れる線間電流は、２次側インバータ２からオンした開閉器５へと連続して流れ続けることができるが、モータＭの３相を同方向に流れる零軸電流Ｉ０は、２次側インバータ２をオフした際に通流経路を失い、急激にゼロとなる。そこで、この動作による電流脈動，トルクリップルを軽減するために零軸電流Ｉ０がゼロとなるタイミングで通電オフ動作を行う。尚、零軸電流Ｉ０の周波数は、モータＭに流れる各相電流の基本周波数の３倍となる。
【００３６】
一般に、機械的なスイッチのオンオフ動作は遅延が大きく、厳密なタイミングでオンオフ動作を制御することが難しい場合もあるが、２次側インバータ２はＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチで構成されるため、本実施形態のように厳密なタイミングで通電オフ動作を行うことは比較的容易である。そして、これにより３相のモータ電流は開閉器５のみを流れることになり、２次側インバータ２の損失がゼロになる。
【００３７】
＜スター結線状態からオープン巻線状態への切替え＞
逆に、ステップＳ６においてスター結線状態からオープン巻線状態に切り替える際には、以下のような手順となる。
ステップＡ’：スター結線状態で１次側インバータ１のみが通電している初期状態から、オフ状態の２次側インバータ２を全相のデューティ比５０％で通電を開始する。
ステップＢ’：開閉器５を開にする。
ステップＣ’：２次側インバータ２の正弦波変調振幅をゼロから増加させると共に、１次側インバータ１の正弦波変調振幅を減少させる。
【００３８】
以上の手順により、やはり電気的変動やショック無しに、モータＭをスター結線からオープン巻線状態に切替えることができる。図７から図１０は、本実施形態の手法によりモータＭをオープン巻線状態からスター結線状態に切替えた際の、各部の変調信号やモータ電流波形を示す。何れも同じ図であり、縦長の矩形枠で示す部分がステップＡ〜Ｃの遷移状態を示している。図７は初期状態であり、２つのインバータ１及び２の変調信号が互いに逆相となる関係で通電している。図８は、この変調信号を１次側は増加，２次側はゼロまで減少させている過程，ステップＡである。
【００３９】
図９はステップＢであり、マグネットスイッチを用いた開閉器５をオンしているがモータの速度や電流に大きな影響は無い。図１０はステップＣであり、２次側インバータ２へのスイッチング信号を全相オフし、スター結線状態のモータＭを１台のインバータ１で駆動する状態への移行を完了している。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、３相巻線がそれぞれ独立であり、６つの出力端子Ｕａ〜Ｗｂを備えるオープン巻線構造のモータＭを、１次側インバータ１及び２次側インバータ２により駆動する構成において、開閉器５（１）及び５（２）を、２次側インバータの出力端子のＵ−Ｖ相間，Ｖ−Ｗ相間に配置する。制御装置１１は、開閉器５の開閉を制御すると共に、インバータ１及び２それぞれの線間デューティ比に基づいて、モータＭに通電する電流及びモータＭの回転速度を制御する。
【００４１】
このように構成すれば、モータＭが高出力・高速回転する場合は，２台のインバータ１及び２でオープン巻線モータとして運転させ、低出力・低速運転する場合は，スター巻線モータとして１台のインバータ１のみで運転することで、広い出力範囲と高効率運転を両立させることができる。
【００４２】
そして、制御部は、開閉器５の開閉状態を切り替える際に、２次側インバータ２より出力される線間電圧をゼロにする。具体的には、モータＭの各相巻線を、開閉器５を開にしているオープン巻線状態からスター結線状態に切り替える際には、上述したステップＡ〜Ｃの手順で行い、各相巻線を、開閉器５を閉にしているスター結線状態からオープン巻線状態に切り替える際には、上述したステップＡ’〜Ｃ’の手順で行うようにした。これにより、ゼロ電圧スイッチングを行い、大きな電流や電圧の脈動，損失や開閉器５へのダメージ等が無い状態で切り替えを行うことができる。
【００４３】
また、本実施形態のモータ駆動システムを空調機３０に適用することで、室温を急激に上げ下げする高出力運転と、室温が指定した温度に達した状態での低出力運転とに対応してモータＭの結線状態を切替えて運転し、空調運転を高効率で行うことができる。
【００４４】
（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のみ説明する。図１１に示す第２実施形態のモータ駆動システムは、１次側インバータ２が直流電源４（１）に接続され、２次側インバータ２が直流電源４（２）に接続されており、それぞれ個別に直流電源が供給されている。すなわち、従来例の図１３と同様の構成となっている。
【００４５】
（第３実施形態）
図１２に示す第３実施形態のモータ駆動システムは、第２実施形態の構成における直流電源４（２）を、コンデンサ９に置き換えたものであり、従来例の図１５と同様の構成となっている。
【００４６】
（その他の実施形態）
電流センサ７を２相分のみ配置し、残り１相の電流は演算で求めても良い。
電流センサ７は、シャント抵抗でもＣＴでも良い。
開閉器は必ずしも２個用いる必要は無く、２次側インバータの各相出力端子を短絡するように配置すれば良い。
開閉器を、半導体素子で構成しても良い。
交流電源は単相であっても良い。
スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限ることなく、その他ＩＧＢＴ，パワートランジスタ、ＳｉＣ，ＧａＮ等のワイドギャップ半導体等を使用しても良い。
空調機に限ることなく、その他の製品等に適用しても良い。
【００４７】
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】
【００４８】
図面中、Ｍはオープン構造巻線モータ、１は１次側インバータ，２は２次側インバータ、５は開閉器、１１は制御装置、３０は空調機を示す。
【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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