(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のコイルを含む複数個のコイルユニットが配置された固定子と、複数の極が形成された回転子とを備えた圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置であって、
前記複数個のコイルユニットのそれぞれに含まれるコイルの接続状態を切り替える制御部を備えており、
前記複数個のコイルユニットはそれぞれ予備負荷を備え、
前記制御部が運転条件に応じて前記複数個のコイルユニットの接続状態を切り替え、
前記制御部は前記予備負荷を前記複数のコイルと独立して結線して前記複数のコイル及び前記予備負荷に電流を供給した中間状態にするとともに前記予備負荷の結線状態を維持しつつ前記複数個のコイルユニットの結線を切り替え、
前記中間状態は、前記複数個のコイルがデルタ結線、前記予備負荷がスター結線の状態で前記複数個のコイル及び前記予備負荷に電流が供給可能な接続状態であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記圧縮機の回転数又はトルクの少なくとも一方に基づいて前記複数個のコイルの接続状態を切り替える請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記コイルユニットは、同じ構成のコイルを２個備えており、
２個のコイルを直列に接続したコイルユニットをスター結線で接続した第１状態と、
２個のコイルを直列に接続したコイルユニットをデルタ結線で接続した第２状態と、
２個のコイルを並列に接続したコイルユニットをスター結線で接続した第３状態と、
２個のコイルを並列に接続したコイルユニットをデルタ結線で接続した第４状態とに切り替えられる請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷凍サイクル装置では、圧縮機の回転速度を調整することで冷凍能力を可変調整可能となっているものが多い。すなわち、前記圧縮機を高回転で運転（定格運転）させることで、前記冷凍サイクル装置の冷凍能力を高めることができる。圧縮機には通常、電動機が組み込まれ、回転数は電気的に制御される。また、電動機の回転数を落とした中間運転（能力が定格の約半分となる運転）を行うことで、必要に応じて冷凍能力を調整することができる。
【０００３】
例えば、前記冷凍サイクル装置が空気調和機に用いられているとする。前記空気調和機の電源投入直後等で冷房又は暖房を行う場合、前記圧縮機を定格運転し、前記冷凍サイクル装置の冷凍能力を高め、冷房又は暖房の出力を上げる。また、一定の温度に到達し、温度維持程度の冷房又は暖房でよい場合、前記圧縮機を中間運転し、冷凍サイクル装置の冷凍能力を低く抑え、少ない消費電力で室温を安定させている。
【０００４】
前記冷凍サイクル装置の消費電力の多くは圧縮機で消費されるものである。そして、前記圧縮機（圧縮機に含まれる電動機）の効率を高めることが消費電力の低減につながる。前記電動機の特性は、コイルの巻線数によって変わり、前記巻線数によって最も高効率となる回転数が決まる。つまり、従来の構成の電動機で、低回転から高回転の全域で効率を高くすることは困難であった。
【０００５】
そこで、特開平６−２０５５７３号公報に記載の巻線切替型回転電機のような回転数が変化しても効率の高い状態で運転可能な電動機が提案されている。この巻線切替型回転電機では、電動機の回転数によって電力を供給するコイルを切り替え、コイルの巻線数を変更することで、高回転運転（定格運転）及び低速回転運転（中間運転）で効率の低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平６−２０５５７３号公報に記載の巻線切替型回転電機は高回転側のコイルと低回転側のコイルとを切り替えて利用するものである。冷凍サイクル装置を備える空気調和機は、圧縮機を利用して居室を冷やす冷房と居室を暖める暖房とを行う構成である。前記空気調和機では、冷房運転と暖房運転との違い、外気温の差等によって必要な冷凍能力が変動するため、圧縮機の回転数を細かく制御する必要がある。このような、回転数を細かく制御する必要がある圧縮機の電動機に前記巻線切替型回転電機を利用しても、長期間の運転で、必ずしも消費電力を低減できるとは限らない。
【０００８】
また、前記巻線切替型回転電機のようにコイルを切り替えて利用するとき、切り換え前後で相対的な巻き数比の変動が大きいと、コイルを切り替えたときに瞬間的に大きな電流が発生し、回転電機（電動機）自体或いは制御回路の故障、破損の原因となり、寿命を縮める原因となっていた。
【０００９】
そこで本発明は、高効率運転を行う時間を増やすことができ、長寿命で無駄の少ない冷凍サイクル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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、複数個のコイルを含む複数個のコイルユニットが配置された固定子と、複数の極が形成された回転子とを備えた圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置であって、前記複数個のコイルユニットのそれぞれに含まれるコイルの接続状態を切り替える制御部を備えており、前記制御部が運転条件に応じて前記複数個のコイルユニットの接続状態を切り替えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によると、前記コイルユニットを切り替えることで、多くの運転条件で圧縮機を効率よく駆動することができる。これにより、高効率運転の時間を延ばすことができ、長期間でみて消費エネルギを低減することが可能である。
【００１２】
上記構成において、前記制御部は、前記圧縮機の回転数又はトルクの少なくとも一方に基づいて前記複数個のコイルユニットの接続状態を切り替える。このように構成することで、コイルユニットの接続状態の切り替えを細かく調整することができ、効率が高い状態で駆動することが可能である。
【００１３】
上記構成において、前記制御部は、前記圧縮機の回転数を一時的に下げた状態で、前記コイルユニットの接続状態を切り替える。この構成によると、前記圧縮機が簡単な構成であるとともに、コイルユニットの接続状態を切り替えるときの瞬間的な大電流の発生を抑制する。瞬間的な大電流が流れないので回路、電動機が故障したり、破損したりするのを抑制するとともに、長寿命化が可能である。
【００１４】
上記構成において、前記複数個のコイルユニットそれぞれに予備負荷が備えられており、前記予備負荷に電力を供給するように接続した後、前記コイルユニットの接続状態を切り替えるようにしてもよい。この構成によると、コイルユニットの接続状態を切り替えるときの瞬間的な大電流の発生を抑制する。瞬間的な大電流が流れないので回路、電動機が故障したり、破損したりするのを抑制するとともに、長寿命化が可能である。なお、予備負荷は、コイルユニットを切り替えるときに、瞬間的な大電流を確実に抑制できるインピーダンスを有しているものを挙げることができる。
【００１５】
上記構成において、前記コイルユニットは、同じ構成のコイルを２個備えており、２個のコイルを直列に接続したコイルユニットをスター結線で接続した第１状態と、２個のコイルを直列に接続したコイルユニットをデルタ結線で接続した第２状態と、２個のコイルを並列に接続したコイルユニットをスター結線で接続した第３状態と、２個のコイルを並列に接続したコイルユニットをデルタ結線で接続した第４状態とに切り替えられるものを挙げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、広い運転条件で高効率運転を行うことができ、長寿命で無駄の少ない冷凍サイクル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】空気調和機の概略図である。
【図２】本発明にかかる冷凍サイクル装置の一例の概略図である。
【図３】本発明にかかる圧縮機に配置された電動機の軸と垂直な面で切断した断面図である。
【図４】圧縮機に設けられた電動機の配線図である。
【図５】第１コイル部と第２コイル部を直列に接続したコイルユニットをスター接続した配線図である。
【図６】第１コイル部と第２コイル部を直列に接続したコイルユニットをデルタ接続した配線図である。
【図７】第１コイル部と第２コイル部を並列に接続したコイルユニットをスター接続した配線図である。
【図８】第１コイル部と第２コイル部を並列に接続したコイルユニットをデルタ接続した配線図である。
【図９】空気調和機の運転条件と冷凍サイクル装置の運転状態と電動機の回転速度とコイルユニットの接続状態を対比する表である。
【図１０】電動機が切り替わる途中の中間状態を示す配線図である。
【図１１】電動機が切り替わる途中の中間状態を示す配線図である。
【図１２】異なるコイルの接続状態で電動機を駆動したときの回転数と電動機効率の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明にかかる冷凍サイクル装置の圧縮機の備えられた電動機の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は空気調和機の概略図であり、図２は本発明にかかる冷凍サイクル装置の一例の概略図である。図１に示すように、空気調和機Ａｃは、居室Ｒｍの内部（壁）に設置される室内機ＩＭと、居室Ｒｍの外部に設置される室外機ＯＭとを有する。なお、扉、窓等の開口は空調を行うときに閉じ、壁、天井等と一体と考えてもよいため、省略している。空気調和機Ａは、居室Ｒｍの空気を室内機ＩＭに取込み、口調した空気を吐出することで居室Ｒｍ内の空調を行っている。
【００１９】
図２に示すように冷凍サイクル装置Ｒｃは、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧部１４、室内熱交換器１５等の機器を備えている。そして、これらの機器が冷媒配管で接続されているとともに、内部に冷媒が封入されており、公知の冷媒回路を構成している。
【００２０】
図２に示すように、冷凍サイクル装置Ｒｃにおいて、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧部１４、室外ファン１３１及びアキュムレータ１６は室外機ＯＭに配置されており、室内熱交換器１５及び室内ファン１５１は室内機ＩＭに配置されている。なお、減圧部１４は室外機ＯＭではなく、室内機ＩＭに設けられていてもよい。
【００２１】
圧縮機１１は冷媒を圧縮する装置である。圧縮機１１には冷媒が流出する流出配管Ｐｏと流入する流入配管Ｐｉが接続されており、流出配管Ｐｏ及び流入配管Ｐｉはともに四方弁１２に接続されている。また、圧縮機１１に冷媒が流入する流入配管には、アキュムレータ１６が取り付けられている。圧縮機１１に戻る冷媒は気相と液相とが混じった状態である。冷媒はアキュムレータ１６を通過することで液体と気体とに分離される。そして、気体の冷媒が圧縮機１１に流入する。
【００２２】
四方弁１２は冷媒回路の流れ方向を変更するものである。つまり、流出配管Ｐｏと流入配管Ｐｉの接続先（室外熱交換器１３又は室内熱交換器１５）を切り替える。例えば、四方弁１２が流出配管Ｐｏと室外熱交換器１３とを接続し、流入配管Ｐｉと室内熱交換器１５とを接続すると、空気調和機Ａｃは居室Ｒｍ内を冷却する冷房運転となる。また、四方弁１２を逆接続すると、居室Ｒｍ内を加熱する暖房運転となる。
【００２３】
減圧部１４は冷媒の圧力を低下させるものであり、ここでは、膨張弁が採用される。室外熱交換器１３及び室内熱交換器１５はそれぞれ、居室Ｒｍの外部及び内部の空気と冷媒との間の熱交換を行うためのものであり、例えば、冷媒配管に断面積を増やすためのフィンが設けられた構成を挙げることができる。このフィンに空気を吹き付け、強制的に空気を送り込むことで熱交換の効率を高めることが可能である。そのため、冷凍サイクル装置Ａでは、室外熱交換器１３の近傍に室外ファン１３１を、室内熱交換器１５の近傍に室内ファン１５１を設け、各熱交換器に送風することで、冷媒と空気との間で効率よく熱交換を行う。
【００２４】
圧縮機１１は内部に配置された電動機によって冷媒を圧縮している。次に、圧縮機１１に含まれる電動機Ａについて図面を参照して説明する。図３は本発明にかかる圧縮機に配置された電動機の軸と垂直な面で切断した断面図であり、図４は圧縮機に設けられた電動機の配線図である。
【００２５】
電動機Ａは３相ＤＣブラシレスモータである。電動機Ａは、固定子（ステータ）２０が９個のスロット２１を備えている。そして、ステータ２０の内部に回転子（ロータ）２２が配置されている。そして、回転子２２の中央に出力軸２２１が一体的に固定されている。回転子２２には不図示の永久磁石が配置されている。回転子２２としては、例えば、８個の永久磁石を備えた（８極が形成された）ものを挙げることができる。
【００２６】
電動機Ａの各スロット２１には導線を巻き付けられており、各スロット２１がコイル（界磁）を構成している。これらのコイル部２３には、それぞれ位相が１２０°ずれた交流電力Ｕ相電力、Ｖ相電力、Ｗ相電力が供給される。そこで、以下の説明では、３相の各相の電力が印加されるコイルをそれぞれ、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗの３系統に分けている。電動機ＡはＵ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗにそれぞれ対応した位相の電力を供給することで、回転子２０が回転する、すなわち、回転力が発生する。発生した回転力は、回転子２０と一体的に固定された出力軸２１を介して電動機Ａの外部に取り出される。
【００２７】
図４に示すように、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗは、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とを備えている。また、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗには、第１コイル部２３１、第２コイル部２３２とは別に予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３がそれぞれ設けられている。なお、電動機Ａには、交流が供給されるため、予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３としては、通常の抵抗のほか、誘導性のもの（コイル）や、容量性のもの（キャパシタ）或いは、これらを組み合わせたものが用いられる。
【００２８】
さらに、電動機Ａは、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗそれぞれの第１コイル部２３１、第２コイル部２３２の接続の組み合わせを変更するとともに、各コイルユニットに電力を供給する駆動回路３を備えている。なお、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗは、同一の構成を有している。
【００２９】
駆動回路３は、モータコントローラ３１、スイッチング素子３２１、３２２、３２３、３３１〜３３４、３４１〜３４４、３５１〜３５４及び制御部３６を備えている。モータコントローラ３１は、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗのそれぞれに電力を供給するドライバ回路である。モータコントローラ３１は不図示の電源からの電力を電動機Ａの駆動に適した電力（電圧の波形、周波数、周期等）に変換している。そして、モータコントローラ３１は、Ｕ相電力を出力するＵ端子３１１、Ｖ相電力を出力するＶ端子３１２及びＷ相電力を出力するＷ端子３１３を備えている。
【００３０】
次にスイッチング素子について説明する。Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３ＷのＵ端子３１１、Ｖ端子３１２及びＷ端子３１３と接続しているのと反対側には、それぞれ、スイッチング素子３２１、３２２、３２３が取り付けられている。スイッチング素子３２１、３２２、３２３は配線を切り替えるためのスイッチング素子である。スイッチング素子３２１、３２２、３２３をＡ接点に接続すると、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗがスター結線で結線される。逆に、スイッチング素子３２１、３２２、３２３をＢ接点に接続すると、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗがデルタ結線で結線される。
【００３１】
つまり、スイッチング素子３２１、３２２、３２３は、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗをスター結線とデルタ結線に切り替えるためのスイッチである。そのため、制御部３６は、スイッチング素子３２１、３２２、３２３を同期制御する。例えば、スター結線にするとき、制御部３６は、同じタイミングでスイッチング素子３２１、３２２、３２３をそれぞれのＡ接点に接続する。
【００３２】
スイッチング素子３３１、３３２、３３３、３３４は、Ｕ相コイルユニット２３Ｕに設けられている。スイッチング素子３３１、スイッチング素子３３４は接続方向を切り替える切り替えスイッチになっている。また、スイッチング素子３３２、３３３は、ＯＮ又はＯＦＦ（回路の接続又は切断）を切り替えるスイッチである。
【００３３】
スイッチング素子３３１及びスイッチング素子３３２は第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とを直列又は並列のいずれかの接続方法で接続するスイッチである。スイッチング素子３３１をＡ接点に接続するとともに、スイッチング素子３３２をＯＦＦにすることで、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とを直列に接続できる。また、スイッチング素子３３１をＢ接点に接続するとともに、スイッチング素子３３２をＯＮにすることで第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とを並列に接続できる。
【００３４】
スイッチング素子３３３は、予備負荷Ｚ１に電力を供給する回路を接続又は切断するＯＮ／ＯＦＦスイッチである。スイッチング素子３３４は、予備負荷Ｚ１をスター結線の配線又はデルタ接点の配線に切り替えて接続する切り替えスイッチである。
【００３５】
スイッチング素子３４１、３４２、３４３、３４４はＶ相コイルユニット２３Ｖの接続を切り替えるためのスイッチング素子である。また、スイッチング素子３５１、３５２、３５３、３５４はＶ相コイルユニット２３Ｖの接続を切り替えるためのスイッチング素子である。スイッチング素子３４１、３５１はスイッチング素子３３１と、スイッチング素子３４２、３５２はスイッチング素子３３２と、スイッチング素子３４３、３５３はスイッチング素子３３３と、スイッチング素子３４４、３５４はスイッチング素子３３４とそれぞれ対応するスイッチング素子である。そのため、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗに備えられている各スイッチング素子は、対応するＵ相コイルユニット２３Ｕのスイッチング素子と同じ構成及び動作を行う。
【００３６】
スイッチング素子３２１、３２２、３２３、３３１〜３３４、３４１〜３４４、３５１〜３５４としては、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等の素子及びこれらを組み合わせたものを挙げることができるが、これに限定されない。
【００３７】
次に本発明にかかる圧縮機に備えられた電動機Ａについて説明する。電動機Ａは、３相のコイルユニットをスター結線とデルタ結線とで切り替えて使うことが可能な構成となっている。また、本発明にかかる電動機Ａでは、各コイルユニットの第１コイル部２３１と第２コイルユニット２３２を直列又は並列に切り替えることができる。以下に、スイッチング素子を切り替えたときの電動機の状態について図面を参照して説明する。
【００３８】
図５〜図８は第１コイル部と第２コイル部を直列又は並列に接続したコイルユニットをスター結線又はデルタ結線したときの配線図である。なお、電動機Ａにおいて対応するスイッチング素子は同期して駆動されるものであるため、以下の説明では、Ｕ相コイルユニット２３Ｕに含まれるスイッチング素子について主に説明し、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗのスイッチング素子は同時に同じ動作をするものとして説明する。なお、以下の説明において配線図では、電力が供給される（電流が流れる又は電圧が印加される）回路を太線で示す。
【００３９】
図５は第１コイル部と第２コイル部を直列に接続したコイルユニットをスター接続した配線図である。図５に示すように、制御部３６が、Ｕ相コイルユニット２３Ｕのスイッチング素子３３１をＡ接点に接続し、スイッチング素子３３２をＯＦＦにすることで、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とが直列に接続される。Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗも同様に対応するスイッチング素子を操作することで、各コイルユニットの第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とが直列に接続される。そして、スイッチング素子３２１、３２２、３２３をＡ接点に接続する。これにより、電動機Ａは、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２を直列に接続したコイルユニットをスター結線した直列スター状態となる。
【００４０】
図６は第１コイル部と第２コイル部を直列に接続したコイルユニットをデルタ接続した配線図である。図６に示すように、図５の状態からスイッチング素子３２１、３２２、３２３をＢ接点に切り替えることで、電動機Ａは、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２を直列に接続したコイルユニットをデルタ結線した直列デルタ状態となる。
【００４１】
図７は第１コイル部と第２コイル部を並列に接続したコイルユニットをスター接続した配線図である。図７に示すように、制御部３６が、Ｕ相コイルユニット２３Ｕのスイッチング素子３３１をＢ接点に接続し、スイッチング素子３３２をＯＮにすることで、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とが並列に接続される。Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗも同様に対応するスイッチング素子を操作することで、各コイルユニットの第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とが並列に接続される。そして、スイッチング素子３２１、３２２、３２３をＡ接点に接続する。これにより、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２を並列に接続したコイルユニットをスター結線した並列スター状態となる。
【００４２】
図８は第１コイル部と第２コイル部を並列に接続したコイルユニットをデルタ接続した配線図である。図８に示すように、図７の状態からスイッチング素子３２１、３２２、３２３をＢ接点に切り替えることで、電動機Ａは、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２を並列に接続したコイルユニットをデルタ結線した並列デルタ状態となる。
【００４３】
次に本発明にかかる冷凍サイクル装置Ｒｃの駆動について説明する。冷凍サイクル装置Ｒｃでは、圧縮機１１の回転数、すなわち、電動機Ａの回転数を調整することで、冷凍能力（例えば、空気調和機Ａｃでは、冷房能力又は暖房能力）を調整している。
【００４４】
３相ブラシレスモータである電動機Ａでは一般的に、巻線数が多いと低回転での効率が高く（最高効率に達し）、高回転では効率が低下する。一方、巻線数が少ないと低回転での効率は低いが高回転での効率が高くなる（最高効率に達する）。
【００４５】
上述したように、電動機Ａは、スイッチング素子を切り替えることで、相対的な巻線数を変更する構成となっている。例えば、直列スター状態のときの巻線数を基準としたとき、相対的な巻き数比は、直列デルタ状態のとき１／√３、並列スター状態のとき１／２、並列デルタ状態のとき１／２√３になる。つまり、電動機Ａでは、状態を切り替えることで巻線数を変更したときと同じ効果を得ることができる。
【００４６】
このことを利用して、本発明にかかる冷凍サイクル装置Ｒｃでは、冷凍サイクル装置Ｒｃの運転条件（要求される出力）に応じて、電動機Ａの巻線数比（コイルの接続状態）を切り替える制御が行われている。以下に、空気調和機Ａｃに用いられている冷凍サイクル装置Ｒｃを例に説明する。なお、空気調和機Ａｃを冷房装置として用いる場合を想定している。
【００４７】
空気調和機Ａｃに用いられている冷凍サイクル装置Ｒｃでは、空気調和機Ａｃの動作状態によって、要求される出力（運転状態）が変動する。図９に空気調和機の運転条件と冷凍サイクル装置の運転状態と電動機の回転速度とコイルユニットの接続状態を対比する表を示す。
【００４８】
空気調和機Ａｃの電源が投入されたとき（運転開始時とする）、冷凍サイクル装置Ｒｃは圧縮機１１の回転を開始する（開始状態とする）。圧縮機１１は開始状態のとき、電動機Ａは極低回転で動作する。そのため、冷凍サイクル装置Ｒｃが開始状態のとき、最も巻線数（相対巻き数比）が多い、直列スター状態となるように、制御部３６はスイッチング素子を制御する。これにより、運転開始時にスムースな動作ができるとともに、効率よく動作できる。
【００４９】
空気調和機Ａは、室内温度と設定された温度とが近い場合、冷凍サイクル装置Ｒｃは、小さな出力で室内の空気調和を行うことができる。そして、空気調和機Ａは、外気温の影響も受ける。例えば、夜間のように居室内と外部との空気の温度差が低く、室内温度が設定された温度に近い場合（夜間運転とする）、冷凍サイクル装置Ｒｃは低出力で室内温度を維持できる（低出力状態とする）。冷凍サイクル装置Ｒｃが低出力状態のとき、圧縮機１１（電動機Ａ）は低回転で駆動する。冷凍サイクル装置Ｒｃが低出力状態のとき、巻線数（相対巻き数比）が２番目に多い、直列デルタ状態となるように、制御部３６はスイッチング素子を制御する。
【００５０】
一方、昼間のように居室内と外部との空気の温度差が高い場合（昼間通常運転とする）、冷凍サイクル装置Ｒｃから一定以上の出力がないと室内温度の維持が困難である。そのため、冷凍サイクル装置Ｒｃでは、一定の出力（中出力とする）で駆動することで、室内温度の維持を行う（中出力状態とする）。冷凍サイクル装置Ｒｃが中出力状態のとき、圧縮機１１（電動機Ａ）は中速回転で駆動する。冷凍サイクル装置Ｒｃが中出力状態のとき、巻線数（相対巻き数比）が２番目に少ない、並列スター状態となるように、制御部３６はスイッチング素子を制御する。
【００５１】
さらに、昼間の居室内と外部との空気の温度差が高く、室内温度と設定温度とが離れている場合（急速冷却運転とする）、冷凍サイクル装置Ｒｃは高出力を要求される（高出力状態とする）。冷凍サイクル装置Ｒｃが高出力状態のとき、圧縮機１１を高速回転で駆動する。冷凍サイクル装置Ｒｃが高出力状態のとき、巻線数（相対巻き数比）が最も少ない、並列デルタ状態となるように、制御部３６はスイッチング素子を制御する。
【００５２】
なお、コイルの状態の切替えを冷凍サイクル装置Ｒｃの運転状態に基づいて切り替えることで、各運転状態で最も効率の良い状態で電動機Ａ（圧縮機１１）を駆動することができる。これにより、冷凍サイクル装置Ｒｃは、広い運転状態で効率が高くなる。
【００５３】
なお、開始状態、低出力状態、中出力状態、高出力状態については、電動機Ａのコイルの巻線数及び相対的な巻き数比に基づいて、各状態で効率が良くなるように決定されることが好ましい。
【００５４】
一方で、電動機Ａを駆動している状態で、コイルの接続状態を切り替えるとき、切り替え時に瞬間的に大きな電流が流れる場合がある。本発明の電動機Ａは、切り替わり時に予備負荷に電流を流し、瞬間的に大きな電流が流れるのを抑制している。以下にスイッチング素子の切替えについて説明する。なお、ここでは、直列スター状態から直列デルタ状態に切り替わる場合について説明するが、これ以外も同様の切替えを行う。図１０、図１１は電動機が切り替わる途中の中間状態を示す配線図である。
【００５５】
冷凍サイクル装置Ｒｃの圧縮機１１が極低回転状態のとき、電動機Ａは直列スター状態であり、各スイッチング素子は、図５に示す状態となる。すなわち、制御部３６は、Ｕ相コイルユニット２３Ｕのスイッチング素子３３１をＡ接点に接続するとともに、スイッチング素子３２１をＡ接点に接続する。また、制御部３６は、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗの対応するスイッチング素子も同期して切り替える。
【００５６】
そして、冷凍サイクル装置Ｒｃは回転数で出力を調整している。そのため、出力を上げる動作を行うと、圧縮機１１すなわち電動機Ａの回転数も上昇する。そして、冷凍サイクル装置Ｒｃが低回転状態になると、直列スター状態では、効率が低下する。そこで、制御部３６は、直列デルタ状態に切り替えるため、スイッチング素子３３４をＡ接点に接続するとともに、スイッチング素子３３３をＯＮにする（図１０参照）。
【００５７】
このように接続することで、予備負荷Ｚ１を第１コイル部２３１と第２コイル部２３２とを直列に接続したコイルと並列に接続した状態となる。なお、Ｕ相コイルユニット２３Ｕ、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ及びＷ相コイルユニット２３Ｗはそれぞれ予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を並列に接続した状態でスター結線になっている。なお、予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の結線は、スイッチング素子３３４、３４４、３５４に制御されるものであるため、コイルユニットと独立して結線状態を切り替えることができる。
【００５８】
そして、制御部３６は、スイッチング素子３２１、３２２、３２３をＡ接点からＢ接点に切り替える。スイッチング素子３２１、３２２、３２３の接点が切り替わる瞬間、第１コイル部２３１、第２コイル部２３２は解列される。一方で、予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３がスター結線された状態になる。そして、スイッチング素子３２１、３２２、３２３がＢ接点に接続されたとき（図１１参照）、予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３はスター状態を維持したまま、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２が直列の各コイルユニット２３Ｕ、２３Ｖ、２３Ｗがデルタ結線される。
【００５９】
予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３には電流が流れた状態で、図１０の配線状態から図１１の配線状態に切り替わる。そのため、スイッチング素子３２１、３２２、３２３の切り替わりによる瞬間的な大電流の発生を抑制することができる。
【００６０】
そして、制御部３６は、スイッチング素子３３３をＯＦＦにすることで、予備負荷Ｚ１への電力の供給を停止する。制御部３６が、Ｖ相コイルユニット２３Ｖ、Ｗ相コイルユニット２３Ｗでも同時に、スイッチング素子３４３、３５３をＯＦＦにすることで（図７参照）になる。
【００６１】
図１０の配線状態から図１１の配線状態に切り替わるとき、予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３がスター結線されている状態を維持して切り替わる。つまり、本発明にかかる電動機Ａでは、コイルユニットの配線を切り替えるとき、予備負荷を用いて疑似的な回路を構成しておき、回路を切り替えたのちに予備負荷を解列するようにすることで、切り替え時に予備負荷に一定の電流を流し続ける。これにより、切り替え時に電圧が急激に変化しにくいので、瞬間的な大電流の発生を抑制することができる。
【００６２】
以上のように直列スター状態から直列デルタ状態に切り替えるとき、予備負荷に電流を流しつつスイッチングすることで、電動機Ａの回路に瞬間的な大電流が発生するのを抑制できる。
【００６３】
以上のように、冷凍サイクル装置Ｒｃは、運転状態に応じてコイルの接続状態を切り替えることで、圧縮機１１（電動機Ａ）の効率を多くの状態で高く維持することができる。これにより、長期間にわたって断続的又は連続的に使用したときの電力消費を抑制することができる。また、コイルの切替えを行うときに、予備負荷を利用した中間状態をへたのちに行われるので、瞬間的な大電流が発生しにくく、回路が破損したり、寿命が短くなったりする不具合を抑制できる。
【００６４】
（第２実施形態）
本発明にかかる冷凍サイクル装置の他の例について図面を参照して説明する。本発明にかかる冷凍サイクル装置Ｒｃは、コイルの状態を切り替える制御が異なる以外、基本的な構成は、第１実施形態の冷凍サイクル装置Ｒｃと同じである。そのため、冷凍サイクル装置Ｒｃの詳細な説明は省略する。
【００６５】
第１実施形態では、電動機Ａは冷凍サイクル装置Ｒｃの動作状態に対応して駆動している。そのため、コイルの状態を簡単且つ適切に切り替えることが可能となっている。このような構成の場合、各運転状態である程度効率を高めることが可能である。一方で、冷凍サイクル装置Ｒｃに要求される冷凍能力によっては、各運転状態の間の出力での動作が要求される場合がある。
【００６６】
そこで、コイルの接続状態を切り替えるタイミングを決める手順について説明する。図１２は異なるコイルの接続状態で電動機を駆動したときの回転数と電動機効率の関係を示すグラフである。図１２に示すグラフでは、縦軸に電動機効率、横軸に電動機回転数としている。図１２に示すグラフにおいて、破線Ｌ１は直列スター状態、実線Ｌ２は直列デルタ状態、一点鎖線Ｌ３は並列スター状態、太線Ｌ４は並列デルタ状態に各コイルユニットを接続したときの電動機効率と回転数とを示している。
【００６７】
図１２に示すように、冷凍サイクル装置Ｒｃは、運転開始から第１回転数Ｒ１までは、破線Ｌ１が実線Ｌ２よりも電動機効率が高くなっている。すなわち、第１回転数Ｒ１未満の領域では、圧縮機１１（電動機Ａ）はコイルユニットの接続状態が直列スター状態の方が直列デルタ状態よりも効率がよい。そのため、制御部３６は、電動機Ａの回転数が第１回転数Ｒ１未満のとき、直列スター状態で駆動し、回転数が第１回転数Ｒ１以上になると直列デルタ状態に切り替える。
【００６８】
また、図１２に示すように、第２回転数Ｒ２までは、実線Ｌ２が一点鎖線Ｌ３よりも高い。すなわち、第１回転数Ｒ１以上、第２回転数Ｒ２までの領域では、圧縮機１１（電動機Ａ）はコイルユニットの接続状態が直列スター状態の方が直列デルタ状態よりも効率がよい。そのため、制御部３６は、電動機Ａの回転数が第１回転数Ｒ１以上、第２回転数Ｒ２未満のとき、直列デルタ状態で駆動する。
【００６９】
同様に、電動機効率の上下が切り替わる、換言すると、電動機効率のグラフが交わる回転数でコイルユニットの接続状態を切り替えるようにする。このように、コイルユニットの接続状態ごとに電動機効率を検出し、その電動機効率の大小が切り替わる回転数でコイルユニットの接続状態を切り替えることでより詳細な制御を行うことが可能である。
【００７０】
なお、本実施形態では、切り替わり回転数を記憶しておき、その回転数になるごとに、コイルユニットの接続状態を切り替えるようにしているが、これに限定されない。例えば、コイルユニットの接続状態が切り替わるときの電動機効率を記憶しておき、運転中の電動機Ａの電動機効率が記憶されている電動機効率になったとき、コイルユニットの接続状態を切り替えるようにしてもよい。
【００７１】
また、電動機Ａの運転中の電動機効率を検出する構成の場合、回転数と電動機効率の関係を図１２のようにグラフ化しておき、そのグラフを逐次更新するようにして、切り替わるときの電動機効率の値を更新するようにしてもよい。このようにすることで、コイル部、スイッチング素子等のばらつきが生じても、高い効率で電動機Ａ、すなわち、圧縮機１１を駆動することが可能である。また、冷媒の変化や配管の変化によるばらつきを吸収することも可能である。
【００７２】
本実施形態では、電動機Ａの回転数と電動機効率との関係を利用してコイルユニットの接続状態の切替えを行っているが、これに限定されるものではなく、例えば、電動機Ａの回転数及び（又は）トルクと電動機効率との関係を利用してコイルユニットの接続状態を切り替えるようにしてもよい。例えば、回転数を急激に上昇させる場合等には、電動機効率を無視して、高トルクで一気に回転数を上げた方が、結果として効率が高くなる場合もある。このような場合、高トルクである程度電動機効率が高いコイルユニットの接続状態を選択するようにしてもよい。また、高トルクの場合、電流が増加するので、銅損を減らすため、より電気抵抗の小さな接続状態を選択するようにしてもよい。
【００７３】
これ以外の特徴については、第１実施形態と同じである。
【００７４】
（第３実施形態）
本発明にかかる冷凍サイクル装置の他の例について図面を参照して説明する。図１３は本発明にかかる冷凍サイクル装置の圧縮機の備えられた電動機の回路図である。図１３に示す電動機Ｂは、電動機Ａから予備負荷Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、スイッチング素子３３３、３３４、３４３、３４４、３５３、３５４を省略した構成を有している。
【００７５】
電動機Ｂは、電動機Ａと同様、第１コイル部２３１と第２コイル部２３２との接続状態（直列又は並列）と、コイルユニットの結線状態（スター結線とデルタ結線）と組み合わせることができる。すなわち、電動機Ｂは、直列スター状態、直列デルタ状態、並列スター状態及び並列デルタ状態に切り替えることができる。
【００７６】
そして、電動機Ｂの運転を続けている状態でコイルユニットの接続状態を切り替えると、コイルユニットの接続状態を切り替えるときに瞬間的に大電流が発生する。この大電流は、電動機Ｂの回転数が高い状態で切り替えると発生することがわかっている。そこで、コイルユニットの接続状態を切り替えるときには、回転数を一旦下げ、コイルユニットの接続状態を切り替えたのち、切り換えるタイミングの回転数に上げるようにしている。このようにすることで、回転数を低下させてしまうため、多少効率が低下する場合があるが、予備負荷及び切替用のスイッチング素子が不要であり、電動機Ｂを含む圧縮機１１、すなわち、冷凍サイクル装置Ｒｃの構成を簡単にすることが可能である。
【００７７】
そして、電動機Ｂを含む圧縮機１１の構成が簡単であることから、保守点検にかかる手間（コスト）を低減するとことも可能である。
【００７８】
これ以外の特徴については、第１実施形態及び第２実施形態と同じである。
【００７９】
上述の各実施形態では、各相のコイルユニットの第１コイル部及び第２コイル部を直列又は並列に接続するものを挙げているが、これに限定されるものではない。スイッチング素子を適切に配置することで、第１コイル部又は第２コイル部のいずれか一方を利用するような構成とすることも可能である。また、第１コイル部及び第２コイル部としては、同じ構成（巻き数、インピーダンス）であるものとしているが、これに限定されるものではない。
【００８０】
上述の各実施形態では、各相のコイルユニットが第１コイル部と第２コイル部の２個のコイルを備えているものを例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、３個以上のコイル部を備える構成であってもよい。また、コイルユニットが１個のコイル部から構成されるものとし、コイルユニットをスター結線からデルタ結線に切り替える時に、予備負荷を利用する構成も本発明と同様の効果を得ることが可能である。
【００８１】
また、予備負荷としてインピーダンスが固定であるものを用いているが、可変のものを利用してもよいし、複数個の予備負荷を備えておき、スイッチング素子を利用して、使用する予備負荷を切り替えるようにして用いてもよい。
【００８２】
上述の実施形態では、冷凍サイクル装置を空気調和機に使用しているものを挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、冷蔵庫、乾燥洗濯機、湯沸かし器等の長期間にわたり熱交換を行うもので、運転条件が変動する装置の熱交換装置として用いることができる。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｒｃ  冷凍サイクル装置
１１  圧縮機
１２  四方弁
１３  室外熱交換器
１３１  室外ファン
１４  減圧部
１５  室内熱交換器
１５１  室内ファン
１６  アキュムレータ
Ａ  電動機
２０  ステータ
２１  スロット
２２  ロータ
２２１  出力軸
２３Ｕ  Ｕ相コイルユニット
２３Ｖ  Ｖ相コイルユニット
２３Ｗ  Ｗ相コイルユニット
２３１  第１コイル部
２３２  第２コイル部
３１  モータコントローラ
３１１  Ｕ端子
３１２  Ｖ端子
３１３  Ｗ端子
３２１、３２２、３２３  スイッチング素子
３３１、３３２、３３３、３３４、３３５  スイッチング素子（Ｕ相コイルユニット）
３４１、３４２、３４３、３４４、３４５  スイッチング素子（Ｖ相コイルユニット）
３５１、３５２、３５３、３５４、３５５  スイッチング素子（Ｗ相コイルユニット）
３６  制御部
【図１】
0006530174.tif 000002
【図２】
0006530174.tif 000003
【図３】
0006530174.tif 000004
【図４】
0006530174.tif 000005
【図５】
0006530174.tif 000006
【図６】
0006530174.tif 000007
【図７】
0006530174.tif 000008
【図８】
0006530174.tif 000009
【図９】
0006530174.tif 000010
【図１０】
0006530174.tif 000011
【図１１】
0006530174.tif 000012
【図１２】
0006530174.tif 000013
【図１３】
0006530174.tif 000014