(57)【要約】  巻線の結線が切替え可能で、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機（７）を駆動するインバータ（３０）を備え、電動機（７）の出力トルクが負荷トルクの周期的変動に追従するように、インバータ（３０）を制御し、負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になるトルク最小位相を含む期間に電動機に流れる電流がゼロとなるようにインバータ（３０）を制御し、電動機（７）に流れる電流がゼロとなっている間に、結線の切替えを行なう。電動機の回転中に巻線の結線を切り替えることができ、しかも機器の大型化を避けることができる。
2020170379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結線を有し、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機と、
前記電動機の前記結線を切替える結線切替装置と、
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を有し、
前記制御装置は、
前記電動機の出力トルクが前記負荷トルクの周期的変動に追従するように、前記インバータを制御し、
前記負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になるトルク最小位相を含む期間に前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータを制御し、前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータが制御されている前記期間に、前記結線切替装置に前記結線を切替えさせる
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを前記負荷トルクの周期的変動に追従させるためのトルク電流補償値を生成し、生成されたトルク電流補償値に基づいてトルク電流指令値を補正し、補正されたトルク電流指令値に基づいて電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて前記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを算出し、算出された出力トルクが前記負荷トルクの推定値として用い、該推定値に基づいて前記トルク最小位相を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記負荷トルクの周期的に変動する成分のうち、前記電動機の回転周波数のｎ倍の周波数の成分が最も大きいとき、前記トルク電流補償値は、前記ｎ倍の周波数の成分を主として補償するためのものである
ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記負荷トルクの周期的に変動する成分のうち、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相を、前記トルク最小位相として検出する
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを算出し、算出された出力トルクから、前記ｎ倍の周波数の成分を抽出し、抽出した成分が最小値になる位相を、前記負荷トルクのうち、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相として検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記トルク最小位相を含む期間は、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相に対し、第１の期間だけ前から第２の期間だけ後までの期間である
ことを特徴とする請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
前記第１の期間は、予め定められた第１の機械角をｎで割ることで得られる角度であり、
前記第２の期間は、予め定められた第２の機械角をｎで割ることで得られる角度である
ことを特徴とする請求項７に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
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する
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】
前記結線切替装置が、制御端子に入力される信号により制御される半導体スイッチを有する
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１１】
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、インバータによって駆動される電動機を回転させたままでスター結線とデルタ結線との間での切替えを行うことが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８６５８７号公報（段落００４２〜００５６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術では、切替えの際に電動機の速度が大幅に低下してしまい、その結果、制御破綻（脱調）、電動機の軸の摩耗等の故障が引き起こされるおそれがあった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機を回転させたままで巻線の結線を切り替えることができ、しかも、切替えの際に電動機の速度が大幅に低下するのを防ぐことができる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】
【０００６】
本発明に係る電動機駆動装置は、
結線を有し、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機と、
前記電動機の前記結線を切替える結線切替装置と、
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を有し、
前記制御装置は、
前記電動機の出力トルクが前記負荷トルクの周期的変動に追従するように、前記インバータを制御し、
前記負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になるトルク最小位相を含む期間に前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータを制御し、前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータが制御されている前記期間に、前記結線切替装置に前記結線を切替えさせる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動機を回転させたままで巻線の結線を切り替えることができ、切替えの際に電動機の速度が大幅に低下するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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例を示す図である。
【図４】図２に示される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４に示される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】図７のトルク最小位相演算部の構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】図７の電圧指令値演算部の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９の補償値生成部の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１１】（ａ）〜（ｅ）は、ゼロ電流制御により切換えを行う際の回転速度等の変化の一例を示すグラフである。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、ゼロ電流制御により切換えを行う際の回転速度等の変化の一例を示すグラフである。
【図１３】負荷トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相と、負荷トルクが最小値又はそれに近い値を維持する期間との関係の一例を示す図である。
【図１４】図７のトルク最小位相演算部の変形例を示す機能ブロック図である。
【図１５】図１４のトルク計算部により計算されたトルクの計算値の履歴の一例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態２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１７】本発明の実施の形態３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】
【０００９】
以下に添付の図面を参照し、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、リアクタ４と、整流回路１０と、平滑コンデンサ２０と、インバータ３０と、結線切替装置６０と、母線電圧検出部８２と、母線電流検出部８４と、制御電源生成回路９０と、制御装置１００とを有する。
【００１５】
整流回路１０は、交流電源１から供給される交流電圧を整流する。図示の例では、整流回路１０は、ダイオードブリッジで構成されている。ダイオードブリッジの入力端子はリアクタ４を介して交流電源１に接続されており、出力端子は平滑コンデンサ２０に接続されている。
【００１６】
平滑コンデンサ２０は、整流回路１０の出力電圧を平滑する。
平滑コンデンサ２０の一方の電極は、整流回路１０の第１の出力端子及び高電位側（正側）の直流母線２２ａに接続されている。
平滑コンデンサ２０の他方の電極は、整流回路１０の第２の出力端子及び低電位側（負側）の直流母線２２ｂに接続されている。
平滑コンデンサ２０で平滑された電圧を「母線電圧」と呼ぶ。
【００１７】
インバータ３０は、平滑コンデンサ２０の両端電圧、即ち母線電圧を受けて、周波数可変で電圧可変の３相交流電圧を発生して、出力線３３１〜３３３を介して電動機７に供給する。
【００１８】
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、巻線をスター結線（Ｙ結線）とすることも、デルタ結線（Δ結線）とすることもできる。結線の選択は、結線切替装置６０により行われる。
【００１９】
母線電圧検出部８２は、母線２２ａ、２２ｂ間の電圧Ｖｄｃを母線電圧として検出する。母線電圧検出部８２は、例えば、母線電圧Ｖｄｃ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（電圧検出信号）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。
【００２０】
母線電流検出部８４は、母線電流、即ち、インバータ３０の入力電流Ｉｄｃを検出する。母線電流検出部８４は、直流母線２２ｂ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（電流検出信号）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。
【００２１】
制御電源生成回路９０は、コンデンサ２０の両電極間の電圧、即ち母線電圧Ｖｄｃを受けて降圧し、制御電源電圧Ｖ１００及び切替電源電圧Ｖ６０を生成し、制御電源電圧Ｖ１００を制御装置１００に供給するとともに、切替電源電圧Ｖ６０を結線切替装置６０に供給する。
【００２２】
制御装置１００は、インバータ３０の動作の制御、及び結線切替装置６０による結線の切替えの制御を行なう。
【００２３】
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。
結線切替装置６０の制御のため、制御装置１００は、結線選択信号Ｓｃを生成して、結線切替装置６０に供給する。
【００２４】
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の入力端子が直流母線２２ａ、２２ｂに接続されている。
【００２５】
インバータ主回路３１０は、それぞれスイッチング素子３１１〜３１６を含む６つのアームを有する。スイッチング素子３１１〜３１６には、還流用の整流素子３２１〜３２６が逆並列接続されている。
【００２６】
駆動回路３５０は、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６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相交流電圧が出力線３３１〜３３３を介して電動機７に印加されるようにする。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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から出力される結線選択信号Ｓｃにより制御される。例えば、結線選択信号Ｓｃが第１の値、例えばＬｏｗのとき、半導体スイッチ６０４はオフとなり、結線選択信号Ｓｃが第２の値、例えばＨｉｇｈのとき、半導体スイッチ６０４はオンとなる。
結線選択信号Ｓｃが、十分な電流容量を持つ回路から出力される場合には、結線選択信号Ｓｃによる電流を直接励磁コイル６１１、６２１、６３１に流すように構成しても良い。その場合には、半導体スイッチ６０４は不要となる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、巻線７１、７２、７３の端部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが切替器６１、６２、６３を介して中性点ノード６４において互いに接続されており、従って電動機７は、Ｙ結線状態にある。
【００３５】
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、巻線７１、７２、７３の端部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが、それぞれ切替器６１、６２、６３を介して巻線７２、７３、７１の端部７２ａ、７３ａ、７１ａに接続されており、従って電動機７は、Δ結線状態にある。
【００３６】
以上より、結線選択信号ＳｃがＬｏｗのときは、電動機７はＹ結線状態になり、結線選択信号ＳｃがＨｉｇｈのときは、電動機７はΔ結線状態になる。
【００３７】
ここで、電動機７としてＹ結線とΔ結線との間で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。
【００３８】
Ｙ結線時の線間電圧の実効値をＶＹ、流れ込む電流の実効値をＩＹとし、Δ結線時の線間電圧の実効値をＶΔ、流れ込む電流の実効値をＩΔとし、各相の巻線に掛かる電圧の実効値が互いに等しいとすると、
【数１】
2020170379.tif 000003
の関係があり、このとき、
【数２】
2020170379.tif 000004
の関係がある。
【００３９】
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）及び式（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。
【００４０】
以上の性質を利用し、負荷条件等に応じて結線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。
【００４１】
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速く近づけ、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
そこで、回転数に応じて結線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。
【００４５】
一方、低速回転では、Ｙ結線とすることで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。
【００４６】
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。
【００４７】
制御装置１００は、上記のように、インバータ３０の動作の制御、及び結線切替装置６０による結線の切替えの制御を行なう。
【００４８】
具体的には、制御装置１００は、インバータ４０を制御してその出力電圧の周波数及び電圧値を変化させる。
【００４９】
インバータ３０の出力電圧の角周波数ωは、電動機７の電気角での回転角速度（出力電圧の角周波数と同じ符号ωで表される）を定めるものであり、電動機７の機械角での回転角速度ωｍは、電動機７の電気角での回転角速度ωを極対数Ｐｍで割ったものに等しい。従って、電動機７の機械角での回転角速度ωｍと、インバータ３０の出力電圧の角周波数ωとの間には、下記の式（３）で表される関係がある。
【数３】
2020170379.tif 000005
本書では、回転角速度を単に回転速度と言い、角周波数を単に周波数と言うことがある。
【００５０】
制御装置１００は、電動機７に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて励磁電流指令値Ｉγ＊を生成し、励磁電流指令値Ｉγ＊に基づいてγ軸電圧指令値Ｖγ＊を生成し、電動機７の推定速度ωｅｓｔを速度指令値ω＊に一致させるようにトルク電流指令値Ｉδ＊を算出し、算出されたトルク電流指令値Ｉδ＊に基づいて、δ軸電圧指令値Ｖδ＊を生成し、γ軸電圧指令値Ｖγ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ＊に基づいてインバータ３０を制御する。
【００５１】
電動機７が、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する場合、制御装置１００は、電動機７の出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌの周期的変動（脈動）に追従するように、インバータ３０を制御するのが望ましい。
制御装置１００は、上記の追従のためトルク電流補償値を生成することとしても良い。生成されたトルク電流補償値は、上記のトルク電流指令値Ｉδ＊を補正するために用いられる。
【００５２】
制御装置１００はまた、結線切替装置６０を制御して、電動機７の結線の選択を行わせる。結線の切替えのため、制御装置１００は、ゼロ電流制御を行なう。ゼロ電流制御とは、電動機７に流れる電流がゼロとなるようにインバータ３０を制御することを意味する。
【００５３】
具体的には、制御装置１００は、負荷トルクＴｌが最小（最小値）になる位相（トルク最小位相）を検出し、トルク最小位相を含む期間に、ゼロ電流制御を行なう。そして、制御装置１００は、ゼロ電流制御を行なっている期間中に、結線切替装置６０に結線を切替えさせる。
【００５４】
制御装置１００が、電動機の出力トルクＴｍを負荷トルクＴｌの脈動に追従させるための制御を行なっている場合、出力トルクＴｍは負荷トルクＴｌに一致すると見ることができる。
【００５５】
そこで、制御装置１００は、電動機７の出力トルクＴｍを算出し、算出された出力トルクＴｍを負荷トルクの推定値として用い、該推定値に基づいてトルク最小位相を検出することとしても良い。
【００５６】
負荷トルクＴｌの脈動成分のうち、電動機７の回転周波数のｎ倍の周波数の成分（ｎ次の脈動成分）が最も大きいとき、上記のトルク電流補償値は、上記ｎ次の脈動成分を主として補償するためのものであっても良い。
【００５７】
この場合、制御装置１００は、負荷トルクＴｌのｎ次の脈動成分が最小になる位相を検出することとしても良い。
【００５８】
そして、制御装置１００は、電動機７の出力トルクＴｍを算出し、算出された出力トルクＴｍから、電動機７の回転周波数のｎ倍の周波数の成分を抽出し、抽出した成分が最小になる位相を、負荷トルクＴｌの上記ｎ次の脈動成分が最小になる位相として検出することとしても良い。
【００５９】
制御装置１００は、マイクロプロセッサにより実現される。マイクロプロセッサは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった呼び方をされる処理器又は処理装置であってもよい。
【００６０】
図７は、制御装置１００の一例を示す機能ブロック図である。図示のように、制御装置１００は、運転制御部１０２と、トルク最小位相演算部１０４と、インバータ制御部１１０とを有する。
【００６１】
運転制御部１０２は、周波数指令値ω＊と、ゼロ選択信号Ｓｚと、結線選択信号Ｓｃとを出力する。運転制御部１０２は、また極対数Ｐｍ、電動機７の永久磁石の鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ、及びδ軸インダクタンスＬδ、並びに後述のローパスフィルタの時定数Ｔｆ（即ちこれらを示す情報）を出力する。
【００６２】
周波数指令値ω＊は、下記の式（４）に示す如く、電動機７の回転速度の指令値（回転角速度指令値）ωｍ＊に極対数Ｐｍを掛けることで求められる。
【数４】
2020170379.tif 000006
【００６３】
周波数指令値ω＊及びゼロ選択信号Ｓｚはインバータ制御部１１０に供給される。
結線選択信号Ｓｃは結線切替装置６０に供給される。
極対数Ｐｍ、鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδは、トルク最小位相演算部１０４に供給される。
さらに、時定数Ｔｆはトルク最小位相演算部１０４及びインバータ制御部１１０に供給される。
【００６４】
結線選択信号Ｓｃは、Ｙ結線を選択するときは第１の値、例えばＬｏｗとされ、Δ結線を選択するときは第２の値、例えばＨｉｇｈとされる。
【００６５】
ゼロ選択信号Ｓｚは、通常は第１の値、例えばＬｏｗとされ、ゼロ電流制御の期間中は第２の値、例えばＨｉｇｈとされる。
【００６６】
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（暖房、冷房、除湿など）の選択、運転開始及び終了の指示が含まれる。
【００６７】
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速度の決定を行い、決定に基づいて結線選択信号Ｓｃ及び周波数指令値ω＊を出力する。
【００６８】
例えば室温と設定温度との差が大きいときは電動機をΔ結線とすることを決め、結線選択信号ＳｃをＨｉｇｈとし、目標回転速度を比較的高い値に設定し、起動後上記の目標回転速度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。
目標回転速度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、結線選択信号ＳｃをＬｏｗとして電動機をＹ結線に切替え、その後、室温を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、及び再起動が含まれる。
【００６９】
電動機７を回転させたままで、Ｙ結線とΔ結線の一方から他方への切替えを行う場合、運転制御部１０２は、ゼロ選択信号ＳｚをＨｉｇｈとし、ゼロ選択信号ＳｚがＨｉｇｈである期間に、結線選択信号Ｓｃの値を変化させる。
【００７０】
具体的には、ゼロ選択信号Ｓｚは、通常はＬｏｗとされているが、切替えを行うことが決定されたら、トルク最小位相を含む期間Ｔｚにゼロ選択信号ＳｚをＨｉｇｈにし、ゼロ選択信号ＳｚがＨｉｇｈである期間中に、結線選択信号Ｓｃの値を切り替えて、結線切替装置６０に結線の切替えを行わせる。
トルク最小位相を示す情報は、トルク最小位相演算部１０４から与えられる。
【００７１】
トルク最小位相演算部１０４は、負荷トルクＴｌが最小になる位相を求める。
上記のように、出力トルクＴｍが、負荷トルクＴｌの脈動に追従するように制御されている場合には、出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌに一致すると見ることができる。
そこで、以下に示す例では、電動機７に流れる電流から出力トルクＴｍを算出し、算出値（算出された出力トルク）を負荷トルクの推定値として用い、負荷トルクの推定値（推定負荷トルク）が最小になる位相を検出する。
【００７２】
また、負荷トルクＴｌの脈動成分のうち、ｎ次の脈動成分が最も大きい場合を想定し、以下に示す例では、上記ｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎを検出する。
【００７３】
ｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎとは、ｎ次の脈動成分の変動の各周期において最小になる位相角位置である。
一方、負荷トルクが最小になる位相は、負荷トルクＴｌの変動の基本波の各周期において、最小になる位相角位置である。
【００７４】
例えば、電動機７の負荷要素がシングルロータリー型の圧縮機である場合には、最も大きい脈動成分の周波数が電動機７の回転周波数と同じであるので、ｎ＝１である。
電動機７の負荷要素がツインロータリー型の圧縮機である場合には、最も大きい脈動成分の周波数が電動機７の回転周波数の２倍であるので、ｎ＝２である。
なお、ここでは、電動機７と圧縮機の間に変速機構が介在しない場合を想定している。変速機構が介在する場合には、変速比をも考慮する必要がある。
【００７５】
トルク最小位相θｍｎ＿ｍｉｎの計算には、インバータ制御部１１０から出力される励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδのほか、極対数Ｐｍ、鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδが用いられる。
ここでは、極対数Ｐｍ、鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδは運転制御部１０２から通知されるものとする。
鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδとしては、予め定められ、保持されている値を用いても良い。
【００７６】
トルク最小位相演算部１０４は、出力トルクＴｍを算出し、算出した出力トルクＴｍから、そのｎ次の脈動成分Ｔｍｎを抽出し、該ｎ次の脈動成分Ｔｍｎが最小になる位相を求める。
【００７７】
図８は、図７のトルク最小位相演算部１０４の構成例を示す。
図示のトルク最小位相演算部１０４は、トルク計算部４０１と、除算部４０２と、乗算部４０３と、余弦演算部４０５と、正弦演算部４０６と、乗算部４０７、４０８と、ローパスフィルタ４０９、４１０と、逆正接計算部４１１と、加算部４１２とを有する。
【００７８】
トルク計算部４０１は、インバータ制御部１１０から励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδを受け、運転制御部１０２から、極対数Ｐｍ、鎖交磁束Φｆ、γ軸インダクタンスＬγ及びδ軸インダクタンスＬδを受け、これらから出力トルクＴｍを求める。出力トルクＴｍの計算は、下記の式（５）によって行うことができる。
【００７９】
【数５】
2020170379.tif 000007
【００８０】
式（３）で算出される出力トルクＴｍは、直流成分と交流成分とを含む。交流成分は、時間とともに周期的に変化する成分である。
【００８１】
除算部４０２は電気角θｅを極対数Ｐｍで割ることで回転位相（機械角）θｍを算出する。
乗算部４０３は、回転位相θｍにｎを乗算することで、電動機７の回転周波数のｎ倍の周波数で変化する位相（位相角）θｍｎを求める。
【００８２】
余弦演算部４０５は、位相θｍｎを受けて、余弦ｃｏｓθｍｎを出力する。
正弦演算部４０６は、位相θｍｎを受けて、正弦ｓｉｎθｍｎを出力する。
【００８３】
乗算部４０７は、出力トルクＴｍに、ｃｏｓθｍｎを掛けて、出力トルクＴｍの余弦成分Ｔｍ・ｃｏｓθｍｎを求める。乗算部４０８は、出力トルクＴｍにｓｉｎθｍｎを掛けて、出力トルクＴｍの正弦成分Ｔｍ・ｓｉｎθｍｎを求める。
【００８４】
余弦成分Ｔｍ・ｃｏｓθｍｎ及び正弦成分Ｔｍ・ｓｉｎθｍｎには、周波数がωｍｎである脈動成分のほか、それより高い周波数の脈動成分（高調波成分）が含まれている。
【００８５】
ここで、周波数ωｍｎは、周波数ωｍのｎ倍であり、ωｍｎとθｍｎとの間には、下記の式（６）の関係がある。
【数６】
2020170379.tif 000008
【００８６】
ローパスフィルタ４０９及び４１０は、伝達関数が１／（１＋ｓＴｆ）で表される一次遅れフィルタである。
ここで、ｓはラプラス演算子である。Ｔｆは時定数であり、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去する（十分に減衰させる）ように定められる。
【００８７】
時定数Ｔｆは運転制御部１０２において、周波数ωの推定値ωｅｓｔを用いて、下記の式（７）により算出された推定値ωｍｎ＿ｅｓｔよりも高い周波数の脈動成分を除去するように定められる。
【数７】
2020170379.tif 000009
【００８８】
推定値ωｅｓｔは、後述のように、インバータ制御部１１０内で算出される。
以上のように、時定数Ｔｆの決定には、周波数ωｍｎの代わりにその推定値ωｍｎ＿ｅｓｔが用いられるが、ここではωｍｎ＿ｅｓｔがωｍｎに等しいと見なす。
このようにして定められた時定数Ｔｆは運転制御部１０２からローパスフィルタ４０９、４１０に通知される。
【００８９】
ローパスフィルタ４０９は、余弦成分Ｔｍ・ｃｏｓθｍｎに対してローパスフィルタリングを行って、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分Ｔｍｃｏｓを出力する。
低周波数成分Ｔｍｃｏｓは、トルクＴｍの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである余弦成分を表す直流量である。
【００９０】
ローパスフィルタ４１０は、正弦成分Ｔｍ・ｓｉｎθｍｎに対してローパスフィルタリングを行って、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分Ｔｍｓｉｎを出力する。
低周波数成分Ｔｍｓｉｎは、トルクＴｍの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである正弦成分を表す直流量である。
【００９１】
逆正接計算部４１１は、ＴｍｃｏｓとＴｍｓｉｎとを受け、下記の式（８）で表される逆正接を算出する。
【数８】
2020170379.tif 000010
【００９２】
加算部４１２は、式（８）で表される逆正接と、πとを、下記の式（９）で表すように加算することで位相θｍｎ＿ｍｉｎを求める。
【数９】
2020170379.tif 000011
【００９３】
求められた位相θｍｎ＿ｍｉｎは出力トルクＴｍのｎ次の脈動成分が最小になる位相である。上記のように、脈動補償ができているときは、位相θｍｎ＿ｍｉｎは負荷トルクＴｌのｎ次の脈動成分が最小になる位相であると見ることができる。
【００９４】
このようにして求められたトルク最小位相θｍｎ＿ｍｉｎは、運転制御部１０２に通知され、運転制御部１０２は、トルク最小位相θｍｎ＿ｍｉｎを含む期間Ｔｚにゼロ選択信号ＳｚをＨｉｇｈにする。その結果、その期間Ｔｚ中はゼロ電流制御が行われる。
【００９５】
運転制御部１０２はさらに上記の期間Ｔｚに、結線選択信号Ｓｃの値を変更し、これにより結線切替装置６０に結線の切替えを行わせる。
【００９６】
上記のゼロ電流制御が行われる期間Ｔｚは、負荷トルクＴｌが最小値又はこれに近い値を維持する期間Ｔｙの一部又は全部を占めるように定められる。ゼロ電流制御が行われる期間Ｔｚを上記の期間Ｔｙ内に限ることで、ゼロ電流制御を行なっている期間中の電動機７の回転速度の低下を小さくすることができる。
【００９７】
インバータ制御部１１０は、母線電圧検出部８２で検出される母線電圧Ｖｄｃと、母線電流検出部８４で検出される母線電流Ｉｄｃと、運転制御部１０２から供給される周波数指令値ω＊及び時定数Ｔｆとに基づき、ＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６を生成してインバータ３０に供給し、インバータ３０に、周波数及び電圧値が可変の交流電圧を出力させる。
【００９８】
インバータ制御部１１０は、また、運転制御部１０２から供給されるゼロ選択信号Ｓｚに応じてゼロ電流制御を行なう。
【００９９】
インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１と、３相２相変換部１１２と、励磁電流指令値生成部１１３と、電圧指令値演算部１１５と、電気位相演算部１１６と、２相３相変換部１１７と、ＰＷＭ信号生成部１１８とを有する。
【０１００】
電流復元部１１１は母線電流検出部８４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、母線電流検出部８４で検出される直流電流Ｉｄｃを、ＰＷＭ信号生成部１１８からのＰＷＭ信号Ｓｍ１〜Ｓｍ６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。
【０１０１】
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、後述の電気位相演算部１１６で生成される電気位相θｅを用いて励磁電流（γ軸電流）Ｉγ及びトルク電流（δ軸電流）Ｉδ、即ちγ−δ軸の電流値に変換する。
【０１０２】
励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流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Ｉγ及び周波数指令値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。
【０１０３】
励磁電流指令値生成部１１３は、トルク電流Ｉδ（又は励磁電流Ｉγ、周波数指令値ω＊）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）になる電流位相βｍ（図示せず）となる励磁電流指令値Ｉγ＊を出力する。
【０１０４】
電圧指令値演算部１１５は、３相２相変換部１１２より得られた励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδと、運転制御部１０２から出力された周波数指令値ω＊及びゼロ選択信号Ｓｚと、励磁電流指令値生成部１１３より得られた励磁電流指令値Ｉγ＊とを入力とし、これらに基づいて電圧指令値Ｖγ＊及びＶδ＊を生成して出力する。
電圧指令値演算部１１５はさらに、電圧指令値Ｖγ＊及びＶδ＊並びに励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδから周波数の推定値ωｅｓｔを推定して出力する。
【０１０５】
電気位相演算部１１６は、電圧指令値演算部１１５から出力される周波数の推定値ωｅｓｔを積分することで、電気位相θｅを算出する。
【０１０６】
２相３相変換部１１７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）を電気位相演算部１１６により得られた電気位相θｅ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。
【０１０７】
ＰＷＭ信号生成部１１８は、母線電圧検出部８２で検出された母線電圧Ｖｄｃと、２相３相変換部１１７により得られた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。
【０１０８】
電圧指令値演算部１１５は、例えば図９に示すように、周波数推定部５０１と、減算部５０２と、速度制御部５０３と、補償値演算部５０４と、加算部５０５と、選択部５０７と、選択部５０８と、減算部５０９、減算部５１０と、励磁電流制御部５１１と、トルク電流制御部５１２とを有する。
【０１０９】
周波数推定部５０１は、励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδと、電圧指令値Ｖγ＊、Ｖδ＊とを入力として、これらに基づいて電動機７に印加された電圧の周波数を推定し、推定値ωｅｓｔを出力する。
【０１１０】
減算部５０２は、周波数推定部５０１により生成された周波数推定値ωｅｓｔの、周波数指令値ω＊に対する差分（ω＊−ωｅｓｔ）を算出する。
【０１１１】
速度制御部５０３は、減算部５０２で算出された差分（ω＊−ωｅｓｔ）に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って、該差分をゼロに近付けるトルク電流指令値Ｉδ＊を求める。このようにしてトルク電流指令値Ｉδ＊を生成することで、周波数推定値ωｅｓｔを周波数指令値ω＊に一致させるための制御が行われる。
【０１１２】
補償値演算部５０４は、周波数推定部５０１から出力される周波数推定値ωｅｓｔに基づいて、トルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑを出力する。
トルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑは、周波数ωｅｓｔの脈動成分、特に周波数がωｍｎである脈動成分を抑制するためのものである。ここで、「周波数ωｅｓｔの脈動成分、特に周波数がωｍｎである成分」とは、周波数ωｅｓｔを表す値（直流量）の脈動成分、特に脈動周波数がωｍｎである脈動成分を意味する。
【０１１３】
加算部５０５は、速度制御部５０３の出力Ｉδ＊とトルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑとを加算して補正されたトルク電流指令値Ｉδ＊*を生成する。
トルク電流指令値Ｉδ＊をトルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑで補正することにより負荷トルクの脈動により発生する速度脈動を抑制することができる。
【０１１４】
選択部５０７は、ゼロ選択信号Ｓｚに応じて、励磁電流指令値Ｉγ＊と値０とのいずれかを選択して出力する。例えば、ゼロ選択信号ＳｚがＬｏｗのとき、選択部５０７はＩγ＊を選択し、ゼロ選択信号ＳｚがＨｉｇｈのとき、選択部５０７は０を選択する。選択部５０７の出力を選択された励磁電流指令値と呼び、符号Ｉγ＊＊で表す。
【０１１５】
減算部５０９は、選択部５０７で選択された励磁電流指令値Ｉγ＊＊に対するＩγの差分（Ｉγ＊＊−Ｉγ）を求める。
【０１１６】
励磁電流制御部５１１は、減算部５０９で求められた差分（Ｉγ＊＊−Ｉγ）に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って、該差分をゼロに近付けるγ軸電圧指令値Ｖγ＊を生成する。このようにしてγ軸電圧指令値Ｖγ＊を生成することで、ＩγをＩγ＊＊に一致させるための制御が行われる。
即ち、Ｉγ＊＊としてＩγ＊が選択されているときは、ＩγをＩγ＊に一致させるための制御が行われ、Ｉγ＊＊として０が選択されているときは、Ｉγを０に一致させるための制御が行われる。
【０１１７】
選択部５０８は、ゼロ選択信号Ｓｚに応じて、トルク電流指令値Ｉδ＊*と値０とのいずれかを選択して出力する。例えば、ゼロ選択信号ＳｚがＬｏｗのとき、選択部５０８はＩδ＊＊を選択し、ゼロ選択信号ＳｚがＨｉｇｈのとき、選択部５０８は０を選択する。選択部５０８の出力を選択されたトルク電流指令値と呼び、符号Ｉδ＊＊＊で表す。
【０１１８】
減算部５１０は、選択部５０８で選択されたトルク電流指令値Ｉδ＊＊＊に対するＩδの差分（Ｉδ＊＊＊−Ｉδ）を求める。
【０１１９】
トルク電流制御部５１２は、減算部５１０で求められた差分（Ｉδ＊＊＊−Ｉδ）に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って、該差分をゼロに近付けるδ軸電圧指令値Ｖδ＊を生成する。このようにしてδ軸電圧指令値Ｖδ＊を生成することで、ＩδをＩδ＊＊＊に一致させるための制御が行われる。
即ち、Ｉδ＊＊＊としてＩδ＊＊が選択されているときは、ＩδをＩδ＊＊に一致させるための制御が行われ、Ｉδ＊＊＊として０が選択されているときは、Ｉδを０に一致させるための制御が行われる。
【０１２０】
励磁電流Ｉγ及びトルク電流Ｉδを０に一致させるための制御によって「ゼロ電流制御」が実現される。
【０１２１】
補償値演算部５０４は、例えば図１０に示すように構成されている。図示の補償値演算部５０４は、余弦演算部５５１と、正弦演算部５５２と、乗算部５５３、５５４と、ローパスフィルタ５５５、５５６と、減算部５５７、５５８と、周波数制御部５５９、５６０と、乗算部５６１、５６２と、加算部５６３とを有する。
【０１２２】
余弦演算部５５１は、θｍｎを受け、その余弦ｃｏｓθｍｎを算出する。正弦演算部５５２は、θｍｎを受け、その正弦ｓｉｎθｍｎを算出する。
【０１２３】
乗算部５５３は、推定値ωｅｓｔにｃｏｓθｍｎを掛けることで、推定値ωｅｓｔの余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎを求める。
【０１２４】
乗算部５５４は、推定値ωｅｓｔにｓｉｎθｍｎを掛けることで、推定値ωｅｓｔの正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎを求める。
【０１２５】
乗算部５５３、５５４で算出される余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎ及び正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎには、周波数がωｍｎである脈動成分のほか、それより高い周波数の脈動成分（高調波成分）が含まれている。
【０１２６】
ローパスフィルタ５５５及び５５６は、ローパスフィルタ４０９及び４１０と同様に、伝達関数が１／（１＋ｓＴｆ）で表される一次遅れフィルタである。
ここで、ｓはラプラス演算子である。Ｔｆは時定数であり、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去する（十分に減衰させる）ように定められる。
【０１２７】
時定数Ｔｆは、ローパスフィルタ４０９及び４１０について述べたように、運転制御部１０２で定められ、ローパスフィルタ５５５及び５５６に通知される。
【０１２８】
ローパスフィルタ５５５は、余弦成分ωｅｓｔ・ｃｏｓθｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ωｅｓｔ＿ｃｏｓを出力する。低周波数成分ωｅｓｔ＿ｃｏｓは、推定値ωｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである余弦成分を表す直流量である。
【０１２９】
ローパスフィルタ５５６は、正弦成分ωｅｓｔ・ｓｉｎθｍｎに対してローパスフィルタリングを行なって、周波数ωｍｎよりも高い周波数の脈動成分を除去し、低周波数成分ωｅｓｔ＿ｓｉｎを出力する。低周波数成分ωｅｓｔ＿ｓｉｎは、推定値ωｅｓｔの脈動成分のうち、周波数がωｍｎである正弦成分を表す直流量である。
【０１３０】
減算部５５７は、ローパスフィルタ５５５の出力ωｅｓｔ＿ｃｏｓと０との差分を求める。
減算部５５８は、ローパスフィルタ５５６の出力ωｅｓｔ＿ｓｉｎと０との差分を求める。
【０１３１】
周波数制御部５５９は、減算部５５７で求められた差分（ωｅｓｔ＿ｃｏｓ−０）に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って、該差分をゼロに近付ける電流指令値の余弦成分Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓを求める。このようにして余弦成分Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓを生成することで、低周波数成分ωｅｓｔ_ｃｏｓを０に一致させるための制御が行われる。
【０１３２】
周波数制御部５６０は、減算部５５８で求められた差分（ωｅｓｔ＿ｓｉｎ−０）に対して比例積分（ＰＩ）演算を行って、該差分をゼロに近付ける電流指令値の正弦成分Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎを求める。このようにして正弦成分Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎを生成することで、低周波数成分ωｅｓｔ＿ｓｉｎを０に一致させるための制御が行われる。
【０１３３】
乗算部５６１は、周波数制御部５５９の出力Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓにｃｏｓθｍｎを掛けることでＩδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎを生成する。Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎは、周波数ｎ・ωｅｓｔを持つ交流成分である。
【０１３４】
乗算部５６２は、周波数制御部５６０の出力Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎにｓｉｎθｍｎを掛けることでＩδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎを生成する。Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎは、周波数ｎ・ωｅｓｔを持つ交流成分である。
【０１３５】
加算部５６３は、乗算部５６１の出力Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｃｏｓ・ｃｏｓθｍｎと、乗算部５６２の出力Ｉδ＿ｔｒｑ＿ｓｉｎ・ｓｉｎθｍｎとの和を求める。
加算部５６３の出力が、トルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑとして出力される。
【０１３６】
このようにして求められたトルク電流補償値Ｉδ＿ｔｒｑを図９の加算部５０５で加算し、加算結果を、補正されたトルク電流指令値Ｉδ＊＊として用いることで、脈動成分を抑圧することができる。
【０１３７】
脈動成分が抑圧された状態においては、上記のように、出力トルクＴｍと負荷トルクＴｌとが一致すると見ることができる。そこで、出力トルクＴｍが最小になる位相を含む期間にゼロ電流制御を行い、ゼロ電流制御が行われている間に電動機７の結線の切替えを行うこととしている。
以下、ゼロ電流制御を行なって、その間に切替えを行うことによるメリット及びトルク最小位相でゼロ電流制御を行なうことのメリットについて説明する。
【０１３８】
まず、電動機の運転中に結線切替装置６０を動作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を用いて説明する。
【０１３９】
電動機が運転中、即ち、結線切替装置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(図５)に流れる電流を操作した場合（オフからオンに、又はオンからオフに切替えた場合）、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃは常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに、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への給電が続いているとすると、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。
【０１４０】
このような故障を避けるため、結線切替装置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の回転速度Ｎｍがゼロの状態にすることが考えられる。そうすれば、切替器６１〜６３の接点間にアーク放電が発生することなく切替えを行うことが可能となる。
【０１４１】
しかしながら、電動機７の回転速度Ｎｍをゼロにしてしまうと、再始動に必要なトルクが増加し、起動時の電流が増加したり、再始動ができなくなる恐れがある。
例えば電動機７が圧縮機９０４を駆動するものである場合には、回転速度Ｎｍをゼロにした直後は、冷媒の状態が安定しておらず、そのため、再始動に必要なトルクが増加する。
電動機７の回転速度Ｎｍをゼロにしてから、冷媒の状態が十分に安定するのに必要な時間が経過した後に、再始動を行うことも考えられる。その場合、圧縮機９０４により冷媒を加圧することができなくなり、冷房能力或いは暖房能力の低下により、室温の所望温度からの乖離が大きくなってしまう恐れがある。
【０１４２】
結線切替装置６０に流れる電流をゼロとなるように制御し、その状態で結線切替装置６０に切替動作を行わせれば、切替えの際に切替器６１〜６３の接点間にアーク放電が発生するのを防ぐことができる。
このようにすれば、切替えのために、電動機７の回転速度Ｎｍをゼロする必要がなくなる。
【０１４３】
結線切替装置６０に流れる電流をゼロとなるようにするには、電動機７に流れる電流をゼロとなるようにすればよい。
【０１４４】
電動機７に流れる電流をゼロにするには、図９に示される選択部５０７、５０８において、値０を選択して、選択された指令値Ｉδ＊＊＊、Ｉγ＊＊として減算部５０９、５１０を介して電流制御部５１１、５１２に供給すれば良い。
そのようにする結果、電流制御部５１１は、励磁電流Ｉγを０に一致させるためのγ軸電圧指令値Ｖγ＊を出力し、電流制御部５１２は、トルク電流Ｉδを０に一致させるためのδ軸電圧指令値Ｖδ＊を出力する。
【０１４５】
上記のゼロ電流制御をする場合、以下の点に留意する必要がある。
下記の式（１０）は、出力トルクＴｍ及び負荷トルクＴｌと速度変化との関係を示す。
【数１０】
2020170379.tif 000012
式（１０）で、
Δωは速度の変化分、
Ｊｍは慣性モーメント、
Δｔは時間の変化分である。
【０１４６】
式（１０）は、（Ｔｍ−Ｔｌ）が負であり、その絶対値が大きいほど、単位時間当たりの速度の低下が大きいことを表す。
ゼロ電流制御を行なう場合、ゼロ電流制御の期間は出力トルクＴｍがゼロであるため、ゼロ電流制御の期間が長いほど、また負荷トルクＴｌが大きいほど速度の低下が大きくなる。そのため、低速でゼロ電流制御を行った場合、ゼロ電流制御の時間によっては回転数が大幅に、例えばゼロ近傍まで落ちてしまい脱調する可能性がある。
【０１４７】
このような事態が発生するのを防ぐため、本実施の形態では、負荷トルクＴｌが最小になる位相（トルク最小位相）を推定し、推定されたトルク最小位相を含む期間にゼロ電流制御を行うこととしている。そうすることで、回転数が大幅に、例えばゼロ近傍まで落ちる可能性をより小さくすることができる。
【０１４８】
例としてシングルロータリ圧縮機の負荷トルクを想定して、ゼロ電流制御を行った場合の速度変化等について、図１１（ａ）〜（ｅ）及び図１２（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図１１（ａ）〜（ｅ）及び図１２（ａ）〜（ｅ）で横軸は時間（秒）である。
【０１４９】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、タイミングを特に制御することなくゼロ電流制御を行った場合を示し、図１２（ａ）〜（ｅ）は、推定されたトルク最小位相を含む期間にゼロ電流制御を行った場合を示す。
【０１５０】
図１１（ａ）及び図１２（ａ）は、鎖線で毎秒回転数指令値ｆｍ＊を示し、実線で毎秒回転数での実速度ｆｍを示し、点線で毎秒回転数の推定値ｆｍ＿ｅｓｔを示す。
これらは、電気角速度での指令値ω＊、実速度ω、推定値ωｅｓｔに対して下記の式（１１ａ）〜（１１ｃ）の関係を有する。
【数１１】
2020170379.tif 000013
【０１５１】
図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）は、実線でＵ相電流Ｉｕを示し、点線でＶ相電流Ｉｖを示し、鎖線でＷ相電流Ｉｗを示す。
【０１５２】
図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）は、鎖線で励磁電流の目標値Ｉγ＊＊を示し、実線で実際の励磁電流Ｉγを示す。
図１１（ｄ）及び図１２（ｄ）は、鎖線でトルク電流の目標値Ｉδ＊＊＊を示し、実線で実際のトルク電流Ｉδを示す。
図１１（ｅ）及び図１２（ｅ）は、実線で出力トルクＴｍを示し、点線で負荷トルクＴｌを示す。
【０１５３】
図１１（ｅ）及び図１２（ｅ）から分かるように、負荷トルクＴｌの脈動は、周期が０．０５秒であり、従って周波数が２０Ｈｚである場合を想定している。
【０１５４】
ゼロ電流制御を行うタイミングにつき制約を加えない場合には、例えば図１１（ｅ）に示すように、負荷トルクＴｌが最小になると推定された位相（推定されたトルク最小位相）以外の位相でゼロ電流制御が行われてしまうことがある。図１１（ａ）の場合、実速度ｆｍが低下し逆回転してしまっており、好ましくない。
【０１５５】
一方、負荷トルクＴｌが最小になると推定された位相（推定されたトルク最小位相）を含む期間にゼロ電流制御を行う場合には、図１２（ａ）に示すように、実速度ｆｍの低下が殆どないことが分かる。
【０１５６】
本実施の形態では、上記のように、トルク最小位相演算部１０４で、出力トルクＴｍを求め、Ｔｍから、低周波数成分Ｔｍｃｏｓ、Ｔｍｓｉｎを求め、Ｔｍｃｏｓ、Ｔｍｓｉｎから式（９）により、推定負荷トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎを求めている。
上記の方法で、推定負荷トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎを求めることができる理由を以下に説明する。
【０１５７】
速度脈動を抑制する振動抑制制御が理想的に行えている状況（速度の変動が抑制されている状態）では、出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌと同位相でかつ同振幅となり、出力トルクＴｍが最小になる位相は負荷トルクＴｌが最小になる位相と一致する。
【０１５８】
そのため振動抑制制御を行って、出力トルクＴｍが負荷トルクＴｌと同位相でかつ同振幅である状態になれば、この状態で、出力トルクＴｍが最小になる位相から負荷トルクＴｌが最小になる位相を推定することが可能となる。
【０１５９】
なお、リラクタンストルクが小さいモータであればトルク電流が最小になる位相と負荷トルクが最小になる位相も概ね一致する。従って、出力トルクが最小であるときはトルク電流も最小値又はこれに近い値になり、相電流も最小値又はこれに近い値になる。従って、出力トルクが最小になる位相を含む期間に、ゼロ電流制御への切替えを行うことで、切替えの際の電流の急変を避けることができる。
【０１６０】
出力トルクＴｍは上記の式（５）で与えられる。
例えば電動機７の回転周波数のｎ倍の周波数の脈動成分のみを補償する振動抑制制御が行われている場合、式（５）で与えられる出力トルクＴｍに直流分と交流分（ｎ次の脈動成分）とが含まれていると考えられるので、式（５）を下記の式（１２）のように変形することが可能である。
【０１６１】
【数１２】
2020170379.tif 000014
【０１６２】
ＴｍＤＣは、トルクＴｍの直流成分、
Ｔｍｃｏｓは、トルクＴｍのｎ次の脈動成分の余弦成分の振幅、
Ｔｍｓｉｎは、トルクＴｍのｎ次の脈動成分の正弦成分の振幅である。
【０１６３】
式（１２）は下記の式（１３）のように変形できる。
【数１３】
2020170379.tif 000015
【０１６４】
Ｔｍｃｏｓ、Ｔｍｓｉｎは、直流量であり、時間とともに緩やかに変化することはあってもθｍの変化と同程度の周期で変化することがない。従って、式（１３）で与えられる出力トルクＴｍが最小になるのは、下記の式（１４）で表される余弦関数が最小になるときである。
【０１６５】
【数１４】
2020170379.tif 000016
【０１６６】
式（１４）の余弦関数が最小になるのは、その位相がπであるときである。
即ち、下記の式（１５）が満たされるときに、式（１４）で表される余弦関数が最小になる。
【０１６７】
【数１５】
2020170379.tif 000017
【０１６８】
式（１５）が満たされるときのθｍｎをθｍｎ＿ｍｉｎで表すと、上記の式（９）が得られる。
即ち、上記の式（９）で求めた位相θｍｎ＿ｍｉｎが、推定負荷トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相であることが分かる。
【０１６９】
推定負荷トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎを含む期間Ｔｚにゼロ電流制御を行うことで、この期間Ｔｚの間、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（図１２（ｂ））、即ち電動機７及び切替器６１、６２、６３に流れる電流をゼロに近い値にすることができる。
そして、この期間Ｔｚ中に、切替器６１、６２、６３を切り換えることで、切替器６１、６２、６３に電流が流れていない状態で切替えることが可能となる。
【０１７０】
この結果、接点間にアーク放電を生じさせることが無いため、メカリレーを用いた際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。
【０１７１】
また、ゼロ電流制御中に切替器６１、６２、６３を切替えることで、大きな電流変化を伴うことなく切替えを行うことが可能となるため、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可能となり、騒音、振動等を抑制しながら結線状態を切替えることが可能となる。
【０１７２】
なお、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に応じた逆起電力を発生し続ける。この逆起電力が、母線電圧（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。その状態で結線切替装置６０が動作して切替わりが起きると、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。
【０１７３】
これに対し本実施の形態では、電動機が回転しているときに、電動機７及び結線切替装置６０に流れる電流をゼロとなるように制御し、その状態で結線切替装置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、切替わり時の電流の変化による騒音、振動等の発生を抑制し、また結線切替装置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。
【０１７４】
本実施の形態ではまた、トルク最小位相θｍｎ＿ｍｉｎを含む期間Ｔｚ中に、ゼロ電流制御を行なうことで、ゼロ電流制御を行なっている期間中の電動機７の回転速度の低下を小さくすることができる。
【０１７５】
次にｎ次の脈動成分が最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎと、トルクが最小値又はそれに近い値を維持する期間Ｔｙとの関係について述べる。
負荷要素の特性によっては、負荷トルクがｎ次の脈動成分のみならず、ｎ次の脈動成分以外の成分、特に高調波成分をも含む場合がある。トルクが最小値に近い値を保つ期間の長さは、含まれる高調波によって異なる。
【０１７６】
図１３は、負荷トルクＴｌ及びそのｎ次の脈動成分Ｔｌｎの例を示す。横軸は、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎの１周期を３６０度とする位相θｍｎである。
【０１７７】
図示の例では、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎが最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎに対して、角度θｍｎｙａだけ前から角度θｍｎｙｂだけ後までの期間Ｔｙ、トルクＴｌが最小又は最小に近い値である。
【０１７８】
具体的には、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎが最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎは、６２度であり、トルクＴｌが最小になる位相は、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎが最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎに一致している。
そして、２度から１２０度までの期間Ｔｙ、トルクＴｌが負の値であり、かつトルクの最小値又はこれに近い値を維持する。即ち、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎが最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎ（＝６２度）に対して、角度θｍｎｙａ＝６０度だけ前から角度θｍｎｙｂ＝５８度だけ後までの期間Ｔｙ、トルクＴｌが最小値又は最小値に近い値である。
【０１７９】
このような場合、ゼロ電流制御は、期間Ｔｙの全部に亘り続けても良く、その一部の期間だけ続けても良い。ゼロ電流制御が行われる期間を符号Ｔｚで表す。
切替えは、ゼロ電流制御が行われている期間Ｔｚ中に行えば良い。
【０１８０】
ゼロ電流制御が行われる期間Ｔｚは、期間Ｔｙの全部又は一部を占めるものであり、例えば、ｎ次の脈動成分Ｔｌｎが最小になる位相θｍｎ＿ｍｉｎに対して、角度θｍｎｚａだけ前から角度θｍｎｚｂだけ後までの期間である。角度θｍｎｚａに相当する期間を第１の期間と言い、角度θｍｎｚｂに相当する期間を第２の期間と言う。
【０１８１】
上記の期間Ｔｚを定める角度θｍｎｚａ、θｍｎｚｂは、ｎ次の脈動成分の１周期を３６０度とする角度である。図１３に示す例は、ｎ＝１の場合であり、角度θｍｎｚａ、θｍｎｚｄが、機械角での角度θｍｚａ、θｍｚｂに等しい。
ｎが１以外である場合には、θｍｎｚａ、θｍｎｚｂと、θｍｚａ、θｍｚｂとの間には、下記の式（１６ａ）及び（１６ｂ）の関係がある。
【数１６】
2020170379.tif 000018
【０１８２】
従って、期間Ｔｚを機械角で表す場合には、上記のθｍｎｚａ、θｍｎｚｂの代わりに、θｍｚａ／ｎ、θｍｚｂ／ｎを用いる必要がある。
例えば、上記の第１の期間は、第１の機械角θｍｚａをｎで割ることで得られる値であり、
上記の第２の期間は、第２の機械角θｍｚｂをｎで割ることで得られる値である。
【０１８３】
上記の例では、トルク最小位相演算部１０４で、式（９）で表される演算によりトルクが最小になる位相（トルクのｎ次の脈動成分が最小になる位相）を算出した。代わりに、出力トルクＴｍの変化の履歴から、負荷トルクが最小になる位相を推定することとしても良い。
【０１８４】
この場合の構成例を図１４に示す。
図示のトルク最小位相演算部１０４ｂは、トルク計算部４０１と、計算値履歴記憶部４２１と、計算値履歴解析部４２２とを有する。
【０１８５】
トルク計算部４０１は、図８のトルク計算部４０１と同様に例えば式（５）で表される演算を行って出力トルクＴｍを計算する。出力トルクＴｍの計算は、予め定められた周期のサンプリングタイミング毎に行われる。
【０１８６】
計算値履歴記憶部４２１は、トルク計算部４０１でサンプリングタイミング毎に計算された出力トルクＴｍの値（計算値）を蓄積し、蓄積された値の時系列を生成する。例えば、予め定められた数の周期だけ前までの値を記憶する。ここでいう「周期」は、トルクのｎ次の脈動成分の周期である。蓄積された時系列を表す波形の一例を図１５に示す。図１５で白抜きの「〇」は、サンプルされた出力トルクの値を示す。図示の例では３周期分の値により時系列が形成されている。
【０１８７】
計算値履歴解析部４２２は、上記の時系列から、各周期において、出力トルクＴｍの値が最小である位相（トルク最小位相）を求める。
各サンプリングタイミングは、例えば図７の電気位相演算部１１６で算出される位相θｅに対応付けられており、θｅとθｍｎとの間には、
【数１７】
2020170379.tif 000019
の関係がある。
【０１８８】
そこで、例えば、各周期において計算された出力トルクＴｍの値が最小値であると判定されたサンプリングタイミングに対応する位相θｅにｎ／Ｐｍを掛けることで、θｍｎ＿ｍｉｎを求めることができる。
各周期の長さは、計算された出力トルク値の変化に基づいて判定することができる。例えば、最小値の発生から、次の最小値の発生までの時間、及び最大値の発生から次の最大値の発生までの時間の一方又は双方に基づいて算出することができる。
【０１８９】
各周期において、トルク最小位相を求めるに当たり、それより前の１又は２以上の周期について求められたトルク最小位相に基づいて補正を行っても良い。例えば、各周期について当該周期の計算値（当該周期内のサンプリングタイミングに計算されたトルクの値）のみに基づいて定められたトルク最小位相と、それより前の１又は２以上の周期の各々について、各々の周期の計算値のみに基づいて求められたトルク最小位相との重み付け平均を、当該各周期についてのトルク最小位相としても良い。
【０１９０】
重み付けに当たり、当該各周期の計算値のみに基づいて求めたトルク最小位相に対し、最も大きな重みを付けても良い。また、当該各周期以外の周期については、当該各周期に近い周期ほどより大きな重みを付けても良い。
【０１９１】
上記の例では、出力トルクが最小になる位相を算出している。代わりに、トルク電流が最小になる位相を算出し、算出した位相を、負荷トルクが最小になる位相として用いても良い。
【０１９２】
上記の例では、各周期において負荷トルクが最小（最小値）になる位相を含む期間にゼロ電流制御を行なうこととしている。代わりに、各周期において負荷トルクが最小値に近い値になる位相を含む期間にゼロ電流制御を行なうこととしても良い。
要するに、負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になる位相を含む期間にゼロ電流制御を行なうこととすれば良い。
【０１９３】
また、負荷トルクが負になる期間がある場合には、負荷トルクが負になる期間の全部又は一部を、上記の負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になる位相を含む期間として用いても良い。
【０１９４】
上記の例では、インバータ４０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。代わりに、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構成としても良い。そうする場合には、上記検知器で検出される電流を、電流復元部１６１で復元された電流の代わりに用いれば良い。
【０１９５】
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、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）を逆並列接続しなくても同様の効果を得ることができる。
【０１９６】
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。
【０１９７】
実施の形態２．
図４の構成では結線切替装置６０の切替器６１、６２、６３の各々として、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１６に示す。
【０１９８】
図１６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。
【０１９９】
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。
【０２００】
図１６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。
【０２０１】
図１６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。
【０２０２】
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行うことが可能であるが、各半導体で数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、騒音等が発生する恐れがあるだけでなく、半導体が発熱し熱破壊する恐れがある。
【０２０３】
そのため、半導体で構成された結線切替装置６０において、ゼロ電流制御を採用することで、大きな電流変化無く切り替えることが可能となる。このため、切替えによる電動機７の回転数の急激な変化を抑制すること、及び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可能となる。さらに半導体の発熱の抑制により破壊を防止できるという効果が得られる。
【０２０４】
実施の形態３．
実施の形態１〜２では、電動機が固定子巻線をＹ結線又はΔ結線に切替え得るものである場合を想定している。
電動機は、結線の切替えが他の方法で行われるものであっても良い。
例えば電動機は、各相の巻線として２以上の巻線部分から成るものを有し、並列結線及び直列結線のいずれかに切替え得るものであっても良い。
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。
【０２０５】
図１７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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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及び２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。
【０２１１】
図１７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、直列結線の状態となり、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、電動機は並列結線の状態となる。
【０２１２】
なお、実施の形態３でも実施の形態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。
【０２１３】
以上、Ｙ結線された電動機において、直列結線と並列結線との切替えを行う場合について説明したが、電動機は、Δ結線されたものであって、直列結線と並列結線との切替えを行うものであっても良い。
【０２１４】
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良い。
要するに、電動機が、巻線の結線が切替え可能なものであれば良い。
【０２１５】
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。
【産業上の利用可能性】
【０２１６】
以上のように、本発明は、電動機の巻線を切替えて使用する電動機駆動装置、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】
【０２１７】
１  交流電源、  ２  電動機駆動装置、  ４  リアクタ、  ７  電動機、  ２０  平滑コンデンサ、  ３０  インバータ、  ６０  結線切替装置、  ８２  母線電圧検出部、  ８４  母線電流検出部、  ９０  制御電源生成回路、  １００  制御装置、  １０２  運転制御部、  １０４  トルク最小位相演算部、  １１０  インバータ制御部、  １１１  電流復元部、  １１２  ３相２相変換部、  １１３  励磁電流指令値生成部、  １１５  電圧指令値演算部、  １１６  電気位相演算部、  １１７  ２相３相変換部、  １１８  ＰＷＭ信号生成部、  ４０１  トルク計算部、  ４０２  除算部、  ４０３  乗算部、  ４０５  余弦演算部、  ４０６  正弦演算部、  ４０７，４０８  乗算部、  ４０９，４１０  ローパスフィルタ、  ４１１  逆正接計算部、  ４１２  加算部、  ４２１  計算値履歴記憶部、  ４２２  計算値履歴解析部、  ５０１  周波数推定部、  ５０２  減算部、  ５０３  速度制御部、  ５０４  補償値演算部、  ５０５  加算部、  ５０７，５０８  選択部、  ５０９，５１０  減算部、  ５１１  励磁電流制御部、  ５１２  トルク電流制御部、  ５５１  余弦演算部、  ５５２  正弦演算部、  ５５３，５５４  乗算部、  ５５５，５５６  ローパスフィルタ、  ５５７，５５８  減算部、  ５５９，５６０  周波数制御部、  ５６１，５６２  乗算部、  ５６３  加算部、  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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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月24日(2021.2.24)
【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】
結線を有し、負荷トルクが周期的に変動する負荷要素を駆動する電動機と、
前記電動機の前記結線を切替える結線切替装置と、
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を有し、
前記制御装置は、
前記電動機の出力トルクが前記負荷トルクの周期的変動に追従するように、前記インバータを制御し、
前記負荷トルクが最小値又は該最小値に近い値になるトルク最小位相を含む期間に前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータを制御し、前記電動機に流れる電流がゼロとなるように前記インバータが制御されている前記期間に、前記結線切替装置に前記結線を切替えさせる
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを前記負荷トルクの周期的変動に追従させるためのトルク電流補償値を生成し、生成されたトルク電流補償値に基づいてトルク電流指令値を補正し、補正されたトルク電流指令値に基づいて電圧指令値を生成し、生成された電圧指令値に基づいて前記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを算出し、算出された出力トルクを前記負荷トルクの推定値として用い、該推定値に基づいて前記トルク最小位相を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記負荷トルクの周期的に変動する成分のうち、前記電動機の回転周波数のｎ倍の周波数の成分が最も大きいとき、前記トルク電流補償値は、前記ｎ倍の周波数の成分を主として補償するためのものである
ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記負荷トルクの周期的に変動する成分のうち、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相を、前記トルク最小位相として検出する
ことを特徴とする請求項４に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電動機の出力トルクを算出し、算出された出力トルクから、前記ｎ倍の周波数の成分を抽出し、抽出した成分が最小値になる位相を、前記負荷トルクのうち、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相として検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記トルク最小位相を含む期間は、前記ｎ倍の周波数の成分が最小値になる位相に対し、第１の期間だけ前から第２の期間だけ後までの期間である
ことを特徴とする請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
前記第１の期間は、予め定められた第１の機械角をｎで割ることで得られる角度であり、
前記第２の期間は、予め定められた第２の機械角をｎで割ることで得られる角度である
ことを特徴とする請求項７に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
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する
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】
前記結線切替装置が、制御端子に入力される信号により制御される半導体スイッチを有する
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１１】
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。
【国際調査報告】
2020170379.tif 000037
2020170379.tif 000038