特許 7603884 駆動装置及び冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】駆動装置及び冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/18 20060101AFI20241213BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

H02P25/18

H02P27/06

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024519155

(86)(22)【出願日】2022-05-02

(86)【国際出願番号】 JP2022019525

(87)【国際公開番号】W WO2023214453

(87)【国際公開日】2023-11-09

【審査請求日】2024-03-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】滝 英俊

(72)【発明者】

【氏名】小林 貴彦

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／２１０１２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０１６９７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１７０９１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／１８

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機に印加するインバータと、
前記電動機の巻線を第１の結線と第２の結線との間で相互に切り替える結線切替装置と、
前記昇圧コンバータ、前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動機の電流をゼロとした状態で前記巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行い、
前記結線切替装置により前記第２の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の前記電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、前記第１の結線への切り替えを行う
駆動装置。

【請求項2】

前記母線電圧に上限を設けた状態で前記巻線の結線の切り替えを行う
請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記結線切替装置により前記第１の結線が選択されている状態において、前記母線電圧が第１の電圧値であり、前記電動機の回転速度が第１の速度値である第１の状態から、前記母線電圧が前記第１の電圧値よりも高く、前記電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である第２の状態に移行した際に、前記第１の結線から前記第２の結線への切り替えを行う
請求項１に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記第１の結線はスター結線であり、前記第２の結線はデルタ結線である
請求項３に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記電動機に流れる電動機電流を検出する検出部を備え、
前記制御部は、回転速度を推定すると共に、前記電動機電流の検出値に基づいて前記電動機に加わる負荷トルクを推定する
請求項３に記載の駆動装置。

【請求項6】

前記電動機は永久磁石電動機であり、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をＶｄｃ__ｍａｘとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦｙとするとき、
前記第２の状態への移行前に、下記の（１）式が満たされる
請求項５に記載の駆動装置。

【数1】

【請求項7】

前記電動機は永久磁石電動機であり、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をＶｄｃ__ｍａｘとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦｙとし、
前記切り替えを行うときの回転速度降下量をΔ_ωとするとき、
前記第２の状態への移行前に、下記の（２）式が満たされる
請求項５に記載の駆動装置。

【数2】

【請求項8】

前記切り替えを行うときの動作最低回転保証速度をω_ｍｉｎとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転軸周りのイナーシャをＪ_ｍとし、
前記切り替えを行うときの最大負荷トルクをＴ_ｍｍａｘとし、
前記切り替えを行うときのゼロ電流制御期間をＴ_０とするとき、
前記第２の状態への移行前に、下記の（３）式が満たされる
請求項６に記載の駆動装置。

【数3】

【請求項9】

前記母線電圧をＶｄｃとし、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をＶｄｃ__ｍａｘとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦｙとし、
前記切り替えを行うときの回転速度降下量をΔ_ωとするとき、
前記第１の状態の回転速度ωが、下記の（４）式を満たしていない場合、前記昇圧コンバータが前記母線電圧Ｖｄｃを昇圧し、
前記母線電圧Ｖｄｃを前記母線電圧の最大値Ｖｄｃ_＿ｍａｘまで昇圧しても、下記の（４）式を満たさない場合、前記回転速度を低下させる
請求項６に記載の駆動装置。

【数4】

【請求項10】

前記回転速度降下量は、前記ゼロ電流制御期間前の前記負荷トルクに基づいて算出される
請求項７に記載の駆動装置。

【請求項11】

請求項１から１０の何れか１項に記載の駆動装置を備える冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機を駆動する駆動装置及び冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動機の固定子巻線（以下、単に「巻線」と呼ぶ）を複数の異なる結線状態の何れかに切替える結線切替装置を備え、電動機の回転中に巻線の結線を切り替えることが可能な駆動装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、第１の結線が選択され、且つ電動機が第１の状態であるときにおいて、第１の結線から第２の結線への切り替えを行う際には、電動機が第２の状態に移行してから第２の結線を選択する技術が開示されている。第１の状態は、直流電源回路の出力電圧が第１の電圧値であり、且つ電動機の回転速度が第１の速度値である状態である。また、第２の状態は、直流電源回路の出力電圧が第１の電圧値よりも高く、且つ電動機の回転速度が第１の速度値よりも高く、且つ電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である状態である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】再表２０２０／０２１６８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術によれば、機器の大型化を避けることができ、信頼性の高い駆動装置を得ることができるという効果が得られる。その一方で、上記従来技術では、電動機の結線切り替え時の負荷の大小、即ち結線切り替え時における負荷状態を把握することは考慮されていない。例えば、結線切り替え時において負荷が大きい場合、結線切り替え後に、電動機の電圧が駆動装置の内部回路の電圧を超えてしまうことで発生する回生電流によって、駆動装置の内部回路が過電圧になるおそれがある。駆動装置の故障を防止し、駆動装置の寿命を延ばすためにも、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制することが望まれる。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制可能な駆動装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る駆動装置は、昇圧コンバータと、インバータと、結線切替装置と、制御部とを備える。昇圧コンバータは、交流電源から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する。インバータは、昇圧コンバータから出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機に印加する。結線切替装置は、電動機の巻線を第１の結線と第２の結線との間で相互に切り替える。制御部は、昇圧コンバータ、インバータ及び結線切替装置を制御する。制御部は、電動機の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行う。また、制御部は、結線切替装置により第２の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、第１の結線への切り替えを行う。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る駆動装置によれば、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る駆動装置の構成例を示す図

【図2】図１に示される結線切替装置と電動機との間の接続態様を詳細に示す図

【図3】図１に示される結線切替装置の切替器の詳細構成を示す図

【図4】図１に示される電動機において切り替えられる２つの結線状態を示す図

【図5】実施の形態１に係る制御部の細部の構成例を示す図

【図6】実施の形態１の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第１のタイムチャート

【図7】実施の形態１の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第２のタイムチャート

【図8】図７の制御シーケンスを実施するための処理フローの例を示すフローチャート

【図9】実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図

【図10】実施の形態１に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図

【図11】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る駆動装置及び冷凍サイクル装置について詳細に説明する。

【0010】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る駆動装置１００の構成例を示す図である。駆動装置１００は、交流電源２に接続され、交流電源２の電力を利用して電動機１を駆動する。電動機１には、機器５が接続されている。駆動装置１００は、昇圧コンバータ３と、インバータ４と、結線切替装置２０と、制御部３０とを有する。制御部３０は、昇圧コンバータ３、インバータ４及び結線切替装置２０を制御する。

【0011】

昇圧コンバータ３は、交流電源２から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する。以下、この直流電圧を「母線電圧」と呼ぶ。

【0012】

インバータ４は、昇圧コンバータ３から出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機１に印加する。制御部３０は、インバータ４が出力する電流に基づいてインバータ４の動作を制御する。

【0013】

電動機１の例は、図示の三相電動機である。本稿では、三相同期電動機を想定する。電動機１における巻線の端部は、電動機１の外部に引き出されている。巻線は、第１の結線であるスター結線（以下、適宜「Ｙ結線」と表記）することも、第２の結線であるデルタ結線（以下、適宜「Δ結線」と表記）とすることも可能である。Ｙ結線及びΔ結線のそれぞれにおいて、他の結線への切り替えは、結線切替装置２０により行われる。結線切替装置２０は、電動機１の巻線の結線を切り替えるための切替器２１，２２，２３を有する。電動機１をＹ結線とΔ結線のうちの何れの結線状態で駆動するかの選択は、制御部３０により制御される。

【0014】

図２は、図１に示される結線切替装置２０と電動機１との間の接続態様を詳細に示す図である。図３は、図１に示される結線切替装置２０の切替器２１，２２，２３の詳細構成を示す図である。

【0015】

図２において、電動機１の、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相から成る３つの相の巻線４１，４２，４３の第１の端部４１ａ，４２ａ，４３ａは、それぞれが外部端子４１ｃ，４２ｃ，４３ｃに接続されている。また、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の巻線４１，４２，４３の第２の端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、それぞれが外部端子４１ｄ，４２ｄ，４３ｄに接続されている。外部端子４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，４１ｄ，４２ｄ，４３ｄは、電動機１の外部との接続が可能な端子である。外部端子４１ｃ，４２ｃ，４３ｃには、インバータ４のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力線６１，６２，６３が接続されている。

【0016】

前述したように、結線切替装置２０は、切替器２１，２２，２３を有する。切替器２１，２２，２３には、それぞれ巻線４１，４２，４３に流れる電流が流れる。切替器２１，２２，２３は、それぞれが巻線４１，４２，４３に流れる電流の経路を切り替える。切替器２１，２２，２３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には、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。切替器２１，２２，２３は、例えば図３に示すように構成されている。図３では、励磁コイル２１１，２２１，２３１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、切替器２１，２２，２３の接点が異なる接続状態となるように構成されている。

【0017】

図３において、励磁コイル２１１，２２１，２３１は、半導体スイッチ２０４を介して、切替電源電圧Ｖ２０を受けるように接続される。半導体スイッチ２０４の開閉は、制御部３０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の値のとき、半導体スイッチ２０４はオフとなり、結線選択信号Ｓｃが第２の値のとき、半導体スイッチ２０４はオンとなる。第１の値は、例えば論理値の“Ｌｏｗ”であり、第２の値は、例えば論理値の“Ｈｉｇｈ”である。これらは、逆の関係でもよい。なお、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による電流を当該回路から直接、励磁コイル２１１，２２１，２３１に流すように構成してもよい。その場合には、半導体スイッチ２０４は不要となる。

【0018】

なお、半導体スイッチ２０４は、シリコン系材料により形成された半導体素子を用いて形成するのが一般的であるが、これに限定されない。半導体スイッチ２０４は、ワイドバンドギャップ半導体により形成された半導体素子を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体により形成されたスイッチング素子を用いることにより、より低損失な装置を構成することができる。

【0019】

図２に戻り、切替器２１の共通接点２１ｃは、リード線７１を介して外部端子４１ｄに接続され、常閉接点２１ｂは、中性点ノード２４に接続され、常開接点２１ａは、インバータ４のＶ相の出力線６２に接続されている。切替器２２の共通接点２２ｃは、リード線７２を介して外部端子４２ｄに接続され、常閉接点２２ｂは、中性点ノード２４に接続され、常開接点２２ａは、インバータ４のＷ相の出力線６３に接続されている。切替器２３の共通接点２３ｃは、リード線７３を介して外部端子４３ｄに接続され、常閉接点２３ｂは、中性点ノード２４に接続され、常開接点２３ａは、インバータ４のＵ相の出力線６１に接続されている。

【0020】

図３において、励磁コイル２１１，２２１，２３１に電流が流れていないときは、切替器２１，２２，２３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２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが常閉接点２１ｂ，２２ｂ，２３ｂに接続された状態にある。この状態では、電動機１は、Ｙ結線状態にある。励磁コイル２１１，２２１，２３１に電流が流れているときは、切替器２１，２２，２３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２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが常開接点２１ａ，２２ａ，２３ａに接続された状態にある。この状態では、電動機１は、Δ結線状態にある。

【0021】

以上の説明の通り、結線選択信号Ｓｃが第１の値、例えばＬｏｗのときは、電動機１はＹ結線の状態になる。また、結線選択信号Ｓｃが第２の値、例えばＨｉｇｈのときは、電動機１はΔ結線の状態になる。以下、電動機１の巻線をＹ結線とΔ結線との間で相互に切り替える制御を、適宜「結線切替制御」と呼ぶ。

【0022】

次に、電動機１の結線状態をＹ結線又はΔ結線の何れかへ切り替えることの利点について、図４を参照して説明する。図４は、図１に示される電動機１において切り替えられる２つの結線状態を示す図である。

【0023】

図４（ａ）には、３つの巻線をＹ結線としたときの接続状態が示され、図４（ｂ）には、３つの巻線をΔ結線としたときの接続状態が示されている。Ｙ結線時の線間電圧をＶ_Ｙ、流れ込む電流をＩ_Ｙとし、Δ結線時の線間電圧をＶ_Δ、流れ込む電流をＩ_Δとし、各相の巻線に印加される電圧が互いに等しいとする。このとき、電圧Ｖ_Ｙと電圧Ｖ_Δとの間には、下記の（１）式の関係が成り立つ。

【0024】

【数1】

【0025】

また、電流Ｉ_Ｙと電流Ｉ_Δとの間には、下記の（２）式の関係が成り立つ。

【0026】

【数2】

【0027】

Ｙ結線時の電圧Ｖ_Ｙ及び電流Ｉ_Ｙと、Δ結線時の電圧Ｖ_Δ及び電流Ｉ_Δとが上記（１），（２）式の関係を有するとき、Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機１に供給される電力が互いに等しくなる。つまり、電動機１に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線の方が駆動に必要な電流は大きくなり、逆に駆動に必要な電圧は低くなる。

【0028】

電動機１が同期電動機である場合、回転速度が上昇、即ち負荷が大きくな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結線に比べて大きい。

【0029】

電動機１が永久磁石電動機である場合、より高速回転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、巻線の巻数を減らしたりすることが考えられる。しかしながら、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ので、電動機１及びインバータ４に流れる電流が増加して、装置の効率が低下する。

【0030】

そこで、回転速度に応じて結線を切り替えることが考えられる。例えば、高速での運転が必要な高負荷域では、結線状態をΔ結線とする。こうすることで、Ｙ結線に比べて、駆動に必要な電圧値を１／√３にすることができる。これにより、巻線の巻数を減らす必要がなくなり、効率の低下を抑制できる。

【0031】

一方、低速で運転可能な低負荷域では、結線状態をＹ結線とする。こうすることで、Δ結線に比べて駆動に必要な電流値を１／√３にすることができる。また、Ｙ結線の状態で高速運転することがなくなるので、Ｙ結線状態の巻線を低速での駆動に適したように設計することが可能となる。これにより、Ｙ結線を速度範囲の全域に亘って使用する場合に比べて、電流値を低減することができる。これにより、インバータ４の損失を低減することができ、装置の効率を高めることが可能となる。

【0032】

以上のことから、負荷条件に応じて、電動機１の結線を切り替えることとすれば、低負荷時の効率を向上させつつ、高負荷時の高出力化も可能となる。

【0033】

制御部３０は、昇圧コンバータ３を制御して、昇圧コンバータ３から出力される母線電圧を変化させる。また、制御部３０は、インバータ４を制御して、電動機１に印加する電圧の周波数及び電圧値を変化させる。更に、制御部３０は、結線切替装置２０を制御して、電動機１の結線状態をＹ結線とΔ結線との間で相互に切り替える。

【0034】

なお、本稿において、Ｙ結線は第１の結線の例示であり、Δ結線は第２の結線の例示である。第１及び第２の結線間において、それぞれの端子間電圧に上記（１）式の関係が成り立ち、また、巻線に流れるそれぞれの電流間に上記（２）式の関係が成り立つのであれば、Ｙ結線及びΔ結線以外の結線でもよい。

【0035】

図５は、実施の形態１に係る制御部３０の細部の構成例を示す図である。図５に示すように、制御部３０は、運転指令部３１と、母線電圧制御部３２と、インバータ制御部３３とを備えた構成とすることができる。

【0036】

また、図５には、電圧検出部６と、電流検出部７，８とが図示されている。電圧検出部６は、昇圧コンバータ３が出力する母線電圧Ｖｄｃを検出し、その検出値を母線電圧制御部３２に出力する。電流検出部７は、昇圧コンバータ３とインバータ４との間に流れる母線電流Ｉｄｃを検出し、その検出値をインバータ制御部３３に出力する。電流検出部８は、電動機１に流れる電動機電流Ｉｍを検出し、その検出値を運転指令部３１に出力する。

【0037】

運転指令部３１は、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊と、周波数指令値ω^＊と、ゼロ選択信号Ｓｚと、前述した結線選択信号Ｓｃとを演算する。母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊は、母線電圧制御部３２に出力され、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３３に出力される。電動機電流Ｉｍの情報は、運転指令部３１によって、必要の都度参照される。

【0038】

前述したように、Ｙ結線が選択されるとき、結線選択信号Ｓｃは、第１の値（例えばＬｏｗ）に制御され、Δ結線が選択されるとき、結線選択信号Ｓｃは第２の値（例えばＨｉｇｈ）に制御される。

【0039】

ゼロ選択信号Ｓｚは、通常は第１の値（例えばＬｏｗ）に制御され、後述するゼロ電流制御の期間中は第２の値（例えばＨｉｇｈ）に制御される。

【0040】

運転指令部３１は、例えば、電動機１の巻線をＹ結線とするかΔ結線とするかの決定、及び目標回転速度を決定し、この決定に基づいて生成した結線選択信号Ｓｃ及び周波数指令値ω^＊を、それぞれ結線切替装置２０とインバータ制御部３３とに出力する。

【0041】

ここで、電動機１に接続されている機器５が、例えば空気調和機である場合を考える。空気調和機において、制御部３０は、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、結線選択信号Ｓｃを第２の値とする。また、運転指令部３１は、目標回転速度を比較的高い値に設定し、起動後において、設定した目標回転速度に対応する周波数まで徐々に上昇させる周波数指令値ω^＊を生成する。目標回転速度に対応する周波数に達した場合、運転指令部３１は、室温が設定温度に近づくまでの間、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を第１の値として、Ｙ結線に切り替える。その後、運転指令部３１は、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。なお、これらの制御には、周波数の調整、電動機１の停止、再起動等が含まれる。

【0042】

また、運転指令部３１は、Ｙ結線とΔ結線との間の一方から他方への切り替えのために、結線選択信号Ｓｃの値を変化させると共に、切り替え動作中に周波数指令値ω^＊及びゼロ選択信号Ｓｚの値を一時的に変化させる。

【0043】

例えば、結線状態の切り替えに際し、運転指令部３１は、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊及び周波数指令値ω^＊を一時的により大きい値にする。そして、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊及び周波数指令値ω^＊がより大きい値とされている期間中に、ゼロ選択信号Ｓｚを、第１の値（例えばＬｏｗ）から一時的に第２の値（例えばＨｉｇｈ）とする。そして、ゼロ選択信号Ｓｚが第２の値となっている期間中に、結線選択信号Ｓｃを第２の値から第１の値に、又は第１の値から第２の値に切り替える。

【0044】

母線電圧制御部３２は、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊及び母線電圧Ｖｄｃの検出値に基づいて、駆動信号Ｘｎを生成して昇圧コンバータ３に出力する。昇圧コンバータ３は、駆動信号Ｘｎに従って、母線電圧Ｖｄｃが母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊に一致するように、昇圧コンバータ３内の図示しないスイッチング素子を動作させる。

【0045】

インバータ制御部３３は、母線電圧Ｖｄｃ及び母線電流Ｉｄｃの検出値に基づいて、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号Ｓｍを生成してインバータ４に出力する。インバータ４は、ＰＷＭ信号Ｓｍに従って、出力電圧の周波数及び電圧値を維持又は変化させて電動機１を駆動する。

【0046】

次に、電動機１の運転中に結線切替装置２０を動作させる際の駆動装置１００の動作について説明する。この動作中には、実施の形態１における特徴的な制御であるゼロ電流制御が含まれている。ゼロ電流制御は、電動機１の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替える制御である。

【0047】

前述したように、電動機１の結線状態を相互に切り替える際には、結線切替装置２０の切替器２１，２２，２３を動作させる。この動作において、切替器２１，２２，２３では、常閉接点２１ｂ，２２ｂ，２３ｂと、常開接点２１ａ，２２ａ，２３ａとの間で、共通接点２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの接続が切り替わる。この切り替え動作を、電動機１の運転中、即ちインバータ４から電動機１への給電が行われているときに行うと、切替器２１，２２，２３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。

【0048】

このような故障を避けるため、結線切替装置２０を動作させる前にインバータ４から電動機１への給電を停止し、電動機１の回転速度がゼロの状態で切り替えを行うことが考えられる。

【0049】

しかしながら、電動機１の回転速度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、再起動ができなくなったりするおそれがある。例えば電動機１の駆動対象である機器５が空気調和機である場合、圧縮機を駆動するため、回転速度をゼロにした直後は、冷媒の状態が安定していないため、再始動に必要なトルクが増加する。電動機１の回転速度をゼロにしてから、十分に冷媒の状態が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、圧縮機により冷媒を加圧することができなくなり、冷房能力及び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おそれがある。

【0050】

そこで、結線切替装置２０に流れる電流がゼロとなるように制御し、その状態で結線切替装置２０に切り替え動作を行わせるようにする。この制御が、ゼロ電流制御である。ゼロ電流制御を用いれば、結線状態の切り替えの際において、切替器２１，２２，２３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。また、ゼロ電流制御を用いれば、結線状態の切り替えの都度、電動機１の回転速度をわざわざゼロにする必要がなくなる。

【0051】

結線切替装置２０に流れる電流をゼロとなるようにするには、電動機１に流れる電流を検出してインバータ４のスイッチング動作により、電流ゼロとなるように制御する。或いは、インバータ４のスイッチング動作を停止することにより電流を遮断する。また、これらの両方を併用することにより実現できる。

【0052】

但し、上記のゼロ電流制御を実施する場合、以下の留意事項がある。まず、電動機１の巻線の結線を切り替える際は、電流がゼロである状態をある程度の時間継続する必要がある。ゼロ電流制御の期間は、電動機１の出力トルクがゼロであり、電動機１に加わる負荷トルクの大きさに比例して、回転速度が低下する。また、ゼロ電流制御の期間が長いほど、そして負荷トルクが大きいほど、回転速度の低下幅が大きくなる。更に、低速でゼロ電流制御を開始した場合、回転速度がゼロ付近まで低下して、電動機１が脱調する可能性がある。

【0053】

なお、電動機１の回転速度の低下については、回転速度がゼロ付近まで落ちることを防ぐため、単純に電動機１の回転速度を上昇させ、その状態でゼロ電流制御を行うことが考えられる。

【0054】

しかしながら、電動機１の回転速度が増加すると、電動機１に発生する逆起電力が大きくなり、逆起電力以上の電圧をインバータ４から出力する必要がある。一方、インバータ４から出力可能な電圧は、昇圧コンバータ３の出力電圧である母線電圧の制約を受ける。インバータ４からの出力電圧が、母線電圧により制限された上限を超えて飽和する領域は、「過変調領域」と呼ばれる。

【0055】

過変調領域において、電動機１の逆起電力を抑制するためには、逆起電力の発生源となる電動機１が発生する磁束を減少させる、周知の弱め磁束制御を行う必要がある。一方、弱め磁束制御では、負のｄ軸電流を流す必要がある。従って、弱め磁束制御とゼロ電流制御とは、両立が不可能である。また、インバータ４のスイッチング動作を停止すると、逆起電力による電動機１の電圧が上昇し、電動機１の電圧が母線電圧を超えると、電動機１からインバータ４への回生電流が発生して、インバータ４が過電圧状態となる。

【0056】

そこで、実施の形態１では、ゼロ電流制御を行う前に、昇圧コンバータ３によって母線電圧を上昇させる昇圧制御を行う。この昇圧制御によって、母線電圧が逆起電力による電動機１の電圧よりも高い状態にする。そして、この状態でゼロ電流制御を行って、結線を切り替える。そして、結線の切り替えが完了したら、母線電圧を元に戻す。これらの制御により、高負荷域であっても、結線の切り替えを円滑に行うことが可能となる。

【0057】

図６は、実施の形態１の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第１のタイムチャートである。図６では、Ｙ結線からΔ結線への切り替えを想定している。なお、説明が煩雑になるのを避けるため、図６は、過変調領域への移行を回避する制御シーケンスとはなっていない。過変調領域への移行を回避する制御シーケンスについては、後述の図７及び図８を参照して説明する。

【0058】

図６（ａ）には、結線切替装置２０に流れる電流が示されている。図６（ｂ）には、ゼロ選択信号Ｓｚの変化が示されている。図６（ｃ）には、結線選択信号Ｓｃの変化が示されている。図６（ｄ）には、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊の変化が示されている。図６（ｅ）には、周波数指令値ω^＊の変化が示されている。

【0059】

図６に示されるように、結線を切り替える前には、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊及び周波数指令値ω^＊を一時的に大きくし、大きくしている間にゼロ電流制御を行い、ゼロ電流制御を行っている間に結線の切り替えを行う。以下、より詳細に説明する。

【0060】

まず、切り替え処理の開始前において、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊が第１の電圧値Ｖｄｃ^＊（０）であり、周波数指令値ω^＊が第１の周波数値ω^＊（０）である状態で電動機１が駆動されていたとする。

【0061】

切り替え処理の開始後、時刻ｔａ１から時刻ｔａ２の期間で、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊を上記の第１の電圧値Ｖｄｃ^＊（０）よりも大きい第２の電圧値Ｖｄｃ^＊（１）にする（図６（ｄ））。これにより、昇圧コンバータ３に母線電圧Ｖｄｃを上昇させる。

【0062】

時刻ｔａ２において、母線電圧Ｖｄｃの上昇が完了したら時刻ｔｂ１から時刻ｔｂ２の期間で、周波数指令値ω^＊を上記の第１の周波数値ω^＊（０）よりも大きい第２の周波数値ω^＊（１）にする（図６（ｅ））。これにより、周波数ωを上昇させる。

【0063】

その後、時刻ｔｃから時刻ｔｅまでの期間において、ゼロ選択信号Ｓｚの値をＨｉｇｈにすることで（図６（ｂ））、電流指令値としてゼロを選択するゼロ電流制御を行う（図６（ａ））。また、ゼロ電流制御期間中の時刻ｔｄにおいて、結線選択信号Ｓｃの値をＬｏｗからＨｉｇｈに変化させることで（図６（ｃ））、結線切替装置２０の接点を切り替える。

【0064】

結線切替装置２０の接点の切り替えが完了したら、時刻ｔｆ１から時刻ｔｆ２の期間で、周波数指令値ω^＊を元の値である第１の周波数ω^＊（０）に戻す（図６（ｅ））。そして、回転速度が下がったら、時刻ｔｇ１から時刻ｔｇ２の期間で、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊を元の値である第１の電圧値Ｖｄｃ^＊（０）に戻す（図６（ｄ））。

【0065】

なお、上記の説明では、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊に対する母線電圧Ｖｄｃの遅れがなく、周波数指令値ω^＊に対する周波数ωの遅れがないものとしている。動作の遅れを考慮する必要がある場合には、母線電圧Ｖｄｃ及び周波数ωがより大きい値である期間中に、結線切替装置２０の切り替えを行うこととすればよい。また、ゼロ電流制御期間中は電動機１の発生トルクが無くなり、電動機１に加わる負荷トルクの大きさに比例して電動機１の速度が低下する。このため、この速度低下を見越して、時刻ｔｅにおける周波数指令値ω^＊を第２の周波数値ω^＊（１）より低い周波数値に設定する。また、負荷トルクの大きさによっては、時刻ｔｅにおける周波数指令値ω^＊が第１の周波数値ω^＊（０）より小さくなるケースも想定される。このような場合は、第１の周波数値ω^＊（０）まで加速させるような周波数指令値ω^＊を与える。

【0066】

図６では、Ｙ結線からΔ結線への切り替えを想定しているが、Δ結線からＹ結線への切り替えも同様なシーケンスで実施することが可能である。但し、Δ結線からＹ結線への切り替えの場合には、図６（ｃ）における結線選択信号Ｓｃは、ＬｏｗからＨｉｇｈではなく、ＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わる。

【0067】

なお、図６のシーケンスは一例であり、図６以外のシーケンスでも問題ない。但し、高速回転域でゼロ電流制御を行う際には、母線電圧Ｖｄｃを上げてインバータ４から出力可能な電圧を大きくした上で、電動機１を駆動する必要がある。

【0068】

次に、上記したゼロ電流制御時の昇圧コンバータ３に対する母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊の設定値について説明する。電動機１は、どのような電動機でもよいが、ここでは、永久磁石同期電動機を例に説明する。

【0069】

まず、永久磁石同期電動機のｄｑ座標軸の電圧方程式は、下記の（３），（４）式で表される。

【0070】

【数3】

【数4】

【0071】

上記の（３），（４）式において、Ｖｄ，Ｖｑは電機子電圧のｄｑ軸成分を表し、ｉｄ，ｉｑは電機子電流のｄｑ軸成分を表す。Ｌｄ，Ｌｑはｄｑ軸のインダクタンスを表し、Ｒａは電機子巻線抵抗を表す。Φａは電機子鎖交磁束を表し、ｐは微分演算子を表す。ωは、電気角で表される回転速度である。

【0072】

ここで、上記の（３），（４）式において、前述のゼロ電流制御により、ｉｄ＝ｉｑ＝０とする。また、前述の通り、ゼロ電流制御は、時刻ｔｃから時刻ｔｅまでの期間において継続するので、ｐ・ｉｄ＝ｐ・ｉｑ＝０であるとする。従って、上記（４）式から、下記の（５）式が成立する。

【0073】

【数5】

【0074】

また、前述の通り、ゼロ電流制御を行う場合には、母線電圧Ｖｄｃを昇圧する必要がある。母線電圧Ｖｄｃの条件は、上記（５）式から、下記の（６）式で表すことができる。

【0075】

【数6】

【0076】

電機子鎖交磁束Φａの値は、結線状態によって変化するが、結線切替前後の値のうちで、大きい方を用いる必要がある。例えば、Ｙ結線時の電機子鎖交磁束Φａの値は、Δ結線時の電機子鎖交磁束Φａの値の√３倍である。ここで、例えばΔ結線からＹ結線に切り替える場合において、上記（６）式における電機子鎖交磁束Φａとして、Δ結線の値を用いて母線電圧Ｖｄｃを設定してしまうことを考える。このように設定した上で、更にゼロ電流制御期間中の電動機１の速度低下が小さい場合、母線電圧Ｖｄｃの設定値よりも電動機１の逆起電力による電機子電圧の方が大きくなることが想定される。従って、Δ結線からＹ結線に切り替わった直後において、電動機１の逆起電力による電機子電圧がインバータ４から出力可能な電圧を超過し、インバータ４に過電圧が発生するおそれがある。

【0077】

このため、電動機１の結線状態をＹ結線とΔ結線との間で相互に切り替える際には、Ｙ結線時の電機子鎖交磁束Φａの値を用いる。また、過電圧を抑制するため、昇圧コンバータ３の最大出力電圧より結線切り替え後の電動機１の電圧が小さくなるように、結線切り替えを行う際の周波数指令値ω^＊を選択する。また、過電圧を抑制するため、母線電圧Ｖｄｃに基づいて、電動機１の結線切り替えを行う際の回転速度に上限を設けるようにする。

【0078】

次に、結線切り替え時の負荷状態を考慮した結線切替制御について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、実施の形態１の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第２のタイムチャートである。図８は、図７の制御シーケンスを実施するための処理フローの例を示すフローチャートである。ここで言う負荷状態を考慮した結線切替制御は、電動機１の結線状態の切り替え時において、過変調領域に入らずに結線状態の切り替えを行う制御である。前述したように、過変調領域における弱め磁束制御とゼロ電流制御とは、両立が不可能である。図７の制御シーケンス、及び図８のフローチャートを用いれば、過変調領域に入らずに電動機１の結線状態の切り替えが可能になる。

【0079】

図７には、Δ結線からＹ結線への切り替え動作が示されている。具体的に、図７（ａ）には、電動機１の回転速度の変化が示されている。図７（ｂ）には、電機子電圧の変化が母線電圧Ｖｄｃと共に示されている。図７（ｃ）には、結線選択信号Ｓｃの変化が示されている。図７（ｄ）には、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊の変化が示されている。

【0080】

まず、結線切り替えのための準備動作として、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊を昇圧コンバータ３の最大出力電圧に対応する母線電圧指令最大値Ｖｄｃ__ｍａｘ ^＊に変更し、母線電圧Ｖｄｃを昇圧する（図７（ｄ））。

【0081】

母線電圧Ｖｄｃの昇圧が完了した後、制御部３０は、過変調領域に入っていないかを判定する（図８：ステップＳ５００）。この時点で、過変調領域に入っていれば、弱め磁束制御を行う必要があり、電動機１の電流をゼロに制御できない。また、インバータ４のスイッチング動作を停止させると、電動機１側からインバータ４へ回生電流が発生し、過電圧状態となる。

【0082】

そこで、過変調領域に入っていた場合（図８：ステップＳ５００，Ｎｏ）、制御部３０は、周波数指令値ω^＊を下げる制御を行う（図８：ステップＳ５０１）。周波数指令値ω^＊を下げることで電動機１の電機子電圧を下げ、その後、再度過変調領域に入っていないかが判定される（図８：ステップＳ５００）。

【0083】

過変調領域に入っていないことが判定できた場合（図８：ステップＳ５００，Ｙｅｓ）、制御部３０は、ゼロ電流制御期間前の回転速度及び電動機１の負荷トルクの情報を取得する（図８：ステップＳ５０２）。負荷トルクの情報は、例えば、回転速度は周波数指令値ω^＊に追従しているものとして、周波数指令値ω^＊を用いたり、或いは周知の速度センサレス技術を用いたりして推定することで取得できる。具体的に、電動機１の負荷トルクＴｌｏａｄは、下記の（７）式を用いて演算で求めることができる。

【0084】

【数7】

【0085】

上記（７）式において、Ｐｎは、電動機１の極対数を表している。

【0086】

制御部３０は、ゼロ電流制御期間での回転速度降下量を算出する（図８：ステップＳ５０３）。回転速度降下量は、ゼロ電流制御期間に下降する回転速度量であり、ゼロ電流制御期間前の負荷トルクＴｌｏａｄの算出値から求めることができる。制御部３０は、ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えていないかを判定する（図８：ステップＳ５０４）。

【0087】

負荷トルクＴｌｏａｄによってゼロ電流制御期間中に下降する回転速度降下量をΔωで表す。なお、本稿では、回転速度についても記号ωで表すことがある。

【0088】

また、回転速度降下量Δωを考慮した回転速度の上限値をβ_Ｔｍａｘで表す。この回転速度の上限値β_Ｔｍａｘは、下記の（８）式で表される。

【0089】

【数8】

【0090】

上記（８）式において、Ｖｄｃ_＿ｍａｘは昇圧コンバータ３の出力電圧の最大値、即ち母線電圧Ｖｄｃの最大値を表し、ΦｙはＹ結線時の電機子鎖交磁束を表す。回転速度降下量Δωは、負荷トルクＴｌｏａｄに依存する。このため、回転速度の上限値β_Ｔｍａｘは、電動機１の負荷条件により変動することになる。

【0091】

なお、ゼロ電流制御期間中において、電動機１に負荷トルクが印加されていないときが一番厳しい条件となる。この場合の条件式は、下記の（９）式で表すことができる。

【0092】

【数9】

【0093】

上記（９）式において、β_ｍａｘは、回転速度降下量Δωを考慮しないときの回転速度の上限値である。

【0094】

ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えている場合（図８：ステップＳ５０４，Ｎｏ）、制御部３０は、周波数指令値ω^＊を下げ（図８：ステップＳ５０５）、再度ゼロ電流制御期間前の回転速度及び負荷トルクＴｌｏａｄの情報を取得する（図８：ステップＳ５０２）。そして、制御部３０は、ゼロ電流制御期間での回転速度降下量を算出し（図８：ステップＳ５０３）、再度ステップＳ５０４の判定処理を実施する。

【0095】

一方、ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合（図８：ステップＳ５０４，Ｙｅｓ）、制御部３０は、結線切替を行う（図８：ステップＳ５０６）。

【0096】

上記のように、ステップＳ５０２～Ｓ５０５の処理は、ステップＳ５０４の判定処理が“Ｙｅｓ”となるまで繰り返される。これらの処理により、図７（ａ）に示されるように、ゼロ電流制御期間の直前及び直後、並びにゼロ電流制御期間の回転速度が回転速度の上限値を超えることはない。これにより、結線切替時に過変調領域に入ることは回避される。

【0097】

なお、前述したように、回転速度降下量Δωは、負荷トルクＴｌｏａｄに依存する。このため、負荷トルクＴｌｏａｄに応じた回転速度降下量Δωのテーブルを制御部３０に保持させておけば、回転速度の上限値β_Ｔｍａｘの計算が容易となる。

【0098】

以上のシーケンスにより、結線切替を行うことで、結線切替時に過変調領域に入ることなく、電流をゼロにした状態で結線切替を行うことができる。

【0099】

なお、図８の処理フローでは、回転速度に関しては、その上限値β_Ｔｍａｘを制約条件としている。一方、回転速度が低い状態で結線状態の切り替えを行うと、ゼロ電流制御期間中に回転速度が低下し、回転速度がゼロ付近まで低下して、電動機１が脱調する可能性がある。また、電動機１の回転速度がゼロ付近まで低下すると、電動機１の再始動が必要になることもある。このため、回転速度に関しては、下限側にも制約がある。

【0100】

そこで、実施の形態１では、下記の（１０）式に示されるβ_ｍｉｎを回転速度の下限値として設定する。

【0101】

【数10】

【0102】

上記（１０）式において、Ｔ_ｍｍａｘは最大負荷トルクを表し、Ｊ_ｍは電動機１の回転軸周りのイナーシャを表し、Ｔ_０［ｓｅｃ］はゼロ電流制御期間の長さ、即ちゼロ電流制御時間を表している。なお、実際には、回転速度の下限値β_ｍｉｎに対し、電動機１が脱調しない程度の動作保証を与えるための最低回転保証速度ω_ｍｉｎをマージンとして加えることが好ましい。この場合の式は、下記の（１１）式で表される。

【0103】

【数11】

【0104】

また、図７の制御シーケンスでは、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊を昇圧コンバータ３の最大出力電圧に対応する母線電圧指令最大値Ｖｄｃ__ｍａｘ ^＊に設定して母線電圧Ｖｄｃを昇圧して結線切り替えを行っていた。これに代えて、母線電圧指令値Ｖｄｃ^＊が回転速度に応じた値となるように、昇圧コンバータ３の昇圧量を徐々に上げていくシーケンスを挟んでもよい。この処理を行う場合には、回転速度の下限値β_ｍｉｎに対し、電動機１が脱調しない程度の動作保証を与えるための最低回転保証速度ω_ｍｉｎをマージンとして加えることが好ましい。この場合の式は、上記の（１１）式で表される。上記（９）式の上限値β_ｍａｘが上記（１１）式の下限値β_ｍｉｎを下回らないように、昇圧コンバータ３の昇圧量を上昇させる。また、昇圧コンバータ３の最大出力電圧まで上昇させても上記（９）式の上限値β_ｍａｘが上記（１１）式の下限値β_ｍｉｎを上回らない場合には、回転速度を下げるというシーケンスで結線切り替えを行えばよい。

【0105】

このようにして、Ｙ結線時の電機子鎖交磁束Φｙ、及び電動機１の負荷トルクＴｌｏａｄにより求まる回転速度の上限値β_Ｔｍａｘと、回転速度の下限値β_ｍｉｎとに基づいて、ゼロ電流制御の開始時刻ｔｃにおける周波数指令値ω^＊（１）を設定する（図６（ｅ）参照）。但し、ゼロ電流制御期間において、最大負荷トルクＴｍｍａｘによる回転速度降下量Δωが、回転速度の上限値β_Ｔｍａｘと回転速度の下限値β_ｍｉｎとの差を超えてしまう場合には、結線切り替え時の負荷トルク条件範囲を制限する必要がある。なお、図８（ａ）に示される例は、最大負荷トルクＴｍｍａｘによる回転速度降下量Δωが、回転速度の上限値β_Ｔｍａｘと回転速度の下限値β_ｍｉｎとの差の範囲に収まっている例である。

【0106】

以上のように、実施の形態１に係る結線切替制御を用いれば、電動機１の結線を切り替える際に、切替器２１，２２，２３の接点間のアーク抑制に必要なゼロ電流制御を確実に実施することができる。また、実施の形態１に係る結線切替制御を用いれば、結線切り替え時の負荷状態に関わらず、駆動装置１００の内部回路に生じ得る過電圧を確実に抑制することができる。

【0107】

上述した制御部３０の機能は、図９又は図１０に示すハードウェア構成で実現可能である。図９は、実施の形態１に係る制御部３０の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１０は、実施の形態１に係る制御部３０の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

【0108】

実施の形態１における制御部３０の機能の一部又は全部を実現する場合には、図９に示されるように、演算を行うプロセッサ３００、プロセッサ３００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ３０２、及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。

【0109】

プロセッサ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と称される演算手段の例示である。また、メモリ３０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

【0110】

メモリ３０２には、実施の形態１に係る制御部３０の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ３００は、インタフェース３０４を介して必要な情報を授受し、メモリ３０２に格納されたプログラムをプロセッサ３００が実行し、メモリ３０２に格納されたテーブルをプロセッサ３００が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ３００による演算結果は、メモリ３０２に記憶することができる。

【0111】

また、実施の形態１に係る制御部３０の機能の一部を実現する場合には、図１０に示す処理回路３０５を用いることもできる。処理回路３０５は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路３０５に入力する情報、及び処理回路３０５から出力する情報は、インタフェース３０４を介して入手することができる。

【0112】

なお、制御部３０における一部の処理を処理回路３０５で実施し、処理回路３０５で実施しない処理をプロセッサ３００及びメモリ３０２で実施してもよい。

【0113】

以上説明したように、実施の形態１に係る駆動装置は、昇圧コンバータ、インバータ、電動機の巻線を第１の結線と第２の結線との間で相互に切り替える結線切替装置、並びに昇圧コンバータ、インバータ及び結線切替装置を制御する制御部を備える。制御部は、電動機の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行う。また、制御部は、結線切替装置により第２の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、第１の結線への切り替えを行う。これにより、電動機が回転中であっても、巻線の結線を切り替えることができる。また、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制することができる。

【0114】

また、実施の形態１に係る駆動装置において、制御部は、結線切替装置により第１の結線が選択されている状態において、母線電圧が第１の電圧値であり、電動機の回転速度が第１の速度値である第１の状態から、母線電圧が第１の電圧値よりも高く、電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である第２の状態に移行した際に、第１の結線から第２の結線への切り替えを行う。これにより、機器の大型化を回避し、信頼性の高い駆動装置を得ることができる。

【0115】

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置９００の構成例を示す図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置９００は、実施の形態１で説明した駆動装置１００を備える。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置９００は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図１１において、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態１と同一の符号を付している。

【0116】

冷凍サイクル装置９００は、実施の形態１における電動機１を内蔵した圧縮機９０１と、四方弁９０２と、室内熱交換器９０６と、膨張弁９０８と、室外熱交換器９１０とが冷媒配管９１２を介して取り付けられている。

【0117】

圧縮機９０１の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構９０４と、圧縮機構９０４を動作させる電動機１とが設けられている。

【0118】

冷凍サイクル装置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。圧縮機構９０４は、可変速制御される電動機１によって駆動される。

【0119】

暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構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を通って圧縮機構９０４に戻る。

【0120】

冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構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を通って圧縮機構９０４に戻る。

【0121】

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。

【0122】

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置９００は、実施の形態１に係る駆動装置１００を搭載しているので、実施の形態１で得られる効果を享受することができる。

【0123】

なお、以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

【符号の説明】

【0124】

１ 電動機、２ 交流電源、３ 昇圧コンバータ、４ インバータ、５ 機器、６ 電圧検出部、７，８ 電流検出部、２０ 結線切替装置、２１，２２，２３ 切替器、２１ａ，２２ａ，２３ａ 常開接点、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 常閉接点、２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ 共通接点、２４ 中性点ノード、３０ 制御部、３１ 運転指令部、３２ 母線電圧制御部、３３ インバータ制御部、４１，４２，４３ 巻線、４１ａ，４２ａ，４３ａ 第１の端部、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ 第２の端部、４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ 外部端子、６１，６２，６３ 出力線、７１，７２，７３ リード線、１００ 駆動装置、２０４ 半導体スイッチ、２１１，２２１，２３１ 励磁コイル、３００ プロセッサ、３０２ メモリ、３０４ インタフェース、３０５ 処理回路、９００ 冷凍サイクル装置、９０１ 圧縮機、９０２ 四方弁、９０４ 圧縮機構、９０６ 室内熱交換器、９０８ 膨張弁、９１０ 室外熱交換器、９１２ 冷媒配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】