特許 7665095 駆動装置及び空気調和装置

(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】2025-04-10

(45)【発行日】2025-04-18

(54)【発明の名称】駆動装置及び空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/18 20060101AFI20250411BHJP

【ＦＩ】

H02P25/18

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024507396

(86)(22)【出願日】2022-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2022012596

(87)【国際公開番号】W WO2023175893

(87)【国際公開日】2023-09-21

【審査請求日】2024-02-01

(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】大城 央

(72)【発明者】

【氏名】小林 貴彦

【審査官】加藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１４８４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／００８７５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０２１３７３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から供給された交流電圧を整流するコンバータと、
前記コンバータによって得られた整流電圧から設定回転速度に対応する交流電圧を生成して電動機に供給するインバータと、
切り替え指令にしたがって前記電動機の巻線の結線状態を切り替える結線切替装置と、
前記電動機の負荷電流を検出する検出部と、
前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記結線切替装置により第１の結線が選択された後、切り替え前の二次磁束を推定し、前記切り替え前の二次磁束の推定値と前記第１の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数とを比較することで減磁レベルを判定し、前記結線切替装置により第２の結線への切り替えが行われた後、切り替え後の二次磁束を推定し、前記切り替え後の二次磁束の推定値と前記第２の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数が前記減磁レベルに基づいて補正された値とを比較することで結線切替成否判定を行う
駆動装置。

【請求項2】

前記制御部は、下記の式の補正演算結果が判定値の絶対値を下回れば切り替えが正常であると判定する
（二次磁束の推定値）－（誘起電圧定数×減磁レベル値（％）／１００）
請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記結線切替成否判定の結果、切替状態が異常であると判断した場合、前記電動機を停止させる動作を行う
請求項１又は２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記制御部は、結線の切り替えが実施された時から予め設定された時間が経過した後に前記結線切替成否判定を行う
請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置によって駆動される電動機と、
前記電動機を駆動源として冷凍サイクルの冷媒を圧縮する圧縮機と
を備える空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、結線状態が切り替え可能な電動機をインバータによって駆動する駆動装置と、当該駆動装置を有する空気調和装置とに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動機が有する固定子の巻線を複数の異なる結線状態のいずれかに切り替える結線切替装置を有していて、電動機の動作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、電流がゼロである状態で電動機の巻線の切り替えを行い、切り替えの前後での誘起電圧及び速度についての値を比較することにより巻線の切り替え判定を行う駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献２は、適応観測器を用いて誘起電圧及び二次磁束を含む磁束情報を推定する方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１４８４９０号公報

【文献】国際公開第２００２／０９１５５８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の技術では、結線の切り替えが正しく行われたかを確認するために、結線の切り替えの前後での誘起電圧定数に相当する値を比較することで結線の切り替えの成否が判断される。圧縮機モータが永久磁石型モータで、モータが減磁していた場合、従来の技術には、誘起電圧定数が想定の値よりも小さな値となることから切り替えの判断が難しいという課題がある。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機の減磁レベルによらず、結線切替成否判定を適切に行うことができる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、交流電源から供給された交流電圧を整流するコンバータと、コンバータによって得られた整流電圧から設定回転速度に対応する交流電圧を生成して電動機に供給するインバータと、切り替え指令にしたがって電動機の巻線の結線状態を切り替える結線切替装置と、電動機の負荷電流を検出する検出部と、インバータ及び結線切替装置を制御する制御部とを有する。制御部は、結線切替装置により第１の結線が選択された後、切り替え前の二次磁束を推定し、切り替え前の二次磁束の推定値と第１の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数とを比較することで減磁レベルを判定し、結線切替装置により第２の結線への切り替えが行われた後、切り替え後の二次磁束を推定し、切り替え後の二次磁束の推定値と第２の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数が減磁レベルに基づいて補正された値とを比較することで結線切替成否判定を行う。

【発明の効果】

【0007】

本開示に係る駆動装置は、電動機の減磁レベルによらず、結線切替成否判定を適切に行うことが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を示す図

【図2】実施の形態１に係る電動機の固定子の巻線及び結線切替装置を詳細に示す図

【図3】実施の形態１に係る駆動装置が有する結線切替装置の切替器の詳細を示す配線図

【図4】電動機の結線がＹ結線である場合の固定子の巻線の接続状態を概念的に示す図

【図5】電動機の結線がΔ結線である場合の固定子の巻線の接続状態を概念的に示す図

【図6】実施の形態１に係る駆動装置が有する制御部の構成を示す図

【図7】実施の形態１における結線の切り替えが行われる際の制御シーケンスを説明するための図

【図8】実施の形態２に係る空気調和装置の構成を示す図

【図9】実施の形態１に係る駆動装置が有する制御部の一部又は全部がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図

【図10】実施の形態１に係る駆動装置が有する制御部の一部又は全部が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、実施の形態に係る駆動装置及び空気調和装置を図面に基づ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の構成を示す図である。駆動装置１００は、負荷５に接続された電動機１を駆動する装置であって、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。図１には、電動機１、交流電源２及び負荷５も示されている。

【0011】

コンバータ３は、交流電源２から供給された交流電圧を受けて、当該交流電圧を整流して直流電圧を出力する。以下では、コンバータ３から出力される直流電圧は「母線電圧」と記載される場合がある。コンバータ３は、ダイオードブリッジを用いて整流を行うコンバータであってもよいし、リアクタと制御部３０によって制御されるスイッチング素子とを用いて母線電圧を上昇させることができる昇圧コンバータであってもよい。

【0012】

インバータ４は、制御部３０によって制御され、コンバータ３によって得られた整流電圧から設定回転速度に対応する交流電圧を生成して電動機１に供給する。更に言うと、インバータ４は、コンバータ３から出力された直流電圧を電圧可変かつ周波数可変の交流電圧に変換して電動機１を駆動する。制御部３０は、インバータ４が出力する電動機１への負荷電流に基づいてインバータ４を制御する。駆動装置１００は、電動機１の負荷電流を検出する検出部６ａ，６ｂを更に有する。検出部６ａ，６ｂは、図１に示されるように電動機１の負荷電流を直接検出する公知のＡＣＣＴ（Alternating Current Current Transformer）又はＤＣＣＴ（Direct Current Current Transformer）といった電流センサであってもよいし、後述の図６に示されるようにコンバータ３とインバータ４との間を流れる母線電流を検出して電動機１の負荷電流を推定する構成要素であってもよい。検出部６ａ，６ｂが行う検出方法又は推定方法は、限定されない。検出部６ａ，６ｂによって検出された負荷電流の情報は、制御部３０に取り込まれる。

【0013】

電動機１は三相同期電動機であって、固定子の巻線の端部が電動機１の外部に引き出されており、電動機１の巻線は、Ｙ結線にもなり得るしΔ結線にもなり得る。Ｙ結線はスター結線であり、Δ結線はデルタ結線である。結線切替装置２０は、切り替え指令にしたがって電動機１の巻線の結線状態を切り替える。つまり、結線切替装置２０は、電動機１の結線を選択する。結線切替装置２０は、切替器２１，２２，２３を有する。制御部３０は、電動機１をＹ結線とΔ結線とのうちのどちらの結線で駆動するかを制御する。

【0014】

図２は、実施の形態１に係る電動機１の固定子の巻線及び結線切替装置２０を詳細に示す図である。図２に示されるように、電動機１のＵ相、Ｖ相及びＷ相から成る三つの相の巻線４１，４２，４３の第１の端部４１ａ，４２ａ，４３ａは、駆動装置１００の外部端子４１ｃ，４２ｃ，４３ｃに接続されている。具体的には、第１の端部４１ａは駆動装置１００の外部端子４１ｃに接続されており、第１の端部４２ａは駆動装置１００の外部端子４２ｃに接続されており、第１の端部４３ａは駆動装置１００の外部端子４３ｃに接続されている。第１の端部４１ａ，４２ａ，４３ａは、インバータ４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の出力にも接続されている。

【0015】

電動機１の三つの相の巻線４１，４２，４３の第２の端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、駆動装置１００の外部端子４１ｄ，４２ｄ，４３ｄに接続されている。具体的には、第２の端部４１ｂは駆動装置１００の外部端子４１ｄに接続されており、第２の端部４２ｂは駆動装置１００の外部端子４２ｄに接続されており、第２の端部４３ｂは駆動装置１００の外部端子４３ｄに接続されている。外部端子４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，４１ｄ，４２ｄ，４３ｄは、結線切替装置２０に接続されている。

【0016】

結線切替装置２０は、上述の通り切替器２１，２２，２３を有する。切替器２１には巻線４１に流れる電流が流れ、切替器２２には巻線４２に流れる電流が流れ、切替器２３には巻線４３に流れる電流が流れる。切替器２１は巻線４１に流れる電流の経路を切り替える機能を有しており、切替器２２は巻線４２に流れる電流の経路を切り替える機能を有しており、切替器２３は巻線４３に流れる電流の経路を切り替える機能を有している。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る。当該電磁接触器には、リレー及びコンタクターと呼ばれる構成要素が含まれる。当該電磁接触器の構成は、例えば図３に示される構成であり、励磁コイル２１１，２２１，２３１に電流が流されている場合と、電流が流されていない場合とで、当該電磁接触器は異なる接続状態となる。

【0017】

図３は、実施の形態１に係る駆動装置１００が有する結線切替装置２０の切替器２１，２２，２３の詳細を示す配線図である。励磁コイル２１１，２２１，２３１については、制御部３０から出力される結線選択信号Ｓｃにより制御される半導体スイッチ２０４によって、励磁コイル２１１，２２１，２３１と電源２５との接続状態が切り替わり、電流の有無も切り替わる。例えば、結線選択信号Ｓｃが第１の値を示している場合、半導体スイッチ２０４はオフとなり、励磁コイル２１１，２２１，２３１には電流は流れず、結線選択信号Ｓｃが第２の値を示している場合、半導体スイッチ２０４はオンとなり、励磁コイル２１１，２２１，２３１へ電流が流れる。第１の値は例えばＬｏｗであり、第２の値は例えばＨｉｇｈである。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、励磁コイル２１１，２２１，２３１は、半導体スイッチ２０４を介さずに結線選択信号Ｓｃで直接駆動されてもよい。

【0018】

切替器２１について、共通接点２１ｃはリード線を介して外部端子４１ｄに接続されており、常閉接点２１ｂは中性点ノード２４に接続されており、常開接点２１ａはインバータ４のＷ相の出力に接続されている。切替器２２について、共通接点２２ｃはリード線を介して外部端子４２ｄに接続されており、常閉接点２２ｂは中性点ノード２４に接続されており、常開接点２２ａはインバータ４のＶ相の出力に接続されている。切替器２３について、共通接点２３ｃはリード線を介して外部端子４３ｄに接続されており、常閉接点２３ｂは中性点ノード２４に接続されており、常開接点２３ａはインバータ４のＵ相の出力に接続されている。

【0019】

励磁コイル２１１，２２１，２３１に電流が流れていない場合、図３に示されるように、切替器２１，２２，２３が常閉接点２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの側に切り替わった状態、すなわち、共通接点２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが常閉接点２１ｂ，２２ｂ，２３ｂに接続された状態になる。この状態では、巻線４１，４２，４３の第２の端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、切替器２１，２２，２３を介して中性点ノード２４において接続される。したがって、電動機１の結線の状態は、Ｙ結線の状態になる。

【0020】

励磁コイル２１１，２２１，２３１に電流が流れている場合、図３に示されている場合と逆に、切替器２１，２２，２３が常開接点２１ａ，２２ａ，２３ａの側に切り替わった状態、すなわち、共通接点２１ｃ，２２ｃ，２３ｃが常開接点２１ａ，２２ａ，２３ａに接続された状態になる。この状態では、巻線４１，４２，４３の第２の端部４１ｂ，４２ｂ，４３ｂは、切替器２１，２２，２３を介して巻線４３，４２，４１の第１の端部４２ａ，４３ａ，４１ａに接続される。したがって、電動機１の結線の状態は、Δ結線の状態になる。

【0021】

以上より、結線選択信号Ｓｃが第１の値、例えばＬｏｗを示す場合、電動機１はＹ結線の状態になり、結線選択信号Ｓｃが第２の値、例えばＨｉｇｈを示す場合、電動機１はΔ結線の状態になる。

【0022】

電動機１がＹ結線とΔ結線とのうちのいずれへの切り替えも可能である構成の利点について図４及び図５を用いて以下説明する。図４は、電動機１の結線がＹ結線である場合の固定子の巻線の接続状態を概念的に示す図である。図５は、電動機１の結線がΔ結線である場合の固定子の巻線の接続状態を概念的に示す図である。

【0023】

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、各相の巻線に掛かる電圧が等しいとすると、
Ｖ_Δ＝Ｖ_Ｙ／√３ ・・・（１）
の関係が成り立ち、このとき、
Ｉ_Δ＝√３×Ｉ_Ｙ ・・・（２）
の関係が得られることが周知されている。

【0024】

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とが式（１）及び式（２）の関係を満たす場合、Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機１に供給される電力は等しい。つまり、電動機１に供給される電力がＹ結線時とΔ結線時とで等しい場合、Δ結線の方が電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。Ｙ結線時とΔ結線時との違いは電動機定数にも表れ、電動機１が三相同期電動機である場合、誘起電圧定数φａは、永久磁石の電機子鎖交磁束の実効値であり、理想的には式（３）の関係が成り立つ。
φ_ａＹ＝√３×φ_ａΔ ・・・（３）
φ_ａＹはＹ結線時の誘起電圧定数であり、φ_ａΔはΔ結線時の誘起電圧定数である。Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機１の許容電流も異なり、許容電流はΔ結線時の方が大きい。

【0025】

同期電動機が用いられる場合、回転速度が上がると、つまり負荷が大きいと、逆起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。この起電力は、上述のようにＹ結線の方がΔ結線に比べて大きい。

【0026】

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、固定子の巻線の巻き数を減らしたりすることが考えられる。しかし、そのようにすると、同一の出力トルクを得るための電流が増加するため、電動機１及びインバータ４に流れる電流が増加し、電動機１を駆動する効率が低下する。

【0027】

そこで、回転速度に対応して結線を切り替えることが考えられる。例えば、高速回転が必要な場合、Δ結線とする。こうすることで、駆動に必要な電圧を、Ｙ結線時の１／√３にすることができる。更に言うと、巻線の巻き数を減らす必要がなくなり、電動機１を駆動する効率は低下しない。なお、高速回転は大きい負荷に対応する。

【0028】

他方、低速回転では、電動機１の結線をＹ結線とすることで、電流値をΔ結線時の１／√３にすることができる。さらに、巻数をＹ結線で低速回転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できるため、電動機１を駆動する効率を高めることが可能となる。なお、低速回転は小さい負荷に対応する。

【0029】

以上のことから、回転速度、つまり負荷条件に対応して結線を切り替えることができれば、低負荷時の効率を向上させることができ、高負荷時の高出力化も可能となる。

【0030】

制御部３０は、インバータ４及び結線切替装置２０を制御する。制御部３０は、インバータ４を制御してインバータ４からの出力電圧の周波数及び電圧値を変化させる。制御部３０は、結線切替装置２０を制御して電動機１の結線を選択する。コンバータ３が昇圧コンバータである場合、制御部３０は当該昇圧コンバータも制御して母線電圧を変化させる。

【0031】

図６は、実施の形態１に係る駆動装置１００が有する制御部３０の構成を示す図である。図６には、駆動装置１００が有するすべての構成要素、電動機１、交流電源２及び負荷５が示されている。制御部３０は、図６に示されるように、運転指令部３１と、インバータ制御部３２とを有し、コンバータ３が昇圧コンバータである場合、昇圧コンバータを制御するための制御部も有する。

【0032】

運転指令部３１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。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３２に供給される。周波数指令値ω^＊は、運転状態に適した値に設定される。コンバータ３が昇圧コンバータである場合、母線電圧指令値は運転状態に適した値に設定され、母線は任意の値に昇圧される。インバータ制御部３２は、インバータ４のスイッチング動作を司るＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｓｍをインバータ４へ出力し、インバータ４の出力電圧の周波数及び電圧値を変化させる。

【0033】

結線選択信号Ｓｃは、Ｙ結線が選択された場合、第１の値、例えばＬｏｗを示し、Δ結線が選択される場合、第２の値、例えばＨｉｇｈを示す。

【0034】

ゼロ選択信号Ｓｚは、通常は第１の値、例えばＬｏｗを示し、後述のゼロ電流制御の期間中には第２の値、例えばＨｉｇｈを示す。

【0035】

運転指令部３１は、例えば、電動機１の固定子の巻線を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の決定及び結線の切替成否判定を行い、決定に基づき結線選択信号Ｓｃ、周波数指令値ω^＊及びインバータ停止信号Ｓｏを出力する。インバータ停止信号Ｓｏは、結線状態に異常がない場合、通常は第１の値、例えばＬｏｗを示し、後述の結線切替成否判定にて切り替えが失敗したと判断された場合、第２の値、例えばＨｉｇｈを示す。

【0036】

例えば電動機１に接続されている負荷５が空気調和装置である場合、運転指令部３１は、室温と設定温度との差が大きいときは電動機１の結線をΔ結線とすることを決め、結線選択信号Ｓｃを第２の値、例えばＨｉｇｈを示す信号とし、目標回転速度を比較的高い値に設定し、起動後に上記の目標回転速度に対応する周波数まで徐々に周波数を上昇させる周波数指令値ω^＊を出力する。周波数が目標回転速度に対応する周波数に達したら、運転指令部３１は、室温が設定温度に近づくまで、状態を維持し、室温が設定温度に近くなったら、電動機１の結線をＹ結線に切り替えるために、結線選択信号Ｓｃを第１の値、例えばＬｏｗを示す信号とし、その後に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。この制御には、周波数の調整、並びに電動機１の停止及び再起動等が含まれる。

【0037】

電動機１が三相同期電動機である場合、理想的には誘起電圧定数φａと二次磁束φｄｒの値とは同値となるため、二次磁束φｄｒの推定値の変化に基づいて結線状態を判定することができる。ただし、永久磁石の温度依存性により減磁又は増磁が生じる。例えば、電動機１を構成する永久磁石が高温で減磁する磁石である場合、ある温度を超過すると磁力が元に戻らない不可逆減磁が発生し、電動機１の性能が大幅に低下する。また、結線の切り替えの前後で誘起電圧定数φａの値が変わるため、結線の切り替えの前後での二次磁束φｄｒの推定値の変化において、結線の切り替えによる現象と減磁による影響とを明確に区別した上で、結線の切り替えの状態を判定する必要がある。

【0038】

結線切替成否判定のため、まず、結線の切り替え前の第１の結線状態における誘起電圧定数φａと結線の切り替え後の第２の結線状態における誘起電圧定数φａとが予め設定される。誘起電圧定数φａの設定値は、例えば、電動機１が設計された際の設計値が用いられてもよい。制御部３０は、結線の切り替え前の二次磁束φｄｒを推定する。二次磁束φｄｒを推定する方法として、上述の通り特許文献２は、適応観測器を用いて誘起電圧及び二次磁束φｄｒを含む磁束情報を推定する方法を開示している。制御部３０は、当該方法と同様の方法用いることによって、二次磁束φｄｒを推定する。

【0039】

制御部３０は、推定した二次磁束φｄｒの値と第１の結線状態における予め設定された誘起電圧定数φａとを比較することで減磁レベルを以下の式（４）に基づいて演算する。
減磁レベル値（％）＝二次磁束φｄｒの推定値／誘起電圧定数φａ×１００ ・・・（４）

【0040】

制御部３０は、結線の切り替え後に結線切替成否判定を行う場合、結線の切り替え後の二次磁束φｄｒの値を推定し、結線の切り替え後の、つまり第２の結線状態における誘起電圧定数φａと減磁レベルとを比較して結線切替成否判定を行う場合、式（４）で得られる減磁レベルを考慮して判定を行う。

【0041】

結線切替動作が実施された後、制御部３０は、結線の切り替え後の二次磁束φｄｒを再度推定し、二次磁束φｄｒの推定値と結線の切り替え後の第２の結線状態における予め設定された誘起電圧定数φａとを比較し、結線切替成否判定を行う。具体的には、判定値Ｋが定められ、制御部３０は、以下の補正式（５）の補正演算結果と判定値Ｋとを比較し、演算結果が判定値Ｋの絶対値を下回れば切り替えが正常であると判定する。
（二次磁束φｄｒの推定値）－（誘起電圧定数φａ×減磁レベル値（％）／１００） ・・・（５）

【0042】

なお、判定値Ｋを定めるに当たり、減磁による影響以外に二次磁束φｄｒの推定値に影響を与える結線の切り替え後の制御収束性のバラツキを考慮し、制御部３０は、判定値Ｋに正負の尤度を持たせて判定を実施する。更に言うと、制御部３０は、結線切替成否判定を行う場合、切り替え後の二次磁束φｄｒの推定値と第２の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数φａが減磁レベルに基づいて補正された値とを比較するとき、判定値Ｋに正負の尤度を持たせて結線切替成否判定を行う。これにより、駆動装置１００は、結線の切り替えが正常に行われたにもかかわらず切り替えが失敗したと判定することを防止することができる。

【0043】

制御部３０は、結線切替成否判定において切り替えが失敗したと判断した場合、インバータ停止信号Ｓｏを第２の値、例えばＨｉｇｈを示す信号とすることでＰＷＭ信号Ｓｍを非アクティブにし、電動機１を停止させる。更に言うと、制御部３０は、結線切替成否判定の結果、切替状態が異常であると判断した場合、電動機１を停止させる動作を行う。

【0044】

次に、結線切替動作について詳細を説明する。

【0045】

運転指令部３１は、Ｙ結線とΔ結線とのうち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ともに、結線の切り替え動作中にゼロ選択信号Ｓｚの値を一時的に変化させる。

【0046】

例えば、結線の切り替えに際し、運転指令部３１は、通常Ｌｏｗを示すゼロ選択信号Ｓｚを、一時的にＨｉｇｈを示す信号とする。ゼロ選択信号ＳｚがＨｉｇｈを示す期間中に、運転指令部３１は、結線選択信号Ｓｃを、Ｈｉｇｈを示す信号からＬｏｗを示す信号に、又はＬｏｗを示す信号からＨｉｇｈを示す信号に切り替える。

【0047】

インバータ制御部３２は、インバータ４を制御するため、電動機１の負荷電流を検出する検出部から供給される情報に基づいて、ＰＷＭ信号Ｓｍを生成してインバータ４に供給する。ＰＷＭ信号Ｓｍが供給されたインバータ４は、ＰＷＭ信号Ｓｍにしたがって出力の電圧値と周波数とを変化させて電動機１を駆動する。なお、図６では、母線電流Ｉｄｃについての情報から電動機１の負荷電流を推定する例が示されている。

【0048】

以下、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。

【0049】

電動機１が運転中、すなわち、結線切替装置２０を構成する切替器２１，２２，２３に電流が流れている状態で、励磁コイル２１１，２２１，２３１に流れる電流が操作された場合、具体的には励磁コイル２１１，２２１，２３１がオフからオンに又はオンからオフに切り替えられた場合、共通接点２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの接続は、常閉接点２１ｂ，２２ｂ，２３ｂに、又は常開接点２１ａ，２２ａ，２３ａに切り替わる。切り替わりが起きるときにインバータ４から電動機１への給電が続いていたとすると、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が発生する可能性がある。

【0050】

しかし、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、電動機１の起動時の電流が増加したり、電動機１が再起動することができなくなったりするおそれがある。例えば、電動機１が空気調和装置の圧縮機を負荷とする場合、圧縮機を駆動するために電動機１の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、圧縮機が冷媒を加圧することができなくなり、冷房能力又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おそれがある。

【0051】

結線切替装置２０に流れる電流がゼロとなるよう制御し、その状態で結線切替装置２０に切り替え動作を行わせれば、切り替えの際に切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電が発生することを防ぐことができる。このようにすれば、切り替えのために、電動機１の回転速度をゼロにする必要がなくなる。

【0052】

結線切替装置２０に流れる電流が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、電流がゼロとなるように制御する方法がある。又は、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方法がある。又は、それら両方の方法を併用することにより、結線切替装置２０に流れる電流がゼロとなることを実現することができる。

【0053】

図７は、実施の形態１における結線の切り替えが行われる際の制御シーケンスを説明するための図である。図７では、Ｙ結線からΔ結線への切り替えが想定されている。図７（Ａ）は、結線切替装置２０に流れる電流を示している。図７（Ｂ）は、ゼロ選択信号Ｓｚのタイムチャートを示している。図７（Ｃ）は、結線選択信号Ｓｃのタイムチャートを示している。図７（Ｄ）は、二次磁束φｄｒの推定値と、誘起電圧定数φａとを示している。

【0054】

ゼロ選択信号ＳｚがＬｏｗを示す信号からＨｉｇｈを示す信号となる前に、制御部３０は、切り替え前の二次磁束φｄｒを推定し、電動機１の減磁レベルを演算する。結線の切り替え後、電動機１に電流を再度通流する際の制御が安定するまでの制御応答の時定数と、二次磁束φｄｒの推定における収束速度とにより、結線の切り替え直後に二次磁束φｄｒを推定すると、誤った推定が行われるおそれがある。そこで、二次磁束φｄｒの推定値が安定した後に、すなわち、結線の切り替えが実施された時から予め設定された時間が経過した後に、制御部３０は、二次磁束φｄｒを再度推定し、結線切替成否判定を行う。

【0055】

そのようにすることで、制御部３０は、結線の切り替えが正常に行われたにもかかわらず切り替えが失敗したと判定すること、又は、切り替えが失敗したにも関わらず切り替えが正常に行われたと判定することを防止することができる。

【0056】

なお、図７では、Ｙ結線からΔ結線への切り替えが想定されているが、Δ結線からＹ結線への切り替えも同様に行われる。但し、Δ結線からＹ結線への切り替えが行われる場合、図７（Ｃ）の結線選択信号Ｓｃの内容は、ＬｏｗからＨｉｇｈではなく、ＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わる。

【0057】

上述のように、実施の形態１に係る駆動装置１００が有する制御部３０は、結線切替装置２０により第１の結線が選択された後、切り替え前の二次磁束を推定し、切り替え前の二次磁束の推定値と第１の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数とを比較することで減磁レベルを判定し、結線切替装置２０により第２の結線への切り替えが行われた後、切り替え後の二次磁束を推定し、切り替え後の二次磁束の推定値と第２の結線の状態における予め設定された誘起電圧定数が減磁レベルに基づいて補正された値とを比較することで結線切替成否判定を行う。したがって、駆動装置１００は、結線の切り替え後の二次磁束φｄｒの推定値と予め設定された結線の切り替え後の状態における誘起電圧定数φａを減磁レベルに基づいて補正された値とを比較することで、電動機１の減磁レベルによらず、結線切替成否判定を適切に行うことができる。

【0058】

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る空気調和装置２００の構成を示す図である。空気調和装置２００は、実施の形態１で説明された駆動装置１００を有する。実施の形態２では、駆動装置１００は、空気調和装置２００が有する圧縮機９０４を駆動する電動機１を駆動する。つまり、空気調和装置２００は、駆動装置１００によって駆動される電動機１を有する。空気調和装置２００は、電動機１を駆動源として冷凍サイクル９００の冷媒を圧縮する圧縮機９０４を更に有する。

【0059】

冷凍サイクル９００は、四方弁９０２の切り替え動作により暖房運転又は冷房運転を行うことができる。暖房運転時には、実線の矢印が示すように、冷媒は、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、破線の矢印が示すように、冷媒は、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。

【0060】

交流電源２に接続された駆動装置１００は可変速制御を行って電動機１を駆動し、電動機１は圧縮機９０４を駆動する。暖房運転時には、室内熱交換器９０６は凝縮器として機能し、室外熱交換器９１０は蒸発器として機能する。冷房運転時には、室外熱交換器９１０は凝縮器として機能し、室内熱交換器９０６は蒸発器として機能して熱を吸収する。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。

【0061】

室内の温度調整の程度により、圧縮機９０４の圧力比が変動し、室内の設定温度と室内の実際の温度とが大きく離れている場合、駆動装置１００は、電動機１の回転速度を大きくし、高圧縮状態を生じさせる。

【0062】

上述のように、実施の形態２に係る空気調和装置２００は、実施の形態１で説明された駆動装置１００を有するので、圧縮機９０４を停止させずに、駆動状況に対応して電動機１の結線の切り替えを行うことができ、ひいては空気調和についての空調運転を継続することができる。すなわち、空気調和装置２００は、ユーザの快適性を向上させることができる。また、結線切替成否判定が正しく行われるため、空気調和装置２００は、結線の切り替えの異常時において駆動装置１００が有するインバータ４を停止させることができ、結線が異常である状態での運転が継続することを防止することができる。

【0063】

図９は、実施の形態１に係る駆動装置１００が有する制御部３０の一部又は全部がプロセッサ９１によって実現される場合のプロセッサ９１を示す図である。つまり、制御部３０の一部又は全部の機能は、メモリ９２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ９１によって実現されてもよい。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理システム、演算システム、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図９には、メモリ９２も示されている。

【0064】

制御部３０の一部又は全部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、当該一部又は全部の機能は、プロセッサ９１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせとによって実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部３０の一部又は全部の機能を実現する。

【0065】

制御部３０の一部又は全部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、駆動装置１００は、制御部３０によって実行されるステップの一部又は全部が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を有する。メモリ９２に格納されるプログラムは、制御部３０が実行する手順又は方法の少なくとも一部をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

【0066】

メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性若しく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、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

【0067】

図１０は、実施の形態１に係る駆動装置１００が有する制御部３０の一部又は全部が処理回路９３によって実現される場合の処理回路９３を示す図である。つまり、制御部３０の一部又は全部は、処理回路９３によって実現されてもよい。

【0068】

処理回路９３は、専用のハードウェアである。処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。

【0069】

制御部３０の一部は、制御部３０の残部とは別個の専用のハードウェアによって実現されてもよい。

【0070】

制御部３０の複数の機能について、当該複数の機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該複数の機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、制御部３０の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

【0071】

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】

【0072】

１ 電動機、２ 交流電源、３ コンバータ、４ インバータ、５ 負荷、６ａ，６ｂ 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、２５ 電源、３０ 制御部、３１ 運転指令部、３２ 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，４１ｄ，４２ｃ，４２ｄ，４３ｃ，４３ｄ 外部端子、９１ プロセッサ、９２ メモリ、９３ 処理回路、１００ 駆動装置、２００ 空気調和装置、２０４ 半導体スイッチ、２１１，２２１，２３１ 励磁コイル、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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】