CN109863690B - 驱动装置、空调机以及电动机的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

驱动装置(100)驱动具有线圈(3)的电动机(1)。驱动装置(100)具备：切换线圈(3)的接线状态的接线切换部(60)、检测室内温度的温度传感器(54)以及基于温度传感器(54)的检测温度来切换线圈(3)的接线状态的控制装置(50)。

Description

驱动装置、空调机以及电动机的驱动方法
技术领域
本发明涉及驱动电动机的驱动装置、具有电动机的空调机以及电动机的驱动方法。
背景技术
关于在空调机等中使用的电动机，为了提高低速旋转时和高速旋转时的运转效率，将电动机的线圈的接线状态在Y接线(星形接线)和三角形接线(也称为三角接线或△接线)之间进行切换(例如，参照专利文献1)。
具体而言，进行如下控制：将电动机的转速与阈值进行比较，在转速大于阈值或者小于阈值的状态经过了一定时间的情况下，从Y接线切换为三角形接线(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-216324号公报
专利文献2：日本专利第4619826号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在该情况下，由于需要使转速的测定以及与阈值的比较持续一定时间，因此难以迅速地应对急剧的负载变动。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够迅速地应对负载变动的电动机。
解决技术问题的技术方案
本发明的驱动装置是驱动具有线圈的电动机的驱动装置，具备切换线圈的接线状态的接线切换部、检测室内温度的温度传感器、以及基于温度传感器的检测温度来切换线圈的接线状态的控制装置。
发明效果
根据本发明，由于基于温度传感器的检测温度来切换线圈的接线状态，因此能够使电动机迅速地应对负载变动。
附图说明
图1是示出实施方式1的电动机的结构的剖视图。
图2是示出实施方式1的旋转式压缩机的结构的剖视图。
图3是示出实施方式1的空调机的结构的框图。
图4是示出实施方式1的空调机的控制系统的基本结构的概念图。
图5是示出实施方式1的空调机的控制系统的框图(A)以及示出根据室内温度来控制压缩机的电动机的部分的框图(B)。
图6是示出实施方式1的驱动装置的结构的框图。
图7是示出实施方式1的驱动装置的结构的框图。
图8是示出实施方式1的线圈的接线状态的切换动作的示意图(A)及(B)。
图9是示出实施方式1的线圈的接线状态的示意图。
图10是示出实施方式1的空调机的基本动作的流程图。
图11是示出实施方式1的空调机的接线切换动作的流程图。
图12是示出实施方式1的空调机的接线切换动作的流程图。
图13示出实施方式1的空调机的接线切换动作的其它例子的流程图(A)及(B)。
图14是示出实施方式1的空调机的动作的一例的时序图。
图15是示出在电动机中将线圈以Y接线进行接线的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。
图16是示出在电动机中将线圈以Y接线进行接线并进行弱磁控制(field-weakening control)的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。
图17是示出进行了图16所示的弱磁控制的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。
图18是示出进行了图16所示的弱磁控制的情况下的电动机转矩与转速的关系的曲线图。
图19是示出在分别将线圈的接线状态设为Y接线的情况和设为三角形接线的情况下，线间电压与转速的关系的曲线图。
图20是示出进行了从Y接线向三角形接线的切换的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。
图21是示出在分别将线圈的接线状态设为Y接线的情况和设为三角形接线的情况下，电动机效率与转速的关系的曲线图。
图22是示出将线圈的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在比制热中间条件稍小的转速下线间电压达到逆变器最大输出电压、从Y接线切换为三角形接线的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。
图23是示出在分别将线圈的接线状态设为Y接线的情况和设为三角形接线的情况下，电动机扭矩与转速的关系的曲线图。
图24是示出将线圈的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在比制热中间条件稍小的转速下线间电压达到逆变器最大输出电压、从Y接线切换为三角形接线的情况下的电动机扭矩与转速的关系的曲线图。
图25是示出由转换器切换母线电压的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。
图26是示出在实施方式1中进行了线圈的接线状态的切换和转换器的母线电压的切换的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。
图27是示出在分别将线圈的接线状态设为Y接线的情况和设为三角形接线的情况下，电动机效率与转速的关系的曲线图。
图28是示出在实施方式1中进行了线圈的接线状态的切换和转换器的母线电压的切换的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。
图29是示出在分别将线圈的接线状态设为Y接线的情况和设为三角形接线的情况下，电动机扭矩与转速的关系的曲线图。
图30是示出在实施方式1中进行了线圈的接线状态的切换和转换器的母线电压的切换的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。
图31是示出实施方式1的第1变形例中的电动机效率与转速的关系的曲线图(A)、(B)。
图32是示出实施方式1的第2变形例中的线间电压与转速的关系的曲线图。
图33是用于说明实施方式1的第3变形例的线圈的接线状态的切换动作的示意图(A)、(B)。
图34是用于说明实施方式1的第3变形例的线圈的接线状态的切换动作的其它例子的示意图(A)、(B)。
图35是示出实施方式1的第4变形例中的接线切换动作的流程图。
图36是示出实施方式1的第5变形例中的接线切换动作的流程图。
图37是示出实施方式2的空调机的结构的框图。
图38是示出实施方式2的空调机的控制系统的框图。
图39是示出实施方式2的驱动装置的控制系统的框图。
图40是示出实施方式2的空调机的基本动作的流程图。
图41是示出实施方式2的变形例的空调机的基本动作的流程图。
附图标记
1电动机；3、3U、3V、3W线圈；5、500空调机；5A室内机；5B室外机；8旋转式压缩机(压缩机)；9压缩机构；10定子；11定子铁芯；12齿部；20转子；21转子铁芯；25永磁铁；41压缩机；42四通阀；43室外热交换器；44膨胀阀；45室内热交换器；46室外送风风扇；47室内送风风扇；50控制装置；50a室内控制装置；50b室外控制装置；50c联络电缆；51输入电路；52运算电路；53输出电路；54室内温度传感器；55遥控器；56信号接收部；57CPU；58存储器；60接线切换部；61、62、63开关；71压缩机温度传感器；80壳；81玻璃端子；85排出管；90轴；100、100a驱动装置；101电源；102转换器；103逆变器。
具体实施方式
实施方式1
<电动机的结构>
对本发明的实施方式1进行说明。图1是示出本发明的实施方式1的电动机1的结构的剖视图。该电动机1是永磁嵌入式电动机，例如用于旋转式压缩机。电动机1具备定子10和以能够旋转的方式设置于定子10的内侧的转子20。在定子10和转子20之间形成有例如0.3～1mm的气隙。另外，图1是与转子20的旋转轴正交的面的剖视图。
以下，将转子20的轴向(旋转轴的方向)简称为“轴向”。另外，将沿着定子10和转子20的外周(圆周)的方向简称为“周向”。将定子10和转子20的半径方向简称为“径向”。
定子10具备定子铁芯11和卷绕于定子铁芯11的线圈3。定子铁芯11是在旋转轴方向上层叠厚度为0.1～0.7mm(在此为0.35mm)的多个电磁钢板并通过铆接而紧固而成的部件。
定子铁芯11具有环状的轭部13和从轭部13向径向内侧突出的多个(在此为9个)齿部12。在相邻的齿部12之间形成有槽。各齿部12在径向内侧的前端具有宽度(定子铁芯11的周向的尺寸)大的齿顶部。
在各齿部12上，隔着绝缘体(绝缘物)14卷绕有作为定子绕组的线圈3。线圈3例如是将线径(直径)为0.8mm的磁导线集中卷绕于各齿部12并卷绕110匝(110圈)而成的。线圈3的匝数和线径根据电动机1所要求的特性(转速、转矩等)、供给电压或槽的截面积来决定。
线圈3由U相、V相以及W相这三相绕组(称为线圈3U、3V、3W)构成。各相的线圈3的两个端子开放。即，线圈3具有合计6个端子。如后所述，线圈3的接线状态构成为能够在Y接线和三角形接线之间进行切换。绝缘体14例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)形成的膜构成，厚度为0.1～0.2mm。
定子铁芯11具有多个(在此为9个)块经由薄型部连结而成的结构。在将定子铁芯11展开为带状的状态下，在各齿部12卷绕磁导线，然后，将定子铁芯11弯曲成环状并焊接两端部。
这样，由较薄的膜构成绝缘体14，并且为了易于绕线而使定子铁芯11成为分割构造，这在增加槽内的线圈3的匝数的方面是有效的。另外，定子铁芯11并不限定于如上所述具有多个块(分割铁芯)连结而成的结构。
转子20具有转子铁芯21和安装于转子铁芯21的永磁铁25。转子铁芯21是在旋转轴方向上层叠厚度为0.1～0.7mm(在此为0.35mm)的多个电磁钢板并通过铆接而紧固而成的部件。
转子铁芯21具有圆筒形状，在其径向中心形成有轴孔27(中心孔)。成为转子20的旋转轴的轴(例如旋转式压缩机8的轴90)通过热压配合(shrinkage fitting)或压入配合(press fitting)等固定于轴孔27。
沿着转子铁芯21的外周面形成有供永磁铁25插入的多个(在此为6个)磁铁插入孔22。磁铁插入孔22是空隙，1个磁极对应1个磁铁插入孔22。在此，由于设有6个磁铁插入孔22，所以转子20整体为6极。
在此，磁铁插入孔22具有周向的中央部向径向内侧突出的V字形状。另外，磁铁插入孔22并不限定于V字形状，也可以是例如直的形状。
在1个磁铁插入孔22内配置有两个永磁铁25。即，对1个磁极配置两个永磁铁25。在此，如上所述，转子20为6极，因此配置合计12个永磁铁25。
永磁铁25是在转子铁芯21的轴向上长的平板状构件，在转子铁芯21的周向上具有宽度，在径向上具有厚度。永磁铁25例如由以钕(Nd)、铁(Fe)和硼(B)为主成分的稀土类磁铁构成。
永磁铁25在厚度方向上被磁化。另外，配置在1个磁铁插入孔22内的两个永磁铁25以相同的磁极朝向径向的相同侧的方式被磁化。
在磁铁插入孔22的周向两侧分别形成有磁通屏障26。磁通屏障26是与磁铁插入孔22连续地形成的空隙。磁通屏障26用于抑制相邻的磁极间的漏磁通(即，通过极间流动的磁通)。
在转子铁芯21中，在各磁铁插入孔22的周向的中央部形成有作为突起的第1磁铁保持部23。另外，在转子铁芯21中，在磁铁插入孔22的周向的两端部分别形成有作为突起的第2磁铁保持部24。第1磁铁保持部23以及第2磁铁保持部24在各磁铁插入孔22内对永磁铁25进行定位并保持。
如上所述，定子10的槽数(即齿部12的数量)为9，转子20的极数为6。即，电动机1的转子20的极数与定子10的槽数之比为2：3。
在电动机1中，线圈3的接线状态在Y接线和三角形接线之间切换，而在使用三角形接线的情况下，可能有循环电流流过而电动机1的性能可能降低。循环电流起因于各相的绕组中的感应电压中产生的三次谐波。已知在极数与槽数的比为2：3的集中卷绕的情况下，如果没有磁饱和等的影响，则在感应电压中不产生三次谐波，因此不会产生由循环电流引起的性能降低。
<旋转式压缩机的结构>
接着，对使用电动机1的旋转式压缩机8进行说明。图2是示出旋转式压缩机8的结构的剖视图。旋转式压缩机8具备壳80、配置于壳80内的压缩机构9、驱动压缩机构9的电动机1。旋转式压缩机8还具有将电动机1和压缩机构9以能够传递动力的方式连结的轴90(曲轴)。轴90嵌合于电动机1的转子20的轴孔27(图1)。
壳80例如是由钢板形成的密闭容器，覆盖电动机1以及压缩机构9。壳80具有上部壳80a和下部壳80b。在上部壳80a安装有作为端子部的玻璃端子81和排出管85，玻璃端子81用于从旋转式压缩机8的外部向电动机1供给电力，排出管85用于将在旋转式压缩机8内被压缩的制冷剂向外部排出。在此，从玻璃端子81引出合计6根引线，这6根引线中，各有两根与电动机1(图1)的线圈3的U相、V相以及W相分别对应。在下部壳80b容纳有电动机1以及压缩机构9。
压缩机构9沿着轴90具有呈圆环状的第1缸体91和第2缸体92。第1缸体91和第2缸体92固定于壳80(下部壳80b)的内周部。在第1缸体91的内周侧配置有圆环状的第1活塞93，在第2缸体92的内周侧配置有圆环状的第2活塞94。第1活塞93和第2活塞94是与轴90一起旋转的旋转式活塞。
在第1缸体91与第2缸体92之间设有分隔板97。分隔板97是在中央具有贯通孔的圆板状的构件。在第1缸体91和第2缸体92的缸体室中，设置有将缸体室分为吸入侧和压缩侧的叶片(未图示)。第1缸体91、第2缸体92以及分隔板97通过螺栓98被固定为一体。
在第1缸体91的上侧以遮盖第1缸体91的缸体室的上侧的方式配置有上部框架95。在第2缸体92的下侧以遮盖第2缸体92的缸体室的下侧的方式配置有下部框架96。上部框架95和下部框架96以能够旋转的方式支承轴90。
在壳80的下部壳80b的底部储存有对压缩机构9的各滑动部进行润滑的冷冻机油(未图示)。冷冻机油在沿轴向形成于轴90的内部的孔90a内上升，从形成于轴90的多个部位的供油孔90b被供给至各滑动部。
电动机1的定子10通过热压配合被安装于壳80的内侧。从安装于上部壳80a的玻璃端子81向定子10的线圈3供给电力。在转子20的轴孔27(图1)固定有轴90。
在壳80安装有储存制冷剂气体的储液器(accumulator)87。储液器87被例如设置于下部壳80b的外侧的保持部80c保持。在壳80安装有一对吸入管88、89，经由该吸入管88、89从储液器87向缸体91、92供给制冷剂气体。
作为制冷剂，可以使用例如R410A、R407C或R22等，但从防止全球变暖的观点出发，优选使用低GWP(全球变暖系数，global warming potential)的制冷剂。作为低GWP的制冷剂，能够使用例如以下制冷剂。
(1)首先，能够使用组成中具有碳的双键的卤代烃，例如HFO(Hydro-Fluoro-Orefin，氢氟烯烃)-1234yf(CF3CF＝CH2)。HFO-1234yf的GWP为4。
(2)另外，也可以使用组成中具有碳的双键的烃，例如R1270(丙烯)。R1270的GWP为3，低于HFO-1234yf，但可燃性高于HFO-1234yf。
(3)另外，也可以使用包含组成中具有碳的双键的卤代烃或组成中具有碳的双键的烃中的至少任一种的混合物，例如HFO-1234yf与R32的混合物。上述HFO-1234yf由于是低压制冷剂而压力损失倾向于变大，有可能导致制冷环路(特别是蒸发器)的性能降低。因此，在实用上优选使用与相比于HFO-1234yf为高压制冷剂的R32或R41的混合物。
旋转式压缩机8的基本动作如下所述。从储液器87供给的制冷剂气体通过吸入管88、89被供给至第1缸体91和第2缸体92的各缸体室。当电动机1被驱动而转子20旋转时，轴90与转子20一起旋转。然后，嵌合于轴90的第1活塞93和第2活塞94在各缸体室内进行偏心旋转，在各缸体室内压缩制冷剂。被压缩的制冷剂通过设置于电动机1的转子20的孔(未图示)而在壳80内上升，并从排出管85被排出至外部。
<空调机的结构>
接着，对包括实施方式1的驱动装置的空调机5进行说明。图3是示出空调机5的结构的框图。空调机5具备设置于室内(空气调节对象空间)的室内机5A和设置于屋外的室外机5B。室内机5A和室外机5B通过供制冷剂流动的连接配管40a、40b连接。通过冷凝器的液体制冷剂在连接配管40a中流动。通过了蒸发器的气体制冷剂在连接配管40b中流动。
在室外机5B配置有对制冷剂进行压缩并排出的压缩机41、对制冷剂的流动方向进行切换的四通阀(制冷剂流路切换阀)42、进行外部气体与制冷剂的热交换的室外热交换器43、以及将高压制冷剂减压为低压的膨胀阀(减压装置)44。压缩机41由上述旋转式压缩机8(图2)构成。在室内机5A配置有进行室内空气与制冷剂的热交换的室内热交换器45。
这些压缩机41、四通阀42、室外热交换器43、膨胀阀44以及室内热交换器45通过包括上述连接配管40a、40b的配管40连接，构成制冷剂回路。由这些构成要素构成利用压缩机41使制冷剂循环的压缩式制冷环路(压缩式热泵环路)。
为了控制空调机5的运转，在室内机5A配置有室内控制装置50a，在室外机5B配置有室外控制装置50b。室内控制装置50a和室外控制装置50b分别具有控制基板，在所述控制基板形成有用于控制空调机5的各种电路。室内控制装置50a和室外控制装置50b通过联络电缆50c相互连接。联络电缆50c与上述连接配管40a、40b一起被捆扎。
在室外机5B，以与室外热交换器43对置的方式配置有作为送风机的室外送风风扇46。室外送风风扇46通过旋转而生成通过室外热交换器43的空气流。室外送风风扇46由例如螺旋桨式风扇构成。
四通阀42由室外控制装置50b控制，切换制冷剂的流动方向。在四通阀42位于图3中实线所示的位置时，将从压缩机41排出的气体制冷剂向室外热交换器43(冷凝器)输送。另一方面，在四通阀42位于图3中虚线所示的位置时，将从室外热交换器43(蒸发器)流入的气体制冷剂向压缩机41输送。膨胀阀44由室外控制装置50b控制，通过改变开度而将高压制冷剂减压至低压。
在室内机5A，以与室内热交换器45对置的方式配置有作为送风机的室内送风风扇47。室内送风风扇47通过旋转而生成通过室内热交换器45的空气流。室内送风风扇47由例如横流风扇构成。
在室内机5A设置有作为温度传感器的室内温度传感器54，该室内温度传感器54测定室内(空气调节对象空间)的空气温度即室内温度Ta，并将测定出的温度信息(信息信号)发送给室内控制装置50a。室内温度传感器54可以由一般的空调机所使用的温度传感器构成，也可以使用对室内的墙壁或地板等的表面温度进行检测的辐射温度传感器。
在室内机5A设置有信号接收部56，该信号接收部56接收从用户操作的遥控器55(远程操作装置)发送的指示信号(运转指示信号)。遥控器55是用户对空调机5进行运转输入(运转开始以及停止)或者运转内容(设定温度、风速等)的指示的装置。
压缩机41构成为在通常运转时能够在20～130rps的范围变更运转转速。随着压缩机41的转速的增加，制冷剂回路的制冷剂循环量增加。控制装置50(更具体而言为室外控制装置50b)根据由室内温度传感器54得到的当前的室内温度Ta与用户用遥控器55设定的设定温度Ts的温度差ΔT，来控制压缩机41的转速。温度差ΔT越大，压缩机41越以高速旋转，使制冷剂的循环量增加。
室内送风风扇47的旋转由室内控制装置50a控制。室内送风风扇47的转速能够切换至多个等级。在此，例如能够将转速切换至强风、中风及弱风这3个等级。另外，在通过遥控器55而风速设定被设定为自动模式的情况下，根据测定出的室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT，切换室内送风风扇47的转速。
室外送风风扇46的旋转由室外控制装置50b控制。室外送风风扇46的转速能够切换至多个等级。在此，根据测定出的室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT，切换室外送风风扇46的转速。
室内机5A还具备左右风向板48和上下风向板49。左右风向板48和上下风向板49改变在室内热交换器45进行了热交换的调和空气被室内送风风扇47吹出至室内时的吹出方向。左右风向板48左右变更吹出方向，上下风向板49上下变更吹出方向。左右风向板48和上下风向板49各自的角度、即吹出气流的风向由室内控制装置50a基于遥控器55的设定进行控制。
空调机5的基本动作如下所述。在制冷运转时，四通阀42被切换到实线所示的位置，从压缩机41排出的高温高压的气体制冷剂流入室外热交换器43。在该情况下，室外热交换器43作为冷凝器而工作。在由于室外送风风扇46的旋转而空气通过室外热交换器43时，通过热交换夺取制冷剂的冷凝热。制冷剂冷凝而成为高压低温的液体制冷剂，由膨胀阀44绝热膨胀而成为低压低温的二相制冷剂。
通过了膨胀阀44的制冷剂流入室内机5A的室内热交换器45。室内热交换器45作为蒸发器而工作。在由于室内送风风扇47的旋转而空气通过室内热交换器45时，通过热交换而被制冷剂夺取蒸发热，由此被冷却的空气被供给至室内。制冷剂蒸发而成为低温低压的气体制冷剂，由压缩机41再次被压缩成高温高压制冷剂。
在制热运转时，四通阀42被切换到点线所示的位置，从压缩机41排出的高温高压的气体制冷剂流入室内热交换器45。在该情况下，室内热交换器45作为冷凝器而工作。在由于室内送风风扇47的旋转而空气通过室内热交换器45时，通过热交换从制冷剂夺取冷凝热，由此被加热的空气被供给到室内。另外，制冷剂冷凝而成为高压低温的液体制冷剂，由膨胀阀44绝热膨胀而成为低压低温的二相制冷剂。
通过了膨胀阀44的制冷剂流入室外机5B的室外热交换器43。室外热交换器43作为蒸发器而工作。在由于室外送风风扇46的旋转而空气通过室外热交换器43时，通过热交换而被制冷剂夺取蒸发热。制冷剂蒸发而成为低温低压的气体制冷剂，由压缩机41再次被压缩成高温高压制冷剂。
图4是示出空调机5的控制系统的基本结构的概念图。上述的室内控制装置50a和室外控制装置50b经由联络电缆50c相互交换信息来控制空调机5。在此，将室内控制装置50a和室外控制装置50b合起来称为控制装置50。
图5(A)是示出空调机5的控制系统的框图。控制装置50由例如微型计算机构成。在控制装置50组装有输入电路51、运算电路52以及输出电路53。
信号接收部56从遥控器55接收到的指示信号被输入到输入电路51。指示信号包括例如设定运转输入、运转模式、设定温度、风量或风向的信号。另外，表示室内温度传感器54检测出的室内温度的温度信息被输入到输入电路51。输入电路51将输入的这些信息输出到运算电路52。
运算电路52具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)57和存储器58。CPU57进行运算处理和判断处理。存储器58存储有在空调机5的控制中使用的各种设定值和程序。运算电路52基于从输入电路51输入的信息进行运算和判断，并将其结果输出到输出电路53。
输出电路53基于从运算电路52输入的信息，将控制信号输出到压缩机41、接线切换部60(后述)、转换器102、逆变器103、压缩机41、四通阀42、膨胀阀44、室外送风风扇46、室内送风风扇47、左右风向板48以及上下风向板49。
如上所述，室内控制装置50a和室外控制装置50b(图4)经由联络电缆50c相互交换信息，控制室内机5A和室外机5B的各种设备，因此在此将室内控制装置50a和室外控制装置50b合起来表达为控制装置50。实际上，室内控制装置50a和室外控制装置50b分别由微型计算机构成。另外，也可以仅在室内机5A和室外机5B中的任一方搭载控制装置，对室内机5A和室外机5B的各种设备进行控制。
图5(B)是示出在控制装置50中基于室内温度Ta控制压缩机41的电动机1的部分的框图。控制装置50的运算电路52具备接收内容分析部52a、室内温度获取部52b、温度差计算部52c以及压缩机控制部52d。这些包含于例如运算电路52的CPU 57。
接收内容分析部52a对从遥控器55经由信号接收部56以及输入电路51输入的指示信号进行分析。接收内容分析部52a基于分析结果，将例如运转模式以及设定温度Ts输出到温度差计算部52c。室内温度获取部52b获取从室内温度传感器54经由输入电路51输入的室内温度Ta，并输出到温度差计算部52c。
温度差计算部52c计算从室内温度获取部52b输入的室内温度Ta与从接收内容分析部52a输入的设定温度Ts的温度差ΔT。在从接收内容分析部52a输入的运转模式是制热运转的情况下，以温度差ΔT＝Ts－Ta来计算。在运转模式为制冷运转的情况下，以温度差ΔT＝Ta－Ts来计算。温度差计算部52c将计算出的温度差ΔT输出到压缩机控制部52d。
压缩机控制部52d基于从温度差计算部52c输入的温度差ΔT，控制驱动装置100，由此控制电动机1的转速(即压缩机41的转速)。
<驱动装置的结构>
接下来，对驱动电动机1的驱动装置100进行说明。图6是示出驱动装置100的结构的框图。驱动装置100构成为具备对电源101的输出进行整流的转换器102、向电动机1的线圈3输出交流电压的逆变器103、切换线圈3的接线状态的接线切换部60、以及控制装置50。从作为交流(AC)电源的电源101对转换器102供给电力。
电源101是例如200V(有效电压)的交流电源。转换器102是整流电路，输出例如280V的直流(DC)电压。将从转换器102输出的电压称为母线电压。逆变器103被从转换器102供给母线电压，向电动机1的线圈3输出线间电压(也称为电动机电压)。对逆变器103连接有分别与线圈3U、3V、3W连接的布线104、105、106。
线圈3U具有端子31U、32U。线圈3V具有端子31V、32V。线圈3W具有端子31W、32W。布线104与线圈3U的端子31U连接。布线105与线圈3V的端子31V连接。布线106与线圈3W的端子31W连接。
接线切换部60具有开关61、62、63。开关61将线圈3U的端子32U与布线105以及中性点33中的任一个连接。开关62将线圈3V的端子32V与布线106以及中性点33中的任一个连接。开关63将线圈3W的端子32W与布线104以及中性点33中的任一个连接。在此，接线切换部60的开关61、62、63由继电器触点构成。但是，也可以由半导体开关构成。
控制装置50控制转换器102、逆变器103以及接线切换部60。控制装置50的结构如参照图5所说明的那样。对控制装置50输入从信号接收部56接收到的来自遥控器55的运转指示信号和室内温度传感器54检测出的室内温度。控制装置50基于这些输入信息，向转换器102输出电压切换信号，向逆变器103输出逆变器驱动信号，向接线切换部60输出接线切换信号。
在图6所示的状态下，开关61将线圈3U的端子32U与中性点33连接，开关62将线圈3V的端子32V与中性点33连接，开关63将线圈3W的端子32W与中性点33连接。即，线圈3U、3V、3W的端子31U、31V、31W与逆变器103连接，端子32U、32V、32W与中性点33连接。
图7是示出在驱动装置100中接线切换部60的开关61、62、63被切换的状态的框图。在图7所示的状态下，开关61将线圈3U的端子32U与布线105连接，开关62将线圈3V的端子32V与布线106连接，开关63将线圈3W的端子32W与布线104连接。
图8(A)是示出开关61、62、63处于图6所示的状态时的线圈3U、3V、3W的接线状态的示意图。线圈3U、3V、3W分别在端子32U、32V、32W处与中性点33连接。因此，线圈3U、3V、3W的接线状态为Y接线(星形接线)。
图8(B)是示出开关61、62、63处于图7所示的状态时的线圈3U、3V、3W的接线状态的示意图。线圈3U的端子32U经由布线105(图7)与线圈3V的端子31V连接。线圈3V的端子32V经由布线106(图7)与线圈3W的端子31W连接。线圈3W的端子32W经由布线104(图7)与线圈3U的端子31U连接。因此，线圈3U、3V、3W的接线状态为三角形接线(三角接线)。
这样，接线切换部60利用开关61、62、63的切换，能够在Y接线(第1接线状态)以及三角形接线(第2接线状态)之间切换电动机1的线圈3U、3V、3W的接线状态。
图9是示出线圈3U、3V、3W各自的线圈部分的示意图。如上所述，电动机1具有9个齿部12(图1)，线圈3U、3V、3W分别卷绕于3个齿部12。即，线圈3U是将卷绕于3个齿部12的U相的线圈部分Ua、Ub、Uc串联连接而成的。同样地，线圈3V是将卷绕于3个齿部12的V相的线圈部分Va、Vb、Vc串联连接而成的。另外，线圈3W是将卷绕于3个齿部12的W相的线圈部分Wa、Wb、Wc串联连接而成的。
<空调机的动作>
图10～12是示出空调机5的基本动作的流程图。空调机5的控制装置50通过信号接收部56从遥控器55接收起动信号，由此开始运转(步骤S101)。在此，控制装置50的CPU 57起动。如后所述，空调机5在上一次结束时将线圈3的接线状态切换为三角形接线而结束，因此在运转开始时(起动时)，线圈3的接线状态为三角形接线。
接下来，控制装置50进行空调机5的起动处理(步骤S102)。具体而言，例如驱动室内送风风扇47和室外送风风扇46的各风扇马达。
接下来，控制装置50向转换器102输出电压切换信号，将转换器102的母线电压升压至与三角形接线对应的母线电压(例如390V)(步骤S103)。转换器102的母线电压是从逆变器103对电动机1施加的最大电压。
接下来，控制装置50起动电动机1(步骤S104)。由此，电动机1在线圈3的接线状态为三角形接线的状态下被起动。另外，控制装置50控制逆变器103的输出电压来控制电动机1的转速。
具体而言，控制装置50根据温度差ΔT，使电动机1的转速以预先设定的速度阶段性地上升。电动机1的转速的允许的最大转速为例如130rps。由此，使压缩机41的制冷剂循环量增加，在制冷运转的情况下提高制冷能力，在制热运转的情况下提高制热能力。
另外，当由于空调效果而室内温度Ta接近设定温度Ts、温度差ΔT表现出减少倾向时，控制装置50根据温度差ΔT使电动机1的转速减少。当温度差ΔT减少至预先设定的零附近温度(但大于0)时，控制装置50以允许的最小转速(例如20rps)运转电动机1。
另外，在室内温度Ta达到设定温度Ts时(即温度差ΔT变为0以下时)，控制装置50为了防止过度制冷(或者过度制热)而停止电动机1的旋转。由此，压缩机41变为停止的状态。然后，在温度差ΔT再次大于0的情况下，控制装置50重启电动机1的旋转。另外，控制装置50限制电动机1在短时间内重启旋转以使得在短时间内不反复进行电动机1的旋转和停止。
另外，当电动机1的转速达到预先设定的转速时，逆变器103开始弱磁控制。关于弱磁控制，参照图15～30在后说明。
控制装置50判断是否从遥控器55经由信号接收部56接收到运转停止信号(空调机5的运转停止信号)(步骤S105)。在未接收到运转停止信号的情况下，进入步骤S106。另一方面，在接收到运转停止信号的情况下，控制装置50进入步骤S109。
控制装置50获取由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与由遥控器55设定的设定温度Ts的温度差ΔT(步骤S106)，基于该温度差ΔT，判断是否需要将线圈3从三角形接线切换至Y接线。即，判断线圈3的接线状态是否为三角形接线，且上述温度差ΔT的绝对值是否为阈值ΔTr以下(步骤S107)。阈值ΔTr是与小到足以能够切换为Y接线的空调负载(也简称为“负载”)相应的温度差。
如上所述，ΔT在运转模式为制热运转的情况下由ΔT＝Ts－Ta表示，在制冷运转的情况下由ΔT＝Ta－Ts表示，因此在此对ΔT的绝对值与阈值ΔTr进行比较来判断是否需要切换至Y接线。
若步骤S107中的比较的结果为线圈3的接线状态为三角形接线且温度差ΔT的绝对值为阈值ΔTr以下，则进入步骤S121(图11)。
如图11所示，在步骤S121中，控制装置50向逆变器103输出停止信号，停止电动机1的旋转。之后，控制装置50向接线切换部60输出接线切换信号，将线圈3的接线状态从三角形接线切换为Y接线(步骤S122)。接下来，控制装置50向转换器102输出电压切换信号，将转换器102的母线电压降压至与Y接线对应的电压(280V)(步骤S123)，重启电动机1的旋转(步骤S124)。之后，返回上述的步骤S105(图10)。
当上述步骤S107中的比较的结果为线圈3的接线状态不是三角形接线时(是Y接线时)、或者温度差ΔT的绝对值大于阈值ΔTr时(即不需要切换为Y接线时)，进入步骤S108。
在步骤S108，判断是否需要从Y接线向三角形接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为Y接线，并且上述温度差ΔT的绝对值是否大于阈值ΔTr。
若步骤S108中的比较的结果为线圈3的接线状态为Y接线且温度差ΔT的绝对值大于阈值ΔTr，则进入步骤S131(图12)。
如图12所示，在步骤S131中，控制装置50停止电动机1的旋转。之后，控制装置50向接线切换部60输出接线切换信号，将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线(步骤S132)。接下来，控制装置50向转换器102输出电压切换信号，将转换器102的母线电压升压至与三角形接线对应的电压(390V)(步骤S133)，重启电动机1的旋转(步骤S134)。
三角形接线的情况与Y接线相比，能够将电动机1驱动至更高的转速，因此能够应对更大的负载。因此，能够在短时间内使室内温度与设定温度的温度差ΔT收敛。之后，返回上述的步骤S105(图10)。
当上述步骤S108中的比较的结果为线圈3的接线状态不是Y接线时(是三角形接线时)、或者温度差ΔT的绝对值为阈值ΔTr以下时(即不需要切换为三角形接线时)，返回步骤S105。
当在上述步骤S105中接收到运转停止信号的情况下，停止电动机1的旋转(步骤S109)。之后，控制装置50将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线(步骤S110)。在线圈3的接线状态已经是三角形接线的情况下，维持该接线状态。另外，虽然在图10中省略，但在步骤S106～S108之间，在接收到运转停止信号的情况下，也进入步骤S109而停止电动机1的旋转。
之后，控制装置50进行空调机5的停止处理(步骤S111)。具体而言，停止室内送风风扇47和室外送风风扇46的各风扇马达。然后，控制装置50的CPU 57停止，空调机5的运转结束。
如上所述，在室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT的绝对值较小时(即，为阈值ΔTr以下时)，利用高效率的Y接线来使电动机1运转。而且，在需要应对更大的负载的情况下，即温度差ΔT的绝对值大于阈值ΔTr的情况下，利用能够应对更大的负载的三角形接线来使电动机1运转。因此，能够提高空调机5的运转效率。
另外，在从Y接线向三角形接线的切换动作(图12)中，如图13(A)所示，也可以在停止电动机1的旋转的步骤S131之前，检测电动机1的转速(步骤S135)，并判断检测出的转速是否为阈值(转速的基准值)以上(步骤S136)。电动机1的转速被检测为逆变器103的输出电流的频率。
在步骤S136中，作为电动机1的转速的阈值，例如使用后述的与制热中间条件相应的转速35rps和与制热额定条件相应的转速85rps的中间的60rps。若电动机1的转速为阈值以上，则停止电动机1的旋转并进行向三角形接线的切换，使转换器102的母线电压升压(步骤S131、S132、S133)。若电动机1的转速小于阈值，则返回图10的步骤S105。
这样，除了基于温度差ΔT判断是否需要接线切换(步骤S108)以外，还基于电动机1的转速来判断是否需要接线切换，从而能够可靠地抑制频繁地反复进行接线切换。
另外，如图13(B)所示，也可以在停止电动机1的旋转的步骤S131之前，检测逆变器103的输出电压(步骤S137)，并判断检测出的输出电压是否为阈值(输出电压的基准值)以上(步骤S138)。
在图13(A)及(B)中示出了从Y接线向三角形接线的切换动作，但也可以在从三角形接线向Y接线的切换时，基于电动机1的转速或逆变器103的输出电压进行判断。
图14是示出空调机5的动作的一例的时序图。图14示出空调机5的运转状态、以及室外送风风扇46及电动机1(压缩机41)的驱动状态。室外送风风扇46作为空调机5的电动机1以外的构成要素的一例而示出。
信号接收部56从遥控器55接收运转起动信号(ON(开机)指令)，从而CPU 57起动，空调机5变为起动状态(ON状态)。当空调机5变为起动状态时，在经过了时间t0后，室外送风风扇46的风扇马达开始旋转。时间t0是室内机5A和室外机5B之间的通信所引起的延迟时间。
在空调机5起动后，经过了时间t1后，基于三角形接线的电动机1的旋转开始。时间t1是到室外送风风扇46的风扇马达的旋转稳定为止的等待时间。通过在电动机1的旋转开始前使室外送风风扇46旋转，从而防止制冷环路的温度过度上升。
在图14的例子中，进行从三角形接线向Y接线的切换，进而进行从Y接线向三角形接线的切换，之后，从遥控器55接收运转停止信号(OFF(关机)指令)。接线的切换所需的时间t2是电动机1的再次起动所需的等待时间，设定为到制冷环路中的制冷剂压力变得大致均等为止所需的时间。
当从遥控器55接收到运转停止信号时，电动机1的旋转停止，然后，在经过了时间t3之后，室外送风风扇46的风扇马达的旋转停止。时间t3是为了使制冷环路的温度充分降低所需的等待时间。之后，经过了时间t4后，CPU 57停止，空调机5变为运转停止状态(OFF状态)。时间t4是预先设定的等待时间。
<关于基于温度检测的接线切换>
在以上的空调机5的动作中，是否需要切换线圈3的接线状态的判断(步骤S107、S108)也能够基于例如电动机1的旋转速度或逆变器输出电压来判断。但是，由于电动机1的旋转速度有可能在短时间内变动，因此需要判断旋转速度为阈值以下(或者阈值以上)的状态是否持续一定时间。这同样适用于逆变器输出电压。
特别是，在基于遥控器55的设定温度被大幅变更的情况、或者由于打开了房间的窗户等而空调机5的负载急剧变化的情况下，如果需要时间来判断是否需要切换线圈3的接线状态，则压缩机41的运转状态相对于负载变动的应对延迟。其结果是，空调机5带来的舒适性有可能降低。
与此相对，在该实施方式中，将由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT(绝对值)和阈值进行比较。由于温度在短时间内的变动少，因此无需持续进行温度差ΔT的检测以及与阈值的比较，能够在短时间内进行是否需要接线切换的判断。因此，能够使压缩机41的运转状态迅速地应对负载变动，提高空调机5带来的舒适性。
此外，在上述的空调机5的动作中，持续进行是否需要从三角形接线向Y接线切换的判断(步骤S107)和是否需要从Y接线向三角形接线切换的判断(步骤S108)，而进行从三角形接线向Y接线的切换是在空调负载降低(室内温度接近设定温度)的情况，之后，空调负载不太可能急剧增加，因此不易发生频繁进行接线切换的情况。
另外，在上述的空调机5的动作中，在停止了电动机1的旋转的状态(即停止了逆变器103的输出的状态)下进行线圈3的接线状态的切换(步骤S122、S132)。虽然也能够在继续向电动机1的电力供给的同时切换线圈3的接线状态，但从构成接线切换部60的开关61、62、63(图6)的继电器触点的可靠性的观点出发，优选在停止了向电动机1的电力供给的状态下进行切换。
另外，也能够在使电动机1的转速充分降低的状态下进行线圈3的接线状态的切换，之后恢复到原来的转速。
另外，在此，由继电器触点构成接线切换部60的开关61、62、63，而在由半导体开关构成的情况下，在线圈3的接线状态的切换时不需要停止电动机1的旋转。
另外，也可以在室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT(绝对值)变为阈值ΔTr以下的状态重复了多次(预先设定的次数)的情况下，切换线圈3的接线状态。这样一来，能够抑制由于小的温度变化而反复进行接线切换的情况。
另外，如上所述，当室内温度与设定温度的温度差ΔT为0以下(ΔT≤0)时，控制装置50为了防止过度制冷(或者过度制热)而停止电动机1的旋转，但也可以在该定时将线圈3的接线状态从三角形接线切换为Y接线。具体而言，在上述的步骤S107中判断温度差ΔT是否为0以下，在温度差ΔT为0以下时停止电动机1的旋转并将线圈3的接线状态切换为Y接线即可。
另外，在上述的空调机5的动作中，在从Y接线向三角形接线切换时，使转换器102的母线电压升压，因此能够利用电动机1产生高转矩。因此，能够使室内温度与设定温度之差ΔT在更短时间内收敛。关于转换器102的母线电压的升压，在后说明。
<关于起动时的接线状态>
如上所述，实施方式1的空调机5在接收运转起动信号而起动电动机1时，将线圈3的接线状态设为三角形接线并开始控制。另外，在空调机5的运转停止时，线圈3的接线状态被切换为三角形接线。
在空调机5的运转开始时，难以正确地检测空调负载。特别是，在空调机5的运转开始时，通常室内温度与设定温度之差较大，空调负载较大。因此，在该实施方式1中，在将线圈3的接线状态设为能够应对更大负载的(即，能够旋转达到更高的转速的)三角形接线的状态下，起动电动机1。由此，在空调机5的运转开始时，能够使室内温度Ta与设定温度Ts之差ΔT在更短时间内收敛。
另外，即使在长时间停止空调机5、在停止期间接线切换部60发生了异常(例如，开关61～63的继电器粘连而无法工作等)的情况下，由于在空调机5的运转停止前进行从Y接线向三角形接线的切换，所以也能够以三角形接线起动电动机1。因此，能够防止空调机5的能力的降低，不损失舒适性。
另外，在将线圈3的接线状态设为三角形接线并起动电动机1，不进行向Y接线的切换的情况下，能够得到与线圈的接线状态总是为三角形接线(不具有接线切换功能)的一般电动机同等的电动机效率。
<电动机效率及电动机转矩>
接下来，对电动机效率及电动机转矩的改善进行说明。通常，家用空调机为节能法的管制对象，从全球环境的角度来看，有义务削减CO2排放。由于技术的进步，压缩机的压缩效率、压缩机的电动机的运转效率以及热交换器的传热系数等得到改善，空调机的能量消耗效率COP(Coefficient Of Performance：性能系数)逐年提高，运行成本(消耗电力)和CO2排放量也降低。
COP对在某一定的温度条件下运转时的性能进行评价，没有将与季节相应的空调机的运转状况纳入考虑。但是，在空调机的实际使用时，由于外部气体温度的变化，制冷或制热所需的能力以及消耗电力变化。因此，为了在接近实际使用时的状态下进行评价，使用APF(Annual Performance Factor：年度能量消耗效率)作为节能的指标，所述APF确定某典型案例，计算全年综合负载和总消耗电量，并求出效率。
特别是，关于作为当前主流的逆变器电动机，由于能力根据压缩机的转速而变化，因此仅在额定条件下进行接近实际使用的评价是存在问题的。
家用空调机的APF在制冷额定、制冷中间、制热额定、制热中间以及制热低温这5个评价点上计算与全年综合负载对应的消耗电力量。该值越大则评价为节能性越高。
作为全年综合负载的明细，制热中间条件的比率很大(50％)，制热额定条件的比率次大(25％)。因此，在制热中间条件和制热额定条件下提高电动机效率对于空调机的节能性的提高是有效的。
APF的评价负载条件下的压缩机的电动机的转速根据空调机的能力以及热交换器的性能而变化。例如，在制冷能力为6.3kW的家用空调机中，制热中间条件下的转速N1(第1转速)为35rps，制热额定条件下的转速N2(第2转速)为85rps。
本实施方式的电动机1的目的在于，在与制热中间条件相应的转速N1及与制热额定条件相应的转速N2下，得到高的电动机效率以及电动机转矩。即，在成为性能改善的对象的两个负载条件中，低速侧的转速为N1，高速侧的转速为N2。
在转子20上搭载有永磁铁25的电动机1中，若转子20旋转，则永磁铁25的磁通与定子10的线圈3交链，在线圈3产生感应电压。感应电压与转子20的转速(旋转速度)成比例，另外，也与线圈3的匝数成比例。电动机1的转速越大，线圈3的匝数越多，则感应电压越大。
从逆变器103输出的线间电压(电动机电压)与上述感应电压和由线圈3的电阻以及电感产生的电压之和相等。由于线圈3的电阻及电感与感应电压相比小到可忽略不计，因此事实上线间电压受感应电压支配。另外，电动机1的磁转矩与感应电压和流过线圈3的电流之积成比例。
线圈3的匝数越多，感应电压越高。因此，线圈3的匝数越多，用于产生所需的磁转矩的电流越少即可。其结果是，能够降低由逆变器103的通电引起的损耗，提高电动机1的运转效率。另一方面，由于感应电压的上升，由感应电压支配的线间电压以更低的转速达到逆变器最大输出电压(即从转换器102向逆变器103供给的母线电压)，无法进一步加快转速。
另外，若减少线圈3的匝数，则感应电压降低，因此，由感应电压支配的线间电压甚至在更高的转速下也不会达到逆变器最大输出电压，能够进行高速旋转。然而，由于感应电压降低，用于产生所需的磁转矩的电流增加，因此由逆变器103的通电引起的损耗增加，电动机1的运转效率降低。
另外，从逆变器103的开关频率的观点出发，线间电压接近逆变器最大输出电压时，由逆变器103的开关的ON/OFF占空比引起的谐波分量减少，因此能够降低由电流的谐波分量引起的铁损。
图15及图16是示出电动机1中的线间电压与转速的关系的曲线图。线圈3的接线状态为Y接线。线间电压与励磁磁场和转速之积成比例。若励磁磁场一定，则如图15所示，线间电压与转速成比例。另外，在图15中，转速N1对应于制热中间条件，转速N2对应于制热额定条件。
虽然线间电压也随着转速的增加而增加，但如图16所示，当线间电压达到逆变器最大输出电压时，无法进一步升高线间电压，因此开始利用逆变器103的弱磁控制。在此，设为以转速N1、N2之间的转速开始了弱磁控制。
在弱磁控制中，通过使d轴相位(抵消永磁铁25的磁通的方向)的电流流过线圈3，从而减弱感应电压。将该电流称为弱化电流(weakening current)。由于除了用于产生通常的电动机转矩的电流以外，还需要流过弱化电流，因此由线圈3的电阻引起的铜损增加，逆变器103的通电损耗也增加。
图17是示出进行了图16所示的弱磁控制时的电动机效率与转速的关系的曲线图。如图17所示，电动机效率与转速一起增加，在刚开始弱磁控制之后，如箭头P所示，电动机效率达到峰值。
若转速进一步增加，则流过线圈3的弱化电流也增加，因此，由此导致的铜损增加，电动机效率降低。另外，对于电动机效率与逆变器效率之积即综合效率，也观察到由与图17同样的曲线表示的变化。
图18是示出进行了图16所示的弱磁控制时的电动机的最大转矩与转速的关系的曲线图。在开始弱磁控制之前，电动机的最大转矩一定(由于例如由电流阈值造成的限制)。当开始弱磁控制时，随着转速的增加，电动机1的最大转矩降低。电动机1的最大转矩被设定为大于产品使用时电动机1实际产生的负载(所需负载)。以下，为了便于说明，将电动机的最大转矩称为电动机转矩。
图19是示出对于Y接线和三角形接线的各自的线间电压与转速的关系的曲线图。当匝数相同时，线圈3的接线状态为三角形接线时的线圈3的相阻抗为线圈3的接线状态为Y接线时的线圈3的相阻抗的
Figure GDA0002028379390000261
倍。因此，当转速相同时，线圈3的接线状态为三角形接线时的线间电压(单点划线)为线圈3的接线状态为Y接线时的线间电压(实线)的
Figure GDA0002028379390000262
倍。
即，在利用三角形接线对线圈3进行接线的情况下，若将匝数设为Y接线时的
Figure GDA0002028379390000263
倍，则对于相同的转速N，线间电压(电动机电压)与Y接线时等价，因此逆变器103的输出电流也与Y接线时等价。
在绕齿的匝数为几十匝以上的电动机中，由于如下的理由，相比于三角形接线，大多采用Y接线。一个原因是，由于三角形接线与Y接线相比线圈的匝数多，因此在制造工序中线圈的绕线所需的时间变长。另一个原因是，在三角形接线的情况下有可能产生循环电流。
通常，在采用Y接线的电动机中，调整线圈的匝数以使得在转速N2(即成为性能提高的对象的转速中的高速侧的转速)下线间电压(电动机电压)达到逆变器最大输出电压。然而，在该情况下，在转速N1(即成为性能提高的对象的转速中的低速侧的转速)下，在线间电压低于逆变器最大输出电压的状态下使电动机运转，难以得到高的电动机效率。
因此，进行如下控制：将线圈的接线状态设为Y接线，调整匝数以使得在稍低于转速N1的转速下线间电压达到逆变器最大输出电压，在达到转速N2为止的期间将线圈的接线状态切换为三角形接线。
图20是示出进行了从Y接线向三角形接线的切换时的线间电压与转速的关系的曲线图。在图20所示的例子中，当达到稍低于转速N1(制热中间条件)的转速(设为转速N11)时，开始上述的弱磁控制。当转速N进一步增加而达到转速N0时，进行从Y接线向三角形接线的切换。在此，转速N11为比转速N1低5％的转速(即N11＝N1×0.95)。
通过向三角形接线的切换，线间电压降低到Y接线的
Figure GDA0002028379390000271
倍，因此能够将减弱励磁的程度抑制得较小(即减小弱化电流)。由此，能够抑制由弱化电流引起的铜损，抑制电动机效率以及电动机转矩的降低。
图21是示出对于Y接线和三角形接线的各自的电动机效率与转速的关系的曲线图。如上所述，由于将线圈3的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在稍低于转速N1的转速N11下线间电压达到逆变器最大输出电压，因此如图21中实线所示，能够在转速N1下得到高的电动机效率。
另一方面，若将线圈3的匝数设为相同数量，则在三角形接线的情况下，如图21中单点划线所示，能够在转速N2下得到高于Y接线时的电动机效率。因此，若在图21所示的实线和单点划线的交点处从Y接线切换为三角形接线，则在转速N1(制热中间条件)和转速N2(制热额定条件)这两者都能得到高的电动机效率。
因此，如参照图20所说明的那样，进行如下控制：将线圈3的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在转速N11(稍低于转速N1的转速)时线间电压达到逆变器最大输出电压、并在高于转速N1的转速N0下从Y接线切换为三角形接线。
然而，仅通过将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线，不能充分地提高电动机效率。以下对这一点进行说明。
图22是示出将线圈3的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在转速N11时线间电压达到逆变器最大输出电压、并在转速N0下从Y接线切换为三角形接线的情况下(实线)的电动机效率与转速的关系的曲线图。另外，虚线是示出如图17所示那样将线圈3的接线状态设为Y接线、进行了弱磁控制的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。
线间电压与转速成比例。例如，关于制冷能力为6.3kW的家用空调机，转速N1(制热中间条件)为35rps，转速N2(制热额定条件)为85rps，因此若以制热中间条件下的线间电压为基准，则制热额定条件下的线间电压为2.4倍(＝85/35)。
将线圈3的接线状态切换为三角形接线后的制热额定条件(转速N2)下的线间电压相对于逆变器最大输出电压为1.4倍
Figure GDA0002028379390000281
由于不能使线间电压大于逆变器最大输出电压，所以开始弱磁控制。
在弱磁控制中，使为了减弱励磁所需的弱化电流流过线圈3，因此铜损增加，电动机效率以及电动机转矩降低。因此，如图22中实线所示，无法改善制热额定条件(转速N2)下的电动机效率。
为了抑制制热额定条件(转速N2)下的减弱励磁的程度(减小弱化电流)，需要减少线圈3的匝数而降低线间电压，但在该情况下，制热中间条件(转速N1)下的线间电压也降低，利用接线的切换而带来的电动机效率的改善效果变小。
即，在成为性能改善的对象的负载条件有两个、低速侧的转速N1和高速侧的转速N2满足
Figure GDA0002028379390000282
的情况下，即使从Y接线切换为三角形接线也需要弱磁控制，因此仅通过从Y接线切换为三角形接线，不能得到电动机效率的充分的改善效果。
图23是示出对于Y接线和三角形接线的各自的电动机转矩与转速的关系的曲线图。在Y接线的情况下，如参照图18所说明的那样，相对于转速N的增加，电动机转矩是固定的，而当开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。在三角形接线的情况下，在比Y接线的情况(N11)高的转速下开始弱磁控制，而当开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。
图24是示出将线圈3的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在转速N11(稍低于转速N1的转速)时线间电压达到逆变器最大输出电压、并在高于转速N1的转速N0下从Y接线切换为三角形接线时的电动机扭矩与转速的关系的曲线图。如图24所示，当转速达到转速N11而开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。
当转速进一步增加而达到转速N0并进行从Y接线向三角形接线的切换时，弱磁控制暂时停止，因此电动机转矩上升。然而，当转速N进一步增加而开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。像这样，仅通过从Y接线切换为三角形接线，不能抑制尤其是高转速区域中的电动机转矩的降低。
因此，该实施方式1的驱动装置100除了由接线切换部60切换线圈3的接线状态以外，还由转换器102切换母线电压。转换器102被从电源101供给电源电压(200V)，向逆变器103供给母线电压。转换器102优选由由于电压上升(升压)而造成的损耗小的元件、例如SiC元件或GaN元件构成。
具体而言，线圈3的接线状态为Y接线时的母线电压V1(第1母线电压)被设定为280V(DC)。与此相对，线圈3的接线状态为三角形接线时的母线电压V2(第2母线电压)被设定为390V(DC)。即，三角形接线的情况线下的母线电压V2被设定为Y接线时的母线电压V1的1.4倍。另外，母线电压V2只要相对于母线电压V1为
Figure GDA0002028379390000291
即可。被从转换器102供给母线电压的逆变器103向线圈3供给线间电压。逆变器最大输出电压是母线电压的
Figure GDA0002028379390000292
图25是示出对于Y接线和三角形接线的各自的由转换器102切换了母线电压的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。如图25所示，线圈3的接线状态为Y接线时的线间电压(实线)最大为母线电压V1的
Figure GDA0002028379390000301
(即
Figure GDA0002028379390000302
)。线圈3的接线状态为三角形接线时的线间电压(单点划线)最大为母线电压V2的
Figure GDA0002028379390000303
(即
Figure GDA0002028379390000304
Figure GDA0002028379390000305
)。
图26是示出由接线切换部60切换了接线状态和由转换器102切换了母线电压的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。如图26所示，在包含转速N1(制热中间条件)的转速区域中，线圈3的接线状态为Y接线。线间电压随着转速的增加而增加，在稍低于转速N1的转速N11下，线间电压达到逆变器最大输出
Figure GDA0002028379390000306
由此开始弱磁控制。
若转速进一步上升而达到转速N0，则接线切换部60将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线。同时，转换器102将母线电压从V1升压至V2。通过升压，逆变器最大输出变为
Figure GDA0002028379390000307
在该时间点，线间电压低于逆变器最大输出，因此不进行弱磁控制。
之后，线间电压随着转速N的增加而增加，在稍低于转速N2(制热额定条件)的转速N21下，线间电压达到逆变器最大输出
Figure GDA0002028379390000308
Figure GDA0002028379390000309
由此开始弱磁控制。另外，转速N21是比转速N2低5％的转速(即N21＝N2×0.95)。
在该实施方式1中，如上所述，基于室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT和阈值ΔTr的比较结果，切换线圈3的接线状态。转速N0下从Y接线向三角形接线的切换对应于图10的步骤S108以及图12的步骤S131～S134所示的从Y接线向三角形接线的切换。
对该情况下的电动机效率的改善效果进行说明。图27是示出对于Y接线和三角形接线的各自的电动机效率与转速的关系的曲线图。在图27中，线圈3的接线状态为Y接线时的电动机效率(实线)与图21所示的Y接线下的电动机效率相同。另一方面，由于转换器102的母线电压上升，线圈3的接线状态为三角形接线时的电动机效率(单点划线)高于图21所示的利用三角形接线的电动机效率。
图28是示出由接线切换部60切换了接线状态和由转换器102切换了母线电压的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。将线圈3的接线状态设为Y接线，设定匝数以使得在转速N11(稍低于转速N1的转速)时线间电压达到逆变器最大输出电压，因此在包含转速N1的转速区域能够得到高的电动机效率。
当转速达到上述的转速N11时，弱磁控制开始，若进一步达到转速N0，则线圈3的接线状态从Y接线被切换为三角形接线，另外，利用转换器102而母线电压上升。
由于母线电压上升，逆变器最大输出电压也上升，因此线间电压低于逆变器最大输出电压，其结果是，弱磁控制停止。由于弱磁控制停止，由弱化电流引起的铜损降低，因此电动机效率上升。
进而，当转速N达到稍小于转速N2(制热额定条件)的转速N21时，线间电压达到逆变器最大输出电压，弱磁控制开始。虽然由于弱磁控制开始而铜损增加，但由于利用转换器102而母线电压上升，因此能够得到高的电动机效率。
即，如图28中实线所示，在转速N1(制热中间条件)以及转速N2(制热额定条件)这两者都能够得到高的电动机效率。
接下来，对电动机转矩的改善效果进行说明。图29是分别示出线圈3的接线状态为Y接线的情况下和三角形接线时的电动机扭矩与转速的关系的曲线图。Y接线时的电动机转矩(实线)与图18相同。当在稍低于转速N2(制热额定条件)的转速N21下开始弱磁控制时，三角形接线的情况下的电动机转矩(单点划线)随着转速N的增加而降低。
图30是示出在将线圈3的接线状态设为Y接线、调整匝数以使得在转速N11时线间电压达到逆变器最大输出电压、并在转速N0(>N1)下从Y接线切换为三角形接线进而使母线电压升压的情况下的电动机扭矩与转速的关系的曲线图。如图30所示，当在稍低于转速N1(制热中间条件)的转速N11下开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。
若转速N进一步增加而达到转速N0，则线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线，进而母线电压上升。由于向三角形接线的切换和母线电压的上升，线间电压变得低于逆变器最大输出电压，因此弱磁控制停止。由此，电动机转矩上升。之后，当在稍低于转速N2(制热额定条件)的转速N21下开始弱磁控制时，电动机转矩随着转速N的增加而降低。
这样，在切换到三角形接线后，在转速N达到转速N21(稍小于转速N2的转速)为止不进行弱磁控制，因此，特别是在包含转速N2(制热额定条件)的转速区域中，能够抑制电动机转矩的降低。
即，如图30中实线所示，在转速N1(制热中间条件)以及转速N2(制热额定条件)这两者能够得到高的电动机转矩。即，在空调机5的制热中间条件及制热额定条件这两者下，能够得到高性能(电动机效率及电动机扭矩)。
另外，若对转换器102的电压进行升压，则产生由于升压造成的损失，因此在对电动机效率的贡献率最大的制热中间条件下的接线状态(即Y接线)下，优选不使电源电压升压地利用电源电压。电源101的电源电压为200V(有效值)，最大值为
Figure GDA0002028379390000321
Figure GDA0002028379390000322
因此，可以说Y接线时的转换器102的母线电压(280V)与电源电压的最大值相同。
另外，向逆变器103供给的母线电压的切换也可以通过使电源电压升压或降压来进行。
另外，在上述的空调机5的运转控制中，在转速N1(制热中间条件)下设为Y接线，在转速N2(制热额定条件)下设为三角形接线，但在具体的负载条件未确定的情况下，也可以将转速N1设为Y接线下运转的最大转速，将转速N2设为三角形接线下运转的最大转速来调整电压等级。这样进行控制，也能够提高电动机1的效率。
如上所述，在家用空调机5中，通过将转速N1设为制热中间条件的转速，将转速N2设为制热额定条件的转速，能够提高电动机1的效率。
<实施方式1的效果>
如以上说明的那样，在实施方式1中，基于室内温度Ta来切换线圈3的接线状态，因此能够在短时间内切换接线状态。因此，例如对于打开了房间的窗户时那样的空调机5的急剧的负载变动，能够使压缩机41的运转状态迅速地应对，能够提高舒适性。
另外，在切换线圈3的接线状态之前使电动机1的旋转停止，因此即使在由继电器触点构成接线切换部60的情况下，也能够确保接线切换动作的可靠性。
另外，由于在Y接线(第1接线状态)和线间电压低于第1接线状态的三角形接线(第2接线状态)之间切换线圈3的接线状态，因此能够选择与电动机1的转速匹配的接线状态。
另外，在由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与设定温度Ts之差(温度差ΔT)的绝对值大于阈值ΔTr的情况下，将线圈3的接线状态切换为三角形接线(第2接线状态)，因此在空调负载大的情况下能够增加电动机1的转速，产生高输出。
另外，在温度差ΔT的绝对值为阈值ΔTr以下的情况下，由于将线圈3的接线状态切换为Y接线(第1接线状态)，因此能够提高空调负载低的情况下的运转效率。
另外，分别在Y接线(第1接线状态)及三角形接线(第2接线状态)下根据电动机1的转速进行弱磁控制，因此即使线间电压达到逆变器最大输出电压，也能够使电动机1的转速上升。
另外，由于根据由接线切换部60对线圈3的接线状态的切换，转换器102使母线电压的大小变化，因此无论在接线状态的切换之前还是之后，都能够得到高的电动机效率及高的电动机扭矩。
另外，如果除了室内温度Ta与设定温度Ts之差与阈值的比较以外，还将电动机1的转速与基准值进行比较，并基于该比较结果来切换线圈3的接线状态，则能够有效地抑制频繁地反复进行接线切换。
另外，如果除了室内温度Ta与设定温度Ts的比较以外，还将逆变器103的输出电压与基准值进行比较，并基于该比较结果来切换线圈3的接线状态，则能够有效地抑制频繁地反复进行接线切换。
另外，在控制装置50经由信号接收部56从遥控器55接收到运转停止信号的情况下，线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线，之后，控制装置50使空调机5的运转结束。在线圈3的接线状态已经是三角形接线的情况下，维持该接线状态。由此，在空调机5的运转开始时(起动时)，能够在线圈3的接线状态为三角形接线的状态下开始空调机5的运转。由此，即使在室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT大的情况下，也能够在三角形接线的状态下开始空调机5的运转，能够使室内温度Ta迅速接近设定温度Ts。
第1变形例
接下来，对实施方式1的第1变形例进行说明。在上述实施方式1中，线圈的接线状态从Y接线切换为三角形接线的转速N0(即，温度差ΔT与阈值ΔTr相同时的转速)与从三角形接线切换为Y接线的转速N0(温度差)相同，但也可以是不同的转速。
图31(A)及(B)是示出由接线切换部60切换了接线状态及由转换器102切换了母线电压的情况下的电动机效率与转速的关系的曲线图。如图31(A)及(B)所示，线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线的转速N4与从三角形接线切换为Y接线的转速N5相互不同。
另外，由转换器102进行的母线电压的切换与线圈3的接线状态的切换同时进行。即，在从Y接线切换为三角形接线的转速N4下，母线电压被升压。另一方面，在从三角形接线切换为Y接线的转速N5下，母线电压被降压。
这样的控制能够通过例如将图10的步骤S107的阈值ΔTr和步骤S108的阈值ΔTr设定为相互不同的值来执行。在图31(A)及(B)所示的例子中，从Y接线切换为三角形接线的转速N4大于从三角形接线切换为Y接线的转速N5，但大小也可以反过来。第1变形例的其它动作和结构与实施方式1相同。
在该第1变形例中，通过基于室内温度Ta来切换线圈3的接线状态，也能够使压缩机41的运转状态迅速应对空调机5的急剧的负载变动。另外，通过根据线圈3的接线状态的切换来切换转换器102的母线电压，能够得到高的电动机效率。
第2变形例
接下来，对实施方式1的第2变形例进行说明。在上述实施方式1中，将转换器102的母线电压切换至两个等级(V1/V2)，但也可以如图32所示那样切换至3个等级。
图32是示出在第2变形例中，进行了接线状态的切换和转换器102的母线电压的切换的情况下的线间电压与转速的关系的曲线图。在图32的例子中，在与制热中间条件相应的转速N1(Y接线)下，将转换器102的母线电压设为V1，在转速N1与转速N2(制热额定条件)之间的转速N6下，从Y接线切换为三角形接线，同时将母线电压升压至V2。
而且，在高于转速N2的转速N7下，接线状态保持不变，将转换器102的母线电压升压至V3。从该转速N7到最高转速N8为止，转换器102的母线电压为V3。第2变形例的其它动作和结构与实施方式1相同。
这样，在第2变形例中，由于将转换器102的母线电压切换至V1、V2、V3这3个等级，因此尤其在高旋转速度区域中，能够得到高的电动机效率及高的电动机转矩。
另外，母线电压的切换不限于两个等级或3个等级，也可以是4个等级以上。另外，在第1变形例(图31)中，也可以将转换器102的母线电压切换至3个等级以上。
第3变形例
接下来，对实施方式1的第3变形例进行说明。在上述实施方式1中，在Y接线和三角形接线之间切换线圈3的接线状态。但是，也可以在串联连接和并联连接之间切换线圈3的接线状态。
图33(A)及(B)是用于说明第3变形例的线圈3的接线状态的切换的示意图。在图33(A)中，三相线圈3U、3V、3W通过Y接线而被接线。而且，线圈3U的线圈部分Ua、Ub、Uc被串联连接，线圈3V的线圈部分Va、Vb、Vc被串联连接，线圈3W的线圈部分Wa、Wb、Wc被串联连接。即，线圈3的各相的线圈部分被串联连接。
另一方面，在图33(B)中，三相线圈3U、3V、3W通过Y接线而被接线，但线圈3U的线圈部分Ua、Ub、Uc被并联连接，线圈3V的线圈部分Va、Vb、Vc被并联连接，线圈3W的线圈部分Wa、Wb、Wc被并联连接。即，线圈3的各相的线圈部分被并联连接。例如，通过在线圈3U、3V、3W的各线圈部分设置切换开关，能够实现图33(A)及(B)所示的线圈3的接线状态的切换。
若将各相中并联连接的线圈部分的数量(即列数)设为n，则通过从串联连接(图33(A))切换为并联连接(图33(B))，线间电压降低至1/n倍。因此，在线间电压接近逆变器最高输出电压时，通过将线圈3的接线状态从串联连接切换为并联连接，能够将减弱励磁的程度抑制得较小(即减小弱化电流)。
在成为性能改善的对象的负载条件有两个、低速侧的转速N1和高速侧的转速N2满足(N2/N1)>n的情况下，仅通过将线圈3的接线状态从串联连接切换为并联连接，线间电压变得大于逆变器最大输出电压，因此需要弱磁控制。因此，如在实施方式1中说明的那样，在将线圈3的接线状态从串联连接切换为并联连接的同时，使转换器102的母线电压升压。由此，在包含转速N1的转速区域和包含转速N2的转速区域的任意转速区域中都能够得到高的电动机效率以及高的电动机转矩。
图34的(A)及(B)是用于说明第3变形例的另一结构例的示意图。在图34(A)中，三相线圈3U、3V、3W通过三角形接线而被接线。而且，线圈3U的线圈部分Ua、Ub、Uc被串联连接，线圈3V的线圈部分Va、Vb、Vc被串联连接，线圈3W的线圈部分Wa、Wb、Wc被串联连接。即，线圈3的各相的线圈部分被串联连接。
另一方面，在图34(B)中，三相线圈3U、3V、3W通过三角形接线而被接线，但线圈3U的线圈部分Ua、Ub、Uc被并联连接，线圈3V的线圈部分Va、Vb、Vc被并联连接，线圈3W的线圈部分Wa、Wb、Wc被并联连接。即，线圈3的各相的线圈部分被并联连接。
在该情况下，也与图33(A)及(B)所示的例子相同，在成为性能改善的对象的两个负载条件中，低速侧的转速N1和高速侧的转速N2满足(N2/N1)>n的情况下，将线圈3的接线状态从串联连接(图33(A))切换为并联连接(图33(B))，同时将转换器102的母线电压升压。第3变形例的其它动作和结构与实施方式1相同。升压后的母线电压V2只要相对于升压前的母线电压V1为V2≥(V1/n)×N2/N1即可。
这样，在第3变形例中，通过在串联连接和并联连接之间切换转换器102的接线状态，能够将减弱励磁的程度抑制得较小，提高电动机效率。另外，由于母线电压V1、V2以及转速N1、N2满足V2≥(V1/n)×N2/N1，从而能够在转速N1、N2下得到高的电动机效率以及电动机转矩。
另外，在第1变形例以及第2变形例中，也可以切换串联连接(第1接线状态)和并联连接(第2接线状态)。
第4变形例
在上述的实施方式1中，将由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与设定温度Ts之差ΔT的绝对值与阈值ΔTr进行比较，切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压，但也可以基于室内温度Ta来计算空调负载，并基于空调负载来切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压。
图35是示出第4变形例的空调机的基本动作的流程图。步骤S101～S105与实施方式1相同。在步骤S104中起动电动机1之后，若未接收到运转停止信号(步骤S105)，则控制装置50获取由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与由遥控器55设定的设定温度Ts的温度差ΔT(步骤S201)，基于该温度差ΔT，计算空调负载(步骤S202)。
接下来，基于计算出的空调负载，判断是否需要线圈3从三角形接线向Y接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为三角形接线，并且在步骤S202中计算出的空调负载是否为阈值(空调负载的基准值)以下(步骤S203)。
若步骤S203中的比较的结果为线圈3的接线状态为三角形接线且空调负载为阈值以下，则进行图11所示的步骤S121～S124的处理。在图11的步骤S121～S124中，如在实施方式1中说明的那样，进行从三角形接线向Y接线的切换以及由转换器102执行的母线电压的升压。
在上述步骤S203中的比较的结果为线圈3的接线状态不是三角形接线的情况(是Y接线的情况)或者空调负载大于阈值的情况(即不需要切换为Y接线的情况)下，进入步骤S204。
在步骤S204中，判断是否需要从Y接线向三角形接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为Y接线，并且在步骤S202中计算出的空调负载是否大于阈值。
若步骤S204中的比较的结果为线圈3的接线状态为Y接线且空调负载大于阈值，则进行图12所示的步骤S131～S134的处理。在图12的步骤S131～S134中，如在实施方式1中说明的那样，进行从Y接线向三角形接线的切换以及由转换器102执行的母线电压的降压。
在上述步骤S204中的比较的结果为线圈3的接线状态不是Y接线的情况(是三角形接线的情况)或者空调负载大于阈值的情况(即不需要切换为三角形接线的情况)下，返回步骤S105。接收到运转停止信号的情况下的处理(步骤S109～S111)与实施方式1相同。第4变形例的其它动作和结构与实施方式1相同。
这样，在第4变形例中，基于室内温度Ta来计算空调负载，基于计算出的空调负载来切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压，因此能够使压缩机41的运转状态迅速应对空调机5的负载变动，能够提高舒适性。
另外，在第1变形例、第2变形例以及第3变形例中，也可以基于空调负载进行线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压的切换。
第5变形例
在上述的实施方式1中，基于由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与设定温度Ts的温度差ΔT来切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压，但也可以基于电动机1的转速来切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压。
图36是示出第5变形例的空调机的基本动作的流程图。步骤S101～S105与实施方式1相同。在步骤S104中起动电动机1之后，若未接收到运转停止信号(步骤S105)，则控制装置50获取电动机1的转速(步骤S301)。电动机1的转速是逆变器103的输出电流的频率，能够使用安装于电动机1的电流传感器等进行检测。
接下来，基于该电动机1的转速，判断是否需要线圈3从三角形接线向Y接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为三角形接线，并且电动机1的转速是否为阈值(转速的基准值)以下(步骤S302)。
在制热运转的情况下，在步骤S302中使用的阈值优选为与制热中间条件相应的转速N1和与制热额定条件相应的转速N2之间的值(更优选为中间值)。另外，在制冷运转的情况下，在步骤S302中使用的阈值优选为与制冷中间条件相应的转速N1和与制冷额定条件相应的转速N2之间的值(更优选为中间值)。
例如在制冷能力为6.3kW的家用空调机的情况下，由于与制热中间条件相应的转速N1为35rps，与制热额定条件相应的转速N2为85rps，因此在步骤S302中使用的阈值优选为转速N1与转速N2的中间值即60rps。
然而，电动机1的转速有可能变动。因此，在该步骤S302中，判断电动机1的转速为阈值以上的状态是否持续预先设定的时间。
若步骤S302中的比较的结果为线圈3的接线状态为三角形接线且电动机1的转速为阈值以下，则进行图11所示的步骤S121～S124的处理。在图11的步骤S121～S124中，如在实施方式1中说明的那样，进行从三角形接线向Y接线的切换以及转换器102的母线电压的升压。
在上述步骤S302中的比较的结果为线圈3的接线状态不是三角形接线的情况(是Y接线的情况)或者电动机1的转速大于阈值的情况(即不需要切换为Y接线的情况)下，进入步骤S303。
在步骤S303中，判断是否需要从Y接线向三角形接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为Y接线，并且电动机1的转速是否大于阈值。
若步骤S303中的比较的结果为线圈3的接线状态为Y接线且电动机1的转速大于阈值，则进行图12所示的步骤S131～S134的处理。在图12的步骤S131～S134中，如在实施方式1中说明的那样，进行从Y接线向三角形接线的切换以及转换器102的母线电压的降压。
在上述步骤S303中的比较的结果为线圈3的接线状态不是Y接线的情况(是三角形接线的情况)或者电动机1的转速大于阈值的情况(即不需要切换为三角形接线的情况)下，返回步骤S105。接收到运转停止信号的情况下的处理(步骤S109～S111)与实施方式1相同。第5变形例的其它动作和结构与实施方式1相同。
这样，在第5变形例中，通过基于电动机1的转速来切换线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压，能够得到高的电动机效率以及高的电动机转矩。
另外，在第1变形例、第2变形例以及第3变形例中，也可以基于电动机1的转速来进行线圈3的接线状态以及转换器102的母线电压的切换。
另外，在此，作为压缩机的一例对旋转式压缩机8进行了说明，但各实施方式的电动机也可以适用于旋转式压缩机8以外的压缩机。
实施方式2
接下来，对本发明的实施方式2进行说明。
<空调机的结构>
图37是示出实施方式2的空调机500的结构的框图。图38是示出实施方式2的空调机500的控制系统的框图。图39是示出实施方式2的驱动装置100a的控制系统的框图。实施方式2的空调机500还具备作为压缩机状态检测部的压缩机温度传感器71。压缩机温度传感器71是检测表示旋转式压缩机8的状态的压缩机温度TC的温度传感器。其中，压缩机状态检测部只要是能够检测旋转式压缩机8的状态的检测器即可，不限于温度传感器。
除了压缩机温度传感器71以外，实施方式2的空调机500以及驱动装置100a的结构分别与实施方式1的空调机5以及驱动装置100相同。
在图39所示的例子中，驱动装置100a构成为具备对电源101的输出进行整流的转换器102、向电动机1的线圈3输出交流电压的逆变器103、切换线圈3的接线状态的接线切换部60、控制装置50以及压缩机温度传感器71。从交流(AC)电源即电源101向转换器102供给电力。
除了压缩机温度传感器71以外，实施方式2的驱动装置100a的结构与实施方式1的驱动装置100相同。其中，压缩机温度传感器71也可以不是驱动装置100a的构成要素。驱动装置100a与旋转式压缩机8一起使用，并驱动电动机1。
永磁型电动机中使用的、以Nd-Fe-B(钕-铁-硼)为主成分的钕稀土类磁铁的矫顽力具有因温度而降低的性质。在如压缩机那样的140℃的高温气氛中使用采用了钕稀土类磁铁的电动机的情况下，磁铁的矫顽力因温度而劣化(-0.5～-0.6％/ΔK)，因此需要添加Dy(镝)元素来提高矫顽力。
若将Dy元素添加到磁铁中，则矫顽力特性提高，但有残余磁通密度特性降低的缺点。若残余磁通密度降低，则电动机的磁转矩降低，通电电流增加，因此铜损增加。因此，在效率方面，欲减少Dy添加量的要求强烈。
例如，若降低压缩机的驱动中的压缩机的最高温度，则能够降低磁铁的最高温度，能够缓和磁铁的退磁。因此，基于压缩机温度阈值来控制压缩机(例如，电动机的转速)是有效的，其中该压缩机温度阈值作为用于限制压缩机的温度的阈值。
然而，当将压缩机温度阈值设定得低时，根据设定值，有时会在低负载(空调负载)的状态下发出降低电动机的转速的指令或使电动机停止的指令。在该情况下，电动机的最大运转范围变窄，不论具备空调机的室内的状况(例如，上述的温度差ΔT)如何，电动机的运转都被限制。
因此，在实施方式2中，控制装置50基于因线圈3的接线状态而不同的阈值(压缩机温度阈值)而发出改变电动机1的驱动方法的指令。具体而言，控制装置50在判定为由压缩机温度传感器71检测出的压缩机温度TC大于压缩机温度阈值的情况下，发出改变电动机1的驱动方法的指令。由此，使旋转式压缩机8的温度降低，保护旋转式压缩机8。
压缩机温度传感器71检测表示旋转式压缩机8的状态的压缩机温度TC。在本实施方式中，压缩机温度传感器71固定于旋转式压缩机8的排出管85。然而，压缩机温度传感器71被固定的位置不限于排出管85。
压缩机温度TC例如是旋转式压缩机8的壳80、旋转式压缩机8的排出管85(例如，排出管85的上部)、旋转式压缩机8内的制冷剂(例如，通过排出管85的制冷剂)以及旋转式压缩机8的内部所具备的电动机1中的至少1个的温度。压缩机温度TC也可以是这些要素以外的要素的温度。
压缩机温度TC例如是在预先设定的时间内测量出的最高温度。也可以针对压缩机温度TC的每个测定对象，将预先测量出的旋转式压缩机8内的温度数据与压缩机温度TC的相关关系存储于控制装置50内的存储器58。预先测量出的旋转式压缩机8内的温度数据是表示因制冷剂的循环量及电动机1的发热温度等而变动的旋转式压缩机8内的温度(最高温度)的数据。在该情况下，也可以将由压缩机温度传感器71检测出的压缩机温度TC用作后述的第1检测值或第2检测值，也可以将基于与压缩机温度TC的相关关系而计算出的温度数据用作后述的第1检测值或第2检测值。
在线圈3的接线状态为第1接线状态(例如Y接线)时，控制装置50基于由压缩机温度传感器71检测出的第1检测值和作为压缩机温度阈值的阈值TY(第1阈值)来控制电动机1。阈值TY例如为90℃。在将温度传感器以外的检测器用作压缩机状态检测部的情况下，也可以将温度以外的值设定为阈值。
具体而言，在第1检测值大于阈值TY时，控制装置50控制电动机1，以使由压缩机温度传感器71检测出的至少1个温度(压缩机温度TC)降低。例如，控制装置50发出变更电动机1的转速的指令，以使电动机1的转速变少，或者使电动机1的驱动(旋转)停止。由此，能够使压缩机温度TC降低。
在线圈3的接线状态为第2接线状态(例如，三角形接线)时，控制装置50基于由压缩机温度传感器71检测出的第2检测值和作为压缩机温度阈值的阈值TΔ(第2阈值)来控制电动机1。
具体而言，在第2检测值大于阈值TΔ时，控制装置50控制电动机1，以使由压缩机温度传感器71检测出的至少1个温度(压缩机温度TC)降低。例如，控制装置50发出变更电动机1的转速的指令，以使电动机1的转速变少，或者使电动机1的驱动(旋转)停止。由此，能够使压缩机温度TC降低。
考虑到由电动机1的发热引起的温度变化、制冷剂的冷却效果等，电动机1被设计为在磁铁能够到达的最高温度(压缩机温度阈值)下不退磁。例如，在本实施方式中，电动机1的永磁铁25被设计为在作为磁铁最高温度的140℃附近不退磁。在该情况下，阈值TΔ被设定为140℃。
在能够由接线切换部60切换的线圈3的接线状态中，越是线间电压低的接线状态，越是将压缩机温度阈值设定得高。在本实施方式中，三角形接线下的逆变器103的线间电压低于Y接线下的逆变器103的线间电压。因此，阈值TΔ被设定为大于阈值TY。由此，能够使电动机1的最大运转范围(特别是三角形接线下的电动机1的最大转速)不变窄。
<空调机的动作>
接下来，对实施方式2的空调机500的基本动作(电动机1、旋转式压缩机8以及空调机500的控制方法)进行说明。
图40是示出实施方式2的空调机500的基本动作的流程图。
步骤S101～S105与实施方式1(图10)相同。在步骤S105中未接收到运转停止信号的情况下，进入步骤S401。
接线切换部60能够根据上述温度差ΔT或电动机1的转速等，在三角形接线(在本实施方式中为第2接线状态)与Y接线(在本实施方式中为第1接线状态)之间切换线圈3的接线状态。
压缩机温度传感器71检测旋转式压缩机8的状态(步骤S401)。在本实施方式中，检测表示旋转式压缩机8的状态的压缩机温度TC(例如，排出管85的温度)。
在步骤S401中，在线圈3的接线状态为Y接线时，将压缩机温度TC检测为第1检测值。另一方面，在线圈3的接线状态为三角形接线时，将压缩机温度TC检测为第2检测值。
进而，控制装置50判断线圈3的接线状态是否为Y接线，并且压缩机温度TC是否大于阈值TY(步骤S402)。
若步骤S402中的比较的结果为线圈3的接线状态为Y接线且压缩机温度TC大于阈值TY，则进入步骤S404。
在上述步骤S402的比较的结果为线圈3的接线状态不是Y接线的情况(是三角形接线的情况)或者压缩机温度TC为阈值TY以下的情况下，进入步骤S403。
在步骤S403中，控制装置50判断线圈3的接线状态是否为三角形接线，并且压缩机温度TC是否大于阈值TΔ。
若步骤S403中的比较的结果为线圈3的接线状态为三角形接线且压缩机温度TC大于阈值TΔ，则进入步骤S404。
在上述步骤S403中的比较的结果为线圈3的接线状态不是三角形接线的情况(是Y接线的情况)或者压缩机温度TC为阈值TΔ以下的情况下，返回步骤S105。
在步骤S404中，控制装置50使电动机1的转速降低。其中，也可以不使电动机1的转速降低而使电动机1停止。在步骤S404中，在使电动机1停止的情况下，不改变线圈3的接线状态而使电动机1停止。在步骤S404中使电动机1停止的情况下，例如在经过了预先设定的时间后，起动电动机1，然后返回步骤S105。
即，在步骤S401～S404中，在线圈3的接线状态为Y接线时，基于第1检测值和第1阈值(阈值TY)来控制电动机1，在线圈3的接线状态为三角形接线时，基于第2检测值和第2阈值(阈值TΔ)来控制电动机1。由此，能够控制旋转式压缩机8以使压缩机温度TC低于阈值TY或阈值TΔ。
在上述步骤S105中接收到运转停止信号的情况下，控制装置50停止电动机1的旋转(步骤S109)。另外，在步骤S404中，当在使电动机1停止的状态下接收到运转停止信号的情况下，在使电动机1停止的状态下进入步骤S110。另外，虽然在图40中省略，但在步骤S401～S404之间，也在接收到运转停止信号的情况下，进入步骤S109，停止电动机1的旋转。
之后，控制装置50进行空调机500的停止处理(步骤S110)。具体而言，停止室内送风风扇47和室外送风风扇46的各风扇马达。之后，控制装置50的CPU 57停止，空调机500的运转结束。
在步骤S110中，在进行空调机500的停止处理的情况下，优选线圈3的接线状态为三角形接线。例如，在步骤S110中，当线圈3的接线状态为Y接线时，控制装置50向接线切换部60输出接线切换信号，将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线。
<实施方式2的效果>
根据实施方式2，考虑到线圈3的接线状态，使用压缩机温度阈值来控制电动机1。例如，在由压缩机温度传感器71检测出的检测值大于压缩机温度阈值时，控制电动机1以使压缩机温度TC(即旋转式压缩机8内的温度)降低。由此，能够防止电动机1中的退磁，能够根据旋转式压缩机8的状态适当地控制电动机1。
如在实施方式1中说明的那样，在在Y接线和三角形接线之间切换线圈3的接线状态来进行运转的驱动装置中，在三角形接线下进行以往那样的高转速的运转，在Y接线下进行空调负载小的低转速下的运转。因此，能够构成为，通过将线圈3的接线状态从三角形接线切换为Y接线，关于进行通常负载运转时的旋转式压缩机8的最高温度(压缩机温度TC的最大值)，Y接线下的运转时的旋转式压缩机8的最高温度低于三角形接线下的运转时的旋转式压缩机8的最高温度。
例如，在不考虑线圈3的接线状态而基于预先设定的1个压缩机温度阈值(例如，与阈值TY相同的值)来控制电动机1的情况下，电动机1的最大运转范围(特别是三角形接线下的电动机1的最大转速)有时会变窄。因此，在实施方式2中，考虑线圈3的接线状态，使用多个压缩机温度阈值来控制电动机1。
具体而言，基于因线圈3的接线状态而不同的压缩机温度阈值(例如，阈值TY及阈值TΔ)来控制电动机1。因此，即使将压缩机温度阈值在Y接线下的运转时设定得低于三角形接线下的运转时，也能够使电动机1的最大运转范围(特别是三角形接线下的电动机1的最大转速)不变窄。
例如，在实施方式1中说明的进行线圈3的接线状态的切换的结构中，在线圈3的接线状态为Y接线且电动机1为低转速(制热中间条件)时，构成为线间电压(电动机电压)与逆变器最大输出电压大致相等，实现高效率化。在该情况下，为了减少接线切换次数，有时希望使电动机1尽可能地旋转至高速旋转。因此，虽然利用减弱励磁进行运转，但弱化电流增加，退磁恶化。
温度越低，永磁铁25的矫顽力越高，即使增加电流也能够不易退磁。因此，根据实施方式2，将线圈3的接线状态为Y接线时的压缩机温度阈值TY设定得低于三角形接线时的压缩机温度阈值TΔ。由此能够构成为，Y接线下的运转时的旋转式压缩机8的最高温度低于三角形接线下的运转时的旋转式压缩机8的最高温度。因此，能够成为即使弱化电流增加也不退磁的结构，具有能够在Y接线下驱动至更高速旋转、接线的切换自由度变大的优点。换言之，能够在电动机1的磁铁的矫顽力高的状态下使电动机1驱动，即使通过电动机1流过大电流也能够不易退磁。进而，在线圈3的接线状态为Y接线时，能够利用弱励磁驱动电动机1至更高速旋转。
另外，在与不进行接线切换的以往的线圈的匝数(圈数)接近的匝数的线圈从Y接线切换为三角形接线的情况下，能够抑制高速旋转下的减弱励磁，能够在三角形接线下得到比以往更耐退磁的结构。
另外，在Y接线下，能够将压缩机温度阈值设定得低于以往的压缩机温度阈值，因此能够在Y接线及三角形接线这两者下使退磁特性提高，能够使用未添加镝(Dy)的磁铁。
例如，作为永磁铁25，能够使用以钕(Nd)、铁(Fe)和硼(B)为主成分的稀土类磁铁，该永磁铁25不含作为用于提高矫顽力的添加物的镝(Dy)。在该情况下，永磁铁25的残余磁通密度为1.36T至1.42T，矫顽力为1671kA/m至1989kA/m，最大能积为354kJ/m3至398kJ/m3。
实施方式2的变形例
接下来，对本发明的实施方式2的变形例进行说明。上述实施方式2能够与实施方式1(包括各变形例)进行组合。因此，在实施方式2的变形例中，对在实施方式2中说明的空调机的动作(电动机1、旋转式压缩机8以及空调机500的控制方法)的其它例子进行说明。实施方式2的变形例的空调机的结构与实施方式2的空调机500的结构相同。因此，将实施方式2的变形例的空调机称为空调机500。
图41是示出实施方式2的变形例的空调机500的基本动作的流程图。
步骤S101～S106与实施方式1(图10)相同。
在步骤S107中，控制装置50基于由室内温度传感器54检测出的室内温度Ta与由遥控器55设定的设定温度Ts的温度差ΔT，判断是否需要线圈3从三角形接线向Y接线切换。即，判断线圈3的接线状态是否为三角形接线，并且上述温度差ΔT的绝对值是否为阈值ΔTr以下(步骤S107)。
若步骤S107中的比较的结果为线圈3的接线状态为三角形接线且温度差ΔT的绝对值为阈值ΔTr以下，则进入步骤S121(图11)。
在上述步骤S107中的比较的结果为线圈3的接线状态不是三角形接线的情况(是Y接线的情况)或者温度差ΔT的绝对值大于阈值ΔTr的情况(即不需要切换为Y接线的情况)下，进入步骤S108。
在步骤S108中，判断是否需要线圈3从Y接线向三角形接线切换。例如，与实施方式1(步骤S108)同样地，控制装置50判断线圈3的接线状态是否为Y接线，并且上述温度差ΔT的绝对值是否大于阈值ΔTr。
若步骤S108中的比较的结果为线圈3的接线状态为Y接线且温度差ΔT的绝对值大于阈值ΔTr，则进入步骤S131(图12)。在实施方式2的变形例中，图12所示的步骤S131～S134中的处理也可以置换为图13(A)所示的处理(步骤S135、S136以及S131～S134)或者图13(B)所示的处理(步骤S137、S138以及S131～S134)。
图41所示的步骤S106～S108中的处理也可以置换为实施方式1的各变形中的处理(例如，图35所示的步骤S201～S204或图36所示的步骤S301～S303)。
在上述步骤S108中的比较的结果为线圈3的接线状态不是Y接线的情况(是三角形接线的情况)或者温度差ΔT的绝对值为阈值ΔTr以下的情况(即不需要切换为三角形接线的情况)下，进入步骤S401。
步骤S401～S404与实施方式2(图40)相同。
当在上述步骤S105中接收到运转停止信号的情况下，控制装置50停止电动机1的旋转(步骤S109)。另外，在步骤S404中，当在使电动机1停止的状态下接收到运转停止信号的情况下，在使电动机1停止的状态下进入步骤S110。另外，虽然在图41中省略，但在步骤S105～S108或步骤S401～S404中，在接收到运转停止信号的情况下，也进入步骤S109并停止电动机1的旋转。
之后，控制装置50(具体而言为接线切换部60)将线圈3的接线状态从Y接线切换为三角形接线(步骤S110)。在线圈3的接线状态已经是三角形接线的情况下，维持该接线状态。
步骤S111与实施方式1(图10)相同。
根据实施方式2的变形例，具有与实施方式1(包括各变形例)以及实施方式2中说明的效果相同的效果。
以上说明的各实施方式以及各变形例中的特征能够相互适当地组合。
以上，对本发明的优选实施方式进行了具体说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改良或变形。

Claims (16)

1.一种驱动装置，驱动具有线圈的电动机，所述驱动装置具备：
转换器，生成母线电压；
逆变器，将所述母线电压变换为交流电压并向所述线圈供给；
接线切换部，切换所述线圈的接线状态；
温度传感器，检测室内温度；以及
控制装置，基于所述温度传感器的检测温度来切换所述线圈的接线状态，控制所述逆变器以及所述转换器，
所述控制装置根据所述接线切换部对所述线圈的接线状态的切换，使所述转换器生成的所述母线电压的大小变化。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
所述控制装置在切换所述线圈的接线状态之前使所述电动机的旋转停止。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
所述控制装置基于所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差来切换所述线圈的接线状态。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
所述线圈的接线状态中有第1接线状态和线间电压低于所述第1接线状态的第2接线状态。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其中，
所述控制装置在所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差的绝对值大于阈值的情况下，将所述线圈的接线状态切换为所述第2接线状态。
6.根据权利要求4所述的驱动装置，其中，
所述控制装置在所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差的绝对值为阈值以下的情况下，将所述线圈的接线状态切换为所述第1接线状态。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述线圈是三相线圈，
所述第1接线状态是所述三相线圈通过Y接线而被接线的状态，所述第2接线状态是所述三相线圈通过三角形接线而被接线的状态。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述线圈是通过Y接线或三角形接线而被接线的三相线圈，
所述第1接线状态是所述三相线圈按每个相被串联接线的状态，
所述第2接线状态是所述三相线圈按每个相被并联接线的状态。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述控制装置在所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差的绝对值为阈值以下的情况下，将所述电动机的转速与基准值进行比较，基于该比较结果来切换所述线圈的接线状态。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述控制装置在所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差的绝对值为阈值以下的情况下，将所述逆变器的输出电压与基准值进行比较，基于该比较结果来切换所述线圈的接线状态。
11.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，
所述逆变器根据所述电动机的转速进行弱磁控制。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述控制装置基于所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差，为了避免过度冷却状态或过度制热状态而停止所述电动机，之后进行由所述接线切换部对所述线圈的接线状态的切换。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述控制装置基于根据所述温度传感器的所述检测温度与设定温度之差计算出的负载来切换所述线圈的接线状态。
14.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其中，
所述接线切换部具有继电器触点。
15.一种空调装置，具备：
具有线圈的电动机、由所述电动机驱动的压缩机以及驱动所述电动机的权利要求1至14中任一项所述的驱动装置。
16.一种电动机的驱动方法，是具有线圈的电动机的驱动方法，使用生成母线电压的转换器以及将所述母线电压变换为交流电压并向所述线圈供给的逆变器，所述电动机的驱动方法具有：
温度检测步骤，检测室内温度；
接线切换步骤，基于所述温度检测步骤中的检测温度来切换所述线圈的接线状态；以及
根据所述线圈的接线状态的切换而使所述转换器生成的所述母线电压的大小变化的步骤。
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