CN113196646B - 马达驱动装置、冷冻环路装置、空调机、热水器以及冰箱 - Google Patents

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Abstract

具备：切换器(61、62、63)，为切换马达(7)的接线状态的机械式开关；逆变器(30)，从直流电压生成交流电压，对马达(7)输出交流电压；以及控制装置(100)，控制切换器(61、62、63)及逆变器(30)，其中，控制装置(100)在使从逆变器(30)输出的交流电压为零的状态下使切换器(61、62、63)切换接线状态。

Description

马达驱动装置、冷冻环路装置、空调机、热水器以及冰箱
技术领域
本发明涉及马达驱动装置、冷冻环路装置、空调机、热水器以及冰箱。
背景技术
在现有技术中，在切换马达的接线状态时，在将从逆变器流到马达的电流控制为零、使到电磁接触器的继电器的电流为零的状态下切换电磁接触器。
例如，专利文献1中记载的技术为：基于马达电流和马达的相位来调节逆变器的占空比以使马达电流为零，从而能够不使电流流过电磁接触器而切换马达的接线状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-62888号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
然而，现有技术需要在触点之间产生电位差的状态下切换电磁接触器的接线状态。当在触点之间存在电位差的状态下切换接线状态时，可能在继电器的触点之间产生电弧，引起触点熔粘(sticking)，电磁接触器有可能发生故障。
于是，本发明的1个或多个方式的目的在于使得能够在触点之间不产生电位差的状态下切换马达的接线状态。
用于解决技术课题的技术方案
本发明的1个或多个方式的马达驱动装置的特征在于，具备：机械式开关，切换马达的接线状态；逆变器，从直流电压生成交流电压，对所述马达输出所述交流电压；以及控制装置，控制所述机械式开关及所述逆变器，其中，所述控制装置在使从所述逆变器输出的所述交流电压为零的状态下使所述机械式开关切换所述接线状态。
发明效果
根据本发明的1个或多个方式，能够在触点之间不产生电位差的状态下切换马达的接线状态。
附图说明
图1为将实施方式1的马达驱动装置与交流电源及马达一同示出的概略布线图。
图2的(A)及(B)为概略性示出硬件结构例的框图。
图3为示出逆变器的结构的概略图。
图4为更详细地示出马达及连接切换装置的布线图。
图5为示出切换器的结构例的布线图。
图6为概略性示出控制装置的功能结构的一例的框图。
图7为概略性示出电压指令运算部的功能结构的一例的框图。
图8为示出接线状态的切换动作的流程图。
图9为用于说明切换马达的接线状态时的PWM信号的概略图。
图10为将横轴作为马达的转数、将纵轴作为马达电流的峰值的曲线图。
图11为将横轴作为马达的转数、将纵轴作为马达的转矩的曲线图。
图12为将横轴作为时间、将纵轴作为马达的转数的第1曲线图。
图13为将横轴作为时间、将纵轴作为马达的转数的第2曲线图。
图14为将横轴作为时间、将纵轴作为马达的转数的第3曲线图。
图15为示出空调机的结构例的概略图。
图16为示出热泵式热水器的结构例的概略图。
图17为示出冰箱的结构例的概略图。
附图标记
1：马达驱动装置；4：交流电源；7：马达；71、72、73：绕组；8：电抗器；10：整流电路；20：电容器；30：逆变器；311、312、313、314、315、316：开关元件；310：逆变器主电路；350：驱动电路；60：连接切换装置；61、62、63：切换器；80：电流检测部；81：电压检测部；100：控制装置；800#1、800#2、800#3：冷冻环路装置；900：空调机；901：热水器；902：冰箱。
具体实施方式
以下参照附图对实施方式的马达驱动装置、具备该马达驱动装置的作为冷冻环路应用设备的冷冻环路装置和具备该冷冻环路装置的空调机、热水器及冰箱进行说明。此外，以下所示的实施方式只是例子，马达驱动装置及具备该马达驱动装置的各装置能够进行各种变更。此外，在以下的说明中，附加有相同附图标记的构成要素具有相同或相似的功能。
图1为将实施方式1的马达驱动装置1与交流电源4及马达7一同示出的概略布线图。
交流电源4对马达驱动装置1供给交流电力。
马达驱动装置1从交流电源4接收交流电力的供给而驱动马达7。
马达7具备由U相、V相、W相构成的3个相的绕组71、72、73。例如，马达7为3相永磁体同步马达，定子绕组(以下也称为“绕组”)的端部被引出至马达7的外部，能够切换到星形接线(Y接线)及三角形接线(Δ接线)中的任意接线。该切换由连接切换装置60来进行。此外，在将Y接线称为第1接线的情况下，Δ接线为第2接线，在将Δ接线称为第1接线的情况下，Y接线为第2接线。另外，绕组的接线状态可以为3个种类以上。
如图1所示，马达驱动装置1具备逆变器30、连接切换装置60和控制装置100。另外，马达驱动装置1可以具备交流电源输入端子2a、2b、电抗器8、整流电路10、电容器20、电流检测部80和电压检测部81。
交流电源输入端子2a、2b连接于外部的交流电源4，从交流电源4接受交流电力的输入。从交流电源4对交流电源输入端子2a、2b施加交流电压。
整流电路10通过从交流电源4经由交流电源输入端子2a、2b及电抗器8接受交流电压并进行整流来生成直流电压。整流电路10为通过将二极管等整流元件11～14进行桥接而形成的全波整流电路。
电容器20将由整流电路10生成的直流电压平滑化而输出直流电压。
逆变器30根据来自控制装置100的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号Sm1～Sm6而进行开关，从而将直流电压变换为三相的交流电压。然后，逆变器30通过将该三相的交流电压输出至马达7来驱动马达7。此外，逆变器30经由切换器61～63对绕组71～73施加交流电压，并且经由切换器61～63从旋转动作中的马达7的绕组71～73被施加反电动势电压。
连接切换装置60具有切换器61～63，通过在马达7的旋转动作中进行切换器61～63的切换动作来切换马达7的绕组71～73的接线状态。在此，设为接线状态能够在Y接线与Δ接线之间进行切换。另外，切换器61～63为像电磁接触器那样的机械式开关。
电流检测部80检测母线电流、即对逆变器30输入的直流电流。电流检测部80包括被插入于直流母线的分流电阻，将作为表示检测结果的模拟信号的电流检测信号供给至控制装置100。该电流检测信号在控制装置100中由未图示的A/D(Analog to Digital)变换部被变换为数字信号并被用于在控制装置100的内部的处理。
此外，在此示出了通过电流检测部80检测母线电流的例子，但是本实施方式不限于这样的例子。例如，电流检测部80可以检测从逆变器30输出的各相的电流。在这样的情况下，电流检测部80例如通过在逆变器30的下支路的开关元件与GND之间设置分流电阻来检测各相的电流即可。
电压检测部81检测被施加于逆变器30的母线电压。电压检测部81例如包括分压电阻，将作为表示检测结果的模拟信号的电压检测信号供给至控制装置100。该电流检测信号在控制装置100中由未图示的A/D变换部被变换为数字信号并被用于在控制装置100的内部的处理。
控制装置100控制连接切换装置60及逆变器30。例如，控制装置100通过控制逆变器30来控制马达7的旋转动作。另外，控制装置100使连接切换装置60执行绕组的连接状态的切换。为了控制逆变器30，控制装置100生成PWM信号Sm1～Sm6并供给至逆变器30。
具体而言，控制装置100在使从逆变器30输出的交流电压为零的状态下使连接切换装置60切换接线状态。例如，控制装置100通过将逆变器30的上支路的开关元件断开从而使从逆变器30输出的交流电压为零。在此，优选的是控制装置100在使马达7的转数上升至过调制区域后使从逆变器30输出的交流电压为零。
更具体而言，控制装置100在将上支路的开关元件断开的状态下，在进行了将逆变器30的下支路的开关元件交替接通和断开的切换准备动作后，将下支路的开关元件接通，使连接切换装置60切换接线状态。此外，在切换准备动作中，优选的是控制装置100使将下支路的开关元件接通的期间逐渐变长。
例如如图2的(A)所示，控制装置100能够由微机(微型计算机)来构成，该微机(微型计算机)具备作为将控制信息存储为软件程序的存储装置的存储器120和执行该程序的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等处理器121。另外，如图2的(B)所示，控制装置100也能够由DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等处理电路122来构成。以下说明控制装置100由微机构成的情况。
图3为示出逆变器30的结构的概略图。
逆变器30具有逆变器主电路310和驱动电路350。
逆变器主电路310的输入端子连接于电容器20的电极。将连接整流电路10的输出、电容器20的电极及逆变器主电路310的输入端子的线称为直流母线。
逆变器30被控制装置100控制，而逆变器主电路310的6个支路的开关元件311～316进行接通或断开的动作。通过该接通或断开的动作，逆变器30生成频率可变且电压可变的3相交流电压，将该3相交流电压供给至马达7。对开关元件311～316分别并联连接有回流用的整流元件321～326。
位于高电位侧的开关元件311、312、313为上支路的开关元件。具体而言，开关元件311与U相的上支路相当，开关元件312与V相的上支路相当，开关元件313与W相的上支路相当。
另外，位于低电位侧的开关元件314、315、316为下支路的开关元件。具体而言，开关元件314与U相的下支路相当，开关元件315与V相的下支路相当，开关元件316与W相的下支路相当。
如图3所示，逆变器30除了具备逆变器主电路310之外还具备驱动电路350。
驱动电路350基于PWM信号Sm1～Sm6生成驱动信号Sr1～Sr6。驱动电路350根据驱动信号Sr1～Sr6控制开关元件311～316的接通或断开，由此频率可变且电压可变的3相交流电压被施加于马达7。
PWM信号Sm1～Sm6为逻辑电路的信号电平，例如为具有0V至5V大小的信号，与之相对，驱动信号Sr1～Sr6为控制开关元件311～316所需的电压电平，例如为具有+15V至－15V大小的信号。另外，PWM信号Sm1～Sm6以控制装置100的接地电位作为基准电位，与此相对，驱动信号Sr1～Sr6以各自对应的开关元件的负侧的端子的电位作为基准电位。
图4为更详细地示出马达7及连接切换装置60的布线图。
马达7的由U相、V相、W相构成的3个相的绕组71、72、73的第1端部71a、72a、73a分别连接于外部端子71c、72c、73c。马达7的U相、V相、W相的绕组71、72、73的第2端部71b、72b、73b分别连接于外部端子71d、72d、73d。像这样，马达7能够与连接切换装置60连接。另外，对外部端子71c、72c、73c连接有逆变器30的U相、V相、W相的输出线331、332、333。
在图示的例子中，连接切换装置60由作为机械式开关的切换器61～63构成。作为切换器61、62、63，使用触点电磁性地进行开闭的电磁接触器。这样的电磁接触器包括所谓的继电器或接触器等。
图5为示出切换器61～63的结构例的布线图。
例如在电流流过励磁线圈611、621、631时和电流不流过励磁线圈611、621、631时，切换器61～63采用不同的接线状态。励磁线圈611、621、631以经由半导体开关604接受切换电源电压V60的方式而连接。虽然未图示，但是切换电源电压V60例如从整流电路10被供给即可。
半导体开关604的开闭由从控制装置100输出的切换控制信号Sc控制。此外，在充分确保来自控制装置100所包含的微机的电流供给的情况下，也可以以使电流从微机直接流到励磁线圈的方式工作。
切换器61的共用触点61c经由引线61e连接于外部端子71d。常闭触点61b连接于中性点节点64，常开触点61a连接于逆变器30的V相的输出线332。
切换器62的共用触点62c经由引线62e连接于外部端子72d。常闭触点62b连接于中性点节点64，常开触点62a连接于逆变器30的W相的输出线333。
切换器63的共用触点63c经由引线63e连接于外部端子73d。常闭触点63b连接于中性点节点64，常开触点63a连接于逆变器30的U相的输出线331。
在励磁线圈611、621、631中未流过电流时，如图5所示，切换器61、62、63处于被切换至常闭触点侧的状态、即共用触点61c、62c、63c连接于常闭触点61b、62b、63b的状态。在该状态下，马达7处于Y接线状态。
在励磁线圈611、621、631中流过电流时，切换器61、62、63与图示相反，处于被切换至常开触点侧的状态、即共用触点61c、62c、63c连接于常开触点61a、62a、63a的状态。在该状态下，马达7处于Δ接线状态。
图6为概略性示出控制装置100的功能结构的一例的框图。
控制装置100具有运行控制部102以及逆变器控制部110。
运行控制部102接受从电压检测部81提供的电压检测信号Qe、基于表示由未图示的温度传感器检测出的室温的电信号的电量的指令信号和表示来自未图示的操作部、例如遥控器的指示信息的指令信号，控制空调机的各部分的工作。来自操作部的指示包括表示设定温度的信息、运行模式的选择、运行开始及结束的指示等。
运行控制部102例如进行将马达7的定子绕组设为Y接线还是设为Δ接线的决定以及目标转数的决定，基于决定输出切换控制信号Sc及频率指令值ω*。
具体而言，在切换马达7的接线状态的情况下，运行控制部102通过输出频率指令值ω*来控制逆变器30，以使马达7的转数为预定的切换转数以上。在此，设为切换转数为过调制区域的最小转数。据此，马达7的再生制动的电阻分量变小，能够在切换马达7的接线状态时防止马达7的转数急剧下降。
然后，在马达7的转数为切换转数以上的情况下，运行控制部102对PWM生成部117提供上支路停止信号Stu以便使上支路的开关元件311、312、313全部断开，以使来自逆变器30的输出为零。在使逆变器30的输出电压为零、抑制了连接切换装置60的触点之间产生的电位差的状态下使连接切换装置60工作，从而能够抑制在连接切换装置60产生的电弧放电。据此，能够抑制连接切换装置60中的熔粘，能够提高连接切换装置60的可靠性。
接下来，运行控制部102进行马达7的接线状态的切换准备动作。具体而言，运行控制部102对PWM生成部117交替提供下支路停止信号Stn和下支路驱动信号Drn，以使逆变器30的下支路的开关元件314、315、316全部重复接通和断开。据此，能够抑制将逆变器30的下支路的开关元件314、315、316全部接通时的浪涌电流。
然后，运行控制部102在切换准备动作结束后，对PWM生成部117提供下支路驱动信号Drn，对连接切换装置60提供切换控制信号Sc，以使逆变器30的下支路的开关元件314、315、316全部接通。据此，能够释放由于马达7旋转而产生的电力。
如图6所示，逆变器控制部110具有电流恢复部111、3相2相变换部112、电压指令运算部115、2相3相变换部116、PWM生成部117、电角相位运算部118以及励磁电流指令控制部119。
电流恢复部111基于由图1所示的电流检测部80检测出的直流电流Idc的值来恢复流过马达7的相电流的电流值iu、iv、iw。电流恢复部111通过按照基于从PWM生成部117提供的PWM信号而决定的定时对由电流检测部80检测的直流电流Idc进行采样来恢复相电流的电流值iu、iv、iw。
3相2相变换部112使用由将在后说明的电角相位运算部118生成的电角相位θ，将由电流恢复部111恢复的电流值iu、iv、iw变换为以励磁电流分量(以下也称为“γ轴电流”)iγ及转矩电流分量(以下也称为“δ轴电流”)iδ表示的γ－δ轴的电流值。
励磁电流指令控制部119基于转矩电流分量iδ，求出为了驱动马达7而效率最高的最佳励磁电流指令值iγ*。此外，在图6中，基于转矩电流分量iδ求出励磁电流指令值iγ*，但即使基于励磁电流分量iγ、频率指令值ω*求出励磁电流指令值iγ*也能够得到同样的效果。
励磁电流指令控制部119基于转矩电流分量iδ，输出使得输出转矩为预定的值以上、即电流值为预定的值以下的电流相位角度的励磁电流指令值iγ*。
电压指令运算部115根据从3相2相变换部112提供的励磁电流分量iγ及转矩电流分量iδ，推定与马达7的转数相当的频率，生成并输出δ轴电压指令值Vδ*及γ轴电压指令值Vγ*，以使推定出的频率与来自运行控制部102的频率指令值ω*一致。
图7为概略性示出电压指令运算部115的功能结构的一例的框图。
电压指令运算部115以基于从3相2相变换部112得到的γ轴电流iγ及δ轴电流iδ、频率指令值ω*和从励磁电流指令控制部119得到的励磁电流指令值iγ*来输出电压指令值Vγ*、Vδ*的方式进行工作。
控制器1152例如为比例积分(PI)控制器，基于频率指令值ω*与由频率推定部1151生成的频率推定值ωest的差分(ω*－ωest)，输出使得频率推定值ωest与频率指令值ω*一致的δ轴电流指令值iδ*。
频率推定部1151基于γ轴电流iγ及δ轴电流iδ和电压指令值Vγ*、Vδ*，推定马达7的频率，生成频率推定值ωest。
切换部1155从δ轴电流指令值iδ*与δ轴电流iδ的差分(iδ*－iδ)和0中的任意值中选择δ轴电流指令值iδ**的值，例如，PI控制器等控制器1156输出使得δ轴电流iδ与δ轴电流指令值iδ*一致的δ轴电压指令值Vδ*。
切换部1153从γ轴电流指令值iγ*与γ轴电流iγ的差分(iγ*－iγ)和0中的任意值中选择γ轴电流指令值iδ**的值，例如，PI控制器等控制器1154输出使得γ轴电流iγ与γ轴电流指令值iγ*一致的γ轴电压指令值Vγ*。
图6所示的2相3相变换部116使用由电角相位运算部118得到的电角相位θ将由电压指令运算部115得到的γ轴电压指令值Vγ*及δ轴电压指令值Vδ*的2相坐标系的电压指令值变换为3相坐标系的输出电压指令值Vu*、Vv*、Vw*并输出。
PWM生成部117基于从2相3相变换部116得到的3相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*生成PWM信号Sm1～Sm6并输出。
从运行控制部102提供的上支路停止信号Stu、下支路停止信号Stn及下支路驱动信号Drn被提供给PWM生成部117。
当被提供上支路停止信号Stu时，PWM生成部117立即停止向上支路的开关元件311、312、313输出PWM信号Sm1、Sm2、Sm3。
当被提供下支路停止信号Stn时，PWM生成部117立即停止向下支路的开关元件314、315、316输出PWM信号Sm4、Sm5、Sm6。
当被提供下支路驱动信号Drn时，PWM生成部117输出PWM信号Sm4、Sm5、Sm6，以使下支路的开关元件314、315、316全部接通。
图3所示的驱动电路350基于PWM信号Sm1～Sm6生成驱动信号Sr1～Sr6。
此外，在图6的例子中说明从逆变器30的输入侧的直流电流Idc恢复相电流的电流值iu、iv、iw的结构，但是也可以采用在逆变器30的输出线331、332、333设置电流检测部，通过该电流检测部检测相电流的结构。在这样的情况下，使用由该电流检测部检测出的电流代替由电流恢复部111恢复的电流即可。
另外，在作为马达7使用3相永磁体同步马达的情况下，当在马达7中流过过大的电流时，产生永磁体的不可逆消磁而磁力下降。当产生这样的状态时，用于输出相同转矩的电流增加，因此产生损耗恶化的问题。因此，对控制装置100输入相电流的电流值iu、iv、iw或直流电流Idc的值，在马达7中流过过大的电流的情况下，通过使PWM信号Sm1～Sm6停止来停止向马达7的通电，从而能够防止不可逆消磁。此外，通过设置对相电流的电流值iu、iv、iw或直流电流Idc的值除去噪声的LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)，能够防止由于噪声而误使PWM信号Sm1～Sm6停止的情况，能够使可靠性更为提高。
在此，在使用能够切换到Y接线和Δ接线中的任意接线的马达作为马达7的情况下，在Y接线和Δ接线下产生不可逆消磁的电流值(IY和IΔ)大概相差倍，Δ接线比Y接线高/>倍。因此，当与Y接线配合地设定不可逆消磁的保护级别时，由于会较早达到IΔ的保护，因此运行范围难以扩大。因此，通过在控制装置100内与Y接线和Δ接线配合地切换保护级别，能够可靠地保护马达7免受各绕组中不可逆消磁的影响，能够得到提高了可靠性的马达驱动装置。
此外，关于保护级别，列举了将马达7的初始状态的磁力设定为100％，设定为作为在产生了不可逆消磁的情况下对性能不影响的范围的电流值、例如磁力下降至97％的电流值，但即使根据要使用的设备变更保护级别的设定电流值也没有问题。
图8为示出接线状态的切换动作的流程图。
图8的流程图从起动马达7时开始。
首先，运行控制部102选择一个接线状态作为马达7的接线状态(S10)。运行控制部102对连接切换装置60提供切换控制信号Sc，以变为所选择的接线状态。接受到切换控制信号Sc的连接切换装置60进行切换器61～63的切换以变为所选择的接线状态。
接下来，运行控制部102进行马达7的起动控制处理(S11)。使马达7的转数上升直至达到预定的转数。
接下来，运行控制部102基于表示由未图示的温度传感器检测出的室温的电信号的电量或来自未图示的操作部的指示信息，进行控制马达7的转数的稳态控制处理(S12)。
接下来，运行控制部102判断是否停止驱动(S13)。例如，在从未图示的操作部接受到停止运行的指示的输入的情况下，运行控制部102判断为停止驱动。然后，在停止驱动的情况下(S13中为是)，运行控制部102停止马达7的驱动而结束处理。在不停止驱动的情况下(S13中为否)，处理前进至步骤S14。
在步骤S14中，运行控制部102判断当前选择的接线状态是否为最佳接线状态。在为最佳接线状态的情况下(S14中为是)，处理返回至步骤S12，在不是最佳接线状态的情况下(S14中为否)，处理前进至步骤S15。
在步骤S15中，运行控制部102通过输出频率指令值ω*来使马达7的转数上升。
然后，运行控制部102判断马达7的转数是否为切换转数以上(S16)。在小于切换转数的情况下(S16中为否)，处理返回至步骤S15，在为切换转数以上的情况下(S16中为是)，处理前进至步骤S17。
在步骤S17中，运行控制部102进行控制以使从逆变器30输出的电压为零。具体而言，运行控制部102对PWM生成部117提供上支路停止信号Stu，以使上支路的开关元件311、312、313全部断开。
接下来，运行控制部102进行马达7的接线状态的切换准备动作(S18)。具体而言，运行控制部102对PWM生成部117交替提供下支路停止信号Stn和下支路驱动信号Drn，以使逆变器30的下支路的开关元件314、315、316全部重复接通和断开。
接下来，运行控制部102对PWM生成部117提供下支路驱动信号Drn，以使逆变器30的下支路的开关元件314、315、316全部接通。
然后，运行控制部102选择最佳接线状态，对连接切换装置60提供切换控制信号Sc(S20)，以变为所选择的接线状态。然后处理返回至步骤S12。
图9为用于说明切换马达7的接线状态时的PWM信号Sm1～Sm6的概略图。
如图9所示，在切换马达7的接线状态时，控制装置100使马达7的转数上升至高于稳态运行时的转数的过调制区域的转数。在此，对马达7输出了与驱动马达7的转数相应的PWM信号Sm1～Sm6。
然后，在切换马达7的绕组的情况下，由于使逆变器30的输出电压为零，因此停止向上支路的开关元件311、312、313的PWM信号Sm1、Sm2、Sm3的输出。在此处的例子中，向下支路的开关元件314、315、316的PWM信号Sm4、Sm5、Sm6的输出为表示接通的“1”。
接下来，作为切换准备动作，在停止了向上支路的开关元件311、312、313的PWM信号Sm1、Sm2、Sm3的输出的状态下，控制装置100交替输出表示接通的“1”和表示断开的“0”，作为向下支路的开关元件314、315、316的PWM信号Sm4、Sm5、Sm6的输出。在此，控制装置100使PWM信号Sm4、Sm5、Sm6的接通期间逐渐变长。
然后，在停止了向上支路的开关元件311、312、313的PWM信号Sm1、Sm2、Sm3的输出的状态下，在将表示接通的“1”作为向下支路的开关元件314、315、316的PWM信号Sm4、Sm5、Sm6的输出的切换期间中，控制装置100进行接线状态的切换。
接下来，对在切换马达7的接线状态时使马达7的转数上升的理由进行说明。
在本实施方式中，在切换马达7的接线状态时，由于从逆变器30输出的电压被设为零，因此V＝0。
在马达7为永磁体同步马达的情况下，其电压方程式能够用下式(1)来表示。
[数学式1]
其中，Vd为马达7的d轴电压，Vq为马达7的q轴电压，id为马达7的d轴电流，iq为马达7的q轴电流，ω为电角频率，R为绕组电阻，Ld为马达7的d轴电感，Lq为马达7的q轴电感，为感应电压常数。
在V＝0的情况下，逆变器30的下支路的开关元件311、312、313被接通，马达7的线间被短路，因此Vd＝Vq＝0，Id及Iq能够用下式(2)来表示。
[数学式2]
进而，马达7的转矩能够用下式(3)来表示。
[数学式3]
其中，Pm为马达7的极对数。
根据上述的式(2)及式(3)，由于R、Ld、Lq及的马达常数为固定值，因此马达7的dq轴电流根据马达7的转数ω而变化，马达7的转矩τm根据dq轴电流而变化。
在此，dq轴电流的峰值能够用下式(4)来表示。
[数学式4]
当将式(4)的轨迹在将横轴作为马达的转数、将纵轴作为马达电流的峰值的曲线图中示出时，如图10所示。
如图10所示，随着马达7的转数变大，零电压输出时的马达电流的电流值收敛为一定值。
进而，当将式(4)的轨迹在将横轴作为马达7的转数、将纵轴作为马达7的转矩的曲线图中示出时，如图11所示。
如图11所示，随着马达7的转数变大，电压输出零时的马达7的制动转矩变小。
在此，马达7的转数变化用下式(5)来表示。
[数学式5]
其中，Δω表示马达转数变动，τm表示马达转矩，τl表示负载转矩，J表示惯性。
零电压控制时，马达7的转矩为制动转矩τb，因此式(5)的τm＝－τb。
因此制动转矩越小，则马达7的转数变动也更小。
因此当充分提高马达7的转数时，制动转矩变小，在切换马达7的接线状态时，即使使逆变器30的输出电压为零，马达7的转数也难以下降，能够将伴随接线状态的切换的影响限制于最小限度。
具体而言，由于在不将马达7的转数升高至过调制区域而使逆变器30的输出电压为0来进行接线状态的切换时，逆变器30的再生制动的制动转矩变大，因此如图12所示，马达7的转数大幅下降。
另外，如作为现有技术的日本特开2013－62888号公报中记载的技术那样，在使输出电流为零的状态下切换接线状态时，当逆变器输出的电压升高至过调制区域时，无法使输出电流为零。另外，因为当使输出电流为零时，马达的输出转矩也为零，因此由于负载转矩而马达的转数下降。因此例如如图13所示，马达的转数大幅下降。
与此相对，当如本实施方式这样在使马达7的转数升高至过调制区域后进行接线状态的切换时，逆变器30的再生制动的电阻分量变小，因此如图14所示，马达7的转数不太下降。
即，在本实施方式中，由于使逆变器30的输出电压为零，因此不论输出电压、即逆变器30的电压调制率如何都能够进行使电压为零的控制。因而，能够在能更高速旋转的过调制区域中抑制马达7的转数降低而在不停机的状态下切换马达7的接线状态。
因此即使是过调制区域被设定为更低转数的马达或负载转矩大且切换动作中转数跌落至零附近的马达，在本实施方式中也能够不停机地切换马达的接线状态。
图15为示出包括具备实施方式的马达驱动装置1的冷冻环路装置800#1的空调机900的结构例的概略图。
冷冻环路装置800#1能够通过四通阀802的切换动作来进行制热运行或制冷运行。
在制热运行时，如以实线箭头所示，制冷剂被压缩机804加压并送出，通过四通阀802、室内的热交换器806、膨胀阀808、室外的热交换器810及四通阀802而返回至压缩机804。
在制冷运行时，如以虚线箭头所示，制冷剂被压缩机804加压并送出，通过四通阀802、室外的热交换器810、膨胀阀808、室内的热交换器806及四通阀802而返回至压缩机804。
在制热运行时，热交换器806作为冷凝器发挥作用而进行热量释放，从而对室内进行制热，热交换器810作为蒸发器发挥作用而进行热量吸收。
在制冷运行时，热交换器810作为冷凝器发挥作用而进行热量释放，热交换器806作为蒸发器发挥作用，进行热量吸收，从而对室内进行制冷。膨胀阀808使制冷剂减压而膨胀。压缩机804由被马达驱动装置1进行可变速控制的马达7来驱动。
图16为示出包括具备实施方式的马达驱动装置1的冷冻环路装置800#2的热泵式的热水器901的结构例的概略图。
如图16所示，在冷冻环路装置800#2中，热交换器806作为冷凝器发挥作用而进行热量释放，从而将水加热，热交换器810作为蒸发器发挥作用而进行热量吸收。压缩机804由被马达驱动装置1进行可变速控制的马达7来驱动。
图17为示出包括具备实施方式的马达驱动装置1的冷冻环路装置800#3的冰箱902的结构例的概略图。
如图17所示，在冷冻环路装置800#3中，通过热交换器810作为冷凝器发挥作用而进行热量释放，热交换器806作为蒸发器发挥作用，进行热量吸收，从而对冰箱内进行冷却。压缩机804由被马达驱动装置1进行可变速控制的马达7来驱动。
如以上那样，根据本实施方式，由于在使从逆变器30输出的交流电压为零的状态下使由机械式开关构成的连接切换装置60切换接线状态，因此开关的触点之间产生的电位差被抑制，能够抑制因该电位差而产生的电弧所导致的触点熔粘。因此能够在确保开关的可靠性的同时变更接线状态。
此外，通过将逆变器30的上支路的开关元件311、312、313断开，能够容易地使从逆变器30输出的所述交流电压为零。
在将逆变器30的上支路的开关元件311、312、313断开的状态下进行将其下支路的开关元件314、315、316交替接通和断开的切换准备动作后，将下支路的开关元件314、315、316接通，使连接切换装置60切换接线状态，从而能够抑制将下支路的开关元件314、315、316接通时的浪涌电流，能够防止在马达7流过消磁电流以上的电流。因此能够抑制马达7的消磁。
此外，在切换准备动作中，通过使将下支路的开关元件314、315、316接通的期间逐渐变长，从而能够提高抑制将下支路的开关元件314、315、316接通时的浪涌电流的效果。
通过在使马达7的转数上升至过调制区域后使从逆变器30输出的交流电压为零，从而再生制动转矩变小，能够抑制接线状态的切换时的马达7的转数下降。

Claims (8)

1.一种马达驱动装置，其特征在于，具备：
机械式开关，切换马达的接线状态；
逆变器，具备位于直流电压的高电位侧的上支路的开关元件和位于所述直流电压的低电位侧的下支路的开关元件，从所述直流电压生成交流电压，对所述马达输出所述交流电压；以及
控制装置，控制所述机械式开关及所述逆变器，
其中，所述控制装置在通过将所述上支路的开关元件断开来使从所述逆变器输出的所述交流电压为零的状态下，在进行了将所述下支路的开关元件交替接通和断开的切换准备动作后，将所述下支路的开关元件接通，使所述机械式开关切换所述接线状态。
2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，
在所述切换准备动作中，所述控制装置使将所述下支路的开关元件接通的期间逐渐变长。
3.一种马达驱动装置，其特征在于，具备：
机械式开关，切换马达的接线状态；
逆变器，从直流电压生成交流电压，对所述马达输出所述交流电压；以及
控制装置，控制所述机械式开关及所述逆变器，
其中，所述控制装置在使所述马达的转数上升至过调制区域后使从所述逆变器输出的所述交流电压为零的状态下，使所述机械式开关切换所述接线状态。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述机械式开关为电磁接触器。
5.一种冷冻环路装置，其特征在于，具备：
权利要求1至4中的任意一项所述的马达驱动装置；以及
所述马达。
6.一种空调机，其特征在于，
具备权利要求5所述的冷冻环路装置。
7.一种热水器，其特征在于，
具备权利要求5所述的冷冻环路装置。
8.一种冰箱，其特征在于，
具备权利要求5所述的冷冻环路装置。
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