JP2009273348A - 電動機駆動装置および冷凍空気調和装置ならびに電動機駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機巻線の接続仕様の切替えを信頼性高く迅速に行え、また、駆動システムの高効率化が行え、且つ故障等があっても影響が比較的少ない電動機駆動装置等を得る。
【解決手段】電動機巻線の中性点を切り離して引き出された電動機の引き出し線と接続し、第１ＰＷＭ信号に基づいて、ＰＷＭによる電圧印加により電動機を駆動運転させる動作を行うマスター側インバータ回路２と、第２ＰＷＭ信号に基づいて電動機を駆動運転させる動作を行うスレーブ側インバータ回路３と、切替え信号に基づいて、スター接続仕様または開放巻線仕様のいずれかに電動機６の電動機巻線仕様を切り替えるため、スレーブ側インバータ回路３と並列に引き出し線と接続する短絡回路２３と、マスター側インバータ回路２およびスレーブ側インバータ回路３に、第１ＰＷＭ信号、第２ＰＷＭ信号を送信し、切替え信号Ｅを短絡回路２３に送信する制御手段４１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空気調和装置の圧縮機のような電動機の駆動運転等に利用する電動機駆動装置に係り、電動機巻線（固定子巻線）を独立巻線とした電動機を駆動運転する電動機駆動装置等に関するものである。

低廉・高性能な可変電圧・可変周波数インバータが実用化されるに従って、各種の可変速電動機駆動の応用分野が開拓されてきた。その中で、被駆動機械の静摩擦力が比較的大きく、大きな始動トルク（負荷）が要求されるような分野では、大容量の出力に対応したインバータ回路が必要であった。ただ、始動時におけるトルクを得るためだけにこのようなインバータ回路を使用するのはコスト面で不利であるため、インバータ回路の出力を大容量化せずに電動機の電動機巻線仕様を切替える各種方式が提案されてきている。

例えば、電圧形インバータ回路を有する装置において、サイリスタ、トランジスタ等の電力用半導体スイッチング素子で構成される三相ブリッジ回路（インバータ回路）を２組有し、一方の三相ブリッジ回路の正極端子および負極端子を、直流電圧源の正極端子および負極端子にそれぞれ直接接続する。また、他方の三相ブリッジ回路を、電力用半導体素子または電磁接触器等のスイッチを介して直流電圧源の正極端子および負極端子に接続する。そして、各三相ブリッジ回路の対応する相間に誘導電動機の各相の巻線を接続し、且つ各三相ブリッジ回路のスイッチング素子に対してデルタ接続運転また等価スター接続運転をするためのオンオフ信号およびＰＷＭ制御信号を与える手段を設けた装置を開示している（例えば、特許文献１参照）。
特公平７−９９９５９号公報（図１）

上記のような従来の装置は、切替えに要するスイッチ数が多いため、誘導電動機に対しては対応できたものの、同期維持のため迅速な切替えが要求される同期電動機に対しては制御困難であり、実現が難しかった。また、スイッチ数が多いため、ＯＮ・ＯＦＦ時の素子間ばらつきへの対応が困難であった。また、スター接続運転時に電流が流れる素子数が多く、運転条件（モータ力率、変調率）によってはシステムとしてのトータルのスイッチング素子ＯＮ損失が大きくなるため、インバータ効率が低下するといった問題があった。
さらに、電力用半導体素子または電磁接触器等のスイッチを介して直流電圧源の正極端子および負極端子に接続した三相ブリッジ回路内の１つのスイッチング素子が開放故障した場合や電動機と三相ブリッジ回路との間で断線がおこると、残りの三相ブリッジ回路側のみでは運転が不可能となるため、システムとしての動作保証制約が大きかった。

そこで、電動機巻線仕様（電動機の接続状態）を切り替える電動機駆動装置において、同期電動機に対応できるように巻線接続切替えを信頼性高く迅速に行え、また、駆動システムの高効率化が行え、且つ故障等があっても影響が比較的少ない電動機駆動装置等を得ることを目的とする。

この発明に係る電動機駆動装置は、電動機巻線の中性点を切り離して引き出された電動機の引き出し線と接続し、第１ＰＷＭ信号に基づいて、ＰＷＭによる電圧印加により電動機を駆動運転させるための動作を行うマスター側インバータ回路と、マスター側インバータ回路とは別の引き出し線と接続し、第２ＰＷＭ信号に基づいて電動機を駆動運転させるための動作を行うスレーブ側インバータ回路と、切替え信号に基づいて、マスター側インバータ回路のみの動作により電動機を駆動運転させるスター接続仕様、またはマスター側インバータ回路とスレーブ側インバータ回路との協調動作により電動機を駆動運転させる開放巻線仕様のいずれかに電動機の電動機巻線仕様を切り替えるため、スレーブ側インバータ回路と並列に引き出し線と接続する短絡回路と、マスター側インバータ回路およびスレーブ側インバータ回路に、第１ＰＷＭ信号、第２ＰＷＭ信号を送信し、切替え信号を短絡回路に送信する制御手段とを備えるものである。

この発明に係る電動機駆動装置によれば、マスター側インバータ回路とスレーブ側インバータ回路とを有し、電動機の引き出し線と接続してスター接続仕様と開放巻線仕様とによる駆動運転を行えるようにし、さらに短絡回路を有し、スター接続仕様にはスレーブ側インバータ回路のスイッチング素子をすべてＯＦＦにして開放し、短絡回路により各相を電気的に接続することで、スレーブ側インバータ回路をすべてＯＮして短絡させる必要がない。そのため、素早い電動機巻線仕様の切替えが可能となり、誘導電動機だけでなく、同期電動機にも用いることができる。また、スイッチ数が少ないため、ＯＮ・ＯＦＦ時の素子間ばらつきへの対応が容易（管理が比較的容易）であり、システムとしての信頼性が高くできる。また、短絡回路のスイッチ素子数も少なくすることができるため、運転条件（モータ力率、変調率）によってはスイッチング素子のＯＮ損失を従来よりも小さくすることができる。また、スレーブ側インバータ回路のスイッチング素子開放故障、電動機との間での断線等が発生しても、マスター側インバータ回路の動作継続が可能であるため、システムとしての信頼性を高くすることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、その電動機駆動装置を有する冷凍空気調和装置について図面等を参照しながら説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置を中心とするシステム構成の一例を表す図である。図１に示すシステムは、直流電圧源１、マスター側インバータ回路２およびスレーブ側インバータ回路３、各インバータ回路および電動機６の電動機巻線の接続状態を制御するための、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit ）等で構成される制御手段４１、電動機巻線を独立巻線にした電動機６、電動機６に流れる電流を検出するための電流検出手段５１〜５３、直流母線電圧（以下、母線電圧という）を検出するための電圧検出手段５４および電動機６の電動機巻線仕様をスター接続仕様（マスター側インバータ回路２による１台のみの動作で電動機６を駆動運転する場合。以下、単独運転という）または開放巻線仕様（マスター側インバータ回路２とスレーブ側インバータ回路３の２台のインバータ協調動作で電動機６を駆動運転する場合。以下、協調運転という）に切り替えるための短絡回路２３とから構成する。このうち、マスター側インバータ回路２、スレーブ側インバータ回路３、電流検出手段５１〜５３、電圧検出手段５４、制御手段４１および短絡回路２３により電動機駆動装置を構成するものとする。そして、本実施の形態では、電動機駆動装置を一枚の電子基板３１上に実装しているものとする。ここで、電動機駆動装置は、必ずしも一枚の電子基板３１上に実装する必要がなく、例えば１または複数の回路からなるブロックに分け、ブロック毎に複数の基板に実装する構成にしてもよい。

短絡回路２３は、本実施の形態においては３相整流回路２１、短絡スイッチ２２および短絡スイッチ状態切替え回路２４で構成する。また、マスター側インバータ回路２は、スイッチング素子７ａ〜７ｆおよびダイオード９ａ〜９ｆを有する回路である。スイッチング素子とダイオードとを組み合わせてアームを構成する。そして、本実施の形態のマスター側インバータ回路２のそれぞれの下アームと直流母線との間に、過電流保護および電動機制御用に電流検出素子１１ａ〜１１ｃを挿入（接続）している。また、スレーブ側インバータ回路３も、スイッチング素子８ａ〜８ｆおよびダイオード１０ａ〜１０ｆで構成される回路である。スレーブ側インバータ回路３においては、直流母線経路との間に、過電流保護用に電流検出素子１２を挿入（接続）している。

電流検出手段５１〜５３は、Ａ／Ｄ変換器、増幅器等で構成する。ここで、本実施の形態の電流検出は、電流検出素子１１ａ〜１１ｃより得られる両端電圧を、その電圧値を表す数値のデータに変換し、そのデータを含む信号を制御手段４１に送信する。そして、制御手段４１が信号に含まれるデータに基づいて電動機電流のデータ（情報）に換算することで行うものとする（ただし、この方法に限定するものではない）。また、本実施の形態の電圧検出手段５４は、抵抗・コンデンサ等から成る分圧回路、Ａ／Ｄ変換器、増幅器等で構成される。母線電圧を数値のデータに変換し、そのデータを含む信号を制御手段４１に送信する。制御手段４１は信号に含まれるデータに基づく処理を行う。

はじめに、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）を用いた電動機駆動運転法について説明する。本実施の形態では磁極位置センサを付加せず、巻線に流れる電流のデータ（情報）等に基づいて、制御手段４１が電動機６を駆動運転させるための制御を行う場合について説明する。

図１の電動機駆動装置では、制御手段４１は、電動機巻線仕様がスター接続仕様あるいは開放巻線仕様のいずれの状態であっても、電流検出素子１１ａ〜１１ｃにより電流検出手段５１〜５３を介して電動機電流のデータを得ることができる。また、電圧検出手段５４を介して母線電圧のデータも得ることができる。これらのデータに基づいて演算を行ってＰＷＭデューティ信号（以下、ＰＷＭ信号という）を生成し、マスター側インバータ回路２、スレーブ側インバータ回路３を動作させて電動機６に電圧を印加させ、電動機６の駆動運転制御を行う。

図２はＰＷＭ信号を作成処理等するフローチャートを表す図である。ここでは、電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗに基づいて、制御手段４１が、マスター側インバータ回路２および／またはスレーブ側インバータ回路３に出力するＰＷＭ信号を作成処理等する過程について説明する。

制御手段４１は、電流検出手段５１〜５３の検出に基づいて得られた電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗのデータ（以下、電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗという）から励磁電流Ｉγおよびトルク電流Ｉδを算出する励磁電流Ｉγ・トルク電流Ｉδ算出処理Ｓ１と、励磁電流Ｉγ、トルク電流Ｉδおよび周波数指令ｆ＊から、マスター側インバータ回路２の次回の電圧指令ベクトルＶγ1* およびＶδ1* 、スレーブ側インバータ回路３の次回の電圧指令ベクトルＶγ2* およびＶδ2* を算出するγ軸電圧・δ軸電圧指令演算処理Ｓ２と、Ｖγ1* 、Ｖδ1* 、Ｖγ2* 、Ｖδ2* および母線電圧Ｖｄｃから、マスター側インバータ回路２の各相電圧指令Ｖｕ１＊〜Ｖｗ１、スレーブ側インバータ回路３の各相電圧指令Ｖｕ２＊〜Ｖｗ２＊を算出する各相電圧指令演算処理Ｓ３と、Ｖｕ１＊〜Ｖｗ１＊、Ｖｕ２＊〜Ｖｗ２＊から、電圧指令に基づく電圧に基づいて電動機６を駆動運転させるために、マスター側インバータ回路２に送信する第１ＰＷＭ信号Ｔｕｐ１〜Ｔｗｎ１、スレーブ側インバータ回路３に送信する第２ＰＷＭ信号Ｔｕｐ２〜Ｔｗｎ２を生成するＰＷＭ信号生成処理Ｓ４と、各インバータ回路にＰＷＭ信号Ｔｕｐ１〜Ｔｗｎ１（Ｕｐ１〜Ｗｎ１）、Ｔｕｐ２〜Ｔｗｎ２（Ｕｐ２〜Ｗｎ２）を送信するＰＷＭ信号発生処理Ｓ５とを行う。ここでは、制御手段４１が全ての処理を行っているが、ハードウェア的に分割した各処理装置がそれぞれの処理を行うようにしてもよい。

ここで、はじめに電流検出手段５１〜５３の電流検出について説明する。電動機巻線仕様の結線状態に依らず、マスター側インバータ回路２はＰＷＭにより電動機６を駆動運転させている。駆動運転時において、高回転・高負荷駆動時（電圧飽和領域）を除けば、１キャリア中にマスター側インバータ回路２の下アームが同時にＯＮする時間帯が存在する。例えばスイッチング素子ＯＮ状態を１、ＯＦＦ状態を０とすると、各相のスイッチング状態は（Ｗ相下アーム状態、Ｖ相下アーム状態、Ｕ相下アーム状態）＝（１，１，１）と表すことができる。この時間帯においては、全ての電流検出素子１１ａ〜１１ｃに電流が流れる。よってこのタイミングで、電流検出手段５１〜５３（増幅器、ＡＤ変換器等）からの信号送信により、３相分の電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗを制御手段４１は取得することができる。

また、前述の電圧飽和領域における時間帯では、３相分の電動機電流を同時に得ることはできないが、それ以外の電動機６が駆動運転時には、各キャリア周期において２相分の電流データを得ることができる。このときのスイッチング状態は（Ｗ相上アーム状態、Ｖ相上アーム状態、Ｕ相上アーム状態）＝（１，１，０）、（１，０，１）、（０，１，１）となる。このときには、電動機の３相平衡の原理（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０）を利用し、残りの１相の電動機電流を算出することができる。このようにして、３相分の電動機電流を得ることができる。

ここで、本実施の形態では、マスター側インバータ回路２の下アームと直流母線との間に挿入した電流検出素子１１ａ〜１１ｃに流れる電流を検出する例を示した。ただ、これに限定するものではなく、マスター側インバータ回路２の直流母線に挿入される抵抗に流れる電流や、マスター側インバータと電動機巻線間にカレントトランスを挿入して電動機６の電流検出を行うことで、３相の電動機電流を得るようにしてもよい。

以上のようにして電流検出手段５１〜５３からの３相の電流データＩｕ〜Ｉｗを得た後、励磁電流Ｉγ・トルク電流Ｉδ算出処理Ｓ１において、励磁電流Ｉγおよびトルク電流Ｉδを算出する。

励磁電流Ｉγ・トルク電流Ｉδ算出処理Ｓ１では、電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗを励磁電流（γ軸電流Ｉγ）およびトルク電流成分（δ軸電流Ｉδ）に変換する。具体的には、次式（１）に示すような変換行列［Ｃ１］に電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗを代入し、変換することにより励磁電流Ｉγおよびトルク電流Ｉδを算出することで行う。ただし、（１）式中のθはインバータ回転角で、回転方向が時計回りの場合を示す。

なお、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いる場合、回転子の電気角周波数とインバータ回路の回転周波数とはほぼ一致するので、回転子の電気角周波数と同一周波数でインバータ回路とが回転する座標系をｄｑ座標系と一般的に称する。一方、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いない場合は、制御手段４１でｄｑ軸座標を正確に捉えることができず、実際にはｄｑ座標系と位相差Δθだけずれてインバータ回路が回転している。このような場合を想定して、一般的にはインバータ回路の出力電圧と同一周波数で回転する座標系をγδ座標系と称し、回転座標系とは区別して扱うこととしている。本実施の形態は、センサを用いない場合の例を示しているので、この慣例を踏襲してγおよびδを添え字としている。

次に、γ軸電圧・δ軸電圧指令演算手段Ｓ２により、励磁電流Ｉγ、トルク電流Ｉδおよび周波数指令ｆ＊から速度制御を含む各種ベクトル制御を行い、次回のγ軸電圧指令Ｖγ*およびδ軸電圧指令Ｖδ*を求める。

ここで、電動機巻線がスター接続仕様の場合（単独運転の場合）は、マスター側インバータ回路２に対するγ軸電圧指令Ｖγ1* 、δ軸電圧指令Ｖδ1* は次式（２）で表される。また、スレーブ側インバータ回路３に対するγ軸電圧指令Ｖγ2* 、δ軸電圧指令Ｖδ2* は（２）式のようにそれぞれを０とするかまたは制御手段４１の設定で、ハードウェア・ソフトウェアのいずれかの処理により、スレーブ側インバータ回路３の動作を停止または禁止しておくようにする。
Ｖγ1* ＝Ｖγ*
Ｖδ1* ＝Ｖδ*
Ｖγ2* ＝０
Ｖδ2* ＝０ …（２）

また、電動機巻線が開放巻線仕様の場合（協調運転の場合）は、出力するＶγ*、Ｖδ*を２台のインバータ回路に割り振る必要がある。各インバータ回路への電圧割り振りは種々の方法で実現できるが、ここでは一例として各相出力電圧を反対方向に任意の比率で出力する方法について例を示す。各相出力電圧を反対方向に任意の比率で出力するには、Ｖγ*、Ｖδ*を任意の比率で各インバータ回路に割り振れば良い。このとき、マスター側インバータ回路２のγ軸電圧指令Ｖγ1* 、δ軸電圧指令Ｖδ1* およびスレーブ側インバータ回路３のγ軸電圧指令Ｖγ2* 、δ軸電圧指令Ｖδ2* は次式（３）で示される。ただし、ｋは０〜１の任意の値を示す。
Ｖγ1* ＝ｋ・Ｖγ*
Ｖδ1* ＝ｋ・Ｖδ*
Ｖγ2* ＝（１−ｋ）・Ｖγ*
Ｖδ2* ＝（１−ｋ）・Ｖδ* …（３）

次に各相電圧指令演算手段Ｓ３により、（１）式の逆行列［Ｃ１］-1である次式（４）を用いてマスター側インバータ回路２の各相電圧指令Ｖｕ１＊〜Ｖｖ１＊を求める。また、各相出力電圧を反対方向に出すために、（１）式の逆行列［Ｃ１］-1に対してインバータ回転角が１８０度位相差があるとした次式（５）を用いてスレーブ側インバータ回路３の各相電圧指令Ｖｕ２＊〜Ｖｖ２＊を求める。前述したように、各インバータ回路への電圧ベクトル（大きさ、位相）の割り振りは自由度が高いので、必要に応じてマスター側インバータ回路２とスレーブ側インバータ回路３との電圧ベクトルの合成がγ軸電圧指令Ｖγ*およびδ軸電圧指令Ｖδ*の合成電圧ベクトルと一致するように計算し、設定する。

次にＰＷＭ信号デューティ作成処理Ｓ４により、マスター側インバータ回路２の各相電圧指令Ｖｕ１＊〜Ｖｖ１＊、スレーブ側インバータ回路３の各相電圧指令Ｖｕ２＊〜Ｖｖ２＊と電圧検出手段５４から得られた母線電圧Ｖｄｃとの比率（Ｖｄｃに対する各相電圧指令の比率）に基づいて、各アームのＯＮ時間、あるいはＯＦＦ時間を演算する。

このようにして演算した１キャリア周期中のスイッチング時間を換算したＰＷＭ信号を、ＰＷＭ信号発生処理Ｓ５により、マスター側インバータ回路２には第１ＰＷＭ信号Ｔｕｐ１〜Ｔｗｎ１として送信する。また、スレーブ側インバータ回路３には第２ＰＷＭ信号Ｔｕｐ２〜Ｔｗｎ２として出力する。マスター側インバータ回路２ではＰＷＭ信号Ｔｕｐ１〜Ｔｗｎ１に基づいてスイッチング素子７ａ〜７ｆが動作し、また、スレーブ側インバータ回路３ではＰＷＭ信号Ｔｕｐ２〜Ｔｗｎ２に基づいてスイッチング素子８ａ〜８ｆが動作し、動作に対応するパルス電圧を印加し、電動機６を駆動運転する。

ここで、特に電動機巻線仕様がスター接続仕様であるときは、スレーブ側インバータ回路３の各スイッチング素子８ａ〜８ｆは、常時ＯＦＦの状態となっている（例えば、制御手段４１からの第２ＰＷＭ信号がＨＩアクティブ（正論理）の信号であるとすると、第２ＰＷＭ信号Ｔｕｐ２〜Ｔｗｎ２は全て出力ＬＯに張り付き状態となる）。

図３は各インバータ回路から電動機６に印加する電圧（出力電圧）の波形例を示す図である。ここではＵ相の出力電圧波形を表すものとする。また、図３ではＰＷＭ波形を視覚化するために、キャリア周波数付近の周波数帯域を減衰させた波形（ローパスフィルタ通過後波形）を示すようにしている。図３（ａ）は電動機巻線仕様がスター接続仕様であるとき（単独運転のとき）の例を示す。また、図３（ｂ）に電動機巻線仕様が開放巻線仕様であるとき（協調運転のとき）の例を示す。

図４は短絡回路２３に送信する切替え信号Ｅを表す図である。次に、電動機巻線の接続（結線）状態を切り替える方法について説明する。接続（結線）状態は、周波数指令ｆ＊、実周波数ｆｍ、推定周波数ｆｅ（本実施の形態のように位置センサレス制御実施時などに有効）等の駆動周波数に係るデータ（以下、単に駆動周波数という）、電動機６の負荷を表す負荷トルクのデータ（以下、負荷トルクという）に基づいて制御手段４１が判断を行い、切替え信号Ｅを送信する。そして、短絡回路２３は受信した切替え信号Ｅに基づいて切替え動作を行う。

図４の例では、短絡回路２３の論理をＨＩアクティブ設定としている。あらかじめ定められた所定値（図４ではＡ点の位置となる）と比較して駆動周波数が低いとき、負荷トルクが小さいときには切替え信号ＥをＨＩとし、短絡回路２３（短絡スイッチ２２）をＯＮの状態にする。このとき、電動機巻線仕様はスター接続（単独運転）となる。また、所定値と比較して駆動周波数が高いとき、負荷トルクが大きいときには切替え信号ＥをＬＯとし、短絡回路２３（短絡スイッチ２２）をＯＦＦの状態にする。このとき、電動機巻線仕様は開放巻線仕様（協調運転）となる。ここでは、短絡回路２３の論理回路の設定をＨＩアクティブ（正論理）設定としているが、回路の論理設定は、ハードウェア側・ソフトウェア側の事情に応じて、任意に設定することができる。

従来の装置構成では、切替えに係るスイッチ数を多く設けなければならなかったが、本実施の形態では短絡回路２３を設ける構成とするだけでよく、スイッチ数を減少させることができる。そのため、接続状態の切替え管理が容易となる。また、切替え状態遷移時間も短くて済むようになる。よって、誘導電動機のみならず同期電動機に対しても適用可能となる。ただし、同期電動機において、急な切り替えを行うと、負荷の状態によっては電流が急峻に跳ね上がる、電圧が変動する等、不安定な駆動運転となる可能性があるため、電動機６の同期運転を保ちながら接続状態の切替えを行うことが困難な場合がある。このような場合に対応するため、電動機巻線仕様の切替えを円滑に行えるようにする各インバータ回路の動作を制御する方法について説明する。

図５は接続仕様の移行に係る動作制御の手順を示す図である。図５に基づいて、各相に印加される電圧ベクトルの概念を示して接続状態の移行について説明する。まず、スター接続仕様から開放巻線仕様に移行する場合について説明する。ここで、図４のＡ点の前後に、同期運転を保ちながら、円滑に接続状態を切り替えるため、移行に係る領域を設ける（この領域における電動機６の駆動運転を境界モード運転という）。

図５に示すように、スター接続仕様のときには、上述した（３）式に示すようにｋ＝１である。すなわち、マスター側インバータ回路２の動作による電圧発生比率は１００％である。また、スレーブ側インバータ回路３は出力禁止または停止状態である。この状態においては、短絡回路２３はＯＮ状態となっている。

制御手段４１は、駆動周波数、駆動トルクが上昇し、Ａ点より手前の第１の所定の値Ａ１を越えたものと判断すると電動機６を境界モード運転に移行させる。制御手段４１はスレーブ側インバータ回路３に送信する第２ＰＷＭ信号により、接続仕様の切替え時における電圧変動に対する不安定現象を少なくするため、各相中性点電位（母線電圧の半分の電位、中間電圧）を出力（印加）するための動作を行わせる。具体的には、スレーブ側インバータ回路３側からは、キャリア周期内において各相に印加する電圧のデューティ比を５０［％］として電動機６を駆動運転させるようにする。

そして、駆動周波数、駆動トルクがＡ点に到達したものと判断すると、制御手段４１は切替え信号ＥをＨＩからＬＯにし、短絡回路２３による切替え動作をＯＮからＯＦＦに切り替えて電動機巻線仕様をスター接続仕様から開放巻線仕様に切り替える。

このように、スレーブ側インバータ回路３から各相とも中性点電位を予め出力することで、短絡回路２３における電動機巻線仕様の切替えがスムーズに行える。この後、制御手段４１は（３）式に基づいてｋを任意比率に設定し、各インバータ回路が所定の比率で電圧を印加して協調動作を行いつつ、電動機６を協調運転する。

次に開放巻線仕様からスター接続仕様に移行する場合について説明する。開放巻線仕様のときには、上述した（３）式に示すようにｋは任意の値（０≦ｋ≦１）である。このため、ｋに基づく比率でマスター側インバータ回路２およびスレーブ側インバータ回路３がそれぞれ協調動作している。この状態においては短絡回路２３はＯＦＦ状態となっている。

制御手段４１は、駆動周波数、駆動トルクが下降し、図４のＡ点手前の第２の所定の値Ａ２を越えたものと判断すると境界モード運転に移行する。まず、所定時間かけてｋが１になるように移行し、線間電圧発生をマスター側インバータ回路２のみで行うようにする。この後、制御手段４１はスレーブ側インバータ回路３に送信する第２ＰＷＭ信号により、接続状態の切替え時における電圧変動に対する不安定現象を少なくするため、各相中性点電位（母線電圧の半分の電位）を出力するための動作を行わせる。具体的には、スレーブ側インバータ回路３側からは、キャリア周期内において各相の信号のデューティ比を５０［％］として電動機６を駆動運転させるようにする。

駆動周波数、駆動トルクがＡ点に到達したものと判断すると、制御手段４１は切替え信号ＥをＬＯからＨＩにし、短絡回路２３の動作をＯＦＦからＯＮに切り替えて電動機巻線仕様を開放巻線仕様からスター接続仕様に切り替える。スレーブ側インバータ回路３で各相とも中性点電位を予め出力することで、短絡回路切替えがスムーズに行える。この後、スレーブ側インバータ回路３の出力を停止することで、マスター側インバータ回路２のみの動作への移行が完了する。

図６は運転状態の切替え時に係る任意の相における指令電圧と切替信号Ｅの例を表す図である。図６（ａ）は、境界モード運転時において、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子８ａ〜８ｆをすべてＯＦＦにしてから、所定の休止区間（時間。例えば、スイッチング素子のデッドタイム区間以上等）経過後に短絡回路２３をＯＮ状態に切り替えて移行する方式を表す。また、図６（ｂ）は、境界モード運転時において、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子８ａ〜８ｆをすべてＯＦＦにした瞬間に、短絡回路２３をＯＮ状態に切り替えて移行する方式を表す。

例えば、切り替え時のノイズ等が懸念される場合、図６（ａ）に示す方式を用いて電動機巻線仕様を切替えるようにする。一方、素早い切替えが要求される場合は図６（ｂ）を用いて電動機巻線仕様を切替えるようにする。

以上、スレーブ側インバータ回路３に送信する第２ＰＷＭ信号により、接続仕様の切替え時に、各相中性点電位（母線電圧の半分の電位、中間電圧）を出力（印加）する方法を示した。さらに短時間で接続仕様の切替えを行いたい場合には、以下の方法を用いても良い。

図７はスレーブ側インバータ回路３に送信する第２ＰＷＭ信号により、接続仕様の切替え時に、各相中性点電位（母線電圧の半分の電位、中間電圧）を経ずに接続仕様の移行に係る動作制御の手順を示す図である。図７に基づいて、各相に印加される電圧ベクトルの概念を示して接続状態の移行について説明する。まず、スター接続仕様から開放巻線仕様に移行する場合について説明する。ここでは、図４のＡ点の前後に、同期運転を保ちながら、境界モード運転を経ずに即時に接続状態を切り替える。

図７に示すように、スター接続仕様のときには、上述した（３）式に示すようにｋ＝１である。このとき、マスター側インバータ回路２の動作による電圧発生比率は１００％である。また、スレーブ側インバータ回路３は出力禁止または停止状態である。この状態においては、短絡回路２３はＯＮ状態となっている。

制御手段４１は、駆動周波数、駆動トルクが上昇し、Ａ点より手前の第１の所定の値Ａ１を越えたものと判断すると電動機６を協調運転に移行させる。

そして、駆動周波数、駆動トルクがＡ点に到達したものと判断すると、制御手段４１は切替え信号ＥをＨＩからＬＯにし、短絡回路２３による切替え動作をＯＮからＯＦＦに切り替えて電動機巻線仕様をスター接続仕様から開放巻線仕様に切り替える。

このように、スレーブ側インバータ回路３から各相とも中性点電位を予め出力することなく、即時に短絡回路２３における電動機巻線仕様の切替えを行うことで、短時間での切り替えが可能となる。この後、制御手段４１は（３）式に基づいてｋを任意比率に設定し、各インバータ回路が所定の比率で電圧を印加して協調動作を行いつつ、電動機６を協調運転する。

次に開放巻線仕様からスター接続仕様に移行する場合について説明する。開放巻線仕様のときには、上述した（３）式に示すようにｋは任意の値（０≦ｋ≦１）である。このため、ｋに基づく比率でマスター側インバータ回路２およびスレーブ側インバータ回路３がそれぞれ協調動作している。この状態においては短絡回路２３はＯＦＦ状態となっている。

制御手段４１は、駆動周波数、駆動トルクが下降し、図４のＡ点手前の第２の所定の値Ａ２を越えたものと判断すると、所定時間かけてｋが１になるように移行し、線間電圧発生をマスター側インバータ回路２のみで行うようにする。

駆動周波数、駆動トルクがＡ点に到達したものと判断すると、制御手段４１は切替え信号ＥをＬＯからＨＩにし、短絡回路２３の動作をＯＦＦからＯＮに切り替えて電動機巻線仕様を開放巻線仕様からスター接続仕様に切り替える。スレーブ側インバータ回路３で各相とも中性点電位を予め出力せずに短絡回路切替えを行うことで、短時間で結線切替えが行える。この後、スレーブ側インバータ回路３の出力を停止することで、マスター側インバータ回路２のみの動作への移行が完了する。

図８は運転状態の切替え時に係る任意の相における指令電圧と切替信号Ｅの例を表す図である。図８（ａ）は、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子８ａ〜８ｆをすべてＯＦＦにしてから、所定の休止区間（時間。例えば、スイッチング素子のデッドタイム区間以上等）経過後に短絡回路２３をＯＮ状態に切り替えて移行する方式を表す。また、図８（ｂ）は、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子８ａ〜８ｆをすべてＯＦＦにした瞬間に、短絡回路２３をＯＮ状態に切り替えて移行する方式を表す。

例えば、切り替え時のノイズ等が懸念される場合、図８（ａ）に示す方式を用いて電動機巻線仕様を切替えるようにする。一方、素早い切替えが要求される場合は図８（ｂ）を用いて電動機巻線仕様を切替えるようにする。

以上のように、本実施の形態の電動機駆動装置によれば、マスター側インバータ回路２とスレーブ側インバータ回路３とを有し、電動機６の引き出し線と接続してスター接続仕様と開放巻線仕様とによる駆動運転を行えるようにしたので、インバータ回路を大容量に対応するものにしなくても、電動機の電動機巻線仕様を切替えることができる。その際、短絡回路２３により、各相に係る電動機巻線を電気的に接続する切替えを行うようにしたので、スター接続仕様においては、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子８ａ〜８ｆをすべてＯＮして短絡させ、閉回路を形成する必要がない。そのため、管理するスイッチ数が少なく、電動機巻線仕様の素早い切替えが可能であり、スイッチに係る素子間のばらつきに対する対応が容易であるため、システムとしての信頼性を高くすることができる。

また、短絡回路２３のスイッチが短絡スイッチ２２だけであるため、運転条件（モータ力率、変調率）によってはスイッチング素子による損失を従来よりも小さくすることができる。また、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子開放故障、電動機６との間での断線等が発生しても、マスター側インバータ回路２だけでもスター接続仕様による電動機６の駆動運転継続が可能であるため、システムとしての信頼性を高くすることができる。そして、境界モード運転を行うための領域を設けるようにしたので、同期運転を保ちながら、円滑に素早く接続仕様を切り替えることができ、同期電動機にも対応することができる。また、更に短時間で接続仕様を切り替える際は、境界モード運転を経ずに切替え動作を実施することで、素早い切替えが可能となる。

実施の形態２．
図９は実施の形態２に係る短絡回路２３の構成例を表す図である。本実施の形態では、巻線仕様の切替えを実現する短絡回路２３について説明する。図９において、トランジスタ２６は制御手段４１からの切替え信号Ｅに基づいてＯＮする（導通する）。フォトカプラ２５は、発光ダイオードと受光素子である２つのトランジスタからなる。トランジスタ２６がＯＮすることにより、発光ダイオードが光り、受光したトランジスタがＯＮする。
短絡スイッチ２２は、本実施の形態ではＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチからなる。フォトカプラ２５のトランジスタがＯＮすることにより、ゲートの電圧印加が変化してＯＮ状態になる。これにより、３相整流回路２１と接続された各相の電動機巻線の中性点側が電気的に接続し、上述したように電動機巻線仕様がスター接続仕様となる。短絡スイッチ２２がＯＦＦ状態の場合は、電動機６からの電流が流れなくなり、電動機巻線仕様が開放巻線仕様となる。

次に短絡回路２３がＯＮしたときの動作について説明する。制御手段４１からの切替え信号ＥがＨＩであるとき、トランジスタ２６がＯＮする。これにより、フォトカプラ２５内においては、発光ダイオードが光り、その光を受けたトランジスタが導通する。これに連動して短絡スイッチ２２がＯＮする。短絡スイッチ２２がＯＮすることにより、三相整流回路２１を介して電動機巻線の中性点側を電気的に接続することができる。

このように、フォトカプラ２５を用いて光絶縁をすることで、短絡スイッチ２２のソースおよびフォトカプラ２５の下段に位置するトランジスタのエミッタ側電位を、トランジスタ２６の電位と区別して絶縁させる。これにより、ノイズ等により不用意に短絡スイッチ２２がＯＮまたはＯＦＦしてしまうことがなく、安全且つ高い信頼性で電動機６を駆動運転させることができる。

また、短絡スイッチ２２として半導体スイッチを用いるようにしたので、上述した境界モード運転を行う領域の幅を狭くすることができ、素早く電動機巻線仕様を切替えることが可能である。さらに、短絡スイッチ２２として低抵抗なＭＯＳ−ＦＥＴ等を利用するようにしたので、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子を全てＯＮして（導通させて）スター接続仕様とする場合に比べて、スイッチング素子を介した場合に比べてトータルの損失を低減することができる。特に、電動機電流が小さい場合に損失低減の効果が大きく、一層の高効率化が期待できる。また、電動機駆動の際の動作点・力率・変調率等によっては高効率に運転することが可能である。

実施の形態３．
図１０は駆動運転の総合効率と駆動周波数等との関係例を表す図である。上述の実施の形態等で説明した電動機駆動装置は、基本的には、始動時の大きい負荷トルクを得ることが目的の１つである。しかし、それだけでなく、所定の条件で電動機６の電動機巻線仕様をスター接続仕様または開放巻線仕様に切り替えるようにすれば、高効率を重視して電動機６を駆動運転させることを実現できる。例えば、高効率が優先されるシステムにおいては、図８に示すように、事前に実験等で駆動周波数、負荷トルクと総合効率との関係を、スター接続仕様、開放巻線仕様でそれぞれの電動機６を駆動運転させることにより求めておく。そして、スター接続仕様と開放巻線仕様とにおける総合効率が逆転する所定値Ｘにおいて、切替え信号Ｅにより短絡回路２３のＯＮまたはＯＦＦを切り替えるようにする。ここでは、短絡回路２３のＯＮからＯＦＦへの切替えと、ＯＦＦからＯＮへの切替えとの基準を共に所定値Ｘとするが、例えば、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。

また、スレーブ側インバータ回路３のスイッチング素子が開放故障した場合や電動機６とスレーブ側インバータ回路３との間で断線がおこった場合、従来のシステムであると、結線によらずに運転が不能となる。しかしながら、この電動機駆動装置では、スター接続仕様により、マスター側インバータ回路２だけを動作させ、電動機６を駆動運転させることができる。

例えば、電動機６の駆動運転を開始させる前に、各巻線に直流電圧を重畳する等して、スレーブ側インバータ回路３の故障を検知させるようなシーケンスを搭載する等すれば、スレーブ側インバータ回路３が故障であると判断した場合に、マスター側インバータ回路２のみの動作で電動機６の低速駆動運転を行うことができる。そのため、システムとしての信頼性を高めることができる。

実施の形態４．
図１１は実施の形態４に係る短絡スイッチを複数個使用した場合の電動機駆動装置を中心とするシステム構成の一例を表す図である。上述の実施の形態１〜３では、短絡回路２３内の短絡スイッチを１つ用いる場合について説明したが、図１１に示すように、短絡スイッチは複数個用いても良い。短絡スイッチを複数個用いることで、１素子が開放故障を生じた場合でも、システム動作継続が可能となる。また、例えば１素子あたりの電流容量を小さくした方がコストメリットが出る場合には有利となる。そして、１素子への電流集中を防止することができるので、熱設計的にも有利となる。

図１２は短絡回路２３の構成例を表す図である。この際、図１２に示すように、制御手段４１からの切替え信号Ｅを短絡スイッチ状態切替え回路２４を介して短絡スイッチ２２ａ〜２２ｂに送るようにすることで、短絡スイッチの状態切替えが可能となる。短絡スイッチ状態切替え回路２４については、図７で示すような回路で構成し、出力を複数（図１２のように短絡スイッチが２つある場合には２経路）に分岐して各短絡スイッチへ送るようにしてもよい。また、制御手段４１からの切替え信号Ｅを分岐させ、短絡スイッチ状態切替え回路２４を複数個（図１２のように短絡スイッチが２つある場合には２個）で構成して各短絡スイッチへ出力し、送るようにしても良い。

実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、冷凍空気調和装置の例として空気調和装置について説明する。図１３の空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）１００と負荷側ユニット（室内機）２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路という）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

熱源側ユニット１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、油分離器１０２、四方弁１０３、熱源側熱交換機１０４、熱源側ファン１０５、アキュムレータ（気液分離器）１０６、熱源側絞り装置（膨張弁）１０７、冷媒間熱交換器１０８、バイパス絞り装置１０９および熱源側制御装置１１１の各装置（手段）で構成する。

圧縮機１０１は、上述の実施の形態で説明した電動機６を有し、冷媒を吸入して、その冷媒を圧縮して高温・高圧のガス状態にして冷媒配管に流す。圧縮機１０１の運転制御については、例えば上述の実施の形態で説明したマスター側インバータ回路２、スレーブ側インバータ回路３等を圧縮機１０１に備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。

また、油分離器１０２は、冷媒に混じって圧縮機１０１から吐出された潤滑油１６を分離させるものである。分離された潤滑油１６は圧縮機１０１に戻される。四方弁１０３は、熱源側制御装置１１１からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器１０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置１０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０３側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器１０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン１０５が設けられている。熱源側ファン１０５もインバータ回路（図示せず）を有してファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。

冷媒間熱交換器１０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置１０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット２００に供給するものである。バイパス絞り装置１０９を介して流れる液体は、バイパス配管１０７を介してアキュムレータ１０６に戻される。アキュムレータ１０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置１１１は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。負荷側制御装置２０４と有線または無線通信することができ、例えば、空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機１０１の運転周波数制御等、空気調和装置に係る各手段を制御して空気調和装置全体の動作制御を行う。ここで、本実施の形態では、例えば、上述の実施の形態１等における制御手段４１の処理を熱源側制御装置１１１が行うものとする。

一方、負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１、負荷側絞り装置（膨張弁）２０２、負荷側ファン２０３および負荷側制御装置２０４で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（または気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置２０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。
また、負荷側ユニット２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン２０３が設けられている。この負荷側ファン２０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置２０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器２０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。

また、負荷側制御装置２０４もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置１１１と有線または無線通信することができる。熱源側制御装置１１１からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット２００の各装置（手段）を制御する。また、負荷側ユニット２００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。

次に空気調和装置の動作について説明する。まず、冷房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１の駆動運転により、圧縮機１０１から吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３から熱源側熱交換器１０４内を通過することで凝縮し、液冷媒となって熱源側ユニット１００を流出する。液配管４００を通って負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整された低温低圧の液冷媒が負荷側熱交換器２０１内を通過して蒸発して流出する。そして、ガス配管３００を通って熱源側ユニット１００に流入し、四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、再度加圧され吐出することで循環する。

また、暖房運転時の主となる冷媒回路における基本的な冷媒循環について説明する。圧縮機１０１の駆動運転により、圧縮機１０１から吐出した高温、高圧ガス（気体）の冷媒は、四方弁１０３からガス配管３００を通って負荷側ユニット２００に流入する。負荷側ユニット２００においては、負荷側絞り装置２０２の開度調整により圧力調整され、負荷側熱交換器２０１内を通過することにより凝縮し、中間圧力の液体または気液二相状態の冷媒となって負荷側ユニット２００を流出する。液配管４００を通って熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、熱源側絞り装置１０７の開度調整により圧力調整され、熱源側熱交換器１０４内を通過することで蒸発し、ガスの冷媒となって四方弁１０３、アキュムレータ１０６を介して圧縮機１０１に吸入され、前述したように加圧され吐出することで循環する。

以上のように実施の形態５の冷凍空気調和装置によれば、上述した実施の形態に係る電動機駆動装置によるインバータ制御により運転する圧縮機１０１を用いて冷凍サイクル装置である空気調和装置を構成するようにしたので、始動時の負荷が大きいときにも対応することができ、空気調和装置の中で特に重要な圧縮機１０１において、信頼性が高く、加工コストの低減を図ることができる。そのため、空気調和装置全体としても信頼性が高く、コスト低減を図ることができる。

実施の形態６．
上述の実施の形態４では冷凍サイクル装置として空気調和装置について説明したが、これに限るものではない。例えば、冷凍、冷蔵倉庫等に利用する冷却装置、ヒートポンプ装置等にも利用することができる。

電動機駆動装置を中心とするシステム構成の一例を表す図である。 ＰＷＭ信号を作成処理等するフローチャートを表す図である。 各インバータ回路からの電圧（出力電圧）の波形例を示す図である。 短絡回路２３に送信する切替え信号Ｅの設定を表す図である。 接続状態の移行の手順を示す図である。 運転状態の切替え時に係る指令電圧と切替信号Ｅの例を表す図である。 各相中性点電位を経ずに接続状態の移行させる手順を示す図である。 各相中性点電位を経ないときの指令電圧と切替信号Ｅの例を表す図である。 実施の形態２に係る短絡回路２３の構成例を表す図である。 駆動運転の総合効率と駆動周波数等との関係例を表す図である。 短絡スイッチを複数個使用した場合のシステム構成例を表す図である。 短絡スイッチを複数個使用した短絡回路２３の構成例を表す図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成図である。

符号の説明

１ 直流電圧源、２ マスター側インバータ主回路、３ スレーブ側インバータ回路（３相ブリッジ回路）、６ 電動機、７ａ〜７ｆ，８ａ〜８ｆ スイッチング素子、９ａ〜９ｆ，１０ａ〜１０ｆ ダイオード、１１ａ〜１１ｃ，１２ 電流検出素子、２１ ３相整流回路、２２，２２ａ〜２２ｂ 短絡スイッチ、２３ 短絡回路、２４ 短絡スイッチ状態切替え回路、２５ フォトカプラ、２６ トランジスタ、３１ 電子基板、４１ 制御手段、５１〜５３ 電流検出手段、５４ 電圧検出手段、１００ 熱源側ユニット、１０１ 圧縮機、１０２ 油分離器、１０３ 四方弁、１０４ 熱源側熱交換機、１０５ 熱源側ファン、１０６ アキュムレータ、１０７ 熱源側絞り装置、１０８ 冷媒間熱交換器、１０９ バイパス絞り装置、１１０ 熱源側制御装置、２００ 負荷側ユニット、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側絞り装置、２０３ 負荷側ファン、２０４ 負荷側制御装置、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (16)

1. 電動機巻線の中性点を切り離して引き出された電動機の引き出し線と接続し、第１ＰＷＭ信号に基づいて、ＰＷＭによる電圧印加により前記電動機を駆動運転させるための動作を行うマスター側インバータ回路と、
   該マスター側インバータ回路とは別の引き出し線と接続し、第２ＰＷＭ信号に基づいて前記電動機を駆動運転させるための動作を行うスレーブ側インバータ回路と、
   切替え信号に基づいて、前記マスター側インバータ回路のみの動作により前記電動機を駆動運転させるスター接続仕様、または前記マスター側インバータ回路と前記スレーブ側インバータ回路との協調動作により前記電動機を駆動運転させる開放巻線仕様のいずれかに前記電動機の電動機巻線仕様を切り替えるため、前記スレーブ側インバータ回路と並列に前記引き出し線と接続する短絡回路と、
   前記マスター側インバータ回路およびスレーブ側インバータ回路に、前記第１ＰＷＭ信号、前記第２ＰＷＭ信号を送信し、前記切替え信号を前記短絡回路に送信する制御手段とを備えることを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記短絡回路は、３相整流回路と前記中性点の短絡切替えに用いる短絡スイッチとで構成することを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
3. 前記短絡スイッチは、半導体スイッチであることを特徴とする請求項２記載の電動機駆動装置。
4. 前記短絡スイッチを、少なくとも１つ以上用いることを特徴とする請求項２記載の電動機駆動装置。
5. 前記短絡回路は、前記制御手段から送信される切替え信号に基づいて前記短絡スイッチをＯＮすることで、前記電動機の電動機巻線仕様をスター接続仕様とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電動機駆動装置。
6. 前記制御手段は、前記短絡スイッチをＯＮさせる切替え信号を前記短絡回路に送信し、前記スレーブ側インバータ回路の各アームを全てＯＦＦ状態にする第２ＰＷＭ信号を前記スレーブ側インバータ回路に送信することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電動機駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記短絡スイッチをＯＦＦさせる切替え信号を前記短絡回路に送信し、マスター側インバータ回路およびスレーブ側インバータ回路を協調動作させる前記第１ＰＷＭ信号および前記第２ＰＷＭ信号を、前記マスター側インバータ回路および前記スレーブ側インバータ回路にそれぞれ送信することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電動機駆動装置。
8. 前記短絡スイッチのＯＮまたはＯＦＦを切替えるための基準電位と、電動機６の駆動運転に係る回路における基準電位とを、回路間を電気的に絶縁することで区別することを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の電動機駆動装置。
9. 前記制御手段は、前記マスター側インバータ回路およびスレーブ側インバータ回路の動作に係る実周波数、周波数指令、推定周波数または前記電動機の負荷に基づいて、前記スター接続仕様または前記開放巻線仕様のいずれかにするかを判断し、その判断に基づく前記切替え信号を前記短絡回路に送信することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動機駆動装置。
10. 前記制御手段は、前記電動機の各相に対して中間電圧を印加する第２ＰＷＭ信号を前記スレーブ側インバータ回路に送信している間に、前記短絡回路に前記電動機の電動機巻線仕様を切り替えるための前記切替え信号を送信することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電動機駆動装置。
11. 各相に印加する電圧のパルス幅のデューティ比を５０％にして前記中間電圧を印加することを特徴とする請求項１０記載の電動機駆動装置。
12. 前記制御手段は、前記スレーブ側インバータ回路に前記電動機の各相に対して中間電圧を印加させ、さらに前記スレーブ側インバータ回路を構成するスイッチング素子をすべてＯＦＦにしてから所定の休止時間が経過した後に、前記短絡スイッチをＯＮにする前記切替え信号を送信することを特徴とする請求項１０または１１記載の電動機駆動装置。
13. 前記制御手段は、前記スレーブ側インバータ回路に前記電動機の各相に対して中間電圧を印加させ、さらに前記スレーブ側インバータ回路を構成するスイッチング素子をすべてＯＦＦにした時に、前記短絡スイッチをＯＮにする前記切替え信号を送信することを特徴とする請求項１０または１１記載の電動機駆動装置。
14. 前記制御手段は、前記電動機の各相に対して第２ＰＷＭ信号によって線間電圧を印加開始する際に前記短絡スイッチをＯＦＦさせ、前記電動機の各相に対して第２ＰＷＭ信号を出力禁止または停止または常時オフする際に前記短絡スイッチをＯＮさせることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電動機駆動装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載された電動機駆動装置により駆動運転される電動機を有し、冷媒を圧縮する圧縮機と、
    熱交換により前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
    凝縮された冷媒を減圧させるための絞り装置と、
    減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍空気調和装置。
16. 電動機巻線の中性点を切り離して引き出された電動機の引き出し線と接続し、第１ＰＷＭ信号に基づいて、ＰＷＭによる電圧印加により前記電動機を駆動運転させるための動作を行うマスター側インバータ回路と、該マスター側インバータ回路とは別の引き出し線と接続し、第２ＰＷＭ信号に基づいて前記電動機を駆動運転させるための動作を行うスレーブ側インバータ回路と、切替え信号に基づいて、前記マスター側インバータ回路のみの動作により前記電動機を駆動運転させるスター接続仕様、または前記マスター側インバータ回路と前記スレーブ側インバータ回路との協調動作により前記電動機を駆動運転させる開放巻線仕様のいずれかに前記電動機の電動機巻線仕様を切り替えるため、前記スレーブ側インバータ回路と並列に前記引き出し線と接続する短絡回路とを備える電動機駆動装置の駆動方法において、
    電動機巻線仕様を切り替えるかどうかを判断する工程と、
    切り替えるものと判断すると、前記電動機の各相に対して中間電圧を印加する第２ＰＷＭ信号を前記スレーブ側インバータ回路に送信し、その間に、前記短絡回路に前記電動機の電動機巻線仕様を切り替えるための前記切替え信号を送信する工程と
    を有することを特徴とする電動機駆動方法。

Images