JP5061578B2

JP5061578B2 - インバータ装置、空調機およびインバータ装置の制御方法

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Publication number: JP5061578B2
Application number: JP2006298851A
Authority: JP
Inventors: 仁芳賀; 晃笠松; 澄和松野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008118765A

Description

本発明は、インバータ装置の制御動作に関する。

近年、地球環境への関心の高まりとともに機器の省エネ性が重要視されており、空調機においても低消費電力化が求められている。

空調機の圧縮機用モータは、低速から高速まで可変速運転可能であるが、運転開始時等を除いては、定格電力より低い運転領域での使用割合が高くなる。このため、空調機の省エネルギーの指標である通年エネルギー消費効率（APF：Annual Performance Factor）を向上させるためには、低速運転時における空調機の高効率化を実現すればよいといえる。

低速運転時において、高効率化を実現する手法としては、例えば、機械的スイッチと双方向スイッチとの並列回路を設けて、モータの運転状況に応じて三相交流を出力するインバータ装置の駆動方式を切り替える技術が提案されている（特許文献１）。具体的には、モータを高速運転する場合には、インバータ装置を三相式インバータとして駆動し、モータを低速運転する場合には、インバータ装置を二相式インバータとして駆動している。

上記手法においては、機械的スイッチと並列に双方向スイッチを設けることによって、機械的スイッチのバウンスによる影響等を排除して、スムーズな駆動方式の切り替えを実現している。

特開２０００−３５０４７６号公報

しかしながら、双方向スイッチは、少なくとも２以上の半導体スイッチ素子によって構成されているため、当該双方向スイッチの使用は、半導体スイッチ素子および当該半導体スイッチ素子を駆動するための駆動電源等の周辺回路の増加を招来し、ひいてはコスト増加の要因となる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、双方向スイッチを用いることなく駆動方式の切り替えを実行することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、インバータ装置(10A)であって、いずれも一端及び他端を有する第１コンデンサ(C1)並びに第２コンデンサ(C2)を含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端との間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う機械スイッチ(13A)と、前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)と、前記機械スイッチの導通／非導通動作を制御する切替制御手段(21)と、前記機械スイッチを非導通とし前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させるか、前記機械スイッチを導通させて前記三相インバータ回路(14)を二相式インバータとして動作させるかを判断して、前記切替制御手段に切替指令を出力する切替判断手段(22)とを備え、前記インバータ制御手段は、少なくとも前記機械スイッチ(13A)の導通／非導通動作が開始される時点においては、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても前記非導通状態を継続させる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るインバータ装置であって、前記切替判断手段は、前記三相電流を受ける三相負荷の速度指令値(30)に基づいて前記切替指令を出力する。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係るインバータ装置であって、前記インバータ装置は、空調機用の圧縮機に備えられ、前記切替判断手段は、前記空調機における冷暖房の運転の切り替えに基づいて前記切替指令を出力する。

また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係るインバータ装置であって、前記切替判断手段は、前記速度指令値が所定値よりも大きい場合には、三相式インバータとして駆動する旨の前記切替指令を出力し、前記速度指令値が所定値よりも小さい場合には、二相式インバータとして駆動する旨の前記切替指令を出力し、前記機械スイッチは、非動作状態で導通可能となる。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係るインバータ装置によって駆動される圧縮機を備えた空調機である。

また、請求項６の発明は、いずれも一端及び他端を有する第１コンデンサ(C1)並びに第２コンデンサ(C2)を含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端との間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う機械スイッチ(13A)と、前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)とを備え、前記機械スイッチを非導通とし前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させ、前記機械スイッチを導通させて前記三相インバータ回路(14)を二相式インバータとして動作させるインバータ装置(10A)を制御する方法であって、前記インバータ制御手段は、少なくとも前記機械スイッチ(13A)の導通／非導通動作が開始される時点においては、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても前記非導通状態を継続させる。

請求項１から請求項６に記載の発明によれば、少なくとも機械スイッチの導通／非導通動作が開始される時点においては、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても非導通状態を継続させるので、双方向スイッチを用いることなく、機械スイッチの動作遅れおよびバウンスの影響を排除できる。

また、特に請求項２に記載の発明によれば、三相電流を受ける三相負荷の速度指令値に基づいて切替指令を出力するので、モータの運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

また、特に請求項３に記載の発明によれば、空調機における冷暖房の運転の切り替えに基づいて切替指令を出力するので、空調機の運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

また、特に請求項４に記載の発明によれば、速度指令値が所定値よりも大きい場合には、三相式インバータとして駆動する旨の切替指令を出力し、速度指令値が所定値よりも小さい場合には、二相式インバータとして駆動する旨の切替指令を出力し、機械スイッチとしては、非動作状態で導通可能となるスイッチを採用するので、低速運転領域での消費電力を少なくすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１０Ａの構成を示す概念図であり、図２は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に関する制御回路ブロック図である。図１には、インバータ装置１０Ａに直流電圧を供給する直流電源１１およびインバータ装置１０Ａの三相電流を受ける三相負荷として三相電動機（単に「モータ」とも称する）１５も示されている。なお、三相負荷としては、誘導電動機、永久磁石型同期電動機（IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）等が用いられる。

図１に示すように、インバータ装置１０Ａは、一対の入力端子１０１，１０２と一組の出力端子１２１〜１２３とコンデンサ群１２と機械スイッチ１３Ａと三相インバータ回路１４と極性判定部２０と切替制御部２１と切替判断部２２とインバータ制御部２３とを備えている。

コンデンサ群１２は、端子１１１，１１２を有するコンデンサＣ１と端子１１３，１１４を有するコンデンサＣ２とによって構成されている。端子１１１は入力端子１０１に、端子１１４は入力端子１０２にそれぞれ接続され、端子１１２と端子１１３とは接続点（「中間電位点」とも称する）ＮＰにおいて互いに接続されている。

三相インバータ回路１４は、３つのレグＬ１〜Ｌ３によって構成され、各レグの上アームは入力端子１０１に接続され、各レグの下アームは入力端子１０２に接続されている。各アームは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と当該スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを有している。上アームと下アームとの各接続点ＵＰ，ＶＰ，ＷＰは、出力端子１２１，１２２，１２３にそれぞれ接続され、各出力端子１２１，１２２，１２３からは三相電流が出力される。

機械スイッチ１３Ａは、レグＬ３における接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間に設置され、接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間の導通／非導通を制御する。本実施形態においては機械スイッチ１３Ａとしてバック接点（Ｂ接点）を用いる場合を例示する。

切替判断部２２は、三相負荷（モータ）の速度指令値３０に基づいて、インバータ装置１０Ａの駆動方式を切り替えるか否かを判断する。そして、三相式インバータとして動作させるか、二相式インバータとして動作させるかを指令する動作切替信号Ｓａを出力する。なお、インバータ装置１０Ａの駆動方式については後述する。

切替制御部２１は、動作切替信号Ｓａを入力し、機械スイッチ１３Ａの動作を制御する。具体的には、動作切替信号Ｓａに基づいて、機械スイッチ１３Ａの動作を制御する機械スイッチ制御信号（機械スイッチ開閉信号）Ｓｃを出力する。また、切替制御部２１は、インバータ制御部２３に対して、機械スイッチ１３Ａの動作状況を示す信号（動作状況信号）Ｓｂを出力する。

インバータ制御部２３は、スイッチングパターン演算部２３ａとスイッチングパターン発生回路２３ｂとを有し（図２参照）、三相インバータ回路１４の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御する。詳細には、スイッチングパターン演算部２３ａは、モータ回転数指令３０と現在のモータに関するモータ情報（例えば、回転角度、回転速度等）ＮＪとに基づいて、スイッチングパターンの指令値Ｓｄを出力する。スイッチングパターン発生回路２３ｂは、スイッチングパターンの指令値Ｓｄに基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の動作指令信号をそれぞれ出力する。

＜駆動方式＞
次に、駆動方式について説明する。

上述のように、図１に示されるインバータ装置１０Ａにおいては、モータ１５の速度指令値３０に基づいて、インバータ装置１０Ａの駆動方式が切り替えられる。

具体的には、インバータ装置１０Ａは、モータの速度指令値が所定のしきい値よりも大きい高速運転領域においては、三相式インバータとして駆動され、モータの速度指令値が所定のしきい値よりも小さい低速運転領域においては、二相式インバータとして駆動される。

より詳細には、高速運転の場合には、切替制御部２１によって機械スイッチ１３Ａを非導通状態にするとともに、インバータ制御部２３によって６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をＰＷＭ制御してインバータ装置１０Ａを三相式インバータとして駆動する。

一方、低速運転の場合には、切替制御部２１によって機械スイッチ１３Ａを導通状態にするとともに、機械スイッチ１３Ａが接続された相の２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６をインバータ制御部２３によって常に非導通状態にする。そして、インバータ制御部２３によって他の４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をＰＷＭ制御してインバータ装置１０Ａを二相式（４アーム方式）インバータとして駆動する。なお、二相式インバータとして駆動した場合の回路構成は、変圧器のＶ結線と等価であるため、当該二相式インバータをＶ結線インバータとも称する。

このように、インバータ装置１０Ａの駆動方式を切り替えることによれば、駆動方式を切り替えずに常に三相式インバータとして駆動する場合に比べて、低速運転領域におけるインバータの導通損失を約２／３に低減することが可能となる。

また、モータの速度指令値（運転状況）に基づいて、機械スイッチ１３Ａの動作を制御し、駆動方式を切り替えることによれば、モータの運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

＜動作＞
次に、駆動方式の切替動作について説明する。図３は、駆動方式の切替動作のフローチャートである。

図３に示されるように、ステップＳＰ１では、モータの速度指令値３０に基づいて駆動方式の切替を行うか否かが判定される。切替を行うと判定されると、ステップＳＰ２に移行し、切替を行わないと判定された場合には、待ち状態となる。

ステップＳＰ２では、６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が全てを非導通状態にされる。

ステップＳＰ３では、機械スイッチ１３Ａの切替が実行される。より詳細には、二相式インバータから三相式インバータへと切り替える場合には、機械スイッチ１３Ａは導通状態から非導通状態へと切り替えられ、三相式インバータから二相式インバータへと切り替える場合には、機械スイッチ１３Ａは非導通状態から導通状態へと切り替えられる。

ステップＳＰ４では、機械スイッチ１３Ａの導通／非導通動作（ステップＳＰ３）が実行されてから、所定期間経過したか否かが判定される。所定期間経過したと判定された場合には、ステップＳＰ５に移行し、所定期間経過していないと判定された場合には、所定期間経過するまで待ち状態となる。

なお、当該所定期間は、機械スイッチ１３Ａの動作時間、およびチャタリング等の影響によるバウンス時間に基づいて設定される。詳細は、後述する。

次のステップＳＰ５では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６（二相式の場合は、Ｓ１〜Ｓ４）の動作が再開され、インバータ装置１０Ａによる三相電流の出力が再開される。

ステップＳＰ６では、インバータ装置１０Ａの運転を終了するか否かが判定される。運転を終了する場合には、駆動方式の切替動作を終了し、運転を継続する場合には、ステップＳＰ１〜ＳＰ６の動作を繰り返す。

ここで、ステップＳＰ４で用いられる所定期間（機械スイッチ１３Ａの導通／非導通動作が実行されてからの一定期間）について説明する。

上述のように、機械スイッチ１３Ａは、完全に導通状態となれば、その導通損失は非常に小さいものとなるが、その導通／非導通の際には動作時間およびチャタリング等の影響によるバウンス時間を有している。このため、動作信号が与えられてから一定期間、機械スイッチ１３Ａは不安定な動作（不安定動作）を示す。

そこで、本実施形態では、機械スイッチ１３Ａの不安定動作による影響を回避するため、１０ｍｓ程度の不安定動作を示す期間（不安定期間）において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを非導通状態にする。そして、ステップＳＰ４で用いられる所定期間を機械スイッチ１３Ａの不安定期間よりも長い期間に設定することによって、機械スイッチ１３Ａの不安定動作による影響を回避する。

例えば、図２に示されるような制御回路ブロック図を用いたインバータ装置１０Ａでは、機械スイッチ１３Ａの不安定動作による影響を回避することが可能となる。

具体的には、切替判断部２２において、駆動方式を切り替えるために動作切替信号Ｓａの遷移（「０」から「１」或いは「１」から「０」への遷移）が行われた場合には、動作切替信号Ｓａの遷移が開始された時点から２０ｍｓの期間は、機械スイッチ１３Ａが導通／非導通動作を実行中である旨の信号（ここでは、「０」の信号）が動作状況信号Ｓｂとして継続して出力される。ここで、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に与えられる信号は、動作状況信号Ｓｂが「１」のときにはスイッチングパターン発生回路２６の出力であり、動作状況信号Ｓｂが「０」のときにはスイッチングパターン発生回路２６の出力にかかわらず「０」となる。このため、インバータ制御部２３からは、当該２０ｍｓの期間、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の動作を停止（オフ）する信号（ここでは、「０」の信号）が継続して出力される。そして、当該２０ｍｓの期間経過後には、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の動作を許可する信号（ここでは、「１」の信号）が、スイッチングパターンの指令値Ｓｄに基づいてインバータ制御部２３から出力される。

このように、本実施形態では、インバータ装置１０Ａの三相電流の出力動作を停止させた状態においてのみ、機械スイッチ１３Ａの導通／非導通の動作を実行させ、機械スイッチ１３Ａの不安定期間経過後に、インバータ装置１０Ａの出力動作を再開する。

以上のように、本実施形態に係るインバータ装置１０Ａでは、少なくとも機械スイッチ１３Ａの導通／非導通動作が開始される時点において、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても非導通状態を継続させるので、機械スイッチ１３Ａのみを採用した場合にも、機械スイッチの動作遅れおよびバウンスの影響を排除できる。また、双方向スイッチを用いることなく、駆動方式の切替が実現できるので、コストの低下を図ることができる。

なお、本実施形態における駆動方式の切替の際には、インバータ装置１０Ａの出力動作を一旦停止させているので、その停止による影響が発生する。図４および図５は、図２に示される制御回路を用いた際のモータの回転速度ωのシミュレーション結果を示す図である。なお、図４は、二相式インバータから三相式インバータへと切り替える場合を示しており、図５は、三相式インバータから二相式インバータへと切り替える場合を示している。

停止による影響としては、例えば、駆動方式の切替の際には、モータの回転速度が低下する。しかし、図４および図５に示されるように、当該速度低下は瞬時的（２０ｍｓ程度）なものであり、５０ｍｓ程度の期間ＲＳ１，ＲＳ２で即座に回復しているため、空調機用途に用いられるインバータ装置１０Ａとしては、ほとんど問題とならない。

また、当該速度低下は、駆動方式の切替の際に発生し、定常的なものでないことから、モータの駆動を再開する際の騒音による影響も問題とならない。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、インバータ装置１０（１０Ｂ）において、三相電流を出力する前に実行される動作について説明する。

＜構成＞
図６は、本発明の第２実施形態に係るインバータ装置１０Ｂの構成を示す概念図である。第２実施形態に係るインバータ装置１０Ｂは、インバータ装置１０Ａと同様の構成を有しており、共通する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

図６のレグＬ２においては、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４等とスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を制御する制御回路とを有するインテリジェントパワー回路Ｖ１が詳細に示されている。なお、図６では、レグＬ２におけるインテリジェントパワー回路Ｖ１のみその詳細が開示されているが、他のレグＬ１，Ｌ３におけるインテリジェントパワー回路Ｕ１，Ｗ１についてもこれと同様に構成されている。

ここで、インテリジェントパワー回路Ｖ１の構成について詳述する。

インテリジェントパワー回路Ｖ１は、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を有するスイッチング素子部ＺＶと、当該スイッチング素子部ＺＶの動作を制御するインバータ制御回路ＨＶとを備える。

インバータ制御回路ＨＶには、制御電源回路３０及びこれに並列に接続された平滑コンデンサ３１から、直流電圧ＶＢ、直流電流ＩＢが供給される。制御電源回路３０は高電位端（図中「＋」と付記）と低電位端（図中「−」と付記）とを備える。図示を省略するが、インテリジェントパワー回路Ｕ１，Ｗ１におけるインバータ制御回路ＨＵ，ＨＷ（不図示）に対しても、制御電源回路３０が接続される。

インバータ制御回路ＨＶは、上アーム制御回路３３及びこれの動作電源を与えるブートコンデンサ３２を備えている。上アーム制御回路３３はスイッチング素子Ｓ３のゲートに制御信号を与える。なお、スイッチング素子Ｓ４のゲートに制御信号を与える下アーム制御回路３４もインバータ制御回路ＨＶに備えられている。但し、その動作電源については本発明と関係が薄いので、省いている。

ブートコンデンサ３２は、接続点ＶＰにその一端が接続されており、その他端はブート抵抗３６とダイオード３５との直列接続を介して制御電源回路３０の高電位端に接続されている。ダイオード３５のアノード及びカソードは、それぞれ制御電源回路３０の高電位端側、ブートコンデンサ３２側に接続されている。図６では、ダイオード３５のアノードはブート抵抗３６を介して制御電源回路３０の高電位端に接続される態様が示されているが、ブート抵抗３６とダイオード３５との直列接続の順序を入れ替えても良い。

＜動作＞
このような構成において、スイッチング素子Ｓ３のエミッタは接続点ＶＰに接続されており、スイッチング素子Ｓ３がオン（導通状態）となった場合には、接続点ＶＰにはスイッチング素子Ｓ３によって直流電源１１の高電位端の電圧が伝達されるので、スイッチング素子Ｓ３のベースに与えるべき制御信号としては、直流電源１１の高電位端の電圧よりも高い電圧を与える必要がある。そこで、上アーム制御回路３３へと接続点ＶＰの電位に対して高電位を供給するために、ブートコンデンサ３２を制御電源回路３０を用いて充電する。

インバータ装置１０Ｂから三相電流の出力を開始する場合には、ブートコンデンサ３２への充電（「初期充電」とも称する）を、三相電流の出力を開始する前の初期充電期間において行う。初期充電期間においては、スイッチング素子Ｓ３を常にオフし、スイッチング素子Ｓ４を介して制御電源回路３０によってブートコンデンサ３２を充電する。

スイッチング素子Ｓ３は、上アーム制御回路３３が正常に動作しない限りオフしたままである。一方、スイッチング素子Ｓ４はそのエミッタが直流電源１１の低電位端に接続されているので、下アーム制御回路３４を動作させるためにブートコンデンサを用いる必要はない。よって、初期充電期間においては、その初期からスイッチング素子Ｓ４のスイッチングを任意に制御することができる。つまり、初期充電期間においては、上アーム制御回路３３が正常に動作しない状態で、上記充電を行うことができる。

ここで、上述のようなブートコンデンサ３２の初期充電において、機械スイッチ１３Ａを導通状態にして充電を行うと、三相負荷１５にコンデンサＣ２から電流が流れてしまうという問題が発生する。

具体的には、機械スイッチ１３Ａを導通状態にして、ブートコンデンサ３２の初期充電を行うために、スイッチング素子Ｓ４を導通状態（オン）にすると、コンデンサＣ２とスイッチング素子Ｓ４とは、出力端１２３と三相負荷１５と出力端１２２とを介して閉ループを形成する。つまり、機械スイッチ１３Ａを導通状態にして、ブートコンデンサ３２の初期充電を行うと三相負荷１５にコンデンサＣ２から電流が流れるようになる。なお、このような三相負荷への電流の流入は、レグＬ１のインテリジェントパワー回路Ｕ１におけるブートコンデンサの充電の際にも発生しうる。

したがって、本実施形態では、ブートコンデンサ３２の初期充電において、コンデンサＣ２から三相負荷１５への不必要な電流の流入を防止するために、機械スイッチ１３Ａを非導通状態にして初期充電を行う。

以上のように、インバータ装置１０Ｂでは、三相電流の出力を開始する前にスイッチング素子Ｓ２を介してブートコンデンサ３２を充電する場合には、機械スイッチ１３Ａを非導通にさせるので、コンデンサＣ２から三相負荷へと電流が流れるのを防止することが可能となる。

また、本実施形態では、三相式と二相式との間で駆動方式の切替が可能なインバータ装置１０Ｂにおける初期充電について説明していたが、これに限定されない。図７は、二相式インバータ１０Ｂ１の構成を示す概念図である。

具体的には、図７に示されるような二相式インバータ１０Ｂ１において、中間電位点ＮＰと三相負荷１５との間に導通／非導通を行う機械スイッチ１３Ａを設けて、ブートコンデンサ３２の初期充電の際には、機械スイッチ１３Ａを非導通にして行う。これによれば、コンデンサＣ２から三相負荷１５への不必要な電流の流入を防止することが可能となる。すなわち、二相式インバータにおけるブートコンデンサ３２の初期充電についても、本実施形態を適用することが可能となる。

＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、インバータ装置１０（１０Ｃ）による三相電流の出力動作を、非常停止指令によって停止する場合を例示する。

＜構成＞
図８は、第３実施形態に係るインバータ装置１０Ｃを示す図である。

図８に示されるように、インバータ装置１０Ｃは、非常停止指令ＥＳを受けて三相電流の出力動作を停止させる機能を有する点以外は、第１実施形態のインバータ装置１０Ａと同様の構成を有している。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態における切替制御部２１は、非常停止指令ＥＳが入力された場合には、機械スイッチ１３Ａを非導通にさせる旨の信号Ｓｅ１を出力する機能をさらに有している。また、切替制御部２１は、非常停止指令ＥＳが入力された場合には、インバータ制御部２３に対して、６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを非導通状態にさせる旨の信号Ｓｅ２を出力する機能をもさらに有している。

切替制御部２１に入力される非常停止指令ＥＳは、インバータ装置１０Ｃによる三相電流の出力動作を停止させるための指令であって、外部装置の故障等による外的要因あるいはインバータ装置１０Ｃ自身の異常、故障等による内的要因に起因して発生する。

＜動作＞
次に、非常停止指令ＥＳが入力されたときの動作について説明する。図９は、インバータ装置１０Ｃを二相式インバータとして駆動した場合の等価回路図である。

ここで、インバータ装置１０Ｃを、電力回生機能を有していない直流電源１１に接続し、インバータ装置１０Ｃを、図９に示されるような二相式インバータとして駆動していたときに、非常停止指令ＥＳが入力された場合を想定する。

この場合、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を非導通状態にして、インバータ装置１０Ｃの三相電流の出力動作を停止させると、モータ１５の誘導起電力によって、インバータ装置１０Ｃ内に電流が流れる。具体的には、モータ１５の誘導起電力によって、各レグの上アームのダイオードＤ１，Ｄ３を介してコンデンサＣ１に流れる電流ＩＵと、各レグの下アームのダイオードＤ２，Ｄ４を介してコンデンサＣ２に流れる電流ＩＤとがそれぞれ発生する（図９参照）。

そして、上記各電流ＩＵ，ＩＤによって、各コンデンサＣ１，Ｃ２には、モータ１５の誘導起電力に相当する電荷が蓄えられる。つまり、インバータ装置１０Ｃでは、誘導起電力の２倍の電圧がコンデンサ群１２に蓄えられることになる。

このため、過電圧による素子破壊を避けるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６等の耐圧を上げなければならないという問題が発生する。

そこで、本実施形態では、非常停止指令ＥＳが入力された場合には、機械スイッチ１３Ａを非導通にしてから、あるいはこれと同時にスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを非導通状態にして、インバータ装置１０Ｃの出力動作を停止させる。

これによれば、機械スイッチ１３Ａが非導通となるので、停止の際に上述のような電流ＩＤ，ＩＵが発生することなく、コンデンサ群１２に蓄積される電荷による影響を考慮する必要がなくなる。

また、非常停止の際には、機械スイッチ１３Ａを非導通とすることで三相式インバータの状態において停止するので、機械スイッチ１３Ａを導通状態（二相式インバータの状態）として停止させる場合よりも、低い耐圧の素子を用いることが可能となる。

以上のように、インバータ装置１０Ｃでは、三相電流の出力を停止させる非常停止指令ＥＳを受けた場合には、機械スイッチ１３Ａを非導通にしてから、あるいはこれと同時にスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の全てを非導通にさせるので、モータの誘導起電力の２倍電圧がコンデンサ群に蓄えられることを防止することができるため、過電圧による素子破壊を防止することが可能となる。

また、上記第３実施形態では、三相式と二相式との間で駆動方式の切替が可能なインバータ装置１０Ｃについて説明していたが、これに限定されない。具体的には、単に二相式インバータにおいて、中間電位点ＮＰと三相負荷１５との間に導通／非導通を行う機械スイッチを設けて、非常停止の際には、機械スイッチを非導通にしてから、あるいはこれと同時にスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の全てを非導通にしてもよい。すなわち、二相式インバータにおいて非常停止する場合にも、本実施形態を適用することが可能となる。

＜４．第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、上記各実施形態に係るインバータ装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを、例えば、空調機用の圧縮機に接続し、当該圧縮機を駆動制御する。

この場合、空調機における冷暖房等の運転の切替に基づいて、インバータ装置１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃの駆動方式を切り替えてもよい。

具体的には、インバータ装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、冷房運転の場合には二相式インバータとして駆動され、暖房運転の場合には三相式インバータとして駆動される。

このように、インバータ装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの駆動方式を空調機における冷暖房等の運転状況に応じて切り替えることによれば、空調機の運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

＜５．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。

例えば、上記第１および第２実施形態においては、機械スイッチ１３Ａとしてバック接点を用いていたが、これに限定されず、フロント接点（Ａ接点）を用いてもよい。

ただし、機械スイッチ１３Ａは低速運転において導通状態として用いられるため、低速運転領域での使用割合が高くなる空調機においては、非動作状態で導通状態となるバック接点を用いた方が、消費電力を少なくすることができる。

また、上記第２および第３実施形態においては、機械スイッチ１３Ａを用いていたが、これに限定されない。具体的には、半導体スイッチ等を有する接続スイッチを用いて、接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間の導通／非導通を制御してもよい。

本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の構成を示す概念図である。各スイッチング素子に関する制御回路ブロック図である。駆動方式の切替動作のフローチャートである。モータの回転速度のシミュレーション結果を示す図である。モータの回転速度のシミュレーション結果を示す図である。本発明の第２実施形態に係るインバータ装置の構成を示す概念図である。二相式インバータの構成を示す概念図である。第３実施形態に係るインバータ装置を示す図である。第３実施形態に係るインバータ装置を二相式インバータとして駆動した場合の等価回路図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃインバータ装置
１３Ａ機械スイッチ
１４三相インバータ回路
２１切替制御部
２２切替判断部
２３インバータ制御部
３０モータの速度指令値
ＮＰ中間電位点
ＷＰ接続点
３２ブートコンデンサ
３３第１制御回路（上アーム制御回路）
ＥＳ非常停止指令

Claims

いずれも一端及び他端を有する第１コンデンサ(C1)並びに第２コンデンサ(C2)を含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端との間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、
第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、
前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う機械スイッチ(13A)と、
前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)と、
前記機械スイッチの導通／非導通動作を制御する切替制御手段(21)と、
前記機械スイッチを非導通とし前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させるか、前記機械スイッチを導通させて前記三相インバータ回路(14)を二相式インバータとして動作させるかを判断して、前記切替制御手段に切替指令を出力する切替判断手段(22)と、
を備え、
前記インバータ制御手段は、少なくとも前記機械スイッチ(13A)の導通／非導通動作が開始される時点においては、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても前記非導通状態を継続させる、
インバータ装置(10A)。
前記切替判断手段は、前記三相電流を受ける三相負荷の速度指令値(30)に基づいて前記切替指令を出力する、
請求項１記載のインバータ装置。
前記インバータ装置は、空調機用の圧縮機に備えられ、
前記切替判断手段は、前記空調機における冷暖房の運転の切り替えに基づいて前記切替指令を出力する、
請求項１記載のインバータ装置。
前記切替判断手段は、前記速度指令値が所定値よりも大きい場合には、三相式インバータとして駆動する旨の前記切替指令を出力し、前記速度指令値が所定値よりも小さい場合には、二相式インバータとして駆動する旨の前記切替指令を出力し、
前記機械スイッチは、非動作状態で導通可能となる、
請求項１記載のインバータ装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のインバータ装置によって駆動される圧縮機を備えた空調機。
いずれも一端及び他端を有する第１コンデンサ(C1)並びに第２コンデンサ(C2)を含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端との間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、
第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、
前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う機械スイッチ(13A)と、
前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)とを備え、
前記機械スイッチを非導通とし前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させ、前記機械スイッチを導通させて前記三相インバータ回路(14)を二相式インバータとして動作させるインバータ装置(10A)を制御する方法であって、
前記インバータ制御手段は、少なくとも前記機械スイッチ(13A)の導通／非導通動作が開始される時点においては、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子の全てを非導通状態にさせ、その後の所定期間においても前記非導通状態を継続させる、
インバータ装置の制御方法。