JP6701366B2 - 電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents

電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置 Download PDF

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Description

本発明は、電動機の巻線仕様を切替え可能な電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置に関する。
電動機において、電動機の巻線の接続状態を切替えることにより、巻線仕様を切替える技術がある。特許文献１には、巻線の中性点を切り離して引き出された引き出し線を用いて巻線仕様を切替え、巻線仕様が開放巻線仕様の場合には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ことにより電動機を駆動し、巻線仕様がスター接続仕様の場合にはマスター側インバータ回路を動作させることにより電動機を駆動する方法が開示されている。
特許第４９０６８３６号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、１台の直流交流変換器であるマスター側インバータ回路が故障した場合、正常な通電経路が確保できず、装置自体を交換しなければならないことがあるという問題があった。また、上記特許文献１に記載の技術では、１つの短絡スイッチにより巻線仕様を切替えているため、切替え可能な巻線仕様が２つに限定される。電動機の高効率な駆動のためには、運転条件に応じて巻線仕様がより自由に変更できることが望ましい。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、１台の直流交流変換器が故障した場合でも電動機の駆動を継続でき、かつ巻線仕様の変更の自由度を高めることができる電動機駆動装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電動機駆動装置は、第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有する電動機を駆動させる電動駆動装置であって、第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を電動機に印加する第一のインバータと、第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を電動機に印加する第二のインバータと、を備える。また、本発明にかかる電動機駆動装置は、第一の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第一の開閉部と、第二の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第二の開閉部と、第一の多相巻線と第二の多相巻線の接続および解放を行う第三の開閉部と、を備える。第一の多相巻線は第一のＵ相巻線、第一のＶ相巻線、第一のＷ相巻線を有し、第二の多相巻線は第二のＵ相巻線、第二のＶ相巻線、第二のＷ相巻線を有し、第三の開閉部は、第一のＵ相巻線と第二のＵ相巻線の接続および解放を行うＵ相開閉部と、第一のＶ相巻線と第二のＶ相巻線の接続および解放を行うＶ相開閉部と、第一のＷ相巻線と第二のＷ相巻線の接続および解放を行うＷ相開閉部とを備える。
本発明にかかる電動機駆動装置は、１台の直流交流変換器が故障した場合でも電動機の駆動を継続でき、かつ巻線仕様の変更の自由度を高めることができる電動機システム、電動機駆動装置および冷凍サイクル装置を得ることができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図 実施の形態１の制御部に入力される信号と制御部から出力される信号とを示す図 実施の形態１の第一の三相開閉部の構成例を示す図 実施の形態１の第二の三相開閉部の構成例を示す図 実施の形態１の巻線開閉部の構成例を示す図 実施の形態１の電動機システムの運転モードの一例を示す図 実施の形態１における運転モード切替の一例を示す図 実施の形態１の制御回路の構成例を示す図 実施の形態２にかかる空気調和機の構成例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機システム、電動機駆動装置および冷凍サイクル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる電動機システム１０２は、第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２を有する電動機１０と、電動機駆動装置１００とを備える。電動機駆動装置１００は、直流電源８１と、直流電源８２と、直流電源８１から直流電力が入力されるとともに第一の三相巻線部１１に接続された第一の直流交流変換器７１と、直流電源８２から直流電力が入力されるとともに第二の三相巻線部１２に接続された第二の直流交流変換器７２と、を備える。さらに、電動機駆動装置１００は、第一の三相巻線部１１と第二の三相巻線部１２の接続および開放を行う巻線開閉部５０と、第一の三相巻線部１１の各相間の接続および開放を行う第一の三相開閉部６１と、第二の三相巻線部１２の各相間の接続および開放を行う第二の三相開閉部６２と、電動機駆動装置１００の動作を制御する制御部９０とを備える。
図１に示したように、直流電源８１から第一の直流交流変換器７１へ入力される直流電力が供給される配線のうち、直流電源８１の正極端子に接続される配線、すなわち正側の配線をＰ１と呼び、直流電源８１の負極端子に接続される配線、すなわち負側の配線をＮ１と呼ぶ。また、直流電源８２から第二の直流交流変換器７２へ入力される直流電力が供給される配線のうち、直流電源８２の正極端子に接続される配線、すなわち正側の配線をＰ２と呼び、直流電源８２の負極端子に接続される配線、すなわち負側の配線をＮ２と呼ぶ。また、直流電源８１の正側をＰ１側とも呼び、直流電源８１の負側をＮ１側とも呼び、直流電源８２の正側をＰ２側とも呼び、直流電源８２の負側をＮ２側とも呼ぶ。
第一の巻線部である第一の三相巻線部１１は、Ｕ相巻線部５１１、Ｖ相巻線部５１２およびＷ相巻線部５１３を有する。第二の巻線部である第二の三相巻線部１２は、Ｕ相巻線部５２１、Ｖ相巻線部５２２およびＷ相巻線部５２３を有する。すなわち、電動機１０は、第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有し、第一の多相巻線は第一のＵ相巻線、第一のＶ相巻線および第一のＷ相巻線を有し、第二の多相巻線は第二のＵ相巻線、第二のＶ相巻線および第二のＷ相巻線を有する。
第一の直流交流変換器７１は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７１ａ，７１ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７１ｃ，７１ｄと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７１ｅ，７１ｆとを備える。スイッチング素子７１ａおよびスイッチング素子７１ｂ、スイッチング素子７１ｃおよびスイッチング素子７１ｄ、スイッチング素子７１ｅおよびスイッチング素子７１ｆの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。第一の直流交流変換器７１の各アームの中点は、第一の三相巻線部１１の対応する相の巻線部にそれぞれ接続される。すなわち、第一の直流交流変換器７１は、第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を電動機に印加する。
具体的には、スイッチング素子７１ａおよびスイッチング素子７１ｂで構成されるアームは、Ｕ相アームと呼び、Ｕ相巻線部５１１に接続され、スイッチング素子７１ｃおよびスイッチング素子７１ｄで構成されるアームは、Ｖ相アームと呼び、Ｖ相巻線部５１２に接続され、スイッチング素子７１ｅおよびスイッチング素子７１ｆで構成されるアームは、Ｗ相アームと呼び、Ｗ相巻線部５１３に接続される。また、各アームのうちＰ１側すなわちＰ１に接続される各スイッチング素子を上側スイッチング素子とも呼び、各アームのうちＮ１側すなわちＮ１に接続される各スイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。
第二の直流交流変換器７２は、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７２ａ，７２ｂと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７２ｃ，７２ｄと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子７２ｅ，７２ｆとを備える。スイッチング素子７２ａおよびスイッチング素子７２ｂ、スイッチング素子７２ｃおよびスイッチング素子７２ｄ、スイッチング素子７２ｅおよびスイッチング素子７２ｆの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。第二の直流交流変換器７２の各アームの中点は、第二の三相巻線部１２の対応する相の巻線部にそれぞれ接続される。すなわち、第二の直流交流変換器７２は、第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を電動機に印加する。
具体的には、スイッチング素子７２ａおよびスイッチング素子７２ｂで構成されるアームは、Ｕ相巻線部５２１に接続され、スイッチング素子７２ｃおよびスイッチング素子７２ｄで構成されるアームは、Ｖ相巻線部５２２に接続され、スイッチング素子７２ｅおよびスイッチング素子７２ｆで構成されるアームは、Ｗ相巻線部５２３に接続される。また、各アームのうちＰ２側すなわちＰ２に接続される各スイッチング素子を上側スイッチング素子とも呼び、各アームのうちＮ２側すなわちＮ２に接続される各スイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。
第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２におけるスイッチング素子としては、どのような素子を用いてもよいが、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。
第一の三相巻線部１１の両端部のうち第１の端部に接続される第１の端子である端子６１１，６１２，６１３は、第一の直流交流変換器７１に接続される。具体的には、上述したように、Ｕ相巻線部５１１の第１の端部の端子６１１が第一の直流交流変換器７１のＵ相アームに接続され、Ｖ相巻線部５１２の第１の端部の端子６１２が第一の直流交流変換器７１のＶ相アームに接続され、Ｗ相巻線部５１３の第１の端部の端子６１３が第一の直流交流変換器７１のＷ相アームに接続される。第一の三相巻線部１１の両端部のうち第２の端部に設けられる第２の端子である端子７１１，７１２，７１３は、第一の三相開閉部６１に３本の引き出し線Ｕ１ｂ，Ｖ１ｂ，Ｗ１ｂにより接続されるとともに巻線開閉部５０に３本の引き出し線により接続される。
第二の三相巻線部１２の両端部のうち第１の端部に接続される第１の端子である端子６２１，６２２，６２３は、第二の直流交流変換器７２に接続される。具体的には、上述したように、Ｕ相巻線部５２１の第１の端部の端子６２１が第二の直流交流変換器７２のＵ相アームに接続され、Ｖ相巻線部５２２の第１の端部の端子６２２が第二の直流交流変換器７２のＶ相アームに接続され、Ｗ相巻線部５２３の第１の端部の端子６２３が第二の直流交流変換器７２のＷ相アームに接続される。第二の三相巻線部１２の両端部のうち第２の端部に接続される第２の端子である端子７２１，７２２，７２３は、第二の三相開閉部６２に３本の引き出し線Ｕ２ｂ，Ｖ２ｂ，Ｗ２ｂにより接続されるとともに巻線開閉部５０に３本の引き出し線により接続される。
すなわち、第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２のそれぞれは、第一の端部および第二の端部を有するとともに複数の相に対応する複数の相巻線部を備える。また、第一の三相巻線部１１は、複数の相巻線部のそれぞれの第一の端部に接続される複数の第一の端子である端子６１１，６１２，６１３と、複数の相巻線部のそれぞれの第二の端部に接続される複数の第二の端子７１１，７１２，７１３とを備える。第二の三相巻線部１２は、複数の相巻線部のそれぞれの第一の端部に接続される複数の第一の端子である端子６２１，６２２，６２３と、複数の相巻線部のそれぞれの第二の端部に接続される複数の第二の端子７２１，７２２，７２３とを備える。
以上の構成により、電動機１０からは合計１８本の引き出し線が外部に引き出され、第一の三相開閉部６１、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０により引き出し線が外部結線されることにより三相巻線が構成される。具体的には、第一の開閉部である第一の三相開閉部６１は、第一の三相巻線部１１の各相間の接続または開放を行う。例えば、第一の三相巻線部１１の各相間を接続することで、スター結線接続を実現する。すなわち、第一の三相開閉部６１は、第一の三相巻線部１１の端子７１１，７１２，７１３間の接続状態を切替える。第二の三相開閉部６２は、第二の三相巻線部１２の各相間の接続または開放を行う。例えば、第二の三相巻線部１２の各相間を接続することで、スター結線接続を実現する。すなわち、第二の三相開閉部６２は、第二の三相巻線部１２の端子７２１，７２２，７２３間の接続状態を切替える。
第三の開閉部である巻線開閉部５０は、第一の三相巻線部１１と第二の三相巻線部１２との接続または開放を行う。すなわち、巻線開閉部５０は、第一の三相巻線部１１の端子７１１，７１２，７１３と第二の三相巻線部１２の端子７２１，７２２，７２３との間の接続状態を切替える。第一の三相開閉部６１、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０の構成および動作の詳細については後述する。
また、本実施の形態の電動機駆動装置１００は、直流電源８１から第一の直流交流変換器７１に入力される直流電力の直流電圧を検出する図示しない第１の直流電圧検出部と、直流電源８２から第二の直流交流変換器７２に入力される直流電力の直流電圧を検出する図示しない第２の直流電圧検出部と、を備える。第１の直流電圧検出部は、検出した直流電圧を示す信号ＶＤＣ１を出力する。第２の直流電圧検出部は、検出した直流電圧を示す信号ＶＤＣ２を出力する。さらに、電動機駆動装置１００は、第一の三相巻線部１１を流れるＵ相電流を示す信号であるＩＵ１，Ｖ相電流を示す信号であるＩＶ１およびＷ相電流を示す信号であるＩＷ１をそれぞれ検出する電流検出部２１，３１，４１と、第二の三相巻線部１２を流れるＵ相電流を示す信号であるＩＵ２，Ｖ相電流を示す信号であるＩＶ２およびＷ相電流を示す信号であるＩＷ２をそれぞれ検出する電流検出部２２，３２，４２と、を備える。
制御部９０は、後述するＶｄｃ１，Ｖｄｃ２，Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２およびＩｗ２に基づいて、第一の直流交流変換器７１の各スイッチング素子に入力する６つの駆動信号ＰＷＭ１と、第二の直流交流変換器７２の各スイッチング素子に入力する６つの駆動信号ＰＷＭ２と、を生成する。また、制御部９０は、巻線開閉部５０、第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２を制御する。
なお、ここでは第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２の三相分の電流をそれぞれ検出する例を示しているが、三相平衡を前提として２相分の電流から他相を推定する場合は第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２のそれぞれの電流検出部を２相分に設ける構成としてもよい。また直流電源８１と第一の直流交流変換器７１との間を流れる直流電流、および直流電源８２と第二の直流交流変換器７２との間を流れる直流電流からそれぞれ三相電流を推定する場合、電流検出部を直流電源８１と第一の直流交流変換器７１との間に１箇所、および直流電源８２と第二の直流交流変換器７２との間に１箇所の計２箇所設ける構成としてもよい。また、第一の直流交流変換器７１の下側スイッチング素子とＮ１との間、および第二の直流交流変換器７２の下側スイッチング素子とＮ２との間に電流検出部を設ける方法などにより、電流検出を行っても良い。
なお、図１では、図の煩雑化を避けるため、制御部９０と各構成要素との接続関係および後述する電圧レベル変換器の図示は省略している。制御部９０と各構成要素との接続関係については図２を用いて説明する。図２は、制御部９０に入力される信号と制御部９０から出力される信号とを示す図である。
図２に示すように、制御部９０には、ＶＤＣ１が電圧レベル変換器１１１によりレベル変換された信号であるＶｄｃ１が入力される。また、制御部９０には、ＩＵ１，ＩＶ１，ＩＷ１がそれぞれ電圧レベル変換器１２１，１３１，１４１によりレベル変換された信号であるＩｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１が入力される。
なお、各電圧レベル変換器は、電圧レベル変換器に入力される信号に対して、電圧レベル変換器によりレベル変換された後の信号が電圧レベル変換器から出力された信号が入力される各部における適正な入力電圧範囲となるように、電圧のレベル変換を行う。なお、ここでは制御部９０に入力される信号および出力される信号の全てに対して電圧レベル変換器を設ける構成を説明するが、電圧レベルの変換が不要な信号については電圧レベル変換器を設けなくてもよい。
さらに、制御部９０には、ＶＤＣ２，ＩＵ２，ＩＶ２，ＩＷ２がそれぞれ電圧レベル変換器１１２，１２２，１３２，１４２によりレベル変換された信号であるＶｄｃ２，Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２が入力される。
制御部９０は、運転モード、Ｖｄｃ１，Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１,Ｖｄｃ２，Ｉｕ２，Ｉｖ２およびＩｗ２に基づいて、第一の直流交流変換器７１の各スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号である６つの駆動信号ＰＷＭ１、および第二の直流交流変換器７２の各スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号である６つの駆動信号ＰＷＭ２を生成する。運転モードは、電動機システム１０２の外部から指示されてもよいし、電動機システム１０２の外部から入力される信号および電動機システム１０２内で得られる信号のうち少なくとも１つに基づいて制御部９０が決定してもよい。後述するように、運転モードは例えば運転条件に応じて決定される。６つの駆動信号ＰＷＭ１は電圧レベル変換器１７１によりレベル変換され６つの駆動信号ｐｗｍ１として第一の直流交流変換器７１の各スイッチング素子に入力される。６つの駆動信号ＰＷＭ２は電圧レベル変換器１７２によりレベル変換され６つの駆動信号ｐｗｍ２として第二の直流交流変換器７２の各スイッチング素子に入力される。
具体的には、ＰＷＭ１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｐ１，Ｖｐ１，Ｗｐ１と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の下側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｎ１，Ｖｎ１，Ｗｎ１とである。Ｕｐ１，Ｖｐ１，Ｗｐ１，Ｕｎ１，Ｖｎ１，Ｗｎ１は、電圧レベル変換器１７１によりｕｐ１，ｖｐ１，ｗｐ１，ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１にそれぞれ変換される。ｕｐ１，ｖｐ１，ｗｐ１，ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１は、それぞれスイッチング素子７１ａ，７１ｃ，７１ｅ，７１ｂ，７１ｄ，７１ｆに入力される。
同様に、ＰＷＭ２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｐ２，Ｖｐ２，Ｗｐ２と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の下側スイッチング素子をそれぞれオンとするかオフとするかを示すＰＷＭ信号であるＵｎ２，Ｖｎ２，Ｗｎ２とである。Ｕｐ２，Ｖｐ２，Ｗｐ２，Ｕｎ２，Ｖｎ２，Ｗｎ２は、電圧レベル変換器１７２によりｕｐ２，ｖｐ２，ｗｐ２，ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２にそれぞれ変換される。ｕｐ２，ｖｐ２，ｗｐ２，ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２は、それぞれスイッチング素子７２ａ，７２ｃ，７２ｅ，７２ｂ，７２ｄ，７２ｆに入力される。
制御部９０は、運転モードに応じて、第一の三相開閉部６１を制御するための信号ＳＩＧ３、巻線開閉部５０を制御するための信号ＳＩＧ４、および第二の三相開閉部６２を制御するための信号ＳＩＧ５を生成して出力する。ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５は、それぞれ電圧レベル変換器１６１，１５１，１６２によりレベル変換されｓｉｇ３，ｓｉｇ４，ｓｉｇ５として第一の三相開閉部６１，巻線開閉部５０，第二の三相開閉部６２へそれぞれ入力される。ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５は、それぞれ２値信号であり、ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５のそれぞれの値は、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルである。例えば、ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５の値がＨｉｇｈレベルである場合には、後述する各開閉器をオンすなわち閉とすることを示し、ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５の値がＬｏｗレベルである場合には、後述する各開閉器をオフすなわち開とすることを示す。なお、信号のレベルとオン／オフとの対応はこの例に限定されない。ｓｉｇ３，ｓｉｇ４，ｓｉｇ５も、ＳＩＧ３，ＳＩＧ４，ＳＩＧ５とは実際の電圧レベルは異なるが、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルの値を有する２値信号である。
図３は、本実施の形態の第一の三相開閉部６１の構成例を示す図である。図３に示すように、第一の三相開閉部６１は、ダイオードなどである整流器２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ，２１１ｆと、開閉器２２１とを備える。開閉器２２１は、スイッチ、メカニカルリレー、半導体スイッチすなわち半導体により形成されるスイッチング素子などで実現することができる。整流器２１１ａと整流器２１１ｄは直列に接続され、整流器２１１ｂと整流器２１１ｅは直列に接続され、整流器２１１ｃと整流器２１１ｆは直列に接続される。整流器２１１ａおよび整流器２１１ｄ、整流器２１１ｂおよび整流器２１１ｅ、整流器２１１ｃおよび整流器２１１ｆは、並列に接続される。整流器２１１ａと整流器２１１ｄの中点にはＵ１ｂが接続され、整流器２１１ｂと整流器２１１ｅの中点にはＶ１ｂが接続され、整流器２１１ｃと整流器２１１ｆの中点にはＷ１ｂが接続される。開閉器２２１は、ｓｉｇ３の値がＨｉｇｈレベルである場合に、オン状態となり、ｓｉｇ３の値がＬｏｗレベルである場合に、オフ状態となる。
開閉器２２１がオン状態となっている場合、整流器２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ，２１１ｆを介して、Ｕ１ｂ，Ｖ１ｂおよびＷ１ｂが接続される。これにより、第一の三相巻線部１１の端子７１１，７１２，７１３が接続されることになる。したがって、Ｕ相巻線部５１１、Ｖ相巻線部５１２およびＷ相巻線部５１３がスター結線されることになる。すなわち、第一の三相巻線部１１の巻線仕様は、スター接続された巻線に対応する仕様となる。
開閉器２２１がオフ状態となっている場合、Ｕ相巻線部５１１、Ｖ相巻線部５１２およびＷ相巻線部５１３は開放状態となる。
図４は、本実施の形態の第二の三相開閉部６２の構成例を示す図である。図４に示すように、第二の三相開閉部６２は、ダイオードなどである整流器２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆと、開閉器２２２とを備える。開閉器２２２は、スイッチ、メカニカルリレー、半導体により形成されるスイッチング素子などで実現することができる。整流器２１２ａと整流器２１２ｄは直列に接続され、整流器２１２ｂと整流器２１２ｅは直列に接続され、整流器２１２ｃと整流器２１２ｆは直列に接続される。整流器２１２ａおよび整流器２１２ｄ、整流器２１２ｂおよび整流器２１２ｅ、整流器２１２ｃおよび整流器２１２ｆは、並列に接続される。整流器２１２ａと整流器２１２ｄの中点にはＵ２ｂが接続され、整流器２１２ｂと整流器２１２ｅの中点にはＶ２ｂが接続され、整流器２１２ｃと整流器２１２ｆの中点にはＷ２ｂが接続される。開閉器２２２は、ｓｉｇ５の値がＨｉｇｈレベルである場合に、オン状態となり、ｓｉｇ５の値がＬｏｗレベルである場合に、オフ状態となる。
開閉器２２２がオン状態となっている場合、整流器２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆを介して、Ｕ２ｂ，Ｖ２ｂおよびＷ２ｂが接続される。これにより、第二の三相巻線部１２の端子７２１，７２２，７２３が接続されることになる。したがって、Ｕ相巻線部５２１，Ｖ相巻線部５２２およびＷ相巻線部５２３がスター結線されることになる。すなわち、第二の三相巻線部１２の巻線仕様は、スター接続された巻線に対応する仕様となる。
開閉器２２２がオフ状態となっている場合、Ｕ相巻線部５２１、Ｖ相巻線部５２２およびＷ相巻線部５２３は、非接続状態、すなわち開放状態となる。
以上のように、第一の三相開閉部６１は、ｓｉｇ３がＨｉｇｈレベルの場合すなわち接続状態が接続の場合、第一の三相巻線部１１がスター結線となるよう第一の三相巻線部１１の端子７１１，７１２，７１３を接続し、ｓｉｇ３がＬｏｗレベルの場合接続状態が開放の場合、第一の三相巻線部１１の端子７１１，７１２，７１３間を接続しない。また、第二の三相開閉部６２は、ｓｉｇ５がＨｉｇｈレベルの場合すなわち接続状態が接続の場合、第二の三相巻線部１２がスター結線となるよう第二の三相巻線部１２の端子７２１，７２２，７２３を接続し、ｓｉｇ５がＬｏｗレベルの場合接続状態が開放の場合、第二の三相巻線部１２の端子７２１，７２２，７２３間を接続しない。
図５は、本実施の形態の巻線開閉部５０の構成例を示す図である。図５に示すように、巻線開閉部５０は、開閉器５１，５２，５３を備える。開閉器５１，５２，５３は、スイッチ、メカニカルリレー、半導体により形成されるスイッチング素子などで実現することができる。開閉器５１は、一端がＵ１ｂに接続され、他端がＵ２ｂに接続される。開閉器５２は、一端がＶ１ｂに接続され、他端がＶ２ｂに接続される。開閉器５３は、一端がＷ１ｂに接続され、他端がＷ２ｂに接続される。
開閉器５１，５２，５３の接続状態、すなわち開閉器５１，５２，５３がオンであるかオフであるかの状態は、同一である。電圧レベル変換器１５１から入力されるｓｉｇ４がＨｉｇｈレベルである場合に、開閉器５１，５２，５３はオン状態となり、ｓｉｇ４がＬｏｗレベルである場合に、開閉器５１，５２，５３はオフ状態となる。
例えば、ｓｉｇ４がＨｉｇｈレベルである場合、開閉器５１，５２，５３はオン状態となり、Ｕ１ｂとＵ２ｂ、Ｖ１ｂとＶ２ｂ、Ｗ１ｂとＷ２ｂがそれぞれ接続される。このようにして、ｓｉｇ４がＨｉｇｈレベルである場合、第一の三相巻線部１１と第二の三相巻線部１２とが接続される。一方、ｓｉｇ４がＬｏｗレベルである場合、第一の三相巻線部１１と第二の三相巻線部１２とは接続されない。
以上のように、巻線開閉部５０の開閉器５１は、第一の三相巻線部１１のＵ相の相巻線部であるＵ相巻線部５１１と第二の三相巻線部１２のＵ相の相巻線部であるＵ相巻線部５２１との間の接続状態を、接続または開放との間で切替えるＵ相開閉器である。巻線開閉部５０の開閉器５２は、第一の三相巻線部１１のＶ相の相巻線部であるＶ相巻線部５１２と第二の三相巻線部１２のＶ相の相巻線部であるＶ相巻線部５２２との間の接続状態を、接続または開放との間で切替えるＶ相開閉器である。巻線開閉部５０の開閉器５３は、第一の三相巻線部１１のＷ相の相巻線部であるＷ相巻線部５１３と第二の三相巻線部１２のＷ相の相巻線部であるＷ相巻線部５２３との間の接続状態を、接続または開放との間で切替えるＷ相開閉器である。
以上より、本実施の形態の電動機システム１０２では、第一の三相巻線部１１と第二の三相巻線部１２との間の接続状態を切替える巻線開閉部５０と、第一の三相巻線部１１の各相間の接続状態を切替える第一の三相開閉部６１と、第二の三相巻線部１２の各相間の接続状態を切替える第二の三相開閉部６２との状態により、電動機１０の巻線仕様を切り替えることができる。
図６は、本実施の形態の電動機システム１０２の運転モードの一例を示す図である。図６に示すように、ここでは、モード＃１からモード＃５の５つの運転モードについて説明する。図６には、第一の三相開閉部６１、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０における各開閉器のオン（ＯＮ）またはオフ（ＯＦＦ）の状態と第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２の動作状態と運転モードごとに示している。
第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２が休止状態となる場合、すなわちモード＃１では、第一の三相開閉部６１、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０の開閉器は全てオフとされる。これにより、第一の三相開閉部６１、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０における開閉器をオンとする場合より、待機電力を低減することができる。
第一の直流交流変換器７１が動作状態であり、第一の直流交流変換器７１が停止するモード＃２では、第一の三相開閉部６１の開閉器をオンとされ、第二の三相開閉部６２および巻線開閉部５０の開閉器はオフとされる。これにより、第一の三相巻線部１１がスター結線となり、第一の直流交流変換器７１により第一の三相巻線部１１が駆動されるとともに、第二の三相巻線部１２が開放状態となることで、動作しない構成要素による電力消費を避けることができる。また、無駄な循環電流が発生せずかつ使用しない開閉器の駆動のための電力消費を避けることができる。この際、第一の直流交流変換器７１はハーフブリッジインバータの動作となる。この場合の制御部９０におけるＰＷＭ１の生成方法は、通常のハーフブリッジインバータにおける制御と同様である。
すなわち、モード＃２は、第一の三相開閉部６１の接続状態を接続とし、第二の三相開閉部６２の接続状態を開放とし、巻線開閉部５０の接続状態を開放とし、第一の直流交流変換器７１を動作させ、第二の直流交流変換器７２を動作させない運転モードである。
第二の直流交流変換器７２が動作状態であり、第一の直流交流変換器７１が停止するモード＃３では、第二の三相開閉部６２の開閉器をオンとされ、第一の三相開閉部６１および巻線開閉部５０の開閉器はオフとされる。これにより、第二の三相巻線部１２がスター結線となり、第二の直流交流変換器７２により第二の三相巻線部１２が駆動されるとともに、第一の三相巻線部１１が開放状態となることで、動作しない構成要素による電力消費を避けることができる。また、無駄な循環電流が発生せずかつ使用しない開閉器の駆動のための電力消費を避けることができる。この際、第二の直流交流変換器７２はハーフブリッジインバータの動作となる。この場合の制御部９０におけるＰＷＭ２の生成方法は、通常のハーフブリッジインバータにおける制御と同様である。
すなわち、モード＃３は、第一の三相開閉部６１の接続状態を開放とし、第二の三相開閉部６２の接続状態を接続とし、巻線開閉部５０の接続状態を開放とし、第一の直流交流変換器７１を動作させず、第二の直流交流変換器７２を動作させる運転モードである。
モード＃２およびモード＃３では、２つの直流交流変換器のうちいずれか１台を休止させているため、２つの直流交流変換器を動作させるときよりも直流交流変換器のスイッチング損失を低減できる。
モード＃４では、次に第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２の開閉器がオンとされ、巻線開閉部５０がオフとされ、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２がともに動作する。これにより、第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２がともに共に接続され、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２により駆動される。この際、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２は、それぞれがハーフブリッジインバータの動作となる。また巻線開閉部５０の開閉器はオフであるため、巻線開閉部５０を介した無駄な循環電流は発生しない。この場合の制御部９０におけるＰＷＭ１およびＰＷＭ２の生成方法は、それぞれ単独の通常のハーフブリッジインバータにおける制御と同様である。
すなわち、モード＃４は、第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２の接続状態を接続とし、巻線開閉部５０の接続状態を開放とし、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２をともに動作させる運転モードである。
モード＃５では、第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２の開閉器がオフとされ、巻線開閉部５０がオンとされ、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２がともに動作する。これにより、電動機１０の巻線仕様は第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２の各相の巻線部が相ごとに接続された巻線仕様となる。この際、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２の両方によりフルブリッジインバータの動作が実現される。また第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２の開閉器はオフであるため、第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２を介した無駄な循環電流は発生しない。この場合の制御部９０におけるＰＷＭ１およびＰＷＭ２の生成方法は、例えば、特許文献１における協調運転における制御の方法を用いることができる。
すなわち、モード＃５は、第一の三相開閉部６１および第二の三相開閉部６２の接続状態を開放とし、巻線開閉部５０の接続状態を接続とし、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２を動作させる運転モードである。
制御部９０は、図６に例示したようなあらかじめ定めた運転モードごとの動作の定義に従って、ＰＷＭ１，ＰＷＭ２，ＳＩＧ３，ＳＩＧ４およびＳＩＧ５を生成する。
以上のように運転モードを定義しておけば、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２の両方を使用可能な状態では、電動機１０の負荷トルク、回転数（回転速度）、回転数指令、または変調率といった電動機１０の運転条件によりモード＃４、モード＃３またはモード＃２により動作し、直流交流変換器のうち１台が故障した場合には、故障していない方の直流交流変換器を用いてモード＃２またはモード＃３により動作することができる。すなわち、制御部９０は、電動機１０の駆動に用いる直流交流変換器の数を変更することができる。
さらに、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２とで、特性の異なるスイッチング素子を用いる場合、スイッチング周波数に応じて、モード＃２またはモード＃３を選択することもできる。例えば、第一の直流交流変換器７１のスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体などの高周波スイッチングに適した半導体素子を用いて、第二の直流交流変換器７２のスイッチング素子に低周波スイッチングに適した半導体素子を用いる。この場合、電動機システム１０２は、高周波スイッチングを行う場合にはモード＃２で動作し、低周波スイッチングを行う場合にはモード＃３で動作するといったように、高周波スイッチングと低周波スイッチングを組み合わせた動作を行うことができる。または、電動機システム１０２は、低出力の場合、すなわち必要とされる出力電力が閾値より低い場合には、モード＃４で運転し、高出力の場合、すなわち必要とされる出力電力が閾値以上の場合には、モード＃２で運転する。これにより、第二の直流交流変換器７２におけるスイッチング回数を低減できる。
このように、本実施の形態の電動機システム１０２では、ＰＷＭ駆動の自由度を向上させることができる。
また電動機１０に与えるスイッチング周波数またはスイッチングタイミングを第一の直流交流変換器７１と第二の直流交流変換器７２とでずらすことで、同相電流和で電動機巻線に与えられる電流は等価的にスイッチング周波数を挙げたような波形となる。この場合、等価的に得られるスイッチング周波数で実際の動作させる場合に比べ、第一の直流交流変換器７１と第二の直流交流変換器７２のスイッチング周波数を下げることができ電動機１０の高調波鉄損を低減することができる。
以上のように、運転条件に応じて、運転モードが適切に選択されることにより、本実施の形態の電動機システム１０２は、電動機１０を高効率に運転させることが可能である。制御部９０は、例えば、図６に示した定義をテーブルなどにより保持しておき、運転モードに応じて動作を切り換える。または、外部から直接、図６に示したモードごとの各部の状態、すなわち各開閉器の接続状態および各直流交流変換器の動作状態が指示されてもよい。
次に、具体的な運転モードの切替え例について説明する。図７は、本実施の形態における運転モード切替の一例を示す図である。第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２はいずれも故障していないとする。まず、電動機システム１０２の動作開始時には、運転モードは図６に示したモード＃４に設定される。制御部９０は、モード＃４の定義に従って、ＳＩＧ３およびＳＩＧ５をＨｉｇｈレベルとし、ＳＩＧ４をＬｏｗレベルとして出力する。これにより、第一の三相巻線部１１および第二の三相巻線部１２はそれぞれスター結線となる。また、制御部９０は、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２を、それぞれハーフブリッジインバータと扱ってＰＷＭ１およびＰＷＭ２を生成して出力する。
次に、Ａ点において、運転モードがモード＃４からモード＃５へ切替えられる。これにより、制御部９０は、ＳＩＧ３およびＳＩＧ５をＬｏｗレベルとし、ＳＩＧ４をＨｉｇｈレベルとして出力する。また、制御部９０は、第一の直流交流変換器７１および第二の直流交流変換器７２を、フルブリッジインバータと扱ってＰＷＭ１およびＰＷＭ２を生成して出力する。モード＃４からモード＃５への切替えは、電動機１０の停止中、すなわちＰＷＭ制御において出力デューティの絶対値が０に近い値となった場合に行ってもよいし、電動機１０の通常運転中に行っても良い。出力デューティの絶対値が０に近い値となった場合とは、例えば、出力デューティの絶対値が閾値以下となった場合を示す。
次に、本実施の形態の制御部９０のハードウェア構成について説明する。制御部９０は、処理回路により実現される。この処理回路は、専用のハードウェアである処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、マイクロコントローラと呼ばれる回路である。処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。
制御部９０を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図８に示す構成の制御回路４００である。図８は、本実施の形態の制御回路４００の構成例を示す図である。制御回路４００は、プロセッサ４０１とメモリ４０２を備える。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）等である。メモリは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等が該当する。
制御部９０を実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路４００である場合、プロセッサ４０１が、メモリ４０２に記憶された制御部９０の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ４０２は、プロセッサ４０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
以上、三相の電動機システムを例に挙げて説明したが、本実施の形態の巻線仕様の切替えおよび運転モードの切替えは、三相以外の電動機システムにも適用することができる。
以上のように、本実施の形態の電動機システム１０２は、２組の三相巻線部と、２台の直流交流変換器と、三相巻線部ごとの三相巻線部内の接続状態を切替える２つの三相開閉部と、２組の三相巻線部間の接続状態を切替える巻線開閉部とを備える。そして、本実施の形態の電動機システム１０２は、各開閉部の接続状態と直流交流変換器の動作状態とを組み合わせることにより多様な運転モードを設けるようにした。これにより、本実施の形態の電動機システム１０２は、運転条件に応じて運転モードを切替えることができ、電動機システム１０２の持つ性能を最大限に引き出し、電動機１０を高効率に駆動することができる。また、本実施の形態の電動機システム１０２は、１つの直流交流変換器が故障した場合には、もう一方の直流交流変換器で運転を継続することができ、電動機システム１０２を全面的に停止させることなく、運転継続が可能となる。
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２にかかる空気調和機３００の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１で述べた電動機駆動装置１００および電動機１０を備える。すなわち、本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１の電動機システム１０２を搭載する。なお、図９では、空気調和機３００のうち冷凍サイクルにかかるヒートポンプ装置の部分を図示しその他の部分の図示を省略する。本実施の形態の空気調和機３００は、実施の形態１の電動機１０を内蔵した圧縮機２５１、四方弁２５９、室外熱交換器２５２、膨張弁２６１、室内熱交換器２５７が冷媒配管を介して取り付けられた冷凍サイクルを有して、セパレート形空気調和機を構成している。
圧縮機２５１内部には冷媒を圧縮する圧縮機構２５０とこれを動作させる電動機１０が設けられ、圧縮機２５１から室外熱交換器２５２と室内熱交換器２５７間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。なお、図９に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器、すなわち冷凍サイクル機器に適用可能である。
以上のように、本実施の形態の空気調和機は、実施の形態１で述べた電動機システム１０２を搭載しているため、電動機システム１０２において１つの直流交流変換装置が故障した場合にも、空気調和機を全面的に停止することなく、空気調和機の運転継続が可能となる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１０ 電動機、１１ 第一の三相巻線部、１２ 第二の三相巻線部、２１，２２，３１，３２，４１，４２ 電流検出部、５０ 巻線開閉部、５１〜５３，２２１，２２２ 開閉器、６１ 第一の三相開閉部、６２ 第二の三相開閉部、７１ 第一の直流交流変換器、７２ 第二の直流交流変換器、８１，８２ 直流電源、９０ 制御部、１００ 電動機駆動装置、１１１，１１２，１２１〜１２２，１３１〜１３２，１４１〜１４２，１７１〜１７２ 電圧レベル変換器、２１１ａ〜２１１ｆ，２１２ａ〜２１２ｆ 整流器、２５０ 圧縮機構、２５１ 圧縮機、２５２ 室外熱交換器、２５７ 室内熱交換器、２５９ 四方弁、２６１ 膨張弁、３００ 空気調和機。

Claims (18)

  1. 第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、
    前記第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第一のインバータと、
    前記第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第二のインバータと、
    前記第一の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第一の開閉部と、
    前記第二の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第二の開閉部と、
    前記第一の多相巻線と前記第二の多相巻線の接続および解放を行う第三の開閉部と、
    を備え、
    前記第一の多相巻線は第一のＵ相巻線、第一のＶ相巻線、第一のＷ相巻線を有し、
    前記第二の多相巻線は第二のＵ相巻線、第二のＶ相巻線、第二のＷ相巻線を有し、
    前記第三の開閉部は、第一のＵ相巻線と第二のＵ相巻線の接続および解放を行うＵ相開閉部と、第一のＶ相巻線と第二のＶ相巻線の接続および解放を行うＶ相開閉部と、第一のＷ相巻線と第二のＷ相巻線の接続および解放を行うＷ相開閉部とを備えた電動機駆動装置。
  2. 前記第一のインバータが駆動し、前記第二のインバータが駆動停止する場合、
    前記第一の開閉部がオンし、前記第二の開閉部および前記第三の開閉部がオフする
    請求項１に記載の電動機駆動装置。
  3. 前記第一のインバータおよび前記第二のインバータが駆動する場合、
    前記第一の開閉部および前記第二の開閉部がオフし、前記第三の開閉部がオンする
    請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
  4. 第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、
    前記第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第一のインバータと、
    前記第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第二のインバータと、
    前記第一の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第一の開閉部と、
    前記第二の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第二の開閉部と、
    前記第一の多相巻線と前記第二の多相巻線の接続および解放を行う第三の開閉部と、
    を備え、
    前記第一のインバータおよび前記第二のインバータが駆動する場合、
    前記第一の開閉部および前記第二の開閉部がオフし、前記第三の開閉部がオンする電動機駆動装置。
  5. 前記第一のインバータが駆動停止し、前記第二のインバータが駆動する場合、
    前記第一の開閉部および前記第三の開閉部がオフし、前記第二の開閉部がオンする
    請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  6. 前記第一の開閉部、前記第二の開閉部および前記第三の開閉部の接続状態を、前記電動機の運転条件により切替える制御部を備える請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  7. 前記第一の開閉部、前記第二の開閉部および前記第三の開閉部の接続状態の切替えは、前記電動機の停止中に行われる請求項１から６のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  8. 前記第一の開閉部、前記第二の開閉部および前記第三の開閉部の接続状態の切替えは、前記電動機の通常運転中に行われる請求項１から６のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  9. 前記第一の開閉部、前記第二の開閉部および前記第三の開閉部の接続状態は、前記電動機の負荷トルク、回転数、回転数指令または変調率により切替えられる請求項１から８のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  10. 前記電動機の駆動に用いる直流交流変換器の数を変更する請求項１から９のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  11. 前記第一の開閉部は、接続状態が接続の場合、前記第一の多相巻線がスター結線となるよう前記第一の多相巻線の各相間を接続し、接続状態が開放の場合、前記第一の多相巻線の各相間を接続せず、
    前記第二の開閉部は、接続状態が接続の場合、前記第二の多相巻線がスター結線となるよう前記第二の多相巻線の各相間を接続し、接続状態が開放の場合、前記第二の多相巻線の各相間を接続しない請求項１から１０のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  12. 前記第一の開閉部の接続状態を接続とし、前記第二の開閉部の接続状態を開放とし、前記第三の開閉部の接続状態を開放とし、前記第一のインバータを動作させ、前記第二のインバータを動作させない運転モードを有する請求項１１に記載の電動機駆動装置。
  13. 前記第一の開閉部および前記第二の開閉部の接続状態を接続とし、前記第三の開閉部の接続状態を開放とし、前記第一のインバータおよび前記第二のインバータを動作させる運転モードを有する請求項１１または１２に記載の電動機駆動装置。
  14. 前記第一の開閉部および前記第二の開閉部の接続状態を開放とし、前記第三の開閉部の接続状態を接続とし、前記第一のインバータおよび前記第二のインバータを動作させる運転モードを有する請求項１１から１３のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  15. 第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、
    前記第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第一のインバータと、
    前記第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第二のインバータと、
    前記第一の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第一の開閉部と、
    前記第二の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第二の開閉部と、
    前記第一の多相巻線と前記第二の多相巻線の接続および解放を行う第三の開閉部と、
    を備え、
    前記第一の開閉部および前記第二の開閉部の接続状態を開放とし、前記第三の開閉部の接続状態を接続とし、前記第一のインバータおよび前記第二のインバータを動作させる運転モードを有し、
    前記第一の開閉部は、接続状態が接続の場合、前記第一の多相巻線がスター結線となるよう前記第一の多相巻線の各相間を接続し、接続状態が開放の場合、前記第一の多相巻線の各相間を接続せず、
    前記第二の開閉部は、接続状態が接続の場合、前記第二の多相巻線がスター結線となるよう前記第二の多相巻線の各相間を接続し、接続状態が開放の場合、前記第一の多相巻線の各相間を接続しない電動機駆動装置。
  16. 前記第一、第二および第三の開閉部は、メカニカルリレーまたは半導体スイッチを備える請求項１から１５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
  17. 第一の多相巻線および第二の多相巻線が巻かれた巻線構造を有する電動機と、
    前記第一の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第一のインバータと、
    前記第二の多相巻線に接続され多相交流電圧を前記電動機に印加する第二のインバータと、
    前記第一の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第一の開閉部と、
    前記第二の多相巻線の各相間の接続および解放を行う第二の開閉部と、
    前記第一の多相巻線と前記第二の多相巻線の接続および解放を行う第三の開閉部と、
    を備え、
    前記第一の多相巻線は第一のＵ相巻線、第一のＶ相巻線、第一のＷ相巻線を有し、
    前記第二の多相巻線は第二のＵ相巻線、第二のＶ相巻線、第二のＷ相巻線を有し、
    前記第三の開閉部は、第一のＵ相巻線と第二のＵ相巻線の接続および解放を行うＵ相開閉部と、第一のＶ相巻線と第二のＶ相巻線の接続および解放を行うＶ相開閉部と、第一のＷ相巻線と第二のＷ相巻線の接続および解放を行うＷ相開閉部とを備えた電動機システム。
  18. 請求項１から１６のいずれか１つに記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル装置。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7258654B2 (ja) * 2019-05-23 2023-04-17 東芝キヤリア株式会社 モータ駆動装置用の回路基板およびモータ駆動装置
CN110239350A (zh) * 2019-06-28 2019-09-17 南通大学 一种电动汽车用多通道模块化电驱系统
CN112751396B (zh) * 2019-10-31 2023-01-06 比亚迪股份有限公司 能量转换装置及车辆
CN112810467B (zh) * 2019-10-31 2022-08-09 比亚迪股份有限公司 能量转换装置及车辆
JP2023515441A (ja) * 2020-02-18 2023-04-13 ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッド モータ駆動システム、パワーシステム、および電気自動車
US11539322B1 (en) * 2021-06-15 2022-12-27 Hamilton Sundstrand Corporation Fault tolerant motor including redundant wye winding and dual-state neutral leads
KR20230001942A (ko) * 2021-06-29 2023-01-05 현대자동차주식회사 모터 구동 시스템

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001327132A (ja) * 2000-05-18 2001-11-22 Mitsubishi Electric Corp 極数切り替え誘導電動機
JP2006149153A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Mitsubishi Electric Corp モータの制御装置
JP4679891B2 (ja) * 2004-11-30 2011-05-11 トヨタ自動車株式会社 交流電圧発生装置および動力出力装置
JP4784242B2 (ja) * 2005-10-03 2011-10-05 日産自動車株式会社 電力変換システムおよびこれをを有する電動車両
JP4752772B2 (ja) * 2007-01-23 2011-08-17 株式会社安川電機 交流電動機の巻線切替装置及びその巻線切替システム
JP4722069B2 (ja) 2007-03-15 2011-07-13 三菱電機株式会社 電動機駆動装置および電動機駆動方法並びに冷凍空調装置
JP5311864B2 (ja) * 2007-04-13 2013-10-09 三洋電機株式会社 モータ制御装置
US7518279B2 (en) * 2007-07-27 2009-04-14 Gm Global Technology Operations, Inc. Electric motor systems
JP2009035393A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Hitachi Ltd エレベーターの片系駆動方法および装置
JP4906836B2 (ja) 2008-04-07 2012-03-28 三菱電機株式会社 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
JP5350034B2 (ja) 2009-03-25 2013-11-27 日本ムーグ株式会社 電動機システム
JP5428445B2 (ja) * 2009-03-27 2014-02-26 日産自動車株式会社 電動機制御システム
JP4998836B2 (ja) * 2009-09-30 2012-08-15 株式会社デンソー 多相回転機の制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
US8928264B2 (en) * 2012-04-05 2015-01-06 Denso Corporation Control device for rotating electrical machine
JP5846151B2 (ja) * 2013-04-05 2016-01-20 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
CN103684196B (zh) * 2013-11-19 2016-02-17 南京航空航天大学 一种可切换绕组的永磁同步电机驱动系统
CN204465394U (zh) * 2014-11-13 2015-07-08 宋宇宁 一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器
JP6360442B2 (ja) * 2015-01-14 2018-07-18 株式会社日立製作所 永久磁石同期モータ、巻線切替モータ駆動装置、及び、それらを用いた冷凍空調機器、電動車両
JP6630539B2 (ja) * 2015-11-05 2020-01-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置及び電動パワーステアリング装置

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