JP6704527B2 - 電動機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定子巻線の結線状態を切り替え可能に構成された電動機を駆動する電動機駆動装置に関する。

従来の電動機駆動装置として、電動機の始動時および運転周波数が予め定められた値以下の状態ではスター結線を選択し、運転周波数が予め定められた値を超えた状態ではデルタ結線を選択することにより高効率化を実現する電動機駆動装置が存在する（特許文献１）。

特許文献１には、電動機駆動装置の一形態として、３個のＣ接点リレーを用い、各Ｃ接点リレーの接点の状態を切り替えることにより、固定子巻線の結線状態を切り替える構成が開示されている。

特開２００８−２２８５１３号公報

上記従来の構成では、リレーの接点板の切り替えにコイルを使用し、コイルに電流を流すことによって可動部である接点板を動かす。そのため、一部のリレーのコイルに電力を供給することができない場合、例えばコイルの導線の切断が発生した場合、接点板を動かすことができず、そのリレーの接点板はいずれか一方の接点にのみ接続し続けることになる。すなわち、運転周波数の変化に伴い結線状態を切り替える必要性が生じ、各リレーの接点板を操作したとしても一部のリレーの接点板の状態が変化しないことになる。その結果、結線状態がスター結線およびデルタ結線のいずれにも該当しなくなり、正常な運転ができないという問題があった。また、接点板自体が故障し、コイルに電流を流すことができる状態であっても接点板を動かすことができず、結線状態の切り替えを正常に行えない可能性もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機の動作の信頼性を高めることが可能な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、本発明は、電動機の固定子巻線の結線状態を切り替え可能な電動機駆動装置であって、第１の接点、第２の接点および接点板を有し、接点板の一方の端子が固定子巻線の中のいずれか一つの相の固定子巻線に接続され、接点板の他方の端子が第１の接点または第２の接点に接続される３個のリレーを備える。また、電動機駆動装置は、接点板の他方の端子と第１の接点および第２の接点との接続状態が３個のリレーの全てで同じではない場合に接続状態が３個のリレーの全てで同じとなるよう３個のリレーを制御する制御部を備える。

本発明にかかる電動機駆動装置は、電動機の動作の信頼性を高めることができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置が電動機の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の他の構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の制御部を実現するハードウェアの一例を示す図 実施の形態２にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図 実施の形態２にかかる電動機駆動装置の他の構成例を示す図 実施の形態３にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図 実施の形態３にかかる電動機駆動装置が電動機の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャート 実施の形態４にかかる電動機駆動装置が電動機の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動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にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる電動機駆動装置１００は、コンデンサ１、インバータ２、制御部５、状態検出部６、スイッチ部９、結線状態切替部１０および電源３０を備える。

コンデンサ１は、図示を省略したコンバータなどから供給される直流電力を直流電圧とし保持する。インバータ２は、コンデンサ１で保持された直流電圧をパルス幅変調により交流電圧に変換し、交流電圧を駆動対象の電動機３に印加する。ここで、電動機３は、３個の固定子巻線の両端をともに開放状態とし、結線状態を変更可能に構成されている。なお、図１では、インバータ２を構成している各スイッチング素子を制御する制御回路については記載を省略している。インバータ２のスイッチング素子を制御する制御回路は公知の回路を用いることができる。

制御部５は、スイッチ部９を制御して後述するリレー１１〜１３が有している接点板を動作させることにより、電動機３の固定子巻線の結線状態を変更する。状態検出部６は、電流検出器６１〜６３を備え、これらの電流検出器６１〜６３を用いて、リレー１１〜１３の接点板の状態を検出する。スイッチ部９は、スイッチ９１〜９３を備え、制御部５による制御に従いスイッチ９１〜９３の開閉動作を行う。なお、スイッチ９１〜９３の開閉動作は同期して行われる。すなわち、スイッチ９１〜９３は、同じタイミングで開状態から閉状態に変化し、また、同じタイミングで閉状態から開状態に変化する。

結線状態切替部１０は、リレー１１〜１３を備え、電動機３の固定子巻線の結線状態をスター結線とデルタ結線との間で切り替える。リレー１１〜１３はＣ接点リレーであり、一方の端子が固定子巻線に接続され、他方の端子が第１の接点または第２の接点に接続する接点板と、接点板を動作させるためのコイルとを備える。図示したように、リレー１１は、接点板２１、接点４１，５１およびコイル３１を備える。接点板２１は、コイル３１に電流が流れていない初期状態のときは第１の接点である接点４１に接続し、コイル３１に電流が流れているときは第２の接点である接点５１に接続する。同様に、リレー１２は、接点板２２、接点４２，５２およびコイル３２を備える。接点板２２は、コイル３２に電流が流れていない初期状態のときは第１の接点である接点４２に接続し、コイル３２に電流が流れているときは第２の接点である接点５２に接続する。リレー１３は、接点板２３、接点４３，５３およびコイル３３を備える。接点板２３は、コイル３３に電流が流れていない初期状態のときは第１の接点である接点４３に接続し、コイル３３に電流が流れているときは第２の接点である接点５３に接続する。

電源３０は、リレー１１〜１３のそれぞれに備えられているコイル３１〜３３に流す電流を生成する。なお、上述したスイッチ部９のスイッチ９１が閉じているときにリレー１１のコイル３１に電流が流れ、スイッチ９２が閉じているときにリレー１２のコイル３２に電流が流れ、スイッチ９３が閉じているときにリレー１３のコイル３３に電流が流れる。電源３０は、例えば、コンデンサ１で保持された直流電圧を所望の電圧に変換してコイル３１〜３３に与える電力変換回路とすることができる。

電動機３の３個の固定子巻線の一方の端子はインバータ２の３個の出力端子に、他方の端子は３個のリレー１１，１２，１３の接点板２１，２２，２３に、それぞれ接続される。接点４１，４２，４３は、それぞれ、電流検出器６１，６２，６３を介して中性点端子４に接続される。接点５１，５２，５３は、それぞれ、インバータ２の３個の出力端子に接続される。

状態検出部６の電流検出器６１は、一方の端子がリレー１１の接点４１に接続され、他方の端子が中性点端子４に接続される。ここで、中性点端子４は、電動機３の固定子巻線がスター結線の場合の中性点である。また、電流検出器６２は、一方の端子がリレー１２の接点４２に接続され、他方の端子が中性点端子４に接続される。電流検出器６３は、一方の端子がリレー１３の接点４３に接続され、他方の端子が中性点端子４に接続される。上述したように、リレー１１，１２，１３の接点板２１，２２，２３は、電動機３の３個の固定子巻線の一方の端子に接続されているため、インバータ２が動作を行い電動機３の固定子巻線に電流を流した場合、リレー１１の接点板２１が接点４１と接続していれば電流検出器６１で電流が検出され、接点板２１が接点４１と接続していなければ電流検出器６１で電流が検出されない。また、リレー１２の接点板２２が接点４２と接続していれば電流検出器６２で電流が検出され、接点板２２が接点４２と接続していなければ電流検出器６２で電流が検出されない。リレー１３の接点板２３が接点４３と接続していれば電流検出器６３で電流が検出され、接点板２３が接点４３と接続していなければ電流検出器６３で電流が検出されない。

したがって、電流検出器６１の検出結果は、リレー１１の接点板２１の状態、すなわち、接点板２１が接点４１と接続している状態か否かを示す。接点板２１が接点４１と接続していない状態には、接点板２１が接点５１と接続している状態と、接点板２１が接点４１および接点５１のいずれにも接続していない状態とが該当する。接点板２１が接点４１および接点５１のいずれにも接続していない状態は、例えば、コイル３１に電流が流れていないときに接点板２１と接点４１との間に絶縁体の異物が挟まり、接点板２１が接点４１と接触できていない状態、コイル３１に電流が流れているときに接点板２１と接点５１との間に絶縁体の異物が挟まり、接点板２１が接点５１と接触できていない状態、などが該当する。同様に、電流検出器６２の検出結果は、リレー１２の接点板２２の状態を示し、電流検出器６３の検出結果は、リレー１３の接点板２３の状態を示す。ここで、接点板２１が接点４１に接続し、接点板２２が接点４２に接続し、かつ接点板２３が接点４３に接続している場合、電動機３の固定子巻線はスター結線となる。一方、接点板２１が接点５１に接続し、接点板２２が接点５２に接続し、かつ接点板２３が接点５３に接続している場合、電動機３の固定子巻線はデルタ結線となる。なお、以下の説明では、各リレーにおける接点板と第１の接点および第２の接点との接続状態を「内部状態」と称する。

つづいて、電動機駆動装置１００が電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作を説明する。図２は、電動機駆動装置１００が電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャートである。図２に示した各ステップの処理は制御部５が実行する。

図２に示したフローチャートに従った動作は、電動機３に印加する交流電圧の生成をインバータ２が開始することに伴い開始となる。ここで、動作の開始時点では、スイッチ９１〜９３が開いた状態であり、リレー１１，１２，１３の接点板２１，２２，２３は、接点４１，４２，４３とそれぞれ接続しているものとする。すなわち、電動機３の固定子巻線がスター結線となっているものとする。

電動機駆動装置１００は、電動機３に交流電圧を印加する動作を開始すると、まず、電動機３の運転周波数が予め決められているしきい値よりも大きいか否かを確認する（ステップＳ１１）。ここで、固定子巻線の結線状態をスター結線とデルタ結線との間で切り替えることが可能な電動機では、運転周波数が低い状態ではスター結線とした方が効率の良い運転ができ、また、運転周波数が一定の値を超えた状態ではデルタ結線とした方が効率の良い運転ができる。そのため、固定子巻線の結線状態をスター結線とデルタ結線との間で切り替えることが可能な電動機では、運転開始時はスター結線を選択し、運転周波数がある一定の値を超えている状態ではデルタ結線を選択することにより効率的な運転を実現できる。ステップＳ１１は、結線状態をデルタ結線に切り替える必要があるか否かを制御部５が判断する処理である。運転周波数は、例えば、電動機３に取り付けられた回転速度検出器（図示せず）が検出した回転速度に基づいて算出することが可能である。運転周波数との比較に用いるしきい値は、電動機３の固定子巻線をスター結線とした状態での運転効率とデルタ結線とした状態での運転効率との大小関係が逆転する運転周波数を設定すればよい。

運転周波数がしきい値以下の場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００は、ステップＳ１１の処理を繰り返す。運転周波数がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３への電力供給を開始する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部５がスイッチ９１〜９３を制御してスイッチ９１〜９３を閉状態にさせ、リレー１１〜１３のコイル３１〜３３の各々への電力供給を開始する。これに伴い、コイル３１〜３３で磁力が発生してリレー１１〜１３の接点板２１〜２３が移動する。その結果、接点板２１が接点５１に接続し、接点板２２が接点５２に接続し、接点板２３が接点５３に接続する。すなわち、電動機３の固定子巻線の結線状態がデルタ結線に切り替わる。

次に、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３の内部状態を確認する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、制御部５が、状態検出部６の電流検出器６１〜６３による電流検出結果に基づき、リレー１１〜１３の接点板２１〜２３が２つの接点のどちらと接続しているかを判定する。具体的には、制御部５は、電流検出器６１が電流を検出した場合、リレー１１の接点板２１と接点４１とが接続していると判断し、電流検出器６２が電流を検出した場合、リレー１２の接点板２２と接点４２とが接続していると判断し、電流検出器６３が電流を検出した場合、リレー１３の接点板２３と接点４３とが接続していると判断する。なお、制御部５は、電流検出器６１が電流を検出しない場合、リレー１１の接点板２１が接点５１と接続している、または、接点板２１が接点４１および接点５１のいずれにも接続していないと判断する。電流検出器６２，６３が電流を検出しない場合も同様である。

次に、電動機駆動装置１００は、全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態であるか否かを確認する（ステップＳ１４）。

全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態の場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００は、電動機３の運転周波数が予め決められているしきい値以下か否かを確認する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６は、上述したステップＳ１１とは逆の処理、すなわち、固定子巻線の結線状態をスター結線に切り替える必要があるか否かを制御部５が判断する処理である。なお、ステップＳ１６で使用するしきい値はステップＳ１１で使用するしきい値と同じであってもよいし異なっていてもよい。ステップＳ１１とは異なるしきい値とする場合、ステップＳ１６で使用するしきい値の方がステップＳ１１で使用するしきい値よりも小さくなるようにする。

運転周波数がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００は、ステップＳ１３に戻って動作を継続する。

運転周波数がしきい値以下の場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３への電力供給を停止する（ステップＳ１７）。具体的には、制御部５がスイッチ９１〜９３を制御してスイッチ９１〜９３を開状態にさせ、リレー１１〜１３のコイル３１〜３３の各々への電力供給を停止する。これに伴い、コイル３１〜３３で磁力が発生しなくなり、リレー１１〜１３の接点板２１〜２３が移動する。その結果、接点板２１が接点４１に接続し、接点板２２が接点４２に接続し、接点板２３が接点４３に接続する。すなわち、電動機３の固定子巻線の結線状態がスター結線に切り替わる。電動機駆動装置１００は、ステップＳ１７を実行した後はステップＳ１１に戻って動作を継続する。

一方、全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態となっていない、すなわち、リレー１１〜１３の一部のリレーの内部状態が残りのリレーの内部状態と異なっている場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３への電力供給を停止する（ステップＳ１５）。この結果、ステップＳ１７を実行した場合と同様に、電動機３の固定子巻線がスター結線に切り替わる。電動機駆動装置１００は、ステップＳ１５を実行した後は、固定子巻線の結線状態を切り替える動作、すなわち図２に示したフローチャートに従った動作を終了し、電動機３の固定子巻線をスター結線としたままの状態で運転を継続する。ステップＳ１４の判定が「Ｎｏ」となるのは、リレー１１〜１３のいずれかにおいて、コイルの導線が断線するなどの理由から、リレーの内部状態が他のリレーの内部状態と一致しなくなったケースである。この場合、電動機３の固定子巻線の結線状態がスター結線およびデルタ結線のいずれにも該当しない状態であり、この状態で電動機３の運転を継続させることは望ましくない。そのため、電動機駆動装置１００は、ステップＳ１５を実行してリレー１１〜１３への電力供給を停止し、全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態となるようにしている。電動機駆動装置１００は、ステップＳ１５を実行した後は、運転周波数がしきい値を超えても電動機３の固定子巻線をスター結線からデルタ結線に切り替えることはしないが、電動機３の運転を継続することができる。すなわち、電動機駆動装置１００は、電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替えるためのリレー１１〜１３を備えた結線状態切替部１０が故障した場合であっても電動機３の運転を継続することができる。

なお、ステップＳ１５を実行した後、ステップＳ１３およびＳ１４と同様の処理を再度実行してリレー１１〜１３の内部状態が同じであるかどうかを確認し、同じであれば電動機３の運転を継続し、同じでなければ電動機３の運転を停止するようにしてもよい。このとき、故障が発生したことを、図示を省略した通知手段を利用して利用者に通知するようにしてもよい。

また、上記説明では、ステップ１７を実行後にステップＳ１１に戻ることとしたが、ステップＳ１７を実行した後にステップＳ１３と同様の処理を実行して各リレーの内部状態を確認するようにしても構わない。この場合、電動機駆動装置１００は、全てのリレー１１〜１３の内部状態が同じであればステップＳ１１に戻って動作を継続する。一方、リレー１１〜１３の一部のリレーの内部状態が残りのリレーの内部状態と異なっている場合、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３への電力供給を再開し、電動機３の固定子巻線をデルタ結線に戻す。その後は、上記のステップＳ１５を実行した場合と同様に、固定子巻線の結線状態を切り替える動作を終了する。これにより、リレー１１〜１３の接点板２１〜２３のいずれかが故障し、インバータ２の出力端子側に固定された状態で動かなくなった場合でも、これを検出してリレー１１〜１３の接点板２１〜２３の状態が揃うように制御部５が制御し、電動機３の固定子巻線をデルタ結線に固定して運転を継続することができる。

電動機駆動装置１００では、中性点端子４とリレー１１〜１３の各々との間に電流検出器６１〜６３を備える構成としたが、インバータ２の出力端子とリレー１１〜１３の各々との間に電流検出器を備える構成としても構わない。その場合の電動機駆動装置の構成例を図３に示す。図３は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置の他の構成例を示す図である。図３に示した電動機駆動装置１００ａは、電動機駆動装置１００の状態検出部６に代えて状態検出部６ａを備えている。

状態検出部６ａは、上述した電流検出器６１〜６３と同様の機能を有する電流検出器６４〜６６を備える。電流検出器６４は、インバータ２の出力端子とリレー１１の接点５１との間に設けられている。また、電流検出器６５は、インバータ２の出力端子とリレー１２の接点５２との間に設けられ、電流検出器６６は、インバータ２の出力端子とリレー１３の接点５３との間に設けられている。電流検出器６４は、リレー１１の接点板２１と接点５１が接続している場合に電流を検出し、電流検出器６５は、リレー１２の接点板２２と接点５２が接続している場合に電流を検出し、電流検出器６６は、リレー１３の接点板２３と接点５３が接続している場合に電流を検出する。

電動機駆動装置１００ａとした場合にも、電動機駆動装置１００と同様の手順で電動機３の固定子巻線の結線状態をスター結線とデルタ結線との間で切り替えることができ、また、リレー１１〜１３を備えた結線状態切替部１０が故障した場合であっても電動機３の運転を継続することができる。

また、電流検出器６４〜６６に加えて、図１に示した電流検出器６１〜６３を備える構成としてもよい。この構成であれば、スター結線およびデルタ結線の両方の接続状態を正しく検出することができ、制御部５は、電動機３の運転が可能な固定子巻線の切り替えをより正しく行うことができる。

次に、電動機駆動装置１００および１００ａの制御部５を実現するハードウェアについて説明する。電動機駆動装置１００および１００ａの制御部５は、図４に示した処理回路２００を用いて実現することができる。

処理回路２００は、汎用のプロセッサ２０１およびメモリ２０２を含み、メモリ２０２は、プロセッサ２０１が制御部５として動作するためのプログラムを記憶する。すなわち、制御部５として動作するためのプログラムをメモリ２０２から読み出してプロセッサ２０１が実行することにより、制御部５を実現することができる。メモリ２０２は、制御部５として動作するプロセッサ２０１がスイッチ部９のスイッチ９１〜９３を制御するために必要なしきい値などの情報も保持する。ここで、プロセッサ２０１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）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（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、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等である。

なお、制御部５は、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回路といった専用のハードウェアで実現することも可能である。

以上のように、本実施の形態にかかる電動機駆動装置は、電動機の固定子巻線の結線状態を切り替える３個のリレーと、各リレーの内部状態を検出するための３つの電流検出器と、電流検出器による検出結果が一致していない場合に、各リレーの接点板を動作させるコイルへの電力供給を停止してコイルへの内部状態を一致させる制御部とを備えることとした。これにより、一部のリレーのコイルへの電力供給ができなくなった場合でも各リレーの内部状態を一致させて電動機の運転を継続することができ、動作の信頼性を高めることができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる電動機駆動装置１００ｂは、図１に示した電動機駆動装置１００の状態検出部６に代えて状態検出部７を備え、また、制御部５を制御部５ｂとした構成である。状態検出部７および制御部５ｂ以外の構成要素は、電動機駆動装置１００の同じ符号が付された構成要素と同様である。本実施の形態では実施の形態１にかかる電動機駆動装置１００と異なる部分を説明する。

状態検出部７は、電流検出器７１〜７３を備え、これらの電流検出器７１〜７３を用いて、リレー１１〜１３の接点の状態を検出する。電流検出器７１は、一方の端子がリレー１１のコイル３１に接続され、他方の端子がスイッチ９１に接続される。電流検出器７１は、コイル３１に流れる電流を検出する。電流検出器７２は、一方の端子がリレー１２のコイル３２に接続され、他方の端子がスイッチ９２に接続される。電流検出器７２は、コイル３２に流れる電流を検出する。電流検出器７３は、一方の端子がリレー１３のコイル３３に接続され、他方の端子がスイッチ９３に接続される。電流検出器７３は、コイル３３に流れる電流を検出する。

電流検出器７１が電流を検出した場合、すなわち、コイル３１に電流が流れている場合、リレー１１の接点板２１が接点５１と接続した状態となる。同様に、電流検出器７２が電流を検出した場合、リレー１２の接点板２２が接点５２と接続した状態となる。電流検出器７３が電流を検出した場合、すなわち、コイル３３に電流が流れている場合、リレー１３の接点板２３が接点５３と接続した状態となる。

制御部５ｂは、電流検出器７１〜７３による検出結果に基づいて、スイッチ９１〜９３を制御する。制御部５ｂの動作は、電流検出器７１〜７３による検出結果を使用して制御を行う点を除いて、実施の形態１で説明した制御部５の動作と同様である。図１に示した電流検出器６１〜６３による検出結果および電流検出器７１〜７３による検出結果は、いずれも、リレー１１〜１３の内部状態の変化に伴って変化するものである。そのため、制御部５ｂの動作は、制御部５と同様の動作とすることができる。制御部５ｂの動作の詳細については説明を省略する。

このように、各リレーのコイルに流れる電流を検出する電流検出器を備えた構成とした場合にも各リレーの内部状態を把握することが可能であり、実施の形態１にかかる電動機駆動装置１００，１００ａと同様の制御を行うことができる。よって、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能な電動機駆動装置を実現できる。

なお、図６に示したような構成、具体的には、電動機駆動装置１００ｂの電流検出器７１〜７３を電流検出器７４に置き換えるとともに制御部５ｂを制御部５ｃに置き換えた構成の電動機駆動装置１００ｃとした場合にも同様の動作を実現でき、同様の効果が得られる。図６は、実施の形態２にかかる電動機駆動装置の他の構成例を示す図である。

図６に示した電動機駆動装置１００ｃにおいて、電流検出器７４は、電源３０からリレー１１，１２，１３のコイル３１，３２，３３に流れる電流を検出する。

制御部５ｃは、電流検出器７４による検出結果に基づいてスイッチ９１〜９３を制御する。具体的には、制御部５ｃは、電流検出器７４で電流値がゼロよりも大きく、かつしきい値よりも小さい場合、リレー１１〜１３の内部状態が一致していない、すなわち、図２に示したフローチャートのステップＳ１４の判定が「Ｎｏ」になる場合に該当すると判断する。この判定に用いるしきい値は、コイル３１〜３３の全てに電流が流れる場合の電流値に基づいて、この電流値よりも小さい値となるように設定する。例えば、コイル３１〜３３の全てに電流が流れる場合に電流検出器７４で検出される電流値が３Ｉの場合、「２Ｉ＜しきい値＜３Ｉ」の関係が成り立つようなしきい値を設定する。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図である。実施の形態３にかかる電動機駆動装置１００ｄは、図５に示した電動機駆動装置１００ｂの結線状態切替部１０を結線状態切替部１０ｄとし、また、制御部５ｂを制御部５ｄとした構成である。結線状態切替部１０ｄおよび制御部５ｄ以外の構成要素は、電動機駆動装置１００ｂの同じ符号が付された構成要素と同様である。本実施の形態では実施の形態２にかかる電動機駆動装置１００ｂと異なる部分を説明する。

結線状態切替部１０ｄは、リレー１１ｄ、１２ｄおよび１３ｄを備える。これらのリレー１１ｄ、１２ｄおよび１３ｄは、実施の形態１で説明したリレー１１、１２および１３と同様の構成であるが、接点の接続先が異なる。具体的には、リレー１１ｄの接点４１がインバータ２の出力端子に接続され、接点５１が中性点端子４に接続される。また、リレー１２ｄの接点４２がインバータ２の出力端子に接続され、接点５２が中性点端子４に接続され、リレー１３ｄの接点４３がインバータ２の出力端子に接続され、接点５３が中性点端子４に接続される。

電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ，１２ｄ，１３ｄのコイル３１，３２，３３に電流が流れていない初期状態のときは、電動機３の固定子巻線の結線状態がデルタ結線となり、コイル３１，３２，３３に電流が流れている状態のときは、電動機３の固定子巻線の結線状態がスター結線となる。

制御部５ｄは、電流検出器７１〜７３による検出結果に基づいて、スイッチ９１〜９３を制御する。

つづいて、電動機駆動装置１００ｄが電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作を説明する。図８は、実施の形態３にかかる電動機駆動装置１００ｄが電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャートである。図８に示した各ステップの処理は制御部５ｄが実行する。

図８に示したフローチャートに従った動作は、電動機３に印加する交流電圧の生成をインバータ２が開始することに伴い開始となる。ここで、動作の開始時点では、スイッチ９１〜９３が開いた状態であり、リレー１１ｄ，１２ｄ，１３ｄの接点板２１，２２，２３は、接点４１，４２，４３とそれぞれ接続しているものとする。すなわち、電動機３の固定子巻線がデルタ結線となっているものとする。

電動機駆動装置１００ｄは、電動機３に交流電圧を印加する動作を開始すると、リレー１１ｄ〜１３ｄへの電力供給を開始する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部５ｄがスイッチ９１〜９３を制御してスイッチ９１〜９３を閉状態にさせ、リレー１１ｄ〜１３ｄのコイル３１〜３３の各々への電力供給を開始する。これに伴い、コイル３１〜３３で磁力が発生してリレー１１ｄ〜１３ｄの接点板２１〜２３が移動する。その結果、接点板２１が接点５１に接続し、接点板２２が接点５２に接続し、接点板２３が接点５３に接続する。すなわち、電動機３の固定子巻線の結線状態がスター結線に切り替わる。

次に、電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ〜１３ｄの内部状態を確認する（ステップＳ２２）。このステップＳ２２では、制御部５ｄが、状態検出部７の電流検出器７１〜７３による電流検出結果に基づき、リレー１１ｄ〜１３ｄの接点板２１〜２３が２つの接点のどちらと接続しているかを判定する。具体的には、制御部５ｄは、電流検出器７１が電流を検出した場合、リレー１１ｄの接点板２１と接点５１とが接続していると判断し、電流検出器７２が電流を検出した場合、リレー１２ｄの接点板２２と接点５２とが接続していると判断し、電流検出器７３が電流を検出した場合、リレー１３ｄの接点板２３と接点５３とが接続していると判断する。

次に、電動機駆動装置１００ｄは、全てのリレー１１ｄ〜１３ｄが同じ内部状態であるか否かを確認する（ステップＳ２３）。

全てのリレー１１ｄ〜１３ｄが同じ内部状態の場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００ｄは、電動機３の運転周波数が予め決められているしきい値よりも大きいか否かを確認する（ステップＳ２５）。このステップＳ２５は、結線状態をデルタ結線に切り替える必要があるか否かを制御部５ｄが判断する処理である。使用するしきい値は、図２に示したステップＳ１１で使用するしきい値と同じものである。

運転周波数がしきい値以下の場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２２に戻って動作を継続する。運転周波数がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ〜１３ｄへの電力供給を停止する（ステップＳ２６）。具体的には、制御部５ｄがスイッチ９１〜９３を制御してスイッチ９１〜９３を開状態にさせ、リレー１１ｄ〜１３ｄのコイル３１〜３３の各々への電力供給を停止する。これに伴い、コイル３１〜３３で磁力が発生しなくなり、リレー１１ｄ〜１３ｄの接点板２１〜２３が移動する。その結果、接点板２１が接点４１に接続し、接点板２２が接点４２に接続し、接点板２３が接点４３に接続する。すなわち、電動機３の固定子巻線の結線状態がデルタ結線に切り替わる。

電動機駆動装置１００ｄは、次に、電動機３の運転周波数が予め決められているしきい値以下か否かを確認する（ステップＳ２７）。このステップＳ２７は、上述したステップＳ２５とは逆の処理、すなわち、固定子巻線の結線状態をスター結線に切り替える必要があるか否かを制御部５ｄが判断する処理である。使用するしきい値は、図２に示したステップＳ１６で使用するしきい値と同じものである。

運転周波数がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２７の処理を繰り返す。

運転周波数がしきい値以下の場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２１に戻って動作を継続する。

一方、全てのリレー１１ｄ〜１３ｄが同じ内部状態となっていない、すなわち、リレー１１ｄ〜１３ｄの一部のリレーの内部状態が残りのリレーの内部状態と異なっている場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ〜１３ｄへの電力供給を停止する（ステップＳ２４）。この結果、ステップＳ２６を実行した場合と同様に、電動機３の固定子巻線がデルタ結線に切り替わる。電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２４を実行した後は、固定子巻線の結線状態を切り替える動作、すなわち図８に示したフローチャートに従った動作を終了し、電動機３の固定子巻線をデルタ結線としたままの状態で運転を継続する。ステップＳ２３の判定が「Ｎｏ」となるのは、リレー１１ｄ〜１３ｄのいずれかにおいて、コイルの導線が断線するなどの理由から、リレーの内部状態が他のリレーの内部状態と一致しなくなったケースである。この場合、電動機３の固定子巻線の結線状態がスター結線およびデルタ結線のいずれにも該当しない状態であり、この状態で電動機３の運転を継続させることは望ましくない。そのため、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２４を実行してリレー１１ｄ〜１３ｄへの電力供給を停止し、全てのリレー１１ｄ〜１３ｄが同じ内部状態となるようにしている。電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２４を実行した後は、運転周波数がしきい値を超えても電動機３の固定子巻線をデルタ結線からスター結線に切り替えることはしないが、電動機３の運転を継続することができる。すなわち、電動機駆動装置１００ｄは、電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替えるためのリレー１１ｄ〜１３ｄを備えた結線状態切替部１０ｄが故障した場合であっても電動機３の運転を継続することができる。

上述した実施の形態１，２にかかる電動機駆動装置では、一部のリレーの内部状態が他のリレーの内部状態と異なる場合、すなわち、一部のリレーのコイルに電流を流せない状態を検出した場合、電動機３の固定子巻線をスター結線として運転を停止させることなく継続して行うものであった。スター結線での運転は運転周波数が低い領域での高効率な運転が可能である一方で、運転周波数が高い領域では効率が著しく低下するという問題があり、さらに、高トルク状態では不安定動作および脱調に至りやすいという問題がある。これに対して、本実施の形態にかかる電動機駆動装置１００ｄでは、一部のリレーの内部状態が他のリレーの内部状態と異なると判断した場合、電動機３の固定子巻線をデルタ結線として運転を継続して行う。そのため、運転周波数が低い領域での運転では効率が低下するものの、高トルク状態での不安定動作および脱調が発生しにくくなり、高速領域でも安定して運転することができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３で説明した各電動機駆動装置においては、リレー１１，１２，１３，１１ｄ，１２ｄ，１３ｄとして単安定リレーを使用することとした。これに対して、本実施の形態にかかる電動機駆動装置は、実施の形態１〜３で説明した各電動機駆動装置のリレー１１，１２，１３，１１ｄ，１２ｄ，１３ｄを双安定リレーとする。本実施の形態にかかる電動機駆動装置は、使用するリレーを単安定リレーから双安定リレーに変更する点を除いて実施の形態１〜３で説明した各電動機駆動装置と同様であるため、双安定リレーに関連する動作についてのみ説明を行う。

リレー１１，１２，１３が単安定リレーの場合、接点板２１，２２，２３を接点５１，５２，５３に接続するときはコイル３１，３２，３３に電流を流し続ける必要がある。すなわち、コイル３１，３２，３３に電流が流れている間は接点板２１，２２，２３が接点５１，５２，５３に接続され、コイル３１，３２，３３に電流が流れていない間は接点板２１，２２，２３が接点４１，４２，４３に接続されることになる。そのため、実施の形態１，２で説明した電動機駆動装置１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃの場合、電動機３の固定子巻線をデルタ結線として運転している間はコイル３１，３２，３３に電流を流し続けることとなり、コイル３１，３２，３３での消費電力の増大が課題となる。同様に、実施の形態３で説明した電動機駆動装置１００ｄの場合、電動機３の固定子巻線をスター結線として運転している間はコイル３１，３２，３３に電流を流し続けることとなり、コイル３１，３２，３３での消費電力の増大が課題となる。

これに対して、本実施の形態にかかる電動機駆動装置では、上述したように、単安定リレーの代わりに双安定リレーを使用する。双安定リレーは、接点板の接続先の接点を切り替える場合、予め決められている一定時間だけ電流を流せばよく、接続状態を維持するために電流を流し続ける必要が無い。例えば、上述したリレー１１が双安定リレーの場合、接点板２１が接点４１に接続された状態から接点５１に接続された状態へ切り替えるためには、一定時間にわたってスイッチ９１を閉じてコイル３１に電流を流せばよく、一定時間が経過後はスイッチ９１を開いてコイル３１に電流を流さない状態としても接点板２１が接点５１に接続した状態を維持することが可能である。接点板２１が接点５１に接続された状態から接点４１に接続された状態に切り替える場合も同様に、一定時間にわたってスイッチ９１を閉じてコイル３１に電流を流せばよい。

実施の形態１で説明した電動機駆動装置１００のリレー１１，１２，１３を双安定リレーとした場合の電動機駆動装置１００の動作、具体的には、電動機駆動装置１００が電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作について説明する。ここでは、実施の形態１と異なる部分の動作について説明する。

図９は、実施の形態４にかかる電動機駆動装置１００が電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作の一例を示すフローチャートである。図９に示したフローチャートは、図２に示したフローチャートのステップＳ１２、Ｓ１５およびＳ１７を、それぞれ、ステップＳ３２、Ｓ３５およびＳ３７に置き換え、さらに、ステップＳ３８およびＳ３９を追加したものである。

実施の形態１と異なるステップＳ３２、Ｓ３５、Ｓ３７、Ｓ３８およびＳ３９の処理について説明する。ステップＳ３２、Ｓ３５およびＳ３７において、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３に一定時間にわたって電力を供給する。

電動機駆動装置１００は、ステップＳ３７を実行した後、各リレーの内部状態を確認し（ステップＳ３８）、さらに、全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態であるか否かを確認する（ステップＳ３９）。このステップＳ３８，Ｓ３９はステップＳ１３，Ｓ１４と同様の処理である。全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態の場合（ステップＳ３９：Ｙｅｓ）、電動機駆動装置１００は、ステップＳ１１に戻って動作を継続する。全てのリレー１１〜１３が同じ内部状態となっていない、すなわち、リレー１１〜１３の一部のリレーの内部状態が残りのリレーの内部状態と異なっている場合（ステップＳ３９：Ｎｏ）、電動機駆動装置１００は、ステップＳ３５を実行する。

ここで、ステップＳ３５は、リレー１１〜１３の一部のリレーの内部状態が残りのリレーの内部状態と異なっている状態において実行されるが、このとき、断線などの理由でコイルに電流を流すことができない状態のリレーについては、接点板の接続先が切り替わらない。一方、コイルに電流を流すことができる他のリレーについては接点板の接続先が切り替わる。そのため、ステップＳ３５を実行した後は、リレー１１〜１３の内部状態が同じとなり、電動機３の固定子巻線がスター結線またはデルタ結線となる。よって、電動機駆動装置１００は、リレー１１〜１３の一部が故障して接点板の状態を切り替えることができない状態となった場合でも、電動機３の運転を継続することができる。

電動機駆動装置１００のリレー１１〜１３を双安定リレーとした場合の動作例について説明したが、電動機駆動装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃのリレー１１〜１３を双安定リレーとした場合の動作も同様である。

また、電動機駆動装置１００ｄのリレー１１ｄ〜１３ｄを双安定リレーとした場合は、図８に示したフローチャートのステップＳ２１、Ｓ２４およびＳ２６の処理を、リレー１１ｄ〜１３ｄに一定時間にわたって電力を供給する処理に置き換えるなどすればよい。この場合、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２６の代わりの処理すなわち「リレー１１ｄ〜１３ｄに一定時間にわたって電力を供給する処理」を実行した後、全てのリレー１１ｄ〜１３ｄが同じ内部状態か否かを確認する。そして、リレー１１ｄ〜１３ｄの内部状態が同じ場合、電動機駆動装置１００ｄは、ステップＳ２７を実行する。リレー１１ｄ〜１３ｄの内部状態が同じではない場合、電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ〜１３ｄに一定時間にわたって電力を供給した後、電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作を終了する。すなわち、電動機駆動装置１００ｄは、リレー１１ｄ〜１３ｄに一定時間にわたって電力を供給して接点板２１〜２３を操作した後は各リレーの内部状態を確認し、内部状態が同じではない場合、各リレーの内部状態を同じにする処理を実行して、電動機３の固定子巻線の結線状態を切り替える動作を終了する。

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。

１ コンデンサ、２ インバータ、３ 電動機、４ 中性点端子、５，５ｂ，５ｃ，５ｄ 制御部、６，６ａ，７ 状態検出部、９ スイッチ部、１０，１０ｄ 結線状態切替部、１１，１１ｄ，１２，１２ｄ，１３，１３ｄ リレー、２１，２２，２３ 接点板、３０ 電源、３１，３２，３３ コイル、４１，４２，４３，５１，５２，５３ 接点、６１，６２，６３，７１，７２，７３，７４ 電流検出器、９１，９２，９３ スイッチ、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 電動機駆動装置。

Claims (10)

1. 電動機の固定子巻線の結線状態を切り替え可能な電動機駆動装置であって、
   第１の接点、第２の接点および接点板を有し、前記接点板の一方の端子が前記固定子巻線の中のいずれか一つの相の前記固定子巻線に接続され、前記接点板の他方の端子が前記第１の接点または前記第２の接点に接続される３個のリレーと、
   前記接点板の前記他方の端子と前記第１の接点および前記第２の接点との接続状態が前記３個のリレーの全てで同じではない場合に前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じとなるよう前記３個のリレーを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記制御部は、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じではない場合、前記接点板の位置が初期状態となるよう前記３個のリレーを制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記３個のリレーの全ての前記接点板の位置が初期状態の場合に前記結線状態がスター結線となり、前記３個のリレーの全ての前記接点板の位置が初期状態ではない場合に前記結線状態がデルタ結線となる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
4. 前記３個のリレーの全ての前記接点板の位置が初期状態の場合に前記結線状態がデルタ結線となり、前記３個のリレーの全ての前記接点板の位置が初期状態ではない場合に前記結線状態がスター結線となる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動機駆動装置。
5. 前記制御部は、前記３個のリレーのそれぞれの前記第１の接点に流れる電流の値に基づいて、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
6. 前記制御部は、前記３個のリレーのそれぞれの前記第２の接点に流れる電流の値に基づいて、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
7. 前記制御部は、前記３個のリレーのそれぞれが有する、前記接点板を動作させるためのコイルに流れる電流の値に基づいて、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
8. 前記制御部は、前記３個のリレーのそれぞれの前記コイルに流れる電流の合計値に基づいて、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動機駆動装置。
9. 前記制御部は、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じ状態の場合、前記電動機の運転周波数としきい値との大小関係が変化するごとに前記３個のリレーを制御して前記結線状態をスター結線とデルタ結線との間で切り替える切替制御を行い、前記接続状態が前記３個のリレーの全てで同じではない状態を検出した後は前記切替制御を停止する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
10. 前記リレーを双安定リレーとすることを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。

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