JP6714164B2 - 電動機駆動装置、圧縮機および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、巻線の状態を切換え可能な電動機を駆動する電動機駆動装置、圧縮機および空気調和機に関する。

巻線の状態を切換え可能な電動機を駆動する従来の電動機駆動装置として、エネルギー消費効率を向上させた空気調和機を実現する電動機駆動装置が特許文献１で提案されている。特許文献１に記載の電動機駆動装置は、低速の回転数領域および高速の回転数領域でそれぞれに適した巻線の結線状態を選択することにより、エネルギー消費効率の向上を実現している。

特開２００９−２１６３２４号公報

従来の巻線状態を切換え可能な電動機を駆動する電動機駆動装置には、巻線状態の切換え指令をマイクロコンピュータ（以下、マイコンとする）のような演算処理装置を用いて生成する構成のものが存在する。巻線状態の切換え指令をマイコンなどが生成する従来の電動機駆動装置では、雷ノイズなどによる端子リセットまたは暴走によるウォッチドグタイマリセットといった予期せぬリセットが発生した場合について考慮されておらず、電動機の運転中にリセットが発生すると巻線状態が切換わる可能性があった。一般的にマイコンのような演算処理装置でリセットが発生した場合、全ての入出力ポートは入力ポートとなり、このときの演算処理装置の入出力ポートはハイインピーダンス状態となる。電動機の運転中に巻線状態が切換わった場合はサージ電圧が発生し、巻線の結線状態を切換える回路などに過大な電圧が印加されることにより故障する可能性がある。また、電動機として永久磁石電動機を用いた場合、電動機を高回転で運転している状態でリセットが発生すると高速の回転数領域での運転に適した巻線状態から低速の回転数領域での運転に適した巻線状態に切換わり、その結果、永久磁石電動機により生じる逆起電力が過大となり、電動機駆動装置が有する部品に耐圧を超えた電圧が印加されて電動機駆動装置が故障する可能性がある。このように、従来の電動機駆動装置は、予期せぬリセットが発生した場合に故障する可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性を高めた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、電動機の巻線の状態を切換える巻線切換部と、巻線切換部に対する指令信号を生成する巻線切換指令部と、を備える。また、電動機駆動装置は、巻線切換指令部で生成された指令信号が入力され、入力された指令信号が巻線の状態を指令する第１の値の場合は入力された指令信号に対応する信号を巻線切換部へ出力し、入力された指令信号が第１の値とは異なる第２の値の場合は第２の値が入力される前に巻線切換部へ出力していた信号の出力を継続する巻線状態保持部を備える。また、電動機駆動装置は、巻線切換指令部が演算処理装置で実現され、演算処理装置でリセットが発生した場合の指令信号が第２の値となる。

本発明によれば、信頼性を高めた電動機駆動装置を実現できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる空気調和機の構成例を示す図 実施の形態１にかかる巻線切換部、過電流保護回路および巻線状態保持部の詳細構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる空気調和機の運転周波数と効率との関係の一例を示す図 スター結線を選択した場合の電動機の巻線の状態を示す図 デルタ結線を選択した場合の電動機の巻線の状態を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置が電動機の巻線の結線状態を切換える動作の一例を示すフローチャート 巻線状態保持部の入力信号ＳおよびＲの状態と、巻線状態保持部の出力信号Ｑの状態と、リレーの状態と、固定子の結線状態との関係を示す図 固定子をスター結線からデルタ結線に切換える場合の巻線状態保持部への入力信号と巻線状態保持部の出力信号との関係を示す図 固定子をデルタ結線からスター結線に切換える場合の巻線状態保持部への入力信号と巻線状態保持部の出力信号との関係を示す図 巻線がスター結線の状態でリセットが発生した場合の巻線状態保持部への入力信号と巻線状態保持部の出力信号との関係を示す図 実施の形態２にかかる空気調和機の構成例を示す図 巻線がスター結線の状態でリセットが発生した場合の巻線状態保持部への入力信号と巻線状態保持部の出力信号との関係を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動装置、圧縮機および空気調和機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。以下に示す各実施の形態では、セパレート型の空気調和機における圧縮機を構成する電動機を駆動する電動機駆動装置を例にとって説明を行う。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる空気調和機の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる空気調和機１は、電動機駆動装置２、圧縮機１００、四方弁２００、室外熱交換器３００、膨張弁４００および室内熱交換器５００を備える。空気調和機１の構成要素のうち、室内熱交換器５００は図示を省略した室内機に設けられ、残りの構成要素は図示を省略した室外機に設けられる。

圧縮機１００は、電動機３および圧縮部４を備える。電動機３は巻線の状態を切換え可能に構成された永久磁石電動機である。電動機３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線を備えた固定子３ａと、永久磁石回転子３ｂとを備える。以下の説明では永久磁石回転子３ｂを「回転子３ｂ」と記載する。電動機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線はスター結線およびデルタ結線のいずれか一方の結線状態に切換えられる。以下の説明では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線を、必要に応じて、それぞれ、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線と称する場合がある。各巻線の結線状態は電動機駆動装置２が制御する。圧縮部４は電動機３により駆動され、後述する冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する。

圧縮機１００、四方弁２００、室外熱交換器３００、膨張弁４００および室内熱交換器５００は冷媒配管６００を介して接続されて冷媒回路を構成する。冷媒回路は、冷媒が蒸発、凝縮するときに熱交換対象となる空気等に対して吸熱、放熱することを利用し、冷媒回路内を循環する冷媒の圧力を変化させながら空気調和運転等を行う。室外熱交換器３００は、送風ファン（図示せず）により送風され、冷媒と空気との熱交換を行う。室内熱交換器５００も同様に、送風ファン（図示せず）により冷媒と空気との熱交換を行う。

電動機駆動装置２には交流電源７００が接続されている。電動機駆動装置２は、交流電源７００から交流電力の供給を受けて電動機３を駆動する。

電動機駆動装置２は、コンバータ５、インバータ６、巻線切換部７、電流検出器８、電圧検出器９、過電流保護回路１０、制御部１１および巻線状態保持部１３を備える。

コンバータ５は、交流電源７００から供給される交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５の形態は本実施の形態では特に限定はない。また、図１では交流電源７００が単相の場合の例を示しているが、三相の場合であっても構わない。

インバータ６は、コンバータ５が出力する直流電力を三相交流電力に変換して、電動機３に供給する。インバータ６は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６と、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれに逆並列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６と、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を駆動するための駆動回路（図示せず）とにより構成される。ここで、図１に示した構成例では、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とするが、この構成に限定するものではない。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）でスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を構成してもよい。その場合、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを使用することとし、ダイオードＤ１〜Ｄ６を省略してもよい。

巻線切換部７は、固定子３ａのＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの巻線をスター結線もしくはデルタ結線に切換える。巻線切換部７は、Ｃ接点メカ式リレーであるリレー７ａ、７ｂおよび７ｃと、その駆動回路（図示せず）とより構成される。ここで、Ｕ相巻線の一端をＵ１、他端をＵ２とする。同様に、Ｖ相巻線の一端をＶ１、他端をＶ２とし、Ｗ相巻線の一端をＷ１、他端をＷ２とする。Ｕ相巻線のＵ１側はインバータ６のスイッチング素子ＳＷ１とＳＷ４の接続点Ｕと、リレー７ｃの端子ｂとに接続される。同様に、Ｖ相巻線のＶ１側はスイッチング素子ＳＷ２とＳＷ５の接続点Ｖと、リレー７ａの端子ｂとに接続され、Ｗ相巻線のＷ１側はスイッチング素子ＳＷ３とＳＷ６の接続点Ｗと、リレー７ｂの端子ｂとに接続される。一方、Ｕ相巻線のＵ２側はリレー７ａの端子ｃに接続され、Ｖ相巻線のＶ２側はリレー７ｂの端子ｃに接続され、Ｗ相巻線のＷ２側はリレー７ｃの端子ｃに接続される。また、巻線切換部７は、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃの端子ａ同士が接続された構成となっている。詳細については後述するが、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃの構成および動作は同一である。

ここで、図１では、Ｃ接点メカ式リレーを用いて巻線切換部７のリレー７ａ、７ｂおよび７ｃを構成する場合の例を示したが、この構成に限定するものではない。例えば、Ｃ接点メカ式リレーの代わりにＡ接点メカ式リレーとＢ接点メカ式リレーとを組み合わせてリレー７ａ、７ｂおよび７ｃを構成してもよい。また、メカ式リレーを用いずに、トライアックのような双方向半導体スイッチを用いた構成としてもよいし、ダイオードブリッジと単方向半導体スイッチとを組み合わせた構成としてもよい。

電流検出器８は、シャント抵抗８ａおよび増幅器８ｂにより構成され、コンバータ５からインバータ６に供給される直流母線の直流電流を検出する。ここで、図１では、電流検出器８はシャント抵抗８ａを用いた構成としているが、ホールセンサを使用した応答性のいい電流センサのようなものを用いた構成としてもよい。

電圧検出器９は、コンバータ５の出力である直流母線間の直流電圧を検出する。

過電流保護回路１０は、電動機駆動装置２に予め決められた容量を超える過大な電流が流れるのを防止する回路である。過電流保護回路１０は、電流検出器８による検出値に基づいて、電動機駆動装置２の異常の有無を判定し、異常を検出しない場合は後述する制御部１１から入力される信号をインバータ６へ出力する。また、過電流保護回路１０は、異常を検出した場合、制御部１１から入力される信号の代わりに、インバータ６のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を強制的にＯＦＦ状態にして保持するための信号をインバータ６へ出力し、電動機駆動装置２に過大な電流が流れるのを防止する。予め決められた容量は、電動機駆動装置２の故障防止可能な電流容量もしくは電動機３の永久磁石回転子３ｂの減磁保護可能な電流容量の低い方の値を設定する。本実施の形態では減磁保護可能な電流容量の方が低い場合について記載する。

制御部１１は、外部から入力される周波数指令と、電流検出器８による検出値と、電圧検出器９による検出値とに基づいて、インバータ６のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号（図示したＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮが該当する）を生成し、過電流保護回路１０へ出力する。また、制御部１１は、巻線切換部７に対する指令信号である巻線切換え指令を生成する巻線切換指令部１２を備える。ここで、制御部１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器などを備えたＤＳＰ（Digital Signal Processor）、マイコンといった演算処理装置により実現することができる。

巻線状態保持部１３は、制御部１１の巻線切換指令部１２が出力した巻線切換え指令に対応した巻線状態を保持するための信号を巻線切換部７に出力する。

次に、巻線切換部７、過電流保護回路１０および巻線状態保持部１３の詳細な構成例について図２を用いて説明する。図２は、巻線切換部７、過電流保護回路１０および巻線状態保持部１３の詳細構成の一例を示す図である。

巻線状態保持部１３は、２個のＮＡＮＤゲート（ＩＣ１００，ＩＣ１０１）を用いた入力ローアクティブのリセットセットフリップフロップ（以下「ＲＳフリップフロップ」と記載する）で構成されている。巻線状態保持部１３には、巻線切換指令部１２が生成した巻線切換え指令が信号ＳおよびＲとして入力される。また、信号Ｓが入力される端子にはプルアップ抵抗Ｒ１００が接続され、信号Ｒが入力される端子にはプルアップ抵抗Ｒ１０１が接続されている。プルアップ抵抗Ｒ１００およびＲ１０１は、巻線切換指令部１２を含む制御部１１を実現する演算処理装置でリセットが発生して入出力ポートがハイインピーダンス状態になり、巻線状態保持部１３に巻線切換指令部１２が接続された状態から接続されない状態になった場合、すなわち、巻線状態保持部１３に巻線切換指令部１２の出力信号が入力される状態から巻線状態保持部１３に巻線切換指令部１２の出力信号が入力されない状態になった場合に備えて設けられている。これにより、巻線状態保持部１３は、巻線切換指令部１２を含む制御部１１を実現する演算処理装置でリセットが発生したとしても、リセットが発生したときと同じ状態の信号を巻線切換部７に出力する。すなわち、巻線切換指令部１２を含む制御部１１を実現する演算処理装置でリセットが発生したとしても、巻線切換部７への入力信号が同じ状態を維持し続けることになり、電動機３の巻線の結線状態は切換わらない。また、ＲＳフリップフロップの出力信号の一方である信号Ｑは巻線切換部７に入力される。他方の出力信号である信号Ｑ（バー）の出力端子にはプルアップ抵抗Ｒ１０２が接続されている。なお、詳細については後述するが、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）がＬｏｗレベル（以下「Ｌ」と記載する）の場合はスター結線指令を意味し、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）がＨｉｇｈレベル（以下「Ｈ」と記載する）の場合はデルタ結線指令を意味する。

巻線切換部７は、上述したリレー７ａ〜７ｃに加えて、トランジスタＱ１００〜Ｑ１０２と、ダイオードＤ１００〜Ｄ１０２と、抵抗Ｒ２００〜Ｒ２０５とを備える。この巻線切換部７は、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）が「Ｌ」の場合、トランジスタＱ１００、Ｑ１０１およびＱ１０２がＯＦＦとなり、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃのそれぞれの端子ａと端子ｃとの間が導通する。また、巻線切換部７は、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）が「Ｈ」の場合には、トランジスタＱ１００、Ｑ１０１およびＱ１０２がＯＮとなり、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃのそれぞれの端子ｂと端子ｃとの間が導通する。

過電流保護回路１０は、過電流保護レベル切換部１０ａ、コンパレータ１０ｂ、ラッチ回路１０ｃおよび強制ＯＦＦ回路１０ｄを備える。

過電流保護レベル切換部１０ａは、スイッチＳＷ１００と、抵抗Ｒ３００〜Ｒ３０３とを備える。抵抗Ｒ３００およびＲ３０１は、分圧回路を構成し、電源電圧Ｖｃｃを分圧して第１の過電流保護レベルＶｏｃ１を生成する。抵抗Ｒ３０２およびＲ３０３は、分圧回路を構成し、電源電圧Ｖｃｃを分圧して第２の過電流保護レベルＶｏｃ２を生成する。第１の過電流保護レベルＶｏｃ１および第２の過電流保護レベルＶｏｃ２はスイッチＳＷ１００に入力される。スイッチＳ１００は、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）が「Ｌ」の場合に第１の過電流保護レベルＶｏｃ１を選択して出力し、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）が「Ｈ」の場合に第２の過電流保護レベルＶｏｃ２を選択して出力する構成である。ここで、第１の過電流保護レベルＶｏｃ１は、電動機３がスター結線時の回転子３ｂの減磁保護が可能なレベルの電圧とし、第２の過電流保護レベルＶｏｃ２は、電動機３がデルタ結線時の回転子３ｂの減磁保護が可能なレベルの電圧とする。また、「Ｖｏｃ１＜Ｖｏｃ２」となるように設定する。

コンパレータ１０ｂには、過電流保護レベル切換部１０ａから出力された信号（Ｖｏｃ１またはＶｏｃ２）と、上述した電流検出器８から出力された信号（Ｉｄｃ）とが入力される。コンパレータ１０ｂは、２つの入力信号を比較し、過電流保護レベル切換部１０ａの出力信号である過電流保護レベル（Ｖｏｃ１またはＶｏｃ２）をＩｄｃが超えている状態では「Ｌ」を出力する。ラッチ回路１０ｃは、コンパレータ１０ｂの出力が「Ｌ」になると、出力を「Ｌ」に保持する。強制ＯＦＦ回路１０ｄには、ラッチ回路１０ｃから出力された信号と、制御部１１から出力されたＰＷＭ信号（ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮ）とが入力される。強制ＯＦＦ回路１０ｄは、ラッチ回路１０ｃの出力信号が「Ｈ」の場合は制御部１１から入力されたＰＷＭ信号をそのまま出力する。また、強制ＯＦＦ回路１０ｄは、ラッチ回路１０ｃの出力信号が「Ｌ」になると、制御部１１から入力されたＰＷＭ信号の代わりに、インバータ６の各スイッチング素子（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６）がＯＦＦ状態となる信号を生成して出力する。

このように、過電流保護回路１０は、電流検出器８からの入力信号が過電流保護レベルを超えると動作し、インバータ６から電動機３への電力供給を停止させる。また、過電流保護回路１０は、過電流保護レベルを、電動機３の巻線の結線状態に応じて切り替える。

次に、電動機駆動装置２の動作について説明する。図３は、空気調和機１の運転周波数と効率との関係の一例を示す図である。図３では、電動機３の固定子３ａをスター結線にした場合とデルタ結線にした場合のそれぞれにおける周波数と総合効率の関係を示している。図３に示した周波数は電動機３の運転周波数のことであり、総合効率は電動機駆動装置２の効率と電動機３の効率とを掛け合わせた効率のことである。図３に示した周波数と総合効率との関係より、高速運転が要求される場合はデルタ結線を選択し、低速運転が要求される場合はスター結線を選択することで、ハイパワー運転と省エネ性の優れた運転を両立できることがわかる。そのため、空気調和機１では、高速運転が要求される場合はデルタ結線を選択し、低速運転が要求される場合はスター結線を選択する。具体的には、空気調和機１では、運転周波数が図３に示した周波数ｆｘ以上の場合はデルタ結線を選択し、運転周波数が周波数ｆｘ未満の場合はスター結線を選択する。

固定子３ａの巻線は、巻線切換部７によりスター結線もしくはデルタ結線に切換えられる。巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）がスター結線指令の場合、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃのそれぞれの端子ａと端子ｃとの間が導通状態となる。この結果、固定子３ａのＵ相のＵ２側、Ｖ相のＶ２側およびＷ相のＷ２側が接続され、電動機３は、図４に示した巻線状態、すなわち、スター結線の状態となる。また、巻線状態保持部１３の出力（Ｑ）がデルタ結線指令の場合、リレー７ａ、７ｂおよび７ｃのそれぞれの端子ｂと端子ｃとの間が導通状態となる。この結果、固定子３ａのＵ相のＵ２側とＶ相のＶ１側、Ｖ相のＶ２側とＷ相のＷ１側、および、Ｗ相のＷ２側とＵ相のＵ１側が接続され、電動機３は、図５に示した巻線状態、すなわち、デルタ結線の状態となる。なお、図４および図５においては、巻線の結線状態を見やすくするため、巻線切換部７の記載を省略して示している。

つづいて、電動機駆動装置２が電動機３の巻線の結線状態を切換える動作について、図６を用いて説明する。図６は、電動機駆動装置２が電動機３の巻線の結線状態を切換える動作の一例を示すフローチャートである。

電動機駆動装置２において、制御部１１は、電動機３が停止状態のときに電動機駆動指令を受ける（ステップＳ１）。電動機駆動指令は、ゼロよりも大きい値の周波数指令とする。なお、予め決められた正の数よりも大きい値の周波数指令を電動機駆動指令としてもよい。制御部１１は、電動機駆動指令を受けると、外部から入力される周波数指令が、図３に示した周波数ｆｘ以上になるかどうか、すなわち、スター結線時の総合効率とデルタ結線時の総合効率がクロスする周波数ｆｘ以上になるかどうかを推定する（ステップＳ２）。例えば、制御部１１は、空気調和機１の設定温度と、室温とに基づいて、周波数指令がｆｘ以上になるかどうかを推定する。この場合、例えば、制御部１１は、設定温度と室温との差が予め決められたしきい値以上の場合は周波数指令が周波数ｆｘ以上になると推定し、設定温度と室温との差がしきい値未満の場合は周波数指令が周波数ｆｘ以上にならないと推定する。使用するしきい値は暖房運転時と冷房運転時とで異なる値としてもよい。制御部１１は、電動機３が停止する前に入力された周波数指令に基づいて、周波数指令がｆｘ以上になるかどうかを推定してもよい。この場合、例えば、制御部１１は、電動機３が停止する前に入力された周波数指令が上昇傾向にあり、かつ周波数ｆｘと最後に入力された周波数指令との差が予め決められているしきい値以下の場合は周波数指令が周波数ｆｘ以上になると推定する。一方、電動機３が停止する前に入力された周波数指令が下降傾向にあり、かつ最後に入力された周波数指令と周波数ｆｘとの差が予め決められているしきい値以下の場合、制御部１１は、周波数指令が周波数ｆｘ以上にならないと推定する。周波数指令が周波数ｆｘ以上になるか否かの推定は他の方法で行っても構わない。

周波数指令が周波数ｆｘ以上になると推定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部１１は、デルタ結線を選択し、巻線切換指令部１２がデルタ結線指令を出力する（ステップＳ３）。周波数指令が周波数ｆｘ以上にならないｆｘ未満の範囲と推定される場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部１１は、スター結線を選択し、巻線切換指令部１２がスター結線指令を出力する（ステップＳ４）。電動機３の巻線の結線状態の選択が終了すると、制御部１１は、ＰＷＭ信号の生成および出力を開始し、電動機３を駆動する（ステップＳ５）。

制御部１１は、デルタ結線を選択している場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、電動機３の運転周波数が周波数ｆｘ未満かどうかを判定する（ステップＳ７）。このステップＳ７において、制御部１１は、電動機３の運転周波数の情報を、外部から入力される周波数指令と、電流検出器８の検出値と、電圧検出器９の検出値とに基づいて推定して求める。制御部１１は、圧縮機１００から取得する電動機３の運転周波数の代わりに、周波数指令が表す周波数を使用してもよい。すなわち、制御部１１は、周波数指令が表す周波数を電動機３の運転周波数とみなして処理を行ってもよい。また、制御部１１は、周波数指令に基づいて電動機３の運転周波数を求めるようにしてもよい。運転周波数が周波数ｆｘ未満の場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、制御部１１は、運転周波数が周波数ｆｘ未満となってから経過した時間の計測を行い（ステップＳ８）、運転周波数が周波数ｆｘ未満となってからの経過時間が予め決められた一定時間Ｔｄｌｔ（例えば１０分）を超えたかどうか、すなわち、計測を開始してから一定時間Ｔｄｌｔが経過したかどうかを判定する（ステップＳ１０）。計測を開始してから一定時間Ｔｄｌｔが経過した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、制御部１１は、電動機３を停止させる（ステップＳ１１）。その後、電動機３が完全に停止できた状態になる一定時間（例えば３分）が経過すると、ステップＳ１に戻り、電動機３を再駆動させる（図示せず）。

一方、運転周波数が周波数ｆｘ以上の場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、制御部１１は、運転周波数が周波数ｆｘ未満となってから経過した時間の計測値をクリアし（ステップＳ９）、ステップＳ７に戻って動作を継続する。また、運転周波数が周波数ｆｘ未満となってからの経過時間が一定時間Ｔｄｌｔに達していない場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ７に戻って動作を継続する。なお、ステップＳ７〜Ｓ１０に示した処理は、選択しているデルタ結線をスター結線に切換える必要があるか否かを判定する動作に該当する。

制御部１１は、デルタ結線を選択していない、すなわちスター結線を選択している場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、電動機３の運転周波数が周波数ｆｘ以上かどうかを判定する（ステップＳ１２）。運転周波数が周波数ｆｘ以上の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部１１は、運転周波数が周波数ｆｘ以上となってから経過した時間の計測を行い（ステップＳ１３）、運転周波数が周波数ｆｘ以上となってからの経過時間が予め決められた一定時間Ｔｓｔｒ（例えば１０分）を超えたかどうか、すなわち、計測を開始してから一定時間Ｔｓｔｒが経過したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。計測を開始してから一定時間Ｔｓｔｒが経過した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、制御部１１は、電動機３を停止させる（ステップＳ１１）。その後、電動機３が完全に停止できた状態になる一定時間（例えば３分）が経過すると、ステップＳ１に戻り、電動機３を再駆動させる（図示せず）。

一方、運転周波数が周波数ｆｘ未満の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部１１は、運転周波数が周波数ｆｘ以上となってから経過した時間の計測値をクリアし（ステップＳ１４）、ステップＳ１２に戻って動作を継続する。また、上記の計測した時間が一定時間Ｔｓｔｒに達していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、制御部１１は、ステップＳ１２に戻って動作を継続する。なお、ステップＳ１２〜Ｓ１５に示した処理は、選択しているスター結線をデルタ結線に切換える必要があるか否かを判定する動作に該当する。

以下、巻線状態保持部１３および巻線切換部７が図２の構成である場合を例に取って、電動機駆動装置２の動作を説明する。図７は、巻線状態保持部１３の入力信号ＳおよびＲの状態と、巻線状態保持部１３の出力信号Ｑの状態と、リレー７ａ，７ｂ，７ｃの状態と、固定子３ａの結線状態との関係を示す図である。

巻線状態保持部１３への入力信号ＳおよびＲの組み合わせが「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ」の場合、巻線状態保持部１３の出力信号（Ｑ）は前回の出力状態を維持する。巻線切換指令部１２を含む制御部１１を実現する演算処理装置でリセットが発生した場合、「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ」となる。巻線状態保持部１３への入力信号ＳおよびＲの組み合わせが「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｌ」の場合、巻線状態保持部１３の出力信号（Ｑ）は「Ｑ＝Ｌ」となり、各リレー（７ａ，７ｂ，７ｃ）の状態は端子ａと端子ｃとの間が導通する「ａ−ｃ間導通」となり、固定子３ａの結線状態は「スター結線」となる。一方、巻線状態保持部１３への入力信号ＳおよびＲの組み合わせが「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｈ」の場合、巻線状態保持部１３の出力信号（Ｑ）は「Ｑ＝Ｈ」となり、各リレー（７ａ，７ｂ，７ｃ）の状態は端子ｂと端子ｃとの間が導通する「ｂ−ｃ間導通」となり、固定子３ａの結線状態は「デルタ結線」となる。また、巻線状態保持部１３への入力信号ＳおよびＲの組み合わせが「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｌ」の場合、巻線状態保持部１３の出力信号（Ｑ）は「Ｑ＝Ｈ」となるが、その対となる出力信号（Ｑ(バー)）も「Ｈ」となる。この状態から「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ」となった場合、出力信号（Ｑ）は不定となる。そのため、「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｌ」の設定は禁止とする。すなわち、巻線切換指令部１２は「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｌ」となる巻線切換え指令を出力することはしない。ここで、巻線状態保持部１３としては「Ｑ＝Ｌ」がスター結線指令、「Ｑ＝Ｈ」がデルタ結線指令となる。また、巻線切換指令部１２としては「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｌ」がスター結線指令となり、「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｈ」がデルタ結線指令となる。「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｌ」および「Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｈ」は巻線の状態を指令する第１の値に相当し、「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ」はリセットが発生する前の巻線の状態の維持を指令する第２の値に相当する。

つづいて、巻線切換指令部１２の動作について説明する。図８は、電動機駆動指令を受けて固定子３ａをスター結線からデルタ結線に切換える場合の巻線状態保持部１３への入力信号と巻線状態保持部１３の出力信号との関係を示す図であり、図９は、固定子３ａをデルタ結線からスター結線に切換える場合の巻線状態保持部１３への入力信号と巻線状態保持部１３の出力信号との関係を示す図である。図８および図９に示したように、電動機駆動装置２では、巻線状態保持部１３への入力信号Ｓ，Ｒが同時に「Ｌ」となるのを防ぐため、巻線切換え指令を切換える直前に出力信号ＳおよびＲが同時に「Ｈ」となる区間を一定時間設けている。出力信号ＳおよびＲが同時に「Ｈ」となる区間の長さＴｘは１ｍｓ程度とする。このように、巻線切換指令部１２は、巻線切換え指令を切換える直前および後述するリセット解除後以外は、保持状態の指令（Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ）ではなく、スター結線指令（Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｌ）もしくはデルタ結線指令（Ｓ＝Ｌ，Ｒ＝Ｈ）の出力を続ける。これにより、巻線切換指令部１２の出力信号Ｓ，Ｒにノイズが重畳するなどした場合に予期せぬ巻線切換えが発生するのを防止できる。

ところで、制御部１１をマイコンのような演算処理装置を用いて実現した場合、雷ノイズなどによる端子リセット、プログラムの暴走に伴うウォッチドグタイマリセットなどのリセットが生じると、一般的に、演算処理装置の全ての入出力ポートは入力ポートとなり、巻線切換指令部１２の出力信号が巻線状態保持部１３に接続されていない状態（演算処理装置のポートとしてはハイインピーダンス状態）になる。そして、雷ノイズなどによるリセットが生じた時点で電動機３が高回転で運転している可能性がある。この場合、リセットが発生する前の巻線状態はデルタ結線であり、リセット動作またはリセット動作実行後の処理で巻線状態をデルタ結線からスター結線に切換えてしまうと、サージ電圧による巻線切換部７の故障は免れたとしても、電動機３により生じる逆起電力が過大となるため、電動機駆動装置２の耐圧を超えて電動機駆動装置２が故障する可能性がある。なお、理論的にはスター結線の場合はデルタ結線の場合の√３倍の逆起電力が電動機３で発生する。

しかし、図２に示した構成とした場合、巻線状態保持部１３の２つの入力端子にはプルアップ抵抗Ｒ１００，Ｒ１０１が接続されている。そのため、巻線切換指令部１２を含む制御部１１を実現している演算処理装置でリセットが発生し、その結果、巻線切換指令部１２から巻線状態保持部１３への信号入力が無くなったとしても、巻線状態保持部１３の入力信号Ｓ，Ｒは共に「Ｈ」となる。よって、巻線状態保持部１３の出力信号Ｑは、それまで出力していた状態を保持することができる。また、電動機３が停止状態で電動機駆動指令を受け、電動機３の駆動を開始するまでは、巻線切換指令部１２の出力は巻線状態を保持する指令（Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｈ）とする。この場合の巻線状態保持部１３への入力信号Ｓ，Ｒと巻線状態保持部１３の出力信号Ｑとの関係は図１０に示したものとなる。図１０は、巻線がスター結線の状態でリセットが発生した場合の巻線状態保持部１３への入力信号と巻線状態保持部１３の出力信号との関係を示す図である。このようにすることで、制御部１１を実現している演算処理装置でリセットが発生した場合に電動機３の巻線の結線状態が切換わってしまうのを防止することができる。よって、リセットが発生する時点で電動機３が高回転で運転していたとしても、電動機３の巻線の結線状態がデルタ結線からスター結線に切換わってしまい電動機３で発生する逆起電力が過大となるのを防止でき、逆起電力により電動機駆動装置２が故障してしまうのを防止することができる。

以上のように、本実施の形態にかかる電動機駆動装置２は、電動機３の巻線の結線状態を切換える巻線切換部７と、電動機３の巻線切換え指令を生成する巻線切換指令部１２と、巻線切換指令部１２から出力される巻線切換え指令を受けとり、受け取った巻線切換え指令がデルタ結線およびスター結線指令のいずれにも該当しない場合、巻線切換え指令を受け取る前に出力していた信号と同じ信号を巻線切換部７へ出力する巻線状態保持部１３と、を備える。これにより、巻線切換え指令を生成する巻線切換指令部１２をマイコンのような演算処理装置を用いて実現した場合に、電動機３が運転中に雷ノイズなどによる予期せぬリセットが発生しても巻線の結線状態が切換わることがない。本実施の形態によれば、巻線切換指令部１２を実現する演算処理装置でリセットが発生した場合に故障するのを防止し、確実に運転復帰することが可能な、信頼性の高い電動機駆動装置２を実現できる。また、電動機駆動装置２は、電動機３の運転中に巻線の結線状態の切換えが生じることがないので、効率面で有利な永久磁石電動機を電動機３に採用できるという効果を有する。

また、電動機駆動装置２の過電流保護回路１０の過電流保護レベルを巻線切換指令部１２の出力に従い切換えることとしたので、巻線の結線状態と過電流保護レベルの状態とを確実に一致させることができる。そのため、減磁保護を含む電動機３および電動機駆動装置２の過電流保護を確実に行うことができる。

また、巻線状態保持部１３をＲＳフリップフロップの構成とし、特定の区間、具体的には巻線の結線状態の切換えを行う区間およびリセット解除後の区間以外では、電動機３が運転中の状態を含め、巻線状態保持部１３が巻線切換部７に対して巻線切換え指令を出力し続けるため、巻線切換指令部１２の出力信号にノイズが重畳した場合に巻線の結線状態が切換わるのを防ぐことができる。

また、電動機３が運転中に巻線の結線状態の切換えを行わないようにしているので、巻線切換部７を接点寿命のあるメカ式リレーで実現しても空気調和機１の製品保証期間を十分に確保することが可能となる。メカ式リレーは導通損失が小さい特徴があり、巻線切換部７における損失を極力抑えることができる。

なお、本実施の形態にかかる電動機駆動装置２は、電動機３が低速の回転領域で運転する場合はスター結線を選択し、高速の回転領域で運転する場合はデルタ結線を選択することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、特開２０１２−２２７９８０号公報で開示されているような、固定子巻線の巻数を切換えることが可能な構成を用いて、低速の回転領域で運転する場合は固定子巻線の巻数が多くなる構成を選択し、高速の回転領域で運転する場合は固定子巻線の巻数が少なくなる構成を選択して、ハイパワー運転と省エネ性の優れた運転とを両立させるようにしてもよい。また、特開２０００−２７８９９２号公報で開示されているような、巻線が直列に接続された結線状態および巻線が並列に接続された結線状態の中から結線状態を選択する構成を用いて、低速の回転領域では巻線が直列接続された構成を選択し、高速の回転領域では巻線が並列接続された構成を選択して、ハイパワー運転と省エネ性の優れた運転を両立させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、電動機駆動装置２が、２種類の結線状態の一方を選択して切換えを行う場合について説明したが、選択可能な結線状態を３種類以上とし、その中の１つを選択して切換えを行う構成としてもよい。また、上述した、スター結線とデルタ結線との間での切換え、巻数の切換え、直列接続された巻線と並列接続された巻線との間での切換えを組み合わせ、これらの中のいずれか１つの結線状態を電動機３の回転速度に応じて選択する構成としてもよい。

また、本実施の形態では、巻線状態保持部１３をＲＳフリップフロップで構成する場合の例を説明したが、これに限定されるものではない。巻線状態保持部１３が有する機能と同様の機能を、例えば、Ｄフリップフロップ（ディレイフリップフロップ）、ＪＫフリップフロップのような構成を用いて実現することも可能である。

実施の形態２．
図１１は、実施の形態２にかかる空気調和機の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる空気調和機１ａは、実施の形態１にかかる空気調和機１の電動機駆動装置２を電動機駆動装置２ａとしたものである。また、電動機駆動装置２ａは、電動機駆動装置２における、巻線切換指令部１２を備える制御部１１を、巻線切換指令部１２ａを備える制御部１１ａとしたものである。電動機駆動装置２ａは、巻線切換指令部１２ａを除いて電動機駆動装置２と同じものである。そのため、巻線切換指令部１２ａ以外の構成要素については電動機駆動装置２の対応する構成要素と同じ符号を付して説明を省略する。

電動機駆動装置２ａは、巻線状態保持部１３から出力される信号、すなわち、巻線切換部７に入力される信号と同じ信号が巻線切換指令部１２ａにフィードバックされる構成となっている。

巻線切換指令部１２ａの動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、巻線がスター結線の状態でリセットが発生した場合の巻線状態保持部１３への入力信号と巻線状態保持部１３の出力信号との関係を示す図である。

図１２に示したように、巻線がスター結線の状態で電動機３が運転中に巻線切換指令部１２ａを含む制御部１１を実現する演算処理装置でリセットが発生した場合、リセット直後は巻線切換指令部１２ａの出力信号が巻線状態保持部１３に接続されていない状態（演算処理装置のポートがハイインピーダンス状態）となり、巻線状態保持部１３の入力信号Ｓ，Ｒはプルアップ抵抗Ｒ１００，Ｒ１０１により、「Ｈ」状態となる（図１２の(1)）。一方、巻線状態保持部１３の出力信号Ｑはリセット直前の出力値が保持されるので、リセット直後もスター結線を示す「Ｑ＝Ｌ」となる。この巻線状態保持部１３の出力信号Ｑが巻線切換指令部１２ａにフィードバックされ、巻線切換指令部１２ａは、フィードバックされた出力信号Ｑの値に対応した巻線状態となる値の巻線切換え指令を出力初期値とする。図１２に示したケースでは、スター結線を示す信号がフィードバックされるため、巻線切換指令部１２ａは「Ｓ＝Ｈ，Ｒ＝Ｌ」を出力初期値とする（図１２の(2)）。

以上のように、本実施の形態にかかる電動機駆動装置２ａは、巻線状態保持部１３から巻線切換部７へ出力される信号を巻線切換指令部１２ａへフィードバックする構成とし、巻線切換指令部１２ａは、リセットが発生した後の巻線切換え指令の初期値を、フィードバックされた信号の値に対応する値とする。これにより、巻線切換指令部１２ａを実現する演算処理装置でリセットが発生してから電動機３が駆動を再開するまでの間に巻線切換指令部１２ａの出力信号にノイズが重畳した場合に予期せぬ巻線切換えが発生するのを防ぐことができる。

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。

１，１ａ 空気調和機、２，２ａ 電動機駆動装置、３ 電動機、３ａ 固定子、３ｂ 永久磁石回転子、４ 圧縮部、５ コンバータ、６ インバータ、７ 巻線切換部、７ａ，７ｂ，７ｃ リレー、８ 電流検出器、８ａ シャント抵抗、８ｂ 増幅器、９ 電圧検出器、１０ 過電流保護回路、１０ａ 過電流保護レベル切換部、１０ｂ コンパレータ、１０ｃ ラッチ回路、１０ｄ 強制ＯＦＦ回路、１１，１１ａ 制御部、１２，１２ａ 巻線切換指令部、１３ 巻線状態保持部、１００ 圧縮機、２００ 四方弁、３００ 室外熱交換器、４００ 膨張弁、５００ 室内熱交換器、６００ 冷媒配管、７００ 交流電源。

Claims (13)

1. 電動機の巻線の状態を切換える巻線切換部と、
   前記巻線切換部に対する指令信号を生成する巻線切換指令部と、
   前記巻線切換指令部で生成された前記指令信号が入力され、入力された指令信号が前記巻線の状態を指令する第１の値の場合は入力された指令信号に対応する信号を前記巻線切換部へ出力し、前記入力された指令信号が前記第１の値とは異なる第２の値の場合は当該第２の値が入力される前に前記巻線切換部へ出力していた信号の出力を継続する巻線状態保持部と、
   を備え、
   前記巻線切換指令部が演算処理装置で実現され、
   前記演算処理装置でリセットが発生した場合の前記指令信号が前記第２の値となる、
   ことを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記第２の値は、前記リセットが発生する前の前記巻線の状態の維持を表す、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記巻線切換指令部は、前記巻線状態保持部が前記巻線切換部へ出力する信号のフィードバックを受け、前記指令信号を前記第２の値から前記第１の値に変更する際の前記第１の値を、フィードバックされた前記信号に基づいて決定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
4. 前記第１の値は、前記巻線の結線状態を表す、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
5. 前記第１の値が表す結線状態を、デルタ結線またはスター結線とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動機駆動装置。
6. 前記第１の値が表す結線状態を、複数の巻線が直列接続された構成または複数の巻線が並列接続された構成とする、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動機駆動装置。
7. 前記第１の値は、前記巻線の巻数を表す、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
8. 予め決められた容量を超える電流が前記電動機駆動装置に流れるのを防止する過電流保護回路、
   を備え、
   前記過電流保護回路が動作するレベルである過電流保護レベルを、前記巻線の状態に従い切換える、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
9. 前記巻線状態保持部をリセットセットフリップフロップで構成する、
   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. 前記巻線切換部をメカ式リレーで構成する、
    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。
11. 前記電動機を永久磁石電動機とする、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の電動機駆動装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一つに記載の電動機駆動装置により駆動される電動機を備えることを特徴とする圧縮機。
13. 請求項１２に記載の圧縮機を備えることを特徴とする空気調和機。

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