JP6762175B2 - モータ制御装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置および空気調和機に関する。

負荷として電気モータを搭載した電車や自動車並びに空気調和機等の機器においては、昨今の地球環境保全の要請から、省資源、省エネルギーを強く求められるようになってきた。したがって、例えばルームエアコンにおいては、圧縮機のモータ制御装置の電源にインバータ、すなわち直流電力を交流電力に変換する電力変換回路が一般的に採用されている。これにより、圧縮機駆動用モータを所望の回転速度に制御することが可能であるため、圧縮機の出力を必要に応じて自動的に調整し、高効率な運転を実現している。

このような圧縮機駆動用の電気モータを停止させる場合、圧縮機としてスクロールタイプなどを採用していると、圧縮機の入出力の圧力差により、電気モータが逆回転し、唸り音等の異常音が発生する。また、圧縮機を駆動する電気モータの逆回転が高速になると、永久磁石を内蔵している電気モータの逆回転により過大な誘起電圧が発生し、電力変換回路の素子を破壊する場合がある。

このような、問題を回避するために、圧縮機の吸込み側あるいは吐出側に逆止弁を設ける場合がある。この逆止弁を設けることで、入出力圧力差による圧縮機駆動用の電気モータの逆回転を防止できる。

しかしながら、逆止弁を設けると弊害も発生する。例えば、冷媒流路の阻害により性能の低下が発生する。また、逆止弁設置スペースの確保による吐出形状と吸い込み形状の制約が生じる。また、部品点数が増えることによるコストアップ等の問題もある。

そこで、逆止弁の削減要求に対しては、例えば特許文献１、特許文献２に示されているように、圧縮機に接続されたモータ制御装置により圧縮機停止時の逆回転を抑制する方式が提案されている。

特開２０００−２８７４８５号公報 特開平１１−４６４９４号公報

圧縮機の停止時に冷媒の圧力差によって生じる逆回転をインバータ制御装置を用いて防止するために、特許文献１、特許文献２のように、複数のスイッチング素子を停止時に同時に連続してオン状態にする制御（以下、ブレーキ制御と称す）を行う場合がある。このようなブレーキ制御を行う際には、圧縮機を駆動する電気モータのコイル（巻線）が短絡状態になるため、制動トルクが発生して逆回転が抑制される。

ところで、半導体等の各種回路部品は何らかの原因により故障する場合がある。例えば、３相の電気モータの駆動に用いられるインバータ回路には一般的に３系統の回路支脈（レッグ：ｌｅｇ）があり、各々の回路支脈には上下のアームとしてそれぞれ所定のスイッチング素子が接続されている。つまり、合計で６個のスイッチング素子が備わっている。このようなスイッチング素子も故障する場合がある。

上記のようなインバータ回路において、いずれか１つのスイッチング素子が短絡した状態のまま動作しなくなる故障が生じた場合には、前述のようなブレーキ制御を実行した際に、過電流が発生してしまう。すなわち、ブレーキ制御の際に、故障した１つのスイッチング素子と共通の回路支脈に上アームまたは下アームとして接続されているもう１つのスイッチング素子をオンにすると、共通の回路支脈に直列状態で上下に接続されている上アームおよび下アームの両方のスイッチング素子が同時に導通状態になる。

これにより、正極側電源ラインと負極側電源ラインとの間が直通状態になって貫通電流、すなわち過電流が流れる。この過電流によって、例えばインバータ回路に電力を供給する電力変換回路にも大きな電流が流れ、電力変換回路内で素子の破壊が発生する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機に逆止弁を設けることなく、ブレーキ制御に伴って発生する過電流等の問題をスイッチング素子に故障が発生した場合でも解消することが可能なモータ制御装置および空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、電気モータの電機子の複数相の電気コイルの各々と第１電源ラインとの間を相毎に接続する複数の高電位側スイッチング素子と、前記電気コイルの各々と第２電源ラインとの間を相毎に接続する複数の低電位側スイッチング素子とを、上アームまたは下アームとして有するスイッチング回路を含むモータ制御装置であって、所定の停止指令に従って、前記電気モータの駆動を停止すると共に、前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子を、複数相について同時にオンにするブレーキ制御を行う停止制御部と、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうち、一方に相当する第１アームを全相について同時にオンに制御し、他方の第２アームを全相について同時にオフに制御した状態で、前記第２アームの故障に起因する過電流の有無を識別し、前記過電流の発生を検知した場合には、前記第１アームおよび前記第２アームを全相についてオフに制御した後で、故障が発生した前記第２アーム内のスイッチング素子を複数相について同時にオン状態に制御して前記ブレーキ制御を行う故障検知制御部と、を備える。

また、上記のモータ制御装置を用いて空気調和機を構成する。
なお、本発明における上記以外の特徴的な構成については、実施の形態のなかで説明する。

本発明のモータ制御装置および空気調和機によれば、圧縮機に逆止弁を設けることなく、ブレーキ制御に伴って発生する過電流等の問題をスイッチング素子に故障が発生した場合でも解消することができる。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置の空気調和機用圧縮機駆動ユニットの構成例を示す電気回路図である。 上記実施形態に係るモータ制御装置の下アーム側スイッチング素子をオンにしてブレーキをかける状況における実質的な回路構成を表す電気回路図である。 上記実施形態に係るモータ制御装置のＶ相の上アーム側スイッチング素子に短絡の故障が生じた状況における実質的な回路構成を表す電気回路図である。 上記実施形態に係るモータ制御装置のＶ相の上アーム側スイッチング素子に短絡の故障が生じた状況でブレーキをかける際の実質的な回路構成を表す電気回路図である。 上記実施形態に係るモータ制御装置の１相の上アーム側スイッチング素子に短絡の故障が生じた状況でブレーキをかける際に上アームおよび下アームの各スイッチング素子の各々に印加する制御信号の例を示すタイムチャートである。 上記実施形態に係るモータ制御装置のブートストラップ回路の構成例を示す電気回路図である。 上記実施形態に係るモータ制御装置の故障の発生に対応したブレーキ開始時処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 図７に示した手順の変形例を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るモータ制御装置の空気調和機の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
＜装置の概要＞
図１は、本発明の実施形態における空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０の回路構成例を示す図である。本実施形態は、インバータ回路を用いて電気モータの駆動制御を行うモータ制御装置および空気調和機に適用した例である。特に圧縮機における電気モータの逆転防止のための技術に関する。
図１に示すように、空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０は、例えばルームエアコンのような空気調和機に用いられる圧縮機を駆動するために用いることができる。すなわち、この空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０は、圧縮機の駆動力を発生するための電気モータ１５を制御する装置である。

本実施形態では、電気モータ１５として３相の交流電動機を用いている。電気モータ１５の電機子には、Ｕ相−Ｖ相−Ｗ相の３相の電気コイル１５ｕ、１５ｖ、および１５ｗが備わっている。また、固定磁界を発生するために図示しない永久磁石も電気モータ１５に備わっている。

＜基本的な回路構成の説明＞
図１に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０は、コンバータ部１３、平滑コンデンサ１４、電力変換装置１１、電流センサ２０、および電気モータ１５を備える。また、電力変換装置１１は、電力変換回路１６および制御装置１７（停止制御部，故障検知制御部）を備える。電力変換回路１６は、電力変換主回路１６ａ、およびゲート・ドライバ１６ｂを備える。制御装置１７は、インバータ制御部１８、およびパルス制御部１９を備えている。

コンバータ部１３の入力には、商用交流電源のような交流電源１２から、例えばＡＣ２００［Ｖ］のような交流電力が供給される。コンバータ部１３は、交流電源１２から供給される交流電力を整流して直流電力を生成する。平滑コンデンサ１４は、大容量の電解コンデンサなどで構成されており、コンバータ部１３から出力される脈流状態の直流電力を平滑する機能を有している。

コンバータ部１３は、入力される交流電力の波形に同期して制御されるトランジスタのような複数のスイッチング素子（図示せず）を内蔵している。これらのスイッチング素子を交流波形に同期して制御することで交流の整流動作を行うことができる。また、精密なスイッチング制御を行うことにより、コンバータ部１３が出力する電圧を調整することもできるし、電圧の出力を停止することもできる。

電力変換装置１１は、インバータ、すなわち直流電力を交流電力に変換する機能を有している。電流センサ２０は、電気モータ１５の電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗに流れる電流の大きさを検知する。図１に示した構成においては、電流センサ２０は低電位側直流電源ライン２２の電流経路中に挿入された抵抗器であり、低電位側直流電源ライン２２に流れる電流により生じる抵抗器の電圧降下に基づいて、電流の大きさを計測することができる。

電力変換装置１１に内蔵されている制御装置１７は、電流センサ２０が検知した電気モータ１５の電流値、すなわち電流センサ２０が出力する電流検出信号３１に基づいて、電力変換回路１６のインバータ制御に必要なパルス信号１９Ａを生成する。このパルス信号１９Ａ、はＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。
制御装置１７は、所定の停止指令に従って、電気モータ１５の駆動を停止すると共に、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子を、複数相について同時にオンにするブレーキ制御を行う停止制御部としての機能を備える。
制御装置１７は、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のうち、一方に相当する第１アームを全相について同時にオンに制御し、他方の第２アームを全相について同時にオフに制御した状態で、第２アームの故障に起因する過電流の有無を識別し、過電流の発生を検知した場合には、第１アームおよび第２アームを全相についてオフに制御した後で、故障が発生した第２アーム内のスイッチング素子を複数相について同時にオン状態に制御してブレーキ制御を行う故障検知制御部としての機能を備える。

制御装置１７内のインバータ制御部１８は、マイクロコンピュータを主体とする制御用の電気回路であり、電気モータ１５に流れる電流に基づいて印加電圧指令１８Ａを算出する。また、インバータ制御部１８は、コンバータ制御信号３２を用いてコンバータ部１３を制御することができる。制御装置１７内のパルス制御部１９は、印加電圧指令１８Ａに従って、パルス信号１９Ａを生成する。このパルス信号１９Ａは、少なくとも６系統のスイッチング素子を個別にオンオフするための信号を含んでいる。

電力変換回路１６内の電力変換主回路１６ａは、電気モータ１５の各相の電気コイル１５ｕ、１５ｖ、および１５ｗに供給する電圧および電流を個別にスイッチングするために、３系統に分岐した回路支脈（レッグ：ｌｅｇ）２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗを備えている。

３系統の回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗの各々は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を備えている。上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５の各々は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などの半導体スイッチング素子により構成される。他のデバイスを採用することもできるが、以下においては、上アーム側スイッチング素子２４、および下アーム側スイッチング素子２５の各々がｎ型のＭＯＳＦＥＴで構成される場合を想定して説明する。

なお、図１においては省略してあるが、実際には各回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４のオンオフに必要な電圧を生成するブートストラップ回路が、各回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗの入力側に接続されている。このブートストラップ回路については後で説明する。

図１に示した構成において、回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗのいずれも、上アーム側スイッチング素子２４のドレイン端子は高電位側直流電源ライン２１と接続されている。また、上アーム側スイッチング素子２４のソース端子は、下アーム側スイッチング素子２５のドレイン端子、および電力変換主回路１６ａの１つの出力端子と接続されている。また、下アーム側スイッチング素子２５のソース端子は、低電位側直流電源ライン２２と接続されている。また、上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５の各ゲート端子は、ゲート・ドライバ１６ｂの出力端子とそれぞれ接続されている。

電力変換主回路１６ａの３つの出力端子のそれぞれは、３本の電線で構成されるモータ接続用配線２６を経由して、電気モータ１５の電気コイル１５ｕ、１５ｖ、および１５ｗの一端とそれぞれ接続されている。また、電気コイル１５ｕ、１５ｖ、および１５ｗの他端は互いに接続され、３相のコイル全体でスター型の接続状態を形成している。

例えば、回路支脈２３ｕにおいて、上アーム側スイッチング素子２４をオン（導通）に制御し、下アーム側スイッチング素子２５をオフ（非導通）に制御することで、高電位側直流電源ライン２１を上アーム側スイッチング素子２４およびモータ接続用配線２６を経由して、電気コイル１５ｕの一端と接続することができる。

また、回路支脈２３ｕにおいて、上アーム側スイッチング素子２４をオフに制御し、下アーム側スイッチング素子２５をオンに制御することで、電気コイル１５ｕの一端を、モータ接続用配線２６および下アーム側スイッチング素子２５を経由して、低電位側直流電源ライン２２と接続することができる。

同様に、回路支脈２３ｖの上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を制御することで、電気コイル１５ｖの一端を高電位側直流電源ライン２１または低電位側直流電源ライン２２と接続することができる。また、回路支脈２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を制御することで、電気コイル１５ｗの一端を高電位側直流電源ライン２１または低電位側直流電源ライン２２と接続することができる。

電力変換回路１６内のゲート・ドライバ１６ｂは、パルス制御部１９から出力されるパルス信号１９Ａに基づいて、電力変換主回路１６ａの各上アーム側スイッチング素子２４、および各下アーム側スイッチング素子２５のゲート端子に印加される各ゲート信号を生成する。このゲート信号により、上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５の各々を個別にオンオフ制御することができる。

＜インバータの基本的な動作の説明＞
図１に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０の電力変換回路１６、すなわちインバータの基本的な動作について以下に説明する。
（１）回路支脈２３ｕの上アーム側スイッチング素子２４と、回路支脈２３ｖの下アーム側スイッチング素子２５とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、コンバータ部１３が出力する直流電力に基づき、２相の電気コイル１５ｕ、１５ｖの直列回路に電流を流すことができる。

（２）回路支脈２３ｕの上アーム側スイッチング素子２４と、回路支脈２３ｗの下アーム側スイッチング素子２５とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、コンバータ部１３が出力する直流電力に基づき、２相の電気コイル１５ｕ、１５ｗの直列回路に電流を流すことができる。

（３）回路支脈２３ｖの上アーム側スイッチング素子２４と、回路支脈２３ｗの下アーム側スイッチング素子２５とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、コンバータ部１３が出力する直流電力に基づき、２相の電気コイル１５ｖ、１５ｗの直列回路に電流を流すことができる。

（４）回路支脈２３ｕの下アーム側スイッチング素子２５と、回路支脈２３ｖの上アーム側スイッチング素子２４とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、２相の電気コイル１５ｕ、１５ｖの直列回路に、上記（１）の場合と逆の方向に電流を流すことができる。

（５）回路支脈２３ｕの下アーム側スイッチング素子２５と、回路支脈２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、コンバータ部１３が出力する直流電力に基づき、２相の電気コイル１５ｕ、１５ｗの直列回路に、上記（２）の場合と逆の方向に電流を流すことができる。

（６）回路支脈２３ｖの下アーム側スイッチング素子２５と、回路支脈２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４とを同時にオンにして、他の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全てオフにする。これにより、コンバータ部１３が出力する直流電力に基づき、２相の電気コイル１５ｖ、１５ｗの直列回路に、上記（３）の場合と逆の方向に電流を流すことができる。

したがって、制御装置１７は、例えば上記（１）〜（６）のいずれかの状態を順番に選択し、電気モータ１５の通電状態を周期的に切り替えることにより、電気モータ１５の駆動状態、すなわち回転速度、回転方向などを制御することができる。また、各上アーム側スイッチング素子２４および各下アーム側スイッチング素子２５のゲート端子に印加する制御信号にパルス信号を用いて、各電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの通電時間をＰＷＭ制御することにより、電気モータ１５の駆動電力を調整できる。

＜ブレーキ制御が必要な理由＞
図１に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０を用いて電気モータ１５で空気調和機の圧縮機を駆動する場合には、以下に説明するような問題が生じる可能性がある。

制御装置１７が所定の停止指令に従って圧縮機を通常運転状態から停止状態に移行する際には、通常は電気モータ１５および圧縮機の回転速度をある程度減速してからインバータの出力を停止する。この場合、インバータ出力の停止後に電気モータ１５は順方向に惰性で回転しながら自然に減速し、ある程度の時間が経過すると回転速度がゼロになる。

一方、上記のような停止時には、圧縮機の吐出側の圧力が吸い込み側の圧力より高く、圧力差が大きくなっているためその圧力バランスが平衡になろうとして冷媒が逆流して圧縮機が逆回転してしまう。この時、圧縮機の電気モータ１５が逆回転するため、圧縮機から異音が発生したり、逆回転による回生電流が発生してしまう。

このような電気モータ１５の逆回転動作を防止するために、圧縮機の吐出側あるいは吸い込み側に逆止弁を設ける場合がある。この逆止弁により、冷媒の逆流が防止され、圧縮機の電気モータ１５の逆回転が生じなくなるので、特別な制御は不要である。しかし、逆止弁を設けると、冷媒流路の阻害による性能の低下、逆止弁設置スペースの確保による吐出形状と吸い込み形状の制約、部品点数が増えることによるコストアップ、等の問題がある。したがって、逆止弁を設けなくても、電気モータ１５の逆回転を防止できることが重要になる。

＜逆止弁がない圧縮機の電気モータ１５を停止する場合の制動動作の例＞
電気モータ１５の駆動に用いる電力変換装置１１を利用して、電気モータ１５に制動をかけることにより、圧縮機に逆止弁が存在しない場合であっても、停止時の逆回転を防止できる。

具体的には、電気モータ１５の停止時に、電力変換主回路１６ａにおいて、例えば３つの回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗの全ての下アーム側スイッチング素子２５を同時に連続してオン状態に制御し、全ての上アーム側スイッチング素子２４はオフに制御する。この場合の空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０の実質的な構成を図２に示す。すなわち、図２に示すように全相の上アーム側スイッチング素子２４は存在しない場合と同様であり、全相の下アーム側スイッチング素子２５が同時に導通状態になる。

この状態では、オン状態になった３個の下アーム側スイッチング素子２５を介して、電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路が短絡される。したがって、電気モータ１５の回転速度がゼロになった後、圧縮機の影響で瞬間的に逆回転方向の力が電気モータ１５の駆動軸に加わると、短絡された電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路に発生する誘起電圧により流れる電流によって、逆回転を阻止する方向のブレーキトルクが電気モータ１５に発生する。したがって、電気モータ１５の逆回転が抑制される。この動作をここでは「ブレーキ制御」と称する。

あるいは、上記「ブレーキ制御」として、電気モータ１５の停止時に、電力変換主回路１６ａにおいて、３つの回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３ｗの全ての上アーム側スイッチング素子２４を同時に連続してオン状態に制御し、全ての下アーム側スイッチング素子２５はオフに制御する。これにより、オン状態になった３個の上アーム側スイッチング素子２４を介して、電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗが短絡される。

この場合も、上記と同様に、電気モータ１５の回転速度がゼロになった後、圧縮機の影響で瞬間的に逆回転方向の力が電気モータ１５の駆動軸に加わると、短絡された電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路に発生する誘起電圧により流れる電流により、逆回転を阻止する方向のブレーキトルクが電気モータ１５に発生する。したがって、電気モータ１５の逆回転が抑制される。

＜「ブレーキ制御」を行う場合の課題＞
半導体などの各種部品には故障が発生する場合がある。例えば、図１に示した電力変換主回路１６ａ内の各上アーム側スイッチング素子２４や、各下アーム側スイッチング素子２５などの半導体デバイスには、オン状態に固定されオフに変化しなくなる「短絡の故障」が生じたり、オフ状態に固定されオンに変化しなくなる「開放の故障」が生じる可能性がある。

空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０において、Ｖ相の上アーム側スイッチング素子２４に「短絡の故障」が生じた状況における実質的な回路構成を図３に示す。つまり、図３に示すように回路支脈２３ｖにおいて上アーム側スイッチング素子２４のドレイン−ソース端子間が常時短絡状態であるので、回路支脈２３ｖの下アーム側スイッチング素子２５のドレイン端子が高電位側直流電源ライン２１と直結されている状態になる。

図３に示した故障状態において、「ブレーキ制御」を行う場合を想定する。例えば、全相の回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗに備わっている下アーム側スイッチング素子２５を同時にオンにしてブレーキをかける場合には、Ｖ相の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５の両方が同時に短絡状態になる。したがって、高電位側直流電源ライン２１と低電位側直流電源ライン２２の間が下アーム側スイッチング素子２５を介して直結され、これらの間を貫通する貫通電流、すなわち非常に大きな過電流が流れる。

この過電流により、例えば電気モータ１５における永久磁石の磁力低下（減磁）、コンバータ部１３内における部品の破壊、圧縮機振動などの問題が発生する可能性がある。したがって、貫通電流の発生を防止する必要があり、かつ、このような故障の場合であってもブレーキ機能が働くことが望ましい場合もある。

＜故障発生時の「ブレーキ制御」の概要＞
そこで、制御装置１７は、「ブレーキ制御」を行った際にスイッチング素子の故障に起因すると考えられる非常に大きな過電流を検出した場合には、ブレーキ制御の動作を一旦停止させた後、次のように制御する。すなわち、故障により短絡しているスイッチング素子を検出し、故障したスイッチング素子と同じアーム側で、短絡していない複数のスイッチング素子を同時にオン状態に制御してブレーキをかける。

Ｖ相の上アーム側スイッチング素子２４に短絡の故障が生じた状況でブレーキをかける際の実質的な回路構成を図４に示す。図４に示した状況は、全相、すなわち回路支脈２３ｕ、２３ｖ、および２３のｗ全ての下アーム側スイッチング素子２５をオフにして、故障しているＶ相以外の複数の回路支脈２３ｕ、２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４を同時にオン状態にする場合を想定している。

図４に示した状況においては、回路支脈２３ｕ、２３ｗの２つの上アーム側スイッチング素子２４を経由して、電気コイル１５ｕ、１５ｗの直列回路が短絡される。したがって、電気モータ１５の逆回転時に電気コイル１５ｕ、１５ｗに発生する回生電流を短絡し、ブレーキトルクを発生させることができる。また、実際には故障しているＶ相の上アーム側スイッチング素子２４が短絡状態であるので、電気コイル１５ｖを含む回路も短絡することができ、より大きなブレーキトルクが発生する。

また、Ｕ相、Ｗ相のいずれかの上アーム側スイッチング素子２４に「短絡の故障」が発生した場合にも、上記と同様に特別な「ブレーキ制御」を行うことができる。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかの下アーム側スイッチング素子２５に「短絡の故障」が発生した場合にも、上記と同様に特別な「ブレーキ制御」を行うことができる。具体的な制御の内容については後述する。

＜ブートストラップ回路の制御＞
１相の上アーム側スイッチング素子２４に短絡の故障が生じた状況でブレーキをかける際に上アームおよび下アームの各スイッチング素子の各々に印加する制御信号の例を図５に示す。図５において、横軸は時間ｔを表し、縦軸は信号のレベル「１」、「０」を表す。信号のレベル「１」は該当するスイッチング素子のオン（導通）に対応し、信号のレベル「０」は該当するスイッチング素子のオフ（非導通）に対応する。また、ブートストラップ回路４０の構成例を図６に示す。

図１に示した電力変換主回路１６ａのような構成においては、各回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗの上アーム側スイッチング素子２４のゲート端子に印加する電圧をソース端子よりも十分に高くする必要がある。特に、下アーム側スイッチング素子２５がオフの時には上アーム側スイッチング素子２４のソース端子の電位が高電位側直流電源ライン２１と同等になるので、電源よりも高い電位を生成するために特別な工夫が必要になる。そこでブートストラップ回路４０を利用する。

しかし、前記「ブレーキ制御」を行う際に、下アーム側スイッチング素子２５を長い時間にわたってオフ状態に維持すると、ブートストラップ回路４０内の電解コンデンサ４３を充電することができず、ブートストラップ回路４０が機能しなくなる。

そこで、前記「ブレーキ制御」を行う際に、複数相の上アーム側スイッチング素子２４を同時にオンにする場合には、制御装置１７は、例えば図５に示したような上アーム制御信号ＳＧＵ、および下アーム制御信号ＳＧＬが、それぞれ上アーム側スイッチング素子２４、および下アーム側スイッチング素子２５のゲート端子に印加されるように制御する。

つまり、上アーム制御信号ＳＧＵを用いて、上アーム側スイッチング素子２４が一定の周期Ｔ０でオン状態とオフ状態とを交互に繰り返すように制御する。そして、信号レベル「１」、「０」が上アーム制御信号ＳＧＵと反対の下アーム制御信号ＳＧＬを用いて、上アーム側スイッチング素子２４がオフの時に下アーム側スイッチング素子２５をオンにする。上アーム側スイッチング素子２４がオンの時には下アーム側スイッチング素子２５をオフにする。下アーム側スイッチング素子２５がオンになる区間Ｔ１で、ブートストラップ回路４０内の電解コンデンサ４３を充電することができる。

図６に示したブートストラップ回路４０は、ダイオード４１、抵抗器４２、および電解コンデンサ４３を備えている。なお、図６に示した構成において、駆動回路４４および４５は図１に示したゲート・ドライバ１６ｂの一部分に相当し、直流電源４６はコンバータ部１３および平滑コンデンサ１４に相当する。

図６に示すように、各回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗにおいて、上アーム側スイッチング素子２４のドレイン端子２４ｄは高電位側直流電源ライン２１と接続され、下アーム側スイッチング素子２５のソース端子２５ｓは低電位側直流電源ライン２２と接続されている。また、上アーム側スイッチング素子２４のソース端子２４ｓと下アーム側スイッチング素子２５のドレイン端子２５ｄとが接続されている。また、上アーム側スイッチング素子２４のゲート端子２４ｇおよび下アーム側スイッチング素子２５のゲート端子２５ｇは、それぞれ駆動回路４４および４５の出力と接続されている。

ブートストラップ回路４０内の電解コンデンサ４３は、「＋」印で示す正極側の端子がダイオード４１および抵抗器４２の直列回路を経由して高電位側直流電源ライン２１と接続されている。また、電解コンデンサ４３の負極側の端子は上アーム側スイッチング素子２４のソース端子２４ｓおよび下アーム側スイッチング素子２５のドレイン端子２５ｄと接続されている。

したがって、下アーム側スイッチング素子２５がオンになると、ダイオード４１、抵抗器４２、および下アーム側スイッチング素子２５を介して、直流電源４６の電源電圧により電解コンデンサ４３が充電される。

一方、下アーム側スイッチング素子２５がオフになり上アーム側スイッチング素子２４がオンになる場合には、上アーム側スイッチング素子２４のソース端子２４ｓが高電位側直流電源ライン２１と同等の高い電位になる。したがって、その場合は高電位側直流電源ライン２１よりも高い電位を上アーム側スイッチング素子２４のゲート端子２４ｇに印加しないと、上アーム側スイッチング素子２４をオンに制御できない。

しかし、電解コンデンサ４３が十分に充電されている場合には、直流電源４６の出力電圧と同等の電解コンデンサ４３の端子間電圧をソース端子２４ｓの電圧に加算した結果が駆動回路４４の入力に印加されるので、駆動回路４４は上アーム側スイッチング素子２４のオンオフを制御するための高いゲート電位を生成できる。

ただし、前記「ブレーキ制御」によって下アーム側スイッチング素子２５がオフの状態が長く継続すると、電解コンデンサ４３を充電できないので、ブートストラップ回路４０の機能が停止して、上アーム側スイッチング素子２４を制御できなくなる。そこで、「ブレーキ制御」を実行している場合であっても、図５に示した下アーム制御信号ＳＧＬを用いて下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に周期的に切り替えることにより、ブートストラップ回路４０の機能を維持できる。また、上アーム側スイッチング素子２４がオフのタイミングでのみ下アーム側スイッチング素子２５をオンにするので、貫通電流の発生を防止できる。

一方、前記「ブレーキ制御」によって、複数の上アーム側スイッチング素子２４が同時にオンになり、電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路が短絡されてこの回路に電流が流れている状態で、状態が急激に変化すると非常に大きな過電流が流れる可能性がある。このような過電流により、電気モータ１５の永久磁石に減磁の影響が生じる虞がある。そこで、制御装置１７は永久磁石に減磁が生じないように、電気モータ１５の電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路に流れる電流の増大を抑制する。

具体的には、図５中に示した区間Ｔ２のように、下アーム制御信号ＳＧＬによって下アーム側スイッチング素子２５がオンになる時間の長さを短く制限するか、あるいは各区間Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２の長さの比率「Ｔ２／Ｔ０」または「Ｔ２／Ｔ１」を小さく制限する。これにより、過電流の発生を防止し、電気モータ１５における永久磁石の減磁を避けることができる。

＜ブレーキ開始時処理の手順＞
故障の発生に対応したブレーキ開始時処理の具体的な手順の例を図７に示す。すなわち、全相の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオンにして電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路を短絡し、前述の「ブレーキ制御」を行う場合に、いずれか１つの上アーム側スイッチング素子２４に「短絡の故障」が生じている状況でも、制御装置１７が図７に示した手順で処理を実行することにより、適切なブレーキ制御を実現できる。

図７のステップＳ５１では、ブレーキ開始条件が成立したか否かを制御装置１７が識別し、成立した場合は次のステップＳ５２に進む。例えば、ルームエアコンに対するユーザのボタン操作に対応して、圧縮機の運転を停止するための停止指令が制御装置１７の内部で発生した場合には、圧縮機の回転速度を低下させるための減速運転を行い、圧縮機の回転速度が所定以下に低下した後で、制御装置１７がブレーキ開始条件の成立を認識し、ステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、負荷が小さくなってコンバータ部１３の出力電圧が異常に上昇するのを防止するために、ブレーキ制御を開始する前に、制御装置１７がコンバータ制御信号３２を制御してコンバータ部１３の動作を停止する。

ステップＳ５３では、制御装置１７が電流検出信号３１を利用して、電気モータ１５に流れる電流の電流値ｉ#motを計測する。制御装置１７は電流値ｉ#motの計測を繰り返し行い、常時最新の値を取得して現在の状態を把握する。

ステップＳ５４では、制御装置１７が通常時の「ブレーキ制御」を開始する。すなわち、回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗの全相の上アーム側スイッチング素子２４をオフ状態に制御し、全相の下アーム側スイッチング素子２５をオン状態に制御する。

なお、この「ブレーキ制御」において、必ずしも連続的に全相の下アーム側スイッチング素子２５をオンにする必要はない。例えば、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて、下アーム側スイッチング素子２５がオンオフを交互に繰り返すように周期的に制御することもできる。この制御により、ブートストラップ回路４０が機能しなくなるのを防止できるし、発生するブレーキトルクを調整することも可能になる。

ステップＳ５５では、制御装置１７が検出した電気モータ１５の最新の電流値ｉ#motを予め定めた閾値ｉｂ#maxと比較して、全相の上アーム側スイッチング素子２４が正常か否かを識別する。比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は正常なので次にステップＳ５６に進む。この場合の「正常」は、「短絡の故障」状態の上アーム側スイッチング素子２４が存在しないことを意味する。ステップＳ５５の比較結果が「ＮＧ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たさない場合は異常なので次にステップＳ５７に進む。この場合は、過電流を阻止するために直ちに全ての相の上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５をオフにする。

ステップＳ５６では、制御装置１７は「故障なし」を認識し、ステップＳ５４で開始したブレーキ制御をそのまま継続する。
ステップＳ５７に進む場合には、回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗのいずれか１つまたは複数の上アーム側スイッチング素子２４に「短絡の故障」が発生していることが想定される。したがって、回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗのいずれの相の上アーム側スイッチング素子２４が故障しているのかを特定するために、ステップＳ５７以降の処理を実行する。

ステップＳ５７では、制御装置１７は、いずれか１つの上アーム側スイッチング素子２４が故障していることを認識し、次の動作を行う。まず、Ｕ相およびＶ相の下アーム側スイッチング素子２５をオンに制御する。また、Ｗ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフにする。

上記ステップＳ５７を実行した後で、制御装置１７は最新の電流値ｉ#motを計測して取得し、この電流値ｉ#motを次のステップＳ５８で閾値ｉｂ#maxと比較する。ステップＳ５８の比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は、少なくともＵ相、Ｖ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４は正常、すなわち短絡していないとみなし、ステップＳ５９に進む。

ステップＳ５８の比較結果が「ＮＧ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たさない場合は、Ｕ相、Ｖ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４の中に「短絡の故障」状態のものが含まれているので、正常な複数の上アーム側スイッチング素子２４を探索するためにステップＳ６０に進む。

ステップＳ５９では、制御装置１７は、ステップＳ５８で正常であることが認識されたＵ相、Ｖ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の下アーム側スイッチング素子２５をオフ状態に制御し、Ｕ相、Ｖ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を同時にオン状態に制御し、Ｗ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフに制御する。

なお、この場合はＷ相の上アーム側スイッチング素子２４は故障しているので、必ずしもＷ相の上アーム側スイッチング素子２４をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ５９の制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

ステップＳ６０では、制御装置１７は、Ｖ相およびＷ相の下アーム側スイッチング素子２５をオンに制御する。また、Ｕ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフにする。このステップＳ６０を実行した後で、制御装置１７は最新の電流値ｉ#motを計測して取得し、この電流値ｉ#motを次のステップＳ６１で閾値ｉｂ#maxと比較する。ステップＳ６１の比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は、少なくともＶ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４は正常、すなわち短絡していないとみなし、ステップＳ６２に進む。

ステップＳ６１の比較結果が「ＮＧ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たさない場合は、Ｖ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４の中に「短絡の故障」状態のものが含まれているので、正常な複数の上アーム側スイッチング素子２４を探索するために更にステップＳ６３に進む。

ステップＳ６２では、制御装置１７は、ステップＳ６１で正常であることが認識されたＶ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の下アーム側スイッチング素子２５をオフ状態に制御し、Ｖ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を同時にオン状態に制御し、Ｕ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフに制御する。

なお、この場合はＵ相の上アーム側スイッチング素子２４は故障しているので、必ずしもＵ相の上アーム側スイッチング素子２４をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ６２の制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

ステップＳ６３では、制御装置１７は、Ｕ相およびＷ相の下アーム側スイッチング素子２５をオンに制御する。また、Ｖ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフにする。このステップＳ６３を実行した後で、制御装置１７は最新の電流値ｉ#motを計測して取得し、この電流値ｉ#motを次のステップＳ６４で閾値ｉｂ#maxと比較する。ステップＳ６４の比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は、少なくともＵ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４は正常、すなわち短絡していないとみなし、ステップＳ６５に進む。

ステップＳ６４の比較結果が「ＮＧ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たさない場合は、正常な複数の上アーム側スイッチング素子２４が見つからないので、次のステップＳ６６に進み、ブレーキ制御を中止する。つまり、制御装置１７はステップＳ６６で全相の上アーム側スイッチング素子２４および全相の下アーム側スイッチング素子２５をオフ状態に制御する。

ステップＳ６５では、制御装置１７は、ステップＳ６４で正常であることが認識されたＵ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の下アーム側スイッチング素子２５をオフ状態に制御し、Ｕ相、Ｗ相の２相の上アーム側スイッチング素子２４を同時にオン状態に制御し、Ｖ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフに制御する。

なお、この場合はＶ相の上アーム側スイッチング素子２４は故障しているので、必ずしもＶ相の上アーム側スイッチング素子２４をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ６５の制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

また、図７に示したブレーキ開始時処理においては、制御装置１７がステップＳ５５で上アームにおける故障の発生を認識した場合に、ブレーキ制御に利用可能な２つのスイッチング素子をステップＳ５７以降で上アームの中から探索しているが、この探索を省略してもよい。例えば、ステップＳ５５で「ＮＧ」の場合には、直ちにステップＳ６６に進んでブレーキ制御を中止してもよい。

＜ブレーキ開始時処理の変形例＞
図７に示した手順の変形例を図８に示す。すなわち、全相の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオンにして電気コイル１５ｕ、１５ｖ、１５ｗの回路を短絡し、前述の「ブレーキ制御」を行う場合に、いずれか１つの上アーム側スイッチング素子２４に「短絡の故障」が生じている状況でも、制御装置１７が図８に示した手順で処理を実行することにより、適切なブレーキ制御を実現できる。

なお、図８に示した手順において、各ステップＳ５４Ｂ、Ｓ５６Ｂ、Ｓ５７Ｂ、Ｓ５９Ｂ、Ｓ６０Ｂ、Ｓ６２Ｂ、Ｓ６３Ｂ、Ｓ６５Ｂ以外は図７に示した処理と同一である。図８中で図７と異なる上記各処理ステップについて以下に説明する。

ステップＳ５４Ｂでは、制御装置１７が通常時の「ブレーキ制御」を開始する。すなわち、回路支脈２３ｕ、２３ｖ、２３ｗの全相の下アーム側スイッチング素子２５をオフ状態に制御し、全相の上アーム側スイッチング素子２４をオン状態に制御する。

なお、この「ブレーキ制御」において、必ずしも連続的に全相の上アーム側スイッチング素子２４をオンにする必要はない。例えば、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて、下アーム側スイッチング素子２５がオンオフを交互に繰り返すように周期的に制御することもできる。この制御により、ブートストラップ回路４０が機能しなくなるのを防止できるし、発生するブレーキトルクを調整することも可能になる。

ステップＳ５６Ｂでは、制御装置１７は「故障なし」を認識し、ステップＳ５４Ｂで開始したブレーキ制御をそのまま継続する。
ステップＳ５７Ｂでは、制御装置１７は、いずれか１つの下アーム側スイッチング素子２５が故障していることを認識し、次の動作を行う。まず、Ｕ相およびＶ相の上アーム側スイッチング素子２４をオンに制御する。また、Ｗ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフにする。

ステップＳ５９Ｂでは、制御装置１７は、ステップＳ５８で正常であることが認識されたＵ相、Ｖ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の上アーム側スイッチング素子２４をオフ状態に制御し、Ｕ相、Ｖ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオン状態に制御し、Ｗ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフに制御する。

なお、この場合はＷ相の下アーム側スイッチング素子２５は故障しているので、必ずしもＷ相の下アーム側スイッチング素子２５をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ５９Ｂの制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

ステップＳ６０Ｂでは、制御装置１７は、Ｖ相およびＷ相の上アーム側スイッチング素子２４をオンに制御する。また、Ｕ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフにする。このステップＳ６０Ｂを実行した後で、制御装置１７は最新の電流値ｉ#motを計測して取得し、この電流値ｉ#motを次のステップＳ６１で閾値ｉｂ#maxと比較する。ステップＳ６１の比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は、少なくともＶ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５は正常、すなわち短絡していないとみなし、ステップＳ６２Ｂに進む。

ステップＳ６２Ｂでは、制御装置１７は、ステップＳ６１で正常であることが認識されたＶ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の上アーム側スイッチング素子２４をオフ状態に制御し、Ｖ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオン状態に制御し、Ｕ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフに制御する。

なお、この場合はＵ相の下アーム側スイッチング素子２５は故障しているので、必ずしもＵ相の下アーム側スイッチング素子２５をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ６２Ｂの制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

ステップＳ６３Ｂでは、制御装置１７は、Ｕ相およびＷ相の上アーム側スイッチング素子２４をオンに制御する。また、Ｖ相の上アーム側スイッチング素子２４はオフにする。このステップＳ６３Ｂを実行した後で、制御装置１７は最新の電流値ｉ#motを計測して取得し、この電流値ｉ#motを次のステップＳ６４で閾値ｉｂ#maxと比較する。ステップＳ６４の比較結果が「ＯＫ」、すなわち「ｉ#mot≦ｉｂ#max」の条件を満たす場合は、少なくともＵ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５は正常、すなわち短絡していないとみなし、ステップＳ６５Ｂに進む。

ステップＳ６５Ｂでは、制御装置１７は、ステップＳ６４で正常であることが認識されたＵ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を利用して、ブレーキ制御を開始する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の全相の上アーム側スイッチング素子２４をオフ状態に制御し、Ｕ相、Ｗ相の２相の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオン状態に制御し、Ｖ相の下アーム側スイッチング素子２５はオフに制御する。

なお、この場合はＶ相の下アーム側スイッチング素子２５は故障しているので、必ずしもＶ相の下アーム側スイッチング素子２５をオフに制御する必要はない。また、ステップＳ６５Ｂの制御においても、図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５のオンオフを交互に繰り返すことができる。

また、図８に示したブレーキ開始時処理においては、制御装置１７がステップＳ５５で下アームにおける故障の発生を認識した場合に、ブレーキ制御に利用可能な２つのスイッチング素子をステップＳ５７以降で下アームの中から探索しているが、この探索を省略してもよい。例えば、ステップＳ５５で「ＮＧ」の場合には、直ちにステップＳ６６に進んでブレーキ制御を中止してもよい。

＜空気調和機の構成例＞
空気調和機２００の構成例を図９に示す。図９に示した空気調和機２００は、２つの熱交換器２０１、２０２、２つのファン２０３、２０４、圧縮機２０５、配管２０６、三相同期モータ１３０、およびモータ制御装置１００を備えている。

モータ制御装置１００は、図１に示した空気調和機用圧縮機駆動ユニット１０と同様に、交流電源を直流に変換するコンバータ部１３の機能や、インバータとして動作する電力変換装置１１の機能を内蔵している。したがって、モータ制御装置１００は三相同期モータ１３０や、ファン２０３、２０４を駆動するモータを制御することができる。

また、モータ制御装置１００は図１に示した制御装置１７を内蔵しているので、三相同期モータ１３０が駆動する圧縮機２０５の運転を停止する際に、図７および図８に示したようなブレーキ開始時処理を行うことができる。

したがって、圧縮機２０５または配管２０６に逆止弁を備えていない場合であっても、圧縮機２０５の運転停止時に発生する圧力差の影響で三相同期モータ１３０が逆転するのを前記ブレーキ制御により防止できる。しかも、いずれか１相の上アーム側スイッチング素子２４または下アーム側スイッチング素子２５が故障している場合であっても、ブレーキ制御を行うことができる。また、故障したスイッチング素子と故障していないスイッチング素子とを区別することができる。

＜モータ制御装置の利点＞
（１）図１に示した制御装置１７は、所定の停止指令に従って、前記電気モータの駆動を停止すると共に、例えば図７のステップＳ５４で上アーム側スイッチング素子２４または下アーム側スイッチング素子２５を複数相について同時にオンにするブレーキ制御を行う。また、このブレーキ制御を行っている時にステップＳ５５で上アーム側スイッチング素子２４または下アーム側スイッチング素子２５の故障に起因する過電流の有無を識別し、前記過電流の発生を検知した場合には、ステップＳ５９、Ｓ６２、またはＳ６５において、故障が発生したアーム内で、正常なスイッチング素子を複数相について同時にオン状態に制御して前記ブレーキ制御を行う。したがって、１個のスイッチング素子が故障した場合であっても、ブレーキ制御を実行することができ、圧縮機の停止時に電気モータ１５の逆回転を抑制できる。
圧縮機２０５に逆止弁を設けることなくインバータの制御により電気モータの逆回転を抑制できる。しかも、インバータ回路を構成する１つのスイッチング素子に故障が発生した場合であっても、ブレーキ制御の際に過電流を検知した場合には特別な制御を行うので、過電流が継続的に流れるのを防止して故障の拡大を避けることができる。

（２）また、図１に示した制御装置１７は、複数の上アーム側スイッチング素子２４をオンにしてブレーキ制御を行う際に、ブートストラップ回路４０が所定の機能を果たすように、例えば図５に示した上アーム制御信号ＳＧＵおよび下アーム制御信号ＳＧＬを用いて複数の上アーム側スイッチング素子２４をオンにする動作とオフにする動作とを周期的に交互に繰り返す。また、複数の上アーム側スイッチング素子２４がオフ状態の時に、複数の下アーム側スイッチング素子２５をオンに制御する。したがって、ブレーキ制御を行う区間においても、上アーム側スイッチング素子２４に対して十分に高い制御電圧を印加することができ、誤動作の発生を防止できる。

（３）また、図１に示した制御装置１７は、複数の下アーム側スイッチング素子２５を同時にオンにする際に、電気モータ１５の電気コイルに流れる電流を電気モータ１５の永久磁石の劣化の要因にならない所定電流以下に制限するように、オン状態が継続する時間の長さまたはオンオフの比率を制限する。したがって、ブレーキ制御を行う際に、電気コイルに過大な電流が流れるのを防止して、電気モータ１５の永久磁石の減磁を避けることができる。

（４）また、図１に示した制御装置１７は、短絡の故障が発生している上アーム側スイッチング素子２４または下アーム側スイッチング素子２５が存在する場合に、例えば図７に示したステップＳ５７〜Ｓ６４の処理を実行することにより、ブレーキ制御に利用可能な複数の正常な上アーム側スイッチング素子２４または下アーム側スイッチング素子２５の組み合わせを特定する。したがって、１個のスイッチング素子が故障した場合であっても、ブレーキ制御を行うことができ、圧縮機の停止時に電気モータ１５の逆回転を抑制できる。

（５）また、図１に示した制御装置１７は、ブレーキ制御を行う場合に、上アームまたは下アームの故障に起因する過電流の発生を検知した場合には、例えば図７のステップＳ６６で、上アーム側スイッチング素子２４および下アーム側スイッチング素子２５を全相についてオフ状態に制御する。これにより、高電位側直流電源ライン２１と低電位側直流電源ライン２２との間が短絡して貫通電流が流れるのを阻止できる。

（６）また、図１に示した制御装置１７は、ブレーキ制御を開始する前に、例えば図７のステップＳ５２でインバータに直流電力を供給するコンバータ部１３の動作を停止する。これにより、コンバータ部１３の負荷が小さくなって出力電圧が異常に上昇するのを避けることができ、故障の発生を未然に防止できる。

（７）また、図１に示した制御装置１７を有するモータ制御装置を用いて空気調和機２００を構成する場合には、逆止弁を設けなくても圧力差による電気モータ１５の逆回転を防止できる。しかも、故障したスイッチング素子が存在する場合であっても、故障していない残りのスイッチング素子を利用してブレーキ制御を行うことができる。

１０ 空気調和機用圧縮機駆動ユニット
１１ 電力変換装置
１２ 交流電源
１３ コンバータ部
１４ 平滑コンデンサ
１５ 電気モータ
１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ 電気コイル
１６ 電力変換回路
１６ａ 電力変換主回路
１６ｂ ゲート・ドライバ
１７ 制御装置（停止制御部，故障検知制御部）
１８ インバータ制御部
１８Ａ 印加電圧指令
１９ パルス制御部
１９Ａ パルス信号
２０ 電流センサ
２１ 高電位側直流電源ライン
２２ 低電位側直流電源ライン
２３ｕ，２３ｖ，２３ｗ 回路支脈（ｌｅｇ）
２４ 上アーム側スイッチング素子
２５ 下アーム側スイッチング素子
２６ モータ接続用配線
３１ 電流検出信号
３２ コンバータ制御信号
４０ ブートストラップ回路
４１ ダイオード
４２ 抵抗器
４３ 電解コンデンサ
４４，４５ 駆動回路
４６ 直流電源
１００ モータ制御装置
１３０ モータ
２００ 空気調和機
２０１，２０２ 熱交換器
２０３，２０４ ファン
２０５ 圧縮機
２０６ 配管

Claims (7)

1. 電気モータの電機子の複数相の電気コイルの各々と第１電源ラインとの間を相毎に接続する複数の高電位側スイッチング素子と、前記電気コイルの各々と第２電源ラインとの間を相毎に接続する複数の低電位側スイッチング素子とを、上アームまたは下アームとして有するスイッチング回路を含むモータ制御装置であって、
   所定の停止指令に従って、前記電気モータの駆動を停止すると共に、前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子を、複数相について同時にオンにするブレーキ制御を行う停止制御部と、
   前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうち、一方に相当する第１アームを全相について同時にオンに制御し、他方の第２アームを全相について同時にオフに制御した状態で、前記第２アームの故障に起因する過電流の有無を識別し、前記過電流の発生を検知した場合には、前記第１アームおよび前記第２アームを全相についてオフに制御した後で、故障が発生した前記第２アーム内のスイッチング素子を複数相について同時にオン状態に制御して前記ブレーキ制御を行う故障検知制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記停止制御部または前記故障検知制御部が、前記複数の高電位側スイッチング素子をオンにして前記ブレーキ制御を行う際に、前記高電位側スイッチング素子の制御に必要な電圧を生成するブートストラップ回路が所定の機能を果たすように、前記複数の高電位側スイッチング素子をオンにする動作とオフにする動作とを周期的に交互に繰り返し、前記複数の高電位側スイッチング素子がオフ状態の時に、前記複数の低電位側スイッチング素子をオンに制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記停止制御部または前記故障検知制御部が、前記複数の低電位側スイッチング素子を同時にオンにする際に、前記電気コイルに流れる電流を前記電気モータの永久磁石の劣化の要因にならない所定電流以下に制限するように、前記オン状態が継続する時間の長さまたはオンオフの比率を制限する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記故障検知制御部は、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうち、一方に相当する第１アームを全相について同時にオンに制御し、他方の第２アームを全相について同時にオフに制御した状態で、前記第２アームの故障に起因する前記過電流の発生を検知した場合に、前記第１アームに含まれる全相のスイッチング素子の中から、順次に選択した２相のスイッチング素子の組み合わせのそれぞれについて、前記２相のスイッチング素子を同時にオンにして、過電流が発生しない２相のスイッチング素子の組み合わせを特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記故障検知制御部は、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のうち、一方に相当する第１アームを全相について同時にオンに制御し、他方の第２アームを全相について同時にオフに制御した状態で、前記第２アームの故障に起因する前記過電流の発生を検知した場合には、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子を全相についてオフ状態に制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記停止制御部または前記故障検知制御部は、前記ブレーキ制御を開始する前に、前記スイッチング回路に電力を供給する直流電源装置の動作を停止する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備える
   ことを特徴とする空気調和機。

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