JP7049521B2 - 電動機駆動装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動機の固定子巻線の結線状態を切替えることができる電動機駆動装置および冷凍サイクル装置に関する。
電動機が備える固定子巻線の結線状態を切替え可能な電動機駆動装置としては、コイルを用いたリレーによってスター結線とデルタ結線との切替えを可能にしたものがある。例えば、空気調和機の圧縮機用の電動機駆動装置は、年間消費電力に対する寄与度が高い低負荷条件の場合はスター結線の状態で電動機を駆動し、高負荷条件の場合はデルタ結線の状態で電動機を駆動することが望ましい。このようにすることで、低負荷条件における駆動効率を向上でき、高負荷条件での高出力化も可能となる。
結線状態を切替える際には、瞬時的に大きな電流が発生し制御回路の故障の原因となるので、結線状態を切替える際に発生する電流を抑制することが望まれる。特許文献１に記載の電動機は、第１コイル部、第２コイル部、およびスイッチング素子を用いることによって、スター結線とデルタ結線とを切替えるとともに、結線状態を切替えるタイミングで予備負荷を用いることにより、切替え時の瞬時的な大電流の発生を抑制している。
特開２０１６－８６５８７号公報
しかしながら、上記特許文献１の技術では、切替え回路上の複数のコイルに同時に電流を流した場合であっても、各リレーが備える接点板の製造ばらつきが原因で、接点板の作動順序にばらつきが生じる。接点板の作動順序は、各接点板の製造ばらつきによって決まるので、接点板の作動順序は結線状態を切替えるたびに同じものとなり、接点板の相互間にアーク放電を発生させるリレーも特定のリレーに集中する。このため、接点間溶着などの部品故障が発生する可能性が高くなるのが特定のリレーに偏り、電動機駆動装置の寿命が短くなるという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、故障が発生する可能性が高くなるのが特定のリレーに偏ることを抑制して、リレー全体の寿命を延ばす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、本発明は、電動機を駆動するとともに電動機が有する固定子巻線の結線状態の切替えが可能な電動機駆動装置であって、接点板の位置を切替えることによって固定子巻線の結線状態を切替える複数のリレーと、接点板を作動させる信号をリレー毎に出力することによって、接点板の各位置を制御する接点制御部と、を備える。接点制御部は、信号の出力値を切替えるタイミングがリレーで相互に異なるよう信号の出力値を順番に切替えることによって結線状態を切替え、かつ結線状態を切替えるたびに信号の出力値を切替える順番である切替順序を変更する。
本発明にかかる電動機駆動装置は、故障が発生する可能性が高くなるのが特定のリレーに偏ることを抑制して、リレー全体の寿命を延ばす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を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部が出力する信号の切替タイミング例と、接点板の作動タイミングとを示すタイミングチャート 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部がデルタ結線からスター結線に切り替える際に出力する信号の切替タイミングの一覧を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切替える際に用いる切替順序テーブルの構成を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第１例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第２例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第３例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部がスター結線からデルタ結線に切り替える際に出力する信号の切替タイミングの一覧を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第１例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第２例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第３例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置の結線状態切替部をインバータで構成した場合の電動機駆動システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図 実施の形態２にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態３にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図 実施の形態３にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順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を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図 実施の形態４にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態５にかかる冷凍サイクル装置の構成例を示す図 実施の形態１から４にかかる電動機駆動装置が備える接点制御部の第１のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１から４にかかる電動機駆動装置が備える接点制御部の第２のハードウェア構成例を示す図
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、これら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、実施の形態１にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図である。実施の形態１に係る電動機駆動システム１００ａは、電動機駆動装置１０１Ａと、電動機３とを備えている。電動機駆動装置１０１Ａは、コンデンサ１と、インバータ２と、接点制御部４と、制御順序格納部５Ａと、インバータ制御回路６と、結線状態切替部１０とを有している。
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て保持する。インバータ２は、電動機３に供給する電力を生成する。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って交流電圧に変換し、交流電圧を駆動対象の電動機３に印加する。
インバータ２は、半導体スイッチング素子であるスイッチング素子８１～８６を有する。スイッチング素子８１～８３は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子８４～８６は下アームのスイッチング素子を構成する。上アームのスイッチング素子８１と下アームのスイッチング素子８４は、直列に接続されてＵ相のスイッチング素子対を構成する。以下同様に、上アームのスイッチング素子８２と下アームのスイッチング素子８５は、直列に接続されてＶ相のスイッチング素子対を構成し、上アームのスイッチング素子８３と下アームのスイッチング素子８６は、直列に接続されてＷ相のスイッチング素子対を構成する。
上アームのスイッチング素子８１と下アームのスイッチング素子８４との接続点Ｕ１は、インバータ２の外部に引き出されて接続点Ｕ２に接続される。上アームのスイッチング素子８２と下アームのスイッチング素子８５との接続点Ｖ１は、インバータ２の外部に引き出されて接続点Ｖ２に接続される。上アームのスイッチング素子８３と下アームのスイッチング素子８６との接続点Ｗ１は、インバータ２の外部に引き出されて接続点Ｗ２に接続される。インバータ２のスイッチング素子８１～８６を制御するインバータ制御回路６は公知の回路を用いることができる。
電動機３は、３個の固定子巻線６１，６２，６３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。
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６１～６３の結線状態をスター結線またはデルタ結線に切替える。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。
具体的には、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。
接点４１，４２，４３は中性点端子８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。具体的には、接点５１は、接続点Ｖ２を介して接続点Ｖ１に接続され、接点５２は、接続点Ｗ２を介して接続点Ｗ１に接続され、接点５３は、接続点Ｕ２を介して接続点Ｕ１に接続される。
電動機３の３個の固定子巻線６１，６２，６３のそれぞれは、一方の端子がインバータ２の３個の出力端子に、他方の端子が３個のリレー１１，１２，１３の接点板２１，２２，２３に接続される。具体的には、固定子巻線６１の一方の端部は、接点板２１に接続され、他方の端部は、接続点Ｕ２に接続される。また、固定子巻線６２の一方の端部は、接点板２２に接続され、他方の端部は、接続点Ｖ２に接続される。また、固定子巻線６３の一方の端部は、接点板２３に接続され、他方の端部は、接続点Ｗ２に接続される。
接点制御部４は、結線状態切替部１０を制御する。接点制御部４は、リレー１１～１３が有している接点板２１～２３を動作させることによって、電動機３の固定子巻線６１～６３の結線状態を変更する。接点制御部４は、信号Ｒ１をコイル３１に出力することによって接点板２１の動作を制御し、信号Ｒ２をコイル３２に出力することによって接点板２２の動作を制御し、信号Ｒ３をコイル３３に出力することによって接点板２３の動作を制御する。
信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれコイル３１，３２，３３に電流を流すための信号である。接点制御部４は、コイル３１～３３に電流を流すことによって可動部である接点板２１～２３を動かす。接点板２１～２３は、機械的に作動する部材で構成されており、接点板２１～２３の製造ばらつきによって作動時間が異なる場合がある。作動時間のばらつき時間は、例えば、ミリ秒単位である。
接点制御部４は、複数種類の切替順序が設定された後述の切替順序テーブルの中から、何れかの切替順序を選択し、選択した切替順序に従って、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値をＨＩ（High:On）からＬＯ（Low:Off）へ、またはＬＯからＨＩへ切替える。各切替順序では、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対し、ＨＩからＬＯへ、またはＬＯからＨＩへ切替える順序が規定されている。例えば、切替順序では、信号Ｒ１に対しＨＩからＬＯへ切替え、その後、信号Ｒ２に対しＨＩからＬＯへ切替え、その後、信号Ｒ３に対しＨＩからＬＯへ切替えることが規定されている。接点制御部４は、選択して用いた切替順序を制御順序格納部５Ａに格納する。制御順序格納部５Ａは、接点制御部４から送られてくる切替順序の履歴を格納するメモリなどである。制御順序格納部５Ａは、接点制御部４に選択された最新の５つの切替順序を格納しておけばよい。
このように、接点制御部４は、接点板２１～２３を作動させる信号Ｒ１～Ｒ３を接点板２１～２３に出力することによって、接点板２１～２３の位置（接続位置）を制御する。リレー１１～１３は、それぞれ接点板２１～２３の各位置を切替えるによって固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える。実施の形態１の接点制御部４は、信号Ｒ１～Ｒ３の出力値を切替えるタイミングがコイル３１～３３で相互に異なるよう信号Ｒ１～Ｒ３の出力値を順番に切替えることによって結線状態を切替える。また、接点制御部４は、制御順序格納部５Ａに格納されている切替順序に基づいて、結線状態を切替えるたびに切替順序を変更する。
つづいて、電動機駆動装置１０１Ａが電動機３の固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える動作を説明する。図２は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部が出力する信号の切替タイミング例と、接点板の作動タイミングとを示すタイミングチャートである。
図２の上段には、接点制御部４が、電動機３の固定子巻線６１～６３の結線状態を切替えるために出力する信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のＨＩとＬＯとの切替タイミングを示している。図２の下段には、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって作動する接点板２１，２２，２３の作動タイミングを示している。
接点制御部４は、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３をＨＩからＬＯへ、またはＬＯからＨＩへ切替えるタイミングが相互に異なる時刻となるよう、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の切替タイミングにそれぞれ時間差ｔ１を設けて出力する。時間差ｔ１は、接点板２１～２３の作動時間のばらつきの最大時間である最大遅延時間ｔ２maxよりも長い時間とする。
図２に示すように、接点制御部４は、信号Ｒ１の出力値をＨＩからＬＯへ切替えて時間差ｔ１が経過した後に、信号Ｒ２の出力値をＨＩからＬＯへ切替える。さらに、接点制御部４は、信号Ｒ２の出力値をＨＩからＬＯへ切替えて時間差ｔ１が経過した後に、信号Ｒ３の出力値をＨＩからＬＯへ切替える。
この場合において、接点板２１，２２，２３のそれぞれの作動の遅延時間である差動遅延時間が差動遅延時間ｔ２ａ，ｔ２ｂ，ｔ２ｃであったとする。この場合、接点制御部４が、信号Ｒ１の出力値をＨＩからＬＯへ切替えてから、差動遅延時間ｔ２ａの後に接点板２１が作動する。同様に、接点制御部４が、信号Ｒ２の出力値をＨＩからＬＯへ切替えてから、差動遅延時間ｔ２ｂの後に接点板２２が作動し、信号Ｒ３の出力値をＨＩからＬＯへ切替えてから、差動遅延時間ｔ２ｃの後に接点板２３が作動する。
差動遅延時間ｔ２ａが、最大遅延時間ｔ２maxと同じ時間であった場合、接点板２１が作動してから信号Ｒ２の出力値をＨＩからＬＯへ切替えるまでの時間が最小となる。この場合であっても、接点板２１が作動してからｔ１－ｔ２max（ｔ２ａ）の時間的な余裕を持って、信号Ｒ２の出力値がＨＩからＬＯへ切替えられることとなるので、接点板２２が接点板２１よりも先に作動することはない。
図３は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部がデルタ結線からスター結線に切り替える際に出力する信号の切替タイミングの一覧を示す図である。図３では、接点制御部４が、固定子巻線６１～６３の結線状態をデルタ結線からスター結線に切替える場合の、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値の切替順序を示すタイミングチャートの一覧を示している。
デルタ結線からスター結線に切替える場合に、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値を切替える順序の組み合わせは、図３に示した、タイミングチャート８０Ａ～８０Ｆの６通りである。各タイミングチャート８０Ａ～８０Ｆでは、信号の出力値を切替えてから時間差ｔ１が経過した後に、次の信号の出力値を切替えることを示している。
タイミングチャート８０Ａでは、信号Ｒ１、信号Ｒ２、信号Ｒ３の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。タイミングチャート８０Ｂでは、信号Ｒ２、信号Ｒ３、信号Ｒ１の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。タイミングチャート８０Ｃでは、信号Ｒ３、信号Ｒ１、信号Ｒ２の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。タイミングチャート８０Ｄでは、信号Ｒ１、信号Ｒ３、信号Ｒ２の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。タイミングチャート８０Ｅでは、信号Ｒ３、信号Ｒ２、信号Ｒ１の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。タイミングチャート８０Ｆでは、信号Ｒ２、信号Ｒ１、信号Ｒ３の順番で出力値がＨＩからＬＯへ切替えられる。なお、接点板２１，２２，２３の作動順序は、前述のとおり信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値の切替順序によってそれぞれ一意となるので、その説明を省略する。
図４は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切替える際に用いる切替順序テーブルの構成を示す図である。図４では、図３に示したタイミングチャート８０Ａ～８０Ｆに対応する切替順序テーブル８００を示している。
切替順序テーブル８００は、接点制御部４によって選択される切替順序が設定されたテーブルである。切替順序テーブル８００では、タイミングチャート８０Ａ～８０Ｆに対応する切替順序を、それぞれ切替順序Ａｘ～Ｆｘで示している。例えば、タイミングチャート８０Ｂに対応する切替順序Ｂｘでは、信号Ｒ２、信号Ｒ３、信号Ｒ１の順番で信号Ｒ１～Ｒ３の出力値を切替えることが設定されている。
接点制御部４は、固定子巻線６１～６３の結線状態の切替えを行うごとに、切替順序テーブル８００に設定されている６通りの切替順序から異なるものを選択することで、接点板２１，２２，２３が作動する順序を入れ替える。接点制御部４は、選択した切替順序を制御順序格納部５Ａに格納する。制御順序格納部５Ａが、選択された最新の５つの切替順序を格納している場合、接点制御部４は、制御順序格納部５Ａに格納されていない切替順序を選択すればよい。これにより、接点制御部４は、６つの切替順序を均一に選択することができる。
なお、制御順序格納部５Ａが、選択された最新の切替順序を４つ以下しか格納していない場合、接点制御部４は、制御順序格納部５Ａに格納されていない切替順序の中からランダムに切替順序を選択する。例えば、制御順序格納部５Ａが、選択された最新の切替順序を１つしか格納していない場合、接点制御部４は、制御順序格納部５Ａに格納されていない５つの切替順序の中からランダムに切替順序を選択する。
ここで、接点制御部４が、デルタ結線からスター結線に切り替える際に信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値を切替えた場合の、固定子巻線６１～６３の結線状態の遷移例について説明する。図５は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第１例を示す図である。図６は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第２例を示す図である。図７は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がデルタ結線からスター結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第３例を示す図である。
図５に示す結線状態は、図３に示したタイミングチャート８０Ａにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。図６に示す結線状態は、図３に示したタイミングチャート８０Ｂにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。図５に示す結線状態は、図３に示したタイミングチャート８０Ｃにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。なお、図５から図７では、２回目の信号切替によって接点板が作動した後の結線状態を示している。
図３に示したタイミングチャート８０Ａ～８０Ｃの２回目の信号切替と３回目の信号切替との間では、接点板２１，２２，２３のうち２つの接点板が中性点端子８に接続される。２回目の信号切替が生じると中性点端子８を介して３個の固定子巻線６１～６３のうち２つの開放端が短絡されることになり、２つの接点板に短絡電流が発生する。
図５に示す結線状態の場合、短絡電流が発生するのは接点板２１，２２であり、図６に示す結線状態の場合、短絡電流が発生するのは接点板２２，２３であり、図７に示す結線状態の場合、短絡電流が発生するのは接点板２１，２３である。
また、接点制御部４は、タイミングチャート８０Ｄ～８０Ｆ（切替順序Ｄｘ～Ｆｘ）を選択することによって、１回目の信号切替と２回目の信号切替との間の過渡的な固定子巻線６１～６３の結線状態による短絡電流の発生に対しても分散が可能である。タイミングチャート８０Ｄにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間に短絡電流が発生するのは接点板２２，２３である。タイミングチャート８０Ｅにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間に短絡電流が発生するのは接点板２１，２２である。タイミングチャート８０Ｆにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間に短絡電流が発生するのは接点板２１，２３である。
実施の形態１では、接点制御部４が、デルタ結線からスター結線に結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート８０Ａ～８０Ｆ（切替順序Ａｘ～Ｆｘ）から異なるタイミングチャートを選択することで、短絡電流が発生する接点板２１，２２，２３を変更して分散することができる。なお、接点制御部４は、結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート８０Ａ～８０Ｃ（切替順序Ａｘ～Ｃｘ）から異なるタイミングチャートを選択してもよい。また、接点制御部４は、結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート８０Ｄ～８０Ｆ（切替順序Ｄｘ～Ｆｘ）から異なるタイミングチャートを選択してもよい。
接点制御部４は、このような短絡電流が発生する接点板を分散させる処理については、スター結線からデルタ結線に切替える場合についても同様に実行する。図８は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置の接点制御部がスター結線からデルタ結線に切り替える際に出力する信号の切替タイミングの一覧を示す図である。図８では、接点制御部４が、固定子巻線６１～６３の結線状態をスター結線からデルタ結線に切替える場合の、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値の切替順序を示すタイミングチャートの一覧を示している。
スター結線からデルタ結線に切替える場合に、信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値を切替える順序の組み合わせは、図８に示した、タイミングチャート７５Ａ～７５Ｆの６通りである。各タイミングチャート７５Ａ～７５Ｆでは、信号の出力値を切替えてから時間差ｔ１が経過した後に、次の信号の出力値を切替えることを示している。
タイミングチャート７５Ａでは、信号Ｒ１、信号Ｒ２、信号Ｒ３の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。タイミングチャート７５Ｂでは、信号Ｒ２、信号Ｒ３、信号Ｒ１の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。タイミングチャート７５Ｃでは、信号Ｒ３、信号Ｒ１、信号Ｒ２の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。タイミングチャート７５Ｄでは、信号Ｒ１、信号Ｒ３、信号Ｒ２の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。タイミングチャート７５Ｅでは、信号Ｒ３、信号Ｒ２、信号Ｒ１の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。タイミングチャート７５Ｆでは、信号Ｒ２、信号Ｒ１、信号Ｒ３の順番で出力値がＬＯからＨＩへ切替えられる。
ここで、接点制御部４が、スター結線からデルタ結線に切り替える際に信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の出力値を切替えた場合の、固定子巻線６１～６３の結線状態の遷移例について説明する。図９は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第１例を示す図である。図１０は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第２例を示す図である。図１１、実施の形態１にかかる電動機駆動装置がスター結線からデルタ結線に切り替える場合の固定子巻線の結線状態の第３例を示す図である。
図９に示す結線状態は、図８に示したタイミングチャート７５Ａにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。図１０に示す結線状態は、図８に示したタイミングチャート７５Ｂにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。図１１に示す結線状態は、図８に示したタイミングチャート７５Ｃにおける２回目の信号切替と３回目の信号切替との間における結線状態を示している。なお、図９から図１１では、２回目の信号切替によって接点板が作動した後の結線状態を示している。
図８に示したタイミングチャート７５Ａ～７５Ｃの２回目の信号切替と３回目の信号切替との間では、固定子巻線６１～６３のうちの１つの固定子巻線が開放となり、巻線電流の経路が失われるのでアーク放電に加えてサージ電圧も発生する。このアーク放電およびサージ電圧は、開放された接点板に伝わる。
図９に示す結線状態の場合、アーク放電およびサージ電圧が発生するのは、リレー１３であり、図１０に示す結線状態の場合、アーク放電およびサージ電圧が発生するのは、リレー１１であり、図１１に示す結線状態の場合、アーク放電およびサージ電圧が発生するのは、リレー１２である。
また、接点制御部４は、タイミングチャート７５Ｄ～７５Ｆを選択することによって、１回目の信号切替と２回目の信号切替との間の過渡的な固定子巻線６１～６３の結線状態によるアーク放電およびサージ電圧の発生に対しても分散が可能である。タイミングチャート７５Ｄにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間にアーク放電およびサージ電圧が発生するのはリレー１１である。タイミングチャート７５Ｅにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間にアーク放電およびサージ電圧が発生するのはリレー１３である。タイミングチャート７５Ｆにおける１回目の信号切替と２回目の信号切替との間にアーク放電およびサージ電圧が発生するのはリレー１２である。
実施の形態１では、接点制御部４が、スター結線からデルタ結線に結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート７５Ａ～７５Ｃから異なるタイミングチャートを選択することで、アーク放電およびサージ電圧の発生をリレー１１～１３で分散することができる。なお、接点制御部４は、結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート７５Ａ～７５Ｃから異なるタイミングチャートを選択してもよい。また、接点制御部４は、結線状態を切替えるごとに、タイミングチャート７５Ｄ～７５Ｆから異なるタイミングチャートを選択してもよい。
また、前述のサージ電圧は、インバータ２を構成する半導体素子の両端に過大な電圧を発生させて、インバータ２内で接点間溶着などの故障を発生させる原因となる。インバータ２を構成する半導体素子は、例えば半導体スイッチング素子、半導体整流素子等である。半導体スイッチング素子の例は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxcide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。半導体整流素子の例は、単体のダイオード、またはＭＯＳＦＥＴが備え持つダイオードである。実施の形態１によれば、サージ電圧のような過大な電圧が発生する場合であっても、インバータ２の各半導体素子に発生するサージ電圧を各半導体素子に分散することができる。
なお、結線状態切替部１０を、リレー１１，１２，１３の代わりにインバータとしてもよい。図１２は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置の結線状態切替部をインバータで構成した場合の電動機駆動システムの構成例を示す図である。
電動機駆動システム１００ｘは、電動機駆動装置１０１Ｘと、電動機３とを備えている。電動機駆動装置１０１Ｘは、コンデンサ１と、インバータ２と、接点制御部４Ｘと、制御順序格納部５Ａと、インバータ制御回路６と、インバータ９とを有している。インバータ９は、インバータ２と同様の構成を有しており、結線状態切替部１０と同様の機能を実現する。
インバータ９は、スイッチング素子９１～９６を有する。スイッチング素子９１～９３は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子９４～９６は下アームのスイッチング素子を構成する。スイッチング素子９１，９４は直列に接続され、スイッチング素子９２，９５は直列に接続され、スイッチング素子９３，９６は直列に接続されている。
スイッチング素子９１とスイッチング素子９４との接続点Ｕ３は、インバータ９の外部に引き出されて固定子巻線６１の一方の端部に接続される。スイッチング素子９２とスイッチング素子９５との接続点Ｖ３は、インバータ９の外部に引き出されて固定子巻線６２の一方の端部に接続される。スイッチング素子９３とスイッチング素子９６との接続点Ｗ３は、インバータ９の外部に引き出されて固定子巻線６３の一方の端部に接続される。
結線状態切替部１０の代わりにインバータ９が適用される場合、インバータ２の接続点Ｕ１は、インバータ２の外部に引き出されて固定子巻線６１の他方の端部に接続される。また、インバータ２の接続点Ｖ１は、インバータ２の外部に引き出されて固定子巻線６２の他方の端部に接続され、インバータ２の接続点Ｗ１は、インバータ２の外部に引き出されて固定子巻線６３の他方の端部に接続される。
インバータ９が用いられる場合、接点制御部４Ｘは、スイッチング素子９１～９６に出力する信号の出力値を切替えるタイミングがスイッチング素子９１～９６で相互に異なるよう信号の出力値を順番に切替える。また、接点制御部４Ｘは、結線状態を切替えるたびに信号の出力値を切替える順番である切替順序を変更する。
このように、結線状態切替部１０の代わりにインバータ９が適用された場合であっても、電動機駆動装置１０１Ｘは、図３または図８に示したタイミングチャート８０Ａ～８０Ｆまたはタイミングチャート７５Ａ～７５Ｆを順番に用いることによって、アーク放電およびサージ電圧の発生に対して電動機駆動装置１０１Ａと同様の効果を奏する。
図１３は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、接点制御部４は、デルタ結線からスター結線に切替える場合と、スター結線からデルタ結線に切替える場合とで、同様の処理を実行するので、ここでは、接点制御部４がデルタ結線からスター結線に切替える場合の処理について説明する。
接点制御部４が、制御順序格納部５Ａから、前回の切替順序を読み出す（ステップＳ１１）。接点制御部４が、図４に示した切替順序テーブル８００から、前回の切替順序とは異なる切替順序を選択する（ステップＳ１２）。
接点制御部４が、選択した切替順序に従い、時間差ｔ１で各信号の出力値を切替える（ステップＳ１３）。接点制御部４が、選択した切替順序を制御順序格納部５Ａに格納する（ステップＳ１４）。
このように、接点制御部４は、切替順序テーブル８００から選択した切替順序を制御順序格納部５Ａに格納し、次回、結線状態を切替える際に、制御順序格納部５Ａから切替順序を読み出すことで、結線状態を切替えるごとに異なる切替順序を選択することができる。
以上のように、実施の形態１に係る電動機駆動装置１０１Ａ，１０１Ｘは、リレー１１～１３のコイル３１～３３に電力を供給する順序を入れ替える接点制御部４を備えているので、特定のリレーに故障が集中することを抑制できる。これにより、故障の発生する可能性が高くなるのが特定のリレーに偏ることを抑制して、リレー１１～１３全体の寿命を延ばすことができる。したがって、電動機３の動作の信頼性を高めることができる。
実施の形態２．
つぎに、図１４および図１５を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、予め切替順序Ａｘ～Ｆｘを選択する順番を設定しておき、電動機駆動装置が、設定しておいた順番に従って切替順序Ａｘ～Ｆｘを選択していく。
図１４は、実施の形態２にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図である。図１４の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の電動機駆動システム１００ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
実施の形態２に係る電動機駆動システム１００ｂは、電動機駆動装置１０１Ｂと、電動機３とを備えている。実施の形態２に係る電動機駆動装置１０１Ｂは、電動機駆動装置１０１Ａと比較して、制御順序格納部５Ａの代わりに制御順序設定部５Ｂを備えている。
制御順序設定部５Ｂには、図４に示した切替順序テーブル８００に格納されている６通りの切替順序を選択する順番が設定されている。例えば、制御順序設定部５Ｂには、切替順序Ａｘ、切替順序Ｂｘ、切替順序Ｃｘ、切替順序Ｄｘ、切替順序Ｅｘ、切替順序Ｆｘの順番で切替順序を接点制御部４に選択させるための情報（以下、選択順序情報という）が設定されている。制御順序設定部５Ｂの例は、メモリである。
接点制御部４は、制御順序設定部５Ｂ内の選択順序情報に設定されている順番に従って、切替順序テーブル８００内の切替順序を順番に選択する。例えば、選択順序情報において１回目の選択の際に切替順序Ａｘを選択することが設定されていれば、接点制御部４は、１回目の選択の際には、切替順序テーブル８００から、切替順序Ａｘを読み出す。接点制御部４は、読み出した切替順序に従って、各信号Ｒ１～Ｒ３の出力値を切替える。
以下、電動機駆動装置１０１Ｂの動作について説明するが、実施の形態２では、実施の形態１に係る電動機駆動装置１０１Ａの動作と異なる箇所を説明する。図１５は、実施の形態２にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、接点制御部４は、デルタ結線からスター結線に切替える場合と、スター結線からデルタ結線に切替える場合とで、同様の処理を実行するので、ここでは、接点制御部４がデルタ結線からスター結線に切替える場合の処理について説明する。
接点制御部４が、制御順序設定部５Ｂの選択順序情報に設定されている順番で切替順序テーブル８００から切替順序を読み出す（ステップＳ２１）。接点制御部４が、読み出した切替順序に従い、時間差ｔ１で各信号の出力値を切替える（ステップＳ２２）。
このように、制御順序設定部５Ｂの選択順序情報には、切替順序テーブル８００に格納されている６通りの切替順序を選択する順番が予め設定されており、接点制御部４が、選択順序情報に設定されている順番に従って、切替順序テーブル８００から切替順序を読み出す。
選択順序情報において、切替順序Ａｘ～Ｆｘの選択される回数が均等になるよう、切替順序を選択する順番が設定されている場合、短絡電流、アーク放電、およびサージ電圧が発生する回数も、全てのリレー１１，１２，１３において均一となる。
上述したように、例えば、選択順序情報において、切替順序Ａｘ、切替順序Ｂｘ、切替順序Ｃｘ、切替順序Ｄｘ、切替順序Ｅｘ、切替順序Ｆｘの順番が設定されている場合、接点制御部４が、結線状態の切替えを６Ｎ（Ｎは自然数）回行えば、短絡電流、アーク放電および、サージ電圧が発生する回数は、全てのリレー１１，１２，１３において同一となる。
以上のように、実施の形態２に係る電動機駆動装置１０１Ｂでは、制御順序設定部５Ｂに、切替順序Ａｘ～Ｆｘを選択する順番（選択順序情報）が設定されている。接点制御部４は、選択順序情報に従って切替順序Ａｘ～Ｆｘを選択することで、全てのリレー１１，１２，１３に発生する短絡電流等の回数を均一にすることができる。これにより、各リレー１１，１２，１３に発生する故障の可能性を平準化することができる。
実施の形態３．
つぎに、図１６および図１７を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、電動機駆動装置が、固定子巻線６１～６３に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいて、接点板２１～２３に発生する短絡電流が小さくなるような切替順序を、切替順序テーブル８００の切替順序Ａｘ～Ｆｘから選択する。
図１６は、実施の形態３にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図である。図１６の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の電動機駆動システム１００ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
実施の形態３に係る電動機駆動システム１００ｃは、電動機駆動装置１０１Ｃと、電動機３とを備えている。実施の形態３に係る電動機駆動装置１０１Ｃは、電動機駆動装置１０１Ａと比較して、制御順序格納部５Ａの代わりに制御順序決定部５Ｃを備えている。また、電動機駆動装置１０１Ｃは、電流検出装置７０を備えている。
電流検出装置７０は、固定子巻線６１，６２，６３に流れる電流を検出する装置であり、巻線電流検出部７１～７３を備えている。巻線電流検出部７１は、固定子巻線６１の一端と、接点板２１との間の配線上に配置され、巻線電流検出部７２は、固定子巻線６２の一端と、接点板２２との間の配線上に配置され、巻線電流検出部７３は、固定子巻線６３の一端と、接点板２３との間の配線上に配置されている。
巻線電流検出部７１は、固定子巻線６１に流れる巻線電流７ａの電流値を検出し、検出結果を制御順序決定部５Ｃに送る。巻線電流検出部７２は、固定子巻線６２に流れる巻線電流７ｂの電流値を検出し、検出結果を制御順序決定部５Ｃに送る。巻線電流検出部７３は、固定子巻線６３に流れる巻線電流７ｃの電流値を検出し、検出結果の電流値を制御順序決定部５Ｃに送る。
制御順序決定部５Ｃは、巻線電流検出部７１～７３が検出した電流値に基づいて、接点板２１，２２，２３に発生する短絡電流が小さくなるような切替順序を、切替順序テーブル８００の６通りの切替順序Ａｘ～Ｆｘから選択して決定する。
以下、電動機駆動装置１０１Ｃの動作について説明するが、実施の形態３では、実施の形態１に係る電動機駆動装置１０１Ａの動作と異なる箇所を説明する。図１７は、実施の形態３にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、接点制御部４は、デルタ結線からスター結線に切替える場合と、スター結線からデルタ結線に切替える場合とで、同様の処理を実行するので、ここでは、接点制御部４がデルタ結線からスター結線に切替える場合の処理について説明する。
巻線電流検出部７１～７３が巻線電流７ａ，７ｂ，７ｃの電流値を検出すると、制御順序決定部５Ｃが、電流検出装置７０から電流値を読み取る（ステップＳ３１）。
制御順序決定部５Ｃが、巻線電流検出部７１～７３が検出した電流値に基づいて、接点板２１，２２，２３に発生する短絡電流が最も小さくなる切替順序を、切替順序テーブル８００から選択する（ステップＳ３２）。
接点制御部４が、制御順序決定部５Ｃから、選択された切替順序を読み出す（ステップＳ３３）。接点制御部４が、読み出した切替順序に従い、時間差ｔ１で各信号の出力値を切替える（ステップＳ３４）。
例えば、固定子巻線６１～６３の結線状態がデルタ結線からスター結線に切替えられる場合において、図５～図７に示した結線状態のうち、図５に示した結線状態での短絡電流が図６および図７に示した結線状態での短絡電流よりも小さい場合、制御順序決定部５Ｃは、図５に示した結線状態に対応するタイミングチャート８０Ａ（切替順序Ａｘ）を選択する。すなわち、巻線電流７ｃの電流値が、巻線電流７ａ，７ｂの電流値よりも小さい場合、図５に示した結線状態でリレー１３にアーク放電を発生させるのが、図６または図７に示した結線状態でリレー１１またはリレー１２にアーク放電を発生させるよりも、アーク放電の電流が小さくなるので、制御順序決定部５Ｃは、タイミングチャート８０Ａを選択する。
以上のように、実施の形態３に係る電動機駆動装置１０１Ｃでは、巻線電流検出部７１～７３が、固定子巻線６１～６３に流れる巻線電流７ａ～７ｃの電流値を検出し、制御順序決定部５Ｃが、検出された電流値に基づいて、接点板２１～２３に発生する短絡電流が小さくなるような切替順序を決定している。これにより、リレー１１～１３に故障が発生する可能性を低減することができる。
実施の形態４．
つぎに、図１８および図１９を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、電動機駆動装置１０１Ｄが、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなるように、スイッチング素子８１～８６を制御した後に、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える動作を実行する。
図１８は、実施の形態４にかかる電動機駆動装置を備えた電動機駆動システムの構成例を示す図である。図１８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の電動機駆動システム１００ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
実施の形態４に係る電動機駆動システム１００ｄは、電動機駆動装置１０１Ｄと、電動機３とを備えている。実施の形態４に係る電動機駆動装置１０１Ｄは、電動機駆動装置１０１Ａと比較して、インバータ制御回路６の代わりにインバータ制御回路６０を備えている。
インバータ制御回路６０は、結線状態を切替える際には、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流の電流値が、結線状態を切替えないタイミングよりも小さくなるように、スイッチング素子８１～８６を制御する。インバータ制御回路６０は、接続点Ｕ１～Ｗ１から出力される電圧を等しくすることによって、固定子巻線６１～６３に流れる電流を小さくすることができる。インバータ制御回路６０は、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流を小さくさせたタイミングを接点制御部４に通知する。実施の形態４にかかる接点制御部４は、インバータ制御回路６０から通知を受信すると、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える。
以下、電動機駆動装置１０１Ｄの動作について説明するが、実施の形態４では、実施の形態１に係る電動機駆動装置１０１Ａの動作と異なる箇所を説明する。図１９は、実施の形態４にかかる電動機駆動装置による結線状態の切替処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、電動機駆動装置１０１Ｄは、デルタ結線からスター結線に切替える場合と、スター結線からデルタ結線に切替える場合とで、同様の処理を実行するので、ここでは、接点制御部４がデルタ結線からスター結線に切替える場合の処理について説明する。
接点制御部４が固定子巻線６１～６３の結線状態の切替えを行う前に、インバータ制御回路６０が、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなるように、スイッチング素子８１～８６を制御する（ステップＳ４０）。具体的には、インバータ制御回路６０は、固定子巻線６１～６３に流れる電流が、結線状態を切替えないタイミングよりも小さくなるように、スイッチング素子８１～８６を制御する。この制御によって、接点板２１，２２，２３に流れる電流も小さくなる。
インバータ制御回路６０は、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流を小さくさせたタイミングを接点制御部４に通知する。接点制御部４は、インバータ制御回路６０から通知を受信すると、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える。具体的には、接点制御部４が、実施の形態１で説明したステップＳ１１～Ｓ１４の処理を実行する。
このように、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなったところで、接点制御部４が、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える。これにより、接点板２１，２２，２３に発生する短絡電流も小さくなり、アーク放電およびサージ電圧の影響を小さくすることができる。
なお、インバータ制御回路６０は、結線状態を切替える際に、コンデンサ１に流れる直流電流に基づいて、インバータ２を制御してもよいし、接点制御部４は、コンデンサ１に流れる直流電流の電流値に基づいて、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える処理を制御してもよい。この場合、電動機駆動装置１０１Ｄは、コンデンサ１とインバータ２との間で、直流電流の電流値を検出する。インバータ制御回路６０は、固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなるようインバータ２を制御し、コンデンサ１とインバータ２との間で検出された電流値が直流電流の基準値よりも小さくなった際に、接点制御部４およびインバータ制御回路６０は、図１９で説明した処理を実行する。
また、インバータ制御回路６０は、結線状態を切替える際に、インバータ２の出力端子に流れる交流電流に基づいて、インバータ２を制御してもよいし、接点制御部４は、インバータ２の出力端子に流れる交流電流に基づいて、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える処理を制御してもよい。この場合、電動機駆動装置１０１Ｄは、接続点Ｕ１と接続点Ｕ２との間、接続点Ｖ１と接続点Ｖ２との間、および接続点Ｗ１と接続点Ｗ２との間で交流電流の電流値を検出する。インバータ制御回路６０は、固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなるようインバータ２を制御し、検出された電流値が交流電流の基準値よりも小さくなった際に、接点制御部４およびインバータ制御回路６０は、図１９で説明した処理を実行する。
また、電動機駆動装置１０１Ｄは、制御順序格納部５Ａの代わりに実施の形態２で説明した制御順序設定部５Ｂを備えてもよい。また、電動機駆動装置１０１Ｄは、制御順序格納部５Ａの代わりに実施の形態３で説明した制御順序決定部５Ｃを備え、加えて電流検出装置７０を備えてもよい。
電動機駆動装置１０１Ｄが電流検出装置７０を備える場合、電流検出装置７０は、接点板２１，２２，２３に流れる電流そのものを検出することができる。このため、接点制御部４は、電流検出装置７０が実際に検出している電流が基準値よりも小さくなったタイミングで、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替えることができる。
以上のように、実施の形態４に係る電動機駆動装置１０１Ｄでは、インバータ制御回路６０が、結線状態を切替える際に、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなるようにスイッチング素子８１～８６を制御している。そして、インバータ２を構成する半導体素子および電動機３の固定子巻線６１～６３に流れる電流が小さくなったところで、接点制御部４が、固定子巻線６１～６３の結線状態を切替える。これにより、接点板２１，２２，２３に発生する短絡電流を小さくして、アーク放電およびサージ電圧の影響を小さくすることができる。
実施の形態５．
つぎに、図２０から図２２を用いてこの発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５では、電動機駆動システム１００ａ～１００ｄ，１００ｘを冷凍サイクル装置に適用する。
図２０は、実施の形態５にかかる冷凍サイクル装置の構成例を示す図である。冷凍サイクル装置２００は、冷媒を介して外気と室内の空気の間で熱を移動させることにより、室内を暖房または冷房して空気調和を行う装置である。
実施の形態５の冷凍サイクル装置２００は、室外機２１０と室内機２２０とを備えている。室外機２１０は、実施の形態１から４に示す電動機駆動装置１０１Ａ，１０１Ｘ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄの何れか１つを備えている。ここでは、室外機２１０が電動機駆動装置１０１Ａを備える場合について説明する。
室外機２１０は、電動機駆動装置１０１Ａ、圧縮機２１１、室外側熱交換器２１２、四方弁２１３、減圧部２１４、冷媒蓄積部２１５およびファン２１６を備えている。圧縮機２１１は、冷媒を圧縮する圧縮機構２１７と、圧縮機構２１７を動作させる電動機３とを備えている。室内機２２０は、負荷側熱交換器２２１、およびファン２２２を備えている。
冷凍サイクル装置２００では、室外機２１０と室内機２２０とが冷媒配管で接続されて、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。冷媒配管のうち、気相の冷媒が流れる配管はガス配管３００であり、液相の冷媒が流れる配管は液配管４００である。なお、液配管４００には、気液二相の冷媒を流してもよい。
圧縮機構２１７は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。冷媒蓄積部２１５は、冷媒を蓄積する。四方弁２１３は、不図示の制御装置からの指示に基づいて、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替える。
室外側熱交換器２１２は、冷媒と室外空気との熱交換を行う。室外側熱交換器２１２は、暖房運転時には蒸発器の働きをし、液配管４００から流入した低圧の冷媒と、室外空気との間で熱交換を行って冷媒を蒸発させて気化させる。室外側熱交換器２１２は、冷房運転時には、凝縮器の働きをし、四方弁２１３側から流入した圧縮機構２１７で圧縮済の冷媒と、室外空気との間で熱交換を行って、冷媒を凝縮させて液化させる。
室外側熱交換器２１２には、冷媒と室外空気との間の熱交換の効率を高めるために、ファン２１６が設けられている。減圧部２１４は、開度を変化させることで、冷媒の圧力を調整する。
負荷側熱交換器２２１は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う。負荷側熱交換器２２１は、暖房運転時には、凝縮器の働きをし、ガス配管３００から流入した冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させ、液配管４００側に流出させる。負荷側熱交換器２２１は、冷房運転時には蒸発器の働きをし、減圧部２１４によって低圧状態にされた冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて冷媒を気化させ、ガス配管３００側に流出させる。ファン２２２は、負荷側熱交換器２２１が熱交換を行う空気の流れを調整する。
冷凍サイクル装置２００は、使用者のリモートコントローラ（図示せず）などによる操作に応じて冷凍サイクルで必要となる運転モードおよび熱交換量を決定する。このとき、リモートコントローラへの操作に応じて、室外機２１０は、圧縮機構２１７の回転数、四方弁２１３の動作およびファン２１６の回転数を決定し、室内機２２０はファン２２２の回転数を決定する。圧縮機構２１７の回転数は、電動機駆動装置１０１Ａによって決定される。
リモートコントローラへの操作によって、冷凍サイクルで必要となる熱交換量が大きく変化した場合、圧縮機構２１７を駆動する電動機３の固定子巻線６１～６３の結線状態を、熱交換量の変化に応じてスター結線からデルタ結線へ、もしくはその逆へ切替える場合がある。
スター結線はデルタ結線と比較して、回転数が低い場合には運転効率が高くなるが、回転数が高い場合には運転効率が低くなるだけでなく、圧縮機構２１７の圧縮比が大きい場合には巻線電流が過大となって、インバータ制御回路６がインバータ２または電動機３を故障させないために電動機３を停止させることがある。これを防ぐためには、電動機３の固定子巻線６１～６３の結線状態をスター結線からデルタ結線へ切替えることが必要になる。
ところで、電動機３の動作を停止して結線状態を切替えることで、結線状態を切替える際に大電流が発生することを抑制でき、接点間溶着といった電気的要因による部品の故障が発生する可能性を低くすることはできる。しかしながら、冷凍サイクル装置２００の電動機３の動作を停止すると冷凍サイクル自体も停止することとなり、その間は、例えば冷房運転時は居室温度が外気によって上昇し、居室内の使用者が暑さを感じることになる。
実施の形態１から４に係る電動機駆動装置１０１Ａ～１０１Ｄ，１０１Ｘは、電動機３による熱交換動作を停止させることなく固定子巻線６１～６３に電流が流れた状態で固定子巻線６１～６３の結線状態を切替えるので、冷凍サイクル装置２００の熱交換動作を停止させることなく、熱交換量を大きく変化させることができる。したがって、使用者によるリモートコントローラへの操作に応じて冷凍サイクル装置２００が速やかな動作を行うことができ、使用者が暑さおよび寒さを感じることがなくなる。
ここで、接点制御部４のハードウェア構成について説明する。図２１は、実施の形態１から４にかかる電動機駆動装置が備える接点制御部の第１のハードウェア構成例を示す図である。接点制御部４を構成する構成要素の一部又は全部の機能は、プロセッサ３０１およびメモリ３０２により実現することができる。
プロセッサ３０１の例は、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）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ３０２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）である。
接点制御部４は、プロセッサ３０１が、メモリ３０２で記憶されている、接点制御部４の動作を実行するための接点制御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、この接点制御プログラムは、接点制御部４の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。
図２２は、実施の形態１から４にかかる電動機駆動装置が備える接点制御部の第２のハードウェア構成例を示す図である。接点制御部４を構成する構成要素の一部又は全部の機能は、処理回路３０３により実現することができる。
処理回路３０３は、専用のハードウェアである。処理回路３０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。
なお、接点制御部４の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。すなわち、接点制御部４の一部の機能を図２１に示したプロセッサ３０１およびメモリ３０２で実現し、残りの機能を専用の処理回路３０３で実現するようにしてもよい。
なお、実施の形態１から４の何れかで説明した、接点制御部４Ｘ，制御順序決定部５Ｃ、およびインバータ制御回路６，６０についても、接点制御部４と同様のハードウェア構成を有しているので、その説明を省略する。
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、２，９ インバータ、３ 電動機、４，４Ｘ 接点制御部、５Ａ 制御順序格納部、５Ｂ 制御順序設定部、５Ｃ 制御順序決定部、６，６０ インバータ制御回路、７ａ～７ｃ 巻線電流、８ 中性点端子、１０ 結線状態切替部、１１～１３ リレー、２１～２３ 接点板、３１～３３ コイル、４１～４３，５１～５３ 接点、６１～６３ 固定子巻線、７０ 電流検出装置、７１～７３ 巻線電流検出部、７５Ａ～７５Ｆ，８０Ａ～８０Ｆ タイミングチャート、８１～８６，９１～９６ スイッチング素子、１００ａ～１００ｄ，１００ｘ 電動機駆動システム、１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０１Ｘ 電動機駆動装置、２００ 冷凍サイクル装置、２１０ 室外機、２１１ 圧縮機、２１７ 圧縮機構、２２０ 室内機、３０１ プロセッサ、３０２ メモリ、３０３ 処理回路、８００ 切替順序テーブル、Ｒ１～Ｒ３ 信号、Ｕ１～Ｕ３，Ｖ１～Ｖ３，Ｗ１～Ｗ３ 接続点。

Claims (13)

  1. 電動機を駆動するとともに前記電動機が有する固定子巻線の結線状態の切替えが可能な電動機駆動装置であって、
    接点板の位置を切替えることによって前記固定子巻線の結線状態を切替える複数のリレーと、
    前記接点板を作動させる信号を前記リレー毎に出力することによって、前記接点板の各位置を制御する接点制御部と、
    を備え、
    前記接点制御部は、前記信号の出力値を切替えるタイミングが前記リレーで相互に異なるよう前記信号の出力値を順番に切替えることによって前記結線状態を切替え、かつ前記結線状態を切替えるたびに前記信号の出力値を切替える順番である切替順序を変更する、
    電動機駆動装置。
  2. 前記信号の出力値を切替える時間差は、前記接点板の作動時間のばらつき時間よりも長い請求項１に記載の電動機駆動装置。
  3. 複数種類の前記切替順序が設定された切替順序テーブルをさらに備え、
    前記接点制御部は、前記切替順序テーブルに設定された前記切替順序の中から、前記結線状態を切替える際に用いる切替順序を選択する請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
  4. 前記接点制御部が用いた最新の切替順序を１または複数格納する制御順序格納部をさらに備え、
    前記接点制御部は、前記制御順序格納部が格納する切替順序とは異なる切替順序を次の切替順序に選択する請求項３に記載の電動機駆動装置。
  5. 前記切替順序を用いる順番が設定された選択順序情報を格納する制御順序設定部をさらに備え、
    前記接点制御部は、前記選択順序情報に基づいて、次の切替順序を選択する請求項３に記載の電動機駆動装置。
  6. 前記固定子巻線に流れる電流の電流値を検出する巻線電流検出部と、
    前記巻線電流検出部が検出した電流値に基づいて、前記接点板に発生する短絡電流が最小となる切替順序を決定する制御順序決定部と、
    をさらに備え、
    前記接点制御部は、前記制御順序決定部が決定した切替順序を、次の切替順序に選択する請求項３に記載の電動機駆動装置。
  7. 前記結線状態を切替える際には、前記結線状態を切替えないタイミングよりも、前記固定子巻線に流れる電流の電流値を小さくする請求項１から６の何れか１つに記載の電動機駆動装置。
  8. 前記結線状態を切替える際には、前記結線状態を切替えないタイミングよりも、前記固定子巻線に流れる電流の電流値を小さくし、
    前記巻線電流検出部が、前記結線状態を切替えないタイミングよりも、前記固定子巻線に流れる電流の電流値が小さくなったことを検出すると、前記接点制御部は、前記結線状態の切替えを制御する、
    請求項６に記載の電動機駆動装置。
  9. 前記接点制御部は、前記固定子巻線の結線状態をスター結線からデルタ結線へ切替える請求項１から８の何れか１つに記載の電動機駆動装置。
  10. 前記電動機に供給する電力を生成するインバータをさらに備え、
    前記インバータが、前記電動機を駆動する請求項１から９の何れか１つに記載の電動機駆動装置。
  11. 電動機を駆動するとともに前記電動機の結線状態の切替えが可能な電動機駆動装置であって、
    複数のスイッチング素子を有するとともに、前記複数のスイッチング素子で前記電動機の結線状態を切替えるインバータと、
    前記複数のスイッチング素子を制御する信号を前記スイッチング素子毎に出力することによって、前記インバータを制御する接点制御部と、
    を備え、
    前記接点制御部は、前記信号の出力値を切替えるタイミングが前記スイッチング素子で相互に異なるよう前記信号の出力値を順番に切替え、かつ前記結線状態を切替えるたびに前記信号の出力値を切替える順番である切替順序を変更する、
    電動機駆動装置。
  12. 請求項１から１１の何れか１つに記載の電動機駆動装置と、
    前記電動機駆動装置により駆動される電動機を有した圧縮機と、
    を備える冷凍サイクル装置。
  13. 冷凍サイクルの熱交換動作を停止させることなく、前記電動機駆動装置が前記結線状態を切替える、
    請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
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