JP7292516B2 - モータ駆動装置及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、モータを駆動するモータ駆動装置、及びこのモータ駆動装置を備えた空気調和装置に関する。

１台のモータを複数のインバータによって駆動するモータ駆動装置として、下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１には、特定のインバータに負荷を集中させないため、各々のインバータの出力電流であるインバータ電流のバランス、即ち出力平衡性を保つように電流制御する技術が開示されている。

特許第５４４７４００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、各々のインバータにおけるインバータ電流を検出する電流検出器をインバータごとに備えると共に、モータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出器を備える必要がある。このため、電流検出器の数が多く、製造コストが増加するという課題がある。

また、特許文献１に記載の技術では、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化が考慮されていない。これらの環境の差異又は変化は時間の経過と共に大きくなり、インバータとモータ間の配線温度の変化による配線抵抗のばらつき、又はモータの状態変化となって表れる。また、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化は、各々のインバータの冷却能力を変動させ、各々のインバータにおけるスイッチング素子の温度ばらつきとなって表れる。このため、複数のインバータにおけるスイッチング素子のオン、オフのタイミングを各々のインバータの同相同士で揃えてインバータのスイッチング動作を行っても、所望のインバータ出力が得られないという課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電流検出器の数を削減しつつ、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制可能なモータ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、本開示に係るモータ駆動装置は、電力源から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換して同一のモータに印加する複数のインバータを備えたモータ駆動装置である。モータ駆動装置は、複数のインバータでモータを駆動する際に、モード選択情報に基づいて選択される第１及び第２のスイッチングモードを有する。第１のスイッチングモードは、各々のインバータの同相におけるスイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数のインバータ同士で揃えて各々のインバータのスイッチング動作を行う。第２のスイッチングモードは、各々のインバータの同相におけるスイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数のインバータ同士で異として各々のインバータのスイッチング動作を行う。

本開示に係るモータ駆動装置によれば、電流検出器の数を削減しつつ、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制できるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータ駆動装置の構成例を示す回路図 図１に示す電力源の第１の構成例を示す図 図１に示す電力源の第２の構成例を示す図 実施の形態１における各々のインバータを第１のスイッチングモードで駆動するときのスイッチング指令であるＰＷＭ信号の一例を示すタイムチャート 実施の形態１における各々のインバータを第２のスイッチングモードで駆動するときのスイッチング指令であるＰＷＭ信号の一例を示すタイムチャート 実施の形態１におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャート 実施の形態１における制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１における制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図 実施の形態２に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図 実施の形態２におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャート 実施の形態３に係るモータ駆動装置の構成を示す回路図 実施の形態３におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャート 実施の形態４に係るモータ駆動装置の構成例を示す回路図 実施の形態５に係る空気調和装置の構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係るモータ駆動装置及び空気調和装置について詳細に説明する。なお、以下の記載において、同種の複数の構成要素については、添字付きの符号で示すが、各構成要素の個々を区別しない場合には、添字の表記を適宜省略する。また、以下では、電気的な接続と物理的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置１００の構成例を示す回路図である。モータ駆動装置１００は、電力源２から供給される電力を使用して、負荷６に接続されたモータ１に交流電圧を印加してモータ１に接続される負荷６を駆動する駆動装置である。

実施の形態１に係るモータ駆動装置１００は、図１に示すように、インバータ３ａ，３ｂと、制御部４と、電流検出部５ａ，５ｂとを備えて構成される。制御部４は、インバータ３ａ，３ｂの動作を制御する。各々の電流検出部５ａ，５ｂは、インバータ３ａ，３ｂの各々に流れるインバータ電流を検出する。図１の構成の場合、インバータ電流は、インバータ３ａ，３ｂの各々からモータ１に出力される出力電流である。なお、実施の形態１では、図１に示すように、２台のインバータ３ａ，３ｂを有する構成について説明するが、この構成に限定されない。実施の形態１に係るモータ駆動装置１００は、インバータ３の台数が３以上であっても同様に応用できるものである。

次に、モータ駆動装置１００に接続されるモータ１及び電力源２について説明する。まず、モータ１は、三相モータである。三相モータの一例は、三相永久磁石同期モータである。モータ１は、図示しないモータ軸を介して負荷６に接続される。負荷６の一例は、空気調和装置の圧縮機である。負荷６が圧縮機である場合、モータ１は、圧縮機の圧縮要素を駆動する。

図２は、図１に示す電力源２の第１の構成例を示す図である。図３は、図１に示す電力源２の第２の構成例を示す図である。図２には、三相交流電源２１ａから供給される交流電力を直流電力へ変換する三相コンバータ、リアクトル及びコンデンサを備えた三相の交流直流変換器２２ａが示されている。図３には、単相交流電源２１ｂから供給される交流電力を直流電力へ変換する単相コンバータ、リアクトル及びコンデンサを備えた単相の交流直流変換器２２ｂが示されている。電力源２は、これらの何れを用いて構成されていてもよい。なお、図２及び図３では図示されていないが、交流直流変換器２２ａ，２２ｂと各々のインバータ３ａ，３ｂとの間の直流母線に直流変換器のような周知の昇圧回路を挿入し、直流電圧を昇圧するような構成でもよい。

更には、各々のインバータ３ａ，３ｂに直流電圧をダイレクトに供給する電池、バッテリといった直流電源でもよい。なお、交流直流変換器２２ａ，２２ｂ、又は先述の昇圧回路は、電力源２ではなく、モータ駆動装置１００に組み入れられる構成でもよい。また、図１に示した構成では、同一の電力源２にインバータ３ａ，３ｂを接続する構成を示しているが、各々のインバータ３ａ，３ｂが異なる電力源２に接続される構成でもよい。

次に、インバータ３ａ，３ｂについて説明する。インバータ３ａ，３ｂは、同一のモータ１に対して、並列に接続されている。各々のインバータ３ａ，３ｂは、電力源２から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、変換した三相交流電圧を同一のモータ１へ印加する。三相交流電圧は、モータ１を所望の周波数、即ち所望の回転速度で回転駆動するための駆動電圧である。三相交流電圧は、三相のパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号に従って生成される。ＰＷＭ信号は、制御部４により、各相の電圧指令に基づいて生成される。なお、本明細書では、三相の各相を「Ｕ」又は「ｕ」、「Ｖ」又は「ｖ」及び「Ｗ」又は「ｗ」で表記し、それぞれを「Ｕ相」、「Ｖ相」及び「Ｗ相」と呼ぶ。

インバータ３ａは、６つのスイッチング素子ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１を備える。スイッチング素子ＵＰ１，ＵＮ１は直列に接続されてＵ相レグを構成する。スイッチング素子ＶＰ１，ＶＮ１は直列に接続されてＶ相レグを構成する。スイッチング素子ＷＰ１，ＷＮ１は直列に接続されてＷ相レグを構成する。これらの３つのレグは、互いに並列に接続され、周知の三相インバータを構成する。インバータ３ａの各スイッチング素子は、前述したＰＷＭ信号に基づいて生成されたスイッチング信号に従ってオン又はオフが制御される。

インバータ３ｂは、６つのスイッチング素子ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２を備える。インバータ３ｂもインバータ３ａと同様に構成される。内容が重複するので、ここでの説明は割愛する。

各スイッチング素子の各々には、並列に帰還ダイオードが接続される。各スイッチング素子が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）である場合、ＭＯＳＦＥＴ自身が内部に有する寄生ダイオードを帰還ダイオードとして用いてもよい。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。なお、各スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴには限定されず、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子を用いてもよい。

各スイッチング素子は、ケイ素（Ｓｉ）を素材とする素子でもよいし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）又はダイヤモンド（Ｃ）といったワイドバンドギャップ半導体を素材とするワイドバンドギャップ（Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ Ｇａｐ：ＷＢＧ）半導体素子でもよい。ＷＢＧ半導体素子を用いれば、低損失、高耐電圧性及び高耐熱性の効果を享受することができる。また、ＷＢＧ半導体素子を用いれば、高速にオンオフ動作を行うことができる。これにより、スイッチングのオンオフのタイミングを細かく制御できるので、後述する実施の形態１の効果をより高めることが可能となる。

図１では、電流検出部５ａとして、インバータ３ａからモータ１に接続される３つの配線のうちのＵ相及びＷ相の配線に電流センサが配置される構成を例示しているが、この構成に限定されない。電流検出部５ａにおける２つの電流センサは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちの何れか２つの相に配置されていればよい。電流検出部５ｂについても電流検出部５ａと同様に構成できる。

電流センサとしては、交流変流器（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＡＣＣＴ）が例示されるが、直流変流器（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＤＣＣＴ）又はシャント抵抗を用いてもよい。なお、シャント抵抗を用いる場合、シャント抵抗は、一般的に、電力源２とインバータ３ａ，３ｂの各々とを結ぶ負側の直流母線、又はインバータ３ａ，３ｂの各相レグにおける負側に配置される。電流検出部５ａ，５ｂによって検出された、インバータ３ａ，３ｂにおけるインバータ電流の各検出値は、制御部４に入力される。

制御部４は、モータ１に出力する電圧を演算し、演算した電圧に基づいて三相電圧指令値を生成する。三相電圧指令値を演算により生成する際、二相変調、三次高調波重畳変調、空間ベクトル変調といった周知の手法を用いることができる。制御部４は、三相電圧指令値と母線電圧とに基づいて、インバータ３ａ，３ｂの各々に対するＰＷＭ信号を生成してインバータ３ａ，３ｂへ出力する。ここで言う母線電圧は、電力源２から出力される直流電圧と等価である。

次に、実施の形態１に係るモータ駆動装置１００が有するスイッチングモードと、スイッチングモードに従って行われるインバータ３ａ，３ｂのスイッチング動作について説明する。図４は、実施の形態１における各々のインバータ３ａ，３ｂを第１のスイッチングモードで駆動するときのスイッチング指令であるＰＷＭ信号の一例を示すタイムチャートである。第１のスイッチングモードは、スイッチング素子のオン及びオフのタイミングをインバータ３ａ，３ｂの同相同士で揃えてスイッチング動作を行うモードである。

図４の上段部には、三相正弦波である電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の波形と、三角波状に変化する振幅Ｖｄｃ／２のキャリア信号とが示されている。なお、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、三相正弦波以外の波形でもよく、キャリア信号は三角波に代えてのこぎり波を用いてもよい。また、図４の中下段部には、第１のスイッチングモードにおけるインバータ３ａに対するＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１と、第１のスイッチングモードにおけるインバータ３ｂに対するＰＷＭ信号ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２と、が相ごとに交互に示されている。なお、図４及び後述の図５では、ＰＷＭ信号の識別記号を、インバータ３ａ，３ｂの各スイッチング素子の符号と同じ表記としている。

制御部４は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を基準信号であるキャリア信号と比較し、相互の大小関係に基づいてＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１を生成する。

図４では、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも大きい場合、ＰＷＭ信号ＵＰ１はスイッチング素子ＵＰ１をオンにする電圧としてハイレベルで示され、ＰＷＭ信号ＵＮ１はスイッチング素子ＵＮ１をオフにする電圧としてローレベルで示されている。この方式は、相補ＰＷＭ方式と呼ばれる。なお、これとは逆に、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊がキャリア信号よりも小さい場合、ＰＷＭ信号ＵＰ１はスイッチング素子ＵＰ１をオフにする電圧とし、ＰＷＭ信号ＵＮ１はスイッチング素子ＵＮ１をオンにする電圧としてもよい。

他の相であるＶ相及びＷ相についても同様である。Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊とキャリア信号との比較によりＰＷＭ信号ＶＰ１，ＶＮ１が決定され、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊とキャリア信号との比較によりＰＷＭ信号ＷＰ１，ＷＮ１が決定される。

相補ＰＷＭ方式の場合、ＰＷＭ信号ＵＰ１とＰＷＭ信号ＵＮ１、ＰＷＭ信号ＶＰ１とＰＷＭ信号ＶＮ１、及びＰＷＭ信号ＷＰ１とＰＷＭ信号ＷＮ１は、各々が互いに逆極性の関係となる。このスイッチングパターンを組み合わせることで、インバータ３ａのスイッチング素子のオンオフのスイッチング動作を適切に制御し、インバータ３ａからモータ１に対し、所望の電圧を出力させることができる。

但し、同相の２つのスイッチング素子、例えばＰＷＭ信号ＵＰ１とＰＷＭ信号ＵＮ１とが同時にオンすると電力源２に大きな短絡電流が流れる。このため、実際には、スイッチング動作の遅れなども考慮し、同相の２つのスイッチング素子同士が同時にオン状態とならないように、ＰＷＭ信号にデッドタイムと呼ばれる短絡防止時間を設けることが行われる。なお、図４及び後述の図５に関しては、短絡防止時間を含まない記載となっている。

インバータ３ｂのＰＷＭ信号ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２も、インバータ３ａのＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１と同様に生成される。

インバータ３ａの各ＰＷＭ信号と、インバータ３ｂの各ＰＷＭ信号とを相ごとに比較すると、各スイッチング素子をオン及びオフさせるタイミングは同じになっている。即ち、第１のスイッチングモードでは、スイッチング素子のスイッチング動作は、インバータ３ａ，３ｂの同相同士で揃えられている。

スイッチング素子のオン及びオフのタイミングをインバータ３ａ，３ｂの同相同士で揃えることにより、インバータ３ａ，３ｂから出力される出力電圧の平衡性を保つことが可能となる。これにより、インバータ３ａ，３ｂが配置されている環境に差異又は変化がない場合には、所望のインバータ出力が得られるようになる。

次に、第２のスイッチングモードにおけるインバータ３ａ，３ｂのスイッチング動作について説明する。第２のスイッチングモードは、スイッチング素子のオン及びオフのタイミングをインバータ３ａ，３ｂの同相同士で異としてスイッチング動作を行うモードである。

インバータ３ａ，３ｂにおける各ＰＷＭ信号のパルス幅が同一である場合、インバータ３ａ，３ｂの各々の出力電圧の基本波成分は同じに保たれる。このため、インバータ３ａ，３ｂが配置されている環境に差異又は変化がない場合には、所望のインバータ出力が得られる。一方、インバータ３ａ，３ｂが配置されている環境に差異又は変化がある場合、これらの環境の差異又は変化が時間の経過と共に大きくなり、インバータ３ａ，３ｂとモータ１との間の配線温度の変化による配線抵抗のばらつき、又はモータの状態変化となって表れる。また、インバータ３ａ，３ｂが配置されている環境の差異又は変化は、インバータ３ａ，３ｂの冷却能力を変動させ、インバータ３ａ，３ｂにおけるスイッチング素子の温度ばらつきとなって表れる。従って、第１のスイッチングモードの動作のみでは、所望のインバータ出力が得られない可能性がある。このため、第２のスイッチングモードが用意されている。

図５は、実施の形態１における各々のインバータ３ａ，３ｂを第２のスイッチングモードで駆動するときのスイッチング指令であるＰＷＭ信号の一例を示すタイムチャートである。

図５の上段部には、図４と同様に、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の波形と、振幅Ｖｄｃ／２のキャリア信号とが示されている。図５の中下段部には、第２のスイッチングモードにおけるインバータ３ａに対するＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１と、第２のスイッチングモードにおけるインバータ３ｂに対するＰＷＭ信号ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２と、が相ごとに交互に示されている。 図５において、ＰＷＭ信号ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１の波形、及び極性が変化するタイミングは、図４と同じである。

前述したように、第２のスイッチングモードは、第２のスイッチングモードは、スイッチング素子のオン及びオフのタイミングをインバータ３ａ，３ｂの同相同士で異としてスイッチング動作を行うモードである。図５の例では、インバータ３ａにおける各スイッチング素子のオン又はオフのタイミングに対し、インバータ３ｂにおける各スイッチング素子のオン又はオフのタイミングがそれぞれ時間差Ｔｅ分遅れるように制御されている。時間差Ｔｅは、インバータ３ａ，３ｂにおける相ごとのスイッチング素子のオン又はオフのタイミングのずれ量である。このように制御すれば、インバータ３ａ，３ｂとモータ１との間の配線温度の変化による配線抵抗のばらつき、及びインバータ３ａ，３ｂにおけるスイッチング素子の温度ばらつきが小さくなる方向に作用する。これにより、インバータ３ａ，３ｂが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制することが可能となる。

なお、インバータ３ａ，３ｂとモータ１との間の配線温度の変化による配線抵抗のばらつき、及びインバータ３ａ，３ｂにおけるスイッチング素子の温度ばらつきの影響が小さい場合は、インバータ３ａ，３ｂにおける各ＰＷＭ信号のパルス幅は同一であることが好ましい。このように制御すれば、インバータ３ａ，３ｂの各々の出力電圧の基本波成分を同一に保持しつつ、インバータ出力の変動を抑制することが可能となる。

一方、前述した配線抵抗のばらつき、及びスイッチング素子の温度ばらつきの影響が瞬時的、又は突発的に大きくなってしまった場合等においては、インバータ３ａ，３ｂにおける各ＰＷＭ信号のパルス幅を異ならせてもよい。このように制御すれば、インバータ３ａ，３ｂ間のインバータ電流のアンバランスを解消して平衡性を元に戻す制御を迅速に行うことができる。

以上、インバータ３ｂにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングをインバータ３ａの同相同士で比較した際に異となるように制御する手法として、相ごとに時間差Ｔｅを設ける手法について説明したが、この手法に限定されない。例えば、各々のインバータ３ａ，３ｂごとに個別に電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成し、各々のインバータ３ａ，３ｂにおける電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に位相差を設けてもよい。位相差を設けた電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を同一のキャリア信号と比較すれば、意図するＰＷＭ信号を生成することができる。

或いは、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊をインバータ３ａ，３ｂ間で共通とし、キャリア信号をインバータ３ａ，３ｂ間において異とするようにしてもよい。

或いは、第１のスイッチングモードと同様の方法で生成した各ＰＷＭ信号に対して、インバータ３ａ，３ｂにおける相ごとのスイッチング素子のペアに対して、個別にオン及びオフのタイミングを補正するようにしてもよい。

また、これまでの説明では、インバータ３ａを基準にインバータ３ｂのスイッチングパターンを調整するようにしているが、これに限定されない。これとは逆に、インバータ３ｂを基準にインバータ３ａのスイッチングパターンを調整するようにしてもよい。

次に、スイッチングモードの選択方法について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態１におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャートである。実施の形態１では、モード選択情報が電流検出部５ａ，５ｂによって検出されるインバータ電流である場合について説明する。前述したように、インバータ電流は、各々のインバータ３ａ，３ｂからモータ１に出力される出力電流である。

まず、制御部４は、インバータ３ａ，３ｂを制御して、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ１１）。モータ１及びインバータ３ａ，３ｂにおいて、配線抵抗のばらつき、スイッチング素子の温度ばらつき等が小さい状態であれば、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

制御部４は、インバータ３ａ，３ｂにおけるインバータ電流の検出値を電流検出部５ａ，５ｂから取得する（ステップＳ１２）。制御部４は、インバータ電流の検出値に基づいて差電流を演算する（ステップＳ１３）。差電流は、インバータ３ａ，３ｂ間のインバータ電流の差異が分かる情報であればよく、当該情報の物理量が電流である必要はない。

制御部４は、差電流を予め定められた許容値と比較する（ステップＳ１４）。差電流が許容値以下であれば（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻り、上記の処理を繰り返す。一方、差電流が許容値を超えている場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、制御部４は、インバータ３ａ，３ｂを制御して、モータ１を第２のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ１５）。

以上のように、制御部４は、差電流が許容値以下であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、差電流が許容値を超えていればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。即ち、制御部４は、差電流に基づいて、モータ１を駆動するスイッチングモードを第１のスイッチングモードと第２のスイッチングモードとの間で切り替える制御を行う。

また、制御部４は、第２のスイッチングモードで駆動している場合に、差電流が許容値以下に戻れば、スイッチングモードを第２のスイッチングモードから第１のスイッチングモードに切り替える。例えば、負荷６を高負荷運転から中又は軽負荷運転に切り替えた場合、インバータ電流、及びモータ電流が小さい状態が続き、インバータ３ａ，３ｂ及びモータ１の温度上昇が起こりにくくなる。或いは、外部の冷却機構又は自然冷却によりインバータ３ａ，３ｂの温度及び周辺の温度が低下するので、配線抵抗のばらつき、及びスイッチング素子の温度ばらつきが次第に小さくなる。このような状態であれば、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動しても、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

なお、上記のステップＳ１４では、差電流と許容値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、制御部４は、差電流と許容値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。何れにせよ、制御部４は、差電流が許容値の範囲内であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、差電流が許容値の範囲外であればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。

また、上記のステップＳ１４では、許容値の比較対象を差電流としているが、これに限定されない。差電流に代えて、電流検出部５ａの検出値と電流検出部５ｂの検出値との比である電流比を用いてもよい。

また、上記のステップＳ１５では、第２のスイッチングモードでモータ１が駆動される。この場合、インバータ３ｂにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングと、インバータ３ａにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングとの間で、相ごとに時間差Ｔｅが設定される。この時間差Ｔｅについては、固定値としてもよいし、差電流に応じた可変値としてもよい。可変値とする場合、差電流と時間差Ｔｅとの関係を予め求めておき、差電流の大小に応じて時間差Ｔｅを変更すればよい。差電流を制御量とし、相ごとの時間差Ｔｅを操作量とするような制御系を制御部４の内部に構成すれば、この制御を実現することができる。

また、時間差Ｔｅの正負の値、即ち時間差Ｔｅのずらしの方向については、以下のように制御すればよい。なお、ここでは、電流検出部５ａによって検出されたインバータ電流の検出値を「インバータ３ａの電流」と呼び、電流検出部５ｂによって検出されたインバータ電流の検出値を「インバータ３ｂの電流」と呼ぶ。また、インバータ３ａがモータ１に印加する電圧を「インバータ３ｃの出力電圧」と呼び、インバータ３ｂがモータ１に印加する電圧を「インバータ３ｂの出力電圧」と呼ぶ。

例えば、「インバータ３ａの電流－インバータ３ｂの電流」の値が予め定められた正の許容値より大きい場合は、インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して大きくなる。従って、この場合は、インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して相対的に小さくなるように時間差Ｔｅのずらしの方向及び大きさを制御する。インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して相対的に小さくなるのであれば、時間差Ｔｅのずらしの方向、即ち時間差Ｔｅの値の正負は問わない。

また、「インバータ３ａの電流－インバータ３ｂの電流」の値が予め定められた負の許容値より小さい場合は、インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して小さくなる。従って、この場合は、インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して相対的に大きくなるように時間差Ｔｅのずらしの方向及び大きさを制御する。インバータ３ａの出力電圧がインバータ３ｂの出力電圧に対して相対的に大きくなるのであれば、時間差Ｔｅのずらしの方向、即ち時間差Ｔｅの値の正負は問わない。

なお、時間差Ｔｅの値は、配線抵抗のばらつき、スイッチング素子の温度ばらつき等に起因するインバータ電流の不平衡性を解消する目的であれば、概ね数百［ｎｓ］～数［μｓ］のオーダとなる。時間差Ｔｅの値をこれ以上に大きくすると、本来、モータ１に出力すべき電圧に対して影響を及ぼす可能性があるので、避けた方が賢明である。

なお、「インバータ３ａの電流－インバータ３ｂの電流」の絶対値が大きい場合、前述したように、ＰＷＭ信号のパルス幅をインバータ３ａとインバータ３ｂとで異なるように制御してもよい。この制御を併用すれば、インバータ３ａ，３ｂ間のアンバランスを解消する時間の短縮化を図ることができる。

インバータ３ａ，３ｂ間に生じる差電流は、インバータ損失及びモータの損失の増加につながる。また、この差電流は、モータ１が必要とする電流に重畳されて各々のインバータに流れるので、瞬時的な電流重畳により、過電流が発生するおそれがある。

従って、差電流をモード選択情報としてスイッチングモードを選択又は切り替えることにより、上述の効果に加え、インバータ損失及びモータ損失を抑制できるという効果が得られる。また、差電流に基づく制御により、過電流の発生を抑制できるので、スイッチング素子が損傷する確率を低下させることができる。更には、スイッチング素子が損傷する確率を低下させるための素子定格マージンを低減させることができる。

なお、上記では、第１のスイッチングモードでは、インバータ３ａ，３ｂの両方を用いてモータ１を駆動することを前提として説明しているが、これに限定されない。モータ１の出力が小さい領域では、インバータ３ａ，３ｂのうちの何れか一方のインバータの動作を停止し、残りの１つのインバータでモータ１を駆動してもよい。この点は、以下の実施の形態においても同様である。

また、上記では、同一のモータ１に並列に接続されるインバータ数は２としているが、これに限定されない。インバータ数は、３以上でもよい。インバータ数が３以上である場合、インバータ電流の最大値と最小値との間の差分を演算し、その演算値を上記のフローチャートにおける差電流として用いればよい。この場合、インバータ電流が最大であるインバータのみに時間差Ｔｅを設定して駆動してもよいし、インバータ電流が最小であるインバータ以外のインバータに時間差Ｔｅを設定して駆動してもよい。また、これら以外の手法で駆動してもよい。

以上説明したように、実施の形態１に係るモータ駆動装置は、複数のインバータでモータを駆動する際に、モード選択情報であるインバータ電流に基づいて選択される第１及び第２のスイッチングモードを有する。第１のスイッチングモードは、各々のインバータの同相におけるスイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数のインバータ同士で揃えて各々のインバータのスイッチング動作を行う。第２のスイッチングモードは、各々のインバータの同相におけるスイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数のインバータ同士で異として各々のインバータのスイッチング動作を行う。モータ駆動装置は、各々のインバータ間のインバータ電流の差電流が許容値を超えている場合には、モータを第２のスイッチングモードで駆動する。これにより、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制することが可能となる。

上記の制御において、モード選択情報であるインバータ電流は、各々のインバータのインバータ電流を検出する電流検出器のみで実現でき、モータの各相に流れるモータ電流を検出する電流検出器は不要である。このため、実施の形態１に係るモータ駆動装置によれば、電流検出器の数を削減できるという効果が得られる。

次に、実施の形態１における制御部４の機能を実現するためのハードウェア構成について、図７及び図８の図面を参照して説明する。図７は、実施の形態１における制御部４の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図８は、実施の形態１における制御部４の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

実施の形態１における制御部４の機能の一部又は全部を実現する場合には、図７に示されるように、演算を行うプロセッサ３００、プロセッサ３００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ３０２、及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ３０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又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 Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

メモリ３０２には、実施の形態１における制御部４の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ３００は、インタフェース３０４を介して必要な情報を授受し、メモリ３０２に格納されたプログラムをプロセッサ３００が実行し、メモリ３０２に格納されたテーブルをプロセッサ３００が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ３００による演算結果は、メモリ３０２に記憶することができる。

また、実施の形態１における制御部４の機能の一部を実現する場合には、図８に示す処理回路３０３を用いることもできる。処理回路３０３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路３０３に入力する情報、及び処理回路３０３から出力する情報は、インタフェース３０４を介して入手することができる。

なお、制御部４における一部の処理を処理回路３０３で実施し、処理回路３０３で実施しない処理をプロセッサ３００及びメモリ３０２で実施してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１は、電流検出部で検出されるインバータ電流がモータ選択情報である場合について説明した。実施の形態２では、温度検出器で検出される温度情報がモータ選択情報である場合について説明する。

図９は、実施の形態２に係るモータ駆動装置１００ａの構成を示す回路図である。実施の形態２に係るモータ駆動装置１００ａでは、図１の構成と比較すると、制御部４が制御部４ａに置き替えられ、インバータ３ａ，３ｂがインバータ３ｃ，３ｄに置き替えられている。また、インバータ３ｃには温度検出器７ａが設けられ、インバータ３ｄには温度検出器７ｂが設けられている。その他の構成は、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する説明は割愛する。なお、以下において、温度検出器７ａ，７ｂを総称して「第１の温度検出器」と記載する場合がある。

温度検出器７ａはインバータ３ｃの温度を検出し、温度検出器７ｂはインバータ３ｄの温度を検出する。インバータ３ｃ，３ｄの温度は、各々の内部の温度であってもよいし、各々における外部の周辺温度であってもよい。具体的に、温度検出器７ａ，７ｂは、例えば、各々のインバータ３ｃ，３ｄ内の６つのスイッチング素子から構成されるパワーモジュールに内蔵された温度センサであってもよい。或いは、温度検出器７ａ，７ｂは、各々のインバータ３ｃ，３ｄに温度センサを取り付けて温度を電気信号に変換するように構成されたものであってもよい。温度センサの例は、サーミスタ又は熱電対である。

次に、実施の形態２におけるスイッチングモードの選択方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態２におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャートである。実施の形態２では、モード選択情報が温度検出器７ａ，７ｂによって検出されるインバータ３ｃ，３ｄの温度である場合について説明する。

まず、制御部４ａは、インバータ３ｃ，３ｄを制御して、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ２１）。モータ１及びインバータ３ｃ，３ｄにおいて、インバータ３ｃ，３ｄ間の温度差が小さければ、配線抵抗のばらつき、スイッチング素子の温度ばらつき等も小さく、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

制御部４は、インバータ３ｃ，３ｄにおける温度の検出値を温度検出器７ａ，７ｂから取得する（ステップＳ２２）。制御部４は、温度の検出値に基づいて温度差を演算する（ステップＳ２３）。

制御部４ａは、温度差を予め定められた許容値と比較する（ステップＳ２４）。温度差が許容値以下であれば（ステップＳ２４，Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻り、上記の処理を繰り返す。一方、温度差が許容値を超えている場合（ステップＳ２４，Ｙｅｓ）、制御部４ａは、インバータ３ｃ，３ｄを制御して、モータ１を第２のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ２５）。

以上のように、制御部４ａは、温度差が許容値以下であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、温度差が許容値を超えていればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。即ち、制御部４ａは、温度差に基づいて、モータ１を駆動するスイッチングモードを第１のスイッチングモードと第２のスイッチングモードとの間で切り替える制御を行う。

また、制御部４ａは、第２のスイッチングモードで駆動している場合に、温度差が許容値以下に戻れば、スイッチングモードを第２のスイッチングモードから第１のスイッチングモードに切り替える。例えば、負荷６を高負荷運転から中又は軽負荷運転に切り替えた場合、インバータ電流、及びモータ電流が小さい状態が続き、インバータ３ｃ，３ｄ及びモータ１の温度上昇が起こりにくくなる。或いは、外部の冷却機構又は自然冷却によりインバータ３ｃ，３ｄの温度及び周辺の温度が低下するので、配線抵抗のばらつき、及びスイッチング素子の温度ばらつきが次第に小さくなる。このような状態であれば、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動しても、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

なお、上記のステップＳ２４では、温度差と許容値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、制御部４ａは、温度差と許容値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。何れにせよ、制御部４ａは、温度差が許容値の範囲内であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、温度差が許容値の範囲外であればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。

また、上記のステップＳ２４では、許容値の比較対象を温度差としているが、これに限定されない。温度差に代えて、温度検出器７ａの検出値と温度検出器７ｂの検出値との比である温度比を用いてもよい。

また、上記のステップＳ２５では、第２のスイッチングモードでモータ１が駆動される。この場合、インバータ３ｄにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングと、インバータ３ｃにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングとの間で、相ごとに時間差Ｔｅが設定される。この時間差Ｔｅについては、固定値としてもよいし、温度差に応じた可変値としてもよい。可変値とする場合、温度差と時間差Ｔｅとの関係を予め求めておき、温度差の大小に応じて時間差Ｔｅを変更すればよい。温度差を制御量とし、相ごとの時間差Ｔｅを操作量とするような制御系を制御部４ａの内部に構成すれば、この制御を実現することができる。

なお、時間差Ｔｅの正負の値、即ち時間差Ｔｅのずらしの方向については、実施の形態１と同様に制御又は設定すればよい。内容が重複するので、ここでの説明は割愛する。

インバータ３ｃ，３ｄ間に生じる温度差は、インバータ損失及びモータの損失の増加につながる。また、この温度差は、モータ１が必要とする電流に重畳されて各々のインバータに流れるので、瞬時的な電流重畳により、過電流が発生するおそれがある。

従って、温度差をモード選択情報としてスイッチングモードを選択又は切り替えることにより、インバータ損失及びモータ損失を抑制できるという効果が得られる。また、温度差に基づく制御により、過電流の発生を抑制できるので、スイッチング素子が損傷する確率を低下させることができる。更には、スイッチング素子の確率を低下させるための素子定格マージンを低減させることができる。

以上説明したように、実施の形態２に係るモータ駆動装置は、複数のインバータにおける各々の温度を検出する第１の温度検出器を備え、第１の温度検出器で検出された各々の温度情報をモータ選択情報として用いる。そして、モータ駆動装置は、各々のインバータ間の温度差が許容値を超えている場合には、モータを第２のスイッチングモードで駆動する。これにより、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制することが可能となる。

なお、上記では、各々のインバータの温度情報のみをモード選択情報として説明しているが、実施の形態１で説明した差電流を組み合わせてモード選択情報として用いてもよい。このようにすれば、より精度の良いインバータ制御及びモータ駆動を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、第１の温度検出器で検出される温度情報がモータ選択情報である場合について説明した。実施の形態３では、別の温度検出器で検出される温度情報がモータ選択情報である場合について説明する。

図１１は、実施の形態３に係るモータ駆動装置１００ｂの構成を示す回路図である。実施の形態３に係るモータ駆動装置１００ｂでは、図１の構成と比較すると、制御部４が制御部４ｂに置き替えられている。また、インバータ３ａとモータ１との間にはリアクトル８ａが設けられ、インバータ３ｂとモータ１との間にはリアクトル８ｂが設けられている。更に、リアクトル８ａには温度検出器７ｃが設けられ、リアクトル８ｂには温度検出器７ｄが設けられている。その他の構成は、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する説明は割愛する。なお、以下において、温度検出器７ｃ，７ｄを総称して「第２の温度検出器」と記載する場合がある。

リアクトルはインダクタンス成分を有するので、電流の変化を抑制する効果がある。このため、図１１のように、リアクトル８ａ，８ｂを挿入すると、インバータ３ａ，３ｂ間の差電流を抑制する効果がある。一方、リアクトルは抵抗成分を有するため、温度依存性を有する。このため、リアクトル８ａ，８ｂは、温度により抵抗値が変化し、ばらつきの要因となる。この温度依存性を考慮して、インバータ３ａ，３ｂを駆動すれば、所望のインバータ出力をより得られ易くなる。そこで、実施の形態３では、リアクトル８ａ，８ｂに温度検出器７ｃ，７ｄを設けている。

なお、図１１では、インバータ３ａとモータ１との間にリアクトル８ａを設け、インバータ３ｂとモータ１との間にリアクトル８ｂを設けているが、この構成に限定されない。インバータ３ａ，３ｂとモータ１とを接続する配線ケーブルが長い場合には、配線ケーブル自体のインダクタンス成分を利用することができる。従って、配線ケーブルが長い場合には、配線ケーブルで代用してもよい。なお、この場合、配線ケーブルに温度検出器７ｃ，７ｄを設ける構成となる。なお、温度検出器７ｃ，７ｄは、実施の形態２における温度検出器７ａ，７ｂと同様のものでよい。

次に、実施の形態３におけるスイッチングモードの選択方法について、図１２を参照して説明する。図１２は、実施の形態３におけるスイッチングモードの選択方法の説明に供するフローチャートである。実施の形態３では、モード選択情報が温度検出器７ｃ，７ｄによって検出されるリアクトル８ａ，８ｂの温度である場合について説明する。

まず、制御部４ｂは、インバータ３ａ，３ｂを制御して、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ３１）。モータ１及びインバータ３ａ，３ｂにおいて、リアクトル８ａ，８ｂ間の温度差が小さければ、配線抵抗のばらつき、スイッチング素子の温度ばらつき等も小さく、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

制御部４ｂは、リアクトル８ａ，８ｂにおける温度の検出値を温度検出器７ｃ，７ｄから取得する（ステップＳ３２）。制御部４ｂは、温度の検出値に基づいて、リアクトル８ａ，８ｂ間の温度差を演算する（ステップＳ３３）。

制御部４ｂは、温度差を予め定められた許容値と比較する（ステップＳ３４）。温度差が許容値以下であれば（ステップＳ３４，Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻り、上記の処理を繰り返す。一方、温度差が許容値を超えている場合（ステップＳ３４，Ｙｅｓ）、制御部４ｂは、インバータ３ａ，３ｂを制御して、モータ１を第２のスイッチングモードで駆動する（ステップＳ３５）。

以上のように、制御部４ｂは、温度差が許容値以下であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、温度差が許容値を超えていればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。即ち、制御部４ｂは、温度差に基づいて、モータ１を駆動するスイッチングモードを第１のスイッチングモードと第２のスイッチングモードとの間で切り替える制御を行う。

また、制御部４ｂは、第２のスイッチングモードで駆動している場合に、温度差が許容値以下に戻れば、スイッチングモードを第２のスイッチングモードから第１のスイッチングモードに切り替える。例えば、負荷６を高負荷運転から中又は軽負荷運転に切り替えた場合、インバータ電流、及びモータ電流が小さい状態が続き、リアクトル８ａ，８ｂ間の温度差も小さくなる。このような状態であれば、モータ１を第１のスイッチングモードで駆動しても、インバータ電流の出力平衡性が保たれる。

なお、上記のステップＳ３４では、温度差と許容値とが等しい場合を“Ｎｏ”と判定しているが、“Ｙｅｓ”と判定してもよい。即ち、制御部４ｂは、温度差と許容値とが等しい場合を“Ｙｅｓ”又は“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。何れにせよ、制御部４ｂは、温度差が許容値の範囲内であればモータ１を第１のスイッチングモードで駆動し、温度差が許容値の範囲外であればモータ１を第２のスイッチングモードで駆動する。

また、上記のステップＳ３４では、許容値の比較対象を温度差としているが、これに限定されない。温度差に代えて、温度検出器７ｃの検出値と温度検出器７ｄの検出値との比である温度比を用いてもよい。

また、上記のステップＳ３５では、第２のスイッチングモードでモータ１が駆動される。この場合、インバータ３ｂにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングと、インバータ３ａにおけるスイッチング素子のオン又はオフのタイミングとの間で、相ごとに時間差Ｔｅが設定される。この時間差Ｔｅについては、固定値としてもよいし、温度差に応じた可変値としてもよい。可変値とする場合、温度差と時間差Ｔｅとの関係を予め求めておき、温度差の大小に応じて時間差Ｔｅを変更すればよい。温度差を制御量とし、相ごとの時間差Ｔｅを操作量とするような制御系を制御部４ｂの内部に構成すれば、この制御を実現することができる。

なお、時間差Ｔｅの正負の値、即ち時間差Ｔｅのずらしの方向については、実施の形態１と同様に制御又は設定すればよい。内容が重複するので、ここでの説明は割愛する。

リアクトル８ａ，８ｂ間の温度差は、インバータ３ａ，３ｂ間に生じる温度差と関係がある。インバータ３ａ，３ｂ間に温度差があれば、インバータ損失及びモータの損失の増加につながる。また、この温度差は、モータ１が必要とする電流に重畳されて各々のインバータ３ａ，３ｂに流れるので、瞬時的な電流重畳により、過電流が発生するおそれがある。

従って、リアクトル８ａ，８ｂ間の温度差をモード選択情報としてスイッチングモードを選択又は切り替えることにより、インバータ損失及びモータ損失を抑制できるという効果が得られる。また、温度差に基づく制御により、過電流の発生を抑制できるので、スイッチング素子が損傷する確率を低下させることができる。更には、スイッチング素子の確率を低下させるための素子定格マージンを低減させることができる。

以上説明したように、実施の形態３に係るモータ駆動装置は、配線ケーブル又は配線ケーブルに挿入されるリアクトルにおける各々の温度を検出する第２の温度検出器を備え、第２の温度検出器で検出された各々の温度情報をモータ選択情報として用いる。そして、モータ駆動装置は、各々の配線ケーブル間、又はリアクトル間の温度差が許容値を超えている場合には、モータを第２のスイッチングモードで駆動する。これにより、各々のインバータが配置されている環境の差異又は変化に起因するインバータ出力の変動を抑制することが可能となる。

なお、上記では、各々の配線ケーブル間、又はリアクトル間の温度情報をモード選択情報として説明しているが、実施の形態１で説明した差電流及び実施の形態２で説明した各々のインバータ間の温度差のうちの少なくとも１つを組み合わせてモード選択情報として用いてもよい。このようにすれば、より精度の良いインバータ制御及びモータ駆動を行うことができる。

実施の形態４．
実施の形態４においては、２つのインバータによって駆動されるモータが結線状態を切り替え可能に構成される結線切替モータであり、モータの結線状態がモータ選択情報である場合について説明する。

図１３は、実施の形態４に係るモータ駆動装置１００ｃの構成を示す回路図である。実施の形態４に係るモータ駆動装置１００ｃでは、図１の構成と比較すると、制御部４が制御部４ｃに置き替えられている。また、図１３では、モータ１がモータ１ａに置き替えられている。モータ１ａは、各相の巻線の端部がモータ１ａの外部に引き出された結線切替モータである。更に、モータ駆動装置１００ｃには、モータ１ａの結線状態を切り替える結線切替部９が設けられている。その他の構成は、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する説明は割愛する。

結線切替部９は、図１３に示すように、開閉器９０ｕ，９０ｖ，９０ｗと、切替器９１ｕ，９１ｖ，９１ｗと、を備える。これらの開閉器９０及び切替器９１は、電磁的に接点が開閉する電磁接触器と呼ばれるものである。これらの例としては、リレー、コンタクターなどが挙げられる。また、これらの開閉器９０及び切替器９１の機能を、半導体スイッチで実現してもよい。これらの開閉器９０及び切替器９１は、制御部４ｃからの指令に基づいて開閉又は切替制御される。

切替器９１は、各々が２つの回路を切り替える機能を有する。この機能は、ｃ接点リレーで構成することができる。勿論、各々が２つの回路を切り替える機能を有していれば、ｃ接点リレー以外のものを用いて構成してもよい。

切替器９１がｃ接点リレーの場合、各々は共通端子ＣＯＭ、常開端子ＮＯ、常閉端子ＮＣの３つの端子を有する。共通端子ＣＯＭはインバータ３ｂの出力端に接続される。切替器９１の常開端子ＮＯは、インバータ３ａの出力端に接続される。切替器９１の常開端子ＮＯは、モータ１ａの巻線の片方の端部が引き出された第１の端子である端子ＵＡ，ＶＡ，ＷＡにも接続される。切替器９１の常閉端子ＮＣは、モータ１ａの各相の巻線のもう片方の端部が引き出された第２の端子である端子ＵＢ，ＶＢ，ＷＢに接続される。切替器９１の常閉端子ＮＣは、開閉器９０の片方の端子にも接続される。開閉器９０のもう片方の端子は、モータ１ａの各相巻線をＹ結線状態に構成するため、中性点ノード９２に接続されている。なお、常閉端子ＮＣと常開端子ＮＯとを入れ替えた構成でもよい。以下では、図１３の結線状態を基に説明する。

図１３の構成において、開閉器９０を全てオン状態とし、切替器９１を常開端子ＮＯ側に切り替える。この場合、インバータ３ａの出力端側と、インバータ３ｂの出力端側とが、モータ１ａの端子ＵＡ，ＶＡ，ＷＡに接続され、モータ１ａの端子ＵＢ，ＶＢ，ＷＢが中性点ノード９２に接続される。即ち、モータ１ａの端子ＵＡ，ＶＡ，ＷＡは、インバータ３ａ，３ｂの両方の出力端に接続される。これは、２つのインバータ３ａ，３ｂでＹ結線状態のモータ１ａを駆動する形態、即ち、上述の実施の形態と同様の結線状態となる。以下、この結線状態を「第１の結線状態」と呼ぶ。

第１の結線状態においては、１つのインバータでＹ結線状態のモータ１ａを駆動するときよりも大きい電流、理想的には２倍の電流をモータ１ａに供給できる。従って、第１の結線状態では、電流を大きくした分、モータトルクを大きくできる。このため、第１の結線状態は、特に大きなモータ電圧を必要としない、低速域での高出力化に寄与可能である。

また、開閉器９０を全てオフ状態とし、切替器９１を常閉端子ＮＣ側に切り替える。この場合、モータ１ａの端子ＵＡ，ＶＡ，ＷＡがインバータ３ａの出力端側に、モータ１ａの端子ＵＢ，ＶＢ，ＷＢがインバータ３ｂの出力端側に接続される。これは、２つのインバータ３ａ，３ｂで開放型巻線のモータ１ａを駆動する形態となる。以下、この結線状態を「第２の結線状態」と呼ぶ。

第２の結線状態においては、１つのインバータでＹ結線状態のモータ１ａを駆動するときよりも大きい電圧、理想的には２倍の電圧をモータ１ａに供給できる。従って、第２の結線状態は、電圧を大きくした分、特に大きなモータ電圧を必要とする高速域での高出力化に寄与可能である。

第１の結線状態と第２の結線状態とを適切に切り替えることにより、低速域ではモータ１ａへの供給電流を大きくし、モータトルクを大きくできる。また、高速域ではモータ１ａへの印加電圧を大きくすることで、モータ１ａの出力を増大することができる。これらにより、速度帯域に関係なくモータ１ａの運転領域を拡大することができる。

次に、モード選択情報に基づいて、第１のスイッチングモード及び第２のスイッチングモードのうちの何れか１つを選択する方法について説明する。実施の形態４では、モード選択情報が、モータ１ａの結線状態であるケースである。

まず、第１の結線状態のモータ１ａを駆動する場合について説明する。２つのインバータ３ａ，３ｂを用いて、第１の結線状態のモータ１ａを駆動する場合は、上述の実施の形態と同様に、第１のスイッチングモードと第２のスイッチングモードとを適宜に選択すればよい。

次に、第２の結線状態のモータ１ａを駆動する場合について説明する。前述の通り、第１のスイッチングモードは、スイッチング素子のオン及びオフのタイミングをインバータ３ａ，３ｂの同相同士で揃えてスイッチング動作を行うモードである。従って、第２の結線状態のモータ１ａを駆動する場合、第１のスイッチングモードを選択してしまうと、モータ１ａの各同相の端子同士、即ち端子ＵＡと端子ＵＢ、端子ＶＡと端子ＶＢ及び端子ＷＡと端子ＷＢとが同電位となる。従って、インバータ３ａがモータ１ａに印加する電圧と、インバータ３ｂがモータ１ａに印加する電圧とが打ち消しあい、モータ１ａに印加される合成電圧がほぼ零となってモータ１ａを駆動することができない。このため、第２の結線状態のモータ１ａを駆動する場合は、第２のスイッチングモードのみでモータ１ａを駆動する必要がある。

従って、モータ１ａが開放型巻線である場合、モータ１ａの結線状態を考慮して第１のスイッチングモード及び第２のスイッチングモードのうちの何れかを選択すれば、モータ１ａを駆動できなくなるモードを回避することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態４に係るモータ駆動装置によれば、モータが各相の巻線の端部がモータの外部に引き出された開放型巻線のモータである場合、モータの結線状態をモード選択情報とし、モード選択情報に基づいて第１又は第２のスイッチングモードを選択する。これにより、モータの結線状態が第１の結線状態である場合には、実施の形態１から実施の形態３で説明した効果を得ることができる。また、モータの結線状態が第２の結線状態である場合には、モータを駆動できなくなるモードを回避できるという効果が得られる。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１から４で説明したモータ駆動装置１００から１００ｃを、空気調和装置に適用した例について説明する。実施の形態１から４で説明したモータ駆動装置１００から１００ｃは、複数のインバータで１台のモータを駆動するモータ駆動装置である。このため、モータ駆動装置１００から１００ｃのうちの何れかを空気調和装置に適用することで、空気調和装置を大容量化でき、冷暖房能力が高く、且つ、損失の小さい空気調和装置を実現することができる。

図１４は、実施の形態５に係る空気調和装置２００の構成例を示す図である。空気調和装置２００は、室外機６７と、室内機６８と、空調制御部６９と、を備える。室外機６７は、電力源２に接続されている。室外機６７は、モータ駆動装置１００と、圧縮機６０と、四方弁６２と、熱源側熱交換器６３と、熱源側膨張弁６４と、を備える。室内機６８は、負荷側膨張弁６５と、負荷側熱交換器６６と、を備える。圧縮機６０は、モータ１を駆動源とする圧縮要素６１を備える。図１４では、モータ駆動装置１００を例示しているが、モータ駆動装置１００ａから１００ｃのうちの何れかに置き替えてもよい。

空気調和装置２００では、圧縮機６０、四方弁６２、熱源側熱交換器６３、熱源側膨張弁６４、負荷側膨張弁６５、負荷側熱交換器６６、四方弁６２、そして、圧縮機６０の順に冷媒配管７０によって接続された冷媒回路が構成されている。空気調和装置２００では、冷媒回路に冷媒が流れることによって冷凍サイクルが成立する。空気調和装置２００は、圧縮機６０によって冷凍サイクルの冷媒を圧縮する。図１４では図示していないが、圧縮機６０の吸入側に過剰な冷媒を貯留するアキュームレータを設けてもよい。冷媒回路を制御するにあたり、空調制御部６９は、四方弁６２、熱源側膨張弁６４、および負荷側膨張弁６５を制御する。なお、図１４に示す冷凍サイクルの構成は一例であり、必ずしも同じ冷凍サイクルの構成でなくてもよい。

次に、図１４で示される空気調和装置の動作について、冷房運転を例に説明する。暖房運転については詳細を省略するが、四方弁６２における流路の切り替えによって暖房運転も実現できる。冷房運転に際し、四方弁６２は予め圧縮機６０から吐出された冷媒が熱源側熱交換器６３へ向かうように、且つ、負荷側熱交換器６６から流出した冷媒が圧縮機６０へ向かうように流路を切り替えているものとする。

モータ駆動装置１００によってモータ１を駆動することで、モータ１に連結した圧縮要素６１が冷媒を高温高圧の冷媒に圧縮する。圧縮機６０は、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機６０から吐出した高温高圧の冷媒は、四方弁６２を経由して、熱源側熱交換器６３へ流入し、熱源側熱交換器６３において外部の空気と熱交換して放熱される。熱源側熱交換器６３から流出した冷媒は、熱源側膨張弁６４において膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒となった冷媒は、負荷側膨張弁６５において膨張及び減圧されて、負荷側熱交換器６６へ流入し、空調対象空間の空気と熱交換して蒸発し、低温低圧の冷媒となって、負荷側熱交換器６６から流出する。負荷側熱交換器６６から流出した冷媒は、四方弁６２を経由して、圧縮機６０に吸入され、再び圧縮される。空気調和装置２００では、以上の動作が繰り返される。

なお、モータ駆動装置１００の主にインバータ３ａ，３ｂを冷却する目的で、インバータ３ａ，３ｂの構成要素であるパワーモジュールに冷却プレートを接触させてもよい。更に、この冷却プレートに冷媒配管７０を接触させて、冷媒配管７０に流れる冷媒にインバータ３ａ，３ｂにおける発熱を吸熱させるようにしてもよい。このようにすれば、インバータ３ａ，３ｂの温度上昇を効率的に抑制できる。

なお、図１４に示す空気調和装置２００では、熱源側膨張弁６４を室外機６７に備え、負荷側膨張弁６５を室内機６８に備える構成としているが、これは、モータ駆動装置１００の冷却能力を２つの膨張弁である熱源側膨張弁６４及び負荷側膨張弁６５のそれぞれで独立に制御可能なようにするためである。この構成は、冷媒を細やかに制御するのに適しており、冷媒を効率よく制御できる。なお、図１４の構成は一例であり、必ずしも２つの膨張弁を備える構成にしなくてもよく、膨張弁を室内機６８又は室外機６７のうちの何れか一方に備える構成としてもよい。

実施の形態５では、実施の形態１から４に係るモータ駆動装置１００から１００ｃを、空気調和装置２００に適用した例を示したが、これに限定されるものではない。実施の形態１から４に係るモータ駆動装置１００から１００ｃを、空気調和装置２００の他、ヒートポンプ装置、冷凍装置などの冷凍サイクルを有する機器に適用することができる。また、モータの回転力によって駆動力を得る乾燥機、洗濯機、掃除機などの圧縮機を搭載していない製品への適用も可能であり、ファンモータなどへの適用も可能である。

以上説明したように、実施の形態５に係る空気調和装置によれば、実施の形態１から４に係るモータ駆動装置を適用することで、空気調和装置を大容量化でき、空調能力が高く、且つ、損失の小さい空気調和装置を実現することができるという効果が得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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 モータ、２ 電力源、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ インバータ、４，４ａ，４ｂ，４ｃ 制御部、５ａ，５ｂ 電流検出部、６ 負荷、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 温度検出器、８ａ，８ｂ リアクトル、９ 結線切替部、２１ａ 三相交流電源、２１ｂ 単相交流電源、２２ａ，２２ｂ 交流直流変換器、６０ 圧縮機、６１ 圧縮要素、６２ 四方弁、６３ 熱源側熱交換器、６４ 熱源側膨張弁、６５ 負荷側膨張弁、６６ 負荷側熱交換器、６７ 室外機、６８ 室内機、６９ 空調制御部、７０ 冷媒配管、９０ｕ，９０ｖ，９０ｗ 開閉器、９１ｕ，９１ｖ，９１ｗ 切替器、９２ 中性点ノード、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ モータ駆動装置、２００ 空気調和装置、３００ プロセッサ、３０２ メモリ、３０３ 処理回路、３０４ インタフェース。

Claims (10)

1. 電力源から供給される直流電圧を三相交流電圧に変換して同一のモータに印加する複数のインバータを備えたモータ駆動装置であって、
   複数の前記インバータで前記モータを駆動する際に、
   各々の前記インバータの同相におけるスイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数の前記インバータ同士で揃えて各々の前記インバータのスイッチング動作を行う第１のスイッチングモードと、
   各々の前記インバータの同相における前記スイッチング素子のオン及びオフのタイミングを複数の前記インバータ同士で異として各々の前記インバータのスイッチング動作を行う第２のスイッチングモードと、
   を有し、
   モード選択情報に基づいて前記第１又は第２のスイッチングモードを選択する
   モータ駆動装置。
2. 複数の前記インバータの各々に流れる電流を検出する電流検出部を備え、
   前記モード選択情報は、前記電流検出部で検出された各々の電流検出値である
   請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 複数の前記インバータにおける各々の温度を検出する第１の温度検出器を備え、
   前記モード選択情報は、前記第１の温度検出器で検出された各々の温度情報である
   請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
4. 複数の前記インバータと前記モータとは、配線ケーブルを介して接続され、
   前記配線ケーブルの各々には前記配線ケーブルの各々の温度を検出する第２の温度検出器を備え、
   前記モード選択情報は、前記第２の温度検出器で検出された各々の温度情報である
   請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 複数の前記インバータと前記モータとは配線ケーブルを介して接続され、前記配線ケーブルにはリアクトルが挿入され、
   前記リアクトルの各々には前記リアクトルの各々の温度を検出する第２の温度検出器を備え、
   前記モード選択情報は、前記第２の温度検出器で検出された各々の温度情報である
   請求項１から３の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記モード選択情報が許容値の範囲内であれば前記モータを前記第１のスイッチングモードで駆動し、
   前記モード選択情報が許容値の範囲外であれば前記モータを前記第２のスイッチングモードで駆動する
   請求項２から５の何れか１項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータは各相の巻線の端部が前記モータの外部に引き出された開放型巻線のモータであり、
   前記モータの結線状態を切り替える結線切替部を備え、
   前記モード選択情報は前記モータの結線状態である
   請求項１に記載のモータ駆動装置。
8. 複数の前記インバータは、第１及び第２のインバータから成り、
   前記モータの各相の巻線の片方の端部が引き出された第１の端子を前記第１のインバータに接続し、且つ、前記結線切替部を介して前記第１の端子を前記第２のインバータに接続し、且つ、前記結線切替部を動作させて前記モータの各相の巻線のもう片方の端部が引き出された第２の端子を短絡する第１の結線状態と、
   前記結線切替部を動作させて前記第１の端子との接続を前記第１のインバータのみとし、前記第２の端子を前記第２のインバータに接続する第２の結線状態と、
   を有する請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記第２の結線状態においては、前記第２のスイッチングモードのみで前記モータを駆動する
   請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載のモータ駆動装置と、
    前記モータを駆動源とする圧縮機と、
    を備え、
    前記圧縮機によって冷凍サイクルの冷媒が圧縮される
    空気調和装置。

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