JP7486656B2

JP7486656B2 - 電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯器および冷蔵庫

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Publication number: JP7486656B2
Application number: JP2023500196A
Authority: JP
Inventors: 雄平島田; 和徳畠山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2024-05-17
Anticipated expiration: 2041-02-17
Also published as: EP4297270A1; US20240048081A1; WO2022176078A1; CN116830451A; AU2021428650A1; EP4297270A4; JPWO2022176078A1

Description

本開示は、電動機を駆動する電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯器および冷蔵庫に関する。

従来、空気調和機等の機器に搭載される電動機では、巻線の接続状態の切替えによる効率向上が図られている。

特許文献１には、空気調和機の圧縮機に備えられる電動機の駆動装置に関し、母線電圧を生成するコンバータと母線電圧を交流電圧に変換するインバータとを有し、第１の結線状態と第２の結線状態との間で結線状態を切り替えることによって巻線の接続状態を切り替えることが開示されている。特許文献１の駆動装置は、第２の結線状態では第１の結線状態のときよりも低い線間電圧をインバータから出力し、かつ第２の結線状態では第１の結線状態のときよりも高い母線電圧をコンバータから出力することによって、電動機の効率向上を図る。

特許文献２には、切替器の切替え動作によって結線状態を切り替える電動機駆動装置に関し、巻線に流れる交流電流の値をゼロに近づけるように制御してから、インバータが出力する交流電圧を停止させるとともに切替器の切替え動作を行うことが開示されている。

特開２０２０－３９２５２号公報国際公開第２０１９／０８７２４３号

特許文献１の駆動装置は、結線状態を切り替える際に電動機を停止し、冷凍サイクルにおける冷媒圧力が均等になるまでの期間の経過後に電動機を再起動させる。この場合、電動機を再起動させるまでは圧縮機による冷媒を加圧することができなくなるため、冷凍サイクルの効率が低下することがある。冷凍サイクルの効率が低下すると、冷房または暖房の能力の低下により、室内の快適さを保つことが困難になる。

特許文献２の電動機駆動装置は、インバータによる交流電圧の出力を停止させる間において電動機に惰性回転を行わせることで、電動機の回転動作を停止させることなく結線状態を切替え可能とする。この場合、インバータの出力が停止している状態において、冷凍サイクルの熱負荷に伴う負荷が電動機にかかることによって、電動機が回転を継続できずに停止することがあり得る。このため、電動機が回転している間に結線状態を切り替えられなくなる可能性がある。または、電動機の回転が過度に減速されることによって、結線状態の切替え後における電動機の速度復帰が遅延し、冷凍サイクル効率が低下する可能性もある。このように、特許文献１または特許文献２にかかる従来技術によると、電動機が備えられる機器の効率が低下することがあるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機が備えられる機器の効率低下を防ぐ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、本開示にかかる電動機駆動装置は、切替器を有し、圧縮機の駆動源である第１の電動機の回転動作中における切替器の切替え動作によって第１の電動機の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、切替器を介して巻線に交流電圧を印加するインバータと、インバータと接続切替装置とを制御する第１の制御装置と、第１の電動機の負荷に影響を及ぼす要素である送風機の駆動源である第２の電動機を制御する第２の制御装置と、を備える。接続状態の切り替え時における第１の制御装置による制御は、接続状態の切り替え時の前において巻線に流れた交流電流の実効値よりも、巻線に流れる交流電流の実効値をゼロに近づける第１の段階と、インバータによる交流電圧の出力を停止させる第２の段階とを含む。第１の制御装置は、第２の段階にて切替器の切替え動作を行わせる。第２の制御装置は、接続状態の切り替えの前に第２の電動機が送風機を力行回転により駆動している場合に、第１の段階および第２の段階の期間において、力行回転を継続させるか、または、第１の電動機の回転数が低下し始めてから第２の電動機に送風機の惰性回転を行わせる。

本開示にかかる電動機駆動装置は、電動機が備えられる機器の効率低下を防ぐ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る空気調和機の概略図実施の形態１にかかる電動機駆動装置を備える給湯器の概略図実施の形態１にかかる電動機駆動装置を備える冷蔵庫の概略図実施の形態１にかかる電動機駆動装置の構成例を示す図実施の形態１の制御装置を実現するハードウェアの第１の構成例を示す図実施の形態１の制御装置を実現するハードウェアの第２の構成例を示す図実施の形態１にかかる電動機駆動装置が有するインバータの構成を示す図実施の形態１における電動機の固定子巻線と接続切替装置とを示す配線図図８に示す接続切替装置が有する切替器の構成例を示す配線図実施の形態１において電動機の結線状態がＹ結線であるときにおける巻線の接続について説明するための図実施の形態１において電動機の結線状態がΔ結線であるときにおける巻線の接続について説明するための図実施の形態１の制御装置の構成例を示す機能ブロック図図１２に示す制御装置を構成する電圧指令演算部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電動機の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャート実施の形態１における冷凍サイクル装置の動作の一例を示すタイミングチャート実施の形態２にかかる冷凍サイクル装置による電動機の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャート実施の形態２における冷凍サイクル装置の動作の一例を示すタイミングチャート実施の形態３にかかる冷凍サイクル装置による電動機の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャート実施の形態３における冷凍サイクル装置の動作の一例を示すタイミングチャート実施の形態４にかかる冷凍サイクル装置による電動機の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャート

以下に、実施の形態にかかる電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯器および冷蔵庫を図面に基づいて詳細に説明する。

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２を備える空気調和機９２０の概略図である。空気調和機９２０は、冷凍サイクル装置９００を有する。冷凍サイクル装置９００は、冷媒を加圧する圧縮機９０４と、圧縮機９０４から送り出された冷媒を空気で熱交換する熱交換器９０６，９１０と、熱交換器９０６，９１０へ空気を送る送風機９１２，９１４と、冷媒を膨張させるための膨張弁９０８と、冷媒が流れる方向を切り替える四方弁９０２と、電動機駆動装置２とを有する。冷凍サイクル装置９００は、四方弁９０２の切替えによって暖房運転と冷房運転とを切り替えることができる。

暖房運転時において、圧縮機９０４から送り出された冷媒は、四方弁９０２において実線矢印の方向に流れる。圧縮機９０４から送り出された冷媒は、四方弁９０２、室内の熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外の熱交換器９１０および四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。冷房運転時において、圧縮機９０４で加圧された冷媒は、四方弁９０２において破線矢印の方向に流れる。圧縮機９０４から送り出された冷媒は、四方弁９０２、室外の熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内の熱交換器９０６および四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。

暖房運転時には、熱交換器９０６は、凝縮器として作用して熱放出を行う。熱交換器９１０は、蒸発器として作用して熱吸収を行う。空気調和機９２０は、熱交換器９０６の熱放出によって室内を暖房する。冷房運転時には、熱交換器９１０は、凝縮器として作用して熱放出を行う。熱交換器９０６は、蒸発器として作用して熱吸収を行う。空気調和機９２０は、熱交換器９０６の熱吸収によって室内を冷房する。膨張弁９０８は、冷媒を減圧して膨張させる。

熱交換器９０６に付設された送風機９１２は、熱交換器９０６の周囲の空気を流動させることによって熱交換器９０６に空気を送る。図１において送風機９１２の隣に示す白抜き矢印は、送風機９１２の動作によって空気が流動する方向の例を表す。冷凍サイクル装置９００は、熱交換器９０６へ空気を送ることによって、熱交換器９０６による熱交換を促進する。

熱交換器９１０に付設された送風機９１４は、熱交換器９１０の周囲の空気を流動させることによって熱交換器９１０に空気を送る。図１において送風機９１４の隣に示す白抜き矢印は、送風機９１４の動作によって空気が流動する方向の例を表す。冷凍サイクル装置９００は、熱交換器９１０へ空気を送ることによって、熱交換器９１０による熱交換を促進する。

圧縮機９０４の駆動源である電動機７は、電動機駆動装置２によって制御される。電動機駆動装置２は、電動機７の可変速制御を行う。送風機９１２の駆動源である電動機と、送風機９１４の駆動源である電動機とは、それぞれ電動機駆動装置２によって制御される。電動機駆動装置２は、送風機９１２，９１４の各電動機の可変速制御を行う。図１では、送風機９１２，９１４の各電動機の図示を省略する。

図２は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２を備える給湯器９３０の概略図である。給湯器９３０は、ヒートポンプ式の給湯機である。給湯器９３０は、冷凍サイクル装置９００ａを有する。冷凍サイクル装置９００ａは、圧縮機９０４と、熱交換器９０６，９１０と、送風機９１４と、膨張弁９０８と、電動機駆動装置２とを有する。冷凍サイクル装置９００ａにおいて、圧縮機９０４から送り出された冷媒は、図２に示す矢印の方向に流れる。

冷凍サイクル装置９００ａにおいて、熱交換器９０６は、凝縮器として作用して熱放出を行う。給湯器９３０は、熱交換器９０６の熱放出によって水を温める。熱交換器９１０は、蒸発器として作用して熱吸収を行う。電動機７は、電動機駆動装置２によって制御される。送風機９１４の電動機は、電動機駆動装置２によって制御される。図２では、送風機９１４の電動機の図示を省略する。

図３は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２を備える冷蔵庫９４０の概略図である。冷蔵庫９４０は、冷凍サイクル装置９００ｂを有する。冷凍サイクル装置９００ｂは、圧縮機９０４と、熱交換器９０６，９１０と、送風機９１２，９１４と、膨張弁９０８と、電動機駆動装置２とを有する。冷凍サイクル装置９００ｂにおいて、圧縮機９０４から送り出された冷媒は、図３に示す矢印の方向に流れる。

冷凍サイクル装置９００ｂにおいて、熱交換器９１０は、凝縮器として作用して熱放出を行う。熱交換器９０６は、蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷蔵庫９４０は、熱交換器９０６の熱吸収によって庫内を冷却する。電動機７は、電動機駆動装置２によって制御される。送風機９１２，９１４の各電動機は、電動機駆動装置２によって制御される。図３では、送風機９１２，９１４の各電動機の電動機の図示を省略する。

次に、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２について説明する。図４は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２の構成例を示す図である。図４には、電動機駆動装置２、電動機７，８および交流電源４を含む配線図を示す。電動機駆動装置２は、第１の電動機である電動機７と、第２の電動機である電動機８とを制御する。電動機８は、送風機９１４の電動機である。実施の形態１では、図１の冷凍サイクル装置９００の電動機駆動装置２を例として、電動機駆動装置２の構成を説明する。また、実施の形態１において、送風機９１２の電動機についての説明は、電動機８についての説明と同様であるため省略する。

電動機駆動装置２は、電動機７の巻線７１，７２，７３の接続状態を切り替える接続切替装置６０と、接続切替装置６０を介して電動機７に交流電圧を印加するインバータ３０と、電動機８に交流電圧を印加するインバータ４０と、第１の制御装置である制御装置１００と、第２の制御装置である制御装置２００とを有する。また、電動機駆動装置２は、交流電源４に接続される入力端子２ａ，２ｂと、リアクトル９と、コンバータ１０と、コンデンサ２０と、制御電源生成回路８０と、母線電流検出手段８５，８６と、電気量検出部９０とを有する。

接続切替装置６０は、３個の切替器６１，６２，６３を有する。各切替器６１，６２，６３は、スイッチ回路である。各切替器６１，６２，６３は、例えば、メカリレーを備える。接続切替装置６０は、電動機７の回転動作中における切替器６１，６２，６３の切替え動作によって、電動機７の巻線７１，７２，７３の接続状態を切り替える。巻線７１，７２，７３は、固定子巻線であって、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線である。

インバータ３０は、切替器６１，６２，６３を介して巻線７１，７２，７３に交流電圧を印加する。また、電動機７が回転動作中であるときの巻線７１，７２，７３からの逆起電圧が、切替器６１，６２，６３を介してインバータ３０に印加される。

制御装置１００は、インバータ３０を制御することによって、電動機７を制御する。また、制御装置１００は、接続切替装置６０を制御する。インバータ４０は、電動機８の巻線に交流電圧を印加する。制御装置２００は、インバータ４０を制御することによって、電動機８を制御する。制御電源生成回路８０は、制御装置１００，２００で必要とされる電力を出力する。

巻線７１，７２，７３の接続状態を切り替える際における制御装置１００による制御は、第１の段階と第２の段階とを含む。第１の段階は、接続状態の切り替え時の前において巻線７１，７２，７３に流れた交流電流の実効値よりも、巻線７１，７２，７３に流れる交流電流の実効値をゼロに近づける電流制御期間Ｐｃを有する。第２の段階は、インバータ３０による交流電圧の出力を停止させる給電停止期間を有する。制御装置１００は、第２の段階にて切替器６１，６２，６３の切替え動作を行わせる。空気調和機９２０、給湯器９３０または冷蔵庫９４０の圧縮機９０４に使用される電動機７において、電流制御期間Ｐｃは、１秒以下の範囲内で設定できる。さらには、電流制御期間Ｐｃは、数ミリ秒から１秒までの範囲内で設定できる。

冷凍サイクル装置９００の熱負荷が大きくなるに伴い、電動機７には、熱負荷に応じた負荷がかかる。熱負荷は、送風機９１４による送風の有無、または送風機９１４による送風の強さによって変動する。このため、送風機９１４は、電動機７の負荷の変動要因となり得る要素であって、電動機７の負荷に影響を及ぼす要素といえる。以下、電動機７の負荷に影響を及ぼす要素を、負荷変動要素と称する。電動機８は、負荷変動要素の駆動源である。制御装置２００は、少なくとも、第１の段階および第２の段階の期間中において電動機８を動作させる。

電動機７は、３相永久磁石同期電動機である。巻線７１，７２，７３の端部は電動機７の外部へ引き出されており、スター結線またはデルタ結線への切替えが可能なものである。実施の形態１において、巻線７１，７２，７３の接続状態とは、巻線７１，７２，７３の結線状態とする。接続状態の切替えは、スター結線またはデルタ結線への巻線７１，７２，７３の結線状態の切替えである。以下、スター結線を「Ｙ結線」、デルタ結線を「Δ結線」と称する。接続切替装置６０は、巻線７１，７２，７３の接続状態を切り替える。巻線７１，７２，７３の結線状態は、３種類以上であっても良い。巻線７１，７２，７３の接続状態とは、巻線７１，７２，７３の巻数であっても良い。接続状態の切替えは、巻線７１，７２，７３の巻数の切替えであっても良い。

各巻線７１，７２，７３は、２以上の巻線部分からなる巻線であっても良い。巻線部分は、導線が巻き付けられた部分とする。この場合、各巻線７１，７２，７３における各巻線部分の端部は、電動機７の外部へ引き出されており結線状態の切替えが可能とされる。接続切替装置６０は、巻線部分同士の接続を並列接続と直列接続とに切り替え可能な電動機７にも適用できる。

図５は、実施の形態１の制御装置１００を実現するハードウェアの第１の構成例を示す図である。第１の構成例は、制御装置１００の要部を、プロセッサ１２３とメモリ１２４とを有する処理回路１２１によって実現する場合の構成例である。制御装置１００の要部については後述する。

プロセッサ１２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ１２３は、制御プログラムを実行する。制御プログラムは、制御装置１００の要部として動作するための処理が記述されたプログラムである。メモリ１２４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリである。メモリ１２４は、制御プログラムを記憶する。メモリ１２４は、プロセッサ１２３が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。処理回路１２１は、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）であって、情報処理装置としてのプロセッサ１２３と記憶装置としてのメモリ１２４とを備える。入力部１２２は、制御装置１００に対する入力信号を外部から受信する回路である。出力部１２５は、制御装置１００で生成した信号を制御装置１００の外部へ出力する回路である。

制御装置１００の要部は、専用のハードウェアで実現しても良い。図６は、実施の形態１の制御装置１００を実現するハードウェアの第２の構成例を示す図である。第２の構成例は、図５に示す処理回路１２１の機能を、専用のハードウェアである処理回路１２６で実現する場合の構成例である。

処理回路１２６は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。図６に示す例では、制御装置１００の要部を単一の処理回路１２６で実現するものとしたがこれに限定されない。ハードウェアが複数の処理回路１２６を備え、制御装置１００の要部をそれぞれ異なる処理回路１２６で実現しても良い。制御装置１００の要部のうちの一部を図５に示すプロセッサ１２３とメモリ１２４とで実現し、残りを処理回路１２６と同様の専用のハードウェアで実現しても良い。

以下、制御装置１００は、図５に示す処理回路１２１であるマイクロコンピュータで構成されるものとする。なお、制御装置２００には、制御装置１００と同様のハードウェアを使用することができる。

図４に示す入力端子２ａ，２ｂは、電動機駆動装置２の外部の交流電源４に接続される。入力端子２ａ，２ｂには、交流電源４から出力される交流電圧が印加される。印加される電圧の振幅すなわち実効値は、例えば、１００Ｖまたは２００Ｖ等である。印加される電圧の周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ等である。

コンバータ１０は、交流電源４から入力端子２ａ，２ｂおよびリアクトル９を介して交流電力を受け、整流および昇圧によって直流電圧を生成する。コンバータ１０は、スイッチング素子１１，１２，１３，１４を有する回路である。各スイッチング素子１１，１２，１３，１４は、金属酸化膜半導体電界効果型トランジスタ（Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect－Transistor：ＭＯＳＦＥＴ）と、ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続されるダイオードとを含む。逆並列とは、ＭＯＳＦＥＴのドレインにダイオードのカソードが接続され、ＭＯＳＦＥＴのソースにダイオードのアノードが接続されていることを意味する。なお、各スイッチング素子１１，１２，１３，１４のダイオードには、ＭＯＳＦＥＴの内部に備えられる寄生ダイオードが用いられても良い。寄生ダイオードは、ボディダイオードとも呼ばれる。

コンデンサ２０は、コンバータ１０で生成された直流電圧を平滑化して、直流電圧Ｖ２０を出力する。

図７は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２が有するインバータ３０の構成を示す図である。インバータ３０は、インバータ主回路３１０と駆動回路３５０とを有する。インバータ主回路３１０の入力端子は、コンデンサ２０の電極に接続されている。コンバータ１０の出力、コンデンサ２０の電極、およびインバータ主回路３１０の入力端子を結ぶ線を、直流母線と言う。

インバータ３０は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００による制御によって、インバータ主回路３１０の６個のアームのスイッチング素子３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６がオン、オフ動作する。このオン、オフ動作によって、インバータ３０は、周波数可変かつ電圧可変の３相交流電流を生成し、３相交流電流を電動機７に供給する。各スイッチング素子３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６には、それぞれ還流用の整流素子３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６が並列接続されている。なお、インバータ４０は、インバータ３０と同様の構成を有する。

図８は、実施の形態１における電動機７の固定子巻線と接続切替装置６０とを示す配線図である。各巻線７１，７２，７３の第１の端部７１ａ，７２ａ，７３ａは、接続切替装置６０の外部端子７１ｃ，７２ｃ，７３ｃにそれぞれ接続されている。各巻線７１，７２，７３の第２の端部７１ｂ，７２ｂ，７３ｂは、接続切替装置６０の外部端子７１ｄ，７２ｄ，７３ｄにそれぞれ接続されている。このように、電動機７は、接続切替装置６０との接続が可能となっている。また、接続切替装置６０の各外部端子７１ｃ，７２ｃ，７３ｃには、インバータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線３３１，３３２，３３３がそれぞれ接続されている。

図８に示す例では、接続切替装置６０は、３個の切替器６１，６２，６３で構成されている。各切替器６１，６２，６３としては、電磁的に接点が開閉する電磁接触器が用いられている。そのような電磁接触器には、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。

図９は、図８に示す接続切替装置６０が有する切替器６１，６２，６３の構成例を示す配線図である。図９に示す例では、各切替器６１，６２，６３は、励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流れるときと、励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流されていないときとで、異なる結線状態を取る。励磁コイル６１１，６２１，６３１は、半導体スイッチ６０４を介して、切替電源電圧Ｖ６０を受けるように互いに接続される。半導体スイッチ６０４の開閉は、制御装置１００から出力される切替制御信号Ｓｃにより制御される。なお、制御装置１００に含まれるマイクロコンピュータからの電流供給が十分確保されている場合には、接続切替装置６０は、マイクロコンピュータから直接励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流を流すように構成されてもよい。

切替器６１の共通接点６１ｃは、リード線６１ｅを介して外部端子７１ｄに接続されている。常閉接点６１ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６１ａは、インバータ３０のＶ相の出力線３３２に接続されている。

切替器６２の共通接点６２ｃは、リード線６２ｅを介して外部端子７２ｄに接続されている。常閉接点６２ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６２ａは、インバータ３０のＷ相の出力線３３３に接続されている。

切替器６３の共通接点６３ｃは、リード線６３ｅを介して外部端子７３ｄに接続されている。常閉接点６３ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６３ａは、インバータ３０のＵ相の出力線３３１に接続されている。

励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流れていないときは、切替器６１，６２，６３は、図９に示すように、常閉接点側に切り替えられた状態をとる。すなわち、共通接点６１ｃ，６２ｃ，６３ｃが常閉接点６１ｂ，６２ｂ，６３ｂに接続された状態をとる。このときにおける電動機７の結線状態が、Ｙ結線である。

励磁コイル６１１，６２１，６３１に電流が流れているときは、切替器６１，６２，６３は、図９に示す状態とは逆に、常開接点側に切り替えられた状態をとる。すなわち、共通接点６１ｃ，６２ｃ，６３ｃが常開接点６１ａ，６２ａ，６３ａに接続された状態をとる。このときにおける電動機７の結線状態が、Δ結線である。

ここで、Ｙ結線とΔ結線とに結線状態を切り替え可能な電動機７を用いる利点について説明する。図１０は、実施の形態１において電動機７の結線状態がＹ結線であるときにおける巻線７１，７２，７３の接続について説明するための図である。図１１は、実施の形態１において電動機７の結線状態がΔ結線であるときにおける巻線７１，７２，７３の接続について説明するための図である。

Ｙ結線における線間電圧をＶ_Ｙ、Ｙ結線において巻線７１，７２，７３に流れ込む電流をＩ_Ｙとする。Δ結線における線間電圧をＶ_Δ、Δ結線において巻線７１，７２，７３に流れ込む電流をＩ_Δとし、各相の巻線７１，７２，７３に掛かる電圧が互いに等しいとすると、以下の式（１）および（２）の関係が成り立つ。
Ｖ_Δ＝Ｖ_Ｙ／√３・・・（１）
Ｉ_Δ＝√３×Ｉ_Ｙ・・・（２）

Ｙ結線時の電圧Ｖ_ＹとΔ結線時の電圧Ｖ_Δとが式（１）の関係を有し、かつ、Ｙ結線時の電流Ｉ_ＹとΔ結線時の電流Ｉ_Δとが式（２）の関係を有するとき、Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機７に供給される電力は互いに等しい。つまり、電動機７に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線とＹ結線とでは、Δ結線の方が電流は大きく、かつ電動機７の駆動に必要な電圧が低い。

以上の性質を利用し、電動機駆動装置２は、負荷条件等に応じて結線状態を選択することが考えられる。電動機駆動装置２は、例えば、低負荷時には、Ｙ結線として電動機７を低速運転し、高負荷時には、Δ結線として高速運転することが考えられる。このようにすることで、電動機駆動装置２は、低負荷時の効率を向上させ、高負荷時の高出力化も可能となる。

圧縮機９０４を駆動する電動機７において結線状態を選択することについて、さらに詳しく述べる。空気調和機９２０の圧縮機９０４を駆動する電動機７としては、省エネルギー化の要求に応えるため、回転子に永久磁石を備えた同期電動機が広く用いられている。また、近年の空気調和機９２０においては、室温と設定温度との差が大きいときは、電動機７を高速で回転させる高速運転によって室温を設定温度に早く近づけ、室温が設定温度に近いときは、電動機７を低速で回転させる低速運転によって室温を維持するようにしている。電動機７をこのように制御する場合、全運転時間に対する低速運転の時間の占める割合が大きい。

同期電動機を用いた場合、回転数が上がると逆起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。回転数は、単位時間当たりにおける回転の回数である。逆起電力は、上記のようにＹ結線の方がΔ結線に比べて高い。

高速での逆起電力を抑制するために、永久磁石の磁力を小さくしたり、固定子巻線の巻き数を減らしたりすることが考えられる。しかし、そのようにすると、同一の出力トルクを得るための電流が増加するため、電動機７およびインバータ３０に流れる電流が増加し、効率が低下する。

そこで、回転数に応じて結線状態を切替えることが考えられる。例えば、高速での運転が必要な場合には、結線状態をΔ結線とする。これにより、駆動に必要な電圧を、Ｙ結線の場合の１／√３にすることができる。このため、固定子巻線の巻数を減らす必要もなく、また弱め磁束制御を用いる必要もなくなる。

一方、低速回転では、結線状態をＹ結線とすることで、電流値を、Δ結線の場合の１／√３にできる。さらに、電動機７は、Ｙ結線での低速回転に適するように固定子巻線を設計することが可能となり、速度範囲の全域にわたり結線状態をＹ結線とする場合に比べて、電流値を低減することが可能となる。この結果、電動機７は、インバータ３０の損失を低減することができ、効率を高めることが可能となる。

以上説明したように、負荷条件に応じて結線状態を切替えることには意義があり、接続切替装置６０が設けられるのは、このような切替えを可能にするためである。

図４に示される母線電流検出手段８５は、母線電流、即ち、インバータ３０に入力される直流電流Ｉｄｃ１を検出する。母線電流検出手段８５は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、直流電流Ｉｄｃ１の検出結果を示すアナログ信号を制御装置１００に供給する。検出結果を示すアナログ信号は、制御装置１００でＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置１００の内部での処理に用いられる。

母線電流検出手段８６は、インバータ４０に入力される直流電流Ｉｄｃ２を検出する。母線電流検出手段８６は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、直流電流Ｉｄｃ２の検出結果を示す信号であるアナログ信号を制御装置２００に供給する。検出結果を示すアナログ信号は、制御装置２００でＡ／Ｄ変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置２００の内部での処理に用いられる。なお、制御装置１００，２００のＡ／Ｄ変換部の図示は省略する。

制御装置１００は、上記のように、接続切替装置６０による結線状態の切替えを制御するとともに、インバータ３０の動作を制御する。インバータ３０の制御のため、制御装置１００は、スイッチング素子３１１～３１６と同数のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成して、インバータ３０に供給する。同様に、制御装置２００は、インバータ４０の動作を制御する。インバータ４０の制御のため、制御装置２００は、インバータ４０内のスイッチング素子と同数のＰＷＭ信号Ｓｍ１１～Ｓｍ１６を生成して、インバータ４０に供給する。

図７に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０のほかに、駆動回路３５０を備えており、駆動回路３５０がＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６によりスイッチング素子３１１～３１６のオンオフを制御する。これにより、周波数可変で電圧可変の３相交流電圧が電動機７に印加される。

ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、論理回路の信号レベル、すなわち０Ｖ～５Ｖの大きさを持つ信号である。ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６は、制御装置１００の接地電位を基準電位とする信号である。一方、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１～３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、－１５Ｖ～＋１５Ｖの大きさを持つ信号である。駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子の負側の端子、すなわちエミッタ端子の電位を基準電位とする信号である。

インバータ４０は、インバータ３０と同様に、ＰＷＭ信号Ｓｍ１１～Ｓｍ１６に基づいて駆動信号を生成し、駆動信号によりスイッチング素子のオンオフを制御する。これにより、周波数可変で電圧可変の３相交流電圧が電動機８に印加される。

次に、制御装置１００の機能構成について説明する。図１２は、実施の形態１の制御装置１００の構成例を示す機能ブロック図である。制御装置１００は、運転制御部１０２およびインバータ制御部１１０を有する。図１２に示す制御装置１００の各機能部は、制御装置１００の要部である。

運転制御部１０２は、図４に示す電気量検出部９０から提供される指令情報Ｑｅを受ける。運転制御部１０２は、空気調和機９２０を制御する場合において、指令情報Ｑｅに基づいて空気調和機９２０の各部を制御する。指令情報Ｑｅは、例えば、図示しない温度センサで検出された室温、図示しない操作部であるリモコンから指示される設定温度を示す情報、運転モードの選択情報、運転開始および運転終了の指示情報などである。運転モードとは、例えば、暖房、冷房、除湿などである。

運転制御部１０２は、例えば、電動機７の固定子巻線をＹ結線とするかΔ結線とするかの決定と、目標回転数の決定とを行う。運転制御部１０２は、決定に基づいて、切替制御信号Ｓｃおよび周波数指令値ω^＊を出力する。例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、運転制御部１０２は、Δ結線とすることを決める。さらに、運転制御部１０２は、目標回転数を比較的高い値に設定し、運転開始後において上記の目標回転数に対応する周波数まで徐々に周波数が上昇するような周波数指令値ω^＊を出力する。また、運転制御部１０２は、電動機７を停止させるための停止信号Ｓｔを出力する。

運転制御部１０２は、目標回転数に対応する周波数に達したら、室温が設定温度に近づくまで、その状態を維持させる。室温が設定温度に近くなったら、運転制御部１０２は、一旦電動機７を停止させ、結線状態をＹ結線に切り替えるための切替制御信号Ｓｃを出力する。さらに、運転制御部１０２は、比較的低い目標回転数に対応する周波数まで徐々に上昇する周波数指令値ω^＊を出力する。目標回転数に対応する周波数に達したら、運転制御部１０２は、その後、室温が設定温度に近い状態を維持するための制御を行う。この制御には、周波数の調整、電動機の停止、再始動等が含まれる。

図１２に示すように、インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１、３相２相変換部１１２、電圧指令演算部１１５、２相３相変換部１１６、ＰＷＭ生成部１１７、電気角位相演算部１１８、および励磁電流指令制御部１１９を有する。

電流復元部１１１には、図４に示す母線電流検出手段８５により検出された直流電流Ｉｄｃ１の値を示す信号が入力される。電流復元部１１１は、直流電流Ｉｄｃ１の値に基づいて電動機７に流れる相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元する。電流復元部１１１は、母線電流検出手段８５で検出される直流電流Ｉｄｃ１を、ＰＷＭ生成部１１７から提供されたＰＷＭ信号に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることで、相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元する。

３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１により復元された相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの電流値を、電気角位相演算部１１８で生成される電気角位相θを用いてγ－δ軸の電流値に変換する。γ－δ軸の電流値は、「γ軸電流」である励磁電流成分ｉ_γおよび「δ軸電流」であるトルク電流成分ｉ_δで表わされる。

励磁電流指令制御部１１９は、トルク電流成分ｉ_δを基に、電動機７を駆動するために最も効率が良くなる最適な励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求める。励磁電流指令制御部１１９は、出力トルクが規定された値以上または最大になる、すなわち電流値が規定された値以下または最小になる電流位相β_ｍとなる励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を出力する。なお、ここでは、励磁電流指令制御部１１９が、トルク電流成分ｉ_δに基づいて励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求めているが、一例であり、これに限定されない。励磁電流指令制御部１１９は、励磁電流成分ｉ_γ、周波数指令値ω^＊などに基づいて励磁電流指令値ｉ_γ ^＊を求めても、同様の効果を得ることができる。

電圧指令演算部１１５は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ω^＊と、３相２相変換部１１２から取得した励磁電流成分ｉ_γおよびトルク電流成分ｉ_δと、励磁電流指令制御部１１９から取得した励磁電流指令値ｉ_γ ^＊とに基づいて、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成する。また、電圧指令演算部１１５は、電動機７の周波数を推定して、周波数推定値ωｅｓｔを出力する。電圧指令演算部１１５の詳細については後述する。

電気角位相演算部１１８は、電圧指令演算部１１５から取得した周波数推定値ωｅｓｔを積分することで、電気角位相θを演算する。

２相３相変換部１１６は、電圧指令演算部１１５から取得した電圧指令値Ｖ_γ ^＊，Ｖ_δ ^＊、すなわち２相座標系の電圧指令値を、電気角位相演算部１１８から取得した電気角位相θを用いて、３相座標系の出力電圧指令値である３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊に変換する。

ＰＷＭ生成部１１７は、２相３相変換部１１６から取得した３相電圧指令値Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊を基に、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成する。運転制御部１０２から提供される停止信号Ｓｔは、例えば、ＰＷＭ生成部１１７に与えられる。ＰＷＭ生成部１１７は、停止信号Ｓｔを受けると、直ちにＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６の出力を停止する。ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６の出力が停止されることによって、電動機７は停止する。

ここで、電圧指令演算部１１５の構成および動作について詳細に説明する。図１３は、図１２に示す制御装置１００を構成する電圧指令演算部１１５の構成例を示す図である。周波数推定部１１５１は、励磁電流成分ｉ_γ、トルク電流成分ｉ_δ、γ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊に基づいて電動機７の周波数を推定することによって、周波数推定値ωｅｓｔを生成する。

制御器１１５２は、例えば、比例積分（Proportional Integral：ＰＩ）制御器である。制御器１１５２は、運転制御部１０２から取得した周波数指令値ω^＊と、周波数推定部１１５１から取得した周波数推定値ωｅｓｔとに基づいて、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する。制御器１１５２は、例えば、周波数指令値ω^＊と周波数推定値ωｅｓｔとの差分ω^＊－ωｅｓｔに基づいて、周波数推定値ωｅｓｔが周波数指令値ω^＊に一致するようなトルク電流指令値ｉ_δ ^＊を生成する。

切替部１１５５は、トルク電流指令値ｉ_δ ^＊および値「０」からトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊の値を選択する。制御器１１５６は、例えば、ＰＩ制御器である。制御器１１５６は、トルク電流成分ｉ_δがトルク電流指令値ｉ_δ ^＊＊に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を生成する。

切替部１１５３は、励磁電流指令値ｉ_γ ^＊および値「０」から励磁電流指令値ｉ_γ ^＊＊の値を選択する。制御器１１５４は、例えば、ＰＩ制御器である。制御器１１５４は、励磁電流成分ｉ_γが励磁電流指令値ｉ_γ ^＊＊に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊を生成する。電圧指令演算部１１５は、生成されたγ軸電圧指令値Ｖ_γ ^＊およびδ軸電圧指令値Ｖ_δ ^＊を出力する。

なお、図１２に示す例では、制御装置１００は、電流復元部１１１において、インバータ３０の入力側の直流電流Ｉｄｃ１の値を基に相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを復元することとしたが、これに限られない。例えば、インバータ３０の出力線３３１，３３２，３３３に電流検出器を設け、電流検出器で相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗを検出しても良い。この場合、制御装置１００は、電流検出器による電流の検出結果を、電流復元部１１１による復元結果の代わりに用いる。

電動機７に３相永久磁石同期電動機を用いた場合、電動機７に過大な電流が流れると永久磁石の不可逆減磁が発生し磁力が低下してしまう。磁力が低下すると、同一のトルクを出力するための電流が増加するため、損失の悪化が問題となる。制御装置１００は、相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの電流値または直流電流Ｉｄｃ１の値が制御装置１００へ入力されることによって電動機７に過大な電流が流れた場合に、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を停止させることで電動機７への通電を停止させる。これにより、不可逆減磁を防止することが可能となる。なお、制御装置１００には、制御装置１００へ入力される直流電流Ｉｄｃ１または制御装置１００へ入力される相電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの信号のノイズを除去するＬＰＦ（Low Pass Filter）を設けても良い。この場合、制御装置１００は、ノイズによってＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を誤って停止させることを防止でき、動作の信頼性を向上させることが可能となる。

Ｙ結線とΔ結線との間での結線状態の切替えが可能な電動機７において不可逆減磁が発生する電流、すなわち図１０および図１１に示す電流Ｉ_Ｙと電流Ｉ_Δとでは、電流Ｉ_Δが電流Ｉ_Ｙの√３倍にまで高くなる。そのため、Ｙ結線の電流Ｉ_Ｙに合わせて不可逆減磁の保護レベルが制御装置１００において設定されると、Δ結線における電流Ｉ_Δの保護が早いうちに施されることになるため、電動機７の運転範囲の拡大が困難となる。そのため、制御装置１００の内部においてＹ結線とΔ結線とに合わせた保護レベルの切替えを行うことによって、各巻線７１，７２，７３における不可逆減磁から電動機７を確実に保護することが可能となる。これにより、電動機駆動装置２は、信頼性の向上が可能となる。

なお、保護レベルの設定例としては、電動機７の初期状態の磁力を１００％として、不可逆減磁が発生した場合に性能に影響を与えない範囲である電流値、例えば、磁力が９７％に低下する電流値に設定することが挙げられる。ただし、保護レベルとする電流値は、電動機７が搭載される機器に応じて適宜変更しても良い。

次に、電動機７の運転中、すなわち回転動作中において切替器６１，６２，６３の切替え動作を行う際における電動機駆動装置２の動作について説明する。ここでは、実施の形態１についての説明に先立ち、比較例の場合の動作とその問題点について説明する。

比較例では、切替え動作の期間に図１に示す送風機９１４が停止することがあり得る。送風機９１４が停止した状態において切替え動作が実行された場合、熱交換器９１０の熱交換効率が大幅に低下することによって、冷凍サイクル装置９００の熱負荷が過大となる。この場合、圧縮機９０４を駆動する電動機７の負荷も大きくなる。

切替え動作のために、インバータ３０のゲートがオフにされることによって、電動機７への給電は停止される。この場合において電動機７の負荷が大きいと、惰性回転による電動機７の回転数は大幅に低下することとなる。このため、切替え動作後における電動機７の回転数の復帰が遅延することとなる。この場合、冷凍サイクル装置９００の能力が低下することとなる。また、切替え動作中に電動機７の回転数がゼロとなることで、電動機７の運転中において接続切替えに至らない場合がある。空気調和機９２０の場合、冷房能力の低下による室温の上昇または暖房能力の低下による室温の低下を招くこととなり、室温が一定に保つことができず、快適性が低下することにもなる。また、電動機７への給電が停止した状態では、電動機７の惰性回転に伴って回生電圧が発生することによって、母線電圧が急激に上昇する場合がある。母線電圧が急激に上昇することによって、電動機駆動装置２内の素子が耐圧超過によって破壊することがあり得る。

切替動作時における切替器６１，６２，６３の故障を防止するためには、電動機７の回生電流が切替器６１，６２，６３へ流れることを阻止するために、コンバータ１０を用いて母線電圧を設定することがあり得る。この場合、コンバータ１０の母線電圧の昇圧制御と並行してインバータ３０の出力を停止することによって、電動機７の負荷が急激に低下することがある。この場合も、上記の場合と同様に、母線電圧が急激に上昇し、素子が耐圧超過で破壊することがあり得る。

図１４は、実施の形態１にかかる電動機駆動装置２による電動機７の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０において、電動機駆動装置２は、電動機７の回転数を検出する。

ステップＳ１１において、電動機駆動装置２は、電動機７の回転数が、接続切替の条件を満たすか否かを判断する。電動機駆動装置２には、結線状態を切り替えるための回転数の閾値ＲＰ１，ＲＰ２があらかじめ設定されている。電動機駆動装置２は、現在の回転数がＲＰ１以下またはＲＰ２以上である場合、接続切替の条件を満たすと判断し、現在の回転数がＲＰ１よりも大きくかつＲＰ２よりも小さい場合、接続切替の条件を満たさないと判断する。接続切替の条件を満たさない場合（ステップＳ１１，Ｎｏ）、電動機駆動装置２は、図１４に示す手順による処理を終了する。電動機７は、結線状態を切り替えずに運転を継続する。

接続切替の条件を満たす場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１２において、電動機駆動装置２は、インバータ３０のゲートをオフにする。ステップＳ１３において、電動機駆動装置２は、電動機７の結線状態を切り替える。

結線状態を切り替えた後、ステップＳ１４において、電動機駆動装置２は、コンバータ１０による昇圧を行う。電動機駆動装置２は、ステップＳ１５においてインバータ３０のゲートをオンにしてから、ステップＳ１６において送風機９１４の回転数を調整し、ステップＳ１７において電動機７の回転数を調整する。このようにして、電動機駆動装置２は、電動機７の接続状態の切り替えを行い、図１４に示す手順による動作を終了する。電動機７は、切り替え後の結線状態での運転を継続する。

図１５は、実施の形態１における冷凍サイクル装置９００の動作の一例を示すタイミングチャートである。ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、それぞれ時系列におけるタイミングを表す。図１５において、送風機９１４の回転数は、電動機８の回転数でもある。電動機７の回転数がＲＰ０から低下し、ｔ０にて回転数がＲＰ１以下になったとする。接続切替の条件を満たしたことによって、電動機駆動装置２は、ｔ０後のｔ１にて、インバータ３０のゲートをオフにする。

電動機駆動装置２は、電動機７の回転数がＲＰ０から低下する前から、力行回転により送風機９１４を回転数Ｆ０で駆動していたとする。電動機駆動装置２は、電動機７の回転数がＲＰ０以下となってからも、送風機９１４の力行回転を継続する。または、電動機駆動装置２は、電動機７の回転数がＲＰ０から低下し始めてから、惰性回転によって送風機９１４を回転させる。いずれの場合も、電動機７の回転数がＲＰ０から低下し始めても、送風機９１４の回転は継続する。図１５において、ｔ０からの回転を力行回転とした場合における送風機９１４の回転数の推移を破線で示す。また、ｔ０からの回転を惰性回転とした場合における送風機９１４の回転数の推移を実線で示す。

電動機７の結線状態が切り替えられると、電動機駆動装置２は、ｔ２においてインバータ３０のゲートをオンにする。ｔ２よりも後のｔ３では、電動機駆動装置２は、送風機９１４の回転数を調整する。送風機９１４を力行回転させている場合は、送風機９１４の回転数はＦ０のまま維持される。送風機９１４を惰性回転させた場合は、電動機駆動装置２は、Ｆ０よりも低下した送風機９１４の回転数を上昇させる。力行回転および惰性回転のいずれの場合も、電動機駆動装置２は、負荷変動要素である送風機９１４の動作を継続させる。ｔ３よりも後のｔ４において、電動機駆動装置２は、電動機７の回転数をＲＰ０まで上昇させる。

電動機７の回転数がＲＰ０から上昇し、回転数がＲＰ２以上になった場合も、電動機駆動装置２は、回転数がＲＰ１以下となった場合と同様に、送風機９１４の動作を継続させる。

実施の形態１によると、電動機駆動装置２は、切替え動作に際して送風機９１４の回転を継続させることによって、熱交換器９１０による熱交換を継続させる。このため、電動機駆動装置２は、切替え動作における電動機７の負担を低減させることができる。電動機駆動装置２は、電動機７の回転数が復帰するまでの時間を短縮させることができる。このため、冷凍サイクル装置９００は、切替え動作のときにおける冷凍サイクルの能力低下を低減できる。空気調和機９２０は、冷房能力の低下と暖房能力の低下とを防ぐことが可能となり、快適性を向上させることができる。さらに、電動機駆動装置２は、送風機９１４による送風が継続されることによって、母線電圧へ負荷消費を与え、母線電圧の過度な上昇を防ぐことができる。このため、電動機駆動装置２は、電動機駆動装置２内の素子が耐圧超過によって破壊するといった不具合を低減できる。

以上により、電動機駆動装置２は、電動機７が備えられる機器の効率低下を防ぐことができるという効果を奏する。また、電動機駆動装置２は、母線電圧の過度な上昇による不具合を防ぐことができ、高い信頼性を得ることができる。

なお、コンバータ１０のスイッチング素子１１～１４としては、ダイオードなどを用いることが一般的である。しかし、コンバータ１０の構成は、それに限定されない。コンバータ１０のスイッチング素子１１～１４として、ダイオードの代わりに、例えば、図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ素子（半導体スイッチ）を用いて、交流電源４から供給される電圧（入力交流電圧）の極性に合わせてオン状態とすることで、整流を行うように構成してもよい。

インバータ主回路３１０のスイッチング素子３１１～３１６としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴが用いられるが、実施の形態１ではこれに限定されない。スイッチング素子３１１～３１６は、スイッチングが可能な素子であれば、どのようなものを用いても良い。なお、スイッチング素子３１１～３１６としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴが構造上寄生ダイオードを有するため、図７に示す還流用の整流素子３２１～３２６を並列接続する必要はない。

スイッチング素子１１～１４及びスイッチング素子３１１～３１６を構成する材料については、ケイ素（Ｓｉ）だけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド等を用いたもので構成することにより、損失をより少なくすることが可能となる。

実施の形態２．
図１６は、実施の形態２にかかる冷凍サイクル装置９００による電動機７の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャートである。実施の形態２にかかる冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０を動作させる際に、送風機９１４の回転継続と併せて膨張弁９０８を開く点が、実施の形態１の冷凍サイクル装置９００とは異なる。実施の形態２では、実施の形態１とは異なる動作について主に説明する。

接続切替の条件を満たす場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、冷凍サイクル装置９００は、ステップＳ１８において、膨張弁９０８の開放操作を行う。すなわち、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開く。冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開くことによって、冷媒を減圧する。その後、冷凍サイクル装置９００では、電動機駆動装置２がステップＳ１２以降の手順により動作する。

ステップＳ１５において電動機駆動装置２がインバータ３０のゲートをオンにした後、ステップＳ１９において、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８の開度を調整する。その後、冷凍サイクル装置９００では、電動機駆動装置２がステップＳ１６以降の手順により動作する。図１６に示す手順による動作によって、冷凍サイクル装置９００は、制御装置１００による制御における第１の段階および第２の段階の期間において膨張弁９０８を開く。

図１７は、実施の形態２における冷凍サイクル装置９００の動作の一例を示すタイミングチャートである。ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５は、それぞれ時系列におけるタイミングを表す。電動機７の回転数と、インバータ３０のゲートのオンオフと、送風機９１４の回転数とは、図１５に示す実施の形態１の場合と同様に推移する。

ｔ１０から力行回転または惰性回転によって送風機９１４の回転を継続させ、ｔ１０よりも後のｔ１１において、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８の開度をｆ０から上昇させる。すなわち、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開く。冷凍サイクル装置９００は、ｔ１１からｔ１２にかけて、開度をｆ１まで上昇させる。その後、電動機駆動装置２は、ｔ１２にて、インバータ３０のゲートをオフにする。

電動機７の結線状態が切り替えられると、電動機駆動装置２は、ｔ１３においてインバータ３０のゲートをオンにする。また、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８の開度をｆ１から減少させる。冷凍サイクル装置９００は、ｔ１３からｔ１４にかけて、開度をｆ０まで減少させる。電動機駆動装置２は、ｔ１４において送風機９１４の回転数を調整する。ｔ１４よりも後のｔ１５において、電動機駆動装置２は、電動機７の回転数をＲＰ０まで上昇させる。

実施の形態２では、冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０の切替え動作の際に、送風機９１４の回転を継続するとともに、膨張弁９０８を開いて冷媒を減圧することによって、冷凍サイクル装置９００の圧力負荷を低減させる。冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転を継続するとともに膨張弁９０８を開くことで、冷凍サイクル装置９００の熱負荷と電動機７の負荷とを効果的に下げることができる。空気調和機９２０の場合には、切替え動作に際して、電動機７の回転数の大幅な低下または回転動作の停止を効果的に防ぐことが可能となる。

冷凍サイクル装置９００は、電動機７の回転数が復帰するまでの時間を短縮させることができる。また、冷凍サイクル装置９００は、切替え動作の際における冷凍サイクルの能力低下を低減できる。空気調和機９２０は、冷房能力の低下と暖房能力の低下とを防ぐことが可能となり、快適性を向上させることができる。さらに、冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４による送風が継続されることによって、電動機駆動装置２内の母線電圧へ負荷消費を与え、母線電圧の過度な上昇を防ぐことができる。このため、冷凍サイクル装置９００は、電動機駆動装置２内の素子が耐圧超過によって破壊するといった不具合を低減できる。

以上により、冷凍サイクル装置９００は、電動機７が備えられる機器の効率低下を防ぐことができるという効果を奏する。また、冷凍サイクル装置９００は、電動機駆動装置２内の母線電圧の過度な上昇による不具合を防ぐことができ、高い信頼性を得ることができる。

実施の形態３．
図１８は、実施の形態３にかかる冷凍サイクル装置９００による電動機７の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャートである。実施の形態３にかかる冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０を動作させる際に送風機９１４の回転数を増加する点が、実施の形態１とは異なる。実施の形態３では、実施の形態１とは異なる動作について主に説明する。

接続切替の条件を満たす場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、冷凍サイクル装置９００は、ステップＳ２０において、送風機９１４の回転数を増加する。すなわち、制御装置２００は、電動機８の回転数を上昇させる制御を行う。冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転数を増加することによって、熱交換器９１０の熱交換をさらに促進する。その後、冷凍サイクル装置９００では、電動機駆動装置２がステップＳ１２以降の手順により動作する。ステップＳ１６では、冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転数を調整することによって、送風機９１４の回転数を元の回転数に戻す。

図１８に示す手順による動作によって、冷凍サイクル装置９００は、制御装置１００による制御における第１の段階および第２の段階の期間において、接続状態の切り替え時の前よりも電動機８を高速に回転させる。

図１９は、実施の形態３における冷凍サイクル装置９００の動作の一例を示すタイミングチャートである。ｔ２０，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ２４，ｔ２５は、それぞれ時系列におけるタイミングを表す。電動機７の回転数と、インバータ３０のゲートのオンオフとは、図１５に示す実施の形態１の場合と同様に推移する。

電動機７の回転数がＲＰ０から低下し、回転数がＲＰ１以下となったタイミングであるｔ２０にて、冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転数をＦ０から上昇させる。冷凍サイクル装置９００は、ｔ２０からｔ２１にかけて、送風機９１４の回転数をＦ１まで上昇させる。その後、電動機駆動装置２は、ｔ２２にて、インバータ３０のゲートをオフにする。

電動機７の結線状態が切り替えられると、電動機駆動装置２は、ｔ２３においてインバータ３０のゲートをオンにする。その後、冷凍サイクル装置９００は、ｔ２４にて、送風機９１４の回転数をＦ１から減少させる。冷凍サイクル装置９００は、ｔ２４からｔ２５にかけて、送風機９１４の回転数を元のＦ０まで減少させる。電動機駆動装置２は、ｔ２５において、電動機７の回転数をＲＰ０まで上昇させる。

実施の形態３では、冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０の切替え動作の際に、送風機９１４の回転を継続するのみならず、送風機９１４の回転数を増加する。冷凍サイクル装置９００は、熱交換器９１０の熱交換を促進することによって、冷凍サイクル装置９００の熱負荷と電動機７の負荷とを効果的に下げることができる。空気調和機９２０の場合には、切替え動作に際して、電動機７の回転数の大幅な低下または回転動作の停止を効果的に防ぐことが可能となる。

実施の形態４．
図２０は、実施の形態４にかかる冷凍サイクル装置９００による電動機７の結線状態の切り替えの際における動作手順を示すフローチャートである。実施の形態４にかかる冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０を動作させる際に、膨張弁９０８を開き、かつ送風機９１４の回転数を増加する点が、実施の形態１とは異なる。実施の形態４では、実施の形態１とは異なる動作について主に説明する。

接続切替の条件を満たす場合（ステップＳ１１，Ｙｅｓ）、冷凍サイクル装置９００は、ステップＳ２０において、送風機９１４の回転数を増加する。すなわち、制御装置２００は、電動機８の回転数を上昇させる制御を行う。冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転数を増加することによって、熱交換器９１０の熱交換をさらに促進する。

また、冷凍サイクル装置９００は、ステップＳ１８において、膨張弁９０８の開放操作を行う。すなわち、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開く。冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開くことによって、冷媒を減圧する。その後、冷凍サイクル装置９００では、電動機駆動装置２がステップＳ１２以降の手順により動作する。

ステップＳ１５において電動機駆動装置２がインバータ３０のゲートをオンにした後、ステップＳ１９において、冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８の開度を調整する。ステップＳ１６では、冷凍サイクル装置９００は、送風機９１４の回転数を調整することによって、送風機９１４の回転数を元の回転数に戻す。

図２０に示す手順による動作によって、冷凍サイクル装置９００は、制御装置１００による制御における第１の段階および第２の段階の期間において、接続状態の切り替え時の前よりも電動機８を高速に回転させる。また、図２０に示す手順による動作によって、冷凍サイクル装置９００は、制御装置１００による制御における第１の段階および第２の段階の期間において、接続状態の切り替え時の前よりも膨張弁９０８を開いて、冷媒を減圧させる。

実施の形態４では、冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０の切替え動作の際に、膨張弁９０８を開いて冷媒を減圧することによって、冷凍サイクル装置９００の圧力負荷を低減させる。さらに、冷凍サイクル装置９００は、接続切替装置６０の切替え動作の際に、送風機９１４の回転数を増加する。冷凍サイクル装置９００は、膨張弁９０８を開き、かつ熱交換器９１０の熱交換を促進することによって、冷凍サイクル装置９００の熱負荷と電動機７の負荷とを効果的に下げることができる。空気調和機９２０の場合には、切替え動作に際して、電動機７の回転数の大幅な低下または回転動作の停止を効果的に防ぐことが可能となる。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

２電動機駆動装置、２ａ，２ｂ入力端子、４交流電源、７，８電動機、９リアクトル、１０コンバータ、１１，１２，１３，１４，３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６スイッチング素子、２０コンデンサ、３０，４０インバータ、６０接続切替装置、６１，６２，６３切替器、６１ａ，６２ａ，６３ａ常開接点、６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ常閉接点、６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ共通接点、６１ｅ，６２ｅ，６３ｅリード線、６４中性点ノード、７１，７２，７３巻線、７１ａ，７２ａ，７３ａ第１の端部、７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ第２の端部、７１ｃ，７１ｄ，７２ｃ，７２ｄ，７３ｃ，７３ｄ外部端子、８０制御電源生成回路、８５，８６母線電流検出手段、９０電気量検出部、１００，２００制御装置、１０２運転制御部、１１０インバータ制御部、１１１電流復元部、１１２３相２相変換部、１１５電圧指令演算部、１１６２相３相変換部、１１７ＰＷＭ生成部、１１８電気角位相演算部、１１９励磁電流指令制御部、１２１，１２６処理回路、１２２入力部、１２３プロセッサ、１２４メモリ、１２５出力部、３１０インバータ主回路、３２１，３２２，３２３，３２４，３２５，３２６整流素子、３３１，３３２，３３３出力線、３５０駆動回路、６０４半導体スイッチ、６１１，６２１，６３１励磁コイル、９００，９００ａ，９００ｂ冷凍サイクル装置、９０２四方弁、９０４圧縮機、９０６，９１０熱交換器、９０８膨張弁、９１２，９１４送風機、９２０空気調和機、９３０給湯器、９４０冷蔵庫、１１５１周波数推定部、１１５２，１１５４，１１５６制御器、１１５３，１１５５切替部。

Claims

切替器を有し、圧縮機の駆動源である第１の電動機の回転動作中における前記切替器の切替え動作によって前記第１の電動機の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、
前記切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するインバータと、
前記インバータと前記接続切替装置とを制御する第１の制御装置と、
前記第１の電動機の負荷に影響を及ぼす要素である送風機の駆動源である第２の電動機を制御する第２の制御装置と、
を備え、
前記接続状態の切り替え時における前記第１の制御装置による制御は、前記接続状態の切り替え時の前において前記巻線に流れた交流電流の実効値よりも、前記巻線に流れる交流電流の実効値をゼロに近づける第１の段階と、前記インバータによる前記交流電圧の出力を停止させる第２の段階とを含み、
前記第１の制御装置は、前記第２の段階にて前記切替器の前記切替え動作を行わせ、
前記第２の制御装置は、前記接続状態の切り替えの前に前記第２の電動機が前記送風機を力行回転により駆動している場合に、前記第１の段階および前記第２の段階の期間において、前記力行回転を継続させるか、または、前記第１の電動機の回転数が低下し始めてから前記第２の電動機に前記送風機の惰性回転を行わせる電動機駆動装置。
前記インバータに供給される電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記第１の制御装置は、前記電流検出手段による検出結果に基づいて前記インバータを制御する請求項１に記載の電動機駆動装置。
前記接続状態の切替えは、スター結線とデルタ結線との間での前記巻線の結線状態の切替えである請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
前記接続状態の切替えは、前記巻線の巻数の切替えである請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
前記切替器は、電磁接触器を有し、
前記電磁接触器は、励磁コイルと、前記励磁コイルに流れる電流により駆動される接点とを有し、
前記第１の制御装置は、前記励磁コイルに供給される電流の制御により前記接続切替装置を制御する請求項１から４のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
前記第１の段階において、前記接続状態の切り替え時の前において前記巻線に流れた交流電流の実効値よりも、前記巻線に流れる交流電流の実効値をゼロに近づける期間である電流制御期間は１秒以下である請求項１から５のいずれか１つに記載の電動機駆動装置。
請求項１から６のいずれか１つに記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル装置。
冷媒を膨張させるための膨張弁をさらに備え、
前記第１の段階および前記第２の段階の期間において前記膨張弁を開く請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。
請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置を備える給湯器。
請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置を備える冷蔵庫。