JP7515574B2 - Motor drive device, refrigeration cycle device, air conditioner, water heater, and refrigerator - Google Patents

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Description

本開示は、電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫に関する。 The present disclosure relates to an electric motor drive device, a refrigeration cycle device equipped with the same, and an air conditioner, a water heater, and a refrigerator equipped with the refrigeration cycle device.

接続切替装置の切替器(例えば、機械式のリレー)による電動機の巻線の接続状態の切替え動作を、電動機の回転動作を停止させずに行う電動機駆動装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電動機駆動装置は、電動機の巻線に流れる交流電流(すなわち、電動機電流)の実効値をゼロに近づけるようにインバータの出力電圧を制御している期間内に切替器の切替え動作を行う。 There has been proposed an electric motor drive device that switches the connection state of the windings of the electric motor using a switch (e.g., a mechanical relay) of a connection switching device without stopping the rotation of the electric motor (see, for example, Patent Document 1). This electric motor drive device switches the switch during a period in which the output voltage of the inverter is controlled so as to bring the effective value of the AC current (i.e., the motor current) flowing through the windings of the electric motor closer to zero.

国際公開第2019/087243号(例えば、図4、図6参照)International Publication No. 2019/087243 (see, for example, Figs. 4 and 6)

しかしながら、上記従来の電動機駆動装置では、巻線に流れる交流電流の実効値をほぼゼロにするために、インバータの出力電圧を電動機で発生する逆起電圧にほぼ一致させることが必要となる。つまり、切替器の切替え動作中に、インバータによる通電が継続されている。例えば、切替器として機械式のリレーが用いられている場合には、リレー内の接点間にアーク放電が生じ、電動機の巻線を介さない短絡回路が形成されて短絡電流が流れ、切替器又はインバータが故障するおそれがある。However, in the above-mentioned conventional motor drive device, in order to make the effective value of the AC current flowing through the windings nearly zero, it is necessary to make the output voltage of the inverter nearly equal to the back electromotive force generated by the motor. In other words, the inverter continues to supply current during the switching operation of the switch. For example, if a mechanical relay is used as the switch, an arc discharge may occur between the contacts in the relay, forming a short circuit that does not pass through the motor windings, causing a short circuit current to flow, which may cause the switch or inverter to fail.

本開示は、電動機の巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する故障が生じにくい電動機駆動装置及びそれを備えた装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide an electric motor drive device and an apparatus equipped with the same that are less susceptible to failures caused by performing the switching operation of a switch that switches the connection state of the windings of an electric motor without stopping the rotation of the electric motor.

本開示に係る電動機駆動装置は、複数の切替器を有し、前記複数の切替器の切替え動作を行うことによって電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、前記複数の切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、回転動作中の前記電動機の前記巻線から前記複数の切替器を介して逆起電圧が印加されるインバータと、前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、を有し、前記接続切替装置は、前記電動機の回転動作中に前記接続状態の切替えを実行する際に、前記複数の切替器の全ての切替え動作を異なるタイミングで且つ前記複数の切替器の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行い、前記制御装置は、前記巻線に流れる交流電流の第1の実効値が前記複数の切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第2の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内であって前記電動機の回転数がゼロではない前記電流制御期間内に、前記接続切替装置に前記複数の切替器の切替え動作を実行させ、前記複数の切替器の各々は、励磁コイルを含む電磁接触器を有し、前記複数の切替器の切替え動作は、前記電磁接触器の接点間の導通又は非導通の切替えによって行われ、前記励磁コイルを励磁なし状態から励磁あり状態に切替えるときの前記時間間隔は、5ms以上であり、前記励磁コイルを励磁あり状態から励磁なし状態に切替えるときの前記時間間隔は、2ms以上であることを特徴とする。 An electric motor drive device according to the present disclosure comprises a connection switching device having a plurality of switches and switching a connection state of a winding of an electric motor by performing a switching operation of the plurality of switches, an inverter that applies an AC voltage to the winding via the plurality of switches and to which a back electromotive force is applied from the winding of the electric motor during a rotating operation via the plurality of switches, and a control device that controls the rotation operation of the electric motor by controlling the inverter and causes the connection switching device to switch the connection state, and when switching the connection state during a rotating operation of the electric motor, the connection switching device sequentially performs the switching operations of all of the plurality of switches at different timings and with a time interval between each of the switching operations of the plurality of switches, and the control The device causes the connection switching device to execute switching operations of the multiple switches within a current control period in which a first effective value of the AC current flowing through the winding is closer to zero than a second effective value of the AC current flowing through the winding before the switching operations of the multiple switches, and within the current control period in which the rotation speed of the motor is not zero , each of the multiple switches has an electromagnetic contactor including an excitation coil, the switching operation of the multiple switches is performed by switching between conductivity and non-conduction between contacts of the electromagnetic contactor, the time interval when the excitation coil is switched from a non-excitation state to an excitation state is 5 ms or more, and the time interval when the excitation coil is switched from an excitation state to a non-excitation state is 2 ms or more .

本開示によれば、電動機の巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する、電動機駆動装置の故障が生じにくくなり、電動機駆動装置の寿命を長くすることができる。 According to the present disclosure, failures of the motor drive device caused by performing the switching operation of a switch that switches the connection state of the motor windings without stopping the rotation of the motor are less likely to occur, and the life of the motor drive device can be extended.

実施の形態の空気調和機(冷凍サイクル装置を含む)の構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an air conditioner (including a refrigeration cycle device) according to an embodiment. 実施の形態の給湯機(冷凍サイクル装置を含む)の構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration example of a water heater (including a refrigeration cycle device) according to an embodiment; 実施の形態の冷蔵庫(冷凍サイクル装置を含む)の構成例を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a refrigerator (including a refrigeration cycle device) according to an embodiment. 実施の形態1の電動機駆動装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of an electric motor drive device according to a first embodiment; 実施の形態1の電動機駆動装置の他の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the electric motor drive device according to the first embodiment. 図4のインバータの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the inverter shown in FIG. 4 . 図4の電動機の巻線及び接続切替装置の構成例を詳細に示す回路図である。5 is a circuit diagram showing in detail an example of the configuration of the windings and connection switching device of the motor of FIG. 4. 図4の接続切替装置の構成例を詳細に示す回路図である。5 is a circuit diagram showing in detail an example of the configuration of the connection switching device of FIG. 4. (a)及び(b)は、電動機の異なる結線状態における巻線を概念的に示す図である。4A and 4B are diagrams conceptually showing windings in different connection states of a motor; 実施の形態1で用いられる制御装置の一例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a control device used in the first embodiment. 図10の電圧指令演算部の構成の一例を示す図である。11 is a diagram illustrating an example of the configuration of a voltage command calculation unit in FIG. 10 . 比較例において発生し得る短絡電流の経路を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a path of a short-circuit current that may occur in the comparative example. (a)及び(b)は、結線切替時の切替器の信号の一例を示す図である。6A and 6B are diagrams illustrating an example of a signal of a switch when a connection is switched. (a)及び(b)は、複数の切替器を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating a connection state when a plurality of switches are switched sequentially with a time lag. (a)から(c)は、複数の切替器を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。11A to 11C are diagrams showing the connection state when a plurality of switches are switched sequentially with a time lag. 結線切替前後の電流波形の一例を示す。4 shows an example of current waveforms before and after connection switching. 実施の形態2における電動機の巻線と接続切替装置とを示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a winding of an electric motor and a connection switching device in a second embodiment. 図17の接続切替装置の切替器にMOSトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。18 is a circuit diagram showing a configuration example in which a MOS transistor is used as a switch in the connection switching device of FIG. 17. 図18の切替器のMOSトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。FIG. 20 illustrates, in tabular form, examples of on and off states of MOS transistors of the switch of FIG. 18. 実施の形態3における電動機の巻線と接続切替装置とを示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a winding of an electric motor and a connection switching device in a third embodiment.

以下に、図面を参照して、実施の形態に係る電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル適用機器である冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫について説明する。なお、以下に示す実施の形態は例に過ぎず、電動機駆動装置及びそれを備えた各装置は、種々の変更が可能である。なお、以下の説明において、同じ符号が付された構成要素は、同じ又は同様の機能を持つ。 Below, with reference to the drawings, an electric motor drive device according to an embodiment, a refrigeration cycle device that is a refrigeration cycle application device equipped with the same, and an air conditioner, a water heater, and a refrigerator equipped with the refrigeration cycle device will be described. Note that the embodiments shown below are merely examples, and the electric motor drive device and each device equipped with the same can be modified in various ways. Note that in the following description, components with the same reference numerals have the same or similar functions.

図1は、実施の形態の空気調和機(冷凍サイクル装置900を含む)の構成例を示す概略図である。図1に示されるように、冷凍サイクル装置900は、四方弁902の切替え動作により暖房運転又は冷房運転を行うことができる。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an air conditioner (including a refrigeration cycle device 900) according to an embodiment. As shown in Figure 1, the refrigeration cycle device 900 can perform heating or cooling operation by switching the four-way valve 902.

暖房運転時には、実線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機904で加圧されて送り出され、四方弁902、室内の熱交換器906、膨張弁908、室外の熱交換器910及び四方弁902を通って圧縮機904に戻る。冷房運転時には、破線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機904で加圧されて送り出され、四方弁902、室外の熱交換器910、膨張弁908、室内の熱交換器906及び四方弁902を通って圧縮機904に戻る。During heating operation, as shown by the solid arrows, the refrigerant is pressurized by the compressor 904 and sent out, passes through the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 906, the expansion valve 908, the outdoor heat exchanger 910, and the four-way valve 902, and returns to the compressor 904. During cooling operation, as shown by the dashed arrows, the refrigerant is pressurized by the compressor 904 and sent out, passes through the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 910, the expansion valve 908, the indoor heat exchanger 906, and the four-way valve 902, and returns to the compressor 904.

暖房運転時には、熱交換器906が凝縮器として作用して熱放出を行い(つまり、室内を暖房し)、熱交換器910が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、熱交換器910が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器906が蒸発器として作用して熱吸収を行う(つまり、室内を冷房する)。圧縮機904は、電動機駆動装置200によって可変速制御される電動機7によって駆動される。During heating operation, the heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat (i.e., to heat the room), and the heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat. During cooling operation, the heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat (i.e., to cool the room). The compressor 904 is driven by an electric motor 7 that is variably speed controlled by the electric motor drive device 200.

図2は、実施の形態のヒートポンプ式給湯機(冷凍サイクル装置900aを含む)の構成例を示す概略図である。図2に示されるように、冷凍サイクル装置900aでは、熱交換器906が凝縮器として作用して熱放出を行い(つまり、水を温め)、熱交換器910が蒸発器として作用して熱吸収を行う。圧縮機904は、電動機駆動装置200によって可変速制御される電動機7によって駆動される。2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a heat pump water heater (including a refrigeration cycle device 900a) according to an embodiment. As shown in FIG. 2, in the refrigeration cycle device 900a, the heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat (i.e., to heat water), and the heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat. The compressor 904 is driven by an electric motor 7 that is variably speed controlled by an electric motor drive device 200.

図3は、実施の形態の冷蔵庫(冷凍サイクル装置900bを含む)の構成例を示す概略図である。図3に示されるように、冷凍サイクル装置900bでは、熱交換器910が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器906が蒸発器として作用し、熱吸収を行う(つまり、冷蔵庫内を冷却する)。圧縮機904は、電動機駆動装置200によって可変速制御される電動機7によって駆動される。 Figure 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a refrigerator (including a refrigeration cycle device 900b) according to an embodiment. As shown in Figure 3, in the refrigeration cycle device 900b, the heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat (i.e., to cool the inside of the refrigerator). The compressor 904 is driven by an electric motor 7 that is variably speed controlled by the electric motor drive device 200.

《1》実施の形態1.
《1-1》実施の形態1の概要
図4は、実施の形態1の電動機駆動装置200の構成例を、電動機7及び交流電源1とともに示す図である。図5は、電動機駆動装置200の他の構成例を示す図である。電動機駆動装置200は、電動機7を駆動するための回路である。図4に示されるように、電動機駆動装置200は、インバータ30と、接続切替装置60と、制御装置100とを備える。また、電動機駆動装置200は、交流電源入力端子と、リアクトル2と、整流回路3と、コンデンサ10と、制御電源生成回路50と、母線電流検出部40と、電気量検出部70とを備えてもよい。
<<1>>Embodiment 1.
<<1-1>> Overview of the First Embodiment Fig. 4 is a diagram showing a configuration example of the electric motor drive device 200 according to the first embodiment, together with the electric motor 7 and the AC power supply 1. Fig. 5 is a diagram showing another configuration example of the electric motor drive device 200. The electric motor drive device 200 is a circuit for driving the electric motor 7. As shown in Fig. 4, the electric motor drive device 200 includes an inverter 30, a connection switching device 60, and a control device 100. The electric motor drive device 200 may also include an AC power supply input terminal, a reactor 2, a rectifier circuit 3, a capacitor 10, a control power supply generation circuit 50, a bus current detection unit 40, and an electric quantity detection unit 70.

接続切替装置60は、複数のスイッチ回路としての切替器61、62、63を有する。接続切替装置60は、電動機7の回転動作中に、すなわち、電動機7の回転を停止させずに、切替器61、62、63の切替え動作を行うことによって、電動機7の巻線71、72、73の接続状態(すなわち、結線状態)を切替える。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とともに、切替器61、62、63を介して回転動作中の電動機7の巻線71、72、73から逆起電圧が印加される。The connection switching device 60 has switches 61, 62, and 63 as multiple switch circuits. The connection switching device 60 switches the connection state (i.e., the wiring state) of the windings 71, 72, and 73 of the motor 7 by performing the switching operation of the switches 61, 62, and 63 during the rotation operation of the motor 7, i.e., without stopping the rotation of the motor 7. The inverter 30 applies an AC voltage to the windings 71, 72, and 73 via the switches 61, 62, and 63, and applies a back electromotive voltage from the windings 71, 72, and 73 of the motor 7 during the rotation operation via the switches 61, 62, and 63.

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の回転動作を制御する。また、制御装置100は、接続切替装置60に巻線の接続状態の切替えを実行させる。実施の形態1においては、制御装置100は、巻線71、72、73に流れる交流電流の値がゼロに近づけられている電流制御期間Pc(後述の図16に示される)内に、切替器61、62、63の切替え動作を実行させる。電流制御期間Pcは、「ゼロ電流制御期間」とも言う。The control device 100 controls the rotation operation of the electric motor 7 by controlling the inverter 30. The control device 100 also causes the connection switching device 60 to switch the connection state of the windings. In the first embodiment, the control device 100 causes the switches 61, 62, and 63 to perform switching operations during a current control period Pc (shown in FIG. 16, described later) during which the value of the AC current flowing through the windings 71, 72, and 73 is brought close to zero. The current control period Pc is also called the "zero current control period."

なお、本出願において、巻線の接続状態は、巻線の結線状態(例えば、Y結線とΔ結線)と、巻線の巻数との両方を含む。巻線の巻数の切替えについては、実施の形態3で説明する。また、切替器61、62、63を機械式のリレーで構成した場合には、電流制御期間Pcは、数百ミリ秒以下に設定可能である。切替器61、62、63を半導体スイッチで構成した場合には、電流制御期間Pcは、数ミリ秒以下に設定可能である。また、電動機7を空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫などの冷凍サイクル装置の圧縮機に使用する場合には、電流制御期間Pcは、数m秒から1秒までの範囲内で設定できる。In this application, the connection state of the windings includes both the connection state of the windings (e.g., Y connection and Δ connection) and the number of turns of the windings. The switching of the number of turns of the windings will be described in embodiment 3. If the switches 61, 62, and 63 are configured with mechanical relays, the current control period Pc can be set to several hundred milliseconds or less. If the switches 61, 62, and 63 are configured with semiconductor switches, the current control period Pc can be set to several milliseconds or less. If the motor 7 is used as a compressor for a refrigeration cycle device such as an air conditioner, a heat pump water heater, or a refrigerator, the current control period Pc can be set within a range of several milliseconds to 1 second.

《1-2》実施の形態1の構成
制御装置100は、例えば、制御情報をソフトウェアプログラムとして記憶する記憶装置としてのメモリと、このプログラムを実行する情報処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)とを備えたマイコン(マイクロコンピュータ)、又はDSP(Digital Signal Processor)などで構成される。また、制御装置100は、専用のハードウェア(例えば、処理回路)で構成されてもよい。以下では、制御装置100がマイコンで構成されている場合を説明する。
<<1-2>> Configuration of the First Embodiment The control device 100 is configured, for example, by a microcomputer (microcomputer) having a memory as a storage device that stores control information as a software program and a CPU (Central Processing Unit) as an information processing device that executes the program, or a DSP (Digital Signal Processor). The control device 100 may also be configured by dedicated hardware (for example, a processing circuit). The following describes the case where the control device 100 is configured by a microcomputer.

電動機駆動装置200には、交流電源入力端子を介して外部の交流電源1から交流電圧が印加される。印加される電圧は、例えば、振幅の実効値が100V又は200Vなどであり、周波数が50Hz又は60Hzなどである。An AC voltage is applied to the electric motor drive device 200 from an external AC power source 1 via an AC power input terminal. The applied voltage has, for example, an effective amplitude of 100 V or 200 V, and a frequency of 50 Hz or 60 Hz.

整流回路3は、交流電源1から交流電源入力端子及びリアクトル2を介して交流電圧を受けて、これを整流することで、直流電圧を生成する。整流回路3は、ダイオードなどの整流素子をブリッジ接続することで形成された全波整流回路である。The rectifier circuit 3 receives AC voltage from the AC power source 1 via the AC power source input terminal and the reactor 2, and rectifies it to generate DC voltage. The rectifier circuit 3 is a full-wave rectifier circuit formed by connecting rectifier elements such as diodes in a bridge configuration.

コンデンサ10は、整流回路3で生成された直流電圧を平滑化して、直流電圧(図6に示されるV20)を出力する。 Capacitor 10 smoothes the DC voltage generated by rectifier circuit 3 and outputs a DC voltage (V20 shown in Figure 6).

図6は、図4のインバータ30の構成を示す図である。図6に示されるように、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10の電極に接続されている。整流回路3の出力、コンデンサ10の電極、及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。 Figure 6 is a diagram showing the configuration of the inverter 30 in Figure 4. As shown in Figure 6, the inverter 30 has an inverter main circuit 310 and a drive circuit 350. The input terminal of the inverter main circuit 310 is connected to the electrode of the capacitor 10. The line connecting the output of the rectifier circuit 3, the electrode of the capacitor 10, and the input terminal of the inverter main circuit 310 is called the DC bus.

インバータ30は、制御装置100によって制御されて、インバータ主回路310の6つのアームのスイッチング素子311~316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、周波数可変で電圧可変の3相交流電流を生成し、この3相交流電流を電動機7に供給する。スイッチング素子311~316には、還流用の整流素子321~326がそれぞれ並列接続されている。The inverter 30 is controlled by the control device 100, and the switching elements 311 to 316 of the six arms of the inverter main circuit 310 are turned on and off. Through this on and off operation, the inverter 30 generates a three-phase AC current with variable frequency and voltage, and supplies this three-phase AC current to the electric motor 7. Rectifier elements 321 to 326 for return current are connected in parallel to the switching elements 311 to 316, respectively.

電動機7は、3相永久磁石同期電動機であり、固定子巻線(単に「巻線」とも言う)の端部が電動機7の外部に引き出されており、スター結線(Y結線)及びデルタ結線(Δ結線)のいずれかへの切替えが可能なものである。この切替えは、接続切替装置60により行われる。なお、Y結線を第1の結線という場合には、Δ結線が第2の結線であり、Δ結線を第1の結線という場合には、Y結線が第2の結線である。また、巻線の接続状態は、3種類以上であってもよい。The motor 7 is a three-phase permanent magnet synchronous motor, with the ends of the stator winding (also simply called "winding") pulled out to the outside of the motor 7, and capable of switching to either a star connection (Y connection) or a delta connection (Δ connection). This switching is performed by a connection switching device 60. Note that when the Y connection is referred to as the first connection, the Δ connection is the second connection, and when the Δ connection is referred to as the first connection, the Y connection is the second connection. Also, there may be three or more types of winding connection states.

図7は、電動機7の巻線71、72、73及び接続切替装置60の構成例を詳細に示す回路図である。図7に示されるように、電動機7の、U相、V相、W相から成る3つの相の巻線71、72、73の第1の端部71a、72a、73aが、外部端子71c、72c、73cにそれぞれ接続されている。電動機7の、U相、V相、W相の巻線71、72、73の第2の端部71b、72b、73bが、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と接続されている。また、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が接続されている。7 is a circuit diagram showing in detail an example of the configuration of the windings 71, 72, 73 of the motor 7 and the connection switching device 60. As shown in FIG. 7, the first ends 71a, 72a, 73a of the windings 71, 72, 73 of the three phases consisting of the U phase, V phase, and W phase of the motor 7 are connected to the external terminals 71c, 72c, 73c, respectively. The second ends 71b, 72b, 73b of the windings 71, 72, 73 of the U phase, V phase, and W phase of the motor 7 are connected to the external terminals 71d, 72d, 73d, respectively. In this way, the motor 7 is connected to the connection switching device 60. In addition, the output lines 331, 332, 333 of the U phase, V phase, and W phase of the inverter 30 are connected to the external terminals 71c, 72c, 73c.

接続切替装置60は、図示の例では、切替器61、62、63で構成されている。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は、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。In the illustrated example, the connection switching device 60 is composed of switches 61, 62, and 63. Electromagnetic contactors that electromagnetically open and close contacts are used as the switches 61, 62, and 63. Such electromagnetic contactors include those called relays, contactors, etc.

図8は、図4の接続切替装置60の構成例を詳細に示す回路図である。接続切替装置60の切替器61、62、63は、例えば、図8に示されるように構成されている。励磁コイル611、621、631に電流が流されているときと、電流が流されていないときとで、異なる結線状態になる。励磁コイル611、621、631は、半導体スイッチ604、605、606を介して、切替電源電圧V60を受けるように接続される。図4及び図8に示される例では、半導体スイッチ604、605、606の開閉は、制御装置100から出力される切替制御信号S61、S62、S63により制御される。また、図5及び図8に示される例では、半導体スイッチ604、605、606の開閉は、制御装置100から出力される切替制御信号ScであるSc_1、信号Scを遅延させた信号であるSc_2、信号Scをさらに遅延させた信号であるSc_3により制御される。なお、制御装置100に含まれるマイコンからの電流供給が十分確保されている場合には、マイコンから直接励磁コイル611、621、631に電流を流すように動作してもよい。 Figure 8 is a circuit diagram showing in detail an example of the configuration of the connection switching device 60 in Figure 4. The switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 are configured, for example, as shown in Figure 8. When current is flowing through the excitation coils 611, 621, and 631, the connection state is different from when current is not flowing. The excitation coils 611, 621, and 631 are connected to receive a switching power supply voltage V60 via semiconductor switches 604, 605, and 606. In the example shown in Figures 4 and 8, the opening and closing of the semiconductor switches 604, 605, and 606 is controlled by switching control signals S61, S62, and S63 output from the control device 100. 5 and 8, the opening and closing of the semiconductor switches 604, 605, and 606 is controlled by Sc_1, which is a switching control signal Sc output from the control device 100, Sc_2, which is a signal obtained by delaying the signal Sc, and Sc_3, which is a signal obtained by further delaying the signal Sc. When a sufficient current supply from the microcomputer included in the control device 100 is ensured, the microcomputer may directly supply current to the exciting coils 611, 621, and 631.

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。The common contact 61c of the switch 61 is connected to an external terminal 71d via a lead wire 61e. The normally closed contact 61b is connected to a neutral node 64, and the normally open contact 61a is connected to the V-phase output line 332 of the inverter 30.

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。The common contact 62c of the switch 62 is connected to an external terminal 72d via a lead wire 62e. The normally closed contact 62b is connected to a neutral node 64, and the normally open contact 62a is connected to the W-phase output line 333 of the inverter 30.

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。The common contact 63c of the switch 63 is connected to an external terminal 73d via a lead wire 63e. The normally closed contact 63b is connected to a neutral node 64, and the normally open contact 63a is connected to a U-phase output line 331 of the inverter 30.

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が、図8に示されるように、常閉接点側に切替わった状態、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(すなわち、導通状態)にあり、常開接点61a、62a、63aに接続されていない状態(すなわち、非導通状態)にある。この状態では、電動機7は、Y結線状態にある。When no current flows through the excitation coils 611, 621, and 631, the switches 61, 62, and 63 are switched to the normally closed contact side as shown in Figure 8, that is, the common contacts 61c, 62c, and 63c are connected to the normally closed contacts 61b, 62b, and 63b (i.e., conductive state), and are not connected to the normally open contacts 61a, 62a, and 63a (i.e., non-conductive state). In this state, the motor 7 is in a Y-connection state.

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が図示とは逆に、常開接点側に切替わった状態、すなわち、共通接点61c、62c、63cが常開接点61a、62a、63aに接続された状態にあり、常閉接点61b、62b、63bに接続されていない状態(すなわち、非導通状態)にある。この状態では、電動機7は、Δ結線状態にある。When current flows through the excitation coils 611, 621, and 631, the switches 61, 62, and 63 are switched to the normally open contact side, in other words, the common contacts 61c, 62c, and 63c are connected to the normally open contacts 61a, 62a, and 63a, and are not connected to the normally closed contacts 61b, 62b, and 63b (i.e., non-conductive). In this state, the motor 7 is in a delta connection state.

ここで、電動機7としてY結線及びΔ結線のいずれかへの切替えが可能なものを用いることの利点について図9(a)及び(b)を用いて説明する。図9(a)は、Y結線としたときの巻線の結線状態、図9(b)は、Δ結線としたときの巻線の結線状態をそれぞれ概念的に示す。Here, the advantages of using a motor 7 that can be switched to either Y-connection or Δ-connection will be explained with reference to Figures 9(a) and (b). Figure 9(a) conceptually shows the winding connection state when the motor is Y-connected, and Figure 9(b) conceptually shows the winding connection state when the motor is Δ-connected.

Y結線時の線間電圧をV、巻線に流れ込む電流をIとし、Δ結線時の線間電圧をVΔ、巻線に流れ込む電流をIΔとし、各相の巻線に掛かる電圧が互いに等しいとすると、以下の式(1)及び(2)の関係が成立する。
Δ=V/√3 (1)
Δ=√3×I (2)
If the line voltage in Y connection is VY , the current flowing into the winding is IY , the line voltage in Δ connection is , the current flowing into the winding is , and the voltages applied to the windings of each phase are equal, then the relationships in the following equations (1) and (2) hold.
V Δ = V Y / √3 (1)
I Δ = √3 × I Y (2)

Y結線時の電圧V及び電流Iと、Δ結線時の電圧VΔ及び電流IΔとが式(1)及び(2)の関係を有するとき、Y結線時とΔ結線時とで電動機に供給される電力が互いに等しい。つまり、電動機に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線の方が電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。 When the voltage VY and current IY in the Y connection and the voltage and current in the Δ connection have the relationship shown in formulas (1) and (2), the power supplied to the motor in the Y connection and the Δ connection are equal. In other words, when the power supplied to the motor is equal, the Δ connection has a larger current and requires a lower voltage to drive.

以上の性質を利用し、負荷条件などに応じて結線状態を選択することが考えられる。例えば、低負荷時には、Y結線で低速運転し、高負荷時には、Δ結線で高速運転することが考えられる。このようにすることで、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。 Taking advantage of the above properties, it is possible to select the wiring state depending on the load conditions. For example, it is possible to operate at low speed with Y connection at low load, and at high speed with Delta connection at high load. In this way, it is possible to improve efficiency at low load and increase output at high load.

以下に、この点について、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機の場合を例に、さらに詳しく述べる。空気調和機の圧縮機駆動用の電動機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。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。 This point will be described in more detail below, taking the example of a motor that drives the compressor of an air conditioner. To meet the demand for energy saving, synchronous motors with permanent magnets in the rotor are widely used as the motor 7 for driving the compressor of an air conditioner. Furthermore, in recent air conditioners, when there is a large difference between the room temperature and the set temperature, the room temperature is quickly brought closer to the set temperature by high-speed operation, which rotates the motor 7 at high speed, and when the room temperature is close to the set temperature, the room temperature is maintained by low-speed operation, which rotates the motor 7 at low speed. When controlled in this way, the time spent in low-speed operation accounts for a large proportion of the total operating time.

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。この逆起電力は、上記のようにY結線の方がΔ結線に比べて高い。When using a synchronous motor, as the rotation speed increases, the back electromotive force increases, and the voltage required to drive it increases. As mentioned above, this back electromotive force is higher in the Y connection than in the Delta connection.

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、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、同一出力トルクを得るための電流が増加するため、電動機7及びインバータ30に流れる電流が増加し、効率が低下する。In order to suppress the back electromotive force at high speeds, it is possible to reduce the magnetic force of the permanent magnets or the number of turns of the windings. However, doing so would increase the current required to obtain the same output torque, which would increase the current flowing through the motor 7 and inverter 30, reducing efficiency.

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、Δ結線状態とする。このようにすることで、駆動に必要な電圧を(Y結線において必要な電圧に比べ)1/√3にすることができる。このため、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い。 It is therefore possible to switch the connection state depending on the rotation speed. For example, when high-speed operation is required, the delta connection state is used. By doing this, the voltage required for driving can be reduced to 1/√3 (compared to the voltage required for a Y connection). This means there is no need to reduce the number of turns in the windings, nor is there any need to use flux-weakening control.

一方、低速回転では、Y結線状態とすることでΔ結線に比べて電流値を1/√3にできる。さらに、巻線をY結線状態で低速での駆動に適したように設計することが可能となり、Y結線を速度範囲の全域にわたり使用する場合に比べて、電流値を低減することが可能となる。この結果、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。On the other hand, at low speeds, the Y-connection allows the current value to be reduced to 1/√3 compared to the Delta connection. Furthermore, it is possible to design the windings in the Y-connection state to be suitable for low-speed driving, making it possible to reduce the current value compared to when the Y-connection is used across the entire speed range. As a result, the losses in the inverter 30 can be reduced, and efficiency can be increased.

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。As explained above, it is meaningful to switch the wiring state depending on the load conditions, and the connection switching device 60 is provided to enable such switching.

図4及び図5に示される母線電流検出部40は、母線電流、すなわち、インバータ30に入力する直流電流Idcを検出する。母線電流検出部40は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、検出結果を示すアナログ信号を制御装置100に供給する。このアナログ信号(すなわち、検出信号)は、制御装置100で図示しない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。4 and 5 detects the bus current, i.e., the DC current Idc input to the inverter 30. The bus current detection unit 40 includes a shunt resistor inserted in the DC bus, and supplies an analog signal indicating the detection result to the control device 100. This analog signal (i.e., the detection signal) is converted to a digital signal by an A/D (Analog to Digital) conversion unit (not shown) in the control device 100 and used for processing inside the control device 100.

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、PWM(Pulse Width Modulation)信号Sm1~Sm6を生成して、インバータ30に供給する。As described above, the control device 100 controls the switching of the connection state by the connection switching device 60 and also controls the operation of the inverter 30. To control the inverter 30, the control device 100 generates PWM (Pulse Width Modulation) signals Sm1 to Sm6 and supplies them to the inverter 30.

図6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、オフを制御し、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。6, the inverter 30 includes a drive circuit 350 in addition to the inverter main circuit 310, which generates drive signals Sr1 to Sr6 based on the PWM signals Sm1 to Sm6. The drive circuit 350 controls the on/off of the switching elements 311 to 316 using the drive signals Sr1 to Sr6, so that a variable frequency, variable voltage three-phase AC voltage is applied to the electric motor 7.

PWM信号Sm1~Sm6が論理回路の信号レベルの大きさ(0~5V)のものであるのに対し、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から-15Vまでの大きさを持つ信号である。また、PWM信号Sm1~Sm6が、制御装置100の接地電位を基準電位とするものであるのに対し、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であるエミッタ端子の電位を基準電位とするものである。 While the PWM signals Sm1 to Sm6 have a logic circuit signal level magnitude (0 to 5 V), the drive signals Sr1 to Sr6 are signals with a voltage level required to control the switching elements 311 to 316, for example, a magnitude ranging from +15 V to -15 V. Also, while the PWM signals Sm1 to Sm6 have the ground potential of the control device 100 as a reference potential, the drive signals Sr1 to Sr6 have the potential of the emitter terminal, which is the negative terminal of the corresponding switching element, as a reference potential.

図10は、図4の制御装置100の一例を示す機能ブロック図である。図10に示されるように、制御装置100は、運転制御部102及びインバータ制御部110を有する。 Figure 10 is a functional block diagram showing an example of the control device 100 of Figure 4. As shown in Figure 10, the control device 100 has an operation control unit 102 and an inverter control unit 110.

運転制御部102は、電気量検出部70から提供される指令信号Qeに基づいて指示信号を出力する。電気量検出部70は、図示しない温度センサで検出された室温(例えば、空調対象空間の温度)を示す電気信号の電気量に基づく指令信号、並びに、図示しない操作部(例えば、リモコン)からの指示情報を示す指令信号を受け、空気調和機の各部の動作を制御する。操作部からの指示には、設定温度を示す情報、運転モードの選択、運転開始及び終了の指示などが含まれる。The operation control unit 102 outputs an instruction signal based on a command signal Qe provided by the electricity quantity detection unit 70. The electricity quantity detection unit 70 receives a command signal based on the electrical quantity of an electrical signal indicating room temperature (e.g., the temperature of the space to be air-conditioned) detected by a temperature sensor not shown, as well as a command signal indicating instruction information from an operation unit not shown (e.g., a remote control), and controls the operation of each part of the air conditioner. Instructions from the operation unit include information indicating the set temperature, selection of an operation mode, and instructions to start and stop operation.

運転制御部102は、例えば、電動機7の巻線をY結線とするかΔ結線とするかの決定及び目標回転数の決定を行い、この決定に基づいて切替制御信号Sc及び周波数指令値ωを出力する。運転制御部102は、例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、Δ結線とすることを決め、目標回転数を比較的高い値に設定し、起動後上記の目標回転数に対応する周波数まで徐々に周波数を上昇する周波数指令値ωを出力する。 The operation control unit 102, for example, determines whether the windings of the motor 7 are Y-connected or Δ-connected, determines the target rotation speed, and outputs a switching control signal Sc and a frequency command value ω * based on this determination. For example, when there is a large difference between the room temperature and the set temperature, the operation control unit 102 determines to use the Δ-connection, sets the target rotation speed to a relatively high value, and outputs a frequency command value ω * that gradually increases the frequency after startup to a frequency corresponding to the target rotation speed.

運転制御部102は、周波数が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、その状態を維持し、室温が設定温度に近くなったら、一旦電動機を停止させ、Y結線に切替え、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。運転制御部102は、周波数が目標回転数に対応する周波数に達したら、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、再始動などが含まれる。 When the frequency reaches the frequency corresponding to the target rotation speed, the operation control unit 102 maintains that state until the room temperature approaches the set temperature, and when the room temperature approaches the set temperature, it temporarily stops the motor, switches to Y connection, and outputs a frequency command value ω * that gradually increases to a frequency corresponding to a relatively low target rotation speed. After the frequency reaches the frequency corresponding to the target rotation speed, the operation control unit 102 performs control to maintain the room temperature close to the set temperature. This control includes adjusting the frequency, stopping the motor, restarting it, and the like.

図10に示されるように、インバータ制御部110は、電流復元部111、3相2相変換部112、周波数補償部113、一次周波数演算部114、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、及び励磁電流指令制御部119を有する。As shown in FIG. 10, the inverter control unit 110 has a current restoration unit 111, a three-phase to two-phase conversion unit 112, a frequency compensation unit 113, a primary frequency calculation unit 114, a voltage command calculation unit 115, a two-phase to three-phase conversion unit 116, a PWM generation unit 117, an electrical angle phase calculation unit 118, and an excitation current command control unit 119.

電流復元部111は、母線電流検出部40(図4及び図5に示される。)で検出された直流電流Idcの値に基づいて電動機7に流れる相電流i、i、iを復元する。電流復元部111は、母線電流検出部40で検出される直流電流Idc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、i、iを復元する。 The current restoration unit 111 restores the phase currents iu, iv, iw flowing through the motor 7 based on the value of the DC current Idc detected by the bus current detection unit 40 (shown in FIGS. 4 and 5 ). The current restoration unit 111 restores the phase currents iu , iv , iw by sampling the DC current Idc detected by the bus current detection unit 40 at a timing determined based on the PWM signal provided from the PWM generation unit 117.

3相2相変換部112は、電流復元部111により復元された電流値i、i、iを、後述の電気角位相演算部118で生成される電気角位相θを用いて励磁電流成分(「γ軸電流」とも言う)iγ及びトルク電流成分(「δ軸電流」とも言う)iδで表わされるγ-δ軸の電流値に変換する。 The three-phase to two-phase conversion unit 112 converts the current values iu , iv , and iw restored by the current restoration unit 111 into current values of the γ-δ axes represented by the excitation current component (also referred to as the "γ-axis current") and the torque current component (also referred to as the "δ-axis current") , using an electrical angle phase θ generated by an electrical angle phase calculation unit 118 described below.

励磁電流指令制御部119は、トルク電流成分(δ軸電流)iδを基にして、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iγ を求める。なお、図9においては、トルク電流成分iδを基にして励磁電流指令値iγ を求めているが、励磁電流成分iγ、周波数指令値ωを基にして励磁電流指令値iγ を求めても同様の効果を得ることができる。 The excitation current command control unit 119 determines, based on the torque current component (δ-axis current) , an optimum excitation current command value * that provides the most efficient driving of the motor 7. Note that, although the excitation current command value * is determined based on the torque current component in Fig. 9, the same effect can be obtained by determining the excitation current command value iγ * based on the excitation current component and the frequency command value ω * .

励磁電流指令制御部119では、トルク電流成分iδ(又は、励磁電流成分iγ、周波数指令値ω)に基づいて、出力トルクが予め決められた値以上(あるいは最大)、すなわち電流値が予め決められた値以下(あるいは最小)となる電流位相角βm(図示せず)となるような励磁電流指令値iγ を出力する。 The excitation current command control unit 119 outputs an excitation current command value i γ * based on the torque current component i δ (or the excitation current component i γ , the frequency command value ω * ) such that the output torque is equal to or greater than a predetermined value (or is maximum), i.e., the current value is equal to or less than a predetermined value (or is minimum), at a current phase angle βm (not shown ) .

図11は、図10の電圧指令演算部115の一例を示す図である。図11に示されるように、電圧指令演算部115は、3相2相変換部112より得られたγ軸電流iγ及びδ軸電流iδと、周波数指令値ωと、励磁電流指令制御部119より得られた励磁電流指令値iγ とに基づいて、電圧指令値Vγ 、Vδ を出力するよう動作する。 Fig. 11 is a diagram showing an example of the voltage command calculation unit 115 of Fig. 10. As shown in Fig. 11, the voltage command calculation unit 115 operates to output voltage command values V γ *, V δ * based on the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ obtained from the three-phase to two-phase conversion unit 112, the frequency command value ω * , and the excitation current command value i γ * obtained from the excitation current command control unit 119 .

制御器1152は、例えば、比例積分(PI)制御器であり、周波数指令値ωと周波数推定部1151により生成された周波数推定値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δ軸電流指令値iδ を出力する。 The controller 1152 is, for example, a proportional-integral (PI) controller, and outputs a δ-axis current command value i δ * such that the frequency estimation value ωest coincides with the frequency command value ω* based on the difference (ω * -ωest) between the frequency command value ω * and the frequency estimation value ωest generated by the frequency estimation unit 1151.

周波数推定部1151は、γ軸電流iγ及びδ軸電流iδと電圧指令値Vγ 、Vδ とに基づいて、電動機7の周波数を推定して、周波数推定値ωestを生成する。 The frequency estimator 1151 estimates the frequency of the electric motor 7 based on the γ-axis current i γ and the δ-axis current i δ and the voltage command values V γ * , V δ * to generate a frequency estimate value ωest.

切替部1155は、δ軸電流指令値iδ と0とのいずれかからδ軸電流指令値iδ **の値を選択し、例えば、PI制御器などの制御器1156は、δ軸電流iδがδ軸電流指令値iδ **に一致するようなδ軸電圧指令値Vδ を出力する。 A switching unit 1155 selects the value of the specified δ-axis current value i δ ** from either the specified δ-axis current value i δ * or 0, and a controller 1156 such as a PI controller outputs a specified δ-axis voltage value V δ * such that the specified δ-axis current i δ matches the specified δ-axis current value i δ ** .

切替部1153は、γ軸電流指令値iγ と0とのいずれかからγ軸電流指令値iδ **の値を選択し、例えば、PI制御器などの制御器1154は、γ軸電流iγがγ軸電流指令値iγ **に一致するようなγ軸電圧指令値Vγ を出力する。 A switching unit 1153 selects the value of the specified γ-axis current value i δ ** from either the specified γ-axis current value i γ * or 0, and a controller 1154 such as a PI controller outputs a specified γ-axis voltage value V γ * such that the specified γ-axis current i γ matches the specified γ-axis current value i γ ** .

図10に示される2相3相変換部116は、電圧指令演算部115により得られたγ軸電圧指令値Vγ 及びδ軸電圧指令値Vδ (2相座標系の電圧指令値)を電気角位相演算部118により得られた電気角位相θを用いて3相座標系の出力電圧指令値(3相電圧指令値)V 、V 、V に変換して出力する。 A two-phase to three-phase conversion section 116 shown in FIG. 10 converts the γ-axis voltage command value V γ * and the δ-axis voltage command value V δ * (voltage command values in a two-phase coordinate system) obtained by the voltage command calculation section 115 into output voltage command values (three-phase voltage command values) V u * , V v * , V w * in a three-phase coordinate system using the electrical angle phase θ obtained by the electrical angle phase calculation section 118, and outputs the converted output voltage command values.

PWM生成部117は、2相3相変換部116より得られる3相電圧指令値V 、V 、V を基にPWM信号Sm1~Sm6を生成して出力する。 The PWM generating unit 117 generates and outputs PWM signals Sm1 to Sm6 based on the three-phase voltage command values Vu * , Vv * , and Vw * obtained from the two-phase to three-phase conversion unit .

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、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。The stop signal St provided from the operation control unit 102 is given, for example, to the PWM generation unit 117, and upon receiving the stop signal St, the PWM generation unit 117 immediately stops outputting the PWM signals Sm1 to Sm6.

なお、図10の例では、インバータ30の入力側の直流電流Idcから相電流i、i、iを復元する構成を説明しているが、インバータ30の出力線331、332、333に電流検知器を設け、該電流検知器で相電流を検出するような構成としてもよい。このようにする場合には、上記電流検知器で検出された電流を、電流復元部111で復元された電流の代わりに用いればよい。 10 illustrates a configuration in which the phase currents iu , iv , and iw are restored from the DC current Idc on the input side of the inverter 30, but a configuration in which current detectors are provided on the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 and the phase currents are detected by the current detectors may be used in place of the current restored by the current restoration unit 111.

また、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する。そのような状態が発生すると、同一のトルクを出力するための電流が増加するため、損失が悪化する問題が発生する。そのため、相電流i、i、iもしくは直流電流Idcを制御装置100に入力し、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とで、不可逆減磁を防止することが可能となる。なお、相電流i、i、iもしくは直流電流Idcにノイズを除去するLPF(Low Pass Filter)を設けることで、ノイズにより誤ってSm1~Sm6を停止させることを防止することが可能であり、より信頼性を向上させることが可能となる。 Furthermore, when a three-phase permanent magnet synchronous motor is used as the motor 7, when an excessive current flows through the motor 7, irreversible demagnetization of the permanent magnet occurs, and the magnetic force decreases. When such a state occurs, the current required to output the same torque increases, causing a problem of worsening losses. Therefore, by inputting the phase currents iu , iv , and iw or the direct current Idc to the control device 100, when an excessive current flows through the motor 7, the PWM signals Sm1 to Sm6 are stopped to stop the current supply to the motor 7, thereby making it possible to prevent irreversible demagnetization. In addition, by providing an LPF (Low Pass Filter) that removes noise from the phase currents iu , iv , and iw or the direct current Idc, it is possible to prevent Sm1 to Sm6 from being erroneously stopped due to noise, and it is possible to further improve reliability.

ここで、電動機7としてY結線とΔ結線のいずれかへの切替が可能なものを用いた場合は、Y結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値(図9のIとIΔ)が概ね√3倍異なり、この電流値は、Y結線に対してΔ結線の方が√3倍高くなる。そのため、Y結線に合わせて不可逆減磁を発生させないための保護レベル(すなわち、過電流保護レベル)を設定すると、IΔの保護が早くかかることになるため、運転範囲の拡大が困難となる。そのため、制御装置100内でY結線とΔ結線に合わせて保護レベルを切替えることにより(すなわち、Δ結線時の保護レベルをY結線時の保護レベルよりも高くする)、各巻線で確実に不可逆減磁から電動機7を保護することが可能となり、信頼性を向上させた電動機駆動装置を得ることが可能となる。 Here, when the motor 7 can be switched between Y-connection and Δ-connection, the current values at which irreversible demagnetization occurs in the Y-connection and Δ-connection (I Y and I Δ in FIG. 9 ) differ by approximately √3 times, and this current value is √3 times higher in the Δ-connection than in the Y-connection. Therefore, if a protection level (i.e., an overcurrent protection level) for preventing irreversible demagnetization from occurring is set according to the Y-connection, the protection of I Δ will be activated early, making it difficult to expand the operating range. Therefore, by switching the protection level according to the Y-connection and Δ-connection in the control device 100 (i.e., making the protection level in the Δ-connection higher than the protection level in the Y-connection), it becomes possible to reliably protect the motor 7 from irreversible demagnetization in each winding, and it becomes possible to obtain an electric motor drive device with improved reliability.

なお、保護レベルについては、電動機7の初期状態の磁力を100%と設定し、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、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更しても何ら問題ない。 The protection level can be set by setting the magnetic force of the motor 7 in its initial state to 100%, and then setting the current value within a range that does not affect performance in the event of irreversible demagnetization (for example, the current value at which the magnetic force drops to 97%). However, there is no problem with changing the set current value of the protection level depending on the equipment used.

《1-3》実施の形態1の動作
以下、電動機7の運転中(すなわち、回転動作中)に接続切替装置60の切替器61、62、63の切替えを実行させた際の電動機駆動装置200の動作について説明する。
<<1-3>> Operation of First Embodiment Hereinafter, an operation of the motor drive device 200 when the switches 61, 62, 63 of the connection switching device 60 are switched while the motor 7 is in operation (i.e., during rotation) will be described.

最初に、従来技術の問題点、すなわち、本実施の形態の特徴を備えない比較例の電動機駆動装置の動作について、図4、図7、図8、及び図12を参照しながら簡単に説明する。図12は、比較例の電動機駆動装置200aにおいて発生し得る短絡電流の経路を示す回路図である。電動機が運転中、すなわち、接続切替装置60を構成する切替器61、62、63に電流が流れている状態で、切替制御信号S61、S62、S63をずらさずに同期した信号として送って結線を切替える場合、共通接点61c、62c、63cの接続先の接点は、常閉接点61b、62b、63b又は常開接点61a、62a、63aに同時に切替わる。切替わりが起きるときに、インバータ30から電動機7への給電が続いており、電動機7の回転数Nmがゼロになっていないとすると、切替器61、62、63の接点間にアーク放電が発生することがある。つまり、比較例では、切替器61、62、63は、同じタイミングで切替わろうとするので、3個の切替器61、62、63のうちの少なくとも2個の切替器において、ab接点間(すなわち、61aと61b間、62aと62b間、63aと63b間)がアーク短絡によって短絡して、図12に示すような電動機7の巻線71、72、73を介さない短絡経路が発生し短絡電流が流れ切替器61、62、63の接点溶着又はインバータ30を構成する半導体素子の破壊といった故障が発生する可能性がある。図12に示す太線の破線矢印で示す経路は、電動機7の巻線71、72、73を介さない短絡経路の一例である。First, the problems of the prior art, that is, the operation of a comparative example of an electric motor drive device not having the features of the present embodiment, will be briefly described with reference to Figures 4, 7, 8, and 12. Figure 12 is a circuit diagram showing the path of a short-circuit current that can occur in the electric motor drive device 200a of the comparative example. When the electric motor is in operation, that is, when current flows through the switches 61, 62, and 63 constituting the connection switching device 60, if the switching control signals S61, S62, and S63 are sent as synchronized signals without shifting to switch the wiring, the contacts to which the common contacts 61c, 62c, and 63c are connected are simultaneously switched to the normally closed contacts 61b, 62b, and 63b or the normally open contacts 61a, 62a, and 63a. If the power supply from the inverter 30 to the electric motor 7 continues and the rotation speed Nm of the electric motor 7 is not zero when the switching occurs, an arc discharge may occur between the contacts of the switches 61, 62, and 63. That is, in the comparative example, since the switches 61, 62, and 63 attempt to switch at the same timing, in at least two of the three switches 61, 62, and 63, an arc short circuit occurs between the ab contacts (i.e., between 61a and 61b, between 62a and 62b, and between 63a and 63b), which may cause a short circuit through a short circuit path not passing through the windings 71, 72, and 73 of the motor 7 as shown in Fig. 12, causing a short circuit current to flow and causing a failure such as welding of the contacts of the switches 61, 62, and 63 or destruction of the semiconductor elements constituting the inverter 30. The path indicated by the thick dashed arrow in Fig. 12 is an example of a short circuit path not passing through the windings 71, 72, and 73 of the motor 7.

そこで、実施の形態1の電動機駆動装置200では、電動機7の巻線71、72、73を介さない短絡経路の短絡電流によって故障が発生することを避けるため、図4に示す制御装置100では、タイミングをずらした切替器61、62、63の切替制御信号S61、S62、S63をそれぞれ出力する。或いは、図5に示す1相の信号に対し時定数が異なるフィルタLPF_1、LPF_2を用意することによって、切替器61、62、63の切替タイミングをずらすことにより、通電中に短絡電流を発生させることなく切替を行うことが可能となる。つまり、実施の形態1の電動機駆動装置200の制御装置100は、電動機7の回転動作中に結線状態の切替えを実行する場合、接続切替装置60が、複数の切替器61、62、63)の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行うように接続切替装置60を制御する。Therefore, in the electric motor drive device 200 of the first embodiment, in order to avoid a failure caused by a short-circuit current in a short-circuit path that does not pass through the windings 71, 72, and 73 of the electric motor 7, the control device 100 shown in FIG. 4 outputs switching control signals S61, S62, and S63 of the switches 61, 62, and 63 with shifted timing, respectively. Alternatively, by preparing filters LPF_1 and LPF_2 with different time constants for the one-phase signal shown in FIG. 5, it is possible to shift the switching timing of the switches 61, 62, and 63 and perform switching without generating a short-circuit current during energization. In other words, when switching the connection state during the rotation operation of the electric motor 7, the control device 100 of the electric motor drive device 200 of the first embodiment controls the connection switching device 60 so that the connection switching device 60 sequentially performs the switching operation of each of the multiple switches 61, 62, and 63 with a time interval.

複数の切替器61、62、63の各々の切替え動作の時間間隔t1、t2は、50ms以下であることが望ましい。また、この時間間隔t1、t2は、2ms以上であることが望ましい。また、切替器61、62、63が機械式のリレーを有し、リレーの励磁コイルを励磁なし状態から励磁あり状態に切替えるときの時間間隔は、5ms以上であり、励磁コイルを励磁あり状態から励磁なし状態に切替えるときの時間間隔は、2ms以上であることが望ましい。It is desirable that the time intervals t1, t2 of the switching operation of each of the multiple switches 61, 62, 63 be 50 ms or less. It is also desirable that the time intervals t1, t2 be 2 ms or more. It is also desirable that the switches 61, 62, 63 have mechanical relays, and that the time interval when the excitation coil of the relay is switched from a non-excited state to an excited state is 5 ms or more, and the time interval when the excitation coil is switched from an excited state to a non-excited state is 2 ms or more.

図13(a)及び(b)は、結線切替時の切替器61、62、63の励磁コイルに駆動信号を与える半導体スイッチ604、605、606のオン・オフ動作の一例を示す図である。図13(a)は、Y結線からΔ結線への切替え動作における、半導体スイッチ604、605、606のオフからオンへの切替え動作を示す。図13(b)は、Δ結線からY結線への切替え動作における、半導体スイッチ604、605、606のオンからオフへの切替え動作を示す。なお、半導体スイッチ604、605、606の切替え動作のタイミングと、切替器61、62、63の機械式のリレーの切替え動作のタイミングとは、同じであるとみなして、以下の説明を行う。13(a) and (b) are diagrams showing an example of the on/off operation of semiconductor switches 604, 605, and 606 that provide drive signals to the excitation coils of switches 61, 62, and 63 when switching connections. Fig. 13(a) shows the switching operation of semiconductor switches 604, 605, and 606 from off to on when switching from Y connection to Δ connection. Fig. 13(b) shows the switching operation of semiconductor switches 604, 605, and 606 from on to off when switching from Δ connection to Y connection. Note that the following explanation will be given assuming that the timing of the switching operation of semiconductor switches 604, 605, and 606 is the same as the timing of the switching operation of the mechanical relays of switches 61, 62, and 63.

図13(a)に示されるように、切替器61、62、63の切替タイミングをずらす時間間隔t1は、半導体スイッチ(例えば、図8の半導体スイッチ604)をオンにする信号(図4又は図5における切替制御信号S61又はSc_1)を送ってから、励磁コイル(例えば、図8における励磁コイル611)に電流が流れ、切替器(例えば、図8における切替器61)の共通接点61cの接続先が常閉接点61bから常開接点61aに切替わるまでの時間(この時間は、個体バラツキも考慮にいれた値である)とする。このように、Y結線からΔ結線に切替える場合、半導体スイッチ604から提供される信号がオンになってから時間間隔t1の経過後に、半導体スイッチ605から提供される信号をオンになり、その時点からさらに時間間隔t1の経過後に、半導体スイッチ606から提供される信号がオンになる。 As shown in Fig. 13(a), the time interval t1 for shifting the switching timing of the switches 61, 62, and 63 is the time from when a signal (switching control signal S61 or Sc_1 in Fig. 4 or Fig. 5) is sent to turn on the semiconductor switch (for example, the semiconductor switch 604 in Fig. 8) until a current flows through the excitation coil (for example, the excitation coil 611 in Fig. 8) and the connection destination of the common contact 61c of the switch (for example, the switch 61 in Fig. 8) is switched from the normally closed contact 61b to the normally open contact 61a (this time is a value taking individual variations into consideration). In this way, when switching from Y connection to Δ connection, the signal provided by the semiconductor switch 605 is turned on after the time interval t1 has elapsed since the signal provided by the semiconductor switch 604 was turned on, and after another time interval t1 has elapsed since that point, the signal provided by the semiconductor switch 606 is turned on.

図13(b)に示されるように、切替器61、62、63の切替タイミングをずらす時間間隔t2は、半導体スイッチ(例えば、図8の半導体スイッチ604)をオンにする信号(図4における切替制御信号S61又はSc_1)を送ってから、励磁コイル(例えば、図8における励磁コイル611)に電流が流れなくなり、切替器(例えば、図8における切替器61)の共通接点61cの接続先が常開接点61aから常閉接点61bに切替わるまでの時間(この時間は、個体バラツキも考慮にいれた値である)とする。このように、Δ結線からY結線に切替える場合、半導体スイッチ604から提供される信号がオフになってから時間間隔t2の経過後に、半導体スイッチ605から提供される信号がオフになり、その時点からさらに時間間隔t2の経過後に、半導体スイッチ606から提供される信号がオフになる。 As shown in Fig. 13(b), the time interval t2 for shifting the switching timing of the switches 61, 62, and 63 is the time from when a signal (switching control signal S61 or Sc_1 in Fig. 4) is sent to turn on the semiconductor switch (e.g., the semiconductor switch 604 in Fig. 8) until the current stops flowing through the excitation coil (e.g., the excitation coil 611 in Fig. 8) and the connection destination of the common contact 61c of the switch (e.g., the switch 61 in Fig. 8) switches from the normally open contact 61a to the normally closed contact 61b (this time is a value that takes individual variations into consideration). In this way, when switching from a Δ connection to a Y connection, the signal provided by the semiconductor switch 605 turns off after the time interval t2 has elapsed since the signal provided by the semiconductor switch 604 turned off, and after another time interval t2 has elapsed from that point, the signal provided by the semiconductor switch 606 turns off.

上記のように、切替器61、62、63の切替え動作を時間間隔を開けて1台ずつ順に行うことで、2相同時に切替器のアーク短絡が発生する状態の発生を確実に防ぐことが可能となる。したがって、図12に太線矢印で示す短絡電流が発生することを防ぐことが可能となる。なお、機械式のリレーの動作時間に基づいて考えられる時間間隔t1、t2の好適な範囲は、例えば、2msから50msである。As described above, by performing the switching operations of the switches 61, 62, and 63 one by one in sequence with a time interval, it is possible to reliably prevent the occurrence of a state in which an arc short circuit occurs in the switches simultaneously in two phases. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit current as shown by the thick arrow in Figure 12. Note that the suitable range of the time intervals t1 and t2, which is considered based on the operating time of the mechanical relay, is, for example, 2 ms to 50 ms.

図14(a)及び(b)は、複数の切替器61、62、63を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。図14(a)は、切替器61がΔ結線の状態にあり、切替器62及び63がY結線の状態にある場合を示している。図14(b)は、切替器61及び62がΔ結線の状態にあり、切替器63がY結線の状態にある場合を示している。これらの状態は、切替器61、62、63によって巻線71、72、73の結線状態をΔ結線からY結線に又はY結線からΔ結線に切り替える途中で発生する。図14(a)及び(b)に示されるように、実施の形態1では、巻線71、72、73の結線状態の切替えに際して、切替器61、62、63の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、図12に示されるような巻線を通らない短絡経路は形成されない。14(a) and (b) are diagrams showing the connection state when multiple switches 61, 62, and 63 are switched sequentially with a time lag. FIG. 14(a) shows the case where switch 61 is in the Δ connection state and switches 62 and 63 are in the Y connection state. FIG. 14(b) shows the case where switches 61 and 62 are in the Δ connection state and switch 63 is in the Y connection state. These states occur in the middle of switching the connection state of windings 71, 72, and 73 from Δ connection to Y connection or from Y connection to Δ connection by switches 61, 62, and 63. As shown in FIG. 14(a) and (b), in the first embodiment, when switching the connection state of windings 71, 72, and 73, each of switches 61, 62, and 63 is switched sequentially with a time interval, so that a short-circuit path that does not pass through the windings as shown in FIG. 12 is not formed.

図15(a)から(c)は、複数の切替器61、62、63を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態の他の例を示す図である。図15(a)は、切替器61、62、63のいずれもがY結線の状態にあり、切替器61の常閉端子と常開端子との間でアーク放電(2重線で示される)が生じ、切替器61が3点短絡の状態(すなわち、3つの端子が互いに導通している状態)にある場合を示している。図15(b)は、切替器61がY結線の状態にあり、切替器62、63がΔ結線の状態にあり、切替器61の常閉端子と常開端子との間でアーク放電(2重線で示される)が生じ、切替器61が3点短絡の状態(すなわち、3つの端子が互いに導通している状態)にある場合を示している。図15(c)は、切替器61、63がY結線の状態にあり、切替器62がΔ結線の状態にあり、切替器61の常閉端子と常開端子との間でアーク放電(2重線で示される)が生じ、切替器61が3点短絡の状態(すなわち、3つの端子が互いに導通している状態)にある場合を示している。15(a) to (c) are diagrams showing other examples of the connection state when multiple switches 61, 62, and 63 are switched sequentially with a time lag. FIG. 15(a) shows a case where all of the switches 61, 62, and 63 are in a Y-connection state, an arc discharge (shown by double lines) occurs between the normally closed and normally open terminals of the switch 61, and the switch 61 is in a three-point short-circuit state (i.e., the three terminals are in a state of mutual conduction). FIG. 15(b) shows a case where the switch 61 is in a Y-connection state, the switches 62 and 63 are in a Δ-connection state, an arc discharge (shown by double lines) occurs between the normally closed and normally open terminals of the switch 61, and the switch 61 is in a three-point short-circuit state (i.e., the three terminals are in a state of mutual conduction). FIG. 15(c) shows a case where switches 61 and 63 are in a Y-connection state, switch 62 is in a Δ-connection state, an arc discharge (indicated by a double line) occurs between the normally closed terminal and the normally open terminal of switch 61, and switch 61 is in a three-point short-circuit state (i.e., the three terminals are mutually conductive).

図14(a)及び(b)に示されるように、実施の形態1では、巻線71、72、73の結線状態の切替えに際して、切替器61、62、63の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、図12に示されるような巻線71、72、73のいずれをも通らない短絡経路は形成されない。 As shown in Figures 14(a) and (b), in embodiment 1, when switching the connection state of windings 71, 72, and 73, each of switches 61, 62, and 63 is switched in sequence with a time interval between them, so that a short-circuit path that does not pass through any of windings 71, 72, and 73 as shown in Figure 12 is not formed.

また、図15(a)から(c)に示されるように、実施の形態1では、巻線71、72、73の結線状態の切替えに際して、切替器61、62、63の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、切替器61、62、63のうちの1つに、アーク放電が生じた場合であっても、図12に示されるように、巻線71、72、73のいずれをも通らない短絡経路は形成されない。 In addition, as shown in Figures 15(a) to (c), in embodiment 1, when switching the connection state of windings 71, 72, and 73, each of switches 61, 62, and 63 is switched in sequence with a time interval between them. Therefore, even if an arc discharge occurs in one of switches 61, 62, and 63, as shown in Figure 12, a short-circuit path is not formed that does not pass through any of windings 71, 72, and 73.

図14(a)及び(b)と図15(a)から(c)に示されるように、実施の形態1では、切替器61、62、63の切替え動作を時間をずらして行っているので、2つの切替器で同時に短絡が発生することによって形成される図12に示される短絡経路の発生を回避している。よって、実施の形態1においては、短絡電流による切替器61、62、63又はインバータ30の故障の発生を回避することができる。14(a) and (b) and 15(a) to (c), in the first embodiment, the switching operations of the switches 61, 62, and 63 are shifted in time, so that the occurrence of a short circuit path shown in FIG. 12, which is formed by the simultaneous occurrence of a short circuit in two switches, is avoided. Therefore, in the first embodiment, it is possible to avoid the occurrence of a failure of the switches 61, 62, and 63 or the inverter 30 due to a short circuit current.

また、例えば、このような故障を避けるために、電動機7の回転数Nmをゼロにし通電しない状態でリレーを切替える方法も考えられる。しかしながら、電動機7の回転数Nmをゼロにすると、電動機7を再始動させる際に、電動機7にかかる負荷が、例えば、圧縮機904(図1)の場合は、冷媒の状態が安定しない状態のため、再始動に必要なトルクが増加し、起動時の電流が増加し、最悪の場合再始動ができないおそれがある。そのため、電動機7を動作させずに十分に冷媒の状態が安定するまで時間が経過した後に、再始動を行う必要がある。そのため、圧縮機904により冷媒を加圧することができなくなり、冷房又は暖房能力の低下による室温の上昇又は低下を招き、室温が一定に保たれないおそれがある。 In addition, for example, in order to avoid such a failure, a method of switching the relay with the rotation speed Nm of the motor 7 set to zero and no current being applied can be considered. However, if the rotation speed Nm of the motor 7 is set to zero, when restarting the motor 7, the load on the motor 7, for example, in the case of the compressor 904 (Figure 1), increases the torque required for restarting because the refrigerant state is not stable, and the current at start-up increases, and in the worst case, restarting may not be possible. Therefore, it is necessary to restart the motor 7 after a period of time has passed without operating the motor 7 until the refrigerant state is sufficiently stable. Therefore, the compressor 904 will no longer be able to pressurize the refrigerant, which may lead to an increase or decrease in room temperature due to a decrease in cooling or heating capacity, and the room temperature may not be kept constant.

そこで、実施の形態1の電動機7では、電動機7の回転動作中(運転中)に電動機7の巻線又は接続切替装置60に流れる電流の値(実効値)をゼロに近づけるように制御(電流制御期間Pc)し、その状態で接続切替装置60の複数の切替器を1つずつ時間間隔を開けて動作させることで、切替器61、62、63の接点間にアーク放電及び過大な電流を発生させることなく切替えを完了させることが望ましい。なお、電流制御期間Pcは、電動機7の巻線又は接続切替装置60に流れる電流の値(実効値)をゼロに近づけるように制御するとは、巻線に流れる交流電流の第1の実効値が、複数の切替器の切替え動作の前において巻線に流れる交流電流の第2の実効値より、ゼロに近づけられている期間である。Therefore, in the electric motor 7 of the first embodiment, it is desirable to control the value (effective value) of the current flowing through the windings of the electric motor 7 or the connection switching device 60 during the rotational operation (operation) of the electric motor 7 so as to approach zero (current control period Pc), and in this state, operate the multiple switches of the connection switching device 60 one by one at time intervals, thereby completing the switching without generating arc discharge and excessive current between the contacts of the switches 61, 62, and 63. Note that the current control period Pc, which controls the value (effective value) of the current flowing through the windings of the electric motor 7 or the connection switching device 60 so as to approach zero, is a period during which the first effective value of the AC current flowing through the windings is closer to zero than the second effective value of the AC current flowing through the windings before the switching operation of the multiple switches.

電流制御期間Pcは、インバータが電動機7の回転動作によって発生する逆起電圧を打ち消すように交流電圧を電動機に印加している期間である。このように、電動機7の回転数Nmをゼロにすることなく、すなわち、回転動作を停止させることなく、電動機7の巻線に流れる電流の値(実効値)をゼロに近づけることができる。その状態で複数のリレーを1つずつ時間間隔を開けて切替えることで短絡電流が流れず、より信頼性を向上させた状態で巻線71、72、73の結線状態を切替えることが可能となる。そのため、空気調和機の場合には、結線状態の切替えに際して電動機7の回転動作を停止させる必要が無いため、回転動作の停止により冷媒が安定するまでの待機時間が不要となり、室温の上昇又は低下を抑制することが可能となる。The current control period Pc is a period during which the inverter applies an AC voltage to the motor so as to cancel the back electromotive force generated by the rotation of the motor 7. In this way, the value (effective value) of the current flowing through the windings of the motor 7 can be brought close to zero without making the rotation speed Nm of the motor 7 zero, i.e., without stopping the rotation. In this state, by switching the multiple relays one by one at time intervals, it is possible to switch the connection state of the windings 71, 72, and 73 in a more reliable state without causing a short circuit current to flow. Therefore, in the case of an air conditioner, since it is not necessary to stop the rotation of the motor 7 when switching the connection state, there is no need to wait until the refrigerant stabilizes due to the stop of the rotation, and it is possible to suppress the rise or fall of the room temperature.

図11において、電圧指令演算部115は、切替部1155によりδ軸電流指令値iδ **に0を選択するよう動作させることにより、δ軸電流iδがδ軸電流指令値iδ に一致するような、つまりδ軸電流指令値iδ **が0に一致するようなδ軸電圧指令値Vδ を出力する。さらに、電圧指令演算部115は、切替部1153によりγ軸電流指令値iγ **に0を選択するよう動作させることにより、γ軸電流iγがγ軸電流指令値iγ に一致するような、つまりγ軸電流指令値iγ **が0に一致するようなγ軸電圧指令値Vγ を出力する。 11 , the voltage command calculation unit 115 operates the switching unit 1155 to select 0 for the specified δ-axis current value i δ ** , thereby outputting a specified δ-axis voltage value V δ * such that the δ-axis current i δ matches the specified δ-axis current value i δ * , i.e., the specified δ-axis current value i δ ** matches 0. Furthermore, the voltage command calculation unit 115 operates the switching unit 1153 to select 0 for the specified γ-axis current value i γ ** , thereby outputting a specified γ-axis voltage value V γ * such that the γ-axis current i γ matches the specified γ- axis current value i γ * , i.e., the specified γ-axis current value i γ ** matches 0.

《1-4》実施の形態1の効果
以上の動作により、電動機7の巻線71、72、73に流れる電流、すなわち、切替器61、62、63に流れる電流の値(実効値)を、図16に示される電流制御期間Pcのように、ゼロに近づける制御(望ましくは、ゼロにする制御)(「ゼロ電流制御」と称す)させることができる。よって、切替器61、62、63に電流が流れていない状態で切替器61、62、63の切替え動作を行うことができ、切替器61、62、63の接点間で大きな短絡電流が流れることはない。このため、切替器61、62、63として機械式のリレーを用いた場合に、接点溶着を防止し、信頼性の高い電動機の駆動装置を実現できる。なお、ここで言う「ゼロにする制御」とは、切替器61、62、63に流れる電流の値(実効値)を正確にゼロにするという意味ではなく、実質的にゼロとみなすことができるほどゼロに近いという意味である。
1-4 Effect of the First Embodiment By the above operation, the current flowing through the windings 71, 72, and 73 of the motor 7, i.e., the value (effective value) of the current flowing through the switches 61, 62, and 63, can be controlled to approach zero (preferably to zero) (referred to as "zero current control") as shown in the current control period Pc in FIG. 16. Therefore, the switches 61, 62, and 63 can be switched in a state where no current flows through them, and no large short-circuit current flows between the contacts of the switches 61, 62, and 63. Therefore, when mechanical relays are used as the switches 61, 62, and 63, it is possible to prevent contact welding and realize a highly reliable motor drive device. Note that "control to zero" does not mean that the value (effective value) of the current flowing through the switches 61, 62, and 63 is exactly zero, but means that it is close to zero so that it can be considered to be substantially zero.

しかしながら、切替器61、62、63に流れる電流の値を正確にゼロにすることはできないため、微弱な電流が電動機7の巻線71、72、73に流れることになる。この状態で切替器61、62、63の切替え動作を行うと、例えば、図7に示される切替器61、62、63の接続状態を想定した場合に、例えば、常閉接点61bと共通接点61cが接続状態にあり、その状態で常閉接点61bと共通接点61cを開状態に操作すると電流によるアーク放電が発生するおそれがある。その際のアーク放電は軽微であるが、アーク放電が生じた状態で常開接点61aに接すると、常開接点61a、常閉接点61b、共通接点61cが低インピーダンスで接続された状態となる。ゼロ電流制御では、電動機7の誘起電圧を打ち消すために、インバータ30により電圧を供給しており、その状態で常開接点61a、62a、63a、常閉接点61b、62b、63b、共通接点61c、62c、63cが低インピーダンスで接続された状態が2つ以上発生すると短絡電流が生じ、図12に示されるように、過大な電流が切替器61、62、63に流れるおそれがある。However, since the value of the current flowing through the switches 61, 62, and 63 cannot be made exactly zero, a weak current flows through the windings 71, 72, and 73 of the motor 7. When the switches 61, 62, and 63 are switched in this state, assuming that the switches 61, 62, and 63 are connected as shown in FIG. 7, for example, if the normally closed contact 61b and the common contact 61c are connected and the normally closed contact 61b and the common contact 61c are opened in this state, an arc discharge due to the current may occur. The arc discharge in this case is minor, but if the normally open contact 61a is touched in a state where an arc discharge has occurred, the normally open contact 61a, the normally closed contact 61b, and the common contact 61c are connected with low impedance. In the zero current control, a voltage is supplied by the inverter 30 to cancel out the induced voltage of the motor 7. In this state, if two or more states occur in which the normally open contacts 61a, 62a, 63a, the normally closed contacts 61b, 62b, 63b, and the common contacts 61c, 62c, 63c are connected with low impedance, a short circuit current will occur, and as shown in Figure 12, there is a risk that an excessive current will flow through the switches 61, 62, 63.

そこで、実施の形態1の制御装置100は、電動機7が高速で回転しているときに、電動機7又は接続切替装置60に流れる電流の値(例えば、実効値)をゼロに近づけるように(望ましくは、略0となるように)制御し、十分に電流がゼロになったことを確認した後に接続切替装置60の複数の切替器61、62、63の切替え動作を1つずつ時間間隔を開けて行うように制御する。このようにすることで、接続切替装置60に機械式のリレーを用いた場合における接点溶着などの故障を防止することが可能となり、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることができる。 Therefore, the control device 100 of the first embodiment controls the value of the current (e.g., effective value) flowing through the motor 7 or the connection switching device 60 to approach zero (preferably to approximately 0) when the motor 7 is rotating at high speed, and after confirming that the current has sufficiently reached zero, controls the switching operations of the multiple switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 to be performed one by one with a time interval. In this way, it is possible to prevent failures such as contact welding that occur when a mechanical relay is used for the connection switching device 60, and a highly reliable motor drive device can be obtained.

言い換えれば、実施の形態1の電動機駆動装置200は、安価な部品で接続切替装置60を構成した場合であっても、故障発生率の低下及び装置の長寿命化を図ることができるので、製品コストを低下させることができる。In other words, even if the connection switching device 60 of the electric motor driving device 200 of embodiment 1 is constructed using inexpensive parts, it is possible to reduce the failure rate and extend the life of the device, thereby reducing product costs.

また、電動機7の回転動作が停止していない電流制御期間中に、巻線の接続状態を切替える。このため、巻線の接続状態の切替えのために、電動機の回転動作を一時停止させ、その後、電動機7を再始動させる動作が不要である。In addition, the winding connection state is switched during the current control period when the rotational operation of the motor 7 is not stopped. Therefore, there is no need to temporarily suspend the rotational operation of the motor and then restart the motor 7 in order to switch the winding connection state.

なお、Y結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値が異なるため、Y結線とΔ結線を切替えるタイミングで保護レベルを切替えることで、各巻線に対応した保護が可能となる。しかし、機械式のリレーを用いた場合には、励磁コイル611、621、631に電流を流れてから、切替器61、62、63が、常開接点61a、62a、63ba又は常閉接点61b、62b、63bに切替わるまでに時間遅れが生じる。そのため、例えば、Y結線からΔ結線に切替えた場合には、保護レベルはΔ結線に切替わっているが、電動機7はΔ結線への切替移行中であるためY結線のままの状態であることが想定される。その場合、誤って過大な電流が流れた場合に、電動機7の不可逆減磁を生じる可能性がある。 Note that, since the current values at which irreversible demagnetization occurs are different between the Y-connection and the Δ-connection, by switching the protection level at the timing of switching between the Y-connection and the Δ-connection, it is possible to provide protection corresponding to each winding. However, when a mechanical relay is used, a time delay occurs between when the current flows through the excitation coils 611, 621, and 631 and when the switches 61, 62, and 63 switch to the normally open contacts 61a, 62a, and 63ba or the normally closed contacts 61b, 62b, and 63b. Therefore, for example, when switching from the Y-connection to the Δ-connection, the protection level is switched to the Δ-connection, but the motor 7 is assumed to remain in the Y-connection state because it is in the process of switching to the Δ-connection. In that case, if an excessive current flows by mistake, there is a possibility that irreversible demagnetization of the motor 7 will occur.

そこで、結線の切替え時には電流をゼロにする制御を開始した時点から結線を切替えるまでの間に、保護レベルの低いY結線の保護レベルに設定しておくことにより、結線の切替え時にY結線、Δ結線の何れの状態であっても不可逆減磁から保護することが可能となる。なお、結線切替時には電流をゼロにする制御を行うため、電動機7の運転に何ら影響が無い。 Therefore, by setting the protection level to the lower protection level of the Y connection during the period from the start of control to make the current zero when the connections are switched until the connections are switched, it is possible to protect against irreversible demagnetization regardless of whether the connection is in the Y or Δ state when the connections are switched. Furthermore, because control is performed to make the current zero when the connections are switched, there is no effect on the operation of the motor 7.

また、保護レベルについては、先に説明した通り電動機7の初期状態の磁力を100%と設定し、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、さらにY結線に対してΔ結線における電流値を√3倍の値にしておくことで結線状態によらず確実に不可逆減磁から保護することが可能となる。ただし、図9(b)においてIΔを検出せずに、巻線に流れる電流値を検出して保護を行う場合には、IΔ÷√3の電流値(Y結線における保護レベルの電流値と同等)を保護レベルとして設定することが望ましい。なお、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更してもよい。 As for the protection level, as explained above, the magnetic force in the initial state of the motor 7 is set to 100%, and a current value (for example, a current value at which the magnetic force drops to 97%) within a range that does not affect performance when irreversible demagnetization occurs can be set, and further, by setting the current value in the Δ connection to a value that is √3 times that of the Y connection, it is possible to reliably protect against irreversible demagnetization regardless of the connection state. However, when protection is performed by detecting the current value flowing through the windings without detecting I Δ in FIG. 9(b), it is desirable to set the current value of I Δ ÷ √3 (equivalent to the current value of the protection level in the Y connection) as the protection level. The set current value of the protection level may be changed depending on the equipment used.

《1-5》実施の形態1の変形例
整流回路3の整流素子としては、ダイオードなどを用いることが一般的である。しかし、整流回路3の構成は、図4の例に限定されない。例えば、整流回路3の整流素子の代わりに、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)などのトランジスタ素子(半導体スイッチ)を用いて、交流電源1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。
<<1-5>> Modification of the First Embodiment Diodes and the like are generally used as the rectifying elements of the rectifier circuit 3. However, the configuration of the rectifier circuit 3 is not limited to the example of FIG. 4. For example, instead of the rectifying elements of the rectifier circuit 3, transistor elements (semiconductor switches) such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistors) may be used and rectified by turning them on in accordance with the polarity of the voltage (input AC voltage) supplied from the AC power source 1.

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)又はMOSFETが用いられるが、これに限定されない。スイッチング素子311~316は、スイッチングを行うことができる素子であれば、どのようなものを用いてもよい。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6に示される環流用の整流素子321~326を並列接続する必要はない。The switching elements 311 to 316 of the inverter main circuit 310 may be, but are not limited to, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or MOSFETs. Any elements capable of switching may be used for the switching elements 311 to 316. When using MOSFETs as the switching elements 311 to 316, it is not necessary to connect the freewheeling rectifier elements 321 to 326 shown in FIG. 6 in parallel, since MOSFETs have parasitic diodes due to their structure.

整流素子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)、ダイヤモンドなど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。 The materials constituting the rectifying elements and switching elements 311 to 316 can be made not only of silicon (Si), but also of wide band gap semiconductors such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and diamond, thereby making it possible to further reduce losses.

《2》実施の形態2.
実施の形態2の電動機駆動装置は、接続切替装置60の代わりに、接続切替装置260を用いた点が、実施の形態1の電動機駆動装置200と異なる。図4の構成では、接続切替装置60の切替器61、62、63は、選択スイッチを用いている。実施の形態2では、接続切替装置260の各切替器を、常閉スイッチと常開スイッチとの組み合わせ、すなわち、オン・オフ式のスイッチの組み合わせで構成している。
<<2>>Embodiment 2.
The electric motor drive device of the second embodiment differs from the electric motor drive device 200 of the first embodiment in that a connection switching device 260 is used instead of the connection switching device 60. In the configuration of Fig. 4, the switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 are made up of selection switches. In the second embodiment, each switch of the connection switching device 260 is made up of a combination of a normally closed switch and a normally open switch, that is, a combination of on-off type switches.

図17は、実施の形態2における電動機7の巻線71、72、73と接続切替装置260とを示す回路図である。接続切替装置260では、切替器61を常閉スイッチ615と常開スイッチ616との組合せで構成し、切替器62を常閉スイッチ625と常開スイッチ626との組合せで構成し、切替器63の常閉スイッチ635と常開スイッチ636との組合せで構成している。17 is a circuit diagram showing windings 71, 72, 73 of motor 7 and connection switching device 260 in embodiment 2. In connection switching device 260, switch 61 is configured with a combination of normally closed switch 615 and normally open switch 616, switch 62 is configured with a combination of normally closed switch 625 and normally open switch 626, and switch 63 is configured with a combination of normally closed switch 635 and normally open switch 636.

図17に示されるように、常閉スイッチ615、625、635が閉じ(すなわち、オンしており)、常開スイッチ616、626、636が開いた(すなわち、オフしている)状態では、電動機7の巻線71、72、73はY結線状態である。図示の状態とは逆に、常閉スイッチ615、625、635が開き(すなわち、オフしており)、常開スイッチ616、626、636が閉じた(すなわち、オンしている)状態では、電動機はΔ結線状態である。17, when the normally closed switches 615, 625, and 635 are closed (i.e., turned on) and the normally open switches 616, 626, and 636 are open (i.e., turned off), the windings 71, 72, and 73 of the motor 7 are in a Y-connected state. Conversely to the illustrated state, when the normally closed switches 615, 625, and 635 are open (i.e., turned off) and the normally open switches 616, 626, and 636 are closed (i.e., turned on), the motor is in a Δ-connected state.

図17に示されるように、各切替器を常閉スイッチ615、625、635と常開スイッチ616、626、636との組合せで構成する場合にも、各スイッチとして、電磁接触器を用いることができる。電磁接触器は、オン時の導通損失が小さいので好適である。As shown in Figure 17, when each switch is configured by a combination of normally closed switches 615, 625, 635 and normally open switches 616, 626, 636, an electromagnetic contactor can be used as each switch. Electromagnetic contactors are suitable because they have small conduction loss when on.

図18に示されるように、各切替器を半導体スイッチを用いて構成してもよい。図18は、接続切替装置260の切替器61(62、63)にMOSトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。図18には、切替器61、62、63の内の1つが示されている。切替器61、62、63は、互いに同様の構成を持ち、同様に動作する。図19は、図18の切替器のMOSトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。As shown in FIG. 18, each switch may be configured using a semiconductor switch. FIG. 18 is a circuit diagram showing an example of a configuration in which MOS transistors are used for switch 61 (62, 63) of connection switching device 260. One of switches 61, 62, and 63 is shown in FIG. 18. Switches 61, 62, and 63 have the same configuration and operate in the same way. FIG. 19 is a diagram showing, in tabular form, examples of the on and off states of the MOS transistors of the switch in FIG. 18.

図18に示されるように、切替器61(62、63)は、リード線61e(62e、63e)と出力線332(333、331)との間に直列に接続されたMOSトランジスタ616a(626a、636a)及びダイオード616c(626c、636c)と、リード線61e(62e、63e)と出力線332(333、331)との間に直列に接続されたMOSトランジスタ616b(626b、636b)及びダイオード616d(626d、636d)とを備えている。As shown in FIG. 18, the switch 61 (62, 63) includes a MOS transistor 616a (626a, 636a) and a diode 616c (626c, 636c) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the output line 332 (333, 331), and a MOS transistor 616b (626b, 636b) and a diode 616d (626d, 636d) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the output line 332 (333, 331).

また、切替器61(62、63)は、リード線61e(62e、63e)と中性点ノード64との間に直列に接続されたMOSトランジスタ615a(625a、635a)及びダイオード615c(625c、635c)と、リード線61e(62e、63e)と中性点ノード64との間に直列に接続されたMOSトランジスタ615b(625b、635b)及びダイオード615d(625d、635d)とを備えている。In addition, the switch 61 (62, 63) includes a MOS transistor 615a (625a, 635a) and a diode 615c (625c, 635c) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the neutral node 64, and a MOS transistor 615b (625b, 635b) and a diode 615d (625d, 635d) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the neutral node 64.

各MOSトランジスタ616a(626a、636a)、616b(626b、636b)、615a(625a、635a)、615b(625b、635b)は、アノードがダイオードに接続され、カソードがリード線(又は中性点ノード又は出力線)に接続された寄生ダイオードを有している。Each MOS transistor 616a (626a, 636a), 616b (626b, 636b), 615a (625a, 635a), and 615b (625b, 635b) has a parasitic diode whose anode is connected to the diode and whose cathode is connected to a lead wire (or neutral node or output line).

図19に示されるように、制御端子に制御信号を入力することによってMOSトランジスタ616a、626a、636aをオンにし、MOSトランジスタ616b、626b、636bをオンにし、MOSトランジスタ615a、625a、635aをオフにし、MOSトランジスタ615b、625b、635bをオフにすることによって、巻線71、72、73をΔ結線にすることができる。As shown in FIG. 19, by inputting a control signal to the control terminal, MOS transistors 616a, 626a, 636a are turned on, MOS transistors 616b, 626b, 636b are turned on, MOS transistors 615a, 625a, 635a are turned off, and MOS transistors 615b, 625b, 635b are turned off, thereby making it possible to make windings 71, 72, 73 into a delta connection.

また、図19に示されるように、MOSトランジスタ616a、626a、636aをオフにし、MOSトランジスタ616b、626b、636bをオフにし、MOSトランジスタ615a、625a、635aをオンにし、MOSトランジスタ615b、625b、635bをオンにすることによって、巻線71、72、73をY結線にすることができる。 Also, as shown in FIG. 19, windings 71, 72, 73 can be Y-connected by turning off MOS transistors 616a, 626a, 636a, turning off MOS transistors 616b, 626b, 636b, turning on MOS transistors 615a, 625a, 635a, and turning on MOS transistors 615b, 625b, 635b.

また、半導体スイッチとしてのMOSトランジスタは、ワイドバンドギャップ(WBG)半導体で構成されることが望ましい。WBG半導体は、例えば、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga)、ダイヤモンドを構成材料として含む半導体である。WBG半導体で構成した場合、オン抵抗が小さく、低損失で素子発熱も少なく、また、切替え動作を速やかに行うことができる。 In addition, it is preferable that the MOS transistor as the semiconductor switch is composed of a wide band gap (WBG) semiconductor. The WBG semiconductor is a semiconductor containing, for example, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide ( Ga2O3 ), and diamond as constituent materials. When composed of a WBG semiconductor, the on-resistance is small, the loss is low, the element generates little heat, and the switching operation can be performed quickly.

半導体スイッチを用いる場合にも、ノイズなどの影響で、例えば、MOSトランジスタ616a及び615aが同時に誤オン又は誤オフする可能性があり、MOSトランジスタ616a及び615aの相のみでなく、少なくとも2相のMOSトランジスタ616a及び615aとMOSトランジスタ616b及び615bにおいて同時に誤オン又は誤オフすることで電動機の巻線を介さない短絡経路が発生し、故障が発生することがあり得る。Even when semiconductor switches are used, there is a possibility that, for example, MOS transistors 616a and 615a may erroneously turn on or off simultaneously due to the influence of noise, etc., and this may result in erroneous turning on or off not only in the MOS transistors 616a and 615a phase but also in at least two phases of MOS transistors 616a and 615a and MOS transistors 616b and 615b simultaneously, creating a short circuit path that does not go through the motor windings, and resulting in a failure.

そのため、半導体で構成された接続切替装置260において、図4及び図5に記載したように、切替器の切替え動作のタイミングをずらすことで、巻線を介さない短絡電流の発生を防ぐことが可能となり、信頼性の高い電動機駆度装置を得ることができる。Therefore, in the connection switching device 260 made of semiconductors, by shifting the timing of the switching operation of the switch as shown in Figures 4 and 5, it is possible to prevent the occurrence of short-circuit current that does not pass through the windings, and a highly reliable motor drive device can be obtained.

言い換えれば、実施の形態2の電動機駆動装置は、安価な部品で接続切替装置260を構成した場合であっても、故障発生率の低下及び装置の長寿命化を図ることができるので、製品コストを低下させることができる。In other words, even if the connection switching device 260 of the electric motor drive device of embodiment 2 is constructed using inexpensive parts, it is possible to reduce the failure rate and extend the life of the device, thereby reducing product costs.

以上の点以外について、実施の形態2の電動機駆動装置は、実施の形態1の電動機駆動装置200と同じである。 Other than the above, the electric motor driving device of embodiment 2 is the same as the electric motor driving device 200 of embodiment 1.

《3》実施の形態3.
実施の形態1及び2では、巻線71、72、73をY結線とΔ結線の間で切替え可能な電動機7に接続された電動機駆動装置200を説明している。実施の形態3では、巻線71、72、73の各々の巻数を切替え可能な電動機7aに接続された電動機駆動装置を説明する。図20は、Y結線された電動機7aにおいて各相の巻線71、72、73を2つの巻線部分711及び712、2つの巻線部分721及び722、2つの巻線部分731及び732で構成し、巻線部分の各々の両端部を、電動機7aの外部に接続可能として、接続切替装置360で接続状態を切替える構成を示す。なお、各相の巻線71、72、73が、3以上の巻線部分を有してもよい。
<3>Embodiment 3.
In the first and second embodiments, a motor drive device 200 is described which is connected to a motor 7 in which the windings 71, 72, 73 can be switched between Y-connection and Δ-connection. In the third embodiment, a motor drive device is described which is connected to a motor 7a in which the number of turns of each of the windings 71, 72, 73 can be switched. Fig. 20 shows a configuration in which the windings 71, 72, 73 of each phase in a Y-connected motor 7a are composed of two winding parts 711 and 712, two winding parts 721 and 722, and two winding parts 731 and 732, and both ends of each of the winding parts can be connected to the outside of the motor 7a, and the connection state is switched by a connection switching device 360. Note that each of the windings 71, 72, 73 of each phase may have three or more winding parts.

実施の形態3では、各相の巻線71、72、73が、2つの巻線部分を有している。この場合、各相の巻線71、72、73を構成する2つの巻線部分の各々の両端部を、電動機7aの外部に接続可能として、接続切替装置360で巻線71、72、73の接続状態(実施の形態3においては、巻線の巻数)を切替える。また、接続切替装置360は、巻線部分を並列接続及び直列接続のいずれかに切替えることができる電動機にも適用できる。In the third embodiment, the windings 71, 72, and 73 of each phase have two winding portions. In this case, both ends of each of the two winding portions constituting the windings 71, 72, and 73 of each phase are connectable to the outside of the motor 7a, and the connection state of the windings 71, 72, and 73 (the number of turns of the winding in the third embodiment) is switched by the connection switching device 360. The connection switching device 360 can also be applied to a motor in which the winding portions can be switched between a parallel connection and a series connection.

図20では、U相の巻線71が2つの巻線部分711及び712で構成され、V相の巻線72が2つの巻線部分721及び722で構成され、W相の巻線73が2つの巻線部分731及び732で構成されている。In FIG. 20, the U-phase winding 71 is composed of two winding portions 711 and 712, the V-phase winding 72 is composed of two winding portions 721 and 722, and the W-phase winding 73 is composed of two winding portions 731 and 732.

巻線部分711、721、731の第1の端部は、外部端子71c、72c、73cを介してインバータ30の出力線331、332、333にそれぞれ接続されている。巻線部分711、721、731の第2の端部は、外部端子71g、72g、73gを介して切替スイッチ617、627、627の共通接点にそれぞれ接続されている。The first ends of the windings 711, 721, and 731 are connected to the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 via external terminals 71c, 72c, and 73c, respectively. The second ends of the windings 711, 721, and 731 are connected to the common contacts of the changeover switches 617, 627, and 627, respectively, via external terminals 71g, 72g, and 73g.

巻線部分712、722、732の第1の端部は、外部端子71h、72h、73hを介して切替スイッチ618、628、638の共通接点にそれぞれ接続されている。巻線部分712、722、732の第2の端部は、外部端子71d、72d、73dを介して中性点ノード64にそれぞれ接続されている。First ends of winding portions 712, 722, and 732 are connected to the common contacts of changeover switches 618, 628, and 638 via external terminals 71h, 72h, and 73h, respectively. Second ends of winding portions 712, 722, and 732 are connected to neutral node 64 via external terminals 71d, 72d, and 73d, respectively.

切替スイッチ617、627、637の常閉接点は、切替スイッチ618、628、638の常閉接点にそれぞれ接続されている。切替スイッチ617、627、637の常開接点は、中性点ノード64に接続されている。切替スイッチ618、628、638の常開接点は、インバータ30の出力線331、332、333に接続されている。The normally closed contacts of the changeover switches 617, 627, and 637 are connected to the normally closed contacts of the changeover switches 618, 628, and 638, respectively. The normally open contacts of the changeover switches 617, 627, and 637 are connected to the neutral node 64. The normally open contacts of the changeover switches 618, 628, and 638 are connected to the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30.

切替スイッチ617、627、637、618、628、638により、接続切替装置360が構成されている。 The connection switching device 360 is composed of changeover switches 617, 627, 637, 618, 628, and 638.

このような接続切替装置360が使用されている場合にも、実施の形態1及び2で示したものと同様に、電流制御期間Pcに接続切替装置360の切替器の切替え動作を行うことで、機械式のリレー又は半導体スイッチを保護することができる。また、実施の形態1及び2で示したものと同様に、接続切替装置360の複数の切替スイッチの各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行うことで、電動機7aの巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する、電動機駆動装置の故障が生じにくくなる。Even when such a connection switching device 360 is used, the mechanical relay or semiconductor switch can be protected by performing the switching operation of the switch of the connection switching device 360 during the current control period Pc, as in the case of the first and second embodiments. Also, as in the case of the first and second embodiments, by performing the switching operation of each of the multiple switches of the connection switching device 360 sequentially with a time interval, it becomes difficult for the motor drive device to malfunction due to the switching operation of the switch that switches the connection state of the windings of the motor 7a being performed without stopping the rotation of the motor.

図20に示される構成の場合、切替スイッチ617、627、637、618、628、638が図示のように常閉接点側に切替えられた状態では、電動機7aは、直列接続状態となり、切替スイッチ617、627、637、618、628、638が図示とは逆の常開接点側に切替えられた状態では、電動機7aは並列接続状態となる。In the configuration shown in FIG. 20, when the change-over switches 617, 627, 637, 618, 628, and 638 are switched to the normally closed contact side as shown, the electric motor 7a is in a series connection state, and when the change-over switches 617, 627, 637, 618, 628, and 638 are switched to the normally open contact side opposite to that shown, the electric motor 7a is in a parallel connection state.

なお、実施の形態3においても、実施の形態2で述べたように、切替スイッチの代わりに常閉スイッチと常開スイッチとの組合せを用いることができる。また、常閉スイッチと常開スイッチとを、半導体スイッチとすることができる。In addition, in the third embodiment, as described in the second embodiment, a combination of a normally closed switch and a normally open switch can be used instead of a changeover switch. Also, the normally closed switch and the normally open switch can be semiconductor switches.

以上に、Y結線された電動機7aにおいて、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合について説明したが、Δ結線された電動機の電動機駆動装置において、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合にも、接続切替装置360と同様の構成を適用することができる。 The above describes the case where a Y-connected motor 7a is switched between a series connection state and a parallel connection state, but a configuration similar to that of the connection switching device 360 can also be applied when switching between a series connection state and a parallel connection state in a motor drive device for a Δ-connected motor.

また、Y結線又はΔ結線の状態で巻線に中間タップを設けて巻線の一部をスイッチング手段で短絡することで、駆動に必要な電圧を変更する構成を有する電動機の電動機駆動装置にも、本実施の形態の電動機駆動装置を適用することができる。要するに、実施の形態3の構成は、電動機が、巻線の接続状態が切替え可能で、前記接続状態の切替えにより逆起電圧が切替わるものであれば、適用が可能である。The motor drive device of this embodiment can also be applied to a motor drive device for an electric motor having a configuration in which a center tap is provided on the windings in a Y-connection or Δ-connection state and a part of the windings is short-circuited by a switching means to change the voltage required for driving. In short, the configuration of embodiment 3 can be applied to an electric motor in which the connection state of the windings can be switched and the back electromotive voltage can be switched by switching the connection state.

以上の点以外について、実施の形態3の電動機駆動装置は、実施の形態1又は2の電動機駆動装置と同じである。 Other than the above, the electric motor drive device of embodiment 3 is the same as the electric motor drive device of embodiment 1 or 2.

なお、以上の実施の形態1から3に示した構成は、例に過ぎず、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。 Note that the configurations shown in the above embodiments 1 to 3 are merely examples and may be combined with other known technologies.

1 交流電源、 2 リアクトル、 3 整流回路、 7、7a 電動機、 10 コンデンサ、 30 インバータ、 40 母線電流検出部、 50 制御電源生成回路、 60、260、360 接続切替装置、 61、62、63 切替器、 71、72、73 巻線、 100 制御装置、 200 電動機駆動装置、 900、900a、900b 冷凍サイクル装置、 902 四方弁、 904 圧縮機、 906 熱交換器、 908 膨張弁、 910 熱交換器。
REFRIGERATION CYCLE DEVICE 900, 900a, 900b REFRIGERATION CYCLE DEVICE 902 FOUR-WAY VALVE 904 COMPRESSOR 906 HEAT EXCHANGER 908 EXPANSION VALVE 910 HEAT EXCHANGER

Claims (9)

複数の切替器を有し、前記複数の切替器の切替え動作を行うことによって電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、
前記複数の切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、回転動作中の前記電動機の前記巻線から前記複数の切替器を介して逆起電圧が印加されるインバータと、
前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、
を有し、
前記接続切替装置は、前記電動機の回転動作中に前記接続状態の切替えを実行する際に、前記複数の切替器の全ての切替え動作を異なるタイミングで且つ前記複数の切替器の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行い、
前記制御装置は、前記巻線に流れる交流電流の第1の実効値が前記複数の切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第2の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内であって前記電動機の回転数がゼロではない前記電流制御期間内に、前記接続切替装置に前記複数の切替器の切替え動作を実行させ
前記複数の切替器の各々は、励磁コイルを含む電磁接触器を有し、
前記複数の切替器の切替え動作は、前記電磁接触器の接点間の導通又は非導通の切替えによって行われ、
前記励磁コイルを励磁なし状態から励磁あり状態に切替えるときの前記時間間隔は、5ms以上であり、
前記励磁コイルを励磁あり状態から励磁なし状態に切替えるときの前記時間間隔は、2ms以上である
電動機駆動装置。
a connection switching device having a plurality of switches and switching a connection state of a winding of a motor by performing a switching operation of the plurality of switches;
an inverter that applies an AC voltage to the windings via the plurality of switches and receives a back electromotive voltage from the windings of the electric motor during rotation via the plurality of switches;
a control device that controls the inverter to control a rotation operation of the motor and causes the connection switching device to switch the connection state;
having
when switching the connection state during a rotation operation of the motor, the connection switching device sequentially performs switching operations of all of the plurality of switches at different timings and with a time interval between each of the plurality of switches;
the control device causes the connection switching device to execute a switching operation of the plurality of switches during a current control period during which a first effective value of the AC current flowing through the winding is closer to zero than a second effective value of the AC current flowing through the winding before a switching operation of the plurality of switches and during which a rotation speed of the motor is not zero ;
Each of the plurality of switches has an electromagnetic contactor including an excitation coil;
The switching operation of the plurality of switches is performed by switching between electrical continuity and non-conduction between contacts of the electromagnetic contactors,
The time interval when switching the excitation coil from a non-excitation state to an excitation state is 5 ms or more,
The time interval when the excitation coil is switched from an excited state to a non-excited state is 2 ms or more.
Electric motor drive unit.
前記時間間隔は2msから50msの範囲内である
請求項1に記載の電動機駆動装置。
2. The electric motor drive device according to claim 1, wherein the time interval is within a range of 2 ms to 50 ms.
前記インバータに供給される電流を検出する検出部を更に備え、
前記制御装置は、前記検出部によって検出された電流に基づいて前記インバータを制御する
請求項1又は2に記載の電動機駆動装置。
A detection unit that detects a current supplied to the inverter is further provided.
The electric motor drive device according to claim 1 or 2, wherein the control device controls the inverter based on the current detected by the detection unit.
前記接続状態の切替えは、Y結線とΔ結線との間の切替えである
請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
The electric motor drive device according to claim 1 , wherein the switching of the connection state is switching between a Y connection and a Δ connection.
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から3のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
The electric motor drive device according to claim 1 , wherein the switching of the connection state is a switching of the number of turns of the winding.
請求項1からのいずれか1項に記載の電動機駆動装置を備える冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle device comprising the motor drive device according to any one of claims 1 to 5 . 請求項に記載の冷凍サイクル装置を備える空気調和機。 An air conditioner comprising the refrigeration cycle device according to claim 6 . 請求項に記載の冷凍サイクル装置を備える給湯機。 A water heater comprising the refrigeration cycle device according to claim 6 . 請求項に記載の冷凍サイクル装置を備える冷蔵庫。 A refrigerator comprising the refrigeration cycle device according to claim 6 .
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