JPWO2018078843A1 - 電動機駆動装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

電動機駆動装置は、固定子巻線を有する電動機（２）を駆動させる装置であって、固定子巻線に接続された、半導体スイッチを含む回路（３１〜３３）を有し、半導体スイッチのオン又はオフによって固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部（３）と、固定子巻線に交流駆動電圧を供給するインバータ（１）とを具備する。

Description

本発明は、電動機を駆動させる電動機駆動装置、及び圧縮機用の電動機を駆動させる電動機駆動装置を具備する空気調和機に関する。

空気調和機（エアコン）の冷房能力及び暖房能力は、圧縮機用の電動機の回転速度によって調節することができる。例えば、エアコンの起動時に、電動機を高速回転させて急速冷房運転又は急速暖房運転を行い、室温が要求温度に到達した後に、電動機を低速回転させて省エネルギー運転を行う。一般に、省エネルギー運転の時間は長いので、年間電力消費量を削減するためには、低速回転において高効率な電動機を用いることが望ましい。また、冷房及び暖房の最大能力を上げるためには、高速回転することができる電動機を用いることが望ましい。

圧縮機用の電動機としては、高効率化のために回転子に永久磁石を備えた永久磁石型電動機が広く使用されており、電動機を駆動させる装置としては、インバータを備えた電動機駆動装置が普及している。永久磁石型電動機では、固定子巻線の巻数を多くすると、少ない電流で運転することができ、電流に伴うインバータ損失が減少し、高効率な運転が可能になる。しかし、固定子巻線の巻数を多くすると、誘起電圧が上昇するので、誘起電圧に支配される電動機電圧が、低い回転速度でインバータの最大出力電圧に到達し、それ以上の回転速度で運転することができない。

逆に、固定子巻線の巻数を少なくすると、誘起電圧が低減するので、誘起電圧に支配される電動機電圧が、インバータの最大出力電圧に到達し難くなり、電動機を高速回転で運転することができる。しかし、固定子巻線の巻数を少なくすると、固定子巻線に流れる電流が増加するので、電流に伴うインバータ損失が増加し、高効率な運転ができない。

このように、低速回転で高効率な永久磁石型電動機は、高速回転で運転することができず、高速回転で運転することができる永久磁石型電動機は、低速回転での効率が低い。このような問題を解消するために、インバータが供給する駆動電圧を受ける電動機の固定子巻線を、スター結線とデルタ結線とに切り替える結線切替部を備えた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）。

特開２００６−２４６６７４号公報（請求項１、段落００１６〜００２０、００４７〜００４８、図１、図２、図７）

しかしながら、特許文献１に記載の電動機駆動装置の結線切替部のスイッチはオン状態とオフ状態の間の切り替えに要する時間（切替時間）が長い機械式スイッチであるため、圧縮機用の電動機の運転の停止（中断）中に結線状態の切り替えを行う必要があった。この場合には、圧縮機用の電動機の運転再開のための電力消費が発生するので、運転効率を十分に向上させることができず、省エネルギー効果が不十分であった。

本発明の目的は、電動機を高速回転で駆動させることができ且つ低速回転で高効率に駆動させることができる電動機駆動装置、及び高い冷暖房能力と省エネルギー効果の高い運転とを両立させることができる空気調和機を提供することである。

本発明の一態様に係る電動機駆動装置は、固定子巻線を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、前記固定子巻線に交流駆動電圧を供給するインバータとを具備するものである。

本発明の他の態様に係る空気調和機は、固定子巻線を有する電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機と、前記電動機を駆動させる電動機駆動装置とを具備する空気調和機であって、前記電動機駆動装置は、半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、前記固定子巻線に交流駆動電圧を供給するインバータとを具備するものである。

本発明の電動機駆動装置によれば、半導体スイッチのオン又はオフによって固定子巻線の結線状態を適切に切り替えることができるので、電動機を高速回転で駆動させることができ、且つ、電動機を低速回転で高効率に駆動させることができる。

また、本発明の電動機駆動装置によれば、結線状態の切り替えに際し、必ずしも電動機の運転を中断する必要がないので、電動機を高効率に駆動させることができ、高い省エネルギー効果を得ることができる。

また、本発明の空気調和機は、上記電動機駆動装置を有するので、圧縮機用の電動機の高速回転による高い冷暖房能力と圧縮機用の電動機の省エネルギー運転とを両立させることができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置の構成を概略的に示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、スター結線とデルタ結線とを示す図である。 図１に示される電動機の内部構造を概略的に示す断面図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、直列に接続されたＵ相の巻線と、直列に接続されたＶ相の巻線と、直列に接続されたＷ相の巻線とを示す図である。 （Ａ）から（Ｃ）は、並列に接続されたＵ相の巻線と、並列に接続されたＶ相の巻線と、並列に接続されたＷ相の巻線とを示す図である。 図１に示される電動機駆動装置における半導体スイッチを含む回路を示す回路図である。 図６に示される回路における半導体スイッチのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。 図１に示されるインバータにおけるデッドタイムを示すタイミング図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機駆動装置の構成を概略的に示す図である。 図９に示される電動機駆動装置における半導体スイッチを含む回路を示す回路図である。 図１０に示される回路における半導体スイッチのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。 図１０に示される回路における半導体スイッチのオン及びオフ状態の他の例を表形式で示す図である。 結線状態がスター結線及びデルタ結線の場合における電動機の回転数と電動機の効率との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る空気調和機の制御系を示すブロック図である。 実施の形態３に係る空気調和機の動作の一例を示すタイミングチャートである。

《１》実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置の構成を概略的に示す図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、スター結線（Ｙ結線）とデルタ結線（Δ結線）とを示す図である。

図１に示されるように、実施の形態１に係る電動機駆動装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１０２に接続されており、３相、すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子巻線を有する電動機２を駆動させる装置である。

実施の形態１に係る電動機駆動装置は、直流電圧を固定子巻線である開放巻線（第１の開放巻線）Ｕ、開放巻線（第２の開放巻線）Ｖ、及び開放巻線（第３の開放巻線）Ｗに供給するための交流駆動電圧に変換するインバータ１と、開放巻線Ｕ、開放巻線Ｖ、及び開放巻線Ｗの結線状態を第１の結線状態及び第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部３と、インバータ１及び結線切替部３を制御する制御部６とを具備している。また、電動機駆動装置は、コンバータ１０２を含んでもよい。

実施の形態１において、第１の結線状態は、結線切替部３によって中性点が互いに接続されたスター結線の状態であり、第２の結線状態は、デルタ結線の状態である。ただし、電動機２の固定子巻線の相の数は、３相に限定されず、２相又は４相以上であってもよい。

開放巻線Ｕは、インバータ１のＵ相の出力端に接続された巻線端子（第１の巻線端子）２ｕ＿１と、結線切替部３に接続された巻線端子（第２の巻線端子）２ｕ＿２とを有している。開放巻線Ｖは、インバータ１のＶ相の出力端に接続された巻線端子（第３の巻線端子）２ｖ＿１と、結線切替部３に接続された巻線端子（第４の巻線端子）２ｖ＿２とを有している。開放巻線Ｗは、インバータ１のＷ相の出力端に接続された巻線端子（第５の巻線端子）２ｗ＿１と、結線切替部３に接続された巻線端子（第６の巻線端子）２ｗ＿２とを有している。

図１に示されるように、インバータ１は、直流電圧が供給される電力供給線１８と１９の間に直列に接続されたスイッチであるＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１ａ及び１２ａと、電力供給線１８と１９の間に直列に接続されたスイッチとしてのＭＯＳトランジスタ１３ａ及び１４ａと、電力供給線１８と１９の間に直列に接続されたスイッチとしてのＭＯＳトランジスタ１５ａ及び１６ａと、電力供給線１８と１９の間に接続されたコンデンサ１７とを有している。インバータ１において、ＭＯＳトランジスタ１１ａ，１３ａ，１５ａは上アームであり、ＭＯＳトランジスタ１２ａ，１４ａ，１６ａは下アームである。

電力供給線１８と１９は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１０２から出力される直流電圧が供給される母線である。インバータ１のＵ相の出力端は、ＭＯＳトランジスタ１１ａと１２ａの間のノードに接続され、インバータ１のＶ相の出力端は、ＭＯＳトランジスタ１３ａと１４ａの間のノードに接続され、インバータ１のＷ相の出力端は、ＭＯＳトランジスタ１５ａと１６ａの間のノードに接続されている。ＭＯＳトランジスタ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａは、制御部６から出力されるインバータ駆動信号、すなわち、ＭＯＳトランジスタのゲート制御信号に応じて、オン（ソースとドレインの間を導通）又はオフ（ソースとドレインの間を非導通）となる。

また、インバータ１は、ＭＯＳトランジスタ１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａにそれぞれ並列に接続されたダイオードとしての寄生ダイオード１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂを有している。ただし、インバータ１の構成は、図１に示される構成に限定されない。

図１に示されるように、結線切替部３は、半導体スイッチ（例えば、後述の図６に示されるＭＯＳトランジスタ）を含む回路、すなわち、スイッチ回路（第１のスイッチ回路）３１とスイッチ回路（第２のスイッチ回路）３２とスイッチ回路（第３のスイッチ回路）３３とを有している。

スイッチ回路３１は、インバータ１のＶ相の出力端に接続された第１の端子３１ａと、後述するスイッチ回路３２の第５の端子３２ｂ及び、スイッチ回路３３の第８の端子３３ｂに接続された第２の端子３１ｂと、開放巻線Ｕの巻線端子２ｕ＿２に接続され、第１の端子３１ａ及び第２の端子３１ｂのいずれかに接続される第３の端子３１ｃとを有している。

スイッチ回路３２は、インバータ１のＷ相の出力端に接続された第４の端子３２ａと、スイッチ回路３１の第２の端子３１ｂ及び、スイッチ回路３３の第８の端子３３ｂに接続された第５の端子３２ｂと、開放巻線Ｖの巻線端子２ｖ＿２に接続され、第４の端子３２ａ及び第５の端子３２ｂのいずれかに接続される第６の端子３２ｃとを有している。

スイッチ回路３３は、インバータ１のＵ相の出力端に接続された第７の端子３３ａと、スイッチ回路３１の第２の端子３１ｂ及びスイッチ回路３２の第５の端子３２ｂに接続された第８の端子３３ｂと、開放巻線Ｗの巻線端子２ｗ＿２に接続され、第７の端子３３ａ及び第８の端子３３ｂのいずれかに接続される第９の端子３３ｃとを有している。

結線切替部３は、制御部６から出力された結線切替信号（例えば、後述の図６に示される半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタのゲート制御信号）に基づいて半導体スイッチのオン（ソースとドレインの間を導通）又はオフ（ソースとドレインの間を非導通）が制御される。結線切替部３は、スイッチ回路３１において第２の端子３１ｂと第３の端子３１ｃとを接続し、且つスイッチ回路３２において第５の端子３２ｂと第６の端子３２ｃとを接続し、且つスイッチ回路３３において第８の端子３３ｂと第９の端子３３ｃとを接続することで、電動機２の固定子巻線の結線状態を、結線切替部３によって中性点が互いに接続された第１の結線状態であるスター結線（図２（Ａ））に切り替える。

また、結線切替部３は、スイッチ回路３１において第１の端子３１ａと第３の端子３１ｃとを接続し、且つスイッチ回路３２において第４の端子３２ａと第６の端子３２ｃとを接続し、且つスイッチ回路３３において第７の端子３３ａと第９の端子３３ｃとを接続することで、結線状態を第２の結線状態であるデルタ結線（図２（Ｂ））に切り替える。なお、図１には、スイッチ回路３１，３２，３３を互いに異なる独立した構成として記載しているが、スイッチ回路３１，３２，３３は、同じ回路基板上に配置された回路であってもよい。

図３は、図１に示される電動機２の内部構造を概略的に示す断面図である。図３に示されるように、電動機２は、回転子２５に永久磁石２６が埋め込まれている永久磁石型電動機である。電動機２は、固定子２１と、固定子２１の中心側の空間内に配置され、シャフトを中心に回転可能に支持された回転子２５とを有している。回転子２５の外周面と、固定子２１の内周面との間には、エアギャップが確保されている。固定子２１と回転子２５との間のエアギャップは、０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度の空隙である。具体的には、固定子巻線に、インバータ１を用いて指令回転数に同期した周波数の電流を通電して回転磁界を発生させることで、回転子２５を回転させる。

固定子２１のティース部２２には絶縁材を介して巻線Ｕ１〜Ｕ３，巻線Ｖ１〜Ｖ３，巻線Ｗ１〜Ｗ３が集中巻で巻回されている。巻線Ｕ１〜Ｕ３は、図１における開放巻線Ｕに相当し、巻線Ｖ１〜Ｖ３は、図１における開放巻線Ｖに相当し、巻線Ｗ１〜Ｗ３は、図１における開放巻線Ｗに相当する。

図３に示される固定子２１は、複数の分割コアで構成され、隣接する分割コア同士を連結する回動軸２３を中心に隣接するティース部２２を開くことで、環状に並ぶ複数の分割コア（複数の分割コアが閉じた状態）を、直線状に並ぶ複数の分割コア（複数の分割コアが開いた状態）にすることができる。これによって、複数の分割コアが直線状に並び、複数のティース部２２が互いに間隔を広げた状態で巻線工程を行うことができ、巻線工程の簡略化、巻線品質の向上（例えば、占積率の向上）を図ることができる。

回転子２５の内部に埋め込まれた永久磁石２６としては、例えば、希土類磁石又はフェライト磁石が採用される。永久磁石２６の外周コア部には、スリット２７が配置されている。スリット２７は、固定子巻線の電流によって発生する電機子反作用の影響を弱め、磁束分布に高調波が重畳されることを低減する機能を有する。また、固定子２１の鉄心及び回転子２５の鉄心には、ガス抜き穴２４，２８が設けられている。ガス抜き穴２４，２８は、電動機２の冷却作用、冷媒ガス通路、又は油戻し通路としての役割を持つ。

図３に示される電動機２は、磁極の数とスロット数の比が２：３の集中巻の構造を有している。電動機２は、６極の永久磁石を有する回転子と、９個のスロット（９個のティース部）を有する固定子２１とを有している。つまり、電動機２は、６個の永久磁石２６を持つ６極の電動機であるので、１相あたり３個のティース部（３スロット）に巻線を有する構造を採用している。また、４極の電動機の場合は、ティース部の数（スロット数）は６となり、１相あたり２個のティース部に巻線を有する構造を採用することが望ましい。また、８極の電動機の場合は、ティース部の数は１２となり、１相あたり４個のティース部に巻線を有する構造を採用することが望ましい。

３相の巻線をデルタ結線で使用する場合、電動機２の巻線内で循環電流が流れ、電動機２の性能を低下させる場合がある。循環電流は、各相の巻線の誘起電圧の３次高調波に起因して流れるものであり、磁極の数とスロット数との比が２：３の集中巻の場合、巻線と永久磁石の位相関係により、磁気飽和等の影響がなければ、誘起電圧に３次高調波が発生しない。実施の形態１では、電動機２をデルタ結線で使用する際の循環電流を抑制するために、磁極の数とスロット数の比が２：３の集中巻で構成している。

ただし、磁極の数とスロット数、及び、巻線方式（集中巻と分布巻）は、要求される電動機サイズ、特性（回転数及びトルク等）、電圧仕様、スロットの断面積などに応じて適宜選択することができる。また、本発明が適用可能な電動機の構造は、図３に示されるものに限定されない。

図４（Ａ）から（Ｃ）は、図３に示される巻線の例を示しており、直列に接続された巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３と、直列に接続された巻線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と、直列に接続された巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを示している。図５（Ａ）から（Ｃ）は、図３に示される巻線の他の例を示しており、並列に接続された巻線Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３と、並列に接続された巻線Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と、並列に接続された巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを示している。

図６は、図１に示される電動機駆動装置における結線切替部３のスイッチ回路３１，３２，３３を示す回路図である。スイッチ回路３１，３２，３３は互いに同様の構成を有しており、代表としてスイッチ回路３１の構成について説明する。

図６に示されるように、スイッチ回路３１は、第１の端子３１ａと第３の端子３１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）３１１およびダイオード（第１のダイオード）３１２と、第３の端子３１ｃと第１の端子３１ａとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第２のＭＯＳトランジスタ）３１３およびダイオード（第２のダイオード）３１４とを有している。

ＭＯＳトランジスタ３１１は、アノードがダイオード３１２に接続され、カソードが第１の端子３１ａに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ３１１がオン状態にならない限り、第１の端子３１ａからダイオード３１２に向かって電流は流れない。ダイオード３１２は、アノードがＭＯＳトランジスタ３１１に接続され、カソードが第３の端子３１ｃに接続されており、第３の端子３１ｃからＭＯＳトランジスタ３１１へ流れる電流を非導通にし、オン状態のＭＯＳトランジスタ３１１を通して第１の端子３１ａから第３の端子３１ｃに向かう方向の電流を流すことができる。

ＭＯＳトランジスタ３１３は、アノードがダイオード３１４に接続され、カソードが第３の端子３１ｃに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ３１３がオン状態にならない限り、第３の端子３１ｃからダイオード３１４に向かって電流は流れない。ダイオード３１４は、アノードがＭＯＳトランジスタ３１３に接続され、カソードが第１の端子３１ａに接続されており、第１の端子３１ａからＭＯＳトランジスタ３１３へ流れる電流を非導通にし、オン状態のＭＯＳトランジスタ３１３を通して第３の端子３１ｃから第１の端子３１ａに向かう方向の電流を流すことができる。

また、スイッチ回路３１は、第２の端子３１ｂと第３の端子３１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第３のＭＯＳトランジスタ）３１５およびダイオード（第３のダイオード）３１６と、第３の端子３１ｃと第２の端子３１ｂとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第４のＭＯＳトランジスタ）３１７およびダイオード（第４のダイオード）３１８とを有している。

ＭＯＳトランジスタ３１５は、アノードがダイオード３１６に接続され、カソードが第２の端子３１ｂに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ３１５がオン状態にならない限り、第２の端子３１ｂからダイオード３１６に向かって電流は流れない。ダイオード３１６は、アノードがＭＯＳトランジスタ３１５に接続され、カソードが第３の端子３１ｃに接続されており、第３の端子３１ｃからＭＯＳトランジスタ３１５へ流れる電流を非導通にし、オン状態のＭＯＳトランジスタ３１５を通して第２の端子３１ｂから第３の端子３１ｃに向かう方向の電流を流すことができる。

ＭＯＳトランジスタ３１７は、アノードがダイオード３１８に接続され、カソードが第３の端子３１ｃに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ３１７がオン状態にならない限り、第３の端子３１ｃからダイオード３１８に向かって電流は流れない。ダイオード３１８は、アノードがＭＯＳトランジスタ３１７に接続され、カソードが第２の端子３１ｂに接続されており、第２の端子３１ｂからＭＯＳトランジスタ３１７へ流れる電流を非導通にし、オン状態のＭＯＳトランジスタ３１７を通して第３の端子３１ｃから第２の端子３１ｂに向かう方向の電流を流すことができる。

図６に示されるように、スイッチ回路３１，３２，３３は互いに同様の構成を有しており、同様の動作を行うためスイッチ回路３２，３３の構成及び動作の説明を省略する。スイッチ回路３２については、スイッチ回路３１を構成する部品を示す符号の３１を３２に置き換え、スイッチ回路３３についてはスイッチ回路３１を構成する部品を示す符号の３１を３３に置き換えることで説明を省略する。

すなわち、スイッチ回路３２の構成は、スイッチ回路３１を構成する第１の端子３１ａ、第２の端子３１ｂ、第３の端子３１ｃ、ＭＯＳトランジスタ３１１、ダイオード３１２、ＭＯＳトランジスタ３１３、ダイオード３１４、ＭＯＳトランジスタ３１５、ダイオード３１６、ＭＯＳトランジスタ３１７、ダイオード３１８を、それぞれ、第４の端子３２ａ、第５の端子３２ｂ、第６の端子３２ｃ、ＭＯＳトランジスタ（第５のＭＯＳトランジスタ）３２１、ダイオード（第５のダイオード）３２２、ＭＯＳトランジスタ（第６のＭＯＳトランジスタ）３２３、ダイオード（第６のダイオード）３２４、ＭＯＳトランジスタ（第７のＭＯＳトランジスタ）３２５、ダイオード（第７のダイオード）３２６、ＭＯＳトランジスタ（第８のＭＯＳトランジスタ）３２７、ダイオード（第８のダイオード）３２８に置き換えたものに等しい。

また、スイッチ回路３３の構成は、スイッチ回路３１を構成する第１の端子３１ａ、第２の端子３１ｂ、第３の端子３１ｃ、ＭＯＳトランジスタ３１１、ダイオード３１２、ＭＯＳトランジスタ３１３、ダイオード３１４、ＭＯＳトランジスタ３１５、ダイオード３１６、ＭＯＳトランジスタ３１７、ダイオード３１８を、それぞれ、第７の端子３３ａ、第８の端子３３ｂ、第９の端子３３ｃ、ＭＯＳトランジスタ（第９のＭＯＳトランジスタ）３３１、ダイオード（第９のダイオード）３３２、ＭＯＳトランジスタ（第１０のＭＯＳトランジスタ）３３３、ダイオード（第１０のダイオード）３３４、ＭＯＳトランジスタ（第１１のＭＯＳトランジスタ）３３５、ダイオード（第１１のダイオード）３３６、ＭＯＳトランジスタ（第１２のＭＯＳトランジスタ）３３７、ダイオード（第１２のダイオード）３３８に置き換えたものに等しい。

図７は、図６に示されるスイッチ回路３１，３２，３３における半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ３１１，３１３，３１５，３１７，３２１，３２３，３２５，３２７，３３１，３３３，３３５，３３７のオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。スイッチ回路３１，３２，３３は、互いに同様の構成を有し、制御部６から出力される結線切替信号である、ＭＯＳトランジスタのゲート制御信号に基づいて、同じ動作をする。

図７に示されるように、結線切替部３は、ＭＯＳトランジスタ（第１、第２、第５、第６、第９、第１０のＭＯＳトランジスタ）３１１，３１３，３２１，３２３，３３１，３３３をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第３、第４、第７、第８、第１１、第１２のＭＯＳトランジスタ）３１５，３１７，３２５，３２７，３３５，３３７をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第１の結線状態であるスター結線に切り替えることができる。

このとき、第２の端子３１ｂから第３の端子３１ｃに向かう電流は、第２の端子３１ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ３１５及びダイオード３１６を通して第３の端子３１ｃに流れ、第３の端子３１ｃから第２の端子３１ｂに向かう電流は、第３の端子３１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３１７及びダイオード３１８を通して第２の端子３１ｂに流れる。

同様に、第５の端子３２ｂから第６の端子３２ｃに向かう電流は、第５の端子３２ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ３２５及びダイオード３２６を通して第６の端子３２ｃに流れ、第６の端子３２ｃから第５の端子３２ｂに向かう電流は、第６の端子３２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３２７及びダイオード３２８を通して第５の端子３２ｂに流れる。

同様に、第８の端子３３ｂから第９の端子３３ｃに向かう電流は、第８の端子３３ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ３３５及びダイオード３３６を通して第９の端子３３ｃに流れ、第９の端子３３ｃから第８の端子３３ｂに向かう電流は、第９の端子３３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３３７及びダイオード３３８を通して第８の端子３３ｂに流れる。

また、図７に示されるように、結線切替部３は、ＭＯＳトランジスタ（第１、第２、第５、第６、第９、第１０のＭＯＳトランジスタ）３１１，３１３，３２１，３２３，３３１，３３３をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第３、第４、第７、第８、第１１、第１２のＭＯＳトランジスタ）３１５，３１７，３２５，３２７，３３５，３３７をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第２の結線状態であるデルタ結線に切り替えることができる。

このとき、第１の端子３１ａから第３の端子３１ｃに向かう電流は、第１の端子３１ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ３１１及びダイオード３１２を通して第３の端子３１ｃに流れ、第３の端子３１ｃから第１の端子３１ａに向かう電流は、第３の端子３１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３１３及びダイオード３１４を通して第１の端子３１ａに流れる。

同様に、第４の端子３２ａから第６の端子３２ｃに向かう電流は、第４の端子３２ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ３２１及びダイオード３２２を通して第６の端子３２ｃに流れ、第６の端子３２ｃから第４の端子３２ａに向かう電流は、第６の端子３２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３２３及びダイオード３２４を通して第４の端子３２ａに流れる。

同様に、第７の端子３３ａから第９の端子３３ｃに向かう電流は、第７の端子３３ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ３３１及びダイオード３３２を通して第９の端子３３ｃに流れ、第９の端子３３ｃから第７の端子３３ａに向かう電流は、第９の端子３３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ３３３及びダイオード３３４を通して第７の端子３３ａに流れる。

結線切替部３の半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタ（第１から第１２のＭＯＳトランジスタ）３１１，３１３，３１５，３１７，３２１，３２３，３２５，３２７，３３１，３３３，３３５，３３７のオン状態とオフ状態の間の切り替えに要する切替時間は、１ｍｓ以内であることが望ましい。

機械式スイッチの切替時間は、通常、数１００ｍｓであるため、結線状態を切り替えるために、電動機２の運転を停止（空気調和機の場合には、電動機によって駆動される圧縮機の運転を停止）させなければならず、停止させている間、運動効率が低下するおそれがあった。

半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタの切替時間は、一般に、１０μｓ未満であるため、結線切替部３の半導体スイッチの切替時間を１ｍｓ以内とすれば、電動機２の運転を停止させずに、結線状態を切り替えることができ、運動効率を維持させることが可能である。ただし、結線切替部３の半導体スイッチの切り替えを、電動機２の運転停止（中断）の期間中に行ってもよい。

また、半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ（第１から第１２のＭＯＳトランジスタ）３１１，３１３，３１５，３１７，３２１，３２３，３２５，３２７，３３１，３３３，３３５，３３７は、ワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体であることが望ましい。ＷＢＧ半導体は、例えば、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）を構成材料として含む半導体である。ＭＯＳトランジスタ（第１から第１２のＭＯＳトランジスタ）３１１，３１３，３１５，３１７，３２１，３２３，３２５，３２７，３３１，３３３，３３５，３３７としてＷＢＧ半導体を用いた場合には、切替時間を１０ｎｓ未満に短縮できるので、電動機を停止させずに行う結線状態の切り替えに好適である。

図８は、図１に示されるインバータ１におけるデッドタイムを示すタイミング図である。上アームであるＭＯＳトランジスタ１１ａ，１３ａ，１５ａをオン状態又はオフ状態に切り替える上アーム駆動信号（ゲート制御信号）と、下アームであるＭＯＳトランジスタ１２ａ，１４ａ，１６をオン状態又はオフ状態に切り替える下アーム駆動信号（ゲート制御信号）の様子を示している。

上アーム駆動信号のオン期間と下アーム駆動信号のオン期間が重なった場合、電力供給線１８，１９間が短絡するため、電力供給線１８，１９間の短絡を確実に回避する必要がある。そこで、従来から、下アーム駆動信号のオフ期間の開始時点から上アーム駆動信号のオン期間の開始時点までの間に、上アーム駆動信号と下アーム駆動信号が互いにオン状態にならないデッドタイム区間を設けることが必要である。

デットタイム区間は、例えば、キャリア周波数が２５０μｓである場合、１０μｓ程度である。このため、結線切替部３の半導体スイッチの切替時間をデッドタイムである１０μｓ未満とし、結線切替部３の半導体スイッチのオン状態とオフ状態の間の切り替えを、インバータ１の半導体スイッチのデッドタイム区間内で行えば、電動機の運転中の結線切替部３の切り替えに伴う電動機駆動装置を含むシステムへの影響をなくすることが可能である。

以上に説明したように、実施の形態１に係る電動機駆動装置によれば、結線切替部３に含まれる半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタのオン状態及びオフ状態の切り替えによって、固定子巻線の結線状態を適切に切り替えることができるので、電動機２を高速回転で駆動させることができ、且つ、電動機２を低速回転で高効率に駆動させることができる。

また、実施の形態１に係る電動機駆動装置によれば、結線状態の切り替えに際し、必ずしも電動機２の運転を停止（中断）する必要がないので、電動機２を高効率に駆動させることができる。特に、電動機駆動装置の結線切替部３に用いられる半導体スイッチとして切替時間の短いＭＯＳトランジスタを用いた場合には、電動機の運転中に結線状態の切り替えを行っても、結線切り替えに伴う電動機駆動装置への影響は少なく、電動機駆動装置を含むシステム（例えば、空気調和機）を正常に動作させることができる。

さらに、実施の形態１に係る電動機駆動装置において、結線切替部３に用いられる半導体スイッチとして切替時間が短いＷＢＧトランジスタを用いた場合には、インバータ１のデッドタイム区間中に結線状態の切り替えを完了させることができるので、電動機２の運転中における結線状態の切り替えを、電動機駆動装置を含むシステム（例えば、空気調和機）へ影響を与えずに、行うことが可能である。

《２》実施の形態２
図９は、本発明の実施の形態２に係る電動機駆動装置の構成を概略的に示す図である。図９において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２に係る電動機駆動装置は、結線切替部４の構成及び制御部７から出力される結線切替信号の点において、実施の形態１に係る電動機駆動装置と異なる。これらの点を除き、実施の形態２に係る電動機駆動装置は、実施の形態１に係る電動機駆動装置と同じである。したがって、実施の形態２については、主に実施の形態１との相違点を説明する。

図９に示されるように、実施の形態２に係る電動機駆動装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ１０２に接続されており、３相の固定子巻線を有する電動機２を駆動させる装置である。

実施の形態２に係る電動機駆動装置は、インバータ１と、開放巻線Ｕ、開放巻線Ｖ、及び開放巻線Ｗの結線状態を第１の結線状態及び第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部４と、インバータ１及び結線切替部４を制御する制御部７とを具備している。実施の形態２において、第１の結線状態は、結線切替部４によって中性点が互いに接続されたスター結線の状態であり、第２の結線状態は、デルタ結線の状態である。

図９に示されるように、結線切替部４は、半導体スイッチ（例えば、後述の図１０に示されるＭＯＳトランジスタ）を含む回路、すなわち、スイッチ回路（第１のスイッチ回路）４１とスイッチ回路（第２のスイッチ回路）４２とスイッチ回路（第３のスイッチ回路）４３とを有している。

スイッチ回路４１は、インバータ１のＶ相の出力端に接続された第１の端子４１ａと、後述するスイッチ回路４２の第５の端子４２ｂ及び、スイッチ回路４３の第８の端子４３ｂに接続された第２の端子４１ｂと、開放巻線Ｕの巻線端子（第２の巻線端子）２ｕ＿２に接続され、第１の端子４１ａ及び第２の端子４１ｂのいずれかに接続される第３の端子４１ｃとを有している。

スイッチ回路４２は、インバータ１のＷ相の出力端に接続された第４の端子４２ａと、スイッチ回路４１の第２の端子４１ｂ及び、スイッチ回路４３の第８の端子４３ｂに接続された第５の端子４２ｂと、開放巻線Ｖの巻線端子（第４の巻線端子）２ｖ＿２に接続され、第４の端子４２ａ及び第５の端子４２ｂのいずれかに接続される第６の端子４２ｃとを有している。

スイッチ回路４３は、インバータ１のＵ相の出力端に接続された第７の端子４３ａと、スイッチ回路４１の第２の端子４１ｂ及びスイッチ回路４２の第５の端子４２ｂに接続された第８の端子４３ｂと、開放巻線Ｗの巻線端子（第６の巻線端子）２ｗ＿２に接続され、第７の端子４３ａ及び第８の端子４３ｂのいずれかに接続される第９の端子４３ｃとを有している。

結線切替部４は、制御部７から出力された結線切替信号（例えば、後述の図１０に示されるＭＯＳトランジスタのゲート制御信号）に基づいて半導体スイッチのオン状態（ソースとドレインの間を導通）又はオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）が制御される。結線切替部４は、スイッチ回路４１において第２の端子４１ｂと第３の端子４１ｃとを接続し、且つスイッチ回路４２において第５の端子４２ｂと第６の端子４２ｃとを接続し、且つスイッチ回路４３において第８の端子４３ｂと第９の端子４３ｃとを接続することで、電動機２の固定子巻線の結線状態を第１の結線状態であるスター結線に切り替える。

また、結線切替部４は、スイッチ回路４１において第１の端子４１ａと第３の端子４１ｃとを接続し、且つスイッチ回路４２において第４の端子４２ａと第６の端子４２ｃとを接続し、且つスイッチ回路４３において第７の端子４３ａと第９の端子４３ｃとを接続することで、結線状態を第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える。

図１０は、図９に示される電動機駆動装置における結線切替部４のスイッチ回路４１，４２，４３を示す回路図である。スイッチ回路４１，４２，４３は互いに同様の構成を有しており、代表としてスイッチ回路４１の構成について説明する。

図１０に示されるように、スイッチ回路４１は、第１の端子４１ａと第３の端子４１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）４１１およびＭＯＳトランジスタ（第２のＭＯＳトランジスタ）４１２と、第１の端子４１ａと第３の端子４１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第３のＭＯＳトランジスタ）４１３およびＭＯＳトランジスタ（第４のＭＯＳトランジスタ）４１４とを有している。

ＭＯＳトランジスタ４１１は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１２に接続され、カソードが第１の端子４１ａに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１１がオン状態にならない限り、第１の端子４１ａからＭＯＳトランジスタ４１２に向かって電流は流れない。ＭＯＳトランジスタ４１２は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１１に接続され、カソードが第３の端子４１ｃに接続された寄生ダイオード４１２ａを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１１から第３の端子４１ｃに向かう方向の電流を流すことができる。

ＭＯＳトランジスタ４１３は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１４に接続され、カソードが第３の端子４１ｃに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１３がオン状態にならない限り、第３の端子４１ｃからＭＯＳトランジスタ４１４に向かって電流は流れない。ＭＯＳトランジスタ４１４は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１３に接続され、カソードが第１の端子４１ａに接続された寄生ダイオード４１４ａを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１３から第１の端子４１ａに向かう方向の電流を流すことができる。

また、スイッチ回路４１は、第２の端子４１ｂと第３の端子４１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第５のＭＯＳトランジスタ）４１５およびＭＯＳトランジスタ（第６のＭＯＳトランジスタ）４１６と、第２の端子４１ｂと第３の端子４１ｃとの間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ（第７のＭＯＳトランジスタ）４１７およびＭＯＳトランジスタ（第８のＭＯＳトランジスタ）４１８とを有している。

ＭＯＳトランジスタ４１５は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１６に接続され、カソードが第２の端子４１ｂに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１５がオン状態にならない限り、第２の端子４１ｂからＭＯＳトランジスタ４１６に向かって電流は流れない。ＭＯＳトランジスタ４１６は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１５に接続され、カソードが第３の端子４１ｃに接続された寄生ダイオード４１６ａを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１５から第３の端子４１ｃに向かう方向の電流を流すことができる。

ＭＯＳトランジスタ４１７は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１８に接続され、カソードが第３の端子４１ｃに接続された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１７がオン状態にならない限り、第３の端子４１ｃからＭＯＳトランジスタ４１８に向かって電流は流れない。ＭＯＳトランジスタ４１８は、アノードがＭＯＳトランジスタ４１７に接続され、カソードが第２の端子４１ｂに接続された寄生ダイオード４１８ａを有しており、ＭＯＳトランジスタ４１７から第２の端子４１ｂに向かう方向の電流を流すことができる。

図１０に示されるように、スイッチ回路４１，４２，４３は互いに同様の構成を有しており、同様の動作を行うためスイッチ回路４２，４３の構成及び動作の説明を省略する。スイッチ回路４２については、スイッチ回路４１を構成する部品を示す符号の４１を４２に置き換え、スイッチ回路４３についてはスイッチ回路４１を構成する部品を示す符号の４１を４３に置き換えることで説明を省略する。

すなわち、スイッチ回路４２の構成は、スイッチ回路４１を構成する第１の端子４１ａ、第２の端子４１ｂ、第３の端子４１ｃ、ＭＯＳトランジスタ４１１〜４１８、寄生ダイオード４１２ａ，４１４ａ，４１６ａ，４１８ａを、第１の端子４１ａ、第２の端子４１ｂ、第３の端子４１ｃ、ＭＯＳトランジスタ４２１〜４２８、寄生ダイオード４２２ａ，４２４ａ，４２６ａ，４２８ａに置き換えたものに等しい。

また、スイッチ回路４３の構成は、スイッチ回路４１を構成する第１の端子４１ａ、第２の端子４１ｂ、第３の端子４１ｃ、ＭＯＳトランジスタ４１１〜４１８、寄生ダイオード４１２ａ，４１４ａ，４１６ａ，４１８ａを、第１の端子４１ａ、第２の端子４１ｂ、第３の端子４１ｃ、ＭＯＳトランジスタ４３１〜４３８、寄生ダイオード４３２ａ，４３４ａ，４３６ａ，４３８ａに置き換えたものに等しい。

図１１は、図９に示されるスイッチ回路４１，４２，４３における半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ４１１〜４１８，４２１〜４２８，４３１〜４３８のオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。スイッチ回路４１，４２，４３は、互いに同様の構成を有し、制御部７から出力される結線切替信号（例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート制御信号）に基づいて、同じ動作をする。

図１１に示されるように、結線切替部４は、ＭＯＳトランジスタ（第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタ）４１５，４１８，４２５，４２８，４３５，４３８をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第１から第４、第６、第８、第９から第１２、第１４、第１６、第１７から第２０、第２２、第２４のＭＯＳトランジスタ）４１１〜４１４，４１６，４１８，４２１〜４２４，４２６，４２８，４３１〜４３４，４３６，４３８をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第１の結線状態であるスター結線に切り替えることができる。

このとき、第２の端子４１ｂから第３の端子４１ｃに向かう電流は、第２の端子４１ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１５及びダイオード４１６ａを通して第３の端子４１ｃに流れ、第３の端子４１ｃから第２の端子４１ｂに向かう電流は、第３の端子４１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１７及びダイオード４１８ａを通して第２の端子４１ｂに流れる。

同様に、第５の端子４２ｂから第６の端子４２ｃに向かう電流は、第５の端子４２ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２５及びダイオード４２６ａを通して第６の端子４２ｃに流れ、第６の端子４２ｃから第５の端子４２ｂに向かう電流は、第６の端子４２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２７及びダイオード４２８ａを通して第５の端子４２ｂに流れる。

同様に、第８の端子４３ｂから第９の端子４３ｃに向かう電流は、第８の端子４３ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３５及びダイオード４３６ａを通して第９の端子４３ｃに流れ、第９の端子４３ｃから第８の端子４３ｂに向かう電流は、第９の端子４３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３７及びダイオード４３８ａを通して第８の端子４３ｂに流れる。

また、図１１に示されるように、結線切替部４は、ＭＯＳトランジスタ（第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタ）４１１，４１３，４２１，４２３，４３１，４３３をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第２、第４から第８、第１０、第１２から第１６、第１８、第２０から第２４のＭＯＳトランジスタ）４１２，４１４〜４１８，４２２，４２４〜４２８，４３２，４３４〜４３８をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第２の結線状態であるデルタ結線に切り替えることができる。

このとき、第１の端子４１ａから第３の端子４１ｃに向かう電流は、第１の端子４１ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１１及びダイオード４１２ａを通して第３の端子４１ｃに流れ、第３の端子４１ｃから第１の端子４１ａに向かう電流は、第３の端子４１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１３及びダイオード４１４ａを通して第１の端子４１ａに流れる。

同様に、第４の端子４２ａから第６の端子４２ｃに向かう電流は、第４の端子４２ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２１及びダイオード４２２ａを通して第６の端子４２ｃに流れ、第６の端子４２ｃから第４の端子４２ａに向かう電流は、第６の端子４２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２３及びダイオード４２４ａを通して第４の端子４２ａに流れる。

同様に、第７の端子４３ａから第９の端子４３ｃに向かう電流は、第７の端子４３ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３１及びダイオード４３２ａを通して第９の端子４３ｃに流れ、第９の端子４３ｃから第７の端子４３ａに向かう電流は、第９の端子４３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３３及びダイオード４３４ａを通して第７の端子４３ａに流れる。

また、図１２は、図９に示されるスイッチ回路４１，４２，４３における半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタのオン及びオフ状態の他の例を表形式で示す図である。スイッチ回路４１，４２，４３は、互いに同様の構成を有し、制御部７から出力される結線切替信号（例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート制御信号）に基づいて、同じ動作をする。

図１２に示されるように、結線切替部４は、ＭＯＳトランジスタ（第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタ）４１５，４１８，４２５，４２８，４３５，４３８をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタ）４１１，４１３，４２１，４２３，４３１，４３３をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第１の結線状態であるスター結線に切り替えることができる。

このとき、第２の端子４１ｂから第３の端子４１ｃに向かう電流は、第２の端子４１ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１５及びダイオード４１６ａ（又は、ダイオード４１６ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４１６）を通して第３の端子４１ｃに流れ、第３の端子４１ｃから第２の端子４１ｂに向かう電流は、第３の端子４１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１７及びダイオード４１８ａ（又は、ダイオード４１８ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４１８）を通して第２の端子４１ｂに流れる。

同様に、第５の端子４２ｂから第６の端子４２ｃに向かう電流は、第５の端子４２ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２５及びダイオード４２６ａ（又は、ダイオード４２６ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４２６）を通して第６の端子４２ｃに流れ、第６の端子４２ｃから第５の端子４２ｂに向かう電流は、第６の端子４２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２７及びダイオード４２８ａ（又は、ダイオード４２８ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４２８）を通して第５の端子４２ｂに流れる。

同様に、第８の端子４３ｂから第９の端子４３ｃに向かう電流は、第８の端子４３ｂからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３５及びダイオード４３６ａ（又は、ダイオード４３６ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４３６）を通して第９の端子４３ｃに流れ、第９の端子４３ｃから第８の端子４３ｂに向かう電流は、第９の端子４３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３７及びダイオード４３８ａ（又は、ダイオード４３８ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４３８）を通して第８の端子４３ｂに流れる。

また、図１２に示されるように、結線切替部４は、ＭＯＳトランジスタ（第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタ）４１１，４１３，４２１，４２３，４３１，４３３をオン状態（ソースとドレインの間を導通）にし、且つＭＯＳトランジスタ（第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタ）４１５，４１８，４２５，４２８，４３５，４３８をオフ状態（ソースとドレインの間を非導通）にすることで、固定子巻線の結線状態を第２の結線状態であるデルタ結線に切り替えることができる。

このとき、第１の端子４１ａから第３の端子４１ｃに向かう電流は、第１の端子４１ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１１及びダイオード４１２ａ（又は、ダイオード４１２ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４１２）を通して第３の端子４１ｃに流れ、第３の端子４１ｃから第１の端子４１ａに向かう電流は、第３の端子４１ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４１３及びダイオード４１４ａ（又は、ダイオード４１４ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４１４）を通して第１の端子４１ａに流れる。

同様に、第４の端子４２ａから第６の端子４２ｃに向かう電流は、第４の端子４２ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２１及びダイオード４２２ａ（又は、ダイオード４２２ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４２２）を通して第６の端子４２ｃに流れ、第６の端子４２ｃから第４の端子４２ａに向かう電流は、第６の端子４２ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４２３及びダイオード４２４ａ（又は、ダイオード４２４ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４２４）を通して第４の端子４２ａに流れる。

同様に、第７の端子４３ａから第９の端子４３ｃに向かう電流は、第７の端子４３ａからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３１及びダイオード４３２ａ（又は、ダイオード４３２ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４３２）を通して第９の端子４３ｃに流れ、第９の端子４３ｃから第７の端子４３ａに向かう電流は、第９の端子４３ｃからオン状態のＭＯＳトランジスタ４３３及びダイオード４３４ａ（又は、ダイオード４３４ａとオン状態のＭＯＳトランジスタ４３４）を通して第７の端子４３ａに流れる。

実施の形態１の場合と同様の理由により、結線切替部４の半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタ（第１から第２４のＭＯＳトランジスタ）４１１〜４１７，４２１〜４２７，４３１〜４３７のオン状態とオフ状態の間の切り替えに要する切替時間は、１ｍｓ以内であることが望ましい。

半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタの切替時間は、一般に、１０μｓ未満であるため、半導体スイッチの切替時間を１ｍｓ以内とすれば、電動機２によって駆動される圧縮機の運転を停止させずに、結線状態を切り替えることができ、運動効率を維持させることが可能である。ただし、結線切替部４の半導体スイッチの切り替えを、圧縮機用の電動機２の運転停止（中断）の期間中に行ってもよい。

また、実施の形態１の場合と同様の理由により、半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタ（第１から第２４のＭＯＳトランジスタ）４１１〜４１７，４２１〜４２７，４３１〜４３７は、ＷＢＧ半導体であることが望ましい。ＷＧＢ半導体は、例えば、ＳｉＣ又はＧａＮを構成材料として含む半導体である。半導体スイッチとしてＷＢＧ半導体を用いた場合には、切替時間を１０ｎｓ程度以下に短縮可能であるので、インバータ１のデッドタイム区間内において、結線の切り替えを行うことができる。

実施の形態１と同様に、結線切替部４の半導体スイッチの切替時間を１０μｓ未満とし、結線切替部４の半導体スイッチの切り替えを、インバータ１のスイッチのデッドタイム区間内で行うことが望ましい。

以上に説明したように、実施の形態２に係る電動機駆動装置によれば、結線切替部４に含まれる半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタのオン状態及びオフ状態の切り替えによって、固定子巻線の結線状態を適切に切り替えることができるので、電動機２を高速回転で駆動させることができ、且つ、電動機２を低速回転で高効率に駆動させることができる。

図１３は、結線状態がスター結線及びデルタ結線の場合における電動機２の回転数と電動機２の効率との関係を示すグラフである。図１３の横軸には、電動機２の回転数が示されており、図１３の縦軸には電動機２の効率（入力電力に対する機械出力の比）が示されている。図１３に示されるように、結線状態がスター結線の場合の電動機２の効率は、電動機２の回転数が小さい低速（軽負荷）領域では良好であるが、電動機２の回転数が大きい高速（過負荷）領域では低下する。また、結線状態がデルタ結線の場合の電動機２の効率は、低速（軽負荷）領域ではスター結線の場合に比べて劣るが、高速（過負荷）領域では向上する。したがって、低速（軽負荷）領域では、スター結線の方が効率が良いが、高速（過負荷）領域ではデルタ結線の方が効率が良い。よって、図１３に示される切替ポイントで、効率の良い結線状態に切り替えを行うことが望ましい。

また、実施の形態２に係る電動機駆動装置によれば、結線状態の切り替えに際し、必ずしも電動機２の運転を停止（中断）する必要がないので、電動機２を高効率に駆動させることができる。特に、電動機駆動装置の結線切替部４に用いられる半導体スイッチとして切替時間の短いＭＯＳトランジスタを用いた場合には、電動機の運転中に結線状態の切り替えを行っても、結線切り替えに伴う電動機駆動装置への影響は少なく、電動機駆動装置を含むシステム（例えば、空気調和機）を正常に動作させることができる。

さらに、実施の形態２に係る電動機駆動装置において、結線切替部４に用いられる半導体スイッチとして切替時間が短いＷＢＧトランジスタを用いた場合には、インバータ１のデッドタイム区間中に結線状態の切り替えを完了させることができるので、電動機２の運転中における結線状態の切り替えを、電動機駆動装置を含むシステム（例えば、空気調和機）へ影響を与えずに、行うことが可能である。

《３》実施の形態３
以下に、実施の形態１又は２に係る電動機駆動装置を具備する空気調和機について説明する。図１４は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機１０５の構成を示すブロック図である。空気調和機１０５は、室内（冷暖房の対象空間内）に設置される室内機１０５Ａと、屋外に設置される室外機１０５Ｂとを備えている。室内機１０５Ａと室外機１０５Ｂとは、冷媒が流れる配管１４０によって接続されている。

室外機１０５Ｂには、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１４１と、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁（冷媒流路切替弁）１４２と、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器１４３と、高圧の冷媒を低圧に減圧する膨張弁（減圧装置）１４４とが備えられている。圧縮機１４１は、例えば、ロータリー圧縮機で構成されている。室内機１０５Ａには、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器１４５が備えられている。

圧縮機１４１、四方弁１４２、室外熱交換器１４３、膨張弁１４４及び室内熱交換器１４５は、配管１４０によって接続され、冷媒回路を構成している。これらにより、圧縮機１４１により冷媒を循環させる圧縮式冷凍サイクル（圧縮式ヒートポンプサイクル）が構成される。

空気調和機１０５の運転を制御するため、室内機１０５Ａには室内制御装置１５０ａが配置され、室外機１０５Ｂには室外制御装置１５０ｂが配置されている。室内制御装置１５０ａ及び室外制御装置１５０ｂは、それぞれ、空気調和機１０５を制御するための各種回路が形成された制御基板を有している。室内制御装置１５０ａと室外制御装置１５０ｂとは、連絡ケーブル１５０ｃによって互いに接続されている。

室外機１０５Ｂには、室外熱交換器１４３に対向するように、送風機である室外送風ファン１４６が配置される。室外送風ファン１４６は、回転により、室外熱交換器１４３を通過する空気流を生成する。室外送風ファン１４６は、例えば、プロペラファンで構成される。室外送風ファン１４６は、その送風方向（空気流の方向）に室外熱交換器１４３が配置されている。

四方弁１４２は、室外制御装置１５０ｂによって制御され、冷媒の流れる方向を切り替える。四方弁１４２が図１４に実線で示す位置にあるときには、圧縮機１４１から吐出されたガス冷媒を室外熱交換器１４３に送る。一方、四方弁１４２が図１４に破線で示す位置にあるときには、圧縮機１４１から吐出されたガス冷媒を室内熱交換器１４５に送る。膨張弁１４４は、室外制御装置１５０ｂによって制御され、開度を変更することにより高圧の冷媒を低圧に減圧する。

室内機１０５Ａには、室内熱交換器１４５に対向するように、送風機である室内送風ファン１４７が配置される。室内送風ファン１４７は、回転により、室内熱交換器１４５を通過する空気流を生成する。室内送風ファン１４７は、例えば、クロスフローファンで構成される。室内送風ファン１４７は、その送風方向において室内熱交換器１４５の下流側に配置されている。

室内機１０５Ａには、室内の空気温度（冷暖房対象の温度）である室内温度Ｔａを測定し、測定した温度情報（情報信号）を室内制御装置１５０ａに送る温度センサとしての室内温度センサ１５４が設けられている。室内温度センサ１５４は、一般的な空気調和機で用いられる温度センサで構成してもよく、室内内の壁又は床等の表面温度を検出する輻射温度センサを用いてもよい。

室内機１０５Ａには、また、ユーザが操作するリモコン１５５などのユーザ操作部から発信された指示信号を受信する信号受信部１５６が設けられている。リモコン１５５は、ユーザが、空気調和機１０５に運転入力（運転開始及び停止）、又は運転内容（設定温度、風速等）の指示を行うものである。

圧縮機１４１は、実施の形態１又は２で説明した電動機２によって駆動される。一般に、電動機２は、圧縮機１４１の圧縮機構と一体的に構成されている。圧縮機１４１は、通常運転時では、２０ｒｐｓ〜１２０ｒｐｓの範囲で運転回転数を変更できるように構成されている。圧縮機１４１の回転数の増加に伴って、冷媒回路の冷媒循環量が増加する。圧縮機１４１の回転数は、室内温度センサ１５４によって得られる現在の室内温度Ｔａと、ユーザがリモコン１５５で設定した設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、室外制御装置１５０ｂが制御する。温度差ΔＴが大きいほど圧縮機１４１が高回転で回転し、冷媒の循環量を増加させる。

室内送風ファン１４７の回転は、室内制御装置１５０ａによって制御される。室内送風ファン１４７の回転数は、複数段階（例えば、「強風」、「中風」及び「弱風」の３段階）に切り替えることができる。また、リモコン１５５で風速設定が自動モードに設定されている場合には、測定した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、室内送風ファン１４７の回転数が切り替えられる。

室外送風ファン１４６の回転は、室外制御装置１５０ｂによって制御される。室外送風ファン１４６の回転数は、複数段階に切り替え可能である。例えば、測定された室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、室外送風ファン１４６の回転数が切り替えられる。室内機１０５Ａは、また、左右風向板１４８と上下風向板１４９とを備えている。

空気調和機１０５の基本動作は、次の通りである。冷房運転時には、四方弁１４２が実線で示す位置に切り替えられ、圧縮機１４１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１４３に流入する。この場合、室外熱交換器１４３は凝縮器として動作する。室外送風ファン１４６の回転により空気が室外熱交換器１４３を通過する際に、熱交換により冷媒の凝縮熱を奪う。冷媒は凝縮して高圧低温の液冷媒となり、膨張弁１４４で断熱膨張して低圧低温の２相冷媒となる。

膨張弁１４４を通過した冷媒は、室内機５Ａの室内熱交換器１４５に流入する。室内熱交換器１４５は蒸発器として動作する。室内送風ファン１４７の回転により空気が室内熱交換器１４５を通過する際に、熱交換により冷媒に蒸発熱を奪われて蒸発し、これにより冷却された空気が室内に供給される。冷媒は、蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１４１で再び高温高圧な冷媒に圧縮される。

暖房運転時には、四方弁１４２が点線で示す位置に切り替えられ、圧縮機１４１から吐出された高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器１４５に流入する。この場合、室内熱交換器１４５は凝縮器として動作する。室内送風ファン１４７の回転により空気が室内熱交換器１４５を通過する際に、熱交換により冷媒の凝縮熱を奪う。これにより、加熱された空気が室内に供給される。また、冷媒は凝縮して高圧低温の液冷媒となり、膨張弁１４４で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。

膨張弁１４４を通過した冷媒は、室外機１０５Ｂの室外熱交換器１４３に流入する。室外熱交換器１４３は蒸発器として動作する。室外送風ファン１４６の回転により空気が室外熱交換器１４３を通過する際に、熱交換により冷媒に蒸発熱を奪われて蒸発する。冷媒は蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機１４１で再び高温高圧な冷媒に圧縮される。

室内制御装置１５０ａと室外制御装置１５０ｂとは、連絡ケーブル１５０ｃを介して互いに情報をやり取りして空気調和機１０５を制御している。ここでは、室内制御装置１５０ａと室外制御装置１５０ｂとを合わせて、制御装置１５０と称する。制御装置１５０は、実施の形態１及び２における制御部６及び７に相当する。

図１５は、空気調和機１０５の制御系を示すブロック図である。制御装置１５０は、例えば、マイクロコンピュータで構成されている。制御装置１５０には、入力回路１５１、演算回路１５２及び出力回路１５３が組み込まれている。

入力回路１５１には、信号受信部１５６がリモコン１５５から受信した指示信号が入力される。指示信号は、例えば、運転入力、運転モード、設定温度、風量、又は風向を設定する信号を含む。入力回路１５１には、また、室内温度センサ１５４が検出した室内の温度を表す温度情報が入力される。入力回路１５１は、入力されたこれらの情報を、演算回路１５２に出力する。

演算回路１５２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１５７とメモリ１５８とを有する。ＣＰＵ１５７は、演算処理及び判断処理を行う。メモリ１５８は、空気調和機１０５の制御に用いる各種の設定値及びプログラムを記憶している。演算回路１５２は、入力回路１５１から入力された情報に基づいて演算及び判断を行い、その結果を出力回路１５３に出力する。

出力回路１５３は、演算回路１５２から入力された情報に基づいて、圧縮機１４１、結線切替部１６０、コンバータ１０２、インバータ１、圧縮機１４１、四方弁１４２、膨張弁１４４、室外送風ファン１４６、室内送風ファン１４７、左右風向板１４８及び上下風向板１４９に、制御信号を出力する。結線切替部１６０は、実施の形態１の結線切替部３又は実施の形態２の結線切替部４である。

制御装置１５０は、室内機１０５Ａ及び室外機１０５Ｂの各種機器を制御する。実際には、室内制御装置１５０ａ及び室外制御装置１５０ｂのそれぞれが、マイクロコンピュータで構成されている。なお、室内機１０５Ａ及び室外機１０５Ｂのいずれか一方にのみ制御装置を搭載し、室内機１０５Ａ及び室外機１０５Ｂの各種機器を制御するようにしてもよい。

演算回路１５２は、リモコン１５５から入力回路１５１を経て入力された指示信号を解析し、解析結果に基づき、例えば、運転モード及び設定温度Ｔｓと室内温度Ｔａとの温度差ΔＴを算出する。運転モードが冷房運転である場合は、温度差ΔＴ＝Ｔａ−Ｔｓで算出される。運転モードが暖房運転である場合は、温度差ΔＴ＝Ｔｓ−Ｔａで算出される。

演算回路１５２は、温度差ΔＴに基づいて、駆動装置１００を制御し、これにより電動機２の回転数（すなわち、圧縮機１４１の回転数）を制御する。

空気調和機１０５の基本動作は以下の通りである。次に、空気調和機の動作について説明する。制御装置１５０は、運転を開始すると、前回の運転終了時に、デルタ結線で起動する。制御装置１５０は、空気調和機１０５の起動処理として、室内送風ファン１４７及び室外送風ファン１４６の各ファンモータを駆動する。

次に、制御装置１５０は、インバータ１に直流電圧（母線電圧）を供給するコンバータ１０２に電圧切替信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧を、デルタ結線に対応した母線電圧（例えば、３９０Ｖ）に昇圧する。さらに、制御装置１５０は、電動機２を起動させる。

次に、制御装置１５０は、デルタ結線での電動機２の駆動を行う。すなわち、インバータ１の出力電圧を制御して、電動機２の回転数を制御する。さらに、制御装置１５０は、室内温度センサ１５４で検出した室内温度と、リモコン１５５により設定された設定温度との温度差ΔＴを取得し、温度差ΔＴに応じて、最大で許容最大回転数（ここでは１３０ｒｐｓ）まで回転数を上昇させる。これにより、圧縮機１４１による冷媒循環量を増加させ、冷房運転の場合には冷房能力を高め、暖房運転の場合には暖房能力を高める。

また、空調効果により室内温度が設定温度に接近し、温度差ΔＴが減少傾向を示すようになると、制御装置１５０は、温度差ΔＴに応じて電動機２の回転数を減少させる。温度差ΔＴが予め定められたゼロ近傍温度（ただし、０より大）まで減少すると、制御装置１５０は、電動機２を許容最小回転数（ここでは、２０ｒｐｓ）で運転する。

また、室内温度が設定温度に達した場合（すなわち、温度差ΔＴが０以下となる場合）には、制御装置１５０は、過冷房（又は過暖房）防止のために電動機２の回転を停止する。これにより、圧縮機１４１が停止した状態となる。そして、温度差ΔＴが再び０より大きくなった場合には、制御装置１５０は電動機２の回転を再開する。

さらに、制御装置１５０は、固定子巻線のデルタ結線からスター結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、固定子巻線の結線状態がデルタ結線であって、且つ、上記の温度差ΔＴが閾値ΔＴｒ以下か否かを判断する（ステップＳ１０６）。閾値ΔＴｒは、スター結線に切り替え可能な程度に小さい空調負荷に相当する温度差である。

この比較の結果、デルタ結線とスター結線に切り替える。固定子巻線の結線状態がデルタ結線で、且つ、温度差ΔＴが閾値ΔＴｒ以下であれば、制御装置１５０は、インバータ１に停止信号を出力し、電動機２の回転を停止する。その後、制御装置１５０は、結線切替部１６０に結線切替信号を出力し、固定子巻線の結線状態をデルタ結線からスター結線に切り替える。続いて、制御装置１５０は、コンバータ１０２に電圧切替信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧をスター結線に対応した電圧（例えば、２８０Ｖ）に降圧し、電動機２の回転を再開する。

スター結線での運転中に、温度差ΔＴが閾値ΔＴｒより大きければ、制御装置１５０は、電動機２の回転を停止する。その後、制御装置１５０は、結線切替部１６０に結線切替信号を出力し、固定子巻線の結線状態をスター結線からデルタ結線に切り替える。続いて、制御装置１５０は、コンバータ１０２に電圧切替信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧をデルタ結線に対応した電圧（例えば、３９０Ｖ）に昇圧し、電動機２の回転を再開する。

デルタ結線の場合、スター結線と比べて、電動機２をより高い回転数まで駆動できるため、より大きい負荷に対応することができる。そのため、室内温度と設定温度との温度差ΔＴを短時間で収束させることができる。

制御装置１５０は、運転停止信号を受信した場合には、電動機２の回転を停止する。その後、制御装置１５０は、固定子巻線の結線状態をスター結線からデルタ結線に切り替える。なお、固定子巻線の結線状態が既にデルタ結線である場合には、その結線状態を維持する。

その後、制御装置１５０は、空気調和機１０５の停止処理を行う。具体的には、室内送風ファン４７及び室外送風ファン１４６の各ファンモータを停止する。その後、制御装置１５０のＣＰＵ５７が停止し、空気調和機１０５の運転が終了する。

以上のように、室内温度と設定温度との温度差ΔＴが比較的小さい場合（すなわち、閾値ΔＴｒ以下である場合）には、高効率なスター結線で電動機２を運転する。そして、より大きい負荷への対応が必要な場合、すなわち、温度差ΔＴが閾値ΔＴｒより大きい場合には、より大きい負荷への対応が可能なデルタ結線で電動機２を運転する。そのため、空気調和機１０５の運転効率を向上することができる。

なお、スター結線からデルタ結線への切り替え時には、電動機２の回転を停止する前に、電動機２の回転数を検出し、検出した回転数が閾値以上か否かの判断を行ってもよい。電動機２の回転数の閾値として、例えば、暖房中間条件に相当する回転数３５ｒｐｓと暖房定格条件に相当する回転数８５ｒｐｓの中間の６０ｒｐｓを用いる。電動機２の回転数が閾値以上であれば、電動機２の回転を停止してデルタ結線への切り替えを行い、コンバータ１０２の母線電圧を昇圧する。

このように温度差ΔＴに基づく結線切替要否の判断に加えて、電動機２の回転数に基づいて結線切り替え要否の判断を行うことで、より確実な結線切り替えを行うことができる。

図１６は、空気調和機１０５の動作の一例を示すタイミングチャートである。図１６には、空気調和機１０５の運転状態、並びに室外送風ファン１４６及び電動機２（圧縮機１４１）の駆動状態を示している。室外送風ファン１４６は、空気調和機１０５の電動機２以外の構成要素の一例として示している。

信号受信部１５６がリモコン１５５から運転起動信号（ＯＮ指令）を受信することにより、ＣＰＵ１５７が起動し、空気調和機１０５が起動状態（ＯＮ状態）となる。空気調和機１０５が起動状態になると、時間ｔ０が経過した後に、室外送風ファン１４６のファンモータが回転を開始する。時間ｔ０は、室内機１０５Ａと室外機１０５Ｂとの間の通信による遅延時間である。

その後、時間ｔ１が経過した後に、デルタ結線による電動機２の回転が開始される。時間ｔ１は、室外送風ファン１４６のファンモータの回転が安定するまでの待ち時間である。電動機２の回転開始前に室外送風ファン１４６を回転させることで、冷凍サイクルの温度が必要以上に上昇することが防止される。

図１６の例では、デルタ結線からスター結線への切り替えが行われ、さらにスター結線からデルタ結線への切り替えが行われたのち、リモコン１５５から運転停止信号（ＯＦＦ指令）を受信している。結線の切り替えに要する時間ｔ２は、電動機２の再起動に必要な待ち時間であり、冷凍サイクルにおける冷媒圧力が概ね均等になるまでに必要な時間に設定される。

リモコン１５５から運転停止信号を受信すると、電動機２の回転が停止し、その後、時間ｔ３が経過したのちに室外送風ファン１４６のファンモータの回転が停止する。時間ｔ３は、冷凍サイクルの温度を十分低下させるために必要な待ち時間である。その後、時間ｔ４が経過したのち、ＣＰＵ１５７が停止し、空気調和機１０５が運転停止状態（ＯＦＦ状態）となる。時間ｔ４は、予め設定された待ち時間である。

実施の形態３に係る空気調和機１０５においては、結線切替部１６０として実施の形態１又は２の電動機駆動装置の結線切替部３又は４を用いることができる。したがって、半導体スイッチであるＭＯＳトランジスタのオン状態及びオフ状態の切り替えによって、固定子巻線の結線状態を適切に切り替えることができる。このため、電動機２を高速回転で駆動させることができ、且つ、電動機２を低速回転で高効率に駆動させることができる。

また、実施の形態３に係る空気調和機１０５においては、結線状態の切り替えに際し、必ずしも電動機２の運転を停止（中断）する必要がない。このため、電動機２を一層高効率に駆動させることができる。特に、電動機駆動装置の結線切替部４に用いられる半導体スイッチとして切替時間の短いＭＯＳトランジスタを用いた場合には、電動機の運転中に結線状態の切り替えを行っても、結線切り替えに伴う電動機駆動装置への影響は少なく、電動機駆動装置を含むシステム（例えば、空気調和機）を正常に動作させることができる。

さらに、実施の形態３に係る空気調和機１０５において、結線切替部４に用いられる半導体スイッチとして切替時間が短いＷＢＧトランジスタを用いた場合には、インバータ１のデッドタイム区間中に結線状態の切り替えを完了させることができるので、電動機２の運転中における結線状態の切り替えを、空気調和機へ影響を与えずに、行うことが可能である。

なお、以上に説明した空調動作及び結線状態の切替条件は、一例に過ぎず、スター結線とデルタ結線との間の切替え条件は、例えば、モータの回転数、モータ電流、変調率等のような各種条件又は各種条件の組み合わせによって決定することが可能である。

１ インバータ、 ２ 電動機、 ２ｕ＿１ 巻線端子（第１の巻線端子）、 ２ｕ＿２ 巻線端子（第２の巻線端子）、 ２ｖ＿１ 巻線端子（第３の巻線端子）、 ２ｖ＿２ 巻線端子（第４の巻線端子）、 ２ｗ＿１ 巻線端子（第５の巻線端子）、 ２ｗ＿２ 巻線端子（第６の巻線端子）、 ３，４，１６０ 結線切替部、 ６，７，１５０ 制御部（制御装置）、 １１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ ＭＯＳトランジスタ、 １１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ 寄生ダイオード、 １７ コンデンサ、 １８，１９ 電力供給線（母線）、 ２１ 固定子、 ２２ ティース部、 ２３ 回動軸、 ２５ 回転子、 ２６ 永久磁石、 ２７ スリット、 ３１，４１ スイッチ回路（第１のスイッチ回路）、 ３２，４２ スイッチ回路（第２のスイッチ回路）、 ３３，４３ スイッチ回路（第３のスイッチ回路）、 ３１ａ，４１ａ 第１の端子、 ３１ｂ，４１ｂ 第２の端子、 ３１ｃ，４１ｃ 第３の端子、 ３２ａ，４２ａ 第４の端子、 ３２ｂ，４２ｂ 第５の端子、 ３２ｃ，４２ｃ 第６の端子、 ３３ａ，４３ａ 第７の端子、 ３３ｂ，４３ｂ 第８の端子、 ３３ｃ，４３ｃ 第９の端子、 １０５ 空気調和機、 ３１１ ＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）、 ３１２ ダイオード（第１のダイオード）、 ３１３ ＭＯＳトランジスタ（第２のＭＯＳトランジスタ）、 ３１４ ダイオード（第２のダイオード）、 ３１５ ＭＯＳトランジスタ（第３のＭＯＳトランジスタ）、 ３１６ ダイオード（第３のダイオード）、 ３１７ ＭＯＳトランジスタ（第４のＭＯＳトランジスタ）、 ３１８ ダイオード（第４のダイオード）、 ３２１ ＭＯＳトランジスタ（第５のＭＯＳトランジスタ）、 ３２２ ダイオード（第５のダイオード）、 ３２３ ＭＯＳトランジスタ（第６のＭＯＳトランジスタ）、 ３２４ ダイオード（第６のダイオード）、 ３２５ ＭＯＳトランジスタ（第７のＭＯＳトランジスタ）、 ３２６ ダイオード（第７のダイオード）、 ３２７ ＭＯＳトランジスタ（第８のＭＯＳトランジスタ）、 ３２８ ダイオード（第８のダイオード）、 ３３１ ＭＯＳトランジスタ（第９のＭＯＳトランジスタ）、 ３３２ ダイオード（第９のダイオード）、 ３３３ ＭＯＳトランジスタ（第１０のＭＯＳトランジスタ）、 ３３４ ダイオード（第１０のダイオード）、 ３３５ ＭＯＳトランジスタ（第１１のＭＯＳトランジスタ）、 ３３６ ダイオード（第１１のダイオード）、 ３３７ ＭＯＳトランジスタ（第１２のＭＯＳトランジスタ）、 ３３８ ダイオード（第１２のダイオード）、 ４１１ ＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）、 ４１２ ＭＯＳトランジスタ（第２のＭＯＳトランジスタ）、 ４１２ａ ダイオード（第１のダイオード）、 ４１３ ＭＯＳトランジスタ（第３のＭＯＳトランジスタ）、 ４１４ ＭＯＳトランジスタ（第４のＭＯＳトランジスタ）、 ４１４ａ ダイオード（第２のダイオード）、 ４１５ ＭＯＳトランジスタ（第５のＭＯＳトランジスタ）、 ４１６ ＭＯＳトランジスタ（第６のＭＯＳトランジスタ）、 ４１６ａ ダイオード（第３のダイオード）、 ４１７ ＭＯＳトランジスタ（第７のＭＯＳトランジスタ）、 ４１８ ＭＯＳトランジスタ（第８のＭＯＳトランジスタ）、 ４１８ａ ダイオード（第４のダイオード）、 ４２１ ＭＯＳトランジスタ（第９のＭＯＳトランジスタ）、 ４２２ ＭＯＳトランジスタ（第１０のＭＯＳトランジスタ）、 ４２２ａ ダイオード（第５のダイオード）、 ４２３ ＭＯＳトランジスタ（第１１のＭＯＳトランジスタ）、 ４２４ ＭＯＳトランジスタ（第１２のＭＯＳトランジスタ）、 ４２４ａ ダイオード（第６のダイオード）、 ４２５ ＭＯＳトランジスタ（第１３のＭＯＳトランジスタ）、 ４２６ ＭＯＳトランジスタ（第１４のＭＯＳトランジスタ）、 ４２６ａ ダイオード（第７のダイオード）、 ４２７ ＭＯＳトランジスタ（第１５のＭＯＳトランジスタ）、 ４２８ ＭＯＳトランジスタ（第１６のＭＯＳトランジスタ）、 ４２８ａ ダイオード（第８のダイオード）、 ４３１ ＭＯＳトランジスタ（第１７のＭＯＳトランジスタ）、 ４３２ ＭＯＳトランジスタ（第１８のＭＯＳトランジスタ）、 ４３２ａ ダイオード（第９のダイオード）、 ４３３ ＭＯＳトランジスタ（第１９のＭＯＳトランジスタ）、 ４３４ ＭＯＳトランジスタ（第２０のＭＯＳトランジスタ）、 ４３４ａ ダイオード（第１０のダイオード）、 ４３５ ＭＯＳトランジスタ（第２１のＭＯＳトランジスタ）、 ４３６ ＭＯＳトランジスタ（第２２のＭＯＳトランジスタ）、 ４３６ａ ダイオード（第１１のダイオード）、 ４３７ ＭＯＳトランジスタ（第２３のＭＯＳトランジスタ）、 ４３８ ＭＯＳトランジスタ（第２４のＭＯＳトランジスタ）、 ４３８ａ ダイオード（第１２のダイオード）、 Ｕ 開放巻線（第１の開放巻線）、 Ｖ 開放巻線（第２の開放巻線）、 Ｗ 開放巻線（第３の開放巻線）。

本発明の一態様に係る電動機駆動装置は、固定子巻線を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、前記固定子巻線に交流駆動電流を供給するインバータと、を具備し、前記インバータが前記固定子巻線に前記交流駆動電流を供給しないデッドタイム区間において前記半導体スイッチのオン又はオフの切り替えを実行させるものである。

本発明の他の態様に係る空気調和機は、固定子巻線を有する電動機と、前記電動機によって駆動される圧縮機と、前記電動機を駆動させる電動機駆動装置とを具備する空気調和機であって、前記電動機駆動装置は、半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、前記固定子巻線に交流駆動電流を供給するインバータと、を具備し、前記インバータが前記固定子巻線に前記交流駆動電流を供給しないデッドタイム区間において前記半導体スイッチのオン又はオフの切り替えを実行させるものである。

Claims (20)

1. 固定子巻線を有する電動機を駆動させる電動機駆動装置であって、
   半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、
   前記固定子巻線に交流駆動電圧を供給するインバータと
   を具備する電動機駆動装置。
2. 前記固定子巻線は、第１の開放巻線と第２の開放巻線とを有し、
   前記第１の開放巻線は、前記インバータに接続された第１の巻線端子と、前記結線切替部に接続された第２の巻線端子とを有し、
   前記第２の開放巻線は、前記インバータに接続された第３の巻線端子と、前記結線切替部に接続された第４の巻線端子とを有し、
   前記結線切替部は、前記半導体スイッチを通して前記第１の開放巻線の前記第２の巻線端子と前記第２の開放巻線の前記第４の巻線端子とを互いに接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態に切り替える
   請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記結線切替部は、前記半導体スイッチを通して前記第１の開放巻線の前記第２の巻線端子と前記第２の開放巻線の前記第４の巻線端子とを前記インバータに接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態に切り替える
   請求項２に記載の電動機駆動装置。
4. 前記固定子巻線は、第３の開放巻線をさらに有し、
   前記第３の開放巻線は、前記インバータに接続された第５の巻線端子と、前記結線切替部に接続された第６の巻線端子とを有し、
   前記結線切替部は、前記半導体スイッチを通して前記第１の開放巻線の前記第２の巻線端子と前記第２の開放巻線の前記第４の巻線端子と前記第３の開放巻線の第６の巻線端子とを互いに接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態であるスター結線に切り替える
   請求項２又は３に記載の電動機駆動装置。
5. 前記結線切替部は、前記半導体スイッチを通して前記第１の開放巻線の前記第２の巻線端子と前記第２の開放巻線の前記第４の巻線端子と前記第３の開放巻線の前記第６の巻線端子とを前記インバータに接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える
   請求項４に記載の電動機駆動装置。
6. 前記半導体スイッチを含む回路は、第１のスイッチ回路と、第２のスイッチ回路と、第３のスイッチ回路とを有し、
   前記第１のスイッチ回路は、前記インバータに接続された第１の端子と、第２の端子と、前記第１の開放巻線の前記第２の巻線端子に接続され、前記第１の端子及び前記第２の端子のいずれかに接続される第３の端子とを有し、
   前記第２のスイッチ回路は、前記インバータに接続された第４の端子と、前記第２の端子に接続された第５の端子と、前記第２の開放巻線の前記第４の巻線端子に接続され、前記第４の端子及び前記第５の端子のいずれかに接続される第６の端子とを有し、
   前記第３のスイッチ回路は、前記インバータに接続された第７の端子と、前記第２の端子及び前記第５の端子に接続された第８の端子と、前記第３の開放巻線の前記第６の巻線端子に接続され、前記第７の端子及び前記第８の端子のいずれかに接続される第９の端子とを有し、
   前記結線切替部は、
   前記第２の端子と前記第３の端子とを接続し、且つ前記第５の端子と前記第６の端子とを接続し、且つ前記第８の端子と前記第９の端子とを接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態であるスター結線に切り替える
   請求項４又は５に記載の電動機駆動装置。
7. 前記結線切替部は、
   前記第１の端子と前記第３の端子とを接続し、且つ前記第４の端子と前記第６の端子とを接続し、且つ前記第７の端子と前記第９の端子とを接続することで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える
   請求項６に記載の電動機駆動装置。
8. 前記第１のスイッチ回路は、
   第１のＭＯＳトランジスタと、
   前記第１のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第１の端子から前記第３の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１のダイオードと、
   第２のＭＯＳトランジスタと、
   前記第２のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第３の端子から第１の端子に向かう方向の電流を流すことができる第２のダイオードと、
   第３のＭＯＳトランジスタと、
   前記第３のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第２の端子から第３の端子に向かう方向の電流を流すことができる第３のダイオードと、
   第４のＭＯＳトランジスタと、
   前記第４のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第３の端子から第２の端子に向かう方向の電流を流すことができる第４のダイオードと
   を有し、
   前記第２のスイッチ回路は、
   第５のＭＯＳトランジスタと、
   前記第５のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第４の端子から第６の端子に向かう方向の電流を流すことができる第５のダイオードと、
   第６のＭＯＳトランジスタと、
   前記第６のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第６の端子から第４の端子に向かう方向の電流を流すことができるダイオードと、
   第７のＭＯＳトランジスタと、
   前記第７のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第５の端子から第６の端子に向かう方向の電流を流すことができる第７のダイオードと、
   第８のＭＯＳトランジスタと、
   前記第８のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第６の端子から第５の端子に向かう方向の電流を流すことができる第８のダイオードと
   を有し、
   前記第３のスイッチ回路は、
   第９のＭＯＳトランジスタと、
   前記第９のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第７の端子から第９の端子に向かう方向の電流を流すことができる第９のダイオードと、
   第１０のＭＯＳトランジスタと、
   前記第１０のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第９の端子から第７の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１０のダイオードと、
   第１１のＭＯＳトランジスタと、
   前記第１１のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第８の端子から第９の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１１のダイオードと、
   第１２のＭＯＳトランジスタと、
   前記第１２のＭＯＳトランジスタに直列に接続され、前記第９の端子から第８の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１２のダイオードと
   を有する
   請求項６又は７に記載の電動機駆動装置。
9. 前記結線切替部は、
   前記第１、第２、第５、第６、第９及び第１０のＭＯＳトランジスタをオフ状態にし、且つ前記第３、第４、第７、第８、第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタをオン状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態であるスター結線に切り替える
   請求項８に記載の電動機駆動装置。
10. 前記結線切替部は、
    前記第１、第２、第５、第６、第９及び第１０のＭＯＳトランジスタをオン状態にし、且つ前記第３、第４、第７、第８、第１１及び第１２のＭＯＳトランジスタをオフ状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える
    請求項８又は９に記載の電動機駆動装置。
11. 前記第１のスイッチ回路は、
    第１のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第２のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第１の端子から前記第３の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１のダイオードと、
    第３のＭＯＳトランジスタと、
    前記第３のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第４のＭＯＳトランジスタと、
    前記第４のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第３の端子から前記第１の端子に向かう方向の電流を流すことができる第２のダイオードと、
    第５のＭＯＳトランジスタと、
    前記第５のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第６のＭＯＳトランジスタと、
    前記第６のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第２の端子から前記第３の端子に向かう方向の電流を流すことができる第３のダイオードと、
    第７のＭＯＳトランジスタと、
    前記第７のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第８のＭＯＳトランジスタと、
    前記第８のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第３の端子から前記第２の端子に向かう方向の電流を流すことができる第４のダイオードと
    を有し、
    前記第２のスイッチ回路は、
    第９のＭＯＳトランジスタと、
    前記第９のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第１０のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１０のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第４の端子から前記第６の端子に向かう方向の電流を流すことができる第５のダイオードと、
    第１１のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１１のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第１２のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１２のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第６の端子から前記第４の端子に向かう方向の電流を流すことができるダイオードと、
    第１３のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１３のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第１４のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１４のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第５の端子から前記第６の端子に向かう方向の電流を流すことができる第７のダイオードと、
    第１５のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１５のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第１６のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１６のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第６の端子から前記第５の端子に向かう方向の電流を流すことができる第８のダイオードと
    を有し、
    前記第３のスイッチ回路は、
    第１７のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１７のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第１８のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１８のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第７の端子から前記第９の端子に向かう方向の電流を流すことができる第９のダイオードと、
    第１９のＭＯＳトランジスタと、
    前記第１９のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第２０のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２０のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第９の端子から前記第７の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１０のダイオードと、
    第２１のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２１のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第２２のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２２のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第８の端子から前記第９の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１１のダイオードと、
    第２３のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２３のＭＯＳトランジスタに直列に接続された第２４のＭＯＳトランジスタと、
    前記第２４のＭＯＳトランジスタに並列に接続され、前記第９の端子から前記第８の端子に向かう方向の電流を流すことができる第１２のダイオードと
    を有する
    請求項６又は７に記載の電動機駆動装置。
12. 前記結線切替部は、
    前記第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタをオン状態にし、且つ前記第１から第４、第６、第８、第９から第１２、第１４、第１６、第１７から第２０、第２２、第２４のＭＯＳトランジスタをオフ状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態であるスター結線に切り替える
    請求項１１に記載の電動機駆動装置。
13. 前記結線切替部は、
    前記第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタをオン状態にし、且つ前記第２、第４から第８、第１０、第１２から第１６、第１８、第２０から第２４のＭＯＳトランジスタをオフ状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える
    請求項１１又は１２に記載の電動機駆動装置。
14. 前記結線切替部は、
    前記第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタをオン状態にし、且つ前記第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタをオフ状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第１の結線状態であるスター結線に切り替える
    請求項１１に記載の電動機駆動装置。
15. 前記結線切替部は、
    前記第１、第３、第９、第１１、第１７、第１９のＭＯＳトランジスタをオン状態にし、且つ前記第５、第７、第１３、第１５、第２１、第２３のＭＯＳトランジスタをオフ状態にすることで、前記固定子巻線の結線状態を前記第２の結線状態であるデルタ結線に切り替える
    請求項１１又は１４に記載の電動機駆動装置。
16. 前記半導体スイッチのオン状態とオフ状態の間の切替時間は、１ｍｓ以内である請求項１から１５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
17. 前記半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体である請求項１から１６のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
18. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンカーバイト又は窒化ガリウムを構成材料として含む請求項１７に記載の電動機駆動装置。
19. 前記結線切替部及び前記インバータを制御する制御部をさらに有し、
    前記制御部は、前記電動機の駆動期間中又は駆動の中断期間中に、前記結線切替部に前記結線状態の切り替えを実行させる請求項１から１８のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
20. 固定子巻線を有する電動機と、
    前記電動機によって駆動される圧縮機と、
    前記電動機を駆動させる電動機駆動装置と
    を具備する空気調和機であって、
    前記電動機駆動装置は、
    半導体スイッチを含む回路を有し、前記半導体スイッチのオン又はオフによって前記固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び前記第１の結線状態と異なる第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、
    前記固定子巻線に交流駆動電圧を供給するインバータと
    を具備する空気調和機。

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