JPWO2020016972A1 - 回転機制御装置、冷媒圧縮装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

制御装置（１００）は、同期電動機（１）の回転動作中に同期電動機（１）の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置（２０）と、同期電動機（１）に流れる回転機電流を検出する電流検出部（５）と、回転子の磁極位置及び速度を推定する位置速度推定部（６）と、同期電動機（１）に電圧を印加する電圧印加部（３）と、磁極位置及び速度に基づいて電圧印加部（３）に与える電圧指令を生成するとともに、接続切替装置（２０）に接続状態の切り替えを行う切替動作指令を出力する制御部（７０）とを備え、制御部（７０）は、巻線の接続状態を切り替える前に、回転機電流をゼロに近づけるように電圧指令を生成し、巻線の接続状態を切り替えた後に、位置速度推定部（６）へ、切り替え前の同期電動機（１）の推定速度に基づいて求められた復帰初期速度を出力し、位置速度推定部（６）は、復帰初期速度を受け取ると推定した速度を復帰初期速度で置き換える。

Description

本発明は、回転動作中に回転機の巻線の接続状態を切り替える回転機制御装置、冷媒圧縮装置、冷凍サイクル装置、及び空気調和機に関する。

従来、回転動作中に固定子巻線の接続状態を切り替える回転機が知られている。以下、固定子巻線を単に「巻線」とも言う。特許文献１には、巻線を切り替える際に、インバータの出力をオフにして巻線の接続状態を切り替え、巻線の接続状態を切り替えた後に、抵抗値又は誘起電圧から巻線の接続状態が変化したことを確認する技術が開示されている。

特開２００８−１４８４９０号公報

特許文献１に開示される発明では、モータに流れる電流から位相を推定する。特許文献１に開示される発明では、モータの巻線の結線状態を切り替える際にはインバータの出力をオフにし、巻線の接続状態を切り替えた後に、モータ電流をゼロに保つようにインバータの出力を再開することでモータの位相及び速度を推定してから、再始動する。しかし、特許文献１に開示される発明は、インバータの出力をオフにしている間は位相を推定することが不可能であるため、巻線の接続状態を切り替えてからインバータの出力を再開して位相を推定するまでには時間がかかる。負荷の大きな装置はモータ電流をゼロにすると急減速するため、位相を推定している間にモータが停止してしまったり、正しく推定できずに脱調してしまったりする恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷の大きな装置であっても、回転動作中に速やかにかつ安定して巻線の結線状態を切り替えて運転継続することのできる回転機制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、切替器を有し、回転機の回転動作中に切替器の切り替え動作を行うことによって回転機の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、回転機電流に基づき回転機の回転子の磁極位置及び速度を推定する位置速度推定部と、回転機に電圧を印加する電圧印加部と、位置速度推定部が推定した磁極位置及び速度に基づいて電圧印加部に与える電圧指令を生成するとともに、接続切替装置に接続状態の切り替えを行う切替動作指令を出力する制御部とを備える。制御部は、回転機の巻線の接続状態を切り替える前に、回転機電流をゼロに近づけるように電圧指令を生成し、回転機の巻線の接続状態を切り替えた後に、位置速度推定部へ、切り替え前の回転機の推定速度に基づいて求められた復帰初期速度を出力する。位置速度推定部は、復帰初期速度を受け取ると推定した速度を前記復帰初期速度で置き換える。

本発明によれば、負荷の大きな装置であっても、回転動作中に素早くかつ安定して巻線の結線状態を切り替えて運転継続することのできる回転機制御装置を得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る回転機制御装置の構成を示す図 実施の形態１に係る制御装置の巻線の結線状態を切り替える基本的なシーケンスを示したフローチャート 実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御を行う必要がない程度の速度で同期電動機を駆動している場合の、ゼロ電流制御の結果を示す図 実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御が必要な速度で同期電動機を駆動している場合の、ゼロ電流制御の結果を示す図 実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御を行って同期電動機を駆動している場合の巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを示したフローチャート 本発明の実施の形態３に係る回転機制御装置の構成を示す図 実施の形態３に係る制御装置が巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを示したフローチャート 本発明の実施の形態４に係る冷媒圧縮装置の構成を示す図 本発明の実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図 実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る制御装置の制御部及び位置速度推定部の機能をハードウェアで実現した構成を示す図 実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る制御装置の制御部及び位置速度推定部の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る回転機制御装置、冷媒圧縮装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。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もつ。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転機制御装置の構成を示す図である。回転機は誘導機と同期機とに大別され、同期機は、回転子に永久磁石が設けられる永久磁石界磁式同期機と、回転子に界磁巻線が巻かれている巻線界磁式同期機と、回転子の突極性を利用して回転トルクを得るリラクタンス式同期機とに分別される。実施の形態１に係る回転機制御装置である制御装置１００には、これらの同期機の種別のうち、三相の永久磁石界磁式である同期電動機１が接続されている。

制御装置１００は、同期電動機１の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置２０と、同期電動機１に電力を供給する電圧印加部３と、同期電動機１に流れる回転機電流を検出する電流検出部５と、位置速度推定部６とを備える。また、制御装置１００は、電圧印加部３に電圧指令を出力し、接続切替装置２０に巻線の接続状態の切り替えを実行させる、制御部７０を備える。なお、実施の形態１において、巻線の接続状態は、巻線の結線状態を意味する。巻線の結線状態には、Ｙ結線及びΔ結線を挙げられる。Ｙ結線は、スター結線とも称され、Δ結線はデルタ結線とも称される。また、切り替える巻線の接続状態は、２種類であってもよいし、３種類以上であってもよい。

接続切替装置２０は、スイッチ回路である切替器２１，２２，２３を有し、同期電動機１の回転動作中に切替器２１，２２，２３の切り替え動作を行うことによって同期電動機１の巻線の接続状態を切り替える。切替器２１，２２，２３は、メカリレーで構成してもよいし、半導体スイッチで構成してもよい。実施の形態１では、切替器２１，２２，２３によって同期電動機１をＹ結線とΔ結線とに切り替える。

電圧印加部３は、直流電圧源４から供給される直流電力を交流電力に変換して同期電動機１へ出力する。実施の形態１では、電圧印加部３に電圧形インバータが用いられる。電圧形インバータは、直流電圧源４から供給される直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換する装置である。なお、電圧印加部３は、同期電動機１を駆動するための交流電力を出力できるものであれば、電圧形インバータに限定されず、電流形インバータ、交流電力を振幅及び周波数が異なる交流電力に変換するマトリックスコンバータ、複数の変換器の出力を直列又は並列に接続したマルチレベル変換器といった回路でもよい。

電流検出部５は、電圧印加部３から同期電動機１に流れる相電流を検出し、検出した相電流の値を示す電流情報を出力する。

電流検出部５は、Current Transformerとも呼ばれる計器用変流器を用いた電流線センサであってもよいし、シャント抵抗を用いた電流センサであってもよい。実施の形態１に係る制御装置１００では、電流検出部５によって電流が検出される。図１に示した制御装置１００は、同期電動機１に流れる相電流を直接検出しているが、電流検出方式は、キルヒホッフの電流則によって同期電動機１に流れる相電流を演算できればよく、直接検出する構成に限定されない。例えば、電圧印加部３の負側直流母線に設けられるシャント抵抗を用いた１シャント電流検出方式、電圧印加部３の下アームと直列に接続されるシャント抵抗を用いた下アームシャント電流検出方式などを用いて同期電動機１に流れる相電流を検出してもよい。なお、三相の電圧印加部３の場合、下アームシャント電流検出方式は、三つの下アームの各々に直列に接続されるシャント抵抗を用いるため、３シャント電流検出方式とも呼ばれる。また、三相の同期電動機１の場合、同期電動機１に接続される三相の配線のうちいずれか二相の配線に電流センサを設ければ、残りの一相の電流は、キルヒホッフの電流則で計算可能であるため、三相の配線の全てに電流センサを設ける必要はない。また、電流検出部５の構成及び配置に関しては、様々な方式が考えられるが、特定の式に限定はされない。

位置速度推定部６には、電流検出部５から電流情報が入力される。また、位置速度推定部６には、電流制御部７２から電圧指令が入力される。位置速度推定部６は、電流検出部５で検出される電流、すなわち同期電動機１に流れる相電流と、電流制御部７２から出力される電圧指令とを用いて、同期電動機１の回転子の磁極位置の推定値である推定位相と、同期電動機１の回転子の速度の推定値である推定速度とを出力する。

磁極位置及び回転子の速度の推定方法には、様々な手法が存在するが、実施の形態１に係る同期電動機１は、回転子の回転速度全域のうち、中高速では、同期電動機１の速度起電力を示す情報を利用して電極位置を求める。速度起電力は、回転子が回転することによって同期電動機１の内部に生じる誘起電力であり、同期電動機１が備える回転子と固定子との間に生じる界磁と回転子の回転速度とに比例する。磁極位置の推定方法には、アークタンジェント法及び適応磁束オブザーバを例示できるが、特定の方法に限定されない。実施の形態１に係る制御装置１００は、適応磁束オブザーバを用いて磁極位置を推定する。適応磁束オブザーバは、鎖交磁束数の変動にロバストであり、定常的な速度推定誤差が発生しないため、高性能な速度推定方法であると認知されている。

制御部７０は、速度制御部７１と、電流制御部７２と、切替制御部７３とを有する。電流制御部７２は、同期電動機１に流れる電流を制御するために、同期電動機１が備える回転子の永久磁石による磁束の方向をｄ軸、ｄ軸に直交する軸をｑ軸とし、ベクトル制御によって、電流検出部５で検出された電流をｄｑ座標系の電流指令値に座標変換するベクトル制御器である。一般的なベクトル制御器では、回転子の磁極を基準にしたｄｑ座標上での電流制御が行われる。相電流をｄｑ座標上の値に変換すると、交流量が直流量となり制御が容易になるためである。同期電動機１では、ｑ軸電流と同期電動機１のマグネットトルクとが比例するため、ｑ軸はトルク軸と称され、ｑ軸電流はトルク電流と称される。ｑ軸電流に対してｄ軸電流は、固定子で発生する磁束の変化をもたらし、同期電動機１の出力電圧の振幅を変化させるため、ｄ軸は磁束軸と称され、ｄ軸電流は磁束電流又は励磁電流と称される。永久磁石埋込型電動機では、ｄ軸電流によってリラクタンストルクが発生するため、ｑ軸電流のみがトルクに作用するわけではないが、一般的にはｑ軸電流をトルク電流と称している。

座標変換には、位置速度推定部６で演算される推定位相が用いられる。なお、電流制御部７２には、ベクトル制御におけるｄｑ座標系以外にも、αβ固定子座標系、γδ座標系などの極座標系を用いてもよい。また、電流制御部７２には、ベクトル制御の代わりに直接トルク制御（Direct Torque Control, ＤＴＣ）を採用してもよい。ただし、ＤＴＣを採用する場合は、電流指令を磁束指令及びトルク指令に換算する必要がある。

なお、ｄｑ座標系ではなく、固定子から発生する磁束を基準にした座標系で制御を行えば、トルク電流と磁束電流とをより厳密に計算できる。この座標系は、ｆ−ｔ座標系、ｎ−ｔ座標系などと称されるが、公知であるため説明は省略する。実施の形態１では、ｑ軸電流をトルク電流と称し、ｄ軸電流を磁束電流と称するが、ｄｑ座標系以外の座標系を使って制御する場合、マグネットトルクが原理的に発生しないリラクタンス同期電動機を用いる場合はこの限りではない。

なお、電流制御部７２は、ｄｑ座標上の電流が電流指令の値と一致するように同期電動機１に流れる電流を制御する。電流制御部７２の具体的な実現方法は特定の方法に限定されないが、電流制御部７２は、一般的には比例積分制御器及び非干渉化制御器によって構成される。電流指令は、速度制御によって算出されるものであってもよいし、上位のコントローラから入力されるものであってもよい。実施の形態１では、速度制御部７１の出力の値が電流指令である。

速度制御部７１は、同期電動機１の角速度が入力された速度指令の値と一致するように電流指令を生成する。速度制御部７１の具体的な実現方法は特定の方法に限定されないが、速度制御部７１は、一般的には比例積分制御器が使用される。なお、速度制御部７１は、速度指令からフィードフォーワードで電流指令を生成する場合もあり、比例積分制御器とフィードフォーワード制御器とが併用される場合もある。

切替制御部７３は、速度指令若しくは推定速度に基づいて、又は外部から入力される指令に基づいて、同期電動機１の巻線の接続状態を決定する。巻線の接続状態を切り替える際には、切替制御部７３は、切替器２１，２２，２３の接点を切り替えるための切替動作指令を、接続切替装置２０へ出力する。さらに、巻線の接続状態を切り替えた後に、同期電動機１を安定して再始動できるように、切替制御部７３は、位置速度推定部６へ復帰初期速度を出力し、速度制御部７１と電流制御部７２と位置速度推定部６とに演算切替信号を出力する。復帰初期速度及び演算切替信号の詳細は後述する。

図１に示した制御装置１００では、速度制御部７１及び電流制御部７２により、電圧指令を生成する電圧指令生成部が構成されるが、電圧指令生成部の構成は図１の例に限定されない。電圧指令生成部は、外部から入力される電流指令に基づいて電圧指令を生成する電流制御部によって構成されてもよい。

同期電動機１の巻線のＹ結線とΔ結線とを切り替えることの利点について説明する。Ｙ結線状態の線間電圧をＶ_Ｙ、巻線に流れ込む電流をＩ_Ｙとする。また、Δ結線状態の線間電圧をＶ_Δ、巻線に流れ込む電流をＩ_Δとする。各相の巻線にかかる電圧が互いに等しいとすると、下記式（１）及び式（２）が成り立つ。
Ｖ_Δ＝Ｖ_Ｙ／√３ ・・・（１）
Ｉ_Δ＝√３×Ｉ_Ｙ ・・・（２）

Ｙ結線状態の電圧Ｖ_Ｙ及び電流Ｉ_Ｙと、Δ結線状態の電圧Ｖ_Δ及び電流Ｉ_Δとが式（１）及び式（２）の関係を有するとき、Ｙ結線状態とΔ結線状態とで同期電動機１に供給される電力が互いに等しい。つまり、同期電動機１に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線状態の方が巻線に流れ込む電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。

以上の性質を利用し、負荷条件に合わせて巻線の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結線状態で低速運転し、高負荷時にはΔ結線状態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が可能となる。

空気調和機の圧縮機を同期電動機１で駆動する場合を例にして、この点についてさらに詳しく説明する。空気調和機の圧縮機駆動用の同期電動機１には、省エネルギー化の要求に応えるため、永久磁石界磁式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、同期電動機１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、同期電動機１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、全運転時間のうちで低速運転の時間が占める割合は、高速運転の時間が占める割合よりも大きい。

同期電動機１は、回転数が上がると速度起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。速度起電力は、上記のようにＹ結線状態の方がΔ結線状態に比べて高い。高速での速度起電力を抑制するためには、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、同期電動機１及び電圧印加部３に流れる電流が増加し、効率が低下する。また、速度起電力が増加することで同期電動機１の駆動に必要な電圧値が直流電圧源４の電圧よりも高くなった場合、一般的に弱め磁束制御を用いて同期電動機１の駆動に必要な電圧をまかなう。しかし、弱め磁束制御を用いると、同期電動機１及び電圧印加部３にトルクの発生に寄与しない無効電流を流すため、効率が低下する。

そこで、回転数に合わせて同期電動機１の巻線の結線状態を切り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、同期電動機１の巻線をΔ結線状態とする。巻線をΔ結線状態にすることで、駆動に必要な電圧をＹ結線状態に比べて１／√３倍にすることができる。したがって、永久磁石の磁力を小さくしたり、巻線の巻数を減らしたりすることなく、駆動に必要な電圧を小さくすることができる。また、弱め磁束制御を用いる必要もなくなる。

一方、低速回転では、巻線をＹ結線状態とすることでΔ結線状態に比べて電流値を１／√３倍にできる。さらに、巻線がＹ結線状態である場合に低速での駆動に適したように同期電動機１を設計することで、速度範囲の全域にわたって巻線がＹ結線状態で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、電圧印加部３の損失を低減することができ、効率を高めることが可能となる。

以上説明したように、負荷条件に合わせて巻線の結線状態を切り替えることには意義がある。実施の形態１に係る制御装置１００は、巻線の結線状態の切り替える接続切替装置２０が設けられている。例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、切替制御部７３は、同期電動機１の巻線をΔ結線状態とし、室温が設定温度に近づくまで高速運転を行う。室温が設定温度に近くなったら、切替制御部７３は、同期電動機１の巻線をＹ結線状態に切り替え、低速運転を行う。

ただし、同期電動機１が空気調和機の圧縮機を駆動している場合は、巻線の結線状態を切り替えるために同期電動機１の回転動作を一旦停止させると、再始動に必要なトルクが増加し、起動に失敗してしまう恐れがある。したがって、同期電動機１の回転動作を一旦停止させて巻線を切り替えた場合には、冷媒の状態が安定するまでの数分間経過した後に、再始動を行う必要がある。しかし、冷媒の状態が安定してから再始動を行うと、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り、室温が一定に保たれなくなる恐れがある。したがって、切替制御部７３は、同期電動機１の回転動作中に巻線の結線状態を切り替えることが望ましい。

ここで、回転動作中に巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを説明する。図２は、実施の形態１に係る制御装置の巻線の結線状態を切り替える基本的なシーケンスを示したフローチャートである。巻線の結線状態を切り替える際、同期電動機１を定常運転したままだと、電圧印加部３から同期電動機１に電力が供給されているため、巻線の結線状態が切り替わるときに、切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電が発生し、これにより接点溶着といった故障が発生する可能性がある。

接点溶着といった故障を避けるため、巻線の結線状態を切り替える際には、ステップＳ１において、同期電動機１の巻線に流れる電流、すなわち、切替器２１，２２，２３に流れる電流の値を、極力ゼロに近づける制御を行う。同期電動機１の巻線に流れる電流を極力ゼロに近づける制御を、以降「ゼロ電流制御」と称する。すなわち、ステップＳ１において、ゼロ電流制御を開始する。ゼロ電流制御の期間中は、電圧印加部３から、同期電動機１の速度起電力を打ち消すような電圧、つまり、速度起電力と大きさ及び位相が一致する電圧を出力する。こうすることで、切替器２１，２２，２３に流れる電流を実質的にゼロとみなすことができるほどゼロに近づけることができる。

ゼロ電流制御の期間中には、同期電動機１はトルクを得られないため、失速していく。つまりゼロ電流制御の期間が長いと、同期電動機１の回転動作中に巻線の結線状態を切り替えて再始動することが難しくなってしまう。したがって、電流制御部７２の応答を不安定にならない程度に上げて、できるだけ早く切替器２１，２２，２３に流れる電流をゼロに近づけ、次のフェーズに移ることが望ましい。

ゼロ電流制御を開始したら、ステップＳ２において、接続切替装置２０を動作させる。接続切替装置２０を動作させる際に、切替制御部７３は、切替器２１，２２，２３の接点を切り替えるための切替動作指令を接続切替装置２０へ出力する。接続切替装置２０は、切替動作指令を受信すると、切替器２１，２２，２３を動作させて巻線の結線状態を切り替える。

巻線の結線状態が切り替わったら、ステップＳ３において、切替信号を出力する。切替制御部７３は、同期電動機１を安定して再始動できるように、位置速度推定部６へ復帰初期速度を出力し、速度制御部７１と電流制御部７２と位置速度推定部６とに演算切替信号を出力する。復帰初期速度と演算切替信号とを出力した後に、ステップＳ４に進み、ゼロ電流制御を終了する。

ゼロ電流制御を終了するのは、切替器２１，２２，２３の接点溶着といった故障を防ぐために、確実に切替器２１，２２，２３が動作し終わったタイミングとする必要がある。ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏは、接続切替装置２０へ切替動作指令を出力してから、切替器２１，２２，２３が全て動作し終わるまでの時間を予め把握しておき、その時間よりも長い期間とする。ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏは、切替器２１，２２，２３を一般的なメカリレーで構成している場合は、ミリ秒のオーダーとなり、一般的な半導体スイッチで構成している場合は、百マイクロ秒のオーダーとなる。

ただし、同期電動機１が弱め磁束制御を用いて駆動されるくらいに高速回転している場合、すなわち、同期電動機１の速度起電力が直流電圧源４よりも大きい場合は、この方法では切替器２１，２２，２３に流れる電流の値をゼロにはできないことに注意が必要である。すなわち、弱め磁束制御を行っている間はｄ軸方向に無効電流を流すことで駆動に必要な電圧をまかなっていたが、同期電動機１の巻線に流れる電流をゼロにするということは、無効電流を流せなくなることに注意する必要がある。図３は、実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御を行う必要がない程度の速度で同期電動機を駆動している場合の、ゼロ電流制御の結果を示す図である。図４は、実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御が必要な速度で同期電動機を駆動している場合の、ゼロ電流制御の結果を示す図である。弱め磁束制御を行う必要がない程度の速度で制御装置１００が同期電動機１を駆動している場合は、ゼロ電流制御により切替器２１，２２，２３に流れる電流の値がほとんどゼロに近づいているのに対して、弱め磁束制御が必要な速度で制御装置１００が同期電動機１を駆動している場合は、ゼロ電流制御を行っても切替器２１，２２，２３に流れる電流の値は指令値どおりに制御できず、ゼロになっていない。弱め磁束制御が必要な速度で制御装置１００が同期電動機１を駆動している状態において、接続切替装置２０を動作させて巻線の結線状態の切り替えを行うと、切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電が発生し、これにより接点溶着といった故障が発生する可能性がある。

図５は、実施の形態１に係る制御装置が弱め磁束制御を行って同期電動機を駆動している場合の巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを示したフローチャートである。図２に示したフローチャートとは、ステップＳ１の前にステップＳ５及びステップＳ６が設けられている点で相違する。すなわち、ステップＳ５において、予め同期電動機１の推定速度が閾値ω_Ａよりも小さいかどうかを確認する。同期電動機１の推定速度が閾値ω_Ａよりも小さい場合には、ステップＳ５でＹｅｓとなり、ステップＳ１に進む。同期電動機１の推定速度が閾値ω_Ａ以上の場合には、ステップＳ５でＮｏとなり、ステップＳ６において、速度がω_Ａよりも小さくなるように同期電動機１を減速し、ステップＳ５に戻る。

ゼロ電流制御を開始するための閾値ω_Ａは、次のように計算できる。ｄｑ軸電流がほとんどゼロであるとき、速度起電力Ｅは永久磁石の電機子鎖交磁束のみとなり、その大きさは次の下記式（３）で表される。式（３）において、ωは同期電動機１の速度、Φはｄｑ座標上での永久磁石による電機子鎖交磁束の実効値を表す。
Ｅ＝ω×Φ ・・・（３）

直流電圧源４が出力する電圧の大きさをＶとすると、下記式（４）の関係を満たせばよい。
Ｅ＜Ｖ ・・・（４）

式（３）及び（４）より、ω_Ａは、下記式（５）のように決定する。
ω_Ａ＝Ｖ／Φ ・・・（５）

速度制御部７１は、演算切替信号を受信すると、比例積分制御に用いる同期電動機１の定数及び積分制御の初期値を、切り替え後の巻線の結線状態に合わせたものに変更する。すなわち、速度制御部７１は、電流指令に回転機電流が追従するよう、比例積分制御における制御ゲインを変更する。例えば、巻線をΔ結線状態からＹ結線状態に切り替える場合、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べて同期電動機１のｄｑ座標上での磁束鎖交数が√３倍になる。そこで、速度制御部７１は、比例積分制御に用いる磁束鎖交数を√３倍に変更する。さらに、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べて同じトルクを出すために必要なｄｑ座標上での電流が１／√３倍になる。そこで、速度制御部７１は、積分制御の初期値を１／√３倍にする計算を１回行う。同期電動機１の定数だけでなく、積分制御の初期値を変更することで、速度指令値への追従が早くなり、切り替え動作が安定する。

電流制御部７２は、演算切替信号を受信すると、比例積分制御及び非干渉化制御に用いる同期電動機１の定数によって定まる制御ゲインを、切り替え後の巻線の結線状態に合わせたものに変更する。すなわち、電流制御部７２は、電流指令に回転機電流が追従するよう、比例積分制御における制御ゲインを変更する。例えば、Δ結線状態からＹ結線状態に切り替える場合、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べて、制御上用いるＹ結線状態換算の同期電動機１のインピーダンスが３倍になり、ｄｑ座標上での磁束鎖交数が√３倍になる。そこで、電流制御部７２は、比例積分制御及び非干渉化制御に用いる同期電動機１のインピーダンスを３倍に変更し、磁束鎖交数を√３倍に変更する。

位置速度推定部６は、演算切替信号を受信すると、推定に用いる同期電動機１の定数と、推定している同期電動機１の磁極位置と、推定している同期電動機１の速度と、推定している磁束鎖交数とを、切り替え後の巻線の結線状態に合わせたものに変更する。例えば、Δ結線状態からＹ結線状態に切り替える場合、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べて、制御上用いるＹ結線状態換算の同期電動機１のインピーダンスが３倍になる。そこで、位置速度推定部６は、推定に用いる同期電動機１のインピーダンスを３倍にする。また、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べて電流位相が３０度進んでいる。そこで、位置速度推定部６は、推定位相を３０度進める計算を１回行う。また、Ｙ結線状態ではΔ結線状態に比べてｄｑ座標上での磁束鎖交数が√３倍になる。そこで、位置速度推定部６は、推定している磁束鎖交数を、√３倍にする計算を１回行う。ここではＹ結線状態とΔ結線状態とを切り替えるため電流位相の変化は３０°であるが、電圧印加部３が同期電動機１に三相交流を印加する場合においてＹ結線状態とΔ結線状態との切り替え以外の結線状態の切り替えを行うのであれば、電流制御部７２から出力される電圧指令は、同期電動機１の巻線の接続状態の切り替えの前後において位相が０°から１２０°の範囲で変化させればよい。

さらに、位置速度推定部６は、復帰初期速度を受信すると、同期電動機１の推定速度の値を、実際の速度の値に素早く収束させる推定速度収束処理を施す。

上記の推定速度収束処理の必要性を説明する。ゼロ電流制御の期間において、同期電動機１はトルクを得られないため、失速している。同期電動機１の位相を直接検出する手段を持たない実施の形態１に係る制御装置１００では、巻線の結線状態の切り替え後に、同期電動機１に流れる電流をゼロ付近に保ったまま、位相及び速度を推定して再始動すると、負荷が大きい場合には、ゼロ電流制御をすると同期電動機１が急減速し、位相及び速度の推定値が安定するまでに同期電動機１が停止してしまう恐れがある。または、推定応答が減速についていけないため、推定誤差が大きくなり、脱調する恐れがある。

例えば、同期電動機１が空気調和機の圧縮機を駆動している場合、回転動作中にゼロ電流制御を行うと、Ｎ・ｍオーダーの大きな冷媒負荷がかかったままトルクを失うため、百ミリ秒未満という短時間で同期電動機１が停止してしまう。したがって、同期電動機１の巻線の結線状態を切り替えた後に、位置速度推定部６の推定が収束するまで待ってから再始動することはできない。

そこで、同期電動機１が急減速している場合でも、位置速度推定部６の出力である推定速度を、同期電動機１に流れる電流と電圧印加部３に与える電圧指令とから推定するよりも簡素な計算で、素早く真の値に収束させる推定速度収束処理が必要となる。

上記の推定速度収束処理は次のように実現する。失速率Δωは、負荷の大きさＴ_Ｌと、同期電動機１の慣性モーメントの大きさＪによって、下記式（６）のように決まる。
Δω＝−Ｔ_Ｌ／Ｊ ・・・（６）

ただし、負荷の大きさＴ_Ｌは、トルクメータなどの計測器で測定して得た値を用いてもよいし、同期電動機１に流れる相電流と、電流制御部７２から出力される電圧指令とを用いて推定してもよい。慣性モーメントの大きさＪは、通常、同期電動機１の設計段階で決められる値を用いるが、設計段階で決められる慣性モーメントの値が不明な場合は、測定することもできる。慣性モーメントの大きさＪの測定方法は、慣性モーメントの計測器を用いてもよいし、無負荷の状態で回転させてその際の加速度から簡易的に測定してもよい。簡易的な測定方法はよく知られているため、詳細は省略する。

よって、ゼロ電流制御を終了する直前の同期電動機１の速度の推定値ω_eは、ゼロ電流制御開始前の同期電動機１の推定速度ω^＾ _ｓと、ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏと、負荷の大きさＴ_Ｌと、同期電動機１の慣性モーメントＪとから、下記式（７）により算出できる。
ω^＾ _e＝ω^＾ _ｓ−（Ｔ_Ｌ／Ｊ）×Ｔ_ｚｅｒｏ ・・・（７）

切替制御部７３は、式（７）で算出される復帰初期速度ω^＾ _eを位置速度推定部６へ与える。位置速度推定部６は、演算している推定速度を復帰初期速度に置き換える処理を１回行う。ゼロ電流制御中は同期電動機１にトルクが発生せず、同期電動機１は失速するため、復帰初期速度は、回転機の推定速度よりも低速の復帰初期速度ω^＾ _eを位置速度推定部６に与えることで、実際の速度に推定値が収束するのに要する時間を短くすることができる。

このようにすることで、ゼロ電流制御の終了後、再始動した際、位置速度推定部６の推定誤差を小さくすることができる。その結果、位置速度推定部６の出力である推定位相及び推定速度が同期電動機１の真の位相及び速度の値に近づくまでの時間が短くなり、切り替え動作が安定する。推定速度の切り替えに用いる式（７）は非常に簡素であり、演算負荷が小さいため、安価なマイクロコントローラにも実装可能である。

以上説明したシーケンスで巻線の結線状態を切り替えることによって、切替器２１，２２，２３に電流が流れていない状態で切替器２１，２２，２３の切り替え動作を行うことができ、切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電を生じさせることが無い。したがって、切替器２１，２２，２３にメカ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。言い換えれば、実施の形態１に係る制御装置１００は、安価な部品で接続切替装置２０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ため、製品コストを低下させることができる。

また、実施の形態１に係る制御装置１００は、ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏ中に切替器２１，２２，２３の切り替え動作を行うと、巻線の結線状態の切り替え時に同期電動機１の巻線に供給される電流に大きな変化を生じさせない。したがって、同期電動機１の騒音及び振動を抑制しながら巻線の結線状態を切り替えることができ、高品質な製品を提供できる。

さらに、ゼロ電流制御を終了する際に、速度制御部７１と、電流制御部７２と、位置速度推定部６とへ、切替信号を出力することによって、同期電動機１を位置センサレス制御する場合及び同期電動機１にかかる負荷が大きい場合であっても、同期電動機１を安定して再始動することができ、信頼性が向上する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る制御装置１００の構成は、実施の形態１に係る制御装置１００と同様である。ただし、実施の形態２に係る制御装置１００は、ゼロ電流制御の際に電圧印加部３が出力を停止する。したがって、実施の形態２に係る制御装置１００は、速度起電力と大きさ及び位相が一致する電圧を電圧印加部３から出力する実施の形態１に係る制御装置１００よりも、短時間でかつ正確に、同期電動機１に流れる電流をゼロにすることができる。さらに、実施の形態２に係る制御装置１００は、同期電動機１の速度起電力が直流電圧源４よりも大きい場合においても、同期電動機１に流れる電流をゼロにすることができる。したがって、実施の形態２に係る制御装置１００は、同期電動機１が高速回転している場合でも、図２のフローチャートに示すシーケンスで巻線の結線状態を切り替えることができる。

実施の形態２に係る制御装置１００では、ゼロ電流制御を開始したら、すぐに同期電動機１に流れる電流がゼロになるため、直後に、切替器２１，２２，２３の接点を切り替えるための切替動作指令を接続切替装置２０へ出力する。接続切替装置２０は、切替動作指令を受信すると、切替器２１，２２，２３を動作させて巻線の結線状態を切り替える。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る回転機制御装置の構成を示す図である。図７は、実施の形態３に係る制御装置が巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを示したフローチャートである。ステップＳ２とステップＳ３との間にステップＳ７が設けられている点で、図２に示したシーケンスと相違している。実施の形態３に係る制御装置１００では、ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏを、ゼロ電流制御を開始してから切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったこと検知するまでの期間とする。切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったことの検知には、電圧印加部３に与えられる電圧指令と、電流検出部５で検出される同期電動機１に流れる相電流の大きさの値とを用いる。

実施の形態３に係る制御装置１００は、同期電動機１の相間の抵抗値又は逆起電力の大きさの変化を観察することで、切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったことを検知する。

実施の形態３に係る制御装置１００では、切替制御部７３は、ステップＳ７において、切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったか否かを判断する。切替器２１，２２，２３の少なくとも一つが動作し終わっていなければ、ステップＳ７でＮｏとなり、ステップＳ７での判断を繰り返す。切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったら、ステップＳ７でＹｅｓとなり、ステップＳ３に進む。すなわち、切替制御部７３は、切替器２１，２２，２３が全て動作し終わったことを検知したら、同期電動機１を安定して再始動できるように、位置速度推定部６へ復帰初期速度を出力し、速度制御部７１と電流制御部７２と位置速度推定部６とに演算切替信号を出力し、復帰初期速度及び演算切替信号を出力した後に、ゼロ電流制御を終了する。

以上の動作を行うことで、ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏが長すぎることもなく、また、短すぎることもなく、適切な期間ゼロ電流制御をすることができる。ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏが長いと、同期電動機１は大きく減速し、停止する恐れがある。反対に、ゼロ電流制御期間Ｔ_ｚｅｒｏが短いと、切替器２１，２２，２３の切り替え動作が全て終了する前に切替器２１，２２，２３に電流が流れ、切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電を生じさせ、故障につながる恐れがある。よって、適切な期間ゼロ電流制御をすることは、同期電動機１の回転動作中に巻線の結線状態を切り替える上で重要である。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る冷媒圧縮装置の構成を示す図である。図８に示す同期電動機１ａは、圧縮機３０１において、冷媒ガスを圧縮して高圧のガスにするために、制御装置１００によって可変速制御される電動機であり、その巻線の結線状態を切り替えるための接続切替装置２０と繋がっている。制御装置１００は、実施の形態１に係る制御装置１００と同様である。なお、冷媒圧縮装置３００は、実施の形態１と同様の制御装置１００の代わりに実施の形態２又は実施の形態３と同様の制御装置１００を備えてもよい。

図８に示す冷媒圧縮装置３００は、実施の形態１の制御装置１００を備え、制御装置１００は、電圧印加部３及び電力変換器駆動装置２００を備える。電力変換器駆動装置２００は、制御部７０及び位置速度推定部６の機能を備えている。

実施の形態１で説明したように、電圧印加部３は、同期電動機１ａに任意の交流電力を供給できるものであれば、基本的にどのような回路構成でも構わない。電流検出部５で検出された情報は位置速度推定部６へ送信される。

圧縮機３０１は、冷媒ガスを圧縮するため、駆動中は同期電動機１ａに大きな負荷がかかる。また、圧縮機３０１の高温高圧下となるため、信頼性の低下及びコストの増加が懸念され、同期電動機１ａの磁極位置を検出するセンサは取り付けられない。したがって、同期電動機１ａの巻線の結線状態を変更するために同期電動機１ａに電流を流していない間に、同期電動機１ａは急減速する。通常の磁極位置推定方法である適応磁束オブザーバ又はアークタンジェント法では、推定応答が減速率よりも遅く、正しく推定できない可能性がある。

実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３で説明した巻線の結線状態を切り替えるシーケンスを、図８に示す冷媒圧縮装置３００の制御装置１００に用いることにより、大きな負荷がかかった状態であっても、短時間で推定速度の値を実際の同期電動機１ａの速度の値に収束させることができるため、安定して再始動することができる。また、推定速度を素早く収束させるために用いる演算式は非常に簡素であり、演算負荷が小さいため、安価なマイクロコントローラにも実装可能である。

また、同期電動機１ａに流れる電流を切替器２１，２２，２３に電流が流れていない状態で切替器２１，２２，２３の切り替え動作を行うことができ、切替器２１，２２，２３の接点間にアーク放電を生じさせることが無い。したがって、切替器２１，２２，２３にメカ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。言い換えれば、実施の形態１に係る制御装置１００は、安価な部品で接続切替装置２０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ため、製品コストを低下させることができる。

さらに、実施の形態４の冷媒圧縮装置３００は、電動機の巻線を切り替える際に一旦停止させる既存の冷媒圧縮装置のソフトウェアを書き換えて実現することもできる。したがって、コストの増加を抑制しながら、回転動作中に巻線の結線状態を切り替えて運転継続する冷媒圧縮装置３００を得ることができる。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。空気調和機５００は、冷凍サイクル装置４００を備えている。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置４００は、冷媒圧縮装置３００、凝縮器４０１、膨張弁４０２及び蒸発器４０３を備える。圧縮機３０１と凝縮器４０１との間は配管で接続される。同様に、凝縮器４０１と膨張弁４０２との間は配管で接続され、膨張弁４０２と蒸発器４０３との間は配管で接続され、蒸発器４０３と圧縮機３０１との間は配管で接続される。これにより、圧縮機３０１、凝縮器４０１、膨張弁４０２及び蒸発器４０３には、冷媒回路が構成されており冷媒が循環する。なお、図９では図示を省略しているが、制御装置１００は、図１に示した電流検出部５、位置速度推定部６及び制御部７０を備える。

冷凍サイクル装置４００では冷媒の蒸発、圧縮、凝縮及び膨張という工程が繰り返し行われる。冷媒は、液体から気体へ変化し、さらに気体から液体へ変化することにより、冷媒と機外空気との間で熱交換が行われる。したがって、冷凍サイクル装置４００と機外空気を循環させる送風機５０１とを組み合わせることで、空気調和機５００を構成することができる。

蒸発器４０３は、低圧の状態で冷媒液を蒸発させ、蒸発器４０３の周囲の空気から熱を奪うことによって、冷却作用を発揮する。圧縮機３０１は、冷媒を凝縮するために蒸発器４０３でガス化された冷媒ガスを圧縮して、高圧のガスにする。凝縮器４０１は、圧縮機３０１で高温になった冷媒ガスの熱を放出することで、高圧の冷媒ガスを凝縮し、冷媒液に変換する。膨張弁４０２は、冷媒液を絞り膨張させて、冷媒液を低圧の液に変換し、冷媒を蒸発器４０３で蒸発可能な状態にする。

また、空気調和機５００は、快適性が求められることはもちろん、省エネルギー規制が年々強化されており高効率化が要求されている。したがって、冷凍サイクル装置４００は、低速から高速まで広い速度域で同期電動機１ａを高効率で運転をすることが重要であり、そのために回転数に基づいて同期電動機１ａの巻線の結線状態を切り替えると電圧印加部３の損失を低減することができ、意義がある。

例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、同期電動機１ａをΔ結線とすることを決め、室温が設定温度に近づくまで、高速運転を行う。室温が設定温度に近くなったら、同期電動機１ａをＹ結線に切り替え、低速運転を行う。ただし、実施の形態５のように、同期電動機１ａが冷凍サイクル装置４００の圧縮機３０１を駆動している場合は、巻線を切り替えるために同期電動機１ａの回転動作を一旦停止させると、再始動に必要なトルクが増加し、起動を失敗してしまう恐れがある。そのため、十分に冷媒の状態が安定するまでの数分間経過した後に、再始動を行う必要がある。そうすると、圧縮機３０１を停止している数分間は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り、室温が一定に保たれなくなる恐れがある。したがって、回転動作中に巻線を切り替えることが望ましい。

実施の形態５に係る冷凍サイクル装置４００は、実施の形態１から実施の形態４で説明した制御装置１００を利用しているため、大きな負荷がかかっている場合でも巻線の結線状態の切り替え動作が不安定になることがなく、運転中に切り替えられる。そのため、快適性を保ったまま広い速度域で高効率運転を行うことができる。また、本発明に係る、推定速度を素早く収束させるために用いる演算式は非常に簡素であり、演算負荷が小さいため、安価なマイクロコントローラにも実装できる。さらに、同期電動機１ａの巻線の結線状態を切り替える切替器２１，２２，２３に安価なメカリレーを用いても接点溶着を防止できるため、総じて製品コストを低下することが可能となる。

なお、実施の形態１から３に係る制御装置１００は、位置センサをもたない、大きな負荷の装置であっても、回転機を安定に駆動できるため、冷媒圧縮装置３００及び冷凍サイクル装置４００以外のあらゆる機器に適用でき、産業の発展に有用である。

上記の実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る制御装置１００の制御部７０及び位置速度推定部６の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する処理装置であってもよい。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図１０は、実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る制御装置の制御部及び位置速度推定部の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路２９には、制御部７０及び位置速度推定部６の機能を実現する論理回路２９ａが組み込まれている。

処理回路２９が処理装置の場合、制御部７０及び位置速度推定部６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。

図１１は、実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３に係る制御装置の制御部及び位置速度推定部の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路２９は、プログラム２９ｂを実行するプロセッサ２９１と、プロセッサ２９１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ２９２と、プログラム２９ｂを記憶する記憶装置２９３を有する。記憶装置２９３に記憶されているプログラム２９ｂをプロセッサ２９１がランダムアクセスメモリ２９２上に展開し、実行することにより、制御部７０及び位置速度推定部６の機能が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置２９３に格納される。プロセッサ２９１は、中央処理装置を例示できるがこれに限定はされない。記憶装置２９３は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリを適用できる。半導体メモリは、不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。また記憶装置２９３は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を適用できる。なお、プロセッサ２９１は、演算結果といったデータを記憶装置２９３に出力しても記憶させてもよいし、ランダムアクセスメモリ２９２を介して不図示の補助記憶装置に当該データを記憶させてもよい。

処理回路２９は、記憶装置２９３に記憶されたプログラム２９ｂを読み出して実行することにより、制御部７０及び位置速度推定部６の機能を実現する。プログラム２９ｂは、制御部７０及び位置速度推定部６の機能を実現する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

なお、処理回路２９は、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路２９は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１ａ 同期電動機、３ 電圧印加部、４ 直流電圧源、５ 電流検出部、６ 位置速度推定部、２０ 接続切替装置、２１，２２，２３ 切替器、２９ 処理回路、２９ａ 論理回路、２９ｂ プログラム、７０ 制御部、７１ 速度制御部、７２ 電流制御部、７３ 切替制御部、１００ 制御装置、２００ 電力変換器駆動装置、２９１ プロセッサ、２９２ ランダムアクセスメモリ、２９３ 記憶装置、３００ 冷媒圧縮装置、３０１ 圧縮機、４００ 冷凍サイクル装置、４０１ 凝縮器、４０２ 膨張弁、４０３ 蒸発器、５００ 空気調和機、５０１ 送風機。

Claims (13)

1. 切替器を有し、回転機の回転動作中に前記切替器の切り替え動作を行うことによって前記回転機の巻線の接続状態を切り替える接続切替装置と、
   前記回転機に流れる回転機電流を検出する電流検出部と、
   前記回転機電流に基づき前記回転機の回転子の磁極位置及び速度を推定する位置速度推定部と、
   前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記位置速度推定部が推定した磁極位置及び速度に基づいて前記電圧印加部に与える電圧指令を生成するとともに、前記接続切替装置に前記接続状態の切り替えを行う切替動作指令を出力する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記回転機の巻線の接続状態を切り替える前に、前記回転機電流をゼロに近づけるように前記電圧指令を生成し、前記回転機の巻線の接続状態を切り替えた後に、前記位置速度推定部へ、切り替え前の前記回転機の推定速度に基づいて求められた復帰初期速度を出力し、
   前記位置速度推定部は、前記復帰初期速度を受け取ると推定した速度を前記復帰初期速度で置き換えることを特徴とする回転機制御装置。
2. 前記制御部は、前記回転機電流をゼロに近づけているときの加速度に基づいて、前記位置速度推定部に前記復帰初期速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
3. 前記制御部は、前記回転機の巻線の接続状態を切り替えた後に、推定に用いる前記回転機の定数、位相及び磁束鎖交数を、切り替え後の前記回転機の巻線の接続状態に基づいて変更させる演算切替信号を前記位置速度推定部に出力し、
   前記復帰初期速度は、前記回転機の推定速度よりも低速であることを特徴とする請求項１に記載の回転機制御装置。
4. 前記接続状態の切り替えは、Ｙ結線状態とΔ結線状態との間の切り替えであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
5. 前記制御部は、前記回転機電流の目標値である電流指令に前記回転機電流が一致するように、前記電圧指令を生成する電圧指令生成部を有し、
   前記回転機の巻線の接続状態の切り替え後は、前記電流指令に前記回転機電流が追従するよう、前記電圧指令生成部の制御ゲインを変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
6. 前記電圧指令生成部は、前記電流指令を生成する速度制御部と、前記電流指令に基づいて前記電圧指令を生成する電流制御部とを有することを特徴とする請求項５に記載の回転機制御装置。
7. 前記電圧指令生成部は、外部から与えられる前記電流指令に基づいて前記電圧指令を生成する電流制御部を有することを特徴とする請求項５に記載の回転機制御装置。
8. 前記接続状態の切り替えは、Ｙ結線状態とΔ結線状態との間の切り替えであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
9. 前記電圧指令生成部は、比例積分制御によって前記電圧指令を生成するものであって、前記回転機の巻線の接続状態の切り替えの前後において、前記電圧指令生成部の積分制御の初期値を√３倍、又は１／√３倍にすることを特徴とする請求項８に記載の回転機制御装置。
10. 前記電圧指令生成部は、前記回転機の巻線の接続状態の切り替えの前後において、前記電圧指令の位相を、０°から１２０°の範囲で変化させることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の回転機制御装置。
11. 前記回転機の回転により冷媒を圧縮する圧縮機と、請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転機制御装置とを備えることを特徴とする冷媒圧縮装置。
12. 請求項１１に記載の冷媒圧縮装置を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
13. 請求項１２に記載の冷凍サイクル装置を有することを特徴とする空気調和機。

Images