WO2018096614A1 - 電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 - Google Patents

電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 Download PDF

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WO2018096614A1
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electric motor
switch
phase
drive device
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有澤 浩一
慎也 豊留
成雄 梅原
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric motor driving apparatus, a refrigeration cycle apparatus, and an air conditioner that drive an electric motor that includes a plurality of winding groups constituting a three-phase winding.
  • Patent Document 1 discloses a driving method for a three-phase motor of a type having two sets of three-phase windings and not connecting the neutral points of the two sets of three-phase windings.
  • Patent Document 2 discloses a driving method for an electric motor having four winding groups using four inverters.
  • Patent Document 3 a method of driving an electric motor having a plurality of windings connected in series with two inverters is disclosed.
  • Patent Documents 1 to 3 an electric motor having a plurality of winding groups has been used. Although this type of electric motor is advantageous for applications with a large output capacity, there are cases where it is disadvantageous in terms of efficiency when used in an application with a small output capacity.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an electric motor drive device, a refrigeration cycle device, and an air conditioner that can improve system efficiency in a low speed region and a low current region.
  • the present invention provides an electric motor drive device used for driving an electric motor including a plurality of winding groups constituting a three-phase winding, and includes a plurality of windings.
  • a switching unit that switches connection of the windings of the wire group, at least one inverter for driving the electric motor, and a control device that controls the inverter and the switching unit are provided.
  • the system efficiency in the low speed region and the low current region can be improved.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
  • 1 is a circuit diagram showing a configuration of an electric motor drive system including an electric motor drive device according to a first embodiment.
  • the circuit diagram which shows the detailed structure of the inverter and switching part in the electric motor drive device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an electric motor drive system including an electric motor drive device according to a second embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration that embodies the control device according to the first and second embodiments.
  • the block diagram which shows the other example of the hardware constitutions which implement
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. A refrigeration cycle apparatus 120 shown in FIG. 1 is an application example of an electric motor driving apparatus according to Embodiment 1 and Embodiment 2 described later.
  • the separate type air conditioner is illustrated, it is not limited to a separate type.
  • the refrigeration cycle apparatus 120 configures an air conditioner will be described.
  • the refrigeration cycle apparatus 120 is not limited to an air conditioner, and can be applied to devices including a refrigeration cycle such as a refrigerator and a freezer. It is.
  • the refrigeration cycle apparatus 120 of the present embodiment includes a compressor 101, a four-way valve 102, an outdoor heat exchanger 103, an expansion valve 104, an indoor heat exchanger 105, a refrigerant pipe 106, and an electric motor driving device 100.
  • a compressor 101, a four-way valve 102, an outdoor heat exchanger 103, an expansion valve 104, and an indoor heat exchanger 105 constitute a refrigeration cycle attached via a refrigerant pipe 106.
  • a compression mechanism 107 that compresses the refrigerant and an electric motor 2 that operates the compression mechanism 107 are provided inside the compressor 101 in the refrigeration cycle apparatus 120.
  • the electric motor 2 of the compressor 101 is electrically connected to the electric motor driving device 100.
  • the electric motor drive device 100 is used to drive the electric motor 2 used in the compressor 101 that compresses the refrigerant.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an electric motor drive system 150 including the electric motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • the electric motor drive system 150 is a system that includes the electric motor drive device 100 including the inverter 1, the switching unit 3, and the control device 4, and the electric motor 2 that is the drive target of the electric motor drive device 100.
  • the electric motor 2 includes a U-phase first winding 2au, a V-phase first winding 2av, a W-phase first winding 2aw, a U-phase second winding 2bu, and a V-phase second winding 2bv. , And a W-phase second winding 2bw.
  • the U-phase first winding 2au, the V-phase first winding 2av, and the W-phase first winding 2aw constitute a first winding group 2a.
  • the U-phase second winding 2bu, the V-phase second winding 2bv, and the W-phase second winding 2bw constitute a second winding group 2b.
  • the electric motor 2 illustrates two winding groups constituting the first winding group 2a and the second winding group 2b, but the number of winding groups may be three or more. That is, the electric motor 2 is an electric motor provided with a plurality of winding groups constituting a three-phase winding.
  • a set of the U-phase first winding 2au and the U-phase second winding 2bu is referred to as a U-phase winding portion.
  • a set of the V-phase first winding 2av and the V-phase second winding 2bv is referred to as a V-phase winding portion
  • the W-phase first winding 2aw and the W-phase second winding 2bw The set is called a W-phase winding part.
  • FIG. 2 three-phase winding portions constituting a U-phase winding portion, a V-phase winding portion, and a W-phase winding portion each having two windings are illustrated, but each has three or more. You may have the following winding.
  • the electric motor 2 includes a U-phase winding portion having a plurality of U-phase windings, a V-phase winding portion having a plurality of V-phase windings, and a W-phase winding portion having a plurality of W-phase windings. Is a three-phase electric motor.
  • the motor drive device 100 is characterized in the connection form between the motor 2 and the switching unit 3 and the control by the control device 4 to the switching unit 3. For this reason, illustration of sensors for acquiring the electric motor current flowing through the electric motor 2 is omitted.
  • a current flowing through the motor 2 may not be directly detected, but a shunt resistor may be provided inside the inverter 1, and a current for three phases may be detected from the current flowing through the shunt resistor.
  • the third phase current may be obtained from the first phase current and the second phase current by utilizing the fact that the sum of the currents of the three phases is zero.
  • There are many known techniques for controlling the electric motor 2 using the electric motor current and a description thereof is omitted here.
  • the switching unit 3 is interposed between the first winding group 2a and the second winding group 2b.
  • the switching unit 3 includes a changeover switch group 3a, a changeover switch group 3b, and a changeover switch group 3c. The connection between each of the first winding group 2a and the second winding group 2b and each of the changeover switch groups 3a, 3b, 3c will be described later.
  • the inverter 1 is electrically connected to the first winding group 2a. PWM signals Up to Wn generated by the control device 4 are output to the inverter 1.
  • the PWM signal is a pulse width modulation signal known in this field.
  • the inverter 1 is controlled by PWM signals Up to Wn from the control device 4, and supplies power to each of the plurality of phases of the first winding group 2a.
  • the inverter 1 supplies power to each of the plurality of phases of the second winding group 2b via the first winding group 2a and the switching unit 3.
  • control device 4 generates switching signals S1 and S2 for controlling each of the switch groups 3a, 3b, and 3c.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a detailed configuration of the inverter 1 and the switching unit 3 in the electric motor drive device 100 according to the first embodiment.
  • the inverter 1 has switching elements 11 to 16.
  • the switching elements 11 to 13 constitute an upper arm switching element
  • the switching elements 14 to 16 constitute a lower arm switching element.
  • the upper arm switching element 11 and the lower arm switching element 14 are connected in series to form a U-phase switching element pair.
  • the upper arm switching element 12 and the lower arm switching element 15 are connected in series to form a V-phase switching element pair
  • the upper arm switching element 13 and the lower arm switching element 16 are connected in series.
  • W-phase switching element pair To form a W-phase switching element pair.
  • connection point u1 between the switching element 11 of the upper arm and the switching element 14 of the lower arm is drawn out of the inverter 1 and connected to one end of the U-phase first winding 2au.
  • a connection point v1 between the switching element 12 of the upper arm and the switching element 15 of the lower arm is drawn out of the inverter 1 and connected to one end of the V-phase first winding 2av.
  • a connection point w1 between the switching element 13 of the upper arm and the switching element 16 of the lower arm is drawn out of the inverter 1 and connected to one end of the W-phase first winding 2aw.
  • the changeover switch group 3 a includes a first switch 31 and a second switch 32.
  • the first switch 31 is a switch having a function of one circuit and two contacts
  • the second switch 32 is a switch having a function of one circuit and one contact.
  • the changeover switch group 3 b includes a third switch 33 and a fourth switch 34.
  • the third switch 33 is a switch having a function of one circuit and two contacts
  • the fourth switch 34 is a switch having a function of one circuit and one contact.
  • the changeover switch group 3 c includes a fifth switch 35 and a sixth switch 32.
  • the fifth switch 35 is a switch having a function of one circuit and two contacts
  • the sixth switch 36 is a switch having a function of one circuit and one contact.
  • Each of the first switch 31, the third switch 33, and the fifth switch 35 has switching contacts a1, b1 and a base point c1.
  • Each of the second switch 32, the fourth switch 34, and the sixth switch 36 has a contact point a2 and a base point c2.
  • Each of the first switch 31, the second switch 32, the third switch 33, the fourth switch 34, the fifth switch 35, and the sixth switch 36 is a mechanical switch or an electrical switch. Also good.
  • a switch called a semiconductor relay or a power relay is suitable. By using a semiconductor relay or a power relay, it is possible to obtain an effect that the time required for switching the connection can be varied.
  • the base point c1 of the first switch 31 is connected to the other end of the U-phase first winding 2au.
  • the switching contact a1 of the first switch 31 is connected to one end of the U-phase second winding 2bu.
  • the switching contact b1 of the first switch 31 is connected to the other end of the U-phase second winding 2bu.
  • a base point c2 of the second switch 32 is connected to a connection point between the connection point u1 of the U-phase switching elements 11 and 14 and one end of the U-phase first winding 2au.
  • the contact a2 of the second switch 32 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the first switch 31 and one end of the U-phase second winding 2bu.
  • the base point c1 of the third switch 33 is connected to the other end of the V-phase first winding 2av.
  • the switching contact a1 of the third switch 33 is connected to one end of the V-phase second winding 2bv.
  • the switching contact b1 of the third switch 33 is connected to the other end of the V-phase second winding 2bv.
  • a base point c2 of the fourth switch 34 is connected to a connection point between the connection point v1 of the V-phase switching elements 12 and 15 and one end of the V-phase first winding 2av.
  • the contact a2 of the fourth switch 34 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the third switch 33 and one end of the V-phase second winding 2bv.
  • the base point c1 of the fifth switch 35 is connected to the other end of the W-phase first winding 2aw.
  • the switching contact a1 of the fifth switch 35 is connected to one end of the W-phase second winding 2bw.
  • the switching contact b1 of the fifth switch 35 is connected to the other end of the W-phase second winding 2bw.
  • a base point c2 of the sixth switch 36 is connected to a connection point between the connection point w1 of the W-phase switching elements 13 and 16 and one end of the W-phase first winding 2aw.
  • the contact a2 of the sixth switch 36 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the fifth switch 35 and one end of the W-phase second winding 2bw.
  • the other end of the U-phase second winding 2bu, the other end of the V-phase second winding 2bv, and the other end of the W-phase second winding 2bw are connected to each other, so that the neutral point in the electric motor 2 is reached. N.
  • the connection state of the neutral point N of the motor 2 is changed no matter how the switching contacts a1, b1 and contact a2 of the changeover switch groups 3a, 3b, 3c are switched. Maintained without.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a connection state between the inverter 1 and the switching unit 3 different from that in FIG. 3.
  • the control device 4 outputs a switching signal S1 to the switching unit 3.
  • a signal for switching the first switch 31, the third switch 33, and the fifth switch 35 to the switching contact a1 side, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34, and the sixth switch 36 are provided.
  • a signal to be opened is generated.
  • the switching contacts of the first switch 31, the third switch 33 and the fifth switch 35 are switched to the switching contact a1, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34 and the sixth switch 36 are Opened.
  • the U-phase first winding 2au and the U-phase second winding 2bu are connected in series, and the V-phase first winding 2av and the V-phase second winding 2bv are connected in series.
  • the series-winding electric motor 2 is configured in which the W-phase first winding 2aw and the W-phase second winding 2bw are connected in series.
  • the control device 4 outputs a switching signal S2 to the switching unit 3.
  • a signal for switching the first switch 31, the third switch 33, and the fifth switch 35 to the switching contact b1 side and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34, and the sixth switch 36 are provided.
  • the signal to be closed is generated.
  • the switching contacts of the first switch 31, the third switch 33 and the fifth switch 35 are switched to the switching contact b1 side, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34 and the sixth switch 36 are Closed.
  • FIG. 4 shows the connection state at this time.
  • the U-phase first winding 2au and the U-phase second winding 2bu are connected in parallel, and the V-phase first winding 2av and the V-phase second winding 2bv are connected in parallel.
  • the parallel-winding electric motor 2 in which the W-phase first winding 2aw and the W-phase second winding 2bw are connected in parallel is configured. Further, even in the connected state of FIG. 4, the state where the neutral point N in the electric motor 2 is connected is maintained.
  • the winding specification of the electric motor 2 can be changed from parallel winding to serial winding for each phase. Further, by outputting the switching signal S2 from the control device 4 to the switching unit 3, the winding specification of the electric motor 2 can be changed from series winding to parallel winding for each phase.
  • the inductance between the lines or the resistance value between the lines in the electric motor 2 can be varied.
  • the phase induced voltage or the line induced voltage induced in the electric motor 2 can be varied.
  • the switching signal for the switching unit 3 is set to one as described above.
  • the inductance value and the impedance value of the winding are larger than those of the parallel winding. Therefore, when the electric motor 2 is in series winding, the induced voltage induced in the winding of the electric motor 2 is higher than that in parallel winding. For this reason, when the electric motor 2 is driven under the condition of the same rotational speed or the same output, the induced voltage can be increased if the electric motor 2 is configured in series, so that the peak value of the current can be suppressed.
  • the electric motor 2 has a parallel winding
  • the induced voltage of the winding can be suppressed as compared with the series winding.
  • the electric motor 2 is comprised by parallel winding, the induced voltage in a high-speed area
  • the switching state of the windings of the electric motor 2 can be switched by the switching unit 3.
  • the connection state of the windings of the electric motor 2 can be switched according to the rotation speed of the electric motor 2.
  • the winding specification of the electric motor 2 can be changed to series winding as the rotational speed decreases, and the winding specification of the electric motor 2 can be changed to parallel winding as the rotational speed increases.
  • the rotational speed of the electric motor 2 is equivalent to the inverter frequency that is the frequency of the voltage applied by the inverter 1 to the electric motor 2. That is, the electric motor drive device 100 may switch the connection state of the windings of the electric motor 2 according to the inverter frequency of the electric motor 2.
  • connection state of the electric motor 2 is switched at the rotation speed of the electric motor 2
  • connection state of the windings of the electric motor 2 is switched according to the modulation rate when the inverter 1 is controlled. May be.
  • the winding specification of the electric motor 2 is changed to the series winding as the modulation rate becomes smaller, and the winding specification of the electric motor 2 is changed to the parallel winding as the modulation rate becomes larger.
  • the connection state of the motor 2 may be switched according to the operation mode of the motor 2.
  • the operation mode includes a compression operation mode in which the compressor compresses the refrigerant, a heating operation mode in which the compressor is heated, a cooling operation mode in which the compressor is used in the cooling operation, and the compressor in the heating operation.
  • the heating operation mode to be used is an example.
  • each phase winding portion of the electric motor 2 that is, the U-phase winding portion, the V-phase winding portion, and the W-phase winding portion is two.
  • the number of windings of each phase winding may be three or more.
  • FIG. FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of an electric motor drive system 150 including the electric motor drive device 100 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the inverters 1 a and 1 b and the switching unit 3 in the electric motor drive device 100 according to the second embodiment.
  • the difference of the electric motor drive device 100 according to the second embodiment from the first embodiment is that the electric motor 2 is driven by an inverter group 1A including two inverters 1a and 1b, and the switching unit 3 and the inverters 1a and 1b. And the connection configuration between the switching unit 3 and the electric motor 2 are different.
  • symbol is attached
  • the inverter 1a is equivalent to the inverter 1 shown in FIG. 3, and description thereof is omitted here.
  • the inverter 1b has switching elements 21-26.
  • the switching elements 21 to 23 constitute an upper arm switching element, and the switching elements 24 to 26 constitute a lower arm switching element.
  • the upper arm switching element 21 and the lower arm switching element 24 are connected in series to form a U-phase switching element pair.
  • the upper arm switching element 22 and the lower arm switching element 25 are connected in series to form a V-phase switching element pair, and the upper arm switching element 23 and the lower arm switching element 26 are connected in series.
  • W-phase switching element pair To form a W-phase switching element pair.
  • the base point c1 of the first switch 31 is connected to the other end of the U-phase first winding 2au.
  • the switching contact a1 of the first switch 31 is connected to one end of the U-phase second winding 2bu.
  • the switching contact b1 of the first switch 31 is connected to the other end of the U-phase second winding 2bu.
  • a base point c2 of the second switch 32 is connected to a connection point u2 of the U-phase switching elements 21 and 24 in the inverter 1b.
  • the contact a2 of the second switch 32 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the first switch 31 and one end of the U-phase second winding 2bu.
  • the connection form of the base point c2 of the second switch 32 is different from that of the first embodiment.
  • the base point c1 of the third switch 33 is connected to the other end of the V-phase first winding 2av.
  • the switching contact a1 of the third switch 33 is connected to one end of the V-phase second winding 2bv.
  • the switching contact b1 of the third switch 33 is connected to the other end of the V-phase second winding 2bv.
  • a base point c2 of the fourth switch 34 is connected to a connection point v2 of the V-phase switching elements 22 and 25 in the inverter 1b.
  • the contact a2 of the fourth switch 34 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the third switch 33 and one end of the V-phase second winding 2bv.
  • the connection form of the base point c2 of the fourth switch 34 is different from that of the first embodiment.
  • the base point c1 of the fifth switch 35 is connected to the other end of the W-phase first winding 2aw.
  • the switching contact a1 of the fifth switch 35 is connected to one end of the W-phase second winding 2bw.
  • the switching contact b1 of the fifth switch 35 is connected to the other end of the W-phase second winding 2bw.
  • a base point c2 of the sixth switch 36 is connected to a connection point w2 of the W-phase switching elements 23 and 26 in the inverter 1b.
  • the contact a2 of the sixth switch 36 is connected to a connection point between the switching contact a1 of the fifth switch 35 and one end of the W-phase second winding 2bw.
  • the connection form of the base point c2 of the sixth switch 36 is different from that of the first embodiment.
  • the other end of the U-phase second winding 2bu, the other end of the V-phase second winding 2bv, and the other end of the W-phase second winding 2bw are connected to each other, so that the neutral point in the electric motor 2 is reached. N.
  • This configuration is the same as in the first embodiment.
  • the connection state of the neutral point N of the electric motor 2 is maintained without being changed, no matter how the switching contacts and contacts of the changeover switch groups 3a, 3b, 3c are switched.
  • the This is also the same as in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a connection state between the inverter group 1 ⁇ / b> A and the switching unit 3 that is different from that in FIG. 6.
  • PWM signals Up1 to Wn1, Up2 to Wn2 generated by the control device 4 are output to the inverter group 1A.
  • the inverter 1a is controlled by PWM signals Up1 to Wn1 from the control device 4, and supplies power to each of the plurality of phases of the first winding group 2a.
  • the inverter 1a supplies power to each of the plurality of phases of the second winding group 2b through the first winding group 2a and the switching unit 3 according to the connection state of the switching unit 3.
  • the inverter 1b is controlled by PWM signals Up2 to Wn2 from the control device 4, and supplies power to each of the plurality of phases of the second winding group 2b according to the connection state of the switching unit 3.
  • control device 4 outputs a switching signal S1 to the switching unit 3.
  • a signal for switching the first switch 31, the third switch 33, and the fifth switch 35 to the switching contact a1 side, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34, and the sixth switch 36 are provided.
  • a signal to be opened is generated.
  • the switching contacts of the first switch 31, the third switch 33 and the fifth switch 35 are switched to the switching contact a1, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34 and the sixth switch 36 are Opened.
  • the U-phase first winding 2au and the U-phase second winding 2bu are connected in series, and the V-phase first winding 2av and the V-phase second winding 2bv are connected in series.
  • the series-winding electric motor 2 is configured in which the W-phase first winding 2aw and the W-phase second winding 2bw are connected in series.
  • the electric motor 2 is driven only by the inverter 1a. That is, the inverter 1 b is electrically disconnected from the electric motor 2.
  • the control device 4 outputs a switching signal S2 to the switching unit 3.
  • a signal for switching the first switch 31, the third switch 33, and the fifth switch 35 to the switching contact b1 side and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34, and the sixth switch 36 are provided.
  • the signal to be closed is generated.
  • the switching contacts of the first switch 31, the third switch 33 and the fifth switch 35 are switched to the switching contact b1 side, and the contacts of the second switch 32, the fourth switch 34 and the sixth switch 36 are Closed.
  • FIG. 7 shows a connection state at this time.
  • the electric motor 2 is driven by both the inverter 1a and the inverter 1b.
  • the inverter 1a applies a voltage to the first winding group 2a of the electric motor 2
  • the inverter 1b applies a voltage to the second winding group 2b of the electric motor 2. That is, the electric motor 2 is driven by one inverter for each winding group.
  • the electric current which flows into the inverter 1a becomes half of the case where the electric motor 2 is driven only with the inverter 1a.
  • operating the inverter 1b and driving with two inverters may improve the system efficiency, which is suitable for such a case.
  • the inverter 1b can be electrically disconnected from the motor 2. Further, in the first switch 31, the third switch 33 and the fifth switch 35, a neutral switching contact is provided, and the inverter 1 a can be electrically disconnected from the electric motor 2 by switching to the neutral switching contact. .
  • These connection forms are effective when one of the inverters 1a and 1b fails and the failed inverter is disconnected from the electric motor 2 and the operation is continued using a normal inverter.
  • the electric motor drive device 100 while changing the winding specification of the electric motor 2 to the series winding or the parallel winding, a plurality of inverters are used for the changed winding group. It becomes possible to drive with. Thereby, in addition to providing the effects of the first embodiment, control depending on the on-voltage characteristics of the switching elements constituting the inverter can be performed, and the system efficiency can be improved. Moreover, since it can drive with a some inverter, the effect that it can respond flexibly also to the request
  • the neutral point N of the electric motor 2 can be fixed even if the winding specification is changed, the potential difference at the neutral point N does not occur. Thereby, even if it is a case where a some inverter is used, the effect that the control with respect to the said inverter becomes comparatively easy is acquired.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a memory 202 that stores a program read by the CPU 200
  • the interface 204 that performs input / output of The CPU 200 may be a calculation means such as a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 202 corresponds to a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), or an EEPROM (Electrically EPROM).
  • the memory 202 stores a program for executing the function of the control device 4.
  • the CPU 200 executes the calculation process related to the PWM signals Up to Wn and the calculation process related to the switching signals S1 and S2 for the switching unit 3 by transmitting and receiving necessary information via the interface 204. To do. Further, the arithmetic processing related to the PWM signals Up1 to Wn1 and Up2 to Wn2 described in the second embodiment and the arithmetic processing related to the switching signals S1 and S2 for the switching unit 3 are executed.
  • the CPU 200 and the memory 202 shown in FIG. 8 may be replaced with a processing circuit 203 as shown in FIG.
  • the processing circuit 203 corresponds to a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. .

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Abstract

電動機駆動装置(100)は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動するために用いられる。電動機駆動装置(100)は、第1巻線群(2a)及び第2巻線群(2b)の巻線の接続を切り替える切替部(3)、電動機(2)を駆動するためのインバータ(1)、並びに、インバータ(1)及び切替部(3)を制御する制御装置(4)を備える。

Description

電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機
 本発明は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動する電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機に関する。
 下記特許文献1には、2組の三相巻線を有し、当該2組の三相巻線の中性点を接続しないタイプの三相電動機に対する駆動方法が開示されている。
 また、下記特許文献2には、4台のインバータを用いて4組の巻線群を有する電動機に対する駆動方法が開示されている。
 また、下記特許文献3では、複数の巻線が直列に接続されている電動機を2台のインバータで駆動する方法が開示されている。
特許第3938486号公報 特許第5230250号公報 特開2013-121222号公報
 上記特許文献1~3のように、近年、複数の巻線群を有する電動機が用いられるようになって来ている。この種の電動機は、出力容量の大きいアプリケーションにはメリットあるものの、出力容量の小さいアプリケーションで使用する場合、効率面で不利な場合があった。
 また、この種の電動機は、出力容量の大きいアプリケーションで使用する場合であっても、低速領域及び低電流領域においての効率には改善の余地があった。このため、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率の向上が求められていた。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率を向上させることができる電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機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、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、複数の巻線群の巻線の接続を切り替える切替部、電動機を駆動するための少なくとも1台のインバータ、並びに、インバータ及び切替部を制御する制御装置を備えている。
 本発明によれば、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率を向上させることができる、という効果を奏する。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図 実施の形態1に係る電動機駆動装置を含む電動機駆動システムの構成を示す回路図 実施の形態1に係る電動機駆動装置におけるインバータ及び切替部の詳細構成を示す回路図 インバータと切替部との間の図3とは異なる接続状態を示す図 実施の形態2に係る電動機駆動装置を含む電動機駆動システムの構成を示す回路図 実施の形態2に係る電動機駆動装置におけるインバータ及び切替部の詳細構成を示す回路図 インバータ群と切替部との間の図6とは異なる接続状態を示す図 実施の形態1及び実施の形態2の制御装置を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態1及び実施の形態2の制御装置を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
 以下に、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、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、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す冷凍サイクル装置120は、実施の形態1及び後述する実施の形態2に係る電動機駆動装置の応用例である。なお、図1では、セパレート形の空気調和機を例示しているが、セパレート形には限定されない。また、本実施の形態では、冷凍サイクル装置120が空気調和機を構成する例を説明するが、冷凍サイクル装置120は空気調和機に限定されず、冷蔵庫及び冷凍庫といった冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。
 図1に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置120は、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103、膨張弁104、室内熱交換器105、冷媒配管106及び電動機駆動装置100を備える。冷凍サイクル装置120では、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103、膨張弁104および室内熱交換器105が冷媒配管106を介して取り付けられた冷凍サイクルを構成する。また、冷凍サイクル装置120における圧縮機101の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構107とこれを動作させる電動機2とが設けられている。圧縮機101の電動機2は、電動機駆動装置100と電気的に接続されている。電動機駆動装置100は、冷媒を圧縮する圧縮機101に用いられる電動機2を駆動するために用いられる。
 図2は、実施の形態1に係る電動機駆動装置100を含む電動機駆動システム150の構成を示す回路図である。電動機駆動システム150は、インバータ1、切替部3及び制御装置4を備えた電動機駆動装置100と、電動機駆動装置100の駆動対象である電動機2と、を備えたシステムである。
 図2において、電動機2は、U相第1巻線2au、V相第1巻線2av、及びW相第1巻線2aw、並びに、U相第2巻線2bu、V相第2巻線2bv、及びW相第2巻線2bwを有する。U相第1巻線2au、V相第1巻線2av及びW相第1巻線2awは、第1巻線群2aを構成する。また、U相第2巻線2bu、V相第2巻線2bv及びW相第2巻線2bwは、第2巻線群2bを構成する。
 なお、図2では、第1巻線群2a及び第2巻線群2bを構成する2つの巻線群を例示しているが、巻線群の数は3以上であってもよい。すなわち、電動機2は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機である。
 また、U相第1巻線2auと、U相第2巻線2buとの組をU相巻線部と呼ぶ。以下同様に、V相第1巻線2avと、V相第2巻線2bvとの組をV相巻線部と呼び、W相第1巻線2awと、W相第2巻線2bwとの組をW相巻線部と呼ぶ。なお、図2では、それぞれが2つの巻線を有するU相巻線部、V相巻線部及びW相巻線部を構成する三相巻線部を例示しているが、それぞれが3以上の巻線を有していてもよい。すなわち、電動機2は、複数のU相巻線を有するU相巻線部と、複数のV相巻線を有するV相巻線部と、複数のW相巻線を有するW相巻線部とを備えた三相電動機である。
 実施の形態1に係る電動機駆動装置100では、電動機2と切替部3との間の接続形態と、制御装置4による切替部3への制御に特徴がある。このため、電動機2に流れる電動機電流を取得するためのセンサ類の図示は省略している。電動機電流を取得する際に、電動機2に流れる電流を直接検出せずに、インバータ1の内部にシャント抵抗を設け、当該シャント抵抗に流れる電流から三相分の電流を検出してもよい。また、負荷が平衡状態にあるときは三相分の電流の和が零であることを利用し、第1相の電流と第2相の電流とから第3相の電流を求めてもよい。なお、電動機電流を用いた電動機2の制御に関しては、多数の公知技術が存在しており、ここでの説明は省略する。
 第1巻線群2aと第2巻線群2bとの間には、切替部3が介在している。切替部3は、切替スイッチ群3a、切替スイッチ群3b、及び切替スイッチ群3cを有する。なお、第1巻線群2a及び第2巻線群2bのそれぞれと、切替スイッチ群3a,3b,3cのそれぞれとの間の接続については後述する。
 インバータ1は、第1巻線群2aに電気的に接続される。インバータ1には、制御装置4が生成したPWM信号Up~Wnが出力される。PWM信号は、この分野では公知のパルス幅変調(Pulse Width Moduration)信号である。インバータ1は、制御装置4からのPWM信号Up~Wnによって制御され、第1巻線群2aの複数の相のそれぞれに電力を供給する。また、インバータ1は、第1巻線群2a及び切替部3を介し、第2巻線群2bの複数の相のそれぞれに電力を供給する。
 また、制御装置4は、切替スイッチ群3a,3b,3cのそれぞれを制御するための切替信号S1,S2を生成する。
 次に、インバータ1及び切替部3の構成について、図3を参照して説明する。図3は、実施の形態1に係る電動機駆動装置100におけるインバータ1及び切替部3の詳細構成を示す回路図である。
 図3において、インバータ1は、スイッチング素子11~16を有する。スイッチング素子11~13は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子14~16は下アームのスイッチング素子を構成する。上アームのスイッチング素子11と下アームのスイッチング素子14は、直列に接続されてU相のスイッチング素子対を構成する。以下同様に、上アームのスイッチング素子12と下アームのスイッチング素子15は、直列に接続されてV相のスイッチング素子対を構成し、上アームのスイッチング素子13と下アームのスイッチング素子16は、直列に接続されてW相のスイッチング素子対を構成する。
 上アームのスイッチング素子11と下アームのスイッチング素子14との接続点u1は、インバータ1の外部に引き出されてU相第1巻線2auの一端に接続される。上アームのスイッチング素子12と下アームのスイッチング素子15との接続点v1は、インバータ1の外部に引き出されてV相第1巻線2avの一端に接続される。上アームのスイッチング素子13と下アームのスイッチング素子16との接続点w1は、インバータ1の外部に引き出されてW相第1巻線2awの一端に接続される。
 次に、切替スイッチ群3a,3b,3cについて説明する。切替スイッチ群3aは、第1スイッチ31及び第2スイッチ32を有する。第1スイッチ31は1回路2接点の機能を有するスイッチであり、第2スイッチ32は1回路1接点の機能を有するスイッチである。切替スイッチ群3bは、第3スイッチ33及び第4スイッチ34を有する。第3スイッチ33は1回路2接点の機能を有するスイッチであり、第4スイッチ34は1回路1接点の機能を有するスイッチである。切替スイッチ群3cは、第5スイッチ35及び第6スイッチ32を有する。第5スイッチ35は1回路2接点の機能を有するスイッチであり、第6スイッチ36は1回路1接点の機能を有するスイッチである。
 第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35のそれぞれは、切替接点a1,b1及び基点c1を有する。第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36のそれぞれは、接点a2及び基点c2を有する。
 なお、第1スイッチ31、第2スイッチ32、第3スイッチ33、第4スイッチ34、第5スイッチ35及び第6スイッチ36のそれぞれは、メカニカルなスイッチであっても、電気的なスイッチであってもよい。電気的なスイッチの場合、半導体リレー又はパワーリレーと称されるスイッチが好適である。半導体リレー又はパワーリレーを用いることにより、結線の切り替えに要する時間を可変できるという効果が得られる。
 次に、切替スイッチ群3a,3b,3cと、第1巻線群2a、第2巻線群2b及びインバータ1との接続について説明する。
 第1スイッチ31の基点c1は、U相第1巻線2auの他端に接続される。第1スイッチ31の切替接点a1は、U相第2巻線2buの一端に接続される。第1スイッチ31の切替接点b1は、U相第2巻線2buの他端に接続される。第2スイッチ32の基点c2は、U相のスイッチング素子11,14の接続点u1と、U相第1巻線2auの一端との接続点に接続される。第2スイッチ32の接点a2は、第1スイッチ31の切替接点a1と、U相第2巻線2buの一端との接続点に接続される。
 第3スイッチ33の基点c1は、V相第1巻線2avの他端に接続される。第3スイッチ33の切替接点a1は、V相第2巻線2bvの一端に接続される。第3スイッチ33の切替接点b1は、V相第2巻線2bvの他端に接続される。第4スイッチ34の基点c2は、V相のスイッチング素子12,15の接続点v1と、V相第1巻線2avの一端との接続点に接続される。第4スイッチ34の接点a2は、第3スイッチ33の切替接点a1と、V相第2巻線2bvの一端との接続点に接続される。
 第5スイッチ35の基点c1は、W相第1巻線2awの他端に接続される。第5スイッチ35の切替接点a1は、W相第2巻線2bwの一端に接続される。第5スイッチ35の切替接点b1は、W相第2巻線2bwの他端に接続される。第6スイッチ36の基点c2は、W相のスイッチング素子13,16の接続点w1と、W相第1巻線2awの一端との接続点に接続される。第6スイッチ36の接点a2は、第5スイッチ35の切替接点a1と、W相第2巻線2bwの一端との接続点に接続される。
 なお、U相第2巻線2buの他端と、V相第2巻線2bvの他端と、W相第2巻線2bwの他端とは相互に接続されて、電動機2における中性点Nを構成する。図3の構成から明らかなように、切替スイッチ群3a,3b,3cの切替接点a1,b1及び接点a2がどのように切り替えられようとしても、電動機2の中性点Nの接続状態は変更されずに維持される。
 次に、実施の形態1に係る電動機駆動装置100における要部動作について、図2~図4の図面を参照して説明する。図4は、インバータ1と切替部3との間の図3とは異なる接続状態を示す図である。
 まず、制御装置4は、切替部3に対して切替信号S1を出力する。このとき切替部3の内部では、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35を切替接点a1側に切り替える信号と、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点をオープンにする信号とが生成される。これらの信号により、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35の切替接点は切替接点a1側に切り替えられ、また、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点はオープンにされる。
 図3に示す接続状態では、U相第1巻線2auとU相第2巻線2buとが直列に接続され、V相第1巻線2avとV相第2巻線2bvとが直列に接続され、W相第1巻線2awとW相第2巻線2bwとが直列に接続された直列巻の電動機2が構成される。
 また、制御装置4は、切替部3に対して切替信号S2を出力する。このとき切替部3の内部では、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35を切替接点b1側に切り替える信号と、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点をクローズにする信号とが生成される。これらの信号により、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35の切替接点は切替接点b1側に切り替えられ、また、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点はクローズにされる。このときの接続状態を示した図が図4である。
 図4に示す接続状態では、U相第1巻線2auとU相第2巻線2buとが並列に接続され、V相第1巻線2avとV相第2巻線2bvとが並列に接続され、W相第1巻線2awとW相第2巻線2bwとが並列に接続された並列巻の電動機2が構成される。また、図4の接続状態においても、電動機2における中性点Nが接続された状態は維持される。
 以上のように、制御装置4からの切替信号S1を切替部3に出力することにより、電動機2の巻線仕様を相ごとに並列巻から直列巻へと変更することができる。また、制御装置4からの切替信号S2を切替部3に出力することにより、電動機2の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することができる。電動機2の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することにより、電動機2における線間のインダクタンス、又は線間の抵抗値を可変することができる。また、電動機2の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することにより、電動機2に誘起される相誘起電圧、又は線間誘起電圧を可変することができる。
 また、電動機2の巻線仕様を並列巻から直列巻へと変更するとき、又は、直列巻から並列巻へと変更する制御を行うとき、上記のように、切替部3に対する切替信号を1つの信号で行い、切替部3の内部の信号により、第1スイッチ31、第2スイッチ32、第3スイッチ33、第4スイッチ34、第5スイッチ35及び第6スイッチ36におけるそれぞれの接点を制御しているので、結線切替を任意のタイミングで行えるという効果が得られる。
 なお、電動機2が直列巻のとき、巻線のインダクタンス値及びインピーダンス値は、並列巻に比べて大きい値となる。従って、電動機2が直列巻のとき、電動機2の巻線に誘起される誘起電圧は、並列巻に比べて上昇する。このため、電動機2を同一回転速度又は同一出力の条件下で駆動するとき、電動機2を直列巻で構成すれば誘起電圧を上げることができるので、電流のピーク値を抑制することができる。
 また、電動機2が並列巻のとき、巻線の誘起電圧は、直列巻に比べて抑制することができる。このため、電動機2を並列巻で構成すれば高速領域での誘起電圧を下げることができる。また、並列巻、直列巻のどちらの結線とする場合であっても、未使用となる巻線は無く、巻線を有効利用することができる。
 以上説明したように、実施の形態1に係る電動機駆動装置100によれば、切替部3によって、電動機2の巻線の接続状態を切り替えることが可能となる。これにより、電動機2の回転速度に応じて、電動機2の巻線の接続状態を切り替えることが可能となる。具体的に、回転速度が小さくなるに従って、電動機2の巻線仕様を直列巻に変更し、回転速度が大きくなるに従って、電動機2の巻線仕様を並列巻に変更することができる。このように制御することで、回転速度が小さい低速領域すなわち低負荷領域でのシステム効率を向上させることが可能となる。
 なお、電動機2の回転速度は、インバータ1が電動機2に印加する電圧の周波数であるインバータ周波数と等価である。すなわち、電動機駆動装置100は、電動機2のインバータ周波数に応じて、電動機2の巻線の接続状態を切り替えてもよい。
 また、上記の制御例では、電動機2の回転速度で電動機2の接続状態を切り替える例について説明したが、インバータ1を制御する際の変調率に応じて、電動機2の巻線の接続状態を切り替えてもよい。具体的には、変調率が小さくなるに従って、電動機2の巻線仕様を直列巻に変更し、変調率が大きくなるに従って、電動機2の巻線仕様を並列巻に変更する制御を行う。これにより、回転トルクの小さい低電流領域すなわち低負荷領域でのシステム効率を向上させることが可能となる。
 また、他の制御例として、電動機2の運転モードに応じて、電動機2の接続状態を切り替えてもよい。なお、空気調和機の場合、運転モードには、圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モード、圧縮機を加熱する加熱運転モード、圧縮機を冷房運転に用いる冷房運転モード、圧縮機を暖房運転に用いる暖房運転モードが一例として挙げられる。
 また、上記の図3の例では、電動機2の各相巻線部すなわちU相巻線部、V相巻線部及びW相巻線部を構成するそれぞれの巻線数が2の場合を例示したが、各相巻線の巻線数は3以上であってもよい。新たに追加された巻線に対して、図3の第1スイッチ31及び第2スイッチ32に相当するスイッチを追加することにより、巻線の直列接続、並列接続又は直並列接続を自在に切り替えることが可能となる。
実施の形態2.
 図5は、実施の形態2に係る電動機駆動装置100を含む電動機駆動システム150の構成を示す回路図である。また、図6は、実施の形態2に係る電動機駆動装置100におけるインバータ1a,1b及び切替部3の詳細構成を示す回路図である。実施の形態2に係る電動機駆動装置100における実施の形態1との相違点は、電動機2を2台のインバータ1a,1bを備えたインバータ群1Aで駆動する点、切替部3とインバータ1a,1bとの間の接続構成、及び切替部3と電動機2との間の接続構成が異なる点である。以下、これらの相違点を中心に説明する。なお、図2に示す実施の形態1の部位と同一又は同等の部位には同一の符号を付して重複する説明は適宜省略する。
 まず、インバータ1aは、図3に示したインバータ1と同等であり、ここでの説明は省略する。
 図6に示すように、インバータ1bは、スイッチング素子21~26を有する。スイッチング素子21~23は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子24~26は下アームのスイッチング素子を構成する。上アームのスイッチング素子21と下アームのスイッチング素子24は、直列に接続されてU相のスイッチング素子対を構成する。以下同様に、上アームのスイッチング素子22と下アームのスイッチング素子25は、直列に接続されてV相のスイッチング素子対を構成し、上アームのスイッチング素子23と下アームのスイッチング素子26は、直列に接続されてW相のスイッチング素子対を構成する。
 第1スイッチ31の基点c1は、U相第1巻線2auの他端に接続される。第1スイッチ31の切替接点a1は、U相第2巻線2buの一端に接続される。第1スイッチ31の切替接点b1は、U相第2巻線2buの他端に接続される。第2スイッチ32の基点c2は、インバータ1bにおけるU相のスイッチング素子21,24の接続点u2に接続される。第2スイッチ32の接点a2は、第1スイッチ31の切替接点a1と、U相第2巻線2buの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第2スイッチ32の基点c2の接続形態が実施の形態1とは異なる。
 第3スイッチ33の基点c1は、V相第1巻線2avの他端に接続される。第3スイッチ33の切替接点a1は、V相第2巻線2bvの一端に接続される。第3スイッチ33の切替接点b1は、V相第2巻線2bvの他端に接続される。第4スイッチ34の基点c2は、インバータ1bにおけるV相のスイッチング素子22,25の接続点v2に接続される。第4スイッチ34の接点a2は、第3スイッチ33の切替接点a1と、V相第2巻線2bvの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第4スイッチ34の基点c2の接続形態が実施の形態1とは異なる。
 第5スイッチ35の基点c1は、W相第1巻線2awの他端に接続される。第5スイッチ35の切替接点a1は、W相第2巻線2bwの一端に接続される。第5スイッチ35の切替接点b1は、W相第2巻線2bwの他端に接続される。第6スイッチ36の基点c2は、インバータ1bにおけるW相のスイッチング素子23,26の接続点w2に接続される。第6スイッチ36の接点a2は、第5スイッチ35の切替接点a1と、W相第2巻線2bwの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第6スイッチ36の基点c2の接続形態が実施の形態1とは異なる。
 なお、U相第2巻線2buの他端と、V相第2巻線2bvの他端と、W相第2巻線2bwの他端とは相互に接続されて、電動機2における中性点Nを構成する。この構成は、実施の形態1と同様である。図6の構成から明らかなように、切替スイッチ群3a,3b,3cの切替接点及び接点がどのように切り替えられようとしても、電動機2の中性点Nの接続状態は変更されずに維持される。この点も、実施の形態1と同様である。
 次に、実施の形態2に係る電動機駆動装置100における要部動作について、図5~図7の図面を参照して説明する。図7は、インバータ群1Aと切替部3との間の図6とは異なる接続状態を示す図である。
 図5に示すように、インバータ群1Aには、制御装置4が生成したPWM信号Up1~Wn1,Up2~Wn2が出力される。インバータ1aは、制御装置4からのPWM信号Up1~Wn1によって制御され、第1巻線群2aの複数の相のそれぞれに電力を供給する。また、インバータ1aは、第1巻線群2a及び切替部3を介し、切替部3の接続状態に応じて、第2巻線群2bの複数の相のそれぞれに電力を供給する。一方、インバータ1bは、制御装置4からのPWM信号Up2~Wn2によって制御され、切替部3の接続状態に応じて、第2巻線群2bの複数の相のそれぞれに電力を供給する。
 また、制御装置4は、切替部3に対して切替信号S1を出力する。このとき切替部3の内部では、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35を切替接点a1側に切り替える信号と、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点をオープンにする信号とが生成される。これらの信号により、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35の切替接点は切替接点a1側に切り替えられ、また、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点はオープンにされる。
 図6に示す接続状態では、U相第1巻線2auとU相第2巻線2buとが直列に接続され、V相第1巻線2avとV相第2巻線2bvとが直列に接続され、W相第1巻線2awとW相第2巻線2bwとが直列に接続された直列巻の電動機2が構成される。この接続状態では、インバータ1aのみによって、電動機2が駆動される。すなわち、インバータ1bは、電動機2に対して電気的に切り離される。
 また、制御装置4は、切替部3に対して切替信号S2を出力する。このとき切替部3の内部では、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35を切替接点b1側に切り替える信号と、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点をクローズにする信号とが生成される。これらの信号により、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35の切替接点は切替接点b1側に切り替えられ、また、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点はクローズにされる。このときの接続状態を示した図が図7である。
 図7に示す接続状態では、インバータ1a及びインバータ1bの双方によって、電動機2が駆動される。具体的に、インバータ1aは、電動機2の第1巻線群2aに電圧を印加し、インバータ1bは、電動機2の第2巻線群2bに電圧を印加する。すなわち、電動機2は、巻線群ごとに1台ずつのインバータで駆動される。これにより、インバータ1aに流れる電流は、インバータ1aのみで電動機2を駆動する場合の半分になる。インバータ1aを構成するスイッチング素子のオン電圧の特性によっては、インバータ1bを動作させて2台インバータで駆動した方が、システム効率が改善される場合もあり、このような場合に適している。
 なお、図7の接続状態において、第2スイッチ32、第4スイッチ34及び第6スイッチ36の接点をオープンにすれば、電動機2に対してインバータ1bを電気的に切り離すことができる。また、第1スイッチ31、第3スイッチ33及び第5スイッチ35において、ニュートラルな切替接点を設け、当該ニュートラルな切替接点に切り替えることにより、電動機2に対してインバータ1aを電気的に切り離すことができる。これらの接続形態は、インバータ1a及びインバータ1bの何れかが故障した場合に、故障したインバータを電動機2から切り離し、正常なインバータを使用して運転を継続する場合に有効である。
 以上説明したように、実施の形態2に係る電動機駆動装置100によれば、電動機2の巻線仕様を直列巻又は並列巻に変更しつつ、変更後の巻線群に対して、複数のインバータで駆動することが可能となる。これにより、実施の形態1の効果を具備することに加え、インバータを構成するスイッチング素子のオン電圧の特性に依存した制御を行うことができ、システム効率の改善を図ることができる。また、複数のインバータで駆動することができるので、電動機2を大電流で駆動する要求にも柔軟に対応できるという効果が得られる。
 また、実施の形態2に係る電動機駆動装置100によれば、巻線仕様が変更されても電動機2の中性点Nを固定できるので、中性点Nの電位差が発生しない。これにより、複数のインバータを用いる場合であっても、当該インバータに対する制御が比較的容易になるという効果が得られる。
 最後に、実施の形態1,2における制御装置4の機能を具現する際のハードウェア構成について、図8及び図9の図面を参照して説明する。
 上述した制御装置4の機能を実現する場合には、図8に示すように、演算を行うCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)200、CPU200によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ202及び信号の入出力を行うインタフェース204を含む構成とすることができる。なお、CPU200は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はDSP(Digital Signal Processor)といった演算手段であってもよい。また、メモリ202とは、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが該当する。
 具体的に、メモリ202には、制御装置4の機能を実行するプログラムが格納されている。CPU200は、インタフェース204を介して、必要な情報の授受を行うことにより、実施の形態1で説明したPWM信号Up~Wnに関する演算処理、及び切替部3に対する切替信号S1,S2に関する演算処理を実行する。また、実施の形態2で説明したPWM信号Up1~Wn1,Up2~Wn2に関する演算処理、並びに、切替部3に対する切替信号S1,S2に関する演算処理を実行する。
 また、図8に示すCPU200及びメモリ202は、図9のように処理回路203に置き換えてもよい。処理回路203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、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
 なお、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,1b インバータ、1A インバータ群、2 電動機、2a 第1巻線群、2b 第2巻線群、2au U相第1巻線、2av V相第1巻線、2aw W相第1巻線、2bu U相第2巻線、2bv V相第2巻線、2bw W相第2巻線、3 切替部、3a,3b,3c 切替スイッチ群、4 制御装置、11~16,21~26 スイッチング素子、31 第1スイッチ、32 第2スイッチ、33 第3スイッチ、34 第4スイッチ、35 第5スイッチ、36 第6スイッチ、100 電動機駆動装置、101 圧縮機、102 四方弁、103 室外熱交換器、104 膨張弁、105 室内熱交換器、106 冷媒配管、107 圧縮機構、120 冷凍サイクル装置、150 電動機駆動システム、200 CPU、202 メモリ、203 処理回路、204 インタフェース。

Claims (15)

  1.  三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、
     複数の前記巻線群の巻線の接続を切り替える切替部と、
     前記電動機を駆動するための少なくとも1台のインバータと、
     前記インバータ及び前記切替部を制御する制御装置と、
     を備えた電動機駆動装置。
  2.  前記切替部を動作させて、複数の前記巻線群における巻線を相ごとに直列接続する請求項1に記載の電動機駆動装置。
  3.  前記切替部を動作させて、複数の前記巻線群における巻線を相ごとに並列接続する請求項1又は2に記載の電動機駆動装置。
  4.  運転モードによって、複数の前記巻線群における巻線の接続状態を異なる状態に切り替える請求項1から3の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  5.  前記電動機の回転速度、インバータ周波数又は前記インバータの変調率によって、複数の前記巻線群における巻線の接続状態を異なる状態に切り替える請求項1から4の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  6.  前記回転速度が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記回転速度が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
     請求項5に記載の電動機駆動装置。
  7.  前記インバータ周波数が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記インバータ周波数が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
     請求項5に記載の電動機駆動装置。
  8.  前記変調率が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記変調率が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
     請求項5に記載の電動機駆動装置。
  9.  前記電動機の中性点は1つであり、前記巻線の接続が変更された場合でも前記中性点の接続が維持される請求項1から8の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  10.  前記切替部を動作させて前記電動機における線間のインダクタンス又は線間の抵抗値を可変する
     請求項1から9の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  11.  前記切替部を動作させて前記電動機に誘起される相誘起電圧又は線間誘起電圧を可変する
     請求項1から9の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  12.  前記巻線の接続を変更するための前記切替部への制御信号が1つの信号である
     請求項1から11の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  13.  前記切替部に半導体リレー又はパワーリレーを用いる
     請求項1から12の何れか1項に記載の電動機駆動装置。
  14.  請求項1から13の何れか1項に記載の電動機が冷凍サイクルの圧縮機として搭載されている冷凍サイクル装置。
  15.  請求項14に記載の冷凍サイクル装置を備えた空気調和機。
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