WO2018185878A1

WO2018185878A1 - 同期モータ駆動装置、送風機および空気調和装置

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Publication number: WO2018185878A1
Application number: PCT/JP2017/014235
Authority: WO
Inventors: 宰桝村; 健治 ▲高▼橋; 康彦和田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: EP3609073A1; US20200244194A1; CN110463015B; JPWO2018185878A1; EP3609073A4; US10951140B2; CN110463015A

Abstract

この発明に係る同期モータ駆動装置は、互いに並列に接続された複数台の同期モータを駆動する同期モータ駆動装置であって、電源からの電力を変換して同期モータに供給する１台の電力変換装置と、電力変換装置とそれぞれの同期モータとの間を電気的に接続または切断する第１のスイッチ装置と、上位からの指令に基づいて、同期モータの安定判別処理を行うとともに同期モータの駆動台数および駆動速度を決定し、同期モータの中から駆動台数分の同期モータを選択し、選択した同期モータに対応する第１のスイッチ装置に、電力変換装置と同期モータとの間を電気的に接続させて電力供給させ、電力変換装置に、駆動させる同期モータの駆動速度を指示する制御装置とを備えるものである。

Description

同期モータ駆動装置、送風機および空気調和装置

　この発明は、１台の電力変換装置で複数台のブラシレス同期モータを駆動する同期モータ駆動装置およびこの装置を有する送風機並びに空気調和装置に関するものである。

　従来から、ブラシレス同期モータは無接点化による種々の利点を有することから、あらゆる場面で用いられている。しかし、ブラシレス同期モータは、複数台使用される場合、モータ駆動装置のコスト面では、誘導モータに比べて不利となる面がある。

　誘導モータは、交流電源の周波数とモータの回転周波数の差によってトルクを生ずる性質があるため、１台の交流電源に複数台並列接続しても容易に駆動可能である。そのため、誘導モータの台数が増加すると、電源の容量は増えるが、電源の台数を増やす必要がなく、部品点数がさほど増加しないため、電源のコストはあまり増加しない。

　これに対し、ブラシレス同期モータは、１台の交流電源に複数台を並列接続して駆動する並列駆動方式にすることは容易ではない。ブラシレス同期モータは回転子の磁極位置に同期した電圧および電流を印加しなければ脱調する。そのため、一般には１台のモータにつき、１台の交流電源を用い、単独で駆動する単独駆動方式を用いる。したがって、ブラシレス同期モータの台数が増加すると、その分、電源の台数を増やさなければならない。それにともなって、部品点数が増加するため、電源のコストは増加する。そこで、電源のコストを抑えるため、様々な提案がなされている。ここで、ブラシレス同期モータ駆動用の交流電源装置としては、インバータ回路構成を有する装置が最も一般的であるが、サイクロコンバータ、マトリックスコンバータなど、別の回路構成を有する装置であってもよい。

　たとえば、２台以上の複数のブラシレス同期モータを１台の電源に直列接続して、同時に駆動する駆動装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、たとえば、２台以上の複数のブラシレス同期モータを１台の電源に並列接続して、同時に駆動することなく、負荷となるモータを切り替えて駆動する駆動装置が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。また、２台以上の複数のブラシレス同期モータを１台の電源に並列接続して、同時に駆動する駆動装置がある。駆動方法としてたとえば１つのインバータ装置で並列に接続された複数のセンサレスモータをそれぞれ任意の時期に起動可能にするようにして駆動させる（たとえば、特許文献３参照）。また、たとえば、１台のインバータ装置に並列に接続された複数台のモータに関し、フリー回転状態のモータが、他のモータの負荷とならないようにしたものがある（たとえば、特許文献４参照）。また、たとえば、１台のインバータ装置に並列に接続された複数のモータを、常に駆動可能としたモータ駆動装置がある（たとえば、特許文献５参照）。そして、たとえば、１つのインバータ装置に並列に接続された複数のモータを、順次起動可能としたモータ駆動装置がある（たとえば、特許文献６参照）。

特許第４６２５６６４号公報特開２００１－１２９２９３号公報特許第２９９９４５１号公報特開２００７－２５９５５４号公報特開２０１５－０２３６２１号公報特開平１１－０８９２５９号公報

　しかしながら、複数台のブラシレス同期モータを並列に駆動させる並列駆動方式は、単独駆動方式に比べて、安定性の面で大きく劣るのが実情である。たとえば、複数台のブラシレス同期モータを並列に駆動させると、高速回転域では比較的安定して駆動できることが多いが、低速回転域では、乱調が生じやすく、電流、速度などが脈動して安定しなくなることが多い。このため、安定した駆動を行おうとすると、駆動範囲が制約される。ここで、たとえば、空気調和装置に用いられる送風ファンを駆動するモータにあっては、幅広い送風量（仕事量）に対応できるようにするため、複数台の送風ファンを駆動できることが望ましい。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、同期モータを安定して駆動させることができる同期モータ駆動装置、送風機および空気調和装置を実現するものである。

　この発明によれば、制御装置が、互いに並列に接続された複数台の同期モータの中から選択した、安定駆動が可能な同期モータと１台の電力変換装置との間を第１のスイッチ装置により電気的に接続し、決定した駆動速度となるように電力が供給されるようにしたので、任意の駆動台数および駆動速度で駆動させることができる。並列接続されたすべての同期モータを低速で駆動させる必要がなく、任意の駆動台数および駆動速度で駆動させればよいので、安定した駆動を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る指令制御部３１が有するマップデータ３２の内容を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態３に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態４に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態５に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。安定な状態から不安定な状態に遷移するときの、モータＭに流れる相電流の概略を示す図である。この発明の実施の形態５に係る指令制御部３１の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態５に係る指令制御部３１が有するマップデータ３２の内容を説明する図である。この発明の実施の形態６に係る空気調和装置の構成例を表す図である。

　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、電圧などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。図１に示すように、同期モータ駆動装置５０は、直流電圧電源２０から供給された電力を変換し、互いに並列に接続された複数のブラシレス同期モータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎに供給して、駆動させる装置である。図１に示すブラシレス同期モータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎは、多相交流のモータである。ここでは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の端子Ｕ、端子Ｖおよび端子Ｗを有する三相のブラシレス同期モータであるとして説明する。ここで、一般にブラシレス同期モータを駆動するためには磁極位置の情報が必要となる。そこで、磁極位置情報を取得するのに位置センサ（図示せず）を使用してもよい。また、磁極位置推定手段（図示せず）により、電圧や電流とブラシレス同期モータの電気的定数などから磁極位置情報を推定するようにしてもよい。さらに、ブラシレス同期モータのインダクタンスの磁極位置依存性などを利用して磁極位置情報を推定するようにしてもよい。以下、ブラシレス同期モータを、単にモータとして説明する。

　同期モータ駆動装置５０は、後述するように、モータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎに対応するスイッチＳＷ１、ＳＷ２…、ＳＷｎを第１のスイッチ装置として有している。ここで、モータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎを特定しない場合には、モータＭとして説明する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２…、ＳＷｎについても同様に、スイッチＳＷとする。また、同期モータ駆動装置５０は、並列接続する２台以上のモータＭ１～Ｍｎに適用できる装置であるが、以下では、説明を簡単にするため、特に断らない限り、２台のモータＭ１およびＭ２を並列接続した場合について説明する。同期モータ駆動装置５０を有する具体的な装置の例として、たとえば、空気調和装置の熱交換器に送風する複数のファンを有する室外機などがある。複数のファンを各モータＭで駆動する。

　同期モータ駆動装置５０は、電力変換装置１、制御装置３０並びにスイッチＳＷを有している。電力変換装置１と、並列関係にあるモータＭの各相とは、接続線Ｌｕ、ＬｖおよびＬｗで接続されている。接続線Ｌｕ、ＬｖおよびＬｗは、電力変換装置１との接続側においては、それぞれ、共通している。そして、各モータＭと接続するために分岐点で分岐し、各モータＭの端子Ｕ、端子Ｖおよび端子Ｗと接続している。各スイッチＳＷは、それぞれ、対応するモータＭに電力供給を行うか、電力を遮断するかを切り換える。実施の形態１において、各スイッチＳＷは、切換装置を２台有している。そして、接続線ＬｕおよびＬｖには、分岐点以降に切換装置が設置され、電力変換装置１と各モータＭのＵ相およびＶ相とは、切換装置を介して、電気的に接続されている。接続線Ｌｗには、切換装置が設置されておらず、電力変換装置１と各モータＭのＷ相とは、直接接続されている。ただし、これに限定するものではなく、接続線Ｌｕ、ＬｖおよびＬｗのうち、任意の２本の接続線において、切換装置が設置されていればよい。

　電力変換装置１は、電力変換回路部１１および電力変換制御部１２を有している。電力変換制御部１２は、制御装置３０からの信号に含まれる速度指令に基づいて、電力変換回路部１１に対してＰＷＭ制御を行う制御信号を送る。ここで、位置センサが付いているモータＭが用いられている場合は、ホールセンサなどからの位置検出信号が電力変換制御部１２に入力されるようにしてもよい。

　電力変換回路部１１は、制御信号に基づいて、直流電圧電源２０から供給された電力を変換する。実施の形態１においては、たとえば、スイッチング素子（図示せず）などを有し、直流電力を交流電力に変換する直流－交流変換を行うインバータ回路を有している。電力変換回路部１１は、たとえば、電力変換制御部１２に接続されたプリドライバおよびドライバからなる回路である。

　ドライバは、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子を複数有する構成である。実施の形態１におけるインバータ回路は、ハイサイドの上アームおよびローサイドの下アームを対とするアームを有する。上アームは、直流電圧電源２０と正側で接続されている。また、下アームは、直流電圧電源２０と負（接地）側で接続されている。そして、スイッチング素子などとなる半導体素子がアームに用いられている。ここでは、モータのＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応して三対のアームを有している。そして、各相の上アームと下アームとの接続点がモータ側と配線がつながっている。上アームと下アームとは、電力変換制御部１２が出力するパルス状のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス信号に応じてスイッチング動作し、直流－交流変換を行う。半導体素子には、たとえば、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウムなどを材料として使用したパワー半導体が用いられている。

　制御装置３０は、モータＭの駆動台数、モータＭの駆動速度などを決定する装置である。実施の形態１の制御装置３０は、指令制御部３１およびスイッチ駆動回路部３３を有している。指令制御部３１は、たとえば、同期モータ駆動装置５０外の上位の操作制御手段（図示せず）から送られる指令を含む操作信号に基づき、駆動台数（駆動させるモータＭの選択を含む）および駆動速度（駆動回転数）を決定する。そして、駆動台数に係るデータを含むモータ駆動選択信号および駆動速度に係るデータを含む速度指令を出力する。指令制御部３１は、後述するように、マップデータ３２を有している。操作信号中の指示については、たとえば、モータＭの駆動台数および駆動速度を決定できるデータを含んだ指示であれば、特に限定するものではない。ここでは、たとえば、モータＭを駆動して行われる仕事量、熱交換能力などに関するデータとする。

　また、スイッチ駆動回路部３３は、指令制御部３１からのモータ駆動選択信号に基づいて、各スイッチＳＷに、オンまたはオフを示す駆動信号を出力する。各スイッチＳＷは、前述したように、対応するモータＭに電力供給を行うかどうかを切り換えるスイッチ装置である。スイッチＳＷは、スイッチ駆動回路部３３からオンを示す駆動信号が送られると、電力変換装置１と対応するモータＭとの間を電気的に接続する。一方、スイッチＳＷは、オフを示す駆動信号が送られると、電力変換装置１と対応するモータＭとの間を電気的に遮断（切断）する。スイッチＳＷは、リレー、トランジスタなどを有する装置である（以下、同じ）。

　実施の形態１の同期モータ駆動装置５０にあっては、指令制御部３１によりスイッチ駆動回路部３３を介して、モータＭ１およびモータＭ２の両方を駆動する場合、１台のモータＭ（たとえば、モータＭ１）を駆動して、他のモータＭ（たとえば、モータＭ２）を停止（フリー回転）する場合およびモータＭ１およびモータＭ２の両方を停止する場合の３つ場合のうち、１つを選択することができる。

　図２は、この発明の実施の形態１に係る指令制御部３１が有するマップデータ３２の内容を説明する図である。図２は、操作信号中に含まれる仕事量とモータＭの駆動台数および駆動速度との関係に係るデータを、マップ（テーブル形式）として表したものである。仕事量とモータＭの駆動台数および駆動速度との関係は、あらかじめ、事前に試験などで得られた結果に基づいて決定され、データ化されたものである。操作信号に含まれる仕事量のデータに基づいて、マップデータ３２を参照し、モータＭの駆動台数と駆動速度とを決定する。そして、駆動速度に係るデータを含む速度指令を、電力変換装置１の電力変換制御部１２に送る。さらに、モータＭの駆動台数に係るデータを含むモータ駆動選択信号をスイッチ駆動回路部３３に送る。

　たとえば、前述したように、空気調和装置の熱交換器に送風する送風ファンを駆動させるのに、同期モータ駆動装置５０を用いる場合には、冷暖房負荷に基づく仕事量などに応じて、前述した３つの場合のうちの１つで、各モータＭを駆動制御することができる。ここで、負荷、温度などの空気調和装置の運転環境にかかわらず、モータＭの駆動台数、駆動速度などを最適に判定することで、モータＭが安定に駆動し、さらに、音、損失などの駆動性能が最適となることが好ましい。

　たとえば、送風ファンは、できるだけ低回転で駆動し、騒音や損失を小さくすることが好ましい。しかし、複数台のモータＭを低回転で駆動する場合には、不安定になり、脱調することが多い。特に、各モータＭにかかる負荷トルクに差が生じた場合、各モータＭの温度に差が生じた場合または製造上の理由で各モータＭの電気的定数にばらつきがある場合は、その傾向が顕著である。不安定な駆動を避けるために、モータＭの駆動速度の範囲を狭めると、設置される機器に要求される性能を出せなくなってしまう可能性がある。そして、これらの性能低下まで考慮すると、設計は複雑化し、装置に係るコストが高騰する。

　それに対して、実施の形態１の同期モータ駆動装置５０においては、複数台のモータＭが低回転駆動にて不安定になった場合には、モータＭの駆動台数を減らすとともに、駆動するモータＭの回転数を上昇させ、１台あたりの風量を増やすことで、各モータＭを安定に駆動することができる。モータＭを安定に駆動できるということは、必要な風量を確保できるという効果があるだけでなく、不安定状態、脱調状態に陥った場合に比べて、騒音および損失の改善が期待できる。

　また、各スイッチＳＷの接点構成について、多相モータの少なくとも一相は、電力変換回路部１１と直接接続することができる。残りの相（三相の場合の二相）に対して、オンまたはオフできるように接点を設けるようにすればよい。したがって、多相モータの全相に接点を設ける必要がない。このため、各スイッチＳＷにおいて、接点数（切換装置数）を減らすことができ、接点数の少ないスイッチＳＷを用いて、部品コストを低廉にすることができる。ただし、全相に接点を設ける構成を妨げない。

　ここで、モータＭを３台以上並列接続している場合には、一部のモータＭを停止する場合とすべてのモータＭを停止する場合とを選択することになる。実施の形態１の同期モータ駆動装置５０は、電力変換装置１と各モータＭとの間に、それぞれスイッチＳＷが設置されているので、制御装置３０が各スイッチＳＷを個別にオンまたはオフし、任意の１つ以上のものを選択的に駆動または停止させることができる。たとえば、空気調和装置の送風ファン、熱交換機用ファンなどに適用することにより、複数の吹き出し口ごとにファンを設けた室外機などにおいて、１台の電力変換装置１を用いて、複数のファンの駆動または停止を任意に制御することができる。

実施の形態２．
　図３は、この発明の実施の形態２に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。実施の形態２においては、制御装置３０の、特に指令制御部３１に係る具体的な構成について説明する。図３において、図１と同じ符号を付している機器については、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行う。

　指令制御部３１は、ハードウェアとして、処理装置となるプロセッサ３４および記憶装置となるメモリ３５を少なくとも備えている。メモリ３５は、プロセッサ３４が制御処理を行う際に必要なデータを記憶する。実施の形態１において説明したマップデータ３２もメモリ３５に記憶されている。ここで、実施の形態２におけるメモリ３５は、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）の両方を有しているものとする。

　プロセッサ３４は、メモリ３５の補助記憶装置に記憶されたプログラムのデータに基づいて、処理を実行する制御演算処理装置である。プロセッサ３４は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などを有するマイクロコンピュータなどで構成されている。プロセッサ３４には、メモリ３５の補助記憶装置から揮発性記憶装置を介して、プログラムのデータが送られる。また、プロセッサ３４は、実施の形態１において指令制御部３１が行った処理を、プログラムを実行することで実現する。プロセッサ３４がプログラムを実行することで得られた演算結果などのデータは、メモリ３５の揮発性記憶装置に記憶させてもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に保存してもよい。

　ここで、プロセッサ３４は、電動機の駆動装置を兼ねるようにしてもよい。つまり、プロセッサ３４で駆動するモータ選択やモータ台数と速度指令を判定するだけでなく、速度が所望の値になるようなＰＷＭ制御信号を計算するようにしてもよい。

実施の形態３．
　図４は、この発明の実施の形態３に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。図４において、図１と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１において説明したことと同様の動作を行う。実施の形態３における同期モータ駆動装置５０は、図４において、電力変換装置１とモータＭ１との間に設置されていたスイッチＳＷ１を設置しない構成にしたものである。このため、モータＭ１の端子Ｕ１、Ｖ１およびＷ１と電力変換装置１とが、接続線Ｌｕ、ＬｖおよびＬｗを介して直接的に接続されている。

　実施の形態３のような同期モータ駆動装置５０においては、スイッチＳＷを介さずに電力変換装置１と直接に接続され、電力供給が遮断されないモータＭ１は、親モータＭとなる。一方、他のモータＭ（たとえば、２台の場合には、モータＭ２となる）は、選択的に電力供給が遮断され、駆動が停止される子モータＭとなる。

　以上のように、同期モータ駆動装置５０を構成することにより、実施の形態１では設置していたスイッチＳＷ１の設置を省略することができる。このため、部品コストを低廉化することができる。これは、モータＭを３台以上並列接続した場合も同様である。

実施の形態４．
　図５は、この発明の実施の形態４に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。図５において、図１と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１において説明したことと同様の動作を行う。実施の形態４における同期モータ駆動装置５０は、電力変換装置１が、スイッチ制御部１３およびスイッチ駆動回路部１４を有している。そして、スイッチＳＷ１、ＳＷ２…、ＳＷｎとモータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎとの間に、２台の切換装置を有するスイッチＳＷＡ１、ＳＷＡ２…、ＳＷＡｎが設置されている。ここで、スイッチＳＷＡ１、ＳＷＡ２…、ＳＷＡｎを特定しない場合には、スイッチＳＷＡとして説明する。スイッチＳＷＡは、各モータＭの端子Ｕ、ＶおよびＷを短絡させる機能を有する第２のスイッチ装置である。

　たとえば、空気調和装置の熱交換器に送風する送風ファンは、外風条件下の場合に、モータＭへの駆動電力の供給を停止すると、外風の風速に応じて自由に回転し得るフリーラン状態となる。フリーラン状態からそのまま送風ファンを起動させることも技術的に可能であるが、制御アルゴリズムが複雑になりがちである。制御アルゴリズムを簡素化するには、外風によって回転している送風ファンを起動する前に、一旦、減速または停止させるとよい。減速させる方法として、電力変換回路部１１の下アームを全相オンにするものがある。しかし、高速回転しているときにこの方法を用いると、モータＭやインバータ回路に大電流が流れ、装置が故障する恐れがある。同期モータ駆動装置５０において、複数台のモータＭをフリーラン状態から同時に停止させようとすると、電流がさらに大きくなって故障のリスクが高まるため、対策が必要となる。

　対策としては２つの方法が考えられる。一つ目の対策は各モータＭを順番に減速させることである。たとえば、モータＭ１とモータＭ２とがフリーラン状態にあるとき、最初にＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフ、ほかのスイッチＳＷｎを全てオフにした状態で電力変換回路部１１の下アームを全相オンにする。これによりモータＭ１が減速する。モータＭ１の減速が終了した後、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにして、モータＭ２を減速させる。モータＭ２を減速させている間に、外風によりモータＭ１が増速することを防ぐために、スイッチＳＷＡ１をオンにしてモータＭ１の端子Ｕ１、Ｖ１およびＷ１を短絡する。全てのモータＭが減速した後、スイッチＳＷＡをオフにし、スイッチＳＷをオンにして、全てのモータＭを停止させる処理に移行する。

　二つ目の対策はモータＭを駆動していないときは、常にスイッチＳＷＡをオンにし、スイッチＳＷはオフとすることである。電力変換回路部１１の下アームを全相オンにして、モータＭの端子Ｕ、ＶおよびＷを短絡させたときに大電流が流れるのは、モータＭが高速回転して大きな誘起電圧が生じるからである。そのため、回転させる必要のないモータＭに関してはスイッチＳＷＡをオン、スイッチＳＷをオフとしておけば、外風によって高速回転域まで増速される可能性は低くなる。

　スイッチ制御部１３は、運転指令の信号およびモータ駆動選択信号の信号に基づいて、駆動している状態から駆動停止するモータＭおよび駆動停止している状態から駆動するモータＭを決定する。そして、決定結果のデータを含むスイッチ駆動信号をスイッチ駆動回路部１４に送る。スイッチ駆動回路部１４は、決定結果のデータに基づいて、オンからオフにするスイッチＳＷＡおよびオフからオンにするスイッチＳＷＡを決定し、決定したスイッチＳＷＡに駆動信号を送る。駆動信号が送られたスイッチＳＷＡは、切換装置をオンまたはオフする。ここでは、電力変換装置１が、スイッチ制御部１３およびスイッチ駆動回路部１４を有しているものとして説明するが、たとえば、制御装置３０が有していてもよい。

　このように、各モータＭの端子Ｕ、ＶおよびＷを短絡するスイッチＳＷＡを備え、スイッチＳＷＡを適切にオンまたはオフにすることで、フリーラン状態のモータＭを、安全に減速または停止することができる。図５では、全てのモータＭに対してスイッチＳＷＡを備えているが、必要に応じてスイッチＳＷＡの数を減らしてもよい。たとえば、実施の形態３の装置と実施の形態４の装置とを組み合わせた装置構成とする場合、スイッチＳＷＡ１を省略してもよい。

　ここで、実施の形態４における同期モータ駆動装置５０の構成は、実施の形態１などにおいて説明した制御装置３０が行う制御処理の内容に関わらず、独立した装置構成とすることができる。

実施の形態５．
　図６は、この発明の実施の形態５に係る同期モータ駆動装置５０を中心とするシステム構成の一例を示す図である。図６において、図１と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態１において説明したことと同様の動作を行う。図６において、電流検出装置ＣＳ１、ＣＳ２、…、ＣＳｎは、それぞれモータＭ１、Ｍ２、…、Ｍｎの各端子に流れる相電流を電流検出値として検出する。そして、電流検出値を含む信号を電力変換制御部１２および指令制御部３１に送る。電力変換制御部１２は、速度指令に対して追従した処理を行うため、電流検出値を用いる。また、指令制御部３１は、電流検出値に基づいて、各モータＭの安定判別の処理を行う。

　図７は、安定な状態から不安定な状態に遷移するときの、モータＭに流れる相電流の概略を示す図である。ここでは、モータＭ１およびモータＭ２における相電流幅について説明する。たとえば、各モータＭの駆動が安定しているとき、モータＭ１およびモータＭ２に流れる相電流に違いはほとんどない。しかし、不安定な状態に遷移すると、時間経過とともに、モータＭ１およびモータＭ２に流れる相電流幅に違いが生じ、トルクに差が生じ、不安定になる。最悪、脱調することもある。図７においては、モータＭ２に流れる相電流の幅が広がっていく。このため、電流実効値にも差が生じる。そこで、実施の形態５では、各モータＭに流れる電流を検出し、電流検出値による相電流幅に基づいて、モータＭの駆動が不安定であると判別すると、モータＭの１台だけを減らして駆動させるようにする。そして、各モータＭの速度を上げる。これによりモータの挙動を安定化させることができる。

　図８は、この発明の実施の形態５に係る指令制御部３１の処理に基づく構成を示すブロック図である。安定判別部３６は、各モータＭの相電流の差から得られる電流実効値の差に基づいて、モータＭの駆動が安定しているか不安定であるかを判別する安定判別処理を行う。たとえば、次式（１）に示すように、不安定検知フラグＦｌｇ＿Ｕｎｓｔａｂｌｅを決定する。ここで、αは、あらかじめ定められたしきい値である。

［数１］
　　　Ｉｆ（Ｉｕ＿ｒｍｓ＜α）
　　　　Ｆｌｇ＿Ｕｎｓｔａｂｌｅ＝０
　　　Ｅｌｓｅ　ｉｆ（Ｉｕ＿ｒｍｓ＞α）
　　　　Ｆｌｇ＿Ｕｎｓｔａｂｌｅ＝１　　　　　　　　　　　　…（１）

　また、モータ駆動台数決定部３７は、安定判別部３６が判別した各モータＭのＦｌｇ＿Ｕｎｓｔａｂｌｅに基づいて、モータＭの駆動台数（実施の形態５では１台または２台）を決定し、少なくとも１つのモータＭの駆動が不安定であると判別すると、モータＭの中から１台だけを減らして駆動台数分を駆動させる。実施の形態５では、モータＭ１を駆動させるかモータＭ１およびモータＭ２を駆動させるかを選択することになる。

　図９は、この発明の実施の形態５に係る指令制御部３１が有するマップデータ３２の内容を説明する図である。速度指令決定部３８は、図９に示すマップデータ３２を参照し、駆動させるモータＭの駆動速度を決定し、速度指令を電力変換装置１に送る。また、選択されたモータＭに係るデータを含むモータ駆動選択信号をスイッチ駆動回路部３３に送る。

　ここで、電流検出装置ＣＳが電流を検出する方法については、特に限定するものではない。たとえば、各モータＭの相電流を、直接、ホールＣＴ、シャント抵抗などで検出するようにしてもよい。ここで、ホールＣＴにより、各モータＭの相電流を検出する場合は、分岐後の接続線Ｌｕ、ＬｖおよびＬｗのうち、２つの接続線（図６では、接続線ＬｕおよびＬｖ）における電流を直接検出するようにすればよい。

　また、分岐前の接続線に流れる電流を、ホールＣＴにて検出することで、すべてのモータＭの各相に流れる相電流の合計を検出することができる。そして、分岐後におけるモータＭ２との接続線に流れる相電流を、ホールＣＴにて検出する。たとえば、合計の電流検出値とモータＭ２の各相に流れる相電流の電流検出値との差から、分岐後におけるモータＭ１との接続線に流れる相電流の値を得ることができる。

　ここで、モータＭの各相に流れる電流の合計を検出できる電流検出装置であれば、ホールＣＴにて分岐前の接続線の電流を検出する以外にも、各モータＭの電流を検出することができる。たとえば、ＤＣリンクのグランド側ラインに挿入された１個のシャント抵抗により検出するようにしてもよい。また、電力変換回路部１１のローサイドに配設されたスイッチング素子とＤＣリンクのグランド側ラインの間に挿入されたシャント抵抗により各相の電流を個別に検出するようにしてもよい。

実施の形態６．
　図１０は、この発明の実施の形態６に係る空気調和装置の構成例を表す図である。ここで、図１０では空気調和装置を冷凍サイクル装置の例として示している。空気調和装置は、冷媒に対して蒸発、圧縮、凝縮および膨張の各工程を行い、液体から気体へ、気体から液体へと相変化させながら冷媒を循環させて、冷媒に熱を移動させ、対象空間の空気調和を行うものである。

　図１０の空気調和装置は、室外機（室外ユニット）２００と、室内機（室内ユニット）１００とをガス冷媒配管３００、液冷媒配管４００により配管接続する。室外機２００は、圧縮機２１０、四方弁２２０、室外熱交換器２３０、膨張弁２４０および室外送風機２５０を有している。

　圧縮機２１０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機２１０は、たとえばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機２１０の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させるものであってもよい。四方弁２２０は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。

　本実施の形態における室外熱交換器２３０は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外送風機２５０は、室外熱交換器２３０に空気を送り込む。室外送風機２５０は、複数のファンを有し、それぞれモータＭによって駆動される。室外送風機２５０のファンの回転駆動は、前述した実施の形態１～実施の形態５に記載のモータ駆動装置により制御される。

　絞り装置（流量制御手段）などの膨張弁２４０は冷媒を減圧して膨張させる。たとえば電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。

　また、室内機１００は、室内熱交換器１１０を有している。室内熱交換器１１０は、たとえば、空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。

　この発明にかかる同期モータ駆動装置５０は、並列接続された複数のモータを１つの電流供給手段により駆動するようにした駆動装置において、任意のものまたは全てのモータが運転していた場合に負荷や温度などの運転環境が変化しても、不安定状態になり、脱調することを防止することができ、また、音や損失などの性能が最適な運転することができ、１つの電流供給手段により並列接続された複数のモータを駆動する種々の駆動装置に適用できる。

　１　電力変換装置、１１　電力変換回路部、１２　電力変換制御部、１３　スイッチ制御部、１４　スイッチ駆動回路部、２０　直流電圧電源、３０　制御装置、３１　指令制御部、３２　マップデータ、３３　スイッチ駆動回路部、３４　プロセッサ、３５　メモリ、３６　安定判別部、３７　モータ駆動台数決定部、３８　速度指令決定部、５０　同期モータ駆動装置、１００　室内機、１１０　室内熱交換器、２００　室外機、２１０　圧縮機、２２０　四方弁、２３０　室外熱交換器、２４０　膨張弁、２５０　室外送風機、３００　ガス冷媒配管、４００　液冷媒配管、ＣＳ、ＣＳ１～ＣＳｎ　電流検出装置、Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ　接続線、Ｍ、Ｍ１～Ｍｎ　モータ、ＳＷ、ＳＷ１～ＳＷｎ、ＳＷＡ、ＳＷＡ１～ＳＷＡｎ　スイッチ、Ｕ、Ｕ１～Ｕｎ、Ｖ、Ｖ１～Ｖｎ、Ｗ、Ｗ１～Ｗｎ　端子。

Claims

　互いに並列に接続された複数台の同期モータを駆動する同期モータ駆動装置であって、
　電源からの電力を変換して前記同期モータに供給する１台の電力変換装置と、
　該電力変換装置とそれぞれの前記同期モータとの間を電気的に接続または切断する第１のスイッチ装置と、
　上位からの指令に基づいて、前記同期モータの安定判別処理を行うとともに前記同期モータの駆動台数および駆動速度を決定し、前記同期モータの中から駆動台数分の前記同期モータを選択し、選択した前記同期モータに対応する前記第１のスイッチ装置に、前記電力変換装置と前記同期モータとの間を電気的に接続させて電力供給させ、前記電力変換装置に、駆動させる前記同期モータの前記駆動速度を指示する制御装置と
を備える同期モータ駆動装置。
　複数台の前記同期モータのうち、１台の前記同期モータと前記電力変換装置との間は、前記第１のスイッチ装置が設置されずに、直接接続されている請求項１に記載の同期モータ駆動装置。
　複数台の前記同期モータにおいて、一相は、前記電力変換装置と直接的に接続されている請求項１または請求項２に記載の同期モータ駆動装置。
　前記第１のスイッチ装置が前記電力変換装置との間を電気的に切断した前記同期モータの各相を、電気的に接続する第２のスイッチ装置をさらに備える請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
　複数の前記同期モータに流れる電流を検出する電流検出装置を備える請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
　前記制御装置は、前記同期モータに流れる電流に基づいて、前記安定判別処理を行う請求項５に記載の同期モータ駆動装置。
　互いに並列に接続された複数台の同期モータを駆動する同期モータ駆動装置であって、
　電源からの電力を変換して前記同期モータに供給する１台の電力変換装置と、
　該電力変換装置とそれぞれの前記同期モータとの間を電気的に接続または切断する第１のスイッチ装置と、
　前記第１のスイッチ装置が前記電力変換装置との間を電気的に切断した前記同期モータの各相を、電気的に接続する第２のスイッチ装置と
を備える同期モータ駆動装置。
　請求項１～請求項７に記載の同期モータ駆動装置と、
　互いに並列に接続された複数台の同期モータと、
　各同期モータの駆動により回転駆動する複数のファンと
を備える送風機。
　請求項８に記載の送風機と、
　送風機により送られる空気と冷媒との熱交換を行う熱交換器と、
　前記熱交換器に前記冷媒を送る圧縮機と
を備える空気調和装置。