WO2019186631A1

WO2019186631A1 - モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2019186631A1
Application number: PCT/JP2018/012074
Authority: WO
Inventors: 正樹金森; 吉村　公志; 志剛李; 直仁神谷
Original assignee: 東芝キヤリア株式会社
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2019-10-03

Abstract

オープン巻線モータの各相巻線の一端に第１インバータを接続し、オープン巻線モータの各相巻線の他端に第２インバータを接続する。さらに、オープン巻線モータの各相巻線の他端の相互間に開閉器を接続する。コントローラは、上記開閉器の開閉および上記第１および第２インバータの運転を制御するとともに、その開閉器の開閉に際し上記オープン巻線モータの回転数を一定に保持する。

Description

モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

　本発明は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有する永久磁石同期モータいわゆるオープン巻線モータを駆動するモータ駆動装置及び冷凍サイクル装置に関する。

　空気調和機や熱源機などの冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動用モータとして、互いに非接続状態の複数の相巻線を有する永久磁石同期モータいわゆるオープン巻線モータ（Open-Windings Motor）が知られている。

　このオープン巻線モータを駆動するモータ駆動装置は、各相巻線の一端に接続される第１インバータ、各相巻線の他端に接続される第２インバータを備える。オープン巻線モータでは、モータの巻線に印加する電圧を高めることができるため、高回転域での運転が可能となる。冷凍サイクル装置においては、高効率で、かつ低回転域から高回転域までの回転数幅の広い運転が要求される。このため、各相巻線の他端の相互間に接続される開閉器を設け、この開閉器の閉成により各相巻線を星形結線する星形結線モードを設定し、上記開閉器の開放により各相巻線を開放するオープン巻線モードを設定することが考えられている。低回転数域では星形結線モードとして、片側のインバータのみで駆動し、高回転数域ではオープン巻線モードとして第１インバータと第２インバータの両方でモータを駆動する。これにより幅広い回転数範囲を得ると共に低回転数域で高効率な運転が可能となる。

特開第４９０６８３６号特開２０１６－０４８９９７号公報

　上記モータ駆動装置では、運転中に星形結線モードとオープン巻線モードとを切換えることを可能としている。冷凍サイクルの安定中においては、支障なくこれらのモードの切換えが可能であるが、モータの回転数の変化中や冷凍サイクルの負荷変動中に、この切換えを行った場合、各インバータの駆動制御とモータの実際の回転とが同期しなくなるいわゆる脱調が生じることがある。例えば冷凍サイクルを用いた空気調和機の場合、脱調が生じると、圧縮機の運転停止を引き起こし、室温が設定温度から逸脱する恐れがあり、システムとしての信頼性を損なう。

　本発明の実施形態の目的は、脱調を生じることなく星形結線モードとオープン巻線モードとを切換えることができる信頼性にすぐれたモータ駆動装置及び冷凍サイクル装置を提供することである。

　請求項１のモータ駆動装置は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータを駆動するものであって；前記各相巻線の一端に接続され、その各相巻線の一端への通電を制御する第１インバータと；前記各相巻線の他端に接続され、その各相巻線の他端への通電を制御する第２インバータと；前記各相巻線の他端の相互間に接続された開閉器と；この開閉器および前記第１および第２インバータの運転を制御するとともに、その開閉器の開閉に際し前記モータの回転数を一定に保持するコントローラと；を備える。

一実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図。一実施形態の構成を示すブロック図。一実施形態のモータコントローラの制御を示すフローチャート。一実施形態におけるオープン巻線モータの回転数と星形結線モードおよびオープン巻線モードとの関係を示すタイムチャート。図３のフローチャートにおける除霜モードルーチンを示す図。一実施形態における除霜時のオープン巻線モータの回転数とオープン巻線モードとの関係を示すタイムチャート。一実施形態における除霜時のオープン巻線モータの回転数と星形結線モードおよびオープン巻線モードとの関係を示すタイムチャート。

　本発明の一実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル装置の構成を図１に示す。　
　オープン巻線モータ（Open-Windings Motor）１Ｍを駆動用モータとして有する圧縮機１の吐出口に、四方弁２を介して室外熱交換器３の一端が配管接続され、その室外熱交換器３の他端に減圧器である電動膨張弁４を介して室内熱交換器５の一端が配管接続されている。そして、室内熱交換器５の他端が上記四方弁２を介して圧縮機１の吸込口に配管接続されている。

　室外熱交換器３の近傍に室外ファン６が配置され、室内熱交換器５の近傍に室内ファン７が配置されている。オープン巻線モータ１Ｍ（以下、モータ１Ｍともいう）、四方弁２、電動膨張弁４、室外ファン６、および室内ファン７は、コントローラ１０により駆動制御される。

　図１中の実線矢印で示すように冷房運転時、コントローラ１０は、圧縮機１が吐出するガス冷媒を四方弁２を介して室外熱交換器３に流す。室外熱交換器３に流れたガス冷媒は、外気に熱を放出して凝縮する。この室外熱交換器（凝縮器）３から流出する液冷媒は、電動膨張弁４で減圧された状態で室内熱交換器５に流れる。室内熱交換器５に流れた液冷媒は、室内空気から熱を奪って蒸発する。この室内熱交換器（蒸発器）５から流出するガス冷媒は、四方弁２を通って圧縮機１に吸い込まれる。一方、図１中の破線矢印で示す暖房運転時には、コントローラ１０は、四方弁２を切換え、圧縮機１が吐出するガス冷媒を四方弁２を介して室内熱交換器４に流す。室内熱交換器４に流れたガス冷媒は、室内空気に熱を放出して凝縮する。この室内熱交換器（凝縮器）４から流出する液冷媒は、電動膨張弁４で減圧されて室外熱交換器３に流れる。室外熱交換器３に流れた液冷媒は、外気から熱を奪って蒸発する。この室外熱交換器（蒸発器）３から流出するガス冷媒は、四方弁２を通って圧縮機１に吸い込まれる。

　この暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器３の表面に徐々に霜が付着し、そのままでは室外熱交換器３の熱交換量が低下する。対策として、コントローラ１０は、室外熱交換器３の温度低下や暖房運転の経過時間などに基づいて室外熱交換器３の着霜量を判定し、着霜量が増えて室外熱交換器３の除霜が必要になった場合に、四方弁２の流路を切換えて、冷房運転時と同じ方向に冷媒が流れる除霜運転を実行する。すなわち、圧縮機１から吐出される高温のガス冷媒が四方弁２を通って室外熱交換器３に流れる。室外熱交換器３に流れたガス冷媒は、室外熱交換器３に付着した霜を解かす。室外熱交換器３を経た冷媒は、電動膨張弁４、室内熱交換器５、および四方弁２を通って圧縮機１に戻る。

　本実施形態のモータ駆動装置は、図２に示すように、モータ１Ｍの駆動回路およびコントローラ１０を含む。モータ１Ｍは、互いに非接続状態の複数たとえば３つの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する永久磁石同期モータである。モータ１Ｍの３つの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗは、低回転数で効率が向上するよう細径（巻線密度が高い）の巻線が用いられる。通常、細径の巻線を用いた場合、モータ１Ｍの回転数を上昇させるのに伴ってモータ１Ｍの誘起電圧が上昇し、モータ１Ｍを駆動するべくインバータから供給する印加電圧との差が小さくなり、早い段階で、それ以上回転数を上げられなくなる。そこで、後述するように低回転数域においては相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを星形結線して使用し、高回転数域では相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗをオープン巻線状態で運転する。これによって、低回転数域での効率向上と高回転まで回し切ることのできる広い回転数可変幅を得ることができる。

　３相交流電源２０にノイズフィルタ２１を介してダイオードブリッジの全波整流回路２２が接続され、その全波整流回路２２の出力端にリアクタ２３を介してコンデンサ２４が接続されている。この全波整流回路２２、リアクタ２３、コンデンサ２４により、直流電圧Ｖdcを出力する直流電源２５が構成される。

　この直流電源２５とモータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端との間に、その相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端への通電を制御するインバータ（第１インバータ；マスタインバータともいう）３０が接続されている。上記直流電源２５とモータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端との間に、その相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端への通電を制御するインバータ（第２インバータ；スレーブインバータともいう）４０が接続されている。すなわち、インバータ３０，４０を同じ直流電源２５に接続する電源共通方式が採用されている。なお、インバータ３０，４０を別々の直流電源に接続する電源絶縁方式を採用してもよい。

　インバータ３０は、ＩＧＢＴ３１，３２を直列接続し、そのＩＧＢＴ３１，３２の相互接続点がオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｕの一端に接続されるＵ相用直列回路、ＩＧＢＴ３３，３４を直列接続しそのＩＧＢＴ３３，３４の相互接続点がオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｖの一端に接続されるＶ相用直列回路、ＩＧＢＴ３５，３６を直列接続しそのＩＧＢＴ３５，３６の相互接続点がオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｗの一端に接続されるＷ相用直列回路を含み、直流電源２５の直流電圧ＶdcをＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングにより所定周波数の３相交流電圧に変換し、それをオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれ一端へ供給する。ＩＧＢＴ３１～３６には、回生用ダイオード（フリー・ホイール・ダイオードともいう）３１ａ～３６ａが逆並列接続されている。

　インバータ４０は、ＩＧＢＴ４１，４２を直列接続しそのＩＧＢＴ４１，４２の相互接続点がオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｕの他端に接続されるＵ相用直列回路、ＩＧＢＴ４３，４４を直列接続しそのＩＧＢＴ４３，４４の相互接続点がモータ１Ｍの相巻線Ｌｖの他端に接続されるＶ相用直列回路、ＩＧＢＴ４５，４６を直列接続しそのＩＧＢＴ４５，４６の相互接続点がオープン巻線モータ１Ｍの相巻線Ｌｗの他端に接続されるＷ相用直列回路を含み、直流電源２５の直流電圧ＶdcをＩＧＢＴ４１～４６のスイッチングにより所定周波数の３相交流電圧に変換し、それをモータ１Ｍの相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれ他端へ供給する。ＩＧＢＴ４１～４６には、回生用ダイオード（フリー・ホイール・ダイオードともいう）４１ａ～４６ａが逆並列接続されている。

　モータ１Ｍの相巻線Ｌｕの他端と相巻線Ｌｖの他端との相互間に、開閉器たとえばリレー５１の常開形接点（リレー接点という）５１ａが接続されている。モータ１Ｍの相巻線Ｌｖの他端と相巻線Ｌｗの他端との相互間に、開閉器たとえばリレー５２の常開形接点（リレー接点という）５２ａが接続されている。この２つのリレー５１,５２は完全に同期してコントローラ１０により駆動される。リレー接点５１ａ，５２ａが閉成すると、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端が相互接続される。つまり、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが星形結線される。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端の相互接続点、すなわち、リレー接点５１ａ,５２ａ部分が星形結線の中性点となる。リレー接点５１ａ，５２ａが開放すると、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端が開放し、これにより相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが電気的に分離したオープン巻線状態となる。

　一方のインバータ３０とモータ１Ｍとの間の通電ラインの各々に電流センサ５３，５３ｖ，５３ｗが配置され、これら電流センサ５３，５３ｖ，５３ｗの三相巻線分の検知信号がコントローラ１０に送られる。

　コントローラ１０は、上記冷凍サイクル装置を制御するとともに、その冷凍サイクル装置の空調負荷に応じてリレー接点５１ａ，５２ａの開閉およびインバータ３０，４０の運転を制御するもので、メインコントローラ１０ａ、モータコントローラ６０、電圧検出部６１、電流検出部６２、リレー駆動部６３、および上記リレー５１，５２を含む。電圧検出部６１は、直流電源２５の出力電圧Ｖdcを検出し、その検出結果をモータコントローラ６０に通知する。電流検出部６２は、モータ１Ｍに流れる電流を電流センサ５３，５３ｖ，５３ｗを介して検出し、その検出結果をモータコントローラ６０に通知する。リレー駆動部６３は、モータコントローラ６０の指令に応じてリレー５１，５２を駆動する。メインコントローラ１０ａは、冷凍サイクル装置を制御するとともに、その制御内容を冷凍サイクル装置の空調負荷と共にモータコントローラ６０に知らせる。

　モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａの制御内容、冷凍サイクル装置の空調負荷、電圧検出部６１の検出結果、電流検出部６２の検出結果などに応じて、リレー接点５１ａ，５２ａの開閉およびインバータ３０，４０の運転を制御する。とくに、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａの開閉に際しモータ１Ｍの回転数を一定に保持するべくインバータ３０，４０の運転を制御するもので、その制御に関わる主要な機能として第１制御部６０ａおよび第２制御部６０ｂを含む。

　第１制御部６０ａは、リレー接点５１ａ，５２ａの閉成により相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続し、かつインバータ３０を単独運転する星形結線モード、およびリレー接点５１ａ，５２ａの開放により相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を開放し、かつインバータ３０，４０を互いに連系運転（協調運転ともいう）するオープン巻線モードを、メインコントローラ１０ａの制御内容および冷凍サイクル装置の空調負荷に応じて選択的に設定する。

　具体的には、第１制御部６０ａは、モータ１Ｍの回転数Ｎを上昇させる際に、回転数Ｎが閾値（第２閾値）Ｎ２に達する前の低回転数領域（閾値Ｎ２未満）では星形結線モードを設定し、回転数Ｎが閾値Ｎ２に達した時点でその回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ２一定に保持した状態でオープン巻線モードを設定し、このオープン巻線モードの設定を回転数Ｎが閾値Ｎ２に達した後の高回転数領域（閾値Ｎ２以上）において維持する。さらに、第１制御部６０ａは、モータ１Ｍの回転数Ｎを下降させる際に、回転数Ｎが閾値（第１閾値）Ｎ１（＜Ｎ２）に達する前の高回転数領域（閾値Ｎ１超）ではオープン巻線モードを設定し、回転数Ｎが閾値Ｎ１に達した時点でその回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ１一定に保持した状態で星形結線モードを設定し、この星形結線モードの設定を回転数Ｎが閾値Ｎ１に達した後の低回転数領域（閾値Ｎ未満）において保持する。

　上記一定時間ｔｓは、モータコントローラ６０からリレー駆動部６３に指令が出てからリレー５１，５２が作動して実際にリレー接点５１ａ，５２ａが開閉するまでの応答遅れ時間を十分に含む時間である。一定時間ｔｓとして、少なくとも１秒間以上が設定される。冷凍サイクルの安定状態を含めて考えると数十秒確保することが望ましい。

　第２制御部６０ｂは、メインコントローラ１０ａから除霜開始指令を受けた際に、オープン巻線モードを設定している状態にあれば、モータ１Ｍの回転数Ｎを閾値Ｎ１より低い設定値Ｎdefへ下降させかつ設定値Ｎdef一定に保持した状態で四方弁２を切換え、この切換え後、回転数Ｎを上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜運転に必要な値まで上昇させる。そして、第２制御部６０ｂは、メインコントローラ１０ａから除霜終了指令を受けた際に、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させかつ設定値Ｎdef一定に保持した状態で四方弁２を元の状態に復帰する。

　また、第２制御部６０ｂは、メインコントローラ１０ａから除霜開始指令を受けた際に、星形結線モードを設定している状態にあれば、モータ１Ｍの回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させかつ設定値Ｎdef一定に保持した状態で四方弁２を切換え、この切換え後、回転数Ｎを閾値Ｎ２へ上昇させかつ閾値Ｎ２一定に保持した状態でオープン巻線モードを設定し、この設定後、回転数Ｎを上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜運転に必要な値まで上昇させる。そして、第２制御部６０ｂは、メインコントローラ１０ａから除霜終了指令を受けた際に、回転数Ｎを閾値Ｎ１へ下降させかつ閾値Ｎ１一定に保持した状態で星形結線モードを設定し、この設定後、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させかつ設定値Ｎdef一定に保持した状態で四方弁２を元の状態に復帰する。

　つぎに、モータコントローラ６０が実行する制御を図３のフローチャートおよび図４のタイムチャートを参照しながら説明する。フローチャートのステップＳ１，Ｓ２…については、単にＳ１，Ｓ２…と略称する。

　［星形結線モードからオープン巻線モードへの切換え］
　メインコントローラ１０ａから運転開始指令を受けた場合（Ｓ１のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａを閉成して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続しかつインバータ３０を単独運転（インバータ４０は停止）する星形結線モードを設定する（Ｓ２）。そして、モータコントローラ６０は、モータ１Ｍの回転数Ｎを空調負荷に応じた目標回転数Ｎｔへ上昇させるべく、インバータ３０のＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する（Ｓ３）。

　メインコントローラ１０ａから除霜開始指令を受けていない場合（Ｓ４のＮＯ）、モータコントローラ６０は、モータ１Ｍの回転数Ｎが閾値Ｎ２まで上昇したかどうかを判定する（Ｓ５）。回転数Ｎが閾値Ｎ２へ向かって上昇する間（Ｓ５のＮＯ，Ｓ８のＮＯ），上記Ｓ３に戻り、回転数Ｎを空調負荷に応じた目標回転数Ｎｔへ上昇させるべく、インバータ３０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ３）。

　［星形結線モードからオープン巻線モードへの切換え］
　回転数Ｎが上昇して閾値Ｎ２に達した場合（高回転数領域；Ｓ５のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ２一定に保持する（Ｓ６）。回転数Ｎを閾値Ｎ２一定に保持している間、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａを開放して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を開放しかつインバータ３０，４０を連系運転（協調運転）するオープン巻線モードを設定する（Ｓ７）。通常、空調機等の運転開始時には空調負荷が重い、すなわちモータ１Ｍの高回転数運転が必要な状態であることが多く、ほとんどの場合、運転開始時はこのフローを流れる。

　そして、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａから運転停止指令を受けていなければ（Ｓ１１のＮＯ）、上記Ｓ３に戻り、回転数Ｎが空調負荷に応じた目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０のＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングおよびインバータ４０のＩＧＢＴ４１～４６のスイッチングを互いに連系（協調）してＰＷＭ制御する。このオープン巻線モードの設定により、星形結線モード時の√３倍の電圧を相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加することができ、モータ１Ｍを高回転で運転することが可能となる。

　［オープン巻線モードから星形結線モードへの切換え］
　回転数Ｎが下降して閾値Ｎ１に達した場合（低回転数領域；Ｓ５のＮＯ，Ｓ８のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ１一定に保持する（Ｓ９）。回転数Ｎを閾値Ｎ１一定に保持している間、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａを閉成して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続しかつインバータ３０を単独運転する星形結線モードを設定する（Ｓ１０）。そして、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａから運転停止指令を受けていなければ（Ｓ１１のＮＯ）、上記Ｓ３に戻り、回転数Ｎが空調負荷に応じた目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０のＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングをＰＷＭ制御する。この星形結線モードの設定により、低負荷運転に対応し得る低レベルの電圧を相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加することができる。

　メインコントローラ１０ａから運転停止指令を受けた場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、インバータ３０およびインバータ４０の全ての運転を停止する（Ｓ１２）。

　［除霜運転］
　メインコントローラ１０ａから除霜開始指令を受けた場合（Ｓ４のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、除霜モードルーチンを実行する（Ｓ２０）。この除霜モードルーチンを図５のフローチャートおよび図６・図７のタイムチャートにより説明する。

　［オープン巻線モードを設定している状況での除霜開始］
　オープン巻線モードを設定している状況で除霜を開始する場合、モータコントローラ６０は、図６に示すように、回転数Ｎが設定値Ｎdefへ下降するよう、インバータ３０，４０のスイッチングをＰＷＭ制御する（Ｓ２１）。除霜運転のために四方弁２を切換えると、冷凍サイクルの高圧側と低圧側が瞬時に切換わり、冷凍サイクルにおいて大きな負荷変動が発生する。そこで、四方弁２の切換え前にモータ１Ｍの回転数Ｎを低回転数である設定値Ｎdefまで低下させ、これにより冷凍サイクルの高低圧差を小さくして負荷変動を緩和するようにしている。そして、モータコントローラ６０は、モータ１Ｍの回転数Ｎが設定値Ｎdefまで下降したかどうかを判定する（Ｓ２２）。回転数Ｎが設定値Ｎdefに向かって下降する間（Ｓ２２のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２１に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させるべく、インバータ３０，４０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２１）。

　回転数Ｎが下降して設定値Ｎdefに達した場合（Ｓ２２）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｘにわたり設定値Ｎdef一定に保持する（Ｓ２３）。回転数Ｎを設定値Ｎdef一定に保持している間、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａを介して四方弁２を暖房用の流路から除霜用（冷房用）の流路に切換える（Ｓ２４）。

　上記一定時間ｔｘは、四方弁２の切換えに要する時間を十分に含む時間である。一定時間ｔｘとして、例えば２～３秒間が選定される。

　続いて、モータコントローラ６０は、現時点の設定がオープン巻線モードなので（Ｓ２５のＹＥＳ）、回転数Ｎが除霜運転に適した目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０，４０のスイッチングを互いに連系してＰＷＭ制御する（Ｓ２６）。ここで、目標回転数Ｎｔとして、出来るだけ除霜運転を早く終了させるためにモータ１Ｍの最高回転数に近い高回転が設定される。

　続いて、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａの除霜終了指令を待つ（Ｓ２７）。除霜終了指令を受けない場合（Ｓ２７のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２６に戻り、回転数Ｎが除霜運転に適した目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０，４０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２６）。

　メインコントローラ１０ａから除霜終了指令を受けた場合（Ｓ２７のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎが設定値Ｎdefへ下降するよう、インバータ３０，４０のスイッチングをＰＷＭ制御する（Ｓ２８）。これも、除霜運転開始の時と同様に四方弁２の切換え前に冷凍サイクルの高低圧差を小さくして四方弁２の切換え前後の負荷変動を緩和するためである。そして、モータコントローラ６０は、回転数Ｎが設定値Ｎdefまで下降したかどうかを判定する（Ｓ２９）。回転数Ｎが設定値Ｎdefに向かって下降する間（Ｓ２９のＮＯ）、モータコントローラ６０は、除霜前が星形結線モードであったかどうかを判定する（Ｓ３０）。除霜前は星形結線モードではないので（Ｓ３０のＮＯ）、上記Ｓ２８に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させるべく、インバータ３０，４０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２８）。なお、メインコントローラ１０ａにおける除霜終了の判定は、室外熱交換器３の温度、除霜運転開始からの時間、モータ電流値等の様々な公知の条件を用いることができる。

　回転数Ｎが下降して設定値Ｎdefに達した場合（Ｓ２９のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｘにわたり設定値Ｎdef一定に保持する（Ｓ３６）。回転数Ｎを設定値Ｎdef一定に保持している間、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａを介して四方弁２を元の暖房用の流路に復帰する（Ｓ３７）。そして、コントローラは、除霜フラグｆを“０”にリセットし（Ｓ３８）、除霜モードルーチンを終了する。

　［星形結線モードを設定している状況での除霜開始］
　星形結線モードを設定している状況で除霜を開始する場合、モータコントローラ６０は、図７に示すように、回転数Ｎが設定値Ｎdefへ下降するよう、インバータ３０のスイッチングをＰＷＭ制御する（Ｓ２１）。そして、モータコントローラ６０は、オープン巻線モータ１Ｍの回転数Ｎが設定値Ｎdefまで下降したかどうかを判定する（Ｓ２２）。回転数Ｎが設定値Ｎdefに向かって下降する間（Ｓ２２のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２１に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させるべく、インバータ３０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２１）。

　回転数Ｎが下降して設定値Ｎdefに達した場合（Ｓ２２）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｘにわたり設定値Ｎdef一定に保持する（Ｓ２３）。回転数Ｎを設定値Ｎdef一定に保持している間、モータコントローラ６０は、メインコントローラ１０ａを介して四方弁２を暖房用の流路から除霜用の流路に切換える（Ｓ２４）。

　続いて、モータコントローラ６０は、現時点の設定が星形結線モードなので（Ｓ２５のＮＯ）、回転数Ｎが除霜運転に適した目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０のスイッチングをＰＷＭ制御する（Ｓ３９）。そして、モータコントローラ６０は、モータ１Ｍの回転数Ｎが閾値Ｎ２まで上昇したかどうかを判定する（Ｓ４０）。回転数Ｎが閾値Ｎ２に向かって上昇する間（Ｓ４０のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ３９に戻り、回転数Ｎが除霜運転に適した目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ３９）。

　回転数Ｎが上昇して閾値Ｎ２に達した場合（Ｓ４０のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ２一定に保持する（Ｓ４１）。回転数Ｎを閾値Ｎ２一定に保持している間、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａを開放して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を開放しかつインバータ３０，４０を連系運転するオープン巻線モードを設定する（Ｓ４２）。このオープン巻線モードの設定により、除霜運転に対応し得る十分な圧縮機能力を発揮できる。続いて、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２７に戻ってメインコントローラ１０ａの除霜終了指令を待つ（Ｓ２７）。

　除霜終了指令を受けない場合（Ｓ２７のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２６に移行し、回転数Ｎが除霜運転に適した目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ３０，４０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２６）。

　メインコントローラ１０ａから除霜終了指令を受けた場合（Ｓ２７のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎが設定値Ｎdefへ下降するよう、インバータ３０，４０のスイッチングをＰＷＭ制御する（Ｓ２８）。そして、モータコントローラ６０は、回転数Ｎが設定値Ｎdefまで下降したかどうかを判定する（Ｓ２９）。回転数Ｎが設定値Ｎdefに向かって下降する間（Ｓ２９のＮＯ）、モータコントローラ６０は、除霜前が星形結線モードであったかどうかを判定する（Ｓ３０）。除霜前は星形結線モードだったので（Ｓ３０のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、除霜フラグｆが“０”であることを条件に（Ｓ３１のＹＥＳ）、オープン巻線モータ１Ｍの回転数Ｎが閾値Ｎ１まで下降したかどうかを判定する（Ｓ３２）。回転数Ｎが閾値Ｎ１に向かって下降する間（Ｓ３２のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２８に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへ下降させるべく、インバータ３０，４０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２８）。

　回転数Ｎが下降して閾値Ｎ１に達した場合（Ｓ３２のＹＥＳ）、モータコントローラ６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ１一定に保持する（Ｓ３３）。回転数Ｎを閾値Ｎ１一定に保持している間、モータコントローラ６０は、リレー接点５１ａ，５２ａを閉成して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続しかつインバータ３０を単独運転する星形結線モードを設定する（Ｓ３４）。そして、モータコントローラ６０は、除霜フラグｆを“１”にセットし（Ｓ３５）、かつ上記Ｓ２８に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへとさらに下降させるべく、インバータ３０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２８）。星形結線モードを設定したことにより、低負荷運転に対応し得る低レベルの電圧を相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加することができる。

　続いて、モータコントローラ６０は、回転数Ｎが設定値Ｎdefまで下降したかどうかを判定する（Ｓ２９）。回転数Ｎが設定値Ｎdefに向かって下降する間（Ｓ２９のＮＯ）、モータコントローラ６０は、除霜前が星形結線モードであったかどうかを判定する（Ｓ３０）。この場合、除霜前は星形結線モードであったが（Ｓ３０のＹＥＳ）、除霜フラグｆが“１”なので（Ｓ３１のＮＯ）、モータコントローラ６０は、上記Ｓ２８に戻り、回転数Ｎを設定値Ｎdefへと下降させるべく、インバータ３０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（Ｓ２８）。

　除霜運転に関し、四方弁２の切換え前に一旦低回転数である設定値Ｎdefにモータ１Ｍの回転数を低下させる必要がある。この設定値Ｎdefは、通常であれば、星形結線モードで運転すべき低回転数（＜Ｎ１）であるが、星形結線モードとオープン巻線モードとを切換えるためにはリレー接点５１ａ，５２ａの開閉動作が必要である。リレー接点５１ａ，５２ａには切換え回数に応じた寿命がある。そこで、オープン巻線モードで運転している状況下では、リレー接点５１ａ，５２ａを切換えることなく、オープン巻線モードのままで回転数を変化させて、リレー接点５１ａ，５２ａの寿命を延長させる。また、四方弁２切換えの前後に、一旦オープン巻線モード状態のままで低回転数の設定値Ｎdef運転することで、モータ１Ｍの効率が低下するが、極めて短時間の一時的な運転であり、運転全体から見れば、それほど大きな効率低下とはならない。

　また、除霜運転前にオープン巻線モードで運転している場合には、冷凍サイクルも高能力運転となっており、冷凍サイクルの高低圧差が大きい状態にある。四方弁２の切換え前に、一旦低回転数である設定値Ｎdefにモータ１Ｍの回転数を低下させて高低圧差の緩和を図ってはいるが、高低圧差が大きい状態においてオープン巻線モードから星形結線モードへと切換えた場合には、脱調の可能性が高まる。この問題を回避するためにもオープン巻線モードで運転をしている状態で除霜運転に入る場合は、途中に星形結線モードへ移行することなく、切換オープン巻線モード状態のままで除霜運転を実行することが望ましい。

　［まとめ］
　以上のように、星形結線モードとオープン巻線モードとを切換えるためのリレー接点５１ａ，５２ａの開閉に際し、モータ１Ｍの回転数Ｎを閾値Ｎ２一定または閾値Ｎ１一定に保持するようにしたので、星形結線モードとオープン巻線モードとの切換えに際してインバータ３０，４０の駆動制御とオープン巻線モータ１Ｍの実際の回転とが同期しなくなるいわゆる脱調を生じない。脱調によるモータ１Ｍの停止を防ぐことができる。

　上記実施形態では、開閉器がリレー接点５１ａ，５２ａである場合を例に説明したが、半導体スイッチを開閉器として用いることもできる。

　上記実施形態では、圧縮機の駆動用モータとして用いるオープン巻線モータを例に説明したが、他の用途に用いるオープン巻線モータについても同様に実施できる。

　上記実施形態では、インバータ３０，４０を同じ直流電源２５に接続する電源共通方式を採用したが、インバータ３０，４０を別々の直流電源に接続する電源絶縁方式においても、同様に実施できる。

　その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１…圧縮機、１Ｍ…オープン巻線モータ、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…相巻線、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…電動膨張弁、５…室内熱交換器、１０…コントローラ、１０ａ…メインコントローラ、２０…３相交流電源、２２…全波整流回路、２４…コンデンサ、２５…直流電源、３０…インバータ（第１インバータ）、４０…インバータ（第２インバータ）、５１，５２…リレー、５１ａ，５２ａ…リレー接点、５３ｕ，５３ｖ，５３ｗ…電流センサ、６０…モータコントローラ、６１…電圧検出部、６２…電流検出部、６３…リレー駆動部

Claims

　互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、
　前記各相巻線の一端に接続され、その各相巻線の一端への通電を制御する第１インバータと、
　前記各相巻線の他端に接続され、その各相巻線の他端への通電を制御する第２インバータと、
　前記各相巻線の他端の相互間に接続された開閉器と、
　前記開閉器の開閉および前記第１および第２インバータの運転を制御するとともに、その開閉器の開閉に際し前記モータの回転数を一定に保持するコントローラと、
　を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
　前記コントローラは、開閉器の開閉に際し前記モータの回転数を、前記開閉器の応答遅れ時間を含む一定時間にわたり、一定に保持する
　ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記コントローラは、前記開閉器の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続する星形結線モード、および前記開閉器の開放により前記各相巻線の他端を開放するオープン巻線モードを、負荷に応じて選択的に設定する
　ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記コントローラは、前記開閉器の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続しかつ前記第１インバータを単独運転する星形結線モード、および前記開閉器の開放により前記各相巻線の他端を開放しかつ前記第１および第２インバータを互いに連系運転するオープン巻線モードを、負荷に応じて選択的に設定する
　ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記コントローラは、前記モータを低回転数領域で駆動する場合に前記星形結線モードを設定し、前記モータを高回転数領域で駆動する場合に前記オープン巻線モードを設定する
　ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のモータ駆動装置。
　前記コントローラは、
　前記モータの回転数を上昇させる際に、その回転数が第２閾値に達する前の低回転数領域において前記星形結線モードを設定し、前記回転数が前記第２閾値に達した場合にその回転数をその第２閾値一定に保持した状態で前記オープン巻線モードを設定し、このオープン巻線モードの設定を前記回転数が前記第２閾値に達した後の高回転数領域において維持する、
　前記モータの回転数を下降させる際に、その回転数が第１閾値（＜前記第２閾値）に達する前の高回転数領域において前記オープン巻線モードを設定し、前記回転数が前記第１閾値に達した場合にその回転数をその第１閾値一定に保持した状態で前記星形結線モードを設定し、この星形結線モードの設定を前記回転数が前記第１閾値に達した後の低回転数領域において保持する
　ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のモータ駆動装置。
　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のオープン巻線モータを圧縮機の駆動用モータに用い、前記圧縮機、四方弁、凝縮器、減圧器及び蒸発器を順次接続したヒートポンプ式冷凍サイクルを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
　前記コントローラは、
　前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜開始に際し、前記オープン巻線モードを設定している状態にあれば、前記モータの回転数を前記第１閾値より低い設定値へ下降させかつその設定値一定に保持した状態で前記四方弁を切換え、この切換え後、前記モータの回転数を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜運転に必要な値まで上昇させ、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜終了に際し、前記モータの回転数を前記設定値へ下降させかつその設定値一定に保持した状態で前記四方弁を元の状態に復帰する、
　前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜終了に際し、前記星形結線モードを設定している状態にあれば、前記モータの回転数を前記設定値へ下降させかつその設定値一定に保持した状態で前記四方弁を切換え、この切換え後、前記モータの回転数を前記第２閾値へ上昇させかつその第２閾値一定に保持した状態で前記オープン巻線モードを設定し、この設定後、前記モータの回転数を前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜運転に必要な値まで上昇させ、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの除霜終了に際し、前記モータの回転数を前記第１閾値へ下降させかつその第１閾値一定に保持した状態で前記星形結線モードを設定し、この設定後、前記モータの回転数を前記設定値へ下降させかつその設定値一定に保持した状態で前記四方弁を元の状態に復帰する、
　ことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。