WO2021214980A1 - 電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫 - Google Patents

電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫 Download PDF

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WO2021214980A1
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switching
connection
motor
switches
motor drive
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PCT/JP2020/017705
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English (en)
French (fr)
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慎也 豊留
和徳 畠山
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present disclosure relates to a motor drive device, a refrigeration cycle device equipped with the motor drive device, and an air conditioner, a water heater, and a refrigerator equipped with the refrigeration cycle device.
  • a motor drive device has been proposed in which a switch (for example, a mechanical relay) of a connection switching device switches a connection state of a winding of a motor without stopping the rotation operation of the motor (for example, Patent Document). 1).
  • This motor drive device performs a switching operation of the switch within a period in which the output voltage of the inverter is controlled so that the effective value of the alternating current (that is, the motor current) flowing in the winding of the motor approaches zero.
  • the present disclosure provides a motor drive device and a device including the motor drive device, which is less likely to cause a failure due to the switching operation of the switch for switching the connection state of the windings of the motor without stopping the rotation operation of the motor. With the goal.
  • the motor drive device has a plurality of switching devices, and the connection switching device for switching the connection state of the windings of the motor by performing the switching operation of the plurality of switching devices, and the plurality of switching devices are used.
  • the motor By controlling the inverter and the inverter in which an AC voltage is applied to the winding and a countercurrent voltage is applied from the winding of the motor in rotation operation via the plurality of switches, the motor
  • the connection switching device has a control device that controls the rotation operation of the motor and causes the connection switching device to switch the connection state, and the connection switching device executes the switching of the connection state during the rotation operation of the motor.
  • the switching operation of each of the plurality of switching devices is sequentially performed with a time interval.
  • failure of the motor drive device due to the switching operation of the switch for switching the connection state of the windings of the motor without stopping the rotation operation of the motor is less likely to occur, and the motor drive device The life can be extended.
  • FIG. 1 It is the schematic which shows the structural example of the air conditioner (including a refrigerating cycle apparatus) of embodiment. It is a schematic diagram which shows the structural example of the water heater (including a refrigerating cycle apparatus) of embodiment. It is the schematic which shows the structural example of the refrigerator (including a refrigerating cycle apparatus) of embodiment. It is a figure which shows the structure of the electric motor drive device of Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows the other structure of the electric motor drive device of Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows the structure of the inverter of FIG. It is a circuit diagram which shows the structural example of the winding and connection switching device of the electric motor of FIG. 4 in detail.
  • FIG. 4 It is a circuit diagram which shows the structural example of the connection switching device of FIG. 4 in detail.
  • (A) and (b) are diagrams conceptually showing windings in different connection states of a motor. It is a functional block diagram which shows an example of the control apparatus used in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the structure of the voltage command calculation unit of FIG.
  • (A) and (b) are diagrams showing an example of a signal of a switch at the time of connection switching.
  • (A) and (b) are diagrams showing a connection state when a plurality of switches are sequentially switched at different times.
  • FIG. 1 A) to (C) are diagrams showing a connection state when a plurality of switches are sequentially switched at different times. An example of the current waveform before and after the connection switching is shown. It is a circuit diagram which shows the winding of the electric motor and the connection switching device in Embodiment 2.
  • FIG. It is a circuit diagram which shows the configuration example which used the MOS transistor for the switch of the connection switching device of FIG. It is a figure which shows the example of the ON and OFF states of the MOS transistor of the switch of FIG. 18 in a table format. It is a circuit diagram which shows the winding of the electric motor and the connection switching device in Embodiment 3.
  • an electric motor drive device including the refrigeration cycle applicable device, and an air conditioner, a water heater, and a refrigerator equipped with the refrigeration cycle device.
  • a refrigeration cycle device including the refrigeration cycle applicable device, and an air conditioner, a water heater, and a refrigerator equipped with the refrigeration cycle device.
  • the embodiments shown below are merely examples, and various changes can be made to the motor drive device and each device provided with the motor drive device.
  • the components with the same reference numerals have the same or similar functions.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of an air conditioner (including a refrigeration cycle device 900) of the embodiment.
  • the refrigeration cycle device 900 can perform a heating operation or a cooling operation by the switching operation of the four-way valve 902.
  • the refrigerant is pressurized by the compressor 904 and sent out, and the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 906, the expansion valve 908, the outdoor heat exchanger 910 and the four-way valve 902. It returns to the compressor 904 through.
  • the refrigerant is pressurized by the compressor 904 and sent out, and the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 910, the expansion valve 908, the indoor heat exchanger 906 and the four-way valve 902. It returns to the compressor 904 through.
  • the heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat (that is, heats the room), and the heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat (that is, cool the room).
  • the compressor 904 is driven by a motor 7 controlled at a variable speed by the motor drive device 200.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of the heat pump type water heater (including the refrigeration cycle device 900a) of the embodiment.
  • the heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat (that is, warms water), and the heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat. I do.
  • the compressor 904 is driven by a motor 7 controlled at a variable speed by the motor drive device 200.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a configuration example of the refrigerator (including the refrigerating cycle device 900b) of the embodiment.
  • the heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat
  • the heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat (that is, in the refrigerator). To cool).
  • the compressor 904 is driven by a motor 7 controlled at a variable speed by the motor drive device 200.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the motor drive device 200 of the first embodiment together with the motor 7 and the AC power supply 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the motor drive device 200.
  • the motor drive device 200 is a circuit for driving the motor 7. As shown in FIG. 4, the motor drive device 200 includes an inverter 30, a connection switching device 60, and a control device 100. Further, the motor drive device 200 includes an AC power input terminal, a reactor 2, a rectifier circuit 3, a capacitor 10, a control power generation circuit 50, a bus current detection unit 40, and an electric amount detection unit 70. May be good.
  • the connection switching device 60 has switches 61, 62, 63 as a plurality of switch circuits.
  • the connection switching device 60 performs the switching operation of the switching devices 61, 62, 63 during the rotating operation of the motor 7, that is, without stopping the rotation of the motor 7, thereby performing the switching operation of the windings 71, 72 of the motor 7.
  • the connection state (that is, the connection state) of 73 is switched.
  • the inverter 30 applies an AC voltage to the windings 71, 72, 73 via the switches 61, 62, 63, and the winding 71 of the motor 7 rotating via the switches 61, 62, 63.
  • a counter electromotive voltage is applied from 72 and 73.
  • the control device 100 controls the rotational operation of the electric motor 7 by controlling the inverter 30. Further, the control device 100 causes the connection switching device 60 to switch the connection state of the windings.
  • the control device 100 is a switch within the current control period Pc (shown in FIG. 16 described later) in which the value of the alternating current flowing through the windings 71, 72, and 73 is approaching zero. The switching operation of 61, 62, 63 is executed.
  • the current control period Pc is also referred to as a "zero current control period".
  • the connection state of the winding includes both the connection state of the winding (for example, Y connection and ⁇ connection) and the number of turns of the winding.
  • the switching of the number of turns of the winding will be described in the third embodiment.
  • the current control period Pc can be set to several hundred milliseconds or less.
  • the current control period Pc can be set to several milliseconds or less.
  • the motor 7 is used as a compressor of a refrigerating cycle device such as an air conditioner, a heat pump type water heater, or a refrigerator, the current control period Pc can be set within a range of several msec to 1 second.
  • the control device 100 includes, for example, a memory as a storage device for storing control information as a software program, and a CPU (Central Processing Unit) as an information processing device for executing this program. It is composed of a microcomputer (microcomputer) equipped with a device, a DSP (Digital Signal Processor), or the like. Further, the control device 100 may be composed of dedicated hardware (for example, a processing circuit). Hereinafter, a case where the control device 100 is composed of a microcomputer will be described.
  • An AC voltage is applied to the motor drive device 200 from an external AC power supply 1 via an AC power supply input terminal.
  • the applied voltage is, for example, an effective value of amplitude of 100 V or 200 V, a frequency of 50 Hz or 60 Hz, or the like.
  • the rectifier circuit 3 receives an AC voltage from the AC power supply 1 via the AC power supply input terminal and the reactor 2, and rectifies this to generate a DC voltage.
  • the rectifier circuit 3 is a full-wave rectifier circuit formed by bridging a rectifier element such as a diode.
  • the capacitor 10 smoothes the DC voltage generated by the rectifier circuit 3 and outputs the DC voltage (V20 shown in FIG. 6).
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the inverter 30 of FIG.
  • the inverter 30 has an inverter main circuit 310 and a drive circuit 350.
  • the input terminal of the inverter main circuit 310 is connected to the electrode of the capacitor 10.
  • the line connecting the output of the rectifier circuit 3, the electrode of the capacitor 10, and the input terminal of the inverter main circuit 310 is called a DC bus.
  • the inverter 30 is controlled by the control device 100, and the switching elements 311 to 316 of the six arms of the inverter main circuit 310 operate on and off. By this on / off operation, the inverter 30 generates a three-phase alternating current having a variable frequency and a variable voltage, and supplies the three-phase alternating current to the motor 7. Rectifying elements 321 to 326 for reflux are connected in parallel to the switching elements 311 to 316, respectively.
  • the motor 7 is a three-phase permanent magnet synchronous motor, and the end of the stator winding (also simply referred to as “winding") is pulled out to the outside of the motor 7, and star connection (Y connection) and delta connection (Y connection) and delta connection ( It is possible to switch to any of ( ⁇ connection).
  • This switching is performed by the connection switching device 60.
  • the connection switching device 60 When the Y connection is referred to as the first connection, the ⁇ connection is the second connection, and when the ⁇ connection is referred to as the first connection, the Y connection is the second connection.
  • the connection state of the winding may be three or more types.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing in detail a configuration example of the windings 71, 72, 73 of the motor 7 and the connection switching device 60.
  • the first ends 71a, 72a, 73a of the three-phase windings 71, 72, 73 of the motor 7 composed of the U phase, the V phase, and the W phase are the external terminals 71c. It is connected to 72c and 73c, respectively.
  • the second ends 71b, 72b, 73b of the U-phase, V-phase, and W-phase windings 71, 72, and 73 of the motor 7 are connected to the external terminals 71d, 72d, and 73d, respectively.
  • the electric motor 7 is connected to the connection switching device 60.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 are connected to the external terminals 71c, 72c, and 73c.
  • connection switching device 60 is composed of switching devices 61, 62, and 63.
  • an electromagnetic contactor whose contacts are opened and closed electromagnetically is used.
  • Such magnetic contactors include what are called relays, contactors and the like.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing in detail a configuration example of the connection switching device 60 of FIG.
  • the switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 are configured as shown in FIG. 8, for example.
  • the connection state is different depending on whether a current is flowing through the exciting coils 611, 621, or 631 or when no current is flowing.
  • the exciting coils 611, 621 and 631 are connected via semiconductor switches 604, 605 and 606 so as to receive the switching power supply voltage V60.
  • the opening and closing of the semiconductor switches 604, 605, and 606 is controlled by the switching control signals S61, S62, and S63 output from the control device 100. Further, in the examples shown in FIGS.
  • the opening and closing of the semiconductor switches 604, 605, and 606 are performed by Sc_1, which is a switching control signal Sc output from the control device 100, and Sc_2, which is a signal that delays the signal Sc. It is controlled by Sc_3, which is a signal obtained by further delaying the signal Sc.
  • Sc_1 is a switching control signal Sc output from the control device 100
  • Sc_2 which is a signal that delays the signal Sc. It is controlled by Sc_3, which is a signal obtained by further delaying the signal Sc.
  • the common contact 61c of the switch 61 is connected to the external terminal 71d via the lead wire 61e.
  • the normally closed contact 61b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 61a is connected to the V-phase output line 332 of the inverter 30.
  • the common contact 62c of the switch 62 is connected to the external terminal 72d via the lead wire 62e.
  • the normally closed contact 62b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 62a is connected to the W phase output line 333 of the inverter 30.
  • the common contact 63c of the switch 63 is connected to the external terminal 73d via the lead wire 63e.
  • the normally closed contact 63b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 63a is connected to the U-phase output line 331 of the inverter 30.
  • the switches 61, 62, 63 are switched to the normally closed contact side, that is, the common contacts 61c, 62c, as shown in FIG. , 63c are in a state of being connected to the normally closed contacts 61b, 62b, 63b (that is, a conductive state), and are not connected to the normally open contacts 61a, 62a, 63a (that is, a non-conducting state). In this state, the motor 7 is in the Y connection state.
  • the switches 61, 62, 63 are switched to the normally open contact side, that is, the common contacts 61c, 62c, 63c are in the opposite direction to the drawing. It is in a state of being connected to the normally open contacts 61a, 62a, 63a and not connected to the normally closed contacts 61b, 62b, 63b (that is, a non-conducting state). In this state, the motor 7 is in the ⁇ connection state.
  • FIG. 9A conceptually shows the connection state of the winding when the Y connection is made
  • FIG. 9B conceptually shows the connection state of the winding when the ⁇ connection is made.
  • the electric power is connected at the time of Y connection and the time of ⁇ connection.
  • the power supplied to is equal to each other. That is, when the electric power supplied to the motors is equal to each other, the current is larger in the ⁇ connection and the voltage required for driving is lower.
  • connection state when the load is low, the Y connection may be used for low-speed operation, and when the load is high, the ⁇ connection may be used for high-speed operation. By doing so, the efficiency at low load can be improved, and the output at high load can be increased.
  • connection state it is conceivable to switch the connection state according to the number of rotations. For example, when high-speed operation is required, the ⁇ connection state is set. By doing so, the voltage required for driving can be reduced to 1 / ⁇ 3 (compared to the voltage required for Y connection). Therefore, it is not necessary to reduce the number of turns of the winding, and it is not necessary to use the weakening magnetic flux control.
  • the current value can be reduced to 1 / ⁇ 3 compared to the ⁇ connection by setting the Y connection state.
  • the winding can be designed to be suitable for driving at a low speed in the Y connection state, and the current value can be reduced as compared with the case where the Y connection is used over the entire speed range. ..
  • the loss of the inverter 30 can be reduced and the efficiency can be improved.
  • connection switching device 60 is provided in order to enable such switching.
  • the bus current detection unit 40 shown in FIGS. 4 and 5 detects the bus current, that is, the DC current Idc input to the inverter 30.
  • the bus current detection unit 40 includes a shunt resistor inserted in the DC bus and supplies an analog signal indicating the detection result to the control device 100.
  • This analog signal (that is, the detection signal) is converted into a digital signal by an A / D (Analog to Digital) converter (not shown) in the control device 100 and used for processing inside the control device 100.
  • control device 100 controls the switching of the connection state by the connection switching device 60 and also controls the operation of the inverter 30.
  • the control device 100 generates PWM (Pulse Width Modulation) signals Sm1 to Sm6 and supplies them to the inverter 30.
  • the inverter 30 includes a drive circuit 350 in addition to the inverter main circuit 310, and the drive circuit 350 generates drive signals Sr1 to Sr6 based on the PWM signals Sm1 to Sm6.
  • the drive circuit 350 controls the switching elements 311 to 316 to be turned on and off by the drive signals Sr1 to Sr6, whereby a frequency-variable and voltage-variable three-phase AC voltage is applied to the motor 7.
  • the drive signals Sr1 to Sr6 are voltage levels required to control the switching elements 311 to 316, for example. , A signal having a magnitude from + 15V to -15V. Further, the PWM signals Sm1 to Sm6 use the ground potential of the control device 100 as a reference potential, whereas the drive signals Sr1 to Sr6 are the potentials of the emitter terminals which are the negative terminals of the corresponding switching elements. Is the reference potential.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing an example of the control device 100 of FIG. As shown in FIG. 10, the control device 100 includes an operation control unit 102 and an inverter control unit 110.
  • the operation control unit 102 outputs an instruction signal based on the command signal Qe provided by the electric energy detection unit 70.
  • the electric amount detection unit 70 is a command signal based on the electric amount of an electric signal indicating a room temperature (for example, the temperature of an air-conditioned space) detected by a temperature sensor (not shown), and an operation unit (for example, a remote controller) (not shown). It receives a command signal indicating instruction information and controls the operation of each part of the air conditioner.
  • the instructions from the operation unit include information indicating the set temperature, selection of the operation mode, instructions for starting and ending the operation, and the like.
  • the operation control unit 102 determines whether the winding of the motor 7 is Y-connected or ⁇ -connected, and determines the target rotation speed. Based on this determination, the switching control signal Sc and the frequency command value ⁇ * Is output. For example, when the difference between the room temperature and the set temperature is large, the operation control unit 102 decides to make a ⁇ connection, sets the target rotation speed to a relatively high value, and corresponds to the above target rotation speed after startup. Outputs the frequency command value ⁇ * that gradually increases the frequency to the frequency.
  • the operation control unit 102 When the frequency reaches the frequency corresponding to the target rotation speed, the operation control unit 102 maintains the state until the room temperature approaches the set temperature, and once the room temperature approaches the set temperature, the electric motor is temporarily stopped and the Y connection is made. And outputs the frequency command value ⁇ * that gradually rises to the frequency corresponding to the relatively low target rotation speed. When the frequency reaches the frequency corresponding to the target rotation speed, the operation control unit 102 controls to maintain the room temperature close to the set temperature. This control includes adjusting the frequency, stopping and restarting the motor.
  • the inverter control unit 110 includes a current restoration unit 111, a three-phase two-phase conversion unit 112, a frequency compensation unit 113, a primary frequency calculation unit 114, a voltage command calculation unit 115, and a two-phase three-phase conversion unit. It has 116, a PWM generation unit 117, an electric angle phase calculation unit 118, and an exciting current command control unit 119.
  • the current restoration unit 111 restores the phase currents i u , iv , i w flowing through the motor 7 based on the value of the direct current Idc detected by the bus current detection unit 40 (shown in FIGS. 4 and 5). do.
  • the current restoration unit 111 samples the direct current Idc detected by the bus current detection unit 40 at a timing determined based on the PWM signal provided by the PWM generation unit 117, thereby causing the phase currents i u , iv , and so on. Restore i w.
  • the three-phase two-phase conversion unit 112 excites the current values i u , iv , and i w restored by the current restoration unit 111 by using the electric angle phase ⁇ generated by the electric angle phase calculation unit 118 described later. Converts to the current value of the ⁇ - ⁇ axis represented by the component (also referred to as “ ⁇ -axis current”) i ⁇ and the torque current component (also referred to as “ ⁇ -axis current”) i ⁇ .
  • the exciting current command control unit 119 obtains the optimum exciting current command value i ⁇ * that is most efficient for driving the motor 7 based on the torque current component ( ⁇ -axis current) i ⁇ .
  • the torque current component i [delta] seeking the exciting current command value i gamma *
  • exciting current component i gamma exciting current command value i gamma based on the frequency command value omega *
  • the same effect can be obtained by obtaining *.
  • the output current is equal to or higher than a predetermined value (or maximum) based on the torque current component i ⁇ (or the exciting current component i ⁇ , the frequency command value ⁇ *), that is, the current value is set.
  • the exciting current command value i ⁇ * is output so that the current phase angle ⁇ m (not shown) is equal to or less than (or the minimum) a predetermined value.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the voltage command calculation unit 115 of FIG.
  • the voltage command calculation unit 115 includes the ⁇ -axis current i ⁇ and the ⁇ -axis current i ⁇ obtained from the three-phase two-phase conversion unit 112, the frequency command value ⁇ *, and the excitation current command control. Based on the exciting current command value i ⁇ * obtained from the unit 119, the voltage command values V ⁇ * and V ⁇ * are output.
  • the controller 1152 is, for example, a proportional integration (PI) controller, and frequency estimation is performed based on the difference ( ⁇ * - ⁇ est) between the frequency command value ⁇ * and the frequency estimation value ⁇ est generated by the frequency estimation unit 1151.
  • the ⁇ -axis current command value i ⁇ * is output so that the value ⁇ est matches the frequency command value ⁇ *.
  • the frequency estimation unit 1151 estimates the frequency of the motor 7 based on the ⁇ -axis currents i ⁇ and the ⁇ -axis currents i ⁇ and the voltage command values V ⁇ * and V ⁇ *, and generates a frequency estimation value ⁇ est.
  • the switching unit 1155 selects the value of the ⁇ -axis current command value i ⁇ ** from either the ⁇ -axis current command value i ⁇ * or 0.
  • the controller 1156 such as the PI controller sets the ⁇ -axis current. i [delta] and outputs a * a [delta] -axis voltage value V [delta] as to coincide with the [delta] -axis current value i [delta] **.
  • the switching unit 1153 selects the value of the ⁇ -axis current command value i ⁇ ** from either the ⁇ -axis current command value i ⁇ * or 0.
  • the controller 1154 such as the PI controller sets the ⁇ -axis current.
  • i gamma outputs a * a gamma-axis voltage command value V gamma to match the gamma-axis current value i gamma **.
  • the two-phase three-phase conversion unit 116 shown in FIG. 10 has a ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * and a ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * (voltage command value in a two-phase coordinate system) obtained by the voltage command calculation unit 115. Is converted into output voltage command values (three-phase voltage command values) V u * , V v * , and V w * of the three-phase coordinate system using the electric angle phase ⁇ obtained by the electric angle phase calculation unit 118 and output. do.
  • the PWM generation unit 117 generates and outputs PWM signals Sm1 to Sm6 based on the three-phase voltage command values V u * , V v * , and V w * obtained from the two-phase three-phase conversion unit 116.
  • the stop signal St provided by the operation control unit 102 is given to, for example, the PWM generation unit 117, and the PWM generation unit 117 immediately stops the output of the PWM signals Sm1 to Sm6 when the stop signal St is received.
  • the configuration for restoring the phase currents i u , iv , and i w from the DC current Idc on the input side of the inverter 30 is described, but the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 are used.
  • a current detector may be provided, and the current detector may be used to detect the phase current. In this case, the current detected by the current detector may be used instead of the current restored by the current restoration unit 111.
  • phase currents i u, i v, and i w or DC current Idc is supplied to the control unit 100, when an excessive current flows to the motor 7, to the motor 7 by stopping the PWM signal Sm1 ⁇ Sm6 By stopping the energization, it is possible to prevent irreversible demagnetization.
  • the current value at which irreversible demagnetization occurs in the Y connection and ⁇ connection (I Y and I ⁇ in FIG. 9). ) Is approximately ⁇ 3 times different, and this current value is ⁇ 3 times higher for the ⁇ connection than for the Y connection. Therefore, if the protection level (that is, the overcurrent protection level) for preventing irreversible demagnetization is set according to the Y connection, the protection of I ⁇ will be applied quickly, and it will be difficult to expand the operating range.
  • the protection level that is, the overcurrent protection level
  • the protection level at the time of ⁇ connection is made higher than the protection level at the time of Y connection
  • the protection level at each winding is surely irreversibly reduced. It is possible to protect the electric motor 7 from magnetism, and it is possible to obtain an electric motor driving device with improved reliability.
  • the magnetic force in the initial state of the motor 7 is set to 100%, and the current value (for example, the magnetic force is reduced to 97%) within a range that does not affect the performance when irreversible demagnetization occurs.
  • the current value can be set. However, there is no problem even if the set current value of the protection level is changed according to the equipment to be used.
  • ⁇ 1-3 Operation of Embodiment 1
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a path of a short-circuit current that can occur in the motor drive device 200a of the comparative example.
  • the switching control signals S61, S62, and S63 are sent as synchronized signals to connect the wires.
  • connection destination contacts of the common contacts 61c, 62c, 63c are simultaneously switched to the normally closed contacts 61b, 62b, 63b or the normally open contacts 61a, 62a, 63a.
  • an arc discharge occurs between the contacts of the switches 61, 62, and 63. I have something to do. That is, in the comparative example, since the switches 61, 62, 63 try to switch at the same timing, in at least two of the three switches 61, 62, 63, between the ab contacts (that is, that is).
  • 61a and 61b, 62a and 62b, 63a and 63b) are short-circuited by an arc short circuit, and a short-circuit path is generated that does not pass through the windings 71, 72, 73 of the motor 7 as shown in FIG.
  • a failure such as contact welding of the flow switches 61, 62, 63 or destruction of the semiconductor element constituting the inverter 30 may occur.
  • the path indicated by the thick dashed arrow shown in FIG. 12 is an example of a short-circuit path that does not pass through the windings 71, 72, and 73 of the motor 7.
  • the control device 100 shown in FIG. 4 has a control device 100.
  • the switching control signals S61, S62, and S63 of the switching devices 61, 62, and 63 whose timings are shifted are output, respectively.
  • the switching timings of the switches 61, 62, and 63 are shifted to generate a short-circuit current during energization. It is possible to switch without any.
  • connection switching device 60 is a plurality of switches 61, 62, 63).
  • the connection switching device 60 is controlled so that each switching operation is sequentially performed at intervals of time.
  • the time intervals t1 and t2 of the switching operations of the plurality of switches 61, 62, and 63 are 50 ms or less. Further, it is desirable that the time intervals t1 and t2 are 2 ms or more. Further, the switches 61, 62, 63 have a mechanical relay, and the time interval when switching the exciting coil of the relay from the non-excited state to the excited state is 5 ms or more, and the exciting coil is changed from the excited state. It is desirable that the time interval when switching to the non-excitation state is 2 ms or more.
  • FIG. 13 (a) and 13 (b) are diagrams showing an example of on / off operation of the semiconductor switches 604, 605, and 606 that give a drive signal to the exciting coils of the switches 61, 62, and 63 at the time of connection switching.
  • FIG. 13A shows an operation of switching the semiconductor switches 604, 605, and 606 from off to on in the operation of switching from the Y connection to the ⁇ connection.
  • FIG. 13B shows an on-to-off switching operation of the semiconductor switches 604, 605, and 606 in the switching operation from the ⁇ connection to the Y connection.
  • the timing of the switching operation of the semiconductor switches 604, 605, and 606 and the timing of the switching operation of the mechanical relays of the switches 61, 62, and 63 are assumed to be the same, and the following description will be given.
  • the time interval t1 for shifting the switching timing of the switches 61, 62, 63 is a signal for turning on the semiconductor switch (for example, the semiconductor switch 604 of FIG. 8) (FIG. 4 or FIG.
  • a current flows through the exciting coil (for example, the exciting coil 611 in FIG. 8), and the connection destination of the common contact 61c of the switching device (for example, the switching device 61 in FIG. 8). Is the time until switching from the normally closed contact 61b to the normally open contact 61a (this time is a value in consideration of individual variation).
  • the signal provided by the semiconductor switch 605 is turned on after the time interval t1 has elapsed since the signal provided by the semiconductor switch 604 was turned on, and from that point onward. Further, after the lapse of the time interval t1, the signal provided by the semiconductor switch 606 is turned on.
  • the time interval t2 for shifting the switching timing of the switches 61, 62, 63 is a signal for turning on the semiconductor switch (for example, the semiconductor switch 604 in FIG. 8) (switching in FIG. 4).
  • the control signal S61 or Sc_1 is sent, no current flows through the exciting coil (for example, the exciting coil 611 in FIG. 8), and the connection destination of the common contact 61c of the switch (for example, the switch 61 in FIG. 8) is always connected.
  • the time until switching from the open contact 61a to the normally closed contact 61b (this time is a value in consideration of individual variation).
  • the signal provided by the semiconductor switch 605 is turned off after the time interval t2 has elapsed since the signal provided by the semiconductor switch 604 was turned off, and from that point onward. Further, after the lapse of the time interval t2, the signal provided by the semiconductor switch 606 is turned off.
  • the preferable range of the time intervals t1 and t2 considered based on the operating time of the mechanical relay is, for example, 2 ms to 50 ms.
  • FIGS. 14 (a) and 14 (b) are diagrams showing a connection state when a plurality of switches 61, 62, and 63 are sequentially switched at different times.
  • FIG. 14A shows a case where the switch 61 is in the state of ⁇ connection and the switches 62 and 63 are in the state of Y connection.
  • FIG. 14B shows a case where the switches 61 and 62 are in the state of ⁇ connection and the switch 63 is in the state of Y connection.
  • each of the switches 61, 62, 63 is separated by a time interval. Since the switching is performed in order, a short-circuit path that does not pass through the winding as shown in FIG. 12 is not formed.
  • 15 (a) to 15 (c) are diagrams showing another example of the connection state when the plurality of switches 61, 62, and 63 are sequentially switched at different times.
  • FIG. 15A all of the switches 61, 62, and 63 are in a Y-connected state, and an arc discharge (indicated by a double wire) is performed between the normally closed terminal and the normally open terminal of the switch 61. Is generated, and the switch 61 is in a state of being short-circuited at three points (that is, a state in which the three terminals are electrically connected to each other).
  • FIG. 15A all of the switches 61, 62, and 63 are in a Y-connected state, and an arc discharge (indicated by a double wire) is performed between the normally closed terminal and the normally open terminal of the switch 61. Is generated, and the switch 61 is in a state of being short-circuited at three points (that is, a state in which the three terminals are electrically connected to each
  • the switch 61 is in the Y-connected state, the switches 62 and 63 are in the ⁇ -connected state, and an arc discharge (2) is performed between the normally closed terminal and the normally open terminal of the switch 61.
  • the switch 61 is in a state of being short-circuited at three points (that is, a state in which the three terminals are electrically connected to each other).
  • the switches 61 and 63 are in the Y connection state, the switch 62 is in the ⁇ connection state, and an arc discharge (2) is performed between the normally closed terminal and the normally open terminal of the switch 61.
  • the switch 61 is in a state of being short-circuited at three points (that is, a state in which the three terminals are electrically connected to each other).
  • each of the switches 61, 62, 63 is separated by a time interval. Since the switching is performed in order, a short-circuit path that does not pass through any of the windings 71, 72, and 73 as shown in FIG. 12 is not formed.
  • each of the switches 61, 62, 63 is set at a time interval. Since the switches are opened and switched in order, any of the windings 71, 72, and 73 can be connected to one of the switches 61, 62, and 63, even if an arc discharge occurs, as shown in FIG. A short-circuit path that does not pass through is not formed.
  • the switching operations of the switches 61, 62, and 63 are performed at different times.
  • the occurrence of the short-circuit path shown in FIG. 12, which is formed by the simultaneous occurrence of short-circuits in the two switches, is avoided. Therefore, in the first embodiment, it is possible to avoid the occurrence of failure of the switches 61, 62, 63 or the inverter 30 due to the short circuit current.
  • a method of switching the relay in a state where the rotation speed Nm of the motor 7 is set to zero and the power is not supplied can be considered.
  • the rotation speed Nm of the motor 7 when the load applied to the motor 7 when the motor 7 is restarted is, for example, the compressor 904 (FIG. 1), the state of the refrigerant is not stable. Therefore, the torque required for restarting increases, the current at startup increases, and in the worst case, restarting may not be possible. Therefore, it is necessary to restart after a lapse of time until the state of the refrigerant is sufficiently stabilized without operating the motor 7. Therefore, the compressor 904 cannot pressurize the refrigerant, which may lead to an increase or decrease in the room temperature due to a decrease in the cooling or heating capacity, and the room temperature may not be kept constant.
  • the value (effective value) of the current flowing through the winding of the electric motor 7 or the connection switching device 60 during the rotational operation (during operation) of the electric motor 7 is controlled so as to approach zero (current).
  • the plurality of switches of the connection switching device 60 are operated one by one at intervals of time, so that an arc discharge and an excessive current are generated between the contacts of the switching devices 61, 62, and 63. It is desirable to complete the switching without causing it.
  • the current control period Pc is controlled so that the value (effective value) of the current flowing through the winding or the connection switching device 60 of the motor 7 approaches zero, that is, the first effective value of the alternating current flowing through the winding is the first effective value. , It is a period closer to zero than the second effective value of the alternating current flowing in the winding before the switching operation of the plurality of switches.
  • the current control period Pc is a period in which the inverter applies an AC voltage to the motor so as to cancel the counter electromotive voltage generated by the rotational operation of the motor 7. In this way, the value (effective value) of the current flowing through the winding of the motor 7 can be brought close to zero without making the rotation speed Nm of the motor 7 zero, that is, without stopping the rotation operation.
  • a short-circuit current does not flow, and it is possible to switch the connection state of the windings 71, 72, and 73 with improved reliability. ..
  • the voltage command calculation unit 115 is operated by the switching unit 1155 to select 0 for the ⁇ -axis current command value i ⁇ ** , so that the ⁇ -axis current i ⁇ becomes the ⁇ -axis current command value i ⁇ * .
  • the voltage command calculation unit 115 is operated by the switching unit 1153 to select 0 for the ⁇ -axis current command value i ⁇ ** , so that the ⁇ -axis current i ⁇ matches the ⁇ -axis current command value i ⁇ *. That is, the ⁇ -axis voltage command value V ⁇ * is output so that the ⁇ -axis current command value i ⁇ ** matches 0.
  • ⁇ 1-4 Effect of the first embodiment
  • the value (effective value) of the current flowing through the windings 71, 72, 73 of the motor 7, that is, the current flowing through the switches 61, 62, 63 is changed.
  • control to approach zero preferably control to make it zero
  • zero current control referred to as “zero current control”
  • the switching operation of the switches 61, 62, 63 can be performed in a state where no current is flowing through the switches 61, 62, 63, and a large short-circuit current flows between the contacts of the switches 61, 62, 63. There is no.
  • control to make zero does not mean that the value (effective value) of the current flowing through the switches 61, 62, 63 is made exactly zero, but can be regarded as substantially zero. It means that it is close to zero.
  • the arc discharge at that time is slight, but when it comes into contact with the normally open contact 61a in a state where the arc discharge occurs, the normally open contact 61a, the normally closed contact 61b, and the common contact 61c are connected with low impedance.
  • a voltage is supplied by the inverter 30 in order to cancel the induced voltage of the motor 7, and in that state, the normally open contacts 61a, 62a, 63a, the normally closed contacts 61b, 62b, 63b, the common contacts 61c,
  • a short-circuit current is generated, and as shown in FIG. 12, an excessive current may flow to the switches 61, 62, 63.
  • the control device 100 of the first embodiment makes the value (for example, effective value) of the current flowing through the motor 7 or the connection switching device 60 approach zero when the motor 7 is rotating at high speed (desirably). Controls (so that it becomes approximately 0), and after confirming that the current is sufficiently zero, the switching operations of the plurality of switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 are separated by a time interval one by one. Control to do. By doing so, it is possible to prevent failures such as contact welding when a mechanical relay is used for the connection switching device 60, and a highly reliable motor drive device can be obtained.
  • the motor drive device 200 of the first embodiment is a product because the failure occurrence rate can be reduced and the life of the device can be extended even when the connection switching device 60 is configured with inexpensive parts. The cost can be reduced.
  • connection state of the winding is switched during the current control period in which the rotational operation of the motor 7 is not stopped. Therefore, it is not necessary to suspend the rotational operation of the motor and then restart the motor 7 in order to switch the connection state of the windings.
  • the Y connection and ⁇ are set when the connection is switched. It is possible to protect from irreversible demagnetization in any state of wiring. Since the current is controlled to be zero when the connection is switched, there is no effect on the operation of the motor 7.
  • the magnetic force in the initial state of the motor 7 is set to 100%, and the current value (for example, the magnetic force) is within a range that does not affect the performance when irreversible demagnetization occurs. (Current value that drops to 97%) can be set, and by setting the current value in ⁇ connection to ⁇ 3 times the value of Y connection, it is surely protected from irreversible demagnetization regardless of the connection state. It becomes possible to do.
  • the current value of I ⁇ ⁇ ⁇ 3 (the current value of the protection level in the Y connection). Equivalent to) should be set as the protection level.
  • the set current value of the protection level may be changed according to the device to be used.
  • a diode or the like is generally used as the rectifying element of the rectifying circuit 3.
  • the configuration of the rectifier circuit 3 is not limited to the example of FIG.
  • a transistor element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effective-Transistor) is used, and the voltage (input AC) supplied from the AC power supply 1 is used. It may be configured to perform rectification by turning it on according to the polarity of the voltage).
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • MOSFETs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the switching elements 311 to 316 are used as the switching elements 311 to 316 of the inverter main circuit 310, but the switching elements are not limited to these.
  • any elements that can perform switching may be used.
  • MOSFETs are used as the switching elements 311 to 316, it is not necessary to connect the rectifying elements 321 to 326 for circulation shown in FIG. 6 in parallel because the MOSFET has a parasitic diode due to its structure.
  • the materials constituting the rectifying element and the switching elements 311 to 316 are not only silicon (Si) but also silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond, etc., which are wide bandgap semiconductors. This makes it possible to reduce the loss.
  • the electric motor drive device of the second embodiment is different from the electric motor drive device 200 of the first embodiment in that the connection switching device 260 is used instead of the connection switching device 60.
  • the switches 61, 62, and 63 of the connection switching device 60 use selection switches.
  • each switch of the connection switching device 260 is composed of a combination of a normally closed switch and a normally opened switch, that is, a combination of an on / off type switch.
  • FIG. 17 is a circuit diagram showing windings 71, 72, 73 of the electric motor 7 and the connection switching device 260 according to the second embodiment.
  • the changeover device 61 is composed of a combination of the normally closed switch 615 and the normally open switch 616
  • the changeover 62 is composed of the combination of the normally closed switch 625 and the normally open switch 626. It is composed of a combination of a normally closed switch 635 and a normally opened switch 636.
  • an electromagnetic contactor can be used as each switch. can.
  • An electromagnetic contactor is suitable because it has a small conduction loss when it is turned on.
  • each switch may be configured by using a semiconductor switch.
  • FIG. 18 is a circuit diagram showing a configuration example in which a MOS transistor is used for the switch 61 (62, 63) of the connection switching device 260.
  • FIG. 18 shows one of the switches 61, 62, 63.
  • the switches 61, 62, and 63 have the same configuration as each other and operate in the same manner.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of an on / off state of the MOS transistor of the switch of FIG. 18 in a table format.
  • the switch 61 is a MOS transistor 616a (626a, 626a, which is connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the output wire 332 (333, 331). MOS transistors 616b (626b, 636b) and diodes 616d (636a, 636b) and diodes 616b (626b, 636b) and diodes 616b (626b, 636b) and diodes 616b (626c, 636c) connected in series between the lead wires 61e (62e, 63e) and the output lines 332 (333, 331). 626d, 636d) and.
  • the switch 61 (62, 63) includes a MOS transistor 615a (625a, 635a) and a diode 615c (625c, 635c) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the neutral point node 64.
  • a MOS transistor 615b (625b, 635b) and a diode 615d (625d, 635d) connected in series between the lead wire 61e (62e, 63e) and the neutral point node 64.
  • Each MOS transistor 616a (626a, 636a), 616b (626b, 636b), 615a (625a, 635a), 615b (625b, 635b) has an anode connected to a diode and a cathode connected to a lead wire (or neutral point node or). It has a parasitic diode connected to the output line).
  • MOS transistors 616a, 626a, 636a are turned on
  • MOS transistors 616b, 626b, 636b are turned on
  • MOS transistors 615a, 625a, 635a are turned off by inputting a control signal to the control terminal.
  • MOS transistors 616a, 626a, 636a are turned off
  • MOS transistors 616b, 626b, 636b are turned off
  • MOS transistors 615a, 625a, 635a are turned on
  • MOS transistors 615b, 625b, 635b are turned on.
  • the MOS transistor as a semiconductor switch is composed of a wide bandgap (WBG) semiconductor.
  • the WBG semiconductor is, for example, a semiconductor containing silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), and diamond as constituent materials.
  • SiC silicon carbide
  • GaN gallium nitride
  • Ga 2 O 3 gallium oxide
  • diamond diamond
  • the MOS transistors 616a and 615a may be erroneously turned on or off at the same time due to the influence of noise or the like, and not only the phases of the MOS transistors 616a and 615a but also the MOS of at least two phases.
  • the transistors 616a and 615a and the MOS transistors 616b and 615b are erroneously turned on or off at the same time, a short-circuit path that does not pass through the winding of the electric motor may occur, and a failure may occur.
  • connection switching device 260 made of a semiconductor as described in FIGS. 4 and 5, it is possible to prevent the generation of a short-circuit current that does not go through the winding by shifting the timing of the switching operation of the switching device. Therefore, a highly reliable motor drive device can be obtained.
  • the motor drive device of the second embodiment can reduce the failure occurrence rate and extend the life of the device even when the connection switching device 260 is configured with inexpensive parts, and thus the product cost. Can be reduced.
  • the motor drive device of the second embodiment is the same as the motor drive device 200 of the first embodiment.
  • Embodiments 1 and 2 describe an electric motor drive device 200 in which windings 71, 72, and 73 are connected to an electric motor 7 capable of switching between Y connection and delta connection.
  • an electric motor drive device connected to an electric motor 7a capable of switching the number of turns of each of the windings 71, 72, and 73 will be described.
  • the windings 71, 72, and 73 of each phase are composed of two winding portions 711 and 712, two winding portions 721 and 722, and two winding portions 731 and 732.
  • a configuration is shown in which both ends of the winding portion can be connected to the outside of the motor 7a and the connection state is switched by the connection switching device 360.
  • the windings 71, 72, 73 of each phase may have three or more winding portions.
  • the windings 71, 72, 73 of each phase have two winding portions.
  • both ends of the two winding portions constituting the windings 71, 72, 73 of each phase can be connected to the outside of the motor 7a, and the connection switching device 360 connects the windings 71, 72, 73.
  • the connection state (in the third embodiment, the number of turns of the winding) is switched.
  • the connection switching device 360 can also be applied to an electric motor capable of switching the winding portion to either parallel connection or series connection.
  • the U-phase winding 71 is composed of two winding portions 711 and 712
  • the V-phase winding 72 is composed of two winding portions 721 and 722
  • the W-phase winding 73 is composed of two. It is composed of two winding portions 731 and 732.
  • the first ends of the winding portions 711, 721, and 731 are connected to the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 via external terminals 71c, 72c, and 73c, respectively.
  • the second ends of the winding portions 711, 721 and 731 are connected to the common contacts of the changeover switches 617, 627 and 627 via external terminals 71 g, 72 g and 73 g, respectively.
  • the first ends of the winding portions 712, 722 and 732 are connected to the common contacts of the changeover switches 618, 628 and 638 via the external terminals 71h, 72h and 73h, respectively.
  • the second ends of the winding portions 712, 722 and 732 are connected to the neutral node 64 via external terminals 71d, 72d and 73d, respectively.
  • the normally closed contacts of the changeover switches 617, 627 and 637 are connected to the normally closed contacts of the changeover switches 618, 628 and 638, respectively.
  • the normally open contacts of the changeover switches 617, 627, and 637 are connected to the neutral point node 64.
  • the normally open contacts of the changeover switches 618, 628, and 638 are connected to the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30.
  • connection changeover device 360 is configured by the changeover switches 617, 627, 637, 618, 628, and 638.
  • connection switching device 360 Even when such a connection switching device 360 is used, the switching operation of the switching device of the connection switching device 360 is performed during the current control period Pc in the same manner as that shown in the first and second embodiments. It can protect mechanical relays or semiconductor switches. Further, similarly to those shown in the first and second embodiments, the connection state of the windings of the motor 7a is changed by sequentially performing the switching operation of each of the plurality of changeover switches of the connection changeover device 360 at time intervals. Failure of the motor drive device due to the switching operation of the switch to be switched without stopping the rotation operation of the motor is less likely to occur.
  • a combination of the normally closed switch and the normally opened switch can be used instead of the changeover switch. Further, the normally closed switch and the normally opened switch can be used as a semiconductor switch.
  • connection switching device 360 The same configuration as that of the connection switching device 360 can be applied to the above.
  • the motor drive device of the motor having a configuration in which the voltage required for driving is changed by providing an intermediate tap on the winding in the state of Y connection or ⁇ connection and short-circuiting a part of the winding by a switching means.
  • the motor drive device of the present embodiment can be applied.
  • the configuration of the third embodiment can be applied as long as the motor can switch the connection state of the windings and the counter electromotive voltage can be switched by switching the connection state.
  • the motor drive device of the third embodiment is the same as the motor drive device of the first or second embodiment.

Landscapes

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Abstract

電動機駆動装置は、複数の切替器（６１、６２、６３）を有し、複数の切替器（６１、６２、６３）の切替え動作を行うことによって電動機（７）の巻線（７１、７２、７３）の接続状態を切替える接続切替装置（６０）と、複数の切替器（６１、６２、６３）を介して巻線（７１、７２、７３）に交流電圧を印加するとともに、回転動作中の電動機（７）の巻線（７１、７２、７３）から複数の切替器（６１、６２、６３）を介して逆起電圧が印加されるインバータ（３０）と、インバータ（３０）を制御することによって電動機（７）の回転動作を制御し、接続切替装置（６０）に接続状態の切替えを実行させる制御装置（１００）と、を有し、接続切替装置（６０）は、電動機（７）の回転動作中に接続状態の切替えを実行する際に、複数の切替器（６１、６２、６３）の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行う。

Description

電動機駆動装置、冷凍サイクル装置、空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫
　本開示は、電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫に関する。
　接続切替装置の切替器（例えば、機械式のリレー）による電動機の巻線の接続状態の切替え動作を、電動機の回転動作を停止させずに行う電動機駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機駆動装置は、電動機の巻線に流れる交流電流（すなわち、電動機電流）の実効値をゼロに近づけるようにインバータの出力電圧を制御している期間内に切替器の切替え動作を行う。
国際公開第２０１９／０８７２４３号（例えば、図４、図６参照）
　しかしながら、上記従来の電動機駆動装置では、巻線に流れる交流電流の実効値をほぼゼロにするために、インバータの出力電圧を電動機で発生する逆起電圧にほぼ一致させることが必要となる。つまり、切替器の切替え動作中に、インバータによる通電が継続されている。例えば、切替器として機械式のリレーが用いられている場合には、リレー内の接点間にアーク放電が生じ、電動機の巻線を介さない短絡回路が形成されて短絡電流が流れ、切替器又はインバータが故障するおそれがある。
　本開示は、電動機の巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する故障が生じにくい電動機駆動装置及びそれを備えた装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る電動機駆動装置は、複数の切替器を有し、前記複数の切替器の切替え動作を行うことによって電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、前記複数の切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、回転動作中の前記電動機の前記巻線から前記複数の切替器を介して逆起電圧が印加されるインバータと、前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、を有し、前記接続切替装置は、前記電動機の回転動作中に前記接続状態の切替えを実行する際に、前記複数の切替器の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行うことを特徴とする。
　本開示によれば、電動機の巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する、電動機駆動装置の故障が生じにくくなり、電動機駆動装置の寿命を長くすることができる。
実施の形態の空気調和機（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。 実施の形態の給湯機（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。 実施の形態の冷蔵庫（冷凍サイクル装置を含む）の構成例を示す概略図である。 実施の形態１の電動機駆動装置の構成を示す図である。 実施の形態１の電動機駆動装置の他の構成を示す図である。 図４のインバータの構成を示す図である。 図４の電動機の巻線及び接続切替装置の構成例を詳細に示す回路図である。 図４の接続切替装置の構成例を詳細に示す回路図である。 （ａ）及び（ｂ）は、電動機の異なる結線状態における巻線を概念的に示す図である。 実施の形態１で用いられる制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図１０の電圧指令演算部の構成の一例を示す図である。 比較例において発生し得る短絡電流の経路を示す回路図である。 （ａ）及び（ｂ）は、結線切替時の切替器の信号の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、複数の切替器を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、複数の切替器を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。 結線切替前後の電流波形の一例を示す。 実施の形態２における電動機の巻線と接続切替装置とを示す回路図である。 図１７の接続切替装置の切替器にＭＯＳトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。 図１８の切替器のＭＯＳトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。 実施の形態３における電動機の巻線と接続切替装置とを示す回路図である。
　以下に、図面を参照して、実施の形態に係る電動機駆動装置、それを備えた冷凍サイクル適用機器である冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた空気調和機、給湯機、及び冷蔵庫について説明する。なお、以下に示す実施の形態は例に過ぎず、電動機駆動装置及びそれを備えた各装置は、種々の変更が可能である。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持つ。
　図１は、実施の形態の空気調和機（冷凍サイクル装置９００を含む）の構成例を示す概略図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置９００は、四方弁９０２の切替え動作により暖房運転又は冷房運転を行うことができる。
　暖房運転時には、実線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内の熱交換器９０６、膨張弁９０８、室外の熱交換器９１０及び四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。冷房運転時には、破線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０４で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外の熱交換器９１０、膨張弁９０８、室内の熱交換器９０６及び四方弁９０２を通って圧縮機９０４に戻る。
　暖房運転時には、熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い（つまり、室内を暖房し）、熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器９０６が蒸発器として作用して熱吸収を行う（つまり、室内を冷房する）。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２００によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
　図２は、実施の形態のヒートポンプ式給湯機（冷凍サイクル装置９００ａを含む）の構成例を示す概略図である。図２に示されるように、冷凍サイクル装置９００ａでは、熱交換器９０６が凝縮器として作用して熱放出を行い（つまり、水を温め）、熱交換器９１０が蒸発器として作用して熱吸収を行う。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２００によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
　図３は、実施の形態の冷蔵庫（冷凍サイクル装置９００ｂを含む）の構成例を示す概略図である。図３に示されるように、冷凍サイクル装置９００ｂでは、熱交換器９１０が凝縮器として作用して熱放出を行い、熱交換器９０６が蒸発器として作用し、熱吸収を行う（つまり、冷蔵庫内を冷却する）。圧縮機９０４は、電動機駆動装置２００によって可変速制御される電動機７によって駆動される。
《１》実施の形態１．
《１－１》実施の形態１の概要
　図４は、実施の形態１の電動機駆動装置２００の構成例を、電動機７及び交流電源１とともに示す図である。図５は、電動機駆動装置２００の他の構成例を示す図である。電動機駆動装置２００は、電動機７を駆動するための回路である。図４に示されるように、電動機駆動装置２００は、インバータ３０と、接続切替装置６０と、制御装置１００とを備える。また、電動機駆動装置２００は、交流電源入力端子と、リアクトル２と、整流回路３と、コンデンサ１０と、制御電源生成回路５０と、母線電流検出部４０と、電気量検出部７０とを備えてもよい。
　接続切替装置６０は、複数のスイッチ回路としての切替器６１、６２、６３を有する。接続切替装置６０は、電動機７の回転動作中に、すなわち、電動機７の回転を停止させずに、切替器６１、６２、６３の切替え動作を行うことによって、電動機７の巻線７１、７２、７３の接続状態（すなわち、結線状態）を切替える。インバータ３０は、切替器６１、６２、６３を介して巻線７１、７２、７３に交流電圧を印加するとともに、切替器６１、６２、６３を介して回転動作中の電動機７の巻線７１、７２、７３から逆起電圧が印加される。
　制御装置１００は、インバータ３０を制御することによって電動機７の回転動作を制御する。また、制御装置１００は、接続切替装置６０に巻線の接続状態の切替えを実行させる。実施の形態１においては、制御装置１００は、巻線７１、７２、７３に流れる交流電流の値がゼロに近づけられている電流制御期間Ｐｃ（後述の図１６に示される）内に、切替器６１、６２、６３の切替え動作を実行させる。電流制御期間Ｐｃは、「ゼロ電流制御期間」とも言う。
　なお、本出願において、巻線の接続状態は、巻線の結線状態（例えば、Ｙ結線とΔ結線）と、巻線の巻数との両方を含む。巻線の巻数の切替えについては、実施の形態３で説明する。また、切替器６１、６２、６３を機械式のリレーで構成した場合には、電流制御期間Ｐｃは、数百ミリ秒以下に設定可能である。切替器６１、６２、６３を半導体スイッチで構成した場合には、電流制御期間Ｐｃは、数ミリ秒以下に設定可能である。また、電動機７を空気調和機、ヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫などの冷凍サイクル装置の圧縮機に使用する場合には、電流制御期間Ｐｃは、数ｍ秒から１秒までの範囲内で設定できる。
《１－２》実施の形態１の構成
　制御装置１００は、例えば、制御情報をソフトウェアプログラムとして記憶する記憶装置としてのメモリと、このプログラムを実行する情報処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とを備えたマイコン（マイクロコンピュータ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などで構成される。また、制御装置１００は、専用のハードウェア（例えば、処理回路）で構成されてもよい。以下では、制御装置１００がマイコンで構成されている場合を説明する。
　電動機駆動装置２００には、交流電源入力端子を介して外部の交流電源１から交流電圧が印加される。印加される電圧は、例えば、振幅の実効値が１００Ｖ又は２００Ｖなどであり、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどである。
　整流回路３は、交流電源１から交流電源入力端子及びリアクトル２を介して交流電圧を受けて、これを整流することで、直流電圧を生成する。整流回路３は、ダイオードなどの整流素子をブリッジ接続することで形成された全波整流回路である。
　コンデンサ１０は、整流回路３で生成された直流電圧を平滑化して、直流電圧（図６に示されるＶ２０）を出力する。
　図６は、図４のインバータ３０の構成を示す図である。図６に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０とを有する。インバータ主回路３１０の入力端子は、コンデンサ１０の電極に接続されている。整流回路３の出力、コンデンサ１０の電極、及びインバータ主回路３１０の入力端子を結ぶ線を、直流母線と言う。
　インバータ３０は、制御装置１００によって制御されて、インバータ主回路３１０の６つのアームのスイッチング素子３１１～３１６がオン、オフ動作する。このオン、オフ動作によって、インバータ３０は、周波数可変で電圧可変の３相交流電流を生成し、この３相交流電流を電動機７に供給する。スイッチング素子３１１～３１６には、還流用の整流素子３２１～３２６がそれぞれ並列接続されている。
　電動機７は、３相永久磁石同期電動機であり、固定子巻線（単に「巻線」とも言う）の端部が電動機７の外部に引き出されており、スター結線（Ｙ結線）及びデルタ結線（Δ結線）のいずれかへの切替えが可能なものである。この切替えは、接続切替装置６０により行われる。なお、Ｙ結線を第１の結線という場合には、Δ結線が第２の結線であり、Δ結線を第１の結線という場合には、Ｙ結線が第２の結線である。また、巻線の接続状態は、３種類以上であってもよい。
　図７は、電動機７の巻線７１、７２、７３及び接続切替装置６０の構成例を詳細に示す回路図である。図７に示されるように、電動機７の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相から成る３つの相の巻線７１、７２、７３の第１の端部７１ａ、７２ａ、７３ａが、外部端子７１ｃ、７２ｃ、７３ｃにそれぞれ接続されている。電動機７の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線７１、７２、７３の第２の端部７１ｂ、７２ｂ、７３ｂが、外部端子７１ｄ、７２ｄ、７３ｄにそれぞれ接続されている。このように、電動機７は、接続切替装置６０と接続されている。また、外部端子７１ｃ、７２ｃ、７３ｃには、インバータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線３３１、３３２、３３３が接続されている。
　接続切替装置６０は、図示の例では、切替器６１、６２、６３で構成されている。切替器６１、６２、６３としては、電磁的に接点が開閉する電磁接触器が用いられている。そのような電磁接触器は、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。
　図８は、図４の接続切替装置６０の構成例を詳細に示す回路図である。接続切替装置６０の切替器６１、６２、６３は、例えば、図８に示されるように構成されている。励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流されているときと、電流が流されていないときとで、異なる結線状態になる。励磁コイル６１１、６２１、６３１は、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６を介して、切替電源電圧Ｖ６０を受けるように接続される。図４及び図８に示される例では、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６の開閉は、制御装置１００から出力される切替制御信号Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３により制御される。また、図５及び図８に示される例では、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６の開閉は、制御装置１００から出力される切替制御信号ＳｃであるＳｃ＿１、信号Ｓｃを遅延させた信号であるＳｃ＿２、信号Ｓｃをさらに遅延させた信号であるＳｃ＿３により制御される。なお、制御装置１００に含まれるマイコンからの電流供給が十分確保されている場合には、マイコンから直接励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流を流すように動作してもよい。
　切替器６１の共通接点６１ｃは、リード線６１ｅを介して外部端子７１ｄに接続されている。常閉接点６１ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６１ａは、インバータ３０のＶ相の出力線３３２に接続されている。
　切替器６２の共通接点６２ｃは、リード線６２ｅを介して外部端子７２ｄに接続されている。常閉接点６２ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６２ａは、インバータ３０のＷ相の出力線３３３に接続されている。
　切替器６３の共通接点６３ｃは、リード線６３ｅを介して外部端子７３ｄに接続されている。常閉接点６３ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６３ａは、インバータ３０のＵ相の出力線３３１に接続されている。
　励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流れていないときは、切替器６１、６２、６３が、図８に示されるように、常閉接点側に切替わった状態、すなわち、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃが常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに接続された状態（すなわち、導通状態）にあり、常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａに接続されていない状態（すなわち、非導通状態）にある。この状態では、電動機７は、Ｙ結線状態にある。
　励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流れているときは、切替器６１、６２、６３が図示とは逆に、常開接点側に切替わった状態、すなわち、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃが常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａに接続された状態にあり、常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに接続されていない状態（すなわち、非導通状態）にある。この状態では、電動機７は、Δ結線状態にある。
　ここで、電動機７としてＹ結線及びΔ結線のいずれかへの切替えが可能なものを用いることの利点について図９（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）は、Ｙ結線としたときの巻線の結線状態、図９（ｂ）は、Δ結線としたときの巻線の結線状態をそれぞれ概念的に示す。
　Ｙ結線時の線間電圧をＶＹ、巻線に流れ込む電流をＩＹとし、Δ結線時の線間電圧をＶΔ、巻線に流れ込む電流をＩΔとし、各相の巻線に掛かる電圧が互いに等しいとすると、以下の式（１）及び（２）の関係が成立する。
　ＶΔ＝ＶＹ／√３　　　（１）
　ＩΔ＝√３×ＩＹ　　　（２）
　Ｙ結線時の電圧ＶＹ及び電流ＩＹと、Δ結線時の電圧ＶΔ及び電流ＩΔとが式（１）及び（２）の関係を有するとき、Ｙ結線時とΔ結線時とで電動機に供給される電力が互いに等しい。つまり、電動機に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線の方が電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。
　以上の性質を利用し、負荷条件などに応じて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結線で低速運転し、高負荷時には、Δ結線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も可能となる。
　以下に、この点について、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機の場合を例に、さらに詳しく述べる。空気調和機の圧縮機駆動用の電動機７としては、省エネルギー化の要求に応えるため、回転子に永久磁石を備えた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、電動機７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、電動機７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、全運転時間に対する低速運転の時間の占める割合が大きい。
　同期電動機を用いた場合、回転数が上がると逆起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。この逆起電力は、上記のようにＹ結線の方がΔ結線に比べて高い。
　高速での逆起電力を抑制するために、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、電動機７及びインバータ３０に流れる電流が増加し、効率が低下する。
　そこで、回転数に応じて結線状態を切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、Δ結線状態とする。このようにすることで、駆動に必要な電圧を（Ｙ結線において必要な電圧に比べ）１／√３にすることができる。このため、巻線の巻数を減らす必要もなく、また、弱め磁束制御を用いる必要もない。
　一方、低速回転では、Ｙ結線状態とすることでΔ結線に比べて電流値を１／√３にできる。さらに、巻線をＹ結線状態で低速での駆動に適したように設計することが可能となり、Ｙ結線を速度範囲の全域にわたり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、インバータ３０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、負荷条件に応じて結線状態を切替えることには意義があり、接続切替装置６０が設けられるのは、このような切替えを可能にするためである。
　図４及び図５に示される母線電流検出部４０は、母線電流、すなわち、インバータ３０に入力する直流電流Ｉｄｃを検出する。母線電流検出部４０は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、検出結果を示すアナログ信号を制御装置１００に供給する。このアナログ信号（すなわち、検出信号）は、制御装置１００で図示しないＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置１００の内部での処理に用いられる。
　制御装置１００は、上記のように、接続切替装置６０による結線状態の切替えを制御するとともに、インバータ３０の動作を制御する。インバータ３０の制御のため、制御装置１００は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成して、インバータ３０に供給する。
　図６に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０のほかに、駆動回路３５０を備えており、駆動回路３５０がＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６に基づいて駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６を生成する。駆動回路３５０は、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６によりスイッチング素子３１１～３１６のオン、オフを制御し、これにより、周波数可変で電圧可変の３相交流電圧が電動機７に印加される。
　ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６が論理回路の信号レベルの大きさ（０～５Ｖ）のものであるのに対し、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、スイッチング素子３１１～３１６を制御するのに必要な電圧レベル、例えば、＋１５Ｖから－１５Ｖまでの大きさを持つ信号である。また、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６が、制御装置１００の接地電位を基準電位とするものであるのに対し、駆動信号Ｓｒ１～Ｓｒ６は、それぞれ対応するスイッチング素子の負側の端子であるエミッタ端子の電位を基準電位とするものである。
　図１０は、図４の制御装置１００の一例を示す機能ブロック図である。図１０に示されるように、制御装置１００は、運転制御部１０２及びインバータ制御部１１０を有する。
　運転制御部１０２は、電気量検出部７０から提供される指令信号Ｑｅに基づいて指示信号を出力する。電気量検出部７０は、図示しない温度センサで検出された室温（例えば、空調対象空間の温度）を示す電気信号の電気量に基づく指令信号、並びに、図示しない操作部（例えば、リモコン）からの指示情報を示す指令信号を受け、空気調和機の各部の動作を制御する。操作部からの指示には、設定温度を示す情報、運転モードの選択、運転開始及び終了の指示などが含まれる。
　運転制御部１０２は、例えば、電動機７の巻線をＹ結線とするかΔ結線とするかの決定及び目標回転数の決定を行い、この決定に基づいて切替制御信号Ｓｃ及び周波数指令値ω＊を出力する。運転制御部１０２は、例えば、室温と設定温度との差が大きいときは、Δ結線とすることを決め、目標回転数を比較的高い値に設定し、起動後上記の目標回転数に対応する周波数まで徐々に周波数を上昇する周波数指令値ω＊を出力する。
　運転制御部１０２は、周波数が目標回転数に対応する周波数に達したら、室温が設定温度に近づくまで、その状態を維持し、室温が設定温度に近くなったら、一旦電動機を停止させ、Ｙ結線に切替え、比較的低い目標回転数に対応する周波数まで徐々に上昇する周波数指令値ω＊を出力する。運転制御部１０２は、周波数が目標回転数に対応する周波数に達したら、その後、室温が設定温度に近い状態を維持するための制御を行う。この制御には、周波数の調整、電動機の停止、再始動などが含まれる。
　図１０に示されるように、インバータ制御部１１０は、電流復元部１１１、３相２相変換部１１２、周波数補償部１１３、一次周波数演算部１１４、電圧指令演算部１１５、２相３相変換部１１６、ＰＷＭ生成部１１７、電気角位相演算部１１８、及び励磁電流指令制御部１１９を有する。
　電流復元部１１１は、母線電流検出部４０（図４及び図５に示される。）で検出された直流電流Ｉｄｃの値に基づいて電動機７に流れる相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを復元する。電流復元部１１１は、母線電流検出部４０で検出される直流電流Ｉｄｃを、ＰＷＭ生成部１１７から提供されたＰＷＭ信号に基づいて定められるタイミングでサンプリングすることで、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを復元する。
　３相２相変換部１１２は、電流復元部１１１により復元された電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを、後述の電気角位相演算部１１８で生成される電気角位相θを用いて励磁電流成分（「γ軸電流」とも言う）ｉγ及びトルク電流成分（「δ軸電流」とも言う）ｉδで表わされるγ－δ軸の電流値に変換する。
　励磁電流指令制御部１１９は、トルク電流成分（δ軸電流）ｉδを基にして、電動機７を駆動するために最も効率が良くなる最適な励磁電流指令値ｉγ ＊を求める。なお、図９においては、トルク電流成分ｉδを基にして励磁電流指令値ｉγ ＊を求めているが、励磁電流成分ｉγ、周波数指令値ω＊を基にして励磁電流指令値ｉγ ＊を求めても同様の効果を得ることができる。
　励磁電流指令制御部１１９では、トルク電流成分ｉδ（又は、励磁電流成分ｉγ、周波数指令値ω＊）に基づいて、出力トルクが予め決められた値以上（あるいは最大）、すなわち電流値が予め決められた値以下（あるいは最小）となる電流位相角βｍ（図示せず）となるような励磁電流指令値ｉγ ＊を出力する。
　図１１は、図１０の電圧指令演算部１１５の一例を示す図である。図１１に示されるように、電圧指令演算部１１５は、３相２相変換部１１２より得られたγ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδと、周波数指令値ω＊と、励磁電流指令制御部１１９より得られた励磁電流指令値ｉγ ＊とに基づいて、電圧指令値Ｖγ ＊、Ｖδ ＊を出力するよう動作する。
　制御器１１５２は、例えば、比例積分（ＰＩ）制御器であり、周波数指令値ω＊と周波数推定部１１５１により生成された周波数推定値ωｅｓｔとの差分（ω＊－ωｅｓｔ）に基づいて、周波数推定値ωｅｓｔが周波数指令値ω＊に一致するようなδ軸電流指令値ｉδ ＊を出力する。
　周波数推定部１１５１は、γ軸電流ｉγ及びδ軸電流ｉδと電圧指令値Ｖγ ＊、Ｖδ ＊とに基づいて、電動機７の周波数を推定して、周波数推定値ωｅｓｔを生成する。
　切替部１１５５は、δ軸電流指令値ｉδ ＊と０とのいずれかからδ軸電流指令値ｉδ ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５６は、δ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ ＊＊に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖδ ＊を出力する。
　切替部１１５３は、γ軸電流指令値ｉγ ＊と０とのいずれかからγ軸電流指令値ｉδ ＊＊の値を選択し、例えば、ＰＩ制御器などの制御器１１５４は、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ ＊＊に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖγ ＊を出力する。
　図１０に示される２相３相変換部１１６は、電圧指令演算部１１５により得られたγ軸電圧指令値Ｖγ ＊及びδ軸電圧指令値Ｖδ ＊（２相座標系の電圧指令値）を電気角位相演算部１１８により得られた電気角位相θを用いて３相座標系の出力電圧指令値（３相電圧指令値）Ｖｕ ＊、Ｖｖ ＊、Ｖｗ ＊に変換して出力する。
　ＰＷＭ生成部１１７は、２相３相変換部１１６より得られる３相電圧指令値Ｖｕ ＊、Ｖｖ ＊、Ｖｗ ＊を基にＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を生成して出力する。
　運転制御部１０２から提供される停止信号Ｓｔは、例えば、ＰＷＭ生成部１１７に与えられ、ＰＷＭ生成部１１７は、停止信号Ｓｔを受けると、直ちにＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６の出力を停止する。
　なお、図１０の例では、インバータ３０の入力側の直流電流Ｉｄｃから相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを復元する構成を説明しているが、インバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３に電流検知器を設け、該電流検知器で相電流を検出するような構成としてもよい。このようにする場合には、上記電流検知器で検出された電流を、電流復元部１１１で復元された電流の代わりに用いればよい。
　また、電動機７に３相永久磁石同期電動機を用いた場合、電動機７に過大な電流が流れると永久磁石の不可逆減磁が発生し磁力が低下する。そのような状態が発生すると、同一のトルクを出力するための電流が増加するため、損失が悪化する問題が発生する。そのため、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃを制御装置１００に入力し、電動機７に過大な電流が流れた場合に、ＰＷＭ信号Ｓｍ１～Ｓｍ６を停止させることで電動機７への通電を停止させることで、不可逆減磁を防止することが可能となる。なお、相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗもしくは直流電流Ｉｄｃにノイズを除去するＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）を設けることで、ノイズにより誤ってＳｍ１～Ｓｍ６を停止させることを防止することが可能であり、より信頼性を向上させることが可能となる。
　ここで、電動機７としてＹ結線とΔ結線のいずれかへの切替が可能なものを用いた場合は、Ｙ結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値（図９のＩＹとＩΔ）が概ね√３倍異なり、この電流値は、Ｙ結線に対してΔ結線の方が√３倍高くなる。そのため、Ｙ結線に合わせて不可逆減磁を発生させないための保護レベル（すなわち、過電流保護レベル）を設定すると、ＩΔの保護が早くかかることになるため、運転範囲の拡大が困難となる。そのため、制御装置１００内でＹ結線とΔ結線に合わせて保護レベルを切替えることにより（すなわち、Δ結線時の保護レベルをＹ結線時の保護レベルよりも高くする）、各巻線で確実に不可逆減磁から電動機７を保護することが可能となり、信頼性を向上させた電動機駆動装置を得ることが可能となる。
　なお、保護レベルについては、電動機７の初期状態の磁力を１００％と設定し、不可逆減磁が発生した場合に性能に影響を与えない範囲である電流値（例えば、磁力が９７％に低下する電流値）に設定することが挙げられる。ただし、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更しても何ら問題ない。
《１－３》実施の形態１の動作
　以下、電動機７の運転中（すなわち、回転動作中）に接続切替装置６０の切替器６１、６２、６３の切替えを実行させた際の電動機駆動装置２００の動作について説明する。
　最初に、従来技術の問題点、すなわち、本実施の形態の特徴を備えない比較例の電動機駆動装置の動作について、図４、図７、図８、及び図１２を参照しながら簡単に説明する。図１２は、比較例の電動機駆動装置２００ａにおいて発生し得る短絡電流の経路を示す回路図である。電動機が運転中、すなわち、接続切替装置６０を構成する切替器６１、６２、６３に電流が流れている状態で、切替制御信号Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３をずらさずに同期した信号として送って結線を切替える場合、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃの接続先の接点は、常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ又は常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａに同時に切替わる。切替わりが起きるときに、インバータ３０から電動機７への給電が続いており、電動機７の回転数Ｎｍがゼロになっていないとすると、切替器６１、６２、６３の接点間にアーク放電が発生することがある。つまり、比較例では、切替器６１、６２、６３は、同じタイミングで切替わろうとするので、３個の切替器６１、６２、６３のうちの少なくとも２個の切替器において、ａｂ接点間（すなわち、６１ａと６１ｂ間、６２ａと６２ｂ間、６３ａと６３ｂ間）がアーク短絡によって短絡して、図１２に示すような電動機７の巻線７１、７２、７３を介さない短絡経路が発生し短絡電流が流れ切替器６１、６２、６３の接点溶着又はインバータ３０を構成する半導体素子の破壊といった故障が発生する可能性がある。図１２に示す太線の破線矢印で示す経路は、電動機７の巻線７１、７２、７３を介さない短絡経路の一例である。
　そこで、実施の形態１の電動機駆動装置２００では、電動機７の巻線７１、７２、７３を介さない短絡経路の短絡電流によって故障が発生することを避けるため、図４に示す制御装置１００では、タイミングをずらした切替器６１、６２、６３の切替制御信号Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３をそれぞれ出力する。或いは、図５に示す１相の信号に対し時定数が異なるフィルタＬＰＦ＿１、ＬＰＦ＿２を用意することによって、切替器６１、６２、６３の切替タイミングをずらすことにより、通電中に短絡電流を発生させることなく切替を行うことが可能となる。つまり、実施の形態１の電動機駆動装置２００の制御装置１００は、電動機７の回転動作中に結線状態の切替えを実行する場合、接続切替装置６０が、複数の切替器６１、６２、６３）の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行うように接続切替装置６０を制御する。
　複数の切替器６１、６２、６３の各々の切替え動作の時間間隔ｔ１、ｔ２は、５０ｍｓ以下であることが望ましい。また、この時間間隔ｔ１、ｔ２は、２ｍｓ以上であることが望ましい。また、切替器６１、６２、６３が機械式のリレーを有し、リレーの励磁コイルを励磁なし状態から励磁あり状態に切替えるときの時間間隔は、５ｍｓ以上であり、励磁コイルを励磁あり状態から励磁なし状態に切替えるときの時間間隔は、２ｍｓ以上であることが望ましい。
　図１３（ａ）及び（ｂ）は、結線切替時の切替器６１、６２、６３の励磁コイルに駆動信号を与える半導体スイッチ６０４、６０５、６０６のオン・オフ動作の一例を示す図である。図１３（ａ）は、Ｙ結線からΔ結線への切替え動作における、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６のオフからオンへの切替え動作を示す。図１３（ｂ）は、Δ結線からＹ結線への切替え動作における、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６のオンからオフへの切替え動作を示す。なお、半導体スイッチ６０４、６０５、６０６の切替え動作のタイミングと、切替器６１、６２、６３の機械式のリレーの切替え動作のタイミングとは、同じであるとみなして、以下の説明を行う。
　図１３（ａ）に示されるように、切替器６１、６２、６３の切替タイミングをずらす時間間隔ｔ１は、半導体スイッチ（例えば、図８の半導体スイッチ６０４）をオンにする信号（図４又は図５における切替制御信号Ｓ６１又はＳｃ＿１）を送ってから、励磁コイル（例えば、図８における励磁コイル６１１）に電流が流れ、切替器（例えば、図８における切替器６１）の共通接点６１ｃの接続先が常閉接点６１ｂから常開接点６１ａに切替わるまでの時間（この時間は、個体バラツキも考慮にいれた値である）とする。このように、Ｙ結線からΔ結線に切替える場合、半導体スイッチ６０４から提供される信号がオンになってから時間間隔ｔ１の経過後に、半導体スイッチ６０５から提供される信号をオンになり、その時点からさらに時間間隔ｔ１の経過後に、半導体スイッチ６０６から提供される信号がオンになる。
　図１３（ｂ）に示されるように、切替器６１、６２、６３の切替タイミングをずらす時間間隔ｔ２は、半導体スイッチ（例えば、図８の半導体スイッチ６０４）をオンにする信号（図４における切替制御信号Ｓ６１又はＳｃ＿１）を送ってから、励磁コイル（例えば、図８における励磁コイル６１１）に電流が流れなくなり、切替器（例えば、図８における切替器６１）の共通接点６１ｃの接続先が常開接点６１ａから常閉接点６１ｂに切替わるまでの時間（この時間は、個体バラツキも考慮にいれた値である）とする。このように、Δ結線からＹ結線に切替える場合、半導体スイッチ６０４から提供される信号がオフになってから時間間隔ｔ２の経過後に、半導体スイッチ６０５から提供される信号がオフになり、その時点からさらに時間間隔ｔ２の経過後に、半導体スイッチ６０６から提供される信号がオフになる。
　上記のように、切替器６１、６２、６３の切替え動作を時間間隔を開けて１台ずつ順に行うことで、２相同時に切替器のアーク短絡が発生する状態の発生を確実に防ぐことが可能となる。したがって、図１２に太線矢印で示す短絡電流が発生することを防ぐことが可能となる。なお、機械式のリレーの動作時間に基づいて考えられる時間間隔ｔ１、ｔ２の好適な範囲は、例えば、２ｍｓから５０ｍｓである。
　図１４（ａ）及び（ｂ）は、複数の切替器６１、６２、６３を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態を示す図である。図１４（ａ）は、切替器６１がΔ結線の状態にあり、切替器６２及び６３がＹ結線の状態にある場合を示している。図１４（ｂ）は、切替器６１及び６２がΔ結線の状態にあり、切替器６３がＹ結線の状態にある場合を示している。これらの状態は、切替器６１、６２、６３によって巻線７１、７２、７３の結線状態をΔ結線からＹ結線に又はＹ結線からΔ結線に切り替える途中で発生する。図１４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、実施の形態１では、巻線７１、７２、７３の結線状態の切替えに際して、切替器６１、６２、６３の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、図１２に示されるような巻線を通らない短絡経路は形成されない。
　図１５（ａ）から（ｃ）は、複数の切替器６１、６２、６３を時間をずらして順次切替えた場合の結線状態の他の例を示す図である。図１５（ａ）は、切替器６１、６２、６３のいずれもがＹ結線の状態にあり、切替器６１の常閉端子と常開端子との間でアーク放電（２重線で示される）が生じ、切替器６１が３点短絡の状態（すなわち、３つの端子が互いに導通している状態）にある場合を示している。図１５（ｂ）は、切替器６１がＹ結線の状態にあり、切替器６２、６３がΔ結線の状態にあり、切替器６１の常閉端子と常開端子との間でアーク放電（２重線で示される）が生じ、切替器６１が３点短絡の状態（すなわち、３つの端子が互いに導通している状態）にある場合を示している。図１５（ｃ）は、切替器６１、６３がＹ結線の状態にあり、切替器６２がΔ結線の状態にあり、切替器６１の常閉端子と常開端子との間でアーク放電（２重線で示される）が生じ、切替器６１が３点短絡の状態（すなわち、３つの端子が互いに導通している状態）にある場合を示している。
　図１４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、実施の形態１では、巻線７１、７２、７３の結線状態の切替えに際して、切替器６１、６２、６３の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、図１２に示されるような巻線７１、７２、７３のいずれをも通らない短絡経路は形成されない。
　また、図１５（ａ）から（ｃ）に示されるように、実施の形態１では、巻線７１、７２、７３の結線状態の切替えに際して、切替器６１、６２、６３の各々を、時間間隔を開けて順に切り替えるので、切替器６１、６２、６３のうちの１つに、アーク放電が生じた場合であっても、図１２に示されるように、巻線７１、７２、７３のいずれをも通らない短絡経路は形成されない。
　図１４（ａ）及び（ｂ）と図１５（ａ）から（ｃ）に示されるように、実施の形態１では、切替器６１、６２、６３の切替え動作を時間をずらして行っているので、２つの切替器で同時に短絡が発生することによって形成される図１２に示される短絡経路の発生を回避している。よって、実施の形態１においては、短絡電流による切替器６１、６２、６３又はインバータ３０の故障の発生を回避することができる。
　また、例えば、このような故障を避けるために、電動機７の回転数Ｎｍをゼロにし通電しない状態でリレーを切替える方法も考えられる。しかしながら、電動機７の回転数Ｎｍをゼロにすると、電動機７を再始動させる際に、電動機７にかかる負荷が、例えば、圧縮機９０４（図１）の場合は、冷媒の状態が安定しない状態のため、再始動に必要なトルクが増加し、起動時の電流が増加し、最悪の場合再始動ができないおそれがある。そのため、電動機７を動作させずに十分に冷媒の状態が安定するまで時間が経過した後に、再始動を行う必要がある。そのため、圧縮機９０４により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る室温の上昇又は低下を招き、室温が一定に保たれないおそれがある。
　そこで、実施の形態１の電動機７では、電動機７の回転動作中（運転中）に電動機７の巻線又は接続切替装置６０に流れる電流の値（実効値）をゼロに近づけるように制御（電流制御期間Ｐｃ）し、その状態で接続切替装置６０の複数の切替器を１つずつ時間間隔を開けて動作させることで、切替器６１、６２、６３の接点間にアーク放電及び過大な電流を発生させることなく切替えを完了させることが望ましい。なお、電流制御期間Ｐｃは、電動機７の巻線又は接続切替装置６０に流れる電流の値（実効値）をゼロに近づけるように制御するとは、巻線に流れる交流電流の第１の実効値が、複数の切替器の切替え動作の前において巻線に流れる交流電流の第２の実効値より、ゼロに近づけられている期間である。
　電流制御期間Ｐｃは、インバータが電動機７の回転動作によって発生する逆起電圧を打ち消すように交流電圧を電動機に印加している期間である。このように、電動機７の回転数Ｎｍをゼロにすることなく、すなわち、回転動作を停止させることなく、電動機７の巻線に流れる電流の値（実効値）をゼロに近づけることができる。その状態で複数のリレーを１つずつ時間間隔を開けて切替えることで短絡電流が流れず、より信頼性を向上させた状態で巻線７１、７２、７３の結線状態を切替えることが可能となる。そのため、空気調和機の場合には、結線状態の切替えに際して電動機７の回転動作を停止させる必要が無いため、回転動作の停止により冷媒が安定するまでの待機時間が不要となり、室温の上昇又は低下を抑制することが可能となる。
　図１１において、電圧指令演算部１１５は、切替部１１５５によりδ軸電流指令値ｉδ ＊＊に０を選択するよう動作させることにより、δ軸電流ｉδがδ軸電流指令値ｉδ ＊に一致するような、つまりδ軸電流指令値ｉδ ＊＊が０に一致するようなδ軸電圧指令値Ｖδ ＊を出力する。さらに、電圧指令演算部１１５は、切替部１１５３によりγ軸電流指令値ｉγ ＊＊に０を選択するよう動作させることにより、γ軸電流ｉγがγ軸電流指令値ｉγ ＊に一致するような、つまりγ軸電流指令値ｉγ ＊＊が０に一致するようなγ軸電圧指令値Ｖγ ＊を出力する。
《１－４》実施の形態１の効果
　以上の動作により、電動機７の巻線７１、７２、７３に流れる電流、すなわち、切替器６１、６２、６３に流れる電流の値（実効値）を、図１６に示される電流制御期間Ｐｃのように、ゼロに近づける制御（望ましくは、ゼロにする制御）（「ゼロ電流制御」と称す）させることができる。よって、切替器６１、６２、６３に電流が流れていない状態で切替器６１、６２、６３の切替え動作を行うことができ、切替器６１、６２、６３の接点間で大きな短絡電流が流れることはない。このため、切替器６１、６２、６３として機械式の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。なお、ここで言う「ゼロにする制御」とは、切替器６１、６２、６３に流れる電流の値（実効値）を正確にゼロにするという意味ではなく、実質的にゼロとみなすことができるほどゼロに近いという意味である。
　しかしながら、切替器６１、６２、６３に流れる電流の値を正確にゼロにすることはできないため、微弱な電流が電動機７の巻線７１、７２、７３に流れることになる。この状態で切替器６１、６２、６３の切替え動作を行うと、例えば、図７に示される切替器６１、６２、６３の接続状態を想定した場合に、例えば、常閉接点６１ｂと共通接点６１ｃが接続状態にあり、その状態で常閉接点６１ｂと共通接点６１ｃを開状態に操作すると電流によるアーク放電が発生するおそれがある。その際のアーク放電は軽微であるが、アーク放電が生じた状態で常開接点６１ａに接すると、常開接点６１ａ、常閉接点６１ｂ、共通接点６１ｃが低インピーダンスで接続された状態となる。ゼロ電流制御では、電動機７の誘起電圧を打ち消すために、インバータ３０により電圧を供給しており、その状態で常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａ、常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃが低インピーダンスで接続された状態が２つ以上発生すると短絡電流が生じ、図１２に示されるように、過大な電流が切替器６１、６２、６３に流れるおそれがある。
　そこで、実施の形態１の制御装置１００は、電動機７が高速で回転しているときに、電動機７又は接続切替装置６０に流れる電流の値（例えば、実効値）をゼロに近づけるように（望ましくは、略０となるように）制御し、十分に電流がゼロになったことを確認した後に接続切替装置６０の複数の切替器６１、６２、６３の切替え動作を１つずつ時間間隔を開けて行うように制御する。このようにすることで、接続切替装置６０に機械式のリレーを用いた場合における接点溶着などの故障を防止することが可能となり、信頼性の高い電動機駆動装置を得ることができる。
　言い換えれば、実施の形態１の電動機駆動装置２００は、安価な部品で接続切替装置６０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ので、製品コストを低下させることができる。
　また、電動機７の回転動作が停止していない電流制御期間中に、巻線の接続状態を切替える。このため、巻線の接続状態の切替えのために、電動機の回転動作を一時停止させ、その後、電動機７を再始動させる動作が不要である。
　なお、Ｙ結線とΔ結線で不可逆減磁が発生する電流値が異なるため、Ｙ結線とΔ結線を切替えるタイミングで保護レベルを切替えることで、各巻線に対応した保護が可能となる。しかし、機械式のリレーを用いた場合には、励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流を流れてから、切替器６１、６２、６３が、常開接点６１ａ、６２ａ、６３ｂａ又は常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに切替わるまでに時間遅れが生じる。そのため、例えば、Ｙ結線からΔ結線に切替えた場合には、保護レベルはΔ結線に切替わっているが、電動機７はΔ結線への切替移行中であるためＹ結線のままの状態であることが想定される。その場合、誤って過大な電流が流れた場合に、電動機７の不可逆減磁を生じる可能性がある。
　そこで、結線の切替え時には電流をゼロにする制御を開始した時点から結線を切替えるまでの間に、保護レベルの低いＹ結線の保護レベルに設定しておくことにより、結線の切替え時にＹ結線、Δ結線の何れの状態であっても不可逆減磁から保護することが可能となる。なお、結線切替時には電流をゼロにする制御を行うため、電動機７の運転に何ら影響が無い。
　また、保護レベルについては、先に説明した通り電動機７の初期状態の磁力を１００％と設定し、不可逆減磁が発生した場合に性能に影響を与えない範囲である電流値（例えば、磁力が９７％に低下する電流値）に設定することが挙げられ、さらにＹ結線に対してΔ結線における電流値を√３倍の値にしておくことで結線状態によらず確実に不可逆減磁から保護することが可能となる。ただし、図９（ｂ）においてＩΔを検出せずに、巻線に流れる電流値を検出して保護を行う場合には、ＩΔ÷√３の電流値（Ｙ結線における保護レベルの電流値と同等）を保護レベルとして設定することが望ましい。なお、使用する機器に応じて保護レベルの設定電流値を変更してもよい。
《１－５》実施の形態１の変形例
　整流回路３の整流素子としては、ダイオードなどを用いることが一般的である。しかし、整流回路３の構成は、図４の例に限定されない。例えば、整流回路３の整流素子の代わりに、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ－Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのトランジスタ素子（半導体スイッチ）を用いて、交流電源１から供給される電圧（入力交流電圧）の極性に合わせてオン状態とすることで、整流を行うように構成してもよい。
　インバータ主回路３１０のスイッチング素子３１１～３１６としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＭＯＳＦＥＴが用いられるが、これに限定されない。スイッチング素子３１１～３１６は、スイッチングを行うことができる素子であれば、どのようなものを用いてもよい。なお、スイッチング素子３１１～３１６としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴが構造上寄生ダイオードを有するため、図６に示される環流用の整流素子３２１～３２６を並列接続する必要はない。
　整流素子及びスイッチング素子３１１～３１６を構成する材料については、ケイ素（Ｓｉ）だけでなく、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドなどを用いたもので構成することにより、損失をより少なくすることが可能となる。
《２》実施の形態２．
　実施の形態２の電動機駆動装置は、接続切替装置６０の代わりに、接続切替装置２６０を用いた点が、実施の形態１の電動機駆動装置２００と異なる。図４の構成では、接続切替装置６０の切替器６１、６２、６３は、選択スイッチを用いている。実施の形態２では、接続切替装置２６０の各切替器を、常閉スイッチと常開スイッチとの組み合わせ、すなわち、オン・オフ式のスイッチの組み合わせで構成している。
　図１７は、実施の形態２における電動機７の巻線７１、７２、７３と接続切替装置２６０とを示す回路図である。接続切替装置２６０では、切替器６１を常閉スイッチ６１５と常開スイッチ６１６との組合せで構成し、切替器６２を常閉スイッチ６２５と常開スイッチ６２６との組合せで構成し、切替器６３の常閉スイッチ６３５と常開スイッチ６３６との組合せで構成している。
　図１７に示されるように、常閉スイッチ６１５、６２５、６３５が閉じ（すなわち、オンしており）、常開スイッチ６１６、６２６、６３６が開いた（すなわち、オフしている）状態では、電動機７の巻線７１、７２、７３はＹ結線状態である。図示の状態とは逆に、常閉スイッチ６１５、６２５、６３５が開き（すなわち、オフしており）、常開スイッチ６１６、６２６、６３６が閉じた（すなわち、オンしている）状態では、電動機はΔ結線状態である。
　図１７に示されるように、各切替器を常閉スイッチ６１５、６２５、６３５と常開スイッチ６１６、６２６、６３６との組合せで構成する場合にも、各スイッチとして、電磁接触器を用いることができる。電磁接触器は、オン時の導通損失が小さいので好適である。
　図１８に示されるように、各切替器を半導体スイッチを用いて構成してもよい。図１８は、接続切替装置２６０の切替器６１（６２、６３）にＭＯＳトランジスタを用いた構成例を示す回路図である。図１８には、切替器６１、６２、６３の内の１つが示されている。切替器６１、６２、６３は、互いに同様の構成を持ち、同様に動作する。図１９は、図１８の切替器のＭＯＳトランジスタのオン及びオフ状態の例を表形式で示す図である。
　図１８に示されるように、切替器６１（６２、６３）は、リード線６１ｅ（６２ｅ、６３ｅ）と出力線３３２（３３３、３３１）との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１６ａ（６２６ａ、６３６ａ）及びダイオード６１６ｃ（６２６ｃ、６３６ｃ）と、リード線６１ｅ（６２ｅ、６３ｅ）と出力線３３２（３３３、３３１）との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１６ｂ（６２６ｂ、６３６ｂ）及びダイオード６１６ｄ（６２６ｄ、６３６ｄ）とを備えている。
　また、切替器６１（６２、６３）は、リード線６１ｅ（６２ｅ、６３ｅ）と中性点ノード６４との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１５ａ（６２５ａ、６３５ａ）及びダイオード６１５ｃ（６２５ｃ、６３５ｃ）と、リード線６１ｅ（６２ｅ、６３ｅ）と中性点ノード６４との間に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ６１５ｂ（６２５ｂ、６３５ｂ）及びダイオード６１５ｄ（６２５ｄ、６３５ｄ）とを備えている。
　各ＭＯＳトランジスタ６１６ａ（６２６ａ、６３６ａ）、６１６ｂ（６２６ｂ、６３６ｂ）、６１５ａ（６２５ａ、６３５ａ）、６１５ｂ（６２５ｂ、６３５ｂ）は、アノードがダイオードに接続され、カソードがリード線（又は中性点ノード又は出力線）に接続された寄生ダイオードを有している。
　図１９に示されるように、制御端子に制御信号を入力することによってＭＯＳトランジスタ６１６ａ、６２６ａ、６３６ａをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１６ｂ、６２６ｂ、６３６ｂをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ａ、６２５ａ、６３５ａをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ｂ、６２５ｂ、６３５ｂをオフにすることによって、巻線７１、７２、７３をΔ結線にすることができる。
　また、図１９に示されるように、ＭＯＳトランジスタ６１６ａ、６２６ａ、６３６ａをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１６ｂ、６２６ｂ、６３６ｂをオフにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ａ、６２５ａ、６３５ａをオンにし、ＭＯＳトランジスタ６１５ｂ、６２５ｂ、６３５ｂをオンにすることによって、巻線７１、７２、７３をＹ結線にすることができる。
　また、半導体スイッチとしてのＭＯＳトランジスタは、ワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体で構成されることが望ましい。ＷＢＧ半導体は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、ダイヤモンドを構成材料として含む半導体である。ＷＢＧ半導体で構成した場合、オン抵抗が小さく、低損失で素子発熱も少なく、また、切替え動作を速やかに行うことができる。
　半導体スイッチを用いる場合にも、ノイズなどの影響で、例えば、ＭＯＳトランジスタ６１６ａ及び６１５ａが同時に誤オン又は誤オフする可能性があり、ＭＯＳトランジスタ６１６ａ及び６１５ａの相のみでなく、少なくとも２相のＭＯＳトランジスタ６１６ａ及び６１５ａとＭＯＳトランジスタ６１６ｂ及び６１５ｂにおいて同時に誤オン又は誤オフすることで電動機の巻線を介さない短絡経路が発生し、故障が発生することがあり得る。
　そのため、半導体で構成された接続切替装置２６０において、図４及び図５に記載したように、切替器の切替え動作のタイミングをずらすことで、巻線を介さない短絡電流の発生を防ぐことが可能となり、信頼性の高い電動機駆度装置を得ることができる。
　言い換えれば、実施の形態２の電動機駆動装置は、安価な部品で接続切替装置２６０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ので、製品コストを低下させることができる。
　以上の点以外について、実施の形態２の電動機駆動装置は、実施の形態１の電動機駆動装置２００と同じである。
《３》実施の形態３．
　実施の形態１及び２では、巻線７１、７２、７３をＹ結線とΔ結線の間で切替え可能な電動機７に接続された電動機駆動装置２００を説明している。実施の形態３では、巻線７１、７２、７３の各々の巻数を切替え可能な電動機７ａに接続された電動機駆動装置を説明する。図２０は、Ｙ結線された電動機７ａにおいて各相の巻線７１、７２、７３を２つの巻線部分７１１及び７１２、２つの巻線部分７２１及び７２２、２つの巻線部分７３１及び７３２で構成し、巻線部分の各々の両端部を、電動機７ａの外部に接続可能として、接続切替装置３６０で接続状態を切替える構成を示す。なお、各相の巻線７１、７２、７３が、３以上の巻線部分を有してもよい。
　実施の形態３では、各相の巻線７１、７２、７３が、２つの巻線部分を有している。この場合、各相の巻線７１、７２、７３を構成する２つの巻線部分の各々の両端部を、電動機７ａの外部に接続可能として、接続切替装置３６０で巻線７１、７２、７３の接続状態（実施の形態３においては、巻線の巻数）を切替える。また、接続切替装置３６０は、巻線部分を並列接続及び直列接続のいずれかに切替えることができる電動機にも適用できる。
　図２０では、Ｕ相の巻線７１が２つの巻線部分７１１及び７１２で構成され、Ｖ相の巻線７２が２つの巻線部分７２１及び７２２で構成され、Ｗ相の巻線７３が２つの巻線部分７３１及び７３２で構成されている。
　巻線部分７１１、７２１、７３１の第１の端部は、外部端子７１ｃ、７２ｃ、７３ｃを介してインバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３にそれぞれ接続されている。巻線部分７１１、７２１、７３１の第２の端部は、外部端子７１ｇ、７２ｇ、７３ｇを介して切替スイッチ６１７、６２７、６２７の共通接点にそれぞれ接続されている。
　巻線部分７１２、７２２、７３２の第１の端部は、外部端子７１ｈ、７２ｈ、７３ｈを介して切替スイッチ６１８、６２８、６３８の共通接点にそれぞれ接続されている。巻線部分７１２、７２２、７３２の第２の端部は、外部端子７１ｄ、７２ｄ、７３ｄを介して中性点ノード６４にそれぞれ接続されている。
　切替スイッチ６１７、６２７、６３７の常閉接点は、切替スイッチ６１８、６２８、６３８の常閉接点にそれぞれ接続されている。切替スイッチ６１７、６２７、６３７の常開接点は、中性点ノード６４に接続されている。切替スイッチ６１８、６２８、６３８の常開接点は、インバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３に接続されている。
　切替スイッチ６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８により、接続切替装置３６０が構成されている。
　このような接続切替装置３６０が使用されている場合にも、実施の形態１及び２で示したものと同様に、電流制御期間Ｐｃに接続切替装置３６０の切替器の切替え動作を行うことで、機械式のリレー又は半導体スイッチを保護することができる。また、実施の形態１及び２で示したものと同様に、接続切替装置３６０の複数の切替スイッチの各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行うことで、電動機７ａの巻線の接続状態を切替える切替器の切替え動作を電動機の回転動作を停止させずに行うことに起因する、電動機駆動装置の故障が生じにくくなる。
　図２０に示される構成の場合、切替スイッチ６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８が図示のように常閉接点側に切替えられた状態では、電動機７ａは、直列接続状態となり、切替スイッチ６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８が図示とは逆の常開接点側に切替えられた状態では、電動機７ａは並列接続状態となる。
　なお、実施の形態３においても、実施の形態２で述べたように、切替スイッチの代わりに常閉スイッチと常開スイッチとの組合せを用いることができる。また、常閉スイッチと常開スイッチとを、半導体スイッチとすることができる。
　以上に、Ｙ結線された電動機７ａにおいて、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合について説明したが、Δ結線された電動機の電動機駆動装置において、直列接続状態と並列接続状態との切替えを行う場合にも、接続切替装置３６０と同様の構成を適用することができる。
　また、Ｙ結線又はΔ結線の状態で巻線に中間タップを設けて巻線の一部をスイッチング手段で短絡することで、駆動に必要な電圧を変更する構成を有する電動機の電動機駆動装置にも、本実施の形態の電動機駆動装置を適用することができる。要するに、実施の形態３の構成は、電動機が、巻線の接続状態が切替え可能で、前記接続状態の切替えにより逆起電圧が切替わるものであれば、適用が可能である。
　以上の点以外について、実施の形態３の電動機駆動装置は、実施の形態１又は２の電動機駆動装置と同じである。
　なお、以上の実施の形態１から３に示した構成は、例に過ぎず、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。
　１　交流電源、　２　リアクトル、　３　整流回路、　７、７ａ　電動機、　１０　コンデンサ、　３０　インバータ、　４０　母線電流検出部、　５０　制御電源生成回路、　６０、２６０、３６０　接続切替装置、　６１、６２、６３　切替器、　７１、７２、７３　巻線、　１００　制御装置、　２００　電動機駆動装置、　９００、９００ａ、９００ｂ　冷凍サイクル装置、　９０２　四方弁、　９０４　圧縮機、　９０６　熱交換器、　９０８　膨張弁、　９１０　熱交換器。
 

Claims (15)

  1. 　複数の切替器を有し、前記複数の切替器の切替え動作を行うことによって電動機の巻線の接続状態を切替える接続切替装置と、
    　前記複数の切替器を介して前記巻線に交流電圧を印加するとともに、回転動作中の前記電動機の前記巻線から前記複数の切替器を介して逆起電圧が印加されるインバータと、
    　前記インバータを制御することによって前記電動機の回転動作を制御し、前記接続切替装置に前記接続状態の切替えを実行させる制御装置と、
    　を有し、
    　前記接続切替装置は、前記電動機の回転動作中に前記接続状態の切替えを実行する際に、前記複数の切替器の各々の切替え動作を時間間隔を開けて順次行う
    　電動機駆動装置。
  2. 　前記インバータに供給される電流を検出する検出部を更に備え、
    　前記制御装置は、前記検出部によって検出された電流に基づいて前記インバータを制御する
    　請求項１に記載の電動機駆動装置。
  3. 　前記制御装置は、前記巻線に流れる交流電流の第１の実効値が前記複数の切替器の切替え動作の前において前記巻線に流れる交流電流の第２の実効値よりゼロに近づけられている電流制御期間内に、前記接続切替装置に前記複数の切替器の切替え動作を実行させる請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
  4. 　前記接続状態の切替えは、Ｙ結線とΔ結線との間の切替えである
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  5. 　前記接続状態の切替えは、前記巻線の巻数の切替えである
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  6. 　前記複数の切替器の各々は、励磁コイルを含む電磁接触器を有し、
    　前記複数の切替器の切替え動作は、前記電磁接触器の接点間の導通又は非導通の切替えによって行われる
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  7. 　前記複数の切替器の各々は、制御端子に入力される信号より制御される半導体スイッチを有し、
    　前記複数の切替器の切替え動作は、前記半導体スイッチのオン又はオフの切替えによって行われる
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  8. 　前記半導体スイッチは、ワイドバンドギャップ半導体で形成される請求項７に記載の電動機駆動装置。
  9. 　前記時間間隔は、５０ｍｓ以下である請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  10. 　前記時間間隔は、２ｍｓ以上である請求項１から９のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  11. 　前記励磁コイルを励磁なし状態から励磁あり状態に切替えるときの前記時間間隔は、５ｍｓ以上であり、
    　前記励磁コイルを励磁あり状態から励磁なし状態に切替えるときの前記時間間隔は、２ｍｓ以上である
    　請求項６に記載の電動機駆動装置。
  12. 　請求項１から１１のいずれか１項に記載の電動機駆動装置を備え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備える空気調和機。
  14. 　請求項１２に記載の冷凍サイクル装置を備える給湯機。
  15. 　請求項１２に記載の冷凍サイクル装置を備える冷蔵庫。
     
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