JP6921272B2 - 電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動する電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機に関する。

下記特許文献１には、２組の三相巻線を有し、当該２組の三相巻線の中性点を接続しないタイプの三相電動機に対する駆動方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、４台のインバータを用いて４組の巻線群を有する電動機に対する駆動方法が開示されている。

また、下記特許文献３では、複数の巻線が直列に接続されている電動機を２台のインバータで駆動する方法が開示されている。

特許第３９３８４８６号公報 特許第５２３０２５０号公報 特開２０１３−１２１２２２号公報

上記特許文献１〜３のように、近年、複数の巻線群を有する電動機が用いられるようになって来ている。この種の電動機は、出力容量の大きいアプリケーションにはメリットあるものの、出力容量の小さいアプリケーションで使用する場合、効率面で不利な場合があった。

また、この種の電動機は、出力容量の大きいアプリケーションで使用する場合であっても、低速領域及び低電流領域においての効率には改善の余地があった。このため、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率の向上が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率を向上させることができる電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、複数の巻線群の巻線の接続を切り替える切替部、電動機を駆動するための複数のインバータ、並びに、複数のインバータ及び切替部を制御する制御装置を備えている。切替部には、１回路１接点のスイッチと、１回路２接点のスイッチとが用いられ、それぞれのインバータは、１回路１接点のスイッチ又は１回路２接点のスイッチの何れかを介して複数の巻線群のそれぞれの相の巻線に電力を供給する。

本発明によれば、低速領域及び低電流領域におけるシステム効率を向上させることができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１に係る電動機駆動装置を含む電動機駆動システムの構成を示す回路図 実施の形態１に係る電動機駆動装置におけるインバータ及び切替部の詳細構成を示す回路図 インバータと切替部との間の図３とは異なる接続状態を示す図 実施の形態２に係る電動機駆動装置を含む電動機駆動システムの構成を示す回路図 実施の形態２に係る電動機駆動装置におけるインバータ及び切替部の詳細構成を示す回路図 インバータ群と切替部との間の図６とは異なる接続状態を示す図 実施の形態１及び実施の形態２の制御装置を具現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１及び実施の形態２の制御装置を具現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す冷凍サイクル装置１２０は、実施の形態１及び後述する実施の形態２に係る電動機駆動装置の応用例である。なお、図１では、セパレート形の空気調和機を例示しているが、セパレート形には限定されない。また、本実施の形態では、冷凍サイクル装置１２０が空気調和機を構成する例を説明するが、冷凍サイクル装置１２０は空気調和機に限定されず、冷蔵庫及び冷凍庫といった冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。

図１に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置１２０は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、膨張弁１０４、室内熱交換器１０５、冷媒配管１０６及び電動機駆動装置１００を備える。冷凍サイクル装置１２０では、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、膨張弁１０４および室内熱交換器１０５が冷媒配管１０６を介して取り付けられた冷凍サイクルを構成する。また、冷凍サイクル装置１２０における圧縮機１０１の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構１０７とこれを動作させる電動機２とが設けられている。圧縮機１０１の電動機２は、電動機駆動装置１００と電気的に接続されている。電動機駆動装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１０１に用いられる電動機２を駆動するために用いられる。

図２は、実施の形態１に係る電動機駆動装置１００を含む電動機駆動システム１５０の構成を示す回路図である。電動機駆動システム１５０は、インバータ１、切替部３及び制御装置４を備えた電動機駆動装置１００と、電動機駆動装置１００の駆動対象である電動機２と、を備えたシステムである。

図２において、電動機２は、Ｕ相第１巻線２ａｕ、Ｖ相第１巻線２ａｖ、及びＷ相第１巻線２ａｗ、並びに、Ｕ相第２巻線２ｂｕ、Ｖ相第２巻線２ｂｖ、及びＷ相第２巻線２ｂｗを有する。Ｕ相第１巻線２ａｕ、Ｖ相第１巻線２ａｖ及びＷ相第１巻線２ａｗは、第１巻線群２ａを構成する。また、Ｕ相第２巻線２ｂｕ、Ｖ相第２巻線２ｂｖ及びＷ相第２巻線２ｂｗは、第２巻線群２ｂを構成する。

なお、図２では、第１巻線群２ａ及び第２巻線群２ｂを構成する２つの巻線群を例示しているが、巻線群の数は３以上であってもよい。すなわち、電動機２は、三相巻線を構成する巻線群を複数備えた電動機である。

また、Ｕ相第１巻線２ａｕと、Ｕ相第２巻線２ｂｕとの組をＵ相巻線部と呼ぶ。以下同様に、Ｖ相第１巻線２ａｖと、Ｖ相第２巻線２ｂｖとの組をＶ相巻線部と呼び、Ｗ相第１巻線２ａｗと、Ｗ相第２巻線２ｂｗとの組をＷ相巻線部と呼ぶ。なお、図２では、それぞれが２つの巻線を有するＵ相巻線部、Ｖ相巻線部及びＷ相巻線部を構成する三相巻線部を例示しているが、それぞれが３以上の巻線を有していてもよい。すなわち、電動機２は、複数のＵ相巻線を有するＵ相巻線部と、複数のＶ相巻線を有するＶ相巻線部と、複数のＷ相巻線を有するＷ相巻線部とを備えた三相電動機である。

実施の形態１に係る電動機駆動装置１００では、電動機２と切替部３との間の接続形態と、制御装置４による切替部３への制御に特徴がある。このため、電動機２に流れる電動機電流を取得するためのセンサ類の図示は省略している。電動機電流を取得する際に、電動機２に流れる電流を直接検出せずに、インバータ１の内部にシャント抵抗を設け、当該シャント抵抗に流れる電流から三相分の電流を検出してもよい。また、負荷が平衡状態にあるときは三相分の電流の和が零であることを利用し、第１相の電流と第２相の電流とから第３相の電流を求めてもよい。なお、電動機電流を用いた電動機２の制御に関しては、多数の公知技術が存在しており、ここでの説明は省略する。

第１巻線群２ａと第２巻線群２ｂとの間には、切替部３が介在している。切替部３は、切替スイッチ群３ａ、切替スイッチ群３ｂ、及び切替スイッチ群３ｃを有する。なお、第１巻線群２ａ及び第２巻線群２ｂのそれぞれと、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれとの間の接続については後述する。

インバータ１は、第１巻線群２ａに電気的に接続される。インバータ１には、制御装置４が生成したＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎが出力される。ＰＷＭ信号は、この分野では公知のパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。インバータ１は、制御装置４からのＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎによって制御され、第１巻線群２ａの複数の相のそれぞれに電力を供給する。また、インバータ１は、第１巻線群２ａ及び切替部３を介し、第２巻線群２ｂの複数の相のそれぞれに電力を供給する。

また、制御装置４は、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれを制御するための切替信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

次に、インバータ１及び切替部３の構成について、図３を参照して説明する。図３は、実施の形態１に係る電動機駆動装置１００におけるインバータ１及び切替部３の詳細構成を示す回路図である。

図３において、インバータ１は、スイッチング素子１１〜１６を有する。スイッチング素子１１〜１３は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子１４〜１６は下アームのスイッチング素子を構成する。上アームのスイッチング素子１１と下アームのスイッチング素子１４は、直列に接続されてＵ相のスイッチング素子対を構成する。以下同様に、上アームのスイッチング素子１２と下アームのスイッチング素子１５は、直列に接続されてＶ相のスイッチング素子対を構成し、上アームのスイッチング素子１３と下アームのスイッチング素子１６は、直列に接続されてＷ相のスイッチング素子対を構成する。

上アームのスイッチング素子１１と下アームのスイッチング素子１４との接続点ｕ１は、インバータ１の外部に引き出されてＵ相第１巻線２ａｕの一端に接続される。上アームのスイッチング素子１２と下アームのスイッチング素子１５との接続点ｖ１は、インバータ１の外部に引き出されてＶ相第１巻線２ａｖの一端に接続される。上アームのスイッチング素子１３と下アームのスイッチング素子１６との接続点ｗ１は、インバータ１の外部に引き出されてＷ相第１巻線２ａｗの一端に接続される。

次に、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃについて説明する。切替スイッチ群３ａは、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２を有する。第１スイッチ３１は１回路２接点の機能を有するスイッチであり、第２スイッチ３２は１回路１接点の機能を有するスイッチである。切替スイッチ群３ｂは、第３スイッチ３３及び第４スイッチ３４を有する。第３スイッチ３３は１回路２接点の機能を有するスイッチであり、第４スイッチ３４は１回路１接点の機能を有するスイッチである。切替スイッチ群３ｃは、第５スイッチ３５及び第６スイッチ３６を有する。第５スイッチ３５は１回路２接点の機能を有するスイッチであり、第６スイッチ３６は１回路１接点の機能を有するスイッチである。

第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５のそれぞれは、切替接点ａ１，ｂ１及び基点ｃ１を有する。第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６のそれぞれは、接点ａ２及び基点ｃ２を有する。

なお、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３、第４スイッチ３４、第５スイッチ３５及び第６スイッチ３６のそれぞれは、メカニカルなスイッチであっても、電気的なスイッチであってもよい。電気的なスイッチの場合、半導体リレー又はパワーリレーと称されるスイッチが好適である。半導体リレー又はパワーリレーを用いることにより、結線の切り替えに要する時間を可変できるという効果が得られる。

次に、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃと、第１巻線群２ａ、第２巻線群２ｂ及びインバータ１との接続について説明する。

第１スイッチ３１の基点ｃ１は、Ｕ相第１巻線２ａｕの他端に接続される。第１スイッチ３１の切替接点ａ１は、Ｕ相第２巻線２ｂｕの一端に接続される。第１スイッチ３１の切替接点ｂ１は、Ｕ相第２巻線２ｂｕの他端に接続される。第２スイッチ３２の基点ｃ２は、Ｕ相のスイッチング素子１１，１４の接続点ｕ１と、Ｕ相第１巻線２ａｕの一端との接続点に接続される。第２スイッチ３２の接点ａ２は、第１スイッチ３１の切替接点ａ１と、Ｕ相第２巻線２ｂｕの一端との接続点に接続される。

第３スイッチ３３の基点ｃ１は、Ｖ相第１巻線２ａｖの他端に接続される。第３スイッチ３３の切替接点ａ１は、Ｖ相第２巻線２ｂｖの一端に接続される。第３スイッチ３３の切替接点ｂ１は、Ｖ相第２巻線２ｂｖの他端に接続される。第４スイッチ３４の基点ｃ２は、Ｖ相のスイッチング素子１２，１５の接続点ｖ１と、Ｖ相第１巻線２ａｖの一端との接続点に接続される。第４スイッチ３４の接点ａ２は、第３スイッチ３３の切替接点ａ１と、Ｖ相第２巻線２ｂｖの一端との接続点に接続される。

第５スイッチ３５の基点ｃ１は、Ｗ相第１巻線２ａｗの他端に接続される。第５スイッチ３５の切替接点ａ１は、Ｗ相第２巻線２ｂｗの一端に接続される。第５スイッチ３５の切替接点ｂ１は、Ｗ相第２巻線２ｂｗの他端に接続される。第６スイッチ３６の基点ｃ２は、Ｗ相のスイッチング素子１３，１６の接続点ｗ１と、Ｗ相第１巻線２ａｗの一端との接続点に接続される。第６スイッチ３６の接点ａ２は、第５スイッチ３５の切替接点ａ１と、Ｗ相第２巻線２ｂｗの一端との接続点に接続される。

なお、Ｕ相第２巻線２ｂｕの他端と、Ｖ相第２巻線２ｂｖの他端と、Ｗ相第２巻線２ｂｗの他端とは相互に接続されて、電動機２における中性点Ｎを構成する。図３の構成から明らかなように、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃの切替接点ａ１，ｂ１及び接点ａ２がどのように切り替えられようとしても、電動機２の中性点Ｎの接続状態は変更されずに維持される。

次に、実施の形態１に係る電動機駆動装置１００における要部動作について、図２〜図４の図面を参照して説明する。図４は、インバータ１と切替部３との間の図３とは異なる接続状態を示す図である。

まず、制御装置４は、切替部３に対して切替信号Ｓ１を出力する。このとき切替部３の内部では、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５を切替接点ａ１側に切り替える信号と、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点をオープンにする信号とが生成される。これらの信号により、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５の切替接点は切替接点ａ１側に切り替えられ、また、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点はオープンにされる。

図３に示す接続状態では、Ｕ相第１巻線２ａｕとＵ相第２巻線２ｂｕとが直列に接続され、Ｖ相第１巻線２ａｖとＶ相第２巻線２ｂｖとが直列に接続され、Ｗ相第１巻線２ａｗとＷ相第２巻線２ｂｗとが直列に接続された直列巻の電動機２が構成される。

また、制御装置４は、切替部３に対して切替信号Ｓ２を出力する。このとき切替部３の内部では、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５を切替接点ｂ１側に切り替える信号と、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点をクローズにする信号とが生成される。これらの信号により、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５の切替接点は切替接点ｂ１側に切り替えられ、また、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点はクローズにされる。このときの接続状態を示した図が図４である。

図４に示す接続状態では、Ｕ相第１巻線２ａｕとＵ相第２巻線２ｂｕとが並列に接続され、Ｖ相第１巻線２ａｖとＶ相第２巻線２ｂｖとが並列に接続され、Ｗ相第１巻線２ａｗとＷ相第２巻線２ｂｗとが並列に接続された並列巻の電動機２が構成される。また、図４の接続状態においても、電動機２における中性点Ｎが接続された状態は維持される。

以上のように、制御装置４からの切替信号Ｓ１を切替部３に出力することにより、電動機２の巻線仕様を相ごとに並列巻から直列巻へと変更することができる。また、制御装置４からの切替信号Ｓ２を切替部３に出力することにより、電動機２の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することができる。電動機２の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することにより、電動機２における線間のインダクタンス、又は線間の抵抗値を可変することができる。また、電動機２の巻線仕様を相ごとに直列巻から並列巻へと変更することにより、電動機２に誘起される相誘起電圧、又は線間誘起電圧を可変することができる。

また、電動機２の巻線仕様を並列巻から直列巻へと変更するとき、又は、直列巻から並列巻へと変更する制御を行うとき、上記のように、切替部３に対する切替信号を１つの信号で行い、切替部３の内部の信号により、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３、第４スイッチ３４、第５スイッチ３５及び第６スイッチ３６におけるそれぞれの接点を制御しているので、結線切替を任意のタイミングで行えるという効果が得られる。

なお、電動機２が直列巻のとき、巻線のインダクタンス値及びインピーダンス値は、並列巻に比べて大きい値となる。従って、電動機２が直列巻のとき、電動機２の巻線に誘起される誘起電圧は、並列巻に比べて上昇する。このため、電動機２を同一回転速度又は同一出力の条件下で駆動するとき、電動機２を直列巻で構成すれば誘起電圧を上げることができるので、電流のピーク値を抑制することができる。

また、電動機２が並列巻のとき、巻線の誘起電圧は、直列巻に比べて抑制することができる。このため、電動機２を並列巻で構成すれば高速領域での誘起電圧を下げることができる。また、並列巻、直列巻のどちらの結線とする場合であっても、未使用となる巻線は無く、巻線を有効利用することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電動機駆動装置１００によれば、切替部３によって、電動機２の巻線の接続状態を切り替えることが可能となる。これにより、電動機２の回転速度に応じて、電動機２の巻線の接続状態を切り替えることが可能となる。具体的に、回転速度が小さくなるに従って、電動機２の巻線仕様を直列巻に変更し、回転速度が大きくなるに従って、電動機２の巻線仕様を並列巻に変更することができる。このように制御することで、回転速度が小さい低速領域すなわち低負荷領域でのシステム効率を向上させることが可能となる。

なお、電動機２の回転速度は、インバータ１が電動機２に印加する電圧の周波数であるインバータ周波数と等価である。すなわち、電動機駆動装置１００は、電動機２のインバータ周波数に応じて、電動機２の巻線の接続状態を切り替えてもよい。

また、上記の制御例では、電動機２の回転速度で電動機２の接続状態を切り替える例について説明したが、インバータ１を制御する際の変調率に応じて、電動機２の巻線の接続状態を切り替えてもよい。具体的には、変調率が小さくなるに従って、電動機２の巻線仕様を直列巻に変更し、変調率が大きくなるに従って、電動機２の巻線仕様を並列巻に変更する制御を行う。これにより、回転トルクの小さい低電流領域すなわち低負荷領域でのシステム効率を向上させることが可能となる。

また、他の制御例として、電動機２の運転モードに応じて、電動機２の接続状態を切り替えてもよい。なお、空気調和機の場合、運転モードには、圧縮機に冷媒を圧縮させる圧縮運転モード、圧縮機を加熱する加熱運転モード、圧縮機を冷房運転に用いる冷房運転モード、圧縮機を暖房運転に用いる暖房運転モードが一例として挙げられる。

また、上記の図３の例では、電動機２の各相巻線部すなわちＵ相巻線部、Ｖ相巻線部及びＷ相巻線部を構成するそれぞれの巻線数が２の場合を例示したが、各相巻線の巻線数は３以上であってもよい。新たに追加された巻線に対して、図３の第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２に相当するスイッチを追加することにより、巻線の直列接続、並列接続又は直並列接続を自在に切り替えることが可能となる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る電動機駆動装置１００を含む電動機駆動システム１５０の構成を示す回路図である。また、図６は、実施の形態２に係る電動機駆動装置１００におけるインバータ１ａ，１ｂ及び切替部３の詳細構成を示す回路図である。実施の形態２に係る電動機駆動装置１００における実施の形態１との相違点は、電動機２を２台のインバータ１ａ，１ｂを備えたインバータ群１Ａで駆動する点、切替部３とインバータ１ａ，１ｂとの間の接続構成、及び切替部３と電動機２との間の接続構成が異なる点である。以下、これらの相違点を中心に説明する。なお、図２に示す実施の形態１の部位と同一又は同等の部位には同一の符号を付して重複する説明は適宜省略する。

まず、インバータ１ａは、図３に示したインバータ１と同等であり、ここでの説明は省略する。

図６に示すように、インバータ１ｂは、スイッチング素子２１〜２６を有する。スイッチング素子２１〜２３は上アームのスイッチング素子を構成し、スイッチング素子２４〜２６は下アームのスイッチング素子を構成する。上アームのスイッチング素子２１と下アームのスイッチング素子２４は、直列に接続されてＵ相のスイッチング素子対を構成する。以下同様に、上アームのスイッチング素子２２と下アームのスイッチング素子２５は、直列に接続されてＶ相のスイッチング素子対を構成し、上アームのスイッチング素子２３と下アームのスイッチング素子２６は、直列に接続されてＷ相のスイッチング素子対を構成する。

第１スイッチ３１の基点ｃ１は、Ｕ相第１巻線２ａｕの他端に接続される。第１スイッチ３１の切替接点ａ１は、Ｕ相第２巻線２ｂｕの一端に接続される。第１スイッチ３１の切替接点ｂ１は、Ｕ相第２巻線２ｂｕの他端に接続される。第２スイッチ３２の基点ｃ２は、インバータ１ｂにおけるＵ相のスイッチング素子２１，２４の接続点ｕ２に接続される。第２スイッチ３２の接点ａ２は、第１スイッチ３１の切替接点ａ１と、Ｕ相第２巻線２ｂｕの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第２スイッチ３２の基点ｃ２の接続形態が実施の形態１とは異なる。

第３スイッチ３３の基点ｃ１は、Ｖ相第１巻線２ａｖの他端に接続される。第３スイッチ３３の切替接点ａ１は、Ｖ相第２巻線２ｂｖの一端に接続される。第３スイッチ３３の切替接点ｂ１は、Ｖ相第２巻線２ｂｖの他端に接続される。第４スイッチ３４の基点ｃ２は、インバータ１ｂにおけるＶ相のスイッチング素子２２，２５の接続点ｖ２に接続される。第４スイッチ３４の接点ａ２は、第３スイッチ３３の切替接点ａ１と、Ｖ相第２巻線２ｂｖの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第４スイッチ３４の基点ｃ２の接続形態が実施の形態１とは異なる。

第５スイッチ３５の基点ｃ１は、Ｗ相第１巻線２ａｗの他端に接続される。第５スイッチ３５の切替接点ａ１は、Ｗ相第２巻線２ｂｗの一端に接続される。第５スイッチ３５の切替接点ｂ１は、Ｗ相第２巻線２ｂｗの他端に接続される。第６スイッチ３６の基点ｃ２は、インバータ１ｂにおけるＷ相のスイッチング素子２３，２６の接続点ｗ２に接続される。第６スイッチ３６の接点ａ２は、第５スイッチ３５の切替接点ａ１と、Ｗ相第２巻線２ｂｗの一端との接続点に接続される。以上の説明の通り、第６スイッチ３６の基点ｃ２の接続形態が実施の形態１とは異なる。

なお、Ｕ相第２巻線２ｂｕの他端と、Ｖ相第２巻線２ｂｖの他端と、Ｗ相第２巻線２ｂｗの他端とは相互に接続されて、電動機２における中性点Ｎを構成する。この構成は、実施の形態１と同様である。図６の構成から明らかなように、切替スイッチ群３ａ，３ｂ，３ｃの切替接点及び接点がどのように切り替えられようとしても、電動機２の中性点Ｎの接続状態は変更されずに維持される。この点も、実施の形態１と同様である。

次に、実施の形態２に係る電動機駆動装置１００における要部動作について、図５〜図７の図面を参照して説明する。図７は、インバータ群１Ａと切替部３との間の図６とは異なる接続状態を示す図である。

図５に示すように、インバータ群１Ａには、制御装置４が生成したＰＷＭ信号Ｕｐ１〜Ｗｎ１，Ｕｐ２〜Ｗｎ２が出力される。インバータ１ａは、制御装置４からのＰＷＭ信号Ｕｐ１〜Ｗｎ１によって制御され、第１巻線群２ａの複数の相のそれぞれに電力を供給する。また、インバータ１ａは、第１巻線群２ａ及び切替部３を介し、切替部３の接続状態に応じて、第２巻線群２ｂの複数の相のそれぞれに電力を供給する。一方、インバータ１ｂは、制御装置４からのＰＷＭ信号Ｕｐ２〜Ｗｎ２によって制御され、切替部３の接続状態に応じて、第２巻線群２ｂの複数の相のそれぞれに電力を供給する。

また、制御装置４は、切替部３に対して切替信号Ｓ１を出力する。このとき切替部３の内部では、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５を切替接点ａ１側に切り替える信号と、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点をオープンにする信号とが生成される。これらの信号により、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５の切替接点は切替接点ａ１側に切り替えられ、また、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点はオープンにされる。

図６に示す接続状態では、Ｕ相第１巻線２ａｕとＵ相第２巻線２ｂｕとが直列に接続され、Ｖ相第１巻線２ａｖとＶ相第２巻線２ｂｖとが直列に接続され、Ｗ相第１巻線２ａｗとＷ相第２巻線２ｂｗとが直列に接続された直列巻の電動機２が構成される。この接続状態では、インバータ１ａのみによって、電動機２が駆動される。すなわち、インバータ１ｂは、電動機２に対して電気的に切り離される。

また、制御装置４は、切替部３に対して切替信号Ｓ２を出力する。このとき切替部３の内部では、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５を切替接点ｂ１側に切り替える信号と、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点をクローズにする信号とが生成される。これらの信号により、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５の切替接点は切替接点ｂ１側に切り替えられ、また、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点はクローズにされる。このときの接続状態を示した図が図７である。

図７に示す接続状態では、インバータ１ａ及びインバータ１ｂの双方によって、電動機２が駆動される。具体的に、インバータ１ａは、電動機２の第１巻線群２ａに電圧を印加し、インバータ１ｂは、電動機２の第２巻線群２ｂに電圧を印加する。すなわち、電動機２は、巻線群ごとに１台ずつのインバータで駆動される。これにより、インバータ１ａに流れる電流は、インバータ１ａのみで電動機２を駆動する場合の半分になる。インバータ１ａを構成するスイッチング素子のオン電圧の特性によっては、インバータ１ｂを動作させて２台インバータで駆動した方が、システム効率が改善される場合もあり、このような場合に適している。

なお、図７の接続状態において、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４及び第６スイッチ３６の接点をオープンにすれば、電動機２に対してインバータ１ｂを電気的に切り離すことができる。また、第１スイッチ３１、第３スイッチ３３及び第５スイッチ３５において、ニュートラルな切替接点を設け、当該ニュートラルな切替接点に切り替えることにより、電動機２に対してインバータ１ａを電気的に切り離すことができる。これらの接続形態は、インバータ１ａ及びインバータ１ｂの何れかが故障した場合に、故障したインバータを電動機２から切り離し、正常なインバータを使用して運転を継続する場合に有効である。

以上説明したように、実施の形態２に係る電動機駆動装置１００によれば、電動機２の巻線仕様を直列巻又は並列巻に変更しつつ、変更後の巻線群に対して、複数のインバータで駆動することが可能となる。これにより、実施の形態１の効果を具備することに加え、インバータを構成するスイッチング素子のオン電圧の特性に依存した制御を行うことができ、システム効率の改善を図ることができる。また、複数のインバータで駆動することができるので、電動機２を大電流で駆動する要求にも柔軟に対応できるという効果が得られる。

また、実施の形態２に係る電動機駆動装置１００によれば、巻線仕様が変更されても電動機２の中性点Ｎを固定できるので、中性点Ｎの電位差が発生しない。これにより、複数のインバータを用いる場合であっても、当該インバータに対する制御が比較的容易になるという効果が得られる。

最後に、実施の形態１，２における制御装置４の機能を具現する際のハードウェア構成について、図８及び図９の図面を参照して説明する。

上述した制御装置４の機能を実現する場合には、図８に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２００、ＣＰＵ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ２００は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２とは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが該当する。

具体的に、メモリ２０２には、制御装置４の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２００は、インタフェース２０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、実施の形態１で説明したＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎに関する演算処理、及び切替部３に対する切替信号Ｓ１，Ｓ２に関する演算処理を実行する。また、実施の形態２で説明したＰＷＭ信号Ｕｐ１〜Ｗｎ１，Ｕｐ２〜Ｗｎ２に関する演算処理、並びに、切替部３に対する切替信号Ｓ１，Ｓ２に関する演算処理を実行する。

また、図８に示すＣＰＵ２００及びメモリ２０２は、図９のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

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

１，１ａ，１ｂ インバータ、１Ａ インバータ群、２ 電動機、２ａ 第１巻線群、２ｂ 第２巻線群、２ａｕ Ｕ相第１巻線、２ａｖ Ｖ相第１巻線、２ａｗ Ｗ相第１巻線、２ｂｕ Ｕ相第２巻線、２ｂｖ Ｖ相第２巻線、２ｂｗ Ｗ相第２巻線、３ 切替部、３ａ，３ｂ，３ｃ 切替スイッチ群、４ 制御装置、１１〜１６，２１〜２６ スイッチング素子、３１ 第１スイッチ、３２ 第２スイッチ、３３ 第３スイッチ、３４ 第４スイッチ、３５ 第５スイッチ、３６ 第６スイッチ、１００ 電動機駆動装置、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外熱交換器、１０４ 膨張弁、１０５ 室内熱交換器、１０６ 冷媒配管、１０７ 圧縮機構、１２０ 冷凍サイクル装置、１５０ 電動機駆動システム、２００ ＣＰＵ、２０２ メモリ、２０３ 処理回路、２０４ インタフェース。

Claims (15)

1. 三相巻線を構成する第１及び第２の巻線群を備えた電動機を駆動するために用いられる電動機駆動装置であって、
   前記第１及び第２の巻線群の巻線の接続を切り替える切替部と、
   前記電動機を駆動するための第１及び第２のインバータと、
   前記第１及び第２のインバータ、並びに前記切替部を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記切替部には、１回路１接点のスイッチと、１回路２接点のスイッチとが用いられ、
   前記第１のインバータは、相ごとに前記第１の巻線群の巻線を介して前記１回路２接点のスイッチの基点に接続され、
   前記第２のインバータは、相ごとに前記１回路１接点のスイッチの基点に接続され、
   前記１回路２接点のスイッチの切替接点の一方は、前記第２の巻線群の巻線を介さずに前記電動機の中性点に接続されると共に、前記切替接点のもう一方は、相ごとに前記第２の巻線群の巻線を介して前記中性点に接続され、
   前記１回路１接点のスイッチの接点は、相ごとに前記第２の巻線群の巻線を介して前記中性点に接続され、
   前記第１のインバータは、前記１回路２接点のスイッチを介して、少なくとも前記第１の巻線群のそれぞれの相の巻線に電力を供給し、
   前記第２のインバータは、前記１回路１接点のスイッチを介して、前記第２の巻線群のそれぞれの相の巻線に電力を供給する
   電動機駆動装置。
2. 前記切替部を動作させて、前記第１及び第２の巻線群における巻線を相ごとに直列接続する
   請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記切替部を動作させて、前記第１及び第２の巻線群における巻線を相ごとに並列接続する
   請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
4. 運転モードによって、前記第１及び第２の巻線群における巻線の接続状態を異なる状態に切り替える
   請求項１から３の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
5. 前記電動機の回転速度、インバータ周波数又は前記第１及び第２のインバータの変調率によって、前記第１及び第２の巻線群における巻線の接続状態を異なる状態に切り替える
   請求項１から４の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
6. 前記回転速度が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記回転速度が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
   請求項５に記載の電動機駆動装置。
7. 前記インバータ周波数が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記インバータ周波数が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
   請求項５に記載の電動機駆動装置。
8. 前記変調率が小さくなるに従って、前記巻線を直列接続に変更し、前記変調率が大きくなるに従って、前記巻線を並列接続に変更する
   請求項５に記載の電動機駆動装置。
9. 前記電動機の前記中性点は１つであり、前記巻線の接続が変更された場合でも前記中性点の接続が維持される
   請求項１から８の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
10. 前記切替部を動作させて前記電動機における線間のインダクタンス又は線間の抵抗値を可変する
    請求項１から９の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
11. 前記切替部を動作させて前記電動機に誘起される相誘起電圧又は線間誘起電圧を可変する
    請求項１から９の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
12. 前記巻線の接続を変更するための前記切替部への制御信号が１つの信号である
    請求項１から１１の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
13. 前記切替部に半導体リレー又はパワーリレーを用いる
    請求項１から１２の何れか１項に記載の電動機駆動装置。
14. 請求項１から１３の何れか１項に記載の電動機駆動装置を備え、前記電動機が冷凍サイクルの圧縮機として搭載されている冷凍サイクル装置。
15. 請求項１４に記載の冷凍サイクル装置を備えた空気調和機。

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