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JP7603884B2 - Drive device and refrigeration cycle device - Google Patents
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Description

本開示は、電動機を駆動する駆動装置及び冷凍サイクル装置に関する。 The present disclosure relates to a drive device for driving an electric motor and a refrigeration cycle device.

従来、電動機の固定子巻線(以下、単に「巻線」と呼ぶ)を複数の異なる結線状態の何れかに切替える結線切替装置を備え、電動機の回転中に巻線の結線を切り替えることが可能な駆動装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、第1の結線が選択され、且つ電動機が第1の状態であるときにおいて、第1の結線から第2の結線への切り替えを行う際には、電動機が第2の状態に移行してから第2の結線を選択する技術が開示されている。第1の状態は、直流電源回路の出力電圧が第1の電圧値であり、且つ電動機の回転速度が第1の速度値である状態である。また、第2の状態は、直流電源回路の出力電圧が第1の電圧値よりも高く、且つ電動機の回転速度が第1の速度値よりも高く、且つ電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である状態である。Conventionally, a driving device is known that includes a connection switching device that switches the stator winding (hereinafter simply referred to as "winding") of an electric motor between a plurality of different connection states, and that is capable of switching the winding connection while the electric motor is rotating. For example, the following Patent Document 1 discloses a technology in which, when a first connection is selected and the electric motor is in a first state, when switching from the first connection to a second connection, the second connection is selected after the electric motor transitions to the second state. The first state is a state in which the output voltage of the DC power supply circuit is a first voltage value, and the rotation speed of the electric motor is a first speed value. The second state is a state in which the output voltage of the DC power supply circuit is higher than the first voltage value, the rotation speed of the electric motor is higher than the first speed value, and the current flowing through the electric motor is equal to or lower than a predetermined threshold value.

再表2020/021681号Retable No. 2020/021681

上記従来技術によれば、機器の大型化を避けることができ、信頼性の高い駆動装置を得ることができるという効果が得られる。その一方で、上記従来技術では、電動機の結線切り替え時の負荷の大小、即ち結線切り替え時における負荷状態を把握することは考慮されていない。例えば、結線切り替え時において負荷が大きい場合、結線切り替え後に、電動機の電圧が駆動装置の内部回路の電圧を超えてしまうことで発生する回生電流によって、駆動装置の内部回路が過電圧になるおそれがある。駆動装置の故障を防止し、駆動装置の寿命を延ばすためにも、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制することが望まれる。 The above-mentioned conventional technology has the effect of preventing the size of the equipment from increasing and obtaining a highly reliable drive unit. On the other hand, the above-mentioned conventional technology does not take into consideration the magnitude of the load when the motor connection is switched, i.e., the load state when the connection is switched. For example, if the load is large when the connection is switched, the regenerative current generated when the voltage of the motor exceeds the voltage of the internal circuit of the drive unit after the connection is switched may cause the internal circuit of the drive unit to become overvoltage. In order to prevent failure of the drive unit and extend the life of the drive unit, it is desirable to suppress the overvoltage that may occur in the internal circuit of the drive unit.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制可能な駆動装置を得ることを目的とする。The present disclosure has been made in consideration of the above, and aims to obtain a drive device that can suppress overvoltage that may occur in the internal circuit of the drive device, regardless of the load state at the time of wiring switching.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る駆動装置は、昇圧コンバータと、インバータと、結線切替装置と、制御部とを備える。昇圧コンバータは、交流電源から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する。インバータは、昇圧コンバータから出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機に印加する。結線切替装置は、電動機の巻線を第1の結線と第2の結線との間で相互に切り替える。制御部は、昇圧コンバータ、インバータ及び結線切替装置を制御する。制御部は、電動機の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行う。また、制御部は、結線切替装置により第2の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、第1の結線への切り替えを行う。In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the drive device according to the present disclosure includes a boost converter, an inverter, a connection switching device, and a control unit. The boost converter receives an AC voltage output from an AC power source and outputs a DC voltage with a variable voltage value. The inverter converts the bus voltage output from the boost converter into an AC voltage with a variable voltage and frequency and applies it to the electric motor. The connection switching device switches the windings of the electric motor between a first connection and a second connection. The control unit controls the boost converter, the inverter, and the connection switching device. The control unit performs zero current control to switch the winding connections with the electric motor current set to zero. In addition, when the second connection is selected by the connection switching device, the control unit switches to the first connection if the rotation speed of the electric motor before the zero current control period does not exceed the upper limit of the rotation speed.

本開示に係る駆動装置によれば、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制できるという効果を奏する。The drive device disclosed herein has the effect of suppressing overvoltage that may occur in the internal circuit of the drive device, regardless of the load condition at the time of wiring switching.

実施の形態1に係る駆動装置の構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a drive device according to a first embodiment; 図1に示される結線切替装置と電動機との間の接続態様を詳細に示す図FIG. 2 is a detailed diagram showing a connection state between the connection switching device and the electric motor shown in FIG. 1 . 図1に示される結線切替装置の切替器の詳細構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a switch of the connection switching device shown in FIG. 1; 図1に示される電動機において切り替えられる2つの結線状態を示す図FIG. 2 is a diagram showing two connection states that can be switched in the electric motor shown in FIG. 実施の形態1に係る制御部の細部の構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of a detailed configuration of a control unit according to the first embodiment; 実施の形態1の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第1のタイムチャート1 is a first time chart for explaining a control sequence in the connection switching control according to the first embodiment; 実施の形態1の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第2のタイムチャート2 is a second time chart for explaining a control sequence in the connection switching control according to the first embodiment; 図7の制御シーケンスを実施するための処理フローの例を示すフローチャートA flowchart showing an example of a process flow for implementing the control sequence of FIG. 7. 実施の形態1に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for implementing the functions of a control unit according to a first embodiment; 実施の形態1に係る制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図FIG. 11 is a block diagram showing another example of a hardware configuration for implementing the functions of the control unit according to the first embodiment; 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle device according to a second embodiment;

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る駆動装置及び冷凍サイクル装置について詳細に説明する。 The drive device and refrigeration cycle device relating to the embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the attached drawings.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る駆動装置100の構成例を示す図である。駆動装置100は、交流電源2に接続され、交流電源2の電力を利用して電動機1を駆動する。電動機1には、機器5が接続されている。駆動装置100は、昇圧コンバータ3と、インバータ4と、結線切替装置20と、制御部30とを有する。制御部30は、昇圧コンバータ3、インバータ4及び結線切替装置20を制御する。
Embodiment 1.
1 is a diagram showing an example of the configuration of a drive device 100 according to embodiment 1. The drive device 100 is connected to an AC power source 2, and drives an electric motor 1 using power from the AC power source 2. An apparatus 5 is connected to the electric motor 1. The drive device 100 has a boost converter 3, an inverter 4, a connection switching device 20, and a control unit 30. The control unit 30 controls the boost converter 3, the inverter 4, and the connection switching device 20.

昇圧コンバータ3は、交流電源2から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する。以下、この直流電圧を「母線電圧」と呼ぶ。The boost converter 3 receives the AC voltage output from the AC power source 2 and outputs a DC voltage with a variable voltage value. Hereinafter, this DC voltage will be referred to as the "bus voltage."

インバータ4は、昇圧コンバータ3から出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機1に印加する。制御部30は、インバータ4が出力する電流に基づいてインバータ4の動作を制御する。The inverter 4 converts the bus voltage output from the boost converter 3 into a variable voltage and frequency AC voltage and applies it to the motor 1. The control unit 30 controls the operation of the inverter 4 based on the current output by the inverter 4.

電動機1の例は、図示の三相電動機である。本稿では、三相同期電動機を想定する。電動機1における巻線の端部は、電動機1の外部に引き出されている。巻線は、第1の結線であるスター結線(以下、適宜「Y結線」と表記)することも、第2の結線であるデルタ結線(以下、適宜「Δ結線」と表記)とすることも可能である。Y結線及びΔ結線のそれぞれにおいて、他の結線への切り替えは、結線切替装置20により行われる。結線切替装置20は、電動機1の巻線の結線を切り替えるための切替器21,22,23を有する。電動機1をY結線とΔ結線のうちの何れの結線状態で駆動するかの選択は、制御部30により制御される。An example of the motor 1 is a three-phase motor as shown in the figure. In this paper, a three-phase synchronous motor is assumed. The ends of the windings in the motor 1 are drawn out to the outside of the motor 1. The windings can be a star connection (hereinafter, appropriately referred to as "Y connection") which is a first connection, or a delta connection (hereinafter, appropriately referred to as "Δ connection") which is a second connection. In each of the Y connection and the Δ connection, switching to the other connection is performed by the connection switching device 20. The connection switching device 20 has switches 21, 22, and 23 for switching the connection of the windings of the motor 1. The selection of whether the motor 1 is driven in the Y connection or the Δ connection is controlled by the control unit 30.

図2は、図1に示される結線切替装置20と電動機1との間の接続態様を詳細に示す図である。図3は、図1に示される結線切替装置20の切替器21,22,23の詳細構成を示す図である。 Figure 2 is a diagram showing in detail the connection between the connection switching device 20 and the electric motor 1 shown in Figure 1. Figure 3 is a diagram showing the detailed configuration of the switches 21, 22, and 23 of the connection switching device 20 shown in Figure 1.

図2において、電動機1の、U相,V相,W相から成る3つの相の巻線41,42,43の第1の端部41a,42a,43aは、それぞれが外部端子41c,42c,43cに接続されている。また、U相,V相,W相の巻線41,42,43の第2の端部41b,42b,43bは、それぞれが外部端子41d,42d,43dに接続されている。外部端子41c,42c,43c,41d,42d,43dは、電動機1の外部との接続が可能な端子である。外部端子41c,42c,43cには、インバータ4のU相,V相,W相の出力線61,62,63が接続されている。2, the first ends 41a, 42a, 43a of the three phase windings 41, 42, 43 of the motor 1, consisting of the U-phase, V-phase, and W-phase, are connected to external terminals 41c, 42c, 43c, respectively. The second ends 41b, 42b, 43b of the U-phase, V-phase, and W-phase windings 41, 42, 43 are connected to external terminals 41d, 42d, 43d, respectively. The external terminals 41c, 42c, 43c, 41d, 42d, 43d are terminals that can be connected to the outside of the motor 1. The external terminals 41c, 42c, 43c are connected to the U-phase, V-phase, and W-phase output lines 61, 62, 63 of the inverter 4.

前述したように、結線切替装置20は、切替器21,22,23を有する。切替器21,22,23には、それぞれ巻線41,42,43に流れる電流が流れる。切替器21,22,23は、それぞれが巻線41,42,43に流れる電流の経路を切り替える。切替器21,22,23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には、リレー、コンタクターなどと呼ばれるものが含まれる。切替器21,22,23は、例えば図3に示すように構成されている。図3では、励磁コイル211,221,231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、切替器21,22,23の接点が異なる接続状態となるように構成されている。As described above, the connection switching device 20 has switches 21, 22, and 23. The switches 21, 22, and 23 are connected to the windings 41, 42, and 43, respectively. The switches 21, 22, and 23 switch the paths of the currents flowing through the windings 41, 42, and 43, respectively. The switches 21, 22, and 23 are electromagnetic contactors whose contacts are electromagnetically opened and closed. Such electromagnetic contactors include relays, contactors, and the like. The switches 21, 22, and 23 are configured, for example, as shown in FIG. 3. In FIG. 3, the contacts of the switches 21, 22, and 23 are configured to be in different connection states when a current is flowing through the excitation coils 211, 221, and 231 and when a current is not flowing through them.

図3において、励磁コイル211,221,231は、半導体スイッチ204を介して、切替電源電圧V20を受けるように接続される。半導体スイッチ204の開閉は、制御部30から出力される結線選択信号Scにより制御される。例えば、結線選択信号Scが第1の値のとき、半導体スイッチ204はオフとなり、結線選択信号Scが第2の値のとき、半導体スイッチ204はオンとなる。第1の値は、例えば論理値の“Low”であり、第2の値は、例えば論理値の“High”である。これらは、逆の関係でもよい。なお、結線選択信号Scが、十分な電流容量を持つ回路から出力される場合には、結線選択信号Scによる電流を当該回路から直接、励磁コイル211,221,231に流すように構成してもよい。その場合には、半導体スイッチ204は不要となる。3, the excitation coils 211, 221, and 231 are connected to receive the switching power supply voltage V20 via the semiconductor switch 204. The opening and closing of the semiconductor switch 204 is controlled by the connection selection signal Sc output from the control unit 30. For example, when the connection selection signal Sc has a first value, the semiconductor switch 204 is turned off, and when the connection selection signal Sc has a second value, the semiconductor switch 204 is turned on. The first value is, for example, a logical value of "Low", and the second value is, for example, a logical value of "High". These may be inversely related. Note that, when the connection selection signal Sc is output from a circuit having sufficient current capacity, the current due to the connection selection signal Sc may be configured to flow directly from the circuit to the excitation coils 211, 221, and 231. In that case, the semiconductor switch 204 is not required.

なお、半導体スイッチ204は、シリコン系材料により形成された半導体素子を用いて形成するのが一般的であるが、これに限定されない。半導体スイッチ204は、ワイドバンドギャップ半導体により形成された半導体素子を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体により形成されたスイッチング素子を用いることにより、より低損失な装置を構成することができる。 The semiconductor switch 204 is generally formed using a semiconductor element made of a silicon-based material, but is not limited to this. The semiconductor switch 204 may be formed using a semiconductor element made of a wide band gap semiconductor. By using a switching element made of a wide band gap semiconductor, a device with lower loss can be configured.

図2に戻り、切替器21の共通接点21cは、リード線71を介して外部端子41dに接続され、常閉接点21bは、中性点ノード24に接続され、常開接点21aは、インバータ4のV相の出力線62に接続されている。切替器22の共通接点22cは、リード線72を介して外部端子42dに接続され、常閉接点22bは、中性点ノード24に接続され、常開接点22aは、インバータ4のW相の出力線63に接続されている。切替器23の共通接点23cは、リード線73を介して外部端子43dに接続され、常閉接点23bは、中性点ノード24に接続され、常開接点23aは、インバータ4のU相の出力線61に接続されている。Returning to FIG. 2, the common contact 21c of the switch 21 is connected to an external terminal 41d via a lead wire 71, the normally closed contact 21b is connected to the neutral node 24, and the normally open contact 21a is connected to the V-phase output line 62 of the inverter 4. The common contact 22c of the switch 22 is connected to an external terminal 42d via a lead wire 72, the normally closed contact 22b is connected to the neutral node 24, and the normally open contact 22a is connected to the W-phase output line 63 of the inverter 4. The common contact 23c of the switch 23 is connected to an external terminal 43d via a lead wire 73, the normally closed contact 23b is connected to the neutral node 24, and the normally open contact 23a is connected to the U-phase output line 61 of the inverter 4.

図3において、励磁コイル211,221,231に電流が流れていないときは、切替器21,22,23が図示のように、常閉接点側に切替わった状態、即ち、共通接点21c,22c,23cが常閉接点21b,22b,23bに接続された状態にある。この状態では、電動機1は、Y結線状態にある。励磁コイル211,221,231に電流が流れているときは、切替器21,22,23が図示とは逆に、常開接点側に切替わった状態、即ち、共通接点21c,22c,23cが常開接点21a,22a,23aに接続された状態にある。この状態では、電動機1は、Δ結線状態にある。 In Fig. 3, when no current flows through the excitation coils 211, 221, 231, the switches 21, 22, 23 are switched to the normally closed contact side as shown, i.e., the common contacts 21c, 22c, 23c are connected to the normally closed contacts 21b, 22b, 23b, as shown. In this state, the motor 1 is in a Y-connection state. When current flows through the excitation coils 211, 221, 231, the switches 21, 22, 23 are switched to the normally open contact side, as shown, i.e., the common contacts 21c, 22c, 23c are connected to the normally open contacts 21a, 22a, 23a, as shown. In this state, the motor 1 is in a Δ-connection state.

以上の説明の通り、結線選択信号Scが第1の値、例えばLowのときは、電動機1はY結線の状態になる。また、結線選択信号Scが第2の値、例えばHighのときは、電動機1はΔ結線の状態になる。以下、電動機1の巻線をY結線とΔ結線との間で相互に切り替える制御を、適宜「結線切替制御」と呼ぶ。As explained above, when the connection selection signal Sc is a first value, for example Low, the motor 1 is in a Y-connection state. When the connection selection signal Sc is a second value, for example High, the motor 1 is in a Δ-connection state. Hereinafter, the control that switches the windings of the motor 1 between the Y-connection and the Δ-connection will be referred to as "connection switching control" as appropriate.

次に、電動機1の結線状態をY結線又はΔ結線の何れかへ切り替えることの利点について、図4を参照して説明する。図4は、図1に示される電動機1において切り替えられる2つの結線状態を示す図である。Next, the advantages of switching the connection state of the electric motor 1 to either the Y connection or the Δ connection will be explained with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram showing two connection states that can be switched in the electric motor 1 shown in Fig. 1.

図4(a)には、3つの巻線をY結線としたときの接続状態が示され、図4(b)には、3つの巻線をΔ結線としたときの接続状態が示されている。Y結線時の線間電圧をV、流れ込む電流をIとし、Δ結線時の線間電圧をVΔ、流れ込む電流をIΔとし、各相の巻線に印加される電圧が互いに等しいとする。このとき、電圧Vと電圧VΔとの間には、下記の(1)式の関係が成り立つ。 Figure 4(a) shows the connection state when three windings are Y-connected, and Figure 4(b) shows the connection state when three windings are Δ-connected. Let the line voltage in Y-connection be VY and the current flowing in be IY , and let the line voltage in Δ-connection be and the current flowing in be , and assume that the voltages applied to the windings of each phase are equal to each other. In this case, the relationship between voltage VY and voltage is expressed by the following equation (1).

Figure 0007603884000001
Figure 0007603884000001

また、電流Iと電流IΔとの間には、下記の(2)式の関係が成り立つ。 Moreover, the relationship between the current IY and the current satisfies the following formula (2).

Figure 0007603884000002
Figure 0007603884000002

Y結線時の電圧V及び電流Iと、Δ結線時の電圧VΔ及び電流IΔとが上記(1),(2)式の関係を有するとき、Y結線時とΔ結線時とで電動機1に供給される電力が互いに等しくなる。つまり、電動機1に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線の方が駆動に必要な電流は大きくなり、逆に駆動に必要な電圧は低くなる。 When the voltage VY and current IY in the Y connection and the voltage and current in the Δ connection have the relationship of the above formulas (1) and (2), the power supplied to the motor 1 in the Y connection and the Δ connection are equal. In other words, when the powers supplied to the motor 1 are equal, the Δ connection requires a larger current to drive it and conversely requires a lower voltage to drive it.

電動機1が同期電動機である場合、回転速度が上昇、即ち負荷が大きくな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結線に比べて大きい。If the motor 1 is a synchronous motor, as the rotation speed increases, that is, as the load increases, the back electromotive force increases and the voltage required for driving increases. As mentioned above, this back electromotive force is larger in the Y connection than in the Δ connection.

電動機1が永久磁石電動機である場合、より高速回転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、巻線の巻数を減らしたりすることが考えられる。しかしながら、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ので、電動機1及びインバータ4に流れる電流が増加して、装置の効率が低下する。 When the motor 1 is a permanent magnet motor, it is possible to reduce the magnetic force of the permanent magnet or the number of turns of the windings in order to suppress the back electromotive force at higher speeds. However, doing so increases the current required to obtain the same output torque, which increases the current flowing through the motor 1 and inverter 4 and reduces the efficiency of the device.

そこで、回転速度に応じて結線を切り替えることが考えられる。例えば、高速での運転が必要な高負荷域では、結線状態をΔ結線とする。こうすることで、Y結線に比べて、駆動に必要な電圧値を1/√3にすることができる。これにより、巻線の巻数を減らす必要がなくなり、効率の低下を抑制できる。 It is therefore possible to switch the connection depending on the rotation speed. For example, in high-load areas where high-speed operation is required, the connection state can be set to delta connection. This makes it possible to reduce the voltage required for drive to 1/√3 compared to Y connection. This eliminates the need to reduce the number of turns in the windings, and reduces the decrease in efficiency.

一方、低速で運転可能な低負荷域では、結線状態をY結線とする。こうすることで、Δ結線に比べて駆動に必要な電流値を1/√3にすることができる。また、Y結線の状態で高速運転することがなくなるので、Y結線状態の巻線を低速での駆動に適したように設計することが可能となる。これにより、Y結線を速度範囲の全域に亘って使用する場合に比べて、電流値を低減することができる。これにより、インバータ4の損失を低減することができ、装置の効率を高めることが可能となる。 On the other hand, in the low-load range where operation at low speeds is possible, the wiring is in a Y-connection. This makes it possible to reduce the current value required for driving to 1/√3 compared to a Δ-connection. Also, since high-speed operation is no longer required in the Y-connection state, it is possible to design the windings in the Y-connection state so that they are suitable for driving at low speeds. This makes it possible to reduce the current value compared to when the Y-connection is used across the entire speed range. This makes it possible to reduce losses in the inverter 4 and increase the efficiency of the device.

以上のことから、負荷条件に応じて、電動機1の結線を切り替えることとすれば、低負荷時の効率を向上させつつ、高負荷時の高出力化も可能となる。 From the above, by switching the wiring of motor 1 depending on the load conditions, it is possible to improve efficiency at low loads while also achieving high output at high loads.

制御部30は、昇圧コンバータ3を制御して、昇圧コンバータ3から出力される母線電圧を変化させる。また、制御部30は、インバータ4を制御して、電動機1に印加する電圧の周波数及び電圧値を変化させる。更に、制御部30は、結線切替装置20を制御して、電動機1の結線状態をY結線とΔ結線との間で相互に切り替える。The control unit 30 controls the boost converter 3 to change the bus voltage output from the boost converter 3. The control unit 30 also controls the inverter 4 to change the frequency and voltage value of the voltage applied to the motor 1. Furthermore, the control unit 30 controls the connection switching device 20 to switch the connection state of the motor 1 between Y connection and Δ connection.

なお、本稿において、Y結線は第1の結線の例示であり、Δ結線は第2の結線の例示である。第1及び第2の結線間において、それぞれの端子間電圧に上記(1)式の関係が成り立ち、また、巻線に流れるそれぞれの電流間に上記(2)式の関係が成り立つのであれば、Y結線及びΔ結線以外の結線でもよい。In this document, the Y connection is an example of the first connection, and the Delta connection is an example of the second connection. As long as the relationship in formula (1) above holds between the voltages between the terminals of the first and second connections, and the relationship in formula (2) above holds between the currents flowing through the windings, connections other than the Y connection and Delta connection are also acceptable.

図5は、実施の形態1に係る制御部30の細部の構成例を示す図である。図5に示すように、制御部30は、運転指令部31と、母線電圧制御部32と、インバータ制御部33とを備えた構成とすることができる。 Figure 5 is a diagram showing an example of the detailed configuration of the control unit 30 according to embodiment 1. As shown in Figure 5, the control unit 30 can be configured to include an operation command unit 31, a bus voltage control unit 32, and an inverter control unit 33.

また、図5には、電圧検出部6と、電流検出部7,8とが図示されている。電圧検出部6は、昇圧コンバータ3が出力する母線電圧Vdcを検出し、その検出値を母線電圧制御部32に出力する。電流検出部7は、昇圧コンバータ3とインバータ4との間に流れる母線電流Idcを検出し、その検出値をインバータ制御部33に出力する。電流検出部8は、電動機1に流れる電動機電流Imを検出し、その検出値を運転指令部31に出力する。5 also shows a voltage detection unit 6 and current detection units 7 and 8. The voltage detection unit 6 detects the bus voltage Vdc output by the boost converter 3 and outputs the detected value to the bus voltage control unit 32. The current detection unit 7 detects the bus current Idc flowing between the boost converter 3 and the inverter 4 and outputs the detected value to the inverter control unit 33. The current detection unit 8 detects the motor current Im flowing through the motor 1 and outputs the detected value to the operation command unit 31.

運転指令部31は、母線電圧指令値Vdcと、周波数指令値ωと、ゼロ選択信号Szと、前述した結線選択信号Scとを演算する。母線電圧指令値Vdcは、母線電圧制御部32に出力され、周波数指令値ω及びゼロ選択信号Szは、インバータ制御部33に出力される。電動機電流Imの情報は、運転指令部31によって、必要の都度参照される。 The operation command unit 31 calculates a bus voltage command value Vdc * , a frequency command value ω * , a zero selection signal Sz, and the above-mentioned connection selection signal Sc. The bus voltage command value Vdc * is output to a bus voltage control unit 32, and the frequency command value ω * and the zero selection signal Sz are output to an inverter control unit 33. The operation command unit 31 refers to information on the motor current Im whenever necessary.

前述したように、Y結線が選択されるとき、結線選択信号Scは、第1の値(例えばLow)に制御され、Δ結線が選択されるとき、結線選択信号Scは第2の値(例えばHigh)に制御される。As described above, when the Y connection is selected, the connection selection signal Sc is controlled to a first value (e.g., Low), and when the Δ connection is selected, the connection selection signal Sc is controlled to a second value (e.g., High).

ゼロ選択信号Szは、通常は第1の値(例えばLow)に制御され、後述するゼロ電流制御の期間中は第2の値(例えばHigh)に制御される。The zero selection signal Sz is normally controlled to a first value (e.g., Low) and is controlled to a second value (e.g., High) during the zero current control period described below.

運転指令部31は、例えば、電動機1の巻線をY結線とするかΔ結線とするかの決定、及び目標回転速度を決定し、この決定に基づいて生成した結線選択信号Sc及び周波数指令値ωを、それぞれ結線切替装置20とインバータ制御部33とに出力する。 The operation command unit 31 determines, for example, whether the windings of the motor 1 are to be Y-connected or Δ-connected, and determines the target rotation speed, and outputs a connection selection signal Sc and a frequency command value ω * generated based on this determination to the connection switching device 20 and the inverter control unit 33, respectively.

ここで、電動機1に接続されている機器5が、例えば空気調和機である場合を考える。空気調和機において、制御部30は、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、結線選択信号Scを第2の値とする。また、運転指令部31は、目標回転速度を比較的高い値に設定し、起動後において、設定した目標回転速度に対応する周波数まで徐々に上昇させる周波数指令値ωを生成する。目標回転速度に対応する周波数に達した場合、運転指令部31は、室温が設定温度に近づくまでの間、その状態を維持し、室温が設定温度に近くなったら、結線選択信号Scを第1の値として、Y結線に切り替える。その後、運転指令部31は、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。なお、これらの制御には、周波数の調整、電動機1の停止、再起動等が含まれる。 Here, consider a case where the device 5 connected to the motor 1 is, for example, an air conditioner. In the air conditioner, the control unit 30 determines to use a Δ connection when the difference between the room temperature and the set temperature is large, and sets the connection selection signal Sc to a second value. The operation command unit 31 sets the target rotation speed to a relatively high value, and generates a frequency command value ω * that gradually increases the frequency to the set target rotation speed after startup. When the frequency corresponding to the target rotation speed is reached, the operation command unit 31 maintains that state until the room temperature approaches the set temperature, and when the room temperature approaches the set temperature, sets the connection selection signal Sc to a first value and switches to a Y connection. After that, the operation command unit 31 performs control to maintain the room temperature close to the set temperature. Note that these controls include frequency adjustment, stopping and restarting the motor 1, etc.

また、運転指令部31は、Y結線とΔ結線との間の一方から他方への切り替えのために、結線選択信号Scの値を変化させると共に、切り替え動作中に周波数指令値ω及びゼロ選択信号Szの値を一時的に変化させる。 In addition, in order to switch from one of the Y connection and the Δ connection to the other, the operation command unit 31 changes the value of the connection selection signal Sc, and temporarily changes the values of the frequency command value ω * and the zero selection signal Sz during the switching operation.

例えば、結線状態の切り替えに際し、運転指令部31は、母線電圧指令値Vdc及び周波数指令値ωを一時的により大きい値にする。そして、母線電圧指令値Vdc及び周波数指令値ωがより大きい値とされている期間中に、ゼロ選択信号Szを、第1の値(例えばLow)から一時的に第2の値(例えばHigh)とする。そして、ゼロ選択信号Szが第2の値となっている期間中に、結線選択信号Scを第2の値から第1の値に、又は第1の値から第2の値に切り替える。 For example, when switching the connection state, the operation command unit 31 temporarily sets the bus voltage command value Vdc * and the frequency command value ω * to larger values. Then, during a period in which the bus voltage command value Vdc * and the frequency command value ω * are set to the larger values, the zero selection signal Sz is temporarily set to a second value (e.g., High) from a first value (e.g., Low). Then, during a period in which the zero selection signal Sz is at the second value, the connection selection signal Sc is switched from the second value to the first value, or from the first value to the second value.

母線電圧制御部32は、母線電圧指令値Vdc及び母線電圧Vdcの検出値に基づいて、駆動信号Xnを生成して昇圧コンバータ3に出力する。昇圧コンバータ3は、駆動信号Xnに従って、母線電圧Vdcが母線電圧指令値Vdcに一致するように、昇圧コンバータ3内の図示しないスイッチング素子を動作させる。 The bus voltage control unit 32 generates a drive signal Xn based on the bus voltage command value Vdc * and the detection value of the bus voltage Vdc, and outputs the drive signal Xn to the boost converter 3. The boost converter 3 operates a switching element (not shown) in the boost converter 3 in accordance with the drive signal Xn so that the bus voltage Vdc coincides with the bus voltage command value Vdc * .

インバータ制御部33は、母線電圧Vdc及び母線電流Idcの検出値に基づいて、パルス幅変調(Pulse Width Modulation:PWM)信号Smを生成してインバータ4に出力する。インバータ4は、PWM信号Smに従って、出力電圧の周波数及び電圧値を維持又は変化させて電動機1を駆動する。The inverter control unit 33 generates a pulse width modulation (PWM) signal Sm based on the detected values of the bus voltage Vdc and the bus current Idc, and outputs the signal to the inverter 4. The inverter 4 drives the motor 1 by maintaining or changing the frequency and voltage value of the output voltage according to the PWM signal Sm.

次に、電動機1の運転中に結線切替装置20を動作させる際の駆動装置100の動作について説明する。この動作中には、実施の形態1における特徴的な制御であるゼロ電流制御が含まれている。ゼロ電流制御は、電動機1の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替える制御である。Next, the operation of the drive device 100 when the connection switching device 20 is operated while the motor 1 is running will be described. This operation includes zero current control, which is a characteristic control in embodiment 1. Zero current control is a control that switches the winding connections while the current of the motor 1 is set to zero.

前述したように、電動機1の結線状態を相互に切り替える際には、結線切替装置20の切替器21,22,23を動作させる。この動作において、切替器21,22,23では、常閉接点21b,22b,23bと、常開接点21a,22a,23aとの間で、共通接点21c,22c,23cの接続が切り替わる。この切り替え動作を、電動機1の運転中、即ちインバータ4から電動機1への給電が行われているときに行うと、切替器21,22,23の接点間にアーク放電が発生し、これにより接点溶着等の故障が発生する可能性がある。As described above, when switching the connection state of the motor 1, the switches 21, 22, and 23 of the connection switching device 20 are operated. In this operation, the switches 21, 22, and 23 switch the connection of the common contacts 21c, 22c, and 23c between the normally closed contacts 21b, 22b, and 23b and the normally open contacts 21a, 22a, and 23a. If this switching operation is performed while the motor 1 is in operation, i.e., while power is being supplied from the inverter 4 to the motor 1, an arc discharge will occur between the contacts of the switches 21, 22, and 23, which may cause a failure such as contact welding.

このような故障を避けるため、結線切替装置20を動作させる前にインバータ4から電動機1への給電を停止し、電動機1の回転速度がゼロの状態で切り替えを行うことが考えられる。To avoid such a failure, it is possible to stop the power supply from the inverter 4 to the motor 1 before operating the wiring switching device 20, and to perform the switching when the rotational speed of the motor 1 is zero.

しかしながら、電動機1の回転速度をゼロにしてしまうと、再始動に必要なトルクが増加し、起動時の電流が増加したり、再起動ができなくなったりするおそれがある。例えば電動機1の駆動対象である機器5が空気調和機である場合、圧縮機を駆動するため、回転速度をゼロにした直後は、冷媒の状態が安定していないため、再始動に必要なトルクが増加する。電動機1の回転速度をゼロにしてから、十分に冷媒の状態が安定するのに必要な時間が経過した後に、再始動を行うことも考えられる。その場合、圧縮機により冷媒を加圧することができなくなり、冷房能力及び暖房能力の低下により、室温の所望温度からの乖離が大きくなってしまうおそれがある。However, if the rotation speed of the motor 1 is set to zero, the torque required for restarting increases, which may increase the current required at startup or make it impossible to restart. For example, if the device 5 driven by the motor 1 is an air conditioner, the torque required for restarting increases immediately after the rotation speed is set to zero to drive the compressor, because the state of the refrigerant is not stable. It is also possible to restart the motor 1 after the rotation speed is set to zero and the time required for the state of the refrigerant to be sufficiently stabilized has elapsed. In that case, the compressor will no longer be able to pressurize the refrigerant, and there is a risk that the room temperature will deviate significantly from the desired temperature due to a decrease in cooling and heating capacity.

そこで、結線切替装置20に流れる電流がゼロとなるように制御し、その状態で結線切替装置20に切り替え動作を行わせるようにする。この制御が、ゼロ電流制御である。ゼロ電流制御を用いれば、結線状態の切り替えの際において、切替器21,22,23の接点間にアーク放電が発生するのを防ぐことができる。また、ゼロ電流制御を用いれば、結線状態の切り替えの都度、電動機1の回転速度をわざわざゼロにする必要がなくなる。 Therefore, the current flowing through the connection switching device 20 is controlled to be zero, and the connection switching device 20 is caused to perform switching operation in this state. This control is called zero current control. By using zero current control, it is possible to prevent arc discharge from occurring between the contacts of the switches 21, 22, and 23 when switching the connection state. Furthermore, by using zero current control, it is no longer necessary to set the rotation speed of the motor 1 to zero each time the connection state is switched.

結線切替装置20に流れる電流をゼロとなるようにするには、電動機1に流れる電流を検出してインバータ4のスイッチング動作により、電流ゼロとなるように制御する。或いは、インバータ4のスイッチング動作を停止することにより電流を遮断する。また、これらの両方を併用することにより実現できる。To make the current flowing through the connection switching device 20 zero, the current flowing through the motor 1 is detected and the inverter 4 is controlled to switch to zero by the switching operation. Alternatively, the current is interrupted by stopping the switching operation of the inverter 4. This can also be achieved by using both of these methods in combination.

但し、上記のゼロ電流制御を実施する場合、以下の留意事項がある。まず、電動機1の巻線の結線を切り替える際は、電流がゼロである状態をある程度の時間継続する必要がある。ゼロ電流制御の期間は、電動機1の出力トルクがゼロであり、電動機1に加わる負荷トルクの大きさに比例して、回転速度が低下する。また、ゼロ電流制御の期間が長いほど、そして負荷トルクが大きいほど、回転速度の低下幅が大きくなる。更に、低速でゼロ電流制御を開始した場合、回転速度がゼロ付近まで低下して、電動機1が脱調する可能性がある。 However, when implementing the above-mentioned zero current control, the following points must be noted. First, when switching the winding connections of the motor 1, it is necessary to maintain the zero current state for a certain amount of time. During the zero current control period, the output torque of the motor 1 is zero, and the rotation speed decreases in proportion to the magnitude of the load torque applied to the motor 1. Also, the longer the period of zero current control and the greater the load torque, the greater the decrease in rotation speed. Furthermore, if zero current control is started at low speed, the rotation speed may decrease to near zero, causing the motor 1 to step out.

なお、電動機1の回転速度の低下については、回転速度がゼロ付近まで落ちることを防ぐため、単純に電動機1の回転速度を上昇させ、その状態でゼロ電流制御を行うことが考えられる。Regarding the decrease in the rotational speed of electric motor 1, in order to prevent the rotational speed from dropping to near zero, it is possible to simply increase the rotational speed of electric motor 1 and perform zero current control in that state.

しかしながら、電動機1の回転速度が増加すると、電動機1に発生する逆起電力が大きくなり、逆起電力以上の電圧をインバータ4から出力する必要がある。一方、インバータ4から出力可能な電圧は、昇圧コンバータ3の出力電圧である母線電圧の制約を受ける。インバータ4からの出力電圧が、母線電圧により制限された上限を超えて飽和する領域は、「過変調領域」と呼ばれる。However, as the rotation speed of the motor 1 increases, the back electromotive force generated in the motor 1 increases, and a voltage equal to or greater than the back electromotive force must be output from the inverter 4. On the other hand, the voltage that can be output from the inverter 4 is restricted by the bus voltage, which is the output voltage of the boost converter 3. The region where the output voltage from the inverter 4 exceeds the upper limit limited by the bus voltage and becomes saturated is called the "overmodulation region."

過変調領域において、電動機1の逆起電力を抑制するためには、逆起電力の発生源となる電動機1が発生する磁束を減少させる、周知の弱め磁束制御を行う必要がある。一方、弱め磁束制御では、負のd軸電流を流す必要がある。従って、弱め磁束制御とゼロ電流制御とは、両立が不可能である。また、インバータ4のスイッチング動作を停止すると、逆起電力による電動機1の電圧が上昇し、電動機1の電圧が母線電圧を超えると、電動機1からインバータ4への回生電流が発生して、インバータ4が過電圧状態となる。 In order to suppress the back electromotive force of the motor 1 in the overmodulation region, it is necessary to perform the well-known flux-weakening control, which reduces the magnetic flux generated by the motor 1, which is the source of the back electromotive force. On the other hand, in the flux-weakening control, a negative d-axis current must be passed. Therefore, flux-weakening control and zero current control cannot be achieved at the same time. In addition, when the switching operation of the inverter 4 is stopped, the voltage of the motor 1 increases due to the back electromotive force, and when the voltage of the motor 1 exceeds the bus voltage, a regenerative current is generated from the motor 1 to the inverter 4, causing the inverter 4 to enter an overvoltage state.

そこで、実施の形態1では、ゼロ電流制御を行う前に、昇圧コンバータ3によって母線電圧を上昇させる昇圧制御を行う。この昇圧制御によって、母線電圧が逆起電力による電動機1の電圧よりも高い状態にする。そして、この状態でゼロ電流制御を行って、結線を切り替える。そして、結線の切り替えが完了したら、母線電圧を元に戻す。これらの制御により、高負荷域であっても、結線の切り替えを円滑に行うことが可能となる。 Therefore, in embodiment 1, before performing zero current control, boost control is performed to increase the bus voltage using the boost converter 3. This boost control makes the bus voltage higher than the voltage of the motor 1 due to the back electromotive force. Zero current control is then performed in this state to switch the connections. Then, once the connection switching is complete, the bus voltage is returned to its original state. These controls make it possible to switch the connections smoothly, even in high load areas.

図6は、実施の形態1の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第1のタイムチャートである。図6では、Y結線からΔ結線への切り替えを想定している。なお、説明が煩雑になるのを避けるため、図6は、過変調領域への移行を回避する制御シーケンスとはなっていない。過変調領域への移行を回避する制御シーケンスについては、後述の図7及び図8を参照して説明する。 Figure 6 is a first time chart for explaining the control sequence in the connection switching control of embodiment 1. In Figure 6, switching from Y connection to Δ connection is assumed. In order to avoid complicating the explanation, Figure 6 does not show a control sequence for avoiding transition to the overmodulation region. The control sequence for avoiding transition to the overmodulation region will be explained with reference to Figures 7 and 8 described later.

図6(a)には、結線切替装置20に流れる電流が示されている。図6(b)には、ゼロ選択信号Szの変化が示されている。図6(c)には、結線選択信号Scの変化が示されている。図6(d)には、母線電圧指令値Vdcの変化が示されている。図6(e)には、周波数指令値ωの変化が示されている。 Fig. 6(a) shows the current flowing through the connection switching device 20. Fig. 6(b) shows the change in the zero selection signal Sz. Fig. 6(c) shows the change in the connection selection signal Sc. Fig. 6(d) shows the change in the bus voltage command value Vdc * . Fig. 6(e) shows the change in the frequency command value ω * .

図6に示されるように、結線を切り替える前には、母線電圧指令値Vdc及び周波数指令値ωを一時的に大きくし、大きくしている間にゼロ電流制御を行い、ゼロ電流制御を行っている間に結線の切り替えを行う。以下、より詳細に説明する。 As shown in Fig. 6, before the connection is switched, the bus voltage command value Vdc * and the frequency command value ω* are temporarily increased, the zero current control is performed while the bus voltage command value Vdc* and the frequency command value ω * are being increased, and the connection is switched while the zero current control is being performed. This will be described in more detail below.

まず、切り替え処理の開始前において、母線電圧指令値Vdcが第1の電圧値Vdc(0)であり、周波数指令値ωが第1の周波数値ω(0)である状態で電動機1が駆動されていたとする。 First, before the start of the switching process, it is assumed that the electric motor 1 is driven in a state in which the bus voltage command value Vdc * is the first voltage value Vdc * (0) and the frequency command value ω * is the first frequency value ω * (0).

切り替え処理の開始後、時刻ta1から時刻ta2の期間で、母線電圧指令値Vdcを上記の第1の電圧値Vdc(0)よりも大きい第2の電圧値Vdc(1)にする(図6(d))。これにより、昇圧コンバータ3に母線電圧Vdcを上昇させる。 After the switching process starts, in the period from time ta1 to time ta2, the bus voltage command value Vdc * is set to a second voltage value Vdc * (1) that is greater than the first voltage value Vdc * (0) (FIG. 6(d)). This causes the boost converter 3 to increase the bus voltage Vdc.

時刻ta2において、母線電圧Vdcの上昇が完了したら時刻tb1から時刻tb2の期間で、周波数指令値ωを上記の第1の周波数値ω(0)よりも大きい第2の周波数値ω(1)にする(図6(e))。これにより、周波数ωを上昇させる。 At time ta2, when the increase in the bus voltage Vdc is completed, the frequency command value ω * is set to the second frequency value ω * (1) greater than the first frequency value ω * (0) during the period from time tb1 to time tb2 ( FIG. 6( e )). This causes the frequency ω to increase.

その後、時刻tcから時刻teまでの期間において、ゼロ選択信号Szの値をHighにすることで(図6(b))、電流指令値としてゼロを選択するゼロ電流制御を行う(図6(a))。また、ゼロ電流制御期間中の時刻tdにおいて、結線選択信号Scの値をLowからHighに変化させることで(図6(c))、結線切替装置20の接点を切り替える。Then, in the period from time tc to time te, the zero selection signal Sz is set to High (FIG. 6(b)), thereby performing zero current control by selecting zero as the current command value (FIG. 6(a)). Also, at time td during the zero current control period, the connection selection signal Sc is changed from Low to High (FIG. 6(c)), thereby switching the contacts of the connection switching device 20.

結線切替装置20の接点の切り替えが完了したら、時刻tf1から時刻tf2の期間で、周波数指令値ωを元の値である第1の周波数ω(0)に戻す(図6(e))。そして、回転速度が下がったら、時刻tg1から時刻tg2の期間で、母線電圧指令値Vdcを元の値である第1の電圧値Vdc(0)に戻す(図6(d))。 When the switching of the contacts of the connection switching device 20 is completed, the frequency command value ω * is returned to the original value, the first frequency ω * (0), during the period from time tf1 to time tf2 (FIG. 6(e)). Then, when the rotation speed decreases, the bus voltage command value Vdc * is returned to the original value, the first voltage value Vdc * (0), during the period from time tg1 to time tg2 (FIG. 6(d)).

なお、上記の説明では、母線電圧指令値Vdcに対する母線電圧Vdcの遅れがなく、周波数指令値ωに対する周波数ωの遅れがないものとしている。動作の遅れを考慮する必要がある場合には、母線電圧Vdc及び周波数ωがより大きい値である期間中に、結線切替装置20の切り替えを行うこととすればよい。また、ゼロ電流制御期間中は電動機1の発生トルクが無くなり、電動機1に加わる負荷トルクの大きさに比例して電動機1の速度が低下する。このため、この速度低下を見越して、時刻teにおける周波数指令値ωを第2の周波数値ω(1)より低い周波数値に設定する。また、負荷トルクの大きさによっては、時刻teにおける周波数指令値ωが第1の周波数値ω(0)より小さくなるケースも想定される。このような場合は、第1の周波数値ω(0)まで加速させるような周波数指令値ωを与える。 In the above description, it is assumed that there is no delay in the bus voltage Vdc relative to the bus voltage command value Vdc * , and no delay in the frequency ω relative to the frequency command value ω * . When it is necessary to take into account the delay in operation, the connection switching device 20 may be switched during a period in which the bus voltage Vdc and the frequency ω are greater than one another. During the zero current control period, the motor 1 generates no torque, and the speed of the motor 1 decreases in proportion to the magnitude of the load torque applied to the motor 1. For this reason, in anticipation of this speed decrease, the frequency command value ω * at the time te is set to a frequency value lower than the second frequency value ω * (1). Depending on the magnitude of the load torque, it is also assumed that the frequency command value ω * at the time te may be smaller than the first frequency value ω * (0). In such a case, a frequency command value ω * is given that accelerates the motor to the first frequency value ω * (0).

図6では、Y結線からΔ結線への切り替えを想定しているが、Δ結線からY結線への切り替えも同様なシーケンスで実施することが可能である。但し、Δ結線からY結線への切り替えの場合には、図6(c)における結線選択信号Scは、LowからHighではなく、HighからLowに切り替わる。 In Figure 6, switching from a Y connection to a Δ connection is assumed, but switching from a Δ connection to a Y connection can also be performed using a similar sequence. However, when switching from a Δ connection to a Y connection, the connection selection signal Sc in Figure 6(c) switches from High to Low, not from Low to High.

なお、図6のシーケンスは一例であり、図6以外のシーケンスでも問題ない。但し、高速回転域でゼロ電流制御を行う際には、母線電圧Vdcを上げてインバータ4から出力可能な電圧を大きくした上で、電動機1を駆動する必要がある。 Note that the sequence in Figure 6 is just an example, and sequences other than that in Figure 6 are also acceptable. However, when performing zero current control in the high speed rotation range, it is necessary to increase the bus voltage Vdc to increase the voltage that can be output from the inverter 4 before driving the motor 1.

次に、上記したゼロ電流制御時の昇圧コンバータ3に対する母線電圧指令値Vdcの設定値について説明する。電動機1は、どのような電動機でもよいが、ここでは、永久磁石同期電動機を例に説明する。 Next, a description will be given of the set value of the bus voltage command value Vdc * for the boost converter 3 during the above-mentioned zero current control. The motor 1 may be any type of motor, but a permanent magnet synchronous motor will be taken as an example for description here.

まず、永久磁石同期電動機のdq座標軸の電圧方程式は、下記の(3),(4)式で表される。 First, the voltage equations on the dq coordinate axes of a permanent magnet synchronous motor are expressed by the following equations (3) and (4).

Figure 0007603884000003
Figure 0007603884000003
Figure 0007603884000004
Figure 0007603884000004

上記の(3),(4)式において、Vd,Vqは電機子電圧のdq軸成分を表し、id,iqは電機子電流のdq軸成分を表す。Ld,Lqはdq軸のインダクタンスを表し、Raは電機子巻線抵抗を表す。Φaは電機子鎖交磁束を表し、pは微分演算子を表す。ωは、電気角で表される回転速度である。 In the above equations (3) and (4), Vd and Vq represent the dq-axis components of the armature voltage, and id and iq represent the dq-axis components of the armature current. Ld and Lq represent the dq-axis inductances, and Ra represents the armature winding resistance. Φa represents the armature flux linkage, and p represents the differential operator. ω is the rotational speed expressed in electrical angles.

ここで、上記の(3),(4)式において、前述のゼロ電流制御により、id=iq=0とする。また、前述の通り、ゼロ電流制御は、時刻tcから時刻teまでの期間において継続するので、p・id=p・iq=0であるとする。従って、上記(4)式から、下記の(5)式が成立する。 Here, in the above equations (3) and (4), id = iq = 0 due to the aforementioned zero current control. Also, as mentioned above, the zero current control continues from time tc to time te, so p·id = p·iq = 0. Therefore, the following equation (5) holds from the above equation (4).

Figure 0007603884000005
Figure 0007603884000005

また、前述の通り、ゼロ電流制御を行う場合には、母線電圧Vdcを昇圧する必要がある。母線電圧Vdcの条件は、上記(5)式から、下記の(6)式で表すことができる。As mentioned above, when performing zero current control, it is necessary to boost the bus voltage Vdc. The condition of the bus voltage Vdc can be expressed by the following equation (6) based on the above equation (5).

Figure 0007603884000006
Figure 0007603884000006

電機子鎖交磁束Φaの値は、結線状態によって変化するが、結線切替前後の値のうちで、大きい方を用いる必要がある。例えば、Y結線時の電機子鎖交磁束Φaの値は、Δ結線時の電機子鎖交磁束Φaの値の√3倍である。ここで、例えばΔ結線からY結線に切り替える場合において、上記(6)式における電機子鎖交磁束Φaとして、Δ結線の値を用いて母線電圧Vdcを設定してしまうことを考える。このように設定した上で、更にゼロ電流制御期間中の電動機1の速度低下が小さい場合、母線電圧Vdcの設定値よりも電動機1の逆起電力による電機子電圧の方が大きくなることが想定される。従って、Δ結線からY結線に切り替わった直後において、電動機1の逆起電力による電機子電圧がインバータ4から出力可能な電圧を超過し、インバータ4に過電圧が発生するおそれがある。The value of the armature flux linkage Φa varies depending on the connection state, but it is necessary to use the larger of the values before and after the connection switching. For example, the value of the armature flux linkage Φa in the Y connection is √3 times the value of the armature flux linkage Φa in the Δ connection. Here, for example, when switching from the Δ connection to the Y connection, consider setting the bus voltage Vdc using the value of the Δ connection as the armature flux linkage Φa in the above formula (6). After setting in this way, if the speed reduction of the motor 1 during the zero current control period is small, it is assumed that the armature voltage due to the back electromotive force of the motor 1 will be larger than the set value of the bus voltage Vdc. Therefore, immediately after switching from the Δ connection to the Y connection, the armature voltage due to the back electromotive force of the motor 1 will exceed the voltage that can be output from the inverter 4, and there is a risk of an overvoltage occurring in the inverter 4.

このため、電動機1の結線状態をY結線とΔ結線との間で相互に切り替える際には、Y結線時の電機子鎖交磁束Φaの値を用いる。また、過電圧を抑制するため、昇圧コンバータ3の最大出力電圧より結線切り替え後の電動機1の電圧が小さくなるように、結線切り替えを行う際の周波数指令値ωを選択する。また、過電圧を抑制するため、母線電圧Vdcに基づいて、電動機1の結線切り替えを行う際の回転速度に上限を設けるようにする。 Therefore, when the connection state of the motor 1 is switched between the Y connection and the Δ connection, the value of the armature interlinkage magnetic flux Φa in the Y connection is used. Also, in order to suppress overvoltage, the frequency command value ω * when switching the connection is selected so that the voltage of the motor 1 after the connection switching is smaller than the maximum output voltage of the boost converter 3. Also, in order to suppress overvoltage, an upper limit is set on the rotation speed when switching the connection of the motor 1 based on the bus voltage Vdc.

次に、結線切り替え時の負荷状態を考慮した結線切替制御について、図7及び図8を参照して説明する。図7は、実施の形態1の結線切替制御における制御シーケンスの説明に供する第2のタイムチャートである。図8は、図7の制御シーケンスを実施するための処理フローの例を示すフローチャートである。ここで言う負荷状態を考慮した結線切替制御は、電動機1の結線状態の切り替え時において、過変調領域に入らずに結線状態の切り替えを行う制御である。前述したように、過変調領域における弱め磁束制御とゼロ電流制御とは、両立が不可能である。図7の制御シーケンス、及び図8のフローチャートを用いれば、過変調領域に入らずに電動機1の結線状態の切り替えが可能になる。Next, the connection switching control that takes into account the load state at the time of connection switching will be described with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 is a second time chart for explaining the control sequence in the connection switching control of embodiment 1. Figure 8 is a flowchart showing an example of a processing flow for implementing the control sequence of Figure 7. The connection switching control that takes into account the load state here is a control that switches the connection state of the motor 1 without entering the overmodulation region when switching the connection state of the motor 1. As mentioned above, flux weakening control and zero current control in the overmodulation region cannot be achieved at the same time. By using the control sequence of Figure 7 and the flowchart of Figure 8, it is possible to switch the connection state of the motor 1 without entering the overmodulation region.

図7には、Δ結線からY結線への切り替え動作が示されている。具体的に、図7(a)には、電動機1の回転速度の変化が示されている。図7(b)には、電機子電圧の変化が母線電圧Vdcと共に示されている。図7(c)には、結線選択信号Scの変化が示されている。図7(d)には、母線電圧指令値Vdcの変化が示されている。 Fig. 7 shows the switching operation from the Δ connection to the Y connection. Specifically, Fig. 7(a) shows the change in the rotation speed of the motor 1. Fig. 7(b) shows the change in the armature voltage together with the bus voltage Vdc. Fig. 7(c) shows the change in the connection selection signal Sc. Fig. 7(d) shows the change in the bus voltage command value Vdc * .

まず、結線切り替えのための準備動作として、母線電圧指令値Vdcを昇圧コンバータ3の最大出力電圧に対応する母線電圧指令最大値Vdc_max に変更し、母線電圧Vdcを昇圧する(図7(d))。 First, as a preparation operation for connection switching, the bus voltage command value Vdc * is changed to the bus voltage command maximum value Vdc_max * corresponding to the maximum output voltage of the boost converter 3, and the bus voltage Vdc is boosted (FIG. 7(d)).

母線電圧Vdcの昇圧が完了した後、制御部30は、過変調領域に入っていないかを判定する(図8:ステップS500)。この時点で、過変調領域に入っていれば、弱め磁束制御を行う必要があり、電動機1の電流をゼロに制御できない。また、インバータ4のスイッチング動作を停止させると、電動機1側からインバータ4へ回生電流が発生し、過電圧状態となる。After the boost of the bus voltage Vdc is completed, the control unit 30 judges whether or not it is in the overmodulation region (FIG. 8: step S500). If it is in the overmodulation region at this point, it is necessary to perform flux-weakening control, and the current of the motor 1 cannot be controlled to zero. In addition, when the switching operation of the inverter 4 is stopped, a regenerative current is generated from the motor 1 to the inverter 4, resulting in an overvoltage state.

そこで、過変調領域に入っていた場合(図8:ステップS500,No)、制御部30は、周波数指令値ωを下げる制御を行う(図8:ステップS501)。周波数指令値ωを下げることで電動機1の電機子電圧を下げ、その後、再度過変調領域に入っていないかが判定される(図8:ステップS500)。 Therefore, if the overmodulation region has been entered (FIG. 8: step S500, No), the control unit 30 performs control to lower the frequency command value ω * (FIG. 8: step S501). By lowering the frequency command value ω *, the armature voltage of the motor 1 is lowered, and thereafter, it is determined again whether the overmodulation region has been entered (FIG. 8: step S500).

過変調領域に入っていないことが判定できた場合(図8:ステップS500,Yes)、制御部30は、ゼロ電流制御期間前の回転速度及び電動機1の負荷トルクの情報を取得する(図8:ステップS502)。負荷トルクの情報は、例えば、回転速度は周波数指令値ωに追従しているものとして、周波数指令値ωを用いたり、或いは周知の速度センサレス技術を用いたりして推定することで取得できる。具体的に、電動機1の負荷トルクTloadは、下記の(7)式を用いて演算で求めることができる。 When it is determined that the motor is not in the overmodulation region (FIG. 8: step S500, Yes), the control unit 30 acquires information on the rotation speed and the load torque of the motor 1 before the zero current control period (FIG. 8: step S502). The load torque information can be acquired, for example, by estimating the rotation speed by using the frequency command value ω * assuming that the rotation speed follows the frequency command value ω * , or by using a well-known speed sensorless technique. Specifically, the load torque Tload of the motor 1 can be calculated using the following formula (7).

Figure 0007603884000007
Figure 0007603884000007

上記(7)式において、Pnは、電動機1の極対数を表している。 In the above equation (7), Pn represents the number of pole pairs of motor 1.

制御部30は、ゼロ電流制御期間での回転速度降下量を算出する(図8:ステップS503)。回転速度降下量は、ゼロ電流制御期間に下降する回転速度量であり、ゼロ電流制御期間前の負荷トルクTloadの算出値から求めることができる。制御部30は、ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えていないかを判定する(図8:ステップS504)。The control unit 30 calculates the amount of rotational speed drop during the zero current control period (FIG. 8: step S503). The amount of rotational speed drop is the amount of rotational speed drop during the zero current control period, and can be obtained from the calculated value of the load torque Tload before the zero current control period. The control unit 30 determines whether the rotational speed before the zero current control period exceeds the upper limit of the rotational speed (FIG. 8: step S504).

負荷トルクTloadによってゼロ電流制御期間中に下降する回転速度降下量をΔωで表す。なお、本稿では、回転速度についても記号ωで表すことがある。The amount of rotational speed drop during the zero current control period due to the load torque Tload is represented by Δω. Note that in this paper, the rotational speed may also be represented by the symbol ω.

また、回転速度降下量Δωを考慮した回転速度の上限値をβTmaxで表す。この回転速度の上限値βTmaxは、下記の(8)式で表される。 The upper limit of the rotation speed taking into consideration the amount of decrease in the rotation speed Δω is represented as β Tmax . This upper limit of the rotation speed β Tmax is represented by the following formula (8).

Figure 0007603884000008
Figure 0007603884000008

上記(8)式において、Vdc_maxは昇圧コンバータ3の出力電圧の最大値、即ち母線電圧Vdcの最大値を表し、ΦyはY結線時の電機子鎖交磁束を表す。回転速度降下量Δωは、負荷トルクTloadに依存する。このため、回転速度の上限値βTmaxは、電動機1の負荷条件により変動することになる。 In the above formula (8), Vdc_max represents the maximum value of the output voltage of the boost converter 3, i.e., the maximum value of the bus voltage Vdc, and Φy represents the armature flux linkage in the Y-connection. The rotation speed drop amount Δω depends on the load torque Tload. Therefore, the upper limit value βTmax of the rotation speed varies depending on the load condition of the motor 1.

なお、ゼロ電流制御期間中において、電動機1に負荷トルクが印加されていないときが一番厳しい条件となる。この場合の条件式は、下記の(9)式で表すことができる。During the zero current control period, the most severe condition occurs when no load torque is applied to the motor 1. The condition in this case can be expressed by the following equation (9).

Figure 0007603884000009
Figure 0007603884000009

上記(9)式において、βmaxは、回転速度降下量Δωを考慮しないときの回転速度の上限値である。 In the above formula (9), β max is the upper limit of the rotation speed when the rotation speed drop amount Δω is not taken into consideration.

ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えている場合(図8:ステップS504,No)、制御部30は、周波数指令値ωを下げ(図8:ステップS505)、再度ゼロ電流制御期間前の回転速度及び負荷トルクTloadの情報を取得する(図8:ステップS502)。そして、制御部30は、ゼロ電流制御期間での回転速度降下量を算出し(図8:ステップS503)、再度ステップS504の判定処理を実施する。 If the rotation speed before the zero current control period exceeds the upper limit of the rotation speed (FIG. 8: step S504, No), the control unit 30 lowers the frequency command value ω * (FIG. 8: step S505), and again acquires information on the rotation speed and the load torque Tload before the zero current control period (FIG. 8: step S502).Then, the control unit 30 calculates the rotation speed drop amount during the zero current control period (FIG. 8: step S503), and again performs the determination process of step S504.

一方、ゼロ電流制御期間前の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合(図8:ステップS504,Yes)、制御部30は、結線切替を行う(図8:ステップS506)。On the other hand, if the rotation speed before the zero current control period does not exceed the upper limit of the rotation speed (Figure 8: step S504, Yes), the control unit 30 switches the wiring (Figure 8: step S506).

上記のように、ステップS502~S505の処理は、ステップS504の判定処理が“Yes”となるまで繰り返される。これらの処理により、図7(a)に示されるように、ゼロ電流制御期間の直前及び直後、並びにゼロ電流制御期間の回転速度が回転速度の上限値を超えることはない。これにより、結線切替時に過変調領域に入ることは回避される。As described above, the processes of steps S502 to S505 are repeated until the judgment process of step S504 becomes "Yes". Through these processes, as shown in FIG. 7(a), the rotation speed immediately before and after the zero current control period and during the zero current control period does not exceed the upper limit of the rotation speed. This prevents the motor from entering the overmodulation region when the wiring is switched.

なお、前述したように、回転速度降下量Δωは、負荷トルクTloadに依存する。このため、負荷トルクTloadに応じた回転速度降下量Δωのテーブルを制御部30に保持させておけば、回転速度の上限値βTmaxの計算が容易となる。 As described above, the rotation speed drop amount Δω depends on the load torque Tload, so if the control unit 30 stores a table of the rotation speed drop amount Δω corresponding to the load torque Tload, the upper limit value βTmax of the rotation speed can be easily calculated.

以上のシーケンスにより、結線切替を行うことで、結線切替時に過変調領域に入ることなく、電流をゼロにした状態で結線切替を行うことができる。 By using the above sequence to switch wiring, it is possible to switch wiring with the current at zero without entering the overmodulation region.

なお、図8の処理フローでは、回転速度に関しては、その上限値βTmaxを制約条件としている。一方、回転速度が低い状態で結線状態の切り替えを行うと、ゼロ電流制御期間中に回転速度が低下し、回転速度がゼロ付近まで低下して、電動機1が脱調する可能性がある。また、電動機1の回転速度がゼロ付近まで低下すると、電動機1の再始動が必要になることもある。このため、回転速度に関しては、下限側にも制約がある。 In the process flow of Fig. 8, the upper limit value βTmax of the rotation speed is set as a constraint condition. On the other hand, if the connection state is switched when the rotation speed is low, the rotation speed may decrease during the zero current control period, and the rotation speed may drop to near zero, causing the motor 1 to step out. In addition, if the rotation speed of the motor 1 drops to near zero, it may be necessary to restart the motor 1. For this reason, the rotation speed is also restricted on the lower limit side.

そこで、実施の形態1では、下記の(10)式に示されるβminを回転速度の下限値として設定する。 Therefore, in the first embodiment, β min shown in the following formula (10) is set as the lower limit of the rotation speed.

Figure 0007603884000010
Figure 0007603884000010

上記(10)式において、Tmmaxは最大負荷トルクを表し、Jは電動機1の回転軸周りのイナーシャを表し、T[sec]はゼロ電流制御期間の長さ、即ちゼロ電流制御時間を表している。なお、実際には、回転速度の下限値βminに対し、電動機1が脱調しない程度の動作保証を与えるための最低回転保証速度ωminをマージンとして加えることが好ましい。この場合の式は、下記の(11)式で表される。 In the above formula (10), T mmax represents the maximum load torque, J m represents the inertia around the rotating shaft of the motor 1, and T 0 [sec] represents the length of the zero current control period, i.e., the zero current control time. In practice, it is preferable to add a minimum guaranteed rotation speed ω min as a margin to the lower limit value β min of the rotation speed to ensure that the motor 1 does not lose synchronism. The formula in this case is expressed by the following formula (11).

Figure 0007603884000011
Figure 0007603884000011

また、図7の制御シーケンスでは、母線電圧指令値Vdcを昇圧コンバータ3の最大出力電圧に対応する母線電圧指令最大値Vdc_max に設定して母線電圧Vdcを昇圧して結線切り替えを行っていた。これに代えて、母線電圧指令値Vdcが回転速度に応じた値となるように、昇圧コンバータ3の昇圧量を徐々に上げていくシーケンスを挟んでもよい。この処理を行う場合には、回転速度の下限値βminに対し、電動機1が脱調しない程度の動作保証を与えるための最低回転保証速度ωminをマージンとして加えることが好ましい。この場合の式は、上記の(11)式で表される。上記(9)式の上限値βmaxが上記(11)式の下限値βminを下回らないように、昇圧コンバータ3の昇圧量を上昇させる。また、昇圧コンバータ3の最大出力電圧まで上昇させても上記(9)式の上限値βmaxが上記(11)式の下限値βminを上回らない場合には、回転速度を下げるというシーケンスで結線切り替えを行えばよい。 In the control sequence of FIG. 7, the bus voltage command value Vdc * is set to the bus voltage command maximum value Vdc_max * corresponding to the maximum output voltage of the boost converter 3, and the bus voltage Vdc is boosted to perform the connection switching. Instead of this, a sequence may be inserted in which the boost amount of the boost converter 3 is gradually increased so that the bus voltage command value Vdc * becomes a value according to the rotation speed. When performing this process, it is preferable to add a minimum guaranteed rotation speed ωmin as a margin to the lower limit value βmin of the rotation speed to provide an operation guarantee to the extent that the motor 1 does not lose synchronism. The formula in this case is expressed by the above formula (11). The boost amount of the boost converter 3 is increased so that the upper limit value βmax of the above formula (9) does not fall below the lower limit value βmin of the above formula (11). Furthermore, if the upper limit value β max in the above equation (9) does not exceed the lower limit value β min in the above equation (11) even when the output voltage of the boost converter 3 is increased to its maximum, the connection switching may be performed in a sequence to lower the rotation speed.

このようにして、Y結線時の電機子鎖交磁束Φy、及び電動機1の負荷トルクTloadにより求まる回転速度の上限値βTmaxと、回転速度の下限値βminとに基づいて、ゼロ電流制御の開始時刻tcにおける周波数指令値ω(1)を設定する(図6(e)参照)。但し、ゼロ電流制御期間において、最大負荷トルクTmmaxによる回転速度降下量Δωが、回転速度の上限値βTmaxと回転速度の下限値βminとの差を超えてしまう場合には、結線切り替え時の負荷トルク条件範囲を制限する必要がある。なお、図8(a)に示される例は、最大負荷トルクTmmaxによる回転速度降下量Δωが、回転速度の上限値βTmaxと回転速度の下限値βminとの差の範囲に収まっている例である。 In this way, the frequency command value ω*(1) at the start time tc of the zero current control is set based on the armature interlinkage magnetic flux Φy in the Y connection and the upper limit value β Tmax of the rotation speed and the lower limit value β min of the rotation speed, which are determined by the load torque Tload of the motor 1 (see FIG. 6(e)). However, if the rotation speed drop amount Δω due to the maximum load torque Tmmax exceeds the difference between the upper limit value β Tmax of the rotation speed and the lower limit value β min of the rotation speed during the zero current control period, it is necessary to limit the load torque condition range at the time of switching the connection. Note that the example shown in FIG. 8(a) is an example in which the rotation speed drop amount Δω due to the maximum load torque Tmmax falls within the range of the difference between the upper limit value β Tmax of the rotation speed and the lower limit value β min of the rotation speed.

以上のように、実施の形態1に係る結線切替制御を用いれば、電動機1の結線を切り替える際に、切替器21,22,23の接点間のアーク抑制に必要なゼロ電流制御を確実に実施することができる。また、実施の形態1に係る結線切替制御を用いれば、結線切り替え時の負荷状態に関わらず、駆動装置100の内部回路に生じ得る過電圧を確実に抑制することができる。As described above, by using the connection switching control according to the first embodiment, it is possible to reliably perform the zero current control required for suppressing arcs between the contacts of the switches 21, 22, and 23 when switching the connections of the electric motor 1. Furthermore, by using the connection switching control according to the first embodiment, it is possible to reliably suppress overvoltage that may occur in the internal circuit of the drive device 100, regardless of the load state at the time of the connection switching.

上述した制御部30の機能は、図9又は図10に示すハードウェア構成で実現可能である。図9は、実施の形態1に係る制御部30の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図10は、実施の形態1に係る制御部30の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。The above-mentioned functions of the control unit 30 can be realized by the hardware configuration shown in Fig. 9 or Fig. 10. Fig. 9 is a block diagram showing an example of a hardware configuration that realizes the functions of the control unit 30 according to embodiment 1. Fig. 10 is a block diagram showing another example of a hardware configuration that realizes the functions of the control unit 30 according to embodiment 1.

実施の形態1における制御部30の機能の一部又は全部を実現する場合には、図9に示されるように、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。When realizing some or all of the functions of the control unit 30 in embodiment 1, the configuration can include a processor 300 that performs calculations, a memory 302 in which programs read by the processor 300 are stored, and an interface 304 that inputs and outputs signals, as shown in Figure 9.

プロセッサ300は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)と称される演算手段の例示である。また、メモリ302には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。The processor 300 is an example of a computing means called a computing device, a microprocessor, a microcomputer, a CPU (Central Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor). Examples of the memory 302 include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically EPROM), or other non-volatile or volatile semiconductor memory, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, and a DVD (Digital Versatile Disc).

メモリ302には、実施の形態1に係る制御部30の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行し、メモリ302に格納されたテーブルをプロセッサ300が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ300による演算結果は、メモリ302に記憶することができる。The memory 302 stores a program that executes the functions of the control unit 30 according to the first embodiment. The processor 300 exchanges necessary information via the interface 304, executes the program stored in the memory 302, and refers to the table stored in the memory 302, thereby performing the above-mentioned processing. The results of calculations performed by the processor 300 can be stored in the memory 302.

また、実施の形態1に係る制御部30の機能の一部を実現する場合には、図10に示す処理回路305を用いることもできる。処理回路305は、単一回路、複合回路、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。処理回路305に入力する情報、及び処理回路305から出力する情報は、インタフェース304を介して入手することができる。 In addition, when realizing part of the functions of the control unit 30 according to embodiment 1, the processing circuit 305 shown in FIG. 10 can be used. The processing circuit 305 can be a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these. Information input to the processing circuit 305 and information output from the processing circuit 305 can be obtained via the interface 304.

なお、制御部30における一部の処理を処理回路305で実施し、処理回路305で実施しない処理をプロセッサ300及びメモリ302で実施してもよい。In addition, some of the processing in the control unit 30 may be performed by the processing circuit 305, and processing that is not performed by the processing circuit 305 may be performed by the processor 300 and memory 302.

以上説明したように、実施の形態1に係る駆動装置は、昇圧コンバータ、インバータ、電動機の巻線を第1の結線と第2の結線との間で相互に切り替える結線切替装置、並びに昇圧コンバータ、インバータ及び結線切替装置を制御する制御部を備える。制御部は、電動機の電流をゼロとした状態で巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行う。また、制御部は、結線切替装置により第2の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、第1の結線への切り替えを行う。これにより、電動機が回転中であっても、巻線の結線を切り替えることができる。また、結線切り替え時の負荷状態に依らず、駆動装置の内部回路に生じ得る過電圧を抑制することができる。As described above, the drive device according to the first embodiment includes a boost converter, an inverter, a connection switching device that switches the windings of the motor between the first connection and the second connection, and a control unit that controls the boost converter, the inverter, and the connection switching device. The control unit performs zero current control that switches the winding connections with the motor current at zero. In addition, when the second connection is selected by the connection switching device, the control unit switches to the first connection if the rotation speed of the motor before the zero current control period does not exceed the upper limit of the rotation speed. This makes it possible to switch the winding connections even while the motor is rotating. In addition, it is possible to suppress overvoltage that may occur in the internal circuit of the drive device regardless of the load state at the time of connection switching.

また、実施の形態1に係る駆動装置において、制御部は、結線切替装置により第1の結線が選択されている状態において、母線電圧が第1の電圧値であり、電動機の回転速度が第1の速度値である第1の状態から、母線電圧が第1の電圧値よりも高く、電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である第2の状態に移行した際に、第1の結線から第2の結線への切り替えを行う。これにより、機器の大型化を回避し、信頼性の高い駆動装置を得ることができる。 In addition, in the drive device according to embodiment 1, when the first connection is selected by the connection switching device and the state transitions from a first state in which the bus voltage is a first voltage value and the rotation speed of the motor is a first speed value to a second state in which the bus voltage is higher than the first voltage value and the current flowing through the motor is equal to or lower than a predetermined threshold, the control unit switches from the first connection to the second connection. This makes it possible to avoid enlarging the size of the device and obtain a highly reliable drive device.

実施の形態2.
図11は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置900の構成例を示す図である。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置900は、実施の形態1で説明した駆動装置100を備える。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置900は、空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、ヒートポンプ給湯器といった冷凍サイクルを備える製品に適用することが可能である。なお、図11において、実施の形態1と同様の機能を有する構成要素には、実施の形態1と同一の符号を付している。
Embodiment 2.
Fig. 11 is a diagram showing a configuration example of a refrigeration cycle apparatus 900 according to embodiment 2. The refrigeration cycle apparatus 900 according to embodiment 2 includes the drive device 100 described in embodiment 1. The refrigeration cycle apparatus 900 according to embodiment 2 can be applied to products including a refrigeration cycle, such as air conditioners, refrigerators, freezers, and heat pump water heaters. In Fig. 11, components having the same functions as those in embodiment 1 are denoted by the same reference numerals as those in embodiment 1.

冷凍サイクル装置900は、実施の形態1における電動機1を内蔵した圧縮機901と、四方弁902と、室内熱交換器906と、膨張弁908と、室外熱交換器910とが冷媒配管912を介して取り付けられている。The refrigeration cycle device 900 includes a compressor 901 incorporating the electric motor 1 in embodiment 1, a four-way valve 902, an indoor heat exchanger 906, an expansion valve 908, and an outdoor heat exchanger 910, which are attached via refrigerant piping 912.

圧縮機901の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構904と、圧縮機構904を動作させる電動機1とが設けられている。Inside the compressor 901, there is a compression mechanism 904 that compresses the refrigerant, and an electric motor 1 that operates the compression mechanism 904.

冷凍サイクル装置900は、四方弁902の切替動作により暖房運転又は冷房運転をすることができる。圧縮機構904は、可変速制御される電動機1によって駆動される。The refrigeration cycle device 900 can perform heating or cooling operation by switching the four-way valve 902. The compression mechanism 904 is driven by a variable speed controlled electric motor 1.

暖房運転時には、実線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構904で加圧されて送り出され、四方弁902、室内熱交換器906、膨張弁908、室外熱交換器910及び四方弁902を通って圧縮機構904に戻る。During heating operation, as indicated by the solid arrows, the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, and passes through 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 before returning to the compression mechanism 904.

冷房運転時には、破線矢印で示すように、冷媒が圧縮機構904で加圧されて送り出され、四方弁902、室外熱交換器910、膨張弁908、室内熱交換器906及び四方弁902を通って圧縮機構904に戻る。During cooling operation, as indicated by the dashed arrow, the refrigerant is pressurized by the compression mechanism 904 and sent out, and passes through 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 before returning to the compression mechanism 904.

暖房運転時には、室内熱交換器906が凝縮器として作用して熱放出を行い、室外熱交換器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、室外熱交換器910が凝縮器として作用して熱放出を行い、室内熱交換器906が蒸発器として作用し、熱吸収を行う。膨張弁908は、冷媒を減圧して膨張させる。During heating operation, the indoor heat exchanger 906 acts as a condenser to release heat, and the outdoor heat exchanger 910 acts as an evaporator to absorb heat. During cooling operation, the outdoor heat exchanger 910 acts as a condenser to release heat, and the indoor heat exchanger 906 acts as an evaporator to absorb heat. The expansion valve 908 reduces the pressure of the refrigerant to expand it.

実施の形態2に係る冷凍サイクル装置900は、実施の形態1に係る駆動装置100を搭載しているので、実施の形態1で得られる効果を享受することができる。The refrigeration cycle device 900 of embodiment 2 is equipped with the drive device 100 of embodiment 1, and therefore can enjoy the effects obtained in embodiment 1.

なお、以上の実施の形態に示した構成は、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、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。 Note that the configurations shown in the above embodiments are merely examples, and may be combined with other known technologies, and parts of the configurations may be omitted or modified without departing from the spirit of the invention.

1 電動機、2 交流電源、3 昇圧コンバータ、4 インバータ、5 機器、6 電圧検出部、7,8 電流検出部、20 結線切替装置、21,22,23 切替器、21a,22a,23a 常開接点、21b,22b,23b 常閉接点、21c,22c,23c 共通接点、24 中性点ノード、30 制御部、31 運転指令部、32 母線電圧制御部、33 インバータ制御部、41,42,43 巻線、41a,42a,43a 第1の端部、41b,42b,43b 第2の端部、41c,42c,43c,41d,42d,43d 外部端子、61,62,63 出力線、71,72,73 リード線、100 駆動装置、204 半導体スイッチ、211,221,231 励磁コイル、300 プロセッサ、302 メモリ、304 インタフェース、305 処理回路、900 冷凍サイクル装置、901 圧縮機、902 四方弁、904 圧縮機構、906 室内熱交換器、908 膨張弁、910 室外熱交換器、912 冷媒配管。1 Electric motor, 2 AC power source, 3 Boost converter, 4 Inverter, 5 Equipment, 6 Voltage detection unit, 7, 8 Current detection unit, 20 Connection switching device, 21, 22, 23 Switch, 21a, 22a, 23a Normally open contact, 21b, 22b, 23b Normally closed contact, 21c, 22c, 23c Common contact, 24 Neutral node, 30 Control unit, 31 Operation command unit, 32 Bus voltage control unit, 33 Inverter control unit, 41, 42, 43 Winding, 41a, 42a, 43a First end, 41b, 42b, 43b Second end, 41c, 42c, 43c, 41d, 42d, 43d External terminal, 61, 62, 63 Output line, 71, 72, 73 Lead wire, 100 Drive device, 204 semiconductor switch, 211, 221, 231 excitation coil, 300 processor, 302 memory, 304 interface, 305 processing circuit, 900 refrigeration cycle device, 901 compressor, 902 four-way valve, 904 compression mechanism, 906 indoor heat exchanger, 908 expansion valve, 910 outdoor heat exchanger, 912 refrigerant piping.

Claims (11)

交流電源から出力される交流電圧を受け、電圧値可変の直流電圧を出力する昇圧コンバータと、
前記昇圧コンバータから出力される母線電圧を、電圧可変及び周波数可変の交流電圧に変換して電動機に印加するインバータと、
前記電動機の巻線を第1の結線と第2の結線との間で相互に切り替える結線切替装置と、
前記昇圧コンバータ、前記インバータ及び前記結線切替装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電動機の電流をゼロとした状態で前記巻線の結線を切り替えるゼロ電流制御を行い、
前記結線切替装置により前記第2の結線が選択されている状態において、ゼロ電流制御期間前の前記電動機の回転速度が回転速度の上限値を超えていない場合、前記第1の結線への切り替えを行う
駆動装置。
a boost converter that receives an AC voltage output from an AC power supply and outputs a DC voltage having a variable voltage value;
an inverter that converts the bus voltage output from the boost converter into an AC voltage having a variable voltage and a variable frequency and applies the AC voltage to an electric motor;
a connection switching device that switches the windings of the motor between a first connection and a second connection;
a control unit that controls the boost converter, the inverter, and the connection switching device;
Equipped with
the control unit performs zero current control to switch the connections of the windings while keeping the current of the motor at zero,
a drive device which switches to the first connection when the rotation speed of the motor before a zero current control period does not exceed an upper limit of the rotation speed in a state in which the second connection is selected by the connection switching device.
前記母線電圧に上限を設けた状態で前記巻線の結線の切り替えを行う
請求項1に記載の駆動装置。
The drive device according to claim 1 , wherein the winding connections are switched with an upper limit set on the bus voltage.
前記制御部は、前記結線切替装置により前記第1の結線が選択されている状態において、前記母線電圧が第1の電圧値であり、前記電動機の回転速度が第1の速度値である第1の状態から、前記母線電圧が前記第1の電圧値よりも高く、前記電動機に流れる電流が予め定められた閾値以下である第2の状態に移行した際に、前記第1の結線から前記第2の結線への切り替えを行う
請求項に記載の駆動装置。
2. The drive device according to claim 1, wherein, when the first connection is selected by the connection switching device, the control unit switches from the first connection to the second connection when a transition is made from a first state in which the bus voltage is a first voltage value and a rotational speed of the motor is a first speed value to a second state in which the bus voltage is higher than the first voltage value and a current flowing through the motor is equal to or lower than a predetermined threshold value.
前記第1の結線はスター結線であり、前記第2の結線はデルタ結線である
請求項3に記載の駆動装置。
The drive device according to claim 3 , wherein the first connection is a star connection and the second connection is a delta connection.
前記電動機に流れる電動機電流を検出する検出部を備え、
前記制御部は、回転速度を推定すると共に、前記電動機電流の検出値に基づいて前記電動機に加わる負荷トルクを推定する
請求項3に記載の駆動装置。
A detection unit is provided for detecting a motor current flowing through the motor,
The drive device according to claim 3 , wherein the control unit estimates a rotation speed and also estimates a load torque applied to the motor based on a detected value of the motor current.
前記電動機は永久磁石電動機であり、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をVdc_maxとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦyとするとき、
前記第2の状態への移行前に、下記の(1)式が満たされる
請求項5に記載の駆動装置。
Figure 0007603884000012
the motor is a permanent magnet motor,
The maximum value of the bus voltage when the switching is performed is Vdc_max ,
The rotation speed of the motor when the switching is performed is denoted by ω,
When the armature interlinkage magnetic flux of the permanent magnet motor when the switching is performed is denoted by Φy,
The drive device according to claim 5 , wherein the following formula (1) is satisfied before the transition to the second state:
Figure 0007603884000012
前記電動機は永久磁石電動機であり、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をVdc_maxとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦyとし、
前記切り替えを行うときの回転速度降下量をΔωとするとき、
前記第2の状態への移行前に、下記の(2)式が満たされる
請求項5に記載の駆動装置。
Figure 0007603884000013
the motor is a permanent magnet motor,
The maximum value of the bus voltage when the switching is performed is Vdc_max ,
The rotation speed of the motor when the switching is performed is denoted by ω,
The armature flux linkage of the permanent magnet motor when the switching is performed is defined as Φy,
When the rotation speed drop amount when the switching is performed is Δω ,
The drive device according to claim 5 , wherein the following formula (2) is satisfied before the transition to the second state:
Figure 0007603884000013
前記切り替えを行うときの動作最低回転保証速度をωminとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転軸周りのイナーシャをJとし、
前記切り替えを行うときの最大負荷トルクをTmmaxとし、
前記切り替えを行うときのゼロ電流制御期間をTとするとき、
前記第2の状態への移行前に、下記の(3)式が満たされる
請求項6に記載の駆動装置。
Figure 0007603884000014
The minimum guaranteed operating speed when the switching is performed is defined as ω min ,
The inertia around the rotating shaft of the motor when the switching is performed is defined as Jm ,
The maximum load torque when the switching is performed is T mmax ,
When the zero current control period when the switching is performed is T0 ,
The drive device according to claim 6 , wherein the following formula (3) is satisfied before the transition to the second state:
Figure 0007603884000014
前記母線電圧をVdcとし、
前記切り替えを行うときの前記母線電圧の最大値をVdc_maxとし、
前記切り替えを行うときの前記電動機の回転速度をωとし、
前記切り替えを行うときの前記永久磁石電動機の電機子鎖交磁束をΦyとし、
前記切り替えを行うときの回転速度降下量をΔωとするとき、
前記第1の状態の回転速度ωが、下記の(4)式を満たしていない場合、前記昇圧コンバータが前記母線電圧Vdcを昇圧し、
前記母線電圧Vdcを前記母線電圧の最大値Vdc_maxまで昇圧しても、下記の(4)式を満たさない場合、前記回転速度を低下させる
請求項6に記載の駆動装置。
Figure 0007603884000015
The bus voltage is Vdc,
The maximum value of the bus voltage when the switching is performed is Vdc_max ,
The rotation speed of the motor when the switching is performed is denoted by ω,
The armature flux linkage of the permanent magnet motor when the switching is performed is defined as Φy,
When the rotation speed drop amount when the switching is performed is Δω ,
When the rotation speed ω in the first state does not satisfy the following formula (4), the boost converter boosts the bus voltage Vdc,
The drive device according to claim 6 , wherein the rotation speed is reduced when the following formula (4) is not satisfied even when the bus voltage Vdc is boosted up to a maximum value Vdc_max of the bus voltage.
Figure 0007603884000015
前記回転速度降下量は、前記ゼロ電流制御期間前の前記負荷トルクに基づいて算出される
請求項7に記載の駆動装置。
The drive device according to claim 7 , wherein the rotation speed drop amount is calculated based on the load torque before the zero current control period.
請求項1から10の何れか1項に記載の駆動装置を備える冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle device equipped with a drive device according to any one of claims 1 to 10.
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