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WO2021214925A1 - 電動機駆動装置及び空気調和機 - Google Patents

電動機駆動装置及び空気調和機 Download PDF

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Publication number
WO2021214925A1
WO2021214925A1 PCT/JP2020/017432 JP2020017432W WO2021214925A1 WO 2021214925 A1 WO2021214925 A1 WO 2021214925A1 JP 2020017432 W JP2020017432 W JP 2020017432W WO 2021214925 A1 WO2021214925 A1 WO 2021214925A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connection state
value
connection
switching
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/017432
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
厚司 土谷
和徳 畠山
慎也 豊留
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2022516564A priority Critical patent/JP7270841B2/ja
Priority to CN202080099950.8A priority patent/CN115461980A/zh
Priority to PCT/JP2020/017432 priority patent/WO2021214925A1/ja
Publication of WO2021214925A1 publication Critical patent/WO2021214925A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays

Definitions

  • This disclosure relates to a motor drive device and an air conditioner.
  • Motor drive equipped with a connection switching unit having a mechanical relay that switches the connection state of the stator windings (hereinafter also referred to as "windings") of the motor, and an inverter that supplies AC power to the motor to drive the motor.
  • the device is in practical use.
  • the motor drive device performs a protective operation of stopping the inverter when the current flowing through the winding exceeds the overcurrent threshold value. Further, an electric motor drive device that changes the overcurrent threshold value according to the connection state of the winding has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • connection switching unit having the mechanical relay has a characteristic that the state of the mechanical relay is switched after the switching delay time elapses from the time when the command signal for commanding the switching is received.
  • the switching delay time elapses from the time when the connection switching part receives the command signal for switching the connection state of the winding from the star connection (Y connection) to the delta connection ( ⁇ connection). Until this is done, the Y connection state remains, and after the switching delay time elapses, the connection state is switched to the ⁇ connection state.
  • connection state is switched by the connection switching unit during the rotation operation period of the motor and the overcurrent threshold is switched to a value higher than the current value at the same time as the command signal for switching is received, the switching delay time is reached.
  • an excessive current may flow in the winding of the motor, causing irreversible demagnetization in the permanent magnets of the motor.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and even when the connection state is switched and the overcurrent threshold value is switched during the rotational operation period of the motor, an excessive current is applied to the stator winding. It is an object of the present invention to provide an electric motor drive device that does not generate a current state and an air conditioner equipped with the motor drive device.
  • the motor drive device has a mechanical relay, and by switching the state of the mechanical relay, the connection state of the stator winding of the motor can be changed to either the first connection state or the second connection state.
  • the overcurrent threshold of the value corresponding to the winding current is set to either a first value or a second value higher than the first value, and the value corresponding to the winding current is set.
  • a predetermined overcurrent protection operation is performed, the connection state is switched from the first connection state to the second connection state, and the overcurrent threshold is changed to the first.
  • the switching of the state of the mechanical relay is completed at least from the time when the first signal is output to the connection switching unit, and the connection state becomes the second connection state.
  • the overcurrent threshold is maintained at the first value during the first delay time to the time of switching.
  • FIG. 1 It is the schematic which shows the structure of the air conditioner which concerns on embodiment. It is a figure which shows the structure of the electric motor drive device which concerns on embodiment. It is a figure which shows an example of the current path in the Y connection state of the motor drive device of FIG. It is a figure which shows an example of the current path in the ⁇ connection state of the motor drive device of FIG. It is a figure which shows the structure of the inverter of FIG. It is a circuit diagram which shows the structure of the winding and connection switching part of the electric motor of FIG. It is a circuit diagram which shows the example of the structure of the connection switching part of FIG. (A) and (B) are diagrams showing the windings in the Y connection state and the ⁇ connection state, respectively.
  • FIG. 1 It is a waveform diagram which shows an example of the electric current which flows through the winding of an electric motor through a mechanical relay.
  • A is a timing diagram showing switching from the Y connection state to the ⁇ connection state in the motor drive device according to the embodiment, and (B) is the ⁇ connection state from the Y connection state in the motor drive device of the comparative example. It is a timing diagram which shows the switching to.
  • A) is a timing diagram showing the switching from the ⁇ connection state to the Y connection in the motor drive device according to the embodiment, and (B) is the timing diagram from the ⁇ connection state in the motor drive device of the comparative example to the Y connection state. It is a timing diagram which shows the switching of.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the air conditioner 2 according to the embodiment.
  • the air conditioner 2 includes a refrigerating cycle device 900, and the refrigerating cycle device 900 can perform a heating operation or a cooling operation by switching the four-way valve 902.
  • the refrigeration cycle device 900 can be applied to various refrigeration cycle application devices such as refrigerators, water heaters, and the like.
  • the refrigerant is pressurized by the compressor 901 and sent out, and the four-way valve 902, the indoor heat exchanger 903, the expansion valve 904, the outdoor heat exchanger 905 and the four-way valve 902. It returns to the compressor 901 through.
  • the refrigerant is pressurized by the compressor 901 and sent out, and the four-way valve 902, the outdoor heat exchanger 905, the expansion valve 904, the indoor heat exchanger 903 and the four-way valve 902. It returns to the compressor 901 through.
  • the heat exchanger 903 acts as a condenser to release heat (that is, heats the room), and the heat exchanger 905 acts as an evaporator to absorb heat.
  • the heat exchanger 903 acts as an evaporator to absorb heat (that is, cool the room), and the heat exchanger 905 acts as a condenser to release heat.
  • the motor drive device 1 controls the motor 40 at a variable speed, and the compressor 901 is driven by the motor 40.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the motor drive device 1 according to the embodiment.
  • the motor drive device 1 is a circuit for driving the motor 40.
  • the motor drive device 1 includes a reactor 11, a rectifier circuit 20, a capacitor 21, an inverter 30, a control device 50, a connection switching unit 60, a current detection unit 70, and a control power supply. It includes a generation circuit 80.
  • An AC voltage is applied to the motor drive device 1 from an external AC power supply 10 via an AC power supply input terminal.
  • the applied voltage is, for example, an effective value of amplitude of 100 V or 200 V, a frequency of 50 Hz or 60 Hz, or the like.
  • the rectifier circuit 20 receives an AC voltage from the AC power supply 10 via the reactor 11 and rectifies the AC voltage to generate a DC voltage.
  • the rectifier circuit 20 is a full-wave rectifier circuit formed by bridging a rectifier element such as a diode.
  • the capacitor 21 smoothes the DC voltage generated by the rectifier circuit 20 and outputs the DC voltage.
  • the connection switching unit 60 is a circuit for switching the connection state of the windings 41, 42, 43 of the motor 40.
  • the connection switching unit 60 has mechanical relays 61, 62, 63.
  • a mechanical relay is an electromagnetic switch that opens and closes its contacts electromagnetically.
  • the connection switching unit 60 has a function of switching the connection state of the windings 41, 42, and 43 of the motor 40 to either a Y connection state as the first connection state or a ⁇ connection state as the second connection state.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the current path in the Y connection state of the motor drive device 1 by a thick broken line with an arrow.
  • connection switching unit 60 switches the states of the mechanical relays 61, 62, and 63 during the rotation operation period in which the rotor of the motor 40 is rotating (that is, without stopping the rotation operation). , Switching of the connection state of the windings 41, 42, 43 of the motor 40 can be completed.
  • the inverter 30 supplies AC power to the windings 41, 42, 43 of the motor 40 via the mechanical relays 61, 62, 63. Further, a counter electromotive voltage is applied to the inverter 30 from the windings 41, 42, 43 of the motor 40 during the rotation operation period via the mechanical relays 61, 62, 63.
  • the current detection unit 70 detects the value Ic corresponding to the winding current flowing through the windings 41, 42, 43 of the motor 40.
  • the current detection unit 70 detects the bus current, that is, the input current of the inverter 30 as the value Ic corresponding to the winding current.
  • the current detection unit 70 includes a shunt resistor inserted in the DC bus and supplies an analog signal indicating the detection result to the control device 50. This signal (that is, the current detection signal) is converted into a digital signal by an A / D (Analog to Digital) converter (not shown) in the control device 50 and used for internal processing of the control device 50.
  • a / D Analog to Digital
  • the current detection unit 70 detects the input current of the inverter 30, it flows through the output current of the inverter 30, that is, one or a plurality of windings 41, 42, and 43 of the motor 40. It may be a detection unit that detects a current.
  • the control power supply generation circuit 80 receives the voltage between both electrodes of the capacitor 21, that is, the bus voltage, lowers the voltage, generates the control power supply voltage V50 and the switching power supply voltage V60, and supplies the control power supply voltage V50 to the control device 50. At the same time, the switching power supply voltage V60 is supplied to the connection switching unit 60.
  • the control device 50 controls the rotation speed (that is, the rotation speed) of the electric motor 40 by controlling the inverter 30. Further, the control device 50 causes the connection switching unit 60 to switch the connection state.
  • the control device 50 is a mechanical relay 61, 62 within a current control period (Pc shown in FIG. 9 described later) in which the value of the alternating current flowing through the windings 41, 42, 43 of the electric motor 40 is close to zero. , 63 switching operations are executed.
  • Switching the connection state of the windings 41, 42, and 43 is switching the connection state to either the Y connection state or the ⁇ connection state, or switching the number of turns of the winding.
  • the switching of the number of turns of the winding is shown in FIG. 15 described later.
  • the control device 50 is, for example, a microcomputer (microcomputer) or DSP having a memory as a storage device for storing control information as a software program and a CPU (Central Processing Unit) as an information processing device for executing this program. It is composed of (Digital Signal Processor) and the like. Further, the control device 50 may be composed of dedicated hardware (for example, a processing circuit).
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the inverter 30 of FIG.
  • the inverter 30 has an inverter main circuit 310 and a drive circuit 350.
  • the input terminal of the inverter main circuit 310 is connected to the electrode of the capacitor 21, and the voltage V20 is applied.
  • the line connecting the output of the rectifier circuit 20, the electrode of the capacitor 21, and the input terminal of the inverter main circuit 310 is a DC bus.
  • the inverter 30 is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) signals Sm1 to Sm6 received from the control device 50, and switching elements 311 to 316 of the six arms of the inverter main circuit 310 operate on and off. By this on / off operation, the inverter 30 generates a three-phase alternating current having a variable frequency and a variable voltage, and supplies the three-phase alternating current to the motor 40. Rectifying elements 321 to 326 for reflux are connected in parallel to the switching elements 311 to 316, respectively.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the motor 40 is a three-phase permanent magnet synchronous motor, and the ends of the windings 41, 42, and 43 are pulled out to the outside of the motor 40, and can be switched to either a Y connection state or a ⁇ connection state. It is a thing. This switching is performed by the connection switching unit 60.
  • the Y connection state is the first connection state
  • the ⁇ connection state is the second connection state.
  • the overcurrent threshold Iover is a current level for protecting the electric motor 40 from overcurrent, that is, an upper limit of the drive current for preventing irreversible demagnetization of the rare earth magnet, which is a permanent magnet, due to the drive current.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the configurations of the windings 41, 42, 43 and the connection switching unit 60 of the electric motor 40.
  • the first ends 41a, 42a, 43a of the three-phase windings 41, 42, 43 of the motor 40 which are composed of the U phase, the V phase, and the W phase, are the external terminals 41c. It is connected to 42c and 43c, respectively.
  • the second ends 41b, 42b, 43b of the U-phase, V-phase, and W-phase windings 41, 42, and 43 of the motor 40 are connected to the external terminals 41d, 42d, and 43d, respectively.
  • the electric motor 40 is connected to the connection switching unit 60.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30 are connected to the external terminals 41c, 42c, and 43c.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the connection switching unit 60 of FIG.
  • the connection switching unit 60 is in a different state depending on whether a current is flowing through the exciting coils 611, 621, or 631 or when no current is flowing.
  • the exciting coils 611, 621, and 631 are connected via the semiconductor switch 604 so as to receive the switching power supply voltage V60.
  • the opening and closing of the semiconductor switch 604 is controlled by a command signal S1 or S2 which is a control signal output from the control device 50.
  • the command signal S1 is referred to as a first signal
  • the command signal S2 is referred to as a second signal.
  • the common contact 61c of the mechanical relay 61 is connected to the external terminal 41d via the lead wire 61e.
  • the normally closed contact 61b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 61a is connected to the V-phase output line 332 of the inverter 30.
  • the common contact 62c of the mechanical relay 62 is connected to the external terminal 42d via the lead wire 62e.
  • the normally closed contact 62b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 62a is connected to the W phase output line 333 of the inverter 30.
  • the common contact 63c of the mechanical relay 63 is connected to the external terminal 43d via the lead wire 63e.
  • the normally closed contact 63b is connected to the neutral point node 64, and the normally open contact 63a is connected to the U-phase output line 331 of the inverter 30.
  • the mechanical relays 61, 62, 63 are switched to the normally closed contact side, that is, the common contact 61c, as shown in FIG.
  • the 62c and 63c are in a state of being connected to the normally closed contacts 61b, 62b and 63b (that is, in a conductive state) and are not connected to the normally open contacts 61a, 62a and 63a (that is, in a non-conducting state). In this state, the motor 40 is in the Y connection state.
  • the mechanical relays 61, 62, 63 are reversed from the state shown in FIG. 7, and are switched to the normally open contact side, that is, the common contact 61c. , 62c, 63c are connected to the normally open contacts 61a, 62a, 63a, and are not connected to the normally closed contacts 61b, 62b, 63b (that is, a non-conducting state). In this state, the motor 40 is in the ⁇ connection state.
  • FIG. 8 (A) and 8 (B) are diagrams showing windings in the Y connection state and the ⁇ connection state, respectively.
  • FIG. 8 (A) shows the connection state of the winding in the Y connection state
  • FIG. 8 (B) shows the connection state of the winding in the ⁇ connection state.
  • the electric power is in the Y connection state and the ⁇ connection state.
  • the power supplied to 40 is equal to each other. That is, when the electric power supplied to the motor 40 is equal to each other, the current is larger and the voltage required for driving is lower in the ⁇ connection state.
  • connection state it is conceivable to select the connection state according to the load conditions, etc. by utilizing the above properties. For example, it is conceivable to operate at a low speed in a Y-connected state when the load is low, and to operate at a high speed in a ⁇ -connected state when the load is high. By doing so, it is possible to improve efficiency at low load and high output at high load.
  • the counter electromotive force increases as the rotation speed increases, and the voltage value required for driving increases.
  • This counter electromotive force is higher in the Y-connected state than in the ⁇ -connected state as described above.
  • the current for obtaining the same output torque increases, so that the current flowing through the motor 40 and the inverter 30 increases, and the efficiency decreases.
  • connection state it is conceivable to switch the connection state according to the rotation speed of the motor. For example, when high-speed operation is required, the ⁇ connection state is set. By doing so, the voltage required for driving can be reduced to 1 / ( ⁇ 3) (compared to the voltage required in the Y connection state). Therefore, it is not necessary to reduce the number of turns of the winding, and it is not necessary to use the weakening magnetic flux control.
  • the current value can be reduced to 1 / ( ⁇ 3) compared to the case of the ⁇ connection state by setting the Y connection state.
  • the motor can be designed so that the windings are suitable for low-speed operation in the Y connection state, and the current value can be reduced as compared with the case where the Y connection is used over the entire speed range. It becomes. As a result, the loss of the inverter 30 can be reduced and the efficiency can be improved.
  • FIG. 9 is a waveform diagram showing an example of the current flowing through the winding through the mechanical relays 61, 62, 63 of the motor 40.
  • FIG. 9 shows an example of the current waveform before and after the connection switching.
  • the control device 50 has a function of switching the connection state during the rotation operation period in which the rotor of the electric motor 40 is rotating. Controlling the current flowing in the winding of the motor 40, that is, the value (effective value) of the current flowing in the mechanical relays 61, 62, 63 to zero as in the current control period Pc shown in FIG. Can be done.
  • the switching operation of the mechanical relays 61, 62, 63 can be performed in a state where no current is flowing through the mechanical relays 61, 62, 63, and an arc discharge is performed between the contacts of the mechanical relays 61, 62, 63. It does not occur. Therefore, contact welding of the mechanical relays 61, 62, and 63 can be prevented, and a highly reliable motor drive device can be realized.
  • FIG. 10A is a timing diagram showing switching from the Y connection to the ⁇ connection in the motor drive device 1 according to the embodiment
  • FIG. 10B is a timing diagram from the Y connection to the ⁇ connection in the motor drive device of the comparative example. It is a timing diagram which shows the switching to a connection.
  • the control device 50 sets the overcurrent threshold value Iover to either the first value I1 for Y connection and the second value I2 for ⁇ connection higher than the first value I1, and corresponds to the winding current.
  • a predetermined overcurrent protection operation is performed.
  • the overcurrent protection operation is, for example, stopping the inverter 30.
  • the overcurrent is overcurrent at the time point t13, which is longer than 1.0 times the switching delay time and within 5.0 times from the time point t11 of the output of the command signal S1. It is possible to switch the threshold value Iover.
  • the overcurrent threshold value Iover is set at a time point t13 between the output time point t11 of the command signal S1 and a time point t13 between 1.5 times the value of the first delay time P1 which is the switching delay time and a maximum of 1.0 second. It is possible to switch.
  • the control device 50 switches the connection state from the Y connection state to the ⁇ connection state and switches the overcurrent threshold Iover from the first value I1 to the second value I2, at least the command signal S1 is output to the connection switching unit 60. From the time point (time point t11 in FIG. 10A described later) to the time point when the switching of the states of the mechanical relays 61, 62, 63 is completed and the connection state is switched to the ⁇ connection state (time point t12 in FIG. 9A described later). ), The overcurrent threshold Iover is maintained at the first value I1 during the first delay time P1.
  • the control device 50 switches the connection state from the Y connection state to the ⁇ connection state and switches the overcurrent threshold value Iover from the first value I1 to the second value I2, the overcurrent occurs after the lapse of the first delay time P1.
  • FIG. 11A is a timing diagram showing switching from the ⁇ connection to the Y connection in the motor drive device 1 according to the embodiment
  • FIG. 11B is a timing diagram from the ⁇ connection in the motor drive device of the comparative example to Y. It is a timing diagram which shows the switching to a connection.
  • the control device 50 switches the connection state from the ⁇ connection state to the Y connection state and switches the overcurrent threshold value Iover from the second value I2 to the first value I1
  • the command signal S2 is output to the connection switching unit 60.
  • the overcurrent threshold value Iover is set to the first value I1.
  • the control device 50 switches the connection state from the ⁇ connection state to the Y connection state and switches the overcurrent threshold value Iover from the second value I2 to the first value I1, at the time point t21 when the second delay time P2 starts.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an operation (step S100) when the connection state is switched from the Y connection state to the ⁇ connection state.
  • the control device 50 outputs a command signal S1 for switching the connection state of the electric motor 40 to the connection switching unit 60 (time point t11, step S101).
  • the states of the mechanical relays 61, 62, and 63 are switched to the ⁇ connection state (time point t12, step S102).
  • the control device 50 switches the overcurrent threshold value Iover from the first value I1 to the second value I2 (time point t13, step S103).
  • FIG. 13 is a flowchart showing an operation (step S200) when the connection state is switched from the ⁇ connection state to the Y connection state.
  • the control device 50 switches the overcurrent threshold value Iover from the second value I2 for ⁇ connection to the first value I1 for Y connection.
  • a command signal is generated to command that, and the overcurrent threshold value Iover is switched from the second value I2 to the first value I1 (time t20, step S201).
  • the control device 50 outputs a command signal S2 for switching the connection state of the electric motor 40 to the connection switching unit 60 (time point t21, step S202).
  • the states of the mechanical relays 61, 62, and 63 are switched to the ⁇ connection state (time point t22, step S203).
  • FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the motor drive device 1 applied to the air conditioner 2.
  • the control device 50 outputs a command signal to the connection switching unit 60 to set the connection state of the motor 40 to the Y connection state (step S301).
  • the control device 50 sets the overcurrent threshold value Iover to the first value I1 for Y connection (step S302).
  • the control device 50 outputs a control signal to the inverter 30 to rotate and start the motor 40 (step S303), and controls the drive of the motor 40 in the Y-connected state (step S304).
  • the control device 50 While driving the motor 40 in the Y-connected state, the control device 50 controls the rotation speed of the motor 40 in response to a request for an air conditioning load from a control unit (not shown) of the air conditioner 2 (step S305). Next, the control device 50 determines whether or not the capacity of the air conditioning load is sufficient for the requirement of the air conditioning load. That is, the control device 50. It is determined whether the connection state suitable for the requirement of the air conditioning load is the Y connection state or the ⁇ connection state (step S306).
  • step S306 When the state suitable for the request in step S306 is the Y connection state, the control device 50 operates the motor 40 in the Y connection state (step S307). That is, if the current connection state is the Y connection state, the control device 50 continues the operation in the Y connection state, and if the current connection state is the ⁇ connection state, the switching shown as step S100 in FIG. Perform the operation.
  • step S306 When the state suitable for the request in step S306 is the ⁇ connection state, the control device 50 operates the motor 40 in the ⁇ connection state (step S308). That is, if the current connection state is the Y connection state, the control device 50 performs the switching operation shown as step S200 in FIG. 13, and if the current connection state is the ⁇ connection state, the control device 50 operates in the ⁇ connection state. To continue.
  • control device 50 determines whether or not there is an input of a drive stop command for the motor 40 (step S309), and if there is no drive stop command, the process is returned to step S305 to operate the motor 40. If it continues and there is a drive stop command, the drive stop signal is turned ON to stop the operation of the motor 40 (step S310).
  • the overcurrent threshold Iover is set from the first value I1 for Y connection at a time point t13 after the time point t12 when the state switching of the mechanical relays 61, 62, 63 is completed. It is switched to the second value I2 for ⁇ connection.
  • the overcurrent threshold value Iover is controlled so as not to switch to the second value I2, which is higher than the first value I1, of the motor 40. It does not cause a state in which an excessive current flows through the windings 41, 42, and 43. Therefore, irreversible demagnetization can be prevented from occurring in the permanent magnet of the motor 40.
  • the overcurrent threshold Iover is set from the second value I2 for ⁇ connection at the time point t20 before the time point t21 when the command signal S2 for switching the states of the mechanical relays 61, 62, 63 is output. Switch to the first value I1 for Y connection. In this way, the overcurrent threshold value Iover is switched to the first value I1 lower than the second value I2 before the time t21 when the command signal S2 for switching the states of the mechanical relays 61, 62, 63 is output.
  • the control does not cause a state in which an excessive current flows through the windings 41, 42, 43 of the electric motor 40. Therefore, irreversible demagnetization can be prevented from occurring in the permanent magnet of the motor 40.
  • connection switching unit 60 uses mechanical relays 61, 62, 63, the loss can be reduced as compared with the case where the semiconductor relay is used.
  • the connection state can be switched during the rotational operation period of the motor 40, the operation of the air conditioner 2 is not stopped and the comfort is maintained. It is possible to continue operation. Further, it is possible to suppress the occurrence of compressor failure due to the differential pressure activation of the compressor 901.
  • the connection state is changed to the Y connection state under the air conditioning light load condition, the first value I1 for the Y connection is adopted as the overcurrent threshold Iover, and the air is used.
  • the current value of the harmonizer 2 it is possible to improve the operating efficiency under intermediate conditions, which is an effective index for calculating the APF (Annual Performance Factor), and realize high efficiency.
  • the connection state is changed to the ⁇ connection state, and the second value I2 for the ⁇ connection is adopted as the overcurrent threshold value Iover, so that high power operation can be realized.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing an example of the winding of the motor and the other of the connection switching portion.
  • FIG. 15 describes an example in which an electric motor drive device is connected to an electric motor 40a capable of switching the number of turns of each of the windings 41, 42, and 43.
  • the windings 41, 42, and 43 of each phase are composed of two or more winding portions.
  • both ends of each of the two or more winding portions constituting the windings 41, 42, 43 of each phase can be connected to the outside of the motor 40a, and the windings 41, 42, 43 are connected by the connection switching portion 60. Switch the connection state of.
  • the connection switching unit 60 can also be applied to an electric motor capable of switching the winding portion to either parallel connection or series connection.
  • the windings of each phase are composed of two winding portions, and both ends of the winding portions can be connected to the outside of the motor 40a.
  • the configuration for switching the connection state is shown with.
  • the U-phase winding 41 is composed of two winding portions 411 and 412
  • the V-phase winding 42 is composed of two winding portions 421 and 422
  • the W-phase winding 43 is composed of two winding portions 421 and 412. It is composed of two winding portions 431 and 432.
  • the first ends of the winding portions 411, 421 and 431 are connected to the output lines 331, 332 and 333 of the inverter 30 via the external terminals 41c, 42c and 43c, respectively.
  • the second ends of the winding portions 411, 421 and 431 are connected to the common contacts of the mechanical relays 617, 627 and 627 via external terminals 41 g, 42 g and 43 g, respectively.
  • the first ends of the winding portions 412, 422, 432 are connected to the common contacts of the mechanical relays 618, 628, 638 via the external terminals 41h, 42h, 43h, respectively.
  • the second ends of the winding portions 412, 422, and 432 are connected to the neutral node 64 via the external terminals 41d, 42d, and 43d, respectively.
  • the normally closed contacts of the mechanical relays 617, 627 and 637 are connected to the normally closed contacts of the mechanical relays 618, 628 and 638, respectively.
  • the normally open contacts of the mechanical relays 617, 627, 637 are connected to the neutral node 64.
  • the normally open contacts of the mechanical relays 618, 628, and 638 are connected to the output lines 331, 332, and 333 of the inverter 30.
  • the connection switching unit 60 is composed of mechanical relays 617, 627, 637, 618, 628, and 638.
  • connection switching unit 60 Even when such a connection switching unit 60 is used, the mechanical relay of the connection switching unit 60 can be switched during the current control period Pc in the same manner as shown in FIG.

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Abstract

電動機駆動装置（１）は、機械式リレーを有する結線切替部（６０）と、インバータ（３０）と、電流検出部（７０）とを有し、制御装置（５０）は、電動機（４０）の回転動作期間中に結線状態の切り替えを指令する信号（Ｓ１、Ｓ２）を結線切替部（６０）に出力し、過電流閾値を第１の値（Ｉ１）及びそれより高い第２の値（Ｉ２）のいずれかに設定し、巻線電流に対応する値（Ｉｃ）が過電流閾値を超えたときに過電流保護動作を行い、及び結線状態を第１の結線状態（Ｙ）から第２の結線状態（Δ）へ切り替え且つ過電流閾値を第１の値（Ｉ１）から第２の値（Ｉ２）へ切り替える場合、少なくとも第１の信号（Ｓ１）を結線切替部（６０）に出力した時点（ｔ１１）から機械式リレーの状態の切り替えが完了して結線状態が第２の結線状態（Δ）に切り替わる時点（ｔ１２）までの第１の遅延時間（Ｐ１）の間は、過電流閾値を第１の値（Ｉ１）に維持する。

Description

電動機駆動装置及び空気調和機
　本開示は、電動機駆動装置及び空気調和機に関する。
　電動機の固定子巻線（以下「巻線」とも言う。）の結線状態を切り替える機械式リレーを有する結線切替部と、電動機に交流電力を供給して電動機を駆動するインバータとを備えた電動機駆動装置が実用されている。電動機駆動装置は、巻線に流れる電流が過電流閾値を超えたときにインバータを停止させる保護動作を行う。また、巻線の結線状態に応じて過電流閾値を変更する電動機駆動装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１８／０７８８５１号
　しかしながら、機械式リレーを有する結線切替部は、切り替えを指令する指令信号を受けた時点から切替遅延時間が経過した後に機械式リレーの状態が切り替わる特性を有している。つまり、巻線の結線状態は、結線切替部が巻線の結線状態をスター結線（Ｙ結線）からデルタ結線（Δ結線）へ切り替えることを指令する指令信号を受けた時点から切替遅延時間が経過するまでの間はＹ結線状態のままであり、切替遅延時間が経過した後にΔ結線状態に切り替わる。したがって、電動機の回転動作期間中に、結線切替部による結線状態の切り替えを行い、切り替えを指令する指令信号の受信と同時に過電流閾値を現状の値より高い値に切り替えると、切替遅延時間の間に（例えば、過電流閾値を高い値に切り替えた直後に）電動機の巻線に過大な電流が流れ、電動機の永久磁石に不可逆減磁を発生させるおそれがある。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、電動機の回転動作期間中に結線状態を切り替え、過電流閾値を切り替えた場合であっても、固定子巻線に過大な電流を流す状態を発生させない電動機駆動装置及びこれを備えた空気調和機を提供することを目的とする。
　本開示に係る電動機駆動装置は、機械式リレーを有し、前記機械式リレーの状態の切り替えによって電動機の固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、前記機械式リレーを介して前記固定子巻線に電力を供給するインバータと、前記固定子巻線に流れる巻線電流に対応する値を検出する電流検出部と、前記結線切替部及び前記インバータを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記電動機の回転動作期間中に前記結線状態を切り替える場合、前記結線状態を前記第１の結線状態から前記第２の結線状態へ切り替えることを指令する第１の信号及び前記結線状態を前記第２の結線状態から前記第１の結線状態へ切り替えることを指令する第２の信号のいずれかを前記結線切替部に出力し、前記巻線電流に対応する前記値の過電流閾値を第１の値及び前記第１の値より高い第２の値のいずれかに設定し、前記巻線電流に対応する前記値が前記過電流閾値を超えたときに予め決められた過電流保護動作を行い、及び前記結線状態を前記第１の結線状態から前記第２の結線状態へ切り替え且つ前記過電流閾値を前記第１の値から前記第２の値へ切り替える場合、少なくとも前記第１の信号を前記結線切替部に出力した時点から前記機械式リレーの状態の切り替えが完了して前記結線状態が前記第２の結線状態に切り替わる時点までの第１の遅延時間の間は、前記過電流閾値を前記第１の値に維持する。
　本開示によれば、電動機の回転動作期間中に結線状態を切り替え、過電流閾値を切り替えた場合であっても、固定子巻線に過大な電流を流す状態を発生させることがない。
実施の形態に係る空気調和機の構成を示す概略図である。 実施の形態に係る電動機駆動装置の構成を示す図である。 図２の電動機駆動装置のＹ結線状態における電流経路の一例を示す図である。 図２の電動機駆動装置のΔ結線状態における電流経路の一例を示す図である。 図２のインバータの構成を示す図である。 図２の電動機の巻線及び結線切替部の構成を示す回路図である。 図２の結線切替部の構成の例を示す回路図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、Ｙ結線状態及びΔ結線状態における巻線をそれぞれ示す図である。 機械式リレーを通って電動機の巻線に流れる電流の一例を示す波形図である。 （Ａ）は、実施の形態に係る電動機駆動装置におけるＹ結線状態からΔ結線状態への切り替えを示すタイミング図であり、（Ｂ）は、比較例の電動機駆動装置におけるＹ結線状態からΔ結線状態への切り替えを示すタイミング図である。 （Ａ）は、実施の形態に係る電動機駆動装置におけるΔ結線状態からＹ結線への切り替えを示すタイミング図であり、（Ｂ）は、比較例の電動機駆動装置におけるΔ結線状態からＹ結線状態への切り替えを示すタイミング図である。 結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態に切り替えるときの動作を示すフローチャートである。 結線状態をΔ結線状態からＹ結線状態に切り替えるときの動作を示すフローチャートである。 空気調和機に適用された電動機駆動装置の動作を示すフローチャートである。 電動機の巻線と結線切替部の他との例を示す回路図である。
　以下に、実施の形態に係る電動機駆動装置及び空気調和機を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、種々の変更が可能である。なお、以下の説明において、同じ符号が付された構成要素は、同じ又は同様の機能を持つ。
　図１は、実施の形態に係る空気調和機２の構成を示す概略図である。図１に示されるように、空気調和機２は、冷凍サイクル装置９００を含み、冷凍サイクル装置９００は、四方弁９０２の切り替え動作により暖房運転又は冷房運転を行うことができる。なお、冷凍サイクル装置９００は、冷蔵庫、給湯機、などのような各種の冷凍サイクル適用機器に適用可能である。
　暖房運転時には、実線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０１で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室内の熱交換器９０３、膨張弁９０４、室外の熱交換器９０５及び四方弁９０２を通って圧縮機９０１に戻る。冷房運転時には、破線矢印で示されるように、冷媒が圧縮機９０１で加圧されて送り出され、四方弁９０２、室外の熱交換器９０５、膨張弁９０４、室内の熱交換器９０３及び四方弁９０２を通って圧縮機９０１に戻る。
　暖房運転時には、熱交換器９０３が凝縮器として作用して熱放出を行い（つまり、室内を暖房し）、熱交換器９０５が蒸発器として作用して熱吸収を行う。冷房運転時には、熱交換器９０３が蒸発器として作用して熱吸収を行い（つまり、室内を冷房し）、熱交換器９０５が凝縮器として作用して熱放出を行う。電動機駆動装置１は、電動機４０を可変速制御し、圧縮機９０１は、電動機４０によって駆動される。
　図２は、実施の形態に係る電動機駆動装置１の構成を示す図である。電動機駆動装置１は、電動機４０を駆動するための回路である。図２に示されるように、電動機駆動装置１は、リアクトル１１と、整流回路２０と、コンデンサ２１と、インバータ３０と、制御装置５０と、結線切替部６０と、電流検出部７０と、制御電源生成回路８０とを備える。
　電動機駆動装置１には、交流電源入力端子を介して外部の交流電源１０から交流電圧が印加される。印加される電圧は、例えば、振幅の実効値が１００Ｖ又は２００Ｖなどであり、周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどである。整流回路２０は、交流電源１０からリアクトル１１を介して交流電圧を受けて、これを整流することで、直流電圧を生成する。整流回路２０は、ダイオードなどの整流素子をブリッジ接続することで形成された全波整流回路である。コンデンサ２１は、整流回路２０で生成された直流電圧を平滑化して、直流電圧を出力する。
　結線切替部６０は、電動機４０の巻線４１、４２、４３の結線状態を切り替える回路である。結線切替部６０は、機械式リレー６１、６２、６３を有する。機械式リレーは、電磁的に接点が開閉する電磁開閉器である。結線切替部６０は、電動機４０の巻線４１、４２、４３の結線状態を第１の結線状態としてのＹ結線状態及び第２の結線状態としてのΔ結線状態のいずれかに切り替える機能を持つ。図３は、電動機駆動装置１のＹ結線状態における電流経路の一例を矢印付きの太い破線で示す図である。図４は、電動機駆動装置１のΔ結線状態における電流経路の一例を矢印付きの太い破線で示す図である。結線切替部６０は、電動機４０の回転子が回転している回転動作期間中に（すなわち、回転動作を停止させずに）、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替え動作を行うことによって、電動機４０の巻線４１、４２、４３の結線状態の切り替えを完了させることができる。
　インバータ３０は、機械式リレー６１、６２、６３を介して電動機４０の巻線４１、４２、４３に交流電力を供給する。また、インバータ３０には、回転動作期間中の電動機４０の巻線４１、４２、４３から機械式リレー６１、６２、６３を介して逆起電圧が印加される。
　電流検出部７０は、電動機４０の巻線４１、４２、４３に流れる巻線電流に対応する値Ｉｃを検出する。図２の例では、電流検出部７０は、巻線電流に対応する値Ｉｃとして、母線電流、すなわち、インバータ３０の入力電流を検出する。電流検出部７０は、直流母線に挿入されたシャント抵抗を含み、検出結果を示すアナログ信号を制御装置５０に供給する。この信号（すなわち、電流検出信号）は、制御装置５０で図示しないＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部によりデジタル信号に変換されて制御装置５０の内部での処理に用いられる。なお、電流検出部７０は、インバータ３０の入力電流を検出しているが、インバータ３０の出力電流、すなわち、電動機４０の巻線４１、４２、４３のうちの１つ又は複数の巻線に流れる電流を検出する検出部であってもよい。
　制御電源生成回路８０は、コンデンサ２１の両電極間の電圧、すなわち、母線電圧を受けて降圧し、制御電源電圧Ｖ５０及び切替電源電圧Ｖ６０を生成し、制御電源電圧Ｖ５０を制御装置５０に供給するとともに、切替電源電圧Ｖ６０を結線切替部６０に供給する。
　制御装置５０は、インバータ３０を制御することによって電動機４０の回転数（すなわち、回転速度）を制御する。また、制御装置５０は、結線切替部６０に結線状態の切り替えを実行させる。制御装置５０は、電動機４０の巻線４１、４２、４３に流れる交流電流の値がゼロに近づけられている電流制御期間（後述の図９に示されるＰｃ）内に、機械式リレー６１、６２、６３の切り替え動作を実行させる。
　巻線４１、４２、４３の結線状態の切り替えは、結線状態をＹ結線状態及びΔ結線状態のいずれかに切り替える切り替え、又は巻線の巻数の切り替えである。巻線の巻数の切り替えについては、後述の図１５に示される。
　制御装置５０は、例えば、制御情報をソフトウェアプログラムとして記憶する記憶装置としてのメモリと、このプログラムを実行する情報処理装置としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）とを備えたマイコン（マイクロコンピュータ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などで構成される。また、制御装置５０は、専用のハードウェア（例えば、処理回路）で構成されてもよい。
　図５は、図２のインバータ３０の構成を示す図である。図５に示されるように、インバータ３０は、インバータ主回路３１０と、駆動回路３５０とを有する。インバータ主回路３１０の入力端子は、コンデンサ２１の電極に接続されており、電圧Ｖ２０が印加される。整流回路２０の出力、コンデンサ２１の電極、及びインバータ主回路３１０の入力端子を結ぶ線は、直流母線である。
　インバータ３０は、制御装置５０から受け取るＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号Ｓｍ１～Ｓｍ６によって制御されて、インバータ主回路３１０の６つのアームのスイッチング素子３１１～３１６がオン、オフ動作する。このオン、オフ動作によって、インバータ３０は、周波数可変で電圧可変の３相交流電流を生成し、この３相交流電流を電動機４０に供給する。スイッチング素子３１１～３１６には、還流用の整流素子３２１～３２６がそれぞれ並列接続されている。
　電動機４０は、３相永久磁石同期電動機であり、巻線４１、４２、４３の端部が電動機４０の外部に引き出されており、Ｙ結線状態及びΔ結線状態のいずれかへの切り替えが可能なものである。この切り替えは、結線切替部６０により行われる。Ｙ結線状態は第１の結線状態であり、Δ結線状態が第２の結線状態である。
　電動機４０の巻線４１、４２、４３に流れる駆動電流である巻線電流に対応する値Ｉｃが過電流閾値Ｉｏｖｅｒを越えた場合に、インバータ３０からの駆動電流の供給を低減（例えば、停止）する。過電流閾値Ｉｏｖｅｒは、過電流から電動機４０を保護するための電流レベル、すなわち、駆動電流によって永久磁石である希土類磁石に不可逆減磁が発生しないようにするための駆動電流の上限値である。
　図６は、電動機４０の巻線４１、４２、４３及び結線切替部６０の構成を示す回路図である。図６に示されるように、電動機４０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、外部端子４１ｃ、４２ｃ、４３ｃにそれぞれ接続されている。電動機４０の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線４１、４２、４３の第２の端部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂは、外部端子４１ｄ、４２ｄ、４３ｄにそれぞれ接続されている。このように、電動機４０は、結線切替部６０と接続されている。また、外部端子４１ｃ、４２ｃ、４３ｃには、インバータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力線３３１、３３２、３３３が接続されている。
　図７は、図２の結線切替部６０の構成の例を示す回路図である。結線切替部６０は、励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流されているときと、電流が流されていないときとで、異なる状態になる。励磁コイル６１１、６２１、６３１は、半導体スイッチ６０４を介して、切替電源電圧Ｖ６０を受けるように接続される。図２及び図７に示される例では、半導体スイッチ６０４の開閉は、制御装置５０から出力される制御信号である指令信号Ｓ１又はＳ２により制御される。指令信号Ｓ１を第１の信号と言い、指令信号Ｓ２を第２の信号と言う。
　機械式リレー６１の共通接点６１ｃは、リード線６１ｅを介して外部端子４１ｄに接続されている。常閉接点６１ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６１ａは、インバータ３０のＶ相の出力線３３２に接続されている。機械式リレー６２の共通接点６２ｃは、リード線６２ｅを介して外部端子４２ｄに接続されている。常閉接点６２ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６２ａは、インバータ３０のＷ相の出力線３３３に接続されている。機械式リレー６３の共通接点６３ｃは、リード線６３ｅを介して外部端子４３ｄに接続されている。常閉接点６３ｂは、中性点ノード６４に接続され、常開接点６３ａは、インバータ３０のＵ相の出力線３３１に接続されている。
　励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流れていないときは、機械式リレー６１、６２、６３が、図７に示されるように、常閉接点側に切り替った状態、すなわち、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃが常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに接続された状態（すなわち、導通状態）にあり、常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａに接続されていない状態（すなわち、非導通状態）にある。この状態では、電動機４０は、Ｙ結線状態にある。
　励磁コイル６１１、６２１、６３１に電流が流れているときは、機械式リレー６１、６２、６３が図７の状態とは逆になり、常開接点側に切り替った状態、すなわち、共通接点６１ｃ、６２ｃ、６３ｃが常開接点６１ａ、６２ａ、６３ａに接続された状態にあり、常閉接点６１ｂ、６２ｂ、６３ｂに接続されていない状態（すなわち、非導通状態）にある。この状態では、電動機４０は、Δ結線状態にある。
　ここで、電動機４０としてＹ結線状態及びΔ結線状態のいずれかへの切り替えが可能なものを用いることの利点について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、Ｙ結線状態及びΔ結線状態における巻線をそれぞれ示す図である。図８（Ａ）は、Ｙ結線状態の巻線の結線状態、図８（Ｂ）は、Δ結線状態の巻線の結線状態をそれぞれ示す。
　Ｙ結線状態における線間電圧をＶＹ、巻線に流れ込む電流をＩＹとし、Δ結線状態における線間電圧をＶΔ、巻線に流れ込む電流をＩΔとし、各相の巻線に掛かる電圧が互いに等しいとすると、以下の式（１）及び（２）が成立する。
　ＶΔ＝ＶＹ／（√３）　　　（１）
　ＩΔ＝（√３）×ＩＹ　　　（２）
　Ｙ結線状態における電圧ＶＹ及び電流ＩＹと、Δ結線状態における電圧ＶΔ及び電流ＩΔとが式（１）及び（２）の関係を有するとき、Ｙ結線状態とΔ結線状態とで電動機４０に供給される電力が互いに等しい。つまり、電動機４０に供給される電力が互いに等しいとき、Δ結線状態の方が電流は大きく、駆動に必要な電圧が低い。
　以上の性質を利用し、負荷条件などに応じて結線状態を選択することが考えられる。例えば、低負荷時にはＹ結線状態で低速運転し、高負荷時にはΔ結線状態で高速運転することが考えられる。このようにすることで、低負荷時で効率化が可能であり、高負荷時で高出力化が可能である。
　この点について、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機の場合を例に、さらに詳しく述べる。空気調和機の圧縮機駆動用の電動機４０としては、省エネルギー化の要求に応えるため、回転子に永久磁石を備えた同期電動機が広く用いられている。また、空気調和機においては、室温と設定温度との差が大きいときは、電動機４０を高速で回転させる高速運転によって室温を設定温度に早く近づけ、室温が設定温度に近いときは、電動機４０を低速で回転させる低速運転によって室温を維持するようにしている。一般に、このように制御する場合、全運転時間に対する低速運転の時間の占める割合が大きい。
　同期電動機を用いた場合、回転数が上がると逆起電力が増加し、駆動に必要な電圧値が増加する。この逆起電力は、上記のようにＹ結線状態の場合の方がΔ結線状態の場合に比べて高い。高速運転時における逆起電力を抑制するために、永久磁石の磁力を小さくする、又は、巻線の巻数を減らすことが考えられる。しかし、そのようにすると、同一出力トルクを得るための電流が増加するため、電動機４０及びインバータ３０に流れる電流が増加し、効率が低下する。
　そこで、電動機の回転数に応じて結線状態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場合には、Δ結線状態とする。このようにすることで、駆動に必要な電圧を（Ｙ結線状態において必要な電圧に比べ）１／（√３）にすることができる。このため、巻線の巻数を減らす必要もなく、また、弱め磁束制御を用いる必要もない。
　一方、低速回転では、Ｙ結線状態とすることでΔ結線状態の場合に比べて電流値を１／（√３）にできる。さらに、電動機を、巻線をＹ結線状態においての低速運転に適したように設計することが可能となり、Ｙ結線を速度範囲の全域にわたり使用する場合に比べて、電流値を低減することが可能となる。この結果、インバータ３０の損失を低減することができ、効率を高めることが可能となる。
　図９は、電動機４０の機械式リレー６１、６２、６３を通って巻線に流れる電流の一例を示す波形図である。図９は、結線切替前後の電流波形の一例を示している。制御装置５０は、電動機４０の回転子が回転している回転動作期間中に結線状態を切り替える機能を持つ。電動機４０の巻線に流れる電流、すなわち、機械式リレー６１、６２、６３に流れる電流の値（実効値）を、図９に示される電流制御期間Ｐｃのように、ゼロにする制御をさせることができる。よって、機械式リレー６１、６２、６３に電流が流れていない状態で機械式リレー６１、６２、６３の切り替え動作を行うことができ、機械式リレー６１、６２、６３の接点間にアーク放電を生じさせることが無い。このため、機械式リレー６１、６２、６３の接点溶着を防止し、信頼性の高い電動機駆動装置を実現できる。
　図１０（Ａ）は、実施の形態に係る電動機駆動装置１におけるＹ結線からΔ結線への切り替えを示すタイミング図であり、図１０（Ｂ）は、比較例の電動機駆動装置におけるＹ結線からΔ結線への切り替えを示すタイミング図である。制御装置５０は、電動機４０の回転子が回転している回転動作期間中に結線状態を切り替える場合、結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態へ切り替えることを指令する指令信号Ｓ１及び結線状態をΔ結線状態からＹ結線状態へ切り替えることを指令する指令信号Ｓ２のいずれかを結線切替部６０に出力する。また、制御装置５０は、過電流閾値ＩｏｖｅｒをＹ結線用の第１の値Ｉ１及び第１の値Ｉ１より高いΔ結線用の第２の値Ｉ２のいずれかに設定し、巻線電流に対応する値Ｉｃが過電流閾値Ｉｏｖｅｒを超えたときに予め決められた過電流保護動作を行う。過電流保護動作は、例えば、インバータ３０の停止である。なお、例えば、結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態に切り替える際には、指令信号Ｓ１の出力の時点ｔ１１から切替遅延時間の１．０倍より長く５．０倍以内の時点ｔ１３で過電流閾値Ｉｏｖｅｒを切り替えることが可能である。或いは、指令信号Ｓ１の出力の時点ｔ１１から切替遅延時間である第１の遅延時間Ｐ１の値の１．５倍の秒数から最大１．０秒までの間の時点ｔ１３で過電流閾値Ｉｏｖｅｒを切り替えることが可能である。
　制御装置５０は、結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態へ切り替え且つ過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１から第２の値Ｉ２へ切り替える場合、少なくとも指令信号Ｓ１を結線切替部６０に出力した時点（後述の図１０（Ａ）における時点ｔ１１）から機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えが完了して結線状態がΔ結線状態に切り替わる時点（後述の図９（Ａ）における時点ｔ１２）までの第１の遅延時間Ｐ１の間は、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１に維持する。制御装置５０は、結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態へ切り替え且つ過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１から第２の値Ｉ２へ切り替える場合、第１の遅延時間Ｐ１の経過後に前記過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１から第２の値Ｉ２に切り替える。例えば、Ｉ２＝（√３）×Ｉ１である。
　図１１（Ａ）は、実施の形態に係る電動機駆動装置１におけるΔ結線からＹ結線への切り替えを示すタイミング図であり、図１１（Ｂ）は、比較例の電動機駆動装置におけるΔ結線からＹ結線への切り替えを示すタイミング図である。制御装置５０は、結線状態をΔ結線状態からＹ結線状態へ切り替え且つ過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第２の値Ｉ２から第１の値Ｉ１へ切り替える場合、少なくとも指令信号Ｓ２を結線切替部６０に出力した時点ｔ２１から機械式リレーの状態の切り替えが完了して結線状態がＹ結線状態に切り替わる時点ｔ２２までの第２の遅延時間Ｐ２の間は、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１に設定する。
　制御装置５０は、結線状態をΔ結線状態からＹ結線状態へ切り替え且つ過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第２の値Ｉ２から第１の値Ｉ１へ切り替える場合、第２の遅延時間Ｐ２が開始する時点ｔ２１の前の時点ｔ２０に過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第２の値Ｉ２から第１の値Ｉ１に切り替える。例えば、Ｉ１＝Ｉ２／（√３）である。
　図１２は、結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態に切り替えるときの動作（ステップＳ１００）を示すフローチャートである。図１２及び図１０（Ａ）に示されるように、制御装置５０は、電動機４０の結線状態の切り替えの指令信号Ｓ１を結線切替部６０に出力する（時点ｔ１１、ステップＳ１０１）。第１の遅延時間Ｐ１が経過した後に、機械式リレー６１、６２、６３の状態がΔ結線状態に切り替わる（時点ｔ１２、ステップＳ１０２）。次に、制御装置５０は、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１から第２の値Ｉ２に切り替える（時点ｔ１３、ステップＳ１０３）。
　図１３は、結線状態をΔ結線状態からＹ結線状態に切り替えるときの動作（ステップＳ２００）を示すフローチャートである。図１３及び図１１（Ａ）に示されるように、制御装置５０は、制御装置５０は、過電流閾値ＩｏｖｅｒをΔ結線用の第２の値Ｉ２からＹ結線用の第１の値Ｉ１に切り替えることを指令する指令信号を生成し、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第２の値Ｉ２から第１の値Ｉ１に切り替える（時刻ｔ２０、ステップＳ２０１）。次に、制御装置５０は、電動機４０の結線状態の切り替えの指令信号Ｓ２を結線切替部６０に出力する（時点ｔ２１、ステップＳ２０２）。第１の遅延時間Ｐ１が経過した後に、機械式リレー６１、６２、６３の状態がΔ結線状態に切り替わる（時点ｔ２２、ステップＳ２０３）。
　図１４は、空気調和機２に適用された電動機駆動装置１の動作を示すフローチャートである。先ず、制御装置５０は、結線切替部６０に指令信号を出力して電動機４０の結線状態をＹ結線状態に設定する（ステップＳ３０１）。次に、制御装置５０は、過電流閾値ＩｏｖｅｒをＹ結線用の第１の値Ｉ１に設定する（ステップＳ３０２）。次に、制御装置５０は、インバータ３０に制御信号を出力して電動機４０を回転起動させ（ステップＳ３０３）、Ｙ結線状態で電動機４０の駆動制御を行う（ステップＳ３０４）。
　Ｙ結線状態で電動機４０の駆動中に、制御装置５０は、空気調和機２の図示しない制御部からの空調負荷の要求に応じて電動機４０の回転数を制御する（ステップＳ３０５）。次に、制御装置５０は、空調負荷の能力が空調負荷の要求に足りているか否かを判断する。つまり、制御装置５０は。空調負荷の要求に適した結線状態がＹ結線状態であるかΔ結線状態であるかを判断する（ステップＳ３０６）。
　ステップＳ３０６における要求に適した状態がＹ結線状態であるときは、制御装置５０は、Ｙ結線状態における電動機４０の運転を行う（ステップＳ３０７）。つまり、制御装置５０は、現状の結線状態がＹ結線状態であれば、Ｙ結線状態での運転を継続し、現状の結線状態がΔ結線状態であれば、図１２にステップＳ１００として示される切り替え動作を行う。
　ステップＳ３０６における要求に適した状態がΔ結線状態であるときは、制御装置５０は、Δ結線状態における電動機４０の運転を行う（ステップＳ３０８）。つまり、制御装置５０は、現状の結線状態がＹ結線状態であれば、図１３にステップＳ２００として示される切り替え動作を行い、現状の結線状態がΔ結線状態であれば、Δ結線状態での運転を継続する。
　次に、制御装置５０は、電動機４０の駆動停止指令の入力があるか否かを判定し（ステップＳ３０９）、駆動停止指令が無い場合には、処理をステップＳ３０５に戻して電動機４０の運転を継続し、駆動停止指令がある場合には、駆動停止信号をＯＮにして電動機４０の運転を停止する（ステップＳ３１０）。
　以上に説明したように、実施の形態に係る電動機駆動装置１によれば、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えによって電動機４０の結線状態をＹ結線状態からΔ結線状態に切り替えるときに、図１０（Ａ）に示されるように、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えが完了した時点ｔ１２より後の時点ｔ１３で過電流閾値ＩｏｖｅｒをＹ結線用の第１の値Ｉ１からΔ結線用の第２の値Ｉ２に切り替えている。このように、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えが完了する前には、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第１の値Ｉ１よりも高い第２の値Ｉ２に切り替えない制御によって、電動機４０の巻線４１、４２、４３に過大な電流が流れる状態を発生させることがない。したがって、電動機４０の永久磁石に不可逆減磁を発生させないことができる。
　また、実施の形態に係る電動機駆動装置１によれば、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えによって電動機４０の結線状態をΔ結線状態からΔ結線状態に切り替えるときに、図１１（Ａ）に示されるように、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えの指令信号Ｓ２が出力される時点ｔ２１の前の時点ｔ２０に過電流閾値ＩｏｖｅｒをΔ結線用の第２の値Ｉ２からＹ結線用の第１の値Ｉ１に切り替える。このように、機械式リレー６１、６２、６３の状態の切り替えの指令信号Ｓ２が出力される時点ｔ２１の前に、過電流閾値Ｉｏｖｅｒを第２の値Ｉ２よりも低い第１の値Ｉ１に切り替える制御によって、電動機４０の巻線４１、４２、４３に過大な電流が流れる状態を発生させることがない。したがって、電動機４０の永久磁石に不可逆減磁を発生させないことができる。
　また、電動機４０に、ディスプロシウムなどの希土類元素の含有によって減磁耐力を強化した永久磁石を使用する必要がないので、電動機４０のコストを低減しつつ、減磁保護が可能になる。
　また、結線切替部６０は、機械式リレー６１、６２、６３を用いているので、半導体リレーを用いた場合に比べ、損失を低減することができる。
　また、実施の形態に係る電動機駆動装置１によれば、電動機４０の回転動作期間中に結線状態を切り替えることができるので、空気調和機２の運転を停止させることなく、快適性を保ったまま運転継続が可能である。さらに、圧縮機９０１の差圧起動による圧縮機故障の発生を抑制することが可能である。例えば、空気調和機２の圧縮機９０１に電動機４０を適用した場合、空調軽負荷条件では結線状態をＹ結線状態にし、過電流閾値ＩｏｖｅｒとしてＹ結線用の第１の値Ｉ１を採用し、空気調和機２の電流値を抑制しつつＡＰＦ（通年エネルギー消費効率：Ａｎｎｕａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｆａｃｔｏｒ）の計算に効果的な指数である中間条件での運転効率を向上させて高効率化を実現することができる。一方で、空調の過負荷運転では、結線状態をΔ結線状態にし、過電流閾値ＩｏｖｅｒとしてΔ結線用の第２の値Ｉ２を採用し、ハイパワー運転を実現することができる。
　図１５は、電動機の巻線と結線切替部の他との例を示す回路図である。図１５では、巻線４１、４２、４３の各々の巻数を切り替え可能な電動機４０ａに、電動機駆動装置が接続されている例を説明している。図１５の例では、例えば、各相の巻線４１、４２、４３が、２以上の巻線部分から成るものを用いる。この場合、各相の巻線４１、４２、４３を構成する２以上の巻線部分の各々の両端部を、電動機４０ａの外部に接続可能として、結線切替部６０で巻線４１、４２、４３の結線状態を切り替える。また、結線切替部６０は、巻線部分を並列接続及び直列接続のいずれかに切り替えることができる電動機にも適用できる。
　図１５には、Ｙ結線された電動機において各相の巻線を２つの巻線部分で構成し、該巻線部分の各々の両端部を、電動機４０ａの外部に接続可能として、結線切替部６０で結線状態を切り替える構成を示す。具体的には、Ｕ相の巻線４１が２つの巻線部分４１１、４１２で構成され、Ｖ相の巻線４２が２つの巻線部分４２１、４２２で構成され、Ｗ相の巻線４３が２つの巻線部分４３１、４３２で構成されている。
　巻線部分４１１、４２１、４３１の第１の端部は、外部端子４１ｃ、４２ｃ、４３ｃを介してインバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３にそれぞれ接続されている。巻線部分４１１、４２１、４３１の第２の端部は、外部端子４１ｇ、４２ｇ、４３ｇを介して機械式リレー６１７、６２７、６２７の共通接点にそれぞれ接続されている。巻線部分４１２、４２２、４３２の第１の端部は、外部端子４１ｈ、４２ｈ、４３ｈを介して機械式リレー６１８、６２８、６３８の共通接点にそれぞれ接続されている。巻線部分４１２、４２２、４３２の第２の端部は、外部端子４１ｄ、４２ｄ、４３ｄを介して中性点ノード６４にそれぞれ接続されている。
　機械式リレー６１７、６２７、６３７の常閉接点は、機械式リレー６１８、６２８、６３８の常閉接点にそれぞれ接続されている。機械式リレー６１７、６２７、６３７の常開接点は、中性点ノード６４に接続されている。機械式リレー６１８、６２８、６３８の常開接点は、インバータ３０の出力線３３１、３３２、３３３に接続されている。機械式リレー６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８により、結線切替部６０が構成されている。
　このような結線切替部６０が使用されている場合にも、図６で示したものと同様に、電流制御期間Ｐｃに結線切替部６０の機械式リレーの切り替え動作を行うことができる。
　図１５に示される構成の場合、機械式リレー６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８が図示のように常閉接点側に切り替えられた状態では、電動機４０ａは、直列結線状態となり、機械式リレー６１７、６２７、６３７、６１８、６２８、６３８が図示とは逆の常開接点側に切り替えられた状態では、電動機４０ａは並列結線状態となる。
　なお、以上の実施の形態に示した構成は、例に過ぎず、別の公知の技術と組み合わせることも可能である。
　１　電動機駆動装置、　２　空気調和機、　１０　交流電源、　１１　リアクトル、　２０　整流回路、　２１　コンデンサ、　３０　インバータ、　３１　上アーム、　３２　下アーム、　４０、４０ａ　電動機、　４１、４２、４３　巻線、　５０　制御装置、　６０　結線切替部、　６１、６２、６３　機械式リレー、　７０　電流検出部、　８０　制御電源生成回路。

Claims (8)

  1. 　機械式リレーを有し、前記機械式リレーの状態の切り替えによって電動機の固定子巻線の結線状態を第１の結線状態及び第２の結線状態のいずれかに切り替える結線切替部と、
    　前記機械式リレーを介して前記固定子巻線に電力を供給するインバータと、
    　前記固定子巻線に流れる巻線電流に対応する値を検出する電流検出部と、
    　前記結線切替部及び前記インバータを制御する制御装置と、
    　を有し、
    　前記制御装置は、
    　前記電動機の回転動作期間中に前記結線状態を切り替える場合、前記結線状態を前記第１の結線状態から前記第２の結線状態へ切り替えることを指令する第１の信号及び前記結線状態を前記第２の結線状態から前記第１の結線状態へ切り替えることを指令する第２の信号のいずれかを前記結線切替部に出力し、
    　前記巻線電流に対応する値の過電流閾値を第１の値及び前記第１の値より高い第２の値のいずれかに設定し、前記巻線電流に対応する値が前記過電流閾値を超えたときに予め決められた過電流保護動作を行い、及び
    　前記結線状態を前記第１の結線状態から前記第２の結線状態へ切り替え且つ前記過電流閾値を前記第１の値から前記第２の値へ切り替える場合、少なくとも前記第１の信号を前記結線切替部に出力した時点から前記機械式リレーの状態の切り替えが完了して前記結線状態が前記第２の結線状態に切り替わる時点までの第１の遅延時間の間は、前記過電流閾値を前記第１の値に維持する
    　電動機駆動装置。
  2. 　前記制御装置は、前記結線状態を前記第１の結線状態から前記第２の結線状態へ切り替え且つ前記過電流閾値を前記第１の値から前記第２の値へ切り替える場合、前記第１の遅延時間の経過後に前記過電流閾値を前記第１の値から前記第２の値に切り替える
    　請求項１に記載の電動機駆動装置。
  3. 　前記制御装置は、前記結線状態を前記第２の結線状態から前記第１の結線状態へ切り替え且つ前記過電流閾値を前記第２の値から前記第１の値へ切り替える場合、少なくとも前記第２の信号を前記結線切替部に出力した時点から前記機械式リレーの状態の切り替えが完了して前記結線状態が前記第１の結線状態に切り替わる時点までの第２の遅延時間の間は、前記過電流閾値を前記第１の値に設定する
    　請求項１又は２に記載の電動機駆動装置。
  4. 　前記制御装置は、前記結線状態を前記第２の結線状態から前記第１の結線状態へ切り替え且つ前記過電流閾値を前記第２の値から前記第１の値へ切り替える場合、前記第２の遅延時間の前に前記過電流閾値を前記第２の値から前記第１の値に切り替える
    　請求項３に記載の電動機駆動装置。
  5. 　前記結線状態の切り替えは、前記インバータの出力電流がゼロになるように前記制御装置によって前記インバータが制御されている期間に行われる
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  6. 　前記第１の結線状態は、Ｙ結線状態であり、
    　前記第２の結線状態は、Δ結線状態である、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  7. 　前記第１の結線状態と前記第２の結線状態は、互いに前記巻線の巻数が異なる結線状態であり、
    　前記第１の結線状態における巻数は、前記第２の結線状態における巻数より多い
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
  8. 　前記電動機を駆動する、請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機駆動装置と、
    　前記電動機と、
    　を備えた空気調和機。
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