WO2025046769A1

WO2025046769A1 - モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2025046769A1
Application number: PCT/JP2023/031412
Authority: WO
Inventors: 元紀西尾; 正樹金森
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Priority date: 2023-08-30
Filing date: 2023-08-30
Publication date: 2025-03-06
Anticipated expiration: 2026-02-28

Abstract

制御部は、モータの各相巻線の一端が互いに導通状態となる相互導通路を前記第１インバータで形成し、かつ前記モータの各相巻線の他端に生じる電圧に対する整流回路を第２インバータで形成し、前記モータの回生電力を前記形成した整流回路を通して前記第２コンデンサに吸収させる回生電力吸収制御を実行する。

Description

モータ駆動装置及び冷凍サイクル装置

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

　空気調和機や熱源機などの冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動用モータとして、複数の相巻線をスター結線した構成の永久磁石同期モータ、および複数の相巻線を互いに非接続状態とした構成の永久磁石同期モータいわゆるオープン巻線モータ（Open-Windings Motor）、が知られている。

　複数の相巻線をスター結線した構成の永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置は、交流電源の電圧を整流する整流回路、この整流回路の端子に接続されたコンデンサ、およびこのコンデンサとモータの各相巻線との間に接続されたインバータを備え、そのインバータのスイッチングによりモータを駆動する。

　一方、オープン巻線モータを駆動するモータ駆動装置は、交流電源の電圧を整流する整流回路、この整流回路の端子に接続されたコンデンサ、このコンデンサとモータの各相巻線の一端との間に接続された第１インバータ、および上記コンデンサとモータの各相巻線の他端との間に接続された第２インバータを備え、その第１および第２インバータを互いに協調してスイッチングすることによりモータを駆動する。

特許第４７０６９８７号

　上記のようなモータ駆動装置では、モータの回生電力がインバータを通してコンデンサに加わることがある。この場合、コンデンサの電圧が急峻に増加し、その過電圧の発生によってコンデンサや整流回路などの電気部品の破壊を招く可能性がある。

　容量の大きいコンデンサを採用すれば、モータの回生電力をコンデンサで吸収することができるが、容量の大きいコンデンサを採用すると、電源投入時にコンデンサに大きな突入電流が流れ、その突入電流によって整流回路やインバータなどの電気部品の破壊を招く可能性がある。

　本発明の実施形態の目的は、モータの回生電力による過電圧の発生を防ぐことができる安全性にすぐれたモータ駆動装置および冷凍サイクル装置を提供することである。

　実施形態のモータ駆動装置は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって；交流電源の電圧を整流する整流回路と；前記整流回路の端子に接続された第１コンデンサと；複数の第１スイッチ素子とこの第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続された第１ダイオードを含み、前記第１コンデンサと前記各相巻線の一端との間に接続された第１インバータと；複数の第２スイッチ素子とこの第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続された第２ダイオードを含み、前記各相巻線の他端に接続された第２インバータと；前記第２インバータを介して前記各相巻線の他端に接続された第２コンデンサと；制御部とを備える。制御部は、前記各相巻線の一端が互いに導通状態となる相互導通路を前記第１インバータで形成し、かつ前記各相巻線の他端に生じる電圧に対する整流回路を前記第２インバータで形成し、前記モータの回生電力を前記形成した整流回路を通して前記第２コンデンサに吸収させる回生電力吸収制御を実行する。

第１～第４実施形態の構成を示す図。第１実施形態の制御を示すフローチャート。第１～第４実施形態における回生電力吸収制御の電流経路を示す図。第１～第４実施形態における回生電力吸収制御の実行前後の各コンデンサの電圧の変化を示す図。図３の電流経路の変形例を示す図。第２実施形態の制御を示すフローチャート。第３実施形態の制御を示すフローチャート。第４実施形態の制御を示すフローチャート。第５実施形態の要部の構成を示す図。

　［１］第１実施形態のモータ駆動装置について説明する。
　図１に示すように、３相交流電源１にその３相交流電源１の交流電圧Ｖacを全波整流するダイオードブリッジの全波整流回路２が接続され、その全波整流回路２の端子にリアクトル３を介してコンデンサ（第１コンデンサ）Ｃ１が接続されている。そして、コンデンサＣ１の両端にインバータ（第１インバータ）１０の正側ラインＰ１と負側ラインＮ１が接続され、そのインバータ１０の３相端子Ａｕ，Ａｖ，Ａｗにオープン巻線モータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が接続されている。

　オープン巻線モータ４は、互いに非接続状態の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有する永久磁石同期モータである。以下、オープン巻線モータ４のことをモータ４と略称する。

　インバータ１０は、上側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１１と下側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１２のＵ相直列回路、上側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１３と下側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１４のＶ相直列回路、上側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１５と下側スイッチ素子（第１スイッチ素子）１６のＷ相直列回路を正側ラインＰ１と負側ラインＮ１との間に接続し、上側スイッチ素子１１と下側スイッチ素子１２の相互接続点をＵ相端子Ａｕ、上側スイッチ素子１３と下側スイッチ素子１４の相互接続点をＶ相端子Ａｖ、上側スイッチ素子１５と下側スイッチ素子１６の相互接続点をＷ相端子Ａｗとしている。そして、インバータ１０は、コンデンサＣ１の直流電圧を制御部５０からの指令に応じたスイッチングにより所定周波数の３相交流電圧に変換し、それをモータ４の駆動電力としてＵ相端子Ａｕ，Ｖ相端子Ａｖ，Ｗ相端子Ａｗから出力する。また、インバータ１０の６個のスイッチ素子１１～１６の各々に、これらスイッチ素子１１～１６の保護用として、還流ダイオード（第１ダイオード）Ｄ１が逆並列接続されている。

　また、インバータ１０は、上側スイッチ素子１１，１３，１５のオンおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオフにより、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が上側スイッチ素子１１，１３，１５および上側スイッチ素子１１，１３，１５のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路を形成することができる。あるいは、インバータ１０は、上側スイッチ素子１１，１３，１５のオフおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオンにより、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が下側スイッチ素子１２，１４，１６および下側スイッチ素子１２，１４，１６のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路を形成することができる。

　一方、モータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端は、インバータ（第２インバータ）２０の３相端子Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗに接続される。そのインバータ２０の正側ラインＰ２と負側ラインＮ２との間にコンデンサ（第２コンデンサ）Ｃ２が接続されている。すなわち、第２インバータ２０には第２コンデンサＣ２が並列に接続される。

　インバータ２０は、上側スイッチ素子２１と下側スイッチ素子２２のＵ相直列回路、上側スイッチ素子２３と下側スイッチ素子２４のＶ相直列回路、上側スイッチ素子２５と下側スイッチ素子２６のＷ相直列回路を正側ラインＰ２と負側ラインＮ２との間に接続し、上側スイッチ素子２１と下側スイッチ素子２２の相互接続点をＵ相端子Ｂｕ、上側スイッチ素子２３と下側スイッチ素子２４の相互接続点をＶ相端子Ｂｖ、上側スイッチ素子２５と下側スイッチ素子２６の相互接続点をＷ相端子Ｂｗとしている。インバータ１０と同様に、インバータ２０の６個のスイッチ素子２１～２６の各々に、これらスイッチ素子２１～２６の保護用として、還流ダイオード（第２ダイオード）Ｄ２が逆並列接続されている。

　このインバータ２０は、全てのスイッチ素子２１～２６のオフおよびそのオフに伴うスイッチ素子２１～２６のそれぞれ還流ダイオードＤ２の導通により、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端に生じる電圧（回生電力）に対する全波整流回路を形成することが可能である。すなわち、インバータ２０における各還流ダイオードＤ２は、場合によって回生ダイオードＤ２として機能させることができる。このため、以下の回生電力吸収制御を行う場合は、還流ダイオードＤ２のことを回生ダイオードＤ２ともいう。相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端に生じる電圧は各回生ダイオードＤ２で形成された全波整流回路で直流電圧に変換され、その直流電圧がインバータ２０の正側ラインＰ２および負側ラインＮ２を介してコンデンサＣ２に印加される。

　制御部５０は、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を動作電源としたマイクロコンピュータおよびその周辺回路で構成され、内部メモリに保存されているプログラムに基づいて動作する。なお、制御部５０を論理回路によって構成してもよい。そして、制御部５０は、インバータ１０，２０の各スイッチ素子１１～１６，２１～２６のオン・オフを制御してモータ４を可変速駆動する。制御部５０には、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１を検知する電圧検知器５１、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２を検知する電圧検知器５５、インバータ１０と相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端との間の通電路に流れるモータ電流（負荷電流または相巻線電流ともいう）を検知する電流検知器５２、および異常検出部５３が接続されている。異常検出部５３は、複数種のセンサの集合体である各種センサ５４の検知結果に基づき、モータ４やインバータ１０，２０の異常を検出する。各種センサは、例えば、インバータ１０，２０の異常高温を検出する温度センサ等を意味するが、これに限らず、各種の異常検出に係るセンサ類等を意味する。

　制御部５０は、インバータ１０のスイッチングとインバータ２０のスイッチングを、コンデンサＣ１の両端電圧Ｖｃ１、コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｃ２、電流検知器５２で検知されるモータ電流、およびモータ４の目標速度に応じて協調制御することにより、モータ４をいわゆるオープン巻線モードで駆動する。

　また、制御部５０は、電圧検知器５１で検知されるコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が予め定めた閾値Ｖｃｓを超えた場合に、モータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに回生電力が生じて、その回生電力がインバータ１０を通してコンデンサＣ１に加わる状況にあるとの判断の下に、モータ４の回生電力をコンデンサＣ２に吸収させる制御いわゆる回生電力吸収制御を実行する。具体的には、制御部５０は、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が上側スイッチ素子１１，１３，１５および上側スイッチ素子１１，１３，１５のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路をインバータ１０における上側スイッチ素子１１，１３，１５のオンおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオフにより形成し、（あるいは上側スイッチ素子１１，１３，１５のオフおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオンにより形成し）、かつモータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端に生じる電圧に対する全波整流回路をインバータ２０の全てのスイッチ素子２１～２６のオフおよびそのオフに伴うスイッチ素子２１～２６のそれぞれ還流ダイオードＤ２の導通によって形成し、モータ４の回生電力をその全波整流回路を通してコンデンサＣ２に吸収させる。

　この回生電力吸収制御の実行により、モータ４の回生電力がインバータ１０を通してコンデンサＣ１に加わる事態を回避することができる。つまり、コンデンサＣ１の容量は、コンデンサＣ１に生じる電圧Ｖｃ１のうちインバータ１０，２０のスイッチングにより生じる高周波成分を除去し得る程度の大きさで十分であり、例えば数十μF程度に抑えることができる。これにより、コンデンサＣ１に対する突入電流防止回路を削除することが可能となり、安全性を保ちながら、回路の小形化、簡素化に寄与する。さらに、コンデンサＣ１には電解コンデンサではなく、小型小容量のフィルムコンデンサを用いることができる。一方、コンデンサＣ２の容量は、回生電力を吸収するため、コンデンサＣ１の容量より大きい例えば数百μF程度の電解コンデンサが使用される。

　上記全波整流回路２、リアクトル３，コンデンサＣ１、インバータ１０，２０、コンデンサＣ２、制御部５０、電圧検知器５１、電流検知器５２、５５，異常検出部５３，各種センサ５４により、モータ４を駆動するモータ駆動装置が構成されている。

　モータ４は、例えば冷凍サイクル装置における圧縮機６１の駆動用モータである。圧縮機６１の圧縮機構部（図示しない）の軸とモータ４の回転軸は、直結、すなわち一体に構成されている。モータ４の回転軸の回転により、圧縮機６１の圧縮機構部が動作して冷媒が圧縮される。圧縮機６１の吐出口に、四方弁６２を介して室外熱交換器６３の一端が配管接続され、その室外熱交換器６３の他端に減圧器である電動膨張弁６４を介して室内熱交換器６５の一端が配管接続されている。そして、室内熱交換器６５の他端に上記四方弁６２を介して圧縮機６１の吸込口が配管接続されている。これら配管接続により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。室外熱交換器６３の近傍に室外ファン６６が配置され、室内熱交換器６５の近傍に室内ファン６７が配置されている。

　冷房運転時は、図１に実線矢印で示すように、圧縮機６１から吐出されるガス冷媒が四方弁６２を介して室外熱交換器６３に流れる。室外熱交換器６３に流れたガス冷媒は、外気に熱を放出して凝縮する。この室外熱交換器（凝縮器）６３から流出する液冷媒は、電動膨張弁６４で減圧された状態で室内熱交換器６５に流れる。室内熱交換器６５に流れた液冷媒は、室内空気から熱を奪って蒸発する。この室内熱交換器（蒸発器）６５から流出するガス冷媒は、四方弁６２を通って圧縮機６１に吸い込まれる。暖房運転時は、四方弁６２の流路が切換えられることにより、図１に破線矢印で示すように、圧縮機６１から吐出されるガス冷媒が四方弁６２を介して室内熱交換器６５に流れる。室内熱交換器６５に流れたガス冷媒は、室内空気に熱を放出して凝縮する。この室内熱交換器（凝縮器）６５から流出する液冷媒は、電動膨張弁６４で減圧されて室外熱交換器６３に流れる。室外熱交換器６３に流れた液冷媒は、外気から熱を奪って蒸発する。この室外熱交換器（蒸発器）６３から流出するガス冷媒は、四方弁６２を通って圧縮機６１に吸い込まれる。

　上記四方弁６２、電動膨張弁６４、室外ファン６６のファンモータ６６Ｍ、室内ファン６７のファンモータ６７Ｍは空調コントローラ７０に接続され、その空調コントローラ７０に異常検出部７１および各種センサ７２が接続されている。異常検出部７１は、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの異常やファンモータ６６Ｍ，６７Ｍの異常などを検出する。各種センサ７２は、室内空気温度、外気温度、熱交換器温度、冷媒温度、冷凍サイクルの高圧圧力などを検知する複数種のセンサの集合体である
　空調コントローラ７０は、異常検出部７１の検出結果および各種センサ７２の検知結果などに応じて、四方弁６２、電動膨張弁６４、ファンモータ６６Ｍ，６７Ｍを制御するとともに、モータ４の目標速度を制御部５０に指示する。

　制御部５０が実行する制御を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
　制御部５０は、インバータ１０のスイッチングとインバータ２０のスイッチングを互いに協調制御することによってモータ４をオープン巻線状態で駆動（オープン巻線モード）し、かつモータ４の速度が空調コントローラ７０から指示される目標速度となるようインバータ１０，２０のスイッチングのオン，オフデューティを制御する通常運転を実行する（S1）。
　この通常運転の実行に伴い、制御部５０は、電圧検知器５１で検知されるコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１と予め定めた閾値Ｖｃｓとを比較する（S2）。閾値Ｖｃｓは、モータ４の回生電力（モータ４の慣性エネルギー、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに蓄えられる磁気エネルギー、モータ４のロータの磁石の回転に伴い相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに誘起する電圧などに起因して生じる回生電力）がインバータ１０を通してコンデンサＣ１に加わる状況にあるか否かを判断するためのものである。

　例えば、異常検出部５３が何らかの異常を検出してモータ４の駆動を停止（保護停止）するべく、制御部５０がインバータ１０，２０のスイッチングを停止した場合、すなわちインバータ１０，２０のすべてのスイッチ素子をオフした場合、モータ４のロータの回転が慣性で続くことがある。この場合、モータ４のイナーシャJと回転速度ωに応じて、“（1/2）・J・ω＾2”で表わされる慣性エネルギーが発生する。この慣性エネルギーは回生電力としてインバータ１０を通りコンデンサＣ１に加わろうとする。
一般にコンデンサで吸収可能なエネルギーは、定常時のコンデンサの両端電圧をＶ１、過電圧発生後のコンデンサの両端電圧をＶ２、コンデンサの容量をＣとすると、“（1/2）・Ｃ・（Ｖ２＾2－Ｖ１＾2）”で表される。コンデンサの両端電圧Ｖ２がそのコンデンサが接続されている全波整流回路の定格電圧によって決まる。一方、コンデンサで吸収し得る回生電力の量はそのコンデンサの容量Ｃによって決まる。つまり、コンデンサの容量Ｃが大きければ吸収し得る回生電力の量が多くなり、コンデンサの容量Ｃが小さければ吸収し得る回生電力の量が少なくなる。小さい容量Ｃのコンデンサでは、大きな回生電力を吸収することができず、コンデンサが故障するおそれがある。
上記したように、コンデンサＣ１の容量は、インバータ１０，２０のスイッチングにより生じる高周波成分を除去し得る程度の大きさに抑えている。このため、モータ４の大きな回生電力は、コンデンサＣ１に加えることなく、コンデンサＣ１より容量が大きいコンデンサＣ２に吸収させる必要がある。

　そこで、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１がコンデンサＣ１での定格上の許容範囲のわずかに下に設定された閾値Ｖｃｓを超えた場合（S2のYES）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じてそれがインバータ１０を通してコンデンサＣ１に加わる状況にあるとの判断の下に、モータ４の回生電力をコンデンサＣ２に吸収させる回生電力吸収制御を実行する（S3）。すなわち、制御部５０は、図３に示すように、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が上側スイッチ素子１１，１３，１５および上側スイッチ素子１１，１３，１５のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路をインバータ１０における上側スイッチ素子１１，１３，１５のオンおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオフより形成するとともに、インバータ２０の全てのスイッチ素子２１～２６をオフする。インバータ２０の全てのスイッチ素子２１～２６がオフすることにより、モータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端に生じる電圧に対する全波整流回路がインバータ２０の各回生ダイオードＤ２によって形成される。

　相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が上側スイッチ素子１１，１３，１５および上側スイッチ素子１１，１３，１５のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路が形成されることにより、モータ４の回生電力がインバータ１０で遮断されてコンデンサＣ１には流れなくなる。そして、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端に生じる電圧に対する全波整流回路がインバータ２０の各回生ダイオードＤ２で形成されることにより、モータ４の回生電力がインバータ２０で直流電圧となってコンデンサＣ２に印加される。

　回生電力吸収制御を実行時のコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１の変化およびコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２の変化の一例を図４に示している。ここでは、３相交流電源１の交流電圧Ｖｃが２００Ｖ、閾値Ｖｃｓを約６００Ｖに設定した例を示す。図４中、時点Ａまでは、正常にオープン巻線モードでのモータ駆動が行われており、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は３相交流電源１の交流電圧Ｖｃの全波整流値である約３００Ｖとなっている。

　また、図４ではインバータ１０，２０の制御によってコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２もコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１とほぼ同じ３００Ｖに制御されている例を示しているが、これ以外の電圧値でもよい。コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は、インバータ１０，２０の制御によって任意の値に制御可能である。ちなみに、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２の生成方法については、例えば、本件出願人の特許6755845号公報に記載されている。

ここで、時点Ａにおいて、何らかの原因でインバータ１０，２０の運転が停止、もしくは急激なモータ速度の減速が生じると、モータ４の回生電力が発生する。この回生電力がコンデンサＣ１，Ｃ２に印加され、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２が上昇する。そして、時点ＢでコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値Ｖｃｓの約６００Ｖを超える。
コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値Ｖｃｓを超えた場合（S2のYES）、制御部５０は、上述の回生電力吸収制御を実行する。この回生電力吸収制御の実行により、回生電力による電流は、コンデンサＣ１に流れなくなって容量の大きいコンデンサＣ２に流れる。このため、時点Ｂ以降はコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１は、それ以上に上昇することなく、閾値Ｖｃｓの約６００Ｖのまま維持される。

一方、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は、回生電流によって増加するが、コンデンサＣ２が十分な容量を備えているため、ピーク時においても５００Ｖよりも低い値に抑制される。そして、図４中、時間が0.02（秒）の付近で回生電力の発生が終了し、コンデンサＣ２に対しても回生電流が流れなくなる。これ以後、コンデンサＣ２の自然放電によってコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は徐々に低下し始める。なお、図４で示す時間を超えて時間が経過すれば、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１も徐々に低下し、正常運転時と同じ約３００Ｖまで低下することになる。

　このように、モータ４の回生電力をコンデンサＣ１に加えることなくコンデンサＣ２に吸収させることにより、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が急峻に増加して過電圧となる不具合を解消することができる。過電圧が発生しないので、コンデンサＣ１や全波整流回路２などの電気部品の破壊を防ぐことができる。

　仮に、過電圧への対処としてコンデンサＣ１の容量を大きくすると、３相交流電源１の投入時に大きな突入電流がコンデンサＣ１に流れる不具合を生じるとともに、その突入電流への対処として突入電流防止回路を採用しなければならない。しかしながら、モータ４の回生電力をコンデンサＣ１には加えることなくコンデンサＣ２に吸収させるので、コンデンサＣ１の容量を大きくする処置は不要であり、よって突入電流がコンデンサＣ１に流れる不具合を回避することができる。三相交流電源１の投入時にインバータ１０の全てのスイッチ素子１１～１６をオフしておくことで、突入電流がコンデンサＣ２に流れる不具合も生じない。

　突入電流が流れないので、突入防止回路の採用が不要であり、リアクトル３の容量を低減することも可能である。これにより、モータ駆動装置の回路規模をできるだけ小型化することができる。

　コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２については、モータ４からインバータ２０への入力電力を制御することで、任意の値に調整することができる。これにより、コンデンサＣ２およびインバータ２０から瞬時に有効電力を出力してモータ４の脈動を抑制することが可能であり、コンデンサＣ２およびインバータ２０から瞬時に無効電力を出力することでモータ４の運転速度範囲を拡大することも可能である。

　続いて、回生電力吸収制御の実行に後、制御部５０は、回生電力吸収制御の解除条件の成立を判定する（S4）。解除条件の成立として、例えば、予め定めた一定時間の経過、異常検出部５３による異常検出の解除（保護停止の解除）、空調コントローラ７０から指示される目標速度の変更などがある。なお、圧縮機６１は冷媒を高圧まで圧縮するために高いトルクが必要な高負荷であり、圧縮機６１を駆動するモータ４への通電が停止されると、その後は慣性で回転する時間は極めて短い。このため、回生電力吸収制御の解除の判断基準として時間を用いる場合は、回生電力吸収制御の開始から０．１秒もあれば、十分である。

　なお、ステップS2において電圧Ｖｃ１が閾値Ｖｃｓ以下の場合（S2のNO）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況ではないとの判断の下に、通常運転を継続する（S1）。　上記実施形態では、回生電力吸収制御において、図３に示すように相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が上側スイッチ素子１１，１３，１５およびその上側スイッチ素子１１，１３，１５のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路をインバータ１０における上側スイッチ素子１１，１３，１５のオンおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオフにより形成したが、それに限らず、図５に示すように相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端が下側スイッチ素子１２，１４，１６およびその下側スイッチ素子１２，１４，１６のそれぞれ還流ダイオードＤ１を通して互いに導通状態となる相互導通路をインバータ１０における上側スイッチ素子１１，１３，１５のオフおよび下側スイッチ素子１２，１４，１６のオンにより形成してもよい。このスイッチングパターンでも回生電力をコンデンサＣ２に吸収させることができる。

　［２］第２実施形態について説明する。
　第１実施形態においては、回生電力吸収制御の開始の判定を、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１の上昇で判定したが、第２実施形態では、制御部５０は、回生電力吸収制御を、モータ４の速度Ｈの低下量“－ΔＨ”が予め定めた閾値“－ΔＨｓ”を超えた場合に実行する。他の構成は第１実施形態と同じである。

　制御部５０は、図６のフローチャートに示すように、モータ４の速度が空調コントローラ７０から指示される目標速度となるようインバータ１０のスイッチングを制御する通常運転に伴い（S1）、モータ４の速度Ｈの低下量“－ΔＨ”と予め定めた閾値“－ΔＨｓ”とを比較する（S2a）。モータ４の速度Ｈの低下量“－ΔＨ”は、空調コントローラ７０から指示される目標速度の低下量に相当する。閾値“－ΔＨｓ”は、目標速度の急減（インバータ１０の出力周波数の急減）がモータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに誘起電圧（回生電力）を生じさせる状況にあるか否かを判断するためのものである。

　例えば、目標速度が急減してもそれまでの目標速度に応じたロータの慣性回転が続く場合、モータ４の回生エネルギーが発生する。この回生エネルギーがモータ４の回生電力としてインバータ１０およびコンデンサＣ１に加わろうとする。

　速度Ｈの低下量“－ΔＨ”が閾値“－ΔＨｓ”以下の場合（S2aのNO）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況ではないとの判断の下に、通常運転を継続する（S1）。

　速度Ｈの低下量“－ΔＨ”が閾値“－ΔＨｓ”を超えた場合（S2aのYES）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況にあるとの判断の下に、回生電力吸収制御を実行する（S3）。この回生電力吸収制御は第１実施形態の回生電力吸収制御と同じであり、その回生電力吸収制御の実行により得られる効果も第１実施形態と同じである。なお、ここではモータ４の速度Ｈの低下量に空調コントローラ７０から指示される目標速度の低下量としたが、実際のモータ速度を検出もしくは推定して、このモータ４の実速度の低下量を上述の速度Ｈに置き換えてもよい。

　回生電力吸収制御の実行に伴い、制御部５０は、回生電力吸収制御の解除条件の成立を判定する（S4）。解除条件の成立として、予め定めた一定時間の経過、空調コントローラ７０から指示される目標速度の変更などがある。

　この方式によれば、第1の実施形態におけるコンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１が閾値Ｖｃｓを超えるよりも前に回生エネルギーの発生を検出もしくは予測することができる。但し、この方式はモータ４の回転数の急減の場合にしか対応できないため、第１実施形態と組み合わせて実行することが望ましい。

　［３］第３実施形態について説明する。
　第３実施形態として、制御部５０は、回生電力吸収制御をインバータ１０からモータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの供給電力Ｐが負の値になった場合に実行するとともに、回生電力吸収制御をインバータ１０からモータ４の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの供給電力Ｐの低下量“－ΔＰ”が予め定めた閾値“－ΔＰｓ”を超えた場合にも実行する。他の構成は第１実施形態と同じである。

　制御部５０は、図７のフローチャートに示すように、モータ４の速度が空調コントローラ７０から指示される目標速度となるようインバータ１０のスイッチングを制御する通常運転に伴い（S1）、インバータ１０から相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの供給電力Ｐをインバータ１０の出力周波数に対応するインバータ１０の出力電圧および電流検知器５２で検知されるモータ電流（負荷電流）に基づいて算出し、かつ算出した供給電力Ｐの低下方向の変化がある場合にその低下量“－ΔＰ”を算出する（S21）。

　そして、制御部５０は、算出した供給電力Ｐが負の値であるか否かを判定する（S22）。供給電力Ｐは、モータ４の回生電力が生じていない場合は正の値となり、モータ４の回生電力が生じていてもその回生電力より大きければ正の値となるが、モータ４の回生電力より小さい場合は負の値となる。

　供給電力Ｐが負の値でない場合（S1のYES）、制御部５０は、上記算出した低下量“－ΔＰ”と予め定めた閾値“－ΔＰｓ”とを比較する（S23）。閾値“－ΔＰｓ”は、目標速度の急減（インバータ１０の出力周波数の急減）がモータ４の回生電力を生じさせる状況にあるか否かを判断するためのものである。

　供給電力Ｐの低下量“－ＰＨ”が閾値“－ΔＰｓ”以下の場合（S23のNO）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況ではないとの判断の下に、通常運転を継続する（S1）。

　供給電力Ｐの低下量“－Ｐ”が閾値“－ΔＰｓ”を超えた場合（S23のYES）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況にあるとの判断の下に、回生電力吸収制御を実行する（S3）。この回生電力吸収制御は第１実施形態の回生電力吸収制御と同じであり、その回生電力吸収制御の実行により得られる効果も第１実施形態と同じである。

　［４］第４実施形態について説明する。
　第４実施形態として、制御部５０は、回生電力吸収制御を、モータ４に対する停止指示が空調コントローラ７０からあった場合に実行する。他の構成は第１実施形態と同じである。

　制御部５０は、図８のフローチャートに示すように、モータ４の速度が空調コントローラ７０から指示される目標速度となるようインバータ１０のスイッチングを制御する通常運転に伴い（S1）、モータ４に対する停止指示を監視する（S2b）。モータ４に対する停止指示とは、空調コントローラ７０からの停止指示、異常検出部５３が何らかの異常を検出した場合の停止指示（保護停止）、電流検知器５２で検知されるモータ電流が異常上昇した場合に制御部５０が自ら発する停止指示（過電流異常の停止指示）などである。なお、異常検出部５３が検出する異常として、三相交流電源１の交流電圧の異常上昇や異常低下、三相交流電源１の交流電流の異常、モータ４の脱調などがある。

　モータ４に対する停止指示がない場合（S2bのNO）、制御部５０は、モータ４の回生電力が生じる状況ではないとの判断の下に、通常運転を継続する（S1）。

　モータ４に対する停止指示があった場合、制御部５０はインバータ１０のスイッチングを直ちに停止するが、モータ４のロータが慣性回転を続けて回生エネルギーを発生することがある。この回生エネルギーが回生電力として相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗからインバータ１０およびコンデンサＣ１に加わろうとする。

　そこで、制御部５０は、モータ４に対する停止指示があった場合（S2bのYES）、モータ４の回生電力が生じる可能性が高い状況にあるとの判断の下に、回生電力吸収制御を実行する（S3）。この回生電力吸収制御は第１実施形態の回生電力吸収制御と同じであり、その回生電力吸収制御の実行により得られる効果も第１実施形態と同じである。

　回生電力吸収制御の実行に伴い、制御部５０は、回生電力吸収制御の解除条件の成立を判定する（S4）。解除条件の成立として、モータ４に対する停止指示の解除、予め定めた一定時間の経過、空調コントローラ７０から指示される目標速度の変更などがある。

　［５］第５実施形態について説明する。
　図９に示すように、コンデンサＣ２の両端にインバータ（第３インバータ）３０の正側ラインＰ３と負側ラインＮ３が接続され、そのインバータ３０の３相端子Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗに図１における室内ファン６７のファンモータ（３相の永久磁石同期モータ）６７Ｍが接続されている。さらに、コンデンサＣ２の両端にインバータ（第４インバータ）４０の正側ラインＰ４と負側ラインＮ４が接続され、そのインバータ４０の３相端子Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗに図１における室外ファン６８のファンモータ（３相の永久磁石同期モータ）６８Ｍが接続されている。

　この構成によれば、コンデンサＣ２に吸収した回生電力をファンモータ６７Ｍ，６８Ｍの駆動電力として有効に活用することができる。他の構成および効果は、第１実施形態と同じである。

　以上説明した第１実施形態から第５実施形態は、それぞれ回生電力の発生もしくは発生予測を行うに際し、異なる判定基準を用いた例を示している。これらの各実施形態における判定基準は、それぞれを適宜取捨選択して組み合わせて用いてもよい。
　上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１…三相交流電源、２…全波整流回路、３…リアクトル、４…オープン巻線モータ、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ…相巻線、Ｃ１…コンデンサ（第１コンデンサ）、１０…インバータ（第１インバータ）、２０…インバータ（第２インバータ）、Ｃ２…コンデンサ（第２コンデンサ）、５０…制御部、６１…圧縮機、６２…四方弁、６３…室外熱交換器、６５…室内熱交換器、６６…室外ファン、６７…室内ファン、７０…空調コントローラ。

Claims

　互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、
　交流電源の電圧を整流する整流回路と、
　前記整流回路の端子に接続された第１コンデンサと、
　複数の第１スイッチ素子とこの第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続された第１ダイオードを含み、前記第１コンデンサと前記各相巻線の一端との間に接続された第１インバータと、
　複数の第２スイッチ素子とこの第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続された第２ダイオードを含み、前記各相巻線の他端に接続された第２インバータと、
　前記第２インバータを介して前記各相巻線の他端に接続された第２コンデンサと、
　前記各相巻線の一端が互いに導通状態となる相互導通路を前記第１インバータで形成し、かつ前記各相巻線の他端に生じる電圧に対する整流回路を前記第２インバータで形成し、前記モータの回生電力を前記形成した整流回路を通して前記第２コンデンサに吸収させる回生電力吸収制御を実行する制御部と、
　を備えるモータ駆動装置。
　前記第１コンデンサの容量は、前記第１コンデンサに生じる電圧のうち、前記第１インバータおよび前記第２インバータのスイッチングにより生じる高周波成分を除去し得る程度の大きさであり、
　前記第２コンデンサの容量は、前記第１コンデンサの容量より大きい、
　請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記制御部は、前記第１コンデンサの電圧が閾値を超えた場合に前記回生電力吸収制御を実行する、
　請求項１に記載のモータ駆動装置。
　前記制御部は、前記モータの速度の低下量が閾値を超えた場合に前記回生電力吸収制御を実行する、
　請求項１または３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
　前記制御部は、前記第１インバータから前記各相巻線への供給電力が負の値になった場合に前記回生電力吸収制御を実行するとともに、前記第１インバータから前記各相巻線への供給電力の低下量が閾値を超えた場合に前記回生電力吸収制御を実行する、
　請求項１または３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
　前記制御部は、前記モータに対する停止指示があった場合に前記回生電力吸収制御を実行する、
　請求項１または３のいずれかに記載のモータ駆動装置。
　前記第２コンデンサの電圧を他のモータの駆動用電力に変換する第３インバータをさらに備える、
　請求項１に記載のモータ駆動装置。
　請求項１に記載のモータ駆動装置を備える冷凍サイクル装置であって、
　前記モータにより駆動され冷媒を吸込んで圧縮し吐出する圧縮機を含み、この圧縮機の吐出冷媒を四方弁、凝縮器、減圧器、および蒸発器に通して前記圧縮機の吸込み側に戻すヒートポンプ式冷凍サイクル、
　を備える冷凍サイクル装置。