CN115398796A

CN115398796A - 驱动装置和空气调节装置

Info

Publication number: CN115398796A
Application number: CN202080099611.XA
Authority: CN
Inventors: 小林贵彦; 畠山和德; 丰留慎也
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2022-11-25
Also published as: JPWO2021210129A1; JP7258235B2; WO2021210129A1

Abstract

一种驱动装置(1)，具备对马达(3)的接线状态进行切换的接线切换装置(5)以及向马达输出交流电压的逆变器(4)，在将马达(3)的电流控制为零的电流零控制的期间(T0[s])中，接线状态被切换。电流零控制的开始时(t2)的马达的速度(ω2)为阈值(ω0)以上。阈值(ω0)是基于马达的轴惯量(Jm)、逆变器(4)的输出电流(I1)以及马达的转矩常数(Kt)决定的。不会对接线切换装置造成损伤，且能够防止因马达的速度的下降引起的失步、停止等。

Description

驱动装置和空气调节装置

技术领域

本公开涉及一种驱动装置和空气调节装置。本公开特别涉及一种通过逆变器对能够切换接线状态的马达进行驱动的驱动装置和具备该驱动装置的空气调节装置。

背景技术

以往，已知为了扩大马达的转速范围(即输出的范围)而将马达的定子绕组(以下还仅称为“绕组”)的接线状态在星形接线(以下称为Y接线)与三角形接线(以下称为Δ接线)之间切换。

在切换时，重要的是减小在切换时施加到马达的冲击。例如，公开了如下技术：基于转速传感器的输出来判定永磁体马达是否处于加减速中，在处于加减速中的情况下，不进行接线的切换，在不处于加减速中的时间点进行该切换，由此降低因进行接线的切换引起的冲击(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开平6-225588号公报(第2～3页)

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的技术中，存在如下问题：如果在接线切换装置中流过电流的状态下进行接线的切换，则接线切换装置的切换开关有可能受到损伤。为了避免受到上述的损伤，期望在将马达的电流控制为零的状态下进行切换。但是，存在如下课题：使马达的电流为零的输出转矩变为零，马达的速度下降，导致马达失步、停止。

本公开的目的在于提供一种驱动装置，该驱动装置通过逆变器对能够通过接线切换装置切换接线状态的马达进行驱动，且该驱动装置不会对接线切换装置造成损伤、且能够防止因马达的速度的下降引起的失步、停止等。

用于解决问题的方案

本公开所涉及的驱动装置具备：接线切换装置，对连接于负载的马达的接线状态进行切换；以及逆变器，连接于电力源，向马达输出交流电压，其中，

在将所述马达的电流控制为零的电流零控制的期间中，所述接线状态被切换，且所述电流零控制的开始时的所述马达的速度为阈值以上。

发明的效果

根据本公开，不会对接线切换装置造成损伤，且能够防止因马达的速度的下降引起的失步、停止等。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的驱动装置的结构的概略图。

图2的(a)和(b)是表示图1的电力源的不同的结构例的概略图。

图3是更详细地表示图1的接线切换装置的电路图。

图4是表示图1的接线切换装置的变形例的电路图。

图5是表示图1的逆变器的详情的电路图。

图6是将实现图1的控制部的功能的计算机与电流检测单元、逆变器以及接线切换装置一起示出的布线图。

图7是表示实施方式1的驱动装置中的切换控制序列的动作的一例的时间图。

图8是表示由实施方式1的驱动装置进行切换控制序列时的控制部的动作的流程图。

图9是表示由实施方式2的驱动装置进行切换控制序列时的控制部的动作的流程图。

图10是表示由实施方式3的驱动装置进行的切换控制序列的动作的一例的时间图。

图11是表示由实施方式3的驱动装置进行切换控制序列时的控制部的动作的流程图。

图12是表示由实施方式4的驱动装置进行切换控制序列时的控制部的动作的流程图。

图13是表示实施方式5所涉及的空气调节装置的结构例的概略图。

(附图标记说明)

1：驱动装置；2：负载；3：马达；4：逆变器；4a、4b：直流母线；4u、4v、4w：输出端子；5：接线切换装置；6：电流检测单元；7：控制部；8：电力源；41：逆变器主电路；45：驱动电路；51u、51v、51w：切换器；52：中性点节点；81a、81b：单相交流电源；82a、82b：交直电力变换器；100：空气调节装置；101：室外机；102：室内机；103：空气调节控制器；110：压缩机；111：压缩要素；121：四通阀；122：热源侧交换器；123：热源侧膨胀阀；131：负载侧膨胀阀；132：负载侧交换器；141：制冷剂配管；411～416：开关元件。

具体实施方式

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的驱动装置1的结构的电路图。

图示的驱动装置1用于对连接于负载2的马达3进行驱动，具有逆变器4、接线切换装置5、电流检测单元6以及控制部7。

逆变器4从电力源8接收电力的供给，向马达3输出频率可变且电压可变的三相的交流电压。交流电压的频率被控制成使马达3的速度成为期望的值。

接线切换装置5对马达3的接线状态进行切换。

电流检测单元6检测逆变器4的输出相电流。电流检测单元6例如由设置于将逆变器4与马达3连接的布线上的ACCT或者DCCT之类的电流传感器构成。“ACCT”是AlternatingCurrent Current Transducer(交流电流传感器)的简称，“DCCT”是Direct CurrentCurrent Transducerr(直流电流传感器)的简称。

控制部7基于电流检测单元6中的检测结果控制逆变器4和接线切换装置5。

马达3经由马达轴连接于负载2。负载2例如是空气调节装置的压缩机的压缩要素。

马达3例如是三相永磁体同步马达，3个相u、v、w的绕组3u、3v、3w的两端部被引出到马达3的外部，能够在Y接线与Δ接线之间切换接线状态。切换是由接线切换装置5进行的。

图2的(a)和(b)表示电力源8的结构例。

图2的(a)所示的电力源8由交直电力变换器82a构成，该交直电力变换器82a具有将从三相的交流电源81a供给的交流电力变换为直流电力的转换器82aa、电抗器82ab以及电容器82ac。

图2的(b)所示的电力源8由交直电力变换器82b构成，该交直电力变换器82b具有将从单相的交流电源81b供给的交流电力变换为直流电力的周知的转换器82ba、电抗器82bb以及电容器82bc。

此外，虽然在图2的(a)和(b)中未示出，但是也可以在交直电力变换器82a、82b的输出侧***有将直流电压进行升压的升压电路。升压电路例如也可以是DC-DC转换器。

电力源8也可以是直接供给直流的电源的电池，以代替图2的(a)和(b)所示的结构。在电力源8由电池构成的情况下，也可以在其输出侧设置有升压电路。此外，上述的升压电路也可以构成为驱动装置1的一部分。并且，交直电力变换器82a或82b、或者上述的电池也可以构成为驱动装置1的一部分。

逆变器4的输出端子4u、4v、4w分别连接于对应的绕组3u、3v、3w的第一端部3ua、3va、3wa。

接线切换装置5具有切换器51u、51v、51w。作为切换器51u、51v、51w，例如使用以电磁方式将触点开闭的电磁接触器、例如被称为继电器、接触器等的部件。电磁接触器还被称为机械继电器。

例如，切换器51u、51v、51w各自也可以由具有选择2个状态中的某一状态的功能的例如c(切换)触点继电器构成。

切换器51u、51v、51w通过从控制部7输出的切换控制信号Sc被控制。切换控制信号Sc例如是取第一状态和第二状态中的某一状态的信号，在应该选择一种接线状态、例如Y接线状态时成为第一状态、例如L状态，在应该选择其它接线状态、例如Δ接线状态时成为第二状态、例如H状态。

由c(切换)触点继电器构成的切换器51u、51v、51w如图3所示那样具有共用端子COM、常闭端子NC、常开端子NO这3个端子。

切换器51u、51v、51w分别与绕组3u、3v、3w对应地设置，各切换器的共用端子COM连接于对应的绕组的第二端部，常闭端子NC连接于中性点节点52，常开端子NO连接于对应的绕组的下一相的绕组的第一端部。在此，设想相顺序为u、v、w的顺序的情况，例如u相、v相、w相的下一相分别是v相、w相、u相。

在切换器51u、51v、51w为断开状态、即常闭端子NC连接于共用端子COM的状态的情况下，绕组3u、3v、3w的第二端部3ub、3vb、3wb在中性点节点52处连接，马达3成为Y接线状态。

在切换器51u、51v、51w为导通状态、即常开端子NO连接于共用端子COM的状态的情况下，在绕组3u、3v、3w的各绕组中，第一端部3ua、3va、3wa连接于逆变器4的对应的相的输出端子4u、4v、4w，第二端部3ub、3vb、3wb连接于逆变器4的对应的相的下一相的输出端子4v、4w、4u，马达3成为Δ接线状态。

此外，在上述的例子中，设为将各切换器的常开端子NO连接于对应的绕组的下一相的绕组的第一端部、且将常闭端子NC连接于中性点节点52的结构，但是也可以设为将各切换器的常开端子NO连接于中性点节点52、且将常闭端子NC连接于对应的绕组的下一相的绕组的第一端部的结构。

在c(切换)触点继电器的情况下，在常开端子NO连接于共用端子COM的导通状态时产生励磁损耗。为了减小励磁损耗，基于在Y接线状态下运转的时间和在Δ接线状态下运转的时间中哪一个更长，来决定接线切换装置5的连接结构即可。例如，如果在Y接线状态下运转的时间更长，则可以在接线切换装置5为断开状态时使马达3成为Y接线状态。

在图1和图3的结构中，作为接线切换装置5的切换器51u、51v、51w分别使用切换开关。也可以取而代之地由常闭开关与常开开关的组合构成各切换器。图4中示出该情况下的接线切换装置的结构例。

在图4的结构中，作为切换器51u使用常开开关51ua与常闭开关51ub的组合，作为切换器51v使用常开开关51va与常闭开关51vb的组合，作为切换器51w使用常开开关51wa与常闭开关51wb的组合。

另外，在图4的布线中，常闭开关51ub、51vb、51wb的一方的端子连接于中性点节点52。

如图示那样，在常闭开关51ub、51vb、51wb关闭(导通)、且常开开关51ua、51va、51wa打开(断开)的状态下，马达3处于Y接线状态，与图示相反地，在常闭开关51ub、51vb、51wb打开、且常开开关51ua、51va、51wa关闭的状态下，马达3处于Δ接线状态。

此外，也可以设为如下布线：在常开开关51ua、51va、51wa的一方的端子连接于中性点节点52、且常闭开关51ub、51vb、51wb关闭、且常开开关51ua、51va、51wa打开的状态下，马达3成为Δ接线状态，在常闭开关51ub、51vb、51wb打开、且常开开关51ua、51va、51wa关闭的状态下，马达3成为Y接线状态。

在如图4所示那样由常开开关与常闭开关的组合构成各切换器的情况下，也能够使用电磁接触器来作为各开关。电磁接触器在导通时的导通损耗小，因此优选。

在如图4所示那样由常开开关与常闭开关的组合构成各切换器的情况下，也可以使用半导体开关来作为各开关。半导体开关也可以是由宽带隙半导体(WBG半导体)构成。宽带隙半导体(WBG半导体)也可以是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga₂O₃)、金刚石等。由宽带隙半导体(WBG半导体)构成的半导体开关的导通电阻小、低损耗且元件发热也少。它们还能够快速地进行切换动作。

通过如以上那样使用接线切换装置，能够将马达3的接线状态在Y接线与Δ接线之间切换。

在此，说明作为马达3使用能够在Y接线与Δ接线之间切换的马达时的优点。

当将Y接线时的线间电压设为V_Y、将流入绕组的电流设为I_Y、将Δ接线时的线间电压设为V_Δ、将流入绕组的电流设为I_Δ、设施加到各相的绕组的电压彼此相等时，存在以下的式(1)和(2)的关系。

在Y接线时的电压V_Y及电流I_Y与Δ接线时的电压V_Δ及电流I_Δ具有式(1)和(2)的关系时，在Y接线时与Δ接线时对马达3供给的电力彼此相等。也就是说，在对马达3供给的电力彼此相等时，在Δ接线时电流更大，驱动所需的电压更低。考虑利用该性质，根据负载条件等选择接线状态。例如考虑在低负载时以Y接线进行低速运转、在高负载时以Δ接线进行高速运转。通过这样，能够提高低负载时的效率，还能够实现高负载时的高输出化。

特别是在马达3对空气调节装置的压缩机进行驱动的用途的情况下，广泛使用三相永磁体同步马达。另外，在近年的空气调节装置中，在室温与设定温度之差大时，通过马达3的高速运转来使室温快速接近设定温度，在室温接近设定温度时，通过马达3的低速运转来维持室温。在这样控制的情况下，低速运转的时间相对于全部运转时间所占的比例大。

在使用三相永磁体同步马达的情况下，当转速上升时，反电动势增加，驱动所需的电压值增加。该反电动势如上所述那样在Y接线时与Δ接线时相比高。为了抑制高速下的反电动势，考虑减小永磁体的磁力、或者减小定子绕组的匝数。但是，如果这样，则用于得到相同的输出转矩的电流增加，因此流过马达3和逆变器4的电流增加，效率下降。

因此，考虑根据转速对接线状态进行切换。例如在需要高速运转的情况下设为Δ接线状态。在该情况下，能够将驱动所需的电压设为与Y接线状态相比而言的

也不需要减少绕组的匝数，而且不需要使用在三相永磁体同步马达中用于抑制马达电压上升的周知的弱磁通控制。

另一方面，通过在低速旋转中设为Y接线状态，能够使电流值成为与Δ接线相比而言的

并且，能够将绕组设计成在Y接线状态下适于低速下的驱动，与在整个速度范围中使用Y接线的情况相比，能够降低电流值。其结果，能够降低逆变器4的损耗，能够提高效率。

如上所述，根据负载条件对接线状态进行切换是有效果的，在本实施方式中，由接线切换装置5对马达3的接线状态进行切换。

如图5所示，逆变器4具有逆变器主电路41和驱动电路45，逆变器主电路41的输入端子经由直流母线4a、4b连接于电力源8的输出端子8a、8b。

逆变器主电路41具有分别包括开关元件411～416的6个臂。对开关元件411～416反并联连接有回流用的整流元件421～426。

驱动电路45基于从控制部7输出的PWM信号Sm1～Sm6生成驱动信号Sr1～Sr6，通过驱动信号Sr1～Sr6来控制开关元件411～416的导通、断开，由此，频率可变且电压可变的三相交流电压从输出端子4u、4v、4w施加到马达3。

上述的开关元件411～416和回流用的整流元件421～426既可以是由硅Si构成的元件，也可以是由作为高耐压、能够在高温下动作的宽带隙半导体的碳化硅SiC、氮化镓GaN、金刚石等构成的元件。

控制部7可以是其一部分或全部由处理电路构成。

例如，控制部7的各种功能既可以分别由单独的处理电路实现，也可以将多个功能汇总而由一个处理电路实现。

处理电路既可以由硬件构成，也可以由软件、即被编程的计算机构成。

也可以将控制部7的各种功能中的一部分通过硬件来实现、且将另一部分通过软件来实现。

图6将实现控制部7的全部的功能的计算机9与电流检测单元6、逆变器4以及接线切换装置5一起示出。

在图示的例子中，计算机9具有处理器91和存储器92。

在存储器92中存储有用于实现控制部7的各种功能的程序。

处理器91例如使用CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、GPU(GraphicsProcessing Unit：图形处理单元)、微型处理器、微型控制器或DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)等。

存储器92例如使用RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、闪存存储器、EPROM(Erasable Programmable Read OnlyMemory：可擦可编程只读存储器)或EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory：电可擦可编程只读存储器)等半导体存储器、磁盘、光盘或光磁盘等。

处理器91通过执行被存储在存储器92中的程序来实现控制部7的功能。

控制部7的功能中包括基于电流检测单元6中的检测结果控制逆变器4和接线切换装置5的功能。

图6的计算机包括单一的处理器，但是也可以包括2个以上的处理器。

控制部7计算应该对马达3施加的电压，生成电压指令值，基于该电压指令值生成PWM信号Sm1～Sm6，控制逆变器4的各开关元件的导通、断开动作。

控制部7还产生用于选择马达3的接线状态的切换控制信号Sc，控制接线切换装置5的切换器51u、51v、51w的导通、断开的动作，由此进行马达3的Y接线与Δ接线之间的切换。

接线切换是根据接线切换请求来进行的。关于接线切换请求，存在进行控制部7的内部处理的结果产生接线切换请求的情况和由外部的上级控制部(未图示)产生接线切换请求并传递到控制部7的情况。接线切换是在以下说明的切换控制序列中在判断为能够进行切换时实施的。

在本实施方式的切换控制序列中，判断马达3的速度是否为阈值以上，如果马达3的速度为阈值以上，则执行接线切换。如果马达3的速度小于阈值，则不执行接线切换。

此外，阈值为正的值，判断马达3的速度是否为阈值以上意味着判断速度的绝对值是否为阈值以上。

接线切换是在正在进行电流零控制的状态下进行的。

电流零控制是指使流过逆变器4与马达3之间的电流为零的控制。在此，零不限于准确地为零的状态，还包括以实质上视为零的程度接近零的情况。

为了进行电流零控制，例如在控制部7中，在电压指令值生成部的前级***电流控制***，设为能够选择零来作为电流指令值，在实施电流零控制时，选择零来作为电流指令值即可。如果选择零来作为电流控制***的电流指令值，则生成用于使马达3的电流与零一致的电压指令值。基于该电压指令值生成PWM信号Sm1～Sm6，控制逆变器4的开关元件411～416的导通、断开动作，由此能够使马达3的电流收敛为零。

此外，上述的电流控制***例如能够通过周知的PI(比例积分)控制***来实现。

在接线状态的切换时进行电流零控制是基于以下的理由。

在接线切换装置5的切换动作时，切换器51u、51v、51w的共用端子COM从常开端子NO切换连接到常闭端子NC，或者从常闭端子NC切换连接到常开端子NO。

如果该切换动作在电流流过逆变器4与马达3之间的状态、即电流流过切换器51u、51v、51w的状态下进行，则在切换器51u、51v、51w的触点间产生电弧放电，由此有可能产生触点熔接等故障。

为了避免这样的故障，将电流零控制仅进行某一期间(电流零控制期间)T0，流过逆变器4与马达3之间的电流维持为零，在该状态下进行接线切换装置5的切换。通过这样，不会在切换器51u、51v、51w的触点间产生电弧放电而能够进行切换。

但是，在本实施方式中，在开始电流零控制之前，判断马达3的速度是否为阈值以上，如果马达3的速度为阈值以上，则执行电流零控制和接线切换，如果马达3的速度小于阈值，则不执行电流零控制和接线切换。以下，有时将马达3的速度仅称为马达速度。

以下，参照图7来说明切换控制序列的动作的一例。

在此，设想如下情况：在马达3进行通常运转时，即在马达3被控制为期望的速度而以马达3的输出转矩与负载2的负载转矩平衡的状态运转的状态下，在时刻t1产生切换请求，与此相应地，通过控制部7的控制来进行切换控制序列。在图7中，还假设了如下情况：直到产生切换请求的时刻t1为止，马达3以固定的速度进行通常运转，时刻t1的马达速度ω1为阈值ω0以上。用Tn表示通常运转的期间。

在该情况下，在开始切换控制序列(时刻t1)时，确认马达速度ω1为阈值ω0以上，在时刻t2开始电流零控制，在时刻t3电流收敛为零，在时刻t4通过切换控制信号Sc被指示接线切换装置5的切换(切换控制信号Sc从指定一个接线状态的状态变为指定其它接线状态的状态)，接线切换装置5根据切换的指示来实施切换，在时刻t5切换完成，在时刻t6电流零控制结束，进行向通常运转的状态的恢复。

从电流零控制的开始(t2)至结束(t6)为止的期间是电流零控制期间T0。

图7中还示出了如下情况：在电流零控制期间T0中速度从ω1下降至ωn，以ωn为初始值来进行用于恢复为通常运转的状态的重新启动。

在切换控制序列的开始的时刻t1与电流零控制的开始的时刻t2之间，严格地说存在用于控制部7的计算处理所需的时间的时间差(t2-t1)，但是由于该时间差微小，因此也可以视为不存在。即，也可以视为t1≈t2。另外，该期间的速度变化也可以视为没有变化。即，也可以视为ω1≈ω2。

图7示出了开始切换控制序列时的马达速度ω1为阈值ω0以上的情况，而在开始切换控制序列时的马达速度ω1小于阈值ω0的情况下，不进行电流零控制和接线切换。

这样对马达速度ω1设置限制是为了避免发生因电流零控制的期间T0中的马达速度的下降引起的失步、停止等。

关于上述的电流零控制期间T0的长度，需要设定为时间(电流收敛时间)Ta与时间(切换动作时间)Tb的合计以上，该时间Ta是从在控制部7中产生电流零控制的开始的指示起至实际上逆变器4与马达3之间的电流收敛为零为止的时间，该时间Tb是从通过切换控制信号Sc被指示接线的切换起至切换器51u、51v、51w的切换动作完成为止的时间。

电流收敛时间Ta依赖于控制部7的控制***的响应性。一般来说，控制***被设计成电流收敛时间为数百微[s]～数毫[s]程度。

作为电流收敛时间Ta，也可以使用预先决定的长度的时间。即，也可以在从开始电流零控制起经过了预先决定的时间时视为电流收敛为零。

切换动作(基于切换控制信号Sc的切换的指示)是在上述的电流收敛为零之后、例如在时刻t1之后经过了对电流收敛时间Ta加上预先决定的富余量Tc所得到的时间Te(＝Ta+Tc)时开始。具体地说，基于切换控制信号Sc的切换的指示是从时刻t1起经过了上述的时间Te时进行的。

切换动作时间Tb根据切换器51u、51v、51w的种类而不同。

在切换器51u、51v、51w由机械继电器构成的情况下，切换所需的时间为数百毫[s]，在切换器51u、51v、51w由半导体开关构成的情况下，切换所需的时间为数毫[s]。

作为切换动作时间Tb，也可以使用预先决定的长度的时间。

电流零控制的结束是在接线的切换完成之后、例如在时刻t4之后经过了对切换动作时间Tb加上预先决定的富余量Td所得到的时间Tf(＝Tb+Td)时进行。

也可以将电流零控制期间T0的长度设定为对电流收敛时间Ta加上富余量Tc所得到的时间Te与对切换动作时间Tb加上富余量Td所得到的时间Tf之和(Te+Tf)。

在作为电流收敛时间Ta和切换动作时间Tb使用预先决定的值的情况下，将电流零控制期间T0的长度也能够设定为预先决定的值。

如果流过马达3的电流为零或接近零的状态，则马达3中产生的转矩也为零或接近零的状态，由于连接于马达3的负载2的负载转矩而马达速度逐渐下降。如果马达速度下降至零或接近零的值，则导致马达3失步或者停止。

在从失步或者停止的状态恢复为通常运转的情况下，有可能无法顺畅地进行重新启动。例如，施加到马达3的负载2是构成空气调节装置的制冷循环的压缩机的压缩要素的情况下等，有时由于马达3的停止而制冷剂的状态成为不稳定的状态，在该状态下，重新启动所需的转矩变得极大，无法进行重新启动。

如果成为这样的事态，则需要在等到制冷剂的状态充分稳定之后进行马达3的重新启动。在该情况下，在直到重新启动为止的期间，无法进行利用压缩机的制冷剂加压。因此，在构成空气调节装置的压缩机的情况下，制冷、制热的动作会长时间中断。

因此，在本实施方式中，通过对电流零控制开始时的马达速度设置限制，进行控制以抑制因马达速度的下降引起的失步和停止等。

具体地说，设为即使由于电流零控制而马达速度下降，马达速度也不会下降至零或接近零的值。为此，估计电流零控制期间中的速度下降量Δω，将对估计出的速度下降量(下降量的估计值)Δω加上富余量ω_α所得到的值设为阈值ω0，在确认了切换控制序列的开始时的马达速度ω1为阈值ω0以上的基础上，开始电流零控制。

如上所述，能够视为切换控制序列开始时的马达速度ω1与电流零控制开始时的马达速度ω2相等。因而，在确认了切换控制序列开始时的马达速度ω1为阈值ω0以上的基础上开始电流零控制的情况下，可以说电流零控制开始时的马达速度ω2为阈值ω0以上。

在切换控制序列开始时的马达速度ω1小于阈值ω0时，不实施电流零控制，因而，也不实施接线切换装置的切换。

可以说进行这样的控制是使运转持续性优先。

马达速度可以视为与在马达3的速度控制中使用的速度指令值ω^*相等。

作为这样的速度指令值，可以使用在控制部7的内部计算出的值或者从未图示的外部的上级控制部提供的值。

在控制部7正在进行马达3的速度控制的情况下，进行控制使得马达速度追随速度指令值ω^*。即，以使马达速度追随速度指令值ω^*的方式，使用周知的PI(比例积分)控制等生成电压指令值，基于该电压指令值生成PWM信号Sm1～Sm6，控制逆变器4的开关元件411～416的导通、断开动作。因而，在进行稳定的运转的期间，可视为马达速度与速度指令值ω^*一致。

在控制部7正在进行马达3的转矩控制(不是速度控制)的情况下，不是直接控制马达速度本身，因此在这样的情况下，无法使用速度指令值ω^*。在该情况下，也可以使用马达速度的估计值ω＾。关于速度估计值ω＾，例如基于电压指令值或者由电流检测单元6检测的电流求出。

电流零控制期间T0中的速度下降量Δω是通过估计来求出的。例如在电流零控制开始时，马达3被控制为期望的速度而以马达3的输出转矩与负载2的负载转矩平衡的状态运转，如果设为电流零控制期间T0中的负载2的负载转矩T_L[Nm]的变化足够小，则下述的式(3)成立。

Δω＝T_L·T0/Jm(3)

在式(3)中，

T0表示电流零控制期间T0的长度。

Jm表示马达3的轴惯量(惯性矩)[kg·m²]。关于马达3的轴惯量Jm的值，预先通过实测等而已知。

负载转矩T_L的值根据负载2的状态而变化，且难以测量，因此将切换控制序列的开始时的负载转矩设为与马达3的输出转矩平衡，通过下述的式(4)来估计。

T_L≈I1·Kt(4)

在式(4)中，

I1是逆变器4的输出电流。

Kt是转矩常数Kt[Nm/A]。

作为逆变器4的输出电流I1[A]，能够使用基于由电流检测单元6检测出的逆变器4的输出相电流计算出的值。

逆变器4的输出电流I1相当于逆变器4的输出相电流的有效值Irms[A]的

倍，是在周知的d-q轴旋转坐标系中表示电流时的马达转矩电流(q轴电流)Iq[A]。

转矩常数Kt根据接线状态是Y接线还是Δ接线而不同。在计算(用式(4)或者根据式(4)得到的后述的数学式表示的计算)中，使用与进行计算的时间点的接线状态相应的值。计算是在接线的切换前进行的，因此使用切换前的接线状态下的转矩常数。转矩常数Kt的值一般是已知的，预先被存储在控制部7中。

在马达3是主要通过磁体转矩获得旋转力的三相永磁体同步马达的情况下，转矩常数Kt相当于在周知的d-q轴旋转坐标系中表示的永磁体的磁通Φm与马达3的极对数之积。上述的磁通Φm相当于每一相的电枢交链磁通的最大值的

倍。

通过将式(4)代入式(3)，得到下述的式(5)。

Δω＝I1·Kt·T0/Jm(5)

阈值ω0被决定为在式(5)中求出的速度下降量Δω以上的值。即，

决定为满足：

ω0≥I1·Kt·T0/Jm(6)

例如，使用对速度下降量Δω加上预先决定的富余量ω_α所得到的值来作为阈值ω0。即，通过下述的式(7)给出阈值ω0。

ω0＝Δω+ω_α(7)

在进行上述的式(5)的计算时，作为输出电流I1，期望使用在进行计算的定时或与其尽可能接近的定时获取或者估计出的值。

例如在用式(5)计算阈值ω0的情况下，作为输出电流I1，使用进行该计算的时间点的输出电流I1。上述的计算是紧接在切换控制序列开始之后进行的，因此可以说上述的计算的时间点的输出电流I1是切换控制序列的开始的时间点的输出电流I1。

通过以电流零控制的开始的时间点的马达速度ω2为上述的阈值ω0以上为条件来实施电流零控制，能够抑制因电流零控制引起的马达3的失步和停止。

当如上所述那样接线状态的切换(切换的执行)结束而电流零控制结束时，由此切换控制序列结束。在切换控制序列结束之后，使马达3恢复为通常运转的状态。

在使马达3恢复为通常运转时，首先需要使马达3重新启动。

在重新启动中，在生成电压指令值时，需要表示马达速度的信息。

此外，在马达3是三相永磁体同步马达的情况下，如果还得到磁极位置信息，则能够生成适于磁极位置的相位的电压指令值，能够更适当地重新启动。

在施加到马达3的负载2例如是空气调节装置的压缩机的压缩要素的情况下，由于压缩机的内部温度成为高温，因此难以安装检测马达速度或者磁极位置的传感器。因而，需要通过使用传感器的方法以外的方法来得到表示重新启动时的马达速度的信息。

在本实施方式中，视为速度从上述的电流零控制开始时(t2)的马达速度ω2下降了电流零控制期间T0中的速度下降量Δω，将从ω2减去Δω所得到的值设为时刻tn的估计速度ω＾n，以ω＾n为初始速度来进行重新启动。并且，还一并计算根据速度下降量Δω而变化的马达3的磁极位置(相位)的变化量，由此还能够估计重新启动开始时的磁极位置。

以下，参照图8来说明进行上述的切换控制序列时的控制部7的动作。

图8表示处理的过程。

图8的处理是在马达3的通常运转状态下进行的。

在步骤ST1中，控制部7判定是否需要开始切换控制序列。

需要开始切换控制序列的是在产生了切换请求时。

如果在步骤ST1中判断为需要开始切换控制序列(如果“是”)，则在步骤ST2中控制部7开始切换控制序列。在以下的说明中，将该开始的时刻设为t1。控制部7还获取切换控制序列的开始的时刻t1的马达速度。例如，获取在时刻t1在马达3的速度控制中使用的速度指令值ω^*来作为切换控制序列开始时的马达速度ω1。

如果在步骤ST1中判断为不需要开始切换控制序列(如果“否”)，则控制部7维持马达3的通常运转状态。即，重复步骤ST1的处理。

在开始切换控制序列后，控制部7首先在步骤ST3中决定阈值ω0。阈值ω0成为判定是否应该开始电流零控制的基准。阈值ω0被决定为比在式(5)的计算中求出的速度下降量Δω大预先决定的富余量ω_α的值、即用式(7)表示的值。

在步骤ST3中，在进行式(5)和式(7)的计算来求出阈值ω0时，作为输出电流I1，使用在步骤ST3中进行阈值ω0的计算的时间点的输出电流I1。步骤ST3的处理是紧接在步骤ST2中的切换控制序列的开始之后进行的，因此可以说进行步骤ST3的处理的时间点的输出电流I1是切换控制序列的开始的时间点的输出电流I1。

当决定了阈值ω0时，控制部7在步骤ST4中，将在步骤ST2中获取的马达速度ω1与在步骤ST3中决定的阈值ω0进行比较，判定是否为ω1≥ω0。

如果判断为ω1≥ω0(如果“是”)，则控制部7在步骤ST5中开始电流零控制。控制部7还获取此时的时刻来作为电流零控制的开始时刻t2，获取此时的马达速度来作为电流零控制开始时(t2)的马达速度ω2。

如果判断为ω1<ω0(如果在ST4中“否”)，则返回到步骤ST1。即，控制部7不进行马达3的接线状态的切换，而维持马达3的通常运转状态。

此外，在步骤ST4中“否”的情况下，也可以如在图8中用虚线表示的那样返回到步骤ST2。即，在判断为ω1<ω0的情况下，也可以重复进行马达速度ω1的获取、阈值ω0的决定以及是否为ω1≥ω0的判断(ST2、ST3以及ST4)。

在步骤ST4中“是”的情况下，由于紧接之前的步骤ST2中的切换控制序列的开始的时刻t1与步骤ST5中的电流零控制的开始的时刻t2之间的时间差微小，因此也可以视为不存在。因而，在步骤ST5中，也可以视为t2≈t1。另外，该期间的速度变化也微小，也可以忽略。即，也可以视为ω2≈ω1。因而，也可以将紧接在步骤ST4中成为“是”之前的步骤ST2的处理中获取的ω1直接设为ω2来利用。

接着步骤ST5，控制部7等待从电流零控制的开始(t2)起经过预先决定的时间Te(＝Ta+Tc)(ST6)，在经过了时间Te时(在ST6中“是”)，进入步骤ST7。

在步骤ST7中，控制部7通过切换控制信号Sc来指示切换动作。切换动作是通过使接线切换装置5的切换器51u、51v、51w动作来进行的。控制部7还获取切换动作的指示的时刻t4。

接着步骤ST7，控制部7等待从切换动作的指示(t4)起经过预先决定的时间Tf(＝Tb+Td)(ST8)，在经过了时间Tf时(在ST8中“是”)，进入步骤ST9。

此外，在本实施方式中，Te(＝Ta+Tc)是固定的，因此等待从时刻t4起经过时间Tf(＝Tb+Td)与等待从时刻t2起经过期间T0是实质上相同的。

即，在步骤ST8中，也可以设为等待从时刻t2起经过期间T0。

在步骤ST9中，控制部7结束电流零控制，估计电流零控制的结束的时间点的马达速度。用ω＾n表示估计值。例如，也可以视为在电流零控制中速度从电流零控制开始时(ST5：时刻t2)的马达速度ω2下降了期间T0中的速度下降量Δω，将从ω2减去Δω所得到的值设为时刻tn的估计速度(设为ω＾n)。

通过以上内容，切换控制序列的一系列动作结束。

在步骤ST10中，控制部7以估计值ω＾n为初始值来进行向通常运转的恢复。

根据实施方式1，具有如下效果：在通过逆变器4对通过接线切换装置5被切换接线状态的马达3进行驱动时，能够提高接线切换装置5的寿命或者可靠性，且能够防止因马达速度的下降引起的失步和停止。

并且，在从电流零控制恢复为马达3的通常运转的情况下，从电流零控制开始时的马达速度ω2减去电流零控制期间中的速度下降量Δω所得到的值成为重新启动时的马达3的初始速度，因此具有能够更可靠且快速地恢复这样的效果。

在上述的实施方式中，在图1中示出了电流检测单元6是在将逆变器4与马达3连接的布线上具备的ACCT或者DCCT之类的电流传感器的情况，但是也可以是在直流母线4a、4b或者逆变器4的负侧的开关元件414、415、416串联地***的周知的相电流检测用的分流电阻。在使用这些电流检测单元6的情况下，也能够通过周知的方法来求出从逆变器4流过马达3的电流。

在上述的实施方式中，在电流零控制中，通过控制逆变器4的开关元件411～416的导通、断开动作来使马达3的电流收敛为零。

作为电流零控制的其它方法，也可以使逆变器4的开关元件411～416全部断开。如果使逆变器4的开关元件411～416全部断开，则马达3与逆变器4之间的电流被切断而马达3的电流收敛为零。

实施方式2.

在实施方式1中，在从电流零控制的开始起经过了预先决定的长度的时间时视为收敛为零而开始切换动作。

也可以取而代之地，由电流检测单元6检测流过逆变器4与马达3之间的电流，确认所检测出的电流收敛为零，在确认的基础上开始切换动作。该情况下的处理的过程如图9所示。

图9中处理的过程与图8的处理的过程大致相同，但是设置有步骤ST11以代替步骤ST6。

在步骤ST11中，等待检测电流收敛为零。在此所说的“零”不限于准确地为零的状态，还包括以实质上视为零的程度接近零的情况。关于电流的检测，例如能够由电流检测单元6进行。

如果在步骤ST11中“是”，则进入步骤ST7。

通过实施方式2也能够获得与实施方式1同样的效果。并且，基于检测电流决定切换的执行(切换器的动作)的定时，因此能够更可靠地避免接线切换装置的损伤。

实施方式3.

在实施方式1中，在开始切换控制序列时(t1)，在确认出马达速度ω1为阈值ω0以上的基础上执行接线的切换，另一方面，在开始切换控制序列时(t1)，在马达速度ω1小于阈值ω0时，不执行接线的切换，而等待马达速度ω1成为阈值以上。

与此相对，在实施方式3中，在开始切换控制序列时(t1)，在马达速度ω1为阈值ω0以上的情况下，与实施方式1同样地，立即执行接线切换，另一方面，在马达速度ω1小于阈值ω0的情况下，使马达3加速，使速度上升至阈值ω0以上，在此基础上执行接线的切换。

如下进行马达3的加速。

例如在控制部7正在进行马达3的速度控制的情况下，能够通过变更速度指令值ω^*来进行加速。

也可以将速度指令值ω^*一下子即阶跃状地切换为阈值ω0以上的值。

也可以取而代之地，使速度指令值ω^*随着时间的经过而逐渐增大。在逐渐增大的情况下，既可以连续地增大，也可以阶段性地增大。在阶段性地增大的情况下，例如也可以反复加上固定的增量。

在判断加速中的马达速度是否为阈值ω0以上时，也可以与实施方式1同样地使用速度指令值ω^*或估计值ω＾。

例如在使速度指令值ω^*缓慢变化的情况下，可视为加速中的马达速度与速度指令值ω^*一致。因此，能够视为马达速度与速度指令值ω^*相等，来判断马达速度是否为阈值ω0以上。

在加速中的马达速度的变化快而无法视为与速度指令值ω^*一致的情况下，也可以使用马达速度的估计值ω＾。关于速度估计值ω＾，如在实施方式1中说明的那样基于电压指令值或者由电流检测单元6检测的电流求出。

如果马达速度成为阈值ω0以上，则结束加速，开始电流零控制，在电流零控制期间中执行切换。开始电流零控制以后的处理与实施方式1同样。

图10表示由实施方式3的驱动装置进行切换控制序列时的动作的一例。

在图10中，设想如下情况：直到产生切换请求的时刻t1为止，马达3以固定的速度进行通常运转，时刻t1的马达速度ω1小于阈值ω0。

在该情况下，在开始切换控制序列(时刻t1)时，确认出马达速度ω1小于阈值ω0，开始马达3的加速，在时刻t2b确认出马达速度为阈值ω0以上，从而加速结束。

在图10中，用Th表示从加速开始起至加速结束为止的期间(加速期间)，用ω2表示加速结束的时间点t2b的马达速度。

当加速结束时，立即开始电流零控制。

电流零控制的开始的时间点与加速结束的时间点t2b一致。

开始电流零控制以后的处理与实施方式1相同。即，当从电流零控制的开始t2b起经过了预先决定的时间Te(＝Ta+Tc)时，被指示进行切换(时刻t4)，当从切换的指示(t4)起经过了预先决定的时间Tf(＝Tb+Td)时(时刻t6)，电流零控制结束，进行用于恢复为通常运转的处理。

在从电流零控制的开始(t2b)起经过时间Ta之后(t3)电流收敛为零，在从切换的指示(t4)起经过时间Tb之后(t5)切换的动作结束。

图10中示出了如下情况：在电流零控制期间T0中速度从ω2下降至ωn，以ωn为初始值来进行用于恢复为通常运转的状态的重新启动。

图11表示实施方式3中的处理的过程。

图11所示的过程与图8大致相同。

但是，步骤ST5及ST6被置换为步骤ST5b及ST6b，附加有步骤ST21及ST22。

在步骤ST4中“否”的情况下，即不满足ω1≥ω0的情况下，进入步骤ST21。

在步骤ST21中，控制部7进行用于马达3的加速的控制。控制部7还获取加速中的马达速度ω1’。

关于马达3的加速，既可以通过将速度指令值ω^*一下子切换为阈值ω0以上的值的方式进行，也可以通过随着时间的经过而使速度指令值ω^*逐渐增大的方式进行。

在使速度指令值ω^*逐渐增大的情况下，也可以预先决定步骤ST21的一次处理中的上升幅度。

在使速度指令值ω^*缓慢变化的情况下，可视为加速中的马达速度ω1’与速度指令值ω^*相等。在不能视为相等的情况下，求出马达速度的估计值ω＾，使用该估计值来作为马达速度ω1’。

在步骤ST22中，控制部7判断加速中的马达速度ω1’是否为阈值ω0以上。

如果在步骤ST22中“是”，则进入步骤ST5b。

如果在步骤ST22中“否”，则返回到步骤ST21，重复步骤ST21的加速和步骤ST22的判定。

在步骤ST5b中，控制部7开始电流零控制，获取此时的时刻来作为电流零控制的开始时刻t2b，获取此时的马达速度来作为电流零控制开始时的马达速度ω2。

在步骤ST6b中，控制部7等待从时刻t2b起经过时间Te，在经过了时间Te时进入步骤ST7。

步骤ST7以后的处理与实施方式1相同。

在如上所述那样进行处理的情况下，在进行紧接在判断成为“是”的步骤ST22之前的步骤ST21的处理的时刻t21与电流零控制的开始的时刻t2b之间，严格地说存在用于步骤ST22的处理和控制部7的计算处理(步骤ST22)所需的时间的时间差(t2b-t21)，但是由于该时间差微小，因此也可以将该期间的速度变化也视为不存在。即，也可以视为ω1’≈ω2。因而，在确认出在步骤ST21中获取的马达速度ω1’为阈值ω0以上的基础上开始电流零控制的情况下，可以说电流零控制开始时的马达速度ω2为阈值ω0以上。

在实施方式3中，能够与马达速度的大小无关地对马达3的接线状态进行切换。因而，能够可靠地获得根据负载条件对接线状态进行切换所带来的效果。

实施方式4.

在实施方式3中，将在步骤ST3中决定的阈值ω0还使用于步骤ST22。也可以取而代之地，在步骤ST21中的加速之后，重新决定阈值ω0。在该情况下，使用步骤ST21中的加速之后的输出电流I1来进行与步骤ST3同样的计算。

图12表示实施方式4中的处理的过程。

图12的处理的过程与图11的处理的过程大致相同，但是附加有步骤ST23。

在步骤ST23中，控制部7重新决定阈值ω0。在重新决定时，进行式(5)和式(7)的计算。其中，作为输出电流I1，使用紧接之前的步骤ST22中的加速之后的状态下的输出电流I1。

通过使用加速之后的输出电流I1，作为阈值ω0能够得到更适当的值，能够更适当地判定加速后的马达速度ω1’是否为阈值ω0以上。

实施方式5.

图13将实施方式5所涉及的空气调节装置100与电力源8一起示出。图示的空气调节装置具有室外机101、室内机102以及空气调节控制器103。

室外机101具有驱动装置1和压缩机110。压缩机110具有马达3和作为马达3的负载2的压缩要素111。室外机101还具有四通阀121、热源侧热交换器122以及热源侧膨胀阀123。驱动装置1和马达3也可以是在实施方式1～4中说明的驱动装置和马达。

驱动装置1连接于电力源8。电力源8既可以是如图2的(a)或(b)所示的供给直流电力的电力源，也可以是供给交流电力的电力源。在电力源8是供给交流电力的电力源的情况下，驱动装置1具备交直电力变换器即可。

室内机102具有负载侧膨胀阀131和负载侧热交换器132。

四通阀121和热源侧膨胀阀123是由空气调节控制器103进行控制。

压缩机110的压缩要素111与四通阀121、热源侧热交换器122、热源侧膨胀阀123、负载侧膨胀阀131以及负载侧热交换器132一起构成通过制冷剂配管141相互连接的制冷剂回路，通过制冷剂在制冷剂回路中流动而制冷循环成立。

在进行制冷运转时，四通阀121以使从压缩机110喷出的制冷剂去向热源侧热交换器122、且使从负载侧热交换器132流出的制冷剂去向压缩机110的方式对流路进行切换。

通过由驱动装置1对马达3进行驱动，与马达3连结的压缩要素111将制冷剂进行压缩来喷出高温高压的制冷剂。从压缩机110喷出的高温高压的制冷剂经由四通阀121流入热源侧热交换器122，在热源侧热交换器122中与外部的空气进行热交换而散热。从热源侧热交换器122流出的制冷剂在热源侧膨胀阀123中被膨胀和减压，在成为低温低压的气液两相制冷剂的状态下，在负载侧膨胀阀131中被膨胀和减压后流入负载侧热交换器132，与空气调节对象空间的空气进行热交换而蒸发，成为低温低压的制冷剂，并从负载侧热交换器132流出。从负载侧热交换器132流出的制冷剂经由四通阀121被吸入到压缩机110而再次被压缩。

重复以上的动作。

在进行制热运转的情况下，四通阀121被切换，制冷剂的流动变为相反。

在上述的空气调节装置中，在一旦停止了压缩机110时，从防止压缩机110的故障的观点出发，一般在等待制冷剂压力的均压之后使压缩机110重新启动，在均压所需的时间中有可能损害用户的舒适性。通过将实施方式1～4所涉及的驱动装置1使用于空气调节装置，能够不使压缩机110停止而进行马达3的接线切换，能够持续进行空气调节运转。因而，用户的舒适性提高。

以上说明了空气调节装置的一例，但是空气调节装置不限定于上述的例子。

例如，也可以在压缩机110的压缩要素111的吸入侧设置贮存过剩的制冷剂的储液器。

另外，也可以以对驱动装置1、特别是其逆变器4进行冷却的目的，使冷却板接触作为逆变器4的结构要素的功率模块，使上述的制冷剂配管141进一步接触该冷却板。通过这样，能够使流过制冷剂配管141的制冷剂吸收逆变器4中的发热，能够高效地抑制逆变器4的温度上升。

在图13的结构中，室内机102和室外机101分别具备膨胀阀123、131。这样的结构能够利用2个膨胀阀123、131分别独立地控制空气调节装置的冷却能力，因此能够精细且高效地控制制冷剂。然而，也可以省略膨胀阀123、131中的一方。即，也可以设为在室内机侧、室外机侧的某一方具备膨胀阀123、131的结构。

如以上那样，通过将在实施方式1～4中说明的驱动装置1使用于空气调节装置，能够不使压缩机110停止而进行马达3的接线切换，能够持续进行空气调节运转，因此具有提高用户的舒适性的效果。

此外，在实施方式5中示出了将上述的实施方式1～4所涉及的驱动装置1使用于空气调节装置的例子，但是实施方式1～4所涉及的驱动装置1除了使用于空气调节装置以外，也能够使用于热泵装置、制冷装置等具有制冷循环的设备。

对上述的实施方式能够进行各种变形。

例如，将实施方式2作为对实施方式1的变形例来进行了说明，但是对实施方式3及4也能够施以同样的变形。另外，在实施方式1的说明中记载了各种变形，但是能够将同样的变形还应用于实施方式2、3及4。

Claims

1.一种驱动装置，具备：接线切换装置，对连接于负载的马达的接线状态进行切换；以及逆变器，连接于电力源，向马达输出交流电压，其中，

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述阈值是与所述电流零控制的期间中的所述马达的速度的下降量的估计值相等的值或者对该估计值加上预先决定的富余量所得到的值。

3.根据权利要求1或2所述的驱动装置，其中，

所述阈值是基于所述马达的轴惯量、所述逆变器的输出电流以及所述马达的转矩常数决定的。

4.根据权利要求3所述的驱动装置，其中，

在将所述逆变器的输出电流设为I1、

将所述马达的转矩常数设为Kt、

将所述电流零控制的期间的长度设为T0、

将所述马达的轴惯量设为Jm时，

所述阈值ω0被决定为满足

ω0≥I1·Kt·T0/Jm。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的驱动装置，其中，

在所述马达的速度小于所述阈值的情况下，在以使所述马达的速度成为所述阈值以上的方式进行加速控制之后开始所述电流零控制。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的驱动装置，其中，

在所述电流零控制结束后，将从所述电流零控制的开始时的所述马达的速度减去所述电流零控制的期间中的所述马达的速度的下降量的估计值所得到的值作为初始速度来恢复为通常运转控制。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的驱动装置，其中，

在所述电流零控制中，通过所述逆变器的开关元件的导通断开动作，将所述逆变器的输出电流控制为零。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的驱动装置，其中，

在所述电流零控制中，使所述逆变器的开关元件全部断开。

9.一种空气调节装置，具备权利要求1至8中的任一项所述的驱动装置、所述马达以及通过所述马达被驱动的压缩要素，通过所述压缩要素将制冷循环的制冷剂进行压缩。