JP2008099415A - インバータ装置、三相電動機および空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】双方向スイッチを用いることなく駆動方式の切り替えを実行する。
【解決手段】インバータ装置は、レグＬ３の接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間の導通／非導通を行う接続スイッチ１３と、各レグのスイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段２３と、接続スイッチの動作を制御する切替制御手段２１とを備え、接続スイッチは、機械スイッチＳＫと、非導通もしくは単方向に導通可能となる半導体スイッチＳＨとの並列接続を含み、切替制御手段は、半導体スイッチが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチにその導通／非導通を実行させ、レグＬ３のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を非導通とする場合は、半導体スイッチＳＨが非導通状態から単方向に導通する状態に同期させ、レグＬ３のスイッチング素子を相補的に導通させる場合は、半導体スイッチＳＨが単方向に導通する状態から非導通状態への遷移に同期させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置の制御動作に関する。

近年、地球環境への関心の高まりとともに機器の省エネ性が重要視されており、空調機においても低消費電力化が求められている。

空調機の圧縮機用モータは、低速から高速まで可変速運転可能であるが、運転開始時等を除いては、定格電力より低い運転領域での使用割合が高くなる。このため、空調機の省エネルギーの指標である通年エネルギー消費効率（APF：Annual Performance Factor）を向上させるためには、低速運転時における空調機の高効率化を実現すればよいといえる。

低速運転時において、高効率化を実現する手法としては、例えば、機械的スイッチと双方向スイッチとの並列回路を設けて、モータの運転状況に応じて三相交流を出力するインバータ装置の駆動方式を切り替える技術が提案されている（特許文献１）。具体的には、モータを高速運転する場合には、インバータ装置を三相式インバータとして駆動し、モータを低速運転する場合には、インバータ装置を二相式インバータとして駆動している。

上記手法においては、機械的スイッチと並列に双方向スイッチを設けることによって、機械的スイッチのバウンスによる影響等を排除して、スムーズな駆動方式の切り替えを実現している。

特開２０００−３５０４７６号公報

しかしながら、双方向スイッチは、少なくとも２以上の半導体スイッチ素子によって構成されているため、当該双方向スイッチの使用は、半導体スイッチ素子および当該半導体スイッチ素子を駆動するための駆動電源等の周辺回路の増加を招来し、ひいてはコスト増加の要因となる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、双方向スイッチを用いることなく駆動方式の切り替えを実行することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、インバータ装置(10)であって、いずれも一端および他端を有する第１コンデンサ並びに第２コンデンサを含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端の間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う接続スイッチ(13)と、前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)と、前記接続スイッチの動作を制御する切替制御手段(21)とを備え、前記接続スイッチは、機械スイッチ(SK)と、非導通もしくは単方向に導通可能となる半導体スイッチ(SH)との並列接続を含み、前記切替制御手段は、前記半導体スイッチが前記単方向に導通している状態においてのみ前記機械スイッチにその導通／非導通を実行させ、前記インバータ制御手段は、(a)前記第３レグの前記第１スイッチング素子(S5)および前記第２スイッチング素子(S6)のいずれをも非導通とする動作を開始する場合には、当該動作を前記半導体スイッチが非導通状態から前記単方向に導通する状態へと遷移することに同期させ、(b)前記第３レグの前記第１スイッチング素子(S5)および前記第２スイッチング素子(S6)を相補的に導通させる動作を開始する場合には、当該動作を前記半導体スイッチが前記単方向に導通する状態から前記非導通状態へと遷移することと同期させ、前記三相電流を供給する。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係るインバータ装置(10)であって、前記半導体スイッチ(SH)は点弧による前記単方向への導通を行い、前記切替制御手段(21)は、前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させるか、二相式インバータとして動作させるかを指令する動作切替信号(Sa)を入力し、前記第３レグにおける前記接続点(WP)から出力される出力電流が、前記動作切替信号(Sa)の遷移後において最初に所定の極性を採る半周期において前記半導体スイッチ(SH)の前記点弧を行う第１開閉信号(Sc)と、前記機械スイッチ(SK)の動作を制御する第２開閉信号(Sd)とを、相互に同期して出力し、前記出力電流が前記所定の極性を有するときに前記出力電流が流れる方向は、前記第３レグにおける前記接続点(WP)を基準として前記単方向と逆方向である。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係るインバータ装置(10)であって、前記切替制御手段は、前記三相電流を受ける三相負荷(15)の速度指令値(30)に基づいて前記接続スイッチの動作を制御する。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係るインバータ装置(10)によって駆動される三相電動機(15)である。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る三相電動機(15)を有する圧縮機を備えた空調機である。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る空調機であって、前記インバータ装置(10)における前記切替制御手段は、前記空調機における冷暖房の運転の切り替えに基づいて前記接続スイッチの動作を制御する。

請求項１から請求項６に記載の発明によれば、半導体スイッチが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチの導通／非導通を実行するので、双方向に導通する半導体スイッチを採用せずに、機械スイッチのバウンスの影響を排除できる。そして機械スイッチを導通させることにより、半導体スイッチの導通状態を短くし、電力損失を低減できる。

また特に、請求項２の発明によれば、半導体スイッチは点弧可能であるため、第３レグから出力される電流が所定の極性を採る半周期において導通可能であり、動作切替信号の指示に対して、適切に接続スイッチの導通を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るインバータ装置１０（１０Ａ）の構成を示す概念図である。図１には、インバータ装置１０Ａに直流電圧を供給する直流電源１１およびインバータ装置１０Ａの三相電流を受ける三相負荷（「三相電動機」或いは「モータ」とも称する）１５も示されている。なお、三相負荷としては、誘導電動機、永久磁石型同期電動機（IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）等が用いられる。

図１に示すように、インバータ装置１０Ａは、一対の入力端子１０１，１０２と一組の出力端子１２１〜１２３とコンデンサ群１２と接続スイッチ１３と三相インバータ回路１４と極性判定部２０と切替制御部２１と切替判断部２２とインバータ制御部２３とを備えている。

コンデンサ群１２は、端子１１１，１１２を有するコンデンサＣ１と端子１１３，１１４を有するコンデンサＣ２とによって構成されている。端子１１１は入力端子１０１に、端子１１４は入力端子１０２にそれぞれ接続され、端子１１２と端子１１３とは接続点（「中間電位点」とも称する）ＮＰにおいて互いに接続されている。

三相インバータ回路１４は、３つのレグＬ１〜Ｌ３によって構成され、各レグの上アームは入力端子１０１に接続され、各レグの下アームは入力端子１０２に接続されている。各アームは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と当該スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６とを有している。上アームと下アームとの各接続点ＵＰ，ＶＰ，ＷＰは、出力端子１２１，１２２，１２３にそれぞれ接続され、各出力端子１２１，１２２，１２３からは三相電流が出力される。

接続スイッチ１３は、レグＬ３における接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間に設置され、接続点ＷＰと中間電位点ＮＰとの間の導通／非導通を制御する。接続スイッチ１３は、機械スイッチＳＫと非導通もしくは単方向に導通可能となる半導体スイッチＳＨとの並列回路で構成されている。なお、本実施形態においては半導体スイッチＳＨとしてＧＴＯ（gate turn off thyristor）を用いた場合を説明するが、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)等の他の自己消弧形素子を用いてもよい。また、本実施形態においては機械スイッチＳＫとしてバック接点（Ｂ接点）を用いる場合を例示する。

極性判定部２０は、接続スイッチ１３が接続された接続点（ここでは、接続点ＷＰ）から出力される出力電流に基づいて、当該出力電流の極性を判定する。

切替判断部２２は、三相負荷の速度指令値３０に基づいて、インバータ装置１０Ａの駆動方式を切り替えるか否かを判断する。そして、三相式インバータとして動作させるか、二相式インバータとして動作させるかを指令する動作切替信号Ｓａを出力する。なお、インバータ装置１０Ａの駆動方式については後述する。

切替制御部２１は、動作切替信号Ｓａを入力し、接続スイッチ１３の動作を制御する。具体的には、出力電流の極性に基づいて、半導体スイッチＳＨの点弧および消弧を制御する半導体スイッチ制御信号（半導体スイッチ開閉信号）Ｓｃと機械スイッチＳＫの動作を制御する機械スイッチ制御信号（機械スイッチ開閉信号）Ｓｄとを出力する。

インバータ制御部２３は、三相インバータ回路１４の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作を制御する。

＜駆動方式＞
次に、駆動方式について説明する。

上述のように、図１に示されるインバータ装置１０Ａにおいては、モータ１５の速度指令値３０に基づいて、インバータ装置１０Ａの駆動方式が切り替えられる。

具体的には、インバータ装置１０Ａは、モータの速度指令値が所定のしきい値よりも大きい高速運転領域においては、三相式インバータとして駆動され、モータの速度指令値が所定のしきい値よりも小さい低速運転領域においては、二相式インバータとして駆動される。

より詳細には、高速運転の場合には、切替制御部２１によって接続スイッチ１３を非導通状態にするとともに、インバータ制御部２３によって６つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をＰＷＭ制御してインバータ装置１０Ａを三相式インバータとして駆動する。

一方、低速運転の場合には、切替制御部２１によって接続スイッチ１３を導通状態にするとともに、インバータ制御部２３によって接続スイッチ１３が接続された相の２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を常に非導通状態にする。そして、他の４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４をＰＷＭ制御してインバータ装置１０Ａを二相式（４アーム方式）インバータとして駆動する。なお、二相式インバータとして駆動した場合の回路構成は、変圧器のＶ結線と等価であるため、当該二相式インバータをＶ結線インバータとも称する。

このように、インバータ装置１０Ａの駆動方式を切り替えることによれば、駆動方式を切り替えずに常に三相式インバータとして駆動する場合に比べて、低速運転領域におけるインバータの導通損失を約２／３に低減することが可能となる。

また、モータの速度指令値（運転状況）に基づいて、接続スイッチ１３の動作を制御することによれば、モータの運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

＜動作＞
次に、図２および図３を参照して駆動方式の切替動作について説明する。

図２は、駆動方式の切替動作のフローチャートであり、図３は、切替動作のタイムチャートである。

図２に示されるように、ステップＳＰ１では、モータの速度指令値３０に基づいて駆動方式の切替を行うか否かが判定される。切替を行うと判定されると、ステップＳＰ２に移行し、切替を行わないと判定された場合には、待ち状態となる。

ステップＳＰ２では、切替信号Ｓａの遷移Ｓａ１，Ｓａ２が行われる（図３参照）。

ステップＳＰ３では、接続スイッチ１３が接続された相の電流（ここでは、Ｗ相電流）に基づいて、切替を実行するタイミングが計られる。

具体的には、切替信号Ｓａの遷移後においてＷ相電流が所定の極性を有する状態が検知される。そして、所定の極性が検知された場合には、ステップＳＰ４に移行し、検知されない場合は、検知されるまで待ち状態となる。ここでは、切替信号Ｓａの遷移後において、所定の極性を採る半周期の開始を最初に検知することによって、ステップＳＰ４へと移行する場合を例示する。

なお、Ｗ相電流が所定の極性を有するときに当該Ｗ相電流が流れる方向は、レグＬ３における接続点ＷＰを基準にして、半導体スイッチＳＨが導通可能な単方向と逆方向である。具体的には、図１において電流が中間電位点ＮＰから接続点ＷＰへと流れる方向に導通可能な半導体スイッチＳＨを採用した場合には、所定の極性を有するＷ相電流が流れる方向は、接続点ＷＰからモータ１５に流れる方向となる。

ステップＳＰ４では、駆動方式の切替が実行される。詳細は、後述する。

ステップＳＰ５では、インバータ装置１０Ａの運転を終了するか否かが判定される。運転を終了する場合には、当該切替動作を終了し、運転を継続する場合には、ステップＳＰ１〜ＳＰ５の動作を繰り返す。

ここで、ステップＳＰ４（駆動方式の切替工程）について、三相式から二相式への切替と二相式から三相式への切替とに場合を分けて詳述する。

まず、三相式から二相式への切替の場合には、機械スイッチＳＫの非導通状態を導通状態へと切り替える導通動作が実行され、接続スイッチ１３を非導通状態から導通状態に遷移させる。

ここで、機械スイッチＳＫは、完全に導通状態となれば、その導通損失は非常に小さいものとなるが、その導通／非導通の際には１０ｍｓ程度の動作時間、およびチャタリング等の影響によるバウンス時間を有している。このため、動作信号が与えられてから一定期間、機械スイッチＳＫは不安定な動作（不安定動作）ＦＤを示す。しかしながら、このような不安定動作ＦＤを示す期間（不安定期間）ｔ３においては、機械スイッチＳＫに並列に接続された半導体スイッチＳＨを常に導通状態にすることによって、不安定動作ＦＤによる影響を回避することが可能となる。端的に言えば、半導体スイッチＳＨが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチＳＫの導通／非導通の動作を実行させればよい。

そこで、本実施形態においては、半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１と機械スイッチ制御信号Ｓｄ１とを切替指令信号Ｓｂ１に同期して出力し、半導体スイッチＳＨの導通状態において、機械スイッチＳＫの導通動作を開始する。

詳細には、ステップＳＰ３で判断された最適な切替タイミングに応じて切替指令信号Ｓｂ１が生成され、当該切替指令信号Ｓｂ１に同期して出力された半導体スイッチ制御信号（半導体スイッチ開閉信号）Ｓｃ１が半導体スイッチＳＨにゲート信号として与えられる。これにより、半導体スイッチＳＨは点弧され、非導通状態から単方向に導通する状態へと遷移する。なお、半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１は、所定のパルス幅を有する信号であり、当該パルス幅に相当する期間（「導通期間」とも称する）ｔ１においては、半導体スイッチＳＨの導通状態が維持される。

また、切替指令信号Ｓｂ１に同期して出力（遷移）された機械スイッチ制御信号（機械スイッチ開閉信号）Ｓｄ１は、機械スイッチＳＫに動作信号として与えられる。これにより、機械スイッチＳＫは、非導通状態から導通状態へと遷移する。なお、本実施形態では、機械スイッチＳＫとしてバック接点が用いられているため、バック接点を非動作とする場合に出力される機械スイッチ制御信号Ｓｄ１は、当該バック接点の動作電圧以下の信号（ここではゼロ）となる。

そして、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１が機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ３よりも長くなるように、半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１の出力期間が調整（設定）される。

このように、機械スイッチＳＫの不安定動作ＦＤを回避するため、機械スイッチＳＫは、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１において非導通状態から完全な導通状態へと遷移され、接続スイッチ１３は、非導通状態から導通状態へと遷移する。

また、所定の期間ｔ１経過後は、機械スイッチＳＫによって導通状態を維持し、半導体スイッチＳＨを非導通にすることによって、導通状態の接続スイッチ１３における電力損失が低減される。

そして、レグ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６をともに非導通状態にして、インバータ装置１０Ａを二相式（４アーム方式）インバータとして駆動する。

具体的には、レグＬ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に関する駆動信号Ｓｅを、半導体スイッチＳＨの点弧すなわち半導体スイッチＳＨが非導通状態から単方向に導通する状態へと遷移することに同期して遷移Ｓｅ１させ、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のいずれをも非導通状態とする。

このように、三相式から二相式への切替の場合には、半導体スイッチＳＨの点弧と三相インバータ回路１４のスイッチング動作とを同期して行うので、スムーズな駆動方式の切替を実行することが可能となる。

次に、二相式から三相式への切替の場合には、機械スイッチＳＫによる導通状態を非導通状態へと切り替える非導通動作が実行され、接続スイッチ１３を導通状態から非導通状態へと遷移させる。

具体的には、三相式から二相式への切替と同様、機械スイッチＳＫの不安定動作ＦＤを回避するため、半導体スイッチＳＨが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチＳＫの非導通の動作を実行させる。

詳細には、切替指令信号Ｓｂ２に同期して、半導体スイッチ制御信号Ｓｃ２と機械スイッチ制御信号Ｓｄ２とが出力され、半導体スイッチＳＨの導通状態において、機械スイッチＳＫの非導通状態への遷移動作が開始される。

そして、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ２が機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ４よりも長くなるように、半導体スイッチ制御信号Ｓｃ２の出力期間が調整される。

このように、非導通とする際の機械スイッチＳＫの不安定動作ＦＤを回避するため、切替指令信号Ｓｂ２が生成されてから所定の期間ｔ２では、半導体スイッチＳＨによって導通状態が維持され、当該所定の期間ｔ２において機械スイッチＳＫの非導通動作が実行される。これによって、接続スイッチ１３は、導通状態から非導通状態へと遷移する。

そして、レグ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６をともに導通状態にして、インバータ装置１０Ａを三相式インバータとして駆動する。

具体的には、レグＬ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に関する駆動信号Ｓｅを、半導体スイッチＳＨの消弧すなわち半導体スイッチＳＨが単方向に導通する状態から非導通状態へと遷移することに同期して遷移Ｓｅ１させ、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を相補的に導通可能な状態とする。

このように、二相式から三相式への切替の場合には、半導体スイッチＳＨの消弧と三相インバータ回路１４のスイッチング動作とを同期して行うので、スムーズな駆動方式の切替を実行することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係るインバータ装置１０Ａにおいては、半導体スイッチＳＨが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチＳＫにその導通／非導通を実行させるので、双方向に導通する半導体スイッチを採用せずに、機械スイッチのバウンス等の不安定動作の影響を排除できる。

また、レグＬ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のいずれをも非導通とする動作を開始する場合には、当該動作を半導体スイッチＳＨが非導通状態から単方向に導通する状態へと遷移することに同期させるとともに、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を相補的に導通させる動作を開始する場合には、当該動作を半導体スイッチＳＨが単方向に導通する状態から非導通状態へと遷移することと同期させる。これによれば、スムーズな駆動方式の切替を実行することが可能になる。

また、半導体スイッチＳＨは、点弧による単方向への導通と自己消弧による非導通とを切替可能であるため、切替指令信号Ｓｂの指示に対して、適切に接続スイッチ１３の導通／非導通を実行することができる。

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態においては、半導体スイッチＳＨとして自己消弧形素子を用いていたが、第２実施形態では、半導体スイッチＳＨとして自己消弧機能を有しないＳＣＲ（silicon controlled rectifier）等の半導体素子を用いる。

図４は、第２実施形態に係るインバータ装置１０（１０Ｂ）を示す図である。

インバータ装置１０Ｂは、半導体スイッチＳＨが自己消弧機能を有しない点以外は、第１実施形態のインバータ装置１０Ａと同様の構成を有している。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

図５は、インバータ装置１０Ｂにおける切替動作のタイムチャートである。

インバータ装置１０Ｂにおいては、ステップＳＰ４以外は、図２と同様の切替動作が実行される。以下では、インバータ装置１０ＢにおけるステップＳＰ４について説明する。

上述のように、インバータ装置１０Ｂにおける半導体スイッチＳＨは、自己消弧機能を有しない。このため、切替指令信号Ｓｂに同期した半導体スイッチ制御信号Ｓｃが一旦半導体スイッチＳＨに与えられると、逆電圧が加わるまで半導体スイッチＳＨは導通状態を維持する。

三相式から二相式への切替の場合には、第１実施形態と同様に、機械スイッチの不安定動作ＦＤを回避するため、半導体スイッチＳＨが単方向に導通している状態においてのみ機械スイッチＳＫの導通の動作を実行し、接続スイッチ１３を非導通状態から導通状態に遷移させる。

具体的には、切替指令信号Ｓｂ１１に同期した半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１１と機械スイッチ制御信号Ｓｄ１１とが、それぞれ出力される。

半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１１は、半導体スイッチＳＨの点弧のため一定期間出力される。点弧された半導体スイッチＳＨは、接続スイッチ１３が接続された相の電流（ここでは、Ｗ相電流）がゼロになることによって消弧される。つまり、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１１は、Ｗ相電流が所定の極性を採る半周期となる。

一方、機械スイッチ制御信号Ｓｄ１１は、機械スイッチＳＫに動作信号として与えられる。

ここで、第２実施形態においても、導通／非導通の際の機械スイッチＳＫの不安定動作ＦＤが問題となるが、半導体スイッチＳＨを自己消弧機能を有しない素子で構成した場合にも、不安定動作ＦＤによる影響を回避することが可能となる。具体的には、二相式インバータとして駆動される場合のＷ相電流は、１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ程度の低い周波数であるため、Ｗ相電流の半周期は２５ｍｓ以上あり、機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ３，ｔ４の長さ約１０ｍｓよりも長い。このため、半導体スイッチＳＨを自己消弧機能を有しない素子で構成した場合にも、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１１，ｔ１２は機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ３，ｔ４よりも長くなるため、不安定動作ＦＤによる影響を回避することが可能となる。

このように、機械スイッチＳＫは、上記半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１１において非導通状態から完全な導通状態へと遷移させられる。

そして、レグＬ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に関する駆動信号Ｓｅを、半導体スイッチＳＨの点弧すなわち半導体スイッチＳＨが非導通状態から単方向に導通する状態へと遷移することに同期して遷移Ｓｅ１１させ、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のいずれをも非導通状態とする。

また、二相式から三相式への切替の場合には、第１実施形態と同様に、機械スイッチの不安定動作ＦＤを回避するため、半導体スイッチＳＨが単方向に導通している状態において、機械スイッチＳＫの非導通動作を実行し、接続スイッチ１３を非導通状態から導通状態に遷移させる。

具体的には、切替指令信号Ｓｂ１２に同期した半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１２と機械スイッチ制御信号Ｓｃ１２とが、それぞれ出力される。

半導体スイッチ制御信号Ｓｃ１２は、半導体スイッチＳＨの点弧のために出力され、点弧された半導体スイッチＳＨは、Ｗ相電流がゼロになるまでその導通状態を維持する。つまり、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１２は、Ｗ相電流が所定の極性を採る半周期となる。

一方、機械スイッチ制御信号Ｓｄ１１は、機械スイッチＳＫに動作信号として与えられる。

ここで、機械スイッチＳＫの不安定動作ＦＤが問題となる。しかし、上述のように、Ｗ相電流の半周期は機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ４よりも長いことから、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１２は機械スイッチＳＫの不安定期間ｔ４よりも長くなるため、不安定動作ＦＤによる影響を回避することが可能となる。

このように、機械スイッチＳＫは、半導体スイッチＳＨの導通期間ｔ１２において導通状態から完全な非導通状態へと遷移させられる。

そして、レグＬ３における２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に関する駆動信号Ｓｅを、Ｗ相電流の所定の極性を採る半周期の終了すなわち半導体スイッチＳＨが単方向に導通する状態から非導通状態へと遷移することに同期して遷移Ｓｅ１２させ、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を相補的に導通可能な状態とする。

以上のように、第２実施形態に係るインバータ装置１０Ｂにおいては、半導体スイッチＳＨとして自己消弧機能を有しない素子を用いても、駆動方式の切替を実現することができる。

また、インバータ装置１０Ｂにおける半導体スイッチＳＨは、点弧による単方向への導通が可能であるため、切替指令信号Ｓｂの指示に対して、適切に接続スイッチ１３の導通を実行することができる。

なお、第２実施形態のように半導体スイッチＳＨとして自己消弧機能を有しない素子を用いる場合よりも、第１実施形態のように自己消弧形素子を用いた方が、Ｗ相電流の半周期の終了を待たずして、半導体スイッチＳＨを消弧することができるので、駆動方式の切替を素早く行うことが可能となる。

＜３．第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上記各実施形態に係るインバータ装置１０Ａ，１０Ｂを、例えば、空調機用の圧縮機に接続し、当該圧縮機を駆動制御する。

この場合、空調機における冷暖房等の運転の切替に基づいて、動作切替信号Ｓａの遷移を行い、インバータ装置１０Ａ，１０Ｂの駆動方式を切り替えてもよい。

具体的には、インバータ装置１０Ａ，１０Ｂは、冷房運転の場合には二相式インバータとして駆動され、暖房運転の場合には三相式インバータとして駆動される。

このように、インバータ装置１０Ａ，Ｂの駆動方式を空調機における冷暖房等の運転状況に応じて切り替えることによれば、空調機の運転状況に応じた効率的な運転が可能となる。

＜変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は、上記に説明した内容に限定されるものではない。

例えば、上記第１および第２実施形態においては、機械スイッチＳＫとしてバック接点を用いていたが、これに限定されず、フロント接点（Ａ接点）を用いてもよい。

ただし、機械スイッチＳＫは低速運転において導通状態として用いられるため、低速運転領域での使用割合が高くなる空調機においては、非動作状態で導通状態となるバック接点を用いた方が、消費電力を少なくすることができる。

本発明の第１実施形態に係るインバータ装置の構成を示す概念図である。 駆動方式の切替動作のフローチャートである。 第１実施形態に係るインバータ装置の切替動作のタイムチャートである。 第２実施形態に係るインバータ装置の構成を示す概念図である。 第２実施形態に係るインバータ装置の切替動作のタイムチャートである。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ インバータ装置
１３ 接続スイッチ
１４ 三相インバータ回路
２０ 極性判定部
２１ 切替制御部
２２ 切替判断部
２３ インバータ制御部
３０ 速度指令値
ＦＤ 不安定動作
ＮＰ 中間電位点
ＳＨ 半導体スイッチ
ＳＫ 機械スイッチ
ＷＰ 接続点

Claims (6)

1. いずれも一端および他端を有する第１コンデンサ並びに第２コンデンサを含み、前記第１コンデンサの前記一端と前記第２コンデンサの前記一端とを中間電位点(NP)で接続し、前記第１コンデンサの前記他端と前記第２コンデンサの前記他端の間に直流電圧を入力するコンデンサ群(12)と、
   第１乃至第３のレグ(L1,L2,L3)を含み、前記第１乃至第３のレグのそれぞれが、前記第１コンデンサの前記他端と接続された第１スイッチング素子(S1,S3,S5)と、前記第１スイッチング素子と前記第２コンデンサの前記他端との間に接続された第２スイッチング素子(S2,S4,S6)とを有し、前記第１乃至第３のレグのそれぞれにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが接続される接続点(UP,VP,WP)から三相電流の各々を出力する三相インバータ回路(14)と、
   前記第３レグにおける前記接続点(WP)と前記中間電位点(NP)との間の導通／非導通を行う接続スイッチ(13)と、
   前記第１乃至第３のレグの前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のスイッチング動作を制御するインバータ制御手段(23)と、
   前記接続スイッチの動作を制御する切替制御手段(21)と
   を備え、
   前記接続スイッチは、機械スイッチ(SK)と、非導通もしくは単方向に導通可能となる半導体スイッチ(SH)との並列接続を含み、
   前記切替制御手段は、前記半導体スイッチが前記単方向に導通している状態においてのみ前記機械スイッチにその導通／非導通を実行させ、
   前記インバータ制御手段は、
   (a)前記第３レグの前記第１スイッチング素子(S5)および前記第２スイッチング素子(S6)のいずれをも非導通とする動作を開始する場合には、当該動作を前記半導体スイッチが非導通状態から前記単方向に導通する状態へと遷移することに同期させ、
   (b)前記第３レグの前記第１スイッチング素子(S5)および前記第２スイッチング素子(S6)を相補的に導通させる動作を開始する場合には、当該動作を前記半導体スイッチが前記単方向に導通する状態から前記非導通状態へと遷移することと同期させ、
   前記三相電流を供給するインバータ装置(10)。
2. 前記半導体スイッチ(SH)は点弧による前記単方向への導通を行い、
   前記切替制御手段(21)は、前記三相インバータ回路(14)を三相式インバータとして動作させるか、二相式インバータとして動作させるかを指令する動作切替信号(Sa)を入力し、前記第３レグにおける前記接続点(WP)から出力される出力電流が、前記動作切替信号(Sa)の遷移後において最初に所定の極性を採る半周期において前記半導体スイッチ(SH)の前記点弧を行う第１開閉信号(Sc)と、前記機械スイッチ(SK)の動作を制御する第２開閉信号(Sd)とを、相互に同期して出力し、
   前記出力電流が前記所定の極性を有するときに前記出力電流が流れる方向は、前記第３レグにおける前記接続点(WP)を基準として前記単方向と逆方向である、請求項１記載のインバータ装置(10)。
3. 前記切替制御手段は、前記三相電流を受ける三相負荷(15)の速度指令値(30)に基づいて前記接続スイッチの動作を制御する、
   請求項１または請求項２記載のインバータ装置(10)。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のインバータ装置(10)によって駆動される三相電動機(15)。
5. 請求項４に記載の三相電動機(15)を有する圧縮機を備えた空調機。
6. 前記インバータ装置(10)における前記切替制御手段は、前記空調機における冷暖房の運転の切り替えに基づいて前記接続スイッチの動作を制御する、
   請求項５記載の空調機。

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