JP2020174431A - 制御装置、巻線切替モータシステム、制御装置による制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】巻線の巻き数を切り替える巻線切替モータにおいても、低回転時にモータをより効率よく駆動させることのできる制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置であって、前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力し、前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しない。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、巻線切替モータシステム、制御装置による制御方法及びプログラムに関する。

三相交流電力によって巻線切替モータを動作させる場合、巻線切替モータを効率よく駆動するために、巻線切替モータの回転数に応じて巻線切替モータの巻線の巻数を切り替えることがある。
特許文献１には、関連する技術として、Δ結線とＹ結線との間の切り替えを行うときに、損失をより低減したいＹ結線を励磁しないときのスイッチの状態で実現させることによって、低回転時にモータをより効率よく駆動させる技術が開示されている。

国際公開第２０１８／０７８８３９号

ところで、巻線の巻き数を切り替える巻線切替モータにおいても、低回転時にモータをより効率よく駆動させることのできる技術が求められている。

本発明は、上記の課題を解決することのできる制御装置、巻線切替モータシステム、制御装置による制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置であって、前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力し、前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しない。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様における制御装置において、前記巻線切替モータは、空気調和機に備えられるモータであってもよい。

本発明の第３の態様によれば、巻線切替モータシステムは、第１の態様または第２の態様に記載の制御装置と、前記制御装置によって制御されるスイッチと、を備える。

本発明の第４の態様によれば、制御装置による制御方法は、励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置による制御方法であって、前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力することと、前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しないことと、を含む。

本発明の第５の態様によれば、プログラムは、励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置のコンピュータに、前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力することと、前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しないことと、を実行させる。

本発明の実施形態による制御装置、巻線切替モータシステム、制御装置による制御方法及びプログラムによれば、巻線の巻き数を切り替える巻線切替モータにおいても、低回転時にモータをより効率よく駆動させることができる。

本発明の一実施形態による巻線切替モータシステムの構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による切替制御装置の処理フローを示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム１の構成について説明する。
巻線切替モータシステム１は、図１に示すように、巻線切替モータ１０（モータの一例）、インバータ２０、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０、切替制御装置６０（制御装置の一例）を備える。巻線切替モータシステム１は、巻線切替モータ１０を低回転させる時に、高ターンとなるように複数の巻線どうしの接続を切り替えるシステムであって、巻線切替モータ１０を低回転させる時にスイッチの損失を少なくするシステムである。
巻線切替モータシステム１は、例えば、空気調和機などで使用されるシステムである。

巻線切替モータ１０は、第１巻線１０１、第２巻線１０２、第３巻線１０３、第４巻線１０４、第５巻線１０５、第６巻線１０６を備える。
第１巻線１０１、第２巻線１０２、第３巻線１０３、第４巻線１０４、第５巻線１０５、第６巻線１０６のそれぞれは、コイルとして機能する。第１巻線１０１、第２巻線１０２、第３巻線１０３、第４巻線１０４、第５巻線１０５、第６巻線１０６のそれぞれは、巻線に流れる電流と巻線の巻数の積によって決まる起磁力を生じさせる。第１巻線１０１、第２巻線１０２、第３巻線１０３、第４巻線１０４、第５巻線１０５、第６巻線１０６のそれぞれは、第１端子及び第２端子を備える。

インバータ２０は、巻線切替モータ１０を動作させる（すなわち、回転させる）のに必要な電力を、巻線切替モータ１０に供給する。インバータ２０は、第１端子、第２端子及び第３端子を備える。インバータ２０の第１端子は、巻線切替モータ１０との間でＵ相についての電力を授受する端子である。また、インバータ２０の第２端子は、巻線切替モータ１０との間でＶ相についての電力を授受する端子である。また、インバータ２０の第３端子は、巻線切替モータ１０との間でＷ相についての電力を授受する端子である。

第１スイッチ３０は、第１巻線１０１及び第２巻線１０２についての接続を切り替えるスイッチである。第１スイッチ３０は、ｃ接点のスイッチである。第１スイッチ３０は、第１端子、第２端子、第３端子及び第４端子を備える。

第２スイッチ４０は、第３巻線１０３及び第４巻線１０４についての接続を切り替えるスイッチである。第２スイッチ４０は、ｃ接点のスイッチである。第２スイッチ４０は、第１端子、第２端子、第３端子及び第４端子を備える。

第３スイッチ５０は、第５巻線１０５及び第６巻線１０６についての接続を切り替えるリレーである。第３スイッチ５０は、ｃ接点のスイッチである。第３スイッチ５０は、第１端子、第２端子、第３端子及び第４端子を備える。

切替制御装置６０は、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０それぞれを制御する。
具体的には、切替制御装置６０は、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０それぞれに制御信号を出力し、巻線間の接続を制御する。切替制御装置６０は、第１端子、第２端子及び第３端子を備える。切替制御装置６０の第１端子は、第１スイッチ３０に制御信号を出力する端子である。切替制御装置６０の第２端子は、第２スイッチ４０に制御信号を出力する端子である。切替制御装置６０の第３端子は、第３スイッチ５０に制御信号を出力する端子である。

第１巻線１０１の第１端子は、第１スイッチ３０の第２端子に接続される。第１巻線１０１の第２端子は、第２巻線１０２の第１端子、第１スイッチ３０の第３端子それぞれに接続される。第２巻線１０２の第２端子は、第４巻線１０４の第２端子、第６巻線１０６の第２端子それぞれに接続される。
第３巻線１０３の第１端子は、第２スイッチ４０の第２端子に接続される。第３巻線１０３の第２端子は、第４巻線１０４の第１端子、第２スイッチ４０の第３端子それぞれに接続される。
第５巻線１０５の第１端子は、第３スイッチ５０の第２端子に接続される。第５巻線１０５の第２端子は、第６巻線１０６の第１端子、第３スイッチ５０の第３端子それぞれに接続される。
インバータ２０の第１端子は、第１スイッチ３０の第１端子に接続される。インバータ２０の第２端子は、第２スイッチ４０の第１端子に接続される。インバータ２０の第３端子は、第３スイッチ５０の第１端子に接続される。
第１スイッチ３０の第４端子は、切替制御装置６０の第１端子に接続される。第２スイッチ４０の第４端子は、切替制御装置６０の第２端子に接続される。第３スイッチ５０の第４端子は、切替制御装置６０の第３端子に接続される。
巻線切替モータシステム１では、上述のように各素子が接続されるため、第２巻線１０２の第２端子、第４巻線１０４の第２端子、第６巻線１０６の第２端子は、中性点となる。

なお、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０それぞれは、切替制御装置６０から励磁信号を受けない場合、第１端子を第２端子に接続する。また、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０それぞれは、切替制御装置６０から励磁信号を受ける場合、第１端子を第３端子に接続する。つまり、スイッチの励磁損が発生しないときに巻線の巻数を大きくして巻線切替モータ１０を低速で回転させ、スイッチの励磁損が発生するときに巻線の巻数を小さくして、巻線切替モータ１０を高速で回転させる。
こうすることで、一般的により効率よく運転されることが望まれる巻線切替モータ１０の低回転領域において、効率のよい運転を実現することができる。

次に、本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム１の処理について説明する。
ここでは、巻線切替モータ１０の巻線を直列に接続することにより巻線の巻数を大きく見せる（すなわち、巻線のインダクタンスを大きくする）場合と、巻線切替モータ１０の巻線を並列に接続することにより巻線の巻数を小さく見せる（すなわち、巻線のインダクタンスを小さくする）場合とを切り替える切替制御装置６０による制御について図２に示す処理フローを用いて説明する。
なお、巻線切替モータ１０の回転数の低い領域で巻線の巻数を大きくし、巻線切替モータ１０の回転数の高い領域で巻線の巻数を小さくすることで、巻線切替モータ１０を効率よく動作させることができる場合が多いことが知られている。そのため、図２に示す処理フローは、巻線切替モータ１０の巻線の巻数を大きく見せる場合として、回転数の低い第１領域で巻線切替モータ１０を動作させ、巻線切替モータ１０の巻線の巻数を小さく見せる場合として、回転数が第１領域よりも高い第２領域で巻線切替モータ１０を動作させる場合の処理フローを例示している。

切替制御装置６０は、巻線切替モータ１０の回転数を取得する（ステップＳ１）。
例えば、切替制御装置６０は、巻線切替モータ１０を駆動するために巻線切替モータ１０に供給される電力と、負荷の状態とから、巻線切替モータ１０の現在の回転数を推定する。なお、ここでの「取得」は、切替制御装置６０が自身で回転数を推定や算出する場合、及び、切替制御装置６０が外部から回転数の情報を受ける場合の両方を含むものである。また、切替制御装置６０が巻線切替モータ１０の回転数を取得する方法は、上述の推定による方法に限定するものではなく、どのような方法であってもよい。

切替制御装置６０は、取得した回転数をしきい値と比較する（ステップＳ２）。ここでの「しきい値」は、回転数の低い第１領域における回転数の上限値である。
切替制御装置６０は、比較結果に基づいて、取得した回転数がしきい値を超えているか否かを判定する（ステップＳ３）。

切替制御装置６０は、取得した回転数がしきい値以下であると判定した場合（ステップＳ３においてＮＯ）、巻線切替モータ１０が回転数の低い第１領域で動作していると判定する（ステップＳ４）。
切替制御装置６０は、巻線切替モータ１０が回転数の低い第１領域で動作していると判定した場合、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０に励磁信号を出力しない（ステップＳ５）。励磁信号とは、スイッチを例示させて第１端子を第２端子から第３端子に切り替えさせる信号である。

また、切替制御装置６０は、取得した回転数がしきい値を超えていると判定した場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、巻線切替モータ１０が第１領域よりも回転数の高い第２領域で動作していると判定する（ステップＳ６）。
切替制御装置６０は、巻線切替モータ１０が第１領域よりも回転数の高い第２領域で動作していると判定した場合、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０それぞれに励磁信号を出力する（ステップＳ７）。

なお、上記の本発明の一実施形態では、切替制御装置６０が、巻線切替モータ１０の回転数が低い第１領域で巻線の巻数を大きくし、巻線切替モータ１０の回転数が高い第２領域で巻線の巻数を小さくする制御を行う場合を例に、巻線切替モータ１０の巻線の巻数を切り替える制御について説明した。しかしながら、巻線切替モータ１０の回転数の低い第１領域で巻線の巻数を小さくし、巻線切替モータ１０の回転数の高い第２領域で巻線の巻数を大きくすることで、巻線切替モータ１０を効率よく動作させることができる場合には、切替制御装置６０が、巻線切替モータ１０の回転数が低い第１領域で巻線の巻数を小さくし、巻線切替モータ１０の回転数が高い第２領域で巻線の巻数を大きくする制御を行うものであってもよい。

以上、本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム１について説明した。
本発明の一実施形態による巻線切替モータシステム１において、切替制御装置６０は、励磁信号を受けないときに巻線切替モータ１０の巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続する第１スイッチ３０、第２スイッチ４０及び第３スイッチ５０を制御する制御装置である。切替制御装置６０は、巻線切替モータ１０の回転数が低回転領域にある場合に第１スイッチ３０、第２スイッチ４０及び第３スイッチ５０に励磁信号を出力し、回転数が低回転領域を超える高回転領域にある場合に第１スイッチ３０、第２スイッチ４０及び第３スイッチ５０に励磁信号を出力しない。
このように巻線切替モータシステム１を構成することで、スイッチの励磁損が発生しないときに巻線の巻数を大きくして巻線切替モータ１０を低速で回転させ、スイッチの励磁損が発生するときに巻線の巻数を小さくして、巻線切替モータ１０を高速で回転させることができる。その結果、一般的により効率よく運転されることが望まれる巻線切替モータ１０の低回転領域において、効率のよい運転を実現することができる。

なお、本発明の一実施形態では、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０のそれぞれは、独立したスイッチであるものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態では、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０は、１つのリレーにすべて収めら、１つの励磁信号によってスイッチが制御されるものであってもよい。また、本発明の別の実施形態では、第１スイッチ３０、第２スイッチ４０、第３スイッチ５０は、複数のリレーに分散されて収められていてもよい。

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明の実施形態における記憶部や記憶装置（レジスタ、ラッチを含む）のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部や記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。

本発明の実施形態について説明したが、上述の切替制御装置６０、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図３は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図３に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の切替制御装置６０、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。

１・・・巻線切替モータシステム
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・巻線切替モータ
２０・・・インバータ
３０・・・第１スイッチ
４０・・・第２スイッチ
５０・・・第３スイッチ
６０・・・切替制御装置

Claims (5)

1. 励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置であって、
   前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力し、前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しない、
   制御装置。
2. 前記巻線切替モータは、空気調和機に備えられるモータである、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の制御装置と、
   前記制御装置によって制御されるスイッチと、
   を備える巻線切替モータシステム。
4. 励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置による制御方法であって、
   前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力することと、
   前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しないことと、
   を含む制御装置による制御方法。
5. 励磁信号を受けないときに巻線切替モータの巻線の巻数が大きくなるように前記巻線を接続し、励磁信号を受けるときに前記巻数が小さくなるように前記巻線を接続するスイッチを制御する制御装置のコンピュータに、
   前記巻線切替モータの回転数が低回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力することと、
   前記回転数が前記低回転領域を超える高回転領域にある場合に前記スイッチに前記励磁信号を出力しないことと、
   を実行させるプログラム。

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