JP7023356B2 - モータ駆動装置及び空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、モータ駆動装置及び空気調和機に関する。
モータを制御する際に、インバータが利用される。従来から、１つのインバータで複数のモータを制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、多相の第１のモータと、これと同相数の第２のモータの各相を、共通の各相の出力線に接続した状態で、単一態様のＰＷＭ制御に基づいて単一のインバータ回路により駆動する電動装置が記載されている。
特許第４３０５０２１号公報
複数の室外ファンモータを搭載する空気調和機では、空調負荷に応じてファンモータの駆動台数を変更することが多い。これは、空調負荷に応じて室外ファンモータの駆動台数を切り替えるためであり、例えば、空調負荷が小さい場合には、１台の室外ファンモータのみ駆動させ、空調負荷が大きい場合には、室外ファンモータの駆動台数を増やしている。
このため、室外ファンモータの駆動台数を増やす場合に、外乱要素によって回転され、フリーラン状態になっている室外ファンモータを駆動させた場合、逆起電圧が発生し、ファンモータに過大な突入電流が流れるおそれがある。さらに、ファンモータとして、永久磁石同期モータ（以下、ＰＭモータという）が使用されている場合、過大な突入電流により、ロータ磁石が減磁するおそれがある。
そこで、本発明の１又は複数の態様は、複数のファンモータを１つのインバータで駆動しているモータ駆動装置において、既に駆動しているファンモータに加え、フリーラン状態のファンモータを駆動させる場合であっても、ファンモータに流れる過大な電流の発生を抑制し、ＰＭモータの永久磁石の減磁を抑制できるようにすることを目的とする。
本発明の一態様に係るモータ駆動装置は、第１の永久磁石同期モータ及び第２の永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置であって、直流電圧を生成するコンバータと、前記直流電圧から三相交流電圧を生成するインバータと、前記三相交流電圧を前記第１の永久磁石同期モータに供給する３つの第１の電力線と、前記三相交流電圧を前記第２の永久磁石同期モータに供給する３つの第２の電力線と、前記３つの第２の電力線の内の少なくとも２つの第２の電力線の各々の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの切断用接触器と、前記３つの第２の電力線の組み合わせの内の少なくとも２つの組み合わせの各々における２つの第２の電力線の間の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの短絡用接触器と、前記第２の永久磁石同期モータに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、前記電流値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断する過電流検出部と、前記少なくとも２つの切断用接触器及び前記少なくとも２つの短絡用接触器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２の永久磁石同期モータの駆動を停止する際に、前記少なくとも２つの切断用接触器を前記接続から前記切断に切り換えるとともに、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替え、前記制御部は、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替えた後に、前記電流値が前記予め定められた閾値を超えたと前記過電流検出部が判断した場合に、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記接続から前記切断に切り替えることを特徴とする。
本発明の別の一態様に係るモータ駆動装置は、第１の永久磁石同期モータ及び第２の永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置であって、直流電圧を生成するコンバータと、前記直流電圧から三相交流電圧を生成するインバータと、前記三相交流電圧を前記第１の永久磁石同期モータに供給する３つの第１の電力線と、前記三相交流電圧を前記第２の永久磁石同期モータに供給する３つの第２の電力線と、前記３つの第２の電力線の内の少なくとも２つの第２の電力線の各々の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの切断用接触器と、前記３つの第２の電力線の組み合わせの内の少なくとも２つの組み合わせの各々における２つの第２の電力線の間の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの短絡用接触器と、前記第２の永久磁石同期モータに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、前記少なくとも２つの切断用接触器及び前記少なくとも２つの短絡用接触器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２の永久磁石同期モータの駆動を停止する際に、前記少なくとも２つの切断用接触器を前記接続から前記切断に切り換えるとともに、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替え、前記制御部は、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替えた後に、前記電流値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断し、前記電流値が前記予め定められた閾値を超えた場合に、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記接続から前記切断に切り替えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る空気調和機は、第１の永久磁石同期モータと、第２の永久磁石同期モータと、前記第１の永久磁石同期モータ及び前記第２の永久磁石同期モータを駆動する、上記何れかのモータ駆動装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、第１の永久磁石同期モータと第２の永久磁石同期モータとを１つのインバータで駆動しているモータ駆動装置において、第２の永久磁石同期モータとインバータとの接続を切断する切断用接触器及び第２の永久磁石同期モータを短絡させる短絡用接触器を備え、第２の永久磁石同期モータを短絡させた後にインバータに接続させ駆動させることで、第２の永久磁石同期モータからの逆起電圧の発生及び第２の永久磁石同期モータの永久磁石の減磁を抑制することができる。
実施の形態１に係るモータ駆動装置とその周辺回路の構成を示す概略図である。 切断用接触器及び短絡用接触器を制御する動作モードを示す表である。 第１のＰＭモータ、第２のＰＭモータ、インバータ、切断用接触器及び短絡用接触器の動作シーケンスの第１例を示す概略図である。 インバータから第１のＰＭモータに指示する回転数指令値を示す概略図である。 第１のＰＭモータ、第２のＰＭモータ、インバータ、切断用接触器及び短絡用接触器の動作シーケンスの第２例を示す概略図である。 第１のＰＭモータ、第２のＰＭモータ、インバータ、切断用接触器及び短絡用接触器の動作シーケンスの第３例を示す概略図である。 第１のＰＭモータ、第２のＰＭモータ、インバータ、切断用接触器及び短絡用接触器の動作シーケンスの第４例を示す概略図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、ハードウェア構成例を示す概略図である。 実施の形態２に係るモータ駆動装置とその周辺回路の構成を示す概略図である。 ブレーキ電流と過電流検出信号との関係を示す模式図である。 実施の形態３に係る空気調和機の構成を概略的に示すブロック図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータ駆動装置１００とその周辺回路の構成を示す概略図である。
モータ駆動装置１００は、交流電源１２１、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂに接続され、コンバータ１０１と、インバータ１０５と、切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂと、短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂと、演算器１１０とを少なくとも備える。
また、モータ駆動装置１００は、母線電圧センサ１０４と、第１の電流センサ１０６Ａ、１０６Ｂと、第２の電流センサ１０７Ａ、１０７Ｂとを備える。
モータ駆動装置１００は、以上の構成で、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動する。
コンバータ１０１は、直流電圧を生成する。例えば、コンバータ１０１は、交流電源１２１からの交流電圧を整流器１０２で整流した後、コンデンサ等の平滑部１０３で平滑して直流電圧へ変換する。コンバータ１０１で変換された直流電圧は、インバータ１０５に出力される。
母線電圧センサ１０４は、インバータ１０５に印加される直流母線電圧を検出する。検出された直流母線電圧の電圧値である母線電圧値は、演算器１１０に与えられる。
インバータ１０５は、コンバータ１０１から与えられる直流電圧から三相交流電圧を生成し、その三相交流電圧を第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂに出力する。インバータ１０５の出力に対して第１のＰＭモータ１２０Ａと、第２のＰＭモータ１２０Ｂとは、並列に接続されている。例えば、第１のＰＭモータ１２０Ａは、第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗでインバータ１０５に接続されており、第２のＰＭモータ１２０Ｂは、第１のＵ相電力線１１１ｕから分岐した第２のＵ相電力線１１２ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖから分岐した第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗから分岐した第２のＷ相電力線１１２ｗでインバータ１０５に接続されている。
ここで、第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗの各々は、第１のＰＭモータ１２０Ａに三相交流電圧を供給する第１の電力線である。
また、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの各々は、第２のＰＭモータ１２０Ｂに三相交流電圧を供給する第２の電力線である。
第１の電流センサ１０６Ａ、１０６Ｂは、第１のＰＭモータ１２０Ａに流れる電流を検出する。検出された電流値である第１の電流値は、演算器１１０に与えられる。例えば、第１の電流センサ１０６Ａ、１０６Ｂは、ホール素子を用いて電流を検出するセンサである。
ここでは、第１の電流センサ１０６Ａは、第１のＵ相電力線１１１ｕに流れる電流を検出し、第１の電流センサ１０６Ｂは、第１のＷ相電力線１１１ｗに流れる電流を検出しているが、実施の形態１は、このような例に限定されない。実施の形態１では、第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗの少なくも二つの第１の電力線に流れる電流が検出されればよく、全ての第１の電力線に流れる電流が検出されてもよい。
なお、第１の電流センサ１０６Ａ、１０６Ｂの各々を特に区別する必要がない場合には、第１の電流センサ１０６という。
第２の電流センサ１０７Ａ、１０７Ｂは、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流を検出する。検出された電流値である第２の電流値は、演算器１１０に与えられる。例えば、第２の電流センサ１０７Ａ、１０７Ｂは、ホール素子を用いて電流を検出するセンサである。
ここでは、第２の電流センサ１０７Ａは、第２のＵ相電力線１１２ｕに流れる電流を検出し、第２の電流センサ１０７Ｂは、第２のＷ相電力線１１２ｗに流れる電流を検出しているが、実施の形態１は、このような例に限定されない。実施の形態１では、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの少なくも二つの第２の電力線に流れる電流が検出されればよく、全ての第２の電力線に流れる電流が検出されてもよい。
なお、第２の電流センサ１０７Ａ、１０７Ｂの各々を特に区別する必要がない場合には、第２の電流センサ１０７という。
インバータ１０５と、第２のＰＭモータ１２０Ｂとの間には、切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂと、短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂとが挿入される。
切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂは、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの間の少なくとも２つの第２の電力線に直列に挿入される。切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂの各々は、１つの第２の電力線の接続及び切断を切り替える。切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂの動作により、第２のＰＭモータ１２０Ｂへの通電が制御される。
例えば、切断用接触器１０８Ａ、１０８ＢがＯＮにされると、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとが接続されて、インバータ１０５からの電力が第２のＰＭモータ１２０Ｂに供給される。一方、切断用接触器１０８Ａ、１０８ＢがＯＦＦにされると、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとが切断されて、インバータ１０５からの電力は第２のＰＭモータ１２０Ｂに供給されない。
なお、切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂは、演算器１１０からの指示に応じて、同じように動作するため、以下、切断用接触器１０８Ａ、１０８Ｂの各々を特に区別する必要がない場合には、切断用接触器１０８という。
ここでは、切断用接触器１０８Ａは、第２のＵ相電力線１１２ｕに挿入され、切断用接触器１０８Ｂは、第２のＷ相電力線１１２ｗに挿入されているが、実施の形態１は、このような例に限定されない。切断用接触器１０８は、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの内の少なくとも２つの第２の電力線に挿入されればよく、全ての電力線１１２ｕ、１１２ｖ、１１２ｗに挿入されていてもよい。
短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂは、切断用接触器１０８と、第２のＰＭモータ１２０Ｂとの間に挿入される。そして、短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂの各々は、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの組み合わせの内の１つの組み合わせに含まれる２つの第２の電力線の間に挿入される。短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂの各々は、その２つの第２の電力線の間の接続及び切断を切り替える。短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂの動作により、第２のＰＭモータ１２０Ｂに接続されている第２の電力線の短絡の有無を制御することができる。
例えば、短絡用接触器１０９Ａ、１０９ＢがＯＮにされると、第２のＵ相電力線１１２ｕと、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＶ相電力線１１２ｖと、第２のＷ相電力線１１２ｗとが接続されて、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流経路が第２のＰＭモータ１２０Ｂ内で閉じられる。これにより、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへ電力が供給されず、第２のＰＭモータ１２０Ｂに供給された電力は、第２のＰＭモータ１２０Ｂ自身によって消費されるようになり、第２のＰＭモータ１２０Ｂにブレーキをかけることができる。従って、第２のＰＭモータ１２０Ｂがフリーラン状態であっても、第２のＰＭモータ１２０Ｂにブレーキがかかり、その回転を止めることで、逆起電圧を抑制することができる。
一方、短絡用接触器１０９Ａ、１０９ＢがＯＦＦにされると、第２のＵ相電力線１１２ｕと第２のＶ相電力線１１２ｖとの接続及び第２のＶ相電力線１１２ｖと第２のＷ相電力線１１２ｗとの接続が切断されて、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂの間で電流経路が形成され、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへ電力が供給される。
なお、短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂは、演算器１１０からの指示に応じて、同じように動作するため、以下、短絡用接触器１０９Ａ、１０９Ｂの各々を特に区別する必要がない場合には、短絡用接触器１０９という。
ここでは、短絡用接触器１０９Ａは、第２のＵ相電力線１１２ｕ及び第２のＶ相電力線１１２ｖの間に挿入され、短絡用接触器１０９Ｂは、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの間に挿入されているが、実施の形態１は、このような例に限定されない。短絡用接触器１０９は、第２のＵ相電力線１１２ｕ及び第２のＶ相電力線１１２ｖの間、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの間、及び、第２のＵ相電力線１１２ｕ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの間の少なくとも２つの間に挿入されればよく、全ての間に挿入されてもよい。
演算器１１０は、モータ駆動装置１００での処理を制御する制御部である。
例えば、演算器１１０は、第１の電流センサ１０６、第２の電流センサ１０７及び母線電圧センサ１０４での検出結果に基づいて、モータ制御演算を行い、インバータ１０５の各スイッチング素子の駆動信号を生成する。ここでは、演算器１１０は、ベクトル制御を行う。具体的には、演算器１１０は、第１の電流センサ１０６での検出結果から、第１のＰＭモータ１２０Ａの各相に流れる電流値を特定し、その特定された電流値に対して、静止三相座標から回転二相座標に座標変換を行うことで、ｄｑ軸の第１の電流値を算出する。同様に、演算器１１０は、第２の電流センサ１０７での検出結果から、第２のＰＭモータ１２０Ｂの各相に流れる電流値を特定し、その特定された電流値に対して静止三相座標から回転二相座標に座標変換を行うことで、ｄｑ軸の第２の電流値を算出する。演算器１１０は、以上のようにして算出された第１の電流値が、第１の電流値と第２の電流値との誤差を考慮して、理想値と一致するように、インバータ１０５の駆動信号を生成する。
なお、以上に記載したベクトル制御は、あくまで一例であり、演算器１１０は、どのような制御手法を用いてもよい。
また、演算器１１０は、上位コントローラ１２２からの指示に従って、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９を制御する。
例えば、演算器１１０は、第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止する際に、切断用接触器１０８を接続から切断に切り替えるとともに、短絡用接触器１０９を切断から接続に切り替える。
図２は、上位コントローラ１２２からの指示に応じて、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９を制御する動作モードを示す表である。
図２に示されているように、演算器１１０は、上位コントローラ１２２から第２のＰＭモータ１２０Ｂを動作させる、言い換えると、第２のＰＭモータ１２０Ｂに通電する指示を受けた場合には、切断用接触器１０８をＯＮにして、短絡用接触器１０９をＯＦＦにする。一方、演算器１１０は、上位コントローラ１２２から第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止する、言い換えると、第２のＰＭモータ１２０Ｂに通電しない指示を受けた場合には、切断用接触器１０８をＯＦＦにして、短絡用接触器１０９をＯＮにする。ここで、ＯＮは、導通する状態であり、ＯＦＦは、開放状態であることを表している。
次に動作について説明する。図３は、第１のＰＭモータ１２０Ａ、第２のＰＭモータ１２０Ｂ、インバータ１０５、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９の動作シーケンスの第１例を示す概略図である。図３は、駆動している第１のＰＭモータ１２０Ａに加え、停止していた第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動させる場合におけるシーケンスを示している。
図３に示されているように、第１のＰＭモータ１２０Ａが駆動し、第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している際、切断用接触器１０８はＯＦＦにされ、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへの電力供給は切断される。一方、短絡用接触器１０９はＯＮにされており、第２のＰＭモータ１２０Ｂは短絡状態となっている。
その後、短絡用接触器１０９はＯＦＦにされ、第２のＰＭモータ１２０Ｂが短絡状態から開放状態にされた後、切断用接触器１０８はＯＮにされ、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへ電力が供給される状態となり、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの電流経路が接続させる。これにより、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへ電力が供給され、第２のＰＭモータ１２０Ｂも駆動される。
ここで、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９は、例えば、リレー又は半導体スイッチング素子を想定しているが、何れを用いたとしても、ＯＮ又はＯＦＦにするための時間が発生する。短絡用接触器１０９をＯＦＦにしてから、切断用接触器１０８をＯＮにするまでに、予備期間が設けられる。これは、切断用接触器１０８のＯＮ及びＯＦＦの変更に時間を要するため、短絡用接触器１０９のＯＦＦと切断用接触器１０８のＯＮとが同時に行われること、又は、切断用接触器１０８がＯＮにされた後、短絡用接触器１０９がＯＦＦにされることを防ぐためである。
仮に、切断用接触器１０８がＯＮにされた後、短絡用接触器１０９がＯＦＦにされた場合、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９がともにＯＮである状態が発生し、インバータ１０５の出力が短絡状態となり、インバータ１０５が動作すると、インバータ１０５が過電流で停止又は破壊されることとなる。
ただし、図３の切り替えシーケンスの場合、第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止状態で、突然交流電圧が印加されることとなるため、切替え時に突入電流が流れ、第２のＰＭモータ１２０Ｂのロータの磁石が減磁するおそれがある。また、ＰＭモータの特性上、第２のＰＭモータ１２０Ｂのロータの回転数と、インバータ１０５が出力する交流電圧の周波数とが大幅に乖離していると、インバータ１０５の出力電圧と第２のＰＭモータ１２０Ｂのロータとが同期できず、脱調するおそれがある。
そこで、図４に示すように、短絡用接触器１０９をＯＦＦにし、かつ、切断用接触器１０８をＯＮにする前に、インバータ１０５から第１のＰＭモータ１２０Ａに指示する回転数指令値を低下させる。第１のＰＭモータ１２０Ａに流れる電流が小さい状態で短絡用接触器１０９をＯＦＦにし、かつ、切断用接触器１０８をＯＮにして、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの電流経路が接続させる。その後、再び、インバータ１０５から第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂに指示する回転数指令値を上昇させる。
第１のＰＭモータ１２０Ａに流れる電流が小さい状態で切断用接触器１０８がＯＮにされているので、第２のＰＭモータ１２０Ｂが第１のＰＭモータ１２０Ａに追従しやすくなり、脱調を抑制することができる。
なお、図３に示す動作シーケンスにおいて、第１のＰＭモータ１２０Ａが駆動し、第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している際に、短絡用接触器１０９はＯＮにされているが、切断用接触器１０８がＯＦＦにされており、インバータ１０５から第２のＰＭモータ１２０Ｂへの電力供給は切断されているので、短絡用接触器１０９はＯＦＦにされてもよい。
また、第１のＰＭモータ１２０Ａの回転数が下がることにより、インバータ１０５が出力する交流電圧の周波数も下がることになるが、停止状態である第２のＰＭモータ１２０Ｂの回転数と、インバータ１０５が出力する交流電圧の周波数との差が小さくなるため、第２のＰＭモータ１２０Ｂのロータの同期引き込みが容易となり、第２のＰＭモータ１２０Ｂの脱調を防ぐことが可能となる。
次に、回転数指令値の制御を行わず、より簡易な方法で第２のＰＭモータ１２０Ｂの脱調を抑制する動作について、図５を用いて説明する。図５において、第１のＰＭモータ１２０Ａのみが駆動し、第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している際の動作は、図３と同様であり、その後の動作が図３に示す動作シーケンスと異なっている。
図５に示すように、第１のＰＭモータ１２０Ａが駆動し、第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している際に、インバータ１０５から電圧が出力され、切断用接触器１０８はＯＦＦにされ、短絡用接触器１０９はＯＮにされている。
その後、インバータ１０５からの電圧出力が停止され、第１のＰＭモータ１２０Ａの駆動が停止する。第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している切替期間において、短絡用接触器１０９がＯＦＦにされ、第２のＰＭモータ１２０Ｂが短絡状態から開放状態にされた後に、切断用接触器１０８がＯＮにされ、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの電流経路が接続させる。その後、インバータ１０５からの電圧が出力され、インバータ１０５に接続された第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０が駆動される。
このように、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂが停止している状態で、インバータ１０５と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの電流経路が接続されているので、第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動させた後も第２のＰＭモータ１２０Ｂに突然大きな電圧が印加されることなく、第２のＰＭモータ１２０Ｂの脱調を抑制することができる。
次に、駆動している第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止させる動作について説明する。
図６は、第１のＰＭモータ１２０Ａ、第２のＰＭモータ１２０Ｂ、インバータ１０５、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９の動作シーケンスの第３例を示す概略図である。
図６は、駆動している第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止する場合におけるシーケンスを示している。
図２に示されているように、第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動する際には、切断用接触器１０８をＯＮにし、それを停止する際には、フリーランを抑制するため、短絡用接触器１０９をＯＮにする。
ここで、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９は、例えば、リレー又は半導体スイッチング素子を想定しているが、何れの接触器を用いたとしても、ＯＮ又はＯＦＦにするための時間が発生する。短絡用接触器１０９は、相間を短絡するように挿入されているため、図６に示されているように、一度、インバータ１０５の電圧出力を停止した後、短絡用接触器１０９の状態を切り替える。このため、図６に示されているように、インバータ１０５を停止する切替期間が設けられる。
なお、切断用接触器１０８の状態の変更にも時間が必要であるため、切断用接触器１０８をＯＦＦにしてから、短絡用接触器１０９をＯＮにするまでに、予備期間が設けられる。
図７は、第１のＰＭモータ１２０Ａ、第２のＰＭモータ１２０Ｂ、インバータ１０５、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９の動作シーケンスの第４例を示す概略図である。
前述のように、切断用接触器１０８は、インバータ１０５及び第２のＰＭモータ１２０Ｂに対して直列に挿入される。従って、切断用接触器１０８がＯＦＦになっていれば、第２のＰＭモータ１２０Ｂにインバータ１０５から電圧が印加されない。このため、インバータ１０５が電圧出力している状態で、切断用接触器１０８をＯＦＦにし、切断用接触器１０８がＯＦＦになってから、短絡用接触器１０９をＯＮにすれば、インバータ１０５及び第１のＰＭモータ１２０Ａを停止することなく、第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止することができる。
なお、この場合には、図６に示されているような切替期間を設ける必要はない。しかしながら、切断用接触器１０８の状態の変更に時間が必要であるため、切断用接触器１０８をＯＦＦにしてから、短絡用接触器１０９をＯＮにするまでに、予備期間が設けられる。
以上に記載された演算器１１０及び上位コントローラ１２２の一部又は全部は、例えば、図８（Ａ）に示されているように、メモリ１０と、メモリ１０に格納されているプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ１１とにより構成することができる。このようなプログラムは、ネットワークを通じて提供されてもよく、また、記録媒体に記録されて提供されてもよい。即ち、このようなプログラムは、例えば、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。
なお、この場合、演算器１１０及び上位コントローラ１２２の一部又は全部が、一つのプロセッサ１１により実現されてもよく、別々のプロセッサ１１により実現されてもよい。
また、演算器１１０及び上位コントローラ１２２の一部は、例えば、図８（Ｂ）に示されているように、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）又はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の処理回路１２で構成することもできる。
実施の形態２．
実施の形態１に係るモータ駆動装置１００の場合、切断用接触器１０８がＯＦＦにされ、短絡用接触器１０９がＯＮにされたときに、第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーランによる回転数が増大すると、モータ電流が増大することで減磁等の不具合の発生が想定される。そこで、実施の形態２では、以上のような不具合に対処する。
図９は、実施の形態２に係るモータ駆動装置２００とその周辺回路の構成を示す概略図である。
モータ駆動装置２００は、コンバータ１０１と、インバータ１０５と、切断用接触器１０８と、短絡用接触器１０９と、演算器２１０とを少なくとも備える。
また、モータ駆動装置２００は、母線電圧センサ１０４と、第１の電流センサ１０６と、第２の電流センサ１０７と、過電流検出部２１３とを備える。
モータ駆動装置２００は、以上の構成で、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動する。
実施の形態２におけるコンバータ１０１、インバータ１０５、切断用接触器１０８、短絡用接触器１０９、母線電圧センサ１０４、第１の電流センサ１０６及び第２の電流センサ１０７は、実施の形態１と同様である。
但し、第２の電流センサ１０７Ａ、１０７Ｂの内の少なくとも何れか一方については、短絡用接触器１０９がＯＮにされた場合に、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流を検出するブレーキ電流センサとして使用される。ここでは、第２の電流センサ１０７Ａが、ブレーキ電流センサとして使用されるものとし、第２の電流センサ１０７Ａをブレーキ電流センサ２１４ともいう。また、短絡用接触器１０９がＯＮにされた場合に、ブレーキ電流センサ２１４で検出される電流値をブレーキ電流値という。
ブレーキ電流センサ２１４で検出されるブレーキ電流値は、過電流検出部２１３に与えられる。
過電流検出部２１３は、短絡用接触器１０９がＯＮにされた場合に、ブレーキ電流値に基づいて、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流であるブレーキ電流が過電流か否かを検出する。例えば、過電流検出部２１３は、ブレーキ電流値が予め定められている閾値である過電流判定値を超えている場合には、ブレーキ電流が過電流であることを検出する。一方、過電流検出部２１３は、ブレーキ電流値が過電流判定値以下である場合には、ブレーキ電流が過電流ではないことを検出する。
そして、過電流検出部２１３は、以上の検出結果に従って、ブレーキ電流が過電流であるか否かを示す過電流検出信号を演算器２１０に与えることで、演算器２１０にブレーキ電流が過電流であるか否かを通知する。
演算器２１０は、モータ駆動装置２００での処理を制御する制御部である。
演算器２１０は、実施の形態１における演算器１１０と同様の処理を行うほか、短絡用接触器１０９がＯＮにされた後に、過電流検出部２１３からブレーキ電流が過電流であることを示す過電流検出信号を受けた場合に、短絡用接触器１０９を接続から切断に切り替える。
図１０は、ブレーキ電流と過電流検出信号との関係を示す模式図である。
なお、図１０は、あくまで動作例を表した模式図であり、波形等は簡易的に示されている。
図１０は、切断用接触器１０８がＯＦＦにされ、短絡用接触器１０９がＯＮにされたときに、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流の電流値であるブレーキ電流値が徐々に増加した場合の動作を表している。実施の形態１で説明したように、切断用接触器１０８がＯＦＦにされ、短絡用接触器１０９がＯＮにされた状態は、第２のＰＭモータ１２０Ｂにはインバータ１０５からの電力が供給されておらず、第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーラン回転を抑制するように、ブレーキ電流を流している状態である。従って、図１０に示されているように、第２のＰＭモータ１２０Ｂの回転数Ｒが０でないため、第２のＰＭモータ１２０Ｂにはブレーキ電流が流れている状態である。
外風が大きくなる等の影響により、第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーランの回転数Ｒが徐々に増加すると、第２のＰＭモータ１２０Ｂの逆起電圧が増加することにより、ブレーキ電流値Ｂｉも増加する。
ブレーキ電流値Ｂｉが過電流判定値Ｔｈを超過すると、過電流判定信号ＳがＮｏを示す状態からＹｅｓを示す状態に変化する。ここで、過電流判定信号ＳがＮｏを示す状態の場合には、ブレーキ電流が過電流ではないことを示し、過電流判定信号ＳがＹｅｓを示す状態の場合には、ブレーキ電流が過電流であることを示す。
過電流判定信号ＳがＹｅｓを示す状態になると、短絡用接触器１０９は、ＯＦＦにされる。これにより、第２のＰＭモータ１２０Ｂは、短絡状態ではなくなり、第２のＰＭモータ１２０Ｂの端子は、開放状態となるため、ブレーキ電流値Ｂｉは、０となる。
なお、上述のように、切断用接触器１０８は、ＯＦＦにされたままである。
以上により、第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーラン回転を抑制するためのブレーキ状態において、ブレーキ電流が増大した場合において、第２のＰＭモータ１２０Ｂの減磁保護を行うことができ、装置の信頼性を向上することができる。
ここで、短絡用接触器１０９、ブレーキ電流センサ２１４及び第２のＰＭモータ１２０Ｂの配置関係について説明する。
前述のように、過電流検出部２１３は、ブレーキ電流センサ２１４で検出される値に応じて過電流判定を行う。従って、ブレーキ電流センサ２１４は、短絡用接触器１０９と第２のＰＭモータ１２０Ｂとの間に配置される。
以上に記載された過電流検出部２１３の一部又は全部は、例えば、図８（Ａ）に示されているように、メモリ１０と、プロセッサ１１とにより構成することができる。なお、この場合、過電流検出部２１３は、演算器２１０を実現するプロセッサ１１により実現されてもよく、別のプロセッサ１１により実現されてもよい。
また、過電流検出部２１３の一部は、例えば、図８（Ｂ）に示されているように、処理回路１２で構成することもできる。
なお、図９では、過電流検出部２１３が設けられているが、過電流検出部２１３を設けずに演算器２１０が過電流検出部２１３で行っている過電流の判定も行ってもよい。
実施の形態３．
ここでは、実施の形態１又は２に係るモータ駆動装置１００、２００を実装した空気調和機について説明する。
図１１は、実施の形態３に係る空気調和機３００の構成を概略的に示すブロック図である。
空気調和機３００は、室外機３３０と、室内機３４０とを備える。
室外機３３０は、室外に配置され、室内機３４０は、室内に配置されて、室内の空気を調和する。
ここでは、空気調和機３００の詳細な構成及び動作原理の説明は省略する。
室外機３３０は、モータ駆動装置１００、２００と、第１のＰＭモータ１２０Ａと、第２のＰＭモータ１２０Ｂと、交流電源１２１と、上位コントローラ１２２と、第１のファン３３１Ａと、第２のファン３３１Ｂと、第１の熱交換器３３２Ａと、第２の熱交換器３３２Ｂとを備える。
実施の形態３におけるモータ駆動装置１００、２００は、実施の形態１又は実施の形態２と同様である。
実施の形態３における第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂは、実施の形態１と同様である。なお、第１のＰＭモータ１２０Ａは、第１のファン３３１Ａに接続され、第１のファン３３１Ａを回転させるために用いられる。第２のＰＭモータ１２０Ｂは、第２のファン３３１Ｂに接続され、第２のファン３３１Ｂを回転させるために用いられる。
実施の形態３における交流電源１２１及び上位コントローラ１２２は、実施の形態１と同様である。
第１のファン３３１Ａは、第１の熱交換器３３２Ａで加熱又は冷却された空気を換気するために使用される。
第２のファン３３１Ｂは、第２の熱交換器３３２Ｂで加熱又は冷却された空気を換気するために使用される。
第１の熱交換器３３２Ａは、冷媒の熱交換を行う。
第２の熱交換器３３２Ｂは、冷媒の熱交換を行う。
大型の空気調和機の場合には、必要とされる空調能力に応じて冷凍サイクルの中で冷媒を流す経路を切り替える場合がある。例えば、空気調和機３００において、必要とされる空調能力が小さい場合には、第１の熱交換器３３２Ａにのみ冷媒を流し、熱交換を行う。この場合、第２の熱交換器３３２Ｂでは熱交換を行わないため、第２のＰＭモータ１２０Ｂを駆動する必要はない。この場合には、切断用接触器１０８は、ＯＦＦにされ、第１のＰＭモータ１２０Ａのみにインバータ１０５から電力の供給が行われる。
この場合、第２のＰＭモータ１２０Ｂの端子は、開放状態となるため、外風が吹くと、第２のＰＭモータ１２０Ｂは、フリーラン状態となる。そこで、実施の形態１又は２で説明したように、短絡用接触器１０９をＯＮにすることで、フリーランによる回転が抑制される。
一方で、必要とされる空調能力が大きい場合には、第１の熱交換器３３２Ａ及び第２の熱交換器３３２Ｂの両方に冷媒が流される。この場合には、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂの両方を駆動する必要がある。このときには、切断用接触器１０８は、ＯＮにされ、短絡用接触器１０９は、ＯＦＦにされることで、二つのファン３３１Ａ、３３１Ｂを回転させることができる。
以上のようにして、実施の形態１又は２で説明したモータ駆動装置１００、２００により、複数のＰＭモータ１２０Ａ、１２０Ｂの駆動を、空気調和機３００の動作条件に合わせて切り替えることができる。
なお、図１１では、トップフロー型の室外機３３０が記載されているが、室外機３３０は、サイドフロー型であってもよい。
以上に記載された実施の形態１～３において、少なくとも２つの切断用接触器が、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗが分岐している位置と、第１のＰＭモータ１２０Ａとの間の第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗの少なくとも２つの電力線に直列に挿入されてもよい。また、少なくとも２つの短絡用接触器が、第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ及び第１のＷ相電力線１１１ｗの少なくとも２つの電力線に挿入された切断用接触器と、第１のＰＭモータ１２０Ａとの間において、第２のＵ相電力線１１２ｕ、第２のＶ相電力線１１２ｖ及び第２のＷ相電力線１１２ｗの相間を接続又は切断するように挿入されてもよい。
このような場合、実施の形態２では、ブレーキ電流センサが、第１のＵ相電力線１１１ｕ、第１のＶ相電力線１１１ｖ又は第１のＷ相電力線１１１ｗにも設けられる。
以上に記載された実施の形態１～３では、第１の電流センサ１０６及び第２の電流センサ１０７により、第１のＰＭモータ１２０Ａ及び第２のＰＭモータ１２０Ｂの各相の電流値を検出しているが、実施の形態１～３は、このような例に限定されない。例えば、図１の点Ｐ１、又は、点Ｐ２～Ｐ４等の位置に、シャント抵抗（図示せず）を設置し、その端子電圧から演算器１１０、２１０が、電流値を算出してもよい。このような場合には、第１の電流センサ１０６及び第２の電流センサ１０７の何れか一方を削除することができる。但し、実施の形態２では、少なくとも１つのブレーキ電流センサ２１４が必要になる。
以上のように、実施の形態１～３では、切断用接触器１０８及び短絡用接触器１０９を備えることにより、第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーランを抑制することができる。
短絡用接触器１０９を切断用接触器１０８及び第２のＰＭモータ１２０Ｂの間に設けることで、短絡用接触器１０９のＯＮ時に、インバータ１０５が過電流となることを防止することができる。
第２のＰＭモータ１２０Ｂの駆動を停止する際に、切断用接触器１０８を接続から切断に切り換え、短絡用接触器１０９を切断から接続に切り替えることにより、インバータ１０５の動作中でも、第２のＰＭモータ１２０Ｂを停止することができるとともに、停止中の第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーランを抑制することができる。
第２のＰＭモータ１２０Ｂの駆動を停止する際に、切断用接触器１０８を接続から切断に切り換えてから、短絡用接触器１０９を切断から接続に切り替えることで、インバータが過電流となることを防止することができる。
実施の形態２では、ブレーキ電流センサ２１４で検出されたブレーキ電流値が予め定められた閾値を超えた場合に、演算器２１０が、短絡用接触器１０９を接続から切断に切り替えることで、第２のＰＭモータ１２０Ｂにおける減磁等の不具合を防止することができる。
ブレーキ電流センサ２１４は、短絡用接触器１０９と、第２のＰＭモータ１２０Ｂとの間に設けられていることで、第２のＰＭモータ１２０Ｂに流れる電流を正確に検出することができる。
実施の形態３では、第１のＰＭモータ１２０Ａは、第１のファン３３１Ａを回転させるために用いられ、第２のＰＭモータ１２０Ｂは、第２のファン３３１Ｂを回転させるために用いられることで、外風等による第２のＰＭモータ１２０Ｂのフリーランを抑制することができる。
１００，２００ モータ駆動装置、 １０１ コンバータ、 １０５ インバータ、 １０６ 第１の電流センサ、 １０７ 第２の電流センサ、 １０８ 切断用接触器、 １０９ 短絡用接触器、 １１０，２１０ 演算器、 １２０Ａ 第１のＰＭモータ、 １２０Ｂ 第２のＰＭモータ、 １２１ 交流電源、 １２２ 上位コントローラ、 ３００ 空気調和機、 ３３０ 室外機、 ３４０ 室内機。

Claims (7)

  1. 第１の永久磁石同期モータ及び第２の永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置であって、
    直流電圧を生成するコンバータと、
    前記直流電圧から三相交流電圧を生成するインバータと、
    前記三相交流電圧を前記第１の永久磁石同期モータに供給する３つの第１の電力線と、
    前記三相交流電圧を前記第２の永久磁石同期モータに供給する３つの第２の電力線と、
    前記３つの第２の電力線の内の少なくとも２つの第２の電力線の各々の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの切断用接触器と、
    前記３つの第２の電力線の組み合わせの内の少なくとも２つの組み合わせの各々における２つの第２の電力線の間の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの短絡用接触器と、
    前記第２の永久磁石同期モータに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、
    前記電流値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断する過電流検出部と、
    前記少なくとも２つの切断用接触器及び前記少なくとも２つの短絡用接触器を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第２の永久磁石同期モータの駆動を停止する際に、前記少なくとも２つの切断用接触器を前記接続から前記切断に切り換えるとともに、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替え、
    前記制御部は、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替えた後に、前記電流値が前記予め定められた閾値を超えたと前記過電流検出部が判断した場合に、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記接続から前記切断に切り替えること
    を特徴とするモータ駆動装置。
  2. 第１の永久磁石同期モータ及び第２の永久磁石同期モータを駆動するモータ駆動装置であって、
    直流電圧を生成するコンバータと、
    前記直流電圧から三相交流電圧を生成するインバータと、
    前記三相交流電圧を前記第１の永久磁石同期モータに供給する３つの第１の電力線と、
    前記三相交流電圧を前記第２の永久磁石同期モータに供給する３つの第２の電力線と、
    前記３つの第２の電力線の内の少なくとも２つの第２の電力線の各々の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの切断用接触器と、
    前記３つの第２の電力線の組み合わせの内の少なくとも２つの組み合わせの各々における２つの第２の電力線の間の接続及び切断を各々が切り替える少なくとも２つの短絡用接触器と、
    前記第２の永久磁石同期モータに流れる電流の電流値を検出する電流センサと、
    前記少なくとも２つの切断用接触器及び前記少なくとも２つの短絡用接触器を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第２の永久磁石同期モータの駆動を停止する際に、前記少なくとも２つの切断用接触器を前記接続から前記切断に切り換えるとともに、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替え、
    前記制御部は、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替えた後に、前記電流値が予め定められた閾値を超えたか否かを判断し、前記電流値が前記予め定められた閾値を超えた場合に、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記接続から前記切断に切り替えること
    を特徴とするモータ駆動装置。
  3. 前記少なくとも２つの短絡用接触器は、前記少なくとも２つの切断用接触器及び前記第２の永久磁石同期モータの間に設けられていること
    を特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記制御部は、前記第２の永久磁石同期モータの駆動を停止する際に、前記少なくとも２つの切断用接触器を前記接続から前記切断に切り換えてから、前記少なくとも２つの短絡用接触器を前記切断から前記接続に切り替えること
    を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記電流センサは、前記少なくとも２つの短絡用接触器及び前記第２の永久磁石同期モータの間に設けられていること
    を特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  6. 前記第１の永久磁石同期モータは、第１のファンを回転させるために用いられ、
    前記第２の永久磁石同期モータは、第２のファンを回転させるために用いられること
    を特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のモータ駆動装置。
  7. 前記第１の永久磁石同期モータと、
    前記第２の永久磁石同期モータと、
    前記第１の永久磁石同期モータ及び前記第２の永久磁石同期モータを駆動する、請求項１から６の何れか一項に記載のモータ駆動装置と、を備えること
    を特徴とする空気調和機。
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