JP7166358B2 - 駆動装置、圧縮機、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動する駆動装置、モータ及びその駆動装置を有する圧縮機、及び圧縮機を有する空気調和機に関する。

従来、希土類磁石を具備するロータを有する希土類磁石モータ（「永久磁石モータ」又は「モータ」とも言う。）を駆動する駆動装置は、モータのステータ巻線（単に「コイル」とも言う。）にモータ駆動電流を供給するインバータと、インバータをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御する制御装置とを備えている。また、モータに供給されるモータ駆動電流が閾値（すなわち、設定値）を越えた直後に、モータ駆動電流を低減（遮断を含む）する保護機能を備えた駆動装置の提案もある（例えば、特許文献１参照）。閾値は、過電流からモータを保護するための電流レベル、すなわち、モータ駆動電流によって希土類磁石に不可逆減磁が発生しないようにするためのモータ駆動電流の上限値であり、「過電流保護レベル」とも言う。モータ駆動電流の低減がモータ駆動電流の遮断である場合には、「過電流保護レベル」は「過電流遮断レベル」とも言う。

ところで、希土類磁石は、温度が高いほど、減磁し易くなる性質を持つ。すなわち、ロータの希土類磁石は、温度が高いほど、小さいモータ駆動電流で減磁が生じる。このため、希土類磁石モータの駆動装置では、モータが使用可能な温度範囲（すなわち、使用温度範囲）の内の最も高い温度において不可逆減磁が生じないように過電流保護レベルを設定しており、モータ駆動電流が過電流保護レベルを越えた直後に、モータ駆動電流は低減（一般には、遮断）される。

特開平７－３３７０７２号公報（例えば、請求項１、段落００１０）

しかしながら、使用温度範囲の内の最も高い温度において不可逆減磁が生じないように設定された過電流保護レベルは、使用温度範囲の内の低い温度範囲においては、過度に低い電流レベルである。このため、駆動装置は、モータの温度が十分に低い場合であっても、モータに大きなモータ駆動電流を供給することができず、モータが持つ能力（出力トルク）を十分に活用することができない。特に、使用温度範囲が広い密閉型圧縮機に組み込まれたモータでは、低い温度において能力を十分に発揮できない。

また、駆動装置がモータの温度に応じて過電流保護レベルを切り替える機能を備えた場合は、過電流保護レベルを低い値に切り替えた瞬間にモータ駆動電流が過電流保護レベルを超過して、モータが停止する状況が頻発することが予想される。したがって、このような駆動装置を備えた製品では、動作の信頼性が低下する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、使用温度範囲の全域においてモータの能力を十分に発揮させることができ、モータの動作の高い信頼性を確保することを可能にする駆動装置、駆動装置を有する圧縮機、及び圧縮機を有する空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る駆動装置は、ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とするネオジウム希土類磁石を具備するロータを有するモータを、駆動する装置であって、母線電圧を生成するコンバータと、前記母線電圧が供給され、前記モータを弱め界磁制御で可変速駆動するインバータと、前記インバータが前記モータに供給するモータ駆動電流に対応する第１の検出信号を出力する第１の検出部と、過電流保護レベルを設定する保護レベル設定部と、前記モータの駆動状態に対応する第２の検出信号を出力する第２の検出部と、制御装置と、を備え、前記第２の検出部は、前記モータの温度又は前記モータの温度に対応して温度が変化する部材若しくは空間の温度、を検知する温度センサ、又は、前記モータ駆動電流に対応する検出信号を検出することで前記ネオジウム希土類磁石の温度の算出のもとになる電流値を検出する電流検出部であり、前記第１の検出信号に対応する前記モータ駆動電流が前記過電流保護レベルを超えた直後に、前記制御装置は、前記モータ駆動電流を低下させる第１の制御を行い、前記温度センサによって検知された前記温度又は前記制御装置によって前記電流値から算出された前記ネオジウム希土類磁石の前記温度が上昇中である場合、前記保護レベル設定部が前記第２の検出信号に基づいて前記過電流保護レベルを新たな電流レベルに下げる直前に、前記制御装置は、前記コンバータに前記母線電圧を上げさせて、前記弱め界磁制御を行っている前記インバータのインバータ最大出力電圧を上げることで、前記モータ駆動電流の実効値を前記新たな電流レベルよりも低いレベルに低下させる第２の制御を行う。

本発明の他の態様に係る圧縮機は、上記駆動装置を備えている。

また、本発明の他の態様に係る空気調和機は、上記圧縮機を備えている。

本発明に係る駆動装置によれば、モータの使用温度範囲の全域においてモータの能力を十分に発揮させることができる。また、モータの動作の高い信頼性を確保することができる。

本発明に係る圧縮機によれば、モータの使用温度範囲の全域において圧縮機の能力を十分に発揮させることができる。また、モータの動作の信頼性が高いので、圧縮機の動作の高い信頼性を確保することができる。

本発明に係る空気調和機によれば、モータの使用温度範囲の全域において空調能力を十分に発揮させることができる。また、圧縮機の動作の信頼性が高いので、空気調和機の動作の高い信頼性を確保することができる。

モータの構造を概略的に示す断面図である。 圧縮機の構造を概略的に示す断面図である。 空気調和機の構成を概略的に示す図である。 空気調和機の制御系の基本構成を示す概念図である。 空気調和機の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。 空気調和機の制御装置における、圧縮機のモータを制御する部分を示すブロック図である。 モータのステータのコイルの結線状態をＹ結線としている駆動装置の基本構成を概略的に示す図である。 モータのステータのコイルの結線状態をデルタ（Δ）結線としている駆動装置の基本構成を概略的に示す図である。 （Ａ）は、結線切替部が図７に示される状態であるときのコイルの結線状態を示す模式図であり、（Ｂ）は、結線切替部が図８に示される状態であるときのコイルの結線状態を示す模式図である。 ３相コイルのそれぞれのコイル部分を示す模式図である。 空気調和機の圧縮機のモータにおける線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。 空気調和機の圧縮機のモータ（弱め界磁制御される場合）における線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。 図１２に示される弱め界磁制御を行った場合のモータ効率と回転数との関係を示すグラフである。 図１２に示される弱め界磁制御を行った場合のモータの最大出力トルク（すなわち、モータトルク）と回転数との関係を示すグラフである。 Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。 Ｙ結線からデルタ結線への切り替えを行った場合の線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る駆動装置の構成を概略的に示す図である。 希土類磁石に不可逆減磁を生じさせるモータ駆動電流（破線）、従来の過電流保護レベル（一点鎖線）、及び本発明の実施の形態における過電流保護レベル（実線）を示すグラフである。 モータの駆動時間とロータに備えられた希土類磁石の温度の変化を示すグラフである。 モータの駆動装置において設定される過電流保護レベルを下げたときに生じる問題を示す図である。 圧縮機におけるモータの回転数とロータに備えられた希土類磁石の温度の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る駆動装置の制御、すなわち、モータの駆動装置において設定される過電流保護レベルを下げたときに、結線状態の切り替えによってモータ駆動電流を下げる制御を示す図である。 コンバータから出力される母線電圧を上げることによってモータ駆動電流が下がることを示す図である。 本発明の実施の形態に係る駆動装置の制御、すなわち、モータの駆動装置において設定される過電流保護レベルを下げたときに、コンバータから出力される母線電圧を上げることによってモータ駆動電流を下げる制御を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る駆動装置の構成を概略的に示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る駆動装置、圧縮機、及び空気調和機を、図面を参照しながら説明する。実施の形態に係る駆動装置は、モータを駆動する装置である。実施の形態に係る圧縮機は、モータ及びその駆動装置を有する装置である。実施の形態に係る空気調和機は、圧縮機を有する装置である。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

＜モータ１＞
まず、本発明の実施の形態に係る駆動装置によって駆動されるモータの一例を説明する。図１は、モータ１の構造を概略的に示す断面図である。図１は、ロータ２０の回転軸Ｃ１に直交する断面を示している。図１に示されるように、モータ１は、永久磁石埋込型モータである。モータ１は、例えば、圧縮機に組み込まれる。モータ１は、ステータ１０と、ステータ１０の内側に回転可能に設けられたロータ２０とを備えている。ステータ１０とロータ２０との間には、例えば、０．３ｍｍ～１ｍｍのエアギャップが形成されている。

ロータ２０の軸方向（回転軸Ｃ１に平行な方向）を、「軸方向」とも言う。また、ステータ１０及びロータ２０の外周（円周）に沿う方向Ｒ１を、「周方向」とも言う。ステータ１０及びロータ２０の半径方向を、「径方向」とも言う。

ステータ１０は、ステータコア１１と、ステータコア１１に巻き付けられたコイル３とを備えている。ステータコア１１は、厚さ０．１ｍｍ～０．７ｍｍ（ここでは、０．３５ｍｍ）の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメにより締結することによって形成されている。

ステータコア１１は、環状のヨーク部１３と、ヨーク部１３から径方向内側に突出する複数（ここでは、９つ）のティース部１２とを有している。隣り合うティース部１２の間には、スロットが形成される。各ティース部１２は、径方向内側の先端に、幅（ステータコア１１の周方向の寸法）の広い歯先部を有している。

各ティース部１２には、絶縁体（インシュレータ）１４を介して、ステータ巻線であるコイル３（すなわち、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ）が巻き付けられている。コイル３は、例えば、線径（直径）が０．８ｍｍのマグネットワイヤを、各ティース部１２に集中巻きで１１０巻き（１１０ターン）巻き付けたものである。コイル３の巻き数及び線径は、モータ１に要求される特性（回転数、出力トルク等）、供給電圧、又はスロットの断面積に応じて決定される。

コイル３は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相巻線（コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ）で構成されている。各相のコイル３の両端子は、開放されている。すなわち、コイル３は、合計６つの端子を有している。コイル３の結線状態は、後述するように、Ｙ結線とデルタ結線とで切り替え可能に構成されている。絶縁体１４は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）により形成されたフィルムで構成されている。絶縁体１４の厚さは、例えば、０．１ｍｍ～０．２ｍｍである。

ステータコア１１は、複数（ここでは、９つ）のブロックが薄肉部を介して連結された構成を有している。ステータコア１１は、ステータコア１１を帯状に展開した状態で、各ティース部１２にマグネットワイヤを巻き付け、その後、ステータコア１１を環状に曲げて両端部を溶接することで形成される。

このように絶縁体１４を薄いフィルムで構成し、また巻線しやすいようにステータコア１１を分割構造とすることは、スロット内のコイル３の巻き数を増加する上で有効である。なお、ステータコア１１は、上記のように複数のブロック（分割コア）が連結された構成を有するものには限定されない。

ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１に取り付けられた永久磁石である希土類磁石２５とを有する。ロータコア２１は、厚さ０．１ｍｍ～０．７ｍｍ（ここでは、０．３５ｍｍ）の複数の電磁鋼板を軸方向に積層し、カシメにより締結することによって形成される。

ロータコア２１は、円筒形状を有しており、その径方向中心には、シャフト孔２７（中心孔）が形成されている。シャフト孔２７には、ロータ２０のシャフト（後述の図２に示されるシャフト９０）が、焼嵌又は圧入等によって固定されている。

ロータコア２１の外周面に沿って、希土類磁石２５が挿入される複数（ここでは、６つ）の磁石挿入孔２２が形成されている。磁石挿入孔２２は、空隙であり、１磁極に１つの磁石挿入孔２２が対応している。ここでは、６つの磁石挿入孔２２が設けられているため、ロータ２０全体で磁極の数は、６極となる。

磁石挿入孔２２は、ここでは、周方向の中央部が径方向内側に突出するＶ字形状を有している。なお、磁石挿入孔２２は、Ｖ字形状に限定されるものではなく、ストレート形状などの、他の形状であってもよい。

１つの磁石挿入孔２２内には、２つの希土類磁石２５が配置される。すなわち、１磁極について２つの希土類磁石２５が配置される。ここでは、上記の通りロータ２０全体の磁極の数が６極であるため、ロータ２０には、合計１２個の希土類磁石２５が配置される。

希土類磁石２５は、ロータコア２１の軸方向に長い平板状の部材であり、ロータコア２１の周方向に幅を有し、径方向に厚さを有している。希土類磁石２５は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）を主成分とする希土類磁石２５で構成されている。

希土類磁石２５は、厚さ方向に着磁されている。また、１つの磁石挿入孔２２内に配置された２つの希土類磁石２５は、互いに同一の磁極が径方向の同じ側を向くように着磁されている。

磁石挿入孔２２の周方向の両側には、フラックスバリア２６がそれぞれ形成されている。フラックスバリア２６は、磁石挿入孔２２に連続して形成された空隙である。フラックスバリア２６は、隣り合う磁極間の漏れ磁束（すなわち、極間を通って流れる磁束）を抑制するためのものである。

ロータコア２１において、各磁石挿入孔２２の周方向の中央部には、突起である第１の磁石保持部２３が形成されている。また、ロータコア２１において、磁石挿入孔２２の周方向の両端部には、突起である第２の磁石保持部２４がそれぞれ形成されている。第１の磁石保持部２３及び第２の磁石保持部２４は、各磁石挿入孔２２内において希土類磁石２５を位置決めして保持するものである。

上記の通り、ステータ１０のスロット数（すなわち、ティース部１２の数）は、９であり、ロータ２０の極数は、６である。すなわち、モータ１は、ロータ２０の極数とステータ１０のスロット数との比が、２：３である。

モータ１では、コイル３の結線状態がＹ結線とデルタ結線との間で切り替えられるが、デルタ結線を用いる場合に、循環電流が流れてモータ１の性能が低下する可能性がある。循環電流は、各相の巻線における誘起電圧に発生する３次高調波に起因する。極数とスロット数との比が２：３である集中巻きの場合には、磁気飽和等の影響がなければ、誘起電圧に３次高調波が発生せず、従って循環電流による性能低下が生じないことが知られている。

＜圧縮機８＞
次に、モータ１と本発明の実施の形態に係る駆動装置とを有する圧縮機の一例を説明する。図２は、ロータリー圧縮機である圧縮機８の構造を概略的に示す断面図である。図２には、駆動装置は示されていない。図２に示されるように、圧縮機８は、シェル８０と、シェル８０内に配設された圧縮機構９と、圧縮機構９を駆動するモータ１とを備えている。圧縮機８は、さらに、モータ１と圧縮機構９とを動力伝達可能に連結するシャフト９０（クランクシャフト）を有している。シャフト９０は、モータ１のロータ２０のシャフト孔２７（図１に示される）に嵌合する。

シェル８０は、例えば、鋼板で形成された密閉容器であり、モータ１及び圧縮機構９を覆う。シェル８０は、上部シェル８０ａと下部シェル８０ｂとを有している。上部シェル８０ａには、圧縮機８の外部からモータ１に電力を供給するための端子部としてのガラス端子８１と、圧縮機８内で圧縮された冷媒を外部に吐出するための吐出管８５とが取り付けられている。ここでは、ガラス端子８１から、モータ１のコイル３のＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれ２本ずつに対応する、合計６本の引き出し線が引き出されている。下部シェル８０ｂには、モータ１及び圧縮機構９が収容されている。

圧縮機構９は、シャフト９０に沿って、円環状の第１シリンダ９１及び円環状の第２シリンダ９２を有している。第１シリンダ９１及び第２シリンダ９２は、シェル８０（下部シェル８０ｂ）の内周部に固定されている。第１シリンダ９１の内周側には、円環状の第１ピストン９３が配置され、第２シリンダ９２の内周側には、円環状の第２ピストン９４が配置されている。第１ピストン９３及び第２ピストン９４は、シャフト９０と共に回転するロータリーピストンである。

第１シリンダ９１と第２シリンダ９２との間には、仕切板９７が設けられている。仕切板９７は、中央に貫通穴を有する円板状の部材である。第１シリンダ９１及び第２シリンダ９２のシリンダ室には、シリンダ室を吸入側と圧縮側とに分けるベーン（図示せず）が設けられている。第１シリンダ９１、第２シリンダ９２及び仕切板９７は、ボルト９８によって一体に固定されている。

第１シリンダ９１の上側には、第１シリンダ９１のシリンダ室の上側を塞ぐように、上部フレーム９５が配置されている。第２シリンダ９２の下側には、第２シリンダ９２のシリンダ室の下側を塞ぐように、下部フレーム９６が配置されている。上部フレーム９５及び下部フレーム９６は、シャフト９０を回転可能に支持している。

シェル８０の下部シェル８０ｂの底部には、圧縮機構９の各摺動部を潤滑する冷凍機油（図示せず）が貯留されている。冷凍機油は、シャフト９０の内部に軸方向に形成された孔９０ａ内を上昇し、シャフト９０の複数箇所に形成された給油孔９０ｂから各摺動部に供給される。

モータ１のステータ１０は、焼き嵌めによりシェル８０の内側に取り付けられている。ステータ１０のコイル３には、上部シェル８０ａに取り付けられたガラス端子８１から、電力が供給される。ロータ２０のシャフト孔２７（図１に示される）には、シャフト９０が固定されている。

シェル８０には、冷媒ガスを貯蔵するアキュムレータ８７が取り付けられている。アキュムレータ８７は、例えば、下部シェル８０ｂの外側に設けられた保持部８０ｃによって保持されている。シェル８０には、一対の吸入パイプ８８，８９が取り付けられている。シリンダ９１，９２には、吸入パイプ８８，８９を介してアキュムレータ８７から冷媒ガスが供給される。

冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ又はＲ２２等を用いてもよい。ただし、冷媒としては、地球温暖化防止の観点からは、低ＧＷＰ（地球温暖化係数）の冷媒を用いることが望ましい。低ＧＷＰの冷媒としては、例えば、以下の冷媒（１）～（３）を用いることができる。

冷媒（１）は、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、例えば、ＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ－Ｆｌｕｏｒｏ－Ｏｒｅｆｉｎ）－１２３４ｙｆ（ＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２）である。ＨＦＯ－１２３４ｙｆのＧＷＰは、４である。
冷媒（２）は、組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素、例えば、Ｒ１２７０（プロピレン）である。Ｒ１２７０のＧＷＰは、３であり、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより低いが、可燃性は、ＨＦＯ－１２３４ｙｆより高い。
冷媒（３）は、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素又は組成中に炭素の二重結合を有する炭化水素の少なくとも何れかを含む混合物、例えば、ＨＦＯ－１２３４ｙｆとＲ３２との混合物である。上述したＨＦＯ－１２３４ｙｆは、低圧冷媒のため圧損が大きくなる傾向があり、冷凍サイクル（特に蒸発器）の性能低下を招く可能性がある。そのため、ＨＦＯ－１２３４ｙｆよりも高圧冷媒であるＲ３２又はＲ４１との混合物を用いることが実用上は望ましい。

圧縮機８の基本動作は、以下の通りである。アキュムレータ８７から供給された冷媒ガスは、吸入パイプ８８，８９を通って第１シリンダ９１及び第２シリンダ９２の各シリンダ室に供給される。モータ１が駆動されてロータ２０が回転すると、ロータ２０と共にシャフト９０が回転する。そして、シャフト９０に嵌合する第１ピストン９３及び第２ピストン９４が各シリンダ室内で偏心回転し、各シリンダ室内で冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、モータ１のロータ２０に設けられた穴（図示せず）を通ってシェル８０内を上昇し、吐出管８５から外部に吐出される。

＜空気調和機５＞
次に、圧縮機を有する空気調和機５について説明する。図３は、空気調和機５の構成を概略的に示す図である。空気調和機５は、空調対象空間である室内に設置される室内機５Ａと、屋外に設置される室外機５Ｂとを備えている。室内機５Ａと室外機５Ｂとは、冷媒が流れる接続配管４０ａ，４０ｂによって接続されている。接続配管４０ａには、凝縮器を通過した液冷媒が流れる。接続配管４０ｂには、蒸発器を通過したガス冷媒が流れる。

室外機５Ｂには、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機４１と、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁（冷媒流路切替弁）４２と、外気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器４３と、高圧の冷媒を低圧に減圧する膨張弁（減圧装置）４４とが配設されている。圧縮機４１は、上述した圧縮機８（図２に示される）で構成されている。室内機５Ａには、室内空気と冷媒との熱交換を行う室内熱交換器４５が配置される。

これら圧縮機４１、四方弁４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４及び室内熱交換器４５は、上述した接続配管４０ａ，４０ｂを含む配管４０によって接続され、冷媒回路を構成している。これらの構成要素により、圧縮機４１により冷媒を循環させる圧縮式冷凍サイクル（すなわち、圧縮式ヒートポンプサイクル）が構成される。

空気調和機５の運転を制御するため、室内機５Ａには、室内制御装置５０ａが配置され、室外機５Ｂには、室外制御装置５０ｂが配置されている。室内制御装置５０ａ及び室外制御装置５０ｂは、それぞれ、空気調和機５を制御するための各種回路が形成された制御基板を有している。室内制御装置５０ａと室外制御装置５０ｂとは、連絡ケーブル５０ｃ（後述の図４に示される）によって互いに接続されている。連絡ケーブル５０ｃは、上述した接続配管４０ａ，４０ｂと共に束ねられている。

室外機５Ｂには、室外熱交換器４３に対向するように、送風機である室外送風ファン４６が配置される。室外送風ファン４６は、回転により、室外熱交換器４３を通過する空気流を生成する。室外送風ファン４６は、例えば、プロペラファンで構成される。

四方弁４２は、室外制御装置５０ｂによって制御され、冷媒の流れる方向を切り替える。四方弁４２が図３に実線で示す位置にあるときには、圧縮機４１から吐出されたガス冷媒を室外熱交換器４３（凝縮器）に送る。一方、四方弁４２が図３に破線で示す位置にあるときには、室外熱交換器４３（蒸発器）から流入したガス冷媒を圧縮機４１に送る。膨張弁４４は、室外制御装置５０ｂによって制御され、開度を変更することにより高圧の冷媒を低圧に減圧する。

室内機５Ａには、室内熱交換器４５に対向するように、送風機である室内送風ファン４７が配置される。室内送風ファン４７は、回転により、室内熱交換器４５を通過する空気流を生成する。室内送風ファン４７は、例えば、クロスフローファンで構成される。

室内機５Ａには、空調対象空間である室内の空気温度である室内温度Ｔａを測定し、測定した温度情報（すなわち、情報信号）を室内制御装置５０ａに送る温度センサとしての室内温度センサ５４が設けられている。室内温度センサ５４は、一般的な空気調和機で用いられる温度センサで構成してもよく、室内の壁又は床等の表面温度を検出する輻射温度センサであってもよい。

室内機５Ａには、また、ユーザが操作する遠隔操作装置であるリモコン５５から発信された指示信号（すなわち、運転指示信号）を受信する信号受信部５６が設けられている。リモコン５５は、ユーザが空気調和機５に運転入力（例えば、運転開始及び停止）又は運転内容（例えば、設定温度、風速等）の指示を行うものである。

圧縮機４１は、通常運転時では、２０［ｒｐｓ］～１３０［ｒｐｓ］の範囲で運転回転数を変更できるように構成されている。圧縮機４１の回転数の増加に伴って、冷媒回路の冷媒循環量が増加する。圧縮機４１の回転数は、室内温度センサ５４によって得られる現在の室内温度Ｔａと、ユーザがリモコン５５で設定した設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、制御装置５０（より具体的には、室外制御装置５０ｂ）が制御する。温度差ΔＴが大きいほど圧縮機４１が高回転数で回転し、冷媒の循環量を増加させる。

室内送風ファン４７の回転は、室内制御装置５０ａによって制御される。室内送風ファン４７の回転数は、複数段階に切り替え可能である。ここでは、回転数は、例えば、強風、中風及び弱風の３段階の回転数に切り替えることができる。また、リモコン５５で風速設定が自動モードに設定されている場合には、測定した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、室内送風ファン４７の回転数が切り替えられる。

室外送風ファン４６の回転は、室外制御装置５０ｂによって制御される。室外送風ファン４６の回転数は、複数段階に切り替え可能である。ここでは、測定された室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに応じて、室外送風ファン４６の回転数が切り替えられる。

室内機５Ａは、また、左右風向板４８と上下風向板４９とを備えている。左右風向板４８及び上下風向板４９は、室内熱交換器４５で熱交換した調和空気が室内送風ファン４７によって室内に吹き出されるときの吹き出し方向を変更する。左右風向板４８は、吹き出し方向を左右に変更し、上下風向板４９は、吹出し方向を上下に変更する。左右風向板４８及び上下風向板４９のそれぞれの角度、すなわち、吹出し気流の風向は、室内制御装置５０ａが、リモコン５５の設定に基づいて制御する。

空気調和機５の基本動作は、次の通りである。冷房運転時には、四方弁４２が実線で示す位置に切り替えられ、圧縮機４１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器４３に流入する。この場合、室外熱交換器４３は、凝縮器として動作する。室外送風ファン４６の回転により空気が室外熱交換器４３を通過する際に、熱交換により冷媒の凝縮熱を奪う。冷媒は、凝縮して高圧低温の液冷媒となり、膨張弁４４で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。

膨張弁４４を通過した冷媒は、室内機５Ａの室内熱交換器４５に流入する。室内熱交換器４５は、蒸発器として動作する。室内送風ファン４７の回転により空気が室内熱交換器４５を通過する際に、熱交換により冷媒に蒸発熱を奪われ、これにより冷却された空気が室内に供給される。冷媒は、蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機４１で再び高温高圧な冷媒に圧縮される。

暖房運転時には、四方弁４２が点線で示す位置に切り替えられ、圧縮機４１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４５に流入する。この場合、室内熱交換器４５は、凝縮器として動作する。室内送風ファン４７の回転により空気が室内熱交換器４５を通過する際に、熱交換により冷媒から凝縮熱を奪い、これにより加熱された空気が室内に供給される。また、冷媒は、凝縮して高圧低温の液冷媒となり、膨張弁４４で断熱膨張して低圧低温の二相冷媒となる。

膨張弁４４を通過した冷媒は、室外機５Ｂの室外熱交換器４３に流入する。室外熱交換器４３は、蒸発器として動作する。室外送風ファン４６の回転により空気が室外熱交換器４３を通過する際に、熱交換により冷媒に蒸発熱を奪われる。冷媒は、蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機４１で再び高温高圧な冷媒に圧縮される。

図４は、空気調和機５の制御系の基本構成を示す概念図である。上述した室内制御装置５０ａと室外制御装置５０ｂとは、連絡ケーブル５０ｃを介して互いに情報をやり取りして空気調和機５を制御している。ここでは、室内制御装置５０ａと室外制御装置５０ｂとを合わせて、制御装置５０と称する。

図５は、空気調和機５の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。制御装置５０は、例えば、マイクロコンピュータで構成されている。制御装置５０には、入力回路５１、演算回路５２及び出力回路５３が組み込まれている。

入力回路５１には、信号受信部５６がリモコン５５から受信した指示信号が入力される。指示信号は、例えば、運転入力、運転モード、設定温度、風量又は風向を設定する信号を含む。入力回路５１には、また、室内温度センサ５４が検出した室内の温度を表す温度情報が入力される。入力回路５１は、入力されたこれらの情報を、演算回路５２に出力する。

演算回路５２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５７とメモリ５８とを有する。ＣＰＵ５７は、演算処理及び判断処理を行うプロセッサである。メモリ５８は、空気調和機５の制御に用いる各種の設定値及びプログラムを記憶する記憶部である。演算回路５２は、入力回路５１から入力された情報に基づいて演算及び判断を行い、その結果を出力回路５３に出力する。

出力回路５３は、演算回路５２から入力された情報に基づいて、圧縮機４１、結線切替部６０、コンバータ１０２、インバータ１０３、圧縮機４１、四方弁４２、膨張弁４４、室外送風ファン４６、室内送風ファン４７、左右風向板４８及び上下風向板４９に、制御信号を出力する。

上述したように、室内制御装置５０ａ及び室外制御装置５０ｂ（図４）は、連絡ケーブル５０ｃを介して相互に情報をやりとりして、室内機５Ａ及び室外機５Ｂの各種機器を制御している。実際には、室内制御装置５０ａ及び室外制御装置５０ｂのそれぞれが、プログラムを格納するメモリとこのプログラムを実行するプロセッサとしてのＣＰＵとを有するマイクロコンピュータで構成されている。なお、室内機５Ａ及び室外機５Ｂの何れか一方にのみ制御装置を搭載し、この制御装置が、室内機５Ａ及び室外機５Ｂの各種機器を制御してもよい。

図６は、制御装置５０において、室内温度Ｔａに基づいて圧縮機４１のモータ１を制御する部分を示すブロック図である。制御装置５０の演算回路５２は、受信内容解析部５２ａと、室内温度取得部５２ｂと、温度差算出部５２ｃと、圧縮機制御部５２ｄとを備える。これらは、例えば、演算回路５２のＣＰＵ５７に含まれる。

受信内容解析部５２ａは、リモコン５５から信号受信部５６及び入力回路５１を経て入力された指示信号を解析する。受信内容解析部５２ａは、解析結果に基づき、例えば、運転モード及び設定温度Ｔｓを、温度差算出部５２ｃに出力する。室内温度取得部５２ｂは、室内温度センサ５４から入力回路５１を経て入力された室内温度Ｔａを取得し、温度差算出部５２ｃに出力する。

温度差算出部５２ｃは、室内温度取得部５２ｂから入力された室内温度Ｔａと、受信内容解析部５２ａから入力された設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴを算出する。受信内容解析部５２ａから入力された運転モードが暖房運転である場合は、温度差ΔＴは、Ｔｓ－Ｔａで算出される。運転モードが冷房運転である場合は、温度差ΔＴは、Ｔａ－Ｔｓで算出される。温度差算出部５２ｃは、算出した温度差ΔＴを、圧縮機制御部５２ｄに出力する。

圧縮機制御部５２ｄは、温度差算出部５２ｃから入力された温度差ΔＴに基づいて、駆動装置１００を制御し、これによりモータ１の回転数（すなわち、圧縮機４１の回転数）を制御する。

＜駆動装置１００の基本構成＞
次に、モータ１の駆動装置について説明する。図７は、一般的な駆動装置１００の基本構成を概略的に示す図である。駆動装置１００は、交流電源１０１の出力を整流するコンバータ１０２と、モータ１のコイル３に交流電圧を出力するインバータ１０３と、コイル３の結線状態を切り替える結線切替部６０と、制御装置５０とを備えて構成される。コンバータ１０２には、交流（ＡＣ）電源である交流電源１０１から電力が供給される。

交流電源１０１は、例えば、２００Ｖ（実効電圧）の交流電源である。コンバータ１０２は、整流回路であり、例えば、２８０Ｖの直流（ＤＣ）電圧を出力する。コンバータ１０２から出力される電圧を、母線電圧と称する。インバータ１０３は、コンバータ１０２から母線電圧を供給され、モータ１のコイル３に線間電圧（モータ電圧とも称する）を出力する。これによって、モータ１のステータ巻線であるコイル３には、モータ駆動電流Ｉｏ（言い換えれば、駆動電力）が供給される。インバータ１０３には、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗにそれぞれ接続された配線１０４，１０５，１０６が接続されている。

コイル３Ｕは、端子３１Ｕ，３２Ｕを有する。コイル３Ｖは、端子３１Ｖ，３２Ｖを有する。コイル３Ｗは、端子３１Ｗ，３２Ｗを有する。配線１０４は、コイル３Ｕの端子３１Ｕに接続されている。配線１０５は、コイル３Ｖの端子３１Ｖに接続されている。配線１０６は、コイル３Ｗの端子３１Ｗに接続されている。

結線切替部６０は、スイッチ６１，６２，６３を有する。スイッチ６１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを、配線１０５及び中性点３３の何れかに接続する。スイッチ６２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを、配線１０６及び中性点３３の何れかに接続する。スイッチ６３は、コイル３Ｖの端子３２Ｗを、配線１０４及び中性点３３の何れかに接続する。結線切替部６０のスイッチ６１，６２，６３は、リレー接点で構成されている。ただし、スイッチ６１，６２，６３は、半導体スイッチで構成されてもよい。

制御装置５０は、コンバータ１０２、インバータ１０３及び結線切替部６０を制御する。制御装置５０の構成は、図５を参照して説明した通りである。制御装置５０には、信号受信部５６が受信したリモコン５５からの運転指示信号と、室内温度センサ５４が検出した室内温度とが入力される。制御装置５０は、これらの入力情報に基づき、コンバータ１０２に電圧切り替え信号を出力し、インバータ１０３にインバータ駆動信号を出力し、結線切替部６０に結線切り替え信号を出力する。

図７に示される状態では、スイッチ６１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを中性点３３に接続しており、スイッチ６２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを中性点３３に接続しており、スイッチ６３は、コイル３Ｗの端子３２Ｗを中性点３３に接続している。すなわち、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの端子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、インバータ１０３に接続され、端子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは、中性点３３に接続されている。

図８は、一般的な駆動装置１００において、結線切替部６０のスイッチ６１，６２，６３が切り替えられた状態を示す図である。図８に示される状態では、スイッチ６１は、コイル３Ｕの端子３２Ｕを配線１０５に接続しており、スイッチ６２は、コイル３Ｖの端子３２Ｖを配線１０６に接続しており、スイッチ６３は、コイル３Ｗの端子３２Ｗを配線１０４に接続している。

図９（Ａ）は、スイッチ６１，６２，６３が図７に示される状態にあるときのコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を示す模式図である。コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗは、それぞれ端子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗにおいて中性点３３に接続されている。そのため、コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗの結線状態は、Ｙ結線（スター結線）となる。

図９（Ｂ）は、スイッチ６１，６２，６３が図８に示される状態にあるときのコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を示す模式図である。コイル３Ｕの端子３２Ｕは、配線１０５（図８）を介してコイル３Ｖの端子３１Ｖに接続される。コイル３Ｖの端子３２Ｖは、配線１０６（図８）を介してコイル３Ｗの端子３１Ｗに接続される。コイル３Ｗの端子３２Ｗは、配線１０４（図８）を介してコイル３Ｕの端子３１Ｕに接続される。そのため、コイル３Ｕ、３Ｖ，３Ｗの結線状態は、デルタ結線（三角結線）となる。

このように、結線切替部６０は、スイッチ６１，６２，６３の切り替えにより、モータ１のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの結線状態を、Ｙ結線（第１の結線状態）及びデルタ結線（第２の結線状態）との間で切り替えることができる。

図１０は、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのそれぞれのコイル部分を示す模式図である。上述したように、モータ１は、９つのティース部１２（図１）を有しており、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、それぞれ３つのティース部１２に巻かれている。すなわち、コイル３Ｕは、３つのティース部１２に巻かれたＵ相のコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃを直列に接続したものである。同様に、コイル３Ｖは、３つのティース部１２に巻かれたＶ相のコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃを直列に接続したものである。また、コイル３Ｗは、３つのティース部１２に巻かれたＷ相のコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃを直列に接続したものである。

＜Ｙ－デルタ結線の切り替え＞
希土類磁石２５を具備するロータ２０を有するモータ１では、ロータ２０が回転すると、希土類磁石２５の磁束がステータ１０のコイル３に鎖交する。その結果、コイル３に誘起電圧が発生する。誘起電圧は、ロータ２０の単位時間当たりの回転数（すなわち、回転速度）に比例し、また、コイル３の巻き数にも比例する。モータ１の回転数が大きく、コイル３の巻き数が多いほど、誘起電圧は大きくなる。

インバータ１０３から出力される線間電圧（モータ電圧）は、上記の誘起電圧と、コイル３の抵抗及びインダクタンスにより生じる電圧との和に等しい。コイル３の抵抗及びインダクタンスは、誘起電圧と比較すると無視できる程度に小さいため、事実上、線間電圧は、誘起電圧に支配される。また、モータ１のマグネットトルクは、誘起電圧と、コイル３に流れる電流との積に比例する。

誘起電圧は、コイル３の巻き数を多くするほど高くなる。そのため、コイル３の巻き数を多くするほど、必要なマグネットトルクを発生するための電流、すなわち、モータ駆動電流Ｉｏが小さくて済む。その結果、インバータ１０３の通電による損失を低減し、モータ１の運転効率を向上することができる。その一方、誘起電圧の上昇により、誘起電圧に支配される線間電圧が、より低い回転数でインバータ最大出力電圧（すなわち、コンバータ１０２からインバータ１０３に供給される母線電圧）に達し、回転数をそれ以上に速くすることができない。

また、コイル３の巻き数を少なくすると、誘起電圧が低下するため、誘起電圧に支配される線間電圧がより高い回転数までインバータ最大出力電圧に到達せず、高速回転が可能となる。しかしながら、誘起電圧の低下により、必要なマグネットトルクを発生するための電流が増加するため、インバータ１０３の通電による損失が増加し、モータ１の運転効率が低下する。

また、インバータ１０３のスイッチング周波数の観点では、線間電圧がインバータ最大出力電圧に近い方が、インバータ１０３のスイッチングのＯＮ／ＯＦＦデューティに起因する高調波成分が減少するため、電流の高調波成分に起因する鉄損を低減することができる。

図１１及び図１２は、空気調和機の圧縮機のモータ１における線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。コイル３の結線状態は、Ｙ結線とする。線間電圧は、界磁磁界と回転数との積に比例する。界磁磁界が一定であれば、図１１に示されるように、線間電圧と回転数とは比例する。なお、図１１において、回転数Ｎ１は、暖房中間条件に対応し、回転数Ｎ２は、暖房定格条件に対応する。

回転数の増加と共に線間電圧も増加するが、図１２に示されるように、線間電圧がインバータ最大出力電圧に達すると、それ以上線間電圧を高くすることはできないため、インバータ１０３による弱め界磁制御が開始される。図１２には、回転数Ｎ１とＮ２との間の回転数で、弱め界磁制御が開始された例が示される。

弱め界磁制御では、コイル３にｄ軸位相の電流（すなわち、希土類磁石２５の磁束を打ち消す向き磁束を発生させる電流）を流すことによって、誘起電圧を弱める。この電流を、弱め電流と称する。通常のモータトルクを発生させるための電流に加えて、弱め電流を流す必要があるため、コイル３の抵抗に起因する銅損が増加し、インバータ１０３の通電損失も増加する。

図１３は、図１２に示される弱め界磁制御を行った場合のモータ効率と回転数との関係を示すグラフである。図１３に示されるように、モータ効率は、回転数と共に増加し、弱め界磁制御を開始した直後に、矢印Ｐで示されるようにモータ効率がピークに達する。

回転数がさらに増加すると、コイル３に流す弱め電流も増加するため、これによる銅損が増加し、モータ効率が低下する。なお、モータ効率とインバータ効率との積である総合効率においても、図１３に示される曲線と同様の曲線で表される変化が見られる。

図１４は、図１２に示される弱め界磁制御を行った場合のモータ１の最大出力トルクと回転数との関係を示すグラフである。弱め界磁制御を開始する前は、モータ１の最大出力トルクは一定である（例えば、電流閾値による制約のため）。弱め界磁制御を開始すると、回転数の増加にともなってモータ１の最大出力トルクが低下する。モータ１の最大出力トルクは、製品使用時でモータ１が実際に発生する負荷（必要とされる負荷）よりも大きくなるように設定されている。以下では、説明の便宜上、モータ１の最大出力トルクを、「モータトルク」とも称する。

図１５は、Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。コイル３の結線状態がデルタ結線である場合のコイル３の相インピーダンスは、巻き数を同数とすると、コイル３の結線状態がＹ結線である場合の１／√３倍である。そのため、コイル３の結線状態がデルタ結線である場合の相間電圧（一点鎖線）は、回転数を同じとすると、コイル３の結線状態がＹ結線である場合の相間電圧（実線）の１／√３倍である。

すなわち、コイル３の結線状態がデルタ結線である場合、巻き数をＹ結線の場合の√３倍にすれば、同じ回転数Ｎに対して、線間電圧（モータ電圧）がＹ結線の場合と等価となり、従ってインバータ１０３の出力電流もＹ結線の場合と等価となる。

ティース部へのコイル３の巻き数が数十巻以上となるモータ１では、次のような理由で、デルタ結線よりもＹ結線を採用することが多い。第１の理由は、デルタ結線は、Ｙ結線に比べてコイル３の巻き数が多いため、製造工程においてコイル３の巻線に要する時間が長くなるからである。第２の理由は、デルタ結線の場合に循環電流が発生する可能性があるからである。

一般に、Ｙ結線を採用するモータ１では、回転数Ｎ２（すなわち、性能向上の対象となる回転数のうち、高速側の回転数）で、線間電圧（モータ電圧）がインバータ最大出力電圧に達するように、コイル３の巻き数を調整している。しかしながら、この場合、回転数Ｎ１（すなわち、性能向上の対象となる回転数のうち、低速側の回転数）では、線間電圧がインバータ最大出力電圧よりも低い状態でモータ１を運転することとなり、高いモータ効率を得ることが難しい。

そこで、コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１よりも僅かに低い回転数で線間電圧がインバータ最大出力電圧に達するように巻き数を調整し、回転数Ｎ２に到達するまでの間に、コイル３の結線状態をデルタ結線に切り替えるという制御が行われている。

図１６は、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えを行った場合の線間電圧と回転数との関係を示すグラフである。図１６に示される例では、回転数Ｎ１（暖房中間条件）よりも僅かに低い回転数（回転数Ｎ１１とする）に達すると、上述した弱め界磁制御を開始する。回転数Ｎがさらに増加して回転数Ｎ０に達すると、結線状態が、Ｙ結線からデルタ結線へ切り替えられる。回転数Ｎ１１は、例えば、回転数Ｎ１よりも５％低い回転数（すなわち、Ｎ１１＝Ｎ１×０．９５）である。

Ｙ結線からデルタ結線への切り替えにより、線間電圧がＹ結線の１／√３倍に低下するため、弱め界磁の程度を小さく抑える（すなわち、弱め電流を小さくする）ことができる。これにより、弱め電流に起因する銅損を抑制し、モータ効率の低下及びモータトルクの低下を抑制することができる。

＜従来の駆動装置の説明＞
ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とするネオジウム希土類磁石は、温度が高いほど保磁力が低くなり、減磁し易くなる。したがって、ネオジウム希土類磁石である希土類磁石２５を具備するロータ２０を有するモータ１を駆動する駆動装置では、モータ駆動電流Ｉｏによって希土類磁石２５に不可逆減磁を生じさせないためのモータ駆動電流Ｉｏの上限値である過電流保護レベルを低く設定する必要がある。以下に、過電流保護レベルを詳細に説明する。

希土類磁石２５に反磁界を印加した場合、反磁界がある大きさを超えると磁気特性が低下して、元の磁気特性に回復しなくなる現象、すなわち、不可逆減磁が発生する。不可逆減磁の発生し難さの程度を表す数値を保磁力と呼ぶ。ロータ２０の希土類磁石２５に不可逆減磁が生じると、モータ１の特性が低下する。このため、電機子反作用による反磁界により、ロータ２０の希土類磁石２５に不可逆減磁が生じないような負荷設計をする、及び、不可逆減磁が生じないような保持力の希土類磁石２５を選定することが重要である。

ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とするネオジウム希土類磁石の保磁力は、温度が上昇すると、低下することが知られている。圧縮機のように、１００℃以上の高温雰囲気中で、ネオジウム希土類磁石をロータ２０の永久磁石として用いたモータ１を使用する場合、磁石の保磁力は、温度が上昇すると、約－０．５［％／ΔＫ］から－０．６［％／ΔＫ］の範囲の温度係数で、低下する。このため、ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とするネオジウム希土類磁石に、ジスプロシウム（Ｄｙ）又はテルビウム（Ｔｂ）を添加して保磁力の向上を図ることが望ましい。

一般的な圧縮機では、モータ１の雰囲気温度の上限は、１４０℃程度である。一般的な圧縮機では、モータ１は、常温２０℃から常温２０℃に対して１２０℃程度の温度上昇した上限温度（すなわち、１４０℃程度）の範囲で使用される。したがって、例えば、－０．５［％／ΔＫ］の温度係数（すなわち、１℃当たりの温度上昇で、保持力が０．５％低下する温度係数）では、希土類磁石２５の保磁力は、約６０％低下する。

圧縮機の最大負荷で減磁しないようにするためには、６００［ｋＡ／ｍ］～１０００［ｋＡ／ｍ］程度の保磁力が必要であり、１４０℃の雰囲気温度中で前記保磁力（６００［ｋＡ／ｍ］～１０００［ｋＡ／ｍ］程度）を保証するためには、常温保磁力を１５００［ｋＡ／ｍ］～２５００［ｋＡ／ｍ］程度に設計する必要がある。

また、永久磁石である希土類磁石２５の磁力の大きさを示す指標である残留磁束密度Ｂｒについては、ネオジウム希土類磁石の場合、常温（２０℃）での残留磁束密度Ｂｒが１．３Ｔ以上で、温度係数－０．１２［％／ΔＫ］程度のものが圧縮機用途では多く用いられている。保磁力と同様に残留磁束密度についても温度依存特性を示し、温度が１００℃上昇すると、残留磁束密度が１２％低下することを意味する。

希土類磁石２５は、温度が上がるほど、小さい電流で減磁する。モータ１の駆動中に希土類磁石２５が減磁しないようにするため、過電流保護レベルは、希土類磁石２５が減磁する電流よりも低い値に設定される。

従来の過電流保護レベルは、固定されていた。モータ１の駆動状態がわからないため、希土類磁石２５が最も減磁し易い最大温度（この場合は、１４０℃）で過電流保護レベルを決めていた。そのため、希土類磁石２５の温度が低い領域では、インバータ１０３の電流を大きくしても減磁しないにも関わらず、低い過電流保護レベルにより、出力が制限されていた。そこで、本出願では、以下に説明するような、新規な駆動装置を提案する。

＜本発明の実施の形態に係る駆動装置１００ａ＞
図１７は、本発明の実施の形態に係る駆動装置１００ａの構成を概略的に示す図である。図１７において、図７及び図８に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図７及び図８に示される符号と同じ符号が付されている。駆動装置１００ａは、センサ部２０２と保護レベル設定部７０とを備えた点、及び制御装置５００による制御内容の点において、図７及び図８に示される制御装置５０と相違する。

図１７に示されるように、駆動装置１００ａは、交流電源１０１の出力を整流するコンバータ１０２と、インバータ１０３と、結線切替部６０と、保護レベル設定部７０と、制御装置５００と、第１の検出部としての電流検出部２０１と、第２の検出部としてのセンサ部２０２とを備えている。

駆動装置１００ａは、モータ１を駆動する。モータ１は、圧縮機８（４１）の圧縮要素を動作させる。モータ１は、希土類磁石２５（図１）を具備するロータ２０（図１）を有する。希土類磁石２５は、例えば、ネオジウム希土類磁石である。ネオジウム希土類磁石は、ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とする永久磁石である。

インバータ１０３は、モータ１のステータ１０（図１）のコイル３にモータ駆動電流Ｉｏを供給する。モータ駆動電流は、「モータ電流」とも言う。制御装置５００は、モータ１を弱め界磁制御で可変速駆動するように、インバータ１０３に制御信号Ｅ２を出力する。

電流検出部２０１は、インバータ１０３によってモータ１に供給されるモータ駆動電流Ｉｏに対応する検出信号（第１の検出信号）Ｄ１を出力する。図１７では、電流検出部２０１は、コンバータ１０２とインバータ１０３との間を接続する母線に流れる電流を検出している。ただし、電流検出部２０１が検出する電流は、インバータ１０３とモータ１との間、インバータ１０３と結線切替部６０の間、などの他の位置で検出されてもよい。

保護レベル設定部７０は、過電流保護レベルを設定する。制御装置５００は、状態検知信号Ｄ２に基づいて得られたモータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルＩ（ｎ）を超えたか否かを判定する過電流判定部５０１と、コンバータ１０２、インバータ１０３、及び結線切替部６０に制御信号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を出力して、これらを制御する演算部５０２とを有している。また、制御装置５００の演算部５０２は、検出信号Ｄ１に基づくモータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルＩ（ｎ）を超えたと判定されたときに、インバータ１０３から供給されるモータ駆動電流Ｉｏを低減する制御（すなわち、第１の制御）を行う。モータ駆動電流Ｉｏの低減は、一般には、モータ駆動電流Ｉｏの遮断である。また、モータ駆動電流Ｉｏの低減は、モータ駆動電流Ｉｏを予め決められた電流レベル以下に瞬時に低減する制御であってもよい。

保護レベル設定部７０は、センサ部２０２によって出力される状態検知信号（第２の検出信号）Ｄ２に基づいて過電流保護レベルＩ（ｎ）を変更する。制御装置５００は、保護レベル設定部７０が過電流保護レベルＩ（ｎ）を下げるときに、モータ駆動電流Ｉｏを低減させる制御（すなわち、第２の制御）を行う。ここで、「保護レベル設定部７０が過電流保護レベルを下げるとき」は、保護レベル設定部７０が過電流保護レベルを下げる時点と同時と、保護レベル設定部７０が過電流保護レベルを下げるときの直前とを含む。

結線切替部６０は、制御信号Ｅ３に基づいて、モータ１の結線状態を切り替える。結線切替部６０は、モータ１の結線状態をＹ結線とデルタ結線との間で切り替える。制御装置５００は、結線切替部６０に結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替えさせることによって、第２の制御を行うことができる。Ｙ結線からデルタ結線への切り替えにより、線間電圧がＹ結線のときの線間電圧の１／√３倍に低下するため、弱め界磁の程度を小さく抑える（すなわち、弱め電流を小さくする）ことができる。

また、制御装置５００は、コンバータ１０２を制御することによって、インバータ１０３に印加される母線電圧を変更させることができる。制御装置５００は、コンバータ１０２から出力される母線電圧を上昇させることによって、インバータ１０３からモータ１に供給されるモータ駆動電流Ｉｏを低下させることができる。コンバータ１０２を制御する場合には、駆動装置１００ａは、結線切替部６０を備えないことも可能である。

＜駆動装置１００ａにおける過電流保護レベルの変更方法１＞
図１８は、ネオジウム希土類磁石である希土類磁石２５に不可逆減磁を生じさせるモータ駆動電流（破線の曲線）、従来の過電流保護レベル（一点鎖線の直線）、及び実施の形態の過電流保護レベル（太い実線の折れ線）を示すグラフである。図１８において、横軸は、希土類磁石２５の温度［℃］を示し、縦軸は、モータ１のコイル３に供給されるモータ駆動電流［Ａ］を示す。

図１８において、破線で示される曲線は、希土類磁石２５に不可逆減磁を生じさせるモータ駆動電流が、希土類磁石２５の温度の上昇に伴って低下することを示している。

図１８において、一点鎖線で示される直線は、従来のモータにおける過電流保護レベルを示している。従来のモータにおける過電流保護レベルは、モータの使用温度範囲（例えば、０℃～１４０℃）の内の最も高い温度（例えば、１４０℃）付近において、モータのロータの希土類磁石２５に、不可逆減磁を生じさせない値、例えば、６［Ａ］に設定されている。

図１８において、太い実線で示される階段状の折れ線は、本実施の形態に係る駆動装置１００ａにおける過電流保護レベルＩ（ｎ）を示している。図１８において、ｎ＝１，２，３である。本実施の形態に係る駆動装置１００ａにおける過電流保護レベルは、モータの使用温度範囲（例えば、０℃～１４０℃）において、温度（すなわち、第２の検出信号である状態検知信号Ｄ２に基づく温度）が高いほど、低い値に設定されている。図１８では、モータ１の温度（希土類磁石２５の温度でもある。）が６０℃未満の範囲内であるときは、過電流保護レベルは、例えば、Ｉ（１）＝２２．０［Ａ］に設定されている。モータ１の温度が６０℃以上１００℃未満の範囲内であるときは、過電流保護レベルは、例えば、Ｉ（２）＝１３．３［Ａ］に設定されている。温度が１００℃以上１４０℃未満の範囲内であるときは、過電流保護レベルは、例えば、Ｉ（３）＝６．０［Ａ］に設定されている。

このように、保護レベル設定部７０は、センサ部２０２から出力された希土類磁石２５の温度に基づいて、過電流保護レベルを変更する。例えば、保護レベル設定部７０は、
Ｉ（ｎ）＞Ｉ（ｎ＋１）
ｎ＝１，２，…，Ｎ
Ｎは、予め決められた正の整数、
を満たすような、複数の電流レベル（すなわち、過電流保護レベルＩ（１）～Ｉ（Ｎ））を記憶している。保護レベル設定部７０は、複数の電流レベルの中から選択された電流レベルを過電流保護レベルとして選んで設定し、この過電流保護レベルを過電流判定部５０１へ出力する。

本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、希土類磁石モータを駆動する場合、希土類磁石２５の温度が高いほど、過電流保護レベルとして低い値を設定選定される。この場合、希土類磁石２５の温度が高くなるほど、ｎとして大きい値が選択される。

例えば、保護レベル設定部７０では、予め実機で測定した希土類磁石２５の温度に対する減磁電流特性を、複数の温度帯域について測定し、各温度帯域において測定された減磁電流特性に尤度を設けることで電流上限値を決め、この電流上限値を過電流保護レベルとしてデータベースに予め格納する。

また、希土類磁石２５の温度だけでなく、インバータ１０３を流れる電流のｄ軸電流成分に対する減磁電流特性を、複数のｄ軸電流の範囲に分割し、各ｄ軸電流範囲の減磁電流に対して尤度を設けることで電流上限値を決め、この電流上限値を過電流保護レベルとしてデータベースに予め格納してもよい。

過電流判定部５０１は、コンバータ１０２とインバータ１０３との間に設けられた電流検出部２０１から出力された検出信号Ｄ１に対応する電流値のモータ駆動電流Ｉｏが、保護レベル設定部７０によって選定された過電流保護レベルＩ（ｎ）を超えているか否かを判定する。演算部５０２は、電流検出部２０１から出力された検出信号Ｄ１に対応する電流値のモータ駆動電流Ｉｏが、保護レベル設定部７０によって設定されている過電流保護レベルＩ（ｎ）を超えた場合、インバータ１０３からのモータ駆動電流Ｉｏの出力を停止させ、モータ１を停止させる。

過電流判定部５０１は、多段接続された複数のコンパレータによって構成されることができる。この場合、過電流判定部５０１は、電流検出部２０１から出力された検出信号Ｄ１に対応する電流値のモータ駆動電流Ｉｏを、多段接続されたコンパレータの数に対応した数の過電流保護レベルと比較することができる。このように構成することで、過電流判定部５０１は、より短時間で、瞬時にインバータ１０３からのモータ駆動電流Ｉｏが、過電流保護レベルＩ（ｎ）を超えたか否かを判定することができる。

また、保護レベル設定部７０及び制御装置５００は、マイコン（マイクロコンピュータ）又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのソフトウェアであるプログラムを実行することによって、処理を実行してもよい。また、保護レベル設定部７０は、制御装置５００の一部であってもよい。

以上のように、本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、希土類磁石２５の温度を検出し、希土類磁石２５の温度に応じて、過電流保護レベルを選定するため、モータ１のロータ２０が希土類磁石２５を備える場合、希土類磁石２５の温度上昇による希土類磁石２５の不可逆減磁の発生を防止することができる。特に、モータ１を温度変化の大きい圧縮機（例えば、図２における圧縮機８）に用いた場合、圧縮機の異常運転により圧縮機内が過度に温度上昇しそうになった場合であっても、インバータ１０３の動作を確実に停止させることができ、希土類磁石２５の不可逆減磁の発生を回避することができる。

また、図１８に示されるように、本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、希土類磁石２５の温度に応じて、過電流保護レベルを選定しているため、過電流保護レベルが固定である従来の場合（図１８における一点鎖線の直線の場合）に比べ、モータ１を駆動できるモータ駆動電流Ｉｏの範囲が拡大し、高出力トルクなモータ駆動を実現することができる。

また、モータ１を駆動するモータ駆動電流Ｉｏの範囲を拡大することができるため、保磁力の小さい希土類磁石２５を用いたモータであっても、出力トルクを向上させることができる。したがって、保磁力を向上させるために希土類磁石２５に添加されているジスプロシウム又はテルビウムの量を低減しても、従来と同等のモータ１の出力トルクを確保することができる。

さらには、ジスプロシウム又はテルビウムを低減したことで、希土類磁石２５の残留磁束密度が向上し、モータ１を駆動するモータ駆動電流Ｉｏを低減することができる。この場合、銅損を低減した高効率なモータ１を構成することができる。

図１８では、例えば、保護レベル設定部７０は、６０℃未満において過電流保護レベルＩ（１）、６０℃以上１００℃未満において過電流保護レベルＩ（２）、１００℃以上において過電流保護レベルＩ（３）、の３段階のデータを、過電流保護レベルの候補として格納している。ここで、Ｉ（１）＞Ｉ（２）＞Ｉ（３）である。

保護レベル設定部７０は、センサ部２０２から出力される状態検知信号Ｄ２に基づき、過電流保護レベルを設定（ここでは、選定）し、過電流保護レベルを過電流判定部５０１へ出力する。

図１９は、モータ１の駆動時間とロータ２０に備えられた希土類磁石２５の温度の変化を示すグラフである。図１９において、横軸は、駆動時間すなわち駆動開始からの経過時間を示し、縦軸は、希土類磁石２５の温度［℃］を示す。図２０は、モータ１の駆動装置において設定される過電流保護レベルを下げたときに生じる問題を示す図である。図２０において、横軸は、駆動時間すなわち駆動開始からの経過時間を示し、縦軸は、過電流保護レベル［Ａ］を示す。

例えば、図１９に示されるように、時間の経過にともなって、希土類磁石２５の温度が変化した場合、保護レベル設定部７０は、図２０に示されるように、希土類磁石２５の温度変化に基づき、過電流保護レベルを、Ｉ（１）、Ｉ（２）、Ｉ（３）の順に変化させる。

ここで、例えば、過電流保護レベルをＩ（２）からＩ（３）に変更する場合、変更前に電流検出部２０１から出力された検出信号Ｄ１に対応するモータ駆動電流Ｉｏが、Ｉ（２）＞Ｉｏ＞Ｉ（３）である場合がある。しかし、図２０に示されるように、モータ駆動電流Ｉｏを変更せずに、過電流保護レベルをＩ（２）からＩ（３）に変更した場合には、モータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルＩ（３）を超えるので、過電流保護レベルをＩ（２）からＩ（３）に変更した途端に、インバータ１０３のスイッチング動作が停止し、モータ１が停止する。

すなわち、駆動装置１００ａが過電流保護レベルを下げることによって、モータ駆動電流Ｉｏが変更後の過電流保護レベルよりも大きくなる場合がある。この場合、過電流保護レベルの変更時にモータ１が停止する、又は、モータ１の出力が低下するという課題があった。

＜弱め界磁制御＞
図２１は、圧縮機におけるモータ１の回転数と希土類磁石２５の温度の変化の例を示すグラフである。図２１において、横軸は、モータ１の回転数［ｒｐｓ］を示し、縦軸は、希土類磁石２５の温度［℃］を示す。図２１は、圧縮機では、一般的に回転数が高いほど、モータ１は高出力トルクになり、圧縮機の内部の雰囲気が高温、高圧状態になり、モータ１の希土類磁石２５の温度は高くなることを示している。

また、圧縮機のように１０［ｒｐｓ］～１３０［ｒｐｓ］という広い回転数の範囲で可変速駆動を行うモータ１では、実使用頻度の高い低回転数の領域のモータ１の効率を向上させるために、高回転数の領域では、弱め界磁制御でモータ１を駆動する。弱め界磁制御について簡単に説明する。

ロータ２０に希土類磁石２５を搭載したモータ１では、ロータ２０が回転すると、希土類磁石２５の磁束がステータ１０のコイル３に鎖交し、コイル３に誘起電圧が発生する。誘起電圧は、ロータ２０の回転数（回転速度）に比例し、また、コイル３の巻き数にも比例する。したがって、モータ１の回転数が大きく、コイル３の巻き数が多いほど、誘起電圧は大きくなる。

インバータ１０３から出力される線間電圧（「モータ電圧」とも言う。）は、上記の誘起電圧と、コイル３の抵抗及びインダクタンスで生じる電圧との和に等しい。コイル３の抵抗及びインダクタンスで生じる電圧は、誘起電圧と比較すると無視できる程度に小さい。このため、事実上、線間電圧は、誘起電圧に支配される。

モータ１のマグネットトルクは、希土類磁石２５のエネルギーから変換された誘起電圧と、コイル３に流れる電流との積に比例する。

誘起電圧は、コイル３の巻き数を多くするほど高くなる。そのため、コイル３の巻き数を多くするほど、必要なマグネットトルクを発生するための電流が少なくて済む。その結果、インバータ１０３の通電による損失を低減し、モータ１の運転効率を向上することができる。その一方、誘起電圧の上昇により、誘起電圧に支配される線間電圧が、より低い回転数でインバータ最大出力電圧に達し、回転数をそれ以上に速くすることができない。インバータ最大出力電圧は、コンバータ１０２からインバータ１０３に供給される母線電圧に等しい。

弱め界磁制御では、希土類磁石２５の磁束と逆向きの磁束をコイル３で発生させて、希土類磁石２５の磁束を弱めることで、誘起電圧を抑制し、高い回転数まで駆動可能となる。

しかし、希土類磁石２５の磁束を打ち消す向きの磁束を発生させる電流である弱め電流を流す必要があるため、モータ駆動電流Ｉｏが大きくなり銅損が増加する。また、モータ駆動電流Ｉｏの増加は、希土類磁石２５を減磁し易くする要因となっている。

＜駆動装置１００ａにおける過電流保護レベルの変更方法２＞
モータ１のロータ２０の希土類磁石２５は、温度が高いほど減磁し易くなる。このため、駆動装置１００ａは、モータ１の温度が高いほど、過電流保護レベルを低い値に設定する必要がある。また、モータ１は、回転数が高いほど高出力トルクが要求されるが、モータ１の温度が高い場合には、過電流保護レベルを低い値に設定する必要がある。

駆動装置１００ａによってモータ１の回転数を継続的に上昇させる際には、弱め電流が増加する。したがって、駆動装置１００ａが予め用意された複数の電流レベルの中から過電流保護レベルを選定する場合、モータ１の回転数の継続的な上昇に伴って希土類磁石２５の温度が徐々に高くなるので、過電流保護レベルを段階的に（又は少しずつ繰り返し）低下させる必要がある。

本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、保護レベル設定部７０がセンサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づき、過電流保護レベルを変更し、このとき、制御装置５００は、モータ駆動電流Ｉｏを変更する。

具体的には、保護レベル設定部７０が過電流保護レベルを下げるときに、制御装置５００は、モータ駆動電流Ｉｏを低減させて、過電流保護レベルの変更時にモータ１が停止しないようにする制御（第２の制御）を行う。

例えば、図１７に示されるように、本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づき、モータ駆動電流を変更する際に、モータ駆動電流Ｉｏを下げるために、モータ１の結線状態を切り替える結線切替部６０を用いる。具体的には、例えば、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える。

つまり、本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づき過電流保護レベルを下げると共に、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える。或いは、駆動装置１００ａは、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づき過電流保護レベルを下げる直前に、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える。

例えば、駆動装置１００ａは、結線切替部６０を制御して、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替えることで、線間電圧をＹ結線のときの線間電圧の１／√３倍の電圧に低下させる。この結線状態の切り替えによって、弱め界磁の程度を小さく抑える（すなわち、弱め電流を小さくする）ことができ、その結果、モータ駆動電流Ｉｏを下げることができる。このため、過電流保護レベルの変更時に、モータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルを超えることがなく、モータ１の駆動を継続することができる。

これらにより、過電流保護レベルの変更時にモータ１が停止する状況の発生を回避することができる。また、モータ１の希土類磁石２５の温度が低い場合には、過電流保護レベルを引き上げて、大きなモータ駆動電流Ｉｏを流して、モータ１の出力トルクを向上させることができる。

ここでは、結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える例を説明したが、電流値を低下させる切り替えであれば、直列結線から並列結線に切り替えてもよい。コイル３の結線状態を、第１の結線状態と、前記第１の結線状態よりも線間電圧が低い第２の結線状態に切り替えることで、同様の効果を得ることができる。

例えば、図１８では、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づく温度により過電流保護レベルを変更する設定値として、温度６０℃未満の範囲で、過電流保護レベルをＩ（１）＝２２．０［Ａ］（６０℃で希土類磁石２５に不可逆減磁が生じないレベル）、温度６０℃以上１００℃未満の範囲で、過電流保護レベルをＩ（２）＝１３．３［Ａ］（１００℃で希土類磁石２５に不可逆減磁が生じないレベル）、温度１００℃以上１４０℃未満の範囲で、過電流保護レベルをＩ（３）＝６．０［Ａ］（１４０℃で希土類磁石２５に不可逆減磁が生じないレベル）に設定する。これは、希土類磁石２５の保磁力が温度によって変化するためである。

ここでは、温度６０℃での希土類磁石２５の保磁力が１２５０［ｋＡ／ｍ］であり、温度１００℃での希土類磁石２５の保磁力が９００［ｋＡ／ｍ］であり、温度１４０℃での保磁力が希土類磁石２５の６００［ｋＡ／ｍ］である。このように、温度上昇に伴い希土類磁石２５の保磁力は大幅に低下する。

従来は、１００℃未満における過電流保護レベルは６［Ａ］（図１８に示される一点鎖線の直線）であったが、本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、１００℃未満における過電流保護レベルは１３．３［Ａ］である。このように、本実施の形態に係る駆動装置１００ａによれば、従来の駆動装置よりも、より大きな電流を流すことができ、モータ１の出力トルクを向上させることができる。

例えば、センサ部２０２から出力される状態検知信号Ｄ２から換算された温度が上昇中であり、温度が９８℃であり、過電流保護レベルがＩ（２）＝１３．３［Ａ］であり、Ｙ結線でモータ駆動電流Ｉｏ＝８［Ａ］であり、回転数が８０［ｒｐｓ］で駆動している場合を考える。

このとき、温度上昇が続くと、温度は１００℃を超える。このため、駆動装置１００ａは、過電流保護レベルを温度範囲１００℃以上１４０℃未満の範囲のレベルであるＩ（３）＝６．０［Ａ］に変更しようとする。しかし、駆動装置１００ａが、過電流保護レベルをＩ（２）＝１３．３［Ａ］からＩ（３）＝６．０［Ａ］に変更すると、図２０に示されるように、過電流保護レベルを切り替えた瞬間に、モータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルＩ（３）を超えることになり、制御装置５００は、インバータ１０３を制御してモータ駆動電流Ｉｏを遮断して、モータ１を停止させる。

そこで、本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、過電流保護レベルの変更の前（望ましくは、直前）に、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える。図２２は、モータ１の駆動時間と過電流保護レベルの変更の例を示すグラフである。図２２において、横軸は、駆動時間すなわち駆動開始からの経過時間を示し、縦軸は、過電流保護レベル［Ａ］を示す。過電流保護レベルの変更の前に、モータ１の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替えると、モータ１の線間電圧が低下し、弱め電流が低下する。このため、モータ駆動電流Ｉｏは、変更後の過電流保護レベルＩ（３）＝６．０［Ａ］よりも低い値（例えば、Ｉｏ＝４．５［Ａ］）まで低減する。この後に、過電流保護レベルをＩ（３）＝６．０［Ａ］に切り替えても、切り替え後の過電流保護レベルＩ（３）は、モータ駆動電流Ｉｏよりも大きい。このため、モータ１を停止させずに、モータ１の駆動を継続することが可能となる。

逆に、センサ部２０２から出力される状態検知信号Ｄ２から換算された温度が下降中の場合は、過電流保護レベル内でモータ駆動電流Ｉｏを増加させてから、結線状態をデルタ結線からＹ結線に切り替えることが望ましい。

＜過電流保護レベルの変更時に母線電圧を変更する例＞
図２３は、コンバータ１０２から出力される母線電圧を上げることによってモータ駆動電流（実効値）［Ａｒｍｓ］が下がることを示す図である。図２４は、本実施の形態に係る駆動装置１００ａの他の制御、すなわち、モータの駆動装置１０２ａにおいて設定される過電流保護レベルを下げたときに、コンバータ１０２から出力される母線電圧を上げることによってモータ駆動電流Ｉｏを下げる制御を示す図である。

本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づき過電流保護レベルを下げると共に、コンバータ１０２を制御して母線電圧を上げることによってインバータ１０３から出力されるモータ駆動電流Ｉｏを低減させる制御（第２の制御）を行ってもよい。

一般に、コンバータ１０２は、リアクトルとスイッチング素子（半導体素子）とを有する整流回路と、コンデンサとを有し、チョッパー方式により電源電圧を昇降圧する。駆動装置１００ａの制御装置５００は、センサ部２０２から出力された第２の検出信号である状態検知信号Ｄ２に基づき、コンバータ１０２を制御する。スイッチング素子は、例えば、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、スイッチング損失を低減でき、昇降圧時のコンバータ損失が小さい高効率な駆動装置１００ａを構成することができる。また、高周波のスイッチング特性では、ＧａＮが優れている。このため、スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体であるＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、スイッチング素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドなどからなる他のワイドバンドギャップ半導体であってもよい。特に、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴは、Ｓｉ－ＭＯＳＦＥＴに比べて耐熱温度が高く、絶縁破壊強度が高く、熱伝導率が大きい点で優れている。

駆動装置１００ａは、コンバータ１０２を制御することで母線電圧を上げ、これによってモータ駆動電流Ｉｏを低減するものであってもよい。この場合、モータ１を、高回転数の範囲において弱め界磁制御で駆動する際の、弱め界磁電流を小さくすることができる。

本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、センサ部２０２から出力された状態検知信号Ｄ２に基づいて選定された過電流保護レベルＩ（ｎ）より低いモータ駆動電流Ｉｏがインバータ１０３からモータ１に供給されるように、インバータ１０３に入力される最大母線電圧Ｖｄ（ｎ）を変更する。駆動装置１００ａは、過電流保護レベルとしてＩ（ｎ）が設定されているときにおける最大母線電圧Ｖｄ（ｎ）と、過電流保護レベルとしてＩ（ｎ＋１）（＜Ｉ（ｎ））が設定されているときにおける最大母線電圧Ｖｄ（ｎ＋１）とが、
Ｖｄ（ｎ）≦Ｖｄ（ｎ＋１）を満たすように、コンバータ１０２を制御する。このように、駆動装置１００ａは、過電流保護レベルが小さくなっても、弱め界磁電流を小さくすることで、モータ１の停止を回避しつつ、モータ１の出力トルクを低下させずにモータ１の駆動を継続させることができる。

従来は、希土類磁石２５の温度が１００℃未満における過電流保護レベルは６［Ａ］（図１８に示される一点鎖線の直線）であったが、本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、１００℃未満における過電流保護レベルは１３．３［Ａ］である。このように、本実施の形態に係る駆動装置１００ａは、従来の駆動装置よりも、より大きなモータ駆動電流Ｉｏを流すことができ、モータ１の出力トルクを向上させることができる。

例えば、センサ部２０２から出力される状態検知信号Ｄ２から換算された温度が上昇中であり、温度が９８℃であり、過電流保護レベルがＩ（２）＝１３．３［Ａ］であり、Ｙ結線でモータ駆動電流Ｉｏ＝８［Ａ］であり、回転数が８０［ｒｐｓ］で駆動している場合を考える。

このとき、温度上昇が続くと、温度は１００℃を超える。このため、駆動装置１００ａは、過電流保護レベルを温度範囲１００℃以上１４０℃未満の範囲の電流レベルであるＩ（３）＝６．０［Ａ］に変更しようとする。しかし、駆動装置１００ａが、過電流保護レベルをＩ（２）＝１３．３［Ａ］からＩ（３）＝６．０［Ａ］に変更すると、図２０に示されるように、過電流保護レベルを切り替えた瞬間に、モータ駆動電流Ｉｏが過電流保護レベルＩ（３）を超えることになり、制御装置５００は、インバータ１０３を制御してモータ駆動電流Ｉｏを遮断して、モータ１を停止させる。

そこで、本実施の形態に係る駆動装置１００ａでは、過電流保護レベルを低下させる前（望ましくは、直前）に、コンバータ１０２から出力される母線電圧を３００［Ｖｄｃ］から４００［Ｖｄｃ］に切り替える。そうすると、弱め電流が低下するため、モータ駆動電流は、変更後の過電流保護レベルより低いレベル（例えば、Ｉｏ＝４．５［Ａ］）まで低減することができる。そこで、過電流保護レベルをＩ（３）＝６．０［Ａ］に切り替えたときに、モータ駆動電流ＩｏがＩ（３）＝６．０［Ａ］を超えることはない。このため、モータ１を停止させずに、モータ１の駆動を継続することが可能となる。

逆に、センサ部２０２から出力される状態検知信号Ｄ２から換算された温度が下降中の場合は、駆動装置１００ａは、過電流保護レベル内でモータ駆動電流Ｉｏを増加させてから、母線電圧を下げてもよい。

＜センサ部の具体例＞
図１７では、モータ１の駆動状態を検知するセンサ部２０２は、例えば、モータ１の温度を検出する温度センサとしてのサーミスタである。温度センサは、密閉型圧縮機の外殻を構成する密閉容器の外面の温度を検出するものであってもよい。また、温度センサは、圧縮機に連結された冷媒通路を流れる冷媒の温度（吐出温度）を検出するものであってもよい。つまり、センサ部２０２は、モータ１のロータ２０の希土類磁石２５の温度に対応する物理量を検出することができる手段であれば、どの位置に配置されてもよい。

温度センサを圧縮機の外部に配置する場合には、圧縮機を含む冷凍回路そのものを変更することなく、温度センサを容易に取り付けることが可能である。また、温度センサを空気調和機の室外機の熱交換器の吐出温度を検出する既存の温度センサで代用することも可能である。この場合には、部品点数の削減によるコスト削減が可能となる。

センサ部２０２は、モータ１のロータ２０の希土類磁石２５の温度を、電流検出部２０１から出力される検出信号Ｄ１から算出する手段であってもよい。つまり、制御装置５００は、電流検出部２０１によって検出された電流値から、希土類磁石２５の温度を算出することが可能である。

＜変形例＞
図２５は、本発明の実施の形態の変形例に係る駆動装置１００ｂの構成を概略的に示す図である。図２５において、図１７に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１７に示される符号と同じ符号が付される。

図２５において、制御装置５００ｂは、電流検出部２０２ｂによって検出された電流値から、誘起電圧定数ｅ１を算出する。さらに、制御装置５００ｂは、算出した誘起電圧定数ｅ１に基づいて、希土類磁石２５の温度Ｔ１を算出する。希土類磁石２５の温度Ｔ１は、予め決められた基準温度Ｔ０における誘起電圧定数ｅ０と、検出された電流値から得られた誘起電圧定数ｅ１と、希土類磁石２５の残留磁束密度の温度係数ｋとにより、以下の式で算出することができる。
Ｔ１＝Ｔ０＋（（（ｅ１／ｅ０）－１）×１００）／ｋ
駆動装置１００ｂは、算出された希土類磁石２５の温度に基づいて、過電流保護レベルの選定、及び過電流保護レベルの切り替え時におけるモータ駆動電流の変更を行うことができる。

このように、誘起電圧定数の演算により、希土類磁石２５の温度を算出する構成によれば、圧縮機８の外郭に温度センサを備える必要がなくなるので、温度センサを搭載するために必要なコストを削減することができる。

＜実施の形態の効果＞
本実施の形態に係る駆動装置１００ａ，１００ｂによれば、モータ１の使用温度範囲の全域においてモータ１の能力を十分に発揮させることができる。また、過電流保護レベルの変更時におけるモータ１の停止を回避することができるので、モータ１の動作の高い信頼性を確保することができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機８（４１）によれば、圧縮要素を駆動するモータ１の使用温度範囲の全域において圧縮機８（４１）の能力を十分に発揮させることができる。また、駆動装置１００ａ，１００ｂが過電流保護レベルを変更するときに、モータ１の停止を回避することができるので、圧縮機８（４１）の動作の高い信頼性を確保することができる。

また、本実施の形態に係る空気調和機５によれば、空気調和機５の圧縮機８（４１）の使用温度範囲の全域において空調能力を十分に発揮させることができる。また、駆動装置１００ａ，１００ｂが過電流保護レベルを変更するときに、モータ１の停止を回避することができるので、空調動作の高い信頼性を確保することができる。

１ モータ、 ３，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ コイル、 ５ 空気調和機、 ８ 圧縮機、 １０ ステータ、 ２０ ロータ、 ２５ 希土類磁石（ネオジウム希土類磁石）、 ４１ 圧縮機、 １００ａ，１００ｂ 駆動装置、 １０１ 交流電源、 １０２ コンバータ、 １０３ インバータ、 ６０ 結線切替部、 ７０ 保護レベル設定部、 ２０１ 電流検出部（第１の検出部）、 ２０２ センサ部（第２の検出部）、 ２０２ｂ 電流検出部（第２の検出部）、 ５００，５００ｂ 制御装置、 ５０１ 過電流判定部、 ５０２ 演算部、 Ｄ１ 検出信号（第１の検出信号）、 Ｄ２ 状態検知信号（第２の検出信号）。

Claims (6)

1. ネオジウム、鉄、及びボロンを主成分とするネオジウム希土類磁石を具備するロータを有するモータを、駆動する駆動装置であって、
   母線電圧を生成するコンバータと、
   前記母線電圧が供給され、前記モータを弱め界磁制御で可変速駆動するインバータと、
   前記インバータが前記モータに供給するモータ駆動電流に対応する第１の検出信号を出力する第１の検出部と、
   過電流保護レベルを設定する保護レベル設定部と、
   前記モータの駆動状態に対応する第２の検出信号を出力する第２の検出部と、
   制御装置と、
   を備え、
   前記第２の検出部は、前記モータの温度又は前記モータの温度に対応して温度が変化する部材若しくは空間の温度、を検知する温度センサ、又は、前記モータ駆動電流に対応する検出信号を検出することで前記ネオジウム希土類磁石の温度の算出のもとになる電流値を検出する電流検出部であり、
   前記第１の検出信号に対応する前記モータ駆動電流が前記過電流保護レベルを超えた直後に、前記制御装置は、前記モータ駆動電流を低下させる第１の制御を行い、
   前記温度センサによって検知された前記温度又は前記制御装置によって前記電流値から算出された前記ネオジウム希土類磁石の前記温度が上昇中である場合、前記保護レベル設定部が前記第２の検出信号に基づいて前記過電流保護レベルを新たな電流レベルに下げる直前に、前記制御装置は、前記コンバータに前記母線電圧を上げさせて、前記弱め界磁制御を行っている前記インバータのインバータ最大出力電圧を上げることで、前記モータ駆動電流の実効値を前記新たな電流レベルよりも低いレベルに低下させる第２の制御を行う
   駆動装置。
2. 前記保護レベル設定部は、複数の電流レベルを予め記憶し、前記複数の電流レベルの内のいずれかの電流レベルを前記過電流保護レベルとして選定し、
   Ｎが、予め定められた整数を示し、
   ｎが、１以上Ｎ以下の整数を示し、
   Ｉ（ｎ）が、前記複数の電流レベルを示し、
   Ｉ（ｎ）＞Ｉ（ｎ＋１）である場合に、
   前記制御装置は、前記保護レベル設定部が前記過電流保護レベルをＩ（ｎ）に設定するときにおける前記母線電圧の最大値Ｖｄ（ｎ）と、前記保護レベル設定部が前記過電流保護レベルをＩ（ｎ＋１）に設定するときにおける前記母線電圧の最大値Ｖｄ（ｎ＋１）とが、
   Ｖｄ（ｎ）≦Ｖｄ（ｎ＋１）
   を満たすように、前記コンバータを制御する
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記保護レベル設定部は、前記第２の検出信号に基づいて検知又は算出された前記温度が、１００℃以上の予め決められた温度範囲内であるときに、前記第２の検出信号に基づいて前記過電流保護レベルを変更する
   請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記コンバータは、スイッチング素子を有する整流回路を有し、
   前記スイッチング素子は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ又はＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴである
   請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置を備えた圧縮機。
6. 請求項５に記載の圧縮機を備えた空気調和機。

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