JP7258654B2 - モータ駆動装置用の回路基板およびモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、オープン巻線モータの駆動及び２台のスター結線状態の駆動を可能とするモータ駆動装置用の回路基板、およびその回路基板を用いるモータ駆動装置に関する。

空気調和機や熱源機などの冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動用モータとして、複数の相巻線を有する永久磁石同期モータが使用される。また、この永久磁石同期モータの例として、３相巻線の一端を相互に接続してスター結線（星形結線）とした構成の通常のスター結線モータ（星形結線モータ）のほかに、３相巻線の両端を非接続状態とした構成のオープン巻線モータ（Open-Windings Motor）が知られている。さらに、このオープン巻線モータの３相巻線の一端を開放状態すなわちオープン巻線状態とするか、同オープン巻線モータの３相巻線の一端を相互接続してスター結線状態とするかを選択的に切換える開閉器を設け、オープン巻線モータをオープン巻線状態およびスター結線状態のいずれかで駆動するモータ駆動装置がある。例えば、オープン巻線モータの高速回転が必要な場合は、オープン巻線状態として２つのインバータを連係運転することにより、３相巻線への印加電圧を高くすることができ、これによりオープン巻線モータを高速回転域で駆動することができる。中・低速回転域では、スター結線状態に切換えて１つのインバータを単独運転することにより、オープン巻線モータを高効率で駆動することができる。すなわち、オープン巻線モータを広範囲の回転数域で効率よく駆動することができる。

このモータ駆動装置は、３相巻線の一端への通電を制御する第１インバータ、各相巻線の他端への通電を制御する第２インバータ、３相巻線の他端を相互接続（星形結線）または開放する開閉器、３相巻線に流れる電流を検知する電流検知器などの部品を１つの回路基板にまとめて搭載することにより、できるだけ小形化することができる。

特許第４９０６８３６号公報

上記モータ駆動装置は、２つのインバータを装備しているので、オープン巻線モータの駆動に用いるだけでなく、２台のスター結線モータの駆動にも用いることができる。この兼用に際しては、回路基板に搭載する部品をできるだけ共通化できるとともに、部品点数を削減できることが望ましい。

本発明の実施形態の目的は、オープン巻線モータの駆動および２台のスター結線モータの駆動に兼用することができ、しかも搭載する部品をできるだけ共通化できるとともに、部品点数を削減できる回路基板およびモータ駆動装置を提供することである。

請求項１の回路基板は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するオープン巻線モータの駆動および一端が非接続状態で他端がスター結線された複数の相巻線を有する第１，第２スター結線モータの駆動が可能なモータ駆動装置用の回路基板であって；前記オープン巻線モータまたは前記第１，第２スター結線モータの各相巻線が接続される第１～第７出力端子と；直流電圧を３相電圧に変換する第１インバータと；前記直流電圧を３相電圧に変換する第２インバータと；前記第１インバータの各出力端と前記第１，第２，第３出力端子との間に設けられた第１，第２，第３相導電路と；前記第２インバータの各出力端のうち２つの出力端と前記第４，第５出力端子との間に設けられた第４，第５相導電路と；前記第２インバータの各出力端のうち前記第４，第５相導電路との接続がない１つの出力端と前記第６，第７出力端子との間に設けられた第６，第７相導電路と；前記第４，第５相導電路の相互間に設けられた第１開閉器接続端子と；前記第５，第６相導電路の相互間に設けられた第２開閉器接続端子と；前記第１，第２，第３相導電路のいずれか２つの相導電路に設けられた第１，第２電流検知器と；前記第４，第５相導電路のうち、前記第１，第２電流検知器が設けられる２つの相導電路とは相が対応しない１つの相導電路に設けられた第３電流検知器と；を備える。前記第６相導電路は、互いに離間した一対の導電路からなり、前記一対の導電路の相互間に第４電流検知器が接続可能な端子を備える。前記第１開閉器接続端子は、前記第４相導電路または前記第５相導電路における前記第３電流検知器の配置位置より前記第２インバータ側の位置に設けられている。前記第２開閉器接続端子は、前記第６相導電路における前記第４電流検知器の接続位置より前記第２インバータ側の位置に設けられている。

一実施形態の構成をオープン巻線モータと共に示す図。 一実施形態の制御部が実行する制御の流れを示すフローチャート。 一実施形態の制御部が実行する制御の時間的変化を示すタイムチャート。 一実施形態の構成をスター結線モータと共に示す図。

本発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、３相交流電源１に直流電源部２が接続される。直流電源部２は、ノイズ除去用のフィルタおよび全波整流回路を含み、３相交流電源１の電圧を直流電圧に変換する。この直流電源部２の正側出力端（＋）および負側出力端（－）に、回路基板１０の正側電源端子Ａｐおよび負側電源端子Ａｎが配線接続される。回路基板１０は、オープン巻線モータの駆動とスター結線モータの駆動が可能なモータ駆動装置用であり、正側電源端子Ａｐ，負側電源端子Ａｎを一側辺に有するほかに、出力端子（第１～第６出力端子）Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ，Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ1を他側辺に有し、出力端子（第７出力端子）Ｑｗ2とリレー接続端子（第１開閉器接続端子）Ｒｕ，Ｒｖ1およびリレー接続端子（第２開閉器接続端子）Ｒｖ2，Ｒｗを内側板面に有する。

［オープン巻線モータの駆動］
３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端を互いに非接続状態とし他端も互いに非接続状態とした構成のオープン巻線モータ７０を駆動する場合、モータ駆動装置の製造者は、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一端を出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続し、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのうち２つの相巻線たとえば相巻線Ｌｕ，Ｌｖの他端を出力端子Ｑｕ，Ｑｖに接続し、その出力端子Ｑｕ，Ｑｖに接続されない残りの１つの相巻線Ｌｗの他端を出力端子Ｑｗ2に接続する。出力端子Ｑｗ1には何も接続しない。

オープン巻線モータ７０は、永久磁石同期モータであり、空気調和機や熱源機などの冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動用モータとして使用される。

回路基板１０において、正側電源端子Ａｐ，負側電源端子Ａｎと出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗとの間の位置にインバータ（第１インバータ）２０が設けられ、このインバータ２０の下方側かつ出力端子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ1，Ｑｗ2と対応する位置にインバータ（第２インバータ）３０が設けられている。そして、正側電源端子Ａｐとインバータ２０，３０のそれぞれ正側入力端との間に正側導電路（正側導電パターン）１１が設けられ、負側電源端子Ａｎとインバータ２０，３０のそれぞれ負側入力端との間に負側導電路（負側導電パターン）１２が設けられている。

インバータ２０は、直列接続したスイッチング素子たとえばＩＧＢＴ２１，２２の相互接続点が相電圧Ｅｕ1の出力端となるＵ相直列回路、直列接続したスイッチング素子であるＩＧＢＴ２３，２４の相互接続点が相電圧Ｅｖ1の出力端となるＶ相直列回路、直列接続したスイッチング素子であるＩＧＢＴ２５，２６の相互接続点が相電圧Ｅｗ1の出力端となるＷ相直列回路を有し、ＩＧＢＴ２１～２６のスイッチングにより、所定周波数の相電圧Ｅｕ1，Ｅｖ1，Ｅｗ1を出力する。ＩＧＢＴ２１～２６には、回生用ダイオード（フリー・ホイール・ダイオードともいう）２１ａ～２６ａが逆並列接続されている。

インバータ３０は、直列接続したＩＧＢＴ３１，３２の相互接続点が相電圧Ｅｕ2の出力端となるＵ相直列回路、直列接続したＩＧＢＴ３３，３４の相互接続点が相電圧Ｅｖ2の出力端となるＶ相直列回路、直列接続したＩＧＢＴ３５，３６の相互接続点が相電圧Ｅｗ2の出力端となるＷ相直列回路を有し、ＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングにより、所定周波数の相電圧Ｅｕ2，Ｅｖ2，Ｅｗ2を出力する。ＩＧＢＴ３１～３６には、回生用ダイオード３１ａ～３６ａが逆並列接続されている。

回路基板１０において、インバータ２０の相電圧Ｅｕ1の出力端と出力端子Ｐｕとの間に、Ｕ相導電路（第１相導電路）１３が直線状に設けられている。回路基板１０において、インバータ２０の相電圧Ｅｖ1の出力端と出力端子Ｐｖとの間に、互いに離間した導電路１４ａ，１４ｂからなるＶ相導電路（第２相導電路）１４が直線状に設けられている。そして、導電路１４ａ，１４ｂの相互間に、Ｖ相導電路１４に流れる電流を検知するための電流検知器（第１電流検知器）４１が接続されている。電流検知器４１は、接続に伴い一端が導電路１４ａに接して他端が導電路１４ｂに接し、導電路１４ａ，１４ｂを相互に導通させる導通要素となり、導通した導電路１４ａ，１４ｂに流れる電流を検知する。

回路基板１０において、インバータ２０の相電圧Ｅｗ1の出力端と出力端子Ｐｗとの間に、互いに離間した導電路１５ａ，１５ｂからなるＷ相導電路（第３相導電路）１５が直線状に設けられている。そして、導電路１５ａ，１５ｂの相互間に、Ｗ相導電路１５に流れる電流を検知するための電流検知器（第２電流検知器）４２が接続されている。電流検知器４２は、接続に伴い一端が導電路１５ａに接して他端が導電路１５ｂに接し、導電路１５ａ，１５ｂを相互に導通させる導通要素となり、導通した導電路１５ａ，１５ｂに流れる電流を検知する。

回路基板１０において、インバータ３０の相電圧Ｅｕ2の出力端と出力端子Ｑｕとの間に、互いに離間した導電路１６ａ，１６ｂからなるＵ相導電路（第４相導電路）１６が直線状に設けられている。そして、導電路１６ａ，１６ｂの相互間に、Ｕ相導電路１６に流れる電流を検知するための電流検知器（第３電流検知器）４３が接続されている。電流検知器４３は、接続に伴い一端が導電路１６ａに接して他端が導電路１６ｂに接し、導電路１６ａ，１６ｂを相互に導通させる導通要素となり、導通した導電路１６ａ，１６ｂに流れる電流を検知する。

回路基板１０において、インバータ３０の相電圧Ｅｖ2の出力端と出力端子Ｑｖとの間に、Ｖ相導電路（第５相導電路）１７が直線状に設けられている。回路基板１０において、インバータ３０の各出力端のうちＵ相導電路１６およびＶ相導電路１７との導通がない相電圧Ｅｗ2の１つの出力端と出力端子Ｑｗとの間に、互いに離間した導電路（第１，第２導電路）１８ａ，１８ｂからなるＷ相導電路（第６相導電路）１８が直線状に設けられている。導電路１８ａは相電圧Ｅｗ2の出力端に導通し、導電路１８ｂは出力端子Ｑｗい導通する。回路基板１０をオープン巻線モータ７０の駆動用とする場合、製造者は、導電路１８ａ，１８ｂの相互間に電流検知器を接続することはせず、Ｗ相導電路１８の遮断状態（非導通状態）を保つ。

なお、導電路１８ａ，１８ｂの相互間には、回路基板１０を後述するスター結線モータ７１，７２の駆動に用いる場合のみ、製造者によって図４に示すように電流検知器（第４電流検知器）４４が接続される。導電路１８ａ，１８ｂは、電流検知器４４の接続と取外しを可能にするための端子１８ａｔ，１８ｂｔを備えている。電流検知器４４は、導電路１８ａ，１８ｂへ接続されるのに伴い、導電路１８ａ，１８ｂを相互に導通させる導通要素となり、導通した導電路１８ａ，１８ｂに流れる電流を検知する。

回路基板１０において、インバータ３０の各出力端のうちＷ相導電路１８との接続がある相電圧Ｅｗ2の出力端と出力端子Ｑｗ2との間に、Ｗ相導電路（第７相導電路）１９が直線状に設けられている。このＷ相導電路１９は、インバータ３０の相電圧Ｅｗ2の出力端を介してＷ相導電路１８ａと導通状態にある。

Ｕ相導電路１６の導電路１６ａと接する位置にリレー接続端子（第１開閉器接続端子）Ｒｕが配置され、Ｖ相導電路１７において上記リレー接続端子Ｒｕと対向する位置にリレー接続端子（第１開閉器接続端子）Ｒｖ1が配置されている。回路基板１０をオープン巻線モータ７０の駆動用とする場合、製造者は、リレー接続端子Ｒｕ，Ｒｖ1の相互間に第１開閉器である例えばリレー５１の常開接点を接続する。リレー５１の常開接点が接続されるリレー接続端子Ｒｕの配置位置は、Ｕ相導電路１６ａにおける電流検知器４３の接続位置よりインバータ３０側に存する。

Ｖ相導電路１７において上記リレー接続端子Ｒｖ1の配置位置と同じところにリレー接続端子（第２開閉器接続端子）Ｒｖ2が配置され、Ｗ相導電路１８の導電路１８ａにおいて上記リレー接続端子Ｒｖ2と対向する位置にリレー接続端子（第２開閉器接続端子）Ｒｗが配置さられている。回路基板１０をオープン巻線モータ７０の駆動用とする場合、製造者は、リレー接続端子Ｒｖ2，Ｒｗの相互間に第２開閉器である例えばリレー５２の常開接点を接続する。リレー５２の常開接点が接続されるリレー接続端子Ｒｗの配置位置は、Ｗ相導電路１８における電流検知器４４の接続位置（導電路１８ａ，１８ｂの相互間）よりインバータ３０側に存する。

回路基板１０の所定箇所に、制御プログラムを記憶した記憶素子を含む単一のマイクロコンピュータおよびその周辺回路からなる制御部６０が設けられている。上記直流電源部２、回路基板１０、およびその回路基板１０上のインバータ２０，３０や制御部６０など各種電気部品により、オープン巻線モータ７０の駆動及び後述する２台のスター結線モータ７１，７２の駆動が可能なモータ駆動装置が構成されている。

上記リレー５１，５２は、常開接点のほかにそれぞれ励磁コイルを有する。これら励磁コイルにそれぞれ駆動信号を入力するための複数の入力端子が回路基板１０に設けられており、制御部６０から発せられる２つの駆動信号がこれら入力端子に入力される。各駆動信号が高レベルのときリレー５１，５２が付勢されてそれぞれの常開接点が閉成し、各駆動信号が低レベルのときリレー５１，５２が消勢されてそれぞれ常開接点が閉成する。

制御部６０は、リレー５１，５２を互いに同期する状態で付勢および消勢する。リレー５１の常開接点が閉成すると、オープン巻線モータ７０の相巻線Ｌｕの他端と相巻線Ｌｖの他端が、出力端子Ｑｕ，Ｕ相導電路１６ｂ，電流検知器４３，Ｕ相導電路１６ａ，リレー５１の常開接点，Ｖ相導電路１７，出力端子Ｑｗ1を介して導通する。リレー５２の常開接点が閉成すると、オープン巻線モータ７０の相巻線Ｌｖの他端と相巻線Ｌｗの他端が、出力端子Ｑｖ，Ｖ相導電路１７，リレー５２の常開接点，Ｗ相導電路１８ａ，Ｗ相導電路１９，出力端子Ｑｗ2を介して導通する。つまり、リレー５１，５２の常開接点の閉成により、オープン巻線モータ７０の３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端が相互接続されてスター結線状態（星形結線状態）となり、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれの通電路に電流検知器４１，４２，４３がそれぞれ介在する状態となる。この介在により、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３でそれぞれ的確に検知することができる。

リレー５１，５２の常開接点が開放すると、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端が非接続状態となり、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗが互いに電気的に分離したオープン巻線状態となる。このオープン巻線状態においても、リレー５１，５２の常開接点の閉成時と同じく、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれの通電路に電流検知器４１，４２，４３がそれぞれ介在する状態となる。この介在により、たとえオープン巻線モータ７０およびインバータ２０，３０に零相電流が流れても、その零相電流に影響を受けることなく、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流をそれぞれ的確に検知することができる。

なお、制御部６０は、リレー５１，５２の常開接点を開放から閉成に切換える際に、リレー５１，５２を保護するため、リレー５１，５２の常開接点の両端間に電位差がかからないようインバータ２０，３０の出力を制御する。具体的には、リレー５１，５２を付勢する前に、リレー５１，５２の常開接点の両端間の電位が互いに同電位となるよう、インバータ２０，３０の出力を制御する。とくに、制御部６０は、リレー５１，５２の常開接点が開放してオープン巻線状態にあるときにこの保護制御を一時的に実行しながらリレー５１，５２の常開接点を閉成してオープン巻線状態からスター結線状態（星形結線状態）への切換えを行い、リレー５１，５２の動作が確実に完了したその後、インバータ２０を単独運転（インバータ３０は停止）するスター結線モードの駆動に切り替える。こうすることで、オープン巻線モータ７０を停止することなく、運転しながらオープン巻線モードの駆動からスター結線モードの駆動に移行できる。

ただし、制御部６０がこの保護制御を一時的に実行しながらリレー５１，５２の常開接点を閉成した際には、両方のインバータ２０，３０が動作中であるため、Ｕ相導電路１６ａ，１６ｂにおける電流検知器４３の接続位置がリレー５１の接続位置よりインバータ３０側にあると仮定すると、相巻線Ｌｕの通電路に電流検知器４３が介在しなくなる。こうなると、相巻線Ｌｖ，Ｌｗの通電路に存する電流検知器４１，４２だけの電流検知となり、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流をそれぞれ的確に検知することができなくなる。この不具合を防ぐためには、Ｕ相導電路１６ａにおける電流検知器４３の接続位置がリレー５１の接続位置より出力端子Ｑｕ側（オープン巻線モータ７０側）に存することが必須の条件となる。この条件を満たすことにより、オープン巻線状態からスター結線状態への切換えに際しても３相巻線Ｌｖ，Ｌｗ,Ｌｕのすべての通電路に電流検知器４１，４２，４３が介在する。これにより、たとえオープン巻線モータ７０およびインバータ２０，３０に零相電流が流れても、その零相電流に影響を受けることなく、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流をそれぞれ的確に検知することができる。

また、制御部６０として単一のマイクロコンピュータを用いる構成なので、オープン巻線モータ７０をオープン巻線モードで駆動する際のインバータ２０，３０の連係運転を時間的な遅れなく適切に同期させることができるとともに、オープン巻線モードの駆動（インバータ２０，３０の連係運転）からスター結線モードの駆動（インバータ２０の単独運転）への移行もスムースに行うことができる。

オープン巻線モータ７０を駆動する場合、製造者は、オープン巻線モータ７０の３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを回路基板１０の出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ，Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ2に接続し、リレー５１，５２をリレー接続端子Ｒｕ，Ｒｖ1，Ｒｖ2，Ｒｗに接続し、かつ制御部６０における所定の操作により第１駆動モードを設定する。

第１駆動モードの設定時、制御部６０は、電流検知器４１，４２，４３の検知結果に応じてリレー５１，５２の開閉およびインバータ２０，３０のスイッチングを制御する。この制御を図２のフローチャートおよび図３のタイムチャートを参照しながら説明する。フローチャートのステップS1，S2…については、単にS1，S2…と略称する。

制御部６０は、外部から運転開始指令を受けた場合（S1のYES）、リレー５１，５２を閉成して３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続しかつインバータ２０を単独運転（インバータ３０は停止）するスター結線モードを設定する（S2）。そして、制御部６０は、所定の励磁電流をインバータ２０から３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに加えてオープン巻線モータ７０のロータを指定の位置（角度）まで回動させる“初期位置決め”を実行する（S3）。

“初期位置決め”を一定時間ｔ１続けた後（S4のYES）、制御部６０は、界磁成分電流をインバータ２０から３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに加えてロータを強制的に牽引する“強制転流”を実行する（S5）。この“強制転流”を一定時間ｔ２続けた後（S6のYES）、制御部６０は、界磁成分電流を低減しながら、徐々に増加するトルク成分電流をインバータ２０から３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに与えてロータの回転数Ｎを上昇させ、この回転数Ｎの上昇に伴い、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに誘起する電圧によってその３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３で検知し、この検知結果からロータの回転数Ｎを推定し、推定した回転数Ｎが空調負荷に対応する目標回転数Ｎｔとなるようインバータ２０のスイッチングをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する（S7）。

３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続してインバータ２０を単独運転するスター結線モードでは、インバータ３０が動作しないので、オープン巻線モータ７０を高効率で運転することができる。

続いて、制御部６０は、オープン巻線モータ７０の回転数Ｎが閾値Ｎ２（＜Ｎｔ）まで上昇したかどうかを判定する（S8）。回転数Ｎが閾値Ｎ２へ向かって上昇する間（S8のNO，S11のNO）、上記S7に戻り、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３により検知し、この検知結果からロータの回転数Ｎを推定し、推定した回転数Ｎを目標回転数Ｎｔへ上昇させるべく、インバータ２０のスイッチングのＰＷＭ制御を続ける（S7）。なお、スター結線モードでは、オープン巻線モード時の電流検知器４１，４２，４３による３相巻線Ｌｖ，Ｌｗ,Ｌｕの電流検知を継続してもよいし、零相電流が流れないため、電流検知器４１，４２，４３のうち２つの電流検知器で検知した２つの相巻線電流の値から、残りの相巻線に流れる電流の値を算出してもよい。

回転数Ｎが上昇して閾値Ｎ２に達した場合（高回転数領域；S8のYES）、制御部６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ２一定に保持する（S9）。回転数Ｎを閾値Ｎ２一定に保持している間、リレー５１，５２を開放して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を開放しかつインバータ２０，３０を連係運転するオープン巻線モードを設定する（S10）。そして、制御部６０は、外部から運転停止指令がなければ（S14のNO）、上記S7に戻り、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３により検知し、この検知結果からロータの回転数Ｎを推定し、推定した回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ２０のＩＧＢＴ２１～２６のスイッチングおよびインバータ３０のＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングを互いに連係してＰＷＭ制御する（S7）。このオープン巻線モードの設定により、スター結線モード時のほぼ1.73倍の高レベルの電圧を３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加することができる。このため、高負荷、高速運転に対応し得る十分な圧縮機能力を発揮できる。なお、零相電流が流れるオープン巻線モードでは、電流検知器４１，４２，４３の３つの電流検知器によって各巻線の電流値を検知して、零相電流の影響を排除することができる。

回転数Ｎが下降して閾値Ｎ１に達した場合（低回転数領域；S8のNO，S11のYES）、制御部６０は、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ１一定に保持する（S12）。回転数Ｎを閾値Ｎ１一定に保持している間、制御部６０は、リレー５１，５２を閉成して相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続しかつインバータ３０を単独運転するスター結線モードを設定する（S13）。そして、制御部６０は、外部から運転停止指令がなければ（S14のNO）、上記S7に戻り、相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３により検知し、この検知結果からロータの回転数Ｎを推定し、推定した回転数Ｎが目標回転数Ｎｔとなるよう、インバータ２０のＩＧＢＴ３１～３６のスイッチングをＰＷＭ制御する（S7）。このスター結線モードの設定により、低負荷運転に対応し得る低レベルの電圧を相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに印加することができる。
外部から運転停止指令を受けた場合（S14のYES）、制御部６０は、インバータ２０およびインバータ３０の全ての運転を停止する（S15）。

スター結線モードからオープン巻線モードへの切換え時及びオープン巻線モードからスター結線モードへの切換えに際し、制御部６０が、回転数Ｎを一定時間ｔｓにわたり閾値Ｎ２または閾値Ｎ１で一定に保持するのは、回転数Ｎの変動中にモードを切換えると、脱調などの恐れがあるため、これを回避するためのもので、一定時間ｔｓは少なくとも1秒以上を必要とする。

［２台のスター結線モータの駆動］
回路基板１０を２台のスター結線モータ（第１，第２スター結線モータ）７１，７２の駆動に用いる場合、製造者は、図４に示すように、スター結線モータ７１の相巻線Ｌｕ1，Ｌｖ1，Ｌｗ1の一端（非結線端）を出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続し、スター結線モータ７２の相巻線Ｌｕ2，Ｌｖ2，Ｌｗ2の一端（非結線端）を出力端子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ1に接続し、Ｗ相導電路１８における導電路１８ａ，１８ｂの相互間に電流検知器４４を接続する。また、製造者は、出力端子Ｑｗ2に何も接続せず、開閉器であるリレー５１，５２をリレー接続端子Ｒｕ，Ｒｖ1，Ｒｖ2，Ｒｗに接続することもしない。そして、制御部６０における所定の操作により第２駆動モードを設定する。電流検知器４１，４２，４３は、オープン巻線モータ７０の駆動時と同じく、Ｖ相導電路１４、Ｗ相導電路１５、Ｕ相導電路１６に接続された状態を維持する。

スター結線モータ７１は、３相巻線Ｌｕ1，Ｌｖ1，Ｌｗ1を備え、その３相巻線Ｌｕ1，Ｌｖ1，Ｌｗ1の一端を互いに非接続状態とし、かつ３相巻線Ｌｕ1，Ｌｖ1，Ｌｗ1の他端を互いに接続してスター結線状態（星形結線状態）とした構成の永久磁石同期モータであり、空気調和機や熱源機などの冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動用モータとして使用される。他方のスター結線モータ７２も、３相巻線Ｌｕ2，Ｌｖ2，Ｌｗ2を備え、その３相巻線Ｌｕ2，Ｌｖ2，Ｌｗ2の一端を互いに非接続状態とし、かつ３相巻線Ｌｕ2，Ｌｖ2，Ｌｗ2の他端を互いに接続してスター結線状態とした構成の永久磁石同期モータであり、圧縮機の駆動用モータとして使用される。

電流検知器４４は、接続に伴い一端が導電路１８ａに接して他端が導電路１８ｂに接し、導電路１８ａ，１８ｂを相互に導通させる導通要素となり、導通したＷ相導電路１８に流れる電流を検知する。

回路基板１０をオープン巻線モータ７０の駆動に用いる第１駆動モードでは回路基板１０にリレー５１，５２を接続して電流検知器４４を接続しないのに対し、回路基板１０を２台のスター結線モータ７１，７２を駆動に用いる第２駆動モードでは回路基板１０にリレー５１，５２を接続せず電流検知器４４を接続する。２つのリレー５１，５２と１つの電流検知器４４という３つの部品を回路基板１０に選択的に接続または取外す構成なので、回路基板１０をオープン巻線モータ７０の駆動と２台のスター結線モータ７１，７２の駆動に兼用することができる。回路基板１０上の各種部品のうち、上記３つの部品を除く多くの電気部品については、回路基板１０から外すことなく、それぞれの駆動に共通化することができる。この共通化に伴い、回路基板１０に搭載する部品点数を削減できる。

第２駆動モードの設定時、制御部６０は、スター結線モータ７１の相巻線Ｌｖ1，Ｌｗ1に流れる電流の値を電流検知器４１，４２により検知し、その検知結果を用いる演算により残りの相巻線Ｌｕ1に流れる電流値を検出し、これら検知および検出した電流値に応じてインバータ２０のスイッチングを制御するとともに、スター結線モータ７２の相巻線Ｌｕ2，Ｌｗ2に流れる電流を電流検知器４３，４４により検知し、その検知結果を用いる演算により残りの相巻線Ｌｖ2に流れる電流値を検出し、これら検知および検出した電流値に応じてインバータ３０のスイッチングを制御する。相巻線の電流値に基づくスイッチング信号の生成はベクトル制御で実施される。

[まとめ]
以上の制御部６０の処理をまとめると、以下のようになる。
（１－１）第１駆動モードを設定してオープン巻線モータ７０を駆動する場合、オープン巻線モードでは、リレー５１，５２の常開接点を開放し、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を電流検知器４１，４２，４３で検知し、かつインバータ２０、３０を連係運転させる。

（１－２）第１駆動モードを設定してオープン巻線モータ７０を駆動する場合、スター結線モードでは、リレー５１，５２の常開接点を閉成して３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの他端を相互接続し、かつインバータ２０のみを単独運転する。なお、この状態では、インバータ３０は、停止状態とする。

（２）第２駆動モードを設定して２台のスター結線モータ７１，７２をそれぞれ独立して駆動する場合、スター結線モータ７１の２つの相巻線電流を電流検知器４１，４２により検知し、この検知結果からスター結線モータ７１の残りの１つの相巻線電流を検出するとともに、スター結線モータ７２の２つの相巻線電流を電流検知器４３，４４により検知し、この検知結果からスター結線モータ７２の残りの１つの相巻線電流を検出する。

なお、上述の実施形態においては、制御器６０内の記憶素子（メモリー）に予め、第１駆動モード及び第２動作モードの両方のプログラムを書込んでおき、製造時にいずれのモードで動作させるかを切換え可能としたが、製造時に第１駆動モードで使用するか第２動作モードで使用するかを選定したところで、その選定に対応する一方のプログラムを記憶素子に書込むようにしてもよい。

［効果］
回路基板１０の出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ，Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ2にオープン巻線モータ７０の相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗを接続し、リレー５１，５２をリレー接続端子Ｒｕ，Ｒｖ1，Ｒｖ2，Ｒｗに接続し、制御部６０において第１駆動モードを設定する作業により、オープン巻線モータ７０を駆動することができる。回路基板１０の出力端子Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗにスター結線モータ７１の相巻線Ｌｕ1，Ｌｖ1，Ｌｗ1を接続し、回路基板１０の出力端子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ1にスター結線モータ７２の相巻線Ｌｕ2，Ｌｖ2，Ｌｗ2を接続し、回路基板１０のＷ相導電路１８ａ，１８ｂに電流検知器４４を接続し、リレー５１，５２をリレー接続端子Ｒｕ，Ｒｖ1，Ｒｖ2，Ｒｗに接続し、制御部６０において第２駆動モードを設定する作業により、スター結線モータ７１，７２を駆動することができる。

回路基板１０およびその回路基板１０に搭載したインバータ２０，３０、電流検知器４１，４２，４３、および制御部６０などの各種電気部品を、オープン巻線モータ７０の駆動およびスター結線モータ７１，７２の駆動に共用することができる。共用しないのは２つのリレー５１，５２と１つの電流検知器４４だけである。したがって、製造時の作業効率が向上するとともに、コストの低減が図れる。なお、コスト低減よりも共通化を優先するのであれば、２つのリレー５１，５２と１つの電流検知器４４を初めから搭載した回路基板１０を用いれば、全く同一の部品を搭載した回路基板１０でオープン巻線モータ７０の駆動およびスター結線モータ７１，７２の駆動が可能となり、回路基板１０は搭載している部品も含め完全に共通化できる。このため回路基板１０の補修部品の在庫管理が容易になる。

また、Ｕ相導電路１６における電流検知器４３の接続位置がリレー５１の常開接点の接続位置より出力端子Ｑｕ側（オープン巻線モータ７０側）にあり、Ｗ相導電路１８における電流検知器４４の接続位置もリレー５２の常開接点の接続位置より出力端子Ｑｗ1側（オープン巻線モータ７０側）にあるので、オープン巻線モータ７０を駆動する場合に３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗのそれぞれの通電路に電流検知器４１，４２，４３がそれぞれ介在する状態となる。この介在により、たとえオープン巻線モータ７０およびインバータ２０，３０に零相電流が流れても、その零相電流に影響を受けることなく、３相巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を的確に検知することができる。

［変形例］
上記実施形態では、開閉器がリレー５１，５２である場合を例に説明したが、半導体スイッチを開閉器として用いる場合も、同様に実施できる。

上記実施形態では、圧縮機の駆動用モータとして用いるオープン巻線モータおよびスター結線モータを例に説明したが、他の用途に用いるオープン巻線モータおよびスター結線モータについても同様に実施できる。

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…直流電源部、１０…回路基板、Ａｐ…正側電源端子、Ａｎ…負側電源端子、Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ…出力端子（第１～第３出力端子）、Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ1，Ｑｗ2…出力端子（第４～第７出力端子）、１１…正側導電路、１２…負側導電路、１３…Ｕ相導電路（第１相導電路）、１４…Ｖ相導電路（第２相導電路）、１５…Ｗ相導電路（第３相導電路）、１６…Ｕ相導電路（第４相導電路）、１７…Ｖ相導電路（第５相導電路）、１８…Ｗ相導電路（第６相導電路）、１９…Ｗ相導電路（第７相導電路）、２０，３０…インバータ（第１，第２インバータ）、５１，５２…リレー（第１，第２開閉器）、４１，４２，４３，４４…電流検知器（第１～第４電流検知器）、６０…制御部、７０…オープン巻線モータ、７１，７２…スター結線モータ、Ｒｕ，Ｒｖ1，Ｒｖ2，Ｒｗ…リレー接続端子

Claims (10)

1. 互いに非接続状態の複数の相巻線を有するオープン巻線モータの駆動及び一端が非接続状態で他端がスター結線された複数の相巻線を有する第１，第２スター結線モータの駆動が可能なモータ駆動装置用の回路基板であって、
   前記オープン巻線モータまたは前記第１，第２スター結線モータの各相巻線が接続される第１～第７出力端子と、
   直流電圧を３相電圧に変換する第１インバータと、
   前記直流電圧を３相電圧に変換する第２インバータと、
   前記第１インバータの各出力端と前記第１，第２，第３出力端子との間に設けられた第１，第２，第３相導電路と、
   前記第２インバータの各出力端のうち２つの出力端と前記第４，第５出力端子との間に設けられた第４，第５相導電路と、
   前記第２インバータの各出力端のうち前記第４，第５相導電路との接続がない１つの出力端と前記第６，第７出力端子との間に設けられた第６，第７相導電路と、
   前記第４，第５相導電路の相互間に設けられた第１開閉器接続端子と、
   前記第５，第６相導電路の相互間に設けられた第２開閉器接続端子と、
   前記第１，第２，第３相導電路のいずれか２つの相導電路に設けられた第１，第２電流検知器と、
   前記第４，第５相導電路のうち、前記第１，第２電流検知器が設けられる２つの相導電路とは相が対応しない１つの相導電路に設けられた第３電流検知器と、
   を備え、
   前記第６相導電路は、互いに離間した一対の導電路からなり、前記一対の導電路の相互間に第４電流検知器が接続可能な端子を備え、
   前記第１開閉器接続端子は、前記第４相導電路または前記第５相導電路における前記第３電流検知器の配置位置より前記第２インバータ側の位置に設けられ、
   前記第２開閉器接続端子は、前記第６相導電路における前記第４電流検知器の接続位置より前記第２インバータ側の位置に設けられている、
   ことを特徴とする回路基板。
2. 前記第１開閉器接続端子および前記第２開閉器接続端子に部品の接続がない場合に前記第１，第２インバータを制御し、前記第１開閉器接続端子に第１開閉器が接続されかつ前記第２開閉器接続端子に第２開閉器が接続された場合は前記第１，第２インバータおよび前記第１，第２開閉器を制御する制御部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第１，第２，第３電流検知器が設けられる前記各相導電路は、互いに離間した一対の導電路からなり、その一対の導電路の相互間に前記第１，第２，第３電流検知器がそれぞれ接続されることにより、その第１，第２，第３電流検知器を通して導通する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
4. 前記直流電圧を出力する直流電源が接続される正側電源端子および負側電源端子と、
   前記正側電源端子および前記負側電源端子への入力電圧を前記第１，第２インバータに導く正側導電路および負側導電路と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
5. 請求項１に記載の回路基板を備えたモータ駆動装置であって、
   前記第１開閉器接続端子に第１開閉器が接続され、
   前記第２開閉器接続端子に第２開閉器が接続され、
   前記オープン巻線モータの３つの相巻線のそれぞれ一端が前記第１，第２，第３出力端子に接続され、前記オープン巻線モータの３つの相巻線のうち２つの相巻線のそれぞれ他端が前記第４，第５出力端子に接続され、前記オープン巻線モータの３つの相巻線のうち前記第４，第５出力端子に接続されない１つの相巻線の他端が前記第７出力端子に接続されて前記オープン巻線モータが駆動される
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
6. 前記オープン巻線モータを駆動する場合、前記第１，第２，第３電流検知器の検知結果に応じて前記第１，第２開閉器の開閉および前記第１，第２インバータのスイッチングを制御する制御部、
   をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 請求項１に記載の回路基板を備えたモータ駆動装置であって、
   前記第１,第２スター結線モータを駆動する場合、前記第６相導電路の前記一対の導電路の相互間に第４電流検知器が接続され、前記第１スター結線モータの３つの相巻線のそれぞれ一端が前記第１，第２，第３出力端子に接続され、前記第２スター結線モータの３つの相巻線のうち２つの相巻線のそれぞれ一端が前記第４，第５出力端子に接続され、前記第２スター結線モータの３つの相巻線のうち前記第４，第５出力端子との接続がない１つの相巻線の一端が前記第６出力端子に接続されて前記第１,第２スター結線モータが駆動される、
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
8. 前記第１,第２スター結線モータを駆動する場合、前記第１，第２電流検知器の検知結果に応じて前記第１インバータのスイッチングを制御し、前記第３，第４電流検知器の検知結果に応じて前記第２インバータのスイッチングを制御する制御部、
   をさらに備える
   ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 前記直流電圧を出力する直流電源部と、
   前記回路基板に設けられ、前記直流電源部の出力端に接続される正側電源端子および負側電源端子と、
   前記回路基板に設けられ、前記正側電源端子および前記負側電源端子への入力電圧を前記第１，第２インバータに導く正側導電路および負側導電路と、
   さらに備える、
   ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記制御部は、前記回路基板に設けられる、
    ことを特徴とする請求項６または請求項８に記載のモータ駆動装置。

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