本发明涉及电动机驱动装置、具备该电动机驱动装置的冷冻循环装置和具备该冷冻循环装置的空调、热水器以及冰箱。
背景技术：
以往，已知以下技术，即，在将电动机的定子绕组(以下也称为“绕组”)的接线状态切换为星形联结(y型联结)以及三角形联结(δ型联结)的任一种联结的情况下，对驱动电路的备用负荷通以电流，在通以该电流的状态下进行切换(例如参照专利文献1)。
另外，已知以下技术，即，在施加于电动机的绕组的交流电压的频率低于规定频率的情况下，使接线切换继电器进行动作而选择y型联结，在频率为上述规定频率以上的情况下，使接线切换继电器进行动作而选择δ型联结(例如参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-86587号公报(例如权利要求1，图2～图9)
专利文献2：日本特开2008-228513号公报(例如权利要求1、15、20)
技术实现要素：
发明要解决的课题
在专利文献1所述的技术中，在对备用负荷通以电流的状态下切换绕组的接线状态。但是，存在如下的课题：在大电流在电动机中流动的环境下，需要增大备用负荷的电力容量，不仅使设备大型化而且使备用负荷发热。
在专利文献2所述的技术中，作为切换绕组的接线状态的接线切换继电器，使用机械式继电器或半导体继电器。但是，当在变换器(日文：インバータ)的动作过程中机械式继电器的接点切换时，可能在接点间发生电弧放电而使接点熔接从而导致故障。另外，当在变换器的动作过程中使半导体继电器进行动作时，因多个半导体继电器的动作时机的差异可能引发既不是y型联结也不是δ型联结的接线状态，使过大的电流在半导体继电器中流动而导致故障。
另外，在为了避免接线切换继电器的故障而在使电动机的旋转动作停止后进行接线切换继电器的切换动作的情况下，存在如下的课题：若不是经过了根据使用电动机的装置所要求的时间(例如在压缩机的情况下，是制冷剂的状态达到稳定之前的几分钟)后，则无法重新启动电动机。
本发明是鉴于上述情况而做成的，目的在于提供能不使电动机的旋转动作停止就进行将电动机的绕组的连接状态切换的切换器的切换动作，并且不易发生起因于连接状态的切换的故障的电动机驱动装置以及具备该电动机驱动装置的装置。
用于解决课题的方案
本发明的电动机驱动装置具有连接切换装置、变换器和控制装置，所述连接切换装置具有切换器，在电动机的旋转动作过程中进行所述切换器的切换动作，从而切换所述电动机的绕组的连接状态，所述变换器借助所述切换器对所述绕组施加交流电压，并且借助所述切换器自旋转动作过程中的所述电动机的所述绕组被施加反电动势(日文：逆起電圧)，所述控制装置控制所述变换器以及所述连接切换装置，从而控制所述电动机的旋转动作，在以下的电流控制期间内执行所述切换器的切换动作，即，使在所述绕组流动的交流电流的第1有效值比在所述切换器的切换动作前在所述绕组流动的交流电流的第2有效值接近于零的电流控制期间。
发明效果
采用本发明，在将在绕组流动的交流电流的有效值控制为接近于零的电流控制期间内进行连接切换装置的切换器的切换动作，所以不易发生连接切换装置的故障，能够延长电动机驱动装置的寿命。
另外，采用本发明，在电动机的旋转动作未停止的电流控制期间内，切换绕组的连接状态。因此，不必为了切换绕组的连接状态而进行使电动机的旋转动作暂时停止并在之后使电动机重新启动的动作。
附图说明
图1是表示实施方式的空调(包含冷冻循环装置)的结构例的概略图。
图2是表示实施方式的热水器(包含冷冻循环装置)的结构例的概略图。
图3是表示实施方式的冰箱(包含冷冻循环装置)的结构例的概略图。
图4是表示本发明的实施方式1的电动机驱动装置的概略布线图。
图5是表示图4的变换器的结构的图。
图6是详细地表示图1的电动机的绕组和连接切换装置的布线图。
图7是表示图4的连接切换装置的切换器的详细结构的布线图。
图8的(a)以及(b)是概念性地表示电动机的不同接线状态下的绕组的图。
图9是表示在实施方式1中使用的控制装置的一例的功能框图。
图10是详细地表示图9的电压指令运算部的图。
图11是表示实施方式1的电动机驱动装置的动作的波形图。
图12是表示本发明的实施方式2中的电动机的绕组和连接切换装置的布线图。
图13是表示在图12的连接切换装置的切换器使用了mos晶体管的结构例的电路图。
图14是用表的形式表示图13的切换器的mos晶体管的接通以及断开状态的例子的图。
图15是表示本发明的实施方式3中的电动机的绕组和连接切换装置的布线图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式的电动机驱动装置、作为具备该电动机驱动装置的冷冻循环应用设备的冷冻循环装置和具备该冷冻循环装置的空调、热水器以及冰箱。另外，以下示出的实施方式只不过是例子，电动机驱动装置以及具备该电动机驱动装置的各装置能在本发明的范围内进行各种各样的变更。另外，在以下的说明中，标注了相同的附图标记的构成要素具有相同或同样的功能。
图1是表示实施方式的空调(包含冷冻循环装置900)的结构例的概略图。如图1所示，冷冻循环装置900能够利用四通阀902的切换动作进行制热运转或制冷运转。
在制热运转时，如实线箭头所示，制冷剂被压缩机904加压而送出，经过四通阀902、室内的换热器906、膨胀阀908、室外的换热器910以及四通阀902返回到压缩机904中。在制冷运转时，如虚线箭头所示，制冷剂被压缩机904加压而送出，经过四通阀902、室外的换热器910、膨胀阀908、室内的换热器906以及四通阀902返回到压缩机904中。
在制热运转时，换热器906作为冷凝器发挥作用而放出热(对室内进行制热)，换热器910作为蒸发器发挥作用而吸收热。在制冷运转时，换热器910作为冷凝器发挥作用而放出热，换热器906作为蒸发器发挥作用，吸收热(对室内进行制冷)。膨胀阀908使制冷剂减压而膨胀。压缩机904由能够利用电动机驱动装置2进行变速控制的电动机7进行驱动。
图2是表示实施方式的热泵式热水器(包含冷冻循环装置900a)的结构例的概略图。如图2所示，在冷冻循环装置900a中，换热器906作为冷凝器发挥作用而放出热(加热水)，换热器910作为蒸发器发挥作用而吸收热。压缩机904由能够利用电动机驱动装置2进行变速控制的电动机7进行驱动。
图3是表示实施方式的冰箱(包含冷冻循环装置900b)的结构例的概略图。如图3所示，在冷冻循环装置900b中，换热器910作为冷凝器发挥作用而放出热，换热器906作为蒸发器发挥作用，吸收热(将冰箱内冷却)。压缩机904由能够利用电动机驱动装置2进行变速控制的电动机7进行驱动。
1实施方式1.
1-1实施方式1的概要
图4是将本发明的实施方式1的电动机驱动装置2与电动机7以及交流电源4一同进行表示的概略布线图。电动机驱动装置2用于驱动电动机7。如图4所示，电动机驱动装置2包括变换器30、连接切换装置60和控制装置100。另外，电动机驱动装置2也可以具有交流电源输入端子2a、2b、电抗器8、整流电路10、电容器20、控制电源生成电路80、母线电流检测部件85和电量检测部90。
连接切换装置60具有切换器(开关电路)61～63，在电动机7的旋转动作过程中进行切换器61～63的切换动作，从而切换电动机7的绕组71～73的连接状态(接线状态)。变换器30借助切换器61～63对绕组71～73施加交流电压，并且借助切换器61～63自旋转动作中的电动机7的绕组71～73施加反电动势。
控制装置100通过控制变换器30而控制电动机7的旋转动作。另外，控制装置100使连接切换装置60执行绕组的连接状态的切换。在实施方式1中，控制装置100在以下电流控制期间内执行切换器61～63的切换动作，即，使在绕组71～73中流动的交流电流的值(第1有效值)比在切换器61～63的切换动作前在绕组中流动的交流电流的值(第2有效值)接近于零的电流控制期间pc(也称为“零电流控制期间”)。
另外，在本申请中，绕组的连接状态包含绕组的接线状态(例如y型联结和δ型联结)和绕组的匝数这两者。关于绕组的匝数的切换，在实施方式3中进行说明。另外，在利用机械式继电器构成切换器61～63的情况下，电流控制期间pc能够设定为数百毫秒以下。在利用半导体开关构成切换器61～63的情况下，电流控制期间pc能够设定为数毫秒以下。另外，在将电动机7使用于空调、热泵式热水器和冰箱等冷冻循环装置的压缩机的情况下，能在数毫秒～1秒的范围内设定电流控制期间pc。
1-2实施方式1的结构
控制装置100由微型计算机(microcomputer)或dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)等构成，微型计算机例如包括将控制信息作为软件程序存储起来的作为存储装置的存储器和执行该程序的作为信息处理装置的cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)。另外，控制装置100也可以由专用的硬件(例如处理电路)构成。以下，说明控制装置100由微型计算机构成的情况。
交流电源输入端子2a、2b与外部的交流电源4相连接。自交流电源4对交流电源输入端子2a、2b施加交流电压。被施加的电压例如振幅(有效值)为100v或200v等，频率为50hz或60hz等。
整流电路10自交流电源4经由输入端子2a、2b以及电抗器8接受交流电力而进行整流，从而生成直流电压。整流电路10是通过将二极管等整流元件11～14桥接而形成的全波整流电路。
电容器20使在整流电路10生成的直流电压平滑化而输出直流电压v20。
图5是表示图4的变换器30的结构的图。如图5所示，变换器30具有变换器主电路310和驱动电路350。变换器主电路310的输入端子与电容器20的电极相连接。将连结整流电路10的输出、电容器20的电极以及变换器主电路310的输入端子的线称为直流母线。
变换器30由控制装置100控制，使变换器主电路310的6个分支的开关元件311～316进行接通和断开动作。变换器30利用该接通和断开动作生成频率可变且电压可变的三相交流电流，将该三相交流电流供给到电动机7。回流用的整流元件321～326分别与开关元件311～316并联连接。
电动机7是三相永久磁铁同步电动机，定子绕组(以下也称为“绕组”)的端部被引出到电动机7的外部，能够进行向星形联结(y型联结)以及三角形联结(δ型联结)的任一种联结的切换。该切换由连接切换装置60进行。另外，在将y型联结称为第1接线的情况下，δ型联结为第2接线，在将δ型联结称为第1接线的情况下，y型联结为第2接线。另外，绕组的连接状态也可以为3种以上。
图6是更详细地表示电动机7的定子绕组以及连接切换装置60的布线图。如图6所示，电动机7的由u相、v相和w相形成的3个相的绕组71、72、73的第1端部71a、72a、73a分别与外部端子71c、72c、73c相连接。电动机7的u相、v相、w相的绕组71、72、73的第2端部71b、72b、73b分别与外部端子71d、72d、73d相连接。这样，电动机7能够进行与连接切换装置60的连接。另外，变换器30的u相、v相、w相的输出线331、332、333与外部端子71c、72c、73c相连接。
在图示的例子中，连接切换装置60由切换器61～63构成。作为切换器61、62、63，使用接点通过电磁的方式开闭的电磁接触器。那样的电磁接触器包括被称为继电器和接触器(contactor)等的器件。
图7是表示切换器61～63的结构例的布线图。切换器61～63例如如图7所示地构成，在对励磁线圈611、621、631通以电流时和不通电流时，采取不同的接线状态。励磁线圈611、621、631借助半导体开关604以接受切换电源电压v60的方式连接。根据自控制装置100输出的切换控制信号sc，控制半导体开关604的开闭。另外，在充分地确保自控制装置100所含有的微型计算机供给电流的情况下，也可以以自微型计算机直接对励磁线圈通以电流的方式进行动作。
切换器61的共用接点61c借助引线61e与外部端子71d相连接。常闭接点61b与中性点节点64相连接，常开接点61a与变换器30的v相的输出线332相连接。
切换器62的共用接点62c借助引线62e与外部端子72d相连接。常闭接点62b与中性点节点64相连接，常开接点62a与变换器30的w相的输出线333相连接。
切换器63的共用接点63c借助引线63e与外部端子73d相连接。常闭接点63b与中性点节点64相连接，常开接点63a与变换器30的u相的输出线331相连接。
当在励磁线圈611、621、631没有电流流动时，切换器61、62、63如图7所示，处于切换为常闭接点侧的状态，即，使共用接点61c、62c、63c与常闭接点61b、62b、63b连接的状态。在该状态下，电动机7处于y型联结状态。
当在励磁线圈611、621、631有电流流动时，切换器61、62、63与图示相反地处于切换为常开接点侧的状态，即，使共用接点61c、62c、63c与常开接点61a、62a、63a连接的状态。在该状态下，电动机7处于δ型联结状态。
这里，使用图8的(a)以及(b)说明作为电动机7使用能向y型联结以及δ型联结的任一者切换的结构的优点。图8的(a)概念性地表示设为y型联结时的绕组的接线状态，图8的(b)概念性地表示设为δ型联结时的绕组的接线状态。
在将y型联结时的线间电压设为vy，将流入绕组的电流设为iy，将δ型联结时的线间电压设为vδ，将流入绕组的电流设为iδ，使施加于各相的绕组的电压相互相等时，有以下的式(1)以及(2)的关系。
在y型联结时的电压vy以及电流iy和δ型联结时的电压vδ以及电流iδ具有式(1)以及(2)的关系时，在y型联结时和在δ型联结时供给到电动机的电力相互相等。也就是说，在供给到电动机的电力相互相等时，δ型联结时的电流较大，驱动所需的电压较低。
考虑利用以上的性质依据负荷条件等选择接线状态。例如考虑在低负荷时以y型联结进行低速运转，在高负荷时以δ型联结进行高速运转。通过这样设置，提高低负荷时的效率，也能实现高负荷时的高输出化。
以下，关于这一点，进一步详细地说明用于驱动空调的压缩机的电动机的情况。作为空调的压缩机驱动用的电动机7，为了响应节能化的要求，广泛使用在转子具备永久磁铁的同步电动机。另外，在近年来的空调中，在室温与设定温度的差较大时，通过使电动机7高速地旋转的高速运转使室温较快地接近设定温度，在室温与设定温度较近时，通过使电动机7低速地旋转的低速运转维持室温。在这样控制的情况下，低速运转的时间相对于全运转时间所占的比例较大。
在使用了同步电动机的情况下，当转速提高时，反电势增加，驱动所需的电压值增加。如上所述，该反电势在y型联结比在δ型联结高。
为了抑制高速下的反电势，考虑减小永久磁铁的磁力或减少定子绕组的匝数。但是那样的话，用于获得同一输出转矩的电流增加，所以在电动机7以及变换器30流动的电流增加，效率下降。
于是，考虑依据转速切换接线状态。例如在需要高速下的运转的情况下，设为δ型联结状态。通过那样设置，能使驱动所需的电压(相比y型联结)为
另一方面，在低速旋转时，通过设为y型联结状态，相比δ型联结能使电流值为
如以上说明的那样，依据负荷条件切换接线状态是有意义的，设置连接切换装置60是为了进行这样的切换。
图4所示的母线电流检测部件85检测母线电流，即，输入变换器30的直流电流idc。母线电流检测部件85包含插入于直流母线的分流电阻，将表示检测结果的模拟信号供给到控制装置100。该信号(检测信号)在控制装置100由未图示的a/d(analogtodigital，模数转换)转换部转换为数字信号而用于控制装置100的内部处理。
控制装置100如上所述，控制由连接切换装置60进行的接线状态切换，并且控制变换器30的动作。为了控制变换器30，控制装置100生成pwm(pulsewidthmodulation，脉宽调制)信号sm1～sm6并供给到变换器30。
如图5所示，变换器30除了具备变换器主电路310以外，还具备驱动电路350，驱动电路350基于pwm信号生成驱动信号sr1～sr6。驱动电路350根据驱动信号sr1～sr6控制开关元件311～316的接通和断开，由此将频率可变且电压可变的三相交流电压施加于电动机7。
pwm信号sm1～sm6是逻辑电路的信号电平的大小(0v～5v)，相对于此，驱动信号sr1～sr6是为了控制开关元件311～316而所需的电平，例如具有 15v～-15v的大小的信号。另外，pwm信号sm1～sm6以控制装置100的接地电位作为基准电位，相对于此，驱动信号sr1～sr6以各自对应的开关元件的负侧的端子(发射极端子)的电位作为基准电位。
图9是表示图4的控制装置100的一例的功能框图。如图9所示，控制装置100具有运转控制部102以及变换器控制部110。
运转控制部102基于自电量检测部90提供的指令信号qe输出指示信号。电量检测部90接受基于表示室温(空气调节对象空间的温度)的电信号的电量的指令信号以及来自未图示的操作部例如遥控器的表示指示信息的指令信号，控制空调的各部分的动作，上述室温由未图示的温度传感器检测。来自操作部的指示包含表示设定温度的信息、运转模式的选择、运转开始以及结束的指示等。
运转控制部102例如进行将电动机7的定子绕组设为y型联结还是设为δ型联结的决定以及目标转速的决定，基于决定输出切换控制信号sc以及频率指令值ω*。例如，在室温与设定温度的差较大时，确定设为δ型联结，将目标转速设定为比较高的值，在起动后输出使频率逐渐上升至对应于上述的目标转速的频率的频率指令值ω*。
在达到了对应于目标转速的频率后，在室温接近设定温度前，维持该状态，在室温变得与设定温度较近后，暂且使电动机停止，切换为y型联结，输出逐渐上升至对应于比较低的目标转速的频率的频率指令值ω*。在达到了对应于目标转速的频率后，之后进行用于维持室温与设定温度较近的状态的控制。该控制包含频率的调整、电动机的停止和重新启动等。
如图9所示，变换器控制部110具有电流复原部111、三相两相转换部112、频率补偿部113、一次频率运算部114、电压指令运算部115、两相三相转换部116、pwm生成部117、电角相位运算部118以及励磁电流指令控制部119。
电流复原部111基于由母线电流检测部件85(图4)检测到的直流电流idc的值，将在电动机7流动的相电流iu、iv、iw复原。电流复原部111在基于自pwm生成部117提供的pwm信号确定的时机，对由母线电流检测部件85检测的直流电流idc进行采样，从而将相电流iu、iv、iw复原。
三相两相转换部112使用由后述的电角相位运算部118生成的电角相位θ，将利用电流复原部111复原后的电流值iu、iv、iw转换为用励磁电流成分(也称为“γ轴电流”)iγ以及转矩电流成分(也称为“δ轴电流”)iδ表示的γ-δ轴的电流值。
励磁电流指令控制部119根据转矩电流成分(δ轴电流)iδ，求出为了驱动电动机7而效率最佳的最适合的励磁电流指令值iγ*。另外，在图9中，根据转矩电流成分iδ求出励磁电流指令值iγ*，但根据励磁电流成分iγ和频率指令值ω*求出励磁电流指令值iγ*也能获得同样的效果。
在励磁电流指令控制部119，基于转矩电流成分iδ(或励磁电流成分iγ、频率指令值ω*)，输出励磁电流指令值iγ*，该励磁电流指令值iγ*例如是电流相位角βm(未图示)，该电流相位角βm使输出转矩为预先确定的值以上(或最大)，即，使电流值为预先确定的值以下(或最小)。
图10是详细地表示图9的电压指令运算部115的图。如图10所示，电压指令运算部115基于由三相两相转换部112获得的γ轴电流iγ以及δ轴电流iδ、频率指令值ω*和由励磁电流指令控制部119获得的励磁电流指令值iγ*进行动作，以输出电压指令值vγ*、vδ*。
控制器1152例如是比例积分(pi)控制器，基于频率指令值ω*与利用频率推测部1151生成的频率推测值ωest的差分(ω*-ωest)，输出频率推测值ωest与频率指令值ω*一致那样的δ轴电流指令值iδ*。
频率推测部1151基于γ轴电流iγ以及δ轴电流iδ和电压指令值vγ*、vδ*，推测电动机7的频率而生成频率推测值ωest。
切换部1155从δ轴电流指令值iδ*与δ轴电流iδ的差分(iδ*-iδ)和0中的任一者选择δ轴电流指令值iδ**的值，例如pi控制器等控制器1156输出δ轴电流iδ与δ轴电流指令值iδ*一致那样的δ轴电压指令值vδ*。
切换部1153从γ轴电流指令值iγ*与γ轴电流iγ的差分(iγ*-iγ)和0中的任一者选择γ轴电流指令值iδ**的值，例如pi控制器等控制器1154输出γ轴电流iγ与γ轴电流指令值iγ*一致那样的γ轴电压指令值vγ*。
图9所示的两相三相转换部116使用由电角相位运算部118获得的电角相位θ，将利用电压指令运算部115获得的γ轴电压指令值vγ*以及δ轴电压指令值vδ*(两相坐标系的电压指令值)，转换为三相坐标系的输出电压指令值(三相电压指令值)vu*、vv*、vw*并输出。
pwm生成部117根据由两相三相转换部116获得的三相电压指令值vu*、vv*、vw*生成pwm信号sm1～sm6并输出。
自运转控制部102提供的停止信号st例如被给予pwm生成部117，pwm生成部117在接受停止信号st时，立即停止pwm信号sm1～sm6的输出。
图5所示的驱动电路350根据pwm信号sm1～sm6生成驱动信号sr1～sr6。
另外，在图9的例子中，说明了从变换器30的输入侧的直流电流idc复原相电流iu、iv、iw的结构，但也可以设为在变换器30的输出线331、332、333设置电流检测器并利用该电流检测器检测相电流那样的结构。在这样设置的情况下，使用由上述电流检测器检测到的电流来代替由电流复原部111复原后的电流即可。
另外，当在电动机7使用了三相永久磁铁同步电动机的情况下，若在电动机7有过大的电流流动，则会发生永久磁铁的不可逆去磁而使磁力下降。当产生那样的状态时，用于输出同一转矩的电流增加，所以产生损耗增多的问题。因此，在将相电流iu、iv、iw或直流电流idc输入到控制装置100而使过大的电流在电动机7流动的情况下，通过使pwm信号sm1～sm6停止，从而使向电动机7的通电停止，由此能够防止不可逆去磁。另外，通过设置从相电流iu、iv，iw或直流电流idc中去除杂音(日文：ノイズ)的lpf(lowpassfilter，低通滤波器)，能够防止因杂音而误使pwm信号sm1～sm6停止，从而能够进一步提高可靠性。
这里，在使用了能向y型联结和δ型联结的任一者切换的结构来作为电动机7的情况下，在y型联结和δ型联结下发生不可逆去磁的电流值(图8的iy和iδ)大概有
另外，关于保护电平，能够举出将电动机7的初始状态的磁力设定为100％，将保护电平设定为在发生了不可逆去磁的情况下不影响性能的范围内的电流值(例如磁力下降到97％的电流值)，但依据所使用的设备变更保护电平的设定电流值也是没有任何问题的。
1-3实施方式1的动作
以下，说明在电动机7的运转过程中(即，旋转动作过程中)执行了连接切换装置60的切换器61～63的切换时的电动机驱动装置2的动作。首先，使用图4简单地说明现有技术的问题点，即，不具备本发明的特征的电动机驱动装置中的动作。
比较例的电动机驱动装置的动作
在电动机运转的过程中，即，在构成连接切换装置60的切换器61、62、63中有电流流动的状态下，在操作了在励磁线圈611、621、631流动的电流的情况下，共用接点61c、62c、63c切换为与常闭接点61b、62b、63b或常开接点61a、62a、63a相连接。当发生切换时，自变换器30向电动机7的供电继续进行，当电动机7的转速nm还未成为零时，在切换器61、62、63的接点间发生电弧放电，由此可能发生接点熔接等故障。
为了避免这样的故障，在使连接切换装置60进行动作前停止自变换器30向电动机7的供电，设为使电动机7的转速nm为零的状态(即，旋转动作停止了的状态)，从而能不使切换器61、62、63的接点间发生电弧放电地进行切换。
但是，在使电动机7的转速nm为零时，当使电动机7重新启动时，关于施加于电动机7的负荷，例如在压缩机904(图1)的情况下，由于制冷剂的状态为不稳定的状态，所以重新启动所需的转矩增加，起动时的电流增加，在最坏的情况下有可能无法重新启动。因此，需要在不使电动机7动作地使制冷剂的状态充分地稳定之前经过了时间后，进行重新启动。因此，不再能利用压缩机904对制冷剂进行加压，由制冷、制热能力的下降引发室温的上升或下降，有可能无法将室温保持恒定。
电动机驱动装置2的动作
那么，在实施方式1的电动机7中，将在电动机7的旋转动作过程中(运转过程中)在电动机7的绕组或连接切换装置60流动的电流的值(有效值)控制为接近于零，在该状态下(在电流控制期间pc内)使连接切换装置60的切换器进行动作，从而不使切换器61、62、63的接点间发生电弧放电地完成切换。
电流控制期间pc是对电动机施加交流电压以抵消变换器因电动机7的旋转动作而产生的反电动势的期间。这样，能不使电动机7的转速nm为零即不使旋转动作停止地切换绕组71～73的接线状态。因此，在空调的情况下，在接线状态的切换时不必使电动机7的旋转动作停止，所以不需要由于使旋转动作停止而使制冷剂稳定前的待机时间，能够抑制室温的上升或下降。
在图10中，电压指令运算部115以利用切换部1155在δ轴电流指令值iδ**选择0的方式进行动作，从而输出δ轴电流iδ与δ轴电流指令值iδ*一致那样的也就是δ轴电流指令值iδ**与0一致那样的δ轴电压指令值vδ*。此外，电压指令运算部115以利用切换部1153在γ轴电流指令值iγ**选择0的方式进行动作，从而输出γ轴电流iγ与γ轴电流指令值iγ*一致那样的也就是γ轴电流指令值iγ**与0一致那样的γ轴电压指令值vγ*。
1-4实施方式1的效果
利用以上的动作，能够进行使在电动机7的绕组流动的电流即在切换器61～63流动的电流的值(有效值)如图11所示的电流控制期间pc那样接近于零的控制(最好是设为零的控制)(以后称为“零电流控制”)。由此，能在切换器61～63中没有电流流动的状态下进行切换器61～63的切换动作，不会在切换器61～63的接点间发生电弧放电。因此，在使用了机械式继电器作为切换器61～63的情况下，能够防止接点熔接，实现可靠性高的电动机的驱动装置。另外，这里所说的“设为零的控制”不是指将在切换器61～63流动的电流的值(有效值)准确地设为零，而是指能实质上视为零的程度那样接近于零。
另外，当在电流控制期间内进行切换器61～63的切换动作时，能不使供给到绕组的驱动电流发生较大的电流变化地进行切换。因此，能够抑制由切换导致的电动机7的转速骤变，从而能够抑制电动机7的噪音(日文：騒音)以及振动地切换接线状态。
作为将供给到绕组的驱动电流设为0的方法，也有停止pwm信号sm1～sm6的输出的方法，但电动机7持续产生与转速nm相对应的反电动势。在该反电动势比母线电压v20(即，电容器20的两电极间的电压)高时，作为再生电压进行作用，使自电动机7借助连接切换装置60以及整流元件321～326向电容器20去的充电电流流动。当在该状态下使连接切换装置60动作而进行切换器61～63的切换动作时，可能发生电弧放电，在该情况下也可能发生接点熔接等故障。
那么，实施方式1的控制装置100在电动机7以高速进行旋转时，将在电动机7或连接切换装置60流动的电流的值(例如有效值)控制为接近于零(最好是成为大致0)，以在该状态下进行连接切换装置60的切换器61～63的切换动作的方式进行控制。通过这样设置，能够抑制由切换器61～63的切换动作时电流变化导致的噪音以及振动的发生。另外，能够防止在连接切换装置60使用机械式继电器的情况下的接点熔接等故障，从而能够获得可靠性高的电动机驱动装置。
换言之，实施方式1的电动机驱动装置2即使在利用便宜的零件构成连接切换装置60的情况下，也能实现故障发生率的下降以及装置的长寿命化，所以能使产品成本下降。
另外，由于在y型联结和δ型联结发生不可逆去磁的电流值不同，所以通过在切换y型联结和δ型联结的时机切换保护电平，能够进行与各绕组相对应的保护。但是，在使用机械式继电器的情况下，从对励磁线圈611、621、631通以电流后到切换器61、62、63切换为常开接点61a、62a、63a或常闭接点61b、62b、63b为止，发生时间延迟。因此，在例如已经自y型联结切换为δ型联结的情况下，保护电平切换为δ型联结，但电动机7处于向δ型联结的切换过渡过程中，所以估计为仍是y型联结的状态。在该情况下，在误使过大的电流流动的情况下，可能发生电动机7的不可逆去磁。
那么，通过在接线的切换时在开始了将电流设为零的控制的时刻，或在开始设为零的控制后到切换接线之前的期间内，预先设定为保护电平低的y型联结的保护电平，由此，在接线的切换时无论在y型联结和δ型联结中的哪种状态下，都能保护不发生不可逆去磁。另外，由于在接线切换时进行将电流设为零的控制，所以自不必说，对电动机7的运转没有任何影响。
另外，关于保护电平，如之前说明的那样，能够举出将电动机7的初始状态的磁力设定为100％，设定为在发生了不可逆去磁的情况下不影响性能的范围内的电流值(例如磁力下降到97％的电流值)，进一步相对于y型联结将δ型联结中的电流值预先设定为
1-5实施方式1的变形例
作为整流电路10的整流元件11～14，通常使用二极管等。但是，整流电路10的结构不限定于图2的例子。例如，也可以构成为：使用例如mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effect-transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等晶体管元件(半导体开关)来代替整流电路10的整流元件11～14，与自交流电源4供给的电压(输入交流电压)的极性相匹配地设为接通状态，从而进行整流。
作为变换器主电路310的开关元件311～316，使用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)或mosfet，但本发明不限定于此。开关元件311～316只要是能够进行开关的元件即可，可以使用任意的元件。另外，在使用mosfet作为开关元件311～316的情况下，由于mosfet在构造上具有寄生二极管，所以不必将回流用的整流元件321～326(图5)并联连接。
关于构成整流元件11～14以及开关元件311～316的材料，不仅由使用硅(si)的材料构成，还由使用作为宽带隙半导体的碳化硅(sic)、氮化镓(gan)和金刚石等的材料构成，从而能够进一步减少损耗。
2实施方式2.
本发明的实施方式2的电动机驱动装置在使用连接切换装置260替代连接切换装置60这一点上，与实施方式1的电动机驱动装置不同。在图4的结构中，连接切换装置60的切换器61～63使用切换开关(选择开关)。在实施方式2中，由常闭开关与常开开关的组合即接通·断开式的开关的组合，构成连接切换装置260的各切换器。
图12是表示实施方式2中的电动机7的绕组71～73和连接切换装置260的布线图。在图12的连接切换装置260中，利用常闭开关615与常开开关616的组合构成切换器61，利用常闭开关625与常开开关626的组合构成切换器62，利用常闭开关635与常开开关636的组合构成切换器63。
如图12所示，在常闭开关615、625、635闭合(接通)并且常开开关616、626、636打开(断开)的状态下，电动机7的绕组71～73为y型联结状态。与图示的状态相反，在常闭开关615、625、635打开(断开)并且常开开关616、626、636闭合(接通)的状态下，电动机为δ型联结状态。
如图12所示，在由常闭开关615、625、635与常开开关616、626、636的组合构成各切换器的情况下，作为各开关，也能使用电磁接触器。电磁接触器的接通时的导通损耗小，所以较佳。
如图12所示，也可以使用半导体开关构成各切换器。图13是表示在图12的连接切换装置260的切换器61(62、63)使用mos晶体管的结构例的电路图。在图13中示出切换器61、62、63中的一个。切换器61、62、63具有相互同样的结构，并同样地进行动作。图14是用表的形式表示图13的切换器的mos晶体管的接通以及断开状态的例子的图。
如图13所示，切换器61(62、63)包括串联地连接在引线61e(62e、63e)与输出线332(333、331)之间的mos晶体管616a(626a、636a)以及二极管616c(626c、636c)、和串联地连接在引线61e(62e、63e)与输出线332(333、331)之间的mos晶体管616b(626b、636b)以及二极管616d(626d、636d)。
另外，切换器61(62、63)包括串联地连接在引线61e(62e、63e)与中性点节点64之间的mos晶体管615a(625a、635a)以及二极管615c(625c、635c)、和串联地连接在引线61e(62e、63e)与中性点节点64之间的mos晶体管615b(625b、635b)以及二极管615d(625d、635d)。
各mos晶体管616a(626a、636a)、616b(626b、636b)、615a(625a、635a)、615b(625b、635b)具有寄生二极管，该寄生二极管的阳极与二极管相连接并且阴极与引线(或中性点节点或输出线)相连接。
如图14所示，通过使mos晶体管616a、626a、636a接通，使mos晶体管616b、626b、636b接通，使mos晶体管615a、625a、635a断开，使mos晶体管615b、625b、635b断开，能将绕组71～73设为δ型联结。
另外，如图14所示，通过使mos晶体管616a、626a、636a断开，使mos晶体管616b、626b、636b断开，使mos晶体管615a、625a、635a接通，使mos晶体管615b、625b、635b接通，能将绕组71～73设为y型联结。
另外，作为半导体开关的mos晶体管最好由宽带隙(wbg)半导体构成。wbg半导体例如是包含碳化硅(sic)、氮化镓(gan)、氧化钙(ga2o3)和金刚石作为构成材料的半导体。在利用wbg半导体构成的情况下，接通电阻小，低损耗且元件发热也少，另外能够快速地进行切换动作。
在这样使用半导体开关的情况下，也能使切换动作高速地进行动作，但在各半导体开关产生数μs左右的动作不均。因此，在基于电动机7的绕组电阻r和绕组电感l的时间常数l÷r非常小的情况下，不仅有可能发生急剧的电流变化而发生电动机7的转速急剧变化从而产生振动以及噪音，还有可能导致半导体发热而发生故障。
因此，在由半导体构成的连接切换装置260中，通过在图11所示的电流控制期间pc内进行常闭开关615、625、635与常开开关616、626、636的切换动作，能不发生较大的电流变化地进行接线状态的切换动作。因此，能够抑制由切换器中的切换动作导致的电动机7的转速急剧变化。因此，能够抑制噪音以及振动地切换接线状态。
另外，能够防止在连接切换装置260使用机械式继电器的情况下的接点熔接等故障，从而能够获得可靠性高的电动机驱动装置。
另外，能够防止在连接切换装置260使用半导体开关的情况下由半导体开关发热引起的故障，从而能够获得可靠性高的电动机驱动装置。
换言之，实施方式2的电动机驱动装置即使在利用便宜的零件构成连接切换装置260的情况下，也能实现故障发生率的下降以及装置的长寿命化，所以能使产品成本下降。
除以上的点以外，实施方式2的电动机驱动装置与实施方式1的电动机驱动装置2相同。
3实施方式3.
在实施方式1以及2中，说明了在能在y型联结与δ型联结之间切换绕组71～73的电动机7连接有应用本发明的电动机驱动装置的例子。在实施方式3中，说明在能够切换绕组71～73各自的匝数的电动机7a连接有应用本发明的电动机驱动装置的例子。在实施方式3中，例如，各相的绕组71～73使用由两个以上绕组部分形成的结构。在该情况下，使构成各相的绕组71～73的两个以上绕组部分各自的两端部能与电动机7a的外部相连接，利用连接切换装置360切换定子绕组71、72、73的连接状态(在实施方式3中是绕组的匝数)。另外，应用本发明的连接切换装置也能应用于能将绕组部分切换为并联连接以及串联连接的任一种的电动机。
在图15中表示在y型联结的电动机中利用两个绕组部分构成各相的绕组，使该绕组部分各自的两端部能与电动机7a的外部相连接，利用连接切换装置360切换连接状态的结构。
具体而言，u相的绕组71由两个绕组部分711、712构成，v相的绕组72由两个绕组部分721、722构成，w相的绕组73由两个绕组部分731、732构成。
绕组部分711、721、731的第1端部借助外部端子71c、72c、73c与变换器30的输出线331、332、333分别连接。绕组部分711、721、731的第2端部借助外部端子71g、72g、73g与切换开关617、627、627的共用接点分别连接。
绕组部分712、722、732的第1端部借助外部端子71h、72h、73h与切换开关618、628、638的共用接点分别连接。绕组部分712、722、732的第2端部借助外部端子71d、72d、73d与中性点节点64分别连接。
切换开关617、627、637的常闭接点与切换开关618、628、638的常闭接点分别连接。切换开关617、627、637的常开接点与中性点节点64相连接。
切换开关618、628、638的常开接点与变换器30的输出线331、332、333相连接。
利用切换开关617、627、637、618、628、638构成连接切换装置360。
在使用这样的连接切换装置360的情况下，也与实施方式1以及2所示的情况同样地在电流控制期间pc进行连接切换装置360的切换器的切换动作，从而能够保护机械式继电器或半导体开关。
在图15所示的结构的情况下，在切换开关617、627、637、618、628、638如图示那样向常闭接点侧切换的状态下，电动机7a成为串联连接状态，在切换开关617、627、637、618、628、638向与图示相反的常开接点侧切换的状态下，电动机7a成为并联连接状态。
另外，在实施方式3中，也能像在实施方式2中表述的那样使用常闭开关与常开开关的组合来代替切换开关。另外，能将常闭开关和常开开关作为半导体开关。
以上，说明了在y型联结的电动机7a中进行串联连接状态与并联连接状态的切换的情况，但在δ型联结的电动机的电动机驱动装置中，在进行串联连接状态与并联连接状态的切换的情况下，也能与上述同样地应用本发明。
另外，也能将本发明应用在具有如下结构的电动机的电动机驱动装置中：在y型联结或δ型联结的状态下在绕组设置中间抽头而利用开关部件使绕组的一部分短路，从而变更驱动所需的电压。总之，只要是电动机能够切换绕组的连接状态并通过上述连接状态的切换来切换反电动势的结构，就能够应用本发明。
除以上的点以外，实施方式3的电动机驱动装置与实施方式1或2的电动机驱动装置相同。
另外，以上的实施方式1～3所示的结构是本发明的结构例，也能与另外的公知的技术进行组合。
附图标记说明
2、电动机驱动装置；4、交流电源；7、7a、电动机；8、电抗器；10、整流电路；20、电容器；30、变换器；60、260、360、连接切换装置；61～63、切换器；71～73、绕组；80、控制电源生成电路；85、母线电流检测部件；100、控制装置；102、运转控制部；110、变换器控制部；900、900a、900b、冷冻循环装置；902、四通阀；904、压缩机；906、换热器；908、膨胀阀；910、换热器。
1.一种电动机驱动装置，其中，
所述电动机驱动装置具有连接切换装置、变换器和控制装置，
所述连接切换装置具有切换器，在电动机的旋转动作过程中进行所述切换器的切换动作，从而切换所述电动机的绕组的连接状态，
所述变换器借助所述切换器对所述绕组施加交流电压，并且借助所述切换器自旋转动作过程中的所述电动机的所述绕组被施加反电动势，
所述控制装置控制所述变换器，从而控制所述电动机的旋转动作，使所述连接切换装置执行所述连接状态的切换，
在电流控制期间内执行所述切换器的切换动作，该电流控制期间是在所述绕组流动的交流电流的第1有效值比在所述切换器的切换动作前在所述绕组流动的交流电流的第2有效值接近于零的期间。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，
在所述电流控制期间，所述变换器对所述绕组施加交流电压，并且自所述电动机的所述绕组被施加反电动势。
3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其中，
所述电动机驱动装置还具备对向所述变换器供给的电流进行检测的电流检测部件，
基于由所述电流检测部件检测到的电流，控制所述变换器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动机驱动装置，其中，
所述连接状态的切换是y型联结与δ型联结之间的切换。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机驱动装置，其中，
所述连接状态的切换是所述绕组的匝数的切换。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机驱动装置，其中，
所述切换器具有电磁接触器，
所述电磁接触器具有励磁线圈和接点，所述接点由在所述励磁线圈流动的电流驱动，
控制向所述励磁线圈供给的电流。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电动机驱动装置，其中，
所述切换器具有根据输入控制端子的信号被控制的半导体开关，
控制向所述控制端子输入的信号。
8.根据权利要求7所述的电动机驱动装置，其中，
所述半导体开关由宽带隙半导体形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动机驱动装置，其中，
所述电动机配备于压缩机，
所述电流控制期间为1秒以下。
10.一种冷冻循环装置，其中，
所述冷冻循环装置具备权利要求1至9中任一项所述的电动机驱动装置。
11.一种空调，其中，
所述空调具备权利要求10所述的冷冻循环装置。
12.一种热水器，其中，
所述热水器具备权利要求10所述的冷冻循环装置。
13.一种冰箱，其中，
所述冰箱具备权利要求10所述的冷冻循环装置。
技术总结