JP6689464B2 - 駆動装置、圧縮機、及び空気調和機、並びに永久磁石埋込型電動機の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を駆動する駆動装置に関する。

空気調和機等で用いられる電動機に関し、低速回転時および高速回転時の運転効率を向上するため、電動機のコイルの結線状態をＹ結線（スター結線）とデルタ結線（三角結線またはΔ結線とも称する）とで切り替えることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

電動機を駆動するためのインバータの出力は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御方式で生成され、ＰＷＭ制御周期は、基準となるキャリア波の周波数(以下、「キャリア周波数」という)によって決まる。電動機のコイルの結線状態をＹ結線とデルタ結線とで切り替える場合、Ｙ結線とデルタ結線における電圧利用率が異なるため、Ｙ結線とデルタ結線とで、効率が最適となるキャリア周波数が互いに異なる。

特開２００９−２１６３２４号公報

しかしながら、従来のように単一のキャリア周波数で電動機を駆動する場合、Ｙ結線及びデルタ結線の両方の効率が最適となるようにキャリア周波数を合わせることができないという課題がある。

本発明の目的は、コイルの結線状態に適したキャリア周波数で電動機を駆動することにより、電動機の効率を高めることである。

本発明の駆動装置は、コイルを備えた永久磁石埋込型電動機を駆動する駆動装置であって、前記コイルの結線状態を、第１の結線状態と、前記コイルの線間電圧を前記第１の結線状態よりも下げる第２の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、前記コイルに電圧を印加するインバータと、前記コイルに印加される前記電圧の制御周波数を調整するための前記インバータのキャリア周波数を制御する制御装置とを備え、前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、第１のキャリア周波数に設定されており、前記コイルの結線状態が前記第２の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、前記第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定されている。

本発明によれば、コイルの結線状態に適したキャリア周波数で電動機を駆動することにより、電動機の効率を高めることができる。

本実施の形態の電動機の構成を示す断面図である。 本実施の形態のロータリー圧縮機の構成を示す断面図である。 本実施の形態の空気調和機の構成を示すブロック図である。 本実施の形態の空気調和機の制御系の基本構成を示す概念図である。 本実施の形態の空気調和機の制御系を示すブロック図（Ａ）、および室内温度に基づいて圧縮機の電動機を制御する部分を示すブロック図（Ｂ）である。 本実施の形態の駆動装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態の駆動装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態のコイルの結線状態の切り替え動作を示す模式図（Ａ）および（Ｂ）である。 本実施の形態のコイルの結線状態を示す模式図である。 （ａ）は、ＰＷＭ制御信号を生成するためのキャリア波及びインバータ出力電圧指令値の一例を示す図であり、（ｂ）は、制御装置において生成されたＰＷＭ制御信号の一例を示す図であり、（ｃ）は、ＰＷＭ制御信号に基づいて生成される電動機電流の一例を示す図である。 制御装置に入力される各種の信号及び制御装置から出力される信号の一例を示す図である。 駆動装置の動作の一例を示すフローチャートである。 コイルの結線状態に応じた、電動機の回転数、電圧利用率、及び電動機電流の高調波成分の関係を示す図である。 電動機電流の高調波が発生する原因を説明するための図である。 （ａ）は、一般的なキャリア波の一例を示す図であり、（ｂ）は、コイル３の結線状態がＹ結線であるときのキャリア波の一例と、コイルの結線状態がデルタ結線であるときのキャリア波の一例とを示す図である。 Ｙ結線における効率（回路効率及び電動機効率）とキャリア周波数との関係を示す図である。 デルタ結線における効率（回路効率及び電動機効率）とキャリア周波数との関係を示す図である。 電動機設定１におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。 電動機設定１におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。 電動機設定１におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。 電動機設定１における電動機電流の波形を示す図である。 電動機設定２におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。 電動機設定２におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。 電動機設定２におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。 電動機設定２における電動機電流の波形を示す図である。 電動機設定３におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。 電動機設定３におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。 電動機設定３におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。 電動機設定３における電動機電流の波形を示す図である。 電動機設定４におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。 電動機設定４におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。 電動機設定４におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。 電動機設定４における電動機電流の波形を示す図である。 本実施の形態の空気調和機の基本動作を示すフローチャートである。 本実施の形態の空気調和機の結線切り替え動作を示すフローチャートである。 本実施の形態の空気調和機の結線切り替え動作を示すフローチャートである。 本実施の形態の空気調和機の結線切り替え動作の他の例を示すフローチャート（Ａ）および（Ｂ）である。 本実施の形態の空気調和機の動作の一例を示すタイミングチャートである。 電動機において、コイルをＹ結線で結線し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。 電動機において、コイルをＹ結線で結線し、弱め界磁制御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４０に示した弱め界磁制御を行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 図４０に示した弱め界磁制御を行った場合の電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。 コイルの結線状態をＹ結線とした場合とデルタ結線とした場合のそれぞれにおいて、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。 コイルの結線状態をＹ結線とした場合とデルタ結線とした場合のそれぞれにおいて、電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 コイルの結線状態をＹ結線とし、暖房中間条件よりも僅かに小さ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、Ｙ結線からデルタ結線に切り替えた場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 コイルの結線状態をＹ結線とした場合とデルタ結線とした場合のそれぞれにおいて、電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。 コイルの結線状態をＹ結線とし、暖房中間条件よりも僅かに小さ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、Ｙ結線からデルタ結線に切り替えた場合の電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。 コンバータで母線電圧を切り替え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。 本実施の形態において、コイルの結線状態の切り替えと、コンバータの母線電圧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。 コイルの結線状態をＹ結線とした場合とデルタ結線とした場合のそれぞれにおいて、電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 本実施の形態において、コイルの結線状態の切り替えと、コンバータの母線電圧の切り替えを行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 コイルの結線状態をＹ結線とした場合とデルタ結線とした場合のそれぞれにおいて、電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。 本実施の形態において、コイルの結線状態の切り替えと、コンバータの母線電圧の切り替えを行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。 本実施の形態の第１の変形例における電動機効率と回転数との関係を示すグラフ（Ａ）、（Ｂ）である。 本実施の形態の第２の変形例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。 本実施の形態の第３の変形例のコイルの結線状態の切り替え動作を説明するための模式図（Ａ）、（Ｂ）である。 本実施の形態の第３の変形例のコイルの結線状態の切り替え動作の他の例を説明するための模式図（Ａ）、（Ｂ）である。 本実施の形態の第４の変形例における結線切り替え動作を示すフローチャートである。 本実施の形態の第５の変形例における結線切り替え動作を示すフローチャートである。

実施の形態．
＜電動機の構成＞
本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態の電動機１の構成を示す断面図である。この電動機１は、永久磁石埋込型電動機であり、例えばロータリー圧縮機に用いられる。電動機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０．３〜１ｍｍのエアギャップが形成されている。なお、図１は、ロータ２０の回転軸に直交する面における断面図である。

以下では、ロータ２０の軸方向（回転軸の方向）を、単に「軸方向」と称する。また、ステータ１０およびロータ２０の外周（円周）に沿った方向を、単に「周方向」と称する。ステータ１０およびロータ２０の半径方向を、単に「径方向」と称する。

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０．１〜０．７ｍｍ（ここでは０．３５ｍｍ）の複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層し、カシメにより締結したものである。

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の巻き数および線径は、電動機１に要求される特性（回転数、トルク等）、供給電圧、また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相およびＷ相の３相コイル（コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗと称する）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、厚さは０．１〜０．２ｍｍ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２５とを有する。ロータコア２１は、厚さ０．１〜０．７ｍｍ（ここでは０．３５ｍｍ）の複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層し、カシメにより締結したものである。

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の回転軸となるシャフト（例えばロータリー圧縮機８のシャフト９０）が、焼嵌また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、永久磁石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、例えばストレート形状であってもよい。

１つの磁石挿入孔２２内には、２つの永久磁石２５が配置される。すなわち、１磁極について２つの永久磁石２５が配置される。ここでは、上記の通りロータ２０が６極であるため、合計１２個の永久磁石２５が配置される。

永久磁石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。永久磁石２５は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）およびボロン（Ｂ）を主成分とする希土類磁石で構成されている。

永久磁石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つの永久磁石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および第２の磁石保持部２４は、各磁石挿入孔２２内において永久磁石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、電動機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。

電動機１では、コイル３の結線状態がＹ結線とデルタ結線とで切り替えられるが、デルタ結線を用いる場合に、循環電流が流れて電動機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。

＜ロータリー圧縮機の構成＞
次に、電動機１を用いたロータリー圧縮機８について説明する。図２は、ロータリー圧縮機８の構成を示す断面図である。ロータリー圧縮機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を駆動する電動機１とを備えている。ロータリー圧縮機８は、さらに、電動機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、電動機１のロータ２０のシャフト孔２７（図１）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、電動機１および圧縮機構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、ロータリー圧縮機８の外部から電動機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、ロータリー圧縮機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、電動機１（図１）のコイル３のＵ相、Ｖ相および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、電動機１および圧縮機構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および第２シリンダ９２を有している。第１シリンダ９１および第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および第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および第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および仕切板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および下部フレーム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。

電動機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、この吸入パイプ８８，８９を介してアキュムレータ８７から第１シリンダ９１および第２シリンダ９２に冷媒ガスが供給される。

冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７ＣまたはＲ２２等を用いてもよいが、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、以下の冷媒を用いることができる。

（１）まず、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（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）を用いることができる。ＨＦＯ−１２３４ｙｆのＧＷＰは４である。
（２）また、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）を用いてもよい。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。
（３）また、組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素また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との混合物を用いてもよい。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またはＲ４１との混合物を用いることが実用上は望ましい。

ロータリー圧縮機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および第２シリンダ９２の各シリンダ室に供給される。電動機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および第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、電動機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。

＜空気調和機の構成＞
次に、本実施の形態の駆動装置を含む空気調和機５（冷凍空調装置ともいう）について説明する。図３は、空気調和機５の構成を示すブロック図である。空気調和機５は、室内（空調対象空間）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、上述したロータリー圧縮機８（図２）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および室内熱交換器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（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および室外制御装置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、室内（空調対象空間）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（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、室内の壁または床等の表面温度を検出する輻射温度センサを用いてもよい。

室内機５Ａには、また、ユーザが操作するリモコン５５（遠隔操作装置）から発信された指示信号（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（運転開始および停止）または運転内容（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、２０〜１３０ｒｐｓ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、例えば、強風、中風および弱風の３段階に回転数を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および上下風向板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ものである。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および上下風向板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（Ａ）は、空気調和機５の制御系を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および出力回路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、風量また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、演算処理および判断処理を行う。メモリ５８は、空気調和機５の制御に用いる各種の設定値およびプログラムを記憶している。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および判断を行い、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、結線切り替え部６０（後述）、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および上下風向板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および室外制御装置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、室内機５Ａおよび室外機５Ｂの各種機器を制御しているため、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と表現している。実際には、室内制御装置５０ａおよび室外制御装置５０ｂのそれぞれが、マイクロコンピュータで構成されている。なお、室内機５Ａおよび室外機５Ｂの何れか一方にのみ制御装置を搭載し、室内機５Ａおよび室外機５Ｂの各種機器を制御するようにしてもよい。

図５（Ｂ）は、制御装置５０において、室内温度Ｔａに基づいて圧縮機４１の電動機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および入力回路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、例えば運転モードおよび設定温度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＝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＝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、これにより電動機１の回転数（すなわち圧縮機４１の回転数）を制御する。

＜駆動装置の構成＞
次に、電動機１を駆動する駆動装置１００について説明する。図６は、駆動装置１００の構成を示すブロック図である。駆動装置１００は、電源１０１の出力を整流するコンバータ１０２と、電動機１のコイル３に電圧（具体的には、交流電圧）を印加するインバータ１０３と、コイル３の結線状態を切り替える結線切り替え部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）電源である電源１０１から電力が供給される。

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には、コンバータ１０２から母線電圧が供給され、電動機１のコイル３に線間電圧（電動機電圧とも称する）を出力する。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。

インバータ１０３のスイッチング素子には、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子又はＧａＮ（窒化ガリウム）素子が用いられる。これにより、スイッチング損失を低減することができる。

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。

結線切り替え部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および中性点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および中性点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および中性点３３の何れかに接続する。結線切り替え部６０のスイッチ６１，６２，６３は、ここではリレー接点で構成されている。但し、半導体スイッチで構成してもよい。

制御装置５０は、コンバータ１０２、インバータ１０３および結線切り替え部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、結線切り替え部６０に結線切り替え信号を出力する。結線切り替え部６０がコイル３の結線状態の切り替えを行うとき、制御装置５０は、切り替えが完了する前に電動機１の回転が一時的に停止するようにインバータ１０３を制御する。

図６に示した状態では、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７は、駆動装置１００において、結線切り替え部６０のスイッチ６１，６２，６３が切り替えられた状態を示すブロック図である。図７に示した状態では、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８（Ａ）は、スイッチ６１，６２，６３が図６に示した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８（Ｂ）は、スイッチ６１，６２，６３が図７に示した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７）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７）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７）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。デルタ結線は、コイル３の線間電圧をＹ結線よりも下げる。

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

図９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、電動機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。

電動機１を駆動するインバータ電圧（すなわち、コイル３に印加される電圧）は、ＰＷＭ制御方式で生成される。ＰＷＭ制御方式では、インバータスイッチのオンオフの時間割合を制御することでインバータ電圧の波形を生成する。これにより、所望のインバータ１０３の出力波形を得ることができる。具体的には、インバータ１０３においてインバータスイッチがオンのとき、インバータ１０３からコイル３へ電圧が供給され、インバータ電圧が増大する。インバータスイッチがオフのとき、インバータ１０３からコイル３への電圧供給は遮断され、インバータ電圧が降下する。インバータ電圧と誘起電圧との差分がコイル３に供給され、電動機電流が発生し、電動機１の回転力が生じる。目標とする電動機電流値に一致するようインバータスイッチのオンオフの時間割合を制御することで所望のインバータ１０３の出力波形を得ることができる。

図１０（ａ）は、ＰＷＭ制御信号を生成するためのキャリア波及びインバータ出力電圧指令値の一例を示す図であり、（ｂ）は、制御装置５０において生成されたＰＷＭ制御信号の一例を示す図であり、（ｃ）は、ＰＷＭ制御信号に基づいて生成される電動機電流の一例を示す図である。
インバータスイッチのオンオフのタイミングは、キャリア波に基づいて決定される。キャリア波は、一定の振幅を持つ三角波で構成される。ＰＷＭ制御方式におけるパルス幅変調周期は、キャリア波の周波数であるキャリア周波数によって決まる。

具体的には、制御装置５０は、キャリア波の電圧値と、インバータ出力電圧指令値とを比較する。インバータ出力電圧指令値は、例えば、制御装置５０において、リモコン５５から出力された運転指示信号及びインバータ出力の目標値（目標電動機電流値）に基づいて計算される。キャリア波の電圧値がインバータ出力電圧指令値よりも小さいとき、制御装置５０は、ＰＷＭ制御信号をオンにすることにより、インバータスイッチがオンになるようにインバータ１０３を制御する。キャリア波の電圧値がインバータ出力電圧指令値以上であるとき、制御装置５０は、ＰＷＭ制御信号をオフにすることにより、インバータスイッチがオフになるようにインバータ１０３を制御する。これにより、インバータの出力が目標値に近づく。

図１１は、制御装置５０に入力される各種の信号及び制御装置５０から出力される信号の一例を示す図である。
図１２は、駆動装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

電動機１の駆動方法の一例を以下に説明する。
ユーザがリモコン５５を用いて運転指示信号を送信すると、空気調和機５の制御装置５０がその運転指示信号を受信する。さらに、制御装置５０には、母線電圧を示す信号等の情報が入力される（ステップＳ１）。信号受信部５６に入力された運転指示信号は、制御装置５０に転送される。さらに、電動機１が駆動した後、電動機電流の電流値が制御装置５０に入力される。本実施の形態では、信号受信部５６に入力された運転指示信号は、室内制御装置５０ａに入力される。さらに、信号受信部５６から転送された運転指示信号に基づく信号が、室内制御装置５０ａから室外制御装置５０ｂに転送される。室内制御装置５０ａから転送される信号は、運転指示信号と同じ信号でもよく、運転指示信号に基づいて変換された信号でもよい。

これらの情報に基づいて、制御装置５０は、電動機１の駆動に適したインバータ出力電圧指令値を算出する。さらに、制御装置５０は、運転指示信号又は室内温度に応じてコイル３の結線状態を切り替えるように結線切り替え部６０を制御する。結線状態の切り替えが行われるとき、制御装置５０は、結線切り替え信号を結線切り替え部６０に送信する。結線切り替え部６０は、制御装置５０から受信した結線切り替え信号に基づいてコイル３の結線状態をＹ結線とデルタ結線との間で切り替える（ステップＳ２）。結線切り替え部６０がコイル３の結線状態の切り替えを行うとき、制御装置５０は、切り替えが完了する前に電動機１の回転が一時的に停止するようにインバータ１０３を制御する。切り替えが完了した後、電動機１が再び駆動するように、制御装置５０はインバータ１０３を制御する。

ただし、コイル３の結線状態を切り替える必要がないとき、コイル３の結線状態が維持されるように、制御装置５０は結線切り替え部６０を制御する。

ステップＳ３では、制御装置５０は、コイル３の結線状態を確認する。本実施の形態では、制御装置５０は、コイル３の結線状態がＹ結線かどうか判定する。ただし、制御装置５０は、コイル３の結線状態がデルタ結線かどうか判定してもよい。

コイル３の結線状態がＹ結線であるとき（ステップＳ３においてＹｅｓ）、制御装置５０は、コイル３に供給されるインバータ１０３からの出力（具体的には、コイル３に印加される電圧の制御周波数）を調整するためのインバータ１０３のキャリア周波数をキャリア周波数ｆ１（第１のキャリア周波数）に設定する（ステップＳ４）。

コイル３の結線状態がＹ結線でないとき（ステップＳ３においてＮｏ）、すなわち、コイル３の結線状態がデルタ結線であるとき、制御装置５０は、キャリア周波数をキャリア周波数ｆ２（第２のキャリア周波数）に設定する（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ３からステップＳ５では、制御装置５０は、コイル３の結線状態に応じてキャリア周波数を設定する。キャリア周波数ｆ２は、キャリア周波数ｆ１とは異なる周波数である。これにより、制御装置５０は、キャリア周波数を制御する。

すなわち、コイル３の結線状態が切り替わった場合、電動機１が再び駆動した後におけるキャリア周波数が、電動機１が一時的に停止する前におけるキャリア周波数とは異なるように、制御装置５０は、電動機１が再び駆動した後におけるキャリア周波数を制御する。

制御装置５０は、インバータ出力電圧指令値とキャリア波の電圧値との差に基づいてＰＷＭ制御信号を生成する（ステップＳ６）。

制御装置５０は、ＰＷＭ制御信号に基づくインバータ駆動信号をインバータ１０３に出力し、インバータスイッチのオンオフ制御を行う（ステップＳ７）。

インバータスイッチがオンのときにインバータ電圧がインバータ１０３から出力される。インバータ電圧はコイル３に供給され、電動機１において電動機電流が発生する。これにより、インバータ電圧は電動機１（具体的には、ロータ２０）の回転力に変換される。電動機電流（具体的には、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流）は、電流センサ等で計測され、制御装置５０に計測結果（例えば、電流値を示す信号）が送信される。

図１３は、コイル３の結線状態に応じた、電動機１の回転数、電圧利用率、及び電動機電流の高調波成分の関係を示す図である。
図１４は、電動機電流の高調波が発生する原因を説明するための図である。
キャリア周波数が大きいほどＰＷＭ制御信号の周期が短いため、電動機電流が目標値から乖離せず、波形生成率が良くなる。すなわち、電動機電流の高調波成分が小さくなる。したがって、電動機電流の高調波成分に起因する高調波鉄損が低減する。一方、インバータ１０３のスイッチング回数が増加するため、スイッチング損失が増大する。したがって、高調波鉄損とスイッチング損失とのバランスを考慮して、電動機１の効率が最適となるキャリア周波数を決定することが望ましい。

電動機電流の高調波成分は電圧利用率によって変動する。電圧利用率とは、母線電圧に対するインバータ電圧の実効値の√２倍の比率である。すなわち、電圧利用率は、（インバータ電圧の実効値×√２）÷母線電圧で算出される。電圧利用率は、インバータスイッチのオン時間に比例する。電圧利用率は、母線電圧がどれほど使用されているかという指標として用いられる。

一般に、永久磁石埋込型電動機では、永久磁石とコイルの電磁誘導によって、コイルに誘起電圧が発生する。電動機の回転数が多いほど誘起電圧が増大し、電圧利用率も増大する。すなわち、インバータ電圧と誘起電圧との差分が電動機の回転力に変換される。瞬間的なインバータ出力電圧（すなわち、実際のインバータ電圧）は、インバータスイッチのオンオフで制御されているため、ゼロ又は母線電圧同等の値である。電圧利用率が低いほど、すなわちインバータ電圧の実効値が低いほど、インバータスイッチがオンである時の実際のインバータ電圧とインバータ出力電圧指令値との乖離が大きくなり、電動機電流の高調波成分が発生する。これにより、高調波鉄損が発生する。したがって、電動機１が低速回転であるとき、電圧利用率が低下するため、電動機１における全損失に占める高調波鉄損の割合が大きい。

図１３に示されるように、電圧利用率が低いとき、キャリア周波数を高くすることが望ましい。電圧利用率が低いとき高調波鉄損の割合が大きいため、キャリア周波数の増大によって高調波鉄損を低減し、電動機効率を高めることができる。すなわち、高調波鉄損の割合が大きいほど効率が最適なキャリア周波数は高くなる。

図１３に示されるように、コイル３のＹ結線とデルタ結線とで電圧利用率が異なるため、電動機１の効率が最適となるキャリア周波数が、Ｙ結線とデルタ結線とで異なる。したがって、制御装置５０は、コイル３の結線状態に応じてキャリア周波数を設定する。すなわち、Ｙ結線とデルタ結線とで互いに異なるキャリア周波数が設定される。

図１５（ａ）は、一般的なキャリア波の一例を示す図であり、（ｂ）は、コイル３の結線状態がＹ結線であるときのキャリア波の一例と、コイル３の結線状態がデルタ結線であるときのキャリア波の一例とを示す図である。
図１５（ｂ）に示されるように、Ｙ結線におけるキャリア周波数は、デルタ結線におけるキャリア周波数よりも高くなるように設定される。

デルタ結線は高速回転時に使用するため、母線電圧に対する誘起電圧が大きく、電圧利用率が高い。従って、デルタ結線は、Ｙ結線と比較して高調波鉄損の割合が小さく、低キャリア側に効率最適点が存在する。

Ｙ結線は低速回転時に使用する。Ｙ結線は、同回転数であればデルタ結線と比較して電圧利用率を向上でき、高調波鉄損を低減する効果がある。しかしながら、それぞれの結線状態で要求される駆動回転数の違いから、Ｙ結線はデルタ結線と比較して電圧利用率が低く、電動機１における全損失に占める高調波鉄損の割合が大きい。

４．０ｋｗ用空気調和機の圧縮機に用いられる電動機１の動作条件が電動機１の効率に対する寄与度の高い中間条件（低速運転）であるとき、コイル３の結線状態をＹ結線に設定し、電動機１の動作条件が定格条件（高速運転）であるとき、コイル３の結線状態をデルタ結線に設定する場合の例について以下に説明する。この場合、Ｙ結線において回転数を１５ｒｐｓ、デルタ結線において回転数を５０ｒｐｓにそれぞれ設定したとき、デルタ結線における電圧利用率が９０％から１１０％に設計した場合、Ｙ結線における電圧利用率は５０％から６０％になる。

図１６は、Ｙ結線における効率（回路効率及び電動機効率）とキャリア周波数との関係を示す図である。
図１７は、デルタ結線における効率（回路効率及び電動機効率）とキャリア周波数との関係を示す図である。

Ｙ結線では電圧利用率が低いため高調波鉄損の割合が大きい。そのため、図１６に示されるように、Ｙ結線では、デルタ結線に比べて高キャリア周波数側に効率の最適値が存在する。一方、図１７に示されるように、デルタ結線では、Ｙ結線に比べて低キャリア周波数側に効率の最適値が存在する。コイル３の結線状態がＹ結線であるとき、キャリア周波数はｆ１（第１のキャリア周波数）に設定され、コイル３の結線状態がデルタ結線であるとき、キャリア周波数はｆ２（第２のキャリア周波数）に設定される。具体的には、Ｙ結線におけるキャリア周波数ｆ１がデルタ結線におけるキャリア周波数ｆ２よりも大きくなるように、キャリア周波数が設定されることが望ましい。例えば、電動機１の中間条件及び定格条件に対して最適化されるように、キャリア周波数ｆ１が９０００Ｈｚに設定され、キャリア周波数ｆ２が４５００Ｈｚに設定される。

図１８は、電動機設定１におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。
図１９は、電動機設定１におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。
図２０は、電動機設定１におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。
図２１は、電動機設定１における電動機電流の波形を示す図である。
電動機設定１は、電動機１の回転数１５ｒｐｓ、結線状態がＹ結線、キャリア周波数４５００Ｈｚ、及び電圧利用率５７％である。

図２２は、電動機設定２におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。
図２３は、電動機設定２におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。
図２４は、電動機設定２におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。
図２５は、電動機設定２における電動機電流の波形を示す図である。
電動機設定２は、電動機１の回転数１５ｒｐｓ、結線状態がＹ結線、キャリア周波数９０００Ｈｚ、及び電圧利用率５７％である。

図２１に示されるように、電動機設定１では、電圧利用率が低いため、電動機電流の高調波成分が大きい。電動機設定２では、電圧利用率が電動機設定１と同じであるが、キャリア周波数が電動機設定１よりも高い。図２５に示されるように、キャリア周波数を高くすることにより、高調波成分を小さくすることができる。

図２６は、電動機設定３におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。
図２７は、電動機設定３におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。
図２８は、電動機設定３におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。
図２９は、電動機設定３における電動機電流の波形を示す図である。
電動機設定３は、電動機１の回転数５０ｒｐｓ、結線状態がデルタ結線、キャリア周波数４５００Ｈｚ、及び電圧利用率９８％である。

電動機設定３では、コイル３の結線状態がデルタ結線であり、高速回転である。したがって、電圧利用率が高いため、電動機電流の高調波成分を小さくすることができる。

キャリア周波数ｆ１は、複数段階の値に設定されてもよい。この場合、制御装置５０は、キャリア周波数ｆ１を段階的に切り替える。具体的には、制御装置５０は、キャリア周波数ｆ１が段階的に切り替わるようにインバータ１０３を制御する。例えば、制御装置５０は、電動機１の回転数に応じてキャリア周波数ｆ１を切り替える。言い換えると、制御装置５０は、電動機１の回転数に応じてキャリア周波数ｆ１が段階的に切り替わるようにインバータ１０３を制御する。

同様に、キャリア周波数ｆ２は、複数段階の値に設定されてもよい。この場合、制御装置５０は、キャリア周波数ｆ２を段階的に切り替える。具体的には、制御装置５０は、キャリア周波数ｆ２が段階的に切り替わるようにインバータ１０３を制御する。例えば、制御装置５０は、電動機１の回転数に応じてキャリア周波数ｆ２を切り替える。言い換えると、制御装置５０は、電動機１の回転数に応じてキャリア周波数ｆ２が段階的に切り替わるようにインバータ１０３を制御する。

電動機１の効率が最適となるキャリア周波数は、運転負荷に連動する電圧利用率によって変動するため、コイル３の結線状態に応じて設計される電圧利用率に対して効率が最適となるようにキャリア周波数を設定してもよい。

図３０は、電動機設定４におけるキャリア波及びインバータ出力電圧指令値を示す図である。
図３１は、電動機設定４におけるＰＷＭ制御信号の波形を示す図である。
図３２は、電動機設定４におけるインバータ出力電圧指令値及び実際のインバータ電圧を示す図である。
図３３は、電動機設定４における電動機電流の波形を示す図である。
電動機設定４は、電動機１の回転数５５ｒｐｓ、結線状態がデルタ結線、キャリア周波数４５００Ｈｚ、及び電圧利用率１０６％である。

図３０から図３３に示されるように、コイル３の結線状態がＹ結線からデルタ結線に切り替わった後、制御装置５０は、弱め界磁制御（電動機設定４）で電動機１の駆動を制御してもよい。弱め界磁制御を行っている間、母線電圧に対して誘起電圧が飽和しているため、電圧利用率が１００％を超える。したがって、電圧利用率が高いため、電動機電流の高調波成分と、その高調波成分に起因する高調波鉄損を抑制することができる。デルタ結線では効率が最適となるキャリア周波数が低周波数側に移る。

したがって、電動機１が弱め界磁制御で制御されているとき、制御装置５０は、キャリア周波数ｆ２を、弱め界磁制御が開始される前のキャリア周波数ｆ２よりも小さくすることが望ましい。これにより、高調波鉄損及びスイッチング損失を低減することができ、電動機１の効率を向上できる。ただし、電圧利用率が１００％を超えて増大すると、インバータ電圧の基本波成分が増大し、銅損増大を引き起こす。したがって、電圧利用率が約１００％となるように電動機１を駆動することが望ましい。そのため、電圧利用率が１００％となるように母線電圧を昇圧してもよい。

インバータ１０３のスイッチング素子に、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子又はＧａＮ（窒化ガリウム）素子を用いてもよい。デルタ結線においては、高調波鉄損を低減し、スイッチング損失が支配的となるよう構成している。インバータ１０３のスイッチング素子に、低損失特性を持つＳｉＣ素子又はＧａＮ素子を用いることで、スイッチング損失を低減できるため、特に、デルタ結線において電動機１の効率の改善効果が大きい。

＜空気調和機の動作＞
図３４〜３６は、空気調和機５の基本動作を示すフローチャートである。空気調和機５の制御装置５０は、信号受信部５６によりリモコン５５から起動信号を受信することにより、運転を開始する（ステップＳ１０１）。ここでは、制御装置５０のＣＰＵ５７が起動する。後述するように、空気調和機５は、前回終了時にコイル３の結線状態をデルタ結線に切り替えて終了しているため、運転開始時（起動時）にはコイル３の結線状態がデルタ結線となっている。

次に、制御装置５０は、空気調和機５の起動処理を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、例えば、室内送風ファン４７および室外送風ファン４６の各ファンモータを駆動する。

次に、制御装置５０は、コンバータ１０２に電圧切り替え信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧を、デルタ結線に対応した母線電圧（例えば３９０Ｖ）に昇圧する（ステップＳ１０３）。コンバータ１０２の母線電圧は、インバータ１０３から電動機１に印加される最大電圧である。

次に、制御装置５０は、電動機１を起動する（ステップＳ１０４）。これにより、電動機１は、コイル３の結線状態がデルタ結線で起動される。また、制御装置５０は、インバータ１０３の出力電圧を制御して、電動機１の回転数を制御する。

具体的には、制御装置５０は、温度差ΔＴに応じて、電動機１の回転数を予め定められた速度で段階的に上昇させる。電動機１の回転速度の許容最大回転数は、例えば１３０ｒｐｓである。これにより、圧縮機４１による冷媒循環量を増加させ、冷房運転の場合には冷房能力を高め、暖房運転の場合には暖房能力を高める。

また、空調効果により室内温度Ｔａが設定温度Ｔｓに接近し、温度差ΔＴが減少傾向を示すようになると、制御装置５０は、温度差ΔＴに応じて電動機１の回転数を減少させる。温度差ΔＴが予め定められたゼロ近傍温度（但し０より大）まで減少すると、制御装置５０は、電動機１を許容最小回転数（例えば２０ｒｐｓ）で運転する。

また、室内温度Ｔａが設定温度Ｔｓに達した場合（すなわち温度差ΔＴが０以下となる場合）には、制御装置５０は、過冷房（または過暖房）防止のために電動機１の回転を停止する。これにより、圧縮機４１が停止した状態となる。そして、温度差ΔＴが再び０より大きくなった場合には、制御装置５０は電動機１の回転を再開する。なお、制御装置５０は、電動機１の回転と停止を短時間で繰り返さないように、電動機１の短時間での回転再開を規制する。

また、電動機１の回転数が予め設定した回転数に達すると、インバータ１０３が弱め界磁制御を開始する。弱め界磁制御については、図３９〜５４を参照して後述する。

制御装置５０は、リモコン５５から信号受信部５６を介して運転停止信号（空気調和機５の運転停止信号）を受信したか否かを判断する（ステップＳ１０５）。運転停止信号を受信していない場合には、ステップＳ１０６に進む。一方、運転停止信号を受信した場合には、制御装置５０は、ステップＳ１０９に進む。

制御装置５０は、室内温度センサ５４で検出した室内温度Ｔａと、リモコン５５により設定された設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴを取得し（ステップＳ１０６）、この温度差ΔＴに基づき、コイル３のデルタ結線からＹ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がデルタ結線であって、なお且つ、上記の温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒ以下か否かを判断する（ステップＳ１０７）。閾値ΔＴｒは、Ｙ結線に切り替え可能な程度に小さい空調負荷（単に「負荷」とも称する）に相当する温度差である。

上記の通り、ΔＴは、運転モードが暖房運転の場合にはΔＴ＝Ｔｓ−Ｔａで表され、冷房運転の場合にはΔＴ＝Ｔａ−Ｔｓで表されるため、ここではΔＴの絶対値と閾値ΔＴｒとを比較してＹ結線への切り替えの要否を判断している。

ステップＳ１０７での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線で、且つ、温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒ以下であれば、ステップＳ１２１（図３５）に進む。

図３５に示すように、ステップＳ１２１では、制御装置５０は、インバータ１０３に停止信号を出力し、電動機１の回転を停止する。その後、制御装置５０は、結線切り替え部６０に結線切り替え信号を出力し、コイル３の結線状態をデルタ結線からＹ結線に切り替える（ステップＳ１２２）。続いて、制御装置５０は、コンバータ１０２に電圧切り替え信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧をＹ結線に対応した電圧（２８０Ｖ）に降圧し（ステップＳ１２３）、電動機１の回転を再開する（ステップＳ１２４）。その後、上述したステップＳ１０５（図３４）に戻る。

上記ステップＳ１０７での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線でない場合（Ｙ結線である場合）、あるいは、温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒより大きい場合（すなわちＹ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がＹ結線であって、なお且つ、上記の温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒより大きいか否かを判断する。

ステップＳ１０８での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線で、且つ、温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒより大きければ、ステップＳ１３１（図３６）に進む。

図３６に示すように、ステップＳ１３１では、制御装置５０は、電動機１の回転を停止する。その後、制御装置５０は、結線切り替え部６０に結線切り替え信号を出力し、コイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える（ステップＳ１３２）。続いて、制御装置５０は、コンバータ１０２に電圧切り替え信号を出力し、コンバータ１０２の母線電圧をデルタ結線に対応した電圧（３９０Ｖ）に昇圧し（ステップＳ１３３）、電動機１の回転を再開する（ステップＳ１３４）。

デルタ結線の場合、Ｙ結線と比べて、電動機１をより高い回転数まで駆動できるため、より大きい負荷に対応することができる。そのため、室内温度と設定温度との温度差ΔＴを短時間で収束させることができる。その後、上述したステップＳ１０５（図３４）に戻る。

上記ステップＳ１０８での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線でない場合（デルタ結線である場合）、あるいは、温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒ以下である場合（すなわちデルタ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ１０５に戻る。

上記のステップＳ１０５で運転停止信号を受信した場合には、電動機１の回転を停止する（ステップＳ１０９）。その後、制御装置５０は、コイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える（ステップＳ１１０）。コイル３の結線状態が既にデルタ結線である場合には、その結線状態を維持する。なお、図３４では省略するが、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の間においても、運転停止信号を受信した場合には、ステップＳ１０９に進んで電動機１の回転を停止する。

その後、制御装置５０は、空気調和機５の停止処理を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、室内送風ファン４７および室外送風ファン４６の各ファンモータを停止する。その後、制御装置５０のＣＰＵ５７が停止し、空気調和機５の運転が終了する。

以上のように、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴの絶対値が比較的小さい場合（すなわち閾値ΔＴｒ以下である場合）には、高効率なＹ結線で電動機１を運転する。そして、より大きい負荷への対応が必要な場合、すなわち温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒより大きい場合には、より大きい負荷への対応が可能なデルタ結線で電動機１を運転する。そのため、空気調和機５の運転効率を向上することができる。

なお、Ｙ結線からデルタ結線への切り替え動作（図３６）において、図３７（Ａ）に示すように、電動機１の回転を停止するステップＳ１３１の前に、電動機１の回転数を検出し（ステップＳ１３５）、検出した回転数が閾値（回転数の基準値）以上か否かを判断してもよい（ステップＳ１３６）。電動機１の回転数は、インバータ１０３の出力電流の周波数として検出される。

ステップＳ１３６では、電動機１の回転数の閾値として、例えば、後述する暖房中間条件に相当する回転数３５ｒｐｓと暖房定格条件に相当する回転数８５ｒｐｓの中間の６０ｒｐｓを用いる。電動機１の回転数が閾値以上であれば、電動機１の回転を停止してデルタ結線への切り替えを行い、コンバータ１０２の母線電圧を昇圧する（ステップＳ１３１，Ｓ１３２，Ｓ１３３）。電動機１の回転数が閾値未満であれば、図３４のステップＳ１０５に戻る。

このように温度差ΔＴに基づく結線切り替え要否の判断（ステップＳ１０８）に加えて、電動機１の回転数に基づいて結線切り替え要否の判断を行うことで、結線切り替えが頻繁に繰り返されることを確実に抑制することができる。

また、図３７（Ｂ）に示すように、電動機１の回転を停止するステップＳ１３１の前に、インバータ１０３の出力電圧を検出し（ステップＳ１３７）、検出した出力電圧が閾値（出力電圧の基準値）以上か否かを判断してもよい（ステップＳ１３８）。

図３７（Ａ）および（Ｂ）には、Ｙ結線からデルタ結線への切り替え動作を示したが、デルタ結線からＹ結線への切り替え時に、電動機１の回転数またはインバータ１０３の出力電圧に基づく判断を行ってもよい。

図３８は、空気調和機５の動作の一例を示すタイミングチャートである。図３８には、空気調和機５の運転状態、並びに室外送風ファン４６および電動機１（圧縮機４１）の駆動状態を示している。室外送風ファン４６は、空気調和機５の電動機１以外の構成要素の一例として示している。

信号受信部５６がリモコン５５から運転起動信号（ＯＮ指令）を受信することにより、ＣＰＵ５７が起動し、空気調和機５が起動状態（ＯＮ状態）となる。空気調和機５が起動状態になると、時間ｔ０が経過した後に、室外送風ファン４６のファンモータが回転を開始する。時間ｔ０は、室内機５Ａと室外機５Ｂとの間の通信による遅延時間である。

空気調和機５の起動後、時間ｔ１が経過した後に、デルタ結線による電動機１の回転が開始される。時間ｔ１は、室外送風ファン４６のファンモータの回転が安定するまでの待ち時間である。電動機１の回転開始前に室外送風ファン４６を回転させることで、冷凍サイクルの温度が必要以上に上昇することが防止される。

図３８の例では、デルタ結線からＹ結線への切り替えが行われ、さらにＹ結線からデルタ結線への切り替えが行われたのち、リモコン５５から運転停止信号（ＯＦＦ指令）を受信している。結線の切り替えに要する時間ｔ２は、電動機１の再起動に必要な待ち時間であり、冷凍サイクルにおける冷媒圧力が概ね均等になるまでに必要な時間に設定される。

リモコン５５から運転停止信号を受信すると、電動機１の回転が停止し、その後、時間ｔ３が経過したのちに室外送風ファン４６のファンモータの回転が停止する。時間ｔ３は、冷凍サイクルの温度を十分低下させるために必要な待ち時間である。その後、時間ｔ４が経過したのち、ＣＰＵ５７が停止し、空気調和機５が運転停止状態（ＯＦＦ状態）となる。時間ｔ４は、予め設定された待ち時間である。

＜温度検出に基づく結線切り替えについて＞
以上の空気調和機５の動作において、コイル３の結線状態の切り替え要否の判断（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）は、例えば、電動機１の回転速度、またはインバータ出力電圧に基づいて判断することもできる。但し、電動機１の回転速度は短い時間で変動する可能性があるため、回転速度が閾値以下（または閾値以上）である状態が一定時間継続するか否かを判断する必要がある。インバータ出力電圧についても同様である。

特に、リモコン５５による設定温度が大きく変更された場合、あるいは、部屋の窓を開けたこと等によって空気調和機５の負荷が急激に変化した場合には、コイル３の結線状態の切り替え要否の判断に時間を要すると、負荷変動に対する圧縮機４１の運転状態の対応が遅れる。その結果、空気調和機５による快適性が低下する可能性がある。

これに対し、この実施の形態では、室内温度センサ５４で検出した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴ（絶対値）を閾値と比較している。温度は短い時間での変動が少ないため、温度差ΔＴの検出および閾値との比較を継続する必要がなく、結線切り替え要否の判断を短い時間で行うことができる。そのため、圧縮機４１の運転状態を負荷変動に迅速に対応させ、空気調和機５による快適性を向上することができる。

なお、上記の空気調和機５の動作では、デルタ結線からＹ結線への切り替え要否の判断（ステップＳ１０７）と、Ｙ結線からデルタ結線への切り替え要否の判断（ステップＳ１０８）とを続けて行っているが、デルタ結線からＹ結線への切り替えが行われるのは、空調負荷が低下している（室内温度が設定温度に接近している）場合であり、その後に空調負荷が急に増加する可能性は低いため、結線の切り替えが頻繁に行われるという事態は生じにくい。

また、上記の空気調和機５の動作では、コイル３の結線状態の切り替え（ステップＳ１２２，Ｓ１３２）を、電動機１の回転を停止した状態（すなわちインバータ１０３の出力を停止した状態）で行っている。電動機１への電力供給を続けながらコイル３の結線状態を切り替えることも可能であるが、結線切り替え部６０のスイッチ６１，６２，６３（図６）を構成するリレー接点の信頼性の観点から、電動機１への電力供給を停止した状態で切り替えを行うことが望ましい。

なお、電動機１の回転数を十分に低下させた状態でコイル３の結線状態の切り替えを行い、その後に元の回転数に戻すことも可能である。

また、ここでは結線切り替え部６０のスイッチ６１，６２，６３をリレー接点で構成しているが、半導体スイッチで構成した場合には、コイル３の結線状態の切り替え時に電動機１の回転を停止する必要はない。

また、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴ（絶対値）が閾値ΔＴｒ以下となる状態が複数回（予め設定した回数）繰り返された場合に、コイル３の結線状態を切り替えてもよい。このようにすれば、小さな温度変化によって結線切り替えが繰り返されることを抑制することができる。

なお、上記の通り、室内温度と設定温度との温度差ΔＴが０以下（ΔＴ≦０）になると、制御装置５０は過冷房（または過暖房）防止のために電動機１の回転を停止するが、このタイミングでコイル３の結線状態をデルタ結線からＹ結線に切り替えてもよい。具体的には、上述したステップＳ１０７で温度差ΔＴが０以下か否かを判断するようにし、温度差ΔＴが０以下の場合には電動機１の回転を停止してコイル３の結線状態をＹ結線に切り替えるようにすればよい。

また、上記の空気調和機５の動作では、Ｙ結線からデルタ結線への切り替え時に、コンバータ１０２の母線電圧を昇圧しているため、電動機１により高いトルクを発生することができる。そのため、室内温度と設定温度との差ΔＴを、より短時間で収束させることができる。コンバータ１０２の母線電圧の昇圧については、後述する。

＜起動時の結線状態について＞
上記の通り、本実施の形態の空気調和機５は、運転起動信号を受信して電動機１を起動する際には、コイル３の結線状態をデルタ結線として制御を開始する。また、空気調和機５の運転停止時には、コイル３の結線状態はデルタ結線に切り替えられる。

空気調和機５の運転開始時は空調負荷の正確な検出が困難である。特に、空気調和機５の運転開始時には、室内温度と設定温度との差が大きく、空調負荷が大きいのが一般的である。そこで、本実施の形態では、コイル３の結線状態を、より大きい負荷に対応可能な（すなわち、より高回転数まで回転可能な）デルタ結線とした状態で、電動機１を起動している。これにより、空気調和機５の運転開始時に、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差ΔＴを、より短時間で収束させることができる。

また、空気調和機５を長期間停止し、停止中に結線切り替え部６０に異常（例えば、スイッチ６１〜６３のリレーが貼りついて動作しなくなる等）が発生した場合にも、空気調和機５の運転停止前にＹ結線からデルタ結線への切り替えが行われているため、デルタ結線で電動機１を起動することができる。そのため、空気調和機５の能力の低下を防ぐことができ、快適性を損なうことはない。

なお、コイル３の結線状態をデルタ結線として電動機１を起動し、Ｙ結線への切り替えを行わない場合には、コイルの結線状態が常にデルタ結線である（結線切り替え機能を有さない）一般的な電動機と同等の電動機効率を得ることができる。

＜電動機効率および電動機トルク＞
次に、電動機効率および電動機トルクの改善について説明する。一般に、家庭用の空気調和機は、省エネルギー法の規制対象となっており、地球環境の視点からＣＯ_２排出削減が義務づけられている。技術の進歩により、圧縮機の圧縮効率、圧縮機の電動機の運転効率、および熱交換器の熱伝達率等が改善され、空気調和機のエネルギー消費効率ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）は年々向上し、ランニングコスト（消費電力）およびＣＯ_２排出量も低減している。

ＣＯＰは、ある一定の温度条件で運転した場合の性能を評価するものであり、季節に応じた空気調和機の運転状況は加味されていない。しかしながら、空気調和機の実際の使用時には、外気温度の変化により、冷房または暖房に必要な能力および消費電力が変化する。そこで、実際の使用時に近い状態での評価を行うため、あるモデルケースを定め、年間を通じた総合負荷と総消費電力量を算出し、効率を求めるＡＰＦ（Ａｎｎｕａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ：通年エネルギー消費効率）が省エネルギーの指標として用いられている。

特に、現在の主流であるインバータ電動機では、圧縮機の回転数によって能力が変化するため、定格条件だけで実際の使用に近い評価を行うには課題がある。

家庭用の空気調和機のＡＰＦは、冷房定格、冷房中間、暖房定格、暖房中間および暖房低温の５つの評価点において、年間の総合負荷に応じた消費電力量を算出する。この値が大きいほど省エネルギー性が高いと評価される。

年間の総合負荷の内訳としては、暖房中間条件の比率が非常に大きく（５０％）、次に暖房定格条件の比率が大きい（２５％）。そのため、暖房中間条件と暖房定格条件において電動機効率を向上させることが、空気調和機の省エネルギー性の向上に有効である。

ＡＰＦの評価負荷条件における圧縮機の電動機の回転数は、空気調和機の能力および熱交換器の性能により変化する。例えば、冷凍能力６．３ｋＷの家庭用の空気調和機においては、暖房中間条件での回転数Ｎ１（第１の回転数）が３５ｒｐｓであり、暖房定格条件での回転数Ｎ２（第２の回転数）が８５ｒｐｓである。

この実施の形態の電動機１は、暖房中間条件に相当する回転数Ｎ１および暖房定格条件に相当する回転数Ｎ２において、高い電動機効率および電動機トルクを得ることを目的としている。すなわち、性能改善の対象となる２つの負荷条件のうち、低速側の回転数がＮ１であり、高速側の回転数がＮ２である。

ロータ２０に永久磁石２５を搭載した電動機１では、ロータ２０が回転すると、永久磁石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。電動機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（電動機電圧）は、上記の誘起電圧と、コイル３の抵抗およびインダクタンスにより生じる電圧との和と等しい。コイル３の抵抗およ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、電動機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、電動機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、電動機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デューティー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３９および図４０は、電動機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３９に示すように、線間電圧と回転数とは比例する。なお、図３９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４０に示すように、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。ここでは、回転数Ｎ１，Ｎ２の間の回転数で、弱め界磁制御を開始したものとする。

弱め界磁制御では、コイル３にｄ軸位相（永久磁石２５の磁束を打ち消す向き）の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。通常の電動機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４１は、図４０に示した弱め界磁制御を行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。図４１に示すように、電動機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で示すように電動機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、電動機効率が低下する。なお、電動機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４１と同様の曲線で表される変化が見られる。

図４２は、図４０に示した弱め界磁制御を行った場合の電動機の最大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、電動機の最大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、回転数の増加とともに電動機１の最大トルクが低下する。電動機１の最大トルクは、製品使用時で電動機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、電動機の最大トルクを、電動機トルクと称する。

図４３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倍となる。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倍となる。

すなわち、コイル３をデルタ結線により結線した場合、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（電動機電圧）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。

ティースへの巻き数が数十巻以上となる電動機では、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。一つは、デルタ結線はＹ結線に比べてコイルの巻き数が多いため、製造工程においてコイルの巻線に要する時間が長くなるという理由である。もう一つは、デルタ結線の場合に循環電流が発生する可能性があるという理由である。

一般に、Ｙ結線を採用する電動機では、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（電動機電圧）がインバータ最大出力電圧に達するように、コイル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電動機を運転することとなり、高い電動機効率を得ることが難しい。

そこで、コイルの結線状態を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４４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４４に示した例では、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、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えを行う。回転数Ｎ１１は、ここでは、回転数Ｎ１よりも５％低い回転数（すなわちＮ１１＝Ｎ１×０．９５）である。

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、電動機効率および電動機トルクの低下を抑制することができる。

図４５は、Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。上記のようにコイル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Ｎ１１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ているため、図４５に実線で示すように、回転数Ｎ１で高い電動機効率が得られる。

一方、コイル３の巻き数を同数とすると、デルタ結線の場合には、図４５に一点鎖線で示すように、回転数Ｎ２で、Ｙ結線の場合よりも高い電動機効率が得られる。そのため、図４５に示す実線と一点鎖線との交点でＹ結線からデルタ結線に切り替えれば、回転数Ｎ１（暖房中間条件）と回転数Ｎ２（暖房定格条件）の両方で高い電動機効率が得られる。

そのため、図４４を参照して説明したように、コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１１（回転数Ｎ１よりも僅かに低い回転数）のときに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Ｎ１よりも高い回転数Ｎ０でＹ結線からデルタ結線に切り替える制御を行う。

しかしながら、単にコイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り換えるだけでは、電動機効率を十分に向上することができない。この点について以下に説明する。

図４６は、コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１１のときに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Ｎ０でＹ結線からデルタ結線に切り替えた場合（実線）の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。なお、破線は、図４１に示したようにコイル３の結線状態をＹ結線とし、弱め界磁制御を行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。

線間電圧は、回転数に比例する。例えば、冷凍能力６．３ｋＷの家庭用の空気調和機では、回転数Ｎ１（暖房中間条件）が３５ｒｐｓであり、回転数Ｎ２（暖房定格条件）が８５ｒｐｓであるため、暖房中間条件における線間電圧を基準とすると、暖房定格条件における線間電圧は、２．４倍（＝８５／３５）となる。

コイル３の結線状態をデルタ結線に切り替えた後の、暖房定格条件（回転数Ｎ２）における線間電圧は、インバータ最大出力電圧に対して１．４倍（＝８５／３５／√３）となる。線間電圧をインバータ最大出力電圧よりも大きくすることはできないため、弱め界磁制御を開始する。

弱め界磁制御では、界磁を弱めるために必要な弱め電流をコイル３に流すため、銅損が増加し、電動機効率および電動機トルクが低下する。そのため、図４６に実線で示したように、暖房定格条件（回転数Ｎ２）における電動機効率を改善することができない。

暖房定格条件（回転数Ｎ２）での弱め界磁の程度を抑える（弱め電流を小さくする）ためには、コイル３の巻き数を少なくして相間電圧を低くする必要があるが、その場合、暖房中間条件（回転数Ｎ１）における相間電圧も低下し、結線の切り替えによる電動機効率の改善効果が小さくなる。

すなわち、性能改善の対象となる負荷条件が２つあり、低速側の回転数Ｎ１と、高速側の回転数Ｎ２とが、（Ｎ２／Ｎ１）＞√３を満足する場合には、Ｙ結線からデルタ結線に切り替えても弱め界磁制御が必要となるため、単にＹ結線からデルタ結線に切り替えただけでは、電動機効率の十分な改善効果を得ることができない。

図４７は、Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。Ｙ結線の場合には、図４２を参照して説明したように、回転数Ｎの増加に対して電動機トルクは一定であるが、弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。デルタ結線の場合には、Ｙ結線の場合（Ｎ１１）よりも高い回転数で弱め界磁制御を開始するが、弱め界磁制御を開始すると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。

図４８は、コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１１（回転数Ｎ１よりも僅かに低い回転数）のときに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Ｎ１よりも高い回転数Ｎ０でＹ結線からデルタ結線に切り替えた場合の電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。図４８に示すように、回転数が回転数Ｎ１１に達して弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。

回転数がさらに増加して回転数Ｎ０に達し、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えが行われると、弱め界磁制御が一時的に停止するため、電動機トルクは上昇する。しかしながら、回転数Ｎがさらに増加して弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。このように、単にＹ結線からデルタ結線に切り替えただけでは、特に高回転数域での電動機トルクの低下を抑制することができない。

そこで、本実施の形態の駆動装置１００は、結線切り替え部６０によるコイル３の結線状態の切り替えに加えて、コンバータ１０２により母線電圧を切り替えている。コンバータ１０２は、電源１０１から電源電圧（２００Ｖ）を供給され、インバータ１０３に母線電圧を供給するものである。コンバータ１０２は、電圧上昇（昇圧）に伴う損失の小さい素子、例えばＳｉＣ素子またはＧａＮ素子で構成することが望ましい。

具体的には、コイル３の結線状態がＹ結線である場合の母線電圧Ｖ１（第１の母線電圧）は、２８０Ｖ（ＤＣ）に設定されている。これに対し、コイル３の結線状態がデルタ結線である場合の母線電圧Ｖ２（第２の母線電圧）は、３９０Ｖ（ＤＣ）に設定されている。つまり、デルタ結線の場合の母線電圧Ｖ２は、Ｙ結線の場合の母線電圧Ｖ１の１．４倍に設定されている。なお、母線電圧Ｖ２は、母線電圧Ｖ１に対し、Ｖ２≧（Ｖ１／√３）×Ｎ２／Ｎ１であればよい。コンバータ１０２から母線電圧を供給されたインバータ１０３は、コイル３に線間電圧を供給する。インバータ最大出力電圧は、母線電圧の１／√２である。

図４９は、Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、コンバータ１０２で母線電圧を切り替え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４９に示すように、コイル３の結線状態がＹ結線である場合の線間電圧（実線）は、最大で、母線電圧Ｖ１の１／√２（すなわちＶ１×１／√２）となる。コイル３の結線状態がデルタ結線である場合の線間電圧（一点鎖線）は、最大で、母線電圧Ｖ２の１／√２（すなわちＶ２×１／√２）となる。

図５０は、結線切り替え部６０による結線状態の切り替えと、コンバータ１０２による母線電圧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５０に示すように、回転数Ｎ１（暖房中間条件）を含む回転数域では、コイル３の結線状態がＹ結線である。回転数の増加と共に線間電圧が増加し、回転数Ｎ１よりも僅かに低い回転数Ｎ１１で、線間電圧がインバータ最大出力（Ｖ１×１／√２）に達する。これにより、弱め界磁制御が開始される。

回転数がさらに上昇して回転数Ｎ０に達すると、結線切り替え部６０がコイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える。同時に、コンバータ１０２が、母線電圧をＶ１からＶ２に昇圧する。昇圧により、インバータ最大出力はＶ２×１／√２となる。この時点では、相間電圧がインバータ最大出力よりも低いため、弱め界磁制御は行われない。

その後、回転数Ｎの増加と共に線間電圧が増加し、回転数Ｎ２（暖房定格条件）よりも僅かに低い回転数Ｎ２１で、線間電圧がインバータ最大出力（Ｖ２×１／√２）に達し、これにより弱め界磁制御が開始される。なお、回転数Ｎ２１は、回転数Ｎ２よりも５％低い回転数（すなわちＮ２１＝Ｎ２×０．９５）である。

本実施の形態では、上記の通り、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴと閾値ΔＴｒとの比較結果に基づいて、コイル３の結線状態を切り替えている。回転数Ｎ０におけるＹ結線からデルタ結線への切り替えは、図３４のステップＳ１０８および図３６のステップＳ１３１〜Ｓ１３４に示したＹ結線からデルタ結線への切り替えに対応している。

この場合の電動機効率の改善効果について説明する。図５１は、Ｙ結線とデルタ結線のそれぞれについて、電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。図５１において、コイル３の結線状態がＹ結線である場合の電動機効率（実線）は、図４５に示したＹ結線での電動機効率と同様である。一方、コイル３の結線状態がデルタ結線である場合の電動機効率（一点鎖線）は、コンバータ１０２の母線電圧が上昇するため、図４５に示したデルタ結線での電動機効率よりも高い。

図５２は、結線切り替え部６０による結線状態の切り替えと、コンバータ１０２による母線電圧の切り替えを行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１１（回転数Ｎ１よりも僅かに低い回転数）のときに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が設定されているため、回転数Ｎ１を含む回転数域で高い電動機効率が得られる。

回転数が上記の回転数Ｎ１１に達すると、弱め界磁制御が開始され、さらに回転数Ｎ０に達すると、コイル３の結線状態がＹ結線からデルタ結線に切り替えられ、また、コンバータ１０２により母線電圧が上昇する。

母線電圧の上昇によってインバータ最大出力電圧も上昇するため、線間電圧はインバータ最大出力電圧よりも低くなり、その結果、弱め界磁制御は停止する。弱め界磁制御の停止により、弱め電流に起因する銅損が低減するため、電動機効率は上昇する。

さらに、回転数Ｎが回転数Ｎ２（暖房定格条件）よりも僅かに小さい回転数Ｎ２１に達すると、線間電圧がインバータ最大出力電圧に達し、弱め界磁制御が開始される。弱め界磁制御の開始により銅損が増加するが、コンバータ１０２により母線電圧が上昇しているため、高い電動機効率が得られる。

すなわち、図５２に実線で示すように、回転数Ｎ１（暖房中間条件）および回転数Ｎ２（暖房定格条件）の両方で、高い電動機効率が得られる。

次に、電動機トルクの改善効果について説明する。図５３は、コイル３の結線状態がＹ結線の場合とデルタ結線の場合のそれぞれについて、電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。Ｙ結線の場合の電動機トルク（実線）は、図４２と同様である。デルタ結線の場合の電動機トルク（一点鎖線）は、回転数Ｎ２（暖房定格条件）よりも僅かに低い回転数Ｎ２１で弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに低下する。

図５４は、コイル３の結線状態をＹ結線とし、回転数Ｎ１１のときに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Ｎ０（＞Ｎ１）でＹ結線からデルタ結線に切り替え、さらに母線電圧を昇圧させた場合の電動機トルクと回転数との関係を示すグラフである。図５４に示すように、回転数Ｎ１（暖房中間条件）よりも僅かに低い回転数Ｎ１１で弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。

回転数Ｎがさらに増加して回転数Ｎ０に達すると、コイル３の結線状態がＹ結線からデルタ結線に切り替えられ、さらに母線電圧が上昇する。デルタ結線への切り替えと母線電圧の上昇により、線間電圧がインバータ最大出力電圧よりも低くなるため、弱め界磁制御が停止する。これにより、電動機トルクは上昇する。その後、回転数Ｎ２（暖房定格条件）よりも僅かに低い回転数Ｎ２１で弱め界磁制御が開始されると、回転数Ｎの増加とともに電動機トルクが低下する。

このように、デルタ結線への切り替え後、回転数Ｎが回転数Ｎ２１（回転数Ｎ２よりも僅かに小さい回転数）に達するまでは弱め界磁制御が行われないため、特に回転数Ｎ２（暖房定格条件）を含む回転数域において、電動機トルクの低下を抑制することができる。

すなわち、図５４に実線で示すように、回転数Ｎ１（暖房中間条件）および回転数Ｎ２（暖房定格条件）の両方で、高い電動機トルクが得られる。つまり、空気調和機５の暖房中間条件および暖房定格条件の両方において、高い性能（電動機効率および電動機トルク）を得ることができる。

なお、コンバータ１０２の電圧を昇圧すると、昇圧に伴う損失が発生するため、電動機効率への寄与率の最も大きい暖房中間条件での結線状態（すなわちＹ結線）では、電源電圧を昇圧せずに利用することが好ましい。電源１０１の電源電圧は２００Ｖ（実効値）であり、最大値は２８０Ｖ（＝２００Ｖ×√２）である。そのため、Ｙ結線の場合のコンバータ１０２の母線電圧（２８０Ｖ）は、電源電圧の最大値と同じと言うことができる。

また、インバータ１０３に供給される母線電圧の切り替えは、電源電圧を昇圧または降圧させることにより行っても良い。

また、上記の空気調和機５の運転制御では、回転数Ｎ１（暖房中間条件）でＹ結線とし、回転数Ｎ２（暖房定格条件）でデルタ結線としたが、具体的な負荷条件が決まっていない場合には、回転数Ｎ１をＹ結線で運転する最大回転数とし、回転数Ｎ２をデルタ結線で運転する最大回転数として、電圧レベルを調整してもよい。このように制御しても、電動機１の効率を向上することができる。

上述したように、家庭用の空気調和機５では、回転数Ｎ１を暖房中間条件の回転数とし、回転数Ｎ２を暖房定格条件の回転数とすることで、電動機１の効率を向上することができる。

＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態では、室内温度Ｔａに基づいてコイル３の結線状態を切り替えているため、短い時間で結線状態を切り替えることができる。そのため、例えば部屋の窓を開けた場合のような空気調和機５の急激な負荷変動に対して、圧縮機４１の運転状態を迅速に対応させることができ、快適性を向上することができる。

また、コイル３の結線状態を切り替える前に電動機１の回転を停止させるため、結線切り替え部６０をリレー接点で構成した場合であっても、結線切り替え動作の信頼性を確保することができる。

また、コイル３の結線状態を、Ｙ結線（第１の結線状態）と、第１の結線状態よりも線間電圧が低いデルタ結線（第２の結線状態）とで切り替えるため、電動機１の回転数に合った結線状態を選択することができる。

また、室内温度センサ５４により検出した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差（温度差ΔＴ）の絶対値が閾値ΔＴｒより大きい場合に、コイル３の結線状態をデルタ結線（第２の結線状態）に切り替えるため、空調負荷が大きい場合に電動機１の回転数を増加させ、高い出力を発生することができる。

また、温度差ΔＴの絶対値が閾値ΔＴｒ以下である場合に、コイル３の結線状態をＹ結線（第１の結線状態）に切り替えるため、空調負荷が低い場合の運転効率を向上することができる。

また、Ｙ結線（第１の結線状態）およびデルタ結線（第２の結線状態）のそれぞれにおいて、電動機１の回転数に応じて弱め界磁制御を行うため、線間電圧がインバータ最大出力電圧に達しても電動機１の回転数を上昇させることができる。

また、結線切り替え部６０によるコイル３の結線状態の切り替えに応じて、コンバータ１０２が母線電圧の大きさを変化させるため、結線状態の切り替えの前後のいずれにおいても、高い電動機効率および高い電動機トルクを得ることができる。

また、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差と閾値との比較に加えて、電動機１の回転数を基準値と比較し、その比較結果に基づいてコイル３の結線状態を切り替えるようにすれば、結線切り替えが頻繁に繰り返されることを効果的に抑制できる。

また、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの比較に加えて、インバータ１０３の出力電圧を基準値と比較し、その比較結果に基づいてコイル３の結線状態を切り替えるようにすれば、結線切り替えが頻繁に繰り返されることを効果的に抑制できる。

また、制御装置５０が、リモコン５５から信号受信部５６を介して運転停止信号を受信した場合、コイル３の結線状態がＹ結線からデルタ結線に切り替わった後、制御装置５０は空気調和機５の運転を終了させる。コイル３の結線状態が既にデルタ結線である場合には、その結線状態が維持される。したがって、空気調和機５の運転開始時（起動時）に、コイル３の結線状態がデルタ結線の状態で空気調和機５の運転を開始させることができる。これにより、室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴが大きい場合でも、デルタ結線の状態で空気調和機５の運転を開始させることができ、室内温度Ｔａを迅速に設定温度Ｔｓに近づけることができる。

さらに、本実施の形態によれば、コイル３の結線状態に適したキャリア周波数で電動機１を駆動することにより、電動機１の効率を高めることができる。

第１の変形例．
次に、本実施の形態の第１の変形例について説明する。上記の本実施の形態では、コイルの結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える回転数Ｎ０（すなわち、温度差ΔＴと閾値ΔＴｒとが同じになるときの回転数）と、デルタ結線からＹ結線に切り替える回転数Ｎ０（温度差）とが同じであったが、異なる回転数であってもよい。

図５５（Ａ）および（Ｂ）は、結線切り替え部６０による結線状態の切り替えおよびコンバータ１０２による母線電圧の切り替えを行った場合の電動機効率と回転数との関係を示すグラフである。図５５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コイル３の結線状態をＹ結線からデルタ結線に切り替える回転数Ｎ４と、デルタ結線からＹ結線に切り替える回転数Ｎ５とは、互いに異なっている。

また、コンバータ１０２による母線電圧の切り替えは、コイル３の結線状態の切り替えと同時に行われる。すなわち、Ｙ結線からデルタ結線に切り替える回転数Ｎ４では、母線電圧が昇圧される。一方、デルタ結線からＹ結線に切り替える回転数Ｎ５では、母線電圧が降圧される。

このような制御は、例えば、図３４のステップＳ１０７の閾値ΔＴｒと、ステップＳ１０８の閾値ΔＴｒを、互いに異なる値に設定することによって実行することができる。図５５（Ａ）および（Ｂ）に示した例では、Ｙ結線からデルタ結線に切り替える回転数Ｎ４が、デルタ結線からＹ結線に切り替える回転数Ｎ５よりも大きいが、大小が逆であってもよい。第１の変形例における他の動作および構成は、上述の実施の形態と同様である。

この第１の変形例においても、室内温度Ｔａに基づいてコイル３の結線状態を切り替えることで、空気調和機５の急激な負荷変動に対して、圧縮機４１の運転状態を迅速に対応させることができる。また、コイル３の結線状態の切り替えに応じてコンバータ１０２の母線電圧を切り替えることにより、高い電動機効率を得ることができる。

第２の変形例．
次に、本実施の形態の第２の変形例について説明する。上記の実施の形態では、コンバータ１０２の母線電圧を２段階（Ｖ１／Ｖ２）に切り替えたが、図５６に示すように、３段階に切り替えてもよい。

図５６は、第２の変形例において、結線状態の切り替えと、コンバータ１０２の母線電圧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５６の例では、暖房中間条件に相当する回転数Ｎ１（Ｙ結線）ではコンバータ１０２の母線電圧をＶ１とし、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２（暖房定格条件）との間の回転数Ｎ６で、Ｙ結線からデルタ結線に切り替え、同時に、母線電圧をＶ２に昇圧している。

さらに、回転数Ｎ２よりも高い回転数Ｎ７において、結線状態はそのままで、コンバータ１０２の母線電圧をＶ３に昇圧している。この回転数Ｎ７から最高回転数Ｎ８までは、コンバータ１０２の母線電圧はＶ３である。第２の変形例における他の動作および構成は、本実施の形態と同様である。

このように、第２の変形例では、コンバータ１０２の母線電圧をＶ１、Ｖ２、Ｖ３の３段階に切り替えているため、特に高回転速度域において、高い電動機効率および高い電動機トルクを得ることができる。

なお、母線電圧の切り替えは、２段階または３段階に限らず、４段階以上であってもよい。また、第１の変形例（図５５）において、コンバータ１０２の母線電圧を３段階以上に切り替えてもよい。

第３の変形例．
次に、本実施の形態の第３の変形例について説明する。上記の実施の形態では、コイル３の結線状態をＹ結線とデルタ結線とで切り替えた。しかしながら、コイル３の結線状態を第１の結線状態としての直列接続と第２の結線状態としての並列接続とで切り替えてもよい。

図５７（Ａ）および（Ｂ）は、第３の変形例のコイル３の結線状態の切り替えを説明するための模式図である。図５７（Ａ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３ＷはＹ結線により結線されている。さらに、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃは直列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは直列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは直列に接続されている。すなわち、３相コイルであるコイル３は、相毎に直列に結線されている。

一方、図５７（Ｂ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３ＷはＹ結線により結線されているが、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃは並列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは並列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは並列に接続されている。すなわち、３相コイルであるコイル３は、相毎に並列に結線されている。図５７（Ａ）および（Ｂ）に示したコイル３の結線状態の切り替えは、例えば、コイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗの各コイル部分に切り替えスイッチを設けることによって、実現することができる。

各相において並列接続されたコイル部分の数（すなわち列数）をｎとすると、直列接続（図５７（Ａ））から並列接続（図５７（Ｂ））に切り替えることにより、線間電圧は１／ｎ倍に低下する。従って、線間電圧がインバータ最高出力電圧に接近した際に、コイル３の結線状態を直列接続から並列接続に切り替えることにより、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。

性能改善の対象となる負荷条件が２つあり、低速側の回転数Ｎ１と、高速側の回転数Ｎ２とが、（Ｎ２／Ｎ１）＞ｎを満足する場合には、コイル３の結線状態を直列接続から並列接続に切り替えただけでは線間電圧がインバータ最大出力電圧よりも大きくなるため、弱め界磁制御が必要となる。そこで、本実施の形態で説明したように、コイル３の結線状態を直列接続から並列接続に切り替えると同時に、コンバータ１０２の母線電圧を昇圧する。これにより、回転数Ｎ１を含む回転数域と回転数Ｎ２を含む回転数域の何れにおいても、高い電動機効率および高い電動機トルクが得られる。

図５８（Ａ）および（Ｂ）は、第３の変形例の別の構成例を説明するための模式図である。図５８（Ａ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはデルタ結線により結線されている。さらに、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃは直列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは直列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは直列に接続されている。すなわち、コイル３の各相のコイル部分は直列に接続されている。

一方、図５８（Ｂ）では、３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはデルタ結線により結線されているが、コイル３Ｕのコイル部分Ｕａ，Ｕｂ，Ｕｃは並列に接続され、コイル３Ｖのコイル部分Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは並列に接続され、コイル３Ｗのコイル部分Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃは並列に接続されている。すなわち、コイル３の各相のコイル部分は並列に接続されている。

この場合も、図５７（Ａ）および（Ｂ）に示した例と同様に、性能改善の対象となる２つの負荷条件のうち、低速側の回転数Ｎ１と高速側の回転数Ｎ２とが（Ｎ２／Ｎ１）＞ｎを満足する場合に、コイル３の結線状態を直列接続（図５７（Ａ））から並列接続（図５７（Ｂ））に切り替え、同時にコンバータ１０２の母線電圧を昇圧する。第３の変形例における他の動作および構成は、本実施の形態と同様である。昇圧後の母線電圧Ｖ２は、昇圧前の母線電圧Ｖ１に対し、Ｖ２≧（Ｖ１／ｎ）×Ｎ２／Ｎ１であればよい。

このように、第３の変形例では、コンバータ１０２の結線状態を直列接続と並列接続とで切り替えることにより、弱め界磁の程度を小さく抑え、電動機効率を向上することができる。また、母線電圧Ｖ１，Ｖ２および回転数Ｎ１，Ｎ２が、Ｖ２≧（Ｖ１／ｎ）×Ｎ２／Ｎ１を満足することにより、回転数Ｎ１，Ｎ２において高い電動機効率および電動機トルクを得ることができる。

なお、第１の変形例および第２の変形例において、直列接続（第１の結線状態）と並列接続（第２の結線状態）とを切り替えてもよい。

第４の変形例．
上述した実施の形態では、室内温度センサ５４によって検出した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの差ΔＴの絶対値を閾値ΔＴｒと比較して、コイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えたが、室内温度Ｔａに基づいて空調負荷を算出し、空調負荷に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えてもよい。

図５９は、第４の変形例の空気調和機の基本動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、本実施の形態と同様である。ステップＳ１０４で電動機１を起動したのち、運転停止信号を受信していなければ（ステップＳ１０５）、制御装置５０は、室内温度センサ５４で検出した室内温度Ｔａと、リモコン５５により設定された設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴを取得し（ステップＳ２０１）、この温度差ΔＴに基づき、空調負荷を算出する（ステップＳ２０２）。

次に、算出した空調負荷に基づき、コイル３のデルタ結線からＹ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がデルタ結線であって、なお且つ、ステップＳ２０２で算出した空調負荷が閾値（空調負荷の基準値）以下か否かを判断する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線で、且つ空調負荷が閾値以下であれば、図３５に示したステップＳ１２１〜Ｓ１２４の処理を行う。図３５のステップＳ１２１〜Ｓ１２４では、本実施の形態で説明したように、デルタ結線からＹ結線への切り替えおよびコンバータ１０２による母線電圧の降圧を行う。

上記ステップＳ２０３での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線でない場合（Ｙ結線である場合）、あるいは、空調負荷が閾値より大きい場合（すなわちＹ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がＹ結線であって、なお且つ、ステップＳ２０２で算出した空調負荷が閾値より大きいか否かを判断する。

ステップＳ２０４での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線で、且つ、空調負荷が閾値より大きければ、図３６に示したステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理を行う。図３６のステップＳ１３１〜Ｓ１３４では、本実施の形態で説明したように、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えおよびコンバータ１０２による母線電圧の昇圧を行う。

上記ステップＳ２０４での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線でない場合（デルタ結線である場合）、あるいは、空調負荷が閾値より小さい場合（すなわちデルタ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ１０５に戻る。運転停止信号を受信した場合の処理（ステップＳ１０９〜Ｓ１１１）は、本実施の形態と同様である。第４の変形例における他の動作および構成は、本実施の形態と同様である。

このように、第４の変形例では、室内温度Ｔａに基づいて空調負荷を算出し、算出した空調負荷に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えているため、空気調和機５の負荷変動に対して、圧縮機４１の運転状態を迅速に対応させることができ、快適性を向上することができる。

なお、第１の変形例、第２の変形例および第３の変形例において、空調負荷に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧の切り替えを行ってもよい。

第５の変形例．
上述した実施の形態では、室内温度センサ５４によって検出した室内温度Ｔａと設定温度Ｔｓとの温度差ΔＴに基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えたが、電動機１の回転数に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えてもよい。

図６０は、第５の変形例の空気調和機の基本動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、本実施の形態と同様である。ステップＳ１０４で電動機１を起動したのち、運転停止信号を受信していなければ（ステップＳ１０５）、制御装置５０は、電動機１の回転数を取得する（ステップＳ３０１）。電動機１の回転数は、インバータ１０３の出力電流の周波数であり、電動機１に取り付けた電流センサ等を用いて検出することができる。

次に、この電動機１の回転数に基づき、コイル３のデルタ結線からＹ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がデルタ結線であって、なお且つ、電動機１の回転数が閾値（回転数の基準値）以下か否かを判断する（ステップＳ３０２）。

暖房運転の場合、ステップＳ３０２で用いる閾値は、暖房中間条件に相当する回転数Ｎ１と、暖房定格条件に相当する回転数Ｎ２との間の値（より望ましくは中間値）であることが望ましい。また、冷房運転の場合、ステップＳ３０２で用いる閾値は、冷房中間条件に相当する回転数Ｎ１と、冷房定格条件に相当する回転数Ｎ２との間の値（より望ましくは中間値）であることが望ましい。

例えば冷凍能力６．３ｋＷの家庭用の空気調和機の場合、暖房中間条件に相当する回転数Ｎ１が３５ｒｐｓであり、暖房定格条件に相当する回転数Ｎ２が８５ｒｐｓであるため、ステップＳ３０２で用いる閾値は、回転数Ｎ１と回転数Ｎ２との中間値である６０ｒｐｓが望ましい。

但し、電動機１の回転数は変動する可能性がある。そのため、このステップＳ３０２では、電動機１の回転数が閾値以上である状態が、予め設定した時間に亘って継続するか否かを判断する。

ステップＳ３０２での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線で、且つ電動機１の回転数が閾値以下であれば、図３５に示したステップＳ１２１〜Ｓ１２４の処理を行う。図３５のステップＳ１２１〜Ｓ１２４では、本実施の形態で説明したように、デルタ結線からＹ結線への切り替えおよびコンバータ１０２の母線電圧の降圧を行う。

上記ステップＳ３０２での比較の結果、コイル３の結線状態がデルタ結線でない場合（Ｙ結線である場合）、あるいは、電動機１の回転数が閾値より大きい場合（すなわちＹ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３では、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えの要否を判断する。すなわち、コイル３の結線状態がＹ結線であって、なお且つ、電動機１の回転数が閾値より大きいか否かを判断する。

ステップＳ３０３での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線で、且つ、電動機１の回転数が閾値より大きければ、図３６に示したステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理を行う。図３６のステップＳ１３１〜Ｓ１３４では、本実施の形態で説明したように、Ｙ結線からデルタ結線への切り替えおよびコンバータ１０２の母線電圧の昇圧を行う。

上記ステップＳ３０３での比較の結果、コイル３の結線状態がＹ結線でない場合（デルタ結線である場合）、あるいは、電動機１の回転数が閾値より小さい場合（すなわちデルタ結線に切り替える必要がない場合）には、ステップＳ１０５に戻る。運転停止信号を受信した場合の処理（ステップＳ１０９〜Ｓ１１１）は、本実施の形態と同様である。第５の変形例における他の動作および構成は、本実施の形態と同様である。

このように、第５の変形例では、電動機１の回転数に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧を切り替えることにより、高い電動機効率および高い電動機トルクを得ることができる。

なお、第１の変形例、第２の変形例および第３の変形例において、電動機１の回転数に基づいてコイル３の結線状態およびコンバータ１０２の母線電圧の切り替えを行ってもよい。

なお、ここでは、圧縮機の一例としてロータリー圧縮機８について説明したが、各実施の形態の電動機は、ロータリー圧縮機８以外の圧縮機に適用してもよい。

以上に説明した実施の形態及び各変形例における特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。

以上、本発明の望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変形を行なうことができる。

１ 電動機、 ３，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ コイル、 ５ 空気調和機、 ５Ａ 室内機、 ５Ｂ 室外機、 ８ ロータリー圧縮機（圧縮機）、 ９ 圧縮機構、 １０ ステータ、 １１ ステータコア、 １２ ティース部、 ２０ ロータ、 ２１ ロータコア、 ２５ 永久磁石、 ４１ 圧縮機、 ４２ 四方弁、 ４３ 室外熱交換器、 ４４ 膨張弁、 ４５ 室内熱交換器、 ４６ 室外送風ファン、 ４７ 室内送風ファン、 ５０ 制御装置、 ５０ａ 室内制御装置、 ５０ｂ 室外制御装置、 ５０ｃ 連絡ケーブル、 ５１ 入力回路、 ５２ 演算回路、 ５３ 出力回路、 ５４ 室内温度センサ、 ５５ リモコン、 ５６ 信号受信部、 ５７ ＣＰＵ、 ５８ メモリ、 ６０ 結線切り替え部、 ６１，６２，６３ スイッチ、 ８０ シェル、 ８１ ガラス端子、 ８５ 吐出管、 ９０ シャフト、 １００ 駆動装置、 １０１ 電源、 １０２ コンバータ、 １０３ インバータ。

Claims (15)

1. コイルを備えた永久磁石埋込型電動機を駆動する駆動装置であって、
   前記コイルの結線状態を、第１の結線状態と、前記コイルの線間電圧を前記第１の結線状態よりも下げる第２の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
   前記コイルに電圧を印加するインバータと、
   前記コイルに印加される前記電圧の制御周波数を調整するための前記インバータのキャリア周波数を制御する制御装置と
   を備え、
   前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、第１のキャリア周波数に設定されており、
   前記コイルの結線状態が前記第２の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、前記第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定されている
   駆動装置。
2. 前記第１のキャリア周波数は、前記第２のキャリア周波数よりも大きい請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記インバータにはシリコンカーバイド素子が用いられている請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記インバータには窒化ガリウム素子が用いられている請求項１又は２に記載の駆動装置。
5. 前記結線切り替え部が前記コイルの結線状態の切り替えを行うとき、前記制御装置は、前記切り替えが完了する前に前記永久磁石埋込型電動機の回転が一時的に停止するように前記インバータを制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記永久磁石埋込型電動機が再び駆動した後における前記キャリア周波数が、前記永久磁石埋込型電動機が一時的に停止する前における前記キャリア周波数とは異なるように、前記制御装置は、前記永久磁石埋込型電動機が再び駆動した後における前記キャリア周波数を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記制御装置は、前記第２のキャリア周波数を段階的に切り替える請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記制御装置は、前記永久磁石埋込型電動機の回転数に応じて前記第２のキャリア周波数を切り替える請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置。
9. 前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態から前記第２の結線状態に切り替わった後、前記制御装置は、弱め界磁制御で前記永久磁石埋込型電動機の駆動を制御する請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置。
10. 前記永久磁石埋込型電動機が前記弱め界磁制御で制御されているとき、前記制御装置は、前記第２のキャリア周波数を、前記弱め界磁制御が開始される前の前記第２のキャリア周波数よりも小さくする請求項９に記載の駆動装置。
11. 前記制御装置は、前記第１のキャリア周波数を段階的に切り替える請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動装置。
12. 前記制御装置は、前記永久磁石埋込型電動機の回転数に応じて前記第１のキャリア周波数を切り替える請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動装置。
13. コイルを備えた永久磁石埋込型電動機と、
    前記永久磁石埋込型電動機によって駆動される圧縮機構と、
    前記コイルの結線状態を、第１の結線状態と、前記コイルの線間電圧を前記第１の結線状態よりも下げる第２の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
    前記コイルに電圧を印加するインバータと、
    前記コイルに印加される前記電圧の制御周波数を調整するための前記インバータのキャリア周波数を制御する制御装置と
    を備え、
    前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、第１のキャリア周波数に設定されており、
    前記コイルの結線状態が前記第２の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、前記第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定されている
    圧縮機。
14. 室内機と、
    前記室内機に接続された室外機と
    を備え、
    前記室内機及び前記室外機の少なくとも１つは、コイルを備えた永久磁石埋込型電動機を駆動する駆動装置を有し、
    前記駆動装置は、
    前記コイルの結線状態を、第１の結線状態と、前記コイルの線間電圧を前記第１の結線状態よりも下げる第２の結線状態との間で切り替える結線切り替え部と、
    前記コイルに電圧を印加するインバータと、
    前記コイルに印加される前記電圧の制御周波数を調整するための前記インバータのキャリア周波数を制御する制御装置と
    を有し、
    前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、第１のキャリア周波数に設定されており、
    前記コイルの結線状態が前記第２の結線状態であるとき、前記キャリア周波数は、前記第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定されている
    空気調和機。
15. コイルを備えた永久磁石埋込型電動機の駆動方法であって、
    前記コイルの結線状態を、第１の結線状態と、前記コイルの線間電圧を前記第１の結線状態よりも下げる第２の結線状態との間で切り替えるステップと、
    前記コイルの結線状態が前記第１の結線状態であるとき、前記コイルに印加される電圧の制御周波数を調整するためのインバータのキャリア周波数を、第１のキャリア周波数に設定するステップと、
    前記コイルの結線状態が前記第２の結線状態であるとき、前記キャリア周波数を、前記第１のキャリア周波数とは異なる第２のキャリア周波数に設定するステップと
    を備える永久磁石埋込型電動機の駆動方法。

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