CN102480200B

CN102480200B - 绕组切换装置及使用了该装置的旋转电机

Info

Publication number: CN102480200B
Application number: CN201110240984.7A
Authority: CN
Inventors: 高桥晓史
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: CN102480200A; JP2012110169A; JP5537393B2

Abstract

在利用已存的机械式继电器构成绕组切换装置时，U、V、W各相至少需要两个继电器，因此导致大型化。而且，信号线的数目与继电器的数目成比例地增加，因此会导致配线处理的繁杂化及制造成本的增加。本发明提供一种双稳态继电器，在由具备施加控制电流的绕组的磁轭和可动部构成的绕组切换装置中，所述磁轭具有中空的截面形状和多个朝向所述磁轭的内侧凸出的齿部，所述齿部以相互对置的方式成组，其中的至少一组具备所述绕组，在由具备所述绕组的齿组夹着的状态下隔开规定的空间配置所述可动部。根据本发明，能够提供一种可简化配线的连接工序且小型的绕组切换装置。

Description

绕组切换装置及使用了该装置的旋转电机

技术领域

本发明涉及绕组切换装置及使用了该绕组切换装置的旋转电机。

背景技术

在专利文献1中公开有一种设有切换装置而将绕组连接方式切换成串联或并联的技术。即，通过形成为对卷绕在电枢的各相上的多个绕组进行串联连接且较大地设计匝数的状态，而实现电动机保持将逆变器的电流容许值抑制得较小的状态下能得到大转矩的目的。而且，电动机通过形成为对绕组进行并联连接并较少地设计匝数的状态，而能够扩大高速旋转区域(参照图2)。

在专利文献2中公开有一种不通电而通过使用永久磁铁来维持接通状态的结构。

【专利文献1】日本特开2005-354807号公报

【专利文献2】日本特开2004-227966号公报

然而，在上述专利文献1的技术中，在电动机的驱动时由于始终对开关元件通电，因此会产生所谓导通损。即，在切换装置部分产生新的能量损失，因此在提高包括逆变器和电动机在内的系统整体的能量效率的观点上，未必能说是良策。因此，作为绕组切换装置，优选使用电动机驱动时的能量损失少的机械式继电器，尤其是优选使用双稳态继电器的方法。

双稳态继电器是指具有多个端子且能够对其中两个端子间通电的装置。通常由成为电流的通电路径的端子部和能够自如地调节端子部的连接方式的电磁铁部构成。端子部多由2接点或3接点构成。电磁铁部周知有为了维持接点的接通连接状态而连续地通电的结构，但在抑制电力消耗的观点上，如专利文献2所示，优选不通电而通过使用永久磁铁来维持接通状态的结构。

但是，在上述专利文献2所记载的电磁铁结构中，磁性的间隙长度增大，在切换连接状态时需要大的磁动势(绕组的匝数与通电电流的积)。因此，需要增多电磁铁绕组的匝数或者需要加粗电磁铁绕组的线径来耐受大电流，从而会导致电磁铁绕组的大型化甚至绕组切换装置的大型化这样的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够简化配线的连接工序且小型的绕组切换装置及使用了该装置的旋转电机。

作为具备使用了本发明的绕组切换装置的旋转电机的产品，例如考虑有压缩机、电力机动车及混合动力机动车、风扇、泵等。

为了解决上述课题，如下构成即可：在由具备施加控制电流的绕组的磁轭和可动部构成的绕组切换装置中，所述磁轭具有中空的截面形状和多个朝向所述磁轭的内侧凸出的齿部，所述齿部以相互对置的方式成组，其中的至少一组具备所述绕组，在由具备所述绕组的齿组夹着的状态下隔开规定的空间配置所述可动部。

[发明效果]

根据本发明，能够提供一种可简化配线的连接工序且小型的绕组切换装置。

附图说明

图1是本发明的一实施例的永久磁铁同步机的电枢绕组和绕组切换电路的连接结构图。

图2是电枢绕组的连接状态和转矩-转速特性的关系图。

图3是使用以往的机械式继电器而构成的一相的绕组切换装置的结构图。

图4是本发明的一实施例的绕组切换装置的结构图。

图5是本发明的一实施例的绕组切换装置的结构图。

图6是本发明的一实施例的绕组切换动作部的剖视结构图。

图7是表示本发明的一实施例的绕组切换动作部的动作原理的示意图。

图8是以往的绕组切换动作部的剖视结构图。

图9是本发明的一实施例的绕组切换动作部的剖视结构图。

图10是本发明的一实施例的绕组切换动作部的剖视结构图。

图11是本发明的一实施例的绕组切换动作部的剖视结构图。

图12是本发明的一实施例的绕组切换端子部的立体图。

图13是本发明的一实施例的绕组切换端子部的立体图。

图14是本发明的一实施例的绕组切换装置的立体图。

图15是本发明的一实施例的绕组切换端子部的立体图。

图16是本发明的一实施例的绕组切换端子部的立体图。

图17是本发明的一实施例的绕组切换端子部的俯视图。

图18是本发明的一实施例的绕组切换装置的立体图。

图19是本发明的一实施例的绕组切换端子部的立体图。

符号说明：

1 绕组切换动作部

2 定子

3 定子磁轭

4 具备可动接点的可动件

5 具备电磁铁绕组32的齿

6 具有永久磁铁7的齿

7 永久磁铁

8、21 狭缝

9 可动磁轭

10 永久磁铁7产生的磁通

11 电磁铁绕组32产生的磁通

20 结构部件

30 永久磁铁同步机

31 电枢绕组的端子

32 电磁铁绕组

33 电磁铁的绕组的端子

40 切换端子

50 中性点

60 逆变器(电路)

61 直流电源

62、63 直流电源侧的端子

70 控制电路

200、300 切换端子40的固定部(可动部)

201～206、301～306、401～406 导体板

210、310 绝缘材料

220、320、520、530、620 嵌合部

400 切换端子40的可动部(固定部)

500、600 支承机构

550 引出槽

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一实施例。

【实施例1】

图1是表示本发明的第一实施方式的永久磁铁同步机的电枢绕组与绕组切换电路的连接结构的配线图。该连接结构虽然接近专利文献1所公开的内容，但在使用单一的绕组切换装置来一并切换多个端子连接部的点上不同，切换端子的结构(后面在图3～图5中叙述)及电磁铁部分的结构(后面在图6中叙述)也与专利文献2所记载的结构不同。

在图1中，三相的永久磁铁同步机30和切换端子40与逆变器60连接。具体而言，三相的永久磁铁同步机30的电枢绕组的各相由两个绕组(第一绕组U1、V1、W1、第二绕组U2、V2、W2)构成，第一绕组(U1、V1、W1)的一端经由三相电源用的端子31(在图1中三相分别表示为31U、31V、31W)与逆变器60连接。第一绕组(U1、V1、W1)的另一端与端子T_b1(T_b1U、T_b1V、T_b1W)连接，经由端子T_b2(T_b2U、T_b2V、T_b2W)与中性点50a连接，构成Y接线，或者，经由端子T_b3(T_b3U、T_b3V、T_b3W)向第二绕组连接，构成串联连接。第二绕组(U2、V2、W2)的一端与中性点50b连接并构成Y接线，另一端与端子T_a2(T_a2U、T_a2V、T_a2W)连接。而且，端子T_a3(T_a3U、T_a3V、T_a3W)和端子T_b3(T_b3U、T_b3V、T_b3W)相互连接。

另一方面，逆变器60将直流电源61产生的直流电压E转换成三相的交流电压，并将转换后的交流电压经由端子31(31u、31v、31w)向永久磁铁同步机30的电枢绕组施加。端子31与端子T_a1及第一绕组连接。

构成绕组切换动作部1的电磁铁绕组32(32a、32b)的端子33a、33b与切换控制装置70连接。由此，切换端子40(S_a、S_b)由控制电路70同时切换。控制电路70使用晶体管等半导体元件构成。对第一绕组(U1、V1、W1)和第二绕组(U2、V2、W2)进行串联连接时，如图1所记载那样，控制电路70将端子T_b1和端子T_b3连接，并将端子T_a3和端子T_a2连接。另一方面，在对第一绕组和第二绕组进行并联连接时，控制电路70将端子T_b1和端子T_b2连接，并将端子T_a1和端子T_a2连接。此时，也可以将中性点50a和50b分开，也可以将它们短路。在图1中，第一绕组和第二绕组串联连接，中性点50a和50b分开。需要说明的是，也可以将绕组切换动作部1设置多个，以便于能够独立地操作各相的切换端子。

图2是与电枢绕组的连接状态相应的转矩-旋转速度的特性图。永久磁铁同步机30通过形成为将多个电枢绕组串联连接并设计较多的匝数的状态，从而在将逆变器的电流容许值抑制得较小的状态下能够产生大转矩。另一方面，永久磁铁同步机30通过形成为将多个电枢绕组并联连接并设计较少的匝数的状态，从而能够扩大高速旋转区域。需要说明的是，永久磁铁同步机30在旋转速度低时多以恒定转矩被驱动，在旋转速度升高时多以恒定输出被驱动。

图3是使用以往的机械式继电器构成的一相的绕组切换装置，图3所示的切换端子40相当于图1中的S_aU、T_a1U、T_a2U、T_a3U构成的部分。在图3中，对与图1相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图3的S_aU经由结构部件20而与绕组切换动作部1(在图6中详细叙述)的可动件4连结。控制装置70对卷绕在定子2上的电磁铁绕组32进行通电控制，通过使可动件4上下移动而对切换端子40的连接状态进行自如的切换。端子T_a2U经由导体板401与端子T_a3U连接或经由导体板301与端子T_a1U连接。

在现有技术中构成三相永久磁铁同步机的绕组切换装置时，需要总计六个图3所示那样的切换装置。即，若仅对以往的机械式继电器进行简单组合，则除了端子部分的配线变得复杂且制造工序变得复杂化之外，还存在绕组切换装置的尺寸也变大这样的课题。因此，端子部分的配线简化及切换装置的小型化在实用上极其有用。

图4及图5表示实现绕组切换装置的配线简化及小型化的结构。图4及图5所示的切换端子40相当于图1所示的三相的切换端子S_a、T_a、S_b、T_b。在图4及图5中，对与图1相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。首先，如图4侧视图所示，考虑了将切换端子S_aU、S_bU朝向纸面进深方向跟前侧依次排列，且使S_aU、S_bU与导体板201接触的情况。在此，虽然未图示，但朝向S_aU、S_bU的纸面进深方向跟前侧还依次排列有S_aV、S_bV、S_aW、S_bW。所述六个切换端子经由结构部件20而与绕组切换动作部1(在图6中详细叙述)的可动件4连结。控制装置70对卷绕在定子2上的电磁铁绕组32进行通电控制，通过使可动件4上下移动而对切换端子40的连接状态进行自如的切换。

在图4俯视图中，端子T_b1U和端子T_a2U经由导体板201连接，端子T_b1V和端子T_a2V经由导体板203连接，端子T_b1W和端子T_a2W经由导体板205连接。导体板201、203、205分别被绝缘材料210绝缘。该状态相当于图1所示的第一绕组(U1、V1、W1)与第二绕组(U2、V2、W2)被串联连接的状态，图4的导体板201担负着图1记载的端子T_a3U及T_b3U进行的短路接线的作用。关于图1记载的端子T_a3V及T_b3V、T_a3W及T_b3W进行的短路接线的作用也同样地由图4的导体板203、205担负。

另一方面，如图5侧视图所示，考虑了将切换装置S_aU、S_bU向纸面进深方向跟前侧排列且使S_aU、_SbU与导体板301、302分别接触的情况。在此，与图4侧视图同样地，朝向S_aU、S_bU的纸面进深方向跟前侧还依次排列有S_aV、S_bV、S_aW、S_bW。所述六个切换端子经由结构部件20而与绕组切换动作部1(在图6中详细叙述)的可动件4连结，在图4中，可动件4位于上侧，相对于此，在图5中，可动件4位于下侧。在图5俯视图中，端子T_b1U、端子T_b1V及端子T_b1W经由导体板302连接，端子T_a1U和端子T_a2U经由导体板301连接，端子T_a1V和端子T_a2V经由导体板303连接，端子T_a1W和端子T_a2W经由导体板305连接。导体板301、302、303、305分别被绝缘材料310绝缘。该状态相当于图1的电路图所示的第一绕组(U1、V1、W1)与第二绕组(U2、V2、W2)被并联连接的状态。即，在图1中，端子T_b1U、T_b1V、T_b1W经由端子T_b2U、T_b2V、T_b2W在中性点50a处被短路，其中图5的导体板302担负着端子T_b2U、T_b2V、T_b2W及中性点50a进行的短路接线的作用。

如以上所述，通过将绕组切换装置形成为图4及图5所示的结构，而能够实现端子部分的配线简化及小型化。绕组切换装置也可以设置在永久磁铁同步机30的电枢绕组内周侧或外周侧的空余空间中，但只要能够有效利用其他的空余空间即可，可以设置在任何地点，也可以新设计与永久磁铁同步机30不同的设置空间来进行设置。通过使用此种绕组切换装置，不增加逆变器容量而能够扩大可变速运转范围。尤其是通过在低速运转时形成为串联连接，而能够提高控制响应性并提高最大转矩。同时，通过减少电流，能够减少逆变器导通损，缓解半导体元件的温度上升，提高逆变器效率。同时，由于增加电感，而电动机电流的高次载波成分减少，因此能得到减少铁损并缓解电动机的温度上升这样的效果。

需要说明的是，图4及图5所记载的切换端子40的可动端子部401～406只要是自如地切换连接状态的结构即可，无需排列成一列，可以是任何结构。关于绕组切换动作部1的设置场所，只要是使可动端子部401～406自如移动的结构即可，可以是任何配置。

另外，在永久磁铁同步机30的电枢绕组由各相n个(n为自然数)的绕组构成的情况下，通过使用与上述同样地构成的绕组切换装置，也能够切换串联连接和并联连接。而且，在永久磁铁同步机30的电枢绕组由各相2n个绕组构成时，可以将两并联的绕组连接成n个串联。同样地，在永久磁铁同步机30的电枢绕组由各相m×n个(m为3以上的自然数)的绕组构成时，可以将m并联的绕组连接成n个串联。而且，在上述中，也可以连接成不对永久磁铁同步机30的构成电枢绕组的全部多个绕组进行通电而仅对一部分的绕组进行通电。

另外，通过使用与上述同样构成的绕组切换装置，也能够将永久磁铁同步机30的电枢绕组自如地切换成Y接线及Δ接线。

另外，上述的绕组切换装置也可以适用于发电机。

另外，上述的绕组切换装置也可以适用于单相电动机。在单相电动机的情况下，通过利用多组线圈构成收纳在1槽中的线圈，而能够有效地切换串联连接和并联连接。

电磁铁绕组32的通电电流由控制电路70控制。控制电路使用晶体管等半导体元件构成。需要说明的是，在将电动机的电枢绕组的端子和切换端子40连接时，在接点成为接通的瞬间流过大电流，有可能在接点发生电火花而引起烧焦。为了防止这种情况，也可以使用电火花消除器(将电容器和电阻器串联连接的电子部件)和非线性电阻(吸收过电压的半导体元件)，与接点并联连接。

图6是本发明的一实施例的绕组切换动作部1的剖视结构图。在由施加用于切换可动件4的状态的控制电流的绕组32a(32a1与32a2的组)、32b(32b1与32b2的组)、具备它们的齿5a、5b、以及具备可动接点的可动件4所构成的绕组切换动作部中，磁轭3具有中空的截面形状，且具有多个朝向所述磁轭3的内侧凸出的齿部，并且，所述齿部以相互对置的方式成组，其中的至少一组具备施加所述控制电流的绕组32a、绕组32b，以由具备所述绕组32a、32b的齿5a、5b夹着的方式且隔开规定的空隙配置所述可动件4。与具备所述绕组32a、32b的齿5a、5b为不同的齿组，且具有与具备所述绕组32a、32b的齿5a、5b的对置轴不同的对置轴的齿6a、6b分别具有永久磁铁7a、7b，永久磁铁7a、7b的易磁化方向是具有永久磁铁的齿6a、6b的凸出方向，且对置的永久磁铁7a、7b的内侧的磁极为同极，以由具备所述永久磁铁的齿6a、6b夹着的方式且隔开规定的空隙配置所述可动件4。构成可动件4的可动磁轭9由磁性体构成，既可以使用层叠钢板，也可以使用块状铁心等，或成形出压粉磁心等。而且，还可以通过压粉磁心和粘结磁铁将可动磁轭9和永久磁铁7一体成形。

图7是表示图6记载的绕组切换动作部的动作原理的示意图。在图7中，对与图6相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。

图7(a)成为可动件4位于下侧的结构，与图5记载的结构相同。电磁铁绕组32a、32b未被励磁。永久磁铁7a、7b产生的磁通10a、10b成为由实线所示的路径。即，从永久磁铁7a、7b朝向中空部分产生的磁通经由可动磁轭9向齿5b侧透过，在齿5b的根侧分成两部分，分别经由定子磁轭3向永久磁铁7a、7b返回。此时，可动磁轭9和齿5b都被向下磁化，因此在两者之间产生磁性的吸引力。由此，即使在未对电磁铁绕组32励磁的状态下，可动件4也被固定成位于下侧的状态，即在图5记载的状态下保持切换端子40。

图7(b)表示可动件4在位于下侧的状态下对电磁铁绕组32a、32b进行了励磁的情况。通过励磁成在绕组32a产生与永久磁铁7a、7b的磁化方向相同的方向的磁通(沿着从纸面出来的方向对绕组32a1通电，向纸面进深方向对绕组32a2通电)，而绕组32a产生的磁通11a成为由虚线表示的路径。即，向上透过齿5a的磁通在齿5a的根侧分成两部分，分别经由定子磁轭3透过永久磁铁7a、7b，并从那里朝向中空部分，经由可动磁轭9向齿5a侧返回。此时，可动磁轭9下部和齿5a都被向上磁化，因此在两者之间会产生磁性的吸引力。另一方面，通过励磁成在绕组32b产生与永久磁铁7a、7b的磁化方向反向的磁通(沿着从纸面出来的方向对绕组32b1通电，向纸面进深方向对绕组32b2通电)，而绕组32b产生的磁通11b成为由虚线表示的路径。即，从齿5b朝向中空部分产生的磁通经由可动磁轭9分成二部分，分别透过永久磁铁7a、7b，经由定子磁轭3向齿5b返回。此时，永久磁铁7a及7b产生的磁通10a及10b和绕组32b产生的磁通11b相互反向产生，因此可动磁轭9上部和齿5b的磁化减小，在图7(a)中，两者之间产生的磁性的吸引力下降。如以上所述，可动磁轭9下部和齿5a的磁性的吸引力成为支配性的，从而可动件4离开齿5b向齿5a侧移动。

图7(c)表示以与图7(b)同样的励磁状态使可动件4向上侧移动的状态。绕组32a、32b产生的磁通11a、11b成为由虚线表示的路径。另一方面，永久磁铁7a、7b产生的磁通10a、10b成为由实线表示的路径。即，从永久磁铁7a、7b朝向中空部分产生的磁通经由可动磁轭9向齿5a侧透过，在齿5a的根侧分成两部分，分别经由定子磁轭3向永久磁铁7a、7b返回。此时，可动磁轭9和齿5a都被向上磁化，因此在两者之间产生磁性的吸引力。而且，磁通10a、10b、11a产生的磁化全部为同一方向，因此磁性吸引力的大小比图7(a)、(b)记载的情况增大。因此，结构部件20的机械强度需要设计成耐受图7(c)记载的状态下的磁性吸引力，由于适用高强度材料而有可能会导致成本增加。因此，优选将图7(c)记载的状态下的磁性吸引力设计得较小，关于此在图9中进行说明。

若去除图7(c)的励磁状态，则在可动件4位于上侧的状态下，绕组32a、32b产生的磁通11a、11b消失，而永久磁铁7a、7b产生的磁通10a、10b保留。此时，可动磁轭9和齿5a都被向上磁化，因此两者之间产生磁性的吸引力。该状态与图7(a)记载的状态相对。如上所述，在未对电磁铁绕组32励磁的状态下，可动件4也被固定成位于上侧的状态，即在图4记载的状态下保持切换端子40。

图8是在先文献2记载的绕组切换动作部1的剖视结构图。在图8中，对与图6相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图8的结构与图6的不同点在于没有齿5a、5b的点。在形成为此种结构时，除了绕组32a、32b任一个的泄漏磁通都变大(在图8中，绕组32a对应于此)之外，可动磁轭9与定子磁轭3的磁性的间隙长度也变大(在图8中，绕组32a侧的间隙对应于此)，因此需要增多电磁铁绕组的匝数或加粗电磁铁绕组的线径而耐受大电流，从而会导致电磁铁绕组的大型化及绕组切换装置的大型化。

如上所述，根据本发明，在绕组切换动作部1的状态切换时，能够大幅度地减小流过线圈的控制电流或大幅度地实现磁轭及线圈的小型化。而且，通过永久磁铁的吸引力能够将双稳态继电器维持成动作状态及休止状态，因此无需使用复位弹簧等，从而能够实现双稳态继电器的小型化。

图9是本发明的一实施例的绕组切换动作部1的剖视结构图。在图9中，对与图6相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图9的结构与图6的不同点在于可动磁轭9中设置了进深方向的狭缝21的点。通过形成为此种结构，能够减小图7(c)记载的磁通11a产生的磁化，在机械强度的小的结构部件20中也能够构成。

图10是本发明的一实施例的绕组切换动作部1的剖视结构图。在图10中，对与图6相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图10的结构与图6不同的点在于没有齿6a、6b且将永久磁铁7a、7b配置在可动磁轭9的左右端部的点。在此种结构中，与图6记载的绕组切换动作部同样地，能够实现切换端子40的切换、保持。需要说明的是，通过在可动磁轭9设置狭缝，与图9中说明的效果同样地，在机械强度小的结构部件20中也能够构成。

图11是本发明的一实施例的绕组切换动作部1的剖视结构图。在图11中，对与图6相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图11的结构与图6的不同点在于将定子磁轭3上下分割且由定子磁轭3a、3b构成的点、以及将永久磁铁7a、7b埋入到可动磁轭9中的方式配置的点。在此种结构中，与图6记载的绕组切换动作部同样地，能够实现切换端子40的切换、保持。需要说明的是，通过在可动磁轭9设置狭缝，而与例如图9中说明的效果同样地，在机械强度小的结构部件20中也能够构成。

【实施例2】

图12是切换端子40的另一方式的一实施例的立体图。在图12中，对与图4及图5相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。切换端子40的可动部400通过绕组切换动作部1(未图示)能够自如地上下移动，成为与切换端子40的固定部200及300中的任一个重合的结构。

可动部400由非导电部件构成，具备相互电绝缘的导体板401～406。在导体板401上接合有端子T_a2U，端子T_a2U既可以直接安装在面401c上，也可以在面401c上设置突起状的端子接合部进行接合，还可以形成为通过线束等与所述突起部嵌合的结构。而且，若确保与其他导体板的电绝缘，则可以与面400a的一部分或其它部位等任何部位接合。关于其它的导体板402～406也同样地，导体板402与端子T_b1U接合，导体板403与端子T_a2V接合，导体板404与端子T_b1V接合，导体板405与端子T_a2W接合，导体板406与端子T_b1W接合。导体板401～406具有与固定部200相接的面401b～406b、与固定部300相接的面401d～406d，在面401c～406c的相反侧的面400a上没有导体板。但是，若确保导体板彼此的电绝缘，则也可以在面400a上设置导体板，而且，导体板401～406的形状也可以各不相同。

固定部200具备导体板201、203、205，但在图12中，由于位于固定部200的阴影中，因此图13表示对固定部200、300及可动部400进行了透明化的状态。

在图13中，导体板201由面201b、212、202b构成，同样地，导体板203由面203b、234、204b构成，导体板205由面205b、256、206b构成。可动部400与固定部200重合时，可动部400的分别与面401b、402b的固定部200的面201b、202b相接的、即与面401c和402c分别接合的端子T_a2U和T_b1U被导体板201电短路。同样地，可动部400的面403b、404b分别与固定部200的面203b、204b相接，面405b、406b分别与面205b、206b相接。即，与面403c和404c分别接合的端子T_a2V和T_b1V被导体板203电短路，与面405c和406c分别接合的端子T_a2W和T_b1W被导体板205电短路。该状态与图4记载的状态等价，即卷绕在永久磁铁同步机30上的第一绕组和第二绕组(参照图1)成为串联连接。与图4的结构不同的点在于，导体板201、203、205配置成相互高低不同，在导体板201与203之间通过配置面223而能够确保规定的绝缘距离，同样地，在导体板203与205之间配置面245，由此，不需要图4记载的绝缘材料210。

另一方面，固定部300具备导体板301、303、305，导体板301由面301c、301d构成，同样地，导体板303由面303c、303d构成，导体板305由面305c、305d构成，导体板302由面302c、302d、304c、304d、306c、306d构成。

在导体板301上接合有端子T_a1U，端子T_a1U可以直接安装在面301c上，也可以在面301c上设置突起状的端子接合部来进行接合，还可以使用线束等与所述突起部嵌合。而且，若确保与其他的导体板的电绝缘，则可以接合在任何部位。

关于导体板303、305也同样地，在导体板303上接合端子T_a1V，在导体板305上接合端子T_a1W。在可动部400与固定部300重合时，可动部400的面401d～406d分别与固定部300的面301d～306d相接。即，与面401c接合的端子T_a2U和与面301c接合的端子T_a1U被电短路，同样地，与面403c接合的端子T_a2V和与面303c接合的端子T_a1V被电短路。而且，与面405c接合的端子T_a2W和与面305c接合的端子T_a1W被电短路。而且，与面402c接合的端子T_b1U、与面404c接合的端子T_b1V、以及与面406c接合的端子T_b1W都被导体板302电短路。该状态与图5记载的状态等价。即永久磁铁同步机30具备的第一绕组和第二绕组成为并联连接(参照图1)。

与图5的结构不同的点在于，导体板301～306相互高度不同地配置，通过在导体板301～306之间配置面312、323、334、345、356，而能够确保规定的绝缘距离，由此，不需要图5记载的绝缘材料310。

图14表示使用了图12的结构的一方式的整体结构的立体图。在图14中，对与图12相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。构成切换端子40的固定部200及300、可动部400与图12记载的结构相同。

在固定部200及300上设有嵌合用的凹部220及320，通过使设置在支承机构500上的嵌合用的凸部520及530嵌合于此，而对固定部200进行支承。同样地，在可动部400也设有嵌合用的凹部420(未图示)，通过使设置在支承机构600上的嵌合用的凸部620嵌合于此，而对可动部400进行支承。此外，在支承机构600上经由结构部件20连结有绕组切换动作部1的可动件4，能够自如地操作支承机构600和可动部400的上下移动及状态保持。

需要说明的是，绕组切换动作部1不仅与支承机构600连结，而且也可以与支承机构500连结，这种情况下，仅可动部和固定部的作用与上述相反，而作为绕组切换装置的动作原理、连接状态不变。需要说明的是，支承机构500、600优选由非导电性部件构成，但只要能确保与切换端子40的电绝缘即可，也可以由其它材料构成。而且，优选在支承机构500、600上设置导线的引出槽(未图示)。

如图15所示，支承机构500和600成为包括固定部200、300及可动部400的结构，且成为不干涉切换动作时的支承机构600的移动(或支承机构500的移动)那样的结构。由此，能够防止异物向切换端子40的混入、外部短路等，即使在压缩机等的制冷剂填充环境或其他的恶劣的环境下，也能够容易地设置本发明的绕组切换装置。

另外，在永久磁铁同步机30的电枢绕组由各相n个(n为3以上的自然数)的绕组构成时，通过使用与上述同样构成的绕组切换装置，而能够切换串联连接和并联连接。这种情况下，也可以将切换端子40(固定部200、300及可动部400)重叠成n段，由支承机构500及600支承，通过与单一的绕组切换动作部1连结，而对形成n个的并联连接还是串联连接进行切换，还可以将图14记载的绕组切换装置重合成n段，通过分别控制各段的装置，而能够自如地控制并联数。

通过以上的结构，能够实现绕组切换装置的端子部分的配线简化及小型化。绕组切换装置可以设置在永久磁铁同步机30的电枢绕组内周侧或外周侧的空余空间中，只要能够有效地利用其它空余空间即可，也可以设置在任何地点，还可以新设计与永久磁铁同步机30不同的设置空间来进行设置。通过使用此种绕组切换装置，能够不增加逆变器容量而扩大可变速运转范围。

尤其是在低速运转时，通过形成为串联连接，而能够提高控制响应性及最大转矩。同时，通过减少电流，而能够减少逆变器导通损，缓解半导体元件的温度上升，提高逆变器效率。同时，通过增加电感，而减少电动机电流的高频载波成分，因此能得到减少铁损并缓解电动机的温度上升这样的效果。

【实施例3】

图16是切换端子40的另一方式的一实施例的立体图。在图16中，对与图12相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。图16的结构与图12的不同点在于，可动部400及固定部200为圆环状，且在固定部200上除了导体板201、203、205之外还具备导体板301～306的点。可动部400通过绕组切换动作部1(未图示)能够自如地旋转，且与固定部200的面201b～206b相接或与面301d～306d相接。

可动部400由非导电部件构成，且具备相互电绝缘的导体板401～406。在导体板401上接合有端子T_a2U，端子T_a2U既可以直接安装在面401c上，也可以在面401c上设置突起状的端子接合部而进行接合，还可以通过线束等与所述突起部嵌合。而且，只要能确保与其它的导体板的电绝缘即可，也可以与面400a的一部分或其它部位等任何部位接合。关于其它导体板402～406也同样地，导体板402与端子T_b1U接合，导体板403与端子T_a2V接合，导体板404与端子T_b1V接合，导体板405与端子T_a2W接合，导体板406与端子T_b1W接合。导体板401～406具有与导体板201b～206b相接的面401b～406b和与导体板301d～306d相接的面401d～406d，在面401c～406c的相反侧的面400a上没有导体板。但是，只要确保导体板彼此的电绝缘即可，也可以在面400a上设置导体板，而且，导体板401～406的形状也可以互不相同。

导体板201由面201b、201c、201d、202b、202c构成，导体板203、205也成为同样的结构。当前，考虑可动部400与固定部200的面201b～206b相接的情况。可动部400的面401b、402b的分别与固定部200的面201b、202b相接的、即分别与面401c和402c接合的端子T_a2U和T_b1U被导体板201电短路。同样地，可动部400的面403b、404b分别与固定部200的面203b、204b相接，面405b、406b分别与面205b、206b相接。即，与面403c和404c分别接合的端子T_a2V和T_b1V被导体板203电短路，与面405c和406c分别接合的端子T_a2W和T_b1W被导体板205电短路。该状态与图4记载的状态等价，即卷绕在永久磁铁同步机30上的第一绕组和第二绕组(参照图1)成为串联连接。与图4的结构不同的点在于，通过将导体板401～406每隔30°配置成圆环状，而能够确保规定的绝缘距离，不需要图4记载的绝缘材料210。

导体板301由面301c、301d构成，同样地，导体板303由面303c、303d构成，导体板305由面305c、305d构成。在导体板301上接合有端子T_a1U，端子T_a1U既可以直接安装在面301c上，也可以在面301c上设置突起状的端子接合部而进行接合，还可以使用线束等与所述突起部嵌合。而且，只要能确保与其他的导体板的电绝缘即可，也可以在任何部位接合。关于导体板303、305也同样地，在导体板303上接合有端子T_a1V，在导体板305上接合有端子T_a1W。导体板302、304、306被配置在内周侧的圆环状的导体板电短路。导体板302由面302c、302d构成，导体板304由面304c、304d构成，导体板306由面306c、306d构成。当前，考虑可动部400与固定部200的面301d～306d相接的情况。与面401c接合的端子T_a2U和与面301c接合的端子T_a1U被电短路，同样地，与面403c接合的端子T_a2V和与面303c接合的端子T_a1V被电短路，而且，与面405c接合的端子T_a2W和与面305c接合的端子T_a1W被电短路。而且，与面402c接合的端子T_b1U、与面404c接合的端子T_b1V、与面406c接合的端子T_b1W都被导体板302、2304、306电短路。该状态与图5记载的状态等价，即永久磁铁同步机30具备的第一绕组和第二绕组成为并联连接(参照图1)。与图5的结构的不同点在于，通过将导体板301～306每隔30°配置成圆环状，能够确保规定的绝缘距离，由此不需要图5记载的绝缘材料310。需要说明的是，此时，固定部200的面201d、203d、205d与可动部400的非导电部件相接，因此导体板201、203、205成为无通电状态。

图17是可动部400与固定部200的面301d～306d相接时的俯视图。可动部400通过绕组切换动作部1(未图示)能够自如地旋转。需要说明的是，绕组切换动作部1也可以不与可动部400连结，而与固定部200连结，这种情况下，仅可动部和固定部的作用与上述相反，而作为绕组切换装置的动作原理、连接状态不变。

图18表示使用了图16的结构的一方式的整体结构的立体图。在图18中，对与图16相同的结构要素标注同一符号，避免重复说明。在图18中，固定部为400，可动部为200。在固定部400上设有嵌合用的凹部420(未图示)，通过使设置在支承机构500上的嵌合用的凸部520(未图示)嵌合于此，而对固定部400进行支承。两个绕组切换动作部1a及1b经由结构部件20a、20b与可动部200连结，能够自如地操作可动部200的旋转移动及状态保持。需要说明的是，绕组切换动作部1也可以不是两个而由一个构成，还可以由三个以上构成。而且，支承机构500优选由非导电性部件构成，但只要能确保与切换端子40的电绝缘即可，也可以由其他材料构成。而且，优选在支承机构500上设置导线的引出槽。

如图19所示，支承机构500成为包括固定部400及可动部200的结构，且成为与切换动作时的可动部200的旋转移动不干涉的结构。与导体板401～406、301、303、305接合的端子配置成大致同一平面状，与各端子连接的导线从引出线550向支承机构500的外部引出。通过此种结构，能够防止异物向切换端子40的混入、外部短路等，即使在压缩机等的制冷剂填充环境或其他的恶劣环境下，也能够容易地设置本发明的绕组切换装置。而且，通过形成为圆环状的结构，能够有效地利用永久磁铁同步机30的绕组的轴向端部、所谓线圈端的死区空间。例如，在转子配置在定子的内周侧的“内旋转型”中，在线圈端的内周侧设置图19记载的绕组切换装置。在转子配置在定子的内周侧的“外旋转型”中，设置在线圈端的外周侧。

另外，在永久磁铁同步机30的电枢绕组由各相n个(n为3以上的自然数)的绕组构成的情况下，通过使用与上述同样构成的绕组切换装置，而能够切换串联连接和并联连接。这种情况下，也可以将切换端子40(固定部200及可动部400)重合成n段，利用支承机构500进行支承，通过与单一的绕组切换动作部1连结，而对形成n个的并联连接或串联连接进行切换的结构，还可以将图18记载的绕组切换装置重合成n段，通过分别控制各段的装置，能够自如地控制并联数。此外，图16记载的圆环结构也可以在内周侧或外周侧配置n层，利用支承机构500进行支承，通过与单一的绕组切换动作部1连结，而对形成n个的并联连接或串联连接进行切换。而且，还可以将图16记载的圆环结构在内周侧或外周侧配置n层，在各层设置独立的绕组切换动作部而分别控制，从而能够自如地控制并联数。

通过以上的结构，能够实现绕组切换装置的端子部分的配线简化及小型化。绕组切换装置可以设置在永久磁铁同步机30的电枢绕组内周侧或外周侧的空余空间中，只要能够有效地利用其他空余空间即可，也可以设置在任何地点，还可以新设计与永久磁铁同步机30不同的设置空间来进行设置。通过使用此种绕组切换装置，能够不增加逆变器容量而扩大可变速运转范围。尤其是在低速运转时通过形成为串联连接，能够提高控制响应性并提高最大转矩。同时，通过减少电流，而能够减少逆变器导通损，缓解半导体元件的温度上升，提高逆变器效率。同时，由于电感增加，而电动机电流的高频载波成分减少，因此能得到减少铁损并缓解电动机的温度上升这样的效果。

Claims

1.一种绕组切换装置，由磁轭和可动部构成，该磁轭具备施加用于切换双稳态继电器的状态的控制电流的绕组，该可动部具备可动接点，所述绕组切换装置的特征在于，

所述磁轭具有中空的截面形状，且具有多个朝向所述磁轭的内侧凸出的齿部，并且，所述齿部以相互对置的方式成组，其中的至少一组具备施加所述控制电流的绕组，由具备所述绕组的齿组夹着且隔开规定的空隙而配置所述可动部，

所述可动接点与三相永久磁铁同步机的各相端子连接，通过所述可动部和所述磁轭的吸引·排斥作用而使可动接点动作，从而自如地切换与第一固定接点的接触及与第二固定接点的接触，并且，与各相端子连接的全部可动接点与一个可动部进行机械式连接。

2.根据权利要求1所述的绕组切换装置，其特征在于，

与具备所述绕组的齿组不同、且具有与具备所述绕组的齿组的对置轴不同的对置轴的齿组分别具有永久磁铁，各个永久磁铁的易磁化方向是具有各个永久磁铁的齿的凸出方向，且对置的永久磁铁的内侧的磁极成为同极，由具备所述永久磁铁的齿组夹着且隔开规定的空隙而配置所述可动部。

3.根据权利要求1所述的绕组切换装置，其特征在于，

可动部由具有大致方形的截面形状的磁性体构成，在所述磁性体的端面上，对置的一组端面与所述齿部的凸部的内侧面大致平行，而另一组端面与所述齿部的凸出方向大致平行，同时，各个端面具有永久磁铁，所述永久磁铁的对置方向和易磁化方向相同，且对置的永久磁铁的内侧的磁极成为同极，所述可动部配置在具有中空的截面形状的所述磁轭的内侧，且隔开规定的空隙配置。

4.根据权利要求1所述的绕组切换装置，其特征在于，

在所述切换装置的端子连接部上连接过电压限制器、火花抑制器及电阻器。

5.根据权利要求1所述的绕组切换装置，其特征在于，

所述绕组切换装置的端子连接部由高耐热树脂或非导电性部件覆盖。

6.一种旋转电机，其具备权利要求1至5中任一项所述的绕组切换装置。