CN112689954A - 旋转电机驱动系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的旋转电机驱动系统包括：具有多个绕组的旋转电机；逆变器装置，其包含控制逆变器电路的控制装置并使旋转电机进行可变速运行；以及绕组切换装置，其根据来自控制装置的指令切换多个绕组的连接。当旋转电机的旋转通过加速和减速而在低速旋转区域和高速旋转区域之间转移时，控制装置对绕组切换装置发出切换绕组的连接的指令，旋转电机的每一相中的至少一组绕组的起始端和终止端以自由连接的状态被引出，绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，可动部包括使起始端中的至少两个短路的第一短路部、使终止端中的至少两个短路的第二短路部、以及使起始端中的至少一个和终止端中的至少一个短路的第三短路部。

Description

旋转电机驱动系统和车辆
技术领域
本发明涉及一种使用了绕组切换装置的旋转电机驱动系统和车辆。
背景技术
通过逆变器装置进行可变速运行的旋转电机的效率通常用通过在恒定负载条件下使转速推移而获得的效率曲线来表示，并且在所要求的旋转范围中的一部分的旋转区域中效率达到峰值。为了实现设备的节能，在较宽旋转范围内改善效率曲线，降低旋转电机的功率损耗是重要的。
尽管旋转电机在低速旋转区域中的效率变低，但是已知通过在设计阶段提高旋转电机的电感能降低电流值本身并且能减少高次谐波分量。因此，能实现提高低速旋转区域中的效率，但另一方面，存在高速旋转区域中的效率降低等问题。
此外，已知如果旋转电机在低速旋转区域中设为高电感，在高速旋转区域中设为低电感，则旋转电机能在更宽的旋转范围内驱动，但是存在如果旋转电机在高速旋转区域中为高电感，则旋转电机的旋转范围会受到限制的问题。
对于上述问题，存在如专利文献1那样的在低速旋转区域和高速旋转区域之间切换定子绕组的连接的技术。专利文献1公开了一种切换装置，为了自由地切换连接状态，通过使用专用的驱动装置来移动绕组端子的接点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2017-070112号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
搭载在汽车、铁路车辆等上的旋转电机通过使大电流流动而具有高输出密度，从而实现小型化和轻量化。当将绕组切换应用于这种用途时，除了增加绕组切换装置，使得整个旋转电机的尺寸变大以外，在现有技术中，由于绕组切换装置的结构复杂，成本大幅上升。因而，绕组切换装置的小型化和低成本化成为问题。
在专利文献1中，构成为对绕组端子的接点准备短路布线图案不同的多个可动体，通过移动该可动体来切换连接状态。然而，在所公开的结构中，短路布线复杂地交叉从而难以制造。此外，存在以下问题：为了应对大电流，需要由导体面积较大的汇流条等构成短路布线，但是由于汇流条的弯曲加工、组装复杂，因此导致成本大幅上升。此外，存在通过使用继电器来构成切换装置的方法，但是由于随着电流变大，继电器装置的尺寸变大并且成本上升，因此无法解决上述问题。
本发明的目的是通过使用简单结构的短路导体使旋转电机驱动系统中的绕组切换装置小型化。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，本发明的旋转电机驱动系统，包括：旋转电机，该旋转电机具有多个绕组；逆变器装置，该逆变器装置包含将来自直流电源的直流电转换为交流电的逆变器电路和控制所述逆变器电路的功率转换的控制装置，并且该逆变器装置使所述旋转电机进行可变速运行；以及绕组切换装置，该绕组切换装置根据来自所述控制装置的指令切换多个所述绕组的连接，所述旋转电机驱动系统的特征在于，当所述旋转电机的旋转通过加速和减速而在低速旋转区域和高速旋转区域之间转移时，所述控制装置对所述绕组切换装置发出切换所述绕组的连接的指令，所述旋转电机的每一相中至少一组绕组的起始端和终止端以自由连接的状态被引出，所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，所述可动部包括使所述起始端中的至少两个短路的第一短路部；使所述终止端中的至少两个短路的第二短路部；以及使所述起始端中的至少一个和所述终止端中的至少一个短路的第三短路部，所述第一短路部、所述第二短路部和所述第三短路部由长方体、或圆柱状、或圆筒状的导体构成。
发明效果
根据本发明，通过使用简单结构的短路导体能使旋转电机驱动系统中的绕组切换装置小型化、低成本化。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的旋转电机驱动系统的整体结构的框图。
图2是本发明的实施例1的绕组切换装置的说明图。
图3是表示通过逆变器装置进行可变速运行的旋转电机的效率曲线和电流波形的图。
图4是本发明的实施例1中的1Y/2Y切换装置的说明图。
图5是本发明的实施例1的变形例中的1Y/3Y切换装置的说明图。
图6是本发明的实施例2中的1Y/2Y切换装置的说明图。
图7是本发明的实施例3中的1Y/2Y/4Y切换装置的说明图。
图8A是本发明的实施例3的变形例中的1Y/4Y/8Y切换装置的说明图。
图8B是本发明的实施例3的变形例中的1Y/4Y/8Y切换装置的说明图。
图8C是本发明的实施例3的变形例中的1Y/4Y/8Y切换装置的说明图。
图9是本发明的实施例4中的Y/Δ切换装置的说明图。
图10是本发明的实施例5中的用于铁路车辆的旋转电机驱动系统的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施例进行说明。在下面的说明中，相同的构成要素用相同的标号标记。它们的名称和功能相同，避免重复说明。此外，尽管在下面的说明中将多个并联连接数量作为对象，但是本发明的效果不限于此，还能应用于切换与上述不同的并联连接数量的Y接线的结构、切换Δ接线的并联连接数量的结构、以及切换Y接线和Δ接线的结构。
旋转电机可以是感应电机、永磁同步电机、绕组型同步电机或同步磁阻旋转电机。定子的绕组方式可以是集中绕组或分布绕组。此外，定子绕组的相数也并不限于实施例的结构。
此外，逆变器装置的半导体开关元件以IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)为对象，但是本发明的效果不限于此，可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，也可以是其它功率用半导体元件。
此外，作为旋转电机的控制方式，尽管以不使用速度检测器或电压检测器的矢量控制作为对象，但是也可以应用于使用速度检测器或电压检测器的控制方式。
实施例1
在下文中，用图1至图5说明本发明的实施例1。图1是示出本发明的实施例1的旋转电机驱动系统的整体结构的框图。图2是本发明的实施例1的绕组切换装置的说明图。图3是表示通过逆变器装置进行可变速运行的旋转电机的效率曲线和电流波形的图。图4是本发明的实施例1中的1Y/2Y切换装置的说明图。图5是本发明的实施例1的变形例中的1Y/3Y切换装置的说明图。
用图1对本实施例的旋转电机驱动系统的整体结构进行说明。在图1中，逆变器装置101由逆变器电路104、相电流检测电路106以及控制装置105来构成，其中，该逆变器电路104将由直流电源102输出的直流电转换为交流电，并将交流电输出到旋转电机103，该相电流检测电路106检测流过连接到逆变器电路104的旋转电机103的电流，该控制装置105基于由相电流检测电路106检测到的相电流信息106A，使用施加电压指令脉冲信号108A，对逆变器电路104执行逆变器控制(功率转换控制)，并使旋转电机103进行可变速运行。
相电流检测电路106由霍尔CT(Current Transformer：电流变换器)等构成，并且检测U相、V相和W相的三相电流波形Iu、Iv和Iw。然而，相电流检测电路106并非必须检测所有三相的电流，而可以是检测任何两相并假设三相电流处于平衡状态，通过运算来求出另一相的结构。逆变器电路104由逆变器主电路141以及栅极驱动器142来构成，其中，该逆变器主电路141由IGBT和二极管(回流二极管)等多个半导体开关元件构成，该栅极驱动器142基于来自逆变器控制部108的施加电压指令脉冲信号108A产生到逆变器主电路141的IGBT的栅极信号。
旋转电机103例如由具有多个绕组的感应电机构成，并且一部分绕组的起始端和终止端被引出以切换各个绕组的接线并容纳在绕组切换装置120中。绕组切换装置120具有能够切换旋转电机103的绕组的接线的电路结构，当旋转电机103的旋转在低速旋转区域和高速旋转区域之间转移时，基于从绕组切换指令部110输出的信号来切换绕组连接。
控制装置105由逆变器控制部108以及绕组切换指令部110构成，其中，该逆变器控制部108通过使用由相电流检测电路106检测到的相电流信息106A来生成施加电压指令脉冲信号108A，该绕组切换指令部110向绕组切换装置120提供连接切换的信号。
旋转电机驱动系统为至少包含逆变器装置101、旋转电机103和绕组切换装置120的结构。
接下来，用图2说明切换装置的结构，并且用图3至图4说明现有技术的问题和解决方案以及能够实现本发明的目的即绕组切换装置的小型化的原理。
图2的(a)是示意性地示出了对于旋转电机103的定子的U相绕组150u，将两个U相绕组150u1、150u2的起始端(端子)U1、U2和终止端(端子)U3、U4引出，并在串联和并联之间进行切换的结构的图。对于V相和W相，由于相同，因此省略了记载。图2的(a)中的U相绕组150u的起始端U1和起始端U2、终止端U3和终止端U4分别通过短路线路130u1、130u2并联连接，V相和W也同样地并联连接，并且将三相的中性点151以Y字形接线的结构称为2Y接线。另一方面，图2的(a)中的U相绕组150u1的终止端U3和U相绕组150u2的起始端U2通过短路线路130u3串联连接，V相和W相也同样地串联连接，并且将三相的中性点151以Y字形接线的结构称为1Y接线。
如图2的(a)所示，并联连接(当从三相观察时为2Y接线)的合成电感为L/2，与此相对，串联连接(当从三相观察时为1Y接线)的合成电感为2L，电感成为4倍。因此，通过串联连接，从逆变器装置101提供给旋转电机103的电流的高次谐波分量大幅减少。
在现有的旋转电机中，存在以下问题：由于设计成使电感变小以扩大旋转范围，所以电流的高次谐波分量变大，如图3的(a)所示，尤其是在转速N的低速旋转区域中效率变低。作为其主要原因中的一个，能例举现有的旋转电机为了扩大旋转范围而被设计成使电感变小。在具有较小电感的现有旋转电机中，如将电气角作为横轴，将电流作为纵轴的图3的(b)的曲线图所示，与逆变器装置的开关频率相对应的高次谐波分量被叠加在提供给旋转电机的近似正弦波形的电流波形上。因此，在旋转电机的铁芯中产生的铁损的高次谐波分量、由定子绕组的趋肤效应和邻近效应产生的交流铜损等变大，结果导致旋转电机的效率降低。
与此相对，已知如图3的(b)的曲线图所示，通过在设计阶段提高旋转电机的电感，能减小电流值本身，并且能减小高次谐波分量。因此，如图3的(a)所示，虽然能实现低速旋转区域中的效率提高，但是另一方面，除了高速旋转区域中的效率降低以外，还存在到高速旋转区域为止无法驱动转子会失步的问题。
针对上述问题，通过使用绕组切换装置120在低速旋转区域中设为串联连接(当从三相观察时为1Y接线)，并且在高速旋转区域中设为并联连接(当从三相观察时为2Y接线)，从而能在所要求的较宽旋转范围内进行驱动，并能在较宽旋转范围内改善效率曲线，并且能降低旋转电机103的功率损耗。由于旋转电机103在低速旋转区域中通过串联连接来提高电感，因此能降低从逆变器装置101提供的电流值本身，并且能大幅降低逆变器装置101的功率损耗。
但是，在现有技术中，对绕组端子的接点准备短路布线图案不同的多个可动体，通过移动该可动体来切换连接状态。在这种结构中，如图2的(a)所示，由于短路布线复杂地交叉，因此难以制造。此外，存在以下问题：为了应对大电流，需要由导体面积较大的汇流条等来构成短路布线，但是由于汇流条的弯曲加工、组装作业复杂，因此导致成本大幅上升。
这些问题能通过采用图4所示的切换接点的结构来解决。下面详细说明具体的解决方法和能实现本发明的目的即绕组切换装置小型化、低成本化的原理。
图4是本发明的实施例1中的1Y/2Y切换装置的说明图。在下文中，如图4所示，使用XYZ坐标系来说明本发明的实施例1的切换接点的结构，XYZ坐标系中将水平方向定义为X轴，将纸面纵深方向定义为Y轴，将垂直方向定义为Z轴。
图4与以往结构(图2)的不同之处在于，短路部130u1、130u2和130u3都由简单的长方体的导体构成。下面使用图4的(a)、图4的(b)的右侧图说明用于实现该结构的方法。在图4的(a)和图4的(b)的右侧图中，省略了绕组150u的图示，以便观察各端子U1～U4、可动部140和短路部130之间的关系。在本实施例中，每一相两组绕组各自的起始端U1、U2以及终止端U3、U4以自由连接的状态被引出，并且绕组切换装置120包括由一台致动器驱动的至少一个可动部140，可动部140包括使起始端U1、U2短路的第一短路部130u1、使终止端U3、U4短路的第二短路部130u2、以及使起始端U2和终止端U3短路的第三短路部130u3，起始端U2和终止端U4之间的距离被设置为大于该起始端U2和起始端U1之间的距离以及该起始端U2和终止端U3之间的距离。可动部140由树脂等具有绝缘性的材料的基板或块构成。
短路部130u1、130u2和130u3由长方体、圆柱状或圆筒状的导体构成。短路部130u1、130u2和130u3机械地固定到可动部140或通过粘接剂固定到可动部140，但不限于这些固定方法。与短路部130u1、130u2、130u3接触的起始端U1、U2和终止端U3、U4的接触面成为与短路部130u1、130u2、130u3的外周面相对应的形状，以确保足够的接触面积，但是如果能确保足够的接触面积，则不限于该形状。
通过这种结构，即使在对应于大电流的情况下，也能使可动部140极为紧凑，因而能实现绕组切换装置的小型化。此外，由于可动部140能仅通过埋入简单的长方体的导体来构成，因此能以极低的成本制造。
如果能确保多个短路部130的绝缘，则可动部140可以是任意的材质。短路部130和可动部140可以通过使用印刷基板一体地构成。如果能确保彼此绝缘，则起始端U1、U2、终止端U3、U4可以以任意方式保持，在使绕组切换装置120小型化这点上，优选端子中的至少两个通过绝缘体机械连接并相互固定，但是并不限于机械固定。
在图4中，构成为相对于短路部130u1和130u2的组，将短路部130u3配置在X轴方向上，并且使可动部140沿X轴方向移动，然而，本发明的效果不限于该配置。例如，即使构成为相对于短路部130u1和130u2的组，在Y轴方向上配置短路部130u3，并且使可动部140沿Y轴方向移动，也能获得同样的效果。
此外，在图4中，相对于起始端U1、U2的组，终止端U3、U4的组配置成在Z轴方向上相对，但也可以将起始端U1、U2的组相对于终止端U3、U4的组，配置在Y轴方向上，以使起始端U1、U2的组与终止端U3、U4的组具有完全相同的结构，并且在同一XY平面上排列。
以上，说明了现有技术的问题和解决方案，以及能够实现本发明的目的即绕组切换装置的小型化和低成本化的原理。
(实施例1的变形例)
接着，在图5中示出了将本发明扩展为1Y/3Y切换装置的情况的说明图。图5与图4的不同之处在于，U相绕组150u由三个绕组150u1、150u2和150u3组成，并且各个绕组的起始端(端子)U1、U2和U3以及终止端(端子)U4、U5和U6以自由连接的状态被引出。可动部140包括使起始端U1、U2、U3短路的第一短路部130u1、使终止端U4、U5、U6短路的第二短路部130u2、使起始端U2和终止端U4短路的第三短路部130u3、以及使起始端U3和终止端U5短路的第四短路部130u4，起始端U3和终止端U6之间的距离被设定为大于该起始端U3和起始端U1之间的距离以及该起始端U3和终止端U4之间的距离。
通过这种结构，即使在1Y/3Y切换装置中，也能使可动部140极为紧凑，因而能实现绕组切换装置的小型化。此外，由于可动部140能仅通过埋入简单的长方体的导体来构成，因此能以极低的成本制造。
当将上述实施例1中描述的结构推广为1Y/nY(n是2以上的整数)的切换装置时，结构如下。也就是说，每一相n组绕组各自的起始端U1、U2、…、Un和该n组绕组各自的终止端Un+1、Un+2、…、U2n以自由连接的状态被引出，可动部140包括使起始端U1、U2、…、Un短路的第一短路部、使终止端Un+1、Un+2、…、U2n短路的第二短路部、以及使起始端Um和终止端Un+m-1短路的第m+1短路部(m是2以上且n以下的所有整数)，使得起始端Un和终止端U2n之间的距离大于该起始端Un和起始端U1之间的距离以及该起始端Un和终止端Un+1之间的距离。
使用绕组切换装置120，在旋转电机103的转速小于第一规定值的低速旋转区域中设为串联连接(当从三相观察时为1Y接线)，并且在旋转电机103的转速为第一规定值以上的高速旋转区域中设为并联连接(当从三相观察时为nY接线)，从而能获得与上述的1Y/2Y切换装置和1Y/3Y切换装置同样的效果。
实施例2
用图6说明本发明的实施例2。图6是本发明的实施例2中的1Y/2Y切换装置的说明图。
与图4不同之处在于，在可动部140中，短路部130u1也兼用作第三短路部，该第三短路部使起始端U2和终止端U3短路。通过这种结构，由于不需要第三短路部130u3，因此除了能降低部件成本以外，由于部件的数量减少，因此还能简化组装作业，并且能以更低的成本制造。
此外，短路部130u2可以兼用作使起始端U2和终止端U3短路的第三短路部。
实施例3
用图7说明本发明的实施例3。图7是本发明的实施例3中的1Y/2Y/4Y切换装置的说明图。实施例3中的1Y/2Y/4Y切换装置是实施例1的1Y/2Y切换装置的扩展。
图7与图4的不同之处在于，U相绕组150u由四个绕组150u1、150u2、150u3和150u4构成，并且各个绕组的起始端(端子)U1、U2、U3、U4以及终止端(端子)U5、U6、U7、U8以自由连接状态引出这点；以及连接状态在1Y、2Y和4Y这三个阶段之间切换这点。可动部140包括：使起始端U1、U2、U3、U4短路的第一短路部130u1；使终止端U5、U6、U7、U8短路的第二短路部130u2；使起始端U3、U4和终止端U5、U6短路的第三短路部130u3；使起始端U2和终止端U7短路的第四短路部130u4；使起始端U3和终止端U5短路的第五短路部130u5；以及使起始端U4和终止端U6短路的第六短路部130u6，起始端U4和终止端U8之间的距离被设定为大于该起始端U4和起始端U1之间的距离以及该起始端U4和终止端U5之间的距离。
通过这种结构，即使在并联连接数量较多的情况下，也能使可动部140极为紧凑，因而能实现绕组切换装置的小型化。此外，由于可动部140能仅通过埋入简单的长方体的导体来构成，因此能以极低的成本制造。
(实施例3的变形例)
使用图8A～8C说明本发明的实施例3的变形例。图8A～8C是本发明的实施例3的变形例中的1Y/4Y/8Y切换装置的说明图。图8A～8C示出了U相绕组150u由八个绕组(150u1～150u8)构成的情况，通过以与图7相同的方式构成可动部140和短路部130，从而能在1Y、4Y和8Y这三个阶段之间切换。
可动部140包括使U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8短路的第一短路部130u1；使终止端U9、U10、U11、U12、U13、U14、U15、U16短路的第二短路部130u2；使起始端U5、U6、U7、U8和终止端U9、U10、U11、U12短路的第三短路部130u3；使起始端U2和终止端U13短路的第四短路部130u4；使起始端U3和终止端U14短路的第五短路部130u5；使起始端U4和终止端U15短路的第六短路部130u6；使起始端U5和终止端U9短路的第七短路部130u7；使起始端U6和终止端U10短路的第八短路部130u8；使起始端U7和终止端U11短路的第九短路部130u9；以及使起始端U8和终止端U12短路的第十短路部130u10，起始端U8和终止端U16之间的距离被设定为大于该起始端U8和起始端U1之间的距离以及该起始端U8和终止端U9之间的距离。
如图8B所示，在本变形例中，当第三短路部130u3使起始端U5、U6、U7、U8与终止端U9、U10、U11、U12短路时，第一短路部130u1使起始端U1、U2、U3、U4短路，并且第二短路部130u2使终止端U13、U14、U15、U16短路。
当将上述实施例3中描述的结构推广为1Y/kY/nY(n是4以上的偶数，k＝n/2)的切换装置时，结构如下。也就是说，每一相n组的绕组各自的起始端U1、U2、…、Un和该n组的绕组各自的终止端Un+1、Un+2、…、U2n以自由连接的状态被引出，可动部140包括：使起始端U1、U2、…、Un短路的第一短路部；使终止端Un+1、Un+2、…、U2n短路的第二短路部；使起始端Uk+1、Uk+2、…、Un和终止端Un+1、Un+2、…、U2n-k短路的第三短路部；使起始端Um和终止端Un+k+m-1短路的第m+2短路部(m是2以上且k以下的所有整数)；以及用于使起始端Uj和终止端Uk+j短路的第j+2短路部(j是k+1以上且n以下的所有整数)，起始端Un和终止端U2n之间的距离大于该起始端Un和终止端U1之间的距离以及该起始端Un和终止端Un+1之间的距离。
这里，使用绕组切换装置120，在旋转电机103的转速小于第二规定值的低速旋转区域中设为串联连接(从三相观察时为1Y接线)，在旋转电机103的转速为第二规定值以上且小于第一规定值的中速旋转区域中设为kY接线，并且在旋转电机103的转速为第一规定值以上的高速旋转区域中设为并联连接(从三相观察时为nY接线)。由此，通过与基于旋转电机103的特性的转数相对应地精细地切换连接，能在低速旋转区域中改善旋转电机103的效率曲线，降低功率损耗，能通过提高电感而降低从逆变器装置101提供的电流值，能进一步大幅降低逆变器装置101的功率损耗。
在本推广例中，当第三短路部130u3使起始端Uk+1、Uk+2、…、Un与终止端Un+1、Un+2、…、U2n-k短路时，第一短路部130u1使起始端U1、U2、…、Uk短路，并且第二短路部130u2使起始端U2n-k+1、U2n-k+2、…、U2n短路。
实施例4
用图9说明本发明的实施例4。图9是本发明的实施例4中的Y/Δ切换装置的说明图。
在Δ接线中，与Y接线相比，施加到U相绕组150u、V相绕组150v和W相绕组150w的电压(各相的相电压)是√(3)倍，使得旋转电机能在更高的旋转区域中旋转。
在图9中，各相的绕组各自的起始端U1、V1、W1以及各相的绕组各自的终止端U3、V3、W3以自由连接的状态被引出，可动部140包括使终止端U3、V3、W3短路的第一短路部；使起始端U1和终止端W3短路的第二短路部；使起始端V1和终止端U3短路的第三短路部；以及使起始端W1和终止端V3短路的第四短路部，起始端W1和终止端W3之间的距离被设为大于该起始端W1和终止端U1之间的距离以及该起始端W1和终止端U3之间的距离。
通过这种结构，即使在例如，在Y接线和Δ接线这样的不同接线方式之间进行切换使得旋转电机的绕组在启动时作为Y接线并且在经过一定时间之后或在达到规定转数之后切换到Δ接线的情况下，也能使可动部140极为紧凑，从而能实现绕组切换装置的小型化。此外，由于可动部140能仅通过埋入简单的长方体的导体来构成，因此能以极低的成本制造。
实施例5
用图10说明本发明的实施例5。图10是本发明的实施例5中的用于铁路车辆的旋转电机驱动系统的结构图。
铁路车辆500的驱动装置通过经由集电装置5从架空线2供电，并且经由功率转换装置1向旋转电机103供应交流电从而驱动旋转电机103。旋转电机103与铁路车辆500的车轴4连接，并且由旋转电机103来控制铁路车辆的行驶。经由导轨3来连接电接地。这里，架空线2的电压可以是直流电压或交流电压。
根据本实施例，通过将实施例1至实施例4的旋转电机驱动系统搭载在铁路车辆系统上，从而能高效地使铁路车辆的旋转电机驱动系统运行。在汽车、建筑机械等车辆上也能获得同样的效果。
在本实施例中，铁路、汽车和建筑机械等车辆所具备的旋转电机驱动系统为将一个逆变器装置101和一个旋转电机103组合驱动的1C1M的结构。或者，铁路、汽车和建筑机械等车辆所具备的旋转电机驱动系统为将一个逆变器装置101和至少两个旋转电机103组合驱动的1CiM(i＝2、3、4、…)的结构。而且，在本实施例中，铁路、汽车和建筑机械等车辆所具备的旋转电机驱动系统有时由至少两组以上逆变器装置101和旋转电机103的组合来构成。
本发明不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨，在本发明的技术思想范围内考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。例如，在上述实施例中例示的结构和处理可以根据实施方式和处理效率适当地综合或分离。另外，例如，上述实施例及变形例也可以在不矛盾的范围内组合其一部分或全部。
标号说明
1：功率转换装置
2：架空线
3：导轨
4：车轴
101：逆变器装置
102：直流电源
103：旋转电机
104：逆变器电路
105、105b：控制装置
106：相电流检测电路
108：逆变器控制部
110：绕组切换指令部
120：绕组切换装置
130：短路部
140：可动部
141：逆变器主电路
142：栅极驱动器
150：绕组
151：中性点
500：铁路车辆。

Claims (9)

1.一种旋转电机驱动系统，包括：
旋转电机，该旋转电机具有多个绕组；
逆变器装置，该逆变器装置包含将来自直流电源的直流电转换为交流电的逆变器电路和控制所述逆变器电路的功率转换的控制装置，并且该逆变器装置使所述旋转电机进行可变速运行；以及
绕组切换装置，该绕组切换装置根据来自所述控制装置的指令切换多个所述绕组的连接，所述旋转电机驱动系统的特征在于，
当所述旋转电机的旋转通过加速和减速而在低速旋转区域和高速旋转区域之间转移时，所述控制装置对所述绕组切换装置发出切换所述绕组的连接的指令，
所述旋转电机的每一相中至少一组绕组的起始端和终止端以自由连接的状态被引出，
所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，
所述可动部包括使所述起始端中的至少两个短路的第一短路部、使所述终止端中的至少两个短路的第二短路部、以及使所述起始端中的至少一个和所述终止端中的至少一个短路的第三短路部，
所述第一短路部、所述第二短路部和所述第三短路部由长方体、或圆柱状、或圆筒状的导体构成。
2.如权利要求1所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
每一相由n组(n是2以上的整数)绕组构成，
所述n组绕组各自的起始端U1、U2、…、Un和所述n组绕组各自的终止端Un+1、Un+2、…、U2n以自由连接的状态被引出，
所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，
所述可动部包括：
使所述起始端U1、U2、…、Un短路的第一短路部；
使所述终止端Un+1、Un+2、…、U2n短路的第二短路部；以及
使所述起始端Um和所述终止端Un+m-1短路的第m+1短路部(m是2以上且n以下的所有整数)，
将所述起始端Un和所述终止端U2n之间的距离设为大于该起始端Un和所述起始端U1之间的距离以及该起始端Un和所述终止端Un+1之间的距离。
3.如权利要求1所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
每一相由两组绕组构成，
所述两组绕组各自的起始端U1、U2和所述两组绕组各自的终止端U3、U4以自由连接的状态被引出，
所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，
所述可动部包括：
使所述起始端U1、U2短路的第一短路部；以及
使所述终止端U3、U4短路的第二短路部，
所述第一短路部和所述第二短路部中的任一个兼用作使所述起始端U2和所述终止端U3短路的短路部，
将所述起始端U2和所述终止端U4之间的距离设为大于该起始端U2和所述起始端U1之间的距离以及该起始端U2和所述终止端U3之间的距离。
4.如权利要求1所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
每一相由n组(n是4以上的偶数)绕组构成，
所述n组绕组各自的起始端U1、U2、…、Un和所述n组绕组各自的终止端Un+1、Un+2、…、U2n以自由连接的状态被引出，
所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，
所述可动部包括：
使所述起始端U1、U2、…、Un短路的第一短路部；
使所述终止端Un+1、Un+2、…、U2n短路的第二短路部；以及
使所述起始端Uk+1、Uk+2、…、Un和所述终止端Un+1、Un+2、…、U2n-k短路的第三短路部(k＝n/2)；
使所述起始端Um和所述终止端Un+k+m-1短路的第m+2短路部(m是2以上且k以下的所有整数)；以及
使所述起始端Uj和所述终止端Uk+j短路的第j+2短路部(j是k+1以上且n以下的所有整数)，
将所述起始端Un和所述终止端U2n之间的距离设为大于该起始端Un和所述起始端U1之间的距离以及该起始端Un和所述终止端Un+1之间的距离。
5.如权利要求1所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
各相的绕组各自的起始端U1、V1、W1以及各相的绕组各自的终止端U3、V3、W3以自由连接的状态被引出，
所述绕组切换装置包括由一台致动器驱动的至少一个可动部，
所述可动部包括：
使所述终止端U3、V3、W3短路的第一短路部；
使所述起始端U1和所述终止端W3短路的第二短路部；
使所述起始端V1和所述终止端U3短路的第三短路部；以及
用于使所述起始端W1和所述终止端V3短路的第四短路部，
将所述起始端W1和所述终止端W3之间的距离设为大于该起始端W1和所述起始端U1之间的距离以及该起始端W1和所述终止端U3之间的距离。
6.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
是将一个所述逆变器装置和一个所述旋转电机组合驱动的1C1M的结构。
7.如权利要求1至5中任一项所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
是将一个所述逆变器装置和至少两个所述旋转电机组合驱动的1CiM(i＝2、3、4、…)的结构。
8.如权利要求6或7所述的旋转电机驱动系统，其特征在于，
由至少两组以上所述逆变器装置和所述旋转电机的组合构成。
9.一种车辆，其特征在于，
包括如权利要求1至8中任一项所述的旋转电机驱动系统。
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