JP2010207010A - 三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導通損失を大幅に低減させ、高効率化を実現する三相交流電動機の巻線切替装置を提供する。
【解決手段】 三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、インバータからの制御信号に応じて、各相巻線の中間タップを短絡させる電子式巻線切替部（３）と、インバータからの制御信号に応じて、各相巻線の巻き終り端子を短絡させる機械式巻線切替部（１５）と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、三相交流電動機の巻線を切替えることによって、速度制御範囲を拡大する三相交流電動機の巻線切替装置に関するものであり、車両駆動、工作機械主軸駆動、サーボ装置を含む産業分野を対象とするものである。

近年、工作機械の主軸や車両の車軸の駆動システムに対して、低速領域で大トルク、高速領域では小トルクでできるだけ高速範囲を広げたいという要求が高まっている。このため、従来より、電動機の巻線を切り替えて低速領域で高誘起電圧定数巻線、高速領域で低誘起電圧定数巻線を得ている。こうして、低速領域では単位電流あたりのトルクを大きく、高速領域では単位電流あたりのトルクは小さくてもより高速まで範囲を広げられる。（例えば特許文献１）
図５は、従来の三相交流電動機の巻線切替装置の一例を示す図である。従来の巻線切替装置について図５に基づいて説明する。
三相交流電動機１１１は、各相巻線が中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）と各相巻線の巻き始め端子と巻き終り端子がモータ外部に設けてあり、各相巻線の巻き始め端子（ＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１）がインバータ１１７に、巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）が巻線切替部１２１の全波整流部１２２に、中間タップが巻線切替部１１２の全波整流部１１３に、各々接続される。全波整流部１１３の出力は、半導体スイッチ１１４に接続されるとともに、抵抗器１１５とコンデンサ１１６から成るスナバ回路に接続される。ダイオード１１９，１２０はスナバ回路から半導体スイッチ１１４への逆流防止のために挿入される。半導体スイッチ１１４は、インバータ１１７の制御部からの信号を受けるドライブ回路１１８によってオン／オフされる。ここでは、巻線切替部１１２に関してのみ説明したが、巻線切替部１２１についても同様の原理での接続がされる。

以上の構成で、三相交流電動機１１１の運転を行う。低速で十分に大きいトルクを得る場合は、中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）が接続される巻線切替部１１２の半導体スイッチ１１４をオフとし、各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）が接続される巻線切替部１２１の半導体スイッチ１２３をオンとする。これにより巻線数を増やすことができ、大きいトルクを発生させることができる。また、高速領域で運転する場合は、三相交流電動機巻線による逆起電力（誘起電圧）を抑えるために、中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）が接続される巻線切替部１１２の半導体スイッチ１１４をオンとし、各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）が接続される巻線切替部１２１の半導体スイッチ１２３をオフとする。
このように、従来の巻線切替装置は、巻線切替部の全波整流部出力を半導体スイッチによってオン／オフし、三相交流電動機の巻線数を速度領域に応じて切替えることで、幅広い出力特性を得ているのである。

特開２００１−３０７５８０号公報

従来の巻線切替装置は、モータ巻線に電流が流れている期間中、常に巻線切替部にも電流が流れる。そのため、全波整流部１１３、１２２のダイオードでの導通損失、半導体スイッチ１１４、１２３での導通損失が発生し、効率が低下するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、導通損失を大幅に低減させ、高効率化を実現する三相交流電動機の巻線切替装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、各相巻線が中間タップを有し前記中間タップと巻き始め端子と巻き終り端子とをモータ外部に設けた三相交流電動機と、前記交流電動機の前記各相巻線の巻き始め端子に可変周波数の可変電圧を供給するインバータと、から構成される三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記インバータからの制御信号に応じて、前記各相巻線の中間タップを短絡させる電子式巻線切替部と、前記インバータからの制御信号に応じて、前記各相巻線の巻き終り端子を短絡させる機械式巻線切替部と、を備えることを特徴とするものである。三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記電子式巻線切替部は、三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、３個のダイオードの各カソードを互いに共通接続したダイオード部と、３個の電力用半導体スイッチ素子と、前記電力用半導体スイッチに逆並列接続されるダイオードと、から構成され、前記電力用半導体スイッチ素子の各コレクタを前記ダイオード部の各ダイオードのアノードにそれぞれ接続し、前記電力用半導体スイッチ素子の各エミッタを互いに共通接続し、前記電力用半導体スイッチ素子の各コレクタと前記ダイオード部の各ダイオードのアノードとの各接続点を前記中間タップにそれぞれ接続した切替スイッチ部と、前記インバータ部の直流正側母線に正側充電抵抗器の一端を接続し、前記正側充電抵抗器の他端をコンデンサの正側に接続し、前記コンデンサの負側を負側充電抵抗器の一端に接続し、前記負側充電抵抗器の他端を前記インバータ部の直流負側母線に接続し、前記コンデンサ正側が前記ダイオード部のダイオードの共通接続されたカソードに接続している電位固定部と、前記ダイオード部の各ダイオードのアノードと前記切替スイッチ部の各電力用半導体スイッチ素子のコレクタとの各接続点に各カソードをそれぞれ接続し、前記電位固定部のコンデンサ負側に各アノードをそれぞれ接続した保護ダイオード部と、を備えることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、機械式巻線切替部はコンタクタから構成されることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記電子式巻線切替部は、前記電力用半導体スイッチ素子の導通状態を検出する状態検出器を備えることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記電子式巻線切替部は、前記コンタクタの導通状態を検出する状態検出器を備えることを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記機械式巻線切替部は、前記コンタクタの導通状態を検出する第２状態検出器を備えることを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項３または５に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記状態検出器は、フォトカプラにより制御部と主回路部とが絶縁されていることを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項３または５に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、前記第１状態検出器は、３相の導通状態の論理和回路あるいは、論理積回路により構成されることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、機械式巻線切替部を備えているので導通損失が大幅に低減され、高速切替が可能な電子式巻線切替部を備えているので高速切替が可能で高効率な交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。
請求項２に記載の発明によると、三相交流電動機の中間タップに接続された切替スイッチ部の電力用半導体スイッチ素子を制御する際、巻線切替部のダイオード部のカソードの電位を直流母線電圧値に保つ電位固定部を備えているので、モータインダクタンスに蓄えられたエネルギーを放出することができ、瞬時に電流が切替わり、モータ電流波形を乱すことなく即座に三相交流電動機の巻線を切替えることを可能とする交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。
請求項３に記載の発明によると、機械式巻線切替部を備えているので導通損失が大幅に低減され、高効率な交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。
請求項４乃至８に記載の発明によると、前記電力用半導体スイッチ素子またはコンタクタの導通状態を検出する状態検出器を備えているので、巻線切替器の故障等の異常を検出し、これによる装置の二次破壊を未然に防ぐことを可能とする交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。

本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第1実施例を示す図 本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第1実施例の巻線切替時の動作波形（シミュレーション波形）を示す図 本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第２実施例を示す図 本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第２実施例における状態検出器の一例を示す詳細図 従来の三相交流電動機の巻線切替装置の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実際のインバータには様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。

図１は、本発明の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置の第1実施例を示す図である。図１において、１は三相交流電動機、２はインバータ、３は電子式巻線切替部、４はダイオード部、５は切替スイッチ部、６は電位固定部、７は正側充電抵抗器、８は負側充電抵抗器、９はコンデンサ、１０は保護ダイオード部、１１は直流正側母線、１２は直流負側母線、１３は切替信号、１４および１７はドライブ回路、１５は機械式巻線切替部、１６はコンタクタである。なお、インバータ２は、制御部と主回路から構成される。
三相交流電動機１は、各相の巻線に、それぞれ１つの中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）と各相巻線の巻き始め端子（ＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１）および巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）がモータ外部に設けてある。

三相交流電動機１の各相巻線の巻き始め端子（ＴＵ１，ＴＶ１，ＴＷ１）はインバータ７に、巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）は機械式巻線切替部１５のコンタクタ１６に、中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）は電子式巻線切替部３に、各々接続される。
ドライブ回路１４は、インバータ２の制御部から切替信号１３を受信し、電子式巻線切替部３の切替スイッチ部５をオンオフ制御する。また、ドライブ回路１７は、インバータ２の制御部から切替信号１３を受信し、機械式巻線切替部１５のコンタクタ１６をオンオフ制御する。

ここで先ず、電子式巻線切替部３に関して説明する。
電子式巻線切替部３は、ダイオード部４、切替スイッチ部５、電位固定部６、および保護ダイオード部１０から構成される。ダイオード部４は、３個のダイオードから成り、各ダイオードのカソードは互いに共通接続されている。切替スイッチ部５は、３個の電力用半導体スイッチ素子とこれにそれぞれ逆並列接続されたダイオードとから成り、各電力用半導体スイッチ素子のコレクタはダイオード部４の各ダイオードのアノードにそれぞれ接続し、各電力用半導体スイッチ素子のエミッタは互いに共通接続されている。ダイオード部４の各ダイオードのアノードと切替スイッチ部５の各電力用半導体スイッチ素子のコレクタとの接続点は、各相毎に三相交流電動機１の各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）と各々接続されている。

電位固定部６は、正側充電抵抗器７と負側充電抵抗器８とコンデンサ９から成り、正側充電抵抗器７の一端はインバータ部２の直流正側母線１１に接続され、正側充電抵抗器７の他端はコンデンサ９の正側に接続され、コンデンサ９の負側は負側充電抵抗器８の一端に接続され、負側充電抵抗器８の他端は直流負側母線１２に接続され、コンデンサ９の正側と正側充電抵抗器７との接続点はダイオード部４の共通接続されたカソードに接続されている。保護ダイオード部１０は、ダイオードアノードがコンデンサ９の負側に接続され、カソードが各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）に接続されている。
ここで電力用半導体スイッチ素子はＩＧＢＴの記号を用いているが、電圧・電流に応じて最適な電力用半導体スイッチ素子を用いればよい。

次に、電子式巻線切替部３の動作について説明する。
切替信号１３がオンになると、切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子すべてがオンし導通状態となる。すると、電力用半導体スイッチ素子と逆並列接続されているダイオードを通じて電流が流れ、三相交流電動機１の各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）が互いに短絡状態となる。
また、切替信号１３がオフになると、切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子すべてがオフし非道通状態となり、三相交流電動機１の各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）が開放状態となる。

次に、機械式巻線切替部１５に関して説明する。
機械式巻線切替部１５は、コンタクタ１６により構成される。
インバータ２の制御部から切替信号１３を受信し、ドライブ回路１７はコンタクタ１６を駆動する。コンタクタ１６には、ノーマリーオン型（B接点）を使用するので、切替信号１３がオフの時、コンタクタは導通状態となり、切替信号１３がオンの時、コンタクタは非導通状態となる。
つまり、切替信号１３をオフにすることで、三相交流電動機１の各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）が短絡状態となり、切替信号１３をオンにすることで、三相交流電動機１の各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）が開放状態となる。

三相交流電動機１の低速運転時の動作を説明する。
低速運転とは、予め設定された回転速度以下の運転である。この場合、切替信号１３はオフ信号となり、切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子はすべて非道通状態となり三相交流電動機１の各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）は開放状態となる。一方、コンタクタ１６はすべて導通状態となり、三相交流電動機１の各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）を短絡状態としたとなり、各相巻線が、ＴＵ１‐ＴＵ３、ＴＶ１−ＴＶ３、ＴＷ１‐ＴＷ３で構成されるスター結線となることで巻線数が多くなり、十分なトルクを得ることが可能となる。

つぎに、三相交流電動機１の高速運転時の動作を説明する。
高速運転とは、予め設定された回転速度以上の運転である。この場合、切替信号１３はオン信号となり、切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子は導通状態となり三相交流電動機１の各相巻線の中間タップ（ＴＵ２，ＴＶ２，ＴＷ２）は短絡状態となる。一方、コンタクタ１６は非導通状態となり、三相交流電動機１の各相巻線の巻き終り端子（ＴＵ３，ＴＶ３，ＴＷ３）は開放状態となる。従って、各相巻線が、ＴＵ１‐ＴＵ２、ＴＶ１−ＴＶ２、ＴＷ１‐ＴＷ２で構成されるスター結線となることで、巻線数が少なくなり、逆起電力が抑えられるため、十分な電流を流すことができ、高速運転が可能となる。
このように運転速度に応じて、切替スイッチ部５、およびコンタクタ６をオンオフ制御することで広い出力特性（速度−トルク制御範囲）を得ることができる。

本発明が従来技術と異なる点は、低速運転時にコンタクタ１６を利用した機械式巻線切替部１５を利用する点と、電子式巻線切替部３にコンデンサ９を充電状態で接続することで瞬時に電流を切替える点と、保護ダイオード部を備える点である。
まず、コンタクタ１６を利用した点について説明する。
従来の巻線切替方式では、低速運転時も電力用半導体スイッチ素子を利用していた。この方式では、常時電流が電力用半導体スイッチ素子およびダイオードに流れるために導通損失も常時発生していた。また車両駆動用装置または工作機駆動用装置においては、低速時のトルク（電流値）が非常に大きく、導通損失も大きくなるため、装置の効率低下を招いていた。また車両用においては、燃費低下という問題も引き起こす。本発明の巻線切替方式では、電流値が高い低速運転領域において、コンタクタを利用することで、導通損失を大幅に低減できることが可能となる。これにより高効率な三相交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。

次に、電子式巻線切替部３にコンデンサ９を充電状態で接続することで瞬時に電流を切替える点について説明する。
従来の巻線切替方式では、モータ巻線が励磁状態から非励磁状態に遷移する際に、モータインダクタンスに蓄えられたエネルギーを放出するために、瞬時に電流が切替わらずモータ電流が乱れるという問題があったが、本発明の巻線切替方式では、巻線切替部にコンデンサを充電状態で接続することで瞬時に電流が切替わるために、モータ電流波形を乱すことがない。ここで、巻線切替部にコンデンサを充電状態で接続すると、電流が瞬時に切替わる理由を説明しておく。巻線切替時にモータ巻線に残っている電流を速やかにゼロにするには、電流減少率をあげればよい。電流減少率ｄｉ／ｄｔは、式（１）で示すように
ｄｉ／ｄｔ ＝ Ｖ／Ｌ （１）
ここで、Ｖはコンデンサ電圧、Ｌはモータ巻線インダクタンスである。
つまり、コンデンサ電圧Ｖを高電位に保つことで電流減少率をあげることができ、電流を速やかにゼロにすることができる。

図２は、本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第1実施例の巻線切替時の動作波形（シミュレーション波形）を示す図である。図２（ａ）はコンデンサの電圧波形、図２（ｂ）はモータ巻線に流れる電流波形である。図２（ａ）において、Ａは本発明の方式で初期充電電圧が３５０Ｖの場合のコンデンサの電圧波形、Ｂは従来方式で初期充電がない場合のコンデンサの電圧波形である。また、図２（ｂ）において、Ｃは本発明の方式で初期充電電圧が３５０Ｖの場合のモータ巻線に流れる電流波形、Ｄは従来方式で初期充電がない場合のモータ巻線に流れる電流波形である。
コンデンサの初期充電電圧を３５０Ｖと０Ｖの場合で比較すると、初期充電電圧が３５０Ｖ時の方が、電流減少率が高く、速やかに、ゼロになっている。
このことより、コンデンサの初期充電の有無でモータ巻線に流れる電流がゼロになるまでの時間が違うことがわかる。
以上のような構成にすることで、モータ電流波形を乱すことなく即座に三相交流電動機の巻線を切替えることを可能とする三相交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。

次に、保護ダイオード部の動作について説明する。
保護ダイオード部１０は、モータ駆動中に何らかの異常をきたし、前記インバータ２の主回路部がベースブロックされた場合に、モータインダクタンスに起因する還流電流の経路を確保し、インバータ２と電子式巻線切替部３を破壊から防ぐ目的で挿入される。

三相交流電動機が通電中に何らかの異常をきたし（例えば、モータロックなど）、インバータ２の主回部をベースブロックさせた場合、保護ダイオード部１０があると、モータ巻線のインダクタンスに流れていた電流に起因するエネルギーＱは、インバータ２の主回路部に設置されている主回路コンデンサ（図示せず）、コンデンサ９を充電することで消費される。
エネルギーＱは、式（２）で示すとおりである。
Ｑ ＝ （１／２）・Ｌ・ｉ^２ （２）
ここで、Ｌはモータ巻線のインダクタンス、ｉはモータ巻線に流れていた電流である。

以下に具体的にエネルギー経路を説明する。
仮に、Ｕ相モータ巻線の中間タップＴＵ２の点において、モータからインバータに向かってモータ電流が流れていた場合を想定する。この場合、中間タップＴＵ２を起点とし、インバータ内部のフリーホイールダイオードを通り、コンデンサ９よりもインピーダンスが低い主回路コンデンサを充電し、直流負側母線１０を通り、保護ダイオード部１０を介して、中間タップＴＵ２を終点とする閉回路に還流電流が流れる。このとき、保護ダイオード部１０が無いと、還流電流の経路を確保できず、モータ巻線に流れていた電流に起因するエネルギーＱを吸収できなくなり、インバータ２の直流正側母線電圧値が急激に上昇し、インバータ２や電子式巻線切替部３が過電圧破壊にいたる。
保護ダイオード部１０を挿入しないで、このような破壊を防止するためには、インバータ２の主回路部、ならびに電子式巻線切替部３の耐圧を高くする必要がある。これは装置の大型化やコストアップを引き起こす。
このような構成で動作させることで、モータ異常時の還流電流による装置破壊を防止する三相交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。

図３は、本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第２実施例を示す図である。図３において、１８は状態検出器、１９は状態検出信号である。
本実施例が実施例１と異なっている点は、電子式巻線切替部３を構成する切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子の導通状態および、機械式巻線切替部１５を構成するコンタクタ１６の導通状態を検出する状態検出器１８と備えた点と、状態検出器１８の出力である状態検出信号１９をインバータ２の制御部に接続している点である。

まず、状態検出器の構成例ならびに動作の詳細について説明する。
図４は、本発明の三相交流電動機の巻線切替装置の第２実施例における状態検出器の一例を示す詳細図である。
まず、状態検出器１８の構成について説明する。
状態検出器１８は、３個のフォトカプラ１８１、６個のプルアップ抵抗器１８２、３入力のＮＯＲゲート１８３で構成される。
３個のフォトカプラ１８１の各発光ダイオードのアノードは、それぞれプルアップ抵抗器１８２を介して切替スイッチ部５の電力用半導体スイッチ素子のゲートドライブ用電源Ｖ_Ｄに接続する。
また、３個のフォトカプラ１８１の各発光ダイオードのカソードは、切替スイッチ部５の各電力用半導体スイッチ素子のコレクタにそれぞれ接続する。
切替スイッチ部５の各電力用半導体スイッチ素子のエミッタは、すべてゲートドライブ用電源のグランドＧ_Ｄに接続されている。
３個のフォトカプラ１８１の各フォトトランジスタのエミッタは、すべて制御用電源のグランドＧ_Ｌに接続する。
３個のフォトカプラ１８１の各フォトトランジスタのコレクタは、それぞれプルアップ抵抗器１８２を介して制御用電源Ｖ_Ｌに接続すると共に、ＮＯＲゲート１８３の各入力端にそれぞれ接続する。ＮＯＲゲート１８３の出力が状態検出信号１９（２０）である。

つぎに、状態検出器１８の動作について説明する。
切替スイッチ部５の各電力用半導体スイッチ素子がオンすると、ゲートドライブ用電源Ｖｄからプルアップ抵抗１８２、フォトカプラ１８１、電力用半導体素スイッチ素子、ゲートドライブ用電源グランドＧ_Ｄの経路で電流が流れ、フォトカプラ１８１のフォトトランジスタがオンする。すると、ＮＯＲゲート１８３のすべての入力端が（Ｌｏｗ）となるので、ＮＯＲゲート１８３の出力である状態検出信号１９は（Ｈi）となる。
また、切替スイッチ部５の各電力用半導体スイッチ素子がオフすると、フォトカプラ１８１の発光ダイオードに電流が流れず、フォトカプラ１８１のフォトトランジスタもオフする。すると、ＮＯＲゲート１８３のすべての入力端が（Ｈｉ）となるので、ＮＯＲゲート１８３の出力である状態検出信号１９（２０）は（Ｌｏｗ）となる。
図４では切替スイッチ部５が図示されているが、この部分がコンタクタ１６でもまったく同様の動作原理となる。

上記のように、状態検出器１８は、切替スイッチ部５を構成する各電力用半導体スイッチ素子すべてが導通状態のときに（Ｈｉ）、非導通状態のときに（Ｌｏｗ）となる状態検出信号１９をインバータ２の制御部に出力する。同様に、コンタクタ１６がすべて導通状態のときに（Ｈｉ）、非道通状態のときに（Ｌｏｗ）となる状態検出信号２０をインバータ２の制御部に出力する。
インバータ２の制御部では、切替信号１３と状態検出信号１９および２０の論理をとることで電子式巻線切替部３または、機械式巻線切替部１５の正常動作を判断する。
具体的に説明すると、例えば、低速運転の場合、切替信号１３は（Ｌｏｗ）、状態検出信号１９は（Ｌｏｗ）、状態検出信号２０は（Ｈｉ）となる。また、高速運転の場合、切替信号１３は（Ｈｉ）、状態検出信号１９は（Ｈｉ）、状態検出信号２０は（Ｌｏｗ）となる。つまり、切替信号１３と状態検出信号１９の排他的論理和は必ず（Ｌｏｗ）となる。また、
切替信号１３と状態検出信号１９の排他的論理和は必ず（Ｈｉ）となる。この関係を利用し、インバータ２の制御部でこれらの論理の結果と違う結果になった場合は、電子式巻線切替部３または、機械式巻線切替部１５に異常が発生したものとして、インバータ２の主回路部をベースブロックする。これにより異常発生に伴う装置の二次破壊を未然に防ぐことができる。

本実施例によると、切替スイッチ部の電力用半導体スイッチ素子の導通状態を状態検出器により検出し、状態検出器の出力信号と切替信号とを比較することにより、装置の故障などの異常を検出することができるので、異常運転や装置破壊を未然に防ぐことを可能とする三相交流電動機の巻線切替装置を提供することができる。

１、１１１ 三相交流電動機
２ インバータ
３ 電子式巻線切替部
４ ダイオード部
５ 切替スイッチ部
６ 電位固定部
７ 正側充電抵抗器
８ 負側充電抵抗器
９ コンデンサ
１０ 保護ダイオード部
１１ 直流正側母線
１２ 直流負側母線
１３ 切替信号
１４、１７ ドライブ回路
１５ 機械式巻線切替部
１６ コンタクタ
１８ 状態検出器
１９、２０ 状態検出信号
１８１ フォトカプラ
１８２ プルアップ抵抗器
１８３ ＮＯＲゲート
１１１ 三相交流電動機
１１２、１２１ 巻線切替部
１１５、１２４ コンデンサ
１１７ インバータ
１１８、１２７ ドライブ回路
１１３、１２２ 全波整流部
１１４、１２３ 半導体スイッチ
１１６、１２５ 抵抗器
１１９、１２０、１２８、１２９ ダイオード

Claims (8)

1. 各相巻線が中間タップを有し前記中間タップと巻き始め端子と巻き終り端子とをモータ外部に設けた三相交流電動機と、前記交流電動機の前記各相巻線の巻き始め端子に可変周波数の可変電圧を供給するインバータと、から構成される三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置において、
   前記インバータからの制御信号に応じて、前記各相巻線の中間タップを短絡させる電子式巻線切替部と、
   前記インバータからの制御信号に応じて、前記各相巻線の巻き終り端子を短絡させる機械式巻線切替部と、
   を備えることを特徴とする三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
2. 前記電子式巻線切替部は、
   ３個のダイオードの各カソードを互いに共通接続したダイオード部と、
   ３個の電力用半導体スイッチ素子と、前記電力用半導体スイッチに逆並列接続されるダイオードと、から構成され、前記電力用半導体スイッチ素子の各コレクタを前記ダイオード部の各ダイオードのアノードにそれぞれ接続し、前記電力用半導体スイッチ素子の各エミッタを互いに共通接続し、前記電力用半導体スイッチ素子の各コレクタと前記ダイオード部の各ダイオードのアノードとの各接続点を前記中間タップにそれぞれ接続した切替スイッチ部と、
   前記インバータ部の直流正側母線に正側充電抵抗器の一端を接続し、前記正側充電抵抗器の他端をコンデンサの正側に接続し、前記コンデンサの負側を負側充電抵抗器の一端に接続し、前記負側充電抵抗器の他端を前記インバータ部の直流負側母線に接続し、前記コンデンサ正側が前記ダイオード部のダイオードの共通接続されたカソードに接続している電位固定部と、
   前記ダイオード部の各ダイオードのアノードと前記切替スイッチ部の各電力用半導体スイッチ素子のコレクタとの各接続点に各カソードをそれぞれ接続し、前記電位固定部のコンデンサ負側に各アノードをそれぞれ接続した保護ダイオード部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
3. 前記機械式巻線切替部は、コンタクタから構成されることを特徴とする請求項１記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
4. 前記電子式巻線切替部は、前記電力用半導体スイッチ素子の導通状態を検出する状態検出器を備えることを特徴とする請求項２に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
5. 前記電子式巻線切替部は、前記電力用半導体スイッチの導通状態を検出する状態検出器を備えることを特徴とする請求項３に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
6. 前記機械式巻線切替部は、前記コンタクタの導通状態を検出する状態検出器を備えることを特徴とする請求項３に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
7. 前記状態検出器は、フォトカプラにより制御部と主回路部とが絶縁されていることを特徴とする請求項３または５に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。
8. 前記状態検出器は、３相の導通状態の論理和回路あるいは、論理積回路により構成されることを特徴とする請求項３または５に記載の三相交流電動機駆動システムの巻線切替装置。

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