JP2012227979A - Coil switching device for ac motor and ac motor drive system - Google Patents

Coil switching device for ac motor and ac motor drive system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve productivity and reduce manufacturing costs.SOLUTION: A coil switching device 3 for a three-phase AC motor 2 that is supplied with power by an inverter performs coil switching related to a first armature coil 11 and a second armature coil 12 that each have three phases and are provided in the three-phase AC motor 2. The coil switching device 3 has switches S1 to S6 that allow switching between a first state in which power supplied from the inverter is led to the first armature coil 11 out of the first armature coil 11 and the second armature coil 12, and a second state in which the power supplied from the inverter is led to both of the first armature coil 11 and the second armature coil 12. The switches S1 to S6 have at least one semiconductor module that is provided with two sets of switches each including three respective insulated gate bipolar transistor elements corresponding to the three phases and that is formed by integrating the six insulated gate bipolar transistor elements included in the two sets of switches.

Description

本発明は、交流電動機の巻線切替装置及び交流電動機駆動システムに関する。   The present invention relates to an AC motor winding switching device and an AC motor drive system.

従来より工作機械や車両などの駆動源として、交流可変周波数電源により駆動制御を行う交流電動機が広く利用されている。この交流電動機には、電機子として上記の交流可変周波数電源の相数と同じ数の巻線が備えられており、それらの接続構成として例えば3相の場合のY結線やデルタ結線などがある。さらに近年では、この交流電動機の速度制御やトルク制御を目的として、当該交流電動機がその内部に上記電源相数分の巻線の集合を2組備え、それら2組の巻線に対して交流可変周波数電源と接続を切り替えることにより電機子の界磁を段階的に変化させる巻線切替装置が提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, AC motors that perform drive control with an AC variable frequency power source have been widely used as drive sources for machine tools and vehicles. This AC motor is provided with the same number of windings as the number of phases of the AC variable frequency power source as an armature, and there are, for example, a Y connection or a delta connection in the case of three phases. Further, in recent years, for the purpose of speed control and torque control of this AC motor, the AC motor has two sets of windings corresponding to the number of power supply phases therein, and the AC variable for these two sets of windings. A winding switching device has been proposed in which the field of the armature is changed stepwise by switching the connection with the frequency power supply.

従来の巻線切替装置の一例として、例えば、特許文献1に記載のものがある。この特許文献1に記載の巻線切替装置は、当該巻線切替装置が備える2つのスイッチの切り替えの組み合わせによって、2組の巻線のうち一方の組の巻線のみでY結線する状態と、2組の巻線を直列に接続した全体でY結線する状態とに切り替えることが可能となる。   As an example of a conventional winding switching device, for example, there is one described in Patent Document 1. The winding switching device described in Patent Document 1 is a Y-connected state with only one set of windings of two sets of windings by a combination of switching of two switches provided in the winding switching device, It becomes possible to switch to a Y-connected state as a whole where two sets of windings are connected in series.

一組の巻線のみでY結線した状態では、インピーダンスが低いので高周波領域でも十分な電流を流すことが可能で高速運転に好適となる。また、直列に接続した2組の巻線全体でY結線した状態では、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して大きいトルクを発生して低速運転に好適となる。   In a Y-connected state with only one set of windings, since the impedance is low, a sufficient current can flow even in a high-frequency region, which is suitable for high-speed operation. In addition, in the Y-connected state with the two sets of windings connected in series, since the impedance is high, a sufficient voltage can be applied even in the low frequency region, and a large torque is generated for the same current, resulting in low speed operation. It becomes suitable for.

特許第3948009号公報Japanese Patent No. 3948209

しかしながら、上記従来の巻線切替装置は、その内部に備える複数のスイッチがそれぞれ各相に対応して個別に設けられた3つのスイッチ素子で構成されており、つまりスイッチの数の3倍に相当する個数のスイッチ素子がそれぞれ独立した部品として設置されていた。そのため、巻線切替装置内部での配線が煩雑となり設計や組み立て工程が複雑になるとともに、スイッチの設置面積が増加し巻線切替装置全体が大型化していた。この結果、巻線切替装置の生産性の低下や製造コストの増大の一因となっていた。   However, the conventional winding switching device is composed of three switch elements in which a plurality of switches provided therein are individually provided corresponding to each phase, that is, three times the number of switches. As many switch elements as possible were installed as independent parts. For this reason, the wiring inside the winding switching device becomes complicated and the design and assembly process becomes complicated, the installation area of the switch increases, and the entire winding switching device becomes large. As a result, this has contributed to a decrease in productivity and an increase in manufacturing cost of the winding switching device.

本発明の目的は、生産性の向上や製造コストの低減を図れる交流電動機の巻線切替装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a winding switching device for an AC motor that can improve productivity and reduce manufacturing costs.

上記目的を達成するために、本願第1発明は、インバータにより給電される交流電動機に備えられた3相の第1電機子巻線及び第2電機子巻線に係わる巻線切り替えを行う、3相交流電動機の巻線切替装置であって、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第1電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第1状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に前記インバータからの供給電力を導く第2状態とを、切替可能な、半導体スイッチ手段を有し、前記半導体スイッチ手段は、前記3相にそれぞれ対応した3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなるスイッチ素子を2組備えるとともに当該2組のスイッチ素子に含まれる6つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を一体化して構成された半導体モジュールを、少なくとも1つ有していることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the first invention of the present application performs winding switching related to the three-phase first armature winding and the second armature winding provided in the AC motor fed by the inverter. A winding switching device for a phase AC motor, wherein the first state of guiding power supplied from the inverter to the first armature winding of the first armature winding and the second armature winding; The semiconductor switch means is switchable between a second state in which power supplied from the inverter is guided to both the first armature winding and the second armature winding, and the semiconductor switch means includes the three-phase 2 sets of switch elements each consisting of three insulated gate bipolar transistor elements corresponding to each of the above, and six insulated gate bipolar transistor elements included in the two sets of switch elements are integrated. The semiconductor module, characterized in that it comprises at least one.

本願第1発明においては、半導体スイッチ手段によって、高速駆動に適した第1状態と、低速駆動に適した第2状態との切り替えを行う。このとき、半導体スイッチ手段に備えられる絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子によって第1電機子巻線と第2電機子巻線の電気的な導通と遮断の切り替えを瞬時に行うことができる。この結果、例えば機械的スイッチ手段の場合に生じるチャタリングなどの電気的衝撃を無くすとともに、切り替え期間が長い場合に生じるトルク抜けや制動トルクの発生を抑えて機械的衝撃を防ぐことができる。   In the first invention of this application, the semiconductor switch means switches between the first state suitable for high speed driving and the second state suitable for low speed driving. At this time, the electrical switching between the first armature winding and the second armature winding can be instantaneously switched by the insulated gate bipolar transistor element provided in the semiconductor switch means. As a result, for example, electrical shock such as chattering that occurs in the case of mechanical switch means can be eliminated, and mechanical shock can be prevented by suppressing torque loss and braking torque generated when the switching period is long.

一方、6つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を一体化して構成する半導体モジュールは汎用性が高く、既にこのような半導体モジュールを1つ又は複数組み込んだ半導体パッケージが広く一般的に製造・流通している。第1発明では、半導体スイッチ手段に、このような汎用性の高い半導体モジュールを用いている。これにより、配線を簡略化し多様な構成の回路設計に広く適用できるとともに、組み立て工程の簡素化を図ることができる。また、スイッチの設置面積を低減することで、巻線切替装置の小型化を図ることもできる。これらの結果、巻線切替装置の生産性の向上を図るとともに、製造コストの低減を図ることができる。   On the other hand, a semiconductor module constructed by integrating six insulated gate bipolar transistor elements is highly versatile, and semiconductor packages incorporating one or more such semiconductor modules have already been widely manufactured and distributed. Yes. In the first invention, such a highly versatile semiconductor module is used for the semiconductor switch means. As a result, the wiring can be simplified and widely applied to circuit designs having various configurations, and the assembly process can be simplified. In addition, the winding switching device can be reduced in size by reducing the installation area of the switch. As a result, the productivity of the winding switching device can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

第2発明は、上記第1発明において、前記半導体スイッチ手段は、前記第1状態において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第1スイッチ手段と、前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第2スイッチ手段と、を備え、前記第2電機子巻線は、前記第2スイッチ手段に接続される側と反対側の第2巻線出力端子が前記第2状態に対応した第2電気的中性点に接続され、前記半導体モジュールは、前記第1スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子とが、一体化して設けられていることを特徴とする。   According to a second invention, in the first invention, the semiconductor switch means connects a first electrical neutral point corresponding to the first state and the first armature winding in the first state, First switch means for interrupting the first electrical neutral point and the first armature winding in the second state; and the first armature winding and the second armature in the second state. A second switch means for connecting the windings in series and cutting off the first armature winding and the second armature winding in the first state; The wire is connected to a second electrical neutral point corresponding to the second state at the second winding output terminal opposite to the side connected to the second switch means, and the semiconductor module is connected to the first switch. Three insulated gate types of the switch element provided in the switch means And Ipora transistor element, and three insulated gate bipolar transistor element of the switching element provided in the second switch means, characterized in that are provided integrally.

第1スイッチ手段及び第2スイッチ手段を用いて第1電気的中性点と第2電気的中性点とを接続することで、2つの電機子巻線を使用したY結線に対する上記第1状態と第2状態との切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。なお、第1電機子巻線と第2電機子巻線の両方が一つのハウジングに収納されて一つのモータを構成する場合、当該ハウジングの内部で上記第2電気的中性点が第2電機子巻線の巻き終わり部分に形成されることで、外部の配線を省略化して交流電動機の組み立てを容易にし、生産性を向上する効果もある。   The first state for the Y connection using two armature windings by connecting the first electrical neutral point and the second electrical neutral point using the first switch means and the second switch means. And the second state can be realized with a simple wiring configuration. When both the first armature winding and the second armature winding are housed in one housing to form one motor, the second electrical neutral point is inside the housing. By being formed at the winding end portion of the sub-winding, it is possible to eliminate the external wiring, facilitate the assembly of the AC motor, and improve the productivity.

第3発明は、上記第2発明において、前記半導体スイッチ手段は、さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段を備え、前記第1スイッチ手段は、前記第3状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断するとともに、前記第4状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続し、前記第2スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断し、前記半導体モジュールは、前記第1スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、若しくは、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、のいずれかの組合せが、一体化して設けられていることを特徴とする。   According to a third invention, in the second invention, the semiconductor switch means further supplies power supplied from the inverter to the second armature winding of the first armature winding and the second armature winding. Can be switched between a third state for guiding power and a fourth state for guiding power supplied from the inverter to both the first armature winding and the second armature winding. In the fourth state, a second winding input terminal connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and the second state in the first state and the second state. Third switch means for shutting off the winding input terminal and the inverter is provided, and the first switch means shuts off the first electrical neutral point and the first armature winding in the third state. And in the fourth state The first electrical neutral point and the first armature winding are connected to each other, and the second switch means is configured to connect the first armature winding and the second armature in the third state and the fourth state. The armature winding is cut off, and the semiconductor module includes three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the first switch means, and three of the switch elements provided in the second switch means. A combination of two insulated gate bipolar transistor elements, or three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means, and three of the switch elements provided in the third switch means. Any combination of two insulated gate bipolar transistor elements is provided as an integrated unit. And said that you are.

第3発明においては、上記第2発明に加えて、第2電機子巻線のみにインバータからの供給電力を導いて作動させる第3状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導いて作動させる第4状態とが実現可能となる。この結果、2つの電機子巻線を使用したY結線に対する上記第1〜第4状態の4つの状態の切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   In the third invention, in addition to the second invention, a third state in which the power supplied from the inverter is guided only to the second armature winding and operated, and the first armature winding and the second armature winding. Thus, it is possible to realize the fourth state in which the power supplied from the inverter is guided and operated in parallel. As a result, switching of the four states of the first to fourth states with respect to the Y connection using two armature windings can be realized with a simple wiring configuration.

第4発明は、上記第1発明において、前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とは直列に接続されており、前記半導体スイッチ手段は、前記第1状態において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第1スイッチ手段と、前記第2状態でかつY結線とする場合において当該第2状態に対応した第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態でかつデルタ結線とする場合において前記第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを遮断する、第4スイッチ手段と、前記第2状態でかつデルタ結線とする場合において直列接続した前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線との両方でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第1電機子巻線に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態でかつY結線とする場合において前記第2電機子巻線の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第5スイッチ手段と、を備え、前記半導体モジュールは、前記第4スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第5スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子とが、一体化して設けられていることを特徴とする。   According to a fourth invention, in the first invention, the first armature winding and the second armature winding are connected in series, and the semiconductor switch means is in the first state in the first state. Connecting the first electrical neutral point corresponding to the first armature winding and the first electrical neutral point and the first armature winding in the second state, When the first switch means is connected to the second armature winding and the second electrical neutral point corresponding to the second state in the second state and the Y connection, the first state Or in the second state and in the delta connection, the fourth switch means for cutting off the second electrical neutral point and the second armature winding, and the delta connection in the second state. In some cases, the first armature winding and the second electric machine connected in series A second winding output terminal opposite to the side connected to the first armature winding of the second armature winding is connected to the inverter so as to form a delta connection with both of the windings. And a fifth switch means for shutting off the second winding output terminal of the second armature winding and the inverter in the first state or the second state and in the Y connection. The semiconductor module includes three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the fourth switch means, and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the fifth switch means. Are provided integrally.

これにより、2つの電機子巻線を使用したY結線に対する上記第1状態及び第2状態と、2つの電機子巻線を使用したデルタ結線に対する上記第2状態と、の切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   This makes it easy to switch between the first and second states for the Y connection using two armature windings and the second state for the delta connection using two armature windings. Can be realized.

第5発明は、上記第1発明において、前記半導体スイッチ手段は、前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第2スイッチ手段と、前記第1状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記インバータに接続される側と反対側の第1巻線出力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第2状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第6スイッチ手段と、前記第1状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断するとともに、前記第2状態において直列接続した前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とでデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第2巻線出力端子と前記インバータとを接続する、第7スイッチ手段と、を備え、前記半導体モジュールは、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、若しくは、前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、のいずれかの組合せが、一体化して設けられていることを特徴とする。   In a fifth aspect based on the first aspect, the semiconductor switch means connects the first armature winding and the second armature winding in series in the second state, and in the first state, The first electric machine is configured to form a delta connection with the second switch means for cutting off the first armature winding and the second armature winding, and the first armature winding in the first state. A first winding output terminal opposite to a side connected to the inverter of the child winding is connected to the inverter, and the first winding output terminal of the first armature winding in the second state; A sixth switch means for shutting off the inverter; a second winding output terminal on the opposite side to the side connected to the second switch means of the second armature winding in the first state; and the inverter And shut off the The second armature winding terminal of the second armature winding and the inverter are configured to form a delta connection with the first armature winding and the second armature winding connected in series in two states. A seventh switch means for connection, wherein the semiconductor module comprises three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means, and the switch provided in the sixth switch means A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the element, or three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the seventh switch means, and the switch provided in the sixth switch means Any combination of the elements with three insulated gate bipolar transistor elements Sega, and it is provided integrally.

これにより、2つの電機子巻線を使用したデルタ結線に対する上記第1状態と第2状態との切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   Thus, switching between the first state and the second state for the delta connection using two armature windings can be realized with a simple wiring configuration.

第6発明は、上記第5発明において、前記半導体スイッチ手段は、さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段を備え、前記第2スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態のいずれにおいても前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断し、前記第6スイッチ手段は、前記第3状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断し、前記第4状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子を前記インバータに接続し、前記第7スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態のいずれにおいても前記第2電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第2巻線出力端子を前記インバータに接続し、前記半導体モジュールは、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、及び、前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、のうち、少なくとも1つの組み合わせが、一体化して設けられていることを特徴とする。   In a sixth aspect based on the fifth aspect, the semiconductor switch means further supplies power supplied from the inverter to the second armature winding of the first armature winding and the second armature winding. Can be switched between a third state for guiding power and a fourth state for guiding power supplied from the inverter in parallel to both the first armature winding and the second armature winding. And in the fourth state, a second winding input terminal connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and in the first state and the second state, Third switch means for cutting off the second winding input terminal and the inverter is provided, and the second switch means includes the first armature winding and the first state in both the third state and the fourth state. Shield the second armature winding The sixth switch means shuts off the first winding output terminal of the first armature winding and the inverter in the third state, and disconnects the first armature winding in the fourth state. The first winding output terminal of the first armature winding is connected to the inverter so as to constitute a delta connection, and the seventh switch means is configured to operate in the third state and the fourth state. The second winding output terminal of the second armature winding is connected to the inverter so as to form a delta connection with the second armature winding, and the semiconductor module is provided in the second switch means. Combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means; A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the three switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means, the third switch A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the means, and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the seventh switch means, and the seventh switch Preparation And at least one combination of the three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element and the three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means. It is characterized by being provided integrally.

これにより、第2電機子巻線にインバータからの供給電力を導いて作動させる第3状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導いて作動させる第4状態とが可能となる。この結果、2つの電機子巻線を使用したデルタ結線に対する上記第1〜第4状態の4つの状態の切り替えを、簡易な配線構成で実現することができる。   Thereby, the power supplied from the inverter is supplied in parallel to both the first armature winding and the second armature winding in the third state in which the power supplied from the inverter is guided to the second armature winding. The fourth state of guiding and operating is possible. As a result, switching of the four states of the first to fourth states with respect to the delta connection using two armature windings can be realized with a simple wiring configuration.

第7発明は、上記第1発明において、前記半導体スイッチ手段は、さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、前記第1状態及び前記第4状態でかつY結線とする場合において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態及び前記第3状態又は前記第1状態及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第8スイッチ手段と、前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態、前記第3状態、及び前記第4状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第9スイッチ手段と、前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段と、前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつY結線とする場合において当該第2状態に対応した第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において前記第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを遮断する、第9スイッチ手段と、前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において直列接続した前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第1電機子巻線に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつY結線とする場合において前記第2電機子巻線の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第10スイッチ手段と、前記第1状態及び前記第4状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記インバータに接続される側と反対側の第1巻線出力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第2状態及び第3状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第11スイッチ手段と、を備え、前記半導体モジュールは、前記第8スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第8スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、及び、前記第10スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、のうち、少なくとも1つの組み合わせが、一体化して設けられていることを特徴とする。   In a seventh aspect based on the first aspect, the semiconductor switch means further supplies power supplied from the inverter to the second armature winding out of the first armature winding and the second armature winding. And a fourth state in which power supplied from the inverter is guided in parallel to both the first armature winding and the second armature winding, and the first state can be switched. In the fourth state and the Y connection, the first electrical neutral point corresponding to the first state and the first armature winding are connected, and the second state and the third state Or an eighth switch means for interrupting the first electrical neutral point and the first armature winding in the first state and the fourth state and in the delta connection, and in the second state The first armature winding and the second armature winding A ninth switch means for connecting to a row and interrupting the first armature winding and the second armature winding in the first state, the third state, and the fourth state; In the third state and the fourth state, the second winding input terminal on the side connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and the first state and the second state The third switch means for cutting off the second winding input terminal and the inverter in the second state, the second state, the third state, and the fourth state, and when the Y connection is made When the corresponding second electrical neutral point and the second armature winding are connected, and in the first state or the second state, the third state, and the fourth state, the delta connection is used. In the second electrical neutral point Ninth switch means for interrupting the second armature winding, and the first armature winding connected in series in the second state, the third state, and the fourth state and in the delta connection. A second winding output terminal opposite to the side connected to the first armature winding of the second armature winding so that a delta connection is formed by both the wire and the second armature winding; A second winding output terminal of the second armature winding in the case where the inverter is connected and the first state, the second state, the third state, and the fourth state are Y-connected. And the inverter of the first armature winding so as to form a delta connection with the first armature winding in the first state and the fourth state. First winding output terminal on the opposite side to the connected side And an eleventh switch means for shutting off the first winding output terminal of the first armature winding and the inverter in the second state and the third state. The semiconductor module includes: three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eighth switch means; and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the ninth switch means. A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eighth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means, The switch element provided in the ninth switch means A combination of three insulated gate bipolar transistor elements and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means, and three of the switch elements provided in the ninth switch means A combination of an insulated gate bipolar transistor element and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means, and three insulated gates of the switch element provided in the third switch means Combination of a bipolar bipolar transistor element and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eleventh switch means, and three insulated gate bipolar transistors of the switch element provided in the third switch means A combination of the three transistor gate elements and the three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means; and the three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eleventh switch means. A combination of a transistor element and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means, and three insulated gate bipolar transistors of the switch element provided in the tenth switch means A combination of at least one of a combination of a transistor element and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element included in the eleventh switch means is provided. .

第7発明においては、第1電機子巻線のみにインバータからの供給電力を導いて作動させる第1状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に直列に前記インバータからの供給電力を導いて作動させる第2状態と、第2電機子巻線にインバータからの供給電力を導いて作動させる第3状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に並列にインバータからの供給電力を導いて作動させる第4状態とのそれぞれの状態で、さらにY結線とデルタ結線とを選択的に切り替えることが可能となる。これにより、2つの電機子巻線を使用した上記Y結線での第1〜第4状態と上記デルタ結線での第1〜第4状態の8つの状態の切り替えを実現することができる。   In the seventh invention, the first state in which the power supplied from the inverter is guided only to the first armature winding and operated, and the inverter is connected in series to both the first armature winding and the second armature winding. A second state in which the power supplied from the inverter is operated, a third state in which the power supplied from the inverter is guided to the second armature winding, and the first armature winding and the second armature winding. In addition, the Y connection and the delta connection can be selectively switched in each of the fourth state in which the power supplied from the inverter is guided and operated in parallel. Thereby, switching of the eight states of the 1st-4th state in the said Y connection which uses two armature windings, and the 1st-4th state in the said delta connection is realizable.

第8発明は、上記第2乃至第7発明のいずれかにおいて、前記半導体モジュールは、ノーマリオンタイプのスイッチである3つの前記絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなる前記スイッチ素子と、ノーマリオフタイプのスイッチである3つの前記絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなる前記スイッチ素子とを備えることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, the semiconductor module according to any one of the second to seventh aspects, wherein the semiconductor module is a normally-on type switch, the switch element including three insulated gate bipolar transistor elements, and a normally-off type switch. And the switch element composed of the three insulated gate bipolar transistor elements.

一方のスイッチ素子側にノーマリオンタイプを用いて、他方のスイッチ素子側には上記と逆のノーマリオフタイプを用いることにより、第1状態と第2状態とで切り替えを行う際、一方のスイッチ素子側と他方のスイッチ素子側とで駆動信号を共通化することができる。   When switching between the first state and the second state by using a normally-on type on one switch element side and a normally-off type opposite to the above on the other switch element side, one switch element side And the other switch element side can share a drive signal.

第9発明は、上記第2乃至第8発明のいずれかにおいて、前記インバータ又は前記交流電動機の異常検出を有することを特徴とする。   A ninth invention is characterized in that in any one of the second to eighth inventions, abnormality detection of the inverter or the AC motor is provided.

インバータ又は交流電動機から異常が検出された場合、つまり、例えば交流電動機に設けた速度検出器の故障、各種信号線の断線、又は速度演算器の誤作動などといった速度検出に関わる異常が検出された場合には、非常時とみなして、切替制御装置が巻線切替装置の経路切替手段を非常時に対応する接続/遮断状態に切り替える。この非常時に対応する切り替え状態の際には、2つの電機子巻線それぞれに加わる電圧を最小として、各スイッチ素子、特に2つの電機子巻線の間に配置されているスイッチ素子を過電圧から保護することができる。   When an abnormality is detected from the inverter or AC motor, that is, an abnormality related to speed detection, such as failure of the speed detector provided in the AC motor, disconnection of various signal lines, or malfunction of the speed calculator, is detected. In this case, it is considered as an emergency, and the switching control device switches the path switching means of the winding switching device to the connected / shut off state corresponding to the emergency. In the switching state corresponding to this emergency, the voltage applied to each of the two armature windings is minimized to protect each switch element, particularly the switch element disposed between the two armature windings from overvoltage. can do.

第10発明は、上記第9発明において、前記経路切替手段は、前記スイッチ素子を兼ねることを特徴とする。   According to a tenth aspect, in the ninth aspect, the path switching means also serves as the switch element.

これにより、非常時のための専用のスイッチを別途設けることなく、簡易な構成で各スイッチ素子を過電圧から保護することができる。   Thereby, each switch element can be protected from an overvoltage with a simple configuration without separately providing a dedicated switch for emergency.

第11発明は、上記第1乃至10発明のいずれかの交流電動機の巻線切替装置を備えた交流電動機駆動システムであって、前記交流電動機は、各相の巻数が同じである複数の電機子巻線を備え、前記巻線切替装置は、複数の半導体スイッチ素子の導通と遮断を適宜組み合わせることで前記複数の電気子巻線を少なくとも3つの巻線状態に切り替え可能とし、かつ、前記交流電動機を駆動するインバータと前記巻線切替装置の切り替え制御を行う切替制御装置を備えたことを特徴とする。   An eleventh aspect of the present invention is an AC motor drive system including the AC motor winding switching device according to any one of the first to tenth aspects of the present invention, wherein the AC motor includes a plurality of armatures having the same number of turns in each phase. The winding switching device is capable of switching the plurality of electric coil windings to at least three winding states by appropriately combining conduction and blocking of the plurality of semiconductor switch elements, and the AC motor. And a switching control device that performs switching control of the winding switching device.

第12発明は、上記第11発明において、前記交流電動機駆動システム全体または前記交流電動機駆動システムを備えたアプリケーションにおける各種の異常を検出するセンサをさらに備え、前記切替制御装置が、前記センサの検出信号に基づいて前記巻線切替装置を切替制御することを特徴とする。   A twelfth invention according to the eleventh invention further comprises a sensor for detecting various abnormalities in the entire AC motor drive system or an application including the AC motor drive system, wherein the switching control device detects a detection signal of the sensor. And switching control of the winding switching device based on the above.

これらにより、交流電動機駆動システムあるいはこれらをアプリケーションに適用できる。   Accordingly, the AC motor drive system or these can be applied to an application.

本発明によれば、巻線切替装置の生産性の向上及び製造コストの低減を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the productivity of the winding switching device and reduce the manufacturing cost.

本発明の実施形態に係る巻線切替装置を備えた交流電動機駆動システムの構成を模式的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed typically the structure of the AC motor drive system provided with the coil | winding switching apparatus which concerns on embodiment of this invention. 巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of a coil | winding switching device and a three-phase AC motor. 第1スイッチと第2スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 1st switch and the 2nd switch. 第1スイッチと第6スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 1st switch and the 6th switch. 第2スイッチと第3スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 2nd switch and the 3rd switch. 第3スイッチと第5スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 3rd switch and the 5th switch. 第3スイッチと第6スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 3rd switch and the 6th switch. 第5スイッチと第6スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 5th switch and the 6th switch. 第4スイッチと第5スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 4th switch and the 5th switch. 第2スイッチと第6スイッチとを一体化した半導体モジュールを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor module which integrated the 2nd switch and the 6th switch. 切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which a switching control apparatus performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第1変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3-phase alternating current motor in a 1st modification. 第1変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 1st modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第2変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3 phase alternating current motor in a 2nd modification. 第2変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 2nd modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第3変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3 phase alternating current motor in a 3rd modification. 第3変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 3rd modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第4変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3 phase alternating current motor in a 4th modification. 第4変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 4th modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第5変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3 phase alternating current motor in a 5th modification. 第5変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 5th modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus. 第6変形例における巻線切替装置及び3相交流モータの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the coil | winding switching apparatus and 3-phase alternating current motor in a 6th modification. 第6変形例における切替制御装置が巻線切替装置の各スイッチに対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。It is a table which shows the content of the switching control which the switching control apparatus in a 6th modification performs with respect to each switch of a coil | winding switching apparatus.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態による巻線切替装置を備えた交流電動機駆動システムの構成を模式的に示したブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an AC motor drive system including a winding switching device according to an embodiment of the present invention.

この図1において、交流電動機駆動システム100は、3相交流モータ2を駆動するものであり、インバータ1と、交流電動機としての上記3相交流モータ2と、巻線切替装置3と、センサ4と、切替制御装置5とを備えている。   In FIG. 1, an AC motor drive system 100 drives a three-phase AC motor 2, and includes an inverter 1, the three-phase AC motor 2 as an AC motor, a winding switching device 3, a sensor 4, and the like. The switching control device 5 is provided.

インバータ1は、この例では半導体で構成する6つのスイッチ素子SWを備えており、そのうち直列に接続した2つのスイッチ素子SWを3組並列に接続したブリッジにより構成されている。このブリッジ全体に単相直流電力を供給し、6つのスイッチ素子SWをそれぞれ適宜の順序により導通と遮断を繰り返すことで、各組における直列接続の2つのスイッチ素子SWの間から3相交流電力U,V,Wがインバータ出力として出力される。   In this example, the inverter 1 includes six switch elements SW made of a semiconductor, and is composed of a bridge in which two sets of switch elements SW connected in series are connected in parallel. Single-phase DC power is supplied to the entire bridge, and the six switch elements SW are repeatedly turned on and off in an appropriate order, thereby allowing three-phase AC power U from between two switch elements SW connected in series in each group. , V, W are output as inverter outputs.

3相交流モータ2は、上記インバータ1から出力された3相交流電源により駆動されるモータであり、図中には電機子として界磁制御を行う巻線のみ示している。本実施形態において用いる3相交流モータ2は、同じ巻数である3つの巻線を3相交流の各相U,V,Wに対応して並列に配置した2つの電機子巻線、すなわち第1電機子巻線11及び第2電機子巻線12を備えている。これら2つの電機子巻線11,12同士は3相交流モータ2内において互いに電気的な接続はなく、それぞれに対し3相交流モータ2外部からの電気的接続が可能な入力端子及び出力端子が設けられている。第1電機子巻線11は、3相交流モータ2外部に対して第1入力端子(第1巻線入力端子)11a(U1,V1,W1)と第1出力端子(第1巻線出力端子)11b(U2,V2,W2)とで電気的な接続が可能である。第2電機子巻線12は、3相交流モータ2外部に対して第2入力端子(第2巻線入力端子)12a(U3,V3,W3)と第2出力端子(第2巻線出力端子)12b(U4,V4,W4)とで電気的な接続が可能である(ただし、後述するように第1出力端子11b、第2入力端子12a、及び第2出力端子12bを外部からは接続させない例外あり)。なお、この3相交流モータ2は、誘導型又は同期型、あるいは回転型又は直動型のいずれにも適用可能であり、特に図示しないが、2つの電機子巻線11,12はそれらの種別の違いに応じて適切に構成・配置すればよい。   The three-phase AC motor 2 is a motor driven by the three-phase AC power source output from the inverter 1, and only the winding for performing field control is shown as an armature in the drawing. The three-phase AC motor 2 used in the present embodiment has two armature windings in which three windings having the same number of turns are arranged in parallel corresponding to the respective phases U, V, and W of the three-phase AC, that is, the first An armature winding 11 and a second armature winding 12 are provided. These two armature windings 11 and 12 are not electrically connected to each other in the three-phase AC motor 2, and input terminals and output terminals that can be electrically connected from the outside of the three-phase AC motor 2 are respectively provided. Is provided. The first armature winding 11 has a first input terminal (first winding input terminal) 11a (U1, V1, W1) and a first output terminal (first winding output terminal) to the outside of the three-phase AC motor 2. ) 11b (U2, V2, W2) can be electrically connected. The second armature winding 12 has a second input terminal (second winding input terminal) 12a (U3, V3, W3) and a second output terminal (second winding output terminal) to the outside of the three-phase AC motor 2. ) 12b (U4, V4, W4) can be electrically connected (however, as will be described later, the first output terminal 11b, the second input terminal 12a, and the second output terminal 12b are not connected from the outside). With exceptions). The three-phase AC motor 2 can be applied to any of an induction type, a synchronous type, a rotary type, and a direct acting type. Although not particularly shown, the two armature windings 11 and 12 are classified into those types. Appropriately configured and arranged according to the difference.

巻線切替装置3は、後に詳述するように複数の半導体スイッチ素子を備えている。そして、それら複数の半導体スイッチ素子の導通と遮断とを適宜の組み合わせで切り替えることで、上述したインバータ出力U,V,W、第1入力端子11a(U1,V1,W1)、第1出力端子11b(U2,V2,W2)、第2入力端子12a(U3,V3,W3)、及び第2出力端子12b(U4,V4,W4)の間の導通と遮断とを切り替える。巻線切替装置3内部の接続回路構成は、本実施形態及び後述する各変形例でそれぞれ異なる(後に詳述)。   The winding switching device 3 includes a plurality of semiconductor switch elements as will be described in detail later. The inverter outputs U, V, W, the first input terminal 11a (U1, V1, W1), and the first output terminal 11b are switched by switching the conduction and interruption of the plurality of semiconductor switch elements in an appropriate combination. (U2, V2, W2), the second input terminal 12a (U3, V3, W3) and the second output terminal 12b (U4, V4, W4) are switched between conduction and interruption. The connection circuit configuration inside the winding switching device 3 is different between this embodiment and each modification described later (details will be described later).

センサ4は、上記インバータ1、3相交流モータ2、及び巻線切替装置3を含めた本実施形態の交流電動機駆動システム100の全体、及びこれを備えたアプリケーション(例えば、電車や電気自動車を含む車両や工作機械など)の全体における各種の異常を検出して切替制御装置5に検出信号を出力する。   The sensor 4 includes the entire AC motor drive system 100 of the present embodiment including the inverter 1, the three-phase AC motor 2, and the winding switching device 3, and applications including the AC motor drive system 100 (for example, trains and electric vehicles). Various abnormalities in the entire vehicle, machine tool, etc.) are detected and a detection signal is output to the switching control device 5.

切替制御装置5は、特に図示しないCPU、RAM、ROM、及びA/D変換器などで構成される。この切替制御装置5は、特に図示しない上位制御装置からの指令に基づいて、インバータ1に対し適宜の周波数で3相交流電力を出力させるよう、内部の6つのスイッチ素子SWのそれぞれの導通と遮断の切り替え制御を行う。またこれとともに、切替制御装置5は、巻線切替装置3による、インバータ出力と各電機子巻線11,12の各端子11a,11b,12a,12bとの間の導通及び遮断の切り替え制御を行う。なお、本実施形態において、巻線切替装置3は、第1電機子巻線11及び第2電機子巻線12のうち、第1電機子巻線11のみにインバータ出力を導く第1状態と、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを電気的に直列接続した全体にインバータ出力を導く第2状態と、第2電機子巻線12のみにインバータ出力を導く第3状態と、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを電気的に並列接続した両方にインバータ出力を導く第4状態とを、それぞれY結線の場合とデルタ結線の場合とに区別して切り替える。すなわち、Y結線の第1〜第4状態それぞれと、デルタ結線の第1〜第4状態それぞれの合計8つの状態を切り替えることができる。そして、さらに、巻線切替装置3は、それら8つの状態に加え、センサ4から異常が検出された際に各電機子巻線11,12に加わる電圧を最小にする非常時の状態、を含めた、合計9つの状態を選択的に切り替えることができる(後に詳述する)。   The switching control device 5 includes a CPU, a RAM, a ROM, an A / D converter, and the like that are not particularly shown. This switching control device 5 conducts and cuts off each of the internal six switch elements SW so as to cause the inverter 1 to output three-phase AC power at an appropriate frequency based on a command from a host control device (not shown). Switching control is performed. At the same time, the switching control device 5 performs switching control of conduction and disconnection between the inverter output and the terminals 11a, 11b, 12a, 12b of the armature windings 11, 12 by the winding switching device 3. . In the present embodiment, the winding switching device 3 includes a first state in which the inverter output is guided only to the first armature winding 11 out of the first armature winding 11 and the second armature winding 12, and A second state in which the inverter output is guided to the entirety of the first armature winding 11 and the second armature winding 12 electrically connected in series, and a third state in which the inverter output is guided only to the second armature winding 12 And the fourth state in which the inverter output is led to both the first armature winding 11 and the second armature winding 12 electrically connected in parallel, respectively, in the case of Y connection and in the case of delta connection. Switch separately. That is, a total of eight states can be switched between each of the first to fourth states of the Y connection and each of the first to fourth states of the delta connection. Further, the winding switching device 3 includes, in addition to these eight states, an emergency state that minimizes the voltage applied to the armature windings 11 and 12 when an abnormality is detected from the sensor 4. In addition, a total of nine states can be selectively switched (detailed later).

図2は、本実施形態における巻線切替装置3及び3相交流モータ2の回路構成を示す図である。この図2において、巻線切替装置3では、インバータ出力がそのまま第1入力端子11aに入力するよう、接続されている。また、第1出力端子11bが、第8スイッチ手段としての第1スイッチS1を介して各相の配線を一点に短絡させる第1電気的中性点13に接続されるとともに、第9スイッチ手段としての第2スイッチS2を介してそのまま第2入力端子12aに接続されている。また、第2入力端子12aが、第3スイッチ手段としての第3スイッチS3を介してそのままインバータ1に接続されている。また、第2出力端子12bが、第10スイッチ手段としての第4スイッチS4を介して各相の配線を一点に短絡させる第2電気的中性点14に接続されるとともに、第11スイッチ手段としての第5スイッチS5を介してインバータ1に接続されている。また、第1出力端子11bが、第12スイッチ手段としての第6スイッチS6を介してインバータ1に接続されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the winding switching device 3 and the three-phase AC motor 2 in the present embodiment. In FIG. 2, the winding switching device 3 is connected so that the inverter output is directly input to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the first electrical neutral point 13 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the first switch S1 as the eighth switch means, and as the ninth switch means. The second switch S2 is directly connected to the second input terminal 12a. The second input terminal 12a is directly connected to the inverter 1 via a third switch S3 as third switch means. Further, the second output terminal 12b is connected to the second electrical neutral point 14 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the fourth switch S4 as the tenth switch means, and as the eleventh switch means. The fifth switch S5 is connected to the inverter 1. The first output terminal 11b is connected to the inverter 1 via a sixth switch S6 as a twelfth switch means.

ここで、第6スイッチS6を介した第1出力端子11bとインバータ1との接続については、対応する相の配線同士を接続するのではなく、第1出力端子11bのU相(図中のU2)をインバータ1のV相(図中のV)に接続し、第1出力端子11bのV相(図中のV2)をインバータ1のW相(図中のW)に接続し、第1出力端子11bのW相(図中のW2)をインバータ1のU相(図中のU)に接続している。これにより、第6スイッチS6を接続した際には、第1電機子巻線11のみでデルタ結線を構成するようになっている。また、第5スイッチS5を介した第2出力端子12bとインバータ1との接続についても同様となっている。   Here, with respect to the connection between the first output terminal 11b and the inverter 1 via the sixth switch S6, the corresponding phase wirings are not connected to each other, but the U phase of the first output terminal 11b (U2 in the figure). ) Is connected to the V phase (V in the figure) of the inverter 1, the V phase (V2 in the figure) of the first output terminal 11b is connected to the W phase (W in the figure) of the inverter 1, and the first output The W phase (W2 in the figure) of the terminal 11b is connected to the U phase (U in the figure) of the inverter 1. Thus, when the sixth switch S6 is connected, only the first armature winding 11 forms a delta connection. The same applies to the connection between the second output terminal 12b and the inverter 1 via the fifth switch S5.

上記6つのスイッチ、つまり第1〜6スイッチS1〜S6は、それぞれ、3相に対応する各配線の電気的な導通と遮断を行う3つの半導体スイッチ素子の集合で構成されている。すなわち、上記切替制御装置5からの切り替え制御によって各スイッチS1〜S6単位で個別に切り替え制御が行われ、各スイッチS1〜S6のそれぞれにおける3つの半導体スイッチ素子が一括して同じ切り替え動作を行う。   Each of the six switches, that is, the first to sixth switches S1 to S6 is configured by a set of three semiconductor switch elements that electrically connect and disconnect the wirings corresponding to the three phases. That is, switching control is performed individually for each switch S1 to S6 by switching control from the switching control device 5, and the three semiconductor switch elements in each of the switches S1 to S6 perform the same switching operation collectively.

また、本実施形態では、各半導体スイッチ素子が例えばSiC及びGaNを使用したIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)素子で構成されている。そして、図3に示すように第1スイッチS1と第2スイッチS2とを合わせた6つのIGBT素子15A,15B,15C,15D,15E,15Fが、1つの半導体モジュール16Aとして一体化した構成で設けられている。   Further, in the present embodiment, each semiconductor switch element is configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element using, for example, SiC and GaN. Then, as shown in FIG. 3, six IGBT elements 15A, 15B, 15C, 15D, 15E, and 15F, which are the combination of the first switch S1 and the second switch S2, are provided as a single semiconductor module 16A. It has been.

この半導体モジュール16Aにおいては、直列に接続された2つのIGBT素子15A,15D(そして15B,15E、及び15C,15F)が3組並列に配置されており、各組の両端とそれぞれの直列接続の中間点がモジュール端子として接続可能となっている。このような配線構成で6つのIGBT素子15A〜15Fを備えた半導体モジュール16Aは、多様な構成の回路設計に利用できるため汎用性が高く、現在ではこの半導体モジュール16Aを1つ又は複数組み込んだ半導体パッケージが広く一般的に製造・流通されている。この結果、モジュール単位のコストを比較的低くすることができる。   In this semiconductor module 16A, two IGBT elements 15A, 15D (and 15B, 15E, and 15C, 15F) connected in series are arranged in parallel, and both ends of each set are connected in series with each other. The middle point can be connected as a module terminal. The semiconductor module 16A including the six IGBT elements 15A to 15F having such a wiring configuration is highly versatile because it can be used for circuit designs having various configurations, and is currently a semiconductor in which one or a plurality of the semiconductor modules 16A are incorporated. Packages are widely manufactured and distributed in general. As a result, the module unit cost can be made relatively low.

図3に示す例では、上記3組のそれぞれにおいて直列接続された2つのIGBT素子15A,15D(そして15B,15E、及び15C,15F)のうち、各組の一方側の3つのIGBT素子15D,15E,15Fを第1スイッチS1とし、各組の他方に対応側の3つのIGBT素子15A,15B,15Cを第2スイッチS2として利用することができる。そして、対応する組み合わせの3組のモジュール端子(各組における上記直列接続の中間点)をそれぞれ第1出力端子11b、第2入力端子12a、第1電気的中性点13に接続することができる。   In the example shown in FIG. 3, among the two IGBT elements 15A, 15D (and 15B, 15E, and 15C, 15F) connected in series in each of the three sets, three IGBT elements 15D, 15E and 15F can be used as the first switch S1, and the corresponding three IGBT elements 15A, 15B, and 15C can be used as the second switch S2. Then, three sets of module terminals of corresponding combinations (the midpoint of the series connection in each set) can be connected to the first output terminal 11b, the second input terminal 12a, and the first electrical neutral point 13, respectively. .

以上のように、IGBT素子である半導体スイッチ素子で構成された第1〜6スイッチS1〜S6が、それぞれ各請求項記載のスイッチ素子を構成し、それら全体が各請求項記載の半導体スイッチ手段を構成する。   As described above, the first to sixth switches S1 to S6 constituted by the semiconductor switch elements which are IGBT elements respectively constitute the switch elements described in the respective claims, and the entirety of the first to sixth switches S1 to S6 constitute the semiconductor switch means described in the respective claims. Configure.

なお、図3に示す例の第1スイッチS1と第2スイッチS2の組み合わせ以外でも、以下に示すような2つのスイッチの組み合わせによって1つの半導体モジュールとして一体化することができる。例えば図4に示すように、第1スイッチS1と第6スイッチS6との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Bとして一体化できる。この場合には、第1スイッチS1側の3つのモジュール端子を第1電気的中性点13に接続し、第6スイッチS6側の3つのモジュール端子をインバータ1に接続し、これら2つのスイッチS1,S6の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子を第1出力端子11bへ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続する第1出力端子11bの各相U2,V2,W2に対して、第6スイッチS6側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、第1出力端子11bのU2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のV相に接続し、第1出力端子11bのV2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のW相に接続し、第1出力端子11bのW2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のU相に接続する必要がある。   In addition to the combination of the first switch S1 and the second switch S2 in the example shown in FIG. 3, it can be integrated as one semiconductor module by a combination of two switches as shown below. For example, as shown in FIG. 4, a combination of the first switch S1 and the sixth switch S6 can be integrated as one semiconductor module 16B. In this case, the three module terminals on the first switch S1 side are connected to the first electrical neutral point 13, the three module terminals on the sixth switch S6 side are connected to the inverter 1, and the two switches S1 , S6, the three module terminals connected to the midpoint of the series connection may be connected to the first output terminal 11b. It should be noted that the module terminal on the sixth switch S6 side needs to be connected in different phases to each phase U2, V2, W2 of the first output terminal 11b connected to the three module terminals at the intermediate point. That is, the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the U2 phase of the first output terminal 11b is connected to the V phase of the inverter 1, and the intermediate point connected to the V2 phase of the first output terminal 11b. The corresponding module terminal on the sixth switch S6 side is connected to the W phase of the inverter 1, and the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the W2 phase of the first output terminal 11b is the U phase of the inverter 1. Need to connect to.

また、例えば図5に示すように、第2スイッチS2と第3スイッチS3との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Cとして一体化できる。この場合には、第2スイッチS2側の3つのモジュール端子を第1出力端子11bに接続し、第3スイッチS3側の3つのモジュール端子をインバータ1に接続し、これら2つのスイッチS2,S3の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子を第2入力端子12aへ接続すればよい。なお、3組のモジュール端子はそれぞれ各相をそのまま対応させて接続できる。   For example, as shown in FIG. 5, a combination of the second switch S2 and the third switch S3 can be integrated as a single semiconductor module 16C. In this case, the three module terminals on the second switch S2 side are connected to the first output terminal 11b, the three module terminals on the third switch S3 side are connected to the inverter 1, and the two switches S2 and S3 are connected. What is necessary is just to connect three module terminals connected to the intermediate point of series connection to the 2nd input terminal 12a. Note that the three sets of module terminals can be connected to each other as they are.

また、例えば図6に示すように、第3スイッチS3と第5スイッチS5との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Dとして一体化できる。この場合には、第3スイッチS3側の3つのモジュール端子を第2入力端子12aに接続し、第5スイッチS5側の3つのモジュール端子を第2出力端子12bに接続し、これら2つのスイッチS3,S5の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子をインバータ1へ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続するインバータ1の各相U,V,Wに対して、第5スイッチS5側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、インバータ1のU相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのW4相に接続し、インバータ1のV相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのU4相に接続し、インバータ1のW相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのV4相に接続する必要がある。   For example, as shown in FIG. 6, a combination of the third switch S3 and the fifth switch S5 can be integrated as one semiconductor module 16D. In this case, three module terminals on the third switch S3 side are connected to the second input terminal 12a, three module terminals on the fifth switch S5 side are connected to the second output terminal 12b, and these two switches S3 are connected. , S5, the three module terminals connected to the midpoint of the series connection may be connected to the inverter 1. Note that the module terminal on the fifth switch S5 side needs to be connected in different phases to each phase U, V, W of the inverter 1 connected to the three module terminals at the intermediate point. That is, the module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the U phase of the inverter 1 is connected to the W4 phase of the second output terminal 12b, and the intermediate point corresponding to the intermediate point connected to the V phase of the inverter 1. The module terminal on the 5th switch S5 side is connected to the U4 phase of the second output terminal 12b, and the module terminal on the 5th switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the W phase of the inverter 1 is the V4 phase of the second output terminal 12b. Need to connect to.

また、例えば図7に示すように、第3スイッチS3と第6スイッチS6との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Eとして一体化できる。この場合には、第3スイッチS3側の3つのモジュール端子を第2入力端子12aに接続し、第6スイッチS6側の3つのモジュール端子を第1出力端子11bに接続し、これら2つのスイッチS3,S6の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子をインバータ1へ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続するインバータ1の各相U,V,Wに対して、第6スイッチS6側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、インバータ1のU相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第1出力端子11bのW2相に接続し、インバータ1のV相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第2出力端子11bのU2相に接続し、インバータ1のW相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第1出力端子11bのV2相に接続する必要がある。   For example, as shown in FIG. 7, a combination of the third switch S3 and the sixth switch S6 can be integrated as one semiconductor module 16E. In this case, three module terminals on the third switch S3 side are connected to the second input terminal 12a, three module terminals on the sixth switch S6 side are connected to the first output terminal 11b, and these two switches S3 are connected. , S6, the three module terminals connected to the midpoint of the series connection may be connected to the inverter 1. It should be noted that the module terminal on the sixth switch S6 side needs to be connected in different phases to each phase U, V, W of the inverter 1 connected to the three module terminals at the intermediate point. In other words, the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the U phase of the inverter 1 is connected to the W2 phase of the first output terminal 11b, and the first corresponding to the intermediate point connected to the V phase of the inverter 1. The module terminal on the 6th switch S6 side is connected to the U2 phase of the second output terminal 11b, and the module terminal on the 6th switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the W phase of the inverter 1 is the V2 phase of the first output terminal 11b. Need to connect to.

また、例えば図8に示すように、第5スイッチS5と第6スイッチS6との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Fとして一体化できる。この場合には、第5スイッチS5側の3つのモジュール端子を第2出力端子12bに接続し、第6スイッチS6側の3つのモジュール端子を第1出力端子11bに接続し、これら2つのスイッチS5,S6の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子をインバータ1へ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続するインバータ1の各相U,V,Wに対して、第5スイッチS5側のジュール端子及び第6スイッチS6側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、インバータ1のU相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのW4相に接続し、同じ中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第1出力端子11bのW2相に接続する。またインバータ1のV相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのU4相に接続し、同じ中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第1出力端子11bのU2相に接続する。また、インバータ1のW相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子を第2出力端子12bのV4相に接続し、同じ中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子を第1出力端子11bのV2相に接続する必要がある。   For example, as shown in FIG. 8, a combination of the fifth switch S5 and the sixth switch S6 can be integrated as one semiconductor module 16F. In this case, the three module terminals on the fifth switch S5 side are connected to the second output terminal 12b, the three module terminals on the sixth switch S6 side are connected to the first output terminal 11b, and the two switches S5 are connected. , S6, the three module terminals connected to the midpoint of the series connection may be connected to the inverter 1. Note that the phase of the module terminal on the fifth switch S5 side and the module terminal on the sixth switch S6 side is changed for each phase U, V, W of the inverter 1 connected to the three module terminals at the intermediate point. Need to connect. That is, the module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the U phase of the inverter 1 is connected to the W4 phase of the second output terminal 12b, and the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the same intermediate point. Is connected to the W2 phase of the first output terminal 11b. The module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the V phase of the inverter 1 is connected to the U4 phase of the second output terminal 12b, and the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the same intermediate point is connected. Connect to the U2 phase of the first output terminal 11b. The module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the W phase of the inverter 1 is connected to the V4 phase of the second output terminal 12b, and the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the same intermediate point. Must be connected to the V2 phase of the first output terminal 11b.

また、例えば図9に示すように、第4スイッチS4と第5スイッチS5との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Gとして一体化できる。この場合には、第4スイッチS4側の3つのモジュール端子を第2電気的中性点14に接続し、第5スイッチS5側の3つのモジュール端子をインバータ1に接続し、これら2つのスイッチS4,S5の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子を第2出力端子12bへ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続する第2出力端子12bの各相U4,V4,W4に対して、第5スイッチS5側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、第2出力端子12bのU4相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子をインバータ1のV相に接続し、第2出力端子12bのV4相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子をインバータ1のW相に接続し、第2出力端子12bのW4相に接続する中間点に対応する第5スイッチS5側のモジュール端子をインバータ1のU相に接続する必要がある。   For example, as shown in FIG. 9, a combination of the fourth switch S4 and the fifth switch S5 can be integrated as one semiconductor module 16G. In this case, the three module terminals on the fourth switch S4 side are connected to the second electrical neutral point 14, the three module terminals on the fifth switch S5 side are connected to the inverter 1, and the two switches S4 are connected. , S5, the three module terminals connected to the midpoint of the series connection may be connected to the second output terminal 12b. Note that the module terminal on the fifth switch S5 side needs to be connected in different phases to each phase U4, V4, W4 of the second output terminal 12b connected to the three module terminals at the intermediate point. That is, the module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the U4 phase of the second output terminal 12b is connected to the V phase of the inverter 1, and the intermediate point connected to the V4 phase of the second output terminal 12b. The corresponding module terminal on the fifth switch S5 side is connected to the W phase of the inverter 1, and the module terminal on the fifth switch S5 side corresponding to the intermediate point connected to the W4 phase of the second output terminal 12b is the U phase of the inverter 1. Need to connect to.

また、例えば図10に示すように、第2スイッチS2と第6スイッチS6との組み合わせでも1つの半導体モジュール16Hとして一体化できる。この場合には、第2スイッチS2側の3つのモジュール端子を第2入力端子12aに接続し、第6スイッチS6側の3つのモジュール端子をインバータ1に接続し、これら2つのスイッチS2,S6の直列接続の中間点に接続する3つのモジュール端子を第1出力端子11bへ接続すればよい。なお、上記中間点の3つのモジュール端子にそれぞれ接続する第1出力端子11bの各相U2,V2,W2に対して、第6スイッチS6側のモジュール端子は相を変えて接続する必要がある。つまり、第1出力端子11bのU2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のV相に接続し、第1出力端子11bのV2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のW相に接続し、第1出力端子11bのW2相に接続する中間点に対応する第6スイッチS6側のモジュール端子をインバータ1のU相に接続する必要がある。   For example, as shown in FIG. 10, a combination of the second switch S2 and the sixth switch S6 can be integrated as one semiconductor module 16H. In this case, the three module terminals on the second switch S2 side are connected to the second input terminal 12a, the three module terminals on the sixth switch S6 side are connected to the inverter 1, and the two switches S2 and S6 are connected. What is necessary is just to connect three module terminals connected to the midpoint of series connection to the 1st output terminal 11b. It should be noted that the module terminal on the sixth switch S6 side needs to be connected in different phases to each phase U2, V2, W2 of the first output terminal 11b connected to the three module terminals at the intermediate point. That is, the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the U2 phase of the first output terminal 11b is connected to the V phase of the inverter 1, and the intermediate point connected to the V2 phase of the first output terminal 11b. The corresponding module terminal on the sixth switch S6 side is connected to the W phase of the inverter 1, and the module terminal on the sixth switch S6 side corresponding to the intermediate point connected to the W2 phase of the first output terminal 11b is the U phase of the inverter 1. Need to connect to.

なお、巻線切替装置3は複数の半導体モジュール16A乃至16Hを備えてもよく、例えば図3に示す第1スイッチと第2スイッチとを組み込んだ半導体モジュール16Aと、図7に示す第3スイッチと第6スイッチとを組み込んだ半導体モジュール16Eと、図9に示す第4スイッチと第5スイッチとを組み込んだ半導体モジュール16Gとを併設できるように、それぞれに組み込むスイッチが重複しない組み合わせで複数の半導体モジュール16A乃至16Hを備えるようにしてもよい。   The winding switching device 3 may include a plurality of semiconductor modules 16A to 16H. For example, the semiconductor module 16A incorporating the first switch and the second switch shown in FIG. 3 and the third switch shown in FIG. A plurality of semiconductor modules with combinations in which the switches incorporated in each of the semiconductor modules 16E incorporating the sixth switch and the semiconductor modules 16G incorporating the fourth switch and the fifth switch shown in FIG. 9 do not overlap. You may make it provide 16A thru | or 16H.

図11は、本実施形態において切替制御装置5が巻線切替装置3の各スイッチS1〜S6に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 11 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 on the switches S1 to S6 of the winding switching device 3 in the present embodiment.

上述したように、本実施形態において巻線切替装置3は、第1電機子巻線11にインバータ出力を導く第1状態と、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを電気的に直列接続した全体にインバータ出力を導く第2状態と、第2電機子巻線12のみにインバータ出力を導く第3状態と、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを電気的に並列接続した両方にインバータ出力を導く第4状態とを、それぞれY結線の場合とデルタ結線の場合とに区別して切り替え、さらにセンサ4から異常が検出された際に各電機子巻線11,12に加わる電圧を最小にする非常時の状態、の合計9つの状態を選択的に切り替える。   As described above, in the present embodiment, the winding switching device 3 has the first state in which the inverter output is guided to the first armature winding 11, the first armature winding 11, and the second armature winding 12. A second state in which the inverter output is guided to the whole electrically connected in series, a third state in which the inverter output is guided only to the second armature winding 12, and the first armature winding 11 and the second armature winding 12 Are switched in distinction between the Y connection and the delta connection, and each armature is detected when an abnormality is detected from the sensor 4. A total of nine states including an emergency state in which the voltage applied to the windings 11 and 12 is minimized are selectively switched.

具体的には、図11に示すように、Y結線での第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3の第1スイッチS1をON(導通;以下同様)とし、第2〜6スイッチS2〜S6を全てOFF(遮断;以下同様)とする。これにより、Y結線された第1電機子巻線11のみがインバータ1に接続される上記第1状態に切り替えられる。この際には、インピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   Specifically, as shown in FIG. 11, when realizing the first state in the Y connection, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3 (conduction; the same applies hereinafter). The second to sixth switches S2 to S6 are all turned off (blocked; the same applies hereinafter). As a result, only the first armature winding 11 that is Y-connected is switched to the first state in which the inverter 1 is connected. At this time, since the impedance is low, a sufficient current can flow even in the high frequency region, and a state suitable for driving the three-phase AC motor 2 at high speed is obtained.

また、Y結線での第2状態を実現する際には、第1スイッチS1をOFFとし、第2スイッチS2をONとし、第3スイッチS3をOFFとし、第4スイッチS4をONとし、第5〜6スイッチS5〜S6をOFFとする。これにより、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とが直列に接続してその全体が第2電気的中性点14を介したY結線となってインバータ1に接続される上記第2状態に切り替えられる。この際には、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して3相交流モータ2に大きいトルクを発生させることができ、低速駆動に好適な状態となる。   Further, when realizing the second state in the Y connection, the first switch S1 is turned OFF, the second switch S2 is turned ON, the third switch S3 is turned OFF, the fourth switch S4 is turned ON, and the fifth switch -6 switches S5 to S6 are turned OFF. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected in series, and the whole is connected to the inverter 1 as a Y connection via the second electrical neutral point 14. It is switched to the second state. At this time, since the impedance is high, a sufficient voltage can be applied even in a low frequency region, and a large torque can be generated in the three-phase AC motor 2 with respect to the same current, which is suitable for low-speed driving. Become.

なお、以上の第1状態と第2状態との切り替えは、例えば3相交流モータ2の回転速度が所定の閾値速度より速い場合は第1状態、遅い場合は第2状態に切り替えるようにしてもよいし、誘起電圧と直流電圧との関係により切り替えるようにしてもよい。   The switching between the first state and the second state described above may be performed by switching to the first state when the rotational speed of the three-phase AC motor 2 is faster than a predetermined threshold speed, and to the second state when it is slow, for example. Alternatively, switching may be performed according to the relationship between the induced voltage and the DC voltage.

また、Y結線での第3状態を実現する際には、第1〜2スイッチS1〜S2をOFFとし、第3〜4スイッチS3〜S4をONとし、第5〜6スイッチS5〜S6をOFFとする。これにより、Y結線された第2電機子巻線12のみがインバータ1に接続される上記第3状態に切り替えられる。この際には、第2電機子巻線12の巻数にもよるが、第1状態と同等にインピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   Further, when realizing the third state in the Y connection, the first and second switches S1 and S2 are turned off, the third to fourth switches S3 to S4 are turned on, and the fifth to sixth switches S5 to S6 are turned off. And As a result, only the second armature winding 12 Y-connected is switched to the third state in which the inverter 1 is connected. In this case, although depending on the number of turns of the second armature winding 12, since the impedance is as low as in the first state, a sufficient current can flow even in a high frequency region, and the three-phase AC motor 2 is driven at high speed. It becomes a suitable state to do.

また、Y結線での第4状態を実現する際には、第1スイッチS1をONとし、第2スイッチS2をOFFとし、第3〜4スイッチS3〜S4をONとし、第5〜6スイッチS5〜S6をOFFとする。これにより、それぞれY結線された第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の両方が並列にインバータ1に接続される上記第4状態に切り替えられる。この際には、各電機子巻線11,12の巻数にもよるが、第1状態と同等にインピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   When realizing the fourth state in the Y connection, the first switch S1 is turned on, the second switch S2 is turned off, the third to fourth switches S3 to S4 are turned on, and the fifth to sixth switches S5 are turned on. ~ S6 is turned OFF. As a result, both the first armature winding 11 and the second armature winding 12 Y-connected are switched to the fourth state in which the inverter 1 is connected in parallel. At this time, although depending on the number of turns of the armature windings 11 and 12, since the impedance is as low as that in the first state, a sufficient current can flow even in the high frequency region, and the three-phase AC motor 2 can be operated at high speed. It is in a state suitable for driving.

また、デルタ結線での第1状態を実現する際には、第1〜5スイッチS1〜S5をOFFとし、第6スイッチS6だけをONとする。これにより、デルタ結線された第1電機子巻線11のみがインバータ1に接続される上記第1状態に切り替えられる。この際には、インピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   Further, when realizing the first state in the delta connection, the first to fifth switches S1 to S5 are turned off and only the sixth switch S6 is turned on. As a result, only the first armature winding 11 that is delta-connected is switched to the first state in which the inverter 1 is connected. At this time, since the impedance is low, a sufficient current can flow even in the high frequency region, and a state suitable for driving the three-phase AC motor 2 at high speed is obtained.

また、デルタ結線での第2状態を実現する際には、第1スイッチS1をOFFとし、第2スイッチS2をONとし、第3〜4スイッチS3〜S4をOFFとし、第5スイッチS5をONとし、第6スイッチS6をOFFとする。これにより、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とが直列に接続してその全体がデルタ結線となってインバータ1に接続される上記第2状態に切り替えられる。この際には、インピーダンスが高いので低周波領域でも十分な電圧を印加することができ、同一電流に対して3相交流モータ2に大きいトルクを発生させることができ、低速駆動に好適な状態となる。   When realizing the second state in the delta connection, the first switch S1 is turned off, the second switch S2 is turned on, the third to fourth switches S3 to S4 are turned off, and the fifth switch S5 is turned on. And the sixth switch S6 is turned OFF. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected in series, and the entirety thereof becomes a delta connection and is switched to the second state where it is connected to the inverter 1. At this time, since the impedance is high, a sufficient voltage can be applied even in a low frequency region, and a large torque can be generated in the three-phase AC motor 2 with respect to the same current, which is suitable for low-speed driving. Become.

また、デルタ結線での第3状態を実現する際には、第1〜2スイッチS1〜S2をOFFとし、第3スイッチS3をONとし、第4スイッチS4をOFFとし、第5スイッチS5をONとし、第6スイッチS6をOFFとする。これにより、デルタ結線された第2電機子巻線12のみがインバータ1に接続される上記第3状態に切り替えられる。この際には、第2電機子巻線12の巻数にもよるが、第1状態と同等にインピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   When realizing the third state in the delta connection, the first and second switches S1 and S2 are turned off, the third switch S3 is turned on, the fourth switch S4 is turned off, and the fifth switch S5 is turned on. And the sixth switch S6 is turned OFF. As a result, only the second armature winding 12 that is delta-connected is switched to the third state in which the inverter 1 is connected. In this case, although depending on the number of turns of the second armature winding 12, since the impedance is as low as in the first state, a sufficient current can flow even in a high frequency region, and the three-phase AC motor 2 is driven at high speed. It becomes a suitable state to do.

また、デルタ結線での第4状態を実現する際には、第1〜2スイッチS1〜S2をOFFとし、第3スイッチS3をONとし、第4スイッチS4をOFFとし、第5〜6スイッチS5〜S6をONとする。これにより、それぞれデルタ結線された第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の両方を並列にインバータ1に接続される上記第4状態に切り替えられる。この際には、各電機子巻線11,12の巻数にもよるが、第1状態と同等にインピーダンスが低いため高周波領域でも十分な電流を流すことができ、3相交流モータ2を高速で駆動するのに好適な状態となる。   When realizing the fourth state in the delta connection, the first and second switches S1 and S2 are turned off, the third switch S3 is turned on, the fourth switch S4 is turned off, and the fifth to sixth switches S5. ~ S6 is turned ON. As a result, both the first armature winding 11 and the second armature winding 12 respectively connected in delta connection are switched to the fourth state in which the inverter 1 is connected in parallel. At this time, although depending on the number of turns of the armature windings 11 and 12, since the impedance is as low as that in the first state, a sufficient current can flow even in the high frequency region, and the three-phase AC motor 2 can be operated at high speed. It is in a state suitable for driving.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3の第1スイッチS1と第2スイッチS2だけをONとし、他の第3〜第6スイッチS3〜S6をOFFとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる上記非常時の状態に切り替えられる。このとき異常を検出したセンサ4から出力される検出信号が非常用切替制御信号を構成し、全ての第1〜6スイッチS1〜S6が経路切替手段を構成する。   When an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns on only the first switch S1 and the second switch S2 of the winding switching device 3, and the other third to sixth switches S3 to S6. Is switched to the emergency state where the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 can be minimized. At this time, the detection signal output from the sensor 4 that has detected an abnormality constitutes an emergency switching control signal, and all the first to sixth switches S1 to S6 constitute a path switching means.

以上説明したように、本実施形態においては、上述のような接続構成の各スイッチS1〜S6を備えることで、高速駆動に適した第1状態と、低速駆動に適した第2状態との切り替えを行う。このとき、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子で構成する各スイッチS1〜S6により第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の電気的な導通と遮断の切り替えを瞬時に行うことができる。この結果、例えば機械的スイッチ手段の場合に生じるチャタリングなどの電気的衝撃を無くすとともに、切り替え期間が長い場合に生じるトルク抜けや制動トルクの発生を抑えて機械的衝撃を防ぐことができる。   As described above, in the present embodiment, the switches S1 to S6 having the connection configuration as described above are provided to switch between the first state suitable for high speed driving and the second state suitable for low speed driving. I do. At this time, the electrical continuity between the first armature winding 11 and the second armature winding 12 can be instantaneously switched by the switches S1 to S6 formed of insulated gate bipolar transistor elements. . As a result, for example, electrical shock such as chattering that occurs in the case of mechanical switch means can be eliminated, and mechanical shock can be prevented by suppressing torque loss and braking torque generated when the switching period is long.

そして、各スイッチS1〜S6に関しては、以下のような効果がある。すなわち、前述したように、6つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を一体化して構成する半導体モジュールは汎用性が高く、既にこのような半導体モジュールを1つ又は複数組み込んだ半導体パッケージが広く一般的に製造・流通している。本実施形態では、スイッチS1〜S6のうち、少なくとも2つのスイッチ(図3の例ではスイッチS1,S2、図4の例ではスイッチS1,S6、図5の例ではスイッチS2,S3、図6の例ではスイッチS3,S5、図7の例ではスイッチS3,S6、図8の例ではスイッチS5,S6、図9の例ではスイッチS4,S5、図10の例ではスイッチS2,S6)に備えられた6つのIGBT素子15A〜15Fを、このような汎用性の高い半導体モジュールを用いた1つの半導体モジュールとして一体化している。これにより、配線を簡略化し多様な構成の回路設計に広く適用できるとともに、組み立て工程の簡素化を図ることができる。また、スイッチの設置面積を低減することで、巻線切替装置3の小型化を図ることもできる。これらの結果、巻線切替装置3の生産性の向上を図るとともに、製造コストの低減を図ることができる。   The switches S1 to S6 have the following effects. That is, as described above, a semiconductor module formed by integrating six insulated gate bipolar transistor elements is highly versatile, and a semiconductor package in which one or a plurality of such semiconductor modules are already incorporated is widely used. Manufactured and distributed. In the present embodiment, among the switches S1 to S6, at least two switches (switches S1 and S2 in the example of FIG. 3, switches S1 and S6 in the example of FIG. 4, switches S2 and S3 in the example of FIG. The switches S3 and S5 in the example, the switches S3 and S6 in the example of FIG. 7, the switches S5 and S6 in the example of FIG. 8, the switches S4 and S5 in the example of FIG. 9, and the switches S2 and S6 in the example of FIG. The six IGBT elements 15A to 15F are integrated as one semiconductor module using such a highly versatile semiconductor module. As a result, the wiring can be simplified and widely applied to circuit designs having various configurations, and the assembly process can be simplified. Further, the winding switching device 3 can be reduced in size by reducing the installation area of the switch. As a result, the productivity of the winding switching device 3 can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

また、各スイッチS1〜S6が、SiC及びGaNを使用したIGBT素子で構成されていることにより、導通損失を極限まで低減できるという効果がある。また、このようにSiC及びGaNを使用したIGBT素子は高温環境下での動作が可能であるため、それを備える巻線切替装置3を3相交流モータ2の直近に配置、又は一体化することができ、すなわち交流電動機駆動システム100全体を小型化することができる。なお、その他通常の構成のIGBT素子を用いてもよいことはもちろんである。   Moreover, since each switch S1-S6 is comprised by the IGBT element which uses SiC and GaN, there exists an effect that conduction loss can be reduced to the limit. In addition, since the IGBT element using SiC and GaN can operate in a high temperature environment as described above, the winding switching device 3 including the IGBT element is disposed in close proximity to or integrated with the three-phase AC motor 2. That is, the entire AC motor drive system 100 can be reduced in size. It goes without saying that other normally-configured IGBT elements may be used.

また、例えば、3相交流モータ2の高速回転時に巻線切替装置3が第2状態(低速適合状態)となった場合には、2つの電機子巻線11,12の間に誘起される電圧は半導体スイッチ素子の耐圧を超える可能性がある。この対策として、本実施形態では特に、インバータ1又は3相交流モータ2の異常検出状態に対応したセンサ4からの検出信号に応じて、各スイッチS1〜S6が、第1電機子巻線11及び第2電機子巻線12に加わる電圧を最小とする電流経路を形成する。すなわち、上記センサ4から異常が検出された場合、つまり、例えば3相交流モータ2に設けたロータリエンコーダなどの速度検出器(特に図示せず)の故障、各種信号線の断線、又は速度演算器の誤作動などといった速度検出に関わる異常が検出された場合には、非常時とみなして、切替制御装置5が巻線切替装置3の各スイッチS1〜S6を非常時に対応するON/OFF状態に切り替える(上記図11参照)。この結果、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小として、各半導体スイッチ素子、特に2つの電機子巻線11,12の間に配置されている第2スイッチS2を過電圧から保護することができる。   Further, for example, when the winding switching device 3 is in the second state (low-speed compatible state) during the high-speed rotation of the three-phase AC motor 2, the voltage induced between the two armature windings 11 and 12 May exceed the breakdown voltage of the semiconductor switch element. As a countermeasure, in this embodiment, the switches S1 to S6 are connected to the first armature winding 11 and the detection signal from the sensor 4 corresponding to the abnormality detection state of the inverter 1 or the three-phase AC motor 2, in particular. A current path that minimizes the voltage applied to the second armature winding 12 is formed. That is, when an abnormality is detected from the sensor 4, that is, for example, a failure of a speed detector (not shown) such as a rotary encoder provided in the three-phase AC motor 2, a disconnection of various signal lines, or a speed calculator When an abnormality relating to speed detection, such as malfunctioning, is detected, it is regarded as an emergency, and the switching control device 5 sets each switch S1 to S6 of the winding switching device 3 to an ON / OFF state corresponding to the emergency. Switching (see FIG. 11 above). As a result, the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 is minimized to protect each semiconductor switch element, in particular, the second switch S2 disposed between the two armature windings 11 and 12 from overvoltage. can do.

このとき、本実施形態では特に、第1スイッチS1と第2スイッチS2が、第1電機子巻線11及び第2電機子巻線12に加わる電圧を最小とする上記電流経路を形成する。これにより、非常時のための専用のスイッチを別途設けることなく、簡易な構成で各スイッチS1〜S6を過電圧から保護することができる。   At this time, particularly in the present embodiment, the first switch S1 and the second switch S2 form the current path that minimizes the voltage applied to the first armature winding 11 and the second armature winding 12. Thereby, each switch S1-S6 can be protected from an overvoltage with a simple structure, without providing the switch for exclusive use for an emergency separately.

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。なお、上記実施形態と同等の部分については、同じ符号を付し適宜説明を省略又は簡略化する。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea of the present invention. Hereinafter, such modifications will be described in order. In addition, about the part equivalent to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified suitably.

(1)Y結線の第1状態と、Y結線とデルタ結線のそれぞれで第2状態に切り替える場合
上記実施形態では、Y結線とデルタ結線のそれぞれで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、本発明はこれに限られない。例えば、そのうちのY結線の第1状態と、Y結線とデルタ結線のそれぞれの第2状態にだけ限定して切替可能に構成してもよい。
(1) When switching to the second state in each of the first state of the Y connection and the Y connection and the delta connection In the above embodiment, the Y state and the delta connection are switched to the first to fourth states. The present invention is not limited to this. For example, only the first state of the Y connection and the second state of each of the Y connection and the delta connection may be configured to be switchable.

図12は、そのような第1変形例における巻線切替装置3A及び3相交流モータ2A(この例では上記3相交流モータ2と同様の構成である)の回路構成を示す図であり、上記図2に対応する図である。   FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of the winding switching device 3A and the three-phase AC motor 2A (in this example, the same configuration as that of the three-phase AC motor 2) in the first modified example. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2.

この図12において、巻線切替装置3Aは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第1出力端子11bが第1スイッチS1を介して各相の配線を一点に短絡させる第1電気的中性点13に接続されるとともに、第2入力端子12aに接続されている。また、第2出力端子12bは、第4スイッチS4を介して各相の配線を一点に短絡させる第2電気的中性点14に接続されるとともに、第5スイッチ手段としての第5スイッチS5を介してインバータ1に接続されている。なお、本変形例における第1スイッチS1が各請求項記載の第1スイッチ手段を構成し、第4スイッチS4が第4スイッチ手段を構成し、第5スイッチS5が第5スイッチ手段を構成する。   In FIG. 12, the winding switching device 3A connects the inverter output to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the first electrical neutral point 13 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the first switch S1, and is also connected to the second input terminal 12a. The second output terminal 12b is connected to a second electrical neutral point 14 that short-circuits the wiring of each phase to one point via a fourth switch S4, and has a fifth switch S5 as a fifth switch means. Via the inverter 1. The first switch S1 in the present modification constitutes the first switch means described in each claim, the fourth switch S4 constitutes the fourth switch means, and the fifth switch S5 constitutes the fifth switch means.

なお、本変形例においては、上記図9に示した、第4スイッチS4と第5スイッチS5とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Gとして一体化したものを、設けることができる。   In the present modification, a combination of the fourth switch S4 and the fifth switch S5 shown in FIG. 9 and integrated as one semiconductor module 16G can be provided.

図13は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Aの各スイッチS1,S4,S5に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 13 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 for each of the switches S1, S4, S5 of the winding switching device 3A in this modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Aは、Y結線とした第1電機子巻線11のみにインバータ出力を導く第1状態と、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを電気的に直列接続した全体をY結線又はデルタ結線として両方にインバータ出力を導く2通りの第2状態と、センサ4から異常が検出された際に各電機子巻線11,12に加わる電圧を最小にする非常時、の4つの状態を選択的に切り替えることができる。   As described above, in this modification, the winding switching device 3A includes the first state in which the inverter output is guided only to the first armature winding 11 having the Y connection, the first armature winding 11 and the second armature. Two types of second states that lead the inverter output to both as a Y-connection or delta-connection as a whole in which the windings 12 are electrically connected in series, and when an abnormality is detected from the sensor 4, each armature winding 11, It is possible to selectively switch between the four states in an emergency in which the voltage applied to 12 is minimized.

具体的には、図13のテーブルに示すように、Y結線の第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3Aの第1スイッチS1をONとし、第2〜3スイッチS2〜S3をOFFとする。これにより、Y結線とした第1電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第1状態に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 13, when realizing the first state of the Y connection, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3A, and the second to third. The switches S2 to S3 are turned off. Thereby, it is switched to the first state in which only the first armature winding 11 having the Y connection is connected to the inverter 1.

また、Y結線の第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第1スイッチS2をOFFとし、第4スイッチS4をONとし、第5スイッチS5をOFFとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でY結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   When realizing the second state of the Y connection, the switching control device 5 turns off the first switch S2, turns on the fourth switch S4, and turns off the fifth switch S5. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute the Y connection and are switched to the second state where the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected to the inverter 1.

また、デルタ結線の第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第1スイッチS1と第4スイッチS4をOFFとし、第5スイッチS5をONとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でデルタ結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   Further, when realizing the second state of the delta connection, the switching control device 5 turns off the first switch S1 and the fourth switch S4 and turns on the fifth switch S5. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute the delta connection and are switched to the second state where the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected to the inverter 1.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Aの第1スイッチS1をONとし、第4スイッチS4と第5スイッチS5をOFFとする。これにより、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   When an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3A and turns off the fourth switch S4 and the fifth switch S5. As a result, the state is switched to an emergency state in which the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS1,S4,S5を備え、インバータ1、第1電気的中性点13、及び第2電気的中性点14とを接続する。これにより、2つの電機子巻線11,12を使用したY結線に対する上記第1状態と第2状態、及び2つの電機子巻線11,12を使用したデルタ結線に対する上記第2状態との切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   As described above, this modification includes the switches S1, S4, S5 having the above-described connection configuration, and includes the inverter 1, the first electrical neutral point 13, and the second electrical neutral point 14. And connect. Thereby, the first state and the second state for the Y connection using the two armature windings 11 and 12 and the second state for the delta connection using the two armature windings 11 and 12 are switched. Can be realized with a simple wiring configuration.

(2)Y結線だけで第1〜4状態に切り替える場合
上記実施形態では、Y結線とデルタ結線のそれぞれで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、本発明はこれに限られない。例えば、そのうちのY結線とした第1〜4状態にだけ限定して切替可能に構成してもよい。
(2) When switching to the first to fourth states only with the Y connection In the above embodiment, the Y connection and the delta connection are switched to the first to fourth states, but the present invention is not limited to this. For example, it may be configured to be switchable by limiting only to the first to fourth states of the Y connection.

図14は、そのような第2変形例における巻線切替装置3B及び3相交流モータ2Bの回路構成を示す図である。この図14において、巻線切替装置3Bは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第1出力端子11bが第1スイッチS1を介して各相の配線を一点に短絡させる第1電気的中性点13に接続されるとともに、第2スイッチS2を介して第2入力端子12aに接続されている。また、第2入力端子12aは第3スイッチS3を介してインバータ1に接続されている。なお、本変形例においては、前述の例外として、第2電機子巻線12の第2出力端子12bは巻線切替装置3Bに接続されず、3相交流モータ2Bの内部において、各相の配線が一点に短絡される第2電気的中性点14に対し、接続されている。なお、本変形例における第1スイッチS1は各請求項記載の第1スイッチ手段を構成し、第2スイッチS2が第2スイッチ手段を構成し、第3スイッチS3が第3スイッチ手段を構成する。   FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of the winding switching device 3B and the three-phase AC motor 2B in the second modified example. In FIG. 14, the winding switching device 3B connects the inverter output to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the first electrical neutral point 13 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the first switch S1, and is connected to the second input terminal 12a via the second switch S2. Has been. The second input terminal 12a is connected to the inverter 1 through the third switch S3. In this modification, with the exception described above, the second output terminal 12b of the second armature winding 12 is not connected to the winding switching device 3B, and the wiring of each phase is provided inside the three-phase AC motor 2B. Is connected to the second electrical neutral point 14 which is short-circuited to one point. The first switch S1 in this modification constitutes the first switch means described in each claim, the second switch S2 constitutes the second switch means, and the third switch S3 constitutes the third switch means.

本変形例においては、上記図3に示した、第1スイッチS1と第2スイッチS2とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Aとして一体化したものや、上記図5に示した、第2スイッチS2と第3スイッチS3とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Cとして一体化したものを、設けることができる。   In this modification, the first switch S1 and the second switch S2 shown in FIG. 3 are combined and integrated as one semiconductor module 16A, or the second switch S2 and the second switch S2 shown in FIG. A combination of three switches S3 and integrated as one semiconductor module 16C can be provided.

図15は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Bの各スイッチS1,S2,S3に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 15 is a table showing the contents of switching control performed by the switching control device 5 for each of the switches S1, S2, S3 of the winding switching device 3B in the present modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Bは、Y結線とした第1〜4状態と非常時の5つの状態を選択的に切り替えることができる。   As described above, in this modification, the winding switching device 3B can selectively switch between the first to fourth states in the Y connection and the five states in an emergency.

具体的には、図15のテーブルに示すように、第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3Bの第1スイッチS1をONとし、第2〜3スイッチS2〜S3をOFFとする。これにより、Y結線とした第1電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第1状態に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 15, when realizing the first state, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3B, and the second to third switches S2 to S2. S3 is turned OFF. Thereby, it is switched to the first state in which only the first armature winding 11 having the Y connection is connected to the inverter 1.

また、第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第1スイッチS1をOFFとし、第2スイッチS2をONとし、第3スイッチS3をOFFとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でY結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   When realizing the second state, the switching control device 5 turns off the first switch S1, turns on the second switch S2, and turns off the third switch S3. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute the Y connection and are switched to the second state where the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected to the inverter 1.

また、第3状態を実現する際には、切替制御装置5が第1〜2スイッチS1〜S2をOFFとし、第3スイッチS3をONとする。これにより、Y結線とした第2電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第3状態に切り替えられる。   When realizing the third state, the switching control device 5 turns off the first and second switches S1 and S2 and turns on the third switch S3. Thereby, it is switched to the third state in which only the second armature winding 11 having the Y connection is connected to the inverter 1.

また、第4状態を実現する際には、切替制御装置5が第1スイッチS1をONとし、第2スイッチS2をOFFとし、第3スイッチS3をONとする。これにより、それぞれY結線とした第1電機子巻線11と第2電機子巻線12を並列接続してそれら両方をインバータ1へ接続する上記第4状態に切り替えられる。   When realizing the fourth state, the switching control device 5 turns on the first switch S1, turns off the second switch S2, and turns on the third switch S3. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 each having a Y connection are connected in parallel, and both of them are switched to the fourth state.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Bの第1スイッチS1をONとし、第2スイッチS2をOFFとし、第3スイッチS3をONとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   When an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3B, turns off the second switch S2, and turns on the third switch S3. Thus, the state can be switched to an emergency state in which the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS1,S2,S3を備えて、インバータ1及び第1電気的中性点13を接続する。これにより、2つの電機子巻線11,12を使用したY結線に対する上記第1〜4状態の切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。なお、第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の両方が一つのハウジングに収納されて一つのモータを構成する場合、当該ハウジングの内部で上記第2電気的中性点14が第2電機子巻線12の巻き終わり部分に形成されることで、外部の配線を省略化して3相交流モータ2Bの組み立てを容易にし、生産性を向上する効果もある。   As described above, in the present modification, each of the switches S1, S2, S3 having the connection configuration as described above is provided, and the inverter 1 and the first electrical neutral point 13 are connected. Thereby, switching of the said 1st-4th state with respect to Y connection using the two armature windings 11 and 12 is realizable with a simple wiring structure. When both the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are housed in one housing to form one motor, the second electrical neutral point 14 is formed inside the housing. By being formed at the winding end portion of the second armature winding 12, there is an effect that the external wiring is omitted, the assembly of the three-phase AC motor 2B is facilitated, and the productivity is improved.

(3)Y結線だけで第1状態と第2状態のみ切り替える場合
上記第2変形例では、Y結線だけで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、そのうちのY結線とした第1状態と第2状態にだけ限定して切替可能に構成することもできる。
(3) When switching only the first state and the second state only with the Y connection In the second modified example, the configuration is switched to the first to fourth states only with the Y connection. It can also be configured to be switchable only in the second state.

図16は、そのような第3変形例における巻線切替装置3C及び3相交流モータ2Cの回路構成を示す図である。この図16において、巻線切替装置3Cは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第1出力端子11bが第1スイッチS1を介して各相の配線を一点に短絡させる第1電気的中性点13に接続されるとともに、第2スイッチS2を介して第2入力端子12aに接続されている。なお、本変形例においても、前述の例外として、第2電機子巻線12の第2出力端子12bは巻線切替装置3Cに接続されず、3相交流モータ2Cの内部において、各相の配線が一点に短絡される第2電気的中性点14に対し接続されている。なお、本変形例における第1スイッチS1は各請求項記載の第1スイッチ手段を構成し、第2スイッチS2が第2スイッチ手段を構成する。   FIG. 16 is a diagram showing a circuit configuration of the winding switching device 3C and the three-phase AC motor 2C in the third modified example. In FIG. 16, the winding switching device 3C connects the inverter output to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the first electrical neutral point 13 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the first switch S1, and is connected to the second input terminal 12a via the second switch S2. Has been. Also in this modification, with the exception described above, the second output terminal 12b of the second armature winding 12 is not connected to the winding switching device 3C, and the wiring of each phase is provided inside the three-phase AC motor 2C. Are connected to a second electrical neutral point 14 which is short-circuited to one point. The first switch S1 in the present modification constitutes the first switch means described in each claim, and the second switch S2 constitutes the second switch means.

本変形例においては、上記図3に示した、第1スイッチS1と第2スイッチS2とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Aとして一体化したものを、設けることができる。   In the present modification, a combination of the first switch S1 and the second switch S2 shown in FIG. 3 and integrated as one semiconductor module 16A can be provided.

図17は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Cの各スイッチS1,S2に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 17 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 on the switches S1 and S2 of the winding switching device 3C in this modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Cは、Y結線とした第1状態と第2状態と非常時の3つの状態を選択的に切り替えることができる。   As described above, in this modification, the winding switching device 3C can selectively switch between the three states of the first state, the second state, and the emergency state in which the Y connection is established.

具体的には、図17のテーブルに示すように、第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3Cの第1スイッチS1をONとし、第2スイッチS2をOFFとする。これにより、Y結線とした第1電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第1状態に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 17, when realizing the first state, the switching control device 5 turns on the first switch S1 of the winding switching device 3C and turns off the second switch S2. To do. Thereby, it is switched to the first state in which only the first armature winding 11 having the Y connection is connected to the inverter 1.

また、第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第1スイッチS2をOFFとし、第2スイッチS2をONとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でY結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   When realizing the second state, the switching control device 5 turns off the first switch S2 and turns on the second switch S2. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute the Y connection and are switched to the second state where the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected to the inverter 1.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Cの第1スイッチS1をONとし、第2スイッチS2をOFFとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   When an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns on the first switch S1 and turns off the second switch S2 of the winding switching device 3C, so that the two armature windings are turned on. 11 and 12 can be switched to an emergency state where the voltage applied to each of them can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS1,S2を備えて、インバータ1及び第1電気的中性点13と第2電気的中性点14とを接続する。これにより、2つの電機子巻線11,12を使用したY結線に対する上記第1状態と第2状態との切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   As described above, in this modification, each switch S1, S2 having the above-described connection configuration is provided, and the inverter 1, the first electrical neutral point 13, and the second electrical neutral point 14 are connected. Connecting. Thus, switching between the first state and the second state for the Y connection using the two armature windings 11 and 12 can be realized with a simple wiring configuration.

なお、上記図17に示すように、第1状態、第2状態、及び非常時のいずれにおいても、第1スイッチS1と第2スイッチS2は互いにON・OFF状態が逆の関係にあり、また第1状態と第2状態の切り替えに伴って第1スイッチS1と第2スイッチS2がそれぞれ逆のON・OFF状態に切り替わることが分かる。この点に着目して、第1スイッチS1をノーマリオンタイプのIGBT素子で構成し、第2スイッチS2をノーマリオフタイプのIGBT素子で構成して、両方のスイッチを共通の制御線で切替制御する構成としてもよい。   As shown in FIG. 17 above, the first switch S1 and the second switch S2 are in the opposite ON / OFF state in any of the first state, the second state, and the emergency, It can be seen that the first switch S1 and the second switch S2 are switched to the opposite ON / OFF states in accordance with the switching between the first state and the second state. Focusing on this point, the first switch S1 is composed of a normally-on type IGBT element, the second switch S2 is composed of a normally-off type IGBT element, and both switches are controlled to be switched by a common control line. It is good.

この場合、共通の制御線において駆動信号が出力されていない通常状態では、ノーマリオンタイプの第1スイッチS1がONとなり、ノーマリオフタイプの第2スイッチS2がOFFとなるので、巻線切替装置3Cは第1状態に切り替えられる。また、共通の制御線において駆動信号が出力された非通常状態では、ノーマリオンタイプの第1スイッチS1がOFFとなり、ノーマリオフタイプの第2スイッチS2がONとなるので、巻線切替装置3Cは第2状態に切り替えられる。これにより、切替制御装置5と巻線切替装置3Cとの間の配線を省略化でき、システム全体の構成を簡易化できる。なお、逆に、第1スイッチS1をノーマリオフタイプとし、第2スイッチS2をノーマリオンタイプとしてもよく、この場合には共通の制御線における駆動信号の出力・非出力の切り替えで、上記と逆に第1状態と第2状態とが切り替わる。   In this case, in a normal state where a drive signal is not output on the common control line, the normally-on type first switch S1 is turned on and the normally-off type second switch S2 is turned off. Switch to the first state. In a non-normal state where a drive signal is output on the common control line, the normally-on type first switch S1 is turned off and the normally-off type second switch S2 is turned on. Switch to 2 state. Thereby, the wiring between the switching control device 5 and the winding switching device 3C can be omitted, and the configuration of the entire system can be simplified. On the contrary, the first switch S1 may be a normally-off type and the second switch S2 may be a normally-on type. In this case, switching between output / non-output of the drive signal on the common control line is reversed. The first state and the second state are switched.

(4)デルタ結線だけで第1〜4状態に切り替える場合
上記実施形態では、Y結線とデルタ結線のそれぞれで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、本発明はこれに限られない。例えば、そのうちのデルタ結線とした第1〜4状態にだけ限定して切替可能に構成してもよい。
(4) When switching to the first to fourth states only by the delta connection In the above embodiment, the Y-connection and the delta connection are switched to the first to fourth states, respectively, but the present invention is not limited to this. For example, it may be configured to be switchable by limiting only to the first to fourth states of the delta connection.

図18は、そのような第4変形例における巻線切替装置3D及び3相交流モータ2D(この例では上記3相交流モータ2と同様の構成である)の回路構成を示す図である。この図18において、巻線切替装置3Dは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第1出力端子11bが第2スイッチS2を介して第2入力端子12aに接続されている。また、第2入力端子12aは第3スイッチS3を介してインバータ1に接続されている。また、第2出力端子12bは、第5スイッチS5を介してインバータ1に接続されている。また、第1出力端子11bは、第6スイッチS6を介してインバータ1に接続されている。なお、本変形例における第2スイッチS2は各請求項記載の第2スイッチ手段を構成し、第3スイッチS3が第3スイッチ手段を構成し、第5スイッチS5が第7スイッチ手段を構成し、第6スイッチS6は、第6スイッチ手段を構成している。   FIG. 18 is a diagram showing a circuit configuration of the winding switching device 3D and the three-phase AC motor 2D (in this example, the same configuration as that of the three-phase AC motor 2) in the fourth modified example. In FIG. 18, the winding switching device 3D connects the inverter output to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the second input terminal 12a via the second switch S2. The second input terminal 12a is connected to the inverter 1 through the third switch S3. The second output terminal 12b is connected to the inverter 1 via the fifth switch S5. The first output terminal 11b is connected to the inverter 1 via the sixth switch S6. The second switch S2 in this modification constitutes the second switch means described in each claim, the third switch S3 constitutes the third switch means, the fifth switch S5 constitutes the seventh switch means, The sixth switch S6 constitutes sixth switch means.

なお、本変形例においては、上記図10に示した、第2スイッチS2と第6スイッチS6とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Hとして一体化したものや、上記図5に示した、第2スイッチS2と第3スイッチS3とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Cとして一体化したものや、上記図7に示した、第3スイッチS3と第6スイッチS6とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Eとして一体化したものや、上記図6に示した、第3スイッチS3と第5スイッチS5とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Dとして一体化したものや、上記図8に示した、第5スイッチS5と第6スイッチS6とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Fとして一体化したものを、設けることができる。   In this modification, the second switch S2 and the sixth switch S6 shown in FIG. 10 are combined and integrated as one semiconductor module 16H, or the second switch S2 shown in FIG. And the third switch S3 are combined and integrated as one semiconductor module 16C, or the third switch S3 and the sixth switch S6 are combined and integrated as one semiconductor module 16E shown in FIG. The third switch S3 and the fifth switch S5 shown in FIG. 6 are combined and integrated as one semiconductor module 16D, and the fifth switch S5 and the sixth switch S6 shown in FIG. What is integrated as a single semiconductor module 16F can be provided.

図19は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Dの各スイッチS2,S3,S5,S6に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 19 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 for each of the switches S2, S3, S5, S6 of the winding switching device 3D in this modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Dは、デルタ結線とした第1〜4状態と非常時の5つの状態を選択的に切り替えることができる。   As described above, in this modification, the winding switching device 3D can selectively switch between the first to fourth states in the delta connection and the five states in an emergency.

具体的には、図19のテーブルに示すように、第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3Dの第2,3,5スイッチS2,S3,S5をOFFとし、第6スイッチS6をONとする。これにより、デルタ結線とした第1電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第1状態に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 19, when realizing the first state, the switching control device 5 turns off the second, third, and fifth switches S2, S3, and S5 of the winding switching device 3D. The sixth switch S6 is turned on. Thereby, it is switched to the first state in which only the first armature winding 11 having the delta connection is connected to the inverter 1.

また、第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第2スイッチS2をONとし、第3スイッチS3をOFFとし、第5スイッチS5をONとし、第6スイッチS6をOFFとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でデルタ結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   When realizing the second state, the switching control device 5 turns on the second switch S2, turns off the third switch S3, turns on the fifth switch S5, and turns off the sixth switch S6. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute the delta connection and are switched to the second state where the first armature winding 11 and the second armature winding 12 are connected to the inverter 1.

また、第3状態を実現する際には、切替制御装置5が第2スイッチS2をOFFとし、第3,5スイッチS3,S5をONとし、第6スイッチS6をOFFとする。これにより、デルタ結線とした第2電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第3状態に切り替えられる。   When realizing the third state, the switching control device 5 turns off the second switch S2, turns on the third and fifth switches S3 and S5, and turns off the sixth switch S6. Thereby, it is switched to the third state in which only the second armature winding 11 having the delta connection is connected to the inverter 1.

また、第4状態を実現する際には、切替制御装置5が第2スイッチS2をOFFとし、第3,5,6スイッチS3,S5,S6をONとする。これにより、それぞれデルタ結線とした第1電機子巻線11と第2電機子巻線12とを並列接続してそれら両方をインバータ1へ接続する上記第4状態に切り替えられる。   When realizing the fourth state, the switching control device 5 turns off the second switch S2, and turns on the third, fifth, and sixth switches S3, S5, and S6. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 each having a delta connection are connected in parallel and switched to the fourth state in which both are connected to the inverter 1.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Dの第2スイッチS2だけをOFFとし、他の第3,5,6スイッチS3,S5,S6をONとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   If an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns off only the second switch S2 of the winding switching device 3D, and turns on the other third, fifth, sixth switches S3, S5, S6. By doing so, it is possible to switch to an emergency state in which the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS2,S3,S5,S6を備え、インバータ1と接続する。これにより、2つの電機子巻線11,12を使用したデルタ結線に対する上記第1〜4状態の切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   As described above, in this modification, each switch S2, S3, S5, S6 having the connection configuration as described above is provided and connected to the inverter 1. Thereby, the switching of the said 1st-4th state with respect to the delta connection which uses the two armature windings 11 and 12 is realizable with a simple wiring structure.

(5)デルタ結線だけで第1状態と第2状態のみ切り替える場合
上記第4変形例では、デルタ結線だけで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、そのうちのデルタ結線の第1状態と第2状態にだけ限定して切替可能に構成することもできる。
(5) When only the first state and the second state are switched only by the delta connection In the fourth modified example, the configuration is switched to the first to fourth states only by the delta connection. It can also be configured to be switchable only in two states.

図20は、そのような第5変形例における巻線切替装置3E及び3相交流モータ2E(この例では上記3相交流モータ2と同様の構成である)の回路構成を示す図である。この図20において、巻線切替装置3Eは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第1出力端子11bが第2スイッチS2を介して第2入力端子12aに接続されるとともに、第6スイッチS6を介してインバータ1に接続されている。また、第2出力端子12bは、第5スイッチS5を介してインバータ1に接続されている。なお、本変形例における第2スイッチS2は各請求項記載の第2スイッチ手段を構成し、第5スイッチS5が第7スイッチ手段を構成し、第6スイッチS6は、第6スイッチ手段を構成している。   FIG. 20 is a diagram showing a circuit configuration of the winding switching device 3E and the three-phase AC motor 2E (in this example, the same configuration as the three-phase AC motor 2) in the fifth modified example. In FIG. 20, the winding switching device 3E connects the inverter output to the first input terminal 11a. The first output terminal 11b is connected to the second input terminal 12a via the second switch S2, and is connected to the inverter 1 via the sixth switch S6. The second output terminal 12b is connected to the inverter 1 via the fifth switch S5. In this modification, the second switch S2 constitutes the second switch means described in each claim, the fifth switch S5 constitutes the seventh switch means, and the sixth switch S6 constitutes the sixth switch means. ing.

なお、本変形例においては、上記図10に示した、第2スイッチS2と第6スイッチS6とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Hとして一体化したものや、上記図8に示した、第5スイッチS5と第6スイッチS6とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Fとして一体化したものを、設けることができる。   In this modification, the second switch S2 and the sixth switch S6 shown in FIG. 10 are combined and integrated as one semiconductor module 16H, or the fifth switch S5 shown in FIG. And the sixth switch S6 can be combined and integrated as one semiconductor module 16F.

図21は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Eの各スイッチS2,S5,S6に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 21 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 for each switch S2, S5, S6 of the winding switching device 3E in this modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Eは、デルタ結線とした第1状態と第2状態の2つの状態にだけ限定して選択的に切り替えることができる。   As described above, in the present modification, the winding switching device 3E can selectively switch only to the two states of the first state and the second state that are delta connection.

具体的には、図21のテーブルに示すように、第1状態を実現する際には、切替制御装置5が巻線切替装置3Eの第2,5スイッチS2,S5をOFFとし、第6スイッチS6をONとする。これにより、デルタ結線とした第1電機子巻線11のみをインバータ1へ接続する上記第1状態に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 21, when the first state is realized, the switching control device 5 turns off the second and fifth switches S2 and S5 of the winding switching device 3E, and the sixth switch S6 is turned ON. Thereby, it is switched to the first state in which only the first armature winding 11 having the delta connection is connected to the inverter 1.

また、第2状態を実現する際には、切替制御装置5が第2,5スイッチS2,S5をONとし、第6スイッチS6をOFFとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12との全体でデルタ結線を構成しインバータ1へ接続する上記第2状態に切り替えられる。   When realizing the second state, the switching control device 5 turns on the second and fifth switches S2 and S5 and turns off the sixth switch S6. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute a delta connection and are switched to the second state where they are connected to the inverter 1.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Eの第2,5スイッチS2,S5をOFFとし、第6スイッチS6だけをONとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   If an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns off the second and fifth switches S2 and S5 of the winding switching device 3E, and turns on only the sixth switch S6, so that 2 The state is switched to an emergency state in which the voltage applied to each of the two armature windings 11 and 12 can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS2,S5,S6を備え、インバータ1と接続する。これにより、2つの電機子巻線11,12を使用したデルタ結線に対する上記第1状態と第2状態との切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。   As described above, in this modification, the switches S2, S5, S6 having the above-described connection configuration are provided and connected to the inverter 1. Thereby, the switching between the first state and the second state with respect to the delta connection using the two armature windings 11 and 12 can be realized with a simple wiring configuration.

(6)Y結線とデルタ結線の切り替えだけを行う場合
上記実施形態では、Y結線とデルタ結線のそれぞれで第1〜4状態に切り替える構成としていたが、本発明はこれに限られない。例えば、使用する電機子巻線の数を変えずにY結線とデルタ結線の切り替えだけを行うよう構成してもよい。
(6) When switching only Y connection and delta connection In the said embodiment, it was set as the structure switched to a 1st-4th state by each of Y connection and delta connection, but this invention is not limited to this. For example, it may be configured to perform only switching between Y connection and delta connection without changing the number of armature windings to be used.

図22は、第6変形例における巻線切替装置3F及び3相交流モータ2Fの回路構成を示す図である。この図22において、巻線切替装置3Fは、インバータ出力を第1入力端子11aに接続している。第2出力端子12bは、第4スイッチS4を介して、各相の配線を一点に短絡させる第2電気的中性点14に接続されるとともに、第5スイッチS5を介してインバータ1に接続されている。なお、本変形例においては前述の例外として、第1電機子巻線12の第1出力端子11bと、第2電機子巻線12の第2入力端子12aとは、それぞれ巻線切替装置3Fに接続されず、3相交流モータ2Fの内部においてそのまま各相の配線を対応させつつ互いに直接接続されている。   FIG. 22 is a diagram illustrating a circuit configuration of the winding switching device 3F and the three-phase AC motor 2F in the sixth modification. In FIG. 22, the winding switching device 3F connects the inverter output to the first input terminal 11a. The second output terminal 12b is connected to the second electrical neutral point 14 that short-circuits the wiring of each phase to one point via the fourth switch S4, and is connected to the inverter 1 via the fifth switch S5. ing. In the present modification, with the exception described above, the first output terminal 11b of the first armature winding 12 and the second input terminal 12a of the second armature winding 12 are respectively connected to the winding switching device 3F. They are not connected, but are directly connected to each other while corresponding to the wiring of each phase inside the three-phase AC motor 2F.

なお、本変形例においては、上記図9に示した、第4スイッチS4と第5スイッチS5とを組み合わせ1つの半導体モジュール16Gとして一体化したものを、設けることができる。   In the present modification, a combination of the fourth switch S4 and the fifth switch S5 shown in FIG. 9 and integrated as one semiconductor module 16G can be provided.

図23は、本変形例において切替制御装置5が巻線切替装置3Fの各スイッチS4,S5に対して行う切り替え制御の内容を示すテーブルである。   FIG. 23 is a table showing the contents of the switching control performed by the switching control device 5 for each switch S4, S5 of the winding switching device 3F in this modification.

上述したように、本変形例において巻線切替装置3Fは、使用する電機子巻線の数を変えずにY結線とデルタ結線と非常時の3つの状態を選択的に切り替えることができる。   As described above, in this modification, the winding switching device 3F can selectively switch between the three states of Y connection, delta connection, and emergency without changing the number of armature windings to be used.

具体的には、図23のテーブルに示すように、例えば切替制御装置5が巻線切替装置3Fの第4スイッチS4をONとし、第5スイッチS5をOFFとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でY結線を構成しインバータ1へ接続する状態(第2状態に相当)に切り替えられる。   Specifically, as shown in the table of FIG. 23, for example, the switching control device 5 turns on the fourth switch S4 of the winding switching device 3F and turns off the fifth switch S5. As a result, the entire first armature winding 11 and second armature winding 12 connected in series constitute a Y connection and are switched to a state (corresponding to the second state) connected to the inverter 1.

また、切替制御装置5が第4スイッチS4をOFFとし、第5スイッチS5をONとする。これにより、直列接続した第1電機子巻線11と第2電機子巻線12の全体でデルタ結線を構成しインバータ1へ接続する状態(第2状態に相当)に切り替えられる。   Further, the switching control device 5 turns off the fourth switch S4 and turns on the fifth switch S5. As a result, the first armature winding 11 and the second armature winding 12 connected in series constitute a delta connection and are switched to a state (corresponding to the second state) connected to the inverter 1.

そして上記センサ4から異常が検出された場合には、切替制御装置5が巻線切替装置3Fの第4スイッチS4をOFFとし、第5スイッチS5をONとすることで、2つの電機子巻線11,12それぞれに加わる電圧を最小にできる非常時の状態に切り替えられる。   When an abnormality is detected from the sensor 4, the switching control device 5 turns off the fourth switch S4 of the winding switching device 3F, and turns on the fifth switch S5, so that the two armature windings 11 and 12 can be switched to an emergency state where the voltage applied to each of them can be minimized.

以上説明したように、本変形例においては、上述のような接続構成の各スイッチS4,S5を備えて、インバータ1及び第2電気的中性点14を接続することで、常に2つの電機子巻線11,12を使用したY結線とデルタ結線の切り替えを簡易な配線構成で実現することができる。なお、本変形例の場合には、2つの電機子巻線11,12を実質的に一つの電機子巻線で構成してもよく、その場合には上記実施形態及び上記変形例と比較して外部の配線が少なく組み立てが容易であり、生産性の高い3相交流モータ2Fとなる。   As described above, in the present modification, the switches S4 and S5 having the connection configuration as described above are provided, and the inverter 1 and the second electrical neutral point 14 are connected, so that two armatures are always provided. Switching between Y connection and delta connection using the windings 11 and 12 can be realized with a simple wiring configuration. In the case of this modification, the two armature windings 11 and 12 may be substantially constituted by one armature winding. In that case, the armature windings 11 and 12 may be compared with the above embodiment and the above modification. Thus, the assembly is easy with few external wirings, and the three-phase AC motor 2F with high productivity is obtained.

(7)その他
以上においては、スイッチS1〜S6等のいずれかが、経路切替手段を兼用したが、これに限られない。すなわち、スイッチS1〜S6等とは別体の経路切替手段を設け、これによって、複数の電機子巻線に加わる電圧を最小とする電流経路を形成するようにしてもよい。
(7) Others In the above, any of the switches S1 to S6 and the like also serves as the path switching means, but is not limited thereto. That is, a path switching unit separate from the switches S1 to S6 and the like may be provided to form a current path that minimizes the voltage applied to the plurality of armature windings.

また、以上においては、3相交流モータ2,2A〜Fを駆動制御する交流電動機駆動システムを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、4相以上の多相の交流モータを駆動制御するシステムとしてもよい。この場合も同様の効果を得ることができる。また、3つ以上の電機子巻線を備えた交流モータに適用してもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。   In the above description, the AC motor drive system that drives and controls the three-phase AC motors 2 and 2A to 2F has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. That is, a system that drives and controls a multiphase AC motor having four or more phases may be used. In this case, the same effect can be obtained. Moreover, you may apply to the alternating current motor provided with the 3 or more armature winding, and the same effect can be acquired also in that case.

また、各スイッチS1〜S6等は、少なくとも半導体スイッチ素子で構成していればよく、上記IGBT素子15以外の半導体スイッチ素子でもよい。この場合も、各電機子巻線に対する機能的悪影響を防止しつつ、2つの電機子巻線を円滑に切り替える、という本来の効果を得ることができる。   Moreover, each switch S1-S6 etc. should just be comprised with the semiconductor switch element at least, and semiconductor switch elements other than the said IGBT element 15 may be sufficient. Also in this case, the original effect of smoothly switching between the two armature windings can be obtained while preventing the functional adverse effect on each armature winding.

なお、以上においては、電機子巻線を2つ備えた交流モータを駆動制御する交流電動機駆動システムを例にとって説明したが、これに限られない。他にも、3つ以上の電機子巻線を備えた交流モータに適用してもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。   In the above description, the AC motor drive system that drives and controls an AC motor including two armature windings has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. In addition, the present invention may be applied to an AC motor including three or more armature windings, and in this case, the same effect can be obtained.

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。   In addition to those already described above, the methods according to the above-described embodiments and modifications may be used in appropriate combination.

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。   In addition, although not illustrated one by one, the present invention is implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.

1 インバータ
2 3相交流モータ(交流電動機)
2A,2B 3相交流モータ(交流電動機)
3 巻線切替装置
3A〜3F 巻線切替装置
4 センサ
5 切替制御装置
11 第1電機子巻線
11a 第1入力端子(第1巻線入力端子)
11b 第1出力端子(第1巻線出力端子)
12 第2電機子巻線
12a 第2入力端子(第2巻線入力端子)
12b 第2出力端子(第2巻線出力端子)
13 第1電気的中性点
14 第2電気的中性点
15A〜15F IGBT素子
16A〜16H 半導体モジュール
100 交流電動機駆動システム
S1 第1スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
S2 第2スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
S3 第3スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
S4 第4スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
S5 第5スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
S6 第6スイッチ(半導体スイッチ手段、経路切替手段)
SW スイッチ素子
1 Inverter 2 3-phase AC motor (AC motor)
2A, 2B 3-phase AC motor (AC motor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Winding switching apparatus 3A-3F Winding switching apparatus 4 Sensor 5 Switching control apparatus 11 1st armature winding 11a 1st input terminal (1st winding input terminal)
11b First output terminal (first winding output terminal)
12 Second armature winding 12a Second input terminal (second winding input terminal)
12b Second output terminal (second winding output terminal)
13 1st electrical neutral point 14 2nd electrical neutral point 15A-15F IGBT element 16A-16H Semiconductor module 100 AC motor drive system S1 1st switch (semiconductor switch means, path | route switching means)
S2 Second switch (semiconductor switch means, path switching means)
S3 Third switch (semiconductor switch means, path switching means)
S4 Fourth switch (semiconductor switch means, path switching means)
S5 5th switch (semiconductor switch means, path switching means)
S6 6th switch (semiconductor switch means, path switching means)
SW switch element

Claims (12)

インバータにより給電される交流電動機に備えられた3相の第1電機子巻線及び第2電機子巻線に係わる巻線切り替えを行う、3相交流電動機の巻線切替装置であって、
前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第1電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第1状態と、第1電機子巻線及び第2電機子巻線の両方に前記インバータからの供給電力を導く第2状態とを、切替可能な、半導体スイッチ手段を有し、
前記半導体スイッチ手段は、
前記3相にそれぞれ対応した3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなるスイッチ素子を2組備えるとともに当該2組のスイッチ素子に含まれる6つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を一体化して構成された半導体モジュールを、少なくとも1つ有している
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
A winding switching device for a three-phase AC motor that performs winding switching related to a three-phase first armature winding and a second armature winding provided in an AC motor fed by an inverter,
A first state in which power supplied from the inverter is guided to the first armature winding of the first armature winding and the second armature winding, and the first armature winding and the second armature winding. A semiconductor switch means capable of switching between a second state for guiding the power supplied from the inverter to both of the lines;
The semiconductor switch means includes
Two switch elements composed of three insulated gate bipolar transistor elements corresponding to the three phases are provided, and six insulated gate bipolar transistor elements included in the two sets of switch elements are integrated. A winding switching device for a three-phase AC motor, comprising at least one semiconductor module.
請求項1記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体スイッチ手段は、
前記第1状態において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第1スイッチ手段と、
前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第2スイッチ手段と、
を備え、
前記第2電機子巻線は、
前記第2スイッチ手段に接続される側と反対側の第2巻線出力端子が前記第2状態に対応した第2電気的中性点に接続され、
前記半導体モジュールは、
前記第1スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子とが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 1,
The semiconductor switch means includes
The first electrical neutral point corresponding to the first state and the first armature winding are connected in the first state, and the first electrical neutral point and the first in the second state. First switch means for interrupting the armature winding;
The first armature winding and the second armature winding are connected in series in the second state, and the first armature winding and the second armature winding are connected in the first state. A second switch means for shutting off;
With
The second armature winding is:
A second winding output terminal opposite to the side connected to the second switch means is connected to a second electrical neutral point corresponding to the second state;
The semiconductor module is
Three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the first switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means are integrated. A winding switching device for a three-phase AC motor, which is provided.
請求項2記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体スイッチ手段は、
さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、
前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段を備え、
前記第1スイッチ手段は、前記第3状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断するとともに、前記第4状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続し、
前記第2スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断し、
前記半導体モジュールは、
前記第1スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
若しくは、
前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
のいずれかの組合せが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 2,
The semiconductor switch means includes
Further, a third state in which power supplied from the inverter is guided to the second armature winding of the first armature winding and the second armature winding, and the first armature winding and the second armature winding. A second state in which power supplied from the inverter is guided to both of the two armature windings, and is switchable;
In the third state and the fourth state, a second winding input terminal connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and the first state and the second state A third switch means for shutting off the second winding input terminal and the inverter in two states;
The first switch means shuts off the first electrical neutral point and the first armature winding in the third state, and the first electrical neutral point and the first arm in the fourth state. Connect 1 armature winding,
The second switch means cuts off the first armature winding and the second armature winding in the third state and the fourth state,
The semiconductor module is
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the first switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means;
Or
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means;
A winding switching device for a three-phase AC motor, characterized in that any combination of the above is integrally provided.
請求項1記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とは直列に接続されており、
前記半導体スイッチ手段は、
前記第1状態において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第1スイッチ手段と、
前記第2状態でかつY結線とする場合において当該第2状態に対応した第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態でかつデルタ結線とする場合において前記第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを遮断する、第4スイッチ手段と、
前記第2状態でかつデルタ結線とする場合において直列接続した前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線との両方でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第1電機子巻線に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態でかつY結線とする場合において前記第2電機子巻線の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第5スイッチ手段と、
を備え、
前記半導体モジュールは、
前記第4スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第5スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子とが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 1,
The first armature winding and the second armature winding are connected in series,
The semiconductor switch means includes
The first electrical neutral point corresponding to the first state and the first armature winding are connected in the first state, and the first electrical neutral point and the first in the second state. First switch means for interrupting the armature winding;
In the second state and the Y connection, the second electrical neutral point corresponding to the second state and the second armature winding are connected, and in the first state or the second state And a fourth switch means for cutting off the second electrical neutral point and the second armature winding in the case of delta connection;
In the case of the second state and the delta connection, the first armature winding and the second armature winding connected in series form both the first armature winding and the second armature winding to form the delta connection. In the case where the second winding output terminal opposite to the side connected to the first armature winding and the inverter are connected, and the second state in the first state or the second state and the Y connection is used. A fifth switch means for shutting off the second winding output terminal of the armature winding and the inverter;
With
The semiconductor module is
The three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the fourth switch means and the three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the fifth switch means are integrated. A winding switching device for a three-phase AC motor, which is provided.
請求項1記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体スイッチ手段は、
前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第2スイッチ手段と、
前記第1状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記インバータに接続される側と反対側の第1巻線出力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第2状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第6スイッチ手段と、
前記第1状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断するとともに、前記第2状態において直列接続した前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とでデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第2巻線出力端子と前記インバータとを接続する、第7スイッチ手段と、を備え、
前記半導体モジュールは、
前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
若しくは、
前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
のいずれかの組合せが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 1,
The semiconductor switch means includes
The first armature winding and the second armature winding are connected in series in the second state, and the first armature winding and the second armature winding are connected in the first state. A second switch means for shutting off;
Connect the first winding output terminal on the opposite side of the first armature winding to the inverter so as to form a delta connection with the first armature winding in the first state. And a sixth switch means for cutting off the first winding output terminal of the first armature winding and the inverter in the second state;
The second armature winding of the second armature winding in the first state is disconnected from the second winding output terminal opposite to the side connected to the second switch means and the inverter, and is connected in series in the second state. A seventh switch for connecting the second winding output terminal of the second armature winding and the inverter so as to form a delta connection between the first armature winding and the second armature winding; Means, and
The semiconductor module is
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means;
Or
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the seventh switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means;
A winding switching device for a three-phase AC motor, characterized in that any combination of the above is integrally provided.
請求項5記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体スイッチ手段は、
さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、
前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段を備え、
前記第2スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態のいずれにおいても前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断し、
前記第6スイッチ手段は、前記第3状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断し、前記第4状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子を前記インバータに接続し、
前記第7スイッチ手段は、前記第3状態及び前記第4状態のいずれにおいても前記第2電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第2巻線出力端子を前記インバータに接続し、
前記半導体モジュールは、
前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第2スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
及び、
前記第7スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第6スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
のうち、少なくとも1つの組み合わせが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 5,
The semiconductor switch means includes
Further, a third state in which power supplied from the inverter is guided to the second armature winding of the first armature winding and the second armature winding, and the first armature winding and the second armature winding. A fourth state in which power supplied from the inverter is guided in parallel to both of the two armature windings, and is switchable;
In the third state and the fourth state, a second winding input terminal connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and the first state and the second state A third switch means for shutting off the second winding input terminal and the inverter in two states;
The second switch means interrupts the first armature winding and the second armature winding in both the third state and the fourth state,
The sixth switch means shuts off the first winding output terminal of the first armature winding and the inverter in the third state, and a delta connection at the first armature winding in the fourth state. Connecting the first winding output terminal of the first armature winding to the inverter so as to constitute
The seventh switch means includes the second winding output terminal of the second armature winding so that the second armature winding forms a delta connection in both the third state and the fourth state. Connected to the inverter,
The semiconductor module is
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the second switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the seventh switch means;
as well as,
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the seventh switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the sixth switch means;
Among them, at least one combination is integrally provided, and a winding switching device for a three-phase AC motor.
請求項1記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体スイッチ手段は、
さらに、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線のうち前記第2電機子巻線に前記インバータからの供給電力を導く第3状態と、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方に並列に前記インバータからの供給電力を導く第4状態とを、切替可能であり、
前記第1状態及び前記第4状態でかつY結線とする場合において当該第1状態に対応した第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを接続するとともに、前記第2状態及び前記第3状態又は前記第1状態及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において前記第1電気的中性点と前記第1電機子巻線とを遮断する、第8スイッチ手段と、
前記第2状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを直列に接続するとともに、前記第1状態、前記第3状態、及び前記第4状態において前記第1電機子巻線と前記第2電機子巻線とを遮断する、第9スイッチ手段と、
前記第3状態及び前記第4状態において前記第2電機子巻線の前記第2スイッチ手段に接続される側の第2巻線入力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第1状態及び前記第2状態において前記第2巻線入力端子と前記インバータとを遮断する、第3スイッチ手段と、
前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつY結線とする場合において当該第2状態に対応した第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において前記第2電気的中性点と前記第2電機子巻線とを遮断する、第9スイッチ手段と、
前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつデルタ結線とする場合において直列接続した前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線の両方でデルタ結線を構成するよう、前記第2電機子巻線の前記第1電機子巻線に接続される側と反対側の第2巻線出力端子と前記インバータとを接続するとともに、前記第1状態又は前記第2状態、前記第3状態、及び前記第4状態でかつY結線とする場合において前記第2電機子巻線の第2巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第10スイッチ手段と、
前記第1状態及び前記第4状態において前記第1電機子巻線でデルタ結線を構成するよう、前記第1電機子巻線の前記インバータに接続される側と反対側の第1巻線出力端子を前記インバータに接続するとともに、前記第2状態及び第3状態において前記第1電機子巻線の前記第1巻線出力端子と前記インバータとを遮断する、第11スイッチ手段と、
を備え、
前記半導体モジュールは、
前記第8スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第8スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第9スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第3スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第12スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
及び、
前記第10スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子と、前記第11スイッチ手段に備えられる前記スイッチ素子の3つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子との組み合わせ、
のうち、少なくとも1つの組み合わせが、一体化して設けられている
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 1,
The semiconductor switch means includes
Further, a third state in which power supplied from the inverter is guided to the second armature winding of the first armature winding and the second armature winding, and the first armature winding and the second armature winding. A fourth state in which power supplied from the inverter is guided in parallel to both of the two armature windings, and is switchable;
In the first state and the fourth state and in the Y connection, the first electrical neutral point corresponding to the first state and the first armature winding are connected, and the second state and An eighth switch means for shutting off the first electrical neutral point and the first armature winding in the third state or the first state and the fourth state and in a delta connection;
The first armature winding and the second armature winding are connected in series in the second state, and the first armature winding in the first state, the third state, and the fourth state. A ninth switch means for interrupting the wire and the second armature winding;
In the third state and the fourth state, a second winding input terminal connected to the second switch means of the second armature winding is connected to the inverter, and the first state and the second state Third switch means for shutting off the second winding input terminal and the inverter in two states;
In the second state, the third state, and the fourth state and in the Y-connection, the second electrical neutral point corresponding to the second state and the second armature winding are connected. Cutting off the second electrical neutral point and the second armature winding in the first state or the second state, the third state, and the fourth state and in the case of a delta connection; Ninth switch means;
When the delta connection is made in the second state, the third state, and the fourth state, both the first armature winding and the second armature winding connected in series form a delta connection. Connecting the second winding output terminal on the opposite side of the second armature winding to the side connected to the first armature winding and the inverter, and the first state or the second state, A tenth switch means for shutting off the second winding output terminal of the second armature winding and the inverter in the third state, the fourth state, and the Y connection;
A first winding output terminal on the opposite side to the side connected to the inverter of the first armature winding so as to form a delta connection with the first armature winding in the first state and the fourth state An eleventh switch means for cutting off the first winding output terminal of the first armature winding and the inverter in the second state and the third state;
With
The semiconductor module is
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eighth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the ninth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eighth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the ninth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the ninth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eleventh switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the third switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means;
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eleventh switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the twelfth switch means;
as well as,
A combination of three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the tenth switch means and three insulated gate bipolar transistor elements of the switch element provided in the eleventh switch means;
Among them, at least one combination is integrally provided, and a winding switching device for a three-phase AC motor.
請求項2乃至請求項7のいずれか1項記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記半導体モジュールは、
ノーマリオンタイプのスイッチである3つの前記絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなる前記スイッチ素子と、
ノーマリオフタイプのスイッチである3つの前記絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子からなる前記スイッチ素子と
を備える
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to any one of claims 2 to 7,
The semiconductor module is
The switch element comprising three insulated gate bipolar transistor elements that are normally-on type switches;
A winding switching device for a three-phase AC motor, comprising: the switch element comprising three insulated gate bipolar transistor elements which are normally-off type switches.
請求項2乃至請求項8のいずれか1項記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記インバータ又は前記交流電動機の異常検出状態に対応した、前記巻線切替装置の外部からの非常用切替制御信号に応じて、前記第1電機子巻線及び前記第2電機子巻線を含む複数の電機子巻線に加わる電圧を最小とする電流経路を形成するための、経路切替手段を有する
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to any one of claims 2 to 8,
A plurality of coils including the first armature winding and the second armature winding in response to an emergency switching control signal from the outside of the winding switching device corresponding to an abnormality detection state of the inverter or the AC motor. A winding switching device for a three-phase AC motor, comprising path switching means for forming a current path that minimizes the voltage applied to the armature winding.
請求項9記載の3相交流電動機の巻線切替装置において、
前記経路切替手段は、
前記スイッチ素子を兼ねる
ことを特徴とする3相交流電動機の巻線切替装置。
In the winding switching device for a three-phase AC motor according to claim 9,
The route switching means is
A winding switching device for a three-phase AC motor, which also serves as the switch element.
請求項1乃至請求項10のいずれか1項記載の交流電動機の巻線切替装置を備えた交流電動機駆動システムであって、
前記交流電動機は、
各相の巻数が同じである複数の電機子巻線を備え、
前記巻線切替装置は、
複数の半導体スイッチ素子の導通と遮断を適宜組み合わせることで前記複数の電気子巻線を少なくとも3つの巻線状態に切り替え可能とし、
かつ、
前記交流電動機を駆動するインバータと前記巻線切替装置の切り替え制御を行う切替制御装置を備えたことを特徴とする交流電動機駆動システム。
An AC motor drive system comprising the AC motor winding switching device according to any one of claims 1 to 10,
The AC motor is
Comprising a plurality of armature windings with the same number of turns in each phase;
The winding switching device is
The plurality of electric coil windings can be switched to at least three winding states by appropriately combining conduction and blocking of a plurality of semiconductor switch elements,
And,
An AC motor drive system comprising an inverter that drives the AC motor and a switching control device that performs switching control of the winding switching device.
請求項11記載の交流電動機駆動システムにおいて、
前記交流電動機駆動システム全体または前記交流電動機駆動システムを備えたアプリケーションにおける各種の異常を検出するセンサをさらに備え、
前記切替制御装置が、前記センサの検出信号に基づいて前記巻線切替装置を切替制御することを特徴とする交流電動機駆動システム。
In the AC motor drive system according to claim 11,
A sensor for detecting various abnormalities in the entire AC motor drive system or an application including the AC motor drive system;
The AC motor drive system, wherein the switching control device switches and controls the winding switching device based on a detection signal of the sensor.
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