JP2012227981A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電動機の駆動制御における安全性を向上させる。
【解決手段】インバータ１により給電される３相交流モータ２に備えられた、第１電機子巻線１１及び第２電機子巻線１２に係わる巻線切り替えを行う、交流電動機の巻線切替装置であって、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にインバータ１からの供給電力を導く第１状態と、第１電機子巻線１１及び第２電機子巻線１２の両方にインバータ１からの供給電力を導く第２状態とを、切替可能な、第１〜６スイッチＳ１〜Ｓ６を有し、これら第１〜６スイッチＳ１〜Ｓ６が、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、巻線切替装置３の外部からの非常用切替制御信号に応じて、複数の電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低電圧化する電流経路を形成する。
【選択図】図２

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。

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。

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つの半導体スイッチ素子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。

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。

特許第３９４８００９号公報

しかしながら、上記従来の巻線切替装置は、例えば、交流電動機の速度検出に関わる部分に何らかの異常が発生した場合、交流電動機が高速回転している際でも当該巻線切替装置が上記低速適合状態に切り替えられる可能性がある。この際には、２つの巻線にそれぞれ誘起される電圧、特に２つの巻線の間の電圧は半導体スイッチ素子の耐圧を超え、半導体スイッチ素子の寿命に影響を与える可能性があった。

本発明の目的は、交流電動機の駆動制御における信頼性をさらに向上させた交流電動機の巻線切替装置を提供することにある。

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、第１電機子巻線及び第２電機子巻線を含む複数の電機子巻線に係わる巻線切り替えを行う、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と、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、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低電圧化する電流経路を形成するための、経路切替手段と、有することを特徴とする。

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。この際、仮に、何らかの原因により巻線切替装置の切り替え状態が実際の交流電動機の回転速度に対応した適切な切り替え状態となっておらず、例えば交流電動機の高速回転時に巻線切替装置が第２状態（低速適合状態）である状況を想定した場合、複数の電機子巻線の間の電圧が半導体スイッチ手段の耐圧を超える可能性がある。

そこで第１発明では、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、巻線切替装置は、非常時とみなす。そして、その時点でどのような切り替え状態にあっても、巻線切替装置の経路切替手段が、複数の電機子巻線に加わる電圧を低電圧化する電流経路を形成する。これにより、複数の電機子巻線に加わる電圧を低電圧化して、各半導体スイッチ手段、特に２つの電機子巻線の間に配置されている半導体スイッチ手段を過電圧から保護することができる。この結果、交流電動機の駆動制御における安全性を向上することができる。

第２発明は、上記第１発明において、前記経路切替手段は、前記非常用切替制御信号に応じて、前記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ことを特徴とする。

これにより、各半導体スイッチ手段、特に２つの電機子巻線の間に配置されている半導体スイッチ手段に付加される電圧を最小にしてさらに安全に保護することができる。

第３発明は、上記第２発明において、前記経路切替手段は、前記半導体スイッチ手段を兼ねることを特徴とする。

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、簡易な構成で半導体スイッチ手段を過電圧から保護することができる。

第４発明は、上記第３発明において、前記交流電動機の３相の前記複数の電機子巻線に対応して、前記経路切替手段は、３つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を備えることを特徴とする。

これにより、一般的に使用されている３相交流電動機への適用が可能となる。したがって、各相にそれぞれ対応して個別に接続する各半導体スイッチ手段の素子に対し、耐電流値が比較的低い汎用的な仕様の絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を使用することができる。この結果、発熱を抑制できるとともに巻線切替装置の製造コストを抑えることができる。

第５発明は、上記第３又は第４発明において、前記半導体スイッチ手段は、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接続導電路における当該第１電機子巻線と第２電機子巻線との間に配置されていることを特徴とする。

第５発明では、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状態においては、半導体スイッチ手段により第１電機子巻線と第２電機子巻線との間の電気的接続が遮断される。これにより、第１電機子巻線は、第２電機子巻線からの電気的影響を受けずに定格通りの作動性能を発揮することができる。また、第１電機子巻線及び第２電機子巻線の両方にインバータからの供給電力を導いて作動させる第２状態においては、半導体スイッチ手段により第１電機子巻線と第２電機子巻線とが電気的に直列接続される。これにより、両方の電機子巻線の作動性能を定格通りに発揮することができる。

そして、半導体スイッチ素子で構成する半導体スイッチ手段により第１電機子巻線と第２電機子巻線との間の電気的な導通と遮断の切り替えが瞬時に行われる。これにより、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し、２つの電機子巻線の間で上記リアクタンスや自己誘電起電力などによる電磁気的影響を機能的に遮断することができる。

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、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ており、前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

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。また、非常用切替制御信号に応じ第１スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

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。

第７発明は、上記第６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、前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段及び前記第３スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第７発明においては、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状態とが可能となり、２つの電機子巻線を使用したＹ結線に対する第１〜第４状態の上記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。また、非常用切替制御信号に応じて、第１スイッチ手段及び第３スイッチ手段を導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第８発明は、上記第３又は第４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、前記経路切替手段としての前記第５スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第８発明においては、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、及び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。また、非常用切替制御信号に応じ第５スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第９発明は、上記第３又は第４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６スイッチ手段と、を備え、前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第９発明においては、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。また、非常用切替制御信号に応じて、第１スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第１０発明は、上記第９発明において、前記半導体スイッチ手段は、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スイッチ手段を備え、前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第１０発明においては、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、及び、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。また、非常用切替制御信号に応じて、第１スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第１１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、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電機子巻線のみ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７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、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２巻線出力端子と前記インバータとを接続する、第８スイッチ手段と、を備え、前記経路切替手段としての前記第７スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第１１発明においては、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。また、非常用切替制御信号に応じ第７スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第１２発明は、上記第１１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電機子巻線の前記第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７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８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、前記経路切替手段としての第３スイッチ手段、前記第７スイッチ手段、及び前記第８スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第１２発明においては、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状態とが可能となり、２つの電機子巻線を使用したデルタ結線に対する、第１〜第４状態の上記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。また、非常用切替制御信号に応じて、第３スイッチ手段、前記第７スイッチ手段、及び前記第８スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第１３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９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１０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１１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電機子巻線と前記第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１２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１３スイッチ手段と、を備え、前記経路切替手段としての前記第９スイッチ手段及び前記第１０スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成することを特徴とする。

第１３発明においては、第１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り、２つの電機子巻線を使用した合計８つの状態の切り替えを実現することができる。また、非常用切替制御信号に応じて、第９スイッチ手段及び第１０スイッチ手段が導通することで、複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各半導体スイッチ手段を少なくとも過電圧から保護できる非常時の状態に切り替えることができる。

第１４発明は、上記第１乃至１３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であり、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。

第１５発明は、上記第１４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。

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。

本発明によれば、交流電動機の駆動制御における信頼性をさらに向上させることができる。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 第７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。 第７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。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

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。

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。

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する。

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構成の電機子巻線、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とである（ただし、後述するように第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はそれら種別の違いに応じて適切に構成・配置すればよい。

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おり、それら複数の半導体スイッチ素子の導通と遮断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）の間の導通と遮断を切り替える。巻線切替装置３の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）。

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。

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）。

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、各請求項記載の第９スイッチ手段としての第１スイッチＳ１を介し、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１０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は、第１１スイッチ手段としての第４スイッチＳ４を介し、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１２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は、第１３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。

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。

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。

また、本実施形態では、各半導体スイッチ素子が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。

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。

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。

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、各請求項記載の半導体スイッチ手段を構成する。

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、例えば第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６との組み合わせ、第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３との組み合わせ、第３スイッチＳ３と第５スイッチＳ５との組み合わせ、第３スイッチＳ３と第６スイッチＳ６との組み合わせ、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６との組み合わせ、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５との組み合わせ、第２スイッチＳ２と第６スイッチＳ６との組み合わせ、のいずれかの組み合わせでも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。

なお、巻線切替装置３は複数の半導体モジュールを備えてもよく、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、特に図示しない第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１６Ｂと、特に図示しない第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１６Ｃ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を備えるようにしてもよい。

図４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。

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。

具体的には、図４のテーブルに示すように、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。

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。

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。なお、ここで言うところの誘起電圧とは、３相交流モータ２が回転している際にそれに備えられている各電機子巻線１１，１２自体が誘起する電圧であり、また直流電圧は、インバータ１に入力される電圧、つまり上記６つのスイッチ素子ＳＷで構成するブリッジ（上記図１参照）の全体に供給される直流電圧である。例えば本実施形態の交流電動機駆動システム１００を電気自動車などに適用して急な下り坂を走行する場合などでは、インバータ１に入力される直流電圧に対し３相交流モータ２の回転速度が速すぎて誘起電圧が直流電圧を超えてしまい、インバータ１と３相交流モータ２との間の電力の入出力関係が逆転してしまう状態が生じることがある。この状態を回避するために、上記誘起電圧が上記直流電圧に近くなった際には、高回転状態の３相交流モータ２側の誘起電圧が下がるよう、巻線切替装置３を第２状態（低速駆動状態）に切り替えればよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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とするスイッチＳ１〜Ｓ６のＯＮ・ＯＦＦの適宜の組み合わせで、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。

なお、以上のように巻線切替装置３を非常時の状態に切り替える契機となる上記センサ４が検出する異常状態としては、具体的には、インバータ１における過電流、過熱、過負荷や、若しくは、２相交流モータ２における過熱、過速度、速度検出障害、過負荷などがある。さらに、３相交流モータ２も含めた交流電動機駆動システム１００の全体のどこかにおける不具合若しくは当該駆動システム１００が備えたアプリケーションのどこかにおける不具合に起因した、インバータ１の不自然な過負荷状態・速度偏差過大（フィードバック速度制御）や、３相交流モータ２の回転数と機械動作の対応不一致や、切替制御装置５の切り替え制御指令に３相交流モータ２の動作が対応しない制御不可状態、等も異常状態としてセンサ４の検出対象となりうる。これらの各異常状態のうちの少なくとも１つ、又は適宜の組み合わせが検出された際に、これを契機として切替制御装置５が上述のように巻線切替装置３を非常時の状態に切り替える。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。

以上説明したように、本実施形態においては、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等が検出された場合には、非常時とみなして、各スイッチＳ１〜Ｓ６を操作して２つの電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低電圧化する電流経路を形成する。具体的には、上述したようなインバータ１又は３相交流モータ２等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、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、第１電機子巻線１１及び第２電機子巻線１２に加わる電圧を低減する電流経路を形成する。これにより、２つの電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低電圧化して、各スイッチＳ１〜Ｓ６、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。この結果、３相交流モータ２の駆動制御における安全性を向上することができる。

また、この実施形態では特に、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。

また、この実施形態では特に、３相交流モータ２の３相の第１電機子巻線１１及び第２電機子巻線１２に対応して、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、及び第４スイッチＳ４のそれぞれが、３つのＩＧＢＴ素子１５Ａ〜１５Ｃ（又は１５Ｄ〜１５Ｆ）を備えている。これにより、一般的に使用されている３相交流モータ２への適用が可能となる。したがって、各相にそれぞれ対応して個別に接続する各半導体スイッチ素子に対し、耐電流値が比較的低い汎用的な仕様のＩＧＢＴ素子を使用することができる。この結果、発熱を抑制できるとともに巻線切替装置３の製造コストを抑えることができる。

また、この実施形態では特に、第１電機子巻線１１のみにインバータ１からの供給電力を導いて作動させる第１状態においては、第１電機子巻線１１と第２電機子巻線１２との間に配置されている第２スイッチＳ２により当該第１電機子巻線１１と第２電機子巻線１２との間の電気的接続が遮断される。これにより、第１電機子巻線１１は、第２電機子巻線１２におけるリアクタンスや自己誘導起電力などの電気的影響を受けずに定格通りの作動性能を発揮することができる。また、第１電機子巻線１１及び第２電機子巻線１２の両方にインバータ１からの供給電力を導いて作動させる第２状態においては、第２スイッチＳ２により第１電機子巻線１１と第２電機子巻線１２とが電気的に直列接続される。これにより、両方の電機子巻線１１，１２の作動性能を定格通りに発揮することができる。

そして、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との間の電気的な導通と遮断の切り替えが瞬時に行われる。これにより、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。

また、この実施形態では特に、上述のように各スイッチＳ１〜Ｓ６を構成し、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と接続する。これにより、第１電機子巻線１１のみにインバータ１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１１及び第２電機子巻線１２の両方に直列に前記インバータ１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１２のみにインバータ１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１１及び第２電機子巻線１２の両方に並列に前記インバータ１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り、２つの電機子巻線１１，１２を使用した上記８つの状態の切り替えを実現することができる。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２をＯＮとすることで、２つの電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ１〜Ｓ６を少なくとも過電圧から保護することができる。

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。

（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。

図５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。

この図５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６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。

なお、本変形例においては、前述した、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１６Ｃとして一体化したものを、設けることができる。

図６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。

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。

具体的には、図６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。

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。

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。

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だけをＯＮとし、他の第４，５スイッチＳ４，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化し、全てのスイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、第１スイッチＳ１だけをＯＮとし、他の第４，５スイッチＳ４，Ｓ５をＯＦＦとすることで、２つの電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５を少なくとも過電圧から保護することができる。

（２）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１変形例では、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、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してもよい。

図７は、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（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７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、そのまま第２入力端子１２ａに接続されている。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は、第６スイッチ手段を構成する。

図８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，Ｓ４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。

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。

具体的には、図８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４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。

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４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との全体で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。

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だけをＯＮとし、第４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化し、全てのスイッチＳ１、Ｓ４を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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、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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、第１スイッチＳ１だけをＯＮとし、第４スイッチＳ２をＯＦＦとすることで、２つの電機子巻線１１，１２に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ１，Ｓ４を少なくとも過電圧から保護することができる。

（３）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。

図９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９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。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し、第３スイッチＳ３が第３スイッチ手段を構成する。

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との組み合わせ、若しくは、上述した第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３との組み合わせによって、２つのスイッチを１つの半導体モジュールとして一体化したものを、設けることができる。

図１０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，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。

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１〜４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。

具体的には、図１０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２〜３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。

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。

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。

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。

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化し、全てのスイッチＳ１〜Ｓ３を最も安全に保護にできる非常時の状態に切り替えられる。

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、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２Ｃの組み立てを容易にし、生産性を向上する効果もある。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、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に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ１〜Ｓ３を少なくとも過電圧から保護することができる。

（４）Ｙ結線だけで第１状態と第２状態のみ切り替える他の構成の場合
上記第２変形例において、Ｙ結線とした第１状態と第２状態のみ切り替える回路構成の一例を示したが、他の回路構成によってもＹ結線とした第１状態と第２状態にだけ限定した切替が可能である。

図１１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の回路構成を示す図である。この図１１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３Ｄに接続されず、３相交流モータ２Ｄ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。

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との組み合わせによって、２つのスイッチを１つの半導体モジュール１６Ａに一体化したものを、設けることができる。

図１２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。

上述したように、本変形例において巻線切替装置３Ｄ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。

具体的には、図１２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。

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。

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化し、全てのスイッチＳ１，Ｓ２を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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、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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、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に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ１，Ｓ２を少なくとも過電圧から保護することができる。

（５）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。

図１３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１３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に接続されている。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、本変形例において、第２スイッチＳ２が各請求項記載の第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６スイッチＳ６が第７スイッチ手段を構成し、第５スイッチが第８スイッチ手段を構成する。

なお、本変形例においては、上述した、第２スイッチＳ２と第６スイッチＳ６との組み合わせや、第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３との組み合わせや、第３スイッチＳ３と第６スイッチＳ６との組み合わせや、第３スイッチＳ３と第５スイッチＳ５との組み合わせや、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６との組み合わせを用いて、２つのスイッチを１つの半導体モジュールとして一体化したものを、設けることができる。

図１４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，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。

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１〜４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。

具体的には、図１４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２，３，５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。

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。

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，第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。

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。

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化し、全てのスイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、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に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６を少なくとも過電圧から保護することができる。

（６）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５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。

図１５は、そのような第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（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１５において、巻線切替装置３Ｆは、インバータ出力が第１入力端子１１ａに接続されている。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が、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８スイッチ手段を構成し、第６スイッチＳ６は、第７スイッチ手段を構成している。

なお、本変形例においては、上述した第２スイッチＳ２と第６スイッチＳ６との組み合わせや、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６との組み合わせを用いて、２つのスイッチを１つの半導体モジュールとして一体化したものを、設けることができる。

図１６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。

上述したように、本変形例において巻線切替装置３Ｆ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。

具体的には、図１６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３Ｆ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。

また、第２状態を実現する際には、切替制御装置５が第２，第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。

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２スイッチＳ２と第５スイッチ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化し、全てのスイッチＳ２，Ｓ５，Ｓ６を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、第２スイッチＳ２と第５スイッチ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に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ２，Ｓ５，Ｓ６を少なくとも過電圧から保護することができる。

（７）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。

図１７は、そのような第７変形例における巻線切替装置３Ｇ及び３相交流モータ２Ｇの回路構成を示す図である。この図１７において、巻線切替装置３Ｇは、インバータ出力が第１入力端子１１ａに接続されている。第２出力端子１２ｂが、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はそれぞれ巻線切替装置３Ｇに接続されず、３相交流モータ２Ｇ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。

なお、本変形例においては、前述した、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５との組み合わせを用いて、２つのスイッチを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。

図１８は、本変形例において切替制御装置５が巻線切替装置３Ｇ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。

上述したように、本変形例において巻線切替装置３Ｇ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。

具体的には、図１８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３Ｇ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。

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。

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３Ｇ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化し、全てのスイッチＳ４，Ｓ５を最も安全に保護できる非常時の状態に切り替えられる。

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、インバータ１及び第２電気的中性点１４を接続する。これにより、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。そして、センサ４による異常状態の検出に応じて、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に加わる電圧を低減する電流経路を形成し、各スイッチＳ４，Ｓ５を少なくとも過電圧から保護することができる。

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２Ｇとなる。

なお、以上においては、３相交流モータ２，２Ａ〜Ｇ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、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。すなわち、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。

また、各スイッチＳ１〜Ｓ６は半導体スイッチ素子で構成していればよく、上記ＩＧＢＴ素子以外の半導体スイッチ素子でもよい。また、巻線切替装置３〜３Ｇが備える各スイッチＳ１〜Ｓ６が、当該巻線切替装置３〜３Ｇを非常時の状態に切り替える手段として機能していたが、これに限られない。すなわち、例えば半導体スイッチ素子などで構成する非常時専用のスイッチ等、スイッチＳ１〜Ｓ６とは別体の経路切替手段を設け、これによって、電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成するようにしてもよい。

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。

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。

１ インバータ
２ ３相交流モータ（交流電動機）
２Ａ〜Ｇ ３相交流モータ（交流電動機）
３ 巻線切替装置
３Ａ〜Ｇ 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〜Ｆ ＩＧＢＴ素子
１６Ａ〜１６Ｃ 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

Claims (15)

1. インバータにより給電される交流電動機に備えられた、第１電機子巻線及び第２電機子巻線を含む複数の電機子巻線に係わる巻線切り替えを行う、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と、
   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、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低電圧化する電流経路を形成するための、経路切替手段と、
   を有することを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
2. 請求項１記載の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、
   前記非常用切替制御信号に応じて、前記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
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
3. 請求項２記載の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、
   前記半導体スイッチ手段を兼ねる
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
4. 請求項３記載の交流電動機の巻線切替装置において、
   前記交流電動機の３相の前記複数の電機子巻線に対応して、
   前記経路切替手段は、
   ３つの絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ素子を備える
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
5. 請求項３又は請求項４記載の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電機子巻線と前記第２電機子巻線とを直列に接続する接続導電路における当該第１電機子巻線と第２電機子巻線との間に配置されている
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
6. 請求項５記載の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ており、
   前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
7. 請求項６記載の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、
   前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段及び前記第３スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
8. 請求項３又は請求項４記載の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、
   前記経路切替手段としての前記第５スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
9. 請求項３又は請求項４記載の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６スイッチ手段と、
   を備え、
   前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
   ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
10. 請求項９記載の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スイッチ手段を備え、
    前記経路切替手段としての前記第１スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
    ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
11. 請求項５記載の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電機子巻線のみ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７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、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２巻線出力端子と前記インバータとを接続する、第８スイッチ手段と、を備え、
    前記経路切替手段としての前記第７スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
    ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
12. 請求項１１記載の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電機子巻線の前記第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７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８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、
    前記経路切替手段としての第３スイッチ手段、前記第７スイッチ手段、及び前記第８スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
    ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
13. 請求項５記載の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９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１０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１１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電機子巻線と前記第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１２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１３スイッチ手段と、
    を備え、
    前記経路切替手段としての前記第９スイッチ手段及び前記第１０スイッチ手段が、前記非常用切替制御信号に応じて導通することで、前記複数の電機子巻線に加わる電圧を低減する電流経路を形成する
    ことを特徴とする交流電動機の巻線切替装置。
14. 請求項１乃至請求項１３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とを適宜の組み合わせ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であり、
    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。
15. 請求項１４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。

Images