JP2019140755A

JP2019140755A - 結線切換装置

Info

Publication number: JP2019140755A
Application number: JP2018020611A
Authority: JP
Inventors: 誠栗秋; Makoto Kuriaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】三相電動機の結線の切換え時における電力損失を抑制可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】結線切換装置は、直流電源４、三相の巻線６ａ１〜６ａ３を含む三相電動機６と、三相インバータ回路１と、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をスター結線及びデルタ結線の一方から他方に切換える結線切換部５と、結線切換部５による結線の切換え時に、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の電圧を特定の電圧内にクランプして回生する回生部７とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、三相電動機の結線切換装置に関する。

エアコン等に使用されている熱交換装置の熱交換能力は、圧縮機を高回転で運転させると高くなる。近年の熱交換装置では、インバータによって圧縮機の回転速度を調整することにより、熱交換能力を細かく調整されるものが多い。

通常、圧縮機には電動機が組み込まれることによって、圧縮機の回転数は電気的に制御される。なお、電動機のコイルの巻線数によって、最も効率の良い回転数が決まる。そのため、コイルの巻き数が一定である従来の電動機では、低回転から高回転までの全域で効率を良くすることは困難であった。

その解決方法として、電動機の固定子巻線の結線方式を低回転域ではスター結線に、高回転域ではデルタ結線へ切換える技術が近年提案されている。この技術によれば、低回転域から高回転域への回転数の推移に応じて巻線数を実質的に減らすことができる。このように、回転数に応じて巻線数を実質的に変更することによって、低回転域における電流量をより低く抑え、高回転域における回転数を上げることにより高出力の確保を実現することができる。この結果、低回転域から高回転域までの効率を改善することが可能となる。

以上のような電動機のデルタ結線からスター結線への切換え、またはスター結線からデルタ結線への切換えを行う場合、電動機を一旦停止させてから切換えを行う方法が考えられる。しかしながら、電動機を一旦停止すると電動機の回転が一旦停止することになり、電動機を再起動して元の状態に戻すのに時間を要することになる。このため、電動機のスムーズな回転が必要となる場合には、電動機の停止は問題となる。

そこで、特許文献１または特許文献２に開示の技術のように、電動機を停止することなく、短時間で結線を切換える手法として、電動機の巻線に電流を流している状態で結線を切換える技術が提案されている。

特開２０１６−０８６５８７号公報特許第６００９８３４号公報

特許文献１の技術では、スター結線及びデルタ結線を切換える際に、一旦予備負荷に接続する。これにより、スター結線及びデルタ結線を切換えるための接続スイッチがいずれも開放状態になった場合でも、巻線電流を予備負荷側へ電流を流すことができるので、巻線の残留エネルギーによる開放端の急激な電圧の変動を抑えることが可能となる。しかしながら、上記技術では、予備負荷に電流が流れることで電力損失が生じてしまうだけでなく、高速の切換えを行うための半導体スイッチにおいても電力損失が生じてしまうという問題がある。

特許文献２の技術では、三相デルタ結線の固定子巻線を備える電動機と、駆動回路と、固定子巻線の各相の中点にそれぞれ接続される三相ブリッジ整流回路と、この三相ブリッジ整流回路の出力端子間に接続される半導体スイッチング素子とを備え、半導体スイッチング素子をオンすることで、三相スター結線に切換える。

しかしながら、このような技術では、電動機の巻線構造が複雑であるという問題がある。また、半導体スイッチのオン時においてコンデンサからの逆流電流によりスイッチング損失が生じてしまうだけでなく、デルタ結線においてコンデンサに並列に接続されている抵抗においても電力損失が生じる。また、スター結線時には三相ブリッジ整流回路に電動機の電流が流れるため、三相ブリッジ整流回路においても電力損失が生じる。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、三相電動機の結線の切換え時における電力損失を抑制可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る結線切換装置は、直流電源と、三相の巻線を含む三相電動機と、前記直流電源の正極及び負極と接続され、前記三相の巻線のそれぞれの一端に正電圧または負電圧を付与する三相インバータ回路と、前記三相の巻線の結線をスター結線及びデルタ結線の一方から他方に切換える結線切換部と、前記結線切換部による結線の切換え時に、前記三相の巻線の電圧を特定の電圧内にクランプして回生する回生部とを備える。

本発明によれば、結線切換部による結線の切換え時に、三相電動機における三相の巻線の電圧を特定の電圧内にクランプして回生するので、電力損失を抑制することができる。

実施の形態１に係る結線切換装置を示す回路図である。実施の形態１に係る結線切換装置の動作を説明するための図である。実施の形態１に係る結線切換装置の動作を説明するための図である。実施の形態２に係る結線切換装置を示す回路図である。実施の形態３に係る結線切換装置を示す回路図である。実施の形態４に係る結線切換装置を示す回路図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る三相電動機の結線切換装置を示す回路図である。図１の結線切換装置は、三相インバータ回路１と、電流検出抵抗２と、電解コンデンサ３と、直流電源４と、結線切換部５と、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の巻線６ａ１，６ａ２，６ａ３を含む三相電動機６と、回生部７と、コンデンサ９とを備える。

なお図１の例では、直流電源４は通常の直流電源である。しかし本実施の形態１に係る直流電源４は、正極及び負極を有する直流電源であればよく、例えば、半導体スイッチングからなるＡＣ−ＤＣコンバータ、及び、整流器からなる整流電圧装置などであってもよい。

三相インバータ回路１は、直流電源４の正極及び負極と接続され、三相の巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれの一端に正電圧または負電圧を付与する。なお、以下の説明において、三相の巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれの、三相インバータ回路１と接続された端を「一端」と記すこともあり、三相の巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれの、一端と逆側の端を「他端」と記すこともある。

本実施の形態１では、三相インバータ回路１は、直流電源４の正極側の第１半導体スイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｃと、直流電源４の負極側の第２半導体スイッチング素子１ｄ，１ｅ，１ｆとを含む。

第１半導体スイッチング素子１ａは、巻線６ａ１の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。第１半導体スイッチング素子１ｂは、巻線６ａ２の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。第１半導体スイッチング素子１ｃは、巻線６ａ３の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。

第２半導体スイッチング素子１ｄは、巻線６ａ１の一端と、直流電源４の負極との間に実質的に接続されている。第２半導体スイッチング素子１ｅは、巻線６ａ２の一端と、直流電源４の負極との間に実質的に接続されている。第２半導体スイッチング素子１ｆは、巻線６ａ３の一端と、直流電源４の負極との間に実質的に接続されている。

第１半導体スイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、それぞれボディダイオード１ｇ，１ｈ，１ｉを内蔵している。同様に、第２半導体スイッチング素子１ｄ，１ｅ，１ｆは、例えばＩＧＢＴであり、それぞれボディダイオード１ｊ，１ｋ，１ｌを内蔵している。

以上のように構成された三相インバータ回路１が、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の巻線６ａ１〜６ａ３に位相が１２０度ずつ異なる３パターンの交流電流を流すように、三相インバータ回路１の第１半導体スイッチング素子１ａ〜１ｃ及び第２半導体スイッチング素子１ｄ〜１ｆがパルス幅変調（ＰＷＭ）動作によって制御される。

簡略化のために図示されていないフィードバック回路は、電流検出抵抗２または図中に記載されていないカレントトランスなどの電流検出手段を用いて検出される三相インバータ回路１の交流電流の電流量や、ホール素子等の電動機の回転数を監視して、三相インバータ回路１におけるパルス幅変調動作を制御する。これにより、フィードバック回路は、三相インバータ回路１の交流電流の電流量や、ホール素子等の電動機の回転数を制御することが可能となっている。

例えば、図１に示す回路が空調機などの圧縮機に利用される場合には、フィードバック回路は、空調の対象となる部屋の温度に応じて、三相電動機６の回転量を制御する。具体的には、部屋の温度と目標温度との温度差が大きいときには、フィードバック回路は、定格出力に近い高速回転で三相電動機６を回転することにより熱交換力を高める。そして、部屋の温度が目標温度近傍に近づいたときには、フィードバック回路は、低速回転で三相電動機６を回転する。そして、最適温度が安定して維持されるように、フィードバック回路は、巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれを流れる交流電流の電流量及び周波数を細かくフィードバック制御する。

結線切換部５は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をスター結線及びデルタ結線の一方から他方に切換える。本実施の形態１では、結線切換部５は、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３と、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３とを含む。なお以下の説明において、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３と、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３とを区別しない場合には、それぞれを「スイッチ」と記すこともある。

デルタ結線用スイッチ５ａ１は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻線６ａ１の他端と、巻線６ａ２の一端との間に接続されている。デルタ結線用スイッチ５ａ２は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻線６ａ２の他端と、巻線６ａ３の一端との間に接続されている。デルタ結線用スイッチ５ａ３は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻線６ａ３の他端と、巻線６ａ１の一端との間に接続されている。

スター結線用スイッチ５ｂ１は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻線６ａ１の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ２，５ｂ３との間に接続されている。スター結線用スイッチ５ｂ２は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻線６ａ２の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ１，５ｂ３との間に接続されている。スター結線用スイッチ５ｂ３は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻線６ａ３の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ１，５ｂ２との間に接続されている。

なお、スイッチは、電力損失の小さいリレーや電磁接触器等の開閉器であってもよいし、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ等の半導体スイッチであってもよいし、開閉器と半導体スイッチとの組み合わせであってもよい。なお、スイッチが、並列接続された開閉器と半導体スイッチと組み合わせである場合には、高速な切換えと、機械スイッチの接点寿命の延長とが可能である。ただし、スイッチは、以上に限ったものではない。

回生部７は、結線切換部５による結線の切換え時に、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の電圧を特定の電圧内にクランプして直流電源４の正極及び負極に選択的に帰還することによって、三相の巻線６ａ１〜６ａ３に蓄積されたエネルギーを回生する。ここで、特定の電圧は、例えば直流電源４の電圧、または、直流電源４の電圧程度の電圧である。

本実施の形態１では、回生部７は、第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３と、第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３とを含む。

第１ダイオード７ａ１は、巻線６ａ１の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ１とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。第１ダイオード７ａ２は、巻線６ａ２の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ２とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。第１ダイオード７ａ３は、巻線６ａ３の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ３とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。

第２ダイオード７ｂ１は、巻線６ａ１の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ１とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。第２ダイオード７ｂ２は、巻線６ａ２の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ２とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。第２ダイオード７ｂ３は、巻線６ａ３の他端と結線切換部５のデルタ結線用スイッチ５ａ３とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。

なお、本実施の形態１では、第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３のそれぞれの順電圧は、ボディダイオード１ｇ，１ｈ，１ｉのそれぞれの順電圧よりも大きく、第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３のそれぞれの順電圧は、ボディダイオード１ｊ，１ｋ，１ｌのそれぞれの順電圧よりも大きい。以下の説明では、第１ダイオード７ａ１〜７ａ３及び、第２ダイオード７ｂ１〜７ｂ３の順電圧を「Ｖｆ」と記すこともある。

電解コンデンサ３及びコンデンサ９のそれぞれは、ともにバイパスコンデンサである。電解コンデンサ３は、主に電力を蓄えておくための大容量のコンデンサである。コンデンサ９は、スイッチングによる高周波成分をバイパスして除去するための低容量のコンデンサであり、サージ電圧の吸収作用も有する。

次に、結線切換部５が行う三相電動機６の結線の切換えについて説明する。三相電動機６は、例えば３相ブラシレスモータである。三相電動機６の巻線数が大きいと低回転での効率が高く、高回転での効率が低下するが、三相電動機６の巻線数が小さいと低回転での効率が低く、高回転での効率が高くなる。

図１の回路構成では、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３がオンされ、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３がオフされると、三相電動機６の結線は、巻線数が比較的小さいデルタ結線になる。そして、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３がオフされ、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３がオンされると、三相電動機６の結線は、巻線数が比較的大きいスター結線になる。このように、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３及びスター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３を制御することで、三相電動機６の結線、ひいては三相電動機６の巻線数を変更することが可能となっている。

本実施の形態１では、スター結線時の三相電動機６の巻線数を基準とすると、デルタ結線時の三相電動機６の相対的な巻数比は１/３^１／２となっている。そこで、本実施の形態１に係る結線切換装置は、三相電動機６の回転速度が上昇したときに、三相電動機６の結線を相対的な巻数比が小さいデルタ結線に切換え、三相電動機６の回転速度が低下したときに、三相電動機６の結線を相対的な巻数比が大きいスター結線に切換える。これにより、三相電動機６の効率低下を抑制することが可能となっている。

図２は、デルタ結線及びスター結線の一方から他方に切換えることで、三相インバータ回路１及び三相電動機６の合計の効率が改善することを示す図である。低速動作領域では、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３がオフされ、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３がオンされることで、三相電動機６の巻線６ａ１〜６ａ３はスター結線で結線される。高速動作領域では、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３がオンされ、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３がオフされることで、三相電動機６の巻線６ａ１〜６ａ３はデルタ結線で結線される。

ここで、両スイッチ（デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３及びスター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３）を同時にオンした場合には、三相インバータ回路１の三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のそれぞれの出力間が短絡されることになり、三相インバータ回路１が故障する可能性がある。また、この場合には、巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれの両端が短絡されることになり、三相電動機６がブレーキ動作によって停止する不具合が生じる。

そのため、結線切換部５は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線を、スター結線及びデルタ結線の一方から移行期間を経て他方に切換えるように構成されている。本実施の形態１では、移行期間は、両スイッチがオンとはならずにオフとなるデッドタイムである。

図３は、本実施の形態１に係るスイッチの切換えについてのタイミングチャートを示す図である。なお、図３には、スイッチがリレーである例が示されている。

三相電動機６の回転数Ｎの上昇において、回転数Ｎが、予め定められた基準周波数に対応する基準回転数Ｎ０を経てＮ０＋ΔＮになると（時点Ｔ１）、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３にオフ信号が入力される。なお、ΔＮは、結線の切換え時の誤動作を防止するための回転数のヒステリシスである。その後、時点Ｔ２において、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３の接点がオフになる。早くても時点Ｔ１の後に、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３にオン信号が入力されることによって、時点Ｔ２後の時点Ｔ３において、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３の接点がオンになる。

三相電動機６の回転数Ｎの下降において、回転数Ｎが、予め定められた基準周波数に対応する基準回転数Ｎ０を経てＮ０−ΔＮになると（時点Ｔ４）、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３にオフ信号が入力される。その後、時点Ｔ５において、デルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３の接点がオフになる。早くても時点Ｔ４の後に、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３にオン信号が入力されることによって、時点Ｔ５後の時点Ｔ６において、スター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３の接点がオンになる。

時点Ｔ２から時点Ｔ３までのデッドタイム、及び、時点Ｔ５から時点Ｔ６までのデッドタイムのそれぞれは、例えば数ミリ秒の時間であり、信号が切換わってから接点が切換わるまでの動作遅延時間とバウンス時間とを考慮して設定される。

ここで、第１ダイオード７ａ１〜７ａ３及び第２ダイオード７ｂ１〜７ｂ３を含む回生部７がない、本実施の形態１に係る結線切換装置と異なる結線切換装置を想定する。このような装置では、巻線６ａ１〜６ａ３のそれぞれに電流が流れているデッドタイムにおいて、巻線６ａ１〜６ａ３に蓄積された（１／２）×Ｌ×Ｉ^２のエネルギーが、その電流の向きによってプラス側、またはマイナス側へ急激に電圧を変動させる。この結果、直流電源４から三相インバータ回路１に入力される電圧以上の大きな電圧が、巻線６ａ１〜６ａ３の他端に発生し、回路図には示されていない巻線や、スイッチなどに寄生する浮遊容量と共振することで、電力が無駄に消費される。

これに対して本実施の形態１に係る結線切換装置によれば、結線切換部５による結線の切換え時に、巻線６ａ１〜６ａ３に蓄積されているエネルギーを回生部７によってクランプして回生するので、エネルギーの損失（電力損失）を小さくすることができる。

また、クランプによって結線の切換時の電圧変動を、直流電源４の電圧＋Ｖｆ程度以内に制限することができる。つまり、切換時における正極側の電圧変動を、直流電源４の正極側の電圧＋Ｖｆ程度以内に抑えることができ、切換時における負極側の電圧変動を、直流電源４の負極側の電圧−Ｖｆ程度以内に抑えることができる。これにより、高電圧の発生による、三相電動機６の巻線６ａ１〜６ａ３や各スイッチへの不具合を抑制することができる。この結果、これらの電子部品を高耐圧化する必要がなくなる。さらに、各スイッチをオンしたときの電流変動の抑制化も期待できる。

ここで、デルタ結線になった場合において、第１ダイオード７ａ１〜７ａ３は、ボディダイオード１ｇ〜１ｉと並列接続され、第２ダイオード７ｂ１〜７ｂ３は、ボディダイオード１ｊ〜１ｌと並列接続される。

三相インバータ回路１では、Ｕ、Ｖ、Ｗの出力間においてキャリア周波数（一般に数十キロＨｚ）でスイッチングが行われており、各出力は、直流電源４の正極側から三相電動機６側へ電流を供給する第１半導体スイッチング素子１ａ〜１ｃ（以下「上側アーム」と記す）と、三相電動機６側から直流電源４の負極側へ電流を引き込む第２半導体スイッチング素子１ｄ〜１ｆ（以下「下側アーム」と記す）を有している。上側アームと下側アームとが同時にオンとなることを避けるため、キャリア周波数のスイッチングにおいてもデッドタイムが存在する。このデッドタイムにおいて、三相インバータ回路１ではオーバーシュートやアンダーシュートが発生するが、直流電源４に導通可能なボディダイオード１ｇ〜１ｌが、オーバーシュートやアンダーシュートの発生を抑制している。

しかしながら、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３のそれぞれの順電圧が、ボディダイオード１ｇ〜１ｌのそれぞれの順電圧よりも小さい場合には、キャリア周波数におけるデッドタイムにおいて、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３が先に導通する。このため、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３での電力損失が増大する。

これに対して本実施の形態１では、第１ダイオード７ａ１〜７ａ３のそれぞれの順電圧は、ボディダイオード１ｇ〜１ｉのそれぞれの順電圧よりも大きく、第２ダイオード７ｂ１〜７ｂ３のそれぞれの順電圧は、ボディダイオード１ｊ〜１ｌのそれぞれの順電圧よりも大きい。このため、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３は、キャリア周波数のスイッチング時に導通せずに、デルタ結線とスター結線との切換時に導通するので、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３での電力損失を小さくすることができる。また、装置の小型化も期待できる。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る三相電動機の結線切換装置を示す回路図である。以下、本実施の形態２に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

本実施の形態２に係る結線切換部５は、実施の形態１に係るデルタ結線用スイッチ５ａ１〜５ａ３及びスター結線用スイッチ５ｂ１〜５ｂ３の代わりに、有接点リレーである電磁継電器５ｃ１〜５ｃ３を含む。

電磁継電器５ｃ１は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線及びスター結線に選択的に切換えるための電磁継電器であり、巻線６ａ１の他端と接続された入力端と、巻線６ａ２の一端と接続された接点と、電磁継電器５ｃ２，５ｃ３と接続された接点とを有する。電磁継電器５ｃ２は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線及びスター結線に選択的に切換えるための電磁継電器であり、巻線６ａ２の他端と接続された入力端と、巻線６ａ３の一端と接続された接点と、電磁継電器５ｃ１，５ｃ３と接続された接点とを有する。電磁継電器５ｃ３は、三相の巻線６ａ１〜６ａ３の結線をデルタ結線及びスター結線に選択的に切換えるための電磁継電器であり、巻線６ａ３の他端と接続された入力端と、巻線６ａ１の一端と接続された接点と、電磁継電器５ｃ１，５ｃ２と接続された接点とを有する。

第１ダイオード７ａ１は、巻線６ａ１の他端と電磁継電器５ｃ１の入力端とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。第１ダイオード７ａ２は、巻線６ａ２の他端と電磁継電器５ｃ２の入力端とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。第１ダイオード７ａ３は、巻線６ａ３の他端と電磁継電器５ｃ３の入力端とに接続されたアノードと、直流電源４の正極と接続されたカソードとを有する。

第２ダイオード７ｂ１は、巻線６ａ１の他端と電磁継電器５ｃ１の入力端とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。第２ダイオード７ｂ２は、巻線６ａ２の他端と電磁継電器５ｃ２の入力端とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。第２ダイオード７ｂ３は、巻線６ａ３の他端と電磁継電器５ｃ３の入力端とに接続されたカソードと、直流電源４の負極と接続されたアノードとを有する。

以上のように、電磁継電器５ｃ１〜５ｃ３を用いる構成によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の出力間の短絡や、各巻線６ａ１〜６ａ３の両端の短絡が無くなるので、三相インバータ回路１の故障や三相電動機６がブレーキ動作により停止する不具合を抑制することができる。

なお、電磁継電器５ｃ１〜５ｃ３は機械スイッチであるため、２接点間の短絡防止のためのデッドタイムは不要となるが、切換時において、入力がいずれの接点にも接続されない期間が存在する。

ここで、第１ダイオード７ａ１〜７ａ３及び第２ダイオード７ｂ１〜７ｂ３を含む回生部７がない、本実施の形態２に係る結線切換装置と異なる結線切換装置では、上述したように、電力が無駄に消費される。

これに対して本実施の形態２に係る結線切換装置によれば、実施の形態１と同様に、結線切換部５による結線の切換え時に、巻線６ａ１〜６ａ３に蓄積されているエネルギーを回生部７によってクランプして回生するので、エネルギーの損失（電力損失）を小さくすることができる。また、クランプによって切換時の電圧変動を制限することができるので、三相電動機６の巻線６ａ１〜６ａ３や各スイッチへの、高電圧の発生による不具合を抑制することができる。この結果、これらの電子部品を高耐圧化する必要がなくなる。さらに、各スイッチをオンしたときの電流変動の抑制化も期待できる。

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係る三相電動機の結線切換装置を示す回路図である。以下、本実施の形態３に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

本実施の形態３では、図１の第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３が、直列接続された複数の第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３によってそれぞれ構成され、図１の第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３が、直列接続された複数の第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３によってそれぞれ構成されている。

このような構成によれば、複数の第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３のそれぞれの合計順電圧が、ボディダイオード１ｇ，１ｈ，１ｉの順電圧よりも大きくすること、及び、複数の第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３のそれぞれの合計順電圧が、ボディダイオード１ｊ，１ｋ，１ｌの順電圧よりも大きくすることが容易となる。よって、第１及び第２ダイオード７ａ１〜７ａ３，７ｂ１〜７ｂ３での電力損失を容易に小さくすることができる。

＜実施の形態４＞
図６は、本発明の実施の形態４に係る三相電動機の結線切換装置を示す回路図である。以下、本実施の形態４に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

本実施の形態４では、図４の第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３が、直列接続された複数の第１ダイオード７ａ１，７ａ２，７ａ３によってそれぞれ構成され、図４の第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３が、直列接続された複数の第２ダイオード７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３によってそれぞれ構成されている。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１三相インバータ回路、１ａ，１ｂ，１ｃ第１半導体スイッチング素子、１ｄ，１ｅ，１ｆ第２半導体スイッチング素子、１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｌボディダイオード、４直流電源、５結線切換部、５ａ１，５ａ２，５ａ３デルタ結線用スイッチ、５ｂ１，５ｂ２，５ｂ３スター結線用スイッチ、６三相電動機、６ａ１，６ａ２，６ａ３巻線、７回生部、７ａ１，７ａ２，７ａ３第１ダイオード、７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３第２ダイオード、５ｃ１，５ｃ２，５ｃ３電磁継電器。

Claims

直流電源と、
三相の巻線を含む三相電動機と、
前記直流電源の正極及び負極と接続され、前記三相の巻線のそれぞれの一端に正電圧または負電圧を付与する三相インバータ回路と、
前記三相の巻線の結線をスター結線及びデルタ結線の一方から他方に切換える結線切換部と、
前記結線切換部による結線の切換え時に、前記三相の巻線の電圧を特定の電圧内にクランプして回生する回生部と
を備える、結線切換装置。
請求項１に記載の結線切換装置であって、
前記回生部は、
それぞれが、前記三相の巻線のいずれかの他端と前記結線切換部とに接続されたアノードと、前記直流電源の前記正極と接続されたカソードとを有する複数の第１ダイオードと、
それぞれが、前記三相の巻線のいずれかの他端と前記結線切換部とに接続されたカソードと、前記直流電源の前記負極と接続されたアノードとを有する複数の第２ダイオードと
を含む、結線切換装置。
請求項２に記載の結線切換装置であって、
前記三相インバータ回路は、
それぞれが、前記三相の巻線のいずれかの前記一端と、前記直流電源の前記正極との間に接続された複数の第１半導体スイッチング素子と、
それぞれが、前記三相の巻線のいずれかの前記他端と、前記直流電源の前記負極との間に接続された複数の第２半導体スイッチング素子と
を含み、
前記複数の第１ダイオードの順電圧は、前記複数の第１半導体スイッチング素子に内蔵されたボディダイオードの順電圧よりも大きく、
前記複数の第２ダイオードの順電圧は、前記複数の第２半導体スイッチング素子に内蔵されたボディダイオードの順電圧よりも大きい、結線切換装置。
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の結線切換装置であって、
前記結線切換部は、
前記三相の巻線の結線を、スター結線及びデルタ結線の一方から移行期間を経て他方に切換える、結線切換装置。
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の結線切換装置であって、
前記結線切換部は、複数のスイッチまたは電磁継電器を含む、結線切換装置。