JP5585783B2 - 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
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (9)
- 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、
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。 - 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。 - 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、
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。 - 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、
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。 - 請求項4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。 - 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、
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。 - 請求項1乃至請求項6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。 - 請求項1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。 - 請求項8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。
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