JP7262262B2 - Winding switching device for rotating electrical machine, rotating electrical machine drive system, and electric equipment - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の結線状態を切り替える巻線切替装置、巻線切替装置を備える回転電機駆動システム、並びに、巻線切替装置を備える回転電機駆動システムによって駆動される電動機器に関する。 The present invention relates to a winding switching device for switching the connection state of a rotating electrical machine, a rotating electrical machine driving system including the winding switching device, and an electric machine driven by the rotating electrical machine driving system including the winding switching device.
回転電機である電動機の出力特性を高速域と低速域で異ならしめるために、巻線の結線状態を切り替える技術が知られている。 2. Description of the Related Art Techniques for switching the connection state of windings are known in order to differentiate the output characteristics of an electric motor, which is a rotating electrical machine, between high-speed and low-speed ranges.
例えば、特許文献1に記載される巻線切替装置は、複数の巻線の端部が接続される複数の電極を備える装置本体と、切替方向に並ぶ直列結線用回路部および並列結線用回路部を備える可動部と、可動体を切替方向に稼働する駆動装置を有する。可動体が駆動装置によって稼働され、装置本体の電極と、可動体における直列結線用回路部の電極および並列結線用回路部可動体の電極とが接触すると、電動機の巻線がそれぞれ直列状態および並列状態に結線される。
For example, the winding switching device described in
ここで、機械的負荷を電動機によって可変速駆動する回転電機駆動システムでは、電動機への電力供給源(例えば、インバータ)が停止時に、電動機が機械的負荷のイナーシャによって回転して発電機として動作するため、駆動システムの保護のために電動機の巻線を開放する遮断器が設けられる。このような回転電機駆動システムにおいて、上記従来技術による巻線切替装置を備えると、回転電機駆動システムが大型化するという課題がある。 Here, in a rotating electric machine drive system in which a mechanical load is driven at a variable speed by an electric motor, when a power supply source (for example, an inverter) to the electric motor stops, the electric motor rotates due to the inertia of the mechanical load and operates as a generator. Therefore, a circuit breaker is provided to open the windings of the motor to protect the drive system. In such a rotary electric machine drive system, if the winding switching device according to the conventional technology is provided, there is a problem that the rotary electric machine drive system becomes large.
そこで、本発明は、回転電機の巻線の結線状態の切り替えを可能ならしめながらも駆動システムの大型化を抑制できる巻線切替装置、巻線切替装置を備える回転電機駆動システム、並びに、巻線切替装置を備える回転電機駆動システムによって駆動される電動機器を提供する。 Accordingly, the present invention provides a winding switching device capable of suppressing an increase in the size of a drive system while enabling switching of the connection state of the windings of a rotating electrical machine, a rotating electrical machine drive system including the winding switching device, and a winding switch. An electric machine driven by a rotating electric machine drive system having a switching device is provided.
上記課題を解決するために、本発明による巻線切替装置は、回転電機の複数の巻線の並列結線および直列結線を切り替えるものであって、複数の巻線および電源が接続される複数の電極と、複数の電極に接触し、複数の導体部を備える可動部と、可動部を駆動するアクチュエータと、を備え、複数の電極と複数の導体部の接触状態に応じて、可動部の第1の停止位置では、複数の巻線が並列結線され、可動部の第2の停止位置では、複数の巻線が開放され、可動部の第3の停止位置では、複数の巻線が直列結線され、さらに以下の第1~3の手段のいずれかを備えている。
第1の手段において、複数の電極は、巻線の巻き始めが接続されるとともに、電源に接続される第1の電極と、巻線の巻き終わりが接続される第2の電極と、を含み、第1の電極の端部と第2の電極の端部との距離が、導体部の幅よりも大きく、第2の停止位置において、導体部は、第1の電極と、第2の電極との間に位置するとともに、第1の電極および第2の電極と非接触である。
第2の手段において、複数の電極は、複数の巻線の内、回転電機の第1相用の巻線が接続される第1の電極と、複数の巻線の内、回転電機の第2相用の巻線が接続される第2の電極と、を含み、第1の電極および第2の電極は、互いに隣接するとともに、中性点を構成する。
第3の手段においては、外形が円柱状である。
In order to solve the above problems, a winding switching device according to the present invention switches between parallel connection and series connection of a plurality of windings of a rotating electric machine, and includes a plurality of electrodes connected to a plurality of windings and a power source. a movable portion that contacts the plurality of electrodes and includes a plurality of conductors; and an actuator that drives the movable portion, wherein the first The plurality of windings are connected in parallel at the stop position of , the plurality of windings are opened at the second stop position of the movable portion, and the plurality of windings are connected in series at the third stop position of the movable portion. , and further includes any one of the following first to third means .
In the first means, the plurality of electrodes includes a first electrode connected to the winding start of the winding and connected to a power source, and a second electrode connected to the winding end of the winding. , the distance between the end of the first electrode and the end of the second electrode is greater than the width of the conductor portion, and in the second stop position, the conductor portion extends between the first electrode and the second electrode. and is not in contact with the first electrode and the second electrode.
In the second means, the plurality of electrodes includes a first electrode connected to a first phase winding of the rotating electric machine among the plurality of windings, and a second electrode of the rotating electric machine among the plurality of windings. and a second electrode to which the winding for the phase is connected, the first electrode and the second electrode being adjacent to each other and forming a neutral point.
In a third means, the outer shape is cylindrical.
上記課題を解決するために、本発明による回転電機駆動システムは、回転電機と、回転電機に交流電力を供給するインバータと、を備えるものであって、巻線切替装置が上記本発明による巻線切替装置である。 In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine drive system according to the present invention includes a rotating electrical machine and an inverter that supplies alternating current power to the rotating electrical machine, wherein a winding switching device includes a winding according to the present invention. It is a switching device.
上記課題を解決するために、本発明による電動機器は、回転電機駆動システムによって可変速運転されるものであって、回転電機駆動システムが、上記本発明による回転電機駆動システムである。 In order to solve the above problems, an electric machine according to the present invention is operated at variable speeds by a rotating electrical machine drive system, and the rotating electrical machine drive system is the rotating electrical machine drive system according to the present invention.
本発明によれば、巻線切替装置が巻線を開放することができるので、電動機の巻線を開放する遮断機が不要にすることができる。 According to the present invention, since the winding switching device can open the windings, it is possible to eliminate the need for a circuit breaker for opening the windings of the motor.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
まず、本発明の一実施形態である回転電機駆動システムについて図2-5を用いて説明する。 First, a rotating electrical machine drive system that is an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2-5.
図2は、本発明の一実施形態である回転電機駆動システムの回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram of a rotating electrical machine drive system that is an embodiment of the present invention.
回転電機駆動システム1においては、三相交流電動機2が、半導体スイッチング素子5によって直流電力を交流電力に変換するインバータ主回路からの交流電力によって駆動される。なお、三相交流電動機2として、例えば、永久磁石同期電動機が適用される。
In rotary electric
インバータ主回路は、6個の半導体スイッチング素子5と、6個の半導体スイッチング素子5の各々に逆並列に接続される環流ダイオード7とからなる三相フルブリッジ回路、を有する。本実施形態において、三相フルブリッジ回路は、3個のパワーモジュール6の並列接続によって構成される。1個のパワーモジュール6においては、1組の半導体スイッチング素子5および環流ダイオード7からなるアームが、2個、直列接続されている。 The inverter main circuit has a three-phase full bridge circuit consisting of six semiconductor switching elements 5 and freewheeling diodes 7 connected in anti-parallel to each of the six semiconductor switching elements 5 . In this embodiment, a three-phase full bridge circuit is configured by connecting three power modules 6 in parallel. In one power module 6, two arms each composed of a set of semiconductor switching elements 5 and freewheeling diodes 7 are connected in series.
三相フルブリッジ回路の直流入力側には、コンデンサ4が接続される。コンデンサ4は直流電源3からの入力電圧を平滑化する。直流電源3から供給される直流電力は、コンデンサ4によって電圧が平滑化されて、三相フルブリッジ回路に入力される。
A capacitor 4 is connected to the DC input side of the three-phase full bridge circuit. A capacitor 4 smoothes the input voltage from the
半導体スイッチング素子5が、図2中の制御装置10が出力するゲート制御信号によって、オン・オフ制御されることにより、インバータ主回路は、直流電源からの直流電力を三相交流電力に変換して、交流出力端子(U,V,W)から出力する。なお、本実施形態では、パワーモジュール6における2個のアームの直列接続点が、交流出力端子となる。インバータ主回路から出力される三相交流電力によって、三相交流電動機2が駆動される。
Semiconductor switching element 5 is ON/OFF-controlled by a gate control signal output from
図2中の制御装置10は、図示しない上位制御装置からの制御指令に応じてゲート制御信号を作成する。したがって、制御指令を速度指令とすることにより、三相交流電動機2が可変速駆動される。
A
図2に示すように、インバータ主回路の交流出力端子(U,V,W)と、三相交流電動機2の三相巻線端子群21との間には、三相巻線の結線状態を切り替える巻線切替装置9が接続される。巻線切替装置9は、制御装置10からの巻線切替指令に応じて、三相巻線の結線状態を切り替える。制御装置10は、三相交流電動機2の速度に応じて、後述するように、速度が低速域である場合、巻線を直列に結線し、速度が高速域である場合、巻線を並列に結線する。なお、制御装置10は、制御指令(速度指令)や速度検出値(もしくは速度推定値)に基づいて、三相交流電動機2の速度が、所定の低速域および高速域のいずれにあるかを判定し、判定結果に応じて巻線切替指令を作成する。
As shown in FIG. 2, between the AC output terminals (U, V, W) of the inverter main circuit and the three-phase
本実施形態における巻線切替装置9は、上述のような巻線の結線状態を切り替える機能に加えて、三相交流電動機2の三相巻線を開放する機能、すなわち三相巻線とインバータ主回路との電気的接続を遮断する機能を有する。これにより、インバータ主回路が故障などにより動作を停止した場合、三相交流電動機2が機械的イナーシャにより回転して発電機動作して、三相巻線やインバータ主回路などに大きな電流が流れることを防止できる。さらに、巻線切替装置9が三相巻線を開放する機能を有することにより、三相巻線とインバータ主回路の間に遮断器を設けなくてもよいので、巻線切替装置9を設けながらも、電動機駆動システムの大型化を抑制できる。
In addition to the function of switching the connection state of the windings as described above, the
なお、図2のインバータ主回路において、コンデンサ4としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサが適用できる。また、コンデンサ4は、大容量化するために、小容量のコンデンサを、複数個、並列または直列に接続して構成してもよい。図2中では、半導体スイッチング素子5として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用されているが、これに限らず、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などを適用してもよい。また、環流ダイオード7は、半導体スイッチング素子に外付けされてもよいし、内蔵されてもよい。半導体スイッチング素子5がMOSFETとする場合、素子内におけるボディダイオード(寄生ダイオード)を環流ダイオード7として利用してもよい。 In addition, in the inverter main circuit of FIG. 2, as the capacitor 4, an electrolytic capacitor or a film capacitor can be applied. In order to increase the capacity of the capacitor 4, a plurality of small capacity capacitors may be connected in parallel or in series. In FIG. 2, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is applied as the semiconductor switching element 5, but the semiconductor switching element 5 is not limited to this, and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or the like may be applied. Moreover, the freewheeling diode 7 may be externally attached to the semiconductor switching element or may be incorporated therein. When the semiconductor switching element 5 is a MOSFET, a body diode (parasitic diode) within the element may be used as the freewheeling diode 7 .
図3は、本実施形態における三相交流電動機2の三相巻線の結線状態を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the connection state of the three-phase windings of the three-
三相交流電動機2は、複数(図3では二つ)の三相巻線を備えている。すなわち、三相交流電動機2は、U相巻線21U1とV相巻線21V1とW相巻線21W1の巻線群からなる第1の三相巻線と、U相巻線21U2とV相巻線21V2とW相巻線21W2の巻線群からなる第2の三相巻線とを備えている。
The three-
図3の上図は巻線並列の結線状態を示し、第1の三相巻線における各相の巻線と、第2の三相巻線における各相の巻線とが、並列に接続される。例えば、U相については、U相巻線21U1の巻き始めUs1とU相巻線21U2の巻き始めUs2とが接続され、かつU相巻線21U1の巻き終わりUe1とU相巻線21U2の巻き終わりUe2とが接続される。これにより、U相巻線21U1とU相巻線21U2とが並列接続される。U相巻線21U1とU相巻線21U2の並列接続により、三相交流電動機2のU相巻線が構成される。 The upper diagram of FIG. 3 shows a state of parallel connection of windings, in which each phase winding in the first three-phase winding and each phase winding in the second three-phase winding are connected in parallel. be. For example, for the U phase, the winding start Us1 of U -phase winding 21U1 and the winding start Us2 of U - phase winding 21U2 are connected, and the winding end Ue1 of U-phase winding 21U1 and U-phase The winding end Ue2 of the winding 21U2 is connected. As a result, U-phase winding 21U1 and U-phase winding 21U2 are connected in parallel. The U-phase winding of the three-phase AC motor 2 is configured by the parallel connection of the U-phase winding 21U1 and the U-phase winding 21U2.
V相およびW相についても、図3の上図に示すように、U相と同様に、V相巻線21V1とV相巻線21V2が並列接続されて、三相交流電動機2のV相巻線が構成され、W相巻線21W1とW相巻線21W2が並列接続されて、三相交流電動機2のW相巻線が構成される。
As for the V - phase and W-phase, as shown in the upper diagram of FIG. The W-phase winding 21W1 and the W-phase winding 21W2 are connected in parallel to form the W-phase winding of the three-
このようにして構成される三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線の各両端の内、各巻き終わり側が互いに接続され、中性点を構成する。すなわち、三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線はスター結線(Y結線)される。また、三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線の各両端の内、各巻き始め側が三相交流電源8(図2ではインバータ主回路の交流出力U,V,W)に接続される。
Out of both ends of the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding of the three-
なお、図中、上述の記号UsiおよびUei(i=1,2)と同様に、VsiおよびVeiは、それぞれV相巻線21Viの巻き始めおよび巻き終わりを示し、WsiおよびWeiは、それぞれW相巻線21Wiの巻き始めおよび巻き終わりを示す。なお、以下、各相巻線の巻き始めおよび巻き終わりを、適宜、記号だけで記す。 In the figure, similar to the symbols U si and U ei (i=1, 2) described above , V si and V ei indicate the winding start and winding end of the V-phase winding 21V i , respectively. W ei indicate the winding start and winding end of W-phase winding 21W i , respectively. In the following, the start and end of winding of each phase winding are indicated by symbols only.
図3の下図は巻線直列の結線状態を示し、第1の三相巻線における各相の巻線と、第2の三相巻線における各相の巻線とが、直列に接続される。例えば、U相については、U相巻線21U1の巻き終わりUe1とU相巻線21U2の巻き始めUs2とが接続される。これにより、U相巻線21U1とU相巻線21U2とが直列接続される。U相巻線21U1とU相巻線21U2の直列接続により、三相交流電動機2のU相巻線が構成される。 The lower diagram of FIG. 3 shows a series connection of windings, in which each phase winding in the first three-phase winding and each phase winding in the second three-phase winding are connected in series. . For example, for the U-phase, the winding end Ue1 of the U-phase winding 21U1 and the winding start Us2 of the U-phase winding 21U2 are connected. As a result, U-phase winding 21U1 and U-phase winding 21U2 are connected in series. The U-phase winding of the three-phase AC motor 2 is configured by the series connection of the U-phase winding 21U1 and the U-phase winding 21U2.
V相およびW相についても、図3の上図に示すように、U相と同様に、V相巻線21V1とV相巻線21V2が直列接続されて、三相交流電動機2のV相巻線が構成され、W相巻線21W1とW相巻線21W2が直列接続されて、三相交流電動機2のW相巻線が構成される。
As for the V - phase and W-phase, as shown in the upper diagram of FIG. The W-phase winding 21W1 and the W-phase winding 21W2 are connected in series to form the W-phase winding of the three-
このようにして構成される三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線の各両端の内、各巻き終わり側が互いに接続され、中性点を構成する。すなわち、三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線はスター結線(Y結線)される。また、三相交流電動機2のU相巻線、V相巻線、W相巻線の各両端の内、各巻き始め側が三相交流電源8(図2ではインバータ主回路の交流出力U,V,W)に接続される。
Out of both ends of the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding of the three-
次に、巻線の結線状態による電動機の特性の違いについて説明する。 Next, the difference in the characteristics of the motor depending on the connection state of the windings will be described.
インバータ主回路が出力する矩形波電圧が回転電機に供給されるときに回転電機が発生する高調波損失Whは式(2)で表される。 Harmonic loss Wh generated by the rotating electrical machine when the rectangular wave voltage output by the inverter main circuit is supplied to the rotating electrical machine is represented by Equation (2).
ここで、Kは比例係数、Vnは矩形波電圧のn次の高調波成分、Inは巻線に流れる電流のn次の高調波成分である。VnとInには式(2)の関係がある。 Here, K is a proportional coefficient, Vn is the n-th harmonic component of the rectangular wave voltage, and In is the n-th harmonic component of the current flowing through the winding. V n and I n have the relationship of formula (2).
ここで、インピーダンスZnを式(3)で表す。 Here, the impedance Zn is represented by Equation (3).
ここで、Rは回転電機の巻線の抵抗、Lは回転電機の巻線のインダクタンス、fnはn次の高調波成分の周波数である。 Here, R is the resistance of the winding of the rotating electrical machine, L is the inductance of the winding of the rotating electrical machine, and fn is the frequency of the n-order harmonic component.
式(1),(2),(3)により式(4)が得られる。 Equation (4) is obtained from equations (1), (2) and (3).
ここで、R<<2πjfnLであることから、式(4)式を簡略化すると、式(5)が得られる。 Here, since R<<2πjf n L, the equation (5) is obtained by simplifying the equation (4).
結線状態を変えられる二つの巻線の各インダクタンスをL0とすると、直列結線のインダクタンスLsおよび並列結線のインダクタンスLpは、それぞれ式(6)および式(7)で表される。 Assuming that each inductance of the two windings whose connection state can be changed is L0 , the inductance Ls of the series connection and the inductance Lp of the parallel connection are expressed by equations (6) and (7), respectively.
並列結線および直列結線の場合の高調波損失をそれぞれWhpおよびWhsとすると、インバータ主回路から印加される電圧は同じVnであるから、式(5)において、L=Lp,L=Lsとして、式(6)および式(7)を用いることにより、WhpおよびWhsはそれぞれ式(8)および式(9)で表される。 If the harmonic losses in parallel connection and series connection are Whp and Whs , respectively, the voltage applied from the inverter main circuit is the same Vn . By using equations (6) and (7) as Ls , Whp and Whs are represented by equations (8) and (9), respectively.
式(8)および(9)が示すように、直列結線の高調波損失Whsは、並列結線の高周波損失Whpよりも小さくなる。 As shown by equations (8) and (9), the series connection harmonic loss Whs is smaller than the parallel connection high frequency loss Whp .
次に、このような高周波損失に基づく、本発明者による回転電機の効率に関する検討結果について説明する。 Next, the results of studies conducted by the present inventor on the efficiency of rotating electric machines based on such high-frequency loss will be described.
図4は、電動機の回転数と電動機(モータ)効率の関係の一例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the number of revolutions of the electric motor and the efficiency of the electric motor (motor).
図4に示すように、巻線並列(並列結線)の場合には、低速域において効率が低く、高速域では、出力が大きくできることから効率が高い。これに対し、巻線直列(直列結線)の場合には、低速域において効率が高いが、高速域では出力が小さいために、効率が低い。 As shown in FIG. 4, in the case of parallel windings (parallel connection), the efficiency is low in the low speed range, and the efficiency is high in the high speed range because the output can be increased. On the other hand, in the case of windings in series (series connection), the efficiency is high in the low speed range, but the efficiency is low in the high speed range because the output is small.
図5は、並列結線および直列結線の巻線に同じ矩形波電圧を印加した場合における電流波形の一例を示す図である。式(6)および(7)のように直列結線の巻線インダクタンスは、並列結線のインダクタンスよりも大きいために、図5に示すように、直列結線の高調波成分は、並列結線の高調波成分よりも少ない。 FIG. 5 is a diagram showing an example of current waveforms when the same rectangular wave voltage is applied to parallel-connected and series-connected windings. As shown in equations (6) and (7), the winding inductance of the series connection is larger than that of the parallel connection. Therefore, as shown in FIG. less than
上述のような巻線の結線状態による発生損失の違いに基づき、巻線切替装置によって、回転電機の低速域では直列結線とし、回転電機の高速域では並列結線とすることにより、広い速度域で、回転電機を高効率で運転できる。 Based on the difference in loss caused by the connection state of the windings as described above, the winding switching device allows series connection in the low-speed range of the rotating electrical machine and parallel connection in the high-speed range of the rotating electrical machine. , the rotating electric machine can be operated with high efficiency.
以下、本発明の一実施形態である巻線切替装置について、下記の実施例1~3により、図1,6-8を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。 A winding switching device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to Examples 1 to 3 with reference to FIGS. 1 and 6-8. In each figure, the same reference numbers denote the same components or components with similar functions.
図1は、本発明の実施例1である巻線切替装置の構成図である。なお、本図1においては、併せて、巻線切替装置の動作を示している。なお、図が煩雑にならないように、巻線切替装置の各部を示す符号の多くは、図1の上図のみに記す。
FIG. 1 is a configuration diagram of a winding switching device that is
図1の上図が示すように、本実施例1の巻線切替装置9は、複数の三相巻線を構成する各相巻線(21Ui,21Vi,21Wi:i=1,2)の巻き始め(Usi,Vsi,Wsi:i=1,2)と巻き終わり(Uei,Vei,Wei:i=1,2)が接続される複数の電極(22Usi,22Uei,22Vsi,22Vei,22Wsi,22Wei:i=1,2)と、これら複数の電極の内の隣り合う2電極間を短絡する複数の導体部(32a~32f)を有する可動部33と、可動部33を駆動するアクチュエータ31を備えている。
As shown in the upper diagram of FIG. 1, the winding
複数の電極(22Usi,22Uei,22Vsi,22Vei,22Wsi,22Wei:i=1,2)は、相互に分離されており、各相巻線が接続されずかつ可動部33の導体部(32a~32f)によって短絡されていない状態では、互いに電気的に絶縁されている。また、複数の電極は、図示されない支持体に固定されている。また、可動部33における複数の導体部(32a~32f)は、相互に分離され、支持体34に固定されるとともに、支持体34においては相互に電気的に絶縁されている。なお、本実施例1において、支持体34は絶縁体によって構成されている(他の実施例、比較例も同様)。
A plurality of electrodes (22U si , 22U ei , 22V si , 22V ei , 22W si , 22W ei : i=1, 2) are separated from each other, the phase windings are not connected, and the
複数の電極(22Usi,22Uei,22Vsi,22Vei,22Wsi,22Wei:i=1,2)は、相互に間隔を置いて、所定方向に並べて配置される。また、複数の導体部(32a~32f)は、相互に間隔を置いて、複数の電極の並ぶ方向と同じ方向に並べて配置される。可動部33は複数の電極に接触しているので、アクチュエータ31によって可動部33が、複数の電極および導体部の並ぶ方向に沿って摺動すると、複数の導体部による複数の電極の短絡状態が順次変化する。これにより、三相交流電動機の巻線の結線状態が変化する。本実施例1では、アクチュエータ31側からの可動部33の移動量が少ない順に、可動部33の第1の位置(図1の上図)、第2の位置(図2の中央図)および第3の位置(図1の下図)において、各相巻線の結線状態が、それぞれ、巻線並列(図3の上図)、巻線開放(図3において巻線と三相交流電源8との電気的接続を遮断)および巻線直列(図3の下図)となる。
A plurality of electrodes (22U si , 22U ei , 22V si , 22V ei , 22W si , 22W ei : i=1, 2) are arranged side by side in a predetermined direction at intervals. Also, the plurality of conductor portions (32a to 32f) are arranged side by side in the same direction as the direction in which the plurality of electrodes are arranged with a space therebetween. Since the
本実施例1の巻線切替装置のさらに詳細な構成および動作は次のとおりである。 Further detailed configuration and operation of the winding switching device of the first embodiment are as follows.
図1の上図が示すように、第1の三相巻線(21U1,21V1,21W1)および第2の三相巻線(21U2,21V2,21W2)の各相巻線の巻き始めおよび巻き終わりの総数に等しい12個の電極22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2,22Vs1,22Vs2,22Ve1,22Ve2,22Ws1,22Ws2,22We1,22We2は、この順に、所定方向、本実施例1ではアクチュエータ31側から離れる方向に、相互に間隔を置いて、並べて配置される。これらの電極22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2,22Vs1,22Vs2,22Ve1,22Ve2,22Ws1,22Ws2,22We1,22We2には、それぞれ、U相巻線21U1の巻き始めUs1,U相巻線21U2の巻き始めUs2,U相巻線21U1の巻き終わりUe1,U相巻線21U2の巻き終わりUe2,V相巻線21V1の巻き始めVs1,V相巻線21V2の巻き始めVs2,V相巻線21V1の巻き終わりVe1,V相巻線21V2の巻き終わりVe2,W相巻線21W1の巻き始めWs1,W相巻線21W2の巻き始めWs2,W相巻線21W1の巻き終わりWe1,W相巻線21W2の巻き終わりWe2が電気的に接続される。
As shown in the upper diagram of FIG. 1, each phase winding of the first three-phase winding (21U 1 , 21V 1 , 21W 1 ) and the second three-phase winding (21U 2 , 21V 2 , 21W 2 ) 12
したがって、U相巻線21U1および21U2を接続する電極22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2からなるU相巻線接続用電極群と、V相巻線21V1および21V2を接続する電極22Vs1,22Vs2,22Ve1,22Ve2からなるV相巻線接続用電極群と、W相巻線21W1および21W2を接続する電極22Ws1,22Ws2,22We1,22We2からなるW相巻線接続用電極群とが、この順に、アクチュエータ31側から離れる方向に、並ぶ。各電極群の両端に位置する電極(例えば、22Us1,22Ue2)の内、アクチュエータ31側の一端に位置する電極(22Us1)が、三相交流電源の対応する1相(U相)に接続され、他端に位置する電極(22Ue2)が三相巻線のスター結線における中性点(N)を構成する。
Therefore, a U-phase winding connection electrode group consisting of electrodes 22U s1 , 22U s2 , 22U e1 and 22U e2 connecting U - phase
さらに、電極22Us1,22Vs1,22Ws1は、それぞれ、三相交流電源(図2ではインバータ主回路)のU相,V相,W相に電気的に接続される。さらに、電極Ue2,Ve2,We2は、互いに電気的に接続されて、スター結線(Y結線)の中性点Nを構成する。
Furthermore, the
また、可動部33が備える、6個の導体部32a,32b,32c,32d,32e,32fは、この順に、電極22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2,22Vs1,22Vs2,22Ve1,22Ve2,22Ws1,22Ws2,22We1,22We2の並ぶ方向と同じ所定方向、本実施例1ではアクチュエータ31側から離れる方向に、相互に間隔を置いて、並べて配置される。
Six
可動部33は、アクチュエータ31によって、複数の電極(22Us1,…)および導体部(32a,…)が並ぶ方向に沿って、すなわち図3中の稼動方向に沿って、移動される。このとき、可動部33の停止位置は、図1の上図に示す位置(第1の位置)、図1の中央図に示す位置(第2の位置)、図1の下図に示す位置(第3の位置)のいずれかである。
The
図1の上図に示すように、第1の位置では、電極22Us1と電極22s2が導体部32aによって短絡され、電極22Ue1と電極22Ue2が導体部32bによって短絡される。これにより、U相巻線21U1の巻き始めUs1および巻き終わりUe1が、それぞれU相巻線21U2の巻き始めUs2および巻き終わりUe2に電気的に接続される。すなわち、U相巻線21U1とU相巻線21U2が並列接続される。
As shown in the upper diagram of FIG. 1, in the first position, the
また、第1の位置では、電極22Vs1と電極22Vs2が導体部32cによって短絡され、電極22Ve1と電極22Ve2が導体部32dによって短絡される。これにより、V相巻線21V1の巻き始めVs1および巻き終わりVe1が、それぞれV相巻線21V2の巻き始めVs2および巻き終わりVe2に電気的に接続される。すなわち、V相巻線21V1とV相巻線21V2が並列接続される。
At the first position, the
さらに、第1の位置では、電極22Ws1と電極22Ws2が導体部32eによって短絡され、電極22We1と電極22We2が導体部32fによって短絡される。これにより、W相巻線21W1の巻き始めWs1および巻き終わりWe1が、それぞれW相巻線21W2の巻き始めWs2および巻き終わりWe2に電気的に接続される。すなわち、W相巻線21W1とW相巻線21W2が並列接続される。
Furthermore, in the first position, the
上述のように、可動部33の第1の位置では、三相交流電動機の各相巻線の結線状態が、図3の上図に示す巻線並列となる。
As described above, when the
図1の中央図に示すように、第2の位置では、電極22Us2と電極22Ue2は、それぞれ導体部32aおよび導体部32bと接触するが、電極22Us1と電極22Ue1は、それぞれ導体部32aおよび導体部32bに隣接してはいるが、ともにこれら導体部とは非接触である。なお、第2の位置において、電極22Us1と電極22Ue1は、これら導体部と、これら導体部とは電気的に絶縁されている支持体34との内、支持体34のみと接触している。電極22Us1は導体部32aとアクチュエータ31との間で、支持体34に接触し、電極22Ue1は、導体部32aと導体部32bとの間で、支持体34に接触する。これにより、U相巻線21U1およびU相巻線21U2は開放状態となる。
As shown in the central view of FIG. 1, in the second position,
ここで、本実施例1においては、複数の電極および複数の導体部が並ぶ方向における、電極22Us1と電極22Ue1の距離、図1では、互いに対向する電極22Us1の端部と電極22Ue1の端部間の距離L1が、導体部32bの幅L2(他の導体部も同)よりも大きな値に設定される(L1>L2)。これにより、第2の位置において、上述のような電極22Us1および電極22Ue1と導体部との非接触状態、すなわちU相巻線21U1およびU相巻線21U2の開放状態がもたらされる。
Here, in the first embodiment, the distance between the electrode 22U s1 and the electrode 22U e1 in the direction in which the plurality of electrodes and the plurality of conductors are arranged. is set to a value larger than the width L 2 of the conductor portion 32b (the same applies to the other conductor portions) (L 1 >L 2 ). As a result, at the second position, the
また、図1の中央図に示すように、第2の位置では、電極22Vs2と電極22Ve2は、それぞれ導体部32cおよび導体部32dと接触するが、電極22Vs1と電極22Ve1は、それぞれ導体部32cおよび導体部32dに隣接してはいるが、ともにこれら導体部とは非接触である。なお、第2の位置において、電極22Vs1と電極22Ve1は、これら導体部と、これら導体部とは電気的に絶縁されている支持体34との内、支持体34のみと接触している。電極22Vs1は導体部32bと導体部32cとの間で、支持体34に接触し、電極22Ve1は、導体部32cと導体部32dとの間で、支持体34に接触する。これにより、V相巻線21V1およびV相巻線21V2は開放状態となる。
Also, as shown in the central view of FIG. 1, in the second position, the
ここで、本実施例1においては、複数の電極および複数の導体部が並ぶ方向における、電極22Vs1と電極22Ve1の距離、図1では、互いに対向する電極22Vs1の端部と電極22Ve1の端部間の距離L1が、導体部32dの幅L2(他の導体部も同)よりも大きな値に設定される(L1>L2)。これにより、第2の位置において、上述のような電極22Vs1および電極22Ve1と導体部との非接触状態、すなわちV相巻線21V1およびV相巻線21V2の開放状態がもたらされる。
Here, in the first embodiment, the distance between the
さらに、図1の中央図に示すように、第2の位置では、電極22Ws2と電極22We2は、それぞれ導体部32eおよび導体部32fと接触するが、電極22Ws1と電極22We1は、それぞれ導体部32eおよび導体部32fに隣接してはいるが、ともにこれら導体部とは非接触である。なお、第2の位置において、電極22Ws1と電極22We1は、これら導体部と、これら導体部とは電気的に絶縁されている支持体34との内、支持体34のみと接触している。電極22Ws1は導体部32dと導体部32eとの間で、支持体34に接触し、電極22We1は、導体部32eと導体部32fとの間で、支持体34に接触する。これにより、W相巻線21W1およびW相巻線21W2は開放状態となる。
Further, as shown in the central view of FIG. 1, in the second position,
ここで、本実施例1においては、複数の電極および複数の導体部が並ぶ方向における、電極22Ws1と電極22We1の距離、図1では、互いに対向する電極22Ws1の端部と電極22We1の端部間の距離L1が、導体部32fの幅L2(他の導体部も同)よりも大きな値に設定される(L1>L2)。これにより、第2の位置において、上述のような電極22Ws1および電極22We1と導体部との非接触状態、すなわちW相巻線21W1およびW相巻線21W2の開放状態がもたらされる。
Here, in the first embodiment, the distance between the
上述のように、可動部33の第2の位置では、三相交流電動機の各相巻線の結線状態が、開放状態となる。
As described above, in the second position of the
図1の下図に示すように、第3の位置では、第2の位置と同様に、電極22Us1は導体部とは非接触であり、電極22Ue2は導体部32bと接触する。さらに、電極22Us2と電極22Ue1が導体部32aによって短絡される。これにより、U相巻線21U1の巻き終わりUe1とU相巻線21U2の巻き始めUs2とが電気的に接続される。すなわち、U相巻線21U1とU相巻線21U2が直列接続される。
As shown in the lower diagram of FIG. 1, at the third position, the
また、第3の位置では、第2の位置と同様に、電極22Vs1は導体部とは非接触であり、電極22Ve2は導体部32dと接触する。さらに、電極22Vs2と電極22Ve1が導体部32cによって短絡される。これにより、V相巻線21V1の巻き終わりVe1とV相巻線21V2の巻き始めVs2とが電気的に接続される。すなわち、V相巻線21V1とV相巻線21V2が直列接続される。
At the third position, as in the second position, the
さらに、第3の位置では、第2の位置と同様に、電極22Ws1は導体部とは非接触であり、電極22We2は導体部32fと接触する。さらに、電極22Ws2と電極22We1が導体部32eによって短絡される。これにより、W相巻線21W1の巻き終わりWe1とW相巻線21W2の巻き始めWs2とが電気的に接続される。すなわち、W相巻線21W1とW相巻線21W2が直列接続される。
Furthermore, at the third position, the
上述のように、可動部33の第3の位置では、三相交流電動機の各相巻線の結線状態が、図3の下図に示す巻線直列となる。
As described above, when the
なお、アクチュエータ31は、図示されない駆動制御装置によって駆動される。この駆動制御装置は、図2に示す巻線切替指令に応じて、アクチュエータ31を駆動することにより、可動部33の停止位置を、上述の第1~第3の位置のいずれかに設定する。
The
図6は、実施例1に対する比較例である巻線切替装置の構成図である。なお、本図6においては、図1と同様に、併せて、巻線切替装置の動作を示している。 FIG. 6 is a configuration diagram of a winding switching device that is a comparative example with respect to the first embodiment. Note that FIG. 6 also shows the operation of the winding switching device, as in FIG.
本比較例においては、実施例1(図1)とは異なり、複数の電極および複数の導体部が並ぶ方向における、電極22Us1と電極22Ue1の距離、図6では、互いに対向する電極22Us1の端部と電極22Ue1の端部間の距離L1が、導体部(32a~32f)の幅L2よりも小さな値に設定される(L1<L2)。この場合、図6の中央図が示すように、可動部33の第2の位置において、実施例1とは異なり、U相巻線21U1の巻き始めUs1が接続される電極22Us1と、U相巻線21U1の巻き終わりUe1が接続される電極22Ue1とが、可動部33における導体部と接触している。したがって、U相巻線21U1およびU相巻線21U2は開放状態とはならない。同様に、V相巻線21V1およびV相巻線21V2、並びにW相巻線21W1およびW相巻線21W2も開放状態とはならない。なお、図6中の「L3」については、後述する実施例2の説明において参照する。
In this comparative example, unlike Example 1 (FIG. 1), the distance between the electrode 22U s1 and the
上述のように、実施例1によれば、巻線切替装置が、電動機の巻線の結線状態を、直列結線と並列結線との間で切り替えるとともに、巻線を開放状態にすることができる。これにより、電動機の巻線の結線状態の切り替えを可能ならしめながらも、電動機駆動システムの大型化を抑制できる。さらに、本実施例1では、巻線切替装置に巻線開放機能を備えさせるために、結線状態切り替えのための可動部33の移動範囲内の所定の位置(上述の第2の位置)において、各相巻線(図1では、21U1,21V1,21W1)の巻き始めおよび巻き終わりが可動部33における導体部に接触しないようにする。これにより、巻線切替装置が巻線開放機能を備えながらも、巻線切替装置の構成は複雑化せず、また、巻線切替装置自体が大型化しない。また、可動部33がアクチュエータ31により直線的に駆動されて巻線の結線を切り替えるため、巻線切替装置の幅方向の寸法を低減できる。したがって、電動機駆動システムにおいて巻線切替装置を設置する際に幅寸法に制約がある場合でも、設置可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the winding switching device can switch the connection state of the windings of the electric motor between the series connection and the parallel connection, and open the windings. This makes it possible to switch the connection state of the windings of the electric motor, while suppressing an increase in the size of the electric motor drive system. Furthermore, in the first embodiment, in order to provide the winding switching device with a winding opening function, at a predetermined position (the above-described second position) within the range of movement of the
図7は、本発明の実施例2である巻線切替装置の構成図である。なお、本図7においては、併せて、巻線切替装置の動作を示している。なお、図が煩雑にならないように、巻線切替装置の各部を示す符号の多くは、図7の上図のみに記す。
FIG. 7 is a configuration diagram of a winding switching device that is
以下、主に、実施例1と異なる点について説明する。 Differences from the first embodiment are mainly described below.
本実施例2においては、図7の上図が示すように、各相巻線の巻き始めおよび巻き終わりが接続される電極(22Usi,22Uei,22Vsi,22Vei,22Wsi,22Wei:i=1,2)の配置が異なる。すなわち、本実施例2においては、12個の電極22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2,22Ve2,22Ve1,22Vs2,22Vs1,22We2,22We1,22Ws2,22Ws1は、この順に、所定方向、本実施例2ではアクチュエータ31側から離れる方向に、相互に間隔を置いて、並べて配置される。
In the second embodiment, as shown in the upper diagram of FIG. 7, electrodes (22U si , 22U ei , 22V si , 22V ei , 22W si , 22W ei : i=1, 2) are arranged differently. That is, in the second embodiment, the twelve
これにより、U相巻線接続用電極群とV相巻線接続電極群の間において、U相巻線21U2の巻き終わりUe2が接続される電極22Ue2と、V相巻線21V2の巻き終わりVe2が接続される電極22Ve2とが隣接して配置される。上述のように、電極22Ue2および22Ve2は中性点Nを構成するので、常時、同電位となる。このため、電気的な信頼性を損なうことなく、電極22Ue2と電極22Ve2の距離、図7では、互いに対向する電極22Ue2の端部と電極22Ve2の端部間の距離L4を低減することができる。例えば、L4は、前述した比較例(図6)における、V相巻線接続用電極群とW相巻線接続用電極群との間隔、すなわち電極22Ve2と電極22Ws1の距離L3よりも小さな値に設定できる。したがって、巻線切替装置9の大きさを低減することができる。
As a result, between the U-phase winding connection electrode group and the V-phase winding connection electrode group, the
なお、本実施例2においては、実施例1(図1)に対して、V相巻線接続用電極群における各電極の配置が異なるとともに、V相巻線接続用電極群における各電極の配置も異なる。このため、V相巻線接続用電極群とW相巻線接続電極群の間において、V相巻線21V1の巻き始めVs1が接続される電極22Vs1と、W相巻線21W2の巻き終わりWe2が接続される電極22We2とが隣接して配置される。電極22Vs1は三相交流電源のV相に接続され、電極22We2は中性点Nを構成する。したがって、V相巻線接続用電極群とW相巻線接続電極群の間の電気的状態は実施例1(図1)および比較例(図6)と同様であり、V相巻線接続用電極群とW相巻線接続電極群との間隔も実施例1(図1)および比較例(図6)と同等にできる。したがって、本実施例2において、L4は、V相巻線接続用電極群とW相巻線接続用電極群との間隔、すなわち電極22Vs1と電極22We2の距離(図6の「L3」に対応)よりも小さな値に設定される。すなわち、本実施例2においては、巻線切替装置9の寸法低減に対して、隣接する電極群間で、中性点Nを構成し、常時同電位となる電極同士が隣接することが有効に作用する。これにより、巻線切替装置の大きさを確実に低減することができる。
In addition, in the
本実施例2において、図1に示したL1およびL2の関係(L1>L2)を含め、上述した以外の構成については、実施例1と同様である。 In the second embodiment, the configuration other than that described above, including the relationship between L 1 and L 2 (L 1 >L 2 ) shown in FIG. 1, is the same as the first embodiment.
上述のように、実施例2によれば、巻線切替装置が電動機の巻線を開放状態にすることができるとともに、巻線切替装置の大きさを低減することができる。 As described above, according to the second embodiment, the winding switching device can open the windings of the motor, and the size of the winding switching device can be reduced.
図8は、本発明の実施例3である巻線切替装置の構成図である。なお、本図8においては、併せて、巻線切替装置の動作を示している。なお、図が煩雑にならないように、巻線切替装置の各部を示す符号の多くは、図8の上図のみに記す。また、図8中に、A-A’断面図を併記する。
FIG. 8 is a configuration diagram of a winding switching device that is
以下、主に、実施例1と異なる点について説明する。 Differences from the first embodiment are mainly described below.
A-A’断面図が示すように、本実施例3の巻線切替装置9は、その外形が略円柱状である。各相巻線を接続する電極(22Usi,22Uei,22Vsi,22Vei,22Wsi,22Wei:i=1,2)は、略円筒状のケースの内側に配置される。また、導体部(32a~32f)を有する可動部33は略円柱形状である。
As shown in the AA' sectional view, the winding
各相巻線を接続する電極を略円筒形状のケースの内側に配置しているため、電極の配置ずれや可動部33の中心位置がずれた場合にも、電極が均等の力で可動部33に接触する。これにより、電極および導体部の寿命が長くなり、電極および導体部、もしくは巻線切替装置自体の交換周期を長くできる。
Since the electrodes that connect each phase winding are arranged inside the substantially cylindrical case, even if the electrodes are misaligned or the center position of the
本実施例3において、図1に示したL1およびL2の関係(L1>L2)を含め(図8ではLtおよびLsの関係(Lt>Ls))、上述した以外の構成については、実施例1と同様である。 In the third embodiment, including the relationship between L1 and L2 ( L1 > L2 ) shown in FIG. 1 (the relationship between Lt and Ls in FIG. 8 ( Lt > Ls )), is the same as that of the first embodiment.
上述のように、実施例3によれば、巻線切替装置9が電動機の巻線を開放状態にすることができるとともに、巻線切替装置9の信頼性やメンテナンス性が向上する。
As described above, according to the third embodiment, the winding
なお、本実施例3において、実施例2における電極の配置を適用してもよい。これにより、円柱状の巻線切替装置9の長手方向の寸法を低減することができる。
In addition, in the third embodiment, the arrangement of the electrodes in the second embodiment may be applied. Thereby, the longitudinal dimension of the cylindrical winding
図9は、本発明の一実施形態である電気鉄道車両の構成図である。 FIG. 9 is a configuration diagram of an electric railway vehicle that is an embodiment of the present invention.
図9に示す電気鉄道車両は、三相交流電動機2(M)を含む回転電機駆動システム1によって駆動される。回転電機駆動システム1として、図2に示した本発明の一実施形態が適用される。さらに、回転電機駆動システム1には、架線11から集電装置を介して電力が供給される。架線11は、直流架線および交流架線のいずれでもよい。交流架線の場合、電気鉄道車両には、直流電源(図2における「3」)として、交流/直流コンバータが搭載される。なお、電気鉄道車両における電気的なグランドは、車輪13およびレール12を介して接地されている。
The electric railway vehicle shown in FIG. 9 is driven by a rotating electrical
回転電機駆動システム1におけるインバータ主回路からの三相交流電力によって三相交流電動機2が可変速駆動される。三相交流電動機2は、電気鉄道車両の車軸と機械的に連結されており、三相交流電動機2により電気鉄道車両の走行が制御される。
The three-phase AC electric power from the inverter main circuit in the rotary electric
回転電機駆動システムが備える巻線切替装置として、実施例1~3のいずれかが適用される。
Any one of
上記実施例によれば、巻線切替装置により三相交流電動機2の巻線結線状態を切り替えることにより、電気鉄道車両を高効率に運転することができる。さらに、巻線切替装置が巻線開放機能を備えることにより、電動機駆動システムが巻線切替装置を備えながらも電動機駆動システムの大きさの増大が抑制される。このため、巻線切替装置を備える電動機駆動システムを、電気鉄道車両に容易に搭載することができる。
According to the above-described embodiment, by switching the winding connection state of the three-
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
例えば、回転電機としては、永久磁石同期電動機のほか、巻線界磁式同期電動機、誘導電動機、スイッチトリラクタンスモータなどを適用できる。 For example, a permanent magnet synchronous motor, a wound field synchronous motor, an induction motor, a switched reluctance motor, and the like can be applied as the rotating electric machine.
また、回転電機駆動システムは、電気鉄道車両のほか、電気自動車、ハイブリッド自動車、建設機械など、可変速運転する電動機器に適用できる。 In addition to electric railway vehicles, the rotating electric machine drive system can be applied to electric equipment that operates at variable speeds, such as electric vehicles, hybrid vehicles, and construction machinery.
1 回転電機駆動システム、2 三相交流電動機、3 直流電源、4 コンデンサ、
5 半導体スイッチング素子、6 パワーモジュール、7 環流ダイオード、
8 三相交流電源、9 巻線切替装置、10 制御装置、11 架線、
12 レール、13 車輪、21 三相巻線端子群、
21U1,21U2 U相巻線、
21V1,21V2 V相巻線、
21W1,21W2 W相巻線、
22Us1,22Us2,22Ue1,22Ue2 電極、
22Vs1,22Vs2,22Ve1,22Ve2 電極、
22Ws1,22Ws2,22We1,22We2 電極、
31 アクチュエータ、32a~32f 導体部、33 可動部
1 rotary electric machine drive system, 2 three-phase AC motor, 3 DC power supply, 4 capacitor,
5 semiconductor switching element, 6 power module, 7 freewheeling diode,
8 three-phase AC power supply, 9 winding switching device, 10 control device, 11 overhead wire,
12 rails, 13 wheels, 21 three-phase winding terminal group,
21U 1 , 21U 2 U-phase windings,
21V 1 , 21V 2 V-phase windings,
21W 1 , 21W 2 W-phase windings,
22U s1 , 22U s2 , 22U e1 , 22U e2 electrodes,
22V s1 , 22V s2 , 22V e1 , 22V e2 electrodes,
22W s1 , 22W s2 , 22W e1 , 22W e2 electrodes,
31 Actuator, 32a to 32f Conductor, 33 Movable Part
Claims (8)
前記複数の巻線および電源が接続される複数の電極と、
前記複数の電極に接触し、複数の導体部を備える可動部と、
前記可動部を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記複数の電極と前記複数の導体部の接触状態に応じて、
前記可動部の第1の停止位置では、前記複数の巻線が並列結線され、
前記可動部の第2の停止位置では、前記複数の巻線が開放され、
前記可動部の第3の停止位置では、前記複数の巻線が直列結線され、
前記複数の電極は、
前記巻線の巻き始めが接続されるとともに、前記電源に接続される第1の電極と、
前記巻線の巻き終わりが接続される第2の電極と、
を含み、
前記第1の電極の端部と前記第2の電極の端部との距離が、前記導体部の幅よりも大きく、
前記第2の停止位置において、前記導体部は、前記第1の電極と、前記第2の電極との間に位置するとともに、前記第1の電極および前記第2の電極と非接触であることを特徴とする巻線切替装置。 In a winding switching device for switching parallel connection and series connection of a plurality of windings of a rotating electric machine,
a plurality of electrodes to which the plurality of windings and a power source are connected;
a movable portion that is in contact with the plurality of electrodes and includes a plurality of conductor portions;
an actuator that drives the movable part;
with
Depending on the state of contact between the plurality of electrodes and the plurality of conductors,
At the first stop position of the movable part, the plurality of windings are connected in parallel,
At the second stop position of the movable part, the plurality of windings are open,
the plurality of windings are connected in series at a third stop position of the movable part ;
the plurality of electrodes,
a first electrode connected to the winding start of the winding and connected to the power supply;
a second electrode to which the winding end of the winding is connected;
including
the distance between the end of the first electrode and the end of the second electrode is greater than the width of the conductor;
At the second stop position, the conductor portion is positioned between the first electrode and the second electrode and is out of contact with the first electrode and the second electrode. A winding switching device characterized by:
前記可動部の位置は、
前記回転電機の高速域では、前記第1の停止位置であり、
前記電源の停止時には、前記第2の停止位置であり、
前記回転電機の低速域では、前記第3の停止位置であることを特徴とする巻線切替装置。 In the winding switching device according to claim 1,
The position of the movable part is
in the high speed range of the rotating electric machine, the first stop position;
at the second stop position when the power supply is stopped;
The winding switching device , wherein the winding switching device is in the third stop position in a low speed range of the rotating electric machine .
前記第2の停止位置は、前記第1の停止位置と前記第3の停止位置との間であることを特徴とする巻線切替装置。 In the winding switching device according to claim 1,
The winding switching device , wherein the second stop position is between the first stop position and the third stop position .
前記複数の巻線および電源が接続される複数の電極と、
前記複数の電極に接触し、複数の導体部を備える可動部と、
前記可動部を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記複数の電極と前記複数の導体部の接触状態に応じて、
前記可動部の第1の停止位置では、前記複数の巻線が並列結線され、
前記可動部の第2の停止位置では、前記複数の巻線が開放され、
前記可動部の第3の停止位置では、前記複数の巻線が直列結線され、
前記複数の電極は、
前記複数の巻線の内、前記回転電機の第1相用の巻線が接続される第1の電極と、
前記複数の巻線の内、前記回転電機の第2相用の巻線が接続される第2の電極と、
を含み、
前記第1の電極および前記第2の電極は、互いに隣接するとともに、中性点を構成することを特徴とする巻線切替装置。 In a winding switching device for switching parallel connection and series connection of a plurality of windings of a rotating electric machine,
a plurality of electrodes to which the plurality of windings and a power source are connected;
a movable portion that is in contact with the plurality of electrodes and includes a plurality of conductor portions;
an actuator that drives the movable part;
with
Depending on the state of contact between the plurality of electrodes and the plurality of conductors,
At the first stop position of the movable part, the plurality of windings are connected in parallel,
At the second stop position of the movable part, the plurality of windings are open,
the plurality of windings are connected in series at a third stop position of the movable part;
the plurality of electrodes,
a first electrode to which a first-phase winding of the rotating electric machine is connected among the plurality of windings;
a second electrode to which a second-phase winding of the rotating electric machine is connected among the plurality of windings;
including
The winding switching device , wherein the first electrode and the second electrode are adjacent to each other and form a neutral point .
前記複数の電極は、
前記複数の巻線の内、前記回転電機の第3相用の巻線が接続される第3の電極と、
前記複数の巻線の内、前記回転電機の前記第2相用の巻線が接続される第4の電極と、
を含み、
前記第3の電極および前記第4の電極は、互いに隣接し、
前記第3の電極は前記中性点を構成し、
前記第4の電極には前記電源が接続されることを特徴とする巻線切替装置。 In the winding switching device according to claim 4 ,
the plurality of electrodes,
a third electrode to which a third-phase winding of the rotating electric machine is connected among the plurality of windings;
a fourth electrode to which the second-phase winding of the rotating electric machine is connected among the plurality of windings;
including
the third electrode and the fourth electrode are adjacent to each other;
the third electrode constitutes the neutral point;
The winding switching device , wherein the power source is connected to the fourth electrode .
前記複数の巻線および電源が接続される複数の電極と、
前記複数の電極に接触し、複数の導体部を備える可動部と、
前記可動部を駆動するアクチュエータと、
を備え、
前記複数の電極と前記複数の導体部の接触状態に応じて、
前記可動部の第1の停止位置では、前記複数の巻線が並列結線され、
前記可動部の第2の停止位置では、前記複数の巻線が開放され、
前記可動部の第3の停止位置では、前記複数の巻線が直列結線され、
外形が円柱状であることを特徴とする巻線切替装置。 In a winding switching device for switching parallel connection and series connection of a plurality of windings of a rotating electric machine,
a plurality of electrodes to which the plurality of windings and a power source are connected;
a movable portion that is in contact with the plurality of electrodes and includes a plurality of conductor portions;
an actuator that drives the movable part;
with
Depending on the state of contact between the plurality of electrodes and the plurality of conductors,
At the first stop position of the movable part, the plurality of windings are connected in parallel,
At the second stop position of the movable part, the plurality of windings are open,
the plurality of windings are connected in series at a third stop position of the movable part;
A winding switching device characterized by having a cylindrical outer shape .
前記回転電機に交流電力を供給するインバータと、an inverter that supplies AC power to the rotating electric machine;
を備える回転電機駆動システムにおいて、In a rotating electric machine drive system comprising
前記回転電機と前記インバータの出力との間に、前記回転電機の複数の巻線の並列結線および直列結線を切り替える巻線切替装置が接続され、A winding switching device is connected between the rotating electrical machine and the output of the inverter to switch parallel connection and series connection of the plurality of windings of the rotating electrical machine,
前記巻線切替装置は、請求項1、4および6のいずれか一項に記載される巻線切替装置であることを特徴とする回転電機駆動システム。A rotary electric machine drive system, wherein the winding switching device is the winding switching device according to any one of claims 1, 4 and 6.
前記回転電機駆動システムが、請求項7に記載の回転電機駆動システムであることを特徴とする電動機器。An electric machine, wherein the rotating electrical machine drive system is the rotating electrical machine drive system according to claim 7 .
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JP2008182783A (en) | 2007-01-23 | 2008-08-07 | Yaskawa Electric Corp | Coil switching device and switching method of three-phase ac motor |
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JP2012190702A (en) | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Panasonic Corp | Integrated type reversible contactor |
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- 2019-03-25 JP JP2019055985A patent/JP7262262B2/en active Active
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