(57)【要約】【課題】結線の切り換えの際に機械式スイッチの接点間に高い電圧が印加されることを抑制する。【解決手段】電動機駆動装置は、三相電動機（６）と、三相インバータ回路（１）と、結線をスター結線およびデルタ結線のうちのいずれかに切り換えるための結線切り換え部（５）とを備える。結線切り換え部は、機械式スイッチ（２２）と、第１の半導体スイッチング素子（２０）とを備える。結線切り換え部が結線を切り換える際、第１の半導体スイッチング素子がオン状態である間に機械式スイッチの接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わる。【選択図】図２
2020102918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
三相の巻き線を有する三相電動機と、
前記電源に接続され、かつ、三相の前記巻き線のそれぞれに電圧を印加するための三相インバータ回路と、
三相の前記巻き線の結線をスター結線およびデルタ結線のうちのいずれかに切り換えるための結線切り換え部とを備え、
前記結線切り換え部は、
機械式スイッチと、
前記機械式スイッチと並列に接続される、少なくとも１つの第１の半導体スイッチング素子とを備え、
前記結線切り換え部が三相の前記巻き線の結線を切り換える際、前記第１の半導体スイッチング素子がオン状態である間に前記機械式スイッチの接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わる、
電動機駆動装置。
【請求項２】
前記第１の半導体スイッチング素子は、前記結線切り換え部が三相の前記巻き線の結線を切り換える際にのみオン状態となる、
請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記機械式スイッチは、電磁リレーである場合を含む、
請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記第１の半導体スイッチング素子と逆並列に接続される第１のダイオードをさらに備える、
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
複数の前記第１の半導体スイッチング素子を備え、
複数の前記第１の半導体スイッチング素子は、互いに逆直列に接続される、
請求項４に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記機械式スイッチの駆動タイミングを制御する第１の駆動信号と、前記第１の半導体スイッチング素子の駆動タイミングを制御する第２の駆動信号とを出力するための制御回路をさらに備える、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とを同時に出力するために用いられる、
請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記機械式スイッチに前記第１の駆動信号を出力した後、前記機械式スイッチの前記接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの間に前記第１の半導体スイッチング素子に前記第２の駆動信号を出力するために用いられる、
請求項６に記載の電動機駆動装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記機械式スイッチに前記第１の駆動信号を出力した後、前記機械式スイッチの前記接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの時間である遅延時間を記憶するためのメモリ部を備え、
前記制御回路は、前記メモリ部に記憶された前記遅延時間に基づいて、前記第１の半導体スイッチング素子に前記第２の駆動信号を出力するタイミングを調整するために用いられる、
請求項６から請求項８のうちのいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項１０】
前記機械式スイッチの前記接点に流れる電流である接点電流を検出するための電流検出素子をさらに備え、
前記制御回路は、前記電流検出素子によって検出された前記接点電流に基づいて、前記第１の半導体スイッチング素子に前記第２の駆動信号を出力するタイミングを調整するために用いられる、
請求項６から請求項９のうちのいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記接点電流の有無に基づいて、前記機械式スイッチの前記接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの時間である遅延時間を算出し、前記遅延時間に基づいて前記第１の半導体スイッチング素子に前記第２の駆動信号を出力するタイミングを調整するために用いられる、
請求項１０に記載の電動機駆動装置。
【請求項１２】
前記結線切り換え部が三相の前記巻き線の結線を切り換える際に、三相の前記巻き線の逆起電力によって生じる電圧をクランプして前記電源に帰還させるための回生部をさらに備える、
請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項１３】
前記回生部は、
アノードが三相の前記巻き線のいずれかと前記結線切り換え部とに接続され、かつ、カソードが前記電源の正極に接続される複数の第２のダイオードと、
カソードが三相の前記巻き線のいずれかと前記結線切り換え部とに接続され、かつ、アノードが前記電源の負極に接続される複数の第３のダイオードとを備える、
請求項１２に記載の電動機駆動装置。
【請求項１４】
前記三相インバータ回路は、
三相それぞれの相において前記巻き線のいずれかの第１の端部と、前記電源の正極との間に接続される少なくとも１つの第２の半導体スイッチング素子と、
三相それぞれの相において前記巻き線の前記第１の端部と、前記電源の負極との間に接続される少なくとも１つの第３の半導体スイッチング素子と、
前記第２または第３の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とを備え、
前記第２または第３のダイオードの順電圧は、前記第２または第３の半導体スイッチング素子に内蔵された前記ボディダイオードの順電圧よりも大きい、
請求項１３に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書に開示される技術は、電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアコンなど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って、熱交換能力が細かく調整される場合が多い。
【０００３】
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き線数によって、最も効率のよい回転数が決まる。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高めることは困難であった。
【０００４】
その解決方法として、電動機の固定子巻き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に切り換える技術が近年提案されている。
【０００５】
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き線数を実質的に減らすことができる。このように、回転数に応じて巻き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低く抑え、一方で、高回転域における回転数を上げることができるため、高出力を確保することができる。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。
【０００６】
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り換え、または、電動機のスター結線からデルタ結線への切り換えを行う場合、電動機を一旦停止させてから切り換えを行う方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、電動機を一旦停止させると電動機の回転が一旦停止することとなり、電動機を再起動して元の状態に戻すため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、電動機の停止は望ましくない。
【０００８】
そこで、たとえば、特許文献１または特許文献２に開示される技術のように、電動機を停止させずに短時間で結線を切り換える手法として、電動機の巻き線に電流が流れている状態で結線を切り換える技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第６００９８３４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１８／０７８８４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような方法で結線を切り換える場合には、結線の切り換えの際に機械式スイッチの接点間に高い電圧が印加され、接点間でアーク放電が生じてしまう場合がある。その場合、機械接点が劣化するため、機械式スイッチの寿命が短くなる。
【００１１】
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、結線の切り換えの際に機械式スイッチの接点間に高い電圧が印加されることを抑制するための技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、電源と、三相の巻き線を有する三相電動機と、前記電源に接続され、かつ、三相の前記巻き線のそれぞれに電圧を印加するための三相インバータ回路と、三相の前記巻き線の結線をスター結線およびデルタ結線のうちのいずれかに切り換えるための結線切り換え部とを備え、前記結線切り換え部は、機械式スイッチと、前記機械式スイッチと並列に接続される、少なくとも１つの第１の半導体スイッチング素子とを備え、前記結線切り換え部が三相の前記巻き線の結線を切り換える際、前記第１の半導体スイッチング素子がオン状態である間に前記機械式スイッチの接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わる。
【発明の効果】
【００１３】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、電源と、三相の巻き線を有する三相電動機と、前記電源に接続され、かつ、三相の前記巻き線のそれぞれに電圧を印加するための三相インバータ回路と、三相の前記巻き線の結線をスター結線およびデルタ結線のうちのいずれかに切り換えるための結線切り換え部とを備え、前記結線切り換え部は、機械式スイッチと、前記機械式スイッチと並列に接続される、少なくとも１つの第１の半導体スイッチング素子とを備え、前記結線切り換え部が三相の前記巻き線の結線を切り換える際、前記第１の半導体スイッチング素子がオン状態である間に前記機械式スイッチの接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わる。このような構成によれば、結線の切り換えの際に機械式スイッチの接点間に高い電圧が印加されることを抑制することができる。
【００１４】
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に関する、三相電動機を駆動させる電動機駆動装置の構成の例を概略的に示す回路図である。
【図２】図１の結線切り換え部における１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【図３】デルタ結線およびスター結線の一方から他方に切り換えることで、三相インバータ回路および三相電動機の合計の効率が改善することの例を示す図である。
【図４】実施の形態に関する、機械式スイッチの切り換えについてのタイミングチャートの例を示す図である。
【図５】実施の形態に関する、電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【図６】実施の形態に関する、電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【図７】結線切り換え部における１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【図８】実施の形態に関する、電動機駆動装置の構成の例を概略的に示す回路図である。
【図９】図８の結線切り換え部における１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【図１０】実施の形態に関する、電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【図１１】小型の半導体スイッチング素子（たとえば、ＩＧＢＴ）の過渡熱抵抗の特性の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。また、それぞれの実施の形態によって生じる効果の例については、すべての実施の形態に関する説明の後でまとめて記述される。
【００１７】
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化が図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
【００１８】
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【００１９】
また、以下に記載される説明において、「第１の」、または、「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する電動機駆動装置について説明する。
【００２１】
＜電動機駆動装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する三相電動機を駆動させる電動機駆動装置の構成の例を概略的に示す回路図である。
【００２２】
図１に例が示されるように、電動機駆動装置は、三相インバータ回路１と、複数の電流検出抵抗２と、電解コンデンサ３と、直流電源４と、結線切り換え部５と、三相（Ｕ、ＶおよびＷ）の巻き線を含む三相電動機６と、回生部７と、コンデンサ９とを備える。
【００２３】
なお、図１に示される例では、直流電源４は通常の直流電源である。しかしながら、本実施の形態における直流電源４は、正極および負極を有する直流電源であればよく、たとえば、半導体スイッチングからなるＡＣ−ＤＣコンバータ、または、整流器からなる整流電圧装置などであってもよい。
【００２４】
また、複数の電流検出抵抗２は、三相インバータ回路１と、直流電源４の負極との間に配置される。
【００２５】
図１の例に示されるように、三相インバータ回路１は、直流電源４の正極および負極に接続され、かつ、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３のそれぞれの一端に、正電圧または負電圧を付与する。
【００２６】
なお、以下の説明において、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３のそれぞれにおいて、三相インバータ回路１と接続された端部を「一端」と記すこともあり、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３のそれぞれにおいて、一端とは反対側の端部を「他端」と記すこともある。
【００２７】
本実施の形態における三相インバータ回路１は、直流電源４の正極側に配置される半導体スイッチング素子１ａ、半導体スイッチング素子１ｂおよび半導体スイッチング素子１ｃと、直流電源４の負極側に配置される半導体スイッチング素子１ｄ、半導体スイッチング素子１ｅおよび半導体スイッチング素子１ｆとを備える。
【００２８】
半導体スイッチング素子１ａは、巻き線６ａ１の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。また、半導体スイッチング素子１ｂは、巻き線６ａ２の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。また、半導体スイッチング素子１ｃは、巻き線６ａ３の一端と、直流電源４の正極との間に接続されている。
【００２９】
また、半導体スイッチング素子１ｄは、巻き線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。また、半導体スイッチング素子１ｅは、巻き線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。また、半導体スイッチング素子１ｆは、巻き線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。
【００３０】
半導体スイッチング素子１ａ、半導体スイッチング素子１ｂおよび半導体スイッチング素子１ｃは、たとえば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）であり、それぞれボディダイオード１ｇ、ボディダイオード１ｈ、ボディダイオード１ｉを内蔵している。
【００３１】
同様に、半導体スイッチング素子１ｄ、半導体スイッチング素子１ｅおよび半導体スイッチング素子１ｆは、たとえば、ＩＧＢＴであり、それぞれボディダイオード１ｊ、ボディダイオード１ｋ、ボディダイオード１ｌを内蔵している。
【００３２】
また、三相インバータ回路１は、上側ＩＧＢＴの駆動制御ＩＣ１ｍと、下側ＩＧＢＴの駆動制御ＩＣ１ｎとを内蔵している。そして、三相インバータ回路１は、図１においては図示されていないマイコンなどからの制御パルス信号に基づいて、信号のレベルシフト、ＩＧＢＴを駆動するための電流増幅、または、過電流からの保護などを行っている。
【００３３】
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およびＷ）の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線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の半導体スイッチング素子１ａ、半導体スイッチング素子１ｂおよび半導体スイッチング素子１ｃ、および、半導体スイッチング素子１ｄ、半導体スイッチング素子１ｅおよび半導体スイッチング素子１ｆが、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、すなわち、ＰＷＭ）動作によって制御される。
【００３４】
簡略化のために図１には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１において図示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、または、ホール素子などの電動機の回転数を監視することによって、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。
【００３５】
これによって、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、または、ホール素子などの電動機の回転数を制御することが可能となっている。
【００３６】
たとえば、図１に示された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。
【００３７】
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を回転させることによって熱交換力を高める。
【００３８】
一方で、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を回転させる。
【００３９】
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、巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３のそれぞれを流れる交流電流の電流量および周波数を細かくフィードバック制御する。
【００４０】
結線切り換え部５は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をスター結線およびデルタ結線の一方から他方に切り換える。
【００４１】
本実施の形態では、結線切り換え部５は、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３と、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３とを備える。
【００４２】
なお、以下の説明において、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３と、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３とを区別しない場合には、それぞれを「スイッチ」または「スイッチ回路」と記すこともある。
【００４３】
デルタ結線用スイッチ５ａ１は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻き線６ａ１の他端と、巻き線６ａ２の一端との間に接続されている。
【００４４】
また、デルタ結線用スイッチ５ａ２は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻き線６ａ２の他端と、巻き線６ａ３の一端との間に接続されている。
【００４５】
また、デルタ結線用スイッチ５ａ３は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をデルタ結線にするためのスイッチであり、巻き線６ａ３の他端と、巻き線６ａ１の一端との間に接続されている。
【００４６】
一方で、スター結線用スイッチ５ｂ１は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻き線６ａ１の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３との間に接続されている。
【００４７】
また、スター結線用スイッチ５ｂ２は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻き線６ａ２の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ１およびスター結線用スイッチ５ｂ３との間に接続されている。
【００４８】
また、スター結線用スイッチ５ｂ３は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線をスター結線にするためのスイッチであり、三相の巻き線６ａ３の他端と、スター結線用スイッチ５ｂ１およびスター結線用スイッチ５ｂ２との間に接続されている。
【００４９】
図２は、図１の結線切り換え部５における１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【００５０】
図２に例が示されるように、結線切り換え部５の１つのスイッチ回路は、ベース電流制限抵抗１０と、ベース電流制限抵抗１０にゲート端子が接続されるフォトカプラスイッチトランジスタ１２と、ベース電流制限抵抗１０とフォトカプラスイッチトランジスタ１２との間に接続されるプルダウン抵抗１１と、フォトカプラ用電源１３と、フォトカプラ用電源１３に接続されるフォトカプラ電流制限抵抗１４と、フォトカプラスイッチトランジスタ１２およびフォトカプラ電流制限抵抗１４に接続されるフォトカプラ１５と、フォトカプラ１５に接続される半導体スイッチング素子ゲートドライブ電源用バイパスコンデンサ１６と、半導体スイッチング素子ゲートドライブ電源用バイパスコンデンサ１６に接続される半導体スイッチング素子ゲートドライブ用電源１７と、フォトカプラ１５に接続される半導体スイッチング素子ゲート電流制限用抵抗１８と、互いに接続される複数の半導体スイッチング素子２０と、半導体スイッチング素子２０間に接続される半導体スイッチング素子ゲート電位プルダウン抵抗１９と、それぞれの半導体スイッチング素子２０に逆並列に接続されるダイオード２１と、半導体スイッチング素子２０と並列に接続される電磁リレー２２と、電磁リレー２２に接続される電磁リレー回生用ダイオード２５と、電磁リレー回生用ダイオード２５に接続されるフォトカプラ用電源１３と、電磁リレー回生用ダイオード２５に接続される電磁リレー駆動用トランジスタ２３とを備える。
【００５１】
そして、それぞれの巻き線に共通のまたは個別のタイミング発生回路２６が、ベース電流制限抵抗１０および電磁リレー駆動用トランジスタ２３に接続されている。タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２の駆動タイミングを制御するＲＹ信号と、半導体スイッチング素子２０の駆動タイミングを制御するＴＲ信号とを出力することができる。
【００５２】
図２に例が示されるように、それぞれスイッチ回路では、２つの半導体スイッチング素子２０が互いに向かい合わせてソース端子同士が接続されており、２つの半導体スイッチング素子２０のドレイン端子はそれぞれ、電力損失の小さい電磁リレー２２の両接点に接続されている。すなわち、複数の半導体スイッチング素子２０は、互いに逆直列に接続されている。
【００５３】
また、半導体スイッチング素子２０と逆並列に、ソース側からドレイン側へ電流を流すためのダイオード２１が接続されており、ダイオード２１のアノード端子が半導体スイッチング素子２０のソース側へ、ダイオード２１のカソード端子が半導体スイッチング素子２０のドレイン側へそれぞれ接続されている。
【００５４】
半導体スイッチング素子２０は、ＩＧＢＴ、または、金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチング素子であり、たとえば、半導体スイッチング素子２０がＭＯＳＦＥＴである場合は、寄生ダイオードが存在するため、ダイオード２１は不要である。
【００５５】
なお、スイッチ回路において、並列接続された電磁リレー２２と半導体スイッチング素子とを組み合わせることによって、電磁リレー２２の接点がオン状態からオフ状態へ、または、オフ状態からオン状態へ切り換わる前にまたはほぼ同時に、半導体スイッチング素子をオン状態として導通させることで、電磁リレー２２の接点間の電圧が低い状態での切り換えが可能となる。
【００５６】
よって、半導体スイッチング素子による高速な切り換えを実現しつつ、巻き線電流が流れている状態での頻繁なスイッチ切り換えにおける電磁リレー２２の接点間におけるアーク放電を抑制することができるため、電磁リレー２２の接点の寿命を延ばすことができる。
【００５７】
図１において、回生部７は、結線切り換え部５による結線の切り換え時に、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の電圧を特定の電圧内にクランプして（制限して）直流電源４の正極および負極に選択的に帰還させる。そうすることによって、回生部７は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３に蓄積されたエネルギーを回生する。ここで、特定の電圧とは、たとえば、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。
【００５８】
本実施の形態では、回生部７は、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２およびダイオード７ａ３と、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３を含む。
【００５９】
ダイオード７ａ１は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ａ１は、巻き線６ａ１の他端と結線切り換え部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の正極に接続されたカソードとを有する。
【００６０】
また、ダイオード７ａ２は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ａ２は、巻き線６ａ２の他端と結線切り換え部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の正極に接続されたカソードとを有する。
【００６１】
また、ダイオード７ａ３は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ａ３は、巻き線６ａ３の他端と結線切り換え部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。
【００６２】
ダイオード７ｂ１は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ｂ１は、巻き線６ａ１の他端と結線切り換え部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の負極に接続されたアノードとを有する。
【００６３】
また、ダイオード７ｂ２は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ｂ２は、巻き線６ａ２の他端と結線切り換え部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の負極に接続されたアノードとを有する。
【００６４】
また、ダイオード７ｂ３は、複数のダイオードが直列に接続されて構成される。ダイオード７ｂ３は、巻き線６ａ３の他端と結線切り換え部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の負極に接続されたアノードとを有する。
【００６５】
なお、本実施の形態では、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２およびダイオード７ａ３のそれぞれの順電圧は、これらが複数のダイオードが直列に接続されて構成されたものであるため、三相インバータ回路１内のボディダイオード１ｇ、ボディダイオード１ｈおよびボディダイオード１ｉのそれぞれの順電圧よりも大きい。
【００６６】
また、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３のそれぞれの順電圧は、これらが複数のダイオードが直列に接続されて構成されたものであるため、ボディダイオード１ｊ、ボディダイオード１ｋおよびボディダイオード１ｌのそれぞれの順電圧よりも大きい。
【００６７】
以下の説明では、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２およびダイオード７ａ３の順電圧、および、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３の順電圧を「Ｖｆ」と記すこともある。
【００６８】
図１における電解コンデンサ３およびコンデンサ９は、ともにバイパスコンデンサである。また、電解コンデンサ３およびコンデンサ９は、ともに直流電源４の正極と負極との間に配置される。
【００６９】
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。一方で、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。
【００７０】
＜電動機駆動装置の動作について＞
次に、結線切り換え部５が行う三相電動機６の結線の切り換えについて説明する。三相電動機６は、たとえば、３相ブラシレスモータである。
【００７１】
三相電動機６の巻き線数が大きいと、低回転での効率が高く、かつ、高回転での効率が低下する。一方で、三相電動機６の巻き線数が小さいと、低回転での効率が低く、かつ、高回転での効率が高くなる。
【００７２】
図１に例が示される回路構成では、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオン状態とされ、かつ、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオフ状態されると、三相電動機６の結線は、巻き線数が比較的小さいデルタ結線になる。
【００７３】
そして、図１に例が示される回路構成では、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオフ状態とされ、かつ、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオン状態とされると、三相電動機６の結線は、巻き線数が比較的大きいスター結線になる。
【００７４】
このように、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３、および、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３を制御することによって、三相電動機６の結線、さらには、三相電動機６の巻き線数を変更することが可能となっている。
【００７５】
本実施の形態では、スター結線時の三相電動機６の巻き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１／３１／２となっている。
【００７６】
そこで、本実施の形態に関する電動機駆動装置は、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り換え、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り換える。これによって、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。
【００７７】
図３は、デルタ結線およびスター結線の一方から他方に切り換えることで、三相インバータ回路１および三相電動機６の合計の効率が改善することの例を示す図である。図３においては、縦軸は電動機とインバータとの合計の効率を示し、横軸は回転数を示す。
【００７８】
低速動作領域では、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオフ状態とされ、かつ、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオン状態とされることで、三相電動機６の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３はスター結線で結線される。
【００７９】
一方で、高速動作領域では、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオン状態とされ、かつ、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオフ状態とされることで、三相電動機６の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３はデルタ結線で結線される。
【００８０】
このように結線を切り換えることによって、たとえば、低速域でデルタ結線で結線した場合（図３において点線で示される）に比べて、電動機とインバータとの合計の効率が高まっていることが分かる。
【００８１】
ここで、両スイッチ（デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３、および、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３）を同時にオン状態とした場合には、三相インバータ回路１の三相（Ｕ、ＶおよびＷ）のそれぞれの出力間が短絡されることになる。そのため、三相インバータ回路１が故障する可能性がある。
【００８２】
また、この場合には、巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３のそれぞれの両端が短絡されることになるため、三相電動機６がブレーキ動作によって停止するという不具合が生じる。
【００８３】
そのため、結線切り換え部５は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３の結線を、スター結線およびデルタ結線の一方から、移行期間を経て他方に切り換えるように構成されている。本実施の形態では、移行期間は、両スイッチがオン状態とはならずにオフ状態となるデッドタイムである。デッドタイムは、たとえば、数μｓ以上、かつ、数ｍｓ以下である。
【００８４】
図４は、本実施の形態に関する、機械式スイッチの切り換えについてのタイミングチャートの例を示す図である。図４においては、縦軸は電動機の回転数Ｎを示し、横軸は時間を示す。
【００８５】
三相電動機６の回転数Ｎが上昇する場合において、回転数Ｎが、あらかじ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（図４における時点Ｔ１）、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３にオフ信号（図２におけるＲＹ信号オフ）が入力される。なお、ΔＮは、結線の切り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。
【００８６】
その後、図４における時点Ｔ３で、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオフ状態となる。
【００８７】
そして、早くても図４における時点Ｔ３の後に、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３にオン信号（図２におけるＲＹ信号オン）が入力されることによって、図４における時点Ｔ３の後の時点Ｔ５において、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオン状態となる。
【００８８】
また、三相電動機６の回転数Ｎが下降する場合において、回転数Ｎが、あらかじ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（図４における時点Ｔ９）、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３にオフ信号（図２におけるＲＹ信号オフ）が入力される。
【００８９】
その後、図４における時点Ｔ１１で、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３がオフ状態となる。
【００９０】
そして、早くても図４における時点Ｔ１１の後に、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３にオン信号（図２におけるＲＹ信号オン）が入力されることによって、図４における時点Ｔ１１の後の時点Ｔ１３において、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３がオン状態となる。
【００９１】
図５は、本実施の形態に関する電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【００９２】
図５においては、デルタ結線用スイッチ５ａ１、デルタ結線用スイッチ５ａ２およびデルタ結線用スイッチ５ａ３における半導体スイッチング素子２０および電磁リレー２２と、スター結線用スイッチ５ｂ１、スター結線用スイッチ５ｂ２およびスター結線用スイッチ５ｂ３における半導体スイッチング素子２０および電磁リレー２２との関係が示されている。
【００９３】
図５においては、具体的には、デルタ結線用スイッチ５ａ１とスター結線用スイッチ５ｂ１との関係、デルタ結線用スイッチ５ａ２とスター結線用スイッチ５ｂ２との関係、または、デルタ結線用スイッチ５ａ３とスター結線用スイッチ５ｂ３との関係が示されている。以下では、図５を参照しつつ、デルタ結線用スイッチ５ａ１とスター結線用スイッチ５ｂ１との関係について説明する。
【００９４】
＜スター結線の状態からデルタ結線へ切り換える場合＞
スター結線の状態からデルタ結線へ切り換える場合、まず、図５における時点Ｔ１において、タイミング発生回路２６によって、スター結線用スイッチ５ｂ１の電磁リレー駆動信号（５ｂ  ＲＹ信号）がオフとなり、スター結線用スイッチ５ｂ１の半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）がオンとなる。
【００９５】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、電磁リレー２２の接点が接続状態（オン状態）の間は、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧の方が接点間電圧よりも大きいため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１には電流が流れない。当該動作は、図５における時点Ｔ１から図５における時点Ｔ２の間の期間に行われる。
【００９６】
そして、通常１．５ｍｓ以上、かつ、６ｍｓ以下程度の遅延の後、図５における時点Ｔ２においてスター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となる。すなわち、電磁リレー２２の接点間の電流値（５ｂ  Ｉ１）は０［Ａ］となる。
【００９７】
スター結線用スイッチ５ｂ１内の半導体スイッチング素子２０がＩＧＢＴである場合、図５における時点Ｔ２でスター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となると、元々流れていた電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと、２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ｂ  Ｉ２）がたとえば負の値となる。
【００９８】
タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２の接点がオフ状態となるまでの復帰時間のばらつきを配慮した時間後、たとえば、６ｍｓ後に、半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）をオフとする。
【００９９】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。そのため、アーク放電の発生を抑制することが可能であり、電磁リレー２２の接点寿命の劣化を抑えることが可能となる。
【０１００】
次に、図５における時点Ｔ３の後の時点Ｔ４において、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー駆動信号（５ａ  ＲＹ信号）がオンとなる。同時に、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）がオンとなる。なお、図５における時点Ｔ３から時点Ｔ４までのデッドタイムは、たとえば、数μｓである。
【０１０１】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、通常３ｍｓ以上、かつ、１２ｍｓ以下程度の遅延の後、図５における時点Ｔ５において電磁リレー２２の接点がオン状態となる。そして、機械式スイッチ特有の、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態が発生する。通常、バウンス状態の時間は１ｍｓ前後である。
【０１０２】
図５における時点Ｔ４からデルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２の接点が非導通（すなわち、オフ状態およびバウンス状態）の間、つまり、図５における時点Ｔ４から時点Ｔ７までの電磁リレー２２の接点に電流が流れない期間は、電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ａ  Ｉ２）がたとえば負の値となる。
【０１０３】
タイミング発生回路２６は、バウンス状態が終了し、かつ、電磁リレー２２の接点に電流が継続的に流れると思われるまでの動作時間のばらつきを配慮した時間、たとえば、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー駆動信号（５ａ  ＲＹ信号）をオンとしてから１３ｍｓ後（図５における時点Ｔ８）において、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１０４】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２の接点がオン状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。そのため、アーク放電の発生を抑制することが可能であり、電磁リレー２２の接点寿命の劣化を抑えることが可能となる。
【０１０５】
＜デルタ結線の状態からスター結線へ切り換える場合＞
次に、デルタ結線の状態からスター結線へ切り換える場合は、まず、図５における時点Ｔ９において、デルタ結線用スイッチ５ａ１の電磁リレー駆動信号（５ａ  ＲＹ信号）がオフとなり、デルタ結線用スイッチ５ａ１の半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）がオンとなる。
【０１０６】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、電磁リレー２２の接点が接続状態（オン状態）の間は、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧の方が接点間電圧よりも大きいため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１には電流が流れない。当該動作は、図５における時点Ｔ９から図５における時点Ｔ１０の間の期間に行われる。
【０１０７】
そして、通常１．５ｍｓ以上、かつ、６ｍｓ以下程度の遅延の後、図５における時点Ｔ１０において電磁リレー２２の接点がオフ状態となる。すなわち、電磁リレー２２の接点間の電流値（５ａ  Ｉ１）は０［Ａ］となる。
【０１０８】
デルタ結線用スイッチ５ａ１内の半導体スイッチング素子２０がＩＧＢＴである場合、図５における時点Ｔ１０でデルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となると、元々流れている電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと、２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ａ  Ｉ２）がたとえば正の値となる。
【０１０９】
タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２の動作時間のばらつきを配慮した時間、たとえば、６ｍｓ後に、半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）をオフとする（図５における時点Ｔ１１）。
【０１１０】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。そのため、アーク放電の発生を抑制することが可能であり、電磁リレー２２の接点寿命の劣化を抑えることが可能となる。
【０１１１】
次に、図５における時点Ｔ１１の後の時点Ｔ１２において、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー駆動信号（５ｂ  ＲＹ信号）がオンとなる。同時に、スター結線用スイッチ５ｂ１内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）がオンとなる。なお、図５における時点Ｔ１１から時点Ｔ１２までのデッドタイムは、たとえば、数μｓである。
【０１１２】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、通常３ｍｓ以上、かつ、１２ｍｓ以下程度の遅延の後、図５における時点Ｔ１３において電磁リレー２２の接点がオン状態となる。そして、機械式スイッチ特有の、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態が発生する。通常、バウンス状態の時間は１ｍｓ前後である。
【０１１３】
図５における時点Ｔ１２からスター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点が非導通（すなわち、オフ状態およびバウンス状態）の間、つまり、図５における時点Ｔ１２から時点Ｔ１５までの電磁リレー２２の接点に電流が流れない期間は、電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ｂ  Ｉ２）がたとえば正の値となる。
【０１１４】
タイミング発生回路２６は、バウンス状態が終了し、かつ、電磁リレー２２の接点に電流が継続的に流れると思われるまでの動作時間のばらつきを配慮した時間、たとえば、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー駆動信号（５ｂ  ＲＹ信号）をオンとしてから１３ｍｓ後（図５における時点Ｔ１６）において、スター結線用スイッチ５ｂ１内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１１５】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。そのため、アーク放電の発生を抑制することが可能であり、電磁リレー２２の接点寿命の劣化を抑えることが可能となる。
【０１１６】
また、以上のように、それぞれのスイッチ回路における半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１は、定常動作状態では導通せず、スター結線からデルタ結線、または、デルタ結線からスター結線への結線切り換え時の短時間のみ導通させることで、損失を抑制することが可能である。また、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１のための放熱器も不要となる。
【０１１７】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する電動機駆動装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【０１１８】
＜電動機駆動装置の動作について＞
図６は、本実施の形態に関する電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【０１１９】
図６において、図２に例が示されたスイッチ回路に備えられている電磁リレー２２は、電磁リレー駆動信号（ＲＹ信号）がオンとなり、接点がオン状態となるまでの時間（すなわち、図６における時点Ｔ４から時点Ｔ６までの期間と図６における時点Ｔ１２から時点Ｔ１４までの期間）、いわゆる動作時間と、電磁リレー駆動信号（ＲＹ信号）がオフとなり、接点がオフ状態となるまでの時間（すなわち、図６における時点Ｔ１から時点Ｔ２までの期間と図６における時点Ｔ９から時点Ｔ１０までの期間）、いわゆる復帰時間とには時間的な差が大きく、一般的に、ラッチタイプの電磁リレーでない場合は動作時間の方が長い。
【０１２０】
電磁リレー駆動信号（ＲＹ信号）がオンとなり、バウンス状態が開始するまでの時間（すなわち、図６における時点Ｔ４から時点Ｔ５までの期間と図６における時点Ｔ１２から時点Ｔ１３までの期間）は主に電磁リレー２２の機械的構造と励磁巻き線の電源電圧と温度状態とによって、その遅延量が決まり、かつ、必ず発生する。
【０１２１】
本実施の形態では、その遅延量をあらかじめ考慮しておくことによって、半導体スイッチング素子２０をオン状態とするタイミングを遅らせる。すなわち、タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２にＲＹ信号を出力した後、電磁リレー２２の接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの間に半導体スイッチング素子２０にＴＲ信号を出力する。図６においては、時点Ｔ４ａおよび時点１２ａとして、遅らせたタイミングがそれぞれ示されている。
【０１２２】
上記の遅延量は、電磁リレー２２の仕様に合わせるか、または、実際に遅延する時間を測定するかによって、遅延量のばらつきも想定してある程度の余裕をもって設定すればよい。
【０１２３】
このように設定することによって、電磁リレー２２がオン状態となる際に半導体スイッチング素子２０とダイオード２１とに電流が流れる期間を、時点Ｔ４から時点Ｔ４ａまでの期間、および、時点Ｔ１２から時点Ｔ１２ａまでの期間の分だけ短くすることができる。なお、図６における時点Ｔ３から時点Ｔ４ａまでのデッドタイムは、たとえば、数μｓ以上、かつ、数ｍｓ以下である。また、図６における時点Ｔ１１から時点Ｔ１２ａまでのデッドタイムは、たとえば、数μｓ以上、かつ、数ｍｓ以下である。
【０１２４】
図１１は、小型の半導体スイッチング素子（たとえば、ＩＧＢＴ）の過渡熱抵抗の特性の例を示す図である。図１１において、縦軸は半導体スイッチング素子の過渡熱抵抗［Ｋ／Ｗ］を示し、横軸は時間［ｓ］を示す。
【０１２５】
図１１において、１０ｍｓ（０．０１［ｓ］）の過渡熱抵抗は１．１０［Ｋ／Ｗ］であるのに対して、１ｍｓ（０．００１［ｓ］）の過渡熱抵抗は０．６０［Ｋ／Ｗ］であり、また、０．１ｍｓ（０．０００１［ｓ］）では０．１３［Ｋ／Ｗ］である。
【０１２６】
たとえば、三相電動機の巻き線に４０［Ａ］の電流が流れていて、かつ、半導体スイッチング素子の飽和電圧が２［Ｖ］であるとすると、半導体スイッチング素子の周囲温度が７０［℃］で、ジャンクション温度（Ｔｊ）とした場合、以下の式（１）、式（２）および式（３）のような温度差が生じる。
【０１２７】
【数１】
2020102918.tif 000003
【０１２８】
【数２】
2020102918.tif 000004
【０１２９】
【数３】
2020102918.tif 000005
【０１３０】
そうすると、１０ｍｓ以上の時間ではジャンクション温度が高くなるため、半導体スイッチング素子２０を過渡熱抵抗の小さな比較的大型のものとする必要がある。また、半導体スイッチング素子２０と並列に接続されるダイオード２１についても、同様に大型のものとする必要がある。
【０１３１】
本実施の形態では、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の導通期間を数ｍｓ程度に抑えることが可能であるため、結線切り換え時におけるジャンクション温度（Ｔｊ）の温度上昇を低く抑えることが可能である。そのため、より小型の半導体素子を用いることができる。
【０１３２】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する電動機駆動装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【０１３３】
＜電動機駆動装置の構成について＞
図７は、結線切り換え部における１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【０１３４】
図７に例が示されるように、結線切り換え部の１つのスイッチ回路は、ベース電流制限抵抗１０と、フォトカプラスイッチトランジスタ１２と、プルダウン抵抗１１と、フォトカプラ用電源１３と、フォトカプラ電流制限抵抗１４と、フォトカプラ１５と、半導体スイッチング素子ゲートドライブ電源用バイパスコンデンサ１６と、半導体スイッチング素子ゲートドライブ用電源１７と、半導体スイッチング素子ゲート電流制限用抵抗１８と、複数の半導体スイッチング素子２０と、半導体スイッチング素子ゲート電位プルダウン抵抗１９と、ダイオード２１と、電磁リレー２２と、電磁リレー回生用ダイオード２５と、電磁リレー回生用ダイオード２５に接続されるフォトカプラ用電源１３と、電磁リレー駆動用トランジスタ２３とを備える。
【０１３５】
そして、それぞれの巻き線に共通のまたは個別のタイミング発生回路２６Ａが、ベース電流制限抵抗１０および電磁リレー駆動用トランジスタ２３に接続されている。
【０１３６】
第２の実施の形態で説明されたように、電磁リレー２２には、動作時間と復帰時間という遅れ時間がある。
【０１３７】
そこで、タイミング発生回路２６Ａは、メモリ部２６０を備える。メモリ部２６０は、電磁リレー駆動信号（ＲＹ信号）がオンとなり、バウンス状態が開始するまでの遅延（すなわち、図５における時点Ｔ４から時点Ｔ５までの期間と図５における時点Ｔ１２から時点Ｔ１３までの期間）と、電磁リレー駆動信号（ＲＹ信号）がオフとなり、接点がオフ状態となるまでの時間（すなわち、図５における時点Ｔ１から時点Ｔ２までの期間と図５における時点Ｔ９から時点Ｔ１０までの期間）とを遅延時間として記憶する。
【０１３８】
なお、メモリ部２６０は、半導体に限らず、機械式ボリュームなどであってもよい。
【０１３９】
本実施の形態では、それぞれの遅延時間を記憶する機能を追加する。そうすることによって、タイミング発生回路２６Ａがメモリ部２６０に記憶された遅延時間に基づいて半導体スイッチング素子２０にＲＹ信号を出力するタイミングを調整することができるため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の導通期間を短い時間に抑えることが可能である。そのため、結線切り換え時におけるジャンクション温度（Ｔｊ）の温度上昇を、低く抑えることが可能である。
【０１４０】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する電動機駆動装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【０１４１】
＜電動機駆動装置の構成について＞
図８は、本実施の形態に関する電動機駆動装置の構成の例を概略的に示す回路図である。
【０１４２】
図８に例が示されるように、電動機駆動装置は、三相インバータ回路１と、複数の電流検出抵抗２と、電解コンデンサ３と、直流電源４と、結線切り換え部５Ｘと、三相（Ｕ、ＶおよびＷ）の巻き線を含む三相電動機６と、回生部７と、コンデンサ９とを備える。
【０１４３】
本実施の形態では、結線切り換え部５Ｘは、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ、デルタ結線用スイッチ５ａ２Ｘおよびデルタ結線用スイッチ５ａ３Ｘと、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ、スター結線用スイッチ５ｂ２Ｘおよびスター結線用スイッチ５ｂ３Ｘとを備える。
【０１４４】
図９は、図８の結線切り換え部５Ｘにおける１つのスイッチ回路（デルタ結線用スイッチまたはスター結線用スイッチ）の構成の例を概略的に示す回路図である。
【０１４５】
図９に例が示されるように、結線切り換え部５Ｘの１つのスイッチ回路は、ベース電流制限抵抗１０と、フォトカプラスイッチトランジスタ１２と、プルダウン抵抗１１と、フォトカプラ用電源１３と、フォトカプラ電流制限抵抗１４と、フォトカプラ１５と、半導体スイッチング素子ゲートドライブ電源用バイパスコンデンサ１６と、半導体スイッチング素子ゲートドライブ用電源１７と、半導体スイッチング素子ゲート電流制限用抵抗１８と、複数の半導体スイッチング素子２０と、半導体スイッチング素子ゲート電位プルダウン抵抗１９と、ダイオード２１と、電磁リレー２２と、電磁リレー回生用ダイオード２５と、電磁リレー回生用ダイオード２５に接続されるフォトカプラ用電源１３と、電磁リレー駆動用トランジスタ２３と、電磁リレー２２の一端、および、電磁リレー回生用ダイオード２５のカソード側に接続される電流検出素子２４とを備える。
【０１４６】
電流検出素子２４は、電磁リレー２２の接点に流れる電流である接点電流を検出することができる。
【０１４７】
そして、それぞれの巻き線に共通のまたは個別のタイミング発生回路２６Ｂが、ベース電流制限抵抗１０および電磁リレー駆動用トランジスタ２３に接続されている。また、タイミング発生回路２６Ｂには、電流検出素子２４からの出力信号が入力される。
【０１４８】
＜電動機駆動装置の動作について＞
図１０は、本実施の形態に関する電動機駆動装置におけるタイミングチャートである。
【０１４９】
図１０においては、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ、デルタ結線用スイッチ５ａ２Ｘおよびデルタ結線用スイッチ５ａ３Ｘにおける半導体スイッチング素子２０および電磁リレー２２と、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ、スター結線用スイッチ５ｂ２Ｘおよびスター結線用スイッチ５ｂ３Ｘにおける半導体スイッチング素子２０および電磁リレー２２との関係が示されている。
【０１５０】
以下では、図１０を参照しつつ、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘとスター結線用スイッチ５ｂ１Ｘとの関係について説明する。
【０１５１】
＜スター結線の状態からデルタ結線へ切り換える場合＞
スター結線の状態からデルタ結線へ切り換える場合、まず、図１０における時点Ｔ１において、タイミング発生回路２６Ｂによって、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘの電磁リレー駆動信号（５ｂ  ＲＹ信号）がオフとなり、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘの半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）がオンとなる。
【０１５２】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、電磁リレー２２の接点が接続状態（オン状態）の間は、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧の方が接点間電圧よりも大きいため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１には電流が流れない。当該動作は、図１０における時点Ｔ１から図１０における時点Ｔ２の間の期間に行われる。
【０１５３】
そして、通常１．５ｍｓ以上、かつ、６ｍｓ以下程度の遅延の後、図１０における時点Ｔ２においてスター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となる。すなわち、電磁リレー２２の接点間の電流値（５ｂ  Ｉ１）は０［Ａ］となる。
【０１５４】
スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０がＩＧＢＴである場合、図１０における時点Ｔ２でスター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となると、元々流れていた電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと、２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ｂ  Ｉ２）がたとえば負の値となる。
【０１５５】
電磁リレー２２の接点に流れる電流は、図９における電流検出素子２４によって検出される。そして、検出された電流値が、出力信号としてタイミング発生回路２６Ｂに入力される。
【０１５６】
タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に流れる電流の有無を監視しており、たとえば、当該電流が０．１ｍｓ間流れていないと判断された場合に、半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１５７】
なお、タイミング発生回路２６Ｂは、中央演算処理装置（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ、すなわち、ＣＰＵ）、コンパレータ回路またはラッチ回路などで構成可能である。
【０１５８】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１に電流が流れる期間（図１０における時点Ｔ２から時点Ｔ３までの期間）を短時間とすることが可能である。
【０１５９】
次に、図１０における時点Ｔ３後の時点Ｔ４において、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー駆動信号（５ａ  ＲＹ信号）がオンとなる。
【０１６０】
しかしながら、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、通常３ｍｓ以上、かつ、１２ｍｓ以下程度の遅延の後、図１０における時点Ｔ５において電磁リレー２２の接点がオン状態となる。そして、機械式スイッチ特有の、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態が発生する。通常、バウンス状態の時間は１ｍｓ前後である。なお、図１０における時点Ｔ３から時点Ｔ５までのデッドタイムは、たとえば、数μｓ以上、かつ、数ｍｓ以下である。
【０１６１】
上述のように、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点に流れる電流は、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電流検出素子２４によって検出される。そして、検出された電流値が、出力信号としてタイミング発生回路２６Ｂに入力される。
【０１６２】
図１０における時点Ｔ４の後、タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に流れる電流の有無を監視する。そして、タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に電流が流れていると判断する場合、即座にデルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）をオンとする（図１０における時点Ｔ５）。
【０１６３】
そして、図１０における時点Ｔ５後のバウンス状態において、図１０における時点Ｔ６から時点Ｔ７までの期間におけるデルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点が非導通となる期間において、流れている電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ａ  Ｉ２）がたとえば負の値となる。
【０１６４】
この場合、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態において、電磁リレー２２の接点にかかる電圧が、半導体スイッチング素子２０の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧以内に抑えられるため、アーク放電の発生が抑制される。
【０１６５】
そして、バウンス状態が終了し、電磁リレー２２の接点に電流が継続的に流れる状態、たとえば、１ｍｓ間（図１０における時点Ｔ７から時点Ｔ８までの期間）継続的に電流が流れる場合、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内のタイミング発生回路２６Ｂは、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１６６】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点がオン状態である期間は半導体スイッチング素子２０とダイオード２１とには電流は流れない。そのため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の導通期間（図１０における時点Ｔ６から時点Ｔ７までの期間）は、長くとも、バウンス期間以上、かつ、１ｍｓ以下の短時間とすることが可能である。
【０１６７】
＜デルタ結線の状態からスター結線へ切り換える場合＞
次に、デルタ結線の状態からスター結線へ切り換える場合は、まず、図１０における時点Ｔ９において、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘの電磁リレー駆動信号（５ａ  ＲＹ信号）がオフとなり、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘの半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）がオンとなる。
【０１６８】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０は即座に導通する。しかしながら、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、電磁リレー２２の接点が接続状態（オン状態）の間は、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧の方が接点間電圧よりも大きいため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１には電流が流れない。当該動作は、図１０における時点Ｔ９から図１０における時点Ｔ１０の間の期間に行われる。
【０１６９】
そして、通常１．５ｍｓ以上、かつ、６ｍｓ以下程度の遅延の後、図１０における時点Ｔ１０において電磁リレー２２の接点がオフ状態となる。すなわち、電磁リレー２２の接点間の電流値（５ａ  Ｉ１）は０［Ａ］となる。
【０１７０】
デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０がＩＧＢＴである場合、図１０における時点Ｔ１０でデルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点がオフ状態となると、元々流れている電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと、２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ａ  Ｉ２）がたとえば正の値となる。
【０１７１】
電磁リレー２２の接点に流れる電流は、図９における電流検出素子２４によって検出される。そして、検出された電流値が、出力信号としてタイミング発生回路２６Ｂに入力される。
【０１７２】
タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に流れる電流の有無を監視しており、たとえば、当該電流が０．１ｍｓ間流れていないと判断された場合に、半導体スイッチング素子駆動信号（５ａ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１７３】
なお、タイミング発生回路２６Ｂは、ＣＰＵ、コンパレータ回路またはラッチ回路などで構成可能である。
【０１７４】
これによって、デルタ結線用スイッチ５ａ１Ｘ内の半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１に電流が流れる期間（図１０における時点Ｔ１０から時点Ｔ１１までの期間）を、たとえば、０．１ｍｓなどの短時間とすることが可能である。
【０１７５】
次に、図１０における時点Ｔ１１後の時点Ｔ１２において、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー駆動信号（５ｂ  ＲＹ信号）がオンとなる。
【０１７６】
しかしながら、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２はすぐには反応せず、通常３ｍｓ以上、かつ、１２ｍｓ以下程度の遅延の後、図１０における時点Ｔ１３において電磁リレー２２の接点がオン状態となる。そして、機械式スイッチ特有の、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態が発生する。通常、バウンス状態の時間は１ｍｓ前後である。なお、図１０における時点Ｔ１１から時点Ｔ１３までのデッドタイムは、たとえば、数十μｓ以上、かつ、数ｍｓ以下である。
【０１７７】
上述のように、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点に流れる電流は、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電流検出素子２４によって検出される。そして、検出された電流値が、出力信号としてタイミング発生回路２６Ｂに入力される。
【０１７８】
図１０における時点Ｔ１２の後、タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に流れる電流の有無を監視する。そして、タイミング発生回路２６Ｂは、電磁リレー２２の接点に電流が流れていると判断する場合、即座にスター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）をオンとする（図１０における時点Ｔ１３）。
【０１７９】
そして、図１０における時点Ｔ１３後のバウンス状態において、図１０における時点Ｔ１４から時点Ｔ１５までの期間における、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点が非導通となる期間において、流れている電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の電流値（５ｂ  Ｉ２）がたとえば正の値となる。
【０１８０】
この場合、接点の導通および非導通を繰り返すバウンス状態において、電磁リレー２２の接点にかかる電圧が、半導体スイッチング素子２０の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧以内に抑えられるため、アーク放電の発生が抑制される。
【０１８１】
そして、バウンス状態が終了し、電磁リレー２２の接点に電流が継続的に流れる状態、たとえば、１ｍｓ間（図１０における時点Ｔ１５から時点Ｔ１６までの期間）継続的に電流が流れる場合、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内のタイミング発生回路２６Ｂは、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の半導体スイッチング素子駆動信号（５ｂ  ＴＲ信号）をオフとする。
【０１８２】
これによって、スター結線用スイッチ５ｂ１Ｘ内の電磁リレー２２の接点がオン状態である期間は半導体スイッチング素子２０とダイオード２１とには電流は流れない。そのため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１の導通期間（図１０における時点Ｔ１４から時点Ｔ１５までの期間）は、長くとも、バウンス期間以上、かつ、１ｍｓ以下の短時間とすることが可能である。
【０１８３】
また、本実施の形態では、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１に電流が流れる期間を短くすることができるため、過渡熱抵抗が小さくすることができる。そのため、結線切り換え時における電動機の電流が大きい場合であっても、小型の半導体スイッチング素子およびダイオードを使用することができる。
【０１８４】
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
【０１８５】
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
【０１８６】
以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、電源と、三相電動機６と、三相インバータ回路１と、結線切り換え部５（または、結線切り換え部５Ｘ）とを備える。ここで、電源は、たとえば、直流電源４に対応するものである。三相電動機６は、三相の巻き線６ａ１、巻き線６ａ２および巻き線６ａ３を有する。三相インバータ回路１は、直流電源４に接続される。また、三相インバータ回路１は、三相の巻き線のそれぞれに電圧を印加することができる。結線切り換え部５は、三相の巻き線の結線をスター結線およびデルタ結線のうちのいずれかに切り換えることができる。結線切り換え部５は、機械式スイッチと、少なくとも１つの第１の半導体スイッチング素子とを備える。ここで、機械式スイッチは、たとえば、電磁リレー２２に対応するものである。また、第１の半導体スイッチング素子は、たとえば、半導体スイッチング素子２０に対応するものである。半導体スイッチング素子２０は、電磁リレー２２と並列に接続される。そして、結線切り換え部５が三相の巻き線の結線を切り換える際、半導体スイッチング素子２０がオン状態である間に電磁リレー２２の接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わる。
【０１８７】
このような構成によれば、結線の切り換えの際に電磁リレー２２の接点間に高い電圧が印加されることを抑制することができる。よって、アーク放電が生じることを抑制することができるため、電磁リレー２２の寿命劣化を抑制することができる。具体的には、結線切り換え部５によってスター結線からデルタ結線へ、または、デルタ結線からスター結線への結線切り換えの際に、結線切り換え部５内の機械式スイッチ（すなわち、電磁リレー２２）をオフ状態とする直前またはほぼ同時に、機械式スイッチに並列に接続されている半導体スイッチング素子２０をオン状態とし、機械式スイッチの接点間の電位差が低い状態で、機械式スイッチの接点を接続状態から開放状態へと切り換える。これによって、機械式スイッチの接点間にアーク放電が発生することを抑制することができるため、機械式スイッチの接点の寿命劣化を防止することができる。また、結線切り換え部５内の機械式スイッチをオン状態とする際にも、機械式スイッチの接点が接続される前またはほぼ同時に、機械式スイッチに並列に接続されている半導体スイッチング素子２０をオン状態することによって、機械式スイッチの接点間の電位差が低い状態で、機械式スイッチの接点を開放状態から接続状態へ切り換える。この場合も、機械式スイッチの接点間の電位差が低い状態で接続状態へと切り換えられるため、機械式スイッチの接点間にアーク放電が発生することを抑制することができる。そのため、機械式スイッチの接点の寿命劣化を防止することができる。また、機械式スイッチの接点が切り換える短時間のみ半導体スイッチング素子をオンすることで、切り換え時における半導体スイッチング素子のジャンクション温度の上昇を低く抑えることが可能となり、小型の半導体スイッチング素子を使用することが可能となる。
【０１８８】
なお、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０１８９】
また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体スイッチング素子２０は、結線切り換え部５が三相の巻き線の結線を切り換える際にのみオン状態となる。このような構成によれば、結線の切り換え時以外の定常時においては、半導体スイッチング素子２０は導通しない。そのため、定常状態での電力損失は発生せず、結線切り換え部５内の半導体スイッチング素子２０またはダイオード２１から生じる熱を放熱するための放熱器は不要とすることができる。
【０１９０】
また、以上に記載された実施の形態によれば、機械式スイッチは、電磁リレー２２である。このような構成によれば、タイミング発生回路２６から半導体スイッチング素子２０および電磁リレー２２に同時に駆動信号が送信された場合であっても、半導体スイッチング素子２０が導通した時から電磁リレー２２の切り換えが完了するまでには遅れ時間が生じるため、半導体スイッチング素子２０がオン状態である間に結線切り換え部５が三相の巻き線の結線を切り換えることができる。
【０１９１】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、半導体スイッチング素子２０と逆並列に接続される第１のダイオードを備える。ここで、第１のダイオードは、たとえば、ダイオード２１に対応するものである。このような構成によれば、ダイオード２１に還流ダイオードとして機能させることができる。
【０１９２】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、複数の半導体スイッチング素子２０を備える。そして、複数の半導体スイッチング素子２０は、互いに逆直列に接続される。このような構成によれば、電磁リレー２２の接点がオフ状態となると、元々流れていた電流の向きに応じて、２つの向かい合う半導体スイッチング素子２０のうちの１つと、２つのダイオード２１のうちの１つとに電流が流れる。すなわち、スター結線用スイッチ５ｂ１内の電磁リレー２２の接点がオフ状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。また、電磁リレー２２の接点が接続状態（オン状態）の間は、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧の方が接点間電圧よりも大きいため、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１には電流が流れない。よって、半導体スイッチング素子２０およびダイオード２１における電力損失は生じない。また、電磁リレー２２の接点がオン状態である場合における接点間電圧を、半導体スイッチング素子２０のドレイン端子（Ｄ）とソース端子（Ｓ）との間の飽和電圧とダイオード２１の順電圧とを合わせた電圧にまで抑えることができる。
【０１９３】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、制御回路を備える。ここで、制御回路は、たとえば、タイミング発生回路２６（または、タイミング発生回路２６Ａ、タイミング発生回路２６Ｂ）に対応するものである。タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２の駆動タイミングを制御する第１の駆動信号と、半導体スイッチング素子２０の駆動タイミングを制御する第２の駆動信号とを出力することができる。ここで、第１の駆動信号は、たとえば、図２におけるＲＹ信号に対応するものである。また、第２の駆動信号は、たとえば、図２におけるＴＲ信号に対応するものである。このような構成によれば、電磁リレー２２の駆動タイミングと半導体スイッチング素子２０の駆動タイミングとをそれぞれ独立に制御することができる。
【０１９４】
また、以上に記載された実施の形態によれば、タイミング発生回路２６は、ＲＹ信号とＴＲ信号とを同時に出力することができる。このような構成によれば、駆動信号の出力タイミングを統一することができるため、制御が容易となる。
【０１９５】
また、以上に記載された実施の形態によれば、タイミング発生回路２６は、電磁リレー２２にＲＹ信号を出力した後、電磁リレー２２の接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの間に半導体スイッチング素子２０にＴＲ信号を出力することができる。このような構成によれば、ＴＲ信号をＲＹ信号よりも遅れて出力することによって、結線切り換え時における半導体スイッチング素子２０の導通時間を短縮することができる。よって、半導体スイッチング素子２０の結線切り換え時におけるジャンクションの温度上昇を抑制することができるため、たとえば、小型の半導体スイッチング素子２０を使用することが可能となる。
【０１９６】
また、以上に記載された実施の形態によれば、タイミング発生回路２６Ａは、メモリ部２６０を備える。メモリ部２６０は、電磁リレー２２にＲＹ信号を出力した後、電磁リレー２２の接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの時間である遅延時間を記憶することができる。そして、タイミング発生回路２６Ａは、メモリ部２６０に記憶された遅延時間に基づいて、半導体スイッチング素子２０にＴＲ信号を出力するタイミングを調整する。このような構成によれば、タイミング発生回路２６Ａが、メモリ部２６０に記憶された遅延時間を参照してＴＲ信号の出力タイミングを調整することによって、ＴＲ信号の出力タイミングの調整精度を高めることができる。そのため、半導体スイッチング素子２０の結線切り換え時におけるジャンクションの温度上昇を抑制することができるため、たとえば、小型の半導体スイッチング素子２０を使用することが可能となる。
【０１９７】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、電流検出素子２４を備える。電流検出素子２４は、電磁リレー２２の接点に流れる電流である接点電流を検出することができる。そして、タイミング発生回路２６Ｂは、電流検出素子２４によって検出された接点電流に基づいて、半導体スイッチング素子２０にＴＲ信号を出力するタイミングを調整する。このような構成によれば、電流検出素子２４によって検出された接点電流を参照することによって、高い精度でＴＲ信号の出力タイミングを制御することができる。そのため、半導体スイッチング素子２０の結線切り換え時におけるジャンクションの温度上昇を抑制することができるため、たとえば、小型の半導体スイッチング素子２０を使用することが可能となる。
【０１９８】
また、以上に記載された実施の形態によれば、タイミング発生回路２６Ｂは、接点電流の有無に基づいて、電磁リレー２２の接点が接続および開放のうちのいずれかに切り換わるまでの時間である遅延時間を算出し、さらに、遅延時間に基づいて半導体スイッチング素子２０にＴＲ信号を出力するタイミングを調整する。このような構成によれば、電流検出素子２４によって接点電流の有無を参照することによって、高い精度でＴＲ信号の出力タイミングを制御することができる。そのため、半導体スイッチング素子２０の結線切り換え時におけるジャンクションの温度上昇を抑制することができるため、たとえば、小型の半導体スイッチング素子２０を使用することが可能となる。
【０１９９】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電動機駆動装置は、回生部７を備える。回生部７は、結線切り換え部５が三相の巻き線の結線を切り換える際のデッドタイム期間中に、巻き線の逆起電力によって生じる電圧をクランプして、巻き線電流を持続させるとともに、巻き線のエネルギーを電源に帰還させることができる。このような構成によれば、結線の切り換えを三相電動機に電流が流れている状態で行う場合、いずれの結線にもならないデッドタイムにおける巻き線端の電圧変動をクランプし制限することで、三相電動機、半導体スイッチング素子または電磁リレーなどの過電圧による故障を防止し、さらに、電力を回生することによって電力損失を減らすことができる。
【０２００】
また、以上に記載された実施の形態によれば、回生部７における回生用ダイオードである、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２、ダイオード７ａ３、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３は、少なくとも１つの第２のダイオードを備え、さらに、第３のダイオードを備えていてもよい。ここで、第２のダイオードは、たとえば、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２、ダイオード７ａ３、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３のうちのいずれか１つに対応するものである。また、第３のダイオードは、たとえば、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２、ダイオード７ａ３、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３のうちのいずれか１つに対応するものである。ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２、ダイオード７ａ３は、アノードが三相の巻き線のいずれかと結線切り換え部５とに接続され、かつ、カソードが直流電源４の正極に接続される。ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２、ダイオード７ｂ３は、カソードが三相の巻き線のいずれかと結線切り換え部５とに接続され、かつ、アノードが直流電源４の負極に接続される。このような構成によれば、ダイオード７ａ１、ダイオード７ｂ２、ダイオード７ｂ３とダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２、ダイオード７ｂ３とを用いて、容易に回生部を構成することができる。また、電動機がスター結線またはデルタ結線のいずれにも接続されないデッドタイムにおける巻き線端の電圧上昇を特定の電圧内にクランプすることによって、電源電圧を大きく上回る高耐圧の半導体スイッチング素子を使用する必要がなくなる。
【０２０１】
また、以上に記載された実施の形態によれば、三相インバータ回路１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相少なくとも１つの第２の半導体スイッチング素子と、少なくとも１つの第３の半導体スイッチング素子とを備える。ここで、第２の半導体スイッチング素子は、たとえば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれにおける、半導体スイッチング素子１ａ、半導体スイッチング素子１ｂおよび半導体スイッチング素子１ｃに対応するものである。また、第３の半導体スイッチング素子は、たとえば、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれにおける、半導体スイッチング素子１ｄ、半導体スイッチング素子１ｅおよび半導体スイッチング素子１ｆに対応するものである。第２の半導体スイッチング素子は、三相の巻き線のいずれかの第１の端部と、直流電源４の正極との間に接続される。第３の半導体スイッチング素子は、三相の巻き線の第１の端部と、直流電源４の負極との間に接続される。そして、回生部７における回生用ダイオードである、ダイオード７ａ１、ダイオード７ａ２、ダイオード７ａ３、ダイオード７ｂ１、ダイオード７ｂ２およびダイオード７ｂ３は、複数のダイオードで構成されているため、第２または第３の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、たとえば、ダイオード１ｇ、ダイオード１ｈ、ダイオード１ｉ、ダイオード１ｊ、ダイオード１ｋ、ダイオード１ｌの順電圧よりも大きい。このような構成によれば、デルタ結線のときに、それぞれ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と、回生部７における回生用ダイオードとが並列に接続されることになるが、ボディダイオードのＶｆに対して、複数本で構成された回生用ダイオードのＶｆの方が大きい。そのため、通常数十ｋＨｚで動作するインバータ動作における、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の第２および第３の半導体スイッチング素子の同時オンを避けるためのデッドタイム期間の回生還流電流は、第２半導体スイッチング素子、第３の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に流れることになり、回生用のダイオードには流れないようにすることで、定常動作状態における回生部７における回生用ダイオードの電力損失をなくすことができ、結線の切り換え時のみ電流が流れることになるため、電力損失は小さく、小型のものを使用することが可能である。
【０２０２】
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
【０２０３】
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【０２０４】
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
【０２０５】
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
【０２０６】
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
【０２０７】
また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
【符号の説明】
【０２０８】
１  三相インバータ回路、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，２０  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、１ｍ，１ｎ  駆動制御ＩＣ、２  電流検出抵抗、３  電解コンデンサ、４  直流電源、５，５Ｘ  結線切り換え部、５ａ１，５ａ１Ｘ，５ａ２，５ａ２Ｘ，５ａ３，５ａ３Ｘ  デルタ結線用スイッチ、５ｂ１，５ｂ１Ｘ，５ｂ２，５ｂ２Ｘ，５ｂ３，５ｂ３Ｘ  スター結線用スイッチ、６  三相電動機、６ａ１，６ａ２，６ａ３  巻き線、７  回生部、７ａ１，７ａ２，７ａ３，７ｂ１，７ｂ２，７ｂ３，２１  ダイオード、９  コンデンサ、１０  ベース電流制限抵抗、１１  プルダウン抵抗、１２  フォトカプラスイッチトランジスタ、１３  フォトカプラ用電源、１４  フォトカプラ電流制限抵抗、１５  フォトカプラ、１６  半導体スイッチング素子ゲートドライブ電源用バイパスコンデンサ、１７  半導体スイッチング素子ゲートドライブ用電源、１８  半導体スイッチング素子ゲート電流制限用抵抗、１９  半導体スイッチング素子ゲート電位プルダウン抵抗、２２  電磁リレー、２３  電磁リレー駆動用トランジスタ、２４  電流検出素子、２５  電磁リレー回生用ダイオード、２６，２６Ａ，２６Ｂ  タイミング発生回路、２６０  メモリ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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