(57)【要約】【課題】切替接点の特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等を発生させることなく、巻線切替装置を小型化する。【解決手段】回転機駆動システムは、複数の巻線を有する回転機と、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路とインバータ回路による電力変換を制御する制御装置を含み、回転機を可変速運転するインバータ装置と、制御装置からの指令により複数の巻線の接続を切り替える巻線切替装置と、を備える。制御装置は、加減速により前記回転機の回転が低速回転域と高速回転域との間を遷移する際、巻線切替装置に巻線の接続切替を指令する。巻線切替装置は、複数の巻線の接続を切り替える切替接点がスプリング特性を有する多面接触子で構成されている。【選択図】図１
2020010524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の巻線を有する回転機と、
直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と前記インバータ回路による電力変換を制御する制御装置を含み、前記回転機を可変速運転するインバータ装置と、
前記制御装置からの指令により前記複数の巻線の接続を切り替える巻線切替装置と、
を備え、
前記制御装置は、
加減速により前記回転機の回転が低速回転域と高速回転域との間を遷移する際、前記巻線切替装置に前記巻線の接続切替を指令し、
前記巻線切替装置は、
前記複数の巻線の接続を切り替える切替接点がスプリング特性を有する多面接触子で構成されていることを特徴とする回転機駆動システム。
【請求項２】
前記切替接点は、前記多面接触子と、該多面接触子を格納する筐体で構成され、
前記筐体は、前記巻線の始端または終端を結線するための接続部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転機駆動システム。
【請求項３】
前記巻線切替装置は、
前記回転機の複数相の複数巻線の始端または終端に結線するための複数の前記切替接点で構成され、
複数の前記切替接点の隣接する前記筐体のうち少なくとも２つが絶縁物で連結されて固定されている
ことを特徴とする請求項２に記載の回転機駆動システム。
【請求項４】
前記回転機の駆動電流は、前記多面接触子のうち少なくとも１つの面に通電されることを特徴とする請求項３に記載の回転機駆動システム。
【請求項５】
前記回転機の駆動電流をモニタする検知回路を有し、
前記検知回路は、
前記多面接触子のうち少なくとも１つの面が損傷・破損したときに発生する電流変化情報を基にして、前記多面接触子の異常アラートを出力する
ことを特徴とする請求項４に記載の回転機駆動システム。
【請求項６】
１つの前記インバータ装置と１つの前記回転機とを組合せて駆動される１Ｃ１Ｍの構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機駆動システム。
【請求項７】
１つの前記インバータ装置と少なくとも２つの前記回転機とを組合せて駆動される１ＣｎＭ（ｎ=２、３、４・・・）の構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機駆動システム。
【請求項８】
少なくとも２群以上の前記インバータ装置と前記回転機との組合せで構成されることを特徴とする請求項６または７に記載の回転機駆動システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転機駆動システムを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線切替装置を用いた回転機駆動システム及び車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置によって可変速運転される回転機の効率は、一般に一定負荷条件で回転数を推移させて得られる効率カーブで表され、要求される回転範囲のうち一部の回転域で効率がピークとなる。機器の省エネ化を実現するためには、幅広い回転範囲において効率カーブを向上させ、回転機の電力損失を低減することが重要である。
【０００３】
回転機では、低速回転域において効率が低くなるが、回転機を設計段階で高インダクタンス化することで、電流値そのものを低減できるとともに高調波成分を低減できることが知られている。これによって、低速回転域での効率向上を実現することが可能となるが、一方で高速回転域の効率が低下するなどの問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１のように低速回転域と高速回転域とで固定子巻線の接続を切り替える技術がある。回転機の駆動中に接続を切り替える場合、切替接点にアークが発生して接点寿命が低下する。特許文献１では、接点アークを回避する目的で圧縮コイル（バネ）と電極で構成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−０７０１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動車や鉄道車両等に搭載される回転機は、軽量化のために高出力密度が求められており、大電流を流して高トルクを発生させることによってこの要求に応えている。このような用途に巻線切替を適用する場合、常時大電流を流すために切替接点の押し付け力をバネ機構等で維持する必要があり、従来技術では切替装置が大型化する課題があった。
【０００７】
また、大電流を流すために切替接点の接触面を大きくとる必要あるが、バネ機構では面圧の均一化が困難であるため、特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等が発生し接点寿命の低下を招く課題があった。
【０００８】
これらの課題を解決する一手段として、切替接点を半導体スイッチング素子で構成する方法が開示されている。しかしながら、この方法では回転機の駆動時において常にスイッチング素子に通電するため、導通損が発生する。すなわち、切替接点部で新たに電力損失が発生するため、回転機駆動システム全体のエネルギー効率向上という観点では得策とは言えない。
【０００９】
本発明の目的は、切替接点の特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等を発生させることなく、回転機駆動システムにおいて巻線切替装置を小型化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明では、回転機駆動システムは、複数の巻線を有する回転機と、直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と前記インバータ回路による電力変換を制御する制御装置を含み、前記回転機を可変速運転するインバータ装置と、前記制御装置からの指令により前記複数の巻線の接続を切り替える巻線切替装置と、を備える。前記制御装置は、加減速により前記回転機の回転が低速回転域と高速回転域との間を遷移する際、前記巻線切替装置に前記巻線の接続切替を指令し、前記巻線切替装置は、前記複数の巻線の接続を切り替える切替接点がスプリング特性を有する多面接触子で構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切替接点の特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等を発生させることなく、巻線切替装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例における回転機駆動システムの全体構成を表すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施例における巻線切替装置の説明図。
【図３】インバータ装置によって可変速運転される従来回転機の効率カーブを表す図。
【図４】インバータ装置によって駆動される従来回転機の電流波形図。
【図５】従来の切替接点の構成を表す説明図。
【図６】本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す斜視図。
【図７】本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す一側面図。
【図８】本発明の第１の実施例における切替接点を用いた接続切替方法の説明図。
【図９】本発明の第２の実施例における回転機駆動システムの全体構成を表すブロック図。
【図１０】本発明の第３の実施例における鉄道車両に用いた回転機駆動システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では１Ｙ結線と２Ｙ結線の接続切替を対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、上記とは異なる並列接続数のＹ結線を切り替える構成や、Δ結線の並列接続数を切り替える構成や、Ｙ結線とΔ結線を切り替える構成にも適用可能である。また、回転機は誘導機でもよいし永久磁石同期機でもよいし巻線型同期機でもよいし、シンクロナスリラクタンス回転機でもよい。また、固定子の巻線方式は集中巻でもよいし分布巻でもよい。また、固定子巻線の相数も、実施例の構成に限定されるものではない。また、インバータ装置の半導体スイッチング素子はＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を対象としているが、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect Transistor）でもよいし、その他の電力用半導体素子でもよい。また、回転機の制御方式として、速度検出器や電圧検出器を使用しないベクトル制御を対象としているが、速度検出器や電圧検出器を使用した制御方式にも適用可能である。
【実施例１】
【００１４】
以下、図１乃至図８を用いて、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例における回転機駆動システムの全体構成を表すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施例における巻線切替装置の説明図である。図３は、インバータ装置によって可変速運転される従来回転機の効率カーブを表す図である。図４は、インバータ装置によって駆動される従来回転機の電流波形図である。図５は、従来の切替接点の構成を表す説明図である。図６は、本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す斜視図である。図７は、本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す一側面図である。図８は、本発明の第１の実施例における切替接点を用いた接続切替方法の説明図である。
【００１５】
本実施例の回転機駆動システム１Ｓの全体構成について、図１を用いて説明する。図１において、インバータ装置１０１は、直流電源１０２の出力による直流電力を交流電力に変換し、交流電力を回転機１０３に出力するインバータ回路１０４と、インバータ回路１０４に接続された回転機１０３に流れる電流を検出する相電流検出回路１０６と、相電流検出回路１０６で検出された相電流情報１０６Ａを基に印加電圧指令パルス信号１０８Ａを用いて、インバータ回路１０４に対するインバータ制御（電力変換制御）を行って、回転機１０３を可変速運転する制御装置１０５で構成されている。
【００１６】
相電流検出回路１０６は，ホールＣＴ（Current  Transformer）等から成り、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電流波形Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出している。ただし、相電流検出回路１０６によって必ずしも３相全ての電流を検出する必要はなく、いずれかの２相を検出し、３相電流が平衡状態であると仮定して他の１相を演算により求める構成でも良い。インバータ回路１０４は、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６とダイオード（還流ダイオード）Ｄ１〜Ｄ６などの複数の半導体スイッチング素子から構成されたインバータ主回路１４１と、インバータ制御部１０８からの印加電圧指令パルス信号１０８Ａに基づいてインバータ主回路１４１のＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６へのゲート信号を発生するゲート・ドライバ１４２から構成されている。
【００１７】
回転機１０３は、例えば、複数の巻線を有する誘導機で構成され、各巻線の結線を切り替えられるように一部の巻線の始端と終端が引き出され、巻線切替装置１２０に格納されている。巻線切替装置１２０は、回転機１０３の巻線の結線を切り替え可能な回路構成を有し、回転機１０３の回転が低速回転域と高速回転域の間を遷移する際に巻線切替指令部１１０から出力される信号に基づいて巻線接続を切り替える。
【００１８】
制御装置１０５は、相電流検出回路１０６で検出された相電流情報１０６Ａを用いて印加電圧指令パルス信号１０８Ａを生成するインバータ制御部１０８と、巻線切替装置１２０に接続切替の信号を与える巻線切替指令部１１０から構成されている。
【００１９】
なお、回転機駆動システム１Ｓは、少なくともインバータ装置１０１、回転機１０３、巻線切替装置１２０を含む構成である。
【００２０】
続いて図２を用いて切替装置の構成を説明するとともに、図３から図８を用いて、従来技術の課題と解決手段、および本発明の目的である巻線切替装置の小型化が実現できる原理について説明する。
【００２１】
図２（ａ）は回転機１０３の固定子のＵ相巻線１５０ｕに関して、２つのＵ相巻線１５０ｕ１、１５０ｕ２の始端（端子）Ｕ１、Ｕ２と終端（端子）Ｕ３、Ｕ４を引き出し、直列・並列を切り替える構成を模式的に示した図である。Ｖ相、Ｗ相については同様のため記載を省略した。図２（ａ）のＵ相巻線１５０ｕの始端Ｕ１と始端Ｕ２、終端Ｕ３と終端Ｕ４をそれぞれ短絡線１３０ｕ２で並列接続し、Ｖ相、Ｗ相も同様に並列接続し、３相の中性点１５１をＹ字状に結線した構成を２Ｙ結線と呼ぶ。他方で、図２（ａ）のＵ相巻線１５０ｕ１の終端Ｕ３とＵ相巻線１５０ｕ２の始端Ｕ２を短絡線１３０ｕ１で直列接続し、Ｖ相、Ｗ相も同様に直列接続し、３相の中性点１５１をＹ字状に結線した構成を１Ｙ結線と呼ぶ。以下、短絡線１３０ｕ１および短絡線１３０ｕ２を、短絡線１３０と総称する。
【００２２】
ここで、短絡線１３０は可とう性のあるケーブルで構成してもよいし金属板からなるブスバーなどで構成してもよいが、後述するように、巻線の始端Ｕ１、Ｕ２、終端Ｕ３、Ｕ４との接触部は剛性を有する金属体で構成されることが望ましい。図２（ａ）に示すように、並列接続（３相で見ると２Ｙ結線）の合成インダクタンスがＬ／２であるのに対して直列接続（３相で見ると１Ｙ結線）の合成インダクタンスが２Ｌであり、インダクタンスが４倍となる。したがって、直列接続とすることで、インバータ装置１０１から回転機１０３へ供給される電流の高調波成分は大幅に低減される。
【００２３】
従来回転機では回転範囲を拡大するためにインダクタンスが小さくなるように設計されるため、電流の高調波成分が大きくなり、図２（ｂ）および図３の曲線（ａ）−１で示すように特に回転数Ｎについての低速回転域において効率ηが低くなる課題があった。この要因の一つとして、従来回転機では回転範囲を拡大するためにインダクタンスが小さくなるように設計されていることが挙げられる。インダクタンスが小さい従来回転機においては、電気角ωｅを横軸とし電流Ｉを縦軸とする図４のグラフ（ｂ）−１で示すように、回転機に供給される略正弦波状の電流波形に対して、インバータ装置のスイッチング周波数に応じた高調波成分が重畳される。このため、回転機のコアに発生する鉄損の高調波成分や、固定子巻線の表皮効果および近接効果によって発生する交流銅損などが大きくなり、結果として回転機の効率低下を招く。
【００２４】
これに対して、回転機を設計段階で高インダクタンス化することで、図４のグラフ（ｂ）−２で示すように、電流値そのものを低減できるとともに高調波成分を低減できることが知られている。これによって、図３の曲線（ａ）−２に示すように、低速回転域での効率向上を実現することが可能となるが、一方で高速回転域の効率が低下するほか、高速回転域まで駆動できず回転子が脱調してしまう問題がある。
【００２５】
このような問題に対して、巻線切替装置１２０を用いて低速回転域では直列接続（３相で見ると１Ｙ結線）とし、高速回転域では並列接続（３相で見ると２Ｙ結線）とすることで、要求される幅広い回転範囲での駆動を可能としつつ、幅広い回転範囲で効率カーブを向上でき、回転機１０３の電力損失を低減することが可能となる。また、低速回転域においては直列接続により回転機１０３が高インダクタンス化されるので、インバータ装置１０１から供給する電流値そのものを低減でき、インバータ装置１０１の電力損失を大幅に低減することが可能となる。ただし、従来技術においては、大電流を流すために切替接点の押し付け力をバネ機構等で維持する必要があり、巻線切替装置１２０が大型化する課題があった。また、切替接点の特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等が発生し接点寿命の低下を招く課題があった。この課題について、図５を用いて以下に詳しく説明する。
【００２６】
図５は、従来の切替接点の構成を表す説明図である。図２に示した固定子のＵ相巻線１５０ｕの始端Ｕ１は、端子接続部１２０６を介して切替接点１２０１に接続される。この構成により、切替接点１２０１と図２に示した始端Ｕ１は一体となるので、図５ではこの構成全体を始端Ｕ１として定義している。切替接点１２０１の導通面１２０１ａは短絡線１３０によって他の巻線の端子と接続される。導通面１２０１ａと短絡線１３０との接触面には接触抵抗が生じるため、大電流を流し続けると接触抵抗による発熱が問題となる。したがって、接触抵抗は極力小さくすることが望ましく、これを実現するためにバネ１２０２によって導通面１２０１ａを短絡線１３０に押し付ける力を発生させる。先の説明で短絡線１３０の接触部に剛性を持たせた方が良いと述べた理由は、この押し付け力を確保するためである。切替接点１２０１は導通面１２０１ａの面に対して逆向きに凸形状部を有しており、バネ１２０２を挟むようにして、凹形状部を有する筐体１２０４に格納される。切替接点１２０１と筐体１２０４の間には、バネ１２０２の伸縮動作に対応した可動代１２０３が設けられている。従来の切替接点は以上のような構成であるが、この構成には次のような課題がある。
【００２７】
（課題１）切替接点１２０１、筐体１２０４、バネ１２０２が各々の端子で必要となるため、部品点数の増加、および組立コストの増加を招く。
（課題２）また、巻線切替装置１２０が大型化する。
（課題３）大電流を流すために接触面積を大きくする必要あるが、バネ１２０２は切替接点１２０１の外周部にしか当っていないため、導通面１２０１ａ全体に渡って面圧を均一化することが困難である。このため、導通面１２０１ａの特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等が発生し切替接点１２０１の寿命低下を招く。
（課題４）切替接点１２０１の凸形状部と筐体１２０４の凹形状部の嵌め合い部におけるクリアランス公差の大小によって、上記（３）の問題がさらに発生しやすくなる。具体的に、クリアランスが大きいと切替接点１２０１の姿勢維持ができず、導通面１２０１ａ全体に渡って面圧を均一化することが一層困難となる。一方で、クリアランスが小さいと、バネ１２０２の繰り返し伸縮に伴い嵌め合い部で擦れやカジリを起こしやすく、導通面１２０１ａの面圧を確保できなくなる。このため、クリアランス公差を高精度に管理する必要があり、加工コストの増加を招く。
（課題５）端子接続部１２０６はバネ１２０２の伸縮動作に伴い動くので、長期使用時に端子接続部１２０６の固定ネジの緩み等が発生するリスクがあり、信頼性の低下を招く。
【００２８】
これらの課題は、図６および図７に示すような切替接点の構成を採用することで解決することができる。具体的な解決方法と、本発明の目的である巻線切替装置の小型化が実現できる原理について以下に詳しく説明する。
【００２９】
図６は、本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す斜視図である。図７は、本発明の第１の実施例における切替接点の構成を表す一側面図である。以下では、図６および図７に示すように、切替接点２０１の幅手方向をＸ軸とし、長手方向をＹ軸として正負の方向を定義した正系のＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いて、本発明の第１の実施例における切替接点の構成を説明する。図７は、本発明の第１の実施例における切替接点を図６に示すＹ軸の正方向に見た一つの側面を表す。なお、幅手方向及び長手方向、ならびにＸＹＺ座標系によって、切替接点２０１の形状や向きが限定されるものではない。
【００３０】
固定子のＵ相巻線１５０ｕの始端Ｕ１（図２参照）は、端子接続部２０６を介して筐体２０４に接続される。筐体２０４は、導電性を有する素材（例えば金属等）で形成されているとするが、これに限られるものではない。筐体２０４のＸ軸方向の両端には切替接点２０１を格納する格納溝２０７が設けられている。後述するように、格納溝２０７のＸ軸方向の幅Ｗ（図７参照）のクリアランスは、切替接点２０１を格納できるＸ軸方向の幅が確保できていれば、切替接点２０１の幅以上に大きくしてもよい。
【００３１】
切替接点２０１は、筐体２０４に対してＺ軸の正方向に凸形状で、かつ複数列から成る多面接触子２０５を有しており、多面接触子２０５の導通面２０５ａは短絡線１３０（図２参照）によって他の巻線の端子と接続される。多面接触子は、電流集電子ともいう。多面接触子２０５は、図６および図７に示すような凸形状で構成されることにより、各々の列がＺ軸方向のスプリング特性を有する。このため、従来技術で必要だったバネ１２０２が不要となり、部品点数の削減および組立てコストの低減が可能となる（上記（課題１）を解決）。
【００３２】
なお、図７では、多面接触子２０５の導通面２０５ａは、筐体２０４のＺ軸の正方向の上面２０４Ｓに対して突出する高さとしているが、これに限られず、短絡線１３０の接触部と接触が確保できればどのような高さであってもよい。
【００３３】
また、バネ１２０２がなくなることで可動代１２０３が不要となり、構成がシンプルになるため、巻線切替装置１２０の小型化が可能となる（上記（課題２）を解決）。
【００３４】
また、導通面２０５ａを複数列に分割することで、各々の導通面２０５ａの接触面積が小さくなるので、接触面圧の均一化が可能となる。加えて、導通面２０５ａの数を増やすことで、大電流を流すために必要な接触面積を確保することが可能となる。これによって、導通面２０５ａの特定箇所に電流集中やスパーク、アーク等が発生しなくなり、切替接点２０１の長寿命化が可能となる（上記（課題３）を解決）。
【００３５】
また、切替接点２０１の導通面２０５ａが短絡線１３０の接触部に押し付けられた状態において、切替接点２０１のもう一方の導通面２０５ｂは、多面接触子２０５のスプリング特性が生み出す反力によって、筐体２０４に押し付けられる。したがって、導通面２０５ｂと筐体２０４の間の接触面圧が均一かつ十分に確保されるため、導通面２０５ｂと筐体２０４の間の接触抵抗を極めて小さくすることができる。先の説明で格納溝２０７のクリアランスが大きくてもよいと述べた理由は、上述した構成原理に従って導通面２０５ｂと筐体２０４の面圧を常に確保できるためである。これによって、筐体２０４の格納溝２０７のクリアランスを高精度に管理する必要がなくなり、加工コストの低減が可能となる（上記（課題４）を解決）。
【００３６】
また、端子接続部２０６は筐体２０４に設けられており、筐体２０４は、従来の切替接点１２０１がバネ１２０２の伸縮動作に伴い動くこととは異なり、このような動きがなく固定されているので、長期使用時に端子接続部２０６の固定ネジの緩み等が発生するリスクがなくなり、信頼性を向上できる（上記（課題５）を解決）。
【００３７】
なお、通電電流が小さい場合、導通面２０５ａは必ずしも複数列とする必要は無く、１列でも良い。また、導通面２０５ａは、図６のように複数列のうち少なくとも１つの列の横幅を広くして構成しても良いし、いずれも同程度の幅としても良い。また、切替接点２０１と筐体２０４は電気的に導通するように構成されていればよく、格納溝２０７によって固定する方法以外にも、溶接や接着等で固定しても良いし、一体で成形しても良い。
【００３８】
以上にて、従来技術の課題と解決手段、および本発明の目的である巻線切替装置の小型化が実現できる原理について説明した。図６および図７では始端Ｕ１を対象として説明したが、始端Ｕ２、終端Ｕ３、Ｕ４に対しても同様の構成とする。
【００３９】
図６および図７の構成を始端Ｕ１、Ｕ２、終端Ｕ３、Ｕ４それぞれに採用したときの回路構成を改めて図８に示す。図８（ａ）は並列接続（３相で見ると２Ｙ結線）、図８（ｂ）は直列接続（３相で見ると１Ｙ結線）である。図８において、多面接触子２０５は短絡線１３０と接触している。短絡線１３０ｕ１との接触と、短絡線１３０ｕ２との接触とを切り替えるため、多面接触子２０５は短絡線格納部１４０の面上をＸ軸方向に摺動する。短絡線１３０は導体で構成され、短絡線格納部１４０は複数の短絡線１３０の絶縁が確保できるのであればどのような材質でもよい。短絡線１３０と短絡線格納部１４０とをプリント基板を用いて一体で構成してもよい。始端Ｕ１、Ｕ２、終端Ｕ３、Ｕ４は互いに絶縁が確保できるのであればどのように保持してもよいが、巻線切替装置１２０を小型化する点では、端子のうち少なくとも２つは絶縁物で機械的に連結されて互いに固定されていることが望ましいが、機械的固定に限られるものではない。図８の並列接続と直列接続の切替は、短絡線格納部１４０を固定して始端Ｕ１、Ｕ２、終端Ｕ３、Ｕ４を移動させても良いし、逆に始端Ｕ１、Ｕ２および終端Ｕ３、Ｕ４を固定して短絡線格納部１４０を移動させても良い。端子接続部２０６の固定ネジの緩みを回避する点では、短絡線格納部１４０を移動させることが望ましい。
【実施例２】
【００４０】
図９は、本発明の第２の実施例における回転機駆動システム２Ｓの全体構成を表すブロック図である。図１との違いは、制御装置１０５ｂが、インバータ制御部１０８と巻線切替指令部１１０に加えて、異常アラート出力部１０９から構成されている点である。異常アラート出力部１０９は、相電流検出回路１０６で検出された相電流情報１０６Ａを基に回転機３の駆動電流をモニタし、切替接点２０１および多面接触子２０５の異常アラートを出力する検知回路である。具体的に、多面接触子２０５のうち少なくとも１つの面が損傷・破損した場合や、切替動作の不具合等により接触面積が十分に確保できていない場合は、切替接点２０１の接触抵抗が変化するため、モータの電流波形Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが正常時とは異なる挙動を示す。この電流変化情報を基にして、異常アラート出力部１０９は異常アラートを出力する。
【００４１】
従来技術では、構成原理的に切替接点の接触面圧を一定に維持することが困難であった。このため、接触抵抗を一定に維持することが難しく、正常時と異常時の抵抗変化を明確に切り分けることができなかった。これに対して本発明では、多面接触子２０５それぞれの接触面圧を一定に維持することが可能となるため、接触面積の大きさを用いて正常時の接触抵抗を定量化できる。これによって、多面接触子２０５のうち少なくとも１つが破損・損傷した場合や、切替動作の不具合等により接触面積が十分に確保できていない場合は、正常時と比較して接触抵抗に明確な差異が生じるため、電流変化情報を基にした異常検知が可能となる。
【００４２】
なお、異常検知後は、破損・損傷していない多面接触子２０５を少なくとも１つ用いて、回転機１０３を駆動することが可能である。鉄道や自動車、建機などの車両においては、フェール時においても自走可能であることが望ましく、本発明の構成とすることでこの要求を満足することが可能となる。
【実施例３】
【００４３】
図１０を用いて本発明の第３の実施例について説明する。図１０は、本発明の第３の実施例における鉄道車両５００に用いた回転機駆動システムの構成図である。
【００４４】
鉄道車両５００の駆動装置は、架線２から集電装置５を介して電力が供給され、電力変換装置１を経由して交流電力が回転機１０３に供給されることで回転機１０３を駆動する。回転機１０３は鉄道車両５００の車軸４と連結されており、回転機１０３により鉄道車両の走行が制御される。電気的なグランドはレール３を介して接続されている。ここで、架線２の電圧は直流および交流のどちらでもよい。
【００４５】
本実施例によれば、第１または第２の実施例の回転機駆動システムを鉄道車両システムに搭載することで、鉄道車両の回転機駆動システムを高効率に運転することが可能となる。また、同様の効果は、自動車や建機などの車両においても得ることができる。
【００４６】
鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システム１Ｓまたは２Ｓは、１つのインバータ装置１０１と１つの回転機１０３とを組合せて駆動される１Ｃ１Ｍの構成である。あるいは鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システム１Ｓまたは２Ｓは、１つのインバータ装置１０１と少なくとも２つの回転機１０３とを組合せて駆動される１ＣｎＭ（ｎ=２、３、４・・・）の構成である。そして、鉄道や自動車、建機などの車両が備える回転機駆動システム１Ｓまたは２Ｓは、少なくとも２群以上のインバータ装置１０１と回転機１０３との組合せで構成される。
【００４７】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。例えば、上述の実施例で例示した構成および処理は、実装形態や処理効率に応じて適宜統合または分離させてもよい。また、例えば、上述の実施例および変形例は、矛盾しない範囲で、その一部または全部を組合せてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１Ｓ、２Ｓ：回転機駆動システム
１：電力変換装置
２：架線
３：レール
４：車軸
１０１：インバータ装置
１０２：直流電源
１０３：回転機
１０４：インバータ回路
１０５、１０５ｂ：制御装置
１０６：相電流検出回路
１０８：インバータ制御部
１０９：異常アラート出力部
１１０：巻線切替指令部
１２０：巻線切替装置
１３０、１３０ｕ１、１３０ｕ２：短絡線
１４０：短絡線格納部
１４１：インバータ主回路
１４２：ゲート・ドライバ
２０１：切替接点
２０４：筐体
２０５：多面接触子
２０５ａ、２０５ｂ：導通面
２０６：端子接続部
２０７：格納溝
【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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