(57)【要約】【課題】巻線の結線状態を切替える際のショックを低減することができるとともに、サージ電流の抑制を可能とする。【解決手段】電動機１の巻線をスター結線とデルタ結線とに切替え可能とし、電動機の始動時には巻線をスター結線とし、所定の回転数に達した電動機の定常運転時には巻線を前記デルタ結線に切替える切替えスイッチＳＷD，ＳＷYを備えた電動機の巻線切替え装置であり、切替えスイッチ切替えスイッチＳＷD，ＳＷYを、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチ６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃで構成した。【選択図】図１
2011087399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の巻線をスター結線とデルタ結線とに切替え可能とし、前記電動機の始動時には前記巻線を前記スター結線とし、所定の回転数に達した前記電動機の定常運転時には前記巻線を前記デルタ結線に切替える切替えスイッチを備えた電動機の巻線切替え装置において、
前記切替えスイッチは、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチであることを特徴とする電動機の巻線切替え装置。
【請求項２】
電動機の巻線をスター結線とし、このスター結線を構成する各相の巻線を直列に接続した複数の分割巻線で構成し、前記電動機の始動時には前記複数の分割巻線の全てに電流が流れる第１のスター結線とし、所定の回転数に達した前記電動機の定常運転時には前記複数の分割巻線の一部に電流が流れる第２のスター結線に切替える切替えスイッチを備えた電動機の巻線切替え装置において、
前記切替えスイッチは、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチであることを特徴とする電動機の巻線切替え装置。
【請求項３】
電動機の多極を形成する複数の巻線と、前記電動機の始動時には前記複数の巻線を直列接続に切替え、前記所定の回転数に達した前記電動機の定常運転時には前記複数の巻線を並列接続に切替える切替えスイッチとを備えた電動機の巻線切替え装置において、
前記切替えスイッチは、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチであることを特徴とする電動機の巻線切替え装置。
【請求項４】
前記切替えスイッチは、前記電動機と電源の間に接続した少なくとも二種類の切替えスイッチであり、これら切替えスイッチのオン・オフ状態を関連的に切換えることで前記巻線の結線状態が切替わることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動機の巻線切替え装置。
【請求項５】
逆阻止半導体スイッチは、逆阻止型ＩＧＢＴの逆並列接続回路であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動機の巻線切替え装置。
【請求項６】
前記切替えスイッチを切替える際に、逆阻止半導体スイッチに対してサージ電流を抑制する電流制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電動機の巻線切替え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、電動機の巻線切替え装置に関し、詳細には、電動機の始動時から定常運転時にかけて電動機の巻線の結線状態を切替える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の回転速度の上昇に伴い負荷が増加する例えばファン、ポンプ等の流体機器に使用する電動機は、定常運転時と比較して始動時には大きなトルクを必要とするので、大きな電流（始動電流）で始動する。このため、電源容量が大きい電動機は、始動時から高い電源電圧を印加して全電圧始動を行なう。
一方、電源容量が小さい電動機は、全電圧始動を行なうと電源及び電動機の間に接続されている回路遮断器（ブレーカー）がトリップして電動機が停止するおそれがあるので、始動電流を抑制して回路遮断器のトリップを回避するようにしている。
【０００３】
電動機の始動電流を抑制する方法としては、始動時と定常運転時とで電動機の巻線の結線状態を切替える方法があり、具体的な装置として、巻線をスター結線からデルタ結線に切替える第１の従来装置（例えば特許文献１参照）、巻線を第１のスター結線から第２のスター結線に切替える第２の従来装置（例えば特許文献１参照）、巻線を直列接続から並列接続に切替える第３の従来装置（例えば特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
第１の従来装置は、三相誘導電動機１が、図７に示すＹ−Δ切替可能な巻線を備えており、図８に示すように、三相誘導電動機１と三相交流電源２との間に、巻線３ａ，３ｂ，３ｃの結線状態を切替える第１スイッチＭＣD及び第２スイッチＭＣYが接続されている。三相誘導電動機１の始動時には、第１スイッチＭＣDを開状態とし、第２スイッチＭＣYを閉状態とすることで、巻線３ａ，３ｂ，３ｃをスター結線状態として各巻線に印加される電圧を１／√３とし、始動電流を１／３に抑制する。そして、三相誘導電動機１の定常運転時（始動後定格速度の７０〜９０％）には、第１スイッチＭＣDを閉状態とし、第２スイッチＭＣYを開状態とすることで、巻線３ａ，３ｂ，３ｃをデルタ結線状態として各巻線に印加される電圧を上昇させ、三相誘導電動機１を全電圧運転させる。
【０００５】
第２の従来装置は、三相誘導電動機１が、図９に示す巻き数を変化可能なスター結線の巻線を備えている。このスター結線の捲線は、Ｎを中性点とし、直列に接続した分割巻線３ａ１，３ａ２と、直列に接続した分割巻線３ｂ１，３ｂ２と、直列に接続した分割巻線３ｃ１，３ｃ２とがスター結線状態に接続されている。図１０に示すように、三相誘導電動機１と三相交流電源２との間に、巻線の結線状態を切替える第１スイッチＭＣH及び第２スイッチＭＣLが接続されており、三相誘導電動機１の始動時には、第１スイッチＭＣHを開状態とし、第２スイッチＭＣLを閉状態とすることで、分割巻線３ａ１，３ａ２、分割巻線３ｂ１，３ｂ２及び分割巻線３ｃ１，３ｃ２を第１のスター結線状態として電流を流し、印加される電圧を減少させることで始動電流を抑制する。そして、三相誘導電動機１の定常運転時には、第１スイッチＭＣHを閉状態とし、第２スイッチＭＣLを開状態とすることで、分割巻線３ａ２、３ｂ２及び３ｃ２を第２のスター結線状態として電流を流し、印加される電圧を上昇させることで三相誘導電動機１を全電圧運転させる。
【０００６】
また、図１１に示す第３の従来装置は、単相誘導電動機（不図示）の１相分の巻線回路図を示すものであり、多極を形成する巻線４ａ，４ｂと、これら巻線４ａ，４ｂを直列接続、並列接続に切替える第１スイッチＭＣP1、第２スイッチＭＣP2、第３スイッチＭＣSとを備えている。そして、単相誘導電動機の始動時には、第３スイッチＭＣSを閉状態、第１スイッチＭＣP1及び第２スイッチＭＣP2を開状態とすることで巻線４ａ，４ｂを直列接続し、巻線４ａ，４ｂに印加される電圧を減少させ、始動電流を抑制する。そして、単相誘導電動機の定常運転時には、第１スイッチＭＣP1及び第２スイッチＭＣP2を閉状態とし、第３スイッチＭＣSを開状態とすることで巻線４ａ，４ｂを並列接続し、巻線４ａ，４ｂに印加される電圧を上昇させ、単相誘導電動機を全電圧運転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２９６３５０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３０１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した第１及び第２の従来装置の巻線の結線状態を切替えるスイッチは、機械的接点を有するコンタクタが使用され、第３の従来装置の巻線を直列から並列に切替えるスイッチも、機械的接点を有するリレーが使用されている。このような機械的接点を有するコンタクタやリレーは、巻線の結線状態を切替える際のショックが大きいので、用途が限定されてしまい汎用化することができないという問題がある。
【０００９】
また、前述した第１の従来装置は、始動電流を抑制しても、スター結線状態からデルタ結線状態に切り替わる際に回路遮断器がトリップして三相誘導電動機１が停止するおそれがある。すなわち、図１２に示すように、三相誘導電動機１は、始動時に第１スイッチＭＣDを開状態、第２スイッチＭＣYを閉状態として、巻線３ａ，３ｂ，３ｃをスター結線状態として３３％程度の始動電流で始動する。そして、始動後回転速度が増加して、デルタ結線状態への切替えのために第２スイッチＭＣYを開状態としてスター結線を開放すると、始動電流はＡ点からＢ点に移行して三相誘導電動機１への印加電圧が「０（ゼロ）」になる。これにより、三相誘導電動機１は、フリーランで回転速度が減少しながら発電状態となり、Ｂ点からＣ点に移行する。そして、Ｃ点で第１スイッチＭＣDが閉状態とされて巻線３ａ，３ｂ，３ｃがデルタ結線状態に切り替わると、三相交流電源２から瞬時に印加された位相のずれた電圧が重なり、全電圧始動時の電流より大きなＤ点のサージ電流が発生し、このサージ電流が回路遮断器に流れ、回路遮断器がトリップしてしまうのである。
【００１０】
このように、第１の従来装置は、Ａ点のスター結線状態の開放からＣ点のデルタ結線状態に切替える機械的接点式の第１スイッチＭＣD及び第２スイッチＭＣYの動作時間が長くなることによって、回路遮断器をトリップさせるサージ電流が発生するのである。なお、第２及び第３の従来装置も、機械的接点式のスイッチを備えているので、巻線の結線状態を切替える際に、回路遮断器をトリップさせてしまうサージ電流が発生しやすい。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、巻線の結線状態を切替える際のショックを低減することができるとともに、結線状態の切替え時のサージ電流の抑制を可能することができる電動機の巻線切替え装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、電動機の巻線をスター結線とデルタ結線とに切替え可能とし、前記電動機の始動時には前記巻線を前記スター結線とし、所定の回転速度に達した前記電動機の定常運転時には前記巻線を前記デルタ結線に切替える切替えスイッチを備えた電動機の巻線切替え装置において、前記切替えスイッチを、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチとした。
【００１２】
この発明によると、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替え装置と比較して、巻線の結線状態をスター結線からデルタ結線に切替える際のショックを抑制して用途を汎用化することができる。また、逆阻止半導体スイッチのスイッチング時にＰＷＭ信号のように高速でオン・オフする駆動信号を使用することができ、巻線に印加される電圧を調整することができ、サージ電流の発生を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、電動機の巻線をスター結線とし、このスター結線を構成する各相の巻線を直列に接続した複数の分割巻線で構成し、前記電動機の始動時には前記複数の分割巻線の全てに電流が流れる第１のスター結線とし、所定の回転速度に達した前記電動機の定常運転時には前記複数の分割巻線の一部に電流が流れる第２のスター結線に切替える切替えスイッチを備えた電動機の巻線切替え装置において、前記切替えスイッチを、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチとした。
【００１４】
この発明によると、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替え装置と比較して、巻線の結線状態を第１のスター結線から第２のスター結線に切替える際のショックを小さくすることができるので用途を汎用化することができる。また、逆阻止半導体スイッチのスイッチング時にＰＷＭ信号のように高速でオン・オフする駆動信号を使用することができ、巻線に印加される電圧を調整することができ、サージ電流の発生を抑制することが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、電動機の多極を形成する複数の巻線と、前記電動機の始動時には前記複数の巻線を直列接続に切替え、前記所定の回転速度に達した前記電動機の定常運転時には前記複数の巻線を並列接続に切替える切替えスイッチとを備えた電動機の巻線切替え装置において、前記切替えスイッチを、順逆両方向の耐圧を有する逆阻止半導体スイッチとした。
【００１６】
この発明によると、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替え装置と比較して、電動機の多極を形成する複数の巻線の直列接続、並列接続する際のショックを小さくすることができるので用途を拡大することができる。また、逆阻止半導体スイッチのスイッチング時にＰＷＭ信号のように高速でオン・オフする駆動信号を使用することができ、巻線に印加される電圧を調整することができ、サージ電流の発生を抑制することが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、前記切替えスイッチは、前記電動機と電源の間に接続した少なくとも二種類の切替えスイッチであり、これら切替えスイッチのオン・オフ状態を関連的に切換えることで前記巻線の結線状態が切替わるようにした。
この発明によると、機械的接点を有する従来の切替え装置と比較して、切替えスイッチのオン・オフ状態が瞬時に切換わるのでサージ電流の発生を抑制することができ、介挿した回路遮断器がサージ電流によりトリップするおそれがない。
【００１８】
さらに、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、逆阻止半導体スイッチが、逆阻止型ＩＧＢＴの逆並列接続回路である。
この発明によると、例えば順方向、或いは逆方向に耐圧を担うダイオードを備えた逆阻止半導体スイッチと比較して簡便な回路構成となるので、コストダウンを図った逆阻止半導体スイッチを提供することができる。
【００１９】
さらにまた、本発明に係る電動機の巻線切替え装置は、前記切替えスイッチを切替える際に、逆阻止半導体スイッチに対してサージ電流を抑制する電流制御を行うようにしたことを特徴としている。
この発明によると、切替えスイッチを切り替える際に、切替えスイッチを構成する逆阻止半導体スイッチを電流制御して、サージ電流を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る電動機の巻線切替え装置によれば、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替え装置と比較して、巻線の結線状態が切替わる際のショックを小さくすることができるので用途を汎用化することができる。また、結線状態の切替え動作時間の短縮を図るとともに、電流制御が可能であるので、スター結線からデルタ結線への切替時等に発生するサージ電流を抑制することができ、介挿した回路遮断器のトリップ状態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の電動機の巻線切替え装置を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態におけるスイッチ制御部のスイッチ切替処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態の変形例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の電動機の巻線切替え装置を示す回路図である。
【図５】本発明を同期電動機の巻線切替え装置に適用した場合を示す回路図である。
【図６】本発明に係る第３実施形態の電動機の巻線切替え装置を示す回路図である。
【図７】従来の電動機の巻線のスター結線とデルタ結線とが可能な巻線を示す図である。
【図８】従来の電動機の巻線のスター結線とデルタ結線との切替え装置を示す回路図である。
【図９】従来の電動機の巻線のスター結線と巻き数の異なるスター結線とが可能な巻線を示す図である。
【図１０】従来の電動機の巻線のスター結線と巻き数が異なるスター結線との切替え装置を示す回路図である。
【図１１】従来の電動機の直列巻線接続・並列巻線接続の切替え装置を示す回路図である。
【図１２】従来の巻線切替え装置においてサージ電流が発生する原因を説明したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る第１実施形態の電動機の巻線切替え装置を示すものである。図７及び図８に示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明は省略する。
この第１の実施形態は、本発明を電動機始動時より負荷が掛かるファン、ポンプ等の流体機器の商用交流で駆動される三相誘導電動機に適用したものである。
【００２３】
本実施形態は、三相誘導電動機１の巻線３ａのＵ端子が三相交流電源２のＡ相と接続し、巻線３ｂのＶ端子が三相交流電源２のＢ相と接続し、巻線３ｃのＷ端子が三相交流電源２のＣ相と接続している。また、三相誘導電動機１には、各相の巻線３ａ，３ｂ，３ｃをスター結線、或いはデルタ結線に切替える第１切替えスイッチＳＷD及び第２切替えスイッチＳＷYが接続されている。これら第１及び第２切替えスイッチＳＷD、ＳＷYの切替え制御がスイッチ制御部５から供給されるゲート駆動信号によって行われる。
【００２４】
第１切替えスイッチＳＷDは、三相交流電源２のＡ相及び巻線３ａのＵ端子の間の接続点と巻線３ｃのＺ端子との間に介挿されている逆阻止半導体スイッチ６ａと、三相交流電源２のＢ相及び巻線３ｂのＶ端子の間の接続点と巻線３ａのＸ端子との間に介挿されている逆阻止半導体スイッチ６ｂと、三相交流電源２のＣ相及び巻線３ｃのＷ端子の間の接続点と巻線３ｃのＷ端子との間に介挿されている逆阻止半導体スイッチ６ｃとを備えている。これら逆阻止半導体スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃの全てをオン状態とすることにより、三相誘導電動機１の巻線３ａ，３ｂ，３ｃがデルタ結線される。
【００２５】
逆阻止半導体スイッチ６ａは、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）６ａ１、６ａ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。逆阻止半導体スイッチ６ｂも、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ６ｂ１、６ｂ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。さらに、逆阻止半導体スイッチ６ｃも、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ６ｃ１、６ｃ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。
【００２６】
第２切替えスイッチＳＷYは、逆阻止半導体スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃを備えており、これら逆阻止半導体スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃの全てをオン状態とすることにより、巻線３ａのＸ端子、巻線３ｂのＹ端子及び巻線３ｃのＺ端子が互いに接続されて三相誘導電動機１の巻線３ａ，３ｂ，３ｃがスター結線される。
逆阻止半導体スイッチ７ａは、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ７ａ１、７ａ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。逆阻止半導体スイッチ７ｂも、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ７ｂ１、７ｂ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。さらに、逆阻止半導体スイッチ７ｃも、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ７ｃ１、７ｃ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。
【００２７】
スイッチ制御部５は、三相誘導電動機１を作動させる作動スイッチ５ａからの作動信号が入力されるとともに、三相誘導電動機１の回転軸に連結された回転速度検出器８で検出された電動機回転速度Ｎが入力される。そして、スイッチ制御部５は、作動スイッチ５ａの作動信号がオン状態であるときに、電動機回転速度Ｎが低速駆動状態と高速駆動状態を判別する所定速度Ｎｓ以下であるか否かを判定することにより、第１切替えスイッチＳＷD及び第２切替えスイッチＳＷYの各逆阻止型ＩＧＢＴ７ａ１〜ＩＧＢＴ７ｃ２及びＩＧＢＴ８ａ１〜ＩＧＢＴ８ａ２のゲートに供給するゲート駆動信号を切替えるスイッチ切替処理を実行する。
【００２８】
ここで、スイッチ制御部５で実行するスイッチ切替処理は、作動スイッチ５ａから入力される作動信号がオン状態であるときに実行され、図２に示すように、先ず、ステップＳ１で、回転速度検出器３で検出した回転速度Ｖｍ(n)を読込み、次いでステップＳ２に移行して、読込んだ回転速度Ｖｍ(n)が所定回転速度Ｖｍｓ以下であるか否かを判定し、Ｖｍ(n)≦Ｖｍｓであるときには、ステップＳ３に移行する。
【００２９】
このステップＳ３では、デルタ結線状態であることを表すハンチング防止フラグＦｈが“１”にセットされているか否かを判定し、ハンチング防止フラグＦｈが“０”にリセットされているときにはスター結線状態を選択するものと判断してステップＳ４に移行する。
このステップＳ４では、第２切替えスイッチＳＷYの各逆阻止型ＩＧＢＴ７ａ１〜７ｃ２に対してこれらをオン状態とするゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２を出力してから前記ステップＳ１に戻る。
【００３０】
また、前記ステップＳ３の判定結果が、ハンチング防止フラグＦｈが“１”にセットされているときには、前回がデルタ結線であったものと判断して、後述するステップＳ１０に移行する。
一方、前記ステップＳ２の判定結果が、Ｖｍ(n)＞Ｖｍｓであるときには、ステップＳ５に移行して、デルタ結線状態であることを表すハンチング防止フラグＦｈが“１”にセットされているか否かを判定し、Ｆｈ＝“０”であるときには、前回までスター結線状態で、三相誘導電動機１の巻線３ａ〜３ｃをデルタ結線に切替えるタイミングである判断して、ステップＳ６に移行する。
【００３１】
このステップＳ６では、第２切替えスイッチＳＷYの各逆阻止型ＩＧＢＴ７ａ１〜ＩＧＢＴ７ｃ２に対するゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２の出力を停止し、次いで、ステップＳ７に移行して、ハンチング防止フラグＦｈを“１”にセットしてからステップＳ８に移行する。
このステップＳ８では、第１切替えスイッチＳＷDの各逆阻止型ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２に対して電圧を抑制しながらオン状態とするオンデューティ比を所定値に抑制したパルス幅変調信号でなるゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２を出力してからステップＳ９に移行する。
【００３２】
このステップＳ９では、電圧抑制状態の継続時間をプリセットするプリセットタイマをセットし、次いでステップＳ１０に移行して、プリセットタイマがタイムアップしたか否かを判定し、タイマがタイムアップしていないときには直接ステップＳ１２に移行し、タイムアップしたときにはステップＳ１１に移行して、第１切替えスイッチＳＷDに対してオンデューティ比１００％のゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２を出力してからステップＳ１２に移行する。
【００３３】
このステップＳ１２では、三相誘導電動機１を停止させる停止指令が入力されたか否かを判定し、停止指令が入力されていないときには、前記ステップＳ１に戻り、停止指令が入力されたときにはステップＳ１３に移行して、ゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２の出力を停止し、次いでステップＳ１４に移行して、ハンチング防止フラグＦｈを“０”にリセットしてからスイッチ切替処理を終了する。
【００３４】
次に、本実施形態の動作について説明する。
三相誘導電動機１の停止時には、スイッチ制御部５によって、第１切替えスイッチＳＷDの各逆阻止ＩＧＢＴ７ａ１〜７ｃ２と、第２切替えスイッチＳＷYの各逆阻止ＩＧＢＴ８ａ１〜８ｃ２とに対してそれぞれオフ状態とするゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２及びＳＹａ１〜ＳＹｃ２が出力されている。
これによって、第１切替えスイッチＳＷD及び第２切替えスイッチＳＷYがともに開状態となって、三相誘導電動機１の巻線３ａ〜３ｃが非結線状態に制御される。このため、三相交流電源２からの三相電力が三相誘導電動機１の各巻線３ａ〜３ｃに供給されず、三相誘導電動機１が停止状態を継続する。また、スイッチ制御部５の初期化処理でハンチング防止フラグＦｈが“０”にリセットされている。
【００３５】
この状態から、スイッチ制御部５に作動スイッチ５ａからオン状態の作動信号が入力されると、スイッチ制御部５で図２に示すスイッチ切替処理を実行開始する。
この状態では、三相誘導電動機１が停止状態にあり、回転速度検出器６で検出される電動機回転速度Ｖｍ(n)が“０”であるので、ステップＳ１で電動回転速度Ｖｍ(n)を読込んでからステップＳ２に移行して、Ｖｍ(n)が“０”であって所定回転速度Ｖｍｓ未満であるので、ステップＳ３に移行する。このとき、ハンチング防止フラグＦｈは“０”にリセットされた状態を継続するため、ステップＳ３からステップＳ４に移行して、第２切替えスイッチＳＷYの各逆阻止ＩＧＢＴ７ａ１〜ＩＧＢＴ７ｃ２にこれらをオン状態とするオン状態のゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２が出力される。
【００３６】
これによって、第２切替えスイッチＳＷYの逆阻止半導体スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃがオン状態となる。このため、巻線３ａのＸ端子、巻線３ｂのＹ端子及び巻線３ｃのＺ端子が互いに接続されて中性点となり、この中性点に接続する巻線３ａ，３ｂ，３ｃの他端のＵ端子，Ｖ端子，Ｗ端子が三相交流電源２のＡ相、Ｂ相、Ｃ相に接続されてスター結線状態となる。この状態で、三相交流電源２から三相電力を出力することにより、巻線３ａ，３ｂ，３ｃがスター結線状態となることで、各巻線に印加される電圧が１／√３となり、始動電流が１／３に抑制される。この状態で、三相誘導電動機１が始動される。
このように三相誘導電動機１が始動されると、これに応じて回転速度検出器６で検出される電動機回転速度Ｖｍ(n)が“０”から増加し、この電動機回転速度Ｖｍ(n)が所定回転速度Ｖｍｓに達するまでは、第２の切替えスイッチＳＷYへのゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２の出力が継続されて、スター結線状態を継続する。
【００３７】
その後、三相誘導電動機１の電動機回転速度Ｖｍ(n)が増加して、定格速度の７０〜９０％に設定された所定回転速度Ｖｍｓ以上となると、前述した図２のスイッチ切替え処理で、ステップＳ２からステップＳ５に移行する。このとき、ハンチング防止フラグＦｈが“０”にリセットされているので、スター結線からデルタ結線への切替タイミングであると判断してステップＳ６に移行する。
このステップＳ６では、第２切替えスイッチＳＷYに対するゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２の出力を停止し、次いでハンチング防止フラグＦｈを“１”にセットする（ステップＳ７）。
【００３８】
次いで、オンデューティ比を１００％より抑制する電圧抑制値に設定されたパルス幅変調信号でなるゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２を第１切替えスイッチＳＷDの各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２に出力することにより、これら各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２を電圧を抑制したオン状態に制御する（ステップＳ８）。このため、逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２がオン状態に制御されることにより、三相誘導電動機１の巻線３ａ〜３ｃがスター結線状態からデルタ結線状態に瞬時に切り替わる。
【００３９】
このとき、各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２のゲートに供給するゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２のオンデューティ比が１００％より抑制された電圧抑制値に設定されていることにより、電圧を低く抑制するとともに、電流も定格電流より低い電流に制限することができる。このため、デルタ結線となった巻線３ａ〜３ｃに全電圧が瞬時に印加されることを阻止することができ、各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２に流れる電流を制御することができるので、大きなサージ電流が発生することを確実に抑制することができる。このため、三相誘導電動機１に付加されたブレーカがトリップすることを確実に防止することができる。
【００４０】
その後、電圧抑制状態の継続時間を設定するプリセットタイマを所定値にセットする。
このように、巻線３ａ〜３ｃがスター結線からデルタ結線に切り替わる時点で、三相誘導電動機１に印加される電圧が抑制されることにより、回転速度Ｖｍ(n)が所定回転速度Ｖｍｓより低下する場合があるが、この場合には、図２のスイッチ切替処理で、ステップＳ２からステップＳ３に移行し、ハンチング防止フラグＦｈが“１”にセットされているので、ステップＳ１０に移行して、プリセットタイマがタイムアップしたか否かを判定し、プリセットタイマをセットしたばかりであるので、ステップＳ１２に移行する。
【００４１】
このステップＳ１２では、停止指令が入力されているか否かを判定し、停止指令が入力されていないときには、前記ステップＳ１に戻る。このため、第１切替えスイッチＳＷDへのゲート駆動信号の供給が継続されて三相誘導電動機１の回転速度が増加する。
このとき、回転速度Ｖｍ(n)がまだ所定回転速度Ｖｍｓ以下であるときには、再度ステップＳ２からステップＳ３に移行するが、ハンチング防止フラグＦｈが“１”にセットされているので、ステップＳ１０及びＳ１２を経てそのままステップＳ１に戻ることにより、第１切替えスイッチＳＷDへのゲート駆動信号の供給が継続されて三相誘導電動機１の回転速度が増加する。
【００４２】
そして、三相誘導電動機１の回転速度Ｖｍ(n)が増加して、所定回転速度Ｖｍｓを超える状態となると、図２のスイッチ切替処理におけるステップＳ２からステップＳ５を経て直接ステップＳ１０に移行し、オンデューティ比を電圧抑制値に設定したゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２の出力を継続し、電圧抑制状態で三相誘導電動機１を回転駆動する。
その後、プリセットタイマがタイムアップすると、ステップＳ１０からステップＳ１１に移行して、ゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２が１００％のオンデューティ比に設定されて三相誘導電動機１に三相交流電源２からの三相交流電力が１００％供給される状態となり、これに応じて第１切替えスイッチＳＷDの各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２が駆動されて、三相誘導電動機１が定格出力状態に移行する。
【００４３】
しかも、スター結線からデルタ結線に切り替える際に、デルタ結線を維持する第１切替えスイッチＳＷDの各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２に供給するゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２のオンデューティ比を抑制することによって巻線３ａ〜３ｃに印加される電圧を抑制することができるとともに、各逆阻止ＩＧＢＴ６ａ１〜６ｃ２を通過する電流も抑制するので、大きなサージ電流が発生することを確実に防止することができる。このため、三相誘導電動機１と三相交流電源２との間に介装した回路遮断器がサージ電流によりトリップするおそれがなく、三相誘導電動機１を正常に駆動させることができる。
【００４４】
このように、上記図２のスイッチ切替処理によれば、スター結線状態からデルタ結線状態に切り替えた直後の電圧抑制によって三相誘導電動機１の回転速度Ｖｍが低下しても所定値ΔＶのヒステリシスが設けられているので、デルタ結線状態を維持することができ、不用意にスター結線に戻ってハンチングを起こすことを確実に防止することができる。
また、本実施形態によると、巻線３ａ，３ｂ，３ｃをスター結線及びデルタ結線に切替える第１切替えスイッチＳＷD及び第２切替えスイッチＳＷYは、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つ無接点の半導体スイッチであり、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替えスイッチと比較して、巻線の結線状態を切替える際のショックを小さくすることができるので、広範囲の用途に適用することができる。
【００４５】
また、第１切替えスイッチＳＷDを構成する逆阻止半導体スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃ、第２切替えスイッチＳＷYを構成する逆阻止半導体スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃは、各々２つの逆阻止型ＩＧＢＴを逆並列接続した双方向スイッチであり、例えば順方向、或いは逆方向に耐圧を担うダイオードを備えた逆阻止半導体スイッチと比較して、簡便な回路構成となってコストダウンを図った逆阻止半導体スイッチを提供することができる。
【００４６】
また、三相誘導電動機１の定格出力状態で、三相誘導電動機１を停止させるために作動スイッチ５ａをオフ状態とすると、これによってスイッチ制御部５に停止指令が入力されることになり、図２のスイッチ切替処理において、ステップＳ１２からステップＳ１３に移行して、ゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２の出力が停止される。このため、三相誘導電動機１の巻線３ａ〜３ｃに対する三相交流電力の供給が停止されて、三相誘導電動機１の回転速度が低下して、停止状態に移行する。次いで、ステップＳ１４に移行して、ハンチング防止フラグＦｈが“０”にリセットされる。
【００４７】
［第１実施形態の変形例］
次に、図３は、図１で示した第１実施形態の電動機の巻線切替え装置の変形例を示すものである。
本実施形態の電動機の巻線切替え装置は、図１で示した第１実施形態の第２切替えスイッチＳＷYに替えて、第２切替えスイッチＳＷZを備えている。
本実施形態の第２切替えスイッチＳＷZは、逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂを備えており、これら逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂの全てがオン状態となると、巻線３ａのＸ端子、巻線３ｂのＹ端子及び巻線３ｃのＺ端子を接続する。
【００４８】
逆阻止半導体スイッチ８ａは、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ８ａ１、８ａ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。逆阻止半導体スイッチ８ｂも、２つの逆阻止型ＩＧＢＴ８ｂ１、８ｂ２を逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。
スイッチ制御部５は、第２切替えスイッチＳＷZを構成する逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂのゲートに、同時にゲート駆動信号を出力することで逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂをオン状態とする。
【００４９】
次に、本実施形態の動作について説明する。
三相誘導電動機１の始動時には、スイッチ制御部５が、第１切替えスイッチＳＷDをオフ状態に制御し、第２切替えスイッチＳＷZにオン状態に制御することにより、第１切替えスイッチＳＷDの逆阻止半導体スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃがオフ状態となり、第２切替えスイッチＳＷZの逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂがオン状態となる。これにより、巻線３ａのＸ端子、巻線３ｂのＹ端子及び巻線３ｃのＺ端子が互いに接続して中性点となり、この中性点に接続する巻線３ａ，３ｂ，３ｃがスター結線状態となる。巻線３ａ，３ｂ，３ｃがスター結線状態となることで、各巻線に印加される電圧が１／√３となり、始動電流が１／３に抑制される。
【００５０】
また、三相誘導電動機１の始動後に電動機回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｍｓを超える状態となると、前述した第１実施形態と同様に、スイッチ制御部５が、第２切替スイッチＳＷZをオフ状態に制御し、第１切替えスイッチＳＷDに所定期間電圧抑制状態でオン状態に制御する。このため、第１切替えスイッチＳＷDの逆阻止半導体スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃが電圧抑制状態でオン状態となり、第２切替えスイッチＳＷZの逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂがオフ状態となる。
その後、プリセットタイマの所定時間経過後に第１の切替えスイッチＳＷDの逆素子半導体スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃに１００％のオンデューティ比のゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２が供給されて、定格出力状態に移行し、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態は、第１実施形態の第２切替えスイッチＳＷY（逆阻止半導体スイッチ７ａ，７ｂ，７ｃ）と比較して、台数の少ない（２個）の逆阻止半導体スイッチ８ａ，８ｂで第２切替えスイッチＳＷZを構成しているので、さらに簡便な回路構成となってよりコストダウン可能な切替えスイッチを提供することができる。
なお、上記第１の実施形態の変形例においては、Ｘ相に対応する逆素子半導体スイッチを省略した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｙ相又はＺ相に対応する逆素子半導体スイッチを省略するようにしてもよい。
【００５２】
［第２実施形態］
次に、図４は、本発明に係る第２実施形態の電動機の巻線切替え装置を示すものである。図９及び図１０に示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態は、図９に示すように、三相誘導電動機１の分割巻線３ａ１のＵ端子が三相交流電源２のＡ相と接続し、分割巻線３ｂ１のＶ端子が三相交流電源２のＢ相と接続し、分割巻線３ｃ１のＷ端子が三相交流電源２のＣ相と接続している。また、三相誘導電動機１には、三相誘導電動機１の各相の分割巻線３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２を第１のスター結線、或いは第２のスター結線に切替える第１切替えスイッチＳＷH及び第２切替えスイッチＳＷLが接続されているとともに、これら第１及び第２切替えスイッチＳＷH、ＳＷLの切替え制御を行なうスイッチ制御部５が設けられている。
【００５３】
第２切替えスイッチＳＷLは、三相交流電源２のＡ相と分割巻線３ａ１のＵ端子の間に介装されている逆阻止半導体スイッチ１０ａと、三相交流電源２のＢ相と分割巻線３ｂ１のＶ端子の間に介装されている逆阻止半導体スイッチ１０ｂと、三相交流電源２のＣ相と分割巻線３ｃ１のＷ端子の間に接続している逆阻止半導体スイッチ１０ｃとを備えている。
【００５４】
また、第１切替えスイッチＳＷHは、三相交流電源２のＡ相及び逆阻止半導体スイッチ１０ａの間の電流経路とＸ端子とに接続している逆阻止半導体スイッチ９ａと、三相交流電源２のＢ相及び逆阻止半導体スイッチ１０ｂの間の接続点とＹ端子とに接続している逆阻止半導体スイッチ９ｂと、三相交流電源２のＣ相及び逆阻止半導体スイッチ１０ｃの間の接続点とＺ端子とに接続している逆阻止半導体スイッチ９ｃとを備えている。
【００５５】
そして、第１切替えスイッチＳＷHを構成する逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃ、第２切替えスイッチＳＷLを構成する逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの全ては、上述した第１実施形態と同様に、２つの逆阻止型ＩＧＢＴを逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つスイッチである。
【００５６】
スイッチ制御部５は、三相誘導電動機１の始動時には、回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｓｍに達するまでは第１切替えスイッチＳＷHをオフ状態に制御し、第２切替えスイッチＳＷLをオン状態に制御する。そして、三相誘導電動機１の回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｍｓに達した定常運転時には、第２切替えスイッチＳＷLをオフ状態に制御し、第１切替えスイッチＳＷHをオン状態に制御する。ここで、第１切替えスイッチＳＷH及び第２切替えスイッチＳＷLの切り替えは、回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｍｓ以下であるか否かで切り替え、第１切替えスイッチＳＷをオフ状態からオン状態とする場合に、前述した第１の実施形態と同様にゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２のオンデューティ比を１００％より小さい電圧抑制値に制御する。
【００５７】
次に、本実施形態の動作について説明する。
三相誘導電動機１の始動時には、スイッチ制御部５が、第１切替えスイッチＳＷHをオフ状態に制御し、第２切替えスイッチＳＷLをオン状態に制御する。このため、第１切替えスイッチＳＷHの逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃがオフ状態となり、第２切替えスイッチＳＷLの逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃがオン状態となる。これにより、分割巻線３ａ１，３ａ２、分割巻線３ｂ１，３ｂ２及び分割巻線３ｃ１，３ｃ２を接続した状態の第１のスター結線状態として電流を流し、印加される電圧を減少させることで始動電流を抑制する。
【００５８】
一方、三相誘導電動機１の定常運転時には、スイッチ制御部５が、第２切替えスイッチＳＷLをオフ状態に制御し、第１切替えスイッチＳＷHにオン状態し、第２切替えスイッチＳＷLの逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃがオフ状態となり、第１切替えスイッチＳＷHの逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃがオン状態となる。
このとき、第１切替えスイッチＳＷHを構成する逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃは、オン状態とするゲート駆動信号が入力すると瞬時にオン状態となり、第２切替えスイッチＳＷLを構成する逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃも、オフ上板とするゲート駆動信号が入力すると瞬時にオフ状態となる。
【００５９】
これにより、分割巻線３ａ２、３ｂ２及び３ｃ２のみで構成される第２のスター結線状態として電流を流し、印加される電圧を上昇させることで三相誘導電動機１を全電圧運転させる。
したがって、本実施形態によると、分割巻線３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２を第１のスター結線、或いは第２のスター結線に切替える第１切替えスイッチＳＷH及び第２切替えスイッチＳＷLは、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つ無接点の半導体スイッチであり、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替えスイッチと比較して、巻線の結線状態を切替える際のショックを小さくすることができるので、用途を拡大することができる。
【００６０】
また、分割巻線３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２が第１のスター結線から第２のスター結線に切替わる際には、逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃは瞬時にオン状態となり、逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃも瞬時にオフ状態となり、第１切替えスイッチＳＷH及び第２切替えスイッチＳＷLの切替え動作時間が大幅に短縮されるとともに、第１切替えスイッチＳＷHをオン状態に制御する際に、ゲート駆動信号のオンデューティ比を１００％より小さいて電圧抑制値に抑制するので、急激な電圧変化を抑制するとともに、サージ電流の発生を確実に防止することができ、三相誘導電動機１と三相交流電源２との間に介装した回路遮断器がサージ電流によりトリップするおそれがないので、三相誘導電動機１を正常に駆動させることができる。
【００６１】
また、第１切替えスイッチＳＷHを構成する逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃ、第２切替えスイッチＳＷLを構成する逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、各々２つの逆阻止型ＩＧＢＴを逆並列接続した双方向スイッチであり、例えば順方向、或いは逆方向に耐圧を担うダイオードを備えた逆阻止半導体スイッチと比較して、簡便な回路構成となってコストダウンを図った逆阻止半導体スイッチを提供することができる。
さらに、本実施形態の第１切替えスイッチＳＷHを構成する逆阻止半導体スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃ、第２切替えスイッチＳＷLを構成する逆阻止半導体スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、ゲートに出力するオン電圧を制御することにより電流値を変化させることができるので、電流制御が可能な巻線切替え装置とすることができる。
【００６２】
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、三相交流電源２から出力される三相交流電力によって三相誘導電動機１を直接回転駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、鉄道車両やエレベータ等の産業機械を駆動する三相交流電動機とする場合には、図５に示すように、例えば三相交流電源２から出力される三相交流電力をコンバータで構成されるＡＣ−ＤＣ変換器１１に供給して直流電力に変換し、変換された直流電力をインバータで構成されるＤＣ−ＡＣ変換機１２に供給して交流電力に変換して同期電動機１３に供給する構成とし、同期電動機１３の巻線を始動時にスター結線とし、所定回転速度以上でデルタ結線に切替えるようにしてもよい。この場合には、スイッチ制御部５で、スター結線用の第２切替えスイッチＳＷDに供給するゲート駆動信号ＳＤａ１〜ＳＤｃ２を１００％オンデューティ比とするとともに、デルタ結線用の第１切替えスイッチＳＷYに供給するゲート駆動信号ＳＹａ１〜ＳＹｃ２も１００Ｈ％オンデューティ比とし、第２の切替えスイッチＳＷYから第１の切替えスイッチＳＷDに切替える際に、ＤＣ−ＡＣ変換器１２のゲート駆動信号の周波数を通常周波数より小さい周波数に抑制して同期電動機１３の巻線への印加電圧を抑制するとともに、サージ電流を抑制するようにすればよい。
【００６３】
［第３実施形態］
さらに、図６は、本発明に係る第３実施形態の電動機の巻線切替え装置を示すものであり図１１に示した構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態は、単相誘導電動機（不図示）の１相分の巻線回路図を示すものであり、多極を形成する巻線４ａ，４ｂと、これら巻線４ａ，４ｂを直列接続、並列接続に切替える第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2及び第３スイッチＳＷSと、これら第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2、第３スイッチＳＷSを切替え制御するスイッチ制御部５とを備えている。
第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2、第３スイッチＳＷSは、上述した第１及び第２実施形態と同様に、２つの逆阻止型ＩＧＢＴを逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つ逆阻止半導体スイッチである。
【００６４】
スイッチ制御部５は、単相誘導電動機の始動時には、電動機回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｍｓ以下であるときに、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2をオフ状態に制御し、第３スイッチＳＷSにオン状態に制御し、単相誘導電動機の電動機回転速度Ｖｍが所定回転速度Ｖｍｓを超えた定常運転時には、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2をオン状態に制御し、第３スイッチＳＷSをオフ状態に制御する。そして、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2をオン状態に制御する際に、前述した第１の実施形態と同様にゲート駆動信号のオンデューティ比を所定期間１００％より小さい電圧抑制値に抑制し、その後オンデューティ比を１００％に増加させる。
【００６５】
次に、本実施形態の動作について説明する。
単相誘導電動機の始動時には、スイッチ制御部５が、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2にオフ状態とするゲート駆動信号を出力し、第３スイッチＳＷSにオン状態とするゲート駆動信号を出力することで、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2がオフ状態となり、第３スイッチＳＷSがオン状態となることで、巻線４ａ，４ｂが直列に接続し、巻線４ａ，４ｂに印加される電圧を減少させることで始動電流を抑制する。
【００６６】
一方、単相誘導電動機の定常運転時には、スイッチ制御部５が、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2にオン状態とするゲート駆動信号を出力し、第３スイッチＳＷSにオフ状態とするゲート駆動信号を出力することで、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2がオン状態となり、第３スイッチＳＷSがオフ状態となることで、巻線４ａ，４ｂが並列に接続し、巻線４ａ，４ｂに印加される電圧を上昇させることで、単相誘導電動機を全電圧運転させる。
【００６７】
したがって、本実施形態によると、巻線４ａ，４ｂを直列接続、並列接続に切替える第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2及び第３スイッチＳＷSは、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つ無接点の半導体スイッチであり、コンタクタやリレーなどの機械的接点を有する従来の切替えスイッチと比較して、巻線の結線状態を切替える際のショックを小さくすることができるので、広範囲な用途に使用することができる。
【００６８】
また、巻線４ａ，４ｂが直列接続から並列接続に切替わる際には、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2は瞬時にオン状態となり、第３スイッチＳＷSは瞬時にオフ状態となり、第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2及び第３スイッチＳＷSの切替え動作時間が大幅に短縮される。しかも、第１スイッチＳＷＣP1及び第２スイッチＳＷP2をオン状態に制御する際に、前述した第１の実施形態と同様に所定期間ゲート駆動信号のオンデューティ比を１００％より小さい電圧抑制値に設定し、その後１００％オンデューティ比に増加させるので、急激な電圧変化を抑制するとともに大きなサージ電流の発生を防止することができ、単相誘導電動機と単相電源（（不図示））との間に介装した回路遮断器がサージ電流によりトリップするおそれがないので、単相誘導電動機を正常に駆動させることができる。
【００６９】
また、第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2、第３スイッチＳＷSは、各々２つの逆阻止型ＩＧＢＴを逆並列接続した双方向スイッチであり、順逆両方向に電流を流すことができ、順逆両方向に耐圧を持つ逆阻止半導体スイッチであり、例えば順方向、或いは逆方向に耐圧を担うダイオードを備えた逆阻止半導体スイッチと比較して、簡便な回路構成となってコストダウンを図った逆阻止半導体スイッチを提供することができる。
【００７０】
さらに、第１スイッチＳＷP1、第２スイッチＳＷP2、第３スイッチＳＷSは、ゲートに出力するオンデューティ比を制御することにより電流値を変化させることができるので、電流制御が可能な巻線切替え装置とすることができる。
なお、上述した実施形態では、三相誘導電動機１及び単相誘導電動機の巻線切替え装置について説明したが、他の電動機、例えば同期電動機に適用しても、同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…三相誘導電動機（電動機）、２…三相交流電源、３ａ，３ｂ，３ｃ…巻線、３ａ１，３ａ２，３ｂ１，３ｂ２，３ｃ１，３ｃ２…分割巻線、４ａ，４ｂ…巻線、５…スイッチ制御部、６ａ，６ｂ，６ｃ…逆阻止半導体スイッチ、７ａ，７ｂ，７ｃ…逆阻止半導体スイッチ、８ａ，８ｂ…逆阻止半導体スイッチ、９ａ，９ｂ，９ｃ…逆阻止半導体スイッチ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…逆阻止半導体スイッチ、６ａ１，６ａ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、６ｂ１，６ｂ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、６ｃ１，６ｃ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、７ａ１，７ａ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、７ｂ１，７ｂ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、７ｃ１，７ｃ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、８ａ１，８ａ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、８ｂ１，８ｂ２…逆阻止型ＩＧＢＴ、ＳＷD…第１切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷY…第２切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷZ…第２切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷH…第１切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷL…第２切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷＣP1…第１切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷP2…第２切替えスイッチ（切替えスイッチ）、ＳＷS…第２切替えスイッチ（切替えスイッチ）、１１…ＡＣ−ＤＣ変換器、１２…ＤＣ−ＡＣ変換器、１３…同期電動機
【図１】
2011087399.tif 000003
【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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【図１２】
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