(57)【要約】【課題】  半導体スイッチの特長である高速の切替を実現しつつ、問題点である導通損失による効率低下を解決できる巻線切替装置と方法を提供する。【解決手段】  巻線切替部に半導体スイッチと機械的スイッチの両方を備え、切り替えの過渡時には半導体スイッチで切り替え、連続通電時には、機械的スイッチを使う。これにより、半導体スイッチの高速切替動作と、機械的スイッチの低損失の両方の長所を併せ持つことができる。また、インバータの何らかの異常発生時には、巻線切替部をオフにし、電動機巻線を全て開放することで巻線切替装置システムを保護する。【選択図】  図１
2008182783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相の巻線が複数の巻線からなり、前記複数の巻線を互いに連結した連結端子と各相巻線の両端子とをモータ外部に設けた交流電動機と、前記連結端子を適宜切替える巻線切替部と、前記交流電動機に可変周波の可変電圧を供給するインバータと、前記巻線切替部が、前記各相巻線の一端を前記インバータに接続し、他端と前記連結端子とを各相毎に各々３相整流部の交流側入力端子に接続した複数の３相整流部と、前記複数の３相整流部の直流出力側の両端を開閉するように設けた半導体スイッチと、前記半導体スイッチを駆動するドライブ回路と、前記複数の３相整流部の各々の直流出力側の一端に、前記半導体スイッチがオフの時に前記３相整流部から流れる電流がスナバ回路に流れ、前記半導体スイッチがオンの時に、前記スナバ回路から前記半導体スイッチに逆流しない方向に設けられたダイオードを介して前記３相整流部の直流出力側を前記スナバ回路に接続した３相交流電動機の巻線切替装置において、
前記連結端子をそれぞれ開閉できるように３相整流部入力と並列接続した機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）と、
前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を開閉するための駆動信号生成部（１１４）とを備えたことを特徴とする３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項２】
前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）はインバータ部の筐体に内蔵したことを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項３】
前記機械的スイッチは電磁接触端子部をガスで密封したことを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項４】
前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を切替える場合に、オンの場合はまず前記連結端子を開閉する半導体スイッチをオンさせ、ある一定時間の後に前記連結端子を開閉する機械的スイッチをオンさせ、オフの場合はまず前記機械的スイッチをオフさせ、ある一定時間の後に半導体スイッチをオフさせる動作シーケンスを生成する機能を有したことを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項５】
前記駆動信号生成部（１１４）は、３相交流電動機の低速運転をする低速巻線から高速運転をする高速巻線に切り替える際は、半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンし、ある遅れの後に前記半導体スイッチ（ＳＳＷ１）と同一の連結端子に設けた機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフし、３相交流電動機の高速運転をする高速巻線から低速運転をする低速巻線に切り替える際は、通電していた機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオフすると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンし、ある遅れの後に機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフする信号を生成することを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項６】
前記スナバ回路は、抵抗とコンデンサとの並列回路である請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項７】
前記交流電動機を界磁磁石を回転子鉄心内部に埋め込んだ同期電動機としたもの      である請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項８】
前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を低速巻線から高速巻線に切り替える場合、オフしていた低速巻線側の半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンさせ、この時点では半導体スイッチ（ＳＳＷ２）と機械的スイッチ（ＭＳＷ２）が両方ともオンしている状態とし、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオフさせ、一旦半導体スイッチ（ＳＳＷ２）だけで導通している状態とし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフさせると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンさせ、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフすることを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項９】
前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を高速巻線から低速巻線に切り替える場合、オフしていた高速巻線側の半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンさせ、この時点では半導体スイッチ（ＳＳＷ１）と機械的スイッチ（ＭＳＷ１）が両方ともオンしている状態とし、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオフさせ、一旦半導体スイッチ（ＳＳＷ１）だけで導通している状態とし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフさせると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンさせ、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフすることを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項１０】
前記交流電動機が永久磁石形同期電動機の場合に巻線切替装置が異常状態を検出すると直ちに前記連結端子を開閉する前記半導体スイッチ（ＳＳＷ１、ＳＳＷ２）と前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を全て開放することを特徴とする請求項１記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項１１】
前記異常状態はインバータ部主回路のスイッチング素子の上下短絡、地絡故障、商用電源の停電のいずれかである請求項１０記載の３相交流電動機の巻線切替装置。
【請求項１２】
各相の巻線が複数の巻線からなり、前記複数の巻線を互いに連結した連結端子と各相巻線の両端子とをモータ外部に設けた交流電動機と、前記連結端子を適宜切替える巻線切替部と、前記交流電動機に可変周波の可変電圧を供給するインバータと、前記巻線切替部が、前記各相巻線の一端を前記インバータに接続し、他端と前記連結端子とを各相毎に各々３相整流部の交流側入力端子に接続した複数の３相整流部と、前記複数の３相整流部の直流出力側の両端を開閉するように設けた半導体スイッチと、前記半導体スイッチを駆動するドライブ回路と、前記複数の３相整流部の各々の直流出力側の一端に、前記半導体スイッチがオフの時に前記３相整流部から流れる電流がスナバ回路に流れ、前記半導体スイッチがオンの時に、前記スナバ回路から前記半導体スイッチに逆流しない方向に設けられたダイオードを介して前記３相整流部の直流出力側を前記スナバ回路に接続した３相交流電動機の巻線切替装置の巻線切替方法において、
前記連結端子をそれぞれ開閉できるように機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を３相整流部入力と並列接続し、
駆動信号生成部（１１４）から前記前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）へ開閉するための駆動信号を出力することを特徴とする３相交流電動機の巻線切替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相交流電動機の巻線を切替えることによって、速度制御範囲を拡大する３相交流電動機の巻線切替装置に関するものであり、車両駆動、工作機械主軸駆動、サーボ装置を含む産業分野を対象とするものである。  
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動機の半導体を用いた巻線切替の考え方は存在している。従来の技術例として、三相の整流ダイオードブリッジからなる整流部と、整流部によって作られた直流を短絡または開放する半導体スイッチからなるスイッチ部と、スイッチ部のスイッチング動作によって発生するサージエネルギーを吸収するスナバ部からなる電子スイッチがある。（例えば、特許文献１参照）。また、これとは異なり、スイッチ部を交流側に設置して実現しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
図４において、１はインバータ、２は交流電動機、１２は巻線切替部である。交流電動機２の巻線は低速運転用巻線と高速運転用巻線があり、巻線の中間と終端にタップを出し、これを巻線切替部１２に接続する。巻線切替部１２のＳＷ１およびＳＷ２をオンまたはオフすることで、低速運転用巻線と高速運転用巻線の切替が可能になる。
図５において、１はインバータ、２は交流電動機、１２は巻線切替部である。交流電動機２の巻線は低速運転用巻線と高速運転用巻線があり、巻線の中間と終端にタップを出し、インバータ１と交流電動機２の間に双方向半導体スイッチで構成された巻線切替部１２を設ける。巻線切替部の双方向半導体スイッチは、インバータ１および交流電動機２の各相に接続される。高速運転用巻線に接続された３つの双方向半導体スイッチと低速運転用巻線に接続された３つの双方向半導体スイッチをオンまたはオフさせることで、低速運転用巻線と高速運転用巻線の切替が可能になる。
このように、従来の装置は、半導体スイッチを用いて交流電動機の巻線切替を実現するものである。
【特許文献１】特開２００３−１１１４９２号公報（図１）
【特許文献２】特開平２−１０６１９７号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の巻線切替装置は、巻線切替スイッチを半導体素子で構成しており、高速の切替が可能である。しかし、半導体スイッチの導通損失が問題になり、特に大容量化したときの損失による効率低下が問題であった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、半導体スイッチと機械的スイッチを組み合わせることで、半導体スイッチの特長である高速の切替を実現しつつ、問題点である導通損失による効率低下を解決できる巻線切替装置と方法を提供することを目的とする。また巻線切替信号そのものはインバータ主回路に用いるＩＧＢＴの駆動に用いるゲート信号と同じ構成の信号生成手段を用いてゲートドライブ回路の統一化を図る。またインバータ装置に異常を検出した場合でも瞬時に永久磁石形同期電動機が拘束状態となることを防止し負荷機械に悪影響を及ぼさないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
各相の巻線が複数の巻線からなり、前記複数の巻線を互いに連結した連結端子と各相巻線の両端子とをモータ外部に設けた交流電動機と、前記連結端子を適宜切替える巻線切替部と、前記交流電動機に可変周波の可変電圧を供給するインバータと、前記巻線切替部が、前記各相巻線の一端を前記インバータに接続し、他端と前記連結端子とを各相毎に各々３相整流部の交流側入力端子に接続した複数の３相整流部と、前記複数の３相整流部の直流出力側の両端を開閉するように設けた半導体スイッチと、前記半導体スイッチを駆動するドライブ回路と、前記複数の３相整流部の各々の直流出力側の一端に、前記半導体スイッチがオフの時に前記３相整流部から流れる電流がスナバ回路に流れ、前記半導体スイッチがオンの時に、前記スナバ回路から前記半導体スイッチに逆流しない方向に設けられたダイオードを介して前記３相整流部の直流出力側を前記スナバ回路に接続した３相交流電動機の巻線切替装置において、
前記連結端子をそれぞれ開閉できるように３相整流部入力と並列接続した機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）と、
前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を開閉するための駆動信号生成部（１１４）とを備えたことを特徴とするものである。
また請求項１において、前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）はインバータ部の筐体に内蔵したことを特徴とするものである。
また請求項１において、前記機械的スイッチは電磁接触端子部をガスで密封したことを特徴とするものである。
また請求項１において、前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を切替える場合に、オンの場合はまず前記連結端子を開閉する半導体スイッチをオンさせ、ある一定時間の後に前記連結端子を開閉する機械的スイッチをオンさせ、オフの場合はまず前記機械的スイッチをオフさせ、ある一定時間の後に半導体スイッチをオフさせる動作シーケンスを生成する機能を有したことを特徴とするものである。
また請求項１において、前記駆動信号生成部（１１４）は、３相交流電動機の低速運転をする低速巻線から高速運転をする高速巻線に切り替える際は、半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンし、ある遅れの後に前記半導体スイッチ（ＳＳＷ１）と同一の連結端子に設けた機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフし、３相交流電動機の高速運転をする高速巻線から低速運転をする低速巻線に切り替える際は、通電していた機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオフすると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンし、ある遅れの後に機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフする信号を生成することを特徴とするものである。
また請求項１において、前記スナバ回路は、抵抗とコンデンサとの並列回路としたものである。
また請求項１において、前記交流電動機を界磁磁石を回転子鉄心内部に埋め込んだ同期電動機としたものである。
また請求項１において、前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を低速巻線から高速巻線に切り替える場合、オフしていた低速巻線側の半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンさせ、この時点では半導体スイッチ（ＳＳＷ２）と機械的スイッチ（ＭＳＷ２）が両方ともオンしている状態とし、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオフさせ、一旦半導体スイッチ（ＳＳＷ２）だけで導通している状態とし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフさせると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンさせ、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフすることを特徴とするものである。
また請求項１において、前記駆動信号生成部（１１４）は、前記連結端子を高速巻線から低速巻線に切り替える場合、オフしていた高速巻線側の半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオンさせ、この時点では半導体スイッチ（ＳＳＷ１）と機械的スイッチ（ＭＳＷ１）が両方ともオンしている状態とし、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ１）をオフさせ、一旦半導体スイッチ（ＳＳＷ１）だけで導通している状態とし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ１）をオフさせると同時に半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオンさせ、その後機械的スイッチ（ＭＳＷ２）をオンし、その後半導体スイッチ（ＳＳＷ２）をオフすることを特徴とするものである。
また請求項１において、前記交流電動機が永久磁石形同期電動機の場合に巻線切替装置が異常状態を検出すると直ちに前記連結端子を開閉する前記半導体スイッチ（ＳＳＷ１、ＳＳＷ２）と前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を全て開放することを特徴とするものである。
また請求項１０において、前記異常状態はインバータ部主回路のスイッチング素子の上下短絡、地絡故障、商用電源の停電のいずれかであることを特徴とするものである。
また、各相の巻線が複数の巻線からなり、前記複数の巻線を互いに連結した連結端子と各相巻線の両端子とをモータ外部に設けた交流電動機と、前記連結端子を適宜切替える巻線切替部と、前記交流電動機に可変周波の可変電圧を供給するインバータと、前記巻線切替部が、前記各相巻線の一端を前記インバータに接続し、他端と前記連結端子とを各相毎に各々３相整流部の交流側入力端子に接続した複数の３相整流部と、前記複数の３相整流部の直流出力側の両端を開閉するように設けた半導体スイッチと、前記半導体スイッチを駆動するドライブ回路と、前記複数の３相整流部の各々の直流出力側の一端に、前記半導体スイッチがオフの時に前記３相整流部から流れる電流がスナバ回路に流れ、前記半導体スイッチがオンの時に、前記スナバ回路から前記半導体スイッチに逆流しない方向に設けられたダイオードを介して前記３相整流部の直流出力側を前記スナバ回路に接続した３相交流電動機の巻線切替装置の巻線切替方法において、
前記連結端子をそれぞれ開閉できるように機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）を３相整流部入力と並列接続し、
駆動信号生成部（１１４）から前記前記機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）へ開閉するための駆動信号を出力することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、高速運転用巻線と低速運転用巻線を有する交流電動機の巻線切替を、その速度に応じてインバータ内部で設定することができるとともに、切替信号そのものはインバータ主回路に用いるＩＧＢＴの駆動に用いるゲート信号と同じ構成の信号生成手段を用いることができ、回路の統一化を図ることができる。
また、半導体スイッチと機械的スイッチを組み合わせることで、半導体スイッチの特長である高速の切替を実現しつつ、問題点である導通損失による効率低下を解決できる巻線切替装置を具備した３相交流電動機の巻線切替装置を実現できる。
また、交流電動機が同期電動機の場合に、インバータが何らかの不具合によって同期電動機が拘束状態となるような異常状態を、巻線切替部を全て開放することで回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明のインバータ装置で低速運転用巻線と高速運転用巻線を有する交流電動機を駆動する際の構成図である。図において１はインバータ部、２は交流電動機、１２は巻線切替部である。Ｐはインバータ部１の正側入力端子、Ｎは負側入力端子であり、ＰＮ間には直流電源が接続される。交流電動機２の巻線は低速運転用巻線と高速運転用巻線がある。巻線の中間（ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２）と両端に端子（ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１、ＴＵ３、ＴＶ３、ＴＷ３）を出し、中間端子（ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２）と交流電動機の巻線の一端（ＴＵ３、ＴＶ３、ＴＷ３）を巻線切替部１２のそれぞれの三相整流部（３、４）の交流側へ接続する。端子Ｕ１−Ｕ３，Ｖ１−Ｖ３，Ｗ１−Ｗ３間の巻線全てを使う場合が低速運転用巻線となる。一方、端子Ｕ１−Ｕ２，Ｖ１−Ｖ２，Ｗ１−Ｗ２間の巻線だけを使う場合が高速運転用巻線となる。永久磁石形同期電動機の誘起電圧は速度に比例して大きくなるため、高速運転するためには誘起電圧を小さくする必要があるためである。低速運転用巻線の場合は中間端子（ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２）を全て開放すると共に端子（ＴＵ３、ＴＶ３、ＴＷ３）を全て接続しＹ結線を構成する。他方、高速運転用巻線の場合は端子（ＴＵ３、ＴＶ３、ＴＷ３）を全て開放すると共に中間端子（ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２）を全て接続しＹ結線を構成する。
【０００８】
インバータ部１および巻線切替部１２を駆動するための制御回路部１００は、ＣＰＵ１１０、巻線切替信号生成部１１１、ＰＷＭ信号生成部１１２、ゲートドライブ回路１１３、機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２の駆動信号を生成する駆動信号生成部１１４から構成される。機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２は例えば、３相各相を同時に開閉する電磁接触器である。接触端子部の劣化を防止し信頼性を向上させた電磁接触端子部をガスで密封したものを使うこともできる。機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）の構成はインバータ部の筐体に内蔵させ、巻線切替装置全体をより小形に構成できる。
またゲートドライブ回路１１３はインバータ部１の主回路スイッチング素子であるＩＧＢＴと巻線切替部１２の半導体スイッチＳＳＷ１およびＳＳＷ２の駆動信号を生成し、主回路スイッチング素子と巻線切替部１２の半導体スイッチＳＳＷ１およびＳＳＷ２のゲートへ出力する。また機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２の駆動信号を生成する駆動信号生成部１１４は巻線切替部１２の機械的スイッチＭＳＷ１およびＭＳＷ２の駆動信号を生成し、その駆動信号を機械的スイッチＭＳＷ１およびＭＳＷ２へ出力する。
なお、各種用途に応じてインバータ装置の上位制御装置の指令に従って、ＣＰＵ１００は巻線切替信号生成部１１１へ巻線切替信号を出力する。インバータ装置自身がアプリケーションプログラムソフトウェアを備えている場合は上位制御装置を持たずにインバータ装置が交流電動機の位置や速度情報を基にして巻線切替信号生成部１１１へ巻線切替信号を出力する。
【０００９】
本発明が従来技術と異なる部分は巻線切替部１２において、半導体スイッチＳＳＷ１、ＳＳＷ２だけでなく機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２を巻線の中間端子（ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２）と巻線の一端（ＴＵ３、ＴＶ３、ＴＷ３）をそれぞれ直接短絡できるように三相整流部入力と並列接続した部分とこれら機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２を駆動するためのＭＳＷ１、ＭＳＷ２駆動信号生成部１１４を備えた部分である。
巻線切替部１２は、三相整流部（３、４）、三相整流部出力端を開閉する半導体スイッチ（ＳＳＷ１、ＳＳＷ２）、スナバ回路（５、６）、スナバ回路（５、６）から半導体スイッチ（ＳＳＷ１、ＳＳＷ２）への逆流電流防止のためのダイオード（７〜１０）、機械的スイッチ（ＭＳＷ１、ＭＳＷ２）から構成される。スナバ回路（５、６）は、抵抗とコンデンサとの並列回路で構成される。
【００１０】
また、図１は交流電動機の巻線が２分割された状態の場合を示しているが、分割数が増える場合は、それに対応した数の巻線切替部を増設することで対応でき、図１の２分割の構成に限定するものではない。また交流電動機は誘導電動機、永久磁石を用いた同期電動機（回転子鉄心内部に磁石を埋め込んだタイプ、回転子表面に磁石を配置したタイプ）どちらでも本発明は適用できる。
【００１１】
図２は本発明のインバータ装置における、巻線切替動作時のシーケンスを示す。一般に、半導体スイッチ（ＳＳＷ１、ＳＳＷ２）がゲート（ベース）信号を入力して数μｓオーダで動作するのに対し、機械的スイッチでは数ms〜数百msの動作遅れが発生するため、まずオンするべき巻線に対応した半導体スイッチをオンし、ある遅れの後に機械的スイッチをオンする。図の例では、低速巻線から高速巻線に切り替える際、まず時刻ｔ１で半導体スイッチＳＳＷ１をオンし、ある遅れの後に時刻ｔ２でＭＳＷ１をオンする。機械的スイッチＭＳＷ１を時刻ｔ２でオンした後、半導体スイッチＳＳＷ１を時刻ｔ３でオフすることで、半導体スイッチＳＳＷ１で発生する導通損失をなくすことができる。
次に高速巻線から低速巻線に切り替える際、まずこれまで通電していた機械的スイッチＭＳＷ１を時刻ｔ４でオフする。時刻ｔ４で同時に半導体スイッチＳＳＷ２をオンし、ある遅れの後に機械的スイッチＭＳＷ２が時刻ｔ５でオンする。機械的スイッチＭＳＷ２を時刻ｔ５でオンした後、半導体スイッチＳＳＷ２を時刻ｔ６でオフすることで半導体スイッチＳＳＷ２で発生する導通損失をなくすことができる。
【００１２】
図３は本発明のインバータ装置における、巻線切替動作時の別のシーケンスを示す。図２の動作が基本的な動作であるが、機械的スイッチＭＳＷ１およびＭＳＷ２をオフするときの動作遅れを考慮する場合、図３のシーケンスにすることで、機械的スイッチＭＳＷ１およびＭＳＷ２のオフ時の動作遅れの問題を解決できる。図の例では、低速巻線から高速巻線に切り替える際、オフしていた低速巻線側の半導体スイッチＳＳＷ２を時刻ｔ１でオンさせ、この時点（時刻ｔ１）では半導体スイッチＳＳＷ２と機械的スイッチＭＳＷ２が両方ともオンしている状態となる。ここで先に時刻ｔ２で機械的スイッチＭＳＷ２をオフさせ、一旦半導体スイッチＳＳＷ２だけで導通している状態（区間[ｔ２，ｔ３]）にする。この後、半導体スイッチＳＳＷ２を時刻ｔ３でオフさせると同時に半導体スイッチＳＳＷ１をオンさせることで、半導体スイッチのみによる切り替えが可能になり、オフする際の機械的スイッチの動作遅れの問題を解決できる。その後時刻ｔ４で機械的スイッチＭＳＷ１をオンし、その後時刻ｔ５で半導体スイッチＳＳＷ１をオフする。
【００１３】
高速巻線から低速巻線に切り替える際にも、同様にして図３のように半導体スイッチのみで切り替える動作を行うことができる。すなわち、高速巻線から低速巻線に切り替える際、オフしていた高速巻線側の半導体スイッチＳＳＷ１を時刻ｔ６でオンさせ、この時点（時刻ｔ６）では半導体スイッチＳＳＷ１と機械的スイッチＭＳＷ１が両方ともオンしている状態となる。ここで先に時刻ｔ７で機械的スイッチＭＳＷ１をオフさせ、一旦半導体スイッチＳＳＷ１だけで導通している状態（区間[ｔ７，ｔ８]）にする。この後、半導体スイッチＳＳＷ１を時刻ｔ８でオフさせると同時に半導体スイッチＳＳＷ２をオンさせることで、半導体スイッチのみによる切り替えが可能になり、オフする際の機械的スイッチの動作遅れの問題を解決できる。時刻ｔ９で機械的スイッチＭＳＷ２をオンし、その後時刻ｔ１０で半導体スイッチＳＳＷ２をオフする。
このように、本発明では、巻線切替を必要とする交流電動機の駆動用のインバータ装置において、巻線切替部には半導体スイッチと機械的スイッチの両方を備えることで、半導体スイッチの高速切替動作と、機械的スイッチの低損失の両方の長所を併せ持つことができる。
【００１４】
また、本発明のインバータ装置において、巻線切替部を電動機の保護装置として動作させることができる。インバータ装置において発生する問題の多くは、主回路パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）の故障であり、たとえば、ある相のＩＧＢＴの上下短絡が発生した場合、交流電動機２が永久磁石を内蔵する同期電動機であると、瞬時に電動機がロック状態になり、電動機が接続される機械側に悪影響を及ぼす。本インバータ装置では、一般的にインバータ装置で実用化されているＩＧＢＴの上下短絡防止機能が動作すると直ちに、ＣＰＵ１１０を介して巻線切替部１２中の半導体スイッチＳＳＷ１、ＳＳＷ２、機械的スイッチＭＳＷ１、ＭＳＷ２を全てオフ状態にすることで、電動機をフリーラン状態（回転子の慣性モーメントにより惰力で回転しているいわゆる惰走状態）にすることができ、電動機がロックすることなく安全に自然減速することができる。この保護機能は、ＩＧＢＴの上下短絡時に限るものではなく、インバータ装置で何らかの異常が発生した場合に、ＣＰＵ１１０を介して常に巻線切替部１２における保護機能を有効にすることができる。たとえば、通常のインバータ装置であると、何らかの異常でインバータ部のＩＧＢＴがゲートブロック動作し、全ての素子が開放した瞬間、電動機巻線に蓄えられていたエネルギーは全てインバータ部に瞬時に回生され、インバータ部において直流母線電圧の急激上昇が発生する。本発明のインバータ装置のように、巻線切替部を備えるインバータ装置であると、異常の瞬間に巻線切替部を全てオフにして、電動機巻線を開放状態にすることができるので、上記の問題は発生しない。電動機をフリーラン状態にする場合のインバータ装置の異常としては、電動機の運転継続できないようなインバータ部１の主回路パワー半導体素子（ＩＧＢＴ）の上下短絡、地絡故障、商用電源の停電、その他インバータ装置で備えている各種保護動作が想定される。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、巻線切替を必要とする交流電動機を駆動するインバータ装置の、特に巻き線切替部に関するものである。これは、回転形の交流電動機に限定されるものではなく、リニアモータの巻線切替にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を示すインバータ装置の構成図
【図２】本発明のインバータ装置の巻線切替部の動作シーケンス図
【図３】本発明のインバータ装置の巻線切替部の動作シーケンス図
【図４】従来の巻線切替装置装置の構成図
【図５】従来の巻線切替装置装置の構成図
【符号の説明】
【００１７】
１  インバータ部
２  交流電動機
３、４  ３相整流部
５、６  スナバ回路
７〜１０  ダイオード
１２    巻線切替部
１００  制御回路部
１１０  ＣＰＵ
１１１  巻線切替信号生成部
１１２  ＰＷＭ信号生成部
１１３  ゲートドライブ回路
１１４  ＭＳＷ１、ＭＳＷ２駆動信号生成部        
ＳＳＷ１、ＳＳＷ２  半導体スイッチ
ＭＳＷ１、ＭＳＷ２  機械的スイッチ
Ｐ  インバータの正側入力端子
Ｎ  インバータの負側入力端子
Ｐ１  スナバ回路の正側端子
Ｎ１  スナバ回路の負側端子
Ｐ２  スナバ回路の正側端子
Ｎ２  スナバ回路の負側端子
【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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