[发明专利]三相交流电动机的绕组切换装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过切换三相交流电动机的绕组来扩大速度控制范围的三相交流电动机的绕组切换装置，其针对的对象是包含车辆驱动、机床主轴驱动、伺服装置的产业领域。

背景技术

在由逆变器驱动的机床主轴及车辆驱动装置中，采用了绕组切换方法，作为既能在低速区得到足够大的扭矩又能实现高速区中的运转的手段(例如，参照专利文献1)。

图5是示出现有的三相交流电动机的绕组切换装置的一例的图。根据图5，对现有的绕组切换装置进行说明。

对于三相交流电动机111，在电动机外部，设有各相绕组的中间抽头(TU2、TV2、TW2)、各相绕组的卷绕起始端子和卷绕结束端子，各相绕组的卷绕起始端子(TU1、TV1、TW1)与逆变器117连接，卷绕结束端子(TU3、TV3、TW3)与绕组切换部121的全波整流部122连接，中间抽头与绕组切换部112的全波整流部113连接。全波整流部113的输出与半导体开关114连接，并且，与由电阻器116和电容器115构成的缓冲电路连接。为了防止从缓冲电路向半导体开关114发生逆流，插入了二极管119、120。由接受来自逆变器117的控制部的信号的驱动电路118，来控制半导体开关114的接通/断开。这里，虽然只对绕组切换部112进行了说明，但绕组切换部121也是按照同样的原理进行连接。

通过以上结构来进行三相交流电动机111的运转。当要在低速下得到足够大的扭矩时，将与中间抽头(TU2、TV2、TW2)相连的绕组切换部112中的半导体开关114断开，将与各相绕组的卷绕结束端子(TU3、TV3、TW3)相连的绕组切换部121中的半导体开关123接通。由此，能够增加绕组数量，产生较大的扭矩。另外，当在高速区中运转时，为了抑制三相交流电动机绕组的反向电动势，将与中间抽头(TU2、TV2、TW2)相连的绕组切换部112中的半导体开关114接通，将与各相绕组的卷绕结束端子(TU3、TV3、TW3)相连的绕组切换部121中的半导体开关123断开。

这样，现有的绕组切换装置通过半导体开关来进行绕组切换部的全波整流部输出的接通/断开，根据速度区来切换三相交流电动机的绕组数量，由此，得到了大范围的输出特性。

专利文献1：日本特开2003-111492号公报(第6页，图1)

关于现有的绕组切换装置，例如，在将绕组从低速绕组切换成高速绕组时，残留在电动机绕组TU2-TU3、TV2-TV3、TW2-TW3中的电流不会迅速变为0，因此，仍然有电动机电流经由全波整流器122和半导体开关123而继续流动。因此，本来在全波整流器113和半导体开关114中流动的正弦波电流发生错乱。而且，有电流流过构成缓冲电路的电阻器125，造成正弦波电流错乱。

这样，存在如下问题：当电动机绕组从励磁状态转变为非励磁状态时，蓄积在电动机绕组电感中的能量进行释放，因此，无法瞬间进行电流切换，本来应该是正弦波的电动机电流发生了错乱。

例如在机床主轴驱动装置中，上述问题将导致输出脉动及速度脉动的产生，对加工产品的质量带来不良影响。并且，电动机电流的错乱还会对电流控制带来不良影响。

另外，分离成2个部件的绕组切换部112和121分别控制低速区和高速区的运转，因此，对它们进行控制的信号也被分离为低速绕组控制信号和高速绕组控制信号。但是，当进行部件组装时，在错误地将高速侧的控制信号接线到低速侧、将低速侧的控制信号接线到高速侧的情况下(通常不会出现这样的错误布线)，在低速区运转时，为了得到期望的扭矩所需电流大幅度增加，将引起过电流等异常运转。并且，在高速运转时，电动机各相的感应电压异常上升，导致驱动电动机的逆变器以及绕组切换装置的功率半导体开关元件发生过电压而损坏。另外，当绕组切换部的功率半导体开关元件发生故障时，将引起单相运转或过电流运转等异常运转。

发明内容

本发明正是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供这样的三相交流电动机的绕组切换装置：该三相交流电动机的绕组切换装置能够加快电动机电流的切换，将正弦波电流的错乱抑制为最小限度，并且，能够检测误接线及装置故障，从而预防异常运转和装置损坏的发生。

为了解决上述问题，本发明构成如下。