3相交流电动机的绕组切换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种３相交流电动机的绕组切换装置。可缩短绕组切换所需要的时间，并通过将半导体开关元件减少到最少，实现了小型及低成本化。该３相交流电动机的绕组切换装置具有：交流电动机，各相绕组由多个绕组构成，把使多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在电动机外部；绕组切换单元，适当切换连结端子；以及可变频率电源，向交流电动机提供可变频率的可变电压；绕组切换单元具有：多个３相整流单元，使各相绕组的一端与上述可变频率电源连接，使另一端和连结端子按各相与各个３相整流单元的交流侧输入端子连接；以及半导体开关，设置成开闭３相整流单元的直流输出侧的两端。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3相交流电动机的绕组切换装置
本专利技术涉及一种通过切换3相交流电动机的绕组来扩大速度控制范围的3相交流电动机的绕组切换装置，是以包含车辆驱动、工作机械主轴驱动、起重机的横行和行进、卷取机、伺服装置的范围广泛的行业领域为对象。
技术介绍
在由交流可变频率电源驱动的工作机械的主轴和车辆的驱动装置中，作为用于在低速区域获得充分大的转矩，同时可实现高速区域的运转的方法，采用绕组切换方法。图6所示的星形-三角形切换方法是在工作机械的主轴驱动等方面广泛应用的一例。图6中，22是电源，16～21是构成3相全波整流电桥的二极管，15是平滑电容器。14是把交流电源22转换成直流电源的转换器部。端子TP、TN是转换器部14的直流输出端子，成为逆变器部1的输入。2是交流电动机，T1～T6是供切换用的端子，3和4是电磁接触器等的开关。如果开断开关4并闭合开关3，则形成星形接线，如果闭合开关4并开断开关3，则形成三角形接线。N1是中性点。在低速区域内，通过选择星形(Y)接线，并施加充分高的电压，能够以同样的电流获得大的转矩。由于电动机的阻抗与频率成比例增大，因而在频率增高的高速区域内，电流流动困难，因而通过选择阻抗低的三角形(Δ)接线，可使电流流动容易。图7是将二组星形绕组串并联切换的图。通过在低速时闭合开关5并将绕组串联连接，在高速时闭合开关6和7并进行并联连接，获得与图6相同的效果。而且，图8简化了图7的电路，如果闭合开关8，则与串联连接同等，从而利用全部绕组。如果闭合开关9，则使用绕组的一部-->分，形成与图7的并联连接相当的特性。在该情况下，由于剩余绕组不使用而闲置，因而与图7相比，电流密度为2倍，用于生成磁通的绕组数相同，因而感应电压和转矩特性与并联连接基本相同。以上例都是2级切换，然而在专利第3037471号揭示了一种做成3级切换从而可进行更细致控制的方法。以上所述的例是以使用全都具有机械接点的开关进行切换为前提。对此，提出了为了缩短伴随着开关动作时间的切换的无用时间的提案。图9是本申请人在特公平7-99959中揭示的切换方法，该切换方法将2组逆变器组合，通过变更各逆变器的控制方法，可将星形接线和三角形接线在无接点状态下进行切换的方案。图10是在IEEE Transactions onIndustry Applications，Vol.32d No.4，July/August，1996，pp.938-944发表的切换方法。通过用2台逆变器驱动在同一电动机中设置的2组不同规格的绕组，并通过变更各自的电流矢量的组合，对2极和4极的特性进行切换。并且，在专利编号第2742800号中揭示了一种方式，该方式以图8的电路为基础，使把作为开关元件的半导体控制元件和逆电压阻止用的二极管串联连接的电路反向并联连接。在图6、图7、图8的方式和专利第3037471号的技术中，全部用带接点的开关切换。因此，切入接点的机构动作用的时间是必要的。并且，考虑到接点寿命，在逆变器侧一旦断开电流之后，期望进行所谓的无电流开闭。如果将这些动作时间综合，则成为不能忽略不计(通常，数十毫秒)的无用时间。该无用时间，例如在工作机械主轴驱动装置方面，对最终产品的品质产生影响，并且，在车辆驱动装置方面，对乘车舒适度产生影响。就是接点寿命有限本身，也是不容忽视的缺点。在图8、图9和专利编号第2742800号的方式中，由于通过半导体元件的开闭、或者控制模式的变更进行切换，因而动作时间的问题得到改善。然而，由于必要的有源半导体元件的数量多，因而成本的增加成为阻碍实用化的主要原因。而且，在图8和专利编号第2742800号的方法中，当向绕组的中性-->点提供电源时，由于在剩余绕组部分感应的电压与电源电压相加，并向非使用的端子施加高电压，因而有必要强化绝缘。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而提出的，本专利技术的目的是提供一种实现了以下(1)～(3)项的3相交流电动机的绕组切换装置。(1)可缩短绕组切换所需要的时间。(2)通过在不使用具有机械可动部的开关的条件下，极力减少绕组切换用的半导体开关元件的使用，而实现小型和低成本化。(3)即使在提供绕组的中性点电源时，在剩余不使用的绕组部分感应的电压也不会形成超过电源电压的高压，可以不强化绕组的绝缘。本专利技术为了达到上述目的，提供一种3相交流电动机的绕组切换装置，该3相交流电动机的绕组切换装置具有：交流电动机，各相绕组由多个绕组构成，把使上述多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在电动机外部；绕组切换单元，适当切换上述连结端子；以及可变频率电源，向上述交流电动机提供可变频率的可变电压；其特征在于，上述绕组切换单元具有：多个3相整流单元，使上述各相绕组的一端与上述可变频率电源连接，使另一端和上述连结端子按各相与各个3相整流单元的交流侧输入端子连接；以及半导体开关，设置成开闭上述3相整流单元的直流输出侧的两端。并且，本专利技术的3相交流电动机的绕组切换装置，还具有以下特征：把上述多个3相整流单元当作3相全波整流二极管电桥。并且，本专利技术的3相交流电动机的绕组切换装置，还具有以下特征：在上述多个3相整流单元的各个直流输出侧的两端通过二极管，使上述3相整流单元的直流输出侧与由电阻和电容器组成的并联电路连接，该二极管的设置方向为，在上述半导体开关断开时，使上述3相整流单元流出的电流流到上述并联电路，在上述半导体开关接通时，使电流不能从上述并联电路倒流到上述半导体开关。并且，本专利技术的3相交流电动机的绕组切换装置，还具有以下特征：-->在上述多个3相整流单元的各个直流输出侧的两端通过二极管，使上述3相整流单元的直流输出侧与上述可变频率电源的上述直流母线连接，该二极管的设置方向为，在上述半导体开关断开时，使从上述3相整流单元流出的电流流到上述可变频率电源的直流母线，在上述半导体开关接通时，使电流不能从上述可变频率电源的上述直流母线倒流到上述半导体开关。由于是使用半导体的切换，因而在极短时间内完成切换动作，可用少量半导体元件构成。并且，即使选择部分使用绕组的模式，也能避免在剩余端子感应的电压极度变大。3相交流电动机的绕组切换装置具有：交流电动机，各相绕组由多个绕组构成，把使上述多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在电动机外部；绕组切换单元，适当切换上述连结端子；以及可变频率电源，向上述交流电动机提供可变频率的可变电压；其特征在于，上述绕组切换单元具有：多个3相整流单元，使上述各相绕组的一端与上述可变频率电源连接，使另一端和上述连结端子按各相与各个3相整流单元的交流侧输入端子连接；以及半导体开关，设置成开闭上述3相整流单元的直流输出侧的两端；由于采用以上构成，因而具有以下效果。(1)可缩短绕组切换所需要的时间。(2)通过在不使用具有机械可动部的开关的条件下，极力减少绕组切换用的半导体开关元件的使用，而实现小型和低成本化。(3)即使在提供绕组的中性点电源时，在剩余不使用的绕组部分感应的电压也不会形成超过电源电压的高压，可以不强化绕组的绝缘。(4)另外，在消除了放电用电阻的图5所示的情况下，能量不会因电阻而作为热损失消耗，而是被吸收到可变频率电源的平滑电容器，因而可供电动机驱动的再利用。作为波及效果，与使用接点的切换方式相比，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种３相交流电动机的绕组切换装置，该３相交流电动机的绕组切换装置具有：交流电动机，各相绕组由多个绕组构成，把使上述多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在电动机外部；绕组切换单元，适当切换上述连结端子；以及可变频率电源，向上述交流电动机提供可变频率的可变电压，其特征在于：上述绕组切换单元具有：多个３相整流单元，使上述各相绕组的一端与上述可变频率电源连接，使另一端和上述连结端子按各相与各个３相整流单元的交流侧输入端子连接；以及半导体开关，设置成开闭上述３相整流单元的直流输出侧的两端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2001-10-3 307580/20011.一种3相交流电动机的绕组切换装置，该3相交流电动机的绕组切换装置具有：交流电动机，各相绕组由多个绕组构成，把使上述多个绕组相互连结的连结端子和各相绕组的两端子设置在电动机外部；绕组切换单元，适当切换上述连结端子；以及可变频率电源，向上述交流电动机提供可变频率的可变电压，其特征在于：上述绕组切换单元具有：多个3相整流单元，使上述各相绕组的一端与上述可变频率电源连接，使另一端和上述连结端子按各相与各个3相整流单元的交流侧输入端子连接；以及半导体开关，设置成开闭上述3相整流单元的直流输出侧的两端。2.根据权利要求1所述的3相交流电动机的绕组切换装置，其特征在于，把上述多个3相整流单元当作3相全波整流二极管电桥。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：久米常生，斯瓦米马赫什，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]