三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三相交流电动机的绕组切换装置，其能够快速地进行电动机电流的切换，将正弦波电流的错乱抑制为最小限度，并且还能够检测误接线和部件异常，预防异常运转及装置损坏的发生。在绕组切换部（２（１１））中，在逆变器（７）的直流正侧母线（９）与直流负侧母线（１０）之间，串联连接有正侧充电电阻器（５（１４））、负侧充电电阻器（２１（２２））以及电容器（６（１５）），电容器正侧与二极管部（３（１２））的负极连接，在将电容器电位设为与逆变器直流母线电压值相同的状态下，进行高速绕组和低速绕组的切换。另外，通过状态检测器（２５（２７））和比较器（２６（２８））来检测误接线和部件异常。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术构成如下。权利要求1所述的专利技术是一种三相交流电动机的绕组切换装置，其具有三相交 流电动机，该三相交流电动机的各相绕组具有中间抽头，且在电动机外部设有所述中间抽 头、卷绕起始端子以及卷绕结束端子；逆变器，其向所述三相交流电动机的所述各相绕组的 所述卷绕起始端子提供可变频率的可变电压；多个绕组切换部，它们分别对所述各相绕组 的所述中间抽头和所述卷绕结束端子进行适当的切换；以及驱动电路，其接受来自所述逆 变器的驱动信号，控制所述绕组切换部，该绕组切换装置的特征在于，所述绕组切换部分别 具有二极管部，在该二极管部中，3个二极管的各负极彼此共同连接在一起；切换开关部， 在该切换开关部中，与3个功率半导体开关元件分别反向并联连接有二极管，所述功率半 导体开关元件的各发射极彼此共同连接在一起，所述功率半导体开关元件的各集电极分别 与所述二极管部的各二极管的正极连接，所述功率半导体开关元件的各集电极与所述二极 管部的各二极管的正极之间的各连接点，分别与所述三相交流电动机的所述各相绕组的所 述卷绕结束端子或所述中间抽头连接；电位固定部，在该电位固定部中，正侧充电电阻器的 一端与所述逆变器的直流正侧母线连接，所述正侧充电电阻器的另一端与电容器的正侧连 接，所述电容器的负侧与负侧充电电阻器的一端连接，所述负侧充电电阻器的另一端与所 述逆变器的直流负侧母线连接，所述电容器的正侧与所述二极管部的各二极管的彼此共同 连接在一起的负极连接；以及保护二极管部，该保护二极管部的各正极分别与所述电位固 定部的电容器的负侧连接，各负极分别与所述二极管部的各二极管的正极和所述切换开关 部的各功率半导体开关元件的集电极之间的各连接点连接。权利要求2所述的专利技术的特征在于，在权利要求1所述的三相交流电动机的绕组 切换装置中，具有状态检测器，其检测构成所述切换开关部的功率半导体开关元件的导通 状态；以及比较器，其根据所述状态检测器的输出信号和所述驱动信号，检测绕组切换部的异常。权利要求3所述的专利技术的特征在于，在权利要求2所述的三相交流电动机的绕组 切换装置中，所述状态检测器检测所有的所述功率半导体开关元件均处于导通状态的情况 以及所有的所述功率半导体开关元件均处于非导通状态的情况。权利要求4所述的专利技术的特征在于，在权利要求2所述的三相交流电动机的绕组 切换装置中，所述状态检测器具有绝缘功能。权利要求5所述的专利技术的特征在于，在权利要求2所述的三相交流电动机的绕组 切换装置中，所述比较器具有异或电路，根据所述状态检测器的输出信号与所述驱动信号 的逻辑异或，来检测绕组切换部的异常。根据权利要求1所述的专利技术，能够提供这样的交流电动机的绕组切换装置该绕 组切换装置具有电位固定部，在该电位固定部中，在控制二极管部的正极端子与三相交流 电动机的中间抽头相连的切换开关部的功率半导体开关元件时，将绕组切换部的二极管部 的负极的电位保持为直流母线电压值，因此，能够释放蓄积在电动机电感中的能量，能够瞬 间地进行电流切换，能够在电动机电流波形不发生错乱的情况下，快速地切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相交流电动机的绕组切换装置，其具有：三相交流电动机，该三相交流电动机的各相绕组具有中间抽头，且在电动机外部设有所述中间抽头、卷绕起始端子以及卷绕结束端子；逆变器，其向所述三相交流电动机的所述各相绕组的所述卷绕起始端子提供可变频率的可变电压；多个绕组切换部，它们分别对所述各相绕组的所述中间抽头和所述卷绕结束端子进行适当的切换；以及驱动电路，其接受来自所述逆变器的驱动信号，控制所述绕组切换部，该绕组切换装置的特征在于，所述绕组切换部分别具有：二极管部，在该二极管部中，３个二极管的各负极彼此共同连接在一起；切换开关部，在该切换开关部中，与３个功率半导体开关元件分别反向并联连接有二极管，所述功率半导体开关元件的各发射极彼此共同连接在一起，所述功率半导体开关元件的各集电极分别与所述二极管部的各二极管的正极连接，所述功率半导体开关元件的各集电极与所述二极管部的各二极管的正极之间的各连接点分别与所述三相交流电动机的所述各相绕组的所述卷绕结束端子或所述中间抽头连接；电位固定部，在该电位固定部中，正侧充电电阻器的一端与所述逆变器的直流正侧母线连接，所述正侧充电电阻器的另一端与电容器的正侧连接，所述电容器的负侧与负侧充电电阻器的一端连接，所述负侧充电电阻器的另一端与所述逆变器的直流负侧母线连接，所述电容器的正侧与所述二极管部的各二极管的彼此共同连接在一起的负极连接；以及保护二极管部，该保护二极管部的各正极分别与所述电位固定部的电容器的负侧连接，各负极分别与所述二极管部的各二极管的正极和所述切换开关部的各功率半导体开关元件的集电极之间的各连接点连接。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：东川康儿，山田健二，山中克利，
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]