电流型逆变器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电流型逆变器装置。
【背景技术】
[0002] 以往，已知当交流电动机的转速为高速时，通过绕组切换部将交流电动机的定子 绕组从低速用绕组切换为高速用绕组的技术。
[0003] 该技术通过从低速用绕组向高速用绕组切换来减小高速时在交流电动机中产生 的反电动势，由此，扩大速度控制范围使得从低速区域至高速区域的大范围的运行能够实 现（例如，专利文献1)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本专利第3948009号公报
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题
[0008] 然而，在切换交流电动机的绕组状态的以往技术中，例如，需要绕组切换电路，另 夕卜，由于设置有用于连接交流电动机与绕组切换电路的多个端子、配线，因此在交流电动机 的小型化、轻量化方面存在问题。
[0009] 本发明实施方式的一个方式是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供在不切换交 流电动机的绕组状态的情况下选择在逆变器装置内进行供电的绕组，由此能够扩大针对交 流电动机的速度控制范围的电流型逆变器装置。
[0010] 为解决技术问题的方法
[0011] 本发明实施方式的一个方式涉及的电流型逆变器装置具备逆变器部和控制部。逆 变器部对每个相具有m个（m为2以上的整数）的绕组的n台（n为1以上的整数）的交流 电动机供给交流电。控制部控制所述逆变器部和所述交流电动机。另外，所述逆变器部具有 开关部，所述开关部的nXm+1个开关元件与所述交流电动机的每个相串联连接，且所述开 关元件之间的nXm个连接点分别与所述n台交流电动机的绕组之中同一相的不同的nXm 个绕组连接。另外，所述控制部具有选择部，所述选择部基于所述交流电动机的转速从所述 nXm个绕组中选择一个以上绕组作为所述交流电的供给对象。
【附图说明】
[0012] 图1是具备第一实施方式涉及的电流型逆变器装置的电机驱动系统的结构图。
[0013] 图2是电机驱动系统的其他的结构图。
[0014] 图3是表示图1所示的控制部的结构例的图。
[0015] 图4是表示具备具有三相桥的逆变器部的电流型逆变器装置的图。
[0016] 图5是将9种电流路径的电流作为电流矢量并用空间矢量来表不的图。
[0017]图6是门信号的逻辑值和电流矢量之间的关系图。
[0018]图7是表示门信号输出器的具体结构的一例的图。
[0019]图8是表示各相信号输出器的具体结构的其他例子的图。
[0020] 图9是表示在第一控制模式中从U相流向V相的电流的流动的图。
[0021] 图10是表示图9所示的状态下的电动机内的电流路径的图。
[0022] 图11是表示第一控制模式下的空间矢量的图。
[0023] 图12是表示在第二控制模式下从U相流向V相的电流的流动的图。
[0024] 图13是第二实施方式涉及的电机驱动系统的控制部的结构图。
[0025] 图14是图13所示的模式选择器的结构图。
[0026] 图15是转速与调制信号的大小之间的关系图。
[0027] 图16是表示载波信号、调制信号、第一模式信号以及第二模式信号的波形的一例 的图。
[0028]图17是将电动机加速时的第一控制模式的时间比率和第二控制模式的时间比率 的关系图。
[0029] 图18是电动机的转速与有效输出功率之间的关系图。
[0030] 图19是第三实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
[0031] 图20是表示图19所示的控制部的结构例的图。
[0032] 图21是表示图19所示的驱动输出生成器的具体结构的一例的图。
[0033] 图22是第四实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
[0034] 图23是表示图22所示的控制部的结构例的图。
[0035] 图24是第五实施方式涉及的电机驱动系统的结构图。
[0036] 图25是表示图24所示的控制部的结构例的图。
[0037] 附图标记说明：
[0038] 1、1A?1D:电机驱动系统，
[0039] 2、2A?2D、100 :电流型逆变器装置，
[0040] 3、3B?3E:三相交流电动机， 4、15 :直流电流源，
[0041] 11、11C:逆变器部， 12:开关部，
[0042] 13?15、13C?15C:开关元件部， 20、20A?20D:控制部，
[0043] 21 :速度运算器， 22、22A?22C:模式选择器，
[0044] 24、24A?24C:速度控制器， 27、27A?27C:恒功率控制器，
[0045] 28、28B、28C:电机常数切换器， 29:门信号生成器，
[0046]30、30B、30C:门信号输出器。
【具体实施方式】
[0047] 以下，参照附图，对本申请公开的电流型逆变器装置的实施方式进行详细说明。此 夕卜，本发明不限于以下所示的实施方式。
[0048] [1?第一实施方式]
[0049] [1. 1?电机驱动系统]
[0050] 图1是具备第一实施方式涉及的电流型逆变器装置的电机驱动系统的结构图。图 1所示的电机驱动系统1具备电流型逆变器装置2、三相交流电动机3 (以下，简单记载为电 动机3)、直流电流源4、以及位置检测器10。
[0051] 电流型逆变器装置2将从直流电流源4供给的直流电转换成期望的交流电并向电 动机3输出。此外，电流型逆变器装置2不限于图1所示的结构。例如，如图2所示，电流 型逆变器装置2也可以具备将从三相交流电源4A供给的交流电转换成直流电的整流器部 17以及电抗器Ldc来作为直流电流源。图2是电机驱动系统1的其他的结构图。
[0052] 如图1所示，电流型逆变器装置2具备端子TP、TN、Tm、TU2、TV1、TV2、TW1、TW2、逆变器 部11、以及控制部20。
[0053] 端子Tm、Tvl、Twl与电动机3所具备的第一三相绕组5连接。另外，端子TP、TN与直 流电流源4的正极和负极分别连接。另外，端子TU2、TV2、TW2与电动机3所具有的第二三相 绕组6连接。
[0054] 逆变器部11经由端子TP、TN与直流电流源4连接。另外，逆变器部11经由端子 Tm、TV1、TW1以及端子TU2、TV2、TW2与电动机3连接。
[0055] 控制部20与位置检测器10连接。控制部20控制逆变器部11以及电动机3。控 制部20分别针对电动机3的U相、V相以及W相的各相，基于电动机3的转速，在第一三相 绕组5和第二三相绕组6中选择一个或者两个三相绕组，并作为交流电的供给对象。由此， 能够在不切换电动机3的绕组状态的情况下，扩大针对电动机3的速度控制范围。关于逆 变器部11和控制部20的详细结构，在后面进行叙述。
[0056] 电动机3具备第一三相绕组5、第二三相绕组6、以及转子9。例如，电动机3是具 有由定子绕组相互绝缘的双绕组构成的三相双绕组的电动机、例如是感应电动机、永久磁 铁式同步电动机。第一三相绕组5的各绕组5a、5b、5c和第二三相绕组6的各绕组6a、6b、 6c的绕组数是分别相同的。绕组5a的一端与电流型逆变器装置2所具备的端子Tm连接， 绕组5b的一端与端子TV1连接，绕组5c的一端与端子TW1连接。另外，绕组6a的一端与端 子TU2连接，绕组6b的一端与端子TV2连接，绕组6c的一端与端子TW2连接。
[0057] 第一三相绕组5的各绕组5a、5b、5c被配置为相对于第二三相绕组6的各绕组6a、 6b、6c呈相反极性。具体而言，与电动机3的各相相对应的两个绕组插入到定子的同一槽中 并相互以电磁方式紧密结合，绕组方向为相互相反极性。在图1中，黑圆点表示绕组方向的 极性。
[0058] 转子9隔着规定的间隙与定子（第一三相绕组5和第二三相绕组6)相对置地被 配置。此外，绕组5a、5b、5c的另一端相互连接。另外，绕组6a、6b、6c的另一端相互连接。
[0059] 在图1中，示出了第一和第二三相绕组5、6以Y形接线构成的例子，但也可以以三 角形接线构成。此外，为了便于说明，关于电动机3的U相、V相和W相，对于第一三相绕组 5,表示为U1相、VI相、W1相，对于第二三相绕组6,表示为U2相、V2相、W2相。
[0060] 位置检测器10与电动机3的输出轴连接。位置检测器10检测电动机3的转子9 的相位9 (以下，记载为转子相位9)，并输出到控制部20。位置检测器10例如是编码器、 解析器。
[0061] [1. 2?电流型逆变器装置2的详细结构]
[0062] [1. 2. 1?逆变器部]
[0063] 如图1所示，逆变器部11具备开关部12、以及滤波器16a、16b。开关部12具备开 关元件部13?15。开关元件部13、14、15分别与电动机3的U相、V相、W相相对应。
[0064] 开关元件部13?15分别具有串联连接的三个开关元件。具体而言，开关元件部 13的三个开关元件Qlu、Q2u、Q3u串联连接。开关元件部14的三个开关元件Qlv、Q2v、Q3v 串联连接。开关元件部15的三个开关元件Qlw、Q2w、Q3w串联连接。
[0065] 开关元件Qlu?Q3u、Qlv?Q3v、Qlw?Q3w(以下，有时统称为开关元件Qs)例 如是反向阻断型的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管）。 在图1中，开关元件Qs用晶体管和二极管的串联连接来表示。此外，开关元件Qs可以 是IGBT与二极管串联连接的结构，此外，也可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管）和二极管串联连接的结构。 另外，开关元件Qs也可以是下一代半导体开关元件的SiC、GaN和二极管串联连接的结构。 [0066] 开关元件部13?15中，开关元件Qs之间的两个连接点分别与电动机3的同一相 的不同的两个绕组的各绕组连接。具体而言，在开关元件部13中，开关元件Qlu、Q2u之间 的连接点Nlu与电动机3的U1相连接，开关元件Q2u、Q3u之间的连接点N2u与电动机3的 U2相连接。
[0067] 另外，在开关元件部14中，开关元件Qlv、Q2v之间的连接点Nlv与电动机3的VI 相连接，开关元件Q2v、Q3v之间的连接点N2v与电动机3的V2相连接。另外，在开关元件 部15中，开关元件Qlw、Q2w之间的连接点Nlw与电动机3的W1相连接，开关元件Q2w、Q3w 之间的连接点N2w与电动机3的W2相连接。
[0068] 滤波器16a的电容器的一端分别与U1相端子Tm、Vl相端子TV1以及W1相端子TW1 连接，这些电容器的另一端连接在一起。另外，滤波器16b的电容器的一端分别与U2相端 子TU2、V2相端子TV2以及W2相端子TW2连接，这些电容器的另一端连接在一起。所述滤波 器16a、16b具有除去从各相的开关元件部