JP2016140201A - Motor driving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ノイズの低減を図ったモータ駆動装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a motor drive device that reduces noise.
従来、この種のモータ駆動装置の一例としては、特許文献1に記載されたものがある。これはインバータの出力部及び/または入力部にフィルタ部品を挿入することにより、コモンモードノイズの低減を図っている。
Conventionally, as an example of this type of motor drive device, there is one described in
一般に、インバータによりモータを可変速制御可能に駆動するモータ駆動装置では、モータのステータコア(鉄心)に巻回されるモータ巻線における対地電圧(コモンモード電圧)が大きく変動する。なお、コモンモード電圧は以下の式1で表される。
In general, in a motor driving apparatus that drives a motor by an inverter so that variable speed control is possible, a ground voltage (common mode voltage) in a motor winding wound around a stator core (iron core) of the motor greatly varies. The common mode voltage is expressed by the following
また、ステータコアとこれに巻回されるモータ巻線とは近接しているために、これら両者間の浮遊容量が非常に大きい。 Further, since the stator core and the motor winding wound around the stator core are close to each other, the stray capacitance between them is very large.
このために、上記コモンモード電圧の大きな変動と大きな浮遊容量とにより伝搬する伝導ノイズも大きくなり、雑音端子電圧や放射電界も増大し易く、EMC(Electromagnetic Compatibility:電磁環境適合性)の規制値を超えることが多い。 For this reason, the conduction noise propagated by the large fluctuation of the common mode voltage and the large stray capacitance is increased, the noise terminal voltage and the radiation electric field are easily increased, and the EMC (Electromagnetic Compatibility) regulation value is set. Often exceeded.
上記従来例では、モータ巻き線におけるコモンモード電圧の変動を低減して、EMCの規制値内に入れるため、インバータの出力部にチョークコイルやコンデンサなどの部品で構成されるフィルタ回路を挿入している。 In the above conventional example, in order to reduce the fluctuation of the common mode voltage in the motor winding and put it within the EMC regulation value, a filter circuit composed of components such as a choke coil and a capacitor is inserted in the output part of the inverter. Yes.
しかしながら、EMCの規制値内に入れるために、フィルタ回路部品が大型化し、その結果、装置サイズが増大してしまうという問題がある。 However, there is a problem that the size of the filter circuit component is increased in order to be within the EMC regulation value, and as a result, the apparatus size is increased.
本発明が解決しようとする課題は、大きなフィルタ回路を用いることなくモータ巻き線におけるコモンモード電圧を低減して、雑音端子電圧が小さく、かつ、小形のモータ駆動装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a small motor driving device that reduces the common mode voltage in the motor winding without using a large filter circuit, and has a small noise terminal voltage.
実施形態に係るモータ駆動装置は、電源からの交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータからの直流を交流に変換するインバータと、このインバータにより駆動されるモータと、を具備している。また、モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、櫛形導体を、コンバータとインバータとの間の直流電源線の電位中性点に電気的に接続する第1の電気配線と、を具備している。 The motor drive device according to the embodiment includes a converter that converts alternating current from a power source into direct current, an inverter that converts direct current from the converter into alternating current, and a motor driven by the inverter. In addition, a plurality of conductors that are interposed between the motor iron core and the winding wound around the iron core and extend in a direction intersecting the winding are arranged in parallel with a required gap. Comb conductors formed by covering the outer surfaces and gaps of these conductors with an insulator, and a first electrical wiring for electrically connecting the comb conductor to a potential neutral point of a DC power supply line between the converter and the inverter; Are provided.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part in several drawing.
(第1の実施形態) (First embodiment)
図1は、第1の実施形態に係るモータ駆動装置の全体構成を示す電子回路図である。この図1に示すようにモータ駆動装置1は、例えば三相交流電源2のR,S,T端子に、ノイズフィルタ3を介してコンバータ4を接続している。
FIG. 1 is an electronic circuit diagram showing the overall configuration of the motor drive device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
ノイズフィルタ3は、モータ駆動装置のコンバータ4やインバータ6等の内部回路が発生させるノイズを除去または低減するフィルタであり、コンバータ4はこのノイズフィルタ3によりノイズが除去または低減された三相交流を直流に変換(整流)する。
The noise filter 3 is a filter that removes or reduces noise generated by internal circuits such as the converter 4 and the
コンバータ4は、例えば図示省略のダイオードブリッジ回路等により構成され、その直流出力側を、直流リンク部5を介してインバータ6に接続している。
The converter 4 is configured by a diode bridge circuit (not shown), for example, and the DC output side thereof is connected to the
直流リンク部5は、直流リアクトル5a、整流キャパシタ5bおよび第1の平滑キャパシタ5cと第2の平滑キャパシタ5dとを直列に接続する平滑キャパシタ直列回路5eを有し、コンバータ4の直流出力を平滑化してインバータ6に直流電力を供給する。
インバータ6は図示省略の三相用の複数のスイッチング素子と複数の還流ダイオードとを有し、直流リンク部5を介してコンバータ4から供給された直流電力を、スイッチング素子のスイッチングにより所要の三相交流電力に変換し、この三相交流電力を三相交流モータ7に供給する。すなわち、インバータ6は図示省略の制御部からの運転指令信号を受けて、三相交流モータ7の運転周波数と印加電圧を制御することにより、三相交流モータ7の単位時間当りの回転数を制御する。
The
インバータ6は、例えば6個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子のブリッジ回路等により構成される。
The
図2に示すように三相交流モータ7は、ステータコアである鉄心8と例えば強磁性体の永久磁石等からなるロータ9を具備しており、三相同期電動機に構成されている。
As shown in FIG. 2, the three-phase AC motor 7 includes an
鉄心8は、例えばけい素鋼板を積層して環状に構成され、その環状中心側へ突出する例えば6個のティース8a,8a,…を周方向に所要の等間隔を置いて配設している。
The
図2,5に示すように各ティース8aの外面には、各ティース8aの突出方向に直交する方向に、モータ巻線10が例えば集中巻線等の巻線として複数層巻回されている。
As shown in FIGS. 2 and 5, a plurality of layers of
そして、各ティース8aの外面には、このティース8aとモータ巻線10との間に、例えばコ字状に折曲された櫛形導体11がそれぞれ介装されている。櫛形導体11は、図3の展開平面図に示すように各ティース8aの左右両側面外面にそれぞれ添設される左右一対の側面部11A,11Bと、これら側面部11A,11Bに一体に連成されて各ティース8aの上面外面に添設される中央部11Cと、を有する。
Then, on the outer surface of each
図3,図4に示すように櫛形導体11は、その左右一対の側面部11A,11Bと中央部11Cにおいて、モータ巻線10の巻線方向に直交する方向に延在する複数本の図中縦長の細い可撓性導体11d,11d,…を図3中横方向に所要の間隙を置いて並設しており、中央部11Cの各導体11dの長さは、各ティース8aの形状に応じて左右一対の側面部11A,11Bの各導体11dの長さよりも若干長くなるように形成されている。また、各導体11d自体の幅は、例えば1mm、隣り合う導体11d,11d,…同士間の間隙は例えば5mmである。
As shown in FIGS. 3 and 4, the comb-
これら中央部11Cと一対の側面部11A,11Bの各導体11dは、各ティース8aの根元側に位置する一端部(図3では上端部)において、図3中横方向に延在する可撓性を有する連結線11e,11f,11gにより電気的に接続され、櫛形に形成されている。
The central portion 11C and the
中央部11Cの連結線11gの左右両端には、例えば矩形平板状のコネクタ11h,11iをそれぞれ接続している。図4に示すようにこれら左右一対のコネクタ11h,11iは、周方向で隣り合うもの同士が接続線11jを介して電気的に接続される。これにより、全部の櫛形導体11,11,…が互いに電気的に接続される。図2に示すように所要のコネクタ11h,11iには、1つ以上の外部端子12が電気的に接続されている。
For example, rectangular
そして、このように櫛形に形成された複数の導体11d,11d,…と、これら導体11d,11d,…間の各間隙と、連結線11e,11f,11gの外面は、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)やFFC(Flexible Flat Cable)等のように可撓性のある合成樹脂製の電気絶縁体11kにより一体に被覆されて、一枚のシートやフィルム状に形成されている。
.., The gaps between these
すなわち、櫛形導体11は、その各導体11dとその外周縁部と、複数の導体11d,11d,…同士間の間隙を絶縁体11kにより一体に被覆している。
That is, the comb-
また、図3に示すように櫛形導体11は、その中央部11Cの図中左右両側端部に、図中縦方向に延在する山折りの折れ線11l,11mを形成しており、これら折れ線11l,11mに沿って山折りすることにより、コ字状に形成される。
Further, as shown in FIG. 3, the comb-
このようにコ字状に形成された櫛形導体11は、そのコ字状開口から各ティース8aへ、その上方から下方へ押し込み嵌合させることにより、各ティース8aに取り付けられる。
The comb-
そして、図5に示すようにこの各櫛形導体11上には、上述したモータ巻線10が例えば複数層それぞれ巻回される。
Then, as shown in FIG. 5, for example, a plurality of layers of the above-described motor winding 10 are wound on each comb-shaped
そして、図1に示すように櫛形導体11は、その外部端子12に、第1の電気配線13を介して、直流リンク部5の直流電源線の一例である平滑キャパシタ直列回路5eの電位中性点Paを接続している。
As shown in FIG. 1, the comb-shaped
電位中性点Paは、例えば一端を直流リンク部5のP側配線に接続したキャパシタ5cと、一端を直流リンク部5のN側配線に接続したキャパシタ5dの各々の他端を接続した点である。
The potential neutral point Pa is a point where, for example, the other end of each of the
一方、三相交流モータ7は、そのステータコアである鉄心8を、コモンライン(アースライン)14を介してアース端子15に電気的に接続している。このアース端子15と各交流電源供給端子の間においてEMC規制の雑音端子電圧が測定される。なお、図1中、二点鎖線矢印は上記櫛形導体11を具備していない従来のモータ駆動装置等の伝導ノイズ電流の伝搬経路の一例を示す。
On the other hand, the three-phase AC motor 7 has an
図6は、例えば市販の二次元有限要素法による解析プラグラムを使用して求めた第1,第2,第3の浮遊容量C1,C2,C3を有する等価回路の一例を示す。 FIG. 6 shows an example of an equivalent circuit having first, second, and third stray capacitances C1, C2, and C3 obtained by using, for example, an analysis program by a commercially available two-dimensional finite element method.
図6に示すように本実施形態では、モータ巻線10と鉄心8との間に櫛形導体11を介装しているので、モータ巻線10と、鉄心8との間には、櫛形導体11の前後に発生する第1,第2の浮遊容量C1,C2同士を直列に接続した直列回路と、モータ巻線10と鉄心8との間で直接発生する第3の浮遊容量C3の回路とを並列に接続した並列回路が形成される。
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, since the comb-shaped
すなわち、図7で示すように櫛形導体11を具備していない場合には、モータ巻線10と鉄心8間の浮遊容量は、これらモータ巻線10と鉄心8間に発生する第4の浮遊容量C4のみであるが、本実施形態のように櫛形導体11を具備している場合には、これら櫛形導体11の前後に第1,第2の浮遊容量C1,C2が発生し、これら第1,第2の浮遊容量C1,C2を直列に接続した直列回路が第3の浮遊容量C3の回路に並列に接続される。
That is, when the comb-shaped
なお、上記櫛型導体11とモータ巻線10との間隙が、上記櫛型導体11と上記鉄心8との間隙と比べて小さくなるほど、第1浮遊容量C1の静電容量が比較的大きくなる。
Note that the electrostatic capacitance of the first stray capacitance C1 becomes relatively large as the gap between the comb-shaped
そして、第3浮遊容量C3よりも第1浮遊容量C1のほうが大きいため、モータ巻線10に流入したノイズ電流は第1の浮遊容量C1を介して櫛形導体11に流れ、さらに、この櫛形導体11から第1の電気配線13を介してキャパシタ直列回路5eの電位中性点Paへ流れる。
Since the first stray capacitance C1 is larger than the third stray capacitance C3, the noise current flowing into the motor winding 10 flows to the comb-shaped
このために、櫛形導体11から第1の電気配線13側へ分流した分だけ、鉄心8を経て、高インピーダンスのコモンライン14側へ流れるノイズ電流が減少するので、このコモンライン14のアース端子15で測定される雑音端子電圧が低下する。
For this reason, the noise current flowing to the high impedance
これにより、コモンライン14のアース端子15で測定される雑音端子電圧は低くなる。その結果、雑音端子電圧を効果的に低下させることができる。
As a result, the noise terminal voltage measured at the
また、櫛形導体11の複数の導体11dが1枚の平板等に形成されておらず、複数の導体11d,11d,…同士間には間隙が形成されており、これら間隙には絶縁体11kが充填されて絶縁されているので、渦電流を大幅に低減できる。
Further, the plurality of
このために、渦電流により磁場が弱くなり、モータ性能が低下することを防止することができる。 For this reason, it can prevent that a magnetic field becomes weak with an eddy current and motor performance falls.
また、櫛形導体11を挿入することで第3浮遊容量C3よりも第1浮遊容量C1のほうを大きくすることができるため、第1の電気配線13とコモンライン14のインピーダンスが同じであってもノイズ低減が可能となるが、インピーダンスは低ければ低いほうが望ましい。このため、第1の電気配線13にインピーダンスの低い配線や短い配線を使用することでコモンライン14よりもインピーダンスを低くすれば、さらなるノイズ低減が可能となる。
Further, since the first stray capacitance C1 can be made larger than the third stray capacitance C3 by inserting the comb-shaped
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係るモータ駆動装置1Aの電子回路図である。このモータ駆動装置1Aは、主に接地キャパシタ3aを備えたノイズフィルタ3を具備しており、上記第1の電気配線13を第2の電気配線23に置換した点に特徴がある。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is an electronic circuit diagram of a
第2の電気配線23は、その一端を上記櫛形導体11に接続し、その他端を、接地フィルタ3aの一端に接続している。この接地フィルタ3aの一端はコモンライン14の接続部16に接続される。接地フィルタ3aの入力側はコンバータ4の入力側の三相の交流配線4a,4a,…に接続されている。
The second
なお、図8中、符号3cは三相交流電源2のR,S,T端子にそれぞれ接続されるノイズフィルタ3の入力側の相間キャパシタ、3dは同,コモンモードチョーク、3eは同,出力側の相間キャパシタである。
In FIG. 8,
そして、第2の実施形態では、上記第1の実施形態に係る直流電源線である平滑キャパシタ直列回路5eを削除している。以上の構成以外は第1の実施形態と同様であるので、その重複した説明は省略する。
In the second embodiment, the smoothing
このモータ駆動装置1Aによっても、モータ巻線10に流入したノイズ電流は、第1の浮遊容量C1、櫛形導体11、第2の電気配線23をそれぞれ経て接地キャパシタ3aの接続部16側の一端へ戻され、接続部16にてコモンライン14に接続される。接続部16と17の間はリード線など寄生的なインダクタンス成分を有する導体で接続されることが多い。
Also with this
このために、この櫛形導体11から第2の電気配線23側へ流れるノイズ電流の分だけ、鉄心8からコモンライン14側のアース端子15へ流れるノイズ電流が減少する。また、接続部16と17の間のインピーダンスよりも接地キャパシタ3aのほうが高周波数帯域においてインピーダンスが低くなるため、伝導ノイズ電流はコモンライン14に流れるよりも接地キャパシタ3aを通しやすい。
For this reason, the noise current flowing from the
したがって、第1の実施形態とほぼ同様に、伝導ノイズ電流はコモンライン14よりも第2の電気配線23側へ多く流れる。
Therefore, almost as in the first embodiment, the conduction noise current flows more to the second
その分、コモンライン14側へ流入する伝導ノイズ電流が減少するので、このコモンライン14のアース端子15と各交流電源供給端子の間で測定される雑音端子電圧が低減する。
Accordingly, the conduction noise current flowing into the
その結果、上記第1の実施形態と同様に、伝導ノイズを低減できると共に、渦電流によるモータ性能の低下の防止を図ることができる。 As a result, similar to the first embodiment, it is possible to reduce conduction noise and to prevent deterioration of motor performance due to eddy current.
また、第2の電気配線23においても、前述の第1の電気配線13と同様に短い配線を使用する等の方法によって、配線自体のインピーダンスをコモンライン14のインピーダンスよりも低く形成することで、さらなるノイズ低減効果を得ることができる。
Further, also in the second
なお、上記実施形態では、鉄心(ステータコア)8のティース8aを6個設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
In addition, although the said embodiment demonstrated the case where the six
また、櫛形導体11は、その導体11dの本数や幅、導体11d同士間の間隙の寸法や数、櫛形導体11の形状等も上記実施形態に限定されない。例えば、櫛形導体11をロの字状に形成して鉄心8のティース8aの底面も被覆するように構成してもよい。
Further, the number and width of the
さらに、上記実施形態では三相交流モータ7を用いた場合について説明したが、単相でもよく、モータであればよい。 Furthermore, although the case where the three-phase alternating current motor 7 was used was demonstrated in the said embodiment, a single phase may be sufficient as long as it is a motor.
以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While various embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the present invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the scope of the present invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the present invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,1A…モータ駆動装置、2…三相交流電源、3…ノイズフィルタ、3a…接地キャパシタ、4…コンバータ、4a…三相の交流配線、5…直流リンク部、5e…平滑キャパシタ直列回路(直流電源線)、6…インバータ、7…三相交流モータ、8…鉄心、10…モータ巻線(巻線)、11…櫛形導体、11d…導体、11k…絶縁体、12…外部端子、13…第1の電気配線、14…コモンライン、15…アース端子、16、17…接続部、23…第2の電気配線、C1〜C3…第1〜第3の浮遊容量、Pa…電位中性点。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、
前記櫛形導体を、前記コンバータとインバータとの間の直流電源線の電位中性点に電気的に接続する第1の電気配線と、
を具備していることを特徴とするモータ駆動装置。 In a motor drive device comprising: a converter that converts alternating current from a power source into direct current; an inverter that converts direct current from the converter into alternating current; and a motor driven by the inverter.
A plurality of conductors, which are interposed between the iron core of the motor and a winding wound around the iron core and extend in a direction intersecting the winding, are arranged in parallel with a required gap therebetween. A comb-shaped conductor formed by covering an outer surface and a gap of these conductors with an insulator;
A first electrical wiring that electrically connects the comb-shaped conductor to a potential neutral point of a DC power source line between the converter and the inverter;
The motor drive device characterized by comprising.
前記モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、
前記コンバータの入力側の交流配線と、前記モータをアースするコモンラインに接続される接続部とに接続される接地キャパシタを有し、前記モータ駆動装置の交流のノイズを低減するフィルタと、
前記櫛形導体を、前記接地キャパシタの接続部側に接続する第2の電気配線と、
を具備していることを特徴とするモータ駆動装置。 In a motor drive device comprising: a converter that converts alternating current from a power source into direct current; an inverter that converts direct current from the converter into alternating current; and a motor driven by the inverter.
A plurality of conductors, which are interposed between the iron core of the motor and a winding wound around the iron core and extend in a direction intersecting the winding, are arranged in parallel with a required gap therebetween. A comb-shaped conductor formed by covering an outer surface and a gap of these conductors with an insulator;
A filter that has a grounding capacitor connected to the AC wiring on the input side of the converter and a connection connected to a common line that grounds the motor, and that reduces AC noise of the motor drive device;
A second electrical wiring connecting the comb-shaped conductor to the connection portion side of the ground capacitor;
The motor drive device characterized by comprising.
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