JP2000333396A - 電動機及びこの電動機の可変速駆動システム - Google Patents

電動機及びこの電動機の可変速駆動システム

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JP2000333396A
JP2000333396A JP11138137A JP13813799A JP2000333396A JP 2000333396 A JP2000333396 A JP 2000333396A JP 11138137 A JP11138137 A JP 11138137A JP 13813799 A JP13813799 A JP 13813799A JP 2000333396 A JP2000333396 A JP 2000333396A
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Japan
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shield
electric motor
slot
conductor
inverter
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JP11138137A
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Yasuhiro Yamamoto
康弘 山本
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/02Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for suppression of electromagnetic interference

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インバータによる電動機の可変速駆動システ
ムに発生する零相電流を抑制することにより周辺の電気
機器に対する悪影響を低減することができる電動機の可
変速駆動システムを提供する。 【解決手段】 電動機12の巻線を挿入する鉄心のスロ
ット絶縁を2重構造とし、両スロット絶縁間にシールド
導体を挟み込んで、接続ケーブル3のシールドと接続す
ることによりインバータ1に環流する電流路を構成する
とともに、シールドとアース間に追加したスロット絶縁
により漏れ電流路のうちアースに流れる電流路のインピ
ーダンスを増加させて漏れ電流の多くをシールドを通し
てインバータ1に環流させることができるようにしたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は電動機及びこの電動
機の可変速駆動システムに関し、特にインバータを利用
した交流可変速駆動システムに適用して有用なものであ
る。 【0002】 【従来の技術】図6は従来技術に係る電動機の可変速駆
動システムを概念的に示す説明図である。同図に示すよ
うに、この種の電動機の可変速駆動システムでは、IG
BT、GTO等のスイッチング素子を用いたインバータ
1をPWM制御することにより出力電圧を制御してい
る。ここで、インバータ装置1では、スイッチングを行
っているため、そのときの出力電流に零相電流成分が発
生したり、電圧が急変した場合にインバータ1から電動
機2に流れ込んだ電流がアースを通して流れる漏れ電流
が発生する。この漏れ電流が他の機器へのノイズ源とな
ることがある。 【0003】このため、インバータ1の出力端子にイン
ダクタンスとコンデンサなどによるフィルタを挿入し
て、出力電圧波形の高周波成分を抑制したり、PWM制
御の搬送周波数を低減したりしてノイズの発生回数を低
減したりしている。また、インバータ1から電動機2へ
の接続ケーブル3から放射する電磁波成分や磁気誘導成
分を抑制するために、この接続ケーブル3にシールド線
を使用したり金属管4で接続ケーブル3を囲うなどの対
策も講じられている。かかるシールドは、接続ケーブル
3から静電容量成分によってアースに流れ込もうとする
漏れ電流を途中でカットして、漏れ電流成分をインバー
タ1にバイパスする環流回路にもなるため、アースに漏
れる電流低減する効果もある。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、接続ケーブル
3をどんなに厳重にシールドしても、電動機2の内部で
漏れ電流路が形成されている場合には、この電動機の内
部の漏れ電流に対してまでは有効な対策を講じたことに
はならない。すなわち、電動機2の巻線と、鉄心、枠、
アース間の静電容量により高周波電流が流れ、上記と同
様の現象が生じる。 【0005】本発明は、上記従来技術に鑑み、インバー
タによる電動機の可変速駆動システムに発生する零相電
流を抑制することにより周辺の電気機器に対する悪影響
を低減することができる電動機及びこの電動機の可変速
駆動システムを提供することを目的とする。 【0006】上記目的を達成する本発明の構成は、次の
点を特徴とする。 【0007】1)電動機の巻線を挿入する鉄心のスロッ
ト絶縁を2重構造とし、両スロット絶縁間にシールド導
体を挟み込んだこと。 【0008】2)上記1)に記載する電動機において、
シールド導体に発生する渦電流を抑制するため、このシ
ールド導体の形状を櫛歯状のパターンや往復路のパター
ン等の短絡ループを形成しないようなパターンとしたこ
と。 【0009】3)上記1)又は2)に記載する電動機に
おいて、 絶縁シートの上に導体の箔を接着して一体と
した導体箔付絶縁シートを利用してスロット絶縁の一方
とシールド導体とを形成したこと。 【0010】4)上記導体箔付絶縁シートをスロット端
部からリード線状に長く伸ばし、このスロット端部のリ
ード状の導体箔付絶縁シートをスロット間の短絡配線や
外部のリード線のシールドとの絶縁線として使用するよ
うにしたこと。 【0011】5)インバータで駆動する電動機の可変速
駆動システムにおいて、上記1)乃至4)の何れか一つ
に記載する電動機を有するとともに、接続ケーブルをシ
ールド線で形成するか、又は金属管等の導体で囲うこと
により零相電流が流れることのできる環流路を形成し、
接続ケーブルのシールドの一方を電動機のスロットのシ
ールド導体と接続し、他方をインバータのアース端子又
は直流電源端子に接続することにより、インバータの零
相電流成分をシールドに環流させることにより、アース
に流れる漏れ電流となる零相電流成分を抑制するように
構成したこと。 【0012】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【0013】一般に電動機の多くは、図1に示すよう
に、鉄心5と巻線6とを有している。巻線6の絶縁は巻
線6自体の表面にコーテーングされているエナメル成分
と、ワニス処理によるワニス成分、そして鉄心5に形成
したスロット7と巻線6間に挿入されている絶縁紙、絶
縁プラスチック等のスロット絶縁8等から構成されてい
る。ここで、鉄心5の導電率は大きく、ほぼアースと同
電位とみなすことができるため、巻線6とアース間のイ
ンピーダンスはこの巻線6の絶縁層の静電容量に依存す
る。 【0014】このような絶縁構造の巻線6にシールドを
行うには、巻線6の素線自身にシールド線を利用する方
法と、巻線6を束ねた巻線6の全体を覆うようにシール
ドする方法とがある。素線自体をシールド線で構成する
と、シールド部分の体積が増えすぎてしまい巻線6の全
体が肥大化してしまうため、実用的でない。そこで、本
形態では、体積的に有利である巻線6の全体と鉄心5間
の絶縁部分にシールドを行う方法を採用している。 【0015】すなわち、原理的には、図2(a)及び図
2(b)に示すように、スロット絶縁紙9a、9bを2
層構造とし、その間に導体でシールド効果のあるシール
ド導体10を挟み込んで形成している。すなわち、スロ
ット絶縁紙9a、9bを2層挿入し、その間に導体で構
成された網や薄板または銅箔等で形成したシールド導体
10を挟み込んでシールド効果をもたせるとともに、ス
ロット7の端部の鉄心5の外側で各スロット7のシール
ド同士を短絡し、さらに外部のシールド端子に接続でき
るように形成する。 【0016】上述の如き絶縁及びシールド構造を有する
電動機を対象として速度制御を行う電動機の可変速駆動
システムの電気的な等価回路は図3に示す通りとなる。
同図において、C1は巻線6の素線のエナメルやワニス
による静電容量成分、C2はスロット絶縁紙9aによる
静電容量成分、C3はスロット絶縁紙9bによる静電容
量成分であり、静電容量成分C2、C3間にシールド導
体10を挟み込んでいるため、アースに漏れるはずの電
流の一部が接続ケーブル3のシールドを通ってインバー
タ1に戻るようになる。ここで、アースに漏れる電流と
シールドに環流する電流の分流比は、静電容量成分C3
の静電容量によるインピーダンスとシールドのインピー
ダンスの大きさの関係で決定される。 【0017】従来は、静電容量成分C3が存在しておら
ずほぼ短絡状態であったため、ほとんどがインピーダン
スの低いアース側に流れ込んでいた。 【0018】しかし、本形態のように電動機12の内部
の巻線6までシールドを行い、このシールドを接続ケー
ブル3のシールドに接続してインバータ1に環流する電
流路を構成し、さらにこのシールドとアース間にスロッ
ト絶縁紙9bを追加したたため、漏れ電流路のうちアー
スに流れる電流路のインピーダンスが増加する一方、シ
ールドにより構成される環流路のインピーダンスが小さ
くなるため、漏れ電流の多くをシールドを通して環流さ
せることができるようになる。この結果、アースに流れ
る漏れ電流成分を小さくすることができる。また、シー
ルドを流れる漏れ電流は接続ケーブル3内で閉じてお
り、外部に対して影響を与えることがなくノイズにはな
らない。 【0019】上述の如く2重のスロット絶縁紙9a、9
bに挟まれたシールド導体10は、板状にしたままでは
渦電流による損失が発生する。そこで、図4に示すよう
に、櫛歯状(a)、往復路状(b)又は枝葉状(c)等
にすることにより、短絡ループを構成しないようなパタ
ーンとするのが有効である。これにより、シールド効果
を確保する一方で渦電流が流れないようにすることがで
きる。 【0020】さらに、図4に示す各場合において、絶縁
シートに導体の箔を一体的に接着して電気配線を構成し
たフレキシブルプリント板を用いて導体箔付絶縁シート
を形成し、この導体箔付絶縁シートをシールド導体10
とスロット絶縁紙9a、9bの何れか一方の機能を併せ
持たせるように構成しても良い。これにより、部品点数
が低減でき、また、図4に示すような複雑な形状のパタ
ーンもエッチング等の技術により微細加工することがで
きる。 【0021】さらに、上述の如き導体箔付絶縁シートの
フレキシブルプリント板を用いてシールド導体とスロッ
ト絶縁を行った上、図5に示すように、端部からリード
状にシートを形成し、そのシート状の導体を利用して、
各スロットのシールド同士を短絡させる機能や、外部の
接続ケーブル3のシールドとの接続をする機能を持たせ
るように構成しても良い。これにより、スロットシール
ド同士を短絡させるために必要な配線ケーブルや、半田
付け作業などを削減することができる。 【0022】 【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、従来のスロット絶縁の電動機では、インバータか
ら電動機までの配線ケーブルをシールドしても零相電流
がアースに流れる漏れ電流成分は抑制できなかったが、
本発明に係る電動機では、電動機の内部の巻線部分まで
シールドすることにより、シールド側のインピーダンス
を低くし、かつアース側のインピーダンスを大きくする
ことができ、アースに流れる漏れ電流を抑制することが
できる。この結果、漏れ電流に起因するノイズを低減す
ることができる。 【0023】また、このシールド導体の形状を短絡路が
無いように構成することにより、シールド部分に発生す
る渦電流を抑制することができる。 【0024】さらに、フレキシブルプリント板を用いる
ことにより、比較的簡単にこの短絡路のないシールドパ
ターンとスロット絶縁とを一体化でき、部品点数や組立
工数を削減することができる。 【0025】最後に、プリント配線板の一部をリード線
として構成することにより、スロット外部での接続作業
も簡単になる。
【図面の簡単な説明】 【図1】電動機の一般的な巻線及びこの近傍部分の構成
を概念的に示す説明図である。 【図2】本形態に係る電動機の巻線部分を抽出して示す
説明図で、(a)は断面で示し、(b)は側面で示した
ものである。 【図3】本形態に係る電動機の可変速駆動システムを示
す等価回路図である。 【図4】本形態に係る電動機の巻線のシールド導体の各
種パターンを示す説明図である。 【図5】本形態に係る電動機の巻線のシールド導体の他
のパターンを示す説明図である。 【図6】従来技術に係る電動機の可変速駆動システムを
概念的に示す説明図である。 【符号の説明】 1 インバータ 3 接続ケーブル 5 鉄心 6 巻線 7 スロット 9a、9b スロット絶縁紙 12 電動機
フロントページの続き Fターム(参考) 5E321 AA14 AA23 BB21 BB44 CC30 GG01 GG05 5H576 BB02 BB05 BB10 CC05 DD02 DD04 DD05 EE11 HB01 PP02 5H604 AA08 BB01 BB08 CC05 CC13 DB01 DB15 PB03 PC01 QB01 QB04

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 巻線を挿入する鉄心のスロット絶縁を2
    重構造とし、両スロット絶縁間にシールド導体を挟み込
    んだことを特徴とする電動機。 【請求項2】 〔請求項1〕に記載する電動機におい
    て、 シールド導体に発生する渦電流を抑制するため、このシ
    ールド導体の形状を櫛歯状のパターンや往復路のパター
    ン等の短絡ループを形成しないようなパターンとしたこ
    とを特徴とする電動機。 【請求項3】 〔請求項1〕又は〔請求項2〕に記載す
    る電動機において、 絶縁シートの上に導体の箔を接着して一体とした導体箔
    付絶縁シートを利用してスロット絶縁の一方とシールド
    導体とを形成したことを特徴とする電動機。 【請求項4】 上記導体箔付絶縁シートをスロット端部
    からリード線状に長く伸ばし、このスロット端部のリー
    ド状の導体箔付絶縁シートをスロット間の短絡配線や外
    部のリード線のシールドとの絶縁線として使用するよう
    にしたことを特徴とする電動機。 【請求項5】 インバータで駆動する電動機の可変速駆
    動システムにおいて、 〔請求項1〕乃至〔請求項4〕の何れか一つに記載する
    電動機を有するとともに、 接続ケーブルをシールド線で形成するか、又は金属管等
    の導体で囲うことにより零相電流が流れることのできる
    環流路を形成し、接続ケーブルのシールドの一方を電動
    機のスロットのシールド導体と接続し、他方をインバー
    タのアース端子又は直流電源端子に接続することによ
    り、インバータの零相電流成分をシールドに環流させる
    ことにより、アースに流れる漏れ電流となる零相電流成
    分を抑制するように構成したことを特徴とする電動機の
    可変速駆動システム。
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Effective date: 20060801