JP2005185001A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で、サージ電圧及び高周波ノイズを吸収し電動機の絶縁劣化を防止する電動機を提供する。
【解決手段】 インバータアンプ２によってケーブル５を介して駆動される電動機である。ケーブル５と電動機１とのサージインピーダンスミスマッチングによって発生するサージ電圧及びインバータアンプのスイッチング素子によるスイッチング動作に基づいて発生する高周波ノイズを抑制吸収する吸収体３を電動機１の内蔵させる。この吸収体３は、絶縁体で被覆された所定長の導体を電動機１の入力端子４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ接続して構成されている。吸収体の各導体の先端は開放されているか、又は、高インピーダンス部材で接続されている。サージ電圧及び高周波ノイズはこの吸収体によって抑制、吸収されることから、電動機の巻線の絶縁劣化やシステムの誤動作を防止することかできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータ駆動システムにより駆動される電動機に関する。

電動機の巻線は高インピータンスであり、該電動機に電力を供給するケーブル等は電動機に比べ低インピーダンスであることから、インピーダンスミスマッチングにより高電圧のサージ（不整合反射による不要高電圧波形）が発生する。このサージ電圧が原因となって、電動機における巻線の絶縁が劣化する。この巻線の絶縁劣化を防止するために、従来、抵抗、インダクタンス、コンデンサ等からなる回路や半導体を用いた回路をモータに追加し、このサージ電圧を低減させる方法が用いられている。又は高電圧のサージ電圧に十分耐えうる絶縁性能を施した電動機が採用されている。

また、このサージ電圧を低減させる方法として、３条の絶縁心線の各々にシールドを施して独立した３心の同軸構成とし、残りの１条をＧＮＤ線として導体を適用して全体を集合撚りしたものの上にシースを施した構造によりサージ電圧を抑制するようにした発明をすでに提案している（特願２００２−１５５６６８号参照）。

さらに、反射型サージ電圧を抑制するケーブルとして絶縁心線からなる主線の周りに、導体を絶縁体で絶縁してさらにシールドを施した補助線を長手方向に巻き付けて、サージ電圧を抑制するようにした発明もすでに提案している（特願２００３−２７２７２７号参照）。

又、インバータ駆動システムにより駆動される電動機においては、直流電源から供給される電力をインバータのスイッチング素子によるスイッチング動作で、任意の周波数の電力に変換して電動機に供給して電動機を駆動制御するものである。このスイッチング時に高周波のノイズが発生する。この高周波ノイズが外部機器の誤動作を引き起こす原因となる。

従来から行われている抵抗、インダクタンス、コンデンサ等からなる回路や半導体を用いた回路をモータに追加し、このサージ電圧を低減させる方法では、電動機にこのサージ抑制用の回路を設ける必要があり、スペースやコストの点から問題であり、十分な信頼性も得られない。また、高電圧のサージ電圧に十分耐えうる絶縁性能を施した電動機を構成するとなると、巻線を絶縁する絶縁紙の量が増加し、電動機の製造コストがアップする。

そこで、本発明は、簡単な構成で、サージ電圧及び高周波ノイズを吸収し電動機の絶縁劣化を防止する電動機を提供することにある。

本発明は、インバータ駆動システムによって駆動される電動機であって、該電動機には該電動機の入力端子に接続され、サージ電圧及び高周波ノイズを吸収する吸収体を内蔵するようにした。前記吸収体は、絶縁体で被覆された導体で構成され、その導体の終端は開放するか、または、高インピーダンスの負荷を接続して構成する。また、絶縁体で被覆された導体に対してさらにシールドを施して構成する。
前記吸収体の絶縁体で被覆された導体は、巻線と共に固定子スロット内部に巻き込んで内蔵させるか、又は、端子箱やコネクタなどの巻線と端子とを中継する部品に収容させるか、ハウジングなどのモータの構成部品と一体化して収容させる。また、前記吸収体の電圧、電流変化、抵抗値を観測するための端子を該吸収体に設ける。そして、吸収体の導体を絶縁する絶縁体は高誘電率絶縁体及び／又は高誘電体損失の絶縁体とする。この絶縁体で被覆された導体は、抵抗増加とインダクタンスを増加させるために導電材又はめっきで被覆されたものとする。

サージ電圧及び高周波ノイズを抑制し、吸収することから電動機の巻線の絶縁劣化を防止することができる。

図１は本発明の一実施形態の説明図である。電動機１の各相入力端子４ａ、４ｂ，４ｃには、インバータアンプ２の対応する相の出力がケーブル５を介して接続されている。又、電動機１には、ケーブルと電動機のインピーダンスミスマッチングにより生じる高電圧のサージ及びインバータアンプにおけるスイッチング素子のスイッチング動作にともなって発生する高周波ノイズ等のノイズを吸収する吸収体３が内蔵され、各相入力端子に接続されている。

図２は、該吸収体３を構成する要素６の第１の形態の断面図である。吸収体３を構成する要素６は、絶縁体８で被覆された所定長の導体７の線体で構成されている。この絶縁体８で被覆された導体７からなる要素６が電動機１の各相入力端子にそれぞれ接続され吸収体３を構成している。この要素６の終端は、開放されるか、若しくは、高インピーダンス部材で相互に接続されている。絶縁体としては、高誘電率絶縁体又は／及び高誘電体損失絶縁体で構成することがのぞましい。

吸収体３を構成する電動機の各相入力端子にそれぞれ接続された要素６の終端は開放されるか、互いに高インピーダンス部材で接続されるものであるから、該吸収体３の各要素６には電動機の駆動信号はほとんど流れない。しかし、ケーブル５と電動機１のインピーダンスミスマッチングによって生じるサージ電圧を抑制し吸収することができる。また、インバータアンプ２はスイッチング素子によるスイッチングによって、直流電源から任意の周波数の交流に変換して電動機１を駆動するものであるが、このスイッチング素子によるスイッチング動作時に高周波ノイズを発生する。この高周波ノイズもこの吸収体３は抑制し、吸収する。これによって、サージ電圧による電動機巻線の絶縁劣化や高周波ノイズによる外部機器の誤動作を防止する。

又、この吸収体３を電動機１内へ収容する方法としては、導体７を絶縁体８で被覆した線状の要素６を電動機の固定子巻線と共に固定子スロット内に巻き込んで収容する。または、電動機に設けられている端子箱やコネクタなどの巻線と端子を中継する部品内に収容するようにしてもよい。

さらには、電動機のハウジング等の部品にこの吸収体３を収容する収容部を一体的に設け、該収容部に吸収体３の各要素６を束ねて収容するようにしてもよい。こうして吸収体６を構成する各要素６を束ねて収容した時は、束ねた要素６の線体全体をシールドするようにしてもよい。

図３（ａ），（ｂ）は、吸収体３を構成する要素の第２の形態の断面図である。図３（ａ）に示す、第２の形態における吸収体３を構成する要素６’は、導体７を被覆した絶縁体８の周りにシールド９を施し、さらに、その上にシース１０を施して形成された所定長の線体である。この要素６’の一端を電動機１の各相入力端子にそれぞれ接続し、サージ電圧や高周波ノイズを吸収し抑制する吸収体３とするものである。また、図３（ｂ）に示す吸収体３を構成する要素６”は、図３（ａ）に示す要素６’に対してシース１０を施さずにシールド９をむき出し状態にした例である。

電動機１に収容する方法、及び要素６’、６”の終端を開放するか又は高インピーダンスで接続する点は、第１の形態と同一である。この第２の形態では、シールド９を設けたことにより、サージ電圧や高周波ノイズの漏れを防止でき、より効率的にサージ電圧や高周波ノイズを抑制することができる。

図４（ａ），（ｂ）は、吸収体３の第３の形態であり、図４（ａ）に示す例は、図２に示した絶縁体８が被覆されたを導体７からなる要素６を３相分まとめてシールド１１を施し、さらにその上にシース１２を施しているものである。そして、各要素６の導体７の一端は電動機１の各相入力端子にそれぞれ接続され、他端は開放か若しくは高インピーダンス部材で相互に接続されているものである。図４（ｂ）は、シース１２を施さずに要素６を３相分まとめたシールド１１をむき出しの状態にして構成したものである。

図５（ａ），（ｂ）は、吸収体３の第４の形態である。この形態では、図５（ａ）に示す例は、図３に示した導体７を絶縁体８で被覆し、そのまわりにシールド９を施し、さらにその上にシース１０を施した要素６’を３相分束ねて、さらにシールド１１を施し、その上にシース１２を施して形成したものである。図５（ｂ）は、シース１２を施さずに３相分の要素６’をまとめたシールド１１をむき出しの状態にして構成したものである。

上述した、吸収体３を構成する要素６，６’の導体７は、高周波ノイズ減衰を促進し、抵抗増加とインダクタンスを増加させるために導電材又はメッキで被覆したサージ抑制部材を用いる。導電材やメッキ材としては、銅に比べ導体抵抗が大きく、複素透磁率の大きな材料を選択し、例えば、Ｎメッキなどが用いられる。また、高誘電率であり、且つ高誘電体損失の絶縁材料として、弗化ビニリデン等を用いる。シールドには一般的な編組シールドでよい。又、シースとしてＰＶＣ等を用いる。

吸収体３における各要素６又は要素６’の長さは、インバータアンプ２と電動機１間のケーブルの一般で標準的な長さの４倍程度の長さとする。また、電動機を使用する機械が決まっており、且つインバータアンプと電動機の配置位置間が決定されその間のケーブル長が分かっているような場合には、そのケーブル長の４倍程度を吸収体３の各要素６，要素６’の長さにして電動機１内に内蔵させるようにすればよい。

また、吸収体３は長時間使用すると劣化する。そのため、この劣化等を測定するために、該吸収体３を構成する要素６，６’の導体７の電圧、電流変化、抵抗値等を検出するための端子を該吸収体３に設けておき、該端子を介して導体７の電圧、電流変化、抵抗値等を測定する。又、電動機に温度を測定し、これらの測定データに基づいて吸収体の劣化状態を監視できるようにして、管理可能にする。

本発明の吸収体３を内蔵した電動機と、吸収体３を内蔵しない従来の電動機に対して、サージ電圧を測定した所、サージ電圧の影響を受けていない安定した状態の電圧値に対して、サージ電圧の影響により生じた増加電圧は、本発明の吸収体３を内蔵した電動機の増加電圧は、吸収体３を内蔵しない従来の電動機の増加電圧より４割〜５割程度低下したものであった。このように、サージ電圧を４〜５割低下させることができることから、その分電動機の絶縁劣化を防止することができるものである。

本発明の一実施形態の説明図である。 同実施形態における吸収体を構成する要素の第１の形態の断面図である。 同実施形態における吸収体を構成する要素の第２の形態の断面図である。 同実施形態における吸収体を構成する線体を束ねた第３の形態の断面図である。 同実施形態における吸収体を構成する線体を束ねた第４の形態の断面図である。

符号の説明

１ 電動機
２ インバータアンプ
３ 吸収体
４ａ，４ｂ，４ｃ 電動機の各相端子
５ ケーブル
６ 吸収体を構成する要素
７ 導体
８ 絶縁体
９，１１ シールド
１０，１２ シース

Claims (10)

1. インバータ駆動システムによって駆動される電動機であって、該電動機には該電動機の入力端子に接続され、サージ電圧及び高周波ノイズを吸収する吸収体を内蔵することを特徴とする電動機。
2. 前記吸収体は、絶縁体で被覆された導体で構成され、その導体の終端は開放されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記吸収体は、絶縁体で被覆された導体で構成され、その導体の終端は高インピーダンスの負荷が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記絶縁体で被覆された導体は、さらにシールドが施されている請求項２又は請求項３に記載の電動機。
5. 前記吸収体の絶縁体で被覆された導体は、巻線と共に固定子スロット内部に巻き込んで内蔵された請求項２乃至４の内いずれか１項に記載の電動機。
6. 前記吸収体は、端子箱やコネクタなどの巻線と端子とを中継する部品に収容された請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の電動機。
7. 前記吸収体は、ハウジングなどのモータの構成部品と一体化して収容されている請求項１乃至４の内いずれか１項にに記載の電動機。
8. 前記吸収体の電圧、電流変化、抵抗値を観測するための端子が該吸収体に設けられている請求項１乃至６の内いずれか１項に記載の電動機。
9. 前記絶縁体は高誘電率絶縁体及び／又は高誘電体損失の絶縁体で構成されている請求項６又は請求項７に記載の電動機。
10. 前記絶縁体で被覆された導体は、抵抗増加とインダクタンスを増加させるために導電材又はめっきで被覆されている請求項６又は請求項７に記載の電動機。
    

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