JP2013523075A - 駆動電動機用電動機コンバータ回路及びこのような電動機コンバータ回路を持つ電気駆動装置 - Google Patents
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Abstract
電気駆動装置（１）は、中間回路コンデンサ（１６）を有する本発明による電動機コンバータ回路（３）を持っている。中間回路コンデンサ（１６）が複数のセラミックコンデンサ（２４）の並列回路から構成されている。セラミックコンデンサ（２４）は少ない損失抵抗を持ち、一層良好な放熱を可能にするので、電動機コンバータ回路（３）が比較的長い寿命を持っている。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、請求項１の上位概念に記載の電動機コンバータ回路に関する。本発明は更に、このような電動機コンバータ回路を持つ電気駆動装置に関する。
電気駆動装置は、例えば電気補助駆動装置の形で、自動化工業及び家庭用品工業においても、鉄道交通技術、自動車技術及び航空技術においても使用される。これらの駆動装置では、駆動電動機が、コンバータ駆動回路により制御される電動機コンバータに接続されている。電動機コンバータは、電源及び中間回路コンデンサから給電される。中間回路コンデンサは電解コンデンサとして構成されている。このような電動機コンバータ回路では、電解コンデンサが速く老化するのが頻繁すぎ、従って電動機コンバータ回路が速く故障する、という欠点がある。
本発明の基礎になっている課題は、一層長い寿命を持つ駆動電動機用電動機コンバータ回路を提供することである。
この課題は、請求項１の特徴を持つ電動機コンバータ回路によって解決される。標準のＥＭＶ限界値を維持するために、中間回路コンデンサがいわゆるπ形フィルタの一部である。フィルタ減衰及び出力側電圧リプルの大きさは、従来の電動機コンバータ回路では、損失抵抗の容量及び電解コンデンサのインダクタンスにかなり関係している。電解コンデンサのオーム損失は、要求されるフィルタ減衰をまだ実現できるように大きいので、電解コンデンサの容量もインダクタンスも、損失抵抗に加算される電圧降下を与えてはならない。これは、電解コンデンサを電動機コンバータの開閉周波数の基本波に対する直列共振で作動させることによって行われる。これにより、例えば２０ｋＨｚの開閉周波数に対して１〜２ｍＦの範囲にある大きい容量が生じ、従って大きい部品又は電解コンデンサが生じる。電解コンデンサは部品毎に特定の損失電力にのみ耐えるので、電流従ってそれに伴う損失電力の分布のために、複数の電解コンデンサが並列接続される。例えば２００Ｗ〜１ｋＷの電力を持つ駆動電動機のために、２〜５個の電解コンデンサが並列接続される。
さて本発明によれば、僅かな構造空間しか与えられない場合、並列接続される電解コンデンサは熱的に不十分にしか互いに結合されておらず、それによりばらばらな電解コンデンサの速やかな老化が起こり、最悪の場合電動機コンバータ回路の早期の故障が起こることがわかった。その背景は、電解コンデンサが一方では高い損失抵抗を持ち、他方では負の温度係数を持っていることである。それに応じて最大電流を通す最も低抵抗の電解コンデンサの損失抵抗は、廃熱の不十分な導出により更に減少するので、一層多くの電流がこれを通って流れ、それにより損失電力従って温度が更に上昇する。従って電解コンデンサの並列接続は正帰還システムを形成し、それにより熱的によく結合されない電解コンデンサは速く老化する。
それに対し複数のセラミックコンデンサの並列接続により、僅かな損失抵抗しか持たない中間回路コンデンサが構成される。セラミックコンデンサはそれぞれ１〜２ｍΩの損失抵抗を持ち、このことは、付属するろう付け個所又は接着個所がセラミックコンデンサ自体より多い損失電力を出すことを意味する。例えばそれぞれ１０μＦの容量を持つ５０個のセラミックコンデンサが並列接続され。各ろう付け個所が２５ｍΩのオーム損失抵抗を持っていると、中間回路コンデンサの１ｍΩの損失抵抗が生じる。この損失抵抗は、電解コンデンサから構成される中間回路コンデンサの損失抵抗より約１／２０だけ小さい。セラミックコンデンサの並列接続により、一層小さい損失抵抗のため、一方では一層少ない加熱しか行われず、他方では多数のろう付け個所のため、電解コンデンサの容量巻き体の接触に比べて一層良好な放熱が行われる。
損失抵抗における電圧降下が約１／２０だけ減少されるので、中間回路コンデンサの容量性リアクタンスにおける電圧降下が許容され、従って一層小さい値を持つ中間回路コンデンサを設計することができる。中間回路コンデンサはもはや共振で作動させる必要がない。従って基本周波数において、主として容量性リアクタンスが並列接続され、それにより熱的に生じて負の温度係数を持つ損失抵抗変化が目だたなくなる。
更に中間回路コンデンサに付属可能な部分インダクタンスが、セラミックコンデンサの並列回路において、電解コンデンサにおけるより係数だけ小さい。これは中間回路コンデンサの共振範囲におけるＱの減少を生じ、従って一層高い周波数即ち共振周波数より大きい周波数における一層小さい電圧降下を生じる。これにより一層大きい減衰の一層広帯域のπ形フィルタが生じる。
請求項２〜５の１つに記載の電動機コンバータ回路は長い寿命を保証する。
更に本発明の基礎になっている課題は、一層長い寿命を持つ電気駆動装置を提供することである。
この課題は、請求項６の特徴を持つ電気駆動装置によって解決される。本発明による駆動装置の利点は、本発明による電動機コンバータ回路の既に述べた利点に一致する。
本発明のそれ以外の特徴、利点及び詳細は、実施例の以下の説明から明らかになる。
電気駆動装置１は、電動機コンバータ回路３を介して駆動電動機４を駆動する電源２を持っている。
電動機コンバータ回路３は、電源２の極７，８に接続される２つの端子５，６を持っている。第１の端子５はＫ１−３０端子と称され、第２の端子６はＫ１−３１端子と称される。端子６は電動機コンバータ回路３の接地端子を示す。電源２の極８は、例えば自動車のシャシ又は内燃機関の機関ブロックである接地導体９に接続されている。
駆動電動機４の制御のため電動機コンバータ回路３は、コンバータ駆動回路１１により制御される電動機コンバータ１０を持っている。電動機コンバータ１０又はＤＣ／ＡＣコンバータはＢ６ブリッジとして構成され、６つの電力開閉器１２を持っている。
ＥＭＶ限界値を維持するため、電源２の方向にπ形フィルタ１３が電動機コンバータ回路３へ挿入されている。π形フィルタ１３は、入力側に端子５と６との間に接続されるフィルタ容量又はフィルタコンデンサ１４を持っている。フィルタコンデンサ１４に対して並列に、インダクタンス又は適当なコイル１５と中間回路容量又は中間回路コンデンサ１６から成る直列回路が接続されている。コンバータ駆動回路１１及び電動機コンバータ１０は、コイル１５から中間回路コンデンサ１６へ延びる接続導線１７と戻り導体１８との間に接続されている。電動機コンバータ回路３は出力側に３つの出力端子１９，２０，２１を持ち、これらの出力端子に駆動電動機４が接続されている。駆動電動機４はブラシなし直流電動機（ＢＬＤＣ電動機）として構成されている。駆動電動機４の電動機ハウジング２２は、接続導体２３を介して接地導体９に接続されている。
中間回路コンデンサ１６は、互いに並列接続される複数のセラミックコンデンサ（Ｋｅｒｋｏ）から構成されている。例えばそれぞれ１０μＦの容量を持つ５０個のセラミックコンデンサ２４の並列接続により。比較的小さい損失電力を持つ中間回路コンデンサ又はブロックコンデンサ１６が構成される。個々のセラミックコンデンサ２４は、それぞれ１〜２ｍΩの範囲にある損失抵抗を持ち、このことは、ろう付け個所又は接着個所２５がセラミックコンデンサ２４自体より多くの損失を損失電力に与えることを意味する。ろう付け個所２５毎に約２５ｍΩの損失抵抗において、中間回路コンデンサ１６の約１ｍΩの損失抵抗が生じ、これは、電解コンデンサから構成されている従来の中間回路コンデンサの損失抵抗の約１／２０である。
セラミックコンデンサ２４の少ない損失抵抗により、一層少ない損失電力及びそれに応じて加熱が一層少なく、多数のろう付け個所２５のため熱が一層よく導出される。セラミックコンデンサ２４も負の温度係数を持っているけれども、セラミックコンデンサは、電解コンデンサのように許容できない加熱及びその結果生じる急速な老化は起こらない。それに応じて電動機コンバータ回路３は比較して一層長い寿命を持っている。
Claims (6)
- 駆動電動機用電動機コンバータ回路であって、
電源（２）に接続するための第１の端子（５）及び第２の端子（６）、
駆動電動機（４）を制御するための電動機コンバータ（１０）、
電動機コンバータ（１０）を制御するコンバータ回路（１１）及び
第１及び第２の端子（５，６）に接続されるフィルタ容量（１４）、電動機コンバータ（１０）に並列接続される中間回路容量（１６）、及び第１の端子（５）に接続されかつ中間回路容量（１６）に直列接続されるインダクタンス（１５）を持つπ形フィルタ（１３）を含んでいるものにおいて、
中間回路容量（１６）が、互いに並列接続される複数のセラミックコンデンサ（２４）から構成されている
事を特徴とする、電動機コンバータ回路。 - 少なくとも１０個、特に少なくとも３０個及び特に少なくとも５０個のセラミックコンデンサ（２４）が並列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動機コンバータ回路。
- 電動機コンバータ（１０）の開閉周波数の基本波において、セラミックコンデンサ（２４）が直列共振で作動せしめられないように、セラミックコンデンサ（２４）の並列回路が設計されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動機コンバータ回路。
- 各セラミックコンデンサ（２４）が、最高でも２ｍΩのオーム損失抵抗特に１ｍΩ〜２ｍΩの範囲にあるオーム損失抵抗を持っていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の電動機コンバータ回路。
- セラミックコンデンサ（２４）の各ろう付け個所（２５）が最高でも２５ｍΩのオーム損失抵抗を持っていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の電動機コンバータ回路。
- 請求項１〜５の１つに記載の電動機コンバータ回路（３）、
第１の極（７）を第１の端子（５）に接続されかつ第２の極（８）を第２の端子（６）に接続されている電源（２）、及び
電動機コンバータ（１０）に接続されている駆動電動機（４）
を含む電気駆動装置。
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