JP2014057426A

JP2014057426A - 電動機

Info

Publication number: JP2014057426A
Application number: JP2012200442A
Authority: JP
Inventors: 晃洋 ▲高▼貫; Akihiro Takanuki; Norinaga Suzuki; 宣長鈴木; Kiyomi Tajima; 清巳田島; Kunihiko Oikawa; 邦彦及川
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: JP5985318B2

Abstract

【課題】小型化が実現できる電力変換装置一体型の電動機を提供をする。
【解決手段】電力変換装置からの所定電力で駆動制御される電動機であって、前記電力変換装置は少なくともインバータ部を有する制御ユニットと、上記インバータ部の直流部分に接続される平滑コンデンサ部からなり、前記制御ユニットと前記平滑コンデンサ部は電動機の外周部に離間して取付けられ、これら両者を接続する接続線は網線で構成されたことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、電力変換装置を一体に構成した電動機に係り、特にコンパクトな構成を図った電動機に関する。

本技術分野の背景技術として、特開平１０−１９１６８８号公報（特許文献１）が挙げられる。この特許文献には、順変換部と逆変換部の直流部分に平滑コンデンサを有するインバータ装置を用い、該インバータ装置により誘導電動機を駆動する方式の電動機システムにおいて、前記逆変換部を、前記順変換部とは独立したユニットとして誘導電動機に取付け、前記順変換部の直流側と前記逆変換部の直流側を２本の電線で接続した上で、前記平滑コンデンサを、前記２本の電線の前記順変換部側の端部に並列に接続させ、前記２本の電線の前記逆変換部側の端部には該２本の電線による誘導リアクタンス分に等しい静電リアクタンス分を有するコンデンサを並列に接続させたことを特徴とする電動機システムが記載されている。

特開平１０−１９１６８８号公報

電動機と電力変換装置を一体に構成するとコンパクトな駆動システムが構成される。しかし、電力変換装置には、少なくともコンバータ部（順変換部）、インバータ部（インバータ部）、平滑コンデンサ部（平滑部）が存在しており、電動機と一体に構成する場合、これらの電気部品をどのように配置するかが問題となる。例えば、コンパクト化を指向するには、各電機部品の大きさに応じて電動機の外周部に配置することが必要になる。

このとき、インバータ部とコンバータ部とが電動機外周部で離れて配置されたとき、両者を電気的に接続することになるが、その電線長が長くなるとインダクタンスが増加して、スイッチングによりインバータ部の電圧の跳ね上がりが懸念される。そして、一般にこのような課題に対処するには大容量のスナバコンデンサが必要となる。

しかし、電力変換装置を電動機の外周部に配置してコンパクト化を指向しているにも関わらず、その配置の自由度の限界からスナバコンデンサの設置が必要となり、結果としてコンパクト化が難しくなっている。

特許文献１ではインバータ部とコンバータ部の間の接続に「給電用ケーブル３」を用い、この「給電用ケーブル３」として同軸ケーブルや並行電線ケーブルを用いている。しかしながら、これらのケーブルは相互インダクタンスを多少打ち消す働きをするが、自己インダクタンスは依然として低減しない。

本発明は、このようなコンデンサへの依存を軽減して、スナバコンデンサの容量を少なくするか省略することで、コンパクトに構成可能な電動機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、電力変換装置からの所定電力で駆動制御される電動機であって、
前記電力変換装置は少なくともインバータ部を有する制御ユニットと、上記インバータ部の直流部分に接続される平滑コンデンサ部からなり、前記制御ユニットと前記平滑コンデンサ部は電動機の外周部に離間して取付けられ、これら両者を接続する接続線は網線で構成されたことを特徴とする。

また、上記に記載の電動機において、前記電動機は外周に冷却フィンを有し、前記接続線は前記冷却フィンを迂回して電動機の外周に取付けられたことを特徴とする。

また、上記２に記載の電動機において、前記接続線は、平板状の２枚の網線と、この平板状網線の間に絶縁物を挟んだ構造を有することを特徴とする。

また、上記に記載の電動機において、前記接続線は、同心円状に内外に網線を重ね合わせて間に絶縁物を挟んだ構造を有することを特徴とする。

また、上記に記載の電動機において、前記制御ユニットと前記平滑コンデンサ部は電動機の外周に均等に距離を置いて取付けられたことを特徴とする。

また、上記に記載の電動機において、前記平滑コンデンサ部は複数の平滑コンデンサ部からなり、電動機の外周に均等に離間して取付けられたことを特徴とする。

その結果、網線を使用することで自己インダクタンスの低減及び、重ね合わせることで相互インダクタンスの低減ができ、スイッチング時にインバータ部の電圧の跳ね上がりを抑制することができることからスナバコンデンサの小容量化もしくは、削除が可能となる。

本発明によれば、スナバコンデンサを小型にするか、無くすことにより、電動機の外周に設置する制御ユニットが小型化できるので、電動機をコンパクトに構成できる。また接続線を長くできるので、制御ユニットと平滑コンデンサ部の電動機の外周への設置箇所の自由度が向上する。

電動機駆動システム一体型ポンプの構造図である。本発明実施例の電力変換装置一体型電動機の構成図である。従来の電力変換装置の回路構成である。本発明実施例の電力変換装置の接続構成図である。網線の構成図である。網線の他の構成図である。本発明実施例の電力変換装置の他の接続構成図である。同じく電力変換装置のさらに他の接続構成図である。電動機筐体ユニットの取付に係る一つの例を示す説明図である。電動機筐体ユニットの他の取付説明図である。

図１に電動機駆動システム一体型ポンプの構造図を示す。実施形態は電動機駆動システム１１と電動機駆動システム１１を用いたポンプ１２とが一体に形成される。すなわち、ポンプ１２を駆動する為の電動機駆動システム１１がポンプ１２に組み付けられており、電動機駆動システム一体型ポンプを構成している。電動機駆動システム１１は、電力変換装置（図示せず）が電動機９のケーシングの外周に取付けられた電力変換装置一体型の電動機で構成される。

図２に本発明実施例の電動機の構造図を示す。本実施例に関わる電動機は電力変換装置と電動機９とが一体に形成される。電力変換装置は、コンバータ部とインバータ部から構成される制御ユニット１８と、制御ユニット１８の直流部分に接続される平滑コンデンサ部１９で構成される。電力変換装置は、電動機９の筐体の外周１０への取り付け時は、前記制御ユニット１８と、平滑コンデンサ部１９とに分けて取付けられる。

これは、筐体の外周１０には冷却のための放熱フィン２１が多数形成されているが、放熱フィン２１の削除枚数を少なくするためと、電動機のコンパクト化のために、電力変換装置を小分けして離れた場所に分散配置しているものである。

また、制御ユニット１８と平滑コンデンサ部１９が離れた場所に配置されているため、両者を接続する接続線は長さが長くなる。そして接続線２０は、放熱フィン２１を避けて迂回して筐体の外周１０に配置される。

図３に示すように一般の電力変換装置は、コンバータ部１３で直流電源に整流し、平滑コンデンサ１４にて直流電圧の平滑を行い、インバータ部１５で交流電源に変換する。しかし、インバータ部１５のスイッチング時にインバータ部の電圧が跳ね上がる為、スナバコンデンサ１６でこの跳ね上がりを抑制している。平滑コンデンサ１４とインバータ部１５を接続する接続線１７として、一般には銅バーや、基板パターンを用いる場合が多いが、接続線の長さが長くなると、接続線の自己インダクタンスが増加して、スナバコンデンサ１６の大容量化が必須となる。

本発明実施例では、図２の電力変換装置一体型の電動機の構造を有し、図４に示されるように、電力変換装置を、コンバータ部１３とインバータ部１５を１つにまとめた制御ユニット１８と、平滑コンデンサ部１９とで構成し、電動機９の外周１０部の上下に均等に離間して取付けられる。制御ユニット１８と平滑コンデンサ部１９は接続線２０で接続し、接続線２０は冷却フィン２１を迂回して電動機９の外周面１０に取付けられる。

図４で、平滑コンデンサ部を２個用いる場合は、平滑コンデンサ部１９に並列接続させた平滑コンデンサ部１９−２を用いる。この場合、両平滑コンデンサ部１９と、１９−２とは別個のユニットとして、合計３個のユニットを電動機９ケーシングの外周１０部に均等に離間して取付ける。３個のユニットの間は、接続線２０で接続され、接続線２０は冷却フィン２１を迂回して電動機９の外周面１０に取付けられる。

このように、電力変換装置を複数のユニットに分けることにより、各ユニットの小型化を図って取付け面積を小さくできるので、取付け部を確保するための冷却フィン２１の削除数を少なくでき、放熱面積を犠牲にすることが少ない。また、接続線は冷却フィン２１を避けて迂回して取付けられるので、放熱面積を犠牲にすることがない。

次にこの接続線２０について説明する。本発明実施例では、前記接続線２０に網線２２を使用する。網線は大量の細い電線を網状に編んで形成した接続線で、自己インダクタンスの増加が少なくなる。すなわち、網線２２を構成する各細い電線に電流が流れるため、電流が網状に複雑に流れて各細線の発生する磁束が互いに打消し合って全体として自己インダクタンスの増加が抑えられる。

また、電力変換装置では、インバータ部１５での高周波スイッチングによって、制御ユニット１８と平滑コンデンサ部１９を接続している接続線２０には高周波電流が流れている。一般の電線では、電線の表面に高周波電流が集中する表皮効果が発生することにより高周波電流による損失が発生する。しかし、接続線２０に細い線を網状に編んだ網線を用いることで、高周波電流による表皮効果が発生しづらく、高周波電流密度が均一化することから高周波電流による損失低減が図れる。その為、一般電線に比べ損失低減が可能となることから電線径を小さくすることができ、電線材料の削減も可能となることから製品重量の軽量化が可能となる。

さらに、前述のように制御ユニット１８と平滑コンデンサ部１９が離間して配置されるので、接続線の長さが長くなって接続線のインダクタンスが大きくなる傾向にあるが、本発明実施例では、前記接続線２０に網線２２を使用するので、前述のように、自己インダクタンスの増加が少なくなる。

図５に網線の構成図を示す。この網線は、間に絶縁物２３を挟んで板状（バー状）の網線２２を密着させて重ね合わせたものである。これを接続線２０に使用することにより、相互インダクタンスの低減が図れる。すなわち、重ね合された上下の網線２２で電流の往路と復路を構成し、両網線の電流が逆方向に流れるので、発生磁束を互いに打消し合ってインダクタンスの低減が図れる。図５の構造の網線によれば、網線を単に並行に配置した場合と比べて、相互インダクタンスの低減が図れる。

図６に他の構造の網線の構成図を示す。この網線は図５に示す網線を円筒形状とし、間に絶縁物２３を挟み同軸形状としたものである。絶縁物２３は外周にも設けられている。この網線２２は、図５に示す網線と同じ理由により、相互インダクタンスの低減が図れるが、図５の網線に比べて、三次元に網状に形成されているので、効果が一層大きくなる。

このように、本実施例の電力変換装置では、インダクタンスの抑制によりスイッチング時にインバータ部の電圧の跳ね上がりを抑えることができることから、図４のスナバコンデンサ１６の小容量化、もしくは除外による省スペース化が可能となり、電力変換装置一体型の電動機の小型化が可能となる。また、インダクタンスの抑制により接続線を長くできるので、制御ユニットと平滑コンデンサ部の電動機の外周への設置場所の自由度が向上する。

なお、本実施例は、図４に示す電力変換装置の平滑コンデンサ部の接続の構成に限らない。図７に、電力変換装置の他の接続構成を示す。この接続構成は、コンバータ部１３と平滑コンデンサ１４から構成される部分を平滑コンデンサ部１９−１とし、この平滑コンデンサ部１９−１と制御ユニット（インバータ部のみ）１８とを、接続線２０ａで接続している。この接続線２０ａには、図５の接続線と図６の接続線のいずれかが使用される。図７に示す構成では、平滑コンデンサ部１９−１と制御ユニット（インバータ部のみ）１８の２個のユニットとして、電動機９の外周１０に離間して取付けられる。

図８に電力変換装置の更に他の接続構成を示す。この構成では、整流部１３と、平滑コンデンサ部１９と、制御ユニット（インバータ部）１８と、接続線２０ｂから構成されている。平滑コンデンサ部１９は、整流部１３と制御ユニット（インバータ部）１８との間に接続線２０ｂを介して接続される。この接続線２０ｂには、図５の接続線と図６の接続線のいずれかが使用される。この構成では、整流部１３と、平滑コンデンサ部１９と、制御ユニット（インバータ部）１８とが３個のユニットとして、電動機９の外周１０に離間して取付けられる。

最後に、電力変換装置の電動機筐体ユニットにおける取付例を説明する。上述のように本実施例の電力変換装置は複数ユニットに分割されるため、電動機の筐体ユニット上に分散して配置が可能となっている。電力変換装置一体型の電動機では電力変換装置の電動機筐体ユニット上の配置もコンパクトとするのが好適である。以下、図面を用いて２つの取付例を示す。但し、これらの配置に限られるものでないことはいうまでもない。

図９は電動機筐体ユニットの取付に係る一つの例を示す説明図である。図２に示すように、電力変換装置を、前記制御ユニット１８と、平滑コンデンサ部１９との２個のユニットに分けて取付けられる。この場合の２個のユニットは、電動機９の筐体の外周１０に離間して取付けられる。このように、２個のユニットを離間して取り付けることにより、発熱源を分散することができ、冷却性能を向上することができる。

２個のユニットは、上記した前記制御ユニット１８と、平滑コンデンサ１９に限ることはなく、図７に示す平滑コンデンサ１９−１と制御ユニット(インバータ部)１８の２個を、図９のように取付けることができる。

図１０は、電動機筐体ユニットの他の取付説明図である。図４に示すように、電力変換装置を、前記制御ユニット１８と、平滑コンデンサ部１９と１９−２との３個ユニットに分けて取付けられる。この場合の３個のユニットは、電動機９の筐体の外周１０に離間して取付けられる。このように、３個のユニットを離間して取り付けることにより、発熱源を分散することができ、冷却性能を向上することができる。

９…電動機、１０…電動機の外周部、１１…電動機駆動システム、１２…ポンプ、１３…コンバータ部、１４…平滑コンデンサ、１５…インバータ部、１６…スナバコンデンサ、１８…制御ユニット、１９、１９−１、１９−２…平滑コンデンサ部、２０…接続線、電線、２１…冷却フィン、２２、２０ａ、２０ｂ…接続線、網線、２３…絶縁物。

Claims

電力変換装置からの所定電力で駆動制御される電動機であって、
前記電力変換装置は少なくともインバータ部を有する制御ユニットと、上記インバータ部の直流部分に接続される平滑コンデンサ部からなり、前記制御ユニットと前記平滑コンデンサ部は電動機の外周部に離間して取付けられ、これら両者を接続する接続線は網線で構成されたことを特徴とする電動機。
請求項１に記載の電動機において、
前記電動機は外周に冷却フィンを有し、前記接続線は前記冷却フィンを迂回して電動機の外周に取付けられたことを特徴とする電動機。
請求項１または２に記載の電動機において、
前記接続線は、平板状の２枚の網線と、この平板状網線の間に絶縁物を挟んだ構造を有することを特徴とする電動機。
請求項１または２に記載の電動機において、
前記接続線は、同心円状に内外に網線を重ね合わせて間に絶縁物を挟んだ構造を有することを特徴とする電動機。
請求項１〜４のいずれかに記載の電動機において、
前記制御ユニットと前記平滑コンデンサ部は電動機の外周に均等に距離を置いて取付けられたことを特徴とする電動機。
請求項１〜５のいずれかに記載の電動機において
前記平滑コンデンサ部は複数の平滑コンデンサ部からなり、電動機の外周に離間して取付けられたことを特徴とする電動機。