JP2015228748A - モータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内の電子機器や周辺の電子機器に与えるラジオノイズの発生を抑制し、信頼性の高いモータシステムを得る。
【解決手段】一体型モータシステム１００は、モータ部２、電力変換部３、モータ部２と電力変換部３とを電気的に接続する交流線７と、モータ部２と電力変換部３と交流線７とを収納する筐体１と、電力変換部３と外部電源４とを接続する直流線５と、直流線５を被覆する導電性被覆６とで構成した。さらに、導電性被覆６と直流線５との間には、第１の電気容量が設けられ、第２の電気容量である交流線容量素子８は、交流線７と終端板９との間に配され、終端板９を介して導電性被覆６に接続される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータ部とモータ部を駆動する電力変換部とが同じ筐体内に収納された一体型モータシステムに関わる。

従来の一体型モータシステムでは、外部の直流電源と電力変換部とが直流線を介して接続され、筐体内で電力変換部とモータ部が交流線で接続される。なお、直流線は、導電性の導電性被覆（シールド線）で被覆され、直流線と導電性被覆との間に電気容量が介在する。また、導電性被覆は、直流電源側の近傍でアース（車体）に接続される。また、この導電性被覆は、筐体側では、筐体に接続される。
この電気接続の場合、電力変換部内のスイッチング素子で発生したノイズ電流の内のアースを経由する電流量は、筐体とアースとの間の抵抗が高いので低減される。主に電力変換部内のスイッチング素子で発生したノイズ電流は、電力変換部から交流線を介してモータ部へ流れ、モータ部から浮遊容量を介して筐体へ流れ、筐体から導電性被覆へ流れ、さらに導電性被覆から直流線と導電性被覆との間の電気容量を介して直流線に流れ、直流線から電力変換部のスイッチング素子に帰還する。
一般的に電流が閉ループを描くと磁界が発生し、空中を伝わるラジオノイズが発生する。ラジオノイズは、周辺の電子機器に影響を及ぼし、誤作動を招く場合もある。
なお、ノイズ電流の閉ループが小さなループを描く場合は、ノイズ電流の閉ループが比較的大きなループを描く場合に比べ、周辺の電子機器に与えるラジオノイズの影響は小さくなる。また、ノイズ電流の閉ループを流れる電流値が低くなった場合も、周辺の電子機器に与えるラジオノイズの影響は小さくなる。
よって、ノイズ電流がアースを経由する場合に比べ、ノイズ電流が筐体を流れる方が、閉ループが小さくなるので、周辺の電子機器に与える影響を低減される場合がある（たとえば、特許文献１）。

特開２００６−２７３１５

従来の一体型モータシステムでは、その筐体内に電力変換部の制御用回路などの電子機器を搭載する。そのため、筐体にノイズ電流が流れることにより発生するラジオノイズが、筐体内の電子機器に影響を及ぼすことがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筐体に流れるノイズ電流を低減することにより、筐体内の電子機器や周辺の電子機器に与えるラジオノイズの影響を抑制し、信頼性の高いモータシステムを提供するものである。

この発明に係る一体型モータシステムは、筐体内にモータ部、電力変換部、およびこのモータ部とこの電力変換部とを接続する交流線を収納する。さらに、外部からの直流電圧を前記電力変換部に供給する直流線と、直流線を覆う導電性被覆とを備え、この直流線と導電性被覆との間に第１の電気容量を有する。また、導電性被覆と交流線との間に第２の電気容量を有する電気容量素子とを備える。

この発明によれば、電力変換部のスイッチング素子で発生したノイズ電流は、主に交流線から第２の電気容量を介して導電性被覆へ流れ、導電性被覆から第１の電気容量を介して直流線へ流れ、直流線から電力変換部のスイッチング素子に帰還する。すなわち、筐体を流れるノイズ電流は低減される。よって、従来に比べ、筐体内の電子機器や周辺の電子機器に与えるラジオノイズの発生が抑制され、信頼性の高いモータシステムを提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るモータシステムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータシステムを示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第１のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第２のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第３のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第４のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第５のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態１に係る第６のノイズ電流の経路を示す電気接続図である。 この発明の実施の形態２に係るモータシステムを示す構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１におけるモータシステムを示す構成図である。図１を参照して、実施の形態１におけるモータシステムの構成を説明する。
一体型モータシステム１００は、モータ部２、電力変換部３、モータ部２と電力変換部３とを電気的に接続する交流線７と、モータ部２と電力変換部３と交流線７とを収納する筐体１と、電力変換部３と外部電源４とを接続する直流線５と、直流線５を被覆する導電性被覆６とを含む。
モータ部２は、モータ部２の取り付け具２２を介して筐体１に固定され、モータ部２の回転軸２１の一部が、筐体１の外側へ突出し、回転軸２１から他の機器（図示せず）に回転を伝える。モータ部２が三相誘導式である場合、交流線７は、ｕ相交流線７１とｖ相交流線７２とｗ相交流線７３との３線で構成される。
また、直流線５は、高電位側直流線５１と低電位側直流線５２との２線で構成され、導電性被覆６は、直流線５を被覆し、その一端は筐体１の内部で終端板９に接続する。
なお、導電性被覆６と直流線５との間には、誘電体６０が配され、導電性被覆６と直流線５との間には、この発明の構成要素である第１の電気容量が設けられる。交流線容量素子８は、交流線７と終端板９との間に配される。交流線容量素子８は、この発明の構成要素の第２の電気容量を有する電気容量素子である。
また、交流線容量素子８は、交流線７の１線毎に設けられ、ｕ相容量素子８１の一端はｕ相交流線７１と、もう一端は終端板９とにそれぞれ接続され、ｖ相容量素子８２の一端はｖ相交流線７２と、もう一端は終端板９とにそれぞれ接続され、ｗ相容量素子８３の一端はｗ相交流線７３と、もう一端は終端板９とにそれぞれ接続される。
なお、電力変換部３は、絶縁体１０ａを介して筐体１内に固定され、終端板９は、絶縁体１０ｂを介して筐体１に固定される。また、導電性被覆６は、筐体１に直接電気的に接続せず、筐体１との接触位置には絶縁体１０ｃを介し、筐体１内で延伸し終端板９に接続される。導電性被覆６を延伸し筐体１内部においても直流線５を導電性被覆６で被覆することにより、直流線５にノイズを重畳させない効果が期待できる。
さらに、図１において、導電性被覆６は、その断面を示し、図中２か所に描かれているが、一体である。同様に、終端板９に関しても、図中２か所に描かれているが、終端板９は一体である。また、導電性被覆６および終端板９は、筐体１に比べ充分に小さい体積を有する。

図２は、この発明を実施するための実施の形態１におけるモータシステムを示す電気接続図である。図２において図１と同一番号は、同一品あるは同等品を示す。
図２を参照して、実施の形態１におけるモータシステムの電気接続を説明する。電力変換部３の高電位側端子３０ｐは、直流線５の高電位側直流線５１の一端と接続され、高電位側直流線５１のもう一端は、外部電源４の高電位側電極と接続される。また、電力変換部３の低電位側端子３０ｎは、直流線５の低電位側直流線５２の一端と接続され、低電位側直流線５２のもう一端は、外部電源４の低電位側電極と接続される。
なお、ｕ相交流線７１とｖ相交流線７２とｗ相交流線７３とは、モータ部２の固定子２３に接続される。
また、図２においても、導電性被覆６は、２か所に描かれているが、一体である。同様に、終端板９に関しても、図中２か所に描かれているが、終端板９は一体である。

電力変換部３の内部の電気接続を説明する。高電位側端子３０ｐは、高電位側主配線３１ｐと接続され、低電位側端子３０ｎは、低電位側主配線３１ｎと接続される。
ＩＧＢＴ３２ａのコレクタ側は、高電位側主配線３１ｐと接続され、ＩＧＢＴ３２ａのエミッタ側は、ＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ側と接続される。ＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ側は、低電位側主配線３１ｎと接続される。また、ＩＧＢＴ３２ａとＩＧＢＴ３２ｂの接続点とｕ相交流線７１とが接続される。なお、ダイオード３３ａは、ＩＧＢＴ３２ａと逆並列に接続され、ダイオード３３ｂは、ＩＧＢＴ３２ｂと逆並列に接続される。
ＩＧＢＴ３２ｃのコレクタ側は、高電位側主配線３１ｐと接続され、ＩＧＢＴ３２ｃのエミッタ側は、ＩＧＢＴ３２ｄのコレクタ側と接続される。ＩＧＢＴ３２ｄのエミッタ側は、低電位側主配線３１ｎと接続される。また、ＩＧＢＴ３２ｃとＩＧＢＴ３２ｄの接続点とｖ相交流線７２とが接続される。なお、ダイオード３３ｃは、ＩＧＢＴ３２ｃと逆並列に接続され、ダイオード３３ｄは、ＩＧＢＴ３２ｄと逆並列に接続される。
ＩＧＢＴ３２ｅのコレクタ側は、高電位側主配線３１ｐと接続され、ＩＧＢＴ３２ｅのエミッタ側は、ＩＧＢＴ３２ｆのコレクタ側と接続される。ＩＧＢＴ３２ｆのエミッタ側は、低電位側主配線３１ｎと接続される。また、ＩＧＢＴ３２ｅとＩＧＢＴ３２ｆの接続点とｗ相交流線７３とが接続される。なお、ダイオード３３ｅは、ＩＧＢＴ３２ｅと逆並列に接続され、ダイオード３３ｆは、ＩＧＢＴ３２ｆと逆並列に接続される。
また、制御回路（図示せず）は、ＩＧＢＴ３２ａのゲート、ＩＧＢＴ３２ｂのゲート、ＩＧＢＴ３２ｃのゲート、ＩＧＢＴ３２ｄのゲート、ＩＧＢＴ３２ｅのゲート、およびＩＧＢＴ３２ｆのゲートに接続される。

なお、ＩＧＢＴ３２ａとダイオード３３ａとで構成され、一端が高電位側主配線３１ｐと接続され、もう一端が負荷であるモータ部２に接続される回路を上アームと称する。同様にＩＧＢＴ３２ｃとダイオード３３ｃとで構成された回路、ＩＧＢＴ３２ｅとダイオード３３ｅとで構成された回路を、それぞれ上アームと称する。
また、ＩＧＢＴ３２ｂとダイオード３３ｂとで構成され、一端が低電位側主配線３１ｎと接続され、もう一端が負荷であるモータ部２に接続される回路を下アームと称する。同様に、ＩＧＢＴ３２ｄとダイオード３３ｄとで構成された回路、ＩＧＢＴ３２ｆとダイオード３３ｆとで構成された回路を、それぞれ下アームと称する。

なお、高電位側直流線５１と導電性被覆６との間には、誘電体６０が介在し、電気容量１１ａを有する。電気容量１１ａは、この発明の第１の電気容量の１つである。低電位側直流線５２と導電性被覆６との間にも、誘電体６０が介在し、電気容量１１ｂを有する。電気容量１１ｂも、この発明の第１の電気容量の１つである。

一般的に、筐体１とモータ部２の固定子２３との間には、浮遊容量１２ｍが存在する。さらに、筐体１と高電位側主配線３１ｐとの間には、浮遊容量１２ｐが存在し、筐体１と低電位側主配線３１ｎとの間には、浮遊容量１２ｎが存在する。また、筐体１と導電性被覆６との間には、浮遊容量１２ｃが存在する。

つぎに本実施の形態１におけるモータシステムの動作について説明する。外部電源４から、直流線５である高電位側直流線５１と低電位側直流線５２を介して、電力変換部３に直流電圧が供給される。外部から制御回路にモータ部２のモータ動作指令値（回転速度、トルクなど）に相当する信号が与えられると、制御回路はそのモータ動作指令値に基づき、ＩＧＢＴ３２ａ〜ＩＧＢＴ３２ｆのオンオフ動作が実行し、その動作に相当する振幅および周波数の３相交流電圧は、交流線７を介してモータ部２へ出力される。モータ部２は、交流線７から送電された電力を電磁力に変換して回転軸２１を回転する。

つぎに図３から図８を参照して、電力変換部３のＩＧＢＴがスイッチングする際のノイズ電流の経路を説明する。図３から図８は、図２に示すこの発明の実施の形態１に係るモータシステムを示す電気接続図に、ノイズ電流経路を図示したものである。図３から図８中の図２と同一番号あるいは同一符号は、同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。

まず、上アームを構成するＩＧＢＴのスイッチング動作により発生する主なノイズ電流の経路３通りについて説明する。
この３通りのノイズ電流の経路を、第１のノイズ電流の経路Ｌ１、第２のノイズ電流の経路Ｌ２、第３のノイズ電流の経路Ｌ３とそれぞれ称する。

図３を参照して、第１のノイズ電流の経路Ｌ１を説明する。上アームのＩＧＢＴ３２ａをスイッチングする際、下アームのＩＧＢＴ３２ｂのコレクタとエミッタとの間は、閉状態あるいは高抵抗状態にあるので、ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ａのエミッタ側から、下アームのＩＧＢＴ３２ｂ側に流れずにｕ相交流線７１に流れ、ｕ相容量素子８１、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ａのコレクタ側に帰還する。この第１のノイズ電流の経路Ｌ１は、筐体１を含まない。

つぎに、図４を参照して、第２のノイズ電流の経路Ｌ２を説明する。ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ａのエミッタ側からｕ相交流線７１に流れ、モータ部２の固定子２３に到達し、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｐ、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ａのコレクタ側に帰還する。この第２のノイズ電流の経路Ｌ２は、筐体１を含む。

つぎに、図５を参照して、第３のノイズ電流の経路Ｌ３を説明する。ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ａのエミッタ側からｕ相交流線７１に流れモータ部２の固定子２３に到達し、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ａのコレクタ側に帰還する。この第３のノイズ電流の経路Ｌ３は、筐体１を含む。

第１のノイズ電流の経路Ｌ１は、筐体１を含まず、第２のノイズ電流の経路Ｌ２および第３のノイズ電流の経路Ｌ３は、筐体１を含む。ラジオノイズを低減するためには、前述したように筐体１を流れる電流を低減することが望ましい。すなわち、交流線容量素子８を交流線７と終端板９との間に配して、第１のノイズ電流の経路Ｌ１を確保することにより、第２のノイズ電流の経路Ｌ２を流れるノイズ電流と第３のノイズ電流の経路Ｌ３を流れるノイズ電流とを低減することが望ましい。さらに、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスに比べ、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを低い値に設定し、また、第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスに比べ、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを低い値に設定すると、さらに筐体１を経由するノイズ電流が低減され、それによって、ラジオノイズが低減することができる。

つぎに、第１のノイズ電流の経路Ｌ１、第２のノイズ電流の経路Ｌ２、および第３のノイズ電流の経路Ｌ３のそれぞれのインピーダンスについて説明する。

第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ａのエミッタ端子からｕ相容量素子８１の一端までの寄生抵抗値と、ｕ相容量素子８１の電気容量値と、ｕ相容量素子８１のもう一端から導電性被覆６までの寄生抵抗値と、電気容量１１ａの電気容量値と、高電位側直流線５１からＩＧＢＴ３２ａのコレクタ端子までの寄生抵抗値で定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、ｕ相容量素子８１の電気容量値と電気容量１１ａの電気容量値とは、予め設定することができる。すなわち、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを設定することができる。

なお、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ａのエミッタ端子から固定子２３までの寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｍの電気容量値と、筐体１の寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｐの電気容量値と、高電位側主配線３１ｐからＩＧＢＴ３２ａのコレクタ端子までの寄生抵抗値とで定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、浮遊容量１２ｍの電気容量値と浮遊容量１２ｐの電気容量値とは、測定することができる。すなわち、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスは算出することができる。

同様に、第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ａのエミッタ端子から固定子２３までの寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｍの電気容量値と、筐体１の寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｃの電気容量値と、導電性被覆６の寄生抵抗値と、電気容量１１ａの電気容量値と、高電位側直流線５１からＩＧＢＴ３２ａのコレクタ端子までの寄生抵抗値とで定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、浮遊容量１２ｃの電気容量値は、測定することができ、電気容量１１ａの電気容量値は、予め設定することができる。すなわち、第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスは算出することができる。

よって、ｕ相容量素子８１の電気容量値および電気容量１１ａの電気容量値を適切に設定することにより、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスおよび第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

なお、第１のノイズ電流の経路Ｌ１、第２のノイズ電流の経路Ｌ２および第３のノイズ電流の経路Ｌ３のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、第２のノイズ電流の経路Ｌ２の合成容量値および第３のノイズ電流の経路Ｌ３の合成容量値に比べ、第１のノイズ電流の経路Ｌ１の合成容量値を、大きな値に設定することにより、第２のノイズ電流の経路Ｌ２および第３のノイズ電流の経路Ｌ３に流れるノイズ電流は低減され、ノイズ電流は、主に第１のノイズ電流の経路Ｌ１を流れる。

ｕ相容量素子８１の電気容量値をＣ_８１、電気容量１１ａの電気容量値をＣ_１１ａ、浮遊容量１２ｍの電気容量値をＣ_１２ｍ、浮遊容量１２ｃの電気容量値をＣ_１２ｃ、浮遊容量１２ｐの電気容量値をＣ_１２ｐとすると、第１のノイズ電流の経路Ｌ１の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ａ）であり、第２のノイズ電流の経路Ｌ２の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｐ）であり、第３のノイズ電流の経路Ｌ３の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ＋１／Ｃ_１１ａ）である。
第２のノイズ電流の経路Ｌ２に流れるノイズ電流に比べ、第１のノイズ電流の経路Ｌ１に流れるノイズ電流が、大きくなる条件は、（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ａ）＜（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｐ）を満たすことである。すなわち、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｐ）に比べ（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ａ）を充分に低い値に設定することにより、第２のノイズ電流の経路Ｌ２に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

同様に、第３のノイズ電流の経路Ｌ３に流れるノイズ電流に比べ、第１のノイズ電流の経路Ｌ１に流れるノイズ電流が、大きくなる条件は、１／Ｃ_８１＜（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）を満たすことである。すなわち、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８１を充分に低い値に設定することにより、第３のノイズ電流の経路Ｌ３に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

なお、上アームを構成するＩＧＢＴに、ＩＧＢＴ３２ａを例に挙げたが、ＩＧＢＴ３２ｃの場合の第１のノイズ電流の経路Ｌ１は、ＩＧＢＴ３２ｃのエミッタ側からｖ相交流線７２に流れ、ｖ相容量素子８２、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｃのコレクタ側に帰還する経路である。

また、ＩＧＢＴ３２ｃの場合の第２のノイズ電流の経路Ｌ２は、ＩＧＢＴ３２ｃのエミッタ側からｖ相交流線７２に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｐ、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｃのコレクタ側に帰還する経路である。

なお、ＩＧＢＴ３２ｃの場合の第３のノイズ電流の経路Ｌ３は、ＩＧＢＴ３２ｃのエミッタ側からｖ相交流線７２に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｃのコレクタ側に帰還する経路である。

なお、前述したＩＧＢＴ３２ａの場合と同様に、ｖ相容量素子８２の電気容量値および電気容量１１ａの電気容量値を設定することにより、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスおよび第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

また、第１のノイズ電流の経路Ｌ１、第２のノイズ電流の経路Ｌ２および第３のノイズ電流の経路Ｌ３のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、ｖ相容量素子８２の電気容量値をＣ_８２とすると、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｐ）に比べ（１／Ｃ_８２＋１／Ｃ_１１ａ）を充分に低い値に設定することにより、第２のノイズ電流の経路Ｌ２に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。なお、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８２を充分に低い値に設定することにより、第３のノイズ電流の経路Ｌ３に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

前述したＩＧＢＴ３２ａの場合と同様に、ＩＧＢＴ３２ｅの場合の第１のノイズ電流の経路Ｌ１は、ＩＧＢＴ３２ｅのエミッタ側からｗ相交流線７３に流れ、ｗ相容量素子８３、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｅのコレクタ側に帰還する経路である。

また、ＩＧＢＴ３２ｅの場合の第２のノイズ電流の経路Ｌ２は、ＩＧＢＴ３２ｅのエミッタ側からｗ相交流線７３に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｐ、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｅのコレクタ側に帰還する経路である。

なお、ＩＧＢＴ３２ｅの場合の第３のノイズ電流の経路Ｌ３は、ＩＧＢＴ３２ｅのエミッタ側からｗ相交流線７３に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ａ、高電位側直流線５１、および高電位側主配線３１ｐを経由し、ＩＧＢＴ３２ｅのコレクタ側に帰還する経路である。

なお、前述したＩＧＢＴ３２ａの場合と同様に、ｗ相容量素子８３の電気容量値および電気容量１１ａの電気容量値を設定することにより、第１のノイズ電流の経路Ｌ１のインピーダンスを、第２のノイズ電流の経路Ｌ２のインピーダンスおよび第３のノイズ電流の経路Ｌ３のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

また、第１のノイズ電流の経路Ｌ１、第２のノイズ電流の経路Ｌ２および第３のノイズ電流の経路Ｌ３のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、ｗ相容量素子８３の電気容量値をＣ_８３とすると、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｐ）に比べ（１／Ｃ_８３＋１／Ｃ_１１ａ）を充分に低い値に設定することにより、第２のノイズ電流の経路Ｌ２に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。なお、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８３を充分に低い値に設定することにより、第３のノイズ電流の経路Ｌ３に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

つぎに、下アームを構成するＩＧＢＴのスイッチング動作により発生する主なノイズ電流の経路３通りについて説明する。
この３通りのノイズ電流の経路を、第４のノイズ電流の経路Ｌ４、第５のノイズ電流の経路Ｌ５、第６のノイズ電流の経路Ｌ６とそれぞれ称する。

図６を参照して、第４のノイズ電流の経路Ｌ４を説明する。下アームのＩＧＢＴ３２ｂをスイッチングする際、上アームのＩＧＢＴ３２ａのコレクタとエミッタとの間は、閉状態あるいは高抵抗状態にあるので、ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ側から、上アームのＩＧＢＴ３２ａ側に流れずにｕ相交流線７１に流れ、ｕ相容量素子８１、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、および低電位側主配線３１ｎを経由して、ＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ側に帰還する。この第４のノイズ電流の経路Ｌ４は、筐体１を含まない。

図７を参照して、第５のノイズ電流の経路Ｌ５を説明する。ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ側からｕ相交流線７１に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｎ、低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ側に帰還する。この第２のノイズ電流の経路Ｌ５は、筐体１を経由する。

図８を参照して、第６のノイズ電流の経路Ｌ６を説明する。ノイズ電流は、ＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ側からｕ相交流線７１に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、および低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ側に帰還する。この第６のノイズ電流の経路Ｌ６は、筐体１を経由する。

第４のノイズ電流の経路Ｌ４は、筐体１を含まず、第５のノイズ電流の経路Ｌ５と第６のノイズ電流の経路Ｌ６とは、筐体１を経由する。ラジオノイズを低減するためには、前述したように筐体１を流れる電流を低減することが望ましい。すなわち、第５のノイズ電流の経路Ｌ５を流れるノイズ電流と第６のノイズ電流の経路Ｌ６を流れるノイズ電流を低減することが望ましく、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスと第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスに比べ、第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスを低い値に設定すると、筐体１を経由するノイズ電流が低減され、それによって、ラジオノイズが低減することができる。

つぎに、第４のノイズ電流の経路Ｌ４、第５のノイズ電流の経路Ｌ５、および第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれのインピーダンスについて説明する。

第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ端子からｕ相容量素子８１の一端までの寄生抵抗値と、ｕ相容量素子８１の電気容量値と、ｕ相容量素子８１のもう一端から導電性被覆６までの寄生抵抗値と、電気容量１１ｂの電気容量値と、低電位側直流線５２からＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ端子までの寄生抵抗値で定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、ｕ相容量素子８１の電気容量値と電気容量１１ｂの電気容量値とは、予め設定することができる。すなわち、第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスを設定することができる。

なお、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ端子から固定子２３までの寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｍの電気容量値と、筐体１の寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｎの電気容量値と、低電位側主配線３１ｎからＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ端子までの寄生抵抗値とで定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、浮遊容量１２ｍの電気容量値と浮遊容量１２ｎの電気容量値とは、測定することができる。すなわち、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスは算出することができる。

同様に、第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスは、主にＩＧＢＴ３２ｂのコレクタ端子から固定子２３までの寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｍの電気容量値と、筐体１の寄生抵抗値と、浮遊容量１２ｃの電気容量値と、導電性被覆６の寄生抵抗値と、電気容量１１ｂの電気容量値と、低電位側直流線５２からＩＧＢＴ３２ｂのエミッタ端子までの寄生抵抗値とで定められる。これらの寄生抵抗値は、測定あるいは見積もることができ、浮遊容量１２ｃの電気容量値は、測定することができ、電気容量１１ｂの電気容量値は、予め設定することができる。すなわち、第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスは算出することができる。

すなわち、ｕ相容量素子８１の電気容量値および電気容量１１ｂの電気容量値を設定することにより、第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスを、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスおよび第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

なお、第４のノイズ電流の経路Ｌ４、第５のノイズ電流の経路Ｌ５および第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、第５のノイズ電流の経路Ｌ５の合成容量値および第６のノイズ電流の経路Ｌ６の合成容量値に比べ、第４のノイズ電流の経路Ｌ４の合成容量値を、大きな値に設定することにより、第５のノイズ電流の経路Ｌ５および第６のノイズ電流の経路Ｌ６に流れるノイズ電流は低減され、ノイズ電流は、主に第４のノイズ電流の経路Ｌ４を流れる。

電気容量１１ｂの電気容量値をＣ_１１ｂ、浮遊容量１２ｎの電気容量値をＣ_１２ｎとすると、第４のノイズ電流の経路Ｌ４の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ｂ）であり、第５のノイズ電流の経路Ｌ５の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｎ）であり、第６のノイズ電流の経路Ｌ６の合成容量値の逆数は、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ＋１／Ｃ_１１ｂ）である。
第５のノイズ電流の経路Ｌ５に流れるノイズ電流に比べ、第４のノイズ電流の経路Ｌ４に流れるノイズ電流が、大きくなる条件は、（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ｂ）＜（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｎ）を満たすことである。すなわち、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｎ）に比べ（１／Ｃ_８１＋１／Ｃ_１１ｂ）を充分に低い値に設定することにより、第５のノイズ電流の経路Ｌ５に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

同様に、第６のノイズ電流の経路Ｌ６に流れるノイズ電流に比べ、第４のノイズ電流の経路Ｌ４に流れるノイズ電流が、大きくなる条件は、１／Ｃ_８１＜（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）を満たすことである。すなわち、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８１を充分に低い値に設定することにより、第６のノイズ電流の経路Ｌ６に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

なお、下アームに位置するＩＧＢＴに、ＩＧＢＴ３２ｂを例に挙げたが、ＩＧＢＴ３２ｄの場合の第４のノイズ電流の経路Ｌ４は、ＩＧＢＴ３２ｄのコレクタ側からｖ相交流線７２に流れ、ｖ相容量素子８２、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、および低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｄのエミッタ側に帰還する経路である。

また、ＩＧＢＴ３２ｄの場合の第５のノイズ電流の経路Ｌ５は、ＩＧＢＴ３２ｄのコレクタ側からｖ相交流線７２に流れ、固定子２３に到達し、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｎ、および低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｄのエミッタ側に帰還する経路である。

なお、ＩＧＢＴ３２ｄの場合の第６のノイズ電流の経路Ｌ６は、ＩＧＢＴ３２ｄのコレクタ側からｖ相交流線７２に流れ、固定子２３に到達し、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｄのエミッタ側に帰還する経路である。

なお、前述したＩＧＢＴ３２ｂの場合と同様に、ｖ相容量素子８２の電気容量値および電気容量１１ｂの電気容量値を設定することにより、第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスを、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスおよび第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

また、第４のノイズ電流の経路Ｌ４、第５のノイズ電流の経路Ｌ５および第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｎ）に比べ（１／Ｃ_８２＋１／Ｃ_１１ｂ）を充分に低い値に設定することにより、第５のノイズ電流の経路Ｌ５に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。なお、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８２を充分に低い値に設定することにより、第６のノイズ電流の経路Ｌ６に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

また、ＩＧＢＴ３２ｆの場合の第４のノイズ電流の経路Ｌ４は、ＩＧＢＴ３２ｆのコレクタ側からｗ相交流線７３に流れ、ｗ相容量素子８３、終端板９、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｆのエミッタ側に帰還する経路である。

また、ＩＧＢＴ３２ｆの場合の第５のノイズ電流の経路Ｌ５は、ＩＧＢＴ３２ｆのコレクタ側からｗ相交流線７３に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｎ、および低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｆのエミッタ側に帰還する経路である。

なお、ＩＧＢＴ３２ｆの場合の第６のノイズ電流の経路Ｌ６は、ＩＧＢＴ３２ｄのコレクタ側からｗ相交流線７３に流れ、固定子２３、浮遊容量１２ｍ、筐体１、浮遊容量１２ｃ、導電性被覆６、電気容量１１ｂ、低電位側直流線５２、低電位側主配線３１ｎを経由し、ＩＧＢＴ３２ｆのエミッタ側に帰還する経路である。

なお、前述したＩＧＢＴ３２ｂの場合と同様に、ｗ相容量素子８３の電気容量値および電気容量１１ｂの電気容量値を設定することにより、第４のノイズ電流の経路Ｌ４のインピーダンスを、第５のノイズ電流の経路Ｌ５のインピーダンスおよび第６のノイズ電流の経路Ｌ６のインピーダンスに比べ、低い値に設定することができる。

また、第４のノイズ電流の経路Ｌ４、第５のノイズ電流の経路Ｌ５および第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれの寄生抵抗が十分小さく無視できる場合、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｎ）に比べ（１／Ｃ_８３＋１／Ｃ_１１ｂ）を充分に低い値に設定することにより、第５のノイズ電流の経路Ｌ５に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。なお、（１／Ｃ_１２ｍ＋１／Ｃ_１２ｃ）に比べ１／Ｃ_８３を充分に低い値に設定することにより、第６のノイズ電流の経路Ｌ６に起因する筐体１を流れるノイズ電流を低減することができる。

なお、第１のノイズ電流の経路Ｌ１〜第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれの説明において、電流の方向が、一方方向の場合のみを説明した。ノイズ電流が、第１のノイズ電流の経路Ｌ１〜第６のノイズ電流の経路Ｌ６を逆方向に流れる場合も、前述した第１のノイズ電流の経路Ｌ１〜第６のノイズ電流の経路Ｌ６のそれぞれの場合に含まれる。

本実施の形態１のモータシステムにおいては、電力変換部３のスイッチング素子で発生したノイズ電流は、主に交流線７から第２の電気容量を介して導電性被覆６へ流れ、導電性被覆６から第１の電気容量を介して直流線５へ流れ、直流線５から電力変換部３のスイッチング素子に帰還する。すなわち、筐体１を流れるノイズ電流は低減される。よって、従来に比べ筐体１内の電子機器や周辺の電子機器に与えるラジオノイズの発生が抑制され、信頼性の高いモータシステムを提供することができる。

なお、第１のノイズ電流の経路Ｌ１と第４のノイズ電流の経路Ｌ４とは、本発明の第１の経路に相当し、第２のノイズ電流の経路Ｌ２と第５のノイズ電流の経路Ｌ５とは、本発明の第２の経路に相当し、第３のノイズ電流の経路Ｌ３と第６のノイズ電流の経路Ｌ６とは、本発明の第３の経路に相当する。

実施の形態２．
実施の形態１では、筐体１と導電性被覆６とは、直接接続されていないので、筐体１と導電性被覆６とで電位が異なる場合がある。モータシステムの運用において、筐体１と導電性被覆６との間で同一電位である方が望ましい場合がある。しかし、筐体１と導電性被覆６とを接続する場合、筐体１と導電性被覆６との接続を介してノイズ電流が筐体１に流れる場合がある。
本実施の形態２では、このような懸念を払拭するため、筐体１と導電性被覆６との間にフィルタ回路を備えた実施の形態を説明する。
図９は、実施の形態２におけるモータシステムを示す構成図である。図１と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。

フィルタ回路１０１の一端は、筐体１に接続され、もう一端は、終端板９に接続される。この場合、フィルタ回路１０１は、終端板９を介して導電性被覆６に接続される。
例えば、フィルタ回路１０１は、終端板９から筐体１に流れる電流の予め設定された周波数以上の電流成分を減衰させるローパスフィルタを形成し、減衰させる周波数範囲をスイッチング素子が発生するノイズ電流成分以上の周波数に設定する。この場合、予め設定された周波数未満の電流成分は、終端板９を介して導電性被覆６から筐体１に流れるので、導電性被覆６と筐体１とは同一電位になる。一方、ノイズ電流は、フィルタ回路１０１により遮断される。よって、ノイズ電流が筐体１を経由することにより発生するラジオノイズは、低減される。

本実施の形態２のモータシステムにおいては、電力変換部３のスイッチング素子で発生したノイズ電流は、主に交流線７から第２の電気容量を介して導電性被覆６へ流れ、導電性被覆６から第１の電気容量を介して直流線５へ流れ、直流線５から電力変換部３のスイッチング素子に帰還する。すなわち、筐体１を流れるノイズ電流は低減される。よって、従来に比べ、筐体１内の電子機器や周辺の電子機器に与えるラジオノイズの発生が抑制され、信頼性の高いモータシステムを提供することができる。なお、フィルタ回路１０１は、筐体１と導電性被覆６との間に接続されているので、筐体１と導電性被覆６とを同電位に保つことができる。

なお、実施の形態１および実施の形態２においては、電力変換部３の詳細な構造を説明した。この発明はこれらの詳細な構造に限定されるものではない。例えば、電力変換部３のＩＧＢＴをＭＯＳＦＥＴあるいはその他の素子で構成してもよい。

また、実施の形態１および実施の形態２においては、すべての交流線７に交流線容量素子８を接続したが、いずれか１つに交流線容量素子８を接続しても、ラジオノイズを低減する効果が得られる。

なお、実施の形態２においては、フィルタ回路１０１を筐体１の内部で、筐体１と終端板９を介して導電性被覆６にそれぞれ接続する例を説明した。フィルタ回路１０１の設置場所は、筐体１の外部でもよく、フィルタ回路１０１の一方が、導電性被覆６に接続され、もう一方が、筐体１に接続されていればよい。

また、実施の形態１および実施の形態２においては、直流線５である高電位側直流線５１と低電位側直流線５２とを１つの導電性被覆６で被覆したが、高電位側直流線５１と低電位側直流線５２とをそれぞれ別々の導電性被覆６で被覆しても、ラジオノイズを低減する効果が得られる。

なお、実施の形態１および実施の形態２においては、モータ部２の方式が三相誘導式である場合を説明した。この発明はこれらの詳細な構造に限定されるものではない。例えば、モータ部２の方式は、単相誘導式で構成してもよく、その場合は、交流線７は２線で構成される。

１ 筐体、２ モータ部、３ 電力変換部、５ 直流線、６ 導電性被覆、７ 交流線、８ 交流線容量素子、１００ 一体型モータシステム、１０１ フィルタ回路。

Claims (6)

1. 交流電圧で駆動するモータ部と、
   直流電圧を前記交流電圧に変換し前記モータ部を駆動する電力変換部と、
   前記モータ部と前記電力変換部とを接続し前記交流電圧を前記モータ部に供給する交流線と、
   前記モータ部と前記電力変換部と前記交流線とを収納する筐体と、
   外部からの前記直流電圧を前記電力変換部に供給する直流線と、
   前記直流線を覆い前記直流線との間に第１の電気容量を有する導電性被覆と、
   前記交流線と前記導電性被覆との間に接続された第２の電気容量を有する電気容量素子とを備えることを特徴とするモータシステム。
2. 電力変換部を構成するスイッチング素子の一端から交流線と第２の電気容量と導電性被覆と第１の電気容量と直流線とを介して繋がる前記スイッチング素子のもう一端までの第１の経路のインピーダンスは、前記スイッチング素子の一端から前記交流線とモータ部と筐体とを介して繋がる前記スイッチング素子のもう一端までの第２の経路のインピーダンスより、小さいことを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
3. 電力変換部を構成するスイッチング素子の一端から交流線と第２の電気容量と導電性被覆と第１の電気容量と直流線とを介して繋がる前記スイッチング素子のもう一端までの第１の経路のインピーダンスは、前記スイッチング素子の一端から前記交流線とモータ部と筐体と前記導電性被覆と前記第１の電気容量と前記直流線とを介して繋がる前記スイッチング素子のもう一端までの第３の経路のインピーダンスより、小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータシステム。
4. 導電性被覆と筐体との間にフィルタ回路を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータシステム。
5. フィルタ回路は、スイッチング素子が発生するノイズ電流成分以上の周波数の電流を減衰させるローパスフィルタであることを特徴とする請求項４に記載のモータシステム。
6. 直流線と電力変換部とが、および導電性被覆と電気容量素子とが、筐体内部にて接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータシステム。