JP2865290B2 - 電動モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、速度及びトルクを含む動作特性が周波数変
換器により変化させられる電動モータであって、前記モ
ータはモータシャフトおよびモータ巻き線を冷却するた
め前記モータシャフトに取り付けられたベンチレータを
有し、前記周波数変換器は高集積回路を使用することに
よって小型化され、該周波数変換器を収容する端子箱は
その底面に設けられた固定部をモータハウジングに設け
られた開口に嵌合することにより前記モータに機械的及
び電気的に接続され、前記周波数変換器の散逸熱を消散
させ得るようにした電動モータに関するものである。 （従来の技術） 周波数変換器を用いて電動モータの速度若しくはトル
クを制御することにより、電動モータにより駆動される
作業装置の要求に対して電動モータを殆ど損失なく調整
することができる。このような装置は特に、作業装置と
してのポンプ及びベンチレータを有する設備に適用する
ことができる。この場合にこれら設備からの要求が、可
変の送出を変える。 外部から取り付けた固定周波数変換器は、散逸熱を周
囲雰囲気に、一般に約1006kWまでの電力範囲で自由な熱
対流により、放出する箱型装置である。しかし、不十分
な熱伝達のために、かかる装置の表面を、大きくする必
要があった。したがって、装置自体は大きいものとな
り、この事実のため、周波数変換器は、100kWまでの電
力範囲で0.005乃至0.01m³/kWの平均体積を必要とする。 このため、周波数変換器を別体に取り付ける必要があ
る。しかしながら、周波数変換器及び電動モータの間の
比較的長いケーブルのために、電磁界による干渉が生じ
る。将来はこの電磁干渉を、政府からの要求により、厳
重に遮蔽する必要がある。さらに、電動モータの移動性
は、周波数変換器の構造が大きいために損なわれてい
る。最後に、低電力範囲で動作するかかる周波数変換器
の価格は電動モータの価格を越えてしまう。 （発明の開示） 本発明の目的は、上述したような欠点を防止する、即
ち周波数変換器の特殊な型かつ取り付けのために、電磁
干渉に対する電気的遮蔽の追加を必要とするという問題
及び散逸熱の放出という問題を生じることなく、廉価に
製造することができるとともに汎用性がある、周波数変
換器により制御される電動モータを提供せんとするにあ
る。 前記目的を満足するため、ベンチレータハウジングを
前記モータハウジング上に搭載して前記ベンチレータハ
ウジング及びモータハウジング間に形成される空間内に
前記ベンチレータが配置されるようにし、前記ベンチレ
ータハウジング及びモータハウジングは前記ベンチレー
タの回転により発生した冷却空気流を案内する案内手段
を形成し、前記モータの端子箱は前記モータハウジング
に対し自由空間を有するように取り付けられ、それによ
り前記端子箱及びモータハウジング間に前記ベンチレー
タの回転により発生して前記案内手段により案内された
冷却空気流を前記端子箱の底面の前記固定部を除く全域
に搬送するための径方向の外的自由空間が形成され、前
記端子箱は前記周波数変換器全体を収容して該端子箱の
底面で前記周波数変換器の入力及び出力回路を支持し、
前記端子箱及び固定部は前記周波数変換器の電気遮蔽を
形成するようにしたことを特徴とする。 周波数変換器の寸法は、加熱発生源として動作する周
波数変換器の電気装置と熱散逸装置として動作するその
周囲との温度差及び、加熱発生源から熱散逸装置までの
間の加熱抵抗により決まる。周波数変換器が、電動モー
タの構造によって散逸熱を放出するため対流があると思
われる所、または吸引冷却が取り付けられ得る所、に取
り付けられた場合に、熱伝達係数は１乃至２程度の大き
さで増加し、周波数変換器の寸法は、電動モータから所
定距離の所に取り付けられた既知の周波数変換器の寸法
の何分の一かに減ずることができる。実験により、高集
積回路、即ち、例えば周波数変換器の出力回路のための
界磁制御トランジスタを用いることによりさらに縮小す
ることができることが分かった。 これら手段により、周波数変換器を電動モータまたは
電動モータを有する組み立て体に直接接続することがで
き、作業ユニットを小さくすることができ、移動性がよ
く、長い、遮蔽されたケーブルなしに製造コストを少な
くすることができる。かかる配置には、電動モータアの
金属部分及び周波数変換器を収容する端子箱及びその底
面に設けられた固定部を、追加の支出なしに遮蔽材とし
て役立たせることができるため、電気的遮蔽の追加を必
要とするという問題は生じない。 さらに、周波数変換器の出力信号、即ち電動モータの
動作特性値が、例えば周波数変換器の出力回路の温度、
電圧若しくは電流を測定するか、または例えば圧力、流
れ、温度或いは電動モータにより駆動される作業ユニッ
トのようなものに反応する内部或いは外部センサーによ
り周波数変換器の制御に影響を与えることにより、制御
される。さらに、モータ巻き線の所定の動作温度はあら
かじめ設定した最大の許容動作特性値を決定する。 周波数変換器を取り付ける一つの可能な箇所は、電動
モータの端子箱である。周囲空気により良好な冷却を達
成するため、端子箱をモータハウジングから離間する。
熱放出を改善するため、端子箱にはさらに冷却リブを設
けるか、または端子箱を通過して冷却液を循環させるた
めの供給管及び排出管を端子箱に結合して、端子箱を独
自に冷却する。 周波数変換器に電流累積および／または電圧累積を行
う中間回路を設ける場合に、周波数変換器は入力回路、
中間回路及び出力回路を有する。しかし、中間回路なし
に動作する変換器でも良い。これら回路は互いに離間し
て別個に配設することも可能であるし、相互に離間した
グループとして配設することもできる。周波数変換器の
入力回路及び出力回路を、例えば端子箱の内側に設置
し、中間回路をモータハウジングの外側に設置する。こ
の結果、周波数変換器をさらに縮小することができる。
というのも中間回路として動作するコンデンサ若しくは
インダクタンスはからばるからである。 中間回路を形成する周波数変換器のインダクタンスを
入力及び出力回路から別個に配設する場合に、インダク
タンスを、モータ軸を取り囲みモータハウジングの内側
に設置されたコイルとし、入力及び出力回路がモータハ
ウジング上若しくはモータハウジング内に設置されたモ
ジュールを形成する。 さらに、周波数変換器の総ての回路がモジュールを形
成することができる。さらにまた、モジュールをモータ
のベンチレータハウジング内、例えばモータのロータ及
びモータハウジングの間、に設置することもできる。モ
ジュールが適切に設置されている場合に、ロータにより
生じた空気流は周波数変換器の散逸熱を吸引し、この空
気流を周囲に放出する。 最後に、モジュールをプラグインするかまたは挿入す
ることにより、所望の接続を提供するため、ハウジング
としてのモジュールを形成し、外側に支持接点及びプラ
グを設けることは有効である。 モータが太陽熱集積器により動作する場合に、周波数
変換器の入力回路を、光起電効果で動作する直流電流源
に置き換えることができることは当然である。この場合
に、周波数変換器の入力回路を外的に配設し、出力回路
は、追加的に中間回路を使用しても、例えばモータ若し
くはベンチレータハウジングの内側に取り付けることが
できる。 （好適実施例の説明） 本発明の実施例を図面に基づき説明する。 第１図に示した既知の周波数変換器は、３相交流電源
により電力が供給されている。この周波数変換器の入力
側は、干渉フィルタ２及びAC/DC変換器３の形態の整流
器に設けられている。これら２個の構成部分は入力回路
を形成する。中間回路はコンデンサ４及びインダクタン
ス５を具える。この実施例における周波数変換器は、電
圧累積のみならず電流累積の動作をも行う。インダクタ
ンス５に代えて一般的な接続にすると、電圧累積の働き
のみのシステムとなり、またコンデンサ４の代わりに一
般的な接続にすると、電流累積の働きのみのシステムと
なる。 さらに、周波数変換器は、DC/DC変換器６及び制御器
７を具えて、駆動変換器8,9及び10を制御する。これら
駆動変換器にはパワートランジスタが対で接続されてい
る。これら構成部分及びグループは周波数変換器の出力
回路を形成する。これらはその型及び機能が既に知られ
ており、さらに詳しい説明は省略する。この出力回路に
巻き線を有するモータＭも接続されている。 さらに周波数変換器には、電流、電圧若しくは温度に
反応するような内部センサー17、又は制御器７に接続さ
れる外部センサー及びサーボ部分が設けられている。か
かる外部センサー17は、例えばモータに駆動されるポン
プの圧力、体積流動及び温度に反応する。外部サーボ部
分は、例えば所定の時間間隔で周波数変換器の特定の動
作モードをスイッチ・オフする時間要素である。最後
に、周波数変換器は、前記スイッチを開成または閉成す
ることにより制御器７のあらかじめ用意した回路を制御
する回路素子またはスイッチ18を設ける。これがため、
前記周波数変換器の出力信号を、例えばその出力信号の
振幅及び周波数について変えることができる。 第２〜７図に示した電動モータは非同期式かご形モー
タである。これらモータは総ての例における主な構成部
分について原理的に同一である。これら構成部分が仕事
及び機能が対応する場合には、図示された周波数変換器
について同一の符号を適用する。 ロータシート20及びロータ（ベンチレータ）21はモー
タ軸（モータシャフト）19に取り付けられている。この
モータ軸19は、ベアリング22,23によって担持されてお
り、これらベアリングの非回転部分はモータカバー24お
よびモータハウジング25それぞれに支持されている。モ
ータハウジング５上にベンチレータハウジング44（第５
図参照）を搭載してベンチレータハウジング44及びモー
タハウジング25間に形成される空間内にベンチレータ21
が配置されるようにする。ベンチレータハウジング44及
びモータハウジング25は、ベンチレータ21の回転により
発生した冷却空気流を案内する案内手段を形成してい
る。 ステータの部分もまたモータハウジング25に取り付け
られている。これらには主にステータシート26及びモー
タ巻き線27を有している。モータハウジング25の外側に
は端子箱28があり、主ケーブルが既知の手法で挿入され
ている。このケーブルもまた接点に取り付けられてお
り、この接点の他方の端子はモータ巻き線27に接続され
ている。周波数変換器若しくはその少なくとも一部分は
端子箱28に以下に示すように配設されている。 第２図に示す実施例において、周波数変換器の全体が
端子箱28内に設置されている。この例において、周波数
変換器は、中間回路を構成するインダクタンス５及び支
持板29を備える。支持板29は、ここにおいて箱30にて示
される周波数変換器の入力及び出力回路を保持する。入
力回路はケーブル31を経て電源に接続されている。 このケーブルはモータ巻き線及び電源の間の接続をも
確立する。周波数変換器の出力回路はプラグ32に接続さ
れ、このプラグ32はモータの接点33に、既知の手法で端
子箱28で滑動させることにより、接続される。この接点
33は、周波数変換器によりモータの速度の制御が可能と
なるように、モータ巻き線27の端部に接続される。周波
数変換器を収容する端子箱28は、その底面に設けられた
固定部をモータハウジングに設けられた開口に嵌合する
ことによりモータに機械的及び電気的に接続され、端子
箱28多び前記固定部は周波数変換器の電気遮蔽を形成し
ている。その際、端子箱28はモータハウジング25から所
定の距離のところに設置されており、このためベンチレ
ータ21の回転により発生して前記案内手段により案内さ
れた冷却空気流を端子箱28の底面の前記固定部を除く全
域に搬送するための径方向の外的自由空間である自由空
間34が端子箱28及びモータハウジング25間に形成され
る。冷却空気の一部がこの自由空間34を通過して流れ
て、端子箱28の底面で生じ、かつそこから放出された散
逸熱を吸収する。 さらに、端子箱28に供給管35を経て冷却液を導入して
散逸熱を防止し、続いてこの冷却液を排出管36を経て排
出することにより、効果的な冷却を達成することができ
る。冷却液が、オイルのような液状の絶縁体である場合
に、周波数変換器の電気部品と直接に接触させることが
できる。導電性冷却液の場合には、冷却液は閉回路の端
子箱を経て導かれる。 前述したように、周波数変換器の回路を、別体または
相互に離間されたグループの何れかにすることができ
る。周波数変換器の中間回路を形成するコンデンサ４は
端子箱28の外側に取り付けられ、端子箱28の内側の入出
力回路30に遮蔽ケーブル37を経て接続されている（第３
図参照）。接点が端子箱28で滑動する場合に、回路を、
周波数変換器の出力回路をモータ巻き線27に接続するた
め、対応する反転接点にプラグ38を経て接続する。 冷却リブ39を有する端子箱28の表面に冷却リブ39（第
３図の左手側隅部のＡ−Ａ断面参照）を設けても不十分
である場合には、周波数変換器又は端子箱に、第２図に
示したようなダクト化した冷却手法を設けることもでき
る。冷却リブ39は端子箱28の表面の外部雰囲気への熱交
換を増加させる。特に、電力範囲が比較的低いときは、
周波数変換器の散逸熱を放出するのに十分である。 第４図の参考例において、インダクタンスの形態を取
る中間回路は、モータハウジング25に配設され、モータ
軸19を同心状に取り囲む環状コイルである。モータ軸19
がこの領域で少なくとも鋼製である場合には、環状コイ
ルのコアを形成することができる。冷却数変換器の中間
回路及び他の回路は、この参考例において、別に取り付
けられている。入出力回路はケースに入れられたモージ
ュール40を形成する。このモジュール40の外側はモータ
ハウジング若しくはモータカバー24に取り付けられてい
る。このモジュール40は、周波数変換器の出力回路をモ
ータ巻き線27に接続するため、遮蔽ケーブル41を経て端
子箱28の対応する接点に接続する。この例において、モ
ジュール40のケースは対流空気ための自由空間（第４図
参照）を形成するモータカバー24に近接して設置され
る。 第５図の参考例において、周波数変換器の入出力回路
30もまたケーブル43を経て端子箱28の対応する接点に接
続されてモジュール42を形成する。この例において、モ
ジュール42はロータ21及びモータハウジング25の間のベ
ンチレータハウジング44内に設置されている。これは、
ロータにより生じた冷却空気がモジュール42を通過して
流れ、周波数変換器の散逸熱を吸い出す。インダクタン
ス５の形態の中間回路が第４図の参考例と同様にして配
設されている。 第６図には、周波数変換器の総ての部分、例えば中間
回路を構成するコンデンサ４も含む部分が、モータ軸19
を同心状に取り囲むケースのモジュール45を形成する所
に、解決策が図示されている。モジュール45は、ベンチ
レータハウジング44内の、ロータ21及びモータハウジン
グ25のロータ21とは反対側の前側の間に、設置されてい
る。 周波数変換器の配置に関する他の可能性について、第
７図に図示している。この場合において、周波数変換器
の電気回路は、支持部46によりベンチレータハウジング
の内側に取り付けられている。電気回路は、ケーブル47
を経て端子箱28の対応する接点に接続されたモジュール
を形成する。周波数変換器の入力回路は、対応する接点
及びケーブル47を経て電流が供給され、出力回路はこれ
と同一の接点及びケーブルを経てモータ巻き線に接続さ
れている。ケーブル47は当然に、内部及び外部センサー
との所要の接続がなされている。 ロータ21により生じた冷却空気流は、支持部46の内向
きの表面を通過して流れ、周波数変換器を取り囲むベン
チレータハウジングの他の壁を経て未だに放出されてい
ない、周波数変換器の散逸熱を吸引することができる。 モータが、ポンプ若しくはベンチレータその他のよう
な、作業機械の構造ユニットを形成する場合に、周波数
変換器の電気回路は、当然に部分的若しくは完全に作業
機械に取り付けられ、その一方で、他の部分はモータに
設置される。 上述したように。周波数変換器が金属製のモータ若し
くはベンチレータハウジング内に設置されている場合、
または端子のハウジング若しくはモジュールのケースの
ような、周波数変換器を囲む部分が、金属若しくは少な
くとも接地された金属ライニングに設けられた部分の何
れか一方である場合に、周波数変換器は適切に遮蔽され
る。同一の理由から、周波数変換器の別々に配設された
回路の間、又は周波数変換器及びモータ巻き線の間の接
続は、上記ハウジングの外側にある場合に、遮蔽すべき
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は周波数変換器の回路図、 第２乃至７図は、周波数変換器を種々に配置した様子を
示す軸方向断面図である。 ２……干渉フィルタ、３……AC/DC変換器 ４……コンデンサ、５……インダクタンス ６……DC/DC変換器、７……制御器 8,9,10……駆動変圧器、17……内部センサー 18……回路素子またはスイッチ 19……シャフト、20……ロータシート 21……ロータ、22,23……ベアリング 24……モータカバー、25……モータハウジング 26……ステータシート、27……モータ巻き線 28……端子箱、29……支持板 30……箱、31,47……ケーブル 32,38……プラグ、33……接点 34……自由空間、35……供給管 36……排出管、37,41……遮蔽ケーブル 39……冷却リブ 40,42,45……モジュール 44……ベンチレータハウジング 46……支持部、Ｍ……モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カーイ・クラウセ デンマーク国デーカー‐8500 ベーリン グブロ レベリングベイ７ (72)発明者 ペデル・イエンセン デンマーク国デーカー‐8850 ベーリン グブロ ニガデ13 (56)参考文献 特開 昭59−165941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−152247（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−45677（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−72055（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−28464（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．速度及びトルクを含む動作特性が周波数変換器
   （１）により変化させられる電動モータであって、前記
   モータはモータシャフト（19）およびモータ巻き線（2
   7）を冷却するため前記モータシャフトに取り付けられ
   たベンチレータ（21）を有し、前記周波数変換器は高集
   積回路を使用することによって小型化され、該周波数変
   換器を収容する端子箱（28）はその底面に設けられた固
   定部をモータハウジング（25）に設けられた開口に嵌合
   することにより前記モータに機械的及び電気的に接続さ
   れ、前記周波数変換器の散逸熱を消散させ得るようにし
   た電動モータにおいて、 ベンチレータハウジング（44）を前記モータハウジング
   上に搭載して前記ベンチレータハウジング及びモータハ
   ウジング間に形成される空間内に前記ベンチレータが配
   置されるようにし、前記ベンチレータハウジング及びモ
   ータハウジングは前記ベンチレータの回転により発生し
   た冷却空気流を案内する案内手段を形成し、 前記モータの端子箱（28）は前記モータハウジングに対
   し自由空間（34）を有するように取り付けられ、それに
   より前記端子箱及びモータハウジング間に前記ベンチレ
   ータの回転により発生して前記案内手段により案内され
   た冷却空気流を前記端子箱の底面の前記固定部を除く全
   域に搬送するための径方向の外的自由空間が形成され、
   前記端子箱は前記周波数変換器全体を収容して該端子箱
   の底面で前記周波数変換器の入力及び出力回路（30）を
   支持し、前記端子箱及び固定部は前記周波数変換器の電
   気遮蔽を形成するようにしたことを特徴とする電動モー
   タ。 ２．端子箱（28）を通過して冷却液を循環させるための
   供給管（35）及び排出管（36）を前記端子箱に結合した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動モー
   タ。