JP3996923B2 - インバータ駆動電動機、及びインバータ駆動電動機で駆動される機器 - Google Patents

Description

本発明はインバータと該インバータで駆動される電動機と該電動機(モータ)で駆動される機器に関する。

図８は、電動機をインバータで駆動するシステムの一般的な構成図である。電源１の出力とインバータ２の入力部が配線４ａで接続され、インバータ２の出力部と電動機（モータ）３とが配線４ｂで接続されている。インバータ２は電源１から取り込んだ電力を所要の電力に変換しこの変換電力をモータ３に供給してモータ３を所要の回転数で駆動するようになっている。

図７は、インバータ２の一般的な構成図である。インバータ２は、電源１から取り込んだ交流電力を直流電力に変換する整流回路部２ａと、整流回路部２ａで変換された直流を平滑するリアクトル２ｂ，コンデンサ２ｃと、制御部２ｄと、平滑された直流を制御部２ｄからの指令に基づいた交流電力に変換する変換部２ｅとで構成される。

図８のような構成で駆動されるモータは、その回転数が制御部２ｅからの指令に基づいて制御されるため、省電力を図ることが可能となる。尚、インバータで駆動される電動機に関連するものとして、例えば、特開平５−８３９８９号公報や特開昭６２−２３９８９６号公報がある。

電動機（モータ）で駆動する機器、例えば空調機，エアコンの室外機，ポンプ，洗濯機，ファン装置等は、省エネルギ化や制御の容易性を図るために、近年では上述したようなインバータ駆動のものが主流になってきている。これらの機器は、一方で、大出力化や小型化への要求も高く、大容量のモータ，インバータ，その他の構成部品を小さなパッケージ内に収納して構成されることが多い。

従来品として、インバータを電動機の背部に一体に作り込んだものがある。このようにすると、インバータの大きさと電動機の大きさを合わせたものよりも小型化を図ることができる。しかし、このように一体品にすると、コストがかさむという問題の他に、かえって省スペース化を図ることができないという問題がある。

それは、インバータ一体型の電動機は電動機単体よりも大型になるため、それを他の構成部品、例えばファン装置であれは羽根車などと一緒に組み合わせて１つのパッケージ内に収納させる場合、パッケージ内での納まりが悪くなり、かえって大きなパッケージが必要になってしまうからである。

パッケージ内にインバータ，電動機，その他の構成部品を収納する場合、個々の部品が夫々小さければ隙間なくパッケージ内に収納できるため、小さなパッケージにすることができる。しかし、一方で、１つのパッケージ内に発熱体であるインバータとこれも発熱体である電動機とを別々にして収納すると、夫々の発熱体に夫々専用の冷却機構が必要となり、夫々の発熱体の構造が大きくなってしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、インバータ、前記インバータの出力電力によって駆動されるインバータ駆動電動機、及びそれらとその他の構成部品とを組み合せてパッケージに収納して構成されるインバータ駆動電動機で駆動される機器を提供することにある。

上記目的は、インバータと、前記インバータの出力電力によって駆動されるインバータ駆動電動機と、その他の構成部品とを組み合せてパッケージに収納して構成されるインバータ駆動電動機で駆動される機器、インバータ、またはインバータ駆動電動機において、
上記インバータは、電源から取り込んだ交流電力を直流電力に変換する整流回路部と、前記整流回路部に接続されるリアクトルと、前記リアクトルからの出力を平滑するコンデンサと、前記平滑された直流を制御部からの指令に基づいた交流電力に変換する変換部と、前記変換部に前記指令を与える制御部とを有し、
上記インバータ駆動電動機は、ハウジングと、前記ハウジングの内周面に設けられる固定子と、前記ハウジング内に設けられる回転子とを有し、
前記インバータにおけるリアクトルが、前記インバータにおける整流回路部と前記コンデンサと前記変換部及び前記制御部とは別個に独立して前記ハウジングの外周部にて固定されることで、達成される。

インバータを構成し外部に引き出された発熱部品は電動機の冷却機構により冷却されるため、インバータ本体の発熱量は小さくなる。
また、前記インバータ駆動電動機は冷却機構を備え前記リアクトルは該冷却機構にて冷却されることとなる。
また、前記インバータ駆動電動機を配置した場合の矩形の４隅のデッドスペース部分のいずれかに前記リアクトルが来るように配置できる。

本発明によれば、インバータ、前記インバータの出力電力によって駆動されるインバータ駆動電動機、及びそれらとその他の構成部品とを組合せてパッケージに収納して構成されるインバータ駆動電動機で駆動される機器を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。この実施形態に係るインバータ駆動電動機は、交流電源１に配線４ａを介して接続されたインバータ２と、インバータ２に配線４ｂを介して接続された電動機３とを有する。
電動機３は、その横断面の上半分を図２（ａ）に示すように、円筒状のハウジング３ａの両端開口部が夫々エンドブラケット３ｂ，３ｃで閉塞されており、両エンドブラケット３ｂ，３ｃの中心部分設けられた軸受け３ｄ，３ｅにより、軸３ｆが回転自在に保持されている。この回転軸３ｆの中央部分（ハウジング３ａ内）には回転子３ｇが固設されており、ハウジング３ａの内周面には固定子３ｈが固設されている。

回転軸３はその正面側（エンドブラケット３ｂ側）ばかりでなく、背部側（エンドブラケット３ｃ側）にも突出しており、回転軸３ｆの背部側突出部に冷却ファン９が嵌合され、回転軸３ｆの回転に伴って冷却ファン９も回転し、冷却風を発生するようになっている。この冷却風の向きをハウジング３ａ側に変えると共に保守員が誤って回転する冷却ファン９で怪我をしないように、エンドカバー３ｉが設けられている。

本実施形態では、インバータを構成する図７に示すリアクトル２ｂをインバータを収納している図示しないケースから引き出し、電動機３のハウジング３ａ外周部に固定したケース７内にリアクトル２ｂを固定し、リアクトル２ｂとインバータ本体とは配線４ｃで接続してある。リアクトル２ｂとケース７との固定は、両者間が密着するようにするのが熱伝導の点で好ましい。

このようにすることで、インバータを構成する電気部品のうちかなり熱を持つ発熱体であるリアクトル２ｂは、鉄製のケース７が冷却風にて冷却され、また、熱伝導によりケース７の熱がハウジング３ａに奪われるため、所要温度まで冷却される。また、リアクトル２ｂがインバータ本体から引き出されているため、インバータでの発熱量もそれだけ低下し、インバータ本体（リアクトルが引き出されたインバータ）に冷却機構を設けなくても済む。

従って、リアクトル２ｂが内蔵されずしかも冷却機構が不要なためインバータ本体の大きさを小さくでき、しかも、ケース７が取り付けられた電動機３をパッケージ内に収納する場合に、ケース７を従来はデッドスペースとなっていた場所に配置できるため（図２（ｂ）に示すように、矩形の空間１０に、円柱状の電動機３を配置した場合、矩形の４隅がデッドスペース１１となるが、このデッドスペース部分にケース７が来るように配置できる。）、それだけ大容量のモータなどをパッケージ内に収納可能となる。

図２に示す実施形態では、鉄製でなる箱型の中空ケース７を電動機３のハウジング３ａ外周に固定すると共に、リアクトル２ｂを、このケース７内の上端面つまり反ハウジング３ａ側に固定している。これは、電動機３も発熱体であるため、電動機３の熱がリアクトル２ｂ側に伝導するのを回避するためである。

しかし、冷却ファン９が大容量のファンであり冷却率が高くて電動機３が十分に冷却されているのであれば、あるいは、電動機３自体の発熱量が小さいのであれば、図３の第２実施形態に示す様に、リアクトル２ｂをケース７内においてハウジング３ａに密着するように固定する方が冷却効率が高くなる。

図４は、本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。第１図の実施形態では、リアクトル２ｂをケース７内に収納して電動機３のハウジングに密着固定し、冷却風で冷却する構成とした。しかし、インバータから引き出すのはリアクトル２ｂに限るものではなく、他のインバータ構成部品８でもよいことはいうまでもない。

また、第１実施形態のように電動機３の構成体にインバータから引き出した部品を固定するのが好ましいが、電動機３の構成体はハウジング３ａ部分に限るものではなく、冷却風が効率的に当たる箇所であれば、どこでもよい。更に、必ずしも、電動機構成体に固定する必要もなく、電動機の冷却機構による冷却を利用できる場所であれば、離れた場所でもよい。

図１に示す実施形態では、リアクトル２ｂをインバータ２から外部に引き出し
たが、リアクトル２ｂはかなりの発熱体でこれをむき出しにして配置すると作業
員などが誤って手を触れ火傷する危険があるため、ケース７内に収納した。他の
電気部品をインバータ２から外部に引き出して配置する場合も同様であり、その
電気部品８の温度が所要温度以上に達する危険があるのであれば、図５に示すよ
うケース７内に収納する必要があるが、法で規制される温度以上に達する虞がな
い電気部品であれば、図６に示すように、ケースに収納せずに配置することもで
きる。このようにケースを用いない場合には冷却風が、直接、電気部品８を冷却
するため、冷却効率が高くなる。
上記本発明に基づく実施例によれば、インバータを構成する電気部品をインバータから引き出して電動機の構成体に固定あるいは電動機冷却機構の冷却作用が及ぶ場所に設置する構成としたため、インバータ自体に冷却機構を設ける必要がなく小型化を図ることができ、インバータ駆動電動機を使用する装置全体を１パッケージ内にコンパクトに収納可能となり、同じ大きさのパッケージであっても大容量の電動機を収納することが可能となり、しかも、冷却効率が高いために信頼性も向上する。更に、特別な装置を新たに設けるものではないため安価にできるという効果もある。

本発明の第１実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。 図１に示す電動機の部分断面図（ａ）と端面図（ｂ）である。 本発明の第２実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。 本発明の第３実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。 本発明の第４実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。 本発明の第５実施形態に係るインバータ駆動電動機の構成図である。 インバータの一般的な回路図である。 インバータで駆動する電動機の一般的な構成図である。

符号の説明

１…電源、２…インバータ、２ｂ…リアクトル、３…電動機（モータ）、３ａ
…ハウジング、３ｂ，３ｃ…エンドブラケット、３ｄ，３ｅ…軸受、３ｆ…回転
軸、３ｇ…回転子、３ｈ…固定子、３ｉ…エンドカバー、４ａ，４ｂ，４ｃ…配
線、７…電気部品収納用ケース、８…電気部品、９…冷却ファン、１１…デッド
スペース。

Claims (5)

1. インバータと、前記インバータの出力電力によって駆動されるインバータ駆動電動機と、その他の構成部品とを組み合せてパッケージに収納して構成されるインバータ駆動電動機で駆動される機器において、
   上記インバータは、電源から取り込んだ交流電力を直流電力に変換する整流回路部と、前記整流回路部に接続されるリアクトルと、前記リアクトルからの出力を平滑するコンデンサと、前記平滑された直流を制御部からの指令に基づいた交流電力に変換する変換部と、前記変換部に前記指令を与える制御部とを有し、
   上記インバータ駆動電動機は、ハウジングと、前記ハウジングの内周面に設けられる固定子と、前記ハウジング内に設けられる回転子とを有し、
   前記インバータにおけるリアクトルが、前記インバータにおける整流回路部と前記コンデンサと前記変換部及び前記制御部とは別個に独立して前記ハウジングの外周部にて固定されることを特徴とするインバータ駆動電動機で駆動される機器。
2. 請求項１において、前記インバータ駆動電動機は冷却機構を備え前記リアクトルは該冷却機構にて冷却されることを特徴とするインバータ駆動電動機で駆動される機器。
3. 請求項１において、前記インバータ駆動電動機を配置した場合の矩形の４隅のデッドスペース部分のいずれかに前記リアクトルが来るように配置されることを特徴とするインバータ駆動電動機で駆動される機器。
4. 電源から取り込んだ交流電力を直流電力に変換する整流回路部と前記整流回路部に接続されるリアクトルと前記リアクトルからの出力を平滑するコンデンサと制御部と前記平滑された直流を前記制御部からの指令に基づいた交流電力に変換する変換部とを有するインバータの出力電力で駆動されるインバータ駆動電動機であり、
   またその他の機器を駆動するインバータ駆動電動機であり、
   前記インバータ、前記その他の構成部品と組合せてパッケージに収納されインバータ駆動電動機で駆動される機器を構成するインバータ駆動電動機において、
   上記インバータ駆動電動機はハウジングと前記ハウジングの内周面に設けられる固定子と前記ハウジング内に設けられる回転子とを有し、
   前記整流回路部と前記コンデンサと前記変換部と前記制御部とは、別個に独立する前記リアクトルが外周部に固定される前記ハウジングを有することを特徴とするインバータ駆動電動機。
5. ハウジングと前記ハウジングの内周面に設けられる固定子と前記ハウジング内に設けられる回転子とを有するインバータ駆動電動機を駆動するインバータであり、
   前記インバータ駆動電動機と、前記インバータ駆動電動機で駆動されるその他の構成部品と組合せてパッケージに収納されインバータ駆動電動機で駆動される機器を構成するインバータにおいて、
   前記インバータは電源から取り込んだ交流電力を直流電力に変換する整流回路部と前記整流回路部に接続されるリアクトルと前記リアクトルからの出力を平滑するコンデンサと制御部と前記平滑された直流を前記制御部からの指令に基づいた交流電力に変換する変換部とを有し、
   前記整流回路部と前記コンデンサと前記変換部と前記制御部とは、別個に独立する前記リアクトルを前記インバータ駆動電動機のハウジングの外周部に固定することを特徴とするインバータ。

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