JP6481107B2

JP6481107B2 - ブラシレスｄｃモータの駆動回路及び方法

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Publication number: JP6481107B2
Application number: JP2015050619A
Authority: JP
Inventors: 勇気下田; 望竹村
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: JP2016171697A

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法に関し、特に、電源回路部のノイズ除去を行うと共に耐電圧特性を向上させるための新規な改良に関する。

従来、用いられていたモータ駆動回路におけるノイズ低減方法としては、例えば、特許文献１に開示された構成を図４に示すと共に、特許文献２に示される電流抑制装置を図５に開示している。
まず、図４に示すモータ駆動回路のノイズ低減装置の場合、コモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。実施例１のモータ駆動回路は、電源１、電力変換装置であるインバータ（電力変換装置）２、インバータ２により駆動される電動モータ（負荷である以下モータと記す。）３及びコモンモードノイズ低減装置４を備える。
電源１は、車両の強電バッテリである。なお、実施例１の車両は、電動車両またはハイブリッド車両とし、電源１は、車両後方側に配置されている。

インバータ２は、電源１から入力された直流電力を交流電力に変換してモータ３へ出力する。電源１とインバータ２は一対の給電ライン５ａ，５ｂで接続されている。インバータ２とモータ３は三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）給電ライン６ａ，６ｂ，６ｃで接続されている。インバータ２は、車両後方側であって電源１の近傍に配置されている。
モータ３は、駆動輪である前輪を駆動するためのモータ・ジェネレータであり、車両前方側に配置されている。

コモンモードノイズ低減装置４は、インバータ２のスイッチングに起因するコモンモードノイズを低減するためのもので、電圧検出手段７と、Ｙコンデンサ８と、Ｙコンデンサ駆動回路９とを備える。コモンモードノイズ低減装置４は、車両前方側に配置されている。コモンモード電流は、モータ３の浮遊容量Ｃ_Ｖとインバータ２のスイッチングにより生じるコモンモード電圧によってモータ３と電源１との間の給電ライン５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，６ｃと車両ボディをループする電流であり、ループする経路が長いほどコモンモードノイズは大きくなり、ラジオノイズ等に大きな影響を与える。コモンモードノイズ低減装置４は、Ｙコンデンサ８により電源１側に流れ込むコモンモード電流を低減し、コモンモード電流のループ経路を小さくすることで、コモンモードノイズを低減する。

電圧検出手段７は、コモンモード電圧を検出し、出力ライン１０にコモンモード電圧を出力する。電圧検出手段７は、モータ３の中性点に接続されているため、コモンモード電圧変動のみを検出できる。給電ライン６ａ，６ｂ，６ｃにコモンモード電流が流れないとき、中性点電圧の時間的変化量はゼロとなるからである。
Ｙコンデンサ８は、コモンモード電流のループ経路を短くするためのＢＭＩフィルタであり、２つのコンデンサ素子８ａ，８ｂを備える。Ｙコンデンサ８は、一対の給電ライン５ａ，５ｂとＹコンデンサ駆動回路９を介して終端が接地（モータ３の筐体３ａに接続）された中間接地線８ｃの始端とをそれぞれコンデンサ素子８ａ，８ｂを介してＹ字型に接続したものである。

Ｙコンデンサ駆動回路９は、出力ライン１０へ付与された電圧（入力電圧）に基づいて、電源１側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流がＹコンデンサ８に流れるよう、Ｙコンデンサ８に電圧（出力電圧）を付与する。Ｙコンデンサ駆動回路９は、中間接地線８ｃ上に配置されている。

次に、図５に示す電流抑制装置の場合、昇圧回路６１（コンバータ）は、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４、インダクタＬ５、ダイオードＤ５、平滑用のキャパシタＣｅなどを有する。この昇圧回路６１は、フルブリッジインバータ１０ｂからみれば「電源」に相当する。言い換えれば、直流電源Ｅ３と昇圧回路６１とを合わせて「電源」とみることができる。

また、電動機３０ａに代えて、「対象物」として交流電源Ｅ４（単相出力系統）を適用する。交流電源Ｅ４との系統連系を行うため、電流抑制装置２０ａと交流電源Ｅ４との間に、Ｙコンデンサ６２及びローパスフィルタ６３を介在させる。Ｙコンデンサ６２は、キャパシタＣ４，Ｃ５を有する。キャパシタＣ４は線路Ｋｕと基準点Ｐｓとの間に接続し、キャパシタＣ５は線路Ｋｖと基準点Ｐｓとの間に接続する。ローパスフィルタ６３は、インダクタＬ６とキャパシタＣ６とを有するＬＣ回路である。

上述した構成におけるフルブリッジインバータ１０ｂの出力線（すなわち線路Ｋｕ，Ｋｖ）を流れるコモンモード電流は、通常ではコモンチョーク及びＹコンデンサ６２を用いて高周波を抑制する。こうした抑制効果を向上させるにはＹコンデンサ６２を大きくすればよいが、ノーマル電流が増えてしまう背反がある。そこで、コモンチョークに追加巻線（すなわちインダクタＬＺ）を配置したコモンモードトランス２２ａを用いる。

インダクタＬＺの一方端には電圧検出器２１ａによって検出するコモンモード電圧を電流増幅器２３を介して入力し、他方端にはインピーダンス整合器２４の一方端を接続する。インピーダンス整合器２４の他方端を基準点Ｐｓに接続する。この構成によれば、線路Ｋｕ，Ｋｖを流れるコモンモード電流は、交流電源Ｅ４側のコモン電流インピーダンス（Ｙコンデンサ６２含む）と、インピーダンス整合器２４のインピーダンスとの比で分流する。こうしてモータＭに供給する交流電源Ｅ４に流れるコモンモード電流を抑制することができる。

特開２０１１−１３５６８４号公報特開２０１１−４５１９１号公報

図４及び図５で示す従来のモータ等の電源回路においては、ノイズ抑制用のコンデンサ、すなわち、図４においては、コンデンサ８ａ，８ｂであり、図５においては、コンデンサＣ４，Ｃ５のみであるため、例えば、電源回路に対して耐電圧試験を行った場合には、漏れ電流が発生しやすく、この種の装置の耐電圧試験に合格することは極めて困難であった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、電源回路部のノイズ除去を行うと共に耐電圧特性を向上させるようにしたブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法を提供することを目的とする。

本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路は、ブラシレスＤＣモータを駆動するため筐体に設けられたモータ駆動回路部と、前記モータ駆動回路部に接続された電源回路部と、前記電源回路部に設けられた第１、第２及び第３電源と、前記第１電源に一端が接続されると共に他端が回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第１コンデンサと、前記第２電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第２コンデンサと、前記第３電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第３コンデンサと、前記回路上のグランドと前記筐体との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサに対して直列接続された第４コンデンサと、を備え、前記第４コンデンサの第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサの第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部に供給される試験用電圧は、互いに直列接続された第１、第２及び第３コンデンサと第４コンデンサとにより分圧される構成であり、また、本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動方法は、ブラシレスＤＣモータを駆動するため筐体に設けられたモータ駆動回路部と、前記モータ駆動回路部に接続された電源回路部と、前記電源回路部に設けられた第１、第２及び第３電源と、前記第１電源に一端が接続されると共に他端が回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第１コンデンサと、前記第２電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第２コンデンサと、前記第３電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第３コンデンサと、前記回路上のグランドと前記筐体との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサに対して直列接続された第４コンデンサと、を用い、前記第４コンデンサの第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサの第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部に供給される試験用電圧は、互いに直列接続された第１、第２及び第３コンデンサと第４コンデンサとにより分圧される方法である。

本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、ブラシレスＤＣモータを駆動するため筐体に設けられたモータ駆動回路部と、前記モータ駆動回路部に接続された電源回路部と、前記電源回路部に設けられた第１、第２及び第３電源と、前記第１電源に一端が接続されると共に他端が回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第１コンデンサと、前記第２電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第２コンデンサと、前記第３電源に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドに接続されたノイズ除去用の第３コンデンサと、前記回路上のグランドと前記筐体との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサに対して直列接続された第４コンデンサと、を備え、前記第４コンデンサの第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサの第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサの第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部に供給される試験用電圧は、互いに直列接続された第１、第２及び第３コンデンサと第４コンデンサとにより分圧されることにより、電源ラインにおけるノイズ対策が達成できると共に、耐電圧試験すなわち絶縁耐圧試験時における印加電圧は分圧される第４コンデンサ側に高電圧がかかり、最小数のコンデンサによって、ノイズ対策と耐電圧試験の両方に有効となる電源回路部を得ることができる。
また、並列接続された各第１、第２及び第３コンデンサに対して１個のみの第４コンデンサが直列で筐体に共通接続されているため、各第１、第２及び第３コンデンサ毎に第４コンデンサを接続する必要がなく、電源回路部の簡略化に寄与することができる。

本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路を示す回路図である。図１の各コンデンサの結線を示す構成図である。図１の各コンデンサに印加電圧を供給した時の電圧の分圧を示す構成図である。従来のモータ駆動回路を示す構成図である。従来のモータ駆動用の電流抑制回路を示す構成図である。

本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法は、ノイズ除去用の第１、第２、第３コンデンサに１個の第４コンデンサを直列接続することにより、耐電圧特性も同時に向上させることである。

以下、図面と共に本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、図４で示された従来構成と同一部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは、電源回路部であり、この電源回路部１には周知の３相のモータ駆動回路部２０が接続され、前述の電源回路部１とモータ駆動回路部２０とによってブラシレスＤＣモータ３を駆動するためのモータ駆動回路２１が構成されている。

前記モータ駆動回路２１は、プリント基板からなる回路基板２２上に形成されていると共に、この回路基板２２は実際にはシャーシ等の筐体２３、すなわち、グランドの機能を有する部材に設けられている。
前記筐体２３は、前記ブラシレスＤＣモータ３のモータカバー３ａを用いるか、又は、前述のシャーシ等を用い、ブラシレスＤＣモータ３に内臓又は一体構成として製品化されることが一般的である。

前記電源回路部１は、前記ブラシレスＤＣモータ３の時計回り用の電源である第１電源ＣＷ１と、反時計回り用の電源である第２電源ＣＣＷ１と、アース用としての第３電源ＧＮＤとからなり、前述の各電源ＣＷ１，ＣＣＷ１及びＧＮＤには、通常のモータ駆動用の電源が印加されるだけではなく、耐電圧試験時には、試験用電圧Ｅ_０が供給されるように構成されている。

前記第１、第２電源ＣＷ１，ＣＣＷ１には、回路基板２２の回路上のグランドＦＧＢに接地されたダイオードＤ１，Ｄ２が接続されると共に、前記第３電源ＧＮＤに接地された平滑用のコンデンサＣ_１，Ｃ_２が接続されている。
前記各電源ＣＷ１，ＣＣＷ１及びＧＮＤは、第１〜第５インダクタＬ_１，Ｌ_２及びＬ_３を経由すると共に、前記回路上のグランドＦＧＣに接地されたノイズ除去用のＹコンデンサからなる第１、第２、第３コンデンサ８ａ，８ｂ，８ｃに接続された後に前記モータ駆動回路部２０に供給されている。

前記第１、第２、第３コンデンサ８ａ，８ｂ，８ｃに対し、第４コンデンサ９が前記回路上のグランドＦＧＣと筐体のグランドＣＧとの間に設けられており、前記各第１、第２、第３コンデンサ８ａ，８ｂ，８ｃと前記第４コンデンサ９とは、図２のように、互いに直列接続され、図３で示されるように、印加電圧Ｖに対して各第１、第２、第３コンデンサ８ａ，８ｂ，８ｃ及び前記第４コンデンサ９によって分圧された第１電圧Ｖ_１と第２電圧Ｖ_２が得られるように構成されている。

次に、本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路は、前述のように、第１〜第３コンデンサ８ａ〜８ｃによるノイズ除去機能の他に、製品出荷時等において必要とされる耐電圧試験の要求に応える必要がある。
すなわち、前記各電源ＣＷ１，ＣＣＷ１及びＧＮＤである図示しないリード線とシャーシ（又はケース）間にＡＣ１５００Vrmsを印加した時の漏れ電流を２ｍＡ以下にしなければならないと云う規定に合格する必要がある。

一般に、コンデンサの容量が小さい方が漏れ電流が小さくなるが、第１〜第３コンデンサ８ａ〜８ｃだけでは２ｍＡを超えるため、この容量よりも小さい容量の第４コンデンサ９を直列に入れる必要がある。
この場合、各第１〜第３コンデンサ８ａ〜８ｃに各第４コンデンサ９を接続すると、３個の第４コンデンサ９が必要となるため、各第１〜第３コンデンサ８ａ〜８ｃを図２のように、各一端を前記回路上のグランドＦＧＣに共通接続し、この回路上のグランドＦＧＣに接続した第４コンデンサ９を筐体のグランドＣＧに接地している。

前述の各コンデンサ８ａ〜８ｃと９は、本来１５００Vrmsに耐えられる規格のものにする必要があるが、図２で明らかなように、分圧することによって電圧が下がるため、各コンデンサ８ａ〜８ｃと９を全て高耐電圧とする必要はなく、第４コンデンサ９の方に高電圧がかかるため、第４コンデンサ９のみ高耐電圧とするだけで済むことになる。

尚、本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法の要旨とするところは、以下の通りである。
すなわち、ブラシレスＤＣモータ３を駆動するため筐体２３に設けられたモータ駆動回路部２０と、前記モータ駆動回路部２０に接続された電源回路部１と、前記電源回路部１に設けられた第１、第２及び第３電源ＣＷ１,ＣＣＷ１,ＧＮＤと、前記第１電源ＣＷ１に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドＦＧＣに接続されたノイズ除去用の第１コンデンサ８ａと、前記第２電源ＣＣＷ１に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドＦＧＣに接続されたノイズ除去用の第２コンデンサ８ｂと、前記第３電源ＧＮＤに一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランドＦＧＣに接続されたノイズ除去用の第３コンデンサ８ｃと、前記回路上のグランドＦＧＣと前記筐体２３との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサ８ａ〜８ｃに対して直列接続された第４コンデンサ９と、を備え、前記第４コンデンサ９の第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサ８ａ〜８ｃの第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサ９の第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサ８ａ〜８ｃの第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部１に供給される試験用電圧Ｅ_０は、互いに直列接続された前記第１、第２及び第３コンデンサ８ａ〜８ｃと前記第４コンデンサ９とにより分圧されることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法である。

本発明によるブラシレスＤＣモータの駆動回路及び方法は、ノイズ防止用の各第１、第２及び第３コンデンサに対し、１個のみの共通の第４コンデンサを直列接続するのみで、ノイズ防止の他に、耐電圧試験に合格でき、市場を広げることができる。

１電源回路部
３ブラシレスＤＣモータ
３ａモータカバー
８ａ〜８ｃ第１〜第３コンデンサ
９第４コンデンサ
２０モータ駆動回路部
２１モータ駆動回路
２２回路基板
２３筐体
ＣＷ１第１電源
ＣＣＷ１第２電源
ＧＮＤ第３電源
Ｅ_０試験用電圧
ＦＧＣ回路上のグランド
ＣＧ筐体のグランド

Claims

ブラシレスＤＣモータ(3)を駆動するため筐体(23)に設けられたモータ駆動回路部(20)と、
前記モータ駆動回路部(20)に接続された電源回路部(1)と、
前記電源回路部(1)に設けられた第１、第２及び第３電源(CW1,CCW1,GND)と、
前記第１電源(CW1)に一端が接続されると共に他端が回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第１コンデンサ(8a)と、
前記第２電源(CCW1)に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第２コンデンサ(8b)と、
前記第３電源(GND)に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第３コンデンサ(8c)と、
前記回路上のグランド(FGC)と前記筐体(23)との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)に対して直列接続された第４コンデンサ(9)と、を備え、
前記第４コンデンサ(9)の第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)の第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサ(9)の第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)の第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部(1)に供給される試験用電圧(E₀)は、互いに直列接続された前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)と前記第４コンデンサ(9)とにより分圧されることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動回路。
ブラシレスＤＣモータ(3)を駆動するため筐体(23）に設けられたモータ駆動回路部(20）と、
前記モータ駆動回路部(20）に接続された電源回路部(1）と、
前記電源回路部(1）に設けられた第１、第２及び第３電源(CW1,CCW1,GND)と、
前記第１電源(CW1)に一端が接続されると共に他端が回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第１コンデンサ(8a)と、
前記第２電源(CCW1)に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第２コンデンサ(8b)と、
前記第３電源(GND)に一端が接続されると共に他端が前記回路上のグランド(FGC)に接続されたノイズ除去用の第３コンデンサ(8c)と、
前記回路上のグランド(FGC)と前記筐体(23)との間に設けられ前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)に対して直列接続された第４コンデンサ(9)と、を用い、
前記第４コンデンサ(9)の第２容量は前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)の第１容量よりも小さく、かつ、前記第４コンデンサ(9)の第２耐電圧は前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)の第１耐電圧より高電圧で、耐電圧試験時に前記電源回路部(1)に供給される試験用電圧(E₀)は、互いに直列接続された前記第１、第２及び第３コンデンサ(8a,8b,8c)と前記第４コンデンサ(9)とにより分圧されることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動方法。