JP6555180B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、モータ駆動装置に関するものである。
一般的なインバータはノイズフィルタを備え、コモンモードやノーマルモードのノイズを抑えている。なお、特許文献１に開示のインバータ装置においては、交流電源の出力を整流器により直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路により所望の交流電力に変換して負荷に供給する。この際に、負荷の交流中性点と整流器の出力側中性点との間を流れる電流を、交流電源の出力側における交流中性点から接地点に向かって流れる電流によって相殺することによって負荷の交流中性点の電位変動に基づく漏洩電流を軽減する相殺電流発生手段を備えている。
特許第３６４４３１５号公報
ところで、一般的なノイズフィルタは、本来インバータの主目的である電力変換とは関係なく、フィルタ定数を大きくしてフィルタの効果を高めれば高めるほど部品が多くなり大型化とコストアップを招いてしまう。なお、特許文献１では検出抵抗が必要であるとともにノイズ低減効果が薄い。
本発明の目的は、簡素な構成でノイズ低減を図ることができるモータ駆動装置を提供することにある。
請求項１に記載の発明では、コイルがスター結線された多相モータのモータ駆動装置であって、直流電源と、前記直流電源に接続される正極母線と負極母線との間に相毎に上下のアーム構成用のスイッチング素子が設けられ、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから前記直流電源に伝搬するノイズを低減するノイズフィルタと、を備え、前記ノイズフィルタは、第１巻線と第２巻線が共通のコアに巻回されるとともに前記第１巻線が前記正極母線に挿入されたチョークコイルと、前記正極母線と前記負極母線との間において直列接続された２つのコンデンサと、を備え、前記第２巻線の一端は前記多相モータの中性点に接続され、他端は前記２つのコンデンサの間に接続されたことを要旨とする。
請求項１に記載の発明によれば、インバータのスイッチング素子のスイッチング動作に伴いインバータにおいてノイズが発生する。このノイズがチョークコイルの第１巻線を通じてインバータから直流電源に伝搬しようとするが、インバータのスイッチング素子のスイッチング動作に伴い多相モータの中性点からチョークコイルの第２巻線を通じてグランド側に流れる電流が存在する。このように第２巻線にノイズ電流と同位相の漏れ電流が発生して当該漏れ電流によりノイズ電流がチョークコイルに流れる際にキャンセルされ、インバータから直流電源に伝搬しようとするノイズが低減される。これにより、インバータに発生するノイズがインバータから直流電源に伝搬するのを抑制することができる。その結果、簡素な構成でノイズ低減を図ることができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載のモータ駆動装置において、前記正極母線と前記負極母線との間において前記２つのコンデンサに対し前記直流電源側及び前記インバータ側の少なくとも一方に平滑コンデンサを備えるとよい。
本発明によれば、簡素な構成でノイズ低減を図ることができる。
（ａ）は実施形態におけるモータ駆動装置の構成図、（ｂ）はチョークコイルの概略構成図。 別例のモータ駆動装置の構成図。 他の別例のモータ駆動装置の構成図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ）に示すように、車載機器であるモータ駆動装置１０は、３相モータ４０を駆動するための機器である。モータ駆動装置１０は、直流電源２０と、インバータ３０と、ノイズフィルタ５０を備える。
多相モータである３相モータ４０は、３つのコイル４１，４２，４３がスター結線されている。直流電源２０は車載バッテリである。
インバータ３０は、Ｕ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、Ｖ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、Ｗ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を有する。正極母線Ｌｐ及び負極母線Ｌｎが直流電源２０に接続されている。正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６が直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間が３相モータ４０のコイル４１の一端と接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４間が３相モータ４０のコイル４２の一端と接続されている。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６間が３相モータ４０のコイル４３の一端と接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にはダイオード（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６）が逆並列接続されている。
このように、インバータ３０は、直流電源２０に接続される正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間に相毎に上下のアーム構成用のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６が設けられている。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作により直流電源２０からの直流電力を交流電力に変換してコイル４１，４２，４３がスター結線された多相モータとしての３相モータ４０に供給する。
ノイズフィルタ５０は、インバータ３０から直流電源２０に伝搬するノイズを低減する。
ノイズフィルタ５０はチョークコイル５１を備える。チョークコイル５１は、図１（ｂ）に示すように、コア５２と第１巻線５３と第２巻線５４とを備える。第１巻線５３と第２巻線５４が共通のコア５２に巻回されている。チョークコイル５１のフィルタ定数は小さくてよい。
図１（ａ）に示すように、チョークコイル５１の第１巻線５３は正極母線Ｌｐに挿入されている。
ノイズフィルタ５０は、コンデンサ対５５を備える。コンデンサ対５５は、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において直列接続された２つのコンデンサ５６，５７よりなる。
チョークコイル５１の第２巻線５４の一端５４ａは３相モータ４０の中性点Ａに接続されている。チョークコイル５１の他端５４ｂはコンデンサ対５５における２つのコンデンサ５６，５７の間の中間点Ｂに接続されている。
正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において、コンデンサ対５５（２つのコンデンサ５６，５７）とチョークコイル５１の第１巻線５３との間に平滑コンデンサ５８が設けられている。即ち、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間においてコンデンサ対５５（２つのコンデンサ５６，５７）に対し直流電源２０側に平滑コンデンサ５８を備えている。
次に、作用について説明する。
インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作に伴いインバータ３０においてノイズが発生する。このノイズがチョークコイル５１の第１巻線５３を通じてインバータ３０から直流電源２０に伝搬しようとするが、インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作に伴い３相モータ４０の中性点Ａからチョークコイル５１の第２巻線５４を通じてグランド側に流れる電流が存在する。
このように第２巻線５４にノイズ電流と同位相の漏れ電流が発生して当該漏れ電流によりノイズ電流がチョークコイル５１に流れる際にキャンセルされ、インバータ３０から直流電源２０に伝搬しようとするノイズが低減される。これにより、インバータ３０に発生するノイズがインバータ３０から直流電源２０に伝搬するのを抑制することができる。
このように、モータ４０の中性点Ａをチョークコイル５１の第２巻線５４の片側につなぎ、第２巻線５４の他の片側にコンデンサ対５５のコンデンサ５６，５７間に繋ぐことにより、インバータ３０で発生するノイズを内部に閉じ込める。つまり、モータ４０の中性点Ａをチョークコイル５１に接続することによりインバータ３０から直流電源２０に伝搬しようとするノイズを同位相でキャンセルすることができる。これは、インバータ３０のスイッチングノイズが図１（ａ）において符号Ｃで示すような経路で漏れようとしているのと同じく、モータ４０の中性点Ａからグランドに漏れる電流Ｄが存在する。ノイズ電流Ｃと漏れ電流Ｄとはインバータ３０のスイッチングに起因のため同位相であり、キャンセルが容易である。
このようにして、コモンモードとノーマルモードの両方のノイズを低減することが可能である。また、フィルタの定数を大きくすることなくコモンモード及びノーマルモードのノイズを抑えることができる。
また、コンデンサ対５５から直流電源２０側に向かうノイズｎ１が存在する場合において、ノイズｎ１が平滑コンデンサ５８により低減される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）多相モータのモータ駆動装置の構成として、ノイズフィルタ５０を備え、ノイズフィルタ５０は、第１巻線５３と第２巻線５４が共通のコア５２に巻回されるとともに第１巻線５３が正極母線Ｌｐに挿入されたチョークコイル５１と、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において直列接続された２つのコンデンサ５６，５７と、を備える。第２巻線５４の一端５４ａは３相モータ４０の中性点Ａに接続され、他端５４ｂは２つのコンデンサ５６，５７の間に接続される。
よって、インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作に伴いインバータ３０においてノイズが発生する。このノイズがチョークコイル５１の第１巻線５３を通じてインバータ３０から直流電源２０に伝搬しようとするが、インバータ３０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３，Ｑ４、Ｑ５，Ｑ６のスイッチング動作に伴い３相モータ４０の中性点Ａからチョークコイル５１の第２巻線５４を通じてグランド側に流れる電流が存在する。このように第２巻線５４にノイズ電流と同位相の漏れ電流が発生して当該漏れ電流によりノイズ電流がチョークコイル５１に流れる際にキャンセルされ、インバータ３０から直流電源２０に伝搬しようとするノイズが低減される。これにより、インバータ３０に発生するノイズがインバータ３０から直流電源２０に伝搬するのを抑制することができる。その結果、簡素な構成でノイズ低減を図ることができる。
（２）正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において２つのコンデンサ５６，５７に対し直流電源２０側に平滑コンデンサ５８を備えた。よって、２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）から直流電源２０側に向かうノイズｎ１を平滑コンデンサ５８により低減することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図１（ａ）においては、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）に対し直流電源２０側に平滑コンデンサ５８を備えた。図１（ａ）に代わり図２に示すように、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）に対しインバータ３０側に平滑コンデンサ６０を備える構成としてもよい。この場合には、２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）からインバータ３０側に向かうノイズｎ２を平滑コンデンサ６０により低減することができる。
あるいは、図３に示すように、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）に対し直流電源２０側に平滑コンデンサ５８を備えるとともにインバータ３０側に平滑コンデンサ６０を備える構成としてもよい。この場合には、２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）から直流電源２０側に向かうノイズｎ１を平滑コンデンサ５８により低減することができるとともに、２つのコンデンサ５６，５７（コンデンサ対５５）からインバータ３０側に向かうノイズｎ２を平滑コンデンサ６０により低減することができる。
要は、正極母線Ｌｐと負極母線Ｌｎとの間において２つのコンデンサ５６，５７に対し直流電源２０側及びインバータ３０側の少なくとも一方に平滑コンデンサ（５８，６０）を備える構成とするとよい。
・多相モータは３相モータ４０であったが、これに限るものではなく、モータ（及びインバータ）の相数はいかなる数でも可能であり、モータも中性点が存在すればいかなる型式（誘導モータ、同期モータ等）でも可能である。
１０…モータ駆動装置、２０…直流電源、３０…インバータ、４０…３相モータ、４１，４２，４３…コイル、５０…ノイズフィルタ、５１…チョークコイル、５２…コア、５３…第１巻線、５４…第２巻線、５４ａ…一端、５４ｂ…他端、５６，５７…コンデンサ、５８…平滑コンデンサ、６０…平滑コンデンサ、Ａ…中性点、Ｌｐ…正極母線、Ｌｎ…負極母線、Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、Ｑ３，Ｑ４…スイッチング素子、Ｑ５，Ｑ６…スイッチング素子。

Claims (2)

  1. コイルがスター結線された多相モータのモータ駆動装置であって、
    直流電源と、
    前記直流電源に接続される正極母線と負極母線との間に相毎に上下のアーム構成用のスイッチング素子が設けられ、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    前記インバータから前記直流電源に伝搬するノイズを低減するノイズフィルタと、
    を備え、
    前記ノイズフィルタは、
    第１巻線と第２巻線が共通のコアに巻回されるとともに前記第１巻線が前記正極母線に挿入されたチョークコイルと、
    前記正極母線と前記負極母線との間において直列接続された２つのコンデンサと、
    を備え、
    前記第２巻線の一端は前記多相モータの中性点に接続され、他端は前記２つのコンデンサの間に接続されたことを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記正極母線と前記負極母線との間において前記２つのコンデンサに対し前記直流電源側及び前記インバータ側の少なくとも一方に平滑コンデンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
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