JPWO2020246021A1 - 電動機駆動装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、周囲の導体、磁性体、誘電体の影響を受けてもインピーダンス整合を得ることにより電流・電圧の反射を防止できるインバータを含む電動機駆動装置の提供を目的とする。本発明の電動機駆動装置は、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bと、第1電動機3Aに駆動電力を供給する第1動力線41と、第2電動機3Bに駆動電力を供給する第2動力線42と、第1動力線41に駆動電力を供給する第1インバータ回路15Aと、第2動力線42に駆動電力を供給する第2インバータ回路15Bと、U相線41uとU’相線42u、V相線41vとV’相線42vおよびW相線41wとW’相線42wのそれぞれの線路の組み合せからなる伝送線路44u,44v,44wと、伝送線路44u,44v,44wとインピーダンス整合されるインピーダンス回路51と、を備える。伝送線路44u,44v,44wは、それぞれの線路が絶縁体を介して配置される。【選択図】図1

Description

インバータを用いて電動機の駆動を制御する電動機駆動装置に関する。
例えば複数の射出装置のスクリュ前後進用のサーボモータ、複数の型締装置の型開閉用のサーボモータは、インバータを含む電動機駆動装置でその駆動が制御される。インバータ駆動によるモータシステムにおいては、インバータに設けられたスイッチング素子にて出力電圧波形を制御し、ケーブルを介してサーボモータに電力を供給する。
特許文献1は、多レベルインバータからケーブルを介して電力が供給されるモータの受電端に接続されるサージ抑制回路を提案する。このサージ抑制回路は、モータの受電端でのインピーダンス不整合による反射が低減されるように値が設定された第1の抵抗と第1のコンデンサとが直列接続された直列回路を備える。この直列回路の一端はモータの受電端に接続されるとともに、直列回路の他端は多レベルインバータの直流電圧の中性点に接続される。ここでいう接続とは、電気的な接続をいう。
特開2008−283755号公報
特許文献1の提案は、理想的な条件が揃えば、サージ電圧の対称成分だけでなくサージ電圧の零相成分についてもサージの抑制効果を発揮させつつ、サージ抑制回路を通った漏れ電流が対地に流れるのを抑制することができ、漏れ電流を低減することが可能となる。
特許文献1はケーブル(14)のU相線、V相線、W相線の特性インピーダンスとサージ抑制回路のRN1、RN2、RN3のインピーダンス値とを一致させる。特許文献1は、インピーダンス整合を図ることで電流、電圧の反射を防止し漏洩電流を低減することを目的とする。しかし、特許文献1を実際の電気回路に適用すると、以下の課題が想定される。なお、特許文献1でいうインピーダンス整合とは、配線(U相線、V相線、W相線)の特性インピーダンスと、配線の先に接続される負荷回路(サージ抑制回路)のインピーダンスを一致させることをいう。
一方、電気が伝送線路を伝わるとき、電圧と電流が一定の比率になる性質があり、一般的にこの比率を特性インピーダンスと呼ぶ。
課題1:一般に、単線ケーブルの場合、単線の半径方向(放射方向)に電界または磁界が展開されるが、ケーブルの周囲に電気的あるいは磁気的な遮蔽体となる導体、磁性体、誘電体がない場合、ケーブルの半径方向に伝播する電気力線、磁力線は無限遠に広がる。また単線ケーブルの特性インピーダンスは、自己の発する電気力線、磁力線が阻害または吸収されると変動する。
このため、単線ケーブルの特性インピーダンスを決定する上で主要なパラメータであるケーブルインダクタンスとケーブルキャパシタンスを確定するには、ケーブル延長方向に沿ってケーブル半径と比してかなり広い半径方向の範囲に含まれる周囲の導体、磁性体、誘電体の影響を考慮する必要がある。よって、周囲の導体、磁性体、誘電体の影響への対策が含まれていない特許文献1においては、ケーブル14のU相線、V相線、W相線の特性インピーダンスの値を予め規定することは困難である。また、特許文献1においては、ケーブルの敷設状態による周囲の導体、磁性体、誘電体の配置の影響を受け、特性インピーダンスが変動値となり、反射を防止できるインピーダンス整合が不定となるおそれがある。
課題2:さらに、ケーブル14の周囲の導体、磁性体、誘電体がU相線、V相線、W相線に均等に影響しなければ、特性インピーダンスの変動がU相線、V相線、W相線に対して均等に発生するとは限らない。この場合は、U相線、V相線、W相線の特性インピーダンスは異なり、かつそれぞれ個別のインピーダンス値を確定するのが困難となるので、反射を防止できるインピーダンス整合が不定となるおそれがある。
課題3:ケーブル14のU相線、V相線、W相線の周囲に導体、磁性体、誘電体が存在することは対地浮遊容量が存在することを意味し、ケーブル14のU相線、V相線、W相線を電圧・電流が伝搬するとその一部が対地浮遊容量に充放電される。もちろん零相電圧・電流の一部も対地浮遊容量に充放電される。一方で、対地浮遊容量とサージ抑制回路は並列な関係にあり、対地浮遊容量を流れる一部の電圧・電流はサージ抑制回路を迂回する。つまり、サージ抑制回路の効果が十分に発揮されずに零相電圧・電流の反射を防止できない。
以上より、本発明は、周囲の導体、磁性体、誘電体の影響を受けてもインピーダンス整合を得ることにより電流・電圧の反射を防止できるインバータを含む電動機駆動装置の提供を目的とする。
本発明に係る電動機駆動装置は、3相交流の電力により駆動される第1電動機および第2電動機と、第1電動機に駆動電力を供給する、U相線、V相線およびW相線を含む第1動力線と、第2電動機に駆動電力を供給する、U’相線、V’相線およびW’相線を含む第2動力線と、を備える。
また、本発明に係る電動機駆動装置は、第1動力線に駆動電力を供給する第1インバータ回路と、第2動力線に駆動電力を供給する第2インバータ回路と、を備える。
さらに、本発明に係る電動機駆動装置は、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線のそれぞれの線路の組み合せからなる伝送線路と、伝送線路とインピーダンス整合されるインピーダンス回路と、を備える。この伝送線路は、それぞれの線路が絶縁体を介して配置される。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、第1インバータ回路および第1インバータ回路は、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線のそれぞれに互いに逆相の電圧を加えて、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線のそれぞれに逆向きの電流を流し、第1電動機と第2電動機を同期駆動するように制御する。
本発明におけるインピーダンス回路は、好ましくは、第1電動機の第1中性点と第2電動機の第2中性点との間に設けられる。
また、本発明において好ましくは、第1電動機および第2電動機のそれぞれの受電端と伝送線路とを接続する区間において、インピーダンス回路は、伝送線路の対応する相と相とを接続するように設けられる。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、第1電動機の第1駆動軸と第2電動機の第2駆動軸が共有される。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、インピーダンス回路に直列に接続される阻止フィルタ、および、インピーダンス回路に並列に接続される迂回フィルタの一方または双方を損失低減回路として備える。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、並列に接続されたキャパシタとインダクタを含む阻止フィルタ、および、直列に接続されたキャパシタとインダクタを含む迂回フィルタの一方または双方を備える。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、阻止フィルタおよび迂回フィルタの一方または双方において、インダクタと双方向スイッチが直列に接続される。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、複数のインピーダンス回路のそれぞれに対応する特性の異なる複数の損失低減回路を備える。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、第1電動機の第1中性点と第2電動機の第2中性点に接続され、第1中性点と第2中性点とから余剰に引き出された中性線が伝送線路を構成し、この伝送線路にインピーダンス回路が設けられる。
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、第1インバータ回路と第1電動機および第2インバータ回路と第2電動機を接続する伝送線路からなる主経路と、主経路から分岐される伝送線路からなる副経路と、を備え、インピーダンス回路は、副経路に設けられる。
本発明の電動機駆動装置によれば、第1動力線を構成するU相線、V相線およびW相線と第2動力線を構成するU’相線、V’相線およびW’相線において、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線が伝送線路を構成する。本発明はインピーダンス回路がこれら伝送線路と接続されることにより、周囲の導体などの影響を受けても安定してインピーダンス整合を得ることを通じて、電流・電圧の反射を防止できる。特に大電流が流れることで周囲に強い電界または磁界を発生させるがゆえに、自らも周囲の電気的あるいは磁気的な影響を強く受けて特性インピーダンスの変動が大きい動力線に、本発明の伝送線路を適用することで、容易かつ高精度なインピーダンス整合を可能とし反射を効果的に防止できる。
本発明の第1−1形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第1−2形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 第1−2形態に係る電動機駆動装置の要部を示すブロック図である。 本発明の第3実施形態に係る電動機駆動装置の阻止フィルタを示すブロック図である。 本発明の第3実施形態に係る電動機駆動装置の迂回フィルタを示すブロック図である。 本発明の第4実施形態に係る電動機駆動装置の双方向スイッチを示すブロック図である。 本発明の第5実施形態に係る電動機駆動装置のインピーダンス回路を示すブロック図である。 本発明の第6実施形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第6実施形態に係る他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第7実施形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第7実施形態に係る他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係る他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係る電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係る他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係るさらに他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第8実施形態に係るさらに他の電動機駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第9実施形態に係る多芯ケーブルの断面の例を示す図である。 本発明の第9実施形態に係るフラットケーブルの断面の例を示す図である。 本発明の第9実施形態に係る他のフラットケーブルの断面の例を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る3相交流電動機の好ましいコイルを示す斜視図である。
以下、図面を参照しながら、好適な実施形態に基づいて本発明の電動機駆動装置を説明する。
[第1実施形態]
はじめに、本発明に係る第1実施形態を説明するが、第1実施形態は第1−1形態と第1−2形態を含んでいる。また第1動力線41と第2動力線42のそれぞれに対応する交流相が流れる線路を組み合せて絶縁体を介して隣り合わせて配置した伝送線路の例として平行二線を用いて説明する。第1−1形態と第1−2形態は、いずれもインピーダンス回路51を伝送線路44u,44v,44wと直接的にまたは間接的に接続する位置が相違しているところを除けば、回路構成は同じである。したがって、以下では第1−1形態について全体の回路構成を説明した後に、第1−2形態については第1−1形態との相違点を中心に説明する。
[第1−1形態]
第1−1形態に係る電動機の駆動装置10は、3相交流電源から出力される交流電流を直流電流に変換し、さらに変換された直流電流を交流電流に変換して3相交流電動機に供給する。本実施形態において、3相交流電動機をサーボモータの例を示すが、本発明における3相交流電動機はサーボモータに限らない。本発明は、例えば、誘導電動モータ、同期電動モータ、PM(Permanent Magnet)モータなどインバータ回路により駆動され得る3相交流電動モータ、アクチュエータあるいは発電機に適用される。
[全体構成]
第1−1形態に係る駆動装置10は、図1に示すように、2台の第1電動機3Aおよび第2電動機3Bを備え、2台の第1電動機3Aおよび第2電動機3Bのそれぞれに対応するように第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bが設けられている。以下では、第1電動機3Aと第2電動機3Bの両者を区別する必要がない場合には単に電動機3と表記し、両者を区別する必要がある場合には第1電動機3Aおよび第2電動機3Bと表記する。第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bおよびその他の要素についても同様に扱われる。
なお、図1において、符号43が付された破線の楕円で囲まれる複数の電線は多芯ケーブルから構成されることを意味している。そして、符号43は対をなして記載されているが、これは対をなす符号43の間が多芯ケーブルで構成されることを意味している。以降の図8、図9などについても同様である。
インバータ回路15は、直流電流を受けて電動機3を駆動する。この直流電流は、通常、3相交流電源から出力される交流電流を直流電流に変換するコンバータから供給される。したがって、本実施形態においては、コンバータ、平滑コンデンサなどの機器を電源との間に介在させることができる。
また、駆動装置10は、インバータ回路15を制御するインバータ制御部17を備える。インバータ制御部17は、インバータ回路15を構成する半導体スイッチング素子16u,16v,16wのONおよびOFFを制御する。図1では単一のインバータ制御部17により第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bの双方を制御するように示されているが、第1インバータ回路15Aに対応するインバータ制御部と第2インバータ回路15Bに対応するインバータ制御部とに区分されていてもよい。
インバータ制御部17は、第1電動機3Aと第2電動機3Bに互いに逆位相の交流電流を供給するように、第1インバータ回路15Aと第2インバータ回路15Bのそれぞれを構成する半導体スイッチング素子16u,16v,16wのONおよびOFFを制御する。
インバータ制御部17は、電動機3の電流を検出し、かつ、設けられている場合には平滑コンデンサの電圧を検出して、半導体スイッチング素子16u,16v,16wのONおよびOFFを制御する。
また、インバータ制御部17は、第1電動機3Aと第2電動機3Bの動作を互いに同期制御する。
[電動機3]
電動機3は、3相交流のサーボモータからなり、図1に示すように、それぞれが巻線からなる三つのコイル31u,31v,31wと、コイル31u,31v,31wが巻き回される導電体からなるステータ32と、を備えている。電動機3は、コイル31u,31v,31wおよびステータ(固定子)32に加えて、ステータ32の内側に回転可能に設けられるロータ(回転子)などを備えているが、図1においては図示が省略されている。第2実施形態以降も同様である。ロータは永久磁石からなる場合もあればコイル、カゴからなる場合もある。
第1電動機3Aと第2電動機3Bは、同じ仕様を有しており、その動作が互いに同期制御される。第1電動機3Aと第2電動機3Bは、第1電動機3Aのステータ32と第2電動機3Bのステータ32を通じて電気的に導通されている。図1においては、一例として第1電動機3Aのステータ32と第2電動機3Bのステータ32を電気的に導通させる導体をアースEにて接地させた例を示してある。しかし、本実施形態において、半導体スイッチング素子16u,16v,16wのONとOFFを切り替えるスイッチング等により発生するノイズの外部への流出防止を図る場合は接地しなくても支障ない。
第1電動機3Aと第2電動機3Bは、それぞれ三つのコイル31u,31v,31wが合流する第1中性点34Aと第2中性点34Bを介してインピーダンス回路51と接続されている。
[インバータ回路15(15A,15B)]
インバータ回路15は、図1に示すように、電動機3に備えられたu相、v相、w相のコイル31u,31v,31wのそれぞれに対応する半導体スイッチング素子16u,16v,16wを含んで構成されている。インバータ回路15において、半導体スイッチング素子16u,16v,16wはそれぞれ一対ずつ設けられており、図中の上側に配置される半導体スイッチング素子16u,16v,16wと、図中の下側に配置される半導体スイッチング素子16u,16v,16wと、に区分されている。
インバータ回路15は、半導体スイッチング素子16u,16v,16wのスイッチング、つまりONおよびOFFにより生成された駆動電流をインバータ回路出力としてコイル31u,31v,31wに供給する。
半導体スイッチング素子16u,16v,16wは、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、その他の半導体素子から構成できる。
[インバータ制御部17]
インバータ制御部17は、第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bを構成する半導体スイッチング素子16u,16v,16wのそれぞれのONおよびOFFを制御する。この制御を通じて、第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bは、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bを同期制御させる。
インバータ制御部17は、第1電動機3Aと第2電動機3Bには、互いに逆位相の電流が供給されるように、半導体スイッチング素子16u,16v,16wのそれぞれのONおよびOFFを制御する。これは、インバータ制御部17による第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bの一方のスイッチング周期を、第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bの他方のスイッチング動作の周期より半周期の位相分だけ遅らせる、または進めることにより実現される。
[第1動力線41,第2動力線42]
駆動装置10は、第1インバータ回路15Aと第1電動機3Aを接続し、第1電動機3Aに駆動電力を供給する第1動力線41と、第2インバータ回路15Bと第2電動機3Bを接続し、第2電動機3Bに駆動電力を供給する第2動力線42と、を備える。
第1動力線41は、第1インバータ回路15Aの半導体スイッチング素子16u,16v,16wの各相にそれぞれが対応するU相線41u、V相線41vおよびW相線41wを備えている。また、第2動力線42は、第2インバータ回路15Bの半導体スイッチング素子16u,16v,16wの各相にそれぞれが対応するU’相線42u、V’相線42vおよびW’相線42wを備えている。
[平行二線44u,44v,44w]
駆動装置10は、第1動力線41と第2動力線42とで平行二線44u,44v,44wを構成する。平行二線44uは互いに相が対応するU相線41uとU’相線42uの組み合わせからなり、平行二線44vは互いに相が対応するV相線41vとV’相線42vの組み合わせからなり、平行二線44wは、互いに相が対応するW相線41wとW’相線42wの組み合わせからなる。
[インピーダンス回路51]
駆動装置10は、第1電動機3Aと第2電動機3Bを接続するインピーダンス回路51を備える。このインピーダンス回路51は、平行二線44u,44v,44wとインピーダンス整合されている。インピーダンス整合とは、送り出し側回路の出力インピーダンスと、受け側回路の入力インピーダンスを同じ値とすることをいう。駆動装置10に照らすと、送り出し側回路が平行二線44u,44v,44wであり、受け側回路がインピーダンス回路51である。
インピーダンス回路51は、第1中性線N1を介して第1電動機3Aの第1中性点34Aと接続され、第2中性線N2を介して第2電動機3Bの第2中性点34Bで接続されている。こうして、インピーダンス回路51は、平行二線44u,44v,44wと間接的に接続されている。
[駆動装置10の駆動]
次に、第1電動機3Aと第2電動機3Bを同期して駆動する制御を簡単に説明する。
本実施形態においては、第1インバータ回路15Aにおけるスイッチング動作と第2インバータ回路15Bにおけるスイッチング動作の間に半周期の分だけ、つまり180°だけ位相差を設ける。これにより、U相線41uとU’相線42u、V相線41vとV’相線42v、W相線41wとW’相線42wにそれぞれ互いに逆相、つまり位相が180°異なる電圧が加えられる結果、U相線41uとU’相線42u、V相線41vとV’相線42v、W相線41wとW’相線42wにそれぞれ逆向きの電流が流れる。これにより、第1電動機3Aと第2電動機3Bは、互いに逆位相の交流電流の供給により、同期駆動される。
[効果]
次に、第1−1形態に係る駆動装置10が奏する効果を説明する。
[平行二線44u,44v,44wの効果]
駆動装置10は、第1動力線41と第2動力線42との間に平行二線44u,44v,44wを備えているため、以下説明するように、安定したインピーダンス整合が容易に得られる。
本実施形態の平行二線は、一方の線路の隣に他方の線路が設けられるとともに、それぞれの線路には等価で逆方向の電流が通電されている。これによると平行二線の一方の線路と他方の線路は、互いに周囲の空間に比べて電気的あるいは磁気的に優位であるため、一方の線路から発生する電気力線および磁力線は他方の線路に吸収される。特に一方の線路と他方の線路に流れる電流が等価で逆向きの逆相電流である場合、一方の線路から発生する電気力線および磁力線と他方の線路から発生する電気力線および磁力線とは等価で逆向きになる。このため、両線路の間の電気力線および磁力線は向きが同じであり強め合う。しかし、互いの線路と向きが逆、つまり平行二線44u,44v,44wから離れた領域の電気力線および磁力線の向きは互いに逆となりそれぞれ発生する電界および磁界を弱め合う。このため周囲から平行二線44u,44v,44wへのおよび平行二線44u,44v,44wから周囲へのそれぞれの電磁気的な影響は無視できるほど小さい。
そこで、本実施形態においては、U相線41u、V相線41vおよびW相線41wとそれぞれが対となるU’相線42u、V’相線42vおよびW’相線42wを組み合せて平行二線とし、逆相(逆電位)で駆動する。そうすれば、各組の平行二線44u,44v,44wの周囲に意図しない導体、磁性体、誘電体があったとしてもそれらから受ける電磁気的な影響を小さくできるので、各組の平行二線44u,44v,44wの特性インピーダンス値を予め規定した固定値に収めることができる。したがって、駆動装置10によれば、安定したインピーダンス整合が容易に得られる。
また、上述したように、周囲から平行二線44u,44v,44wへのおよび平行二線44u,44v,44wから周囲へのそれぞれの電磁気的な影響は無視できるほど小さい。このため、各組の平行二線44u,44v,44wの特性インピーダンスは構成する絶縁体の材質、構造、導体の材質、形状、間隔、構造だけから決定される。したがって、各組の平行二線44u,44v,44wのそれぞれの特性インピーダンスを同一の固定値にできる。これによっても、駆動装置10によれば、安定したインピーダンス整合が容易に得られる。
[3相電源回路と電動機とのインピーダンス整合による反射防止効果]
駆動装置10は、強制的に電動機を停止維持させる場合のように意図的に、またはコモンモードノイズのように意図せずに、3相すべての電流が供給側であるインバータ回路15から第1電動機3Aおよび第2電動機3Bに向かって流れる場合がある。この場合、中性点34に流入した電流は行き場を失う。これに対し、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bに対して入力側の平行二線44u,44v,44wのインピーダンスと出力側の第1中性点34Aおよび第2中性点34Bとの間を接続するインピーダンス回路51のインピーダンスとを整合させる。
これにより、一方の電動機の中性点34に流入した電流を反射させることなく、他方の電動機の中性点34に流出させることができる。
これにより、第1中性点34Aおよび第2中性点34Bにおける反射の防止を通じて、第1中性点34Aおよび第2中性点34Bにおける過大な電圧が生じるのを防止できる。
この効果は、特に、零相電圧、例えばU相、V相およびW相の3相全ての電圧が正圧の同じ値または負圧の同じ値の場合、最大で三駆動電流の供給電圧の2倍のサージ電圧になりうる、不確定な電圧の上昇または降下を防止できる。このサージ電圧は、第1電動機3Aおよび第2電動機3B、第1動力線41および第2動力線42の対地間に電気的衝撃を発生させて絶縁破壊を引き起こしたり、部分放電による電動機巻線の絶縁部の寿命を低下させたりする不具合の原因となる。本実施形態は、この不具合を防止できるとともに、不確定な過大電圧を防止できるので、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bの電源供給側と第1動力線41および第2動力線42の設計における最大電圧の特定が容易となる。これにより、電気回路の耐過電圧余裕を必要最小限とすることができるので、電源装置の小型化が可能となるとともに、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bのロータの軸受けの絶縁性を低減でき、軸受けのコストダウンに有効である。
本実施形態においては、U相線41u、V相線41v、W相線41wと対となるU’相線42u、V’相線42v、W’相線42wとを組合せ、逆相(逆電位)で第1電動機3Aおよび第2電動機3Bを駆動する。U相線41u、V相線41v、W相線41wの零相電圧・電流とU’相線42u、V’相線42v、W’相線42wの零相電圧・電流とは互いに逆相であり相殺されてしまうので、合計の零相電位は常に無視できるほど小さい。仮に意図しない対地浮遊容量が構成されていたとしても、この対地浮遊容量に零相電圧・電流が充放電される量は無視できる程小さい。この対地浮遊容量とインピーダンス回路は並列な関係にあるため、対地浮遊容量に零相電圧・電流が充放電される量が無視できる程に小さいことは、インピーダンス回路を殆どの零相電圧・電流が流れることを意味する。よってインピーダンス回路は零相電圧・電流に対して十分に効果を発揮して反射を抑制できる。
本実施形態におけるインピーダンス回路51は、図1に示すように、接地されていない。したがって、本実施形態においては、反射を防止しきれずにノイズが残ったとしても、この残されたノイズは外部に漏れ出ることなく、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bと各々の駆動回路内に留まるので、外部の機器に影響を与えない。
本実施形態のインピーダンス回路51を抵抗のみから構成した場合には、ノイズなどの零相電流の周波数によらず第1中性点34Aおよび第2中性点34Bにおける反射を防止できる。
第1電動機3Aの第1動力線41と第2電動機3Bの第2動力線42を平行二線44u,44v,44wにしてそれぞれの対応する各相の電流を逆相とするだけで、平行二線44u,44v,44wから放出されるそれぞれ電磁ノイズを相殺して抑制をすることができる。これにより、第1動力線41、第2動力線42からの電磁ノイズ抑制の簡素化が可能である。
ここで、本実施形態の3並列の平行二線の特性インピーダンスは、以下のようにして特定できる。例えば、U相線41u−U’相線42uからなる平行二線の特性インピーダンスRpuをRpu=100Ωとする。V相線41v−V’相線42v、W相線41w−W’相線42wからなる平行二線の特性インピーダンス(Rpv、Rpw)も同様に100Ω、100Ωとする。
本実施形態は、2組の駆動装置から2組の3相交流電動機への平行二線はU相線41u−U’相線42u、V相線41v−V’相線42vおよびW相線41w−W’相線42wの3並列となる。したがって、その特性インピーダンスRpは以下に示すように、3組の平行二線の合成となる。
特性インピーダンスはRp=(Rpu+Rpv+Rpw)/3=33.3Ω
この場合のインピーダンス整合について説明すると、以下の通りである。
第1中性点34Aおよび第2中性点34Bにおける、受け側回路はインピーダンス回路51であり、インピーダンス回路51のインピーダンス(Rc)を送り出し側回路のインピーダンスとインピーダンス整合させる。
例えば数十kW以上と容量が大きいモータの場合は、大電流を流しても発熱を抑えることができるようにモータコイル線の抵抗値は、平行二線の特性インピーダンスに比べて例えば0.1Ω程度と非常に小さい。したがって、第1−1形態における平行二線とその第1中性点34Aと第2中性点34Bの間を接続するインピーダンス回路51とのインピーダンス整合において無視することができる。
この場合、インピーダンス回路51のインピーダンスをRcとすると、平行二線の特性インピーダンスRp/3と等価、つまりRc=33.3Ωとすることでインピーダンス整合が可能である。
[第1−2形態]
次に、第1実施形態における第1−2形態を説明する。
第1−2形態は、第1−1形態においてインピーダンス回路51が、第1中性線N1を介して第1電動機3Aの第1中性点34Aと接続され、第2中性線N2を介して第2電動機3Bの第2中性点34Bで接続されているのに対し、インピーダンス回路51が設けられる位置が異なる。以下、第1−1形態との相違点を中心に、第1−2形態の電動機駆動装置10を説明する。
第1−2形態は、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bのそれぞれの受電端A,Aと平行二線44u,44v,44wとを接続する区間において、電動機3の間の平行二線44u,44v,44wの対応する相と相を接続するようにインピーダンス回路51が設けられる。その一例として図2は、第1インバータ回路15Aと第1電動機3Aの間のU相線41uと第2インバータ回路15Bと第2電動機3Bの間のU’相線42uとの間にインピーダンス回路51が設けられる例が示されている。
より具体的ないくつかの例が図3(a)、(b)、(c)に示されているが、いずれもU相とU’相の間、V相とV’相の間、W相とW’相の間にインピーダンス回路51が直接的に接続されている。
ここで、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bの容量が例えば数十kW以上と大きければ、コイル31u,31v,31wのインピーダンスは例えば0.1Ω程度と非常に小さいので、コイル31u,31v,31wの抵抗値を無視することができる。そのため、第1−1形態のように第1中性点34Aと第2中性点34Bの間を接続するインピーダンス回路51においても平行二線44u,44v,44wとインピーダンス整合が可能である。
しかし、例えば第1電動機3Aおよび第2電動機3Bの容量が例えば2kW程度以下と小さければ、コイル31u,31v,31wの抵抗値が数10〜50Ω程度となり得る。この抵抗値は、平行二線44u,44v,44wによる特性インピーダンス(数10〜数100Ω)と重複するので、平行二線44u,44v,44wから第1中性点34A、第2中性点34Bにおけるインピーダンス整合において、コイル線の抵抗値を無視することができない。
第1−2形態は、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bの受電端Aと平行二線44u,44v,44wの間、具体的には第1電動機3Aおよび第2電動機3Bに対して入力側のU相とU’相の間、V相とV’相の間、W相とW’相の間のそれぞれにインピーダンス回路51を備える。この第1−2形態によれば、コイル31u,31v,31wのインピーダンスを無視することができるので、インピーダンス整合するためには整合式Rc=Rpを満たすだけでよい。つまり、それぞれのインピーダンス回路51のインピーダンスRc(Ω)は平行二線44u,44v,44wの特性インピーダンスRp(Ω)と等価あるいは同程度であればよい。
第1電動機3Aおよび第2電動機3Bに対して入力側にインピーダンス回路51を備える第1−2形態は、線路の途中にインピーダンス回路51を接続することとなる。したがって、図2に示すように、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bのそれぞれにおいて受電端Aから終端である第1中性点34Aおよび第2中性点34Bまでのコイル31u,31v,31wや第1中性点34Aおよび第2中性点34B等を含む短区間Sが存在することとなる。この場合、短区間Sの終端である第1中性点34Aおよび第2中性点34Bが開放端、若しくはこの終端である第1中性点34Aおよび第2中性点34Bから先に、インピーダンスの異なる線路が接続されている場合、例えば第1−2形態では、第1中性点34Aおよび第2中性点34Bで反射が発生する可能性がある。
ここで、平行二線44u,44v,44wの側から伝搬してきた電位の波長に対し受電端Aと第1中性点34Aおよび第2中性点34Bの間隔が十分に小さい場合を想定する。受電端Aと第1中性点34Aおよび第2中性点34Bの間隔が例えば波長の1/10程度以下である場合、平行二線44u,44v,44wの側から伝搬した電位の入射波により受電端Aと第1中性点34Aおよび第2中性点34Bの電位ほぼ同時に同位相となると解される。このため受電端Aと第1中性点34Aおよび第2中性点34Bで発生する2つの反射波もまた同時に同位相となるので、これらの2つの反射波を区別することなく同じ1点で反射した一つの反射波として扱うことができる。よって、仮に短区間Sにおいて複数の異なるインピーダンスを有する場合であっても、各インピーダンスの接続点において発生する反射波を区別することなく、受電端Aにおける反射波として扱うことができる。このため第1−2形態によれば、短区間Sにおける反射を無視できるので短区間Sのインピーダンス値に影響を受けることなくインピーダンス整合が可能となる。一般に線路の長さが入射波の波長の1/4程度である場合に、この線路内で反射が発生すると言われている。この短区間Sが数m以下であれば、この短区間で波の性質を持ち得る電流の周波数は超高周波(50MHz以上)であり、通常、3相交流電動機におけるこの短区間ではこのような超高周電流は発生しない。
第1−2形態による反射防止方法は、第1−1形態に比べてインピーダンス回路51が複数となるために結線や構造が複雑になり、第1−1形態に比べて、電力の損失が増加することが懸念される。しかし、第1−2形態は、第1−1形態に比べて電動機の容量、定格、サイズ等に制約されないかまたは制約が少ない為、多様なモータに対する適用できる利点がある。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
第2実施形態は、第1実施形態の第1−1形態および第1−2形態における第1電動機3Aと第2電動機3Bの駆動軸(第1駆動軸,第2駆動軸)を共有することを主旨とする。この場合、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bを収容する筐体をも共有にすることが好ましい。このモータは、見かけ上は一体をなすので、電動機3と称することにする。
また、電動機3は、好ましくは、ステータおよびロータのそれぞれの巻線の組数を偶数とする。
さらに、好ましくは、第1電動機3Aを構成していた3相の各コイル31u,31v,31wを第1巻線側コイルとし、第2電動機3Bの3相の各コイル31u,31v,31wを第2巻線側コイルとする。そして、電動機3は、一つのコイル31を二本の巻線により構成する2巻線モータにおいては、図21に示すように、例えば一方のコイル31u(R)を右巻きとし他方のコイル31uを左巻きとし、両方のコイル31u(R),31uを同軸上に巻き回して構成される。また、この右巻きと左巻きからなる二本の巻線を複数組備えるコイル31とすることもできる。この場合、隣り合う巻線の巻き回しの向きが逆になる。
以上の構成を採用することにより、複数のコイルで単一の駆動軸を駆動する小型でかつ高出力の電動機3において、複数組の3相交流電動機を要することなく、単一の3相交流電動機で本発明の効果を得ることができる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図4および図5を参照して説明する。
第3実施形態は、第1実施形態の第1−1形態の第1中性点34Aと第2中性点34Bを接続するインピーダンス回路51に損失低減回路を設ける。損失低減回路としては、阻止フィルタおよび迂回フィルタの一方または両方を備えることができる。
第3実施形態では第2実施形態の第1−1形態のインピーダンス回路51に適用する例を示すが、第1実施形態の第1−2形態のインピーダンス回路51に適用することもできる。
また、第3実施形態における損失低減回路は、キャパシタおよびインダクタの一方または両方を含む。キャパシタとしてはコンデンサに限るものではなく、電気二重層を利用した電気二重層キャパシタや擬似キャパシタなど充放電できるデバイスであればよい。また、インダクタはコイルに限るものではなく、導体金属をシートや基板の上に印刷したインダクタなど、電流の変化が起電力となって現れるデバイスであればよい。
図4(a)は、阻止フィルタ52と迂回フィルタ55の両方を設ける例を示している。この例は、阻止フィルタ52をインピーダンス回路51に直列に接続し、かつ、迂回フィルタ55をインピーダンス回路51および阻止フィルタ52に並列に接続する。図4(a)が第2実施形態における基本形であり、図4(b)〜(d)および図5(a)〜(c)にはこの基本形をより具体的にした例が示されている。図4(b)〜(d)は阻止フィルタ52の具体例を示し、図5(a)〜(c)は迂回フィルタ55の具体例を示している。
図4(b)は、キャパシタからなる阻止フィルタ53を用いる。
キャパシタは中周波域や低周波域の電流を阻止できるが、高周波域の電流を阻止できない。したがって、阻止フィルタ53を用いれば、高周波域の電流を優先してインピーダンス回路51に流入させ、損失の低減を図ることができる。
キャパシタは高周波域と中周波域との周波数の差に比例する損失低減効果が得られるため、高周波域と中周波域との間に100倍程度の周波数の差を確保する必要がある。
なお、第3実施形態における高周波域とは100kHz以上の周波数をいい、中周波域とは10kHz前後の周波数をいい、低周波域とは数kHz以下をいう。中周波域は、インバータ回路15におけるスイッチングによる周波数、低周波域は高調波による周波数である。
図4(c)は、キャパシタCとインダクタLからなるLC並列共振回路を阻止フィルタ54として用いる。
LC並列共振回路は共振周波数を中周波域とすれば中周波域の電流を阻止できるが、高周波域の電流を阻止できない。したがって、阻止フィルタ54を用いれば、高周波域の電流を優先してインピーダンス回路51に流入させることで、損失を低減できる。
LC並列共振回路は高周波域と中周波域との間に10倍程度の周波数の差であったとしても100倍以上の損失低減効果が得られので、阻止フィルタ53より損失低減の効果が高いが、低周波域の電流が阻止できないので、低周波域における損失低減は期待できない。
しかし、図3(d)に示すように、阻止フィルタ53と阻止フィルタ54を組合せれば、中周波域および低周波域の損失を低減できる。もっとも、低周波域に阻止すべき高調波がない場合には、阻止フィルタ53に阻止フィルタ54を組み合せなくてもよい。
次に、図5(a)は、インダクタLを迂回フィルタ56として用いる。
インダクタLは中周波域や低周波域の電流を迂回できるが、高周波域の電流を迂回できない。したがって、この迂回フィルタ56によれば、高周波域の電流を優先してインピーダンス回路51に流入させて損失を低減できる。
インダクタLは高周波域と中周波域との周波数の差に比例する損失低減効果が得られるため、高周波域と中周波域との間に100倍程度の周波数の差を確保する必要がある。
図5(b)は、キャパシタCとインダクタLのLC直列共振回路を迂回フィルタ57として用いる。
LC直列共振回路は共振周波数を中周波域とすれば中周波域の電流を迂回できるが、高周波域の電流を迂回できない。したがって、迂回フィルタ57を用いれば、高周波域の電流を優先してインピーダンス回路に流入させ、損失低減できる。
LC直列共振回路は高周波域と中周波域との周波数の差が10倍程度であっても100倍以上の損失低減効果を得られ、迂回フィルタ56より効果が高い一方で、低周波域の電流が迂回できず、低周波域での損失低減できない。
しかし、図5(c)示すように、迂回フィルタ57と迂回フィルタ56を組み合せれば、中周波域および低周波域の損失を低減できる。もっとも、低周波域に迂回すべき高調波がない場合には、迂回フィルタ57と迂回フィルタ56を組み合せる必要はない。
ここで、阻止フィルタ54としてLC並列共振回路を用い、迂回フィルタ57としてLC直列共振回路を用いている。LC並列共振回路およびLC直列共振回路は、キャパシタCの自己共振特性を利用することでインダクタLを用いなくても10kHz程度以上の共振周波数が得られる。
キャパシタCの自己共振特性を、直列共振として利用する場合にはそのまま用いればよい。
キャパシタCの自己共振特性を、並列共振として利用する場合にはキャパシタCの電極両端を短絡配線とし、短絡配線のインダクタンスを利用することになる。つまり、必ずしもインダクタLが部品として存在する必要がなく、配線のインダクタンスをインダクタLとして利用できる。
一般に、阻止フィルタと迂回フィルタの選択は、以下のように行うことができる。
つまり、阻止フィルタを用いるか、迂回フィルタを用いるかは、3相交流電動機の電源電圧の利用率と電源電流の利用率のどちらを優先するかに依存する。
阻止フィルタを用いる場合には、電源電流利用率は悪くなるが、中周波域、低周波域の電流は阻止できるので、第1電動機3Aと第2電動機3Bの中周波域、低周波域の電位差は大きくなり、電源電圧利用率がよくなる。
また、迂回フィルタを用いる場合には中、周波域、低周波域の電流は迂回され、第1電動機3Aと第2電動機3Bの中周波域、低周波域の電位差は小さくなるので、電源電圧利用率は悪くなるが、電源電流利用率はよくなる。
阻止フィルタと迂回フィルタを同時に用いる場合は、電源電圧利用率と電源電流利用率を阻止フィルタ用いる場合と迂回フィルタを用いる場合の中間にできる。
[第3実施形態の効果]
次に、第3実施形態が奏する効果を説明する。
第1実施形態に適用されるインピーダンス回路51には、反射を防止したいノイズの原因となる高周波域の電流以外にスイッチング周波数の中周波域、高調波周波数の低周波域の電流が流れ込むことにより損失が増加する場合がある。
中周波域や低周波域の電流は、第3実施形態の阻止フィルタ52,53,54または迂回フィルタ55,56,57を有するケーブル(線路)と比べて波長が長く、ケーブル全長に渡って同電位となり、波の性質を持たないので反射をすることはない。これにより、平行二線44u,44v,44wとインピーダンス回路51のインピーダンス整合により防止すべき反射が生じない。したがって、阻止フィルタ52,53,54および迂回フィルタ55,56,57によって中周波域や低周波域の電流のインピーダンス回路51への流入を回避し、損失を低減しても、第1実施形態の反射防止の効果を損なうことはない。
[第4実施形態]
次に、本発明に係る第4実施形態について図6を参照して説明する。
第4実施形態は、第3実施形態の損失低減回路に双方向スイッチをインダクタに直列に接続することを要旨とする。なお、第4実施形態は、第1実施形態の第1−1形態のインピーダンス回路51に双方向スイッチを適用する例を示すが、第1実施形態の第1−2形態のインピーダンス回路51に適用することもできる。
図6には、インダクタLに双方向スイッチ58を直列に接続する5つの例が示されている。
図6(a)は、図4(c)に示された阻止フィルタ54のインダクタLに直列に双方向スイッチ58が接続される。また、図6(b)は、図4(d)に示された阻止フィルタ54のインダクタLに直列に双方向スイッチ58が接続される。
図6(c)は、図5(a)に示された迂回フィルタ56のインダクタLに直列に双方向スイッチ58が接続される。また、図6(d)は、図5(d)に示された迂回フィルタ57のインダクタLに直列に双方向スイッチ58が接続される。図6(e)は、図5(e)に示された迂回フィルタ56のインダクタLおよび迂回フィルタ57のインダクタLのそれぞれに直列に双方向スイッチ58が接続される。
ここで、双方向スイッチ58としては、双方向のトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、FET(Field-Effect Transistor)、SCR(Silicon Controlled Rectifier)等が適用される。
インダクタンス値L(H(ヘンリー))のインダクタLに電流i(A)を通電している最中に、この双方向スイッチ58でインダクタLを切り離す。そうすると、インダクタLの両端に以下の式(1)で求められる逆起電圧Vrが発生する。よって、実回路ではこの逆起電圧Vrの発生を抑制するためにインダクタLに逆起電圧除去回路を付加するか、または、インダクタLに流れる電流iがi=0(A)となるタイミングに同期して双方向スイッチ58を操作する必要がある。
Vr=−L×Di/Dt(V)…(1)
次に、第4実施形態が奏する効果を説明する。
3相交流電動機の駆動状態によっては、連続で同じ周波数の電流が流れたり繰り返し急峻に変化する電流が流れたりする。
共振回路に共振周波数の電流を連続で加えると発振することがある。また、インダクタLに繰り返し急峻に変化する電流を加えると過電圧が繰り返し発生することがある。発振は3相交流電動機に異常振動を起こさせ、また、過電圧の繰り返しは絶縁劣化に繋がる。
これに対し第4実施形態においては、双方向スイッチ58を設けて損失低減回路のインダクタLをインピーダンス回路51から切り離すことを可能とする。3相交流電動機の駆動状態を監視して、共振回路に共振周波数の電流を連続で加える場合あるいはインダクタに繰り返し急峻に変化する電流を加える場合に、インダクタLをインピーダンス回路51から切り離すことで共振回路の発振やインダクタの過電圧を抑制できる。
なお、インダクタLを切り離しても、反射を抑制するインピーダンス回路51は接続されたままであるから、高周波域の電流の反射が抑制される。
[第5実施形態]
次に、本発明に係る第5実施形態について図7を参照して説明する。
第5実施形態は、それぞれが損失低減回路を備える複数のインピーダンス回路60A,60B,…を並列に設け、駆動装置10の運転状況に応じて、使用するインピーダンス回路60A,60B,…を選択することを要旨とする。なお、第5実施形態は、第1実施形態の第1−1形態のインピーダンス回路51に適用する例を示すが、第1実施形態の第1−2形態のインピーダンス回路51に適用することもできる。
図7に示す例は、3つのインピーダンス回路60A,60B,60Cを備える。インピーダンス回路60A,60B,60Cのそれぞれは、第1中性点34Aと第2中性点34Bの間に接続される。したがって、インピーダンス回路60A,60B,60Cは、第1中性点34Aと第2中性点34Bに対して並行に設けられる。図示を省略しているが、インピーダンス回路60A,60B,60Cは、第3実施形態で説明した損失低減回路を含んでいる。ここでは一例として、インピーダンス回路60Aにおける損失低減回路が阻止または迂回する周波数を例えば100kHz以上の広帯域とする。同様に、インピーダンス回路60Bは周波数を例えば1MHz以上の中帯域とし、インピーダンス回路60Cは周波数を例えば10MHz以上の狭帯域とする。このように、第5実施形態は、複数、ここでは3つのインピーダンス回路60A,60B,60Cのそれぞれに対応して特性の異なる複数の損失低減回路を設ける。
インピーダンス回路60A,60B,60Cのそれぞれには双方向スイッチ58A,58B,58Cが付随して設けられている。双方向スイッチ58A,58B,58Cの動作を制御することにより、インピーダンス回路60A,60B,60Cの中から機能させる回路を選択する。つまり、インピーダンス回路60Aを機能させるが、インピーダンス回路60B,60Cを機能させなければ、インピーダンス回路60Aは広帯域に対応して損失を低減する。
次に、第5実施形態の奏する効果を説明する。
反射防止のためには、できるだけ広い周波数域で反射を防止するのが好ましいが、損失低減のためには、できるだけ狭い周波数域で反射を防止するのが好ましい。よって、反射防止と損失低減を両立できる最適な定数を持つ損失低減回路を備えることが好ましい。
しかし、反射防止すべき周波数域が3相交流電動機の運転状態によって変化するため、単一の損失低減回路によって、あらゆる運転状態の反射防止と損失低減が成立することは困難である。そこで、第5実施形態のように、複数の特性のことになる損失低減回路を備え、運転状態に応じて使用するインピーダンス回路60A,60B,60Cを選択する。これにより、それぞれが対応する周波数帯域において最適な反射防止と損失低減を実現することができる。
[第6実施形態]
次に、本発明に係る第6実施形態について図8、図9を参照して説明する。
第6実施形態は、コモンモードチョークコイルを適所に設けることにより、零相電流を抑制する。第6実施形態は、第6−1形態に該当する駆動装置10Aと第6−2形態に該当する駆動装置10Bの2つの形態を含んでいる。なお、駆動装置10Aおよび駆動装置10Bはともに、基本的な構成はこれまで説明した第1実施形態の駆動装置10などを踏襲している。そこで、以下では駆動装置10などと同じ構成については同じ符号を付するとともに、駆動装置10などとの相違点を中心に説明する。後述する第7実施形態、第8実施形態についても同様である。
[第6−1形態(駆動装置10A)]
駆動装置10Aは、第1インバータ回路15Aに対応する、3相交流電流を出力する第1電源11Aと、第1電源11Aから出力された3相交流電流を直流に変換して第1インバータ回路15Aに向けて出力する第1コンバータ13Aと、を備える。また、駆動装置10Aは、第2インバータ回路15Bに対応する、3相交流電流を出力する第2電源11Bと、第2電源11Bから出力された3相交流電流を直流に変換して第2インバータ回路15Bに向けて出力する第2コンバータ13Bと、を備える。
駆動装置10Aは、図8に示すように、第1電源11Aと第1コンバータ13Aの間および第2電源11Bと第2コンバータ13Bの間に3相コモンモードチョークコイル91を備えている。また、駆動装置10Aは、第1コンバータ13Aと第1インバータ回路15Aの間および第2コンバータ13Bと第2インバータ回路15Bの間に2相コモンモードチョークコイル92を備えている。さらに、駆動装置10Aは、第1インバータ回路15Aと第1電動機3Aの間および第2インバータ回路15Bと第2電動機3Bの間に3相コモンモードチョークコイル91を備えている。
駆動装置10Aは、電源とコンバータの間、コンバータとインバータの間およびインバータと電動機の間の全てにコモンモードチョークコイルを備えている。しかし、これは第6実施形態において必須の要件ではなく、3つの間の少なくとも一つにコモンモードコイルを備えていればよい。
また、図8においては、第1電源11Aと第2電源11Bが個別に設けられる例を示したが、単体の電源から第1コンバータ13Aおよび第2コンバータ13Bのそれぞれに3相交流電流を供給してもよい。また、第1コンバータ13Aおよび第2コンバータ13Bについても同様であり、単体のコンバータで3相交流電流を受けて第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bのそれぞれに直流電流を供給してもよい。
さらに、第1電源11A、第2電源11B、第1コンバータ13Aおよび第2コンバータ13Bに代えて、直流電源を用いてもよい。
駆動装置10Aにおいては、第1実施形態の第1−1形態のインピーダンス回路51に適用する例を示すが、第1実施形態の第1−2形態のインピーダンス回路51に適用することもできる。
次に、第6−1形態に係る駆動装置10Aが奏する効果を説明する。
駆動装置10Aは、零相電流が発生した場合でも反射による過電圧を防止するためのものであるが、さらにコモンモードチョークコイルを併用することで零相電流を抑制できる。
[第6−2形態(駆動装置10B)]
次に、駆動装置10Bを説明する。
駆動装置10Bは、図9に示すように、第1電源11Aおよび第2電源11Bに代えて共用の電源11を備えるとともに、第1コンバータ13Aおよび第2コンバータ13Bに代えて共用のコンバータ13を備える。駆動装置10Bは、共用の電源11および共用のコンバータ13に対応して、電源11とコンバータ13の間に設ける3相コモンモードチョークコイル91を単体とし、コンバータ13と第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bの間に設ける2相コモンモードチョークコイル92を単体としている。
駆動装置10Bにおいて、第1電動機3Aから、第1インバータ回路15A、第2インバータ回路15B、第2電動機3Bおよびインピーダンス回路60を経て、第1電動機3Aに戻る順またはこの逆順である、破線矢印で示す循環経路を形成する。この循環経路は、コモンモードチョークコイル91,92を含まない。
一方で、共用の電源11から、コンバータ13、第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15B、第1電動機3Aおよび第2電動機3Bのステータ32を経てアースEへの一点鎖線で示される経路には、コモンモードチョークコイル91,92が存在する直列経路が形成される。
また、コモンモードチョークコイル91,92は高周波域の電流の通過を阻止する部材である。したがって、アースEと連通している一点鎖線で示される直列経路はコモンモードチョークコイル91,92を有するため高周波域の電流が流れ難い。これに対して、アース線Eとは分離されている破線で示される循環経路はコモンモードチョークコイル91,92を有しないため高周波域の電流が流れ易い回路となる。つまり、本実施形態によれば、高周波域の電流が優先的にインピーダンス回路60に流れる構成にできるため、アース線Eへの漏洩電流の防止とインピーダンス回路60によるノイズの減衰を両立することができる。駆動装置10Bは2つのコモンモードチョークコイル91,92を備えている。しかし、これは必須の要件でなく、コモンモードチョークコイル91またはコモンモードチョークコイル92の少なくとも一方を備えていればよい。さらに、3相コモンモードチョークコイル91のみを備える場合、コンバータ13A、13Bに代えて共用のコンバータ13とする必要はない。
[第7実施形態]
次に、本発明に係る第7実施形態について図10、図11を参照して説明する。
第7実施形態は、インピーダンス回路60を設ける部位の変更例を示す。第7実施形態は、第7−1形態に該当する駆動装置10Cと第7−2形態に該当する駆動装置10Dの2つの形態を含んでいる。駆動装置10Cは第1実施形態の第1−1形態に対応し、駆動装置10Dは第1実施形態の第1−2形態に対応する。
[第7−1形態(駆動装置10C)]
第1電動機3Aの第1中性点34Aと第2電動機3Bの第2中性点34Bの間に適切なスペースがなくインピーダンス回路60の実装が容易でない場合がある。駆動装置10Cはこれに対応するものであり、図10に示すように、第1電動機3Aの第1中性点34Aと第2電動機3Bの第2中性点34Bに接続される第1中性線N1および第2中性線N2が平行二線45を構成する。この平行二線45は、第1中性点34Aと第2中性点34Bの間から第1インバータ回路15A、第2インバータ回路15Bが設けられる駆動装置に達するように余剰に引き出されている。駆動装置10Cは、平行二線45の経路上にインピーダンス回路60を実装する。このインピーダンス回路60の実装には、少なくとも第1中性線N1、N2の信号線を含む配線、端子台およびコネクタが必要であるが、この例は第8実施形態の開示に譲る。第7−2形態についても同様である。
次に、第7−1形態に係る駆動装置10Cが奏する効果を説明する。
駆動装置10Cは、その装置構成上、第1電動機3Aと第2電動機3Bの間にインピーダンス回路60を防水、防塵できる適切な場所がない場合であっても、インピーダンス回路60を適切な場所に設けることができる。
[第7−2形態(駆動装置10D)]
第1電動機3Aと第2電動機3BのU相とU’相の間、V相とV’相の間およびW相とW’相の間に適切なスペースがなくインピーダンス回路60の実装が困難な場合がある。駆動装置10Dはこれに対応するものであり、図11に示すように、インバータ回路15と電動機3を接続する主経路WFの他に主経路WFから分岐する副経路RRを備える。駆動装置10Dは、副経路RRにインピーダンス回路60が設けられる。より具体的には以下の通りである。
主経路WFはそれぞれU相線41uとU’相線42uの組み合わせ、V相線41vとV’相線42vの組み合わせ、W相線41wとW’相線42wの組み合わせからなる、平行二線44u,44v,44wを備えている。
副経路RRはそれぞれU相線41u1とU’相線42u1の組み合わせ、V相線41v1とV’相線42v1の組み合わせ、W相線41w1とW’相線42w1の組み合わせからなる、平行二線44u1,44v1,44w1を備えている。
平行二線44u1のU相線41u1とU’相線42u1は、それぞれ平行二線44uのU相線41uとU’相線42uから分岐する。U相線41u1とU’相線42u1が合流する位置にインピーダンス回路60が設けられる。インピーダンス回路60を備える平行二線44u1は、平行二線44uに対して迂回路をなすように平行二線44uから分岐される。
また、平行二線44v1のV相線41v1とV’相線42v1は、それぞれ平行二線44vのV相線41vとV’相線42vから分岐する。V相線41v1とV’相線42v1が合流する位置にインピーダンス回路60が設けられる。インピーダンス回路60を備える平行二線44v1は、平行二線44vに対して迂回路をなすように平行二線44vから分岐される。
さらに、平行二線44w1のW相線41w1とW’相線42w1は、それぞれ平行二線44wのW相線41wとW’相線42wから分岐する。W相線41w1とW’相線42w1が合流する位置にインピーダンス回路60が設けられる。インピーダンス回路60を備える平行二線44w1は、平行二線44wに対して迂回路をなすように平行二線44wから分岐される。
駆動装置10Dにおいても、駆動装置10Cと同様に、第1電動機3Aと第2電動機3Bの間にインピーダンス回路60を防水、防塵できる適切な場所がない場合であっても、インピーダンス回路60を適切な場所に設けることができる。
[第8実施形態]
次に、本発明に係る第8実施形態について図12〜図17を参照して説明する。
第8実施形態は、第1電動機3Aと第2電動機3Bの接続形態の変形例を示す。第8実施形態は、第8−1形態に該当する駆動装置10E、駆動装置10Fと、第8−2形態に該当する駆動装置10G、駆動装置10Hと、第8−3形態に該当する駆動装置10Iと、第8−4形態に該当する駆動装置10Jの6つの形態を含んでいる。
[第8−1形態(駆動装置10E,10F)]
第8−1形態は、第1電動機3Aと第2電動機3Bを直列に接続する配線例を示す。また、第8−1形態は、第1−1形態と同様にインピーダンス回路60が第1中性点34Aと第2中性点34Bの間に設けられる。
図12に示す駆動装置10Eは、第1インバータ回路15Aおよび第2インバータ回路15Bと第1電動機3Aとが平行二線44u1,44v1,44w1で接続されており、第1電動機3Aと第2電動機3Bとが平行二線44u2,44v2,44w2で接続されている。以下で説明する構成も含め、図13に示される駆動装置10Fは駆動装置10Eと同じ回路構成を備えている。
平行二線44u1,44v1,44w1は、U相線41u1とU’相線42u1の組み合わせ、V相線41v1とV’相線42v1の組み合わせ、W相線41w1とW’相線42w1の組み合わせからなる。
平行二線44u2,44v2,44w2は、U相線41u2とU’相線42u2の組み合わせ、V相線41v2とV’相線42v2の組み合わせ、W相線41w2とW’相線42w2の組み合わせからなる。
平行二線44u2,44v2,44w2のU’相線42u2、V’相線42v2およびW’相線42w2は、第1電動機3Aの第1中性点34Aに接続される第1中性線N1から3つに分岐しており、第2電動機3Bの第2中性点34Bに接続される第2中性線N2に合流する。
平行二線44u2,44v2,44w2のU’相線42u2、V’相線42v2およびとW’相線42w2は、それぞれU’相端子72、V’相端子74およびW’相端子76を介して、U’相線42u1、V’相線42v1およびW’相線42w1と接続される。U’相線42u2、V’相線42v2およびとW’相線42w2は、それぞれU’相線42u1、V’相線42v1およびW’相線42w1を延長して設けられているとみなせる。
駆動装置10Eは、第1電動機3Aに対応する第1端子台65および第2電動機3Bに対応する第2端子台66を備える。
第1端子台65は、U相線41u1、U’相線42u1、V相線41v1、V’相線42v1、W相線41w1、W’相線42w1およびアース線Eの接続に関わるU相端子71、U’相端子72、V相端子73、V’相端子74、W相端子75、W’相端子76およびアース端子77を備えている。
また、第1端子台65は、U相線41u2、V相線41v2、およびW相線41w2の接続に関わる3つの分岐端子79を備えている。
第2端子台66は、U’相線42u2、V’相線42v2およびW’相線42w2およびアース線Eの接続に関わるU’相端子72、V’相端子74、W’相端子76およびアース端子77を備えている。また、第2端子台66は、U相線41u2、V相線41v2およびW相線41w2の接続に関わる3つの分岐端子79を備えている。
以上の構成を備える駆動装置10Eは、図12に示すように第1中性線N1、つまり第1電動機3Aの側にインピーダンス回路60が実装される。また、駆動装置10Fは図13に示すように第2中性線N2、つまり第2電動機3Bの側にインピーダンス回路60が実装される。第1中性線N1と第2中性線N2は、平行二線をなすU相線41u2、V相線41v2およびW相線41w2を構成する。
次に、第8−1形態が奏する効果を説明する。
平行二線44u1、44v1、44w1、44u2、44v2、44w2は全て同じ特性インピーダンス(Rp)を有するものとする。そうすると、分岐端子79を含む配線はそれぞれ3組あるため、U相線41u2、V相線41v2、W相線41w2の配線の合成特性インピーダンスをRp/3とすることができる。また、分岐端子79を含む配線はそれぞれ3組あるため、U相線41u2、V相線41v2、W相線41w2の配線の合成特性インピーダンスをRp/3とすることができる。したがって、U相線41u、V相線41vおよびW相線41wとU’相線42u、V’相線42vおよびW’相線42wの長さが異なり直接ペアを組むことができない場合でもインピーダンス整合できる。
[第8−2形態(駆動装置10G,10H)]
第8−2形態は、第8−1形態と同様に、第1電動機3Aと第2電動機3Bを直列に接続する配線例を示す。ただし、第8−2形態は、第1−2形態と同様に、平行二線44u2、44v2、44w2のそれぞれの中にインピーダンス回路60が設けられる。以下、第8−1形態との相違点を中心に、駆動装置10G、駆動装置10Hの説明をする。
図14に示す駆動装置10Gは、U相線41u1とU相線41u2がU相線41u3で接続され、V相線41v1とV相線41v2がV相線41v3で接続され、W相線41w1とW相線41w2がW相線41w3で接続される。U相線41u1とU’相線42u1がU相線41u2とU相線41u3からなるU相延長線で接続される。また、V相線41v1とV’相線42v1がV相線41v2とV相線41v3からなるV相延長線で接続される。さらに、W相線41w1とW’相線42w1がW相線41w2とW相線41w3からなるW相延長線で接続される。
また、駆動装置10Gは、U相線41u2がU’相線42u2と合流して第2電動機3Bのコイル31uに接続され、V相線41v2がV’相線42v2と合流して第2電動機3Bのコイル31vに接続され、W相線41w1とW’相線42w2と合流して第2電動機3Bのコイル31wに接続される。
駆動装置10Gは、第1電動機3Aから第2電動機3Bへの配線を平行二線44u2、44v2、44w2の組で構成する。平行二線44u2は、U相線41u2およびU相線41u3とU’相線42u2との組み合わせからなる。平行二線44v2は、V相線41v2およびV相線41v3とV’相線42v2との組み合わせからなる。平行二線44w2は、W相線41w2およびW相線41w3とW’相線42w2との組み合わせからなる。
また、インピーダンス回路60は、U相線41u3、V相線41v3、W相線41w3のそれぞれに設けられる。U相線41u3、V相線41v3、W相線41w3は第1電動機3Aに対応する第1端子台65に配置されるので、インピーダンス回路60は第1電動機3Aの側に実装されることになる。
図15に示す駆動装置10Hは、U相線41u2が第1端子台65のU相端子71から第2端子台66のU相端子71に亘って配線され、第2端子台66のU相端子71とU’相端子72はU’相線42u3で接続される。また、駆動装置10Hは、V相線41v2が第1端子台65のV相端子73から第2端子台66のV相端子73に亘って配線され、第2端子台66のV相端子73とV’相端子74はV’相線42v3で接続される。また、駆動装置10Hは、W相線41w2が第1端子台65のW相端子75から第2端子台66のW相端子75に亘って配線され、第2端子台66のW相端子75とW’相端子76はW’相線42w3で接続される。
駆動装置10Hは、第1電動機3Aから第2電動機3Bへの配線を平行二線44u2、44v2、44w2の組で構成する。また、インピーダンス回路60は、U’相線42u3、V’相線42v3、W’相線42w3のそれぞれに設けられる。U’相線42u3、V’相線42v3、W’相線42w3は第2電動機3Bに対応する第2端子台66に配置されるので、インピーダンス回路60は第2電動機3Bの側に実装されることになる。
次に、第8−2形態が奏する効果を説明する。
平行二線44u1、44v1、44w1、44u2、44v2、44w2は全て同じ特性インピーダンス(Rp)を有している。したがって、U相線41u、V相線41vおよびW相線41wとU’相線42u、V’相線42vおよびW’相線42wの長さが異なり直接ペアを組むことができない場合でもインピーダンスを整合できる。
[第8−3形態(駆動装置10I)]
第8−3形態に係る駆動装置10Iは、図16に示すように、インバータ回路15Aおよびインバータ回路15Bに対して第1電動機3Aと第2電動機3Bが並列に接続される。次の第8−4形態も同じである。平行二線44u、44v、44wが2つに分岐される。分岐される一方の平行二線44u1、44v1、44w1(第1分岐平行線)を介して第1電動機3Aに駆動電流が供給され、分岐される他方の平行二線44u2、44v2、44w2(第2分岐平行線)を介して第2電動機3Bに駆動電流が供給される。このように第1電動機3Aと第2電動機3Bを分岐配線する必要がある場合、分岐前の平行二線44u、44v、44wのインピーダンスと分岐後の平行二線44u1、44v1、44w1、44u2、44v2、44w2のインピーダンスを整合させる。駆動装置10Iにおけるインピーダンス回路60の設けられる位置が第1−1形態を踏襲している。
平行二線44uはU相線41uとU相線42uからなり、平行二線44vはV相線41vとV相線42vからなり、平行二線44wはW相線41wと配線42wからなる。
U相線41uはU相線41u1とU相線42u2に分岐され、U相線42uはU相線42u1とU相線41u2に分岐され、V相線41vはV相線41v1とV相線42v2に分岐され、V相線42vはV相線42v1とV相線41v2に分岐される。W相線41wはW相線41w1とW相線42w2に分岐され、W相線42wはW相線42w1とW相線41w2に分岐される。これらの分岐は、分岐端子台67で行われる。
U相線41u1にはU相線41u3が、U相線42u1にはU相線42u3が、V相線41v1にはV相線41v3が、V相線42v1にはV相線42v3が、W相線41w1にはW相線41w3が、W相線42w1にはW相線42w3がそれぞれ接続されている。これらの接続は、第1端子台65において行われる。U相線41u3、V相線41v3、およびW相線41w3は、それぞれ第1電動機3Aのコイル31u,31v,31wに接続される。U相線42u3、V相線42v3およびW相線41w3は、合流して第1中性線N1と接続される。また、U相線42u3、V相線42v3およびW相線42w3にはインピーダンス回路60が設けられるとともに、第1中性線N1にもインピーダンス回路60が設けられる。
U相線41u2にはU相線41u4が、U相線42u2にはU相線42u4が、V相線41v2にはV相線41v4が、V相線42v2にはV相線42v4が、W相線41w2にはW相線41w4が、W相線42w2にはW相線42w4が接続されている。これらの接続は、第2端子台66において行われる。U相線41u4、V相線41v4およびW相線41w4は、それぞれ第2電動機3Bのコイル31u,31v,31wに接続される。U相線42u4、V相線42v4およびW相線42w4は、合流して第2中性線N2と接続される。また、U相線42u4、V相線42v4およびW相線41w4にはインピーダンス回路60が設けられるとともに、第2中性線N2にもインピーダンス回路60が設けられる。
以上のように、駆動装置10Iは、分岐端子台67から第1電動機3Aへの配線を平行二線44u1,44v1,44w1とし、分岐端子台67から第2電動機3Bへの配線を平行二線44u2,44v2,44w2とする。そして、平行二線44u1のU相線42u3、平行二線44v1のV相線42v3および平行二線44w1のW相線42w3のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。また、平行二線44u2のU相線42u4、平行二線44v2のV相線42v4および平行二線44w2のW相線42w4のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。
次に、第8−3形態が奏する効果を説明する。
分岐前の平行二線44u、44v、44wの特性インピーダンスはRp/2とし、分岐後の平行二線44u1、44v1、44w1、44u2、44v2、44w2を全て同じ特性インピーダンスRpとすることができる。したがって、U相線41u、U相線42u、V相線41v、V相線42v、W相線41wおよびW相線42wが途中で分岐して直接ペアを組むことができなくても、インピーダンス整合が可能である。
[第8−4形態(駆動装置10J)]
第8−4形態に係る駆動装置10Jも、図17に示すように、平行二線44u、44v、44wが2つに分岐される。分岐される一方の平行二線44u1、44v1、44w1を介して第1電動機3Aに駆動電流が供給され、分岐される他方の平行二線44u2、44v2、44w2を介して第2電動機3Bに駆動電流が供給される。このように第1電動機3Aと第2電動機3Bを分岐配線する必要がある場合、分岐前の平行二線44u、44v、44wのインピーダンスと分岐後の平行二線44u1、44v1、44w1、44u2、44v2、44w2のインピーダンスを整合させる。駆動装置10Jにおけるインピーダンス回路60の設けられる位置は第1−2形態を踏襲している。
駆動装置10Jが駆動装置10Iと相違するのは、U相線41u3、U相線42u3、V相線41v3、V相線42v3、W相線41w3およびW相線42w3の第1電動機3Aへの接続状態である。また、U相線41u4、U相線42u4、V相線41v4、V相線42v4、W相線41w4およびW相線42w4の第2電動機3Bへの接続状態も駆動装置10Iと相違する。以下、これら相違点について説明する。
U相線41u3は第1電動機3Aのコイル31uに接続され、V相線41v3は第1電動機3Aのコイル31vに接続され、W相線41w3は第1電動機3Aのコイル31wに接続される。U相線42u3はU相線41u3に合流し、V相線42v3はV相線41v3に合流し、W相線42w3はW相線41w3に合流する。U相線42u3、V相線42v3およびW相線42w3のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。
U相線41u4は第2電動機3Bのコイル31uに接続され、V相線41v4は第2電動機3Bのコイル31vに接続され、W相線41w4は第2電動機3Bのコイル31wに接続される。U相線42u4はU相線41u4に合流し、V相線42v4はV相線41v4に合流し、W相線42w4はW相線41w4に合流する。U相線42u4、V相線42v4およびW相線42w4のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。
以上のように、駆動装置10Jは、分岐端子台67から第1電動機3Aへの配線を平行二線44u1,44v1,44w1とし、分岐端子台67から第2電動機3Bへの配線を平行二線44u2,44v2,44w2とする。そして、平行二線44u1のU’相線42u3、平行二線44v1のV’相線42v3および平行二線44w1のW’相線42w3のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。また、平行二線44u2のU’相線42u4、平行二線44v2のV’相線42v4および平行二線44w2のW’相線42w4のそれぞれにインピーダンス回路60が設けられる。
第8−4形態においても、第8−3形態と同様に、U相線41u、U相線42u、V相線41v、V相線42v、W相線41wおよびW相線42wが途中で分岐して直接ペアを組むことができなくても、インピーダンス整合が可能である。
[第9実施形態]
次に、本発明に係る第9実施形態について、図18〜図20を参照して説明する。第9実施形態は、平行二線の具体的な配線例を示す。第9実施形態は、第9−1形態〜第9−4形態の4つの形態を含んでいる。
[第9−1形態]
第9−1形態に係る多芯ケーブル101は、図18(a)に示すように、A芯、B芯、C芯、D芯、E芯、F芯およびG芯の7芯を備える。多芯ケーブル101は、A芯、B芯、C芯、D芯、E芯、F芯およびG芯のそれぞれが、導体102と、導体102を覆う絶縁体103からなる。多芯ケーブル101は、A芯、B芯、C芯、D芯、E芯、F芯およびG芯を覆うシース104を備えている。導体102は、撚線、圧縮導体、単線など、その形態は任意である。また、絶縁体103は、PVC(polyvinyl chloride)、PTFE(polytetrafluoroethylene)、PE(polyethylene)、発砲PEなどから構成される。シース104は絶縁体103と同様の材質から構成される。ただし、シース104を備える多芯ケーブル101は、本発明に係る平行二線を構成する好ましい形態であり、本発明はシース104を備えることなくA芯、B芯、C芯、D芯、E芯、F芯およびG芯だけで平行二線を構成することもできる。ここで説明する多芯ケーブル101の構成は、以降の多芯ケーブル101などにも当てはまる。
多芯ケーブル101において、A芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯がペアをなして平行二線を構成する。第1−1形態に示したように、U相線41u、U’相線42u、V相線41v、V’相線42v、W相線41w、W’相線42wおよびアース線Eがある場合には以下のように割り当てることができる。
A芯=U相線41u B芯=U’相線42u C芯=V相線41v
D芯=V’相線42v E芯=アース線E F芯=W相線41w
G芯=W’相線42w
好ましい多芯ケーブル101は、第1動力線41、第2動力線42のそれぞれをペア毎に撚り合わせ、各ペアにおける撚り合わせピッチを異なる長さとする。例えば、U相線41uとU’相線42uの当該ピッチをP1、V相線41vとV’相線42vの当該ピッチをP2、W相線41wとW相線42wの当該ピッチをP3とすると、P1≠P2≠P3とする。
さらに、図18(b)に示すように、好ましくは、ペア毎に電磁シールド105で周囲を覆う。電磁シールド105はアース線E(E芯)の代替となり得るので、その場合には、アース線Eを省略することができる。電磁シールド105は、導体と磁性体の組み合せからなる。
第9−1形態に係る多芯ケーブル101によれば、その全長に渡って、意図した特性インピーダンスを付与できる。また、平行二線を構成する電線(線路)の間で発生する、誘導電圧、誘導電流によるクロストークを低減できる。図18(a)の多芯ケーブル101と図18(b)の多芯ケーブル101を比べると、後者のクロストークが小さい。
[第9−2形態]
第9−2形態に係る多芯ケーブル101は、図18(c)に示すように、A芯、B芯、C芯、D芯、E芯、F芯、G芯、H芯およびI芯の9芯を備える。つまり、多芯ケーブル101は、第9−1形態に係る多芯ケーブル101よりも2本のH芯およびI芯の分だけ電線が多い。
多芯ケーブル101において、A芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯およびH芯−I芯がペアをなして平行二線を構成する。H芯−I芯のペアの特性インピーダンスがA芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯のそれぞれのペアに対し1/3とされる。
第1実施形態の第1−1形態に示したように、U相線41u、U’相線42u、V相線41v、V’相線42v、W相線41w、W’相線42w、アース線E、第1中性線N1および第2中性線N2がある場合には以下のように割り当てることができる。
A芯=U相線41u B芯=U’相線42u C芯=V相線41v
D芯=V’相線42v E芯=アース線E F芯=W相線41w
G芯=W’相線42w H芯=第1中性線N1 I芯=第2中性線N2
第9−2形態においても、好ましい多芯ケーブル101は、それぞれのペア毎に撚り合わせ、各ペアにおける撚り合わせピッチを異なる長さとする。また、図18(d)に示すように、ペア毎に電磁シールド105で周囲を覆う。
第9−2形態に係る多芯ケーブル101においても、その全長に渡って、意図した特性インピーダンスを付与できる。また、平行二線を構成する電線の間で発生する、誘導電圧、誘導電流によるクロストークを低減できる。図18(c)の多芯ケーブル101と図18(d)の多芯ケーブル101を比べると、後者のクロストークが小さい。
[第9−3形態]
第9−3形態に係る多芯ケーブル101は、図19(a)に示すように、A芯、B芯、E芯、C芯、D芯、E芯、F芯およびG芯の8芯を備える偏平な形態をなしている。
多芯ケーブル101において、A芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯がペアをなして平行二線を構成する。第1−1形態に示したように、U相線41u、U’相線42u、V相線41v、V’相線42v、W相線41w、W’相線42wおよびアース線Eがある場合には以下のように割り当てることができる。
A芯=U相線41u B芯=U’相線42u C芯=V相線41v
D芯=V’相線42v E芯=アース線E F芯=W相線41w
G芯=W’相線42w
第9−3形態においても、好ましい多芯ケーブル101は、それぞれのペア毎に撚り合わせ、各ペアにおける撚り合わせピッチを異なる長さとする。さらに図19(b)に示すように、アース線として2本のE芯を追加し、幅方向の中央を中心にして点対称の位置に2本のE芯を配置する。
他の好ましい多芯ケーブル101は、図19(c)に示すように、ペア毎に電磁シールド105で周囲を覆う。電磁シールド105はアース線E(E芯)の代替となり得るので、その場合には、アース線Eを省略することができる。
第9−3形態に係る多芯ケーブル101によっても、その全長に渡って、意図した特性インピーダンスを付与できる。また、平行二線を構成する電線の間で発生する、誘導電圧、誘導電流によるクロストークを低減できる。図19(a)の多芯ケーブル101、図19(b)の多芯ケーブル101および図19(c)の多芯ケーブル101を比べると、図19(a)、図19(b)および図19(c)の順にクロストークが小さくなる。
[第9−4形態]
第9−4形態に係る多芯ケーブル101は、図20(a)に示すように、A芯、B芯、E芯、C芯、D芯、E芯、F芯、G芯、E芯、H芯およびI芯の11芯を備える。つまり、この多芯ケーブル101は、第9−2形態に係る多芯ケーブル101よりも2本のE芯の分だけ電線が多い。
多芯ケーブル101において、A芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯およびH芯−I芯がペアをなして平行二線を構成する。H芯−I芯のペアの特性インピーダンスがA芯−B芯、C芯−D芯、F芯−G芯のそれぞれのペアに対し1/3とされる。
第1実施形態の第1−1形態に示したように、U相線41u、U’相線42u、V相線41v、V’相線42v、W相線41w、W’相線42w、アース線E、第1中性線N1および第2中性線N2がある場合には以下のように割り当てることができる。
A芯=U相線41u B芯=U’相線42u C芯=V相線41v
D芯=V’相線42v F芯=W相線41w G芯=W’相線42w
E芯=アース線E H芯=第1中性線N1 I芯=第2中性線N2
好ましい多芯ケーブル101は、第1動力線41、第2動力線42のそれぞれをペア毎に撚り合わせる。加えて、各ペアにおける撚り合わせピッチを異なる長さとし、さらに図20(b)に示すように、アース線として2本のE芯を追加し、幅方向の中央を中心にして点対称の位置に2本のE芯を配置する。
他の好ましい多芯ケーブル101は、図20(c)に示すように、ペア毎に電磁シールド105で周囲を覆う。電磁シールド105はアース線E(E芯)の代替となり得るので、その場合には、アース線Eを省略することができる。
第9−4形態に係る多芯ケーブル101によっても、その全長に渡って、意図した特性インピーダンスを付与できる。また、平行二線を構成する電線の間で発生する、誘導電圧、誘導電流によるクロストークを低減できる。図20(a)の多芯ケーブル101、図20(b)の多芯ケーブル101および図20(c)の多芯ケーブル101を比べると、図20(a)、図20(b)および図20(c)の順にクロストークが小さくなる。
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に置き換えたりすることができる。
例えば、本発明における伝送線路の一例として一方の伝送線路に沿って他方の伝送線路が単に平行に配置された平行二線(撚り線を含む)について説明した。しかし、一方の線路から発生する電磁界(電界または磁界)が、他方の線路から発生する電磁界と打ち消し合うように隣り合って配置されている限り、本発明における伝送線路に該当する。例えば、平行二線の他には以下のように、それぞれの線路に等価あるいは近似で逆方向の電流が通電可能な様態を有する伝送線路が隣り合って配置された伝送線路が例示される。
同軸方式:一方の伝送線路の周囲を取り囲むように同心円状に他方の伝送線路を備える構成。
マイクロストリップ方式、平行平板方式:一方の面に一方の伝送線路を備えるとともに絶縁層を挟んだ他方面に他方の伝送線路を配した構成。
ストリップ方式:一方の伝送線路の表裏を絶縁層を介して他方の伝送線路で挟む構成。
スロット方式、コプレーナ方式等:一方の伝送線路と他方の伝送線路が共に同一面に設けられている構成。
3 電動機
3A 第1電動機
3B 第2電動機
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H,10I,10J
駆動装置
11A 第1電源
11B 第2電源
13A 第1コンバータ
13B 第2コンバータ
15A 第1インバータ回路
15B 第2インバータ回路
16u,16v,16w 半導体スイッチング素子
17 インバータ制御部
31,31u,31v,31w コイル
32 ステータ
34A 第1中性点
34B 第2中性点
41 第1動力線
42 第2動力線
41u,41u1,41u2,41u3,41u4 U相線
41v,41v1,41v2,41v3,41v4 V相線
41w,41w1,41w2,41w3,41w4 W相線
42u,42u1,42u2,42u3,42u4 U’相線
42v,42v1,42v2,42v3,42v4 V’相線
42w,42w1,42w2,42w3,42w4 W’相線
43 多芯ケーブル
44u,44v,44w 平行二線(伝送線路)
44u1,44v1,44w1 平行二線(伝送線路)
44u2,44v2,44w2 平行二線(伝送線路)
45 平行二線(伝送線路)
51,60,60A,60B,60C インピーダンス回路
52,53,54 阻止フィルタ
55,56,57 迂回フィルタ
58,58A,58B,58C 双方向スイッチ
65 第1端子台
66 第2端子台
67 分岐端子台
71 U相端子
72 U’相端子
73 V相端子
74 V’相端子
75 W相端子
76 W’相端子
77 アース端子
79 分岐端子
91 3相コモンモードチョークコイル
92 2相コモンモードチョークコイル
101 多芯ケーブル
102 導体
103 絶縁体
104 シース
105 電磁シールド
A 受電端
C キャパシタ
E アース線
L インダクタ
N1 中性線
N2 中性線
本発明の電動機駆動装置において、好ましくは、第1インバータ回路および第インバータ回路は、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線のそれぞれに互いに逆相の電圧を加えて、U相線とU’相線、V相線とV’相線およびW相線とW’相線のそれぞれに逆向きの電流を流し、第1電動機と第2電動機を同期駆動するように制御する。

Claims (11)

  1. 3相交流の電力により駆動される第1電動機および第2電動機と、
    前記第1電動機に駆動電力を供給する、U相線、V相線およびW相線を含む第1動力線と、
    前記第2電動機に駆動電力を供給する、U’相線、V’相線およびW’相線を含む第2動力線と、
    前記第1動力線に前記駆動電力を供給する第1インバータ回路と、
    前記第2動力線に前記駆動電力を供給する第2インバータ回路と、
    前記U相線と前記U’相線、前記V相線と前記V’相線および前記W相線と前記W’相線のそれぞれの線路の組み合せからなる伝送線路と、
    前記伝送線路とインピーダンス整合されるインピーダンス回路と、を備え、
    前記伝送線路は、それぞれの前記線路が絶縁体を介して配置される、電動機駆動装置。
  2. 前記第1インバータ回路および前記第1インバータ回路は、
    前記U相線と前記U’相線、前記V相線と前記V’相線および前記W相線と前記W’相線のそれぞれに互いに逆相の電圧を加えて、前記U相線と前記U’相線、前記V相線と前記V’相線および前記W相線と前記W’相線のそれぞれに逆向きの電流を流し、前記第1電動機と前記第2電動機を同期駆動するように制御する、
    請求項1に記載の電動機駆動装置。
  3. 前記インピーダンス回路は、
    前記第1電動機の第1中性点と前記第2電動機の第2中性点との間に設けられる、
    請求項1または請求項2に記載の電動機駆動装置。
  4. 前記第1電動機および前記第2電動機のそれぞれの受電端と前記伝送線路とを接続する区間において、
    前記インピーダンス回路は、前記伝送線路の対応する相と相とを接続するように設けられる、
    請求項1または請求項2に記載の電動機駆動装置。
  5. 前記第1電動機の第1駆動軸と前記第2電動機の第2駆動軸が共有される、
    請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
  6. 前記インピーダンス回路に直列に接続される阻止フィルタ、および、前記インピーダンス回路に並列に接続される迂回フィルタの一方または双方を損失低減回路として備える、
    請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
  7. 並列に接続されたキャパシタとインダクタを含む前記阻止フィルタ、および、直列に接続された前記キャパシタと前記インダクタを含む前記迂回フィルタの一方または双方を備える、
    請求項6に記載の電動機駆動装置。
  8. 前記阻止フィルタおよび前記迂回フィルタの一方または双方において、インダクタと双方向スイッチが直列に接続される、
    請求項6に記載の電動機駆動装置。
  9. 複数の前記インピーダンス回路のそれぞれに対応する特性の異なる複数の前記損失低減回路を備える、
    請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
  10. 前記第1電動機の第1中性点と前記第2電動機の前記第2中性点に接続され、前記第1中性点と前記第2中性点とから余剰に引き出された中性線が前記伝送線路を構成し、該伝送線路に前記インピーダンス回路が設けられる、
    請求項3、請求項5〜請求項9のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
  11. 前記第1インバータ回路と前記第1電動機および前記第2インバータ回路と前記第2電動機を接続する前記伝送線路からなる主経路と、
    前記主経路から分岐される前記伝送線路からなる副経路と、を備え、
    前記インピーダンス回路は、前記副経路に設けられる、
    請求項4〜請求項9のいずれか1項に記載の電動機駆動装置。
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