WO2020178929A1 - 回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システム - Google Patents

回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システム Download PDF

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inverter
balance
rotary electric
rotating electric
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高大 片桐
祐太朗 北川
翔太 埴岡
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present application relates to a rotary electric machine, a drive device for the rotary electric machine, and a drive system for the rotary electric machine.
  • a drive device in which a balancing capacitor is provided between the output terminal of the inverter and the ground potential.
  • a balancing capacitor By providing a balancing capacitor, it is possible to reduce the difference in the capacitance component of the ground impedance of the two inverters, and prevent the canceling effect against common mode noise from decreasing (for example, patent Reference 1).
  • the frequency of common mode noise depends on the drive frequency of the switching element of the inverter.
  • the frequency dependence of common mode noise is dominated by the frequency region where the capacitance component of the impedance between the inverter output terminal and ground potential is dominant, and the inductive component of the impedance between the output terminal of the inverter and ground potential. It is divided into various frequency regions. Since the conventional drive device reduces the difference between the capacitance components of the ground impedance of the two inverters, the common mode noise in the frequency region where the capacitance component is dominant can be reduced. However, the conventional drive device cannot reduce the difference in the induction component of the ground impedance of the two inverters, and thus has a problem that the common mode noise cannot be reduced in the frequency region where the induction component is dominant. ..
  • the present application has been made to solve the above problems, and provides a rotating electric machine, a driving apparatus for the rotating electric machine, and a driving system for the rotating electric machine, which can reduce common mode noise over a wide frequency range. With the goal.
  • the drive device for the rotary electric machine of the present application is a drive device for driving two rotary electric machines.
  • This drive device includes a first inverter and a second inverter that drive two rotating electric machines, respectively, and the carrier signal that controls the first inverter and the carrier signal that controls the second inverter are set in opposite phases to each other. Has been done. Further, at least one of the first inverter and the second inverter is configured to match the ground impedance generated between one rotating electric machine and the ground potential with the ground impedance generated between the other rotating electric machine and the ground potential.
  • a balance capacitor and a balance inductor are provided between the output terminal and the ground potential.
  • the drive system for a rotary electric machine is a drive system for a rotary electric machine that includes two rotary electric machines and a drive device that drives the two rotary electric machines.
  • the drive device of the drive system of the rotary electric machine includes a first inverter and a second inverter for driving the two rotary electric machines, respectively, and has a carrier signal for controlling the first inverter and a carrier signal for controlling the second inverter.
  • a carrier signal for controlling the first inverter and a carrier signal for controlling the second inverter.
  • At least one of the connecting line between the first inverter and the one rotating electric machine and the connecting line between the second inverter and the other rotating electric machine has an earth impedance generated between the one rotating electric machine and the ground potential.
  • a balance capacitor and a balance inverter are provided between the connection line and the ground potential in order to match the ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential.
  • the rotating electrical machine of the present application has a balance capacitor and a balance inductor between the input terminal and the ground potential in order to match the ground impedance generated between the input terminal and the ground potential with the ground impedance of the other rotating electrical machine driven together. Equipped with.
  • At least one of the first inverter and the second inverter has a ground impedance generated between one rotary electric machine and the ground potential and a ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential. Since a balance capacitor and a balance inductor are provided between the output terminal and the ground potential in order to match the above, common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • At least one connecting line of the connecting line between the first inverter and one rotating electric machine and the connecting line between the second inverter and the other rotating electric machine is connected to one rotating electric machine and the ground potential.
  • a balance capacitor and a balance inductor are provided between the connection line and the ground potential. Common mode noise can be reduced over the region.
  • the rotating electric machine according to the present application has a balance capacitor and a balance inductor between the input terminal and the ground potential in order to match the ground impedance generated between the input terminal and the ground potential with the ground impedance of another rotating electric machine driven together. Since it has, the common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a voltage command and a carrier signal according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of carrier signals whose phases are opposite to each other according to the first embodiment. It is a schematic diagram of the ground impedance of a general rotary electric machine.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram of common mode noise according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to a second embodiment.
  • 7 is a characteristic diagram of common mode noise according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to a third embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a drive system for a rotating electric machine according to a fourth embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the first embodiment.
  • a drive system 1 for a rotary electric machine according to the present embodiment includes a drive device 2 and a rotary electric machine group 3 driven by this drive device.
  • the drive device 2 includes a first inverter 21 and a second inverter 22.
  • the rotary electric machine group 3 includes a first rotary electric machine 31 driven by the first inverter 21 and a second rotary electric machine 32 driven by the second inverter 22.
  • the housing of the drive device 2, the housing of the first rotary electric machine 31, and the housing of the second rotary electric machine 32 are set to the ground potential.
  • the drive device 2 includes a positive electrode input terminal 10a, a negative electrode input terminal 10b, three output terminals 11a, 11b, 11c of the first inverter 21, and three output terminals 12a, 12b, 12c of the second inverter 22.
  • the first rotary electric machine 31 includes three input terminals 31 a, 31 b, and 31 c connected to the three output terminals of the first inverter 21, and the second rotary electric machine 32 includes three output terminals of the second inverter 22. Is provided with three input terminals 32a, 32b, 32c.
  • the driving device 2 includes a positive electrode circuit 1a extending from the positive electrode input terminal 10a and a negative electrode circuit 1b extending from the negative electrode input terminal 10b, and a smoothing capacitor 4 provided between the positive electrode circuit 1a and the negative electrode circuit 1b.
  • the positive electrode circuit 1a and the negative electrode circuit 1b are branched into two at a position opposite to the input terminal of the smoothing capacitor 4, and are connected to the input sides of the first inverter 21 and the second inverter 22, respectively.
  • the first switching element 21a and the second switching element 21b are connected in series
  • the third switching element 21c and the fourth switching element 21d are connected in series between the positive electrode circuit 1a and the negative electrode circuit 1b
  • the fifth switching element 21e and the sixth switching element 21f are connected in parallel in series.
  • the midpoint of the series connection of the first switching element 21a and the second switching element 21b is at the output terminal 11a
  • the midpoint of the series connection of the third switching element 21c and the fourth switching element 21d is at the output terminal 11b
  • the fifth The midpoints of the series connection of the switching element 21e and the sixth switching element 21f are connected to the output terminal 11c, respectively.
  • the first inverter 21 includes a control unit 51.
  • the control unit 51 controls the opening/closing timings of the six switching elements of the first inverter 21 based on the voltage command and the carrier signal, and outputs U-phase, V-phase, and W-phase from the three output terminals 11a, 11b, and 11c, respectively. Outputs three-phase AC power that is a phase.
  • the first switching element 22a and the second switching element 22b are connected in series
  • the third switching element 22c and the fourth switching element 22d are connected in series between the positive electrode circuit 1a and the negative electrode circuit 1b.
  • the fifth switching element 22e and the sixth switching element 22f are connected in parallel in series.
  • the midpoint of the series connection between the first switching element 22a and the second switching element 22b is the output terminal 12a
  • the midpoint of the series connection of the third switching element 22c and the fourth switching element 22d is the output terminal 12b
  • the fifth The midpoints of the series connection of the switching element 22e and the sixth switching element 22f are connected to the output terminal 12c, respectively.
  • the second inverter 22 includes a control unit 52.
  • the control unit 52 controls the opening/closing timings of the six switching elements of the second inverter 22 based on the voltage command and the carrier signal, and controls the X phase, the Y phase, and the Z phase from the three output terminals 12a, 12b, and 12c, respectively. Outputs three-phase AC power that is a phase.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • a thyristor or the like can be used as the switching element.
  • control unit 51 is provided in the first inverter 21 and the control unit 52 is provided in the second inverter 22, respectively, one control unit common to the first inverter 21 and the second inverter 22 may be provided.
  • the three output terminals 11a, 11b, 11c of the first inverter 21 are connected to the three input terminals 31a, 31b, 31c of the first rotary electric machine 31 by connection lines 61, respectively.
  • the three output terminals 12a, 12b, 12c of the second inverter 22 are connected to the three input terminals 32a, 32b, 32c of the second rotary electric machine 32 by connection lines 62, respectively.
  • the three input terminals 31a, 31b, 31c of the first rotating electric machine 31 are connected to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding, respectively.
  • the three input terminals 32a, 32b, 32c of the second rotary electric machine 32 are connected to the X-phase winding, the Y-phase winding, and the Z-phase winding, respectively.
  • the first rotary electric machine 31 is a Y connection in which the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding are collectively connected at a neutral point.
  • the second rotary electric machine 32 is a Y connection in which the X-phase winding, the Y-phase winding, and the Z-phase winding are collectively connected at a neutral point.
  • a ground impedance 71 is generated between the input terminals 31a, 31b, 31c of the first rotating electric machine 31 and the ground potential.
  • a ground impedance 72 is generated between the input terminals 32a, 32b, 32c of the second rotary electric machine 32 and the ground potential.
  • These ground impedances refer to impedances including parasitic components generated between the input terminal and the ground potential. Therefore, in FIG. 1, the inductive components of the ground impedances 71 and 72 are shown as inductors, the capacitance components of the ground impedances 71 and 72 are shown as capacitors, and the resistance components of the ground impedances 71 and 72 are shown as resistors. Does not exist.
  • a balance capacitor 8 and a balance inductor 9 are provided between the input terminals 32a, 32b, 32c of the second rotary electric machine 32 and the ground potential, respectively.
  • the balance capacitor 8 and the balance inductor 9 adjust the ground impedance of the second rotary electric machine 32 so that the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match. It is equipped.
  • the capacitance of the balance capacitor 8 is determined so that the capacitance component of the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the capacitance component of the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match, and the first rotary electric machine 31 is determined.
  • the inductor of the balanced inductor 9 is determined such that the induction component of the ground impedance 71 of 31 and the induction component of the ground impedance 72 of the second rotating electric machine 32 match.
  • ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match, this “match” is not limited to a perfect match.
  • the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32, and the capacitance component and the inductive component of the balance capacitor 8 and the balance inductor 9 have frequency dependence, and these frequency dependences are individually different. Further, their frequency dependence also varies depending on environmental conditions such as temperature.
  • the term “match” as used herein includes that the difference is as small as possible over a wide frequency range.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of voltage commands and carrier signals for generating switching control signals of the control unit 51 and the control unit 52.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents signal intensity.
  • the voltage command 5A is, for example, a sine wave.
  • the carrier signal 5B is, for example, a triangular wave whose frequency is higher than that of the voltage command.
  • the control unit 51 and the control unit 52 generate a switching control signal by comparing the height of the voltage command and the carrier signal.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of carrier signals whose phases are mutually inverted.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents signal intensity.
  • the carrier signal 51B of the control unit 51 of the first inverter 21 and the carrier signal 52B of the control unit 52 of the second inverter 22 have the same frequency and their phases are inverted from each other.
  • ⁇ Common mode noise occurs along with the fluctuation of the neutral point potential of the inverter. Since the carrier signal 51B of the control unit 51 and the carrier signal 52B of the control unit 52 have the same frequency and the phases thereof are inverted from each other, the phase of the common mode noise generated from the first inverter 21 and the common mode noise generated from the second inverter 22.
  • the noise phase means that the phases are opposite to each other. Therefore, the common mode noise generated by the first inverter 21 and the common mode noise generated by the second inverter 22 cancel each other. As a result, the common mode noise generated in the driving device 2 can be reduced.
  • the grounding impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the grounding impedance 72 of the second rotary electric machine 32 are matched by the balance capacitor 8 and the balance inductor 9. It is possible to suppress the diffusion of mode noise to the outside.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the frequency dependence of the ground impedance of a general rotating electric machine.
  • the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents impedance (Z).
  • the ground impedance has a frequency region 7A in which the capacitive component is dominant and a frequency region 7B in which the inductive component is dominant, and these regions are separated by the resonance frequency.
  • the resonance frequency (Fr) depends on the structure and size of the rotating electric machine, but is a value of about several MHz.
  • the frequency is f
  • the capacitance component of the ground impedance is C
  • the induction component is L
  • the resistance component is R.
  • the impedance Z in the frequency region 7A where the capacitance component is dominant is Z ⁇ 1 / (2 ⁇ fC)
  • FIG. 5 is a characteristic diagram for explaining the effect of reducing common mode noise in the drive system for the rotary electric machine of this embodiment.
  • the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents common mode noise current.
  • FIG. 5 is an analysis result by simulation, and the common mode noise current is a total value of currents flowing through the ground impedances 71 and 72.
  • the ingredients are set to differ by a factor of two. Further, the difference between the capacitance component and the induction component between the ground impedance 71 and the ground impedance 72 due to the provision of the balance capacitor 8 and the balance inductor 9 is not completely set to 0, but is set to a difference of 1%.
  • a characteristic curve 8A is an analysis result for comparison, and is a common mode noise current when the balance capacitor 8 and the balance inductor 9 are not provided.
  • the characteristic curve 8B is also an analysis result for comparison, and is a common mode noise current when only the balance capacitor 8 is provided.
  • a characteristic curve 8C is an analysis result of the configuration of the present embodiment, and is a common mode noise current when both the balance capacitor 8 and the balance inductor 9 are provided.
  • the common mode noise current in the frequency region of several MHz or less in which the capacitance components of the ground impedances 71 and 72 are dominant is reduced.
  • the common mode noise current is reduced by 20 dB or more even in the frequency region of several MHz or more in which the induction components of the ground impedances 71 and 72 are dominant.
  • common mode noise is generated in the frequency region of several MHz or less where the capacitance components of the ground impedances 71 and 72 are dominant.
  • the current is reduced, the effect of reducing the common mode noise current is small in the frequency region of several MHz or more where the induction components of the ground impedances 71 and 72 are dominant.
  • the drive system for a rotary electric machine matches the ground impedance generated between one rotary electric machine and the ground potential with the ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential. Therefore, since the balance capacitor and the balance inductor are provided, common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • the balance condenser and the balance inductor may be provided in the first rotating electric machine, or both rotating electric machines may be provided. May be.
  • the balance capacitor 8 is used as a capacitor element, but the present invention is not limited to this, and other elements such as a varistor and an arrester whose capacitance component is dominant may be used.
  • the balanced inductor 9 is used as an inductor element, but the present invention is not limited to this, and other components such as a cable and a bus bar in which an inductive component is dominant may be used.
  • the balance capacitor and the balance inductor are connected in series in the present embodiment, but they may be connected in parallel. Further, the balance capacitor and the balance inductor may each be composed of a plurality of elements.
  • the rotary electric machine has a Y connection in which three windings are collectively connected at a neutral point, but a delta connection may be used.
  • the rotating electric machine group constituted by the two rotating electric machines is driven by the driving apparatus constituted by the two inverters, but two sets of the driving apparatus and the rotating electric machine group having the same constitution are combined. There may be more.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of another drive system for a rotary electric machine according to the present embodiment.
  • another rotary electric machine drive system 1 according to the present embodiment has a positive electrode input terminal 10 a and a negative electrode input terminal 10 b corresponding to the first inverter 21, and a positive electrode input corresponding to the second inverter 22.
  • the drive system for a rotary electric machine configured as described above also has a balance for matching the ground impedance generated between one rotary electric machine and the ground potential with the ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential. Since the capacitor and the balance inductor are provided, common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the second embodiment.
  • the drive system for a rotary electric machine according to the present embodiment is the drive system for a rotary electric machine described in the first embodiment, further including a balance resistor in addition to the balance capacitor and the balance inductor.
  • the drive system for a rotary electric machine has the same configuration as the drive system for a rotary electric machine described in the first embodiment, but is connected in series to balance capacitor 8 and balance inductor 9.
  • the balance resistor 10 is connected to.
  • the capacitance of the balance capacitor 8 is determined so that the capacitance component of the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the capacitance component of the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match.
  • the inductor of the balance inductor 9 is determined so that the induction component of the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the induction component of the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match.
  • the resistance value of the balance resistor 10 is determined so that the resistance component of the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the resistance component of the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 match.
  • the carrier signal 51B of the first inverter 21 and the carrier signal 52B of the second inverter 22 have the same frequency and the same phase as each other, as in the first embodiment. Inverted.
  • FIG. 8 is a characteristic diagram for explaining the effect of reducing common mode noise in the drive system for a rotating electrical machine according to this embodiment.
  • the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents common mode noise current.
  • FIG. 8 is an analysis result by simulation similarly to FIG.
  • the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 in the case where the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 are not provided.
  • the capacitance component, the induction component, and the resistance component are set to differ by a factor of two.
  • the balance inductor 9 and the balance resistor 10 is not completely set to 0, but is reduced to 1%. It is set.
  • a characteristic curve 8A is an analysis result for comparison, and is a common mode noise current when the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 are not provided.
  • a characteristic curve 8D is an analysis result of the configuration of the present embodiment, and is a common mode noise current when the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 are provided.
  • the common mode noise current is reduced in the frequency region of several MHz or less where the capacitance components of the ground impedances 71 and 72 are dominant.
  • the common mode noise current is reduced by 20 dB or more even in the frequency region of several MHz or more in which the induction components of the ground impedances 71 and 72 are dominant.
  • a balance capacitor for matching the ground impedance generated between one rotary electric machine and the ground potential and the ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential Since the balance resistor is further provided in addition to the balance inductor, the common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • the balance capacitor, the balance inductor, and the balance resistor may be provided in the first rotating electric machine, It may be provided in both rotary electric machines.
  • the balance capacitor, the balance inductor, and the balance resistor are connected in series in the present embodiment, but they may be connected in parallel.
  • the balance capacitor and the balance inductor may each be composed of a plurality of elements.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the third embodiment.
  • the drive system for a rotary electric machine according to the present embodiment is the drive system for a rotary electric machine described in the second embodiment, in which the balance capacitor, the balance inductor, and the balance resistor are provided not in the rotary electric machine but in the drive device.
  • the drive system for the rotary electric machine has the same configuration as the drive system for the rotary electric machine described in the second embodiment, but the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 are provided. Are connected between the three output terminals 12a, 12b, 12c of the second inverter 22 and the ground potential.
  • the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 have a function of reducing the difference between the ground impedance 71 and the ground impedance 72, and also reduce the difference between the impedance of the connection portion 61 and the impedance of the connection portion 62. It has a function to do.
  • the capacitance of the balance capacitor 8 is adjusted so that the ground impedance 71 of the first rotary electric machine 31 and the impedance component of the connecting portion 61 and the ground impedance 72 of the second rotary electric machine 32 and the impedance component of the connecting portion 62 match. It has been decided.
  • the ground impedance 71 of the first rotating electric machine 31 and the inductive component of the impedance of the connecting portion 61 match the ground impedance 72 of the second rotating electric machine 32 and the inductive component of the impedance of the connecting portion 62.
  • the resistance value of the balance resistor 10 is the same as the resistance component of the ground impedance 71 of the first rotating electric machine 31 and the impedance component of the connecting portion 61, and the resistance component of the ground impedance 72 of the second rotating electric machine 32 and the impedance component of the connecting portion 62. It has been decided to do so.
  • the carrier signal 51B of the first inverter 21 and the carrier signal 52B of the second inverter 22 have the same frequency and the same phase as each other, as in the first embodiment. It is inverted.
  • the drive system for a rotary electric machine configured in this manner has a ground impedance generated between one rotary electric machine and the ground potential and a ground impedance generated between the other rotary electric machine and the ground potential. Since the balance capacitor, the balance inductor, and the balance resistor for matching the and are provided, common mode noise can be reduced over a wide frequency range.
  • the balance capacitor, the balance inductor and the balance resistor are provided between the output terminal of the second inverter and the ground potential
  • the balance capacitor, the balance inductor and the balance resistor are provided in the first inverter. It may be provided between the output terminal and the ground potential, or may be provided between the output terminals of both inverters and the ground potential.
  • a balance capacitor, a balance inductor and a balance resistor are provided between at least one of the connection line 61 and the connection line 62 connecting the drive device 2 and the first rotary electric machine 31 and the second rotary electric machine 32, respectively, and the ground potential. It may be.
  • the drive system for the rotary electric machine includes a balance capacitor, a balance inductor, and a balance resistor, but the balance resistor may be omitted if the resistance component of the ground impedance is small. Further, as shown in FIG. 9, although the balance capacitor, the balance inductor, and the balance resistor are connected in series in the present embodiment, they may be connected in parallel. Further, the balance capacitor and the balance inductor may each be composed of a plurality of elements.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the fourth embodiment.
  • the drive system for a rotary electric machine according to the present embodiment is the drive system for a rotary electric machine described in the second embodiment, except that the balance capacitor is eliminated and only balance inductor 9 and balance resistor 10 are provided.
  • the connection position of the balance inductor 9 and the balance resistor 10 is different from that of the drive system of the rotary electric machine of the second embodiment.
  • the rotating electric machine has the function of the balance capacitor.
  • the stray capacitance generated between the winding of the rotating electric machine and the stator is dominant in the capacitance component of the ground impedance of the rotating electric machine.
  • An insulating member is inserted between the winding and the stator, and the value of the stray capacitance can be adjusted by adjusting the thickness of the insulating member or the dielectric constant of the insulating member.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view of the rotary electric machine according to the present embodiment, and shows a cross section of one slot of the second rotary electric machine 32.
  • the winding 14 of the second rotating electric machine 32 is wound around the stator 15, and the insulating member 16 is inserted between the winding 14 and the stator 15.
  • the winding 14 is, for example, a copper wire
  • the stator 15 is, for example, a laminated electromagnetic steel sheet
  • the insulating member 16 is, for example, an insulating paper in which an insulating resin is laminated on a polyester film.
  • the stray capacitance 17 generated between the winding and the stator is determined by the thickness and dielectric constant of the insulating member 16.
  • the stray capacitance 17 generated between the winding wire 14 and the stator 15 of the second rotating electric machine 32 is adjusted to the first rotation.
  • the stray capacitance generated between the winding of the electric machine 31 and the stator can be matched.
  • the drive system for the rotary electric machine according to the present embodiment has only the balance inductor 9 and the balance resistor 10 without the balance capacitor, as shown in FIG.
  • the balance inductor 9 and the balance resistor 10 are connected to the ground impedance 72 in series instead of in parallel.
  • the balance inductor 9 and the balance resistor 10 are connected between the input terminals 32a, 32b, and 32c of the second rotary electric machine 32 and the X-phase winding, the Y-phase winding, and the Z-phase winding, respectively. ..
  • the carrier signal 51B of the first inverter 21 and the carrier signal 52B of the second inverter 22 have the same frequency and the same phase as each other, as in the first embodiment. Inverted.
  • the rotary electric machine drive system configured in this manner can reduce common mode noise over a wide frequency range, as in the second embodiment.
  • the balance inductor 9 and the balance resistor 10 are connected to the input terminals 32a, 32b and 32c of the second rotary electric machine 32 and the X phase winding, the Y phase winding and the Z phase winding. However, they may be connected between the three output terminals 12a, 12b and 12c of the drive device 2 and the second inverter 22, respectively.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of a drive system for a rotary electric machine according to the fifth embodiment.
  • the drive system of the rotary electric machine of the present embodiment is one rotary electric machine in which the rotary electric machine has a two-group, three-phase winding structure.
  • the drive device 2 is the same as that in the first embodiment, but the rotary electric machine has one unit having a winding structure of two groups and three phases.
  • the rotary electric machine 30 includes a winding group 30a composed of three-phase windings of a U-phase winding, a V-phase winding and a W-phase winding, an X-phase winding, a Y-phase winding and a Z-phase winding. And a winding group 30b composed of three-phase windings.
  • the three input terminals 31a, 31b, 31c of the rotary electric machine 30 are connected to the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding, respectively.
  • the other three input terminals 32a, 32b, 32c of the rotary electric machine 30 are connected to the X-phase winding, the Y-phase winding, and the Z-phase winding, respectively.
  • a ground impedance 71 is generated between the input terminals 31a, 31b, 31c of the rotary electric machine 30 and the ground potential.
  • the ground impedance 72 is generated between the other input terminals 32a, 32b, 32c and the ground potential.
  • a balance capacitor 8, a balance inductor 9, and a balance resistor 10 are provided between the input terminals 32a, 32b, 32c of the rotating electric machine 30 and the ground potential.
  • the balance capacitor 8, the balance inductor 9, and the balance resistor 10 adjust the ground impedance of the winding group 30b so that the ground impedance 71 of the winding group 30a and the ground impedance 72 of the winding group 30b match. Is equipped with. Note that, also in the drive system for the rotating electrical machine of the present embodiment, the carrier signal 51B of the first inverter 21 and the carrier signal 52B of the second inverter 22 have the same frequency and the same phase as each other, as in the first embodiment. Inverted.
  • the rotary electric machine drive system configured in this manner can reduce common mode noise over a wide frequency range, as in the second embodiment.
  • 1 drive system 1a positive electric circuit, 1b negative negative electric circuit, 2 drive device, 3 rotary electric machine group, 8 balanced capacitor, 9 balanced inductor, 10 balanced resistor, 11a, 11b, 11c, 12a, 12b, 12c output terminal, 14 windings , 15 Stator, 16 Insulation member, 17 Floating capacity, 21 1st inverter, 22 2nd inverter, 30a, 30b Winding group, 31 1st rotary electric machine, 32 2nd rotary electric machine, 30 rotary electric machine, 31a, 31b, 31c, 32a, 32b, 32c input terminal, 51, 52 control unit, 71, 72 ground impedance.

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Abstract

広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システムを提供することを目的とする。　２個の回転電機（３１、３２）と、この２個の回転電機を駆動する駆動装置（２）とを備えた回転電機の駆動システム（１）である。駆動装置は、２個の回転電機をそれぞれ駆動する第１インバータ（２１）および第２インバータ（２２）を備えており、第１インバータと第２インバータとを制御するキャリア信号は互いに逆位相に設定されている。第１インバータと一方の回転電機との接続線および第２インバータと他方の回転電機との接続線の少なくとも一方の接続線は、接続線と接地電位との間に、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるための、バランスコンデンサ（８）およびバランスインダクタ（９）を備えている。

Description

回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システム
　本願は、回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システムに関する。
　回転電機は、半導体などのスイッチング素子で構成されたインバータで駆動されるものが多い。このインバータにおいては、スイッチング素子が高周波の電磁ノイズを発生する。インバータのスイッチング素子が発生する電磁ノイズは、インバータに接続された回転電機の巻線と接地電位との間に生じる対地インピーダンスを介して機器外部に伝播する。このような電磁ノイズをコモンモードノイズと呼ぶ。
　インバータから発生するコモンモードノイズを低減する方法として、２個の回転電機を駆動する２つのインバータを備えた駆動装置において、周波数が等しくかつ互いに位相が異なるキャリア信号を用いて２つのインバータを駆動する方法が提案されている。この方法によれば、２つのインバータがそれぞれ発生するコモンモードノイズが互いにキャンセルされて、コモンモードノイズが低減する。しかしながら、２つのインバータの対地インピーダンスが非対称の場合、キャンセル効果が低下してコモンモードノイズが十分低減できないという問題があった。
　この問題を解決する従来の駆動装置として、インバータの出力端子と接地電位との間にバランス用のコンデンサ設けたものが開示されている。この従来の駆動装置では、バランス用のコンデンサを設けることで２つのインバータの対地インピーダンスの容量成分の差異を小さくすることでき、コモンモードノイズに対するキャンセル効果が低下することを防いでいる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－１０９７２７号公報
　コモンモードノイズの周波数は、インバータのスイッチング素子の駆動周波数に依存する。コモンモードノイズの周波数依存性は、インバータの出力端子と接地電位との間のインピーダンスの容量成分が支配的な周波数領域と、インバータの出力端子と接地電位との間のインピーダンスの誘導成分が支配的な周波数領域とに分かれている。従来の駆動装置は、２つのインバータの対地インピーダンスの容量成分の差異を小さくしているので、容量成分が支配的な周波数領域のコモンモードノイズは低減できる。しかしながら、従来の駆動装置は、２つのインバータの対地インピーダンスの誘導成分の差異を小さくすることができないので、誘導成分が支配的な周波数領域ではコモンモードノイズを低減することができないという問題があった。
　本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システムを提供することを目的とする。
　本願の回転電機の駆動装置は、２個の回転電機を駆動する駆動装置である。この駆動装置は、２個の回転電機をそれぞれ駆動する第１インバータおよび第２インバータを備えており、第１インバータを制御するキャリア信号と第２インバータを制御するキャリア信号とは互いに逆位相に設定されている。また、第１インバータおよび第２インバータの少なくとも一方は、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、出力端子と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えている。
　本願の回転電機の駆動システムは、２個の回転電機と、この２個の回転電機を駆動する駆動装置とを備えた回転電機の駆動システムである。この回転電機の駆動システムの駆動装置は、２個の回転電機をそれぞれ駆動する第１インバータおよび第２インバータを備えており、第１インバータを制御するキャリア信号と第２インバータを制御するキャリア信号とは互いに逆位相に設定されている。また、第１インバータと一方の回転電機との接続線および第２インバータと他方の回転電機との接続線の少なくとも一方の接続線は、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、接続線と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えている。
　本願の回転電機は、入力端子と接地電位との間に生じる対地インピーダンスをともに駆動される他の回転電機の対地インピーダンスに一致させるために、入力端子と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えている。
　本願の回転電機の駆動装置は、第１インバータおよび第２インバータの少なくとも一方が、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、出力端子と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　本願の回転電機の駆動システムは、第１インバータと一方の回転電機との接続線および第２インバータと他方の回転電機との接続線の少なくとも一方の接続線が、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、接続線と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　本願の回転電機は、入力端子と接地電位との間に生じる対地インピーダンスを、ともに駆動される他の回転電機の対地インピーダンスに一致させるために、入力端子と接地電位との間バランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
実施の形態１に係る回転電機の駆動システムの回路図である。 実施の形態１に係る電圧指令およびキャリア信号の模式図である。 実施の形態１に係る互いに位相が反転したキャリア信号の模式図である。 一般的な回転電機の対地インピーダンスの概略図である。 実施の形態１に係るコモンモードノイズの特性図である。 実施の形態１に係る回転電機の駆動システムの回路図である。 実施の形態２に係る回転電機の駆動システムの回路図である。 実施の形態２に係るコモンモードノイズの特性図である。 実施の形態３に係る回転電機の駆動システムの回路図である。 実施の形態４に係る回転電機の駆動システムの回路図である。 実施の形態４に係る回転電機の断面模式図である。 実施の形態５に係る回転電機の駆動システムの回路図である。
　以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機、回転電機の駆動装置、および回転電機の駆動システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の駆動システムの回路図である。本実施の形態の回転電機の駆動システム１は、駆動装置２と、この駆動装置で駆動される回転電機群３とで構成されている。駆動装置２は、第１インバータ２１と第２インバータ２２とを備えている。回転電機群３は、第１インバータ２１で駆動される第１回転電機３１と、第２インバータ２２で駆動される第２回転電機３２とを備えている。なお、駆動装置２の筐体、第１回転電機３１の筐体および第２回転電機３２の筐体は、接地電位に設定されている。
　駆動装置２は、正極入力端子１０ａと負極入力端子１０ｂと、第１インバータ２１の３つの出力端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、第２インバータ２２の３つの出力端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを備えている。第１回転電機３１は、第１インバータ２１の３つの出力端子に接続される３つの入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを備えており、第２回転電機３２は、第２インバータ２２の３つの出力端子に接続される３つの入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃを備えている。
　駆動装置２は、正極入力端子１０ａから延びる正極電路１ａと負極入力端子１０ｂから延びる負極電路１ｂとを備えており、正極電路１ａと負極電路１ｂとの間に平滑コンデンサ４を備えている。正極電路１ａおよび負極電路１ｂは、平滑コンデンサ４の入力端子と反対側の位置で２つに分岐され、第１インバータ２１および第２インバータ２２の入力側にそれぞれ接続されている。
　第１インバータ２１は、正極電路１ａと負極電路１ｂとの間に、第１スイッチング素子２１ａと第２スイッチング素子２１ｂとの直列接続、第３スイッチング素子２１ｃと第４スイッチング素子２１ｄとの直列接続、および第５スイッチング素子２１ｅと第６スイッチング素子２１ｆとの直列接続が並列に接続されている。第１スイッチング素子２１ａと第２スイッチング素子２１ｂとの直列接続の中点が出力端子１１ａに、第３スイッチング素子２１ｃと第４スイッチング素子２１ｄとの直列接続の中点が出力端子１１ｂに、第５スイッチング素子２１ｅと第６スイッチング素子２１ｆとの直列接続の中点が出力端子１１ｃにそれぞれ接続されている。
　第１インバータ２１は、制御部５１を備えている。この制御部５１は、電圧指令とキャリア信号とに基づいて、第１インバータ２１の６つのスイッチング素子の開閉タイミングを制御し、３つの出力端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃからそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相となる三相交流電力を出力させる。
　第２インバータ２２は、正極電路１ａと負極電路１ｂとの間に、第１スイッチング素子２２ａと第２スイッチング素子２２ｂとの直列接続、第３スイッチング素子２２ｃと第４スイッチング素子２２ｄとの直列接続、および第５スイッチング素子２２ｅと第６スイッチング素子２２ｆとの直列接続が並列に接続されている。第１スイッチング素子２２ａと第２スイッチング素子２２ｂとの直列接続の中点が出力端子１２ａに、第３スイッチング素子２２ｃと第４スイッチング素子２２ｄとの直列接続の中点が出力端子１２ｂに、第５スイッチング素子２２ｅと第６スイッチング素子２２ｆとの直列接続の中点が出力端子１２ｃにそれぞれ接続されている。
　第２インバータ２２は、制御部５２を備えている。この制御部５２は、電圧指令とキャリア信号とに基づいて、第２インバータ２２の６つのスイッチング素子の開閉タイミングを制御し、３つの出力端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃからそれぞれＸ相、Ｙ相、Ｚ相となる三相交流電力を出力させる。
　第１インバータ２１の６つのスイッチング素子および第２インバータ２２の６つのスイッチング素子として、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることができる。それ以外に、スイッチング素子として、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、サイリスタなどを用いることもできる。また、第１インバータ２１に制御部５１を、第２インバータ２２に制御部５２をそれぞれ設けているが、第１インバータ２１および第２インバータ２２に共通した１つの制御部を設けてもよい。
　第１インバータ２１の３つの出力端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、接続線６１で第１回転電機３１の３つの入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにそれぞれ接続されている。第２インバータ２２の３つの出力端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、接続線６２で第２回転電機３２の３つの入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃにそれぞれ接続されている。
　第１回転電機３１の３つの入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、それぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に接続されている。また、第２回転電機３２の３つの入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線に接続されている。第１回転電機３１は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線を中性点で一括して接続したＹ結線である。同様に、第２回転電機３２は、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線を中性点で一括して接続したＹ結線である。
　第１回転電機３１の入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと接地電位との間には、対地インピーダンス７１が生じている。同様に、第２回転電機３２の入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃと接地電位との間には、対地インピーダンス７２が生じている。これらの対地インピーダンスは、入力端子と接地電位との間に生じる寄生成分を含めたインピーダンスを指す。したがって、図１において、対地インピーダンス７１、７２の誘導成分をインダクタで、対地インピーダンス７１、７２の容量成分をコンデンサで、および対地インピーダンス７１、７２の抵抗成分を抵抗でそれぞれ示しているが、実際にはそのような素子は存在しない。
　さらに、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいては、第２回転電機３２の入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃと接地電位との間にバランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９をそれぞれ備えている。このバランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９は、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と、第２回転電機３２の対地インピーダンス７２とが一致するように、第２回転電機３２の対地インピーダンスを調整するために備えられている。より具体的には、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１の容量成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２の容量成分とが一致するようにバランスコンデンサ８の容量が決定され、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１の誘導成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２の誘導成分とが一致するようにバランスインダクタ９のインダクタが決定されている。
　なお、ここで第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２とが一致すると記載したが、この「一致」は完全な一致に限るものではない。第１回転電機３１の対地インピーダンス７１および第２回転電機３２の対地インピーダンス７２、並びにバランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９の容量成分および誘導成分には周波数依存性があり、それらの周波数依存性は個々に異なる。また、温度などの環境条件によってもそれらの周波数依存性は異なる。そのため、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２との容量成分および誘導成分を広い周波数領域にわたって一致させることは困難である。したがって、ここで言う一致とは、広い周波数領域にわたって差異が極力小さくなることも含まれる。
　次に、本実施の形態の回転電機の駆動システムの動作について説明する。
　図２は、制御部５１および制御部５２のスイッチング制御信号を生成するための電圧指令およびキャリア信号の模式図である。図２において、横軸は時間、縦軸は信号強度である。電圧指令５Ａは、例えば正弦波である。キャリア信号５Ｂは、例えば電圧指令よりも周波数が高い三角波である。制御部５１および制御部５２は、電圧指令とキャリア信号との高低を比較することでスイッチング制御信号を生成する。
　図３は、互いに位相が反転したキャリア信号の模式図である。図３において、横軸は時間、縦軸は信号強度である。図３に示すように、第１インバータ２１の制御部５１のキャリア信号５１Ｂと、第２インバータ２２の制御部５２のキャリア信号５２Ｂとは、周波数が同じで互いに位相が反転している。
　コモンモードノイズは、インバータの中性点電位変動に伴って生じる。制御部５１のキャリア信号５１Ｂと制御部５２のキャリア信号５２Ｂとは周波数が同じで互いに位相が反転しているので、第１インバータ２１から生じるコモンモードノイズの位相と第２インバータ２２から生じるコモンモードノイズの位相とは、互いに位相が反転することになる。したがって、第１インバータ２１から生じるコモンモードノイズと第２インバータ２２から生じるコモンモードノイズとは互いにキャンセルする。その結果、駆動装置２で発生するコモンモードノイズを低減することができる。
　しかし、コモンモードノイズは、インバータに接続された回転電機の対地インピーダンスを介して機器外部に伝播することが知られている。対地インピーダンスが小さいほどコモンモードノイズが機器の外部に拡散しやすい。つまり、機器の外部に拡散するコモンモードノイズの大きさは対地インピーダンスに依存する。したがって、第１インバータ２１から生じるコモンモードノイズと第２インバータ２２から生じるコモンモードノイズとを互いにキャンセルするには、第１インバータ２１の対地インピーダンス７１と、第２インバータ２２の対地インピーダンス７２の差異を極力小さくすることが必要である。
　本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいては、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９で、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２とを一致させているので、コモンモードノイズの外部へ拡散を抑制することができる。
　図４は、一般的な回転電機の対地インピーダンスの周波数依存性を模式的に示す概略である。図４において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンス（Ｚ）である。図４に示すように、対地インピーダンスには、容量成分が支配的な周波数領域７Ａと誘導成分が支配的な周波数領域７Ｂとがあり、共振周波数でそれらの領域が分かれている。共振周波数（Ｆｒ）は、回転電機の構造、大きさなどに依存するが、概ね数ＭＨｚの値である。ここで、周波数をｆ、対地インピーダンスの容量成分をＣ、誘導成分をＬ、抵抗成分をＲとする。
　容量成分が支配的な周波数領域７ＡにおけるインピーダンスＺは、
　　Ｚ≒１／（２πｆＣ）
　誘導成分が支配的な周波数領域７ＢにおけるインピーダンスＺは、
　　Ｚ≒２πｆＬ
　共振周波数Ｆｒは、
　　Ｆｒ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝
となる。
共振周波数におけるインピーダンスＺは、
　　Ｚ＝Ｒ
となる。
　図５は、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおけるコモンモードノイズの低減効果を説明する特性図である。図５において、横軸は周波数、縦軸はコモンモードノイズ電流である。なお、図５は、シミュレーションによる解析結果であり、コモンモードノイズ電流は、対地インピーダンス７１、７２を流れる電流の合計値である。図５を導出するためのシミュレーションの条件として、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９を備えていない場合の第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２との容量成分および誘導成分は２倍異なると設定している。また、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９を備えることによる対地インピーダンス７１と対地インピーダンス７２との容量成分および誘導成分の差異を完全に０とはせず、１％の差異に設定している。
　図５において、特性曲線８Ａは比較のための解析結果であり、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９を備えていない場合のコモンモードノイズ電流である。特性曲線８Ｂも比較のための解析結果であり、バランスコンデンサ８のみを備えた場合のコモンモードノイズ電流である。特性曲線８Ｃは、本実施の形態の構成の解析結果であり、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９の両方を備えている場合のコモンモードノイズ電流である。
　本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいては、図５の特性曲線８Ｃに示すように、対地インピーダンス７１、７２の容量成分が支配的な数ＭＨｚ以下の周波数領域におけるコモンモードノイズ電流が低減されていると共に、対地インピーダンス７１、７２の誘導成分が支配的な数ＭＨｚ以上の周波数領域でもコモンモードノイズ電流が２０ｄＢ以上も低減されている。一方、バランスコンデンサ８のみを備えた回転電機の駆動システムにおいては、図５の特性曲線８Ｂに示すように、対地インピーダンス７１、７２の容量成分が支配的な数ＭＨｚ以下の周波数領域ではコモンモードノイズ電流は低減されているが、対地インピーダンス７１、７２の誘導成分が支配的な数ＭＨｚ以上の周波数領域ではコモンモードノイズ電流の低減効果は小さい。
　上述のように、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるための、バランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　なお、本実施の形態は、バランスコンデンサおよびバランスインダクタを第２回転電機に備える例を示したが、バランスコンデンサおよびバランスインダクタを第１回転電機に備えていてもよいし、両方の回転電機に備えていてもよい。また、本実施の形態では、バランスコンデンサ８をコンデンサ素子としているがこの限りではなく、バリスタ、アレスタなど容量成分が支配的な他の素子としてもよい。また、本実施の形態では、バランスインダクタ９をインダクタ素子としているがこの限りではなく、ケーブル、バスバーなど誘導成分が支配的な他の部品としてもよい。さらに、図１に示すように、本実施の形態ではバランスコンデンサとバランスインダクタとは直列に接続されていたが、並列に接続されていてもよい。また、バランスコンデンサおよびバランスインダクタは、それぞれ複数の素子で構成されていてもよい。
　なお、本実施の形態において、回転電機は３つの巻線を中性点で一括して接続したＹ結線であったが、デルタ結線であってもよい。また、本実施の形態は、２つのインバータで構成された駆動装置で２つの回転電機で構成された回転電機群を駆動しているが、同じ構成の駆動装置および回転電機群の組み合わせが２組以上あってもよい。
　なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、一対の入力端子から延びる一対の正極電路および負極電路を分岐させて２つのインバータの入力側に接続していたが、２つのインバータそれぞれに対応した２組の入力端子を備えていてもよい。図６は、本実施の形態に係る別の回転電機の駆動システムの回路図である。図６に示すように、本実施の形態に係る別の回転電機の駆動システム１は、第１インバータ２１に対応した正極入力端子１０ａおよび負極入力端子１０ｂと、第２インバータ２２に対応した正極入力端子１０ｃおよび負極入力端子１０ｄと、第１インバータ２１に対応した平滑コンデンサ４ａと、第２インバータ２２に対応した平滑コンデンサ４ｂとを備えている。それ以外の構成は、図１に示した回転電機の駆動システムと同様である。
　このように構成された回転電機の駆動システムも、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるための、バランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
実施の形態２．
　図７は、実施の形態２に係る回転電機の駆動システムの回路図である。本実施の形態の回転電機の駆動システムは、実施の形態１で説明した回転電機の駆動システムにおいて、バランスコンデンサおよびバランスインダクタに加えて、バランス抵抗をさらに備えたものである。
　図７に示すように、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、実施の形態１で説明した回転電機の駆動システムと同様の構成であるが、バランスコンデンサ８およびバランスインダクタ９に対して直列にバランス抵抗１０が接続されている。バランスコンデンサ８の容量は、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１の容量成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２の容量成分とが一致するように決定されている。また、バランスインダクタ９のインダクタは、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１の誘導成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２の誘導成分とが一致するように決定されている。さらに、バランス抵抗１０の抵抗値は、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１の抵抗成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２の抵抗成分とが一致するように決定されている。なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいても、実施の形態１と同様に、第１インバータ２１のキャリア信号５１Ｂと第２インバータ２２のキャリア信号５２Ｂとは、周波数が同じで互いに位相を反転させている。
　図８は、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおけるコモンモードノイズの低減効果を説明する特性図である。図８において、横軸は周波数、縦軸はコモンモードノイズ電流である。なお、図８は、図５と同様にシミュレーションによる解析結果である。図８を導出するためのシミュレーションの条件として、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を備えていない場合の第１回転電機３１の対地インピーダンス７１と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２との容量成分、誘導成分および抵抗成分は２倍異なると設定している。また、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を備えることによる対地インピーダンス７１と対地インピーダンス７２との容量成分、誘導成分および抵抗成分の差異を完全に０とはせず、１％の差異に設定している。
　図８において、特性曲線８Ａは比較のための解析結果であり、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を備えていない場合のコモンモードノイズ電流である。特性曲線８Ｄは、本実施の形態の構成の解析結果であり、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を備えている場合のコモンモードノイズ電流である。
　本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいては、図８の特性曲線８Ｄに示すように、対地インピーダンス７１、７２の容量成分が支配的な数ＭＨｚ以下の周波数領域におけるコモンモードノイズ電流が低減されていると共に、対地インピーダンス７１、７２の誘導成分が支配的な数ＭＨｚ以上の周波数領域でもコモンモードノイズ電流が２０ｄＢ以上も低減されている。
　本実施の形態の回転電機の駆動システムは、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるための、バランスコンデンサおよびバランスインダクタに加えてバランス抵抗をさらに備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　なお、本実施の形態は、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を第２回転電機に備える例を示したが、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を第１回転電機に備えていてもよいし、両方の回転電機に備えていてもよい。また、図８に示すように、本実施の形態ではバランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗は直列に接続されていたが、並列に接続されていてもよい。また、バランスコンデンサおよびバランスインダクタは、それぞれ複数の素子で構成されていてもよい。
実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る回転電機の駆動システムの回路図である。本実施の形態の回転電機の駆動システムは、実施の形態２で説明した回転電機の駆動システムにおいて、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗が回転電機ではなく、駆動装置に備えらえたものである。
　図９に示すように、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、実施の形態２で説明した回転電機の駆動システムと同様の構成であるが、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０が、第２インバータ２２の３つの出力端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃと接地電位との間に接続されている。この構成では、バランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０は、対地インピーダンス７１と対地インピーダンス７２との差異を小さくする機能に加え、接続部６１のインピーダンスと接続部６２のインピーダンスとの差異を小さくする機能を備えている。バランスコンデンサ８の容量は、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１および接続部６１のインピーダンスの容量成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２および接続部６２のインピーダンスの容量成分とが一致するように決定されている。また、バランスインダクタ９のインダクタは、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１および接続部６１のインピーダンスの誘導成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２および接続部６２のインピーダンスの誘導成分とが一致するように決定されている。さらに、バランス抵抗１０の抵抗値は、第１回転電機３１の対地インピーダンス７１および接続部６１のインピーダンスの抵抗成分と第２回転電機３２の対地インピーダンス７２および接続部６２のインピーダンスの抵抗成分とが一致するように決定されている。なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいても、実施の形態１と同様に、第１インバータ２１のキャリア信号５１Ｂと第２インバータ２２のキャリア信号５２Ｂとは、周波数が同じで互いに位相を反転させている。
　このように構成された回転電機の駆動システムは、実施の形態２と同様に、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるための、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を備えているので、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　なお、本実施の形態は、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を第２インバータの出力端子と接地電位との間に備える例を示したが、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を第１インバータの出力端子と接地電位との間に備えてもよいし、両方のインバータの出力端子と接地電位との間に備えてもよい。さらに、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗は、駆動装置２と第１回転電機３１および第２回転電機３２とをそれぞれ接続する接続線６１および接続線６２の少なくとも一方と接地電位との間に備えられていてもよい。
　なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、バランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗を備えているが、対地インピーダンスの抵抗成分が小さい場合は、バランス抵抗はなくてもよい。さらに、図９に示すように、本実施の形態ではバランスコンデンサ、バランスインダクタおよびバランス抵抗は直列に接続されていたが、並列に接続されていてもよい。また、バランスコンデンサおよびバランスインダクタは、それぞれ複数の素子で構成されていてもよい。
実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４に係る回転電機の駆動システムの回路図である。本実施の形態の回転電機の駆動システムは、実施の形態２で説明した回転電機の駆動システムにおいて、バランスコンデンサをなくして、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０のみを備えたものである。ただし、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０の接続位置は、実施の形態２の回転電機の駆動システムとは異なっている。本実施の形態では、バランスコンデンサの機能を回転電機に持たせている。
　回転電機の対地インピーダンスの容量成分は、回転電機の巻線と固定子との間に生じる浮遊容量が支配的であることが知られている。巻線と固定子との間には絶縁部材が挿入されており、絶縁部材の厚みもしくは絶縁部材の誘電率を調整することで浮遊容量の値を調整することができる。
　図１１は、本実施の形態に係る回転電機の断面模式図であり、第２回転電機３２の１つのスロットの断面を示したものである。第２回転電機３２の巻線１４が固定子１５に巻かれており、巻線１４と固定子１５との間には絶縁部材１６が挿入されている。巻線１４は例えば銅線などであり、固定子１５は例えば積層された電磁鋼板などであり、絶縁部材１６は例えばポリエステルフィルムに絶縁性樹脂が積層された絶縁紙などである。図１１に示すように、巻線と固定子との間に生じる浮遊容量１７は、絶縁部材１６の厚みおよび誘電率で決まる。したがって、第２回転電機３２の絶縁部材１６の厚みもしくは絶縁部材１６の誘電率を調整して、第２回転電機３２の巻線１４と固定子１５との間に生じる浮遊容量１７を第１回転電機３１の巻線と固定子との間に生じる浮遊容量に一致させることができる。
　このように調整された第２回転電機３２を用いた場合、実施の形態１で説明したバランスコンデンサの機能を第２回転電機３２で担うことができる。その結果、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、図１０に示したように、バランスコンデンサをなくして、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０のみを備えている。ただし、本実施の形態では、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０は対地インピーダンス７２に対して並列ではなく直列に接続される。具体的には、第２回転電機３２の入力端子３２ａおよび３２ｂ、３２ｃとＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線との間にそれぞれバランスインダクタ９およびバランス抵抗１０が接続されている。なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいても、実施の形態１と同様に、第１インバータ２１のキャリア信号５１Ｂと第２インバータ２２のキャリア信号５２Ｂとは、周波数が同じで互いに位相を反転させている。
　このように構成された回転電機の駆動システムは、実施の形態２と同様に、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムは、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を第２回転電機３２の入力端子３２ａ、３２ｂおよび３２ｃとＸ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線との間にそれぞれ接続されていたが、駆動装置２の３つの出力端子１２ａ、１２ｂおよび１２ｃと第２インバータ２２との間にそれぞれ接続されていてもよい。
実施の形態５．
　図１２は、実施の形態５に係る回転電機の駆動システムの回路図である。本実施の形態の回転電機の駆動システムは、回転電機が二群三相の巻線構造をもつ１個の回転電機である。
　図１２に示すように、本実施の形態の回転電機の駆動システム１においては、駆動装置２は実施の形態１と同様であるが、回転電機が二群三相の巻線構造をもつ１個の回転電機３０である。この回転電機３０は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線の三相の巻線で構成された巻線群３０ａと、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線およびＺ相巻線の三相の巻線で構成された巻線群３０ｂとを備えている。
回転電機３０の３つの入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、それぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線に接続されている。また、回転電機３０の別の３つの入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線に接続されている。回転電機３０の入力端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃと接地電位との間には、対地インピーダンス７１が生じている。同様に、別の入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃと接地電位との間には、対地インピーダンス７２が生じている。
回転電機３０の入力端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃと接地電位との間にバランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０を備えている。このバランスコンデンサ８、バランスインダクタ９およびバランス抵抗１０は、巻線群３０ａの対地インピーダンス７１と、巻線群３０ｂの対地インピーダンス７２とが一致するように、巻線群３０ｂの対地インピーダンスを調整するために備えられている。なお、本実施の形態の回転電機の駆動システムにおいても、実施の形態１と同様に、第１インバータ２１のキャリア信号５１Ｂと第２インバータ２２のキャリア信号５２Ｂとは、周波数が同じで互いに位相を反転させている。
　このように構成された回転電機の駆動システムは、実施の形態２と同様に、広い周波数領域にわたってコモンモードノイズを低減することができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　駆動システム、　１ａ　正極電路、　１ｂ　負極電路、　２　駆動装置、　３　回転電機群、　８　バランスコンデンサ、　９　バランスインダクタ、　１０　バランス抵抗、　１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　出力端子、　１４　巻線、１５　固定子、　１６　絶縁部材、１７　浮遊容量、　２１　第１インバータ、　２２　第２インバータ、　３０ａ、３０ｂ　巻線群、　３１　第１回転電機、　３２　第２回転電機、　３０　回転電機、　３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ　入力端子、　５１、５２　制御部、　７１、７２　対地インピーダンス。

Claims (8)

  1. 　２個の回転電機を駆動する駆動装置であって、
    　前記駆動装置は、前記２個の回転電機をそれぞれ駆動する第１インバータおよび第２インバータを備えており、
    　前記第１インバータを制御するキャリア信号と前記第２インバータを制御するキャリア信号とは互いに逆位相に設定されており、
    　前記第１インバータおよび前記第２インバータの少なくとも一方は、一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、出力端子と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えたことを特徴とする回転電機の駆動装置。
  2. 　前記バランスコンデンサおよび前記バランスインダクタに加えてバランス抵抗をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の駆動装置。
  3. 　２個の回転電機と、
    　前記２個の回転電機を駆動する駆動装置と
    を備えた回転電機の駆動システムであって、
    　前記駆動装置は、前記２個の回転電機をそれぞれ駆動する第１インバータおよび第２インバータを備えており、
    　前記第１インバータを制御するキャリア信号と前記第２インバータを制御するキャリア信号とは互いに逆位相に設定されており、
    　前記第１インバータと一方の回転電機との接続線および前記第２インバータと他方の回転電機との接続線の少なくとも一方の接続線は、前記一方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと前記他方の回転電機と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、前記接続線と前記接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えたことを特徴とする回転電機の駆動システム。
  4. 　前記バランスコンデンサおよび前記バランスインダクタに加えてバランス抵抗をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の駆動システム。
  5. 　入力端子と接地電位との間に生じる対地インピーダンスをともに駆動される他の回転電機の対地インピーダンスに一致させるために、前記入力端子と前記接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えたことを特徴とする回転電機。
  6. 　前記バランスコンデンサおよび前記バランスインダクタに加えてバランス抵抗をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  7. 巻線と固定子との間に配置された絶縁部材の厚みおよび前記絶縁部材の誘電率の少なくとも一方を調整して、入力端子と接地電位との間に生じる浮遊容量をともに駆動される他の回転電機の浮遊容量に一致させると共に、前記入力端子と前記接地電位との間に生じる対地インピーダンスの容量成分および抵抗成分を前記他の回転電機の対地インピーダンスの容量成分および抵抗成分に一致させるために、前記入力端子と前記巻線との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えたことを特徴とする回転電機。
  8. 　二群三相巻線の回転電機であって、
    　前記二群三相巻線の少なくとも一方の群の巻線は、前記一方の群の巻線と接地電位との間に生じる対地インピーダンスと他方の群の巻線と接地電位との間に生じる対地インピーダンスとを一致させるために、入力端子と接地電位との間にバランスコンデンサおよびバランスインダクタを備えたことを特徴とする回転電機。
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