(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置されているインバータシステムにおいて、
前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【請求項２】
スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置されているインバータシステムにおいて、
前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在するとともに、前記インバータ装置筐体および前記電動機の筐体の各アース端子どうしを導電部材で接続し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【請求項３】
スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置されているインバータシステムにおいて、
前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在するとともに、前記インバータ装置筐体のアース端子と前記電動機の筐体のアース端子との間に導電部材および低周波電流制限素子を直列に接続し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波素子制限素子を直列に接続し接地することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【請求項４】
スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置され、前記インバータ装置に電力を供給する電源を構成する変圧器の中性点が接地されているインバータシステムにおいて、
前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地し、かつ、前記変圧器の２次巻線中性点を前記インバータ装置のアース端子に接続することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【請求項５】
スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置され、前記インバータ装置に電力を供給する電源を構成する変圧器の中性点が設置されているインバータシステムにおいて、
前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁物を介在し、また前記インバータ筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地し、かつ、前記変圧器の２次側巻線中性点を前記インバータ装置のアース端子に接続するとともに、当該変圧器のシールドにアース線を介して接地することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れかに記載のインバータシステムの接地構造において、
前記インバータ装置と前記電動機とを接続するケーブルに導電性シールドが施されている場合、このシールドから前記各筐体のアース端子に導電部材を接続することを特徴とするインバータシステムの接地構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性の床や構造物にインバータシステムを設置する場合に有効なインバータシステムの接地構造に係り、特にインバータ回路を構成するスイッチング素子のオン・オフ動作時に床や構造物に流れるアース電流を抑制するインバータシステムの接地構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータシステムの接地は、インバータ回路等をもつインバータ装置の筐体とこのインバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体などをアース線を介して接地極に接続するのが一般的である。
【０００３】
図４は従来の一般的なインバータシステムの接地構造を説明する図である。
このインバータシステムは、インバータ装置１を内蔵するインバータ装置筐体２と制御対象である電動機３を収納する電動機筐体４が床５に設置され、このインバータ装置筐体２内のインバータ装置１から電動機３に対して電力を供給するためのケーブル６が接続されている。インバータ装置１は、整流器１１、フィルタ回路１２およびスイッチング素子で構成されるインバータ回路１３等によって構成されている。なお、電動機３には当該電動機の構成要素である電動機固定子巻線３１が設けられている。
【０００４】
さらに、インバータシステムの接地系としては、各筐体２，４のある個所をアース端子１Ｅ，２Ｅとし、これらアース端子１Ｅ，２Ｅからそれぞれ個別にアース線１４，３２が導出され、それぞれ床５の接地極１５，３３に接続されている。
【０００５】
ところで、ＩＧＢＴ，ＧＴＯ等に代表される高速スイッチング素子を用いたインバータ装置では、インバータ回路１３を構成するスイッチング素子がスイッチング動作を繰り返すことにより、インバータ装置出力側のケーブル６および電動機固定子巻線３１は対地に対する電位が変動する。その結果、電動機固定子巻線３１と電動機筐体４との間に浮遊容量Ｃｓが存在し、この浮遊容量Ｃｓを充放電することにより、電動機筐体４を通して床面にアース電流ｉｓが流れ込む。このアース電流ｉｓは、インバータ回路１３のスイッチングによってインバータ装置１内からエネルギーの供給を受けるので、最終的にはインバータ回路１３に戻る電流となる。
【０００６】
インバータ装置１においても、同様にインバータ装置１とインバータ装置筐体２との間にも浮遊容量Ｃｉが存在し、インバータ装置１の電源が非接地系の場合、当該浮遊容量Ｃｉを通してアース電流ｉｓが流れ、インバータ回路１３に戻る。また、インバータ装置１に供給される電源が接地されている場合、この接地回路を通してアース電流ｉｓがインバータ回路１３に戻ることもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インバータシステムは、一般にはコンクリート等の床５上に設置されるが、インバータシステムの取り付け場所等の制約から導電性の床５であるとか、建屋の鉄骨、船舶、車両等の鋼板構造物であるとか、金属製筐体等のごとき構造物に取り付けられる場合が多い。
【０００８】
一方、前述したようにアース電流は必ずしもアース線１４，３２を通って接地極１５，３３に流れるとは限らず、ましてやインバータシステムが導電性の床や構造物に設置されている場合、通常，インバータ装置筐体２，電動機筐体４等と導電性の床５や構造物とが接触しており、いわゆる導通状態となっていることが多い。その結果、例えば電動機筐体４のアース端子２Ｅを接地極３３に接続しても、必ずしもアース電流がすべて接地極３３に流れ込むわけでなく、例えば床５などの導電物のうちインピーダンスの小さい経路を通って流れる。インバータ装置１も同様であって、インバータ装置筐体２のアース端子１Ｅを接地極１５に接続しても、アース電流が必ずしも接地極１５に流れ込むわけではない。
【０００９】
従って、以上のようにアース電流は、インバータ装置１，ケーブル６，電動機３と筐体２，４等との間の浮遊容量を通して流れることが多いので、電流経路を人為的に制御することが難しく、アース電位が変動すれば周辺機器に誤動作等の障害を発生させる原因ともなる。
【００１０】
特に、インバータ装置１による高速スイッチングに伴うアース電流は、スイッチング素子自体が高性能、かつ、高速スイッチング動作となればなるほど、高周波，大電流になることは明らかであり、今後、インバータシステムの高圧化、大容量化の方向に移行しつつあることを考えれば、非常に重要な問題である。
【００１１】
また、建屋等の構造物については、本来的に電流を流す目的で建てたものでないので、これら構造物に大きなアース電流を流すことは人的，構造物の安全上からも望ましい状態ではない。
【００１２】
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであって、導電性の床や構造物に取り付ける場合でも、これら床等へのアース電流の流れを抑制し、周辺機器の障害を未然に防止するインバータシステムの接地構造を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、インバータ装置の安定な運転および人的，構造物等の安全を確保するインバータシステムの接地構造を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）  上記課題を解決するために、本発明に係るインバータシステムの接地構造は、スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置する場合、前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地する構造である。
【００１５】
本発明は以上のような構成とすることにより、アース電流が絶縁材により直接床に流れることがなくなり、人的，構造物に対する安全性を確保可能となり、しかもインバータ装置の高速スイッチングによって高周波の電流が流れても、高周波電流制限素子で制限され、インバータ装置筐体の直流電位を接地ラインと同レベルに設定することが可能である。
【００１６】
（２）  本発明に係るインバータシステムの接地構造は、インバータ装置筐体記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在するとともに、インバータ装置筐体および電動機の筐体の各アース端子どうしを導電部材で接続し、またインバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地する構成とすることにより、前記（１）項と同様な作用を有する他、インバータ装置筐体および電動機の筐体の各アース端子どうしを導電部材で接続することにより、アース電流が導電部材を流れるので、高周波電流制限素子には電位がかからなくなり、ひいてはインバータ装置の安定運転が可能となる。
【００１７】
（３）  また、本発明においては、インバータ装置筐体のアース端子と電動機の筐体のアース端子との間に導電部材を接続するだけでなく、この導電部材に低周波電流制限素子を直列に接続すれば、インバータ装置の運転周波数成分をもった誘導電流等の有害な低周波電流を抑制ないし遮断可能となる。
【００１８】
（４）  本発明に係るインバータシステムの接地構造は、スイッチング素子で構成されるインバータ装置を内蔵するインバータ装置筐体と前記インバータ装置の出力で駆動される電動機の筐体とが導電性の床或いは構造物に設置され、前記インバータ装置に電力を供給する電源を構成する変圧器の中性点が接地されている場合、前記インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁材を介在し、また前記インバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地し、かつ、前記変圧器の２次巻線中性点を前記インバータ装置のアース端子に接続する構成とする。
【００１９】
本発明は以上のような構成とすることにより、前記（１）項と同様な作用を奏する他、中性点からの高周波のアース電流をインバータ装置のアース端子側に流すことが可能となる。
【００２０】
（５）  また、本発明は、インバータ装置筐体と前記導電性の床或いは構造物との間に絶縁物を介在し、またインバータ装置筐体のアース端子に高周波電流制限素子を直列に接続し接地し、かつ、前記変圧器の２次側巻線中性点を前記インバータ装置のアース端子に接続するとともに、当該変圧器のシールドにアース線を介して接地する構造でもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明に係るインバータシステムの接地構造の一実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２３】
この実施の形態は、従来例と同様に、インバータ装置1を内蔵するインバータ装置筐体２と制御対象である電動機３を収納する電動機筐体４が床５に設置され、筐体２内のインバータ装置２と筐体４内の電動機４とがケーブル６で接続されている。この床５は、コンクリートその他の従来の一般的な材料のものでもよいが、前述したような建屋の鉄骨、船舶や車両内の鋼板構造物、金属製筐体等のごとき導電性構造物からなる場合もある。前記インバータ装置１は、整流器１１、フィルタ回路１２およびスイッチング素子で構成されるインバータ回路１３等によって構成されている。なお、電動機３には当該電動機の構成要素である電動機固定子巻線３１が設けられている。
【００２４】
また、インバータシステムの１つの接地例は、従来と同様に各筐体２，４のある個所をアース端子１Ｅ，２Ｅとし、これらアース端子１Ｅ，２Ｅからそれぞれ個別にアース線１４，３２が導出され、それぞれ床５の接地極１５，３３に接続されている。
【００２５】
本発明による接地構造において従来と比較して特に異なるところは、インバータ装置筐体２と床５との間に絶縁材４１を介在させ、床５からインバータ装置筐体２を絶縁することにより、床５を通してアース電流が流れないような構造である。
【００２６】
また、インバータ装置筐体２のアース端子１Ｅと接地極１５とを結ぶアース線１４に直列に高周波電流制限素子である例えばインダクタンス４２を挿入し、インバータ回路１３のスイッチング素子による高速スイッチングによって生ずる高周波のアース電流ｉｓを抑制するようにしている。
【００２７】
加えて、本発明システムの接地構造においては、インバータ装置筐体２と電動機筐体４とを低インピーダンスのアース線４３によって接続し、さらにインバータ回路１３と電動機固定子巻線３１とを結ぶケーブル６に導電性シールド６ａが施されている場合，当該導電性シールド６ａを各筐体２，４のアース端子１Ｅ，２Ｅに接続し、インバータ装置出力と床５との間に浮遊容量が生じない構成としている。
【００２８】
次に、以上のようなインバータシステムの接地構造を採用した場合の動作について説明する。
今、インバータ回路１３のスイッチング素子をスイッチング制御すると、電動機固定子巻線３１と電動機筐体４との間に浮遊容量Ｃｓが存在し、この浮遊容量が充放電することにより、従来例で説明したように床面にアース電流ｉｓが流れる。この点は、インバータ装置１においても同様であって、整流器１１，フィルタ回路１２およびインバータ回路１３からなる回路とインバータ装置筐体２との間に浮遊容量Ｃｉが存在し、この浮遊容量Ｃｉを通してアース電流ｉｓが流れ、インバータ回路１３に戻ることは前述した通りである。
【００２９】
従って、以上述べたごとく浮遊容量の存在によってアース電流ｉｓが流れる一方、アース電流の経路を人為的に決定することが難しいことも事実であるが、少なくともインバータ装置筐体２と床５との間に絶縁材４１を介在させることによりインバータ装置１を床５から絶縁すれば、アース電流ｉｓが床５に流れなくすることが可能である。しかし、インバータ装置１を床面から完全に絶縁することは安全上の面から好ましくない。その理由は、操作員等が容易に触れることが可能なインバータ装置筐体２の場合、人間の安全上の面からアース線を介して接地極と直接接続することが義務付けられている為である。
【００３０】
そこで、本発明システムによる接地構造としては、さらにインバータ装置筐体２のアース端子１Ｅと接地極１５とを結ぶアース線１４に直列にインダクタンス４２を挿入すれば、高周波のアース電流ｉｓが抑制され、かつ、インバータ装置筐体２の直流電位は接地極１５と同じレベルに保つことが可能となる。
【００３１】
しかし、アース電流ｉｓの流れる経路はアース線１４以外に存在しないので、インバータ回路１３のスイッチング素子をオン・オフ制御したときに発生するコモンモード電位がインダクタンス４２の両端にかかることから、インバータ装置筐体２の電位が変動することがある。
【００３２】
よって、インバータ装置筐体２の電位変動を抑制するためには、インバータ装置筐体２と電動機筐体４とを直接低インピーダンスのアース線４３で接続すれば、その電位変動を抑制できる。つまり、アース電流ｉｓは接地極１５，３３に流れ込まずにアース線４３を流れるので、インダクタンス４２の両端には電位差が生じなくなり、インバータ装置筐体２の電位が安定化する。
【００３３】
従って、以上のような実施の形態によれば、インバータ装置筐体２から接地極１５へのアース線１４に直列にインダクタンス４２を挿入することにより、インバータ回路１３の高速スイッチングにより発生する高周波のアース電流ｉｓを抑制でき、インバータ装置筐体２と接地極１５との直流電位を同一レベルに保持できる。
【００３４】
また、インバータ装置筐体２と床面との間に絶縁材４１を介在させ、かつ、インバータ装置筐体２と電動機筐体４とを低インピーダンスのアース線４３で接続することにより、この低インピーダンスのアース線４３に高周波のアース電流が流れるので、インバータ装置筐体２の電位を安定化でき、ひいてはインバータ装置１の安定運転に貢献できる。
【００３５】
また、インバータ回路１３の出力を電動機３に供給するケーブル６に導電性シールド６ａが施されている場合、そのシールド６ａを各筐体２，４のアース端子１Ｅ，２Ｅに接続することにより、ケーブル６と床５との間の浮遊容量がなくなり、システム全体の安定運転に寄与する。
【００３６】
（その他の実施の形態）
（１）  図２は本発明に係るインバータシステムの接地構造の他の実施例体を説明する構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付して図１の説明に譲り、ここでは特に異なる部分について説明する。
【００３７】
このインバータシステムの接地構造は、図１の構成要素に加え、新たにインバータ装置筐体２のアース端子１Ｅと低インピーダンスのアース線４３との間に低周波電流制限素子である例えばコンデンサ４４を挿入した構造である。
【００３８】
以上のような構造とした理由は次の通りである。つまり、インバータ装置筐体２と電動機筐体４とを接続していたアース線４３には前述したごとく高周波のアース電流が流れるが、インバータ装置筐体２に対してアース線４３と接地極１５とにつながるアース線１４とがループを形成するので、周囲からの誘導を受けやすくなり、特にインバータ回路１３の出力側ケーブル６からの影響により、インバータ回路１３の運転周波数成分をもった誘導電流が流れることがありうる。
【００３９】
そこで、インバータ装置筐体２のアース端子１Ｅと低インピーダンスのアース線４３との間にコンデンサ４４を挿入することにより、このコンデンサ４４により有害な低周波電流を抑制ないし遮断し、高周波のアース電流については制限せずにアース線４３に流すようにする。これにより、周囲からの誘導を受けにくい構成とすることができる。
【００４０】
（２）  図３は本発明に係るインバータシステムの接地構造のさらに他の実施の形態を説明する構成図である。この接地構造においても、図１と同一部分には同一符号を付して図１の説明に譲り、ここでは特に異なる部分について説明する。
【００４１】
この実施の形態は、前記図１，図２ではインバータ装置１の電源が非接地系を対象とした場合の適用例であるのに対し、電源接地系に対する接地の改善を説明する例である。同図において５１はインバータ装置１に電力を供給する変圧器、５２は変圧器２次回路の接地極であって、この変圧器５１と接地極５２との間にアース線５３が接続されている。また、変圧器５１のシールドと別の接地極５４との間にも同様にアース線５５が接続されている。
【００４２】
さらに、変圧器５１のアース端子５１Ｅからインバータ装置筐体２のアース端子１Ｅに対してアース線５６が接続されている。
【００４３】
次に、以上のような接地構造を用いた場合の動作について説明する。
【００４４】
一般に、電源接地系の場合、当該接地系に大きなアース電流が流れ、周辺機器に対して障害を与え易くなる。よって、かかる電源接地系においては、変圧器５１の２次巻線中性点を接地するのが一般的であるが、その結果、アース電流はアース線５３を経由して高周波のアース電流が流れ、ひいては床５や建屋構造物にアース電流が流れる問題がある。
【００４５】
そこで、これら床５や建屋構造物にアース電流を流さない手段としては、変圧器５１の中性点であるアース端子５１Ｅとインバータ装置筐体２のアース端子１Ｅとの間をアース線５６を接続し、当該アース線５６に高周波のアース電流を流すことにより、床５や建屋構造物、さらには接地極５２に流れないようにすることができる。
【００４６】
（３）  また、上記実施の形態では、インバータ装置筐体２と床５との間にのみ絶縁材４１を介在させたが、必要に応じて電動機筐体４と床５との間に絶縁材を介在させる構造であってもよい。さらに、低インピーダンスのアース線４３は必ずしも線材である必要が無く、導電性の部材であればよい。
【００４７】
その他、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性の床や構造物に取り付ける場合でも、これら床等へのアース電流の流れを制限でき、周辺機器の障害を未然に防止することができる。
【００４９】
また、本発明は、高周波のアース電流を遮断するとか、低周波電流を制限することにより、インバータ装置の安定な運転および人的，構造物等の安全を確保する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るインバータシステムの接地構造の一実施の形態を説明する図。
【図２】  本発明に係るインバータシステムの接地構造の他の実施形態を説明する図。
【図３】  本発明に係るインバータシステムの接地構造のさらに他の実施形態を説明する図。
【図４】  従来におけるインバータシステムの接地構造を説明する図。
【符号の説明】
１…インバータ装置
１Ｅ，２Ｅ…アース端子
２…インバータ装置筐体
３…電動機
４…電動機筐体
５…床を含む構造物
６…ケーブル
１１…整流器
１２…フィルタ回路
１３…インバータ回路
１４，３２，５３，５５…アース線
１５，３３，５２，５４…接地極
３１…電動機固定子巻線
４１…絶縁材
４２…インダクタンス
４３…低インピーダンスのアース線
４４…コンデンサ
５１Ｅ…アース端子
５６…アース線
【図１】
0003648123.tif 000002
【図２】
0003648123.tif 000003
【図３】
0003648123.tif 000004
【図４】
0003648123.tif 000005