(57)【要約】    【課題】  ＰＷＭインバータで可変速駆動される交流電動機の出力軸が振動する現象を抑制する。    【解決手段】  交流電源１の単相の交流電圧をダイオード整流回路１１と電解コンデンサ１２とにより直流電圧に変換し、この直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなる逆変換回路１３とＰＷＭ制御回路１４と直流電圧検出器１５とによりＰＷＭ制御された所望の周波数，電圧の交流電圧に変換し、この変換された交流電圧により交流電動機３を可変速駆動する電動機駆動用ＰＷＭインバータ２ａにおいて、交流電源１の基本波周波数の２倍周波数の整流リプルに起因して交流電動機３の出力軸３ａに発生する振動を抑制するために、前記直流電圧の負極端と接地（アース）との間にコンデンサ１６を接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相の入力交流電圧をダイオードからなる単相全波整流回路と平滑コンデンサとにより直流電圧に変換し、この直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなる逆変換回路によりＰＷＭ制御された所望の周波数，電圧の交流電圧に変換し、この変換された交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動用ＰＷＭインバータにおいて、
前記電動機の出力軸に発生する振動を抑制するために、前記直流電圧の少なくとも何れか一端と接地（アース）との間にコンデンサを接続したことを特徴とする電動機駆動用ＰＷＭインバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機駆動用ＰＷＭインバータにおいて、
前記直流電圧の少なくとも何れか一端と接地との間のコンデンサの総容量をＣｎとし、前記ＰＷＭインバータと電動機との間の接続線と前記接地との間の容量をＣｃとし、前記電動機の巻線と前記接地との容量をＣｍとしたときに、Ｃｎ＞Ｃｃ＋Ｃｍの関係にしたことを特徴とする電動機駆動用ＰＷＭインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単相の入力交流電圧をダイオードからなる単相全波整流回路と平滑コンデンサとにより直流電圧に変換し、この直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなる逆変換回路によりＰＷＭ制御された所望の周波数，電圧の交流電圧に変換し、この変換された交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動用ＰＷＭインバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４はこの種のＰＷＭインバータの従来例を示す回路構成図であり、この図において、１は単相の商用電源などの交流電源、２はＰＷＭインバータ、３はＰＷＭインバータが出力する三相の交流電圧で可変速駆動される交流電動機、４は交流電動機３の出力軸３ａを介して駆動される負荷である。
【０００３】
このＰＷＭインバータ２には交流電源１の単相交流電圧を全波整流するダイオード整流回路１１と、ダイオード整流回路１１が出力する整流電圧を平滑する電解コンデンサ１２と、自己消弧形素子としてのＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなる逆変換回路１３と、この逆変換回路１３の入力直流電圧としての電解コンデンサ１２の両端電圧をＰＷＭ制御して所望の周波数，電圧の三相の交流電圧に変換して逆変換回路１３から出力させるために、後述の如く、直流電圧検出器１５により得られる前記両端電圧の検出値を監視しつつＰＷＭ制御演算を行い、この演算結果に基づいて前記それぞれのＩＧＢＴへの駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路１４とを備えている。
【０００４】
図４に示したＰＷＭインバータ２において、例えば下記特許文献１に開示されているように、直流電圧検出器１５により得られる電解コンデンサ１２の両端電圧、すなわち逆変換回路１３の入力直流電圧の検出値を監視し、この入力直流電圧に含まれる整流リプルに起因して逆変換回路１３が出力する前記交流電圧の変動を抑制する制御がＰＷＭ制御回路１４により行われている。
【特許文献１】特開昭６４−７７４９２号公報  （第２〜４頁，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交流電動機３の出力容量が７５０Ｗ（１馬力）以下の場合には、ＰＷＭインバータ２の入力交流電源が、図４に示した回路例の如く、単相の交流電源１を選択されることが多くなってきている。
【０００６】
従って、直流電圧検出器１５により得られる逆変換回路１３の入力直流電圧に含まれる整流リプルが交流電源１の基本波周波数の２倍周波数で現れ、上述の如く、直流電圧検出器１５により得られる逆変換回路１３の入力直流電圧の検出値を監視し、前記整流リプルに起因して逆変換回路１３が出力する三相の交流電圧の変動を抑制する制御がＰＷＭ制御回路１４で行われるが、交流電動機３を零速近辺で回転させているとき、特にＰＷＭインバータ２と交流電動機３としての永久磁石型同期電動機とがサーボシステムに供用され、この交流電動機３が零速でロック（拘束）状態のときに、交流電動機３の出力軸３ａが前記２倍周波数で振動する現象が発生し、負荷４に悪影響を与えることがあった。
【０００７】
上述の現象は、近年のＰＷＭインバータ２による交流電動機３の可変速駆動の高速応答を実現するベクトル制御技術などの普及により、顕著に現れるようになってきた。
【０００８】
図５は、図４に示した従来のＰＷＭインバータ２における交流電動機３の出力軸３ａが振動する現象を説明する等価回路図であり、この図において、ｉP は逆変換回路１３を構成するそれぞれのＩＧＢＴ，ダイオードとこれらの半導体素子とは絶縁しつつ冷却する図示しない接地された冷却フィンとの間に発生する前記ＰＷＭ制御の際のキャリア周波数に基づくノイズ電流、ＣｃはＰＷＭインバータ２から交流電動機３への接続ケーブルと接地間の浮遊容量、Ｃｍは交流電動機３の巻線と接地間の浮遊容量を示している。
【０００９】
すなわち、図５において、上述のノイズ電流ｉP が前記Ｃｃに対してｉC なる電流を流し、前記Ｃｍに対しｉM なる電流を流すことになり、ｉP ＝ｉC ＋ｉM の関係になるが、このとき、前記ノイズ電流ｉP が前述の交流電源１の２倍周波数の整流リプルに伴って、その振幅およびパルス幅が変動し、この変動により前記電流ｉM が前記２倍周波数で脈動し、この脈動が交流電動機３の出力軸３ａの振動となって現れるのである。
【００１０】
従って、交流電動機３の出力軸３ａの振動を抑制するためには、前記整流リプルをより少なくすることであり、このためには電解コンデンサ１２の静電容量をより大きく設定するという方法があるが、この抑制策ではＰＷＭインバータ２が大型，高価になるという新たな問題点が生ずる。
【００１１】
この発明の目的は、上記問題点を解消できる電動機駆動用ＰＷＭインバータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この第１の発明は、単相の入力交流電圧をダイオードからなる単相全波整流回路と平滑コンデンサとにより直流電圧に変換し、この直流電圧を自己消弧形素子とダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなる逆変換回路によりＰＷＭ制御された所望の周波数，電圧の交流電圧に変換し、この変換された交流電圧により交流電動機を可変速駆動する電動機駆動用ＰＷＭインバータにおいて、
前記電動機の出力軸に発生する振動を抑制するために、前記直流電圧の少なくとも何れか一端と接地（アース）との間にコンデンサを接続したことを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明は前記第１の発明において、
前記直流電圧の少なくとも何れか一端と接地との間のコンデンサの総容量をＣｎとし、前記ＰＷＭインバータと電動機との間の接続線と前記接地との間の容量をＣｃとし、前記電動機の巻線と前記接地との容量をＣｍとしたときに、Ｃｎ＞Ｃｃ＋Ｃｍの関係にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、前記逆変換回路の入力直流電圧の少なくとも何れか一端と接地との間に小型で安価なコンデンサを接続したことにより、前記交流電動機の巻線と接地間に流れるＰＷＭ制御のキャリア周波数に起因するノイズ電流を軽減させるので、前記交流電動機の出力軸に発生する振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電動機駆動用ＰＷＭインバータの回路構成図であり、この図において、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１６】
すなわち、図１に示したＰＷＭインバータ２ａが従来のＰＷＭインバータ２と異なる点は、逆変換回路１３の入力直流電圧としての電解コンデンサ１２の両端電圧のうち、負極端と接地との間に接続するコンデンサ１６を追加装備されていることである。
【００１７】
図２は、図１に示したコンデンサ１６の静電容量をＣｎとしたときに、ＰＷＭインバータ２ａにおける交流電動機３の出力軸３ａが振動する現象が抑制される動作を説明する等価回路図であり、この図において、図５に示した従来のＰＷＭインバータ２の等価回路図と同様に、ｉP は逆変換回路１３を構成するそれぞれのＩＧＢＴ，ダイオードとこれらの半導体素子とは絶縁しつつ冷却する図示しない接地された冷却フィンとの間に発生する前記ＰＷＭ制御の際のキャリア周波数に基づくノイズ電流、ＣｃはＰＷＭインバータ２から交流電動機３への接続ケーブルと接地間の浮遊容量、Ｃｍは交流電動機３の巻線と接地間の浮遊容量を示している。
【００１８】
すなわち、図２において、上述のノイズ電流ｉP が前記Ｃｎに対してｉN なる電流を流し、前記Ｃｃに対してｉC1なる交流電流を流し、Ｃｍに対しｉM1なる交流電流を流すことになり、ｉP ＝ｉN ＋ｉC1＋ｉM1の関係になるが、このとき、Ｃｎ＞Ｃｃ＋Ｃｍの関係に設定することにより、前記電流ｉM1が図５に示した従来のｉM の半分以下の値にできることから、交流電動機３の出力軸３ａの振動が抑制されるのである。
【００１９】
例えば、交流電動機３としての永久磁石型同期電動機の出力容量が４００Ｗで、ＰＷＭ制御の際のキャリア周波数が１０ｋＨｚ、交流電源１の基本波周波数が５０Ｈｚのときには、コンデンサ１６の静電容量（Ｃｃ）は０．０４７μＦ程度に設定することにより、交流電動機３の出力軸３ａの振動を抑制することができた。
【００２０】
図３は、この発明の第２の実施例を示す電動機駆動用ＰＷＭインバータの回路構成図であり、この図において、図４に示した従来例回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００２１】
すなわち、図３に示したＰＷＭインバータ２ｂが従来のＰＷＭインバータ２と異なる点は逆変換回路１３の入力直流電圧としての電解コンデンサ１２の両端電圧のうち、正極端と接地との間に接続するコンデンサ１６ａが、負極端と接地との間に接続するコンデンサ１６ｂがそれぞれ追加装備されていることである。
【００２２】
ここで、ＰＷＭインバータ２ｂにおけるコンデンサ１６ａの静電容量をＣｎ1 とし、コンデンサ１６ｂの静電容量をＣｎ2 とし、さらに、Ｃｎ1 ＝Ｃｎ2 とし、図１に示したＣｎとの関係をＣｎ≦Ｃｎ1 ＋Ｃｎ2 に設定することにより、図１に示したＰＷＭインバータ２ａと同様に、交流電動機３の出力軸３ａの振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施例を示す電動機駆動用ＰＷＭインバータの回路構成図
【図２】図１の動作を説明する等価回路図
【図３】この発明の第２の実施例を示す電動機駆動用ＰＷＭインバータの回路構成図
【図４】従来例を示す電動機駆動用ＰＷＭインバータの回路構成図
【図５】図４の動作を説明する等価回路図
【符号の説明】
【００２４】
１…交流電源、２，２ａ，２ｂ…ＰＷＭインバータ、３…交流電動機、３ａ…出力軸、４…負荷、１１…ダイオード整流回路、１２…電解コンデンサ、１３…逆変換回路、１４…ＰＷＭ制御回路、１５…直流電圧検出器、１６，１６ａ，１６ｂ…コンデンサ。
【図１】
2005354815.tif 000003
【図２】
2005354815.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005354815.tif 000006
【図５】
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