(57)【要約】【課題】電力変換器に接続される機器の端子から発生するサージを抑制し、同時に放射ノイズや軸電流を抑制する。【解決手段】モータ駆動システムは、交流電源１、ＡＣリアクトル２、電力変換器３、モータ４を含む。電力変換器３からモータ４への電源供給線中にマイクロサージ抑制部５が挿入され、ＡＣリアクトル２から電力変換器３への電源供給線中に同様のマイクロサージ抑制部６が挿入される。マイクロサージ抑制部５は、電力変換器３とモータ４に接続される２つの端子を備える多層プリント配線基板と、サージバイパス用コンデンサを備えており、多層プリント配線基板のモータ４側端子は、モータ４の端子に直接接続される。多層プリント配線基板は、少なくとも２層の配線層を有し、第１及び第２の配線層に形成される配線は、容量結合される。サージバイパス用コンデンサは、モータ４側の端子と第２配線の第２端子側端部との間に接続される。【選択図】図１
2005073361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムであって、
前記電力変換器から負荷機器への電源供給線中に挿入される負荷側マイクロサージ抑制手段を備え、
前記負荷側マイクロサージ抑制手段は、前記電力変換器側の第１端子と前記負荷機器側の第２端子を備える負荷側多層プリント配線基板と、負荷側サージバイパス用容量素子とを含み、
前記負荷側多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第１電力配線及び第２電力配線が形成され、
前記第１端子と前記第２端子は、前記第１電力配線によって接続されており、
前記第２端子と前記負荷機器の端子とは、直接接続されており、
前記負荷側サージバイパス用容量素子は、前記第２端子と前記第２電力配線の前記第２端子側端部とに直接接続されているシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムであって、
前記負荷側サージバイパス用容量素子の容量は、前記負荷機器端子間容量より大きいものであるシステム。
【請求項３】
請求項１または２記載のシステムであって、
前記第１電力配線と前記第２電力配線は、幾何学的に対称であるシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のシステムであって、
前記第２電力配線の前記第１端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるシステム。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項記載のシステムであって、
前記多層プリント配線基板は、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第３電力配線が形成されており、
前記第２電力配線の第１端子側端部と前記第３電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるシステム。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項記載のシステムであって、
さらに、交流電源側交流リアクトルから前記電力変換器への電源供給線中に挿入される入力側マイクロサージ抑制手段を備え、
前記入力側マイクロサージ抑制手段は、第３端子と第４端子を備える入力側多層プリント配線基板と、入力側サージバイパス用容量素子とを含み、
前記入力側多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第４電力配線及び第５電力配線が形成され、
前記第３端子と前記第４端子は、前記第４電力配線によって接続されており、
前記第４端子と前記交流リアクトルの端子とは、直接接続されており、
前記入力側サージバイパス用容量素子は、前記第４端子と前記第５電力配線の前記第４端子側端部とに直接接続されているシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムであって、
前記入力サージバイパス用容量素子の容量は、前記交流リアクトル端子間容量より大きいものであるシステム。
【請求項８】
請求項６または７記載のシステムであって、
前記第４電力配線と前記第５電力配線は、幾何学的に対称であるシステム。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか１項記載のシステムであって、
前記第５電力配線の前記第３端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるシステム。
【請求項１０】
請求項６ないし８のいずれか１項記載のシステムであって、
前記多層プリント配線基板は、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第６電力配線が形成されており、
前記第５電力配線の前記第３端子側端部と前記第６電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるシステム。
【請求項１１】
スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムにおけるマイクロサージの発生を抑制するマイクロサージ抑制装置であって、
前記電力変換器側の第１端子と他の機器側の第２端子を備える多層プリント配線基板と、
サージバイパス用容量素子とを備え、
前記多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第１電力配線及び第２電力配線が形成され、
前記第１端子と前記第２端子は、前記第１電力配線によって接続されており、
前記第２端子と前記他の機器の端子とは、直接接続されており、
前記サージバイパス用容量素子は、前記第２端子と前記第２電力配線の前記第２端子側端部とに直接接続されているマイクロサージ抑制装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記サージバイパス用容量素子の容量は、前記他の機器の端子間容量より大きいものであるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記第１電力配線と前記第２電力配線は、幾何学的に対称であるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１項記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記第２電力配線の前記第１端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１５】
請求項１１ないし１３のいずれか１項記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記多層プリント配線基板は、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第３電力配線が形成されており、
前記第２電力配線の第１端子側端部と前記第３電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれか１項記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記他の機器は、前記電力変換装置によって駆動される負荷機器であるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１７】
請求項１１ないし１５のいずれか１項記載のマイクロサージ抑制装置であって、
前記他の機器は、前記電力変換装置に供給する交流電源側に接続される交流リアクトルであるマイクロサージ抑制装置。
【請求項１８】
スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムにおけるマイクロサージ抑制方法であって、
前記電力変換器と前記電力変換器に接続される機器との間の、前記機器の端子以外の中間端子においてマイクロサージを発生させ、
前記発生させたマイクロサージを前記中間端子と前記機器の端子との間で制御するマイクロサージ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステム、例えば電力変換器の出力によってモータ等の各種負荷装置を駆動するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング操作によって制御される電力変換器は、モータ等の各種機器の駆動に使用され、家電機器、輸送機器、無停電装置、太陽光発電装置、燃料電池等の分野にも利用されるようになっている。そして、要求される性能を実現するため、電力変換器を構成するパワー素子のスイッチング特性の改善が進み、パルス幅制御のスイッチング速度は１０ｎｓ〜１００ｎｓと相当に高速になっている。
【０００３】
高速のパルス幅制御によって発生した急峻なパルス電圧が、電力変換器に接続される機器、例えばコンバータ側（交流電源側）に接続されるＡＣリアクトル（交流リアクトル）や、インバータ側に接続される負荷機器（電動機等）に入力されると、ＡＣリアクトルや負荷機器の端子で反射され、振動性のマイクロサージが発生する。そして、電力変換器とＡＣリアクトルや負荷機器との間の配線定数に起因してＡＣリアクトルや負荷機器の端子電圧が上昇する。
【０００４】
マイクロサージが発生すると、システムを構成する機器の絶縁が劣化し、信頼性及び寿命の低下を招く。また、サージ電圧によって、機器の浮遊容量を介したコモンモード電流が発生し、負荷機器が電動機の場合には、電動機のシャフト側に流れ込む軸電流が発生する。軸電流の発生は、適用対象が電車や鉄鋼プラント等では、特に問題となる。さらに、負荷機器の電源端子付近では強い放射ノイズが発生するため、近接の電子機器や情報通信機器に電磁障害が発生する。特に、最近の電力変換器の利用対象は、殆どのものが情報機器を使用しているので、その影響は大きい。また、普及しつつある無線ＬＡＮや、今後期待される無線によるネット家電への影響も大きい。
【０００５】
図１１は、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムの一例であるモータ駆動システムの概略構成を示す図である。図１１のモータ駆動システムは、交流電源１、ＡＣリアクトル２、電力変換器３、モータ４を含む。そして、ＡＣリアクトル２、モータ４のフレーム（図示せず）、及び電力変換器３のアースライン（図示せず）は、アースに接続されている。なお、ここでフレームは、機器の通電部分から電気的に絶縁された状態で機器全体を導体で覆った機器を支える構造体を指す。
【０００６】
電力変換器３は、交流電源１からＡＣリアクトル２を介して電源の供給を受け、任意の周波数、任意の電圧の電源に変換するものである。電力変換器３は、入力交流電源を直流電圧に変換するコンバータ（順変換器）３１、コンバータ３１の出力直流電圧を平滑する平滑コンデンサ３２、平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ（逆変換器）３３を基本的構成要素としており、これらの要素は、配線基板（図示せず）に装着され、コンバータ３１とインバータ３３は、配線基板に形成された直流主回路導体３０ｎ、３０ｐを介して接続される。また、コンバータ３１及びインバータ３３を構成する素子ケース等には、冷却フィン（図示せず）が取り付けられる。冷却フィンは、前記素子等の温度上昇を抑えるものであり、電気的には配線基板のアース線（図示せず）と接続されている。
【０００７】
このようなシステムにおいて、高速のパルス幅制御によってインバータ３３の端子で発生した急峻なパルス電圧は、ケーブル３４を介してモータ４の端子に伝搬し、インピーダンスが不整合であるためモータ４の端子で反射する。そのため、モータ４の端子には、マイクロサージが発生する。また、同様にコンバータ３１の端子で発生した急峻なパルス電圧は、ケーブル３５を介してＡＣリアクトル２の端子に伝搬し、インピーダンスが不整合であるためＡＣリアクトル２の端子で反射し、ＡＣリアクトルの端子にもマイクロサージが発生する。
【０００８】
図１２は、インバータ３３及びモータ４の端子における電圧波形を示す図である。図１２（ａ）は、インバータ３３の端子における電圧波形を示し、図１２（ｂ）は、その一部拡大波形を示す。また、図１２（ｃ）は、モータ４の端子における電圧波形を示し、図１２（ｄ）は、その一部拡大波形を示す。図１２（ｅ）は、モータ４の端子における電圧波形の計測例である。図１２に示すように、モータ４の端子側でマイクロサージが顕著であり、このサージの大きさは、ケーブル３４の長さが長くなると大きくなることが知られている。
【０００９】
図１３は、コンバータ３１及びＡＣリアクトル２の端子における電圧波形を示す図である。図１２と同様、図１３（ａ）は、コンバータ３１の端子における電圧波形を示し、図１３（ｂ）は、その一部拡大波形を示す。また、図１３（ｃ）は、ＡＣリアクトル２の端子における電圧波形を示し、図１３（ｄ）は、その一部拡大波形を示す。図１３（ｅ）は、ＡＣリアクトル２の端子における電圧波形の計測例である。図１３に示すように、ＡＣリアクトル２の端子側でもマイクロサージが顕著である。
【００１０】
マイクロサージによる信頼性及び寿命の低下に対する対策として、モータの絶縁耐圧を上げる方法がある。また、マイクロサージを抑制する方法としては、マイクロサージ抑制フィルタを使用する方法（特許文献１参照）、モータとケーブルのインピーダンスを合わせる方法（非特許文献１参照）、モータ端子部にダンピング回路を使用する方法（非特許文献２参照）、電力変換器の制御系に高圧回路を挿入し、電圧の立ち上がりを遅らせる手法（非特許文献３参照）等がある。
【００１１】
しかし、これらの対策手段の付加によって電力変換器の本来の性能が劣化させる恐れがあるため、電力変換器を含むシステム全体の波状効果を十分検討した上での対策が必要である。また、ケーブルの特性やモータ等の入力インピーダンス等を充分把握した上で対策しなければならないため、手間のかかる計測や複雑な計算などを伴い、汎用性の面で改善が必要である。
【００１２】
さらに、マイクロサージ対策として新たに部品を付加すると、その部品からのコモンモード電流の誘発、放射ノイズの発生が避けられない。また、電力変換器の容量が増加すると、対策部品（鉄もの、巻き線構造を含むため）の大型化、重量増加が避けられず、コストアップにつながる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−５８１６２号公報
【非特許文献１】A. F. Moreira, T. A. Lipo, G. Venkataramanan, and S. Bernet, “High-Frequency Modeling for Cable and Induction Motor Overvoltage Studies in Long Cable Drives,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol.38, pp.1297-1306, Sept./Oct. 2002.
【非特許文献２】N. Aoki, K. Satoh, and A. Nabae, “Damping Circuit to Suppress Motor Terminal Overvoltage and Ringing in PWM Inverter-Fed AC Motor Drive Systems with Long Motor Leads,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol.35, pp.1014-1020, Sept./Oct. 1999.
【非特許文献３】長谷川、堂元、赤木：「コモンモード電圧を発生しない三相正弦波電圧出力ＰＷＭインバータシステムーパッシブＥＭＩフィルタの設計と特性―」、電学論Ｄ、１２２巻８号、p.845-852, 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ケーブル長や電力変換器の容量等の施工条件によらず、電力変換器に接続される機器の端子から発生するサージを抑制し、同時に放射ノイズや、負荷機器が電動機である場合にその軸に流れる電流（軸電流）を抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のシステムは、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたものであって、前記電力変換器から負荷機器への電源供給線中に挿入される負荷側マイクロサージ抑制手段を備え、前記負荷側マイクロサージ抑制手段は、前記電力変換器側の第１端子と前記負荷機器側の第２端子を備える負荷側多層プリント配線基板と、負荷側サージバイパス用容量素子とを含み、前記負荷側多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第１電力配線及び第２電力配線が形成され、前記第１端子と前記第２端子は、前記第１電力配線によって接続されており、前記第２端子と前記負荷機器の端子とは、直接接続されており、前記負荷側サージバイパス用容量素子は、前記第２端子と前記第２電力配線の前記第２端子側端部とに直接接続されているものである。
【００１６】
本発明によれば、負荷機器端子に伝搬した振動成分をサージバイパス用コンデンサ及び容量結合によって第２電力配線５２に流すことができ、マイクロサージを効果的に抑制することができる。また、負荷機器端子におけるマイクロサージを抑制することにより、放射ノイズを低減することができる。
【００１７】
本発明のシステムは、前記負荷側サージバイパス用容量素子の容量が、前記負荷機器端子間容量より大きいものである含む。本発明によれば、負荷機器端子から負荷側への高周波電流を確実にバイパスさせることができ、負荷機器がモータである場合の軸電流を抑制することができる。
【００１８】
本発明のシステムは、前記第１電力配線と前記第２電力配線が、幾何学的に対称であるものを含む。本発明によれば、反射電流を逆向きとすることができ、負荷機器端子での最初の反射による電磁ノイズも効果的に抑制することができる。
【００１９】
本発明のシステムは、前記第２電力配線の前記第１端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。本発明によれば、第２電力配線に誘導された反射波を効果的に抑制することができる。
【００２０】
本発明のシステムは、前記多層プリント配線基板が、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第３電力配線が形成されており、前記第２電力配線の第１端子側端部と前記第３電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。本発明によれば、インバータ出力の各相の不平衡分を吸収することができ、ポテンシャルの変動が抑制され、リークの防止に有効である。
【００２１】
本発明のシステムは、さらに、交流電源側交流リアクトルから前記電力変換器への電源供給線中に挿入される入力側マイクロサージ抑制手段を備え、前記入力側マイクロサージ抑制手段は、第３端子と第４端子を備える入力側多層プリント配線基板と、入力側サージバイパス用容量素子とを含み、前記入力側多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第４電力配線及び第５電力配線が形成され、前記第３端子と前記第４端子は、前記第４電力配線によって接続されており、前記第４端子と前記交流リアクトルの端子とは、直接接続されており、前記入力側サージバイパス用容量素子は、前記第４端子と前記第５電力配線の前記第４端子側端部とに直接接続されているものを含む。
【００２２】
本発明のシステムは、前記入力サージバイパス用容量素子の容量は、前記交流リアクトル端子間容量より大きいものであるものを含む。
【００２３】
本発明のシステムは、前記第４電力配線と前記第５電力配線が、幾何学的に対称であるものを含む。
【００２４】
本発明のシステムは、前記第５電力配線の前記第３端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。
【００２５】
本発明のシステムは、前記多層プリント配線基板が、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第６電力配線が形成されており、前記第５電力配線の前記第３端子側端部と前記第６電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。
【００２６】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムにおけるマイクロサージの発生を抑制するものであって、前記電力変換器側の第１端子と他の機器側の第２端子を備える多層プリント配線基板と、サージバイパス用容量素子とを備え、前記多層プリント配線基板の第１配線層と第２配線層には、容量結合される第１電力配線及び第２電力配線が形成され、前記第１端子と前記第２端子は、前記第１電力配線によって接続されており、前記第２端子と前記他の機器の端子とは、直接接続されており、前記サージバイパス用容量素子は、前記第２端子と前記第２電力配線の前記第２端子側端部とに直接接続されているものである。
【００２７】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記サージバイパス用容量素子の容量が、前記他の機器の端子間容量より大きいものであるものを含む。
【００２８】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記第１電力配線と前記第２電力配線が、幾何学的に対称であるものを含む。
【００２９】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記第２電力配線の前記第１端子側端部に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。
【００３０】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記多層プリント配線基板が、第３層に形成された仮想的な接地ラインとなる第３電力配線が形成されており、前記第２電力配線の第１端子側端部と前記第３電力配線との間に接続されたダンピング抵抗を備えるものを含む。
【００３１】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記他の機器が、前記電力変換装置によって駆動される負荷機器であるものを含む。
【００３２】
本発明のマイクロサージ抑制装置は、前記他の機器が、前記電力変換装置に供給する交流電源側に接続される交流リアクトルであるものを含む。
【００３３】
本発明のマイクロサージ抑制方法は、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたシステムにおけるものであって、前記電力変換器と前記電力変換器に接続される機器との間の、前記機器の端子以外の中間端子においてマイクロサージを発生させ、前記発生させたマイクロサージを前記中間端子と前記機器の端子との間で制御するものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ケーブル長や電力変換器の容量等の施工条件によらず、電力変換器に接続される機器（出力側に接続されるモータ等の負荷機器、入力側に接続されるＡＣリアクトル）の端子から発生するサージを抑制し、同時に放射ノイズや、負荷機器がモータである場合にその軸に流れる電流（軸電流）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】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、スイッチング操作によって制御される電力変換器を用いたモータ駆動システムであって、交流電源１、ＡＣリアクトル２、電力変換器３、モータ４は、図１１のシステムと同一である。図１１のシステムと異なる点は、マイクロサージ抑制部５が電力変換器３からモータ４への電源供給線中に挿入されるとともに、同様のマイクロサージ抑制部６がＡＣリアクトル２から電力変換器３への電源供給線中に挿入される点である。ただし、マイクロサージ抑制部６は必須ではなく、省略することも可能である。図１２と図１３に示すように、ＡＣリアクトル２の端子のサージ電圧は、モータ４の端子のサージ電圧に比較して小さく、さらにケーブル長も短くすることが可能なので、サージ電圧の大きさによっては、マイクロサージ抑制部６を省略してもよい。
【００３６】
マイクロサージ抑制部５、６は、電力変換器３とモータ４又はＡＣリアクトル２に接続される２つの端子を備える多層プリント配線基板と、サージバイパス用コンデンサを備えており、多層プリント配線基板のモータ４側又はＡＣリアクトル２側の端子は、モータ４又はＡＣリアクトル２の端子に直接接続される。多層プリント配線基板は、少なくとも２層の配線層を有し、第１及び第２の配線層に形成される配線は、容量結合される。サージバイパス用コンデンサは、モータ４側又はＡＣリアクトル２側の端子と第２配線の第２端子側端部との間に接続される。
【００３７】
図２に、マイクロサージ抑制部５の概略構成を示す。図２のマイクロサージ抑制部５は、３層のプリント配線基板５０、サージバイパス用コンデンサ５７Ｕ、５７Ｖ、５７Ｗ（単に「サージバイパス用コンデンサ５７」と記載する場合もある。）、及びダンピング抵抗５８Ｕ、５８Ｖ、５８Ｗ（単に「ダンピング抵抗５８」と記載する場合もある。）を含む。プリント配線基板５０は、第１配線層５０１、第２配線層５０２、及び第３配線層５０３と、配線層５０１〜５０３間に配置される誘電体基板５４を備える。第１配線層５０１には、電力を伝送する配線である第１電力配線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ（単に「第１電力配線５１」と記述する場合もある。）が形成され、第１電力配線５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗの両端部には、第１端子を構成するビス５５Ｕ、５５Ｖ、５５Ｗ（単に「第１端子５５」と記述する場合もある。）と第２端子を構成するビス５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗ（単に「第２端子５６」と記述する場合もある。）が設けられる。
【００３８】
また、第２配線層５０２には、反射波による振動成分を抑制する配線である第２電力配線５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗ（単に「第２電力配線５１」と記述する場合もある。）が形成され、第２配線層５０２には、仮想的な接地層となる配線層である第３電力配線５３が形成される。第１電力配線５１と第２電力配線５２は、ほぼ同一のパターンとすることにより容量結合される。また、第１電力配線５１と第２電力配線５２のパターンは、対称形状となっている。
【００３９】
第１端子５５は、ケーブル３４（３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ）に接続され、第２端子５６は、モータ端子４０（４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ）に直接接続される。また、第２端子５６と第２電力配線の第２端子側端部との間には、サージバイパス用コンデンサ５７が接続され、第２電力配線の他方の端部（第１端子側端部）と第３電力配線との間には、ダンピング抵抗５８が接続される。
【００４０】
図３に、図２のマイクロサージ抑制部５の概略断面を示す。図３において、第１電力配線５１と第２電力配線５２に分布する分布容量５９が模式的に破線で示されているが、分布容量５９は、後述するように、第１電力配線５１を伝搬する高周波サージ成分を第２電力配線５２にバイパスさせる働きをする。コンデンサ５８でバイパスできなかった高周波サージ成分は、第２端子５６まで伝搬するが、第２端子５６に接続されたサージバイパス用コンデンサ５７を介して第２電力配線５２にバイパスさせる。そのため、サージバイパス用コンデンサ５７の容量は、モータ端子４０間の容量より大きい値に設定される。
【００４１】
このように、第１電力配線５１を伝搬する高周波サージ成分は、分布容量５９及びサージバイパス用コンデンサ５７によって第２電力配線５２にバイパスされるので、モータ４のシャフト側に流れる軸電流が抑制される。
【００４２】
図４は、図２のマイクロサージ抑制部５をモータ４に取り付けた状態を示す図である。図４から明らかなように、モータ４の端子箱に簡単に簡単に組み込むことが可能である。
【００４３】
ＡＣリアクトル２から電力変換器３への電源供給線中に挿入されるマイクロサージ抑制部６も、マイクロサージ抑制部５と同様の構成を有する。図５は、マイクロサージ抑制部６をＡＣリアクトル２に取り付けた状態を示す。マイクロサージ抑制部６は、３層のプリント配線基板６０、サージバイパス用コンデンサ６７（６７Ｒ、６７Ｓ、６７Ｔ）、及びダンピング抵抗（図示せず）を含む。プリント配線基板６０は、マイクロサージ抑制部５のプリント配線基板５０と同様の構成を有し、第３端子６５（６５Ｒ、６５Ｓ、６５Ｔ）は、ケーブル３５（３５Ｒ、３５Ｓ、３５Ｔ）に接続され、第４端子６６（６６Ｒ、６６Ｓ、６６Ｔ）は、ＡＣリアクトル２の端子（図示せず）と直接接続される。
【００４４】
以上の説明では、マイクロサージ抑制部５、６を構成するプリント基板５０、６０を３層のものとしたが、第３配線層を省略した２層構造のものでもよい。図６に、マイクロサージ抑制部５の他の例の概略断面を示す。図２及び図３のものと異なる点は、第３配線層５０３と、及び第２配線層５０２と第３配線層５０３との間の誘電体基板５４が省略され、ダンピング抵抗５８が、第２配線層５０２に設けられる点である。
【００４５】
次に、図６を用いて、マイクロサージ抑制動作について説明する。インバータ３３のスイッチングにより、インバータ端子に直流電圧Ｅが生じた場合を考えると、電圧波が電流波を伴いモータ端子へケーブル３４を伝わり伝播する。ケーブルとモータのインピーダンスがミスマッチであるため、この電圧波及び電流波がモータ端子４０に到達するとモータ端子４０上で電圧波、電流波ともに反射しインバータ端子へ進行する。特に対策をしなければ、インバータ端子とモータ端子４０間においてケーブルの損失により減衰しながら繰返し反射する。
【００４６】
図６に示すマイクロサージ抑制部５をモータ端子４０に直接接続すると、第１端子５５でのインピーダンスミスマッチによる振動成分を伴う電圧Ｅは、第１電力配線５１をモータ端子４０に向けて伝搬する。プリント配線基板５０の第１電力配線５１と第２電力配線５２は、容量結合しているため、電圧Ｅの高周波成分は、分布容量５９を第２電力配線５２に流れ、モータ端子４０に伝搬するにつれて減衰する。減衰されなかった高周波成分は、サージバイパス用コンデンサ５７を介して第２電力配線５２に流れる。また、モータ端子４０での反射によるサージ成分も、同様にサージバイパス用コンデンサ５７及び分布容量５９を介して第２電力配線５２に流れるため、反射の繰り返しが抑制され、モータ端子４０でのサージ電圧の発生が抑制される。このように、マイクロサージをモータ端子４０ではなく、マイクロサージ抑制部５の第１端子５５で発生させ、発生したマイクロサージを第１端子５５と第２端子５６の間の分布容量５９及びサージバイパス用コンデンサ５７によって制御することにより、モータ端子４０でのマイクロサージを抑制することができる。
【００４７】
なお、ダンピング抵抗５８は、第２電力配線５２に誘導された反射波の抑制するためのものであるが、第２電力配線５２の抵抗値によって抑制可能な場合は、省略も可能である。ここでプリント配線基板５０の容量結合およびダンピング抵抗５８について補足する。第１電力配線５１と第２電力配線５２の容量結合は、１．４ｎＦ程度である。このように容量結合が大きくないため、ダンピング抵抗５８には瞬間的に１Ａの電流が流れる程度であり、１０Ｗ程度のもので充分である。したがって、プリント配線基板５０は、モータ４の端子ボックスに収納可能な程度に小型化が可能である。
【００４８】
また、図２及び図３に示すように、プリント配線基板５０を３層のものとし、ダンピング抵抗を第３電力配線５３のフローティング状態の仮想接地層に接続すると、インバータ出力の各相の不平衡分を吸収することができ、ポテンシャルの変動が抑制され、リークの防止効果も奏する。
【００４９】
次に、このマイクロサージ抑制部５が、電磁ノイズの低減効果を有することについて説明する。マイクロサージの抑制をしない場合、電流がモータ端子４０及びインバータ端子での反射により双方向に減衰しながら流れるため、すなわち高周波の電流がケーブル３４を流れるため、ケーブル３４からは高周波の放射ノイズが発生する。これに対し、マイクロサージ抑制部５を挿入すると、モータ端子４０で反射した電流が第２電力配線５２に流れて抑制されるため、双方向の電流が流れるのはモータ端子４０での最初の反射時のみである。したがって、高周波の放射ノイズの発生が大幅に抑制される。
【００５０】
さらに、このマイクロサージ抑制部５は、電流分布が第１配線層５０１と第２配線層の内側のみに集中し、流れる電流は互いに反対方向であるので、基板表面の磁界を打ち消することになる。したがって、モータ端子４０で最初に反射された電流による放射ノイズの抑制も可能となる。第１電力配線５１と第２電力配線５２を対称形状とすることにより、さらに抑制効果が向上する。
【００５１】
続いて、マイクロサージ、モータ軸電流、及び放射ノイズの計測例について説明する。
【００５２】
図７は、モータ端子４０におけるマイクロサージの計測例を示す図である。図７（ａ）は、モータ端子電圧の時間変動を示ものであり、図７（ｂ）は、その周波数スペクトルを示すものである。図中、「Ａ」はマイクロサージ抑制部５を使用した時の計測結果、「Ｎ」はマイクロサージ抑制部５を使用しない時の計測結果である（なお、「Ａ」及び「Ｎ」は、図８、図９においても同様の計測結果を示す。）。図から明らかなように、マイクロサージ抑制部５の使用時は、高周波振動成分が抑制されている。
【００５３】
図８は、モータ軸電流の計測例を示す図である。図８（ａ）は、モータ軸電流の時間変動を示すものであり、図８（ｃ）は、その周波数スペクトルを示すものである。モータ軸電流の計測は、モータフレームとベアリングフレームが絶縁されたモータを用い、これら２つのフレームを短絡することにより計測したものである。短絡した箇所を流れる電流（軸電流）は、軸−軸受け−モータフレームという経路を通り流れるものであるため、軸電流が計測されることになる。マイクロサージの波高値が抑制されたことにより、立ち上がりの電圧の波高値が抑えられるため、軸電流も抑制されることがわかる。
【００５４】
図９は、モータ端子付近における放射ノイズを示す磁界の計測例を示す図である。図９は、その周波数スペクトルを示しており、マイクロサージ抑制部５により、明らかに放射ノイズが抑制されている。
【００５５】
図１０は、ＡＣリアクトル２の電力変換器側端子におけるマイクロサージの計測例を示す図である。図１０（ａ）は、端子電圧の時間変動を示ものであり、図１０（ｂ）は、その周波数スペクトルを示すものである。図中、「Ａ」はマイクロサージ抑制部６を使用した時の計測結果、「Ｎ」はマイクロサージ抑制部６を使用しない時の計測結果である。図から明らかなように、マイクロサージ抑制部６の使用時は、高周波振動成分が抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態のシステムの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態のマイクロサージ抑制部の概略構成を示す図
【図３】図２のマイクロサージ抑制部の概略断面を示す図
【図４】図２のマイクサージ抑制部をモータに取り付けた状態を示す図
【図５】マイクロサージ抑制部をＡＣリアクトルに取り付けた状態を示す図
【図６】マイクロサージ抑制部の他の例の概略断面を示す図
【図７】本発明のマイクロサージ抑制部によるモータ側のマイクロサージ抑制効果を説明する図
【図８】本発明のマイクロサージ抑制部によるモータ軸電流の抑制効果を説明する図
【図９】本発明のマイクロサージ抑制部によるモータ端子における放射ノイズの抑制効果を説明する図
【図１０】本発明のマイクロサージ抑制部によるＡＣリアクトル側のマイクロサージ抑制効果を説明する図
【図１１】モータ駆動システムの概略構成を示す図
【図１２】従来のシステムのインバータ端子及びモータ端子における電圧波形を示す図
【図１３】従来のシステムのコンバータ端子及びＡＣリアクトル端子における電圧波形を示す図
【符号の説明】
【００５７】
１・・・交流電源
２・・・ＡＣリアクトル
３・・・電力変換器
４・・・モータ
５、６・・・マイクロサージ抑制部
３１・・・コンバータ
３２・・・平滑コンデンサ
３３・・・インバータ
３４、３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ・・・ケーブル
３５、３５Ｒ、３５Ｓ、３５Ｔ・・・ケーブル
３０ｐ、３０ｎ・・・直流主回路導体
４０、４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗ・・・モータ端子
５０、６０・・・プリント配線基板
５０１・・・第１配線層
５０２・・・第２配線層
５０３・・・第３配線層
５１、５１Ｕ、５１Ｖ、５１Ｗ・・・第１電力配線
５２、５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗ・・・第２電力配線
５３・・・第３電力配線
５４・・・誘電体基板
５５、５５Ｕ、５５Ｖ、５５Ｗ・・・第１端子
５６、５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗ・・・第２端子
５７、５７Ｕ、５７Ｖ、５７Ｗ・・・サージバイパス用コンデンサ
５８、５８Ｕ、５８Ｖ、５８Ｗ・・・ダンピング抵抗
５９・・・分布容量
６５、６５Ｒ、６５Ｓ、６５Ｔ・・・第３端子
６６、６６Ｒ、６６Ｓ、６６Ｔ・・・第４端子
６７、６７Ｒ、６７Ｓ、６７Ｔ・・・サージバイパス用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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