(57)【要約】【課題】大きなフィルタ回路を用いることなくモータ巻き線におけるコモンモード電圧を低減して、雑音端子電圧が小さく、かつ、小形のモータ駆動装置を提供する。【解決手段】電源２からの交流を直流に変換するコンバータ４と、このコンバータからの直流を交流に変換するインバータ６と、このインバータにより駆動される三相交流モータ７と、を備える。また、三相交流モータの鉄心８とこの鉄心に巻回される巻線１０との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体１１と、櫛形導体を、コンバータとインバータとの間の直流電源線５ｅの電位中性点Ｐａに電気的に接続する第１の電気配線１３と、を具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータからの直流を交流に変換するインバータと、このインバータにより駆動されるモータと、を具備したモータ駆動装置において、
前記モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、
前記櫛形導体を、前記コンバータとインバータとの間の直流電源線の電位中性点に電気的に接続する第１の電気配線と、
を具備していることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
電源からの交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータからの直流を交流に変換するインバータと、このインバータにより駆動されるモータと、を具備したモータ駆動装置において、
前記モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、
前記コンバータの入力側の交流配線と、前記モータをアースするコモンラインに接続される接続部とに接続される接地キャパシタを有し、前記モータ駆動装置の交流のノイズを低減するフィルタと、
前記櫛形導体を、前記接地キャパシタの接続部側に接続する第２の電気配線と、
を具備していることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１の電気配線のインピーダンスが、前記モータから電源アースに接続されるコモンラインのインピーダンスよりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第２の電気配線のインピーダンスが、前記コモンラインのインピーダンスよりも小さくなるように設定したことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ノイズの低減を図ったモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のモータ駆動装置の一例としては、特許文献１に記載されたものがある。これはインバータの出力部及び／または入力部にフィルタ部品を挿入することにより、コモンモードノイズの低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３０５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、インバータによりモータを可変速制御可能に駆動するモータ駆動装置では、モータのステータコア（鉄心）に巻回されるモータ巻線における対地電圧（コモンモード電圧）が大きく変動する。なお、コモンモード電圧は以下の式１で表される。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
また、ステータコアとこれに巻回されるモータ巻線とは近接しているために、これら両者間の浮遊容量が非常に大きい。
【０００７】
このために、上記コモンモード電圧の大きな変動と大きな浮遊容量とにより伝搬する伝導ノイズも大きくなり、雑音端子電圧や放射電界も増大し易く、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ：電磁環境適合性）の規制値を超えることが多い。
【０００８】
上記従来例では、モータ巻き線におけるコモンモード電圧の変動を低減して、ＥＭＣの規制値内に入れるため、インバータの出力部にチョークコイルやコンデンサなどの部品で構成されるフィルタ回路を挿入している。
【０００９】
しかしながら、ＥＭＣの規制値内に入れるために、フィルタ回路部品が大型化し、その結果、装置サイズが増大してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、大きなフィルタ回路を用いることなくモータ巻き線におけるコモンモード電圧を低減して、雑音端子電圧が小さく、かつ、小形のモータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態に係るモータ駆動装置は、電源からの交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータからの直流を交流に変換するインバータと、このインバータにより駆動されるモータと、を具備している。また、モータの鉄心とこの鉄心に巻回される巻線との間に介装されて、この巻線に対して交差する方向に延在する複数本の導体を所要の間隙を置いて並設しこれら導体の外面と間隙を絶縁体により被覆してなる櫛形導体と、櫛形導体を、コンバータとインバータとの間の直流電源線の電位中性点に電気的に接続する第１の電気配線と、を具備している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るモータ駆動装置の電子回路図。
【図２】第１の実施形態に係るステータコア（鉄心）の平面図。
【図３】図１，図２で示す櫛形導体の平面展開図。
【図４】図１，図２で示す櫛形導体を、ステータコア（鉄心）の隣り合う２つのティースにそれぞれ配設したときの模式図。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】第１の実施形態に係るモータ巻線とステータコア（鉄心）との間に発生する浮遊容量の分布を示す等価回路図。
【図７】従来のモータ駆動装置に係るモータ巻線とステータコア（鉄心）との間に発生する浮遊容量の分布を示す等価回路図。
【図８】第２の実施形態に係るモータ駆動装置の電子回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１４】
（第１の実施形態）
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係るモータ駆動装置の全体構成を示す電子回路図である。この図１に示すようにモータ駆動装置１は、例えば三相交流電源２のＲ，Ｓ，Ｔ端子に、ノイズフィルタ３を介してコンバータ４を接続している。
【００１６】
ノイズフィルタ３は、モータ駆動装置のコンバータ４やインバータ６等の内部回路が発生させるノイズを除去または低減するフィルタであり、コンバータ４はこのノイズフィルタ３によりノイズが除去または低減された三相交流を直流に変換（整流）する。
【００１７】
コンバータ４は、例えば図示省略のダイオードブリッジ回路等により構成され、その直流出力側を、直流リンク部５を介してインバータ６に接続している。
【００１８】
直流リンク部５は、直流リアクトル５ａ、整流キャパシタ５ｂおよび第１の平滑キャパシタ５ｃと第２の平滑キャパシタ５ｄとを直列に接続する平滑キャパシタ直列回路５ｅを有し、コンバータ４の直流出力を平滑化してインバータ６に直流電力を供給する。
【００１９】
インバータ６は図示省略の三相用の複数のスイッチング素子と複数の還流ダイオードとを有し、直流リンク部５を介してコンバータ４から供給された直流電力を、スイッチング素子のスイッチングにより所要の三相交流電力に変換し、この三相交流電力を三相交流モータ７に供給する。すなわち、インバータ６は図示省略の制御部からの運転指令信号を受けて、三相交流モータ７の運転周波数と印加電圧を制御することにより、三相交流モータ７の単位時間当りの回転数を制御する。
【００２０】
インバータ６は、例えば６個のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子のブリッジ回路等により構成される。
【００２１】
図２に示すように三相交流モータ７は、ステータコアである鉄心８と例えば強磁性体の永久磁石等からなるロータ９を具備しており、三相同期電動機に構成されている。
【００２２】
鉄心８は、例えばけい素鋼板を積層して環状に構成され、その環状中心側へ突出する例えば６個のティース８ａ，８ａ，…を周方向に所要の等間隔を置いて配設している。
【００２３】
図２，５に示すように各ティース８ａの外面には、各ティース８ａの突出方向に直交する方向に、モータ巻線１０が例えば集中巻線等の巻線として複数層巻回されている。
【００２４】
そして、各ティース８ａの外面には、このティース８ａとモータ巻線１０との間に、例えばコ字状に折曲された櫛形導体１１がそれぞれ介装されている。櫛形導体１１は、図３の展開平面図に示すように各ティース８ａの左右両側面外面にそれぞれ添設される左右一対の側面部１１Ａ，１１Ｂと、これら側面部１１Ａ，１１Ｂに一体に連成されて各ティース８ａの上面外面に添設される中央部１１Ｃと、を有する。
【００２５】
図３，図４に示すように櫛形導体１１は、その左右一対の側面部１１Ａ，１１Ｂと中央部１１Ｃにおいて、モータ巻線１０の巻線方向に直交する方向に延在する複数本の図中縦長の細い可撓性導体１１ｄ，１１ｄ，…を図３中横方向に所要の間隙を置いて並設しており、中央部１１Ｃの各導体１１ｄの長さは、各ティース８ａの形状に応じて左右一対の側面部１１Ａ，１１Ｂの各導体１１ｄの長さよりも若干長くなるように形成されている。また、各導体１１ｄ自体の幅は、例えば１ｍｍ、隣り合う導体１１ｄ，１１ｄ，…同士間の間隙は例えば５ｍｍである。
【００２６】
これら中央部１１Ｃと一対の側面部１１Ａ，１１Ｂの各導体１１ｄは、各ティース８ａの根元側に位置する一端部（図３では上端部）において、図３中横方向に延在する可撓性を有する連結線１１ｅ，１１ｆ，１１ｇにより電気的に接続され、櫛形に形成されている。
【００２７】
中央部１１Ｃの連結線１１ｇの左右両端には、例えば矩形平板状のコネクタ１１ｈ，１１ｉをそれぞれ接続している。図４に示すようにこれら左右一対のコネクタ１１ｈ，１１ｉは、周方向で隣り合うもの同士が接続線１１ｊを介して電気的に接続される。これにより、全部の櫛形導体１１，１１，…が互いに電気的に接続される。図２に示すように所要のコネクタ１１ｈ，１１ｉには、１つ以上の外部端子１２が電気的に接続されている。
【００２８】
そして、このように櫛形に形成された複数の導体１１ｄ，１１ｄ，…と、これら導体１１ｄ，１１ｄ，…間の各間隙と、連結線１１ｅ，１１ｆ，１１ｇの外面は、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｆｌａｔ  Ｃａｂｌｅ）等のように可撓性のある合成樹脂製の電気絶縁体１１ｋにより一体に被覆されて、一枚のシートやフィルム状に形成されている。
【００２９】
すなわち、櫛形導体１１は、その各導体１１ｄとその外周縁部と、複数の導体１１ｄ，１１ｄ，…同士間の間隙を絶縁体１１ｋにより一体に被覆している。
【００３０】
また、図３に示すように櫛形導体１１は、その中央部１１Ｃの図中左右両側端部に、図中縦方向に延在する山折りの折れ線１１ｌ，１１ｍを形成しており、これら折れ線１１ｌ，１１ｍに沿って山折りすることにより、コ字状に形成される。
【００３１】
このようにコ字状に形成された櫛形導体１１は、そのコ字状開口から各ティース８ａへ、その上方から下方へ押し込み嵌合させることにより、各ティース８ａに取り付けられる。
【００３２】
そして、図５に示すようにこの各櫛形導体１１上には、上述したモータ巻線１０が例えば複数層それぞれ巻回される。
【００３３】
そして、図１に示すように櫛形導体１１は、その外部端子１２に、第１の電気配線１３を介して、直流リンク部５の直流電源線の一例である平滑キャパシタ直列回路５ｅの電位中性点Ｐａを接続している。
【００３４】
電位中性点Ｐａは、例えば一端を直流リンク部５のＰ側配線に接続したキャパシタ５ｃと、一端を直流リンク部５のＮ側配線に接続したキャパシタ５ｄの各々の他端を接続した点である。
【００３５】
一方、三相交流モータ７は、そのステータコアである鉄心８を、コモンライン（アースライン）１４を介してアース端子１５に電気的に接続している。このアース端子１５と各交流電源供給端子の間においてＥＭＣ規制の雑音端子電圧が測定される。なお、図１中、二点鎖線矢印は上記櫛形導体１１を具備していない従来のモータ駆動装置等の伝導ノイズ電流の伝搬経路の一例を示す。
【００３６】
図６は、例えば市販の二次元有限要素法による解析プラグラムを使用して求めた第１，第２，第３の浮遊容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有する等価回路の一例を示す。
【００３７】
図６に示すように本実施形態では、モータ巻線１０と鉄心８との間に櫛形導体１１を介装しているので、モータ巻線１０と、鉄心８との間には、櫛形導体１１の前後に発生する第１，第２の浮遊容量Ｃ１，Ｃ２同士を直列に接続した直列回路と、モータ巻線１０と鉄心８との間で直接発生する第３の浮遊容量Ｃ３の回路とを並列に接続した並列回路が形成される。
【００３８】
すなわち、図７で示すように櫛形導体１１を具備していない場合には、モータ巻線１０と鉄心８間の浮遊容量は、これらモータ巻線１０と鉄心８間に発生する第４の浮遊容量Ｃ４のみであるが、本実施形態のように櫛形導体１１を具備している場合には、これら櫛形導体１１の前後に第１，第２の浮遊容量Ｃ１，Ｃ２が発生し、これら第１，第２の浮遊容量Ｃ１，Ｃ２を直列に接続した直列回路が第３の浮遊容量Ｃ３の回路に並列に接続される。
【００３９】
なお、上記櫛型導体１１とモータ巻線１０との間隙が、上記櫛型導体１１と上記鉄心８との間隙と比べて小さくなるほど、第１浮遊容量Ｃ１の静電容量が比較的大きくなる。
【００４０】
そして、第３浮遊容量Ｃ３よりも第１浮遊容量Ｃ１のほうが大きいため、モータ巻線１０に流入したノイズ電流は第１の浮遊容量Ｃ１を介して櫛形導体１１に流れ、さらに、この櫛形導体１１から第１の電気配線１３を介してキャパシタ直列回路５ｅの電位中性点Ｐａへ流れる。
【００４１】
このために、櫛形導体１１から第１の電気配線１３側へ分流した分だけ、鉄心８を経て、高インピーダンスのコモンライン１４側へ流れるノイズ電流が減少するので、このコモンライン１４のアース端子１５で測定される雑音端子電圧が低下する。
【００４２】
これにより、コモンライン１４のアース端子１５で測定される雑音端子電圧は低くなる。その結果、雑音端子電圧を効果的に低下させることができる。
【００４３】
また、櫛形導体１１の複数の導体１１ｄが１枚の平板等に形成されておらず、複数の導体１１ｄ，１１ｄ，…同士間には間隙が形成されており、これら間隙には絶縁体１１ｋが充填されて絶縁されているので、渦電流を大幅に低減できる。
【００４４】
このために、渦電流により磁場が弱くなり、モータ性能が低下することを防止することができる。
【００４５】
また、櫛形導体１１を挿入することで第３浮遊容量Ｃ３よりも第１浮遊容量Ｃ１のほうを大きくすることができるため、第１の電気配線１３とコモンライン１４のインピーダンスが同じであってもノイズ低減が可能となるが、インピーダンスは低ければ低いほうが望ましい。このため、第１の電気配線１３にインピーダンスの低い配線や短い配線を使用することでコモンライン１４よりもインピーダンスを低くすれば、さらなるノイズ低減が可能となる。
【００４６】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るモータ駆動装置１Ａの電子回路図である。このモータ駆動装置１Ａは、主に接地キャパシタ３ａを備えたノイズフィルタ３を具備しており、上記第１の電気配線１３を第２の電気配線２３に置換した点に特徴がある。
【００４７】
第２の電気配線２３は、その一端を上記櫛形導体１１に接続し、その他端を、接地フィルタ３ａの一端に接続している。この接地フィルタ３ａの一端はコモンライン１４の接続部１６に接続される。接地フィルタ３ａの入力側はコンバータ４の入力側の三相の交流配線４ａ，４ａ，…に接続されている。
【００４８】
なお、図８中、符号３ｃは三相交流電源２のＲ，Ｓ，Ｔ端子にそれぞれ接続されるノイズフィルタ３の入力側の相間キャパシタ、３ｄは同，コモンモードチョーク、３ｅは同，出力側の相間キャパシタである。
【００４９】
そして、第２の実施形態では、上記第１の実施形態に係る直流電源線である平滑キャパシタ直列回路５ｅを削除している。以上の構成以外は第１の実施形態と同様であるので、その重複した説明は省略する。
【００５０】
このモータ駆動装置１Ａによっても、モータ巻線１０に流入したノイズ電流は、第１の浮遊容量Ｃ１、櫛形導体１１、第２の電気配線２３をそれぞれ経て接地キャパシタ３ａの接続部１６側の一端へ戻され、接続部１６にてコモンライン１４に接続される。接続部１６と１７の間はリード線など寄生的なインダクタンス成分を有する導体で接続されることが多い。
【００５１】
このために、この櫛形導体１１から第２の電気配線２３側へ流れるノイズ電流の分だけ、鉄心８からコモンライン１４側のアース端子１５へ流れるノイズ電流が減少する。また、接続部１６と１７の間のインピーダンスよりも接地キャパシタ３ａのほうが高周波数帯域においてインピーダンスが低くなるため、伝導ノイズ電流はコモンライン１４に流れるよりも接地キャパシタ３ａを通しやすい。
【００５２】
したがって、第１の実施形態とほぼ同様に、伝導ノイズ電流はコモンライン１４よりも第２の電気配線２３側へ多く流れる。
【００５３】
その分、コモンライン１４側へ流入する伝導ノイズ電流が減少するので、このコモンライン１４のアース端子１５と各交流電源供給端子の間で測定される雑音端子電圧が低減する。
【００５４】
その結果、上記第１の実施形態と同様に、伝導ノイズを低減できると共に、渦電流によるモータ性能の低下の防止を図ることができる。
【００５５】
また、第２の電気配線２３においても、前述の第１の電気配線１３と同様に短い配線を使用する等の方法によって、配線自体のインピーダンスをコモンライン１４のインピーダンスよりも低く形成することで、さらなるノイズ低減効果を得ることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、鉄心（ステータコア）８のティース８ａを６個設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５７】
また、櫛形導体１１は、その導体１１ｄの本数や幅、導体１１ｄ同士間の間隙の寸法や数、櫛形導体１１の形状等も上記実施形態に限定されない。例えば、櫛形導体１１をロの字状に形成して鉄心８のティース８ａの底面も被覆するように構成してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では三相交流モータ７を用いた場合について説明したが、単相でもよく、モータであればよい。
【００５９】
以上、本発明の種々の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ…モータ駆動装置、２…三相交流電源、３…ノイズフィルタ、３ａ…接地キャパシタ、４…コンバータ、４ａ…三相の交流配線、５…直流リンク部、５ｅ…平滑キャパシタ直列回路（直流電源線）、６…インバータ、７…三相交流モータ、８…鉄心、１０…モータ巻線（巻線）、１１…櫛形導体、１１ｄ…導体、１１ｋ…絶縁体、１２…外部端子、１３…第１の電気配線、１４…コモンライン、１５…アース端子、１６、１７…接続部、２３…第２の電気配線、Ｃ１〜Ｃ３…第１〜第３の浮遊容量、Ｐａ…電位中性点。
【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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