JP2000324892A - インバータ駆動モータ - Google Patents
インバータ駆動モータInfo
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Abstract
電流の発生を抑制することができるインバータ駆動モー
タ回路を提供する。 【解決手段】 回転磁界を発生するステータ、このステ
ータの回転磁界により回転して機械的動力を発生するロ
ータ及びステータに電力を供給する複数系統の巻線を有
し、インバータ3の複数の並列のスイッチング回路3
A,3Bそれぞれのスイッチング動作によって複数系統
の巻線それぞれに供給される電流を制御してステータに
回転磁界を発生させるインバータ駆動モータ4に対し
て、複数系統の巻線の端子電圧の総和が時間的にほぼ一
定になるようにインバータ3のスイッチング回路3A,
3Bを制御し、又は複数系統の巻線を結線することによ
り、インバータの直流側の電圧変動をなくし、高周波漏
洩電流の発生を抑制する。
Description
する交流電力を電力源とするインバータ駆動モータに関
する。
ンバータによって所定の周波数、電圧の交流電力に変換
し、あるいは、交流電源をコンバータ又は整流回路によ
って直流電力に変換し、さらにこの直流電力をインバー
タによって所定の周波数、電圧の交流電力に再変換し、
モータ電源とするインバータ駆動モータとして、図15
に示す構成のものが知られている。
電源であるバッテリー1からの直流電力をリップル電流
低減のための電解コンデンサー2を介してインバータ3
に供給し、このインバータ3のスイッチング制御によ
り、所定の周波数、電圧のUVW3相の交流電力に変換
し、3相交流モータ4のステータのUVW各相の巻線に
給電する構成である。
従来のインバータ駆動モータでは、次のような問題点が
あった。図16は、インバータ3の各スイッチング素子
SW1〜SW6を矩形波駆動させた場合のスイッチング
状態を示しているが、交流モータ4のUVW3相各相の
巻線の中性点Nの電圧は、各相のスイッチング素子のス
イッチングタイミングにより変動する。この結果、高周
波漏洩電流が発生し、当該交流モータを車両駆動に利用
する場合、車載ラジオ等の車載電気機器にノイズが発生
する。
すように、インバータ3の直流側、交流側にコモンモー
ドリアクトルで成るノイズフィルタ5,6を直列に挿入
することにより、高周波漏洩電流を低減することがあ
る。
アクトルを採用しても高周波漏洩電流の低減に十分な効
果が得られない問題点があり、また、リアクトルの容積
が大きく、重量もあるので、インバータ3のケース容量
が大きくなり、重量も重くなり、結果的に、車両への搭
載性が悪くなる問題点があった。加えて、リアクトルが
高価であるために、インバータの価格も高くなる問題点
もあった。
てなされたもので、ノイズフィルタを設けることなく高
周波漏洩電流の発生を抑制することができ、インバータ
のケース容積も重量も大きくせず、コスト的にも高騰さ
せることのないインバータ駆動モータを提供することを
目的とする。
磁界を発生するステータ、前記ステータの前記回転磁界
により回転して機械的動力を発生するロータ及び前記ス
テータに電力を供給する複数系統の巻線を有し、インバ
ータの複数の並列のスイッチング回路それぞれに当該複
数系統の巻線それぞれを接続し、当該複数のスイッチン
グ回路それぞれのスイッチング動作によって前記複数系
統の巻線それぞれに供給される電流を制御して前記ステ
ータに前記回転磁界を発生させるインバータ駆動モータ
において、前記複数系統の巻線の端子電圧の総和がほぼ
一定になるような前記インバータの前記複数のスイッチ
ング回路それぞれのスイッチング動作を制御し、又は前
記複数系統の巻線を結線したものである。
は、ステータの複数系統の巻線の端子電圧の総和がほぼ
一定になるようにインバータの複数のスイッチング回路
のスイッチング動作を制御し、又はステータの複数系統
の巻線を結線することにより、インバータの直流側の電
圧変動をなくし、高周波漏洩電流の発生を抑制する。
は、請求項1において、前記複数系統の巻線を同じスロ
ットに2つ以上の並列に巻き、それぞれの系統の巻線の
それぞれに前記インバータの2つの前記スイッチング回
路それぞれを接続し、端子電圧の総和が時間とともにほ
ぼ一定となるように各スイッチング回路のスイッチング
タイミングを制御するものであり、各相の巻線の端子電
圧の総和をほぼ一定にすることにより、インバータの直
流側の電圧変動をなくし、高周波漏洩電流の発生を抑制
する。さらに、複数系統の巻線を並列に巻くことによ
り、表皮効果による巻線電流のロスを低減し、モータ効
率を改善する。
は、請求項1において、1相当たり4つ以上のスロット
を持ち、1相当たり2系統以上の巻線のそれぞれに前記
インバータの2つ以上の前記スイッチング回路それぞれ
から電力を供給し、端子電圧の総和が時間とともに変動
しないようにしたものであり、各相の巻線の端子電圧の
総和をほぼ一定にすることにより、インバータの直流側
の電圧変動をなくし、高周波漏洩電流の発生を抑制す
る。さらに、巻線を複数系統の並列巻きとすることによ
り、表皮効果による巻線電流のロスを低減し、モータ効
率を改善する。
テータ、前記ステータの前記回転磁界により回転して機
械的動力を発生するロータ及び前記ステータに3相交流
電力を供給する3相各相ごとに巻線を有し、インバータ
の3つの並列のスイッチング回路それぞれに当該3相各
相の巻線を接続し、当該3つのスイッチング回路それぞ
れのスイッチング動作によって前記3相各相の巻線に供
給される電流を制御して前記ステータに前記回転磁界を
発生させるインバータ駆動モータにおいて、前記3相各
相の巻線の端子電圧の総和が時間的にほぼ一定になるよ
うに前記インバータの前記3つのスイッチング回路それ
ぞれのスイッチング動作を制御するものである。
は、インバータに3相各相の巻線ごとに独立したスイッ
チング回路を設け、3相各相の巻線の端子電圧の総和が
時間的にほぼ一定になるようにインバータのスイッチン
グ回路を制御することにより、インバータの直流側の電
圧変動をなくし、高周波漏洩電流の発生を抑制する。
は、請求項1〜4において、前記インバータの直流側に
電解コンデンサーを設けないようにしたものであり、電
解コンデンサーをなくすことによってインバータの容積
を小さくし、コスト的にも低廉化する。
は、請求項1〜5において、当該モータのケース内に前
記インバータを収容したものであり、車両駆動用のモー
タとして使用する場合、エンジンルームのような他部品
が多く存在する限られたスペースに搭載する際に、レイ
アウト上の制約を受けにくくなり、搭載性が向上する。
ステータの複数系統の巻線の端子電圧の総和がほぼ一定
になるようにインバータの複数のスイッチング回路のス
イッチング動作を制御し、又はステータの複数系統の巻
線を結線したので、インバータの直流側の電圧変動をな
くし、高周波漏洩電流の発生を抑制することができる。
を同じスロットに2つ以上の並列に巻き、それぞれの系
統の巻線のそれぞれにインバータの2つのスイッチング
回路それぞれを接続し、端子電圧の総和が時間とともに
ほぼ一定となるように各スイッチング回路のスイッチン
グタイミングを制御するので、各相の巻線の端子電圧の
総和をほぼ一定にすることにより、インバータの直流側
の電圧変動をなくし、高周波漏洩電流の発生を抑制する
ことができる。さらに、複数系統の巻線を並列に巻くこ
とにより、表皮効果による巻線電流のロスを低減し、モ
ータ効率を改善できる。
駆動モータは、1相当たり4つ以上のスロットを持ち、
1相当たり2系統以上の巻線のそれぞれにインバータの
2つ以上のスイッチング回路それぞれから電力を供給
し、端子電圧の総和が時間とともに変動しないようにし
たので、インバータの直流側の電圧変動をなくし、高周
波漏洩電流の発生を抑制することができる。さらに、巻
線を複数系統で並列に巻いたので、表皮効果による巻線
電流のロスを低減し、モータ効率を改善する。
相各相の巻線ごとに独立したスイッチング回路を設け、
3相各相の巻線の端子電圧の総和が時間的にほぼ一定に
なるようにインバータのスイッチング回路を制御するの
で、インバータの直流側の電圧変動をなくし、高周波漏
洩電流の発生を抑制することができる。
ーをなくすことによってインバータの容積を小さくし、
コスト的にも低廉化できる。
内にインバータを収容したので、車両駆動用のモータと
して使用する場合、エンジンルームのような他部品が多
く存在する限られたスペースに搭載する際に、レイアウ
ト上の制約を受けにくくなり、搭載性が向上する。
基づいて詳説する。図1は本発明の第1の実施の形態の
回路構成を示している。3相交流モータ4のステータに
は、巻線Aと巻線BがU相、V相、W相にそれぞれ並列
に巻かれていて、巻線A、巻線Bそれぞれがインバータ
3のスイッチング回路3A,3Bから3相交流電力を受
けるように接続してある。
グ回路3A,3Bは並列に構成してあり、スイッチング
回路3Aには、スイッチング素子SW1〜SW6、スイ
ッチング回路3Bには、スイッチング素子SW7〜SW
12がブリッジに組み込んである。また、インバータ3
のスイッチング素子SW1〜SW12各々のオン/オフ
駆動のためにコントロールユニット10が備えられてい
る。
4のステータ巻線Aと巻線Bそれぞれに電流を供給する
インバータ3のスイッチング回路3A,3Bでスイッチ
ングを正反対に行わせるために、例えばU相においては
スイッチング素子SW1とスイッチング素子SW8、ま
たスイッチング素子SW2とスイッチング素子SW7と
を同じ信号で駆動するようにしてある。そしてコントロ
ールユニット10は、図2(a),(b)に示すように
両スイッチング回路3A,3Bのスイッチング素子SW
1〜SW12を60°間隔でオン/オフ状態を切り替え
る制御をする。以下、説明を簡明にするために各スイッ
チング素子を矩形波駆動するものとして説明する。
ッチング動作によるモータ巻線A側の電流状態を示して
いる。ここで、“H”はスイッチングがオン状態、
“L”はスイッチングがオフ状態を示すものとする。ス
イッチングは、60°間隔で“H”,“L”を切り替え
ることにより、同図のようなU,V,W各相の電流の流
れができ、モータが回転する。
圧は、インバータ3の入力電圧をEdとした場合、1/
3Edから2/3Edの間で変動する。
イッチング動作によるモータ巻線B側の電流状態は図2
(b)に示したように、U,V,W各相での“H”,
“L”のスイッチング動作を正反対に行なう。これによ
り、同図のようなU,V,W各相の電流の流れができ、
このときのU,V,W相の中性点NBの電圧は、インバ
ータ3の入力電圧をEdとした場合、やはり1/3Ed
から2/3Edの間で変動する。しかしながら、例え
ば、スイッチング素子SW1が“H”の時にはスイッチ
ング素子SW7は“L”、スイッチング素子SW2が
“L”の時にはスイッチング素子SW8は“H”という
ように、U,V,W各相でのスイッチングをスイッチン
グ回路3A,3Bで正反対に行うので、スイッチングタ
イミングに対する電圧値は巻線Aに対するものとは異な
る。
線Bのそれぞれの中性点NA,NBの電圧の合計であ
り、図2(c)に示すようになる。この結果、モータ4
の端子電圧の総和は、スイッチングタイミングによらず
常に3/3Edとなり、インバータ3の直流側に高周波
電流が漏洩するのを抑えることができる。
ータ4の巻線A,Bの接続状態は図3に示した状態であ
る。いま、位相角60°の状態で巻線Aに流れる電流
は、U相からV相,W相に同時に流れ出す。そして、巻
線Bに流れる電流は、V相,W相からU相に同時に流れ
込む。したがって、巻線A,BでU,V,W各相の電流
の流れる方向がちょうど逆向きになって、誘起される磁
束が互いに打ち消し合うことになり、モータを回転駆動
することができない。
いてモータ4の部分に示しているように、スイッチング
回路3Bと巻線Bにおける中性点NBとの接続を、スイ
ッチング回路3Aと巻線Aにおける中性点NAとの接続
の場合とは逆向きにし、巻線Bには図2(d)に示した
ように巻線Aと同じ向きの電流が流れるように接続し、
この結果として、モータ4を正常に駆動できるようにし
ている。
Bの中性点NA,NBの電圧の合計であるモータ4の端
子電圧の総和を一定にして、高周波電流が発生しない回
路にして、モータのインバータ駆動が可能となる。
ング素子SW1〜SW12のオン/オフ制御に図4
(a)に示したような矩形波信号を用いたが、これに限
定されるわけではなく、駆動波形は同図(b)に示した
ようなPWMによる正弦波駆動であってもよい。そして
このPWMによる駆動の場合には、図5(a),(b)
に示したように、各スイッチングSW1〜SW12それ
ぞれにおける“H”,“L”の切替タイミングがきわめ
て速くなるが、制御原理的には上記の実施の形態の場合
と同様であり、各タイミングにおいて、例えば、スイッ
チング素子SW1が“H”の時にはスイッチング素子S
W7は“L”、スイッチング素子SW2が“L”の時に
はスイッチング素子SW8は“H”というように、U,
V,W各相でのスイッチングをスイッチング回路3A、
3Bで正反対に行う。
巻線Aと巻線Bのそれぞれの中性点NA,NBの電圧の
合計であるモータ4の端子電圧の総和は、スイッチング
タイミングによらず常に3/3Edとなり、インバータ
3の直流側に高周波電流が漏洩するのを抑えることがで
きる。
〜図9に基づいて説明する。従来は図18に示したよう
に、各相の複数のスロットごとに順次コイルを巻き、各
相のコイルの最終端を1点に接続して中性点とした巻線
構造である。
7に示したように、従来の半分の線径のコイルを用い、
従来と同様、各相のスロットごとに巻き付けて巻線Aを
構成するとともに、これに並列に、同じ線径のコイルを
同様に各相のスロットごとに巻き付けて巻線Bを構成
し、インバータ3のスイッチング回路3A,3Bに図1
に示したように接続する。
のにすることもできる。図8及び図9は、1相当たり4
つ以上のスロットを持つ(ここでは、合計24個のスロ
ットを持つ)場合の巻線構造を示している。この場合、
各相の巻線が2個以上できるので、各相の巻線を二分
し、それぞれにインバータ3のスイッチング回路3A,
3Bを接続する。
0に基づいて説明する。第2の実施の形態のインバータ
駆動モータの特徴は、インバータ回路3の直流側に電解
コンデンサーを設けないようにした点にある。すなわ
ち、図1に示した回路では、インバータ3の直流側にリ
ップル電流を除去するための電解コンデンサー2を設け
ているが、図10に示す第2の実施の形態の回路では、
電解コンデンサーを省略している。
とができる理由を以下に説明する。図10(a)に示し
たような回路構成(図1に示した構成と同じ)のインバ
ータとインバータ駆動モータ4を採用することにより、
UVWの各相ごとに2系統以上巻かれた巻線それぞれに
交流電力を供給するインバータ3のスイッチング回路3
A,3Bでは、各相のスイッチング素子のオン/オフ制
御を正反対に行う。そのため、同図(b),(c)に示
したように、スイッチング回路3A,3Bに流れる電流
波形はちょうど逆位相となる。この結果、バッテリー1
に流れる電流は同図(d)に示したようにこれらの電流
波形の合成波形でほぼ一定となる。また、スイッチング
回路3A,3Bの間でその一方のスイッチング素子が
“L”になるタイミングで発生するサージ電圧も他方の
スイッチング素子が“H”となることで打ち消し合うこ
とができる。この結果、電解コンデンサーを設けずと
も、リップル電流を除去することができ、インバータ3
の容積を小さくして車載性を改善し、またコスト低減が
図れる。
1及び図12に基づいて説明する。第3の実施の形態
は、インバータ3に3相それぞれ独立にスイッチング動
作するスイッチング回路3I〜3III を設け、交流モー
タ4の3相I〜III それぞれのコイルをこれらのスイッ
チング回路3I〜3III それぞれによって個別に駆動す
る構成を特徴としている。なお、スイッチング回路3I
はスイッチング素子SW1〜SW4のブリッジで構成さ
れ、スイッチング回路3IIはスイッチング素子SW5〜
SW8のブリッジで構成され、スイッチング回路3III
はスイッチング素子SW9〜SW12のブリッジで構成
されている。
れぞれは、図12に示すスイッチング制御によって、図
1に示した第1の実施の形態と同様、モータ4の端子電
圧の総和が時間的にほぼ一定となる電流の流れを作り出
す設定である。例えば、60°のタイミングでは、スイ
ッチング回路3I;3II;3III それぞれにおけるスイ
ッチング素子SW1,SW4;SW5,SW8;SW
9,SW12を“H”にすることによって実線矢印に示
したようにI相巻線からII相巻線とIII 相巻線に電流が
流れる態様とする。次の120°のタイミングでは、ス
イッチング回路3I;3III におけるスイッチング素子
SW1,SW4;SW9,SW12は“H”を維持し、
スイッチング回路3IIにおけるスイッチング素子SW
5,SW8は“L”にして、逆にスイッチング素子SW
6,SW7を“H”にすることによって、鎖線矢印に示
したようにI相巻線とII相巻線からIII 相巻線に電流が
流れる態様とする。以下、順次、スイッチング素子の
“H”,“L”を切り替えることにより、第1の実施の
形態の電流の流れと同等の態様の電流の流れを作り出
す。
4のI〜III 相の中性点NI,NII,NIII の電圧の合
計はインバータ3の電圧Edに対して1/2Edとな
り、モータの端子電圧の総和が時間的にほぼ一定にな
る。
ンデンサー2を省略することができる。
3に基づいて説明する。第4の実施の形態は、図1に示
した第1の実施の形態の回路構成を備えたインバータ駆
動モータにあって、モータ4のケース11内にインバー
タ4及び電解コンデンサー2を組み込み、あるいはモー
タ4のケースとインバータ4のケースを一体化した構造
を特徴とする。
ンバータ駆動モータの全体をコンパクトにして、車載性
を向上させることができる。
した第3の実施の形態の回路構成のインバータ駆動モー
タにおいても、同様にモータ4のケース11内にインバ
ータ4及び電解コンデンサー2を組み込み、あるいはモ
ータ4のケースとインバータ4のケースを一体化した構
造とすることができる。
巻線に流れる電流と中性点の電圧の電気角による変動を
示す説明図。
するインバータと交流モータの巻線の接続関係を示す回
路(ただし、モータトルクを発生させることはできない
回路)の回路図。
駆動時、PWM駆動時それぞれの各相のスイッチング駆
動波形を示す波形図。
の各相の巻線に流れる電流と中性点の電圧の電気角によ
る変動を示す説明図。
たモータ巻線を示す説明図。
1つの巻き方を示す説明図。
モータ巻線を示す説明図。
他の巻き方を示す説明図。
の電流波形図。
の巻線に流れる電流と中性点の電圧の電気角による変動
を示す説明図。
線に流れる電流と中性点の電圧の電気角による変動を示
す説明図。
Claims (6)
- 【請求項1】 回転磁界を発生するステータ、前記ステ
ータの前記回転磁界により回転して機械的動力を発生す
るロータ及び前記ステータに電力を供給する複数系統の
巻線を有し、インバータの複数の並列のスイッチング回
路それぞれに当該複数系統の巻線それぞれを接続し、当
該複数のスイッチング回路それぞれのスイッチング動作
によって前記複数系統の巻線それぞれに供給される電流
を制御して前記ステータに前記回転磁界を発生させるイ
ンバータ駆動モータにおいて、 前記複数系統の巻線の端子電圧の総和がほぼ一定になる
ような前記インバータの前記複数のスイッチング回路そ
れぞれのスイッチング動作を制御し、又は前記複数系統
の巻線を結線したことを特徴とするインバータ駆動モー
タ。 - 【請求項2】 前記複数系統の巻線を同じスロットに2
つ以上の並列に巻き、それぞれの系統の巻線のそれぞれ
に前記インバータの2つの前記スイッチング回路それぞ
れを接続し、端子電圧の総和が時間とともにほぼ一定と
なるように各スイッチング回路のスイッチングタイミン
グを制御することを特徴とする請求項1に記載のインバ
ータ駆動モータ。 - 【請求項3】 1相当たり4つ以上のスロットを持ち、
1相当たり2系統以上の巻線のそれぞれに前記インバー
タの2つ以上の前記スイッチング回路それぞれから電力
を供給し、端子電圧の総和が時間とともに変動しないよ
うにしたことを特徴とする請求項1に記載のインバータ
駆動モータ。 - 【請求項4】 回転磁界を発生するステータ、前記ステ
ータの前記回転磁界により回転して機械的動力を発生す
るロータ及び前記ステータに3相交流電力を供給する3
相各相ごとに巻線を有し、インバータの3つの並列のス
イッチング回路それぞれに当該3相各相の巻線を接続
し、当該3つのスイッチング回路それぞれのスイッチン
グ動作によって前記3相各相の巻線に供給される電流を
制御して前記ステータに前記回転磁界を発生させるイン
バータ駆動モータにおいて、 前記3相各相の巻線の端子電圧の総和が時間的にほぼ一
定になるように前記インバータの前記3つのスイッチン
グ回路それぞれのスイッチング動作を制御することを特
徴とするインバータ駆動モータ。 - 【請求項5】 前記インバータの直流側に電解コンデン
サーを設けないことを特徴とする請求項1〜4のいずれ
かに記載のインバータ駆動モータ。 - 【請求項6】 当該モータのケース内に前記インバータ
を収容したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに
記載のインバータ駆動モータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13473099A JP4269408B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | インバータ駆動モータ |
| EP00109913.4A EP1052769B1 (en) | 1999-05-14 | 2000-05-10 | Inverter and motor |
| US09/570,283 US6236583B1 (en) | 1999-05-14 | 2000-05-12 | Inverter and motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13473099A JP4269408B2 (ja) | 1999-05-14 | 1999-05-14 | インバータ駆動モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4269408B2 JP4269408B2 (ja) | 2009-05-27 |
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| JP (1) | JP4269408B2 (ja) |
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1999
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