JPH10191688A - 電動機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保守によるコストの上昇が少なく、広い適用
範囲が得られるインバータ装置組込型の電動機システム
を提供すること。 【解決手段】 インバータ装置を制御ユニット１とイン
バータ部２１に分離し、制御ユニット１にコンバータ部
１０と平滑コンデンサ１１を収容する。そしてインバー
タ部２１を誘導電動機２０に取付けてインバータ一体型
電動機２とし、これらの間を直流電力供給用の給電用ケ
ーブル３で接続させ、インバータ部２１内にノイズと過
電圧抑制用のコンデンサ２２を設けたもの。 【効果】 給電用ケーブル３の長さを変えることによ
り、制御ユニット１とインバータ一体型電動機２の設置
場所を、それぞれ個別に選ぶことができ、誘導電動機の
設置位置に拘束されることなく、操作や保守に便利な所
に制御ユニット１を設けることができる。また、インバ
ータ一体型電動機２の大きさが、誘導電動機単体のとき
よりも増加する虞れが少ないので、単独の誘導電動機と
変らない適用範囲を保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置に
より誘導電動機を駆動するようにした電動機システムに
係り、特に、汎用の電動機として好適な電動機システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】可変電圧で可変周波数の交流電力を容易
に発生させることができるインバータ装置は、誘導電動
機の可変速駆動用として従来から広く用いられている。
そして、このような誘導電動機駆動に用いられる汎用の
インバータ装置としては、そのコンバータ部(順変換部)
の直流側とインバータ部(逆変換部)の直流側との接続部
に、並列に平滑用のコンデンサを有する、いわゆる電圧
型のインバータ装置が主として用いられている。

【０００３】一方、近年は、インバータ装置を誘導電動
機に組合せ、汎用の電動機として用いられるようにした
電動機システムが用いられるようになり、その一例を特
開平６−３５１２６０号公報に見ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術による電動機
システムは、インバータ装置の保守期間と誘導電動機の
保守期間に大きな差がある点について配慮がされておら
ず、電動機の保守コストが上昇するという問題があっ
た。

【０００５】すなわち、電動機システムで電動機に実装
されるインバータ装置は、コスト面から汎用の電圧型イ
ンバータを用いざるを得ないが、この場合は、例えば平
滑用コンデンサ、冷却ファンなど、電動機本体の寿命に
比して、極端に寿命の短い部品が存在するため、保守期
間が従来の電動機単独品より短くなって、コストが上昇
してしまうのである。

【０００６】ここで、冷却ファンを有する電動機に組合
せた場合には、電動機自体の冷却風を利用することによ
り、インバータ装置の冷却ファンは不要にできるので、
大きな問題にはならないが、平滑用のコンデンサは動作
原理上、除去できなず、しかも、かなり大きな静電容量
を必要とするため、有寿命(約５〜１０年)の電解コンデ
ンサを用いざるを得ない。

【０００７】一方、汎用の電動機の実装場所は、部品交
換が容易ではない天井裏、狭い機械室、相手機械の内部
などが多く、現実には保守が不可能な場所に実装される
ことすらあり、この結果、インバータ装置を電動機に実
装した電動機システムでは、電動機の寿命には、まだ充
分に余裕があるにもかかわらず、インバータ装置の寿命
により装置全体の寿命が決定され、この結果、極めて高
価な製品となっていた。

【０００８】また、汎用のインバータ装置では、大容量
の平滑コンデンサを有する結果、電源投入時、このコン
デンサの初期充電電流による大電流の突入電流を抑制す
るための電磁接触器、サイリスタ、限流抵抗など、大型
の制御回路部品が必要になるが、この結果、インバータ
装置が大型化し、電動機に設置するのに必要なスペース
が無くなったり、実装されたインバータが電動機よりも
大きな形状になって、従来の電動機単体の場合には設置
できたものが、インバータ装置を組合せた電動機システ
ムにしたため、設置により大きな空間を必要とすること
になり、極端な場合、設置できなくなってしまう場合も
生じてしまう。

【０００９】また、最近は、ソーラエネルギーや燃料電
池に代表される直流の分散電源が工業的に利用可能にな
ってきたが、従来の汎用インバータ装置や可変速電動機
では依然として交流電源を要求しており、これら直流の
分散電源への対応は、たとえばインバータ装置の大改造
を必要とし、簡単には対応できないという問題があっ
た。

【００１０】本発明の目的は、保守によるコストの上昇
が少なく、広い適用範囲が得られるインバータ装置組込
型の電動機システムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、順変換部と
逆変換部の直流部分に平滑コンデンサを有するインバー
タ装置を用い、該インバータ装置により誘導電動機を駆
動する方式の電動機システムにおいて、前記逆変換部
を、前記順変換部とは独立したユニットとして前記誘導
電動機に取付け、前記順変換部の直流側と前記逆変換部
の直流側を２本の電線で接続した上で、前記平滑コンデ
ンサを、前記２本の電線の前記順変換部側の端部に並列
に接続させ、前記２本の電線の前記逆変換部側の端部に
は、該２本の電線による誘導リアクタンス分にほぼ等し
い静電リアクタンス分を有するコンデンサを並列に接続
させることにより達成される。

【００１２】本発明によれば、インバータ装置が、コン
バータ部(交／直変換部)とインバータ部(直／交変換部)
に分けられ、インバータ部だけを誘導電動機本体に実装
することにより、有寿命で大型部品が多くある順変換部
を誘導電動機本体から切り放し、小形の別ブロックから
なる制御ユニットに収納することができる。

【００１３】また、このとき、誘導電動機側の直流部分
の入口には、給電用布線のインダクタンスをキャンセル
するだけの小容量で長寿命の小型のコンデンサを取付け
ると共に、該布線には平行電線か同軸電線が使用できる
ようにし、布線のインダクタンスによる過電圧が発生し
ないようにできる。

【００１４】また、誘導電動機の端子には、３相交流電
源受電端子(Ｕ、Ｖ、Ｗ)を設け、交流電源で直接駆動で
きるようにすると共に、直流電源端子(Ｐ、Ｎ)を設け、
インバータ部を介することにより、直流電力でも直接駆
動できるようにすることもできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電動機システ
ムについて、図示の実施形態により詳細に説明する。図
１は本発明の一実施形態の回路ブロック図で、図２はそ
の外観図であり、これらの図において、１は制御ユニッ
ト、２はインバータ一体型電動機、３は給電用ケーブル
である。

【００１６】制御ユニット１は、３相ブリッジ型整流器
などからなるコンバータ部１０と、大容量の電解コンデ
ンサからなる平滑コンデンサ１１、遅延動作する電磁接
触器１２、それに突入電流抑制用の抵抗器１３とで構成
され、例えば商用電源などから３相交流電力ＡＣを受電
し、コンバータ部１０で整流し、コンデンサ１１で平滑
化した直流電力を出力する働きをする。

【００１７】このとき、電磁接触器１２は、３相交流電
力ＡＣが投入されたときから、例えは数１０ｍ秒などの
所定の時間が経過後にその接点１２ａを閉じ、これによ
り電源投入時での平滑コンデンサ１１による突入電流が
抵抗器１３により抑制され、その後、平滑コンデンサ１
１の初期充電が完了した後はこの抵抗器１３を短絡し
て、負荷電流による損失が生じないようにする働きをす
る。

【００１８】インバータ一体型電動機２は、誘導電動機
２０と、インバータユニット２１、それにノイズ抑制用
のコンデンサ２２とで構成され、給電用ケーブル３を介
して制御ユニット１から供給される直流電力をインバー
タユニット２１により所定の周波数で所定の電圧の３相
交流電力に変換し、これを誘導電動機２０に供給し、こ
れにより誘導電動機２０が所定の回転速度で回転動作す
るように構成されている。

【００１９】このため、インバータユニット２１は、例
えばＩＧＢＴなどのパワースイッチング素子２１Ａと、
フリーホイールダイオード２１Ｂからなる３相ブリッジ
型の主回路を備え、例えばＰＷＭ(パルス幅変調)方式な
どによりスイッチング制御され、これにより、ＶＶＶＦ
(可変電圧可変周波数)インバータ装置として動作するよ
うに構成されている。

【００２０】そして、このインバータユニット２１は、
特に図２に明瞭に示されているように、誘導電動機２０
の、例えば端子箱２０Ａの上側などに直接搭載され、こ
れによりインバータ一体型電動機２を構成する。

【００２１】インバータユニット２１の直流側は給電用
ケーブル３に接続されるが、このため、端子箱２０Ａの
中には、２個の端子Ｐ、Ｎが設けられており、これらに
インバータユニット２１の直流側が接続されているが、
この端子箱２０Ａの中には、更にインバータユニット２
１の交流側、つまり誘導電動機２０に接続された３個の
端子Ｕ、Ｖ、Ｗが設けてある。

【００２２】コンデンサ２２は、例えば油入りペーパー
コンデンサなどの長寿命のコンデンサが用いられ、イン
バータユニット２１の直流側で給電用ケーブル３が接続
されている部分に接続され、その静電容量値は、給電用
ケーブル３の２本の電線による誘導リアクタンス分にほ
ぼ等しい静電リアクタンス分を有するように選ばれてお
り、従って、通常、かなり小型のものとなっている。

【００２３】給電用ケーブル３は、互いに独立している
制御ユニット１とインバータ一体型電動機２の間で、制
御ユニット１からインバータ一体型電動機２のインバー
タユニット２１に直流電力を供給する働きをするもの
で、このため２本の導電線を有していれば良いが、この
実施形態では、２本の電線が並行になって配置されてい
るケーブル、例えば２本撚りのケーブル、又は同軸にな
っているケーブルを用いている。

【００２４】給電用ケーブル３として用いられた同軸ケ
ーブルや並行電線ケーブルは、制御ユニット１からイン
バータ一体型電動機２までの配線によるインダクタンス
分を打消す働きをするが、これでも発生や誘起を阻止し
きれなかったノイズや過電圧は、インバータ一体型電動
機２に設けてあるコンデンサ２２により吸収、除去され
る。

【００２５】従って、この実施形態によれば、使用する
給電用ケーブル３の長さを変えることにより、制御ユニ
ット１とインバータ一体型電動機２の設置場所を、それ
ぞれ個別に選ぶことができ、誘導電動機２０の設置位置
に拘束されることなく、操作や保守に便利な所に制御ユ
ニット１を設けることができる。

【００２６】一方、インバータユニット２１は、主とし
て半導体素子や高温度に耐えられるチップ部品だけで構
成されるので、例えば１枚の回路基板上に実装でき、充
分に小型化することができる。

【００２７】このため、誘導電動機２０の冷却ファンガ
イド近辺にも容易に取付けることができ、この結果、冷
却ファンからの送風による冷却が得られるようにもで
き、更には端子箱２０Ａの中に実装することもできる。

【００２８】また、この結果、インバータ一体型電動機
２の大きさが、誘導電動機２０単体よりも増加するのを
充分に抑えることができ、単独の誘導電動機と変らない
適用範囲を保つことができる。

【００２９】また、上記実施形態では、インバータ一体
型電動機２が、５本の端子Ｐ、Ｎ、Ｕ、Ｖ、Ｗを有し、
本来の動作に必要な直流端子Ｐ、Ｎの外に、３個の交流
端子Ｕ、Ｖ、Ｗが設けてある。そして、この端子Ｕ、
Ｖ、Ｗは、インバータユニット２１を使用しないときに
は、誘導電動機２０の通常の３相交流電源入力端子とな
る。

【００３０】従って、これから交流電源を供給してやれ
ば、直接、誘導電動機２０を回転駆動させることがで
き、且つ、このときは、インバータユニット２１の内部
にあるフリーホイールダイオード２１Ｂの整流作用によ
り直流端子Ｐ、Ｎに直流電力を得ることができる。

【００３１】そこで、この場合には、この直流端子Ｐ、
Ｎに得られる直流電力により、例えば直流電磁ブレーキ
など、誘導電動機２０以外の直流電力による装置を動作
させることができる。

【００３２】また、上記実施形態では、インバータユニ
ット２１の直流側に直流端子Ｐ、Ｎが設けてあり、これ
により制御ユニット１に接続された給電用ケーブル３だ
けでなく、それに加えて、或いは、装置の代わりに、図
３に示す太陽電池３０からの電線を、ダイオード３１を
介して接続したり、燃料電池４０からの電線を、ダイオ
ード４１を介して接続し、これにより誘導電動機２０を
回転駆動することもできる。

【００３３】従って、この実施形態によれば、空調機
械、コンベヤ、繊維機械など、複数台のインバータ装置
を使用する機械や、直流電源しか存在しないシステム上
での電動機の制御、例えばレジャーボート、水上に浮か
ぶ簡易灯台、離島、非常用ポンプ、非常時エレベータ駆
動など、ソーラバッテリ、乾電池、燃料電池、蓄電池、
直流発電機などを有る施設でも有効に使用することがで
きる。

【００３４】ここで、上記実施形態による作用効果につ
いて、以下に列挙する。

【００３５】 アレウニスの法則として知られている
ように、電解コンデンサは、周囲温度の２乗に反比例し
て寿命が短くなるが、平滑コンデンサ１１は、温度上昇
が著しい誘導電動機２０からは切り放されているので、
インバータ一体型電動機２の寿命は、誘導電動機２０単
体での寿命、つまり軸受けの寿命で決定されることにな
り、一方、平滑コンデンサ１１の寿命がきたときでも、
制御ユニット１は、保守が容易な所に設置できるので、
容易に交換することができる。

【００３６】 インバータ一体型電動機２の給電に必
要な電線が２本で済むため、布線コストが２／３に軽減
され、この結果、ホイスト、搬送機械など、電動機ごと
移動する装置においては、電線コストが軽減される以外
にも電線重量が減るので、装置重量を軽くすることがで
きる。また、給電のためのレールも２本で済むので、建
築コストを大幅に抑えることができる。

【００３７】 平滑コンデンサ１１や電磁接触器１
２、抵抗器１３など小型化が困難な回路部品が制御ユニ
ット１に収納されているので、インバータユニット２が
小型化でき、この結果、僅かな空間にもインバータユニ
ット２が収容できるようになり、従来は無駄な空間であ
った場所にもインバータが実装できるようになり、誘導
電動機２０単独の寸法と大差無い大きさのインバータ一
体型電動機２を得ることができる。

【００３８】 インバータユニット２１内に過電圧が
発生し難くなるので、主回路の半導体素子の耐電圧が下
げられ、コストが安くなる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、給電用ケーブルの長さ
を変えることにより、制御ユニットとインバータ一体型
電動機の設置場所を、それぞれ個別に選ぶことができ、
誘導電動機の設置位置に拘束されることなく、操作や保
守に便利な所に制御ユニット１を設けることができる。

【００４０】また、インバータ一体型電動機の大きさ
が、誘導電動機単体のときよりも増加する虞れが少ない
ので、単独の誘導電動機と変らない適用範囲を保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機システムの一実施形態を示
す回路ブロック図である。

【図２】本発明による電動機システムの一実施形態の側
面図と正面図である。

【図３】本発明の一実施形態における電源の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 制御ユニット ２ インバータ一体型電動機 ３ 給電用ケーブル １０ コンバータ部 １１ 平滑コンデンサ １２ 遅延動作する電磁接触器 １２ａ 電磁接触器１２の接点(常開接点） １３ 突入電流抑制用の抵抗器 ２０ 誘導電動機 ２０Ａ 端子箱 ２１ インバータユニット ２１Ａ パワースイッチング素子 ２１Ｂ フリーホイールダイオード ２２ コンデンサ（ノイズ、過電圧除去用）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 順変換部と逆変換部の直流部分に平滑コ
   ンデンサを有するインバータ装置を用い、該インバータ
   装置により誘導電動機を駆動する方式の電動機システム
   において、 前記逆変換部を、前記順変換部とは独立したユニットと
   して前記誘導電動機に取付け、 前記順変換部の直流側と前記逆変換部の直流側を２本の
   電線で接続した上で、前記平滑コンデンサを、前記２本
   の電線の前記順変換部側の端部に並列に接続させ、 前記２本の電線の前記逆変換部側の端部には、該２本の
   電線による誘導リアクタンス分にほぼ等しい静電リアク
   タンス分を有するコンデンサを並列に接続させたことを
   特徴とする電動機システム。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、 前記２本の電線が、並行して配置されいる線路又は同軸
   になっている線路の何れかであることを特徴とする電動
   機システム。
3. 【請求項３】 請求項１の発明において、 前記電動機には、前記２本の電線を接続するための２本
   の端子(Ｐ、Ｎ)と、前記逆変換部の交流側に接続された
   ３本の端子(Ｕ、Ｖ、Ｗ)とが設けられていることを特徴
   とする電動機システム。