[發(fā)明專利]逆變器驅(qū)動電動機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480009603.6
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN105075074B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 神谷昭范;牧晃司;尾畑功治;開發(fā)慶一郎;關(guān)根昭裕;高橋秀一
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立產(chǎn)機系統(tǒng)
• 主分類號: H02K5/22
• 分類號: H02K5/22;H02P27/06
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11243
• 代理人: 張敬強,嚴星鐵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及與急劇的逆變電涌對應(yīng)的逆變器驅(qū)動電動機。

背景技術(shù)

近年，從節(jié)能化的觀點出發(fā)使用逆變器裝置來使電動機可變速運轉(zhuǎn)盛行。當下，最普及的逆變器裝置是Si(IGBT)逆變器，但對此，預(yù)想今后電壓上升時間更小而使用了低損耗的SiC的逆變器會增加。作為使用了SiC的逆變器的具體的例子，有利用僅二極管使用了SiC的混合SiC(IGBT+SiCdiode)逆變器、二極管與切換元件雙方使用了SiC的全SiC(MOS－FET+SiCdiode)逆變器的電動機驅(qū)動裝置。

但是另一方面，在使用逆變器裝置來驅(qū)動電動機的情況下，存在以下的現(xiàn)象成為電動機內(nèi)部的絕緣劣化的原因的情況。例如就電動機的定子繞線來看，各相繞線由多個串聯(lián)線圈構(gòu)成，但若電動機端的電壓上升時間變小，則存在電壓集中于電動機的供電線側(cè)第一線圈的情況。關(guān)于這一點，非專利文獻1中報告有比以往的商用頻率電源驅(qū)動時高的電壓在構(gòu)成電動機的定子繞線的繞線間產(chǎn)生的情況。

通過對地電壓與線圈電壓的時間t變化的關(guān)系對這種現(xiàn)象進行說明。圖2(a)、圖2(b)以橫軸為時間軸表示電壓上升時間較大的情況和較小情況下的定子繞線起繞點和止繞點的對地電壓Vs、Ve、以及線圈電壓Vc的變化。在該事例中供電線側(cè)連接于定子繞線起繞點側(cè)，通過來自供電線側(cè)的電壓施加，在對地電壓Vs的上升之后止繞點的對地電壓Ve升起。

據(jù)此，在電壓上升時間較大的圖2(a)的情況下，起繞點和止繞點的對地電壓Vs、Ve的上升較緩，線圈電壓Vc也變小。但是像圖2(b)那樣在電壓上升時間較小的情況下，起繞點和止繞點的對地電壓Vs、Ve的上升變急劇，線圈電壓Vc變大。

圖3表示電壓上升時間tr(ns)和第一線圈電壓分擔(dān)率(左側(cè)縱軸)的關(guān)系。在此以以下的(1)式對電壓分擔(dān)率進行定義。

[數(shù)學(xué)公式1]

(電壓分擔(dān)率)＝(線圈電壓瞬時最大值Vcmax)÷(起繞點對地電壓Vs)×100[％](1)

圖3中由使用每一相電動機的定子繞線四個串聯(lián)線圈的電動機的事例表示。因此，在電壓上升后的穩(wěn)定狀態(tài)下，四個串聯(lián)線圈的每一個線圈的電壓分擔(dān)均等地分擔(dān)1÷4×100％＝25％。在圖3中可知，在電壓上升時間tr較大為10000ns的電壓上升時間時，是與穩(wěn)定狀態(tài)同程度的25％。

對此，若縮短電壓上升時間tr，則電壓分擔(dān)率變大，例如在電壓上升時間tr為20ns的情況下，電壓分擔(dān)率達到90％。也就是說在每一相電動機的定子繞線四個串聯(lián)線圈的電動機中，在電壓上升過渡時電動機的供電線側(cè)第一線圈相對于對地電壓負擔(dān)90％。電壓上升后，成為四個串聯(lián)線圈均等分擔(dān)，而該狀態(tài)在SiC逆變器的每次點火都重復(fù)。因此，在將MOS－FET逆變器那樣的急劇的電壓上升的逆變器連接于電動機的情況下，需要針對相對電動機的供電線側(cè)第一線圈的重復(fù)過電壓的對策。

此外圖3中一并表示相對于電壓上升時間tr的電容器溫度。根據(jù)該圖，存在電壓上升時間tr越長，電容器溫度變得越高的趨勢。因此，在電壓上升時間tr較長的(100μs以上)IGBT逆變器中發(fā)熱(損耗)成為問題，但在電壓上升時間tr較短的(100μs以下)SiC逆變器中能夠抑制損耗。

對于該課題，還存在像專利文獻1那樣，在電動機的端子箱插入平行平板的靜電容、電容器，通過濾波效果使最大電壓下降的方法。另外還存在像專利文獻2那樣將電容器插入端子板與接地間的方法。

此外在電氣設(shè)備的制造時需要確保空間距離、爬電距離，需要遵守非專利文獻1的標準“控制設(shè)備的絕緣距離”。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010－51134號公報

專利文獻2：日本實開平6－41068號公報

非專利文獻

非專利文獻1：日本電機工業(yè)協(xié)會標準JEM1103

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

在專利文獻1中，采用如下結(jié)構(gòu)，在端子箱設(shè)置靜電容，因此將端子板和接地板做成平行平板，在端子板與接地板之間夾入高介電材料。該對策時的平行平板的靜電容C為C＝ε_r×ε₀×S/d(ε_r：相對介電常數(shù)，ε₀：真空介電常數(shù)，S：電極面積，d：電極間的距離)。