[发明专利]逆变器驱动电动机

说明书

技术领域

本发明涉及与急剧的逆变电涌对应的逆变器驱动电动机。

背景技术

近年，从节能化的观点出发使用逆变器装置来使电动机可变速运转盛行。当下，最普及的逆变器装置是Si(IGBT)逆变器，但对此，预想今后电压上升时间更小而使用了低损耗的SiC的逆变器会增加。作为使用了SiC的逆变器的具体的例子，有利用仅二极管使用了SiC的混合SiC(IGBT+SiCdiode)逆变器、二极管与切换元件双方使用了SiC的全SiC(MOS－FET+SiCdiode)逆变器的电动机驱动装置。

但是另一方面，在使用逆变器装置来驱动电动机的情况下，存在以下的现象成为电动机内部的绝缘劣化的原因的情况。例如就电动机的定子绕线来看，各相绕线由多个串联线圈构成，但若电动机端的电压上升时间变小，则存在电压集中于电动机的供电线侧第一线圈的情况。关于这一点，非专利文献1中报告有比以往的商用频率电源驱动时高的电压在构成电动机的定子绕线的绕线间产生的情况。

通过对地电压与线圈电压的时间t变化的关系对这种现象进行说明。图2(a)、图2(b)以横轴为时间轴表示电压上升时间较大的情况和较小情况下的定子绕线起绕点和止绕点的对地电压Vs、Ve、以及线圈电压Vc的变化。在该事例中供电线侧连接于定子绕线起绕点侧，通过来自供电线侧的电压施加，在对地电压Vs的上升之后止绕点的对地电压Ve升起。

据此，在电压上升时间较大的图2(a)的情况下，起绕点和止绕点的对地电压Vs、Ve的上升较缓，线圈电压Vc也变小。但是像图2(b)那样在电压上升时间较小的情况下，起绕点和止绕点的对地电压Vs、Ve的上升变急剧，线圈电压Vc变大。

图3表示电压上升时间tr(ns)和第一线圈电压分担率(左侧纵轴)的关系。在此以以下的(1)式对电压分担率进行定义。

[数学公式1]

(电压分担率)＝(线圈电压瞬时最大值Vcmax)÷(起绕点对地电压Vs)×100[％](1)

图3中由使用每一相电动机的定子绕线四个串联线圈的电动机的事例表示。因此，在电压上升后的稳定状态下，四个串联线圈的每一个线圈的电压分担均等地分担1÷4×100％＝25％。在图3中可知，在电压上升时间tr较大为10000ns的电压上升时间时，是与稳定状态同程度的25％。

对此，若缩短电压上升时间tr，则电压分担率变大，例如在电压上升时间tr为20ns的情况下，电压分担率达到90％。也就是说在每一相电动机的定子绕线四个串联线圈的电动机中，在电压上升过渡时电动机的供电线侧第一线圈相对于对地电压负担90％。电压上升后，成为四个串联线圈均等分担，而该状态在SiC逆变器的每次点火都重复。因此，在将MOS－FET逆变器那样的急剧的电压上升的逆变器连接于电动机的情况下，需要针对相对电动机的供电线侧第一线圈的重复过电压的对策。

此外图3中一并表示相对于电压上升时间tr的电容器温度。根据该图，存在电压上升时间tr越长，电容器温度变得越高的趋势。因此，在电压上升时间tr较长的(100μs以上)IGBT逆变器中发热(损耗)成为问题，但在电压上升时间tr较短的(100μs以下)SiC逆变器中能够抑制损耗。

对于该课题，还存在像专利文献1那样，在电动机的端子箱插入平行平板的静电容、电容器，通过滤波效果使最大电压下降的方法。另外还存在像专利文献2那样将电容器插入端子板与接地间的方法。

此外在电气设备的制造时需要确保空间距离、爬电距离，需要遵守非专利文献1的标准“控制设备的绝缘距离”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－51134号公报

专利文献2：日本实开平6－41068号公报

非专利文献

非专利文献1：日本电机工业协会标准JEM1103

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1中，采用如下结构，在端子箱设置静电容，因此将端子板和接地板做成平行平板，在端子板与接地板之间夹入高介电材料。该对策时的平行平板的静电容C为C＝ε_r×ε₀×S/d(ε_r：相对介电常数，ε₀：真空介电常数，S：电极面积，d：电极间的距离)。